KR20150098181A - 유기 일렉트로루미네센스 소자 - Google Patents

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히로아키 이토이
슈리 사토
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Abstract

본 발명은 저전압 구동이 가능하고, 고효율이고, 또한 장수명의 유기 일렉트로루미네센스 소자를 제공한다. 본 발명에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자용 소자는, 양극과, 주로 1중항 여기 상태를 거친 발광을 얻을 수 있는 발광층; 및 상기 양극과 상기 발광층 사이에, 층 조성이 다른 3 층 이상의 적층 구조;를 구비하고, 상기 적층 구조는, 하기 화학식 1의 일반식 (1)로 표시되는 화합물에 LUMO 준위가 - 9.0 eV 이상 - 4.0 eV 이하인 전자 수용성 화합물을 도프한 정공 수송성 화합물을 포함하는 제1 층; 상기 제1 층보다 상기 발광층 측에 배치되고, 하기 화학식 1의 일반식 (1)로 표시되는 화합물을 포함하는 제2 층; 및 상기 제2 층보다 상기 발광층 측에 배치되고, 하기 화학식 1의 일반식 (2)로 표시되는 화합물을 포함하는 제3 층;을 포함하고, 발광층이 하기 화학식 1의 일반식 (3)으로 표시되는 화합물을 포함한다.
[화학식 1]
Figure pat00109

Description

유기 일렉트로루미네센스 소자{ORGANIC ELECTROLUMINESCENT DEVICE}
본 발명은 유기 일렉트로루미네센스 소자에 관한 것이다. 특히, 저전압으로 구동하고, 고효율이고 장수명의 유기 일렉트로루미네센스 소자에 관한 것이다.
최근, 영상 표시 장치로서, 유기 일렉트로루미네센스 표시 장치(Organic Electroluminescence Display : 유기 EL 표시 장치)의 개발이 왕성하게 이루어져 왔다. 유기 EL 표시 장치는 액정 표시 장치 등과는 다르고, 양극 및 음극으로부터 주입된 정공 및 전자를 발광층에 있어서 재결합시킴으로써, 발광층에 있어서의 유기 화합물을 포함하는 발광 재료를 발광시켜서 표시를 실현하는 소위 자발광형의 표시 장치이다.
유기 일렉트로루미네센스 소자(유기 EL 소자)로서는, 예를 들어, 양극, 양극 상에 배치된 정공 수송층, 정공 수송층 상에 배치된 발광층, 발광층 상에 배치된 전자 수송층 및 전자 수송층 상에 배치된 음극으로 구성된 유기 소자가 알려져 있다. 양극으로부터는 정공이 주입되고, 주입된 정공은 정공 수송층을 이동하여 발광층으로 주입된다. 한편, 음극으로부터는 전자가 주입되고, 주입된 전자는 전자 수송층을 이동하여 발광층으로 주입된다. 발광층으로 주입된 정공과 전자가 재결합함으로써, 발광층 내에서 여기자가 생성된다. 유기 일렉트로루미네센스 소자는 그 여기자의 복사 비활성에 의해 발생하는 광을 이용하여 발광한다. 또한, 유기 일렉트로루미네센스 소자는 이상에 설명한 구성에 한정되지 않고, 여러 가지의 변경이 가능하다.
유기 일렉트로루미네센스 소자를 표시 장치에 응용함에 있어서, 유기 일렉트로루미네센스 소자의 저전압 구동과, 고효율화 및 장수명화가 요구되고 있다. 특히, 청색 발광 영역 및 녹색 발광 영역에 있어서는, 유기 일렉트로루미네센스 소자의 발광 효율과 수명은 충분한 것이라고는 말할 수 없다. 유기 일렉트로루미네센스 소자의 구동 전압의 저전압화 및 고효율화를 실현하기 위해, 양극과 발광층과의 대역과, 발광층과의 정상화, 안정화가 중요하다. 그러므로, 정공 수송을 보조하는 목적으로 전자 억셉트성 재료로 구성되는 층(이하,억셉트층이라 칭한다)를 형성하는 것이 있다. 그러나, 이와 같은 구성의 소자에서는 통전 중에 발광층으로 전자 억셉트가 확산함으로써, 수명이 저하한다.
정공 수송층에 사용되는 정공 수송 재료는 방향족 아민계 화합물 등의 여러 가지 화합물이 알려져 있다. 그러나, 유기 일렉트로루미네센스 소자의 구동 전압의 한층 더 저전압화와, 고효율화를 실현하기 위해서는, 새로운 재료의 개발이 필요하다. 예를 들어, 트리(터페닐)아민을 정공 수송층에 사용한 유기 일렉트로루미네센스 소자가 알려져 있다. 그러나, 이는특정 층을 형성하는 재료에만 착안한 것일 뿐이고, 유기 일렉트로루미네센스 소자 전체로서의 저전압화와, 고효율화를 실현하는 것은 아니다.
한편, 특정 구조의 유기 EL 영상 장치에 있어서, 일 예로서 터페닐기를 갖는 아민을 정공 수송층에 사용하여 제조 효율을 향상시키는 것이 알려져 있다. 그러나, 유기 일렉트로루미네센스 소자의 저전압화와, 고효율화에 있어서는 여전히 불충분하다.
또한, 특정 디아민 구조를 갖는 화합물을 제 1 정공 수송층 재료로서 사용하고, 터페닐 구조 및 카르바졸 구조를 갖는 방향족 아민 유도체를 제 2 정공 수송층 재료로서 사용하거나 혹은, 특정의 전자 수용성 화합물을 사용하고, 또한, 터페닐 아민 구조 및 카르바졸 구조를 갖는 방향족 아민 유도체를 제 1 정공 수송 재료로서 사용하는 것이 알려져 있다.
유기 일렉트로루미네센스 소자의 특정 층을 형성하는 재료에 대해서의 검토는 수 없이 많이 이루어졌으나, 소자의 구성을 포함한 검토는 거의 없다. 또한, 한층 더 저전압 구동이 가능하고, 고효율이고, 또한 장수명의 유기 일렉트로루미네센스 소자를 실현하기 위해서는, 재료와 층 구성의 조합에 대해서, 한층 더 검토가 필요하였다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하는 것으로서, 저전압 구동이 가능하고, 고효율이고, 또한 장수명의 유기 일렉트로루미네센스 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 양극과, 주로 1중항 여기 상태를 거친 발광을 얻을 수 있는 발광층; 및 상기 양극과 상기 발광층 사이에, 층 조성이 다른 3 층 이상의 적층 구조;를 구비하고, 상기 적층 구조는, 하기 화학식 1의 일반식 (1)로 표시되는 화합물에 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 준위가 - 9.0 eV 이상 - 4.0 eV 이하인 전자 수용성 화합물을 도프한 정공 수송성 화합물을 포함하는 제1 층; 상기 제1 층보다 상기 발광층 측에 배치되고, 하기 화학식 1의 일반식 (1)로 표시되는 화합물을 포함하는 제2 층; 및 상기 제2 층보다 상기 발광층 측에 배치되고, 하기 화학식 1의 일반식 (2)로 표시되는 화합물을 포함하는 제3 층;를 포함하고, 상기 발광층이 하기 화학식 1의 일반식 (3)으로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 일렉트로루미네센스소자가 제공된다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1의 일반식 (1) 중에서, Ar1, Ar2 및 Ar3는 치환 혹은 무치환의 아릴기 또는 치환 혹은 무치환의 헤테로아릴기이고, Ar4는 치환 혹은 무치환의 아릴기, 치환 혹은 무치환의 헤테로아릴기, 카르바졸릴기 또는 알킬기이고, L1는 단결합, 치환 혹은 무치환의 아릴렌기 또는 치환 혹은 무치환의 헤테로아릴렌기이고, 상기 화학식 1의 일반식 (2) 중에서, R1~R3는 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 15 이하의 알킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자 수 5 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고, l, m, n는 각각0 = l = 4, 0 = m = 4, 0 = n = 5, 를 만족하는 정수이고, R4는 수소 원자, 또는 불소 원자이고, o는 0 = o = 3를 만족하는 정수이고, Ar5는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기이고, 상기 화학식 1의 일반식 (3) 중에서, Ar6는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 3 이상 50 이하의 시클로알킬기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 7 이상50 이하의 아랄킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴옥시기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴티오기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 2 이상 50 이하의 알콕시카르보닐기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자 수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 치환 혹은 무치환의 시릴기, 카르복시기, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기 혹은 하이드록시기이고, p는 1 이상 10 이하의 정수이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자는 저전압 구동이 가능하고, 발광 효율의 향상과 장수명화를 달성할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자는 상기 제1층이 상기 양극에 인접하여 배치될 수도 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자는 양극에 인접하여 전자 수용성 화합물을 포함하는 제1 층을 배치함으로써, 양극으로부터의 정공 주입성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자는 상기 화학식 1의 일반식 (2)로 표시되는 화합물을 포함하는 제3 층이, 상기 발광층에 인접하여 배치될 수도 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자는 발광층에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송성의 적층 구조를 보호하는 동시에, 발광층에서 발생한 여기 상태의 에너지가 정공 수송성의 적층 구조로 확산하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자는 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제3 층 각각은 카르바졸릴기를 갖는 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자는 정공 수송성의 적층 구조에 카르바졸릴기를 갖는 화합물을 포함함으로써, 전하 수송성 및 통전 내구성을 향상할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자는 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제3 층 각각은 상기 화학식 1의 일반식 (1)로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자는 발광층에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송성의 적층 구조를 보호하는 동시에, 발광층에서 발생한 여기 상태의 에너지가 정공 수송성의 적층 구조로 확산하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 정공 수송성의 적층 구조에 카르바졸릴기를 갖는 화합물을 포함함으로써, 전하 수송성 및 통전 내구성을 향상할 수 있다.
상기 제1 층은 하기 화학식 2, 화학식 3 및 화학식 4로 표시되는 화합물들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004
[화학식 3]
Figure pat00005
Figure pat00006
Figure pat00007
[화학식 4]
Figure pat00008
Figure pat00009
상기 전자 수용성 화합물은 하기 화학식 5로 표시되는 화합물들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
[화학식 5]
Figure pat00010
Figure pat00011
Figure pat00012
Figure pat00013
Figure pat00014
상기 전자 수용성 화합물 17~30에 있어서, R은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 50 이하의 불화알킬기, 시아노기, 탄소수 1 이상 50의 알콕시기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기 또는 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기 또는 고리 형성 원자 수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다. Ar는 전자 흡인성의 치환 혹은 무치환의 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자 수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다. Y는 메틴기(- CH=) 또는 질소 원자(- N=)이다. Z는 유사 할로겐 또는 유황(S)이다. X는 이하에 나타내는 X1~X7의 치환기 중의 어느 하나이다.
[화학식 6]
Figure pat00015
Figure pat00016
여기서, Ra는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 50 이하의 불화알킬기, 시아노기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자 수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다.
상기 제3 층은 하기 화학식 7, 화학식 8, 화학식 9, 화학식 10, 화학식 11 및 화학식 12로 표시되는 화합물들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
[화학식 7]
Figure pat00017
[화학식 8]
Figure pat00018
[화학식 9]
Figure pat00019
[화학식 10]
Figure pat00020
[화학식 11]
Figure pat00021
[화학식 12]
Figure pat00022
상기 발광층은 하기 화학식 13, 화학식 14 및 화학식 15로 표시되는 화합물들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
[화학식 13]
Figure pat00023
[화학식 14]
Figure pat00024
[화학식 15]
Figure pat00025
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 양극과, 1중항 여기 상태를 거친 발광을 얻을 수 있는 발광층; 및 상기 양극과 상기 발광층 사이에, 막 조성이 다른 3 층 이상의 적층 구조; 를 구비하고, 상기 적층 구조가, LUMO 준위가 - 9.0 eV 이상 - 4.0 eV 이하인 전자 수용성 화합물로 형성된 제1 층; 상기 제1 층보다도 상기 발광층 측에 배치되고, 하기 화학식 16의 일반식 (1)로 나타내지는 화합물을 포함하는 제2 층; 및 상기 제2 층보다도 상기 발광층 측에 배치되고, 하기 화학식 16의 일반식 (2)로 나타내지는 화합물을 포함하는 제3 층;을 구비하고, 또한, 상기 발광층이 하기 화학식 16의 일반식 (3)으로 나타내지는 화합물을 포함하는 유기 일렉트로루미네센스소자가 제공된다.
[화학식 16]
Figure pat00026
상기 화학식 16의 일반식 (1) 중에서, Ar1, Ar2 및 Ar3는 치환 혹은 무치환의 아릴기 또는 치환 혹은 무치환의 헤테로아릴기이고, Ar4는 치환 혹은 무치환의 아릴기, 치환 혹은 무치환의 헤테로아릴기, 카르바졸릴기 또는 알킬기이고, L1는 단결합, 치환 혹은 무치환의 아릴렌기 또는 치환 혹은 무치환의 헤테로아릴렌기 기이고, 상기 화학식 16의 일반식 (2) 중에서, R1~R3는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 15 이하의 알킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 1 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고, l, m, n는 각각 0 = l = 4, 0 = m = = 4, 0 = n = 5, 를 만족하는 정수이고, R4는 수소 원자, 중수소 원자, 또는 불소 원자이고, o는 0 = o = 3를 만족하는 정수이고, Ar5는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기이고, 상기 화학식 16의 일반식 (3) 중에서, Ar6는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 3 이상 50 이하의 시클로알킬기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 7 이상 50 이하의 아랄킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴옥시기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴티오기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 2 이상 50 이하의 알콕시카르보닐기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자 수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 치환 혹은 무치환의 시릴기, 카르복시기, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기 또는 하이드록시기이고, p는 1 이상 10 이하의 정수이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자는 저전압 구동이 가능하고, 발광 효율의 향상과 장수명화를 달성할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자는 상기 제1층이, 상기 양극에 인접하여 배치될 수도 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자는 양극에 인접하여 전자 수용성 화합물을 포함하는 제1 층을 배치함으로써, 양극으로부터의 정공 주입성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자는 상기 제3 층이, 상기 발광층에 인접하여 배치될 수도 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자는 발광층에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송성의 적층 구조를 보호하는 동시에, 발광층에서 발생한 여기 상태의 에너지가 정공 수송성의 적층 구조로 확산하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 의하면, 저전압 구동이 가능하고, 고효율이며, 또한 장수명의 유기 일렉트로루미네센스 소자를 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(100)를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(200)를 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(300)를 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(400)를 나타내는 모식도이다.
상술한 문제를 해결하고자 예의 검토한 결과, 본 발명자들은, 정공 수송층에 전자 수용성 화합물을 도프하는 동시에, 양극에 인접하여 전자 수용성 화합물을 포함하는 층을 배치함으로써, 양극으로부터의 정공 주입성을 향상시킬 수 있는 것을 발견하고, 발명을 완성시켰다. 본 발명은 발광층과 양극 사이의 정공 수송성의 다중 적층막을 하나의 구조체로 생각하여 적층 구조 중에서 양극 측에 배치하는 층에, 전자 수용성 재료를 도프한 정공 수송성 재료 층을 적층하고, 발광층에 인접하는 층에는 터페닐기를 갖는 아민 유도체를 포함하는 중간층을 적층한 것이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자에 대해서 설명한다. 단, 본 발명의 유기 일렉트로루미네센스 소자는 많은 다른 실시형태로 실시하는 것이 가능하고, 이하에 나타내는 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되지 않는다. 또한, 본 실시의 형태에서 참조하는 도면에 있어서, 동일 부분 또는 동일한 기능을 갖는 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자에 대해서 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(100)를 나타내는 모식도이다. 유기 일렉트로루미네센스 소자(100)는 예를 들어, 기판(101) 상에 양극(110), 주로 1중항 여기 상태(singlet excited state)를 거친 발광을 얻을 수 있는 발광층(130), 전자 수송층(140), 전자 주입층(150) 및 음극(160)을 구비한다. 양극(110)과 발광층(130) 사이에는, 정공 수송 대역(120)이 배치된다. 정공 수송 대역(120)은 정공 수송층이나 정공 주입층 등을 배치하는 대역이다.
본 발명에 있어서는, 유기 일렉트로루미네센스 소자를 저전압으로 구동하고, 발광 효율의 향상과 장수명화를 실현하기 위해, 양극(110)과 발광층(130) 사이의 정공 수송 대역(120)에, 층 조성이 다른 3 층 이상의 적층 구조(제1 층(121), 제2 층(123) 및 제3 층(125))를 구비한다. 적층 구조의 양극(110)측에 배치하는 적어도 1 층(제1 층(121))이, 하기 화학식 1의 일반식 (1)로 표시되는 화합물에 LUMO 준위가 - 9.0 eV 이상 - 4.0 eV 이하인 전자 수용성 화합물을 도프한 정공 수송성 화합물을 포함한다. 제1 층(121)보다 발광층(130)측에 배치하는 적어도 1 층(제2 층(123))이, 하기 화학식 1의 일반식 (1)로 표시되는 화합물을 포함한다. 또한, 제2 층(123)보다 발광층(130)측에 배치하는 적어도 1 층(제3 층(125))이, 하기 화학식 1의 일반식 (2)로 표시되는 화합물을 포함한다. 또한, 발광층(130)이 하기 화학식 1의 일반식 (3)으로 표시되는 화합물을 포함한다.
[화학식 1]
Figure pat00027
상기 화학식 1의 일반식 (1) 중에서, Ar1, Ar2 및 Ar3은 치환 혹은 무치환의 아릴기 또는 치환 혹은 무치환의 헤테로아릴기이다. Ar4는 치환 혹은 무치환의 아릴기, 치환 혹은 무치환의 헤테로아릴기, 카르바졸릴기 또는 알킬기이다. L1는 단결합, 치환 혹은 무치환의 아릴렌기 또는 치환 혹은 무치환의 헤테로아릴렌기이다.
상기 화학식 1의 일반식 (2) 중에서, R1~R3은 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 15 이하의 알킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고, l, m, n은 각각 0 = l = 4, 0 = m = 4, 0 = n = 5를 만족하는 정수이고, R4는 수소 원자, 또는 불소 원자이고, o는 0 = o = 3를 만족하는 정수이고, Ar5는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기이다.
상기 화학식 1의 일반식 (3) 중에서, Ar6는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 3 이상 50 이하의 시클로알킬기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 7 이상 50 이하의 아랄킬(aralkyl)기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴옥시기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴티오기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 2 이상 50 이하의 알콕시카르보닐기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자 수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 치환 혹은 무치환의 시릴기, 카르복시기, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기 혹은 하이드록시기이고, p는 1 이상 10 이하의 정수이다.
상기 화학식 1의 일반식 (1) 중의 Ar1~Ar4로서 구체적으로는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 펜안트릴기, 플루오레닐기, 인데닐기, 피레닐기, 아세트나프테닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 피리딜기, 후라닐기, 피라닐기, 티에닐기, 키노릴기, 이소키노릴기, 벤조후라닐기, 벤조티에닐기, 인도릴기, 카르바졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 벤조티아졸릴기, 퀴녹살릴(quinoxalyl)기, 벤조옥사졸릴기, 피라조릴기, 디벤조후라닐기, 및 디벤조티에닐기 등을 예로서 들 수 있다. 바람직하게는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 카르바졸릴기, 디벤조후라닐기 등을 예로서 들 수 있다.
상기 화학식 1의 일반식 (1) 중의 L1로서 구체적으로는, 페닐렌기, 비페닐렌기, 타페닐렌기, 나프틸렌기, 안트릴렌(Anthrylene)기, 페난트릴렌(phenanthrylene)기, 플루오레닐렌(fluorenylene)기, 인데닐렌(indenylene)기, 피레닐렌(pyrenylene)기, 아세트나프테니렌(acetonaphthenylene)기, 플루오란테닐렌기(fluoranthenylene)기, 트리페니레니렌기, 피리디렌(pyridylene)기, 후라니렌(furanylene)기, 파이라닐렌(pyranylene)기, 티에닐렌(Thienylene)기, 퀴노리렌기, 이소퀴노리렌기, 벤조후라니렌(furanylene)기, 벤조티에닐렌기, 인돌일렌(indolylene)기, 카르바졸릴렌기, 벤조옥사조리렌(benzoxazolylene)기, 벤조티아졸일렌(thiazolylene)기, 키노키사리렌(Kinokisariren)기, 벤조이미다조릴렌기, 피라졸일렌(pyrazolylene)기, 디벤조후라니렌(furanylene)기, 및 디벤조티에닐렌기 등을 예로서 들 수 있다. 바람직하게는, 페닐렌기, 비페닐렌기, 터페닐렌기, 플루오레닐렌(fluorenylene)기, 카르바졸릴렌기, 디벤조후라니렌(dibenzofuranylene)기 등을 예로서 들 수 있다.
상기 화학식 1의 일반식 (2) 중의 R1~R3로서 구체적으로는, 수소 원자, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, s-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, n-헥실(hexyl)기, n-헵틸(heptyl)기, n-옥틸기, n-노닐기, n-노닐기, n-데실기, n-운데실(undecyl)기, n-도데실(dodecyl)기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 펜안트릴기, 플루오레닐기, 인데닐기, 피레닐기, 아세트나프테닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 피리딜기, 후라닐기, 피라닐기, 티에닐기, 키노릴기, 이소키노릴기, 벤조후라닐기, 벤조티에닐기, 인도릴기, 카르바졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 벤조티아졸릴기, 퀴녹살릴(quinoxalyl)기, 벤조옥사졸릴기, 피라조릴기, 디벤조후라닐기, 및 디벤조티에닐기 등을 예로서 들 수 있다. 바람직하게는, 수소 원자, 불소 원자, 메틸기, 페닐기, 비페닐기 등을 예로서 들 수 있다.
상기 화학식 1의 일반식 (2) 중의 Ar5로서 구체적으로는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 펜안트릴기, 플루오레닐기, 인데닐기, 피레닐기, 아세트나프테닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기,트리페니레닐페닐기, 플루오르페닐기, 플루오르비페닐기 등을 예로서 들 수 있다. 바람직하게는, 비페닐기 등을 예로서 들 수 있다.
상기 화학식 1의 일반식 (3) 중의 Ar6으로서 구체적으로는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 펜안트릴기, 플루오레닐기, 인데닐기, 피레닐기, 아세트나프테닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 피리딜기, 후라닐기, 피라닐기, 티에닐기, 키노릴기, 이소키노릴기, 벤조후라닐기, 벤조티에닐기, 인도릴기, 카르바졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 벤조티아졸릴기, 퀴녹살릴(quinoxalyl)기, 벤조옥사졸릴기, 피라조릴기, 디벤조후라닐기, 및 디벤조티에닐기 등을 열거할 수 있다. 바람직하게는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 카르바졸릴기, 디벤조후라닐기 등을 예로서 들 수 있다.
유기 일렉트로루미네센스 소자(100)에 있어서는, 적층 구조의 양극(110)측으로 상기 화학식 1의 일반식 (1)로 표시되는 화합물에 LUMO 준위가 - 9.0 eV 이상 - 4.0 eV 이하인 전자 수용성 화합물을 도프한 정공 수송성 화합물을 포함하는 제1 층(121)을 적어도 1 층 배치하고, 제1 층(121)보다 발광층(130)측으로 일반식 (1)로 표시되는 화합물을 포함하는 제2 층(123)를 적어도 1 층 배치하고, 제2 층(123)보다 발광층(130)측으로 상기 화학식 1의 일반식 (2)로 표시되는 화합물을 포함하는 제3 층(125)를 적어도 1 층 배치한다. 본 발명에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(100)는 정공 수송성의 제1 층(121) 및 제2 층(123)에 카르바졸릴기를 갖는 아민 유도체를 포함함으로써, 발광층(130)에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송성의 적층 구조를 보호할 수 있다. 또한, 발광층(130)에서 발생한 여기 상태의 에너지가 정공 수송성의 적층 구조로 확산하는 것을 방지하고, 유기 일렉트로루미네센스 소자(100) 전체의 전하 밸런스를 조정할 수 있다.
유기 일렉트로루미네센스 소자(100)에 있어서는, 전자 수용성 화합물을 포함하는 제1 층(121)이 양극(110) 측, 특히 양극(110)에 인접하여 배치되는 것이 바람직하다. 양극(110)에 인접하여 전자 수용성 화합물을 포함하는 층을 배치함으로써, 양극으로부터의 정공 주입성을 향상시킬 수 있다.
유기 일렉트로루미네센스 소자(100)에 있어서는, 상기 화학식 1의 일반식 (1)로 표시되는 카르바졸릴기를 갖는 화합물을 포함하는 제2 층(123)이 제1 층(121)보다 발광층(130)측에 배치되는 것이 바람직하다. 정공 수송성의 적층 구조에 카르바졸릴기를 갖는 화합물을 포함함으로써, 전하 수송성 및 통전 내구성을 향상할 수 있다. 또한, 제2 층(123)가 상기 화학식 1의 일반식 (1)로 표시되는 화합물을 포함함으로써, 발광층(130)에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송성의 적층 구조를 보호하는 동시에, 발광층(130)에서 발생한 여기 상태의 에너지가 정공 수송성의 적층 구조로 확산하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 화학식 1의 일반식 (2)로 표시되는 터페닐기를 갖는 화합물을 포함하는 제3 층(125)이 제2 층(123)보다 발광층(130)측에 배치됨으로써, 제1 층(121)에 포함되는 전자 수용성 화합물이 발광층(130)으로 확산하는 것을 억제하는 동시에, 발광층(130)에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송성의 제1 층(121) 및 제2 층(123)을 보호하고, 발광층(130)에서 발생한 여기 상태의 에너지가 정공 수송성의 제1 층(121) 및 제2 층(123)으로 확산하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명에 있어서는, 상기 화학식 1의 일반식 (2)로 표시되는 화합물을 포함하는 제3 층(125)이 발광층(130)에 인접하여 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 유기 일렉트로루미네센스 소자(100)에 있어서는, 적층 구조의 모든 층에 카르바졸릴기를 갖는 화합물을 포함하는 것이 바람직하다. 정공 수송성의 적층 구조에 카르바졸릴기를 갖는 화합물을 포함함으로써, 전하 수송성 및 통전 내구성을 향상할 수 있다. 또한, 유기 일렉트로루미네센스 소자(100)에 있어서는, 적층 구조의 모든 층에 상기 화학식 1의 일반식 (1)로 표시되는 화합물을 포함하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 발광층(130)에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송성의 적층 구조를 보호하는 동시에, 발광층(130)에서 발생한 여기 상태의 에너지가 정공 수송성의 적층 구조로 확산하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 제1 층(121)에 포함되는 상기 화학식 1의 일반식 (1)로 표시되는 화합물은 일 예로서, 이하의 구조식에 의해 나타낸 화합물을 들 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00028
Figure pat00029
Figure pat00030
본 발명에 따른 제1 층(121)에 포함되는 상기 화학식 1의 일반식 (1)로 표시되는 화합물은 일 예로서, 이하의 구조식에 의해 나타낸 화합물을 들 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00031
Figure pat00032
Figure pat00033
본 발명에 따른 제1 층(121)에 포함되는 상기 화학식 1의 일반식 (1)로 표시되는 화합물은 일 예로서, 이하의 구조식에 의해 나타낸 화합물을 들 수 있다.
[화학식 4]
Figure pat00034
Figure pat00035
또한, 본 발명에 따른 제1 층(121)에 포함되는 상기 화학식 1의 일반식 (1)로 표시되는 화합물에 도프되는 전자 수용성 화합물의 일 예로서, 이하의 화학식 5에 의해 나타낸 물질을 들 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서, 전자 수용성 화합물의 도프 량은 상기 화학식 1의 일반식 (1)로 표시되는 화합물에 대하여 0.1% 이상 50% 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는, 0.5% 이상 5% 이하이다.
[화학식 5]
Figure pat00036
Figure pat00037
Figure pat00038
Figure pat00039
Figure pat00040
상기 전자 수용성 화합물 17~30에 있어서, R은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 50 이하의 불화알킬기, 시아노기, 탄소수 1 이상 50의 알콕시기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기 또는 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기 또는 고리 형성 원자 수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다. Ar는 전자 흡인성의 치환 혹은 무치환의 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자 수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다. Y는 메틴기(- CH=) 또는 질소 원자(- N=)이다. Z는 유사 할로겐 또는 유황(S)이다. X는 이하에 나타내는 X1~X7의 치환기 중의 어느 하나이다.
[화학식 6]
Figure pat00041
Figure pat00042
여기서, Ra는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 50 이하의 불화알킬기, 시아노기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자 수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다.
R, Ar 및 Ra가 나타내는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기 및 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자 수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기의 헤테로아릴기의 예로서는, 페닐기, 1-나프틸기, 2-나프틸기, 1-안트릴기, 2-안트릴기, 9-안트릴기, 1-펜안트릴기, 2-펜안트릴기, 3-펜안트릴기, 4-펜안트릴기, 9-펜안트릴기, 1-나프타세닐기, 2-나프타세닐기, 9-나프타세닐기, 1-피레닐기, 2-피레닐기, 4-피레닐기, 2-비페닐일기, 3-비페닐일기, 4-비페닐일기, p-터페닐-4-일기, p-터페닐-3-일기, p-터페닐-2-일기, m-터페닐-4-일기,m-터페닐-3-일기, m-터페닐-2-일기, o-톨릴기, m-톨릴기, p-톨릴기, p-t-부틸페닐기, p-(2-페닐프로필)페닐기, 3-메틸-2-나프틸기, 4-메틸-1-나프틸기, 4-메틸-1-안트릴기, 4'-메틸비페닐일기, 4"-t-부틸-p-터페닐-4-일기, 플루오란테닐기, 플루오레닐기, 1-피로릴기, 2-피로릴기, 3-피로릴기, 피라지닐기, 2-피리디닐(pyridinyl)기, 3-피리디닐(pyridinyl)기, 4-피리디닐(pyridinyl)기, 1-인도릴기, 2-인도릴기, 3-인도릴기, 4-인도릴기, 5-인도릴기, 6-인도릴기, 7-인도릴기, 1-이소인도릴기, 2-이소인도릴기, 3-이소인도릴기, 4-이소인도릴기, 5-이소인도릴기, 6-이소인도릴기, 7-이소인도릴기, 2-후릴기, 3-후릴기, 2-벤조후라닐기, 3-벤조후라닐기, 4-벤조후라닐기, 5-벤조후라닐기, 6-벤조후라닐기, 7-벤조후라닐기, 1-이소벤조후라닐기, 3-이소벤조후라닐기, 4-이소벤조후라닐기, 5-이소벤조후라닐기, 6-이소벤조후라닐기, 7-이소벤조후라닐기, 키노릴기, 3-키노릴기, 4-키노릴기, 5-키노릴기, 6-키노릴기, 7-키노릴기, 8-키노릴기, 1-이소키노릴기, 3-이소키노릴기, 4-이소키노릴기, 5-이소키노릴기, 6-이소키노릴기, 7-이소키노릴기, 8-이소키노릴기, 2-키녹사리닐(quinoxalinyl)기, 5-키녹사리닐기, 6-키녹사리닐기, 1-카르바졸릴기, 2-카르바졸릴기, 3-카르바졸릴기, 4-카르바졸릴기, 9-카르바졸릴기, 1-페난스리디닐(phenanthridinyl)기, 2-페난스리디닐기, 3-페난스리디닐기, 4-페난스리디닐기, 6-페난스리디닐기, 7-페난스리디닐기, 8-페난스리디닐기, 9-페난스리디닐기, 10-페난스리디닐기, 1-아크리디닐(acridinyl)기, 2-아크리디닐기, 3-아크리디닐기, 4-아크리디닐기, 9-아크리디닐기, 1,7-페난스로린(phenanthroline)-2-일기, 1,7-페난스로린-3-일기, 1,7-페난스로린- 4-일기, 1,7-페난스로린-5-일기, 1,7-페난스로린-6-일기, 1,7-페난스로린-8-일기, 1,7-페난스로린- 9-일기, 1,7-페난스로린-10-일기, 1,8-페난스로린-2-일기, 1,8-페난스로린-3-일기, 1,8-페난스로린- 4-일기, 1,8-페난스로린-5-일기, 1,8-페난스로린-6-일기, 1,8-페난스로린-7-일기, 1,8-페난스로린-9-일기, 1,8-페난스로린-10-일기, 1,9-페난스로린-2-일기, 1,9-페난스로린-3-일기, 1,9-페난스로린-4-일기, 1,9-페난스로린-5-일기, 1,9-페난스로린-6-일기, 1,9-페난스로린-7-일기, 1,9-페난스로린-8-일기, 1,9-페난스로린-10-일기, 1,10-페난스로린-2-일기, 1,10-페난스로린-3-일기, 1,10-페난스로린-4-일기, 1,10-페난스로린-5-일기, 2,9-페난스로린-1-일기, 2,9-페난스로린-3-일기, 2,9-페난스로린-4-일기, 2,9-페난스로린-5-일기, 2,9-페난스로린-6-일기, 2,9-페난스로린-7-일기, 2,9-페난스로린-8-일기, 2,9-페난스로린-10-일기, 2,8-페난스로린-1-일기, 2,8-페난스로린-3-일기, 2,8-페난스로린-4-일기, 2,8-페난스로린-5-일기, 2,8-페난스로린-6-일기, 2,8-페난스로린-7-일기, 2,8-페난스로린- 9-일기, 2,8-페난스로린-10-일기, 2,7-페난스로린-1-일기, 2,7-페난스로린-3-일기, 2,7-페난스로린- 4-일기, 2,7-페난스로린-5-일기, 2,7-페난스로린-6-일기, 2,7-페난스로린-8-일기, 2,7-페난스로린- 9-일기, 2,7-페난스로린-10-일기, 1-페나지닐(phenazinyl)기, 2-페나지닐기, 1-페노치아지닐기, 2-페노치아지닐기, 3-페노치아지닐기, 4-페노치아지닐기, 10-페노치아지닐기, 1-헤녹사지닐(fenoxadinyl)기, 2-헤녹사지닐기, 3-헤녹사지닐기, 4-헤녹사지닐기, 10-헤녹사지닐기, 2-옥사졸릴기, 4-옥사졸릴기, 5-옥사졸릴기, 2-옥사디아조릴(oxadiazolyl)기, 5-옥사디아조릴(oxadiazolyl)기, 3-후라자닐(furazanyl)기, 2-티에닐기, 3-티에닐기, 2-메틸피롤-1-일기, 2-메틸피롤-3-일기, 2-메틸피롤-4-일기, 2-메틸피롤-5-일기, 3-메틸피롤-1-일기, 3-메틸피롤-2-일기, 3-메틸피롤-4-일기, 3-메틸피롤-5-일기, 2-t-부틸피롤-4-일기, 3-(2-페닐프로필)피롤-1-일기, 2-메틸-1-인도릴기, 4-메틸-1-인도릴기, 2-메틸-3-인도릴기, 4-메틸-3-인도릴기, 2-t-부틸1-인도릴기, 4-t-부틸1-인도릴기, 2-t-부틸3-인도릴기, 4-t-부틸3-인도릴기 등을 들 수 있다.
R, Ra가 나타내는 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 불화알킬기의 예로서는, 트리플루오르메틸기, 펜타플루오로에틸기, 헵타플루오르프로필기, 헵타데카플루오르옥탄기 등의 퍼플루오르알킬(perfluoroalkyl)기, 또는 모노플루오르메틸기, 디플루오르메틸기, 트리이플루오르에틸기, 테트라플루오르프로필기, 옥타플루오르펜틸기 등을 들 수 있다.
R, Ra가 나타내는 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기의 예로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, s-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, n-헥실(hexyl)기, n-헵틸(heptyl)기, n-옥틸기, 하이드록시메틸기, 1-하이드록시에틸기, 2-하이드록시에틸기, 2-하이드록시이소부틸기, 1,2-디히드록시에틸기, 1,3-디히드록시이소프로필기, 2,3-디히드록시-t-부틸기, 1,2,3-트리하이드록시프로필기, 클로로메틸기, 1-클로로에틸기, 2-클로로에틸기, 2-클로로이소부틸기, 1,2-디클로로에틸기, 1,3-디클로로이소프로필기, 2,3-디클로로-t-부틸기, 1,2,3-트리클로로프로필기, 브로모메틸기, 1-브로모에틸기, 2-브로모에틸기, 2-브로모이소부틸기, 1,2-디브로모에틸기, 1,3-디브로모이소프로필기, 2,3-디브로모-t-부틸기, 1,2,3-트리브로모프로필기, 요오드메틸기, 1-요오드에틸기, 2-요오드에틸기, 2-요오드이소부틸기, 1,2-디요오드에틸기, 1,3-디요오드이소프로필기, 2,3-디요오드-t-부틸기, 1,2,3-트리요오드프로필기, 아미노메틸기, 1-아미노에틸기, 2-아미노에틸기, 2-아미노이소부틸기, 1,2-디아미노에틸기, 1,3-디아미노이소프로필기, 2,3-디아미노-t-부틸기, 1,2,3-트리아미노프로필기, 시아노메틸기, 1-시아노에틸기, 2-시아노에틸기, 2-시아노이소부틸기, 1,2-디시아노에틸기, 1,3-디시아노이소프로필기, 2,3-디시아노-t-부틸기, 1,2,3-트리시아노프로필기, 니트로메틸기, 1-니트로에틸기, 2-니트로에틸기, 2-니트로이소부틸기, 1,2-디니트로에틸기, 1,3-디니트로이소프로필기, 2,3-디니트로-t-부틸기, 1,2,3-트리니트로프로필기, 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 4-메틸시클로헥실기, 1-아다만틸기, 2-아다만틸기, 1-노르보닐(norbornyl)기, 2-노르보닐(norbornyl)기 등을 수 있다.
R, Ra가 나타내는 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기는 -OY으로 표시되는 기이고, Y의 예로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, s-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, n-헥실(hexyl)기, n-헵틸(heptyl)기, n-옥틸기, 하이드록시메틸기, 1-하이드록시에틸기, 2-하이드록시에틸기, 2-하이드록시이소부틸기, 1,2-디히드록시에틸기, 1,3-디히드록시이소프로필기, 2,3-디히드록시-t-부틸기, 1,2,3-트리하이드록시프로필기, 클로로메틸기, 1-클로로에틸기, 2-클로로에틸기, 2-클로로이소부틸기, 1,2-디클로로에틸기, 1,3-디클로로이소프로필기, 2,3-디클로로-t-부틸기, 1,2,3-트리클로로프로필기, 브로모메틸기, 1-브로모에틸기, 2-브로모에틸기, 2-브로모이소부틸기, 1,2-디브로모에틸기, 1,3-디브로모이소프로필기, 2,3-디브로모-t-부틸기, 1,2,3-트리브로모프로필기, 요오드메틸기, 1-요오드에틸기, 2-요오드에틸기, 2-요오드이소부틸기, 1,2-디요오드에틸기, 1,3-디요오드이소프로필기, 2,3-디요오드-t-부틸기, 1,2,3-트리요오드프로필기, 아미노메틸기, 1-아미노에틸기, 2-아미노에틸기, 2-아미노이소부틸기, 1,2-디아미노에틸기, 1,3-디아미노이소프로필기, 2,3-디아미노-t-부틸기, 1,2,3-트리아미노프로필기, 시아노메틸기, 1-시아노에틸기, 2-시아노에틸기, 2-시아노이소부틸기, 1,2-디시아노에틸기, 1,3-디시아노이소프로필기, 2,3-디시아노-t-부틸기, 1,2,3-트리시아노프로필기, 니트로메틸기, 1-니트로에틸기, 2-니트로에틸기, 2-니트로이소부틸기, 1,2-디니트로에틸기, 1,3-디니트로이소프로필기, 2,3-디니트로-t-부틸기, 1,2,3-트리니트로프로필기 등을 들 수 있다.
R, Ra가 나타내는 할로겐 원자, 불소, 염소, 브롬, 요오드를 들 수 있다.
본 발명에 따른 제2 층(123)은 상기 화학식 1의 일반식 (1)로 표시되는 화합물을 포함하고, 상기 화학식 1의 일반식 (1)로 표시되는 화합물, 예를 들어, 제1 층(121)에 포함되는 상기 화학식 1의 일반식 (1)로 표시되는 화합물로서 예를 든 화합물 1 내지 화합물 16을 들 수 있다.
본 발명에 따른 제3 층(125)은 상기 화학식 1의 일반식 (2)로 표시되는 화합물을 포함한다. 본 발명에 따른 제3 층(125)에 포함되는 상기 화학식 1의 일반식 (2)로 표시되는 화합물은 일 예로서, 이하의 구조식에 의해 나타낸 화합물을 들 수 있다.
[화학식 7]
Figure pat00043
본 발명에 따른 제3 층(125)에 포함되는 상기 화학식 1의 일반식 (2)로 표시되는 화합물은, 일 예로서, 이하의 구조식에 의해 나타낸 화합물을 들 수 있다.
[화학식 8]
Figure pat00044
본 발명에 따른 제3 층(125)에 포함되는 상기 화학식 1의 일반식 (2)로 표시되는 화합물은 일 예로서, 이하의 구조식에 의해 나타낸 화합물을 들 수 있다.
[화학식 9]
Figure pat00045
본 발명에 따른 제3 층(125)에 포함되는 상기 화학식 1의 일반식 (2)로 표시되는 화합물은 일 예로서, 이하의 구조식에 의해 나타낸 화합물을 들 수 있다.
[화학식 10]
Figure pat00046
본 발명에 따른 제3 층(125)에 포함되는 상기 화학식 1의 일반식 (2)로 표시되는 화합물은 일 예로서, 이하의 구조식에 의해 나타낸 화합물을 들 수 있다.
[화학식 11]
Figure pat00047
본 발명에 따른 제3 층(125)에 포함되는 상기 화학식 1의 일반식 (2)로 표시되는 화합물은 일 예로서, 이하의 구조식에 의해 나타낸 화합물을 들 수 있다.
[화학식 12]
Figure pat00048
또한, 본 발명에 따른 발광층(130)에 포함되는 상기 화학식 1의 일반식 (3)으로 표시되는 화합물은 일 예로서, 이하의 구조식에 의해 나타낸 화합물을 들 수 있다.
[화학식 13]
Figure pat00049
또한, 본 발명에 따른 발광층(130)에 포함되는 상기 화학식 1의 일반식 (3)으로 표시되는 화합물은 일 예로서, 이하의 구조식에 의해 나타낸 화합물을 들 수 있다.
[화학식 14]
Figure pat00050
또한, 본 발명에 따른 발광층(130)에 포함되는 상기 화학식 1의 일반식 (3)으로 표시되는 화합물은 일 예로서, 이하의 구조식에 의해 나타낸 화합물을 들 수 있다.
[화학식 15]
Figure pat00051
본 발명에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자에 대해서, 보다 상세하게 설명한다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(100)에 있어서, 기판(101)은 예를 들어, 투명 유리 기판이나, 실리콘 등으로 이루어지는 반도체 기판이나, 수지 등의 플렉시블한 기판일 수 있다. 양극(110)는 기판(101) 상에 배치되고, 산화인듐주석(ITO)이나 인듐아연산화물(IZO) 등을 사용하여 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 양극(110)과 발광층(130) 사이에는, 정공 수송 대역(120)이 배치된다. 양극(110) 상에는, 상기 화학식 1의 일반식 (1)로 표시되는 정공 수송 재료에 전자 수용성 화합물을 도프함으로써, 제1 층(121)로서 정공 주입층이 형성된다.
정공 주입층(121) 상에는, 상기 화학식 1의 일반식 (1)로 표시되는 정공 수송 재료를 포함하는 재료를 사용하여 제2 층(123)으로서 정공 수송층이 형성된다. 또한, 정공 수송층(123)은 복수 적층할 수 있고, 그 경우에는, 정공 주입층(121) 측에 배치되는 정공 수송층에는 상술한 전자 수용성 화합물을 포함할 수 있다.
정공 수송층(123) 상에는, 상기 화학식 1의 일반식 (2)로 표시되는 정공 수송 재료를 포함하는 재료를 사용하여 제3 층(125)으로서 중간층이 형성된다. 중간층(125)은 발광층(130)에 인접하여 배치되는 것이 바람직하고, 이것에 의해, 정공 주입층(121) 및/또는 정공 수송층(123)에 포함되는 전자 수용성 화합물이 발광층(130)으로 확산하는 것을 억제하는 동시에, 발광층(130) 에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송성의 적층 구조를 보호하고, 발광층(130)에서 발생한 여기 상태의 에너지가 정공 수송성의 적층 구조로 확산하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 유기 일렉트로루미네센스 소자의 발광 효율과 수명을 개선할 수 있다.
중간층(125) 상에는, 상술한 재료를 사용하여 발광층(130)이 형성된다. 또한, 발광층(130)은 2,5,8,11-Tetra-t-butylperylene(TBP) 등의 공지의 P 형 도펀트를 포함하고, 본 발명에 있어서는 특히 한정되지 않는다.
발광층(130) 상에는, 예를 들어, Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminium(Alq3)를 포함하는 재료를 사용하여, 전자 수송층(140)이 형성된다. 전자 수송층(140) 상에는, 예를 들어, 불화리튬, 리튬8-퀴노리나토(quinolinato) 등을 포함하는 재료를 사용하여, 전자 주입층(150)이 형성된다. 또한, 전자 주입층(150) 상에는, 예를 들어, Al, Ag, Ca 등의 금속이나 산화한인듐주석(ITO)이나 인듐아연옥사이드(IZO) 등의 투명 재료를 사용하여, 음극(160)이 형성된다. 상기 박막은 진공 증착, 스퍼터, 각종 도포 등 재료에 따른 적절한 성막 방법을 선택함으로써, 형성할 수 있다.
본 실시형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자에 있어서는, 상술한 본 발명에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료를, TFT를 사용한 액티브매트릭스의 유기 EL 발광 장치에도 적용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(100)에 있어서는, 상술한 층 구조와 재료의 조합에 의해, 발광층(130)에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송성의 적층 구조를 보호하는 동시에, 발광층(130)에서 발생한 여기 상태의 에너지가 정공 수송성의 적층 구조로 확산하는 것을 방지하고, 유기 일렉트로루미네센스 소자(100) 전체의 전하 밸런스를 조정할 수 있다. 또한, 중간층(125)을 발광층(130)측에 배치함으로써, 전자 수용성 화합물이 발광층(130)으로 확산하는 것을 억제하고, 유기 일렉트로루미네센스 소자의 발광 효율과 수명을 개선할 수 있다.
[실시예 1]
(제조 방법 1)
상술한 재료를 사용하여 실시예의 유기 일렉트로루미네센스 소자를 형성하였다. 도 2는 실시예의 유기 일렉트로루미네센스 소자(200)를 나타내는 모식도이다. 본 실시예에 있어서는, 150nm의 막 두께의 ITO로 양극(210)을 형성하였다. 상기 화학식 1의 일반식 (1)로 표시되는 화합물로서 하기 화학식 30의 일반식 3의 화합물을 사용하고, 10nm의 막 두께의 층을 형성하고, 전자 수용성 화합물로서 예를 든 하기 화학식 30의 일반식 30으로 표시되는 화합물에 하기 화학식 30의 화합물 67의 화합물을 도프하여 정공 주입층(221)로서 HTL1를 형성하였다. 정공 수송층(223)로서 10nm의 막 두께의 하기 화학식 30의 일반식 3의 화합물로 HTL2를 형성하였다. 또한, 상기 화학식 1의 일반식 (2)로 표시되는 화합물로서 일반식 31의 화합물 및 일반식 32의 화합물를 사용하고, 10nm의 막 두께 때문에 HTL3를 형성하여 중간층(225)으로 하였다.
[화학식 30]
Figure pat00052
이어서, 상기 화학식 1의 일반식 (3)으로 표시되는 화합물로서, 9,10-Di(2-naphthyl)anthracene(ADN)를 포함하는 호스트 재료에 2,5,8,11-Tetra-t-butylperylene (TBP)를 3% 도프하여 25nm의 막 두께의 발광층(230)을 형성하였다. 25nm의 막 두께의 Alq3로 전자 수송층(240)을 형성하고, 1nm의 막 두께의 LiF로 전자 주입층(250)을 형성하고, 100nm의 막 두께의 Al으로 음극(260)을 형성하였다.
또한, 비교예로서, HTL1~HTL3에 상술한 화합물 이외의, 이하에 나타내는 화학식 31의 화합물 68 내지 화합물 70을 사용하여, 유기 일렉트로루미네센스 소자를 제작하였다.
[화학식 31]
Figure pat00053
제작한 유기 일렉트로루미네센스 소자의 HTL1~HTL3에 사용한 화합물의 조합을 표 1에 정리한다.
HTL1 HTL2 HTL3
실시예 1-1 화합물 3+67 화합물 3 화합물 31
실시예 1-2 화합물 3+67 화합물 3 화합물 32
비교예 1-1 화합물 69+67 화합물 3 화합물 31
비교예 1-2 화합물 3+67 화합물 31 화합물 3
비교예 1-3 화합물 31 화합물 3+67 화합물 31
비교예 1-4 화합물 3+67 화합물 3 화합물 3
비교예 1-5 화합물 3+67 화합물 3 화합물 68
비교예 1-6 화합물 69 화합물 3 화합물 68
비교예 1-7 화합물 69 화합물 70 화합물 31
비교예 1-8 화합물 69 화합물 70 화합물 68
비교예 1-9 화합물 3 화합물 3 화합물 31
제작한 실시예 및 비교예의 유기 일렉트로루미네센스 소자에 대해서, 전압, 전력 효율 및 전류 효율을 평가하였다. 또한, 전류 밀도는, 10 mA/cm2로 하였다. 평가 결과를 표 2에 나타낸다.
전압(V) 전류 효율(cd/A) 반감수명(hr)
실시예 1-1 6.2 7.5 4,700
실시예 1-2 6.5 7.3 3,900
비교예 1-1 6.9 7.4 2,900
비교예 1-2 6.8 6.4 3,300
비교예 1-3 6.7 6.4 3,500
비교예 1-4 6.5 6.6 3,000
비교예 1-5 7.5 5.5 2,300
비교예 1-6 7.5 4.9 1,500
비교예 1-7 7.5 4.4 1,700
비교예 1-8 8.1 4.3 700
비교예 1-9 8.0 4.4 1,000
표 2로부터 확인할 수 있듯이, 본 발명의 실시예 1-1 및 실시예 1-2는 HTL1에 화합물 67을 도프하지 않는 비교예 1-9와 비교하여, 구동 전압이 저하하는 동시에, 소자 수명의 향상 효과가 인정되었다. 또한, 본 발명의 실시예 1-1은 전자 수용성 화합물을 비카르바졸계 정공 수송 재료인 화합물 69에 도프한 경우(비교예 1-1)와 비교하여, 구동 전압이 저하하는 동시에, 소자 수명의 향상 효과가 인정되었다. 또한, 본 발명의 실시예 1-1은 HTL2와 HTL3의 정공 수송성 화합물 층을 교체한 경우(비교예 1-2), HTL1에 HTL3과 같은 화합물 31을 사용하여 전자 수용 화합물을 포함하는 층을 양 층 사이에 삽입한 경우(비교예 1-3)와 비교하여도, 같은 효율 향상 효과가 인정되고 있다. 또한, 본 발명의 실시예 1-1 및 실시예 1-2는 HTL2와 HTL3에 같은 화합물 3을 사용한 경우(비교예 1-4)와 비교하여도, 같은 효율 개선 효과가 인정되고 있다. HTL3에 비카르바졸계 정공 수송성 화합물 68을 사용한 경우(비교예 1-5)와 비교하면, 효율 개선 효과가 더욱 인정되고 있다.
또한 본 발명의 실시예 1-1 및 실시예 1-2는 전자 수용성 화합물로 교체하여 Starburst 형 정공 주입 재료를 양극 인접 층에 사용한 경우(비교예 1-6, 1-7, 1-8)와 비교하여, 효율 향상에 더하여, 소자의 구동 전압의 저하 효과도 현저하게 인정되고 있다. 그 구동 전압의 저하와 발광 효율의 향상은 HTL1~HTL3의 각 층의 어느 하나에 전자 수용성 화합물이 존재하는 것이 중요성을 나타내고 있다.
이하에서는 본 발명의 도 3에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자에 대해서 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(300)를 나타내는 모식도이다. 유기 일렉트로루미네센스 소자(300)는 예를 들어, 기판(301) 상에 양극(310), 주로 1중항 여기 상태(singlet excited state)를 거친 발광을 얻을 수 있는 발광층(330), 전자 수송층(340), 전자 주입층(350) 및 음극(360)을 구비한다. 양극(310)과 발광층(330) 사이에는, 정공 수송 대역(320)이 배치된다. 정공 수송 대역(320)은 정공 수송층이나 정공 주입층 등을 배치하는 대역이다.
본 발명에 있어서는, 유기 일렉트로루미네센스 소자(300)를 저전압으로 구동하고, 발광 효율의 향상과 장수명화를 실현하기 위해, 양극(310)과 발광층(330) 사이의 정공 수송 대역(320)에, 막 조성이 다른 3 층 이상의 적층 구조(제1 층(321), 제2 층(323) 및 제3 층(325))를 구비한다. 적층 구조의 양극(310) 측에 배치하는 적어도 3 층이, LUMO 준위가 - 9.0 eV 이상 - 4.0 eV 이하인 전자 수용성 화합물로 형성된다. 제1 층(321)보다도 발광층(330)측에 배치하는 적어도 3 층(제2 층(323))이 하기 화학식 16의 일반식 (1)로 표시되는 화합물을 포함한다. 또한, 제2 층(323)보다도 발광층(330)측에 배치하는 적어도 일 층(제3 층(325))이 하기 화학식 16의 일반식 (2)로 표시되는 화합물을 포함한다. 또한, 발광층(330)이 하기 화학식 16의 일반식 (3)으로 표시되는 화합물을 포함한다.
[화학식 16]
Figure pat00054
상기 화학식 16의 일반식 (1) 중에서, Ar1, Ar2 및 Ar3은 치환 혹은 무치환의 아릴기 또는 치환 혹은 무치환의 헤테로아릴기이다. Ar4는 치환 혹은 무치환의 아릴기, 치환 혹은 무치환의 헤테로아릴기, 카르바졸릴기 또는 알킬기이다. L1는 단결합, 치환 혹은 무치환의 아릴렌기 또는 치환 혹은 무치환의 헤테로아릴렌기이다.
상기 화학식 16의 일반식 (2) 중에서, R1~R3은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 15 이하의 알킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 1 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고, l, m, n은 각각 0 = l = 4, 0 = m = 4, 0 = n = 5를 만족하는 정수이고, R4는 수소 원자, 중수소 원자, 또는 불소 원자이고, o는 0 = o = 3를 만족하는 정수이고, Ar5는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기이다.
상기 화학식 16의 일반식 (3) 중에서, Ar6는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 3 이상 50 이하의 시클로알킬기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 7 이상 50 이하의 아랄킬(aralkyl)기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴옥시기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴티오기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 2 이상 50 이하의 알콕시카르보닐기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 고리 형성 원자 수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴, 치환 혹은 무치환의 시릴기, 카르복시기, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기 또는 하이드록시기이고, p는 1 이상 10 이하의 정수이다.
상기 화학식 16의 일반식 (1) 중의 Ar1~Ar4로서 구체적으로는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 펜안트릴기, 플루오레닐기, 인데닐기, 피레닐기, 아세트나프테닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 피리딜기, 후라닐기, 피라닐기, 티에닐기, 키노릴기, 이소키노릴기, 벤조후라닐기, 벤조티에닐기, 인도릴기, 카르바졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 벤조티아졸릴기, 퀴녹살릴(quinoxalyl)기, 벤조옥사졸릴기, 피라조릴기, 디벤조후라닐기, 및 디벤조티에닐기 등을 예로서 들 수 있다. 바람직하게는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 카르바졸릴기, 디벤조후라닐기 등을 예로서 들 수 있다.
상기 화학식 16의 일반식 (1) 중의 L1으로서 구체적으로는, 페닐렌기, 비페닐렌기, 타페닐렌기, 나프틸렌기, 안트릴렌(Anthrylene)기, 페난트릴렌(phenanthrylene)기, 플루오레닐렌(fluorenylene)기, 인데닐렌(indenylene)기, 피레닐렌(pyrenylene)기, 아세트나프테니렌(acetonaphthenylene)기, 플루오란테닐렌기(fluoranthenylene)기, 트리페니레니렌기, 피리디렌(pyridylene)기, 후라니렌(furanylene)기, 파이라닐렌(pyranylene)기, 티에닐렌(Thienylene)기, 퀴노리렌기, 이소퀴노리렌기, 벤조후라니렌(furanylene)기, 벤조티에닐렌기, 인돌일렌(indolylene)기, 카르바졸릴렌기, 벤조옥사조리렌(benzoxazolylene)기, 벤조티아졸일렌(thiazolylene)기, 키노키사리렌(Kinokisariren)기, 벤조이미다조릴렌기, 피라졸일렌(pyrazolylene)기, 디벤조후라니렌(furanylene)기, 및 디벤조티에닐렌기 등을 예로서 들 수 있다. 바람직하게는, 페닐렌기, 비페닐렌기, 터페닐렌기, 플루오레닐렌(fluorenylene)기, 카르바졸릴렌기, 디벤조후라니렌(dibenzofuranylene)기 등을 예로서 들 수 있다.
상기 화학식 16의 일반식 (2) 중의 R1~R3로서 구체적으로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 」부틸기, 펜틸기, 헥실(hexyl)기, 도데실(dodecyl)기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 톨루일(toluyl)기, 나프틸기, 안트릴기, 펜안트릴기, 플루오레닐기, 인데닐기, 피레닐기, 아세트나프테닐기, 플루오란테닐, 트리페닐레닐기, 피리딜기, 후라닐기, 피라닐기, 티에닐기, 키노릴기, 이소키노릴기, 벤조후라닐기, 벤조티에닐기, 인도릴기, 카르바졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 벤조티아졸릴기, 퀴녹살릴(quinoxalyl)기, 벤조옥사졸릴기, 피라조릴기, 디벤조후라닐기, 및 디벤조티에닐기 등을 예로서 들 수 있다. 바람직하게는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 카르바졸릴기, 디벤조후라닐기, 불소 원자, 염소 원자, 중수소 원자 등을 예로서 들 수 있다. 바람직하게는, 메틸기, 페닐기, 비페닐기, 불소 원자 등을 예로서 들 수 있다.
상기 화학식 16의 일반식 (2) 중의 Ar5로서 구체적으로는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 펜안트릴기, 플루오레닐기, 인데닐기, 피레닐기, 아세트나프테닐기, 플루오란테닐, 트리페닐레닐기 등을 예로서 들 수 있다. 바람직하게는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 트리페닐레닐기 등을 예로서 들 수 있다.
상기 화학식 16의 일반식 (3) 중의 Ar6으로서 구체적으로는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 펜안트릴기, 플루오레닐기, 인데닐기, 피레닐기, 아세트나프테닐기, 플루오란테닐, 트리페닐레닐기, 피리딜기, 후라닐기, 피라닐기, 티에닐기, 키노릴기, 이소키노릴기, 벤조후라닐기, 벤조티에닐기, 인도릴기, 카르바졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 벤조티아졸릴기, 퀴녹살릴(quinoxalyl)기, 벤조옥사졸릴기, 피라조릴기, 디벤조후라닐기, 및 디벤조티에닐기 등을 열거할 수 있다. 바람직하게는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 카르바졸릴기, 디벤조후라닐기 등을 예로서 들 수 있다.
유기 일렉트로루미네센스 소자(300)에 있어서는, 적층 구조의 양극(310)측으로 상기 화학식 16의 일반식 (1)로 표시되는 화합물에 LUMO 준위가 - 9.0 eV 이상 - 4.0 eV 이하인 전자 수용성 화합물을 포함하는 제1 층(321)을 적어도 3 층 배치하고, 제1 층(321)보다도 발광층(330)측으로 상기 화학식 16의 일반식 (1)로 표시되는 화합물을 포함하는 제2 층(323)를 적어도 3 층 배치하고, 제2 층(323)보다도 발광층(330)측으로 상기 화학식 16의 일반식 (2)로 표시되는 화합물을 포함하는 제3 층(325)을 적어도 3 층 배치한다. 본 발명에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(300)는 제3 층(325)에 터페닐기를 갖는 아민 유도체를 포함함으로써, 발광층(330)에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송성의 적층 구조를 보호할 수 있다. 또한, 발광층(330)에서 발생한 여기 상태의 에너지가 정공 수송성의 적층 구조로 확산하는 것을 방지하고, 유기 일렉트로루미네센스 소자(300) 전체의 전하 밸런스를 조정할 수 있다.
유기 일렉트로루미네센스 소자(300)에 있어서는, 전자 수용성 화합물을 포함하는 제1 층(321)이 양극(310) 측, 특히 양극(310)에 인접하여 배치되는 것이 바람직하다. 양극(310)에 인접하여 전자 수용성 화합물을 포함하는 층을 배치함으로써, 양극으로부터의 정공 주입성을 향상시킬 수 있다.
유기 일렉트로루미네센스 소자(300)에 있어서는, 상기 화학식 16의 일반식 (1)로 표시되는, 카르바졸릴기를 갖는 화합물을 포함하는 제2 층(323)이 제1 층(321)보다도 발광층(330) 측에 배치되는 것이 바람직하다. 정공 수송성의 적층 구조에 카르바졸릴기를 갖는 화합물을 포함함으로써, 전하 수송성 및 통전 내구성을 향상할 수 있다. 또한, 제2 층(323)이 상기 화학식 16의 일반식 (1)로 표시되는 화합물을 포함함으로써, 발광층(330)에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송성의 적층 구조를 보호하는 동시에, 발광층(330)에서 발생한 여기 상태의 에너지가 정공 수송성의 적층 구조로 확산하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 화학식 16의 일반식 (2)로 표시되는, 터페닐기를 갖는 화합물을 포함하는 제3 층(325)이 제2 층(323)보다도 발광층(130) 측에 배치됨으로써, 제1 층(321)에 포함되는 전자 수용성 화합물이 발광층(330)으로 확산하는 것을 억제하는 동시에, 발광층(330)에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송성의 제1 층(321) 및 제2 층(323)을 보호하고, 발광층(330)에서 발생한 여기 상태의 에너지가 정공 수송성의 제1 층(321) 및 제2 층(323)으로 확산하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명에 있어서는, 상기 화학식 16의 일반식 (2)로 표시되는 화합물을 포함하는 제3 층(325)이 발광층(330)에 인접하여 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 전자 수용성 화합물은 일 예로서, 하기 화학식 17의 일반식 1~14에 의해 나타내는 화합물이다.
[화학식 17]
Figure pat00055
상기 화학식 17의 상기 전자 수용성 화합물 1~14에 있어서, R은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 50 이하의 불화알킬기, 시아노기, 탄소수 1 이상 50의 알콕시기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기 또는 탄소수 5 이상 50 이하의 아릴기 또는 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다. Ar은 전자 흡인성의 치환 혹은 무치환의 탄소수 5 이상 50 이하의 아릴기 또는 치환 혹은 무치환의 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다. Y는 메틴기(- CH=) 또는 질소 원자(- N=)이다. Z는 유사 할로겐 또는 유황(S)이다. X는 이하에 나타내는 X1~X7의 치환기 중의 어느 하나이다.
[화학식 18]
Figure pat00056
여기서, Ra는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 50 이하의 불화알킬기, 시아노기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 아릴기 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다.
상기 화학식 17의 일반식 1~14의 R, Ar 및 Ra은 예를 들어, 이하에 나타내는 치환기 중의 어느 하나이지만, 이들에 한정되지 않는다. 「치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자 수 5 이상 50 이하의 아릴기」의 아릴기 및 「치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기」의 헤테로아릴기의 예로서는, 페닐기, 1-나프틸기, 2-나프틸기, 1-안트릴기, 2-안트릴기, 9-안트릴기, 1-펜안트릴기, 2-펜안트릴기, 3-펜안트릴기, 4-펜안트릴기, 9-펜안트릴기, 1-나프타세닐기, 2-나프타세닐기, 9-나프타세닐기, 1-피레닐기, 2-피레닐기, 4-피레닐기, 2-비페닐일기, 3-비페닐일기, 4-비페닐일기, p-터페닐-4-일기, p-터페닐-3-일기, p-터페닐-2-일기, m-터페닐-4-일기, m-터페닐-3-일기, m-터페닐-2-일기, o-톨릴기, m-톨릴기, p-톨릴기, p-t-부틸페닐기, p-(2-페닐프로필)페닐기, 3-메틸-2-나프틸기, 4-메틸-1-나프틸기, 4-메틸-1-안트릴기, 4(프라임)-메틸비페닐일기, 4(쌍따종)-t-부틸-p-터페닐-4-일기, 플루오란테닐, 플루오레닐기, 1-피로릴기, 2-피로릴기, 3-피로릴기, 피라지닐기, 2-피리디닐(pyridinyl)기, 3-피리디닐기, 4-피리디닐기, 1-이소인도릴기, 2-이소인도릴기, 3-이소인도릴기, 4-이소인도릴기, 5-이소인도릴기, 6-이소인도릴기, 7-이소인도릴기, 2-후릴기, 3-후릴기, 2-벤조후라닐기, 3-벤조후라닐기, 4-벤조후라닐기, 5-벤조후라닐기, 6-벤조후라닐기, 7-벤조후라닐기, 1-이소벤조후라닐기, 3-이소벤조후라닐기, 4-이소벤조후라닐기, 5-이소벤조후라닐기, 6-이소벤조후라닐기, 7-이소벤조후라닐기, 키노릴기, 3-키노릴기, 4-키노릴기, 5-키노릴기, 6-키노릴기, 7-키노릴기, 8-키노릴기, 1-이소키노릴기, 3-이소키노릴기, 4-이소키노릴기, 5-이소키노릴기, 6-이소키노릴기, 7-이소키노릴기, 8-이소키노릴기, 2-키녹사리닐(quinoxalinyl)기, 5-키녹사리닐기, 6-키녹사리닐기, 1-카르바졸릴기, 2-카르바졸릴기, 3-카르바졸릴기, 4-카르바졸릴기, 9-카르바졸릴기, 1-페난스리디닐(phenanthridinyl)기, 2-페난스리디닐기, 3-페난스리디닐기, 4-페난스리디닐기, 6-페난스리디닐기, 7-페난스리디닐기, 8-페난스리디닐기, 9-페난스리디닐기, 10-페난스리디닐기, 1-아크리디닐(acridinyl)기, 2-아크리디닐기, 3-아크리디닐기, 4-아크리디닐기, 9-아크리디닐기, 1, 7-페난스로린(phenanthroline)-2-일기, 1, 7-페난스로린-3-일기, 1, 7-페난스로린-4-일기, 1, 7-페난스로린-5-일기, 1, 7-페난스로린-6-일기, 1, 7-페난스로린-8-일기, 1, 7-페난스로린-9-일기, 1, 7-페난스로린-10-일기, 1, 8-페난스로린-2-일기, 1, 8-페난스로린-3-일기, 1, 8-페난스로린-4-일기, 1, 8-페난스로린-5-일기, 1, 8-페난스로린-6-일기, 1, 8-페난스로린-7-일기, 1, 8-페난스로린-9-일기, 1, 8-페난스로린-10-일기, 1, 9-페난스로린-2-일기, 1, 9-페난스로린-3-일기, 1, 9-페난스로린-4-일기, 1, 9-페난스로린-5-일기, 1, 9-페난스로린-6-일기, 1, 9-페난스로린-7-일기, 1, 9-페난스로린-8-일기, 1, 9-페난스로린-10-일기, 1, 10-페난스로린-2-일기, 1, 10-페난스로린-3-일기, 1, 10-페난스로린-4-일기, 1, 10-페난스로린-5-일기, 2, 9-페난스로린-1-일기, 2, 9-페난스로린-3-일기, 2, 9-페난스로린-4-일기, 2, 9-페난스로린-5-일기, 2, 9-페난스로린-6-일기, 2, 9-페난스로린-7-일기, 2, 9-페난스로린-8-일기, 2, 9-페난스로린-10-일기, 2, 8-페난스로린-1-일기, 2, 8-페난스로린-3-일기, 2, 8-페난스로린-4-일기, 2, 8-페난스로린-5-일기, 2, 8-페난스로린-6-일기, 2, 8-페난스로린-7-일기, 2, 8-페난스로린-9-일기, 2, 8-페난스로린-10-일기, 2, 7-페난스로린-1-일기, 2, 7-페난스로린-3-일기, 2, 7-페난스로린-4-일기, 2, 7-페난스로린-5-일기, 2, 7-페난스로린-6-일기, 2, 7-페난스로린-8-일기, 2, 7-페난스로린-9-일기, 2, 7-페난스로린-10-일기, 1-페나지닐(phenazinyl)기, 2-페나지닐기, 1-페노치아지닐(phenothiazinyl)기, 2-페노치아지닐기, 3-페노치아지닐기, 4-페노치아지닐기, 10-페노치아지닐기, 1-헤녹사지닐(fenoxadinyl)기, 2-헤녹사지닐기, 3-헤녹사지닐기, 4-헤녹사지닐기, 10-헤녹사지닐기, 2-옥사졸릴기, 4-옥사졸릴기, 5-옥사졸릴기, 2-옥사디아조릴(oxadiazolyl)기, 5-옥사디아조릴기, 3-후라자닐(furazanyl)기, 2-티에닐기, 3-티에닐기, 2-메틸피롤-1-일기, 2-메틸피롤-3-일기, 2-메틸피롤-4-일기, 2-메틸피롤-5-일기, 3-메틸피롤-1-일기, 3-메틸피롤-2-일기, 3-메틸피롤-4-일기, 3-메틸피롤-5-일기, 2-t-부틸피롤-4-일기, 3-(2-페닐프로필)피롤-1-일기, 2-메틸-1-인도릴기, 4-메틸-1-인도릴기, 2-메틸-3-인도릴기, 4-메틸-3-인도릴기, 2-t-부틸1-인도릴기, 4-t-부틸1-인도릴기, 2-t-부틸3-인도릴기, 4-t-부틸3-인도릴기 등을 들 수 있다.
상기 화학식 17의 일반식 1~14의 R, Ra가 나타내는 「치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 불화알킬기」의 불화알킬기의 예로서는, 트리플루오르메틸기, 펜타플루오로에틸기, 헵타플루오르프로필기, 헵타데카플루오르옥탄기 등의 퍼플루오르알킬(perfluoroalkyl)기, 또는 모노플루오르메틸기, 디플루오르메틸기, 트리이플루오르에틸기, 테트라플루오르프로필기, 옥타플루오르펜틸기 등을 들 수 있다.
상기 화학식 17의 일반식 1~14의 R, Ra가 나타내는 「치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기」의 알킬기의 예로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, s-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, n-헥실(hexyl)기, n-헵틸(heptyl)기, n-옥틸기, 하이드록시메틸기, 1-하이드록시에틸기, 2-하이드록시에틸기, 2-하이드록시이소부틸기, 1, 2-디히드록시에틸기, 1, 3-디히드록시이소프로필기, 2, 3-디히드록시-t-부틸기, 1, 2, 3-트리하이드록시프로필기, 클로로메틸기, 1-클로로에틸기, 2-클로로에틸기, 2-클로로이소부틸기, 1, 2-디클로로에틸기, 1, 3-디클로로이소프로필기, 2, 3-디클로로-t-부틸기, 1, 2, 3-트리클로로프로필기, 브로모메틸기, 1-브로모에틸기, 2-브로모에틸기, 2-브로모이소부틸기, 1, 2-디브로모에틸기, 1, 3-디브로모이소프로필기, 2, 3-디브로모-t-부틸기, 1, 2, 3-트리브로모프로필기, 요오드메틸기, 1-요오드에틸기, 2-요오드에틸기, 2-요오드이소부틸기, 1, 2-디요오드에틸기, 1, 3-디요오드이소프로필기, 2, 3-디요오드-t-부틸기, 1, 2, 3-트리요오드프로필기, 아미노메틸기, 1-아미노에틸기, 2-아미노에틸기, 2-아미노이소부틸기, 1, 2-디아미노에틸기, 1, 3-디아미노이소프로필기, 2, 3-디아미노-t-부틸기, 1, 2, 3-트리아미노프로필기, 시아노메틸기, 1-시아노에틸기, 2-시아노에틸기, 2-시아노이소부틸기, 1, 2-디시아노에틸기, 1, 3-디시아노이소프로필기, 2, 3-디시아노-t-부틸기, 1, 2, 3-트리시아노프로필기, 니트로메틸기, 1-니트로에틸기, 2-니트로에틸기, 2-니트로이소부틸기, 1, 2-디니트로에틸기, 1, 3-디니트로이소프로필기, 2, 3-디니트로-t-부틸기, 1, 2, 3-트리니트로프로필기, 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 4-메틸시클로헥실기, 1-아다만틸기, 2-아다만틸기, 1-노르보닐(norbornyl)기, 2-노르보닐기 등을 들 수 있다.
상기 화학식 17의 일반식 1~14의 R, Ra가 나타내는 「치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기」의 알콕시기는-OY로 표시되는 기이고, Y의 예로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, s-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, n-헥실(hexyl)기, n-헵틸(heptyl)기, n-옥틸기, 하이드록시메틸기, 1-하이드록시에틸기, 2-하이드록시에틸기, 2-하이드록시이소부틸기, 1, 2-디히드록시에틸기, 1, 3-디히드록시이소프로필기, 2, 3-디히드록시-t-부틸기, 1, 2, 3-트리하이드록시프로필기, 클로로메틸기, 1-클로로에틸기, 2-클로로에틸기, 2-클로로이소부틸기, 1, 2-디클로로에틸기, 1, 3-디클로로이소프로필기, 2, 3-디클로로-t-부틸기, 1, 2, 3-트리클로로프로필기, 브로모메틸기, 1-브로모에틸기, 2-브로모에틸기, 2-브로모이소부틸기, 1, 2-디브로모에틸기, 1, 3-디브로모이소프로필기, 2, 3-디브로모-t-부틸기, 1, 2, 3-트리브로모프로필기, 요오드메틸기, 1-요오드에틸기, 2-요오드에틸기, 2-요오드이소부틸기, 1, 2-디요오드에틸기, 1, 3-디요오드이소프로필기, 2, 3-디요오드-t-부틸기, 1, 2, 3-트리요오드프로필기, 아미노메틸기, 1-아미노에틸기, 2-아미노에틸기, 2-아미노이소부틸기, 1, 2-디아미노에틸기, 1, 3-디아미노이소프로필기, 2, 3-디아미노-t-부틸기, 1, 2, 3-트리아미노프로필기, 시아노메틸기, 1-시아노에틸기, 2-시아노에틸기, 2-시아노이소부틸기, 1, 2-디시아노에틸기, 1, 3-디시아노이소프로필기, 2, 3-디시아노-t-부틸기, 1, 2, 3-트리시아노프로필기, 니트로메틸기, 1-니트로에틸기, 2-니트로에틸기, 2-니트로이소부틸기, 1, 2-디니트로에틸기, 1, 3-디니트로이소프로필기, 2, 3-디니트로-t-부틸기, 1, 2, 3-트리니트로프로필기 등을 들 수 있다.
상기 화학식 17의 일반식 1~14의 R, Ra가 나타내는 할로겐 원자, 불소, 염소, 브롬, 요오드를 들 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 제2 층(323)은 상기 화학식 16의 일반식 (1)로 표시되는 화합물을 포함한다. 본 발명에 따른 제2 층(323)에 포함되는 상기 화학식 16의 일반식 (1)로 표시되는 화합물은 일 예로서, 이하의 구조식에 의해 나타낸 화합물을 들 수 있다.
[화학식 19]
Figure pat00057
본 발명에 따른 제2 층(323)에 포함되는 상기 화학식 16의 일반식 (1)로 표시되는 화합물은 일 예로서, 이하의 구조식에 의해 나타낸 화합물을 들 수 있다.
[화학식 20]
Figure pat00058
본 발명에 따른 제2 층(323)에 포함되는 상기 화학식 16의 일반식 (1)로 표시되는 화합물은 일 예로서, 이하의 구조식에 의해 나타낸 화합물을 들 수 있다.
[화학식 21]
Figure pat00059
본 발명에 따른 제3 층(325)은 상기 화학식 16의 일반식 (2)로 표시되는 화합물을 포함한다. 본 발명에 따른 제3 층(325)에 포함되는 상기 화학식 16의 일반식 (2)로 표시되는 화합물은 일 예로서, 이하의 구조식에 의해 나타낸 화합물을 들 수 있다.
[화학식 22]
Figure pat00060
본 발명에 따른 제3 층(325)에 포함되는 상기 화학식 16의 일반식 (2)로 표시되는 화합물은 일 예로서, 이하의 구조식에 의해 나타낸 화합물을 들 수 있다.
[화학식 23]
Figure pat00061
본 발명에 따른 제3 층(325)에 포함되는 상기 화학식 16의 일반식 (2)로 표시되는 화합물은 일 예로서, 이하의 구조식에 의해 나타낸 화합물을 들 수 있다.
[화학식 24]
Figure pat00062
본 발명에 따른 제3 층(325)에 포함되는 상기 화학식 16의 일반식 (2)로 표시되는 화합물은 일 예로서, 이하의 구조식에 의해 나타낸 화합물을 들 수 있다.
[화학식 25]
Figure pat00063
본 발명에 따른 제3 층(325)에 포함되는 상기 화학식 16의 일반식 (2)로 표시되는 화합물은 일 예로서, 이하의 구조식에 의해 나타낸 화합물을 들 수 있다.
[화학식 26]
Figure pat00064
본 발명에 따른 제3 층(325)에 포함되는 상기 화학식 16의 일반식 (2)로 표시되는 화합물은 일 예로서, 이하의 구조식에 의해 나타낸 화합물을 들 수 있다.
[화학식 27]
Figure pat00065
본 발명에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(300)는 제3 층(325)에 터페닐기를 갖는 아민 유도체를 포함함으로써, 발광층(330)에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송성의 적층 구조를 보호할 수 있다. 또한, 발광층(330)에서 발생한 여기 상태의 에너지가 정공 수송성의 적층 구조로 확산하는 것을 방지하고, 유기 일렉트로루미네센스 소자(300) 전체의 전하 밸런스를 조정할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발광층(330)에 포함되는 상기 화학식 16의 일반식 (3)으로 표시되는 화합물에 있어서, Ar6은 예를 들어, 이하에 나타내는 치환기 중의 어느 하나이지만, 이들에 한정되지 않는다. 또한, Ar6가 2개 이상 존재하는 경우는 서로 같은 치환기일 수도 있고, 다른 치환기일 수 있다. Ar6으로서 구체적으로는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 펜안트릴기, 플루오레닐기, 인데닐기, 피레닐기, 아세트나프테닐기, 플루오란테닐, 트리페닐레닐기, 피리딜기, 후라닐기, 피라닐기, 티에닐기, 키노릴기, 이소키노릴기, 벤조후라닐기, 벤조티에닐기, 인도릴기, 카르바졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 벤조티아졸릴기, 퀴녹살릴(quinoxalyl)기, 벤조옥사졸릴기, 피라조릴기, 디벤조후라닐기, 및 디벤조티에닐기 등을 열거할 수 있다. 바람직하게는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 카르바졸릴기, 디벤조후라닐기 등을 예로서 들 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발광층(330)에 포함되는 상기 화학식 16의 일반식 (3)으로 표시되는 화합물은, 일 예로서, 이하의 구조식에 의해 나타낸 화합물을 들 수 있다.
[화학식 28]
Figure pat00066
또한, 본 발명에 따른 발광층(330)에 포함되는 상기 화학식 16의 일반식 (3)으로 표시되는 화합물은 일 예로서, 이하의 구조식에 의해 나타낸 화합물을 들 수 있다.
[화학식 29]
Figure pat00067
유기 일렉트로루미네센스 소자(300)는 정공 수송 대역(320)에 배치한 막 조성이 다른 3 층 이상의 적층 구조에 있어서, LUMO 준위가 - 9.0 eV 이상 - 4.0 eV 이하인 전자 수용성 화합물로 형성됨으로써, 양극(310)으로부터의 정공 주입성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 일 실시 형태에 있어서, 전자 수용성 화합물을 포함하는 층이, 제1 층(321)과 같이 양극(310)에 인접하여 배치되는 것이 바람직하고, 유기 일렉트로루미네센스 소자(300)의 양극(310)으로부터의 정공 주입성을 현저히 향상시킬 수 있다. 또한, 이와 같은 효과는 상술한 상기 화학식 16의 일반식 (3)으로 표시되는 화합물을 포함하는 발광층(330)과 조합된 때에 현저하고, 유기 일렉트로루미네센스 소자(300) 저전압 구동을 실현할 수 있다.
상술한 바와 같이, 전자 수용성 화합물을 포함하는 제1 층은 정공 주입층(321)로서, 양극(310)에 인접하여 배치되는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(300)에 있어서, 상기 화학식 16의 일반식 (1)로 표시되는 화합물을 포함하는 제2 층과, 상기 화학식 16의 일반식 (2)로 표시되는 화합물을 포함하는 제3 층이, 전자 수용성 화합물로 형성된 제1 층보다도 발광층(330)측에 배치되는 것이 바람직하다. 정공 수송성의 적층 구조의 제2 층에 카르바졸릴기를 갖는 화합물을 포함함으로써, 전하 수송성 및 통전 내구성을 향상할 수 있다.
또한, 유기 일렉트로루미네센스 소자(300)에 있어서는, 상기 화학식 16의 일반식 (2)로 표시되는 화합물을 포함하는 제3 층(325)이 상기 화학식 16의 일반식 (1)로 표시되는 화합물을 포함하는 제2 층(323)보다도 발광층(330)측에 배치되는 것이 바람직하다. 상기 화학식 16의 일반식 (2)로 표시되는 화합물을 포함하는 제3 층(325)이 발광층(330)측에 배치됨으로써, 유기 일렉트로루미네센스 소자(300)는 발광층(330)에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송성의 적층 구조(제1 층(321) 및 제2 층(323))를 보호하는 동시에, 발광층(330)에서 발생한 여기 상태의 에너지가 정공 수송성의 제1 층(321) 및 제2 층(323)으로 확산하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명에 있어서는, 상기 화학식 16의 일반식 (2)로 표시되는 화합물을 포함하는 제3 층(325)이 발광층(330)에 인접하여 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자에 대해서, 보다 상세하게 설명한다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(300)에 있어서, 기판(301)은 예를 들어, 투명 유리 기판이나, 실리콘 등으로 이루어지는 반도체 기판이나, 수지 등의 플렉시블한 기판일 수 있다. 양극(310)는 기판(301) 상에 배치되고, 산화인듐주석(ITO) 이나 인듐아연산화물(IZO) 등을 사용하여 형성할 수 있다.
양극(310)와 발광층(330) 사이에는, 정공 수송 대역(320)이 배치된다. 일 예로서, 양극(310) 상에는, 상술한 전자 수용성 화합물을 포함하는 재료를 사용하여 제1 층으로서 정공 주입층(321)이 형성된다.
정공 주입층(321) 상에는, 상기 화학식 16의 일반식 (1)로 표시되는 정공 수송 재료를 포함하는 재료를 사용하여 정공 수송층(323)이 형성된다. 또한, 제2 층으로서 정공 수송층(323)을 복수 적층할 수 있고, 그 경우에는, 정공 주입층(321)측에 배치되는 정공 수송층에는, 상술한 전자 수용성 화합물을 포함할 수 있다.
정공 수송층(323) 상에는, 상기 화학식 16의 일반식 (2)로 표시되는 정공 수송 재료를 포함하는 재료를 사용하여 중간층(325)이 형성된다. 제3 층으로서 중간층(325)은 발광층(330)에 인접하여 배치되는 것이 바람직하고, 이것에 의해, 발광층(330)에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송성의 적층 구조를 보호하는 동시에, 발광층(330)에서 발생한 여기 상태의 에너지가 정공 수송성의 적층 구조로 확산하는 것을 방지하고, 유기 일렉트로루미네센스 소자(300) 전체의 전하 밸런스를 조정할 수 있다. 또한, 중간층(325)를 발광층(330)측에 배치함으로써, 전자 수용성 화합물가 발광층(330)으로 확산하는 것을 억제하고, 유기 일렉트로루미네센스 소자의 발광 효율과 수명을 개선할 수 있다.
중간층(325) 상에는, 상기 화학식 16의 일반식 (3)으로 표시되는 화합물을 포함하는 재료를 사용하여 발광층(330)이 형성된다. 또한, 발광층(330)은 2,5,8,11-Tetra-t-butylperylene(TBP) 등의 공지의 P 형 도펀트를 포함하고, 본 발명에 있어서는 특히 한정되지 않는다.
발광층(330) 상에는, 예를 들어, Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminium(Alq3)를 포함하는 재료를 사용하여, 전자 수송층(340)이 형성된다. 전자 수송층(340) 상에는, 예를 들어, 불화리튬, 리튬8-퀴노리나토(quinolinato) 등을 포함하는 재료를 사용하여, 전자 주입층(350)이 형성된다. 또한, 전자 주입층(350) 상에는, 예를 들어, Al, Ag, Ca 등의 금속이나 산화한인듐주석(ITO) 이나 인듐아연옥사이드(IZO) 등의 투명 재료를 사용하여, 음극(360)이 형성된다. 상기 박막은 진공 증착, 스퍼터, 각종 도포 등 재료에 따른 적절한 성막 방법을 선택함으로써, 형성할 수 있다.
본 실시형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자에 있어서는, 상술한 본 발명에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료를, TFT를 사용한 액티브매트릭스의 유기 EL 발광 장치에도 적용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자(300)에 있어서는, 상술한 층 구조와 재료의 조합에 의해, 발광층(330)에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송성의 적층 구조를 보호하는 동시에, 발광층(330)에서 발생한 여기 상태의 에너지가 정공 수송성의 적층 구조로 확산하는 것을 방지하고, 유기 일렉트로루미네센스 소자(300) 전체의 전하 밸런스를 조정할 수 있다. 또한, 중간층(325)을 발광층(330)측에 배치함으로써, 전자 수용성 화합물이 발광층(330)으로 확산하는 것을 억제하고, 유기 일렉트로루미네센스 소자의 발광 효율과 수명을 개선할 수 있다.
[실시예 2]
(제조 방법 2)
상술한 재료를 사용하여 실시예의 유기 일렉트로루미네센스 소자를 형성하였다. 도 4는 실시예의 유기 일렉트로루미네센스 소자(400)를 나타내는 모식도이다. 본 실시예에 있어서는, 150nm의 막 두께의 ITO로 양극(410)을 형성하였다. 상기 화학식 16의 일반식 (1)로 표시되는 화합물로서 하기 화학식 32의 화합물 67을 사용하고, 정공 주입층(421)로서 10nm의 막 두께의 HTL1을 형성하였다. 상기 화학식 16의 일반식 (1)로 표시되는 화합물로서 하기 화학식 32의 화합물 17을 사용하고, 정공 수송층(423)로서 10nm의 막 두께의 HTL2를 형성하였다. 또한, 상기 화학식 16의 일반식 (2)로 표시되는 화합물로서 하기 화학식 32의 화합물 43을 사용하고, 10nm의 막 두께의 HTL3를 형성하여 중간층(425)으로 하였다.
[화학식 32]
Figure pat00068
이어서, 상기 화학식 16의 일반식 (3)으로 표시되는 화합물로서, 9,10-Di(2-naphthyl)anthracene(ADN)를 포함하는 호스트 재료에 2,5,8,11-Tetra-t-butylperylene (TBP)를 3% 도프하여 25nm의 막 두께의 발광층(430)을 형성하였다. 25nm의 막 두께의 Alq3로 전자 수송층(440)을 형성하고, 1nm의 막 두께의 LiF로 전자 주입층(450)을 형성하고, 100nm의 막 두께의 Al으로 음극(460)을 형성하였다.
또한, 비교예로서, HTL1~HTL3에 상술한 화합물 이외의, 하기 화학식 33의 화합물 68~70을 사용하여, 유기 일렉트로루미네센스 소자를 제작하였다.
[화학식 33]
Figure pat00069
제작한 유기 일렉트로루미네센스 소자의 HTL1~HTL3에 사용한 화합물의 조합을 표 3에 정리한다.
HTL1 HTL2 HTL3
실시예 2-1 화합물 67 화합물 17 화합물 43
비교예 2-1 화합물 67 화합물 43 화합물 17
비교예 2-2 화합물 43 화합물 67 화합물 43
비교예 2-3 화합물 67 화합물 17 화합물17
비교예 2-4 화합물 67 화합물 17 화합물 68
비교예 2-5 화합물 69 화합물 17 화합물 68
비교예 2-6 화합물 69 화합물 70 화합물 43
비교예 2-7 화합물 69 화합물 70 화합물 68
제작한 실시예 및 비교예의 유기 일렉트로루미네센스 소자에 대해서, 전압, 발광 효율 및 반감 수명을 평가하였다. 또한, 전류 밀도는, 10 mA/cm2로 하였다. 평가 결과를 표 4에 나타낸다.
전압(V) 전류 효율(cd/A) 반감수명(hr)
실시예 2-1 6.5 7.4 3,900
비교예 2-1 6.9 6.3 3,300
비교예 2-2 7.1 6.3 3,000
비교예 2-3 6.6 6.5 2,900
비교예 2-4 7.5 5.5 1,800
비교예 2-5 7.5 4.9 1,500
비교예 2-6 7.6 4.7 1,900
비교예 2-7 8.1 4.3 700
표 4에서 확인할 수 있듯이, 본 발명의 실시예 2-1은 HTL2를 HTL3으로 교체한 경우(비교예 2-1)와 비교한 경우, HTL1와 HTL3에 화합물 43을 사용하여 전자 수용성 화합물 층을 양 층 사이에 삽입한 경우(비교예 2-2)와 비교한 경우, 동시에 약간의 발광 효율의 개선 효과가 인정되었다. 또한 본 발명의 실시예 2-1은 HTL2와 HTL3에 같은 화합물 17을 사용한 경우(비교예 2-3)와 비교하여도, 같은 효율 개선 효과가 인정되었다. HTL3에 비카르바졸계 정공 수송성 화합물 68을 사용한 경우(비교예 2-4)와 비교하면, 더 큰 효율 개선 효과가 인정되었다.
또한, 본 발명의 실시예 2-1은 전자 수용성 화합물로 교체하여 Starburst 형 정공 주입 재료를 양극 인접 층에 사용한 경우(비교예 2-5, 2-6, 2-7)와 비교하여, 효율 향상에 더하여, 유기 일렉트로루미네센스 소자(400)의 구동 전압의 저하 효과도 현저하게 인정되었다. 그 전압 저하와 효율 향상은 HTL1~HTL3의 각 층의 어느 것에 전자 수용성 화합물이 존재하는 것이 중요성을 나타내었다.
100: 유기 EL 소자 101: 기판
110: 양극 120: 정공 수송 대역
121: 제1 층 123: 제2 층
125: 제3 층 130: 발광층
140: 전자 수송층 150: 전자 주입층
160: 음극 200: 유기 EL 소자
220: 정공 수송 대역 221: 제1 층
223: 제2 층 225: 제3 층
300 :유기 EL 소자 301 : 기판
310 : 양극, 320 : 정공 수송 대역
321 : 제1 층, 323 : 제2 층
325 : 제3 층, 330 : 발광층
340 : 전자 수송층, 350 : 전자 주입층
360 :음극, 400 :유기 EL 소자
420 : 정공 수송 대역, 421 : 정공 주입층
423 : 정공 수송층, 425 :중간층

Claims (16)

  1. 양극;
    1중항 여기 상태를 거친 발광을 얻을 수 있는 발광층; 및
    상기 양극과 상기 발광층 사이에, 층 조성이 다른 3 층 이상의 적층 구조;를 구비하고,
    상기 적층 구조는,
    이하의 하기 화학식 1의 일반식 (1)로 표시되는 화합물에 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 준위가 - 9.0 eV 이상 - 4.0 eV 이하인 전자 수용성 화합물을 도프한 정공 수송성 화합물을 포함하는 제1 층;
    상기 제1 층보다 상기 발광층 측에 배치되고, 하기 화학식 1의 일반식 (1)로 표시되는 화합물을 포함하는 제2 층; 및
    상기 제2 층보다 상기 발광층 측에 배치되고, 하기 화학식 1의 일반식 (2)로 표시되는 화합물을 포함하는 제3 층;을 포함하고,
    상기 발광층이 하기 화학식 1의 일반식 (3)으로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네센스 소자.
    [화학식 1]
    Figure pat00070

    상기 화학식 1의 일반식 (1) 중에서, Ar1, Ar2 및 Ar3는 치환 혹은 무치환의 아릴기 또는 치환 혹은 무치환의 헤테로아릴기이고,
    Ar4는 치환 혹은 무치환의 아릴기, 치환 혹은 무치환의 헤테로아릴기, 카르바졸릴기 또는 알킬기이고,
    L1는 단결합, 치환 혹은 무치환의 아릴렌기 또는 치환 혹은 무치환의 헤테로아릴렌기이고,
    상기 화학식 1의 일반식 (2) 중에서, R1~R3는 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 15 이하의 알킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자 수 5 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고, l, m, n는 각각 0 = l = 4, 0 = m = 4, 0 = n = 5, 를 만족하는 정수이고,
    R4는 수소 원자, 또는 불소 원자이고,
    o는 0 = o = 3를 만족하는 정수이고,
    Ar5는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기이고,
    상기 화학식 1의 일반식 (3) 중에서, Ar6은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 3 이상 50 이하의 시클로알킬기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 7 이상 50 이하의 아랄킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴옥시기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴티오기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 2 이상 50 이하의 알콕시카르보닐기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자 수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 치환 혹은 무치환의 시릴기, 카르복시기, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기 혹은 하이드록시기이고, p는 1 이상 10 이하의 정수이다.]
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1층이, 상기 양극에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제3 층이, 상기 발광층에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제3 층 각각은 카르바졸릴기를 갖는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제3 층 각각은 상기 화학식 1의 일반식 (1)로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 층은 하기 화학식 2, 화학식 3 및 화학식 4로 표시되는 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 것인 유기 일렉트로루미네센스 소자.
    [화학식 2]
    Figure pat00071

    Figure pat00072

    Figure pat00073

    [화학식 3]
    Figure pat00074

    Figure pat00075

    Figure pat00076

    [화학식 4]
    Figure pat00077

    Figure pat00078
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전자 수용성 화합물은 하기 화학식 5로 표시되는 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 것인 유기 일렉트로루미네센스 소자.
    [화학식 5]
    Figure pat00079

    Figure pat00080

    Figure pat00081

    Figure pat00082

    Figure pat00083

    상기 전자 수용성 화합물 17~30에 있어서, R은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 50 이하의 불화알킬기, 시아노기, 탄소수 1 이상 50의 알콕시기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기 또는 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기 또는 고리 형성 원자 수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다. Ar는 전자 흡인성의 치환 혹은 무치환의 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자 수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다. Y는 메틴기(- CH=) 또는 질소 원자(- N=)이다. Z는 유사 할로겐 또는 유황(S)이다. X는 이하에 나타내는 X1~X7의 치환기 중의 어느 하나이다.
    [화학식 6]
    Figure pat00084

    Figure pat00085

    여기서, Ra는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 50 이하의 불화알킬기, 시아노기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자 수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제3 층은 하기 화학식 7, 화학식 8, 화학식 9, 화학식 10, 화학식 11 및 화학식 12로 표시되는 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 것인 유기 일렉트로루미네센스 소자.
    [화학식 7]
    Figure pat00086

    [화학식 8]
    Figure pat00087

    [화학식 9]
    Figure pat00088

    [화학식 10]
    Figure pat00089

    [화학식 11]
    Figure pat00090

    [화학식 12]
    Figure pat00091
  9. 제1항에 있어서,
    상기 발광층은 하기 화학식 13, 화학식 14 및 화학식 15로 표시되는 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 것인 유기 일렉트로루미네센스 소자.
    [화학식 13]
    Figure pat00092

    [화학식 14]
    Figure pat00093

    [화학식 15]
    Figure pat00094
  10. 양극과, 1중항 여기 상태를 거친 발광을 얻을 수 있는 발광층; 및
    상기 양극과 상기 발광층 사이에, 막 조성이 다른 3 층 이상의 적층 구조; 를 구비하고,
    상기 적층 구조가, LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 준위가 - 9.0 eV 이상 - 4.0 eV 이하인 전자 수용성 화합물로 형성된 제1 층;
    상기 제1 층보다도 상기 발광층 측에 배치되고, 하기 화학식 16의 일반식 (1)로 나타내지는 화합물을 포함하는 제2 층; 및
    상기 제2 층보다도 상기 발광층 측에 배치되고, 하기 화학식 16의 일반식 (2)로 나타내지는 화합물을 포함하는 제3 층; 을 구비하고, 또한,
    상기 발광층이 하기 화학식 16의 일반식 (3)로 나타내지는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네센스 소자.
    [화학식 16]
    Figure pat00095

    상기 화학식 16의 일반식 (1) 중에서, Ar1, Ar2 및 Ar3은 치환 혹은 무치환의 아릴기 또는 치환 혹은 무치환의 헤테로아릴기이고,
    Ar4는 치환 혹은 무치환의 아릴기, 치환 혹은 무치환의 헤테로아릴기, 카르바졸릴기 또는 알킬기이고,
    L1는 단결합, 치환 혹은 무치환의 아릴렌기 또는 치환 혹은 무치환의 헤테로아릴렌기기이고,
    상기 화학식 16의 일반식 (2) 중에서, R1~R3는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 15 이하의 알킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 1 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고, l, m, n은 각각 0 = l = 4, 0 = m = 4, 0 = n = 5, 를 만족하는 정수이고, R4는 수소 원자, 중수소 원자, 또는 불소 원자이고, o는 0 = o = 3를 만족하는 정수이고,
    Ar5는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기이고,
    상기 화학식 16의 일반식 (3) 중에서, Ar6은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 3 이상 50 이하의 시클로알킬기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 7 이상 50 이하의 아랄킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴옥시기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴티오기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 2 이상 50 이하의 알콕시카르보닐기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자 수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 치환 혹은 무치환의 시릴기, 카르복시기, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기 또는 하이드록시기이고, p는 1 이상 10 이하의 정수이다.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1층이, 상기 양극에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제3 층이, 상기 발광층에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 기 일렉트로루미네센스 소자.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 전자 수용성 화합물은 하기 화학식 17로 표시되는 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 것인 유기 일렉트로루미네센스 소자.
    [화학식 17]
    Figure pat00096

    상기 전자 수용성 화합물 1~14에 있어서, R은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 50 이하의 불화알킬기, 시아노기, 탄소수 1 이상 50의 알콕시기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기 또는 탄소수 5 이상 50 이하의 아릴기 또는 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다. Ar은 전자 흡인성의 치환 혹은 무치환의 탄소수 5 이상 50 이하의 아릴기 또는 치환 혹은 무치환의 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다. Y는 메틴기(- CH=) 또는 질소 원자(- N=)이다. Z는 유사 할로겐 또는 유황(S)이다. X는 이하에 나타내는 X1~X7의 치환기 중의 어느 하나이다.
    [화학식 18]
    Figure pat00097

    상기 Ra는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 50 이하의 불화알킬기, 시아노기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 아릴기 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제2 층은 하기 화학식 19, 하기 화학식 20 및 하기 화학식 21로 표시되는 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 것인 유기 일렉트로루미네센스 소자.
    [화학식 19]
    Figure pat00098

    [화학식 20]
    Figure pat00099

    [화학식 21]
    Figure pat00100
  15. 제10항에 있어서,
    상기 제3 층 하기 화학식 22, 하기 화학식 23, 하기 화학식 24, 하기 화학식 25, 하기 화학식 26 및 하기 화학식 27로 표시되는 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 것인 유기 일렉트로루미네센스 소자.
    [화학식 22]
    Figure pat00101

    [화학식 23]
    Figure pat00102

    [화학식 24]
    Figure pat00103

    [화학식 25]
    Figure pat00104

    [화학식 26]
    Figure pat00105

    [화학식 27]
    Figure pat00106
  16. 제10항에 있어서,
    상기 발광층은 하기 화학식 28 및 하기 화학식 29로 표시되는 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 것인 유기 일렉트로루미네센스 소자.
    [화학식 28]
    Figure pat00107

    [화학식 29]
    Figure pat00108
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