KR20180071217A - 모노아민 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자 - Google Patents

모노아민 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모노아민 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 모노아민 화합물은 하기 화학식 1로 표시된다.
[화학식 1]
Figure pat00096

Description

모노아민 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자{MONOAMINE COMPOUND AND ORGANIC ELECTROLUMINESCENCE DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 모노아민 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 발광층에서 재결합시킴으로써, 발광층에 포함되는 유기 화합물인 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 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 여기자가 다시 바닥상태로 떨어질 때 발생하는 광을 이용하여 발광한다. 또한, 유기 전계 발광 소자는 이상에 설명한 구성에 한정되지 않고, 여러 가지의 변경이 가능하다.
본 발명의 목적은 높은 발광 효율의 유기 전계 발광 소자에 사용될 수 있는 모노아민 화합물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 높은 발광 효율의 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모노아민 화합물은 하기 화학식 1로 표시된다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서, L1은 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기이고, n은 1 또는 2 이고, L2 및 L3는 각각 독립적으로 직접결합(direct linkage), 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기이고, R1은 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 아릴 실릴기이고, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이다.
상기 화학식 1로 표시되는 모노아민 화합물은 하기 화학식 2-1 또는 2-2로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 2-1]
Figure pat00002
[화학식 2-2]
Figure pat00003
상기 화학식 2-1 및 2-2에서, m1은 0 또는 1 이고, m2는 0 이상 2 이하의 정수이고, R2는 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 아릴 실릴기이거나, 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고, Ar1, Ar2, L1, L2, L3 및 R1은 전술한 바와 동일하다.
상기 화학식 2-1로 표시되는 모노아민 화합물은 하기 화학식 2-1-1 내지 2-1-3 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 2-1-1]
Figure pat00004
[화학식 2-1-2]
Figure pat00005
[화학식 2-1-3]
Figure pat00006
상기 화학식 2-1-1 내지 2-1-3에서, Ar1 및 Ar2, L2 및 L3, R1은 전술한 바와 동일하다.
상기 화학식 2-2로 표시되는 모노아민 화합물은 하기 화학식 2-2-1 내지 2-2-3 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 2-2-1]
Figure pat00007
[화학식 2-2-2]
Figure pat00008
[화학식 2-2-3]
Figure pat00009
상기 화학식 2-2-1 내지 2-2-3에서, Ar1 및 Ar2, L2 및 L3, R1은 전술한 바와 동일하다.
상기 R1은 치환 또는 비치환된 페닐기이고, 상기 L3는 치환 또는 비치환된 페닐렌기이고, 상기 Ar2는 치환 또는 비치환된 나프틸기일 수 있다.
상기 L2는 치환 또는 비치환된 페닐렌기이고, 상기 Ar1은 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있다.
상기 L2는 직접 결합(direct linkage)이고, 상기 Ar1은 치환 또는 비치환된 디벤조퓨라닐기일 수 있다.
상기 L1은 치환 또는 비치환된 페닐렌기, 치환 또는 비치환된 2가의 비페닐기, 또는 치환 또는 비치환된 2가의 나프틸기일 수 있다.
상기 R1은 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 비페닐기, 또는 치환 또는 비치환된 함질소 헤테로아릴기일 수 있다.
상기 Ar1 및 상기 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 비페닐기, 치환 또는 비치환된 터페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 페난트레닐기, 또는 치환 또는 비치환된 플루오레닐기일 수 있다.
상기 Ar1 및 상기 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 디벤조퓨라닐기, 치환 또는 비치환된 디벤조싸이오페닐기, 치환 또는 비치환된 벤조나프토퓨라닐기, 또는 치환 또는 비치환된 벤조나프토싸이오페닐기일 수 있다.
상기 Ar1 및 상기 Ar2는 각각 독립적으로 하기 화학식 3으로 표시될 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00010
상기 Ar1 및 상기 Ar2가 각각 독립적으로 상기 화학식 3으로 표시될 경우, 상기 L2 및 상기 L3는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기이다. 상기 화학식 3에서, R3는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 아릴 실릴기이다.
상기 Ar1 및 상기 Ar2는 각각 독립적으로 하기 화학식 4로 표시될 수 있다.
[화학식 4]
Figure pat00011
상기 화학식 4에서, X는 O 또는 S이고, R4 및 R5는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기 또는 치환 또는 비치환된 아릴 실릴기이고, p는 0 이상 4 이하의 정수이고, q는 0 이상 3 이하의 정수이다.
상기 L2 및 상기 L3은 각각 독립적으로 직접결합, 치환 또는 비치환된 페닐렌기, 치환 또는 비치환된 2가의 비페닐기, 또는 치환 또는 비치환된 2가의 나프틸기일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자는 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 포함한다. 상기 정공 수송 영역, 상기 발광층 및 상기 전자 수송 영역 중 적어도 하나는 하기 화학식 1로 표시되는 모노아민 화합물을 포함한다.
[화학식 1]
Figure pat00012
상기 화학식 1에서, L1은 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기이고, n은 1 또는 2 이고, L2 및 L3는 각각 독립적으로 직접결합(direct linkage), 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기이고, R1은 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 아릴 실릴기이고, Ar1 및 Ar2는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이다.
상기 정공 수송 영역은 상기 화학식 1로 표시되는 모노아민 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
상기 정공 수송 영역은 상기 제1 전극 상에 배치되는 정공 주입층 및 상기 정공 주입층 상에 배치되는 정공 수송층을 포함하고, 상기 정공 수송층은 상기 화학식 1로 표시되는 모노아민 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
상기 정공 수송층은 상기 발광층과 접촉하는 것일 수 있다.
상기 정공 수송 영역은 상기 제1 전극 상에 배치되는 정공 주입층, 상기 정공 주입층 상에 배치되는 제1 정공 수송층, 및 상기 제1 정공 수송층 상에 배치되고, 상기 발광층과 인접한 제2 정공 수송층을 포함하고, 상기 제2 정공 수송층은 상기 화학식 1로 표시되는 모노아민 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모노아민 화합물은 유기 전계 발광 소자용 재료로 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모노아민 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자는 높은 발광 효율을 구현할 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.
도 3은 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 pat00013
는 연결되는 부위를 의미한다.
본 명세서에서, "치환 또는 비치환된"은 중수소 원자, 할로겐기, 시아노기, 니트로기, 실릴기, 붕소기, 아릴 아민기, 포스핀 옥사이드기, 포스핀 설파이드기, 알킬기, 알케닐기, 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, 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, 직접 결합(direct linkage)은 단일 결합을 의미하는 것일 수 있다.
본 명세서에서, 할로겐 원자의 예로는 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자 또는 요오드 원자가 있다.
본 명세서에서, 알킬기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 알킬기의 탄소수는 1 이상 30 이하, 1 이상 20 이하, 1 이상 15 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 방향족 탄화수소 고리로부터 유도된 임의의 작용기 또는 치환기를 의미한다. 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, 플루오레닐기, 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. 예를 들어, 플루오레닐기는 9,9'-스피로비플루오레닐기일 수 있다.
본 명세서에서, 헤테로아릴기는 이종 원소로 O, N, P, S 및 Si 중 1개 이상을 포함하는 헤테로아릴기일 수 있다. 헤테로아릴기는 단환식 헤테로아릴기 또는 다환식 헤테로아릴기일 수 있다. 헤테로아릴기의 고리 형성 탄소수는 2 이상 30 이하, 또는 2 이상 20 이하이다. 헤테로아릴기의 예로는 티오페닐기, 퓨라닐기, 피롤일기, 이미다졸일기, 티아졸일기, 옥사졸일기, 옥사디아졸일기, 트리아졸일기, 피리딜기, 비피리딜기, 피리미딜기, 트리아지닐기, 트리아졸일기, 아크리딜기, 피리다지닐기, 피라지닐기, 퀴놀리닐기, 퀴나졸리닐기, 퀴녹살리닐기, 페녹사질기, 프탈라지닐기, 피리도 피리미디닐기, 피리도 피라지닐기, 피라지노 피라지닐기, 이소퀴놀리닐기, 인돌일기, 카바졸일기, N-아릴카바졸일기, N-헤테로아릴카바졸일기, N-알킬카바졸일기, 벤조옥사졸일기, 벤조이미다졸일기, 벤조티아졸일기, 벤조카바졸일기, 벤조티오페닐기, 디벤조티오페닐기, 티에노티오페닐기, 벤조퓨라닐기, 페난쓰롤리닐기(phenanthroline), 티아졸일기, 이소옥사졸일기, 옥사디아졸일기, 티아디아졸일기, 벤조티아졸일기, 페노티아지닐기, 디벤조실롤일기 및 디벤조퓨라닐기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 아릴렌기는 2가기인 것을 제외하고는 전술한 아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다. 헤테로아릴렌기는 2가기인 것을 제외하고는 전술한 헤테로아릴기에 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 20 이하 또는 2 이상 10 이하이다. 알케닐기의 예로는 비닐기, 1-부테닐기, 1-펜테닐기, 1,3-부타디에닐 아릴기, 스티레닐기, 스티릴비닐기 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, 디페닐아민기, 나프틸아민기, 9-메틸-안트라세닐아민기, 트리페닐아민기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 모노아민 화합물에 대해 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모노아민 화합물은 하기 화학식 1로 표시된다.
[화학식 1]
Figure pat00014
화학식 1에서, L1은 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이다. L1은 치환 또는 비치환된 페닐렌기일 수 있다. L1는 치환 또는 비치환된 2가의 비페닐기일 수 있다. L1은 치환 또는 비치환된 2가의 나프틸기일 수 있다.
L1은 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 15 이하의 아릴기일 수 있다.
L1은 비치환된 페닐렌기일 수 있다. L1은 m-페닐렌기 또는 p-페닐렌기일 수 있다. 또는, L1은 1 치환된 페닐렌기일 수 있다. 예를 들어, L1은 페닐기 또는 트리페닐실릴기로 치환된 페닐렌기일 수 있다.
L1은 비치환된 2가의 비페닐기일 수 있다. L1은 비치환된 2가의 나프틸기일 수 있다.
n은 1 또는 2 이다. n이 2일 경우, 복수의 L1은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
L2 및 L3는 서로 동일할 수도 있고, 서로 상이할 수도 있다. L2 및 L3는 각각 독립적으로 직접결합(direct linkage), 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이다. L2 및 L3는 각각 독립적으로 직접결합, 치환 또는 비치환된 페닐렌기, 치환 또는 비치환된 2가의 비페닐기일 수 있다. L2 및 L3는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 2가의 나프틸기일 수 있다.
L2 및 L3는 각각 독립적으로 비치환된 2가의 페닐렌기일 수 있다. L2 및 L3는 각각 독립적으로 m-페닐렌기 또는 p-페닐렌기일 수 있다. L2 및 L3는 각각 1 치환된 페닐렌기일 수 있다. L2 및 L3는 각각 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기 또는 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기로 치환된 페닐렌기일 수 있다. 예를 들어, L2 및 L3는 각각 메틸기 또는 페닐기로 치환된 페닐렌기일 수 있다.
L2 및 L3는 각각 독립적으로 비치환된 비페닐기일 수 있다. L2 및 L3는 각각 독립적으로 비치환된 2가의 나프틸기일 수 있다.
R1은 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기 또는 치환 또는 비치환된 아릴 실릴기이다. R1은 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 비페닐기, 또는 치환 또는 비치환된 함질소 헤테로아릴기일 수 있다. 예를 들어, R1은 피리디닐기 또는 트리페닐실릴기일 수 있다.
R1은 1 치환된 페닐기일 수 있다. R1은 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기 또는 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기로 치환된 페닐기일 수 있다. 예를 들어, R1은 시아노기 또는 이소프로필기로 치환된 페닐기일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모노 아민 화합물은 페난트레닐기의 R1 위치만 치환되고, 다른 위치는 치환되지 않는다. 페난트레닐기의 다른 위치에 치환기가 위치할 경우, 치환기에 의해 페난트레닐기의 HOMO 및 LUMO의 에너지 레벨이 변해 정공 수송성이 떨어지게 된다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 모노 아민 화합물과 같이 페난트레닐기의 R1 위치만 치환된 화합물의 경우 정공 수송성이 떨어지는 정도가 감소하여, 정공 수송 재료로 기능할 수 있다.
Ar1 및 Ar2는 서로 동일할 수도 있고, 서로 상이할 수도 있다. Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이다. 이하, Ar1 및 Ar2에 대한 자세한 설명은 후술한다.
상기 화학식 1은 하기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 2-1]
Figure pat00015
[화학식 3-2]
Figure pat00016
m1은 0 또는 1 일 수 있다. m2는 0 이상 2 이하의 정수일 수 있다.
R2는 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기 또는 치환 또는 비치환된 아릴 실릴기일 수 있다. 예를 들어, R2는 수소 원자, 비치환된 페닐기 또는 트리페닐실릴기일 수 있다.
m2가 2일 경우, 복수의 R2는 서로 동일하거나 상이할 수 있다. R2는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수도 있다. 예를 들어, R2는 인접하는 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄화수소 고리 또는 치환 또는 비치환된 헤테로 고리를 형성할 수 있다. R2는 인접하는 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 방향족 탄화수소 고리를 형성할 수 있다.
화학식 2-1 및 화학식 2-2에서 Ar1, Ar2, L1, L2, L3 및 R1에 관한 구체적인 설명은 화학식 1에서 설명한 바와 동일하므로 생략한다.
상기 화학식 2-1은 하기 화학식 2-1-1 내지 화학식 2-1-3 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 2-1-1]
Figure pat00017
[화학식 2-1-2]
Figure pat00018
[화학식 2-1-3]
Figure pat00019
화학식 2-1-1 내지 화학식 2-1-3에서, Ar1 및 Ar2, L2 및 L3, R1은 앞서 정의한 바와 동일하다.
화학식 2-1-1 내지 화학식 2-1-3에서, R1은 치환 또는 비치환된 페닐기이고, L3는 치환 또는 비치환된 페닐렌기이고, Ar2는 치환 또는 비치환된 나프틸기일 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 모노아민 화합물은 화학식 2-1-1로 표시되고, R1은 치환 또는 비치환된 페닐기이고, L3는 치환 또는 비치환된 페닐렌기이고, Ar2는 치환 또는 비치환된 나프틸기일 수 있다. Ar2가 치환 또는 비치환된 나프틸기일 경우, L3는 나프틸기의 1번 탄소 위치에 연결되는 것일 수 있다.
화학식 2-1-1 내지 화학식 2-1-3에서, L2는 치환 또는 비치환된 페닐렌기이고, Ar1은 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 모노아민 화합물은 화학식 2-1-1로 표시되고, R1은 치환 또는 비치환된 페닐기이고, L3는 치환 또는 비치환된 페닐렌기이고, Ar2는 치환 또는 비치환된 나프틸기이고, L2는 치환 또는 비치환된 페닐렌기이고, Ar1은 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있다.
또는, 화학식 2-1-1 내지 화학식 2-1-3에서, L2는 직접 결합(direct linkage)이고, Ar1은 치환 또는 비치환된 디벤조퓨라닐기일 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 모노아민 화합물은 화학식 2-1-1로 표시되고, R1은 치환 또는 비치환된 페닐기이고, L3는 치환 또는 비치환된 페닐렌기이고, Ar2는 치환 또는 비치환된 나프틸기이고, L2는 직접 결합(direct linkage)이고, Ar1은 치환 또는 비치환된 디벤조퓨라닐기일 수 있다. Ar1가 치환 또는 비치환된 디벤조퓨라닐기일 경우, L2는 디벤조퓨라닐기의 3번 탄소 위치에 연결되는 것일 수 있다.
상기 화학식 2-2는 하기 화학식 2-2-1 내지 화학식 2-2-3 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 2-2-1]
Figure pat00020
[화학식 2-2-2]
Figure pat00021
[화학식 2-2-3]
Figure pat00022
화학식 2-2-1 내지 화학식 2-2-3에서, Ar1 및 Ar2, L2 및 L3, R1은 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
화학식 1에서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있다. Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 1 또는 2 치환된 페닐기일 수 있다. Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기 또는 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기로 치환된 페닐기일 수 있다. 예를 들어, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 불소 원자 또는 치환 또는 비치환된 옥틸기로 치환된 페닐기일 수 있다.
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 비페닐기일 수 있다. Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 터페닐기일 수 있다. Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 나프틸기일 수 있다. Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페난트레닐기일 수 있다.
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 플루오레닐기일 수 있다. Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 2 치환된 플루오레닐기일 수 있다. 예를 들어, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 아릴기로 치환된 플루오레닐기 일 수 있다.
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 디벤조퓨라닐기일 수 있다. Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 1 치환된 디벤조퓨라닐기일 수 있다. Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기로 치환된 디벤조퓨라닐기일 수 있다. 예를 들어, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 페닐기 또는 시클로헥실기로 치환된 디벤조퓨라닐기일 수 있다.
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 디벤조싸이오페닐기일 수 있다. Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 벤조나프토퓨라닐기일 수 있다. Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 벤조나프토싸이오페닐기일 수 있다.
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 하기 화학식 3으로 표시될 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00023
R3는 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기 또는 치환 또는 비치환된 아릴 실릴기일 수 있다.
Ar1 및 Ar2이 각각 독립적으로 상기 화학식 3으로 표시될 경우, L2 및 L3는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다.
Ar1 및 Ar2이 각각 독립적으로 상기 화학식 3으로 표시될 경우, L2 및 L3는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐렌기 또는 치환 또는 비치환된 2가의 비페닐기일 수 있다. L2 및 L3는 각각 독립적으로 비치환된 페닐렌기 일 수 있다.
Ar1 및 Ar2는 하기 화학식 4로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 4]
Figure pat00024
X는 O 또는 S일 수 있다.
R4 및 R5는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기 또는 치환 또는 비치환된 아릴 실릴기일 수 있다. R4 및 R5는 각각 독립적으로 시클로알킬기일 수 있다. 예를 들어, R4 및 R5는 각각 독립적으로 시클로헥실기일 수 있다.
p는 0 이상 4 이하의 정수일 수 있다. q는 0 이상 3 이하의 정수일 수 있다. p가 2 이상의 정수일 경우, 복수의 R4는 서로 동일하거나 상이할 수 있다. q가 2 이상의 정수일 경우, 복수의 R5는 서로 동일하거나 상이할 수 있다. p 및 q가 각각 독립적으로 2 이상의 정수일 경우, R4 및 R5는 각각 독립적으로 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수도 있다. 예를 들어, R4 및 R5 중 적어도 어느 하나가 방향족 고리를 형성할 경우, Ar1 및 Ar2는 4환 또는 5환을 가지는 헤테로아릴기일 수 있다.
화학식 1로 표시되는 모노아민 화합물은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 선택되는 어느 하나인 것일 수 있다. 다만, 이에 의하여 한정되는 것은 아니다.
[화합물군 1]
Figure pat00025
Figure pat00026
Figure pat00027
Figure pat00028
Figure pat00029
Figure pat00030
Figure pat00031
Figure pat00032
Figure pat00033
.
본 발명의 일 실시예에 따른 모노아민 화합물은 상대적으로 큰 부피를 가진다. 이에 따라, 화학식 1로 표시되는 모노아민 화합물은 유기 전계 발광 소자에 적용되었을 때, 높은 발광 효율을 확보할 수 있다.
구체적으로, 화학식 1로 표시되는 모노아민 화합물은 아릴렌 링커를 통해 페난트레닐기가 아민기에 연결되어 있고, 페난트레닐기가 아릴렌 링커에 연결되어 있는 위치에 인접하는 위치에 아릴기 등의 부피가 큰 치환기가 위치한다. 이에 따라, 치환기와 아릴렌 링커 사이의 입체 반발이 발생하여, 페난트레닐기와 아릴렌 링커 사이의 결합 각도가 증가하게 되고, 페난트레닐기가 차지하는 부피가 커지게 된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 모노아민 화합물은 페난트레닐기간의 상호 작용을 저하하는 효과를 가지게 된다. 특히, 페난트레닐기 간의 상호작용의 저하는 전자의 이동도가 저하하는 결과를 초래하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 모노아민 화합물이 발광층(EML)에 인접한 정공 수송층(HTL)에 배치될 경우 전자가 발광층으로부터 정공 수송 영역(HTR) 쪽으로 확산되는 것을 억제하여, 유기 전계 발광 소자의 높은 발광 효율을 확보할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자에 대하여 설명한다. 이하에서는 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 모노아민 화합물과의 차이점을 위주로 구체적으로 설명하고, 설명되지 않은 부분은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 모노아민 화합물에 따른다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자는 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 모노아민 화합물을 포함한다.
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 3은 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.
본 발명의 일 실시예에 따른 모노아민 화합물은 제1 전극(EL1) 및 제2 전극(EL2) 사이에 제공된 1층 이상의 유기층 중 적어도 하나의 층에 포함될 수 있다. 이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 모노아민 화합물이 정공 수송 영역(HTR)에 포함되는 것을 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 의하여 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 모노아민 화합물은 발광층(EML)에 포함되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자는 정공 수송 영역(HTR)에 하기 화학식 1로 표시되는 모노아민 화합물을 포함할 수 있다. 정공 수송 영역(HTR)은 화학식 1로 표시되는 모노아민 화합물을 1종 또는 2종 이상 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00034
화학식 1에서 L1 내지 L3, n, Ar1 및 Ar2에 관한 구체적인 설명은 전술한 바와 동일하므로 생략한다.
화학식 1로 표시되는 모노아민 화합물에 관한 구체적인 설명은 전술한 설명이 그대로 적용될 수 있는 바, 생략하도록 한다.
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 1000Å 내지 약 1500Å인 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, 도 2에 도시된 바와 같이, 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.
도 3에 도시된 바와 같이, 정공 수송 영역(HTR)은 복수의 정공 수송층을 가질 수도 있다. 정공 수송 영역(HTR)은 제1 정공 수송층(HTL1) 및 제1 정공 수송층(HTL1) 상에 배치되는 제2 정공 수송층(HTL2)을 포함할 수 있다. 제2 정공 수송층(HTL2)은 복수의 정공 수송층 중 발광층(EML)에 인접한 정공 수송층일 수 있다.
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 수송 영역(HTR)은 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 모노아민 화합물을 정공 수송 재료로써 포함할 수 있다. 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 모노아민 화합물을 포함하는 층은 정공 수송층(HTL)일 수 있다. 도 3과 같이 정공 수송층이 제1 정공 수송층(HTL1) 및 제2 정공 수송층(HTL2)을 포함할 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 아민 화합물은 제2 정공 수송층(HTL2)에 포함될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 아민 화합물은 정공 수송 영역(HTR) 중 발광층(EML)에 인접한 층에 포함될 수 있다.
정공 수송층(HTL)이 본 발명의 일 실시예에 따른 모노아민 화합물을 포함하는 경우, 정공 주입층(HIL)은 예를 들어, 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], Dipyrazino[2,3-f:2',3'-h]quinoxaline-2,3,6,7,10,11-hexacarbonitrile(HAT-CN) 등을 포함할 수도 있다.
정공 수송층(HTL)이 본 발명의 일 실시예에 따른 모노아민 화합물을 포함하지 않고, 예를 들어 발광층(EML)이 본 발명의 일 실시예에 따른 모노아민 화합물을 포함할 경우, 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), N-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine 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.
전술한 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 300Å인 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.
발광층(EML)은 레드광, 그린광, 블루광, 화이트광, 옐로우광, 시안광 중 하나를 발광하는 것일 수 있다. 발광층(EML)은 형광 물질 또는 인광물질을 포함할 수 있다. 또한, 발광층(EML)은 호스트 및 도펀트를 포함할 수 있다. 발광층(EML)은 예를 들어 10 nm 이상 60 nm 이하의 두께를 갖는 것일 수 있다.
발광층(EML)의 호스트 재료로서는, 안트라센(Anthracene) 유도체, 플루오란텐(Fluoranthene) 유도체, 피렌(Pyrene) 유도체, 아릴아세틸렌(Arylacetylene) 유도체, 플루오렌(Fluorene) 유도체, 페릴렌(Perylene) 유도체, 크리센(Chrysene) 유도체, 페난트렌(Phenanthrene) 유도체 등으로부터 선택되고, 바람직하게는, 피렌 유도체, 페릴렌 유도체, 크리센 유도체, 페난트렌 유도체, 안트라센 유도체를 들 수 있다. 예를 들어, 발광층(EML)의 호스트 재료로서, 하기 화학식 5로 표시되는 안트라센 유도체를 사용할 수 있다.
[화학식 5]
Figure pat00035
화학식 5에서, Z1 내지 Z4는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 15 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고, m3 및 m4는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이며, m5 및 m6는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이다. 화학식 5에서, Z3 및 Z4는 각각 독립적으로 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수도 있다.
화학식 5로 표시되는 화합물은 일 예로서, 하기 구조식으로 나타낸 화합물을 들 수 있다. 단, 상기 화학식 5로 표시되는 화합물이 이하에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00036
.
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) 등을 사용할 수도 있다.
도펀트는 예를 들어, 스티릴 유도체(예를 들어, 1,4-bis[2-(3-N-ethylcarbazoryl)vinyl]benzene(BCzVB), 4-(di-p-tolylamino)-4’-[(di-p-tolylamino)styryl]stilbene(DPAVB), N-(4-((E)-2-(6-((E)-4-(diphenylamino)styryl)naphthalen-2-yl)vinyl)phenyl)-N-phenylbenzenamine(N-BDAVBi), 페릴렌 및 그 유도체(예를 들어, 2,5,8,11-Tetra-t-butylperylene(TBP)), 피렌 및 그 유도체(예를 들어, 1,1-dipyrene, 1,4-dipyrenylbenzene, 1,4-Bis(N, N-Diphenylamino)pyrene), N1,N6-di(naphthalen-1-yl)-N1,N6-diphenylpyrene-1,6-diamine 등의 도펀트를 포함할 수 있다.
발광층(EML)이 레드광을 발광할 때, 발광층(EML)은 예를 들어, PBD:Eu(DBM)3(Phen)(tris(dibenzoylmethanato)phenanthoroline europium) 또는 퍼릴렌(Perylene)을 포함하는 형광 물질을 더 포함할 수 있다. 발광층(EML)이 적색을 발광할 때, 발광층(EML)에 포함되는 도펀트는 예를 들어, PIQIr(acac)(bis(1-phenylisoquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(acac)(bis(1-phenylquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(tris(1-phenylquinoline)iridium) 및 PtOEP(octaethylporphyrin platinum)과 같은 금속 착화합물(metal complex) 또는 유기 금속 착체(organometallic complex), 루브렌(rubrene) 및 그 유도체 및 4-디시아노메틸렌-2-(p-디메틸아미노스티릴)-6-메틸-4H-피란(DCM) 및 그 유도체에서 선택할 수 있다.
발광층(EML)이 그린광을 발광할 때, 발광층(EML)은 예를 들어, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum)을 포함하는 형광 물질을 더 포함할 수 있다. 발광층(EML)이 녹색을 발광할 때, 발광층(EML)에 포함되는 도펀트는 예를 들어, Ir(ppy)3(fac-tris(2-phenylpyridine)iridium)와 같은 금속 착화합물(metal complex) 또는 유기 금속 착체(organometallic complex) 및 쿠머린(coumarin) 및 그 유도체에서 선택할 수 있다.
발광층(EML)이 블루광을 발광할 때, 발광층(EML)은 예를 들어, 스피로-DPVBi(spiro-DPVBi), 스피로-6P(spiro-6P), 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. 발광층(EML)이 청색을 발광할 때, 발광층(EML)에 포함되는 도펀트는 예를 들어, (4,6-F2ppy)2Irpic와 같은 금속 착화합물(metal complex) 또는 유기 금속 착체(organometallic complex), 페릴렌(perlene) 및 그 유도체에서 선택할 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)은 발광층(EML) 상에 제공된다. 전자 수송 영역(ETR)은, 정공 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(EL1)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, Al, Ag, Li, Mg 및 Ca 등의 금속 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 전자 주입층(EIL)에는 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 모노아민 화합물을 포함하여 높은 발광 효율을 확보할 수 있다. 화학식 1로 표시되는 모노아민 화합물은 상대적으로 큰 부피를 갖는다. 구체적으로, 화학식 1로 표시되는 모노아민 화합물은 아릴렌 링커를 통해 페난트레닐기가 아민기에 연결되어 있고, 페난트레닐기가 아릴렌 링커에 연결되어 있는 위치에 인접하는 위치에 아릴기 등의 부피가 큰 치환기가 위치한다. 이에 따라, 치환기와 아릴렌 링커 사이의 입체 반발이 발생하여, 페난트레닐기와 아릴렌 링커 사이의 결합 각도가 증가하게 되고, 페난트레닐기가 차지하는 부피가 커지게 된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 모노아민 화합물은 페난트레닐기 간의 상호 작용을 저하하는 효과를 가지게 된다. 특히, 페난트레닐기 간의 상호작용의 저하는 전자의 이동도가 저하하는 결과를 초래하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 모노아민 화합물이 발광층(EML)에 인접한 정공 수송층(HTL)에 배치될 경우 전자가 발광층으로부터 정공 수송 영역(HTR) 쪽으로 확산되는 것을 억제하여, 유기 전계 발광 소자의 높은 발광 효율을 확보할 수 있다.
이하, 구체적인 제조 방법, 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.
본 발명의 일 실시예에 따른 모노아민 화합물은 예를 들어 하기와 같이 합성할 수 있다. 다만, 이에 의하여 한정되는 것은 아니다.
(합성예)
1. 화합물 1의 합성
본 발명의 일 실시예에 따른 모노아민 화합물인 화합물 1은 예를 들어, 하기 반응에 의해 합성될 수 있다.
Figure pat00037
아르곤(Ar) 분위기 하에서, 화합물 A 4.30g, 화합물 B 9.98g, 테트라키스(트라이페닐포스핀팔라듐(0))(Ph(PPh3)4) 654mg 및 탄산 칼륨(K2CO3) 6.91g을 THF 200mL/ 물 50mL 용매에 첨가한 후 탈기(deaeration)하였다. 반응액을 교반하면서 8시간동안 환류 가열한 후, 냉각하고 클로로폼(Chloroform)으로 추출하여 포화 식염수로 세척하였다. 얻어진 유기층을 무수황산나트륨(anhydrous sodium sulfate)으로 건조하고 여과 농축한 후, 잔여물을 컬럼 크로마토그래피에서 정제하여 화합물 1의 백색 고체를 5.29g(수율 72%) 얻었다. FAB-MS 측정에 의해 측정된 화합물의 분자량은 649이었다. 또한, 1H-NMR 측정 된 화합물의 케미칼 시프트(chemical shift)값은 8.93 (m, 2H), 7.83 (m, 1H), 7.76- 7.55 (12H), 7.51 (ddd, 1H, J= 1, 7, 8Hz), 7.47- 7.34 (7H), 7.34- 7.26 (2H), 7.26- 7.19 (2H), 7.18- 7.09 (6H), 7.05 (ddd, 2H, J= 2, 2, 9Hz) 이었다. 상기 결과를 통해, 흰색 고체의 화합물이 화합물 1임을 확인할 수 있었다.
2. 화합물 12의 합성
Figure pat00038
아르곤(Ar) 분위기 하에서, 화합물 A 3.78g, 화합물 C 10.3g, 테트라키스(트라이페닐포스핀팔라듐(0)) (Ph(PPh3)4) 575mg 및 탄산 칼륨(K2CO3) 6.34g을 THF 200mL/ 물 50mL 용매에 첨가한 후 탈기(deaeration)하였다. 반응액을 교반하면서 8시간동안 환류 가열한 후, 냉각하고 클로로폼(Chloroform)으로 추출하여 포화 식염수로 세척하였다. 얻어진 유기층을 무수황산나트륨(anhydrous sodium sulfate)으로 건조하고 여과 농축한 후, 잔여물을 컬럼 크로마토그래피에서 정제하여 화합물 12의 백색 고체를 4.55g(수율 63%) 얻었다. FAB-MS 측정에 의해 측정된 화합물의 분자량은 725이었다. 또한, 1H-NMR 측정 된 화합물의 케미칼 시프트(chemical shift)값은 8.93 (d, 2H, J= 8Hz), 7.74- 7.55 (12H), 7.55- 7.46 (6H), 7.46- 7.12 (19H) 이었다. 상기 결과를 통해, 흰색 고체의 화합물이 화합물 12임을 확인할 수 있었다.
3. 화합물 38의 합성
Figure pat00039
아르곤(Ar) 분위기 하에서, 화합물 A 2.51g, 화합물 D 7.19g, 테트라키스(트라이페닐포스핀팔라듐(0)) (Ph(PPh3)4) 381mg 및 탄산 칼륨(K2CO3) 5.31g을 THF 200mL/ 물 50mL 용매에 첨가한 후 탈기(deaeration)하였다. 반응액을 교반하면서 8시간동안 환류 가열한 후, 냉각하고 클로로폼(Chloroform)으로 추출하여 포화 식염수로 세척하였다. 얻어진 유기층을 무수황산나트륨(anhydrous sodium sulfate)으로 건조하고 여과 농축한 후, 잔여물을 컬럼 크로마토그래피에서 정제하여 화합물 38의 백색 고체를 3.38g(수율 68%) 얻었다. FAB-MS 측정에 의해 측정된 화합물의 분자량은 753이었다. 또한, 1H-NMR 측정 된 화합물의 케미칼 시프트(chemical shift)값은 8.87 (m, 2H), 7.96 (m, 2H), 7.92 (d, 2H, J= 8H), 7,75 (m, 1H), 7.71- 7.50 (7H), 7.50- 7.36 (5H), 7.36- 7.10 (16H) 이었다. 상기 결과를 통해, 흰색 고체의 화합물이 화합물 38임을 확인할 수 있었다.
4. 화합물 11의 합성
(화합물 F의 합성)
Figure pat00040
아르곤 (Ar) 분위기 하에서, 화합물 A 10.0 g, 화합물 E 29.2 g, 테트라키스(트라이페닐포스핀팔라듐(0)) (Pd(PPh3)4) 2.22 g, 및 아세트산팔라듐 (Pd(OAc)2) 431 mg 을, 톨루엔 300 mL/에틸알코올 130 mL/2M-트라이포타슘 오쏘포스페이트(K3PO4) 수용액　64 mL 용매에 첨가한 후 탈기(deaeration)하였다. 반응액을 교반하면서 24시간동안 환류 가열한 후, 냉각하고 클로로폼 (Chloroform) 으로 추출하여 포화 식염수로 세척 하였다.
얻어진 유기층을 무수황산나트륨(anhydrous sodium sulfate)으로 건조하고 여과 농축한 후, 잔여물을 컬럼 크로마토그래피에서 정제하여 화합물 F의 백색 고체를 16.1 g (수율 69 %) 얻었다.
(화합물 11의 합성)
Figure pat00041
아르곤 (Ar) 분위기 하에서, 화합물 F 4.01 g, 화합물 G 3.89 g, 소듐 t-뷰톡사이드 1.06 g, 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0)(Pd(dba)2) 316 mg, 및 트라이-t-뷰틸포스핀 (tBu3P) 1.5M-톨루엔용액 1.47 mL 을, 톨루엔 150 mL에 첨가한 후 탈기(deaeration) 하였다. 반응액을 교반하면서 24시간동안 환류 가열한 후, 냉각하고 클로로폼(Chloroform) 으로 추출하여 포화 식염수로 세척 하였다.
얻어진 유기층을 무수황산나트륨(anhydrous sodium sulfate) 으로 건조하고 여과 농축한 후, 잔여물을 컬럼 크로마토그래피에서 정제하여 화합물 11의 백색 고체를 6.01g (수율 84%) 얻었다. FAB-MS 측정에 의해 측정된 화합물의 분자량은 649 이었다. 또한, 1H-NMR 측정 된 화합물의 케미칼 시프트(chemical shift)값은 8.88 (d, 2H, J= 10Hz), 7.76- 7.43 (21H), 7.43- 7.17 (5H), 7.09 (ddd, 4H, J=2, 2, 8Hz), 7.04- 6.90 (3H)이었다. 상기 결과를 통해, 흰색 고체의 화합물이 화합물 11임을 확인할 수 있었다.
5. 화합물 16의 합성
(화합물 H의 합성)
Figure pat00042
아르곤 (Ar) 분위기 하에서 화합물 A 20.0g 를 -78℃ 의 THF 300ml 에 10분동안 교반한 뒤 1.6 M 농도의 n-뷰틸리튬(n-BuLi) 21.7 mL를 안전 깔때기(dropping funnel)를 이용하여 천천히 적가(滴加)하고 추가로 30분동안 교반하였다. 이후 트라이메틸 보레이트 (B(OMe)3) 7.05 mL을 안전 깔때기(dropping funnel)를 사용하여 천천히 적가해준뒤 상온에서 추가로 3시간 교반하였다. 이후 1M-염산(HCl) 용액 300ml를 넣고 1회 추출한 뒤, 물과 톨루엔을 이용하여 추가로 3회 추출하였다. 얻어진 유기층을 무수황산나트륨(anhydrous sodium sulfate)으로 건조하고 여과 농축한 후, 잔여물을 컬럼 크로마토그래피에서 화합물 H의 백색 고체를 4.78g(수율 30 %) 얻었다.
(화합물 J의 합성)
Figure pat00043
아르곤 (Ar) 분위기 하에서, 화합물 H 4.50 g, 화합물 I 4.04 g, 트라이포타슘 오쏘포스페이트 (K3PO4) 9.61 g, 및 테트라키스(트라이페닐포스핀팔라듐(0)) (Pd(PPh3)4) 872 mg 을, 톨루엔 150 mL/ 에틸알코올 10mL/ 물 5mL 용매에 첨가한 후 탈기(deaeration) 하였다. 반응액을 교반하면서 24시간동안 환류 가열한 후, 냉각하고 클로로폼(Chloroform) 으로 추출하여 포화 식염수로 세척 하였다. 얻어진 유기층을 무수황산나트륨(anhydrous sodium sulfate)으로 건조하고 여과 농축한 후, 잔여물을 컬럼 크로마토그래피에서 화합물 J의 백색 고체를 2.80g (수율 42 %) 얻었다.
(화합물 16의 합성)
Figure pat00044
아르곤 (Ar) 분위기 하에서, 화합물 J 2.45 g, 화합물 G 1.79 g, 소듐 tert-뷰톡사이드 1.60 g, 트리스(다이벤질리덴아세톤)다이팔라듐(0) (Pd2(dba)3) 152 mg, 및 트라이-t- 뷰틸포스핀 (tBu3P) 1.6M-톨루엔용액 0.21mL을, 크실렌 150mL에 첨가한 후 탈기(deaeration) 하였다. 반응액을 교반하면서 8시간동안 환류 가열한 후, 냉각하고 클로로폼(Chloroform) 으로 추출하여 포화 식염수로 세척 하였다. 얻어진 유기층을 무수황산나트륨(anhydrous sodium sulfate) 으로 건조하고 여과 농축한 후, 잔여물을 컬럼 크로마토그래피에서 화합물 16의 백색 고체를 3.11g (수율 70 %) 얻었다. FAB-MS 측정에 의해 측정된 화합물의 분자량은 725 이었다. 또한, 1H-NMR 측정 된 화합물의 케미칼 시프트(chemical shift)값은 8.92 (d, 2H, J= 8Hz), 7.75-7.56 (11H), 7.56-6.95 (26H)이었다. 상기 결과를 통해, 흰색 고체의 화합물이 화합물 16임을 확인할 수 있었다.
6. 화합물 73의 합성
Figure pat00045
상기 화합물 11의 합성 방법에서 화합물 F의 합성 방법과 동일하게 화합물 F를 합성하였다. 이후, 아르곤 (Ar) 분위기 하에서, 화합물 F 5.00g, 화합물 K 5.21g, 소듐 t-뷰톡사이드 1.32g, 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0) (Pd(dba)2) 390mg, 및 트라이-t- 뷰틸포스핀 (tBu3P) 1.5M-톨루엔용액 1.83mL 을, 톨루엔 150mL에 첨가한 후 탈기 (deaeration) 하였다. 반응액을 교반하면서 24시간동안 환류 가열한 후, 냉각하고 클로로폼(Chloroform)으로 추출하여 포화 식염수로 세척 하였다.
얻어진 유기층을 무수황산나트륨(anhydrous sodium sulfate)으로 건조하고 여과 농축한 후, 잔여물을 컬럼 크로마토그래피에서 화합물 73의 백색 고체를 6.65g (수율 72 %) 얻었다. FAB-MS 측정에 의해 측정된 화합물의 분자량은 673 이었다. 또한, 1H-NMR 측정 된 화합물의 케미칼 시프트(chemical shift)값은 8.88 (d, 2H, J= 9Hz), 8.05- 7.77 (6H), 7.72- 7.60 (3H), 7.60-7.27 (16H), 7.24 (m, 1H), 7.20-7.08 (3H), 6.97 (m, 2H), 6.92- 6.82 (2H)이었다. 상기 결과를 통해, 흰색 고체의 화합물이 화합물 73임을 확인할 수 있었다.
7. 화합물 103의 합성
Figure pat00046
상기 화합물 11의 합성 방법에서 화합물 F의 합성 방법과 동일하게 화합물 F를 합성하였다. 이후, 아르곤 (Ar) 분위기 하에서, 화합물 F 4.20g, 화합물 L 4.70g, 소듐 t-뷰톡사이드 1.11g, 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0) (Pd(dba)2) 331mg, 및 트라이 t- 뷰틸포스핀 (tBu3P) 1.5M-톨루엔용액 1.53mL 을, 톨루엔 150mL에 첨가한 후 탈기(deaeration) 하였다. 반응액을 교반하면서 24시간동안 환류 가열한 후, 냉각하고 클로로폼(Chloroform) 으로 추출하여 포화 식염수로 세척 하였다.
얻어진 유기층을 무수황산나트륨(anhydrous sodium sulfate)으로 건조하고 여과 농축한 후, 잔여물을 컬럼 크로마토그래피에서 화합물 103의 백색 고체를 6.93g (수율 86 %) 얻었다. FAB-MS 측정에 의해 측정된 화합물의 분자량은 699이었다. 또한, 1H-NMR 측정 된 화합물의 케미칼 시프트(chemical shift)값은 8.89 (d, 2H, J= 8Hz), 8.00 (d, 1H, J= 8Hz), 7.92 (dd, 1H, J= 2, 8Hz), 7.86 (d, 1H, J= 8Hz), 7.78- 7.33 (21H), 7.33- 7.20 (4H), 7.20- 7.03 (6H), 6.99 (ddd, 1H, J= 1, 1, 8Hz)이었다. 상기 결과를 통해, 흰색 고체의 화합물이 화합물 103임을 확인할 수 있었다.
8. 화합물 104의 합성
Figure pat00047
상기 화합물 11의 합성 방법에서 화합물 F의 합성 방법과 동일하게 화합물 F를 합성하였다. 이후, 아르곤 (Ar) 분위기 하에서, 화합물 F 5.00g, 화합물 M 6.35g, 소듐 t-뷰톡사이드 1.32g, 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0) (Pd(dba)2) 390mg, 및 트라이-t- 뷰틸포스핀 (tBu3P) 1.5M-톨루엔용액 1.83mL 을, 톨루엔 150mL에 첨가한 후 탈기(deaeration) 하였다. 반응액을 교반하면서 24시간동안 환류 가열한 후, 냉각하고 클로로폼(Chloroform) 으로 추출하여 포화 식염수로 세척 하였다.
얻어진 유기층을 무수황산나트륨 (anhydrous sodium sulfate) 으로 건조하고 여과 농축한 후, 잔여물을 컬럼 크로마토그래피에서 화합물 104의 백색 고체를 8.53 g (수율 83 %) 얻었다. FAB-MS 측정에 의해 측정된 화합물의 분자량은 749 이었다. 또한, 1H-NMR 측정 된 화합물의 케미칼 시프트(chemical shift)값은 8.90 (d, 2H, J= 9Hz), 8.02 (d, 2H, J= 9Hz), 7.92 (d, 2H, J= 8Hz), 7.86 (d, 2H, J= 8Hz), 7.78- 7.62 (3H), 7.62- 7.40 (16H), 7.40- 7.09 (11H), 7.00 (m, 1H)이었다. 상기 결과를 통해, 흰색 고체의 화합물이 화합물 104임을 확인할 수 있었다.
9. 화합물 122의 합성
(화합물 P의 합성)
Figure pat00048
아르곤(Ar) 분위기 하에서, 화합물 N 7.25g (28.3 mmol), 화합물 O 7.00 g (28.3 mmol), 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0)(Pd(dba)2) 326 mg (0.566 mmol), 트라이-t-뷰틸포스핀 (tBu3P) 1.65M 용액 0.687 mL (1.13 mmol), 소듐 t-뷰톡사이드 2.72 g (28.3 mmol) 을 톨루엔 200 mL 에 첨가한 후 탈기(deaeration)하였다. 반응액을 90 ℃로 4시간 교반하고, 실온에서 냉각하고 여과 컬럼 처리한 후, 여과된 반응물을 농축했다. 농축된 반응물을 톨루엔-에탄올 으로 재 결정하여, 화합물 P 7.30 g (18.9 mmol, 수율 67%) 를 얻었다.
(화합물 122의 합성)
Figure pat00049
아르곤(Ar) 분위기 하에서, 화합물 P 6.80g (17.6 mmol), 화합물 F 6.44 g (17.6 mmol), 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0)(Pd(dba)2) 406 mg (0.706 mmol), 트라이-t-뷰틸포스핀 (tBu3P) 1.65 M 용액 0.856 mL (1.41 mmol), 소듐 t-뷰톡사이드 2.54 g (26.3 mmol) 를 톨루엔 200 mL 에 첨가한 후 탈기(deaeration)했다. 반응액을 20시간 가열 교반하면서 환류 가열 한 후, 실온에서 냉각하고 여과 컬럼 처리 후, 여과된 반응물을 농축했다. 농축된 반응물을 톨루엔-에탄올 으로 재 결정하여, 화합물 122 8.52 g (12.0 mmol, 수율 68%)을 얻었다. FAB-MS 측정에 의해 측정된 화합물의 분자량은 713 이었다. 또한, 1H-NMR 측정 된 화합물의 케미칼 시프트(chemical shift)값은 8.89 (d, 2H, J= 9Hz), 8.05-7.82 (5H), 7.79-7.05 (27H), 6.99 (ddd, 1H, J= 1.2Hz, 1.2Hz, 7.4Hz) 이었다. 상기 결과를 통해, 획득한 화합물이 화합물 122임을 확인할 수 있었다.
(소자 작성예)
이하에서는 소자 구성을 달리하여, 두 번의 소자 작성 및 발광 효율 특성 평가를 진행하였다.
(소자 작성예 1)
상술한 화합물 1, 12 및 38을 정공수송층 재료로 사용하여 실시예 1 내지 3의 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
[실시예 화합물]
Figure pat00050
하기 비교예 화합물 c1 내지 c6를 정공 수송층 재료로 사용하여 비교예 1 내지 6의 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
[비교예 화합물]
Figure pat00051
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 6의 유기 전계 발광 소자는 ITO로 150nm 두께의 제1 전극을 형성하고, 트리나프틸페닐아미노트리페닐아민(TNATA)로 60nm 두께의 정공 주입층을 형성하고, 실시예 화합물 또는 비교예 화합물로 30nm 두께의 정공 수송층을 형성하고, 디나프틸안트라센(ADN)에 테트라터뷰틸페릴렌(TBP)을 3% 도핑한 25nm 두께의 발광층을 형성하고, 트리히드로퀴놀리나토알루미늄(Alq3)으로 25nm 두께의 전자 수송층을 형성하고, 리튬플로라이드(LiF)로 1nm 두께의 전자 주입층을 형성하고, Al로 100nm 두께의 제2 전극을 형성하였다. 각 층 및 제2 전극은 모두 진공 증착법으로 형성하였다.
다음으로, 제작한 유기 전계 발광 소자의 발광 효율을 평가하였다. 발광 효율은 비교예 3의 유기 전계 발광 소자의 발광 효율을 100%로 하였을 때 각 실시예 및 비교예의 상대적인 발광 효율비를 측정하였다.
소자 작성예 정공 수송층 발광 효율
(비교예 3과의 상대비)
실시예 1 실시예 화합물 1 110%
실시예 2 실시예 화합물 12 108%
실시예 3 실시예 화합물 38 106%
비교예 1 비교예 화합물 c1 70%
비교예 2 비교예 화합물 c2 98%
비교예 3 비교예 화합물 c3 100%
비교예 4 비교예 화합물 c4 92%
비교예 5 비교예 화합물 c5 65%
비교예 6 비교예 화합물 c6 68%
상기 표 1의 결과를 참조하면, 실시예 1 내지 3은 비교예 1 내지 6에 비해 발광 효율이 향상되었음을 알 수 있다. 상기 표 1의 결과를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 모노아민 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자는 높은 발광 효율을 구현할 수 있음을 알 수 있다.
실시예 1 내지 3은 페난트레닐기 및 아릴렌 링커가 연결되는 위치에 인접하는 기로 페닐기를 포함하는 모노아민 화합물을 포함하여, 아민의 특성을 유지하면서 전자 수송에 관여하는 LUMO 궤도가 분포하는 페난트레닐기 근방의 부피가 커져, 전자가 발광층으로부터 정공수송층 측에 수송되기 어려워지므로, 발광층의 여기자(exciton) 농도가 높아져 발광 효율이 높아지는 것이라고 생각된다.
비교예 1, 2 및 3 은 페난트레닐기와 아민기가 아릴렌 링커로 연결되는 모노아민 화합물을 포함하나, 비교예 1, 2 및 3 에 포함되는 화합물은 페난트레닐기가 페닐기로 치환되지 않았다. 이에 따라, 발광층으로부터 정공수송층 측에 수송되는 전자를 차단하는 효과를 구현할 수 없어, 실시예에 비해 발광 효율이 떨어진다.
비교예 4는 페난트레닐기에 페닐기가 치환되어 있으나, 페난트레닐기 및 아릴렌 링커가 연결되는 위치에 인접하는 위치, 즉 페난트레닐기의 10번 탄소에 페닐기가 치환되지 않고, 3번 탄소에 페닐기가 치환되어 있다. 따라서, 전자 수송에 관여하는 LUMO 궤도가 분포하는 활성 위치에서 부피 상승의 효과를 구현할 수 없어, 실시예에 비해 발광 효율이 떨어진다.
비교예 5 및 6 은 모노아민 화합물이 아닌 디아민 화합물을 포함하는데, 디아민 재료는 HOMO 에너지 준위가 낮아, 정공 주입층에서 정공 수송층에의 정공 주입을 저하시킬 수 있다. 따라서, 실시예에 비해 발광 효율이 떨어진다.
(소자 작성예 2)
상술한 화합물 1, 11, 12, 16, 38, 73, 103, 104, 및 122를 제2 정공수송층 재료로 사용하여 실시예 4 내지 12의 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
Figure pat00052
하기 비교예 화합물 c1 내지 c9를 정공 수송층 재료로 사용하여 비교예 7 내지 15의 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
[비교예 화합물]
Figure pat00053
실시예 4 내지 12 및 비교예 7 내지 15의 유기 전계 발광 소자는 ITO로 150nm 두께의 제1 전극을 형성하고, Dipyrazino[2,3-f:2',3'-h]quinoxaline-2,3,6,7,10,11-hexacarbonitrile(HAT-CN)로 10nm 두께의 정공 주입층을 형성하고, N-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine로 70nm 두께의 제1 정공 수송층을 형성하고, 실시예 화합물 또는 비교예 화합물로 10nm 두께의 제2 정공 수송층을 형성하고, 9-(4-(Naphthalen-1-yl)phenyl)-10-(perdeuterophenyl)anthracene 에 N1,N6-di(naphthalen-1-yl)-N1,N6-diphenylpyrene-1,6-diamine을 3% 도핑한 25nm 두께의 발광층을 형성하고, Tris(hydroquinoline)aluminium (Alq3)으로 25nm 두께의 전자 수송층을 형성하고, Lithium fluoride(LiF)로 1nm 두께의 전자 주입층을 형성하고, Al로 100nm 두께의 제2 전극을 형성하였다. 각 층 및 제2 전극은 모두 진공 증착법으로 형성하였다.
다음으로, 제작한 유기 전계 발광 소자의 발광 효율을 평가하였다. 발광 효율은 비교예 9의 유기 전계 발광 소자의 발광 효율을 100%로 하였을 때 각 실시예 및 비교예의 상대적인 발광 효율비를 측정하였다.
소자 작성예 제2 정공 수송층 발광 효율
(비교예 9와의 상대비)
실시예 4 실시예 화합물 1 110%
실시예 5 실시예 화합물 11 110%
실시예 6 실시예 화합물 12 110%
실시예 7 실시예 화합물 16 113%
실시예 8 실시예 화합물 38 108%
실시예 9 실시예 화합물 73 119%
실시예 10 실시예 화합물 103 113%
실시예 11 실시예 화합물 104 121%
실시예 12 실시예 화합물 122 113%
비교예 7 비교예 화합물 c1 80%
비교예 8 비교예 화합물 c2 95%
비교예 9 비교예 화합물 c3 100%
비교예 10 비교예 화합물 c4 94%
비교예 11 비교예 화합물 c5 60%
비교예 12 비교예 화합물 c6 63%
비교예 13 비교예 화합물 c7 95%
비교예 14 비교예 화합물 c8 101%
비교예 15 비교예 화합물 c9 99%
상기 표 2의 결과를 참조하면, 실시예 4 내지 12는 비교예 7 내지 15에 비해 발광 효율이 향상되었음을 알 수 있다. 상기 표 2의 결과를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 모노아민 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자는 높은 발광 효율을 구현할 수 있음을 알 수 있다.
실시예 4 내지 12는 페난트레닐기 및 아릴렌 링커가 연결되는 위치에 인접하는 기로 페닐기를 포함하는 모노아민 화합물을 포함하여, 아민의 특성을 유지하면서 전자 수송에 관여하는 LUMO 궤도가 분포하는 페난트레닐기 근방의 부피가 커져, 전자가 발광층으로부터 정공수송층 측에 수송되기 어려워지므로, 발광층의 여기자(exciton) 농도가 높아져 발광 효율이 높아지는 것이라고 생각된다.
비교예 7, 8, 9, 13, 및 14 는 페난트레닐기와 아민기가 아릴렌 링커로 연결되는 모노아민 화합물을 포함하나, 비교예 7, 8, 9, 13, 및 14에 포함되는 화합물은 페난트레닐기가 페닐기로 치환되지 않았다. 이에 따라, 발광층으로부터 정공수송층 측에 수송되는 전자를 차단하는 효과를 구현할 수 없어, 실시예에 비해 발광 효율이 떨어진다.
비교예 10 및 15 는 페난트레닐기에 페닐기가 치환되어 있으나, 페난트레닐기 및 아릴렌 링커가 연결되는 위치에 인접하는 위치, 즉 페난트레닐기의 10번 탄소에 페닐기가 치환되지 않고, 3번 탄소에 페닐기가 치환되어 있다. 따라서, 전자 수송에 관여하는 LUMO 궤도가 분포하는 활성 위치에서 부피 상승의 효과를 구현할 수 없어, 실시예에 비해 발광 효율이 떨어진다.
비교예 11 및 12 는 모노아민 화합물이 아닌 디아민 화합물을 포함하는데, 디아민 재료는 HOMO 에너지 준위가 낮아, 정공 주입층에서 정공 수송층에의 정공 주입을 저하시킬 수 있다. 따라서, 실시예에 비해 발광 효율이 떨어진다.
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
HTL: 정공 수송층 HTL1: 제1 정공 수송층
HTL2: 제2 정공 수송층

Claims (29)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 모노아민 화합물:
    [화학식 1]
    Figure pat00054

    상기 화학식 1에서,
    L1은 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기이고,
    n은 1 또는 2 이고,
    L2 및 L3는 각각 독립적으로 직접결합(direct linkage), 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기이고,
    R1은 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 아릴 실릴기이고,
    Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 모노아민 화합물은 하기 화학식 2-1로 표시되는 것인 모노아민 화합물:
    [화학식 2-1]
    Figure pat00055

    상기 화학식 2-1에서,
    m1은 0 또는 1 이고,
    m2는 0 이상 2 이하의 정수이고,
    R2는 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 아릴 실릴기이거나, 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    Ar1, Ar2, L1, L2, L3 및 R1은 청구항 1에서 정의한 바와 동일하다.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 화학식 2-1로 표시되는 모노아민 화합물은 하기 화학식 2-1-1 내지 2-1-3 중 어느 하나로 표시되는 것인 모노아민 화합물:
    [화학식 2-1-1]
    Figure pat00056

    [화학식 2-1-2]
    Figure pat00057

    [화학식 2-1-3]
    Figure pat00058

    상기 화학식 2-1-1 내지 2-1-3에서,
    Ar1 및 Ar2, L2 및 L3, R1은 청구항 1에서 정의한 바와 동일하다.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 R1은 치환 또는 비치환된 페닐기이고,
    상기 L3는 치환 또는 비치환된 페닐렌기이고,
    상기 Ar2는 치환 또는 비치환된 나프틸기인 모노 아민 화합물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 L2는 치환 또는 비치환된 페닐렌기이고,
    상기 Ar1은 치환 또는 비치환된 페닐기인 모노 아민 화합물.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 L2는 직접 결합(direct linkage)이고,
    상기 Ar1은 치환 또는 비치환된 디벤조퓨라닐기인 모노 아민 화합물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 모노아민 화합물은 하기 화학식 2-2로 표시되는 것인 모노아민 화합물:
    [화학식 2-2]
    Figure pat00059

    상기 화학식 2-2에서,
    m1은 0 또는 1 이고,
    m2는 0 이상 2 이하의 정수이고,
    R2는 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 아릴 실릴기이거나, 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    Ar1, Ar2, L1, L2, L3 및 R1은 청구항 1에서 정의한 바와 동일하다.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 화학식 2-2로 표시되는 모노아민 화합물은 하기 화학식 2-2-1 내지 2-2-3 중 어느 하나로 표시되는 것인 모노아민 화합물:
    [화학식 2-2-1]
    Figure pat00060

    [화학식 2-2-2]
    Figure pat00061

    [화학식 2-2-3]
    Figure pat00062

    상기 화학식 2-2-1 내지 2-2-3에서,
    Ar1 및 Ar2, L2 및 L3, R1은 청구항 1에서 정의한 바와 동일하다.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 L1은 치환 또는 비치환된 페닐렌기, 치환 또는 비치환된 2가의 비페닐기, 또는 치환 또는 비치환된 2가의 나프틸기인 것인 모노아민 화합물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 R1은 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 비페닐기, 또는 치환 또는 비치환된 함질소 헤테로아릴기인 것인 모노아민 화합물.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 Ar1 및 상기 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 비페닐기, 치환 또는 비치환된 터페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 페난트레닐기, 또는 치환 또는 비치환된 플루오레닐기인 것인 모노아민 화합물.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 Ar1 및 상기 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 디벤조퓨라닐기, 치환 또는 비치환된 디벤조싸이오페닐기, 치환 또는 비치환된 벤조나프토퓨라닐기, 또는 치환 또는 비치환된 벤조나프토싸이오페닐기인 것인 모노아민 화합물.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 Ar1 및 상기 Ar2는 각각 독립적으로 하기 화학식 3으로 표시되는 모노아민 화합물:
    [화학식 3]
    Figure pat00063

    상기 Ar1 및 상기 Ar2가 각각 독립적으로 상기 화학식 3으로 표시될 경우,
    상기 화학식 1에서 상기 L2 및 상기 L3는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기이고,
    상기 화학식 3에서,
    R3는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 아릴 실릴기이다.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 Ar1 및 상기 Ar2는 각각 독립적으로 하기 화학식 4로 표시되는 모노아민 화합물:
    [화학식 4]
    Figure pat00064

    상기 화학식 4에서,
    X는 O 또는 S이고,
    R4 및 R5는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기 또는 치환 또는 비치환된 아릴 실릴기이고,
    p는 0 이상 4 이하의 정수이고,
    q는 0 이상 3 이하의 정수이다.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 L2 및 상기 L3은 각각 독립적으로 직접결합, 치환 또는 비치환된 페닐렌기, 치환 또는 비치환된 2가의 비페닐기, 또는 치환 또는 비치환된 2가의 나프틸기인 것인 모노아민 화합물.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 모노아민 화합물은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 선택되는 적어도 하나인 것인 모노아민 화합물:
    [화합물군 1]
    Figure pat00065

    Figure pat00066

    Figure pat00067

    Figure pat00068

    Figure pat00069

    Figure pat00070

    Figure pat00071

    Figure pat00072

    Figure pat00073

    Figure pat00074
    .
  17. 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 정공 수송 영역, 상기 발광층 및 상기 전자 수송 영역 중 적어도 하나는 하기 화학식 1로 표시되는 모노아민 화합물을 포함하는 것인 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 1]
    Figure pat00075

    상기 화학식 1에서,
    L1은 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기이고,
    n은 1 또는 2 이고,
    L2 및 L3는 각각 독립적으로 직접결합(direct linkage), 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기이고,
    R1은 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 아릴 실릴기이고,
    Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이다.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 정공 수송 영역은
    상기 화학식 1로 표시되는 모노아민 화합물을 포함하는 것인 유기 전계 발광 소자.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 정공 수송 영역은
    상기 제1 전극 상에 배치되는 정공 주입층; 및
    상기 정공 주입층 상에 배치되는 정공 수송층을 포함하고,
    상기 정공 수송층은
    상기 화학식 1로 표시되는 모노아민 화합물을 포함하는 것인 유기 전계 발광 소자.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 정공 수송층은 상기 발광층과 접촉하는 유기 전계 발광 소자.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 정공 수송 영역은
    상기 제1 전극 상에 배치되는 정공 주입층;
    상기 정공 주입층 상에 배치되는 제1 정공 수송층; 및
    상기 제1 정공 수송층 상에 배치되는 제2 정공 수송층을 포함하고,
    상기 제2 정공 수송층은
    상기 화학식 1로 표시되는 모노아민 화합물을 포함하는 것인 유기 전계 발광 소자.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 모노아민 화합물은 하기 화학식 2-1 또는 2-2로 표시되는 것인 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 2-1]
    Figure pat00076

    [화학식 2-2]
    Figure pat00077

    m1은 0 또는 1 이고,
    m2는 0 이상 2 이하의 정수이고,
    R2는 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 아릴 실릴기이거나, 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    Ar1, Ar2, L1, L2, L3 및 R1은 청구항 17에서 정의한 바와 동일하다.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 화학식 2-1 또는 2-2로 표시되는 모노아민 화합물은 하기 화학식 2-1-1 내지 2-2-3 중 어느 하나로 표시되는 것인 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 2-1-1]
    Figure pat00078

    [화학식 2-1-2]
    Figure pat00079

    [화학식 2-1-3]
    Figure pat00080

    [화학식 2-2-1]
    Figure pat00081

    [화학식 2-2-2]
    Figure pat00082

    [화학식 2-2-3]
    Figure pat00083

    상기 화학식 2-1-1 내지 2-2-3에서,
    Ar1 및 Ar2, L2 및 L3, R1은 청구항 17에서 정의한 바와 동일하다.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 R1은 치환 또는 비치환된 페닐기이고,
    상기 L3는 치환 또는 비치환된 페닐렌기이고,
    상기 Ar2는 치환 또는 비치환된 나프틸기인 유기 전계 발광 소자.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 L2는 치환 또는 비치환된 페닐렌기이고,
    상기 Ar1은 치환 또는 비치환된 페닐기인 유기 전계 발광 소자.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 L2는 직접 결합(direct linkage)이고,
    상기 Ar1은 치환 또는 비치환된 디벤조퓨라닐기인 유기 전계 발광 소자.
  27. 제17항에 있어서,
    상기 Ar1 및 상기 Ar2는 각각 독립적으로 하기 화학식 3으로 표시되는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 3]
    Figure pat00084

    상기 Ar1 및 상기 Ar2가 각각 독립적으로 상기 화학식 3으로 표시될 경우,
    상기 화학식 1에서 상기 L2 및 상기 L3는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기이고,
    상기 화학식 3에서,
    R3는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 아릴 실릴기이다.
  28. 제17항에 있어서,
    상기 Ar1 및 상기 Ar2는 각각 독립적으로 하기 화학식 4로 표시되는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 4]
    Figure pat00085

    상기 화학식 4에서,
    X는 O 또는 S이고,
    R4 및 R5는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기 또는 치환 또는 비치환된 아릴 실릴기이고,
    p는 0 이상 4 이하의 정수이고,
    q는 0 이상 3 이하의 정수이다.
  29. 제17항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 모노아민 화합물은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 선택되는 적어도 하나인 것인 유기 전계 발광 소자:
    [화합물군 1]
    Figure pat00086

    Figure pat00087

    Figure pat00088

    Figure pat00089

    Figure pat00090

    Figure pat00091

    Figure pat00092

    Figure pat00093

    Figure pat00094

    Figure pat00095
    .
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