KR20200096337A - 유기 전계 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제1 전극 및 제2 전극 사이에 배치된 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 하기 화학식 1로 표시되는 제1 호스트, 상기 제1 호스트와 상이한 제2 호스트, 전자 공여성기 및 전자 수용성기를 갖는 열 활성 지연 형광 물질인 제1 도펀트 및 하기 화학식 2로 표시되는 제2 도펀트를 포함하는 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.
[화학식 1] [화학식 2]
Figure pat00200
Figure pat00201

Description

유기 전계 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치{ORGANIC ELECTROLUMINESCENCE DEVICE AND DISPLAY DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 유기 전계 발광 소자 및 이를 포함하는 표시장치에 관한 것이다.
영상 표시 장치로서, 유기 전계 발광 소자(Organic Electroluminescence Display)의 개발이 활발히 이루어지고 있다. 유기 전계 발광 소자는 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 소자를 표시 장치에 응용함에 있어서는, 유기 전계 발광 소자의 고효율화 및 장수명화가 요구되고 있으며, 이를 안정적으로 구현할 수 있는 유기 전계 발광 소자용 재료 개발이 지속적으로 요구되고 있다.
본 발명은 장수명 및 고 색순도를을 갖는 유기 전계 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명은 저 비용의 공정으로 제조 가능한 유기 전계 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자는 제1 전극, 제2 전극, 및 발광층을 포함할 수 있다. 상기 제2 전극은 상기 제1 전극 상에 배치될 수 있다. 상기 발광층은 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치될 수 있다. 상기 발광층은 제1 호스트, 제2 호스트, 제1 도펀트, 및 제2 도펀트를 포함할 수 있다. 상기 제1 호스트는 하기 화학식 1로 표시될 수 있다. 상기 제2 호스트는 상기 제1 호스트와 상이할 수 있다. 상기 제1 도펀트는 전자 공여성기 및 전자 수용성기를 갖는 열 활성 지연 형광 물질일 수 있다. 상기 제2 도펀트는 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.
[화학식 1] [화학식 2]
Figure pat00001
Figure pat00002
상기 화학식 1에서, R1은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 포스포닐기, 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 수 3 이상 30 이하의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
L1 및 L2는 각각 독립적으로 직접 결합, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기일 수 있다.
X는 직접 결합, 치환 또는 비치환된 2가의 실릴기, 또는 치환 또는 비치환된 2가의 티오크산텐기일 수 있다.
Ar1은 치환 또는 비치환된 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다.
p는 0 이상 8 이하의 정수일 수 있다. q 및 s는 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수일 수 있다. q 및 s 중 적어도 하나는 1 이상일 수 있다. r은 0 또는 1일 수 있다. t는 0 이상 3 이하의 정수일 수 있다.
상기 화학식 2에서, Z1은 CR4 또는 N일 수 있다. R2 및 R3은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 수 3 이상 30 이하의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
R4는 치환 또는 비치환된 탄소 수 6 이상 60 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴기일 수 있다. u 및 v는 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수일 수 있다.
L1- 및 L-2는 각각 독립적으로 직접 결합, 치환 또는 비치환된 페닐렌기, 치환 또는 비치환된 2가의 비페닐기, 치환 또는 비치환된 2가의 트리페닐기, 치환 또는 비치환된 2가의 나프틸기, 치환 또는 비치환된 2가의 피리디닐기, 또는 치환 또는 비치환된 2가의 페난트롤리닐기일 수 있다.
L1 및 L2는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 붕소기, 치환 또는 비치환된 설포닐기, 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소 수 6 이상 30 이하의 헤테로아릴기로 치환될 수 있다.
상기 화학식 1은 하기 화학식1-1로 표시될 수 있다.
[화학식 1-1]
Figure pat00003
상기 화학식 1-1에서, Z2는 N 또는 P=O일 수 있다. R5는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 포스포닐기, 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 수 3 이상 30 이하의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
w는 0 이상 8 이하의 정수일 수 있다. R1, L1, L2, X, p, q, r, s, 및 t는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일할 수 있다.
상기 제1 호스트는 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
[화합물군 1]
Figure pat00004
Figure pat00005
Figure pat00006
Figure pat00007
Figure pat00008
Figure pat00009
Figure pat00010
Figure pat00011
.
상기 제2 호스트는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 10 이상 80 이하의 아릴기, 또는 헤테로 원자로 N, O, 또는 S를 포함하는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 10 이상 80 이하의 헤테로아릴기일 수 있다.
상기 제2 호스트는 하기 화합물군 2에 표시된 화합물들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
[화합물군 2]
Figure pat00012
Figure pat00013
Figure pat00014
Figure pat00015
Figure pat00016
Figure pat00017
Figure pat00018
Figure pat00019
.
상기 제1 도펀트의 최저 일중항 에너지 준위와 최저 삼중항 에너지 준위 차이는 0.3eV이하일 수 있다. 상기 제1 도펀트의 상기 전자 공여성기는 음(-)의 하메트 치환기 상수(Hammet substituent constant, σ) 값을 갖고, 상기 제1 도펀트의 상기 전자 수용성기는 양(+)의 하메트 치환기 상수(Hammet substituent constant, σ) 값을 가질 수 있다.
상기 제1 도펀트의 상기 전자 공여성기는 치환 또는 비치환된 카바졸기, 치환 또는 비치환된 인돌기, 치환 또는 비치환된 아크리딘기, 치환또는 비치환된 페녹사진기, 치환 또는 비치환된 페노티아진기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴 아민기를 포함할 수 있다.
상기 제1 도펀트의 상기 전자 수용성기는 치환 또는 비치환된 붕소기, 치환 또는 비치환된 아졸기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 카보닐기, 치환 또는 비치환된 아진기, 치환 또는 비치환된 설포닐기, 시아노기 또는 트리할로메틸로 치환된 고리 형성 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 시아노기 또는 트리할로메틸로 치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기를 포함할 수 있다.
상기 제1 도펀트는 하기 화합물군 3에 표시된 화합물들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
[화합물군 3]
Figure pat00020
Figure pat00021
Figure pat00022
Figure pat00023
Figure pat00024
Figure pat00025
Figure pat00026
.
상기 화학식 2는 하기 화학식 2-1 또는 하기 화학식 2-2로 표시될 수 있다.
[화학식 2-1] [화학식 2-2]
Figure pat00027
Figure pat00028
상기 화학식 2-1 및 상기 화학식 2-2에서, Ar2는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다. R6은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 30 이하의 아민기, 치환 또는 비치환된 붕소기, 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 이상 20 이하의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 수 3 이상 30 이하의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. x는 0 이상 3 이하의 정수일 수 있다. R2, R3, u, 및 v는 상기 화학식 2에서 정의한 바와 동일할 수 있다.
상기 화학식 2-1은 하기 화학식 2-1-1 또는 하기 화학식 2-1-2로 표시될 수 있다.
[화학식 2-1-1] [화학식 2-1-2]
Figure pat00029
Figure pat00030
상기 화학식 2-1-1 및 상기 화학식 2-1-2에서, X1 및 X2는 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수일 수 있다. R-2, R3, R6, 및 u는 상기 화학식 2-1에서 정의한 바와 동일할 수 있다.
상기 화학식 2는 하기 화학식 2-3 또는 하기 화학식 2-4로 표시될 수 있다.
[화학식 2-3] [화학식 2-4]
Figure pat00031
Figure pat00032
상기 화학식 2-3 및 상기 화학식 2-4에 있어서, R21, R22, R31, 및 R32는 각각 독립적으로 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 수 3 이상 30 이하의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다. A1 및 A2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기일 수 있다. Z1은 상기 화학식 2에서 정의한 바와 동일할 수 있다.
상기 제2 도펀트는 하기 화합물군 4에 표시된 화합물들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
[화합물군 4]
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일 실시예에 따른 표시 장치는 복수의 화소들을 포함할 수 있다. 상기 복수의 화소들은 각각이 서로 이격되어 배치될 수 있다. 상기 화소들 중 적어도 하나는 상술한 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 포함할 수 있다
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치는 장수명 및 고 색순도를 달성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치는 저비용의 공정으로 제조될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 표시 장치의 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 표시 장치의 평면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 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.
본 출원에서, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 또는 "상부에" 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 "하에" 또는 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(DD)의 사시도이다. 도 1에 도시된 것과 같이, 표시 장치(DD)는 표시면(IS)을 통해 이미지(IM)를 표시할 수 있다. 표시면(IS)은 제1 방향축(DR1) 및 제2 방향축(DR2)이 정의하는 면과 평행한다. 표시면(IS)의 법선 방향, 즉 표시 장치(DD)의 두께 방향은 제3 방향축(DR3)이 지시한다.
이하에서 설명되는 각 부재들 또는 유닛들의 전면(또는 상부면)과 배면(또는 하면)은 제3 방향축(DR3)에 의해 구분된다. 그러나, 본 실시예에 도시된 제1 내지 제3 방향축들(DR1, DR2, DR3)은 예시에 불과하고 제1 내지 제3 방향축들(DR1, DR2, DR3)이 지시하는 방향들은 상대적인 개념으로서 다른 방향들로 변환될 수 있다. 이하, 제1 내지 제3 방향들은 제1 내지 제3 방향축들(DR1, DR2, DR3) 각각 이 지시하는 방향으로써 동일한 도면 부호를 참조한다.
본 발명의 일 실시예에서 평면형 표시면을 구비한 표시 장치(DD)를 도시하였으나, 실시예가 이에 제한되지 않는다. 표시 장치(DD)는 곡면형 표시면 또는 입체형 표시면을 포함할 수도 있다. 입체형 표시면은 서로 다른 방향을 지시하는 복수 개의 표시영역들을 포함하고, 예컨대, 다각 기둥형 표시면을 포함할 수도 있다.
본 실시예에 따른 표시 장치(DD)는 리지드 표시 장치일 수 있다. 그러나 실시예가 이에 제한되지 않고, 본 발명에 따른 표시 장치(DD)는 플렉서블 표시 장치(DD)일 수 있다. 본 실시예에서 휴대용 단말기에 적용될 수 있는 표시 장치(DD)를 예시적으로 도시하였다. 도시하지 않았으나, 메인보드에 실장된 전자모듈들, 카메라 모듈, 전원모듈 등이 하우징(미도시) 내에 수용되어 휴대용 단말기를 구성할 수 있다. 본 발명에 따른 표시 장치(DD)는 텔레비전, 모니터 등과 같은 대형 전자장치를 비롯하여, 테블릿, 자동차 네비게이션, 게임기, 스마트 와치 등과 같은 중소형 전자장치 등에 적용될 수 있다.
도 1에 도시된 것과 같이, 표시면(IS)은 이미지(IM)가 표시되는 표시영역(DA) 및 표시영역(DA)에 인접한 비표시영역(NDA)을 포함할 수 있다. 비표시영역(NDA)은 이미지가 표시되지 않는 영역이다. 도 1에는 이미지(IM)의 일 예로 아이콘 이미지들을 도시하였다.
도 1에 도시된 것과 같이, 표시영역(DA)은 사각형상일 수 있다. 비표시영역(NDA)은 표시영역(DA)을 에워쌀 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 표시영역(DA)의 형상과 비표시영역(NDA)의 형상은 상대적으로 디자인될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 표시 장치(DD)의 평면도이다. 도 2에서는 표시 장치(DD)를 상면에서 바라본 것을 도시하였다.
도 2를 참조하면, 표시 장치(DD)에는 제1 화소 영역들(PXA1), 제2 화소 영역들(PXA2), 제3 화소 영역들(PXA3), 및 비화소 영역(NPXA)이 정의될 수 있다.
제1 화소 영역들(PXA1), 제2 화소 영역들(PXA2), 및 제3 화소 영역들(PXA3)은 각각 제1 화소들(PXA1), 제2 화소들(PXA2), 및 제3 화소들(PXA)로 지칭될 수 있다.
제1 화소들(PXA1)은 제1 방향(DR1)을 따라 배열되고, 제2 화소들(PXA2)은 제1 방향(DR1)을 따라 배열되고, 제3 화소들(PXA3)은 제1 방향(DR1)을 따라 배열될 수 있다. 제1 화소들(PXA1), 제2 화소들(PXA2), 및 제3 화소들(PXA3)은 제2 방향(DR2)을 따라 교대로 배열될 수 있다. 예를 들어, 하나의 제1 화소(PXA1), 하나의 제2 화소(PXA2), 하나의 제3 화소(PXA3)가 제2 방향(DR2)을 따라 순차적으로 배열될 수 있다.
제1 화소들(PXA1)은 제1 색광을 제공하고, 제2 화소들(PXA2)은 제2 색광을 제공하고, 제3 화소들(PXA3)은 제3 색광을 제공할 수 있다. 제1 색광, 제2 색광, 및 제3 색광은 서로 상이한 색의 광일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 내지 제3 색광 중 하나는 청색 광이고, 다른 하나는 적색 광이고, 또 다른 하나는 녹색 광일 수 있다.
비화소 영역(NPXA)은 제1 화소들(PXA1), 제2 화소들(PXA2), 및 제3 화소들(PXA3)에 인접하여 배치된 영역일 수 있다. 비화소 영역(NPXA)은 제1 화소들(PXA1), 제2 화소들(PXA2), 및 제3 화소들(PXA3)의 경계를 설정할 수 있다.
제1 내지 제3 화소들(PXA1, PXA2, PXA3) 중 적어도 하나는 유기 전계 발광 소자(10, 도 3 내지 도 5)를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자(10)는 순차적으로 적층된 제1 전극(EL1), 발광층(EML), 및 제2 전극(EL2)을 포함할 수 있다. 제1 전극(EL1) 및 발광층(EML) 사이에 정공 수송 영역(HTR)이 배치될 수 있고, 발광층(EML) 및 제2 전극(EL2) 사이에 전자 수송 영역(ETR)이 배치될 수 있다.
도 4는 도 3과 비교하여, 정공 수송 영역(HTR)이 정공 주입층(HIL) 및 정공수송층(HTL)을 포함하고, 전자 수송 영역(ETR)이 전자 주입층(EIL) 및 전자 수송층(ETL)을 포함하는 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 단면도를 나타낸 것이다. 또한, 도 5은 도 3과 비교하여 정공 수송 영역(HTR)이 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL), 및 전자 저지층(EBL)을 포함하고, 전자 수송 영역(ETR)이 전자 주입층(EIL), 전자 수송층(ETL), 및 정공 저지층(HBL)을 포함하는 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 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. 또한, 제1 전극(EL1)은 화소 전극일 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) 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(미도시), 및 전자 저지층(EBL) 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 물질 및 정공 수송 물질로 이루어진 단일층 구조를 가질 수도 있다. 또한, 정공 수송 영역(HTR)은, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층의 구조를 갖거나, 제1 전극(EL1)로부터 차례로 적층된 정공 주입층(HIL)/정공 수송층(HTL), 정공 주입층(HIL)/정공 수송층(HTL)/정공 버퍼층(미도시), 정공 주입층(HIL)/정공 버퍼층(미도시), 정공 수송층(HTL)/정공 버퍼층 또는 정공 주입층(HIL)/정공 수송층(HTL)/전자 저지층(EBL)의 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.
정공 주입층(HIL)은 예를 들어, 구리프탈로시아닌(copper phthalocyanine) 등의 프탈로시아닌(phthalocyanine) 화합물; DNTPD(N,N'-diphenyl-N,N'-bis-[4-(phenyl-m-tolyl-amino)-phenyl]-biphenyl-4,4'-diamine), m-MTDATA(4,4',4"-tris(3-methylphenylphenylamino) triphenylamine), TDATA(4,4'4"-Tris(N,N-diphenylamino)triphenylamine), 2-TNATA(4,4',4"-tris{N,-(2-naphthyl)-N-phenylamino}-triphenylamine), PEDOT/PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/Poly(4-styrenesulfonate)), PANI/DBSA(Polyaniline/Dodecylbenzenesulfonic acid), PANI/CSA(Polyaniline/Camphor sulfonicacid), PANI/PSS((Polyaniline)/Poly(4-styrenesulfonate)), NPB(N,N'-di(naphthalene-l-yl)-N,N'-diphenyl-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, N-페닐카바졸, 폴리비닐카바졸 등의 카바졸계 유도체, 플루오렌(fluorine)계 유도체, TPD(N,N'-bis(3-methylphenyl)-N,N'-diphenyl-[1,1-biphenyl]-4,4'-diamine), TCTA(4,4',4"-tris(N-carbazolyl)triphenylamine) 등과 같은 트리페닐아민계 유도체, NPB(N,N'-di(naphthalene-l-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine), TAPC(4,4′-Cyclohexylidene bis[N,N-bis(4-methylphenyl)benzenamine]), HMTPD(4,4'-Bis[N,N'-(3-tolyl)amino]-3,3'-dimethylbiphenyl), mCP(1,3-Bis(N-carbazolyl)benzene) 등을 더 포함할 수도 있다.
정공 수송 영역(HTR)의 두께는 약 100Å 내지 약 10000Å, 예를 들어, 약 100Å 내지 약 5000Å일 수 있다. 정공 주입층(HIL)의 두께는, 예를 들어, 약 30Å 내지 약 1000Å이고, 정공 수송층(HTL)의 두께는 약 30Å 내지 약 1000Å 일 수 있다. 예를 들어, 전자 저지층(EBL)의 두께는 약 10Å 내지 약 1000Å일 수 있다. 정공 수송 영역(HTR), 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL) 및 전자 저지층(EBL)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-7,7,8,8-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(미도시) 및 전자 저지층(EBL) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 정공 버퍼층(미도시)은 발광층(EML)에서 방출되는 광의 파장에 따른 공진 거리를 보상하여 광 방출 효율을 증가시킬 수 있다. 정공 버퍼층(미도시)에 포함되는 물질로는 정공 수송 영역(HTR)에 포함될 수 있는 물질을 사용할 수 있다. 전자 저지층(EBL)은 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)은 예를 들어 약 100Å 내지 약 1000Å 또는, 약 100Å 내지 약 300Å의 두께를 갖는 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.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 발광층(EML)은 제1 호스트, 제2 호스트, 제1 도펀트, 및 제2 도펀트를 포함할 수 있다.
본 명세서에서, "치환 또는 비치환된"은 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 실릴기, 옥시기, 티오기, 설피닐기, 설포닐기, 카보닐기, 붕소기, 포스핀 옥사이드기, 포스핀 설파이드기, 알킬기, 알케닐기, 알콕시기, 탄화수소 고리기, 아릴기 및 헤테로고리기로 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, "인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성"한다는 인접하는 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄화수소 고리, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로 고리를 형성하는 것을 의미할 수 있다. 탄화수소 고리는 지방족 탄화수소 고리 및 방향족 탄화수소 고리를 포함한다. 헤테로 고리는 지방족 헤테로 고리 및 방향족 헤테로 고리를 포함한다. 탄화수소 고리 및 헤테로 고리는 단환 또는 다환일 수 있다. 또한, 서로 결합하여 형성된 고리는 다른 고리와 연결되어 스피로 구조를 형성하는 것일 수도 있다.
본 명세서에서, "인접하는 기"는 해당 치환기가 치환된 원자와 직접 연결된 원자에 치환된 치환기, 해당 치환기가 치환된 원자에 치환된 다른 치환기 또는 해당 치환기와 입체구조적으로 가장 인접한 치환기를 의미할 수 있다. 예컨대, 1,2-디메틸벤젠(1,2-dimethylbenzene)에서 2개의 메틸기는 서로 "인접하는 기"로 해석될 수 있고, 1,1-디에틸시클로펜테인(1,1-diethylcyclopentene)에서 2개의 에틸기는 서로 "인접하는 기"로 해석될 수 있다.
본 명세서에서, 할로겐 원자의 예로는 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자 또는 요오드 원자가 있다.
본 명세서에서, 알킬기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 알킬기의 탄소 수는 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, 탄화수소 고리기는 지방족 탄화수소 고리로부터 유도된 임의의 작용기 또는 치환기를 의미한다. 탄화수소 고리기는 고리 형성 탄소수 5 이상 20 이하의 포화 탄화수소 고리기일 수 있다.
본 명세서에서, 아릴기는 방향족 탄화수소 고리로부터 유도된 임의의 작용기 또는 치환기를 의미한다. 아릴기는 단환식 아릴기 또는 다환식 아릴기일 수 있다. 아릴기의 고리 형성 탄소 수는 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. 플루오레닐기가 치환되는 경우의 예시는 하기와 같다. 다만, 이에 의하여 한정되는 것은 아니다.
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Figure pat00051
Figure pat00052
본 명세서에서, 헤테로아릴기는 헤테로 원자로 B, O, N, P, Si, Se, 및 S 중 1개 이상을 포함하는 것일 수 있다. 헤테로아릴기가 헤테로 원자를 2개 이상 포함할 경우, 2개 이상의 헤테로 원자는 서로 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 헤테로아릴기는 단환식 헤테로고리기 또는 다환식 헤테로고리기일 수 있다. 헤테로아릴기의 고리 형성 탄소 수는 2 이상 30 이하, 2 이상 20 이하, 또는 2 이상 10 이하일 수 있다. 헤테로아릴기의 예로는 티오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸기, 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, 아릴렌기는 2가기인 것을 제외하고는 전술한 아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다. 헤테로아릴렌기는 2가기인 것을 제외하고는 전술한 헤테로아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에서, 실릴기는 알킬 실릴기 및 아릴 실릴기를 포함한다. 실릴기의 예로는 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, t-부틸디메틸실릴기, 비닐디메틸실릴기, 프로필디메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 디페닐실릴기, 페닐실릴기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 카보닐기의 탄소 수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소 수 1 내지 40 이하, 1 내지 30 이하, 또는 1 내지 20 이하일 수 있다. 예를 들어, 하기의 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00053
한편, 본 명세서에서 "
Figure pat00054
" 는 연결되는 위치를 의미한다.
본 명세서에서, 설포닐기의 탄소 수는 특별히 한정되지 않으나, 1 이상 30 이하일 수 있다. 설포닐기는 알킬 설포닐기 및 아릴 설포닐기를 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 포스포닐기의 탄소 수는 특별히 한정되지 않으나, 1 이상 30 이하일 수 있다. 포스포닐기는 알킬 포스포닐기 및 아릴 포스포닐기를 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 티오기는 알킬 티오기 및 아릴 티오기를 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 옥시기는 알콕시기 및 아릴 옥시기를 포함할 수 있다. 알콕시기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄일 수 있다. 알콕시기의 탄소 수는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 1 이상 20 이하 또는 1 이상 10 이하인 것일 수 있다. 옥시기의 예로는 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소프로폭시, 부톡시, 펜틸옥시, 헥실옥시, 옥틸옥시, 노닐옥시, 데실옥시, 벤질옥시 등이 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다.
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. 탄소 수는 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 탄소 수는 특별히 한정되지 않으나, 1 이상 30 이하일 수 있다. 아민기는 알킬 아민기 및 아릴 아민기를 포함할 수 있다. 아민기의 예로는 메틸아민기, 디메틸아민기, 페닐아민기, 디페닐아민기, 나프틸아민기, 9-메틸-안트라세닐아민기, 트리페닐아민기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 알킬티오기, 알킬설폭시기, 알킬아릴기, 알킬아미노기, 알킬 붕소기, 알킬 실릴기, 알킬 아민기 중 알킬기는 전술한 알킬기의 예시와 같다.
본 명세서에서, 아릴옥시기, 아릴티오기, 아릴설폭시기, 아릴아미노기, 아릴 붕소기, 아릴 실릴기, 아릴 아민기 중의 아릴기는 전술한 아릴기의 예시와 같다
본 명세서에서, 직접 결합(direct linkage)은 단일 결합을 의미하는 것일 수 있다.
발광층(EML)은 호스트 물질로 당 기술분야에 알려진 일반적인 재료를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 발광층(EML)은 호스트 물질로 DPEPO(Bis[2-(diphenylphosphino)phenyl] ether oxide), CBP(4,4'-Bis(carbazol-9-yl)biphenyl), mCP(1,3-Bis(carbazol-9-yl)benzene), PPF (2,8-Bis(diphenylphosphoryl)dibenzo[b,d]furan), TcTa(4,4',4''-Tris(carbazol-9-yl)-triphenylamine) 및 TPBi(1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazole-2-yl)benzene) 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
다만, 이에 의하여 한정되는 것은 아니며, 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 호스트 재료로 사용할 수 있다.
일 실시예에서 발광층(EML)은 공지의 도펀트 재료로, 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.
제1 호스트는 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00055
화학식 1에서, R1은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 실릴기, 포스포닐기, 알킬기, 시클로알킬기, 아릴기, 또는 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
실릴기는 치환 또는 비치환된 실릴기일 수 있고, 포스포닐기는 치환 또는 비치환된 포스포닐기일 수 있고, 알킬기는 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 이상 20 이하의 알킬기일 수 있고, 시클로알킬기는 치환 또는 비치환된 탄소 수 3 이상 30 이하의 시클로알킬기일 수 있고, 아릴기는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴기일 수 있고, 헤테로아릴기는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다.
보다 구체적으로 알킬기는 메틸기일 수 있고, 포스포닐기는 아릴 포스포닐기일 수 있다.
헤테로아릴기는 치환 또는 비치환된 디벤조헤테로기일 수 있고, 보다 구체적으로 치환 또는 비치환된 카바졸기일 수 있다.
R1이 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하는 경우 치환 또는 비치환된 탄화수소 고리, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로 고리를 형성할 수 있다. 탄화수소 고리는 지방족 탄화수소 고리 또는 방향족 탄화수소 고리를 포함할 수 있다. 헤테로 고리는 지방족 헤테로 고리 또는 방향족 헤테로 고리를 포함할 수 있다. 예를 들어, 화학식 1에서 카바졸기는 인돌기가 축합된 치환 또는 비치환된 인돌로카바졸기, 벤조퓨란기가 축합된 치환 또는 비치환된 벤조퓨로카바졸기, 또는 벤조티오기가 축합된 치환 또는 비치환된 벤조티에노카바졸기일 수 있다.
L1 및 L2는 각각 독립적으로 직접 결합, 아릴렌기, 또는 헤테로아일렌기일 수있다. 아릴렌기는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴렌기일 수 있고, 헤테로아릴렌기는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기일 수 있다.
L1 또는 L2가 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기인 경우 N, O, S, Si, 또는 Se를 헤테로 원자로 포함할 수 있다. 구체적으로 L-1 또는 L2는 N, O, S, Si, 또는 Se를 헤테로 원자로 포함하는 치환 또는 비치환된 디벤조헤테로기일 수 있다.
구체적으로 L1- 및 L-2는 각각 독립적으로 직접 결합, 치환 또는 비치환된 페닐렌기, 치환 또는 비치환된 2가의 비페닐기, 치환 또는 비치환된 2가의 트리페닐기, 치환 또는 비치환된 2가의 나프틸기, 치환 또는 비치환된 2가의 피리디닐기, 또는 치환 또는 비치환된 2가의 페난트롤리닐기일 수 있다.
L1 및 L2는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 붕소기, 치환 또는 비치환된 설포닐기, 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소 수 6 이상 30 이하의 헤테로아릴기로 치환될 수 있다.
구체적으로 L1 또는 L-2가 붕소기로 치환되는 경우 알킬 붕소기 또는 아릴 붕소기로 치환될 수 있고, L1 또는 L-2가 설포닐기로 치환되는 경우 아릴 설포닐기로 치환될 수 있고, L1 또는 L-2가 헤테로아릴기로 치환되는 경우 기 화학식 A로 표시되는 디벤조헤테로기일 수 있다.
[화학식 A]
Figure pat00056
화학식 A에서 Y는 CRa, N, O, S, Si, 또는 Se일 수 있다. Ra는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 6 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다. Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 CH 또는 N일 수 있다. m은 0 이상 7 이하의 정수일 수 있다.
화학식 1에서, X는 직접 결합, 치환 또는 비치환된 2가의 실릴기, 또는 치환 또는 비치환된 2가의 티오크산텐기일 수 있다.
Ar1은 치환 또는 비치환된 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다. Ar1이 아릴기인 경우 치환 또는 비치환된 트리페닐렌기일 수 있다.
p는 0 이상 8 이하의 정수일 수 있다. 구체적으로 p는 0 또는 1일 수 있다. q 및 s는 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수일 수 있고, q 및 s 중 적어도 하나는 1 이상일 수 있다. r은 0 또는 1일 수 있다. t는 0 이상 3 이하의 정수일 수 있다. 구체적으로 t는 0, 1, 또는 2일 수 있다.
화학식 1은 하기 화학식1-1로 표시될 수 있다.
[화학식 1-1]
Figure pat00057
화학식 1-1에서, Z2는 N 또는 P=O일 수 있다.
R5는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 실릴기, 포스포닐기, 알킬기, 시클로알킬기, 아릴기, 또는 헤테로아릴기이거나 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
실릴기는 치환 또는 비치환된 실릴기일 수 있고, 포스포닐기는 치환 또는 비치환된 포스포닐기일 수 있고, 알킬기는 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 이상 20 이하의 알킬기일 수 있고, 시클로알킬기는 치환 또는 비치환된 탄소 수 3 이상 30 이하의 시클로알킬기일 수 있다. 아릴기는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴기일 수 있고, 헤테로아릴기는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다.
w는 0 이상 8 이하의 정수일 수 있다. 구체적으로 W는 0 또는 1일 수 있다.
R1, L1, L2, X, p, q, r, s, 및 t는 화학식 1에서 정의한 바와 동일할 수 있다.
화학식 1은 하기 화학식 1-3으로 표시될 수 있고, 화학식 1-1은 하기 화학식 1-4로 표시될 수 있다.
[화학식 1-3] [화학식 1-4]
Figure pat00058
Figure pat00059
화학식 1-3 및 화학식 1-4는, 화학식 1 및 화학식 1-1에서 r 및 s가 0인 경우를 구체화한 화학식이다. 화학식 1-3 및 화학식 1-4에서, q1은 1 이상 3 이하의 정수일 수 있다. R1, L1, Ar1, p, t, 및 w는 화학식 1에서 정의한 바와 동일할 수 있다.
예를 들어, 제1 호스트는 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
[화합물군 1]
Figure pat00060
Figure pat00061
Figure pat00062
Figure pat00063
Figure pat00064
Figure pat00065
Figure pat00066
Figure pat00067
.
제2 호스트는 제1 호스트와 상이할 수 있다. 제2 호스트는 아릴기 또는 헤테로아릴기를 포함할 수 있다. 아릴기는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 10 이상 80 이하의 아릴기일 수 있거, 헤테로아릴기는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 10 이상 80 이하의 헤테로아릴기일 수 있다.
구체적으로, 아릴기는 탄소수 10 이상 80 이하, 10 이상 70 이하, 10 이상 60 이하, 또는 10 이상 40 이하일 수 있다. 아릴기는 아릴아민기로 치환된 것일 수 있다. 아릴기는 복수의 벤젠고리가 축합 또는 치환된 구조일 수 있다. 예를 들어, 아릴기는 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 페난트릴기, 치환 또는 비치환된 트리페닐렌기, 치환 또는 비치환된 안트라세닐기, 치환 또는 비치환된 치환 또는 비치환된 플루오레닐기, 치환 또는 비치환된 플루오란테닐기, 또는 치환 또는 비치환된 피세닐기를 포함할 수 있다. 아릴기는 치환 또는 비치환된 실릴기, 또는 치환 또는 비치환된 포스포닐기로 치환될 수 있다.
구체적으로, 헤테로아릴기는 헤테로 원자로 N, O, 또는 S를 포함할 수 있다. 헤테로 아릴기는 치환 또는 비치환된 피리딘기, 치환 또는 비치환된 피리미딘기, 치환 또는 비치환된 트리아진기 등의 아진계 화합물을 포함할 수 있다. 헤테로아릴기는 치환 또는 비치환된 티오펜기, 치환 또는 비치환된 벤조티에노인돌기, 치환 또는 비치환된 이미다졸기, 치환 또는 비치환된 옥사디아졸기, 치환또는 비치환된 페난트롤린기, 또는 치환 또는 비치환된 디벤조헤테로기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 치환 또는 비치환된 카바졸기, 치환 또는 비치환된 티오펜기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기, 치환 또는 비치환된 아크리딘기를 포함할 수 있다. 디벤조헤테로기의 디벤조기는 헤테로 원자를 포함할 수 있다.
제2 호스트는 하기 화합물군 2에 표시된 화합물들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
[화합물군 2]
Figure pat00068
Figure pat00069
Figure pat00070
Figure pat00071
Figure pat00072
Figure pat00073
Figure pat00074
Figure pat00075
.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 정공 수송성 호스트인 제1 호스트와 전자 수송성 호스트인 제2 호스트를 공동 호스트로 사용함으로써 하나의 호스트를 사용하는 경우보다 발광층(EML)의 전하 밸런스가 우수할 수 있다. 따라서, 발광층(EML)의 열화가 억제되어 소자의 장수명을 달성할 수 있으며, 발광층 외의 유기층으로 전자 및 정공의 유출을 막아 양호한 발광 효율을 달성할 수 있다.
제1 호스트 및 제2 호스트는 다양한 혼합 비율을 가질 수 있다. 이하부터, 제1 호스트 및 제2 호스트의 혼합 비율은 중량 비율을 의미한다.
제1 호스트 및 제2 호스트는, 예를 들어, 호스트 전체 중량을 기준으로 약 3:7 내지 7:3의 비율을 가질 수 있다. 실시예가 이에 한정되는 것은 아니나, 제1 호스트 및 제2 호스트가 3:7 내지 7:3의 혼합 비율을 갖는 경우 발광 효율, 및 수명에있어서 만족스러운 발광 특성을 달성할 수 있다.
제1 도펀트는 열 활성 지연 형광 물질일 수 있다. 구체적으로 전자 공여성기 및 전자 수용성기를 갖는 열 활성 지연 형광 물질일 수 있다. 제1 도펀트의 최저 일중항 에너지 준위와 최저 삼중항 에너지 준위 차이는 0.3eV이하일 수 있다. 예를 들어, 제1 도펀트의 최저 일중항 에너지 준위와 최저 삼중항 에너지 준위 차이는 0.2eV 이하 또는 0.1eV 이하일 수 있다.
제1 도펀트의 전자 공여성기는 음(-)의 하메트 치환기 상수(Hammet substituent constant, σ) 값을 갖고, 제1 도펀트의 전자 수용성기는 양(+)의 하메트 치환기 상수(Hammet substituent constant, σ) 값을 가질 수 있다. 본 명세서에서, 하메트 치환기 상수 값이 음의 값이라는 것은 파라(para) 및 오르쏘(ortho) 위치에서의 하메트 치환기 상수 값이 모두 음수인 것을 의미하고, 하메트 치환기 상수 값이 양의 값이라는 것은 파라(para) 및 오르쏘(ortho) 위치에서의 하메트 치환기 상수 값이 모두 양수인 것을 의미한다.
제1 도펀트의 전자 공여성기는 치환 또는 비치환된 카바졸기, 치환 또는 비치환된 인돌기, 치환 또는 비치환된 아크리딘기, 치환또는 비치환된 페녹사진기, 치환 또는 비치환된 페노티아진기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴 아민기일 수 있다. 치환된 카바졸기는 치환 또는 비치환된 인돌로카바졸기일 수 있다.
제1 도펀트의 전자 수용성기는 치환 또는 비치환된 붕소기, 치환 또는 비치환된 아졸기, 탄소수 1 이상 20 이하의 치환 또는 비치환된 카보닐기, 치환 또는 비치환된 아진기, 치환 또는 비치환된 설포닐기, 시아노기 또는 트리할로메틸로 치환된 고리 형성 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 시아노기 또는 트리할로메틸로 치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다. 트리할로메틸기는 트리플루오로메틸기(-CF3)일 수 있다. 치환 또는 비치환된 아졸기는 치환 또는 비치환된 옥사디아졸기일 수 있다. 붕소기는 아릴 붕소기 또는 붕소 원자를 헤테로 원자로 포함하는 헤테로아릴기일 수 있다. 치환 또는 비치환된 카보닐기는 치환 또는 비치환된 알데히드기 또는 치환 또는 비치환된 케톤기일 수 있다. 아진기는 치환 또는 비치환된 피리딘기, 치환 또는 비치환된 피리미딘기, 치환 또는 비치환된 피라진기, 또는 치환 또는 비치환된 s-트리아진일 수 있다.
제1 도펀트는 하기 화합물군 3에 표시된 화합물들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
[화합물군 3]
Figure pat00076
Figure pat00077
Figure pat00078
Figure pat00079
Figure pat00080
Figure pat00081
Figure pat00082
.
제2 도펀트는 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00083
화학식 2에서, Z1은 CR4 또는 N일 수 있다.
R2 및 R3은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 실릴기, 알킬기, 시클로알킬기, 아릴기, 또는 헤테로아릴기이거나 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
실릴기는 치환 또는 비치환된 실릴기일 수 있고, 알킬기는 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 이상 20 이하의 알킬기일 수 있고, 시클로알킬기는 치환 또는 비치환된 탄소 수 3 이상 30 이하의 시클로알킬기일 수 있다. 아릴기는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴기일 수 있고, 헤테로아릴기는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다.
R4는 아릴기 또는 헤테로아릴기일 수 있다. 아릴기는 치환 또는 비치환된 탄소 수 6 이상 60 이하의 아릴기일 수 있고, 헤테로아릴기는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴기일 수 있다.
R3 및 R4는 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 구체적으로 R3 및 R4는 서로 동일할 수 있다.
u 및 v는 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수일 수 있다. 구체적으로 u 및 v는 2일 수 있다. U가 2 이상인 경우 복수의 R2는 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 구체적으로 복수의 R2는 서로 동일할 수 있다. v가 2 이상인 경우 복수의 R3은 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 구체적으로 복수의 R3은 서로 동일할 수 있다.
화학식 2는 하기 화학식 2-1 또는 하기 화학식 2-2로 표시될 수 있다.
[화학식 2-1] [화학식 2-2]
Figure pat00084
Figure pat00085
화학식 2-1 및 화학식 2-2는 Z1을 구체화한 화학식이다.
상기 화학식 2-1 및 상기 화학식 2-2에서, Ar2는 아릴기 또는 헤테로아릴기일 수 있다. 아릴기는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴기일 수 있고, 헤테로아릴기는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다.
R6은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 실릴기, 아민기, 붕소기, 알콕시기, 알킬기, 시클로알킬기, 아릴기, 또는 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. 실릴기는 치환 또는 비치환된 실릴기일 수 있고, 아민기는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 30 이하의 아민기일 수 있고, 붕소기는 치환 또는 비치환된 붕소기일 수 있고, 알콕시기는 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 이상 20 이하의 알콕시기일 수 있다. 알킬기는 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 이상 20 이하의 알킬기일 수 있고, 시클로알킬기는 치환 또는 비치환된 탄소 수 3 이상 30 이하의 시클로알킬기일 수 있고, 아릴기는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴기일 수 있고, 헤테로아릴기는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다.
구체적으로 알콕시기는 메톡시기일 수 있다. 알킬기는 메틸기, 이소프로필기 또는 t-부틸기일 수 있다. 아릴기는 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있다. 아민기는 아릴기 또는 헤테로아릴기중 적어도 하나가 치환된 탄소수 1 이상 30 이하의 아민기일 수 있다. 붕소기는 아릴붕소기일 수 있다. 헤테로아릴기는 치환 또는 비치환된 카바졸기일 수 있다.
x는 0 이상 3 이하의 정수일 수 있다. 구체적으로 x는 0, 1, 또는 2일 수 있다. R2, R3, u, 및 v는 상기 화학식 2에서 정의한 바와 동일할 수 있다.
화학식 2-1은 하기 화학식 2-1-1 또는 하기 화학식 2-1-2로 표시될 수 있다.
[화학식 2-1-1] [화학식 2-1-2]
Figure pat00086
Figure pat00087
화학식 2-1-1 및 화학식 2-1-2는 화학식 2-1에서 Ar2를 구체화한 화학식이다.
화학식 2-1-1 및 상기 화학식 2-1-2에서, X1 및 X2는 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수일 수 있다. 구체적으로 X1 및 X2는 각각 독립적으로 0, 1, 또는 2일 수 있다. R6가 2 이상인 경우 R6는 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 구체적으로 복수이 R6는 서로 동일할 수 있다.
R-2, R3, R6, u는 상기 화학식 2-1에서 정의한 바와 동일할 수 있다.
화학식 2는 하기 화학식 2-3 또는 하기 화학식 2-4로 표시될 수 있다.
[화학식 2-3] [화학식 2-4]
Figure pat00088
Figure pat00089
화학식 2-3 및 화학식 2-4는 화학식 2에서 R2 및 R3을 구체화한 화학식이다.
화학식 2-3 및 화학식 2-4에서 R21, R22, R31, 및 R32는 각각 독립적으로 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 실릴기, 알킬기, 시클로알킬기, 아릴기, 또는 헤테로아릴기일 수 있다. 실릴기는 치환 또는 비치환된 실릴기일 수 있고, 알킬기는 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 이상 20 이하의 알킬기일 수 있고, 시클로알킬기는 치환 또는 비치환된 탄소 수 3 이상 30 이하의 시클로알킬기일 수 있다. 아릴기는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴기일 수 있고, 헤테로아릴기는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다.
A1 및 A2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기일 수 있다. Z1은 상기 화학식 2에서 정의한 바와 동일할 수 있다.
화학식 2-4는 하기 화학식 2-4-1로 표시될 수 있다.
[화학식 2-4-1]
Figure pat00090
하기 화학식 2-4-1에서, f는 0 또는 1일 수 있다. Z-1은 화학식 2-1에서 정의한 바와 동일할 수 있다.
f가 0인 경우 화학식 2-4-1에 추가적인 벤젠 고리가 축합되지 않으나, f가 1인 경우 화학식 2-4-1의 각각의 벤젠고리에 추가적인 벤젠 고리가 축합된다.
제2 도펀트는 하기 화합물군 4에 표시된 화합물들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
[화합물군 4]
Figure pat00091
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Figure pat00106
.
종래 발광층 인광 도펀트를 사용하는 경우 고 비용의 문제가 있었으며, 열 활성 지연 형광 도펀트를 사용하는 경우 저 수명 및 저 색순도의 문제가 있었다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 제1 도펀트로 상술한 전자 공여성기 및 전자 수용성기를 갖는 열 활성 지연 형광 화합물을 사용하고, 제2 도펀트로 화학식 2로 표시되는 화합물을 사용한다.
따라서, 열 활성 지연 형광 도펀트인 제1 도펀트에 의해 만들어진 일중항 여기자가 형광 도펀트인 제2 도펀트를 통해 신속하게 발광하게 되므로 소자의 열화가 감소되며 소자 효율이 상승할 수 있다. 나아가, 전자 공여성기-전자 수용성기 타입의 열 활성 지연 형광 도펀트는 일반적인 형광 도펀트에 비해 상대적으로 저 수명을 가지므로, 제1 도펀트의 단점을 장 수명의 형광 도펀트인 제2 도펀트로 보완할 수 있다.
또한, 제2 도펀트는 열 활성 지연 형광 도펀트인 제1 도펀트에 비해 최고 점유 분자 오비탈(HOMO, highest occupied molecular orbital) 및 최저 점유 분자 오비탈(LUMO, lowest unoccupied molecular orbital)의 겹침이 크다. 따라서, 발광 파장의 반치폭(FWHM, Full Width at Half Maximum)이 작아 고 색순도의 광을 방출할 수 있다.
제1 도펀트 및 제2 도펀트는 다양한 비율로 도핑될 수 있다. 이하부터, 제1 도펀트 및 제2 도펀트의 도핑 비율은 중량 비율을 의미한다.
제1 도펀트는, 예를 들어, 발광층 전체의 중량을 기준으로 약 10% 이상 약 40% 이하의 비율로 도핑될 수 있다. 제2 도펀트는, 예를 들어, 발광층 전체의 중량을 기준으로 약 0.25% 이상 2% 이하의 비율로 도핑될 수 있다. 실시예가 이에 한정되는 것은 아니나, 상술한 도핑 비율을 갖는 경우 발광 효율, 수명, 및 발광 파장의 반치폭에 있어서 만족스러운 발광 특성을 달성할 수 있다.
제 1 호스트, 제 2 호스트, 제1, 도펀트, 및 제2 도펀트로 구성되는 발광층은 다양한 혼합 비율을 가질 수 있다. 바람직하게는 제1 호스트 및 제2 호스트가 3:7, 5:5, 또는 7:3 비율을 가질 수 있다. 또한, 제1 도펀트가 10%, 20%, 또는 30% 비율로 도핑될 수 있고, 제2 도펀트가 0.25%, 0.5%, 또는 1% 비율로 도핑될 수 있다.
도 3 내지 도 5에 도시된 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서, 전자 수송 영역(ETR)은 발광층(EML) 상에 제공된다. 전자 수송 영역(ETR)은, 정공 저지층(HBL), 전자 수송층(ETL) 및 전자 주입층(EIL) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 실시예가 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(HBL)/전자 수송층(ETL)/전자 주입층(EIL) 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 전자 수송 영역(ETR)의 두께는 예를 들어, 약 1000Å 내지 약 1500Å인 것일 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)은, 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)이 전자 수송층(ETL)을 포함할 경우, 전자 수송 영역(ETR)은 안트라센계 화합물을 포함하는 것일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 전자 수송 영역(ETR)은 예를 들어, 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 포함하는 것일 수 있다. 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 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 저지층(HBL)을 포함할 수 있다. 정공 저지층(HBL)은 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.
제2 전극(EL2)의 두께는 약 100Å 내지 약 10000Å, 예를 들어, 약 100Å 내지 약 1000Å 또는 100Å 내지 약 3000Å 일 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.
한편, 도면에 도시되지는 않았으나, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 제2 전극(EL2) 상에는 캡핑층(미도시)이 더 배치될 수 있다. 캡핑층(미도시)은 예를 들어, α-NPD, NPB, TPD, m-MTDATA, Alq3, CuPc, TPD15(N4,N4,N4',N4'-tetra (biphenyl-4-yl) biphenyl-4,4'-diamine), TCTA(4,4',4"- Tris (carbazol sol-9-yl) triphenylamine), N, N'-bis (naphthalen-1-yl) 등을 포함하는 것일 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.
이하에서는, 실시예 및 비교예를 참조하면서, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자(10)에 대해서 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 예시이며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
1. 유기 전계 발광 소자(10)의 제작 및 특성 평가
(유기 전계 발광 소자의 제작)실시예 1 내지 36의 유기 전계 발광 소자는 다음과 같은 방법으로 제작하였다. 기판 상에 ITO/Ag/ITO를 2000Å의 두께로 증착하였다. 증착된 기판을 50mm x 50mm x 0.7mm(가로 x 세로 x 높이) 크기로 자르고, 이소프로필 알코올과 증류수를 이용하여 5분 동안 초음파 세정한 후, 30분 동안 자외선을 조사 후 오존에 노출시켜 세정하였다. 이후 진공 증착 장치에 상기 ITO 기판을 설치하여 제1 전극(EL1)을 형성하였다. 제1 전극(EL1) 상에 화합물 HT1 및 F4-TCNQ를 98:2의 중량비로 진공 공증착하여 100Å 두께의 정공 주입층을 형성한 다음, 정공 주입층(HIL) 상에 화합물 HT1을 진공 증착하여 1200Å 두께의 정공 수송층(HTL)을 형성하고, 정공 수송층 상(HTL)에 일 실시예의 제1 호스트 및 제2 호스트를 7:3의 비율로 혼합하고, 제1 도펀트 및 제2 도펀트를 각각 30% 및 0.5%의 비율로 공증착하여 300Å 두께의 발광층(EML)을 형성하였다. 발광층(EML) 상에 화합물 ET-1 및 Liq를 50:50의 중량비로 공증착하여 300Å 두께의 전자 수송층(ETL)을 형성하였다. 전자 수송층 상(ETL)에 Liq를 증착하여 10Å 두께의 전자 주입층(EIL)을 형성하고, 전자 주입층 상(ETL)에 Mg 및 Ag를 13:1의 중량비로 공증착하여 130Å 두께의 제2 전극(EL2)을 형성함으로써 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
실시예 37의 유기 전계 발광 소자는 제1 호스트 및 제2 호스트를 5:5의 비율로 공증착한 것을 제외하고 실시예 1 내지 실시예 36의 유기 전계 발광 소자와 동일한 방법으로 제작하였다.
실시예 38의 유기 전계 발광 소자는 소자는 제1 호스트 및 제2 호스트를 3:7의 비율로 공증착한 것을 제외하고 실시예 1 내지 실시예 36의 유기 전계 발광 소자와 동일한 방법으로 제작하였다.
실시예 39의 유기 전계 발광 소자는 제1 도펀트 및 제2 도펀트를 각각 10% 및 0.5%의 비율로 공증착한 것을 제외하고 실시예 1 내지 실시예 36의 유기 전계 발광 소자와 동일한 방법으로 제작하였다.
실시예 40의 유기 전계 발광 소자는 제1 도펀트 및 제2 도펀트를 각각 10% 및 0.5%의 비율로 공증착한 것을 제외하고 실시예 1 내지 실시예 36의 유기 전계 발광 소자와 동일한 방법으로 제작하였다.
실시예 41의 유기 전계 발광 소자는 제1 도펀트 및 제2 도펀트를 각각 20% 및 0.25%의 비율로 공증착한 것을 제외하고 실시예 1 내지 실시예 36의 유기 전계 발광 소자와 동일한 방법으로 제작하였다.
실시예 42의 유기 전계 발광 소자는 제1 도펀트 및 제2 도펀트를 각각 10% 및 1%의 비율로 공증착한 것을 제외하고 실시예 1 내지 실시예 36의 유기 전계 발광 소자와 동일한 방법으로 제작하였다.
비교예 1 및 비교예 2의 유기 전계 발광 소자는 호스트로 하나의 호스트 물질만을 단독으로 사용한 것을 제외하고 실시예 1 내지 실시예 36의 유기 전계 발광 소자와 동일한 방법으로 제작하였다.
비교예 3 및 비교예 4의 유기 전계 발광 소자는 도펀트로 하나의 도펀트 물질 만을 단독으로 사용한 것을 제외하고 실시예 1 내지 실시예 36의 유기 전계 발광 소자와 동일한 방법으로 제작하였다.
비교예 5는 제2 도펀트 물질 대신 비교예 화합물인 C545T을 사용한 것을 제외하고 실시예 1 내지 실시예 36의 유기 전계 발광 소자와 동일한 방법으로 제작하였다.
비교예 6은 도펀트로 비교예 화합물인 C545T만을 단독으로 사용한 것을 제외하고 실시예 1 내지 실시예 36의 유기 전계 발광 소자와 동일한 방법으로 제작하였다.
Figure pat00107
Figure pat00108
실시예 및 비교예에 사용된 호스트 재료의 조합은 아래 표 1에 나타내었다.
소자 작성예 제1 호스트 제2 호스트 제1 도펀트 제2 도펀트
실시예 1 H1-1 H2-1 D1-1 D2-1
실시예 2 H1-3 H2-1 D1-1 D2-1
실시예 3 H1-10 H2-1 D1-1 D2-1
실시예 4 H1-1 H2-7 D1-1 D2-1
실시예 5 H1-3 H2-7 D1-1 D2-1
실시예 6 H1-10 H2-7 D1-1 D2-1
실시예 7 H1-1 H2-12 D1-1 D2-1
실시예 8 H1-3 H2-12 D1-1 D2-1
실시예 9 H1-10 H2-12 D1-1 D2-1
실시예 10 H1-1 H2-1 D1-15 D2-1
실시예 11 H1-3 H2-1 D1-15 D2-1
실시예 12 H1-10 H2-1 D1-15 D2-1
실시예 13 H1-1 H2-7 D1-15 D2-1
실시예 14 H1-3 H2-7 D1-15 D2-1
실시예 15 H1-10 H2-7 D1-15 D2-1
실시예 16 H1-1 H2-12 D1-15 D2-1
실시예 17 H1-3 H2-12 D1-15 D2-1
실시예 18 H1-10 H2-12 D1-15 D2-1
실시예 19 H1-1 H2-1 D1-15 D2-40
실시예 20 H1-3 H2-1 D1-15 D2-40
실시예 21 H1-10 H2-1 D1-15 D2-40
실시예 22 H1-1 H2-7 D1-15 D2-40
실시예 23 H1-3 H2-7 D1-15 D2-40
실시예 24 H1-10 H2-7 D1-15 D2-40
실시예 25 H1-1 H2-12 D1-15 D2-40
실시예 26 H1-3 H2-12 D1-15 D2-40
실시예 27 H1-10 H2-12 D1-15 D2-40
실시예 28 H1-1 H2-12 D1-1 D2-40
실시예 29 H1-3 H2-12 D1-1 D2-40
실시예 30 H1-10 H2-12 D1-1 D2-40
실시예 31 H1-1 H2-1 D1-1 D2-40
실시예 32 H1-3 H2-1 D1-1 D2-40
실시예 33 H1-10 H2-1 D1-1 D2-40
실시예 34 H1-1 H2-7 D1-1 D2-40
실시예 35 H1-3 H2-7 D1-1 D2-40
실시예 36 H1-10 H2-7 D1-1 D2-40
실시예 37 H1-1 H2-1 D1-1 D2-1
실시예 38 H1-1 H2-1 D1-1 D2-1
실시예 39 H1-1 H2-1 D1-1 D2-1
실시예 40 H1-1 H2-1 D1-1 D2-1
실시예 41 H1-1 H2-1 D1-1 D2-1
실시예 42 H1-1 H2-1 D1-1 D2-1
비교예 1 H1-1 - D1-1 D2-1
비교예 2 - H2-1 D1-1 D2-1
비교예 3 H1-1 H2-1 D1-1 -
비교예 4 H1-1 H2-1 - D2-1
비교예 5 H1-1 H2-1 D1-1 C545T
비교예 6 H1-1 H2-1 - C545T
Kethley SMU 236 및 휘도계 PR650 측정 장치를 이용하였다. 실시예 및 비교예에 따른 유기 전계 발광 소자의 특성을 평가하기 위하여 수명 및 소자 효율을 측정하였다. 수명은 초기 휘도의 95%까지 휘도가 감소하는데 걸리는 시간을 의미한다. 소자 효율은 50 mA/㎠의 전류 밀도에 대한 값이다. 수명의 전류 밀도는 재료에 따라 상이하게 설정하였으며, 연속 구동하여 측정 하였다. 또한 측정된 휘도 스펙트럼으로부터 최대 발광 파장인 발광 피크 및 발광 파장의 반치폭(FWMH)을 측정하였다. 표 2의 평가 결과는 실시예 화합물 H1-1을 제1 호스트로 사용하고, 실시예 화합물 D1-1 및 D2-1을 각각 제1 도펀트 및 제2 도펀트로 사용한 비교예 1의 휘도 95% 감소 수명 및 소자 효율을 기준(100%)으로하여 나타내었다.
소자 작성예 수명(%) 효율(%) 발광 피크(nm) 파장 반치폭(nm)
실시예 1 135 103 512 35
실시예 2 127 101 513 34
실시예 3 129 105 512 35
실시예 4 120 100 514 36
실시예 5 117 98 512 36
실시예 6 123 101 512 35
실시예 7 125 102 513 35
실시예 8 131 110 512 34
실시예 9 119 100 512 35
실시예 10 112 100 520 36
실시예 11 115 101 519 36
실시예 12 114 100 520 37
실시예 13 109 95 520 36
실시예 14 112 99 520 35
실시예 15 108 95 521 37
실시예 16 107 94 521 37
실시예 17 118 102 521 36
실시예 18 116 100 521 37
실시예 19 133 110 524 35
실시예 20 137 112 525 35
실시예 21 139 115 525 34
실시예 22 141 117 526 35
실시예 23 140 117 526 35
실시예 24 136 114 525 36
실시예 25 135 113 524 36
실시예 26 134 113 524 33
실시예 27 132 106 523 33
실시예 28 111 101 530 34
실시예 29 108 99 531 33
실시예 30 106 97 531 33
실시예 31 112 103 530 33
실시예 32 109 100 530 33
실시예 33 111 99 532 34
실시예 34 110 99 532 33
실시예 35 105 95 530 34
실시예 36 109 97 530 34
실시예 37 125 107 512 35
실시예 38 119 112 512 35
실시예 39 128 108 512 35
실시예 40 120 111 512 35
실시예 41 123 115 512 35
실시예 42 118 116 512 35
비교예 1 100 100 512 35
비교예 2 88 90 512 35
비교예 3 105 95 501 65
비교예 4 88 72 513 35
비교예 5 43 71 515 42
비교예 6 69 65 515 43
표 2를 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 42의 유기 전계 발광 소자는 비교예 1 내지 비교예6의 유기 전계 발광 소자에 비하여 소자 수명이 상승하였다. 또한, 실시예들은 대부분 비교예 1 내지 비교예 6보다 우수한 발광 효율을 나타낸다. 예를 들어, 실시예 1 내지 3, 6 내지 8, 11, 17, 19 내지 28, 31, 및 37 내지 42는 비교예 1 내지 6에 비하여 우수한 발광 효율을 나타낸다. 다만, 나머지 실시예의 경우 비교예 1 또는 비교예 3보다 낮은 발광 효율을 나타내나, 이 경우에도 비교예 1 또는 비교예 3과 유사한 수준의 발광 효율을 나타낸다. 또한, 비교예 4 내지 비교예 6에 비해 매우 우수한 발광 효율을 나타낸다. 수명 특성은 모든 비교예들에 비해 우수하다.
일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자(10)는 발광층(EML) 재료로 일 실시예의 제1 호스트, 제2 호스트, 제1 도펀트, 및 제2 도펀트를 포함한다. 따라서, 제1 호스트, 제2 호스트, 제1 도펀트, 및 제2 도펀트 중 어느 하나를 미포함하거나, 제2 도펀트 대신 비교예 화합물 C545T를 포함하는 비교예 1 내지 비교예 6에 비하여 장 수명, 및 고 효율을 달성한 것으로 보인다.
구체적으로 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자(10)는 정공 수송성 호스트인 제1 호스트와 전자 수송성 호스트인 제2 호스트를 공동 호스트로 사용함으로써 발광층(EML)의 전하 밸런스가 우수하다. 또한, 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자(10)는 발광층(EML)의 제1 도펀트로 일 실시예의 열 활성 지연 형광 도펀트를 사용하고, 제2 도펀트로 화학식 2로 표시되는 형광 도펀트를 사용함으로써 제1 도펀트에 의해 만들어진 여기자가 제2 도펀트를 통해 신속하게 발광되므로 소자의 열화가 감소할 수 있다.
한편, 실시예 1 내지 실시예 42는 비교예 3에 비하여 좁은 파장의 반치폭을 갖는다. 실시예 1 내지 실시예 42는 열 활성 지연 형광 도펀트인 제1 도펀트 및 형광 도펀트인 제2 도펀트를 혼합하여 사용한 바, 도펀트로 열 활성 지연 형광 도펀트인 제1 도펀트를 단일 도펀트로 사용한 비교예 3에 비하여 좁은 반치폭을 갖는 우수한 색 순도를 달성한 것으로 보인다.
나아가, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 고 비용의 인광 도펀트 대신 형광 도펀트를 사용함으로써 저 비용의 공정으로 제조 가능할 수 있다.
즉, 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자(10)는 발광층(EML) 재료로 일 실시예의 제1 호스트, 제2 호스트, 제1 도펀트, 및 제2 도펀트를 모두 포함 함으로써 장 수명, 고 효율, 고 색순도, 및 저 비용의 특성을 달성할 수 있다.
일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자(10) 및 이를 포함하는 표시 장치(DD)는 발광층(EML)의 재료로 일 실시예의 제1 호스트, 제2 호스트, 제1 도펀트, 및 제2 도펀트를 포함 함으로써 장수명, 고효율, 및 고 색순도를 달성할 수 있다.
일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자(10) 및 이를 포함하는 표시 장치(DD)는 발광층(EML)의 재료로 형광 도펀트인 제1 도펀트 및 제2 도펀트를 사용하므로 저 비용의 공정으로 제조 가능할 수 있다.
실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 또한 본 발명에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니고, 하기의 특허 청구의 범위 및 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
DD : 표시 장치 PXA1, PXA2, PXA3 : 제1 내지 제3 화소
10 : 유기 전계 발광 소자 EL1 : 제1 전극
EL2 : 제2 전극 HTR : 정공 수송 영역
EML : 발광층 ETR : 전자 수송 영역

Claims (20)

  1. 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 배치된 제2 전극; 및
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치된 발광층을 포함하고,
    상기 발광층은,
    하기 화학식 1로 표시되는 제1 호스트;
    상기 제1 호스트와 상이한 제2 호스트;
    전자 공여성기 및 전자 수용성기를 갖는 열 활성 지연 형광 물질인 제1 도펀트; 및
    하기 화학식 2로 표시되는 제2 도펀트를 포함하는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 1] [화학식 2]
    Figure pat00109
    Figure pat00110

    상기 화학식 1에서,
    R1은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 포스포닐기, 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 수 3 이상 30 이하의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    L1 및 L2는 각각 독립적으로 직접 결합, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기이고,
    X는 직접 결합, 치환 또는 비치환된 2가의 실릴기, 또는 치환 또는 비치환된 2가의 티오크산텐기이고,
    Ar1은 치환 또는 비치환된 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고,
    p는 0 이상 8 이하의 정수이고,
    q 및 s는 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수이며, q 및 s 중 적어도 하나는 1 이상이고,
    r은 0 또는 1이고, t는 0 이상 3 이하의 정수이고,
    상기 화학식 2에서,
    Z1은 CR4 또는 N이고,
    R2 및 R3은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 수 3 이상 30 이하의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    R4는 치환 또는 비치환된 탄소 수 6 이상 60 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴기이고,
    u 및 v는 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수이다.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식1-1로 표시되는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 1-1]
    Figure pat00111

    상기 화학식 1-1에서,
    Z2는 N 또는 P=O이고,
    R5는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 포스포닐기, 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 수 3 이상 30 이하의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    w는 0 이상 8 이하의 정수이고,
    R1, L1, L2, X, p, q, r, s, 및 t는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  3. 제1 항에 있어서,
    L1- 및 L-2는 각각 독립적으로 직접 결합, 치환 또는 비치환된 페닐렌기, 치환 또는 비치환된 2가의 비페닐기, 치환 또는 비치환된 2가의 트리페닐기, 치환 또는 비치환된 2가의 나프틸기, 치환 또는 비치환된 2가의 피리디닐기, 또는 치환 또는 비치환된 2가의 페난트롤리닐기인 유기 전계 발광 소자.
  4. 제1 항에 있어서,
    L1 및 L2는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 붕소기, 치환 또는 비치환된 설포닐기, 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소 수 6 이상 30 이하의 헤테로아릴기로 치환된 유기 전계 발광 소자.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 호스트는 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 유기 전계 발광 소자:
    [화합물군 1]
    Figure pat00112

    Figure pat00113

    Figure pat00114

    Figure pat00115

    Figure pat00116

    Figure pat00117

    Figure pat00118

    Figure pat00119
    .
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 호스트는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 10 이상 80 이하의 아릴기, 또는 헤테로 원자로 N, O, 또는 S를 포함하는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 10 이상 80 이하의 헤테로아릴기인 유기 전계 발광 소자.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제2 호스트는 하기 화합물군 2에 표시된 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 유기 전계 발광 소자:
    [화합물군 2]
    Figure pat00120

    Figure pat00121

    Figure pat00122

    Figure pat00123

    Figure pat00124

    Figure pat00125

    Figure pat00126

    Figure pat00127
    .
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 도펀트의 최저 일중항 에너지 준위와 최저 삼중항 에너지 준위 차이는 0.3eV이하인 유기 전계 발광 소자.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 도펀트의 상기 전자 공여성기는 음(-)의 하메트 치환기 상수(Hammet substituent constant, σ) 값을 갖고, 상기 제1 도펀트의 상기 전자 수용성기는 양(+)의 하메트 치환기 상수(Hammet substituent constant, σ) 값을 갖는 유기 전계 발광 소자.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 도펀트의 상기 전자 공여성기는 치환 또는 비치환된 카바졸기, 치환 또는 비치환된 인돌기, 치환 또는 비치환된 아크리딘기, 치환또는 비치환된 페녹사진기, 치환 또는 비치환된 페노티아진기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴 아민기를 포함하는 유기 전계 발광 소자.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 도펀트의 상기 전자 수용성기는 치환 또는 비치환된 붕소기, 치환 또는 비치환된 아졸기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 카보닐기, 치환 또는 비치환된 아진기, 치환 또는 비치환된 설포닐기, 시아노기 또는 트리할로메틸로 치환된 고리 형성 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 시아노기 또는 트리할로메틸로 치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기를 포함하는 유기 전계 발광 소자.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 도펀트는 하기 화합물군 3에 표시된 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 유기 전계 발광 소자:
    [화합물군 3]
    Figure pat00128

    Figure pat00129

    Figure pat00130

    Figure pat00131

    Figure pat00132

    Figure pat00133

    Figure pat00134
    .
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 화학식 2는 하기 화학식 2-1 또는 하기 화학식 2-2로 표시되는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 2-1] [화학식 2-2]
    Figure pat00135
    Figure pat00136

    상기 화학식 2-1 및 상기 화학식 2-2에서,
    Ar2는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고,
    R6은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 30 이하의 아민기, 치환 또는 비치환된 붕소기, 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 이상 20 이하의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 수 3 이상 30 이하의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    x는 0 이상 3 이하의 정수이고,
    R2, R3, u, 및 v는 상기 화학식 2에서 정의한 바와 동일하다.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 화학식 2-1은 하기 화학식 2-1-1 또는 하기 화학식 2-1-2로 표시되는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 2-1-1] [화학식 2-1-2]
    Figure pat00137
    Figure pat00138

    상기 화학식 2-1-1 및 상기 화학식 2-1-2에서,
    X1 및 X2는 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수이고,
    R-2, R3, R6, 및 u는 상기 화학식 2-1에서 정의한 바와 동일하다.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 화학식 2는 하기 화학식 2-3 또는 하기 화학식 2-4로 표시되는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 2-3] [화학식 2-4]
    Figure pat00139
    Figure pat00140

    상기 화학식 2-3 및 상기 화학식 2-4에 있어서,
    R21, R22, R31, 및 R32는 각각 독립적으로 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 수 3 이상 30 이하의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고,
    A1 및 A2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기이고,
    Z1은 상기 화학식 2에서 정의한 바와 동일하다.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 제2 도펀트는 하기 화합물군 4에 표시된 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 유기 전계 발광 소자:
    [화합물군 4]
    Figure pat00141

    Figure pat00142

    Figure pat00143

    Figure pat00144

    Figure pat00145

    Figure pat00146

    Figure pat00147

    Figure pat00148

    Figure pat00149

    Figure pat00150

    Figure pat00151

    Figure pat00152

    Figure pat00153

    Figure pat00154

    Figure pat00155

    Figure pat00156
    .
  17. 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 배치된 정공 수송 영역;
    상기 제1 정공 수송 영역 상에 배치된 발광층;
    상기 발광층 상에 배치된 전자 수송 영역; 및
    상기 전자 수송 영역 상에 배치된 제2 전극을 포함하고,
    상기 발광층은,
    하기 화학식 1로 표시되는 제1 호스트;
    상기 제1 호스트와 상이한 제2 호스트;
    전자 공여성기 및 전자 수용성기를 갖는 열 활성 지연 형광 물질인 제1 도펀트; 및
    하기 화학식 2로 표시되는 제2 도펀트를 포함하고,
    상기 제2 호스트는, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 10 이상 80 이하의 아릴기, 또는 헤테로 원자로 N, O, 또는 S를 포함하는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 10 이상 80 이하의 헤테로아릴기인 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 1] [화학식 2]
    Figure pat00157
    Figure pat00158

    상기 화학식 1에서,
    R1은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 포스포닐기, 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 수 3 이상 30 이하의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    L1 및 L2는 각각 독립적으로 직접 결합, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기이고,
    X는 직접 결합, 치환 또는 비치환된 2가의 실릴기, 또는 치환 또는 비치환된 2가의 티오크산텐기이고,
    Ar1은 치환 또는 비치환된 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고,
    p는 0 이상 8 이하의 정수이고,
    q 및 s는 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수이며, q 및 s 중 적어도 하나는 1 이상이고,
    r은 0 또는 1이고, t는 0 이상 3 이하의 정수이고,
    상기 화학식 2에서,
    Z1은 CR4 또는 N이고,
    R2는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 수 3 이상 30 이하의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    R4는 치환 또는 비치환된 탄소 수 6 이상 60 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴기이고,
    u 및 v는 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수이다.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 호스트는 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제2 호스트는 하기 화합물군 2에 표시된 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 유기 전계 발광 소자:
    [화합물군 1]
    Figure pat00159

    Figure pat00160

    Figure pat00161

    Figure pat00162

    Figure pat00163

    Figure pat00164

    Figure pat00165

    Figure pat00166
    .
    [화합물군 2]
    Figure pat00167

    Figure pat00168

    Figure pat00169

    Figure pat00170

    Figure pat00171

    Figure pat00172

    Figure pat00173

    Figure pat00174
    .
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 도펀트는 하기 화합물군 3에 표시된 화합물들 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제2 도펀트는 하기 화합물군 4에 표시된 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 유기 전계 발광 소자:
    [화합물군 3]
    Figure pat00175

    Figure pat00176

    Figure pat00177

    Figure pat00178

    Figure pat00179

    Figure pat00180

    Figure pat00181
    .
    [화합물군 4]
    Figure pat00182

    Figure pat00183

    Figure pat00184

    Figure pat00185

    Figure pat00186

    Figure pat00187

    Figure pat00188

    Figure pat00189

    Figure pat00190

    Figure pat00191

    Figure pat00192

    Figure pat00193

    Figure pat00194

    Figure pat00195

    Figure pat00196

    Figure pat00197
    .
  20. 각각이 서로 이격되어 배치되는 복수의 화소들을 포함하고,
    상기 화소들 중 적어도 하나는,
    제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 배치된 정공 수송 영역;
    상기 제1 정공 수송 영역 상에 배치된 발광층;
    상기 발광층 상에 배치된 전자 수송 영역; 및
    상기 전자 수송 영역 상에 배치된 제2 전극을 포함하고,
    상기 발광층은,
    하기 화학식 1로 표시되는 제1 호스트;
    상기 제1 호스트와 상이한 제2 호스트;
    전자 공여성기 및 전자 수용성기를 갖는 열 활성 지연 형광 물질인 제1 도펀트; 및
    하기 화학식 2로 표시되는 제2 도펀트를 포함하는 표시 장치:
    [화학식 1] [화학식 2]
    Figure pat00198
    Figure pat00199

    상기 화학식 1에서,
    R1은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 포스포닐기, 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 수 3 이상 30 이하의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    L1 및 L2는 각각 독립적으로 직접 결합, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기이고,
    X는 직접 결합, 치환 또는 비치환된 2가의 실릴기, 또는 치환 또는 비치환된 2가의 티오크산텐기이고,
    Ar1은 치환 또는 비치환된 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고,
    p는 0 이상 8 이하의 정수이고,
    q 및 s는 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수이며, q 및 s 중 적어도 하나는 1 이상이고,
    r은 0 또는 1이고, t는 0 이상 3 이하의 정수이고,
    상기 화학식 2에서,
    Z1은 CR4 또는 N이고,
    R2는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 수 3 이상 30 이하의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    R4는 치환 또는 비치환된 탄소 수 6 이상 60 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소 수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴기이고,
    u 및 v는 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수이다.
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