KR20170134841A - 함질소 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자 - Google Patents

함질소 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 함질소 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 함질소 화합물은 하기 화학식 1로 표시된다.
[화학식 1]
Figure pat00099

화학식 1에서, Du는 하기 화학식 2로 표시된다.
[화학식 2]
Figure pat00100

Description

함질소 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자{COMPOUND INCLUDING NITROGEN AND ORGANIC ELECTROLUMINESCENCE DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 함질소 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.
영상 표시 장치로서, 유기 전계 발광 표시 장치(Organic Electroluminescence Display)의 개발이 활발히 이루어지고 있다. 유기 전계 발광 표시 장치는 액정 표시 장치 등과는 다르고, 제1 전극 및 제2 전극으로부터 주입된 정공 및 전자를 발광층에 있어서 재결합시킴으로써, 발광층에 있어서 유기 화합물을 포함하는 발광 재료를 발광시켜서 표시를 실현하는 소위 자발광형의 표시 장치이다.
유기 전계 발광 소자로서는, 예를 들어, 제1 전극, 제1 전극 상에 배치된 정공 수송층, 정공 수송층 상에 배치된 발광층, 발광층 상에 배치된 전자 수송층 및 전자 수송층 상에 배치된 제2 전극으로 구성된 유기 전계 발광 소자가 알려져 있다. 제1 전극으로부터는 정공이 주입되고, 주입된 정공은 정공 수송층을 이동하여 발광층으로 주입된다. 한편, 제2 전극으로부터는 전자가 주입되고, 주입된 전자는 전자 수송층을 이동하여 발광층으로 주입된다. 발광층으로 주입된 정공과 전자가 재결합함으로써, 발광층 내에서 여기자가 생성된다. 유기 전계 발광 소자는 그 여기자의 의해 발생하는 광을 이용하여 발광한다. 또한, 유기 전계 발광 소자는 이상에 설명한 구성에 한정되지 않고, 여러 가지의 변경이 가능하다.
유기 전계 발광 소자를 표시 장치에 응용함에 있어서, 유기 전계 발광 소자의 저 구동 전압화, 고 발광 효율화 및 장수명화가 요구되고 있으며, 이를 안정적으로 구현할 수 있는 유기 전계 발광 소자용 재료 개발이 지속적으로 요구되고 있다.
고효율 유기 전계 발광 소자를 구현하기 위해 다양한 형광 재료의 개발이 이루어지고 있다. 예를 들어, 삼중항 여기자의 충돌에 의해 일중항 여기자가 생성되는 현상(Triplet-triplet annihilation, TTA)에 착안하여 형광 소자의 고효율화를 도모하는 기술이 개시되어 있다(특허 문헌 1). 이 기술은 이론적으로 25% 밖에 생산되지 않는 일중항 여기자를 약 40%까지 생성시킬 수 있으며, 기존의 형광 소자에 비해 약 2배까지 향상시킬 수 있으나, 삼중항 여기자의 손실도 포함하고 있다.
한편, 열 활성 지연 형광(Thermally Activated Delayed Fluorescence, TADF)에 의한 형광 발광은, 이론적인 일중항 여기자 생성 효율이 약 100%가 되어 비약적으로 발광 효율을 높일 수 있는 방법으로서 기대되고 있다. 특히 적색, 녹색의 발광색을 나타내는 고효율 열 활성 지연 형광 재료는 다수 제시되고 있다. 그러나, 청색 발광색을 나타내는 고효율 열 활성 지연 형광 재료는 보고예가 적다. 그러나, 풀 컬러 소자(full color device) 등의 응용을 생각했을 때, 열 활성 지연 형광을 이용한 청색 발광 소자의 창출은 필수 불가결이므로 적극적인 개발이 요구되고 있다.
특허 문헌 2에서는, 질소 원자를 포함하는 다환 구조를 포함하는 열 활성 지연 형광 재료를 개시하고 있으나, 녹색 발광에 관한 것이고, 청색 발광을 나타내는 재료의 기재는 없다. 특허 문헌 3에서는, 청색 ~ 녹색 발광을 나타내는 재료가 개시하고 있으나, 높은 효율을 나타내지 못하고 있다. 특허 문헌 4에서는 스카이 블루(sky blue)색을 발광하는 열 활성 지연 형광 재료를 이용한 유기 전계 발광 소자가 개시되어 있으나, 표시 장치에서 요구되는 480nm 이하의 단파장 청색을 발광하는 재료가 아니다.
(1) WO2010134350 (2) WO2014196585A1 (3) WO2013081088A1 (4) WO2015016200A1
열 활성 지연 형광 재료 특성을 나타내는 화합물에 대해서는 다양한 검토가 이루어지고 있으며, 유기 전계 발광 소자에의 응용에 관한 다양한 연구가 이루어지고 있다. 그러나, 본 발명과 같은 청색 발광을 나타내는 π 공역계가 확산되지 않은 피리딘(pyridine), 피리미딘(pyrimidine), 피리다진(pyridazine), 피라진(pyrazine)계 화합물에 관한 철저한 연구가 이루어 지고 있다고는 말하기 다. 본 발명은 다양한 피리딘(pyridine), 피리미딘(pyrimidine), 피리다진(pyridamine), 피라진(pyrazine)계 골격을 갖는 수용체(acceptor)에 공여체(donor)를 결합시킨 구조를 예의 검토하여, 고효율의 청색 발광을 나타내는 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 함질소 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다. 상세하게는, 본 발명은 발광 효율이 향상된 함질소 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예는 하기 화학식 1로 표시되는 함질소 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
화학식 1에서, X1 내지 X6은 각각 독립적으로 CR1 또는 N이고, X1 내지 X6 중 N은 1개 또는 2개이며, R1은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 30 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로 아릴기이고, 복수의 R1은 서로 동일하거나 상이하며, L은 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기이고, n은 1 또는 2이며, Du는 하기 화학식 2로 표시되고,
[화학식 2]
Figure pat00002
화학식 2에서, Y는 직접결합, O, S, CR2R3, Si, Ge, P 또는 P=O이며, R2 내지 R11은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 30 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로 아릴기이거나, 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
직접결합(direct linkage)은 예를 들어, 단일결합이다.
L은 치환 또는 비치환된 페닐렌기인 것일 수 있다.
화학식 1로 표시되는 함질소 화합물은 하기 화학식 3으로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00003
화학식 3에서, L, Du, R1 및 n은 전술한 바와 동일하다.
화학식 1로 표시되는 함질소 화합물은 하기 화학식 4로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 4]
Figure pat00004
화학식 4에서, L, Du, R1 및 n은 전술한 바와 동일하다.
Y는 직접결합 또는 CR2R3인 것일 수 있고, R2 및 R3은 전술한 바와 동일하다.
화학식 1로 표시되는 함질소 화합물은 하기 화학식 5로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 5]
Figure pat00005
화학식 5에서, L, Du, R1 및 n은 전술한 바와 동일하다.
화학식 1로 표시되는 함질소 화합물은 하기 화학식 6으로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 5]
Figure pat00006
화학식 6에서, R12는 수소 원자 또는 치환 또는 비치환된 카바졸기이고, X1 내지 X6은 전술한 바와 동일하다.
화학식 2는 하기 화학식 7 내지 16 중 어느 하나로 표시되는 일 수 있다.
[화학식 7]
Figure pat00007
[화학식 8]
Figure pat00008
[화학식 9]
Figure pat00009
[화학식 10]
Figure pat00010
[화학식 11]
Figure pat00011
[화학식 12]
Figure pat00012
[화학식 13]
Figure pat00013
[화학식 14]
Figure pat00014
[화학식 15]
Figure pat00015
[화학식 16]
Figure pat00016
본 발명의 일 실시예는 제1 전극, 제1 전극 상에 제공된 정공 수송 영역, 정공 수송 영역 상에 제공된 발광층, 발광층 상에 제공된 전자 수송 영역 및 전자 수송 영역 상에 제공된 제2 전극을 포함하고, 발광층이 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 함질소 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자를 제공한다.
발광층에 포함되는 함질소 화합물은 일중항(singlet) 에너지 준위 및 삼중항(triplet) 에너지 준위 차이의 절대 값이 0.2eV 이하인 것일 수 있다.
정공 수송 영역은 정공 주입층 및 정공 수송층을 포함하고, 전자 수송 영역은 전자 주입층 및 전자 수송층을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화합물은 유기 전계 발광 소자용 재료로 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화합물은 지연 형광 발광 재료로 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화합물은 유기 전계 발광 소자의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면 및 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
본 명세서에서,
Figure pat00017
는 연결되는 위치를 의미한다.
본 명세서에서, "치환 또는 비치환된"은 중수소 원자, 할로겐기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 실릴기, 붕소기, 포스핀 옥사이드기, 포스핀 설파이드기, 알킬기, 알케닐기, 플루오레닐기, 아릴기 및 헤테로 고리기로 이루어진 군에서 선택되는 1개 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된 것을 의미할 수 있다. 또한, 상기 예시된 치환기 각각은 치환 또는 비치환된 것일 수 있다. 예를 들어, 비페닐기는 아릴기로 해석될 수도 있고, 페닐기로 치환된 페닐기로 해석될 수도 있다.
본 명세서에서, "인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성"한다는 인접하는 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄화수소 고리, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로 고리를 형성하는 것을 의미할 수 있다. 탄화수소 고리는 지방족 탄화수소 고리 및 방향족 탄화수소 고리를 포함한다. 헤테로 고리는 지방족 헤테로 고리 및 방향족 헤테로 고리를 포함한다. 탄화수소 고리 및 헤테로 고리는 단환 또는 다환일 수 있다. 또한, 인접하는 기와 서로 결합하여 형성된 고리는 다른 고리와 연결되어 스피로 구조를 형성하는 것일 수도 있다.
본 명세서에서, "인접하는 기"는 해당 치환기가 치환된 원자와 직접 연결된 원자에 치환된 치환기, 해당 치환기가 치환된 원자에 치환된 다른 치환기 또는 해당 치환기와 입체구조적으로 가장 인접한 치환기를 의미할 수 있다. 예컨대, 1,2-디메틸벤젠(1,2-dimethylbenzene)에서 2개의 메틸기는 서로 "인접하는 기"로 해석될 수 있고, 1,1-디에틸시클로펜테인(1,1-diethylcyclopentene)에서 2개의 에틸기는 서로 "인접하는 기"로 해석될 수 있다.
본 명세서에서, 할로겐기의 예로는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드가 있다.
본 명세서에서, 알킬기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 알킬기의 탄소수는 1 이상 30 이하, 1 이상 20 이하, 1 이상 10 이하 또는 1 이상 6 이하이다. 알킬기의 예로는 메틸기, 에틸기, n- 프로필기, 이소프로필기, n- 부틸기, s- 부틸기, t- 부틸기, i- 부틸기, 2- 에틸부틸기, 3, 3-디메틸부틸기, n-펜틸기, i-펜틸기, 네오펜틸기, t-펜틸기, 시클로펜틸기, 1-메틸펜틸기, 3-메틸펜틸기, 2-에틸펜틸기, 4-메틸-2-펜틸기, n-헥실기, 1-메틸헥실기, 2-에틸헥실기, 2-부틸헥실기, 시클로헥실기, 4-메틸시클로헥실기, 4-t-부틸시클로헥실기, n-헵틸기, 1-메틸헵틸기, 2, 2-디메틸헵틸기, 2-에틸헵틸기, 2-부틸헵틸기, n-옥틸기, t-옥틸기, 2-에틸옥틸기, 2-부틸옥틸기, 2-헥실옥틸기, 3, 7-디메틸옥틸기, 시클로옥틸기, n-노닐기, n-데실기, 아다만틸기, 2-에틸데실기, 2-부틸데실기, 2-헥실데실기, 2-옥틸데실기, n-운데실기, n-도데실기, 2-에틸도데실기, 2-부틸도데실기, 2-헥실도데실기, 2-옥틸도데실기, n-트리데실기, n-테트라데실기, n-펜타데실기, n-헥사데실기, 2-에틸헥사데실기, 2-부틸헥사데실기, 2-헥실헥사데실기, 2-옥틸헥사데실기, n-헵타데실기, n-옥타데실기, n-노나데실기, n-이코실기, 2-에틸이코실기, 2-부틸이코실기, 2-헥실이코실기, 2-옥틸이코실기, n-헨이코실기, n-도코실기, n-트리코실기, n-테트라코실기, n-펜타코실기, n-헥사코실기, n-헵타코실기, n-옥타코실기, n-노나코실기, 및 n-트리아콘틸기 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 아릴기는 단환식 아릴기 또는 다환식 아릴기일 수 있다. 아릴기의 고리 형성 탄소수는 6 이상 30 이하, 6 이상 20 이하, 또는 6 이상 15 이하일 수 있다. 아릴기의 예로는 페닐기, 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트릴기, 비페닐기, 터페닐기, 쿼터페닐기, 퀸크페닐기, 섹시페닐기, 트리페닐렌기, 피레닐기, 벤조 플루오란테닐기, 크리세닐기 등을 예시할 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 플루오레닐기는 치환될 수 있고, 치환기 2개가 서로 결합하여 스피로 구조를 형성할 수도 있다.
본 명세서에서, 헤테로 아릴기는 이종 원소로 O, N, 및 S 중 1개 이상을 포함하는 헤테로 아릴기일 수 있다. 헤테로 아릴기의 고리 형성 탄소수는 2 이상 30 이하 또는 2 이상 20 이하이다. 헤테로 아릴기의 예로는 티오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸기, 티아졸기, 옥사졸기, 옥사디아졸기, 트리아졸기, 피리딜기, 비피리딜기, 피리미딜기, 트리아진기, 트리아졸기, 아크리딜기, 피리다진기, 피라지닐기, 퀴놀리닐기, 퀴나졸린기, 퀴녹살리닐기, 페녹사질기, 프탈라지닐기, 피리도 피리미디닐기, 피리도 피라지닐기, 피라지노 피라지닐기, 이소퀴놀린기, 인돌기, 카바졸기, N-아릴카바졸기, N-헤테로아릴카바졸기, N-알킬카바졸기, 벤조옥사졸기, 벤조이미다졸기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 티에노티오펜기, 벤조퓨라닐기, 페난쓰롤린기(phenanthroline), 티아졸릴기, 이소옥사졸릴기, 옥사디아졸릴기, 티아디아졸릴기, 벤조티아졸릴기, 페노티아지닐기 및 디벤조퓨라닐기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 아릴렌기는 2가기인 것을 제외하고는 전술한 아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에서, 실릴기는 알킬 실릴기 및 아릴 실릴기를 포함한다. 실릴기의 예로는 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, t-부틸디메틸실릴기, 비닐디메틸실릴기, 프로필디메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 디페닐실릴기, 페닐실릴기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 붕소기는 알킬 붕소기 및 아릴 붕소기를 포함한다. 붕소기의 예로는 트리메틸붕소기, 트리에틸붕소기, t-부틸디메틸붕소기, 트리페닐붕소기, 디페닐붕소기, 페닐붕소기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 알케닐기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있다. 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 2 이상 30 이하, 2 이상 30 이하 또는 2 이상 10 이하이다. 알케닐기의 예로는 비닐, 1-부테닐, 1-펜테닐, 1,3-부타디에닐 아릴, 스티레닐기, 스트릴 비닐기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 아민기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 1 이상 30 이하일 수 있다. 아민기는 알킬 아민기 및 아릴 아민기를 포함할 수 있다. 아민기의 예로는 메틸아민기, 디메틸아민기, 페닐아민기, 나프틸아민기, 9-메틸-안트라세닐아민기, 트리페닐아민기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 함질소 화합물에 대해 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 함질소 화합물은 하기 화학식 1로 표시된다.
[화학식 1]
Figure pat00018
화학식 1에서, X1 내지 X6은 각각 독립적으로 CR1 또는 N이고, X1 내지 X6 중 N은 1개 또는 2개이며, R1은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 30 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로 아릴기이고, 복수의 R1은 서로 동일하거나 상이하며, L은 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기이고, n은 1 또는 2이며, Du는 하기 화학식 2로 표시되고,
[화학식 2]
Figure pat00019
화학식 2에서, Y는 직접결합, O, S, CR2R3, Si, Ge 또는 P이며, R2 내지 R11은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 30 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로 아릴기이거나, 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
직접결합(direct linkage)은 예를 들어, 단일결합이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 함질소 화합물은 전자 수용체(electron acceptor), 연결기(linker) 및 전자 공여체(electron donor)를 포함한다. 구체적으로, 화학식 1로 표시되는 X1 내지 X6를 포함하는 육각 고리는 전자 수용체이고, L은 연결기이며, 화학식 2로 표시되는 Du는 전자 공여체이다.
화학식 1로 표시되는 X1 내지 X6를 포함하는 육각 고리는 N을 1개 또는 2개 포함한다.
화학식 1로 표시되는 X1 내지 X6를 포함하는 육각 고리가 2개의 N을 포함할 수 있다. 이 경우, 함질소 화합물은 하기 화학식 3 내지 5 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00020
[화학식 4]
Figure pat00021
[화학식 5]
Figure pat00022
화학식 3 내지 5에서, L, Du, R1 및 n은 전술한 바와 동일하다.
X1 내지 X6 중 N이 아닌 것은 CR1으로 표시되며, 복수의 R1은 서로 동일하거나 상이하다. 즉, X1 내지 X6를 포함하는 육각 고리가 2 이상의 치환기로 치환되는 경우, 치환기들은 서로 동일할 수도 있고 상이할 수도 있다.
R1이 복수 개일 경우, 적어도 하나는 수소 원자일 수 있다.
R1은 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 30 이하의 알킬기일 수 있다. R1은 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기일 수 있다. R1은 메틸기 또는 에틸기일 수 있다. R1은 메틸기일 수 있다.
R1은 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기일 수 있다. R1은 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 내지 20 이하의 아릴기일 수 있다. R1은 페닐기 또는 나프틸기일 수 있다. R1은 페닐기일 수 있다. R1은 나프틸기일 수 있다.
인접하는 복수 개의 R1은 서로 결합하여 고리를 형성하지 않는다. 즉, X1 내지 X6를 포함하는 육각 고리는 단환이다.
L은 치환 또는 비치환된 페닐렌기일 수 있다. L은 1,3-페닐렌기 또는 1,4-페닐렌기일 수 있다. L은 1,4-페닐렌기일 수 있다.
화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 6으로 표시될 수 있다.
[화학식 6]
Figure pat00023
화학식 6에서, R12는 수소 원자 또는 치환 또는 비치환된 카바졸기이고, X1 내지 X6은 전술한 바와 동일하다. 화학식 6으로 표시되는 화합물은 낮은 전자 수용성 및 낮은 전자 공여성을 겸비하기 때문에 열 활성 지연 형광(TADF) 유기 전계 발광 소자에 이용될 경우, 딥 블루(deep blue)를 구현할 수 있다는 효과가 있다. Y는 직접결합, 또는 CR2R3일 수 있다. Y가 직접결합인 경우, 화학식 2로 표시되는 Du는 치환 또는 비치환된 카바졸기가 된다. Y가 CR2R3인 경우, R2 및 R3은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 30 이하의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기일 수 있다. R2 및 R3은 각각 독립적으로 메틸기 또는 페닐기일 수 있다. R2 및 R3은 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. R2 및 R3은 서로 결합하여 플루오렌 고리를 형성할 수 있다. 화학식 2는 하기 화학식 7 내지 16 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 7]
Figure pat00024
[화학식 8]
Figure pat00025
[화학식 9]
Figure pat00026
[화학식 10]
Figure pat00027
[화학식 11]
Figure pat00028
[화학식 12]
Figure pat00029
[화학식 13]
Figure pat00030
[화학식 14]
Figure pat00031
[화학식 15]
Figure pat00032
[화학식 16]
Figure pat00033
.
상기 화학식 9 내지 16은 각각 추가로 치환될 수 있으며, 치환기는 전술한 "치환 또는 비치환된" 정의에 기재된 치환기가 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 화학식 9 내지 16은 각각 알킬기로 치환 또는 비치환된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
화학식 2에서, R4 내지 R11은 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로 아릴기, 불소 원자를 포함하는 치환기 또는 규소 원자를 포함하는 치환기일 수 있다. 불소 원자를 포함하는 치환기는 예를 들어, 불소 원자로 1 이상 치환된 알킬기 또는 불소 원자로 1 이상 치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기일 수 있다. 불소 원자를 포함하는 치환기는 예를 들어, CF3 또는 C6H5일 수 있다. 규소 원자를 포함하는 치환기는 예를 들어, 트리메틸실릴기일 수 있다.
n은 2일 수 있다. n이 2인 경우, 화학식 1로 표시되는 화합물은 Du로 표시되는 전자 공여체를 2개 포함하며, 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자는 고효율을 용이하게 구현할 수 있다는 장점이 있다.
n이 2인 경우, 2개의 L은 서로 동일하거나 상이하고, 2개의 Du는 서로 동일하거나 상이하다.
화학식 1로 표시되는 함질소 화합물은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 선택되는 어느 하나인 것일 수 있다. 다만, 이에 의하여 한정되는 것은 아니다.
[화합물군 1]
Figure pat00034
Figure pat00035
Figure pat00036
Figure pat00037
Figure pat00038
Figure pat00039
Figure pat00040
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자에 대하여 설명한다. 이하에서는 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 함질소 화합물과의 차이점을 위주로 구체적으로 설명하고, 설명되지 않은 부분은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 함질소 화합물에 따른다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자(10)는 제1 전극(EL1), 정공 수송 영역(HTR), 발광층(EML), 전자 수송 영역(ETR) 및 제2 전극(EL2)을 포함한다.
제1 전극(EL1)은 도전성을 갖는다. 제1 전극(EL1)은 화소 전극 또는 양극일 수 있다. 제1 전극(EL1)은 투과형 전극, 반투과형 전극 또는 반사형 전극일 수 있다. 제1 전극(EL1)가 투과형 전극인 경우, 제1 전극(EL1)은 투명 금속 산화물, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 이루어질 수 있다. 제1 전극(EL1)이 반투과형 전극 또는 반사형 전극인 경우, 제1 전극(EL1)은 Ag, Mg, Cu, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Mo, Ti 또는 이들의 화합물이나 혼합물(예를 들어, Ag와 Mg의 혼합물)을 포함할 수 있다. 또는 상기 물질로 형성된 반사막이나 반투과막 및 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 형성된 투명 도전막을 포함하는 복수의 층 구조일 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)은 제1 전극(EL1) 상에 제공된다. 정공 수송 영역(HTR)은 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL), 정공 버퍼층 및 전자 저지층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 정공 수송 영역(HTR)의 두께는 예를 들어, 약 200Å 내지 약 3000Å인 것일 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)은 단일 물질로 이루어진 단일층, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층 또는 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 정공 수송 영역(HTR)은 정공 주입층(HIL) 또는 정공 수송층(HTL)의 단일층의 구조를 가질 수도 있고, 정공 주입 물질과 정공 수송 물질로 이루어진 단일층 구조를 가질 수도 있다. 또한, 정공 수송 영역(HTR)은, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층의 구조를 갖거나, 제1 전극(EL1)로부터 차례로 적층된 정공 주입층(HIL)/정공 수송층(HTL), 정공 주입층(HIL)/정공 수송층(HTL)/정공 버퍼층, 정공 주입층(HIL)/정공 버퍼층, 정공 수송층(HTL)/정공 버퍼층 또는 정공 주입층(HIL)/정공 수송층(HTL)/전자 저지층의 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
정공 수송 영역(HTR)은, 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
정공 주입층(HIL)은 예를 들어, 디피라지노[2,3-f:2',3'-h]퀴녹살린-2,3,6,7,10,11-헥사카보니트릴(dipyrazino[2,3－ｆ：2',3'-ｈ]quinoxaline-2,3,6,7,10,11-hexacarbonitrile, HAT-CN), 구리프탈로시아닌(copper phthalocyanine) 등의 프탈로시아닌(phthalocyanine) 화합물; DNTPD(N,N'-diphenyl-N,N'-bis-[4-(phenyl-m-tolyl-amino)-phenyl]-biphenyl-4,4'-diamine), m-MTDATA(4,4',4"-tris(3-methylphenylphenylamino) triphenylamine), TDATA(4,4'4"-Tris(N,N-diphenylamino)triphenylamine), 2-TNATA(4,4',4"-tris{N,-(2-naphthyl)-N-phenylamino}-triphenylamine), PEDOT/PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/Poly(4-styrenesulfonate)), PANI/DBSA(Polyaniline/Dodecylbenzenesulfonic acid), PANI/CSA(Polyaniline/Camphor sulfonicacid), PANI/PSS((Polyaniline)/Poly(4-styrenesulfonate)), NPB(N,N'-di(naphthalene-l-yl)-N,N'-diplienyl-benzidine), 트리페닐아민을 포함하는 폴리에테르케톤(TPAPEK), 4-Isopropyl-4'-methyldiphenyliodonium Tetrakis(pentafluorophenyl)borate] 등을 포함할 수도 있다.
정공 수송층(HTL)은 예를 들어, N-페닐카바졸, 폴리비닐카바졸 등의 카바졸계 유도체, 플루오렌(fluorine)계 유도체, TPD(N,N'-bis(3-methylphenyl)-N,N'-diphenyl-[1,1-biphenyl]-4,4'-diamine), TCTA(4,4',4"-tris(N-carbazolyl)triphenylamine) 등과 같은 트리페닐아민계 유도체, NPB(N,N'-di(1-naphthyl)-N,N'-diphenylbenzidine), TAPC(4,4'-Cyclohexylidene bis[N,N-bis(4-methylphenyl)benzenamine]), HMTPD(4,4'-Bis[N,N'-(3-tolyl)amino]-3,3'-dimethylbiphenyl) 등을 포함할 수도 있다.
정공 수송 영역(HTR)의 두께는 약 100Å 내지 약 10000Å, 예를 들어, 약 100Å 내지 약 1000Å일 수 있다. 정공 수송 영역(HTR)이 정공 주입층(HIL) 및 정공 수송층(HTL)을 모두 포함하면, 정공 주입층(HIL)의 두께는 약 100Å 내지 약 10000Å, 예를 들어, 약 100Å 내지 약 1000Å이고, 정공 수송층(HTL)의 두께는 약 30Å 내지 약 1000Å 일 수 있다. 정공 수송 영역(HTR), 정공 주입층(HIL) 및 정공 수송층(HTL)의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 정공 수송 특성을 얻을 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)은 앞서 언급한 물질 외에, 도전성 향상을 위하여 전하 생성 물질을 더 포함할 수 있다. 전하 생성 물질은 정공 수송 영역(HTR) 내에 균일하게 또는 불균일하게 분산되어 있을 수 있다. 전하 생성 물질은 예를 들어, p-도펀트(dopant)일 수 있다. p-도펀트는 퀴논(quinone) 유도체, 금속 산화물 및 시아노(cyano)기 함유 화합물 중 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, p-도펀트의 비제한적인 예로는, TCNQ(Tetracyanoquinodimethane) 및 F4-TCNQ(2,3,5,6-tetrafluoro-tetracyanoquinodimethane) 등과 같은 퀴논 유도체, 텅스텐 산화물 및 몰리브덴 산화물 등과 같은 금속 산화물 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
앞서 언급한 바와 같이, 정공 수송 영역(HTR)은 정공 주입층(HIL) 및 정공 수송층(HTL) 외에, 정공 버퍼층 및 전자 저지층 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 정공 버퍼층은 발광층(EML)에서 방출되는 광의 파장에 따른 공진 거리를 보상하여 광 방출 효율을 증가시킬 수 있다. 정공 버퍼층에 포함되는 물질로는 정공 수송 영역(HTR)에 포함될 수 있는 물질을 사용할 수 있다. 전자 저지층은 전자 수송 영역(ETR)으로부터 정공 수송 영역(HTR)으로의 전자 주입을 방지하는 역할을 하는 층이다.
발광층(EML)은 정공 수송 영역(HTR) 상에 제공된다. 발광층(EML)의 두께는 예를 들어, 약 100Å 내지 약 1000Å인 것일 수 있다. 발광층(EML)은 단일 물질로 이루어진 단일층, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층 또는 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
이하에서는, 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 함질소 화합물이 발광층(EML)에 포함되는 것을 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 의하여 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 일 실시예에 따른 함질소 화합물은 제1 전극(EL1) 및 제2 전극(EL2) 사이에 제공된 1층 이상의 유기층 중 적어도 하나의 층에 포함될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 함질소 화합물은 정공 수송 영역(HTR)에 포함되는 것일 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 함질소 화합물은 정공 수송층(HTL)에 포함되는 것일 수 있다.
발광층(EML)은 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 함질소 화합물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 발광층(EML)은 하기 화학식 1로 표시되는 함질소 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00041
X1 내지 X6, L, Du 및 L에 관한 구체적인 설명은 전술한 바와 동일한 바 생략하도록 한다.
발광층(EML)은 화학식 1로 표시되는 함질소 화합물을 1종 또는 2종 이상 포함할 수 있다. 발광층(EML)은 화학식 1로 표시되는 함질소 화합물 이외 공지의 재료를 더 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 스피로-DPVBi(spiro-DPVBi), 스피로-6P(spiro-6P, 2,2',7,7'-tetrakis(biphenyl-4-yl)-9,9'-spirobifluorene(spiro-sexiphenyl)), DSB(distyryl-benzene), DSA(distyryl-arylene), PFO(Polyfluorene)계 고분자 및 PPV(poly(p-phenylene vinylene)계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 형광 물질을 더 포함할 수 있다. 다만, 이에 의하여 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 함질소 화합물은 발광층(EML)에 포함되어 지연 형광을 방사하는 것일 수 있다. 즉, 화학식 1로 표시되는 함질소 화합물은 지연 형광 재료이다. 화학식 1로 표시되는 함질소 화합물은 열 활성 지연 형광(TADF) 재료이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 함질소 화합물은 지연 형광을 방사하기 위해, 전자 수용체(electron acceptor), 연결기(linker) 및 전자 공여체(electron donor)를 포함한다. 구체적으로, X1 내지 X6를 포함하는 육각 고리는 전자 수용체이고, L은 연결기이며, 화학식 2로 표시되는 Du는 전자 공여체이다. 전자 수용체 및 전자 공여체 사이에 링커를 제공함으로써, 전자 수용체 및 전자 공여체 간의 상호 작용을 약하게 하여, 딥 블루(deep blue) 소자를 용이하게 구현할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 전자 수용체 및 전자 공여체 사이에 제공된 링커에 의해, 일중항-삼중항 사이의 에너지 갭을 작게 조절할 수 있고, 결과적으로 열 활성 지연 형광을 효율적으로 방사할 수 있다는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 함질소 화합물은 청색광을 발광하는 열 활성 지연 형광 재료이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 함질소 화합물은 심청색(딥 블루, deep blue)광을 발광하는 열 활성 지연 형광 재료이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 함질소 화합물은 약 440 nm 내지 약 480 nm, 약 440 nm 내지 약 475nm, 약 440 nm 내지 약 470nm 또는 약 440 nm 내지 약 450 nm의 파장 영역을 갖는 청색광을 발광하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화합물은 발광층의 도펀트 재료로서 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 함질소 화합물은 일중항(singlet) 에너지 준위 및 삼중항(triplet) 에너지 준위 차이의 절대 값이 0.2eV 이하인 것일 수 있다. 일중항-삼중항 에너지 갭을 작게 조절하여, 열 활성 지연 형광을 효율적으로 방사할 수 있다는 장점이 있다.
발광층(EML)은 호스트를 더 포함할 수 있다. 호스트는 통상적으로 사용하는 물질이라면 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), CBP(4,4'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl), PVK(poly(n-vinylcabazole), ADN(9,10-di(naphthalene-2-yl)anthracene), TCTA(4,4',4''-Tris(carbazol-9-yl)-triphenylamine), TPBi(1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazole-2-yl)benzene), TBADN(3-tert-butyl-9,10-di(naphth-2-yl)anthracene), DSA(distyrylarylene), CDBP(4,4'-bis(9-carbazolyl)-2,2′'-dimethyl-biphenyl), MADN(2-Methyl-9,10-bis(naphthalen-2-yl)anthracene), DPEPO (bis[2-(diphenylphosphino)phenyl]ether oxide), CP1(Hexaphenyl cyclotriphosphazene), UGH2(1,4-Bis(triphenylsilyl)benzene), DPSiO3 (Hexaphenylcyclotrisiloxane), DPSiO4(Octaphenylcyclotetra siloxane), PPF(2,8-Bis(diphenylphosphoryl)dibenzofuran) 등을 사용될 수 있다.
발광층(EML)은 예를 들어 10 nm 이상 100 nm 이하의 두께를 갖는 것일 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)은 발광층(EML) 상에 제공된다. 전자 수송 영역(ETR)은, 전자 저지층, 전자 수송층(ETL) 및 전자 주입층(EIL) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전자 수송 영역(ETR)은 단일 물질로 이루어진 단일층, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층 또는 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 전자 수송 영역(ETR)은 전자 주입층(EIL) 또는 전자 수송층(ETL)의 단일층의 구조를 가질 수도 있고, 전자 주입 물질과 전자 수송 물질로 이루어진 단일층 구조를 가질 수도 있다. 또한, 전자 수송 영역(ETR)은, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층의 구조를 갖거나, 제1 전극(AN)로부터 차례로 적층된 전자 수송층(ETL)/전자 주입층(EIL), 정공 저지층/전자 수송층(ETL)/전자 주입층(EIL) 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 전자 수송 영역(ETR)의 두께는 예를 들어, 약 1000Å 내지 약 1500Å인 것일 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)은, 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)이 전자 수송층(ETL)을 포함할 경우, 전자 수송 영역(ETR)은 Alq3(Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum), 1,3,5-tri[(3-pyridyl)-phen-3-yl]benzene, 2,4,6-tris(3'-(pyridin-3-yl)biphenyl-3-yl)-1,3,5-triazine, 2-(4-(N-phenylbenzoimidazolyl-1-ylphenyl)-9,10-dinaphthylanthracene, TPBi(1,3,5-Tri(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)phenyl), BCP(2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), Bphen(4,7-Diphenyl-1,10-phenanthroline), TAZ(3-(4-Biphenylyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole), NTAZ(4-(Naphthalen-1-yl)-3,5-diphenyl-4H-1,2,4-triazole), tBu-PBD(2-(4-Biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole), BAlq(Bis(2-methyl-8-quinolinolato-N1,O8)-(1,1'-Biphenyl-4-olato)aluminum), Bebq2(berylliumbis(benzoquinolin-10-olate), ADN(9,10-di(naphthalene-2-yl)anthracene) 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 전자 수송층(ETL)들의 두께는 약 100Å 내지 약 1000Å, 예를 들어 약 150Å 내지 약 500Å일 수 있다. 전자 수송층(ETL)들의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 전자 수송 특성을 얻을 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)이 전자 주입층(EIL)을 포함할 경우, 전자 수송 영역(ETR)은 LiF, LiQ(Lithium quinolate), Li2O, BaO, NaCl, CsF, Yb와 같은 란타넘족 금속, 또는 RbCl, RbI와 같은 할로겐화 금속 등이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 전자 주입층(EIL)은 또한 전자 수송 물질과 절연성의 유기 금속염(organo metal salt)이 혼합된 물질로 이루어질 수 있다. 유기 금속염은 에너지 밴드 갭(energy band gap)이 대략 4eV 이상의 물질이 될 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 유기 금속염은 금속 아세테이트(metal acetate), 금속 벤조에이트(metal benzoate), 금속 아세토아세테이트(metal acetoacetate), 금속 아세틸아세토네이트(metal acetylacetonate) 또는 금속 스테아레이트(stearate)를 포함할 수 있다. 전자 주입층(EIL)들의 두께는 약 1Å 내지 약 100Å, 약 3Å 내지 약 90Å일 수 있다. 전자 주입층(EIL)들의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 전자 주입 특성을 얻을 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)은 앞서 언급한 바와 같이, 정공 저지층을 포함할 수 있다. 정공 저지층은 예를 들어, BCP(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) 및 Bphen(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 전극(EL2)은 전자 수송 영역(ETR) 상에 제공된다. 제2 전극(EL2)은 공통 전극 또는 음극일 수 있다. 제2 전극(EL2)은 투과형 전극, 반투과형 전극 또는 반사형 전극일 수 있다. 제2 전극(EL2)가 투과형 전극인 경우, 제2 전극(EL2)은 투명 금속 산화물, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 이루어질 수 있다.
제2 전극(EL2)이 반투과형 전극 또는 반사형 전극인 경우, 제2 전극(EL2)은Ag, Mg, Cu, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Mo, Ti 또는 이들의 화합물이나 혼합물(예를 들어, Ag와 Mg의 혼합물)을 포함할 수 있다. 또는 상기 물질로 형성된 반사막이나 반투과막 및 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 형성된 투명 도전막을 포함하는 복수의 층 구조일 수 있다.
도시하지는 않았으나, 제2 전극(EL2)은 보조 전극과 연결될 수 있다. 제2 전극(EL2)가 보조 전극과 연결되면, 제2 전극(EL2)의 저항을 감소 시킬 수 있다.
유기 전계 발광 소자(10)에서, 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2)에 각각 전압이 인가됨에 따라 제1 전극(EL1)으로부터 주입된 정공(hole)은 정공 수송 영역(HTR)을 거쳐 발광층(EML)으로 이동되고, 제2 전극(EL2)로부터 주입된 전자가 전자 수송 영역(ETR)을 거쳐 발광층(EML)으로 이동된다. 전자와 정공은 발광층(EML)에서 재결합하여 여기자(exciton)을 생성하며, 여기자가 여기 상태에서 바닥 상태로 떨어지면서 발광하게 된다.
유기 전계 발광 소자(10)가 전면 발광형일 경우, 제1 전극(EL1)은 반사형 전극이고, 제2 전극(EL2)은 투과형 전극 또는 반투과형 전극일 수 있다. 유기 전계 발광 소자(10)가 배면 발광형일 경우, 제1 전극(EL1)은 투과형 전극 또는 반투과형 전극이고, 제2 전극(EL2)은 반사형 전극일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자는 화학식 1로 표시되는 함질소 화합물을 포함하여, 높은 발광 효율을 얻을 수 있다. 구체적으로, 화학식 1로 표시되는 함질소 화합물이 열 활성 지연 형광 과정을 통해 발광할 수 있다. 이로 인해, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자는 고효율화를 구현할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자는 열 활성 지연 형광 과정을 통해 청색 발광할 수 있으며, 고효율화를 구현할 수 있다.
이하, 구체적인 실시예 및 비교예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
(합성예)
1. 화합물 19의 합성
본 발명의 일 실시예에 따른 함질소 화합물인 화합물 19는 예를 들어, 하기 반응에 의해 합성될 수 있다.
Figure pat00042
아르곤(Ar) 분위기 하에서 100mL의 삼구 플라스크에 화합물 A 3.1g, 화합물 B 1g, 아세트산 팔라듐(acetic acid palladium) 0.1g, PH(tBu)3/BF4 (Tri-tert-butylphosphonium tetrafluoroborate) 0.25g, 탄산 칼륨(K2CO3) 1.77g을 첨가하고, 50mL의 톨루엔 용매 중에서 130℃에서 6시간 가열 환류하였다.
얻어진 조생성물(crude product)을 실리카겔 컬럼 크로마토그래피(디클로로 메탄과 헥산의 혼합 용매를 사용)로 정제한 후 톨루엔/헥산 혼합 용매로 재결정을 실시하여 흰색 고체의 화합물을 2.77g (수율 82 %) 얻었다.
1H NMR 측정으로 측정된 흰색 고체 화합물의 케미칼 시프트 값(δ)은 １Ｈ ＮＭＲ（３００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３、δ）：８．９２（ｄ，Ｊ＝８．７Ｈｚ，２Ｈ），８．８８（ｄ，Ｊ＝８．１Ｈｚ，２Ｈ），８．２８（ｓ，２Ｈ），８．１４（ｄ，Ｊ＝７．１Ｈｚ，２Ｈ），７．８９Ｈｚ（ｄ，J＝８．７Hz，２Ｈ），７．７６（ｄ，J＝８．７Hz，２Ｈ），７．６６－７．６３（ｍ，２Ｈ），７．４１－７．３２（ｍ，８Ｈ），７．３１－７．２４（ｍ，５Ｈ）이였다. 또한, FAB-MS 측정에 의해 흰색 고체 화합물의 분자량은 651이었다. 상기 결과를 통해, 흰색 고체 화합물이 화합물 19임을 확인할 수 있었다.
2. 화합물 53의 합성
Figure pat00043
질소(N2)분위기 하, 300mL의 삼구 플라스크에 화합물 C 2.00 g, 화합물 D 0.24 g, Pd(PPh3)4[Tetrakis(triphenylphosphine)palladium(0)] 0.13g과 탈수 톨루엔(toluene) 80 mL을 가하여 교반하였다. 거기에 탄산칼륨(K2CO3)수용액 (30mL, 1.55 g)을 가하여 48시간 가열 환류하였다. 얻은 조생성물을 셀라이트(celite) 여과를 실시해 클로로포름(chloroform)으로 추출을 실시하여 Na2SO4(sodium solfate)로 건조했다. 용매를 제거한 뒤, 실리카겔 컬럼 크로마토그래피(헥산/에틸 아세테이트/클로로포름 혼합용매를 사용)로 정제하여, 연한 황색 고체 화합물을 1.94 g（수율 57％）얻었다.
1H NMR 측정에서 측정된 화합물의 케미칼 시프트 값(δ)은 1H NMR (400 MHz, DMSO-d6,δ): 8.60 (d, J = 8.0 Hz, 5H), 7.37-7.25 (m, 16H), 7.12 (t, J = 7.2 Hz, 4H), 6.95-6.92 (m, 12H), 6.80 (d, J = 6.8 Hz, 4H), 6.44 (d, J = 8.4 Hz, 4H), 2.81 (s, 3H)였다. 또한, MALDI-TOF-MS 측정에 의해 측정된 화합물의 분자량은 909.65이었다. 상기 결과를 통해, 연한 황색 고체 화합물이 화합물 53인 것을 확인했다.
3. 화합물 55의 합성
Figure pat00044
질소(N2)분위기 하, 300mL의 삼구 플라스크에 화합물 C 2.00g, 화합물 E 0.25g, Pd(PPh3) [Tetrakis(triphenylphosphine)palladium(0)] 40.10g와 탈수 톨루엔(toluene) 80mL을 가하여 교반했다. 거기에 탄산칼륨(K2CO3)수용액 (30mL, 0.93g)을 더해서 24시간 가열 환류했다. 얻은 조생성물을 셀라이트(celite) 여과한 후에, 클로로포름(chloroform)으로 추출하고, Na2SO4(sodium solfate)로 건조했다. 용매를 제거한 후, 실리카겔 컬럼 크로마토그래피(헥산/에틸 아세테이트/클로로포름 혼합용매를 사용)로 정제하여, 연한 황색의 고체 화합물을 2.70g (수율 80%) 얻었다.
1H NMR 측정에서 측정된 화합물의 케미칼 시프트 값(δ)은 1H NMR (400MHz, CDCl3, δ):9.07(s, 2H), 8.33(d, J=8.4Hz, 4H ), 7.28-7.26 (m, 16H), 7.07-7.01 (m, 12H), 6.92-6.91 (m, 8H), 6.51(d, J=8.1Hz, 4H)이었다. 상기 결과를 통해, 연한 황색 고체 화합물이 화합물 55인 것을 확인했다.
4. 화합물 61의 합성
Figure pat00045
질소(N2)분위기 하, 300mL의 삼구 플라스크에 화합물 C 2.00g, 화합물 F 0.30g, Pd(PPh3) [Tetrakis(triphenylphosphine)palladium(0)] 40.13g과 탈수 톨루엔(toluene) 80mL을 첨가해 교반했다. 거기에 탄산칼륨(K2CO3)수용액 (30mL, 1.55g)을 더해서 48시간 가열 환류했다. 얻은 조생성물을 셀라이트(celite) 여과를 실시해 클로로포름(chloroform)으로 추출을 실시하여 Na2SO4(sodium solfate)로 건조했다. 용매를 제거한 뒤, 실리카겔 컬럼 크로마토그래피(헥산/에틸 아세테이트/클로로포름 혼합용매를 사용)로 정제하여, 연한 황색 고체 화합물을 2.36g (수율 65%) 얻었다.
1H NMR 측정에서 측정된 화합물의 케미칼 시프트 값(δ)은 1H NMR (400MHz, DMSO-d6, δ):8.77(d, J=8.4 Hz, 4H), 8.74-8.71 (m, 3H), 7.64-7.61 (m, 3H), 7.38-7.28 (m, 16H), 7.13 (t, J=8.0Hz, 4H), 6.96-6.93 (m, 12H), 6.81(d, J=8.0Hz, 4H), 6.48(d, J=8.4Hz, 4H)이었다. 또한, MALDI-TOF-MS 측정에 의해 측정된 화합물의 분자량은 971.51이었다. 상기 결과를 통해서, 상기 연한 황색 고체 화합물이 화합물 61인 것을 확인했다.
5. 화합물 66의 합성
Figure pat00046
질소(N2)분위기 하, 100mL의 삼구 플라스크에 화합물 G 1.41g, 화합물 B 1.0g, 아세트산 팔라듐(Palladium)(acetic acid palladium) 0.01g, PH(tBu)3/BF4(Tri-tert-butylphosphonium tetrafluoroborate) 0.01g, 탄산 칼륨(K2CO3) 1.76g를 첨가해서 30mL의 톨루엔 용매 중에서 110℃로 12시간 가열 환류했다. 얻어진 조생성물(crude product)을 실리카겔 컬럼 크로마토그래피(디클로로 메탄과 헥산의 혼합 용매를 사용)로 정제한 후 톨루엔/헥산 혼합 용매로 재결정을 실시하여 흰색 고체의 화합물 1.8g (수율 90%) 얻었다.
1H NMR 측정으로 측정된 흰색 고체 화합물의 케미칼 시프트 값(δ)은 1H NMR (400MHz, CDCl3, δ):8.90(d, J=4.8Hz, 2H), 8.79(d, J=8.8Hz, 2H), 7.79(d, J=7.3Hz, 2H), 7.65(d, J=8.4Hz, 2H), 7.46(d, J=8.5Hz, 2H), 7.38 (t, J=6.6Hz, 2H), 7.30-7.26 (m, 3H), 6.92 (t, J=7.0Hz, 2H), 6.58 (t, J=6.6Hz, 2H), 6.43 (t, 8.8Hz, 4H)이었다. 상기 결과를 통해서, 흰색의 고체 화합물이 화합물 66인 것을 확인했다.
6. 화합물 67의 합성
Figure pat00047
아르곤 (Ar) 분위기 하에서 100mL의 삼구 플라스크에 화합물 H 2.9 g, 화합물 B 1.6 g, 아세트산 팔라듐 (acetic acid palladium) 0.11 g, PH(tBu)3/BF4 (Tri-tert-butylphosphonium tetrafluoroborate) 0.28 g 탄산 칼륨 (K2CO3) 2.88 g을 첨가하여 34 mL의 톨루엔 용매 (110 ℃)에서 5 시간 가열 환류했다. 얻은 조생성물을 실리카겔 컬럼 크로마토그래피(디클로로 메탄과 헥산의 혼합 용매를 사용)로 정제한 후 톨루엔/헥산 혼합 용매로 재결정을 실시하여 흰색 고체의 화합물을 3.4 g (수율 98 %) 얻었다.
1H NMR 측정에서 측정된 화합물의 케미칼 시프트 값(δ)은 (３００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３、δ）：8.90（d、J = 5.1 Hz, 2H）、8.90（d、J = 8.7 Hz, 2H）、7.83（d、J = 1.2 Hz, 2H）、7.62（d、J = 8.7 Hz, 2H）、7.46-7.41 (m, 3H), 7.39-7.30 (m, 4H), 6.72 (d, J = 6 H), 6.33 (d, J = 8.7 Hz, 2H）, 6.20-6.19 (m, 2H), 1.95 (s, 6H)이 였다. 또한 FAB-MS 측정에 의해 측정된 흰색 고체 화합물의 분자량은 514이었다. 상기 결과를 통해, 흰색 고체 화합물이 화합물 67임을 확인할 수 있었다.
7. 화합물 69의 합성
Figure pat00048
질소(N2)분위기 하, 100mL의 삼구 플라스크에 화합물 I 2.96g, 화합물 B 2.00g, 아세트산 팔라듐 0.02g, PH(tBu)3/BF4 (Tri-tert-butylphosphonium tetrafluoroborate) 40.03g, 탄산 칼륨 3.53g를 첨가하고, 100mL의 톨루엔 용매(110℃)로 12시간 가열 환류했다. 얻어진 조생성물을 실리카겔 컬럼 크로마토그래피(디클로로 메탄과 헥산의 혼합 용매를 사용)로 정제한 후 톨루엔/헥산 혼합 용매로 재결정을 실시하여 흰색 고체의 화합물을 2.80g (수율 66%) 얻었다.
1H NMR 측정으로 측정된 흰색 고체 화합물의 케미칼 시프트 값(δ)은 (400MHz, CDCl3, δ)은, 8.90(d, J=5.1Hz, 2H), 8.77(d, J=8.4Hz, 2H), 7.59(d, J=8.4Hz, 2H), 7.29(d, J=4.8Hz, 2H), 7.20-7.17 (m, 6H), 6.99-6.95 (m, 2H), 6.90-6.86 (m, 4H), 6.69 (t, J=7.3Hz, 2H), 6.36(d, J=8.8Hz, 2H)이었다. 상기 결과를 통해서, 흰색 고체 화합물이 화합물 69인 것을 확인했다.
8. 화합물 70의 합성
Figure pat00049
질소(N2)분위기 하, 100mL의 삼구 플라스크에 화합물 G 1.42g, 화합물 B 1.00g, 아세트산 팔라듐 0.01g, PH(tBu)3/BF4 0.01g, 탄산 칼륨 1.40g를 첨가하고, 30mL의 톨루엔 용매(110℃)로 6시간 가열 환류했다. 얻어진 조생성물을 실리카겔 컬럼 크로마토그래피(디클로로 메탄과 헥산의 혼합 용매를 사용)로 정제한 후 톨루엔/헥산 혼합 용매로 재결정을 실시하여 흰색 고체의 화합물을 1.87g (수율 90%) 얻었다.
1H NMR 측정으로 측정된 흰색 고체 화합물의 케미칼 시프트 값(400MHz, CDCl3, δ)은, 8.85(d, J=4.8Hz, 2H), 8.60(d, J=8.4Hz, 2H), 7.27-7.21 (m, 9H), 7.06-7.01 (m, 6H), 6.90-6.88 (m, 4H), 6.49(d, J=8.4Hz, 2H)이었다. 상기 결과를 통해서, 흰색 고체 화합물이 화합물 70인 것을 확인했다.
9. 화합물 71의 합성
Figure pat00050
아르곤(Ar) 분위기 하, 100mL의 삼구 플라스크에 화합물 H 1.46g, 화합물 J 1.52g, 아세트산 팔라듐 0.061g, PH(tBu)3/BF4 0.16g, 탄산 칼륨 1.64g을 첨가하고, 77mL의 톨루엔 용매(110℃)에서 4시간 가열 환류했다. 얻어진 조생성물을 실리카겔 컬럼 크로마토그래피(디클로로 메탄과 헥산의 혼합 용매를 사용)로 정제한 후 톨루엔/헥산 혼합 용매로 재결정을 실시하여 흰색 고체의 화합물을 2.17g(수율 84%) 얻었다.
1H NMR 측정으로 측정된 흰색 고체 화합물의 케미칼 시프트 값(400MHz, CDCl3, δ)은, 9．03(d, J=8.7Hz, 2H), 8.37-8.35(m, 4H), 8.11(s, 1H), 7.83(d, J=8.7Hz, 2H), 7.67-7.61(m, 8H), 7.47(d, J=1.5Hz, 2H), 7.40(t, J=12Hz, 2H), 7.31-7.29(m, 2H), 6.73(d, J=8.4Hz, 2H), 6.39(d, J=8.4Hz, 2H), 6.19(s, 2H), 1.96(s, 6H)이었다. 또한, FAB-MS 측정에 의해 측정된 화합물의 분자량은 666이었다. 상기 결과를 통해서, 흰색 고체 화합물이 화합물 71임을 확인할 수 있었다.
(소자 작성예)
상술한 화합물 53, 55, 61, 67 및 71을 발광층 재료로 사용하여 실시예 1 내지 5의 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
[실시예 화합물]
Figure pat00051
하기 비교예 화합물 X1 및 X2를 발광층 재료로 사용하여 비교예 1 및 2의 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
[비교예 화합물]
Figure pat00052
실시예 1 내지 5 및 비교예 1 및 2의 유기 전계 발광 소자는 다음과 같이 제작하였다. 유리 기판 상에 두께 150nm의 ITO를 패터닝한 후, 초순수로 세척하고 UV 오존 처리를 10분간 실시했다. 그 후, HAT-CN으로 두께 10nm의 정공 주입층을 형성하고, NPB로 두께 80nm의 정공 수송층을 형성하고, DPEPO를 18% 도핑한 막 두께 20nm의 발광층을 형성하고, TPBi로 두께 30nm의 전자 수송층을 형성하고, LiF로 두께 0.5nm의 전자 주입층을 형성하고, 알루미늄(Al)으로 두께 100nm의 제2 전극을 형성하였다. 각 층 및 제2 전극은 진공 증착 장치를 이용하여 저항 가열법으로 형성하였다.
다음으로 제작한 유기 전계 발광 소자의 최대 발광 파장 및 외부 양자 수율을 측정하였다. 최대 발광 파장은 측정 대상 화합물을 석영 유리판 위에 증착한 시료를 이용하여 상온(약 300K)의 발광 스펙트럼의 최대 발광 파장을 측정하였다. 외부 양자 수율은 하마마츠 포토닉스 사의 외부 양자 효율 측정 장치 C9920-2-12를 사용하여 측정하였다. 측정 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 또한, 일중항 에너지 준위 및 삼중항 에너지 준위의 차이 ΔEST는 Gaussian09를 이용하여 함수 B3LYP, 6-31G(d)에 의해 계산했다.
소자 작성예 발광층 도펀트 재료 ΔEST (b) λmax 외부 양자 수율
EQE
%
실시예 1 실시예화합물 53 0.01 461 18.7
실시예 2 실시예화합물 55 0.01 446 9.5
실시예3 실시예화합물 61 0.01 469 14.8
실시예4 실시예화합물 67 0.01 462 9.9
실시예 5 실시예화합물 71 0.01 468 20.5
비교예 1 비교예화합물 X-1 0.01 490 20.9
비교예 2 비교예화합물 X-2 0.01 525 13.3
실시예 1 및 비교예 1를 비교하면, 공여체와 수용체 사이에 링커를 포함하지 않는 비교예 1에 비해 링커를 포함하는 실시예 1의 최대 발광 파장이 약 30nm 단파장화된 것을 알 수 있다. 또한 전자 공여체 및 전자 수용체 사이의 알킬기를 포함한 비교예 2도, 실시예 1에 비해 전자 공여체의 전자공이 약해져 발광 파장은 크게 장파장 화되어 버린다. 링커의 적절한 선택에 의한 HOMO-LUMO의 궤도 분리의 조정이 중요하다고 생각된다.
본 발명은 청색 ~ 심청색 발광을 나타내는 화합물을 제공하는 것을 한 목적으로 실시 예 1과 같이 전자공를 강화함으로써 단파 청색 발광 재료를 획득하기에 이르렀다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물에 치환기를 적절하게 도입하여 청색 발광을 구현 함과 동시에 높은 외부 양자 효율을 구현하는 것을 알 수있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 유기 전계 발광 소자 EL1: 제1 전극
HTR: 정공 수송 영역 EML: 발광층
ETR: 전자 수송 영역 EL2: 제2 전극

Claims (20)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 함질소 화합물:
    [화학식 1]
    Figure pat00053

    상기 화학식 1에서,
    X1 내지 X6은 각각 독립적으로 CR1 또는 N이고,
    X1 내지 X6 중 N은 1개 또는 2개이며,
    R1은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 30 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로 아릴기이고,
    복수의 R1은 서로 동일하거나 상이하며,
    L은 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기이고,
    n은 1 또는 2이며,
    Du는 하기 화학식 2로 표시되고,
    [화학식 2]
    Figure pat00054

    상기 화학식 2에서,
    Y는 직접결합, O, S, CR2R3, Si, Ge, P 또는 P=O이며,
    R2 내지 R11은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 30 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로 아릴기이거나, 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 L은 치환 또는 비치환된 페닐렌기인 것인 함질소 화합물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 함질소 화합물은 하기 화학식 3으로 표시되는 것인 함질소 화합물:
    [화학식 3]
    Figure pat00055

    상기 화학식 3에서,
    L, Du, R1 및 n은 청구항 1에서 정의한 바와 동일하다.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 함질소 화합물은 하기 화학식 4로 표시되는 것인 함질소 화합물:
    [화학식 4]
    Figure pat00056

    상기 화학식 4에서,
    L, Du, R1 및 n은 청구항 1에서 정의한 바와 동일하다.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 함질소 화합물은 하기 화학식 5로 표시되는 것인 함질소 화합물:
    [화학식 5]
    Figure pat00057

    상기 화학식 5에서,
    L, Du, R1 및 n은 청구항 1에서 정의한 바와 동일하다.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 Y는 직접결합 또는 CR2R3이고,
    R2 및 R3은 청구항 1에서 정의한 바와 동일한 것인 함질소 화합물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 함질소 화합물은 하기 화학식 6으로 표시되는 것인 함질소 화합물:
    [화학식 6]
    Figure pat00058

    상기 화학식 6에서,
    R12는 수소 원자 또는 치환 또는 비치환된 카바졸기이고,
    X1 내지 X6은 청구항 1에서 정의한 바와 동일하다.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 2는 하기 화학식 7 내지 16 중 어느 하나로 표시되는 것인 함질소 화합물:
    [화학식 7]
    Figure pat00059

    [화학식 8]
    Figure pat00060

    [화학식 9]
    Figure pat00061

    [화학식 10]
    Figure pat00062

    [화학식 11]
    Figure pat00063

    [화학식 12]
    Figure pat00064

    [화학식 13]
    Figure pat00065

    [화학식 14]
    Figure pat00066

    [화학식 15]
    Figure pat00067

    [화학식 16]
    Figure pat00068
    .
  9. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 함질소 화합물은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 선택되는 어느 하나인 것인 함질소 화합물:
    [화합물군 1]
    Figure pat00069

    Figure pat00070

    Figure pat00071

    Figure pat00072

    Figure pat00073

    Figure pat00074

    Figure pat00075
    .
  10. 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 제공된 정공 수송 영역;
    상기 정공 수송 영역 상에 제공된 발광층;
    상기 발광층 상에 제공된 전자 수송 영역; 및
    상기 전자 수송 영역 상에 제공된 제2 전극을 포함하고,
    상기 발광층은 하기 화학식 1로 표시되는 함질소 화합물을 포함하는 것인 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 1]
    Figure pat00076

    상기 화학식 1에서,
    X1 내지 X6은 각각 독립적으로 CR1 또는 N이고,
    X1 내지 X6 중 N은 1개 또는 2개이며,
    R1은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 30 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로 아릴기이고,
    복수의 R1은 서로 동일하거나 상이하며,
    L은 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기이고,
    n은 1 또는 2이며,
    Du는 하기 화학식 2로 표시되고,
    [화학식 2]
    Figure pat00077

    상기 화학식 2에서,
    Y는 직접결합, O, S, CR2R3, Si, Ge, P 또는 P=O이며,
    R2 내지 R11은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 30 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로 아릴기이거나, 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 함질소 화합물은
    일중항(singlet) 에너지 준위 및 삼중항(triplet) 에너지 준위 차이의 절대 값이 0.2eV 이하인 것인 유기 전계 발광 소자.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 L은 치환 또는 비치환된 페닐렌기인 것인 유기 전계 발광 소자.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 함질소 화합물은 하기 화학식 3으로 표시되는 것인 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 3]
    Figure pat00078

    상기 화학식 3에서,
    L, Du, R1 및 n은 청구항 10에서 정의한 바와 동일하다.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 함질소 화합물은 하기 화학식 4로 표시되는 것인 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 4]
    Figure pat00079

    상기 화학식 4에서,
    L, Du, R1 및 n은 청구항 10에서 정의한 바와 동일하다.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 함질소 화합물은 하기 화학식 5로 표시되는 것인 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 5]
    Figure pat00080

    상기 화학식 5에서,
    L, Du, R1 및 n은 청구항 10에서 정의한 바와 동일하다.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 Y는 직접결합 또는 CR2R3이고,
    R2 및 R3은 청구항 10에서 정의한 바와 동일한 것인 유기 전계 발광 소자.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 함질소 화합물은 하기 화학식 6으로 표시되는 것인 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 6]
    Figure pat00081

    상기 화학식 6에서,
    R12는 수소 원자 또는 치환 또는 비치환된 카바졸기이고,
    X1 내지 X6은 청구항 10에서 정의한 바와 동일하다.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 화학식 2는 하기 화학식 7 내지 16 중 어느 하나로 표시되는 것인 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 7]
    Figure pat00082

    [화학식 8]
    Figure pat00083

    [화학식 9]
    Figure pat00084

    [화학식 10]
    Figure pat00085

    [화학식 11]
    Figure pat00086

    [화학식 12]
    Figure pat00087

    [화학식 13]
    Figure pat00088

    [화학식 14]
    Figure pat00089

    [화학식 15]
    Figure pat00090

    [화학식 16]
    Figure pat00091
    .
  19. 제10항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 함질소 화합물은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 선택되는 적어도 하나인 것인 유기 전계 발광 소자:
    [화합물군 1]
    Figure pat00092

    Figure pat00093

    Figure pat00094

    Figure pat00095

    Figure pat00096

    Figure pat00097

    Figure pat00098
    .
  20. 제10항에 있어서,
    상기 정공 수송 영역은
    정공 주입층 및 정공 수송층을 포함하고,
    상기 전자 수송 영역은
    전자 주입층 및 전자 수송층을 포함하는 것인 유기 전계 발광 소자.
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