KR102546673B1 - 유기 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

유기 발광 소자와 표시 장치는 제1 전극, 제1 전극 상에 배치되는 정공 제어층, 정공 제어층 상에 배치되는 발광층, 발광층 상에 배치되는 전자 제어층 및 전자 제어층 상에 배치되는 제2 전극을 포함하고, 발광층은 정공 수송성 호스트 물질, 전자 수송성 호스트 물질, 바이폴라(bipolar)형 호스트 물질 및 1종 이상의 도펀트 물질을 포함하여, 고효율 및 장 수명 특성을 가질 수 있다.

Description

유기 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치{ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE AND DISPLAY DEVICE HAVING THE SAME}
본 발명은 유기 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치에 대한 것이다.
유기발광 소자(ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE)는 자발광형 소자로서 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수하다. 또한, 유기발광 소자는 응답시간이 빠르며, 휘도가 높고 구동전압이 낮은 장점을 가진다.
일반적으로 유기발광 소자는 애노드, 애노드 상에 순차적으로 배치된 정공 수송층, 발광층, 전자수송층 및 캐소드를 포함한다. 여기에서 정공 수송층, 발광층 및 전자수송층은 유기화합물로 이루어진 유기 박막들이다.
한편, 유기 발광 소자에서 발광층에 인광용 호스트 물질을 사용하는 것들이 알려져 왔으며, 예를 들어 인광용 호스트 물질로 4,4'-N,N'-디카바졸-비페닐(CBP)등이 사용되었다. 하지만, 발광층에 단일의 호스트 물질을 사용한 경우에는 소자의 효율 및 발광 수명이 충분하지 않은 문제가 있다.
본 발명의 목적은 발광층에 복수의 호스트 재료를 포함하여, 효율이 개선되고 발광 수명이 증가된 유기 발광 소자와 표시 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예는 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 배치되는 정공 제어층; 상기 정공 제어층 상에 배치되는 발광층; 상기 발광층 상에 배치되는 전자 제어층; 및 상기 전자 제어층 상에 배치되는 제2 전극; 을 포함하고, 상기 발광층은 정공 수송성 호스트 물질, 전자 수송성 호스트 물질, 바이폴라(bipolar)형 호스트 물질 및 1종 이상의 도펀트 물질을 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.
상기 바이폴라형 호스트 물질은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112015118576390-pat00001
상기 화학식 1에 있어서, X, Y는 각각 독립적으로 NR, S, O 및 Si 중 어느 하나이고, R은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 5 이상 40 이하의 헤테로아릴기일 수 있다.
L1 및 L2는 각각 독립적으로, 탄소수 1 이상 40 이하의 2가의 알킬기, 탄소수 2 이상 40 이하의 2가의 알케닐기, 탄소수 2 이상 40 이하의 2가의 알키닐기, 고리형성 탄소수 5 이상 40 이하의 2가의 아릴기, 고리형성 탄소수 1 이상 40 이하의 2가의 헤테로아릴기, 탄소수 6 이상 40 이하의 2가의 아릴알킬기, 탄소수 6 이상 40 이하의 2가의 헤테로아릴알킬기, 탄소수 3 이상 40 이하의 2가의 시클로알킬기, 탄소수 1 이상 40 이하의 2가의 할로겐알킬기, 및 탄소수 3 이상 40 이하의 2가의 헤테로시클로알킬기로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 5 이상 60 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 이상 60 이하의 헤테로아릴기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 60 이하의 축합다환기로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. n1, n2, m1 및 m2는 각각 독립적으로 0 또는 1일 수 있다.
상기 바이폴라형 호스트 물질은 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112015118576390-pat00002
상기 화학식 2에 있어서, R1 내지 R3은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 5 이상 40 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 5 이상 40 이하의 헤테로아릴기이고, a1은 0 또는 1일 수 있다.
상기 헤테로아릴기는 각각 독립적으로, N, S 및 O로부터 선택된 어느 하나의 헤테로원자를 포함할 수 있다.
상기 R1 내지 R3은 하기 화학식 3에 표시된 화합물 중 어느 하나일 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112015118576390-pat00003
상기 화학식 1로 표시되는 상기 바이폴라형 호스트 물질은 하기 화학식 4에 표시되는 화합물들로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
[화학식 4]
Figure 112015118576390-pat00004
상기 바이폴라형 호스트 물질은 하기 화학식 5로 표시될 수 있다.
[화학식 5]
Figure 112015118576390-pat00005
상기 화학식 5에 있어서, R4 내지 R6는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6이상 40 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 5 이상 40 이하의 헤테로 아릴기이고, 상기 치환 또는 비치환은 하기 화학식 6으로 표시되는 치환기들로 치환되거나 또는 치환되지 않은 것이고, a2는 0 또는 1일 수 있다.
[화학식 6]
Figure 112015118576390-pat00006
상기 화학식 1로 표시되는 상기 바이폴라형 호스트 물질은 하기 화학식 7에 표시되는 화합물들로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
[화학식 7]
Figure 112015118576390-pat00007
상기 정공 수송성 호스트 물질은 하기 화학식 8으로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 8]
Figure 112015118576390-pat00008
상기 화학식 8에 있어서, L11은 단일결합, 치환 또는 비치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌기일 수 있다.
R11 내지 R12는 각각 독립적으로, 수소, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 탄소수 3 이상 40 이하의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기일 수 있다.
상기 정공 수송성 호스트 물질은 하기 화학식 9에 표시된 화합물들로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
[화학식 9]
Figure 112015118576390-pat00009
상기 전자 수송성 호스트 물질은 하기 화학식 10으로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 10]
Figure 112015118576390-pat00010
상기 화학식 10에 있어서, L31 내지 L33은 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 이상 10 이하의 시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 헤테로시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 이상 10 이하의 시클로알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 헤테로시클로알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 60 이하의 헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 2가 비-방향족 축합다환 그룹 및 치환 또는 비치환된 2가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중에서 선택될 수 있다.
Ar31 내지 Ar33은 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 60 이하의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 축합다환 그룹, 및 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중에서 선택될 수 있다.
R31 내지 R33은 각각 독립적으로, 수소, 중수소, 할로겐 원자, 하이드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실산기 또는 이의 염, 술폰산기 또는 이의 염, 인산기 또는 이의 염, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 60 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 60 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 60 이하의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 60 이하의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 이상 10 이하의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 이상 10 이하의 시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 헤테로시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴티오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1이상 60 이하의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 축합다환 그룹, 및 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중에서 선택될 수 있다.
a31, a32, a33 및 b31은 각각 독립적으로, 0 내지 3의 정수이고, b32, b33, m32 및 m33은 각각 독립적으로, 0 내지 4의 정수이고, m31은 1 내지 4의 정수일 수 있다.
상기 m31은 1이고, 상기 m32 및 상기 m33은 0일 수 있다.
상기 R31 내지 R33은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐 원자, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, iso-프로필기, n-부틸기, iso-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 페닐기, 나프틸기, 피리딜기, 피리미딜기, 피라지닐기, 플루오레닐기 및 카바졸기로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 전자 수송성 호스트 물질은 하기 화학식 11로 표시되는 화합물들로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
[화학식 11]
Figure 112015118576390-pat00011
상기 정공 제어층은 상기 제1 전극과 인접하여 배치되는 정공 주입층 및 상기 발광층과 인접하여 배치되는 정공 수송층을 포함할 수 있다.
상기 전자 제어층은 상기 발광층과 인접하여 배치되는 전자 수송층 및 상기 제2 전극과 인접하여 배치되는 전자 주입층을 포함할 수 있다.
다른 실시예는 복수의 화소들을 포함하고, 상기 복수의 화소들 중 적어도 하나는 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 배치되는 정공 제어층; 상기 정공 제어층 상에 배치되는 발광층; 상기 발광층 상에 배치되는 전자 제어층; 및 상기 전자 제어층 상에 배치되는 제2 전극; 을 포함하고, 상기 발광층은 정공 수송성 호스트 물질, 전자 수송성 호스트 물질, 바이폴라(bipolar)형 호스트 물질 및 1종 이상의 도펀트 물질을 포함하는 표시 장치를 제공한다.
상기 바이폴라형 호스트 물질은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112015118576390-pat00012
상기 화학식 1에 있어서, X, Y는 각각 독립적으로 NR, S, O 및 Si 중 어느 하나이고, R은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 5 이상 40 이하의 헤테로아릴기이고, L1 및 L2는 각각 독립적으로, 탄소수 1 이상 40 이하의 2가의 알킬기, 탄소수 2 이상 40 이하의 2가의 알케닐기, 탄소수 2 이상 40 이하의 2가의 알키닐기, 고리형성 탄소수 5 이상 40 이하의 2가의 아릴기, 고리형성 탄소수 1 이상 40 이하의 2가의 헤테로아릴기, 탄소수 6 이상 40 이하의 2가의 아릴알킬기, 탄소수 6 이상 40 이하의 2가의 헤테로아릴알킬기, 탄소수 3 이상 40 이하의 2가의 시클로알킬기, 탄소수 1 이상 40 이하의 2가의 할로겐알킬기, 및 탄소수 3 이상 40 이하의 2가의 헤테로시클로알킬기로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 60의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 축합다환기로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. n1, n2, m1 및 m2는 각각 독립적으로 0 또는 1일 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 상기 바이 폴라형 호스트 물질은 하기 화학식 4에 표시되는 화합물들로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
[화학식 4]
Figure 112015118576390-pat00013
상기 화학식 1로 표시되는 상기 바이 폴라형 호스트 물질은 하기 화학식 7에 표시되는 화합물들로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
[화학식 7]
Figure 112015118576390-pat00014
일 실시예에서 3개의 호스트 재료를 발광층에 포함하여 발광 효율과 수명이 모두 개선된 유기 발광 소자와 표시 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예의 유기 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 표시 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 표시 장치에 포함되는 화소들 중 하나의 회로도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 표시 장치에 포함되는 화소들 중 하나를 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 4의 I-I'선에 대응하여 개략적으로 나타낸 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
한편, 본 발명의 화학식의 표시에 있어서
Figure 112015118576390-pat00015
는 화합물에서의 연결부분을 나타낸 것이다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자에 대한 단면도이다. 일 실시예의 유기 발광 소자는 순차적으로 적층된 적층형 유기 발광 소자일 수 있다. 도면을 참조하면 유기 발광 소자는 제1 전극(EL1), 정공 제어층(HCL), 발광층(EML), 전자 제어층(ECL) 및 제2 전극(EL2)을 포함한다.
제1 전극(EL1)은 도전성을 갖는다. 제1 전극(EL1)은 화소 전극 또는 양극(Anode)일 수 있다. 제1 전극(EL1)은 투과형 전극, 반투과형 전극 또는 반사형 전극일 수 있다. 제1 전극(EL1)이 투과형 전극인 경우, 제1 전극(EL1)은 투명 금속 산화물, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 이루어질 수 있다. 제1 전극(EL1)이 반투과형 전극 또는 반사형 전극인 경우, 제1 전극(EL1)은 Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr 또는 금속의 혼합물을 포함할 수 있다. 하지만, 제1 전극을 구성하는 물질은 상술한 예시 물질에 한정되지 않는다.
또한, 제1 전극 또는 제2 전극은 복수의 층으로 구성될 수 있다. 제1 전극 또는 제2 전극은 스퍼터링법 또는 진공 증착법 등을 이용하여 제공될 수 있다.
제1 전극(EL1) 상에는 유기층이 배치될 수 있다. 유기층은 발광층(EML)을 포함한다. 유기층은 정공 제어층(HCL) 및 전자 제어층(ECL)을 더 포함할 수 있다.
정공 제어층(HCL)은 제1 전극(EL1) 상에 제공된다. 정공 제어층(HCL)은 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL)을 포함할 수 있으며, 도면에 도시되지는 않았으나 버퍼층 및 전자 저지층 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
정공 제어층(HCL)은 단일 물질로 이루어진 단일층, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층 또는 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 정공 제어층(HCL)은 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층의 구조를 갖거나, 제1 전극(EL1)으로부터 차례로 적층된 정공 주입층(HIL)/정공 수송층(HTL), 정공 주입층(HIL)/정공 수송층(HTL)/버퍼층, 정공 주입층(HIL)/버퍼층, 정공 수송층(HTL)/버퍼층 또는 정공 주입층(HIL)/정공 수송층(HTL)/전자 저지층의 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
정공 제어층(HCL)은 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
정공 제어층(HCL)이 정공 주입층(HIL)을 포함할 경우, 정공 제어층(HCL)은 구리프탈로시아닌(copper phthalocyanine) 등의 프탈로시아닌(phthalocyanine) 화합물; DNTPD (N,N'-diphenyl-N,N'-bis-[4-(phenyl-m-tolyl-amino)-phenyl]-biphenyl-4,4'-diamine), m-MTDATA(4,4',4"-tris(3-methylphenylphenylamino) triphenylamine), TDATA(4,4'4"-Tris(N,N-diphenylamino)triphenylamine), 2TNATA(4,4',4"-tris{N,-(2-naphthyl)-N-phenylamino}-triphenylamine), PEDOT/PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/Poly(4-styrenesulfonate)), PANI/DBSA(Polyaniline/Dodecylbenzenesulfonic acid), PANI/CSA(Polyaniline/Camphor sulfonicacid), PANI/PSS((Polyaniline)/Poly(4-styrenesulfonate)) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
정공 제어층(HCL)이 정공 수송층(HTL)을 포함할 경우, 정공 제어층(HCL)은 N-페닐카바졸, 폴리비닐카바졸 등의 카바졸계 유도체, 플루오렌(fluorine)계 유도체, TPD(N,N'-bis(3-methylphenyl)-N,N'-diphenyl-[1,1-biphenyl]-4,4'-diamine), TCTA(4,4',4"-tris(N-carbazolyl)triphenylamine) 등과 같은 트리페닐아민계 유도체, NPB(N,N'-di(1-naphthyl)-N,N'-diphenylbenzidine), TAPC(4,4'-Cyclohexylidene bis[N,N-bis(4-methylphenyl)benzenamine]) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
정공 제어층(HCL)의 두께는 약 100Å 내지 약 10000Å, 예를 들어, 약 100Å 내지 약 1000Å일 수 있다. 정공 제어층(HCL)이 정공 주입층(HIL) 및 정공 수송층(HTL)을 모두 포함하면, 정공 주입층(HIL)의 두께는 약 100Å 내지 약 10000Å, 예를 들어, 약 100Å 내지 약 1000Å이고, 정공 수송층(HTL)의 두께는 약 50Å 내지 약 2000Å, 예를 들어 약 100Å 내지 약 1500Å일 수 있다. 정공 제어층(HCL), 정공 주입층(HIL) 및 정공 수송층(HTL)의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 정공 수송 특성을 얻을 수 있다.
정공 제어층(HCL)은 앞서 언급한 물질 외에, 도전성 향상을 위하여 전하 생성 물질을 더 포함할 수 있다. 전하 생성 물질은 정공 제어층(HCL) 내에 균일하게 또는 불균일하게 분산되어 있을 수 있다. 전하 생성 물질은 예를 들어, p-도펀트(dopant)일 수 있다. p-도펀트는 퀴논(quinone) 유도체, 금속 산화물 및 시아노(cyano)기 함유 화합물 중 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, p-도펀트의 비제한적인 예로는, TCNQ(Tetracyanoquinodimethane) 및 F4-TCNQ(2,3,5,6-tetrafluoro-tetracyanoquinodimethane) 등과 같은 퀴논 유도체, 텅스텐 산화물 및 몰리브덴 산화물 등과 같은 금속 산화물 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
앞서 언급한 바와 같이, 정공 제어층(HCL)은 정공 주입층(HIL) 및 정공 수송층(HTL) 외에, 버퍼층 및 전자 저지층 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 버퍼층은 발광층(EML)에서 방출되는 광의 파장에 따른 공진 거리를 보상하여 광 방출 효율을 증가시킬 수 있다. 버퍼층에 포함되는 물질로는 정공 제어층(HCL)에 포함될 수 있는 물질을 사용할 수 있다. 전자 저지층은 전자 제어층(ECL)으로부터 정공 제어층(HCL)으로의 전자 주입을 방지하는 역할을 하는 층이다.
발광층(EML)은 정공 제어층(HCL) 상에 제공된다. 발광층(EML)은 단일층 또는 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
발광층(EML)은 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
일 실시예의 유기 발광 소자에서 발광층(EML)은 3개의 호스트 물질을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 일 실시예의 유기 발광 소자에서 발광층은 정공 수송성 호스트 물질, 전자 수송성 호스트 물질 및 바이폴라(bipolar)형 호스트 물질을 포함할 수 있다. 또한, 발광층은 1종 이상의 도펀트 물질을 포함할 수 있다.
일 실시예에서 바이폴라형 호스트 물질은 하기 화학식 1로 표시되는 호스트 물질일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112015118576390-pat00016
상기 화학식 1에서, X, Y는 각각 독립적으로 NR, S, O 및 Si 중 어느 하나이고, 이때 R은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 5 이상 40 이하의 헤테로아릴기일 수 있다.
L1 및 L2는 각각 독립적으로, 탄소수 1 이상 40 이하의 2가의 알킬기, 탄소수 2 이상 40 이하의 2가의 알케닐기, 탄소수 2 이상 40 이하의 2가의 알키닐기, 고리형성 탄소수 5 이상 40 이하의 2가의 아릴기, 고리형성 탄소수 1 이상 40 이하의 2가의 헤테로아릴기, 탄소수 6 이상 40 이하의 2가의 아릴알킬기, 탄소수 6 이상 40 이하의 2가의 헤테로아릴알킬기, 탄소수 3 이상 40 이하의 2가의 시클로알킬기, 탄소수 1 이상 40 이하의 2가의 할로겐알킬기, 및 탄소수 3 이상 40 이하의 2가의 헤테로시클로알킬기로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
또한, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 60의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 축합다환기로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
한편, 본 명세서에서 "치환 또는 비치환된"이라는 용어는 중수소, 할로겐기, 니트릴기, 니트로기, 아미노기, 포스핀옥사이드기, 알콕시기, 아릴옥시기, 알킬티옥시기, 아릴티옥시기, 알킬술폭시기, 아릴술폭시기, 실릴기, 붕소기, 알킬기, 시클로알킬기, 알케닐기, 아릴기, 아르알킬기, 아르알케닐기, 알킬아릴기, 알킬아민기, 헤테로아릴아민기, 아릴아민기, 또는 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되거나, 상기 예시된 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환기로 치환 또는 비치환된 것을 의미한다. 예컨대, "2 이상의 치환기가 연결된 치환기"는 비페닐기일 수 있다. 즉, 비페닐기는 아릴기일 수도 있고, 2개의 페닐기가 연결된 치환기로 해석될 수 있다.
예를 들어, Ar1 및 Ar2에서 아릴기, 헤테로아릴기 및 축합다환기의 치환기는 탄소수 1 이상 40 이하의 알킬기, 탄소수 2 이상 40 이하의 알케닐기, 탄소수 2 이상 40 이하의 알키닐기, 고리형성 탄소수 5 이상 40 이하의 아릴기, 고리형성 탄소수 1 이상 40 이하의 헤테로아릴기, 탄소수 1 이상 40 이하의 알콕시기, 탄소수 5 이상 40 이하의 아릴옥시기, 탄소수 1 이상 40 이하의 알킬아미노기, 탄소수 5 이상 40 이하의 아릴아미노기, 탄소수 5 이상 40 이하의 디아릴아미노기, 탄소수 5 이상 40 이하의 헤테로아릴아미노기, 탄소수 2 이상 40 이하의 디헤테로아릴아미노기, 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴알킬기, 탄소수 6 이상 40 이하의 헤테로아릴알킬기, 탄소수 3 이상 40 이하의 시클로알킬기, 탄소수 1 이상 40 이하의 할로겐알킬기, 탄소수 3 이상 40 이하의 헤테로시클로알킬기, 탄소수 3 이상 40 이하의 알킬실릴기, 탄소수 3 이상 40 이하의 아릴실릴기, 및 탄소수 3 이상 40 이하의 헤테로아릴실릴기로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 실시예는 이에 한정하지 않는다.
화학식 1에서 n1, n2, m1 및 m2는 각각 독립적으로 0 또는 1이다.
화학식 1로 표시되는 바이폴라형 호스트 물질은 정공 수송성 특징과 전자 수송성 특징을 모두 가질 수 있다. 바이폴라형 호스트 물질은 치환기의 선택에 따라 선택적으로 정공 수송성 특징 또는 전자 수송성 특징을 더 우세하게 나타낼 수 있다.
일 실시예에서 바이폴라형 호스트 물질은 하기 화학식 2로 표시되는 물질일 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112015118576390-pat00017
화학식 2에서, R1 내지 R3은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 5 이상 40 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 5 이상 40 이하의 헤테로아릴기이고, a1은 0 또는 1이다. 구체적으로 R1 내지 R3에서 헤테로아릴기는 각각 독립적으로 N, S 및 O로부터 선택된 어느 하나의 헤테로 원자를 포함할 수 있다.
예를 들어, R1 내지 R3은 아래의 화학식 3에 표시된 화합물들로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112015118576390-pat00018
보다 구체적으로는 화학식 3에 예시적으로 나타낸 R1 내지 R3에서의 결합 위치는 아래와 같을 수 있다.
Figure 112015118576390-pat00019
화학식 2로 표시되는 바이폴라형 물질은 전자 수송성 특징에 비하여 정공 수송성 특징이 우세한 호스트 물질일 수 있다. 구체적으로 화학식 2로 표시되는 바이폴라형 호스트 물질은 아래의 화학식 4에 표시되는 화합물들일 수 있으나, 실시예는 이에 한정하지 않는다.
[화학식 4]
Figure 112015118576390-pat00020
또한, 일 실시예의 바이폴라형 호스트 물질은 하기의 화학식 5로 표시될 수 있다.
[화학식 5]
Figure 112015118576390-pat00021
상기 화학식 5에 있어서, R4 내지 R6는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6이상 40 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 5 이상 40 이하의 헤테로 아릴기일 수 있다. 또한, R4 내지 R6의 아릴기 또는 헤테로아릴기에서, 치환 또는 비치환은 하기 화학식 6으로 표시되는 치환기들로 치환되거나 또는 치환되지 않은 것을 나타낼 수 있다.
[화학식 6]
Figure 112015118576390-pat00022
화학식 5에 있어서, a2는 0 또는 1일 수 있다.
화학식 5로 표시되는 바이폴라형 물질은 정공 수송성 특징에 비하여 전자 수송성 특징이 우세한 호스트 물질일 수 있다. 구체적으로 화학식 5로 표시되는 바이폴라형 호스트 물질은 아래의 화학식 7에 표시되는 화합물들일 수 있으나, 실시예는 이에 한정하지 않는다.
[화학식 7]
Figure 112015118576390-pat00023
일 실시예의 유기 발광 소자에서 발광층은 아래와 화학식 8으로 표시되는 정공 수송성 호스트 물질을 포함할 수 있다.
[화학식 8]
Figure 112015118576390-pat00024
화학식 8에서, L11은 단일결합, 치환 또는 비치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌기이고, R11 내지 R12는 각각 독립적으로, 수소, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 탄소수 3 이상 40이하의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다. 이때, 할로겐 원자는 F, Cl, Br, I 중 어느 하나일 수 있다.
화학식 8으로 표시되는 정공 수송성 호스트 물질은 카바졸계 화합물일 수 있다. 일 실시예에서 화학식 8으로 표시되는 카바졸계 정공 수송성 호스트는 발광층에 포함되어 유기 발광 소자의 수명을 증가시키는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 정공 수송성 호스트 물질은 아래의 화학식 9에서 표시되는 화합물들로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
[화학식 9]
Figure 112015118576390-pat00025
일 실시예에서 발광층에 포함되는 전자 수송성 호스트 물질은 아래의 화학식 10으로 표시될 수 있다.
[화학식 10]
Figure 112015118576390-pat00026
L31 내지 L33은 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 이상 10 이하의 시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 헤테로시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 이상 10 이하의 시클로알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 헤테로시클로알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 60 이하의 헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 2가 비-방향족 축합다환 그룹 및 치환 또는 비치환된 2가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중에서 선택될 수 있다.
Ar31 내지 Ar33은 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1이상 60 이하의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중에서 선택될 수 있다.
R31 내지 R33은 각각 독립적으로, 수소, 중수소, 할로겐 원자, 하이드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실산기 또는 이의 염, 술폰산기 또는 이의 염, 인산기 또는 이의 염, 치환 또는 비치환된 탄소수 1이상 60 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2이상 60 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 60 이하의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 60 이하의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 이상 10 이하의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3이상 10 이하의 시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 헤테로시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴티오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 60 이하의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중에서 선택될 수 있다.
a31, a32, a33 및 b31은 각각 독립적으로, 0 내지 3의 정수이고, b32, b33, m32 및 m33은 각각 독립적으로, 0 내지 4의 정수이고, m31은 1 내지 4의 정수일 수 있다.
화학식 10으로 표시되는 트리페닐렌계 전자 수송성 호스트 물질은 예를 들어 화학식 11에 표시된 화합물들로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 일 실시예의 유기 발광 소자에서 전자 수송성 호스트 물질로서 화학식 11에 표시되는 화합물중 어느 하나를 포함하여 발광 소자의 효율을 개선할 수 있다.
[화학식 11]
Figure 112015118576390-pat00027
일 실시예에서 발광층은 3종의 호스트 물질과 함께 1종 이상의 도펀트 물질을 포함할 수 있다. 도펀트는 발광층에서 방출되는 빛의 색상에 따라 그 재료를 달리할 수 있다.
발광층(EML)이 적색을 발광할 때, 발광층(EML)에 포함되는 도펀트는 예를 들어, PIQIr(acac)(bis(1-phenylisoquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(acac)(bis(1-phenylquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(tris(1-phenylquinoline)iridium) 및 PtOEP(octaethylporphyrin platinum)과 같은 금속 착화합물(metal complex) 또는 유기 금속 착체(organometallic complex)에서 선택할 수 있다.
발광층(EML)이 녹색을 발광할 때, 발광층(EML)에 포함되는 도펀트는 예를 들어, Ir(ppy)3(fac-tris(2-phenylpyridine)iridium)와 같은 금속 착화합물(metal complex) 또는 유기 금속 착체(organometallic complex)에서 선택할 수 있다.
발광층(EML)이 청색을 발광할 때, 발광층(EML)에 포함되는 도펀트는 예를 들어, (4,6-F2ppy)2Irpic와 같은 금속 착화합물(metal complex) 또는 유기 금속 착체(organometallic complex)에서 선택할 수 있다.
일 실시예의 유기 발광 소자에서 3종의 서로 다른 호스트 물질을 포함함으로써 발광 소자의 수명과 효율을 모두 개선시킬 수 있다. 즉, 일 실시예의 유기 발광 소자는 수명 증가에 효과를 가지는 카바졸계열의 정공 수송성 호스트 물질과 효율 개선에 효과를 갖는 트리페닐렌계 전자 수송성 호스트 및 소자의 효율과 수명 특성을 보완할 수 있는 바이폴라형 호스트 물질을 모두 발광층에 포함한다. 따라서, 3종의 호스트 물질을 포함함으로써 종래의 단일의 호스트 재료를 사용하는 경우 또는 2종의 호스트 재료만을 사용한 경우에 비하여 개선된 발광 효율 및 수명을 가질 수 있다.
발광층 상에는 전자 제어층(ECL)이 제공될 수 있다. 전자 제어층(ECL)은 정공 저지층(미도시), 전자 수송층(ETL) 및 전자 주입층(EIL) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 전자 제어층(ECL)은, 발광층(EML)으로부터 차례로 적층된 전자 수송층(ETL)/전자 주입층(EIL) 또는 정공 저지층/전자 수송층(ETL)/전자 주입층(EIL)의 구조를 가지거나, 이들 중 둘 이상의 층이 혼합된 단일층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전자 제어층(ECL)은 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
전자 제어층(ECL)이 전자 수송층(ETL)을 포함할 경우, 전자 제어층(ECL)은 Alq3(Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum), TPBi(1,3,5-Tri(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)phenyl), BCP(2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), Bphen(4,7-Diphenyl-1,10-phenanthroline), TAZ(3-(4-Biphenylyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole), NTAZ(4-(Naphthalen-1-yl)-3,5-diphenyl-4H-1,2,4-triazole), tBu-PBD(2-(4-Biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole), BAlq(Bis(2-methyl-8-quinolinolato-N1,O8)-(1,1'-Biphenyl-4-olato)aluminum), Bebq2(berylliumbis(benzoquinolin-10-olate)), ADN(9,10-di(naphthalene-2-yl)anthracene) 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 전자 수송층의 두께는 약 100Å 내지 약 1000Å, 예를 들어 약 150Å 내지 약 500Å일 수 있다. 전자 수송층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 전자 수송 특성을 얻을 수 있다.
전자 제어층(ECL)이 전자 주입층(EIL)을 포함할 경우, 전자 제어층(ECL)은 LiF, LiQ (Lithium quinolate), Li2O, BaO, NaCl, CsF, Yb와 같은 란타넘족 금속, 또는 RbCl, RbI와 같은 할로겐화 금속 등이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 전자 주입층은 또한 전자 수송 물질과 절연성의 유기 금속염(organo metal salt)이 혼합된 물질로 이루어질 수 있다. 유기 금속염은 에너지 밴드 갭(energy band gap)이 대략 4eV 이상의 물질이 될 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 유기 금속염은 금속 아세테이트(metal acetate), 금속 벤조에이트(metal benzoate), 금속 아세토아세테이트(metal acetoacetate), 금속 아세틸아세토네이트(metal acetylacetonate) 또는 금속 스테아레이트(stearate)를 포함할 수 있다. 전자 주입층의 두께는 약 1Å 내지 약 100Å, 약 3Å 내지 약 90Å일 수 있다. 전자 주입층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 전자 주입 특성을 얻을 수 있다.
전자 제어층(ECL)은 앞서 언급한 바와 같이, 정공 저지층을 포함할 수 있다. 정공 저지층은 예를 들어, BCP(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) 및 Bphen(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 정공 저지층의 두께는 약 20Å 내지 약 1000Å, 예를 들어 약 30Å 내지 약 300Å일 수 있다. 정공 저지층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 우수한 정공 저지 특성을 얻을 수 있다.
제2 전극(EL2)은 전자 제어층(ECL) 상에 제공된다. 제2 전극(EL2)은 공통 전극 또는 음극(Cathode)일 수 있다. 제2 전극(EL2)은 투과형 전극, 반투과형 전극 또는 반사형 전극일 수 있다.
제2 전극(EL2)이 투과형 전극인 경우, 제2 전극(EL2)은 Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Mg, BaF, Ba, Ag 또는 이들의 화합물이나 혼합물(예를 들어, Ag와 Mg의 혼합물)을 포함할 수 있다.
제2 전극(EL2)은 보조 전극을 포함할 수 있다. 보조 전극은 상기 물질이 발광층(EML)을 향하도록 증착하여 형성된 막 및 막 상에 투명 금속 산화물, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide), Mo, Ti 등을 포함할 수 있다.
제2 전극(EL2)이 반투과형 전극 또는 반사형 전극인 경우, 제2 전극(EL2)은 Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Mo, Ti 또는 이들의 화합물이나 혼합물(예를 들어, Ag와 Mg의 혼합물)을 포함할 수 있다. 또는 예시된 물질로 형성된 반사막이나 반투과막 및 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 형성된 투명 도전막을 포함하는 복수의 층 구조일 수 있다.
유기 발광 소자(OEL)가 전면 발광형일 경우, 제1 전극(EL1)은 반사형 전극이고, 제2 전극(EL2)은 투과형 전극 또는 반투과형 전극일 수 있다. 유기 발광 소자가 배면 발광형일 경우, 제1 전극(EL1)은 투과형 전극 또는 반투과형 전극이고, 제2 전극(EL2)은 반사형 전극일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자(OEL)에서, 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2)에 각각 전압이 인가됨에 따라 제1 전극(EL1)으로부터 주입된 정공(hole)은 정공 제어층(HCL)을 거쳐 발광층(EML)으로 이동되고, 제2 전극(EL2)으로부터 주입된 전자가 전자 제어층(ECL)을 거쳐 발광층(EML)으로 이동된다. 전자와 정공은 발광층(EML)에서 재결합하여 여기자(exciton)을 생성하며, 여기자가 여기 상태에서 바닥 상태로 떨어지면서 발광하게 된다.
이하에서는, 실시예 및 비교예를 참조하면서, 본 발명의 일 실시예에 사용된 바이폴라형 호스트 물질 및 이를 포함하는 유기 발광 소자에 대해서 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시예는 예시적인 것으로서, 본 발명의 실시 형태에 따른 바이폴라형 호스트 물질 및 이를 포함하는 유기 발광 소자가 하기의 실시예에 한정되지 않는다.
[실시예]
<1. 바이폴라형 호스트 물질의 합성>
일 실시예에 사용된 바이폴라형 호스트 물질의 합성 방법에 대하여, 화학식 4의 H-1 내지 H-5 화합물의 합성 방법을 예시하여 구체적으로 설명한다. 이하에서 설명하는 바이폴라형 호스트의 합성법은 일 실시예로서 본 발명의 일 실시예에 사용되는 바이폴라형 호스트 물질의 합성법이 후술하는 실시예의 방법에 한정되는 것은 아니다.
(반응식 1-1)
Figure 112015118576390-pat00028
반응식 1-1은 바이폴라형 호스트 물질의 합성에 사용되는 중간체 화합물 A의 합성 반응을 간략히 나타낸 것이다.
<중간체 A 합성>
2-nitro-N,N-diphenyl-3a1H-phenalen-1-amine 5g을 Triethylphosphite 15g에 용해 시킨 후 질소 하에서 12시간 환류 교반 하였다. 반응 종료 후 진공 증류(Vacuum Distillation)로 미반응 Triethylphosphite를 제거 하고, 헥산(Hexane):메틸클로라이드(Methyl Chloride)의 비율을 4 : 1 (v/v)으로 한 용매로 추출하였다. 이후 크로마토그래피로 분리 정제하여 목적 화합물인 중간체 A (수율 46.5%)를 획득하였다.
(반응식 1-2)
Figure 112015118576390-pat00029
반응식 2는 중간체 A로부터 바이폴라형 호스트 물질인 H-1 내지 H-5를 합성한 반응식의 예시를 간략히 나타낸 것이다.
<화합물 H-1 합성>
합성한 중간체 A와 브로모벤젠(Bromobenzene)을 넣은 플라스크에 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐(0)(Pd2(dba)3) 0.03 당량, 트리부틸포스핀 0.06 당량, 톨루엔 (0.1M)를 첨가하여 교반한 후 12시간 후 상온으로 냉각하였다. 이후 메틸클로라이드로 추출하고 증류수로 씻어주었다. 황산마그네슘(MgSO4)으로 건조시키고 감압 증류한 후 잔류물을 컬럼으로 분리하여 화합물 H-1(수율 82%)을 얻었다. 생성된 화합물은 고분해능질량분석기 및 1H NMR을 통하여 확인하였다. 확인된 합성 화합물의 질량은 421이었다. [HRMS for C31H22N2 [M]+: calcd: 422.53, found: 421, Elemental Analysis for C31H22N2 calcd : C, 88.12; H, 5.25; N, 6.63]
<화합물 H-2 합성>
중간체 A와 4-bromodibenzo[b,d]thiophene을 사용하였다는 점을 제외하고는 화합물 H-1의 합성방법과 동일한 방법을 이용하여 화합물 H-2(수율 81%)를 얻었다. 생성된 화합물은 고분해능질량분석기 및 1H NMR을 통하여 확인하였다. 확인된 합성 화합물의 질량은 527이었다. [HRMS for C37H24N2S [M]+: calcd: 528.67, found: 527, Elemental Analysis for C37H24N2S calcd : C, 84.06; H, 4.58; N, 5.30; S, 6.06]
<화합물 H-3 합성>
중간체 A와 4-bromodibenzo[b,d]furan을 사용하였다는 점을 제외하고는 화합물 H-1의 합성방법과 동일한 방법을 이용하여 화합물 H-3(수율 77.4%)을 얻었다. 생성된 화합물은 고분해능질량분석기 및 1H NMR을 통하여 확인하였다. 확인된 합성 화합물의 질량은 511이었다. [HRMS for C37H24N2O [M]+: calcd: 512.61, found: 511, Elemental Analysis for C37H24N2O calcd : C, 86.69; H, 4.72; N, 5.46; O, 3.12]
<화합물 H-4 합성>
중간체 A와 (9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)Bromide를 사용하였다는 점을 제외하고는 화합물 H-1의 합성방법과 동일한 방법을 이용하여 화합물 H-4(수율 79%)를 얻었다. 생성된 화합물은 고분해능질량분석기 및 1H NMR을 통하여 확인하였다. 확인된 합성 화합물의 질량은 586이었다. [HRMS for C43H29N3 [M]+: calcd: 587.24, found: 586, Elemental Analysis for C43H29N3 calcd : C, 87.88; H, 4.97; N, 7.15]
<화합물 H-5 합성>
중간체 A와 2-bromo-9,9-dimethyl-9H-fluorene을 사용하였다는 점을 제외하고는 화합물 H-1의 합성방법과 동일한 방법을 이용하여 화합물 H-5(수율 82.7%)를 얻었다. 생성된 화합물은 고분해능질량분석기 및 1H NMR을 통하여 확인하였다. 확인된 합성 화합물의 질량은 537이었다. [HRMS for C40H30N2 [M]+: calcd: 538.69, found: 537, Elemental Analysis for C40H30N2 calcd : C, 89.19; H, 5.61; N, 5.20]
<2. 정공 수송성 호스트 물질의 합성>
일 실시예에 사용된 정공 수송성 호스트 물질의 합성 방법에 대하여, 화학식 9의 A-1 내지 A-7 화합물의 합성 방법을 예시하여 구체적으로 설명한다. 이하에서는 설명하는 정공 수송성 호스트의 합성법은 일 실시예로서 본 발명의 일 실시예에 사용되는 정공 수송성 호스트 물질의 합성법이 후술하는 실시예의 방법에 한정되는 것은 아니다.
(반응식 2-1)
Figure 112015118576390-pat00030
반응식 2-1은 정공 수송성 호스트 재료인 화합물 A-1 내지 A-7의 합성에 사용되는 중간체의 합성 방법을 간략히 나타낸 것이다.
<중간체 3-bromo-9-phenyl-9H-carbazole 합성>
3-bromo-9H-carbazole 와 iodobenzene을 넣은 플라스크에 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐(0)(Pd2(dba)3) 0.03 당량, 트리부틸포스핀 0.06 당량, 톨루엔 (0.1M)을 첨가하고 12시간 교반하였다. 이후 상온으로 냉각하고 메틸클로라이드(Methyl Chloride)로 추출하고 증류수로 씻어주었다. 황산마그네슘(MgSO4)으로 건조시키고 감압 증류한 후 잔류물을 컬럼 크로마토그래피로 분리하여 중간체 3-bromo-9-phenyl-9H-carbazole (수율 87.22%)을 얻었다. 고분해능질량분석기(HRMS)로 측정한 분자량은 321이며, 분자식 C18H12BrN 로 확인되었다.
<중간체 (9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)boronic acid 합성>
3-bromo-9-phenyl-9H-carbazole을 넣은 플라스크에 테트라하이드로퓨란(THF, 0.1M)를 첨가한 후 -78℃ 에서 냉각 시킨다. 이후 n-BuLi(n-butyl lithium)(헥산(hexane)에 1.6M 농도로 용해) 1.2 당량을 첨가 후 30 분간 교반 한다. 이후 동일 온도 상에서 붕산메틸(Methylborate) 1.2 당량을 첨가한 후 서서히 상온으로 온도를 올린다. 1시간 교반 후 1N 염산용액(HCl solution)을 50ml 서서히 첨가 한 후 10분간 교반한다. 유기층을 에틸아세테이트(Ethyl Acetate)로 추출하고 증류수로 씻어주었다. 황산마그네슘(MgSO4)로 건조시키고 감압 증류한 후 잔류물을 에틸아세테이트(EA):헥산(Hex)의 비율을 1:10으로 재결정하여 중간체 (9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)boronic acid (수율 69.82%)을 얻었다. 고분해능질량분석기(HRMS)로 측정한 분자량은 286으로, 분자식 C18H14BNO2확인되었다.
<중간체 3-bromo-9-(naphthalen-1-yl)-9H-carbazole합성>
3-bromo-9H-carbazole 와 1-iodonaphthalene을 넣은 플라스크에 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐(0)(Pd2(dba)3) 0.03 당량, 트리부틸포스핀 0.06 당량, 톨루엔 (0.1M)를 첨가한 후 12시간 후 상온으로 냉각하고 메틸클로라이드(Methyl Chloride)로 추출하고 증류수로 씻어주었다. 황산마그네슘(MgSO4)로 건조시키고 감압 증류한 후 잔류물을 컬럼으로 분리하여 중간체 3-bromo-9-(naphthalen-1-yl)-9H-carbazole (수율 84.24%)을 얻었다. 고분해능질량분석기(HRMS)로 측정한 분자량은 371으로, 분자식 C22H14BrN로 확인되었다.
<중간체 (9-(naphthalen-1-yl)-9H-carbazol-3-yl)boronic acid 합성>
3-bromo-9-(naphthalen-1-yl)-9H-carbazole을 넣은 플라스크에 테트라하이드로퓨란(THF, 0.1M)를 첨가한 후 -78℃로 냉각시킨 후 n-BuLi(n-butyl lithium)(헥산(hexane)에 1.6M 농도로 용해) 1.2 당량 첨가후 30분간 교반한다. 이후 동일 온도에서 붕산메틸(Methylborate) 1.2 당량을 첨가한 후 서서히 상온으로 온도를 올린다. 1시간 교반 후 1N 농도의 염산 용액을 50ml 서서히 첨가한 후 10분간 교반한다. 유기층을 에틸아세테이트로 추출하고 증류수로 씻어주었다. 황산마그네슘(MgSO4)로 건조시키고 감압 증류한 후 잔류물을 에틸아세테이트(EA):헥산(Hex)의 비율을 1:10으로 재결정하여 중간체 (9-(naphthalen-1-yl)-9H-carbazol-3-yl)boronic acid (수율 71.4%)를 얻었다. 고분해능질량분석기(HRMS)로 측정한 분자량은 336으로, 분자식 C22H16BNO2로 확인되었다.
<중간체 3-bromo-9-(naphthalen-2-yl)-9H-carbazole합성>
3-bromo-9H-carbazole과 2-iodonaphthalene을 넣은 플라스크에 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐(0)(Pd2(dba)3) 0.03 당량, 트리부틸포스핀 0.06 당량, 톨루엔 (0.1M)를 를 첨가한 후 12시간 후 상온으로 냉각하고 메틸클로라이드(Methyl Chloride)로 추출하고 증류수로 씻어주었다. 황산마그네슘(MgSO4)로 건조시키고 감압 증류한 후 잔류물을 컬럼으로 분리하여 중간체 3-bromo-9-(naphthalen-2-yl)-9H-carbazole (수율 85.1%)를 얻었다. 고분해능질량분석기(HRMS)로 측정한 분자량은 371으로, 분자식 C22H14BrN 확인되었다.
<중간체 (9-(naphthalen-2-yl)-9H-carbazol-3-yl)boronic acid 합성>
3-bromo-9-(naphthalen-2-yl)-9H-carbazole를 넣은 플라스크에 테트라하이드로퓨란(0.1M)를 첨가한 후 -78℃로 냉각하고 n-BuLi(n-butyl lithium)(헥산(hexane)에 1.6M 농도로 용해) 1.2 당량을 첨가 후 30분간 교반한다. 이후 동일 온도 상에서 붕산메틸(Methylborate) 1.2 당량을 첨가한 후 서서히 상온으로 온도를 올린다. 1시간 교반 후 1N 염산용액(HCl solution)을 50ml 서서히 첨가 한 후 10분간 교반한다. 유기층을 에틸아세테이트로 추출하고 증류수로 씻어주었다. 황산마그네슘(MgSO4)으로 건조시키고 감압 증류한 후 잔류물을 에틸아세테이트(EA):헥산(Hex)의 비율을 1:10으로 재결정하여 중간체 (9-(naphthalen-2-yl)-9H-carbazol-3-yl)boronic acid (수율 70.6%)을 얻었다. 고분해능질량분석기(HRMS)로 측정한 분자량은 336으로, 분자식 C22H16BNO2로 확인되었다.
<중간체 3-bromo-9-(naphthalen-2-yl)-9H-carbazole합성>
3-bromo-9H-carbazole 와 2-iodo-1,1'-biphenyl을 넣은 플라스크에 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐(0)(Pd2(dba)3) 0.03 당량, 트리부틸포스핀 0.06 당량, 톨루엔 (0.1M)를 첨가한 후 12시간 후 상온으로 냉각하고 메틸클로라이드로 추출하고 증류수로 씻어주었다. 황산마그네슘(MgSO4)으로 건조시키고 감압 증류한 후 잔류물을 컬럼으로 분리하여 중간체 3-bromo-9-(naphthalen-2-yl)-9H-carbazole (수율 81.4%)을 얻었다. 고분해능질량분석기(HRMS)로 측정한 분자량은 397으로 분자식 C24H16BrN로 확인되었다.
<중간체 (9-([1,1'-biphenyl]-2-yl)-9H-carbazol-3-yl)boronic acid 합성>
3-bromo-9-(naphthalen-2-yl)-9H-carbazole를 넣은 플라스크에 테트라하이드로퓨란(0.1M)를 첨가한 후 -78℃에서 냉각 시킨 후 n-BuLi(n-butyl lithium)(헥산(hexane)에 1.6M 농도로 용해) 1.2당량 첨가 후 30분간 교반한다. 이후 동일 온도 상에서 붕산메틸(Methylborate) 1.2당량을 첨가한 후 서서히 상온으로 온도를 올린다. 1시간 교반 후 1N 염산용액(HCl solution)을 50ml 서서히 첨가한 후 10분간 교반한다. 유기층을 에틸아세테이트(ETHYL ACETATE)로 추출하고 증류수로 씻어주었다. 황산마그네슘(MgSO4)로 건조시키고 감압증류한 후 잔류물을 에틸아세테이트(ETHYL ACETATE):헥산(Hex)의 비율을 1:10으로 재결정하여 중간체 (9-([1,1'-biphenyl]-2-yl)-9H-carbazol-3-yl)boronic acid (수율 78.4%)를 얻었다. 고분해능질량분석기(HRMS)로 측정한 분자량은 362으로, 분자식 C24H18BNO2로 확인되었다.
<중간체 3-bromo-9-(naphthalen-3-yl)-9H-carbazole합성>
3-bromo-9H-carbazole와 3-iodo-1,1'-biphenyl을 넣은 플라스크에 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐(0)(Pd2(dba)3) 0.03 당량, 트리부틸포스핀 0.06 당량, 톨루엔 (0.1M)를 첨가한 후 12시간 후 상온으로 냉각하고 메틸클로라이드로 추출하고 증류수로 씻어주었다. 황산마그네슘(MgSO4)로 건조시키고 감압증류한 후 잔류물을 컬럼으로 분리하여 중간체 3-bromo-9-(naphthalen-3-yl)-9H-carbazole (수율 83.6%)을 얻었다. 고분해능질량분석기(HRMS)로 측정한 분자량은 362으로, 분자식 C22H14BrN으로 확인되었다.
<중간체 (9-([1,1'-biphenyl]-3-yl)-9H-carbazol-3-yl)boronic acid 합성>
3-bromo-9-(naphthalen-3-yl)-9H-carbazole를 넣은 플라스크에 테트라하이드로퓨란(0.1M)를 첨가한 후 -78℃로 냉각 시킨 후 n-BuLi(n-butyl lithium)(헥산(hexane)에 1.6M 농도로 용해) 1.2당량 첨가 후 30분간 교반한다. 이후 동일 온도 상에서 붕산메틸(Methylborate) (1.2eq)를 첨가한 후 서서히 상온으로 온도를 올린다. 1시간 교반 후 1N HCl solution을 50ml 서서히 첨가한 후 10분간 교반한다. 유기층을 에틸아세테이트(ETHYL ACETATE)로 추출하고 증류수로 씻어주었다. 황산마그네슘(MgSO4)로 건조시키고 감압증류한 후 잔류물을 에틸아세테이트(ETHYL ACETATE):헥산(Hex)의 비율을 1:10으로 재결정하여 중간체 (9-([1,1'-biphenyl]-3-yl)-9H-carbazol-3-yl)boronic acid (수율 74.4%)을 얻었다. 고분해능질량분석기(HRMS)로 측정한 분자량은 362으로, 분자식 C24H18BNO2으로 확인되었다.
<중간체 3-bromo-9-(naphthalen-4-yl)-9H-carbazole합성>
3-bromo-9H-carbazole와 4-iodo-1,1'-biphenyl을 넣은 플라스크에 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐(0)(Pd2(dba)3) 0.03 당량, 트리부틸포스핀 0.06 당량, 톨루엔 (0.1M)를 첨가한 후 12시간 후 상온으로 냉각하고 메틸클로라이드로 추출하고 증류수로 씻어주었다. 황산마그네슘(MgSO4)로 건조시키고 감압증류한 후 잔류물을 컬럼으로 분리하여 중간체 3-bromo-9-(naphthalen-4-yl)-9H-carbazole (수율 87.6%)을 얻었다. 고분해능질량분석기(HRMS)로 측정한 분자량은 371으로, 분자식 C22H14BrN으로 확인되었다.
<중간체 (9-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-9H-carbazol-3-yl)boronic acid 합성>
3-bromo-9-(naphthalen-4-yl)-9H-carbazole를 넣은 플라스크에 테트라하이드로퓨란(0.1M)를 첨가한 후 -78℃로 냉각시킨 후 n-BuLi(n-butyl lithium)(헥산(hexane)에 1.6M 농도로 용해) 1.2 당량 첨가후 30분간 교반한다. 이후 동일 온도 상에서 붕산메틸(Methylborate) 1.2 당량을 첨가한 후 서서히 상온으로 온도를 올린다. 1시간 교반 후 1N 염산용액(HCl solution)을 50ml 서서히 첨가 한 후 10분간 교반한다. 유기층을 에틸아세테이트(ETHYL ACETATE)로 추출하고 증류수로 씻어주었다. 황산마그네슘(MgSO4)로 건조시키고 감압 증류한 후 잔류물을 에틸아세테이트(ETHYL ACETATE):헥산(Hex)의 비율을 1:10으로 재결정하여 중간체 (9-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-9H-carbazol-3-yl)boronic acid (수율 75.2%) 을 얻었다. 고분해능질량분석기(HRMS)로 측정한 분자량은 362로, 분자식 C24H18BNO2로 확인되었다.
<화합물 A-1 합성>
중간체 3-bromo-9-phenyl-9H-carbazole 1 당량과 (9-phenyl-9H-carbazol-3-yl) boronic acid 1.2당량을 넣은 플라스크에 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐(0)(Pd2(dba)3) 0.03 당량, 트리부틸포스핀 0.06 당량, 톨루엔 (0.1M)를 첨가한 후 12시간 환류 교반하였다. 이후 상온으로 냉각하고 메틸클로라이드로 추출하고 증류수로 씻어주었다. 황산마그네슘(MgSO4)으로 건조시키고 감압 증류한 후 잔류물을 컬럼으로 분리하여 화합물 A-1 (수율 82%)을 얻었다. 생성된 화합물은 고분해능질량분석기 및 1H NMR을 통하여 확인하였다. 확인된 합성 화합물의 질량은 483 이었다.
<화합물 A-2 합성>
중간체 3-bromo-9-(naphthalen-1-yl)-9H-carbazole 1당량과 (9-(naphthalen-1-yl)-9H-carbazol-3-yl)boronic acid 1.2당량을 사용하였다는 점을 제외하고는 화합물 A-1의 합성방법과 동일한 방법을 이용하여 화합물 A-2(수율 80.4%)를 합성하였다. 생성된 화합물은 고분해능질량분석기 및 1H NMR을 통하여 확인하였다. 확인된 합성 화합물의 질량은 583이었다.
<화합물 A-3 합성>
중간체 3-bromo-9-(naphthalen-2-yl)-9H-carbazole 1당량과 (9-(naphthalen-2-yl)-9H-carbazol-3-yl)boronic acid 1.2당량을 사용하였다는 점을 제외하고는 화합물 A-1의 합성방법과 동일한 방법을 이용하여 화합물 A-3(수율 81.7%)을 얻었다. 생성된 화합물은 고분해능질량분석기 및 1H NMR을 통하여 확인하였다. 확인된 합성 화합물의 질량은 583이었다. [HRMS for C44H28N2 [M]+: calcd: 584.72, found: 583, Elemental Analysis for C44H28N2 calcd : C, 90.38; H, 4.83; N, 4.79]
<화합물 A-4 합성>
중간체 3-bromo-9-(naphthalen-2-yl)-9H-carbazole 1당량과 (9-([1,1'-biphenyl]-2-yl)-9H-carbazol-3-yl)boronic acid 1.2 당량을 사용하였다는 점을 제외하고는 화합물 A-1의 합성방법과 동일한 방법을 이용하여 화합물 A-4(수율 78.7%)를 얻었다. 생성된 화합물은 고분해능질량분석기 및 1H NMR을 통하여 확인하였다. 확인된 합성 화합물의 질량은 609이었다. [HRMS for C46H30N2 [M]+: calcd: 610.76, found: 609, Elemental Analysis for C46H30N2 calcd : C, 90.46; H, 4.95; N, 4.59]
<화합물 A-5 합성>
중간체 9-([1,1'-biphenyl]-2-yl)-3-bromo-9H-carbazole 1당량과 (9-([1,1'-biphenyl]-2-yl)-9H-carbazol-3-yl)boronic acid 1.2당량을 사용하였다는 점을 제외하고는 화합물 A-1의 합성방법과 동일한 방법을 이용하여 화합물 A-5(수율 72.6%)를 얻었다. 생성된 화합물은 고분해능질량분석기 및 1H NMR을 통하여 확인하였다. 확인된 합성 화합물의 질량은 635이었다. [HRMS for C48H32N2 [M]+: calcd: 636.80, found: 635, Elemental Analysis for C48H32N2 calcd : C, 90.54; H, 5.07; N, 4.40]
<화합물 A-6 합성>
중간체 9-([1,1'-biphenyl]-3-yl)-3-bromo-9H-carbazole 1당량과 (9-([1,1'-biphenyl]-3-yl)-9H-carbazol-3-yl)boronic acid 1.2당량을 사용하였다는 점을 제외하고는 화합물 A-1의 합성방법과 동일한 방법을 이용하여 화합물 A-6(수율 75.4%)를 얻었다. 생성된 화합물은 고분해능질량분석기 및 1H NMR을 통하여 확인하였다. 확인된 합성 화합물의 질량은 635이었다.[HRMS for C48H32N2 [M]+: calcd: 636.80, found: 635, Elemental Analysis for C48H32N2 calcd : C, 90.54; H, 5.07; N, 4.40]
<화합물 A-7 합성>
중간체 9-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-3-bromo-9H-carbazole 1당량과 (9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)boronic acid 1.2 당량을 사용하였다는 점을 제외하고는 화합물 A-1의 합성방법과 동일한 방법을 이용하여 화합물 A-7(수율 77.1%)을 얻었다. 생성된 화합물은 고분해능질량분석기 및 1H NMR을 통하여 확인하였다. 확인된 합성 화합물의 질량은 559이었다. [HRMS for C42H28N2 [M]+: calcd: 560.7 found: 559, Elemental Analysis for C42H28N2 calcd : C, 89.97; H, 5.03; N, 5.00]
<3. 전자 수송성 호스트 물질의 합성>
(반응식 3-1)
Figure 112015118576390-pat00031
반응식 3-1은 전자 수송성 호스트 재료인 화합물 B-1, B-2, B-6, B-12 및 B-17의 합성에 사용되는 중간체의 합성 방법을 간략히 나타낸 것이다.
<중간체 triphenylen-2-ylboronic acid 합성>
2-bromotriphenylene 플라스크에 테트라하이드로퓨란(0.1M)을 첨가한 후 -78℃로 냉각 시킨 후 n-BuLi(n-butyl lithium)(헥산(hexane)에 1.6M 농도로 용해) 1.2당량 첨가후 30분간 교반한다. 이후 동일 온도 상에서 붕산메틸(Methylborate) 1.2당량을 첨가한 후 서서히 상온으로 온도를 올린다. 1시간 교반 후 1N 염산 용액(HCl solution)을 50ml 서서히 첨가 한 후 10분간 교반한다. 유기층을 에틸아세테이트(EA)로 추출하고 증류수로 씻어주었다. MgSO4로 건조시키고 감압증류한 후 잔류물을 에틸아세테이트(EA): 헥산(Hex)의 비율을 1:10으로 재결정하여 중간체 triphenylen-2-ylboronic acid (수율 77.4%)을 얻었다. 고분해능질량분석기(HRMS)로 측정한 분자량은 271로 확인되었다. [HRMS for C18H13BO2 [M]+: calcd: 272.11, found: 271]
<화합물 B-1 합성>
중간체 triphenylen-2-ylboronic acid 1 당량과 6-bromoquinoxaline 1.2 당량을 넣은 플라스크에 Pd(dba)3 0.03eq, (t-Bu)3P 0.06eq, 톨루엔 (0.1M)를 첨가한 후 12시간 환류 교반 후 상온으로 냉각하고 MC로 추출하고 증류수로 씻어주었다. MgSO4로 건조시키고 감압증류한 후 잔류물을 컬럼으로 분리하여 화합물 B-1 (수율 80.4%)을 얻었다. 생성된 화합물은 고분해능질량분석기 및 1H NMR을 통하여 확인하였다. 확인된 합성 화합물의 질량은 355이었다. [HRMS for C26H16N2 [M]+: calcd: 356.43 found: 355, Elemental Analysis for C26H16N2 calcd : C, 87.62; H, 4.52; N, 7.86]
<화합물 B-2 합성>
중간체 triphenylen-2-ylboronic acid 1당량과 6-bromoquinazoline 1.2 당량을 사용하였다는 점을 제외하고는 화합물 B-1의 합성방법과 동일한 방법을 이용하여 화합물 B-2(수율 79.2%)를 얻었다. 생성된 화합물은 고분해능질량분석기 및 1H NMR을 통하여 확인하였다. 확인된 합성 화합물의 질량은 355이었다. [HRMS for C26H16N2 [M]+: calcd: 356.43 found: 355, Elemental Analysis for C26H16N2 calcd : C, 87.62; H, 4.52; N, 7.86]
<화합물 B-6 합성>
중간체 triphenylen-2-ylboronic acid 1 당량과 2-bromobenzo[h]quinoline 1.2 당량 을 사용하였다는 점을 제외하고는 화합물 B-1의 합성방법과 동일한 방법을 이용하여 화합물 B-6(수율 76.1%)를 얻었다. 생성된 화합물은 고분해능질량분석기 및 1H NMR을 통하여 확인하였다. 확인된 합성 화합물의 질량은 404이었다. [HRMS for C31H19N [M]+: calcd: 405.50 found: 404, Elemental Analysis for C31H19N calcd : C, 91.82; H, 4.72; N, 3.45]
<화합물 B-12 합성>
중간체 triphenylen-2-ylboronic acid 1 당량과 7-bromo-2H-benzo[b][1,4]oxazine 1.2 당량을 사용하였다는 점을 제외하고는 화합물 B-1의 합성방법과 동일한 방법을 이용하여 화합물 B-12(수율 74.2%)를 얻었다. 생성된 화합물은 고분해능질량분석기 및 1H NMR을 통하여 확인하였다. 확인된 합성 화합물의 질량은 358이었다. [HRMS for C26H17NO [M]+: calcd: 359.43 found: 358, Elemental Analysis for C26H17NO calcd : C, 86.88; H, 4.77; N, 3.90; O, 4.45]
<화합물 B-17 합성>
중간체 triphenylen-2-ylboronic acid 1 당량과 7-bromobenzo[d]oxazole 1.2당량을 사용하였다는 점을 제외하고는 화합물 B-1의 합성방법과 동일한 방법을 이용하여 화합물 B-17(수율 78.2%)를 얻었다. 생성된 화합물은 고분해능질량분석기 및 1H NMR을 통하여 확인하였다. 확인된 합성 화합물의 질량은 344이었다. [HRMS for C25H15NO [M]+: calcd: 345.40 found: 344, Elemental Analysis for C25H15NO calcd : C, 86.94; H, 4.38; N, 4.06; O, 4.63]
<4. 유기 발광 소자의 제작>
ITO 유리 기판을 이소프로필 알코올과 순수를 이용하여 각각 초음파 세정한 이후에 자외선 및 오존(O3)을 이용하여 기판의 표면 처리를 시행하였다. 표면 처리 이후에 ITO 유리 기판을 진공 증착 장비 내에 설치하였다. 이후에 ITO 유리 기판 상에 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층을 순서대로 증착 하였다.
정공 주입층은 4, 4', 4”-트리스(N, N-2-나프틸페닐아미노)트리페닐아민(2-TNATA)으로 막 두께 600 Å로 형성하였다. 정공 주입층 상에는 NPB(N,N'-di(1-naphthyl)-N,N'-diphenylbenzidine)로 정공 수송층을 형성하였다. 정공 수송층은 300 Å 두께로 진공 증착하여 형성하였다.
정공 수송층 상에는 발광층을 증착하여 형성하였다. 발광층은 호스트 물질과 도펀트 물질을 공증착하여 형성하였다. 발광층에는 도펀트 물질로 녹색 인광 도펀트인 Ir(ppy)3 [bis-(1-phenylisoquinolyl) iridium(III)acetylacetonate]를 사용하였다.
실시예와 비교예는 발광층에 사용된 호스트 물질을 달리하였으며, 특히 실시예의 경우 발광층의 호스트 물질로 정공 수송성 호스트 물질, 전자 수송성 호스트 물질 및 바이폴라형 호스트 물질을 동시에 사용하였다. 발광층에서 호스트 물질과 도펀트 물질의 중량비는 85:15로 하여 증착하였다. 발광층은 300 Å 두께로 증착 하였다.
발광층 상에는 전자 수송층으로 Alq3을 300Å 두께로 증착하였다. 이후 Al을 1200 Å 두께로 진공 증착하여 제2 전극을 형성하였다.
아래 표 1은 실시예와 비교예에서의 발광층의 호스트 물질의 구성을 나타낸 것이다.
호스트 물질 1 호스트 물질 2 호스트 물질 3 비율
실시예 1 A-1 B-1 H-1 3:4:3
실시예 2 A-2 B-1 H-3 3:4:3
실시예 3 A-2 B-6 H-5 4:4:2
실시예 4 A-4 B-1 H-3 5:3:2
실시예 5 A-2 B-12 H-5 3:4:3
실시예 6 A-3 B-1 H-1 4:4:2
실시예 7 A-4 B-17 H-5 5:3:2
실시예 8 A-5 B-6 H-2 5:3:2
실시예 9 A-6 B-12 H-4 3:4:3
실시예 10 A-6 B-17 H-5 4:4:2
실시예 11 A-7 B-2 H-4 5:3:2
실시예 12 A-7 B-2 H-5 4:4:2
비교예 1 A-1 CBP H-1 5:3:2
비교예 2 CBP B-2 H-1 5:3:2
비교예 3 CBP
비교예 4 A-1 B-1 5:5
비교예 5 B-1 H-1 5:5
표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 12는 호스트 물질 1로 화학식 9에 예시적으로 표시된 정공 수송성 호스트 물질을 사용하였고, 호스트 물질 2는 화학식 11에 예시적으로 표시된 전자 수송성 호스트 물질을 사용하였다. 또한, 호스트 물질 3에는 바이폴라형 호스트 물질로 화학식 4에 표시된 호스트 물질을 사용하였다.
비교예 1은 실시예 1과 비교하여 호스트 물질 2를 CBP(4,4'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl)를 사용한 경우이다. 비교예 2는 실시예 1과 비교하여 호스트 물질 1을 CBP(4,4'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl)를 사용한 경우이다.
비교예 3은 단일 호스트 물질로서 CBP(4,4'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl)를 사용한 경우이다.
비교예 4와 비교예 5는 2 개의 호스트 물질만을 사용한 경우이다. 비교예 4에서는 정공 수송성 호스트 물질 및 전자 수송성 호스트 물질을 사용한 경우이다. 비교예 5는 전자 수송성 호스트 물질 및 바이폴라형 호스트 물질을 사용한 경우이다.
표 2는 표 1에서 설명한 실시예 및 비교예들에 대하여 발광 소자를 평가한 결과를 나타낸 것이다. 실시예 및 비교예에 따른 유기 발광 소자의 특성의 평가를 위하여 효율과 소자 수명을 측정하였다. 효율은 전류 밀도 10mA/cm2 조건에서의 평가 결과이며, 발광 수명 평가 시 초기 휘도는 6000nit로 하였다.
효율 (cd/A) 수명(hrs)
실시예 1 47.3 970
실시예 2 44.1 921
실시예 3 45 943
실시예 4 43 900
실시예 5 44 910
실시예 6 42 860
실시예 7 45 885
실시예 8 48 910
실시예 9 46 920
실시예 10 47 910
실시예 11 43 915
실시예 12 43 900
비교예 1 43 500
비교예 2 40 600
비교예 3 30 100
비교예 4 43 340
비교예 5 37 670
표 2의 결과를 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 12의 경우 3개의 호스트 재료를 발광층에 동시에 포함함으로써, 하나의 호스트 재료만을 사용한 비교예 3과 비교하여 발광 효율 및 소자 수명이 모두 개선된 것을 알 수 있다. 또한, 발광층의 호스트 물질을 두 개만 사용한 비교예 4 내지 비교예 5와 비교하여서도 실시예 1 내지 실시예 12의 발광 소자의 수명이 크게 향상된 것을 알 수 있다.
또한, 비교예 1 내지 비교예 2와 실시예 1을 비교하면, 실시예 1과 같이 제시된 호스트 물질 3종을 모두 사용한 경우가 예시된 호스트 물질 중 2개만 사용한 비교예 1 및 비교예 2의 경우에 비하여 발광 효율 및 수명이 개선된 것을 알 수 있다.
이는 카르바졸(carbazole)계의 정공 수송성 호스트의 경우 소자의 수명을 개선하는 데 기여할 수 있으며, 트리페닐렌(triphenylene)계의 전자 수송성 호스트는 소자의 효율을 개선하는데 기여할 수 있기 때문이다. 또한, 치환기의 종류에 따라 정공 수송성과 전자 수송성을 모두 가질 수 있는 바이폴라형 호스트를 발광층에 더 포함함으로써 발광 소자의 효율 및 수명을 모두 향상시킬 수 있다.
이하에서는 도 2 내지 도 5를 참조하여 상술한 일 실시예의 유기 발광 소자를 포함하는 일 실시예의 표시 장치를 설명한다.
도 2는 일 실시예에 따른 표시 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다. 도 2를 참조하면, 표시 장치(10)는 표시 영역(DA) 및 비표시 영역(NDA)을 포함한다.
표시 영역(DA)은 영상을 표시한다. 표시 장치(10)의 두께 방향에서 보았을 때(예를 들어 DR3), 표시 영역(DA)은 대략적으로 직사각형 형상을 갖는 것일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
표시 영역(DA)은 복수의 화소 영역들(PA)을 포함한다. 화소 영역들(PA)은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 화소 영역들(PA)은 화소 정의막(도 5의 PDL)에 의해 정의될 수 있다. 화소 영역들(PA)은 복수의 화소들(도 3의 PX) 각각을 포함할 수 있다.
비표시 영역(NDA)은 영상을 표시하지 않는다. 표시 장치(10)의 두께 방향에서 보았을 때(DR3), 비표시 영역(NDA)은 예를 들어, 표시 영역(DA)을 둘러싸는 것일 수 있다. 비표시 영역(NDA)은 제1 방향(예를 들어 DR1) 및 제1 방향(예를 들어 DR1)과 교차하는 제2 방향(예를 들어 DR2)으로 표시 영역(DA)과 인접할 수 있다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 포함되는 화소들 중 하나의 회로도이다. 도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 포함되는 화소들 중 하나를 나타낸 평면도이고, 도 5는 도 4의 I-I'선에 대응하여 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 화소들(PX) 각각은 게이트 라인(GL), 데이터 라인(DL) 및 구동 전압 라인(DVL)으로 이루어진 배선부와, 배선부에 연결된 박막 트랜지스터(TFT1, TFT2), 박막 트랜지스터(TFT1, TFT2)에 연결된 유기 발광 소자(OEL) 및 커패시터(Cst)를 포함한다.
화소들(PX) 각각은 특정 컬러의 광, 예를 들어, 적색광, 녹색광, 청색광 중 하나를 출사할 수 있다. 컬러 광의 종류는 상기한 것에 한정된 것은 아니며, 예를 들어, 시안광, 마젠타광, 옐로우광 등이 추가될 수 있다.
게이트 라인(GL)은 제1 방향(DR1)으로 연장된다. 데이터 라인(DL)은 게이트 라인(GL)과 교차하는 제2 방향(DR2)으로 연장된다. 구동 전압 라인(DVL)은 데이터 라인(DL)과 실질적으로 동일한 방향, 즉 제2 방향(DR2)으로 연장된다. 게이트 라인(GL)은 박막 트랜지스터(TFT1, TFT2)에 주사 신호를 전달하고, 데이터 라인(DL)은 박막 트랜지스터(TFT1, TFT2)에 데이터 신호를 전달하며, 구동 전압 라인(DVL)은 박막 트랜지스터(TFT1, TFT2)에 구동 전압을 제공한다.
박막 트랜지스터(TFT1, TFT2)는 유기 발광 소자(OEL)를 제어하기 위한 구동 박막 트랜지스터(TFT2)와, 구동 박막 트랜지스터(TFT2)를 스위칭 하는 스위칭 박막 트랜지스터(TFT1)를 포함할 수 있다. 본 발명이 일 실시예에서는 화소들(PX) 각각이 두 개의 박막 트랜지스터(TFT1, TFT2)를 포함하는 것을 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니고, 화소들(PX) 각각이 하나의 박막 트랜지스터와 커패시터를 포함할 수도 있고, 화소들(PX) 각각이 셋 이상의 박막 트랜지스터와 둘 이상의 커패시터를 구비할 수도 있다.
스위칭 박막 트랜지스터(TFT1)는 제1 게이트 전극(GE1), 제1 소스 전극(SE1) 및 제1 드레인 전극(DE1)을 포함한다. 제1 게이트 전극(GE1)은 게이트 라인(GL)에 연결되며, 제1 소스 전극(SE1)은 데이터 라인(DL)에 연결된다. 제1 드레인 전극(DE1)은 제5 콘택홀(CH5)에 의해 제1 공통 전극(CE1)과 연결된다. 스위칭 박막 트랜지스터(TFT1)는 게이트 라인(GL)에 인가되는 주사 신호에 따라 데이터 라인(DL)에 인가되는 데이터 신호를 구동 박막 트랜지스터(TFT2)에 전달한다.
구동 박막 트랜지스터(TFT2)는 제2 게이트 전극(GE2), 제2 소스 전극(SE2) 및 제2 드레인 전극(DE2)을 포함한다. 제2 게이트 전극(GE2)은 제1 공통 전극(CE1)에 연결된다. 제2 소스 전극(SE2)은 구동 전압 라인(DVL)에 연결된다. 제2 드레인 전극(DE2)은 제3 콘택홀(CH3)에 의해 제1 전극(EL1)과 연결된다.
제1 전극(EL1)은 구동 박막 트랜지스터(TFT2)의 제2 드레인 전극(DE2)과 연결된다. 제2 전극(EL2)에는 공통 전압이 인가되며, 발광층(EML)은 구동 박막 트랜지스터(TFT2)의 출력 신호에 따라 광을 출사함으로써 영상을 표시한다. 이때, 발광층(EML)에서 출사되는 광은 발광층에 포함되는 도펀트의 종류에 따라 달라질 수 있다.
커패시터(Cst)는 구동 박막 트랜지스터(TFT2)의 제2 게이트 전극(GE2)과 제2 소스 전극(SE2) 사이에 연결되며, 구동 박막 트랜지스터(TFT2)의 제2 게이트 전극(GE2)에 입력되는 데이터 신호를 충전하고 유지한다. 커패시터(Cst)는 제1 드레인 전극(DE1)과 제6 콘택홀(CH6)에 의해 연결되는 제1 공통 전극(CE1) 및 구동 전압 라인(DVL)과 연결되는 제2 공통 전극(CE2)을 포함할 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(10)는 박막 트랜지스터(TFT1, TFT2)와 유기 발광 소자(OEL)가 적층되는 베이스 기판(BS)을 포함한다.
표시 장치에서는 상술한 일 실시예의 유기 발광 소자(OEL)를 포함하여, 이하에서는 유기 발광 소자의 상세 구성에 대하여는 다시 설명하지 않으며, 표시 장치의 다른 구성에 대하여 설명한다.
표시 장치에서 베이스 기판(BS)은 통상적으로 사용하는 것이라면 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, 유리, 플라스틱, 수정 등의 절연성 물질로 형성될 수 있다. 베이스 기판(BS)을 이루는 유기 고분자로는 PET(Polyethylene terephthalate), PEN(Polyethylene naphthalate), 폴리이미드(Polyimide), 폴리에테르술폰 등을 들 수 있다. 베이스 기판(BS)은 기계적 강도, 열적 안정성, 투명성, 표면 평활성, 취급 용이성, 방수성 등을 고려하여 선택될 수 있다.
베이스 기판(BS) 상에는 기판 버퍼층(미도시)이 제공될 수 있다. 기판 버퍼층(미도시)은 스위칭 박막 트랜지스터(TFT1) 및 구동 박막 트랜지스터(TFT2)에 불순물이 확산되는 것을 막는다. 기판 버퍼층(미도시)은 질화규소(SiNx), 산화규소(SiOx), 질산화규소(SiOxNy) 등으로 형성될 수 있으며, 베이스 기판(BS)의 재료 및 공정 조건에 따라 생략될 수도 있다.
베이스 기판(BS) 상에는 제1 반도체층(SM1)과 제2 반도체층(SM2)이 제공된다. 제1 반도체층(SM1)과 제2 반도체층(SM2)은 반도체 소재로 형성되며, 각각 스위칭 박막 트랜지스터(TFT1)와 구동 박막 트랜지스터(TFT2)의 활성층으로 동작한다. 제1 반도체층(SM1)과 제2 반도체층(SM2)은 각각 소스 영역(SA), 드레인 영역(DRA) 및 소스 영역(SA)과 드레인 영역(DRA) 사이에 제공된 채널 영역(CA)을 포함한다. 제1 반도체층(SM1)과 제2 반도체층(SM2)은 각각 무기 반도체 또는 유기 반도체로부터 선택되어 형성될 수 있다. 소스 영역(SA) 및 드레인 영역(DRA)은 n형 불순물 또는 p형 불순물이 도핑될 수 있다.
제1 반도체층(SM1) 및 제2 반도체층(SM2) 상에는 게이트 절연층(GI)이 제공된다. 게이트 절연층(GI)은 제1 반도체층(SM1) 및 제2 반도체층(SM2)을 커버한다. 게이트 절연층(GI)은 유기 절연물 또는 무기 절연물로 이루어질 수 있다.
게이트 절연층(GI) 상에는 제1 게이트 전극(GE1)과 제2 게이트 전극(GE2)이 제공된다. 제1 게이트 전극(GE1)과 제2 게이트 전극(GE2)은 각각 제1 반도체층(SM1)과 제2 반도체층(SM2)의 채널 영역(CA)에 대응되는 영역을 커버하도록 형성된다.
제1 게이트 전극(GE1) 및 제2 게이트 전극(GE2) 상에는 층간 절연층(IL)이 제공된다. 층간 절연층(IL)은 제1 게이트 전극(GE1) 및 제2 게이트 전극(GE2)을 커버한다. 층간 절연층(IL)은 유기 절연물 또는 무기 절연물로 이루어질 수 있다.
층간 절연층(IL)의 상에는 제1 소스 전극(SE1)과 제1 드레인 전극(DE1), 제2 소스 전극(SE2)과 제2 드레인 전극(DE2)이 제공된다. 제2 드레인 전극(DE2)은 게이트 절연층(GI) 및 층간 절연층(IL)에 형성된 제1 콘택홀(CH1)에 의해 제2 반도체층(SM2)의 드레인 영역(DRA)과 접촉하고, 제2 소스 전극(SE2)은 게이트 절연층(GI) 및 층간 절연층(IL)에 형성된 제2 콘택홀(CH2)에 의해 제2 반도체층(SM2)의 소스 영역(SA)과 접촉한다. 제1 소스 전극(SE1)은 게이트 절연층(GI) 및 층간 절연층(IL)에 형성된 제4 콘택홀(CH4)에 의해 제1 반도체층(SM1)의 소스 영역(미도시)과 접촉하고, 제1 드레인 전극(DE1)은 게이트 절연층(GI) 및 층간 절연층(IL)에 형성된 제5 콘택홀(CH5)에 의해 제1 반도체층(SM1)의 드레인 영역(미도시)과 접촉한다.
제1 소스 전극(SE1)과 제1 드레인 전극(DE1), 제2 소스 전극(SE2)과 제2 드레인 전극(DE2) 상에는 패시베이션층(PL)이 제공된다. 패시베이션층(PL)은 스위칭 박막 트랜지스터(TFT1) 및 구동 박막 트랜지스터(TFT2)를 보호하는 보호막의 역할을 할 수도 있고, 그 상면을 평탄화시키는 평탄화막의 역할을 할 수도 있다.
패시베이션층(PL) 상에는 제1 전극(EL1)이 제공된다. 제1 전극(EL1)은 예를 들어 양극일 수 있다. 제1 전극(EL1)은 패시베이션층(PL)에 형성되는 제3 콘택홀(CH3)을 통해 구동 박막 트랜지스터(TFT2)의 제2 드레인 전극(DE2)에 연결된다.
패시베이션층(PL) 상에는 화소들(PX) 각각에 대응하도록 화소 영역들(도 4의 PA)을 구획하는 화소 정의막(PDL)이 제공된다. 화소 정의막(PDL)은 제1 전극(EL1)의 상면을 노출하며 화소들(PX) 각각의 둘레를 따라 베이스 기판(BS)으로부터 돌출된다. 화소 정의막(PDL)은 이에 한정하는 것은 아니나, 금속-불소 이온 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 화소 정의막(PDL)은 LiF, BaF2, 및 CsF 중 어느 하나의 금속-불소 이온 화합물로 구성될 수 있다. 금속-불소 이온 화합물은 소정의 두께를 가질 경우, 절연 특성을 갖는다. 화소 정의막(PDL)의 두께는 예를 들어, 10 nm 내지 100 nm일 수 있다.
화소 정의막(PDL)에 의해 둘러싸인 화소 영역(도 2의 PA) 각각에는 유기 발광 소자(OEL)가 제공된다. 유기 발광 소자(OEL)는 상술한 일 실시예의 유기 발광 소자가 제공된다. 유기 발광 소자는 제1 전극(EL1), 정공 제어층(HCL), 발광층(EML), 전자 제어층(ECL) 및 제2 전극(EL2)을 포함한다. 또한, 발광층(EML)은 3개의 호스트 물질과 1개 이상의 도펀트 물질을 포함하여 제공된다.
일 실시예의 표시 장치는 발광층에 3개의 서로 다른 종류의 호스트 재료인 정공 수송성 호스트, 전자 수송성 호스트 및 바이폴라형 호스트 물질을 포함하여, 발광 효율을 개선할 수 있다. 또한, 일 실시예의 표시 장치의 수명을 연장할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
OEL: 유기 발광 소자 EL1: 제1 전극
HCL: 정공 제어층 HIL: 정공 주입층
HTL: 정공 수송층 EML: 발광층
ECL: 전자 제어층 ETL: 전자 수송층
EIL: 전자 주입층 EL2: 제2 전극
10: 표시 장치

Claims (20)

  1. 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 배치되는 정공 제어층;
    상기 정공 제어층 상에 배치되는 발광층;
    상기 발광층 상에 배치되는 전자 제어층; 및
    상기 전자 제어층 상에 배치되는 제2 전극; 을 포함하고,
    상기 발광층은 정공 수송성 호스트 물질, 전자 수송성 호스트 물질, 바이폴라(bipolar)형 호스트 물질 및 1종 이상의 도펀트 물질을 포함하고,
    상기 바이폴라형 호스트 물질은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 유기 발광 소자:
    [화학식 1]
    Figure 112023001709501-pat00051

    상기 화학식 1에 있어서,
    X 및 Y는 각각 독립적으로 NR, S, O 및 Si 중 어느 하나이고,
    R은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 5 이상 40 이하의 헤테로아릴기이고,
    L1 및 L2는 각각 독립적으로, 탄소수 1 이상 40 이하의 2가의 알킬기, 탄소수 2 이상 40 이하의 2가의 알케닐기, 탄소수 2 이상 40 이하의 2가의 알키닐기, 고리형성 탄소수 5 이상 40 이하의 2가의 아릴기, 고리형성 탄소수 1 이상 40 이하의 2가의 헤테로아릴기, 탄소수 6 이상 40 이하의 2가의 아릴알킬기, 탄소수 6 이상 40 이하의 2가의 헤테로아릴알킬기, 탄소수 3 이상 40 이하의 2가의 시클로알킬기, 탄소수 1 이상 40 이하의 2가의 할로겐알킬기, 및 탄소수 3 이상 40 이하의 2가의 헤테로시클로알킬기로 이루어진 군에서 선택되며,
    Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 60의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 축합다환기로 이루어진 군에서 선택되고,
    n1, n2, m1 및 m2는 각각 독립적으로 0 또는 1이다.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 바이폴라형 호스트 물질은 하기 화학식 2로 표시되는 것인 유기 발광 소자:
    [화학식 2]
    Figure 112023001709501-pat00033

    상기 화학식 2에 있어서,
    R1 내지 R3은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 5 이상 40 이하의 헤테로아릴기이고,
    a1은 0 또는 1이다.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 헤테로아릴기는 각각 독립적으로, N, S 및 O로부터 선택된 어느 하나의 헤테로원자를 포함하는 유기 발광 소자.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 R1 내지 R3은 각각 독립적으로 하기 화학식 3에 표시된 화합물 중 어느 하나인 유기 발광 소자:
    [화학식 3]
    Figure 112023001709501-pat00034
    .
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 상기 바이폴라형 호스트 물질은 하기 화학식 4에 표시되는 화합물들로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 유기 발광 소자:
    [화학식 4]
    Figure 112023001709501-pat00035
    .
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 바이폴라형 호스트 물질은 하기 화학식 5로 표시되는 것인 유기 발광 소자:
    [화학식 5]
    Figure 112023001709501-pat00036

    상기 화학식 5에 있어서,
    R4 내지 R6는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 5 이상 40 이하의 헤테로 아릴기이고,
    상기 치환 또는 비치환은 하기 화학식 6으로 표시되는 치환기들로 치환되거나 또는 치환되지 않은 것이고,
    a2는 0 또는 1이다:
    [화학식 6]
    Figure 112023001709501-pat00037
    .
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 상기 바이폴라형 호스트 물질은 하기 화학식 7에 표시되는 화합물들로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 유기 발광 소자:
    [화학식 7]
    Figure 112023001709501-pat00038
    .
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 정공 수송성 호스트 물질은 하기 화학식 8로 표시되는 화합물인 유기 발광 소자:
    [화학식 8]
    Figure 112023001709501-pat00039

    상기 화학식 8에 있어서,
    L11은 단일결합, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌기이고,
    R11 내지 R12는 각각 독립적으로, 수소, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 탄소수 3 이상 40이하의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 정공 수송성 호스트 물질은 하기 화학식 9에 표시된 화합물들로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 유기 발광 소자:
    [화학식 9]
    Figure 112023001709501-pat00040
    .
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 전자 수송성 호스트 물질은 하기 화학식 10으로 표시되는 화합물인 유기 발광 소자:
    [화학식 10]
    Figure 112023001709501-pat00041

    상기 화학식 10에 있어서,
    L31 내지 L33은 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 이상 10 이하의 시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 헤테로시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 이상 10 이하의 시클로알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 헤테로시클로알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 60 이하의 헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 2가 비-방향족 축합다환 그룹 및 치환 또는 비치환된 2가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중에서 선택되고,
    Ar31 내지 Ar33은 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 60 이하의아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 60 이하의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 축합다환 그룹, 및 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중에서 선택되고;
    R31 내지 R33은 각각 독립적으로, 수소, 중수소, 할로겐 원자, 하이드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실산기 또는 이의 염, 술폰산기 또는 이의 염, 인산기 또는 이의 염, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 60 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 60 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 60 이하의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 60 이하의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 이상 10 이하의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 이상 10 이하의 시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10이하의 헤테로시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴티오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1이상 60 이하의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 축합다환 그룹, 및 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중에서 선택되고;
    a31, a32, a33 및 b31은 각각 독립적으로, 0 내지 3의 정수이고,
    b32, b33, m32 및 m33은 각각 독립적으로, 0 내지 4의 정수이고,
    m31은 1 내지 4의 정수이다.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 화학식 10의 상기 m31은 1이고, 상기 m32 및 상기 m33은 0인 유기 발광 소자.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 R31 내지 R33은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐 원자, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, iso-프로필기, n-부틸기, iso-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 페닐기, 나프틸기, 피리딜기, 피리미딜기, 피라지닐기, 플루오레닐기, 및 카바졸기로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 유기 발광 소자.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 전자 수송성 호스트 물질은 하기 화학식 11로 표시되는 화합물들로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 유기 발광 소자:
    [화학식 11]
    Figure 112023001709501-pat00042
    .
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 정공 제어층은 상기 제1 전극과 인접하여 배치되는 정공 주입층 및 상기 발광층과 인접하여 배치되는 정공 수송층을 포함하는 유기 발광 소자.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 전자 제어층은 상기 발광층과 인접하여 배치되는 전자 수송층 및 상기 제2 전극과 인접하여 배치되는 전자 주입층을 포함하는 유기 발광 소자.
  17. 복수의 화소들을 포함하고,
    상기 복수의 화소들 중 적어도 하나는
    제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 배치되는 정공 제어층;
    상기 정공 제어층 상에 배치되는 발광층;
    상기 발광층 상에 배치되는 전자 제어층; 및
    상기 전자 제어층 상에 배치되는 제2 전극; 을 포함하고,
    상기 발광층은 정공 수송성 호스트 물질, 전자 수송성 호스트 물질, 바이폴라(bipolar)형 호스트 물질 및 1종 이상의 도펀트 물질을 포함하고,
    상기 바이폴라(bipolar)형 호스트 물질은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 표시 장치:
    [화학식 1]
    Figure 112023001709501-pat00052

    상기 화학식 1에 있어서,
    X 및 Y는 각각 독립적으로 NR, S, O 및 Si 중 어느 하나이고,
    R은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 5 이상 40 이하의 헤테로아릴기이고,
    L1 및 L2는 각각 독립적으로, 탄소수 1 이상 40 이하의 2가의 알킬기, 탄소수 2 이상 40 이하의 2가의 알케닐기, 탄소수 2 이상 40 이하의 2가의 알키닐기, 고리형성 탄소수 5 이상 40 이하의 2가의 아릴기, 고리형성 탄소수 1 이상 40 이하의 2가의 헤테로아릴기, 탄소수 6 이상 40 이하의 2가의 아릴알킬기, 탄소수 6 이상 40 이하의 2가의 헤테로아릴알킬기, 탄소수 3 이상 40 이하의 2가의 시클로알킬기, 탄소수 1 이상 40 이하의 2가의 할로겐알킬기, 및 탄소수 3 이상 40 이하의 2가의 헤테로시클로알킬기로 이루어진 군에서 선택되며,
    Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 60의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 축합다환기로 이루어진 군에서 선택되고,
    n1, n2, m1 및 m2는 각각 독립적으로 0 또는 1이다.
  18. 삭제
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 상기 바이 폴라형 호스트 물질은 하기 화학식 4에 표시되는 화합물들로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 표시 장치:
    [화학식 4]
    Figure 112023001709501-pat00044
    .
  20. 제 17항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 상기 바이 폴라형 호스트 물질은 하기 화학식 7에 표시되는 화합물들로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 표시 장치:
    [화학식 7]
    Figure 112023001709501-pat00045
    .
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