KR20210039516A - 유기 전계 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 제1 발광 시작 파장(onset wavelength)을 가지는 호스트, 제2 발광 시작 파장을 가지는 제1 도펀트, 및 상기 제1 도펀트와 상이하고, 제3 발광 시작 파장을 가지는 제2 도펀트를 포함하고, 상기 제3 발광 시작 파장은 상기 제1 발광 시작 파장 및 상기 제2 발광 시작 파장보다 큰 값을 가짐에 따라, 개선된 발광 효율 및 긴 소자 수명을 나타낼 수 있다.

Description

유기 전계 발광 소자{ORGANIC ELECTROLUMINESCENCE DEVICE}
본 발명은 유기 전계 발광 소자에 관한 것이며, 보다 상세하게는 발광층에 복수 개의 발광층 재료를 포함한 유기 전계 발광 소자에 관한 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 양호한 수명 특성과 우수한 발광 효율을 나타내는 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자는 제1 전극, 상기 제1 전극과 마주하는 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 발광층을 포함한다. 상기 발광층은 제1 발광 시작 파장(onset wavelength)을 가지는 호스트, 제2 발광 시작 파장을 가지는 제1 도펀트, 및 상기 제1 도펀트와 상이하고, 제3 발광 시작 파장을 가지는 제2 도펀트를 포함한다. 상기 제3 발광 시작 파장은 상기 제1 발광 시작 파장 및 상기 제2 발광 시작 파장보다 크다.
상기 제2 도펀트의 정규화된(normalized) 광 흡수 스펙트럼 및 정규화된 발광 스펙트럼의 교차점의 정규화된 광의 세기(intensity)는 0.5 이상일 수 있다.
상기 제2 도펀트의 상기 정규화된 광 흡수 스펙트럼의 피크(peak) 및 상기 정규화된 발광 스펙트럼의 피크 사이의 간격은 50nm 이하일 수 있다.
상기 제2 도펀트의 최저 삼중항 여기 에너지 레벨은 상기 호스트의 최저 삼중항 여기 에너지 레벨 및 상기 제1 도펀트의 최저 삼중항 여기 에너지 레벨 각각에 비해 작을 수 있다.
상기 호스트는 제1 호스트, 및 상기 제1 호스트와 상이한 제2 호스트를 포함할 수 있다.
상기 제1 호스트는 하기 화학식 H-1로 표시될 수 있다.
[화학식 H-1]
Figure pat00001
상기 화학식 H-1에 있어서, L1은 직접 결합(direct linkage), 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기이고, Ar1은 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이며, a 및 b는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고, R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이다.
상기 제2 호스트는 하기 화학식 H-2로 표시될 수 있다.
[화학식 H-2]
Figure pat00002
상기 화학식 H-2에서, Z1 내지 Z3은 각각 독립적으로 CRy 또는 N이고, Ry 및 R11 내지 R13은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이다.
상기 제1 도펀트는 Ir, Ru, Rh, Pt, Pd, Cu, 또는 Os를 중심금속원자로 포함하는 유기 금속 착체를 포함할 수 있다.
상기 제1 도펀트는 하기 화학식 D-1으로 표시될 수 있다.
[화학식 D-1]
Figure pat00003
상기 화학식 D-1에서, M은 Pt, Pd, Cu, Os, Ir, Ru, 또는 Rh이고, Q1 내지 Q4는 각각 독립적으로 C 또는 N이며, C1 내지 C4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 5 이상 30 이하의 탄화수소고리, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로고리이고, L21 내지 L23는 각각 독립적으로 직접 결합,
Figure pat00004
,
Figure pat00005
,
Figure pat00006
,
Figure pat00007
, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 2가의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기이고, e1 내지 e3는 각각 독립적으로 0 또는 1이고, R21 내지 R26은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아민기, 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 1 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고, d1 내지 d4는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고, M이 Pt, Pd, Cu, 또는 Os 인 경우 m은 1이고, M이 Ir, Ru, 또는 Rh인 경우 m은 1 또는 2이고, e2는 0이다.
상기 제2 도펀트는 하기 화학식 D-2a로 표시될 수 있다.
[화학식 D-2a]
Figure pat00008
상기 화학식 D-2a에서 X1 및 X2는 각각 독립적으로, NRm 또는 O 이고, Rm은 수소 원자, 중수소 원자, 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 헤테로아릴기이며, R31 내지 R41은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 치환된 옥시기, 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 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성한다.
상기 제2 도펀트는 하기 화학식 D-2b로 표시될 수 있다.
[화학식 D-2b]
Figure pat00009
상기 화학식 D-2b에서, L2는 직접 결합(direct linkage), 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기이고, D1은 하기 하기 화학식 D-2-1 또는 화학식 D-2-2로 표시된다.
[화학식 D-2-1] [화학식 D-2-2]
Figure pat00010
Figure pat00011
상기 화학식 D-2-1 및 D-2-2에서, L3 및 L4는 각각 독립적으로 직접 결합(direct linkage) 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기이고, R42 내지 R59는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 15 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이며, Y1는 직접 결합(direct linkage), CRaRb, SiRcRd, GeReRf, NRg, O 또는 S이고, Ra 내지 Rg는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 15 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이며, Ra 및 Rb, Rc 및 Rd, 및 Re 및 Rf는 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고, A1은 하기 화학식 D-2-3 내지 D-2-10으로 표시된다.
[화학식 D-2-3] [화학식 D-2-4]
Figure pat00012
Figure pat00013
[화학식 D-2-5] [화학식 D-2-6]
Figure pat00014
Figure pat00015
[화학식 D-2-7] [화학식 D-2-8]
Figure pat00016
Figure pat00017
[화학식 D-2-9] [화학식 D-2-10]
Figure pat00018
Figure pat00019
Y2는 C=O, 또는 S(=O)2 이고, Y3는 C=O, 또는 O 이고, Y4 및 Y5는 각각 독립적으로 O, 또는 S 이고, Y6 및 Y7은 각각 독립적으로 N, 또는 CQ12이고, Y8은 O 또는 NQ13이고, Q1 내지 Q13는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 15 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고, n1, n4, 및 n6은 각각 독립적으로 0 이상 4 이하이고, n3, n5, n7, n8, 및 n10은 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수이고, n2는 0 이상 5 이하의 정수이고, n9는 0 이상 2 이하의 정수이다.
상기 제1 호스트 및 상기 제2 호스트의 중량 비율은 7:3 내지 3:7 일 수 있다.
상기 제1 호스트, 상기 제2 호스트, 상기 제1 도펀트, 및 상기 제2 도펀트 화합물 전체 중량을 기준으로, 상기 제1 도펀트의 함량은 10wt% 이상 15wt% 이하이고, 상기 제2 도펀트의 함량은 1wt% 이상 5wt% 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 배치된 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 발광층을 포함한다. 상기 발광층은 제1 호스트, 상기 제1 호스트와 상이한 제2 호스트, 제2 시작 파장을 가지는 제1 도펀트, 및 상기 제1 도펀트와 상이하고, 제3 시작 파장을 가지는 제2 도펀트를 포함한다. 상기 제3 시작 파장은 상기 제2 시작 파장보다 크고, 상기 제2 도펀트의 정규화된(normalized) 광 흡수 스펙트럼 및 정규화된 발광 스펙트럼의 교차점의 정규화된 광의 세기(intensity)는 0.5 이상이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 배치된 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 발광층을 포함한다. 상기 발광층은 정공 수송성 모이어티(moiety)를 포함하는 제1 호스트, 상기 제1 호스트와 상이하고, 전자 수송성 모이어티를 포함하는 제2 호스트, 제2 시작 파장을 가지고, Ir, Ru, Rh, Pt, Pd, Cu, 또는 Os를 중심금속원자로 포함하는 유기 금속 착체를 포함하는 제1 도펀트, 및 제3 시작 파장을 가지고, 지연 형광 발광체인 제2 도펀트를 포함한다. 상기 제3 시작 파장은 상기 제2 시작 파장보다 크다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 장수명 및 고효율의 개선된 소자 특성을 나타낼 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 두 개의 호스트 물질과 두 개의 도펀트 물질을 모두 포함하여 고효율, 장수명 특성을 나타낼 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 6a 내지 도 6f은 본 발명의 일 실시예에 따른 호스트, 제1 도펀트 및 제2 도펀트의 파장에 따른 정규화된 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프들이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 도펀트의 파장에 따른 광 방출 스펙트럼과 광 흡수 스펙트럼을 도시한 그래프들이다.
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.
본 명세서에서, 어떤 구성요소(또는 영역, 층, 부분 등)가 다른 구성요소 "상에 있다", "연결 된다", 또는 "결합된다"고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 배치/연결/결합될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 배치될 수도 있다는 것을 의미한다.
동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 지칭한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께, 비율, 및 치수는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
"및/또는"은 연관된 구성들이 정의할 수 있는 하나 이상의 조합을 모두 포함한다.
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.
또한, "아래에", "하측에", "위에", "상측에" 등의 용어는 도면에 도시된 구성들의 연관관계를 설명하기 위해 사용된다. 상기 용어들은 상대적인 개념으로, 도면에 표시된 방향을 기준으로 설명된다.
다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 용어 (기술 용어 및 과학 용어 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에서 정의된 용어와 같은 용어는 관련 기술의 맥락에서 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하고, 이상적인 또는 지나치게 형식적인 의미로 해석되지 않는 한, 명시적으로 여기에서 정의된다.
"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.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자에 대하여 설명한다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 1 내지 도 5를 참조하면, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2)은 서로 마주하고 배치되며, 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에는 발광층(EML)이 배치될 수 있다.
또한, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에 발광층(EML) 이외에 복수의 기능층들을 더 포함한다. 복수의 기능층들은 정공 수송 영역(HTR) 및 전자 수송 영역(ETR)을 포함할 수 있다. 즉, 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. 또한 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 제2 전극(EL2) 상에 배치된 캡핑층(CPL)을 포함할 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에 배치된 발광층(EML)에 후술하는 일 실시예의 화합물을 포함할 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 발광층(EML) 이외에 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에 배치된 복수의 기능층들인 정공 수송 영역(HTR) 또는 전자 수송 영역(ETR)에 후술하는 일 실시예에 따른 화합물을 포함하거나, 또는 제2 전극(EL2) 상에 배치된 캡핑층(CPL)에 후술하는 일 실시예에 따른 화합물을 포함할 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 소자(10)의 단면도를 나타낸 것이다. 또한, 도 3은 도 1과 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. 도 4는 도 1과 비교하여 발광층(EML)과 전자 수송 영역(ETR) 사이에 배치된 버퍼층(BFL)을 포함하는 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 단면도를 나타낸 것이다. 도 5는 도 2와 비교하여 제2 전극(EL2) 상에 배치된 캡핑층(CPL)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)의 두께는 예를 들어, 약 50Å 내지 약 1500Å인 것일 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)은 단일 물질로 이루어진 단일층, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층 또는 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 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-methylphenyl)phenylamino] 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 50Å 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 서로 상이한 종류의 복수 개의 발광 재료들을 포함하는 것일 수 있다. 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 서로 상이한 제1 호스트와 제2 호스트 및 서로 상이한 제1 도펀트와 제2 도펀트를 포함하는 것일 수 있다.
한편, 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, 비페닐기는 아릴기로 해석될 수도 있고, 페닐기로 치환된 페닐기로 해석될 수도 있다.
본 명세서에서, "인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성"한다는 인접하는 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄화수소 고리, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리를 형성하는 것을 의미할 수 있다. 탄화수소 고리는 지방족 탄화수소 고리 및 방향족 탄화수소 고리를 포함한다. 헤테로고리는 지방족 헤테로고리 및 방향족 헤테로고리를 포함한다. 인접하는 기와 서로 결합하여 형성된 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 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 알케닐기는, 탄소수 2이상의 알킬기의 중간 또는 말단에 하나 이상의 탄소 이중 결합을 포함한 탄화수소 그룹을 의미한다. 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 알키닐기는, 탄소수 2이상의 알킬기의 중간 또는 말단에 하나 이상의 탄소 삼중 결합을 포함한 탄화수소 그룹을 의미한다. 알키닐기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있다. 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 2 이상 30 이하, 2 이상 20 이하 또는 2 이상 10 이하이다. 알키닐기의 구체적인 예에는, 에티닐기, 프로피닐기, 등이 포함될 수 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 탄화수소 고리기는 지방족 탄화수소 고리로부터 유도된 임의의 작용기 또는 치환기, 또는 방향족 탄화수소 고리로부터 유도된 임의의 작용기 또는 치환기일 수 있다. 탄화수소 고리기의 고리 형성 탄소수 5 이상 60 이하, 5 이상 30 이하, 또는 5 이상 20이하일 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 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, 헤테로고리기는 헤테로 원자로 B, O, N, P, Si 및 S 중 1개 이상을 포함하는 고리로부터 유도된 임의의 작용기 또는 치환기를 의미한다. 헤테로고리기는 지방족 헤테로고리기 및 방향족 헤테로고리기를 포함한다. 방향족 헤테로고리기는 헤테로아릴기일 수 있다. 지방족 헤테로고리 및 방향족 헤테로고리는 단환 또는 다환일 수 있다.
본 명세서에서, 헤테로고리기는 헤테로 원자로 B, O, N, P, Si 및 S 중 1개 이상을 포함하는 것일 수 있다. 헤테로고리기가 헤테로 원자를 2개 이상 포함할 경우, 2개 이상의 헤테로 원자는 서로 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 헤테로고리기는 단환식 헤테로고리기 또는 다환식 헤테로고리기일 수 있으며, 헤테로아릴기를 포함하는 개념이다. 헤테로고리기의 고리 형성 탄소수는 2 이상 30 이하, 2 이상 20 이하, 또는 2 이상 10 이하일 수 있다.
본 명세서에서, 지방족 헤테로고리기는 헤테로 원자로 B, O, N, P, Si 및 S 중 1개 이상을 포함하는 것일 수 있다. 지방족 헤테로고리기는 고리 형성 탄소수는 2 이상 30 이하, 2 이상 20 이하, 또는 2 이상 10 이하일 수 있다. 지방족 헤테로고리기의 예로는 옥시란기, 티이란기, 피롤리딘기, 피페리딘기, 테트라하이드로퓨란기, 테트라하이드로티오펜기, 티안기, 테트라하이드로피란기, 1,4-디옥산기, 등이 있으나 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 헤테로아릴기는 헤테로 원자로 B, O, N, P, Si 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 탄소수는 2 이상 30 이하, 2 이상 20 이하, 또는 2 이상 10 이하일 수 있다. 헤테로아릴기의 예로는 티오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸기, 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, 옥사졸기, 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, 보릴기는 알킬 보릴기 및 아릴 보릴기를 포함한다. 보릴기의 예로는 트리메틸보릴기, 트리에틸보릴기, t-부틸디메틸보릴기, 트리페닐보릴기, 디페닐보릴기, 페닐보릴기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 아민기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 1 이상 30 이하일 수 있다. 아민기는 알킬 아민기, 아릴 아민기, 또는 헤테로아릴 아민기를 포함할 수 있다. 아민노기의 예로는 메틸아민기, 디메틸아민기, 페닐아민기, 디페닐아민기, 나프틸아민기, 9-메틸-안트라세닐아민기, 트리페닐아민기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 옥시기는 알콕시기 및 아릴 옥시기를 포함할 수 있다. 알콕시기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄일 수 있다. 알콕시기의 탄소수는 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, 알킬 티오기, 알킬 설폭시기, 알킬 아릴기, 알킬 아미노기, 알킬 보릴기, 알킬 실릴기 중 알킬기는 전술한 알킬기의 예시와 같다.
본 명세서에서, 아릴 옥시기, 아릴 티오기, 아릴 설폭시기, 아릴 아미노기, 아릴 붕소기, 아릴 실릴기 중의 아릴기는 전술한 아릴기의 예시와 같다
본 명세서에서, 직접 결합(direct linkage)은 단일 결합을 의미하는 것일 수 있다.
한편, 본 명세서에서 "
Figure pat00020
" 또는 "
Figure pat00021
" 는 연결되는 위치를 의미한다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 발광층(EML)은 제1 시작 파장(onset wavelength)을 가지는 호스트, 제2 시작 파장을 가지는 제1 도펀트, 및 제3 시작 파장을 가지는 제2 도펀트를 포함한다. 호스트는 제1 호스트, 및 제1 호스트와 상이한 제2 호스트를 포함할 수 있다. 호스트는 정공 수송성 모이어티(moiety)를 가지는 제1 호스트와 전자 수송성 모이어티(moiety)를 가지는 제2 호스트를 포함할 수 있다. 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 발광층(EML)에서, 호스트는 제1 호스트와 제2 호스트가 엑시플렉스(exciplex)를 형성한 것일 수 있다.
일 실시예에 따른 발광층(EML)은 카바졸기 유도체 모이어티를 포함하는 제1 호스트를 포함할 수 있다. 제1 호스트는 하기 화학식 H-1로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 H-1]
Figure pat00022
화학식 H-1에서, L1은 직접 결합(direct linkage), 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기일 수 있다. 또한, Ar1은 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.
화학식 H-1에서, a 및 b는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고, R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다. 한편, a 및 b가 각각 2 이상의 정수인 경우 복수 개의 R1 및 복수 개의 R2는 모두 동일하거나 적어도 하나가 상이한 것일 수 있다. 예를 들어, 화학식 H-1에서 a 및 b가 0일 수 있다. 이 경우 카바졸기는 비치환된 것에 해당한다.
화학식 H-1에서, L1은 직접 결합, 페닐렌기, 2가의 비페닐기, 2가의 카바졸기 등일 수 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, Ar1은 치환 또는 비치환된 카바졸기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기, 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기, 치환 또는 비치환된 비페닐기 등일 수 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 발광층은 제2 호스트로 하기 화학식 H-2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 H-2]
Figure pat00023
화학식 H-2에서, Z1 내지 Z3은 각각 독립적으로 CRy 또는 N이고, Ry 및 R11 내지 R13은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다.
예를 들어, 화학식 H-2는 하기 화학식 H-2a 또는 화학식 H-2b로 표시될 수 있다.
[화학식 H-2a] [화학식 H-2b]
Figure pat00024
Figure pat00025
화학식 H-2a 및 화학식 H-2b에서 R11 내지 R13은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다.
또한, 화학식 H-2b에서, Ry1 내지 Ry3은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이다. 또한, 화학식 H-2b에서, R11 내지 R13 및 Ry1 내지 Ry3 중 적어도 하나는 시아노기, 적어도 하나의 시아노기를 치환기로 포함하는 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 적어도 하나의 시아노기를 치환기로 포함하는 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다.
즉, 화학식 H-2a로 표시되는 제2 호스트는 트리아진 모이어티(moiety)를 포함하는 것이며, 화학식 H-2b로 표시되는 제2 호스트는 적어도 하나의 시아노기를 포함하는 것일 수 있다.
화학식 H-2a에서, R11 내지 R13은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 카바졸기 등일 수 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
화학식 H-2b에서, R11 내지 R13 및 Ry1 내지 Ry3 중 어느 하나가 시아노기로 치환된 것이거나, R11 내지 R13 및 Ry1 내지 Ry3 중 적어도 하나가 시아노기로 치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다. 한편, 적어도 하나의 시아노기로 치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기는 시아노기 이외에 치환기를 더 포함할 수 있으며, 치환기는 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 화학식 H-1로 표시되는 제1 호스트 및 화학식 H-2로 표시되는 제2 호스트를 발광층(EML)에 동시에 포함하며, 후술하는 제1 도펀트와 제2 도펀트를 발광층(EML)에 포함하여 우수한 발광 효율 및 장수명 특성을 나타낼 수 있다. 특히, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 발광층(EML)에서, 호스트는 화학식 H-1로 표시되는 제1 호스트와 화학식 H-2로 표시되는 제2 호스트가 엑시플렉스(exciplex)를 형성한 것일 수 있다.
발광층(EML)에 동시에 포함된 두 개의 호스트 재료 중 제1 호스트는 정공 수송성 호스트이고, 제2 호스트는 전자 수송성 호스트일 수 있다. 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 발광층(EML)에 정공 수송 특성이 우수한 제1 호스트 및 전자 수송 특성이 우수한 제2 호스트를 모두 포함하여 후술하는 도펀트 화합물들로 효율적인 에너지 전달이 가능할 수 있다.
발광층(EML)은 Ir(이리듐), Ru(루테늄), Rh(로듐), Pt(백금), Pd(팔라듐), Cu(구리), 또는 Os(오스뮴)을 중심금속원자로 포함하고, 중심금속원자에 결합된 리간드들을 포함하는 유기 금속 착체를 제1 도펀트로 포함할 수 있다. 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 발광층은 제1 도펀트로 하기 화학식 D-1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 D-1]
Figure pat00026
화학식 D-1에서, M은 금속 원자일 수 있다. M은 Pt, Pd, Cu, Os, Ir, Ru, 또는 Rh일 수 있다.
화학식 D-1에서, Q1 내지 Q4는 각각 독립적으로 C 또는 N일 수 있다.
화학식 D-1에서, C1 내지 C4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 5 이상 30 이하의 탄화수소고리, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로고리일 수 있다.
화학식 D-1에서, L21 내지 L23는 각각 독립적으로 직접 결합,
Figure pat00027
,
Figure pat00028
,
Figure pat00029
,
Figure pat00030
, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 2가의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기일 수 있다. L21 내지 L23에서,
Figure pat00031
는 C1 내지 C4와 연결되는 부위를 의미하는 것이다.
화학식 D-1에서, e1 내지 e3는 각각 독립적으로 0 또는 1일 수 있다. e1이 0일 경우, C1 및 C2가 서로 연결되지 않은 것일 수 있다. e2가 0일 경우, C2 및 C3가 서로 연결되지 않은 것일 수 있다. e3가 0일 경우, C3 및 C4가 서로 연결되지 않은 것일 수 있다.
R21 내지 R26은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아민기, 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 1 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. 예를 들어, R21 내지 R26가 알킬기인 경우 메틸기, 이소프로필기, 또는 tert-부틸기일 수 있다. R21 내지 R26가 아민기인 경우 디메틸아민기일 수 있다. R21 내지 R26가 할로겐 원자인 경우 불소 원자(F)일 수 있다.
d1 내지 d4는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수일 수 있다. 한편, d1 내지 d4가 각각 2 이상의 정수인 경우, 복수 개의 R21 내지 R24는 모두 동일하거나 적어도 하나가 상이한 것일 수 있다.
m은 1 또는 2일 수 있다. M이 Pt, Pd, Cu, 또는 Os 인 경우 m은 1일 수 있다. M이 Ir, Ru, 또는 Rh인 경우 m은 1 또는 2이고, e2는 0일 수 있다.
예를 들어, 화학식 D-1는 하기 화학식 D-1a-1로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 D-1a-1]
Figure pat00032
화학식 D-1a-1에서, C1 내지 C4, Q1 내지 Q4, R21 내지 R24, d1 내지 d4, L22, 및 e2는 상기 화학식 D-1a에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
화학식 D-1a-1에서, C1 내지 C4는 각각 독립적으로 하기 C-1 내지 C-3 중 어느 하나로 표시되는 치환 또는 비치환된 탄화수소고리 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리일 수 있다.
Figure pat00033
C-1 내지 C-3에서 P1-은
Figure pat00034
또는 CR54이고, P2는
Figure pat00035
또는 NR61이고, P3은
Figure pat00036
또는 NR62일 수 있다. R51 내지 R64는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하는 것일 수 있다.
또한, C-1 내재 C-3에서, "
Figure pat00037
" 는 중심금속원자인 M1과 연결되는 부분이고, "
Figure pat00038
" 는 이웃하는 고리기(C1 내지 C4) 또는 링커(L21 내지 L24)와 연결되는 부분에 해당한다.
예를 들어, 화학식 D-1는 하기 화학식 D-1b-1로 표시될 수 있다.
[화학식 D-1b-1]
Figure pat00039
화학식 D-1b-1에서, X1 내지 X4, Y1 내지 Y4, 및 Z1 내지 Z4는 각각 독립적으로 CRn 또는 N일 수 있다. 또한, Rp, Rq, 및 Rn은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 5 이상 30 이하의 탄화수소고리, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로고리, 또는 치환 또는 비치환된 아민기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하는 것일 수 있다. 화학식 D-1b에서 고리형성 원자로 X1 내지 X4, Y1 내지 Y4, 또는 Z1 내지 Z4를 포함하는 6각 고리는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 벤젠고리, 치환 또는 비치환된 피리딘고리, 치환 또는 비치환된 피리미딘고리, 또는 치환 또는 비치환된 트리아진고리일 수 있다. 예를 들어, 화학식 D-1b-1에서 고리형성 원자로 X1 내지 X4, Y1 내지 Y4, 또는 Z1 내지 Z4를 포함하는 6각 고리는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 벤젠고리, 치환 또는 비치환된 피리딘고리, 치환 또는 비치환된 피리미딘고리, 또는 치환 또는 비치환된 트리아진고리일 수 있다.
상술한 화학식 D-1a 또는 화학식 D-1b로 표시되는 제1 도펀트는 인광 도펀트일 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 발광층(EML)에 상술한 화학식 D-1 로 표시되는 제1 도펀트 이외에 제2 도펀트를 포함할 수 있다. 제2 도펀트는 형광 도펀트일 수 있다. 제2 도펀트는 청색 발광 재료일 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 발광층은 제2 도펀트로 하기 화학식 D-2a 또는 D-2b로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 D-2a]
Figure pat00040
화학식 D-2a에서 X1 및 X2는 각각 독립적으로, NRm 또는 O 이고, Rm은 수소 원자, 중수소 원자, 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. 화학식 D-2에서, R31 내지 R41은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 보릴기, 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 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하는 것일 수 있다.
예를 들어, 화학식 D-2a에서 R31 내지 R41은 각각 독립적으로, 수소 원자, 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 카바졸기, 치환 또는 비치환된 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 알콕시기, 치환 또는 비치환된 알킬 보릴기, 또는 치환 또는 비치환된 아릴 보릴기일 수 있다.
화학식 D-2a에서 R39 및 R40은 서로 결합하여 헤테로고리를 형성할 수 있다. R39 및 R40이 서로 결합하여 형성된 축합 헤테로고리는 헤테로원자로 B, O, 또는 N 등을 포함하는 것일 수 있다. 또한 축합 헤테로고리는 치환 또는 비치환된 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기로 치환되거나 또는 비치환된 것일 수 있다.
화학식 D-2a로 표시되는 제2 도펀트는 하기 화학식 D-2a-1 내지 화학식 D-2a-4 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 D-2a-1] [화학식 D-2b]
Figure pat00041
Figure pat00042
[화학식 D-2a-3] [화학식 D-2a-4]
Figure pat00043
Figure pat00044
화학식 D-2a-1 내지 화학식 D-2a-4에서, Rm1 내지 Rm4는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 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, R1 내지 R18은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 치환된 옥시기, 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 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하는 것일 수 있다.
예를 들어, Rm1 내지 Rm4는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있다. 또한, R1 내지 R18은 각각 독립적으로, 수소 원자, 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 카바졸기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴아민기일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 D-2b]
Figure pat00045
화학식 D-2b에서, L2는 직접 결합(direct linkage), 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기일 수 있다. 예를 들어, L2는 직접 결합(direct linkage), 또는 치환 또는 비치환된 페닐렌기일 수 있다.
화학식 D-2b에서, D1은 하기 하기 화학식 D-2-1 또는 화학식 D-2-2로 표시될 수 있다.
[화학식 D-2-1] [화학식 D-2-2]
Figure pat00046
Figure pat00047
화학식 D-2-1 및 D-2-2에서, L3 및 L4는 각각 독립적으로 직접 결합(direct linkage) 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기일 수 있다. 예를 들어, L3 및 L4는 각각 독립적으로 직접 결합(direct linkage) 또는 치환 또는 비치환된 페닐렌기일 수 있다.
R42 내지 R59는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 15 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다. 또는, R42 내지 R59는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하는 것일 수 있다.
Y1는 직접 결합(direct linkage), CRaRb, SiRcRd, GeReRf, NRg, O 또는 S일 수 있다. 일 실시예에서, Y1는 직접 결합(direct linkage), CRaRb, NRg, 또는 O일 수 있다.
Ra 내지 Rg는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 15 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다. Ra 및 Rb, Rc 및 Rd, 및 Re 및 Rf는 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
화학식 D-2b에서, A1은 하기 화학식 D-2-3 내지 D-2-10으로 표시될 수 있다.
[화학식 D-2-3] [화학식 D-2-4]
Figure pat00048
Figure pat00049
[화학식 D-2-5] [화학식 D-2-6]
Figure pat00050
Figure pat00051
[화학식 D-2-7] [화학식 D-2-8]
Figure pat00052
Figure pat00053
[화학식 D-2-9] [화학식 D-2-10]
Figure pat00054
Figure pat00055
화학식 D-2-3에서, Y2는 C=O, 또는 S(=O)2 일 수 있다. 화학식 D-2-4에서, Y3는 C=O, 또는 O 일 수 있다. 화학식 D-2-5에서, Y4 및 Y5는 각각 독립적으로 O, 또는 S 일 수 있다. 화학식 D-2-8에서, Y6 및 Y7은 각각 독립적으로 N, 또는 CQ12 일 수 있다. 화학식 D-2-10에서, Y8은 O 또는 NQ13 일 수 있다.
화학식 D-2-3 내지 D-2-10에서, Q1 내지 Q13는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 15 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다.
화학식 D-2-3 내지 D-2-10에서, n1, n4, 및 n6은 각각 독립적으로 0 이상 4 이하이고, n3, n5, n7, n8, 및 n10은 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수이고, n2는 0 이상 5 이하의 정수이고, n9는 0 이상 2 이하의 정수이다. n1 내지 n10 이 각각 독립적으로 2 이상의 정수일 경우, 복수 개의 Q1 내지 Q10은 모두 동일하거나 적어도 하나가 상이한 것일 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 발광층(EML)에 상술한 화학식 D-1로 표시되는 제1 도펀트 및 화학식 D-2a 또는 화학식 D-2b로 표시되는 제2 도펀트를 포함할 수 있다. 즉, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 제1 도펀트 및 제2 도펀트를 동시에 포함하여 우수한 발광 효율 및 개선된 소자 수명 특성을 나타낼 수 있다.
제1 도펀트의 최저 삼중항 여기 에너지 레벨(T1 level)은 제2 도펀트의 최저 삼중항 여기 에너지 레벨(T1 level) 이상일 수 있다. 호스트의 최저 삼중항 여기 에너지 레벨은 제2 도펀트의 최저 삼중항 여기 에너지 레벨 이상일 수 있다. 일 실시예에서 제1 도펀트는 호스트의 에너지를 제2 도펀트로 전달해주는 보조도펀트(assistant dopant) 역할을 하는 것일 수 있다. 또한, 제2 도펀트는 호스트, 및 제1 도펀트로부터 전달된 에너지로 여기되어 발광하는 발광 도펀트일 수 있다. 일 실시예에서, 호스트의 최저 삼중항 여기 에너지 레벨은 제1 도펀트 및 제2 도펀트 각각의 최저 삼중항 여기 에너지 레벨 이상이고, 제2 도펀트의 최저 삼중항 여기 에너지는 호스트의 최저 삼중항 여기 에너지 레벨 및 제1 도펀트의 최저 삼중항 여기 에너지 레벨 각각에 비해 작을 수 있다.
일 실시예에서 제2 도펀트는 열활성 지연 형광(TADF, Thermally Activated Delayed Fluorescence) 도펀트일 수 있다. 즉, 일 실시예에서 제2 도펀트는 kRISC(역항간교차 상수)가 103S-1 이상이거나, 또는 f(oscillation strength)가 0.1 이상으로 열활성 지연 형광이 용이하게 일어날 수 있다.
일 실시예에서, 제2 도펀트는 청색 광을 발광하는 발광 도펀트이며, 발광층(EML)은 형광 발광하는 것일 수 있다. 또한, 보다 상세하게는 발광층(EML) 청색광을 지연 형광 발광하는 것일 수 있다.
일 실시예에서 보조 도펀트 역할을 하는 제1 도펀트는 제2 도펀트의 지연 형광을 가속화시킬 수 있다. 따라서, 일 실시예의 발광층은 발광 효율이 향상될 수 있다. 또한, 지연 형광이 가속화 되는 경우 발광층(EML)에 형성된 엑시톤이 발광층(EML) 내부에 적체되지 않고 빠르게 발광하므로 소자의 열화가 감소할 수 있다. 따라서, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 수명이 상승할 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 발광층(EML)은 상술한 제1 호스트, 제2 호스트, 제1 도펀트, 및 제2 도펀트를 모두 포함하며, 제1 호스트, 제2 호스트, 제1 도펀트, 및 제2 도펀트의 전체 중량을 기준으로, 제1 도펀트의 함량은 10wt% 이상 15wt% 이하이고, 제2 도펀트의 함량은 1wt% 이상 5wt% 이하일 수 있다.
제1 도펀트 및 제2 도펀트의 함량이 상술한 비율을 만족하는 경우, 제1 도펀트가 제2 도펀트로 효율적으로 에너지를 전달할 수 있으며, 이에 따라 발광 효율 및 소자 수명이 상승할 수 있다.
발광층(EML)에서 제1 호스트 및 제2 호스트의 함량은 상술한 제1 도펀트 및 제2 도펀트의 중량을 제외한 나머지 일 수 있다. 예를 들어, 발광층(EML)에서 제1 호스트, 및 제2 호스트의 함량은, 제1 호스트, 제2 호스트, 제1 도펀트, 및 제2 도펀트 전체 중량을 기준으로 약 80wt% 이상 약 89wt% 이하일 수 있다. 제1 호스트 및 제2 호스트 전체 중량에 있어서 제1 호스트 및 제2 호스트의 중량비는 약 3:7 내지 7:3일 수 있다.
제1 호스트 및 제2 호스트의 함량이 상술한 비율을 만족하는 경우, 발광층(EML) 내의 전하 밸런스 특성이 향상되므로, 발광 효율 및 소자 수명이 상승할 수 있다. 제1 호스트 및 제2 호스트의 함량이 상술한 비율 범위를 벗어나는 경우, 발광층(EML) 내의 전하 밸런스가 깨져 발광 효율이 저하되고, 소자가 쉽게 열화 될 수 있다.
발광층(EML)에 포함된 제1 호스트, 제2 호스트, 제1 도펀트, 및 제2 도펀트가 상술한 함량 비율의 범위를 만족하는 경우, 우수한 발광 효율 및 장수명을 달성할 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 제1 호스트, 제2 호스트, 제1 도펀트, 및 제2 도펀트를 모두 포함하며, 발광층(EML)은 2개의 호스트 재료와 2개의 도펀트 재료의 조합을 포함할 수 있다. 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 발광층(EML)은 서로 상이한 두 개의 호스트, 유기 금속 착체를 포함하는 제1 도펀트 및 지연 형광을 방출하는 제2 도펀트를 동시에 포함하여 우수한 발광 효율 및 수명 특성을 나타낼 수 있다.
일 실시예에서 화학식 H-1로 표시되는 제1 호스트는 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 어느 하나로 표시될 수 있다. 발광층(EML)은 제1 호스트 물질로 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
[화합물군 1]
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일 실시예에서 화학식 H-2로 표시되는 제2 호스트는 하기 화합물군 2-1 및 화합물군 2-2에 표시된 화합물들 중 어느 하나로 표시될 수 있다. 발광층(EML)은 제2 호스트 물질로 하기 화합물군 2-1 및 화합물군 2-2에 표시된 화합물들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 한편, 화합물군 2-1은 화학식 H-2a로 표시되는 제2 호스트 물질이고, 화합물군 2-2는 화학식 H-2b로 표시되는 제2 호스트 물질일 수 있다.
[화합물군 2-1]
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[화합물군 2-2]
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일 실시예에서 발광층(EML)은 제1 도펀트 물질로 하기 화합물군 3-1 및 화합물군 3-2에 표시된 화합물들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 한편, 화합물군 3-1은 화학식 D-1a로 표시되는 제1 도펀트 물질이고, 화합물군 3-2는 화학식 D-1b로 표시되는 제1 도펀트 물질일 수 있다.
[화합물군 3-1]
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[화합물군 3-2]
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상기 화합물 3-2에서, AD2-1 내지 AD2-4, AD2-13 내지 AD2-16, 및 AD2-25 내지 AD2-28에서, R은 각각 독립적으로 수소 원자, 메틸기, 이소프로필기, tert-부틸기, 또는 디메틸아민기이다.
일 실시예에서 화학식 D-2로 표시되는 제2 도펀트는 하기 화합물군 4-1 또는 화합물군 4-2에 표시된 화합물들 중 어느 하나로 표시될 수 있다. 발광층(EML)은 제2 도펀트 물질로 하기 화합물군 4-1 또는 화합물군 4-2에 표시된 화합물들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 한편, 화합물군 4-1은 화학식 D-2a로 표시되는 제2 도펀트 물질이고, 화합물군 3-2는 화학식 D-2b로 표시되는 제2 도펀트 물질일 수 있다.
[화합물군 4-1]
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[화합물군 4-2]
Figure pat00086
Figure pat00087
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일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서, 호스트는 제1 발광 시작 파장(onset wavelength)을 가지고, 제1 도펀트는 제2 발광 시작 파장을 가지고, 제2 도펀트는 제3 발광 시작 파장을 가진다. 제2 도펀트의 제3 발광 시작 파장은 제1 발광 시작 파장 및 제2 발광 시작 파장보다 크다. 보다 구체적으로, 제2 도펀트의 제3 발광 시작 파장은 제1 도펀트의 제2 발광 시작 파장보다 크고, 제1 도펀트의 제2 발광 시작 파장은 호스트의 제1 발광 시작 파장보다 클 수 있다.
본 명세서에서, 발광 시작 파장(onset wavelength)은 정규화된(normalized) 발광 스펙트럼에 있어서, 광의 세기(intensity)가 0.5인 지점에서 정규화된 발광 스펙트럼의 접선을 그었을 때 x-절편 값으로 정의된다.
도 6a 내지 도 6f은 본 발명의 일 실시예에 따른 호스트, 제1 도펀트 및 제2 도펀트의 파장에 따른 정규화된 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프들이다.
도 6a 내지 도 6f에서, 호스트의 정규화 발광 스펙트럼의 광의 세기(intensity)가 0.5인 지점에서의 접선의 x-절편은 제1 발광 시작 파장(x1)으로 정의될 수 있다. 도 6a 내지 도 6f에서, 제1 도펀트의 정규화 발광 스펙트럼의 광의 세기(intensity)가 0.5인 지점에서의 접선의 x-절편은 제2 발광 시작 파장(x2)으로 정의될 수 있다. 도 6a 내지 도 6f에서, 제2 도펀트의 정규화 발광 스펙트럼의 광의 세기(intensity)가 0.5인 지점에서의 접선의 x-절편은 제3 발광 시작 파장(x3)으로 정의될 수 있다.
도 6a 내지 도 6f을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 도펀트의 제3 발광 시작 파장(x3)은 호스트의 제1 발광 시작 파장(x1) 및 제1 도펀트의 제2 발광 시작 파장(x2)에 비해 큰 값을 가진다. 본 발명의 일 실시예에서, 제1 발광 시작 파장(x1)은 제2 발광 시작 파장(x2) 및 제3 발광 시작 파장(x3)에 비해 작고, 제2 발광 시작 파장(x2)은 제1 발광 시작 파장(x1)에 비해 크고 제3 발광 시작 파장(x3)에 비해 작은 값을 가질 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광층에서는 제1 발광 시작 파장(x1), 제2 발광 시작 파장(x2), 및 제3 발광 시작 파장(x3) 순으로 값이 증가하는 것일 수 있다.
도 6a와 같이 호스트의 발광 피크 파장이 가장 작고, 제1 도펀트의 발광 피크 파장이 호스트의 발광 피크 파장에 비해 크고, 제2 도펀트의 발광 피크 파장이 가장 큰 경우에 제1 발광 시작 파장(x1), 제2 발광 시작 파장(x2) 및 제3 발광 시작 파장(x3) 순으로 값이 증가하는 것일 수 있다. 이와 달리, 도 6b와 같이, 호스트의 발광 피크 파장이 가장 작고, 제1 도펀트의 발광 피크 파장이 가장 큰 경우에도, 제1 발광 시작 파장(x1), 제2 발광 시작 파장(x2) 및 제3 발광 시작 파장(x3) 순으로 값이 증가하는 것일 수 있다. 도 6c와 같이, 호스트의 발광 피크 파장이 제1 도펀트의 발광 피크 파장보다 크고, 제2 도펀트의 발광 피크 파장이 가장 큰 값을 가지는 경우에도, 제1 발광 시작 파장(x1), 제2 발광 시작 파장(x2) 및 제3 발광 시작 파장(x3) 순으로 값이 증가하는 것일 수 있다. 도 6d와 같이, 제2 도펀트의 발광 피크 파장이 가장 작고, 제1 도펀트의 발광 피크 파장이 가장 큰 경우에도, 제1 발광 시작 파장(x1), 제2 발광 시작 파장(x2) 및 제3 발광 시작 파장(x3) 순으로 값이 증가하는 것일 수 있다. 도 6e와 같이, 호스트의 발광 피크 파장이 가장 크고, 제1 도펀트의 발광 피크 파장이 가장 작은 경우에도, 제1 발광 시작 파장(x1), 제2 발광 시작 파장(x2) 및 제3 발광 시작 파장(x3) 순으로 값이 증가하는 것일 수 있다. 도 6f와 같이, 제2 도펀트의 발광 피크 파장이 가장 작고, 호스트의 발광 피크 파장이 가장 크고, 호스트의 정규화 발광 스펙트럼, 제1 도펀트의 정규화 발광 스펙트럼, 제2 도펀트의 정규화 발광 스펙트럼 각각의 광의 세기(intensity)가 0.5인 지점의 파장이 유사한 경우에도, 제1 발광 시작 파장(x1), 제2 발광 시작 파장(x2) 및 제3 발광 시작 파장(x3) 순으로 값이 증가하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 제1 발광 시작 파장은 약 380nm 이상 약 430nm 이하이고, 제2 발광 시작 파장은 약 400nm 이상 약 450nm 이하이고, 제3 발광 시작 파장은 약 410nm 이상 약 460 nm 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 발광 시작 파장과 발광 시작 에너지(onset energy)는 반비례 관계이고, 아래 식 1의 관계를 만족할 수 있다.
[식 1]
호스트의 발광 시작 에너지 > 제1 도펀트의 발광 시작 에너지 > 제2 도펀트의 발광 시작 에너지
본 발명의 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 발광층(EML)은 제1 발광 시작 파장을 가지는 호스트, 제2 발광 시작 파장을 가지는 제1 도펀트, 및 제3 발광 시작 파장을 가지는 제2 도펀트를 포함하고, 제3 발광 시작 파장은 제1 발광 시작 파장 및 제2 발광 시작 파장에 비해 큰 값을 가진다. 보다 구체적으로, 제3 발광 시작 파장은 제2 발광 시작 파장에 비해 크고, 제2 발광 시작 파장은 제1 발광 시작 파장에 비해 큰 값을 가질 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 발광체인 제2 도펀트의 발광 시작 파장이 가장 크고, 보조 도펀트 기능을 수행하는 제1 도펀트의 발광 시작 파장이 제2 도펀트의 발광 시작 파장보다 작고, 호스트의 발광 시작 파장이 가장 작은 값을 가짐에 따라, 호스트로부터 제1 도펀트로, 제1 도펀트로부터 제2 도펀트로 에너지 전달이 용이하게 이루어질 수 있고, 이에 따라 유기 전계 발광 소자가 우수한 발광 효율 및 수명 특성을 나타낼 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 도펀트의 파장에 따른 광 방출 스펙트럼과 광 흡수 스펙트럼을 도시한 그래프들이다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서, 제2 도펀트의 정규화된(normalized) 광 흡수 스펙트럼 및 정규화된 발광 스펙트럼의 교차점(c)의 정규화 광의 세기(intensity)는 약 0.5 이상일 수 있다. 또한, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 제2 도펀트의 정규화된 광 흡수 스펙트럼의 피크와 정규화된 발광 스펙트럼의 피크 사이의 간격(n)은 약 50nm 이하일 수 있다. 제2 도펀트의 광 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼이 상기 조건을 만족함에 따라, 호스트 및 제1 도펀트로부터 제2 도펀트로의 에너지 전달이 용이하게 이루어질 수 있고, 이에 따라 유기 전계 발광 소자가 우수한 발광 효율 및 수명 특성을 나타낼 수 있다.
한편, 도면에 도시되지는 않았으나 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 복수의 발광층들을 포함하는 것일 수 있다. 복수의 발광층들은 순차적으로 적층되어 제공되는 것일 수 있으며, 예를 들어 복수의 발광층들을 포함하는 유기 전계 발광 소자(10)는 백색광을 방출하는 것일 수 있다. 복수의 발광층들을 포함하는 유기 전계 발광 소자는 탠덤(Tandem) 구조의 유기 전계 발광 소자일 수 있다. 유기 전계 발광 소자(10)가 복수의 발광층들을 포함하는 경우 적어도 하나의 발광층(EML)은 상술한 바와 같이 제1 호스트, 제2 호스트, 제1 도펀트, 및 제2 도펀트를 모두 포함할 수 있다.
도 1 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 영역은 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, NaCl, CsF, RbCl, RbI, CuI 와 같은 할로겐화 금속, Yb와 같은 란타넘족 금속, Li2O, BaO 와 같은 금속 산화물, 또는 LiQ(Lithium quinolate) 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.
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, 도 4를 참조하면, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 발광층(EML)과 전자 수송 영역(ETR) 사이에 버퍼층(BFL)을 더 포함할 수 있다. 버퍼층(BFL)은 발광층(EML)에서 생성되는 엑시톤의 농도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 버퍼층(BFL)은 발광층(EML) 재료 중 일부를 포함할 수 있다. 버퍼층(BFL)은 발광층(EML) 재료 중 호스트 재료를 포함할 수 있다. 버퍼층(BFL) 재료의 최저 삼중항 여기 에너지 레벨은 발광층(EML)에 포함된 호스트 및 도펀트 재료들의 조합에 따라 제2 도펀트의 최저 삼중항 여기 에너지 레벨 이상 또는 제2 도펀트의 최저 삼중항 여기 에너지 레벨 이하로 조절될 수 있다.
한편, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 제2 전극(EL2) 상에는 캡핑층(CPL)이 더 배치될 수 있다. 캡핑층(CPL)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.
상술한 일 실시예의 화합물은 발광층(EML) 이외의 기능층에서 유기 전계 발광 소자(10)용 재료로 포함될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자(10)는 상술한 화합물을 제1 전극(EL1) 및 제2 전극(EL2) 사이에 배치된 적어도 하나의 기능층 또는 제2 전극(EL2) 상에 배치된 캡핑층(CPL)에 포함할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자(10)는 상술한 바와 같이 발광층의 호스트 재료 및 도펀트 재료의 조합을 최적화하여 우수한 발광 효율 및 장수명 특성을 나타낼 수 있다. 또한, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 청색 파장 영역에서 고효율 장수명 특성을 나타낼 수 있다.
이하에서는, 실시예 및 비교예를 참조하면서, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 화합물 및 일 실시예의 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]
(유기 전계 발광 소자의 제작)
실시예 및 비교예의 유기 전계 발광 소자는 ITO 유리기판을 약 50mm x 50mm x 0.5 mm크기로 잘라서 이소프로필 알콜과 증류수를 이용하여 각각 10분간 초음파 세정 후 약 10분간 자외선 조사 후 오존에 노출시켜 세정한 후, 진공 증착 장치에 설치하였다. 이후, 2-MTDATA로 약 40Å 두께의 정공 주입층(HIL)을 형성하고, NPB로 약 10Å 의 두께의 정공 수송층(HTL)을 형성하였다. 이후 일 실시예에 따른 제1 호스트, 제2 호스트, 제1 도펀트, 및 제2 도펀트를 공증착하여 200Å 두께의 발광층(EML)을 형성하고, 하기 화합물 ETL1으로 300 두께의 전자 수송층(ETL)을 형성하였다. 이후 Al로 1200Å 두께의 제2 전극(EL2)을 형성하였다. 각 층은 모두 진공 증착법으로 형성하였다.
Figure pat00088
Figure pat00089
Figure pat00090
실시예 및 비교예에 사용된 발광층 재료의 조합은 아래 표 1에 나타내었다.
소자
작성예		 제1 호스트 제2 호스트 제1 도펀트 제2 도펀트
실시예 1 HT-01 ET1-2 AD1-2 D-02
실시예 2 HT-01 ET1-6 AD1-15 DA-03
실시예 3 HT-03 ET1-8 AD2-21 DA-05
실시예 4 HT-04 ET1-11 AD1-20 DA-07
실시예 5 HT-08 ET1-14 AD2-27 DA-17
실시예 6 HT-10 ET1-15 AD1-31 D-05
실시예 7 HT-11 ET2-1 AD2-49 D-11
실시예 8 HT-13 ET2-3 AD2-55 D-19
실시예 9 HT-15 ET2-7 AD2-80 DA-27
실시예 10 HT-17 ET2-11 AD1-33 D-20
비교예 1 HT-02 - AD1-2 DA-04
비교예 2 HT-05 ET1-4 - DA-11
비교예 3 HT-08 ET1-10 AD2-22 D-19
비교예 4 HT-10 - AD1-23 -
비교예 5 - ET2-4 AD2-53 DA-21
비교예 6 HT-11 ET2-5 - DA-23
비교예 7 - ET2-6 AD2-78 DA-29
비교예 8 HT-13 ET2-7 AD2-81 -
비교예 9 HT-13 - - D-14
비교예 10 - ET2-12 AD1-32 DA-30
비교예 11 HT-01 ET1-6 AD1-32 D-14
비교예 12 HT-13 ET2-3 AD2-81 DA-07
비교예 13 HT-05 ET1-4 AD2-21 D-15
비교예 14 HT-06 ET1-3 AD2-27 DA-29
비교예 15 HT-08 ET1-10 AD1-33 DA-04
비교예 16 HT-06 ET1-3 AD1-31 DA-11
비교예 17 HT-07 ET2-2 AD1-23 DA-23
비교예 18 HT-01 ET1-6 AD1-31 DA-8
비교예 19 HT-15 ET2-7 AD1-31 DA-15
비교예 20 HT-08 ET1-14 AD1-20 DA-24
실시예 및 비교예의 소자에 있어서, 호스트의 최저 삼중항 여기 에너지(T1), 제1 도펀트의 최저 삼중항 여기 에너지(T1), 제2 도펀트의 최저 삼중항 여기 에너지(T1), 호스트의 발광 시작 파장, 제1 도펀트의 발광 시작 파장, 제2 도펀트의 발광 시작 파장, 제2 도펀트의 정규화된 광 흡수 스펙트럼과 정규화된 발광 스펙트럼의 교차점(파장 교차점)의 정규화된 광의 세기, 및 흡수/발광 피크 간 거리를 표 2에 나타내었다.
소자
작성예		 호스트
T1(eV)		 제1 도펀트 T1(eV) 제2 도펀트 T1(eV) 호스트 발광 시작 파장(nm) 제1 도펀트 발광 시작 파장(nm) 제2 도펀트 발광 시작 파장(nm) 파장 교차점
(intensity)		 흡수/발광 피크 간 거리(nm)
실시예 1 2.85 2.77 2.67 415 445 460 0.77 19
실시예 2 2.91 2.86 2.70 420 432 440 0.33 47
실시예 3 2.99 2.95 2.80 408 419 434 0.59 25
실시예 4 2.97 2.89 2.75 411 427 433 0.81 17
실시예 5 3.02 2.91 2.76 403 423 433 0.62 27
실시예 6 2.98 2.83 2.68 410 435 453 0.52 23
실시예 7 2.88 2.75 2.66 419 447 450 0.66 30
실시예 8 2.92 2.77 2.73 421 445 452 0.49 25
실시예 9 2.9 2.83 2.68 417 432 439 0.57 32
실시예 10 2.92 2.81 2.73 413 440 449 0.45 22
비교예 1 3.23 2.77 2.80 375 445 422 0.49 27
비교예 2 2.91 - 2.77 420 - 428 0.37 33
비교예 3 2.89 2.66 2.73 423 461 452 0.66 25
비교예 4 3.17 2.71 - 388 456 - -
비교예 5 3.27 2.63 2.76 370 468 433 0.43 55
비교예 6 2.85 - 2.75 421 - 442 0.55 23
비교예 7 3.32 2.65 2.73 370 466 434 0.71 20
비교예 8 3.05 2.78 - 395 445 - -
비교예 9 3.22 - 2.83 380 - 417 0.37 60
비교예 10 3.25 2.98 2.73 377 415 436 0.69 21
비교예 11 2.91 2.98 2.83 420 415 417 0.37 60
비교예 12 2.92 2.78 2.75 421 445 433 0.81 17
비교예 13 2.91 2.95 2.88 420 419 415 0.73 25
비교예 14 2.75 2.91 2.73 440 423 434 0.71 20
비교예 15 2.89 2.81 2.8 423 440 422 0.49 27
비교예 16 2.75 2.83 2.77 440 435 428 0.37 33
비교예 17 2.81 2.71 2.75 437 456 442 0.55 23
비교예 18 2.91 2.83 2.71 420 435 455 0.47 65
비교예 19 2.9 2.83 2.73 417 435 442 0.42 63
비교예 20 3.02 2.89 2.77 403 427 450 0.38 69
(유기 전계 발광 소자의 특성 평가)
제작한 유기 전계 발광 소자의 특성 평가는 휘도 배향 특성 측정 장치를 이용하여 진행하였다. 실시예 및 비교예에 따른 유기 전계 발광 소자의 특성을 평가하기 위하여 구동 전압, 휘도, 효율, 발광 파장, 및 수명(T95)을 측정하였다. 표 5에서는 제작된 유기 전계 발광 소자에 대하여 전류 밀도 10mA/cm2, 휘도 1000cd/m2 때의 발광 효율(cd/A)을 나타내었다. 또한, 휘도 1000cd/m2 기준에서 95% 수준까지 휘도가 감소하는데 걸리는 시간인 소자 수명(T95)을 나타내었다. 소자 수명(T95)은 10mA/cm2의 전류 밀도에서 연속 구동하여 측정 하였으며, 단위는 시(hour)이다.
소자 작성예 발광 효율
(cd/A)		 소자 수명
(T95, h)
실시예 1 23.6 31.1
실시예 2 24.2 29.5
실시예 3 24.1 38.6
실시예 4 25.3 26.8
실시예 5 25.1 26.1
실시예 6 21.8 33.9
실시예 7 22.8 35.5
실시예 8 23.5 42.0
실시예 9 24.4 37.1
실시예 10 25.5 33.3
비교예 1 17.8 0.5
비교예 2 26.6 1.5
비교예 3 19.1 21.2
비교예 4 11.9 1.7
비교예 5 16.3 7.6
비교예 6 25.7 2.4
비교예 7 11.5 10.8
비교예 8 17.0 17.4
비교예 9 2.7 1.8
비교예 10 13.6 5.4
비교예 11 3.5 0.8
비교예 12 15.8 17.2
비교예 13 6.2 1.3
비교예 14 1.1 0.2
비교예 15 10.7 28.9
비교예 16 4.1 1.2
비교예 17 13.2 15.3
비교예 18 10.2 4.7
비교예 19 9.9 6.3
비교예 20 12.1 9.7
표 3의 결과를 참조하면, 일 실시예에 따른 발광층과 같이 제1 호스트, 제2 호스트, 제1 도펀트 및 제2 도펀트를 모두 포함하고, 제2 도펀트의 발광 시작 파장이 호스트 및 제1 도펀트의 발광 시작 파장에 비해 큰 값을 가짐에 따라, 실시예들의 경우 비교예들에 비하여 발광 소자 효율 및 소자 수명 중 적어도 하나가 개선되는 것을 확인할 수 있다.
비교예 1, 2, 4 내지 10의 경우, 제1 호스트, 제2 호스트, 제1 도펀트 및 제2 도펀트 중 어느 하나를 포함하지 않음에 따라, 실시예의 소자에 비해 효율 및 수명 중 적어도 어느 하나가 감소하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 비교예 3, 및 11 내지 17의 경우, 제1 호스트, 제2 호스트, 제1 도펀트 및 제2 도펀트를 모두 포함함에도 불구하고, 제2 도펀트의 발광 시작 파장에 비해 제1 도펀트 및 호스트 중 적어도 어느 하나의 발광 시작 파장이 더 큰 값을 가져, 실시예의 발광 소자에 비해 발광 효율 및 소자 수명이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 비교예 18 내지 20의 경우, 제1 호스트, 제2 호스트, 제1 도펀트 및 제2 도펀트를 모두 포함하고, 제2 도펀트의 발광 시작 파장에 비해 제1 도펀트 및 호스트의 발광 시작 파장이 더 작은 값을 가짐에도 불구하고, 파장 교차점의 정규화된 광의 세기가 0.5 미만인 동시에 흡수/발광 피크 간 거리가 50nm 초과이므로, 실시예의 발광 소자에 비해 발광 효율 및 소자 수명이 감소하는 것을 확인할 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 발광체인 제2 도펀트의 발광 시작 파장이 가장 크고, 보조 도펀트 기능을 수행하는 제1 도펀트의 발광 시작 파장이 제2 도펀트의 발광 시작 파장보다 작고, 호스트의 발광 시작 파장이 가장 작은 값을 가짐에 따라, 발광층을 구성하는 재료 사이의 에너지 전달이 개선되어 높은 발광 효율과 장수명 특성을 나타낼 수 있다. 더하여, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 발광체인 제2 도펀트의 정규화된(normalized) 광 흡수 스펙트럼 및 정규화된 발광 스펙트럼의 파장 교차점의 정규화 광의 세기(intensity)는 0.5 이상임에 따라, 호스트 및 제1 도펀트로부터 제2 도펀트로의 에너지 전달이 개선되어, 높은 발광 효율과 장수명 특성을 나타낼 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 청구범위에 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 청구범위에 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

Claims (24)

  1. 제1 전극;
    상기 제1 전극과 마주하는 제2 전극; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 발광층을 포함하고,
    상기 발광층은
    제1 발광 시작 파장(onset wavelength)을 가지는 호스트;
    제2 발광 시작 파장을 가지는 제1 도펀트; 및
    상기 제1 도펀트와 상이하고, 제3 발광 시작 파장을 가지는 제2 도펀트를 포함하고,
    상기 제3 발광 시작 파장은 상기 제1 발광 시작 파장 및 상기 제2 발광 시작 파장보다 큰 유기 전계 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 도펀트의 정규화된(normalized) 광 흡수 스펙트럼 및 정규화된 발광 스펙트럼의 교차점의 정규화된 광의 세기(intensity)는 0.5 이상인 유기 전계 발광 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 도펀트의 상기 정규화된 광 흡수 스펙트럼의 피크(peak) 및 상기 정규화된 발광 스펙트럼의 피크 사이의 간격은 50nm 이하인 유기 전계 발광 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 도펀트의 최저 삼중항 여기 에너지 레벨은 상기 호스트의 최저 삼중항 여기 에너지 레벨 및 상기 제1 도펀트의 최저 삼중항 여기 에너지 레벨 각각에 비해 작은 유기 전계 발광 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 호스트는 제1 호스트, 및 상기 제1 호스트와 상이한 제2 호스트를 포함하는 유기 전계 발광 소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 호스트는 하기 화학식 H-1로 표시되는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 H-1]
    Figure pat00091

    상기 화학식 H-1에 있어서,
    L1은 직접 결합(direct linkage), 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기이고,
    Ar1은 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이며,
    a 및 b는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고,
    R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이다.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2 호스트는 하기 화학식 H-2로 표시되는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 H-2]
    Figure pat00092

    상기 화학식 H-2에서,
    Z1 내지 Z3은 각각 독립적으로 CRy 또는 N이고,
    Ry 및 R11 내지 R13은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이다.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도펀트는 Ir, Ru, Rh, Pt, Pd, Cu, 또는 Os를 중심금속원자로 포함하는 유기 금속 착체를 포함하는 유기 전계 발광 소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 도펀트는 하기 화학식 D-1으로 표시되는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 D-1]
    Figure pat00093

    상기 화학식 D-1에서,
    M은 Pt, Pd, Cu, Os, Ir, Ru, 또는 Rh이고,
    Q1 내지 Q4는 각각 독립적으로 C 또는 N이며,
    C1 내지 C4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 5 이상 30 이하의 탄화수소고리, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로고리이고,
    L21 내지 L23는 각각 독립적으로 직접 결합,
    Figure pat00094
    ,
    Figure pat00095
    ,
    Figure pat00096
    ,
    Figure pat00097
    , 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 2가의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기이고,
    e1 내지 e3는 각각 독립적으로 0 또는 1이고,
    R21 내지 R26은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아민기, 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 1 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    d1 내지 d4는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고,
    M이 Pt, Pd, Cu, 또는 Os 인 경우 m은 1이고,
    M이 Ir, Ru, 또는 Rh인 경우 m은 1 또는 2이고, e2는 0이다.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 도펀트는 하기 화학식 D-2a로 표시되는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 D-2a]
    Figure pat00098

    상기 화학식 D-2a에서 X1 및 X2는 각각 독립적으로, NRm 또는 O 이고,
    Rm은 수소 원자, 중수소 원자, 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 헤테로아릴기이며,
    R31 내지 R41은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 치환된 옥시기, 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 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성한다.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 도펀트는 하기 화학식 D-2b로 표시되는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 D-2b]
    Figure pat00099

    상기 화학식 D-2b에서,
    L2는 직접 결합(direct linkage), 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기이고,
    D1은 하기 하기 화학식 D-2-1 또는 화학식 D-2-2로 표시되고,
    [화학식 D-2-1] [화학식 D-2-2]
    Figure pat00100
    Figure pat00101

    상기 화학식 D-2-1 및 D-2-2에서,
    L3 및 L4는 각각 독립적으로 직접 결합(direct linkage) 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기이고,
    R42 내지 R59는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 15 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이며,
    Y1는 직접 결합(direct linkage), CRaRb, SiRcRd, GeReRf, NRg, O 또는 S이고,
    Ra 내지 Rg는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 15 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이며,
    Ra 및 Rb, Rc 및 Rd, 및 Re 및 Rf는 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고,
    A1은 하기 화학식 D-2-3 내지 D-2-10으로 표시되고,
    [화학식 D-2-3] [화학식 D-2-4]
    Figure pat00102
    Figure pat00103

    [화학식 D-2-5] [화학식 D-2-6]
    Figure pat00104
    Figure pat00105

    [화학식 D-2-7] [화학식 D-2-8]
    Figure pat00106
    Figure pat00107

    [화학식 D-2-9] [화학식 D-2-10]
    Figure pat00108
    Figure pat00109

    Y2는 C=O, 또는 S(=O)2 이고,
    Y3는 C=O, 또는 O 이고,
    Y4 및 Y5는 각각 독립적으로 O, 또는 S 이고,
    Y6 및 Y7은 각각 독립적으로 N, 또는 CQ12이고,
    Y8은 O 또는 NQ13이고,
    Q1 내지 Q13는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 15 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고,
    n1, n4, 및 n6은 각각 독립적으로 0 이상 4 이하이고,
    n3, n5, n7, n8, 및 n10은 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수이고,
    n2는 0 이상 5 이하의 정수이고,
    n9는 0 이상 2 이하의 정수이다.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 제1 호스트 및 상기 제2 호스트의 중량 비율은 7:3 내지 3:7 인 유기 전계 발광 소자.
  13. 제5항에 있어서,
    상기 제1 호스트, 상기 제2 호스트, 상기 제1 도펀트, 및 상기 제2 도펀트 화합물 전체 중량을 기준으로,
    상기 제1 도펀트의 함량은 10wt% 이상 15wt% 이하이고,
    상기 제2 도펀트의 함량은 1wt% 이상 5wt% 이하인 유기 전계 발광 소자.
  14. 제5항에 있어서,
    상기 제1 호스트는 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 유기 전계 발광 소자:
    [화합물군 1]
    Figure pat00110

    Figure pat00111

    Figure pat00112

    Figure pat00113

    Figure pat00114
    .
  15. 제5항에 있어서,
    상기 제2 호스트는 하기 화합물군 2-1 및 화합물군 2-2에 표시된 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 유기 전계 발광 소자:
    [화합물군 2-1]
    Figure pat00115

    Figure pat00116

    Figure pat00117

    Figure pat00118

    Figure pat00119

    [화합물군 2-2]
    Figure pat00120

    Figure pat00121

    Figure pat00122

    Figure pat00123
    .
  16. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도펀트는 하기 화합물군 3-1 또는 하기 화합물군 3-2에 표시된 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 유기 전계 발광 소자:
    [화합물군 3-1]
    Figure pat00124

    Figure pat00125

    Figure pat00126

    Figure pat00127

    Figure pat00128

    Figure pat00129

    Figure pat00130

    Figure pat00131

    Figure pat00132

    [화합물군 3-2]
    Figure pat00133

    Figure pat00134

    Figure pat00135

    Figure pat00136

    상기 AD2-1 내지 AD2-4, AD2-13 내지 AD2-16, 및 AD2-25 내지 AD2-28에서 R은 각각 독립적으로 수소 원자, 메틸기, 이소프로필기, tert-부틸기, 또는 디메틸아민기이다.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제2 도펀트는 하기 화합물군 4-1 또는 하기 화합물군 4-2에 표시된 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 유기 전계 발광 소자:
    [화합물군 4-1]
    Figure pat00137

    Figure pat00138

    Figure pat00139

    [화합물군 4-2]
    Figure pat00140

    Figure pat00141

    Figure pat00142
    .
  18. 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 배치된 제2 전극; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 발광층; 을 포함하고,
    상기 발광층은
    제1 호스트;
    상기 제1 호스트와 상이한 제2 호스트;
    제2 시작 파장을 가지는 제1 도펀트; 및
    상기 제1 도펀트와 상이하고, 제3 시작 파장을 가지는 제2 도펀트를 포함하고,
    상기 제3 시작 파장은 상기 제2 시작 파장보다 크고,
    상기 제2 도펀트의 정규화된(normalized) 광 흡수 스펙트럼 및 정규화된 발광 스펙트럼의 교차점의 정규화된 광의 세기(intensity)는 0.5 이상인 유기 전계 발광 소자.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제2 도펀트의 상기 정규화된 광 흡수 스펙트럼의 피크(peak) 및 상기 정규화된 발광 스펙트럼의 피크 사이의 간격은 50nm 이하인 유기 전계 발광 소자.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제2 도펀트의 최저 삼중항 여기 에너지 레벨은 상기 제1 도펀트의 최저 삼중항 여기 에너지 레벨에 비해 작은 유기 전계 발광 소자.
  21. 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 배치된 제2 전극; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 발광층; 을 포함하고,
    상기 발광층은
    정공 수송성 모이어티(moiety)를 포함하는 제1 호스트;
    상기 제1 호스트와 상이하고, 전자 수송성 모이어티를 포함하는 제2 호스트;
    제2 시작 파장을 가지고, Ir, Ru, Rh, Pt, Pd, Cu, 또는 Os를 중심금속원자로 포함하는 유기 금속 착체를 포함하는 제1 도펀트; 및
    제3 시작 파장을 가지고, 지연 형광 발광체인 제2 도펀트를 포함하고,
    상기 제3 시작 파장은 상기 제2 시작 파장보다 큰 유기 전계 발광 소자.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제2 도펀트의 정규화된(normalized) 광 흡수 스펙트럼 및 정규화된 발광 스펙트럼의 교차점의 정규화된 광의 세기(intensity)는 0.5 이상인 유기 전계 발광 소자.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제2 도펀트의 상기 정규화된 광 흡수 스펙트럼의 피크(peak) 및 상기 정규화된 발광 스펙트럼의 피크 사이의 간격은 50nm 이하인 유기 전계 발광 소자.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 제2 도펀트의 최저 삼중항 여기 에너지 레벨은 상기 제1 도펀트의 최저 삼중항 여기 에너지 레벨에 비해 작은 유기 전계 발광 소자.
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