KR20160067728A - 유기 전계 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

발광 효율 및 발광 수명이 향상된 유기 전계 발광 소자를 제공한다. 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 소정의 관점에 의하면, 양극; 발광층; 상기 양극과 상기 발광층 사이에 마련되고, 양극측 정공 수송 재료를 포함하고, 전자 수용성 재료가 도프된 양극측 정공 수송층; 상기 양극측 정공 수송층과 상기 발광층 사이에 마련되고, 중간 정공 수송 재료를 포함하는 중간 정공 수송층; 및 상기 중간 정공 수송층과 상기 발광층 사이에 마련되고, 상기 발광층과 인접하는 발광층측 정공 수송층; 을 포함하고, 상기 발광층측 정공 수송층은 하기 화학식 1로 표시되는 발광층측 정공 수송 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자가 제공된다.
[화학식 1]
Figure pat00059

Description

유기 전계 발광 소자{ORGANIC ELECTROLUMINESCENCE DEVICE}
본 발명은 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.
최근, 유기 전계 발광 표시 장치(Organic Electroluminescence Display)의 개발이 진행되고 있다. 또한, 유기 전계 발광 표시 장치에 사용되는 자발광형의 발광 소자인 유기 전계 발광 소자(Organic Electroluminescence Device)의 개발도 활발하게 행해지고 있다.
여기서, 유기 전계 발광 소자의 구조로서는 예를 들어, 양극, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 및 음극을 순서로 적층한 적층 구조가 알려져 있다.
이와 같은 유기 전계 발광 소자에서는 양극 및 음극으로부터 주입된 정공 및 전자가 발광층 중에 있어서 재결합함으로써, 여기자를 생성한다. 또한, 생성된 여기자가 기저 상태로 천이함으로써, 발광이 행해진다.
예를 들어, 특허문헌 1~4에는, 유기 전계 발광 소자에 있어서 정공 수송 재료 또는 정공 수송층에 관한 기술이 개시되어 있다. 구체적으로는, 특허문헌 1에는, 정공 수송층에 사용 가능한 카르바졸릴(carbazolyl)기를 포함하는 정공 수송 재료가 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는 정공 수송층 등에 전자 수용성 재료를 첨가하는 기술이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 3~4에는 정공 수송층을 복수 층의 적층 구조로 형성하는 기술이 개시되어 있다.
JP 2002-241352 A WO 2007-105906 A KR 10-2013-0007159 A JP 2011-187959 A
그러나, 특허문헌 1~4에 개시된 기술에서는 유기 전계 발광 소자의 발광 효율 및 발광 수명에 대해서, 만족한 값을 얻을 수 없고, 한층 더 개선이 필요하였다.
여기서, 본 발명은 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적으로 하는 것은 발광 효율 및 발광 수명이 향상한, 신규하고, 또한 개량된 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 소정의 관점에 의하면, 양극; 발광층; 상기 양극과 상기 발광층 사이에 마련되고, 양극측 정공 수송 재료를 포함하고, 전자 수용성 재료가 도프된 양극측 정공 수송층; 상기 양극측 정공 수송층과 상기 발광층 사이에 마련되고, 중간 정공 수송 재료를 포함하는 중간 정공 수송층; 및 상기 중간 정공 수송층과 상기 발광층 사이에 마련되고, 상기 발광층과 인접하는 발광층측 정공 수송층; 을 포함하고, 상기 발광층측 정공 수송층은 하기 화학식 1로 표시되는 발광층측 정공 수송 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자가 제공된다.
[화학식 1]
Figure pat00001
화학식 1 중, Ar1~Ar4는 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이고, m은 0 이상 4 이하의 정수이고,
R1은 각각 독립하여, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 치환 혹은 비치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 또는 인접하는 R1과의 사이에서 형성되는 고리이고, L1 및 L2는 단결합, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 6 이상 18 이하의 아릴렌기, 또는 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수가 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌기이다.
이 관점에 의하면, 유기 전계 발광 소자의 발광 효율 및 발광 수명을 향상시킬 수 있다.
여기서, 화학식 1 중의 Ar1~Ar4는 서로 독립하여, 하기 화학식 2의 일반식 (1a)~(1c) 중의 어느 하나로 표현되는 화합물일 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00002
화학식 2의 일반식 (1a)~(1c)에 있어서, p는 0 이상 4 이하의 정수, n, q는 0이상 5 이하의 정수, o는 0 이상 7 이하의 정수이고, R2, R3, R4 및 R5는 각각 독립하여, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 치환 혹은 비치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 또는 인접하는 R2, R3, R4 및 R5 사이에서 형성되는 고리이다.
이 관점에 의하면, 유기 전계 발광 소자의 발광 효율 및 발광 수명을 향상시킬 수 있다.
또한, 중간 정공 수송 재료는 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00003
상기 화학식 3에 있어서, Ar1, Ar2, 및 Ar3은 서로 독립하여, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이고, Ar4는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 혹은 비치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기이고, L1은 단결합, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴렌기, 또는 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌기이다.
이 관점에 의하면, 유기 전계 발광 소자의 발광 효율 및 발광 수명을 향상시킬 수 있다.
상기 전자 수용성 재료는 -9.0 eV 이상 -4.0 eV 이하의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 준위를 가질 수 있다.
이 관점에 의하면, 유기 전계 발광 소자의 발광 효율 및 발광 수명을 향상시킬 수 있다.
또한, 양극측 정공 수송층은 양극에 인접할 수 있다.
이 관점에 의하면, 유기 전계 발광 소자의 발광 효율 및 발광 수명을 향상시킬 수 있다.
상기 양극측 정공 수송 재료는 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물일 수 있다.
이 관점에 의하면, 유기 전계 발광 소자의 발광 효율 및 발광 수명을 향상시킬 수 있다.
상기 발광층은 하기 화학식 4로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 4]
Figure pat00004
상기 화학식 4에 있어서, Ar1은 서로 독립하여, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 혹은 비치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 3 이상 50 이하의 시클로알킬기, 치환 혹은 비치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 치환 혹은 비치환의 탄소수 7 이상 50 이하의 아랄킬기, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴옥시기, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴티오기, 치환 혹은 비치환의 탄소수 2 이상 50 이하의 알콕시카르보닐기, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로 아릴기, 치환 혹은 비치환의 실릴기, 카르복실기, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 또는 하이드록실기이고, n은 1 이상 10 이하의 정수이다.
이 관점에 의하면, 유기 전계 발광 소자의 발광 효율 및 발광 수명을 향상시킬 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 소정의 관점에 의하면, 양극; 발광층; 상기 양극과 상기 발광층 사이에 마련되고, 전자 수용성 재료를 주로 이루어지는 양극 측 정공 수송층; 상기 양극측 정공 수송층과 상기 발광층 사이에 마련되고, 중간 정공 수송 재료를 포함하는 중간 정공 수송층; 및 상기 중간 정공 수송층과 상기 발광층 사이에 마련되고, 상기 발광층과 인접하는 발광층측 정공 수송층;을 구비하고, 상기 발광층측 정공 수송층은 하기 화학식 1로 나타내는 발광층측 정공 수송 재료를 포함하는 유기 전계 발광 소자가 제공된다.
[화학식 1]
Figure pat00005
화학식 1 중, Ar1~Ar4는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이고, m은 0 이상 4 이하의 정수이고, R1은 각각 독립하여, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 무치환의 환형 원자소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 또는 인접하는 R1과의 사이에서 형성되는 고리이고, L1 및 L2는 단결합, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자수 6 이상 18 이하의 아릴렌기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌기이다.
이 관점에 의하면, 유기 전계 발광 소자의 발광 효율 및 발광 수명을 향상시킬 수 있다.
여기서, 화학식 1 중의 Ar1~Ar4는 서로 독립하여, 하기 화학식 2의 일반식 (1a)~(1c) 중의 어느 하나로 표현되는 화합물일 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00006
화학식 2의 일반식 (1a)~(1c)에 있어서, p는 0 이상 4 이하의 정수, n, q는 0이상 5 이하의 정수, o는 0 이상 7 이하의 정수이고, R2~R5는 각각 독립하여, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 또는 인접하는 R2~R5 사이에서 형성되는 고리이다.
이 관점에 의하면, 유기 전계 발광 소자의 발광 효율 및 발광 수명을 향상시킬 수 있다.
상기 중간 정공 수송 재료는 하기 화학식 3으로 나타내지는 화합물일 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00007
상기 화학식 3에 있어서, Ar1~Ar3은 서로 독립하여 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이고, Ar4는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기이고, L1은 단결합, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴렌기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌기이다.
이 관점에 의하면, 유기 전계 발광 소자의 발광 효율 및 발광 수명을 더 향상시킬 수 있다.
전자 수용성 재료는 -9.0 eV 이상-4.0 eV 이하의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 준위를 가질 수 있다.
이 관점에 의하면, 유기 전계 발광 소자의 발광 효율 및 발광 수명을 더 향상시킬 수 있다.
양극측 정공 수송층은 양극에 인접할 수 있다.
이 관점에 의하면, 유기 전계 발광 소자의 발광 효율 및 발광 수명을 더 향상시킬 수 있다.
상기 발광층은 하기 화학식 4로 나타내지는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 4]
Figure pat00008
상기 화학식 4에 있어서, Ar1은 서로 독립하여 수소 원자, 중수소 원자, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬(alkyl)기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 3 이상 50 이하의 시클로알킬(cycloalkyl)기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시(alkoxy)기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 7 이상 50 이하의 아랄킬(aralkyl)기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴옥시(aryloxy)기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴티오(arylthio)기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 2 이상 50 이하의 알콕시카르보닐(alkoxycarbonyl)기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 치환 혹은 무치환의 시릴(silyl)기, 카르복실(carboxyl)기, 할로겐(halgen) 원자, 시아노(cyano)기, 니트로(nitro)기, 또는 하이드록실(hydroxyl)기이고, n은 1 이상 10 이하의 정수이다.
이 관점에 의하면, 유기 전계 발광 소자의 발광 효율 및 발광 수명을 더 향상시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 양극과 발광층 사이에 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송층, 및 발광층측 정공 수송층이 마련되어 있기 때문에, 유기 전계 발광 소자의 발광 효율 및 발광 수명을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 전계 발광 소자의 개략 구성을 나타내는 설명도이다.
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.
<1-1. 양극 측 정공 수송 재료를 포함하고, 전자 수용성 재료가 도프된 양극 측 정공 수송층을 포함하는 유기 전계 발광 소자의 구성>
(1-1-1. 전체 구성)
먼저, 도 1에 기초하여, 본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 전계 발광 소자(100)의 전체 구성에 대해서 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자(100)는 기판(110), 기판(110) 상에 배치된 제1 전극(120), 제1 전극(120) 상에 배치된 정공 수송층(130), 정공 수송층(130) 상에 배치된 발광층(140), 발광층(140) 상에 배치된 전자 수송층(150), 전자 수송층(150) 상에 배치된 전자 주입층(160), 및 전자 주입층(160) 상에 배치된 제2 전극(170)을 구비한다. 여기서, 정공 수송층(130)은 복수 층(131, 133, 135)으로 이루어지는 다층 구조로 형성된다.
(1-1-2. 기판의 구성)
기판(110)은 일반적인 유기 전계 발광 소자에서 사용되는 기판을 사용할 수 있다. 예를 들어, 기판(110)은 글래스(glass) 기판, 반도체 기판, 또는 투명한 플라스틱(plastic) 기판 등일 수 있다.
(1-1-3. 제1 전극의 구성)
제1 전극(120)은 예를 들어, 양극(애노드(anode))이고, 증착법 또는 스퍼터링(sputtering)법 등을 사용하여 기판(110) 상에 형성된다. 구체적으로는, 제1 전극(120)은 일 함수가 큰 금속, 합금, 도전성 화합물 등에 의해 투과형 전극으로서 형성된다. 제1 전극(120)은 예를 들어, 투명 및 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(130)은 정공 수송 재료를 포함하고, 정공을 수송하는 기능을 갖는 층이다. 정공 수송층(130)은 예를 들어, 제1 전극(120) 상에 약 10 nm ~ 약 150 nm의 막 두께(적층 구조의 총 막 두께)로 형성된다.
여기서, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자(100)의 정공 수송층(130)은 제1 전극(120)측으로부터, 양극측 정공 수송층(131), 중간 정공 수송층(133), 및 발광층측 정공 수송층(135)의 순서대로 적층된 복수 층으로 형성된다. 또한, 이들의 층의 막 두께의 비율은 특히 제한되지 않는다.
(1-1-4-1. 양극측 정공 수송층의 구성)
양극측 정공 수송층(131)은 양극측 정공 수송 재료를 포함하고, 또한, 전자 수용성 재료가 도프된 층이다. 예를 들어, 양극측 정공 수송층(131)은 제1 전극(120) 상에 형성된다.
양극측 정공 수송층(131)은 전자 수용성 재료가 도프됨으로써, 제1 전극(120)으로부터의 정공 주입성을 향상시킬 수 있다. 그러므로, 양극측 정공 수송층(131)은 제1 전극(120)의 근방에 마련되는 것이 바람직하고, 특히, 제1 전극(120)에 인접하여 마련되는 것이 보다 바람직하다.
양극측 정공 수송층(131)에 포함되는 양극측 정공 수송 재료는 공지의 정공 수송 재료이면, 모두 사용 가능하다. 양극측 정공 수송층(131)에 포함되는 양극측 정공 수송 재료의 구체예로서는 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), 및 N, N'-디(1-나프틸)-N, N'-디페닐벤지딘(NPB) 등을 예로서 들 수 있다.
양극측 정공 수송층(131)에 포함되는 전자 수용성 재료는 공지의 전자 수용성 재료이면, 어떤 것도 사용하는 것이 가능하다. 단, 양극측 정공 수송층(131)에 포함되는 전자 수용성 재료는 -9.0 eV 이상 -4.0 eV 이하의 LUMO 준위를 갖는 것이 바람직하고, -6.0 eV 이상 -4.0 eV 이하의 LUMO 준위를 갖는 것이 보다 바람직하다.
여기서, -9.0 eV 이상 -4.0 eV 이하의 LUMO 준위를 갖는 전자 수용성 재료의 구체 예로서는 이하의 화학식 5의 화합물 4-1~4-14로 표시되는 화합물을 들 수 있다.
[화학식 5]
Figure pat00009
상술한 화학식 4-1~4-14에 있어서, R은 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 또는 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기 또는 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다.
Ar은 전자 흡인성의 치환기를 갖는, 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이고, Y는 메틴기(-CH=), 또는 질소 원자(-N=)이고, Z는 유사 할로겐 원자, 또는 유황(S) 원자이고, n은 10 이하의 범위 내의 정수이고, X는 이하의 화학식 6의 일반식 X1~X7로 표시되는 치환기 중의 어느 하나이다.
[화학식 6]
Figure pat00010
화학식 6의 일반식 X1~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 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다.
R, Ar 및 Ra가 나타내는 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 6 이상 50 이하의 아릴기의 구체예로서는, 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-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-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'-메틸비페닐일기, 4"-t-부틸-p-터페닐-4-일기, 플루오란테닐기, 플루오레닐기 등을 들 수 있다.
R, Ar 및 Ra가 나타내는 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기의 구체예로서는 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-퀴녹살리닐기, 6-퀴녹살리닐기, 1-카르바졸릴기, 2-카르바졸릴기, 3-카르바졸릴기, 4-카르바졸릴기, 9-카르바졸릴기, 1-페난스리디닐(phenanthridinyl) 기, 2-페난트리디닐기, 3-페난트리디닐기, 4-페난트리디닐기, 6-페난트리디닐기, 7-페난트리디닐기, 8-페난트리디닐기, 9-페난트리디닐기, 10-페난트리디닐기 , 1-아크리디닐(acridinyl) 기 , 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, 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-페나지닐기, 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-옥사디아졸릴기, 5-옥사디아졸릴기, 3-퓨라자닐(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-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 혹은 비치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 불화알킬기의 구체예로서는, 트리플루오로메틸기, 펜타플루오로에틸기, 헵타플루오로프로필기, 또는 헵타데카플루오로옥탄기 등의 퍼플루오로알킬(perfluoroalkyl)기, 또는 모노플루오로메틸기, 디플루오로메틸기, 트리플루오로에틸기, 테트라플루오로프로필기, 옥타플루오로펜틸기 등을 들 수 있다.
R, Ra가 나타내는 치환 혹은 비치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기의 구체예로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, s-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기, 하이드록실 메틸기, 1-하이드록실에틸기, 2-하이드록실에틸기, 2-하이드록실이소부틸기, 1, 2-디하이드록실에틸기, 1, 3-디하이드록실이소프로필기, 2, 3-디하이드록실-t-부틸기, 1, 2, 3-트리하이드록실프로필기, 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 등을 들 수 있다.
R, Ra가 나타내는, 치환 혹은 비치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기는 -OY로 나타내지는 기이다. Y의 구체예로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, s-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기, 하이드록실 메틸기, 1-하이드록실에틸기, 2-하이드록실에틸기, 2-하이드록실이소부틸기, 1, 2-디하이드록실에틸기, 1, 3-디하이드록실이소프로필기, 2, 3-디하이드록실-t-부틸기, 1, 2, 3-트리하이드록실프로필기, 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 원자의 구체예로서는, 불소(F), 염소(Cl), 브롬(Br), 요오드(I) 등을 들 수 있다.
여기서, 전자 수용성 재료의 구체적인 화합물로서, 이하의 화학식 7의 화합물 4-15 및 4-16을 예시할 수 있다. 예를 들어, 화합물 4-15의 LUMO 준위는 -4.40 eV이고, 화합물 4-16의 LUMO 준위는 -5.20 eV이다. 단, 전자 수용성 재료가 이하의 화합물 4-15 및 4-16에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 7]
Figure pat00011
또한, 전자 수용성 재료의 도프량은 양극측 정공 수송층(131)에 도프가능한 량이면, 특히 제한되지 않는다. 예를 들어, 전자 수용성 재료의 도프량은 양극측 정공 수송층(131)에 포함되는 양극측 정공 수송 재료의 총 질량에 대하여, 0.1 질량% 이상 50 질량% 이하일 수도 있고, 바람직하게는, 0.5 질량% 이상 5 질량% 이하일 수 있다.
(1-1-4-2. 중간 정공 수송 재료 층의 구성)
중간 정공 수송층(133)은 중간 정공 수송 재료를 포함한다. 중간 정공 수송층(133)은 예를 들어, 양극측 정공 수송층(131) 상에 형성된다.
중간 정공 수송층(133)에 포함되는 중간 정공 수송 재료는 공지의 정공 수송 재료이면, 모두 사용 가능하다. 구체적으로는, 중간 정공 수송 재료는 양극측 정공 수송 재료로 구체 예를 상술한 정공 수송 재료를 사용할 수 있다.
단, 중간 정공 수송 재료는 하기의 화학식 3으로 표시되는 화합물인 것이 바람직하다.
[화학식 3]
Figure pat00012
상기 화학식 3에 있어서, Ar1, Ar2, 및 Ar3은 서로 독립하여, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다. Ar4는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 혹은 비치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기이다. L1은 단결합, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴렌기, 또는 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌기이다.
Ar1, Ar2, 및 Ar3의 구체예로서는, 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 등을 열거할 수 있다. Ar1, Ar2, 및 Ar3의 바람직한 구체예로서는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 카르바졸릴기, 및 디벤조퓨라닐기 등을 예로서 들 수 있다.
Ar4의 구체적으로는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 페난트릴기, 플루오레닐기, 인데닐기, 피레닐기, 아세트나프테닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 피리딜기, 퓨라닐기, 피라닐기, 티에닐기, 퀴놀릴기, 이소퀴놀릴기, 벤조퓨라닐기, 벤조티에닐기, 인돌릴기, 카르바졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 벤조티아졸릴기, 퀴녹살릴(quinoxalyl)기, 벤조옥사졸릴기, 피라졸릴기, 디벤조퓨라닐기, 및 디벤조티에닐기, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기 등을 예로서 들 수 있다. Ar4의 바람직한 구체예로서는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 카르바졸릴기, 디벤조퓨라닐기, 메틸기, 및 에틸기 등을 예로서 들 수 있다.
L1의 단결합 이외의 구체예로서는, 페닐렌기, 비페닐렌기, 터페닐렌기, 나프틸렌기, 안트릴렌(Anthrylene)기, 페난트릴렌(phenanthrylene)기, 플루오레닐렌(fluorenylene)기, 인데닐렌(indenylene)기, 피레닐렌(pyrenylene)기, 아세트나프테닐렌(acetonaphthenylene)기, 플루오란테닐렌기(fluoranthenylene)기, 트리페니레닐렌기, 피리딜렌(pyridylene)기, 퓨라닐렌(furanylene)기, 파이라닐렌(pyranylene)기, 티에닐렌(Thienylene)기, 퀴놀릴렌기, 이소퀴놀릴렌기, 벤조퓨라닐렌(furanylene)기, 벤조티에닐렌기, 인돌일렌(indolylene)기, 카르바졸릴렌기, 벤조옥사졸릴렌(benzoxazolylene)기, 벤조티아졸릴렌(thiazolylene)기, 키노키사리렌(Kinokisariren)기, 벤조이미다조릴렌기, 피라졸릴렌(pyrazolylene)기, 디벤조퓨라닐렌(furanylene)기, 및 디벤조티에닐렌기 등을 예로서 들 수 있다. L1은 바람직하게는, 단결합, 페닐렌기, 비페닐렌기, 터페닐렌기, 플루오레닐렌(fluorenylene)기, 카르바졸릴렌기, 또는 디벤조퓨라닐렌(furanylene)기일 수 있다.
화학식 3으로 표시되는 화합물의 구체예로서는, 이하의 화학식 8의 화합물 2-1~2-17을 예시할 수 있다. 단, 화학식 3으로 표시되는 화합물이, 이하의 화합물 2-1~2-17에 한정되는 것은 아니다. 중간 정공 수송 재료는 하기 화학식 8의 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 8]
Figure pat00013
중간 정공 수송층(133)은 중간 정공 수송 재료로서, 상술한 화학식 3으로 표시되는 화합물을 포함함으로써, 정공 수송층(130)의 정공 수송성을 향상시키고, 유기 전계 발광 소자(100)의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 화학식 3으로 표시되는 화합물은 양극측 정공 수송 재료로서, 양극측 정공 수송층(131)에 포함될 수도 있다. 양극측 정공 수송층(131)이 양극측 정공 수송 재료로서 화학식 3으로 표시되는 화합물을 포함하는 경우, 정공 수송층(130)의 정공 수송성이 향상하고, 유기 전계 발광 소자(100)의 발광 효율이 향상하기 때문에, 보다 바람직하다.
특히, 정공 수송층(130)에 있어서, 화학식 3으로 표시되는 화합물과 같은 카르바졸 유도체의 정공 수송층(130) 에 차지하는 비율이 높은 경우, 유기 전계 발광 소자(100)의 발광 수명이 향상하기 때문에, 보다 바람직하다.
또한, 양극측 정공 수송층(131)은 양극측 정공 수송 재료로서, 화학식 3으로 표시되는 화합물에 더하여, 상술한 다른 정공 수송 재료를 더 포함할 수 있다.
(1-1-4-3. 발광층측 정공 수송층의 구성)
발광층측 정공 수송층(135)은 하기의 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다. 발광층측 정공 수송층(135)은 예를 들어, 중간 정공 수송층(133) 상에 발광층(140)과 인접하도록 형성된다.
[화학식 1]
Figure pat00014
화학식 1 중, Ar1~Ar4는 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다.
또한, m은 0 이상 4 이하의 정수이다. R1은 각각 독립하여, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 혹은 비치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기이다. R1은 인접하는 R1과의 사이에서 고리를 형성할 수 있다.
Ar1의 수소 원자 및 중수소 원자 이외의 구체적으로는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 페난트릴기, 플루오레닐기, 인데닐기, 피레닐기, 아세트나프테닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 피리딜기, 피라닐기, 퀴놀릴기, 이소퀴놀릴기, 벤조퓨라닐기, 벤조티에닐기, 인돌릴기, 카르바졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 벤조조티아졸릴기, 퀴녹살릴(quinoxalyl)기, 벤조옥사졸릴기, 디벤조퓨라닐기, 및 디벤조티에닐기 등을 예로서 들 수 있다. R1은 바람직하게는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 카르바졸릴기, 디벤조퓨라닐기 등을 예로서 들 수 있다.
L1 및 L2는 단결합, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 6 이상 18 이하의 아릴렌기, 또는 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수가 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌기이다.
L1, L2의 구체예로서는, 페닐렌기, 비페니닐렌기, 터페니닐렌기, 나프틸렌기, 안트릴렌(Anthrylene)기, 페난트릴렌(phenanthrylene)기, 플루오리렌(fluorirane)기, 인단디일기, 피렌디일기, 아세나프텐디일기, 플루오란덴디일기, 트리페닐렌디일기, 피리딘디일기, 피란디일기, 퀴놀린디일기, 이소퀴놀린디일기, 벤조플랜지일기, 벤조티오펜디일기, 인돌디일기, 카르바졸디일기, 벤조옥사졸디일기, 벤조티아졸디일기, 퀴녹살린디일기, 벤조이미다졸디일기, 디벤조퓨란디일기를 예로서 들 수 있다. L1, L2는 안트릴렌기 이외의 치환기, 예를 들어 페닐렌기, 비페니릴렌기, 터페닐렌기, 플루오렌디일기, 카르바졸디일기, 디벤조퓨란디일기 등인 것이 바람직하다.
여기서, 화학식 1 중의 Ar1~Ar4는 서로 독립하여, 하기 화학식 2의 일반식 (1a)~(1c) 중의 어느 하나로 표현되는 화합물일 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00015
화학식 2의 일반식 (1a)~(1c)에 있어서, p는 0 이상 4 이하의 정수, n, q는 0 이상 5 이하의 정수, o는 0 이상 7 이하의 정수이다. R2, R3, R4 및 R5는 각각 독립하여, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 혹은 비치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기이다. R2, R3, R4 및 R5는, 인접하는 R2, R3, R4 및 R5 사이에서 고리를 형성할 수 있다. R2, R3, R4 및 R5의 구체예는 R1과 동일하다.
화학식 1로 표시되는 화합물의 구체예로서는, 이하의 화학식 9의 화합물 1~49를 예시할 수 있다. 단, 화학식 1로 표시되는 화합물이 이하의 화합물 1~49에 한정되는 것은 아니다. 발광층측 정공 수송 재료는 하기 화학식 9의 화합물들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
[화학식 9]
Figure pat00016
Figure pat00017
Figure pat00018
Figure pat00019
발광층측 정공 수송층(135)은 발광층측 정공 수송 재료로서, 상술한 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함함으로써, 발광층(140)에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송층(130)을 보호할 수 있다. 또한, 발광층측 정공 수송층(135)은 상술한 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함함으로써, 발광층(140)에서 발생한 여기 상태의 에너지(energy)가 정공 수송층(130)으로 확산하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 이 구성에 의하면, 발광층측 정공 수송층(135)은 정공 수송층(130)의 통전 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 발광층측 정공 수송층(135)은 발광층(140)으로부터의 전자나 에너지의 확산을 보다 효과적으로 방지하기 위해서는, 발광층(140)의 근방에 형성되는 것이 바람직하고, 발광층(140)에 인접하여 형성되는 것이 더 바람직하다.
또한, 발광층측 정공 수송층(135)은 상술한 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함함으로써, 유기 전계 발광 소자(100) 전체의 전하 밸런스(balance)를 조절하고, 양극측 정공 수송층(131)에 도프된 전자 수용성 재료가 발광층(140)으로 확산하는 것을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 발광층측 정공 수송층(135)은 정공 수송층(130)의 전하 수송성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 발광층측 정공 수송층(135)는 상술한 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함함으로써, 정공 수송층(130)의 전하 수송성 및 통전 내구성을 향상시킬 수 있기 때문에, 유기 전계 발광 소자(100)의 발광 효율 및 발광 수명을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 양극측 정공 수송층(131), 중간 정공 수송층(133), 및 발광층측 정공 수송층(135)를 포함하는 정공 수송층(130)은 유기 전계 발광 소자(100)의 통전 내구성 및 정공 수송성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자(100)에서는 발광 효율 및 발광 수명이 향상한다.
(1-1-5. 발광층의 구성)
발광층(140)은 호스트(host) 재료, 및 발광 재료인 도펀트(dopant) 재료 등을 포함하고, 형광이나 인광 등에 의해 광을 발하는 층이다. 발광층(140)은 예를 들어, 정공 수송층(130) 상에 약 10 nm~ 약 60 nm의 막 두께로 형성된다.
발광층(140)에 포함되는 호스트 재료 및 도펀트 재료는 공지의 호스트 재료 및 도펀트 재료이면, 모두 사용하는 것이 가능하다. 예를 들어, 발광층(140)은 플루오란텐 유도체, 피렌(및 그 유도체), 아릴아세틸렌 유도체, 플루오렌 유도체, 페릴렌(및 그 유도체), 크리센 유도체, 또는 스티릴 유도체 등을 호스트 재료 또는 도펀트 재료로서 포함할 수 있다. 보다 구체적으로는, 발광층(140)은 트리스(8-퀴노리놀라토)알루미늄(Alq3), 4, 4'-N, N'-디카르바졸-비페닐(CBP), 폴리(n-비닐카르바졸)(PVK), 4, 4', 4"-트리스(N-카르바졸릴)트리페닐아민(TCTA), 1, 3, 5-트리스(N-페닐벤지이미다졸-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), 비스(2, 2-디페닐비닐)-1, 1'-비페닐(DPVBi), 1, 4-비스(2-(3-N-에틸카르바졸릴)비닐)벤젠(BCzVB), 4-(디-p-트릴아미노)-4'-((디-p-트릴아미노)스티릴)스틸벤 (DPAVB), N-(4-((E)-2-(6-((E)-4-(디페닐아미노)스티릴)나프타렌-2-일)비닐)페닐)-N-페닐벤젠아민(N-BDAVBi), 2, 5, 8, 11-테트라-t-부틸페릴렌(TBPe)1, 1-디피렌, 1, 4-디피레닐벤젠, 1, 4-비스(N, N-디페닐아미노) 피렌 등을 호스트 재료 또는 도펀트 재료로서 포함할 수 있다.
또한, 발광층(140)은 하기의 화학식 4로 표시되는 화합물을 포함하는 것이 보다 바람직하다.
[화학식 5]
Figure pat00020
상기 화학식 4에 있어서, Ar1은 서로 독립하여, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 혹은 비치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 3 이상 50 이하의 시클로알킬기, 치환 혹은 비치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 치환 혹은 비치환의 탄소수 7 이상 50 이하의 아랄킬기, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴옥시기, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴티오기, 치환 혹은 비치환의 탄소수 2 이상 50 이하의 알콕시카르보닐기, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 치환 혹은 비치환의 실릴기, 카르복실기, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 또는 하이드록실기이다. n은 1 이상 10 이하의 정수이다.
또한, 화학식 4로 표시되는 화합물의 구체예로서는, 이하의 화합물 3-1~3-12를 예시할 수 있다. 단, 화학식 4로 표시되는 화합물이 이하의 화합물 3-1~3-12에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 10]
Figure pat00021
발광층(140)이 화학식 4로 표시되는 화합물을 포함하는 경우, 양극측 정공 수송층(131)은 보다 현저히 제1 전극(120)으로부터의 정공 주입성을 향상시킬 수 있다. 그러므로, 발광층(140)은 일반식(3)으로 표시되는 화합물을 포함함으로써, 유기 전계 발광 소자(100)의 발광 효율 및 발광 수명을 더 향상시킬 수 있다.
또한, 발광층(140)은 화학식 4로 표시되는 화합물을 호스트 재료로서 포함할 수 있고, 도펀트 재료로서 포함할 수 있다.
또한, 발광층(140)은 특정 색의 광을 발하는 발광층으로서 형성될 수도 있다. 예를 들어, 발광층(140)은 적색 발광층, 녹색 발광층, 또는 청색 발광층으로서 형성될 수도 있다.
발광층(140)이 청색 발광층인 경우, 공지의 청색 도펀트를 사용할 수 있다. 예를 들어, 청색도펀트로서, 페릴렌(perlene) 및 그 유도체, 비스[2-(4, 6-디플루오로페닐)피리디네이트(pyridinate)]피콜리네이트(picolinate)이리듐(III)(FIrpic) 등의 이리듐(Ir) 착체 등을 사용할 수 있다.
또한, 발광층(140)이 적색 발광층인 경우, 공지의 적색 도펀트를 사용할 수 있다. 예를 들어, 적색 도펀트로서, 루브렌(rubrene) 및 그 유도체, 4-디시아노메틸렌-2-(p-디메틸아미노스티릴)-6-메틸-4H-피란(DCM) 및 그 유도체, 비스(1-페닐이소퀴놀린)(아세틸아세트네이트)이리듐(III)(Ir(piq)2(acac)) 등의 이리듐 착체, 오스뮴(Os) 착체, 백금 착체 등을 사용할 수 있다.
또한, 발광층(140)이 녹색 발광층인 경우, 공지의 녹색 도펀트를 사용할 수 있다. 예를 들어, 쿠머린(coumarin) 및 그 유도체, 트리스(2-페닐피리딘)이리듐(III)(Ir(ppy)3) 등의 이리듐 착체 등을 사용할 수 있다.
(1-1-6. 전자 수송층의 구성)
전자 수송층(150)은 전자 수송 재료를 포함하고, 전자를 수송하는 기능을 갖는 층이다. 전자 수송층(150)은 예를 들어, 발광층(140) 상에 약 15 nm~ 약 50 nm의 막 두께로 형성된다. 전자 수송층(150)에 포함되는 전자 수송 재료는 공지의 전자 수송 재료이면, 모두 사용하는 것이 가능하다. 전자 수송 재료의 구체예로서는 예를 들어, 트리스(8-퀴노리놀라토(quinolinolato))알루미늄(Alq3) 등의 퀴놀린 유도체, 1, 2, 4-트리아졸 유도체(TAZ), 비스(2-메틸-8-퀴노리놀라토(quinolinolato))-(p-페닐페놀레이트)-알루미늄(BAlq), 베릴륨비스(벤조퀴놀린-10-올라테)(BeBq2), 리튬키놀레이트(LiQ) 등의 Li 착체 등 함질소 방향 고리를 갖는 재료 등을 들 수 있다. 여기서, 함 질소 방향 고리를 갖는 재료로서는, 예를 들어, 1, 3, 5-트리((3-피리딜)-펜-3-일) 벤젠 등과 같은 피리딘 고리를 포함하는 재료, 2, 4, 6-트리스(3'-(피리딘-3-일) 비페닐-3-일)-1, 3, 5-트리아진과 같은 트리아진 고리를 포함하는 재료, 2-(4-(N-페닐벤조이미다졸릴-1-일페닐)-9, 10-디나프틸 안트라센과 같은 이미다졸 유도체를 포함하는 재료 등을 들 수 있다.
(1-1-7. 전자 주입층의 구성)
전자 주입층(160)은 제2 전극(170)으로부터의 전자의 주입을 용이하게 하는 기능을 구비한 층이다. 전자 주입층(160)은 예를 들어, 전자 수송층(150) 상에 약 0.3 nm~ 약 9 nm의 막 두께로 형성된다. 전자 주입층(160)은 전자 주입층(160)를 형성하는 재료로서 공지의 재료이면, 어느 것을 사용하여 형성될 수도 있다. 전자 주입층(160)을 형성하는 재료의 구체예로서는, 불화리튬(LiF), 염화나트륨(NaCl), 불화세슘(CsF), 산화리튬(Li2O), 산화바륨(BaO), 리튬키놀레이트(LiQ) 등을 들 수 있다.
(1-1-8. 제2 전극의 구성)
제2 전극(170)은 예를 들어, 음극(캐소드(cathode))이고, 증착법 또는 스퍼터링법 등을 사용하여 전자 주입층(160) 상에 형성된다. 구체적으로는, 제2 전극(170)은 일 함수가 작은 금속, 합금, 도전성 화합물 등으로 반사형 전극으로서 형성된다. 제2 전극(170)은 예를 들어, 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 은(Ag), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag) 등으로 형성될 수도 있다. 또한, 제2 전극(170)은 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO) 등을 사용하여 투과형 전극으로서 형성될 수도 있다.
(1-1-9. 유기 전계 발광 소자의 변형예)
또한, 도 1에서 나타낸 유기 전계 발광 소자(100)의 구조는 어디까지나 일 예로서, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자(100)가 도 1의 구조에 한정되지 않는다. 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자(100)은 일부의 층이 또한 복수 층으로 형성될 수도 있고, 다른 층이 추가될 수도 있다. 또한, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자(100)는 전자 수송층(150) 및 전자 주입층(160) 중에서, 적어도 1 층 이상을 구비하지 않을 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자(100)는 제1 전극(120)과 정공 수송층(130) 사이에 정공 주입층을 구비할 수도 있다.
정공 주입층은 제1 전극(120)으로부터의 정공의 주입을 용이하게 하는 기능을 구비한 층이다. 정공 주입층은 예를 들어, 제1 전극(120) 상에 약 10 nm~ 약 150 nm의 막 두께로 형성된다. 정공 주입층은 정공 주입층을 형성하는 재료로서 공지의 재료이면, 어느 것을 사용하여 형성될 수도 있다. 정공 주입층을 형성하는 재료로서는, 트리페닐아민 함유 폴리에테르케톤(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-스티렌술포네이트(sulfonate))(PEDOT/PSS), 폴리아닐린/캠퍼(camphor)설폰산(Pani/CSA), 또는 폴리아닐린/폴리(4-스티렌술포네이트(sulfonate))(PANI/PSS) 등을 예로서 들 수 있다.
(1-1-9. 유기 전계 발광 소자의 제조 방법)
이상에서 설명한 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자(100)의 각 층은 진공 증착, 스퍼터, 각 종 도포법 등, 재료에 따라서 적절한 성막 방법을 선택함으로써, 형성할 수 있다.
예를 들어, 제1 전극(120), 제2 전극(170), 및 전자 주입층(160) 등의 금속층은 전자 빔 증착(electron beam evaporation)법, 열 필라멘트 증착(hot filament evaporation) 법 및 진공 증착법 등의 증착법, 스퍼터링법, 또는 전기 도금법 및 무전해 도금법 등의 도금(plating)법에 의해 형성할 수 있다.
또한, 정공 수송층(130), 발광층(140), 및 전자 수송층(150) 등의 유기층은 예를 들어, 진공 증착법 등의 물리적 기상 성장법(PVD 법), 스크린 인쇄(screen printing) 법 및 잉크젯(ink jet) 인쇄법과 같은 인쇄법, 레이저(laser) 전사법, 및 스핀코트(spin coat) 법 등의 도포법 등에 의해 형성할 수 있다.
이상에서, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자(100)의 일 예에 대해서 상세하게 설명하였다.
[1-2 실시예]
이하에서는, 실시예 및 비교예를 참조하면서, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자에 대해서 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시예는 어디까지나 일 예로서, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자가 하기의 예에 한정되지 않는다.
(합성예 1: 화합물 17의 합성)
화합물 17을 이하의 합성 스킴에 따라 합성하였다.
[화학식 11]
Figure pat00022
구체적으로는, 화합물 7-1(디브로모벤젠) 1.82g(7.71mmol), 화합물 7-2(보론산) 6.83g(16.2mmol), 톨루엔 200 mL, 에탄올 20 mL, 2M-탄산나트륨 수용액 20 mL의 혼합물에, 아르곤 분위기 하, 테트라키스트리페닐포스핀파라듐(0) 891 mg(0.771mmol)를 가하여, 8 시간 환류 가열하였다. 반응액을 실온까지 냉각한 후, 반응액에 물을 더하고, 톨루엔으로 3 회 추출하였다. 이어서, 유기층을 포화 식염수로 세정하고, 무수 황산마그네슘으로 건조, 농축하였다. 잔사를 컬럼 크로마토그래피로 정제하고, 3.33g의 화합물 17(수율 65%)를 담황색 고체로서 얻었다. 얻어진 화합물 17의 분자량을 FAB-MS 측정하였는 바, 화합물 17(C50H36N2)의 분자량은 664이었다. 또한, 1H NMR(300MHz, CDCl3)로 측정된 화합물 17의 케미칼 쉬프트 값(δ)은 7.05-7.18(12H), 7.20-7.55(18H), 7.75(d, J=7Hz, 2H), 7.88(d, J=7Hz, 2H), 7.95(d, J=7Hz, 2H)이었다. 따라서, 화합물 17이 합성된 것을 확인할 수 있었다.
(합성예 2: 화합물 33의 합성)
화합물 33을 이하의 합성 스킴에 따라 합성하였다.
[화학식 12]
Figure pat00023
구체적으로는, 화합물 7-3(디브로모 체) 2.08g(5.37mmol), 화합물 7-4(아민) 3.25g(11.0mmol), 트리스(디벤질리덴아세톤)디파라듐(0)클로로폼 부가물 278 mg(0.268mmol), 나트륨-t-부톡시드 1.58g(16.1mmol), 무수 크실렌 200 mL의 혼합물에, 아르곤 분위기 하, 트리-t-부틸포스핀 0.201 mL, 1.6M 크실렌 용액 0.322 mmol을 더하고, 120℃에서 12 시간 교반하였다. 반응액을 실온까지 냉각한 후, 반응액에 물을 더하고, 톨루엔으로 3 회 추출하였다. 이어서, 유기층을 포화 식염수로 세정하고, 무수 황산마그네슘으로 건조, 농축하였다. 잔사를 컬럼 크로마토그래피로 정제하고, 화합물 33(디아민) 2.50g(수율 57%)를 담황색 고체로서 얻었다. 얻어진 화합물 33의 분자량을 FAB-MS 측정하였는 바, 화합물 33(C62H44N2)의 분자량은 816이었다. 또한, 1H NMR(300MHz, CDCl3)로 측정된 화합물 33의 케미칼 쉬프트 값(δ)는7.02-7.20(10H), 7.20-7.57(28H), 7.78(d, J=7Hz, 2H), 7.90(d, J=7Hz, 2H), 7.96(d, J=7Hz, 2H)이었다. 따라서, 화합물 33이 합성된 것을 확인할 수 있었다.
(합성예 3: 화합물 49의 합성)
화합물 49를 이하의 합성 스킴에 따라 합성하였다.
[화학식 13]
Figure pat00024
구체적으로는, 화합물 7-5(디브로모 체) 2.01g(5.18 mmol), 화합물 7-2(보론산) 4.58g(10.9 mmol), 톨루엔 300 mL, 에탄올 20 mL, 2M-탄산나트륨 수용액 20 mL의 혼합물 에, 아르곤 분위기 하, 테트라키스트리페닐포스핀파라듐(0) 599 mg(0.518 mmol)를 가하여, 13 시간 환류 가열하였다. 반응액을 실온까지 냉각한 후, 반응액에 물을 더하고, 톨루엔으로 3 회 추출하였다. 이어서, 유기층을 포화 식염수로 세정하고, 무수 황산마그네슘으로 건조, 농축하였다. 잔사를 컬럼 크로마토그래피로 정제하고, 화합물 49(디아민) 2.67g(수율 63%)를 담황색 고체로서 얻었다. 얻어진 화합물 49의 분자량을 FAB-MS 측정하였는 바, 화합물 49(C62H44N2)의 분자량은 816이었다. 또한, 1H NMR(300MHz, CDCl3)로 측정된 화합물 49의 케미칼 쉬프트 값(δ)은 6.98-7.22(12H), 7.22-7.65(26H), 7.80(d, J=7Hz, 2H), 7.92(d, J=7Hz, 2H), 7.98(d, J=7Hz, 2H)이었다. 따라서, 화합물 49가 합성된 것을 확인할 수 있었다.
(1-2-2. 양극 측 정공 수송 재료를 포함하고, 전자 수용성 재료가 도프된 양극 측 정공 수송층을 포함하는 유기 전계 발광 소자의 제작)
이하의 제작 방법에 의해, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
먼저, 우선 패터닝(patterning)하여 세정 처리를 실시한 ITO-유리 기판에 자외선 오존(O3)에 의한 표면 처리를 행하였다. 또한, 글래스 기판에 있어서 ITO 막(제1 전극)의 막 두께는 150 nm이었다. 오존 처리 후, 기판을 세정하고, 세정 완료 기판을 유기층 성막용 글래스 벨 자(glass bell jar) 형 증착기에 투입하고, 10-4~10-5Pa의 진공도에서, 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송층, 발광층측 정공 수송층, 발광층, 및 전자 수송층을 순서대로 증착하였다. 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송층, 및 발광층측 정공 수송층의 막 두께는 각각 10 nm 로 하였다. 발광층의 막 두께는 25 nm으로 하고, 전자 수송층의 막 두께는 25 nm 로 하였다. 이어서, 기판을 금속 성막용 글래스 벨 자(bell jar) 형 증착기로 옮기고, 10-4~10-5Pa의 진공도에서 전자 주입층, 및 제2 전극을 증착하였다. 전자 주입층의 막 두께는 1 nm으로 하고, 제2 전극의 막 두께는 100 nm 로 하였다.
여기서, 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송층, 및 발광층측 정공 수송층이 적층 구조의 정공 수송층에 상당한다. 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송층, 및 발광층측 정공 수송층은 실시예 및 비교예마다, 각각 이하의 표 1에 나타낸 재료를 사용하여 제작하였다.
또한, 표 1에 있어서, 예를 들어, 「화합물 2-3(awt%)+4-15(bwt%)」이라 함은 양극측 정공 수송 재료인 화합물 2-3에 전자 수용 재료인 화합물 4-15를 도프한 것을 의미한다.. 그리고, 화합물 2-3과 화합물 4-15와의 질량비는 a:b로 된다.
또한, 표 1에 있어서, 화합물 6-1, 6-2 및 6-3은 이하의 화학식으로 나타내지는 일반적인 정공 수송 재료를 의미한다.
[화학식 14]
Figure pat00025
발광층의 호스트 재료로서는, 9, 10-디(2-나프틸)안트라센(ADN, 화합물 3-2)를사용하고, 도펀트 재료로서는, 2, 5, 8, 11-테트라-t-부틸페릴렌(TBP)를 사용하였다. 또한, 도펀트 재료는 호스트 재료의 질량에 대하여 3 질량% 첨가하였다. 또한, 전자 수송층은 Alq3으로 형성하고, 전자 주입층은 LiF로 형성하고, 제2 전극은 알루미늄(Al)으로 형성하였다.
(2-2. 평가 결과)
다음에, 제작한 유기 전계 발광 소자의 구동 전압, 발광 효율 및 반감 수명을 평가하였다. 평가 결과를 이하의 표 2에 나타낸다. 또한, 각 실시예 및 비교예의 구동 전압, 및 발광 효율은 10mA/cm2의 전류 밀도에 있어서 측정값이다. 또한, 반감 수명은 1000cd/m2를 초기 휘도로 하여 측정한 결과이다.
또한, 측정은 Keithley Instruments사 제, 2400 시리즈의 소스 메타(source meter), 색채 휘도계 CS-200(주식회사 코니카미놀타 홀딩스(Konica Minolta Holdings) 제, 측정각 1°), 측정용 PC 프로그램 LabVIEW8.2(주식회사 일본 내셔널 인스트루먼츠(National Instruments) 제)를 사용하여 암실 내에서 행하였다.
소자 작성예 양극측 정공 수송층 중간 정공 수송층 발광층 정공 수송층
실시예 1-1 화합물 2-3(97wt%)+4-15(3wt%) 화합물 2-3 화합물 33
실시예 1-2 화합물 2-3(97wt%)+4-15(3wt%) 화합물 2-3 화합물 49
실시예 1-3 화합물 2-3(97wt%)+4-15(3wt%) 화합물 2-17 화합물 49
실시예 1-4 화합물 2-3(97wt%)+4-15(3wt%) 화합물 2-3 화합물 33
실시예 1-5 화합물 2-3(97wt%)+4-15(3wt%) 화합물 2-3 화합물 33
실시예 1-6 화합물 2-3(97wt%)+4-15(3wt%) 화합물 6-3 화합물 33
실시예 1-7 화합물 2-3(97wt%)+4-15(3wt%) 화합물 2-3 화합물 17
비교예 1-1 화합물 2-3(97wt%)+4-15(3wt%) 화합물 33 화합물 2-3
비교예 1-2 화합물 2-3 화합물 2-3 화합물 33
비교예 1-3 화합물 2-3(97wt%)+4-15(3wt%) 화합물 2-3 화합물 6-1
비교예 1-4 화합물 2-3(97wt%)+4-15(3wt%) 화합물 2-3 화합물 33
전류 밀도(mA/cm2) 전압(V) 발광 효율(cd/A) 반감 수명LT50(h)
실시예 1-1 10 6.1 7.7 4,000
실시예 1-2 10 6.2 7.6 4,000
실시예 1-3 10 6.1 7.6 3,900
실시예 1-4 10 6.3 7.3 3,500
실시예 1-5 10 6.4 7.5 3,100
실시예 1-6 10 6.3 7.6 3,100
실시예 1-7 10 6.1 7.7 3,800
비교예 1-1 10 6.4 7.1 2,000
비교예 1-2 10 7.4 6.8 2,200
비교예 1-3 10 6.4 7.3 2,300
비교예 1-4 10 8.2 5.1 1,000
표 1 및 표 2의 결과를 참조하면, 실시예 1-1~1-7은 비교예 1-1~1-4에 대하여, 발광 효율이 향상하고, 반감 수명이 길어지는 것을 알 수 있다. 따라서, 제1 전극과 발광층 사이에, 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송층, 및 발광층측 정공 수송층을 마련함으로써, 유기 전계 발광 소자의 발광 효율 및 발광 수명이 향상하는 것이 확인할 수 있었다. 또한, 실시예 1-1~1-7의 구동 전압은 비교예 1-1~1-4와 동일 정도 혹은 낮아졌다.
구체적으로는, 실시예 1-1과, 비교예 1-2를 비교하면, 실시예 1-1의 특성 쪽이 양호하였다. 비교예 1-2에서는 양극측 정공 수송층에 전자 수용성 재료(예를 들어, 화합물 4-15)가 도프되지 않았다. 따라서, 양극측 정공 수송층에는 전자 수용성 재료가 도프되어 있는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 1-1과 비교예 1-1을 비교하면, 실시예 1-1의 특성 쪽이 양호하였다. 비교예 1-1에서는 중간 정공 수송층 및 발광층측 정공 수송층에 포함되는 화합물이, 실시예 1-1에 대하여 대체되어 있다. 따라서, 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 발광층측 정공 수송층은 발광층에 인접하하여 있는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 1-1 및 1-2와, 비교예 1-3을 비교하면, 실시예 1-1 및 1-2의 특성 쪽이 양호하였다. 비교예 1-3에서는 발광층측 정공 수송층에 포함되는 발광층측 정공 수송 재료가, 화학식 1로 표시되는 화합물이 아니라, 일반적인 정공 수송 재료 6-1이 사용되고 있다. 따라서, 발광층측 정공 수송층은 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 1-1과 비교예 1-4를 비교하면, 실시예 1-1의 특성 쪽이 양호하였다. 비교예 1-4의 양극측 정공 수송층에서는, 전자 수용 재료에 양극측 정공 수송 재료가 도프되어 있다. 따라서, 양극측 정공 수송층에서는, 정공 수송 재료에 전자 수용 재료가 도프되는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.
실시예 1-2~1-4, 1-7은 실시예 1-1의 전자 수용 재료, 양극측 정공 수송 재료, 중간 정공 수송 재료, 및 발광층측 정공 수송 재료 중의 어느 하나를 본 실시 형태에 따른 재료로 변경한 것이다. 실시예 1-2~1-4, 1-7도 실시예 1-1과 동일 정도의 효과가 얻어진다.
한편, 실시예 1-1과, 실시예 1-5를 비교하면, 실시예 1-1의 특성 쪽이 양호하였다. 실시예 1-5에서는 양극측 정공 수송층에 포함되는 양극측 정공 수송 재료가, 화학식 3으로 표시되는 화합물이 아니라, 카르바졸릴기를 포함하지 않는 일반적인 정공 수송 재료 6-2가 사용되고 있다. 따라서, 양극측 정공 수송층에 포함되는 양극측 정공 수송 재료는 화학식 3으로 표시되는 화합물인 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 1-1과, 실시예 1-6을 비교하면, 실시예 1-1의 특성 쪽이 양호하였다. 실시예 1-6에서는 중간 정공 수송층에 포함되는 중간 정공 수송 재료가, 화학식 3으로 표시되는 화합물이 아니라, 카르바졸릴기를 포함하지 않는 일반적인 정공 수송 재료 6-3이 사용되고 있다. 따라서, 중간 정공 수송층에 포함되는 중간 정공 수송 재료는 화학식 3으로 표시되는 화합물인 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 제1 전극(양극)과 발광층 사이에, 전자 수용성 재료가 도프된 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송층, 및 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 발광층측 정공 수송층이 적층되기 때문에, 유기 전계 발광 소자의 발광 효율 및 발광 수명이 향상한다.
이것은 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 발광층측 정공 수송층을 배치함으로써, 발광층측 정공 수송층이 발광층에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송층을 보호하고, 또한, 발광층에서 발생한 여기 상태의 에너지의 정공 수송층으로의 확산을 방지하고, 또한, 소자 전체의 차지 밸런스(charge balance)를 조절하기 때문인 것으로 생각될 수 있다. 또한, 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 발광층측 정공 수송층을 배치함으로써, 발광층측 정공 수송층이 제1 전극(양극) 부근에 마련된 양극측 정공 수송층에 포함되는 전자 수용성 재료의 발광층으로의 확산을 억제하기 때문인 것으로 생각될 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, 각 종의 변경예 또는 수정예에 착안하여 얻는 것은 명확하고, 이들에 대해서도, 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 해석된다.
<2-1. 전자 수용성 재료를 주로 포함하는 양극 측 정공 수송층을 포함하는 유기 전계 발광 소자의 구성>
이하에서는 도 1을 참조하여, 전자 수용성 재료를 주로 포함하는 양극 측 정공 수송층을 포함하는 유기 전계 발광 소자에 대하여 설명한다.
전자 수용성 재료를 주로 포함하는 양극 측 정공 수송층을 포함하는 유기 전계 발광 소자는 앞서 설명한 양극 측 정공 수송 재료를 포함하고, 전자 수용성 재료가 도프된 양극 측 정공 수송층을 포함하는 유기 전계 발광 소자와 전체 구성, 기판의 구성, 제1 전극의 구성, 발광층의 구성, 전자 수송층의 구성, 전자 주입층의 구성, 제2 전극의 구성 및 유기 전계 발광 소자의 제조 방법은 동일하고, 정공 수송층의 구성이 상이한 바, 이하에서는 정공 수송층의 구성에 대하여 구체적으로 설명한다.
(2-1-1. 정공 수송층의 구성)
정공 수송층(130)은 정공 수송 재료를 포함하고, 정공을 수송하는 기능을 갖는 층이다. 정공 수송층(130)은 예를 들어, 제1 전극(120) 상에 약 10 nm ~ 약 150 nm의 막 두께(적층 구조의 총 막 두께)로 형성된다.
여기서, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자(100)의 정공 수송층(130)은 제1 전극(120)측으로부터, 양극측 정공 수송층(131), 중간 정공 수송 재료층(133), 및 발광층측 정공 수송층(135)의 순서대로 적층된 복수 층으로 형성된다. 또한, 이들의 층의 막 두께의 비율은 특히 제한되지 않는다.
(2-1-1-1. 양극측 정공 수송층의 구성)
양극측 정공 수송층(131)은 전자 수용성 재료를 주로서 이루는 층이다. 예를 들어, 양극측 정공 수송층(131)은 제1 전극(120) 상에 형성된다.
또한, 양극측 정공 수송층(131)은 전자 수용성 재료 이외의 재료를 포함할 수 있지만, 주로서 전자 수용성 재료를 포함하는 층이다. 구체적으로는, 양극측 정공 수송층(131)은 양극측 정공 수송층(131)의 총 질량에 대해, 전자 수용성 재료를 50 질량% 초과하여 포함하고, 바람직하게는, 전자 수용 재료만으로 구성된다.
양극측 정공 수송층(131)은 전자 수용성 재료를 포함함으로써, 제1 전극(120)으로부터의 정공 주입성을 향상시킬 수 있다. 그러므로, 양극측 정공 수송층(131)은 제1 전극(120)의 근방에 마련되는 것이 바람직하고, 특히, 제1 전극(120)에 인접하여 마련되는 것이 보다 바람직하다.
양극 측 정공 수송층(131)에 포함되는 전자 수용성 재료는 공지의 전자 수용성 재료이면, 어떤 것도 사용하는 것이 가능하다. 단, 양극측 정공 수송층(131)에 포함되는 전자 수용성 재료는-9.0 eV 이상-4.0 eV 이하의 LUMO 준위를 갖는 것이 바람직하고,-6.0 eV 이상-4.0 eV 이하의 LUMO 준위를 갖는 것이 보다 바람직하다.
여기서, -9.0 eV 이상-4.0 eV 이하의 LUMO 준위를 갖는 전자 수용성 재료의 구체예로서는 이하의 화학식 4의 화합물 4-1~4-14로 표시되는 화합물을 들 수 있다.
[화학식 4]
Figure pat00026
상술한 화학식 4-1~4-14에 있어서, R은 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 또는 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기 또는 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다. Ar은 전자 흡인성의 치환기를 갖는, 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이고, Y는 메틴기(-CH=), 또는 질소 원자(-N=)이고, Z는 유사 할로겐 원자, 또는 유황(S) 원자이고, n은 10 이하의 범위 내의 정수이고, X는 이하의 화학식 6의 일반식 X1~X7로 표시되는 치환기 중의 어느 하나이다.
[화학식 6]
Figure pat00027
화학식 6의 일반식 X1~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 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다.
R, Ar 및 Ra가 나타내는 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 6 이상 50 이하의 아릴기의 구체예로서는, 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-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-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 비페닐일기, 4"-t-부틸-p-터페닐-4-일기, 플루오란테닐기, 플루오레닐기 등을 들 수 있다.
R, Ar 및 Ra가 나타내는 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기의 구체예로서는, 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-퀴녹살리닐기, 6-퀴녹살리닐기, 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-페나지닐기, 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-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 혹은 비치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 불화알킬기의 구체예로서는, 트리플루오로메틸기, 펜타플루오로에틸기, 헵타플루오로프로필기, 또는 헵타데카플루오로옥탄기 등의 퍼플루오로알킬(perfluoroalkyl)기, 또는 모노플루오로메틸기, 디플루오로메틸기, 트리플루오로에틸기, 테트라플루오로프로필기, 옥타플루오로펜틸기 등을 들 수 있다.
R, Ra가 나타내는 치환 혹은 비치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기의 구체예로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, s-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기, 하이드록실 메틸기, 1-하이드록실에틸기, 2-하이드록실에틸기, 2-하이드록실이소부틸기, 1, 2-디하이드록실에틸기, 1, 3-디하이드록실이소프로필기, 2, 3-디하이드록실-t-부틸기, 1, 2, 3-트리하이드록실프로필기, 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 등을 들 수 있다.
R, Ra가 나타내는 치환 혹은 비치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기는 -OY로 나타내지는 기이다. Y의 구체예로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, s-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기, 하이드록실 메틸기, 1-하이드록실에틸기, 2-하이드록실에틸기, 2-하이드록실이소부틸기, 1, 2-디하이드록실에틸기, 1, 3-디하이드록실이소프로필기, 2, 3-디하이드록실-t-부틸기, 1, 2, 3-트리하이드록실프로필기, 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 원자의 구체예로서는, 불소(F), 염소(Cl), 브롬(Br), 요오드(I) 등을 들 수 있다.
여기서, 전자 수용성 재료의 구체적인 화합물로서, 이하의 화학식 7의 화합물 4-15 및 4-16을 예시할 수 있다. 예를 들어, 화합물 4-15의 LUMO 준위는 -4.40 eV이고, 화합물 4-16의 LUMO 준위는 -5.20 eV이다. 단, 전자 수용성 재료가 이하의 화합물 4-15 및 4-16에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 7]
Figure pat00028
(2-1-1-2. 중간 정공 수송층의 구성)
중간 정공 수송층(133)은 중간 정공 수송 재료를 포함한다. 중간 정공 수송층(133)은 예를 들어, 양극측 정공 수송층(131) 상에 형성된다.
중간 정공 수송층(133)에 포함되는 중간 정공 수송 재료는 공지의 정공 수송 재료이면, 모두 사용 가능하다. 중간 정공 수송층(133)에 포함되는 중간 정공 수송 재료의 구체예로서는 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), 및 N, N'-디(1-나프틸)-N, N'-디페닐벤지딘(NPB) 등을 예로서 들 수 있다.
단, 중간 정공 수송 재료는 하기의 화학식 3으로 표시되는 화합물인 것이 바람직하다.
[화학식 3]
Figure pat00029
상기 화학식 3에 있어서, Ar1, Ar2, 및 Ar3은 서로 독립하여, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다. Ar4는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 혹은 비치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기이다. L1은 단결합, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴렌기, 또는 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌기이다.
Ar1, Ar2, 및 Ar3의 구체예로서는, 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 등을 열거할 수 있다. Ar1, Ar2, 및 Ar3의 바람직한 구체예로서는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 카르바졸릴기, 및 디벤조퓨라닐기 등을 예로서 들 수 있다.
Ar4의 구체적으로는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 페난트릴기, 플루오레닐기, 인데닐기, 피레닐기, 아세트나프테닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 피리딜기, 퓨라닐기, 피라닐기, 티에닐기, 퀴놀릴기, 이소퀴놀릴기, 벤조퓨라닐기, 벤조티에닐기, 인돌릴기, 카르바졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 벤조티아졸릴기, 퀴녹살릴(quinoxalyl)기, 벤조옥사졸릴기, 피라졸릴기, 디벤조퓨라닐기, 및 디벤조티에닐기, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기 등을 예로서 들 수 있다. Ar4의 바람직한 구체예로서는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 카르바졸릴기, 디벤조퓨라닐기, 메틸기, 및 에틸기 등을 예로서 들 수 있다.
L1의 단결합 이외의 구체예로서는, 페닐렌기, 비페닐렌기, 터페닐렌기, 나프틸렌기, 안트릴렌(Anthrylene)기, 페난트릴렌(phenanthrylene)기, 플루오레닐렌(fluorenylene)기, 인데닐렌(indenylene)기, 피레닐렌(pyrenylene)기, 아세트나프테닐렌(acetonaphthenylene)기, 플루오란테닐렌기(fluoranthenylene)기, 트리페니레닐렌기, 피리딜렌(pyridylene)기, 퓨라닐렌(furanylene)기, 파이라닐렌(pyranylene)기, 티에닐렌(Thienylene)기, 퀴놀릴렌기, 이소퀴놀릴렌기, 벤조퓨라닐렌(furanylene)기, 벤조티에닐렌기, 인돌일렌(indolylene)기, 카르바졸릴렌기, 벤조옥사졸릴렌(benzoxazolylene)기, 벤조티아졸릴렌(thiazolylene)기, 키노키사리렌(Kinokisariren)기, 벤조이미다조릴렌기, 피라졸릴렌(pyrazolylene)기, 디벤조퓨라닐렌(furanylene)기, 및 디벤조티에닐렌기 등을 예로서 들 수 있다. L3은 바람직하게는, 단결합, 페닐렌기, 비페닐렌기, 터페닐렌기, 플루오레닐렌(fluorenylene)기, 카르바졸릴렌기, 또는 디벤조퓨라닐렌(furanylene)기일 수 있다.
화학식 3으로 표시되는 화합물의 구체예로서는, 이하의 화학식 8의 화합물 2-1~2-17을 예시할 수 있다. 단, 화학식 3으로 표시되는 화합물이, 이하의 화합물 2-1~2-17에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 8]
Figure pat00030
중간 정공 수송층(133)은 상술한 화학식 3으로 표시되는 화합물을 포함함으로써, 정공 수송층(130)의 정공 수송성을 향상시키고, 유기 전계 발광 소자(100)의 발광 특성을 향상시킬 수 있다. 특히, 정공 수송층(130)에 있어서, 화학식 3으로 표시되는 화합물과 같은 카르바졸 유도체의 정공 수송층(130) 에 차지하는 비율이 높은 경우, 유기 전계 발광 소자(100)의 발광 수명이 향상하기 때문에, 보다 바람직하다.
(2-1-1-3. 발광층측 정공 수송층의 구성)
발광층측 정공 수송층(135)은 하기의 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다. 발광층측 정공 수송층(135)은 예를 들어, 중간 정공 수송층(133) 상에 발광층(140)과 인접하도록 형성된다.
[화학식 1]
Figure pat00031
화학식 1 중, Ar1~Ar4는 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다.
또한, m은 0 이상 4 이하의 정수이다. R1은 서로 독립하여, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 혹은 비치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기이다. R1은 인접하는 R1과의 사이에서 고리를 형성할 수 있다.
Ar1의 수소 원자 및 중수소 원자 이외의 구체적으로는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 페난트릴기, 플루오레닐기, 인데닐기, 피레닐기, 아세트나프테닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 피리딜기, 피라닐기, 퀴놀릴기, 이소퀴놀릴기, 벤조퓨라닐기, 벤조티에닐기, 인돌릴기, 카르바졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 벤조조티아졸릴기, 퀴녹살릴(quinoxalyl)기, 벤조옥사졸릴기, 디벤조퓨라닐기, 및 디벤조티에닐기 등을 예로서 들 수 있다. R1은 바람직하게는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 카르바졸릴기, 디벤조퓨라닐기 등을 예로서 들 수 있다.
L1 및 L2는 단결합, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 6 이상 18 이하의 아릴렌기, 또는 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌기이다.
L1, L2의 구체예로서는, 페닐렌기, 비페니닐렌기, 터페니닐렌기, 나프틸렌기, 안트릴렌(Anthrylene)기, 페난트릴렌(phenanthrylene)기, 플루오리렌(fluorirane)기, 인단디일기, 피렌디일기, 아세나프텐디일기, 플루오란덴디일기, 트리페닐렌디일기, 피리딘디일기, 피란디일기, 퀴놀린디일기, 이소퀴놀린디일기, 벤조플랜지일기, 벤조티오펜디일기, 인돌디일기, 카르바졸디일기, 벤조옥사졸디일기, 벤조티아졸디일기, 퀴녹살린디일기, 벤조이미다졸디일기, 디벤조퓨란디일기를 예로서 들 수 있다. L1, L2는 안트릴렌기 이외의 치환기, 예를 들어 페닐렌기, 터페닐렌기, 플루오렌디일기, 카르바졸디일기, 디벤조퓨란디일기 등인 것이 바람직하다.
여기서, 화학식 1 중의 Ar1~Ar4는 서로 독립하여, 하기 화학식 2의 일반식 (1a)~(1c) 중의 어느 하나로 표현되는 화합물일 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00032
화학식 2의 일반식 (1a)~(1c)에 있어서, p는 0 이상 4 이하의 정수, n, q는 0 이상 5 이하의 정수, o는 0 이상 7 이하의 정수이다. R2, R3, R4 및 R5는 각각 독립하여, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 혹은 비치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기이다. R2, R3, R4 및 R5는 인접하는 R2, R3, R4 및 R5와의 사이에서 고리를 형성할 수 있다. R2, R3, R4 및 R5의 구체예는 R1과 동일하다.
화학식 1로 표시되는 화합물의 구체예로서는, 이하의 화학식 9의 화합물 1~49를 예시할 수 있다. 단, 화학식 1로 표시되는 화합물이 이하의 화합물 1~49에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 9]
Figure pat00033
Figure pat00034
Figure pat00035
Figure pat00036
발광층측 정공 수송층(135)은 발광층측 정공 수송 재료로서, 상술한 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함함으로써, 발광층(140)에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송층(130)을 보호할 수 있다. 또한, 발광층측 정공 수송층(135)은 상술한 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함함으로써, 발광층(140)에서 발생한 여기 상태의 에너지(energy)가 정공 수송층(130)으로 확산하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 이 구성에 의하면, 발광층측 정공 수송층(135)은 정공 수송층(130)의 통전 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 발광층 측 정공 수송층(135)은 발광층(140)으로부터의 전자나 에너지의 확산을 보다 효과적으로 방지하기 위해서는, 발광층(140)의 근방에 형성되는 것이 바람직하고, 발광층(140)에 인접하여 형성되는 것이 더 바람직하다.
또한, 발광층 측 정공 수송층(135)은 상술한 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함함으로써, 유기 전계 발광 소자(100) 전체의 전하 밸런스(balance)를 조절하고, 양극 측 정공 수송층(131)에 포함되는 전자 수용성 재료가 발광층(140)으로 확산하는 것을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 발광층측 정공 수송층(135)은 정공 수송층(130)의 전하 수송성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 발광층 측 정공 수송층(135)은 상술한 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하고, 정공 수송층(130)의 전하 수송성 및 통전 내구성을 향상시킴으로써, 유기 전계 발광 소자(100)의 발광 효율 및 발광 수명을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 양극측 정공 수송층(131), 중간 정공 수송 재료층(133), 및 발광층측 정공 수송층(135)을 포함하는 정공 수송층(130)은 유기 전계 발광 소자(100)의 통전 내구성 및 정공 수송성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자(100)에서는 발광 효율 및 발광 수명이 향상한다.
<2-2. 실시예>
이하에서는, 실시예 및 비교예를 참조하면서, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자에 대해서 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시 예는 어디까지나 일 예로서, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자가 하기의 예에 한정되지 않는다.
(2-2-1. 화합물의 합성)
(합성예 1: 화합물 17의 합성)
화합물 17을 이하의 합성 스킴에 따라 합성하였다.
[화학식 15]
Figure pat00037
구체적으로는, 화합물 7-1(디브로모벤젠) 1.82g(7.71mmol), 화합물 7-2(보론산) 6.83g(16.2mmol), 톨루엔 200 mL, 에탄올 20 mL, 2M-탄산나트륨 수용액 20 mL의 혼합물에, 아르곤 분위기 하, 테트라키스트리페닐포스핀파라듐(0) 891 mg(0.771mmol)를 가하여, 8 시간 환류 가열하였다. 반응 액을 실온까지 냉각한 후, 반응액에 물을 첨가하고, 톨루엔으로 3 회 추출하였다. 이어서, 유기층을 포화 식염수로 세정하고, 무수 황산마그네슘으로 건조, 농축하였다. 잔사를 컬럼 크로마토그래피로 정제하고, 3.33g의 화합물 17(수율 65%)를 담황색 고체로서 얻었다. 얻어진 화합물 17의 분자량을 FAB-MS 측정하였는 바, 화합물 17(C50H36N2)의 분자량은 664이었다. 또한, 1H NMR(300MHz, CDCl3)로 측정된 화합물 17의 케미칼 쉬프트 값(δ)은 7.05-7.18(12H), 7.20-7.55(18H), 7.75(d, J=7Hz, 2H), 7.88(d, J=7Hz, 2H), 7.95(d, J=7Hz, 2H)이었다. 따라서, 화합물 17이 합성된 것을 확인할 수 있었다.
(합성예 2: 화합물 33의 합성)
화합물 33을 이하의 합성 스킴에 따라 합성하였다.
[화학식 16]
Figure pat00038
구체적으로는, 화합물 7-3(디브로모체) 2.08g(5.37mmol), 화합물 7-4(아민) 3.25g(11.0mmol), 트리스(디벤질리덴아세톤)디파라듐(0)클로로폼 부가물 278 mg(0.268mmol), 나트륨-t-부톡시드 1.58g(16.1mmol), 무수 크실렌 200 mL의 혼합물에, 아르곤 분위기 하, 트리-t-부틸포스핀 0.201 mL, 1.6M 크실렌 용액 0.322 mmol을 첨가하고, 120℃에서 12 시간 교반하였다. 반응액을 실온까지 냉각한 후, 반응액에 물을 첨가하고, 톨루엔으로 3 회 추출하였다. 이어서, 유기층을 포화 식염수로 세정하고, 무수 황산마그네슘으로 건조, 농축하였다. 잔사를 컬럼 크로마토그래피로 정제하고, 화합물 33(디아민) 2.50g(수율 57%)를 담황색 고체로서 얻었다. 얻어진 화합물 33의 분자량을 FAB-MS 측정하였는 바, 화합물 33(C62H44N2)의 분자량은 816이었다. 또한, 1H NMR(300MHz, CDCl3)로 측정된 화합물 33의 케미칼 쉬프트 값(δ)는 7.02-7.20(10H), 7.20-7.57(28H), 7.78(d, J=7Hz, 2H), 7.90(d, J=7Hz, 2H), 7.96(d, J=7Hz, 2H)이었다. 따라서, 화합물 33이 합성된 것을 확인할 수 있었다.
(합성예 3: 화합물 49의 합성)
화합물 49를 이하의 합성 스킴에 따라 합성하였다.
[화학식 17]
Figure pat00039
구체적으로는, 화합물 7-5(디브로모체) 2.01g(5.18 mmol), 화합물 7-2(보론산) 4.58g(10.9 mmol), 톨루엔 300 mL, 에탄올 20 mL, 2M-탄산나트륨 수용액 20 mL의 혼합물 에, 아르곤 분위기 하, 테트라키스트리페닐포스핀파라듐(0) 599 mg(0.518 mmol)를 첨가하여, 13 시간 환류 가열하였다. 반응 액을 실온까지 냉각한 후, 반응액에 물을 첨가하고, 톨루엔으로 3 회 추출하였다. 이어서, 유기층을 포화 식염수로 세정하고, 무수 황산마그네슘으로 건조, 농축하였다. 잔사를 컬럼 크로마토그래피로 정제하고, 화합물 49(디아민) 2.67g(수율 63%)를 담황색 고체로서 얻었다. 얻어진 화합물 49의 분자량을 FAB-MS 측정하였는 바, 화합물 49(C62H44N2)의 분자량은 816이었다. 또한, 1H NMR(300MHz, CDCl3)로 측정된 화합물 49의 케미칼 쉬프트 값(δ)은 6.98-7.22(12H), 7.22-7.65(26H), 7.80(d, J=7Hz, 2H), 7.92(d, J=7Hz, 2H), 7.98(d, J=7Hz, 2H)이었다. 따라서, 화합물 49가 합성된 것을 확인할 수 있었다.
(2-2-2. 전자 수용성 재료를 주로 포함하는 양극 측 정공 수송층을 포함하는 유기 전계 발광 소자의 제작)
이하의 제작 방법에 의해, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
먼저, 우선 패터닝(patterning)하여 세정 처리를 실시한 ITO-유리 기판에 자외선 오존(O3)에 의한 표면 처리를 행하였다. 또한, 글래스 기판에 있어서 ITO 막(제1 전극)의 막 두께는 150 nm이었다. 오존 처리 후, 기판을 세정하고, 세정 완료 기판을 유기층 성막용 글래스 벨 자(glass bell jar)형 증착기에 투입하고, 10-4~10-5Pa의 진공도에서, 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송층, 발광층측 정공 수송층, 발광층, 및 전자 수송층을 순서대로 증착하였다. 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송층, 및 발광층측 정공 수송층의 막 두께는 각각 10 nm 로 하였다. 발광층의 막 두께는 25 nm으로 하고, 전자 수송층의 막 두께는 25 nm 로 하였다. 이어서, 기판을 금속 성막용 글래스 벨 자형 증착기로 옮기고, 10-4~10-5Pa의 진공도에서 전자 주입층, 및 제2 전극을 증착하였다. 전자 주입층의 막 두께는 1 nm으로 하고, 제2 전극의 막 두께는 100 nm 로 하였다.
여기서, 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송층, 및 발광층측 정공 수송층이 적층 구조의 정공 수송층에 상당한다. 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송층, 및 발광층측 정공 수송층은 실시예 및 비교예마다, 각각 이하의 표 3에 나타낸 재료를 사용하여 제작하였다.
또한, 표 3에 있어서, 화합물 6-1, 및 6-2는 이하의 화학식으로 나타내지는 일반적인 정공 수송 재료를 의미한다.
[화학식 18]
Figure pat00040
발광층의 호스트 재료로서는, 9, 10-디(2-나프틸)안트라센(ADN, 화합물 3-2)을 사용하고, 도펀트 재료로서는, 2, 5, 8, 11-테트라-t-부틸페릴렌(TBP)을 사용하였다. 또한, 도펀트 재료는 호스트 재료의 질량에 대하여 3 질량% 첨가하였다. 또한, 전자 수송층은 Alq3으로 형성하고, 전자 주입층은 LiF로 형성하고, 제2 전극은 알루미늄(Al)으로 형성하였다.
(평가 결과)
다음에, 제작한 유기 전계 발광 소자의 구동 전압, 발광 효율 및 반감 수명을 평가하였다. 평가 결과를 이하의 표 3에 함께 나타낸다. 또한, 각 실시예 및 비교예의 구동 전압, 및 발광 효율은 10 mA/cm2의 전류 밀도에 있어서 측정값이다. 또한, 반감 수명은 1000 cd/m2를 초기 휘도로 하여 측정한 결과이다.
또한, 측정은 Keithley Instruments 사제2400 시리즈의 소스 메타(source meter), 색채 휘도계 CS-200(주식회사 코니카미놀타 홀딩스(Konica Minolta Holdings) 제, 측정각 1°), 측정용 PC 프로그램 LabVIEW8.2(주식회사 일본 내셔널 인스트루먼츠(National Instruments)제)를 사용하여 암실 내에서 행하였다.
소자 작성 예 양극측 정공 수송층 중간 정공 수송층 발광층측 정공 수송층
실시예 2-1 화합물 4-15 화합물 2-3 화합물 33
실시예 2-2 화합물 4-15 화합물 2-3 화합물 49
실시예 2-3 화합물 4-15 화합물 2-17 화합물 33
실시예 2-4 화합물 4-15 화합물 2-3 화합물 33
실시예 2-5 화합물 4-15 화합물 6-2 화합물 33
실시예 2-6 화합물 4-15 화합물 2-3 화합물 17
비교예 2-1 화합물 4-15 화합물 33 화합물 2-3
비교예 2-2 화합물 2-3 화합물 4-15 화합물 33
비교예 2-3 화합물 33 화합물 4-15 화합물 33
비교예 2-4 화합물 4-15 화합물 2-3 화합물 6-1
소자 작성 예 전류 밀도(mA/cm2) 전압(V) 발광 효율(cd/A) 반감수명LT50(h)
실시예 2-1 10 6.3 7.7 3,500
실시예 2-2 10 6.4 7.7 3,500
실시예 2-3 10 6.4 7.6 3,400
실시예 2-4 10 6.5 7.4 3,100
실시예 2-5 10 6.4 7.6 3,400
실시예 2-6 10 6.3 7.7 3,400
비교예 2-1 10 6.7 6.3 1,400
비교예 2-2 10 6.6 6.5 2,500
비교예 2-3 10 6.7 6.5 2,400
비교예 2-4 10 6.5 7.3 2,400
표 3의 결과를 참조하면, 실시예 2-1~2-3은, 비교예 2-1~2-4에 대하여, 발광 효율이 향상하고, 반감 수명이 길어지는 것을 알 수 있다. 따라서, 제1 전극과 발광층 사이에, 양극 측 정공 수송층, 중간 정공 수송층, 및 발광층측 정공 수송층을 마련함으로써, 유기 전계 발광 소자의 발광 효율 및 발광 수명이 향상하는 것이 확인할 수 있었다. 또한, 실시예 2-1~2-6의 구동 전압은 비교예 2-1~2-4와 동일 정도 혹은 낮아졌다.
구체적으로는, 실시예 2-1과, 비교예 2-4를 비교하면, 실시예 2-1의 특성 쪽이 양호하였다. 비교예 2-4에서는 발광층측 정공 수송층에 포함되는 발광층측 정공 수송 재료로, 화학식 1로 표시되는 화합물이 아니라, 일반적인 정공 수송 재료인 화합물 6-1이 사용되고 있다. 따라서, 발광층측 정공 수송층은 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 2-1과 비교예 2-1을 비교하면, 실시예 2-1의 특성 쪽이 양호하였다. 비교예 2-1에서는 중간 정공 수송층과 발광층 측 정공 수송층에 포함되는 화합물이 실시예 2-1에 대하여 대체되어 있다. 따라서, 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 발광층 측 정공 수송층은 발광층에 인접하여 있는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 2-1과, 비교예 2-3을 비교하면, 실시예 2-1의 특성 쪽이 양호하였다. 비교예 2-2에서는 양극 측 정공 수송층과 중간 정공 수송 재료층에 포함되는 화합물이 실시예 2-1에 대하여 대체되어 있다. 비교예 2-3에서는 전자 수용성 재료 4-15를 포함하는 층이 화학식 1로 표시되는 화합물 33을 포함하는 층에 협지되고(사이에 끼워지고), 중간 정공 수송층에 상당하는 위치에 마련되어 있다. 따라서, 전자 수용성 재료를 포함하는 양극측 정공 수송층은 제1 전극(양극) 근방에 마련되어 있는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.
실시예 2-2~2-4, 2-6은 실시예 2-1의 전자 수용 재료, 중간 정공 수송 재료, 및 발광층 측 정공 수송 재료 중의 어느 하나를 본 실시 형태에 따른 재료로 변경한 것이다. 실시예 2-2~2-4, 2-7도 실시예 2-1과 동일 정도의 효과가 얻어진다.
한편, 실시예 2-1과, 실시예 2-5를 비교하면, 실시예 2-1의 특성 쪽이 양호하였다. 실시예 2-5에서는 중간 정공 수송층에 포함되는 중간 정공 수송 재료에, 화학식 3으로 표시되는 화합물 2-3이 아니라, 일반적인 정공 수송 재료 6-2가 사용되고 있다. 따라서, 중간 정공 수송층은 화학식 3으로 표시되는 화합물을 포함하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 제1 전극(양극)과 발광층 사이에, 전자 수용성 재료를 포함하는 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송층, 및 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 발광층 측 정공 수송층이 적층되기 때문에, 유기 전계 발광 소자의 발광 수명이 향상한다.
이것은 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 발광층측 정공 수송층을 배치함으로써, 발광층측 정공 수송층이 발광층에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송층을 보호하고, 발광층에서 발생한 여기 상태의 에너지의 정공 수송층으로의 확산을 방지하고, 소자 전체의 차지 밸런스(charge balance)를 조절하기 때문인 것으로 생각된다. 또한, 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 발광층측 정공 수송층을 배치함으로써, 발광층측 정공 수송층이 제1 전극(양극) 부근에 마련된 양극측 정공 수송층에 포함되는 전자 수용성 재료의 발광층으로의 확산을 억제하기 때문인 것으로 생각될 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, 각 종의 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 : 제1 전극 130 : 정공 수송층
131 : 양극측 정공 수송층 133 : 중간 정공 수송층
135 : 발광층측 정공 수송층 140 : 발광층
150 : 전자 수송층 160 : 전자 주입층
170 : 제2 전극

Claims (16)

  1. 양극;
    발광층;
    상기 양극과 상기 발광층 사이에 마련되고, 양극측 정공 수송 재료를 포함하고, 전자 수용성 재료가 도프된 양극측 정공 수송층;
    상기 양극측 정공 수송층과 상기 발광층 사이에 마련되고, 중간 정공 수송 재료를 포함하는 중간 정공 수송층; 및
    상기 중간 정공 수송층과 상기 발광층 사이에 마련되고, 상기 발광층과 인접하는 발광층측 정공 수송층; 을 포함하고,
    상기 발광층측 정공 수송층은 하기 화학식 1로 표시되는 발광층측 정공 수송 재료를 포함하는 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 1]
    Figure pat00041

    화학식 1 중, Ar1, Ar2, Ar3 및 Ar4은 독립적으로 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이고,
    m은 0 이상 4 이하의 정수이고,
    R1은 각각 독립하여, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 치환 혹은 비치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 또는 인접하는 R1과의 사이에서 형성되는 고리이고,
    L1 및 L2는 단결합, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 6 이상 18 이하의 아릴렌기, 또는 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌기이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1 중의 Ar1, Ar2, Ar3 및 Ar4은 독립적으로, 하기 화학식 2의 일반식 (1a)~(1c) 중의 어느 하나로 표현되는 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 2]
    Figure pat00042

    화학식 2의 일반식 (1a)~(1c)에 있어서, p는 0 이상 4 이하의 정수, n, q는 0 이상 5 이하의 정수, o는 0 이상 7 이하의 정수이고,
    R2, R3, R4 및 R5는 각각 독립하여, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 치환 혹은 비치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 또는 인접하는 R2, R3, R4 및 R5사이에서 형성되는 고리이다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 발광층측 정공 수송 재료는 하기 화학식 9의 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 것인 유기 전계 발광 소자.
    Figure pat00043

    Figure pat00044

    Figure pat00045

    Figure pat00046
  4. 제1항에 있어서,
    상기 중간 정공 수송 재료는 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물인 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 3]
    Figure pat00047

    상기 화학식 3에 있어서,
    Ar1, Ar2, 및 Ar3은 독립적으로은 서로 독립하여, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이고,
    Ar4는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 혹은 비치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기이고,
    L1은 단결합, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴렌기, 또는 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌기이다.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 중간 정공 수송 재료는 하기 화학식 8의 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 것인 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 8]
    Figure pat00048
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전자 수용성 재료는 -9.0 eV 이상 -4.0 eV 이하의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 준위를 갖는 유기 전계 발광 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 양극측 정공 수송층은 상기 양극에 인접하는 유기 전계 발광 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 발광층은 하기 화학식 4로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 44]
    Figure pat00049

    상기 화학식 4에 있어서,
    Ar1은 서로 독립하여 수소 원자, 중수소 원자, 치환 혹은 비치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 3 이상 50 이하의 시클로알킬기, 치환 혹은 비치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 치환 혹은 비치환의 탄소수 7 이상 50 이하의 아랄킬기, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴옥시기, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴티오기, 치환 혹은 비치환의 탄소수 2 이상 50 이하의 알콕시카르보닐기, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 치환 혹은 비치환의 실릴기, 카르복시기, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 또는 하이드록실기이고,
    n은 1 이상 10 이하의 정수이다.
  9. 양극;
    발광층;
    상기 양극과 상기 발광층 사이에 마련되고, 전자 수용성 재료를 주로 포함하는 양극 측 정공 수송층;
    상기 양극측 정공 수송층과 상기 발광층 사이에 마련되고, 중간 정공 수송 재료를 포함하는 중간 정공 수송층; 및
    상기 중간 정공 수송층과 상기 발광층 사이에 마련되고, 상기 발광층과 인접하는 발광층측 정공 수송층;을 포함하고,
    상기 발광층측 정공 수송층은 하기 화학식 1로 표시되는 발광층측 정공 수송 재료를 포함하는 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 1]
    Figure pat00050

    화학식 1 중, Ar1, Ar2, Ar3 및 Ar4은 독립적으로 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이고,
    m은 0 이상 4 이하의 정수이고,
    R1은 각각 독립하여, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 비치환의 환형 원자소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 치환 혹은 비치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 또는 인접하는 R1과의 사이에서 형성되는 고리이고,
    L1 및 L2는 단결합, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 6 이상 18 이하의 아릴렌기, 또는 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌기이다.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 화학식 1 중의 Ar1, Ar2, Ar3 및 Ar4은 독립적으로, 하기 화학식 2의 일반식 (1a)~(1c) 중의 어느 하나로 표현되는 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 2]
    Figure pat00051

    화학식 2의 일반식 (1a)~(1c)에 있어서, p는 0 이상 4 이하의 정수, n, q는 0 이상 5 이하의 정수, o는 0 이상 7 이하의 정수이고,
    R2, R3, R4 및 R5는 각각 독립하여, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 원자수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 비치환의 환형 원자소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 치환 혹은 비치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 또는 인접하는 R2, R3, R4 및 R5 사이에서 형성되는 고리이다.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 발광층측 정공 수송 재료는 하기 화학식 9의 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 것인 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 9]
    Figure pat00052

    Figure pat00053

    Figure pat00054

    Figure pat00055
  12. 제9항에 있어서,
    상기 중간 정공 수송 재료는 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물인 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 3]
    Figure pat00056

    상기 화학식 3에 있어서,
    Ar1, Ar2 및 Ar3은 독립적으로 은 서로 독립하여, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이고,
    Ar4는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 혹은 비치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기이고,
    L1은 단결합, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴렌기, 또는 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌기이다.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 중간 정공 수송 재료는 하기 화학식 8의 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 것인 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 8]
    Figure pat00057
  14. 제9항에 있어서,
    상기 전자 수용성 재료는 -9.0eV 이상 -4.0eV 이하의LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 준위를 갖는 유기 전계 발광 소자.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 양극측 정공 수송층은 상기 양극에 인접하는 유기 전계 발광 소자.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 발광층은 하기 화학식 4로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 4]
    Figure pat00058

    상기 화학식 4에 있어서,
    Ar1 은 서로 독립하여, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 혹은 비치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 3 이상 50 이하의 시클로알킬기, 치환 혹은 비치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 치환 혹은 비치환의 탄소수 7 이상 50 이하의 아랄킬기, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴옥시기, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴티오기, 치환 혹은 비치환의 탄소수 2 이상 50 이하의 알콕시카르보닐기, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 비치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 치환 혹은 비치환의 실릴기, 카르복실기, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 또는 하이드록실기이고,
    n은 1 이상 10 이하의 정수이다.
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