KR20170044001A - 저계조 영역에서의 휘도감소율이 개선된 유기 발광 소자 - Google Patents

저계조 영역에서의 휘도감소율이 개선된 유기 발광 소자 Download PDF

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KR20170044001A
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윤서연
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Abstract

본 발명은 고효율과 저전압구동이 가능하며 또한 낮은 저계조 영역에서의 휘도 감소율이 감소된 효과를 가지는 유기발광소자에 관한 것으로, 보다 자세하게는 제1전극; 상기 제1전극에 대향된 제2전극; 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 발광층 및 전하균형조절층을 순차적으로 포함하며, 상기 발광층이 하기 [화학식 A] 로 표시되는 아민 유도체 화합물을 1종 이상을 포함하고, 또한 상기 전하균형조절층이 하기 [화학식 B] 또는 [화학식 C]로 표시되는 안트라센 유도체 화합물을 1종이상 포함하는 유기발광소자 에 관한 것으로, 상기 [화학식 A], [화학식 B] 및 [화학식 C]의 구조는 발명의 상세한 설명에 기재된 바와 동일하다.

Description

저계조 영역에서의 휘도감소율이 개선된 유기 발광 소자{organic light-emitting diode with improved luminance decreasing rate in the low dynamic range region}
본 발명은 유기 발광 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유기발광소자내 발광층에 특정한 구조를 갖는 발광재료를 사용하며, 또한 발광층과 전자주입층의 사이에 유기발광소자의 효율을 증가시키기 위한 특정한 구조를 갖는 전하균형 조절층을 도입함으로써 얻어지는, 저계조 영역에서의 휘도감소율이 개선된 유기발광소자에 관한 것이다.
유기 발광 소자(organic light emitting diode)는 자발광형 소자로서 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라, 응답시간이 빠르며, 휘도, 구동전압 및 응답속도 특성이 우수하고 다색화가 가능하다는 장점을 가지고 있다.
일반적인 유기 발광 소자는 빛을 발광하는 유기 발광층 및 유기 발광층을 사이에 두고 상호 대향하는 양극(애노드)과 음극(캐소드)을 포함하고 있다.
보다 구체적으로 상기 유기 발광 소자는 상기 양극상부에 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 음극이 순차적으로 형성되어 있는 구조를 가질 수 있다. 여기에서 정공수송층, 발광층 및 전자수송층은 유기화합물로 이루어진 유기 박막들이다.
상술한 바와 같은 구조를 갖는 유기 발광 소자의 구동 원리는 다음과 같다. 상기 양극 및 음극간에 전압을 인가하면, 양극으로부터 주입된 정공은 정공수송층을 경유하여 발광층으로 이동하고, 음극으로부터 주입된 전자는 전자수송층을 경유하여 발광층으로 이동한다. 상기 정공 및 전자와 같은 캐리어들은 발광층 영역에서 재결합하여 엑시톤(exciton)을 생성한다. 이 엑시톤이 여기 상태에서 기저상태로 변하면서 광이 생성된다.
한편, 유기 발광 소자에서 유기물층으로 사용되는 재료는 기능에 따라, 발광 재료와 전하수송 재료, 예컨대 정공주입 재료, 정공수송 재료, 전자수송 재료, 전자주입 재료 등으로 분류될 수 있다. 상기 발광 재료는 발광 메커니즘에 따라 전자의 일중항 여기상태로부터 유래되는 형광 재료와 전자의 삼중항 여기상태로부터 유래되는 인광 재료로 분류될 수 있다.
또한, 발광 재료로서 하나의 물질만 사용하는 경우, 분자간 상호 작용에 의하여 최대 발광 파장이 장파장으로 이동하고 색순도가 떨어지거나 발광 감쇄 효과로 소자의 효율이 감소되는 문제가 발생하므로, 색순도의 증가와 에너지 전이를 통한 발광 효율을 증가시키기 위하여 발광 재료로서 호스트-도판트 시스템을 사용할 수 있다. 그 원리는 발광층을 형성하는 호스트보다 에너지 대역 간극이 작은 도판트를 발광층에 소량 혼합하면, 발광층에서 발생한 엑시톤이 도판트로 수송되어 효율이 높은 빛을 내는 것이다. 이때, 호스트의 파장이 도판트의 파장대로 이동하므로, 이용하는 도판트의 종류에 따라 원하는 파장의 빛을 얻을 수 있다.
이러한 발광층 중 도판트 화합물에 관한 종래기술로서 공개특허공보 제 10-2008-0015865(2008.02.20)에는 아릴 아민이 결합된 인데노플루오렌 유도체 등을 이용한 유기 발광 소자가 개시되어 있고, 공개특허공보 제10-2012-0047706호(20012.05.14)에서는 한분자내에 디벤조퓨란 또는 디벤조티오펜이 플루오렌과 함께 존재하거나, 벤조퓨란 또는 디벤조티오펜이 카바졸과 함께 존재하는 구조의 화합물을 이용한 유기발광 소자가 개시되어 있다.
또한, 유기발광소자의 효율을 개선하기 위한 또 다른 종래기술로서, 공개특허공보 제10-2006-0022676호(2006.03.10.) 에서는 발광층과 전자수송층 사이에 전자의 양을 조정하기 위한 억제층을 설치하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자에 관해 기재되어 있다.
그러나, 상기 선행문헌을 포함하는 종래기술에서 보다 효율적인 발광특성을 가지는 유기발광소자를 제조하기 위한 다양한 종류의 방법이 시도되었음에도 불구하고 아직도 유기발광소자의 광범위(wide dynamic range) 영역에서의 색 재현율과 색 표현력의 최소화를 위해서는 소자를 구성하는 각각의 color의 휘도 변화율이 최소화 되어야 하는 특성이 요구되고 있으며, 특히, 저계조(low dynamic range, 저전류) 영역에서의 휘도변화가 클 경우 저전압 구동이 어려우며, 특정 color의 휘도가 급격하게 감소하게 되고 이러한 특성으로 인해 안정적인 백색 구현이 어렵게 되는 문제점이 있어, 이러한 문제점이 개선된 유기발광소자의 개발의 필요성은 지속적으로 요구되고 있는 실정이다.
공개특허공보 제 10-2008-0015865(2008.02.20)
공개특허공보 제10-2012-0047706호(2012.05.14)
공개특허공보 제10-2006-0022676호(2006.03.10)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 저계조 영역에서의 휘도감소율이 개선된 특성을 갖는 유기발광 소자를 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
본 발명은 제1전극; 상기 제1전극에 대향된 제2전극; 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 발광층 및 전하균형조절층을 순차적으로 포함하며, 상기 발광층이 하기 [화학식 A] 로 표시되는 아민 유도체 화합물을 1종 이상을 포함하고, 또한 상기 전하균형조절층이 하기 [화학식 B] 또는 [화학식 C]로 표시되는 안트라센 유도체 화합물을 1종이상 포함하는 유기발광소자를 제공한다.
[화학식 A]
Figure pat00001
상기 [화학식 A]에서,
치환기 R1 내지 R10은 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 30의 시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬게르마늄기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30 의 아릴게르마늄기 시아노기, 니트로기, 할로겐기 중에서 선택되는 어느 하나이되,
상기 R1 내지 R10 중 적어도 하나는 하기 구조식 A 또는 구조식 B로 표시되는 치환기이다.
[구조식 A] [구조식 B]
Figure pat00002
상기 [구조식 A] 및 [구조식 B]에서,
상기 고리그룹A는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 방향족 탄화수소고리, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 40의 방향족 헤테로고리이고,
화학식 B에서의 고리그룹B는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 8의 시클로알킬렌이며,
치환기 R11 내지 R14는 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 아르알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알키닐기, 시아노기, 할로겐기로 이루어진 군으로부터 선택되고,
*는 상기 안트라센에 결합되는 결합사이트를 의미하며,
상기 구조식 A 또는 구조식 B로 표시되는 치환기가 안트라센기에 복수로 치환된 경우에, 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
[화학식 B] [화학식 C]
Figure pat00003
Figure pat00004
상기 [화학식 B] 및 [화학식 C]에서,
R21 내지 R28, R31 내지 R37, R41 내지 R48, R51 내지 R57은 각각 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 30의 시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환되고 이종원자로 O, N 또는 S를 갖는 탄소수 2 내지 50의헤테로아릴기, 시아노기, 니트로기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 게르마늄기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 붕소기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알루미늄기, 카르보닐기, 포스포릴기, 아미노기, 싸이올기, 히드록시기, 셀레늄기, 텔루륨기, 아미드기, 에테르기 및 에스테르기 중에서 선택되는 어느 하나이고,
상기 치환기 Ar1 및 Ar2는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기이며;
상기 연결기 L은 단일 결합, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴렌기 중에서 선택된다.
본 발명에 따른 유기발광소자는 발광층과 전하균형조절층을 구비하며, 각각의 층내 포함되는 재료의 종류가 특정 구조를 가지게 됨으로써, 종래 기술에 따라 제조된 유기발광소자 보다 저계조 영역에서의 휘도감소율이 개선된 특성을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 구현에 따른 유기발광소자의 구조를 도시한 그림이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 전하균형 조절층을 포함하지 않는 경우와 전하균형 조절층을 포함하는 경우의 유기 발광 소자의 구조를 도시한 그림이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광소자의 저계조 영역에서의 휘도 감소율을 도시한 그림이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 유기발광소자의 저계조 영역에서의 휘도 감소율을 도시한 그림이다.
도 5 는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 유기발광소자의 저계조 영역에서의 휘도 감소율을 도시한 그림이다.
도 6 은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 유기발광소자의 저계조 영역에서의 휘도 감소율을 도시한 그림이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 각 도면에 있어서, 구조물들의 사이즈나 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나 축소하여 도시한 것이고, 특징적 구성이 드러나도록 공지의 구성들은 생략하여 도시하였으므로 도면으로 한정하지는 아니한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대한 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않으며, 또한 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 상에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "~상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
본 발명은 제1전극; 상기 제1전극에 대향된 제2전극; 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 발광층 및 전하균형조절층을 순차적으로 포함하며, 상기 발광층이 하기 [화학식 A] 로 표시되는 아민 유도체 화합물을 1종 이상을 포함하고, 또한 상기 전하균형조절층이 하기 [화학식 B] 또는 [화학식 C]로 표시되는 안트라센 유도체 화합물을 1종이상 포함하는 유기발광소자를 제공한다.
[화학식 A]
상기 [화학식 A]에서,
치환기 R1 내지 R10은 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 30의 시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬게르마늄기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30 의 아릴게르마늄기 시아노기, 니트로기, 할로겐기 중에서 선택되는 어느 하나이되,
상기 R1 내지 R10 중 적어도 하나는 하기 구조식 A 또는 구조식 B로 표시되는 치환기이다.
[구조식 A] [구조식 B]
Figure pat00006
상기 [구조식 A] 및 [구조식 B]에서,
상기 고리그룹A는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 방향족 탄화수소고리, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 40의 방향족 헤테로고리이고,
화학식 B에서의 고리그룹B는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 8의 시클로알킬렌이며,
치환기 R11 내지 R14는 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 아르알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알키닐기, 시아노기, 할로겐기로 이루어진 군으로부터 선택되고,
*는 상기 안트라센에 결합되는 결합사이트를 의미하며,
상기 구조식 A 또는 구조식 B로 표시되는 치환기가 안트라센기에 복수로 치환된 경우에, 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
[화학식 B] [화학식 C]
Figure pat00007
Figure pat00008
상기 [화학식 B] 및 [화학식 C]에서,
R21 내지 R28, R31 내지 R37, R41 내지 R48, R51 내지 R57은 각각 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 30의 시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환되고 이종원자로 O, N 또는 S를 갖는 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기, 시아노기, 니트로기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 게르마늄기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 붕소기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알루미늄기, 카르보닐기, 포스포릴기, 아미노기, 싸이올기, 히드록시기, 셀레늄기, 텔루륨기, 아미드기, 에테르기 및 에스테르기 중에서 선택되는 어느 하나이고,
상기 치환기 Ar1 및 Ar2는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기이며;
상기 연결기 L은 단일 결합, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴렌기 중에서 선택되며,
상기 [화학식 A] 내지 [화학식 C]에서의 '치환 또는 비치환된'에서의 '치환'은 중수소, 시아노기, 할로겐기, 히드록시기, 니트로기, 탄소수 1 내지 24의 알킬기, 탄소수 1 내지 24의 할로겐화된 알킬기, 탄소수 2 내지 24의 알케닐기, 탄소수 2 내지 24의 알키닐기, 탄소수 1 내지 24의 헤테로알킬기, 탄소수 6 내지 24의 아릴기, 탄소수 7 내지 24의 아릴알킬기, 탄소수 2 내지 24의 헤테로아릴기 또는 탄소수 2 내지 24의 헤테로아릴알킬기, 탄소수 1 내지 24의 알콕시기, 탄소수 1 내지 24의 알킬아미노기, 탄소수 6 내지 24의 아릴아미노기, 탄소수 1 내지 24의 헤테로 아릴아미노기, 탄소수 1 내지 24의 알킬실릴기, 탄소수 6 내지 24의 아릴실릴기, 탄소수 6 내지 24의 아릴옥시기로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 치환기로 치환되는 것을 의미한다.
한편, 본 발명에서의 상기 "치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기", "치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기" 등에서의 상기 알킬기 또는 아릴기의 범위를 고려하여 보면, 상기 탄소수 1 내지 30의 알킬기 및 탄소수 6 내지 50의 아릴기의 탄소수의 범위는 각각 상기 치환기가 치환된 부분을 고려하지 않고 비치환된 것으로 보았을 때의 알킬 부분 또는 아릴 부분을 구성하는전체탄소수를 의미하는 것이다. 예컨대, 파라위치에 부틸기가 치환된 페닐기는 탄소수 4의 부틸기로 치환된 탄소수 6의 아릴기에 해당하는 것으로 보아야 한다.
또한, 본 발명의 화합물에서 사용되는 아릴기는 하나의 수소제거에 의해서 방향족 탄화수소로부터 유도된 유기라디칼로, 5 내지 7원, 바람직하게는 5 또는 6원을 포함하는 단일 또는 융합고리계를 포함하며, 또한 상기 아릴기에 치환기가 있는 경우 이웃하는 치환기와 서로 융합 (fused)되어 고리를 추가로 형성할 수 있다.
상기 아릴기의 구체적인 예로는 페닐기, o-비페닐기, m-비페닐기, p-비페닐기, o-터페닐기, m-터페닐기, p-터페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 페난트릴기, 피레닐기, 인데닐, 플루오레닐기, 테트라히드로나프틸기, 페릴렌일, 크라이세닐, 나프타세닐, 플루오란텐일등과 같은 방향족 그룹을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
상기 아릴기 중 하나 이상의 수소 원자는 중수소 원자, 할로겐 원자, 히드록시기, 니트로기, 시아노기, 실릴기, 아미노기 (-NH2, -NH(R), -N(R')(R''), R'과 R"은 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기이며, 이 경우 "알킬아미노기"라 함), 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실기, 술폰산기, 인산기, 탄소수 1 내지 24의 알킬기, 탄소수 1 내지 24의 할로겐화된 알킬기, 탄소수 2 내지 24의 알케닐기, 탄소수 2 내지 24의 알키닐기, 탄소수 1 내지 24의 헤테로알킬기, 탄소수 6 내지 24의 아릴기, 탄소수 6 내지 24의 아릴알킬기, 탄소수 2 내지 24의 헤테로아릴기 또는 탄소수 2 내지 24의 헤테로아릴알킬기로 치환될 수 있다.
본 발명의 화합물에서 사용되는 치환기인 헤테로아릴기는 N, O, P, Si, S, Ge, Se, Te 중에서 선택된 1, 2 또는 3개의 헤테로 원자를 포함하고, 나머지 고리 원자가 탄소인 탄소수 2 내지 24의 고리 방향족 시스템을 의미하며, 상기 고리들은융합(fused)되어 고리를 형성할 수 있다. 그리고 상기 헤테로아릴기 중 하나 이상의 수소 원자는 상기 아릴기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
또한 본 발명에서 상기 방향족 헤테로고리는 방향족 탄화수소 고리에서 방향족 탄소중 하나이상이 N, O, P, Si, S, Ge, Se, Te 중에서 선택된 하나 이상의 헤테로 원자로 치환된 것을 의미한다.
본 발명에서 사용되는 치환기인 알킬기의 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필,이소프로필, 이소부틸, sec-부틸, tert-부틸, 펜틸, iso-아밀, 헥실 등을 들 수 있고, 상기 알킬기 중 하나 이상의 수소 원자는 원자는 상기 아릴기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
본 발명의 화합물에서 사용되는 치환기인 알콕시기의 구체적인 예로는 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 이소부틸옥시, sec-부틸옥시, 펜틸옥시, iso-아밀옥시, 헥실옥시 등을 들 수 있고, 상기 알콕시기 중 하나 이상의 수소 원자는 상기 아릴기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
본 발명의 화합물에서 사용되는 치환기인 실릴기의 구체적인 예로는 트리메틸실릴, 트리에틸실릴, 트리페닐실릴, 트리메톡시실릴, 디메톡시페닐실릴, 디페닐메틸실릴, 디페닐비닐실릴, 메틸사이클로뷰틸실릴, 디메틸퓨릴실릴 등을 들 수 있고, 상기 실릴기 중 하나 이상의 수소 원자는 상기 아릴기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
한편 본 발명에서 "(유기층이) 유기 화합물을 1종 이상 포함한다" 란, "(유기층이) 본 발명의 범주에 속하는 1종의 유기 화합물 또는 상기 유기 화합물의 범주에 속하는 서로 다른 2종 이상의 화합물을 포함할 수 있다"로 해석될 수 있다.
일 실시예로서, 본 발명에서의 유기발광소자에서의 상기 제1 전극은 양극이고, 제2전극은 음극이며, 상기 양극과 발광층 사이에 정공수송층을 포함하고, 전하균형조절층과 음극 사이에 전자수송층을 포함할 수 있다. 이 경우에 본 발명에서의 유기발광소자는 상기 양극과 정공수송층 사이에 정공주입층이 포함되며, 상기 전자수송층과 음극 사이에 전자주입층이 포함될 수 있다.
또한 상기 유기발광소자에서의 발광층이 호스트와 도판트를 포함하며, 상기 [화학식 A]로 표시되는 안트라센계 화합물은 도판트로서 사용될 수 있다.
즉, 본 발명에서의 유기발광소자는 상기 화학식 A로 표시되는 아민유도체 화합물을 유기발광소자내 발광층에서 도판트로 사용하고, 또한 상기 [화학식 B] 또는 [화학식 C]로 표시되는 안트라센 유도체 화합물을 상기 전하균형조절층에 포함함으로써, 종래 기술에 따라 제조된 유기발광소자 보다 저계조 영역에서의 휘도감소율이 개선된 특성을 가질 수 있다
본 발명에 있어서 상기 [화학식 A]에서의 R9 및 R10은 각각 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 18의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 18의 헤테로아릴기일 수 있다. 이 경우에 또한 상기 구조식 A 및 구조식 B에서의 고리 그룹 A는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 12의 방향족 탄화수소고리일 수 있다.
또한, 상기 구조식 A 또는 구조식 B로 표시되는 치환기는 [화학식 A]로 표시되는 안트라센 유도체에 1 개 또는 2개가 치환될 수 있다. 이경우에 상기 구조식 A 또는 구조식 B로 표시되는 치환기는 바람직하게는 R9 및 R10의 치환기가 결합되는 방향족 탄소와는 결합하지 않을 수 있다.
또한 본 발명의 유기발광소자에서의 상기 [화학식 A] 내 치환기 R1 내지 R4 중에서 0 또는 1개가 상기 구조식 A 또는 구조식 B로 치환되고, R5 내지 R8 중에서 0 또는 1개가 상기 구조식 A 또는 구조식 B로 치환될 수 있다.
*본 발명에서 [화학식 A]로 표시되는 안트라센 유도체의 구체적인 예로서는 하기 [화합물 101] 내지 [화합물 145] 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
<화합물 101> <화합물 102> <화합물 103>
Figure pat00009
<화합물 104> <화합물 105> <화합물 106>
Figure pat00010
<화합물 107> <화합물 108> <화합물 109>
Figure pat00011
<화합물 110> <화합물 111> <화합물 112>
Figure pat00012
<화합물 113> <화합물 114> <화합물 115>
Figure pat00013
<화합물 116> <화합물 117> <화합물 118>
Figure pat00014
<화합물 119> <화합물 120> <화합물 121>
Figure pat00015
<화합물 122> <화합물 123> <화합물 124>
Figure pat00016
<화합물 125> <화합물 126> <화합물 127>
Figure pat00017
<화합물 128> <화합물 129> <화합물 130>
Figure pat00018
<화합물 131> <화합물 132> <화합물 133>
Figure pat00019
<화합물 134> <화합물 135> <화합물 136>
Figure pat00020
<화합물 137> <화합물 138> <화합물 139>
Figure pat00021
<화합물 140> <화합물 141> <화합물 142>
Figure pat00022
<화합물 143> <화합물 144> <화합물 145>
Figure pat00023
한편, 본 발명에서의 전하균형조절층으로 사용되는 재료에 해당하는, 상기 [화학식 B] 및 [화학식 C]로 표시되는 화합물은 안트라센 고리의 10번 위치에 연결기 L이 결합되고, 상기 연결기 L과 디벤조퓨란 고리의 1번 위치 또는 2번 위치가 결합되는 것을 특징으로 한다.
Figure pat00024
[그림 1]
한편, 본 발명에서의 상기 [화학식 B] 및 [화학식 C]에서의 연결기 L은 단일결합이거나, 아래 [구조식 1] 또는 [구조식 2] 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
[구조식 1] [구조식 2]
Figure pat00025
Figure pat00026
여기서, 상기 연결기 L에서 방향족 고리의 탄소자리는 수소 또는 중수소가 결합될 수 있다.
또한 본 본 발명에서의 상기 [화학식 B] 및 [화학식 C]내에 치환기 Ar1 및 Ar2는 각각 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 18의 아릴기일 수 있다.
일 실시예로서, 본 발명에서 상기 [화학식 B] 또는 [화학식 C]로 표시되는 화합물의 구체적인 예로서는 하기 <화합물 1> 내지 <화합물 75> 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
<화합물 1> <화합물 2> <화합물 3>
Figure pat00027
<화합물 4> <화합물 5> <화합물 6>
Figure pat00028
<화합물 7> <화합물 8> <화합물 9>
Figure pat00029
<화합물 10> <화합물 11> <화합물 12>
Figure pat00030
<화합물 13> <화합물 14> <화합물 15>
Figure pat00031
<화합물 16> <화합물 17> <화합물 18>
Figure pat00032
<화합물 19> <화합물 20> <화합물 21>
Figure pat00033
<화합물 22> <화합물 23> <화합물 24>
Figure pat00034
<화합물 25> <화합물 26> <화합물 27>
Figure pat00035
<화합물 28> <화합물 29> <화합물 30>
Figure pat00036
<화합물 31> <화합물 32> <화합물 33>
Figure pat00037
<화합물 34> <화합물 35> <화합물 36>
Figure pat00038
<화합물 37> <화합물 38> <화합물 39>
Figure pat00039
<화합물 40> <화합물 41> <화합물 42>
Figure pat00040
<화합물 43> <화합물 44> <화합물 45>
Figure pat00041
<화합물 46> <화합물 47> <화합물 48>
Figure pat00042
<화합물 49> <화합물 50> <화합물 51>
Figure pat00043
<화합물 52> <화합물 53> <화합물 54>
Figure pat00044
<화합물 55> <화합물 56> <화합물 57>
Figure pat00045
<화합물 58> <화합물 59> <화합물 60>
Figure pat00046
<화합물 61> <화합물 62> <화합물 63>
Figure pat00047
<화합물 64> <화합물 65> <화합물 66>
Figure pat00048
<화합물 67> <화합물 68> <화합물 69>
Figure pat00049
<화합물 70> <화합물 71> <화합물 72>
Figure pat00050
<화합물 73> <화합물 74> <화합물 75>
Figure pat00051
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 구조를 도시한 그림이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자는 양극(20), 정공수송층(40), 호스트 및 도판트를 포함하는 발광층(50), 전하균형조절층(55), 전자수송층(60) 및 음극(80)을 순차적 순서로 포함하는 유기발광소자로서, 상기 양극을 제1 전극으로, 음극을 제2전극으로 하여, 상기 양극과 발광층 사이에 정공수송층을 포함하고, 전하균형조절층과 음극 사이에 전자수송층을 포함한 유기발광소자에 해당한다.
즉, 상기 발광층(50)과 전자수송층(60) 사이에 상기 [화학식 B] 또는 [화학식 C]로 표시되는 화합물 중 어느 하나로 표시되는 화합물을 1종 이상 포함하는 전하균형조절층(55)을 포함하며, 상기 발광층 내에 도판트로서, 상기 [화학식 A]로 표시되는 화합물을 1종이상 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자는 상기 양극(20)과 정공수송층(40) 사이에 정공주입층(30)이 포함되며, 상기 전자수송층(60)과 음극(80) 사이에 전자주입층(70)이 포함될 수 있다.
도 1을 참조하여 본 발명의 유기 발광 소자 및 그 제조방법에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
먼저 기판(10) 상부에 양극(애노드) 전극용 물질을 코팅하여 양극(20) 을 형성한다. 여기에서 기판(10)으로는 통상적인 유기 EL 소자에서 사용되는 기판을 사용하는데 투명성, 표면 평활성, 취급용이성 및 방수성이 우수한 유기 기판 또는 투명 플라스틱 기판이 바람직하다. 그리고, 양극 전극용 물질로는 투명하고 전도성이 우수한 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO) 등을 사용한다.
상기 양극(20) 전극 상부에 정공 주입층 물질을 진공열 증착, 또는 스핀 코팅하여 정공주입층(30)을 형성한다. 그 다음으로 상기 정공주입층(30)의 상부에 정공수송층 물질을 진공 열증착 또는 스핀 코팅하여 정공수송층(40)을 형성한다.
상기 정공주입층 재료는 당업계에서 통상적으로 사용되는 것인 한 특별히 제한되지 않고 사용할 수 있으며, 예를 들어 2-TNATA [4,4',4"-tris(2-naphthylphenyl-phenylamino)-triphenylamine], NPD[N,N'-di(1-naphthyl)-N,N'-diphenylbenzidine)], TPD[N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine], DNTPD[N,N'-diphenyl-N,N'-bis-[4-(phenyl-m-tolyl-amino)-phenyl]-biphenyl-4,4'-diamine] 등을 사용할 수 있다. 하지만 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 상기 정공수송층의 재료로서 당업계에 통상적으로 사용되는것인 한 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐 -[1,1-비페닐]-4,4'-디아민(TPD) 또는 N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐벤지딘(a-NPD) 등을 사용할 수 있다. 하지만 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 상기 정공수송층(40)의 상부에 발광층(50)을 진공 증착 방법, 또는 스핀 코팅 방법으로서 적층하고 상기 유기발광층(50)의 상부에 본 발명에 따른 전하균형 조절층(55)를 진공 증착 방법, 또는 스핀 코팅 방법으로서 박막을 형성할 수 있다.
여기서, 상기 발광층은 호스트와 도펀트로 이루어질 수 있으며, 이들을 구성하는 재료에 대해서는 앞서 기재한 바와 같다.
또한, 본 발명의 구체적인 예에 의하면, 상기 발광층의 두께는 50 내지 2,000 Å인 것이 바람직하다.
한편 본 발명에서 상기 발광층에는 호스트 및 이와 더불어, 도펀트 재료가 사용될 수 있다. 상기 발광층이 호스트 및 도펀트를 포함할 경우, 도펀트의 함량은 통상적으로 호스트 약 100 중량부를 기준으로하여 약 0.01 내지 약 20중량부의 범위에서 선택될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 사용되는 호스트로서는 안트라센 화합물이 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명에서 상기 호스트로서 안트라센 화합물이 사용되는 경우에 이는 아래 화학식 D로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다.
[화학식 D]
Figure pat00052
상기 [화학식 D]에서
R91 내지 R98은 동일하거나 상이하며, 각각 앞서 기재된 화학식 A 에서의 치환기 R1 내지 R10에서 정의된 바와 동일하며,
치환기 Ar19 및 Ar20 은 각각 서로 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 30의 시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기 중에서 선택되는 어느하나이며;
L19는 단일결합이거나, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 헤테로아릴렌기 중에서 선택되는 어느 하나이고,
h는 1 내지 3의 정수이되, 상기 h가 2 이상인 경우에 각각의 L19는 서로 동일하거나 상이하다.
보다 구체적으로, 본 발명에서 상기 화학식 D로 표시되는 안트라센 유도체에서의 치환기 Ar19는 하기 화학식 D-1로 표시되는 치환기일 수 있다.
[화학식 D-1]
Figure pat00053
상기 R71 내지 R75는 각각 동일하거나 상이하고, 각각 앞서 기재된 화학식 A 에서의 치환기 R1 내지 R10에서 정의된 바와 동일하며, 서로 이웃하는 치환기와 결합하여 포화 혹은 불포화 고리를 형성할 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 화학식 D의 안트라센 유도체에서 상기 L19 는 단일결합이거나, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기일 수 있고, 상기 h는 1 내지 2의 정수이되, 상기 h가 2 이상인 경우에 각각의 L19는 서로 동일하거나 상이하다.
또한 상기 발광층은 상기 도판트와 호스트이외에도 다양한 호스트와 다양한 도펀트 물질을 추가로 포함할 수 있다.
한편, 상기 발광층 상에 본 발명에 따른 전하균형조절층(55)이 형성되고, 이에 전자수송층(60)을 진공 증착 방법, 또는 스핀 코팅 방법을 통해 증착한 후에 전자주입층(70)을 형성하고 상기 전자주입층(70)의 상부에 음극 형성용 금속을 진공 열증착하여 음극(80) 전극을 형성함으로써 유기 발광소자(OLED)가 완성된다.
한편, 본 발명에서 상기 전자수송층 재료로는 전자주입전극(Cathode)로부터 주입된 전자를 안정하게 수송하는 기능을 하는 것으로서 공지의 전자수송물질을 이용할 수 있다. 공지의 전자수송물질의 예로는, 퀴놀린유도체, 특히 트리스(8-퀴놀리노레이트)알루미늄(Alq3), Liq, TAZ, BAlq, 베릴륨비스(벤조퀴놀리-10-노에이트)(beryllium bis(benzoquinolin-10-olate: Bebq2), 화합물 201, 화합물 202, BCP, 옥사디아졸유도체인 PBD, BMD, BND 등과 같은 재료를 사용할 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00054
TAZ BAlq
Figure pat00055
<화합물 201> <화합물 202> BCP
Figure pat00056
Figure pat00057
Figure pat00058
또한, 본 발명에서 사용되는 전자 수송층은 화학식 I로 표시되는 유기 금속 화합물이 단독 또는 상기 전자수송층 재료와 혼합으로 사용될 수 있다.
[화학식 I]
Figure pat00059
상기 [화학식 I]에서,
Y는 C, N, O 및 S에서 선택되는 어느 하나가 상기 M에 직접결합되어 단일결합을 이루는 부분과, C, N, O 및 S에서 선택되는 어느 하나가 상기 M에 배위결합을 이루는 부분을 포함하며, 상기 단일결합과 배위결합에 의해 킬레이트된 리간드이고
상기 M은 알카리 금속, 알카리 토금속, 알루미늄(Al) 또는 붕소(B)원자이고, 상기 OA는 상기 M과 단일결합 또는 배위결합 가능한 1가의 리간드로서,
상기 O는 산소이며,
A는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 30의 시클로알케닐기 및 치환 또는 비치환되고 이종 원자로 O, N, S 및 Si에서 선택되는 어느 하나이상을 갖는 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기중에서 선택되는 어느 하나이고,
상기 M이 알카리 금속에서 선택되는 하나의 금속인 경우에는 m=1, n=0이고,
상기 M이 알카리 토금속에서 선택되는 하나의 금속인 경우에는 m=1, n=1이거나, 또는 m=2, n=0이고,
상기 M이 붕소 또는 알루미늄인 경우에는 m = 1 내지 3중 어느 하나이며, n은 0 내지 2 중 어느 하나로서 m+n=3을 만족하며;
상기 '치환 또는 비치환된'에서의 '치환'은 중수소, 시아노기, 할로겐기, 히드록시기, 니트로기, 알킬기, 알콕시기, 알킬아미노기, 아릴아미노기, 헤테로 아릴아미노기, 알킬실릴기, 아릴실릴기, 아릴옥시기, 아릴기, 헤테로아릴기, 게르마늄, 인 및 보론으로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 치환기로 치환되는 것을 의미한다.
본 발명에서 Y 는 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 하기 [구조식C1] 내지 [구조식 C39]부터 선택되는 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정된 것은 아니다.
[구조식C1][구조식C2][구조식C3]
Figure pat00060
[구조식C4][구조식C5][구조식C6]
Figure pat00061
[구조식C7][구조식C8][구조식C9][구조식C10]
Figure pat00062
[구조식C11] [구조식C12] [구조식C13]
Figure pat00063
[구조식C14][구조식C15][구조식C16]
Figure pat00064
[구조식C17][구조식C18][구조식C19][구조식C20]
Figure pat00065
[구조식C21] [구조식C22] [구조식C23]
Figure pat00066
[구조식C24][구조식C25][구조식C26]
Figure pat00067
[구조식C27][구조식C28][구조식C29][구조식C30]
Figure pat00068
[구조식C31] [구조식C32] [구조식C33]
Figure pat00069
[구조식C34][구조식C35][구조식C36]
Figure pat00070
[구조식C37][구조식C38][구조식C39]
Figure pat00071
상기 [구조식C1] 내지 [구조식 C39]에서,
R은 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수3내지 30의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 으의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아미노기 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기중에서 선택되고, 인접한 치환체와 알킬렌 또는 알케닐렌으로 연결되어 스피로고리 또는 융합고리를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에서의 유기발광소자는 상기 전자 수송층 상부에 음극으로부터 전자의 주입을 용이하게 하는 기능을 가지는 물질인 전자 주입층(EIL)이 적층될 수 있으며 이는 특별히 재료를 제한하지 않는다.
상기 전자 주입층 형성 재료로는 CsF, NaF, LiF, NaCl, Li2O,BaO등과 같은 전자주입층 형성 재료로서 공지된 임의의 물질을 이용할 수 있다. 상기 전자주입층의 증착조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공 주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택될 수 있다.
상기 전자 주입층의 두께는 약 1 Å 내지 약 100 Å, 약 3 Å 내지 약 90 Å일 수 있다. 상기 전자 주입층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 전자 주입 특성을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 음극은 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리듐(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag) 등의 음극 형성용 금속으로는 사용하거나, 또는 전면 발광 소자를 얻기 위해서는 ITO, IZO를 사용한 투과형 음극을 사용하여 형성할 수 있다.
또한 본 발명에서의 유기 발광 소자는 380 nm 내지 800 nm의 파장범위에서 발광하는 청색 발광재료, 녹색 발광재료 또는 적색 발광재료의 발광층을 추가적으로 포함할 수 있다. 즉, 본 발명에서의 발광층은 복수의 발광층으로서, 상기 추가적으로 형성되는 발광층내 청색 발광재료, 녹색 발광재료 또는 적색 발광재료는 형광재료 또는 인광재료일 수 있다.
한편, 본 발명에서 상기 전하균형 조절층의 어피니티(affinity) Acb (eV)는 발광층내 호스트의 어피니티(affinity) Ah (eV) 와 상기 전자수송층의 어피니티 Ae (eV) 의 사이의 범위(Ah ≥ Acb ≥ Ae )를 가질 수 있다.
이는 도 2를 통해 보다 상세히 설명될 수 있다. 도 2는 전하균형 조절층을 포함하지 않는 경우(좌측)와 본 발명의 일 실시예에 따른, 전하균형 조절층을 포함하는 경우(우측)의 유기 발광 소자의 구조를 도시한 그림이다.
상기 도 2의 좌측 그림에서 게재된 바와 같이, 전자수송층(60)이 직접적으로 발광층(50)에 인접해 있는 경우에, 음극으로부터 제공되는 전자는 전자 수송층(60)을 거쳐 발광층의 호스트(50)로 이동하는 경우에 전자 주입 장벽(Electron injection barrier)이 커지게 된다. 발광층내 호스트의 엑시톤 밀도가 크지 않은 상태가 되나, 본 발명에서와 같이 상기 전하균형 조절층의 어피니티(affinity) Acb (eV)를 발광층내 호스트의 어피니티(affinity) Ah (eV) 와 상기 전자수송층의 어피니티 Ae (eV) 의 사이의 범위(Ah ≥ Acb ≥ Ae )를 가지도록 하는 경우에 각 층간의 전자 주입 장벽(Electron injection barrier)이 보다 작게 되며, , 이는 엑시톤의 재결합지역을 정공수송층 쪽으로 이동시킴으로써, 발광층내 호스트의 엑시톤 밀도가 증가될 수 있다.
즉, 상기 전하균형조절층에 의해 전자주입 배리어를 낮춤으로써, 발광층으로 전자주입이 보다 원활하게 할 수 있는 측면이 있다.
또한 본 발명에서 상기 전하균형조절층에 의해 발광층과 전자수송층간의 전자의 주입 장벽과 발광층과 정공수송층 간의 이온화에너지 준위 차이에 의한 정공 주입 장벽의 차이를 감소시킴으로써, 상기 정공과 전자의 전하 균형을 맞추어 주도록 하여 유기발광소자의 저계조에서의 휘도감소 특성을 개선할 수 있다.
이를 보다 상세히 설명하면, 일반적으로 유기발광소자의 형광 호스트와 같은 형광 발광재료는 전자의 이동도에 비해 상대적으로 정공의 이동도가 큰 특징을 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 하지만, 발광층의 전하이동도와 더불어 유기발광소자 발광층 내의 전하균형과 계조특성을 좌우하는 중요한 요인은 발광층과 전자수송층간의 전자의 주입 장벽과 발광층과 정공수송층 간의 이온화에너지 준위 차이에 의한 정공 주입 장벽으로서, 전하의 주입장벽의 차이가 크게되면 소자에 고전압을 인가하여야만(고전류) 발광층 내부로 전하 주입이 이루어지게 된다.
만약, 정공 및 전자주입 장벽을 차이가 현격할 경우 주입되는 두 종의 전하의 균형이 맞지 않게 된다. 이러한 특징을 가지는 소자는 고계조 구간과 저계조 구간사이의 휘도의 변화가 급격하게 일어나는 문제점이 발생하게 되고, 백색 유기발광소자의 구동전압에 따른 색재현율의 감소를 야기하게 될 수 있다. 따라서 이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 발광층과 전자수송층 사이에 전자균형조절층을 도입하여 전자 주입장벽을 조절하여 발광층 내의 정공과 전자의 전하균형을 맞춤으로써 저계조 영역에서의 휘도감소율을 크게 개선할 수 있다.
즉, 상기 전하균형조절층을 도입함으로써, 전자와 홀이 균형을 맞추어 발광층에서 만날수 있도록 하여 저계조에서도 휘도감소를 나타내지 않도록 함으로써, 고전압이든 저전압이든 모든 구간에서 휘도변화를 거의 없도록 할 수 있는 장점이 있다.
이는 본 발명에서의 도판트의 발광 파장영역이 500 내지 580 nm 영역의 그린쪽의 발광 재료를 사용하는 경우에 더욱 향상된 효과를 나타낼 수 있다.
한편, 본 발명에서 사용되는 전하균형 조절층 재료 및 전자수송층의 전자이동도는 예시적으로, 전계 강도 0.04 MV/cm 내지 0.5 MV/cm 에서 적어도 10-6 cm2/Vs 일 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전하균형 조절층, 전자수송층 및 전자주입층으로부터 선택된 하나 이상의 층은 단분자 증착공정 또는 용액공정에 의하여 형성될 수 있다.
여기서 상기 증착 공정은 상기 각각의 층을 형성하기 위한 재료로 사용되는 물질을 진공 또는 저압상태에서 가열 등을 통해 증발시켜 박막을 형성하는 방법을 의미하고, 상기 용액공정은 상기 각각의 층을 형성하기 위한 재료로 사용되는 물질을 용매와 혼합하고 이를 잉크젯 인쇄, 롤투롤 코팅, 스크린 인쇄, 스프레이 코팅, 딥 코팅, 스핀 코팅 등과 같은 방법을 통하여 박막을 형성하는 방법을 의미한다.
또한 본 발명에서의 상기 유기 발광 소자는 평판 디스플레이 장치; 플렉시블 디스플레이 장치; 단색 또는 백색의 평판 조명용 장치; 및 단색 또는 백색의 플렉시블 조명용 장치;에서 선택되는 어느 하나의 장치에 사용될 수 있다.
이하에서, 실시예를 통해 구체화된 유기 발광 소자에 대하여 보다 구체적으로 설명하나, 본 발명이 하기의 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 ]
전하균형조절층용 화합물의 제조예
합성예1 : 화합물 7의 합성
합성예1 -(1): 중간체1 -a의 합성
Figure pat00072
<중간체1-a>
2L-둥근바닥플라스크 반응기에 4-브로모디벤조퓨란 (150.0g, 0.607mol), 아세트아마이드 (53.8g, 0.911mol), 요오드화구리 (57.8g, 0.30mol), (ㅁ)트랜스-1,2-디아미노사이클로헥산 (63.9g, 0.60mol), 탄산칼륨 (167.8g, 1.21mol), 톨루엔 1500ml을 넣고 밤새 환류교반하였다. 반응 완료후 실리카겔 패드에 여과하였고 뜨거운 톨루엔으로 여러 번 씻어 주었다. 여액은 감압 농축 후 고체가 생성되면 아세토나이트릴로 결정화 후 여과하여 <중간체1-a>를 얻었다. (70.0g, 51%)
합성예1 -(2): 중간체1 -b의 합성
Figure pat00073
<중간체1-a> <중간체1-b>
2L 둥근바닥플라스크 반응기에 <중간체1-a> (70.0g, 0.311mol)와 아세트산 630ml을 넣어 녹였다. 브롬 (49.7g, 0.311mol)과 아세트산 280ml을 섞어 반응기에 적가 하였다. 상온에서 2시간 교반 후 반응이 완결되면 물 100ml을 넣고 교반하였다. 생성된 회색고체에 에탄올 500ml을 넣고 교반 후 여과하였다. 고체는 에탄올에 슬러리 후 여과 건조하였다. <중간체1-b>를 얻었다. (86.0g, 91%)
합성예1 -(3): 중간체1 -c의 합성
Figure pat00074
<중간체1-b> <중간체1-c>
2L-둥근바닥플라스크 반응기에 <중간체1-b> (86.0g, 0.283mol), 에탄올 600ml, 테트라하이드로퓨란 430ml을 넣어 녹인 후 교반하였다. 수산화칼륨 (47.6g, 0.848mol)은 물 260ml에 녹여 천천히 반응기에 넣고 밤새 환류교반 하였다. 반응완료 후 상온으로 냉각하였다. 에틸아세테이트와 물로 추출하여 유기층을 분리 감압 농축하였다. 생성된 고체에 에탄올 과량을 넣고 교반 후 여과하였다. 메틸렌클로라이드와 헵탄으로 재결정하여 <중간체1-c>를 얻었다. (73.0g, 98%)
합성예1 -(4): 중간체1 -d의 합성
Figure pat00075
<중간체1-c> <중간체1-d>
2L 둥근바닥플라스크 반응기에 <중간체1-c> (73.0g, 0.279mol)와 염산 90ml, 물 440ml을 넣고 0도에서 냉각 교반하였다. 소듐나이트리트 (25.0g, 0.362mol)는 물 90ml에 녹여 반응 용액에 적가후 동일 온도에서 1시간 교반하였다. 요오드화칼륨 (92.5g, 0.557mol)은 물 90ml에 녹여 반응용액에 적가 후 상온에서 교반하였다. 반응 완료 후 에틸아세테이트와 물로 추출하였다. 유기층은 소듐사이오설페이트펜타하이드레이트 수용액으로 씻은 후 분리 감압 농축하였다. 물질은 컬럼 크로마트그래피로 분리정제하여 <중간체1-d>를 얻었다. (52.3g, 50.3%)
합성예1 -(5): 중간체1 -e의 합성
Figure pat00076
<중간체1-e>
2L 둥근바닥플라스크 반응기에 2-브로모디벤조퓨란 (70.0g, 0.283mol), 비스(피나콜라토)디보론 (86.3g, 0.340mol), 1,1'-비스(디페닐포스피노)페로센-팔라듐(II)디클로라이드 (4.6g, 0.006mol), 포타슘아세테이트 (56.6g, 0.567mol), 1,4-다이옥산 700ml을 넣고 밤새 환류 교반하였다. 반응 완료 후 셀라이트 패드를 통과시켜 여액을 감압 농축 하였다. 컬럼 크로마토그래피로 분리정제하여 <중간체 1-e>를 얻었다. (66.4g, 79%)
합성예1 -(6): 중간체1 -f의 합성
Figure pat00077
<중간체1-d> <중간체1-f>
2L 둥근바닥플라스크 반응기에 <중간체1-d> (15.0g, 40mmol), <중간체1-e> (12.9g, 44mmol), 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐 (0.9g, 1mmol), 포타슘카보네이트 (11.1 g, 80mmol)을 넣고 톨루엔 100 mL, 메탄올 45mL, 물 30 mL를 넣었다. 반응기는 환류교반하여 밤새 교반하였다. 반응이 종료되면 반응기의 온도를 실온으로 낮추고 에틸아세테이트로 추출하였다. 유기층은 감압농축 후 컬럼 크로마토그래피로 분리하였다. 고체는 헵탄으로 재결정하여 <중간체1-f>를 얻었다. (8.9g, 53.9%)
합성예1 -(7): 화합물 7의 합성
Figure pat00078
<중간체1-f> <화합물 7>
250mL 둥근바닥플라스크 반응기에 <중간체1-f> (9.1g, 22mmol), (10-페닐-안트라센-9-보론산 (7.7g, 26mmol), 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐 (0.5g, 1mmol), 포타슘카보네이트 (6.0 g, 43mmol)을 넣고 톨루엔 50 mL, 에탄올 21mL, 물 14 mL를 넣었다. 반응기의 온도를 90도로 승온시키고 밤새 교반시켰다. 반응이 종료되면 반응기의 온도를 실온으로 낮추고 메탄올 50ml을 넣어 상온 교반하였다. 생성된 고체는 여과 후 메탄올로 씻어주었다. 고체는 톨루엔과 아세톤으로 재결정 하여 <화합물 7>을 얻었다. (6.1g, 47%)
MS (MALDI-TOF) : m/z 586.19 [M+]
합성예2 : 화합물 67의 합성
합성예2 -(1): 화합물 67의 합성
Figure pat00079
<화합물 67>
500mL 둥근바닥플라스크 반응기에 (10-페닐(d5)-안트라센-9-보론산 (38.6g, 127mmol), 2-브로모디벤조퓨란 (26.2g, 106 mmol), 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐 (3.43g, 3 mmol), 포타슘카보네이트(27.35 g, 197.9mmol)을 넣고 톨루엔 150 mL, 테트라하이드로퓨란 150mL, 물 60 mL를 넣었다. 반응기의 온도를 90도로 승온시키고 밤새 교반시켰다. 반응이 종료되면 반응기의 온도를 실온으로 낮추고 에틸아세테이트로 추출하고 유기층을 분리하였다. 유기층은 감압농축 후 컬럼 크로마토그래피로 분리하여 <화합물 67>을 얻었다. (34.1g, 75.7%)
MS (MALDI-TOF) : m/z 425.18 [M+]
합성예3 : 화합물 68의 합성
합성예3 -(1): 중간체3 -a의 합성
Figure pat00080
<중간체3-a>
500mL 둥근바닥플라스크 반응기에 (10-페닐(d5)-안트라센-9-보론산 (38.6g, 127mmol), 1-브로모-4-아이오도나프탈렌 (35.3g, 106 mmol), 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐 (3.43g, 3 mmol), 포타슘카보네이트(27.35 g, 197.9mmol)을 넣고 톨루엔 150 mL, 테트라하이드로퓨란 150mL, 물 60 mL를 넣었다. 반응기의 온도를 90도로 승온시키고 밤새 교반시켰다. 반응이 종료되면 반응기의 온도를 실온으로 낮추고 에틸아세테이트로 추출하고 유기층을 분리하였다. 유기층은 감압농축 후 컬럼 크로마토그래피로 분리하여 <중간체3-a>를 얻었다. (39.2g, 79.7%)
합성예3 -(2): 화합물 68의 합성
Figure pat00081
<중간체3-a> <중간체1-e> <화합물 68>
상기 합성예 1-(7)에서 (10-페닐-안트라센-9-보론산 대신 <중간체1-e>를 사용하고, <중간체1-f> 대신 <중간체3-a>를 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법을 이용하여 <화합물 68> (8.5 g, 66.5%)를 얻었다.
MS (MALDI-TOF) : m/z 551.23 [M+]
발광층 내 도판트 용 화합물의 제조예
합성예4 : 화합물 125의 합성
합성예4 -(1): 중간체4 -a 및 중간체4 -b의 합성
Figure pat00082
[중간체4-a] [중간체4-b]
1L 둥근 바닥 플라스크에 브로모벤젠 44.3g (0.282mol), THF 250ml를 넣은 후, -78℃까지 냉각시킨 후, 노르말부틸리튬 163ml (0.261mol)을 천천히 적가하고, 동일한 온도에서 1시간 동안 교반한 후, 2,6-디브로모안트라퀴논 30g (0.104mol)을 첨가하였다. 상기 반응 결과물을 상온으로 승온 한 후, 12시간 동안 교반하였고, 반응물에 2N 염산 300ml를 첨가하였다. 결과물을 층 분리하여 [중간체4-a]로 표시되는 화합물을 제조하였다.
1L의 둥근바닥 플라스크에 [중간체4-a]를 넣은 후 KI 52g (0.313mol), NaH2PO2-H2O 66.5g (0.627mol), 아세트산 600ml를 첨가하여 5시간 동안 환류 냉각시켰다. 결과물은 상온으로 냉각하고, 여과한 다음, 과량의 물과 메탄올로 세척하였다. 톨루엔으로 재결정하여 [중간체4-b] 19g (45%)을 제조하였다
합성예4 -(2): 중간체4 -c의 합성
Figure pat00083
[중간체4-c]
500ml의 둥근바닥 플라스크에 페닐하이드라진 40g(0.3699mol), 2-메틸싸이클로헥사논 41.5g (0.3699mol), 아세트산 240ml을 넣은 후 6시간 동안 환류시켰다. 반응이 완료 된 후 반응액을 수산화나트륨으로 염기화시킨 후, 물과 에틸렌아세테이트로 추출하여 중성화시킨 후 유기층을 황산 마그네슘으로 무수처리하여 감압 농축한 후 컬럼 크로마토그래피로 분리하여 [중간체4-c]로 표시되는 화합물 57.5g (84%)을 제조하였다.
합성예4 -(3): 중간체4 -d의 합성
Figure pat00084
[중간체4-d]
질소분위기의 500ml 둥근바닥 플라스크에 상기에서 얻은 [중간체4-c] 50g (0.27mol)를 톨루엔 150ml에 녹인 후, -20℃로 온로를 낮추었다. 1.6M 메틸리튬 260ml(0.1753mol)을 위 용액에 천천히 적가한 후 -20℃에서 3시간 동안 반응시켰다. 반응이 완료된 후 반응액에 톨루엔과 물의 1:1 용액 200ml을 천천히 붓고, 층분리하여 감압 농축한 후 컬럼 크로마토그래피로 분리하여 [중간체4-d] 47.3g (87%)을 제조하였다.
합성예4 -(4): 화합물 125의 합성
Figure pat00085
[화합물 125]
250 ml 둥근 바닥 플라스크에 상기에서 합성한 [중간체4-b] 10g (0.0205mol), [화학식4-d] 9.9g (0.0492mol), 팔라듐아세테이트 0.18g(0.82mmol), BINAP 0.51g(0.82mmol), 소듐텨셔리부톡사이드 7.8g (0.082mol), 톨루엔 80ml를 넣고 12 시간 동안 환류시켰다. 반응이 완료되면 뜨거운 상태에서 뷰흐너 깔대기에 셀라이트를 깔고 여과하였다. 톨루엔으로 재결정하여 연노란색 고체의 [화합물 125]를 얻었다. (3.4g, 19.7%)
MS (MALDI-TOF) : m/z 728.41 [M+]
합성예5 : 화합물 126의 합성
합성예4에 있어서, 브로모벤젠 대신 4-메틸브로모벤젠을 사용하여 동일한 방법으로 합성하여 [화합물 126]을 얻었다. (22.8%)
MS (MALDI-TOF) : m/z 756.44 [M+]
합성예6 : 화합물 129의 합성
합성예4에 있어서, 브로모벤젠 대신 4-터셔리뷰틸브로모벤젠을 사용하여 동일한 방법으로 합성하여 [화합물 126]을 얻었다. (19.7%)
MS (MALDI-TOF) : m/z 840.54 [M+]
합성예7 : 화합물 130의 합성
합성예4에 있어서, 브로모벤젠 대신 1-브로모-p-바이페닐을 사용하여 동일한 방법으로 합성하여 [화합물 130]을 얻었다. (23.4%)
MS (MALDI-TOF) : m/z 880.48 [M+]
실시예 1 ~ 10 : 유기발광소자의 제조 및 평가
ITO 글래스의 발광면적이 2m X 2mm 크기가 되도록 패터닝한 후 세정하였다. 상기 ITO 글래스를 진공 챔버에 장착한 후 베이스 압력이 1 X 10- 7torr가 되도록 한 후 상기 ITO 위에 DNTPD(700 Å), α-NPD(300 Å) 순으로 성막한 후 발광층의 호스트로서 하기 GH로 표시되는 화합물과, 도판트로서 하기 표 1에 기재된 화합물(중량비 97:3)를 혼합하여 성막(200Å)한다음, 전하균형조절층으로 하기 표 1에 기재된 화합물을 성막(50 Å)하고, 이후에 전자 수송층으로 [화학식 E-1]을 250 Å, 전자 주입층으로 [화학식 E-2]를 5 Å, Al (1000 Å)의 순서로 성막하여 유기발광소자를 제조하였다.
또한 실시예 및 비교예에 따른 저계조에서의 휘도감소율을 측정하기 위해 -2V 부터 6V 구간에 대하여 0.2V 간격으로 소자에 전압을 인가하고, 그때의 EL 발광 스펙트럼을 분광 방사 휘도계 (SR3A:TOPCON 제조)를 이용하여 측정하여 얻어진 분광 방사 휘도 스펙트럼으로부터 색좌표(CIE_x, CIE_y), 외부양자 효율, 휘도를 측정하였다.
*상기의 방법으로 측정한 저계조 휘도 감소율(%)을 하기 표 1에 나타내었다.
[DNTPD] [α-NPD] [GH]
Figure pat00086
[화학식 E-1] [화학식 E-2]
Figure pat00087
비교예 1 내지 4
상기 실시예 1 내지 10과 동일하게 유기발광소자를 제조하되, 전하균형조절층을 형성하지 않고 대신에 전자 수송층으로 [화학식 E-1]을 300 Å 형성하여 유기발광소자를 제조하였다.
도판트(GD) 전하균형 조절층 CIEx CIEy EL(λmax) (nm) 저계조 휘도 감소율 (%)
비교예1 화합물 125 - 0.259 0.653 520 -42.9
실시예1 화합물 125 화합물 7 0.260 0.653 520 -3.7
실시예2 화합물 125 화합물 67 0.260 0.654 521 -2.9
실시예3 화합물 125 화합물 68 0.260 0.654 520 -4.2
비교예2 화합물 126 - 0.249 0.651 519 -37.2, -12.5
실시예4 화합물 126 화합물 7 0.250 0.651 519 -4.2
실시예5 화합물 126 화합물 68 0.250 0.652 519 -4.2
비교예3 화합물 129 - 0.240 0.653 517 -49
실시예6 화합물 129 화합물 7 0.240 0.653 517 -2.3
실시예7 화합물 129 화합물 68 0.241 0.654 518 -3.2
비교예4 화합물 130 - 0.248 0.654 518 -37.1
실시예8 화합물 130 화합물 7 0.249 0.655 519 -2.3
실시예9 화합물 130 화합물 67 0.248 0.655 518 -1.1
실시예10 화합물 130 화합물 68 0.248 0.655 519 -4.5
상기 표 1에서 기재된 실시예 및 비교예에 따라 제조된 유기발광소자의 특성을 도 3 내지 도 6에 도시하였다.
도 3 내지 도 6의 x 축은 전류밀도(J)의 역수로 되어있기 때문에 왼쪽에서 오른쪽으로 갈수록 저계조 영역에 해당하며, y 축은 최대 휘도값을 100%로 기준하여 휘도감소 기울기 값을 표에 나타낸 것이다. 휘도감소의 기울기가 작을수록 전체적인 전류밀도 구간에서의 색재현율의 감소가 작다는 것을 의미한다.
상기 표 1 및 도 3 내지 도6에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 유기발광소자의 경우에 전하균형조절층을 구비하지 않은 비교예들의 유기발광소자에 비해 저계조에서의 휘도 감소율이 현저하게 감소하는 것을 알 수 있어, 보다 개선된 효율의 유기발광소자를 제공할 수 있다.

Claims (15)

  1. 제1전극;
    상기 제1전극에 대향된 제2전극;
    상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 발광층 및 전하균형조절층을 순차적으로 포함하며,
    상기 발광층이 하기 [화학식 A] 로 표시되는 아민 유도체 화합물을 1종 이상을 포함하고, 또한 상기 전하균형조절층이 하기 [화학식 B] 또는 [화학식 C]로 표시되는 안트라센 유도체 화합물을 1종이상 포함하는 유기발광소자.
    [화학식 A]
    Figure pat00088

    상기 [화학식 A]에서,
    치환기 R1 내지 R10은 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 30의 시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬게르마늄기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30 의 아릴게르마늄기 시아노기, 니트로기, 할로겐기 중에서 선택되는 어느 하나이되,
    상기 R1 내지 R10 중 적어도 하나는 하기 구조식 A 또는 구조식 B로 표시되는 치환기이다.
    [구조식 A] [구조식 B]
    Figure pat00089

    상기 [구조식 A] 및 [구조식 B]에서,
    상기 고리그룹A는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 방향족 탄화수소고리, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 40의 방향족 헤테로고리이고,
    화학식 B에서의 고리그룹B는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 8의 시클로알킬렌이며,
    치환기 R11 내지 R14는 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 아르알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알키닐기, 시아노기, 할로겐기로 이루어진 군으로부터 선택되고,
    *는 상기 안트라센에 결합되는 결합사이트를 의미하며,
    상기 구조식 A 또는 구조식 B로 표시되는 치환기가 안트라센기에 복수로 치환된 경우에, 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
    [화학식 B] [화학식 C]
    Figure pat00090
    Figure pat00091

    상기 [화학식 B] 및 [화학식 C]에서,
    R21 내지 R28, R31 내지 R37, R41 내지 R48, R51 내지 R57은 각각 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 30의 시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환되고 이종원자로 O, N 또는 S를 갖는 탄소수 2 내지 50의헤테로아릴기, 시아노기, 니트로기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 게르마늄기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 붕소기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알루미늄기, 카르보닐기, 포스포릴기, 아미노기, 싸이올기, 히드록시기, 셀레늄기, 텔루륨기, 아미드기, 에테르기 및 에스테르기 중에서 선택되는 어느 하나이고,
    상기 치환기 Ar1 및 Ar2는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기이며;
    상기 연결기 L은 단일 결합, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴렌기 중에서 선택되며,
    상기 [화학식 A] 내지 [화학식 C]에서의 '치환 또는 비치환된'에서의 '치환'은 중수소, 시아노기, 할로겐기, 히드록시기, 니트로기, 탄소수 1 내지 24의 알킬기, 탄소수 1 내지 24의 할로겐화된 알킬기, 탄소수 2 내지 24의 알케닐기, 탄소수 2 내지 24의 알키닐기, 탄소수 1 내지 24의 헤테로알킬기, 탄소수 6 내지 24의 아릴기, 탄소수 7 내지 24의 아릴알킬기, 탄소수 2 내지 24의 헤테로아릴기 또는 탄소수 2 내지 24의 헤테로아릴알킬기, 탄소수 1 내지 24의 알콕시기, 탄소수 1 내지 24의 알킬아미노기, 탄소수 6 내지 24의 아릴아미노기, 탄소수 1 내지 24의 헤테로 아릴아미노기, 탄소수 1 내지 24의 알킬실릴기, 탄소수 6 내지 24의 아릴실릴기, 탄소수 6 내지 24의 아릴옥시기로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 치환기로 치환되는 것을 의미한다.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 유기발광소자는 제1 전극이 양극이고, 제2전극이 음극이며,
    상기 양극과 발광층 사이에 정공수송층을 포함하고, 전하균형조절층과 음극 사이에 전자수송층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 [화학식 A]에서의 R9 및 R10은 각각 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 18의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 18의 헤테로아릴기인 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 유기발광소자는 상기 구조식 A 또는 구조식 B로 표시되는 치환기가 [화학식 A]로 표시되는 안트라센 유도체에 1 개 또는 2개가 치환되는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 [화학식 B] 및 [화학식 C]에서의 연결기 L은 단일결합이거나, 아래 [구조식 1] 또는 [구조식 2] 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
    [구조식 1] [구조식 2]
    Figure pat00092
    Figure pat00093

    상기 연결기 L에서 방향족 고리의 탄소자리는 수소 또는 중수소가 결합될 수 있다.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 [화학식 B] 및 [화학식 C]에서의 치환기 Ar1 및 Ar2는 각각 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 18의 아릴기인 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 발광층이 호스트와 도판트를 포함하며, 상기 [화학식 A]로 표시되는 안트라센계 화합물은 도판트로서 사용되는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 [화학식 A] 내 치환기 R1 내지 R4 중에서 0 또는 1개가 상기 구조식 A 또는 구조식 B로 치환되고, R5 내지 R8 중에서 0 또는 1개가 상기 구조식 A 또는 구조식 B로 치환되는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  9. 제 3항에 있어서,
    상기 구조식 A 및 구조식 B에서의 고리 그룹 A는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 12의 방향족 탄화수소고리인 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 전하균형 조절층의 어피니티(affinity) Aed (eV)는 발광층내 호스트의 어피니티(affinity) Ah (eV) 와 상기 전자수송층의 어피니티 Ae (eV) 의 사이의 범위(Ah ≥ Aed ≥ Ae )를 가지는 것을 특징으로 하는 유기발광 소자
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 [화학식 B] 또는 [화학식 C]로 표시되는 화합물은 하기 <화합물 1> 내지 <화합물 75>로 표시되는 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
    <화합물 1> <화합물 2> <화합물 3>
    Figure pat00094

    <화합물 4> <화합물 5> <화합물 6>
    Figure pat00095

    <화합물 7> <화합물 8> <화합물 9>
    Figure pat00096

    <화합물 10> <화합물 11> <화합물 12>
    Figure pat00097

    <화합물 13> <화합물 14> <화합물 15>
    Figure pat00098

    <화합물 16> <화합물 17> <화합물 18>
    Figure pat00099

    <화합물 19> <화합물 20> <화합물 21>
    Figure pat00100

    <화합물 22> <화합물 23> <화합물 24>
    Figure pat00101

    <화합물 25> <화합물 26> <화합물 27>
    Figure pat00102

    <화합물 28> <화합물 29> <화합물 30>
    Figure pat00103

    <화합물 31> <화합물 32> <화합물 33>
    Figure pat00104

    <화합물 34> <화합물 35> <화합물 36>
    Figure pat00105

    <화합물 37> <화합물 38> <화합물 39>
    Figure pat00106

    <화합물 40> <화합물 41> <화합물 42>
    Figure pat00107

    <화합물 43> <화합물 44> <화합물 45>
    Figure pat00108

    <화합물 46> <화합물 47> <화합물 48>
    Figure pat00109

    <화합물 49> <화합물 50> <화합물 51>
    Figure pat00110

    <화합물 52> <화합물 53> <화합물 54>
    Figure pat00111

    <화합물 55> <화합물 56> <화합물 57>
    Figure pat00112

    <화합물 58> <화합물 59> <화합물 60>
    Figure pat00113

    <화합물 61> <화합물 62> <화합물 63>
    Figure pat00114

    <화합물 64> <화합물 65> <화합물 66>
    Figure pat00115

    <화합물 67> <화합물 68> <화합물 69>
    Figure pat00116

    <화합물 70> <화합물 71> <화합물 72>
    Figure pat00117

    <화합물 73> <화합물 74> <화합물 75>
    Figure pat00118
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 [화학식 A]로 표시되는 화합물은 하기 <화합물 101> 내지 <화합물 145>로 표시되는 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
    <화합물 101> <화합물 102> <화합물 103>
    Figure pat00119

    <화합물 104> <화합물 105> <화합물 106>
    Figure pat00120

    <화합물 107> <화합물 108> <화합물 109>
    Figure pat00121

    <화합물 110> <화합물 111> <화합물 112>
    Figure pat00122

    <화합물 113> <화합물 114> <화합물 115>
    Figure pat00123

    <화합물 116> <화합물 117> <화합물 118>
    Figure pat00124

    <화합물 119> <화합물 120> <화합물 121>
    Figure pat00125

    <화합물 122> <화합물 123> <화합물 124>
    Figure pat00126

    <화합물 125> <화합물 126> <화합물 127>
    Figure pat00127

    <화합물 128> <화합물 129> <화합물 130>
    Figure pat00128

    <화합물 131> <화합물 132> <화합물 133>
    Figure pat00129

    <화합물 134> <화합물 135> <화합물 136>
    Figure pat00130

    <화합물 137> <화합물 138> <화합물 139>
    Figure pat00131

    <화합물 140> <화합물 141> <화합물 142>
    Figure pat00132

    <화합물 143> <화합물 144> <화합물 145>
    Figure pat00133
  13. 제2항에 있어서,
    상기 양극과 정공수송층 사이에 정공주입층이 포함되며, 상기 전자수송층과 음극 사이에 전자주입층이 포함되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 각각의 층 중에서 선택된 하나 이상의 층은 증착공정 또는 용액공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기발광소자는 평판 디스플레이 장치; 플렉시블 디스플레이 장치; 단색 또는 백색의 평판 조명용 장치; 및, 단색 또는 백색의 플렉시블 조명용 장치;에서 선택되는 어느 하나의 장치에 사용되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
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