KR102532440B1 - 유기 일렉트로루미네센스 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고효율이고, 또한 장수명의 유기 일렉트로루미네센스 소자를 제공한다. 본 발명에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자는, 양극과 주로 1중항 여기 상태를 거친 발광을 얻을 수 있는 발광층 사이에, 막 조성이 다른 3 층 이상의 적층 구조를 구비하고, 적층구조는, LUMO 준위가 -9.0 eV 이상 -4.0 eV 이하인 전자 수용성 화합물이 도프된 정공 수송성 화합물을 포함하는 제 1 층; 및 제 1 층과 발광층 사이에 배치되고, 또한 발광층에 인접하고, 이하의 일반식 (1)로 나타내지는 화합물을 포함하는 제 2 층;을 포함한다.
[화학식 1]
Figure 112022043150595-pat00073

Description

유기 일렉트로루미네센스 소자{ORGANIC ELECTROLUMINESCENT DEVICE}
본 발명은 유기 일렉트로루미네센스 소자에 관한 것이다. 특히, 고효율이고, 장수명의 유기 일렉트로루미네센스 소자에 관한 것이다.
최근, 영상 표시 장치로서, 유기 일렉트로루미네센스 표시 장치(Organic Electroluminescence Display : 유기 EL 표시 장치)의 개발이 왕성하게 이루어져 왔다. 유기 EL 표시 장치는 액정 표시 장치 등과는 다르고, 양극 및 음극으로부터 주입된 정공 및 전자를 발광층에 있어서 재결합시킴으로써, 발광층에 있어서의 유기 화합물을 포함하는 발광 재료를 발광시켜서 표시를 실현하는 소위 자발광형의 표시 장치이다.
유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자)로서는, 예를 들어, 양극, 양극 상에 배치된 정공 수송층, 정공 수송층 상에 배치된 발광층, 발광층 상에 배치된 전자 수송층 및 전자 수송층 상에 배치된 음극으로 구성된 유기 소자가 알려져 있다. 양극으로부터는 정공이 주입되고, 주입된 정공은 정공 수송층을 이동하여 발광층으로 주입된다. 한편, 음극으로부터는 전자가 주입되고, 주입된 전자는 전자 수송층을 이동하여 발광층으로 주입된다. 발광층으로 주입된 정공과 전자가 재결합함으로써, 발광층내에서 여기자가 생성된다. 유기 일렉트로루미네센스 소자는 그 여기자의 복사 비활성에 의해 발생하는 광을 이용하여 발광한다. 또한, 유기 일렉트로루미네센스 소자는 이상에 설명한 구성에 한정되지 않고, 여러 가지의 변경이 가능하다.
유기 일렉트로루미네센스 소자를 표시 장치에 응용함에 있어서, 유기 일렉트로루미네센스 소자의 고효율화 및 장수명화가 요구되고 있다. 특히, 청색 발광 영역 및 녹색 발광 영역에 있어서는, 유기 일렉트로루미네센스 소자의 발광 효율과 수명은 충분한 것이라고는 말할 수 없다. 유기 일렉트로루미네센스 소자의 고효율화를 실현하기 위해, 양극과 발광층과의 대역과, 발광층과의 정상화, 안정화가 중요하다. 그러므로, 정공 수송를 보조하는 목적으로 전자 억셉트성의 재료를 포함하는 층(이하, 억셉트층이라 칭한다)를 배치하는 것이 알려져 있다.
정공 수송층에 사용되는 정공 수송 재료, 안트라센 유도체나 방향족 아민계 화합물 등의 여러 가지 화합물이 알려져 있으나, 유기 일렉트로루미네센스 소자의 고효율화를 실현하기 위해서는, 새로운 재료의 개발이 필요하다. 예를 들어, 카르바졸부를 포함하는 아민 화합물을 정공 수송층 또는 발광층에 사용한 유기 전계 발광 소자가 알려져 있다. 또한, 발광층과 양극 사이에 배치된 유기 물질층의 적어도 하나에 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 준위가 -9.0 eV 이상 -4.0 eV 이하의 전자 억셉트성의 도펀트를 포함하는 유기 발광 소자가 알려져 있다.
또한, 카르바졸부와 플루오렌부를 갖는 아민 유도체로 이루어지는 정공 수송층을 발광층에 접하여 적층하고, 양극과 그 정공 수송층 사이에 3 층 구조의 정공 주입층를 갖는 유기 일렉트로루미네센스 소자가 알려져 있고, 그 정공 주입층은 양극 측으로부터, (1) 2개의 질소 원자에 각각 카르바졸부가 결합한 디아민 유도체를 포함하는 층, (2) 2개의 질소 원자에 각각 카르바졸부가 결합한 디아민 유도체와 질소 원자에 카르바졸부 및 플루오렌부가 결합한 아민 유도체를 포함하는 층, (3) HAT를 포함하는 층에 의해 형성되는 것이 기재되어 있다. 또한, 양극과 발광층과의 사이에, (1) 카르바졸부와 플루오렌부를 갖는 아민 유도체를 포함하는 층, (2) HAT를 도프한 카르바졸부와 플루오렌부를 갖는 아민 유도체를 포함하는 층, (3) 카르바졸부와 플루오렌부를 갖는 아민 유도체를 포함하는 층의 반복 구조를 갖고, 발광층에 카르바졸부와 플루오렌부를 갖는 아민 유도체를 포함하는 층이 접하도록 배치된 유기 일렉트로루미네센스 소자가 알려져 있다.
유기 일렉트로루미네센스 소자의 특정 층을 형성하는 재료에 대해서의 검토는 수 없이 많이 이루어졌으나, 소자의 구성을 포함한 검토는 거의 없었다. 또한, 한층 더 고효율이고, 또한 장수명의 유기 일렉트로루미네센스 소자를 실현하기 위해서는, 더 검토가 필요하였다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하는것으로서, 고효율이고, 또한 장수명의 유기 일렉트로루미네센스 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 양극과 주로 1중항 여기 상태를 거친 발광이 얻어지는 발광층 사이에, 막 조성이 다른 3 층 이상의 적층 구조를 구비하고, 상기 적층 구조는 LUMO 준위가 -9.0 eV 이상 -4.0 eV 이하인 전자 수용성 화합물이 도프된 정공 수송성 화합물을 포함하는 제 1 층; 및 상기 제 1 층과 상기 발광층 사이에 배치되고, 또한 상기 발광층에 인접하고, 이하의 일반식 (1)로 나타내지는 화합물을 포함하는 제 2 층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네센스 소자가 제공된다.
[화학식 1]
Figure 112022043150595-pat00001
일반식 (1) 중에서, Ar5~Ar8은 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이고, m은 0 이상 4 이하의 정수이고, L2 및 L3은 단결합, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴렌기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌기이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자는 양극으로부터의 정공 주입성을 향상시키는 동시에, 발광층에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송성의 적층 구조를 보호할 수 있고, 발광층에서 발생한 여기 상태의 에너지가 정공 수송성의 적층 구조로 확산하는 것을 방지하고, 또한 소자 전체의 전하 밸런스를 조절할 수 있기 때문에, 발광 효율의 향상 및 장수명화를 달성할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자는 상기 양극과 상기 제 2 층 사이에, 이하의 일반식 (2)로 나타내지는 화합물을 포함하는 제 3 층을 포함할 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112022043150595-pat00002
일반식 (2) 중에서, Ar1, Ar2 및 Ar3은 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이고, Ar4는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기이고, L1은 단결합, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴렌기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌기이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자는 정공 수송성의 적층 구조에 카르바졸릴기를 갖는 화합물을 포함함으로써, 정공 수송성 및 통전 내구성을 향상할 수 있고, 발광 효율의 향상 및 장수명화를 달성할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자는 상기 제 1 층이, 상기 일반식 (2)로 나타내지는 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자는 정공 수송성의 적층 구조에 카르바졸릴기를 갖는 화합물을 포함함으로써, 정공 수송성 및 통전 내구성을 향상할 수 있고, 발광 효율의 향상 및 장수명화를 달성할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자는 상기 발광층이, 이하의 일반식 (3)으로 나타내지는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112022043150595-pat00003
식 (3) 중에서, Ar9는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 3 이상 50 이하의 시클로알킬기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 7 이상 50 이하의 아랄킬(aralkyl)기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴옥시기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴티오기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 2 이상 50 이하의 알콕시카르보닐기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소 수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 치환 혹은 무치환의 시릴기, 카르복시기, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기 또는 하이드록시기이고, n은 1 이상 10 이하의 정수이다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 양극과 주로 1중항 여기 상태를 거친 발광이 얻어지는 발광층 사이에, 막 조성이 다른 3 층 이상의 적층 구조를 구비하고, 상기 적층 구조는, LUMO 준위가 -9.0 eV 이상 -4.0 eV 이하인 전자 수용성 화합물을 주체로서 형성된 제 1 층; 및 상기 제 1 층과 상기 발광층 사이에 배치되고, 또한 상기 발광층에 인접하고, 이하의 일반식 (1)으로 나타내지는 화합물을 포함하는 제 2 층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네센스 소자가 제공된다.
[화학식 1]
Figure 112022043150595-pat00004
일반식 (1) 중에서, Ar5~Ar8은 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이고, m은 0 이상 4 이하의 정수이고, L2 및 L3은 단결합, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴렌기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌기이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자는 양극으로부터의 정공 주입성을 향상시키는 동시에, 발광층에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송성의 적층 구조를 보호할 수 있고, 발광층에서 발생한 여기 상태의 에너지가 정공 수송성의 적층 구조로 확산하는 것을 방지하고, 또한 소자 전체의 전하 밸런스를 조절할 수 있기 때문에, 발광 효율의 향상 및 장수명화를 달성할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자는 상기 제 1 층과 상기 제 2 층 사이에, 이하의 일반식 (2)로 나타내지는 화합물을 포함하는 제 3 층을 포함할 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112022043150595-pat00005
일반식 (2) 중에서, Ar1, Ar2 및 Ar3은 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이고, Ar4는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기이고, L1은 단결합, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴렌기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌기이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자는 정공 수송성의 적층 구조에 카르바졸릴기를 갖는 화합물을 포함함으로써, 정공 수송성 및 통전 내구성을 향상할 수 있고, 발광 효율의 향상 및 장수명화를 달성할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자는 상기 발광층이, 이하의 일반식 (3)으로 나타내지는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112022043150595-pat00006
일반식 (3) 중에서, Ar9는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 3 이상 50 이하의 시클로알킬기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 7 이상 50 이하의 아랄킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴옥시기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴티오기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 2 이상 50 이하의 알콕시카르보닐기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 치환 혹은 무치환의 시릴기, 카르복실기, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 또는 하이드록시기이고, n은 1 이상 10 이하의 정수이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자는 발광 효율의 향상 및 장수명화를 달성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 고효율이고, 또한 장수명의 유기 일렉트로루미네센스 소자를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(100)를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(200)를 나타내는 모식도이다.
상술한 문제를 해결하고자 예의 검토한 결과, 본 발명자들은 양극 측에 전자 수용성 화합물로 형성된 층을 배치함으로써, 양극으로부터의 정공 주입성을 향상시킬 수 있는 것을 발견하고, 발명을 완성시켰다. 본 발명은 발광층와 양극 사이의 정공 수송성의 다중 적층막을 하나의 구조체로 생각하여, 그 적층 구조 중에 전자 수용성 재료가 도프된 정공 수송층를 양극측에 적층하고, 카르바졸릴기를 갖는 아민 유도체를 포함하는 중간층을 발광층 측에 적층한 것이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자에 대해서 설명한다. 단, 본 발명의 유기 일렉트로루미네센스 소자는 많은 다른 실시형태로 실시하는 것이 가능하고, 이하에 나타내는 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되지 않는다. 또한, 본 실시의 형태에서 참조하는 도면에 있어서, 동일 부분 또는 동일한 기능을 갖는 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자에 대해서 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(100)를 나타내는 모식도이다. 유기 일렉트로루미네센스 소자(100)는 예를 들어, 기판(101) 상에 양극(110), 발광층(130), 전자 수송층(140), 전자 주입층(150), 및 음극(160)을 구비한다. 양극(110)과 발광층(130) 사이에는, 정공 수송 대역(120)이 배치된다. 정공 수송 대역(120)은 정공 수송층이나 정공 주입층 등을 배치하는 대역이다.
본 발명에 있어서는, 유기 일렉트로루미네센스 소자의 발광 효율의 향상 및 장수명화를 실현하기 위해, 양극(110)와 발광층(130) 사이의 정공 수송 대역(120)에, 막 조성이 다른 3 층 이상의 적층 구조를 구비한다. 이 적층 구조는 적어도 제 1 층(121) 및 제 2 층(125)을 구비한다. 적층 구조의 양극(110) 측에 배치되는 적어도 1 층(제 1 층(121))이, LUMO 준위가 -9.0 eV 이상 -4.0 eV 이하인 전자 수용성 화합물이 도프된 정공 수송성 화합물을 포함한다. 제 1 층(121)과 발광층(130) 사이에 배치되고, 또한 발광층에 인접하여 배치되는 적어도 1 층(제 2 층(125))은 이하의 일반식 (1)으로 나타내지는 화합물을 포함한다.
[화학식 1]
Figure 112022043150595-pat00007
일반식 (1) 중에서, Ar5~Ar8은 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이고, m은 0 이상 4 이하의 정수이고, L2 및 L3은 단결합, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴렌기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌기이다. 여기서, 인접하는 Ar5~Ar8은 고리를 형성할 수 있다. 즉, 서로 인접하는 Ar5와 Ar6은 결합하여 고리를 형성할 수 있다. 또한, 인접하는 Ar7끼리, Ar8끼리는 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
Ar5~Ar8로서 구체적으로는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 펜안트릴기, 플루오레닐기, 인데닐기, 피레닐기, 아세트나프테닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 피리딜기, 피라닐기, 키노릴기, 이소키노릴기, 벤조후라닐기, 벤조티에닐기, 인도릴기, 카르바졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 벤조티아졸릴기, 퀴녹살릴(quinoxalyl)기, 벤조옥사졸릴기, 디벤조후라닐기, 및 디벤조티에닐기 등을 예로서 들 수 있다. 바람직하게는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 카르바졸릴기, 디벤조후라닐기 등을 예로서 들 수 있다.
L2 및 L3으로서는, 단결합 이외의, 구체적으로는, 페닐렌기, 비페니릴렌(biphenylylene)기, 터페니릴렌기, 나프틸렌기, 안트릴렌(Anthrylene)기, 페난트릴렌(phenanthrylene)기, 플루오리렌(fluorirane)기, 인단디일기, 피렌디일기, 아세나프텐디일(acenaphthenediyl)기, 플루오란덴디일기, 트리페닐렌디일기, 피리딘디일기, 피란디일기, 퀴놀린디일기, 이소퀴놀린디일기, 벤조프란디일기, 벤조티오펜디일기, 인돌디일기, 카르바졸디일기, 벤조옥사졸디일기, 벤조티아졸디일기, 퀴녹살린디일기, 벤조이미다졸디일기, 디벤조퓨란디일기를 예로서 들 수 있다. 바람직하게는, 페닐렌기, 터페닐렌기, 플루오렌디일기, 카르바졸디일기, 디벤조퓨란디일기 등을 예로서 들 수 있다.
일반식 (1)로 나타내지는 화합물은 일 예로서, 이하의 구조식에 의해 나타낸 화합물이다. 단, 일반식 (1)로 나타내지는 화합물은 이하에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 4]
Figure 112022043150595-pat00008
[화학식 5]
Figure 112022043150595-pat00009
[화학식 6]
Figure 112022043150595-pat00010
[화학식 7]
Figure 112022043150595-pat00011
[화학식 8]
Figure 112022043150595-pat00012
[화학식 9]
Figure 112022043150595-pat00013
적층 구조의 양극(110) 측에 배치된 적어도 1 층(제 1 층(121))은 LUMO 준위가 -9.0 eV 이상 -4.0 eV 이하인 전자 수용성 화합물이 도프된 정공 수송성 화합물을 포함한다. 제 1 층(121)에 도프되는 전자 수용성 화합물은 일 예로서, 이하의 ac1~ac14의 구조식에 의해 나타낸 화합물이다. 단, 본 발명에 따른 전자 수용성 화합물은 이하에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명에 있어서, 전자 수용성 화합물의 도프 량은 제 1 층(121)의 층을 구성하는 모든 재료의 총 질량에 대하여 0.1 질량% 이상 50 질량% 미만으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는, 0.5 질량% 이상 5 질량% 이하이다.
[화학식 10]
Figure 112022043150595-pat00014
이상의 전자 수용성 화합물 ac1~ac14에 있어서, R은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 10 이하의 불화알킬기, 시아노기, 탄소수 1 이상 10 이하의 알콕시기, 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기이다. 단, 동일 분자내에서 모두가 수소 원자, 중수소 원자 또는 불소 원자로 치환되는 것은 아니다. Ar은 각각 독립적으로, 전자 흡인성의 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 3 이상 30 이하의 헤테로아릴기이다. Y는 메틴기(-CH=) 또는 질소 원자(-N=)이다. Z는 유사 할로겐 또는 유황(S)이다. X는 이하에 나타내는 X1~X7의 치환기 중의 어느 하나이다.
[화학식 11]
Figure 112022043150595-pat00015
여기서, Ra는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 10 이하의 불화알킬기, 시아노기, 탄소수 1 이상 10 이하의 알콕시기, 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자 수 3 이상 30 이하의 헤테로아릴기이다.
R, Ar, Ra가 나타내는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 3 이상 30 이하의 헤테로아릴기의 예로서는, 페닐기, 1-나프틸기, 2-나프틸기, 1-안트릴기, 2-안트릴기, 9-안트릴기, 1-펜안트릴기, 2-펜안트릴기, 3-펜안트릴기, 4-펜안트릴기, 9-펜안트릴기, 1-나프타세닐기, 2-나프타세닐기, 9-나프타세닐기, 1-피레닐기, 2-피레닐기, 4-피레닐기, 2-비페닐일기, 3-비페닐일기, 4-비페닐일기, p-터페닐-4-일기, p-터페닐-3-일기, p-터페닐-2-일기, m-터페닐-4-일기, m-터페닐-3-일기, m-터페닐-2-일기, o-톨릴기, m-톨릴기, p-톨릴기, p-t-부틸페닐기, p-(2-페닐프로필)페닐기, 3-메틸-2-나프틸기, 4-메틸-1-나프틸기, 4-메틸- 1-안트릴기, 4'-메틸비페닐일기, 4"-t-부틸-p-터페닐-4-일기, 플루오란테닐, 플루오레닐기, 1-피로릴기, 2-피로릴기, 3-피로릴기, 피라지닐기, 2-피리디닐(pyridinyl)기, 3-피리디닐기, 4-피리디닐기, 1-인도릴기, 2-인도릴기, 3-인도릴기, 4-인도릴기, 5-인도릴기, 6-인도릴기, 7-인도릴기, 1-이소인도릴기, 2-이소인도릴기, 3-이소인도릴기, 4-이소인도릴기, 5-이소인도릴기, 6-이소인도릴기, 7-이소인도릴기, 2-후릴기, 3-후릴기, 2-벤조후라닐기, 3-벤조후라닐기, 4-벤조후라닐기, 5-벤조후라닐기, 6-벤조후라닐기, 7-벤조후라닐기, 1-이소벤조후라닐기, 3-이소벤조후라닐기, 4-이소벤조후라닐기, 5-이소벤조후라닐기, 6-이소벤조후라닐기, 7-이소벤조후라닐기, 키노릴기, 3-키노릴기, 4-키노릴기, 5-키노릴기, 6-키노릴기, 7-키노릴기, 8-키노릴기, 1-이소키노릴기, 3-이소키노릴기, 4-이소키노릴기, 5-이소키노릴기, 6-이소키노릴기, 7-이소키노릴기, 8-이소키노릴기, 2-키녹사리닐(quinoxalinyl)기, 5-키녹사리닐기, 6-키녹사리닐기, 1-카르바졸릴기, 2-카르바졸릴기, 3-카르바졸릴기, 4-카르바졸릴기, 9-카르바졸릴기, 1-페난스리디닐(phenanthridinyl)기, 2-페난스리디닐기, 3-페난스리디닐기, 4-페난스리디닐기, 6-페난스리디닐기, 7-페난스리디닐기, 8-페난스리디닐기, 9-페난스리디닐기, 10-페난스리디닐기, 1-아크리디닐(acridinyl)기, 2-아크리디닐기, 3-아크리디닐기, 4-아크리디닐기, 9-아크리디닐기, 1, 7-페난스로린(phenanthroline)-2-일기, 1, 7-페난스로린-3-일기, 1, 7-페난스로린-4-일기, 1, 7-페난스로린-5-일기, 1, 7-페난스로린-6-일기, 1, 7-페난스로린-8-일기, 1, 7-페난스로린-9-일기, 1, 7-페난스로린-10-일기, 1, 8-페난스로린-2-일기, 1, 8-페난스로린-3-일기, 1, 8-페난스로린-4-일기, 1, 8-페난스로린-5-일기, 1, 8-페난스로린-6-일기, 1, 8-페난스로린-7-일기, 1, 8-페난스로린-9-일기, 1, 8-페난스로린-10-일기, 1, 9-페난스로린-2-일기, 1, 9-페난스로린-3-일기, 1, 9-페난스로린-4-일기, 1, 9-페난스로린-5-일기, 1, 9-페난스로린-6-일기, 1, 9-페난스로린-7-일기, 1, 9-페난스로린-8-일기, 1, 9-페난스로린-10-일기, 1, 10-페난스로린-2-일기, 1, 10-페난스로린-3-일기, 1, 10-페난스로린-4-일기, 1, 10-페난스로린-5-일기, 2, 9-페난스로린-1-일기, 2, 9-페난스로린-3-일기, 2, 9-페난스로린-4-일기, 2, 9-페난스로린-5-일기, 2, 9-페난스로린-6-일기, 2, 9-페난스로린-7-일기, 2, 9-페난스로린-8-일기, 2, 9-페난스로린-10-일기, 2, 8-페난스로린-1-일기, 2, 8-페난스로린-3-일기, 2, 8-페난스로린-4-일기, 2, 8-페난스로린-5-일기, 2, 8-페난스로린-6-일기, 2, 8-페난스로린-7-일기, 2, 8-페난스로린-9-일기, 2, 8-페난스로린-10-일기, 2, 7-페난스로린-1-일기, 2, 7-페난스로린-3-일기, 2, 7-페난스로린-4-일기, 2, 7-페난스로린-5-일기, 2, 7-페난스로린-6-일기, 2, 7-페난스로린-8-일기, 2, 7-페난스로린-9-일기, 2, 7-페난스로린-10-일기, 1-페나지닐(phenazinyl)기, 2-페나지닐1-페노치아지닐(phenothiazinyl)기, 2-페노치아지닐기, 3-페노치아지닐기, 4-페노치아지닐기, 10-페노치아지닐기, 1-페녹사지닐(fenoxazinyl)기, 2-페녹사지닐기, 3-페녹사지닐기, 4-페녹사지닐기, 10-페녹사지닐기, 2-옥사졸릴기, 4-옥사졸릴기, 5-옥사졸릴기, 2-옥사디아조릴(oxadiazolyl)기, 5-옥사디아조릴기, 3-후라자닐(furazanyl)기, 2-티에닐기, 3-티에닐기, 2-메틸피롤-1-일기, 2-메틸피롤-3-일기, 2-메틸피롤-4-일기, 2-메틸피롤-5-일기, 3-메틸피롤-1-일기, 3-메틸피롤-2-일기, 3-메틸피롤-4-일기, 3-메틸피롤-5-일기, 2-t-부틸피롤-4-일기, 3-(2-페닐프로필)피롤-1-일기, 2-메틸-1-인도릴기, 4-메틸-1-인도릴기, 2-메틸-3-인도릴기, 4-메틸-3-인도릴기, 2-t-부틸1-인도릴기, 4-t-부틸1-인도릴기, 2-t-부틸3-인도릴기, 4-t-부틸3-인도릴기 등을 들 수 있다.
R, Ra가 나타내는 탄소수 1 이상 10 이하의 불화알킬기의 예로서는, 트리플루오르메틸기, 펜타플루오로에틸기, 헵타플루오르프로필기, 헵타데카플루오르옥탄기 등의 퍼플루오르알킬(perfluoroalkyl)기, 또는 모노플루오르메틸기, 디플루오르메틸기, 트리이플루오르에틸기, 테트라플루오르프로필기, 옥타플루오르펜틸기 등을 들 수 있다.
R, Ra가 나타내는 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기의 예로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, s-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, n-헥실(hexyl)기, n-헵틸(heptyl)기, n-옥틸기, 하이드록시메틸기, 1-하이드록시에틸기, 2-하이드록시에틸기, 2-하이드록시이소부틸기, 1, 2-디히드록시에틸기, 1, 3-디히드록시이소프로필기, 2, 3-디히드록시-t-부틸기, 1, 2, 3-트리하이드록시프로필기, 클로로메틸기, 1-클로로에틸기, 2-클로로에틸기, 2-클로로이소부틸기, 1, 2-디클로로에틸기, 1, 3-디클로로이소프로필기, 2, 3-디클로로-t-부틸기, 1, 2, 3-트리클로로프로필기, 브로모메틸기, 1-브로모에틸기, 2-브로모에틸기, 2-브로모이소부틸기, 1, 2-디브로모에틸기, 1, 3-디브로모이소프로필기, 2, 3-디브로모-t-부틸기, 1, 2, 3-트리브로모프로필기, 요오드메틸기, 1-요오드에틸기, 2-요오드에틸기, 2-요오드이소부틸기, 1, 2-디요오드에틸기, 1, 3-디요오드이소프로필기, 2, 3-디요오드-t-부틸기, 1, 2, 3-트리요오드프로필기, 아미노메틸기, 1-아미노에틸기, 2-아미노에틸기, 2-아미노이소부틸기, 1, 2-디아미노에틸기, 1, 3-디아미노이소프로필기, 2, 3-디아미노-t-부틸기, 1, 2, 3-트리아미노프로필기, 시아노메틸기, 1-시아노에틸기, 2-시아노에틸기, 2-시아노이소부틸기, 1, 2-디시아노에틸기, 1, 3-디시아노이소프로필기, 2, 3-디시아노-t-부틸기, 1, 2, 3-트리시아노프로필기, 니트로메틸기, 1-니트로에틸기, 2-니트로에틸기, 2-니트로이소부틸기, 1, 2-디니트로에틸기, 1, 3-디니트로이소프로필기, 2, 3-디니트로-t-부틸기, 1, 2, 3-트리니트로프로필기, 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 4-메틸시클로헥실기, 1-아다만틸기, 2-아다만틸기, 1-노르보닐(norbornyl)기, 2-노르보닐기 등을 들 수 있다.
R, Ra가 나타내는 탄소수 1 이상 10 이하의 알콕시기는 -OY로 나타내지는 기고, Y의 예로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, s-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, n-헥실(hexyl)기, n-헵틸(heptyl)기, n-옥틸기, 하이드록시메틸기, 1-하이드록시에틸기, 2-하이드록시에틸기, 2-하이드록시이소부틸기, 1, 2-디히드록시에틸기, 1, 3-디히드록시이소프로필기, 2, 3-디히드록시-t-부틸기, 1, 2, 3-트리하이드록시프로필기, 클로로메틸기, 1-클로로에틸기, 2-클로로에틸기, 2-클로로이소부틸기, 1, 2-디클로로에틸기, 1, 3-디클로로이소프로필기, 2, 3-디클로로-t-부틸기, 1, 2, 3-트리클로로프로필기, 브로모메틸기, 1-브로모에틸기, 2-브로모에틸기, 2-브로모이소부틸기, 1, 2-디브로모에틸기, 1, 3-디브로모이소프로필기, 2, 3-디브로모-t-부틸기, 1, 2, 3-트리브로모프로필기, 요오드메틸기, 1-요오드에틸기, 2-요오드에틸기, 2-요오드이소부틸기, 1, 2-디요오드에틸기, 1, 3-디요오드이소프로필기, 2, 3-디요오드-t-부틸기, 1, 2, 3-트리요오드프로필기, 아미노메틸기, 1-아미노에틸기, 2-아미노에틸기, 2-아미노이소부틸기, 1, 2-디아미노에틸기, 1, 3-디아미노이소프로필기, 2, 3-디아미노-t-부틸기, 1, 2, 3-트리아미노프로필기, 시아노메틸기, 1-시아노에틸기, 2- 시아노에틸기, 2-시아노이소부틸기, 1, 2-디시아노에틸기, 1, 3-디시아노이소프로필기, 2, 3-디시아노-t-부틸기, 1, 2, 3-트리시아노프로필기, 니트로메틸기, 1-니트로에틸기, 2-니트로에틸기, 2-니트로이소부틸기, 1, 2-디니트로에틸기, 1, 3-디니트로이소프로필기, 2, 3-디니트로-t-부틸기, 1, 2, 3-트리니트로프로필기 등을 들 수 있다.
R, Ra가 나타내는 할로겐 원자로서는, 불소, 염소, 브롬, 요오드를 들 수 있다.
여기서, 제 1 층(121)에 포함되는 정공 수송성 화합물로서는, 공지의 정공 수송성 화합물을 사용할 수 있고, 특히 한정되는 것은 아니지만, 카르바졸릴기를 갖는 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.카르바졸릴기를 갖는 정공 수송성 화합물로서는, 예를 들어, 이하의 일반식 (2)로 나타내지는 아민 유도체일 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112022043150595-pat00016
일반식 (2) 중에서, Ar1, Ar2 및 Ar3은 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이고, Ar4는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기이고, L1은 단결합, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴렌기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌기이다.
Ar1~Ar3로서 구체적으로는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 펜안트릴기, 플루오레닐기, 인데닐기, 피레닐기, 아세트나프테닐기, 플루오란테닐, 트리페닐레닐기, 피리딜기, 피라닐기, 키노릴기, 이소키노릴기, 벤조후라닐기, 벤조티에닐기, 인도릴기, 카르바졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 벤조티아졸릴기, 퀴녹살릴(quinoxalyl)기, 벤조옥사졸릴기, 디벤조후라닐기, 및 디벤조티에닐기 등을 예로서 들 수 있다. 바람직하게는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 카르바졸릴기, 디벤조후라닐기 등을 예로서 들 수 있다.
Ar4로서는, 아릴기 및 헤테로아릴기는 Ar1~Ar3으로서 구체적으로 예를 든 관능기와 동일하고, 알킬기는 바람직하게는 메틸기 또는 에틸기이다.
L1은 단결합 이외의, 구체적으로는, 페닐렌기, 비페니닐렌기, 터페니닐렌기, 나프틸렌기, 안트릴렌(Anthrylene)기, 페난트릴렌(phenanthrylene)기, 플루오릴렌기, 인단디일기, 피렌디일기, 아세나프텐디일(acenaphthenediyl)기, 플루오란덴디일기, 트리페닐렌디일기, 피리딘디일기, 피란디일기, 퀴놀린디일기, 이소퀴놀린디일기, 벤조프란디일기, 벤조티오펜디일기, 인돌디일기, 카르바졸디일기, 벤조옥사졸디일기, 벤조티아졸디일기, 퀴녹살린디일기, 벤조이미다졸디일기, 디벤조퓨란디일기를 예로서 들 수 있다. 바람직하게는, 페닐렌기, 터페닐렌기, 플루오렌디일기, 카르바졸디일기, 디벤조퓨란디일기 등을 예로서 들 수 있다.
일반식 (2)로 나타내지는 화합물은 일 예로서, 이하의 구조식에 의해 나타낸 화합물이다. 단, 일반식 (2)로 나타내지는 화합물은 이하에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 12]
Figure 112022043150595-pat00017
[화학식 13]
Figure 112022043150595-pat00018
[화학식 14]
Figure 112022043150595-pat00019
또한, 유기 일렉트로루미네센스 소자(100)의 정공 수송 대역(120)에 있어서 3 층 이상의 적층 구조는 양극(110)과 제 2 층(125) 사이에, 상기 일반식 (2)로 나타내지는 화합물을 포함하는 층을 적어도 1 층(제 3 층(123))을 구비할 수 있다. 적층 구조에 있어서, 제 3 층(123)의 위치는 특히 한정되지 않지만, 제 1 층(121)과 제 2 층(125) 사이에 배치되는 것이 바람직하다.제 3 층(123)에 포함되는 일반식 (2)로 나타내지는 화합물은 제 1 층(121)에 포함되는 카르바졸릴기를 갖는 화합물로서 예를 든 화합물 23 내지 화합물 38일 수 있다.
유기 일렉트로루미네센스 소자(100)에 있어서는, 정공 수송 대역(120)에 배치한 막 조성이 다른 3 층 이상의 적층 구조에 있어서, 양극(110)측에 LUMO 준위가 -9.0 eV 이상 -4.0 eV 이하인 전자 수용성 화합물을 도프한 정공 수송성 화합물을 포함하는 제 1 층(121)을 적어도 1 층 배치하고, 발광층(130)에 인접하여, 일반식 (1)로 나타내지는 화합물을 포함하는 제 2 층(125)을 적어도 1 층 배치한다. 본 발명에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(100)는 카르바졸릴기를 갖는 아민 유도체를, 적층 구조에 있어서 발광층(130)에 인접하여 배치된 정공 수송성의 제 2 층(125)에 포함함으로써, 발광층(130)에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송성의 적층 구조를 보호할 수 있다. 또한, 발광층(130)에서 발생한 여기 상태의 에너지가 정공 수송성의 적층 구조로 확산하는 것을 방지하고, 유기 일렉트로루미네센스 소자(100) 전체의 전하 밸런스를 조정할 수 있다.
유기 일렉트로루미네센스 소자(100)에 있어서는, 전자 수용성 화합물을 포함하는 제 1 층(121)이 양극(110) 측, 특히 양극(110)에 인접하여 배치되는 것이 바람직하다. 양극(110)에 인접하여 전자 수용성 화합물을 포함하는 층을 배치함으로써, 양극으로부터의 정공 주입성을 향상시킬 수 있다. 또한, 일반식 (2)로 나타내지는, 카르바졸릴기를 갖는 정공 수송성 화합물이 제 1 층(121)에 포함됨으로써, 전하 수송성 및 통전 내구성을 향상할 수 있다.
유기 일렉트로루미네센스 소자(100)에 있어서는, 일반식 (2)로 나타내지는 카르바졸릴기를 갖는 화합물을 포함하는 제 3 층(123)이 제 1 층(121)보다도 발광층(130) 측에 배치되는 것이 바람직하다. 정공 수송성의 적층 구조에 카르바졸릴기를 갖는 화합물을 포함함으로써, 전하 수송성 및 통전 내구성을 향상할 수 있다. 또한, 제 3 층(123)이 일반식 (2)로 나타내지는 화합물을 포함함으로써, 발광층(130)에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송성의 적층 구조를 보호하는 동시에, 발광층(130)에서 발생한 여기 상태의 에너지가 정공 수송성의 적층 구조로 확산하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 카르바졸릴기를 갖는 아민 유도체인 일반식 (2)로 나타내지는 화합물은 전자 수용성 화합물이 발광층(130)으로 확산하는 것을 억제한다.
또한, 일반식 (1)로 나타내지는 화합물을 포함하는 제 2 층(125)이 발광층(130) 측에 인접하여 배치됨으로써, 제 1 층(121)에 포함되는 전자 수용성 화합물이 발광층(130)으로 확산하는 것을 억제하는 동시에, 발광층(130)에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송성의 제 1 층(121) 및 제 3 층(123)을 보호하고, 발광층(130)에서 발생한 여기 상태의 에너지가 정공 수송성의 제 1 층(121) 및 제 3 층(123)으로 확산하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제 2 층(125)가 일반식 (1)으로 나타내지는 카르바졸릴기를 갖는 아민 유도체를 포함함으로써, 적층 구조의 정공 수송성 및 통전 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 유기 일렉트로루미네센스 소자(100)에 있어서는, 양극(110)과 발광층(130) 사이의 정공 수송 대역(120)에 배치된 적층 구조 중에서, 3 층 이상의 층에 카르바졸릴기를 갖는 화합물을 포함하는 것이 바람직하다. 정공 수송성의 적층 구조에 카르바졸릴기를 갖는 화합물을 포함함으로써, 전하 수송성 및 통전 내구성을 향상할 수 있다. 또한, 유기 일렉트로루미네센스 소자(100)에 있어서는, 양극(110)과 발광층(130) 사이의 정공 수송 대역(120)에 배치된 적층 구조 중에서, 3 층 이상의 층에 일반식 (1) 또는 (2)로 나타내지는 화합물을 포함하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 발광층(130)에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송성의 적층 구조를 보호하는 동시에, 발광층(130)에서 발생한 여기 상태의 에너지가 정공 수송성의 적층 구조로 확산하는 것을 방지할 수 있다.
유기 일렉트로루미네센스 소자(100)에 있어서, 발광층(130)에서는 주로 1중항 여기 상태를 거친 발광을 얻을 수 있다. 발광층(130)의 재료로서는, 공지의 발광 재료를 사용할 수 있고, 특히 한정되는 것은 아니지만, 플루오란덴 유도체, 피렌 유도체, 아릴아세틸렌 유도체, 플루오렌 유도체, 페릴렌 유도체, 크리센 유도체 등으로부터 선택된다. 바람직하게는, 피렌 유도체, 페릴렌 유도체, 안트라센 유도체를 들 수 있다. 예를 들어, 발광층(130)의 재료로서, 이하의 일반식 (3)로 나타내지는 안트라센 유도체를 사용할 수도 있다.
[화학식 3]
Figure 112022043150595-pat00020
일반식 (3) 중에서, Ar9는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 3 이상 50 이하의 시클로알킬기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 7 이상 50 이하의 아랄킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴옥시기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴티오기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 2 이상 50 이하의 알콕시카르보닐기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 치환 혹은 무치환의 시릴기, 카르복시기, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 또는 하이드록시기고, n은 1 이상 10 이하의 정수이다.
Ar9로서 구체적으로는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 페닐나프틸기, 나프틸페닐기, 안트릴기, 펜안트릴기, 플루오레닐기, 인데닐기, 피레닐기, 아세트나프테닐기, 플루오란테닐, 트리페닐레닐기, 피리딜기, 후라닐기, 피라닐기, 티에닐기, 키노릴기, 이소키노릴기, 벤조후라닐기, 벤조티에닐기, 인도릴기, 카르바졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 벤조티아졸릴기, 퀴녹살릴(quinoxalyl)기, 벤조옥사졸릴기, 피라조릴기, 디벤조후라닐기, 및 디벤조티에닐기 등을 예로서 들 수 있다. 바람직하게는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 카르바졸릴기, 디벤조후라닐기 등을 예로서 들 수 있다.
일반식 (3)으로 나타내지는 화합물은 일 예로서, 이하의 구조식에 의해 나타낸 화합물이다. 단, 일반식 (3)으로 나타내지는 화합물은 이하에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 15]
Figure 112022043150595-pat00021
[화학식 16]
Figure 112022043150595-pat00022
상술한 바와 같이, 본 발명의 유기 일렉트로루미네센스 소자(100)는 제 1 층(121)가 LUMO 준위가 -9.0 eV 이상 -4.0 eV 이하인 전자 수용성 화합물을 도프한 정공 수송성 화합물을 포함하는 제 1 층(121)을 적어도 1 층 배치함으로써, 양극(110)으로부터의 정공 주입성을 향상시킬 수 있으나, 이와 같은 효과는 일반식 (3)으로 나타내지는 화합물을 포함하는 발광층(130)과 조합된 때에 현저하고, 유기 일렉트로루미네센스 소자(100)의 저전압 구동을 실현할 수 있다.
본 발명에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자에 대해서, 도 1에 나타낸 유기 일렉트로루미네센스 소자(100)를 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(100)에 있어서, 기판(101)은 예를 들어, 투명 유리 기판이나, 실리콘 등으로 이루어지는 반도체 기판이나, 수지 등의 플렉시블한 기판일 수 있다. 양극(110)은 기판(101) 상에 배치되고, 산화인듐주석(ITO)이나 인듐아연산화물(IZO) 등을 사용하여 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 양극(110)과 발광층(130) 사이에, 정공 수송 대역(120)이 배치된다. 일 예로서, 양극(110) 상에는, 정공 수송성 화합물에 상술한 전자 수용성 화합물을 도프함으로써, 제 1 층(121)으로서 정공 주입층이 형성된다. 정공 수송성 화합물로서는, 일반식 (2)로 나타내지는 화합물을 사용할 수도 있다.
정공 주입층(121)보다도 발광층(130) 측에는 일반식 (2)로 나타내지는 정공 수송 재료를 포함하는 재료를 사용하여 제 3 층(123)으로서 정공 수송층이 형성된다. 또한, 정공 수송층(123)은 복수 적층할 수 있고, 그 경우에는, 정공 주입층(121) 측에 배치되는 정공 수송층에는 상술한 전자 수용성 화합물을 포함할 수 있다.
정공 수송층(123)보다도 발광층(130) 측에는, 일반식 (1)로 나타내지는 정공 수송 재료를 포함하는 재료를 사용하여 제 2 층(125)으로서 중간층이 형성된다. 중간층(125)은 발광층(130)에 인접하여 형성된다. 이것에 의해, 정공 주입층(121) 및/또는 정공 수송층(123)에 포함되는 전자 수용성 화합물이 발광층(130)으로 확산하는 것을 억제하는 동시에, 발광층(130) 에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송성의 적층 구조를 보호하고, 발광층(130)에서 발생한 여기 상태의 에너지가 정공 수송성의 적층 구조로 확산하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 유기 일렉트로루미네센스 소자의 발광 효율과 수명을 개선할 수 있다.
중간층(125)에 인접하여 발광층(130)이 형성된다. 발광층(130)의 호스트 재료로서, 예를 들어 일반식 (3)으로 나타내지는 안트라센 유도체를 사용할 수도 있다. 또한, 발광층(130)은 2, 5, 8, 11-Tetra-t-butylperylene(TBP) 등의 공지의 P 형 도펀트를 포함하고, 본 발명에 있어서는 특히 한정되지 않는다.
발광층(130) 상에는, 예를 들어, Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminium(Alq3)를 포함하는 재료를 사용하여, 전자 수송층(140)이 형성된다. 전자 수송층(140) 상에는, 예를 들어, 불화리튬, 리튬8-퀴노리나토(quinolinato) 등을 포함하는 재료를 사용하여, 전자 주입층(150)이 형성된다. 또한, 전자 주입층(150) 상에는, 예를 들어, Al, Ag 등의 금속이나 산화인듐주석(ITO)이나 인듐아연옥사이드(IZO) 등의 투명 재료를 사용하여, 음극(160)이 형성된다. 이상의 각 층은 진공 증착, 스퍼터, 각종 도포 등 재료에 따른 적절한 성막 방법을 선택함으로써, 형성할 수 있다.
본 실시형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자에 있어서는, 상술한 본 발명에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료를, TFT를 사용한 액티브 매트릭스의 유기 EL 발광 장치에도 적용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(100)에 있어서는, 상술한 층 구조와 재료의 조합에 의해, 발광층(130)에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송성의 적층 구조를 보호하는 동시에, 발광층(130)에서 발생한 여기 상태의 에너지가 정공 수송성의 적층 구조로 확산하는 것을 방지하고, 유기 일렉트로루미네센스 소자(100) 전체의 전하 밸런스를 조정할 수 있다. 또한, 중간층(125)을 발광층(130) 측에 배치함으로써, 전자 수용성 화합물이 발광층(130)으로 확산하는 것을 억제하고, 유기 일렉트로루미네센스 소자의 발광 효율과 수명을 개선할 수 있다.
[실시예 1]
(제조 방법)
상술한 재료를 사용하여 실시예의 유기 일렉트로루미네센스 소자를 형성하였다. 도 2는 실시예의 유기 일렉트로루미네센스 소자(200)를 나타내는 모식도이다. 본 실시예에 있어서는, 150 nm의 막 두께의 ITO로 양극(110)을 형성하였다. 일반식 (2)로 나타내지는 화합물로서 화합물 25 또는 후술하는 화합물 41을 사용하고, 10 nm의 막 두께의 층을 형성하고, 전자 수용성 화합물로서 구조식 ac14로 나타내지는 이하에 나타내는 화합물 39를, 층을 구성하는 재료의 총 질량에 대하여 3 질량%로 되도록 도프하여 정공 주입층(221)으로서 HTL1을 형성하였다. 정공 수송층(223)로서 10 nm의 막 두께의 화합물 25 또는 후술하는 화합물 42로 HTL2를 형성하였다. 또한, 상기 일반식 (2)로 나타내지는 화합물로서 화합물 4를 사용하고, 10 nm의 막 두께의 HTL3을 형성하여 중간층(225)으로 하였다.
[화학식 17]
Figure 112022043150595-pat00023
이어서, 일반식 (3)으로 나타내지는 화합물로서, 9,10-Di(2-naphthyl)anthracene(ADN)를 포함하는 호스트 재료에 2,5,8,11-Tetra-t-butylperylene (TBP)를 3% 도프하여 25 nm의 막 두께의 발광층(130)을 형성하였다. Alq3로 25 nm의 막 두께의 전자 수송층(140)을 형성하고, LiF로 1 nm의 막 두께의 전자 주입층(150)을 형성하고, Al로 100 nm의 막 두께의 음극(116)을 형성하였다.
또한, 비교예로서, HTL1~HTL3에 상술한 화합물 이외의, 이하에 나타내는 화합물 40 내지 화합물 43을 사용하여, 유기 일렉트로루미네센스 소자를 제작하였다.
[화학식 18]
Figure 112022043150595-pat00024
제작한 유기 일렉트로루미네센스 소자의 HTL1~HTL3에 사용한 화합물의 조합을 표 1에 정리한다.
HTL1 HTL2 HTL3
실시예 1-1 화합물 25+39 화합물 25 화합물 4
실시예 1-2 화합물 41+39 화합물 25 화합물 4
실시예 1-3 화합물 25+39 화합물 42 화합물 4
비교예 1-1 화합물 25+39 화합물 4 화합물 25
비교예 1-2 화합물 25 화합물 25 화합물 4
비교예 1-3 화합물 25+39 화합물 25 화합물 40
비교예 1-4 화합물 25+39 화합물 25 화합물 43
제작한 실시예 및 비교예의 유기 일렉트로루미네센스 소자에 대해서, 전압, 전력 효율 및 전류 효율을 평가하였다. 또한, 전류 밀도는, 10 mA/cm2로 하였다. 평가 결과를 표 2에 나타낸다.
전압(V) 발광 효율(cd/A) 반감 수명(h)
실시예 1-1 6.3 7.7 3,700
실시예 1-2 6.4 7.5 3,300
실시예 1-3 6.3 7.4 2,800
비교예 1-1 6.4 7.3 2,200
비교예 1-2 7.5 6.3 2,000
비교예 1-3 6.4 7.3 2,300
비교예 1-4 6.6 7.3 2,600
표 2로부터 명확한 바와 같이, 본 발명의 실시예 1-1은 HTL1에 전자 수용성 화합물인 화합물 39를 도프하지 않는 비교예 1-2와 비교하여, 구동 전압의 저하와 동시에, 소자 수명의 향상 효과가 인정되었다. 또한, 전자 수용성 화합물을 비카르바졸계 정공 수송 재료인 화합물 41에 도프한 경우(실시예 1-2)에서도, 발광 효율과 소자 수명의 향상 효과가 인정되었다. 또한, 정공 수송층(HTL2)에 비카르바졸계 정공 수송 재료인 화합물 42를 사용한 경우(실시예 1-3)에서도, 발광 효율과 소자 수명의 향상 효과가 인정되었다. 본 발명의 실시예 1-1을, 정공 수송층(HTL2와 HTL3)에 포함되는 화합물을 교체한 경우(비교예 1-1)와 비교하면, 약간의 구동 전압의 저하와 발광 효율 및 수명의 향상이 인정되고 있다. 또한, 본 발명의 실시예 1-1 및 실시예 1-3을 HTL3에 비카르바졸계 정공 수송 재료인 화합물을 사용한 경우(비교예 1-3)나 HTL3에 상술한 일반식 (1)로 나타내지는 카르바졸릴기를 갖는 화합물과는 다른 구조를 갖는 카르바졸계 정공 수송 재료인 화합물을 사용한 경우(비교예 1-4)와 비교하면, 동일하거나 약간의 구동 전압의 저하와 발광 효율 및 수명의 향상이 인정되고 있다.
이상으로부터, 본 발명의 유기 일렉트로루미네센스 소자에 있어서는, 정공 수송 대역에 배치한 막 조성이 다른 3 층 이상의 적층 구조에 있어서, 양극 측에 LUMO 준위가 -9.0 eV 이상 -4.0 eV 이하인 전자 수용성 화합물을 도프한 정공 수송성 화합물을 포함하는 층을 적어도 1 층 배치하고, 전자 수용성 화합물을 도프한 정공 수송성 화합물을 포함하는 층보다도 발광층 측에 일반식 (1)로 나타내지는 화합물을 포함하는층을 적어도 1 층 배치함으로써, 고효율이고, 또한 장수명의 유기 일렉트로루미네센스 소자를 제공할 수 있는 것을 알 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자에 대하여 설명한다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 있어서는, 유기 일렉트로루미네센스 소자의 발광 효율의 향상 및 장수명화를 실현하기 위해, 양극(110)과 발광층(130) 사이의 정공 수송 대역(120)에, 막 조성이 다른 3 층 이상의 적층 구조를 구비한다. 이 적층 구조는 적어도 제 1 층(121) 및 제 2 층(125)을 구비한다. 적층 구조의 양극(110) 측에 배치되는 적어도 1 층(제 1 층(121))은 LUMO 준위가 -9.0 eV 이상 -4.0 eV 이하인 전자 수용성 화합물을 주체로서 형성된다. 또한, 여기서, 「전자 수용성 화합물을 주체로 한다」 라는 것은 그 전자 수용성 화합물이 제 1 층(121)를 구성하는 모든 재료의 총 질량에 대하여 50 질량% 이상 포함되어 있다는 것을 의미한다. 제 1 층(121)과 발광층(130) 사이에 배치되고, 또한 발광층에 인접하여 배치되는 적어도 1 층(제 2 층(125))은 이하의 일반식 (1)으로 나타내지는 화합물을 포함한다.
[화학식 1]
Figure 112022043150595-pat00025
일반식 (1) 중에서, Ar5~Ar8은 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이고, m은 0 이상 4 이하의 정수이고, L2 및 L3은 단결합, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴렌기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌기이다. 여기서, 인접하는 Ar5~Ar8은 고리를 형성할 수 있다. 즉, 서로 인접하는 Ar5와 Ar6은 결합하여 고리를 형성할 수 있다. 또한, 인접하는 Ar7 끼리, Ar8 끼리는 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
Ar5~Ar8로서 구체적으로는, 페닐기,비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 펜안트릴기, 플루오레닐기, 인데닐기, 피레닐기, 아세트나프테닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 피리딜기, 피라닐기, 키노릴기, 이소키노릴기, 벤조후라닐기, 벤조티에닐기, 인도릴기, 카르바졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 벤조조티아졸릴기, 퀴녹살릴(quinoxalyl)기, 벤조옥사졸릴기, 디벤조후라닐기, 및 디벤조티에닐기 등을 예로서 들 수 있다. 바람직하게는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 카르바졸릴기, 디벤조후라닐기 등을 예로서 들 수 있다.
L2 및 L3으로서는, 단결합 이외의, 구체적으로는, 페닐렌기, 비페니닐렌기, 터페니닐렌기, 나프틸렌기, 안트릴렌(Anthrylene)기, 페난트릴렌(phenanthrylene)기, 플루오리렌(fluorirane)기, 인단디일기, 피렌디일기, 아세나프텐디일기, 플루오란덴디일기, 트리페닐렌디일기, 피리딘디일기, 피란디일기, 퀴놀린디일기, 이소퀴놀린디일기, 벤조플랜지일기, 벤조티오펜디일기, 인돌디일기, 카르바졸디일기, 벤조옥사졸디일기, 벤조티아졸디일기, 퀴녹살린디일기, 벤조이미다졸디일기, 디벤조퓨란디일기를 예로서 들 수 있다. 바람직하게는, 페닐렌기, 터페닐렌기, 플루오렌디일기, 카르바졸디일기, 디벤조퓨란디일기 등을 예로서 들 수 있다.
일반식 (1)로 나타내지는 화합물은 일 예로서, 이하의 구조식에 의해 나타낸 화합물이다. 단, 일반식 (1)로 나타내지는 화합물은 이하에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 4]
Figure 112022043150595-pat00026
[화학식 5]
Figure 112022043150595-pat00027
[화학식 6]
Figure 112022043150595-pat00028
[화학식 7]
Figure 112022043150595-pat00029
[화학식 8]
Figure 112022043150595-pat00030
[화학식 9]
Figure 112022043150595-pat00031
적층 구조의 양극(110) 측에 배치되는 적어도 1 층(제 1 층(121))은, LUMO 준위가 -9.0 eV 이상 -4.0 eV 이하인 전자 수용성 화합물을 주체로서 포함한다. 제 1 층(121) 중의 전자 수용성 화합물은 제 1 층(121)을 구성하는 모든 재료의 총 질량에 대하여 50 질량% 이상이다. 전자 수용성 화합물은 일 예로서, 이하의 ac1~ac14의 구조식에 의해 나타낸 화합물이다. 단, 본 발명에 따른 전자 수용성 화합물은 이하에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 10]
Figure 112022043150595-pat00032
이상의 전자 수용성 화합물 ac1~ac14에 있어서, R은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 10 이하의 불화알킬기, 시아노기, 탄소수 1 이상 10 이하의 알콕시기, 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기이다. 단, 동일 분자 내에서 모두가 수소 원자, 중수소 원자 또는 불소 원자로 치환되는 것은 아니다. Ar은 각각 독립적으로, 전자 흡인성의 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 3 이상 30 이하의 헤테로아릴기이다. Y는 메틴기(-CH=) 또는 질소 원자(-N=)이다. Z는 유사 할로겐 또는 유황(S)이다. X는 이하에 나타내는 X1~X7의 치환기 중의 어느 하나이다.
[화학식 11]
Figure 112022043150595-pat00033
여기서, Ra는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 10 이하의 불화알킬기, 시아노기, 탄소수 1 이상 10 이하의 알콕시기, 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자 수 3 이상 30 이하의 헤테로아릴기이다.
R, Ar, Ra가 나타내는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 3 이상 30 이하의 헤테로아릴기의 예로서는, 페닐기, 1-나프틸기, 2-나프틸기, 1-안트릴기, 2-안트릴기, 9-안트릴기, 1-펜안트릴기, 2-펜안트릴기, 3-펜안트릴기, 4-펜안트릴기, 9-펜안트릴기, 1-나프타세닐기, 2-나프타세닐기, 9-나프타세닐기, 1-피레닐기, 2-피레닐기, 4-피레닐기, 2-비페닐일기, 3-비페닐일기, 4-비페닐일기, p-터페닐-4-일기, p-터페닐-3-일기, p-터페닐-2-일기, m-터페닐-4-일기, m-터페닐-3-일기, m-터페닐-2-일기, o-톨릴기, m-톨릴기, p-톨릴기, p-t-부틸페닐기, p-(2-페닐프로필)페닐기, 3-메틸-2-나프틸기, 4-메틸-1-나프틸기, 4-메틸-1-안트릴기, 4'-메틸비페닐일기, 4"-t-부틸-p-터페닐-4-일기, 플루오란테닐, 플루오레닐기, 1-피로릴기, 2-피로릴기, 3-피로릴기, 피라지닐기, 2-피리디닐(pyridinyl)기, 3-피리디닐기, 4-피리디닐기, 1-인도릴기, 2-인도릴기, 3-인도릴기, 4-인도릴기, 5-인도릴기, 6-인도릴기, 7-인도릴기, 1-이소인도릴기, 2-이소인도릴기, 3-이소인도릴기, 4-이소인도릴기, 5-이소인도릴기, 6-이소인도릴기, 7-이소인도릴기, 2-후릴기, 3-후릴기, 2-벤조후라닐기, 3-벤조후라닐기, 4-벤조후라닐기, 5-벤조후라닐기, 6-벤조후라닐기, 7-벤조후라닐기, 1-이소벤조후라닐기, 3-이소벤조후라닐기, 4-이소벤조후라닐기, 5-이소벤조후라닐기,6-이소벤조후라닐기, 7-이소벤조후라닐기, 키노릴기, 3-키노릴기, 4-키노릴기, 5-키노릴기, 6-키노릴기, 7-키노릴기, 8-키노릴기, 1-이소키노릴기, 3-이소키노릴기, 4-이소키노릴기, 5-이소키노릴기, 6-이소키노릴기, 7-이소키노릴기, 8-이소키노릴기, 2-키녹사리닐(quinoxalinyl)기, 5-키녹사리닐기, 6-키녹사리닐기, 1-카르바졸릴기, 2-카르바졸릴기, 3-카르바졸릴기, 4-카르바졸릴기, 9-카르바졸릴기, 1-페난스리디닐(phenanthridinyl)기, 2-페난스리디닐기, 3-페난스리디닐기, 4-페난스리디닐기, 6-페난스리디닐기, 7-페난스리디닐기, 8-페난스리디닐기, 9-페난스리디닐기, 10-페난스리디닐기, 1-아크리디닐(acridinyl)기, 2-아크리디닐기, 3-아크리디닐기, 4-아크리디닐기, 9-아크리디닐기, 1,7-페난스로린(phenanthroline)-2-일기, 1,7-페난스로린-3-일기, 1,7-페난스로린-4-일기, 1,7-페난스로린-5-일기, 1,7-페난스로린-6-일기, 1,7-페난스로린-8-일기, 1,7-페난스로린-9-일기, 1,7-페난스로린-10-일기, 1,8-페난스로린-2-일기, 1,8-페난스로린-3-일기, 1,8-페난스로린-4-일기, 1,8-페난스로린-5-일기, 1,8-페난스로린-6-일기, 1,8-페난스로린-7-일기, 1,8-페난스로린-9-일기, 1,8-페난스로린-10-일기, 1,9-페난스로린-2-일기, 1,9-페난스로린-3-일기, 1,9-페난스로린-4-일기, 1,9-페난스로린-5-일기, 1,9-페난스로린-6-일기, 1,9-페난스로린-7-일기, 1,9-페난스로린-8-일기, 1,9-페난스로린-10-일기, 1,10-페난스로린-2-일기, 1,10-페난스로린-3-일기, 1,10-페난스로린-4-일기, 1,10-페난스로린-5-일기, 2,9-페난스로린-1-일기, 2,9-페난스로린-3-일기, 2,9-페난스로린-4-일기, 2,9-페난스로린-5-일기, 2,9-페난스로린-6-일기, 2,9-페난스로린-7-일기, 2,9-페난스로린-8-일기, 2,9-페난스로린-10-일기, 2,8-페난스로린-1-일기, 2,8-페난스로린-3-일기, 2,8-페난스로린-4-일기, 2,8-페난스로린-5-일기, 2,8-페난스로린-6-일기, 2,8-페난스로린-7-일기, 2,8-페난스로린-9-일기, 2,8-페난스로린-10-일기, 2,7-페난스로린-1-일기, 2,7-페난스로린-3-일기, 2,7-페난스로린-4-일기, 2,7-페난스로린-5-일기, 2,7-페난스로린-6-일기, 2,7-페난스로린-8-일기, 2,7-페난스로린-9-일기, 2,7-페난스로린-10-일기, 1-페나지닐(phenazinyl)기, 2-페나지닐기, 1-페노치아지닐(phenothiazinyl)기, 2-페노치아지닐기, 3-페노치아지닐기, 4-페노치아지닐기, 10-페노치아지닐기, 1-헤녹사지닐기, 2-헤녹사지닐기, 3-헤녹사지닐기, 4-헤녹사지닐기, 10-헤녹사지닐기, 2-옥사졸릴기, 4-옥사졸릴기, 5-옥사졸릴릴기, 2-옥사디아조릴(oxadiazolyl)기, 5-옥사디아조릴기, 3-후라자닐기, 2-티에닐기, 3-티에닐기, 2-메틸피롤-1-일기, 2-메틸피롤-3-일기, 2-메틸피롤-4-일기, 2-메틸피롤-5-일기, 3-메틸피롤-1-일기, 3-메틸피롤-2-일기, 3-메틸피롤-4-일기, 3-메틸피롤-5-일기, 2-t-부틸피롤-4-일기, 3-(2-페닐프로필)피롤-1-일기, 2-메틸-1-인도릴기, 4-메틸-1-인도릴기, 2-메틸-3-인도릴기, 4-메틸-3-인도릴기, 2-t-부틸1-인도릴기, 4-t-부틸1-인도릴기, 2-t-부틸3-인도릴기, 4-t-부틸3-인도릴기 등을 들 수 있다.
R, Ra가 나타내는 탄소수 1 이상 10 이하의 불화알킬기의 예로서는, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1~10의 불화알킬기의 예로서는,트리플루오르메틸기, 펜타플루오로에틸기, 헵타플루오르프로필기, 헵타데카플루오르옥탄기 등의 퍼플루오르알킬(perfluoroalkyl)기, 또는 모노플루오르메틸기, 디플루오르메틸기, 트리플루오르에틸기, 테트라플루오르프로필기, 옥타플루오르펜틸기 등을 들 수 있다.
R, Ra가 나타내는 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기의 예로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, s-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, n-헥실(hexyl)기, n-헵틸(heptyl)기, n-옥틸기, 하이드록시메틸기, 1-하이드록시에틸기, 2-하이드록시에틸기, 2-하이드록시이소부틸기, 1,2-디히드록시에틸기, 1,3-디히드록시이소프로필기, 2,3-디히드록시-t-부틸기, 1,2,3-트리하이드록시프로필기, 클로로메틸기, 1-클로로에틸기, 2-클로로에틸기, 2-클로로이소부틸기, 1,2-디클로로에틸기, 1,3-디클로로이소프로필기, 2,3-디클로로-t-부틸기, 1,2,3-트리클로로프로필기, 브로모메틸기, 1-브로모에틸기, 2-브로모에틸기, 2-브로모이소부틸기, 1,2-디브로모에틸기, 1,3-디브로모이소프로필기, 2,3-디브로모-t-부틸기, 1,2,3-트리브로모프로필기, 요오드메틸기, 1-요오드에틸기, 2-요오드에틸기, 2-요오드이소부틸기, 1,2-디요오드에틸기, 1,3-디요오드이소프로필기, 2,3-디요오드-t-부틸기, 1,2,3-트리요오드프로필기, 아미노메틸기, 1-아미노에틸기, 2-아미노에틸기, 2-아미노이소부틸기, 1,2-디아미노에틸기, 1,3-디아미노이소프로필기, 2,3-디아미노-t-부틸기, 1,2,3-트리아미노프로필기, 시아노메틸기, 1-시아노에틸기, 2-시아노에틸기, 2-시아노이소부틸기, 1,2-디시아노에틸기, 1,3-디시아노이소프로필기, 2,3-디시아노-t-부틸기, 1,2,3-트리시아노프로필기, 니트로메틸기, 1-니트로에틸기, 2-니트로에틸기, 2-니트로이소부틸기, 1,2-디니트로에틸기, 1,3-디니트로이소프로필기, 2,3-디니트로-t-부틸기, 1,2,3-트리니트로프로필기, 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 4-메틸시클로헥실기, 1-아다만틸기, 2-아다만틸기, 1-노르보닐(norbornyl)기, 2-노르보닐기 등을 들 수 있다.
R, Ra가 나타내는 탄소수 1 이상 10 이하의 알콕시기는 -OY로 나타내지는 기이고, Y의 예로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, s-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, n-헥실(hexyl)기, n-헵틸(heptyl)기, n-옥틸기, 하이드록시메틸기, 1-하이드록시에틸기, 2-하이드록시에틸기, 2-하이드록시이소부틸기, 1, 2-디히드록시에틸기, 1, 3-디히드록시이소프로필기, 2, 3-디히드록시-t-부틸기, 1, 2, 3-트리하이드록시프로필기, 클로로메틸기, 1-클로로에틸기, 2-클로로에틸기, 2-클로로이소부틸기, 1, 2-디클로로에틸기, 1,3-디클로로이소프로필기, 2,3-디클로로-t-부틸기, 1,2,3-트리클로로프로필기, 브로모메틸기, 1-브로모에틸기, 2-브로모에틸기, 2-브로모이소부틸기, 1,2-디브로모에틸기, 1,3-디브로모이소프로필기, 2,3-디브로모-t-부틸기, 1,2,3-트리브로모프로필기, 요오드메틸기, 1-요오드에틸기, 2-요오드에틸기, 2-요오드이소부틸기, 1,2-디요오드에틸기, 1,3-디요오드이소프로필기, 2,3-디요오드-t-부틸기, 1,2,3-트리요오드프로필기, 아미노메틸기, 1-아미노에틸기, 2-아미노에틸기, 2-아미노이소부틸기, 1,2-디아미노에틸기, 1,3-디아미노이소프로필기, 2,3-디아미노-t-부틸기, 1,2,3-트리아미노프로필기, 시아노메틸기, 1-시아노에틸기, 2-시아노에틸기, 2-시아노이소부틸기, 1,2-디시아노에틸기, 1,3-디시아노이소프로필기, 2,3-디시아노-t-부틸기, 1,2,3-트리시아노프로필기, 니트로메틸기, 1-니트로에틸기, 2-니트로에틸기, 2-니트로이소부틸기, 1,2-디니트로에틸기, 1,3-디니트로이소프로필기, 2,3-디니트로-t-부틸기, 1,2,3-트리니트로프로필기 등을 들 수 있다.
R, Ra가 나타내는 할로겐 원자로서는, 불소, 염소, 브롬, 요오드를 들 수 있다.
또한, 유기 일렉트로루미네센스 소자(100)의 정공 수송 대역(120)에 있어서 3 층 이상의 적층 구조는 제 1 층(121)과 제 2 층(125) 사이에, 이하의 일반식 (2)로 나타내지는 화합물을 포함하는 층을 적어도 1 층(제 3 층(123))을 구비할 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112022043150595-pat00034
일반식 (2) 중에서, Ar1, Ar2 및 Ar3은 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이고, Ar4는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기이고, L1은 단결합, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴렌기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌기이다.
일반식 (2) 중에서, Ar1~Ar3으로서 구체적으로는, 페닐기,비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 펜안트릴기, 플루오레닐기, 인데닐기, 피레닐기, 아세트나프테닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 피리딜기, 피라닐기, 키노릴기, 이소키노릴기, 벤조후라닐기, 벤조티에닐기, 인도릴기, 카르바졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 벤조조티아졸릴기, 퀴녹살릴(quinoxalyl)기, 벤조옥사졸릴기, 디벤조후라닐기, 및 디벤조티에닐기 등을 예로서 들 수 있다. 바람직하게는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 카르바졸릴기, 디벤조후라닐기 등을 예로서 들 수 있다.
Ar4로서는, 아릴기 및 헤테로아릴기는 Ar1~Ar3로서 구체적으로 예를 든 관능기와 동일하고, 알킬기는 바람직하게는 메틸기 또는 에틸기이다.
L1은 단결합 이외의, 구체적으로는, 페닐렌기, 비페니닐렌기, 터페니닐렌기, 나프틸렌기, 안트릴렌(Anthrylene)기, 페난트릴렌(phenanthrylene)기, 플루오리렌(fluorirane)기, 인단디일기, 피렌디일기, 아세나프텐디일기, 플루오란덴디일기, 트리페닐렌디일기, 피리딘디일기, 피란디일기, 퀴놀린디일기, 이소퀴놀린디일기, 벤조플랜지일기, 벤조티오펜디일기, 인돌디일기, 카르바졸디일기, 벤조옥사졸디일기, 벤조티아졸디일기, 퀴녹살린디일기, 벤조이미다졸디일기, 디벤조퓨란디일기를 예로서 들 수 있다. 바람직하게는, 페닐렌기, 터페닐렌기, 플루오렌디일기, 카르바졸디일기, 디벤조퓨란디일기 등을 예로서 들 수 있다.
일반식 (2)로 나타내지는 화합물은 일 예로서, 이하의 구조식에 의해 나타낸 화합물이다. 단, 일반식 (2)으로 나타내지는 화합물은 이하에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 12]
Figure 112022043150595-pat00035
[화학식 13]
Figure 112022043150595-pat00036
[화학식14]
Figure 112022043150595-pat00037
유기 일렉트로루미네센스 소자(100)에 있어서는, 정공 수송 대역(120)에 배치한 막 조성이 다른 3 층 이상의 적층 구조에 있어서, 양극(110) 측에 LUMO 준위가 -9.0 eV 이상 -4.0 eV 이하인 전자 수용성 화합물을 주체로 하여 형성된 제 1 층(121)을 적어도 1 층 배치하고, 발광층(130)에 인접하여, 일반식 (1)로 나타내지는 화합물을 포함하는 제 2 층(125)을 적어도 1 층 배치한다.
제 1 층(121)이 LUMO 준위가 -9.0 eV 이상 -4.0 eV 이하인 전자 수용성 화합물을 주체로서 형성됨으로써, 양극(110)으로부터의 정공 주입성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 일 실시 형태에 있어서, 전자 수용성 화합물을 포함하는 제 1 층(121)이 양극(110) 측, 특히 양극(110)에 인접하여 배치되는 것이 바람직하고, 유기 일렉트로루미네센스 소자(100)의 양극(110)으로부터의 정공 주입성을 현저히 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(100)은 일반식 (1)로 나타내지는 카르바졸릴기를 갖는 아민 유도체를 포함하는 정공 수송성의 제 2 층(125)가 발광층(130)에 인접하여 배치됨으로써, 발광층(130)에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송성의 적층 구조를 보호할 수 있다. 또한, 발광층(130)에서 발생한 여기 상태의 에너지가 정공 수송성의 적층 구조로 확산하는 것을 방지하고, 유기 일렉트로루미네센스 소자(100) 전체의 전하 밸런스를 조정할 수 있다.
유기 일렉트로루미네센스 소자(100)에 있어서는, 일반식 (2)로 나타내지는, 카르바졸릴기를 갖는 화합물을 포함하는 제 3 층(123)이 제 1 층(121)보다도 발광층(130) 측에 배치되는 것이 바람직하다. 정공 수송성의 적층 구조에 카르바졸릴기를 갖는 화합물을 포함함으로써, 전하 수송성 및 통전 내구성을 향상할 수 있다. 또한, 제 3 층(123)이 일반식 (2)로 나타내지는 화합물을 포함함으로써, 발광층(130)에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송성의 적층 구조를 보호하는 동시에, 발광층(130)에서 발생한 여기 상태의 에너지가 정공 수송성의 적층 구조로 확산하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 카르바졸릴기를 갖는 아민 유도체인 일반식 (2)로 나타내지는 화합물은 전자 수용성 화합물이 발광층(130)으로 확산하는 것을 억제한다.
또한, 상술한 바와 같이 일반식 (1)로 나타내지는 화합물을 포함하는 제 2 층(125)이 발광층(130) 측에 인접하여 배치됨으로써, 제 1 층(121)에 포함되는 전자 수용성 화합물이 발광층(130)으로 확산하는 것을 억제하는 동시에, 발광층(130)에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송성의 제 1 층(121) 및 제 3 층(123)을 보호하고, 발광층(130)에서 발생한 여기 상태의 에너지가 정공 수송성의 제 1 층(121) 및 제 3 층(123)으로 확산하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제 2 층(125)이 일반식 (1)으로 나타내지는 카르바졸릴기를 갖는 아민 유도체를 포함함으로써, 적층 구조의 정공 수송성 및 통전 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 유기 일렉트로루미네센스 소자(100)에 있어서는, 양극(110)과 발광층(130) 사이의 정공 수송 대역(120)의 적층 구조를 구성하는 층에 카르바졸릴기를 갖는 화합물을 포함하는 것이 바람직하다. 정공 수송 대역(120)의 적층 구조를 구성하는 층에 카르바졸릴기를 갖는 화합물을 포함함으로써, 전하 수송성 및 통전 내구성을 향상할 수 있다. 또한, 유기 일렉트로루미네센스 소자(100)에 있어서는, 양극(110)과 발광층(130) 사이의 정공 수송 대역(120)의 적층 구조를 구성하는 층에 일반식 (1) 또는 (2)로 나타내지는 화합물을 포함하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 발광층(130)에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송성의 적층 구조를 보호하는 동시에, 발광층(130)에서 발생한 여기 상태의 에너지가 정공 수송성의 적층 구조로 확산하는 것을 방지할 수 있다.
유기 일렉트로루미네센스 소자(100)에 있어서, 발광층(130)에서는 주로 1중항 여기 상태를 거친 발광을 얻을 수 있다. 발광층(130)의 재료로서는, 기지의 발광 재료를 사용할 수 있고, 특히 한정되는 것은 아니지만, 플루오란덴 유도체, 피렌 유도체, 아릴아세틸렌 유도체, 플루오렌 유도체, 페릴렌 유도체, 크리센 유도체 등으로부터 선택된다. 바람직하게는, 피렌 유도체, 페릴렌 유도체, 안트라센 유도체를 들 수 있다. 예를 들어, 발광층(130)의 재료로서, 이하의 일반식 (3)으로 나타내지는 안트라센 유도체를 사용할 수도 있다.
[화학식 3]
Figure 112022043150595-pat00038
일반식 (3) 중에서, Ar9는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 3 이상 50 이하의 시클로알킬기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 7 이상 50 이하의 아랄킬(aralkyl)기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴옥시기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴티오기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 2 이상 50 이하의 알콕시카르보닐기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 고리 형성 탄소 수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 치환 혹은 무치환의 시릴기, 카르복시기, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기 또는 하이드록시기이고, n은 1 이상 10 이하의 정수이다.
일반식 (3) 중에서, Ar9로서 구체적으로는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 페닐나프틸기, 나프틸페닐기, 안트릴기, 펜안트릴기, 플루오레닐기, 인데닐기, 피레닐기, 아세트나프테닐기, 플루오란테닐, 트리페닐레닐기, 피리딜기, 후라닐기, 피라닐기, 티에닐기, 키노릴기, 이소키노릴기, 벤조후라닐기, 벤조티에닐기, 인도릴기, 카르바졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 벤조티아졸릴기, 퀴녹살릴(quinoxalyl)기, 벤조옥사졸릴기, 피라조릴기, 디벤조후라닐기, 및 디벤조티에닐기 등을 예로서 들 수 있다. 바람직하게는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 카르바졸릴기, 디벤조후라닐기 등을 예로서 들 수 있다.
일반식 (3)으로 나타내지는 화합물은 일 예로서, 이하의 구조식에 의해 나타낸 화합물이다. 단, 일반식 (3)으로 나타내지는 화합물은 이하에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 15]
Figure 112022043150595-pat00039
[화학식 16]
Figure 112022043150595-pat00040
상술한 바와 같이, 본 발명의 유기 일렉트로루미네센스 소자(100)은 제 1 층(121)이 LUMO 준위가 -9.0 eV 이상 -4.0 eV 이하인 전자 수용성 화합물을 주체로서 형성됨으로써, 양극(110)으로부터의 정공 주입성을 향상시킬 수 있지만, 이와 같은 효과는 일반식 (3)으로 나타내지는 화합물을 포함하는 발광층(130)과 조합된 때에 현저하고, 유기 일렉트로루미네센스 소자(100)의 저전압 구동을 실현할 수 있다.
본 발명에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자에 대해서, 도 1에 나타낸 유기 일렉트로루미네센스 소자(100)를 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(100)에 있어서, 기판(101)은 예를 들어, 투명 유리 기판이나, 실리콘 등으로 이루어지는 반도체 기판이나, 수지 등의 플렉시블한 기판일 수 있다. 양극(110)은 기판(101) 상에 배치되고, 산화인듐주석(ITO)이나 인듐아연산화물(IZO) 등을 사용하여 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 양극(110)과 발광층(130) 사이에, 정공 수송 대역(120)이 배치된다. 일 예로서, 양극(110) 상에는, 전자 수용성 화합물 재료를 주로 사용하여 제 1 층(121)로서 정공 주입층이 형성된다.
정공 주입층(121)보다도 발광층(130) 측에는 일반식 (2)로 나타내지는 정공 수송 재료를 포함하는 재료를 사용하여 제 3 층(123)으로서 정공 수송층이 형성된다. 또한, 정공 수송층(123)은 복수 적층할 수 있고, 그 경우에는, 정공 주입층(121) 측에 배치되는 정공 수송층에는 상술한 전자 수용성 화합물을 포함할 수 있다.
정공 수송층(123)보다도 발광층(130) 측에는, 일반식 (1)로 나타내지는 정공 수송 재료를 포함하는 재료를 사용하여 제 2 층(125)으로서 중간층이 형성된다. 중간층(125)은 발광층(130)에 인접하여 형성된다. 이것에 의해, 정공 주입층(121) 및/또는 정공 수송층(123)에 포함되는 전자 수용성 화합물이 발광층(130)으로 확산하는 것을 억제하는 동시에, 발광층(130) 에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송성의 적층 구조를 보호하고, 발광층(130)에서 발생한 여기 상태의 에너지가 정공 수송성의 적층 구조로 확산하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 유기 일렉트로루미네센스 소자의 발광 효율과 수명을 개선할 수 있다.
중간층(125)에 인접하여 발광층(130)이 형성된다. 발광층(130)의 호스트 재료로서, 예를 들어 일반식 (3)으로 나타내지는 안트라센 유도체를 사용할 수도 있다. 발광층(130)은 2,5,8,11-Tetra-t-butylperylene(TBP) 등의 공지의 P 형 도펀트를 포함하고, 본 발명에 있어서는 특히 한정되지 않는다.
발광층(130) 상에는, 예를 들어, Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminium(Alq3)를 포함하는 재료를 사용하여, 전자 수송층(140)이 형성된다. 전자 수송층(140) 상에는, 예를 들어, 불화리튬, 리튬8-퀴노리나토(quinolinato) 등을 포함하는 재료를 사용하여, 전자 주입층(150)이 형성된다. 또한, 전자 주입층(150) 상에는, 예를 들어, Al, Ag 등의 금속이나 산화한인듐주석(ITO)이나 인듐아연옥사이드(IZO) 등의 투명 재료를 사용하여, 음극(160)이 형성된다. 이상 각 층은 진공 증착, 스퍼터, 각종 도포 등 재료에 따른 적절한 성막 방법을 선택함으로써, 형성할 수 있다.
본 실시형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자에 있어서는, 상술한 본 발명에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료를, TFT(Thin Film Transistor)를 사용한 액티브 매트릭스의 유기 EL 발광 장치에도 적용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(100)에 있어서는, 상술한 층 구조와 재료의 조합에 의해, 발광층(130)에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송성의 적층 구조를 보호하는 동시에, 발광층(130)에서 발생한 여기 상태의 에너지가 정공 수송성의 적층 구조로 확산하는 것을 방지하고, 유기 일렉트로루미네센스 소자(100) 전체의 전하 밸런스를 조정할 수 있다. 또한, 중간층(125)을 발광층(130)측에 배치함으로써, 전자 수용성 화합물이 발광층(130)으로 확산하는 것을 억제하고, 유기 일렉트로루미네센스 소자의 발광 효율과 수명을 개선할 수 있다.
[실시예 2]
(제조 방법)
상술한 재료를 사용하여 실시예의 유기 일렉트로루미네센스 소자를 형성하였다. 도 2는 실시예의 유기 일렉트로루미네센스 소자(200)를 나타내는 모식도이다. 본 실시예에 있어서는, 150 nm의 막 두께의 ITO로 양극(110)을 형성하였다. 10 nm의 막 두께의 층을 형성하고, 전자 수용성 화합물로서 구조식 ac14로 나타내지는 이하에 나타내는 화합물 39를 사용하여 정공 주입층(221)로서 HTL1를 형성하였다. 일반식 (2)로 나타내지는 화합물로서 화합물 25 또는 후술하는 화합물 41을 사용하고, 정공 수송층(223)로서 10 nm의 막 두께의 HTL2를 형성하였다. 또한, 상기 일반식 (1)로 나타내지는 화합물로서 화합물 4를 사용하고, 10 nm의 막 두께의 HTL3을 형성하여 중간층(225)으로 하였다.
[화학식 17]
Figure 112022043150595-pat00041
이어서, 일반식 (3)으로 나타내지는 화합물로서, 9,10-Di(2-naphthyl)anthracene(ADN)를 포함하는 호스트 재료에 2,5,8,11-Tetra-t-butylperylene (TBP)를 3% 도프하여 25 nm의 막 두께의 발광층(130)을 형성하였다. Alq3로 25 nm의 막 두께의 전자 수송층(140)을 형성하고, LiF로 1 nm의 막 두께의 전자 주입층(150)을 형성하고, Al로 100 nm의 막 두께의 음극(116)을 형성하였다.
또한, 비교예로서, HTL1~HTL3에 상술한 화합물 이외의, 이하에 나타내는 화합물 40 내지 화합물 42를 사용하여, 유기 일렉트로루미네센스 소자를 제작하였다.
[화학식 18]
Figure 112022043150595-pat00042
제작한 유기 일렉트로루미네센스 소자의 HTL1~HTL3에 사용한 화합물의 조합을 표 3에 정리한다.
HTL1 HTL2 HTL3
실시예 2-1 화합물 39 화합물 25 화합물 4
실시예 2-2 화합물 39 화합물 41 화합물 4
비교예 2-1 화합물 39 화합물 4 화합물 25
비교예 2-2 화합물 25 화합물 25 화합물 4
비교예 2-3 화합물 39 화합물 25 화합물 40
비교예 2-4 화합물 39 화합물 25 화합물 42
제작한 실시예 및 비교예의 유기 일렉트로루미네센스 소자에 대해서, 전압, 전력 효율 및 전류 효율을 평가하였다. 또한, 전류 밀도는, 10 mA/cm2로 하였다. 평가 결과를 표 4에 나타낸다.
전압(V) 발광 효율(cd/A) 반감 수명(h)
실시예 2-1 6.5 7.7 3,500
실시예 2-2 6.6 7.5 2,900
비교예 2-1 6.8 6.5 2,100
비교예 2-2 7.5 6.3 2,000
비교예 2-3 6.5 7.3 2,400
비교예 2-4 6.7 7.4 2,500
표 4로부터 명확한 바와 같이, 본 발명의 실시예 2-1은 HTL2와 HTL3를 교체한 경우(비교예 2-1)와 비교한 경우, 및, HTL1~HTL3에 전자 수용성 화합물을 포함하는 층을 사용하지 않는 경우(비교예 2-2)와 비교한 경우, 동시에 발광 효율의 개선 및 소자 수명의 향상 효과가 인정되었다. 또한, 정공 수송층(HTL2)에 비카르바졸계 정공 수송 재료인 화합물 41을 사용한 경우(실시예 2-2)에서도, 발광 효율과 소자 수명의 향상 효과가 인정되었다. 또한, 본 발명의 실시예 2-1을 HTL3에 비카르바졸계의 정공 수송성 화합물 40을 사용한 경우(비교예 2-3)이나 HTL3에 상술한 일반식 (1)로 나타내지는 카르바졸릴기를 갖는 화합물과는 다른 구조를 갖는 카르바졸계 정공 수송 재료인 화합물 42를 사용한 경우(비교예 2-4)와 비교하면, 발광 효율의 개선 및 소자 수명의 향상 효과가 인정되었다.
이상으로부터, 본 발명의 유기 일렉트로루미네센스 소자에 있어서는, 정공 수송 대역에 배치한 막 조성이 다른 3 층 이상의 적층 구조에 있어서, 양극 측에 LUMO 준위가 -9.0 eV 이상 -4.0 eV 이하인 전자 수용성 화합물을 주체로서 형성된 층을 적어도 1 층 배치하고, 전자 수용성 화합물을 주로 포함하는 층보다도 발광층 측에 일반식 (1)로 나타내지는 화합물을 포함하는 층을 적어도 1 층 배치함으로써, 고효율이고, 또한 장수명의 유기 일렉트로루미네센스 소자를 제공할 수 있는 것을 알 수 있다.
100 : 유기 EL 소자 101 : 기판
110 : 양극 120 : 정공 수송 대역
121 : 제 1 층 123 : 제 3 층
125 : 제 2 층 130 : 발광층
140 : 전자 수송층 150 : 전자 주입층
160 : 음극 200 : 유기 EL 소자
220 : 정공 수송 대역 221 : 제 1 층
223 : 제 3 층 225 : 제 2 층

Claims (12)

  1. 양극과 발광층 사이에 적층 구조를 구비하고,
    상기 적층 구조는,
    하기 ac1 내지 ac14 중 어느 하나로 나타내지는 전자 수용성 화합물이 도프된 정공 수송성 화합물을 포함하는 제 1 층;
    상기 제 1 층과 상기 발광층 사이에 배치되고, 또한 상기 발광층에 인접하고, 이하의 일반식 (1)로 나타내지는 화합물을 포함하는 제 2 층; 및
    상기 양극과 상기 제 2 층 사이에 배치되고, 이하의 일반식 (2)로 나타내지는 화합물을 포함하는 제 3 층; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네센스 소자:
    Figure 112022124926057-pat00076

    상기 ac1 내지 ac14 중에서,
    R은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 10 이하의 불화알킬기, 시아노기, 탄소수 1 이상 10 이하의 알콕시기, 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기이고,
    복수 개의 R들을 포함하는 경우, 상기 복수 개의 R들 모두가 수소 원자, 중수소 원자, 또는 불소 원자로 치환되는 것은 아니고,
    Ar은 각각 독립적으로 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 3 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고,
    Y는 메틴기(-CH=) 또는 질소 원자(-N=)이고,
    Z는 유사 할로겐 또는 황 원자이고,
    X는 하기 x1 내지 x7 중 어느 하나로 표시된다:
    Figure 112022124926057-pat00077

    상기 x1 내지 x7 중에서,
    Ra는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 10 이하의 불화알킬기, 시아노기, 탄소수 1 이상 10 이하의 알콕시기, 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자 수 3 이상 30 이하의 헤테로아릴기이다:
    [화학식 1]
    Figure 112022124926057-pat00043

    상기 일반식 (1) 중에서,
    Ar5 및 Ar6은 각각 독립적으로 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이고,
    Ar7은 수소 원자, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 Ar7과 결합하여 고리를 형성하고,
    Ar8은 수소 원자, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 Ar8과 결합하여 고리를 형성하고,
    m은 0 이상 4 이하의 정수이고,
    L2는 단결합이고,
    L3은 하기 화학식 A로 표시된다:
    [화학식 A]
    Figure 112022124926057-pat00044

    상기 화학식 A에서,
    n1은 1 또는 2이고,
    Ar5 및 Ar6 중 어느 하나가 치환 또는 무치환의 플루오레닐기인 경우, 나머지 하나는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 12 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 12 이상 50 이하의 헤테로아릴기이고,
    Ar5 및 Ar6이 비페닐기인 경우, 인접하는 Ar7이 서로 결합하여 고리를 형성하거나 또는 n1이 2이다:
    [화학식 2]
    Figure 112022124926057-pat00045

    상기 일반식 (2) 중에서,
    Ar1, Ar2 및 Ar3은 각각 독립적으로 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 결합하여 고리를 형성하고,
    Ar4는 수소 원자, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기이고,
    L1은 단결합, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴렌기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌기이다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 층이, 상기 일반식 (2)로 나타내지는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광층이, 이하의 일반식 (3)으로 나타내지는 안트라센 유도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네센스 소자:
    [화학식 3]
    Figure 112022043150595-pat00046

    상기 일반식 (3) 중에서,
    Ar9는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 3 이상 50 이하의 시클로알킬기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 7 이상 50 이하의 아랄킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴옥시기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴티오기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 2 이상 50 이하의 알콕시카르보닐기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 치환 혹은 무치환의 시릴기, 카르복시기, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 또는 하이드록시기고, n은 1 이상 10 이하의 정수이다.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제 2 층은
    하기 화학식 4, 하기 화학식 5, 하기 화학식 6, 하기 화학식 7, 하기 화학식 8 및 하기 화학식 9로 표시되는 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 것인 유기 일렉트로루미네센스 소자:
    [화학식 4]
    Figure 112022043150595-pat00047

    [화학식 5]
    Figure 112022043150595-pat00048

    [화학식 6]
    Figure 112022043150595-pat00049

    [화학식 7]
    Figure 112022043150595-pat00050

    [화학식 8]
    Figure 112022043150595-pat00051

    [화학식 9]
    Figure 112022043150595-pat00052
    .
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제 3 층은
    하기 화학식 12, 하기 화학식 13 및 하기 화학식 14로 표시되는 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 것인 유기 일렉트로루미네센스 소자:
    [화학식 12]
    Figure 112022043150595-pat00053

    [화학식 13]
    Figure 112022043150595-pat00054

    [화학식 14]
    Figure 112022043150595-pat00055
    .
  6. 제3항에 있어서,
    상기 안트라센 유도체는
    하기 화학식 15 및 하기 화학식 16으로 표시되는 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 것인 유기 일렉트로루미네센스 소자:
    [화학식 15]
    Figure 112022043150595-pat00056

    [화학식 16]
    Figure 112022043150595-pat00057
    .
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