KR20220038199A - 발광 소자 및 발광 소자용 다환 화합물 - Google Patents

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Abstract

일 실시예의 발광 소자는 순차적으로 적층된 제1 전극, 정공 수송 영역, 발광층, 전자 수송 영역, 및 제2 전극을 포함하는 것일 수 있다. 발광층은 하기 화학식 1로 표시되는 다환 화합물을 포함하여, 개선된 소자 수명을 나타낼 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00250

Description

발광 소자 및 발광 소자용 다환 화합물{LIGHT EMITTING DEVICE AND POLYCYCLIC COMPOUND FOR LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 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 효율 및 개선된 소자 수명을 나타내는 발광 소자를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 우수한 발광 효율 특성 및 개선된 소자 수명을 나타내는 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 포함하고, 외부 양자 효율이 20% 이상 30% 이하인 발광 소자를 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서, W1은 치환 또는 비치환된 카바졸기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기, 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기이고, Q1은 NR16, O, 또는 S이고, R1 내지 R16은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 20 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 서로 인접하는 기에 하기 화학식 2가 결합되고,
[화학식 2]
Figure pat00002
상기 화학식 2에서, Q2 및 Q3은 각각 독립적으로 NR23, O, 또는 S이고, m1은 1 이상 3 이하의 정수이고, m2는 1 이상 4 이하의 정수이고, R21 내지 R23은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 20 이하의 헤테로아릴기이다.
다른 일 실시예는 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 배치된 정공 수송 영역; 상기 정공 수송 영역 상에 배치되고, 상기 화학식 1로 표시되는 다환 화합물을 포함하는 발광층; 상기 발광층 상에 배치된 전자 수송 영역; 및 상기 전자 수송 영역 상에 배치된 제2 전극; 을 포함하는 발광 소자를 제공한다.
상기 화학식 1은 하기 화학식 1-A1 내지 화학식 1-A4 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 1-A1]
Figure pat00003
[화학식 1-A2]
Figure pat00004
[화학식 1-A3]
Figure pat00005
[화학식 1-A4]
Figure pat00006
상기 화학식 1-A1 내지 화학식 1-A4에서, m31은 1 이상 8 이하의 정수이고, m32는 1 이상 7 이하의 정수이고, R31 내지 R33은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴기이고, Q1, 및 R1 내지 R15는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
상기 화학식 1은 하기 화학식 1-B1 또는 화학식 1-B2로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 1-B1]
Figure pat00007
[화학식 1-B2]
Figure pat00008
상기 화학식 1-B1 및 화학식 1-B2에서, Q1 내지 Q3, R1 내지 R15, m1, m2, R21, R22, 및 W1은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
Q1 내지 Q3 중 적어도 하나는 O, 또는 S일 수 있다.
상기 화학식 1-B1은 화학식 1-B1-1 내지 화학식 1-B1-4 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 1-B1-1]
Figure pat00009
[화학식 1-B1-2]
Figure pat00010
[화학식 1-B1-3]
Figure pat00011
[화학식 1-B1-4]
Figure pat00012
상기 화학식 1-B1-1 내지 화학식 1-B1-4에서, m41은 1 이상 8 이하의 정수이고, m42는 1 이상 7 이하의 정수이고, R41 내지 R43은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴기이고, Q1 내지 Q3, R1 내지 R7, R12 내지 R15, m1, m2, R21 및 R22는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
상기 화학식 1-B2는 화학식 1-B2-1 내지 화학식 1-B2-4 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 1-B2-1]
Figure pat00013
[화학식 1-B2-2]
Figure pat00014
[화학식 1-B2-3]
Figure pat00015
[화학식 1-B2-4]
Figure pat00016
상기 화학식 1-B2-1 내지 화학식 1-B2-4에서, m41은 1 이상 8 이하의 정수이고, m42는 1 이상 7 이하의 정수이고, R41 내지 R43은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴기이고, Q1 내지 Q3, R1 내지 R3, R8 내지 R15, m1, m2, R21 및 R22는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
상기 화학식 1은 하기 화학식 1-C1 내지 화학식 1-C3 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 1-C1]
Figure pat00017
[화학식 1-C2]
Figure pat00018
[화학식 1-C3]
Figure pat00019
상기 화학식 1-C1 내지 화학식 1-C3에서, W1, R1 내지 R16은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
상기 제2 전극 상에 배치된 캡핑층을 더 포함하고, 상기 캡핑층의 굴절률은 1.6 이상일 수 있다.
상기 정공 수송 영역은 하기 화학식 H-1로 표시되는 아민 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 H-1]
Figure pat00020
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 헤테로아릴렌기이고, 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 헤테로아릴기이고, Ar3은 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기이다.
일 실시예는 상기 화학식 1로 표시되는 다환 화합물을 제공한다.
R32는 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 비치환된 나프틸기, 비치환된 페난트릴기, 또는 비치환된 안트라세닐기일 수 있다.
R2는 하기 R2-1 내지 R2-5 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.
Figure pat00021
상기 R2-1에서, m11 및 m12는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이고, R51 및 R52는 각각 독립적으로 메틸기, 페닐기, 카바졸기, 또는 디벤조퓨란기이다.
상기 화학식 1로 표시되는 다환 화합물은 열활성 지연 형광 발광 재료일 수 있다.
일 실시예의 발광 소자는 청색 파장 영역에서 고효율의 개선된 소자 특성을 나타낼 수 있다.
일 실시예의 다환 화합물은 발광 소자의 발광층에 포함되어 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 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 일 실시예의 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 일 실시예의 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 6은 일 실시예의 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 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 발광 소자(ED)를 포함할 수 있다. 후술하는 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3) 중 적어도 하나는 일 실시예에 따른 발광 소자(ED)일 수 있다. 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3) 중 적어도 하나는 일 실시예의 다환 화합물을 포함할 수 있다. 또한, 후술하는 탠덤 구조의 발광 소자(ED-BT, 도 7)는 복수의 발광층들 중 적어도 하나의 발광층에 일 실시예의 다환 화합물을 포함할 수 있다. 일 실시예의 다환 화합물을 포함하는 발광 소자(ED)는 외부 양자 효율(External Quantum Efficiency)이 20% 이상 30% 이하일 수 있다. 일 실시예의 다환 화합물에 대해서는 이후 보다 상세히 서술한다.
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 발광 소자(ED-1, ED-2, ED-3)를 포함한다. 표시 장치(DD)는 복수 개의 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 컬러필터층을 포함하는 것일 수 있다. 한편, 도면에 도시된 바와 달리 일 실시예의 표시 장치(DD)에서 광학층(PP)은 생략될 수 있다.
광학층(PP) 상에는 베이스 기판(BL)이 배치될 수 있다. 베이스 기판(BL)은 광학층(PP)이 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.
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 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3), 및 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 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)을 구동하기 위한 스위칭 트랜지스터 및 구동 트랜지스터를 포함하는 것일 수 있다.
발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3) 각각은 후술하는 도 3 내지 도 6에 따른 일 실시예의 발광 소자(ED)의 구조를 갖는 것일 수 있다. 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 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 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 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 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)을 커버하는 것일 수 있다. 봉지층(TFE)은 제2 전극(EL2) 상에 배치되고, 개구부(OH)를 채우고 배치될 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.
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 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 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)을 구분하는 것일 수 있다. 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 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 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 발광 소자(ED-1), 녹색광을 방출하는 제2 발광 소자(ED-2), 및 청색광을 방출하는 제3 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 발광 소자(ED-1), 제2 발광 소자(ED-2), 및 제3 발광 소자(ED-3)에 대응할 수 있다.
하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 제1 내지 제3 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 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 면적보다 작을 수 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 도 3 내지 도 6은 일 실시예에 따른 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 일 실시예에 따른 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 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 발광 소자(ED)의 단면도를 나타낸 것이다. 도 6은 도 4와 비교하여 제2 전극(EL2) 상에 배치된 캡핑층(CPL)을 포함하는 일 실시예의 발광 소자(ED)의 단면도를 나타낸 것이다.
제1 전극(EL1)은 도전성을 갖는다. 제1 전극(EL1)은 금속재료, 금속합금 또는 도전성 화합물로 형성될 수 있다. 제1 전극(EL1)은 애노드(anode) 또는 캐소드(cathode)일 수 있다. 하지만 실시예가 이에 한정되지 않는다. 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 제1 전극(EL1)은 상기의 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. 또한, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 전극(EL1)은 상술한 금속재료, 상술한 금속재료들 중 선택된 2종 이상의 금속재료들의 조합, 또는 상술한 금속재료들의 산화물 등을 포함하는 것일 수 있다. 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 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(미도시), 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.
일 실시예에 따르면, 정공 수송 영역(HTR)은 하기 화학식 H-1로 표시되는 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 H-1]
Figure pat00022
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. a 및 b는 각각 독립적으로 0 이상 10 이하의 정수일 수 있다. 한편, a 또는 b가 2 이상의 정수인 경우 복수의 L1 및 L2는 각각 독립적으로 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.
화학식 H-1로 표시되는 화합물은 모노아민 화합물일 수 있다. 또는, 화학식 H-1로 표시되는 화합물은 Ar-1 내지 Ar3 중 적어도 하나가 아민기를 치환기로 포함하는 디아민 화합물일 수 있다. 또한, 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 것이며, 화학식 H-1로 표시되는 화합물이 화합물군 H에 표시된 것에 한정되는 것은 아니다.
[화합물군 H]
Figure pat00023
Figure pat00024
Figure pat00025
정공 수송 영역(HTR)은 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], HATCN(dipyrazino[2,3-f: 2',3'-h] quinoxaline-2,3,6,7,10,11-hexacarbonitrile) 등을 더 포함할 수 있다.
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'-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), CzSi(9-(4-tert-Butylphenyl)-3,6-bis(triphenylsilyl)-9H-carbazole), CCP(9-phenyl-9H-3,9'-bicarbazole), 또는 mDCP(1,3-bis(1,8-dimethyl-9H-carbazol-9-yl)benzene)등을 더 포함할 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)은 상술한 정공 수송 영역의 화합물들을 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL), 및 전자 저지층(EBL) 중 적어도 하나에 포함할 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)의 두께는 약 100Å 내지 약 10000Å, 예를 들어, 약 100Å 내지 약 5000Å일 수 있다. 정공 수송 영역(HTR)이 정공 주입층(HIL)을 포함하는 경우, 정공 주입층(HIL)의 두께는 예를 들어 약 30Å 내지 약 1000Å일 수 있다. 정공 수송 영역(HTR)이 정공 수송층(HTL)을 포함하는 경우, 정공 수송층(HTL)의 두께는 약 30Å 내지 약 1000Å 일 수 있다. 예를 들어, 정공 수송 영역(HTR)이 전자 저지층(EBL)을 포함하는 경우 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, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
전술한 바와 같이, 정공 수송 영역(HTR)은 정공 주입층(HIL) 및 정공 수송층(HTL) 외에, 버퍼층(미도시) 및 전자 저지층(EBL) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 버퍼층(미도시)은 발광층(EML)에서 방출되는 광의 파장에 따른 공진 거리를 보상하여 광 방출 효율을 증가시킬 수 있다. 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. 일 실시예의 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, 붕소기, 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 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 이하일 수 있다. 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, 아민기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 1 이상 30 이하일 수 있다. 아민기는 알킬 아민기 및 아릴 아민기 를 포함할 수 있다. 아민기의 예로는 메틸아민기, 디메틸아민기, 페닐아민기, 디페닐아민기, 나프틸아민기, 9-메틸-안트라세닐아민기, 트리페닐아민기 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, 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 pat00026
" 및 "
Figure pat00027
"는 연결되는 위치를 의미한다.
일 실시예의 발광 소자(ED)에서 발광층(EML)은 하기 화학식 1로 표시되는 다환 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00028
화학식 1에서, W1은 치환 또는 비치환된 카바졸기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기, 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기일 수 있다. W1은 R12 내지 R15를 포함하는 페닐기에서, 질소 원자와 오쏘(ortho) 위치에 있는 것일 수 있다. 예를 들어, W1은 알킬기로 치환된 카바졸기, 또는 아릴기로 치환된 카바졸기일 수 있다. W1은 알킬기로 치환된 디벤조퓨란기, 또는 아릴기로 치환된 디벤조퓨란기일 수 있다. W1은 아릴기로 치환된 디벤조티오펜기일 수 있다. 또한, W1은 비치환된 카바졸기, 비치환된 디벤조퓨란기, 또는 비치환된 디벤조티오펜기일 수 있다. 하지만, 이는 예시적인 것이며, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
화학식 1에서, Q1은 NR16, O, 또는 S일 수 있다. R1 내지 R16은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 20 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 서로 인접하는 기에 화학식 2가 결합될 수 있다. 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기는 직쇄, 또는 분지쇄일 수 있다.
예를 들어, R16은 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있다. 또한, R12 내지 R15는 모두 수소 원자일 수 있다. 이와 달리, R12 내지 R15 중 어느 하나는 불소 원자, 또는 비치환된 페닐기일 수 있다. 하지만, 이는 예시적인 것이며, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에 따르면, R2는 하기 R2-1 내지 R2-5 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다. R2는 디페닐아민기, 디메시틸보릴기, 트리페닐실릴기, t-부틸기, 또는 메틸기일 수 있다. 이와 달리, R2는 수소 원자일 수 있다.
Figure pat00029
R2-1에서 m11 및 m12는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수일 수 있다. m11이 2 이상의 정수인 경우, R51은 동일하거나, 서로 상이한 것일 수 있다. m12가 2 이상의 정수인 경우, R52는 동일하거나, 서로 상이한 것일 수 있다. R51 및 R52는 각각 독립적으로 메틸기, 페닐기, 카바졸기, 또는 디벤조퓨란기일 수 있다.
R1 내지 R16 중 서로 인접하는 기는 입체구조적으로 인접하는 것일 수 있다. 예를 들어, R1 내지 R16 중 동일한 벤젠 고리에 결합된 기는 서로 인접하는 기일 수 있다. R2와 R3은 서로 인접하는 기일 수 있다. R5와 R6은 서로 인접하는 기일 수 있다. R9와 R10은 서로 인접하는 기일 수 있다. R1 내지 R16 중 서로 인접하는 두 개의 기에 하기 화학식 2에 포함된 붕소 원자 및 Q2가 결합될 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00030
화학식 2에서, Q2 및 Q3은 각각 독립적으로 NR23, O, 또는 S일 수 있다. Q2 및 Q3은 동일한 것일 수 있다. 이와 달리, Q2 및 Q3은 서로 상이한 것일 수 있다.
화학식 2에서, m1은 1 이상 3 이하의 정수일 수 있고, m2는 1 이상 4 이하의 정수일 수 있다. m1이 2 이상의 정수인 경우, 복수의 R21은 동일하거나, 서로 상이한 것일 수 있다. m2이 2 이상의 정수인 경우, 복수의 R22는 동일하거나, 서로 상이한 것일 수 있다.
R21 내지 R23은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 20 이하의 헤테로아릴기일 수 있다. 예를 들어, R21은 t-부틸기, 또는 디페닐아민기일 수 있다. 디페닐아민기의 페닐기는 치환 또는 비치환된 것일 수 있다. R23은 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있다. 하지만, 이는 예시적인 것이며, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에 따르면, 화학식 1은 하기 화학식 1-A1 내지 화학식 1-A4 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다. 화학식 1-A1 및 화학식 1-A2는 W1이 치환 또는 비치환된 카바졸기인 경우를 나타낸 것이다. 화학식 1-A3은 W1이 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기인 경우를 나타낸 것이다. 화학식 1-A4는 W1이 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기인 경우를 나타낸 것이다.
[화학식 1-A1]
Figure pat00031
[화학식 1-A2]
Figure pat00032
[화학식 1-A3]
Figure pat00033
[화학식 1-A4]
Figure pat00034
화학식 1-A1은 R12 내지 R15를 포함하는 페닐기의 탄소 원자와 카바졸기의 질소 원자가 연결된 경우를 나타낸 것이다. 이와 달리, 화학식 1-A2는 R12 내지 R15를 포함하는 페닐기의 탄소 원자와 카바졸기의 탄소 원자가 연결된 경우를 나타낸 것이다.
화학식 1-A1에서, m31은 1 이상 8 이하의 정수일 수 있다. m31이 2 이상의 정수인 경우, 복수의 R31은 동일하거나, 서로 상이한 것일 수 있다.
화학식 1-A2 내지 화학식 1-A4에서, m32는 1 이상 7 이하의 정수일 수 있다. m32가 2 이상의 정수인 경우, 복수의 R32는 동일하거나, 서로 상이한 것일 수 있다.
화학식 1-A1 내지 화학식 1-A4에서, R31 내지 R33은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴기일 수 있다. 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기는 직쇄, 또는 분지쇄일 수 있다. 화학식 1-A1 내지 화학식 1-A4에서, Q1, 및 R1 내지 R15는 화학식 1에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
예를 들어, R32는 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 비치환된 나프틸기, 비치환된 페난트릴기, 또는 비치환된 안트라세닐기일 수 있다. R32는 메틸기, t-부틸기, 또는 치환된 페닐기일 수 있다. 하지만, 이는 예시적인 것이며, 실시예가 이에 한정되지 않는다.
일 실시예에 따르면, 화학식 1은 하기 화학식 1-B1 또는 화학식 1-B2로 표시되는 것일 수 있다. 화학식 1-B1 또는 화학식 1-B2는 화학식 1의 R1 내지 R16 중 서로 인접하는 기에 화학식 2가 결합된 경우를 나타낸 것이다. 화학식 1-B1은 R9 및 R10에 화학식 2의 붕소 원자와 Q2가 결합된 경우를 나타낸 것이다. 화학식 1-B2는 R5 및 R6에 화학식 2의 붕소 원자와 Q2가 결합된 경우를 나타낸 것이다.
[화학식 1-B1]
Figure pat00035
[화학식 1-B2]
Figure pat00036
화학식 1-B1 및 화학식 1-B2에서, Q1 내지 Q3, R1 내지 R15, m1, m2, R21, R22, 및 W1은 화학식 1에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다. 화학식 1-B1 및 화학식 1-B2에서, Q1 내지 Q3 중 적어도 하나는 O, 또는 S일 수 있다. 예를 들어, Q1 내지 Q3 중 어느 하나는 산소 원자일 수 있다. Q1 내지 Q3 중 어느 하나는 황 원자일 수 있다. 화학식 1-B1 및 화학식 1-B2에서, R21과 R2는 동일한 것일 수 있다. R21과 R2는 모두 디페닐아민기일 수 있고, 2개의 페닐기는 각각 치환 또는 비치환된 것일 수 있다. 하지만, 이는 예시적인 것이며, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
화학식 1-B1은 하기 화학식 1-B1-1 내지 화학식 1-B1-4 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다. 화학식 1-B1-1 및 화학식 1-B1-2는 화학식 1-B1에서 W1이 치환 또는 비치환된 카바졸기인 경우를 나타낸 것이다. 화학식 1-B1-3은 화학식 1-B1에서 W1이 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기인 경우를 나타낸 것이다. 화학식 1-B1-4는 화학식 1-B1에서 W1이 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기인 경우를 나타낸 것이다.
[화학식 1-B1-1]
Figure pat00037
[화학식 1-B1-2]
Figure pat00038
[화학식 1-B1-3]
Figure pat00039
[화학식 1-B1-4]
Figure pat00040
화학식 1-B1-1에서, m41은 1 이상 8 이하의 정수일 수 있다. m41이 2 이상의 정수인 경우, 복수의 R41은 동일하거나, 서로 상이한 것일 수 있다. 화학식 1-B1-2 내지 1-B1-4에서, m42는 1 이상 7 이하의 정수일 수 있다. m42가 2 이상의 정수인 경우, 복수의 R42는 동일하거나, 서로 상이한 것일 수 있다. 화학식 1-B1-2에서, W1은 하기의 W1-21 내지 W1-24 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다. 화학식 1-B1-3에서, W1은 하기의 W1-31 내지 W1-34 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다. 화학식 1-B1-4에서, W1은 하기의 W1-41 내지 W1-44 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.
Figure pat00041
Figure pat00042
Figure pat00043
화학식 1-B1-1 내지 1-B1-4에서, Q1 내지 Q3, R1 내지 R7, R12 내지 R15, m1, m2, R21 및 R22는 화학식 1에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다. R41 내지 R43은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴기일 수 있다. 예를 들어, R43은 비치환된 페닐기, 또는 중수소 원자로 치환된 페닐기일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 화학식 1-B2는 하기 화학식 1-B2-1 내지 화학식 1-B2-4 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다. 화학식 1-B2-1 및 화학식 1-B2-2는 화학식 1-B2에서 W1이 치환 또는 비치환된 카바졸기인 경우를 나타낸 것이다. 화학식 1-B2-3은 화학식 1-B2에서 W1이 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기인 경우를 나타낸 것이다. 화학식 1-B2-4는 화학식 1-B2에서 W1이 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기인 경우를 나타낸 것이다.
[화학식 1-B2-1]
Figure pat00044
[화학식 1-B2-2]
Figure pat00045
[화학식 1-B2-3]
Figure pat00046
[화학식 1-B2-4]
Figure pat00047
화학식 1-B2-1에서, m41은 1 이상 8 이하의 정수일 수 있다. m41이 2 이상의 정수인 경우, 복수의 R41은 동일하거나, 서로 상이한 것일 수 있다. 화학식 1-B2-2 내지 화학식 1-B2-4에서, m42는 1 이상 7 이하의 정수일 수 있다. m41이 2 이상의 정수인 경우, 복수의 R42는 동일하거나, 서로 상이한 것일 수 있다.
화학식 1-B2-1 내지 화학식 1-B2-4에서, Q1 내지 Q3, R1 내지 R3, R8 내지 R15, m1, m2, R21 및 R22는 화학식 1에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다. R41 내지 R43은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴기일 수 있다.
한편, 화학식 1은 하기 화학식 1-C1 내지 화학식 1-C3 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다. 화학식 1-C1은 Q1이 NR16인 경우를 나타낸 것이다. 화학식 1-C2는 Q1이 O인 경우를 나타낸 것이다. 화학식 1-C3은 Q1이 S인 경우를 나타낸 것이다.
[화학식 1-C1]
Figure pat00048
[화학식 1-C2]
Figure pat00049
[화학식 1-C3]
Figure pat00050
화학식 1-C1 내지 화학식 1-C3에서, W1, R1 내지 R16은 화학식 1에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다. 화학식 1-C1에서, R16은 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있다. 치환된 페닐기는 불소 원자, t-부틸기, 페닐기, 카바졸기 또는 디벤조퓨란기로 치환된 것일 수 있다.
일 실시예의 다환 화합물은, 적어도 하나의 질소 원자 및 적어도 하나의 붕소 원자를 포함하는 5환 또는 9환의 축합환 구조를 포함하는 것일 수 있다. 적어도 하나의 질소 원자에는 3환의 헤테로아릴기로 치환된 페닐기가 결합된 것일 수 있다. 3환의 헤테로아릴기는 질소 원자와 오쏘 위치에 있는 것일 수 있다. 3환의 헤테로아릴기는 질소 원자, 산소 원자, 또는 황 원자를 포함하는 것일 수 있다. 3환의 헤테로아릴기는 치환 또는 비치환된 카바졸기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기, 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기일 수 있다. 3환의 헤테로아릴기는 5환 또는 9환의 축합환 구조를 입체적으로 보호하는 것일 수 있다. 이에 따라, 일 실시예의 다환 화합물을 포함하는 발광 소자는 개선된 소자 수명 및 우수한 발광 효율을 나타낼 수 있다.
일 실시예의 다환 화합물은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 어느 하나일 수 있다. 일 실시예의 발광 소자(ED)는 화합물군 1에 표시된 다환 화합물들 중 적어도 하나의 다환 화합물을 발광층(EML)에 포함할 수 있다.
[화합물군 1]
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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 다환 화합물은 청색광을 발광하는 것일 수 있다. 일 실시예의 다환 화합물은 전술한 제3 발광 소자(ED-3, 도 2)에 포함된 것일 수 있다. 이와 달리, 일 실시예의 다환 화합물은 제1 내지 제3 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 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 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.
발광층(EML)은 안트라센 유도체, 피렌 유도체, 플루오란텐 유도체, 크리센 유도체, 디하이드로벤즈안트라센 유도체, 또는 트리페닐렌 유도체를 더 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 발광 소자(ED)에서 발광층(EML)은 호스트 및 도펀트를 포함할 수 있고, 발광층(EML)은 하기 화학식 E-1로 표시되는 화합물을 더 포함할 수 있다. 하기 화학식 E-1로 표시되는 화합물은 형광 호스트재료로 사용될 수 있다.
[화학식 E-1]
Figure pat00074
화학식 E-1에서, R61 내지 R70은 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, R61 내지 R70은 인접하는 기와 서로 결합하여 포화탄화수소 고리 또는 불포화탄화수소 고리를 형성할 수 있다. 화학식 E-1에서 c 및 d는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수일 수 있다.
화학식 E-1은 하기 화합물 E1 내지 화합물 E19 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.
Figure pat00075
Figure pat00076
Figure pat00077
Figure pat00078
Figure pat00079
Figure pat00080
Figure pat00081
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), PVK(poly(N-vinylcarbazole), ADN(9,10-di(naphthalene-2-yl)anthracene), TCTA(4,4',4''-Tris(carbazol-9-yl)-triphenylamine), 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) 등을 호스트 재료로 사용할 수 있다.
발광층(EML)은 하기 화학식 E-2a 또는 화학식 E-2b로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. 화학식 E-2a 또는 화학식 E-2b로 표시되는 화합물은 인광 호스트재료로 사용될 수 있다.
[화학식 E-2a]
Figure pat00082
화학식 E-2a에서, a는 0 이상 10 이하의 정수이고 La는 직접 결합, 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. 한편, a가 2 이상의 정수인 경우 복수 개의 La는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기일 수 있다.
또한, 화학식 E-2a에서 A1 내지 A5는 각각 독립적으로 N 또는 CRi일 수 있다. Ra 내지 Ri는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 20 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하는 것일 수 있다. Ra 내지 Ri는 인접하는 기와 서로 결합하여 탄화수소 고리 또는 N, O, S 등을 고리 형성 원자로 포함하는 헤테로 고리를 형성할 수 있다.
한편, 화학식 E-2a에서 A1 내지 A5 중 선택되는 두 개 또는 세 개는 N이고 나머지는 CRi일 수 있다.
[화학식 E-2b]
Figure pat00083
화학식 E-2b에서 Cbz1 및 Cbz2는 각각 독립적으로 비치환된 카바졸기, 또는 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기로 치환된 카바졸기일 수 있다. Lb는 직접 결합, 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. b는 0 이상 10 이하의 정수이고, b가 2 이상의 정수인 경우 복수 개의 Lb는 각각 독립적으로 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 E-2a 또는 화학식 E-2b로 표시되는 화합물은 하기 화합물군 E-2의 화합물들 중 어느 하나로 표시될 수 있다. 하지만, 하기 화합물군 E-2에 나열된 화합물들은 예시적인 것으로 화학식 E-2a 또는 화학식 E-2b로 표시되는 화합물이 하기 화합물군 E-2에 표시된 것에 한정되는 것은 아니다.
[화합물군 E-2]
Figure pat00084
Figure pat00085
Figure pat00086
Figure pat00087
발광층(EML)은 하기 화학식 M-a 또는 화학식 M-b로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. 하기 화학식 M-a 또는 화학식 M-b로 표시되는 화합물은 인광 도펀트 재료로 사용될 수 있다.
[화학식 M-a]
Figure pat00088
상기 화학식 M-a에서, Y1 내지 Y4, 및 Z1 내지 Z4는 각각 독립적으로 CR1 또는 N이고, R1 내지 R4는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 20 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하는 것일 수 있다. 화학식 M-a에서, m은 0 또는 1이고, n은 2 또는 3이다. 화학식 M-a에서 m이 0일 때, n은 3이고, m이 1일 때, n은 2 이다.
화학식 M-a로 표시되는 화합물은 적색 인광 도펀트 또는 녹색 인광 도펀트로 사용될 수 있다. 화학식 M-a로 표시되는 화합물은 하기 화합물 M-a1 내지 M-a5 중 어느 하나로 표시될 수 있다. 하지만, 하기 화합물 M-a1 내지 M-a5는 예시적인 것으로 화학식 M-a로 표시되는 화합물이 하기 화합물 M-a1 내지 M-a5로 표시된 것에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00089
Figure pat00090
Figure pat00091
Figure pat00092
화합물 M-a1 및 화합물 M-a2는 적색 도펀트 재료로 사용될 수 있고, 화합물 M-a3 내지 화합물 M-a5는 녹색 도펀트 재료로 사용될 수 있다.
[화학식 M-b]
Figure pat00093
화학식 M-b에서, Q1 내지 Q4는 각각 독립적으로 C 또는 N이며, C1 내지 C4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 5 이상 30 이하의 탄화수소고리, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로고리이다. L21 내지 L24는 각각 독립적으로 직접 결합,
Figure pat00094
,
Figure pat00095
,
Figure pat00096
,
Figure pat00097
,
Figure pat00098
,
Figure pat00099
, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 2가의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기이고, e1 내지 e4는 각각 독립적으로 0 또는 1이다. R31 내지 R39는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고, d1 내지 d4는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이다.
화학식 M-b로 표시되는 화합물은 청색 인광 도펀트 또는 녹색 인광 도펀트로 사용될 수 있다. 화학식 M-b로 표시되는 화합물은 하기 화합물들 중 어느 하나로 표시될 수 있다. 하지만, 하기 화합물들은 예시적인 것으로 화학식 M-b로 표시되는 화합물이 하기 화합물들로 표시된 것에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00100
Figure pat00101
Figure pat00102
Figure pat00103
상기 화합물들에서, R, R38, 및 R39는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다.
발광층(EML)은 하기 화학식 F-a, 또는 화학식 F-b로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. 하기 화학식 F-a, 및 화학식 F-b로 표시되는 화합물은 형광 도펀트재료로 사용될 수 있다.
[화학식 F-a]
Figure pat00104
상기 화학식 F-a에서, Ra 내지 Rj 중 선택되는 두 개는 각각 독립적으로
Figure pat00105
로 치환되는 것일 수 있다. Ra 내지 Rj 중
Figure pat00106
로 치환되지 않은 나머지들은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다.
Figure pat00107
에서 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. 예를 들어, Ar1 및 Ar2 중 적어도 하나는 고리 형성 원자로 O 또는 S를 포함하는 헤테로아릴기일 수 있다.
[화학식 F-b]
Figure pat00108
상기 화학식 F-b에서, Ra 및 Rb는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 20 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하는 것일 수 있다.
화학식 F-b에서 U 및 V는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 5 이상 30 이하의 탄화수소고리, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로고리일 수 있다.
화학식 F-b에서 U 및 V로 표시되는 고리의 개수는 각각 독립적으로 0 또는 1일 수 있다. 예를 들어, 화학식 F-b에서 U 또는 V의 개수가 1인 경우 U 또는 V로 기재된 부분에 하나의 고리가 축합환을 구성하며, U 또는 V의 개수가 0인 경우는 U 또는 V가 기재되어 있는 고리는 존재하지 않는 것을 의미한다. 구체적으로 U의 개수가 0이고 V의 개수가 1인 경우, 또는 U의 개수가 1이고 V의 개수가 0인 경우 화학식 F-b의 플루오렌 코어를 갖는 축합환은 4환의 고리화합물일 수 있다. 또한, U 및 V의 개수가 모두 0인 경우 화학식 F-b의 축합환은 3환의 고리화합물일 수 있다. 또한, U 및 V의 개수가 모두 1인 경우 화학식 F-b의 플루오렌 코어를 갖는 축합환은 5환의 고리 화합물일 수 있다.
일 실시예에서 발광층(EML)은 공지의 도펀트 재료로, 스티릴 유도체(예를 들어, 1, 4-bis[2-(3-N-ethylcarbazoryl)vinyl]benzene(BCzVB), 4-(di-p-tolylamino)-4’-[(di-p-tolylamino)styryl]stilbene(DPAVB), N-(4-((E)-2-(6-((E)-4-(diphenylamino)styryl)naphthalen-2-yl)vinyl)phenyl)-N-phenylbenzenamine(N-BDAVBi)), 4,4'-bis[2-(4-(N,N-diphenylamino)phenyl)vinyl]biphenyl(DPAVBi) , 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.
발광층(EML)은 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, FIrpic(iridium(III) bis(4,6-difluorophenylpyridinato-N,C2')picolinate), Fir6(Bis(2,4-difluorophenylpyridinato)-tetrakis(1-pyrazolyl)borate iridium(Ⅲ)), 또는 PtOEP(platinum octaethyl porphyrin)가 인광 도펀트로 사용될 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3 내지 도 6에 도시된 일 실시예의 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 100Å 내지 약 1500Å인 것일 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)은, 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)은 하기 화학식 ET-1로 표시되는 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 ET-1]
Figure pat00109
화학식 ET-1에서, X1 내지 X3 중 적어도 하나는 N이고 나머지는 CR81이다. R81은 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, a 내지 c는 각각 독립적으로 0 내지 10 이하의 정수일 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. 한편, a 내지 c가 2 이상의 정수인 경우 L1 내지 L3은 각각 독립적으로 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 수송 영역(ETR)은 안트라센계 화합물을 포함하는 것일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 전자 수송 영역(ETR)은 예를 들어, Alq3(Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum), 1,3,5-tri[(3-pyridyl)-phen-3-yl]benzene, 2,4,6-tris(3'-(pyridin-3-yl)biphenyl-3-yl)-1,3,5-triazine, 2-(4-(N-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.
또한, 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 수송 영역(ETR)은 또한 전자 수송 물질과 절연성의 유기 금속염(organo metal salt)이 혼합된 물질로 이루어질 수 있다. 유기 금속염은 에너지 밴드 갭(energy band gap)이 대략 4eV 이상의 물질이 될 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 유기 금속염은 금속 아세테이트(metal acetate), 금속 벤조에이트(metal benzoate), 금속 아세토아세테이트(metal acetoacetate), 금속 아세틸아세토네이트(metal acetylacetonate) 또는 금속 스테아레이트(stearate)를 포함할 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)은 앞서 언급한 재료 이외에 BCP(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) 및 Bphen(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있으나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
전자 수송 영역(ETR)은 상술한 전자 수송 영역의 화합물들을 전자 주입층(EIL), 전자 수송층(ETL), 및 정공 저지층(HBL) 중 적어도 하나에 포함할 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)이 전자 수송층(ETL)을 포함하는 경우, 전자 수송층(ETL)의 두께는 약 100Å 내지 약 1000Å, 예를 들어 약 150Å 내지 약 500Å일 수 있다. 전자 수송층(ETL)의 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 포함하는 경우, 전자 주입층(EIL)의 두께는 약 1Å 내지 약 100Å, 약 3Å 내지 약 90Å일 수 있다. 전자 주입층(EIL)의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 전자 주입 특성을 얻을 수 있다.
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)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, W 또는 이들을 포함하는 화합물이나 혼합물(예를 들어, AgMg, AgYb, 또는 MgAg)을 포함할 수 있다. 또는 제2 전극(EL2)은 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, 제2 전극(EL2)은 상술한 금속재료, 상술한 금속재료들 중 선택된 2종 이상의 금속재료들의 조합, 또는 상술한 금속재료들의 산화물 등을 포함하는 것일 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.
일 실시예에 따르면, 발광 소자(ED)의 제2 전극(EL2) 상에는 캡핑층(CPL)이 더 배치될 수 있다. 캡핑층(CPL)은 다층 또는 단층을 포함할 수 있다. 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.
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-9-yl) triphenylamine) 등을 포함하거나, 에폭시 수지, 또는 메타크릴레이트와 같은 아크릴레이트를 포함할 수 있다. 다만, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니며 캡핑층(CPL)은 하기와 같은 화합물 P1 내지 P5 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
Figure pat00110
Figure pat00111
Figure pat00112
Figure pat00113
Figure pat00114
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 컬러필터층(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 발광 소자(ED)를 포함하는 것일 수 있다.
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 발광 소자(ED)의 구조는 상술한 도 4 내지 도 6의 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 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 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 컬러필터층(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 컬러필터층(CFL)은 광제어층(CCL) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 컬러필터층(CFL)은 광제어층(CCL) 상에 직접 배치될 수 있다. 이 경우 베리어층(BFL2)은 생략될 수 있다.
컬러필터층(CFL)은 차광부(BM) 및 필터들(CF-B, CF-G, CF-R)을 포함하는 것일 수 있다. 컬러필터층(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.
컬러필터층(CFL) 상에는 베이스 기판(BL)이 배치될 수 있다. 베이스 기판(BL)은 컬러필터층(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 발광 소자(ED-BT)는 복수 개의 발광구조들(OL-B1, OL-B2, OL-B3)을 포함하는 것일 수 있다. 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 발광 소자(ED-BT)는 복수의 발광층들을 포함하는 탠덤(Tandem) 구조의 발광 소자일 수 있다. 복수의 발광층들 중 적어도 하나의 발광층은 상술한 일 실시예의 다환 화합물을 포함하는 것일 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 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 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 74, 76, 82, 89, 91, 94, 96, 146, 및 149의 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 74의 합성
Figure pat00115
[중간체 A-3의 합성]
A-1 (10g, 40mmol), A-2 (12g, 40mmol), Pd(PPh3)4 (2.3g, 2mmol), K2CO3 (5.8g, 42mmol)을 500mL 3구 플라스크에 더한 후, 아르곤 분위기 하에서, 톨루엔 200mL, 에탄올 17mL, 물 34mL를 더하여 80℃에서 가열 교반으로 6시간 반응하였다. 얻어진 반응액에 식염수를 더하여 수층을 제거해, 유기층을 추출하였다. 유기층을 황산 마그네슘(MgSO4)으로 건조시켜, 고체를 여과하고, 회전 농축기(Rotary evaporator)로 농축 후, 컬럼 크로마토그래피(Column Chromatography) (eluent: 톨루엔/헥세인=1/2)로 정제한 것을 FAB-MS로 분자량을 확인하였다. 얻어진 백색 고체는 10g (수율 63%)으로, FAB-MS 측정이 m/z=412인 것으로부터 목적물 A-3이 얻어진 것을 확인하였다.
Figure pat00116
[중간체 A-4의 합성]
A-3 (10g, 24mmol), 1-bromo-2,3-dichlorobenzene (5.5g, 24mmol), Pd(OAc)2 (0.1g, 0.5mmol), HP(tBu)3BF4 (0.3g, 1.0mmol), NaOtBu (2.5g, 26mmol)를 200mL 3구 플라스크에 더한 후, 아르곤 분위기 하에서, 톨루엔 120mL를 더하여 80℃에서 가열 교반해, 6시간 반응하였다. 얻어진 반응액은 플로리실(Florisil)을 이용해 고체와 액체를 분리해, 액체를 회전 농축기로 농축 후, 컬럼 크로마토그래피 (eluent: 톨루엔/헥세인=1/2)로 정제한 것을 FAB-MS로 분자량을 확인하였다. 얻어진 백색 고체는 11g (수율 82%)으로, FAB-MS 측정이 m/z=556인 것으로부터 목적물 A-4가 얻어진 것을 확인하였다.
Figure pat00117
[중간체 A-6의 합성]
A-4 (11g, 20mmol), A-5 (6.3g, 20mmol), Pd(OAc)2 (0.1g, 0.5mmol), HP(tBu)3BF4 (0.3g, 1.0mmol), NaOtBu (2.0g, 21mmol)를 200mL 3구 플라스크에 더한 후, 아르곤 분위기 하에서, 톨루엔 100mL를 더하여 환류하면서 교반해, 6시간 반응하였다. 얻어진 반응액은 플로리실을 이용해 고체와 액체를 분리해, 액체를 회전 농축기로 농축 후, 컬럼 크로마토그래피(eluent: 톨루엔/헥세인=1/1)로 정제한 것을 FAB-MS로 분자량을 확인하였다. 얻어진 백색 고체는 13g (수율 80%)으로, FAB-MS 측정이 m/z=841인 것으로부터 목적물 A-6이 얻어진 것을 확인하였다.
Figure pat00118
[화합물 74의 합성]
A-6 (11g, 13mmol)을 더하여 건조시킨 200mL 3구 플라스크에 아르곤 분위기 하에서 tBubenzene 77mL를 더하여 -78℃로 냉각시킨 후, tBuLi 용액(1.60M in pentane, 16mL, 26mmol)을 천천히 더한 후, 60℃에서 3시간 가열 교반하였다. 그 후 -78℃에서 냉각한 후에 BBr3 (2.5mL, 26mmol)을 더해 실온에서 30분 교반하였다. 얻어진 반응액에 빙랭하면서 N,N-diisopropylethylamine (DIPEA 5mL, 26mmol)을 더하여, 120℃에서 3시간 가열 교반하였다. 그 후 반응액을 실온에서 냉각시킨 후에 메탄올(MetOH)를 더해 고체 석출시켜, 초음파 세정해, 석출물을 회수하였다. 석출한 반응 조정제물을 컬럼 크로마토그래피 (eluent: 톨루엔/헥세인=1/1)로 정제한 것을 FAB-MS로 분자량을 확인하였다. 얻어진 황색 고체는 1.0g (수율 10%)으로, FAB-MS 측정이 m/z=814인 것으로부터 화합물 74가 얻어진 것을 확인하였다. 얻어진 화합물 74는 승화 정제를 이용해 한층 더 정제한 다음 소자 제작에 이용하였다.
(2) 화합물 76의 합성
Figure pat00119
[중간체 B-1의 합성]
A-4와 동일한 방법으로 1-bromo-2,3-dichlorobenzene 대신 1-bromo-3,5-dichlorobenzene (5.5g, 24mmol)을 이용해 반응하였다. 컬럼 크로마토그래피 (eluent: 톨루엔/헥세인=1/2)로 정제한 것을 FAB-MS로 분자량을 확인하였다. 얻어진 백색 고체는 12g (수율 85%)으로, FAB-MS 측정이 m/z=556인 것으로부터 목적물 B-1이 얻어진 것을 확인하였다.
Figure pat00120
[중간체 B-2의 합성]
A-6과 동일한 방법으로 B-1 (11g, 20mmol), A-5 (12.7g, 40mmol)를 이용해 반응하였다. 컬럼 크로마토그래피 (eluent: 톨루엔/헥세인=1/1)로 정제한 것은 FAB-MS로 분자량을 확인하였다. 얻어진 백색 고체는 19g (수율 84%)으로, FAB-MS 측정이 m/z=1126인 것으로부터 목적물 B-2가 얻어진 것을 확인하였다.
Figure pat00121
[화합물 76의 합성]
B-2 (18g, 16mmol)를 더하여 건조시킨 200mL 3구 플라스크에 Ar 분위기 하에서 o-dichlorobenzene(ODCB) 80mL를 더한 후에 BBr3 (3.0mL, 32mmol)을 더해 180℃에서 약 8시간동안 교반하였다. 얻어진 반응액에 빙랭하면서 N,N-diisopropylethylamine (17mL, 96mmol)을 더하여, 실온에서 교반하였다. 그 후 반응액에 메탄올을 더해 고체를 석출시켜, 초음파 세정해, 석출물을 회수하였다. 석출한 반응 조정제물을 컬럼 크로마토그래피 (eluent: 톨루엔/헥세인=1/1)로 정제한 것을 FAB-MS로 분자량을 확인하였다. 얻어진 황색 고체는 5.8g (수율 32%)으로, FAB-MS 측정이 m/z=1134인 것으로부터 화합물 76이 얻어진 것을 확인하였다. 얻어진 화합물 76은 승화 정제를 이용해 한층 더 정제한 다음 소자 제작에 이용하였다.
(3) 화합물 82의 합성
Figure pat00122
[중간체 C-2의 합성]
C-1 (10g, 43mmol), 페놀(Phenol) (7.3g, 87mmol), K2CO3 (6.3g, 45mmol)을 200mL 3구 플라스크에 더한 후, 아르곤 분위기 하에서, N-메틸피롤리돈(N-methylpyroridone) 87mL를 더하여 180℃에서 가열 교반해 6시간 반응하였다. 얻어진 반응액에 식염수와 톨루엔을 더해 수층을 제거해, 유기층을 추출하였다. 유기층을 황산 마그네슘으로 건조시켜, 고체를 여별하고, 회전 농축기로 농축 후, 컬럼 크로마토그래피 (eluent: 헥세인)로 정제한 것을 FAB-MS로 분자량을 확인하였다. 얻어진 백색 고체는 12g (수율 73%)으로, FAB-MS 측정이 m/z=412인 것으로부터 목적물 C-2가 얻어진 것을 확인하였다.
Figure pat00123
[중간체 C-4의 합성]
C-2 (13g, 43mmol), C-3 (11g, 42mmol), Pd(OAc)2 (0.2g, 0.9mmol), HP(tBu)3BF4 (0.50g, 1.7mmol), NaOtBu (4.3g, 45mmol)를 500mL 3구 플라스크에 더한 후, 아르곤 분위기 하에서, 톨루엔 210mL를 더하여 80℃에서 가열 교반해, 6시간 반응하였다. 얻어진 반응액은 플로리실을 이용해 고체와 액체를 분리해, 액체를 회전 농축기로 농축 후, 컬럼 크로마토그래피 (eluent: 톨루엔/헥세인=1/2)로 정제한 것을 FAB-MS로 분자량을 확인하였다. 얻어진 백색 고체는 16g (수율 78%)으로, FAB-MS 측정이 m/z=484인 것으로부터 목적물 C-4가 얻어진 것을 확인하였다.
Figure pat00124
[중간체 C-5의 합성]
C-4 (16g, 33mmol), 1-bromo-3-iodobenzene (9.4g, 33mmol), Pd(OAc)2 (0.15g, 0.7mmol), diphenylphosphinoferrocene (dppf 0.73g, 1.3mmol), NaOtBu (3.3g, 35mmol)를 500mL 3구 플라스크에 더한 후, 아르곤 분위기 하에서, 톨루엔 160mL를 더하여 80℃에서 가열 교반해, 6시간 반응하였다. 얻어진 반응액은 플로리실을 이용해 고체와 액체를 분리해, 액체를 회전 농축기로 농축 후, 컬럼 크로마토그래피 (eluent: 톨루엔/헥세인=1/2)로 정제한 것을 FAB-MS로 분자량을 확인하였다. 얻어진 백색 고체는 19g (수율 88%)으로, FAB-MS 측정이 m/z=638인 것으로부터 목적물 C-5가 얻어진 것을 확인하였다.
Figure pat00125
[중간체 C-7의 합성]
C-5 (16g, 25mmol), C-6 (8.4g, 42mmol), Pd(OAc)2 (0.1g, 0.5mmol), HP(tBu)3BF4 (0.29g, 1.0mmol), NaOtBu (2.5g, 26mmol)를 200mL 3구 플라스크에 더한 후, 아르곤 분위기 하에서, 톨루엔 130mL를 더하여 80℃에서 가열 교반해, 6시간 반응하였다. 얻어진 반응액은 플로리실을 이용해 고체와 액체를 분리해, 액체를 회전 농축기로 농축 후, 컬럼 크로마토그래피 (eluent: 톨루엔/헥세인=1/2)로 정제한 것을 FAB-MS로 분자량을 확인하였다. 얻어진 백색 고체는 18g (수율 80%)으로, FAB-MS 측정이 m/z=894인 것으로부터 목적물 C-7이 얻어진 것을 확인하였다.
Figure pat00126
[화합물 82의 합성]
C-7 (18g, 20mmol)을 더하여 건조시킨 200mL 3구 플라스크에 아르곤 분위기 하에서 BI3 (47g, 121mmol), o-dichlorobenzene 100mL를 더하여 180℃에서 약 8시간동안 교반하였다. 얻어진 반응액에 빙랭하면서 N,N-diisopropylethylamine (63mL, 362mmol)을 더하여, 실온에서 교반하였다. 그 후 반응액에 메탄올을 더해 고체를 석출시켜, 초음파 세정해, 석출물을 회수하였다. 석출한 반응 조정제물을 컬럼 크로마토그래피 (eluent: 톨루엔/헥세인=1/1)로 정제한 것을 FAB-MS로 분자량을 확인하였다. 얻어진 황색 고체는 2.7g (수율 15%)으로, FAB-MS 측정이 m/z=909인 것으로부터 화합물 82가 얻어진 것을 확인하였다. 얻어진 화합물 82는 승화 정제를 이용해 한층 더 정제한 다음 소자 제작에 이용하였다.
(4) 화합물 89의 합성
Figure pat00127
[중간체 D-2의 합성]
C-4와 동일한 방법으로 D-1 (15g, 34mmol), C-3 (8.7g, 34mmol)을 이용해 반응하였다. 컬럼 크로마토그래피 (eluent: 디클로로메테인(Dichloromethane)/헥세인=1/3)로 정제한 것을 FAB-MS로 분자량을 확인하였다. 얻어진 백색 고체는 18g (수율 80%)으로, FAB-MS 측정이 m/z=670인 것으로부터 목적물 D-2가 얻어진 것을 확인하였다.
Figure pat00128
[중간체 D-3의 합성]
C-5와 동일한 방법으로 D-2 (18g, 27mmol), 1-bromo-3-iodobenzene (7.6g, 27mmol)을 이용해 반응하였다. 컬럼 크로마토그래피 (eluent: 디클로로메테인/헥세인=1/3)로 정제한 것을 FAB-MS로 분자량을 확인하였다. 얻어진 백색 고체는 19g (수율 88%)으로, FAB-MS 측정이 m/z=824인 것으로부터 목적물 D-3이 얻어진 것을 확인하였다.
Figure pat00129
[중간체 D-5의 합성]
C-7과 동일한 방법으로 D-3 (19g, 23mmol), D-4 (12g, 23mmol)를 이용해 반응하였다. 컬럼 크로마토그래피 (eluent: 디클로로메테인/헥세인=1/2)로 정제한 것을 FAB-MS로 분자량을 확인하였다. 얻어진 백색 고체는 22g (수율 78%)으로, FAB-MS 측정이 m/z=1247인 것으로부터 목적물 D-5가 얻어진 것을 확인하였다.
Figure pat00130
[화합물 89의 합성]
화합물 76과 동일한 방법으로 D-5 (22g, 18mmol), BBr3 (6.7mL, 71mmol), N,N-diisopropylethylamine (37mL, 212mmol)을 이용해 반응하였다. 반응 조정제물은 컬럼 크로마토그래피 (eluent: 디클로로메테인/헥세인=1/2)로 정제한 것을 FAB-MS로 분자량을 확인하였다. 얻어진 황색 고체는 4.5g (수율 20%)으로, FAB-MS 측정이 m/z=1263인 것으로부터 화합물 89가 얻어진 것을 확인하였다. 얻어진 화합물 89는 승화 정제를 이용해 한층 더 정제한 다음 소자 제작에 이용하였다.
(5) 화합물 91의 합성
Figure pat00131
[중간체 E-2의 합성]
C-4와 동일한 방법으로 D-1 (15g, 34mmol), E-1 (8.7g, 34mmol)을 이용해 반응하였다. 컬럼 크로마토그래피 (eluent: 디클로로메테인/헥세인=1/3)로 정제한 것을 FAB-MS로 분자량을 확인하였다. 얻어진 백색 고체는 19g (수율 83%)으로, FAB-MS 측정이 m/z=670인 것으로부터 목적물 E-2가 얻어진 것을 확인하였다.
Figure pat00132
[중간체 E-3의 합성]
C-5와 동일한 방법으로 E-2 (19g, 28mmol), 1-bromo-3-iodobenzene (8.0g, 28mmol)을 이용해 반응하였다. 컬럼 크로마토그래피 (eluent: 디클로로메테인/헥세인=1/3)로 정제한 것을 FAB-MS로 분자량을 확인하였다. 얻어진 백색 고체는 19g (수율 85%)으로, FAB-MS 측정이 m/z=824인 것으로부터 목적물 E-3이 얻어진 것을 확인하였다.
Figure pat00133
[중간체 E-5의 합성]
C-7과 동일한 방법을 이용해 E-3 (19g, 23mmol), E-4 (14g, 23mmol)를 이용해 반응하였다. 컬럼 크로마토그래피 (eluent: 디클로로메테인/헥세인=1/2)로 정제한 것을 FAB-MS로 분자량을 확인하였다. 얻어진 백색 고체는 24g (수율 79%)으로, FAB-MS 측정이 m/z=1332인 것으로부터 목적물 E-5가 얻어진 것을 확인하였다.
Figure pat00134
[화합물 91의 합성]
화합물 76과 동일한 방법으로 E-5 (24g, 18mmol), BBr3 (6.8mL, 72mmol), N,N-diisopropylethylamine (38mL, 216mmol)을 이용해 반응하였다. 반응 조정제물은 컬럼 크로마토그래피 (eluent: 디클로로메테인/헥세인=1/2)로 정제한 것을 FAB-MS로 분자량을 확인하였다. 얻어진 황색 고체는 8.0g (수율 33%)으로, FAB-MS 측정이 m/z=1347인 것으로부터 화합물 91이 얻어진 것을 확인하였다. 얻어진 화합물 91은 승화 정제를 이용해 한층 더 정제한 다음 소자 제작에 이용하였다.
(6) 화합물 94의 합성
Figure pat00135
[중간체 F-1의 합성]
C-5와 동일한 방법으로 E-2 (19g, 28mmol), 1,3-dibromobenzene (4.0g, 14mmol)을 이용해 반응하였다. 컬럼 크로마토그래피 (eluent: 디클로로메테인/헥세인=1/2)로 정제한 것을 FAB-MS로 분자량을 확인하였다. 얻어진 백색 고체는 36g (수율 90%)으로, FAB-MS 측정이 m/z=1413인 것으로부터 목적물 F-1이 얻어진 것을 확인하였다.
Figure pat00136
[화합물 94의 합성]
화합물 76과 동일한 방법으로 F-1 (36g, 25mmol), BBr3 (9.7mL, 102mmol), N,N-diisopropylethylamine (53mL, 306mmol)을 이용해 반응하였다. 반응 조정제물은 컬럼 크로마토그래피 (eluent: 디클로로메테인/헥세인=1/2)로 정제한 것을 FAB-MS로 분자량을 확인하였다. 얻어진 황색 고체는 5.5g (수율 15%)으로, FAB-MS 측정이 m/z=1429인 것으로부터 화합물 94가 얻어진 것을 확인하였다. 얻어진 화합물 94는 승화 정제를 이용해 한층 더 정제한 다음 소자 제작에 이용하였다.
(7) 화합물 96의 합성
Figure pat00137
[중간체 G-2의 합성]
C-4와 동일한 방법으로 D-1 (15g, 34mmol), G-1 (11g, 34mmol)을 이용해 반응하였다. 컬럼 크로마토그래피 (eluent: 디클로로메테인/헥세인=1/3)로 정제한 것을 FAB-MS로 분자량을 확인하였다. 얻어진 백색 고체는 21g (수율 85%)으로, FAB-MS 측정이 m/z=745인 것으로부터 목적물 G-2가 얻어진 것을 확인하였다.
Figure pat00138
[중간체 G-3의 합성]
C-5와 동일한 방법으로 G-2 (21g, 28mmol), 1-bromo-3-iodobenzene (8.0g, 28mmol)을 이용해 반응하였다. 컬럼 크로마토그래피 (eluent: 디클로로메테인/헥세인=1/3)로 정제한 것을 FAB-MS로 분자량을 확인하였다. 얻어진 백색 고체는 22g (수율 88%)으로, FAB-MS 측정이 m/z=900인 것으로부터 목적물 G-3이 얻어진 것을 확인하였다.
Figure pat00139
[중간체 G-5의 합성]
C-7과 동일한 방법으로 G-3 (22g, 24mmol), G-4 (10g, 24mmol)를 이용해 반응하였다. 컬럼 크로마토그래피 (eluent: 디클로로메테인/헥세인=1/2)로 정제한 것을 FAB-MS로 분자량을 확인하였다. 얻어진 백색 고체는 24g (수율 80%)으로, FAB-MS 측정이 m/z=1248인 것으로부터 목적물 G-5가 얻어진 것을 확인하였다.
Figure pat00140
[화합물 96의 합성]
화합물 76과 동일한 방법으로 G-5 (24g, 19mmol), BBr3 (7.3mL, 77mmol), N,N-diisopropylethylamine (40mL, 231mmol)을 이용해 반응시켰다. 반응 조정제물은 컬럼 크로마토그래피 (eluent: 디클로로메테인/헥세인=1/2)로 정제한 것을 FAB-MS로 분자량을 확인하였다. 얻어진 황색 고체는 1.7g (수율 7%)으로, FAB-MS 측정이 m/z=1263인 것으로부터 화합물 96이 얻어진 것을 확인하였다. 얻어진 화합물 96은 승화 정제를 이용해 한층 더 정제한 다음 소자 제작에 이용하였다.
(8) 화합물 146의 합성
Figure pat00141
[중간체 H-3의 합성]
C-4와 동일한 방법으로 H-1 (30g, 95mmol), H-2 (26g, 95mmol)를 이용해 반응하였다. 컬럼 크로마토그래피 (eluent: 디클로로메테인/헥세인=1/3)로 정제한 것을 FAB-MS로 분자량을 확인하였다. 얻어진 백색 고체는 26g (수율 45%)으로, FAB-MS 측정이 m/z=612인 것으로부터 목적물 H-3이 얻어진 것을 확인하였다.
Figure pat00142
[중간체 H-4의 합성]
C-4와 동일한 방법으로 H-3 (30g, 43mmol), Aniline (4.0g, 43mmol)을 이용해 반응하였다. 컬럼 크로마토그래피 (eluent: 디클로로메테인/헥세인=1/3)로 정제한 것을 FAB-MS로 분자량을 확인하였다. 얻어진 백색 고체는 22g (수율 78%)으로, FAB-MS 측정이 m/z=669인 것으로부터 목적물 H-4가 얻어진 것을 확인하였다.
Figure pat00143
[중간체 H-5의 합성]
C-5와 동일한 방법으로 H-4 (22g, 33mmol), 1-bromo-3-iodobenzene (9.3g, 33mmol)을 이용해 반응하였다. 컬럼 크로마토그래피 (eluent: 디클로로메테인/헥세인=1/3)로 정제한 것을 FAB-MS로 분자량을 확인하였다. 얻어진 백색 고체는 25g (수율 92%)으로, FAB-MS 측정이 m/z=824인 것으로부터 목적물 H-5가 얻어진 것을 확인하였다.
Figure pat00144
[중간체 H-6의 합성]
C-7과 동일한 방법으로 H-5 (25g, 30mmol), G-4 (13g, 30mmol)를 이용해 반응하였다. 컬럼 크로마토그래피 (eluent: 디클로로메테인/헥세인=1/2)로 정제한 것을 FAB-MS로 분자량을 확인하였다. 얻어진 백색 고체는 30g (수율 85%)으로, FAB-MS 측정이 m/z=1171인 것으로부터 목적물 H-6이 얻어진 것을 확인하였다.
Figure pat00145
[화합물 146의 합성]
화합물 76과 동일한 방법으로 H-6 (30g, 26mmol), BBr3 (9.7mL, 102mmol), N,N-diisopropylethylamine (54mL, 307mmol)을 이용해 반응하였다. 반응 조정제물은 컬럼 크로마토그래피 (eluent: 디클로로메테인/헥세인=1/2)로 정제한 것을 FAB-MS로 분자량을 확인하였다. 얻어진 황색 고체는 0.92g (수율 3%)으로, FAB-MS 측정이 m/z=1187인 것으로부터 화합물 146이 얻어진 것을 확인하였다. 얻어진 화합물 146은 승화 정제를 이용해 한층 더 정제한 다음 소자 제작에 이용하였다.
(9) 화합물 149의 합성
Figure pat00146
[중간체 I-2의 합성]
C-4와 동일한 방법으로 D-1 (53g, 118mmol), I-1 (31g, 118mmol)을 사용하였으며, 가열 교반 온도를 120℃로 변경하여 반응하였다. 컬럼 크로마토그래피(eluent: 디클로로메테인/헥세인=1/3)로 정제한 것을 FAB-MS로 분자량을 확인하였다. 얻어진 백색 고체는 62g (수율 78%)으로, FAB-MS 측정이 m/z=669인 것으로부터 목적물 I-2가 얻어진 것을 확인하였다.
Figure pat00147
[중간체 I-4의 합성]
C-4와 동일한 방법으로 I-2 (28g, 42mmol), I-3 (23g, 42mmol)을 사용하였으며, 가열 교반 온도를 120℃로 변경하여 반응하였다. 컬럼 크로마토그래피(eluent: 디클로로메테인/헥세인=1/2)로 정제한 것을 FAB-MS로 분자량을 확인하였다. 얻어진 백색 고체는 45g (수율 90%)으로, FAB-MS 측정이 m/z=1188인 것으로부터 목적물 I-4가 얻어진 것을 확인하였다.
Figure pat00148
[화합물 149의 합성]
화합물 76과 동일한 방법으로 I-4 (30g, 25mmol), BBr3 (9.6ml, 101mmol), N,N-diisopropylethylamine (53mL, 303mmol)을 이용해 반응하였다. 반응 조생성물은 컬럼 크로마토그래피(eluent: 디클로로메테인/헥세인=1/2)로 정제한 것을 FAB-MS로 분자량을 확인하였다. 얻어진 황색 고체는 0.46g (수율 1.5%)으로, FAB-MS 측정이 m/z=1203인 것으로부터 화합물 149가 얻어진 것을 확인하였다. 얻어진 화합물 149는 승화 정제를 이용해 한층 더 정제한 다음, 소자 제작에 이용하였다.
2. 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, 600Å 두께로 α-NPD를 증착하고, TCTA를 두께 200Å로 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 300Å의 층을 형성하였다. 즉, 공증착하여 형성된 발광층은 실시예 1 내지 실시예 8에서는 각각 화합물 74, 76, 82, 89, 91, 94, 96, 및 146를 mCBP와 혼합하여 증착하였고, 비교예 1 내지 비교예 7에서는 비교예 화합물 X-1 내지 X-7을 각각 mCBP와 혼합하여 증착하였다.
이후 발광층 상에 두께 100Å의 DPEPO를 증착하고, TPBi로 두께 200Å의 층을 형성하고, LiF로 두께 5Å의 층을 형성하여 전자 수송 영역을 형성하였다. 다음으로, 알루미늄(Al)으로 두께 1000Å의 제2 전극을 형성하였다. 제2 전극 상에 하기 화합물 P4로 두께 600Å의 층을 형성하여 캡핑층을 형성하였다. 실시예에서, 정공 수송 영역, 발광층, 전자 수송 영역, 제2 전극, 및 캡핑층은 진공 증착 장치를 이용하여 형성하였다.
Figure pat00149
실시예 1 내지 8, 및 비교예 1 내지 7에서 사용한 화합물은 표 1에 나타내었다.
화합물 74
Figure pat00150
 화합물 76
Figure pat00151
화합물 82
Figure pat00152
 화합물 89
Figure pat00153
화합물 91
Figure pat00154
 화합물 94
Figure pat00155
화합물 96
Figure pat00156
 화합물 146
Figure pat00157
비교예 화합물 X-1
Figure pat00158
 비교예 화합물 X-2
Figure pat00159
비교예 화합물 X-3
Figure pat00160
 비교예 화합물 X-4
Figure pat00161
비교예 화합물 X-5
Figure pat00162
 비교예 화합물 X-6
Figure pat00163
비교예 화합물 X-7
Figure pat00164
 -
3. 발광 소자의 특성 평가
표 2에서는 실시예 1 내지 실시예 8, 및 비교예 1 내지 비교예 7에 대한 발광 소자의 평가 결과를 나타내었다. 표 2에서는 제작된 발광 소자에서의 최대 발광 파장(λmax), 외부 양자 효율(EQEmax), 및 상대 소자 수명비를 비교하여 나타내었다. 표 2에 나타낸 실시예 및 비교예에 대한 특성 평가 결과에서는 최대 발광 파장(λmax)은 발광 스펙트럼에서 최댓값을 나타내는 파장을 나타낸 것이다. 외부 양자 효율은 최대 발광 파장과 소자 측정 휘도, 및 전류값으로부터 산출한 것이며, 외부 양자 효율의 최댓값을 EQEmax로 나타낸 것이다. 수명은 상대적인 값으로, 비교예 1에서의 수명을 1로 할 때 비교예 및 실시예의 발광 소자에서 상대적인 수명을 나타낸 것이다. 비교예 및 실시예의 수명은 휘도 1000nit에서의 정휘도 소자 수명을 평가한 것이다.
구분 도펀트 재료 λmax (nm) EQEmax (%) 수명
실시예 1 화합물 74 472 20.3 1.07
실시예 2 화합물 76 478 22.9 1.10
실시예 3 화합물 82 462 21.3 1.05
실시예 4 화합물 89 469 23.4 1.13
실시예 5 화합물 91 466 24.5 1.05
실시예 6 화합물 94 468 23.7 1.12
실시예 7 화합물 96 462 21.6 1.06
실시예 8 화합물 146 459 20.7 1.05
비교예 1 비교예 화합물 X-1 468 20.2 1.00
비교예 2 비교예 화합물 X-2 460 14.5 1.02
비교예 3 비교예 화합물 X-3 467 20.6 0.95
비교예 4 비교예 화합물 X-4 474 18.3 1.03
비교예 5 비교예 화합물 X-5 432 6.3 0.44
비교예 6 비교예 화합물 X-6 444 8.2 0.62
비교예 7 비교예 화합물 X-7 465 18.6 1.03
표 2를 참조하면, 실시예 1 내지 8, 및 비교예 1 내지 7의 발광 소자는 청색광을 발광하는 것을 알 수 있다. 비교예 1, 비교예 3, 및 실시예 1 내지 8의 발광 소자는 외부 양자 효율의 최댓값이 20% 이상 30% 이하인 것을 알 수 있다. 비교예 1, 비교예 3, 및 실시예 1 내지 8의 발광 소자는 외부 양자 효율의 최댓값이 비교예 2, 및 비교예 4 내지 비교예 7의 발광 소자에 비해 개선된 값을 나타내는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 1 내지 8의 발광 소자는 비교예 1 내지 7의 발광 소자에 비해 개선된 소자 수명을 나타내는 것을 알 수 있다.
비교예 1 내지 6의 발광 소자에 포함된 비교예 화합물 X-1 내지 X-6은, 질소 원자와 메타(meta) 위치, 또는 파라(para) 위치에 아릴기 또는 헤테로아릴기가 결합된 것으로, 실시예 1 내지 8의 발광 소자에 비해 소자 수명이 낮은 것으로 판단된다. 비교예 5 및 6의 발광 소자는 비교예 1 내지 4의 발광 소자, 및 실시예 1 내지 8의 발광 소자에 비해 단파장을 나타내는 것으로, 발광 소자에 인가되는 전류량이 비교예 1 내지 4의 발광 소자, 및 실시예 1 내지 8의 발광 소자에 비해 증가될 수 있다. 따라서, 비교예 5 및 6의 발광 소자는 열화되기 쉽고, 소자 수명이 상대적으로 짧게 나타난 것으로 판단된다.
실시예 화합물은 적어도 하나의 질소 원자와 적어도 하나의 붕소 원자를 포함하는 5환 또는 9환의 축합환을 포함하며, 질소 원자에는 치환된 페닐기가 결합된 것일 수 있다. 치환된 페닐기는 치환 또는 비치환된 카바졸기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기, 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기가 질소 원자와 오쏘 위치에 결합된 것일 수 있다. 카바졸기, 디벤조퓨란기, 또는 디벤조티오펜기에 의해 질소 원자 및 붕소 원자를 포함하는 5환 또는 9환의 축합환이 입체적으로 보호되는 것일 수 있다. 카바졸기, 디벤조퓨란기, 및 디벤조티오펜기는 평면성이 높은 치환기이고, 카바졸기, 디벤조퓨란기, 및 디벤조티오펜기는 5환 또는 9환의 축합환과 주변 분자와의 엑시톤(exciton)-엑시톤 상호 작용, 및 엑시톤-폴라론(polaron) 상호 작용을 억제할 수 있다. 또한, 엑시톤(exciton)-엑시톤 상호 작용, 및 엑시톤-폴라론(polaron) 상호 작용을 억제하는 특성은 페닐기 내에서 카바졸기, 디벤조퓨란기, 및 디벤조티오펜기가 질소 원자와 오쏘 위치에 결합된 경우, 페닐기 내에서 카바졸기, 디벤조퓨란기, 및 디벤조티오펜기가 오쏘 위치가 아닌 다른 위치에 결합된 경우보다 우수한 것일 수 있다. 엑시톤(exciton)-엑시톤 상호 작용, 및 엑시톤-폴라론(polaron) 상호 작용이 억제됨에 따라, 발광 소자에 포함된 물질들의 열화가 방지될 수 있고, 소자 수명이 개선될 수 있다. 따라서, 일 실시예의 다환 화합물을 포함하는 실시예 1 내지 8의 발광 소자는 비교예 1 내지 7의 발광 소자에 비해, 우수한 발광 효율 및 개선된 소자 수명을 나타내는 것으로 판단된다.
한편, 발광 소자의 제1 전극(EL1) 및 제2 전극(EL2)에 각각 전압이 인가되면, 전자와 정공이 이동하여 발광층(EML) 내에서 양성(positive) 폴라론, 및 음성(negative) 폴라론이 생성될 수 있다. 폴라론들이 서로 재결합하여 엑시톤(exciton)이 생성될 수 있다. 엑시톤(exciton)이 여기 상태에서 바닥 상태로 떨어지면서 발광하게 된다.
일 실시예의 다환 화합물은 적어도 하나의 질소 원자 및 적어도 하나의 붕소 원자를 고리 형성 원자로 포함하는 5환 또는 9환의 축합환 구조를 갖는 것으로, 질소 원자에는 치환된 페닐기가 결합된 것일 수 있다. 치환된 페닐기는 치환 또는 비치환된 카바졸기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기, 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기로 치환된 것일 수 있다. 치환 또는 비치환된 카바졸기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기, 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기는, 페닐기에 결합된 질소 원자와 오쏘 위치에 있는 것일 수 있다. 치환 또는 비치환된 카바졸기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기, 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기는 질소 원자 및 붕소 원자를 포함하는 5환 또는 9환의 축합환을 입체적으로 보호하는 것일 수 있다. 이에 따라, 일 실시예의 다환 화합물은 우수한 발광 효율을 나타낼 수 있고, 소자의 수명 개선에 기여할 수 있다.
일 실시예의 다환 화합물은 적어도 하나의 질소 원자 및 적어도 하나의 붕소 원자를 고리 형성 원자로 포함하는 5환 또는 9환의 축합환 구조를 갖는 것으로, 질소 원자에는 치환된 페닐기가 결합된 것일 수 있다. 치환된 페닐기는 치환 또는 비치환된 카바졸기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기, 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기로 치환된 것일 수 있다. 치환 또는 비치환된 카바졸기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기, 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기는, 페닐기에 결합된 질소 원자와 오쏘 위치에 있는 것일 수 있다. 치환 또는 비치환된 카바졸기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기, 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기는 질소 원자 및 붕소 원자를 포함하는 5환 또는 9환의 축합환을 입체적으로 보호하는 것일 수 있다. 이에 따라, 일 실시예의 다환 화합물은 우수한 발광 효율을 나타낼 수 있고, 소자의 수명 개선에 기여할 수 있다.
또한, 일 실시예의 다환 화합물을 포함하는 발광 소자는 우수한 발광 효율 및 개선된 소자 수명을 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: 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 포함하고,
    외부 양자 효율이 20% 이상 30% 이하인 발광 소자:
    [화학식 1]
    Figure pat00165

    상기 화학식 1에서,
    W1은 치환 또는 비치환된 카바졸기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기, 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기이고,
    Q1은 NR16, O, 또는 S이고,
    R1 내지 R16은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 20 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 서로 인접하는 기에 하기 화학식 2가 결합되고,
    [화학식 2]
    Figure pat00166

    상기 화학식 2에서,
    Q2 및 Q3은 각각 독립적으로 NR23, O, 또는 S이고,
    m1은 1 이상 3 이하의 정수이고,
    m2는 1 이상 4 이하의 정수이고,
    R21 내지 R23은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 20 이하의 헤테로아릴기이다.
  2. 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 배치된 정공 수송 영역;
    상기 정공 수송 영역 상에 배치되고, 하기 화학식 1로 표시되는 다환 화합물을 포함하는 발광층;
    상기 발광층 상에 배치된 전자 수송 영역; 및
    상기 전자 수송 영역 상에 배치된 제2 전극; 을 포함하는 발광 소자:
    [화학식 1]
    Figure pat00167

    상기 화학식 1에서,
    W1은 치환 또는 비치환된 카바졸기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기, 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기이고,
    Q1은 NR16, O, 또는 S이고,
    R1 내지 R16은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 20 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 서로 인접하는 기에 하기 화학식 2가 결합되고,
    [화학식 2]
    Figure pat00168

    상기 화학식 2에서,
    Q2 및 Q3은 각각 독립적으로 NR23, O, 또는 S이고
    m1은 1 이상 3 이하의 정수이고,
    m2는 1 이상 4 이하의 정수이고,
    R21 내지 R23은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 20 이하의 헤테로아릴기이다.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 1-A1 내지 화학식 1-A4 중 어느 하나로 표시되는 발광 소자:
    [화학식 1-A1]
    Figure pat00169

    [화학식 1-A2]
    Figure pat00170

    [화학식 1-A3]
    Figure pat00171

    [화학식 1-A4]
    Figure pat00172

    상기 화학식 1-A1 내지 화학식 1-A4에서,
    m31은 1 이상 8 이하의 정수이고,
    m32는 1 이상 7 이하의 정수이고,
    R31 내지 R33은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴기이고,
    Q1, 및 R1 내지 R15는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 1-B1 또는 화학식 1-B2로 표시되는 발광 소자:
    [화학식 1-B1]
    Figure pat00173

    [화학식 1-B2]
    Figure pat00174

    상기 화학식 1-B1 및 화학식 1-B2에서,
    Q1 내지 Q3, R1 내지 R15, m1, m2, R21, R22, 및 W1은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  5. 제 4항에 있어서,
    Q1 내지 Q3 중 적어도 하나는 O, 또는 S인 발광 소자.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 화학식 1-B1은 화학식 1-B1-1 내지 화학식 1-B1-4 중 어느 하나로 표시되는 발광 소자:
    [화학식 1-B1-1]
    Figure pat00175

    [화학식 1-B1-2]
    Figure pat00176

    [화학식 1-B1-3]
    Figure pat00177

    [화학식 1-B1-4]
    Figure pat00178

    상기 화학식 1-B1-1 내지 화학식 1-B1-4에서,
    m41은 1 이상 8 이하의 정수이고,
    m42는 1 이상 7 이하의 정수이고,
    R41 내지 R43은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴기이고,
    Q1 내지 Q3, R1 내지 R7, R12 내지 R15, m1, m2, R21 및 R22는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 화학식 1-B2는 화학식 1-B2-1 내지 화학식 1-B2-4 중 어느 하나로 표시되는 발광 소자:
    [화학식 1-B2-1]
    Figure pat00179

    [화학식 1-B2-2]
    Figure pat00180

    [화학식 1-B2-3]
    Figure pat00181

    [화학식 1-B2-4]
    Figure pat00182

    상기 화학식 1-B2-1 내지 화학식 1-B2-4에서,
    m41은 1 이상 8 이하의 정수이고,
    m42는 1 이상 7 이하의 정수이고,
    R41 내지 R43은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴기이고,
    Q1 내지 Q3, R1 내지 R3, R8 내지 R15, m1, m2, R21 및 R22는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 1-C1 내지 화학식 1-C3 중 어느 하나로 표시되는 발광 소자:
    [화학식 1-C1]
    Figure pat00183

    [화학식 1-C2]
    Figure pat00184

    [화학식 1-C3]
    Figure pat00185

    상기 화학식 1-C1 내지 화학식 1-C3에서,
    W1, R1 내지 R16은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  9. 제 2항에 있어서,
    상기 제2 전극 상에 배치된 캡핑층을 더 포함하고,
    상기 캡핑층의 굴절률은 1.6 이상인 발광 소자.
  10. 제 2항에 있어서,
    상기 정공 수송 영역은 하기 화학식 H-1로 표시되는 아민 화합물을 포함하는 발광 소자:
    [화학식 H-1]
    Figure pat00186

    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 헤테로아릴렌기이고,
    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 헤테로아릴기이고,
    Ar3은 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기이다.
  11. 제 2항에 있어서,
    상기 발광층은 하기 화합물군 1의 다환 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자:
    [화합물군 1]
    Figure pat00187
    Figure pat00188
    Figure pat00189
    Figure pat00190
    Figure pat00191
    Figure pat00192
    Figure pat00193
    Figure pat00194
    Figure pat00195
    Figure pat00196
    Figure pat00197
    Figure pat00198
    Figure pat00199
    Figure pat00200
    Figure pat00201
    Figure pat00202
    Figure pat00203
    Figure pat00204
    Figure pat00205
    Figure pat00206
    Figure pat00207
    Figure pat00208
    Figure pat00209

    상기 화합물군 1의 화합물들에서, Ph는 페닐기이고, Mes는 메시틸기이며, D는 중수소 원자이다.
  12. 하기 화학식 1로 표시되는 다환 화합물:
    [화학식 1]
    Figure pat00210

    상기 화학식 1에서,
    W1은 치환 또는 비치환된 카바졸기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기, 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기이고,
    Q1은 NR16, O, 또는 S이고,
    R1 내지 R16은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 20 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 서로 인접하는 기에 하기 화학식 2가 결합되고,
    [화학식 2]
    Figure pat00211

    상기 화학식 2에서,
    Q2 및 Q3은 각각 독립적으로 NR23, O, 또는 S이고
    m1은 1 이상 3 이하의 정수이고,
    m2는 1 이상 4 이하의 정수이고,
    R21 내지 R23은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 20 이하의 헤테로아릴기이다.
  13. 제 12항에 있어서
    상기 화학식 1은 하기 화학식 1-A1 내지 화학식 1-A4 중 어느 하나로 표시되는 다환 화합물:
    [화학식 1-A1]
    Figure pat00212

    [화학식 1-A2]
    Figure pat00213

    [화학식 1-A3]
    Figure pat00214

    [화학식 1-A4]
    Figure pat00215

    상기 화학식 1-A1 내지 화학식 1-A4에서,
    m31은 1 이상 8 이하의 정수이고,
    m32는 1 이상 7 이하의 정수이고,
    R31 내지 R33은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴기이고,
    Q1, 및 R1 내지 R15는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  14. 제 13항에 있어서,
    R32는 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 비치환된 나프틸기, 비치환된 페난트릴기, 또는 비치환된 안트라세닐기인 다환 화합물.
  15. 제 12항에 있어서
    상기 화학식 1은 하기 화학식 1-B1 또는 화학식 1-B2로 표시되는 다환 화합물:
    [화학식 1-B1]
    Figure pat00216

    [화학식 1-B2]
    Figure pat00217

    상기 화학식 1-B1 및 화학식 1-B2에서,
    Q1 내지 Q3, R1 내지 R15, m1, m2, R21, R22, 및 W1은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  16. 제 15항에 있어서
    상기 화학식 1-B1은 화학식 1-B1-1 내지 화학식 1-B1-4 중 어느 하나로 표시되는 다환 화합물:
    [화학식 1-B1-1]
    Figure pat00218

    [화학식 1-B1-2]
    Figure pat00219

    [화학식 1-B1-3]
    Figure pat00220

    [화학식 1-B1-4]
    Figure pat00221

    상기 화학식 1-B1-1 내지 화학식 1-B1-4에서,
    m41은 1 이상 8 이하의 정수이고,
    m42는 1 이상 7 이하의 정수이고,
    R41 내지 R43은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴기이고,
    Q1 내지 Q3, R1 내지 R7, R12 내지 R15, m1, m2, R21 및 R22는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 화학식 1-B2는 화학식 1-B2-1 내지 화학식 1-B2-4 중 어느 하나로 표시되는 다환 화합물:
    [화학식 1-B2-1]
    Figure pat00222

    [화학식 1-B2-2]
    Figure pat00223

    [화학식 1-B2-3]
    Figure pat00224

    [화학식 1-B2-4]
    Figure pat00225

    상기 화학식 1-B2-1 내지 화학식 1-B2-4에서,
    m41은 1 이상 8 이하의 정수이고,
    m42는 1 이상 7 이하의 정수이고,
    R41 내지 R43은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴기이고,
    Q1 내지 Q3, R1 내지 R3, R8 내지 R15, m1, m2, R21 및 R22는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  18. 제 12항에 있어서,
    R2는 하기 R2-1 내지 R2-5 중 어느 하나로 표시되는 다환 화합물:
    Figure pat00226

    상기 R2-1에서,
    m11 및 m12는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이고,
    R51 및 R52는 각각 독립적으로 메틸기, 페닐기, 카바졸기, 또는 디벤조퓨란기이다.
  19. 제 12항에 있어서
    상기 화학식 1로 표시되는 다환 화합물은 열활성 지연 형광 발광 재료인 다환 화합물.
  20. 제 12항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 어느 하나인 다환 화합물:
    [화합물군 1]
    Figure pat00227
    Figure pat00228
    Figure pat00229
    Figure pat00230
    Figure pat00231
    Figure pat00232
    Figure pat00233
    Figure pat00234
    Figure pat00235
    Figure pat00236
    Figure pat00237
    Figure pat00238
    Figure pat00239
    Figure pat00240
    Figure pat00241
    Figure pat00242
    Figure pat00243
    Figure pat00244
    Figure pat00245
    Figure pat00246
    Figure pat00247
    Figure pat00248
    Figure pat00249

    상기 화합물군 1의 화합물들에서, Ph는 페닐기이고, Mes는 메시틸기이며, D는 중수소 원자이다.
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