KR20210138832A

KR20210138832A - 유기 전계 발광 소자 및 유기 전계 발광 소자용 화합물

Info

Publication number: KR20210138832A
Application number: KR1020200056355A
Authority: KR
Inventors: 박혜정
Original assignee: 삼성디스플레이 주식회사
Priority date: 2020-05-12
Filing date: 2020-05-12
Publication date: 2021-11-22
Also published as: US20210359220A1; CN113651809A

Abstract

일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 제1 전극, 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 복수 개의 기능층들 포함하고, 기능층들 중 적어도 하나의 기능층은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하여 낮은 구동 전압, 높은 발광 효율 특성 및 개선된 수명 특성을 나타낼 수 있다.
[화학식 1]

Description

유기 전계 발광 소자 및 유기 전계 발광 소자용 화합물{ORGANIC ELECTROLUMINESCENCE DEVICE AND COMPOUND FOR ORGANIC ELECTROLUMINESCENCE DEVICE}

본 발명은 유기 전계 발광 소자 및 이에 사용되는 화합물에 관한 것이며, 보다 상세하게는 전자 수송 영역에서 사용되는 화합물 및 이를 포함하는 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.

또한, 전자 수송 속도 등을 조절하여 유기 전계 발광 소자 특성을 향상시키는 전자 수송층의 재료에 대한 개발이 진행되고 있다.

본 발명의 목적은 낮은 구동 전압, 우수한 발광 효율 및 장수명 특성을 나타내는 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 저구동 전압, 고효율 및 장수명 특성을 갖는 유기 전계 발광 소자용 화합물을 제공하는 것이다.

일 실시예는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.

[화학식 1]

상기 화학식 1에서,

X₁ 내지 X₃ 중 적어도 하나는 N이고 나머지는 CR₁이며, R₁₁ 내지 R₁₃ 및 R₁은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 60 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 60 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 60 이하의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 60 이하 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 1 이상 60 이하 헤테로아릴기이며, L₁은 직접 결합(direct linkage), 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 4 이상 60 이하의 2가의 탄화수소 고리기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 1 이상 60 이하의 2가의 헤테로 고리기이고, a는 0 내지 4의 정수이고, b는 0 내지 9의 정수이며, c는 0 내지 7의 정수이고, m은 0 내지 3의 정수이다.

상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1 내지 하기 화학식 1-3으로 표시될 수 있다.

[화학식 1-1]

[화학식 1-2]

[화학식 1-3]

상기 화학식 1-1 내지 상기 화학식 1-3에 있어서, R₁₁, R₁₂, R₁₃, L₁, a 내지 c 및 m은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.

상기 화학식 1은 하기 화학식 1-4 또는 하기 화학식 1-5로 표시될 수 있다.

[화학식 1-4]

[화학식 1-5]

상기 화학식 1-4 및 상기 화학식 1-5에 있어서, R₁₁, R₁₂, R₁₃, L₁, X₁ 내지 X₃, a 내지 c 및 m은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.

상기 화학식 1은 하기 화학식 1A 내지 화학식 1C로 표시될 수 있다.

[화학식 1A]

[화학식 1B]

[화학식 1C]

상기 화학식 1A 내지 상기 화학식 1C에 있어서, R₁₁, R₁₂, R₁₃, L₁, a 내지 c 및 m은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.

L₁은 치환 또는 비치환된 페닐렌기, 치환 또는 비치환된 2가의 바이페닐기, 치환 또는 비치환된 피리딜렌기, 또는 치환 또는 비치환된 바이피리딜렌기일 수 있다.

L₁은 2가의 페난트롤린기를 포함하지 않고, R₁은 페난트롤린기를 포함하지 않을 수 있다.

R₁₁은 하기 R1-1 내지 R1-9 중 어느 하나로 표시될 수 있다.

다른 실시예는 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 배치된 제2 전극; 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치된 복수의 기능층들; 을 포함하고, 상기 기능층들 중 적어도 하나의 기능층은 상술한 일 실시예에 따른 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자를 제공한다.

상기 기능층들은 발광층; 상기 제1 전극과 상기 발광층 사이에 배치된 정공 수송 영역; 및 상기 발광층과 상기 제2 전극 사이에 배치된 전자 수송 영역; 을 포함하고, 상기 전자 수송 영역은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.

상기 전자 수송 영역은 전자 수송층; 상기 발광층과 상기 전자 수송층 사이에 배치된 정공 저지층; 및 상기 제2 전극과 상기 전자 수송층 사이에 배치된 전자 주입층을 포함하고, 상기 전자 수송층, 상기 정공 저지층 및 상기 전자 주입층 중 적어도 하나에 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.

상기 기능층들은 복수 개의 발광 유닛들; 및 상기 복수 개의 발광 유닛들 사이에 배치된 적어도 하나의 전하 생성층을 포함하며, 상기 복수 개의 발광 유닛 또는 상기 전하 생성층 중 적어도 하나에 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.

상기 복수 개의 발광 유닛들은 각각 순차적으로 적층된 정공 수송 영역, 발광층 및 전자 수송 영역을 포함하고 상기 전자 수송 영역 및 상기 전하 생성층 중 적어도 하나에 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.

일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 전자 수송 영역에 일 실시예의 화합물을 포함하여 저구동 전압, 고효율 및 장수명 특성을 나타낼 수 있다.

일 실시예의 화합물은 유기 전계 발광 소자의 구동 전압, 발광 효율 및 소자 수명을 개선할 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.

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 소자 및 이에 포함된 일 실시예의 화합물에 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 복수의 기능층들을 포함할 수 있다. 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에는 적어도 하나의 발광층(EML, EML-1, EML-2)이 배치될 수 있다.

또한, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에 발광층(EML, EML-1, EML-2) 이외에 복수의 기능층들을 더 포함할 수 있다. 복수의 기능층들은 정공 수송 영역(HTR, HTR-1, HTR-2) 및 전자 수송 영역(ETR, ETR-1, ETR-2)을 포함할 수 있다.

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. 또 다른, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 제2 전극(EL2) 상에 배치된 캡핑층(CPL)을 포함할 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.

일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자는 복수의 발광층들을 포함할 수 있다. 복수의 발광층들은 순차적으로 적층되어 제공되는 것일 수 있으며, 예를 들어 복수의 발광층들을 포함하는 유기 전계 발광 소자는 백색광을 방출하는 것일 수 있다. 복수의 발광층들을 포함하는 유기 전계 발광 소자는 탠덤(Tandem) 구조의 유기 전계 발광 소자일 수 있다.

도 5에서는 도 1 내지 도 4와 달리, 복수의 발광층들(EML-1, EML-2)을 포함하는 유기 전계 발광 소자(10)를 도시하였다. 도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자는 복수의 발광층들(EML-1, EML-2) 각각을 포함하는 발광 유닛들(LU-1, LU-2)을 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 2와 비교하여 제2 전극(EL2) 상에 배치된 캡핑층(CPL)을 포함하는 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 단면도를 나타낸 것이다.

도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자(10)는 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에 복수의 발광 유닛들(LU-1, LU-2)을 포함할 수 있다. 복수의 발광 유닛들(LU-1, LU-2) 각각은 발광층(EML-1, EML-2)을 포함한다. 발광 유닛들(LU-1, LU-2) 각각은 순차적으로 정공 수송 영역(HTR-1, HTR-2), 발광층(EML-1, EML-2) 및 전자 수송 영역(ETR-1, ETR-2)을 포함할 수 있다.

유기 전계 발광 소자(10)는 복수의 발광 유닛들(LU-1, LU-2) 사이에 배치된 전하 생성층(CGL)을 포함할 수 있다. 전하 생성층(CGL)은 전자-정공 쌍을 생성할 수 있는 층으로, 전하 생성층(CGL)에서 생성된 정공은 한쪽 발광 유닛으로 전달되고 전자는 다른 쪽 발광 유닛으로 전달될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(EL1)이 애노드(anode)이고 제2 전극(EL2)이 캐소드(cathode)인 경우, 전하 생성층(CGL)에서 생성된 전자는 제1 발광 유닛(LU-1)으로 이동하여 제1 전극(EL1)에서 주입된 정공과 엑시톤을 형성할 수 있고, 정공은 제2 발광 유닛(LU-2)으로 이동하여 제2 전극(EL2)에서 주입된 전자와 엑시톤을 형성할 수 있다.

일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에 배치된 복수의 기능층들 중 하나에 후술하는 일 실시예의 화합물을 포함할 수 있다. 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에 배치된 전자 수송 영역(ETR, ETR-1, ETR-2)에 일 실시예의 화합물을 포함할 수 있다. 또한, 일 실시예의 화합물은 전자 수송 영역(ETR)에 포함된 전자 주입층(EIL), 전자 수송층(ETL) 및 정공 저지층(HBL) 중 적어도 하나의 층에 포함될 수 있다. 도 5에 도시된 것과 같은 복수의 발광 유닛들(LU-1, LU-2)을 포함하는 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 경우 일 실시예의 화합물이 전자 수송 영역(ETR-1, ETR-2) 및 전하 생성층(CGL) 중 적어도 하나의 층에 포함될 수 있다.

일 실시예의 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 것일 수 있다.

[화학식 1]

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. 그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 캐소드(cathode)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 700Å 내지 약 10000Å, 예를 들어, 약 700Å 내지 약 3000Å일 수 있다.

제2 전극(EL2)은 제1 전극(EL1)과 마주하여 배치되고 제1 전극(EL)과 제2 전극(EL2) 사이에 적어도 하나의 발광층(EML, EML-1, EML-2)을 포함할 수 있다. 제2 전극(EL2)은 전자 수송 영역(ETR) 상에 제공될 수 있다. 제2 전극(EL2)은 공통 전극 일 수 있다. 제2 전극(EL2)은 캐소드(cathode) 또는 애노드(anode)일 수 있다. 제1 전극(EL1)이 애노드(anode)일 경우 제2 전극(EL2)은 캐소드(cathode)일 수 있고, 제1 전극(EL1)이 캐소드(cathode)인 경우, 제2 전극(EL2)은 애노드(anode)일 수 있다. 제2 전극(EL2)은 투과형 전극, 반투과형 전극 또는 반사형 전극일 수 있다. 제2 전극(EL2)이 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, Yb 또는 이들을 포함하는 화합물이나 혼합물(예를 들어, AgMg, AgYb, 또는 MgAg)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)이 보조 전극과 연결되면, 제2 전극(EL2)의 저항을 감소 시킬 수 있다.

도 1 내지 도 5에 도시된 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서, 전자 수송 영역(ETR, ETR-1, ETR-2)은 발광층(EML, EML-1, EML-2) 상에 제공된다. 전자 수송 영역(ETR)은 제2 전극(EL2)과 발광층(EML) 사이에 제공될 수 잇다. 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 300Å 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.

일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 전자 수송 영역(ETR, ETR-1, ETR-2)은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 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, 할로겐 원자의 예로는 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자 또는 요오드 원자가 있다.

본 명세서에서, 알킬기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 알킬기의 탄소수는 1 이상 50 이하, 1 이상 30 이하, 1 이상 20 이하, 1 이상 10 이하 또는 1 이상 6 이하이다. 알킬기의 예로는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, s-부틸기, t-부틸기, i-부틸기, 2- 에틸부틸기, 3, 3-디메틸부틸기, n-펜틸기, i-펜틸기, 네오펜틸기, t-펜틸기, 시클로펜틸기, 1-메틸펜틸기, 3-메틸펜틸기, 2-에틸펜틸기, 4-메틸-2-펜틸기, n-헥실기, 1-메틸헥실기, 2-에틸헥실기, 2-부틸헥실기, 시클로헥실기, 4-메틸시클로헥실기, 4-t-부틸시클로헥실기, n-헵틸기, 1-메틸헵틸기, 2,2-디메틸헵틸기, 2-에틸헵틸기, 2-부틸헵틸기, n-옥틸기, t-옥틸기, 2-에틸옥틸기, 2-부틸옥틸기, 2-헥실옥틸기, 3,7-디메틸옥틸기, 시클로옥틸기, n-노닐기, n-데실기, 아다만틸기, 2-에틸데실기, 2-부틸데실기, 2-헥실데실기, 2-옥틸데실기, n-운데실기, n-도데실기, 2-에틸도데실기, 2-부틸도데실기, 2-헥실도데실기, 2-옥틸도데실기, n-트리데실기, n-테트라데실기, n-펜타데실기, n-헥사데실기, 2-에틸헥사데실기, 2-부틸헥사데실기, 2-헥실헥사데실기, 2-옥틸헥사데실기, n-헵타데실기, n-옥타데실기, n-노나데실기, n-이코실기, 2-에틸이코실기, 2-부틸이코실기, 2-헥실이코실기, 2-옥틸이코실기, n-헨이코실기, n-도코실기, n-트리코실기, n-테트라코실기, n-펜타코실기, n-헥사코실기, n-헵타코실기, n-옥타코실기, n-노나코실기, 및 n-트리아콘틸기 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.

본 명세서에서, 아릴기는 방향족 탄화수소 고리로부터 유도된 임의의 작용기 또는 치환기를 의미한다. 아릴기는 단환식 아릴기 또는 다환식 아릴기일 수 있다. 아릴기의 고리 형성 탄소수는 6 이상 30 이하, 6 이상 20 이하, 또는 6 이상 15 이하일 수 있다. 아릴기의 예로는 페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 안트라세닐기, 페난트릴기, 바이페닐기, 터페닐기, 쿼터페닐기, 퀸크페닐기, 섹시페닐기, 트리페닐에닐기, 피레닐기, 벤조 플루오란테닐기, 크리세닐기 등을 예시할 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.

본 명세서에서, 플루오레닐기는 치환될 수 있고, 치환기 2개가 서로 결합하여 스피로 구조를 형성할 수도 있다. 플루오레닐기가 치환되는 경우의 예시는 하기와 같다. 다만, 이에 의하여 한정되는 것은 아니다.

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, 헤테로고리는 헤테로 원자로 B, O, N, P, Si 및 S 중 1개 이상을 포함하는 것일 수 있다. 헤테로고리가 헤테로 원자를 2개 이상 포함할 경우, 2개 이상의 헤테로 원자는 서로 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 헤테로고리는 단환식 헤테로고리 또는 다환식 헤테로고리일 수 있으며, 헤테로아릴을 포함하는 개념이다. 헤테로고리의 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, 직접 결합(direct linkage)은 단일 결합을 의미하는 것일 수 있다.

한편, 본 명세서에서 "

" 는 연결되는 위치를 의미한다.

일 시시예의 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 것일 수 있다.

[화학식 1]

화학식 1에서 X₁ 내지 X₃ 중 적어도 하나는 N이고 나머지는 CR₁일 수 있다. 즉, X₁ 내지 X₃을 포함하는 고리기는 적어도 하나의 질소 원자를 포함하는 것일 수 있다. 일 실시예의 화합물의 고리기는 N이 하나인 피리딘, N이 2개인 피리미딘, N이 3개인 트리아진 중 하나일 수 있다. 일 실시예의 화합물은 적어도 1개의 N이 포함된 고리기의 탄소 원자와 페난트롤린 또는 페난트렌이 결합한 화합물일 수 있다.

화학식 1로 표시되는 일 실시예의 화합물에서 L₁은 직접 결합(direct linkage), 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 4 이상 60 이하의 2가의 탄화수소 고리기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 1 이상 60 이하의 2가의 헤테로 고리기일 수 있다.

일 실시예의 화합물에서 L₁은 직접 결합, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 1 이상 60 이하의 헤테로 아릴렌기 일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예의 화합물에서 L₁은 치환 또는 비치환된 페닐렌기, 치환 또는 비치환된 2가의 바이페닐기, 치환 또는 비치환된 피리딜렌기, 또는 치환 또는 비치환된 바이피리딜렌기일 수 있다. 그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.

m은 0 이상 3 이하의 정수일 수 있다. m이 2 이상의 정수인 경우 복수의 L₁은 모두 동일하거나, 서로 상이한 것일 수 있다. 예를 들어, m이 2일 때, 복수의 L₁이 각각 페릴렌기, 피리딜렌기로 상이한 것일 수 있다.

화학식 1로 표시되는 일 실시예의 화합물에서 R₁₁은 L₁에 결합한 것일 수 있다. m이 0인 경우 R₁₁은 X₁ 내지 X₃을 포함하는 고리기에 직접 결합 할 수 있다. R₁₂은 X₁ 내지 X₃을 포함하는 고리기에 결합된 페난트렌기에 결합한 것일 수 있다. R₁₃은 X₁ 내지 X₃을 포함하는 고리기에 결합된 페난트롤린기에 결합한 것일 수 있다.

화학식 1로 표시되는 일 실시예의 화합물에서 R₁₁ 내지 R₁₃ 및 R₁ 각각은 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 60 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 60 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 60 이하의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 60 이하 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 1 이상 60 이하 헤테로아릴기일 수 있다.

a는 0 내지 4의 정수일 수 있다. a가 2 이상의 정수인 경우, 복수의 R₁₁은 모두 동일하거나, 서로 상이한 것일 수 있다. b는 0 내지 9의 정수일 수 있다. b가 2 이상의 정수인 경우, 복수의 R₁₂는 모두 동일하거나, 서로 상이한 것일 수 있다. c는 0 내지 7의 정수일 수 있다. c가 2 이상의 정수인 경우, 복수의 R₁₃은 모두 동일하거나, 서로 상이한 것일 수 있다.

화학식 1로 표시되는 일 실시예의 화합물에서 R₁, R₁₂, R₁₃은 각각 독립적으로 수소 원자 또는 중수소 원자일 수 있다. 하지만 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.

일 실시예의 화합물에서 R₁₁은 하기 R1-1 내지 R1-9 중 어느 하나로 표시될 수 있다.

일 실시예의 화학식 1로 표시되는 화합물은 화학식 1에서 X₁ 내지 X₃을 포함하는 고리기에 결합된 2가의 페난트롤린기 하나를 포함하는 화합물일 수 있다. 페난트롤린기가 결합된 개수를 조절하여 일 실시예의 화합물이 포함된 유기 전계 발광 소자의 구동 전압, 효율 및 수명 특성을 조절할 수 있다. 그러나 일 실시예가 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

화학식 1로 표시되는 일 실시예의 화합물은 하기 화학식 1-1 내지 1-5 중 어느 하나로 표시될 수 있다.

[화학식 1-1]

[화학식 1-2]

[화학식 1-3]

[화학식 1-4]

[화학식 1-5]

화학식 1-1은 일 실시예의 화합물이 피리미딘 고리기를 포함하는 경우를 나타낸 것이고 화학식 1-2는 일 실시예의 화합물이 트리아진 고리기를 포함하는 경우를 나타낸 것이다. 화학식 1-3은 일 실시예의 화합물이 피리딘 고리기를 포함하는 경우를 나타낸 것이다. 일 실시예의 화합물은 벤젠 고리기보다 전자가 결핍한 질소 원자가 포함된 고리기를 포함함으로써 전자 수송 능력이 더 좋을 수 있다.

일 실시예의 화합물에 포함된 페난트렌과 페난트롤린의 결합 위치는 하기에 도시된 것과 같을 수 있다.

화학식 1-4는 X₁ 내지 X₃을 포함하는 고리기에 결합된 페난트롤린기의 결합 위치를 특정한 것이다. 화학식 1-4으로 표시될 수 있는 일 실시예의 화합물은 페난트롤린이 1,10-페난트롤린일 때 5 위치 또는 6 위치에 X₁ 내지 X₃을 포함하는 고리기가 결합된 구조를 포함할 수 있다.

일 실시예의 화합물은 화학식 1-5는 X₁ 내지 X₃을 포함하는 고리기에 결합된 페난트렌기의 결합 위치를 특정한 것이다. 화학식 1-5로 표시될 수 있는 일 실시예의 화합물은 페난트렌의 9 위치 또는 10 위치에 X₁ 내지 X₃을 포함하는 고리기가 결합된 구조를 포함할 수 있다.

상기 화학식 1-1 내지 화학식 1-3에 있어서, R₁₁, R₁₂, R₁₃, L₁, a 내지 c 및 m에 대하여는 상술한 화학식 1에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다. 상기 화학식 1-4 및 화학식 1-5에 있어서, R₁₁, R₁₂, R₁₃, L₁, X₁ 내지 X₃, a 내지 c 및 m에 대하여는 상술한 화학식 1에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다.

화학식 1로 표시되는 일 실시예의 화합물은 하기 화학식 1A 내지 1C로 표시될 수 있다.

[화학식 1A]

[화학식 1B]

[화학식 1C]

화학식 1A로 표시되는 일 실시예의 화합물은 피리미딘을 포함하며, 피리미딘의 4번과 6번 탄소 원자가 각각 1,10-페난트롤린의 5 위치 또는 6 위치 탄소 원자와 페난트렌의 9 위치 또는 10 위치 탄소 원자와 결합한 구조를 포함할 수 있다.

화학식 1B로 표시되는 일 실시예의 화합물은 트리아진을 포함하며, 트리아진 중 하나의 탄소 원자에 1,10-페난트롤린의 5 위치 또는 6 위치 탄소 원자가 결합하고 페난트롤린과 결합하지 않은 다른 탄소 원자에 페난트렌의 9 위치 또는 10 위치 탄소 원자가 결합한 구조를 포함할 수 있다.

화학식 1C로 표시되는 일 실시예의 화합물은 피리딘을 포함하며, 피리딘 중 하나의 탄소 원자에 1,10-페난트롤린의 5 위치 또는 6 위치 탄소 원자가 결합하고 페난트롤린과 결합하지 않은 다른 탄소 원자에 페난트렌의 9 위치 또는 10 위치 탄소 원자가 결합한 구조를 포함할 수 있다.

질소가 포함된 고리에 1,10-페난트롤린의 5 위치 또는 6 위치 탄소 원자가 결합한 구조를 포함하는 일 실시예의 화합물을 합성함에 있어서 1,10-페난트롤린의 다른 위치의 탄소 원자와 결합하는 화합물을 합성하는 것보다 상대적으로 용이할 수 있다.

질소가 포함된 고리에 페난트렌의 9 위치 또는 10 위치 탄소 원자가 결합한 구조를 포함하는 일 실시예의 화합물을 합성함에 있어서, 페난트렌의 다른 위치의 탄소 원자와 결합하는 화합물을 합성하는 것보다 상대적으로 용이할 수 있다.

페난트롤린기 및 페난트렌의 결합 위치에 따라 합성의 용이함 정도가 달라질 수 있다. 1,10-페난트롤린의 5 위치 또는 6 위치, 또는 페난트렌의 9 위치 또는 10 위치 탄소 원자에 고리기를 결합하는 것이 합성이 용이하지만 반드시 일 실시예의 화합물에 포함된 페난트롤린기 및 페난트렌의 결합 위치가 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 화학식 1A 내지 화학식 1C에 있어서, R₁₁, R₁₂, R₁₃, L₁, a 내지 c 및 m에 대하여는 상술한 화학식 1에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다.

일 실시예의 화합물은 적어도 하나의 질소 원자가 포함되는 고리기를 포함하는 것으로, 질소 원자가 없는 벤젠 고리기보다 상대적으로 전자가 결핍하여 전자를 더 잘 끌어들임으로써 우수한 전자 수송 능력을 나타낼 수 있다. 또한, 적어도 하나의 질소 원자가 포함되는 고리기에 페난트렌 및 페난트롤린을 직접 결합시킴으로써 전자 수용 능력을 조절할 수 있고 이로 인해 전자 수송 속도를 조절할 수 있다. 따라서, 일 실시예의 화합물이 유기 전계 발광 소자의 재료로 사용될 경우 소자의 구동 전압, 효율 및 수명 특성 개선에 기여할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예의 화합물은 유기 전계 발광 소자(10)에 포함되는 전자 수송 영역(ETR, ETR-1, ETR-2) 또는 전하 생성층(CGL)에 포함될 수 있고, 일 실시예의 화합물로 인해 유기 전계 발광 소자(10)는 낮아진 구동 전압, 개선된 효율 특성 및 증가된 수명 특성을 동시에 나타낼 수 있다.

화학식 1로 표시되는 일 실시예의 화합물은 하기 화합물 1-1 내지 1-26으로 표시된 화합물들 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다. 즉, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 전자 수송 영역(ETR, ETR-1, ETR-2) 또는 전하 생성층(CGL)에 하기 화합물 1-1 내지 1-26으로 표시된 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.

일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 전자 수송 영역(ETR)이 복수의 층을 포함하는 경우 전자 수송 영역(ETR)에 포함되는 복수의 층 중 적어도 하나의 층은 상술한 일 실시예의 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예의 전자 수송 영역(ETR, ETR-1, ETR-2)은 전자 수송층(ETL), 전자 주입층(EIL), 정공 저지층(HBL) 중 적어도 하나를 포함할 수 있고 상술한 일 실시예의 화학식 1로 표시되는 화합물은 전자 수송 영역(ETR)에 포함된 복수의 층 중 적어도 하나의 층에 포함될 수 있다.

도 1 내지 도 5에 도시된 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서, 전자 수송 영역(ETR, ETR-1, ETR-2)은 화학식 1로 표시되는 화합물 이외에 공지의 재료를 더 포함할 수 있다. 전자 수송 영역(ETR, ETR-1, ETR-2)이 복수의 층을 포함하는 경우, 복수의 층 중 일 실시예의 화합물을 포함하지 않는 층은 공지의 전자 주입 재료, 공지의 전자 수송 재료 또는 공지의 정공 저지 재료를 포함할 수 있다. 또한, 일 실시예의 화합물을 포함하는 층에서도 공지의 전자 주입 재료, 공지의 전자 수송 재료 또는 공지의 정공 저지 재료를 더 포함할 수 있다.

전자 수송 영역(ETR, ETR-1, ETR-2)이 전자 수송층(ETL)을 포함할 경우, 전자 수송층(ETL)은 상술한 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 화합물을 포함하거나 당 기술분야에 알려진 공지의 재료를 포함할 수 있다. 전자 수송 영역(ETR, ETR-1, ETR-2)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-phenylbenzoimidazol-1-yl)phenyl)-9,10-dinaphthylanthracene, TPBi(1,3,5-Tri(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)benzene), BCP(2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), Bphen(4,7-Diphenyl-1,10-phenanthroline), TAZ(3-(4-Biphenylyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole), NTAZ(4-(Naphthalen-1-yl)-3,5-diphenyl-4H-1,2,4-triazole), tBu-PBD(2-(4-Biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole), BAlq(Bis(2-methyl-8-quinolinolato-N1,O8)-(1,1'-Biphenyl-4-olato)aluminum), Bebq₂(berylliumbis(benzoquinolin-10-olate), ADN(9,10-di(naphthalene-2-yl)anthracene), BmPyPhB(1,3-Bis[3,5-di(pyridin-3-yl)phenyl]benzene) 및 이들의 혼합물을 포함하는 것일 수 있다.

전자 수송 영역(ETR, ETR-1, ETR-2)은 피리미딘계 또는 트리아진계 화합물을 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 전자 수송 영역(ETR, ETR-1, ETR-2)은 하기의 E1-1 내지 E1-7의 화합물들을 포함할 수 있다. 다만, 전자 수송 영역(ETR)에 포함될 수 있는 화합물이 하기의 화합물에 한정되는 것은 아니다.

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 상술한 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 화합물을 포함할 수 있다. 또한, 전자 수송 영역(ETR)은 LiF, NaCl, CsF, RbCl, RbI, KI와 같은 할로겐화 금속, Yb와 같은 란타넘족 금속, KI:Yb, RbI:Yb와 같은 할로겐화 금속과 란타넘족 금속의 조합 물질, 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 상술한 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 화합물을 포함할 수 있다. 또한, 정공 저지층(HBL)은 상술한 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 화합물 외에 다른 화합물을 포함할 수 있다. 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.

정공 수송 영역(HTR, HTR-1, HTR-2)은 제1 전극(EL1) 상에 제공된다. 정공 수송 영역(HTR, HTR-1, HTR-2)은 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL), 정공 버퍼층(미도시), 및 전자 저지층(EBL) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 정공 수송 영역(HTR, HTR-1, HTR-2)의 두께는 예를 들어, 약 50Å 내지 약 15,000Å인 것일 수 있다.

정공 수송 영역(HTR, HTR-1, HTR-2)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, HTR-1, HTR-2)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, HTR-1, HTR-2)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 수송 영역(HTR, HTR-1, HTR-2)은 아민 화합물을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 정공 수송 영역(HTR)은 하기의 H1-1 내지 H1-5의 화합물들을 포함할 수 있다. 다만, 정공 수송 영역(HTR)에 포함될 수 있는 아민 화합물이 하기의 화합물에 한정되는 것은 아니다.

일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 정공 주입층(HIL)은 통상의 정공 주입 재료를 포함할 수 있다. 정공 주입층(HIL)은 예를 들어, 구리프탈로시아닌(copper phthalocyanine) 등의 프탈로시아닌(phthalocyanine) 화합물; DNTPD(N¹,N^1'-([1,1'-biphenyl]-4,4'-diyl)bis(N¹-phenyl-N⁴,N⁴-di-m-tolylbenzene-1,4-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.

일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 정공 수송층(HTL)은 통상의 정공 수송 재료를 포함할 수 있다. 정공 수송층(HTL)은 예를 들어, N-페닐카바졸, 폴리비닐카바졸 등의 카바졸계 유도체, 플루오렌(fluorene)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 포함할 수도 있다.

앞서 언급한 바와 같이, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 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 물질이 사용될 수 있다.

한편, 정공 수송 영역(HTR)이 정공 수송층(HTL)과 발광층(EML) 사이에 배치된 전자 저지층(EBL)을 더 포함하는 경우 전자 저지층(EBL)은 전자 수송 영역(ETR)으로부터 정공 수송 영역(HTR)으로의 전자 주입을 방지하는 역할을 할 수 있다.

일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 정공 수송 영역(HTR, HTR-1, HTR-2)이 전자 저지층(EBL)을 포함하는 경우 전자 저지층(EBL)은 당 기술분야에 알려진 통상적인 재료를 포함할 수 있다. 전자 저지층(EBL)은 예를 들어, N-페닐카바졸, 폴리비닐카바졸 등의 카바졸계 유도체, 플루오렌(fluorene)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'-diplienyl-benzidine), TAPC(4,4′-Cyclohexylidene bis[N,N-bis(4-methylphenyl)benzenamine]), HMTPD(4,4'-Bis[N,N'-(3-tolyl)amino]-3,3'-dimethylbiphenyl), CzSi(9-(4-tert-Butylphenyl)-3,6-bis(triphenylsilyl)-9H-carbazole), CCP(9-phenyl-9H-3,9'-bicarbazole), mCP(1,3-Bis(N-carbazolyl)benzene), 또는 mDCP(1,3-bis(1,8-dimethyl-9H-carbazol-9-yl)benzene)등을 포함할 수 있다.

정공 수송 영역(HTR, HTR-1, HTR-2)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, HTR-1, HTR-2)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.

발광층(EML, EML-1, EML-2)은 정공 수송 영역(HTR, HTR-1, HTR-2) 상에 제공된다. 발광층(EML, EML-1, EML-2)은 예를 들어 약 100Å 내지 약 1000Å 또는, 약 100Å 내지 약 400Å의 두께를 갖는 것일 수 있다. 발광층(EML, EML-1, EML-2)은 단일 물질로 이루어진 단일층, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층 또는 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.

발광층(EML, EML-1, EML-2)은 적색광, 녹색광, 청색광, 백색광, 황색광, 시안광 중 하나를 발광하는 것일 수 있다. 발광층(EML, EML-1, EML-2)은 형광 발광 물질 또는 인광 발광 물질을 포함할 수 있다.

일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 발광층(EML, EML-1, EML-2)은 안트라센 유도체, 피렌 유도체, 플루오란텐 유도체, 크리센 유도체, 디하이드로벤즈안트라센 유도체, 또는 트리페닐렌 유도체를 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 발광층(EML)은 하기 화학식 2로 표시되는 안트라센 유도체를 포함하는 것일 수 있다. 발광층(EML)은 하기의 화학식 2로 표시되는 화합물을 형광 호스트 재료로 포함할 수 있다.

[화학식 2]

화학식에서, R₃₁ 내지 R₄₀은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 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 결합하여 고리를 형성하는 것일 수 있다. 한편, R₃₁ 내지 R₄₀은 인접하는 기와 서로 결합하여 포화탄화수소 고리 또는 불포화탄화수소 고리를 형성할 수 있다.

화학식 2에서 e 및 f는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수일 수 있다.

화학식 2는 하기 화합물 2-1 내지 화합물 2-16 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.

도 1 내지 도 4에 도시된 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 발광층(EML, EML-1, EML-2)은 호스트 및 도펀트를 포함할 수 있다.

일 실시예에서 발광층(EML, EML-1, EML-2)은 호스트 물질로 당 기술분야에 알려진 일반적인 재료를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 발광층(EML, EML-1, EML-2)은 호스트 재료로, 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(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazole-2-yl)benzene), TBADN(3-tert-butyl-9,10-di(naphth-2-yl)anthracene), DSA(distyrylarylene), CDBP(4,4'-bis(9-carbazolyl)-2,2'-dimethyl-biphenyl), MADN(2-Methyl-9,10-bis(naphthalen-2-yl)anthracene), DPEPO(bis[2-(diphenylphosphino)phenyl] ether oxide), CP1(Hexaphenyl cyclotriphosphazene), UGH2(1,4-Bis(triphenylsilyl)benzene), DPSiO₃ (Hexaphenylcyclotrisiloxane), DPSiO₄ (Octaphenylcyclotetra siloxane), 또는 PPF (2,8-Bis(diphenylphosphoryl)dibenzofuran), mCBP(3,3'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl), mCP(1,3-Bis(N-carbazolyl)benzene) 등을 포함할 수 있다.

일 실시예에서 발광층(EML, EML-1, EML-2)은 인광 호스트 재료로 카르바졸계 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 발광층(EML, EML-1, EML-2)은 하기의 EM1-1 내지 EM1-4의 화합물들을 포함할 수 있다. 다만, 발광층(EML, EML-1, EML-2)에 포함될 수 있는 인광 호스트 재료는 하기의 화합물에 한정되는 것은 아니다.

일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 발광층(EML, EML-1, EML-2)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) 등을 포함할 수 있다.

발광층(EML, EML-1, EML-2)은 일 실시예의 다환 화합물 및 공지의 인광 도펀트 물질을 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 인광 도펀트는 이리듐(Ir), 백금(Pt), 오스뮴(Os), 금(Au), 티탄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 유로퓸(Eu), 터븀(Tb) 또는 툴륨(Tm)를 포함하는 금속 착체가 사용될 수 있다. 구체적으로, PtOEP(platinum octaethyl porphyrin) 또는 이리듐 유기 금속 착물인 FIrpic(iridium(III) bis(4,6-difluorophenylpyridinato-N,C2

), Fir6(Bis(2,4-difluorophenylpyridinato)-tetrakis(1-pyrazolyl)borate iridium(Ⅲ) 등을 포함한 인광 도펀트가 사용될 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 발광층(EML, EML-1, EML-2)은 공지의 인광 호스트 물질을 더 포함할 수 있으며, 예를 들어, BCPDS(bis(4-(9H-carbazol-9-yl)phenyl)diphenylsilane)를 더 포함할 수 있다.

발광층(EML, EML-1, EML-2)이 적색광을 발광할 때, 발광층(EML, EML-1, EML-2)은 예를 들어, PBD:Eu(DBM)₃(Phen)(tris(dibenzoylmethanato)phenanthoroline europium) 또는 페릴렌(Perylene)을 포함하는 형광 물질을 더 포함할 수 있다. 발광층(EML, EML-1, EML-2)이 적색을 발광할 때, 발광층(EML, EML-1, EML-2)에 포함되는 도펀트는 예를 들어, PIQIr(acac)(bis(1-phenylisoquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(acac)(bis(1-phenylquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(tris(1-phenylquinoline)iridium) 및 PtOEP(octaethylporphyrin platinum)과 같은 금속 착화합물(metal complex) 또는 유기 금속 착체(organometallic complex), 루브렌(rubrene) 및 그 유도체 및 4-디시아노메틸렌-2-(p-디메틸아미노스티릴)-6-메틸-4H-피란(DCM) 및 그 유도체에서 선택할 수 있다.

발광층(EML, EML-1, EML-2)이 녹색광을 발광할 때, 발광층(EML, EML-1, EML-2)은 예를 들어, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum)을 포함하는 형광 물질을 더 포함할 수 있다. 발광층(EML, EML-1, EML-2)이 녹색을 발광할 때, 발광층(EML, EML-1, EML-2)에 포함되는 도펀트 재료로 Ir(ppy)₃(fac-tris(2-phenylpyridine)iridium)와 같은 금속 착화합물(metal complex) 또는 유기 금속 착체(organometallic complex), 쿠마린(coumarin) 및 그 유도체 등을 포함할 수 있다.

발광층(EML, EML-1, EML-2)이 청색광을 발광할 때, 발광층(EML, EML-1, EML-2)은 예를 들어, 스피로-DPVBi(spiro-DPVBi), 스피로-6P(spiro-6P), DSB(distyryl-benzene), DSA(distyryl-arylene), PFO(Polyfluorene)계 고분자 및 PPV(poly(p-phenylene vinylene)계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 형광 물질을 더 포함할 수 있다. 발광층(EML, EML-1, EML-2)이 청색을 발광할 때, 발광층(EML, EML-1, EML-2)에 포함되는 도펀트 재료로 (4,6-F2ppy)2Irpic와 같은 금속 착화합물(metal complex) 또는 유기 금속 착체(organometallic complex), 페릴렌(perylene), 축합고리와 결합된 디아민 화합물, 디아미노 피렌(diamino pyrene)계 화합물, 보론(boron)계 화합물 및 그 유도체 등을 포함할 수 있다.

본 발명의 발광층(EML, EML-1, EML-2)은 양자점(Quantum Dot) 물질을 포함할 수 있다. 양자점의 코어는 II-VI족 화합물, III-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, IV족 원소 또는 화합물, I-III-IV족 화합물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

II-VI족 화합물은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe, MgSe, MgS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, MgZnSe, MgZnS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물, 및 CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.

III-IV족 화합물은 In₂S₃, In₂Se₃ 등과 같은 이원소 화합물, InGaS₃, InGaSe₃ 등과 같은 삼원소 화합물 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.

III-V족 화합물은 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InGaP, InAlP, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물, 및 GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. III-V족 반도체 화합물은 InZnP와 같이 II족 금속을 더 포함할 수 있다.

IV-VI족 화합물은 SnS, SnSe, SnTe, PbS, PbSe, PbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; SnSeS, SnSeTe, SnSTe, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 SnPbSSe, SnPbSeTe, SnPbSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. IV족 원소로는 Si, Ge 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. IV족 화합물로는 SiC, SiGe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물일 수 있다.

I-III-VI족 반도체 화합물 AgInS, AgInS₂, CuInS, CuInS₂, CuGaO₂, AgGaO₂, AgAlO₂ 등과 같은 삼원소 화합물 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.

이때, 이원소 화합물, 삼원소 화합물 또는 사원소 화합물은 균일한 농도로 입자 내에 존재하거나, 농도 분포가 부분적으로 다른 상태로 나누어져 동일 입자 내에 존재하는 것일 수 있다.

양자점은 코어(core)와 코어를 둘러싸는 쉘(shell)을 포함하는 코어쉘 구조일 수 있다. 또한 하나의 양자점이 다른 양자점을 둘러싸는 코어/쉘 구조를 가질 수도 있다. 코어와 쉘의 계면은 쉘에 존재하는 원소의 농도가 중심으로 갈수록 낮아지는 농도 구배(gradient)를 가질 수 있다.

몇몇 실시예에서, 양자점은 전술한 나노 결정을 포함하는 코어 및 상기 코어를 둘러싸는 쉘을 포함하는 코어-쉘 구조를 가질 수 있다. 양자점의 쉘은 상기 코어의 화학적 변성을 방지하여 반도체 특성을 유지하기 위한 보호층 역할 및/또는 양자점에 전기 영동 특성을 부여하기 위한 차징층(charging layer)의 역할을 수행할 수 있다. 쉘은 단층 또는 다중층일 수 있다. 코어와 쉘의 계면은 쉘에 존재하는 원소의 농도가 중심으로 갈수록 낮아지는 농도 구배(gradient)를 가질 수 있다. 양자점의 쉘의 예로는 금속 또는 비금속의 산화물, 반도체 화합물 또는 이들의 조합 등을 들 수 있다.

예를 들어, 쉘에 사용되는 금속 또는 비금속의 산화물은 SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, ZnO, MnO, Mn2O₃, Mn₃O₄, CuO, FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄, CoO, Co₃O₄, NiO 등의 이원소 화합물, 또는 MgAl₂O₄, CoFe₂O₄, NiFe₂O₄, CoMn₂O₄등의 삼원소 화합물을 예시할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 상기의 반도체 화합물은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnSeS, ZnTeS, GaAs, GaP, GaSb, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InP, InGaP, InSb, AlAs, AlP, AlSb등을 예시할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

양자점은 약 45nm 이하, 바람직하게는 약 40nm 이하, 더욱 바람직하게는 약 30nm 이하의 발광 파장 스펙트럼의 반치폭(full width of half maximum, FWHM)을 가질 수 있으며, 이 범위에서 색순도나 색재현성을 향상시킬 수 있다. 또한 이러한 양자점을 통해 발광되는 광은 전 방향으로 방출되는바, 광 시야각이 향상될 수 있다.

또한, 양자점의 형태는 당 분야에서 일반적으로 사용하는 형태의 것으로 특별히 한정하지 않지만, 보다 구체적으로 구형, 피라미드형, 다중 가지형(multi-arm), 또는 입방체(cubic)의 나노 입자, 나노 튜브, 나노와이어, 나노 섬유, 나노 판상 입자 등의 형태의 것을 사용할 수 있다.

양자점은 입자 크기에 따라 방출하는 광의 색상을 조절 할 수 있으며, 이에 따라 양자점은 녹색, 적색 등 다양한 발광 색상을 가질 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 다층 또는 단층을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 캡핑층(CPL)은 유기층 또는 무기층일 수 있다. 예를 들어, 캡핑층(CPL)이 무기물을 포함하는 경우, 무기물은 LiF 등의 알칼리금속 화합물, MgF₂ 등의 알칼리토금속 화합물, SiON, SiN_X, SiOy 등을 포함하는 것일 수 있다.

예를 들어, 캡핑층(CPL)이 유기물을 포함하는 경우, 유기물은 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) 등을 포함하거나, 에폭시 수지, 또는 메타크릴레이트와 같은 아크릴레이트를 포함할 수 있다. 다만, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니며 이외에 하기와 같은 화합물 P1 내지 P5를 포함할 수 있다.

한편, 캡핑층(CPL)의 굴절률은 1.6 이상일 수 있다. 구체적으로, 550nm 이상 660nm 이하의 파장 범위의 광에 대해서 캡핑층(CPL)의 굴절률은 1.6 이상일 수 있다.

캡핑층(CPL) 상에는 봉지층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 봉지층(미도시)은 유기층 또는 무기층이거나 복합재료층일 수 있다. 봉지층(미도시)은 적어도 하나의 유기층 및 적어도 하나의 무기층을 포함할 수 있다. 봉지층(미도시)에 포함된 유기층은 광중합 가능한 화합물일 수 있고 예를 들어, 아크릴계, 에폭시계 등의 물질을 포함할 수 있다. 봉지층(미도시)에 포함된 무기층은 SiON, SIO_x, SIN_y 등의 물질을 포함할 수 있다.

일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 복수의 발광 유닛들(LU-1, LU-2)을 포함하는 것일 수 있다. 발광 유닛들(LU-1, LU-2) 각각은 정공 수송 영역, 발광층, 및 전자 수송 영역을 포함하는 것일 수 있다. 도 5를 참조하면, 제1 발광 유닛(LU-1)은 제1 정공 수송 영역(HTR-1), 제1 발광층(EML-1), 및 제1 전자 수송 영역(ETR-1)을 포함하는 것일 수 있고, 제2 발광 유닛(LU-2)은 제2 정공 수송 영역(HTR-2), 제2 발광층(EML-2), 및 제2 전자 수송 영역(ETR-2)을 포함하는 것일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 유기 전계 발광 소자는 3개 이상의 발광 유닛들을 포함할 수 있다.

일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에 포함된 복수의 정공 수송 영역들(HTR-1, HTR-2), 복수의 발광층들(EML-1, EML-2), 및 복수의 전자 수송 영역들(ETR-1, ETR-2)에 대해서는 각각 상술한 정공 수송 영역, 발광층, 및 전자 수송 영역에 대한 설명과 동일한 내용이 적용될 수 있다.

제1 정공 수송 영역(HTR-1) 및 제2 정공 수송 영역(HTR-2)은 동일한 물질을 포함하거나, 서로 상이한 물질을 포함하는 것일 수 있다. 또한, 제1 전자 수송 영역(ETR-1) 및 제2 전자 수송 영역(ETR-2)은 동일한 물질을 포함하거나, 서로 상이한 물질을 포함하는 것일 수 있다.

예를 들어, 제1 전자 수송 영역(ETR-1) 및 제2 전자 수송 영역(ETR-2)은 상술한 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 화합물을 포함하고, 제1 전자 수송 영역(ETR-1) 및 제2 전자 수송 영역(ETR-2) 모두 공지의 재료를 더 포함하는 것일 수 있다. 제1 전자 수송 영역(ETR-1)은 상술한 일 실시예의 화합물을 포함하고, 제2 전자 수송 영역(ETR-2)은 공지의 재료를 포함하는 것일 수 있다. 제1 전자 수송 영역(ETR-1)은 일 실시예의 화합물을 포함하고 공지의 재료를 더 포함할 수 있으며, 제2 전자 수송 영역(ETR-2)는 공지의 재료를 포함하는 것일 수 있다. 제2 전자 수송 영역(ETR-2)은 일 실시예의 화합물을 포함하고 공지의 재료를 더 포함할 수 있으며, 제1 전자 수송 영역(ETR-1) 공지의 재료를 포함하는 것일 수 있다.

제1 발광층(EML-1) 및 제2 발광층(EML-2)은 서로 다른 색을 발광하는 것일 수 있다. 예를 들어, 제1 발광층(EML-1)은 청색광을 발광하고, 제2 발광층(EML-2)은 적색광 또는 녹색광을 발광할 수 있다. 이와 달리, 제1 발광층(EML-1) 및 제2 발광층(EML-2)이 모두 같은 색의 광을 발광할 수 있다. 하지만 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자가 3개의 발광 유닛을 포함하는 경우, 3개의 발광층은 동일한 색을 발광하거나 3개의 발광층은 각각 상이한 색을 발광할 수 있다. 3개의 발광층이 각각 상이한 색을 발광하는 경우, 유기 전계 발광 소자는 백색광을 발광하는 것일 수 있다. 또는 유기 전계 발광 소자에서 2개의 발광층이 동일한 색을 발광하고, 1개의 발광층이 상이한 색을 발광할 수 있다. 하지만, 이는 예시적인 것이며, 어느 하나의 실시예로 한정되지 않는다.

일 실시예에 따르면, 복수의 발광 유닛들(LU-1, LU-2) 사이에는 적어도 하나의 전하 생성층(CGL)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 3개의 발광 유닛을 포함하는 유기 전계 발광 소자는 2개의 전하 생성층을 포함할 수 있다. 전하 생성층(CGL)은 상술한 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 화합물을 포함하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자(10)는 상술한 일 실시예의 화학식 1로 표시되는 화합물을 제1 전극(EL1) 및 제2 전극(EL2) 사이에 배치된 적어도 하나의 기능층에 포함하여 개선된 구동 전압, 개선된 발광 효율과 개선된 수명 특성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 화합물은 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 전자 수송 영역(ETR)에 포함될 수 있으며, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 낮은 구동 전압, 우수한 발광 효율과 장수명 특성을 나타낼 수 있다.

또한, 복수 개의 발광 유닛(LU-1, LU-2)을 포함하는 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 상술한 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 화합물을 전하 생성층(CGL) 및 전자 수송 영역(ETR-1, ETR-2) 중 적어도 하나에 포함하여 개선된 발광 효율 및 수명 특성을 나타낼 수 있다.

상술한 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 화합물은 중심에 질소를 포함하는 방향족 고리, 예를 들어, 피리딘, 피리미딘 또는 트리아진을 포함함으로써 벤젠 고리보다 상대적으로 전자가 결핍하고, 이로 인해 우수한 전자 수송 능력을 가질 수 있다. 또한 적어도 하나의 질소를 포함하는 중심 고리에 페난트렌과 페난트롤린이 결합된 구조를 가짐으로써 전자 수송 속도를 조절할 수 있고, 이로 인해 일 실시예의 화합물은 유기 전계 발광 소자의 저구동전압, 고효율 및 장수명 특성에 기여할 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]

1. 화합물의 합성

먼저, 본 실시 형태에 따른 화합물의 합성 방법에 대해서, 화합물 1-1, 화합물 1-4, 화합물 1-11 및 화합물 1-14의 합성 방법을 예시하여 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 화합물의 합성법은 일 실시예로서, 본 발명의 실시형태에 따른 화합물의 합성법이 하기의 실시예에 한정되지 않는다.

<화합물 1-1의 합성>

일 실시예에 따른 화합물 1-1은 예를 들어 하기 반응식 1의 단계에 의해 합성될 수 있다.

[반응식 1]

(중간체 A의 합성)

2,4,6-trichloropyrimidine (1.8 g, 10 mmol), phenanthren-9-ylboronic acid (2.4 g, 11 mmol), K₂CO₃ (2.8 g, 20 mmol), 및 Pd(PPh₃)₄ (0.41 g, 0.35 mmol)을 반응 용기(schlenk tube)에 넣고 진공 상태에서 2시간 동안 건조시킨 후 THF (100 mL)에 녹인다. N₂ 제거(purging)한 무수(anhydrous) EtOH (20 mL)을 첨가한 후 질소 하에서 2시간 동안 80℃에서 교반한다. 상온으로 식힌 후, 감압하여 용매를 제거하고 과량의 DCM과 증류수로 씻어준 후 유기층을 분리한다. 분리한 유기층을 MgSO₄로 건조시킨 후 컬럼 크로마토그래피 (column chromatography, dichloromethane/hexane, 2:1, v/v)로 정제하여 2,4-dichloro-6-(phenanthren-9-yl)pyrimidine (A) 2.4 g (7.5 mmol, 수득율 75%)를 얻는다.

(중간체 B의 합성)

중간체 A (3.3 g, 10 mmol), (1,10-phenanthrolin-5-yl)boronic acid (2.6 g, 12 mmol), K₂CO₃ (2.8 g, 20 mmol), 및 Pd(PPh₃)₄ (0.41 g, 0.35 mmol)을 반응 용기(schlenk tube)에 넣고 진공 상태에서 2시간 동안 건조시킨 후 DMF (100 mL)에 녹인다. N₂ 제거(purging)한 무수 EtOH (20 mL)을 첨가한 후 질소 하에서 48시간 동안 100℃에서 교반한다. 상온으로 식힌 후, 감압하여 용매를 제거하고 과량의 DCM과 증류수로 씻어준 후 유기층을 분리한다. 분리한 유기층을 MgSO₄로 건조시킨 후, 컬럼 크로마토그래피 (DCM 사용)로 정제하여 5-(2-chloro-6-(phenanthren-9-yl)pyrimidin-4-yl)-1,10-phenanthroline (B) 3.2 g (6.8 mmol, 수득율 68%)를 얻는다.

(화합물 1-1의 합성)

중간체 B (4.7 g, 10 mmol), [1,1'-biphenyl]-4-ylboronic acid (2.4 g, 12 mmol), K₂CO₃ (2.8 g, 20 mmol), 및 Pd(PPh₃)₄ (0.41 g, 0.35 mmol)을 반응 용기(schlenk tube)에 넣고 진공 상태에서 2시간 동안 건조시킨 후 1,4-dioxane (100 mL)에 녹인다. N₂ 제거(purging)한 무수 EtOH (20 mL)을 첨가한 후 질소 하에서 48시간 동안 140℃에서 교반한다. 상온으로 식힌 후, 감압하여 용매를 제거하고 과량의 DCM과 증류수로 씻어준 후 유기층을 분리한다. 분리한 유기층을 MgSO₄로 건조시킨 후, 컬럼 크로마토그래피 (DCM/EtOH, 99:1, v/v)로 정제하여 5-(2-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-6-(phenanthren-9-yl)pyrimidin-4-yl)-1,10-phenanthroline (1-1) 2.6 g (4.4 mmol, 수득율 44%)를 얻는다. 화합물 1-1의 NMR 데이터 측정값은 다음과 같다. ¹NMR (d⁶-DMSO, 500 MHz): δ 9.08 (1H), 8.84-8.80 (3H), 8.50-8.46 (2H), 8.23 (1H), 8.17 (1H), 8.05 (1H), 7.96-7.90 (3H), 7.77-7.62 (9H), 7.49-7.41 (3H), 7.25 (2H) ppm.

<화합물 1-4의 합성>

일 실시예에 따른 화합물 1-4는 예를 들어 하기 반응식 2의 단계에 의해 합성될 수 있다.

[반응식 2]

(중간체 C의 합성)

Cyanuric chloride (1.8 g, 10 mmol), phenanthren-9-ylboronic acid (2.4 g, 11 mmol), K₂CO₃ (2.8 g, 20 mmol), 및 Pd(PPh₃)₄ (0.41 g, 0.35 mmol)을 반응 용기(schlenk tube)에 넣고 진공 상태에서 2시간 동안 건조시킨 후 THF (100 mL)에 녹인다. N₂ 제거(purging)한 무수(anhydrous) EtOH (20 mL)을 첨가한 후 질소 하에서 2시간 동안 80℃에서 교반한다. 상온으로 식힌 후, 감압하여 용매를 제거하고 과량의 DCM과 증류수로 씻어준 후 유기층을 분리한다. 분리한 유기층을 MgSO₄로 건조시킨 후 컬럼 크로마토그래피 (dichloromethane/hexane, 3:1, v/v)로 정제하여 2,4-dichloro-6-(phenanthren-9-yl)-1,3,5-triazine (C) 2.9 g (8.9 mmol, 수득율 89%)를 얻는다.

(중간체 D의 합성)

중간체 C (3.3 g, 10 mmol), (1,10-phenanthrolin-5-yl)boronic acid (2.6 g, 12 mmol), K₂CO₃ (2.8 g, 20 mmol), 및 Pd(PPh₃)₄ (0.41 g, 0.35 mmol)을 반응 용기(schlenk tube)에 넣고 진공 상태에서 2시간 동안 건조시킨 후 DMF (100 mL)에 녹인다. N₂ 제거(purging)한 무수 EtOH (20 mL)을 첨가한 후 질소 하에서 48시간 동안 100℃에서 교반한다. 상온으로 식힌 후, 감압하여 용매를 제거하고 과량의 DCM과 증류수로 씻어준 후 유기층을 분리한다. 분리한 유기층을 MgSO₄로 건조시킨 후, 컬럼 크로마토그래피 (DCM 사용)로 정제하여 5-(4-chloro-6-(phenanthren-9-yl)-1,3,5-triazin-2-yl)-1,10-phenanthroline (D) 3.4 g (7.2 mmol, 수득율 72%)를 얻는다.

(화합물 1-4의 합성)

중간체 D (4.7 g, 10 mmol), [2,2'-bipyridin]-5-ylboronic acid (2.4 g, 12 mmol), K₂CO₃ (2.8 g, 20 mmol), 및 Pd(PPh₃)₄ (0.41 g, 0.35 mmol)을 반응 용기(schlenk tube)에 넣고 진공 상태에서 2시간 동안 건조시킨 후 1,4-dioxane (100 mL)에 녹인다. N₂ 제거(purging)한 무수 EtOH (20 mL)을 첨가한 후 질소 하에서 48시간 동안 140℃에서 교반한다. 상온으로 식힌 후, 감압하여 용매를 제거하고 과량의 DCM과 증류수로 씻어준 후 유기층을 분리한다. 분리한 유기층을 MgSO₄로 건조시킨 후, 컬럼 크로마토그래피 (DCM/EtOH, 98:2, v/v)로 정제하여 5-(4-([2,2'-bipyridin]-5-yl)-6-(phenanthren-9-yl)-1,3,5-triazin-2-yl)-1,10-phenanthroline (1-4) 3.2 g (5.4 mmol, 수득율 54%)를 얻는다. 화합물 1-4의 NMR 데이터 측정값은 다음과 같다. ¹NMR (d⁶-DMSO, 500 MHz): δ 9.18 (1H), 9.08 (1H), 8.97-8.93 (2H), 8.84-8.80 (3H), 8.48-8.46 (3H), 8.17 (1H), 8.05-8.00 (2H), 7.90 (1H), 7.77-7.62 (8H), 7.23 (1H) ppm.

<화합물 1-11의 합성>

일 실시예에 따른 화합물 1-11은 예를 들어 하기 반응식 3의 단계에 의해 합성될 수 있다.

[반응식 3]

(화합물 1-11의 합성)

D (4.7 g, 10 mmol), (4'-cyano-[1,1'-biphenyl]-4-yl)boronic acid (2.6 g, 12 mmol), K₂CO₃ (2.8 g, 20 mmol), 및 Pd(PPh₃)₄ (0.41 g, 0.35 mmol)을 반응 용기(schlenk tube)에 넣고 진공 상태에서 2시간 동안 건조시킨 후 1,4-dioxane (100 mL)에 녹인다. N₂ 제거(purging)한 무수 EtOH (20 mL)을 첨가한 후 질소 하에서 48시간 동안 140℃에서 교반한다. 상온으로 식힌 후, 감압하여 용매를 제거하고 과량의 DCM과 증류수로 씻어준 후 유기층을 분리한다. 분리한 유기층을 MgSO₄로 건조시킨 후, 컬럼 크로마토그래피 (chloroform:EtOH, 98:2, v/v)로 정제하여 4'-(4-(phenanthren-9-yl)-6-(1,10-phenanthrolin-5-yl)-1,3,5-triazin-2-yl)-[1,1'-biphenyl]-4-carbonitrile (1-11) 4.0 g (6.5 mmol, 수득율 65%)를 얻는다. 화합물 1-11의 NMR 데이터 측정값은 다음과 같다. ¹NMR (d⁶-DMSO, 500 MHz): δ 9.12 (1H), 8.92-8.81 (3H), 8.55-8.49 (2H), 8.17 (1H), 8.10 (1H), 7.91-7.84 (7H), 7.74-7.59 (7H), 7.33 (2H) ppm.

<화합물 1-14의 합성>

일 실시예에 따른 화합물 1-14은 예를 들어 하기 반응식 4의 단계에 의해 합성될 수 있다.

[반응식 4]

(화합물 1-14의 합성)

B (4.7 g, 10 mmol), [1,1':3',1''-terphenyl]-5'-ylboronic acid (3.3 g, 12 mmol), K₂CO₃ (2.8 g, 20 mmol), 및 Pd(PPh₃)₄ (0.41 g, 0.35 mmol)을 반응 용기(schlenk tube)에 넣고 진공 상태에서 2시간 동안 건조시킨 후 1,4-dioxane (100 mL)에 녹인다. N₂ 제거(purging)한 무수 EtOH (20 mL)을 첨가한 후 질소 하에서 48시간 동안 140℃에서 교반한다. 상온으로 식힌 후, 감압하여 용매를 제거하고 과량의 DCM과 증류수로 씻어준 후 유기층을 분리한다. 분리한 유기층을 MgSO₄로 건조시킨 후, 컬럼 크로마토그래피 (chloroform)로 정제하여 5-(2-([1,1':3',1''-terphenyl]-5'-yl)-6-(phenanthren-9-yl)pyrimidin-4-yl)-1,10-phenanthroline (1-14) 3.9 g (5.9 mmol, 수득율 59%)를 얻는다. 화합물 1-14의 NMR 데이터 측정값은 다음과 같다. ¹NMR (d⁶-DMSO, 500 MHz): δ 9.17 (1H), 8.98-8.86 (3H), 8.52-8.46 (2H), 8.31 (1H), 8.15 (1H), 8.04 (4H), 7.92 (1H), 7.78-7.68 (7H), 7.64-7.62 (4H), 7.50-7.40 (6H) ppm.

2. 일 실시예의 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자의 제작 및 평가

(유기 전계 발광 소자의 제작)

일 실시예의 화합물을 전자 수송 영역에 포함하는 일 실시예의 유기 전계 발광 소자를 아래의 방법으로 제작하였다.

상술한 화합물 1-1, 1-2, 1-11 및 1-14을 전자 수송층 재료로 사용하여 실시예 1 내지 실시예 4의 유기 전계 발광 소자를 제작하였다. 비교예 및 실시예의 유기 전계 발광 소자 제작에 사용된 화합물은 아래에 나타내었다.

비교예 1의 유기 전계 발광 소자는 다음의 방법으로 제작하였다. ITO 유리 기판을 50 mm x 50 mm x 0.5 mm 크기로 잘라서 이소프로필 알코올과 순수를 이용하여 각 10분 동안 초음파 세정한 후, 10분 동안 자외선을 조사하고 오존에 노출시켜 세정하고 진공 증착 장치에 이 유리기판을 설치한다. 정공 주입층으로 HAT-CN을 진공 증착하여 100Å 두께로 형성한 후, 제1 정공 수송층 물질인 HT1를 진공 증착한다. 발광층은 HOST1:DOPANT1를 97:3 wt% 비율로 300Å을 증착한다. 발광층 위에 정공 저지층은 T2T를 진공 증착하여 100Å 의 두께로 형성한다. 전자 수송층은 TPBi와 LiQ (Lithium Quinolate)를 1:1 wt% 비율로 300Å을 진공 증착한다. 전자 주입층 및 음극으로 LiF 8Å과 Al 1000Å을 증착한다.

비교예 2 내지 5의 유기 전계 발광 소자는 전자 수송층 물질로 ET1 내지 ET4를 사용한 것을 제외하고는 비교예 1의 유기 전계 발광 소자와 동일한 방법으로 제작하였다.

실시예 1 내지 4의 유기 전계 발광 소자는 전자 수송층 물질로 화합물 1-1, 화합물 1-2, 화합물 1-11, 화합물 1-14를 사용한 것을 제외하고는 비교예 1의 유기 전계 발광 소자와 동일한 방법으로 제작하였다.

(유기 전계 발광 소자의 특성 평가)

표 1에서는 실시예 1 내지 4, 비교예 1 내지 5에 대한 유기 전계 발광 소자의 평가 결과를 나타내었다. 표 1에서는 제작된 유기 전계 발광 소자의 구동 전압, 발광 효율 및 소자 수명을 비교하여 나타낸 것이다. 표 1에 나타낸 실시예 및 비교예에 대한 특성 평가 결과에서는 발광 효율은 휘도 1000nit에 해당하는 전류 밀도에서의 효율 값을 나타낸 것이고, 소자 수명 T95는 최초 밝기의 5%가 감소되는데 걸리는 시간을 나타낸 것이다.

구 분	전자 수송층	효율 EQE(%)	구동 전압(V)	수명 T95(h)
비교예 1	TPBi	4.2	5.1	15
비교예 2	ET1	6.1	4.5	42
비교예 3	ET2	5.9	4.8	30
비교예 4	ET3	6.3	4.3	47
비교예 5	ET4	4.9	5.0	19
실시예 1	화합물 1-1	8.7	3.9	75
실시예 2	화학물 1-2	9.2	3.5	89
실시예 3	화합물 1-11	8.4	3.7	72
실시예 4	화합물 1-14	8.0	3.8	64

표 1을 참조하면, 일 실시예의 화합물을 전자 수송층 재료로 포함한 유기전계 발광 소자의 실시예들의 경우 우수한 소자 특성을 나타내는 것을 알 수 있다. 즉, 실시예 1 내지 실시예 4의 유기 전계 발광 소자는 비교예 1 내지 비교예 5의 유기 전계 발광 소자에 비하여 낮은 구동 전압, 고효율 및 장수명의 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.

비교예 1의 전자 수송층에 포함된 TPBi는 중심 고리가 벤젠 고리이며 벤젠 고리기에 페난트렌 및 페난트롤린이 결합되지 않았다. 따라서 비교예 1은 비교예들 중에서도 가장 높은 구동 전압, 낮은 효율 및 저수명의 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.

비교예 2 및 비교에 3의 전자 수송층에 포함된 ET1 및 ET2는 페난트렌 및 페난트롤린을 포함하고 있으나, 페난트렌 및 페난트롤린과 결합된 중심 고리가 벤젠 고리인 점에서 실시예 1 내지 실시예 4의 전자 수송층에 포함된 화합물과 차이가 있다. 실시예 1 내지 실시예 4의 전자 수송층에 포함된 화합물은 중심 고리에 질소 원자가 포함된 트리아진이다. 그 결과, 실시예 1 내지 실시예 4가 더 낮은 구동 전압, 고효율 및 장수명 특성을 나타내는 것을 알 수 있다. 이는 실시예 1 내지 실시예 4가 비교예 2 및 비교예 3과 달리 중심 고리에 질소 원자를 포함하는 화합물을 전자 수송층에 포함함으로써 고리 내 전자 결핍을 유발하고 이로 인해 전자 수송 능력이 더 좋아졌기 때문이다.

비교예 4 및 비교에 5의 전자 수송층에 포함된 ET3 및 ET4는 중심 고리로 트리아진을 포함하고 있으나, 중심 고리에 결합된 페난트롤린기가 2개 이상인 점에서 실시예 1 내지 실시예 4의 전자 수송층에 포함된 화합물과 차이가 있다. 실시예 1 내지 실시예 4의 전자 수송층에 포함된 화합물은 중심 고리에 하나의 페난트롤린기과 결합하고 있다. 그 결과, 실시예 1 내지 실시예 4가 더 낮은 구동 전압, 고효율 및 장수명 특성을 나타내는 것을 알 수 있다. 이는 실시예 1 내지 실시예 4가 비교예 4 및 비교예 5과 달리 더 적은 페난트롤린기의 수 및 페난트렌을 포함하는 화합물을 전자 수송층에 포함함으로써 전자 수송 속도가 개선되고 개선된 전자 수송 속도가 낮은 구동 전압, 고효율 및 고수명의 특성에 기여하기 때문이다.

일 실시예의 화합물은 전자 수송 영역에 포함되어 전자 수송 속도 개선에 기여할 수 있고, 개선된 전자 수송 속도를 나타내는 일 실시예의 화합물은 일 실시예의 유기 전계 발광 소자에 포함되어 구동 전압을 낮추고 발광 효율 및 수명 개선에 기여할 수 있다. 따라서, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 낮은 구동 전압, 고효율 및 장수명의 특성을 가질 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.

10 : 유기 전계 발광 소자 EL1 : 제1 전극
EL2 : 제2 전극 LU-1, LU-2: 발광 유닛
HBL : 정공 저지층 CGL : 전하 생성층
EIL: 전자 주입층 EML, EML-1, EML-2 : 발광층
HTR, HTR-1, HTR-2 : 정공 수송 영역
ETR, ETR-1, ETR-2 : 전자 수송 영역

Claims

제1 전극;
상기 제1 전극 상에 배치된 제2 전극; 및
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치된 복수의 기능층들을 포함하고,
상기 기능층들 중 적어도 하나의 기능층은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자:
[화학식 1]

상기 화학식 1에서,
X₁ 내지 X₃ 중 적어도 하나는 N이고 나머지는 CR₁이며
R₁₁ 내지 R₁₃ 및 R₁은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 60 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 60 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 60 이하의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 60 이하 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 1 이상 60 이하 헤테로아릴기이며,
L₁은 직접 결합(direct linkage), 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 4 이상 60 이하의 2가의 탄화수소 고리기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 1 이상 60 이하의 2가의 헤테로 고리기이고,
a는 0 내지 4의 정수이고, b는 0 내지 9의 정수이며, c는 0 내지 7의 정수이고, m은 0 내지 3의 정수이다.
제1항에 있어서,
상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1 내지 하기 화학식 1-3으로 표시되는 유기 전계 발광 소자:
[화학식 1-1]

[화학식 1-2]

[화학식 1-3]

상기 화학식 1-1 내지 상기 화학식 1-3에 있어서, R₁₁, R₁₂, R₁₃, L₁, a 내지 c 및 m은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
제1항에 있어서,
상기 화학식 1은 하기 화학식 1-4 또는 하기 화학식 1-5로 표시되는 유기 전계 발광 소자:
[화학식 1-4]

[화학식 1-5]

상기 화학식 1-4 및 상기 화학식 1-5에 있어서, R₁₁, R₁₂, R₁₃, L₁, X₁ 내지 X₃, a 내지 c 및 m은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
제1항에 있어서,
상기 화학식 1은 하기 화학식 1A 내지 하기 화학식 1C로 표시되는 유기 전계 발광 소자:
[화학식 1A]

[화학식 1B]

[화학식 1C]

상기 화학식 1A 내지 상기 화학식 1C에 있어서, R₁₁, R₁₂, R₁₃, L₁, a 내지 c 및 m은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
제1항에 있어서,
L₁은 치환 또는 비치환된 페닐렌기, 치환 또는 비치환된 2가의 바이페닐기, 치환 또는 비치환된 피리딜렌기, 또는 치환 또는 비치환된 바이피리딜렌기인 유기 전계 발광 소자.
제1항에 있어서,
L₁은 2가의 페난트롤린기를 포함하지 않고, R₁은 페난트롤린기를 포함하지 않는 유기 전계 발광 소자.
제1항에 있어서,
R₁₁은 하기 R1-1 내지 R1-9 중 어느 하나로 표시되는 유기 전계 발광 소자:

.
제1항에 있어서,
상기 기능층들은
발광층;
상기 제1 전극과 상기 발광층 사이에 배치된 정공 수송 영역; 및
상기 발광층과 상기 제2 전극 사이에 배치된 전자 수송 영역을 포함하고,
상기 전자 수송 영역은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자.
제8항에 있어서,
상기 전자 수송 영역은
전자 수송층;
상기 발광층과 상기 전자 수송층 사이에 배치된 정공 저지층; 및
상기 제2 전극과 상기 전자 수송층 사이에 배치된 전자 주입층을 포함하고,
상기 전자 수송층, 상기 정공 저지층 및 상기 전자 주입층 중 적어도 하나에 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자.
제1항에 있어서,
상기 기능층들은
복수 개의 발광 유닛들; 및
상기 복수 개의 발광 유닛들 사이에 배치된 적어도 하나의 전하 생성층을 포함하며,
상기 복수 개의 발광 유닛 또는 상기 전하 생성층 중 적어도 하나에 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자.
제10항에 있어서,
상기 복수 개의 발광 유닛들은 각각 순차적으로 적층된 정공 수송 영역, 발광층 및 전자 수송 영역을 포함하고 상기 전자 수송 영역 및 상기 전하 생성층 중 적어도 하나에 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자.
제1항에 있어서,
상기 화학식 1는 하기 화합물 1-1 내지 화합물 1-26 중 어느 하나로 표시되는 유기 전계 발광 소자:

.
하기 화학식 1로 표시되는 화합물:
[화학식 1]

상기 화학식 1에서,
X₁ 내지 X₃ 중 적어도 하나는 N이고 나머지는 CR₁이며
R₁₁ 내지 R₁₃ 및 R₁은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 60 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 60 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 60 이하의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 60 이하 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 1 이상 60 이하 헤테로아릴기이며,
L₁은 직접 결합(direct linkage), 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 4 이상 60 이하의 2가의 탄화수소 고리기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 1 이상 60 이하의 2가의 헤테로 고리기이고,
a는 0 내지 4의 정수이고, b는 0 내지 9의 정수이며, c는 0 내지 7의 정수이고, m은 0 내지 3의 정수이다.
제13항에 있어서,
상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1 내지 하기 화학식 1-3으로 표시되는 화합물:
[화학식 1-1]

[화학식 1-2]

[화학식 1-3]

상기 화학식 1-1 내지 상기 화학식 1-3에 있어서, R₁₁, R₁₂, R₁₃, L₁, a 내지 c 및 m은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
제13항에 있어서,
상기 화학식 1은 하기 화학식 1-4 또는 하기 화학식 1-5로 표시되는 화합물:
[화학식 1-4]

[화학식 1-5]

상기 화학식 1-4 및 상기 화학식 1-5에 있어서, R₁₁, R₁₂, R₁₃, L₁, X₁ 내지 X₃, a 내지 c 및 m은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
제13항에 있어서,
상기 화학식 1은 하기 화학식 1A 내지 하기 화학식 1C로 표시되는 화합물:
[화학식 1A]

[화학식 1B]

[화학식 1C]

상기 화학식 1A 내지 상기 화학식 1C에 있어서, R₁₁, R₁₂, R₁₃, L₁, a 내지 c 및 m은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
제13항에 있어서,
L₁은 치환 또는 비치환된 페닐렌기, 치환 또는 비치환된 2가의 바이페닐기, 치환 또는 비치환된 피리딜렌기, 또는 치환 또는 비치환된 바이피리딜렌기인 화합물.
제13항에 있어서,
L₁은 2가의 페난트롤린기를 포함하지 않고, R₁은 페난트롤린기를 포함하지 않는 화합물.
제13항에 있어서,
R₁₁은 하기 R1-1 내지 R1-9 중 어느 하나로 표시되는 화합물:

.
제13항에 있어서,
상기 화학식 1는 하기 화합물 1-1 내지 화합물 1-26 중 어느 하나로 표시되는 화합물:

.