KR20190007576A - 헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자 - Google Patents

헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.
[화학식 1]
Figure pat00087

화학식 1에서, X1 및 X2는 각각 독립적으로 하기 화학식 2 내지 4 중 어느 하나로 표시된다.
[화학식 2] [화학식 3] [화학식 4]
Figure pat00088
Figure pat00089
Figure pat00090

Description

헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자{HETEROCYCLIC COMPOUND AND ORGANIC ELECTROLUMINESCENCE DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 헤테로환 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 발명은 헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예는 하기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 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, X1 및 X2는 각각 독립적으로 하기 화학식 2 내지 4 중 어느 하나로 표시되며,
[화학식 2] [화학식 3]
Figure pat00002
Figure pat00003
[화학식 4]
Figure pat00004
상기 화학식 2에서, Y는 O 또는 S이고, 상기 화학식 3에서, Z는 직접결합(direct linkage), CR10R11, 또는 SiR12R13이며, 상기 화학식 2 내지 4에서, R3 내지 R13은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 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, a 및 b는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이며, c 및 d는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이다.
R1 및 R2가 서로 동일한 것일 수 있다.
R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 6 이하의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 페닐기인 것일 수 있다.
X1 및 X2가 서로 동일한 것일 수 있다.
X1 및 X2가 각각 독립적으로 상기 화학식 2로 표시되는 것일 수 있다.
X1 및 X2가 각각 독립적으로 하기 화학식 3-1 내지 3-5 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 3-1] [화학식 3-2] [화학식 3-3]
Figure pat00005
Figure pat00006
Figure pat00007
[화학식 3-4] [화학식 3-5]
Figure pat00008
Figure pat00009
상기 화학식 3-1 내지 3-5에서, R5, R6, c 및 d는 전술한 바와 동일하다.
X1 및 X2가 각각 독립적으로 하기 화학식 4-1 내지 4-5 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 4-1] [화학식 4-2] [화학식 4-3]
Figure pat00010
Figure pat00011
Figure pat00012
[화학식 4-4] [화학식 4-5]
Figure pat00013
Figure pat00014
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, 정공 수송 영역, 발광층, 전자 수송 영역 중 적어도 하나는 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자를 제공한다.
발광층이 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
정공 수송 영역은 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가지고, 복수의 층 중 발광층과 접하는 층이 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
전자 수송 영역은 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가지고, 복수의 층 중 발광층과 접하는 층이 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물은 유기 전계 발광 소자용 재료로 사용될 수 있으며, 구체적으로 발광 재료, 정공 수송 재료 또는 전자 수송 재료 등으로 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자는 효율 및 수명 측면에서 우수하다.
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 pat00015
는 연결되는 부위를 의미한다.
본 명세서에서, "치환 또는 비치환된"은 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 실릴기, 붕소기, 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, 바이페닐기는 아릴기로 해석될 수도 있고, 페닐기로 치환된 페닐기로 해석될 수도 있다.
본 명세서에서, "서로 결합하여 고리를 형성"한다는 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, 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 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, 바이페닐기, 터페닐기, 쿼터페닐기, 퀸크페닐기, 섹시페닐기, 바이페닐렌기, 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. 플루오레닐기가 치환되는 경우의 예시는 하기와 같다. 다만, 이에 의하여 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00016
Figure pat00017
Figure pat00018
Figure pat00019
본 명세서에서, 헤테로아릴기는 헤테로 원자로 O, N, P, Si 및 S 중 1개 이상을 포함하는 헤테로아릴기일 수 있다. 헤테로 아릴기가 헤테로 원자를 2개 포함할 경우, 2개의 헤테로 원자는 서로 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 헤테로아릴기의 고리 형성 탄소수는 2 이상 30 이하 또는 2 이상 20 이하이다. 헤테로아릴기는 단환식 헤테로아릴기 또는 다환식 헤테로아릴기일 수 있다. 다환식 헤테로아릴기는 예를 들어, 2환 또는 3환 구조를 갖는 것일 수 있다. 헤테로아릴기의 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, 디벤조티오페닐기, 티에노티오펜기, 벤조퓨라닐기, 페난트롤린기, 티아졸릴기, 이소옥사졸릴기, 옥사디아졸릴기, 티아디아졸릴기, 벤조티아졸릴기, 페노티아지닐기, 디벤조실롤기 및 디벤조퓨라닐기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
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, 스티레닐기, 스티릴비닐기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 아미노기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 1 이상 30 이하일 수 있다. 아미노기는 알킬 아미노기 및 아릴 아미노기를 포함할 수 있다. 아미노기의 예로는 메틸아미노기, 디메틸아미노기, 페닐아미노기, 디페닐아미노기, 나프틸아미노기, 9-메틸-안트라세닐아미노기, 트리페닐아미노기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, “직접결합(direct linkage)”은 단일 결합(single bond)을 포함할 수 있다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물에 대해 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물은 하기 화학식 1로 표시된다.
[화학식 1]
Figure pat00020
화학식 1에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이다.
화학식 1에서, X1 및 X2는 각각 독립적으로 하기 화학식 2 내지 4 중 어느 하나로 표시된다.
[화학식 2] [화학식 3]
Figure pat00021
Figure pat00022
[화학식 4]
Figure pat00023
화학식 2에서, Y는 O 또는 S이고, a 및 b는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이다.
a가 2 이상일 경우, 복수의 R3은 서로 동일하거나 상이하고, b가 2 이상일 경우, 복수의 R4는 서로 동일하거나 상이하다. a 및 b는 0일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, a+b가 1 이상인 것일 수도 있다.
화학식 3에서, Z는 직접결합(direct linkage), CR10R11, 또는 SiR12R13이고, c 및 d는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이다. 화학식 3에서, Z가 직접결합인 경우, 화학식 3은 카바졸계 모이어티(moiety)이다.
c가 2 이상일 경우, 복수의 R5는 서로 동일하거나 상이하고, d가 2 이상일 경우, 복수의 R6는 서로 동일하거나 상이하다. c 및 d는 0일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, c+d가 1 이상일 수도 있다.
화학식 2 내지 4에서, R3 내지 R13은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이다.
화학식 3에서, R10 내지 R13은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴기일 수 있다. R10 및 R11은 서로 동일한 것일 수 있다. R12 및 R13은 서로 동일한 것일 수 있다.
화학식 4에서, R7 내지 R9는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴기일 수 있다. R7 내지 R9는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 메틸기, 치환 또는 비치환된 에틸기, 치환 또는 비치환된 프로필기, 치환 또는 비치환된 부틸기, 또는 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있다.
화학식 4에서, R7 내지 R9 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기일 수 있다. 예를 들어, R7 내지 R9 중 적어도 하나는 할로겐 원자로 1 이상 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있다.
이에 한정되는 것은 아니나, R1 및 R2가 서로 동일한 것일 수 있다.
R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 6 이하의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 페닐기인 것일 수 있다. 예를 들어, R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 메틸기, 치환 또는 비치환된 부틸기일 수 있다. 예를 들어, R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있다. 예를 들어, R1 및 R2는 각각 독립적으로 알킬기로 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있다.
이에 한정되는 것은 아니나, X1 및 X2가 서로 동일한 것일 수 있다.
X1 및 X2는 각각 독립적으로 화학식 2로 표시되는 것일 수 있다. 다만, 이에 의하여 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, X1 및 X2가 각각 독립적으로 화학식 3으로 표시되는 것일 수 있다. 구체적으로, X1 및 X2가 각각 독립적으로 하기 화학식 3-1 내지 3-5 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 3-1] [화학식 3-2] [화학식 3-3]
Figure pat00024
Figure pat00025
Figure pat00026
[화학식 3-4] [화학식 3-5]
Figure pat00027
Figure pat00028
화학식 3-1 내지 3-5에서, R5, R6, c 및 d는 전술한 바와 동일하다.
또 다른 예로, X1 및 X2가 각각 독립적으로 화학식 4로 표시되는 것일 수 있다. 구체적으로, X1 및 X2가 각각 독립적으로 하기 화학식 4-1 내지 4-5 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 4-1] [화학식 4-2] [화학식 4-3]
Figure pat00029
Figure pat00030
Figure pat00031
[화학식 4-4] [화학식 4-5]
Figure pat00032
Figure pat00033
본 발명의 일 실시예에 따른 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 선택되는 어느 하나일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
[화합물군 1]
Figure pat00034
Figure pat00035
Figure pat00036
Figure pat00037
본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물은 디벤조옥사실린(dibenzooxasilne) 코어 구조를 가지며, 디벤조옥사실린의 산소 원자의 오르쏘(ortho) 위치에 치환기가 도입되고 그 외에 위치에는 치환기가 도입되지 않아, 디벤조옥사실린의 안정성이 저하되지 않으면서 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자의 고효율, 장수명 효과를 구현시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물은 유기 전계 발광 소자용 재료로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물은 발광 재료, 정공 수송 재료, 전자 수송 재료 등으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물은 열 활성 지연 형광 소자용 재료로 사용될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자에 대하여 설명한다. 이하에서는 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물과의 차이점을 위주로 구체적으로 설명하고, 설명되지 않은 부분은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물에 따른다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자는 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 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 내지 도 3을 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. 정공 수송 영역(HTR), 발광층(EML), 전자 수송 영역(ETR) 중 적어도 하나는 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물을 포함한다. 구체적으로, 정공 수송 영역(HTR), 발광층(EML), 전자 수송 영역(ETR) 중 적어도 하나는 하기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00038
화학식 1에서, X1, X2, R1, 및 R2에 관한 구체적인 설명은 전술한 바와 동일한 바 생략하도록 한다.
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) 등을 포함할 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. 예를 들어, 제1 전극(EL1)은 ITO/Ag/ITO의 3층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 전극(EL1)의 두께는 약 1000Å 내지 약 10000Å, 예를 들어, 약 1000Å 내지 약 3000Å일 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 100Å 내지 약 1500Å인 것일 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)이 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물을 포함하는 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)/제1 정공 수송층(HTL1)/제2 정공 수송층(HTL2), 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.
전술한 바와 같이, 정공 수송 영역(HTR)은 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있고, 복수의 층 중 적어도 하나의 층이 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물을 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 정공 수송 영역(HTR)이 제1 전극(EL1) 상에 제공된 정공 주입층(HIL), 정공 주입층(HIL) 상에 제공된 제1 정공 수송층(HTL1), 및 제1 정공 수송층(HTL1) 상에 제공된 제2 정공 수송층(HTL2)을 포함하고, 제1 정공 수송층(HTL1) 및 제2 정공 수송층(HTL2) 중 적어도 하나가 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물을 포함하는 것일 수 있다. 복수의 층 중 발광층(EML)과 접하는 층이 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물을 포함하는 것일 수 있으며, 예를 들어, 제2 정공 수송층(HTL2)이 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물을 포함하는 것일 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 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)), α-NPD(N,N'-di(naphthalene-l-yl)-N,N'-diplienyl-benzidine), 트리페닐아민을 포함하는 폴리에테르케톤(TPAPEK), 4-Isopropyl-4'-methyldiphenyliodonium Tetrakis(pentafluorophenyl)borate], HAT-CN(dipyrazino[2,3-f: 2',3'-h] quinoxaline-2,3,6,7,10,11-hexacarbonitrile) 등을 포함할 수도 있다.
정공 수송층(HTL)은 예를 들어, mCP(1,3-Bis(N-carbazolyl)benzene), 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, α-NPD(N,N'-di(naphthalene-l-yl)-N,N'-diplienyl-benzidine), 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 수송층(HTL)은 단층 구조일 수도 있고, 제1 정공 수송층(HTL1) 및 제2 정공 수송층(HTL2)을 포함하는 다층 구조일 수도 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)이 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
발광층(EML)은 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물을 1종 또는 2종 이상 포함할 수 있다. 발광층(EML)은 화학식 1로 표시되는 헤테로환 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.
발광층(EML)은 호스트 및 도펀트를 포함할 수 있으며, 호스트가 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
이에 한정되는 것은 아니나, 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물을 포함하는 발광층(EML)은 열 활성 지연 형광을 방사하는 것일 수 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 도펀트를 더 포함할 수 있다. 도펀트는 통상적으로 사용하는 물질이라면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 예를 들어, (10-phenyl-10H,10'H-spiro[acridine-9,9'-anthracen]-10'-one (ACRSA), 9,9'-(sulfonylbis(4,1-phenylene))bis(3,6-di-tert-butyl-9H-carbazole), 10,10'-((4-phenyl-4H-1,2,4-triazole-3,5-diyl)bis(4,1-phenylene))bis(10H-phenoxazine), bis(4-(9H-[3,9'-bicarbazol]-9-yl)phenyl)methanone, 10,10'-(sulfonylbis(4,1-phenylene))bis(9,9-dimethyl-9,10-dihydroacridine), 9'-(4-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)phenyl)-3,3'',6,6''-tetraphenyl-9'H-9,3':6',9''-tercarbazole, 9'-(4-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)phenyl)-9'H-9,3':6',9''-tercarbazole, 9,9'-(5-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)-1,3-phenylene)bis(9H-carbazole), 9,9',9'',9'''-((6-phenyl-1,3,5-triazine-2,4-diyl)bis(benzene-5,3,1-triyl))tetrakis(9H-carbazole), 9,9'-(sulfonylbis(4,1-phenylene))bis(3,6-dimethoxy-9H-carbazole), 9-(4-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)phenyl)-9H-carbazole, 5,9-diphenyl-5,9-dihydro-5,9-diaza-13b-boranaphtho[3,2,1-de]anthracene, 10-(4-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)phenyl)-9,9-dimethyl-9,10-dihydroacridine, 또는 2,6-di(9H-carbazol-9-yl)-4-phenylpyridine-3,5-dicarbonitrile) 등이 사용될 수 있다.
발광층(EML)은 예를 들어 약 100Å 내지 약 1000Å의 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)이 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
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, 발광층(EML)으로부터 차례로 적층된 전자 수송층(ETL)/전자 주입층(EIL), 제1 전자 수송층(ETL1)/제2 전자 수송층(ETL2)/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.
전술한 바와 같이, 전자 수송 영역(ETR)은 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있고, 복수의 층 중 적어도 하나의 층이 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물을 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 전자 수송 영역(ETR)은 발광층(EML) 상에 제공된 제1 전자 수송층(ETL1), 제1 전자 수송층(ETL1) 상에 제공된 제2 전자 수송층(ELT2), 및 제2 전자 수송층(ETL2) 상에 제공된 전자 주입층(EIL)을 포함하고, 제1 전자 수송층(ETL1) 및 제2 전자 수송층(ETL2) 중 적어도 하나가 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물을 포함하는 것일 수 있다. 복수의 층 중 발광층(EML)과 접하는 층이 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물을 포함하는 것일 수 있으며, 예를 들어, 제1 전자 수송층(ETL1)이 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물을 포함하는 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 DPEPO(bis[2-(diphenylphosphino)phenyl]ether oxide), 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)의 두께는 약 100Å 내지 약 1500Å, 예를 들어 약 150Å 내지 약 500Å일 수 있다. 전자 수송층(ETL)은 단층 구조일 수도 있고, 제1 전자 수송층(ETL1) 및 제2 전자 수송층(ETL2)을 포함하는 다층 구조일 수도 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)은 Ag, Mg, Cu, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Mo, Ti 또는 이들을 포함하는 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)를 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 헤테로환 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하며, 이로 인해 고효율 및 장수명을 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)
본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물은 예를 들어, 하기와 같이 합성할 수 있다. 다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물의 합성 방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
1. 화합물 1의 합성
본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물인 화합물 1은 예를 들어, 하기 반응에 의해 합성될 수 있다.
Figure pat00039
아르곤(Ar) 분위기 하, 500 mL의 삼구 플라스크에, diphenyl ether (5.0 g), N,N,N',N'-Tetramethylethylenediamine (TMEDA) (9.6 mL)을 탈수 THF (200 mL) 에 용해하고, 0°C에서 n-BuLi (1.6 M in hexane, 40.4 mL) 를 적하했다. 실온에서 16시간 교반한 후, 0°C에서 Diphenyldichlorosilane (6.1 mL) 를 적하하고, 실온에서 16시간 더 교반했다. 물을 더해 CH2Cl2로 추출하고, 유기층을 분리하여 MgSO4로 건조한 후, 용매를 감압 유거했다. 얻어진 조생성물은 실리카겔 컬럼 크로마토크래피로 정제하여, 화합물 A를 5.6g(수율 54%) 얻었다. FAB-MS 측정으로 측정된 화합물 A의 분자량은, 350이었다.
아르곤(Ar) 분위기 하, 500 mL의 삼구 플라스크에, 화합물 A (5.0 g), TMEDA (4.9 mL)를 탈수 THF (100 mL) 에 용해하고, 0°C에서n-BuLi (1.6 M in hexane, 19.6 mL) 를 적하했다. 실온에서 16시간 교반한 후, 0°C에서 Chlorodiphenylphosphine (5.8 mL)을 적하하고, 실온에서 16시간 더 교반했다. 물을 더하여 CH2Cl2로 추출, 유기층을 분리하여 MgSO4로 건조한 후, 용매를 감압유거했다. 얻어진 조생성물을 CH2Cl2 (140 mL)에 용해하여, 0°C 에서 Hydrogen peroxide(30%, 3 mL)를 적하했다. 실온에서 3시간 교반한 후, 물과 CH2Cl2를 더하여 유기층을 분취, MgSO4로 건조한 후, 용매를 감압유거했다. 얻어진 조생성물을 톨루엔(Toluene)을 이용한 재결정으로 정제하여, 화합물 1을 5.3g(수율 50%)얻었다. FAB-MS 측정으로 측정된 화합물 1의 분자량은, 750이었다.
2. 화합물 2의 합성
Figure pat00040
아르곤(Ar) 분위기 하, 500 mL의 삼구 플라스크에, diphenyl ether (5.0 g), TMEDA (9.6 mL)를 탈수 THF (200 mL)에 용해하여, 0°C에서 n-BuLi (1.6 M in hexane, 40.4 mL)를 적하했다. 실온에서 16시간 교반한 후, 0°C 에서 Dichlorodimethylsilane (3.5 mL)를 적하하고 실온에서 16시간을 더 교반했다. 물을 더하여 CH2Cl2로 추출하여 유기층을 분리하고 MgSO4로 건조한 후, 용매를 감압유거했다. 얻어진 조생성물을 실리카겔 컬럼 크로마토크래피로 정제하여, 화합물 B를 3.7g(수율 56%) 얻었다. FAB-MS 측정으로 측정된 화합물 B의 분자량은, 226이었다.
이어서, 아르곤(Ar) 분위기 하, 500 mL의 삼구 플라스크에, 화합물 B (4.0 g), TMEDA (5.8 mL)를 탈수 THF (150 mL)에 용해하고, 0°C에서 n-BuLi (1.6 M in hexane, 24.3 mL)를 적하했다. 실온에서 16시간 교반한 후, 0°C에서 Chlorodiphenylphosphine (8.2 mL) 를 적하, 실온에서 16시간 더 교반했다. 물을 더하여 CH2Cl2로 추출, 유기층을 분리하여 MgSO4로 건조한 후, 용매를 감압유거했다. 얻어진 조생성물을 CH2Cl2(150 mL)에 용해, 0°C 에서 Hydrogen peroxide(30%, 3.6 mL)를 적하했다. 실온에서 3시간 교반한 후, 물과 CH2Cl2를 더하여 유기층을 분취, MgSO4에서 건조한 후, 용매를 감압 유거했다. 얻어진 조생성물을 톨루엔(Toluene)을 이용한 재결정에 의해 정제하여, 화합물 2를 5.5g(수율 50%) 얻었다. FAB-MS 측정으로 측정된 화합물 2의 분자량은, 626이었다.
3. 화합물 5의 합성
Figure pat00041
아르곤(Ar) 분위기 하, 500mL의 삼구 플라스크에, 화합물 A (5.0 g), TMEDA (4.9 mL)를 탈수 THF (100 mL) 에 용해하고, 0°C에서 n-BuLi (1.6 M in hexane, 19.6 mL)를 적하했다. 실온에서 16시간 교반한 후, 0°C에서 Chlorodiphenylphosphine (5.8 mL)을 적하하여, 실온에서 16시간 더 교반했다. 물을 더해 CH2Cl2로 추출하여 유기층을 분리하고 MgSO4로 건조한 후, 용매를 감압유거했다. 얻어진 조생성물을 톨루엔(Toluene) (140 mL)으로 용해, silica gel을 이용하여 여과한 후, 유황 (0.9 g) 을 더해 8시간 가열 환류했다. 물과 CH2Cl2을 더하여 유기층을 분취, MgSO4로 건조한 후, 용매를 감압유거했다. 얻어진 조생성물을 톨루엔(Toluene)을 이용한 재결정으로 정제하여, 화합물 5를 6.7g(수율 60%) 얻었다. FAB-MS 측정으로 측정된 화합물 5의 분자량은, 782였다.
4. 화합물 13의 합성
Figure pat00042
아르곤(Ar) 분위기 하, 500 mL의 삼구 플라스크에, 화합물 A (5.0 g), TMEDA (4.9 mL)를 탈수 THF (100 mL)에 용해하고, 0°C에서 n-BuLi (1.6 M in hexane, 19.6 mL) 를 적하했다. 실온에서 16시간 교반한 후, -78°C에서 1,2-Dibromoethane (3.7 mL) 을 적하하여, 2시간동안 교반하여 실온까지 승온시킨 후, 실온에서 12시간 더 교반하였다. 물을 더하여 추출하여 유기층을 분리하고 MgSO4로 건조한 후, 용매를 감압유거했다. 얻어진 조생성물을 실리카겔 컬럼 크로마토크래피로 정제하여, 화합물 C를 3.7g(수율 52%) 얻었다. FAB-MS 측정으로 측정된 화합물 C의 분자량은, 508이었다.
이어서, 아르곤(Ar) 분위기 하, 500mL의 삼구 플라스크에, 화합물 C (3.5 g), 카바졸 (2.3 g), CuI (0.13 g), 1,10-Phenanthroline (0.25 g), K2CO3 (3.8 g)를 더하여, DMF (100 mL) 중, 100°C에서 8시간 가열 교반했다. 공랭 후, 물과 CH2Cl2로 추출하여 유기층을 분리하고 MgSO4로 건조한 후, 용매를 감압유거했다. 얻어진 조생성물을 실리카겔 컬럼 크로마토크래피로 정제하여, 화합물 13을 2.8g(수율 61%) 얻었다. FAB-MS 측정으로 측정된 화합물 13의 분자량은, 680이었다.
5. 화합물 17의 합성
Figure pat00043
아르곤(Ar) 분위기 하, 500 mL 삼구 플라스크에, 화합물 C(3.5 g), 9,10-Dihydro-9,9-dimethylacridine (2.9 g), CuI (0.13 g), 1,10-Phenanthroline (0.25 g), K2CO3 (3.8 g)를 더해, DMF (100 mL) 중, 100°C에서 10시간 가열 교반했다. 공랭 후, 물과 CH2Cl2를 더하여 유기층을 분취, MgSO4로 건조한 후, 용매를 감압유거했다. 얻어진 조생성물을 실리카겔 컬럼 크로마토크래피로 정제하여, 화합물 17을 3.1g (수율 60%) 얻었다. FAB-MS 측정으로 측정된 화합물 17의 분자량은, 765였다.
6. 화합물 22의 합성
Figure pat00044
아르곤(Ar) 분위기 하, 500mL의 삼구 플라스크에, 화합물 B (5.0 g), TMEDA (5.1 mL)를 탈수 THF (150 mL)에 용해하여, 0°C에서 n-BuLi (1.6 M in hexane, 21.2 mL) 를 적하했다. 실온에서 16시간 교반한 후, -78°C에서 1,2-Dibromoethane (4.0 mL) 을 적하, 실온까지 2시간동안 승온시키고, 실온에서 12시간을 더 교반했다. 물과 CH2Cl2를 더하여 유기층을 분취, MgSO4로 건조한 후, 용매를 감압유거했다. 얻어진 조생성물을 실리카겔 컬럼 크로마토크래피로 정제하여, 화합물 D를 3.8g(수율 65%) 얻었다. FAB-MS 측정으로 측정된 화합물 D의 분자량은, 384였다.
이어서 아르곤(Ar) 분위기 하, 500mL의 삼구 플라스크에, 화합물 D(3.5 g), 10,10-Diphenyl-5,10-dihydrodibenzo[b,e][1,4]azasiline(6.4 g), CuI (0.17 g), 1,10-Phenanthroline(0.32 g), K2CO3 (5.0 g)을 더하여, DMF (90 mL) 중, 100°C에서 10시간 가열 교반했다. 공랭 후, 물과 CH2Cl2를 더하여 유기층을 분취, MgSO4로 건조한 후, 용매를 감압유거했다. 얻어진 조생성물을 실리카겔 컬럼 크로마토크래피로 정제하여, 화합물 22를 5.0g(수율 60%) 얻었다. FAB-MS 측정으로 측정된 화합물 22의 분자량은, 921이었다.
7. 화합물 23의 합성예
Figure pat00045
아르곤(Ar) 분위기 하, 500 mL의 삼구 플라스크에, 화합물 C(3.5 g)를 탈수 THF (100 mL)에 용해하여, -78°C에서 n-BuLi (1.6 M in hexane, 8.6 mL)를 적하했다. -78°C에서 2시간 교반한 후, Triphenylchlorosilane (4.1 g)을 탈수 THF (50 mL)에 용해 적하하여, 실온까지 상온시키면서 2시간 교반했다. 물과 CH2Cl2를 더하여 유기층을 분취, MgSO4로 건조한 후, 용매를 감압유거했다. 얻어진 조생성물을 실리카겔 컬럼 크로마토크래피로 정제하여, 화합물 23을 4.0g(수율 68%) 얻었다. FAB-MS 측정으로 측정된 화합물 23의 분자량은, 867이었다.
(소자 작성예 1)
상술한 화합물 1, 2, 5, 13, 17, 22 및 23을 발광층 재료로 사용하여 실시예 1 내지 7의 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
[실시예 화합물]
Figure pat00046
하기 비교예 화합물 DPEPO, X-1, X-2, X-3 및 X-4를 발광층 재료로 사용하여 비교예 1 내지 5의 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
[비교예 화합물]
Figure pat00047
Figure pat00048
Figure pat00049
실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 5의 유기 전계 발광 소자는 ITO로 150nm 두께의 제1 전극을 형성하고, HAT-CN으로 10nm 두께의 정공 주입층을 형성하고, α-NPD로 80nm 두께의 제1 정공 수송층을 형성하고, mCP로 5nm 두께의 제2 정공 수송층을 형성하고, 실시예 화합물 또는 비교예 화합물에 ACRSA를 18% 도핑한 20nm 두께의 발광층을 형성하고, DPEPO로 10nm 두께의 제1 전자 수송층을 형성하고, TPBi로 30nm 두께의 제2 전자 수송층을 형성하고, LiF로 0.5nm 두께의 전자 주입층을 형성하고, Al로 100nm 두께의 제2 전극을 형성하였다. 각 층은 모두 진공 증착법으로 형성하였다.
Figure pat00050
상기 HAT-CN, α-NPD, Mcp, DPEPO, TPBi, ACRSA는 공지 화합물이며, 시판품을 승화 정제하여 사용했다.
발광층 호스트 최대 발광 효율 반감 수명
실시예 1 실시예 화합물 1 115% 220%
실시예 2 실시예 화합물 2 115% 200%
실시예 3 실시예 화합물 5 115% 210%
실시예 4 실시예 화합물 13 105% 260%
실시예 5 실시예 화합물 17 110% 190%
실시예 6 실시예 화합물 22 115% 200%
실시예 7 실시예 화합물 23 110% 200%
비교예 1 DPEPO 100% 100%
비교예 2 비교예 화합물 X-1 100% 80%
비교예 3 비교예 화합물 X-2 100% 90%
비교예 4 비교예 화합물 X-3 90% 70%
비교예 5 비교예 화합물 X-4 90% 40%
제작한 유기 전계 발광 소자의 발광 특성 평가는 하마마츠 포토닉스사 제품 C9920-11 휘도배향특성 측정 장치를 이용했다.
표 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물을 발광층 호스트 재료로 적용한 경우, 고효율 및 장수명 효과가 있음을 알 수 있다. 구체적으로, 실시예 1 내지 7과 비교예 1을 비교하면, 효율 및 수명 특성이 우수하며, 이는 DPEPO의 diphenylether 부위를 Si 원자로 가교함에 의해 화합물의 안정성이 향상되고, 전하 이동도가 향상되었기 때문이다. 비교예 2 내지 4에서도 Si 원자로 가교하고 있으나, 비교예 2의 경우 분자량이 커서 증착시에 분해 생성물이 혼합됨에 따라 효율 및 수명 특성이 저하되며, 비교예 3의 경우 디벤조옥사실린(dibenzooxasiline)의 산소 원자의 메타(meta) 위치(Si 원자의 파라(para) 위치)에 질소 원자가 위치되어 있기 때문에 디벤조옥사실린의 전하 내성이 저하되어 효율 및 수명 특성이 저하된다. 비교예 4의 경우, 디페닐아민(diphenylamine) 부위의 전하 내성이 낮아 수명이 짧다. 비교예 5의 경우, Si-Si 결합의 안정성이 낮아 수명 특성이 저하되며, 또한 디벤조옥사실린 부위에 화학식 2 내지 4에 해당하는 치환기를 지니고 있지 않기 때문에 전하 이동도가 불충분해 효율 특성이 저하된다.
상기 결과를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물은 디벤조옥사실린의 산소 원자의 오르쏘(ortho) 위치에 치환기를 도입한 화합물은 디벤조옥사실린의 안정성을 저하하지 않으며, 이를 이용한 유기 전계 발광 소자에서는 고효율 및 장수명의 효과를 구현할 수 있음을 알 수 있다.
(소자 작성예 2)
실시예 8 내지 11 및 비교예 6 내지 10의 유기 전계 발광 소자는 ITO로 150nm 두께의 제1 전극을 형성하고, HAT-CN으로 10nm 두께의 정공 주입층을 형성하고, α-NPD로 80nm 두께의 제1 정공 수송층을 형성하고, mCP로 5nm 두께의 제2 정공 수송층을 형성하고, DPEPO에 ACRSA를 18% 도핑한 20nm 두께의 발광층을 형성하고, 실시예 화합물 또는 비교예 화합물로 10nm 두께의 제1 전자 수송층을 형성하고, TPBi로 30nm 두께의 제2 전자 수송층을 형성하고, LiF로 0.5nm 두께의 전자 주입층을 형성하고, Al로 100nm 두께의 제2 전극을 형성하였다. 각 층은 모두 진공 증착법으로 형성하였다.
제1 전자 수송층 최대 발광 효율 반감 수명
실시예 8 실시예 화합물 1 120% 230%
실시예 9 실시예 화합물 2 120% 210%
실시예 10 실시예 화합물 5 120% 200%
실시예 11 실시예 화합물 23 115% 200%
비교예 6 DPEPO 100% 100%
비교예 7 비교예 화합물 X-1 100% 90%
비교예 8 비교예 화합물X-2 70% 70%
비교예 9 비교예 화합물X-3 70% 60%
비교예 10 비교예 화합물X-4 65% 40%
제작한 유기 전계 발광 소자의 발광 특성 평가는 하마마츠 포토닉스사 제품 C9920-11 휘도배향특성 측정 장치를 이용했다.
(소자 작성예 3)
실시예 12 내지 14 및 비교예 11 내지 15의 유기 전계 발광 소자는 ITO로 150nm 두께의 제1 전극을 형성하고, HAT-CN으로 10nm 두께의 정공 주입층을 형성하고, α-NPD로 80nm 두께의 제1 정공 수송층을 형성하고, 실시예 화합물 또는 비교예 화합물로 5nm 두께의 제2 정공 수송층을 형성하고, DPEPO에 ACRSA를 18% 도핑한 20nm 두께의 발광층을 형성하고, DPEPO로 10nm 두께의 제1 전자 수송층을 형성하고, TPBi로 30nm 두께의 제2 전자 수송층을 형성하고, LiF로 0.5nm 두께의 전자 주입층을 형성하고, Al로 100nm 두께의 제2 전극을 형성하였다. 각 층은 모두 진공 증착법으로 형성하였다.
제2 정공 수송층 최대 발광 효율 반감 수명
실시예 12 실시예 화합물 13 120% 130%
실시예 13 실시예 화합물 17 115% 110%
실시예 14 실시예 화합물 22 115% 120%
비교예 11 mCP 100% 100%
비교예 12 비교예 화합물 X-1 60% 50%
비교예 13 비교예 화합물X-2 100% 90%
비교예 14 비교예 화합물X-3 95% 90%
비교예 15 비교예 화합물X-4 85% 50%
제작한 유기 전계 발광 소자의 발광 특성 평가는 하마마츠 포토닉스사 제품 C9920-11 휘도배향특성 측정 장치를 이용했다.
표 2 및 표 3의 결과를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물은 정공 수송 재료 또는 전자 수송 재료로도 사용 가능하며, 효율 및 수명도 우수함을 알 수 있다.
이상, 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 HIL: 정공 주입층
HTL: 전자 수송층 EML: 발광층
ETR: 전자 수송 영역 ETL: 전자 수송층
EIL: 전자 주입층 EL2: 제2 전극

Claims (19)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물:
    [화학식 1]
    Figure pat00051

    상기 화학식 1에서,
    R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 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,
    X1 및 X2는 각각 독립적으로 하기 화학식 2 내지 4 중 어느 하나로 표시되며,
    [화학식 2] [화학식 3]
    Figure pat00052
    Figure pat00053

    [화학식 4]
    Figure pat00054

    상기 화학식 2에서, Y는 O 또는 S이고,
    상기 화학식 3에서, Z는 직접결합(direct linkage), CR10R11, 또는 SiR12R13이며,
    상기 화학식 2 내지 4에서, R3 내지 R13은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 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,
    a 및 b는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이며,
    c 및 d는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이다.
  2. 제1항에 있어서,
    R1 및 R2가 서로 동일한 것인 헤테로환 화합물.
  3. 제1항에 있어서,
    R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 6 이하의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 페닐기인 것인 헤테로환 화합물.
  4. 제1항에 있어서,
    X1 및 X2가 서로 동일한 것인 헤테로환 화합물.
  5. 제1항에 있어서,
    X1 및 X2가 각각 독립적으로 상기 화학식 2로 표시되는 것인 헤테로환 화합물.
  6. 제1항에 있어서,
    X1 및 X2가 각각 독립적으로 하기 화학식 3-1 내지 3-5 중 어느 하나로 표시되는 것인 헤테로환 화합물:
    [화학식 3-1] [화학식 3-2] [화학식 3-3]
    Figure pat00055
    Figure pat00056
    Figure pat00057

    [화학식 3-4] [화학식 3-5]
    Figure pat00058
    Figure pat00059

    상기 화학식 3-1 내지 3-5에서, R5, R6, c 및 d는 청구항 1에서 정의한 바와 동일하다.
  7. 제1항에 있어서,
    X1 및 X2가 각각 독립적으로 하기 화학식 4-1 내지 4-5 중 어느 하나로 표시되는 것인 헤테로환 화합물:
    [화학식 4-1] [화학식 4-2] [화학식 4-3]
    Figure pat00060
    Figure pat00061
    Figure pat00062

    [화학식 4-4] [화학식 4-5]
    Figure pat00063
    Figure pat00064
    .
  8. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 선택되는 어느 하나인 것인 헤테로환 화합물:
    [화합물군 1]
    Figure pat00065

    Figure pat00066

    Figure pat00067

    Figure pat00068
    .
  9. 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 헤테로환 화합물을 포함하는 것인 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 1]
    Figure pat00069

    상기 화학식 1에서,
    R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 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,
    X1 및 X2는 각각 독립적으로 하기 화학식 2 내지 4 중 어느 하나로 표시되며,
    [화학식 2] [화학식 3]
    Figure pat00070
    Figure pat00071

    [화학식 4]
    Figure pat00072

    상기 화학식 2에서, Y는 O 또는 S이고,
    상기 화학식 3에서, Z는 직접결합(direct linkage), CR10R11, 또는 SiR12R13이며,
    상기 화학식 2 내지 4에서, R3 내지 R13은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 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,
    a 및 b는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이며,
    c 및 d는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이다.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 발광층이 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물을 포함하는 것인 유기 전계 발광 소자.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 정공 수송 영역은 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가지고, 상기 복수의 층 중 상기 발광층과 접하는 층이 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물을 포함하는 것인 유기 전계 발광 소자.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 전자 수송 영역은 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가지고, 상기 복수의 층 중 상기 발광층과 접하는 층이 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물을 포함하는 것인 유기 전계 발광 소자.
  13. 제9항에 있어서,
    R1 및 R2가 서로 동일한 것인 유기 전계 발광 소자.
  14. 제9항에 있어서,
    R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 6 이하의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 페닐기인 것인 유기 전계 발광 소자.
  15. 제9항에 있어서,
    X1 및 X2가 서로 동일한 것인 유기 전계 발광 소자.
  16. 제9항에 있어서,
    X1 및 X2가 각각 독립적으로 상기 화학식 2로 표시되는 것인 유기 전계 발광 소자.
  17. 제9항에 있어서,
    X1 및 X2가 각각 독립적으로 하기 화학식 3-1 내지 3-5 중 어느 하나로 표시되는 것인 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 3-1] [화학식 3-2] [화학식 3-3]
    Figure pat00073
    Figure pat00074
    Figure pat00075

    [화학식 3-4] [화학식 3-5]
    Figure pat00076
    Figure pat00077

    상기 화학식 3-1 내지 3-5에서, R5, R6, c 및 d는 청구항 9에서 정의한 바와 동일하다.
  18. 제9항에 있어서,
    X1 및 X2가 각각 독립적으로 하기 화학식 4-1 내지 4-5 중 어느 하나로 표시되는 것인 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 4-1] [화학식 4-2] [화학식 4-3]
    Figure pat00078
    Figure pat00079
    Figure pat00080

    [화학식 4-4] [화학식 4-5]
    Figure pat00081
    Figure pat00082
    .
  19. 제9항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 선택되는 적어도 하나인 것인 유기 전계 발광 소자:
    [화합물군 1]
    Figure pat00083

    Figure pat00084

    Figure pat00085

    Figure pat00086
    .
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