KR20140039126A - 신규 구조의 발광 소자 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

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KR20140039126A
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Abstract

본 발명에 따른 발광 소자는 제1 전극; 제2 전극; 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 발광층; 제1 전극과 발광층 사이에 배치되는 정공 수송성층; 및 정공 수송성층과 발광층 사이에 배치되고, 하기 화학식 1로 나타내는 화합물을 포함하는 차단층을 포함한다.
[화학식 1]
Figure pat00088

상기 식에서, X, Y, Z1, Z2, La 및 Lb 각각은 청구항 1에서 설명한 것과 실질적으로 동일하다.

Description

신규 구조의 발광 소자 및 이를 포함하는 전자 장치{LIGHT-EMITTING DIODE OF NOVEL STRUCTURE AND ELECTRONIC DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 신규 구조의 발광 소자 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 발광 소자는 서로 마주하는 2개의 전극들 및 상기 전극들 사이에 개재된 발광 화합물을 포함하는 발광층을 포함한다. 상기 전극들 사이에 전류를 흘려주면, 상기 발광 화합물이 광을 생성한다. 상기 발광 소자를 이용하는 표시 장치는 별도의 광원 장치가 필요 없어, 상기 표시 장치의 무게, 사이즈나 두께를 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 발광 소자를 이용하는 표시 장치는, 백라이트 및 액정을 이용하는 표시 장치에 비해 시야각, 대비비(contrast ratio), 색재현성 등이 우수하고, 소비전력이 낮은 장점이 있다.
발광 소자 중에서 유기발광 소자의 유기물층으로 사용되는 재료는 기능에 따라 발광 재료, 정공주입 재료, 정공수송 재료, 전자수송 재료, 및 전자주입 재료 등으로 분류할 수 있다. 발광 재료는 분자량에 따라 고분자형과 저분자형으로 구분할 수 있고, 발광색에 따라 청색, 녹색, 적색 발광 재료 등으로 구분할 수 있다.
발광 재료로 단일 물질을 사용하는 경우에는 분자간 상호 작용에 의해 최대 발광 파장이 장파장으로 이동하고 색순도가 저하되거나 발광 감쇄 효과로 인해 소자의 효율이 감소되는 문제가 발생할 수 있다. 이를 보완하기 위해서, 발광 소자에 호스트/도펀트 계로 이루어진 발광층을 적용할 수 있다. 발광층을 형성하는 주요 재료인 호스트 물질 및 호스트 물질에 비해 에너지 대역 간극이 작은 소량의 도펀트를 이용하여, 발광층에서 형성된 엑시톤이 도펀트로 이동(transfer)되어 발광 소자가 효율적으로 발광할 수 있다.
그러나, 아직까지 발광 소자는 발광 수명이 짧고 전력 효율이 낮은 문제점이 있다. 이와 같은 문제점들을 해결하기 위해서, 발광 소자의 재료로서 다양한 화합물들이 개발되고 있지만 발광 수명 및 전력 효율을 모두 만족시키는 발광 소자를 제조하는데 한계가 있다.
일본등록특허 제4807013호 일본공개특허 제2012-067077호 한국공개특허 제2006-0134979호
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 발광 소자에서 발광 효율을 향상시키고 수명을 증가시킬 수 있는 신규한 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 발광 소자를 포함하는 전자 장치를 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 발광 소자는, 제1 전극; 제2 전극; 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 발광층; 제1 전극과 발광층 사이에 배치되는 정공 수송성층; 및 정공 수송성층과 발광층 사이에 배치되고, 하기 화학식 1로 나타내는 화합물을 포함하는 차단층을 포함한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 식에서,
X 및 Y는 각각 독립적으로 N-Lc-Ar1, S, O 또는 Si(R1)(R2)를 나타내고,
X 및 Y 중에서 어느 하나는 N-Lc-Ar1이며, 다른 하나는 S, O 또는 Si(R1)(R2)이고,
Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기, 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴기, 하기 화학식 2 또는 하기 화학식 3으로 나타내며,
[화학식 2]
Figure pat00002
[화학식 3]
Figure pat00003
Ar1, Ar2 및 Ar3은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기, 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴기, 탄소수 3 내지 20을 갖는 시클로알킬기, 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로시클로알킬기, 탄소수 7 내지 20을 갖는 바이시클로알킬기 또는 하기 화학식 4를 나타내고,
[화학식 4]
Figure pat00004
W1 및 W2는 각각 독립적으로 N-Lf-Ar4, O, S 또는 Si(R7)(R8)를 나타내며,
R1, R2, R7 및 R8은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기 또는 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴기를 나타내고,
R3, R4, R5 및 R6는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기 또는 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴기를 나타내며,
상기 화학식 3 및 4 각각에서 독립적으로, m은 0 내지 3의 정수를 나타내고, n은 0 내지 4의 정수를 나타내며,
La, Lb, Lc, Ld, Le 및 Lf 는 각각 독립적으로 *-L1-L2-L3-L4-*를 나타내고,
L1, L2, L3 및 L4는 각각 독립적으로 단일결합, -O-, -S-, 탄소수 1 내지 20을 갖는 직쇄형 또는 분지형의 알킬렌기(-(CH2)j-, 여기서, j는 1 내지 20의 정수), 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기, 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴렌기, 탄소수 3 내지 20의 시클로알킬렌기, 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로시클로알킬렌기 또는 탄소수 7 내지 20을 갖는 바이시클로알킬렌기를 나타내며,
Ar4는 수소, 탄소수 1 내지 12의 알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기, 탄소수 2 내지 30을 갖는 헤테로아릴기, 탄소수 3 내지 30을 갖는 시클로알킬기, 탄소수 2 내지 30을 갖는 헤테로시클로알킬기 또는 탄소수 7 내지 30을 갖는 바이시클로알킬기를 나타내고,
상기 화학식 1의 수소들 중 하나 이상은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 탄소수 1 내지 6을 갖는 1개 이상의 알킬기로 치환된 아민기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴기, 탄소수 6 내지 20의 아릴옥시기, 탄소수 6 내지 20의 아릴티오기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시카르보닐기, 할로겐기, 시아노기, 나이트로기, 하이드록시기 및 카르복시기로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 치환기로 치환되거나 비치환된다.
또한, 본 발명은 상기 발광 소자를 포함하는 전자 장치를 개시한다.
본 발명에 따른 발광 소자는 향상된 발광 효율, 증가된 수명 및 우수한 열적 안정성(내열성)을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
본 발명에 따른 발광 소자는 제1 전극, 제2 전극, 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 발광층, 제1 전극과 발광층 사이에 배치되는 정공 수송성층 및 정공 수송성층과 발광층 사이에 배치되고, 하기 화학식 1로 나타내는 화합물을 포함하는 차단층을 포함한다.
[화학식 1]
Figure pat00005
상기 식에서,
X 및 Y는 각각 독립적으로 N-Lc-Ar1, S, O 또는 Si(R1)(R2)를 나타내고,
X 및 Y 중에서 어느 하나는 N-Lc-Ar1이며, 다른 하나는 S, O 또는 Si(R1)(R2)이고,
Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기, 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴기, 하기 화학식 2 또는 하기 화학식 3으로 나타내며,
[화학식 2]
Figure pat00006
[화학식 3]
Figure pat00007
Ar1, Ar2 및 Ar3은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기, 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴기, 탄소수 3 내지 20을 갖는 시클로알킬기, 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로시클로알킬기, 탄소수 7 내지 20을 갖는 바이시클로알킬기 또는 하기 화학식 4를 나타내고,
[화학식 4]
Figure pat00008
W1 및 W2는 각각 독립적으로 N-Lf-Ar4, O, S 또는 Si(R7)(R8)를 나타내며,
R1, R2, R7 및 R8은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기 또는 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴기를 나타내고,
R3, R4, R5 및 R6는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기 또는 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴기를 나타내며,
상기 화학식 3 및 4 각각에서 독립적으로, m은 0 내지 3의 정수를 나타내고, n은 0 내지 4의 정수를 나타내며,
La, Lb, Lc, Ld, Le 및 Lf 는 각각 독립적으로 *-L1-L2-L3-L4-*를 나타내고,
L1, L2, L3 및 L4는 각각 독립적으로 단일결합, -O-, -S-, 탄소수 1 내지 20을 갖는 직쇄형 또는 분지형의 알킬렌기(-(CH2)j-, 여기서, j는 1 내지 20의 정수), 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기, 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴렌기, 탄소수 3 내지 20의 시클로알킬렌기, 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로시클로알킬렌기 또는 탄소수 7 내지 20을 갖는 바이시클로알킬렌기를 나타내며,
Ar4는 수소, 탄소수 1 내지 12의 알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기, 탄소수 2 내지 30을 갖는 헤테로아릴기, 탄소수 3 내지 30을 갖는 시클로알킬기, 탄소수 2 내지 30을 갖는 헤테로시클로알킬기 또는 탄소수 7 내지 30을 갖는 바이시클로알킬기를 나타내고,
상기 화학식 1의 수소들 중 하나 이상은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 탄소수 1 내지 6을 갖는 1개 이상의 알킬기로 치환된 아민기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴기, 탄소수 6 내지 20의 아릴옥시기, 탄소수 6 내지 20의 아릴티오기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시카르보닐기, 할로겐기, 시아노기, 나이트로기, 하이드록시기 및 카르복시기로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 치환기로 치환되거나 비치환된다.
본 발명에서, "알킬기"는 직쇄(linear) 또는 분지(branched) 상 포화탄화수소로부터 유도된 작용기로 정의된다.
상기 알킬기의 구체적인 예로서는, 메틸기(methyl group), 에틸기(ethyl group), n-프로필기(n-propyl group), 이소프로필기(iso-propyl group), n-부틸기(n-butyl group), sec-부틸기(sec-butyl group), t-부틸기(tert-butyl group), n-펜틸기(n-pentyl group), 1,1-디메틸프로필기(1,1-dimethylpropyl group), 1,2-디메틸프로필기(1,2-dimethylpropyl group), 2,2-디메틸프로필기(2,2-dimethylpropyl group), 1-에틸프로필기(1-ethylpropyl group), 2-에틸프로필기(2-ethylpropyl group), n-헥실기(n-hexyl group), 1-메틸-2-에틸프로필기(1-methyl-2-ethylpropyl group), 1-에틸-2-메틸프로필기(1-ethyl-2-methylpropyl group), 1,1,2-트리메틸프로필기(1,1,2-trimethylpropyl group), 1-프로필프로필기(1-propylpropyl group), 1-메틸부틸기(1-methylbutyl group), 2-메틸부틸기(2-methylbutyl group), 1,1-디메틸부틸기(1,1-dimethylbutyl group), 1,2-디메틸부틸기(1,2-dimethylbutyl group), 2,2-디메틸부틸기(2,2-dimethylbutyl group), 1,3-디메틸부틸기(1,3-dimethylbutyl group), 2,3-디메틸부틸기(2,3-dimethylbutyl group), 2-에틸부틸기(2-ethylbutyl group), 2-메틸펜틸기(2-methylpentyl group), 3-메틸펜틸기(3-methylpentyl group) 등을 들 수 있다.
알킬기는 1 내지 20의 탄소수, 예를 들어 1 내지 12의 탄소수, 1 내지 6의 탄소수, 또는 1 내지 4의 탄소수를 가진다.
본 발명에서, "아릴기"는 방향족 탄화수소로부터 유도된 1가의 치환기로 정의된다.
상기 아릴기의 구체적인 예로서는, 페닐기(phenyl group), 나프틸기(naphthyl group), 안트라세닐기(anthracenyl group), 나프타세닐기(naphthacenyl group), 피레닐기(pyrenyl group), 톨릴기(tolyl group), 바이페닐기(biphenyl group), 터페닐기(terphenyl group), 크리세닐기(chrycenyl group), 스피로바이플루오레닐기(spirobifluorenyl group), 플루오란테닐기(fluoranthenyl group), 플루오레닐기(fluorenyl group), 페릴레닐기(perylenyl group), 인데닐기(indenyl group), 아줄레닐기(azulenyl group), 헵타레닐기(heptalenyl group), 페날레닐기(phenalenyl group), 페난트레닐기(phenanthrenyl group) 등을 들 수 있다.
아릴기는 6 내지 30의 탄소수, 예를 들어 6 내지 18의 탄소수, 또는 6 내지 12의 탄소수를 가진다.
"헤테로아릴기"는 단환 또는 축합환으로부터 유도된 "방향족 복소환"을 나타낸다. 상기 헤테로아릴기는, 헤테로원자로서 질소(N), 황(S), 산소(O), 인(P), 셀레늄(Se) 및 규소(Si) 중에서 적어도 하나, 예를 들어 1개, 2개, 3개 또는 4개를 포함할 수 있다.
상기 헤테로아릴기의 구체적인 예로서는, 피롤릴기(pyrrolyl group), 피리딜기(pyridyl group), 피리다지닐기(pyridazinyl group), 피리미디닐기(pyrimidinyl group), 피라지닐기(pyrazinyl group), 트리아졸릴기(triazolyl group), 테트라졸릴기(tetrazolyl group), 벤조트리아졸릴기(benzotriazolyl group), 피라졸릴기(pyrazolyl group), 이미다졸릴기(imidazolyl group), 벤즈이미다졸릴기(benzimidazolyl group), 인돌릴기(indolyl group), 이소인돌릴기(isoindolyl group), 인돌리지닐기(indolizinyl group), 푸리닐기(purinyl group), 인다졸릴기(indazolyl group), 퀴놀릴기(quinolyl group), 이소퀴놀리닐기(isoquinolinyl group), 퀴놀리지닐기(quinolizinyl group), 프탈라지닐기(phthalazinyl group), 나프틸리디닐기(naphthylidinyl group), 퀴녹살리닐기(quinoxalinyl group), 퀴나졸리닐기(quinazolinyl group), 신놀리닐기(cinnolinyl group), 프테리디닐기(pteridinyl group), 이미다조트리아지닐기(imidazotriazinyl group), 아크리디닐기(acridinyl group), 페난트리디닐기(phenanthridinyl group), 카바졸릴기(carbazolyl group), 페난트롤리닐기(phenanthrolinyl group), 페나지닐기(phenazinyl group), 이미다조피리디닐기(imidazopyridinyl group), 이미다조피리미디닐기(imidazopyrimidinyl group), 피라졸로피리디닐기(pyrazolopyridinyl group) 등을 포함하는 함질소 헤테로아릴기; 티에닐기(thienyl group), 벤조티에닐기(benzothienyl group), 디벤조티에닐기(dibenzothienyl group) 등을 포함하는 황함유 헤테로아릴기; 푸릴기(furyl group), 피라닐기(pyranyl group), 시클로펜타피라닐기(cyclopentapyranyl group), 벤조퓨라닐기(benzofuranyl group), 이소벤조퓨라닐기(isobenzofuranyl group), 디벤조퓨라닐기(dibenzofuranyl group) 등을 포함하는 함산소 헤테로아릴기 등을 들 수 있다. 또한, 상기 헤테로 아릴기의 구체적인 예로서는, 티아졸릴기(thiazolyl group), 이소티아졸릴기(isothiazolyl group), 벤조티아졸릴기(benzothiazolyl group), 벤조티아디아졸릴기(benzothiadiazolyl group), 페노티아지닐기(phenothiazinyl group), 이속사졸릴기(isoxazolyl group), 푸라자닐기(furazanyl group), 페녹사지닐기(phenoxazinyl group), 옥사졸릴기(oxazolyl group), 벤즈옥사졸릴기(benzoxazolyl group), 옥사디아졸릴기(oxadiazolyl group), 피라졸로옥사졸릴기(pyrazoloxazolyl group), 이미다조티아졸릴기(imidazothiazolyl group), 티에노퓨라닐기(thienofuranyl group) 등의 적어도 2개 이상의 헤테로원자를 포함하는 화합물들을 들 수 있다.
헤테로아릴기는 2 내지 20의 탄소수, 예를 들어 3 내지 19의 탄소수, 4 내지 15의 탄소수 또는 5 내지 11의 탄소수를 가질 수 있다. 예를 들어, 헤테로원자를 포함하면, 헤테로아릴기는 5 내지 21의 환원(ring member)을 가질 수 있다.
"시클로알킬기"는 단일고리(monocyclic) 의 포화탄화수소로부터 유도된 작용기로 정의된다.
상기 시클로알킬기의 구체적인 예로서는, 시클로프로필기(cyclopropyl group), 시클로부틸기(cyclobutyl group), 시클로펜틸기(cyclopentyl group), 시클로헥실기(cyclohexyl group), 시클로헵틸기(cycloheptyl group) 또는 시클로옥틸기(cyclooctyl group) 등을 들 수 있다.
시클로알킬기는 3 내지 20의 탄소수, 예를 들어 3 내지 12의 탄소수, 또는 3 내지 6의 탄소수를 가진다.
"헤테로시클로알킬기"는 탄소 원자 이외에 1종 이상의 헤테로원자를 고리의 요소로서 함유하는 비방향족의 단일고리 또는 다중고리기로 정의한다. 헤테로원자는 산소(O), 질소(N), 황(S), 셀레늄(Se) 또는 인(P) 원자를 포함할 수 있고, 이에 제한되지 않는다. 또한, 헤테로시클로알킬기가 방향족 고리를 포함하지 않더라도, 헤테로시클로알킬기의 고리를 구성하는 탄소원자-탄소원자 또는 탄소원자-헤테로원자를 연결하는 결합은 이중 결합을 포함할 수 있다.
상기 헤테로시클로알킬기의 구체적인 예에는 2-피롤리디닐기(2-pyrrolidinyl group), 3-피롤리디닐기(3-pyrrolidinyl group), 피페리디닐기(piperidinyl group), 2-테트라하이드로퓨라닐기(2-tetrahydrofuranyl group), 3-테트라하이드로퓨라닐기(3-tetrahydrofuranyl group), 2-테트라하이드로티에닐기(2-tetrahydrothienyl group) 및 3-테트라하이드로티에닐기(3-tetrahydrothienyl group)이 포함되지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
헤테로시클로알킬기는 2 내지 20의 탄소수, 예를 들어 3 내지 19의 탄소수, 또는 5 내지 11의 탄소수를 가진다. 즉, 헤테로원자를 포함하면, 헤테로시클로알킬기는 3 내지 21의 환원(ring member), 예를 들어 4 내지 20의 환원, 또는 6 내지 12의 환원을 가진다.
"바이시클로알킬기"는, 2개의 알킬 고리들 각각에서 선택된 적어도 1개의 탄소 원자가 서로 연결된 구조를 갖는 작용기를 의미한다.
바이시클로알킬기의 구체적인 예로서는, 바이시클로펜틸기(bicyclopentyl group), 바이시클로헥실기(bicyclohexyl group), 바이시클로헵틸기(bicycloheptyl group), 바이시클로옥틸기(bicyclootyl group), 바이시클로노닐기(bicyclononyl group) 또는 바이시클로데실기(bicyclodecyl group) 등을 들 수 있다.
바이시클로알킬기는 5 내지 20의 탄소수, 예를 들어 7 내지 18의 탄소수, 또는 7 내지 12의 탄소수를 가진다.
또한, "아릴렌기"는 상기에서 설명한 아릴기로부터 유도된 2가의 치환기를 의미할 수 있다.
또한, "헤테로아릴렌기"는 상기에서 설명한 헤테로아릴기로부터 유도된 2가의 치환기를 의미할 수 있다.
본 발명에서 3개의 고리를 가지는 헤테로아릴에 있어서, 치환하거나 치환될 수 있는 탄소원자의 위치는 헤테로원자를 기준으로 하기와 같이 표시하고, 이하에서는 이를 토대로 설명한다.
Figure pat00009
본 발명에 따른 발광 소자는 정공 수송성층과 발광층 사이에 배치되는 차단층을 포함한다. 상기 차단층은 제2 전극에서 주입된 전자가 발광층을 경유하여 정공 수송성층으로 유입되는 것을 방지하는 전자 차단층(electron blocking layer, EBL)일 수 있다. 또한, 상기 차단층은 발광층에서 형성된 여기자가 제1 전극의 방향으로 확산되어 비발광 소멸하는 것을 방지하는 여기자 차단층일 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 차단층은 여기자 분리 차단층(exciton dissociation blocking layer, EDBL)일 수 있다. 상기 여기자 분리 차단층은 발광층에서 형성된 여기자가 발광층과 상기 정공 수송성층 사이의 계면에서 '여기자 분리(exciton dissociation)' 과정을 거쳐 비발광 소멸하는 것을 방지할 수 있다. 상기 계면에서의 여기자 분리를 방지하기 위해서, 상기 차단층을 형성하는 화합물은 발광층을 형성하는 화합물과 유사한 레벨의 HOMO 값을 갖도록 선택될 수 있다.
상기 차단층의 두께를 발광 소자의 공진 길이에 맞게 조절하면 발광 효율을 증가시킬 수 있고, 여기자가 발광층과 다른 층 사이의 계면이 아닌, 발광층의 중앙부에서 형성될 수 있도록 조절 가능하다.
하나의 실시예에서, 상기 화학식 1의 화합물은 하기 화학식 5로 나타낼 수 있다.
[화학식 5]
Figure pat00010
상기 식에서,
X는 S, O 또는 Si(R1)(R2)를 나타내고,
Lc1 및 Lc2는 각각 독립적으로 단일결합 -O-, -S-, 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기, 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴렌기 또는 탄소수 3 내지 20의 시클로알킬렌기를 나타내며,
Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기, 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴기 또는 하기 화학식 6 또는 하기 화학식 7을 나타내고,
[화학식 6]
Figure pat00011
[화학식 7]
Figure pat00012
Ara, Arb, Ar2 및 Ar3은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 12의 알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기 또는 하기 화학식 8을 나타내며,
[화학식 8]
Figure pat00013
W1 및 W2는 각각 독립적으로 N-Ar4, O, S 또는 Si(R7)(R8)를 나타내고,
R1, R2, R7 및 R8은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기를 나타내며,
Ar4는 탄소수 1 내지 12의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기를 나타내고,
Ara, Arb, Ar2, Ar3 및 Ar4의 수소들 중에서 어느 하나 이상은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 탄소수 1 내지 6를 갖는 1개 이상의 알킬기로 치환된 아민기 및 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된다.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 화학식 5로 나타내는 화합물은 하기 화학식 9로 나타낼 수 있다.
[화학식 9]
Figure pat00014
상기 식에서
LC1 및 LC2는 각각 독립적으로 단일결합, -O-, -S-, 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기, 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴렌기 또는 탄소수 3 내지 20의 시클로알킬렌기를 나타내고,
Ara 및 Arb는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 12의 알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기, 또는 하기 화학식 8을 나타내며,
[화학식 8]
Figure pat00015
Het1 및 Het2는 하기 화학식 10 또는 하기 화학식 11을 나타내고,
[화학식 10]
Figure pat00016
[화학식 11]
Figure pat00017
여기서 W2는 N-Ar4, O, S 또는 Si(R7)(R8)를 나타내며,
Ar4는 수소, 탄소수 1 내지 12의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기를 나타내고,
X1은 S 또는 O를 나타내며,
X2는 S를 나타내고,
R7, R8, R9, R10, R11 및 R12는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기 또는 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴기를 나타내며,
l, o, p 및 q는 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수를 나타내고,
상기 화학식 10으로 표시되는 치환기는 1번 또는 8번 탄소 위치에서 화학식 1의 화합물에 치환되며,
상기 화학식 11로 표시되는 치환기는 3번 또는 6번 탄소 위치에서 화학식 1의 화합물에 치환된다.
예를 들어, 상기 화학식 9에서, Het1 및 Het2가 상기 화학식 10으로 표시되는 치환기인 경우인지, 혹은 상기 화학식 11로 표시되는 치환기인 경우인지에 따라서 화합물의 물성에 영향을 줄 수 있다. 본 발명의 발명자는 반복적이고 다양한 실험을 통해, 상기 화학식 9에서 Het1 및 Het2가 상기 화학식 10으로 표시되는 치환기인 경우에는, 이를 발광소자에 적용시 전력 효율의 감소 없이도, 소자의 수명을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
또 다른 실시예에서, 상기 화학식 5에서,
X는 S, O 또는 Si(R1)(R2)를 나타내고,
R1 및 R2는 각각 메틸기 또는 페닐기를 나타내고,
Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 수소, 카바졸릴기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 디벤조실롤일기, 또는 디페닐아민기를 나타내고, 여기서 카바졸릴기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 또는 디벤조실롤일기는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기 및 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되고,
Ara 및 Arb는 각각 독립적으로 페닐기, 바이페닐기, 나프틸기, 디벤조퓨라닐기, 또는 디벤조티오페닐기를 나타낼 수 있다.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 화학식 1의 화합물은 하기 화학식 12로 나타낼 수 있다.
[화학식 12]
Figure pat00018
상기 식에서,
Y는 S, O 또는 Si(R1)(R2)를 나타내고,
Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 수소, 하기 화학식 13 또는 하기 화학식 14으로 나타내며,
[화학식 13]
Figure pat00019
[화학식 14]
Figure pat00020
Ara, Arb, Ar2 및 Ar3은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 12의 알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기 또는 하기 화학식 15를 나타내고,
[화학식 15]
Figure pat00021
W1 및 W2는 각각 독립적으로 N-Ar4, O, S 또는 Si(R7)(R8)를 나타내며,
R1, R2, R7 및 R8은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기를 나타내고,
Ar4는 탄소수 1 내지 12의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기를 나타내며,
Ara, Arb, Ar2, Ar3 및 Ar4의 수소들 중에서 어느 하나 이상은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기 및 탄소수 1 내지 6을 갖는 1개 이상의 알킬기로 치환된 아민기로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된다.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 화학식 12로 나타내는 화합물은 하기 화학식 16으로 나타낼 수 있다.
[화학식 16]
Figure pat00022
상기 식에서,
Y는 S, O 또는 Si(R1)(R2)를 나타내고,
Ara 및 Arb는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기 또는 하기 화학식 17을 나타내며,
[화학식 17]
Figure pat00023
W2는 N-Ar4, O, S 또는 Si(R7)(R8)를 나타내고,
R1, R2, R7 및 R8은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기를 나타내며,
Ar4는 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기를 나타낸다.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 화학식 12에서,
Y는 S, O 또는 Si(R1)(R2)를 나타내고,
R1 및 R2는 각각 메틸기 또는 페닐기를 나타내며,
Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 수소, 카바졸릴기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 디벤조실롤일기, 또는 디페닐아민기를 나타내고, 여기서 카바졸릴기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 또는 디벤조실롤일기는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기 및 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되고,
Ara 및 Arb는 각각 독립적으로 페닐기, 바이페닐기, 나프틸기, 디벤조퓨라닐기, 또는 디벤조티오페닐기를 나타낼 수 있다.
하나의 실시예에서, 정공 수송성층은 하기 화학식 18로 나타내는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 18]
Figure pat00024
상기 식에서,
R13 및 R14는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기 또는 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴기를 나타내고,
Lg는 각각 독립적으로 *-L5-L6-L7-L8-*를 나타내며,
L5, L6, L7 및 L8은 각각 독립적으로 단일결합, -O-, -S-, 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기, 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴렌기 또는 탄소수 3 내지 20의 시클로알킬렌기를 나타내되, L5, L6, L7 및 L8이 모두 단일결합인 경우는 제외되고,
Arc 및 Ard는 각각 독립적으로 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기, 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴기 또는 하기 화학식 19를 나타내고,
[화학식 19]
Figure pat00025
W3은 O, S, 또는 C(R17)(R18)를 나타내며,
R15, R16, R17 및 R18은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기 또는 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴기를 나타내고,
r은 0 내지 3의 정수를 나타내고, s는 0 내지 4의 정수를 나타낸다.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 화학식 18로 나타내는 화합물은 하기 화학식 20으로 나타낼 수 있다.
[화학식 20]
Figure pat00026
상기 식에서,
R13은 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기를 나타내고,
R14는 수소를 나타내며,
Lg는 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기를 나타내며,
Arc는 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기 또는 하기 화학식 21을 나타내고,
[화학식 21]
Figure pat00027
W3은 O, S, 또는 C(R17)(R18)를 나타내며,
R15, R16, R17 및 R18은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기를 나타내고,
r은 0 내지 2의 정수를 나타내고, s는 0 내지 2의 정수를 나타낸다.
하나의 예로서, 상기 화학식 20에서,
R13은 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기 또는 나프틸기를 나타내고,
R14는 수소를 나타내며,
Lg는 페닐렌기, 바이페닐렌기, 터페닐렌기 또는 나프틸렌기를 나타내고,
Arc는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 디벤조티오페닐기, 디벤조퓨라닐기, 플루오레닐기, 디메틸플루오레닐기 또는 디페닐플루오레닐기를 나타낼 수 있다.
또한, 상기 정공 수송성층은 P형 도펀트를 포함할 수 있는 제1 층; 및 상기 화학식 18의 화합물을 포함하는 제2 층을 포함할 수 있다.
상기 발광층은 하기 화학식 22로 나타내는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 22]
Figure pat00028
상기 식에서,
R19 및 R20은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기 또는 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴기를 나타내고,
Lh 및 Li는 각각 독립적으로 *-L9-L10-*를 나타내며,
L9 및 L10은 각각 독립적으로 단일결합, 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기, 또는 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴렌기를 나타내고,
Are 및 Arf는 각각 독립적으로 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기, 또는 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴기를 나타낸다.
하나의 예로서, 상기 화학식 22에서,
R19 및 R20은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기를 나타내고,
Lh 및 Li는 각각 독립적으로 *-L9-L10-*를 나타내며,
L9 및 L10은 각각 독립적으로 단일결합, 페닐렌기 또는 나프틸렌기를 나타내고,
Are 및 Arf는 각각 독립적으로 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기, 또는 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴기를 나타낼 수 있다.
하나의 예로서, 상기 발광층은 하기 화학식 23으로 나타내는 화합물을 추가로 포함할 수 있다.
[화학식 23]
Figure pat00029
상기 식에서,
Arg, Arh, Ari 및 Arj는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 트리메틸실릴기 또는 시아노기로 치환되거나 비치환된 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기 또는 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴기를 나타낸다.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 발광 소자를 포함하는 전자 장치를 제공한다. 상기 전자 장치의 예는 특별히 제한되지 않으며, 디스플레이 장치 또는 조명 장치일 수 있다.
이하에서는, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 발광 소자에 대해서 설명한다. 이하에서는, 본 발명에 따른 발광 소자의 구조는 첨부된 도면들 및 하기의 설명에 의해 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 발광 소자(100)는 베이스 기판(10) 상에 형성된 제1 전극(20), 정공 수송성층(30), 차단층(40), 발광층(50) 및 제2 전극(60)을 포함한다. 상기 발광 소자(100)는 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode, OLED)일 수 있다.
상기 제1 전극(20)은 도전성 물질로 상기 베이스 기판(10) 상에 형성될 수 있다. 일례로, 상기 제1 전극(20)은 투명 전극일 수 있다. 이때, 상기 제1 전극(20)은 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide, ITO)로 형성할 수 있다. 이와 달리, 상기 제1 전극(20)은 불투명(반사) 전극일 수 있다. 이때, 상기 제1 전극(20)은 ITO/은(Ag)/ITO 구조를 가질 수 있다. 상기 제1 전극(20)은 상기 발광 소자(100)의 양극(anode)이 될 수 있다.
상기 정공 수송성층(30)은 상기 제1 전극(20) 상에 형성되어 상기 제1 전극(20)과 상기 차단층(40) 사이에 개재된다. 상기 정공 수송성층(30)은 정공 수송층 및/또는 정공 주입층을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 정공 수송성층(30)은 하기 화학식 18로 나타내는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 18]
Figure pat00030
상기 화학식 18로 나타내는 화합물은 앞서 설명한 것과 실질적으로 동일할 수 있다. 따라서, R13, R14, Lg, Arc 및 Ard 각각에 대한 중복되는 구체적인 설명은 생략한다.
상기 차단층(40)은 상기 정공 수송성층(30)과 상기 발광층(50) 사이에 배치되어, 전자 차단층(electron blocking layer, EBL), 여기자 차단층 혹은 여기자 분리 차단층(exciton dissociation blocking layer, EDBL)의 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 차단층(40)은 화학식 1로 나타내는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00031
상기 화학식 1로 나타내는 화합물은 앞서 설명한 것과 실질적으로 동일할 수 있다. 따라서, X, Y, La, Lb, Z1 및 Z2 각각에 대한 중복되는 구체적인 설명은 생략한다.
상기 발광층(50)은 상기 차단층과(40)과 상기 제2 전극(60) 사이에 배치될 수 있다. 상기 발광층(50)이 방출하는 광의 파장은, 상기 발광층(50)을 형성하는 화합물의 종류에 따라서 달라질 수 있다. 상기 발광층(50)을 형성하는 재료로는, 상업적으로 입수 가능한 다양한 물질을 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 발광층(50)은 하기 화학식 22로 나타내는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 22]
Figure pat00032
상기 화학식 22로 나타내는 화합물은 앞서 설명한 것과 실질적으로 동일할 수 있다. 따라서, R19, R20, Lh, Li, Are 및 Arf 각각에 대한 중복되는 구체적인 설명은 생략한다.
상기 제2 전극(60)은 도전성 물질로 상기 발광층(50) 상에 형성될 수 있다. 상기 제1 전극(20)이 투명 전극인 경우, 상기 제2 전극(60)은 불투명(반사) 전극일 수 있다. 이때, 상기 제2 전극(60)은 알루미늄 전극일 수 있다. 이와 달리, 상기 제1 전극(20)이 불투명 전극인 경우, 상기 제2 전극(60)은 투명 또는 반투명 전극일 수 있고, 이때, 상기 제2 전극(60)은 100Å 내지 150Å의 두께를 가질 수 있다. 불투명 전극을 형성하는 재료로서는, 마그네슘 및 은을 포함하는 합금을 이용할 수 있다. 상기 제2 전극(60)은 상기 발광 소자(100)의 음극(cathode)이 될 수 있다.
도면으로 도시하지 않았으나, 상기 발광층(50)과 상기 제2 전극(60) 사이에는 전자 수송성층으로서, 전자 수송층(electron transporting layer, ETL) 및/또는 전자 주입층(electron injecting layer, EIL)이 형성될 수 있다. 상기 전자 수송층이나 상기 전자 주입층 각각은 상업적으로 입수 가능한 다양한 물질을 특별한 제한 없이 사용될 수 있다.
상기 발광 소자(100)의 상기 제1 및 제2 전극들(20, 60) 사이에 전류를 흘려주는 경우, 상기 제1 전극(20)으로부터 상기 발광층(50)으로 주입된 정공(hole)과 상기 제2 전극(60)으로부터 상기 발광층(50)으로 주입된 전자(electron)가 결합하여 여기자(exciton)을 형성한다. 상기 여기자가 기저 상태로 전이되는 과정에서, 특정 영역대의 파장을 갖는 광이 생성된다. 이때, 상기 여기자는 일중항(singlet) 여기자일 수 있으며, 또한 삼중항(triplet) 여기자일 수 있다. 이에 따라, 상기 발광 소자(100)가 외부로 광을 제공할 수 있다.
한편, 상기 발광 소자(100)는 상기 발광층(50)과 상기 제2 전극(60) 사이에 배치되는 제2 차단층(미도시)을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 차단층은 상기 발광층(50)과 상기 제2 전극(60), 구체적으로는 상기 발광층(50)과 상기 전자 수송층 사이에 배치되어 정공이 상기 제1 전극(20)에서부터 상기 발광층(50)을 경유하여 상기 전자 수송층으로 유입되는 것을 방지하는 정공 차단층(hole blocking layer, HBL)일 수 있다. 또한, 상기 제2 차단층은 상기 발광층(50)에서 형성된 여기자가 상기 제2 전극(60)의 방향으로 확산되어 상기 여기자가 비발광 소멸하는 것을 방지하는 여기자 차단층일 수 있다.
상기 제2 차단층의 두께를, 상기 발광 소자(100)의 공진 길이에 맞게 조절하면 발광 효율을 증가시킬 수 있고, 여기자가, 상기 발광층(50)과 다른 층 사이의 계면이 아닌, 상기 발광층(50)의 중앙부에서 형성될 수 있도록 조절될 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 발광 소자(102)는 베이스 기판(10) 상에 형성된 제1 전극(20), 정공 수송성층(32), 차단층(40), 발광층(50) 및 제2 전극(60)을 포함한다. 상기 정공 수송성층(32)을 제외하고는 도 1에서 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
상기 정공 수송성층(32)은 상기 화학식 18로 나타내는 화합물 및 P형 도펀트를 포함한다. 상기 정공 수송성층(32)에 포함되는 화합물은 상기에서 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 중복되는 구체적인 설명은 생략한다.
상기 P형 도펀트는 P형 유기물 도펀트 및/또는 P형 무기물 도펀트를 포함할 수 있다.
상기 P형 유기물 도펀트의 구체적인 예로서는, 하기 화학식 24 내지 28로 나타내는 화합물들, 헥사데카플루오로프탈로시아닌 (Hexadecafluorophthalocyanine, F16CuPc), 11,11,12,12-테트라시아노나프토-2,6-퀴노디메탄 (11,11,12,12-tetracyanonaphtho-2,6-quinodimethane, TNAP), 3,6-디플루오로-2,5,7,7,8,8-헥사시아노-퀴노디메탄 (3,6-difluoro-2,5,7,7,8,8-hexacyano-quinodimethane, F2-HCNQ) 또는 테트라시아노퀴노디메탄(Tetracyanoquinodimethane, TCNQ) 등을 포함할 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 2 이상이 조합되어 이용될 수 있다.
[화학식 24]
Figure pat00033
상기 식에서, R은 시아노기, 설폰기, 설폭사이드기, 설폰아미드기, 설포네이트기, 니트로기 또는 트리플루오로메틸기를 나타낼 수 있다.
[화학식 25]
Figure pat00034
[화학식 26]
Figure pat00035
[화학식 27]
Figure pat00036
[화학식 28]
Figure pat00037
상기 식에서, m 및 n은 각각 독립적으로 1 내지 5의 정수를 나타내고, Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기 또는 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴기를 나타낼 수 있다. 이때, 상기 식에서, Y1 및 Y2가 나타내는 아릴기 또는 헤테로아릴기의 수소는 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 탄소수 1 내지 5의 알콕시기 또는 하이드록시기로 치환 또는 비치환될 수 있고, 치환 또는 비치환된 Y1 및 Y2의 수소들은 각각 독립적으로 할로겐기로 치환 또는 비치환될 수 있다.
예를 들어, 상기 화학식 28로 나타내는 화합물은 하기 화학식 28a 또는 하기 화학식 28b로 나타내는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 28a]
Figure pat00038
[화학식 28b]
Figure pat00039
상기 P형 무기물 도펀트의 예로서는, 금속 산화물 또는 금속 할라이드 등을 들 수 있다. 상기 P형 무기물 도펀트의 구체적인 예로서는, MoO3, V2O5, WO3, SnO2, ZnO, MnO2, CoO2, ReO3, TiO2 , FeCl3, SbCl5 또는 MgF2 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 2 이상이 조합되어 이용될 수 있다.
상기 P형 도펀트의 함량은, 정공 수송성 화합물인 본 발명에 따른 화합물 100 중량부에 대해서, 약 0.5 중량부 내지 약 20 중량부일 수 있다. 예를 들어, 상기 P형 도펀트의 함량은 상기 정공 수송성 화합물 100 중량부에 대하여, 약 0.5 중량부 내지 약 15 중량부이거나, 약 0.5 중량부 내지 약 5 중량부일 수 있다. 이와 달리, 상기 P형 도펀트의 함량은 상기 정공 수송성 화합물 100 중량부에 대해서, 약 1 중량부 내지 10 중량부, 1 중량부 내지 5 중량부, 1.5 중량부 내지 6 중량부 또는 2 중량부 내지 5 중량부일 수 있다.
상기 P형 도펀트의 함량이 상기 정공 수송성 화합물 100 중량부에 대해서, 약 0.5 중량부 내지 약 20 중량부인 경우, 상기 P형 도펀트가 상기 정공 수송성 화합물의 물성을 저하시키지 않으면서도 과도한 누설 전류의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 상기 P형 도펀트에 의해서 상기 정공 수송성층(32)과 접촉하는 상, 하부층들 각각과의 계면에서의 에너지 장벽을 감소시킬 수 있다.
도면으로 도시하지 않았으나, 상기 발광 소자(102)는 전자 수송층, 전자 주입층, 및/또는 제2 차단층을 더 포함할 수 있다. 상기 층들 각각은 도 1의 발광 소자(100)에서 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.
한편, 도 1에 도시된 발광 소자(100)가 중간층(interlayer, 미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 중간층은 도 1의 상기 제1 전극(20)과 상기 정공 수송성층(30) 사이에 배치될 수 있고, 도 2에서 설명한 P형 도펀트로 이용되는 화합물로 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 발광 소자(104)는 베이스 기판(10) 상에 형성된 제1 전극(20), 정공 수송성층(34), 차단층(40), 발광층(50) 및 제2 전극(60)을 포함한다. 상기 정공 수송성층(34)을 제외하고는 도 1에서 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
상기 정공 수송성층(34)은 상기 제1 전극(20)과 접촉하는 제1 층(33a) 및 상기 제1 층(33a)과 상기 차단층(40) 사이에 배치된 제2 층(33b)을 포함한다. 즉, 상기 정공 수송성층(34)은 2층 구조를 가질 수 있다. 또한, 상기 정공 수송성층(34)은 상기 제1 및 제2 층들(33a, 33b)을 포함하는 2층 이상의 다층 구조를 가질 수 있다.
상기 제1 및 제2 층들(33a, 33b)은 서로 동일한 종류의 정공 수송성 화합물을 포함할 수 있다. 상기 제1 층(33a)과 상기 제2 층(33b)에 포함되는 정공 수송성 화합물의 성분을 동일하게 함으로써, 이종 물질간의 계면에서 발생될 수 있는 물리화학적 결함을 감소시켜 발광층으로의 정공 주입을 용이하게 할 수 있다. 또 다른 측면에서, 제1층(33a)과 제2층(33b)에 동일한 호스트 물질을 사용하면, 하나의 챔버 내에서 제1층(33a)과 제2층(33b)을 연속적으로 형성할 수 있게 되므로 제작 공정이 단순해지고 제작 시간을 단축시킬 수 있는 이점이 있다. 나아가, 인접하고 있는 층간의 유리전이온도 등의 물성이 유사하게 되므로 소자의 내구성을 높일 수 있는 이점도 있다.
상기 제1 층(33a)은 정공 수송성 화합물로서 상기 화학식 18로 나타내는 본 발명에 따른 화합물과 P형 도펀트를 포함한다. 상기 제1 층(33a)은 두께를 제외하고는 도 2에서 설명한 상기 정공 수송성층(32)과 실질적으로 동일하다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다.
상기 제2 층(33b)은 정공 수송성 화합물로서 상기 화학식 18로 나타내는 화합물을 포함하되, 상기 제2 층(33b)을 구성하는 정공 수송성 화합물은 상기 제1 층(33a)을 구성하는 정공 수송성 화합물과 동일할 수 있다. 상기 제2 층(33b)도 두께를 제외하고는 도 1에서 설명한 상기 정공 수송성층(30)과 실질적으로 동일하므로, 중복되는 상세한 설명은 생략한다.
이와 달리, 상기 제1 및 제2 층들(33a, 33b)은 서로 다른 종류의 정공 수송성 화합물을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 층들(33a, 33b)을 구성하는 상기 정공 수송성 화합물은 상기 화학식 18로 나타내는 화합물이되, R13, R14, Lg, Arc 및 Ard 중 어느 하나 이상은 각각 독립적으로 상이할 수 있다. 이때, 상기 제1 및 제2 층들(33a, 33b) 각각을 구성하는 화합물은, 정공을 상기 발광층(50)으로 효율적으로 전달하기 위한 HOMO값을 갖도록 선택될 수 있다.
추가적으로, 상기 제2 층(33b)이 상기 정공 수송성 화합물과 함께 P형 도펀트를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 층(33a)과 상기 제2 층(33b)에 도핑되는 P형 도펀트의 종류는 서로 다를 수 있고, 동일한 종류가 이용되더라도 도핑량이 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 층(33a)에 도핑된 P형 도펀트의 함량(P1)과, 상기 제2 층(33b)에 도핑된 P형 도펀트의 함량(P2)은 하기 수학식 1의 관계를 만족할 수 있다.
[수학식 1]
P1/P2 ≥ 1
상기 수학식 1에서,
"P1"은 상기 제1 층(33a)에서 정공 수송성 화합물 100 중량부 대비 도핑된 P형 도펀트의 함량이고, "P2"는 상기 제2 층(33b)에서 정공 수송성 화합물 100 중량부 대비 도핑된 P형 도펀트의 함량이다.
예를 들어, 상기 제1 층(33a)에 도핑된 P형 도펀트의 함량은, 정공 수송성 화합물 100 중량부를 기준으로, 0.3 내지 20중량부, 1 내지 15 중량부, 2 내지 10 중량부, 또는 4 내지 6 중량부 범위일 수 있다. 또한, 제2층(33b)에 도핑된 P형 도펀트의 함량은, 정공 수송성 화합물 100 중량부를 기준으로, 0.3 내지 20 중량부, 0.5 내지 10 중량부, 1 내지 8 중량부, 또는 2 내지 4 중량부 범위일 수 있다.
또한, 도면으로 도시하지 않았으나, 상기 발광 소자(104)는 전자 수송층, 전자 주입층 및/또는 제2 차단층을 더 포함할 수 있다. 상기 층들 각각은 도 1의 발광 소자(100)에서 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.
상기에서 설명한 상기 발광 소자들(100, 102, 104) 각각이, 상기 화학식 1로 나타내는 화합물을 포함하는 차단층(40)을 포함함으로써 상기 발광 소자들(100, 102, 104)은 우수한 열적 안정성을 가짐과 동시에, 발광 효율이 향상되고 수명이 길어질 수 있다.
도 1 내지 도 3에서는, 상기 베이스 기판(10) 상에 상기 발광 소자들(100, 102, 104)이 직접적으로 형성된 것으로 도시하고 있으나, 상기 발광 소자들(100, 102, 104) 각각의 상기 제1 전극(20)과 상기 베이스 기판(10) 사이에 화소를 구동하는 구동 소자로서 박막 트랜지스터가 배치될 수 있다. 이때, 상기 제1 전극(20)이 상기 박막 트랜지스터와 연결된 화소 전극이 될 수 있다. 상기 제1 전극(20)이 화소 전극인 경우, 다수의 화소들 각각에 상기 제1 전극(20)이 서로 분리되어 배치되고 상기 베이스 기판(10)에는 상기 제1 전극(20)의 가장자리를 따라 형성되는 격벽 패턴이 형성되어 서로 인접한 화소들에 배치된 상기 제1 전극(20) 상에 적층되는 층들이 서로 격리될 수 있다. 즉, 도면으로 도시하지 않았으나 상기 발광 소자들(100, 102, 104)이 백라이트 없이 영상을 표시하는 디스플레이 장치에 이용될 수 있다.
또한, 상기 발광 소자들(100, 102, 104)은 조명 장치로 이용될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서 예시한 상기 발광 소자들(100, 102, 104)은 다양한 형태의 전자 장치에 이용될 수 있으며, 예를 들어, 상기 전자 장치로는 디스플레이 장치 또는 조명 장치 등이 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 구체적인 실시예들을 통해서 본 발명에 따른 신규한 화합물들을 보다 상세히 설명한다. 하기에 예시되는 실시예들은 발명의 상세한 설명을 위한 것일 뿐, 이에 의해 권리범위를 제한하려는 것은 아니다.
제조예 1
Figure pat00040
1L 3구 둥근바닥 플라스크에 질소를 충전한 후, 화합물 A (67.4mmol, 34.0g), 화합물 B (74.1mmol, 40.9 g), 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran, THF) 340mL 및 에탄올(ethanol, EtOH) 170㎖를 넣고 30분 동안 교반하였다. 또한, 탄산칼륨(K2CO3) (269.6 mmol, 37.3g)을 물(H2O) 170mL에 용해시킨 후, 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가하였다. 이어서, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(tetrakis(triphenylphosphine)palladium, Pd(PPh3)4) (2.7mmol, 3.1g)을 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가한 후, 빛을 차단하고 6시간 동안 환류(reflux)시켰다. 상기 반응 혼합물을 식힌 후 에틸 아세테이트(ethyl acetate, EA) 및 증류수를 사용하여 추출하고 농축한 다음, 테트라히드로퓨란(THF) 170mL에 용해시키고 메탄올 (methanol) 1,700mL에 넣고 20분간 교반 후 여과하여 연회색 고체인 화합물 1을 40.1g 수득하였다(수율 70%).
MALDI-TOF: m/z = 848.2359 (C60H36N2S2= 848.23)
제조예 2
Figure pat00041
1L 3구 둥근바닥 플라스크에 질소를 충전한 후, 화합물 C (19.8mmol, 10.0g), 화합물 D (21.8mmol, 12.0g), 테트라히드로퓨란(THF) 100mL 및 에탄올(EtOH) 50㎖를 넣고 30분 동안 교반하였다. 또한, 탄산칼륨(K2CO3) (79.3 mmol, 11.0g)을 물(H2O) 50mL에 용해시킨 후, 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가하였다. 이어서, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(Pd(PPh3)4) (0.8mmol, 0.9g)을 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가한 후, 빛을 차단하고 6시간 동안 환류(reflux)시켰다. 상기 반응 혼합물을 식힌 후 에틸 아세테이트(EA) 및 증류수를 사용하여 추출하고 농축한 다음, 테트라히드로퓨란(THF) 50mL에 용해시키고 메탄올 500mL에 넣고 20분간 교반 후 여과하여 연회색 고체인 화합물 2를 13.5g 수득하였다(수율 80%).
MALDI-TOF: m/z = 848.2349 (C60H36N2S2= 848.23)
실시예 3
Figure pat00042
1L 3구 둥근바닥 플라스크에 질소를 충전한 후, 화합물 E (41.0mmol, 20.0g), 화합물 F (45.0mmol, 24.1g), 테트라히드로퓨란(THF) 200mL 및 에탄올(EtOH) 100㎖를 넣고 30분 동안 교반하였다. 또한, 탄산칼륨(K2CO3) (163.8 mmol, 22.6g)을 물(H2O) 100mL에 용해시킨 후, 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가하였다. 이어서, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(Pd(PPh3)4) (1.6mmol, 1.9g)을 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가한 후, 빛을 차단하고 6시간 동안 환류(reflux)시켰다. 상기 반응 혼합물을 식힌 후 에틸 아세테이트(EA) 및 증류수를 사용하여 추출하고 농축한 다음, 테트라히드로퓨란(THF) 100mL에 용해시키고 메탄올1000mL에 넣고 20분간 교반 후 여과하여 연회색 고체인 화합물 3을 23.4g 수득하였다(수율 70%).
MALDI-TOF: m/z = 816.2819 (C60H36N2O2= 816.28)
제조예 4
Figure pat00043
1L 3구 둥근바닥 플라스크에 질소를 충전한 후, 화합물 G (47.1mmol, 25.0g), 화합물 H (51.8mmol, 29.9g), 테트라히드로퓨란(THF) 250mL 및 에탄올(EtOH) 125mL를 넣고 30분 동안 교반하였다. 또한, 탄산칼륨(K2CO3) (188.5 mmol, 26.0g)을 물(H2O) 125mL에 용해시킨 후, 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가하였다. 이어서, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(Pd(PPh3)4) (1.9mmol, 2.2g)을 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가한 후, 빛을 차단하고 6시간 동안 환류(reflux)시켰다. 상기 반응 혼합물을 식힌 후 에틸 아세테이트(EA) 및 증류수를 사용하여 추출하고 농축한 다음, 테트라히드로퓨란(THF) 125mL에 용해시키고 메탄올 1,250mL에 넣고 20분간 교반 후 여과하여 연회색 고체인 화합물 5를 29.7g 수득하였다(수율 70%).
MALDI-TOF: m/z = 900.3419 (C64H48N2Si2= 900.34)
제조예 5
Figure pat00044
1L 3구 둥근바닥 플라스크에 질소를 충전한 후, 화합물 I (15.9mmol, 8.0g), 화합물 J (17.4mmol, 9.6g), 테트라히드로퓨란(THF) 80mL 및 에탄올(EtOH) 40mL를 넣고 30분 동안 교반하였다. 또한, 탄산칼륨(K2CO3) (63.4 mmol, 8.8g)을 물(H2O) 40mL에 용해시킨 후, 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가하였다. 이어서, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(Pd(PPh3)4) (0.6mmol, 0.7g)을 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가한 후, 빛을 차단하고 6시간 동안 환류(reflux)시켰다. 상기 반응 혼합물을 식힌 후 에틸 아세테이트(EA) 및 증류수를 사용하여 추출하고 농축한 다음, 테트라히드로퓨란(THF) 40mL에 용해시키고 메탄올 400mL에 넣고 20분간 교반 후 여과하여 연회색 고체인 화합물 5를 11.4g 수득하였다(수율 85%).
MALDI-TOF: m/z = 848.2354 (C60H36N2S2= 848.23)
제조예 6
Figure pat00045
1L 3구 둥근바닥 플라스크에 질소를 충전한 후, 화합물 K (61.4mmol, 30.0g), 화합물 L (67.6mmol, 36.2g), 테트라히드로퓨란(THF) 300mL 및 에탄올(EtOH) 150mL를 넣고 30분 동안 교반하였다. 또한, 탄산칼륨(K2CO3) (245.7 mmol, 34.0g)을 물(H2O) 150mL에 용해시킨 후, 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가하였다. 이어서, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(Pd(PPh3)4) (2.5mmol, 2.8g)을 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가한 후, 빛을 차단하고 6시간 동안 환류(reflux)시켰다. 상기 반응 혼합물을 식힌 후 에틸 아세테이트(EA) 및 증류수를 사용하여 추출하고 농축한 다음, 테트라히드로퓨란(THF) 150mL에 용해시키고 메탄올 1,500mL에 넣고 20분간 교반 후 여과하여 연회색 고체인 화합물 6을 35.1g 수득하였다(수율 70%).
MALDI-TOF: m/z = 816.2834 (C60H36N2O2= 816.28)
제조예 7
Figure pat00046
1L 3구 둥근바닥 플라스크에 질소를 충전한 후, 화합물 M (47.1mmol, 25.0g), 화합물 N (51.8mmol, 29.9g), 테트라히드로퓨란(THF) 250mL 및 에탄올(EtOH) 125mL를 넣고 30분 동안 교반하였다. 또한, 탄산칼륨(K2CO3) (188.5 mmol, 26.0g)을 물(H2O) 125mL에 용해시킨 후, 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가하였다. 이어서, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(Pd(PPh3)4) (1.9mmol, 2.2g)을 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가한 후, 빛을 차단하고 6시간 동안 환류(reflux)시켰다. 상기 반응 혼합물을 식힌 후 에틸 아세테이트(EA) 및 증류수를 사용하여 추출하고 농축한 다음, 테트라히드로퓨란(THF) 125mL에 용해시키고 메탄올 1,250mL에 넣고 20분간 교반 후 여과하여 연회색 고체인 화합물 7을 29.7g 수득하였다(수율 70%).
MALDI-TOF: m/z = 900.3423 (C64H48N2Si2= 900.34)
제조예 8
Figure pat00047
1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 질소를 충전한 후, 화합물 O (37.6mmol, 20.0g), 화합물 P (41.3mmol, 24.0g), 테트라하이드로퓨란(THF) 200mL 및 에탄올(EtOH) 100mL를 넣고 30분 동안 교반하였다. 또한, 탄산칼륨(K2CO3) (150.2 mmol, 20.8g)을 물(H2O) 100mL에 용해시킨 후, 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가하였다. 이어서, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(Pd(PPh3)4) (0.8mmol, 0.9g)을 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가한 후, 빛을 차단하고 7시간 동안 환류(reflux)시켰다. 상기 반응 혼합물을 식힌 후 에틸아세테이트(EA) 및 증류수를 사용하여 추출하고 농축한 다음, 테트라하이드로퓨란(THF) 100mL에 용해시키고 메탄올 1L에 넣고 30분간 교반 후 여과하여 연회색 고체인 화합물 8을 28.2g 수득하였다(수율 83%).
MALDI-TOF: m/z = 904.6587 (C64H44N2S2= 904.29)
제조예 9
Figure pat00048
1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 질소를 충전한 후, 화합물 Q (27.5mmol, 20.0g), 화합물 R (30.3mmol, 23.4g), 테트라하이드로퓨란(THF) 200mL 및 에탄올(EtOH) 100mL를 넣고 30분 동안 교반하였다. 또한, 탄산칼륨(K2CO3) (110.1 mmol, 15.2g)을 물(H2O) 100mL에 용해시킨 후, 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가하였다. 이어서, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(Pd(PPh3)4) (0.7mmol, 0.8g)을 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가한 후, 빛을 차단하고 8시간 동안 환류(reflux)시켰다. 상기 반응 혼합물을 식힌 후 에틸아세테이트(EA) 및 증류수를 사용하여 추출하고 농축한 다음, 테트라하이드로퓨란(THF) 100mL에 용해시키고 메탄올 1L에 넣고 40분간 교반 후 여과하여 연회색 고체인 화합물 9를 27.8g 수득하였다(수율 78%).
MALDI-TOF: m/z = 1292.4312 (C90H64N2S2Si2= 1292.40)
제조예 10
Figure pat00049
1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 질소를 충전한 후, 화합물 S (34.5mmol, 20.0g), 화합물 T (37.9mmol, 23.8g), 테트라하이드로퓨란(THF) 200mL 및 에탄올(EtOH) 100mL를 넣고 30분 동안 교반하였다. 또한, 탄산칼륨(K2CO3) (137.8 mmol, 19.0g)을 물(H2O) 100mL에 용해시킨 후, 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가하였다. 이어서, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(Pd(PPh3)4) (0.7mmol, 0.8g)을 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가한 후, 빛을 차단하고 6시간 동안 환류(reflux)시켰다. 상기 반응 혼합물을 식힌 후 에틸아세테이트(EA) 및 증류수를 사용하여 추출하고 농축한 다음, 테트라하이드로퓨란(THF) 100mL에 용해시키고 메탄올 1L에 넣고 30분간 교반 후 여과하여 연회색 고체인 화합물 10을 27.6g 수득하였다(수율 80%).
MALDI-TOF: m/z = 1000.5798 (C72H44N2S2= 1000.29)
제조예 11
Figure pat00050
1L 3구 둥근바닥 플라스크에 질소를 충전한 후, 화합물 U (19.8mmol, 10.0g), 화합물 V (21.8mmol, 12.0g), 테트라히드로퓨란(THF) 100mL 및 에탄올(EtOH) 50mL를 넣고 20분 동안 교반하였다. 또한, 탄산칼륨(K2CO3) (79.3 mmol, 11.0g)을 물(H2O) 50mL에 용해시킨 후, 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가하였다. 이어서, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(Pd(PPh3)4) (0.8mmol, 0.9g)을 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가한 후, 빛을 차단하고 5시간 동안 환류(reflux)시켰다. 상기 반응 혼합물을 식힌 후 에틸 아세테이트(EA) 및 증류수를 사용하여 추출하고 농축한 다음, 테트라히드로퓨란(THF) 50mL에 용해시키고 메탄올 500mL에 넣고 30분간 교반 후 여과하여 연회색 고체인 화합물 11을 13.5g 수득하였다(수율 89%).
MALDI-TOF: m/z = 848.2349 (C60H36N2S2= 848.23)
제조예 12
Figure pat00051
1L 3구 둥근바닥 플라스크에 질소를 충전한 후, 화합물 W (41.0mmol, 20.0g), 화합물 X (45.0mmol, 24.1g), 테트라히드로퓨란(THF) 200mL 및 에탄올(EtOH) 100mL를 넣고 30분 동안 교반하였다. 또한, 탄산칼륨(K2CO3) (163.8 mmol, 22.6g)을 물(H2O) 100mL에 용해시킨 후, 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가하였다. 이어서, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(Pd(PPh3)4) (1.6mmol, 1.9g)을 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가한 후, 빛을 차단하고 7시간 동안 환류(reflux)시켰다. 상기 반응 혼합물을 식힌 후 에틸 아세테이트(EA) 및 증류수를 사용하여 추출하고 농축한 다음, 테트라히드로퓨란(THF) 100mL에 용해시키고 메탄올1000mL에 넣고 30분간 교반 후 여과하여 연회색 고체인 화합물 12를 28.7g 수득하였다(수율 86%).
MALDI-TOF: m/z = 816.2819 (C60H36N2O2= 816.28)
제조예 13
Figure pat00052
1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 질소를 충전한 후, 화합물 Y (34.5mmol, 20.0g), 화합물 Z (37.9mmol, 23.8g), 테트라하이드로퓨란(THF) 200mL 및 에탄올(EtOH) 100mL를 넣고 20분 동안 교반하였다. 또한, 탄산칼륨(K2CO3) (137.8 mmol, 19.0g)을 물(H2O) 100mL에 용해시킨 후, 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가하였다. 이어서, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(Pd(PPh3)4) (0.7mmol, 0.8g)을 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가한 후, 빛을 차단하고 5시간 동안 환류(reflux)시켰다. 상기 반응 혼합물을 식힌 후 에틸아세테이트(EA) 및 증류수를 사용하여 추출하고 농축한 다음, 테트라하이드로퓨란(THF) 100mL에 용해시키고 메탄올 1L에 넣고 30분간 교반 후 여과하여 연회색 고체인 화합물 13을 29.3g 수득하였다(수율 85%).
MALDI-TOF: m/z = 1000.5798 (C72H44N2S2= 1000.29)
실시예 1: 발광 소자 A-1 내지 A-13 제조
인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide, ITO)로 형성된 제1 전극 상에, 호스트 물질로서 하기 화학식 29로 나타내는 화합물을 1Å/sec의 속도로 증착하고 동시에 하기 화학식 30으로 나타내는 P형 도펀트(HAT-CN)를 상기 호스트 물질 100 중량부에 대해 약 3 중량부의 비율로 공증착(Co-evaporation)하여 100Å 두께의 제1 층을 형성하였다. 상기 제1 층 상에 화학식 29로 나타내는 화합물을 300Å의 두께로 증착하여 제2 층을 형성하였다.
상기 제2 층 위에 제조예 1에 따른 화합물을 100Å의 두께로 증착하여 차단층을 형성하였다
상기 차단층 위에 하기 화학식 31로 나타내는 화합물과 화학식 32로 나타나는 화합물을 100:5 중량비로 공증착하여 약 200Å 두께의 발광층을 형성하였다.
그런 다음, 상기 발광층 상에 하기 화학식 33으로 나타내는 화합물과 하기 화학식 34로 나타내는 화합물을 50:50 중량비로 공증착하여 약 360Å 두께의 전자 수송층을 형성하였다. 이어서, 상기 전자 수송층 상에 하기 화학식 34로 나타내는 화합물을 이용하여 약 5Å 두께의 전자 주입층을 형성하였다.
상기 전자 주입층 상에, 1,000Å 두께의 알루미늄 박막을 이용한 제2 전극을 형성하였다.
[화학식 29]
Figure pat00053
[화학식 30]
Figure pat00054
[화학식 31]
Figure pat00055
[화학식 32]
Figure pat00056
[화학식 33]
Figure pat00057
[화학식 34]
Figure pat00058
위 방법으로 본 발명의 제조예 1에 따른 화합물을 포함하는 발광 소자 A-1을 제조하였다.
또한, 제조예 2 내지 13에 따른 화합물들을 각각 이용하여 차단층을 형성하는 것을 제외하고는, 상기 발광 소자 A-1을 제조하는 공정과 실질적으로 동일한 공정을 통해서 발광 소자 A-2 내지 발광 소자 A-13을 제조하였다.
실시예 2: 발광 소자 B-1 내지 B-13 제조
인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide, ITO)로 형성된 제1 전극 상에, 호스트 물질로서 화학식 35로 나타내는 화합물을 1Å/sec의 속도로 증착하고 동시에 화학식 30으로 나타내는 P형 도펀트(HAT-CN)를 상기 호스트 물질 100 중량부에 대해 약 3 중량부의 비율로 공증착(Co-evaporation)하여 100Å 두께의 제1 층을 형성하였다. 상기 제1 층 상에 화학식 35로 나타내는 화합물을 300Å의 두께로 증착하여 제2 층을 형성하였다.
상기 제2 층 위에 제조예 1에 따른 화합물을 100Å의 두께로 증착하여 차단층을 형성하였다
상기 차단층 위에 화학식 36으로 나타내는 화합물과 화학식 32로 나타내는 화합물을 100:5 중량비로 공증착하여 약 200Å 두께의 발광층을 형성하였다.
그런 다음, 상기 발광층 상에 화학식 33으로 나타내는 화합물과 화학식 34로 나타내는 화합물을 50:50 중량비로 공증착하여 약 360Å 두께의 전자 수송층을 형성하였다. 이어서, 상기 전자 수송층 상에 화학식 34로 나타내는 화합물을 이용하여 약 5Å 두께의 전자 주입층을 형성하였다.
상기 전자 주입층 상에, 1,000Å 두께의 알루미늄 박막을 이용한 제2 전극을 형성하였다.
[화학식 35]
Figure pat00059
[화학식 36]
Figure pat00060
위 방법으로 본 발명의 제조예 1에 따른 화합물을 포함하는 발광 소자 B-1을 제조하였다.
또한, 제조예 2 내지 13에 따른 화합물들을 각각 이용하여 차단층을 형성하는 것을 제외하고는, 상기 발광 소자 B-1을 제조하는 공정과 실질적으로 동일한 공정을 통해서 발광 소자 B-2 내지 발광 소자 B-13을 제조하였다.
실시예 3: 발광 소자 C-1 내지 C-13 제조
인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide, ITO)로 형성된 제1 전극 상에, 호스트 물질로서 화학식 37로 나타내는 화합물을 1Å/sec의 속도로 증착하고 동시에 화학식 30으로 나타내는 P형 도펀트(HAT-CN)를 상기 호스트 물질 100 중량부에 대해 약 3 중량부의 비율로 공증착(Co-evaporation)하여 100Å 두께의 제1 층을 형성하였다. 상기 제1 층 상에 화학식 37로 나타내는 화합물을 300Å의 두께로 증착하여 제2 층을 형성하였다.
상기 제2 층 위에 제조예 1에 따른 화합물을 100Å의 두께로 증착하여 차단층을 형성하였다
상기 차단층 위에 화학식 38로 나타내는 화합물와 화학식 32로 나타나는 화합물을 100:5 중량비로 공증착하여 약 200Å 두께의 발광층을 형성하였다.
그런 다음, 상기 발광층 상에 화학식 33으로 나타내는 화합물과 화학식 34로 나타내는 화합물을 50:50 중량비로 공증착하여 약 360Å 두께의 전자 수송층을 형성하였다. 이어서, 상기 전자 수송층 상에 화학식 34로 나타내는 화합물을 이용하여 약 5Å 두께의 전자 주입층을 형성하였다.
상기 전자 주입층 상에, 1,000Å 두께의 알루미늄 박막을 이용한 제2 전극을 형성하였다.
[화학식 37]
Figure pat00061
[화학식 38]
Figure pat00062
위 방법으로 본 발명의 제조예 1에 따른 화합물을 포함하는 발광 소자 C-1을 제조하였다.
또한, 제조예 2 내지 13에 따른 화합물들을 각각 이용하여 차단층을 형성하는 것을 제외하고는, 상기 발광 소자 C-1을 제조하는 공정과 실질적으로 동일한 공정을 통해서 발광 소자 C-2 내지 발광 소자 C-13을 제조하였다.
비교예 1
별도의 차단층을 형성하지 않았다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 실질적으로 동일한 공정을 통해서 비교 소자 1을 제조하였다.
비교예 2
별도의 차단층을 형성하지 않았다는 점을 제외하고는, 실시예 2와 실질적으로 동일한 공정을 통해서 비교 소자 2를 제조하였다.
비교예 3
별도의 차단층을 형성하지 않았다는 점을 제외하고는, 실시예 3과 실질적으로 동일한 공정을 통해서 비교 소자 3을 제조하였다.
비교예 4
화학식 39로 나타내는 화합물을 이용하여 차단층을 형성하였다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 실질적으로 동일한 공정을 통해서 비교 소자 4를 제조하였다.
[화학식 39]
Figure pat00063

비교예 5
화학식 39로 나타내는 화합물을 이용하여 차단층을 형성하였다는 점을 제외하고는, 실시예 2와 실질적으로 동일한 공정을 통해서 비교 소자 5를 제조하였다.
비교예 6
화학식 39로 나타내는 화합물을 이용하여 차단층을 형성하였다는 점을 제외하고는, 실시예 3과 실질적으로 동일한 공정을 통해서 비교 소자 6를 제조하였다.
실험예 1: 발광 소자의 전력 효율 및 수명 평가
상기 발광 소자 A-1 내지 A-13과, 비교 소자 1 및 4 각각에 대해서, 질소 분위기의 글로브 박스 안에서 흡습제(Getter)가 부착된 커버 글래스 가장자리에 UV 경화용 실런트를 디스펜싱한 후, 발광 소자들 각각과 커버 글래스를 합착하고 UV 광을 조사하여 경화시켰다. 상기와 같이 준비된 발광 소자 A-1 내지 A-13과, 비교 소자 1 및 4 각각에 대해서, 휘도가 1,000cd/m2일 때의 값을 기준으로 하여 전력 효율을 측정하였다. 전력 효율을 측정한 결과의 단위는 lm/W이다. 또한, 25℃의 온도로 일정하게 유지되고 있는 측정용 오븐 내에 설치된 수명 측정기를 이용하여 발광 소자 A-1 내지 A-13과, 비교 소자 1 및 4 각각의 수명을 측정하였다. T50은 발광 소자의 초기 휘도가 5,000cd/m2인 경우, 상기 발광 소자의 휘도가 상기 초기 휘도 대비 50%가 되기까지 걸린 시간을 의미한다. 수명에 대한 값은 당업자에게 공지된 전환식을 기초로 하여 다른 측정 조건에서 측정한 경우에 예상되는 수명으로 전환될 수 있다.
측정 결과는 표 1에 나타낸다.
소자 No. 전력 효율[lm/W] 수명(T50[hr])
발광 소자 A-1 6.3 219
발광 소자 A-2 6.7 247
발광 소자 A-3 6.6 239
발광 소자 A-4 5.9 202
발광 소자 A-5 6.1 201
발광 소자 A-6 5.8 187
발광 소자 A-7 5.6 178
발광 소자 A-8 7.7 272
발광 소자 A-9 7.0 255
발광 소자 A-10 7.5 263
발광 소자 A-11 6.7 251
발광 소자 A-12 6.6 245
발광 소자 A-13 7.6 269
비교 소자 1 4.3 128
비교 소자 4 5.1 155
표 1를 참조하면, 본 발명의 제조예 1 내지 13에 따른 화합물 각각으로 형성된 차단층을 포함하는 발광 소자 A-1 내지 A-13의 전력 효율은 5.6 lm/W 이상이며, 평균 전력 효율이 약 6.6 lm/W인 것을 알 수 있다. 비교 소자 1의 전력 효율이 4.3 lm/W이고 비교 소자 4의 전력 효율이 5.1 lm/W인 것과 비교할 때, 본 발명에 따른 발광 소자 A-1 내지 A-13의 전력 효율이 현저히 증가됨을 알 수 있다. 예를 들어, 발광 소자 A-8의 전력 효율은 비교 소자 4에 비해 약 50% 이상 증가된 것을 알 수 있다.
발광 소자 A-1 내지 A-13의 수명은 178시간 이상이며, 이들의 평균 소자수명은 약 233시간인 반면, 비교 소자 1 및 4의 수명은 각각 128시간 및 155시간인 것으로 나타났다. 따라서, 본 발명에 따른 발광 A-1 내지 A-13의 수명이 비교 소자 1 및 4의 수명에 비해 현저히 길어진 것을 알 수 있다. 예를 들어, 발광 소자 A-8의 수명은 비교 소자 4에 비해 약 75% 이상 길어진 것을 알 수 있다.
또한, 발광 소자에 적용되는 화합물을 구성하는 치환기의 결합 위치에 따라 발광 소자의 물성에 영향을 미침을 알 수 있다. 예를 들어, 발광 소자 A-2와 발광 소자 A-11에서 사용된 각 화합물(화합물 2 및 화합물 11)의 구조를 비교하면, 각 화합물의 양쪽 말단에 치환된 치환기의 결합 위치가 다른 것을 제외하고는 동일한 구조임을 알 수 있다. 발광 소자 A-2와 발광 소자 A-11의 물성을 비교하면, 전력 효율은 동등한 수준으로 나타난다. 그러나, 수명 측면에서는 발광 소자 A-11이 약 1.6% 향상되었음을 알 수 있다. 유사한 경우로서, 발광 소자 A-3과 발광 소자 A-12를 비교하면, 발광 소자 A-12의 수명의 약 2.5% 향상되었다. 또한, 발광 소자 A-10과 발광 소자 A-13을 비교하면, 발광 소자 A-13의 수명이 약 2.3% 향상되었음을 알 수 있다.
실험예 2: 발광 소자의 색좌표 측정
상기 발광 소자 A-1 내지 A-13과, 비교 소자 1 및 4 각각에 대해서, 색좌표를 비교 측정하였다. 색좌표는 CIE 1931을 기준으로 측정하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
소자 No. 색좌표(x값) 색좌표(y값)
발광 소자 A-1 0.155 0.164
발광 소자 A-2 0.156 0.166
발광 소자 A-3 0.156 0.164
발광 소자 A-4 0.155 0.164
발광 소자 A-5 0.156 0.164
발광 소자 A-6 0.155 0.163
발광 소자 A-7 0.155 0.164
발광 소자 A-8 0.155 0.166
발광 소자 A-9 0.154 0.164
발광 소자 A-10 0.156 0.165
발광 소자 A-11 0.156 0.165
발광 소자 A-12 0.156 0.166
발광 소자 A-13 0.155 0.166
비교 소자 1 0.155 0.163
비교 소자 4 0.155 0.163
표 2를 참조하면, CIE 1931에 기초한 발광 소자 A-1 내지 A-13의 색좌표와 비교 소자 1 및 4의 색좌표를 비교할 때, 발광 소자 A-1 내지 A-13은 비교 소자 1 및 4와 실질적으로 동일한 청색을 갖는 광을 발광함을 알 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 발광 소자 A-1 내지 A-13은, 청색 발광 소자의 전력 효율이 향상되고 수명이 길어지면서도 색좌표의 변동이 거의 없는 것을 알 수 있다.
실험예 3: 발광 소자의 전력 효율 및 수명 평가
상기 발광 소자 B-1 내지 B-13과, 비교 소자 2 및 5 각각에 대해서, 질소 분위기의 글로브 박스 안에서 흡습제(Getter)가 부착된 커버 글래스 가장자리에 UV 경화용 실런트를 디스펜싱한 후, 발광 소자들 각각과 커버 글래스를 합착하고 UV 광을 조사하여 경화시켰다. 상기와 같이 준비된 발광 소자 B-1 내지 B-13과, 비교 소자 2 및 5 각각에 대해서, 휘도가 1,000cd/m2일 때의 값을 기준으로 하여 전력 효율을 측정하였다. 전력 효율을 측정한 결과의 단위는 lm/W이다. 또한, 25℃의 온도로 일정하게 유지되고 있는 측정용 오븐 내에 설치된 수명 측정기를 이용하여 발광 소자 B-1 내지 B-13과, 비교 소자 2 및 5 각각의 수명을 측정하였다. T50은 발광 소자의 초기 휘도가 5,000cd/m2인 경우, 상기 발광 소자의 휘도가 상기 초기 휘도 대비 50%가 되기까지 걸린 시간을 의미한다. 수명에 대한 값은 당업자에게 공지된 전환식을 기초로 하여 다른 측정 조건에서 측정한 경우에 예상되는 수명으로 전환될 수 있다.
측정 결과는 표 3에 나타낸다.
소자 No. 전력 효율[lm/W] 수명(T50[hr])
발광 소자 B-1 6.9 243
발광 소자 B-2 7.6 271
발광 소자 B-3 7.3 256
발광 소자 B-4 6.6 229
발광 소자 B-5 6.3 216
발광 소자 B-6 6.1 199
발광 소자 B-7 6.2 205
발광 소자 B-8 8.3 327
발광 소자 B-9 7.7 278
발광 소자 B-10 8.1 313
발광 소자 B-11 7.7 275
발광 소자 B-12 7.3 267
발광 소자 B-13 8.2 320
비교 소자 2 4.9 152
비교 소자 5 5.9 189
표 3을 참조하면, 본 발명의 제조예 1 내지 13에 따른 화합물 각각으로 형성된 차단층을 포함하는 발광 소자 B-1 내지 B-13의 전력 효율은 6.1 lm/W 이상이며, 평균 전력 효율이 약 7.3 lm/W인 것을 알 수 있다. 비교 소자 2의 전력 효율이 4.9 lm/W이고 비교 소자 5의 전력 효율이 5.9 lm/W인 것과 비교할 때, 본 발명에 따른 발광 소자 B-1 내지 B-13의 전력 효율이 현저히 증가됨을 알 수 있다. 예를 들어, 발광 소자 B-8의 전력 효율은 비교 소자 5에 비해 약 40% 이상 증가된 것을 알 수 있다.
발광 소자 B-1 내지 B-13의 수명은 199시간 이상이며, 이들의 평균 소자수명은 약 261시간인 반면, 비교 소자 2 및 5의 수명은 각각 152시간 및 189시간인 것으로 나타났다. 따라서, 본 발명에 따른 발광 B-1 내지 B-13의 수명이 비교 소자 2 및 5의 수명에 비해 현저히 길어진 것을 알 수 있다. 예를 들어, 발광 소자 B-8의 수명은 비교 소자 4에 비해 약 73% 이상 길어진 것을 알 수 있다.
또한, 발광 소자에 적용되는 화합물을 구성하는 치환기의 결합 위치에 따라 발광 소자의 물성에 영향을 미침을 알 수 있다. 발광 소자 B-2와 발광 소자 B-11의 물성을 비교하면, 전력 효율은 유사한 수준으로 나타난다. 그러나, 수명 측면에서는 발광 소자 B-11이 약 1.5% 향상되었음을 알 수 있다. 유사한 경우로서, 발광 소자 B-3과 발광 소자 B-12를 비교하면, 발광 소자 B-12의 수명이 약 4.3 향상되었다. 또한, 발광 소자 B-10과 발광 소자 B-13을 비교하면, 발광 소자 B-13의 수명이 약 2.2% 향상되었음을 알 수 있다.
실험예 4: 발광 소자의 색좌표 측정
상기 발광 소자 B-1 내지 B-13과, 비교 소자 2 및 5 각각에 대해서, 색좌표를 비교 측정하였다. 색좌표는 CIE 1931을 기준으로 측정하였다. 그 결과를 표 4에 나타낸다.
소자 No. 색좌표(x값) 색좌표(y값)
발광 소자 B-1 0.155 0.165
발광 소자 B-2 0.158 0.166
발광 소자 B-3 0.156 0.166
발광 소자 B-4 0.156 0.164
발광 소자 B-5 0.154 0.162
발광 소자 B-6 0.154 0.163
발광 소자 B-7 0.155 0.164
발광 소자 B-8 0.158 0.167
발광 소자 B-9 0.154 0.166
발광 소자 B-10 0.157 0.167
발광 소자 B-11 0.156 0.165
발광 소자 B-12 0.156 0.167
발광 소자 B-13 0.157 0.167
비교 소자 2 0.155 0.163
비교 소자 5 0.155 0.164
표 4를 참조하면, CIE 1931에 기초한 발광 소자 B-1 내지 B-13의 색좌표와 비교 소자 2 및 5의 색좌표를 비교할 때, 발광 소자 B-1 내지 B-13은 비교 소자 2 및 5와 실질적으로 동일한 청색을 갖는 광을 발광함을 알 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 발광 소자 B-1 내지 B-13은, 청색 발광 소자의 전력 효율이 향상되고 수명이 길어지면서도 색좌표의 변동이 거의 없는 것을 알 수 있다.
실험예 5: 발광 소자의 전력 효율 및 수명 평가
상기 발광 소자 C-1 내지 C-13과, 비교 소자 3 및 6 각각에 대해서, 질소 분위기의 글로브 박스 안에서 흡습제(Getter)가 부착된 커버 글래스 가장자리에 UV 경화용 실런트를 디스펜싱한 후, 발광 소자들 각각과 커버 글래스를 합착하고 UV 광을 조사하여 경화시켰다. 상기와 같이 준비된 발광 소자 C-1 내지 C-13과, 비교 소자 3 및 6 각각에 대해서, 휘도가 1,000cd/m2일 때의 값을 기준으로 하여 전력 효율을 측정하였다. 전력 효율을 측정한 결과의 단위는 lm/W이다. 또한, 25℃의 온도로 일정하게 유지되고 있는 측정용 오븐 내에 설치된 수명 측정기를 이용하여 발광 소자 C-1 내지 C-13과, 비교 소자 3 및 6 각각의 수명을 측정하였다. T50은 발광 소자의 초기 휘도가 5,000cd/m2인 경우, 상기 발광 소자의 휘도가 상기 초기 휘도 대비 50%가 되기까지 걸린 시간을 의미한다. 수명에 대한 값은 당업자에게 공지된 전환식을 기초로 하여 다른 측정 조건에서 측정한 경우에 예상되는 수명으로 전환될 수 있다.
측정 결과는 표 5에 나타낸다.
소자 No. 전력 효율[lm/W] 수명(T50[hr])
발광 소자 C-1 6.2 191
발광 소자 C-2 6.6 187
발광 소자 C-3 6.3 185
발광 소자 C-4 5.9 174
발광 소자 C-5 5.8 165
발광 소자 C-6 5.6 167
발광 소자 C-7 5.3 161
발광 소자 C-8 7.5 213
발광 소자 C-9 6.7 205
발광 소자 C-10 7.4 210
발광 소자 C-11 6.6 189
발광 소자 C-12 6.4 190
발광 소자 C-13 7.4 212
비교 소자 3 3.5 113
비교 소자 6 4.3 131
표 5를 참조하면, 본 발명의 제조예 1 내지 13에 따른 화합물 각각으로 형성된 차단층을 포함하는 발광 소자 C-1 내지 C-13의 전력 효율은 5.3 lm/W 이상이며, 평균 전력 효율이 약 6.4 lm/W인 것을 알 수 있다. 비교 소자 3의 전력 효율이 3.5 lm/W이고 비교 소자 6의 전력 효율이 4.3 lm/W인 것과 비교할 때, 본 발명에 따른 발광 소자 C-1 내지 C-13의 전력 효율이 현저히 증가됨을 알 수 있다. 예를 들어, 발광 소자 C-8의 전력 효율은 비교 소자 6에 비해 약 74% 이상 증가된 것을 알 수 있다.
또한, 발광 소자 C-1 내지 C-13의 수명은 161시간 이상이며, 이들의 평균 소자수명은 약 188시간인 반면, 비교 소자 3 및 6의 수명은 각각 113시간 및 131시간인 것으로 나타났다. 따라서, 본 발명에 따른 발광 C-1 내지 C-13의 수명이 비교 소자 3 및 6의 수명에 비해 현저히 길어진 것을 알 수 있다. 예를 들어, 발광 소자 C-8의 수명은 비교 소자 6에 비해 약 63% 이상 길어진 것을 알 수 있다.
또한, 발광 소자에 적용되는 화합물을 구성하는 치환기의 결합 위치에 따라 발광 소자의 물성에 영향을 미침을 알 수 있다. 예를 들어, 발광 소자 C-2와 발광 소자 C-11의 물성을 비교하면, 전력 효율은 동등한 수준으로 나타난다. 그러나, 수명 측면에서는 발광 소자 C-11이 약 1.1% 향상되었음을 알 수 있다. 유사한 경우로서, 발광 소자 C-3과 발광 소자 C-12를 비교하면, 발광 소자 C-12의 수명의 약 2.6% 향상되었다. 또한, 발광 소자 C-10과 발광 소자 C-13을 비교하면, 발광 소자 C-13의 수명이 약 1% 향상되었음을 알 수 있다.
실험예 6: 발광 소자의 색좌표 측정
상기 발광 소자 C-1 내지 C-13과, 비교 소자 3 및 6 각각에 대해서, 색좌표를 비교 측정하였다. 색좌표는 CIE 1931을 기준으로 측정하였다. 그 결과를 표 6에 나타낸다.
소자 No. 색좌표(x값) 색좌표(y값)
발광 소자 C-1 0.155 0.164
발광 소자 C-2 0.156 0.165
발광 소자 C-3 0.155 0.164
발광 소자 C-4 0.154 0.164
발광 소자 C-5 0.155 0.164
발광 소자 C-6 0.155 0.163
발광 소자 C-7 0.155 0.162
발광 소자 C-8 0.156 0.165
발광 소자 C-9 0.155 0.162
발광 소자 C-10 0.155 0.165
발광 소자 C-11 0.156 0.164
발광 소자 C-12 0.156 0.165
발광 소자 C-13 0.155 0.162
비교 소자 3 0.154 0.161
비교 소자 6 0.155 0.162
표 6을 참조하면, CIE 1931에 기초한 발광 소자 C-1 내지 C-13의 색좌표와 비교 소자 3 및 6의 색좌표를 비교할 때, 발광 소자 C-1 내지 C-13은 비교 소자 3 및 6과 실질적으로 동일한 청색을 갖는 광을 발광함을 알 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 발광 소자 C-1 내지 C-13은, 청색 발광 소자의 전력 효율이 향상되고 수명이 길어지면서도 색좌표의 변동이 거의 없는 것을 알 수 있다.
100, 102, 104: 발광 소자 10: 베이스 기판
20: 제1 전극 30, 32, 34: 정공 수송성층
40: 차단층 50: 발광층
60: 제2 전극

Claims (16)

  1. 제1 전극;
    제2 전극;
    제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 발광층;
    제1 전극과 발광층 사이에 배치되는 정공 수송성층; 및
    정공 수송성층과 발광층 사이에 배치되고, 하기 화학식 1로 나타내는 화합물을 포함하는 차단층을 포함하는 발광 소자:
    [화학식 1]
    Figure pat00064

    상기 식에서,
    X 및 Y는 각각 독립적으로 N-Lc-Ar1, S, O 또는 Si(R1)(R2)를 나타내고,
    X 및 Y 중에서 어느 하나는 N-Lc-Ar1이며, 다른 하나는 S, O 또는 Si(R1)(R2)이고,
    Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기, 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴기, 하기 화학식 2 또는 하기 화학식 3으로 나타내며,
    [화학식 2]
    Figure pat00065

    [화학식 3]
    Figure pat00066

    Ar1, Ar2 및 Ar3은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기, 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴기, 탄소수 3 내지 20을 갖는 시클로알킬기, 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로시클로알킬기, 탄소수 7 내지 20을 갖는 바이시클로알킬기 또는 하기 화학식 4를 나타내고,
    [화학식 4]
    Figure pat00067

    W1 및 W2는 각각 독립적으로 N-Lf-Ar4, O, S 또는 Si(R7)(R8)를 나타내며,
    R1, R2, R7 및 R8은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기 또는 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴기를 나타내고,
    R3, R4, R5 및 R6는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기 또는 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴기를 나타내며,
    상기 화학식 3 및 4 각각에서 독립적으로, m은 0 내지 3의 정수를 나타내고, n은 0 내지 4의 정수를 나타내며,
    La, Lb, Lc, Ld, Le 및 Lf는 각각 독립적으로 *-L1-L2-L3-L4-*를 나타내고,
    L1, L2, L3 및 L4는 각각 독립적으로 단일결합, -O-, -S-, 탄소수 1 내지 20을 갖는 직쇄형 또는 분지형의 알킬렌기(-(CH2)j-, 여기서, j는 1 내지 20의 정수), 탄소수 6 내지 20을 갖는 아릴렌기, 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴렌기, 탄소수 3 내지 20을 갖는 시클로알킬렌기, 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로시클로알킬렌기 또는 탄소수 7 내지 20을 갖는 바이시클로알킬렌기를 나타내며,
    Ar4는 수소, 탄소수 1 내지 12를 갖는 알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기, 탄소수 2 내지 30을 갖는 헤테로아릴기, 탄소수 3 내지 30을 갖는 시클로알킬기, 탄소수 2 내지 30을 갖는 헤테로시클로알킬기 또는 탄소수 7 내지 30을 갖는 바이시클로알킬기를 나타내고,
    상기 화학식 1의 수소들 중 하나 이상은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기, 탄소수 1 내지 6을 갖는 알콕시기, 탄소수 1 내지 6을 갖는 1개 이상의 알킬기로 치환되거나 비치환된 아민기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기, 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴기, 탄소수 6 내지 20을 갖는 아릴옥시기, 탄소수 6 내지 20을 갖는 아릴티오기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시카르보닐기, 할로겐기, 시아노기, 나이트로기, 하이드록시기 및 카르복시기로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 치환기로 치환되거나 비치환된다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 화학식 1의 화합물은 하기 화학식 5로 나타내는 것을 특징으로 하는 발광 소자:
    [화학식 5]
    Figure pat00068

    상기 식에서,
    X는 S, O 또는 Si(R1)(R2)를 나타내고,
    Lc1 및 Lc2는 각각 독립적으로 단일결합 -O-, -S-, 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기, 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴렌기 또는 탄소수 3 내지 20의 시클로알킬렌기를 나타내며,
    Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기, 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴기 또는 하기 화학식 6 또는 하기 화학식 7을 나타내고,
    [화학식 6]
    Figure pat00069

    [화학식 7]
    Figure pat00070

    Ara, Arb, Ar2 및 Ar3은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 12의 알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기 또는 하기 화학식 8을 나타내며,
    [화학식 8]
    Figure pat00071

    W1 및 W2는 각각 독립적으로 N-Ar4, O, S 또는 Si(R7)(R8)를 나타내고,
    R1, R2, R7 및 R8은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기를 나타내며,
    Ar4는 탄소수 1 내지 12의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기를 나타내고,
    Ara, Arb, Ar2, Ar3 및 Ar4의 수소들 중에서 어느 하나 이상은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기, 탄소수 1 내지 6을 갖는 알콕시기, 탄소수 1 내지 6을 갖는 1개 이상의 알킬기로 치환된 아민기 및 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된다.
  3. 제2항에 있어서, 상기 화학식 5로 나타내는 화합물은 하기 화학식 9로 나타내는 것을 특징으로 하는 발광 소자:
    [화학식 9]
    Figure pat00072

    상기 식에서,
    LC1 및 LC2는 각각 독립적으로 단일결합, -O-, -S-, 탄소수 6 내지 20을 갖는 아릴렌기, 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴렌기 또는 탄소수 3 내지 20을 갖는 시클로알킬렌기를 나타내고,
    Ara 및 Arb는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 12를 갖는 알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기 또는 하기 화학식 8을 나타내며,
    [화학식 8]
    Figure pat00073

    Het1 및 Het2는 각각 독립적으로 하기 화학식 10 또는 하기 화학식 11을 나타내고,
    [화학식 10]
    Figure pat00074

    [화학식 11]
    Figure pat00075

    여기서 W2는 N-Ar4, O, S 또는 Si(R7)(R8)를 나타내며,
    Ar4는 수소, 탄소수 1 내지 12를 갖는 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기를 나타내고,
    X1은 S 또는 O를 나타내며,
    X2는 S를 나타내고,
    R7, R8, R9, R10, R11 및 R12는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기 또는 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴기를 나타내며,
    l, o, p 및 q는 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수를 나타내고,
    상기 화학식 10으로 나타내는 치환기는 1번 또는 8번 탄소 위치에서 화학식 1의 화합물에 치환되며,
    상기 화학식 11로 표시되는 치환기는 3번 또는 6번 탄소 위치에서 화학식 1의 화합물에 치환된다.
  4. 제2항에 있어서, 상기 화학식 5에서,
    X는 S, O 또는 Si(R1)(R2)를 나타내고,
    R1 및 R2는 각각 독립적으로 메틸기 또는 페닐기를 나타내고,
    Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 수소, 카바졸릴기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 디벤조실롤일기, 또는 디페닐아민기를 나타내고, 여기서 카바졸릴기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 또는 디벤조실롤일기는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기 및 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되고,
    Ara 및 Arb는 각각 독립적으로 페닐기, 바이페닐기, 나프틸기, 디벤조퓨라닐기, 또는 디벤조티오페닐기를 나타내는 발광소자.
  5. 제1항에 있어서, 상기 화학식 1의 화합물은 하기 화학식 12로 나타내는 것을 특징으로 하는 발광소자:
    [화학식 12]
    Figure pat00076

    상기 식에서,
    Y는 S, O 또는 Si(R1)(R2)를 나타내고,
    Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 수소, 하기 화학식 13 또는 하기 화학식 14로 나타내며,
    [화학식 13]
    Figure pat00077

    [화학식 14]
    Figure pat00078

    Ara, Arb, Ar2 및 Ar3은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 12의 알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기 또는 하기 화학식 15를 나타내고,
    [화학식 15]
    Figure pat00079

    W1 및 W2는 각각 독립적으로 N-Ar4, O, S 또는 Si(R7)(R8)를 나타내며,
    R1, R2, R7 및 R8은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기를 나타내고,
    Ar4는 탄소수 1 내지 12의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기를 나타내며,
    Ara, Arb, Ar2, Ar3 및 Ar4의 수소들 중에서 어느 하나 이상은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기 및 탄소수 1 내지 6을 갖는 1개 이상의 알킬기로 치환된 아민기로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된다.
  6. 제5항에 있어서, 상기 화학식 12로 나타내는 화합물은 하기 화학식 16으로 나타내는 것을 특징으로 하는 발광소자:
    [화학식 16]
    Figure pat00080

    상기 식에서,
    Y는 S, O 또는 Si(R1)(R2)를 나타내고,
    Ara 및 Arb는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기 또는 하기 화학식 17을 나타내며,
    [화학식 17]
    Figure pat00081

    W2는 N-Ar4, O, S 또는 Si(R7)(R8)를 나타내고,
    R1, R2, R7 및 R8은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기를 나타내며,
    Ar4는 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기를 나타낸다.
  7. 제5항에 있어서, 상기 화학식 12에서,
    Y는 S, O 또는 Si(R1)(R2)를 나타내고,
    R1 및 R2는 각각 메틸기 또는 페닐기를 나타내며,
    Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 수소, 카바졸릴기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 디벤조실롤일기, 또는 디페닐아민기를 나타내고, 여기서 카바졸릴기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 또는 디벤조실롤일기는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기 및 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되고,
    Ara 및 Arb는 각각 독립적으로 페닐기, 바이페닐기, 나프틸기, 디벤조퓨라닐기, 또는 디벤조티오페닐기를 나타내는 발광 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    정공 수송성층은 하기 화학식 18로 나타내는 화합물을 포함하는 발광 소자:
    [화학식 18]
    Figure pat00082

    상기 식에서,
    R13 및 R14는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기 또는 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴기를 나타내고,
    Lg는 각각 독립적으로 *-L5-L6-L7-L8-*를 나타내며,
    L5, L6, L7 및 L8은 각각 독립적으로 단일결합, -O-, -S-, 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기, 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴렌기 또는 탄소수 3 내지 20의 시클로알킬렌기를 나타내되, L5, L6, L7 및 L8이 모두 단일결합인 경우는 제외되고,
    Arc 및 Ard는 각각 독립적으로 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기, 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴기 또는 하기 화학식 19를 나타내고,
    [화학식 19]
    Figure pat00083

    W3은 O, S, 또는 C(R17)(R18)를 나타내며,
    R15, R16, R17 및 R18은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기 또는 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴기를 나타내고,
    r은 0 내지 3의 정수를 나타내고, s는 0 내지 4의 정수를 나타낸다.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 화학식 18로 나타내는 화합물은 하기 화학식 20으로 나타내는 화합물인 발광 소자:
    [화학식 20]
    Figure pat00084

    상기 식에서,
    R13은 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기를 나타내고,
    R14는 수소를 나타내며,
    Lg는 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기를 나타내며,
    Arc는 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기 또는 하기 화학식 21을 나타내고,
    [화학식 21]
    Figure pat00085

    W3은 O, S, 또는 C(R17)(R18)를 나타내며,
    R15, R16, R17 및 R18은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기를 나타내고,
    r은 0 내지 2의 정수를 나타내고, s는 0 내지 2의 정수를 나타낸다.
  10. 제9항에 있어서, 상기 화학식 20에서,
    R13은 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기 또는 나프틸기를 나타내고,
    R14는 수소를 나타내며,
    Lg는 페닐렌기, 바이페닐렌기, 터페닐렌기 또는 나프틸렌기를 나타내고,
    Arc는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 디벤조티오페닐기, 디벤조퓨라닐기, 플루오레닐기, 디메틸플루오레닐기 또는 디페닐플루오레닐기를 나타내는 발광 소자.
  11. 제8항에 있어서, 정공 수송성층은
    P형 도펀트를 포함할 수 있는 제1 층; 및
    상기 화학식 18의 화합물을 포함하는 제2 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  12. 제1항에 있어서,
    발광층은 하기 화학식 22로 나타내는 화합물을 포함하는 발광 소자:
    [화학식 22]
    Figure pat00086

    상기 식에서,
    R19 및 R20은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기 또는 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴기를 나타내고,
    Lh 및 Li는 각각 독립적으로 *-L9-L10-*를 나타내며,
    L9 및 L10은 각각 독립적으로 단일결합, 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기, 또는 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴렌기를 나타내고,
    Are 및 Arf는 각각 독립적으로 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기, 또는 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴기를 나타낸다.
  13. 제12항에 있어서, 상기 화학식 22에서,
    R19 및 R20은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기를 나타내고,
    Lh 및 Li는 각각 독립적으로 *-L9-L10-*를 나타내며,
    L9 및 L10은 각각 독립적으로 단일결합, 페닐렌기 또는 나프틸렌기를 나타내고,
    Are 및 Arf는 각각 독립적으로 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기, 또는 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴기를 나타내는 발광 소자.
  14. 제12항에 있어서,
    발광층은 하기 화학식 23으로 나타내는 화합물을 추가로 포함하는 발광 소자:
    [화학식 23]
    Figure pat00087

    상기 식에서,
    Arg, Arh, Ari 및 Arj는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 트리메틸실릴기 또는 시아노기로 치환되거나 비치환된 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기 또는 탄소수 2 내지 20을 갖는 헤테로아릴기를 나타낸다.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 발광 소자를 포함하는 전자 장치.
  16. 제15항에 따른 전자 장치는 디스플레이 장치 또는 조명 장치인 것을 특징으로 하는 전자 장치.
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