KR20220053059A - 발광 소자 및 발광 소자용 아민 화합물 - Google Patents

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Abstract

일 실시예의 발광 소자는 제1 전극, 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 적어도 하나의 기능층에 하기 화학식 1로 표시되는 아민 화합물을 포함하여 우수한 발광 효율 및 개선된 수명 특성을 나타낼 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00144

Description

발광 소자 및 발광 소자용 아민 화합물{LIGHT EMITTING DIVICE AND AMINE COMPOUND FOR THE SAME}
본 발명은 발광 소자 및 이에 사용되는 아민 화합물에 관한 것이며, 보다 상세하게는 정공 수송 재료로 사용되는 아민 화합물 및 이를 포함하는 발광 소자에 관한 것이다.
최근, 영상 표시 장치로서, 유기 전계 발광 표시 장치(Organic Electroluminescence Display Device) 등의 개발이 왕성하게 이루어져 왔다. 유기 전계 발광 표시 장치 등은 제1 전극 및 제2 전극으로부터 주입된 정공 및 전자를 발광층에서 재결합시킴으로써, 발광층의 발광 재료를 발광시켜 표시를 실현하는 소위 자발광형의 발광 소자를 포함한 표시 장치이다.
발광 소자를 표시 장치에 응용함에 있어서는, 저 구동 전압화, 고 발광 효율화 및 장수명화가 요구되고 있으며, 이를 안정적으로 구현할 수 있는 발광 소자용 재료 개발이 지속적으로 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 우수한 발광 효율 및 장수명 특성을 나타내는 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고효율 및 장수명 특성을 갖는 발광 소자용 재료인 아민 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 아민 화합물을 포함하는 적어도 하나의 기능층; 을 포함하는 발광 소자를 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서, Q1은 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고, R1과 R2, R2와 R3, 및 R3과 R4 중 선택된 한 쌍이 서로 결합하여 하기 화학식 2로 표시되는 고리를 형성하고, 나머지는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이다:
[화학식 2]
Figure pat00002
상기 화학식 2에서, Ar3은 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고, a1은 0 이상 4 이하의 정수이고, R5는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이다.
Q1은 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란, 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜, 치환 또는 비치환된 카바졸, 치환 또는 비치환된 디벤조실롤(dibenzosilole), 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜 술폰(Dibenzothiophene sulfone), 치환 또는 비치환된 피리딘, 치환 또는 비치환된 피리미딘, 또는 치환 또는 비치환된 트리아진일 수 있다.
상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-6 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 1-1]
Figure pat00003
[화학식 1-2]
Figure pat00004
[화학식 1-3]
Figure pat00005
[화학식 1-4]
Figure pat00006
[화학식 1-5]
Figure pat00007
[화학식 1-6]
Figure pat00008
상기 화학식 1-1 내지 화학식 1-6에서, Q1, Ar1 내지 Ar3, a1, R1 내지 R5는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
상기 화학식 1-2 내지 화학식 1-6에서, Q1은 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란, 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜일 수 있다.
상기 화학식 1은 하기 화학식 3으로 표시될 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00009
상기 화학식 3에서, a11, a13, 및 a14는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이고, a12는 0 이상 4 이하의 정수이고, R11 내지 R14 중 적어도 하나는 중수소 원자이고, 나머지는 수소 원자이다.
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 하기 A-1 내지 A-3 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
Figure pat00010
상기 A-1에서, Ar11은 수소 원자, 메틸기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기이다.
Ar1 및 Ar2는 동일한 것일 수 있다.
Ar3은 치환 또는 비치환된 페닐기, 비치환된 나프틸기, 비치환된 페난트릴기, 비치환된 트리페닐기, 비치환된 나프토 벤조퓨란기(naphtho benzofuran), 또는 비치환된 벤조 나프토 티오펜(benzo naphtho thiophene)기일 수 있다.
상기 아민 화합물은 최저 일중항 여기 에너지 준위와 최저 삼중항 여기 에너지 준위의 차이 값이 0.2 이하일 수 있다.
상기 적어도 하나의 기능층은 발광층, 상기 제1 전극과 상기 발광층 사이에 배치된 정공 수송 영역, 및 상기 발광층과 상기 제2 전극 사이에 배치된 전자 수송 영역을 포함하고, 상기 정공 수송 영역 및 상기 발광층 중 적어도 하나는 상기 아민 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
상기 적어도 하나의 기능층은 발광층, 상기 제1 전극과 상기 발광층 사이에 배치된 정공 수송 영역, 및 상기 발광층과 상기 제2 전극 사이에 배치된 전자 수송 영역을 포함하고, 상기 정공 수송 영역은 상기 제1 전극 상에 배치된 정공 주입층, 상기 정공 주입층 상에 배치된 정공 수송층, 및 상기 정공 수송층 상에 배치된 전자 저지층을 포함하고, 상기 정공 주입층, 상기 정공 수송층, 및 상기 전자 저지층 중 적어도 하나는 상기 아민 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예는 상기 화학식 1로 표시되는 아민 화합물을 제공한다.
상기 Q1은 하기 Q-1 내지 Q-8 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.
Figure pat00011
Figure pat00012
상기 Q-6에서, a51은 0 이상 2 이하의 정수이고, 상기 Q-7에서, a52는 0 이상 3 이하의 정수이고, 상기 Q-8에서, a53은 0 이상 4 이하의 정수이고, 상기 Q-3, 및 Q-5 내지 Q-8에서, R51 내지 R56은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이다.
일 실시예의 발광 소자는 정공 수송 영역에 일 실시예의 아민 화합물을 포함하여 고효율 및 장수명 특성을 나타낼 수 있다.
일 실시예의 아민 화합물은 발광 소자의 발광 효율 및 소자 수명을 개선할 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 실시예들에 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.
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 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 배치되는 것일 수 있다. 또한, 봉지층(TFE)은 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 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 면적 보다 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 제1 정공 수송층(HTL-1), 및 제2 정공 수송층(HTL-2)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. 제2 정공 수송층(HTL-2)과 발광층(EML) 사이에 전자 저지층(EBL, 도 5)이 배치될 수 있다.
도 4에 도시된 것과 달리, 제1 정공 수송층(HTL-1), 및 제2 정공 수송층(HTL-2) 중 어느 하나는 생략될 수 있다. 또한, 일 실시예의 발광 소자(ED)는 3개 이상의 정공 수송층들을 포함할 수 있다. 본 명세서에서, 정공 수송층(HTL)에 대한 설명은 제1 정공 수송층(HTL-1) 및 제2 정공 수송층(HTL-2) 각각에 동일하게 적용될 수 있다.
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. 일 실시예의 발광 소자(ED)에서 정공 수송 영역(HTR)은 일 실시예의 아민 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 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, 직접 결합(direct linkage)은 단일 결합을 의미하는 것일 수 있다.
한편, 본 명세서에서 "
Figure pat00013
" 및 "
Figure pat00014
" 는 연결되는 위치를 의미한다.
일 실시예의 발광 소자(ED)에서, 정공 수송 영역(HTR)은 하기 화학식 1로 표시되는 아민 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00015
화학식 1에서, Q1은 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다. Q1은 N, O, S, 및 Si 중 적어도 하나를 헤테로 원자로 포함하는 헤테로아릴기일 수 있다. Q1은 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란, 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜, 치환 또는 비치환된 카바졸, 치환 또는 비치환된 디벤조실롤(dibenzosilole), 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜 술폰(Dibenzothiophene sulfone), 치환 또는 비치환된 피리딘, 치환 또는 비치환된 피리미딘, 또는 치환 또는 비치환된 트리아진일 수 있다.
Q1은 하기 Q-1 내지 Q-8 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.
Figure pat00016
Figure pat00017
Q-6에서, a51은 0 이상 2 이하의 정수일 수 있다. a51이 2인 경우, 복수의 R54는 동일하거나, 서로 상이한 것일 수 있다. Q-7에서, a52는 0 이상 3 이하의 정수일 수 있다. a52가 2 이상의 정수인 경우, 복수의 R55는 모두 동일하거나, 적어도 하나가 상이한 것일 수 있다. Q-8에서, a53은 0 이상 4 이하의 정수일 수 있다. a53이 2 이상의 정수인 경우, 복수의 R56은 모두 동일하거나, 적어도 하나가 상이한 것일 수 있다.
Q-3, 및 Q-5 내지 Q-8에서, R51 내지 R56은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다. 예를 들어, Q-3에서 R51은 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있다. Q-5에서, R52 및 R53은 각각 독립적으로 메틸기 또는 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있다. Q-5에서, R52 및 R53은 동일한 것일 수 있다. Q-6에서, R54는 비치환된 페닐기로 동일한 것일 수 있다. Q-7에서, R55는 수소 원자 또는 비치환된 페닐기일 수 있다. Q-8에서, R56는 수소 원자 또는 비치환된 페닐기일 수 있다.
화학식 1에서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다.
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 하기 A-1 내지 A-3 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.
Figure pat00018
A-1에서, Ar11은 수소 원자, 메틸기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기일 수 있다. 예를 들어, Ar11은 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 또는 비치환된 페난트릴기일 수 있다. Ar1 및 Ar2 중 적어도 하나는 A-1로 표시되는 것일 수 있다. Ar1 및 Ar2는 동일한 것일 수 있다. Ar1 및 Ar2는 A-1로 표시되는 것일 수 있다. 이와 달리, Ar1 및 Ar2는 상이한 것일 수 있다. 예를 들어, Ar1은 A-1로 표시되고, Ar2는 A-2 또는 A-3으로 표시되는 것일 수 있다.
화학식 1에서, R1과 R2, R2와 R3, 및 R3과 R4 중 선택된 한 쌍이 결합하여 하기 화학식 2로 표시되는 고리를 형성할 수 있고, 나머지는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00019
화학식 2에서, Ar3은 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다. Ar3은 치환 또는 비치환된 페닐기, 비치환된 나프틸기, 비치환된 페난트릴기, 비치환된 트리페닐기, 비치환된 나프토 벤조퓨란기(naphtho benzofuran), 또는 비치환된 벤조 나프토 티오펜(benzo naphtho thiophene)기일 수 있다.
a1은 0 이상 4 이하의 정수일 수 있다. a1이 2 이상의 정수인 경우, 복수의 R5는 동일하거나, 적어도 하나가 상이한 것일 수 있다.
R5는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다.
R1과 R2, R2와 R3, 및 R3과 R4 중 어느 한 쌍이 결합하여 화학식 2를 형성할 수 있다. R1과 R2가 결합하여 화학식 2를 형성하고, 화학식 2의 N은 R1 또는 R2에 결합할 수 있다. R2와 R3가 결합하여 화학식 2를 형성하고, 화학식 2의 N은 R2 또는 R3에 결합할 수 있다. R3과 R4이 결합하여 화학식 2를 형성하고, 화학식 2의 N은 R3 또는 R4에 결합할 수 있다.
일 실시예에서, 화학식 1은 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-6 중 어느 하나로 표시될 수 있다. 화학식 1-1은 R2와 R3이 결합하여 화학식 2를 형성하고, 화학식 2의 N은 R2에 결합한 경우를 나타낸 것이다. 화학식 1-2는 R1과 R2가 결합하여 화학식 2를 형성하고, 화학식 2의 N이 R1에 결합한 경우를 나타낸 것이다. 화학식 1-3은 R1과 R2과 결합하여 화학식 2를 형성하고, 화학식 2의 N이 R2에 결합한 경우를 나타낸 것이다. 화학식 1-4는 R2와 R3이 결합하여 화학식 2를 형성하고, 화학식 2의 N이 R3에 결합한 경우를 나타낸 것이다. 화학식 1-5는 R3과 R4가 결합하여 화학식 2를 형성하고, 화학식 2의 N이 R3에 결합한 경우를 나타낸 것이다. 화학식 1-6은 R3과 R4가 결합하여 화학식 2를 형성하고, 화학식 2의 N이 R4에 결합한 경우를 나타낸 것이다.
[화학식 1-1]
Figure pat00020
[화학식 1-2]
Figure pat00021
[화학식 1-3]
Figure pat00022
[화학식 1-4]
Figure pat00023
[화학식 1-5]
Figure pat00024
[화학식 1-6]
Figure pat00025
화학식 1-1 내지 화학식 1-6에서, Q1, Ar1 내지 Ar3, a1, R1 내지 R5는 화학식 1에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다. 화학식 1-2 내지 화학식 1-6에서, Q1은 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란, 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜일 수 있다. 예를 들어, 화학식 1-2 내지 화학식 1-6에서, Ar1 및 Ar2는 비치환된 바이페닐기일 수 있고, Ar3는 비치환된 페닐기일 수 있다.
한편, 화학식 1은 하기 화학식 3으로 표시되는 것일 수 있다. 화학식 3은 Q1이 비치환된 디벤조퓨란이고, Ar1 및 Ar2는 치환 또는 비치환된 바이페닐기이고, Ar3은 치환 또는 비치환된 페닐기인 경우를 나타낸 것이다.
[화학식 3]
Figure pat00026
화학식 3에서, a11, a13, 및 a14는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수일 수 있다. a12는 0 이상 4 이하의 정수일 수 있다. R11 내지 R14 중 적어도 하나는 중수소 원자이고, 나머지는 수소 원자일 수 있다. a11 내지 a14 중 적어도 하나는 0이 아닐 수 있다.
예를 들어, a11이 5이고 a12 내지 a14는 0이며, 복수의 R11은 중수소 원자일 수 있다. a12가 4이고 a11, a13 및 a14는 0이며, 복수의 R12는 중수소 원자일 수 있다. a13 및 a14는 5이고, a11 및 a12는 0이며, 복수의 R13 및 복수의 R14는 중수소 원자일 수 있다.
화학식 1로 표시되는 일 실시예의 아민 화합물은 하기 화합물군 1의 화합물들 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다. 일 실시예의 발광 소자(ED)의 정공 수송 영역(HTR)은 하기 화합물군 1에 개시된 아민 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
[화합물군 1]
Figure pat00027
Figure pat00028
Figure pat00029
Figure pat00030
Figure pat00031
Figure pat00032
Figure pat00033
Figure pat00034
Figure pat00035
화합물 125 내지 화합물 127에서 "D"는 중수소 원자이다.
화학식 1로 표시되는 일 실시예의 아민 화합물은 헤테로아릴기 및 치환된 카바졸기를 포함하는 것일 수 있다. 헤테로아릴기와 아민기는 카바졸기의 벤젠 고리에서 오르쏘(ortho) 위치에 결합된 것일 수 있다. 카바졸기에 결합된 헤테로아릴기는 아민기의 질소 원자의 전하 수송 특성을 향상시킬 수 있다. 일 실시예의 아민 화합물을 포함하는 정공 수송 영역에서는 정공 수송성이 증가되고, 발광층 내에서 정공과 전자의 재결합 확률이 향상될 수 있다. 따라서, 일 실시예의 아민 화합물을 포함하는 발광 소자는 우수한 발광 효율 특성을 나타낼 수 있다.
일 실시예에서, 정공 수송 영역(HTR)의 정공 수송층(HTL, HTL-1, HTL-2)은 일 실시예의 아민 화합물을 포함하는 것일 수 있다. 정공 수송 영역(HTR)이 제1 정공 수송층(HTL-1) 및 제2 정공 수송층(HTL-2)을 포함하는 경우, 제1 정공 수송층(HTL-1) 및 제2 정공 수송층(HTL-2) 중 적어도 하나는 일 실시예의 아민 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)은 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL), 버퍼층 또는 발광보조층(미도시), 및 전자 저지층(EBL) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 정공 수송 영역(HTR)은 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL), 및 전자 저지층(EBL)을 포함하고, 정공 수송층(HTL)은 일 실시예의 아민 화합물을 포함하는 것일 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 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 실시예의 발광 소자(ED)는 상술한 일 실시예의 아민 화합물 이외의 이하 서술하는 정공 수송 재료를 더 포함할 수 있다. 정공 수송 영역(HTR)은 하기 화학식 H-1로 표시되는 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 H-1]
Figure pat00036
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. 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.
상기 화학식 H-1로 표시되는 화합물은 모노아민 화합물일 수 있다. 또는, 상기 화학식 H-1로 표시되는 화합물은 Ar-1 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 pat00037
Figure pat00038
Figure pat00039
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.
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 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 상술한 일 실시예의 아민 화합물을 포함하는 것일 수 있다. 일 실시예의 아민 화합물은 발광층(EML)에서 도펀트 재료 또는 호스트 재료로 사용될 수 있다.
한편, 일 실시예의 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 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 포함할 수 있다. 하기 화학식 E-1로 표시되는 화합물은 형광 호스트재료로 사용될 수 있다.
[화학식 E-1]
Figure pat00040
화학식 E-1에서, R31 내지 R40은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 인접하는 기와 결합하여 고리를 형성하는 것일 수 있다. 한편, R31 내지 R40은 인접하는 기와 서로 결합하여 포화탄화수소 고리 또는 불포화탄화수소 고리를 형성할 수 있다.
화학식 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 pat00041
Figure pat00042
Figure pat00043
Figure pat00044
Figure pat00045
Figure pat00046
Figure pat00047
일 실시예에서 발광층(EML)은 하기 화학식 E-2a 또는 화학식 E-2b로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. 하기 화학식 E-2a 또는 화학식 E-2b로 표시되는 화합물은 인광 호스트재료로 사용될 수 있다.
[화학식 E-2a]
Figure pat00048
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 pat00049
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 pat00050
Figure pat00051
Figure pat00052
Figure pat00053
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), 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.
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 pat00054
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-a19 중 어느 하나로 표시될 수 있다. 하지만, 하기 화합물 M-a1 내지 M-a19는 예시적인 것으로 화학식 M-a로 표시되는 화합물이 하기 화합물 M-a1 내지 M-a19로 표시된 것에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00055
Figure pat00056
Figure pat00057
Figure pat00058
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 pat00059
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 pat00060
,
Figure pat00061
,
Figure pat00062
,
Figure pat00063
,
Figure pat00064
,
Figure pat00065
, 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 pat00066
Figure pat00067
Figure pat00068
Figure pat00069
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 내지 화학식 F-c 중 어느 하나로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. 하기 화학식 F-a 내지 화학식 F-c로 표시되는 화합물은 형광 도펀트 재료로 사용될 수 있다.
[화학식 F-a]
Figure pat00070
상기 화학식 F-a에서, Ra 내지 Rj 중 선택되는 두 개는 각각 독립적으로
Figure pat00071
로 치환되는 것일 수 있다. Ra 내지 Rj 중
Figure pat00072
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 pat00073
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 pat00074
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.
[화학식 F-c]
Figure pat00075
화학식 F-c에서, A1 및 A2는 각각 독립적으로, O, S, Se, 또는 NRm이고, Rm은 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다. R1 내지 R11는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 보릴기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성한다.
화학식 F-c에서 A1 및 A2는 각각 독립적으로 이웃하는 고리의 치환기들과 결합하여 축합고리를 형성할 수 있다. 예를 들어, A1 및 A2가 각각 독립적으로 NRm일 때, A1은 R4 또는 R5와 결합하여 고리를 형성하는 것일 수 있다. 또한, A2는 R7 또는 R8과 결합하여 고리를 형성하는 것일 수 있다.
일 실시예에서 발광층(EML)은 공지의 도펀트 재료로, 스티릴 유도체(예를 들어, 1, 4-bis[2-(3-N-ethylcarbazolyl)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 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.
발광층(EML)은 양자점(Quantum dot) 물질을 포함하는 것일 수 있다. 양자점의 코어는 II-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, IV족 원소, IV족 화합물 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다.
II-VI족 화합물은 CdSe, CdTe, CdS, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe, MgSe, MgS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, MgZnSe, MgZnS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 HgZnTeS, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
III-VI족 화합물은 In2S3, In2Se3 등과 같은 이원소 화합물, InGaS 3 , InGaSe3 등과 같은 삼원소 화합물, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
I-III-VI족 화합물은 AgInS, AgInS2, CuInS, CuInS2, AgGaS2, CuGaS2 CuGaO2, AgGaO2, AgAlO2 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물, 또는 AgInGaS2, CuInGaS2 등의 사원소 화합물로부터 선택될 수 있다.
III-V족 화합물은 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물, GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InGaP, InAlP, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물, 및 GaAlNP, GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 한편, III-V족 화합물은 II족 금속을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, III- II-V족 화합물로 InZnP 등이 선택될 수 있다.
IV-VI족 화합물은 SnS, SnSe, SnTe, PbS, PbSe, PbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; SnSeS, SnSeTe, SnSTe, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 SnPbSSe, SnPbSeTe, SnPbSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. IV족 원소로는 Si, Ge 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. IV족 화합물로는 SiC, SiGe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물일 수 있다.
이때, 이원소 화합물, 삼원소 화합물 또는 사원소 화합물은 균일한 농도로 입자 내에 존재하거나, 농도 분포가 부분적으로 다른 상태로 나누어져 동일 입자 내에 존재하는 것일 수 있다. 또한 하나의 양자점이 다른 양자점을 둘러싸는 코어/쉘 구조를 가질 수도 있다. 코어와 쉘의 계면은 쉘에 존재하는 원소의 농도가 중심으로 갈수록 낮아지는 농도 구배(gradient)를 가질 수 있다.
몇몇 실시예에서, 양자점은 전술한 나노 결정을 포함하는 코어 및 상기 코어를 둘러싸는 쉘을 포함하는 코어-쉘 구조를 가질 수 있다. 상기 양자점의 쉘은 상기 코어의 화학적 변성을 방지하여 반도체 특성을 유지하기 위한 보호층 역할 및/또는 양자점에 전기 영동 특성을 부여하기 위한 차징층(charging layer)의 역할을 수행할 수 있다. 상기 쉘은 단층 또는 다중층일 수 있다. 코어와 쉘의 계면은 쉘에 존재하는 원소의 농도가 중심으로 갈수록 낮아지는 농도 구배(gradient)를 가질 수 있다. 상기 양자점의 쉘의 예로는 금속 또는 비금속의 산화물, 반도체 화합물 또는 이들의 조합 등을 들 수 있다.
예를 들어, 상기 금속 또는 비금속의 산화물은 SiO2, Al2O3, TiO2, ZnO, MnO, Mn2O3, Mn3O4, CuO, FeO, Fe2O3, Fe3O4, CoO, Co3O4, NiO 등의 이원소 화합물, 또는 MgAl2O4, CoFe2O4, NiFe2O4, CoMn2O4등의 삼원소 화합물을 예시할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
또, 상기 반도체 화합물은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnSeS, ZnTeS, GaAs, GaP, GaSb, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InP, InGaP, InSb, AlAs, AlP, AlSb등을 예시할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
양자점은 약 45nm 이하, 바람직하게는 약 40nm 이하, 더욱 바람직하게는 약 30nm 이하의 발광 파장 스펙트럼의 반치폭(full width of half maximum, FWHM)을 가질 수 있으며, 이 범위에서 색순도나 색재현성을 향상시킬 수 있다. 또한 이러한 양자점을 통해 발광되는 광은 전 방향으로 방출되는바, 광 시야각이 향상될 수 있다.
또한, 양자점의 형태는 당 분야에서 일반적으로 사용하는 형태의 것으로 특별히 한정하지 않지만, 보다 구체적으로 구형, 피라미드형, 다중 가지형(multi-arm), 또는 입방체(cubic)의 나노 입자, 나노 튜브, 나노와이어, 나노 섬유, 나노 판상 입자 등의 형태의 것을 사용할 수 있다.
양자점은 입자 크기에 따라 방출하는 광의 색상을 조절 할 수 있으며, 이에 따라 양자점은 청색, 적색, 녹색 등 다양한 발광 색상을 가질 수 있다.
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 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 하기 화학식 ET-1로 표시되는 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 ET-1]
Figure pat00076
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, 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)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, 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 감소시킬 수 있다.
한편, 일 실시예의 발광 소자(ED)의 제2 전극(EL2) 상에는 캡핑층(CPL)이 더 배치될 수 있다. 캡핑층(CPL)은 단층 또는 다층일 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 pat00077
Figure pat00078
Figure pat00079
Figure pat00080
Figure pat00081
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 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)에 대하여는 상술한 내용과 동일한 내용이 적용될 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, 도7)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.
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 아민 화합물의 합성
먼저, 본 실시 형태에 따른 아민 화합물의 합성 방법에 대해서, 화합물 1, 2, 33, 41, 99 및 101의 합성 방법을 예시하여 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 아민 화합물의 합성법은 일 실시예로서, 본 발명의 실시형태에 따른 화합물의 합성법이 하기의 실시예에 한정되지 않는다.
(1) 화합물 1의 합성
일 실시예에 따른 아민 화합물 1은, 예를 들어, 하기 반응식 1의 단계에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 1]
Figure pat00082
[중간체 B의 합성]
아르곤 분위기 하, 500 mL의 3구 플라스크에, 화합물 A (5.0 g), Dibenzofuran-4-boronic acid (3.2 g), Tetrakis(triphenylphosphine)palladium(0) (Pd(PPh3)4, 1.7 g), Potassium carbonate (K2CO3, 4.1 g)를 넣고, 톨루엔(toluene), 물, 에탄올(Ethanol)의 혼합 용매 (10:2:1, 200 mL)에 용해하여, 80°C에서 12시간 가열 교반하였다. 물을 더하여 다이클로로메테인(CH2Cl2)으로 추출해, 유기층을 합하여 황산 마그네슘(MgSO4)으로 건조한 후, 용매를 감압 유거하였다. 얻어진 조생성물을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피(silica gel column chromatography)로 정제해, 중간체 B를 4.7 g (수율 75%) 얻었다. FAB-MS 측정에 의해 측정된 중간체 B의 분자량은 424이었다.
[화합물 1의 합성]
아르곤 분위기 하, 500 mL의 3구 플라스크에, 중간체 B (4.0 g), 4-Bromobiphenyl (4.4 g), Bis(dibenzylideneacetone)palladium(0) (Pd(dba)2, 0.5 g), Sodium tert-butoxide (NaOtBu, 2.7 g)를 넣고 톨루엔 (100 mL)에 용해하여, Tri-tert-butylphosphine (P(tBu)3, 2.0 M in toluene, 1.0 mL)을 더하여, 4시간 가열 환류하였다. 물을 더하여 다이클로로메테인으로 추출해, 유기층을 합하여 황산 마그네슘으로 건조한 후, 용매를 감압 유거하였다. 얻어진 조생성물을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제해, 화합물 1을 4.6 g (수율 68%) 얻었다. FAB-MS 측정에 의해 측정된 화합물 1의 분자량은 728이었다.
(2) 화합물 2의 합성
일 실시예에 따른 아민 화합물 2는, 예를 들어, 하기 반응식 2의 단계에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 2]
Figure pat00083
[중간체 C의 합성]
아르곤 분위기 하, 1000 mL의 3구 플라스크에, 화합물 A (25.0 g), Bis(pinacolato)diboron (29.2 g), [1,1'-Bis(diphenylphosphino)ferrocene]dichloropalladium(II) Dichloromethane Adduct (Pd(dppf)Cl2, 7.85 g), Potassium acetate (KOAc, 28.1 g)를 넣고, Dioxane (300 mL)에 용해해, 90°C에서 6시간 가열 교반하였다. 물을 더하여 다이클로로메테인으로 추출해, 유기층을 합하여 황산 마그네슘으로 건조한 후, 용매를 감압 유거하였다. 얻어진 조생성물을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제해, 중간체 C를 19.2 g (수율 65%) 얻었다. FAB-MS 측정에 의해 측정된 중간체 C의 분자량은 308이었다.
[중간체 D의 합성]
중간체 B의 합성과 동일한 방법으로, 화합물 A 대신 중간체 C (8.0 g)와 Dibenzofuran-4-boronic acid 대신 3-Bromodibenzofuran (5.1 g)으로부터 중간체 D를 5.4 g (수율 62%) 얻었다. FAB-MS 측정에 의해 측정된 중간체 D의 분자량은 424이었다.
[화합물 2의 합성]
화합물 1의 합성과 동일한 방법으로, 중간체 B 대신 중간체 D (5.0 g)와 4-Bromobiphenyl (5.1 g)로부터 화합물 2를 5.5 g (수율 65%) 얻었다. FAB-MS 측정에 의해 측정된 화합물 2의 분자량은 728이었다.
(3) 화합물 33의 합성
일 실시예에 따른 아민 화합물 33은, 예를 들어, 하기 반응식 3의 단계에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 3]
Figure pat00084
[중간체 E의 합성]
중간체 B의 합성과 동일한 방법으로, 화합물 A (5.0 g)와 Dibenzofuran-4-boronic acid 대신 Dibenzothiophene-4-boronic acid (3.4 g)로부터 중간체 E를 4.5 g (수율 70%) 얻었다. FAB-MS 측정에 의해 측정된 중간체 E의 분자량은 440이었다.
[화합물 33의 합성]
화합물 1의 합성과 동일한 방법으로, 중간체 B 대신 중간체 E (4.0 g)와 4-Bromobiphenyl (4.3 g)로부터 화합물 33을 4.0 g (수율 60%) 얻었다. FAB-MS 측정에 의해 측정된 화합물 33의 분자량은 744이었다.
(4) 화합물 41의 합성
일 실시예에 따른 아민 화합물 41은, 예를 들어, 하기 반응식 4의 단계에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 4]
Figure pat00085
화합물 1의 합성법과 동일한 방법으로, 중간체 B 대신 중간체 E (5.0 g)와 4-Bromobiphenyl 대신 2-(4-Bromophenyl)naphthalene (6.5 g)으로부터 화합물 41을 6.3 g (수율 66%) 얻었다. FAB-MS 측정에 의해 측정된 화합물 41의 분자량은 845이었다.
(5) 화합물 99의 합성
일 실시예에 따른 아민 화합물 99는, 예를 들어, 하기 반응식 5의 단계에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 5]
Figure pat00086
[중간체 F의 합성]
아르곤 분위기 하, 500 mL의 3구 플라스크에, 중간체 C (5.0 g), 2-Bromodibenzothiophene 5,5-Dioxide (4.2 g), Pd(PPh3)4 (1.5 g), K2CO3 (5.4 g)을 넣고, THF(Tetrahydrofuran), 물의 혼합 용매 (1:1, 200 mL)에 용해하여, 80°C에서 12시간 가열 교반하였다. 물을 더하여 다이클로로메테인으로 추출해, 유기층을 합하여 황산 마그네슘으로 건조한 후, 용매를 감압 유거하였다. 얻어진 조생성물을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제해, 중간체 F를 5.0 g (수율 82%) 얻었다. FAB-MS 측정에 의해 측정된 중간체 F의 분자량은 472이었다.
[화합물 99의 합성]
화합물 1의 합성법과 동일한 방법으로, 중간체 B 대신 중간체 F (5.0 g)와 4-Bromobiphenyl 대신 4-Bromotoluene (3.6 g)으로부터 화합물 99를 4.8 g (수율 70%) 얻었다. FAB-MS 측정에 의해 측정된 화합물 99의 분자량은 652이었다.
(6) 화합물 101의 합성
일 실시예에 따른 아민 화합물 101은, 예를 들어, 하기 반응식 6의 단계에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 6]
Figure pat00087
[중간체 G의 합성]
중간체 F의 합성법과 동일한 방법으로, 중간체 C (5.0 g)와 Bromodibenzothiophene 5,5-Dioxide 대신 2-Chloro-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine (3.8 g)으로부터 중간체 G를 5.1 g (수율 81%) 얻었다. FAB-MS 측정에 의해 측정된 중간체 G의 분자량은 489이었다.
[화합물 101의 합성]
화합물 1의 합성법과 동일한 방법으로, 중간체 B 대신 중간체 G (5.0 g)와 4-Bromobiphenyl 대신 Bromobenzene (3.2 g)으로부터 화합물 101을 4.4 g (수율 68%) 얻었다. FAB-MS 측정에 의해 측정된 화합물 101의 분자량은 641이었다.
2. 발광 소자의 제작 및 평가
(1) 비교예 1, 2 및 실시예 1 내지 4의 발광 소자 제작 및 평가
일 실시예의 아민 화합물, 또는 비교예 화합물 X-1, 및 X-2를 정공 수송층에 포함하는 발광 소자를 아래의 방법으로 제조하였다. 일 실시예의 아민 화합물인 화합물 1, 화합물 2, 화합물 33, 및 화합물 41을 정공 수송층 재료로 사용하여 실시예 1 내지 4의 발광 소자를 제작하였다. 비교예 1 및 2의 발광 소자는 각각 비교예 화합물 X-1 및 X-2를 정공 수송층에 사용하여 제작하였다.
유리 기판 상에 두께 1500Å의 ITO를 패터닝한 후, 초순수로 세척하고 초음파로 세정한 후 30분 동안 UV를 조사하고 이후 오존 처리를 실시하였다. 그 후, 600Å 두께로 2-TNATA를 증착하고, 실시예 화합물 또는 비교예 화합물을 300Å 두께로 증착하여 정공 수송 영역을 형성하였다.
다음으로, TBP와 ADN을 3:97의 비율로 공증착하여 두께 250Å의 발광층을 형성하였다. 이후 발광층 상에 Alq3으로 두께 250Å의 층을 형성하고, LiF로 두께 10Å의 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. 2-TNATA, TBP, ADN, 및 Alq3은 공지의 물질로, 시판품을 승화 정제하여 사용하였다.
Figure pat00088
(실시예 화합물)
Figure pat00089
(비교예 화합물)
Figure pat00090
아래 표 1에서는 실시예 및 비교예 발광 소자들의 발광 효율 및 소자 수명을 나타내었다. 표 1에서 발광 효율과 소자 수명은 상대적인 값이며, 비교예 1의 발광 소자의 발광 효율 및 소자 수명을 각각 100%로 하여 비교한 값을 나타낸 것이다. 발광 효율은 전류 밀도 10mA/cm2에 대한 발광 효율 값을 비교하여 나타낸 것이다. 발광 효율 측정 시, 하마마츠 포토닉스사(Hamamatsu Photonics)의 C9920-11 휘도 배향 특성 측정 장치를 이용하였다. 소자 수명(LT50)은 발광 소자의 밝기가 절반으로 감소하는 데 걸리는 시간을 비교하여 나타낸 것이다.
구 분 정공 수송층 발광 효율(%) 소자 수명 (LT50)
실시예 1 화합물 1 110% 110%
실시예 2 화합물 2 112% 120%
실시예 3 화합물 33 115% 120%
실시예 4 화합물 41 113% 150%
비교예 1 비교예 화합물 X-1 100% 100%
비교예 2 비교예 화합물 X-2 97% 100%
표 1을 참조하면, 비교예 1 및 2의 발광 소자에 비해, 실시예 1 내지 4의 발광 소자는 발광 효율 및 소자 수명이 우수한 것을 알 수 있다.
Figure pat00091
비교예 화합물 및 실시예 화합물에서는 카바졸기의 2번 탄소(C2)에 아민기가 결합되어 있다. 비교예 화합물 X-1 및 X-2는 카바졸기의 3번 탄소(C3)에 페닐기가 결합되어 있고, 일 실시예의 아민 화합물인 화합물 1, 2, 33, 및 41은 카바졸기의 3번 탄소(C3)에 디벤조퓨란, 또는 디벤조티오펜 등의 헤테로아릴기가 결합되어 있다. 화합물 1, 2, 33, 및 41에서는 페닐기보다 큰 부피를 갖는 헤테로아릴기를 포함하여, 아민기에 포함된 질소 원자의 전하 수송 능력이 개선될 수 있다. 또한, 화합물 1, 2, 33, 및 41에서는 아민기의 질소 원자와 인접한 위치에 상대적으로 부피가 큰 헤테로아릴기를 치환하여, 아민기의 질소 원자가 입체적으로 보호됨에 따라, 화합물의 안정성이 향상될 수 있다. 이에 따라, 일 실시예의 아민 화합물을 포함하는 발광 소자에서는 우수한 발광 효율 및 장수명의 특성을 나타내는 것으로 판단된다.
(2) 비교예 3 내지 5 및 실시예 5 내지 8의 발광 소자 제작 및 평가
일 실시예의 아민 화합물, 또는 비교예 화합물을 정공 수송층에 포함하는 발광 소자를 아래의 방법으로 제조하였다. 일 실시예의 아민 화합물인 화합물 1, 화합물 2, 화합물 33, 화합물 99, 및 화합물 101을 정공 수송층 또는 발광층 재료로 사용하여 실시예 5 내지 8의 발광 소자를 제작하였다. 비교예 4 및 5의 발광 소자는 각각 비교예 화합물 X-1 및 X-2를 정공 수송층에 사용하여 제작하였다. 실시예 8, 실시예 9 및 비교예 3의 발광 소자는 mCP를 정공 수송층의 재료로 사용하여 제작하였다.
유리 기판 상에 두께 1500Å의 ITO를 패터닝한 후, 초순수로 세척하고 초음파로 세정한 후 30분 동안 UV를 조사하고 이후 오존 처리를 실시하였다. 그 후, 100Å 두께로 HAT-CN를 증착하고, 800Å 두께로 α-NPD를 증착하고, 실시예 화합물 또는 비교예 화합물을 50Å 두께로 증착하여 정공 수송 영역을 형성하였다.
실시예 5 내지 7의 발광 소자 제작 시, 실시예 화합물인 화합물 1, 2, 및 33을 각각 사용하여 정공 수송층을 형성하였다. 실시예 8, 실시예 9, 및 비교예 3의 발광 소자 제작 시, mCP를 사용하여 정공 수송층을 형성하였다. 비교예 4 및 5의 발광 소자 제작 시, 비교예 화합물 X-1 및 X-2를 사용하여 정공 수송층을 형성하였다.
다음으로, 도펀트 재료와 mCBP를 5:95의 비율로 공증착하여 두께 200Å의 발광층을 형성하였다. 실시예 5 내지 7 및 비교예 3 내지 5의 발광 소자 제작 시, ACRSA를 도펀트 재료로 사용하였다. 실시예 8 및 9의 발광 소자 제작 시, 실시예 화합물인 화합물 99 및 101을 도펀트 재료로 사용하였다.
이후 발광층 상에 TPBi으로 두께 300Å의 층을 형성하고, LiF로 두께 5Å의 층을 형성하여 전자 수송 영역을 형성하였다. 다음으로, 알루미늄(Al)으로 두께 1000Å의 제2 전극을 형성하였다. HAT-CN, α-NPD, mCP, mCBP, ACRSA, 및 TPBi는 공지의 물질로, 시판품을 승화 정제하여 사용하였다.
(실시예 화합물)
Figure pat00092
Figure pat00093
(비교예 화합물)
Figure pat00094
아래 표 2에서는 실시예 및 비교예 발광 소자들의 발광 파장 및 발광 효율을 나타내었다. 표 2에서 발광 파장은 발광 스펙트럼에서 최대 값을 나타내는 발광 파장을 나타낸 것이다. 발광 효율은 상대적인 값이며, 비교예 3의 발광 소자의 발광 효율을 100%로 하여 비교한 값을 나타낸 것이다. 발광 효율은 전류 밀도 10mA/cm2에 대한 발광 효율 값을 비교하여 나타낸 것이다. 발광 효율 측정 시, 하마마츠 포토닉스사(Hamamatsu Photonics)의 C9920-11 휘도 배향 특성 측정 장치를 이용하였다.
구 분 정공 수송층 발광층 도펀트 발광 파장 (nm) 발광 효율 (%)
실시예 5 화합물 1 ACRSA 485 130%
실시예 6 화합물 2 ACRSA 485 110%
실시예 7 화합물 33 ACRSA 485 120%
실시예 8 mCP 화합물 99 487 105%
실시예 9 mCP 화합물 101 488 108%
비교예 3 mCP ACRSA 485 100%
비교예 4 비교예 화합물 X-1 ACRSA 485 103%
비교예 5 비교예 화합물 X-2 ACRSA 485 95%
표 2를 참조하면, 비교예 4 및 5의 발광 소자에 비해, 실시예 5 내지 7의 발광 소자는 발광 효율이 우수한 것을 알 수 있다. 또한, 공지의 물질인 mCP 및 ACRSA를 사용하여 제작된 비교예 3의 발광 소자에 비해, 실시예 8 및 9의 발광 소자는 개선된 발광 효율을 나타내는 것을 알 수 있다. 공지의 물질인 mCP를 사용하여 제작된 비교예 3의 발광 소자에 비해, 실시예 5 내지 7의 발광 소자는 발광 효율이 향상된 것을 알 수 있다.
실시예 5 내지 9의 발광 소자와 비교예 3 내지 5의 발광 소자는 400nm 이상 500nm 이하의 청색 광을 발광하는 것을 알 수 있다. 공지의 물질인 mCP는 청색 발광을 하는 열 활성 지연 형광(TADF, Thermally Activated Delayed Fluorescence) 소자의 정공 수송 재료로 사용될 수 있다. 또한, mCP는 청색 발광을 하는 인광 소자의 정공 수송 재료로 사용될 수 있다.
비교예 화합물 X-1 및 X-2는 카바졸기의 3번 탄소에 페닐기가 결합되어 있고, 일 실시예의 아민 화합물인 화합물 1, 2, 및 33은 카바졸기의 3번 탄소에 헤테로아릴기가 결합되어 있다. 페닐기에 비해 부피가 큰 헤테로아릴기는 카바졸기에 결합된 아민기의 질소 원자의 전하 수송 특성을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 일 실시예의 아민 화합물은 발광 소자의 정공 수송 재료로 사용되어 발광 효율 개선에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
(화합물의 에너지 준위 평가)
한편, 아래 표 3은 실시예 화합물인 화합물 99 및 101의 에너지 준위를 평가하여 나타낸 것이다. 표 3에서는 실시예 화합물들의 최저 일중항 여기 에너지 준위(S1 level)와 최저 삼중항 여기 에너지 준위(T1 level), 및 ΔEST 값을 나타내었다.
표 3에서 에너지 준위 값들은 비경험적 분자 궤도법에 의해 계산되었다. 구체적으로 Gaussian 사의 Gaussian 09를 사용하여 B3LYP/6-31G(d)로 계산되었다. ΔEST는 최저 일중항 여기 에너지 준위(S1 level)와 최저 삼중항 여기 에너지 준위(T1 level)의 차이를 나타낸 것이다.
구 분 S1 (eV) T1 (eV) ΔEST (eV)
화합물 99 2.78 2.69 0.09
화합물 101 2.67 2.58 0.09
ACRSA 2.85 2.82 0.03
표 3을 참조하면, ACRSA와 일 실시예의 아민 화합물인 화합물 99 및 화합물 101의 ΔEST는 0.2 이하의 작은 값을 나타내는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 일 실시예의 아민 화합물은 열활성 지연 형광(TADF) 재료로 사용 가능할 것으로 판단된다. 또한, 표 3과 함께 표 2의 실시예 8 및 9의 발광 소자와 비교예 3의 발광 소자에 대한 평가 결과를 참조하면, 공지의 물질인 ACRSA와 유사한 메커니즘에 의해 화합물 99 및 화합물 101이 청색 발광을 하는 것으로 판단된다.
(3) 비교예 6 내지 10 및 실시예 10 내지 12의 발광 소자 제작 및 평가
일 실시예의 아민 화합물 또는 비교예 화합물을 정공 수송층에 포함하는 발광 소자를 아래의 방법으로 제조하였다. 화합물 1, 화합물 2, 및 화합물 33의 아민 화합물을 정공 수송층 재료로 사용하여 실시예 10 내지 12의 발광 소자를 제작하였다. 비교예 6의 발광 소자는 mCP를 정공 수송층의 재료로 사용하여 제작하였다. 비교예 7 내지 10의 발광 소자는 각각 비교예 화합물 X-1 내지 X-4를 정공 수송층에 사용하여 제작하였다.
유리 기판 상에 두께 1500Å의 ITO를 패터닝한 후, 초순수로 세척하고 초음파로 세정한 후 30분 동안 UV를 조사하고 이후 오존 처리를 실시하였다. 그 후, 100Å 두께로 HAT-CN를 증착하고, 800Å 두께로 TAPC를 증착하고, 실시예 화합물 또는 비교예 화합물을 50Å 두께로 증착하여 정공 수송 영역을 형성하였다.
실시예 10 내지 12의 발광 소자 제작 시, 실시예 화합물인 화합물 1, 2, 및 33을 각각 사용하여 정공 수송층을 형성하였다. 비교예 6의 발광 소자 제작 시, mCP를 사용하여 정공 수송층을 형성하였다. 비교예 7 내지 10의 발광 소자 제작 시, 비교예 화합물 X-1 내지 X-4를 각각 사용하여 정공 수송층을 형성하였다.
다음으로, Flrpic와 mCBP를 5:95의 비율로 공증착하여 두께 200Å의 발광층을 형성하였다. 이후 발광층 상에 TmPyPB으로 두께 300Å의 층을 형성하고, LiF로 두께 5Å의 층을 형성하여 전자 수송 영역을 형성하였다. 다음으로, 알루미늄(Al)으로 두께 1000Å의 제2 전극을 형성하였다.
Figure pat00095
Figure pat00096
실시예에서, 정공 수송 영역, 발광층, 전자 수송 영역, 및 제2 전극은 진공 증착 장치를 이용하여 형성하였다. HAT-CN, TAPC, mCBP, FIrpic, 및 TmPyPB는 공지의 물질로, 시판품을 승화 정제하여 사용하였다.
(실시예 화합물)
Figure pat00097
(비교예 화합물)
Figure pat00098
Figure pat00099
아래 표 4에서는 실시예 및 비교예 발광 소자들의 발광 효율을 나타내었다. 표 4에서 발광 효율은 상대적인 값이며, 비교예 6의 발광 소자의 발광 효율을 100%로 하여 비교한 값을 나타낸 것이다. 발광 효율은 전류 밀도 10mA/cm2에 대한 발광 효율 값을 비교하여 나타낸 것이다. 발광 효율 측정 시, 하마마츠 포토닉스사(Hamamatsu Photonics)의 C9920-11 휘도 배향 특성 측정 장치를 이용하였다.
구 분 정공 수송층 발광층 도펀트 발광 효율 (%)
실시예 10 화합물 1 Flrpic 122%
실시예 11 화합물 2 Flrpic 108%
실시예 12 화합물 33 Flrpic 115%
비교예 6 mCP Flrpic 100%
비교예 7 비교예 화합물 X-1 Flrpic 102%
비교예 8 비교예 화합물 X-2 Flrpic 96%
비교예 9 비교예 화합물 X-3 Flrpic 105%
비교예 10 비교예 화합물 X-4 Flrpic 95%
표 4를 참조하면, 비교예 6 내지 10의 발광 소자에 비해, 실시예 10 내지 12의 발광 소자는 우수한 발광 효율을 나타내는 것을 알 수 있다. 실시예 10 내지 12의 발광 소자는 일 실시예의 아민 화합물인 화합물 1, 2, 및 33을 포함하는 것이다.
일 실시예의 아민 화합물은 카바졸기의 3번 탄소에 헤테로아릴기가 결합되어 있으며, 비교예 화합물 X-1, X-3, 및 X-4는 카바졸기의 3번 탄소에 페닐기가 결합되어 있다. 비교예 화합물 X-2는 카바졸기의 탄소에 페닐기가 결합되어 있다. 페닐기에 비해 부피가 큰 헤테로아릴기는 카바졸기에 결합된 아민기의 질소 원자의 전하 수송 특성 개선에 기여할 수 있다. 이에 따라, 일 실시예의 아민 화합물을 포함하는 발광 소자는 개선된 발광 효율을 나타내는 것으로 판단된다.
(4) 비교예 11 및 실시예 13 내지 22의 발광 소자 제작 및 평가
일 실시예의 아민 화합물 또는 비교예 화합물을 정공 수송층, 또는 발광층에 포함하는 발광 소자를 아래의 방법으로 제조하였다. 비교예 11 및 실시예 13 내지 22의 발광 소자는 제1 정공 수송층 및 제2 정공 수송층을 포함하는 것이다.
일 실시예의 아민 화합물인 화합물 1, 화합물 2, 및 화합물 33 중 적어도 하나를 제1 정공 수송층 또는 제2 정공 수송층에 사용하여, 실시예 13 내지 22의 발광 소자를 제작하였다. 또한, 일 실시예의 아민 화합물인 화합물 67 및 화합물 102 중 어느 하나를 발광층의 호스트 재료로 사용하여, 실시예 19 내지 22의 발광 소자를 제작하였다.
유리 기판 상에 두께 1500Å의 ITO를 패터닝한 후, 초순수로 세척하고 초음파로 세정한 후 30분 동안 UV를 조사하고 이후 오존 처리를 실시하였다. 그 후, TCTA 또는 실시예 화합물을 900Å 두께로 증착하여 제1 정공 수송층을 형성하고, TCTA 또는 실시예 화합물을 50Å 두께로 증착하여 제2 정공 수송층을 형성하였다.
실시예 13 내지 15, 및 19 내지 22의 발광 소자에서는 TCTA를 사용하여 제1 정공 수송층을 형성하였다. 실시예 16 내지 18의 발광 소자에서는 일 실시예의 아민 화합물인 화합물 1, 화합물 2, 또는 화합물 33을 사용하여 제1 정공 수송층을 형성하였다. 실시예 13 내지 22의 발광 소자에서는 일 실시예의 아민 화합물인 화합물 1, 화합물 2, 또는 화합물 33을 사용하여 제2 정공 수송층을 형성하였다. 비교예 11의 발광 소자에서는 TCTA를 사용하여 제1 정공 수송층 및 제2 정공 수송층을 형성하였다.
다음으로, 화합물 E-1과 호스트 재료를 7.5:92.5의 비율로 공증착하여 두께 300Å의 발광층을 형성하였다. 이후 발광층 상에 화합물 E-2로 두께 250Å의 층을 형성하고, Alq3으로 두께 50Å의 층을 형성하고, LiF로 두께 1Å의 층을 형성하여 전자 수송 영역을 형성하였다. 다음으로, 알루미늄(Al)으로 두께 1000Å의 제2 전극을 형성하였다.
Figure pat00100
실시예에서, 정공 수송 영역, 발광층, 전자 수송 영역, 및 제2 전극은 진공 증착 장치를 이용하여 형성하였다.
(실시예 화합물)
Figure pat00101
Figure pat00102
(비교예 화합물)
Figure pat00103
아래 표 5에서는 실시예 및 비교예 발광 소자들의 발광 효율을 나타내었다. 표 5에서 발광 효율은 상대적인 값이며, 비교예 9의 발광 소자의 발광 효율을 100%로 하여 비교한 값을 나타낸 것이다. 발광 효율은 전류 밀도 10mA/cm2에 대한 발광 효율 값을 비교하여 나타낸 것이다. 발광 효율 측정 시, 하마마츠 포토닉스사(Hamamatsu Photonics)의 C9920-11 휘도 배향 특성 측정 장치를 이용하였다.
구 분 제1
정공 수송층		 제2
정공 수송층		 발광층 호스트 발광 효율 (%)
실시예 13 TCTA 화합물 1 비교예 화합물 X-5 160%
실시예 14 TCTA 화합물 2 비교예 화합물 X-5 140%
실시예 15 TCTA 화합물 33 비교예 화합물 X-5 150%
실시예 16 화합물 1 화합물 1 비교예 화합물 X-5 140%
실시예 17 화합물 2 화합물 2 비교예 화합물 X-5 120%
실시예 18 화합물 33 화합물 33 비교예 화합물 X-5 130%
실시예 19 TCTA 화합물 1 화합물 67 130%
실시예 20 TCTA 화합물 1 화합물 102 120%
실시예 21 TCTA 화합물 33 화합물 67 120%
실시예 22 TCTA 화합물 33 화합물 102 120%
비교예 11 TCTA TCTA 비교예 화합물 X-5 100%
표 5를 참조하면, 비교예 11의 발광 소자에 비해 실시예 13 내지 22의 발광 소자는 우수한 발광 효율을 나타내는 것을 알 수 있다. 특히, 실시예 13 내지 15의 발광 소자는 발광 효율이 더 우수한 것을 알 수 있다. 화합물 1, 2, 및 33은 카바졸기의 질소 원자를 제외하고 하나의 질소 원자를 포함하는 것이다. 카바졸기의 질소 원자를 제외하고 하나의 질소 원자를 포함하는 화합물 1, 2, 및 33가 포함된 실시예 13 내지 15의 발광 소자는 정공 수송층으로부터 발광층으로 정공의 수송 특성이 향상된 것으로 판단된다. 따라서, 정공 수송층 및 발광층 중 적어도 하나에 일 실시예의 아민 화합물을 포함하는 발광 소자는 개선된 발광 효율을 나타낼 것으로 판단된다. 일 실시예의 아민 화합물은 카바졸기를 포함하며, 카바졸기의 2번 탄소에 아민기가 결합되고 3번 탄소에 헤테로아릴기가 결합된 것일 수 있다. 아민기와 헤테로아릴기는 오르쏘 위치에 결합된 것일 수 있다. 부피가 큰 헤테로아릴기는 아민기의 질소 원자의 전하 수송 능력 향상에 기여할 수 있다. 따라서, 일 실시예의 아민 화합물을 포함하는 발광 소자는 정공 수송 특성이 개선될 수 있으며, 정공 수송 특성이 개선됨에 따라 우수한 발광 효율 특성을 나타낼 수 있다.
일 실시예의 발광 소자는 발광층 및 정공 수송 영역 중 적어도 하나의 기능층에 일 실시예의 아민 화합물을 포함하여, 우수한 발광 효율 및 개선된 소자 수명 특성을 나타낼 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 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 CPL: 캡핑층

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 아민 화합물을 포함하는 적어도 하나의 기능층; 을 포함하는 발광 소자:
    [화학식 1]
    Figure pat00104

    상기 화학식 1에서,
    Q1은 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고,
    Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고,
    R1과 R2, R2와 R3, 및 R3과 R4 중 선택된 한 쌍이 서로 결합하여 하기 화학식 2로 표시되는 고리를 형성하고, 나머지는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이다:
    [화학식 2]
    Figure pat00105

    상기 화학식 2에서,
    Ar3은 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고,
    a1은 0 이상 4 이하의 정수이고,
    R5는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이다.
  2. 제 1항에 있어서,
    Q1은 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란, 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜, 치환 또는 비치환된 카바졸, 치환 또는 비치환된 디벤조실롤(dibenzosilole), 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜 술폰(Dibenzothiophene sulfone), 치환 또는 비치환된 피리딘, 치환 또는 비치환된 피리미딘, 또는 치환 또는 비치환된 트리아진인 발광 소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-6 중 어느 하나로 표시되는 발광 소자:
    [화학식 1-1]
    Figure pat00106

    [화학식 1-2]
    Figure pat00107

    [화학식 1-3]
    Figure pat00108

    [화학식 1-4]
    Figure pat00109

    [화학식 1-5]
    Figure pat00110

    [화학식 1-6]
    Figure pat00111

    상기 화학식 1-1 내지 화학식 1-6에서,
    Q1, Ar1 내지 Ar3, a1, R1 내지 R5는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 3으로 표시되는 발광 소자:
    [화학식 3]
    Figure pat00112

    상기 화학식 3에서,
    a11, a13, 및 a14는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이고,
    a12는 0 이상 4 이하의 정수이고,
    R11 내지 R14 중 적어도 하나는 중수소 원자이고, 나머지는 수소 원자이다.
  5. 제 1항에 있어서,
    Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 하기 A-1 내지 A-3 중 어느 하나로 표시되는 발광 소자:
    Figure pat00113

    상기 A-1에서,
    Ar11은 수소 원자, 메틸기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기이다.
  6. 제 1항에 있어서,
    Ar1 및 Ar2는 동일한 발광 소자.
  7. 제 1항에 있어서,
    Ar3은 치환 또는 비치환된 페닐기, 비치환된 나프틸기, 비치환된 페난트릴기, 비치환된 트리페닐기, 비치환된 나프토 벤조퓨란기(naphtho benzofuran), 또는 비치환된 벤조 나프토 티오펜(benzo naphtho thiophene)기인 발광 소자.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 아민 화합물은 최저 일중항 여기 에너지 준위와 최저 삼중항 여기 에너지 준위의 차이 값이 0.2 이하인 발광 소자.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 기능층은 발광층, 상기 제1 전극과 상기 발광층 사이에 배치된 정공 수송 영역, 및 상기 발광층과 상기 제2 전극 사이에 배치된 전자 수송 영역을 포함하고,
    상기 정공 수송 영역 및 상기 발광층 중 적어도 하나는 상기 아민 화합물을 포함하는 발광 소자.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 기능층은 발광층, 상기 제1 전극과 상기 발광층 사이에 배치된 정공 수송 영역, 및 상기 발광층과 상기 제2 전극 사이에 배치된 전자 수송 영역을 포함하고,
    상기 정공 수송 영역은 상기 제1 전극 상에 배치된 정공 주입층, 상기 정공 주입층 상에 배치된 정공 수송층, 및 상기 정공 수송층 상에 배치된 전자 저지층을 포함하고,
    상기 정공 주입층, 상기 정공 수송층, 및 상기 전자 저지층 중 적어도 하나는 상기 아민 화합물을 포함하는 발광 소자.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 아민 화합물은 하기 화합물군 1의 화합물들 중 어느 하나로 표시되는 발광 소자:
    [화합물군 1]
    Figure pat00114

    Figure pat00115

    Figure pat00116

    Figure pat00117

    Figure pat00118

    Figure pat00119

    Figure pat00120

    Figure pat00121

    Figure pat00122

    상기 화합물 125 내지 화합물 127에서 "D"는 중수소 원자이다.
  12. 하기 화학식 1로 표시되는 아민 화합물:
    [화학식 1]
    Figure pat00123

    상기 화학식 1에서,
    Q1은 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고,
    Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고,
    R1과 R2, R2와 R3, 및 R3과 R4 중 선택된 한 쌍이 서로 결합하여 하기 화학식 2로 표시되는 고리를 형성하고, 나머지는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이다:
    [화학식 2]
    Figure pat00124

    상기 화학식 2에서,
    Ar3은 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고,
    a1은 0 이상 4 이하의 정수이고,
    R5는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이다.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-6 중 어느 하나로 표시되는 아민 화합물:
    [화학식 1-1]
    Figure pat00125

    [화학식 1-2]
    Figure pat00126

    [화학식 1-3]
    Figure pat00127

    [화학식 1-4]
    Figure pat00128

    [화학식 1-5]
    Figure pat00129

    [화학식 1-6]
    Figure pat00130

    상기 화학식 1-1 내지 화학식 1-6에서,
    Q1, Ar1 내지 Ar3, a1, R1 내지 R5는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 화학식 1-2 내지 화학식 1-6에서,
    Q1은 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란, 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜인 아민 화합물.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 Q1은 하기 Q-1 내지 Q-8 중 어느 하나로 표시되는 아민 화합물:
    Figure pat00131

    Figure pat00132

    상기 Q-6에서, a51은 0 이상 2 이하의 정수이고,
    상기 Q-7에서, a52는 0 이상 3 이하의 정수이고,
    상기 Q-8에서, a53은 0 이상 4 이하의 정수이고,
    상기 Q-3, 및 Q-5 내지 Q-8에서,
    R51 내지 R56은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이다.
  16. 제 12항에 있어서,
    Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 하기 A-1 내지 A-3 중 어느 하나로 표시되는 아민 화합물:
    Figure pat00133

    상기 A-1에서,
    Ar11은 수소 원자, 메틸기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기이다.
  17. 제 12항에 있어서,
    Ar1 및 Ar2는 동일한 아민 화합물.
  18. 제 12항에 있어서,
    Ar3은 치환 또는 비치환된 페닐기, 비치환된 나프틸기, 비치환된 페난트릴기, 비치환된 트리페닐기, 비치환된 나프토 벤조퓨란기(naphtho benzofuran), 또는 비치환된 벤조 나프토 티오펜(benzo naphtho thiophene)기인 아민 화합물.
  19. 제 12항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 3으로 표시되는 아민 화합물:
    [화학식 3]
    Figure pat00134

    상기 화학식 3에서,
    a11, a13, 및 a14는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이고,
    a12는 0 이상 4 이하의 정수이고,
    R11 내지 R14 중 적어도 하나는 중수소 원자이고, 나머지는 수소 원자이다.
  20. 제 12항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화합물군 1의 화합물들 중 어느 하나로 표시되는 아민 화합물:
    [화합물군 1]
    Figure pat00135

    Figure pat00136

    Figure pat00137

    Figure pat00138

    Figure pat00139

    Figure pat00140

    Figure pat00141

    Figure pat00142

    Figure pat00143

    상기 화합물 125 내지 화합물 127에서 "D"는 중수소 원자이다.
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