KR20160097600A - 유기 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 유기 발광 소자에 관한 것이다.

Description

유기 발광 소자{ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE}
본 명세서는 유기 발광 소자에 관한 것이다.
유기 발광 현상은 특정 유기 분자의 내부 프로세스에 의하여 전류가 가시광으로 전환되는 예의 하나이다. 유기 발광 현상의 원리는 다음과 같다.
양극과 음극 사이에 유기물층을 위치시켰을 때 두 전극 사이에 전압을 걸어주게 되면 음극과 양극으로부터 각각 전자와 정공이 유기물층으로 주입된다. 유기물층으로 주입된 전자와 정공은 재결합하여 엑시톤(exciton)을 형성하고, 이 엑시톤이 다시 바닥 상태로 떨어지면서 빛이 나게 된다. 이러한 원리를 이용하는 유기 발광 소자는 일반적으로 음극과 양극 및 그 사이에 위치한 유기물층, 예컨대 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층을 포함하는 유기물층으로 구성될 수 있다.
유기 발광 소자에서 사용되는 물질로는 순수 유기 물질 또는 유기 물질과 금속이 착물을 이루는 착화합물이 대부분을 차지하고 있으며, 용도에 따라 정공주입 물질, 정공수송 물질, 발광 물질, 전자수송 물질, 전자주입 물질 등으로 구분될 수 있다. 여기서, 정공주입 물질이나 정공수송 물질로는 p-타입의 성질을 가지는 유기물질, 즉 쉽게 산화가 되고 산화시에 전기화학적으로 안정한 상태를 가지는 유기물이 주로 사용되고 있다. 한편, 전자주입 물질이나 전자수송 물질로는 n-타입 성질을 가지는 유기 물질, 즉 쉽게 환원이 되고 환원시에 전기화학적으로 안정한 상태를 가지는 유기물이 주로 사용되고 있다. 발광층 물질로는 p-타입 성질과 n-타입 성질을 동시에 가진 물질, 즉 산화와 환원 상태에서 모두 안정한 형태를 갖는 물질이 바람직하며, 엑시톤이 형성되었을 때 이를 빛으로 전환하는 발광 효율이 높은 물질이 바람직하다.
당 기술분야에서는 높은 효율의 유기 발광 소자의 개발이 요구되고 있다.
Applied Physics Letters 51, p. 913, 1987
본 명세서의 목적은 낮은 구동 전압 및 높은 효율의 유기 발광 소자를 제공하는 데 있다.
본 명세서는 애노드; 상기 애노드와 대향하여 구비되는 캐소드; 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 구비되는 발광층; 및 상기 애노드와 상기 발광층 사이에 구비되는 정공수송층을 포함하고, 상기 정공수송층은 전자 받개 유닛(electron accepting unit); 및 아민기 또는 함질소 헤테로고리기를 갖는 물질을 포함하며, 상기 정공수송층의 두께는 100 nm 이상인 것인 유기 발광 소자를 제공한다.
또한, 본 명세서는 상기 유기 발광 소자를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.
또한, 본 명세서는 상기 유기 발광 소자를 포함하는 조명 장치를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자는 전자 받개 유닛 및 아민기 또는 함질소 헤테로고리기를 포함하는 물질을 정공수송층에 포함함으로써, 정공수송층의 두께 증가에 따른 구동 전압의 상승을 방지할 수 있다.
따라서, 낮은 구동 전압 및 높은 효율의 유기 발광 소자의 구성이 가능하다.
또한, 1층의 정공수송층으로 2층 이상 적층된 정공수송층의 동등한 효율을 가짐으로써, 단순한 구조의 유기 발광 소자의 제공이 가능하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자는 정공 수송 능력이 우수하고, 안정성이 높은 정공수송층을 제공할 수 있다.
도 1 및 2는 종래의 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
도 5는 실시예 1 및 비교예 1에 따른 유기 발광 소자의 구동 전압을 비교한 도이다.
도 6은 실시예 2에 따른 유기 발광 소자의 전압-전류 그래프를 나타낸 도이다.
이하에서 본 명세서에 대하여 상세히 설명한다.
본 명세서에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서는 애노드; 상기 애노드와 대향하여 구비되는 캐소드; 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 구비되는 발광층; 및 상기 애노드와 상기 발광층 사이에 구비되는 정공수송층을 포함하고, 상기 정공수송층은 전자 받개 유닛(electron accepting unit); 및 아민기 또는 함질소 헤테로고리기를 갖는 물질을 포함하며, 상기 정공수송층의 두께는 100 nm 이상인 것인 유기 발광 소자를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 정공수송층의 두께는 100 nm 이상이다. 또 다른 실시상태에 있어서, 상기 정공수송층의 두께는 100 nm 이상 300 nm 이하이다.
본 명세서에서 정공수송층의 두께란 애노드와 대향하는 일 표면과 그에 대향하는 표면 사이의 너비를 의미한다.
전면 발광(top emission) 유기 발광 소자에서는 정공수송층의 두께를 통하여, 색 조절이 이루어진다. 원하는 색 조절과 효율을 만족하기 위해 정공수송층을 100 nm 이상의 후막으로 형성하기도 한다. 따라서, 정공수송층의 두께에 의하여 소자의 광학적 효과만 조절하고, 그 외의 전기적인 특성 변화는 전자수송층을 구성하여야 한다.
또한, 대면적 유기 발광 소자를 제조할 때 입자(particle)에 의하여 발생하는 문제를 해결하기 위하여 후막 정공수송층을 도입하기도 한다. 다만, 후막 정공수송층을 도입하는 경우에 구동 전압의 상승이 유발되는 문제점이 발생하였다. 이에 2층 이상의 정공수송층을 도입하는 방법 및 정공수송물질에 p형 도펀트를 도핑하는 방법이 고려되었다.
도 1은 2층 이상의 정공수송층을 도입한 경우의 종래의 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다. 다만, 이 경우 전도성이나 정공 이동도가 우수한 정공 수송 물질은 발광층 접합시키면 유기 발광 소자의 효율이 감소하는 문제점이 있다.
도 2는 p 형 도펀트가 도핑된 정공수송층을 도입한 경우의 종래의 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다. 이 경우, p형 도펀트가 도핑된 정공수송층과 발광층 사이에 추가의 정공수송층이 필요하고, p형 도펀트는 대부분 수분에 취약하여 공정상으로 시간 및 비용상으로 불리하였다. 또한, 수분에 취약하고, p형 도펀트의 확산으로 인하여 소자에서 수명이 감소되는 문제점이 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자는 100 nm 이상의 정공수송층을 포함하여, 별도의 발광층에 인접하는 다른 정공수송층이 없어도 효율, 구동 전압 등의소자의 구동 특성의 감소를 가져오지 않아, 단순한 구조의 소자를 구현할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자는 전자 받개 유닛 및 아민기 또는 함질소 헤테로고리기를 포함하는 물질을 정공수송층에 포함함으로써, 정공수송층의 두께 증가에 따른 구동 전압의 상승을 방지할 수 있다.
따라서, 전술한 바와 같이 2 층 이상의 정공수송층 또는 p형 도펀트의 도핑 없이도 낮은 구동 전압 및/또는 높은 효율의 유기 발광 소자를 제조할 수 있다. 따라서, 단순한 소자의 구성이 가능하므로 시간 및 비용적으로 경제적이다.
또한, 전자 받개 유닛(electron accepting unit); 및 아민기 또는 함질소 헤테로고리기를 갖는 물질을 포함하여, 정공 수송 능력 및 전자 차단 능력을 동시에 구현할 수 있는 정공 수송층의 제공이 가능하다. 마지막으로, 상대적으로 전자에 취약하였던 정공 수송물질의 안정성이 향상되는 효과가 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자 받개 유닛(electron accepting unit); 및 아민기 또는 함질소 헤테로고리기를 갖는 물질은 정공수송층에 도핑된 형태로 구비된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 정공수송층은 HOMO (highest occupied molecular orbital) 에너지 준위가 5.2 eV 이상인 물질을 더 포함한다. 구체적으로 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 정공수송층은 HOMO 에너지 준위가 5.2 eV 이상 6 eV 이하인 물질을 더 포함한다.
구체적으로 상기 정공수송층은 HOMO(highest occupied molecular orbital) 에너지 준위가 5.2 eV 이상인 물질에 전자 받개 유닛(electron accepting unit); 및 아민기 또는 함질소 헤테로고리기를 갖는 물질이 도핑되어 구비된다.
이 경우, HOMO (highest occupied molecular orbital) 에너지 준위가 5.2 eV 이상인 정공 수송 물질과 전자 받개 유닛(electron accepting unit)이 분자간의 전하 전송(intermolecular charge-transfer)를 형성하여 전도성을 증가시킬 수 있어 두께 증가에 의한 구동 전압의 상승을 방지할 수 있다.
또한, HOMO(highest occupied molecular orbital) 에너지 준위가 5.2 eV 이상인 물질에 전자 받개 유닛(electron accepting unit); 및 아민기 또는 함질소 헤테로고리기를 갖는 물질을 포함함으로써, HOMO(highest occupied molecular orbital) 에너지 준위에서의 상태 밀도(DOS; Density of state)가 확대될 수 있어 정공 수송 능력이 향상될 수 있다.
상기와 같은 결과는 상기 전자 받개 유닛과 아민기 또는 함질소 헤테로고리기를 갖는 물질과 정공 수송 물질과 전하 이동 복합체(charge transfer complex)가 형성되기 때문이다. 구체적으로 전자 받개 유닛과 HOMO 오비탈을 형성하는 부분에 전하 이동 복합체가 생성되어, HOMO 에너지 준위에 전하 이동 복합체를 형성하는 부분이 혼합되면서 HOMO 에너지 준위에서의 상태 밀도가 확대되기 때문이다.
본 명세서에 있어서, 에너지 준위는 에너지의 크기를 의미하는 것이다. 따라서, 진공준위로부터 마이너스(-) 방향으로 에너지 준위가 표시되는 경우에도, 에너지 준위는 해당 에너지 값의 절대값을 의미하는 것으로 해석된다. 예컨대, HOMO 에너지 준위란 진공준위로부터 최고 점유 분자 오비탈(highest occupied molecular orbital)까지의 거리를 의미한다. 또한, LUMO 에너지 준위란 진공준위로부터 최저 비점유 분자 오비탈(lowest unoccupied molecular orbital)까지의 거리를 의미한다.
본 명세서에서 HOMO 에너지 준위의 측정은 박막 표면에 UV를 조사하고, 이때 튀어나오는 전자(electron)를 검출하여 물질의 이온화 전위(ionization potential)을 측정하는 UPS(UV photoelectron spectroscopy)를 이용할 수 있다. 또는, HOMO 에너지 준위의 측정은 측정 대상 물질을 전해액과 함게 용매에 녹인 후 전압 주사(voltage sweep) 을 통하여 산화 전위(oxidation potential)을 측정하는 CV(cyclic voltammetry)를 이용할 수 있다. 박막 형태의 HOMO 에너지 준위를 측정하는 경우에는 CV보다 UPS가 더 정확한 값을 측정할 수 있으며, 본 명세서의 HOMO 에너지 준위는 UPS 방법을 통하여 측정하였다.
본 명세서에서 LUMO 에너지 준위는 IPES(Inverse Photoelectron Spectroscopy) 또는 전기화학적 환원 전위(electrochemical reduction potential)의 측정을 통하여 구할 수 있다. IPES는 전자빔(electron beam)을 박막에 조사하고, 이 때 나오는 빛을 측정하여 LUMO 에너지 준위를 결정하는 방법이다. 또한, 전기화학적 환원 전위의 측정은 측정 대상 물질을 전해액과 함게 용매에 녹인 후 전압 주사(voltage sweep)을 통하여 환원 전위(reduction potential)을 측정할 수 있다. 또는, HOMO 에너지 준위와 대상 물질의 UV 흡수 정도를 측정하여 얻은 일중항 에너지 준위를 이용하여 LUMO 에너지 준위를 계산할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자 받개 유닛(electron accepting unit); 및 아민기 또는 함질소 헤테로고리기를 갖는 물질은 전체 정공수송층의 질량 대비 0.1 중량% 내지 20 중량% 포함된다. 바람직하게는 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자 받개 유닛(electron accepting unit); 및 아민기 또는 함질소 헤테로고리기를 갖는 물질은 전체 정공수송층의 질량 대비 1 중량% 내지 10 중량% 포함된다. 더욱 바람직한 일 실시상태는 상기 전자 받개 유닛(electron accepting unit); 및 아민기 또는 함질소 헤테로고리기를 갖는 물질은 전체 정공수송층의 질량 대비 4 중량% 내지 6 중량% 포함된다.
상기와 같은 효과는 도 5 및 6에서 확인할 수 있다. 도 5는 실시예 1 및 비교예 1에 따른 유기 발광 소자의 구동 전압을 비교한 도이다. 도 6은 실시예 2에 따른 유기 발광 소자의 전압-전류 그래프를 나타낸 도이다.
상기 도 6의 결과로, 화학식 1로 표시되는 물질을 도핑하는 경우가, 비도핑한 경우보다 구동 전압의 특성이 향상되는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 화학식 1로 표시되는 물질의 도핑의 농도가 10 중량% 이하인 경우가 더 우수한 구동전압의 특성을 갖는 것을 확인할 수 있다.
또한, 상기 도 5의 결과를 보면, 화학식 1로 표시되는 물질을 전제 정공수송층의 질량 대비 4 중량% 내지 6 중량% 포함하는 경우에 2층의 정공수송층을 적층하는 경우와 동일한 정도 또는 더 낮은 구동 전압으로 소자가 구동할 수 있음을 확인할 수 있다.
따라서, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자는 상기 전자 받개 유닛(electron accepting unit); 및 아민기 또는 함질소 헤테로고리기를 갖는 물질을 정공수송층에 포함함으로써 정공수송층의 두께 증가에 따른 구동 전압의 상승을 방지할 수 있는 소자를 제공할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 정공수송층은 전자 받개 유닛; 및 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 카바졸기; 또는 벤젠 고리가 1 또는 2 이상 축합된 치환 또는 비치환된 카바졸기를 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 벤젠고리가 1 또는 2 이상 축합된 카바졸기는 벤조 카바졸기 및 디벤조 카바졸기 등이 있으며, 이를 한정하지 않는다.
하나의 실시상태에 있어서, 상기 전자 받개 유닛은 니트로기; 니트릴기; 카보닐기; 할로알킬기; 에스터기; 알데하이드기; 술폰산기; 및 카르복실산기로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2 종 이상을 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자 받개 유닛은 카보닐기이다.
하나의 실시상태에 있어서, 상기 전자 받개 유닛(electron eccpting unit); 및 아민기 또는 함질소 헤테로고리기를 갖는 물질은 하기 화학식 1로 표시된다.
[화학식 1]
Figure pat00001
화학식 1에 있어서,
X, Y 및 Z 중 적어도 하나는 하기 화학식 2로 표시되고,
X, Y 및 Z 중 화학식 2가 아닌 기는 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 함질소 헤테로고리기이며,
[화학식 2]
Figure pat00002
화학식 2에 있어서,
L은 직접결합; 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴렌기이고,
A는 직접결합; 또는 C=O이며,
a는 1 내지 7의 정수이고,
a가 2 이상인 경우, 2 이상의 R1은 서로 동일하거나 상이하며,
R1은 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 이미드기; 아미드기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 알킬아민기; 치환 또는 비치환된 아랄킬아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, X, Y 및 Z 중 적어도 하나는 하기 치환기 중 어느 하나인 것인 유기 발광 소자:
Figure pat00003
상기 치환기에 있어서,
L1 내지 L3는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴렌기이고,
R2 및 R3는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기; 치환 또는 비치환된 헤테로고리기; 또는 상기 화학식 2이며,
b는 1 내지 7의 정수이고,
c는 1 내지 3의 정수이며,
d는 1 내지 6의 정수이고,
b가 2 이상인 경우, 2 이상의 R5는 서로 동일하거나 상이하며,
c가 2 이상인 경우, 2 이상의 R7은 서로 동일하거나 상이하고,
d가 2 이상인 경우, 2 이상의 R8은 서로 동일하거나 상이하며,
R4 내지 R8은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 이미드기; 아미드기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 알킬아민기; 치환 또는 비치환된 아랄킬아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
상기 치환기의 예시들은 아래에서 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 "치환"이라는 용어는 화합물의 탄소 원자에 결합된 수소 원자가 다른 치환기로 바뀌는 것을 의미하며, 치환되는 위치는 수소 원자가 치환되는 위치 즉, 치환기가 치환 가능한 위치라면 한정하지 않으며, 2 이상 치환되는 경우, 2 이상의 치환기는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
본 명세서에서 "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 이미드기; 아미드기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 알킬아민기; 치환 또는 비치환된 아랄킬아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 및 이종 원소로 N, O 및 S 중 1개 이상을 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 치환기로 치환되었거나 또는 어떠한 치환기도 갖지 않는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 할로겐기는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드가 될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 이미드기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 25인 것이 바람직하다. 구체적으로 하기와 같은 구조의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00004
본 명세서에 있어서, 아미드기는 아미드기의 질소가 수소, 탄소수 1 내지 25의 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄 알킬기 또는 탄소수 6 내지 25의 아릴기로 1 또는 2 치환될 수 있다. 구체적으로, 하기 구조식의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00005
본 명세서에 있어서, 상기 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 50인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, n-프로필, 이소프로필, 부틸, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸, sec-부틸, 1-메틸-부틸, 1-에틸-부틸, 펜틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, tert-펜틸, 헥실, n-헥실, 1-메틸펜틸, 2-메틸펜틸, 4-메틸-2-펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸부틸, 헵틸, n-헵틸, 1-메틸헥실, 시클로펜틸메틸, 시클로헥틸메틸, 옥틸, n-옥틸, tert-옥틸, 1-메틸헵틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, n-노닐, 2,2-디메틸헵틸, 1-에틸-프로필, 1,1-디메틸-프로필, 이소헥실, 2-메틸펜틸, 4-메틸헥실, 5-메틸헥실 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 시클로알킬기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 3 내지 60인 것이 바람직하며, 구체적으로 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 3-메틸시클로펜틸, 2,3-디메틸시클로펜틸, 시클로헥실, 3-메틸시클로헥실, 4-메틸시클로헥실, 2,3-디메틸시클로헥실, 3,4,5-트리메틸시클로헥실, 4-tert-부틸시클로헥실, 시클로헵틸, 시클로옥틸 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 상기 알콕시기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄일 수 있다. 알콕시기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 20인 것이 바람직하다. 구체적으로, 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소프로폭시, i-프로필옥시, n-부톡시, 이소부톡시, tert-부톡시, sec-부톡시, n-펜틸옥시, 네오펜틸옥시, 이소펜틸옥시, n-헥실옥시, 3,3-디메틸부틸옥시, 2-에틸부틸옥시, n-옥틸옥시, n-노닐옥시, n-데실옥시, 벤질옥시, p-메틸벤질옥시 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 알케닐기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 2 내지 40인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 비닐, 1-프로페닐, 이소프로페닐, 1-부테닐, 2-부테닐, 3-부테닐, 1-펜테닐, 2-펜테닐, 3-펜테닐, 3-메틸-1-부테닐, 1,3-부타디에닐, 알릴, 1-페닐비닐-1-일, 2-페닐비닐-1-일, 2,2-디페닐비닐-1-일, 2-페닐-2-(나프틸-1-일)비닐-1-일, 2,2-비스(디페닐-1-일)비닐-1-일, 스틸베닐기, 스티레닐기 등이 있으나 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 실릴기는 구체적으로 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, t-부틸디메틸실릴기, 비닐디메틸실릴기, 프로필디메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 디페닐실릴기, 페닐실릴기 등이 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 아릴기는 단환식 아릴기 또는 다환식 아릴기일 수 있으며, 탄소수 1 내지 25의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 25의 알콕시기가 치환되는 경우를 포함한다. 또한, 본 명세서 내에서의 아릴기는 방향족고리를 의미할 수 있다.
상기 아릴기가 단환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 6 내지 25인 것이 바람직하다. 구체적으로 단환식 아릴기로는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 아릴기가 다환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나. 탄소수 10 내지 24인 것이 바람직하다. 구체적으로 다환식 아릴기로는 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트릴기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 플루오레닐기는 치환될 수 있으며, 인접한 치환기들이 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
상기 플루오레닐기가 치환되는 경우,
Figure pat00006
,
Figure pat00007
,
Figure pat00008
및
Figure pat00009
등이 될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로 고리기는 탄소가 아닌 원자, 이종원자를 1 이상 포함하는 것으로서, 구체적으로 상기 이종 원자는 O, N 및 S 등으로 이루어진 군에서 선택되는 원자를 1 이상 포함할 수 있다. 헤테로 고리기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 2 내지 60인 것이 바람직하다. 헤테로 고리기의 예로는 싸이오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸기, 티아졸기, 옥사졸기, 옥사디아졸기, 트리아졸기, 피리딜기, 비피리딜기, 피리미딜기, 트리아진기, 트리아졸기, 아크리딜기, 피리다진기, 피라지닐기, 퀴놀리닐기, 퀴나졸린기, 퀴녹살리닐기, 프탈라지닐기, 피리도 피리미디닐기, 피리도 피라지닐기, 피라지노 피라지닐기, 이소퀴놀린기, 인돌기, 카바졸기, 벤조옥사졸기, 벤즈이미다졸기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 벤조싸이오펜기, 디벤조싸이오펜기, 벤조퓨라닐기, 페난쓰롤린기(phenanthroline), 티아졸릴기, 이소옥사졸릴기, 옥사디아졸릴기, 티아디아졸릴기, 벤조티아졸릴기, 페노티아지닐기 및 디벤조퓨라닐기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 헤테로 고리기는 단환 또는 다환일 수 있으며, 방향족, 지방족 또는 방향족과 지방족의 축합고리일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 아릴아민기의 예로는 치환 또는 비치환된 모노아릴아민기, 치환 또는 비치환된 디아릴아민기, 또는 치환 또는 비치환된 트리아릴아민기가 있다. 상기 아릴아민기 중의 아릴기는 단환식 아릴기일 수 있고, 다환식 아릴기일 수 있다. 상기 아릴기가 2 이상을 포함하는 아릴아민기는 단환식 아릴기, 다환식 아릴기, 또는 단환식아릴기와 다환식 아릴기를 동시에 포함할 수 있다.
아릴 아민기의 구체적인 예로는 페닐아민, 나프틸아민, 비페닐아민, 안트라세닐아민, 3-메틸-페닐아민, 4-메틸-나프틸아민, 2-메틸-비페닐아민, 9-메틸-안트라세닐아민, 디페닐 아민기, 페닐 나프틸 아민기, 디톨릴 아민기, 페닐 톨릴 아민기, 카바졸 및 트리페닐 아민기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로아릴아민기 중의 헤테로 아릴기는 전술한 헤테로고리기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 아릴옥시기, 아릴티옥시기 및 아랄킬아민기 중의 아릴기는 전술한 아릴기의 예시와 같다. 구체적으로 아릴옥시기로는 페녹시, p-토릴옥시, m-토릴옥시, 3,5-디메틸-페녹시, 2,4,6-트리메틸페녹시, p-tert-부틸페녹시, 3-비페닐옥시, 4-비페닐옥시, 1-나프틸옥시, 2-나프틸옥시, 4-메틸-1-나프틸옥시, 5-메틸-2-나프틸옥시, 1-안트릴옥시, 2-안트릴옥시, 9-안트릴옥시, 1-페난트릴옥시, 3-페난트릴옥시, 9-페난트릴옥시 등이 있고, 아릴티옥시기로는 페닐티옥시기, 2－메틸페닐티옥시기, 4－tert－부틸페닐티옥시기 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 알킬티옥시기 중의 알킬기는 전술한 알킬기의 예시와 같다. 구체적으로 알킬티옥시기로는 메틸티옥시기, 에틸티옥시기, tert－부틸티옥시기, 헥실티옥시기, 옥틸티옥시기 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서의 아릴렌기 및 헤테로아릴렌기는 각각 아릴기 및 헤테로아릴기에 결합위치가 두 개 있는 것 즉, 2가기를 의미한다. 이들은 각각 2 가기인 것을 제외하고, 전술한 아릴기 및 헤테로 고리기의 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L은 직접결합 또는 페닐렌기이다.
하나의 실시상태에 있어서, L은 직접결합이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, L은 페닐렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, L은 페닐렌기이고, 파라(para) 위치로 결합 위치가 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, A는 직접결합이다.
다른 실시상태에 있어서, A는 C=O이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R1은 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, X, Y 및 Z 중 적어도 하나는
Figure pat00010
이다.
다른 실시상태에 있어서, X, Y 및 Z 중 적어도 하나는
Figure pat00011
이다.
다른 실시상태에 있어서, X, Y 및 Z 중 적어도 하나는
Figure pat00012
이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, X, Y 및 Z 중 화학식 2가 아닌 나머지는 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, X, Y 및 Z 중 화학식 2가 아닌 나머지는 치환 또는 비치환된 페닐기이다.
하나의 실시상태에 있어서, X, Y 및 Z 중 화학식 2가 아닌 나머지는 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1은 치환 또는 비치환된 아릴렌기이다.
하나의 실시상태에 있어서, 상기 L1은 치환 또는 비치환된 비페닐렌기이다.
하나의 실시상태에 있어서, L1은 비페닐렌기다.
또 하나의 실시상태에 있어서, L1은
Figure pat00013
이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R2 및 R3는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R2는 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
다른 실시상태에 있어서, 상기 R2는 치환 또는 비치환된 페닐기이다.
다른 실시상태에 있어서, 상기 R2는 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R2는 치환 또는 비치환된 나프틸기이다.
다른 실시상태에 있어서, 상기 R2는 나프틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R2는
Figure pat00014
이다.
다른 실시상태에 있어서, 상기 R3는 치환 또는 비치환된 페닐기이다.
다른 실시상태에 있어서, 상기 R3는 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R3는 치환 또는 비치환된 나프틸기이다.
다른 실시상태에 있어서, 상기 R3는 나프틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R3는
Figure pat00015
이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L2는 치환 또는 비치환된 아릴렌기이다.
다른 실시상태에 있어서, 상기 L2는 치환 또는 비치환된 페닐렌기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 L2는 페닐렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L2는 페닐렌기이고, 파라(para) 위치로 결합 위치가 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R4는 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, R4는 치환 또는 비치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R4는 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R5는 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, L3는 치환 치환 또는 비치환된 아릴렌기이다.
다른 실시상태에 있어서, 상기 L3는 치환 또는 비치환된 페닐렌기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 L3는 페닐렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L3는 페닐렌기이고, 파라(para) 위치로 결합 위치가 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R6는 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, R6는 치환 또는 비치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R6는 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R7는 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R8은 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 1-1 내지 1-14 중 어느 하나로 표시된다.
Figure pat00016
Figure pat00017
Figure pat00018
Figure pat00019
Figure pat00020
Figure pat00021
Figure pat00022
본 명세서의 유기 발광 소자는 상기 전술한 정공수송층을 포함하는 것을 제외하고는 당 기술 분야에 알려져 있는 재료와 방법으로 제조될 수 있다.
예컨대, 본 명세서의 유기 발광 소자는 기판 상에 애노드, 유기물층 및 캐소드를 순차적으로 적층시킴으로써 제조할 수 있다. 이 때 스퍼터링법(sputtering)이나 전자빔 증발법(e-beam evaporation)과 같은 PVD(physical Vapor Deposition)방법을 이용하여, 기판 상에 금속 또는 전도성을 가지는 금속 산화물 또는 이들의 합금을 증착시켜 애노드를 형성하고, 그 위에 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층 및 전자 수송층을 포함하는 유기물층을 형성한 후, 그 위에 캐소드로 사용할 수 있는 물질을 증착시킴으로써 제조될 수 있다. 이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 캐소드 물질부터 유기물층, 애노드 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 만들 수 있다.
본 명세서의 유기 발광 소자의 유기물층은 2층 이상의 유기물층이 적층된 다층 구조로 이루어질 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 정공주입층, 정공수송층, 전자수송층, 전자주입층, 전자저지층 및 정공저지층으로 이루어진 군에서 선택되는 1 층 또는 2 층 이상을 더 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 탠덤형 유기 발광 소자일 수 있다.
구체적으로 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 2 이상의 발광 유닛을 포함하고, 상기 정공수송층은 2 이상의 발광 유닛 중 애노드와 가까운 발광 유닛에 포함된다. 상기 2 이상의 발광 유닛 중 애노드와 가까운 발광 유닛은 전자 받개 유닛(electron eccpting unit); 및 아민기 또는 함질소 헤테로고리기를 갖는 물질을 포함하고, 두께가 100 nm 인 정공수송층을 포함한다.
본 명세서에서 상기 발광 유닛은 적어도 1 층의 발광층을 포함하고, 필요에 따라, 유기물층을 더 포함할 수 있다. 상기 유기물층은 정공주입층, 정공수송층, 전자수송층, 전자주입층, 전자저지층 및 정공저지층으로 이루어진 군에서 1층 또는 2층 이상이 선택될 수 있다.
본 명세서에서 상기 2층 이상의 발광 유닛을 포함하는 유기 발광 소자의 경우, 상기 인접하는 2층 이상의 발광 유닛 사이에 전하 발생층을 추가로 포함할 수 있다.
본 명세서에서 상기 전하발생층(Charge Generating layer)이란 전압을 걸면 정공과 전자가 발생하는 층을 말한다. 상기 전하발생층은 발광층과 어느 하나의 전극 사이에 구비될 수도 있다. 구체적으로, 상기 전하발생층은 애노드와 발광층 사이에 구비될 수 있다. 상기 전하발생층은 캐소드에 가까운 면에 헥사아자트리페닐렌과 같은 n형 유기물층과, NPB와 같은 p형 유기물층이 순차적으로 구비될 수 있다. 구체적으로, 캐소드측으로부터 p형 유기물층, n형 유기물층 및 전하발생층이 순차적으로 적층되어 구비될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자의 구조는 도 3 및 도 4에 예시되어 있다.
도 3에는 기판 상에 애노드가 구비되고, 상기 애노드 상에 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 캐소드가 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 구조가 예시되어 있다.
이와 같은 구조에서 정공수송층은 전술한 바와 같이, 전자 받개 유닛(electron accepting unit); 및 아민기 또는 함질소 헤테로고리기를 갖는 물질을 포함하고, 두께가 100 nm 이상이다.
상기와 같은 구조에서 추가의 유기물층을 포함할 수도 있고, 더 적은 유기물층을 포함할 수 있다.
도 4에는 기판 상에 애노드가 구비되고, 2층 이상의 발광 유닛을 포함하는 적층형 유기 발광 소자의 구조가 예시되어 있다. 이 경우 상기 전술한 정공수송층은 2 층 이상의 발광 유닛 중 애노드에 가까운 발광 유닛에 포함된다.
상기와 같은 구조에서 추가의 유기물층을 포함할 수도 있고, 더 적은 유기물층을 포함할 수 있다.
상기 애노드 물질로는 통상 유기물층으로 정공 주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 본 발명에서 사용될 수 있는 양극 물질의 구체적인 예로는 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐주석 산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO:Al 또는 SNO2 : Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDOT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 캐소드 물질로는 통상 유기물층으로 전자 주입이 용이하도록 일함수가 작은 물질인 것이 바람직하다. 음극 물질의 구체적인 예로는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석 및 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; LiF/Al 또는 LiO2/Al과 같은 다층 구조 물질 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 정공 주입 물질로는 전극으로부터 정공을 주입하는 층으로, 정공 주입 물질로는 정공을 수송하는 능력을 가져 양극에서의 정공 주입효과, 발광층 또는 발광재료에 대하여 우수한 정공 주입 효과를 갖고, 발광층에서 생성된 여기자의 전자주입층 또는 전자주입재료에의 이동을 방지하며, 또한, 박막 형성 능력이 우수한 화합물이 바람직하다. 정공 주입 물질의 HOMO(highest occupied molecular orbital)가 양극 물질의 일함수와 주변 유기물층의 HOMO(highest occupied molecular orbital) 사이인 것이 바람직하다. 정공 주입 물질의 구체적인 예로는 금속 포피린(porphyrin), 올리고티오펜, 아릴아민 계열의 유기물, 헥사니트릴헥사아자트리페닐렌 계열의 유기물, 퀴나크리돈(quinacridone)계열의 유기물, 페릴렌(perylene) 계열의 유기물, 안트라퀴논 및 폴리아닐린과 폴리티오펜 계열의 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정 되는 것은 아니다.
상기 정공수송층은 정공주입층으로부터 정공을 수취하여 발광층까지 정공을 수송하는 층으로, 정공 수송 물질로는 양극이나 정공 주입층으로부터 정공을 수송받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로 정공에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 구체적인 예로는 아릴아민 계열의 유기물, 전도성 고분자, 및 공액 부분과 비공액 부분이 함께 있는 블록 공중합체 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 발광 물질로는 정공 수송층과 전자 수송층으로부터 정공과 전자를 각각 수송받아 결합시킴으로써 가시광선 영역의 빛을 낼 수 있는 물질로서, 형광이나 인광에 대한 양자 효율이 좋은 물질이 바람직하다. 구체적인 예로는 8-히드록시-퀴놀린 알루미늄 착물(Alq3); 카르바졸 계열 화합물; 이량체화 스티릴(dimerized styryl) 화합물; BAlq; 10-히드록시벤조 퀴놀린-금속 화합물; 벤족사졸, 벤즈티아졸 및 벤즈이미다졸 계열의 화합물; 폴리(p-페닐렌비닐렌)(PPV) 계열의 고분자; 스피로(spiro) 화합물; 폴리플루오렌, 루브렌 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 발광층은 호스트 재료 및 도펀트 재료를 포함할 수 있다. 호스트 재료는 축합 방향족환 유도체 또는 헤테로환 함유 화합물 등이 있다. 구체적으로 축합 방향족환 유도체로는 안트라센 유도체, 피렌 유도체, 나프탈렌 유도체, 펜타센 유도체, 페난트렌 화합물, 플루오란텐 화합물 등이 있고, 헤테로환 함유 화합물로는 카바졸 유도체, 디벤조퓨란 유도체, 래더형 퓨란 화합물, 피리미딘 유도체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도펀트 재료로는 유기 화합물, 금속 또는 금속 화합물이 있다.
도펀트 재료로서의 유기 화합물로는 방향족 아민 유도체, 스트릴아민 화합물, 붕소 착체, 플루오란텐 화합물 등이 있다. 구체적으로 방향족 아민 유도체로는 치환 또는 비치환된 아릴아미노기를 갖는 축합 방향족환 유도체로서, 아릴아미노기를 갖는 피렌, 안트라센, 크리센, 페리플란텐 등이 있으며, 스티릴아민 화합물로는 치환 또는 비치환된 아릴아민에 적어도 1개의 아릴비닐기가 치환되어 있는 화합물로, 아릴기, 실릴기, 알킬기, 시클로알킬기 및 아릴아미노기로 이루어진 군에서 1 또는 2 이상 선택되는 치환기가 치환 또는 비치환된다. 구체적으로 스티릴아민, 스티릴디아민, 스티릴트리아민, 스티릴테트라아민 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 금속 또는 금속 화합물로는 일반적인 금속 또는 금속 화합물을 사용할 수 있으며, 구체적으로 금속 착체를 사용할 수 있다. 상기 금속 착체로는 이리듐 착체, 백금 착체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 전자 수송 물질로는 전자주입층으로부터 전자를 수취하여 발광층까지 전자를 수송하는 층으로 전자 수송 물질로는 음극으로부터 전자를 잘 주입 받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로서, 전자에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 구체적인 예로는 8-히드록시퀴놀린의 Al착물; Alq3를 포함한 착물; 유기 라디칼 화합물; 히드록시플라본-금속 착물 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다. 전자 수송층은 종래기술에 따라 사용된 바와 같이 임의의 원하는 캐소드 물질과 함께 사용할 수 있다. 특히, 적절한 캐소드 물질의 예는 낮은 일함수를 가지고 알루미늄층 또는 실버층이 뒤따르는 통상적인 물질이다. 구체적으로 세슘, 바륨, 칼슘, 이테르븀 및 사마륨이고, 각 경우 알루미늄 층 또는 실버층이 뒤따른다.
상기 전자주입층은 전극으로부터 전자를 주입하는 층으로, 전자를 수송하는 능력을 갖고, 음극으로부터의 전자주입 효과, 발광층 또는 발광 재료에 대하여 우수한 전자주입 효과를 가지며, 발광층에서 생성된 여기자의 정공 주입층에의 이동을 방지하고, 또한, 박막형성능력이 우수한 화합물이 바람직하다. 구체적으로는 플루오레논, 안트라퀴노다이메탄, 다이페노퀴논, 티오피란 다이옥사이드, 옥사졸, 옥사다이아졸, 트리아졸, 이미다졸, 페릴렌테트라카복실산, 프레오레닐리덴 메탄, 안트론 등과 그들의 유도체, 금속 착체 화합물 및 함질소 5원환 유도체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 금속 착체 화합물로서는 8-하이드록시퀴놀리나토 리튬, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)아연, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)구리, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)망간, 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄, 트리스(2-메틸-8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄, 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)갈륨, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)아연, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)클로로갈륨, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(o-크레졸라토)갈륨, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(1-나프톨라토)알루미늄, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(2-나프톨라토)갈륨 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 정공저지층은 정공의 음극 도달을 저지하는 층으로, 일반적으로 정공주입층과 동일한 조건으로 형성될 수 있다. 구체적으로 옥사디아졸 유도체나 트리아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, BCP, 알루미늄 착물 (aluminum complex) 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 따른 유기 발광 소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.
또한, 본 명세서에 따른 유기 발광 소자는 하부 전극이 애노드이고 상부전극이 캐소드인 정구조(normal type)일 수 있고, 하부전극이 캐소드이고 상부전극이 애노드인 역구조(inverted type)일 수도 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 애노드의 유기물층이 구비되는 면과 대향하는 면에 구비된 기판을 더 포함하고, 상기 기판과 상기 애노드 사이에 구비된 내부 광추출층을 더 포함한다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 애노드의 유기물층이 구비되는 면과 대향하는 면에 구비된 기판을 더 포함하고, 상기 기판의 애노드의 구비되는 면과 대향하는 면에 외부 광추출층을 더 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 내부 광추출층은 평탄층을 포함한다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 외부 광추출층은 평탄층을 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 내부 광산란층 또는 외부 광추출층은 광산란을 유도하여, 상기 유기발광소자의 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 구조라면 특별히 제한하지 않는다. 구체적으로, 본 명세서의 일 구현예에 따르면, 상기 광추출층은 바인더 내에 산란입자가 분산된 구조일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 광산란층은 기판 위에 스핀 코팅, 바 코팅, 슬릿 코팅 등의 방법에 의하여 직접 형성되거나, 필름 형태로 제작하여 부착하는 방식에 의하여 형성될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기발광소자는 플랙서블(flexible) 유기발광소자일 수 있다. 이 경우, 상기 기판은 플랙시블 재료를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 기판은 휘어질 수 있는 박막 형태의 글래스, 플라스틱 기판 또는 필름 형태의 기판일 수 있다.
상기 플라스틱 기판의 재료는 특별히 한정하지는 않으나, 일반적으로 PET, PEN, PEEK 및 PI 등의 필름을 단층 또는 복층의 형태로 포함하는 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태는 상기 유기발광소자를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다. 상기 디스플레이 장치에서 상기 유기발광소자는 화소 또는 백라이트 역할을 할 수 있다. 그 외, 디스플레이 장치의 구성은 당 기술분야에 알려져 있는 것들이 적용될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태는 상기 유기발광소자를 포함하는 조명 장치를 제공한다. 상기 조명 장치에서 상기 유기발광소자는 발광부의 역할을 수행한다. 그 외, 조명 장치에 필요한 구성들은 당 기술분야에 알려져 있는 것들이 적용될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 구조는 유기 태양 전지, 유기 감광체, 유기 트랜지스터 등을 비롯한 유기 전자 소자에서도 유기 발광 소자에 적용되는 것과 유사한 원리로 작용할 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더 자세히 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이며, 실시예에 의하여 본 발명의 범위가 한정될 것을 의도하지 않는다.
실시예 1.
[비교예 1]
소자구조: ITO (1,300 Å) /HAT (30 Å)/HTL 1 (1000 Å)/ HTL 2 (150 Å)/EML (200 Å)/ ETL (360 Å)/ Al (1,000 Å)
ITO 전극 위에 헥사니트릴 헥사아자트리페닐렌(hexanitrile hexaazatriphenylene; HAT-CN)을 300A의 두께로 열 증착하였다. 이어서, 제1 정공수송층을 1,000 Å 의 두께로 형성하고, 제2 정공수송층을 150 Å 의 두께로 형성하였다.
발광층, 전자수송층 및 캐소드는 전술한 두께로 증착하여 유기 발광 소자를 제작하였다.
상기의 과정에서 유기물의 증착속도는 0.5 내지 2 Å/sec를 유지하였고, 알루미늄은 2 Å/sec의 증착 속도를 유지하였으며, 증착시 진공도는 2 ×10-7 ~ 4 ×10-8 mtorr를 유지하여, 유기 발광 소자를 제작하였다.
[HAT]
Figure pat00023
[실시예 1]
상기 비교예 1에서 제1 정공수송층을 적층하지 않고, 제2 정공수송층의 두께를 1,400 Å로 적층하고, 제2 정공수송층의 전체 질량 대비 화학식 1로 표시되는 물질을 정공수송층의 질량 대비 도핑 농도를 변경하면서 적층한 것을 제외하고, 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 소자를 제작하였다.
도 5는 실시예 1 및 비교예 1에 따른 유기 발광 소자의 구동 전압을 비교한 도이다.
상기 도 5의 결과를 보면, 화학식 1로 표시되는 물질을 전체 정공수송층의 질량 대비 4 중량% 내지 6 중량% 포함하는 경우, 낮은 구동 전압을 갖게 됨을 확인할 수 있다.
즉, 화학식 1로 표시되는 물질을 전제 정공수송층의 질량 대비 4 중량% 내지 6 중량% 포함하는 경우에 2층의 정공수송층을 적층하는 경우와 동일한 정도 또는 더 낮은 구동 전압으로 소자가 구동할 수 있음을 확인할 수 있다.
[실시예 2]
상기 실시예 1에서 화학식 1의 도핑 농도를 0 중량%, 10 중량%, 20 중량%, 30 중량% 및 40 중량%로 적층한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 소자를 제작하였다.
도 6은 실시예 2에 따른 유기 발광 소자의 전압-전류 그래프를 나타낸 도이다.
상기 도 6의 결과로, 화학식 1로 표시되는 물질을 도핑하는 경우가, 비도핑한 경우보다 구동 전압의 특성이 향상되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 화학식 1로 표시되는 물질의 도핑의 농도가 10 중량% 이하인 경우가 더 우수한 구동전압의 특성을 갖는 것을 확인할 수 있다.

Claims (17)

  1. 애노드;
    상기 애노드와 대향하여 구비되는 캐소드;
    상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 구비되는 발광층; 및
    상기 애노드와 상기 발광층 사이에 구비되는 정공수송층을 포함하고,
    상기 정공수송층은 전자 받개 유닛(electron accepting unit); 및 아민기 또는 함질소 헤테로고리기를 갖는 물질을 포함하며,
    상기 정공수송층의 두께는 100 nm 이상인 것인 유기 발광 소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 정공수송층은 HOMO 에너지 준위가 5.2 eV 이상인 물질을 더 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자 받개 유닛(electron accepting unit); 및 아민기 또는 함질소 헤테로고리기를 갖는 물질은 전체 정공수송층의 질량 대비 0.1 중량% 내지 20 중량% 포함되는 것인 유기 발광 소자.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 정공수송층은 전자 받개 유닛; 및
    치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 카바졸기; 또는 벤젠 고리가 1 또는 2 이상 축합된 치환 또는 비치환된 카바졸기를 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자 받개 유닛은 니트로기; 니트릴기; 카보닐기; 할로알킬기; 에스터기; 알데하이드기; 술폰산기; 및 카르복실산기로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2 종 이상을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자 받개 유닛(electron accepting unit); 및 아민기 또는 함질소 헤테로고리기를 갖는 물질은 하기 화학식 1로 표시되는 것인 유기 발광 소자:
    [화학식 1]
    Figure pat00024

    화학식 1에 있어서,
    X, Y 및 Z 중 적어도 하나는 하기 화학식 2로 표시되고,
    X, Y 및 Z 중 화학식 2가 아닌 기는 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 함질소 헤테로고리기이며,
    [화학식 2]
    Figure pat00025

    화학식 2에 있어서,
    L은 직접결합; 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴렌기이고,
    A는 직접결합; 또는 C=O이며,
    a는 1 내지 7의 정수이고,
    a가 2 이상인 경우, 2 이상의 R1은 서로 동일하거나 상이하며,
    R1은 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 이미드기; 아미드기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 알킬아민기; 치환 또는 비치환된 아랄킬아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
  7. 청구항 6에 있어서,
    X, Y 및 Z 중 적어도 하나는 하기 치환기 중 어느 하나인 것인 유기 발광 소자:
    Figure pat00026

    상기 치환기에 있어서,
    L1 내지 L3는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴렌기이고,
    R2 및 R3는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기; 치환 또는 비치환된 헤테로고리기; 또는 상기 화학식 2이며,
    b는 1 내지 7의 정수이고,
    c는 1 내지 3의 정수이며,
    d는 1 내지 6의 정수이고,
    b가 2 이상인 경우, 2 이상의 R5는 서로 동일하거나 상이하며,
    c가 2 이상인 경우, 2 이상의 R7은 서로 동일하거나 상이하고,
    d가 2 이상인 경우, 2 이상의 R8은 서로 동일하거나 상이하며,
    R4 내지 R8은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 이미드기; 아미드기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 알킬아민기; 치환 또는 비치환된 아랄킬아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 1-1 내지 1-14 중 어느 하나로 표시되는 것인 유기 발광 소자.
    Figure pat00027

    Figure pat00028

    Figure pat00029

    Figure pat00030

    Figure pat00031

    Figure pat00032

    Figure pat00033
    .
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 유기 발광 소자는 정공주입층, 정공수송층. 전자수송층, 전자주입층, 전자저지층 및 정공저지층으로 이루어진 군에서 선택되는 1층 또는 2층 이상을 더 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 유기 발광 소자는 2 이상의 발광 유닛을 포함하고,
    상기 정공수송층은 2 이상의 발광 유닛 중 애노드와 가까운 발광 유닛에 포함되는 것인 유기 발광 소자.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 애노드의 유기물층이 구비되는 면과 대향하는 면에 구비된 기판을 더 포함하고,
    상기 기판과 상기 애노드 사이에 구비된 내부 광추출층을 더 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 내부 광추출층은 평탄층을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 애노드의 유기물층이 구비되는 면과 대향하는 면에 구비된 기판을 더 포함하고,
    상기 기판의 애노드의 구비되는 면과 대향하는 면에 외부 광추출층을 더 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 외부 광추출층은 평탄층을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  15. 청구항 1에 있어서,
    유기 발광 소자는 플랙시블 유기 발광 소자인 것인 유기 발광 소자.
  16. 청구항 1 내지 15 중 어느 한 항에 따른 유기 발광 소자를 포함하는 디스플레이 장치.
  17. 청구항 1 내지 15 중 어느 한 항에 따른 유기 발광 소자를 포함하는 조명 장치.
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