KR20190035990A - 함규소 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자 - Google Patents
함규소 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자Info
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Abstract
발광 효율을 향상시키는 함규소 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자를 제공한다. 본 발명에 따른 함규소 화합물은 하기 화학식 1로 표시된다.
[화학식 1]
[화학식 1]
Description
본 발명은 함규소 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자에 대한 것이며, 보다 상세하게는 규소 원자를 포함하는 함규소 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자에 대한 것이다.
최근, 영상 표시 장치로서, 유기 전계 발광 표시 장치(Organic Electroluminescence Display)의 개발이 왕성하게 이루어져 왔다. 유기 전계 발광 표시 장치는 액정 표시 장치 등과는 다르고, 제1 전극 및 제2 전극으로부터 주입된 정공 및 전자를 발광층에 있어서 재결합시킴으로써, 발광층에 있어서 유기 화합물을 포함하는 발광 재료를 발광시켜서 표시를 실현하는 소위 자발광형의 표시 장치이다.
유기 전계 발광 소자를 표시 장치에 응용함에 있어서는, 유기 전계 발광 소자의 저 구동 전압화, 고 발광 효율화 및 장수명화가 요구되고 있으며, 이를 안정적으로 구현할 수 있는 유기 전계 발광 소자용 재료 개발이 지속적으로 요구되고 있다.
특히, 최근에는 고효율 유기 전계 발광 소자를 구현하기 위해 삼중항 상태의 에너지를 이용하는 인광 발광이나, 삼중항 여기자의 충돌에 의해 일중항 여기자가 생성되는 현상(Triplet-triplet annihilation, TTA)를 이용한 지연 형광 발광에 대한 기술이 개발되고 있으며, 지연 형광 현상을 이용한 열 활성 지연 형광(Thermally Activated Delayed Fluorescence, TADF) 재료에 대한 개발이 진행되고 있다.
본 발명의 목적은 발광 효율을 개선할 수 있는 유기 전계 발광 소자용 함규소 화합물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 함규소 화합물을 포함하여 발광 효율을 개선한 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것이다.
일 실시예는 하기 화학식 1로 표시되는 함규소 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, L1, L2, 및 L3은 각각 독립적으로, 직접결합(direct linkage), O, 또는 S이고, R1 내지 R6은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 포스핀기, 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 내지 f는 각각 독립적으로, 0 이상 4 이하의 정수이다.
상기 L1 내지 L3은 동일한 것일 수 있다.
상기 L1 및 상기 L3은 동일하고, 상기 L2는 상기 L1 및 상기 L3과 상이한 것일 수 있다.
상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-3 중 어느 하나로 표시될수 있다.
[화학식 1-1]
[화학식 1-2]
[화학식 1-3]
상기 화학식 1-1 내지 화학식 1-3에서, L2, R1 내지 R6, 및 a 내지 f는 상기화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
상기 R1 내지 R6은 각각 독립적으로, 불소 원자, t-부틸기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 트리페닐실릴기, 디페닐아미노기, 디페닐포스핀옥사이드기, 또는 헤테로 원자로 N을 포함하는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로 아릴기일 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 함규소 화합물은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물 중 어느 하나일 수 있다.
다른 실시예는 제1 전극; 상기 제1 전극과 마주하는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 발광층을 포함하는 복수의 유기층들; 을 포함하고, 상기 유기층들 중 적어도 하나의 유기층은 하기 화학식 1로 표시되는 함규소 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자를 제공한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, L1, L2, 및 L3은 각각 독립적으로, 직접결합(direct linkage), O, 또는 S이고, R1 내지 R6은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 포스핀기, 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 내지 f는 각각 독립적으로, 0 이상 4 이하의 정수이다.
상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-3 중 어느 하나로 표시될수 있다.
[화학식 1-1]
[화학식 1-2]
[화학식 1-3]
상기 화학식 1-1 내지 화학식 1-3에서, L2, R1 내지 R6, 및 a 내지 f는 상기화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
상기 발광층은 상기 화학식 1로 표시되는 함규소 화합물을 포함할 수 있다.
상기 발광층은 호스트 및 도펀트를 포함하며, 상기 도펀트는 열활성 지연 형광 발광 도펀트를 포함하고, 상기 호스트는 상기 화학식 1로 표시되는 함규소 화합물을 포함할 수 있다.
상기 도펀트는 ACRSA(10-phenyl-10H, 10'H-spiro[acridine-9,9′'-anthracene]-10'-one), 4CzPN(3,4,5,6-Tetra-9H-carbazol-9-yl-1,2-benzenedicarbonitrile), 4CzIPN(2,4,5,6-Tetra-9H-carbazol-9-yl-isophthalonitrile), DMAC-DPS(Bis[4-9,9-dimethyl-9,10-dihydroacridine)phenyl]solfone), 및 PSZ-TRZ(2-phenoxazine-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 함규소 화합물의 최저 삼중항 에너지 준위는 상기 도펀트의 최저 삼중항 에너지 준위보다 높을 수 있다.
상기 발광층은 열활성 지연 형광 발광하는 청색광을 방출할 수 있다.
상기 유기층들은 상기 제1 전극과 상기 발광층 사이에 배치된 정공 수송 영역; 및 상기 발광층과 상기 제2 전극 사이에 배치된 전자 수송 영역; 을 포함하고, 상기 정공 수송 영역은 상기 화학식 1로 표시되는 함규소 화합물을 포함할 수 있다.
상기 유기층들 중 적어도 하나의 유기층은 하기 화합물군 1에 표시된 함규소 화합물들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
[화합물군 1]
일 실시예의 함규소 화합물은 유기 전계 발광 소자의 발광 효율을 개선할 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 발광층 또는 정공 수송 영역에 일 실시예의 함규소 화합물을 포함하여 고효율을 구현할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
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 출원에서, "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.
본 명세서에서, -* 는 연결되는 위치를 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, 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 50 이하, 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, 트리페닐에닐기, 피레닐기, 벤조 플루오란테닐기, 크리세닐기 등을 예시할 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 플루오레닐기는 치환될 수 있고, 치환기 2개가 서로 결합하여 스피로 구조를 형성할 수도 있다
본 명세서에서, 헤테로아릴기는 이종 원소로 O, N, P, Si 및 S 중 1개 이상을 포함하는 헤테로아릴기일 수 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, 피리딘기, 비피리딘기, 피리미딘기, 트리아진기, 트리아졸기, 아크리딜기, 피리다진기, 피라지닐기,퀴놀린기, 퀴나졸린기, 퀴녹살린기, 페녹사진기, 프탈라진기, 피리도 피리미딘기, 피리도 피라진기, 피라지노 피라진기, 이소퀴놀린기, 인돌기, 카바졸기, N-아릴카바졸기, N-헤테로아릴카바졸기, N-알킬카바졸기, 벤조옥사졸기, 벤조이미다졸기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 티에노티오펜기, 벤조퓨란기, 페난트롤린기, 티아졸기, 이소옥사졸기, 옥사디아졸기, 티아디아졸기, 페노티아진기, 디벤조실롤기 및 디벤조퓨란기 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 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, 나프틸아민기, 9-메틸-안트라세닐아민기, 트리페닐아민기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 포스핀기는 치환 또는 비치환된 아릴포스핀기 및 치환 또는 비치환된 포스핀옥사이드기를 포함할 수 있다. 치환 또는 비치환된 포스핀옥사이드기는 알킬기 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 포스핀옥사이드기일 수 있다. 예를 들어, 포스핀기는 디페닐포스핀기, 디메틸포스핀옥사이드기, 또는 디페닐포스핀옥사이드기일 수 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
이하에서는 일 실시예에 따른 함규소 화합물에 대하여 설명한다.
일 실시예의 함규소 화합물은 하기 화학식 1로 표시된다.
[화학식 1]
화학식 1에서, L1, L2, 및 L3은 각각 독립적으로, 직접결합(direct linkage), O, 또는 S이고, R1 내지 R6은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 포스핀기, 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 내지 f는 각각 독립적으로, 0 이상 4 이하의 정수일 수 있다.
화학식 1로 표시되는 함규소 화합물은 중심의 규소(Si) 원자가 두 개의 치환 또는 비치환된 아민기 및 두 개의 치환 또는 비치환된 아릴기와 연결된 디아미노실란(diaminosilane) 유도체일 수 있다. 화학식 1로 표시되는 함규소 화합물은 중심의 규소(Si) 원자와 치환기들이 링커로 모두 연결된 고리 화합물일 수 있다.
화학식 1에서 L1, L2, 및 L3은 모두 동일한 것일 수 있다. 또한, 이와 달리 화학식 1에서 L1, L2, 및 L3 중 적어도 하나는 상이한 것일 수 있다.
예를 들어, L1, L2, 및 L3은 모두 직접 결합일 수 있다. 또는 L1, L2, 및 L3은 모두 O이거나, 또는 L1, L2, 및 L3은 모두 S일 수 있다.
화학식 1에서 L1, L2, 및 L3 중 적어도 하나는 상이한 것일 수 있으며, 예를 들어 L1 및 L3은 동일하고, L2는 L1 및 L3과 상이한 것일 수 있다. 구체적으로, L1 및 L3은 직접 결합이고, L2는 O 또는 S일 수 있다. 또한, L1 및 L3은 O이고, L2는 직접 결합 또는 S일 수 있으며, L1 및 L3은 S이고, L2는 직접 결합 또는 O일 수 있다.
화학식 1에서 R1 내지 R6은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 포스핀기, 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 헤테로아릴기일 수 있다. 또한, a 내지 f는 각각 독립적으로, 0 이상 4 이하의 정수일 수 있다.
예를 들어, 화학식 1에서 a 내지 f는 모두 0일 수 있으며, 이때, 일 실시예의 함규소 화합물의 규소(Si) 원자와 연결된 아민기 또는 아릴기는 모두 비치환된 것일 수 있다. 한편, a 내지 f가 각각 독립적으로 2 이상의 정수인 경우, 복수 개의 R1 내지 R6은 서로 동일하거나 또는 서로 상이한 것일 수 있다.
화학식 1에서 R1 내지 R6은 각각 독립적으로 불소 원자, t-부틸기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 또는 헤테로 원자로 N을 포함하는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다.
구체적으로 화학식 1에서, R1 내지 R6 중 적어도 하나는 불소 원자, t-부틸기, 비치환된 페닐기, 시아노기, 트리페닐실릴기, 카바졸기, 피리딘기 등일 수 있다. 또한, 화학식 1에서 R1 내지 R6 중 적어도 하나는 디페닐아미노기, 디페닐포스핀옥사이드기 등일 수 있다.
화학식 1로 표시되는 일 실시예의 함규소 화합물은 규소(Si) 원자를 중심으로 좌우가 대칭되는 형태의 화합물일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예의 함규소 화합물은 규소(Si) 원자 및 L2를 기준으로 양측의 단위(moiety)들이 대칭되는 것일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
화학식 1로 표시되는 일 실시예의 함규소 화합물은 화학식 1-1 내지 화학식 1-3 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 1-1]
[화학식 1-2]
[화학식 1-3]
상기 화학식 1-1은 L1 및 L3이 모두 직접 결합인 경우를 나타낸 것이고, 화학식 1-2는 L1 및 L3이 모두 O인 경우, 화학식 1-3은 L1 및 L3이 모두 S인 경우를 나타낸 것이다. 화학식 1-1 내지 화학식 1-3에 있어서 L2, R1 내지 R6, 및 a 내지 f에 대하여는 상술한 화학식 1에 대한 설명과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
화학식 1로 표시되는 일 실시예의 함규소 화합물은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.
[화합물군 1]
상술한 일 실시예의 함규소 화합물은 유기 전계 발광 소자에 사용되어 유기 전계 발광 소자의 발광 효율을 개선시킬 수 있다. 일 실시예의 함규소 화합물은 유기 전계 발광 소자의 마주하는 전극들 사이에 배치되는 유기층의 재료로 사용될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예의 함규소 화합물은 발광층 재료로 사용되거나 또는 정공 수송 영역의 재료로 사용되어 유기 전계 발광 소자의 발광 효율을 개선할 수 있다.
또한, 일 실시예의 함규소 화합물은 열활성 지연 형광(Thermally activated delayed fluorescence) 도펀트와 함께 발광층에 포함되어 발광 효율을 보다 개선할 수 있으며, 특히 청색광을 발광하는 발광층에 사용되어 유기 전계 발광 소자의 발광 효율을 보다 개선할 수 있다.
한편, 일 실시예의 함규소 화합물은 정공 수송 영역에 포함될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예의 함규소 화합물은 정공 수송 영역의 정공 수송층 재료로 포함되어 유기 전계 발광 소자의 발광 효율을 개선할 수 있다.
즉, 일 실시예의 함규소 화합물은 규소(Si) 원자를 중심으로 하고, 규소(Si) 원자에 결합한 치환기들을 링커로 연결한 고리 형상을 가짐으로써 높은 분자 안정성을 가질 수 있다. 또한 규소(Si) 원자를 중심으로 한 일 실시예의 함규소 화합물은 높은 삼중항 에너지 준위(triple energy level, T1)를 가짐으로써 열활성 지연 형광 발광하는 발광층 또는 정공 수송 영역에 사용되어 유기 전계 발광 소자의 발광 효율을 보다 개선할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자에 대하여 설명한다. 이하에서는 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 함규소 화합물에 대하여는 구체적으로 설명하지 않으며, 설명되지 않은 부분은 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 함규소 화합물의 설명에 따른다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자(10)는 순차적으로 적층된 제1 전극(EL1), 정공 수송 영역(HTR), 발광층(EML), 전자 수송 영역(ETR) 및 제2 전극(EL2)을 포함할 수 있다.
제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2)은 서로 마주하고 배치되며, 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에는 복수의 유기층들이 배치될 수 있다. 복수의 유기층들은 정공 수송 영역(HTR), 발광층(EML), 및 전자 수송 영역(ETR)을 포함할 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에 배치된 복수의 유기층들 중 적어도 하나의 유기층에 상술한 일 실시예의 함규소 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상술한 일 실시예의 함규소 화합물은 발광층(EML)에 포함될 수 있다.
한편, 도 2는 도 1과 비교하여, 정공 수송 영역(HTR)이 정공 주입층(HIL) 및 정공 수송층(HTL)을 포함하고, 전자 수송 영역(ETR)이 전자 주입층(EIL) 및 전자 수송층(ETL)을 포함하는 일 실시예의 유기 전계 발광 소자의 단면도를 나타낸 것이다.
제1 전극(EL1)은 도전성을 갖는다. 제1 전극(EL1)은 금속 합금 또는 도전성 화합물로 형성될 수 있다. 제1 전극(EL1)은 애노드(anode)일 수 있다.
제1 전극(EL1)은 투과형 전극, 반투과형 전극 또는 반사형 전극일 수 있다. 제1 전극(EL1)이 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 예시된 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 복수의 층을 포함하는 것일 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)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)으로부터 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, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
정공 수송 영역(HTR)은, 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 정공 주입층(HIL)은 공지의 정공 주입 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 정공 주입층(HIL)은 트리페닐아민 함유 폴리에테르케톤(TPAPEK), 4-이소프로필-4'-메틸디페닐요오드늄테트라키스(펜타플루오로페닐)붕산염(PPBI), N, N'-디페닐-N, N'-비스-[4-(페닐-m-톨릴-아미노)-페닐]-페닐-4, 4'-디아민(DNTPD), 구리 프탈로시아닌 등의 프탈로시아닌 화합물, 4, 4', 4"-트리스(3-메틸 페닐 페닐아미노)트리페닐아민(m-MTDATA), N, N'-디(1-나프틸)-N,N'-디페닐벤지딘(NPB), N,N'-비스(1-나프틸)-N,N'-디페닐-4,4'-디아민(α-NPD), 4,4',4"-트리스{N,N 디페닐 아미노} 트리페닐아민(TDATA), 4,4',4"-트리스(N,N-2-나프틸 페닐아미노)트리페닐아민(2-TNATA), 폴리아닐린/도데실 벤젠 설폰산(PANI/DBSA), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(4-스티렌설포네이트)(PEDOT/PSS), 폴리아닐린/캄퍼설폰산(PANI/CSA), 또는 폴리아닐린/폴리(4-스티렌설포네이트)(PANI/PSS) 등을 포함할 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 정공 수송층(HTL)은 공지의 정공 수송 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 정공 수송층(HTL)은 1,1-비스[(디-4-트릴아미노)페닐]시클로헥산(TAPC), N-페닐카르바졸(N-Phenyl carbazole), 폴리비닐카르바졸(Polyvinyl carbazole) 등의 카르바졸 유도체, N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1-비페닐]-4,4'-디아민(TPD), 4,4',4"-트리스(N-카르바졸릴)트리페닐아민(TCTA), 또는 N,N'-디(1-나프틸)-N,N'-디페닐벤지딘(NPB), N,N'-비스(1-나프틸)-N,N'-디페닐-4,4'-디아민(α-NPD) 등을 포함할 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
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 예를 들어, 약 100Å 내지 약 1000Å이고, 정공 수송층(HTL)의 두께는 약 30Å 내지 약 1000Å 일 수 있다. 정공 수송 영역(HTR), 정공 주입층(HIL) 및 정공 수송층(HTL)의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 정공 수송 특성을 얻을 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)은 앞서 언급한 물질 외에, 도전성 향상을 위하여 전하 생성 물질을 더 포함할 수 있다. 전하 생성 물질은 정공 수송 영역(HTR) 내에 균일하게 또는 불균일하게 분산되어 있을 수 있다. 전하 생성 물질은 예를 들어, p-도펀트(dopant)일 수 있다. p-도펀트는 퀴논(quinone) 유도체, 금속 산화물 및 시아노(cyano)기 함유 화합물 중 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, p-도펀트의 비제한적인 예로는, TCNQ(Tetracyanoquinodimethane) 및 F4-TCNQ(2,3,5,6-tetrafluoro-tetracyanoquinodimethane) 등과 같은 퀴논 유도체, 텅스텐 산화물 및 몰리브덴 산화물 등과 같은 금속 산화물 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
앞서 언급한 바와 같이, 정공 수송 영역(HTR)은 정공 주입층(HIL) 및 정공 수송층(HTL) 외에, 정공 버퍼층 및 전자 저지층 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 정공 버퍼층은 발광층(EML)에서 방출되는 광의 파장에 따른 공진 거리를 보상하여 광 방출 효율을 증가시킬 수 있다. 정공 버퍼층에 포함되는 물질로는 정공 수송 영역(HTR)에 포함될 수 있는 물질을 사용할 수 있다.
한편, 도면에 도시되지는 않았으나 정공 수송 영역(HTR)은 전자 저지층을 더 포함하고, 전자 저지층은 정공 수송층(HTL)과 발광층(EML) 사이에 배치될 수 있다. 전자 저지층은 전자 수송 영역(ETR)으로부터 정공 수송 영역(HTR)으로의 전자 주입을 방지하는 역할을 하는 층이다. 전자 저지층은 공지의 전자 저지층 재료가 사용될 수 있다. 예를 들어, 전자 저지층은 mCP(1,3-Bis(N-carbazolyl)benzene)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
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 적색광, 녹색광, 청색광, 백색광, 황색광, 시안광 중 하나를 발광하는 것일 수 있다. 발광층(EML)은 형광 발광 물질 또는 인광 발광 물질을 포함할 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 발광층(EML)은 형광 발광층일 수 있다. 예를 들어, 발광층(EML)에서 방출된 광 중 일부는 열활성 지연 형광 발광(Thermally Activated Delayed Fluorescence)에 의한 것일 수 있다. 구체적으로, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 발광층(EML)은 열활성 지연 형광 발광하는 발광 성분을 포함하는 것일 수 있으며, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 발광층(EML)은 열활성 지연 형광 발광하는 청색광 발광층일 수 있다.
한편, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 발광층(EML)은 호스트 및 도펀트를 포함하는 것이 수 있다. 이때, 발광층(EML)은 예를 들어 100 Å 이상 600 Å 이하의 두께를 갖는 것일 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 발광층(EML)은 상술한 일 실시예의 함규소 화합물을 포함하는 것일 수 있다. 일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 하기 화학식 1로 표시되는 함규소 화합물을 발광층(EML)에 포함하여 형광 발광하는 것일 수 있다.
[화학식 1]
화학식 1에서, L1, L2, 및 L3은 각각 독립적으로, 직접결합(direct linkage), O, 또는 S이고, 또한, R1 내지 R6은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 포스핀기, 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 내지 f는 각각 독립적으로, 0 이상 4 이하의 정수일 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에 사용된 화학식 1로 표시된 함규소 화합물에 대한 설명에서 있어서, L1 내지 L3, R1 내지 R6, 및 a 내지 f에 대하여는 상술한 일 실시예의 함규소 화합물에 대한 설명과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
또한, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 발광층(EML)은 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-3 중 어느 하나로 표시되는 함규소 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 1-1]
[화학식 1-2]
[화학식 1-3]
화학식 1-1 내지 화학식 1-3에서 L2, R1 내지 R6, 및 a 내지 f에 대하여는 상술한 일 실시예의 함규소 화합물에 대한 설명과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 상기 화학식 1로 표시되는 함규소 화합물을 발광층(EML)에 포함하여 지연 형광 발광하는 것일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 상기 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 함규소 화합물을 발광층(EML)에 포함하고 열활성 지연 형광 발광하는 것일 수 있다. 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 발광층(EML)은 상기 화학식 1로 표시되는 함규소 화합물을 호스트 물질로 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 적어도 하나를 발광층(EML)에 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 적어도 하나를 발광층(EML)의 호스트 재료로 포함할 수 있다. 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 적어도 하나의 함규소 화합물은 열활성 지연 형광 도펀트 재료와 함께 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 발광층(EML)에 포함될 수 있다.
[화합물군 1]
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 발광층(EML)에 상기 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 함규소 화합물과 하기 화학식 2로 표시되는 도펀트 물질을 포함하며, 청색광을 방출하는 것일 수 있다. 하기 화학식 2로 표시되는 물질은 열활성 지연 형광 발광 도펀트일 수 있다.
[화학식 2]
즉, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 지연 형광 발광하는 발광층(EML)은 호스트로 일 실시예의 함규소 화합물을 포함하며, 도펀트로 상기 화학식 2 등으로 표시되는 열활성 지연 형광 도펀트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 열활성 지연 형광 발광용 도펀트는 높은 삼중항 에너지 준위(T1)를 가지며 일중항 에너지 준위(Singlet Energy Level, S1) 및 삼중항 에너지 준위(T1) 차이의 절대 값(Est)이 0.2eV 이하인 것일 수 있다.
발광층(EML)은 상기 화학식 2로 표시되는 ACRSA(10-phenyl-10H, 10′H-spiro[acridine-9,9′-anthracene]-10′-one) 이외에 공지의 지연 형광 발광 도펀트를 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 발광층(EML)은 4CzPN(3,4,5,6-Tetra-9H-carbazol-9-yl-1,2-benzenedicarbonitrile), 4CzIPN(2,4,5,6-Tetra-9H-carbazol-9-yl-isophthalonitrile), DMAC-DPS(Bis[4-9,9-dimethyl-9,10-dihydroacridine)phenyl]solfone), 및 PSZ-TRZ(2-phenoxazine-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine) 중 적어도 하나의 지연 형광 발광 도펀트를 포함할 수 있다. 또한, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 발광층(EML)은 도펀트로 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、2,6-di(9H-carbazol-9-yl)-4-phenylpyridine-3,5-dicarbonitrile,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) 등의 2,5,8,11-Tetra-t-butylperylene(TBP)) 등을 포함할 수 있다.
한편, 일 실시예에서 발광층(EML)은 공지의 호스트 재료를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서 발광층(EML)은 호스트 재료로, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), CBP(4,4'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl), mCP(1,3-bis(N-carbazolyl)benzene), mCBP(3,3'-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), 또는 PPF (2,8-Bis(diphenylphosphoryl)dibenzofuran) 등을 더 포함할 수 있다.
한편, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 발광층(EML)은 청색광을 방출하는 것일 수 있다. 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 발광층(EML)은 심청색(딥 블루, deep blue)광을 발광하는 것일 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 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, 발광층(EML)으로부터 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 100Å 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, 예를 들어 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)benzene), 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, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
전자 수송 영역(ETR)이 전자 수송층(ETL)을 포함하는 경우 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 상승 없이 만족스러운 정도의 전자 수송 특성을 얻을 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)이 전자 주입층(EIL)을 포함할 경우, 전자 수송 영역(ETR)은 예를 들어, LiF, LiQ (Lithium quinolate), Li2O, BaO, NaCl, CsF, Yb와 같은 란타넘족 금속, 또는 RbCl, RbI, KI와 같은 할로겐화 금속 등이 사용될 수 있으나 실시예가 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 수송 영역(ETR)이 전자 주입층(EIL)을 포함하는 경우 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 도전성을 갖는다. 제2 전극(EL2)은 금속 합금 또는 도전성 화합물로 형성될 수 있다. 제2 전극(EL2)은 캐소드(cathode)일 수 있다. 제2 전극(EL2)은 투과형 전극, 반투과형 전극 또는 반사형 전극일 수 있다. 제2 전극(EL2)DL 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 이들의 화합물이나 혼합물(예를 들어, Ag와 Mg의 혼합물)을 포함할 수 있다. 또는 상기 예시된 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)이 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)으로부터 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.
한편, 다른 실시예에서 일 실시예의 함규소 화합물은 정공 수송 영역에 포함될 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 순차적으로 적층된 제1 전극(EL1), 정공 수송 영역(HTR), 발광층(EML), 전자 수송 영역(ETR) 및 제2 전극(EL2)을 포함하며, 정공 수송 영역(HTR)에 상술한 일 실시예의 함규소 화합물을 포함할 수 있다.
일 실시예의 함규소 화합물을 정공 수송 영역(HTR)에 포함하는 유기 전계 발광 소자(10)의 실시예에 대한 설명에 있어서 상술한 일 실시예의 유기 전계 발광 소자에 대한 내용과 중복되는 것은 다시 설명하지 않으며 차이점을 위주로 설명한다. 예를 들어, 제1 전극(EL1), 제2 전극(EL2), 및 전자 수송 영역(ETR)에 대하여는 상술한 실시예에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 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)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)으로부터 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, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
정공 수송 영역(HTR)은, 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 정공 수송 영역(HTR)에 하기 화학식 1로 표시되는 함규소 화합물을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 정공 수송층(HTL)에 하기 화학식 1로 표시되는 함규소 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
화학식 1에서, L1, L2, 및 L3은 각각 독립적으로, 직접결합(direct linkage), O, 또는 S이고, 또한, R1 내지 R6은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 포스핀기, 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 헤테로 아릴기이고, a 내지 f는 각각 독립적으로, 0 이상 4 이하의 정수일 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에 사용된 화학식 1로 표시된 함규소 화합물에 대한 설명에서 있어서, L1 내지 L3, R1 내지 R6, 및 a 내지 f에 대하여는 상술한 일 실시예의 함규소 화합물에 대한 설명과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
또한, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 정공 수송 영역(HTR)은 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-3 중 어느 하나로 표시되는 함규소 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 1-1]
[화학식 1-2]
[화학식 1-3]
화학식 1-1 내지 화학식 1-3에서 L2, R1 내지 R6, 및 a 내지 f에 대하여는 상술한 일 실시예의 함규소 화합물에 대한 설명과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 적어도 하나를 정공 수송 영역(HTR)에 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 적어도 하나를 정공 수송층(HTL)에 포함할 수 있다.
[화합물군 1]
즉, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 상술한 일 실시예의 함규소 화합물을 정공 수송 영역(HTR)에 포함하거나, 또는 정공 수송 영역(HTR) 중 정공 수송층(HTL)에 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에서 정공 수송 영역(HTR)이 정공 수송층(HTL)과 정공 주입층(HIL)을 포함하는 경우 정공 주입층(HIL)은 공지의 정공 주입 재료를 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 정공 수송층(HTL)은 상술한 화학식 1로 표시되는 함규소 화합물을 포함하고, 정공 주입층(HIL)은 공지의 정공 주입 재료를 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 정공 주입층(HIL)은 트리페닐아민 함유 폴리에테르케톤(TPAPEK), 4-이소프로필-4'-메틸디페닐요오드늄테트라키스(펜타플루오로페닐)붕산염(PPBI), N, N'-디페닐-N, N'-비스-[4-(페닐-m-톨릴-아미노)-페닐]-페닐-4, 4'-디아민(DNTPD), 구리 프탈로시아닌 등의 프탈로시아닌 화합물, 4, 4', 4"-트리스(3-메틸 페닐 페닐아미노)트리페닐아민(m-MTDATA), N, N'-디(1-나프틸)-N,N'-디페닐벤지딘(NPB), 4,4',4"-트리스{N,N 디페닐 아미노} 트리페닐아민(TDATA), 4,4',4"-트리스(N,N-2-나프틸 페닐아미노)트리페닐아민(2-TNATA), 폴리아닐린/도데실 벤젠 설폰산(PANI/DBSA), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(4-스티렌설포네이트)(PEDOT/PSS), 폴리아닐린/캄퍼설폰산(PANI/CSA), 또는 폴리아닐린/폴리(4-스티렌설포네이트)(PANI/PSS) 등을 포함할 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 정공 수송층(HTL)은 공지의 정공 수송 재료를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 정공 수송층(HTL)은 1,1-비스[(디-4-트릴아미노)페닐]시클로헥산(TAPC), N-페닐카르바졸(N-Phenyl carbazole), 폴리비닐카르바졸(Polyvinyl carbazole) 등의 카르바졸 유도체, N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1-비페닐]-4,4'-디아민(TPD), 4,4',4"-트리스(N-카르바졸릴)트리페닐아민(TCTA), 또는 N,N'-디(1-나프틸)-N,N'-디페닐벤지딘(NPB) 등을 더 포함할 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
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 예를 들어, 약 100Å 내지 약 1000Å이고, 정공 수송층(HTL)의 두께는 약 30Å 내지 약 1000Å 일 수 있다. 정공 수송 영역(HTR), 정공 주입층(HIL) 및 정공 수송층(HTL)의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 정공 수송 특성을 얻을 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)은 앞서 언급한 물질 외에, 도전성 향상을 위하여 전하 생성 물질을 더 포함할 수 있다. 전하 생성 물질은 정공 수송 영역(HTR) 내에 균일하게 또는 불균일하게 분산되어 있을 수 있다. 전하 생성 물질은 예를 들어, p-도펀트(dopant)일 수 있다. p-도펀트는 퀴논(quinone) 유도체, 금속 산화물 및 시아노(cyano)기 함유 화합물 중 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, p-도펀트의 비제한적인 예로는, TCNQ(Tetracyanoquinodimethane) 및 F4-TCNQ(2,3,5,6-tetrafluoro-tetracyanoquinodimethane) 등과 같은 퀴논 유도체, 텅스텐 산화물 및 몰리브덴 산화물 등과 같은 금속 산화물 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
앞서 언급한 바와 같이, 정공 수송 영역(HTR)은 정공 주입층(HIL) 및 정공 수송층(HTL) 외에, 정공 버퍼층 및 전자 저지층 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 정공 버퍼층은 발광층(EML)에서 방출되는 광의 파장에 따른 공진 거리를 보상하여 광 방출 효율을 증가시킬 수 있다. 정공 버퍼층에 포함되는 물질로는 정공 수송 영역(HTR)에 포함될 수 있는 물질을 사용할 수 있다.
한편, 도면에 도시되지는 않았으나 정공 수송 영역(HTR)은 전자 저지층을 더 포함하고, 전자 저지층은 정공 수송층(HTL)과 발광층(EML) 사이에 배치될 수 있다. 전자 저지층은 전자 수송 영역(ETR)으로부터 정공 수송 영역(HTR)으로의 전자 주입을 방지하는 역할을 하는 층이다. 전자 저지층은 공지의 전자 저지층 재료가 사용될 수 있다. 예를 들어, 전자 저지층은 mCP(1,3-Bis(N-carbazolyl)benzene)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
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 적색광, 녹색광, 청색광, 백색광, 황색광, 시안광 중 하나를 발광하는 것일 수 있다. 발광층(EML)은 형광 발광 물질 또는 인광 발광 물질을 포함할 수 있다. 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 발광층(EML)은 호스트 및 도펀트를 포함하는 것이 수 있다. 이때, 발광층(EML)은 예를 들어 100 Å 이상 600 Å 이하의 두께를 갖는 것일 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 발광층(EML)은 형광 발광층일 수 있다. 예를 들어, 발광층(EML)에서 방출된 광 중 일부는 열활성 지연 형광 발광(Thermally Activated Delayed Fluorescence)에 의한 것일 수 있다. 구체적으로, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 발광층(EML)은 열활성 지연 형광 발광하는 발광 성분을 포함하는 것일 수 있으며, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 발광층(EML)은 열활성 지연 형광 발광하는 청색광 발광층일 수 있다.
한편, 일 실시예에서 발광층(EML)은 공지의 호스트 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서 발광층(EML)은 호스트 재료로, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), CBP(4,4'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl), mCP(1,3-bis(N-carbazolyl)benzene), mCBP(3,3'-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), 또는 PPF (2,8-Bis(diphenylphosphoryl)dibenzofuran) 등을 포함할 수 있다.
발광층(EML)은 상기 화학식 2로 표시되는 ACRSA(10-phenyl-10H, 10′H-spiro[acridine-9,9′-anthracene]-10′-one) 이외에 공지의 지연 형광 발광 도펀트를 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 발광층(EML)은 4CzPN(3,4,5,6-Tetra-9H-carbazol-9-yl-1,2-benzenedicarbonitrile), 4CzIPN(2,4,5,6-Tetra-9H-carbazol-9-yl-isophthalonitrile), DMAC-DPS(Bis[4-9,9-dimethyl-9,10-dihydroacridine)phenyl]solfone), 및 PSZ-TRZ(2-phenoxazine-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine) 중 적어도 하나의 지연 형광 발광 도펀트를 포함할 수 있다. 또한, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 발광층(EML)은 도펀트로 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、2,6-di(9H-carbazol-9-yl)-4-phenylpyridine-3,5-dicarbonitrile,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) 등의 2,5,8,11-Tetra-t-butylperylene(TBP)) 등을 포함할 수 있다.
즉, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 상술한 일 실시예의 함규소 화합물을 정공 수송 영역(HTR)에 포함하며, 발광층(EML)은 열활성 지연 형광 발광 물질을 포함하여 개선된 발광 효율을 나타낼 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 상술한 일 실시예의 함규소 화합물을 포함하여 개선된 발광 효율을 가질 수 있다. 구체적으로, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 일 실시예의 함규소 화합물을 발광층의 호스트 물질로 포함하거나 또는 정공 수송 영역에 포함하여 개선된 발광 효율을 나타낼 수 있다.
이하에서는, 실시예 및 비교예를 참조하면서, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 함규소 화합물 및 일 실시예의 함규소 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자에 대해서 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 예시이며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
1. 함규소 화합물의 합성
먼저, 본 실시 형태에 따른 함규소 화합물의 합성 방법에 대해서, 화합물 1, 화합물 2, 화합물 5, 화합물 8, 화합물 11, 및 화합물 12의 합성 방법을 예시하여 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 함규소 화합물의 합성법은 일 실시예로서, 본 발명의 실시형태에 따른 함규소 화합물의 합성법이 하기의 실시예에 한정되지 않는다.
(화합물 1의 합성)
일 실시예에 따른 함규소 화합물 1은 예를 들어 하기 반응식 1에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 1]
아르곤(Ar) 분위기 하, 500 mL의 3구 플라스크에, 2-브로모페닐보로닉 에시드(2-Bromophenylboronic acid) 5.00g, 2-요오도아닐린(2-Iodoaniline) 5.45 g, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0)(Tetrakis(triphenylphosphine)palladium(0)) 1.44g, 탄산칼륨(Potassium carbonate) 6.90g를 톨루엔(Toluene), 에탄올(EtOH), 물의 혼합 용매 (톨루엔:에탄올:물=10:2:1) 170 mL에 용해하여, 80°C에서 8시간 동안 교반하였다.
공랭 후, 물을 추가하고 톨루엔으로 추출한 후, 유기층을 정리하여 황산마그네슘(MgSO4)으로 건조시켰다. 이후 가압 조건에서 용매를 증류 제거하였다. 얻어진 조생성물을 실리카겔 컬럼 크로마토그래피(silica gel column chromatography)로 정제하여, 중간체 A를 5.25g(수율 85%) 얻었다. FAB-MS 측정으로 측정 된 중간체 A의 분자량은 248이었다.
아르곤 분위기 하, 500 mL의 3구 플라스크에, 중간체 A 5.00g, 1,2-디요오드벤젠(1,2-Diiodobenzene) 6.64g, 팔라듐(II) 아세테이트(Palladium(II) acetate) 0.23g, 비스(디페닐포스피노)페로센(Bis(diphenylphosphino)ferrocene) 1.12g, 소듐 tert-부톡사이드(Sodium tert-butoxide) 1.94g를 탈수된 톨루엔 100 mL에 용해하여, 80°C에서 4시간 동안 교반하였다. 공랭 후 물을 추가하여 디클로로메탄(CH2Cl2)으로 혼합물을 추출하였다. 유기층을 정리하여 황산마그네슘(MgSO4)으로 건조시킨 후, 가압 조건에서 용매를 증류 제거하었다. 얻어진 조생성물을 실리카겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여, 중간체 B를 7.26g(수율 80%)얻었다. FAB-MS측정으로 측정 된 중간체 B의 분자량은 450이었다.
아르곤 분위기 하, 300 mL의 3구 플라스크에 중간체 B 5.00g, 비스피나콜라토디보론(Bis(pinacolato)diboron) 2.82g, [1,1'-비스(디페닐포스피노)페로센]디클로로팔라듐(II) 디클로로메탄 어덕트([1,1'-Bis(diphenylphosphino)ferrocene]dichloropalladium(II) Dichloromethane Adduct) 0.90g, 포타슘 아세테이트(Potassium acetate) 2.18g를 탈수된 1,4-디옥산(1,4-Dioxane) 70 mL에 용해하여, 90°C에서 6시간 동안 교반하였다. 공랭 후 물을 추가하여 디클로로메탄(CH2Cl2)으로 혼합물을 추출하였다. 황산마그네슘(MgSO4)으로 건조시킨 후, 가압 조건에서 용매를 증류 제거하었다. 얻어진 조생성물을 실리카겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여, 중간체 C를 3.50g(수율 70%) 얻었다. FAB-MS 측정으로 측정 된 중간체 C의 분자량은 450이었다.
아르곤 분위기 하, 200 mL의 3구 플라스크에, 중간체 C 3.00g, 중간체 B 3.00g, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0)(Tetrakis(triphenylphosphine)palladium(0)) 0.38g, 탄산칼륨(Potassium carbonate) 1.84g, 2-디사이클로헥실포스피노-2',6'-디메톡시비페닐 (2-Dicyclohexylphosphino-2',6'-dimethoxybiphenyl)(SPhos) 0.55g을 톨루엔, 에탄올, 물의 혼합 용매 (톨루엔:에탄올:물=10:2:1) 50 mL에 용해하여, 80°C에서 8시간 동안 교반하였다. 공랭 후, 물을 추가하고 톨루엔으로 추출한 후, 유기층을 정리하여 황산마그네슘(MgSO4)으로 건조시켰다. 이후 가압 조건에서 용매를 증류 제거하었다. 얻어진 조생성물을 실리카겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 중간체 D를 3.27g(수율 76%) 얻었다. FAB-MS측정으로 측정 된 중간체 D의 분자량은646이었다.
아르곤 분위기 하, 500 mL의 3구 플라스크에, 중간체 D 3.00g를 탈수된 테트라하드로퓨란(THF) 100 mL에 용해하여, -78°C에서 n-BuLi (헥산에서 1.6 M 농도) 11.6 mL를 적하하였다. -78°C에서 1시간 교반한 후, 테트라클로로실란(Tetrachlorosilane) 0.53mL를 적하하여, 서서히 실온으로 회복시키면서 16 시간 동안 교반하였다. 물을 추가하여 디클로로메탄(CH2Cl2)으로 혼합물을 추출하였다. 유기층을 정리하여 황산마그네슘(MgSO4)으로 건조시킨 후, 가압 조건에서 용매를 증류 제거하였다. 얻어진 조생성물을 실리카겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여, 화합물 1을 0.83g(수율 35%)을 얻었다. FAB-MS 측정으로 측정 된 화합물 1의 분자량은 512이었다.
(화합물 2의 합성)
일 실시예에 따른 함규소 화합물 2는 예를 들어 하기 반응식 2에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 2]
아르곤 분위기 하, 500 mL의 3구 플라스크에, 2-브로모페놀(2-Bromophenol) 10.00g, 2-플루오로나이트로벤젠(2-Fluoronitrobenzene) 8.16g, 탄산칼륨(Potassium carbonate) 16.00g를 탈수된 디메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO) 200mL에 용해하여 100°C에서 20 시간 동안 교반 하였다. 공랭 후, 물을 추가하여 에틸아세테이트(Ethyl acetate, EtOAc)에서 추출한 후, 유기층을 정리하여 황산마그네슘(MgSO4)으로 건조시켰다. 이후 가압 조건에서 용매를 증류 제거하였다. 얻어진 조생성물에 에탄올(EtOH) 50mL, 및 물 50mL 을 추가하고, 철(분말) 9.68g, 염화암모늄(Ammonium chloride) 9.27g을 추가하여 3시간 동안 가열 환류 하였다. 공랭 후, 반응 용매를 셀라이트(Celite)로 여과하고, 가압 조건에서 용매를 증류 제거하였다. 이후, 물을 추가하고 에틸아세테이트(EtOAc)로 추출한 후, 유기층을 정리하여 황산마그네슘(MgSO4)으로 건조시켰다. 이후 가압 조건에서 용매를 증류 제거하었다. 얻어진 조생성물을 실리카겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여, 중간체 E 12.21g(수율 80%)을 얻었다. FAB-MS측정으로 측정 된 중간체 E의 분자량은 264이었다.
중간체 B 의 합성과 동일한 방법으로 중간체 E 에서 중간체 F를 수율74%로 얻었다. FAB-MS측정으로 측정 된 중간체 F의 분자량은 466이었다.
중간체 C 의 합성과 동일한 방법으로 중간체 F 에서 중간체 G를 수율69%로 얻었다. FAB-MS측정으로 측정 된 중간체 G의 분자량은 466이었다.
중간체 D 의 합성과 동일한 방법으로 중간체 F와 중간체 G로부터 중간체 H를 수율 68%로 얻었다. FAB-MS측정으로 측정 된 중간체 H의 분자량은 678이었다.
화합물 1 의 합성과 동일한 방법으로 중간체 H 에서 화합물 2를 수율 42%로 얻었다. FAB-MS측정으로 측정 된 화합물 2의 분자량은 544이었다.
(화합물 5의 합성)
일 실시예에 따른 함규소 화합물 5는 예를 들어 하기 반응식 3에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 3]
아르곤 분위기 하, 500 mL의 3구 플라스크에, 중간체 E 5.00g를 아세토나이트릴(Acetonitrile) 100 mL에 용해하여, p-톨루엔설포닉 에시드 모노하이드레이트(p-Toluenesulfonic acid monohydrate) 10.80g를 추가하였다. 0°C로 냉각한 후, 물 50 mL에 용해한 소듐 나이트라이트(Sodium nitrite) 2.61g, 아이오딘화칼륨(Potassium iodide) 7.86g을 적하하여 실온에서 16시간 동안 교반하였다. 반응 후, 포화 탄산 나트륨 수용액(saturated aqueous sodium bicarbonate solution) 20 mL를 더하여 에틸아세테이트(EtOAc)로 추출하였다. 유기층을 정리하여 티오황산나트륨(Sodium thiosulfate) 수용액으로 세정하고, 황산마그네슘(MgSO4)으로 건조시킨 후, 가압 조건에서 용매를 증류 제거하였다. 얻어진 조생성물을 실리카겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여, 중간체 J 5.68g(수율 80%)을 얻었다. FAB-MS측정으로 측정 된 중간체 J의 분자량은 375이었다.
아르곤 분위기 하, 200 mL의 3구 플라스크에 2-플루오로나이트로벤젠(2-Fluoronitrobenzene) 5.00g를 탈수된 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF) 50 mL에 용해하여 0°C로 냉각한 후, 2-아미노페놀(2-Aminophenol) 3.86g과 수소화 나트륨(Sodium hydride)(60% in oil), 2.83 g을 추가하였다. 0°C에서 1시간 동안 교반한 후, 서서히 실온으로 회복시키면서 18시간 동안 교반하였다. 반응 후, 0°C에서 물을 추가하여 디클로로메탄(CH2Cl2)으로 추출하였다. 황산마그네슘(MgSO4)로 건조시킨 후, 가압 조건에서 용매를 증류 제거하였다. 얻어진 조생성물을 실리카겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여, 중간체 K 7.34g(수율 90%)을 얻었다. FAB-MS측정으로 측정 된 중간체 K의 분자량은 230이었다.
아르곤 분위기 하, 200 mL의 3구 플라스크에 중간체 K 5.00g을 넣고 에탄올(EtOH) 30 mL, 및 물 30 mL을 추가하고, 철(분말) 3.63g, 염화암모늄(Ammonium chloride) 3.48g을 추가하여 3시간 동안 가열 환류하였다. 공랭 후, 반응 용매를 셀라이트(Celite)로 여과하고, 가압 조건에서 용매를 증류 제거하였다. 이후, 물을 추가하고 에틸아세테이트(EtOAc)로 추출한 후, 유기층을 정리하여 황산마그네슘(MgSO4)으로 건조시켰다. 이후 가압 조건에서 용매를 증류 제거하었다. 얻어진 조생성물을 실리카겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여, 중간체 L 4.00g(수율 92%)을 얻었다. FAB-MS 측정으로 측정 된 중간체 L의 분자량은 200이었다.
아르곤 분위기 하, 500 mL의 3구 플라스크에, 중간체 L 3.00g, 중간체 J 11.2g, 팔라듐(II) 아세테이트(Palladium(II) acetate) 0.16g, 비스(디페닐포스피노)페로센(Bis(diphenylphosphino)ferrocene) 0.83g, 소듐 tert-부톡사이드(Sodium tert-butoxide) 2.88g을 탈수된 톨루엔 100 mL에 용해하여, 80°C에서 6시간 동안 교반하였다. 반응 후, 물을 더하여 디클로로메탄(CH2Cl2)로 추출하였다. 유기층을 정리하여 황산마그네슘(MgSO4)으로 건조시킨 후, 가압 조건에서 용매를 증류 제거하었다. 얻어진 조생성물을 실리카겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여, 중간체 M 3.75g(수율 36%)을 얻었다. FAB-MS측정으로 측정 된 중간체 M의 분자량은 694이었다.
화합물 1 의 합성 방법과 동일하게 중간체 M 에서 화합물 5를 수율 36%로 얻었다. FAB-MS측정으로 측정 된 화합물 5의 분자량은 560이었다.
(화합물 8의 합성)
일 실시예에 따른 함규소 화합물 8은 예를 들어 하기 반응식 4에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 4]
상기 화합물 5의 합성에 있어서, 중간체 M 의 합성 방법과 동일하게 비스(2-아미노페닐) 설파이드(Bis(2-aminophenyl) sulfide)에서 중간체 N을 수율 39%로 얻었다. FAB-MS측정으로 측정 된 중간체 N의 분자량은 710이었다.
화합물 1 의 합성 방법과 동일하게 중간체 N 에서 화합물 8을 수율 35%로 얻었다. FAB-MS측정으로 측정 된 화합물 8의 분자량은 576이었다.
(화합물 11의 합성)
일 실시예에 따른 함규소 화합물 11은 예를 들어 하기 반응식 5에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 5]
화합물 2의 합성에서, 중간체 E의 합성 방법과 동일하게 2-브로모-4-tert-부틸페놀(2-Bromo-4-tert-butylphenol)으로부터 중간체 O를 수율 82%로 얻었다. FAB-MS측정으로 측정 된 중간체 O의 분자량은 320이었다.
화합물 5의 합성에서, 중간체 J의 합성 방법과 동일하게 중간체 O로부터 중간체 P를 수율 82%로 얻었다. FAB-MS측정으로 측정 된 중간체 P의 분자량은 431이었다.
화합물 1의 합성에서, 중간체 C의 합성 방법과 동일하게 2-브로모-4-tert-부틸아닐린(2-Bromo-4-tert-butylaniline) 으로부터 중간체 Q를 수율 65%로 얻었다. FAB-MS측정으로 측정 된 중간체 Q의 분자량은 275이었다.
화합물 1의 합성에서, 중간체 D의 합성 방법과 동일하게 2-브르모-4-tert-부틸아닐린(2-Bromo-4-tert-butylaniline)과 중간체 Q로부터 중간체 R을 수율 62%로 얻었다. FAB-MS측정으로 측정 된 중간체 Q의 분자량은 296이었다.
화합물 5의 합성에서, 중간체 M의 합성 방법과 동일하게 중간체 R과 중간체 P로부터 중간체 S를 수율 35%로 얻었다. FAB-MS측정으로 측정 된 중간체 S의 분자량은 902이었다.
화합물 1 의 합성 방법과 동일하게 중간체 S 에서 화합물 11을 수율 30%로 얻었다. FAB-MS측정으로 측정 된 화합물 11의 분자량은 769이었다.
(화합물 12의 합성)
일 실시예에 따른 함규소 화합물 12는 예를 들어 하기 반응식 6에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 6]
화합물 1의 합성에 있어서의 중간체 C의 합성 방법과 동일하게 2-브로모-4-클로로아닐린(2-Bromo-4-chloroaniline)으로부터 중간체 T를 수율 65%로 얻었다. FAB-MS측정으로 측정 된 중간체 T의 분자량은 253이었다.
화합물 1의 합성에 있어서의 중간체 D의 합성 방법과 동일하게 2-브로모-4-클로로아닐린(2-Bromo-4-chloroaniline)과 중간체 T로부터 중간체 U를 수율 60%로 얻었다. FAB-MS 측정으로 측정 된 중간체 U의 분자량은 253이었다.
아르곤 분위기 하, 300 mL의 3구 플라스크에 중간체 U 3.00g, 페닐보론산(Phenylboronic acid) 2.89g, 팔라듐(II) 아세테이트(Palladium(II) acetate) 0.26g, 탄산칼륨(Potassium carbonate) 6.55g, SPhos 1.94g를 톨루엔, 에탄올, 물의 혼합 용매 (톨루엔:에탄올:물=10:2:1) 60 mL에 용해하여, 80°C에서 8시간 동안 교반 하였다. 공랭 후, 물을 추가하여 톨루엔으로 추출한 후, 유기층을 정리하여 황산마그네슘(MgSO4)으로 건조시켰다. 이후 가압 조건에서 용매를 증류 제거하였다. 얻어진 조생성물을 실리카겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여, 중간체 V를 2.95g(수율 74%)을 얻었다. FAB-MS 측정으로 측정 된 중간체 V의 분자량은 336이었다.
아르곤 분위기 하, 200 mL의 3구 플라스크에, 중간체 V 2.50g, 1,2-디요오드벤젠(1,2-Diiodobenzene) 4.90g, 팔라듐(II) 아세테이트(Palladium(II) acetate) 0.16g, 비스(디페닐포스피노)페로센(Bis(diphenylphosphino)ferrocene) 0.41g, 소듐 tert-부톡사이드(Sodium tert-butoxide) 1.42g을 탈수된 톨루엔 50 mL에 용해하여, 80°C에서 5시간 동안 교반 하였다. 공랭 후, 물을 추가하여 디클로로메탄(CH2Cl2)로 추출하였다. 유기층을 정리하여 황산마그네슘(MgSO4)으로 건조시킨 후, 가압 조건에서 용매를 증류 제거하었다. 얻어진 조생성물을 실리카겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여, 중간체 W 3.30g(수율 60%)을 얻었다. FAB-MS측정으로 측정 된 중간체 W의 분자량은 740이었다.
아르곤 분위기 하, 200 mL의 3구 플라스크에 중간체 W 3.00g, 2-브로모페닐보로닉 에시드(2-Bromophenylboronic acid) 1.35g, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0)(Tetrakis(triphenylphosphine)palladium(0)) 0.39g, 탄산칼륨(Potassium carbonate) 1.86g, SPhos 0.55g를 톨루엔, 에탄올, 물의 혼합 용매 (톨루엔:에탄올:물=10:2:1) 50 mL에 용해하여, 80°C에서 10시간 동안 교반 하였다. 공랭 후, 물을 추가하여 톨루엔으로 추출한 후, 유기층을 정리하여 황산마그네슘(MgSO4)으로 건조시켰다. 이후 가압 조건에서 용매를 증류 제거하였다. 얻어진 조생성물을 실리카겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여, 중간체 X 1.67g(수율 62%)을 얻었다. FAB-MS측정으로 측정 된 중간체 X의 분자량은 798이었다.
화합물 1 의 합성 방법과 동일하게 중간체 X 에서 화합물 12를 수율 28%로 얻었다. FAB-MS측정으로 측정 된 화합물 12의 분자량은 664이었다.
2.
함규소 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자의 제작 및 평가
2-1. 함규소 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자의 실시예 A
일 실시예의 함규소 화합물을 발광층에 포함하고, 발광층은 지연 형광 발광 성분을 포함하는 일 실시예의 유기 전계 발광 소자를 아래의 방법으로 제조하였다. 예를 들어, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자의 발광층은 일 실시예의 함규소 화합물을 형광 호스트로 포함하고 열활성 지연 형광 도펀트를 추가로 포함하는 경우를 예시적으로 설명한다.
(유기 전계 발광 소자의 제작)
일 실시예의 함규소 화합물을 발광층에 포함하는 일 실시예의 유기 전계 발광 소자를 아래의 방법으로 제조하였다. 상술한 화합물 1, 화합물 2, 화합물 5, 화합물 8, 화합물 11, 및 화합물 12의 함규소 화합물을 발광층 재료로 사용하여 실시예 1-1 내지 실시예 1-6의 유기 전계 발광 소자를 제작하였다. 표 1에서는 실시예 1-1 내지 실시예 1-6, 및 비교예 1-1 내지 비교예 1-3에서 사용된 화합물을 나타내었다.
| 화합물 1 |
 |
비교예 화합물 X-1 |
 |
| 화합물 2 |
 |
비교예 화합물 X-2 |
 |
| 화합물 5 |
 |
비교예 화합물 X-3 |
 |
| 화합물 8 |
 |
||
| 화합물 11 |
 |
||
| 화합물 12 |
 |
실시예 및 비교예의 유기 전계 발광 소자는 아래의 방법으로 제조 하였다.
유리 기판 상에 두께 1500Å의 ITO를 패터닝한 후, 초순수로 세척하고 UV 오존 처리를 10분간 실시하였다. 그 후, 100Å 두께로 HAT-CN을 증착하고, α-NPD를 두께 800Å로 증착하고, mCP를 50Å 두께로 증착하여 정공 수송 영역을 형성하였다.
다음으로, 발광층 형성시 ACRSA와 일 실시예의 함규소 화합물 또는 비교예 화합물을 18:82의 비율로 공증착하여 두께 200Å의 층을 형성하였다. 즉, 공증착하여 형성된 발광층은 실시예 1-1 내지 실시예 1-6에서는 각각 ACRSA와 화합물 1, 화합물 2, 화합물 5, 화합물 8, 화합물 11, 및 화합물 12를 혼합하여 증착하였고, 비교예 1-1 내지 비교예 1-3에서는 ACRSA와 비교예 화합물 X-1, X-2, 및 X-3을 혼합하여 증착하였다.
발광층 형성 이후 DPEPO를 이용하여 100Å 두께의 층을 형성하였다. 다음으로, 발광층 상에 TPBi로 두께 300Å의 층을 형성하고, LiF로 두께 5Å의 층을 형성하여 전자 수송 영역을 형성하였다. 다음으로, 알루미늄(Al)으로 두께 1000Å의 제2 전극을 형성하였다.
실시예에서, 정공 수송 영역, 발광층, 전자 수송 영역, 및 제2 전극은 진공 증착 장치를 이용하여 형성하였다.
상술한 유기 전계 발광 소자 제작에 사용된 재료는 아래의 화학식으로 표시될 수 있다.
(유기 전계 발광 소자의 특성 평가)
실시예 및 비교예에 따른 유기 전계 발광 소자의 최대 발광 효율을 평가하였다. 최대 발광 효율은 비교예 1-1을 기준으로 하여 상대적으로 나타내었으며, 비교예 1-1의 발광 효율을 100%로 할 때, 상대적인 비율로 실시예 1-1 내지 실시예 1-6, 및 비교예 1-2 및 비교예 1-3의 발광 효율을 나타내었다. 실시예 및 비교예의 유기 전계 발광 소자의 발광 특성은 하마마츠 포토닉스 사의 C9920-11 휘도 배향 특성 측정 장치를 이용하여 측정하였다.
| 소자 작성예 | 호스트 물질 | 최대 발광 효율(%) |
| 실시예 1-1 | 화합물 1 | 160 |
| 실시예 1-2 | 화합물 2 | 160 |
| 실시예 1-3 | 화합물 5 | 180 |
| 실시예 1-4 | 화합물 8 | 170 |
| 실시예 1-5 | 화합물 11 | 150 |
| 실시예 1-6 | 화합물 12 | 140 |
| 비교예 1-1 | 비교예 화합물 X-1 | 100 |
| 비교예 1-2 | 비교예 화합물 X-2 | 80 |
| 비교예 1-3 | 비교예 화합물 X-3 | 90 |
상술한 표 2의 소자 작성예들은 일 실시예의 함규소 화합물 또는 비교예 화합물을 발광층의 호스트 물질로 사용한 실시예들에 해당한다. 제시된 소자 작성예들은 청색광을 방출하는 발광층을 갖는 것으로 발광층에서 도펀트로 사용된 ACRSA는 열활성 지연 형광 도펀트일 수 있다.
표 2의 결과를 참조하면, 실시예 1-1 내지 실시예 1-6의 유기 전계 발광 소자는 비교예 1-1 내지 비교예 1-3의 유기 전계 발광 소자와 비교하여 우수한 발광 효율을 나타내는 것을 알 수 있다. 이는 실시예 1-1 내지 실시예 1-6에 사용된 일 실시예의 함규소 화합물의 경우 비교예 1-1에서 사용된 비교예 화합물 X-1에 비하여 평면성이 낮으며 높은 삼중항 에너지 준위(T1)를 가짐으로써 열활성 지연 형광 발광을 용이하게 하도록 하여 유기 전계 발광 소자의 발광 효율을 개선한 것으로 볼 수 있다. 또한, 비교예 1-2에서 사용된 비교예 화합물 X-2의 경우 실시예 화합물들과 달리 규소(Si)에 연결된 아민기 및 페닐기 등의 치환기들이 서로 연결되어 있지 않아 실시예의 화합물들에 비하여 분자 안정성이 상대적으로 낮으며, 이에 따라 유기 전계 발광 소자의 제조 과정에서 쉽게 손상될 수 있어 발광 효율이 낮게 나타난 것으로 판단된다.
즉, 실시예 1-1 내지 실시예 1-6으로 설명된 일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 상술한 일 실시예의 함규소 화합물을 발광층의 호스트 재료로 사용함으로써 일 실시예의 함규소 화합물의 높은 삼중항 에너지 준위(T1)로 인하여 발광층 내의 도펀트로부터 호스트로의 에너지 이동을 억제할 수 있다. 또한, 열활성 지연 형광 도펀트와 같이 일 실시예의 함규소 화합물을 발광층의 호스트로 사용하여 실시예에서 발광층의 효율을 개선된 것을 확인할 수 있다.
2-2. 함규소 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자의 실시예 B
일 실시예의 함규소 화합물을 정공 수송 영역에 포함하는 일 실시예의 유기 전계 발광 소자를 아래의 방법으로 제조하였다.
(유기 전계 발광 소자의 제작)
일 실시예의 함규소 화합물 또는 비교예 화합물을 정공 수송층에 포함하는 유기 전계 발광 소자를 아래의 방법으로 제조하였다. 상술한 화합물 1, 화합물 2, 화합물 5, 화합물 8, 화합물 11, 및 화합물 12의 함규소 화합물을 정공 수송층 재료로 사용하여 실시예 2-1 내지 실시예 2-6의 유기 전계 발광 소자를 제작하였다. 또한, 상술한 비교예 화합물 X-1, 비교예 화합물 X-2, 비교예 화합물 X-3을 정공 수송층 재료로 사용하여 비교예 2-1 내지 비교예 2-3의 유기 전계 발광 소자를 제작하였다. 화합물 1, 화합물 2, 화합물 5, 화합물 8, 화합물 11, 및 화합물 12와 비교예 화합물 X-1, 비교예 화합물 X-2, 및 비교예 화합물 X-3은 상술한 표 1에서 개시된 것과 동일하다.
실시예 및 비교예의 유기 전계 발광 소자는 아래의 방법으로 제조 하였다.
유리 기판 상에 두께 1500Å의 ITO를 패터닝한 후, 초순수로 세척하고 UV 오존 처리를 10분간 실시하였다. 그 후, 100Å 두께로 HAT-CN을 증착하고, α-NPD를 두께 800Å로 증착하였다. 다음으로, 화합물 1, 화합물 2, 화합물 5, 화합물 8, 화합물 11, 화합물 12 또는 비교예 화합물 X-1, X-2, 또는 X-3을 50Å 두께로 증착하여 정공 수송 영역을 형성하였다. 즉, 실시예 2-1 내지 실시예 2-6에서는 각각 화합물 1, 화합물 2, 화합물 5, 화합물 8, 화합물 11, 및 화합물 12를 증착하여 정공 수송층을 형성하였고, 비교예 2-1 내지 비교예 2-3에서는 비교예 화합물 X-1, X-2, 및 X-3을 증착하여 정공 수송층을 형성하였다.
정공 수송 영역 상에 발광층을 형성하였으며, 발광층 형성시 ACRSA와 DPEPO를 18:82의 비율로 공증착하여 두께 200Å의 층을 형성하였다. 다음으로 DPEPO를 이용하여 100Å 두께의 층을 형성하였다. 발광층 상에 TPBi로 두께 300Å의 층을 형성하고, LiF로 두께 5Å의 층을 형성하여 전자 수송 영역을 형성하였다. 다음으로, 알루미늄(Al)으로 두께 1000Å의 제2 전극을 형성하였다.
실시예에서, 정공 수송 영역, 발광층, 전자 수송 영역, 및 제2 전극은 진공 증착 장치를 이용하여 형성하였다.
상술한 유기 전계 발광 소자 제작에 사용된 재료는 아래의 화학식으로 표시될 수 있다.
(유기 전계 발광 소자의 특성 평가)
실시예 및 비교예에 따른 유기 전계 발광 소자의 최대 발광 효율을 평가하였다. 최대 발광 효율은 비교예 2-1을 기준으로 하여 상대적으로 나타내었으며, 비교예 2-1의 발광 효율을 100%로 할 때, 상대적인 비율로 실시예 2-1 내지 실시예 2-6, 비교예 2-2, 및 비교예 2-3의 발광 효율을 나타내었다. 실시예 및 비교예의 유기 전계 발광 소자의 발광 특성은 하마마츠 포토닉스 사의 C9920-11 휘도 배향 특성 측정 장치를 이용하여 측정하였다.
| 소자 작성예 | 정공 수송층 물질 | 최대 발광 효율(%) |
| 실시예 2-1 | 화합물 1 | 120 |
| 실시예 2-2 | 화합물 2 | 130 |
| 실시예 2-3 | 화합물 5 | 150 |
| 실시예 2-4 | 화합물 8 | 150 |
| 실시예 2-5 | 화합물 11 | 140 |
| 실시예 2-6 | 화합물 12 | 110 |
| 비교예 2-1 | 비교예 화합물 X-1 | 100 |
| 비교예 2-2 | 비교예 화합물 X-2 | 90 |
| 비교예 2-3 | 비교예 화합물 X-3 | 90 |
표 3의 소자 작성예들은 일 실시예의 함규소 화합물 또는 비교예 화합물을 정공 수송 영역의 정공 수송층 물질로 사용한 실시예들에 해당한다. 한편, 제시된 소자 작성예들은 청색광을 방출하는 발광층을 갖는 것으로 발광층에서 도펀트로 사용된 ACRSA는 열활성 지연 형광 도펀트일 수 있다.
표 3의 결과를 참조하면, 실시예 2-1 내지 실시예 2-6의 유기 전계 발광 소자는 비교예 2-1 내지 비교예 2-3의 유기 전계 발광 소자와 비교하여 우수한 발광 효율을 나타내는 것을 알 수 있다. 이는 실시예 2-1 내지 실시예 2-6에 사용된 일 실시예의 함규소 화합물의 경우 비교예 2-1 내지 비교예 2-3에서 사용된 비교예 화합물 X-1 내지 비교예 화합물 X-3에 비하여 높은 삼중항 에너지 준위(T1)를 가짐으로써 발광층의 여기자가 주변층으로 확산되는 것을 억제함으로써 높은 발광 효율을 구현하는 것으로 판단된다.
일 실시예의 함규소 화합물은 발광층 또는 정공 수송 영역에 사용되어 유기 전계 발광 소자의 발광 효율을 개선시킬 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 발광층에 일 실시예의 함규소 화합물과 열활성 지연 형광 발광하는 발광 도펀트를 같이 포함하여 개선된 발광 효율을 나타낼 수 있다. 또한, 일 실시예의 함규소 화합물은 유기 전계 발광 소자의 정공 수송 영역에 사용되어 발광층으로부터 주변 영역으로의 여기자의 이동을 억제하여 유기 전계 발광 소자의 발광 효율을 개선할 수 있다.
특히, 일 실시예의 함규소 화합물을 발광층 또는 정공 수송 영역에 포함하는 일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 고효율의 청색광을 방출할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
10 : 유기 전계 발광 소자 EL1 : 제1 전극
EL2 : 제2 전극 HTR : 정공 수송 영역
EML : 발광층 ETR : 전자 수송 영역
EL2 : 제2 전극 HTR : 정공 수송 영역
EML : 발광층 ETR : 전자 수송 영역
Claims (15)
- 하기 화학식 1로 표시되는 함규소 화합물:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
L1, L2, 및 L3은 각각 독립적으로, 직접결합(direct linkage), O, 또는 S이고,
R1 내지 R6은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 포스핀기, 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 내지 f는 각각 독립적으로, 0 이상 4 이하의 정수이다. - 제 1항에 있어서,
상기 L1 내지 L3은 동일한 것인 함규소 화합물. - 제 1항에 있어서,
상기 L1 및 상기 L3은 동일하고, 상기 L2는 상기 L1 및 상기 L3과 상이한 함규소 화합물. - 제 1항에 있어서,
상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-3 중 어느 하나로 표시되는 함규소 화합물:
[화학식 1-1]
[화학식 1-2]
[화학식 1-3]
상기 화학식 1-1 내지 화학식 1-3에서, L2, R1 내지 R6, 및 a 내지 f는 청구항 1에서 정의한 바와 동일하다. - 제 1항에 있어서,
상기 R1 내지 R6은 각각 독립적으로, 불소 원자, t-부틸기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 트리페닐실릴기, 디페닐아미노기, 디페닐포스핀옥사이드기, 또는 헤테로 원자로 N을 포함하는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로 아릴기인 함규소 화합물. - 제 1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 함규소 화합물은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물 중 어느 하나인 함규소 화합물:
[화합물군 1]
.
- 제1 전극;
상기 제1 전극과 마주하는 제2 전극; 및
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 발광층을 포함하는 복수의 유기층들; 을 포함하고,
상기 유기층들 중 적어도 하나의 유기층은 하기 화학식 1로 표시되는 함규소 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
L1, L2, 및 L3은 각각 독립적으로, 직접결합(direct linkage), O, 또는 S이고,
R1 내지 R6은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 포스핀기, 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 내지 f는 각각 독립적으로, 0 이상 4 이하의 정수이다. - 제 7항에 있어서,
상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-3 중 어느 하나로 표시되는 유기 전계 발광 소자:
[화학식 1-1]
[화학식 1-2]
[화학식 1-3]
상기 화학식 1-1 내지 화학식 1-3에서, L2, R1 내지 R6, 및 a 내지 f는 청구항 7에서 정의한 바와 동일하다. - 제 7항에 있어서,
상기 발광층은 상기 화학식 1로 표시되는 함규소 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자. - 제 7항에 있어서,
상기 발광층은 호스트 및 도펀트를 포함하며,
상기 도펀트는 열활성 지연 형광 발광 도펀트를 포함하고,
상기 호스트는 상기 화학식 1로 표시되는 함규소 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자. - 제 10항에 있어서,
상기 도펀트는 ACRSA(10-phenyl-10H, 10′H-spiro[acridine-9,9′-anthracene]-10′-one), 4CzPN(3,4,5,6-Tetra-9H-carbazol-9-yl-1,2-benzenedicarbonitrile), 4CzIPN(2,4,5,6-Tetra-9H-carbazol-9-yl-isophthalonitrile), DMAC-DPS(Bis[4-9,9-dimethyl-9,10-dihydroacridine)phenyl]solfone), 및 PSZ-TRZ(2-phenoxazine-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine) 중 적어도 하나를 포함하는 유기 전계 발광 소자. - 제 10항에 있어서,
상기 함규소 화합물의 최저 삼중항 에너지 준위는 상기 도펀트의 최저 삼중항 에너지 준위보다 높은 유기 전계 발광 소자. - 제 7항에 있어서, 상기 발광층은 열활성 지연 형광 발광하는 청색광을 방출하는 유기 전계 발광 소자.
- 제 7항에 있어서,
상기 유기층들은
상기 제1 전극과 상기 발광층 사이에 배치된 정공 수송 영역; 및
상기 발광층과 상기 제2 전극 사이에 배치된 전자 수송 영역; 을 포함하고,
상기 정공 수송 영역은 상기 화학식 1로 표시되는 함규소 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자. - 제 7항에 있어서, 상기 유기층들 중 적어도 하나의 유기층은 하기 화합물군 1에 표시된 함규소 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 유기 전계 발광 소자:
[화합물군 1]
.
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