KR20160060536A - 유기 전계 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 애노드; 발광층; 상기 애노드와 상기 발광층 사이에 배치되고, 전자 수용 재료를 포함하는 제 1 정공 수송층; 및 상기 제 1 정공 수송층과 상기 발광층 사이에 배치고, 하기의 일반식 (1)로 표시되는 정공 수송 재료를 포함하는 제 2 정공 수송층; 을 포함하여 개선된 발광 효율 및 발광 수명을 나타낼 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00067

Description

유기 전계 발광 소자{ORGANIC ELECTROLUMINESCENT DEVICE}
본 발명은 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.
최근, 유기 전계 발광 표시 장치(Organic Electroluminescent Display)의 개발이 활발하게 행해지고 있고, 또한, 유기 전계 발광 표시 장치에 사용되는 자발광형의 발광 소자인 유기 전계 발광 소자(Organic Electroluminescent Device)에 대해서도 활발하게 개발이 행해지고 있다.
유기 전계 발광 소자로서는 예를 들어, 양극, 양극 상에 배치된 정공 수송층, 정공 수송층 상에 배치된 발광층, 발광층 상에 배치된 전자 수송층, 및 전자 수송층 상에 배치된 음극으로 이루어지는 구조가 알려져 있다.
이와 같은 유기 전계 발광 소자에서는 양극 및 음극으로부터 주입된 정공 및 전자가 발광층에서 재결합함으로써, 여기자를 생성하고, 생성된 여기자가 기저 상태로 천이함으로써, 발광이 이루어지게 된다.
특허문헌 1 내지 5는 정공 수송층에 사용 가능한 정공 수송 재료에 관한 기술을 개시한다. 구체적으로는, 특허문헌 1 내지 5는 카르바졸기를 포함하는 정공 수송 재료를 개시한다.
JP 2013-075891 A JP 2013-525346 A JP 2013-035752 A US 8614010 B EP 2468725 A
그러나, 특허문헌 1 내지 5에 개시된 기술에서는 유기 전계 발광 소자의 수명에 대해서 만족스러운 값을 얻을 수 없었으며, 이러한 특성을 더욱 개선시키는 것이 필요하였다.
여기서, 본 발명은 상기 문제를 감안하여 이루어진 것이고, 본 발명의 목적은 수명을 향상할 수 있는 신규하고 또한 개량된 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예는 애노드; 발광층; 상기 애노드와 상기 발광층 사이에 배치되고, 전자 수용 재료를 포함하는 제 1 정공 수송층; 및 상기 제 1 정공 수송층과 상기 발광층 사이에 배치되고, 하기의 일반식 (1)로 표시되는 제 1 정공 수송 재료를 포함하는 제 2 정공 수송층; 을 포함하는 유기 전계 발광 소자를 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 일반식 (1)에 있어서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 12 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 13 이하의 헤테로아릴기이고, X1 내지 X7은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 15 이하의 알킬기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 18 이하의 헤테로아릴기이고, a는 1 또는 2이다.
이 관점에 의하면, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자의 수명이 향상될 수 있다.
여기서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 12 이하의 아릴기일 수 있다.
또한, 제 1 정공 수송 재료는 하기의 일반식 (1-1) 내지 (1-15)로 표시되는 화합물들로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00002
[화학식 3]
Figure pat00003
[화학식 4]
Figure pat00004
또한, 전자 수용 재료는 LUMO 준위가 -9.0~-4.0 eV일 수 있다.
상기 제 1 정공 수송층은 하기의 일반식 (2)로 표시되는 제 2 정공 수송 재료를 포함할 수 있다.
[화학식 5]
Figure pat00005
상기 일반식 (2)에 있어서, Ar3 내지 Ar5는 서로 독립적이며 치환 또는 무치환의 아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 헤테로아릴기이고, Ar6는 치환 또는 무치환의 아릴기, 치환 또는 무치환의 헤테로아릴기, 카르바졸릴기, 또는 알킬기이고, L1은 단결합, 치환 또는 무치환의 아릴렌기 또는 치환 또는 무치환의 헤테로아릴렌기이다.
상기 제 2 정공 수송 재료는 하기의 일반식 (2-1) 내지 (2-16)로 표시되는 화합물들로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
[화학식 6]
Figure pat00006
[화학식 7]
Figure pat00007
[화학식 8]
Figure pat00008
또한, 발광층은 하기의 일반식 (3)으로 표시되는 구조를 갖는 호스트 재료를 포함할 수 있다.
[화학식 9]
Figure pat00009
상기 일반식 (3)에 있어서, Ar7은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 3 이상 50 이하의 시클로알킬기, 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 치환 또는 무치환의 탄소수 7 이상 50 이하의 아랄킬(aralkyl)기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴옥시기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴티오기, 치환 또는 무치환의 탄소수 2 이상 50 이하의 알콕시카르보닐기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 치환 또는 무치환의 실릴기, 카르복시기, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기 혹은 하이드록시기이고, p는 1 이상 10 이하의 정수이다.
상기 제 2 정공 수송층은 발광층에 인접하여 배치될 수 있다.
상기 제 1 정공 수송층은 애노드에 인접하여 배치될 수 있다.
상기 제 1 정공 수송층과 상기 제 2 정공 수송층 사이에 배치되고, 상기 제 1 정공 수송 재료 및 상기 제 2 정공 수송 재료 중 적어도 하나를 포함하는 제 3 정공 수송층을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 애노드; 발광층; 상기 애노드와 상기 발광층 사이에 배치되고, 제 3 정공 수송 재료와, 상기 제 3 정공 수송 재료에 도프된 전자 수용 재료를 포함하는 제 1 정공 수송층; 및 상기 제 1 정공 수송층과 상기 발광층 사이에 배치되고, 하기의 일반식 (1)로 표시되는 제 4 정공 수송 재료를 포함하는 제 2 정공 수송층; 을 포함하는 유기 전계 발광 소자를 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00010
상기 일반식 (1)에 있어서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 12 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 13 이하의 헤테로아릴기이고, X1 내지 X7은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 15 이하의 알킬기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 18 이하의 헤테로아릴기이고, a는 1 또는 2이다.
이 관점에 의하면, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자의 발광 효율 및 수명이 향상될 수 있다.
여기서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 12 이하의 아릴기일 수 있다.
또한, 제 4 정공 수송 재료는 하기의 일반식 (1-1) 내지 (1-15)로 표시되는 화합물들로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00011
[화학식 3]
Figure pat00012
[화학식 4]
Figure pat00013
또한, 제 3 정공 수송 재료는 하기의 일반식 (2)로 표시되는 구조를 갖는 것일 수 있다.
[화학식 5]
Figure pat00014
상기 일반식 (2)에 있어서, Ar3 내지 Ar5는 서로 독립적이며, 치환 또는 무치환의 아릴기 또는 치환 또는 무치환의 헤테로아릴기이고, Ar6은 치환 또는 무치환의 아릴기, 치환 또는 무치환의 헤테로아릴기, 카르바졸릴기, 또는 알킬기이고, L1은 단결합, 치환 또는 무치환의 아릴렌기 또는 치환 또는 무치환의 헤테로아릴렌기이다.
상기 제 3 정공 수송 재료는 하기의 일반식 (2-1) 내지 (2-16)로 표시되는 화합물들로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
[화학식 6]
Figure pat00015
[화학식 7]
Figure pat00016
[화학식 8]
Figure pat00017
또한, 전자 수용 재료는 LUMO 준위가 -9.0~-4.0 eV일 수 있다.
발광층은 하기의 일반식 (3)으로 표시되는 구조를 갖는 호스트 재료를 포함할 수 있다.
[화학식 9]
Figure pat00018
상기 일반식 (3)에 있어서, Ar7은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 3 이상 50 이하의 시클로알킬기, 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 치환 또는 무치환의 탄소수 7 이상 50 이하의 아랄킬(aralkyl)기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴옥시기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴티오기, 치환 또는 무치환의 탄소수 2 이상 50 이하의 알콕시카르보닐기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 치환 또는 무치환의 실릴기, 카르복시기, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기 혹은 하이드록시기이고, p는 1 이상 10 이하의 정수이다.
상기 제 2 정공 수송층은 발광층에 인접하여 배치될 수 있다.
상기 제 1 정공 수송층은 애노드에 인접하여 배치될 수 있다.
상기 제 1 정공 수송층과 상기 제 2 정공 수송층 사이에 마련되고, 제 3 정공 수송 재료 및 제 4 정공 수송 재료 중 적어도 하나를 포함하는 제 3 정공 수송층을 포함할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 제 1 정공 수송층과 발광층 사이에 제 2 정공 수송층이 마련되기 때문에, 유기 전계 발광 소자의 발광 효율 및 수명이 향상될 수 있다.
도 1은 일 실시예의 유기 전계 발광 소자의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 일 실시예의 유기 전계 발광 소자의 변형예를 나타내는 단면도이다.
이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙임으로써, 중복 설명을 생략한다. 또한, 본 실시 형태에서는 「일반식 (A)(A에는 수치가 들어간다)로 표시되는 화합물」을 「화합물 A」라고도 칭한다.
<1-1. 전자 수용 재료를 포함하는 제 1 정공 수송층을 포함하는 일 실시예의 유기 전계 발광 소자의 구성>
(1-1-1. 전체 구성)
먼저, 도 1에 기초하여 본 실시형태에 따른 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(100)의 전체 구성에 대해서 설명한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자(100)는 기판(110), 기판(110) 상에 배치된 제 1 전극(120), 제 1 전극(120) 상에 배치된 정공 수송층(140), 정공 수송층(140) 상에 배치된 발광층(150), 발광층(150) 상에 배치된 전자 수송층(160), 전자 수송층(160) 상에 배치된 전자 주입층(170), 및 전자 주입층(170) 상에 배치된 제 2 전극(180)을 포함한다. 정공 수송층(140)은 복수의 층(141~143)으로 이루어지는 다층 구조를 가질 수 있다.
(1-1-2. 기판의 구성)
기판(110)은 일반적인 유기 발광 소자에서 사용되는 기판이 사용될 수 있다. 예를 들어, 기판(110)은 글래스(glass) 기판, 반도체 기판, 또는 투명한 플라스틱(plastic) 기판 등일 수 있다.
(1-1-3. 제 1 전극의 구성)
제 1 전극(120)은 예를 들어, 양극(애노드, anode)이고, 증착법 또는 스퍼터링(sputtering)법 등을 사용하여 기판(110) 상에 형성될 수 있다. 구체적으로는, 제 1 전극(120)은 일 함수가 큰 금속, 합금, 도전성 화합물 등에 의해 투과형 전극으로서 형성될 수 있다. 제 1 전극(120)은 예를 들어, 투명이고, 도전성이 우수한 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO) 등으로 형성될 수도 있다. 또한, 양극(120)은 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al) 등을 사용하여 반사형 전극으로서 형성될 수도 있다.
(1-1-4. 정공 수송층의 구성)
정공 수송층(140)은 정공을 수송하는 기능을 갖는 정공 수송 재료를 포함하는 층이고, 예를 들어, 정공 주입층(미도시) 상에 10 nm 이상 150 nm 이하의 두께(적층 구조의 총 두께)로 형성될 수 있다. 일 실시예의 유기 전계 발광 소자에서는 정공 수송층(140)은 제 1 정공 수송층(141), 제 2 정공 수송층(142) 및 제 3 정공 수송층(143)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 정공 수송층들의 두께의 비는 특별히 제한되지 않는다.
(1-1-4-1. 제 1 정공 수송층의 구성)
제 1 정공 수송층(141)은 제 1 전극(120)에 인접하여 배치된 층이다. 제 1 정공 수송층(141)은 전자 수용 재료를 주로 포함하여 이루어지는 층이다. 또한, 제 1 정공 수송층(141)은 전자 수용성 재료 이외의 재료를 포함할 수도 있지만, 주로 전자 수용성 재료를 포함하는 층일 수 있다. 구체적으로는, 제 1 정공 수송층(141)은 제 1 정공 수송층(141)의 총 질량에 대해, 전자 수용성 재료를 50 질량% 초과하여 포함하고, 바람직하게는, 전자 수용 재료만으로 구성될 수 있다.
전자 수용 재료는 공지의 전자 수용 재료이면 모두 사용될 수 있으나, LUMO 준위가 -4.0~-9.0 eV의 범위에 있는 것이 좋고, 특히 -4.0~-6.0 eV인 것이 바람직하다. LUMO 준위가 -4.0~-9.0 eV인 전자 수용 재료로서는 예를 들어, 하기의 일반식 (4-1) 내지 (4-14)로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 10]
Figure pat00019
[화학식 11]
Figure pat00020
일반식 (4-1) 내지 (4-14)에 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 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다. Ar은 전자 흡인성의 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다. Y는 메틴기(-CH=) 또는 질소 원자(-N=)이다. Z는 유사 할로겐 또는 유황(S)이다. n은 1 이상 10 이하의 범위 내의 정수이다. X는 하기의 화학식 12의 X1 내지 X7로 표시되는 치환기 중의 어느 하나이다.
[화학식 12]
Figure pat00021
상기 화학식 12의 X1 내지 X7에 있어서, 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 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다.
R, Ar 및 Ra가 나타내는 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기 및 치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기의 예로서는, 페닐기, 1-나프틸기, 2-나프틸기, 1-안트릴기, 2-안트릴기, 9-안트릴기, 1-페난트릴기, 2-페난트릴기, 3-페난트릴기, 4-페난트릴기, 9-페난트릴기, 1-나프타세닐기, 2-나프타세닐기, 9-나프타세닐기, 1-피레닐기, 2-피레닐기, 4-피레닐기, 2-비페닐기, 3-비페닐기, 4-비페닐기, p-터페닐-4-일(p-terphenyl-4-yl)기p-터페닐-3-일기, p-터페닐-2-일기, m-터페닐-4-일기, m-터페닐-3-일기, m-터페닐-2-일기, o-트릴기, m-트릴기, p-트릴기, p-t-부틸페닐기, p-(2-페닐프로필)페닐기, 3-메틸-2-나프틸기, 4-메틸-1-나프틸기, 4-메틸-1-안트릴기, 4´-메틸비페닐기, 4"-t-부틸-p-터페닐-4-일기, 플루오란테닐기, 플루오레닐기, 1-피롤릴기, 2-피롤릴기, 3-피롤릴기, 피리디닐기, 2-피리디닐기, 3-피리디닐기, 4-피리디닐기, 1-인돌릴기, 2-인돌릴기, 3-인돌릴기, 4-인돌릴기, 5-인돌릴기, 6-인돌릴기, 7-인돌릴기, 1-이소인돌릴기, 2-이소인돌릴기, 3-이소인돌릴기, 4-이소인돌릴기, 5-이소인돌릴기, 6-이소인돌릴기, 7-이소인돌릴기, 2-프릴기, 3-프릴기, 2-벤조퓨라닐기, 3-벤조퓨라닐기, 4-벤조퓨라닐기, 5-벤조퓨라닐기, 6-벤조퓨라닐기, 7-벤조퓨라닐기, 1-이소벤조퓨라닐기, 3-이소벤조퓨라닐기, 4-이소벤조퓨라닐기, 5-이소벤조퓨라닐기, 6-이소벤조퓨라닐기, 7-이소벤조퓨라닐기, 퀴놀릴기, 3-퀴놀릴기, 4-퀴놀릴기, 5-퀴놀릴기, 6-퀴놀릴기, 7-퀴놀릴기, 8-퀴놀릴기, 1-이소퀴놀릴기, 3-이소퀴놀릴기, 4-이소퀴놀릴기, 5-이소퀴놀릴기, 6-이소퀴놀릴기, 7-이소퀴놀릴기, 8-이소퀴놀릴기, 2-퀴녹살리닐(quinoxalinyl)기, 5-퀴녹살리닐기, 6-퀴녹살리닐기, 1-카르바졸릴기, 2-카르바졸릴기, 3-카르바졸릴기, 4-카르바졸릴기, 9-카르바졸릴기, 1-페난트리디닐, 2-페난트리디닐, 3-페난트리디닐, 4-페난트리디닐, 6-페난트리디닐, 7-페난트리디닐, 8-페난트리디닐, 9-페난트리디닐, 10-페난트리디닐, 1-아크리디닐기, 2-아크리디닐기, 3-아크리디닐기, 4-아크리디닐기, 9-아크리디닐기, 1, 7-페난트롤린(phenanthroline)-2-일기, 1, 7-페난트롤린-3-일기, 1, 7-페난트롤린-4-일기, 1, 7-페난트롤린-5-일기, 1, 7-페난트롤린-6-일기, 1, 7-페난트롤린-8-일기, 1, 7-페난트롤린-9-일기, 1, 7-페난트롤린-10-일기, 1, 8-페난트롤린-2-일기, 1, 8-페난트롤린-3-일기, 1, 8-페난트롤린-4-일기, 1, 8-페난트롤린-5-일기, 1, 9-페난트롤린-6-일기, 1, 8-페난트롤린-7-일기, 1, 8-페난트롤린-9-일기, 1, 9-페난트롤린-10-일기, 1, 9-페난트롤린-2-일기, 1, 9-페난트롤린-3-일기, 1, 9-페난트롤린-4-일기, 1, 9-페난트롤린-5-일기, 1, 9 -페난트롤린-6-일기, 1, 9-페난트롤린-7-일기, 1, 9-페난트롤린-8-일기, 1, 9-페난트롤린-10-일기, 1, 10-페난트롤린-2-일기, 1, 10-페난트롤린-3-일기, 1, 10-페난트롤린-4-일기, 1, 10-페난트롤린-5-일기, 2, 9-페난트롤린-1-일기, 2, 9-페난트롤린-3-일기, 2, 9-페난트롤린-4-일기, 2, 9-페난트롤린-5-일기, 2, 9-페난트롤린-6-일기, 2, 9-페난트롤린-7-일기, 2, 9-페난트롤린-8-일기, 2, 9-페난트롤린-10-일기, 2, 8-페난트롤린-1-일기, 2, 8-페난트롤린-3-일기, 2, 8-페난트롤린-4-일기, 2, 8-페난트롤린-5-일기, 2, 8-페난트롤린-6-일기, 2, 8-페난트롤린-7-일기, 2, 8-페난트롤린-9-일기, 2, 8-페난트롤린-10-일기, 2, 7-페난트롤린(phenanthroline)-1-일기, 2, 7-페난트롤린-3-일기, 2, 7-페난트롤린-4-일기, 2, 7-페난트롤린-5-일기, 2, 7-페난트롤린-6-일기, 2, 7-페난트롤린-8-일기, 2, 7-페난트롤린-9-일기, 2, 7-페난트롤린-10-일기, 1-페나지닐(phenazinyl)기, 2-페나지닐기, 1-페노티아지닐(phenothiazinyl)기, 2-페노티아지닐기, 3-페노티아지닐기, 4-페노티아지닐기, 10-페노티아지닐기, 1-페녹사지닐기, 2-페녹사지닐기, 3-페녹사지닐기, 4-페녹사지닐기, 10-페녹사지닐기, 2-옥사졸릴기, 4-옥사졸릴기, 5-옥사졸릴기, 2-옥사디아졸릴기, 5-옥사디아졸릴기, 3-퓨라자닐기, 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-인돌릴기, 4-메틸-1-인돌릴기, 2-메틸-3-인돌릴기, 4-메틸-3-인돌릴기, 2-t-부틸1-인돌릴기, 4-t-부틸1-인돌릴기, 2-t-부틸3-인돌릴기, 4-t-부틸3-인돌릴기 등을 들 수 있다.
R, Ra가 나타내는 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 불화알킬기의 예로서는, 트리플루오르메틸기, 펜타플루오르에틸기, 헵타플루오르프로필기, 또는 헵타데카플루오르옥탄기 등의 퍼플루오르알킬(perfluoroalkyl)기, 또는 모노플루오르메틸기, 디플루오르메틸기, 트리플루오르에틸기, 테트라플루오르프로필기, 옥타플루오르펜틸기 등을 들 수 있다.
R, Ra가 나타내는 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기는 예를 들어, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, s-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기, 하이드록시 메틸기, 1-하이드록시에틸기, 2-하이드록시에틸기, 2-하이드록시이소부틸기, 1, 2-디하이드록시에틸기, 1, 3-디하이드록시이소프로필기, 2, 3-디하이드록시-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, 브로모 메틸기, 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-노르보닐기, 2-노르보닐기 등일 수 있다.
R, Ra가 나타내는 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기는 -OY로 나타내는 기이고, Y의 예로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, s-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기, 하이드록시 메틸기, 1-하이드록시에틸기, 2-하이드록시에틸기, 2-하이드록시이소부틸기, 1, 2-디하이드록시에틸기, 1, 3-디하이드록시이소프로필기, 2, 3-디하이드록시-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, 브로모 메틸기, 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 원자는, 불소, 염소, 브롬, 요오드 등이 될 수 있다.
전자 수용 재료의 구체적인 예로는, 하기의 일반식 (4-15) 내지 (4-16)으로 표시되는 화합물들을 들 수 있다. 일반식 (4-15) 화합물의 LUMO 준위는 -4.40 eV이고, 일반식 (4-16)의 화합물의 LUMO 준위는 -5.20 eV이다.
[화학식 13]
Figure pat00022
(1-1-4-2. 제 2 정공 수송층의 구성)
제 2 정공 수송층(142)은 발광층(150)에 인접하여 배치된 층일 수 있다. 제 2 정공 수송층(142)은 제 1 정공 수송 재료를 포함할 수 있다. 제 1 정공 수송 재료는 하기의 일반식 (1)로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00023
상기 일반식 (1)에 있어서 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 12 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 13 이하의 헤테로아릴기이다. Ar1 및 Ar2는 바람직하게는 각각 독립적으로 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 12 이하의 아릴기이다. Ar1 및 Ar2의 치환기는 예를 들어, 플루오르기, 클로로기, 탄소수 12 이하의 알킬기, 탄소수 12 이하의 플루오르알킬기, 시클로알킬기, 아세틸기, 아릴에스테르기, 아릴설파이드기 등일 수 있다.
치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 12 이하의 아릴기로서는, 페닐기, 비페닐릴기, 1-나프틸기, 2-나프틸기, 플루오르페닐기, 디플루오르페닐기, 트리플루오르페닐기, 테트라플루오르페닐기, 펜타플루오로페닐기, 톨루일(toluyl)기, 니트로페닐기, 시아노페닐기, 플루오르비페닐릴기, 니트로비페닐릴기, 시아노비페닐기, 시아노나프틸기, 니트로나프틸기, 플루오르나프틸기 등을 예로서 들 수 있지만, 특히 이것에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 구체적으로 페닐기 또는 비페닐릴기, 나프틸기, 플루오르페닐기등일 수 있고, 이중 페닐기 또는 비페닐릴기가 바람직할 수 있다.
치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 13 이하의 헤테로아릴기는 예를 들어, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 피리딜기, 퀴놀릴기, 이소퀴놀릴기, 피라질기, 피리미디닐기, 트리아진기, 이미다졸릴기, 아크리디닐기, 카르바졸릴기 등일 수 있다.
일반식 (1)에 있어서, X1 내지 X7은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 15 이하의 알킬기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 18 이하의 헤테로아릴기이고, a는 1 또는 2이다.
탄소수 1 이상 15 이하의 알킬기는, 예를 들어, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, s-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기, 하이드록시 메틸기, 1-하이드록시에틸기, 2-하이드록시에틸기, 2-하이드록시이소부틸기, 1, 2-디하이드록시에틸기, 1, 3-디하이드록시이소프로필기, 2, 3-디하이드록시-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, 브로모 메틸기, 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-노르보닐기, 2-노르보닐기 등일 수 있다.
치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴기는, 예를 들어, 페닐기, 비페닐릴기, 1-나프틸기, 2-나프틸기, 플루오르페닐기, 디플루오르페닐기, 트리플루오르페닐기, 테트라플루오르페닐기, 펜타플루오로페닐기, 톨루일(toluyl)기, 니트로페닐기, 시아노페닐기, 플루오르비페닐릴기, 니트로비페닐릴기, 시아노비페닐기, 시아노나프틸기, 니트로나프틸기, 플루오르나프틸기, 페난트릴기, 터페닐기, 플루오르터페닐 등일 수 있다.
치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 18 이하의 헤테로아릴기는, 예를 들어, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 피리딜기, 퀴놀릴기, 이소퀴놀릴기, 피라질기, 피리미디닐기, 트리아진기, 이미다졸릴기, 아크리디닐기 등일 수 있다.
이와 같이, 제 1 정공 수송 재료는 디벤조퓨란의 3 위치에 아민이 결합한 구조로 되어 있을 수 있다. 후술하는 실시예에 나타내는 바와 같이, 디벤조퓨란의 다른 위치(예를 들어, 2 위치)에 아민이 결합한 경우, 본 발명의 일 실시예와 같은 효과를 얻을 수 없다.
제 1 정공 수송 재료는 예를 들어, 하기의 일반식 (1-1) 내지 (1-15)로 표시되는 화합물들로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00024
[화학식 3]
Figure pat00025
[화학식 4]
Figure pat00026
(1-1-4-3. 제 3 정공 수송층의 구성)
제 3 정공 수송층(143)은 제 1 정공 수송층(141)과 제 2 정공 수송층(142) 사이에 배치될 수 있다. 제 3 정공 수송층(143)은 상술한 제 1 정공 수송 재료 및 후술하는 제 2 정공 수송 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제 2 정공 수송 재료는 하기의 일반식 (2)로 표시될 수 있다. 제 2 정공 수송 재료로서 하기의 일반식 (2)로 표시되는 것을 사용함으로써, 유기 전계 발광 소자(100)의 특성이 향상될 수 있다.
[화학식 5]
Figure pat00027
상기 일반식 (2)에 있어서, Ar3 내지 Ar5는 서로 독립적이며, 치환 또는 무치환의 아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 헤테로아릴기이다.
Ar3 내지 Ar5는 예를 들어, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 페난트릴기, 플루오레닐기, 인데닐기, 피레닐기, 아세트나프테닐기, 플루오란테닐, 트리페닐레닐기, 피리딜기, 퓨라닐기, 피라닐기, 티에닐기, 퀴놀릴기, 이소퀴놀릴기, 벤조퓨라닐기, 벤조티에닐기, 인돌릴기, 카르바졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 벤조티아졸릴기, 퀴녹살릴(quinoxalyl)기, 벤조옥사졸릴기, 피라졸릴기, 디벤조퓨라닐기, 및 디벤조티에닐기 등일 수 있다. 바람직하게는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 디벤조퓨라닐기 등을 예로서 들 수 있다.
Ar6은 치환 또는 무치환의 아릴기, 치환 또는 무치환의 헤테로아릴기, 카르바졸릴기 또는 알킬기일 수 있다. 아릴기 및 헤테로아릴기의 구체적인 예는 Ar3 내지 Ar5와 동일할 수 있다, 구쳬적으로 Ar6는 예를 들어, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 디벤조퓨라닐기 및 카르바졸릴기일 수 있다.
L1은 단결합, 치환 또는 무치환의 아릴렌기 또는 치환 또는 무치환의 헤테로아릴렌기이다. L1의 단결합 이외의 구체적인 예로는, 페닐렌기, 비페닐렌기, 터페닐렌기, 나프틸렌기, 안트릴렌(Anthrylene)기, 페난트릴렌(phenanthrylene)기, 플루오레닐렌(fluorenylene)기, 인데닐렌(indenylene)기, 피레닐렌(pyrenylene)기, 아세트나프테니렌(acetonaphthenylene)기, 플루오란테닐렌기(fluoranthenylene)기, 트리페닐레닐렌기, 피리디렌(pyridylene)기, 퓨라니렌(furanylene)기, 파이라닐렌(pyranylene)기, 티에닐렌(Thienylene)기, 퀴놀릴렌기, 이소퀴놀릴렌기, 벤조퓨라니렌(benzofuranylene)기, 벤조티에닐렌기, 인돌릴렌(indolylene)기, 카르바졸릴렌기, 벤조사졸릴렌(benzoxazolylene)기, 벤조티아졸릴렌(benzothiazolylene)기, 퀴녹살린(quinoxaline)기, 벤조이미다졸릴렌기, 피라졸릴렌(pyrazolylene)기, 디벤조퓨라니렌(dibenzofuranylene)기, 및 디벤조티에닐렌기 등을 들 수 있다. 바람직하게는, 페닐렌기, 비페닐렌기, 터페닐렌기, 플루오레닐렌(fluorenylene)기, 카르바졸릴렌기, 디벤조퓨라니렌(dibenzofuranylene)기 등을 예로서 들 수 있다.
일반식 (2)로 표시되는 제 2 정공 수송 재료는 구체적으로 하기의 일반식 (2-1) 내지 (2-16) 중의 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다. 즉, 제 2 정공 수송 재료는 일반식 (2-1) 내지 (2-16)로 표시되는 화합물들로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
[화학식 6]
Figure pat00028
[화학식 7]
Figure pat00029
[화학식 8]
Figure pat00030
제 2 정공 수송 재료는 상술한 화합물 이외의 정공 수송 재료일 수도 있다. 제 2 정공 수송 재료는 예를 들어, 1, 1-비스[(디-4-톨릴아미노)페닐]시클로헥산(TAPC), N-페닐카르바졸(N-phenyl carbazole), 폴리비닐카르바졸(polyvinyl carbazole) 등의 카르바졸 유도체, N, N´-비스(3-메틸페닐)-N, N´-디페닐-[1, 1-비페닐]-4, 4´-디아민(TPD), 4, 4´, 4˝-트리스(N-카르바졸릴)트리페닐아민(TCTA), N, N´-디(1-나프틸)-N, N´-디페닐벤지딘(NPB) 등일 수 있다. 즉, 제 2 정공 수송 재료는 유기 전계 발광 소자의 정공 수송 재료로서 사용 가능한 것이면, 어떤 것이라도 가능할 수 있다. 단, 제 2 정공 수송 재료는 일반식 (2)로 표시되는 것이 바람직하다.
(1-1-4-4. 정공 수송층의 변형예)
상술한 일 실시예에서 정공 수송층(140)은 3 층 구조로 되어 있지만, 정공 수송층(140)의 구성은 상술한 실시예에 한정되지 않는다. 즉, 정공 수송층(140)은 제 1 정공 수송층(141)과 발광층(150) 사이에 제 2 정공 수송층(142)이 배치되어 있는 구조이면, 어떠한 구조라도 가능하다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 3 정공 수송층(143)은 생략될 수도 있다. 또한, 제 1 정공 수송층(141)과 제1 전극(120) 사이에 제 3 정공 수송층(143)을 배치할 수도 있다. 또한, 제 2 정공 수송층(142)과 발광층(150) 사이에 제 3 정공 수송층(143)을 배치할 수도 있다. 또한, 제 1 내지 제 3 정공 수송층(141~143)은 각각이 복수의 층으로 구성될 수도 있다.
(1-1-5. 발광층의 구성)
발광층(150)은 형광이나 인광 등에 의해 광을 방출하는 층이다. 발광층(150)은 호스트 재료 및 발광 재료인 도펀트(dopant) 재료를 포함하여 형성될 수도 있다. 또한, 발광층(150)은 구체적으로 10 nm 이상 60 nm 이하의 두께로 형성될 수 있다.
발광층(150)의 호스트 재료는 하기의 일반식 (3)으로 표시될 수 있다.
[화학식 9]
Figure pat00031
상기 일반식 (3)에 있어서, Ar7은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 3 이상 50 이하의 시클로알킬기, 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 치환 또는 무치환의 탄소수 7 이상 50 이하의 아랄킬(aralkyl)기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴옥시기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴티오기, 치환 또는 무치환의 탄소수 2 이상 50 이하의 알콕시카르보닐기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 치환 또는 무치환의 실릴기, 카르복시기, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기 혹은 하이드록시기이다. p는 1 이상 10 이하의 정수이다.
일반식 (3)으로 표시되는 호스트 재료는 구체적으로 하기의 일반식 (3-1) 내지 (3-12) 중의 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 14]
Figure pat00032
또한, 호스트 재료는 상기 이외의 호스트 재료가 사용될 수도 있다. 호스트 재료의 다른 예로서는, 트리스(8-퀴놀리놀라토(quinolinolato))알루미늄(Alq3), 4, 4´-N, N´-디카바졸-비페닐(CBP), 폴리(n-비닐카르바졸)(PVK), 9, 10-디(나프탈렌-2-일)안트라센(ADN), 4, 4´, 4˝-트리스(N-카르바졸릴)트리페닐아민(TCTA), 1, 3, 5-트리스(N-페닐벤지미다졸-(PHENYLBENZIMIDAZOLE)2-일)벤젠(TPBI), 3-tert-부틸-9, 10-디(나프토-2-일)안트라센(TBADN), 디스티릴아릴렌(DSA), 4, 4´-비스(9-카르바졸)-2, 2´-디메틸-비페닐(dmCBP) 등을 들 수 있다. 즉, 호스트 재료는 유기 전계 발광 소자의 호스트 재료로서 사용 가능한 것이면, 어떤 것이라도 가능하다. 단, 호스트 재료는 일반식 (3)으로 표시되는 것이 바람직하다.
또한, 발광층(150)은 특정 색의 광을 발하는 발광층으로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 발광층(150)은 적색 발광층, 녹색 발광층, 또는 청색 발광층으로서 형성될 수도 있다.
발광층(150)이 청색 발광층인 경우, 청색 도펀트로서는 공지의 재료가 사용 가능하며, 예를 들어, 페릴렌(perylene) 및 그 유도체, 비스[2-(4, 6-디플루오르페닐)피리디네이트(pyridinate)]피콜리네이트(picolinate)이리듐(III)(FIrpic) 등의 이리듐(Ir) 착체 등을 사용할 수 있다.
또한, 발광층(150)이 적색 발광층인 경우, 적색 도펀트로서는 공지의 재료가 사용 가능하며, 예를 들어, 루브렌(rubrene) 및 그 유도체, 4-디시아노메틸렌-2-(p-디메틸아미노스티릴)-6-메틸-4H-피란(DCM) 및 그 유도체, 비스(1-페닐이소퀴놀린)(아세틸아세토네이트)이리듐(III)(Ir(piq)2(acac)) 등의 이리듐 착체, 오스뮴(Os) 착체, 백금 착체 등을 사용할 수 있다.
또한, 발광층(150)이 녹색 발광층인 경우, 녹색 도펀트로서는 공지의 재료가 사용 가능하며, 예를 들어, 쿠머린(coumarin) 및 그 유도체, 트리스(2-페닐피리딘)이리듐(III)(Ir(ppy)3) 등의 이리듐 착체 등을 사용할 수 있다.
전자 수송층(160)은 전자를 수송하는 기능을 갖는 전자 수송 재료를 포함하는 층이고, 예를 들어, 발광층(150) 상에 15 nm 이상 50 nm 이하의 두께로 형성될 수 있다. 전자 수송층(160)은 공지의 전자 수송 재료를 사용하여 형성할 수 있다. 공지의 전자 수송 재료로서는 예를 들어, 트리스(8-퀴놀리놀라토(quinolinolato))알루미늄(Alq3)과 같은 퀴놀린 유도체, 1, 2, 4-트리아졸 유도체(TAZ), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토(quinolinolato))-(p-페닐페놀레이트)-알루미늄(BAlq), 베릴륨비스(벤조퀴놀린-10-올라테)(BeBq2), 리튬퀴놀레이트(LiQ) 등의 Li 착체 등을 들 수 있다.
전자 주입층(170)은 제 2 전극(180)으로부터의 전자의 주입을 용이하게 하는 기능을 구비한 층이고, 0.3 nm 이상 9 nm 이하의 두께로 형성될 수 있다. 또한, 전자 주입층(170)은 공지의 재료를 사용하여 형성할 수 있으며, 예를 들어 불화리튬(LiF), 염화나트륨(NaCl), 불화세슘(CsF), 산화리튬(Li2O), 산화바륨(BaO) 등을 사용하여 형성할 수 있다.
제 2 전극(180)은 예를 들어, 음극일 수 있다. 구체적으로는, 제 2 전극(180)은 일 함수가 작은 금속, 합금, 도전성 화합물 등으로 반사형 전극으로서 형성될 수 있다. 제 2 전극(180)은 예를 들어, 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag) 등으로 형성될 수도 있다. 또한, 제 2 전극(180)은 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO) 등을 사용하여 투과형 전극으로서 형성될 수도 있다. 제 2 전극(180)은 예를 들어, 증착법 또는 스퍼터링(sputtering)법 등을 사용하여 전자 주입층(170) 상에 형성될 수 있다.
(1-1-6. 유기 전계 발광 소자의 변형예)
도 1에 도시된 실시예에서는, 정공 수송층(140) 이외의 다른 층은 단층 구조로 되어 있지만, 정공 수송층 이외의 다른 층들도 다층 구조로 형성될 수 있다. 또한, 유기 전계 발광 소자(100)는 정공 수송층(140)과 제 1 전극(120) 사이에 정공 주입층(미도시)을 배치할 수도 있다.
정공 주입층은 제 1 전극(120)으로부터의 정공의 주입을 용이하게 하는 기능을 구비한 층이고, 예를 들어, 제 1 전극(120) 상에 10 nm 이상 150 nm 이하의 두께로 형성될 수 있다. 정공 주입층을 구성하는 정공 주입 재료는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 정공 주입 재료는 트리페닐아민 함유폴리에테르케톤(TPAPEK), 4-이소프로필-4´-메틸디페닐요오드늄테트라키스(펜타플루오로페닐)붕산염(PPBI), N, N´-디페닐-N, N´-비스-[4-(페닐-m-톨릴-아미노)-페닐]-비페닐-4, 4´-디아민(DNTPD), 구리 프탈로시아닌 등의 프탈로시아닌 화합물, 4, 4´, 4˝-트리스(3-메틸페닐아미노)트리페닐아민(m-MTDATA), N, N´-디(1-나프틸)-N, N´-디페닐벤지딘(NPB), 4, 4´, 4˝-트리스{N, N디아미노}트리페닐아민(TDATA), 4, 4´, 4˝-트리스(N, N-2-나프틸페닐아미노)트리페닐아민(2-TNATA), 폴리아닐린/도데실(dodecyl)벤젠설폰산(Pani/DBSA), 폴리(3, 4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(4-스티렌설포네이트(sulfonate))(PEDOT/PSS), 폴리아닐린/캠퍼(camphor)설폰산(Pani/CSA), 또는 폴리아닐린/폴리(4-스티렌설포네이트(sulfonate))(PANI/PSS) 등일 수 있다.
또한, 유기 전계 발광 소자(100)는 전자 수송층(160), 및 전자 주입층(170) 중 적어도 1 층 이상을 구비하지 않을 수도 있다.
<1-2. 실시예>
이하에서는, 실시예 및 비교예를 나타내면서, 본 발명의 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자에 대해서, 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시예는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자의 실시예로, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자가 하기의 실시예에 한정되지 않는다.
(1-2-1. 제 1 정공 수송 재료의 합성)
(합성예 1: 일반식 (1-7)로 표시되는 화합물의 합성)
이하의 공정에 의해, 일반식 (1-7)로 표시되는 화합물, 즉 화합물 1-7을 합성하였다.
아르곤 분위기 하, 500 mL의 3구 플라스크에, 4-비스(비페니릴)아미노페닐보론산피나콜에스테르 4.2g과 3-브로모디벤조퓨란 2g, 테트라키스(트리페닐포스핀)파라듐(0) 0.1g, 탄산칼륨 3.3g, 테트라하이드로퓨란 180ml, 물 20ml 를 더한 후, 80에서 12 시간 가열 환류하였다. 공냉 후, 물을 가하여 유기층을 분리하고, 용매 증류하였다. 얻어진 고체를 플래쉬 컬럼 크로마토그래피에 의해 정제하고, 흰색 고체의 목적물을 3.6g(수율 80%) 얻었다.
목적물의 1H-NMR(CDCl3, δ in ppm, 300MHz)를 측정 하였는 바, 7.98(m, 2H), 7.79(d, 1H), 7.52-7.63(m, 12H), 7.44-7.48(m, 5H), 7.25-7.39(m, 9H)라는 화학 쉬프트 값을 얻었다. 또한, 목적물의 매스 스펙트럼을 FAB 법으로 측정하였는 바, 피크 질량 수는 563(M+, 계산값 563.22)이었다. 이들의 결과에 의해, 목적물이 화합물 1-7인 것을 확인하였다.
(합성예 2: 일반식 (1-1)로 표시되는 화합물의 합성)
화합물 1-7의 화합물의 합성예와 동일한 공정에 의해, 일반식 (1-1)로 표시되는 화합물, 즉 화합물 1-1을 합성하였다. 즉, 화합물 1-7의 합성예 중의 4-비스(비페니릴)아미노페닐보론산피나콜에스테르 4.2g 대신에 트리페닐아민-4-보론산 2.3g을 사용하였다. 이 결과, 흰색 고체의 목적물 3.0g(수율 90%)을 얻었다. 생성물은 NMR 스펙트럼 및 매스 스펙트럼으로 확인하였다.
(합성예 3: 일반식 (1-10)으로 표시되는 화합물의 합성)
화합물 1-7의 합성예와 동일한 공정에 의해, 일반식 (1-10)으로 표시되는 화합물, 즉 화합물 1-10을 합성하였다. 즉, 화합물 1-7의 합성예 중의 4-비스(비페니릴)아미노페닐보론산피나콜에스테르 4.2g 대신에 4-비스(비페니릴)아미노비페닐보론산피나콜에스테르 4.8g을 사용하였다. 이 결과, 흰색 고체의 목적물 2.6g(수율 51%)을 얻었다. 생성물은 NMR 스펙트럼 및 매스 스펙트럼으로 확인하였다.
(합성예 4: 일반식 (1-13)으로 표시되는 화합물의 합성)
이하의 공정에 의해, 일반식 (1-13)으로 표시되는 화합물, 즉 화합물 1-13을 합성하였다. 즉, 아르곤 분위기 하, 1 L의 3구 플라스크에, 4-아미노페닐보론산피나콜에스테르 3.6g과 3-플루오르-3´-브로모디벤조퓨란 4.2g, 테트라키스(트리페닐포스핀)파라듐(0) 0.2g, 탄산칼륨 6.6g, 테트라하이드로퓨란 360ml, 물 40ml 를 더한 후, 80에서 12 시간 가열 환류하였다. 반응액을 공냉 후, 반응액에 물을 가하여 유기층을 분리하고, 용매 증류하였다. 얻어진 고체를 플래쉬 컬럼 크로마토그래피에 의해 정제하고, 황색 고체의 중간체 1을 2.7g(수율 60%) 얻었다.
또한, 아르곤 분위기 하, 300 mL의 3구 플라스크에, 중간체 1 2.2g, 4-브로모비페닐 1.9g, 비스(디벤질리덴아세토나토) 파라듐 0.23g, 트리-tert-부틸포스핀 2몰/L 톨루엔 용액 0.6 mL, 나트륨-tert-부톡시드 4.6g, 톨루엔 100 mL를 더한 후, 80에서 4 시간 가열하였다. 반응액을 공냉 후, 반응액에 물을 가하여 유기층을 분리하고, 용매 증류하였다. 얻어진 고체를 플래쉬 컬럼 크로마토그래피에 의해 정제하고, 백색 고체의 중간체 2를 2.9g(수율 84%) 얻었다.
또한, 아르곤 분위기 하, 200 mL의 3구 플라스크에, 중간체 2 1.7g, 4-브로모벤젠 0.7g, 비스(디벤질리덴아세토나토)파라듐 0.12g, 트리-tert-부틸포스핀 2몰/L 톨루엔 용액 0.3 mL, 나트륨-tert-부톡시드 2.3g, 톨루엔 50 mL를 더한 후, 80에서 4 시간 가열하였다. 반응액을 공냉 후, 반응액에 물을 가하여 유기층을 분리하고, 용매 증류하였다. 얻어진 고체를 플래쉬 컬럼 크로마토그래피에 의해 정제하고, 황색 고체의 화합물 1-13을 1.9g(수율 95%) 얻었다. 생성물은 NMR 스펙트럼 및 매스 스펙트럼으로 확인하였다.
(합성예 5: 일반식 (1-14)로 표시되는 화합물의 합성)
이하의 공정에 의해, 일반식 (1-14)로 표시되는 화합물, 즉 화합물 1-14를 합성하였다. 즉, 아르곤 분위기 하, 1L의 3구 플라스크에, 4-아미노페닐보론산피나콜에스테르 3.6g과 3-브로모디벤조퓨란 4.0g, 테트라키스(트리페닐포스핀)파라듐(0) 0.2g, 탄산칼륨 6.6g, 테트라하이드로퓨란 360ml, 물 40ml 를 더한 후, 80에서 12 시간 가열 환류하였다. 반응액을 공냉 후, 반응액에 물을 가하여 유기층을 분리하고, 용매 증류하였다. 얻어진 고체를 플래쉬 컬럼 크로마토그래피에 의해 정제하고, 황색 고체의 중간체 3을 3.0g(수율 73%) 얻었다.
또한, 아르곤 분위기 하, 200 mL의 3구 플라스크에, 중간체 3 1.6g, 4-4´-플루오로브로모비페닐 2.0g, 비스(디벤질리덴아세토나토) 파라듐 0.23g, 트리-tert-부틸포스핀 2몰/L 톨루엔 용액 0.6 mL, 나트륨-tert-부톡시드 2.3g, 톨루엔 50 mL를 더한 후, 80에서 4 시간 가열하였다. 반응액을 공냉 후, 반응액에 물을 가하여 유기층을 분리하고, 용매 증류하였다. 얻어진 고체를 플래쉬 컬럼 크로마토그래피에 의해 정제하고, 백색 고체의 화합물 1-14를 2.0g(수율 91%) 얻었다. 생성물은 NMR 스펙트럼 및 매스 스펙트럼에 의해 인식하였다.
(합성예 6: 일반식 (1-15)로 표시되는 화합물의 합성)
이하의 공정에 의해, 일반식 (1-15)로 표시되는 화합물, 즉 화합물 1-15를 합성하였다. 즉, 아르곤 분위기 하, 200 mL의 3구 플라스크에, 상기 중간체 3 1.6g, 4-브로모디벤조퓨란 2.0g, 비스(디벤질리덴아세토나토)파라듐 0.23g, 트리-tert-부틸포스핀 2몰/L 톨루엔 용액 0.6 mL, 나트륨-tert-부톡시드 2.3g, 톨루엔 50 mL를 더한 후, 80에서 4 시간 가열하였다. 반응액을 공냉 후, 반응액에 물을 가하여 유기층을 분리하고, 용매 증류하였다. 얻어진 고체를 플래쉬 컬럼 크로마토그래피에 의해 정제하고, 황색 고체의 화합물 1-15를 2.0g(수율 85%) 얻었다. 생성물은 NMR 스펙트럼 및 매스 스펙트럼에 의해 인식하였다.
(1-2-2. 유기 전계 발광 소자의 제작)
다음으로, 유기 전계 발광 소자를 이하의 방법으로 제작하였다. 먼저, 미리 패터닝(patterning)하여 세정 처리를 실시한 ITO-글래스 기판에, 자외선 오존(O3)에 의한 표면 처리를 행하였다. 또한, 이러한 ITO 막(제 1 전극)의 막 두께는 150 nm이었다. 오존 처리 후, 기판을 세정하였다. 세정 완료 기판을 유기층 성막용 글래스 벨 자(glass bell jar)형 증착기에 세트하고, 진공도 10-4~10-5Pa 하에서, HTL1, HTL2, HTL3, 발광층, 전자 수송층의 순서로 증착을 행하였다. HTL1, HTL2, HTL3의 두께는 각각 10 nm로 하였다. 발광층의 두께는 25 nm로 하였다. 전자 수송층의 두께는 25 nm로 하였다. 계속하여, 금속 성막용 글래스 벨 자(glass bell jar)형 증착기로 기판을 옮기고, 진공도 10-4~10-5Pa 하에서 전자 주입층, 음극 재료를 증착하였다. 전자 주입층의 두께는 1.0 nm로 하고, 제 2 전극의 두께는 100 nm로 하였다.
여기서, 「HTL1」, 「HTL2」, 「HTL3」은 정공 수송층이고, 표 1에 기재된 재료를 사용하여 제작하였다. 또한, 표 1에 있어서, 화합물 6-1 내지 6-3은 이하의 일반식 (6-1) 내지 (6-3)으로 표시될 수 있다.
[화학식 15]
Figure pat00033
또한, 발광층의 호스트는 9, 10-디(2-나프틸)안트라센(ADN, 화합물 3-2)으로 하였다. 도펀트는 2, 5, 8, 11-테트라-t-부틸페릴렌(TBP)으로 하였다. 도펀트의 도프량은 호스트의 질량에 대하여 3 질량%로 하였다. 전자 수송 재료로서는 Alq3을 사용하고, 전자 주입 재료로서는 LiF를 사용하였다. 제 2 전극 재료로서는 Al을 사용하였다.
HTL1 HTL2 HTL3 구동 전압 발광 효율 수명
[V] [cd/A] LT50(h)
실시예 1-1 화합물 4-15 화합물 2-3 화합물 1-7 6.5 6.7 4,600
실시예 1-2 화합물 2-3 화합물 4-15 화합물 1-7 6.9 6.7 3,200
실시예 1-3 화합물 4-15 화합물 6-3 화합물 1-7 6.6 6.7 2,900
실시예 1-4 화합물 4-15 화합물 1-7 화합물 2-3 6.5 5.5 2,200
실시예 1-5 화합물 4-15 화합물 2-7 화합물 1-1 6.8 6.3 2,100
실시예 1-6 화합물 4-15 화합물 2-3 화합물 1-10 6.4 6.3 3,400
실시예 1-7 화합물 4-15 화합물 2-3 화합물 1-13 7.0 6.5 2,400
실시예 1-8 화합물 4-15 화합물 2-3 화합물 1-14 7.2 6.6 2,600
실시예 1-9 화합물 4-15 화합물 1-7 화합물 1-15 6.4 6.3 2,000
실시예 1-10 화합물 4-16 화합물 2-3 화합물 1-7 6.3 6.2 2,100
실시예 1-11 화합물 4-15 화합물 2-7 화합물 1-7 6.1 6.2 2,300
실시예 1-12* 화합물 4-15 화합물 2-3 화합물 1-7 6.5 5.8 2,700
실시예 1-13** 화합물 4-15 화합물 2-3 화합물 1-7 6.5 6.6 3,500
실시예 1-14 화합물 4-15 화합물 1-7 화합물 1-7 8.0 6.6 3,700
비교예 1-1 화합물 4-15 화합물 2-3 화합물 2-3 6.6 4.5 1,900
비교예 1-2 화합물 4-15 화합물 2-3 화합물 6-1 6.9 5.7 1,200
비교예 1-3 화합물 6-2 화합물 2-3 화합물 1-7 8.4 6.2 1,400
비교예 1-4 화합물 6-2 화합물 6-3 화합물 1-7 8.5 5.2 1,900
* 발광층 호스트에 DPVBi를 사용하였다
** 발광층 호스트에 화합물 3-10을 사용하였다
[화학식 16]
Figure pat00034
실시예 1-1은 HTL1 내지 HTL3을 상술한 제 1 정공 수송층(141), 제 3 정공 수송층(143), 제 2 정공 수송층(142)로 한 것이다. 또한, 실시예 1-1에서는 제 3 정공 수송층(143)을 구성하는 제 2 정공 수송 재료를 화합물 2-3으로 하였다. 실시예 1-2는 제 1 정공 수송층(141)과 제 3 정공 수송층(143)의 적층 순서를 교체한 것이다. 실시예 1-3은 제 3 정공 수송층(143)을 구성하는 제 2 정공 수송 재료를 화합물 6-3으로 한 것이다. 실시예 1-4는 제 2 정공 수송층(142)과 제 3 정공 수송층(143)의 적층 순서를 교체한 것이다.
실시예 1-5 내지 1-9는 HTL3을 구성하는 화합물의 종류를 변경한 것이다. 또한, 실시예 1-5, 1-9는 HTL2 를 구성하는 재료도 변경하고 있다. 실시예 1-10은 HTL1의 전자 수용 재료를 화합물 4-16로 한 것이다. 실시예 1-11은 HTL2를 구성하는 화합물 2의 종류를 변경한 것이다. 실시예 1-12는 발광층의 호스트에 DPVBi를 사용한 것이다. 실시예 1-13은 발광층의 호스트에 화합물 3-10을 사용한 것이다. 실시예 1-14는 HTL2 및 HTL3이 실질적으로 같은 층을 구성하고 있다. 따라서, 실시예 1-14는 도 2에 나타내는 구조에 대응하는 실시예에 해당할 수 있다.
비교예 1-1, 1-2는 실시예 1-1의 HTL3을 제 3 정공 수송층(143)으로 치환한 것이다. 또한, 비교예 1-1은 제 3 정공 수송층(143)을 구성하는 제 2 정공 수송 재료를 화합물 2-3으로 한 것이다. 비교예 1-2는 제 3 정공 수송층(143)을 구성하는 제 2 정공 수송 재료를 화합물 6-1로 한 것이다.
비교예 1-3은 실시예 1-1의 화합물 4-15를 화합물 6-2로 치환한 것이다. 비교예 1-4는 비교예 1-3의 화합물 2-3을 화합물 6-3으로 치환한 것이다. 즉, 비교예 1-3, 1-4는 정공 수송층(140)으로부터 전자 수용 재료를 제거한 것이다.
(1-2-3. 유기 전계 발광 소자의 특성 평가)
실시예 및 비교예에 따른 유기 전계 발광 소자의 특성을 평가하기 위하여 구동 전압, 발광 효율, 및 반감 수명을 측정하였다. 구동 전압 및 발광 효율은 10 mA/cm2의 전류 밀도에 대한 값이다. 또한, 반감 수명의 초기 휘도는 1000 cd/m2로 하였다. 또한, 휘도의 측정은 Keithley Instruments 사 제 2400 시리즈의 소스 미터(source meter), 색채 휘도계 CS-200(주식회사 코니카 미놀타 홀딩스(Konica Minolta Holdings), 측정각 1°), 측정용 PC 프로그램 LabVIEW8.2(주식회사 일본 내셔널 인스트루먼츠(National Instruments))를 사용하여 암실 내에서 행하였다. 평가 결과를 표 1에 나타낸다.
표 1로부터 명확한 바와 같이, 실시예 1-1 내지 실시예 1-14에서는 비교예 1-1 내지 비교예 1-4의 경우 보다 긴 수명을 나타내었다. 또한, 실시예 1-1, 1-4 및 1-9 내지 1-13에서는, 구동 전압이 비교예 1-1 내지 1-4 보다 양호하였다. 또한, 실시예 1-1 내지 1-3, 1-6 내지 1-9, 1-13 및 1-14에서는, 발광 효율이 비교예 1-1 내지 1-4보다 양호하였다. 따라서, 제 1 정공 수송층(141)과 발광층(150) 사이에 제 2 정공 수송층(142)을 마련함으로써, 유기 전계 발광 소자(100)의 수명이 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 실시예 1-14에 의하면, 제 3 정공 수송층(143)이 생략된 경우에 있어서도 양호한 평가 결과가 얻어지는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예 1-1과 비교예 1-2를 비교하면, 디벤조퓨란의 3 위치에 아민이 결합함으로써, 유기 전계 발광 소자(100)의 특성이 향상되는 것을 알 수 있다. 구체적으로는, 실시예 1-1에서는 구동 전압, 발광 효율, 수명 특성 모두가 비교예 1-2보다 개선된 것으로 나타났다. 또한, 실시예 1-1과 실시예 1-2를 비교하면, 실시예 1-1에서는, 실시예 1-2보다 구동 전압 및 수명이 양호하였다. 이 결과, 제 1 정공 수송층(141)은 제1 전극(120)에 인접하여 있는 것이 바람직한 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 1-1과 실시예 1-3을 비교하면, 실시예 1-1에서는, 실시예 1-3보다 구동 전압 및 수명이 양호하였다. 이러한 결과로부터, 제 2 정공 수송 재료는 일반식 (2)로 표시되는 화합물이 바람직한 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 1-1과 실시예 1-4를 비교하면, 실시예 1-1에서는 실시예 1-4보다 발광 효율 및 수명이 양호하였다. 이러한 결과로부터, 제 2 정공 수송층(142)은 발광층(150)에 인접하여 배치되는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.
또한, HTL1을 제 1 정공 수송층(141)으로 하는 즉, HTL1에 전자 수용 재료를 도입한 경우, 구동 전압이 저하하는 경향이 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 발광층(150)에 인접하는 위치에 제 2 정공 수송층(142)을 배치한 경우, 발광 효율 및 수명이 향상하는 경향이 있다는 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의하면, 제 1 정공 수송층(141)과 발광층(150) 사이에 제 2 정공 수송층(142)을 배치함으로써, 유기 전계 발광 소자(100)의 수명을 향상시킬 수 있다. 즉, 상술한 일 실시예의 구성에 의해, (1) 발광층(150)에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송층(140)을 보호하는 것, (2) 발광층(150)에서 발생한 여기 상태의 에너지가 정공 수송층(140)으로 확산하는 것을 방지하는 것, (3) 소자 전체의 차지밸런스(Charge balance)를 조절하는 것과 같은 기능을 효율적으로 발현시킬 수 있다. 상술한 효과들은 제 2 정공 수송층(142)이 제 1 전극(120)에 인접하여 배치된 전자 수용 재료가 발광층(150)으로 확산하는 것을 억제하였기 때문일 수 있다.
또한, 제 1 정공 수송 재료의 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 12 이하의 아릴기일 수 있고, 이 경우, 유기 전계 발광 소자(100)의 발광 효율 및 수명이 더욱 향상될 수 있다.
또한, 제 1 정공 수송 재료는 일반식 (1-1) 내지 (1-15) 중의 어느 하나로 표시될 수 있고, 이 경우, 유기 전계 발광 소자(100)의 발광 효율 및 수명이 더 향상될 수 있다.
또한, 제 2 정공 수송 재료는 일반식 (2)로 표시되는 구조를 갖는 것으로서, 이 경우, 유기 전계 발광 소자(100)의 수명이 더 향상될 수 있다.
또한, 전자 수용 재료는 LUMO 준위가 -9.0~-4.0 eV 일 수 있고, 이 경우, 유기 전계 발광 소자(100)의 수명이 더 향상한다.
또한, 발광층(150)은 일반식 (3)으로 나타내는 구조를 갖는 발광 재료를 포함할 수도 있고, 이 경우, 유기 전계 발광 소자(100)의 수명이 더욱 향상한다.
또한, 제 2 정공 수송층(142)는 발광층(150)에 인접하여 있을 수 있고, 이 경우, 유기 전계 발광 소자(100)의 수명이 더욱 향상한다.
또한, 제 1 정공 수송층(141)은 애노드(제 1 전극(120))에 인접하여 있을 수 있고, 이 경우, 유기 전계 발광 소자(100)의 수명이 더욱 향상한다.
또한, 제 1 정공 수송층(141)과 제 2 정공 수송층(142) 사이에 제 3 정공 수송층(143)이 마련될 수도 있고, 이 경우, 유기 전계 발광 소자(100)의 수명이 더욱 향상한다.
<2-1. 제 3 정공 수송 재료와 제 3 정공 수송 재료에 도프된 전자 수용 재료를 포함하는 제 1 정공 수송층을 포함하는 일 실시예의 유기 전계 발광 소자의 구성>
이하에서는 도 1을 참조하여, 제 3 정공 수송 재료와 제 3 정공 수송 재료에 도프된 전자 수용 재료를 포함하는 제 1 정공 수송층을 포함하는 유기 전계 발광 소자에 대하여 설명한다.
제 3 정공 수송 재료와 제 3 정공 수송 재료에 도프된 전자 수용 재료를 포함하는 제 1 정공 수송층을 포함하는 일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 애노드; 발광층; 상기 애노드와 상기 발광층 사이에 배치되고, 제 3 정공 수송 재료와 상기 제 3 정공 수송 재료에 도프된 전자 수용 재료를 포함하는 제 1 정공 수송층; 및 상기 제 1 정공 수송층과 상기 발광층 사이에 배치되고, 일반식 (1)로 표시되는 제 4 정공 수송 재료를 포함하는 제 2 정공 수송층; 을 포함할 수 있다.
제 3 정공 수송 재료와 제 3 정공 수송 재료에 도프된 전자 수용 재료를 포함하는 제 1 정공 수송층을 포함하는 유기 전계 발광 소자는 앞서 설명한 전자 수용 재료를 포함하는 제 1 정공 수송층을 포함하는 유기 전계 발광 소자와 전체 구성, 기판의 구성, 제 1 전극의 구성, 발광층의 구성, 전자 수송층의 구성, 전자 주입층의 구성, 제 2 전극의 구성, 유기 전계 발광 소자의 제조 방법 및 유기 전계 발광 소자의 변형예는 동일하며, 정공 수송층의 구성이 상이한 바, 이하에서는 정공 수송층의 구성에 대하여 구체적으로 설명한다.
(2-1-1. 정공 수송층의 구성)
정공 수송층(140)은 정공을 수송하는 기능을 갖는 정공 수송 재료를 포함하는 층일 수 있다. 예를 들어, 정공 주입층(미도시) 상에 10 nm 이상 150 nm 이하의 두께(적층 구조의 총 두께)로 형성될 수 있다. 일 실시예의 유기 전계 발광 소자에서는 정공 수송층(140)은 제 1 정공 수송층(141), 제 2 정공 수송층(142), 및 제 3 정공 수송층(143)을 포함할 수 있다. 이러한 정공 수송층들의 두께의 비는 특별히 제한되지 않는다.
(2-1-1-1. 제 1 정공 수송층의 구성)
제 1 정공 수송층(141)은 제 1 전극(120)에 인접하여 배치된 층일 수 있다. 제 1 정공 수송층(141)은 제 3 정공 수송 재료와, 제 3 정공 수송 재료로 도프된 전자 수용 재료를 포함할 수 있다.
제 3 정공 수송 재료는 하기의 일반식 (2)로 나타낼 수 있다. 후술하는 실시예에서 나타내는 바와 같이, 제 3 정공 수송 재료로 하기의 일반식 (2)로 표시되는 것을 사용함으로써, 유기 전계 발광 소자(100)의 특성이 향상될 수 있다.
[화학식 5]
Figure pat00035
일반식 (2)에 있어서, Ar3 내지 Ar5는 서로 독립적으로 치환 또는 무치환의 아릴기 또는 치환 또는 무치환의 헤테로아릴기이다. 예를 들어, Ar3 내지 Ar5는 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 페난트릴기, 플루오레닐기, 인데닐기, 피레닐기, 아세트나프테닐기, 플루오란테닐, 트리페닐레닐기, 피리딜기, 퓨라닐기, 피라닐기, 티에닐기, 퀴놀릴기, 이소퀴놀릴기, 벤조퓨라닐기, 벤조티에닐기, 인돌릴기, 카르바졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 벤조티아졸릴기, 퀴녹살릴(quinoxalyl)기, 벤조옥사졸릴기, 피라졸릴기, 디벤조퓨라닐기, 및 디벤조티에닐기 등일 수 있다. 바람직하게는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 디벤조퓨라닐기 등일 수 있다.
Ar6은 치환 또는 무치환의 아릴기, 치환 또는 무치환의 헤테로아릴기, 카르바졸릴기 또는 알킬기이다. 아릴기 및 헤테로아릴기의 구체적인 예는 Ar3 내지 Ar5와 동일할 수 있다. 바람직하게는 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 디벤조퓨라닐기, 및 카르바졸릴기일 수 있다.
L1은 단결합, 치환 또는 무치환의 아릴렌기 또는 치환 또는 무치환의 헤테로아릴렌기이다. 예를 들어, L1은 페닐렌기, 비페닐렌기, 터페닐렌기, 나프틸렌기, 안트릴렌(Anthrylene)기, 페난트릴렌(phenanthrylene)기, 플루오레닐렌(fluorenylene)기, 인데닐렌(indenylene)기, 피레닐렌(pyrenylene)기, 아세트나프테니렌(acetonaphthenylene)기, 플루오란테닐렌기(fluoranthenylene)기, 트리페닐레닐렌기, 피리디렌(pyridylene)기, 퓨라니렌(furanylene)기, 파이라닐렌(pyranylene)기, 티에닐렌(Thienylene)기, 퀴놀릴렌기, 이소퀴놀릴렌기, 벤조퓨라니렌(furanylene)기, 벤조티에닐렌기, 인돌릴렌(indolylene)기, 카르바졸릴렌기, 벤조옥사졸릴렌(benzoxazolylene)기, 벤조티아졸릴렌(thiazolylene)기, 퀴녹살린(quinoxaline)기, 벤조이미다졸릴렌기, 피라졸릴렌(pyrazolylene)기, 디벤조퓨라니렌(furanylene)기, 및 디벤조티에닐렌기 등일 수 있다. 바람직하게는, 페닐렌기, 비페닐렌기, 터페닐렌기, 플루오레닐렌(fluorenylene)기, 카르바졸릴렌기, 디벤조퓨라니렌(dibenzofuranylene)기 등일 수 있다.
일반식 (2)로 표시되는 제 3 정공 수송 재료는 예를 들어, 하기의 일반식 (2-1) 내지 (2-16) 중의 어느 하나로 표시되는 것일 수 있으나, 제 3 정공 수송 재료는 하기의 화합물 2-1 내지 2-16에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 6]
Figure pat00036
[화학식 7]
Figure pat00037
[화학식 8]
Figure pat00038
제 3 정공 수송 재료는 상기의 일반식 (2-1) 내지 (2-16)에 표시된 화합물 이외의 정공 수송 재료가 사용될 수도 있다. 예를 들어, 제 3 정공 수송 재료는 1, 1-비스[(디-4-톨릴아미노)페닐]시클로헥산(TAPC), N-페닐카르바졸(N-phenyl carbazole), 폴리비닐카르바졸(polyvinyl carbazole) 등의 카르바졸 유도체, N, N´-비스(3-메틸페닐)-N, N´-디페닐-[1, 1-비페닐]-4, 4´-디아민(TPD), 4, 4´, 4˝-트리스(N-카르바졸릴)트리페닐아민(TCTA), N, N´-디(1-나프틸)-N, N´-디페닐벤지딘(NPB) 등일 수 있다. 즉, 제 3 정공 수송 재료는 유기 전계 발광 소자의 정공 수송 재료로서 사용 가능한 것이면, 어떤 것이라도 가능할 수 있다. 단, 제 3 정공 수송 재료는 일반식 (2)로 표시되는 것이 바람직하다.
전자 수용 재료는 유기 전계 발광 소자의 전자 수용 재료로서 사용 가능한 것이면 어떠한 것이라도 가능하며, LUMO 준위는 -9.0~-4.0 eV의 범위에 있을 수 있으며, 특히 -6.0~-4.0 eV인 것이 바람직하다. LUMO 준위가 -4.0~-9.0 eV인 전자 수용 재료는 하기의 일반식 (4-1) 내지 (4-14)로 나타내는 것을 예로서 들 수 있다.
[화학식 10]
Figure pat00039
[화학식 11]
Figure pat00040
일반식 (4-1) 내지 (4-14)에 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 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기 또는 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다. Ar은 전자 흡인성의 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다. Y는 메틴기(-CH=) 또는 질소 원자(-N=)이다. Z는 유사 할로겐 또는 유황(S)이다. n은 1 이상 10 이하 범위 내의 정수이다. X는 하기의 화학식 12에서 X1 내지 X7로 표시되는 치환기 중의 어느 하나이다.
[화학식 12]
Figure pat00041
화학식 12의 X1 내지 X7에 있어서, 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 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다.
R, Ar 및 Ra가 나타내는 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기 및 치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기의 예로서는, 페닐기, 1-나프틸기, 2-나프틸기, 1-안트릴기, 2-안트릴기, 9-안트릴기, 1-페난트릴기, 2-페난트릴기, 3-페난트릴기, 4-페난트릴기, 9-페난트릴기, 1-나프타세닐기, 2-나프타세닐기, 9-나프타세닐기, 1-피레닐기, 2-피레닐기, 4-피레닐기, 2-비페닐기, 3-비페닐기, 4-비페닐기, 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-트릴기, m-트릴기, p-트릴기, p-t-부틸페닐기, p-(2-페닐프로필)페닐기, 3-메틸-2-나프틸기, 4-메틸-1-나프틸기, 4-메틸-1-안트릴기, 4´-메틸 비페닐 일기, 4"-t-부틸-p-터페닐-4-일기, 플루오란테닐기, 플루오레닐기, 1-피롤릴기, 2-피롤릴기, 3-피롤릴기, 피리디닐기, 2-피리디닐기, 3-피리디닐기, 4-피리디닐기, 1-인돌릴기, 2-인돌릴기, 3-인돌릴기, 4-인돌릴기, 5-인돌릴기, 6-인돌릴기, 7-인돌릴기, 1-이소인돌릴기, 2-이소인돌릴기, 3-이소인돌릴기, 4-이소인돌릴기, 5-이소인돌릴기, 6-이소인돌릴기, 7-이소인돌릴기, 2-프릴기, 3-프릴기, 2-벤조퓨라닐기, 3-벤조퓨라닐기, 4-벤조퓨라닐기, 5-벤조퓨라닐기, 6-벤조퓨라닐기, 7-벤조퓨라닐기, 1-이소벤조퓨라닐기, 3-이소벤조퓨라닐기, 4-이소벤조퓨라닐기, 5-이소벤조퓨라닐기, 6-이소벤조퓨라닐기, 7-이소벤조퓨라닐기, 퀴놀릴기, 3-퀴놀릴기, 4-퀴놀릴기, 5-퀴놀릴기, 6-퀴놀릴기, 7-퀴놀릴기, 8-퀴놀릴기, 1-이소퀴놀릴기, 3-이소퀴놀릴기, 4-이소퀴놀릴기, 5-이소퀴놀릴기, 6-이소퀴놀릴기, 7-이소퀴놀릴기, 8-이소퀴놀릴기, 2-퀴녹살리닐기, 5-퀴노살리닐기, 6-퀴노살리닐기, 1-카르바졸릴기, 2-카르바졸릴기, 3-카르바졸릴기, 4-카르바졸릴기, 9-카르바졸릴기, 1-페난트리디닐기, 2-페난트리디닐기, 3-페난트리디닐기, 4-페난트리디닐기, 6-페난트리디닐기, 7-페난트리디닐기, 8-페난트리디닐기, 9-페난트리디닐기, 10-페난트리디닐기, 1-아크리디닐기, 2-아크리디닐기, 3-아크리디닐기, 4-아크리디닐기, 9-아크리디닐기, 1, 7-페난트롤린-2-일기, 1, 7-페난트롤린-3-일기, 1, 7-페난트롤린-4-일기, 1, 7-페난트롤린-5-일기, 1, 7-페난트롤린-6-일기, 1, 7-페난트롤린-8-일기, 1, 7-페난트롤린-9-일기, 1, 7-페난트롤린-10-일기, 1, 8-페난트롤린-2-일기, 1, 8-페난트롤린-3-일기, 1, 8-페난트롤린-4-일기, 1, 8-페난트롤린-5-일기, 1, 8-페난트롤린-6-일기, 1, 8-페난트롤린-7-일기, 1, 8-페난트롤린-9-일기, 1, 8-페난트롤린-10-일기, 1, 9-페난트롤린-2-일기, 1, 9-페난트롤린-3 -일기, 1, 9-페난트롤린-4-일기, 1, 9-페난트롤린-5-일기, 1, 9-페난트롤린-6-일기, 1, 9-페난트롤린-7-일기, 1, 9-페난트롤린-8-일기, 1, 9-페난트롤린-10-일기, 1, 10-페난트롤린-2-일기, 1, 10-페난트롤린-3-일기, 1, 10-페난트롤린-4-일기, 1, 10-페난트롤린-5-일기, 2, 9-페난트롤린-1-일기, 2, 9-페난트롤린-3-일기, 2, 9-페난트롤린-4-일기, 2, 9-페난트롤린-5-일기, 2, 9-페난트롤린-6-일기, 2, 9-페난트롤린-7-일기, 2, 9-페난트롤린-8-일기, 2, 9-페난트롤린-10-일기, 2, 8-페난트롤린-1-일기, 2, 8-페난트롤린-3-일기, 2, 8-페난트롤린-4-일기, 2, 8-페난트롤린-5-일기, 2, 8-페난트롤린-6-일기, 2, 8-페난트롤린-7-일기, 2, 8-페난트롤린-9-일기, 2, 8-페난트롤린-10-일기, 2, 7-페난트롤린-1-일기, 2, 7-페난트롤린-3-일기, 2, 7-페난트롤린-4-일기, 2, 7-페난트롤린-5-일기, 2, 7-페난트롤린-6-일기, 2, 7-페난트롤린-8-일기, 2, 7-페난트롤린-9-일기, 2, 7-페난트롤린-10-일기, 1-페나지닐(phenazinyl)기, 2-페나지닐기, 1-페노티아지닐기, 2-페노티아지닐기, 3-페노티아지닐기, 4-페노티아지닐기, 10-페노티아지닐기, 1-페녹사지닐기, 2-페녹사지닐기, 3-페녹사지닐기, 4-페녹사지닐기, 10-페녹사지닐기, 2-옥사졸릴기, 4-옥사졸릴기, 5-옥사졸릴기, 2-옥사디아조릴기, 5-옥사디아조릴기, 3-퓨라자닐기, 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-인돌릴기, 4-메틸-1-인돌릴기, 2-메틸-3-인돌릴기, 4-메틸-3-인돌릴기, 2-t-부틸1-인돌릴기, 4-t-부틸1-인돌릴기, 2-t-부틸3-인돌릴기, 4-t-부틸3-인돌릴기 등을 들 수 있다.
R, Ra가 나타내는 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 불화알킬기는 예를 들어, 트리플루오르메틸기, 펜타플루오르에틸기, 헵타플루오르프로필기, 또는 헵타데카플루오르옥탄기 등의 퍼플루오르알킬(perfluoroalkyl)기, 또는 모노플루오르메틸기, 디플루오르메틸기, 트리플루오르에틸기, 테트라플루오르프로필기, 옥타플루오르펜틸기 등일 수 있다.
R, Ra가 나타내는 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기는 예를 들어, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, s-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기, 하이드록시 메틸기, 1-하이드록시에틸기, 2-하이드록시에틸기, 2-하이드록시이소부틸기, 1, 2-디하이드록시에틸기, 1, 3-디하이드록시이소프로필기, 2, 3-디하이드록시-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, 브로모 메틸기, 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-노르보닐기, 2-노르보닐기 등일 수 있다.
R, Ra가 나타내는 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기는 -OY로 표시되는 기이고, Y의 예로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, s-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기, 하이드록시 메틸기, 1-하이드록시에틸기, 2-하이드록시에틸기, 2-하이드록시이소부틸기, 1, 2-디하이드록시에틸기, 1, 3-디하이드록시이소프로필기, 2, 3-디하이드록시-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, 브로모 메틸기, 1-브로모에틸기, 2-브로모에틸기, 2-브로모이소부틸기, 1, 2-디브로모에틸기, 1, 3-디브로모이소프로필기, 2, 3-디브로모-t-부틸기, 1, 2, 3-트리브로모프로필기, 요오드메틸기, 1-요오드에틸기, 2-요오드에틸기, 2-요오드이소부틸기, 1, 2-디요오드에틸기, 1, 3-디요오드이소프로필기, 2, 3-디요오드-t-부틸기, 1, 2, 3-트리요오드프로필기, 아미노메틸기, 1-아미노에틸기, 2-아미노에틸기, 2-아미노이소부틸기, 1, 2-디아미노에틸기, 1, 3-디아미노이소프로필기, 2, 3-디아미노-t-부틸기, 1, 2, 3-트리아미노프로필기, 시아노메틸기, 1-시아노에틸기, 2-시아노에틸기, 2-시아노이소부틸기, 1, 2-디시아노에틸기, 1, 3-디시아노이소프로필기, 2, 3-디시아노-t-부틸기, 1, 2, 3-트리시아노프로필기, 니트로메틸기, 1-니트로에틸기, 2-니트로에틸기, 2-니트로이소부틸기, 1, 2-디니트로에틸기, 1, 3-디니트로이소프로필기, 2, 3-디니트로-t-부틸기, 1, 2, 3-트리니트로프로필기 등을 들 수 있다. R, Ra가 나타내는 할로겐 원자로서는, 불소, 염소, 브롬, 요오드 등을 들 수 있다.
전자 수용 재료는 예를 들어, 하기의 일반식 (4-15) 내지 (4-16)으로 표시되는 화합물일 수 있다. 일반식 (4-15)의 화합물의 LUMO 준위는 -4.40 eV이고, 일반식 (4-16)의 화합물의 LUMO 준위는 -5.20 eV일 수 있다.
[화학식 13]
Figure pat00042
전자 수용 재료의 도프량은 특별히 제한되지 않으며, 정공 수송 재료로 도프 가능한 양이면 가능하다. 전자 수용 재료의 바람직한 도프량은 제 1 정공 수송층(141)을 구성하는 제 3 정공 수송 재료의 질량에 대하여 0.1 질량% 이상 50 질량% 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는, 0.5 질량% 이상 5 질량% 이하일 수 있다.
(2-1-1-2. 제 2 정공 수송층의 구성)
제 2 정공 수송층(142)은 발광층(150)에 인접하여 배치된 층일 수 있다. 제 2 정공 수송층(142)은 제 4 정공 수송 재료를 포함할 수 있다. 제 4 정공 수송 재료는 하기의 일반식 (1)로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00043
상기 일반식 (1)에 있어서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 12 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 13 이하의 헤테로아릴기이다. Ar1 및 Ar2는 바람직하게는 각각 독립적으로 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 12 이하의 아릴기이다. Ar1 및 Ar2의 바람직한 치환기로서는, 플루오르기, 클로로기, 탄소수 12 이하의 알킬기, 탄소수 12 이하의 플루오르알킬기, 시클로알킬기, 아세틸기, 아릴에스테르기, 아릴설파이드기 등을 예로서 들 수 있다.
치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 12 이하의 아릴기의 구체적인 예로는, 페닐기, 비페닐릴기, 1-나프틸기, 2-나프틸기, 플루오르페닐기, 디플루오르페닐기, 트리플루오르페닐기, 테트라플루오르페닐기, 펜타플루오로페닐기, 톨루일(toluyl)기, 니트로페닐기, 시아노페닐기, 플루오르비페닐릴기, 니트로비페닐릴기, 시아노비페닐기, 시아노나프틸기, 니트로나프틸기, 플루오르나프틸기 등을 예로서 들 수 있지만, 특히 이것에 한정되는 것은 아니다. 구체적으로 페닐기, 또는 비페닐릴기, 나프틸기, 플루오르페닐기가 특히 바람직하고, 페닐기, 비페닐릴기가 더욱 바람직하다.
치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 13 이하의 헤테로아릴기의 구체적인 예로는, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 피리딜기, 퀴놀릴기, 이소퀴놀릴기, 피라질기, 피리미디닐기, 트리아진기, 이미다졸릴기, 아크리디닐기, 카르바졸릴기 등을 들 수 있다.
X1 내지 X7은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 15 이하의 알킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 18 이하의 헤테로아릴기이고, a는 1 또는 2이다.
탄소수 1 이상 15 이하의 알킬기로서는, 예를 들어, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, s-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기, 하이드록시 메틸기, 1-하이드록시에틸기, 2-하이드록시에틸기, 2-하이드록시이소부틸기, 1, 2-디하이드록시에틸기, 1, 3-디하이드록시이소프로필기, 2, 3-디하이드록시-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, 브로모 메틸기, 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.
치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴기로서는, 예를 들어, 페닐기, 비페닐릴기, 1-나프틸기, 2-나프틸기, 플루오르페닐기, 디플루오르페닐기, 트리플루오르페닐기, 테트라플루오르페닐기, 펜타플루오로페닐기, 톨루일(toluyl)기, 니트로페닐기, 시아노페닐기, 플루오르비페닐릴기, 니트로비페닐릴기, 시아노비페닐기, 시아노나프틸기, 니트로나프틸기, 플루오르나프틸기, 페난트릴기, 터페닐기, 플루오르터페닐기 등일 수 있다.
치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 18 이하의 헤테로아릴기로서는, 예를 들어, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 피리딜기, 퀴놀릴기, 이소퀴놀릴기, 피라질기, 피리미디닐기, 트리아진기, 이미다졸릴기, 아크리디닐기 등을 들 수 있다.
이와 같이, 제 4 정공 수송 재료에서는 디벤조퓨란의 3 위치에 아민이 결합한 구조로 되어 있다. 후술하는 실시예에 나타내는 바와 같이, 디벤조퓨란의 다른 위치(예를 들어, 2 위치)에 아민이 결합한 경우, 본 실시 형태의 효과는 얻을 수 없다.
제 4 정공 수송 재료는 예를 들어, 하기의 일반식 (1-1) 내지 (1-15) 중의 어느 하나로 표시되는 것일 수 있으나, 제 4 정공 수송 재료는 이에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 2]
Figure pat00044
[화학식 3]
Figure pat00045
[화학식 4]
Figure pat00046
(2-1-1-3. 제 3 정공 수송층의 구성)
제 3 정공 수송층(143)은 제 1 정공 수송층(141)과 제 2 정공 수송층(142) 사이에 배치될 수 있다. 제 3 정공 수송층(143)은 상술한 제 3 정공 수송 재료 및 제 4 정공 수송 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
<2-2. 실시예>
이하에서는, 실시예 및 비교예를 나타내면서, 본 발명의 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자에 대해서, 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시예는 본 발명의 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자의 어디까지나 일 예로서, 본 발명의 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자가 하기의 예에 한정되지 않는다.
(2-2-1. 제 4 정공 수송 재료의 합성법)
(합성예 1: 일반식 (1-7)로 표시되는 화합물의 합성)
이하의 공정에 의해, 일반식 (1-7)로 표시되는 화합물, 즉 화합물 1-7을 합성하였다.
아르곤 분위기 하, 500 mL의 3구 플라스크에, 4-비스(비페니릴)아미노페닐보론산피나콜에스테르 4.2g과 3-브로모디벤조퓨란 2g, 테트라키스(트리페닐포스핀)파라듐(0) 0.1g, 탄산칼륨 3.3g, 테트라하이드로퓨란 180ml, 물 20ml 를 더한 후, 80에서 12 시간 가열 환류하였다. 공냉 후, 물을 가하여 유기층을 분리하고, 용매 증류하였다. 얻어진 고체를 플래쉬 컬럼 크로마토그래피에 의해 정제하고, 흰색 고체의 목적물을 3.6g(수율 80%) 얻었다.
목적물의 1H-NMR(CDCl3, δ in ppm, 300MHz)를 측정하였는 바, 7.98(m, 2H), 7.79(d, 1H), 7.52-7.63(m, 12H), 7.44-7.48(m, 5H), 7.25-7.39(m, 9H)라는 화학 쉬프트 값을 얻었다. 또한, 목적물의 매스 스펙트럼을 FAB 법으로 측정하였는 바, 피크 질량 수는 563(M+, 계산값 563.22)이었다. 이들의 결과에 의해, 목적물이 확실히 화합물 1-7인 것을 확인하였다.
(합성예 2: 일반식 (1-1)로 표시되는 화합물의 합성)
화합물 1-7의 합성예와 동일한 공정에 의해, 일반식 (1-1)로 표시되는 화합물, 즉 화합물 1-1을 합성하였다. 즉, 화합물 1-7의 합성예 중의 4-비스(비페니릴)아미노페닐보론산피나콜에스테르 4.2g 대신에 트리페닐아민-4-보론산 2.3g을 사용하였다. 이 결과, 흰색 고체의 목적물 3.0g(수율 90%)을 얻었다. 생성물은 합성예 1과 마찬가지로 NMR 스펙트럼 및 매스 스펙트럼으로 확인하였다.
(합성예 3: 일반식 (1-10)으로 표시되는 화합물의 합성)
화합물 1-7의 합성예와 동일한 공정에 의해, 일반식 (1-10)으로 표시되는 화합물, 즉 화합물 1-10을 합성하였다. 즉, 화합물 1-7의 합성예 중의 4-비스(비페니릴)아미노페닐보론산피니콜에스테르 4.2g 대신에 4-비스(비페니릴)아미노비페닐보론산피나콜에스테르 4.8g을 사용하였다. 이 결과, 흰색 고체의 목적물 2.6g(수율 51%)을 얻었다. 생성물은 NMR 스펙트럼 및 매스 스펙트럼으로 확인하였다.
(합성예 4: 일반식 (1-13)으로 표시되는 화합물의 합성)
이하의 공정에 의해, 일반식 (1-13)으로 표시되는 화합물 즉, 화합물 1-13을 합성하였다. 즉, 아르곤 분위기 하, 1 L의 3구 플라스크에, 4-아미노페닐보론산피나콜에스테르 3.6g과 3-플루오르-3´-브로모디벤조퓨란 4.2g, 테트라키스(트리페닐포스핀)파라듐(0) 0.2g, 탄산칼륨 6.6g, 테트라하이드로퓨란 360ml, 물 40ml를 더한 후, 80에서 12 시간 가열 환류하였다. 반응액을 공냉 후, 반응액에 물을 가하여 유기층을 분리하고, 용매 증류하였다. 얻어진 고체를 플래쉬 컬럼 크로마토그래피에 의해 정제하고, 황색 고체의 중간체 1을 2.7g(수율 60%) 얻었다.
또한, 아르곤 분위기 하, 300 mL의 3구 플라스크에, 중간체 1 2.2g, 4-브로모비페닐 1.9g, 비스(디벤질리덴아세토나토) 파라듐 0.23g, 트리-tert-부틸포스핀 2몰/L 톨루엔 용액 0.6 mL, 나트륨-tert-부톡시드 4.6g, 톨루엔 100 mL를 더한 후, 80에서 4 시간 가열하였다. 반응액을 공냉 후, 반응액에 물을 가하여 유기층을 분리하고, 용매 증류하였다. 얻어진 고체를 플래쉬 컬럼 크로마토그래피에 의해 정제하고, 황색 고체의 중간체 2를 2.9g(수율 84%) 얻었다.
또한, 아르곤 분위기 하, 200 mL의 3구 플라스크에, 중간체 2 1.7g, 4-브로모벤젠 0.7g, 비스(디벤질리덴아세토나토)파라듐 0.12g, 트리-tert-부틸포스핀 2몰/L 톨루엔 용액 0.3 mL, 나트륨-tert-부톡시드 2.3g, 톨루엔 50 mL를 더한 후, 80에서 4 시간 가열하였다. 반응액을 공냉 후, 반응액에 물을 가하여 유기층을 분리하고, 용매 증류하였다. 얻어진 고체를 플래쉬 컬럼 크로마토그래피에 의해 정제하고, 황색 고체의 화합물 1-13을 1.9g(수율 95%) 얻었다. 생성물은 NMR 스펙트럼 및 매스 스펙트럼으로 확인하였다.
(합성예 5: 일반식 (1-14)로 표시되는 화합물의 합성)
이하의 공정에 의해, 일반식 (1-14)로 표시되는 화합물, 즉 화합물 1-14를 합성하였다. 즉, 아르곤 분위기 하, 1 L의 3구 플라스크에, 4-아미노페닐보론산피나콜에스테르 3.6g과 3-브로모디벤조퓨란 4.0g, 테트라키스(트리페닐포스핀)파라듐(0) 0.2g, 탄산칼륨 6.6g, 테트라하이드로퓨란 360ml, 물 40ml 를 더한 후, 80에서 12 시간 가열 환류하였다. 반응액을 공냉 후, 반응액에 물을 가하여 유기층을 분리하고, 용매 증류하였다. 얻어진 고체를 플래쉬 컬럼 크로마토그래피에 의해 정제하고, 황색 고체의 중간체 3을 3.0g(수율 73%) 얻었다.
또한, 아르곤 분위기 하, 200 mL의 3구 플라스크에, 중간체 3 1.6g, 4-4´-플루오로브로모비페닐 2.0g, 비스(디벤질리덴아세토나토) 파라듐 0.23g, 트리-tert-부틸포스핀 2몰/L 톨루엔 용액 0.6 mL, 나트륨-tert-부톡시드 2.3g, 톨루엔 50 mL를 더한 후, 80에서 4 시간 가열하였다. 공냉 후, 물을 가하여 유기층을 분리하고, 용매 증류하였다. 얻어진 고체를 플래쉬 컬럼 크로마토그래피에 의해 정제하고, 황색 고체의 화합물 1-14를 2.0g(수율 91%) 얻었다. 생성물은 NMR 스펙트럼 및 매스 스펙트럼으로 확인하였다.
(합성예 6: 일반식 (1-15)로 표시되는 화합물의 합성)
이하의 공정에 의해, 일반식 (1-15)로 표시되는 화합물, 즉 화합물 1-15를 합성하였다. 즉, 아르곤 분위기 하, 200 mL의 3구 플라스크에, 상기 중간체 3 1.6g, 4-브로모디벤조퓨란 2.0g, 비스(디벤질리덴아세토나토)파라듐 0.23g, 트리-tert-부틸포스핀 2몰/L 톨루엔 용액 0.6 mL, 나트륨-tert-부톡시드 2.3g, 톨루엔 50 mL를 더한 후, 80에서 4 시간 가열하였다. 반응액을 공냉 후, 반응액에 물을 가하여 유기층을 분리하고, 용매 증류하였다. 얻어진 고체를 플래쉬 컬럼 크로마토그래피에 의해 정제하고, 황색 고체의 화합물 1-15를 2.0g(수율 85%) 얻었다. 생성물은 NMR 스펙트럼 및 매스 스펙트럼으로 확인하였다.
(2-2-2. 유기 전계 발광 소자의 제작)
다음으로, 제 3 정공 수송 재료와 제 3 정공 수송 재료에 도프된 전자 수용 재료를 포함하는 제 1 정공 수송층을 포함하는 일 실시예의 유기 전계 발광 소자를 이하의 방법에 의하여 제작하였다. 먼저, 미리 패터닝(patterning)하여 세정 처리를 실시한 ITO-글래스 기판에, 자외선 오존(O3)에 의한 표면 처리를 행하였다. 또한, 이러한 ITO 막(제 1 전극)의 막 두께는 150 nm이었다. 오존 처리 후, 기판을 세정하였다. 세정 완료 기판을 유기층 성막용 글래스 벨 자(glass bell jar)형 증착기에 세트하고, 진공도 10-4~10-5Pa 하에서, HTL1, HTL2, HTL3, 발광층, 전자 수송층의 순서로 증착을 행하였다. HTL1, HTL2, HTL3의 두께는 각각 10 nm로 하였다. 발광층의 두께는 25 nm로 하였다. 전자 수송층의 두께는 25 nm로 하였다. 계속하여, 금속 성막용 글래스 벨 자(glass bell jar)형 증착기로 기판을 옮기고, 진공도 10-4~10-5Pa 하에서 전자 주입층, 음극 재료를 증착하였다. 전자 주입층의 두께는 1.0 nm로 하고, 제 2 전극의 두께는 100 nm로 하였다.
여기서, 「HTL1」, 「HTL2」, 「HTL3」은 정공 수송층이고, 표 2에 나타내는 재료를 사용하여 제작하였다. 표 2에 있어서, 예를 들어, 「화합물 2-3, 4-15」라 함은 정공 수송 재료인 화합물 2-3에 전자 수용 재료인 화합물 4-15를 도프한 것을 의미한다. 화합물 4-15의 도프량은 화합물 2-3의 질량에 대하여 3 질량%로 하였다. 전자 수용 재료의 도프량은 모든 예에서 공통으로 하였다. 또한, 표 2에 있어서, 화합물 6-1 내지 6-3은 이하의 일반식 (6-1) 내지 (6-3)으로 표시될 수 있다.
[화학식 15]
Figure pat00047
또한, 발광층의 호스트는 9, 10-디(2-나프틸)안트라센(ADN, 화합물 3-2)로 하였다. 도펀트는 2, 5, 8, 11-테트라-t-부틸페릴렌(TBP)로 하였다. 도펀트의 도프량은 호스트의 질량에 대하여 3 질량%로 하였다. 전자 수송 재료로서는 Alq3을 사용하고, 전자 주입 재료로서는 LiF를 사용하였다. 제 2 전극 재료로서는 Al을 사용하였다.
HTL1 HTL2 HTL3 구동 전압 발광 효율 수명
[V] [cd/A] LT50(h)
실시예 2-1 화합물 2-3, 4-15 화합물 2-3 화합물 1-7 6.3 6.9 5,400
실시예 2-2 화합물 6-2, 4-15 화합물 2-3 화합물 1-7 6.8 7.3 3,200
실시예 2-3 화합물 2-3, 4-15 화합물 1-7 화합물 2-3 6.7 6.5 3,100
실시예 2-4 화합물 1-7 화합물 2-3, 4-15 화합물 1-7 6.8 6.9 3,200
실시예 2-5 화합물 2-3, 4-15 화합물 2-3 화합물 1-1 6.8 7.2 2,700
실시예 2-6 화합물 2-3, 4-15 화합물 2-3 화합물 1-15 6.6 7.0 2,900
실시예 2-7 화합물 2-3, 4-15 화합물 2-3 화합물 1-14 7.2 7.4 2,200
실시예 2-8 화합물 2-3, 4-15 화합물 2-3 화합물 1-13 6.8 7.0 2,200
실시예 2-9 화합물 2-3, 4-15 화합물 2-3 화합물 1-10 6.3 6.5 3,300
실시예 2-10* 화합물 2-7, 4-15 화합물 2-3 화합물 1-7 6.3 6.2 3,400
실시예 2-11 화합물 2-3, 4-16 화합물 2-3 화합물 1-7 6.3 6.2 3,100
실시예 2-12** 화합물 2-7, 4-15 화합물 2-3 화합물 1-7 6.4 6.7 3,500
실시예 2-13 화합물 2-3, 4-15 화합물 2-3 화합물 1-7 7.1 7.2 3,000
비교예 2-1 화합물 2-3, 4-15 화합물 2-3 화합물 2-3 6.5 5.7 1,600
비교예 2-2 화합물 2-3, 4-15 화합물 2-3 화합물 6-1 7.2 5.5 2,100
비교예 2-3 화합물 6-2 화합물 2-3 화합물 1-7 7.5 4.9 1,300
비교예 2-4 화합물 2-3 화합물 2-3 화합물 1-7 7.8 4.7 1,700
비교예 2-5 화합물 6-2 화합물 6-3 화합물 6-1 8.1 4.3 700
비교예 2-6 화합물 2-3 화합물 1-7 화합물 2-3, 4-15 7 2.3 600
* 발광층 호스트에 DPVBi를 사용하였다
** 발광층 호스트에 화합물 3-10을 사용하였다
[화학식 16]
Figure pat00048
실시예 2-1 내지 2-5는 HTL1 내지 HIL3을 상술한 제 1 정공 수송층(141), 제 3 정공 수송층(143), 제 2 정공 수송층(142)으로 한 것이다. 실시예 2-1은 제 1 정공 수송층(141)을 구성하는 제 3 정공 수송 재료를 화합물 2-3으로 한 것이다. 실시예 2-2는 제 1 정공 수송층(141)을 구성하는 제 3 정공 수송 재료를 화합물 6-2로 한 것이다.
실시예 2-3은 제 2 정공 수송층(142)과 제 3 정공 수송층(143)의 적층 순서를 교체한 것이다. 즉, 실시예 2-3에서는, 제 2 정공 수송층(142)과 발광층(150) 사이에 제 3 정공 수송층(143)이 배치된다. 실시예 2-4는 제 1 정공 수송층(141)과 제 3 정공 수송층(143)의 적층 순서를 교체한 것이다. 실시예 2-5 내지 2-9는 HTL3을 구성하는 일반식 (1)의 화합물의 종류를 변경한 것이다. 실시예 2-10은 HTL1의 정공 수송 재료에 화합물 2-7를 사용하고, 또한, 발광층의 호스트에 DPVBi를 사용한 것이다. 실시예 2-11은 HTL1의 전자 수용 재료를 화합물 4-16으로 한 것이다. 실시예 2-12는 HTL1의 정공 수송 재료에 화합물 2-7을 사용하고, 또한, 발광층의 호스트에 화합물 3-10을 사용한 것이다. 실시예 2-13은 HTL2 및 HTL3이 실질적으로 같은 층을 구성하고 있다. 따라서, 실시예 2-13은 도 2에 나타내는 구조에 대응하는 실시예이다.
비교예 2-1, 2-2는 실시예 1의 HTL3을 제 3 정공 수송층(143)으로 치환한 것이다. 또한, 비교예 2-1은 제 3 정공 수송층(143)을 구성하는 제 3 정공 수송 재료를 화합물 2-3으로 한 것이다. 비교예 2-2는 제 3 정공 수송층(143)을 구성하는 제 3 정공 수송 재료를 화합물 6-1로 한 것이다.
비교예 2-3은 실시예 2-2의 제 1 정공 수송층(141)으로부터 전자 수용 재료(화합물 4-15)를 제외한 것이고, 비교예 2-4는 실시예 2-1의 제 1 정공 수송층(141)로부터 전자 수용 재료(화합물 4-15)를 제외한 것이다. 비교예 2-5는 HTL1 내지 3을 화합물 6-1 내지 6-3 중의 어느 하나로 구성한 것이다. 비교예 2-6은 HTL1 내지 3을 상술한 제 3 정공 수송층(143), 제 2 정공 수송층(142), 제 1 정공 수송층(141)으로 한 것이다.
(2-2-3. 유기 전계 발광 소자의 특성 평가)
실시예 및 비교예에 따른 유기 전계 발광 소자의 특성을 평가하기 위하여 구동 전압, 발광 효율, 및 반감 수명을 측정하였다. 구동 전압 및 발광 효율은 10 mA/cm2의 전류 밀도에 대한 값이다. 또한, 반감 수명의 초기 휘도는 1000 cd/m2로 하였다. 또한, 측정은 Keithley Instruments 사 제 2400 시리즈의 소스 미터(source meter), 색채 휘도계 CS-200(주식회사 코니카미놀타 홀딩스(Konica Minolta Holdings), 측정각 1°), 측정용 PC 프로그램 LabVIEW8.2(주식회사 일본 내셔널 인스트루먼츠(National Instruments))를 사용하여 암실 내에서 행하였다. 평가 결과를 표 2에 나타낸다.
표 2로부터 명확한 바와 같이, 실시예 2-1 내지 2-13에서는, 비교예 2-1 내지 2-6 보다도 발광 효율 및 수명이 양호하였다. 또한, 실시예 2-1, 2-9 내지 2-13에서는, 구동 전압도 비교예 2-1 내지 2-6 보다 양호하였다. 따라서, 제 1 정공 수송층(141)과 발광층(150) 사이에 제 2 정공 수송층(142)을 배치함으로써, 유기 전계 발광 소자(100)의 발광 효율 및 수명이 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 실시예 2-13에 의하면, 제 3 정공 수송층(143)이 생략된 경우에도 양호한 평가 결과가 얻어지는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예 2-1과 비교예 2-2를 비교하면, 디벤조퓨란의 3 위치에 아민이 결합함으로써, 유기 전계 발광 소자(100)의 특성이 향상하는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 2-1과 실시예 2-2를 비교하면, 실시예 2-1에서는, 실시예 2-2보다도 구동 전압 및 수명이 양호하였다. 그 결과, 제 3 정공 수송 재료는 일반식 (2)로 표시되는 화합물이 적합한 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 2-1과 실시예 2-3을 비교하면, 실시예 2-1에서는, 구동 전압, 발광 효율, 및 수명 모두가 실시예 2-3보다도 양호하였다. 그 결과, 제 2 정공 수송층(142)은 발광층(150)에 인접하여 배치되는 것이 바람직함을 알 수 있다.
또한, 실시예 2-1과 실시예 2-4를 비교하면, 실시예 2-1에서는, 실시예 2-4보다도 구동 전압 및 수명이 양호하였다. 이 결과, 제 1 정공 수송층(141)은 제 1 전극(120)에 인접하여 배치되는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.
또한, HTL1를 제 1 정공 수송층(141)으로 하는, 즉, HTL1에 전자 수용 재료를 도입한 경우, 구동 전압이 저하하는 경향이 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 발광층(150)에 인접하는 위치에 제 2 정공 수송층(142)을 배치한 경우, 수명이 향상하는 경향이 있다는 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 본 실시 형태에 의하면, 제 1 정공 수송층(141)과 발광층(150) 사이에 제 2 정공 수송층(142)을 배치함으로써, 유기 전계 발광 소자(100)의 발광 효율 및 수명이 향상될 수 있다. 즉, 상기 구성에 의해, (1)발광층(150)에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송층(140)을 보호하는 것, (2)발광층(150)에서 발생한 여기 상태의 에너지가 정공 수송층(140)으로 확산하는 것을 방지하는 것, (3) 소자 전체의 차지밸런스(Charge balance)를 조절하는 것과 같은 기능을 효율적으로 발현시킬 수 있다. 이러한 효과는 제 2 정공 수송층(142)이 제 1 전극(120) 부근에 배치한 전자 수용 재료가 발광층(150)으로 확산하는 것을 억제하였기 때문인 것으로 생각할 수 있다.
또한, 제 4 정공 수송 재료의 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 12 이하의 아릴기일 수 있고, 이 경우, 유기 전계 발광 소자(100)의 발광 효율 및 수명이 더 향상될 수 있다.
제 4 정공 수송 재료는 일반식 (1-1) 내지 (1-15) 중의 어느 하나로 나타낼 수 있고, 이 경우, 유기 전계 발광 소자(100)의 발광 효율 및 수명이 더 향상될 수 있다.
제 3 정공 수송 재료는 일반식 (2)로 표시되는 구조를 갖는 것일 수도 있고, 이 경우, 유기 전계 발광 소자(100)의 발광 효율 및 수명이 더욱 향상될 수 있다.
또한, 제 1 정공 수송층(141)에 도프되는 전자 수용 재료는 LUMO 준위가 -9.0~-4.0 eV일 수도 있고, 이 경우, 유기 전계 발광 소자(100)의 발광 효율 및 수명이 더욱 향상될 수 있다.
또한, 발광층(150)은 일반식 (3)으로 표시되는 구조를 갖는 발광 재료를 포함할 수도 있고, 이 경우, 유기 전계 발광 소자(100)의 발광 효율 및 수명이 더욱 향상될 수 있다.
제 2 정공 수송층(142)은 발광층(150)에 인접하여 배치될 수 있고, 이 경우, 유기 전계 발광 소자(100)의 발광 효율 및 수명이 더욱 향상될 수 있다.
또한, 제 1 정공 수송층(141)은 애노드(제 1 전극(120))에 인접하여 배치될 수 있고, 이 경우, 유기 전계 발광 소자(100)의 발광 효율 및 수명이 더욱 향상될 수 있다.
또한, 제 1 정공 수송층(141)과 제 2 정공 수송층(142) 사이에 제 3 정공 수송층(143)이 배치될 수도 있고, 이 경우, 유기 전계 발광 소자(100)의 발광 효율 및 수명이 더욱 향상될 수 있다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 발명의 속하는 기술의 분야에 있어서 통상의 지식을 갖는 자이면, 특허 청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에 있어서, 각종의 변경예 또는 수정예에 착안하여 얻는 것은 명확하고, 이들에 대해서도, 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 해석된다.
100 : 유기 전계 발광 소자 110 : 기판
120 : 제 1 전극 140 : 정공 수송층
141 : 제 1 정공 수송층 142 : 제 2 정공 수송층
143 : 제 3 정공 수송층 150 : 발광층
160 : 전자 수송층 170 : 전자 주입층
180 : 제 2 전극

Claims (20)

  1. 애노드;
    발광층;
    상기 애노드와 상기 발광층 사이에 배치되고, 전자 수용 재료를 포함하는 제 1 정공 수송층; 및
    상기 제 1 정공 수송층과 상기 발광층 사이에 배치되고, 하기의 일반식 (1)로 표시되는 제 1 정공 수송 재료를 포함하는 제 2 정공 수송층; 을 포함하는 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 1]
    Figure pat00049

    상기 일반식 (1)에 있어서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 12 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 13 이하의 헤테로아릴기이고,
    X1 내지 X7은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 15 이하의 알킬기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 18 이하의 헤테로아릴기이고,
    a는 1 또는 2이다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 12 이하의 아릴기인 유기 전계 발광 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 정공 수송 재료는 하기의 일반식 (1-1) 내지 (1-15)로 표시된 화합물들로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 2]
    Figure pat00050

    [화학식 3]
    Figure pat00051

    [화학식 4]
    Figure pat00052
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 수용 재료는 LUMO 준위가 -9.0~-4.0 eV인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 정공 수송층은 하기의 일반식 (2)로 표시되는 제 2 정공 수송 재료를 포함하는 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 5]
    Figure pat00053

    상기 일반식 (2)에 있어서, Ar3 내지 Ar5는 서로 독립적으로 치환 또는 무치환의 아릴기 또는 치환 또는 무치환의 헤테로아릴기이고,
    Ar6은 치환 또는 무치환의 아릴기, 치환 또는 무치환의 헤테로아릴기, 카르바졸릴기 또는 알킬기이고,
    L1은 단결합, 치환 또는 무치환의 아릴렌기 또는 치환 또는 무치환의 헤테로아릴렌기이다.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 2 정공 수송 재료는 하기의 일반식 (2-1) 내지 (2-16)로 표시되는 화합물들로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 6]
    Figure pat00054

    [화학식 7]
    Figure pat00055

    [화학식 8]
    Figure pat00056
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 정공 수송층과 상기 제 2 정공 수송층 사이에 배치되고, 상기 제 1 정공 수송 재료 및 상기 제 2 정공 수송 재료 중 적어도 하나를 포함하는 제 3 정공 수송층을 포함하는 유기 전계 발광 소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광층은 하기의 일반식 (3)으로 표시되는 구조를 갖는 호스트 재료를 포함하는 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 9]
    Figure pat00057

    상기 일반식 (3)에 있어서, Ar7은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 3 이상 50 이하의 시클로알킬기, 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 치환 또는 무치환의 탄소수 7 이상 50 이하의 아랄킬(aralkyl)기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴옥시기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴티오기, 치환 또는 무치환의 탄소수 2 이상 50 이하의 알콕시카르보닐기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 치환 또는 무치환의 실릴기, 카르복시기, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기 혹은 하이드록시기이고,
    p는 1 이상 10 이하의 정수이다.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 정공 수송층은 상기 발광층에 인접하여 배치되는 유기 전계 발광 소자.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 정공 수송층은 상기 애노드에 인접하여 배치되는 유기 전계 발광 소자.
  11. 애노드;
    발광층;
    상기 애노드와 상기 발광층 사이에 배치되고, 제 3 정공 수송 재료와 상기 제 3 정공 수송 재료에 도프된 전자 수용 재료를 포함하는 제 1 정공 수송층; 및
    상기 제 1 정공 수송층과 상기 발광층 사이에 배치되고, 하기의 일반식 (1)로 표시되는 제 4 정공 수송 재료를 포함하는 제 2 정공 수송층; 을 포함하는 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 1]
    Figure pat00058

    상기 일반식 (1)에 있어서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 12 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 13 이하의 헤테로아릴기이고,
    X1 내지 X7은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 15 이하의 알킬기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 18 이하의 헤테로아릴기이고,
    a는 1 또는 2이다.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 12 이하의 아릴기인 유기 전계 발광 소자.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 4 정공 수송 재료는 하기의 일반식 (1-1) 내지 (1-15)로 표시되는 화합물들로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 2]
    Figure pat00059

    [화학식 3]
    Figure pat00060

    [화학식 4]
    Figure pat00061
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 3 정공 수송 재료는 하기의 일반식 (2)로 표시되는 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 5]
    Figure pat00062

    상기 일반식 (2)에 있어서, Ar3 내지 Ar5는 서로 독립적으로, 치환 또는 무치환의 아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 헤테로아릴기이고,
    Ar6은 치환 또는 무치환의 아릴기, 치환 또는 무치환의 헤테로아릴기, 카르바졸릴기 또는 알킬기이고,
    L1은 단결합, 치환 또는 무치환의 아릴렌기 또는 치환 또는 무치환의 헤테로아릴렌기이다.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 제 3 정공 수송 재료는 하기의 일반식 (2-1) 내지 (2-16)로 표시되는 화합물들로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 6]
    Figure pat00063

    [화학식 7]
    Figure pat00064

    [화학식 8]
    Figure pat00065
  16. 제 11 항에 있어서, 상기 전자 수용 재료는 LUMO 준위가 -9.0~-4.0 eV인 유기 전계 발광 소자.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 발광층은 하기의 일반식 (3)으로 표시되는 구조를 갖는 호스트 재료를 포함하는 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 9]
    Figure pat00066

    상기 일반식 (3)에 있어서, Ar7은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 3 이상 50 이하의 시클로알킬기, 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 치환 또는 무치환의 탄소수 7 이상 50 이하의 아랄킬(aralkyl)기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴옥시기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴티오기, 치환 또는 무치환의 탄소수 2 이상 50 이하의 알콕시카르보닐기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 치환 또는 무치환의 실릴기, 카르복실기, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기 또는 하이드록시기이고,
    p는 1 이상 10 이하의 정수이다.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 정공 수송층은 상기 발광층에 인접하여 배치되는 유기 전계 발광 소자.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 정공 수송층은 상기 애노드에 인접하여 배치되는 유기 전계 발광 소자.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 정공 수송층과 상기 제 2 정공 수송층 사이에 배치되고, 상기 제 3 정공 수송 재료 및 상기 제 4 정공 수송 재료 중 적어도 하나를 포함하는 제 3 정공 수송층을 포함하는 유기 전계 발광 소자.
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