KR20180099547A - 유기 전계 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다. 본 발명의 유기 전계 발광 소자는 특정 조합의 발광층 및 전자 전달 대역을 포함함으로써 저전압, 고효율 및/또는 장수명을 나타낼 수 있다.

Description

유기 전계 발광 소자{ORGANIC ELECTROLUMINESCENT DEVICE}
본 발명은 발광층 및 전자 전달 대역을 포함하는 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.
전계 발광 소자(electroluminescent device; EL device)는 자체 발광형 표시 소자로서 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라 응답속도가 빠르다는 장점을 가지고 있다. 1987년 이스트만 코닥(Eastman Kodak) 사는 발광층 형성용 재료로서 저분자인 방향족 다이아민과 알루미늄 착물을 이용하는 유기 전계 발광 소자를 처음으로 개발하였다[참조: Appl. Phys. Lett. 51, 913, 1987].
유기 전계 발광 소자(organic electroluminescent device: OLED)는 유기 발광 재료에 전기를 가해 전기 에너지를 빛으로 바꾸는 소자로서, 통상 양극 (애노드) 및 음극(캐소드)과 이들 사이에 유기물층을 포함하는 구조를 가진다. 유기 전계 발광 소자의 유기물층은 정공 주입층, 정공 전달층, 전자 차단층, 발광층 (호스트 및 도판트 재료 포함), 전자 버퍼층, 정공 차단층, 전자 전달층, 전자 주입층 등으로 이루어질 수 있으며, 유기물층에 사용되는 재료는 기능에 따라 정공 주입 재료, 정공 전달 재료, 전자 차단 재료, 발광 재료, 전자 버퍼 재료, 정공 차단 재료, 전자 전달 재료, 전자 주입 재료 등으로 나뉜다. 이러한 유기 전계 발광 소자에서는 전압 인가에 의해 양극에서 정공이, 음극에서 전자가 발광층에 주입되고, 정공과 전자의 재결합에 의해 에너지가 높은 엑시톤이 형성된다. 이 에너지에 의해 유기 발광 화합물이 여기 상태로 되며, 유기 발광 화합물의 여기 상태가 기저 상태로 돌아가면서 에너지를 빛으로 방출하여 발광하게 된다.
유기 전계 발광 소자의 발광 재료는 소자의 발광 효율을 결정하는 가장 중요한 요인으로서, 발광 재료는 양자 효율이 높고 전자와 정공의 이동도가 커야 하고, 형성된 발광 재료층은 균일하고 안정해야 한다. 이러한 발광 재료는 발광색에 따라 청색, 녹색 또는 적색 발광 재료로 나뉘고, 추가로 황색 또는 주황색 발광 재료도 있다. 또한, 발광 재료는 기능적인 측면에서 호스트 재료와 도판트 재료로 구분될 수 있다. 최근에 고효율 및 장수명의 유기 전계 발광 소자의 개발이 시급한 과제로 대두되고 있는데, 특히 중대형 OLED 패널에서 요구하고 있는 EL 특성 수준을 고려해 볼 때 기존의 발광 재료에 비해 매우 우수한 재료의 개발이 시급한 실정이다.
유기 전계 발광 소자에서 전자 전달 재료는 음극으로부터 전자를 발광층으로 원활히 전달하고 발광층에서 결합하지 못한 정공의 이동을 억제하여 발광층 내의 정공과 전자의 재결합 기회를 증가시키는 역할을 하는 것으로, 전자 친화성이 우수한 재료가 사용된다. 종래에는 Alq3와 같은 발광 기능을 가진 유기 금속 착체가 전자 이동 능력이 우수하여 전자 전달 재료로서 사용되었다. 그러나, Alq3은 다른 층으로 이동한다는 것이 문제가 되었고 수명 또한 저하되는 문제점이 있었다. 따라서, 상기한 문제점이 없으면서도 전자 친화도가 높아 유기 전계 발광 소자에 사용되는 경우 빠른 전자 이동 특성을 보여 발광 소자가 높은 발광 효율을 나타낼 수 있는 새로운 전자 전달 재료가 요구되고 있다.
또한, 전자 버퍼층은 패널 제작 공정에서 고온에 노출시 소자 내의 전류 특성이 변하여 발광 휘도의 저하가 발생할 수 있는 문제를 개선하기 위한 층으로서 전자 버퍼층에 포함되는 화합물의 특성이 중요하다. 뿐만 아니라 전자 버퍼층에 사용되는 화합물은 전자 끌어 당김 (electron withdrawing) 특성 및 전자 친화도 LUMO (lowest unoccupied molecular orbital) 에너지 값에 의한 전자 주입 조절 역할을 하는 것이 바람직하며, 이를 통하여 유기 전계 발광 소자의 효율 및 수명을 향상시키는 역할을 할 수 있다.
미국 특허공보 제6,902,831호는 아줄렌 유도체를 유기 전계 발광 화합물로 개시하고 있다. 그러나, 상기 문헌은 융합된 아줄렌 유도체의 유기 전계 발광 화합물을 구체적으로 개시하고 있지 않다.
미국 특허공보 US 6,902,831 B2 (2005.06.07. 발행)
본 발명의 목적은 특정 조합의 발광층 및 전자 전달 대역을 포함함으로써 저전압, 고효율 및/또는 장수명을 갖는 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것이다.
인광 도판트를 포함하는 발광층은 저전압, 고효율과 장수명을 위하여 발광층 재료의 정공 및 전자 전류 특성이 우수하며, 수명 향상을 위해 재료의 열적 안정성이 뛰어난 것이 유리하다. 이와 함께 발광층의 호스트에서 도판트로의 효율적인 에너지 전달을 위해서는 좁은 에너지 밴드 갭을 가지는 발광 재료를 사용함으로써 전하 트랩을 최소화하여 구동 전압 및 발광 효율에 기여할 수 있다. 본원의 소자에 포함되는 아줄렌 유도체는 본래 S2→S1의 내부 전환(internal conversion) 전이 상수가 7*10-8 s로 느린 반면, S1→S0의 내부 전환 전이 상수는 7*10-12 s로 빨라 S2→S0의 형광 양자 수율(fluorescence quantumyield)이 증가하여 카샤의 법칙(kasha's rule)을 위반하는 대표적인 재료 중의 하나이다. 비특허문헌 [Phys. Chem. Chem. Phys. 2015, 17, 23573, J. Phys. Chem. A, Vol. 103, No. 15, 1999 2529]에 의하면 아줄렌의 S2와 S1 준위는 각각 3.565 eV 및 1.771 eV인 반면, T1-S0 전이는 1.711 eV로 매우 작은 T1과 S0의 준위 차이를 보이고 있을 뿐만 아니라, 치환 재료 및 용매의 극성 조건에 따라 S2→Tn로의 계간 교차(intersystem crossing) 전이가 향상되어, 삼중항으로의 전이가 증가하여 인광 발광 특성 향상에 이점이 있을 수 있다는 보고가 있었다. 이러한 아줄렌 유도체는 S1→T1 에너지 갭이 작은 특성을 보이며 카바졸이나 벤조카바졸류 화합물 대비 상대적으로 높은 HOMO 특성을 보여 좁은 에너지 밴드 갭을 가질 수 있다. 본 발명자들은 본원의 융합된 아줄렌 유도체를 발광층에 포함하고, 본원의 아진류를 포함하는 헤테로 사이클릭 유도체를 전자 전달 대역에 포함함으로써, 빠른 구동 전압, 높은 효율 및/또는 장수명의 특성을 나타낼 수 있음을 발견하였다. 구체적으로, 제1 전극; 상기 제1 전극에 대향하는 제2 전극; 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 발광층; 및 상기 발광층과 상기 제2 전극 사이의 전자 전달 대역을 포함하고, 상기 발광층은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하고, 상기 전자 전달 대역은 하기 화학식 11로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자가 상술한 목적을 달성할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서,
X1은 N-L-(Ar)a, S 또는 O이고;
L은 단일결합, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴렌, 또는 치환 또는 비치환된 (3-30원)헤테로아릴렌이며;
Ar은 수소, 중수소, 할로겐, 시아노, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 치환 또는 비치환된 (3-30원)헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 모노- 또는 디- (C1-C30)알킬아미노, 치환 또는 비치환된 모노- 또는 디- (C6-C30)아릴아미노, 또는 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴아미노이고;
Y1 내지 Y12는 각각 독립적으로 N 또는 CR1이며;
R1은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 치환 또는 비치환된 (3-30원)헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 (C3-C30)시클로알킬, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알콕시, 치환 또는 비치환된 트리(C1-C30)알킬실릴, 치환 또는 비치환된 디(C1-C30)알킬(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬디(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 트리(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 모노- 또는 디- (C1-C30)알킬아미노, 치환 또는 비치환된 모노- 또는 디- (C6-C30)아릴아미노, 또는 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴아미노이거나; 인접한 치환체와 연결되어 치환 또는 비치환된 고리를 형성할 수 있고;
a는 1 내지 4의 정수이고, a가 2 이상의 정수인 경우, 각각의 Ar은 동일하거나 상이할 수 있으며;
[화학식 11]
Figure pat00002
상기 화학식 11에서,
N1 및 N2는 각각 독립적으로 N 또는 CR18이고, 단, N1 및 N2 중 적어도 하나는 N이고;
Z1 내지 Z4는 각각 독립적으로 N 또는 CR19이며;
R18 및 R19는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된 (C6-C50)아릴, 치환 또는 비치환된 (3-50원)헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 (C3-C30)시클로알킬, 치환 또는 비치환된 (3-7원)헤테로시클로알킬, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알콕시, 치환 또는 비치환된 트리(C1-C30)알킬실릴, 치환 또는 비치환된 디(C1-C30)알킬(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬디(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 트리(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 모노- 또는 디- (C1-C30)알킬아미노, 치환 또는 비치환된 모노- 또는 디- (C6-C30)아릴아미노, 또는 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴아미노이거나; 인접한 치환체와 연결되어 치환 또는 비치환된 고리를 형성할 수 있다.
본 발명에 따르면 저전압, 고효율 및/또는 장수명을 갖는 유기 전계 발광 소자가 제공되며, 이를 이용한 표시 장치 또는 조명 장치의 제조가 가능하다.
도 1은 본 발명의 일양태에 따른 유기 전계 발광 소자의 모식적인 단면도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일양태에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물의 분자 구조를 3D 형태로 도시한 것이다.
도 3은 비교예 1과 소자 실시예 1의 유기 전계 발광 소자의, 휘도에 따른 전류 효율을 나타낸 것이다.
이하에서 본 발명을 더욱 상세히 설명하나, 이는 설명을 위한 것으로 본 발명의 범위를 제한하는 방법으로 해석되어서는 안 된다.
본원에서 "유기 전계 발광 화합물"은 유기 전계 발광 소자에 사용될 수 있는 화합물을 의미하며, 필요에 따라 유기 전계 발광 소자를 구성하는 임의의 재료층에 포함될 수 있다.
본원에서 "유기 전계 발광 재료"는 유기 전계 발광 소자에 사용될 수 있는 재료를 의미하고, 1종 이상의 화합물을 포함할 수 있으며, 필요에 따라 유기 전계 발광 소자를 구성하는 임의의 층에 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 유기 전계 발광 재료는 정공 주입 재료, 정공 전달 재료, 정공 보조 재료, 발광 보조 재료, 전자 차단 재료, 발광 재료, 전자 버퍼 재료, 정공 차단 재료, 전자 전달 재료, 전자 주입 재료 등일 수 있다.
본원의 유기 전계 발광 소자는 제1 전극; 상기 제1 전극에 대향하는 제2 전극; 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 발광층을 포함하고, 상기 제1 전극과 발광층 사이에 정공 전달 대역을 포함할 수 있으며, 상기 발광층과 상기 제2 전극 사이에 전자 전달 대역을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극과 제2 전극 중 하나는 애노드이고, 다른 하나는 캐소드일 수 있다.
상기 정공 전달 대역은 제1 전극과 발광층 사이에서 정공이 이동하는 영역을 의미하며, 예를 들어 정공 주입층, 정공 전달층, 정공 보조층, 발광 보조층 및 전자 차단층 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 정공 주입층, 정공 전달층, 정공 보조층, 발광 보조층 및 전자 차단층은 각각 하나의 단일층, 또는 2개 이상의 층이 적층된 복수의 층일 수 있다.
또한, 상기 정공 전달 대역은 p-도핑된 정공 주입층, 정공 전달층 및 발광 보조층을 포함할 수 있다. 여기서, p-도핑된 정공 주입층은 p-도판트가 도핑된 정공 주입층을 의미한다. p-도판트는 p 반도체 특성을 갖도록 하는 물질이다. p 반도체 특성은 HOMO 에너지 준위로 정공을 주입받거나 전달하는 특성, 즉, 정공의 전도도가 큰 물질의 특성을 의미한다.
상기 발광층은 발광이 이루어지는 층으로서, 단일층일 수 있거나, 또는 2개 이상의 층이 적층된 복수의 층일 수 있다. 상기 발광층의 호스트 화합물에 대한 도판트 화합물의 도핑농도는 20 중량% 미만인 것이 바람직하다.
상기 전자 전달 대역은 발광층과 제2 전극 사이에 전자가 이동하는 영역을 의미하며, 예를 들어 정공 차단층, 전자 전달층, 전자 버퍼층 및 전자 주입층 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 정공 차단층, 전자 전달층, 전자 버퍼층 및 전자 주입층은 각각 하나의 단일층, 또는 2개 이상의 층이 적층된 복수의 층일 수 있다.
본원의 일 태양에 따르면, 상기 발광층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하고, 상기 전자 전달 대역은 상기 화학식 11로 표시되는 화합물을 포함한다. 상기 전자 전달 대역은 전자 전달층 및 전자 버퍼층 중 하나 이상을 포함할 수 있고, 상기 화학식 11로 표시되는 화합물은 상기 전자 전달층 및 상기 전자 버퍼층 중 하나 이상에 포함될 수 있다. 또한, 상기 전자 버퍼층은 발광층과 전자 전달층 사이에 포함될 수 있고, 전자 전달층과 제2전극 사이에 포함될 수도 있다.
상기 화학식 1 및 11로 표시되는 화합물에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 기재되어 있는 "(C1-C30)알킬"은 쇄를 구성하는 탄소수가 1 내지 30개인 직쇄 또는 분지쇄 알킬을 의미하고, 여기에서 탄소수가 1 내지 10개인 것이 바람직하고, 1 내지 6개인 것이 더 바람직하다. 상기 알킬의 구체적인 예로서, 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸 및 tert-부틸 등이 있다. 본원에서 "(C3-C30)시클로알킬"은 환 골격 탄소수가 3 내지 30개인 단일환 또는 다환 탄화수소를 의미하고, 여기에서 탄소수가 3 내지 20개인 것이 바람직하고, 3 내지 7개인 것이 더 바람직하다. 상기 시클로알킬의 예로서, 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실 등이 있다. 본원에서 "(3-7원)헤테로시클로알킬"은 환 골격 원자수가 3 내지 7개이고, B, N, O, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 헤테로원자, 바람직하게는 O, S 및 N에서 선택되는 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 시클로알킬을 의미하고, 예를 들어, 테트라하이드로푸란, 피롤리딘, 티올란, 테트라하이드로피란 등이 있다. 본원에서 "(C6-C30)아릴(렌)"은 환 골격 탄소수가 6 내지 30개인 방향족 탄화수소에서 유래된 단일환 또는 융합환계 라디칼을 의미하고, 부분적으로 포화될 수도 있고, 여기에서 환 골격 탄소수가 6 내지 20개인 것이 바람직하고, 6 내지 15개인 것이 더 바람직하다. 상기 아릴의 예로서, 페닐, 비페닐, 터페닐, 나프틸, 비나프틸, 페닐나프틸, 나프틸페닐, 플루오레닐, 페닐플루오레닐, 벤조플루오레닐, 디벤조플루오레닐, 페난트레닐, 페닐페난트레닐, 안트라세닐, 인데닐, 트리페닐레닐, 피레닐, 테트라세닐, 페릴레닐, 크라이세닐, 나프타세닐, 플루오란테닐 등이 있다. 본원에서 "(3-30원)헤테로아릴(렌)"은 환 골격 원자수가 3 내지 30개이고, B, N, O, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 아릴기를 의미한다. 여기에서 환 골격 원자수가 3 내지 20개인 것이 바람직하고, 5 내지 15개인 것이 더 바람직하다. 헤테로원자수는 바람직하게는 1 내지 4개이고, 단일 환계이거나 하나 이상의 벤젠환과 축합된 융합환계일 수 있으며, 부분적으로 포화될 수도 있다. 또한, 본원에서 상기 헤테로아릴(렌)은 하나 이상의 헤테로아릴 또는 아릴기가 단일결합에 의해 헤테로아릴기와 연결된 형태도 포함한다. 상기 헤테로아릴의 예로서, 푸릴, 티오펜일, 피롤릴, 이미다졸릴, 피라졸릴, 티아졸릴, 티아디아졸릴, 이소티아졸릴, 이속사졸릴, 옥사졸릴, 옥사디아졸릴, 트리아진일, 테트라진일, 트리아졸릴, 테트라졸릴, 푸라잔일, 피리딜, 피라진일, 피리미딘일, 피리다진일 등의 단일 환계 헤테로아릴, 벤조푸란일, 벤조티오펜일, 이소벤조푸란일, 디벤조푸란일, 디벤조티오펜일, 벤조나프토티오펜일, 벤조이미다졸릴, 벤조티아졸릴, 벤조이소티아졸릴, 벤조이속사졸릴, 벤조옥사졸릴, 이소인돌릴, 인돌릴, 인다졸릴, 벤조티아디아졸릴, 퀴놀릴, 이소퀴놀릴, 신놀리닐, 퀴나졸리닐, 퀴녹살리닐, 카바졸릴, 페녹사진일, 페난트리딘일, 벤조디옥솔릴 등의 융합 환계 헤테로아릴 등이 있다. 본원에서 "할로겐"은 F, Cl, Br 및 I 원자를 포함한다.
또한, 본 발명에 기재되어 있는 "치환 또는 비치환"이라는 기재에서 '치환'은 어떤 작용기에서 수소 원자가 다른 원자 또는 다른 작용기 (즉, 치환체)로 대체되는 것을 뜻한다. 본원 화학식들에서의 L, Ar, R1, R18 및 R19에서, 치환된 알킬, 치환된 아릴(렌), 치환된 헤테로아릴(렌), 치환된 시클로알킬, 치환된 헤테로시클로알킬, 치환된 알콕시, 치환된 트리알킬실릴, 치환된 디알킬아릴실릴, 치환된 알킬디아릴실릴, 치환된 트리아릴실릴, 치환된 모노- 또는 디- 알킬아미노, 치환된 모노- 또는 디- 아릴아미노, 치환된 알킬아릴아미노, 및 치환된 고리의 치환체는 각각 독립적으로 중수소; 할로겐; 시아노; 카르복실; 니트로; 히드록시; (C1-C30)알킬; 할로(C1-C30)알킬; (C2-C30)알케닐; (C2-C30)알키닐; (C1-C30)알콕시; (C1-C30)알킬티오; (C3-C30)시클로알킬; (C3-C30)시클로알케닐; (3-7원)헤테로시클로알킬; (C6-C30)아릴옥시; (C6-C30)아릴티오; (C1-C30)알킬 또는 (C6-C30)아릴로 치환 또는 비치환된 (5-50원)헤테로아릴; (3-50원)헤테로아릴로 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴; 트리(C1-C30)알킬실릴; 트리(C6-C30)아릴실릴; 디(C1-C30)알킬(C6-C30)아릴실릴; (C1-C30)알킬디(C6-C30)아릴실릴; 아미노; 모노- 또는 디- (C1-C30)알킬아미노; 모노- 또는 디- (C6-C30)아릴아미노; (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴아미노; (C1-C30)알킬카보닐; (C1-C30)알콕시카보닐; (C6-C30)아릴카보닐; 디(C6-C30)아릴보로닐; 디(C1-C30)알킬보로닐; (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴보로닐; (C6-C30)아르(C1-C30)알킬; 및 (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상이고, 바람직하게는 (C1-C20)알킬; (C1-C20)알킬 및/또는 (3-30원)헤테로아릴로 치환 또는 비치환된 (C6-C25)아릴; (C1-C20)알킬 및/또는 (C6-C25)아릴로 치환 또는 비치환된 (5-40원)헤테로아릴; 및 디(C6-C20)아릴아미노로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있고, 예를 들면, 메틸, tert-부틸, 피리디닐로 치환 또는 비치환된 페닐, 나프틸, 비페닐, 디메틸플루오레닐, 페닐플루오레닐, 디페닐플루오레닐, 페난트레닐, 트리페닐레닐, 피리디닐, 페닐 및/또는 나프틸로 치환된 트리아지닐, 디페닐로 치환된 인돌릴, 페닐로 치환된 벤조이미다졸릴, 퀴놀릴, 페닐로 치환된 퀴나졸리닐, 카바졸릴, 디벤조푸란일, 디벤조티오페닐, 페닐로 치환 또는 비치환된 벤조카바졸릴, 디벤조카바졸릴, 벤조페난트로티오페닐, 디페닐아미노, 디메틸플루오레닐페닐아미노, 또는 질소, 산소 및 황 중 하나 이상을 함유하는 치환 또는 비치환된 (16-33원)헤테로아릴일 수 있다.
상기 화학식 1에서, X1 은 N-L-(Ar)a, S 또는 O 이다.
상기 화학식 1에서, L은 단일결합, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴렌, 또는 치환 또는 비치환된 (3-30원)헤테로아릴렌이고; 바람직하게는 단일결합, 치환 또는 비치환된 (C6-C25)아릴렌, 또는 치환 또는 비치환된 (5-25원)헤테로아릴렌일 수 있으며; 더욱 바람직하게는 단일결합, 비치환된 (C6-C18)아릴렌, 또는 비치환된 (5-18원)헤테로아릴렌일 수 있으며, 상기 헤테로아릴렌은 질소, 산소 및 황 중에서 하나 이상을 함유할 수 있다.
본원 발명의 일 양태에 따르면, 화학식 1에서 L은 단일결합, 치환 또는 비치환된 페닐렌, 치환 또는 비치환된 나프틸렌, 치환 또는 비치환된 비페닐렌, 치환 또는 비치환된 피리딜렌, 치환 또는 비치환된 피리미딜렌, 치환 또는 비치환된 트리아지닐렌, 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐렌, 치환 또는 비치환된 퀴녹살리닐렌, 치환 또는 비치환된 나프티리디닐렌, 치환 또는 비치환된 벤조퀴나졸리닐렌, 치환 또는 비치환된 벤조티에노피리미디닐렌, 치환 또는 비치환된 아세나프토피리미디닐렌, 치환 또는 비치환된 질소, 산소 및 황 중에서 하나 이상 함유하는 (13-16원)헤테로아릴렌 등일 수 있다.
상기 화학식 1에서, Ar은 수소, 중수소, 할로겐, 시아노, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 치환 또는 비치환된 (3-30원)헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 모노- 또는 디- (C1-C30)알킬아미노, 치환 또는 비치환된 모노- 또는 디- (C6-C30)아릴아미노, 또는 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴아미노이고; 바람직하게는 치환 또는 비치환된 (C6-C25)아릴, 치환 또는 비치환된 (5-30원)헤테로아릴, 또는 치환 또는 비치환된 디(C6-C25)아릴아미노일 수 있고; 더욱 바람직하게는 치환 또는 비치환된 (C6-C18)아릴, 치환 또는 비치환된 (5-25원)헤테로아릴, 또는 치환 또는 비치환된 디(C6-C18)아릴아미노일 수 있다.
본원 발명의 일 양태에 따르면, 화학식 1에서 Ar은 치환 또는 비치환된 페닐, 치환 또는 비치환된 나프틸, 치환 또는 비치환된 비페닐, 치환 또는 비치환된 터페닐, 치환 또는 비치환된 트리아진일, 치환 또는 비치환된 피리딜, 치환 또는 비치환된 피리미딘일, 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐, 치환 또는 비치환된 벤조퀴나졸리닐, 치환 또는 비치환된 퀴녹살리닐, 치환 또는 비치환된 벤조퀴녹살리닐, 치환 또는 비치환된 퀴놀릴, 치환 또는 비치환된 벤조퀴놀릴, 치환 또는 비치환된 이소퀴놀릴, 치환 또는 비치환된 벤조이소퀴놀릴, 치환 또는 비치환된 트리아졸릴, 치환 또는 비치환된 피라졸릴, 치환 또는 비치환된 카바졸릴, 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜일, 치환 또는 비치환된 벤조티오펜일, 치환 또는 비치환된 디벤조푸란일, 치환 또는 비치환된 벤조푸란일, 치환 또는 비치환된 나프티리디닐, 치환 또는 비치환된 벤조티에노피리미딘일, 치환 또는 비치환된 벤조티에노퀴놀리닐, 치환 또는 비치환된 벤조푸로퀴놀리닐, 치환 또는 비치환된 트리아자인데닐, 치환 또는 비치환된 페난트로이미다졸릴, 치환 또는 비치환된 질소, 산소 및 황 중에서 하나 이상 함유하는 (9-25원)헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 디페닐아미노, 치환 또는 비치환된 페닐비페닐아미노, 또는 치환 또는 비치환된 플루오레닐페닐아미노일 수 있다.
상기 화학식 1에서, a는 1 내지 4의 정수이고, 바람직하게는 1 또는 2이며, a가 2 이상의 정수인 경우, 각각의 Ar은 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 화학식 1에서, Y1 내지 Y12 는 각각 독립적으로 N 또는 CR1이다. 본원 발명의 일 양태에 따르면, Y1 내지 Y12 는 모두 CR1일 수 있고, 본원의 다른 일 양태에 따르면, Y1 내지 Y12 중 적어도 하나가 N 일 수 있다. R1이 복수 개인 경우, 각각의 R1은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
R1은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 치환 또는 비치환된 (3-30원)헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 (C3-C30)시클로알킬, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알콕시, 치환 또는 비치환된 트리(C1-C30)알킬실릴, 치환 또는 비치환된 디(C1-C30)알킬(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬디(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 트리(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 모노- 또는 디- (C1-C30)알킬아미노, 치환 또는 비치환된 모노- 또는 디- (C6-C30)아릴아미노 또는 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴아미노이거나; 인접한 치환체와 연결되어 치환 또는 비치환된 고리를 형성할 수 있고; 바람직하게는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 (C1-C20)알킬, 치환 또는 비치환된 (C6-C25)아릴, 치환 또는 비치환된 (5-25원)헤테로아릴, 또는 치환 또는 비치환된 디(C6-C25)아릴아미노이거나; 인접한 치환체와 연결되어 치환 또는 비치환된 (3-25원)의 단일환 또는 다환의 방향족의 고리를 형성할 수 있으며, 이 때 형성된 방향족 고리의 탄소 원자는 질소, 산소 및 황으로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로원자로 대체될 수 있으며; 더욱 바람직하게는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 (C1-C10)알킬, 치환 또는 비치환된 (C6-C18)아릴, 치환 또는 비치환된 (5-18원)헤테로아릴, 또는 치환 또는 비치환된 디(C6-C18)아릴아미노이거나; 인접한 치환체와 연결되어 치환 또는 비치환된 (5-18원)의 단일환 또는 다환의 방향족의 고리를 형성할 수 있으며, 이 때 형성된 방향족 고리의 탄소 원자는 질소, 산소 및 황으로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로원자로 대체될 수 있다.
본원 발명의 일 양태에 따르면, R1은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 메틸, 치환 또는 비치환된 페닐, 치환 또는 비치환된 나프틸, 치환 또는 비치환된 비페닐, 치환 또는 비치환된 피리딜, 치환 또는 비치환된 피리미딘일, 치환 또는 비치환된 트리아진일, 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐, 치환 또는 비치환된 퀴녹살리닐, 치환 또는 비치환된 페닐비페닐아미노 등일 수 있다.
본원 발명의 일 양태에 따르면, 화학식 1에서, Y1 내지 Y12 중 적어도 인접한 한 쌍이 CR1이고, 상기 인접한 두 개의 CR1의 R1이 서로 융합되어 독립적으로 하기 화학식 2 내지 6 중 어느 하나로 표시되는 고리를 형성할 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 형성되는 고리는 화학식 2 내지 6의 고리를 포함하여 치환 또는 비치환된 벤젠 고리, 나프탈렌 고리, 푸란 고리, 티오펜 고리, 치환 또는 비치환된 피롤 고리, 피리딘 고리, 벤조푸란 고리, 벤조티오펜 고리, 치환 또는 비치환된 인돌 고리, 디벤조푸란 고리, 디벤조티오펜 고리, 치환 또는 비치환된 카바졸 고리, 또는 페난트렌 고리 등일 수 있다.
[화학식 2] [화학식 3] [화학식 4] [화학식 5]
Figure pat00003
Figure pat00004
Figure pat00005
Figure pat00006
[화학식 6]
Figure pat00007
상기 화학식 2 내지 6에서,
Figure pat00008
는 상기 화학식 1의 인접한 CR1에서의 융합되는 부위를 나타낸다.
상기 화학식 4 및 6에서, A는 N 또는 CR2 이다. 본원의 일 양태에 따르면, A는 모두 CR2일 수 있고, 본원의 다른 일 양태에 따르면, A 중 적어도 하나는 N일 수 있다. R2가 복수 개인 경우, 각각의 R2는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
R2는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 치환 또는 비치환된 (3-30원)헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 (C3-C30)시클로알킬, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알콕시, 치환 또는 비치환된 트리(C1-C30)알킬실릴, 치환 또는 비치환된 디(C1-C30)알킬(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬디(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 트리(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 모노- 또는 디- (C1-C30)알킬아미노, 치환 또는 비치환된 모노- 또는 디- (C6-C30)아릴아미노, 또는 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴아미노이고, 바람직하게는 치환 또는 비치환된 (C6-C25)아릴, 또는 치환 또는 비치환된 (5-25원)헤테로아릴이고, 더욱 바람직하게는 치환 또는 비치환된 (C6-C18)아릴, 또는 치환 또는 또는 비치환된 (5-18원)헤테로아릴이다.
상기 화학식 5에서, R3은 수소, 중수소, 할로겐, 시아노, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 치환 또는 비치환된 (3-30원)헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 (C3-C30)시클로알킬, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알콕시, 치환 또는 비치환된 트리(C1-C30)알킬실릴, 치환 또는 비치환된 디(C1-C30)알킬(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬디(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 트리(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 모노- 또는 디- (C1-C30)알킬아미노, 치환 또는 비치환된 모노- 또는 디- (C6-C30)아릴아미노, 또는 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴아미노이고, 바람직하게는 치환 또는 비치환된 (C6-C25)아릴, 또는 치환 또는 비치환된 (5-25원)헤테로아릴이고, 더욱 바람직하게는 비치환된 (C6-C18)아릴, 또는 비치환된 (5-18원)헤테로아릴이다. 예를 들어, 상기 화학식 5에서, R3은 페닐일 수 있다.
상기 화학식 11에서, N1 및 N2는 각각 독립적으로 N 또는 CR18이고, 단, N1 및 N2 중 적어도 하나는 N이다. 본원의 일 양태에 따르면, N1 및 N2 는 둘 다 N이다.
상기 화학식 11에서, Z1 내지 Z4는 각각 독립적으로 N 또는 CR19이다. 본원의 일 양태에 따르면, Z1은 N 또는 CR19이고, Z2 내지 Z4는 각각 독립적으로 CR19이다.
상기 화학식 11에서, R18 및 R19는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된 (C6-C50)아릴, 치환 또는 비치환된 (3-50원)헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 (C3-C30)시클로알킬, 치환 또는 비치환된 (3-7원)헤테로시클로알킬, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알콕시, 치환 또는 비치환된 트리(C1-C30)알킬실릴, 치환 또는 비치환된 디(C1-C30)알킬(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬디(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 트리(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 모노- 또는 디- (C1-C30)알킬아미노, 치환 또는 비치환된 모노- 또는 디- (C6-C30)아릴아미노, 또는 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴아미노이거나; 인접한 치환체와 연결되어 치환 또는 비치환된 고리를 형성할 수 있다. R18 및 R19는 각각 독립적으로 바람직하게는 수소, 치환 또는 비치환된 (C6-C40)아릴, 또는 치환 또는 비치환된 (5-45원)헤테로아릴이거나, 인접한 치환체와 연결되어 치환 또는 비치환된 (3-25원)의 단일환 또는 다환의 지환족, 방향족 또는 이들의 조합의 고리를 형성할 수 있으며, 상기 형성된 지환족, 방향족 또는 이들의 조합의 고리의 탄소 원자는 질소, 산소 및 황으로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로원자로 대체될 수 있고, 더욱 바람직하게는 수소, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 또는 치환 또는 비치환된 (5-40원)헤테로아릴이거나, 인접한 치환체와 연결되어 치환 또는 비치환된 (3-18원)의 단일환 또는 다환의 방향족 고리를 형성할 수 있으며, 상기 형성된 방향족 고리의 탄소 원자는 질소, 산소 및 황으로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로원자로 대체될 수 있고, 예를 들면, 수소, 치환 또는 비치환된 페닐, 치환된 인돌, 치환 또는 비치환된 나프틸, 치환 또는 비치환된 비페닐, 치환된 페닐나프틸, 치환된 비페닐나프틸, 디메틸로 치환된 플루오레닐, 디페닐로 치환된 플루오레닐, 디메틸로 치환된 벤조플루오레닐, 치환 또는 비치환된 터페닐, 비치환된 스피로비플루오레닐, 치환된 카바졸릴, 치환된 벤조카바졸릴, 비치환된 디벤조푸란, 또는 질소, 산소 및 황 중 하나 이상을 함유하는 치환 또는 비치환된 (16-38원)헤테로아릴이거나, 인접한 치환체와 서로 연결되어 비치환된 벤조푸란 고리를 형성할 수 있다.
상기 화학식 11은 하기 화학식 21로 표시될 수 있다.
[화학식 21]
Figure pat00009
상기 화학식 21에서, Z1은 화학식 11에서 정의된 바와 같고, A1 및 A2는 각각 독립적으로 화학식 11의 R19의 정의와 동일하고, m은 1 또는 2이다.
상기 화학식 21에서, L2는 단일 결합, 치환 또는 비치환된 (C6-C50)아릴렌, 또는 치환 또는 비치환된 (5-50원)헤테로아릴렌이고; 바람직하게는 단일 결합, 치환 또는 비치환된 (C6-C45)아릴렌, 또는 치환 또는 비치환된 (5-45원)헤테로아릴렌이고; 더욱 바람직하게는 단일 결합, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴렌, 또는 치환 또는 비치환된 (5-30원)헤테로아릴렌이고; 예를 들면, 단일 결합, 피리디닐로 치환 또는 비치환된 페닐렌, 비치환된 나프틸렌, 비치환된 비페닐렌, 비치환된 터페닐렌, 비치환된 페닐나프틸렌, 비치환된 비페닐나프틸렌, 페닐로 치환된 인돌렌, 페닐로 치환 또는 비치환된 카바졸릴렌, 또는 비치환된 벤조카바졸릴렌일 수 있다.
상기 화학식 21에서, Ar2는 치환 또는 비치환된 (C6-C50)아릴, 또는 치환 또는 비치환된 (5-50원)헤테로아릴이고, 바람직하게는 치환 또는 비치환된 (C6-C45)아릴, 또는 치환 또는 비치환된 (5-45원)헤테로아릴이고, 더욱 바람직하게는 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 또는 치환 또는 비치환된 (5-40원)헤테로아릴이고, 예를 들면, 피리디닐로 치환 또는 비치환된 페닐, 비치환된 나프틸, 디메틸로 치환된 플루오레닐, 디페닐로 치환된 플루오레닐, 디메틸로 치환된 벤조플루오레닐, 비치환된 페난트레닐, 비치환된 트리페닐레닐, 비치환된 스피로비플루오레닐, 비치환된 피리디닐, 페닐로 치환된 벤조이미다졸릴, 페닐로 치환된 인돌릴, 비치환된 퀴놀릴, 치환 또는 비치환된 카바졸릴, 비치환된 디벤조티오페닐, 비치환된 디벤조푸란일, 페닐로 치환 또는 비치환된 벤조카바졸릴, 비치환된 디벤조카바졸릴, 비치환된 벤조페난트로티오페닐, 또는 질소, 산소 및 황 중 하나 이상을 함유하는 치환 또는 비치환된 (13-38원) 헤테로아릴일 수 있고, 스피로 구조일 수 있다. 상기 치환된 카바졸릴의 치환체는 페닐로 치환된 플루오레닐, 페닐로 치환된 카바졸릴, 메틸, 페닐, 디벤조티오페닐 및 디벤조푸란일 중 하나 이상일 수 있다. 상기 치환된 (13-38원)헤테로아릴의 치환체는 메틸, tert-부틸, 페닐, 나프틸 및 비페닐 중 하나 이상일 수 있다.
본원 화학식에서, 인접한 치환기끼리 서로 연결되어 고리를 형성하는 경우, 상기 고리는 치환 또는 비치환된 (3-30원) 단일환 또는 다환의 지환족, 방향족 또는 이들의 조합의 고리일 수 있다. 또한, 상기 고리는 질소, 산소 및 황으로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로원자를 포함할 수 있다.
본원 화학식에서, 헤테로아릴(렌)은 각각 독립적으로, B, N, O, S, Si 및 P로부터 선택된 하나 이상의 헤테로원자를 포함할 수 있고, 바람직하게는 N, O 및 S로부터 선택된 하나 이상의 헤테로원자를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 헤테로시클로알킬은 N, O 및 S에서 선택된 하나 이상의 헤테로원자를 포함한다. 또한, 상기 헤테로원자는 수소, 중수소, 할로겐, 시아노, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 치환 또는 비치환된 (5-30원)헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 (C3-C30)시클로알킬, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알콕시, 치환 또는 비치환된 트리(C1-C30)알킬실릴, 치환 또는 비치환된 디(C1-C30)알킬(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬디(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 트리(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 모노- 또는 디- (C1-C30)알킬아미노, 치환 또는 비치환된 모노- 또는 디- (C6-C30)아릴아미노, 및 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬(C6-30)아릴아미노로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 치환기가 결합될 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 구체적으로 하기의 화합물로서 예시될 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다.
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상기 화학식 11로 표시되는 화합물은 구체적으로 하기의 화합물로서 예시될 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다.
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본원에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물 및 본원에 따른 화학식 11 또는 21로 표시되는 화합물은 당업자에게 공지된 합성 방법으로 제조할 수 있다. 예를 들면 화학식 1의 화합물은 하기의 방법을 참조하여 제조할 수 있으며, 추가로 한국 특허출원 제10-2017-0124258호(2017.09.26 출원), 한국 특허출원 제10-2017-0124285호(2017.09.26 출원) 등을 참고하여 제조할 수 있다.
[반응식 1]
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[반응식 2]
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[반응식 3]
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상기 반응식 1 내지 3에서, L, Ar, Y1 내지 Y12, 및 a는 상기 화학식 1에서의 정의와 동일하다.
또한, 화학식 11 또는 21의 화합물은 한국 등록특허공보 제1741415호(2017.05.30 공고), 한국 특허공개공보 제2015-0108332호(2015.09.25 공개), 제2015-0124886호(2015.11.06 공개), 제2015-0128590호(2015.11.18 공개), 제2016-0010333호(2016.01.27 공개), 제2016-0014556호(2016.02.11 공개), 제2016-0018406호(2016.02.17 공개), 제2016-0099471호(2016.08.22 공개), 제2017-0051198호(2017.05.11 공개), 제2017-0067643호(2017.06.16 공개) 등을 참고하여 합성할 수 있다.
본원의 발광층은 호스트 화합물 및 도판트 화합물을 사용하여 형성할 수 있다. 상기 호스트 화합물은 화학식 1로 표시되는 화합물 단독으로 이루어질 수 있고, 유기 전계 발광 재료에 포함되는 통상의 물질을 추가로 포함할 수도 있다. 상기 도판트 화합물은 특별히 제한되지 않으나, 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 구리(Cu) 및 백금(Pt)으로부터 선택되는 금속 원자의 착체 화합물이 바람직하고, 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 구리(Cu) 및 백금(Pt)으로부터 선택되는 금속 원자의 오르토 메탈화 착체 화합물이 더욱 바람직하며, 오르토 메탈화 이리듐 착체 화합물이 더더욱 바람직하다.
본원의 유기 전계 발광 소자에 포함되는 도판트로 하기 화학식 101 내지 104로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다.
[화학식 101] [화학식 102] [화학식 103]
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[화학식 104]
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상기 화학식 101 내지 104에서,
Ld는 하기 구조에서 선택되고;
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R100 및 R134 내지 R135은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, 또는 치환 또는 비치환된 (C3-C30)시클로알킬이며;
R101 내지 R109, 및 R111 내지 R123은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 중수소 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된 (C3-C30)시클로알킬, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 시아노, 또는 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알콕시이고; R106 내지 R109는 인접 치환기가 서로 연결되어 치환 또는 비치환된 융합 고리를 형성할 수 있는데, 예를 들어 알킬로 치환 또는 비치환된 플루오렌, 알킬로 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜, 또는 알킬로 치환 또는 비치환된 디벤조푸란 형성이 가능하며; R120 내지 R123은 인접 치환기가 서로 연결되어 치환 또는 비치환된 융합 고리를 형성할 수 있는데, 예를 들어 알킬,아릴, 아르알킬 및 알킬아릴 중 하나 이상으로 치환 또는 비치환된 퀴놀린 형성이 가능하며;
R124 내지 R133, 및 R136 내지 R139은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, 또는 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴이고; R124 내지 R127은 인접 치환기가 서로 연결되어 치환 또는 비치환된 융합 고리를 형성할 수 있는데, 예를 들어 알킬로 치환 또는 비치환된 플루오렌, 알킬로 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜, 또는 알킬로 치환 또는 비치환된 디벤조푸란 형성이 가능하며;
X는 CR21R22, O 또는 S이고;
R21 및 R22는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 (C1-C10)알킬, 또는 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴이며;
R201 내지 R211은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 중수소 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된 (C3-C30)시클로알킬, 또는 알킬 또는 중수소로 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴이고, R208 내지 R211은 인접 치환기가서로 연결되어치환 또는 비치환된 융합 고리를 형성할 수 있는데, 예를 들어 알킬로 치환 또는 비치환된 플루오렌, 알킬로 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜, 또는 알킬로 치환 또는 비치환된 디벤조푸란 형성이 가능하며;
f 및 g는 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수이며; f 또는 g가 각각 2이상의 정수인 경우 각각의 R100은 서로 동일하거나 상이할 수 있고;
n은 1 내지 3의 정수이다.
상기 도판트 화합물의 구체적인 예는 다음과 같다.
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도 1은 본 발명의 일양태에 따른 유기 전계 발광 소자의 모식적인 단면도를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 유기 전계 발광 소자(100)는 기판(101), 상기 기판(101) 상에 형성된 제1전극(110), 상기 제1전극(110) 상에 형성된 유기층(120) 및 상기 제1전극(110)과 대향하며 상기 유기층(120) 상에 형성된 제2전극(130)을 포함한다.
상기 유기층(120)은 정공 주입층(122), 상기 정공 주입층(122) 상에 형성된 정공 전달층(123), 상기 정공 전달층(123) 상에 형성된 발광층(125), 상기 발광층(125) 상에 형성된 전자 전달 대역(129)을 포함하고, 상기 전자 전달 대역(129)은 상기 발광층(125) 상에 형성된 전자 버퍼층(126), 상기 전자 버퍼층(126) 상에 형성된 전자 전달층(127), 및 상기 전자 전달층(127) 상에 형성된 전자 주입층(128)을 포함한다.
상기 발광층(125)은 호스트 화합물 및 도판트 화합물을 사용하여 형성할 수 있다. 상기 호스트 화합물 및 도판트 화합물은 특별히 제한되지 않으며, 공지의 화합물 중에서 적절히 선택하여 사용하면 된다. 호스트 화합물 및 도판트 화합물의 예는 전술한 바와 같다. 발광층(125)이 호스트 및 도판트를 포함할 경우, 도판트는 발광층의 도판트와 호스트 전체에 대하여 약 25 중량% 미만, 바람직하게는 17 중량% 미만으로 도핑될 수 있다. 상기 발광층(125)을 2 층 이상의 층으로 할 경우, 각 발광층들은 서로 다른 색을 발광하도록 할 수 있다. 예를 들어, 청색, 적색, 녹색을 각각 발광하는 3개의 발광층(125)을 형성함으로써 백색 발광 소자를 제작할 수 있다. 또한 필요에 따라, 황색 또는 오렌지색 발광층을 포함할 수도 있다.
상기 전자 전달 대역(129)은 제2 전극에서 발광층으로 전자를 전달하는 대역을 의미한다. 상기 전자 전달 대역(129)은 전자 전달성 화합물, 환원성 도판트, 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 상기 전자 전달성 화합물은 페난트렌계 화합물, 옥사졸계 화합물, 이소옥사졸계 화합물, 트리아졸계 화합물, 이소티아졸계 화합물, 옥사디아졸계 화합물, 티아디아졸계 화합물, 페릴렌계 화합물, 안트라센계 화합물, 알루미늄 착물, 및 갈륨 착물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 상기 환원성 도판트는 알칼리 금속, 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토류 금속, 희토류 금속, 이들의 할로겐화물, 이들의 산화물, 및 이들의 착체로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 상기 환원성 도판트의 구체적인 예로는, 리튬 퀴놀레이트, 나트륨 퀴놀레이트, 세슘 퀴놀레이트, 칼륨 퀴놀레이트, LiF, NaCl, CsF, Li2O, BaO, BaF2가 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 전자 전달 대역(129)은 전자 버퍼층(126), 전자 전달층(127) 및/또는 전자 주입층(128)을 포함할 수 있다.
상기 전자 버퍼층(126)의 두께는 1 nm 이상일 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로, 상기 전자 버퍼층(126)의 두께는 2 내지 200 nm일 수 있다. 상기 전자 버퍼층(126)은 발광층(125)의 상부에 진공증착법, 습식 공정, 레이저 전사법 등과 같은 공지의 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 전자 버퍼층은 전하의 흐름 특성을 제어하는 층을 가리킨다. 이에, 상기 전자 버퍼층은 예를 들어, 전자를 트랩(trap)하거나, 전자를 블로킹(blocking)하거나, 또는 전자 전달 대역과 발광층 사이의 에너지 장벽을 낮추는 것일 수 있다. 상기 전자 버퍼층(126)은 청색, 적색, 녹색 등 모든 색을 발광하는 유기 전계 발광 소자에 포함될 수 있다.
상기 전자 전달층(127) 및 전자 주입층(128) 각각은 2개 이상의 층으로 구성될 수 있다.
상기 전자 주입층(128)에 사용되는 물질로는 공지된 전자 주입 재료를 사용할 수 있다. 그 예로는 리튬 퀴놀레이트, 나트륨 퀴놀레이트, 세슘 퀴놀레이트, 칼륨 퀴놀레이트, LiF, NaCl, CsF, Li2O, BaO, BaF2가 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 도 1의 유기 전계 발광 소자는 본원의 내용이 당업자에게 충분히 전달될 수 있도록 제공되는 일구현예일 뿐, 본 발명이 해당 구현예에 한정되어서는 아니되며, 다른 형태로 구체화될 수 있다. 예를 들어, 상기 도 1의 유기 전계 발광 소자에서 발광층 및 전자 전달 대역을 제외한, 정공 주입층과 같은 일 임의 구성 요소가 생략될 수 있다. 또한, 일 임의 구성 요소가 추가될 수 있다. 상기 추가될 수 있는 일 구성 요소의 예로는 n-도핑층 및 p-도핑층과 같은 불순물층을 들 수 있다. 또한, 상기 불순물층을 사이에 두고, 양쪽에 하나씩 발광층을 두어 유기 전계 발광 소자를 양면 발광형으로 할 수 있고, 이 때, 양쪽의 발광층이 서로 다른 색을 발광하도록 할 수도 있다. 또한, 상기 제1 전극을 투명 전극으로 하고, 상기 제2 전극을 반사 전극으로 하여 배면 발광형 유기 전계 발광 소자로 하거나, 상기 제1 전극을 반사 전극으로 하고 상기 제2 전극을 투과 전극으로 하여 전면 발광형 유기 전계 발광 소자로 할 수도 있다. 또한, 기판 위에, 캐소드, 전자 전달층, 발광층, 정공 전달층, 정공 주입층, 애노드의 순서로 적층하여 인버티드(inverted) 형태의 유기 전계 발광 소자로 할 수도 있다.
본원은 전자 버퍼층에 화학식 11로 표시되는 화합물을 포함하는 전자 버퍼 재료를 포함하거나, 다른 전자 버퍼용 화합물을 포함할 수 있다.
본원은 전자 전달 대역에 화학식 11로 표시되는 화합물, 전자 전달성 화합물, 환원성 도판트, 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다.
또한, 본원은 상기 전자 전달층에 본 발명의 화학식 11로 표시되는 화합물을 포함하는 전자 전달 재료를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전자 전달층은 전술한 환원성 도판트를 더 포함할 수 있다. 상기 전자 주입층에 사용되는 물질로는 공지된 전자 주입 재료를 사용할 수 있다. 그 예로는 리튬 퀴놀레이트, 나트륨 퀴놀레이트, 세슘 퀴놀레이트, 칼륨 퀴놀레이트, LiF, NaCl, CsF, Li2O, BaO, BaF2가 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본래 LUMO (lowest unoccupied molecular orbital) 에너지 및 HOMO (highest occupied molecular orbital) 에너지 값은 음수의 값을 가지나, 본원 발명에서 LUMO 에너지 값(A) 및 HOMO 에너지 값은 편의상 그 절대값으로 나타낸다. 또한, LUMO 에너지 값의 크기를 비교함에 있어서도 그 절대값을 기준으로 비교한다. 본원 발명에서의 LUMO 에너지 값 및 HOMO 에너지 값은 밀도 함수 이론 (Density Functional theory, DFT) 계산에 의한다.
상기 LUMO 에너지 값은 다양한 공지의 방법에 의해 용이하게 측정될 수 있다. 통상적으로, 순환 전위법(cyclic voltammetry) 또는 자외선 광전자 분광학(UPS)을 이용하여 LUMO 에너지 값을 측정한다. 따라서, 당업자라면 본 발명의 LUMO 에너지 값의 관계를 만족하는 전자 버퍼층, 발광층, 및 전자 전달층을 용이하게 파악하여 본 발명을 구현할 수 있다. HOMO 에너지 값도 LUMO 에너지 값과 동일한 방식으로 용이하게 측정될 수 있다.
본원의 유기 전계 발광 소자의 일양태에 따르면, 발광층의 LUMO 에너지 값(Ah)과 전자 전달 대역의 LUMO 에너지 값(Ae)은 하기의 식 (1)을 만족한다. 여기서, Ae는 전자 전달층 및/또는 전자 버퍼층을 포함하는 전자 전달 대역의 LUMO 에너지 값을 의미한다.
Figure pat00143
또한, 유기 전계 발광 소자의 적절한 효율 및/또는 장수명을 위해 바람직하게는 하기 식 (2)을 만족한다.
Figure pat00144
상기 전자 전달 대역의 LUMO 에너지 값(Ae)과 발광층의 LUMO 에너지 값(Ah)의 관계에 따른 결과는 전체적인 LUMO 에너지 군에 따른 대체적인 소자의 경향성을 설명하기 위한 것이며, 특정 유도체의 고유 특성 및 재료의 안정성에 따라 상기 결과와 다른 결과가 나타날 수 있다.
일반적으로 상용화되고 있는 카바졸이 치환된 구조나 융합된 카바졸 형태를 갖는 화합물을 포함하는 발광층의 경우, 낮은 HOMO 에너지 준위로 인하여 전자 전류 대비 부족한 정공 특성으로 인해 구동전압 및 수명 향상에 한계점이 있다. 한편, 전자 전달 대역의 경우, 높은 효율과 소비전력 개선을 위해 저전압 구동을 위한 빠른 전자 전류 특성의 재료들이 요구되는데 일반적으로 헤테로사이클릭 유도체의 아진류가 사용되고 있다. 카바졸류 화합물의 발광층과 아진류의 전자 전달 대역이 조합될 경우 소자 내에서 상대적으로 전자 전류 특성이 강하여 유기 전계 발광 소자 내에서 생성된 엑시톤(exciton)들이 정공 전달 대역과 발광층 사이에 극단적으로 형성되어 엑시톤 소멸(exciton quenching)또는 삼중항-폴라론 여기자 소멸(triplet-polaron quenching)등의 현상이 발생하므로 효율 및 수명에서 개선의 여지가 있었다.
일반적으로, 유기 전계 발광 소자의 외부 양자 효율(Next)은 주입된 전하의 수 대비 밖으로 방출되는 광자의 수를 의미하며, 그 정의는 다음과 같다.
Figure pat00145
여기서, Next는 외부 양자 효율이며, Nint는 내부 양자 효율이고, Nout은 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으로 나오는 비율이다. 또한,
Figure pat00146
은 정공과 전자가 만나는 비율, Nex는 여기자 생성 비율, 그리고
Figure pat00147
은 PL 양자 효율이다.
카바졸류 재료와 아진류 재료를 각각 발광층 및 전자 전달 대역에 사용한 경우, 상대적으로 빠른 전자 전류 특성으로 인해
Figure pat00148
에 해당하는 전하 균형 요소(charge-balance factor)가 감소될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 유기 전계 발광 화합물의 조합은, 부족한 정공 전류 특성이 제1 호스트 화합물을 통하여 적절한 전하 균형을 이루면서
Figure pat00149
에 해당하는 요소가 개선되므로 유기 전계 발광 소자의 특성 향상에 기여할 수 있다. 또한, 정공 전달 대역과 발광층 사이에 과도하게 형성된 여기자들을 발광층/전자 전달 대역 쪽으로 완화시킴으로써 계면 특성을 향상시켜 구동 전압이 비교적 낮고, 전류 효율 및 전력 효율과 같은 발광 효율이 우수하면서도, 순도 높은 색 구현이 가능한 유기 전계 발광 소자를 제공할 수 있다.
본 발명의 화학식 1에 해당하는 융합된 아줄렌 유도체는 적절한 강성(rigidity)를 가지는 분자 형태로서 입체장애각(dihedral angle)이 15° 정도를 가지는데 완전 평면 구조일 경우 응집(aggregation)에 의한 결정화를 야기할 수 있지만 적절한 분자 간 스태킹(intermolecular stacking)이 잘 이루어진다면 빠른 전류 특성과 동시에 장수명 구현 가능하다. 따라서 호스트 재료로서 트리아진, 퀴나졸린, 퀴녹살린 및 피리미딘 유도체 등의 특정한 구조와 함께 이용하여 구동 전압이 비교적 낮고, 전류 효율 및 전력 효율과 같은 발광 효율이 우수하면서도, 순도 높은 색 구현이 가능한 발광 소자의 제조가 가능하다. 여기에 저전압 구동을 위해 전자 전달 대역에 전자 친화도가 큰 아진 계열 헤테로사이클릭 유도체를 전자 전달 대역의 재료로 사용한다면 전자 주입이 보다 용이해져 소자의 구동전압, 효율 및 수명을 증대시킬 수 있다. 본 발명의 화학식 1에 해당하는 아줄렌 화합물을 호스트 재료로 이용하고, 전자 전달 재료로서 전자 전류 특성이 강한 아진류의 재료를 혼합하여 사용하면 낮은 구동 전압과 함께 고효율 및/또는 장수명의 유기 전계 발광 소자를 구현하는 것이 가능하다.
[ 비교예 1] 본 발명에 따르지 않는 적색 발광 유기 전계 발광 소자의 제조
본 발명에 따르지 않는 OLED 소자를 제조하였다. 우선, OLED용 글래스 (지오마텍사 제조) 기판 상의 투명 전극 ITO 박막(10Ω/□)을 아세톤 및 이소프로필알코올을 순차적으로 사용하여 초음파 세척을 실시한 후, 이소프로판올에 넣어 보관한 후 사용하였다. 다음으로 진공 증착 장비의 기판 홀더에 ITO 기판을 장착한 후, 진공 증착 장비 내의 셀에 화합물 HI -1을 넣고 챔버 내의 진공도가 10-7 torr에 도달할 때까지 배기시킨 후, 셀에 전류를 인가하여 증발시켜 ITO 기판 위에 80 nm 두께의 제1 정공 주입층을 증착하였다. 이어서, 진공 증착 장비 내의 다른 셀에 화합물 HI-2를 넣고, 셀에 전류를 인가하여 증발시켜 제1 정공 주입층 위에 5 nm 두께의 제2 정공 주입층을 증착하였다. 이어서, 진공 증착 장비 내의 다른 셀에 화합물 HT-1을 넣고, 셀에 전류를 인가하여 증발시켜 제2 정공 주입층 위에 10 nm 두께의 제1 정공 전달층을 증착하였다. 이어서, 진공 증착 장비 내의 다른 셀에 화합물 HT-2를 넣고, 셀에 전류를 인가하여 증발시켜 제1 정공 전달층 위에 60 nm 두께의 제2 정공 전달층을 증착하였다. 정공 주입층과 정공 전달층을 형성시킨 후, 그 위에 발광층을 다음과 같이 증착시켰다. 진공 증착 장비 내의 한쪽 셀에 호스트로서 화합물 CBP를 넣고, 또 다른 셀에는 도판트로서 화합물 D-71을 각각 넣은 후, 두 물질을 다른 속도로 증발시켜 호스트와 도판트의 합계량에 대해 도판트를 3 중량%의 양으로 도핑함으로써 상기 제2 정공 전달층 위에 40 nm 두께의 발광층을 증착하였다. 이어서 상기 발광층 위에 전자 전달 재료로서 화합물 B- 103:화합물 EIL -1을 50:50의 중량비로 35 nm 두께의 전자 전달층을 증착하였다. 이어서 전자 주입층으로 화합물 EIL -1을 상기 전자 전달층 위에 2 nm 두께로 증착한 후, 다른 진공 증착 장비를 이용하여 Al 캐소드를 상기 전자 주입층 위에 80 nm의 두께로 증착하여 OLED 소자를 제조하였다. 재료 별로 각 화합물은 10-6 torr 하에서 진공 승화 정제하여 사용하였다.
[ 비교예 2 내지 6] 본 발명에 따르지 않는 적색 발광 유기 전계 발광 소자의 제조
전자 전달 재료로서 화합물 B-103 대신에 하기 표 1의 화합물을 사용한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 OLED 소자를 제조하였다.
[ 비교예 7] 본 발명에 따르지 않는 적색 발광 유기 전계 발광 소자의 제조
호스트 재료로서 화합물 CBP 대신에 화합물 B-7을 사용한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 OLED 소자를 제조하였다.
[ 비교예 8 내지 12] 본 발명에 따르지 않는 적색 발광 유기 전계 발광 소자의 제조
전자 전달 재료로서 화합물 B-103 대신에 하기 표 1의 화합물을 사용한 것을 제외하고는, 비교예 7과 동일한 방법으로 OLED 소자를 제조하였다.
[소자 실시예 1 내지 6] 본 발명에 따른 적색 발광 유기 전계 발광 소자의 제조
소자 실시예 1 내지 6에서는, 호스트 재료로서 화합물 CBP 및 전자 전달 재료로서 하기 표 1 의 화합물을 사용한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 OLED 소자를 제조하였다.
이상과 같이 제조된 비교예 1 내지 12 및 소자 실시예 1 내지 6의 유기 전계 발광 소자의 5,000 nits 휘도 기준의 구동 전압, 발광 효율, CIE색좌표 및 빛의 세기가 100%에서 95%로 떨어지는 데까지의 시간(수명; T95)을 하기 표 1에 나타내었다. 또한, 비교예 1 및 소자 실시예 1에서 제조된 유기 전계 발광 소자의 휘도에 따른 전류 효율을 도 3에 도시하였다.
[표 1]
Figure pat00150
[ 비교예 13] 본 발명에 따르지 않는 적색 발광 유기 전계 발광 소자의 제조
제2 정공 전달층으로 하기 표 4의 화합물 HT -3으로 증착한 것과 전자 버퍼층으로 하기 표 2의 전자 버퍼 재료를 발광층 위에 5 nm 증착한 후, 전자 전달 재료로 Alq3를 상기 전자 버퍼층 위에 30 nm 증착한 것 외에는 소자 실시예 1과 동일한 방법으로 OLED 소자를 제조하였다.
[소자 실시예 7 내지 11] 본 발명에 따른 적색 발광 유기 전계 발광 소자의 제조
소자 실시예 7 내지 11에서는, 전자 전달 재료로서 하기 표 2의 화합물들을 각각 50:50의 중량비로 상기 전자 버퍼층 위에 30 nm 증착한 것 외에는 비교예 13과 동일한 방법으로 OLED 소자를 제조하였다.
이상과 같이 제조된 비교예 13 및 소자 실시예 7 내지 11의 유기 전계 발광 소자의 1,000 nits 휘도 기준의 구동 전압, 발광 효율, CIE색좌표 및 5,000 nits 휘도 기준의 빛의 세기가 100%에서 95%로 떨어지는 데까지의 시간(수명; T95)을 하기 표 2에 나타내었다.
[표 2]
Figure pat00151
상기 표 1 및 2로부터, 본원의 화합물을 발광층 및 전자 버퍼층 및/또는 전자 전달층에 사용한 소자 실시예 1 내지 11은 비교예 1 내지 13에 비해, 낮은 구동 전압, 높은 효율 및/또는 장수명 특성을 보임을 확인할 수 있다. 특히, 표 1에서 호스트 재료와 전자 전달 재료의 조합에 있어서 화합물 B-7 대비 화합물 C-241과의 조합에서 향상된 소자 특성을 보이는데, 이는 벤조카바졸 유도체 대비 아줄렌 유도체의 향상된 전하 균형 요소와 함께 호스트인 아줄렌 그룹의 적절한 분자간 스태킹과 아진류의 전자 전달 재료의 조합이 소자 특성 향상에 기여를 한 결과로 이해된다.
[소자 실시예 12 내지 16] 본 발명에 따른 적색 발광 유기 전계 발광 소자의 제조
소자 실시예 12 내지 16에서는, 제2 정공 전달층으로 하기 표 4의 화합물 HT-4로 증착한 것과 호스트 재료로서 화합물 C-246 및 전자 전달 재료로서 화합물 B-103 대신에 하기 표 3의 화합물을 사용한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 OLED 소자를 제조하였다.
이상과 같이 제조된 소자 실시예 12 내지 16의 유기 전계 발광 소자의 1,000 nits 휘도 기준의 구동 전압, 발광 효율, CIE색좌표 및 5,000 nits 휘도 기준의 빛의 세기가 100%에서 95%로 떨어지는 데까지의 시간(수명; T95)을 하기 표 3에 나타내었다.
[표 3]
Figure pat00152
상기 표 3으로부터, 본원의 화합물을 발광층 및 전자 전달층에 사용한 소자 실시예 12 내지 16은 비교예 1 내지 13에 비해, 낮은 구동 전압, 높은 효율 및/또는 장수명 특성을 보임을 확인할 수 있다.
특히, 본원의 특정 조합의 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자는 장수명이 요구되는 플렉시블 디스플레이, 조명 및 자동차용 디스플레이 등에 적합하게 사용될 것으로 사료된다.
상기 비교예들 및 상기 소자 실시예들에 사용된 화합물을 하기 표 4에 나타내었다.
[표 4]
Figure pat00153
Figure pat00154
Figure pat00155
Figure pat00156
100: 유기 발광 소자 101: 기판
110: 제1전극 120: 유기층
122: 정공 주입층 123: 정공 전달층
125: 발광층 126: 전자 버퍼층
127: 전자 전달층 128: 전자 주입층
129: 전자 전달 대역 130: 제2전극

Claims (10)

  1. 제1 전극; 상기 제1 전극에 대향하는 제2 전극; 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 발광층; 및 상기 발광층과 상기 제2 전극 사이의 전자 전달 대역을 포함하고, 상기 발광층은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하고, 상기 전자 전달 대역은 하기 화학식 11로 표시되는 화합물을 포함하는, 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 1]
    Figure pat00157

    상기 화학식 1에서,
    X1은 N-L-(Ar)a, S 또는 O이고;
    L은 단일결합, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴렌, 또는 치환 또는 비치환된 (3-30원)헤테로아릴렌이며;
    Ar은 수소, 중수소, 할로겐, 시아노, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 치환 또는 비치환된 (3-30원)헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 모노- 또는 디- (C1-C30)알킬아미노, 치환 또는 비치환된 모노- 또는 디- (C6-C30)아릴아미노, 또는 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴아미노이고;
    Y1 내지 Y12는 각각 독립적으로 N 또는 CR1이며;
    R1은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 치환 또는 비치환된 (3-30원)헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 (C3-C30)시클로알킬, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알콕시, 치환 또는 비치환된 트리(C1-C30)알킬실릴, 치환 또는 비치환된 디(C1-C30)알킬(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬디(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 트리(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 모노- 또는 디- (C1-C30)알킬아미노, 치환 또는 비치환된 모노- 또는 디- (C6-C30)아릴아미노, 또는 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴아미노이거나; 인접한 치환체와 연결되어 치환 또는 비치환된 고리를 형성할 수 있고;
    a는 1 내지 4의 정수이고, a가 2 이상의 정수인 경우, 각각의 Ar은 동일하거나 상이할 수 있으며;
    [화학식 11]
    Figure pat00158

    상기 화학식 11에서,
    N1 및 N2는 각각 독립적으로 N 또는 CR18이고, 단, N1 및 N2 중 적어도 하나는 N이고;
    Z1 내지 Z4는 각각 독립적으로 N 또는 CR19이며;
    R18 및 R19는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된 (C6-C50)아릴, 치환 또는 비치환된 (3-50원)헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 (C3-C30)시클로알킬, 치환 또는 비치환된 (3-7원)헤테로시클로알킬, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알콕시, 치환 또는 비치환된 트리(C1-C30)알킬실릴, 치환 또는 비치환된 디(C1-C30)알킬(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬디(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 트리(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 모노- 또는 디- (C1-C30)알킬아미노, 치환 또는 비치환된 모노- 또는 디- (C6-C30)아릴아미노, 또는 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴아미노이거나; 인접한 치환체와 연결되어 치환 또는 비치환된 고리를 형성할 수 있다.
  2. 제1항에 있어서, L, Ar, R1, R18 및 R19에서 치환된 알킬, 치환된 아릴(렌), 치환된 헤테로아릴(렌), 치환된 시클로알킬, 치환된 헤테로시클로알킬, 치환된 알콕시, 치환된 트리알킬실릴, 치환된 디알킬아릴실릴, 치환된 알킬디아릴실릴, 치환된 트리아릴실릴, 치환된 모노- 또는 디- 알킬아미노, 치환된 모노- 또는 디- 아릴아미노, 치환된 알킬아릴아미노, 및 치환된 고리의 치환체는 각각 독립적으로 중수소; 할로겐; 시아노; 카르복실; 니트로; 히드록시; (C1-C30)알킬; 할로(C1-C30)알킬; (C2-C30)알케닐; (C2-C30)알키닐; (C1-C30)알콕시; (C1-C30)알킬티오; (C3-C30)시클로알킬; (C3-C30)시클로알케닐; (3-7원)헤테로시클로알킬; (C6-C30)아릴옥시; (C6-C30)아릴티오; (C1-C30)알킬 또는 (C6-C30)아릴로 치환 또는 비치환된 (5-50원)헤테로아릴; (3-50원)헤테로아릴로 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴; 트리(C1-C30)알킬실릴; 트리(C6-C30)아릴실릴; 디(C1-C30)알킬(C6-C30)아릴실릴; (C1-C30)알킬디(C6-C30)아릴실릴; 아미노; 모노- 또는 디- (C1-C30)알킬아미노; 모노- 또는 디- (C6-C30)아릴아미노; (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴아미노; (C1-C30)알킬카보닐; (C1-C30)알콕시카보닐; (C6-C30)아릴카보닐; 디(C6-C30)아릴보로닐; 디(C1-C30)알킬보로닐; (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴보로닐; (C6-C30)아르(C1-C30)알킬; 및 (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것인, 유기 전계 발광 소자.
  3. 제1항에 있어서, Ar이 치환 또는 비치환된 페닐, 치환 또는 비치환된 나프틸, 치환 또는 비치환된 비페닐, 치환 또는 비치환된 터페닐, 치환 또는 비치환된 트리아진일, 치환 또는 비치환된 피리딜, 치환 또는 비치환된 피리미딘일, 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐, 치환 또는 비치환된 벤조퀴나졸리닐, 치환 또는 비치환된 퀴녹살리닐, 치환 또는 비치환된 벤조퀴녹살리닐, 치환 또는 비치환된 퀴놀릴, 치환 또는 비치환된 벤조퀴놀릴, 치환 또는 비치환된 이소퀴놀릴, 치환 또는 비치환된 벤조이소퀴놀릴, 치환 또는 비치환된 트리아졸릴, 치환 또는 비치환된 피라졸릴, 치환 또는 비치환된 카바졸릴, 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜일, 치환 또는 비치환된 벤조티오펜일, 치환 또는 비치환된 디벤조푸란일, 치환 또는 비치환된 벤조푸란일, 치환 또는 비치환된 나프티리디닐, 치환 또는 비치환된 질소, 산소 및 황 중에서 하나 이상 함유하는 (9-25원)헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 디페닐아미노, 치환 또는 비치환된 페닐비페닐아미노, 또는 치환 또는 비치환된 플루오레닐페닐아미노인 것인, 유기 전계 발광 소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 화학식 1에서, Y1 내지 Y12 중 적어도 인접한 한 쌍이 CR1이고, 상기 인접한 두 개의 CR1의 R1이 서로 융합되어 독립적으로 하기 화학식 2 내지 6 중 어느 하나로 표시되는 고리를 형성하는 것인, 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 2] [화학식 3] [화학식 4] [화학식 5]
    Figure pat00159
    Figure pat00160
    Figure pat00161
    Figure pat00162

    [화학식 6]
    Figure pat00163

    상기 화학식 2 내지 6에서,
    A는 N 또는 CR2이며;
    R2는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 치환 또는 비치환된 (3-30원)헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 (C3-C30)시클로알킬, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알콕시, 치환 또는 비치환된 트리(C1-C30)알킬실릴, 치환 또는 비치환된 디(C1-C30)알킬(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬디(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 트리(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 모노- 또는 디- (C1-C30)알킬아미노, 치환 또는 비치환된 모노- 또는 디- (C6-C30)아릴아미노, 또는 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴아미노이고;
    R3은 수소, 중수소, 할로겐, 시아노, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 치환 또는 비치환된 (3-30원)헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 (C3-C30)시클로알킬, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알콕시, 치환 또는 비치환된 트리(C1-C30)알킬실릴, 치환 또는 비치환된 디(C1-C30)알킬(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬디(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 트리(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 모노- 또는 디- (C1-C30)알킬아미노, 치환 또는 비치환된 모노- 또는 디- (C6-C30)아릴아미노, 또는 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴아미노이고;
    Figure pat00164
    는 인접한 CR1에서의 융합되는 부위를 나타낸다.
  5. 제1항에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화합물로부터 선택되는 하나 이상인 것인, 유기 전계 발광 소자.
    Figure pat00165

    Figure pat00166

    Figure pat00167

    Figure pat00168

    Figure pat00169

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    Figure pat00233

    Figure pat00234

    Figure pat00235

    Figure pat00236

    Figure pat00237

    Figure pat00238
  6. 제1항에 있어서, 상기 화학식 11은 하기 화학식 21로 표시되는 것인, 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 21]
    Figure pat00239

    상기 화학식 21에서,
    Z1은 화학식 11에서 정의된 바와 같고;
    A1 및 A2는 각각 독립적으로 화학식 11의 R19의 정의와 동일하며;
    L2는 단일결합, 치환 또는 비치환된 (C6-C50)아릴렌, 또는 치환 또는 비치환된 (5-50원)헤테로아릴렌이고;
    Ar2는 치환 또는 비치환된 (C6-C50)아릴, 또는 치환 또는 비치환된 (5-50원)헤테로아릴이며;
    m은 1 또는 2이다.
  7. 제1항에 있어서, 상기 화학식 11은 하기 화합물로부터 선택되는 하나 이상인 것인, 유기 전계 발광 소자.
    Figure pat00240

    Figure pat00241

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    Figure pat00243

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    Figure pat00260

    Figure pat00261

    Figure pat00262
  8. 제1항에 있어서, 상기 발광층의 LUMO 에너지 값(Ah)과 상기 전자 전달 대역의 LUMO 에너지 값(Ae)은 하기의 식 1을 만족하며,
    [식 1]
    Figure pat00263

    단, 상기 에너지 값의 비교는 절대값을 기준으로 한 것인, 유기 전계 발광 소자.
  9. 제1항에 있어서, 상기 전자 전달 대역은 정공 차단층, 전자 전달층, 전자 버퍼층 및 전자 주입층 중 하나 이상을 포함하는, 유기 전계 발광 소자.
  10. 제1항에 있어서, 상기 전자 전달 대역은 전자 전달성 화합물, 환원성 도판트, 또는 이들의 조합물을 추가로 포함하는, 유기 전계 발광 소자.
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