KR20220016525A - 유기 전계 발광 소자 및 유기 전계 발광 소자용 다환 화합물 - Google Patents

유기 전계 발광 소자 및 유기 전계 발광 소자용 다환 화합물 Download PDF

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Abstract

일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 제1 전극, 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 발광층을 포함하고, 발광층은 하기 화학식 1로 표시되는 다환 화합물을 포함하여, 개선된 발광 효율을 나타낼 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00167

Description

유기 전계 발광 소자 및 유기 전계 발광 소자용 다환 화합물{ORGANIC ELECTROLUMINESCENCE DEVICE AND POLYCYCLIC COMPOUND FOR ORGANIC ELECTROLUMINESCENCE DEVICE}
본 발명은 유기 전계 발광 소자 및 이에 사용되는 다환 화합물에 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 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)을 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 우수한 발광 효율을 나타내는 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 우수한 발광 효율 특성을 갖는 유기 전계 발광 소자용 재료인 다환 화합물을 제공하는 것이다.
일 실시예는 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 배치된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 하기 화학식 1로 표시되는 다환 화합물을 포함하는 발광층; 을 포함하는 유기 전계 발광 소자를 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서, X는 N 또는 CR11이고, Y1, 및 Y2는 각각 독립적으로 C=O, C=S, 또는 S=O 이고, R1 내지 R11은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 카보닐기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 결합하여 고리를 형성하고, R1 내지 R11 중 적어도 하나는 하기 화학식 2, 또는 화학식 3으로 표시된다.
[화학식 2]
Figure pat00002
[화학식 3]
Figure pat00003
상기 화학식 2에서, n은 0 또는 1이고, W1은 직접 결합, BR29, C=O, O, S, SO, SO2, NR30, P=O, PR31, 또는 SiR32R33이고, 상기 화학식 3에서, Z는 BR56, C=O, O, S, SO, SO2, NR57, P=O, PR58, 또는 SiR59R60이고, 상기 화학식 2 및 화학식 3에서, R21 내지 R33, 및 R51 내지 R60은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 카보닐기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 R1 내지 R11, R21 내지 R33, 및 R51 내지 R60 중 어느 하나와 결합하여 고리를 형성한다.
상기 화학식 1은 하기 화학식 1-A1 내지 화학식 1-A6 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 1-A1] [화학식 1-A2]
Figure pat00004
Figure pat00005
[화학식 1-A3] [화학식 1-A4]
Figure pat00006
Figure pat00007
[화학식 1-A5] [화학식 1-A6]
Figure pat00008
Figure pat00009
상기 화학식 1-A1 내지 화학식 1-A6에서, R1 내지 R11, 및 X는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
상기 화학식 1은 하기 화학식 1-B1 또는 화학식 1-B2 로 표시될 수 있다.
[화학식 1-B1]
Figure pat00010
[화학식 1-B2]
Figure pat00011
상기 화학식 1-B1 및 화학식 1-B2에서, Q1 및 Q2는 각각 독립적으로 직접 결합, CR102, C=O, BR103, NR104, O, S, P, P=O, 또는 SiR105R106 이고, m은 1 이상 4 이하의 정수이고, R101 내지 R106은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 치환 또는 비치환된 카보닐기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고, R1 내지 R10, X, Y1, 및 Y2은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
상기 Q1 및 Q2 중 적어도 하나는 BR103, 또는 NR104 일 수 있다.
상기 화학식 1-B2는 하기 화학식 1-B2-1 내지 화학식 1-B2-3 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 1-B2-1]
Figure pat00012
[화학식 1-B2-2]
Figure pat00013
[화학식 1-B2-3]
Figure pat00014
상기 화학식 1-B2-1 내지 화학식 1-B2-3에서, R1, R2, R7 내지 R10, R101, m, Q1, Q2, X, Y1, 및 Y2은 상기 화학식 1-B2에서 정의한 바와 동일하다.
상기 화학식 1은 하기 화학식 1-C로 표시될 수 있다.
[화학식 1-C]
Figure pat00015
상기 화학식 1-C에서, R1, R2, R7 내지 R10, X, Y1, Y2, R21 내지 R28, n, 및 W1는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
상기 화학식 1에서, X가 CR11인 경우, R11은 수소 원자, 중수소 원자, 메틸기, 이소프로필기, t-부틸기, 치환된 아민기, 또는 치환된 페닐기일 수 있다.
상기 화학식 2는 하기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시될 수 있다.
[화학식 2-1]
Figure pat00016
[화학식 2-2]
Figure pat00017
상기 화학식 2-1 및 화학식 2-2에서, R21 내지 R28, 및 W1은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
상기 발광층은 지연 형광을 방출할 수 있다.
다른 실시예는 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 배치된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 상기 화학식 1로 표시되는 다환 화합물을 포함하는 발광층; 을 포함하고, 상기 다환 화합물은 1000 cd/m2의 휘도에서 외부 양자 효율이 10% 이상 20% 이하인 유기 전계 발광 소자를 제공한다.
일 실시예는 상기 화학식 1로 표시되는 다환 화합물을 제공한다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 청색 파장 영역에서 고효율의 개선된 소자 특성을 나타낼 수 있다.
일 실시예의 다환 화합물은 유기 전계 발광 소자의 발광층에 포함되어 유기 전계 발광 소자의 고효율화에 기여할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 평면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 3은 일 실시예의 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 일 실시예의 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 일 실시예의 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 6은 일 실시예의 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 표시 장치를 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 다환 화합물에 대하여 설명한다.
도 1은 표시 장치(DD)의 일 실시예를 나타낸 평면도이다. 도 2는 일 실시예의 표시 장치(DD)의 단면도이다. 도 2는 도 1의 I-I’선에 대응하는 부분을 나타낸 단면도이다. 일 실시예의 표시 장치(DD, DD-TD)는 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자(ED)를 포함할 수 있다. 후술하는 유기 전계 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3) 중 적어도 하나는 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자(ED)일 수 있다. 유기 전계 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3) 중 적어도 하나는 일 실시예의 다환 화합물을 포함할 수 있다. 또한, 후술하는 탠덤 구조의 유기 전계 발광 소자(ED-BT, 도 7)는 복수의 발광층들 중 적어도 하나의 발광층에 일 실시예의 다환 화합물을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 표시 장치(DD)는 전기적 신호에 따라 활성화되는 장치일 수 있다. 예를 들어, 표시 장치(DD)는 퍼스널 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 개인 디지털 단말기, 자동차 내비게이션 유닛, 게임기, 스마트폰, 태블릿, 또는 카메라 등일 수 있다. 이것들은 단지 실시예로서 제시된 것들로서, 본 발명의 개념에서 벗어나지 않은 이상 다른 표시 장치로도 채용될 수 있다.
표시 장치(DD)는 표시 패널(DP) 및 표시 패널(DP) 상에 배치된 광학층(PP)을 포함할 수 있다. 표시 패널(DP)은 유기 전계 발광 소자(ED-1, ED-2, ED-3)를 포함할 수 있다. 표시 장치(DD)는 복수 개의 유기 전계 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)을 포함할 수 있다. 광학층(PP)은 표시 패널(DP) 상에 배치되어 외부광에 의한 표시 패널(DP)에서의 반사광을 제어할 수 있다. 광학층(PP)은 예를 들어, 편광층을 포함하는 것이거나 또는 컬러 필터층을 포함하는 것일 수 있다. 한편, 도면에 도시된 바와 달리 일 실시예의 표시 장치(DD)에서 광학층(PP)은 생략될 수 있다.
일 실시예에 따른 표시 장치(DD)는 충전층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 충전층(미도시)은 표시 소자층(DP-ED)과 베이스 기판(BL) 사이에 배치되는 것일 수 있다. 충전층(미도시)은 유기물층일 수 있다. 충전층(미도시)은 아크릴계 수지, 실리콘계 수지, 및 에폭시계 수지 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
표시 패널(DP)은 베이스층(BS), 베이스층(BS) 상에 제공된 회로층(DP-CL) 및 표시 소자층(DP-ED)을 포함하는 것일 수 있다. 표시 소자층(DP-ED)은 화소 정의막(PDL), 화소 정의막(PDL) 사이에 배치된 유기 전계 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3), 및 유기 전계 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3) 상에 배치된 봉지층(TFE)을 포함할 수 있다.
베이스층(BS)은 표시 소자층(DP-ED)이 배치되는 베이스 면을 제공하는 부재일 수 있다. 베이스층(BS)은 유리기판, 금속기판, 플라스틱기판 등일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 베이스층(BS)은 무기층, 유기층 또는 복합재료층일 수 있다.
일 실시예에서 회로층(DP-CL)은 베이스층(BS) 상에 배치되고, 회로층(DP-CL)은 복수의 트랜지스터들(미도시)을 포함하는 것일 수 있다. 트랜지스터들(미도시)은 각각 제어 전극, 입력 전극, 및 출력 전극을 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 회로층(DP-CL)은 표시 소자층(DP-ED)의 유기 전계 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)을 구동하기 위한 스위칭 트랜지스터 및 구동 트랜지스터를 포함하는 것일 수 있다.
유기 전계 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3) 각각은 후술하는 도 3 내지 도 6에 따른 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(ED)의 구조를 갖는 것일 수 있다. 유기 전계 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3) 각각은 제1 전극(EL1), 정공 수송 영역(HTR), 발광층(EML-R, EML-G, EML-B), 전자 수송 영역(ETR), 및 제2 전극(EL2)을 포함할 수 있다.
도 2에서는 화소 정의막(PDL)에 정의된 개구부(OH) 내에 유기 전계 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)의 발광층(EML-R, EML-G, EML-B)이 배치되며, 정공 수송 영역(HTR), 전자 수송 영역(ETR) 및 제2 전극(EL2)은 유기 전계 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3) 전체에서 공통층으로 제공되는 실시예를 도시하였다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 도 2에 도시된 것과 달리 일 실시예에서 정공 수송 영역(HTR) 및 전자 수송 영역(ETR)은 화소 정의막(PDL)에 정의된 개구부(OH) 내부에 패턴닝 되어 제공되는 것일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서 유기 전계 발광 소자(ED-1, ED-2, ED-3)의 정공 수송 영역(HTR), 발광층(EML-R, EML-G, EML-B), 및 전자 수송 영역(ETR) 등은 잉크젯 프린팅법으로 패턴닝되어 제공되는 것일 수 있다.
봉지층(TFE)은 유기 전계 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)을 커버하는 것일 수 있다. 봉지층(TFE)은 표시 소자층(DP-ED)을 밀봉하는 것일 수 있다. 봉지층(TFE)은 박막 봉지층일 수 있다. 봉지층(TFE)은 하나의 층 또는 복수의 층들이 적층된 것일 수 있다. 봉지층(TFE)은 적어도 하나의 절연층을 포함한다. 일 실시예에 따른 봉지층(TFE)은 적어도 하나의 무기막(이하, 봉지 무기막)을 포함할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 봉지층(TFE)은 적어도 하나의 유기막(이하, 봉지 유기막) 및 적어도 하나의 봉지 무기막을 포함할 수 있다.
봉지 무기막은 수분/산소로부터 표시 소자층(DP-ED)을 보호하고, 봉지 유기막은 먼지 입자와 같은 이물질로부터 표시 소자층(DP-ED)을 보호한다. 봉지 무기막은 실리콘 나이트라이드, 실리콘 옥시 나이트라이드, 실리콘 옥사이드, 티타늄옥사이드, 또는 알루미늄옥사이드 등을 포함할 수 있고, 이에 특별히 제한되지 않는다. 봉지 유기막은 아크릴계 화합물, 에폭시계 화합물 등을 포함하는 것일 수 있다. 봉지 유기막은 광중합 가능한 유기물질을 포함하는 것일 수 있으며 특별히 제한되지 않는다.
봉지층(TFE)은 제2 전극(EL2) 상에 배치되고, 개구부(OH)를 채우고 배치될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 표시 장치(DD)는 비발광 영역(NPXA) 및 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)을 포함할 수 있다. 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B) 각각은 유기 전계 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3) 각각에서 생성된 광이 방출되는 영역일 수 있다. 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)은 평면 상에서 서로 이격된 것일 수 있다.
발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B) 각각은 화소 정의막(PDL)으로 구분되는 영역일 수 있다. 비발광 영역들(NPXA)은 이웃하는 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B) 사이의 영역들로 화소 정의막(PDL)과 대응하는 영역일 수 있다. 한편, 본 명세서에서 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B) 각각은 화소(Pixel)에 대응하는 것일 수 있다. 화소 정의막(PDL)은 유기 전계 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)을 구분하는 것일 수 있다. 유기 전계 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)의 발광층(EML-R, EML-G, EML-B)은 화소 정의막(PDL)에 정의된 개구부(OH)에 배치되어 구분될 수 있다.
발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)은 유기 전계 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)에서 생성되는 광의 컬러에 따라 복수 개의 그룹으로 구분될 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 일 실시예의 표시 장치(DD)에는 적색광, 녹색광, 및 청색광을 발광하는 3개의 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)을 예시적으로 도시하였다. 예를 들어, 일 실시예의 표시 장치(DD)는 서로 구분되는 적색 발광 영역(PXA-R), 녹색 발광 영역(PXA-G), 및 청색 발광 영역(PXA-B)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 표시 장치(DD)에서 복수 개의 유기 전계 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)은 서로 상이한 파장 영역의 광을 방출하는 것일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서 표시 장치(DD)는 적색광을 방출하는 제1 유기 전계 발광 소자(ED-1), 녹색광을 방출하는 제2 유기 전계 발광 소자(ED-2), 및 청색광을 방출하는 제3 유기 전계 발광 소자(ED-3)를 포함할 수 있다. 즉, 표시 장치(DD)의 적색 발광 영역(PXA-R), 녹색 발광 영역(PXA-G), 및 청색 발광 영역(PXA-B)은 각각 제1 유기 전계 발광 소자(ED-1), 제2 유기 전계 발광 소자(ED-2), 및 제3 유기 전계 발광 소자(ED-3)에 대응할 수 있다. 청색광을 방출하는 제3 유기 전계 발광 소자(ED-3)는 후술하는 일 실시예의 다환 화합물을 포함할 수 있다.
하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 제1 내지 제3 유기 전계 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)은 동일한 파장 영역의 광을 방출하는 것이거나, 또는 적어도 하나가 상이한 파장 영역의 광을 방출하는 것일 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제3 유기 전계 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)은 모두 청색광을 방출하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따른 표시 장치(DD)에서의 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)은 스트라이프 형태로 배열된 것일 수 있다. 도 1을 참조하면, 복수 개의 적색 발광 영역들(PXA-R), 복수 개의 녹색 발광 영역들(PXA-G), 및 복수 개의 청색 발광 영역들(PXA-B)이 각각 제2 방향축(DR2)을 따라 정렬된 것일 수 있다. 또한, 제1 방향축(DR1)을 따라 적색 발광 영역(PXA-R), 녹색 발광 영역(PXA-G), 및 청색 발광 영역(PXA-B)의 순서로 번갈아 가며 배열된 것일 수 있다.
도 1 및 도 2에서는 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)의 면적이 모두 유사한 것으로 도시하였으나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 발광 영역들(PXA-R PXA-G, PXA-B)의 면적은 방출하는 광의 파장 영역에 따라 서로 상이할 수 있다. 한편, 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)의 면적은 제1 방향축(DR1)과 제2 방향축(DR2)이 정의하는 평면 상에서 보았을 때의 면적을 의미할 수 있다.
한편, 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)의 배열 형태는 도 1에 도시된 것에 한정되지 않으며, 적색 발광 영역(PXA-R), 녹색 발광 영역(PXA-G), 및 청색 발광 영역(PXA-B)이 배열되는 순서는 표시 장치(DD)에서 요구되는 표시 품질의 특성에 따라 다양하게 조합되어 제공될 수 있다. 예를 들어, 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)의 배열 형태는 펜타일(pentile) 배열 형태이거나, 다이아몬드 배열 형태를 갖는 것일 수 있다.
또한, 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)의 면적은 서로 상이한 것일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서 녹색 발광 영역(PXA-G)의 면적이 청색 발광 영역(PXA-B)의 면적 보다 작을 수 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3 내지 도 6은 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자(ED)는 순차적으로 적층된 제1 전극(EL1), 정공 수송 영역(HTR), 발광층(EML), 전자 수송 영역(ETR), 및 제2 전극(EL2)을 포함할 수 있다.
도 4는 도 3과 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(ED)의 단면도를 나타낸 것이다. 또한, 도 5는 도 3과 비교하여 정공 수송 영역(HTR)이 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL), 및 전자 저지층(EBL)을 포함하고, 전자 수송 영역(ETR)이 전자 주입층(EIL), 전자 수송층(ETL), 및 정공 저지층(HBL)을 포함하는 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(ED)의 단면도를 나타낸 것이다. 도 6은 도 4와 비교하여 제2 전극(EL2) 상에 배치된 캡핑층(CPL)을 포함하는 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(ED)의 단면도를 나타낸 것이다.
제1 전극(EL1)은 도전성을 갖는다. 제1 전극(EL1)은 금속 재료, 금속 합금 또는 도전성 화합물로 형성될 수 있다. 제1 전극(EL1)은 애노드(anode), 또는 캐소드(cathode)일 수 있다. 하지만 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 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, W 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 10000Å일 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(EL1)의 두께는 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), 버퍼층(미도시) 또는 발광 보조층(미도시), 및 전자 저지층(EBL) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 정공 수송 영역(HTR)의 두께는 예를 들어, 약 50Å 내지 약 15,000Å인 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)으로부터 차례로 적층된 정공 주입층(HIL)/정공 수송층(HTL), 정공 주입층(HIL)/정공 수송층(HTL)/버퍼층(미도시), 정공 주입층(HIL)/버퍼층(미도시), 정공 수송층(HTL)/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 수송 영역(HTR)은 예를 들어, 구리프탈로시아닌(copper phthalocyanine) 등의 프탈로시아닌(phthalocyanine) 화합물; DNTPD(N1,N1'-([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.
또한, 정공 수송 영역(HTR)은 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)은 하기 화학식 H-1로 표시되는 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 H-1]
Figure pat00018
상기 화학식 H-1에서, L1 및 L2는 각각 독립적으로 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. 화학식 H-1에서 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 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, 화학식 H-1에서 Ar3은 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기일 수 있다.
상기 화학식 H-1로 표시되는 화합물은 모노아민 화합물일 수 있다. 또는, 상기 화학식 H-1로 표시되는 화합물은 Ar1 내지 Ar3 중 적어도 하나가 아민기를 치환기로 포함하는 디아민 화합물일 수 있다. 또한, 상기 화학식 H-1로 표시되는 화합물은 Ar1 및 Ar2 중 적어도 하나에 치환 또는 비치환된 카바졸기를 포함하는 카바졸계 화합물, 또는 Ar1 및 Ar2 중 적어도 하나에 치환 또는 비치환된 플루오렌기를 포함하는 플루오렌계 화합물일 수 있다.
화학식 H-1로 표시되는 화합물은 하기 화합물군 H의 화합물들 중 어느 하나로 표시될 수 있다. 하지만, 하기 화합물군 H에 나열된 화합물들은 예시적인 것으로 화학식 H-1로 표시되는 화합물이 하기 화합물군 H에 표시된 것에 한정되는 것은 아니다.
[화합물군 H]
Figure pat00019
Figure pat00020
Figure pat00021
정공 수송 영역(HTR)의 두께는 약 100Å 내지 약 10000Å, 예를 들어, 약 100Å 내지 약 5000Å일 수 있다. 정공 주입층(HIL)의 두께는, 예를 들어, 약 30Å 내지 약 1000Å이고, 정공 수송층(HTL)의 두께는 약 30Å 내지 약 1000Å 일 수 있다. 예를 들어, 전자 저지층(EBL)의 두께는 약 10Å 내지 약 1000Å일 수 있다. 정공 수송 영역(HTR), 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL) 및 전자 저지층(EBL)의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 정공 수송 특성을 얻을 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)은 앞서 언급한 물질 외에, 도전성 향상을 위하여 전하 생성 물질을 더 포함할 수 있다. 전하 생성 물질은 정공 수송 영역(HTR) 내에 균일하게 또는 불균일하게 분산되어 있을 수 있다. 전하 생성 물질은 예를 들어, p-도펀트(dopant)일 수 있다. p-도펀트는 할로겐화 금속 화합물, 퀴논(quinone) 유도체, 금속 산화물 및 시아노(cyano)기 함유 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, p-도펀트는, CuI 및 RbI 등의 할로겐화 금속 화합물, 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, HATCN(dipyrazino[2,3-f: 2',3'-h] quinoxaline-2,3,6,7,10,11-hexacarbonitrile) 및 4-[[2,3-bis[cyano-(4-cyano-2,3,5,6-tetrafluorophenyl)methylidene]cyclopropylidene]-cyanomethyl]-2,3,5,6-tetrafluorobenzonitrile과 같은 시아노기 함유 화합물 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(ED)에서 발광층(EML)은 일 실시예의 다환 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
본 명세서에서, "치환 또는 비치환된"은 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 실릴기, 옥시기, 티오기, 설피닐기, 설포닐기, 카보닐기, 보릴기, 포스핀 옥사이드기, 포스핀 설파이드기, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알콕시기, 탄화수소 고리기, 아릴기 및 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택되는 1개 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된 것을 의미할 수 있다. 또한, 상기 예시된 치환기 각각은 치환 또는 비치환된 것일 수 있다. 예를 들어, 바이페닐기는 아릴기로 해석될 수도 있고, 페닐기로 치환된 페닐기로 해석될 수도 있다.
본 명세서에서, "인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성"한다는 인접하는 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄화수소 고리, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로 고리를 형성하는 것을 의미할 수 있다. 탄화수소 고리는 지방족 탄화수소 고리 및 방향족 탄화수소 고리를 포함한다. 헤테로 고리는 지방족 헤테로 고리 및 방향족 헤테로 고리를 포함한다. 탄화수소 고리 및 헤테로 고리는 단환 또는 다환일 수 있다. 또한, 서로 결합하여 형성된 고리는 다른 고리와 연결되어 스피로 구조를 형성하는 것일 수도 있다.
본 명세서에서, "인접하는 기"는 해당 치환기가 치환된 원자와 직접 연결된 원자에 치환된 치환기, 해당 치환기가 치환된 원자에 치환된 다른 치환기, 또는 해당 치환기와 입체구조적으로 가장 인접한 치환기를 의미할 수 있다. 예컨대, 1,2-디메틸벤젠(1,2-dimethylbenzene)에서 2개의 메틸기는 서로 "인접하는 기"로 해석될 수 있고, 1,1-디에틸시클로펜테인(1,1-diethylcyclopentane)에서 2개의 에틸기는 서로 "인접하는 기"로 해석될 수 있다. 또한, 4,5-디메틸페난트렌(4,5-dimethylphenanthrene)에서 2개의 메틸기는 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, 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(quinquephenyl), 섹시페닐기, 트리페닐에닐기, 피레닐기, 벤조 플루오란테닐기, 크리세닐기 등을 예시할 수 있지만, 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, 실릴기는 알킬 실릴기 및 아릴 실릴기를 포함한다. 실릴기의 예로는 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, t-부틸디메틸실릴기, 비닐디메틸실릴기, 프로필디메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 디페닐실릴기, 페닐실릴기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 카보닐기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 40 이하, 1 내지 30 이하, 또는 1 내지 20 이하일 수 있다. 예를 들어, 하기의 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00022
본 명세서에서, 티올기는 알킬 티오기 및 아릴 티오기를 포함할 수 있다. 티올기는 상기 정의된 알킬기 또는 아릴기에 황 원자가 결합된 것을 의미할 수 있다. 티올기의 예로는 메틸티오기, 에틸티오기, 프로필티오기, 펜틸티오기, 헥실티오기, 옥틸티오기, 도데실티오기, 시클로펜틸티오기, 시클로헥실티오기, 페닐티오기, 나프틸티오기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 옥시기는 상기 정의된 알킬기 또는 아릴기에 산소 원자가 결합된 것을 의미할 수 있다. 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, 아민기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 1 이상 30 이하일 수 있다. 아민기는 알킬 아민기 및 아릴 아민기를 포함할 수 있다. 아민기의 예로는 메틸아민기, 디메틸아민기, 페닐아민기, 디페닐아민기, 나프틸아민기, 9-메틸-안트라세닐아민기, 트리페닐아민기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 보릴기는 상기 정의된 알킬기 또는 아릴기에 붕소 원자가 결합된 것을 의미할 수 있다. 보릴기는 알킬 보릴기 및 아릴 보릴기를 포함한다. 보릴기의 예로는 트리메틸보릴기, 트리에틸보릴기, t-부틸디메틸보릴기, 트리페닐보릴기, 디페닐보릴기, 페닐보릴기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
한편, 본 명세서에서 “
Figure pat00023
” 는 연결되는 위치를 의미한다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(ED)의 발광층(EML)은 하기 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 다환 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00024
화학식 1에서, X는 N 또는 CR11일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 화학식 1에서 X가 CR11인 경우, R11은 수소 원자, 중수소 원자, 메틸기, 이소프로필기, t-부틸기, 치환된 아민기, 또는 치환된 페닐기일 수 있다. 치환된 아민기는 페닐기로 치환된 아민기일 수 있고, 페닐기는 치환 또는 비치환된 것일 수 있다. 치환된 페닐기는 메틸기로 치환된 페닐기일 수 있다.
Y1, 및 Y2는 각각 독립적으로 C=O, C=S, 또는 S=O일 수 있다. Y1, 및 Y2는 동일한 것일 수 있다. 이와 달리, Y1, 및 Y2는 서로 상이한 것일 수 있다. R1 내지 R11은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 카보닐기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 결합하여 고리를 형성할 수 있다. R3 내지 R6 중 어느 하나와, R7 내지 R10 중 어느 하나는 서로 결합하여 고리를 형성하지 않는다. 예를 들어, R6과 R7은 서로 결합하여 고리를 형성하지 않는다. R5와 R7은 서로 결합하여 고리를 형성하지 않는다.
화학식 1에서, R1 내지 R11 중 어느 하나는 실릴기, 또는 보릴기일 수 있다. 실릴기는 아릴기, 또는 알킬기로 치환된 실릴기일 수 있다. 보릴기는 아릴기로 치환된 보릴기일 수 있다. 예를 들어, 실릴기는 페닐기, 또는 메틸기로 치환된 것일 수 있다. 또한, 보릴기는 페닐기로 치환된 것일 수 있고, 페닐기는 치환 또는 비치환된 것일 수 있다. 하지만, 이는 예시적인 것이며, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 화학식 1에서, R1 내지 R11 중 어느 하나는 중수소 원자일 수 있다. 일 실시예의 다환 화합물은 적어도 하나의 중수소 원자를 치환기로 포함하는 것일 수 있다.
화학식 1에서, R1 내지 R11 중 적어도 하나는 하기 화학식 2, 또는 화학식 3으로 표시될 수 있다. R1 내지 R11 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 디페닐아민(diphenylamine)일 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00025
[화학식 3]
Figure pat00026
화학식 2에서, n은 0 또는 1일 수 있다. n이 0인 경우, R21 내지 R24를 포함하는 페닐기와 R25 내지 R28을 포함하는 페닐기는 질소 원자에 의해서만 결합되는 것일 수 있다. n이 1인 경우, R21 내지 R24를 포함하는 페닐기와 R25 내지 R28을 포함하는 페닐기는 질소 원자와 W1을 포함하는 고리기와 함께 3환의 축합환을 형성하는 것일 수 있다.
화학식 2에서, W1은 직접 결합, BR29, C=O, O, S, SO, SO2, NR30, P=O, PR31, 또는 SiR32R33일 수 있다. 화학식 3에서, Z는 BR56, C=O, O, S, SO, SO2, NR57, P=O, PR58, 또는 SiR59R60일 수 있다.
화학식 2 및 화학식 3에서, R21 내지 R33, 및 R51 내지 R60은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 카보닐기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 R1 내지 R11, R21 내지 R33, 및 R51 내지 R60 중 어느 하나와 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
예를 들어, 화학식 2 및 화학식 3에서, R29 내지 R33, 및 R56 내지 R60은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기일 수 있다. R29 내지 R33, 및 R56 내지 R60은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있다. 하지만, 이는 예시적인 것이며, 실시예가 이에 한정되지 않는다.
화학식 1에서, R3 내지 R5 중 어느 하나가 화학식 2로 표시되는 경우, R21 또는 R28은 R3 내지 R5 중 어느 하나와 결합하여 아릴기, 또는 헤테로 아릴기를 형성할 수 있다. R3이 화학식 2로 표시되는 경우, R21 또는 R28은 R4가 결합된 탄소, 또는 R4와 결합하여 아릴기, 또는 헤테로 아릴기를 형성할 수 있다. R4가 화학식 2로 표시되는 경우, R21 또는 R28은 R3이 결합된 탄소, 또는 R3과 결합하여 아릴기, 또는 헤테로 아릴기를 형성할 수 있다. R4가 화학식 2로 표시되는 경우, R21 또는 R28은 R5가 결합된 탄소, 또는 R5와 결합하여 아릴기, 또는 헤테로 아릴기를 형성할 수 있다. R5가 화학식 2로 표시되는 경우, R21 또는 R28은 R4가 결합된 탄소, 또는 R4와 결합하여 아릴기, 또는 헤테로 아릴기를 형성할 수 있다.
또한, R3 내지 R5 중 어느 하나가 화학식 3으로 표시되는 경우, R51은 R3 내지 R5 중 어느 하나와 결합하여 아릴기, 또는 헤테로 아릴기를 형성할 수 있다. R3이 화학식 3으로 표시되는 경우, R51은 R4가 결합된 탄소, 또는 R4와 결합하여 아릴기, 또는 헤테로 아릴기를 형성할 수 있다. R4가 화학식 3으로 표시되는 경우, R51은 R3이 결합된 탄소, 또는 R3과 결합하여 아릴기, 또는 헤테로 아릴기를 형성할 수 있다. R4가 화학식 3으로 표시되는 경우, R51은 R5가 결합된 탄소, 또는 R5와 결합하여 아릴기, 또는 헤테로 아릴기를 형성할 수 있다. R5가 화학식 3으로 표시되는 경우, R51은 R4가 결합된 탄소, 또는 R4와 결합하여 아릴기, 또는 헤테로 아릴기를 형성할 수 있다.
한편, R1, R2, 및 R11 중 어느 하나가 화학식 2로 표시되는 경우, R21 또는 R28은 R1, R2, 및 R11 어느 하나와 결합하여 아릴기, 또는 헤테로 아릴기를 형성할 수 있다. R1이 화학식 2로 표시되는 경우, R21 또는 R28은 R11이 결합된 탄소, 또는 R11과 결합하여 아릴기, 또는 헤테로 아릴기를 형성할 수 있다. R2가 화학식 2로 표시되는 경우, R21 또는 R28은 R11이 결합된 탄소, 또는 R11과 결합하여 아릴기, 또는 헤테로 아릴기를 형성할 수 있다. R11이 화학식 2로 표시되는 경우, R21 또는 R28은 R1이 결합된 탄소, 또는 R1과 결합하여 아릴기, 또는 헤테로 아릴기를 형성할 수 있다. R11이 화학식 2로 표시되는 경우, R21 또는 R28은 R2가 결합된 탄소, 또는 R2와 결합하여 아릴기, 또는 헤테로 아릴기를 형성할 수 있다.
이와 달리, R1, R2, 및 R11 중 어느 하나가 화학식 3으로 표시되는 경우, R51은 R1, R2, 및 R11 어느 하나와 결합하여 아릴기, 또는 헤테로 아릴기를 형성할 수 있다. R1이 화학식 3으로 표시되는 경우, R51은 R11이 결합된 탄소, 또는 R11과 결합하여 아릴기, 또는 헤테로 아릴기를 형성할 수 있다. R2가 화학식 3으로 표시되는 경우, R51은 R11이 결합된 탄소, 또는 R11과 결합하여 아릴기, 또는 헤테로 아릴기를 형성할 수 있다. R11이 화학식 3으로 표시되는 경우, R51은 R1이 결합된 탄소, 또는 R1과 결합하여 아릴기, 또는 헤테로 아릴기를 형성할 수 있다. R11이 화학식 3으로 표시되는 경우, R51은 R2가 결합된 탄소, 또는 R2와 결합하여 아릴기, 또는 헤테로 아릴기를 형성할 수 있다.
일 실시예의 다환 화합물은 5환의 축합환을 형성하고 있는 질소 원자를 중심으로 대칭일 수 있다. 일 실시예의 다환 화합물은 Y1 및 Y2와 파라(para) 위치에 있는 질소 원자를 중심으로 좌우가 동일할 수 있다. Y1, 및 Y2는 동일한 것일 수 있다. R1, 및 R2는 동일한 것일 수 있다. R4 및 R9는 동일한 것일 수 있다. 또한, R5 및 R7은 동일한 것일 수 있다. 하지만, 이는 예시적인 것이며, 실시예가 이에 한정되지 않는다.
화학식 1은 하기 화학식 1-A1 내지 화학식 1-A6 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 1-A1]
Figure pat00027
[화학식 1-A2]
Figure pat00028
[화학식 1-A3]
Figure pat00029
[화학식 1-A4]
Figure pat00030
[화학식 1-A5]
Figure pat00031
[화학식 1-A6]
Figure pat00032
화학식 1-A1은 화학식 1에서 Y1, 및 Y2가 모두 C=O인 경우를 나타낸 것이다. 화학식 1-A2는 화학식 1에서 Y1, 및 Y2가 모두 C=S인 경우를 나타낸 것이다. 화학식 1-A3은 화학식 1에서 Y1이 C=O이고, Y2가 C=S인 경우를 나타낸 것이다. 화학식 1-A4는 화학식 1에서 Y1, 및 Y2가 모두 S=O인 경우를 나타낸 것이다. 화학식 1-A5은 화학식 1에서 Y1이 S=O이고, Y2가 C=O인 경우를 나타낸 것이다. 화학식 1-A6은 화학식 1에서 Y1이 S=O이고, Y2가 C=S인 경우를 나타낸 것이다. 화학식 1-A1 내지 화학식 1-A6에서, R1 내지 R11, 및 X는 화학식 1에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 화학식 1은 화학식 1-B1, 또는 화학식 1-B2로 표시될 수 있다.
[화학식 1-B1]
Figure pat00033
[화학식 1-B2]
Figure pat00034
화학식 1-B1은 화학식 1에서, R1이 화학식 3으로 표시되거나, X가 CR11고, R11이 화학식 3으로 표시되는 경우를 나타낸 것이다. 이와 달리, 화학식 1-B1은 화학식 1에서, R1이 화학식 2로 표시되거나, X가 CR11고, R11이 화학식 2로 표시되는 경우를 나타낸 것일 수 있다. 화학식 1-B2는 화학식 1에서 R3 내지 R6 중 어느 하나가 화학식 3으로 표시되는 경우를 나타낸 것이다. 이와 달리, 화학식 1-B2는 화학식 1에서 R3 내지 R6 중 어느 하나가 화학식 2로 표시되는 경우를 나타낸 것일 수 있다.
화학식 1-B1 및 화학식 1-B2에서, Q1 및 Q2는 각각 독립적으로 직접 결합, CR102, C=O, BR103, NR104, O, S, P, P=O, 또는 SiR105R106 일 수 있다. Q1 및 Q2 중 적어도 하나는 BR103, 또는 NR104 일 수 있다. 예를 들어, Q1 및 Q2 중 적어도 하나는 페닐기로 치환된 보릴기일 수 있고, 페닐기는 치환 또는 비치환된 것일 수 있다. 또한, Q1 및 Q2 중 적어도 하나는 페닐기로 치환된 아민기일 수 있고, 페닐기는 치환 또는 비치환된 것일 수 있다. 하지만, 이는 예시적인 것이며, 실시예가 이에 한정되지 않는다.
m은 1 이상 4 이하의 정수일 수 있다. m이 2 이상의 정수인 경우, 복수의 R101은 모두 동일하거나, 또는 서로 상이한 것일 수 있다.
화학식 1-B1 및 화학식 1-B2에서, R101 내지 R106은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 치환 또는 비치환된 카보닐기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
화학식 1-B2에서, R1, R2, R7 내지 R10, 및 R101 중 어느 하나는 중수소 원자일 수 있다. 예를 들어, R1, R2, R7 내지 R10, 및 R101은 모두 중수소 원자일 수 있다. m이 2 이상의 정수이고, 복수의 R101은 모두 중수소 원자일 수 있다. 하지만, 이는 예시적인 것이며, 실시예가 이에 한정되지 않는다.
일 실시예에 따르면, 화학식 1-B2는 하기 화학식 1-B2-1 내지 화학식 1-B2-3 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 1-B2-1]
Figure pat00035
[화학식 1-B2-2]
Figure pat00036
[화학식 1-B2-3]
Figure pat00037
화학식 1-B2-1 내지 화학식 1-B2-3은 화학식 1-B2에서 Q1 및 Q2를 포함하는 고리기의 결합 위치가 서로 다른 경우를 나타낸 것이다. 화학식 1-B2-1는, 화학식 1에서 R3, 및 R4 중 적어도 하나가 화학식 2, 또는 화학식 3으로 표시된 경우를 나타낸 것일 수 있다. 화학식 1-B2-2는, 화학식 1에서 R4, 및 R5 중 적어도 하나가 화학식 2, 또는 화학식 3으로 표시된 경우를 나타낸 것일 수 있다. 화학식 1-B2-3은, 화학식 1에서 R5, 및 R6 중 적어도 하나가 화학식 2, 또는 화학식 3으로 표시된 경우를 나타낸 것일 수 있다. 화학식 1-B2-1 내지 화학식 1-B2-3에서 R1, R2, R7 내지 R10, R101, m, Q1, Q2, X, Y1, 및 Y2은 화학식 1-B2에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
또한, 화학식 1은 하기 화학식 1-C로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 1-C]
Figure pat00038
화학식 1-C는, 화학식 1에서 R3 내지 R6을 포함하는 고리기에 화학식 2가 결합된 경우를 나타낸 것이다. 즉, 화학식 1-C는 화학식 1에서 R3 내지 R6 중 어느 하나가 화학식 2로 표시되는 경우를 나타낸 것이다. 화학식 1-C에서, R1, R2, R7 내지 R10, X, Y1, Y2, R21 내지 R28, n, 및 W1는 화학식 1에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
화학식 1-C에서, R1, R2, R7 내지 R10, R21 내지 R28 중 적어도 하나는 중수소 원자일 수 있다. 예를 들어, R1, R2, R7 내지 R10, R21 내지 R28은 모두 중수소 원자일 수 있다. 하지만, 이는 예시적인 것이며, 실시예가 이에 한정되지 않는다.
일 실시예에 따르면, 화학식 2는 하기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시될 수 있다.
[화학식 2-1]
Figure pat00039
[화학식 2-2]
Figure pat00040
화학식 2-1은, 화학식 2에서 n이 0인 경우를 나타낸 것이다. 화학식 2-2는, 화학식 2에서 n이 1인 경우를 나타낸 것이다. 화학식 2-1 및 화학식 2-2에서, R21 내지 R28, 및 W1은 화학식 1에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
일 실시예의 다환 화합물은 고리 형성 원자로 질소 원자를 포함하는 5환의 고리기에 치환기를 포함하며, 치환기에 의해 다환 화합물의 다중 공명이 확장될 수 있다. 일 실시예의 다환 화합물은 5환의 고리기에 전자 공여성기를 포함하거나, 5환의 고리기에 연결된 치환기와 결합하여 축합환을 형성할 수 있다. 이에 따라, 일 실시예의 다환 화합물은 다중 공명이 확장되고, 개선된 발광 효율을 나타낼 수 있다.
일 실시예의 다환 화합물은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 어느 하나일 수 있다. 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(ED)는 화합물군 1에 표시된 다환 화합물들 중 적어도 하나의 다환 화합물을 발광층(EML)에 포함할 수 있다. 하기 화합물군 1의 화합물들에서 Ph는 페닐기이다.
[화합물군 1]
Figure pat00041
Figure pat00042
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Figure pat00059
일 실시예의 다환 화합물은 청색광을 발광하는 것일 수 있다. 일 실시예의 다환 화합물은 전술한 제3 유기 전계 발광 소자(ED-3, 도 2)에 포함된 것일 수 있다. 이와 달리, 일 실시예의 다환 화합물은 제1 내지 제3 유기 전계 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3, 도 2)에 모두 포함된 것일 수 있다.
일 실시예의 다환 화합물은 열활성 지연 형광 발광 재료일 수 있다. 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 다환 화합물은 청색 열활성 지연 형광 도펀트일 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(ED)에서 발광층(EML)은 지연 형광을 방출하는 것일 수 있다. 예를 들어, 발광층(EML)은 열활성 지연 형광(Thermally Activated Delayed Fluorescence, TADF)을 발광하는 것일 수 있다.
일 실시예에서, 발광층(EML)은 호스트 및 도펀트를 포함하며 상술한 일 실시예의 다환 화합물을 도펀트로 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(ED)에서 발광층(EML)은 지연 형광 발광용 호스트 및 지연 형광 발광용 도펀트를 포함할 수 있고, 상술한 일 실시예의 다환 화합물을 지연 형광 발광용 도펀트로 포함할 수 있다. 발광층(EML)은 상술한 화합물군 1에 표시된 다환 화합물들 중 적어도 하나를 열활성 지연 형광 도펀트로 포함할 수 있다.
일 실시예에서 발광층(EML)은 지연 형광 발광층이고, 발광층(EML)은 공지의 호스트 재료 및 상술한 일 실시예의 다환 화합물을 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서 다환 화합물은 TADF 도펀트로 사용되는 것일 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(ED)에서 발광층(EML)은 안트라센 유도체, 피렌 유도체, 플루오란텐 유도체, 크리센 유도체, 디하이드로벤즈안트라센 유도체, 또는 트리페닐렌 유도체를 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 발광층(EML)은 안트라센 유도체 또는 피렌 유도체를 더 포함하는 것일 수 있다.
도 3 내지 도 6에 도시된 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(ED)에서 발광층(EML)은 하기 화학식 E-1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. 하기 화학식 E-1로 표시되는 화합물은 형광 호스트 재료로 사용될 수 있다.
[화학식 E-1]
Figure pat00060
화학식 E-1에서, R201 내지 R210은 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, 인접하는 기와 결합하여 고리를 형성하는 것일 수 있다. 한편, R201 내지 R210은 인접하는 기와 서로 결합하여 포화탄화수소 고리 또는 불포화탄화수소 고리를 형성할 수 있다. 화학식 E-1에서 d1 및 d2는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수일 수 있다. d1이 2 이상의 정수인 경우, 복수의 R209은 모두 동일하거나, 서로 상이한 것일 수 있다. d2가 2 이상의 정수인 경우, 복수의 R210은 모두 동일하거나, 서로 상이한 것일 수 있다.
화학식 E-1은 하기 화합물 E1 내지 화합물 E18 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.
Figure pat00061
Figure pat00062
Figure pat00063
Figure pat00064
Figure pat00065
Figure pat00066
발광층(EML)은 호스트 물질로 당 기술분야에 알려진 일반적인 재료를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 발광층(EML)은 호스트 물질로 DPEPO(Bis[2-(diphenylphosphino)phenyl] ether oxide), CBP(4,4'-Bis(carbazol-9-yl)biphenyl), mCP(1,3-Bis(carbazol-9-yl)benzene), PPF (2,8-Bis(diphenylphosphoryl)dibenzo[b,d]furan), TCTA(4,4',4''-Tris(carbazol-9-yl)-triphenylamine) 및 TPBi(1,3,5-tris(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazole-2-yl)benzene) 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다. 다만, 이에 의하여 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), CBP(4,4'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl), PVK(poly(N-vinylcarbazole), ADN(9,10-di(naphthalene-2-yl)anthracene), TCTA(4,4',4''-Tris(carbazol-9-yl)-triphenylamine), TPBi(1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazole-2-yl)benzene), TBADN(2-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), CP1(Hexaphenyl cyclotriphosphazene), UGH2 (1,4-Bis(triphenylsilyl)benzene), DPSiO3 (Hexaphenylcyclotrisiloxane), DPSiO4 (Octaphenylcyclotetra siloxane), PPF(2,8-Bis(diphenylphosphoryl)dibenzofuran) 등을 호스트 재료로 사용할 수 있다.
하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 제시된 호스트 재료 이외에 공지의 지연 형광 발광 호스트 재료가 포함될 수 있다.
일 실시예에서 발광층(EML)은 공지의 도펀트 재료를 더 포함할 수 있다. 발광층(EML)은 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 더 포함할 수 있다.
도 3 내지 도 6에 도시된 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(ED)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)은 안트라센계 화합물을 포함하는 것일 수 있다. 다만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 전자 수송 영역(ETR)은 예를 들어, Alq3(Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum), 1,3,5-tri[(3-pyridyl)-phen-3-yl]benzene, 2,4,6-tris(3'-(pyridin-3-yl)biphenyl-3-yl)-1,3,5-triazine, 2-(4-(N-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.
예를 들어, 전자 수송 영역(ETR)은 하기 화학식 ET-1로 표시되는 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 ET-1]
Figure pat00067
화학식 ET-1에서, X1 내지 X3 중 적어도 하나는 N이고 나머지는 CRa이다. Ra는 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. Ar1 내지 Ar3 은 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
화학식 ET-1에서, L1 내지 L3은 각각 독립적으로 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.
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)은 LiF, NaCl, CsF, RbCl, RbI, CuI, KI와 같은 할로겐화 금속, Yb와 같은 란타넘족 금속, 또한 상기의 할로겐화 금속과 란타넘족 금속의 공증착 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 수송 영역(ETR)은 공증착 재료로 KI:Yb, RbI:Yb 등을 포함할 수 있다. 한편, 전자 수송 영역(ETR)은 Li2O, BaO 와 같은 금속 산화물, 또는 Liq(8-hydroxyl-Lithium quinolate) 등이 사용될 수 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 전자 주입층(EIL)은 또한 전자 수송 물질과 절연성의 유기 금속염(organo metal salt)이 혼합된 물질로 이루어질 수 있다. 유기 금속염은 에너지 밴드 갭(energy band gap)이 대략 4eV 이상의 물질이 될 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 유기 금속염은 금속 아세테이트(metal acetate), 금속 벤조에이트(metal benzoate), 금속 아세토아세테이트(metal acetoacetate), 금속 아세틸아세토네이트(metal acetylacetonate) 또는 금속 스테아레이트(stearate)를 포함할 수 있다. 전자 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 전극일 수 있다. 제2 전극(EL2)은 캐소드(cathode) 또는 애노드(anode)일 수 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 전극(EL1)이 애노드인 경우 제2 전극(EL2)은 캐소드일 수 있고, 제1 전극(EL1)이 캐소드인 경우 제2 전극(EL2)은 애노드일 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.
한편, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(ED)에서, 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, SiNX, 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.
Figure pat00068
Figure pat00069
Figure pat00070
Figure pat00071
Figure pat00072
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.
도 7 및 도 8은 각각 일 실시예에 따른 표시 장치에 대한 단면도이다. 이하 도 7 및 도 8을 참조하여 설명하는 일 실시예에 대한 표시 장치에 대한 설명에 있어서, 상술한 도 1 내지 도 6에서 설명한 내용과 중복되는 내용은 다시 설명하지 않으며 차이점을 위주로 설명한다.
도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 표시 장치(DD)는 표시 소자층(DP-ED)을 포함하는 표시 패널(DP), 표시 패널(DP) 상에 배치된 광제어층(CCL) 및 컬러 필터층(CFL)을 포함하는 것일 수 있다.
도 7에 도시된 일 실시예에서 표시 패널(DP)은 베이스층(BS), 베이스층(BS) 상에 제공된 회로층(DP-CL) 및 표시 소자층(DP-ED)을 포함하고, 표시 소자층(DP-ED)은 유기 전계 발광 소자(ED)를 포함하는 것일 수 있다.
유기 전계 발광 소자(ED)는 제1 전극(EL1), 제1 전극(EL1) 상에 배치된 정공 수송 영역(HTR), 정공 수송 영역(HTR) 상에 배치된 발광층(EML), 발광층(EML) 상에 배치된 전자 수송 영역(ETR), 및 전자 수송 영역(ETR) 상에 배치된 제2 전극(EL2)을 포함하는 것일 수 있다. 한편, 도 7에 도시된 유기 전계 발광 소자(ED)의 구조는 상술한 도 4 내지 도 6의 유기 전계 발광 소자의 구조가 동일하게 적용될 수 있다.
도 7을 참조하면, 발광층(EML)은 화소 정의막(PDL)에 정의된 개구부(OH) 내에 배치되는 것일 수 있다. 예를 들어, 화소 정의막(PDL)에 의해 구분되어 각 발광 영역(PXA-R, PXA-G, PXA-B)에 대응하여 제공된 발광층(EML)은 동일한 파장 영역의 광을 방출하는 것일 수 있다. 일 실시예의 표시 장치(DD)에서 발광층(EML)은 청색광을 방출하는 것일 수 있다. 한편, 도시된 것과 달리 일 실시예에서 발광층(EML)은 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B) 전체에 공통층으로 제공되는 것일 수 있다.
광제어층(CCL)은 표시 패널(DP) 상에 배치될 수 있다. 광제어층(CCL)은 광변환체를 포함하는 것일 수 있다. 광변환체는 양자점 또는 형광체 등일 수 있다. 광변환체는 제공받은 광을 파장 변환하여 방출하는 것일 수 있다. 즉, 광제어층(CCL)은 양자점을 포함하는 층이거나 또는 형광체를 포함하는 층일 수 있다.
광제어층(CCL)은 복수 개의 광제어부들(CCP1, CCP2, CCP3)을 포함하는 것일 수 있다. 광제어부들(CCP1, CCP2, CCP3)은 서로 이격된 것일 수 있다.
도 7을 참조하면, 서로 이격된 광제어부들(CCP1, CCP2, CCP3) 사이에 분할패턴(BMP)이 배치될 수 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 도 7에서 분할패턴(BMP)은 광제어부들(CCP1, CCP2, CCP3)과 비중첩하는 것으로 도시되었으나, 광제어부들(CCP1, CCP2, CCP3)의 엣지는 분할패턴(BMP)과 적어도 일부가 중첩할 수 있다.
광제어층(CCL)은 유기 전계 발광 소자(ED)에서 제공되는 제1 색광을 제2 색광으로 변환하는 제1 양자점(QD1)을 포함하는 제1 광제어부(CCP1), 제1 색광을 제3 색광을 변환하는 제2 양자점(QD2)을 포함하는 제2 광제어부(CCP2), 및 제1 색광을 투과시키는 제3 광제어부(CCP3)를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에서 제1 광제어부(CCP1)는 제2 색광인 적색광을 제공하고, 제2 광제어부(CCP2)는 제3 색광인 녹색광을 제공하는 것일 수 있다. 제3 광제어부(CCP3)는 유기 전계 발광 소자(ED)에서 제공된 제1 색광인 청색광을 투과시켜 제공하는 것일 수 있다. 예를 들어, 제1 양자점(QD1)은 적색 양자점이고 제2 양자점(QD2)은 녹색 양자점일 수 있다.
양자점(QD1, QD2)은 수 나노미터 크기의 결정 구조를 가진 물질로, 수백에서 수천 개 정도의 원자로 구성되며, 작은 크기로 인해 에너지 밴드 갭(band gap)이 커지는 양자 구속(quantum confinement) 효과를 나타낸다. 양자점(QD1, QD2)에 밴드 갭보다 에너지가 높은 파장의 빛이 입사하는 경우, 양자점(QD1, QD2)은 그 빛을 흡수하여 들뜬 상태로 되고, 특정 파장의 광을 방출하면서 바닥 상태로 떨어진다. 방출된 파장의 빛은 밴드 갭에 해당되는 값을 갖는다. 양자점(QD1, QD2)은 그 크기와 조성 등을 조절하면 양자 구속 효과에 의한 발광 특성을 조절할 수 있다. 양자점(QD1, QD2)은 II-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, IV족 원소, IV족 화합물, I-III-VI족 화합물 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다. 양자점(QD1, QD2)이 이원소 화합물, 삼원소 화합물 또는 사원소 화합물인 경우, 균일한 농도로 입자 내에 존재하거나, 농도 분포가 부분적으로 다른 상태로 나누어져 동일 입자 내에 존재하는 것일 수 있다. 또한, 양자점(QD1, QD2)은 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.
또한, 광제어층(CCL)은 산란체(SP)를 더 포함하는 것일 수 있다. 제1 광제어부(CCP1)는 제1 양자점(QD1)과 산란체(SP)를 포함하고, 제2 광제어부(CCP2)는 제2 양자점(QD2)과 산란체(SP)를 포함하며, 제3 광제어부(CCP3)는 양자점을 미포함하고 산란체(SP)를 포함하는 것일 수 있다.
산란체(SP)는 무기 입자일 수 있다. 예를 들어, 산란체(SP)는 TiO2, ZnO, Al2O3, SiO2, 및 중공 실리카 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다. 산란체(SP)는 TiO2, ZnO, Al2O3, SiO2, 및 중공 실리카 중 어느 하나를 포함하는 것이거나, TiO2, ZnO, Al2O3, SiO2, 및 중공 실리카 중 선택되는 2종 이상의 물질이 혼합된 것일 수 있다.
제1 광제어부(CCP1), 제2 광제어부(CCP2), 및 제3 광제어부(CCP3) 각각은 양자점(QD1, QD2) 및 산란체(SP)를 분산시키는 베이스 수지(BR1, BR2, BR3)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 광제어부(CCP1)는 제1 베이스 수지(BR1) 내에 분산된 제1 양자점(QD1)과 산란체(SP)를 포함하고, 제2 광제어부(CCP2)는 제2 베이스 수지(BR2) 내에 분산된 제2 양자점(QD2)과 산란체(SP)를 포함하고, 제3 광제어부(CCP3)는 제3 베이스 수지(BR3) 내에 분산된 산란체(SP)를 포함하는 것일 수 있다. 베이스 수지(BR1, BR2, BR3)는 양자점(QD1, QD2) 및 산란체(SP)가 분산되는 매질로서, 일반적으로 바인더로 지칭될 수 있는 다양한 수지 조성물로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 베이스수지(BR1, BR2, BR3)는 아크릴계 수지, 우레탄계 수지, 실리콘계 수지, 에폭시계 수지 등일 수 있다. 베이스수지(BR1, BR2, BR3)는 투명 수지일 수 있다. 일 실시예에서, 제1 베이스 수지(BR1), 제2 베이스 수지(BR2), 및 제3 베이스 수지(BR3) 각각은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
광제어층(CCL)은 베리어층(BFL1)을 포함하는 것일 수 있다. 베리어층(BFL1)은 수분 및/또는 산소(이하, '수분/산소'로 칭함)의 침투를 막는 역할을 하는 것일 수 있다. 베리어층(BFL1)은 광제어부들(CCP1, CCP2, CCP3) 상에 배치되어 광제어부들(CCP1, CCP2, CCP3)이 수분/산소에 노출되는 것을 차단할 수 있다. 한편, 베리어층(BFL1)은 광제어부들(CCP1, CCP2, CCP3)을 커버하는 것일 수 있다. 또한, 광제어부들(CCP1, CCP2, CCP3)과 컬러 필터층(CFL) 사이에도 베리어층(BFL2)이 제공될 수도 있다.
베리어층(BFL1, BFL2)은 적어도 하나의 무기층을 포함하는 것일 수 있다. 즉, 베리어층(BFL1, BFL2)은 무기 물질을 포함하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 베리어층(BFL1, BFL2)은 실리콘 질화물, 알루미늄 질화물, 지르코늄 질화물, 티타늄 질화물, 하프늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 주석 산화물, 세륨 산화물 및 실리콘 산화질화물이나 광투과율이 확보된 금속 박막 등을 포함하여 이루어질 수 있다. 한편, 베리어층(BFL1, BFL2)은 유기막을 더 포함할 수 있다. 베리어층(BFL1, BFL2)은 단일층 또는 복수의 층으로 구성되는 것일 수 있다.
일 실시예의 표시 장치(DD)에서 컬러 필터층(CFL)은 광제어층(CCL) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터층(CFL)은 광제어층(CCL) 상에 직접 배치될 수 있다. 이 경우 베리어층(BFL2)은 생략될 수 있다.
컬러 필터층(CFL)은 차광부(BM) 및 필터들(CF-B, CF-G, CF-R)을 포함하는 것일 수 있다. 컬러 필터층(CFL)은 제2 색광을 투과시키는 제1 필터(CF1), 제3 색광을 투과시키는 제2 필터(CF2), 및 제1 색광을 투과시키는 제3 필터(CF3)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 필터(CF1)는 적색 필터, 제2 필터(CF2)는 녹색 필터이고, 제3 필터(CF3)는 청색 필터일 수 있다. 필터들(CF1, CF2, CF3) 각각은 고분자 감광수지와 안료 또는 염료를 포함하는 것일 수 있다. 제1 필터(CF1)는 적색 안료 또는 염료를 포함하고, 제2 필터(CF2)는 녹색 안료 또는 염료를 포함하며, 제3 필터(CF3)는 청색 안료 또는 염료를 포함하는 것일 수 있다. 한편, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 제3 필터(CF3)는 안료 또는 염료를 포함하지 않는 것일 수 있다. 제3 필터(CF3)는 고분자 감광수지를 포함하고 안료 또는 염료를 미포함하는 것일 수 있다. 제3 필터(CF3)는 투명한 것일 수 있다. 제3 필터(CF3)는 투명 감광수지로 형성된 것일 수 있다.
또한, 일 실시예에서 제1 필터(CF1)와 제2 필터(CF2)는 황색(yellow) 필터일 수 있다. 제1 필터(CF1)와 제2 필터(CF2)는 서로 구분되지 않고 일체로 제공될 수도 있다.
차광부(BM)는 블랙 매트릭스일 수 있다. 차광부(BM)는 흑색 안료 또는 흑색염료를 포함하는 유기 차광 물질 또는 무기 차광 물질을 포함하여 형성될 수 있다. 차광부(BM)는 빛샘 현상을 방지하고, 인접하는 필터들(CF1, CF2, CF3) 사이의 경계를 구분하는 것일 수 있다. 또한, 일 실시예에서 차광부(BM)는 청색 필터로 형성되는 것일 수 있다.
제1 내지 제3 필터(CF1, CF2, CF3) 각각은 적색 발광 영역(PXA-R), 녹색 발광 영역(PXA-G), 및 청색 발광 영역(PXA-B) 각각에 대응하여 배치될 수 있다.
컬러 필터층(CFL) 상에는 베이스 기판(BL)이 배치될 수 있다. 베이스 기판(BL)은 컬러 필터층(CFL) 및 광제어층(CCL) 등이 배치되는 베이스 면을 제공하는 부재일 수 있다. 베이스 기판(BL)은 유리기판, 금속기판, 플라스틱기판 등일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 베이스 기판(BL)은 무기층, 유기층 또는 복합재료층일 수 있다. 또한, 도시된 것과 달리 일 실시예에서 베이스 기판(BL)은 생략될 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 표시 장치의 일부를 나타낸 단면도이다. 도 8에서는 도 7의 표시 패널(DP)에 대응하는 일 부분의 단면도를 도시하였다. 일 실시예의 표시 장치(DD-TD)에서 유기 전계 발광 소자(ED-BT)는 복수 개의 발광구조들(OL-B1, OL-B2, OL-B3)을 포함하는 것일 수 있다. 유기 전계 발광 소자(ED-BT)는 서로 마주하는 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2), 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에서 두께 방향으로 순차적으로 적층되어 제공되는 복수 개의 발광구조들(OL-B1, OL-B2, OL-B3)을 포함하는 것일 수 있다. 발광구조들(OL-B1, OL-B2, OL-B3) 각각은 발광층(EML, 도 7), 발광층(EML, 도 7)을 사이에 두고 배치된 정공 수송 영역(HTR) 및 전자 수송 영역(ETR)을 포함하는 것일 수 있다.
즉, 일 실시예의 표시 장치(DD-TD)에 포함된 유기 전계 발광 소자(ED-BT)는 복수의 발광층들을 포함하는 탠덤(Tandem) 구조의 유기 전계 발광 소자일 수 있다.
도 8에 도시된 일 실시예에서 발광구조들(OL-B1, OL-B2, OL-B3) 각각에서 방출되는 광은 모두 청색광일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 발광구조들(OL-B1, OL-B2, OL-B3) 각각에서 방출되는 광의 파장 영역은 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 파장 영역의 광을 방출하는 복수 개의 발광구조들(OL-B1, OL-B2, OL-B3)을 포함하는 유기 전계 발광 소자(ED-BT)는 백색광을 방출할 수 있다.
이웃하는 발광구조들(OL-B1, OL-B2, OL-B3) 사이에는 전하생성층(CGL1, CGL2)이 배치될 수 있다. 전하생성층(CGL1, CGL2)은 p형 전하생성층 및/또는 n형 전하생성층을 포함하는 것일 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. 일 실시예의 다환 화합물의 합성
먼저, 본 실시 형태에 따른 다환 화합물의 합성 방법에 대해서, 화합물 2, 11, 31, 33, 102, 103, 140, 및 269의 합성 방법을 예시하여 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 다환 화합물의 합성법은 일 실시예로서, 본 발명의 실시형태에 따른 화합물의 합성법이 하기의 실시예에 한정되지 않는다.
(1) 화합물 2의 합성
일 실시예에 따른 화합물 2는, 하기 반응식 1에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 1]
Figure pat00073
반응물 F는 특허 문헌(CN 109456326 A)을 참고하여 합성하였다. 이하, 특별히 기재되지 않은 경우, 시약은 시판품을 추가로 정제하지 않고 이용하였다. 1000 mL의 3구 플라스크에 아르곤 분위기 하에서, 반응물 F (3.9 g), 반응물 K-1 (2.0 g), Pd(dba)2 (0.05 g), SPhos (0.04 g), NaOtBu (1.3 g)를 톨루엔 (200 mL)에 용해하여, 3시간 동안 가열 환류하였다. 실온까지 냉각한 후, 물을 더하여 CH2Cl2로 추출해, 유기층을 합쳐 MgSO4로 건조한 후, 용매를 감압 유거하였다. 얻어진 생성물을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피(silicagel column chromatography)로 정제해, 화합물 2(수량: 1.1 g, 수율 24%)를 얻었다. FAB-MS로 화합물 2의 분석을 실시한 결과 질량수는 478 이었다.
(2) 화합물 11의 합성
일 실시예에 따른 화합물 11은, 하기 반응식 2에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 2]
Figure pat00074
일 실시예에 따른 화합물 11(수량: 1.4 g, 수율 23%)은, 반응물 K-1 대신 반응물 K-2를 사용한 것을 제외하고는 화합물 2의 합성법과 동일한 방법으로 합성하였다.
(3) 화합물 31의 합성
일 실시예에 따른 화합물 31은, 하기 반응식 3에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 3]
Figure pat00075
반응물 G는 문헌(Adv. Optical Mater. 2019, 1801536)을 참고하여 합성하였다. 1000 mL의 3구 플라스크에 아르곤 분위기 하에서, 반응물 G (5.1 g), 반응물 H-1 (4.9 g), Pd(dba)2 (0.11 g), SPhos (0.08 g), NaOtBu (2.6 g)를 톨루엔 (500 mL)에 용해하여, 3시간 동안 가열 환류하였다. 실온까지 냉각한 후, 물을 더하여 CH2Cl2로 추출해, 유기층을 합쳐 MgSO4로 건조한 후, 용매를 감압 유거하였다. 얻어진 생성물을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제해, 화합물 31(수량: 2.1 g, 수율 27%)을 얻었다. FAB-MS로 화합물 31의 분석을 실시한 결과 질량수는 771이었다.
(4) 화합물 33의 합성
일 실시예에 따른 화합물 33은, 하기 반응식 4에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 4]
Figure pat00076
화합물 33은 반응물 H-1 대신 반응물 H-2를 사용한 것을 제외하고, 화합물 31(수량: 1.4 g, 수율 23%)의 합성법과 동일한 방법으로 합성하였다. FAB-MS로 화합물 33의 분석을 실시한 결과 질량수는 1103 이었다.
(5) 화합물 102의 합성
일 실시예에 따른 화합물 102는, 하기 반응식 5에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 5]
Figure pat00077
<중간체 B-3의 합성>
Oxaborinine 유도체인 반응물 E-3은 문헌 (Chem. Commun. 2015, 51, 9443-9446.)을 참고하여 합성하였다. 1000 mL의 3구 플라스크에 아르곤 분위기 하에서, 반응물 E-3 (20.0 g), PhNH2 (9.1 g), Pd(dba)2 (0.11 g), SPhos (0.08 g), NaOtBu (1.9 g)를 톨루엔 (250 mL) 에 용해하여, 3시간동안 가열 환류하였다. 실온까지 냉각한 후, 물을 더하여 CH2Cl2로 추출해, 유기층을 합쳐 MgSO4로 건조한 후, 용매를 감압 유거하였다. 얻어진 생성물을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피(silicagel column chromatography)로 정제해, 중간체 B-3(수량: 16.2 g, 수율 79%)을 얻었다. FAB-MS로 중간체 B-3의 분석을 실시한 결과 질량수는 473이었다.
<중간체 C-3의 합성>
아르곤 분위기 하에서 1000 mL의 3구 플라스크에, Dimethyl 2-iodoisophthalate A (9.6 g)와 중간체 B-3 (15.1 g)을 1,2-dichlorobenzene (200 mL)에 용해시킨 후 potassium carbonate (5.0 g)와 copper powder (0.38 g)를 더하여 180℃로 48시간 동안 가열 교반하였다. 반응 용액을 실온까지 냉각시킨 후, 여과하여 얻어진 용액에서 용매를 감압 유거하고, 중간체 C-3의 조생성물을 얻었다. 얻어진 조생성물을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피 (eluent: hexane/ dichloromethane = 1/1)로 정제해 중간체 C-3(수량: 6.7 g, 수율: 33%)을 얻었다. FAB-MS로 중간체 C-3의 분석을 실시한 결과, 목적물의 질량수는 665이었다.
<중간체 D-3의 합성>
1000 mL의 3구 플라스크에 중간체 C-3 (6.6 g)과 NaOH (2.0 g)를 에탄올/물 (100mL/50mL) 용매 중에서 혼합하여, 10시간 동안 가열 환류하였다. 반응 용액을 실온까지 냉각시킨 후, 염산 수용액(1 mol/L)을 반응 용액이 산성이 될 때까지 더하여, 석출한 중간체 D-3(수량: 4.4g, 수율 69%)을 여과하여 얻었다. FAB-MS로 목적물의 분석을 실시한 결과 중간체 D-3의 질량수는 498이었다.
<화합물 102의 합성>
500mL의 3구 플라스크에 중간체 D-3 (2.5 g), dichloromethane (40 mL), N,N-dimethylformamide (6 μL), oxalyl chloride (0.75 mL)를 더하여 30분 동안 가열 환류한 후, Tin(IV) chloride (1.0 mLl)를 더하여 추가적으로 4시간 동안 가열 환류하였다. 얻어진 반응 용액을 NaOH 수용액(1 mol/L, 100 mL)에 적하한 후, 유기층을 CH2Cl2로 추출하였다. 얻어진 dichloromethane 용액을 MgSO4로 건조시킨 후, 용매를 감압 유거해 얻어진 조생성물을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피(eluent: hexane/dichloromethane = 1/4)로 정제해, 화합물 102(수량: 1.5g, 수율 62%)를 얻었다. FAB-MS로 분석을 실시한 결과, 화합물 102의 질량수는 601이었다.
(6) 화합물 103의 합성
일 실시예에 따른 화합물 103은, 하기 반응식 6에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 6]
Figure pat00078
<중간체 B-4의 합성>
Thiaborinine 유도체인 반응물 E-4는 문헌 (Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1802031.)을 참고하여 합성하였다. 중간체 B-4(수량: 11.4g, 수율 54%)는 반응물 E-3 대신 반응물 E-4를 사용한 것을 제외하고, 중간체 B-3과 동일한 방법으로 합성하였다. FAB-MS로 중간체 B-4의 분석을 실시한 결과 질량수는 489이었다.
<중간체 C-4의 합성>
중간체 C-4(수량: 6.2g, 수율 28%)는 중간체 B-3 대신 중간체 B-4를 사용한 것을 제외하고, 중간체 C-3과 동일한 방법으로 합성하였다. FAB-MS로 중간체 C-4의 분석을 실시한 결과 질량수는 681이었다.
<중간체 D-4의 합성>
중간체 D-4(수량: 5.2g, 수율 80%)는 중간체 C-3 대신 중간체 C-4를 사용한 것을 제외하고, 중간체 D-3과 동일한 방법으로 합성하였다. FAB-MS로 중간체 D-4의 분석을 실시한 결과 질량수는 462이었다.
<화합물 103의 합성>
화합물 103(수량: 1.6g, 수율 65%)은 중간체 D-3 대신 중간체 D-4를 사용한 것을 제외하고, 화합물 102와 동일한 방법으로 합성하였다. FAB-MS로 중간체 103의 분석을 실시한 결과 질량수는 617이었다.
(7) 화합물 140의 합성
일 실시예에 따른 화합물 140은, 하기 반응식 7에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 7]
Figure pat00079
<중간체 C-1의 합성>
아민 유도체인 반응물 B-1은 문헌 (J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1 2001, 22, 3064-3068.)을 참고하여 합성하였다. 아르곤 분위기 하에서, 1000 mL의 3구 플라스크에, Dimethyl 2-iodoisophthalate A (19g)와 반응물 B-1 (22g)을 1,2-dichlorobenzene (400mL)에 용해시킨 후 potassium carbonate (10g)와 copper powder (0.76g)를 더하여 180℃로 48시간동안 가열 교반하였다. 반응 용액을 실온까지 냉각시킨 후, 여과하여 얻어진 용액에서 용매를 감압 유거해 중간체 C-1의 조생성물을 얻었다. 얻어진 조생성물을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피(eluent: hexane/ dichloromethane = 1/1)로 정제해, 중간체 C-1(수량: 14g, 수율 45%)을 얻었다. FAB-MS로 중간체 C-1의 분석을 실시한 결과, 목적물의 질량수는 526이었다.
<중간체 D-1의 합성>
1000 mL의 3구 플라스크에 중간체 C-1 (10.5g)과 NaOH (4.0g)를 에탄올/물 (199mL/100mL) 용매 중에서 혼합하여, 10시간동안 가열 환류하였다. 반응 용액을 실온까지 냉각시킨 후, 염산 수용액(6 mol/L)을 반응 용액이 산성이 될 때까지 더하여, 석출한 중간체 D-1(수량: 6.4g, 수율 61%)을 여과하여 얻었다. FAB-MS로 목적물의 분석을 실시한 결과, 중간체 D-1의 질량수는 498이었다.
<화합물 140의 합성>
500 mL의 3구 플라스크에 중간체 D-1 (2.67 g), dichloromethane (160 mL), N,N-dimethylformamide (30 μL), oxalyl chloride (3.0 mL)를 더하여 30분 동안 가열 환류한 후, Tin(IV) chloride (4.0 mL)를 더하여 추가적으로 4시간 동안 가열 환류하였다. 얻어진 반응 용액을 NaOH 수용액(1 mol/L, 300 mL)에 적하한 후, 유기층을 CH2Cl2로 추출하였다. 얻어진 dichloromethane 용액을 MgSO4로 건조시킨 후, 용매를 감압 유거하여 얻어진 조생성물을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피 (eluent: hexane/ dichloromethane = 1/4)로 정제해, 화합물 140(수량: 2.5g, 수율 34%)을 얻었다. FAB-MS로 분석을 실시한 결과, 화합물 140의 질량수는 462이었다.
(8) 화합물 269의 합성
일 실시예에 따른 화합물 269는, 하기 반응식 8에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 8]
Figure pat00080
<중간체 C-2의 합성>
중간체 C-2는 반응물 B-1 대신 반응물 B-2를 사용한 것을 제외하고는 중간체 C-1(수량: 12g, 수율 46%)과 동일한 방법으로 합성하였다. FAB-MS로 중간체 C-2의 분석을 실시한 결과 질량수는 451이었다.
<중간체 D-2의 합성>
중간체 D-2는 중간체 C-1 대신 중간체 C-2를 사용한 것을 제외하고는 중간체 D-1(수량: 5.2g, 수율 56%)과 동일한 방법으로 합성하였다. FAB-MS로 중간체 D-2의 분석을 실시한 결과 질량수는 462이었다.
<화합물 269의 합성>
화합물 269는 중간체 D-1 대신 중간체 D-2를 사용한 것을 제외하고는 화합물 140(수량: 1.9g, 수율 31%)과 동일한 방법으로 합성하였다. FAB-MS로 화합물 269의 분석을 실시한 결과 질량수는 387이었다.
2. 유기 전계 발광 소자의 제작
유리 기판 상에 두께 1500Å의 ITO를 패터닝한 후, 초순수로 세척하고 초음파로 세정한 후 30 분 동안 UV를 조사하고 이후 오존 처리를 실시하였다. 그 후, 100Å 두께로 HAT-CN를 증착하고, α-NPD를 두께 800Å로 증착하고, mCP를 50Å 두께로 증착하여 정공 수송 영역을 형성하였다.
다음으로, 발광층 형성시 일 실시예의 다환 화합물 또는 비교예 화합물과 mCBP를 1:99의 비율로 공증착하여 두께 200Å의 층을 형성하였다. 즉, 공증착하여 형성된 발광층은 실시예 1 내지 실시예 8에서는 각각 화합물 2, 11, 31, 33, 102, 103, 140, 및 169를 mCBP와 혼합하여 증착하였고, 비교예 1 내지 비교예 6에서는 비교예 화합물 X-1 내지 X-6을 각각 mCBP와 혼합하여 증착하였다.
이후 발광층 상에 TPBi로 두께 300Å의 층을 형성하고, LiF로 두께 5Å의 층을 형성하여 전자 수송 영역을 형성하였다. 다음으로, 알루미늄(Al)으로 두께 1000Å의 제2 전극을 형성하였다.
실시예에서, 정공 수송 영역, 발광층, 전자 수송 영역, 및 제2 전극은 진공 증착 장치를 이용하여 형성하였다.
실시예 1 내지 8, 및 비교예 1 내지 6에서 사용한 화합물은 표 1에 나타내었다.
화합물 2
Figure pat00081
 화합물 11
Figure pat00082
화합물 31
Figure pat00083
 화합물 33
Figure pat00084
화합물 102
Figure pat00085
 화합물 103
Figure pat00086
화합물 140
Figure pat00087
 화합물 269
Figure pat00088
비교예 화합물 X-1
Figure pat00089
 비교예 화합물 X-2
Figure pat00090
비교예 화합물 X-3
Figure pat00091
 비교예 화합물 X-4
Figure pat00092
비교예 화합물 X-5
Figure pat00093
 비교예 화합물 X-6
Figure pat00094
3. 유기 전계 발광 소자의 특성 평가
표 2에서는 실시예 1 내지 실시예 8, 및 비교예 1 내지 비교예 6에 대한 유기 전계 발광 소자의 평가 결과를 나타내었다. 표 2에서는 제작된 유기 전계 발광 소자에서의 최대 발광 파장(λmax), 및 외부 양자 효율(EQEmax, 1000nit)을 비교하여 나타내었다. 표 2에 나타낸 실시예 및 비교예에 대한 특성 평가 결과에서는 최대 발광 파장(λmax)은 발광 스펙트럼에서 최대 값을 나타내는 파장을 나타낸 것이고, 외부 양자 효율(EQEmax, 1000nit)은 1000 cd/m2의 휘도를 나타낼 때의 외부 양자 효율을 나타낸 것이다.
구분 도펀트 재료 λmax (nm) EQEmax, 1000nit (%)
실시예 1 화합물 2 463 11
실시예 2 화합물 11 465 12
실시예 3 화합물 31 472 12
실시예 4 화합물 33 468 12
실시예 5 화합물 102 472 13
실시예 6 화합물 103 466 15
실시예 7 화합물 140 475 14
실시예 8 화합물 269 470 15
비교예 1 비교예 화합물 X-1 466 5
비교예 2 비교예 화합물 X-2 468 5
비교예 3 비교예 화합물 X-3 467 4
비교예 4 비교예 화합물 X-4 482 6
비교예 5 비교예 화합물 X-5 465 1
비교예 6 비교예 화합물 X-6 581 1
표 2를 참조하면, 실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 6의 유기 전계 발광 소자는 청색광을 발광하는 것을 알 수 있다. 비교예 6의 유기 전계 발광 소자는 실시예 및 비교예 1 내지 5의 유기 전계 발광 소자와 달리, 적색광을 발광하는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 1 내지 8의 유기 전계 발광 소자는 비교예 1 내지 6의 유기 발광 소자에 비하여, 1000nit(=1000cd/m2)의 휘도에서 개선된 외부 양자 효율(EQE, External Quantum Efficiency)을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 일 실시예의 다환 화합물을 포함하는 실시예의 유기 전계 발광 소자는 1000nit(=1000cd/m2)의 휘도에서 10% 이상 20% 이하의 외부 양자 효율을 나타내는 것을 알 수 있다.
실시예 화합물 2, 11, 31, 및 33은 질소 원자를 포함하는 전자 공여성기를 포함하며, 전자 공여성기는 다환의 방향족 고리에서 다중 공명의 비편재화(delocalized)에 기여한 것일 수 있다. 실시예 화합물 2, 11, 31, 및 33에서 다중 공명이 비편재화됨에 따라, 실시예 1 내지 4의 유기 전계 발광 소자에서 개선된 외부 양자 효율을 나타내는 것으로 판단된다.
또한, 실시예 5 내지 8의 유기 전계 발광 소자는 질소 원자 및 카보닐기를 포함하는 5환의 고리기가 산소 원자를 포함하는 고리기와 함께 7환의 축합환을 형성하여, 다중 공명의 비편재화 특성이 비교예 1 내지 6 및 실시예 1 내지 4에 비해 더 강한 것으로 판단된다. 이에 따라, 실시예 5 내지 8의 유기 전계 발광 소자는 비교예 및 실시예 1 내지 4에 비해 우수한 외부 양자 효율을 나타내는 것으로 판단된다.
한편, 비교예 4 및 비교예 5의 유기 전계 발광 소자는 1000nit의 휘도에서 외부 양자 효율이 낮은 값을 나타내는 것을 알 수 있다. 비교예 화합물 X-4가 갖는 치환기인 아크리딘(acridine)에 포함된 4차 탄소의 불안정성으로 인해 1000nit의 휘도에서 외부 양자 효율이 낮은 값을 나타내는 것으로 판단된다. 비교예 화합물 X-5는 전자 흡인성 치환기인 시아노기를 포함하여, 1000nit의 휘도에서 외부 양자 효율이 낮은 값을 나타내는 것으로 판단된다.
일 실시예의 다환 화합물은 고리 형성 원자로 질소 원자를 포함하는 5환의 고리기에 전자 공여성기를 치환기로 포함하거나, 5환의 고리기에 연결된 치환기와 축합환을 형성하여 다중 공명이 비편재화될 수 있다. 다환 화합물에서 다중 공명이 비편재화됨에 따라, 개선된 발광 효율을 나타낼 수 있다.
또한, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 일 실시예의 다환 화합물을 발광층에 포함하여 우수한 발광 효율을 나타낼 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
DD, DD-TD : 표시 장치
ED: 유기 전계 발광 소자 EL1 : 제1 전극
EL2 : 제2 전극 HTR : 정공 수송 영역
EML : 발광층 ETR : 전자 수송 영역

Claims (20)

  1. 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 배치된 제2 전극; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 하기 화학식 1로 표시되는 다환 화합물을 포함하는 발광층; 을 포함하는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 1]
    Figure pat00095

    상기 화학식 1에서,
    X는 N 또는 CR11이고,
    Y1, 및 Y2는 각각 독립적으로 C=O, C=S, 또는 S=O 이고,
    R1 내지 R11은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 카보닐기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 결합하여 고리를 형성하고,
    R1 내지 R11 중 적어도 하나는 하기 화학식 2, 또는 화학식 3으로 표시된다:
    [화학식 2]
    Figure pat00096

    [화학식 3]
    Figure pat00097

    상기 화학식 2에서,
    n은 0 또는 1이고,
    W1은 직접 결합, BR29, C=O, O, S, SO, SO2, NR30, P=O, PR31, 또는 SiR32R33이고,
    상기 화학식 3에서,
    Z는 BR56, C=O, O, S, SO, SO2, NR57, P=O, PR58, 또는 SiR59R60이고,
    상기 화학식 2 및 화학식 3에서,
    R21 내지 R33, 및 R51 내지 R60은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 카보닐기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 R1 내지 R11, R21 내지 R33, 및 R51 내지 R60 중 어느 하나와 결합하여 고리를 형성한다.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 1-A1 내지 화학식 1-A6 중 어느 하나로 표시되는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 1-A1] [화학식 1-A2]
    Figure pat00098
    Figure pat00099

    [화학식 1-A3] [화학식 1-A4]
    Figure pat00100
    Figure pat00101

    [화학식 1-A5] [화학식 1-A6]
    Figure pat00102
    Figure pat00103

    상기 화학식 1-A1 내지 화학식 1-A6에서,
    R1 내지 R11, 및 X는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 1-B1 또는 화학식 1-B2 로 표시되는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 1-B1]
    Figure pat00104

    [화학식 1-B2]
    Figure pat00105

    상기 화학식 1-B1 및 화학식 1-B2에서,
    Q1 및 Q2는 각각 독립적으로 직접 결합, CR102, C=O, BR103, NR104, O, S, P, P=O, 또는 SiR105R106 이고,
    m은 1 이상 4 이하의 정수이고,
    R101 내지 R106은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 치환 또는 비치환된 카보닐기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    R1 내지 R10, X, Y1, 및 Y2은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 Q1 및 Q2 중 적어도 하나는 BR103, 또는 NR104 인 유기 전계 발광 소자.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 화학식 1-B2는 하기 화학식 1-B2-1 내지 화학식 1-B2-3 중 어느 하나로 표시되는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 1-B2-1]
    Figure pat00106

    [화학식 1-B2-2]
    Figure pat00107

    [화학식 1-B2-3]
    Figure pat00108

    상기 화학식 1-B2-1 내지 화학식 1-B2-3에서,
    R1, R2, R7 내지 R10, R101, m, Q1, Q2, X, Y1, 및 Y2은 상기 화학식 1-B2에서 정의한 바와 동일하다.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 1-C로 표시되는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 1-C]
    Figure pat00109

    상기 화학식 1-C에서,
    R1, R2, R7 내지 R10, X, Y1, Y2, R21 내지 R28, n, 및 W1는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 화학식 1에서,
    X가 CR11인 경우, R11은 수소 원자, 중수소 원자, 메틸기, 이소프로필기, t-부틸기, 치환된 아민기, 또는 치환된 페닐기인 유기 전계 발광 소자.
  8. 제 1항에 있어서,
    1000 cd/m2의 휘도에서 외부 양자 효율이 10% 이상 20% 이하인 유기 전계 발광 소자.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 발광층은 지연 형광을 방출하는 유기 전계 발광 소자.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 발광층은 하기 화합물군 1의 다환 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 유기 전계 발광 소자:
    [화합물군 1]
    Figure pat00110
    Figure pat00111
    Figure pat00112
    Figure pat00113
    Figure pat00114
    Figure pat00115
    Figure pat00116
    Figure pat00117
    Figure pat00118
    Figure pat00119
    Figure pat00120
    Figure pat00121
    Figure pat00122
    Figure pat00123
    Figure pat00124
    Figure pat00125
    Figure pat00126
    Figure pat00127
    Figure pat00128
    .
  11. 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 배치된 제2 전극; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 하기 화학식 1로 표시되는 다환 화합물을 포함하는 발광층; 을 포함하고,
    상기 다환 화합물은 1000 cd/m2의 휘도에서 외부 양자 효율이 10% 이상 20% 이하인 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 1]
    Figure pat00129

    상기 화학식 1에서,
    X는 N 또는 CR11이고,
    Y1, 및 Y2는 각각 독립적으로 C=O, C=S, 또는 S=O 이고,
    R1 내지 R11은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 카보닐기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 결합하여 고리를 형성하고,
    R1 내지 R11 중 적어도 하나는 하기 화학식 2, 또는 화학식 3으로 표시된다:
    [화학식 2]
    Figure pat00130

    [화학식 3]
    Figure pat00131

    상기 화학식 2에서,
    n은 0 또는 1이고,
    W1은 직접 결합, BR29, C=O, O, S, SO, SO2, NR30, P=O, PR31, 또는 SiR32R33이고,
    상기 화학식 3에서,
    Z는 BR56, C=O, O, S, SO, SO2, NR57, P=O, PR58, 또는 SiR59R60이고,
    상기 화학식 2 및 화학식 3에서,
    R21 내지 R33, 및 R51 내지 R60은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 카보닐기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 R1 내지 R11, R21 내지 R33, 및 R51 내지 R60 중 어느 하나와 결합하여 고리를 형성한다.
  12. 하기 화학식 1로 표시되는 다환 화합물:
    [화학식 1]
    Figure pat00132

    상기 화학식 1에서,
    X는 N 또는 CR11이고,
    Y1, 및 Y2는 각각 독립적으로 C=O, C=S, 또는 S=O 이고,
    R1 내지 R11은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 카보닐기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 결합하여 고리를 형성하고,
    R1 내지 R11 중 적어도 하나는 하기 화학식 2, 또는 화학식 3으로 표시된다:
    [화학식 2]
    Figure pat00133

    [화학식 3]
    Figure pat00134

    상기 화학식 2에서,
    n은 0 또는 1이고,
    W1은 직접 결합, BR29, C=O, O, S, SO, SO2, NR30, P=O, PR31, 또는 SiR32R33이고,
    상기 화학식 3에서,
    Z는 BR56, C=O, O, S, SO, SO2, NR57, P=O, PR58, 또는 SiR59R60이고,
    상기 화학식 2 및 화학식 3에서,
    R21 내지 R33, 및 R51 내지 R60은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 카보닐기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 R1 내지 R11, R21 내지 R33, 및 R51 내지 R60 중 어느 하나와 결합하여 고리를 형성한다.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 1-A1 내지 화학식 1-A6 중 어느 하나로 표시되는 다환 화합물:
    [화학식 1-A1] [화학식 1-A2]
    Figure pat00135
    Figure pat00136

    [화학식 1-A3] [화학식 1-A4]
    Figure pat00137
    Figure pat00138

    [화학식 1-A5] [화학식 1-A6]
    Figure pat00139
    Figure pat00140

    상기 화학식 1-A1 내지 화학식 1-A6에서,
    R1 내지 R11, 및 X는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 1-B1 또는 화학식 1-B2 로 표시되는 다환 화합물:
    [화학식 1-B1]
    Figure pat00141

    [화학식 1-B2]
    Figure pat00142

    상기 화학식 1-B1 및 화학식 1-B2에서,
    Q1 및 Q2는 각각 독립적으로 직접 결합, CR102, C=O, BR103, NR104, O, S, P, P=O, 또는 SiR105R106 이고,
    m은 1 이상 4 이하의 정수이고,
    R101 내지 R106은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 치환 또는 비치환된 카보닐기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    R1 내지 R10, X, Y1, 및 Y2은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 Q1 및 Q2 중 적어도 하나는 BR103, 또는 NR104 인 다환 화합물.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 화학식 1-B2는 하기 화학식 1-B2-1 내지 화학식 1-B2-3 중 어느 하나로 표시되는 다환 화합물:
    [화학식 1-B2-1]
    Figure pat00143

    [화학식 1-B2-2]
    Figure pat00144

    [화학식 1-B2-3]
    Figure pat00145

    상기 화학식 1-B2-1 내지 화학식 1-B2-3에서,
    R1, R2, R7 내지 R10, R101, m, Q1, Q2, X, Y1, 및 Y2은 상기 화학식 1-B2에서 정의한 바와 동일하다.
  17. 제 12항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 1-C로 표시되는 다환 화합물:
    [화학식 1-C]
    Figure pat00146

    상기 화학식 1-C에서,
    R1, R2, R7 내지 R10, X, Y1, Y2, R21 내지 R28, n, 및 W1는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  18. 제 12항에 있어서,
    상기 화학식 2는 하기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시되는 다환 화합물:
    [화학식 2-1]
    Figure pat00147

    [화학식 2-2]
    Figure pat00148

    상기 화학식 2-1 및 화학식 2-2에서,
    R21 내지 R28, 및 W1은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  19. 제 12항에 있어서,
    상기 화학식 1에서,
    X가 CR11인 경우, R11은 수소 원자, 중수소 원자, 메틸기, 이소프로필기, t-부틸기, 치환된 아민기, 또는 치환된 페닐기인 다환 화합물.
  20. 제 12항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 어느 하나인 다환 화합물:
    [화합물군 1]
    Figure pat00149
    Figure pat00150
    Figure pat00151
    Figure pat00152
    Figure pat00153
    Figure pat00154
    Figure pat00155
    Figure pat00156
    Figure pat00157
    Figure pat00158
    Figure pat00159
    Figure pat00160
    Figure pat00161
    Figure pat00162
    Figure pat00163
    Figure pat00164
    Figure pat00165
    Figure pat00166
    .
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