KR20230038618A - 발광 소자 및 발광 소자용 다환 화합물 - Google Patents

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Abstract

일 실시예의 발광 소자는 제1 전극, 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되고 특정 화학식 구조의 다환 화합물을 포함하는 적어도 하나의 기능층을 포함하여 고효율 및 장수명 특성을 나타낼 수 있다.

Description

발광 소자 및 발광 소자용 다환 화합물{LIGHT EMITTING ELEMENT AND POLYCYCLIC COMPOUND FOR THE SAME}
본 발명은 발광 소자 및 이에 사용되는 다환 화합물에 관한 것이며, 보다 상세하게는 정공 수송 영역에 사용되는 다환 화합물 및 이를 포함하는 발광 소자에 관한 것이다.
최근, 영상 표시 장치로서, 발광 표시 장치(Luminescence Display)의 개발이 왕성하게 이루어져 왔다. 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.
발광 소자를 표시 장치에 응용함에 있어서는, 발광 소자의 저 구동 전압화, 고 발광 효율화 및 장수명화가 요구되고 있으며, 이를 안정적으로 구현할 수 있는 발광 소자용 재료 개발이 지속적으로 요구되고 있다.
또한, 고효율 유기 전계 발광 소자를 구현하기 위해 발광층의 엑시톤 에너지의 확산 등을 억제하기 위한 정공 수송층의 재료에 대한 개발이 진행되고 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 다환 화합물을 제공하는 것이다.
일 실시예는 하기 화학식 1로 표시되는 다환 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 5 이상 40 이하의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 20 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 20 이하의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬티오기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 40 이하의 고리형성 아릴티오기, 또는 실릴기이고, a는 0 이상 4 이하의 정수이고, b는 1 이상 4 이하의 정수이고, R3 중 어느 하나는 하기 화학식 2로 표시되며 카바졸기의 질소 원자에 결합한 페닐기와 오쏘(ortho), 메타(meta) 또는 파라(para) 관계로 결합하고, 나머지는 수소 원자 또는 중수소 원자 이고,
[화학식 2]
Figure pat00002
상기 화학식 2에서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 5 이상 40 이하의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 20 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 20 이하의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬티오기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴티오기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하거나, 또는 상기 Ar1 및 Ar2가 서로 결합하여 고리를 형성하고,
Figure pat00003
는 상기 화학식 1에 결합하는 위치이고, 상기 화학식 2로 표시되는 어느 하나의 R3이 카바졸기의 질소 원자에 결합한 페닐기와 오쏘(ortho) 관계로 결합하며 상기 Ar1 및 상기 Ar2가 서로 결합하여 고리를 형성하는 경우, a≥1 이며 상기 R1 및 상기 R2가 알킬기를 포함하지 않고, 상기 화학식 2로 표시되는 어느 하나의 R3이 카바졸기의 질소 원자에 결합한 페닐기와 파라(para) 관계로 결합하며, 상기 Ar1 및 상기 Ar2가 서로 결합하여 고리를 형성하지 않는 경우, a≥1 이며, 상기 화학식 1 및 상기 화학식 2에 임의의 수소가 중수소로 치환된 화합물을 포함한다.
상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-3 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 1-1]
Figure pat00004
[화학식 1-2]
Figure pat00005
[화학식 1-3]
Figure pat00006
상기 화학식 1-1 내지 1-3에서, R1, R2, a 및 b는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하고, Ar1 및 Ar2는 상기 화학식 2에서 정의한 바와 동일하다.
상기 화학식 2는 하기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시될 수 있다.
[화학식 2-1]
Figure pat00007
상기 화학식 2-1에서, Ar1a 및 Ar2a는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 5 이상 40 이하의 헤테로아릴기, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고, 상기 Ar1a 및 Ar2a는 임의의 수소가 중수소로 치환된 화합물을 포함하며,
[화학식 2-2]
Figure pat00008
상기 화학식 2-2에서, Ar1b 및 Ar2b는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴기이다.
상기 화학식 1은 하기 화학식 3-1 내지 3-6 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 3-1]
Figure pat00009
[화학식 3-2]
Figure pat00010
[화학식 3-3]
Figure pat00011
[화학식 3-4]
Figure pat00012
[화학식 3-5]
Figure pat00013
[화학식 3-6]
Figure pat00014
상기 화학식 3-1 내지 3-6에서, R1, R2, a 및 b는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하고, Ar1a 및 Ar2a 는 상기 화학식 2-1에서 정의한 바와 동일하고, Ar1b 및 Ar2b는 상기 화학식 2-2에서 정의한 바와 동일하다.
일 실시예에서, 발광 소자는 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 배치된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 상술한 일 실시예의 다환 화합물을 포함하는 적어도 하나의 기능층;을 포함한다.
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 다환 화합물을 포함할 수 있다.
상기 정공 수송 영역은 정공 주입층, 정공 수송층, 및 전자 저지층 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 정공 수송층, 및 상기 전자 저지층 중 적어도 하나는 상기 다환 화합물을 포함할 수 있다.
상기 발광층은 청색광 또는 녹색 광을 방출하는 것일 수 있다.
일 실시예의 발광 소자는 정공 수송 영역에 일 실시예의 다환 화합물을 포함하여 향상된 발광 효율 및 장수명 특성을 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다환 화합물은 발광 소자의 정공 수송 영역의 재료로서 사용될 수 있고, 이에 의해 발광 소자의 발광 효율 및 소자 수명을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 10은 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.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 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.
본 출원에서, "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.
본 출원에서, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 또는 "상부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 또는 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 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 알케닐기는, 탄소수 2이상의 알킬기의 중간 또는 말단에 하나 이상의 탄소 이중 결합을 포함한 탄화수소 그룹을 의미한다. 알케닐기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있다. 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 2 이상 30 이하, 2 이상 20 이하 또는 2 이상 10 이하이다. 알케닐기의 예로는 비닐기, 1-부테닐기, 1-펜테닐기, 1,3-부타디에닐 아릴기, 스티레닐기, 스티릴비닐기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서 알키닐기는, 탄소수 2이상의 알킬기의 중간 또는 말단에 하나 이상의 탄소 삼중 결합을 포함한 탄화수소 그룹을 의미한다. 알키닐기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있다. 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 2 이상 30 이하, 2 이상 20 이하 또는 2 이상 10 이하이다. 알키닐기의 구체적인 예에는, 에티닐기, 프로피닐기, 등이 포함될 수 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 탄화수소 고리기는 지방족 탄화수소 고리로부터 유도된 임의의 작용기 또는 치환기를 의미한다. 탄화수소 고리기는 고리 형성 탄소수 5 이상 20 이하의 포화 탄화수소 고리기일 수 있다.
본 명세서에서, 아릴기는 방향족 탄화수소 고리로부터 유도된 임의의 작용기 또는 치환기를 의미한다. 아릴기는 단환식 아릴기 또는 다환식 아릴기일 수 있다. 아릴기의 고리 형성 탄소수는 6 이상 30 이하, 6 이상 20 이하, 또는 6 이상 15 이하일 수 있다. 아릴기의 예로는 페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 안트라세닐기, 페난트릴기, 바이페닐기, 터페닐기, 쿼터페닐기, 퀸크페닐기(quinquephenyl), 섹시페닐기, 트리페닐에닐기, 피레닐기, 벤조 플루오란테닐기, 크리세닐기 등을 예시할 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 플루오레닐기는 치환될 수 있고, 치환기 2개가 서로 결합하여 스피로 구조를 형성할 수도 있다. 플루오레닐기가 치환되는 경우의 예시는 하기와 같다. 다만, 이에 의하여 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00015
Figure pat00016
Figure pat00017
Figure pat00018
본 명세서에서, 헤테로 고리기는 헤테로 원자로 B, O, N, P, Si 및 S 중 1개 이상을 포함하는 고리로부터 유도된 임의의 작용기 또는 치환기를 의미한다. 헤테로 고리기는 지방족 헤테로 고리기 및 방향족 헤테로 고리기를 포함한다. 방향족 헤테로 고리기는 헤테로아릴기일 수 있다. 지방족 헤테로 고리 및 방향족 헤테로 고리는 단환 또는 다환일 수 있다.
본 명세서에서, 헤테로 고리기는 헤테로 원자로 B, O, N, P, Si 및 S 중 1개 이상을 포함하는 것일 수 있다. 헤테로고리기가 헤테로 원자를 2개 이상 포함할 경우, 2개 이상의 헤테로 원자는 서로 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 헤테로고리기는 단환식 헤테로고리기 또는 다환식 헤테로고리기일 수 있으며, 헤테로아릴기를 포함하는 개념이다. 헤테로고리기의 고리 형성 탄소수는 2 이상 30 이하, 2 이상 20 이하, 또는 2 이상 10 이하일 수 있다.
본 명세서에서, 지방족 헤테로 고리기는 헤테로 원자로 B, O, N, P, Si 및 S 중 1개 이상을 포함하는 것일 수 있다. 지방족 헤테로 고리기는 고리 형성 탄소수는 2 이상 30 이하, 2 이상 20 이하, 또는 2 이상 10 이하일 수 있다. 지방족 헤테로 고리기의 예로는 옥시란기, 티이란기, 피롤리딘기, 피페리딘기, 테트라하이드로퓨란기, 테트라하이드로티오펜기, 티안기, 테트라하이드로피란기, 1,4-디옥산기, 등이 있으나 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 헤테로아릴기는 헤테로 원자로 B, O, N, P, Si 및 S 중 1개 이상을 포함하는 것일 수 있다. 헤테로아릴기가 헤테로 원자를 2개 이상 포함할 경우, 2개 이상의 헤테로 원자는 서로 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 헤테로아릴기는 단환식 헤테로고리기 또는 다환식 헤테로고리기일 수 있다. 헤테로아릴기의 고리 형성 탄소수는 2 이상 30 이하, 2 이상 20 이하, 또는 2 이상 10 이하일 수 있다. 헤테로아릴기의 예로는 티오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸기, 트리아졸기, 피리딘기, 비피리딘기, 피리미딘기, 트리아진기, 트리아졸기, 아크리딜기, 피리다진기, 피라지닐기, 퀴놀린기, 퀴나졸린기, 퀴녹살린기, 페녹사진기, 프탈라진기, 피리도 피리미딘기, 피리도 피라진기, 피라지노 피라진기, 이소퀴놀린기, 인돌기, 카바졸기, N-아릴카바졸기, N-헤테로아릴카바졸기, N-알킬카바졸기, 벤조옥사졸기, 벤조이미다졸기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 티에노티오펜기, 벤조퓨란기, 페난트롤린기, 티아졸기, 이소옥사졸기, 옥사졸기, 옥사디아졸기, 티아디아졸기, 페노티아진기, 디벤조실롤기 및 디벤조퓨란기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 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, 아미노기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 1 이상 30 이하일 수 있다. 아미노기는 알킬 아미노기, 아릴 아미노기, 또는 헤테로아릴 아미노기를 포함할 수 있다. 아미노기의 예로는 메틸아미노기, 디메틸아미노기, 페닐아미노기, 디페닐아미노기, 나프틸아미노기, 9-메틸-안트라세닐아미노기, 트리페닐아미노기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 카보닐기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 40 이하, 1 내지 30 이하, 또는 1 내지 20 이하일 수 있다. 예를 들어, 하기의 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00019
본 명세서에서, 설피닐기 및 설포닐기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 1 이상 30 이하일 수 있다. 설피닐기는 알킬 설피닐기 및 아릴 설피닐기를 포함할 수 있다. 설포닐기는 알킬 설포닐기 및 아릴 설포닐기를 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 티오기는 알킬 티오기 및 아릴 티오기를 포함할 수 있다. 티오기는 상기 정의된 알킬기 또는 아릴기에 황 원자가 결합된 것을 의미할 수 있다. 티오기의 예로는 메틸티오기, 에틸티오기, 프로필티오기, 펜틸티오기, 헥실티오기, 옥틸티오기, 도데실티오기, 시클로펜틸티오기, 시클로헥실티오기, 페닐티오기, 나프틸티오기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 옥시기는 상기 정의된 알킬기 또는 아릴기에 산소 원자가 결합된 것을 의미할 수 있다. 옥시기는 알콕시기 및 아릴 옥시기를 포함할 수 있다. 알콕시기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄일 수 있다. 알콕시기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 1 이상 20 이하 또는 1 이상 10 이하인 것일 수 있다. 옥시기의 예로는 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소프로폭시, 부톡시, 펜틸옥시, 헥실옥시, 옥틸옥시, 노닐옥시, 데실옥시, 벤질옥시 등이 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서, 아민기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 1 이상 30 이하일 수 있다. 아민기는 알킬 아민기 및 아릴 아민기를 포함할 수 있다. 아민기의 예로는 메틸아민기, 디메틸아민기, 페닐아민기, 디페닐아민기, 나프틸아민기, 9-메틸-안트라세닐아민기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 알킬티오기, 알킬설폭시기, 알킬아릴기, 알킬아미노기, 알킬 붕소기, 알킬 실릴기, 알킬 아민기 중 알킬기는 전술한 알킬기의 예시와 같다.
본 명세서에서, 아릴옥시기, 아릴티오기, 아릴설폭시기, 아릴아미노기, 아릴 붕소기, 아릴 실릴기, 아릴 아민기 중의 아릴기는 전술한 아릴기의 예시와 같다
본 명세서에서, 직접 결합(direct linkage)은 단일 결합을 의미하는 것일 수 있다.
한편, 본 명세서에서 "
Figure pat00020
", "
Figure pat00021
", "
Figure pat00022
" 등은 연결되는 위치를 의미한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예들에 대하여 설명한다.
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 배치되고, 개구부(OH)를 채우고 배치될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 표시 장치(DD)는 비발광 영역(NPXA) 및 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)을 포함할 수 있다. 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B) 각각은 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 제1 전극(EL1), 제1 전극(EL1)과 마주하는 제2 전극(EL2) 및, 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에 배치된 적어도 하나의 기능층을 포함하는 것일 수 있다. 일 실시예의 발광 소자(ED)는 적어도 하나의 기능층에 후술하는 일 실시예의 다환 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
발광 소자(ED)는 적어도 하나의 기능층으로 순차적으로 적층된 정공 수송 영역(HTR), 발광층(EML), 전자 수송 영역(ETR) 등을 포함하는 것일 수 있다. 도 3을 참조하면, 일 실시예의 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.
일 실시예의 발광 소자(ED)는 정공 수송 영역(HTR)에 이후 설명하는 일 실시예의 다환 화합물을 포함하는 것일 수 있다. 일 실시예의 발광 소자(ED)에서 정공 수송 영역(HTR)의 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL), 및 전자 저지층(EBL) 중 적어도 하나, 구체적으로 정공 수송층(HTL), 및 전자 저지층(EBL) 중 적어도 하나 에 일 실시예의 다환 화합물을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 발광 소자(ED)에서 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)은 Ag, Mg, Cu, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, LiF, Mo, Ti, W, In, Sn, 및 Zn 중 선택되는 적어도 하나, 이들 중 선택되는 2종 이상의 화합물, 이들 중 선택되는 2종 이상의 혼합물, 또는 이들의 산화물을 포함하는 것일 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(LiF와 Ca의 적층 구조), LiF/Al(LiF와 Al의 적층 구조), 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 단일 물질로 이루어진 단일층, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층, 또는 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)은 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL), 및 전자 저지층(EBL) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 이와 달리 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. 일 실시예에서, 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), 또는 정공 수송층(HTL)/버퍼층(미도시)의 구조를 가질 수도 있으나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
정공 수송 영역(HTR)의 두께는 예를 들어, 약 50Å 내지 약 15,000Å인 것일 수 있다. 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 정공 수송 영역(HTR)에 하기 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 다환 화합물을 포함할 수 있다. 일 실시예의 발광 소자(ED)에서 정공 수송층(HTL)이 하기 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 다환 화합물을 포함하는 것일 수 있으며, 또한 일 실시예의 발광 소자(ED)에서 전자 저지층(EBL)이 하기 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 다환 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00023
화학식 1에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 5 이상 40 이하의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 20 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 20 이하의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬티오기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴티오기, 또는 치환 또는 비치환된 실릴기일 수 있다. 예를 들어, R1 및 R2는 각각 독립적으로 메틸기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 카바졸기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 또는 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기 일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
화학식 1에서, R3 중 어느 하나는 카바졸기의 질소 원자에 결합한 페닐기와 오쏘(ortho), 메타(meta) 또는 파라(para) 관계로 결합하며, 하기 화학식 2로 표시될 수 있다. 또한, 나머지 R3들은 수소 원자 또는 중수소 원자일 수 있다.
일 실시예에서, a는 0 이상 4 이하의 정수이고, b는 1 이상 4 이하의 정수 일 수 있다. 예를 들어, a≥1 이고, a+b≥2 일 수 있다. 구체적으로, a는 1 이상 4 이하의 정수이고 b는 1 이상 4 이하의 정수 일 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00024
화학식 2에서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 5 이상 40 이하의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 20 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 20 이하의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬티오기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴티오기, 또는 치환 또는 비치환된 실릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. 또한, Ar1 및 Ar2는 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. 일 실시예에서, Ar1 또는 Ar2가 인접하는 기와 서로 결합하여 형성된 고리와, Ar1 및 Ar2가 서로 결합하여 형성된 고리는 카바졸 유도체 일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
화학식 2에서,
Figure pat00025
는 상기 화학식 1에 결합하는 위치일 수 있다. 예를 들어,
Figure pat00026
는 상기 화학식 1에 카바졸기의 질소 원자에 결합한 페닐기와 오쏘(ortho), 메타(meta) 또는 파라(para) 관계로 결합하는 위치일 수 있다.
화학식 1로 표시되는 일 실시예의 다환 화합물에서 분자 내의 임의의 수소는 중수소로 치환된 것일 수 있다. 또한, 화학식 2에서 임의의 수소는 중수소로 치환된 것일 수 있다.
한편, 화학식 1에서, 화학식 2로 표시되는 어느 하나의 R3이 화학식 1에 카바졸기의 질소 원자에 결합한 페닐기와 오쏘(ortho) 관계로 결합할 때 Ar1 및 Ar2가 서로 결합하여 고리를 형성하는 경우, a≥1 이며 상기 R1 및 상기 R2가 알킬기를 포함하지 않을 수 있다.
일 실시예의 화학식 1에서, 화학식 2로 표시되는 어느 하나의 R3이 화학식 1에 카바졸기의 질소 원자에 결합한 페닐기와 파라(para) 관계로 결합할 때 Ar1 및 Ar2가 서로 결합하여 고리를 형성하지 않는 경우, a≥1 일 수 있다. 예를 들어, Ar1 및 Ar2가 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 5 이상 40 이하의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 20 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 20 이하의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬티오기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴티오기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하는 경우에 a는 1 이상의 정수 (a≥1)이고, 구체적으로 a는 1 이상 4 이하의 정수 일 수 있다. 또한, Ar1 및 Ar2가 서로 결합하여 고리를 형성하는 경우, a는 0 이상의 정수(a≥0) 이고, 구체적으로 a는 0 이상 4 이하의 정수 일 수 있다.
일 실시예에서 화학식 1은 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-3 중 어느 하나로 표시될 수 있다. 화학식 1-1은 화학식 2로 표시되는 어느 하나의 R3이 화학식 1에 카바졸기의 질소 원자에 결합한 페닐기와 오쏘(ortho) 관계로 결합한 것을 예시한 것이고, 화학식 1-2는 화학식 2로 표시되는 어느 하나의 R3이 화학식 1에 카바졸기의 질소 원자에 결합한 페닐기와 메타(meta) 관계로 결합한 것을 예시한 것이다. 화학식 1-3은 화학식 2로 표시되는 어느 하나의 R3이 화학식 1에 카바졸기의 질소 원자에 결합한 페닐기와 파라(para) 관계로 결합한 것을 예시한 것이다. 화학식 1-1 내지 화학식 1-3에서, R1, R2, a, b, Ar1 및 Ar2에 대하여는 상술한 화학식 1 및 화학식 2에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
[화학식 1-1]
Figure pat00027
[화학식 1-2]
Figure pat00028
[화학식 1-3]
Figure pat00029
일 실시예에서, 상기 화학식 2는 하기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시될 수 있다.
[화학식 2-1]
Figure pat00030
화학식 2-1에서, Ar1a 및 Ar2a는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 5 이상 40 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. 예를 들어, Ar1a 및 Ar2a는 인접하는 기(예컨대, 화학식 2의 질소가 결합되는 페닐기)에 결합하여 카바졸 고리를 형성할 수 있고, 또는 Ar1a 및 Ar2a가 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 여기서, Ar1a 및 Ar2a는 임의의 수소가 중수소로 치환된 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 2-2]
Figure pat00031
화학식 2-2에서, Ar1b 및 Ar2b는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴기일 수 있다. 여기서, Ar1b 및 Ar2b는 임의의 수소가 중수소로 치환된 화합물을 포함한다.
화학식 1로 표시되는 일 실시예의 다환 화합물은 하기 화학식 3-1 내지 3-6 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
화학식 1로 표시되는 일 실시예의 다환 화합물은 하기 화학식 3-1 내지 3-6 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 3-1]
Figure pat00032
[화학식 3-2]
Figure pat00033
[화학식 3-3]
Figure pat00034
[화학식 3-4]
Figure pat00035
[화학식 3-5]
Figure pat00036
[화학식 3-6]
Figure pat00037
상기 3-1 내지 3-6에서, R1, R2, a 및 b는 상술한 화학식 1에서 설명한 내용이 동일하게 적용될 수 있다. 또한, 상기 화학식 3-1 내지 3-2에서, Ar1a 및 Ar2a 는 상술한 화학식 2-1에서 설명한 내용이 동일하게 적용될 수 있고, Ar1b 및 Ar2b는 상술한 화학식 2-2에서 설명한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
화학식 1로 표시되는 일 실시예의 다환 화합물은 하기 화합물군 1A 내지 하기 화합물군 1J의 화합물들 중 하나로 표시되는 것일 수 있다. 일 실시예의 발광 소자(ED)의 정공 수송 영역(HTR)은 하기 하기 화합물군 1A 내지 하기 화합물군 1J에 개시된 다환 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다. 하기 화합물군 1A 내지 1J에서 D는 중수소 원자이다.
[화합물군 1A]
Figure pat00038
Figure pat00039
Figure pat00040
Figure pat00041
Figure pat00042
Figure pat00043
Figure pat00044
Figure pat00045
Figure pat00046
Figure pat00047
Figure pat00048
[화합물군 1B]
Figure pat00049
Figure pat00050
Figure pat00051
Figure pat00052
Figure pat00053
Figure pat00054
Figure pat00055
Figure pat00056
Figure pat00057
Figure pat00058
[화합물군 1C]
Figure pat00059
Figure pat00060
Figure pat00061
Figure pat00062
Figure pat00063
Figure pat00064
Figure pat00065
Figure pat00066
Figure pat00067
Figure pat00068
[화합물군 1D]
Figure pat00069
Figure pat00070
Figure pat00071
Figure pat00072
Figure pat00073
[화합물군 1E]
Figure pat00074
Figure pat00075
Figure pat00076
Figure pat00077
Figure pat00078
[화합물군 1F]
Figure pat00079
Figure pat00080
Figure pat00081
Figure pat00082
[화합물군 1G]
Figure pat00083
Figure pat00084
Figure pat00085
[화합물군 1H]
Figure pat00086
Figure pat00087
[화합물군 1I]
Figure pat00088
Figure pat00089
[화합물군 1J]
Figure pat00090
Figure pat00091
Figure pat00092
Figure pat00093
Figure pat00094
화학식 1로 표시되는 일 실시예의 다환 화합물은 비페닐(bi-phenyl)을 링커로 포함하는 카바졸 골격에 적어도 하나의 치환기를 갖는 것일 수 있다. 일 실시예의 다환 화합물에서 링커로 사용된 비페닐(bi-phenyl)에는 아민 화합물이 결합되며, 나프탈기, 플루오렌기 등의 링커 대비 상대적으로 증착 온도가 낮아 열 내성이 우수하다. 또한, 일 실시예의 다환 화합물에서 카바졸 골격은 상술한 R1 및 R2에서 설명한 치환기를 적어도 하나 포함하여, 정공 주입이 향상될 수 있다. 이에 따라 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 다환 화합물의 수명이 향상될 수 있다. 또한, 일 실시예의 다환 화합물을 포함하는 일 실시예의 발광 소자의 발광 효율과 수명이 개선될 수 있다.
또한 일 실시예의 발광 소자(ED)는 정공 수송 영역(HTR)에 상술한 일 실시예의 다환 화합물 이외의 이하 서술하는 정공 수송 영역의 재료를 더 포함할 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)은 하기 화학식 H-1로 표시되는 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 H-1]
Figure pat00095
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 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 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 pat00096
Figure pat00097
Figure pat00098
Figure pat00099
Figure pat00100
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(또는 NPD)(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 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) 등을 포함할 수도 있다.
또한, 정공 수송 영역(HTR)은 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 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 NDP9(4-[[2,3-bis[cyano-(4-cyano-2,3,5,6-tetrafluorophenyl)methylidene]cyclopropylidene]-cyanomethyl]-2,3,5,6-tetrafluorobenzonitrile)과 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. 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 발광 소자(ED)에서 발광층(EML)은 청색광 또는 녹색광을 방출하는 것일 수 있다. 일 실시예의 발광 소자(ED)는 정공 수송 영역(HTR)에 상술한 일 실시예의 다환 화합물을 포함하여 청색 발광 영역 및/또는 녹색 발광 영역에 있어서 고효율 및 장수명 특성을 나타낼 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
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 pat00101
화학식 E-1에서, R31 내지 R40은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 10 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 결합하여 고리를 형성하는 것일 수 있다. 한편, R31 내지 R40은 인접하는 기와 서로 결합하여 포화탄화수소 고리, 불포화탄화수소 고리, 포화헤테로 고리 또는 불포화헤테로 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 pat00102
Figure pat00103
Figure pat00104
Figure pat00105
Figure pat00106
Figure pat00107
Figure pat00108
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 pat00109
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 pat00110
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 pat00111
Figure pat00112
Figure pat00113
Figure pat00114
Figure pat00115
발광층(EML)은 호스트 물질로 당 기술분야에 알려진 일반적인 재료를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 발광층(EML)은 호스트 물질로 BCPDS (bis (4-(9H-carbazol-9-yl) phenyl) diphenylsilane), POPCPA ((4-(1-(4-(diphenylamino) phenyl) cyclohexyl) phenyl) diphenyl-phosphine oxide), DPEPO(Bis[2-(diphenylphosphino)phenyl] ether oxide), CBP(4,4'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-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), ADN(9,10-di(naphthalene-2-yl)anthracene), 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 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. 또한, 일 실시예에서 화학식 M-a 또는 화학식 M-b로 표시되는 화합물은 보조 도펀트 재료로 사용될 수 있다.
[화학식 M-a]
Figure pat00116
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 인광 도펀트로 사용될 수 있다.
화학식 M-a로 표시되는 화합물은 하기 화합물 M-a1 내지 M-a25 중 어느 하나로 표시될 수 있다. 하지만, 하기 화합물 M-a1 내지 M-a25은 예시적인 것으로 화학식 M-a로 표시되는 화합물이 하기 화합물 M-a1 내지 M-a25로 표시된 것에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00117
Figure pat00118
Figure pat00119
Figure pat00120
Figure pat00121
Figure pat00122
Figure pat00123
화합물 M-a1 및 화합물 M-a2는 적색 도펀트 재료로 사용될 수 있고, 화합물 M-a3 내지 화합물 M-a7은 녹색 도펀트 재료로 사용될 수 있다.
[화학식 M-b]
Figure pat00124
화학식 M-b에서, Q1 내지 Q4는 각각 독립적으로 C 또는 N이며, C1 내지 C4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 5 이상 30 이하의 탄화수소고리, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로고리이다. L21 내지 L24는 각각 독립적으로 직접 결합,
Figure pat00125
,
Figure pat00126
,
Figure pat00127
,
Figure pat00128
,
Figure pat00129
,
Figure pat00130
, 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. 또한, 화학식 M-b로 표시되는 화합물은 일 실시예에서 보조 도펀트로 발광층(EML)에 더 포함될 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 pat00131
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 더 포함할 수 있다. 하기 화학식 F-a 내지 화학식 F-c로 표시되는 화합물은 형광 도펀트재료로 사용될 수 있다.
[화학식 F-a]
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 더 포함할 수 있다. 하기 화학식 F-a 내지 화학식 F-c로 표시되는 화합물은 형광 도펀트재료로 사용될 수 있다.
[화학식 F-a]
Figure pat00132
상기 화학식 F-a에서, Ra 내지 Rj 중 선택되는 두 개는 각각 독립적으로
Figure pat00133
로 치환되는 것일 수 있다. Ra 내지 Rj 중
Figure pat00134
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 pat00135
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 pat00136
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. Ar1 내지 Ar4는 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.
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 pat00137
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-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 포함할 수 있다.
일 실시예에서 복수 개의 발광층(EML)을 포함하는 경우 적어도 하나의 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)을 포함하는 금속 착체가 사용될 수 있다. 구체적으로, FIrpic(iridium(III) bis(4,6-difluorophenylpyridinato-N,C2
Figure pat00138
), 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.
한편, 일 실시예에서 발광층(EML)은 정공 수송성 호스트 및 전자 수송성 호스트를 포함할 수 있다. 또한, 발광층(EML)은 보조 도펀트 및 발광 도펀트를 포함할 수 있다. 한편, 보조 도펀트로는 인광 도펀트 재료 또는 열활성 지연 형광 도펀트재료가 포함될 수 있다. 즉, 일 실시예에서 발광층(EML)은 정공 수송성 호스트, 전자 수송성 호스트, 보조 도펀트, 및 발광 도펀트를 포함하는 것일 수 있다.
또한, 발광층(EML)에서 정공 수송성 호스트와 전자 수송성 호스트에 의하여 엑시플렉스를 형성될 수 있다. 이때, 정공 수송성 호스트와 전자 수송성 호스트에 의하여 형성된 엑시플렉스의 삼중항 에너지는 전자 수송성 호스트의 LUMO 에너지 레벨과 정공 수송성 호스트의 HOMO 에너지 레벨의 간격인 T1에 해당할 수 있다.
일 실시예에서 정공 수송성 호스트와 전자 수송성 호스트에 의하여 형성된 엑시플렉스의 삼중항 에너지(T1)는 2.4 eV 이상 3.0 eV 이하일 수 있다. 또한, 엑시플렉스의 삼중항 에너지는 각 호스트 물질의 에너지 갭보다 작은 값일 수 있다. 따라서, 엑시플렉스는 정공 수송성 호스트와 전자 수송성 호스트의 에너지 갭인 3.0 eV 이하의 삼중항 에너지를 가질 수 있다.
한편, 적어도 하나의 발광층(EML)은 양자점(Quantum dot) 물질을 포함하는 것일 수 있다. 양자점의 코어는 II-VI족 화합물, III-VI족 화합물, I-III-VI족 화합물, III-V족 화합물, III-II-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. 코어/쉘 구조에서, 쉘에 존재하는 원소의 농도가 코어로 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. 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, CoMn2O4 등의 삼원소 화합물을 예시할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 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 조절할 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), 전자 수송층(ETL)/버퍼층(미도시)/전자 주입층(EIL) 등의 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]
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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), TSPO1(diphenyl(4-(triphenylsilyl)phenyl)phosphine oxide) 및 이들의 혼합물을 포함하는 것일 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)은 하기 화합물 ET1 내지 ET36 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
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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, LiF: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), TSPO1(diphenyl(4-(triphenylsilyl)phenyl)phosphine oxide) 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 전극은 Ag, Mg, Cu, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, LiF, Mo, Ti, W, In, Sn, 및 Zn 중 선택되는 적어도 하나, 이들 중 선택되는 2종 이상의 화합물, 이들 중 선택되는 2종 이상의 혼합물, 또는 이들의 산화물을 포함하는 것일 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(LiF와 Ca의 적층 구조), LiF/Al(LiF와 Al의 적층 구조), Mo, Ti, Yb, W 또는 이들을 포함하는 화합물이나 혼합물(예를 들어, AgMg, AgYb, 또는 MgYb)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 다층 또는 단층을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 캡핑층(CPL)은 유기층 또는 무기층일 수 있다. 예를 들어, 캡핑층(CPL)이 무기물을 포함하는 경우, 무기물은 LiF 등의 알칼리금속 화합물, MgF2 등의 알칼리토금속 화합물, SiON, SiNX, SiOy 등을 포함하는 것일 수 있다.
예를 들어, 캡핑층(CPL)이 유기물을 포함하는 경우, 유기물은 α-NPD, NPB, TPD, m-MTDATA, Alq3, CuPc, TPD15(N4,N4,N4',N4'-tetra (biphenyl-4-yl) biphenyl-4,4'-diamine), TCTA(4,4',4"- Tris (carbazol sol-9-yl) triphenylamine) 등을 포함하거나, 에폭시 수지, 또는 메타크릴레이트와 같은 아크릴레이트를 포함할 수 있다. 다만, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니며 캡핑층(CPL)은 하기와 같은 화합물 P1 내지 P5 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
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Figure pat00148
Figure pat00149
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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 내지 도 10은 각각 일 실시예에 따른 표시 장치에 대한 단면도이다. 이하 도 7 내지 도 10을 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-a)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 3 내지 도 6의 발광 소자의 구조가 동일하게 적용될 수 있다.
일 실시예에 따른 표시 장치(DD-a)에서 포함된 발광 소자(ED)의 정공 수송 영역(HTR)은 상술한 일 실시예의 다환 화합물을 포함하는 것일 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-a)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 8에서 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-a)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 필터들(CF1, CF2, CF3)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. 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.
한편, 도시되지는 않았으나 컬러필터층(CFL)은 차광부(미도시)를 포함할 수 있다. 컬러필터층(CFL)은 이웃하는 필터들(CF1, CF2, CF3)의 경계에 중첩하도록 배치된 차광부(미도시)를 포함할 수 있다. 차광부(미도시)는 블랙 매트릭스일 수 있다. 차광부(미도시)는 흑색 안료 또는 흑색염료를 포함하는 유기 차광 물질 또는 무기 차광 물질을 포함하여 형성될 수 있다. 차광부(미도시)는 인접하는 필터들(CF1, CF2, CF3) 사이의 경계를 구분하는 것일 수 있다. 또한, 일 실시예에서 차광부(미도시)는 청색 필터로 형성되는 것일 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.
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.
일 실시예의 표시 장치(DD-TD)에 포함된 발광구조들(OL-B1, OL-B2, OL-B3) 중 적어도 하나에 상술한 일 실시예의 다환 화합물을 포함할 수 있다.
도 9를 참조하면, 일 실시예에 따른 표시 장치(DD-b)는 2개의 발광층들이 적층된 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)을 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 일 실시예의 표시 장치(DD)와 비교하여 도 10에 도시된 일 실시예서는 제1 내지 제3 발광 소자(ED-1, ED-2, ED-3)는 각각 두께 방향으로 적층된 2개의 발광층들을 포함하는 것에서 차이가 있다. 제1 내지 제3 발광 소자(ED-1, ED-2, ED-3) 각각에서 2개의 발광층들은 동일한 파장 영역의 광을 방출하는 것일 수 있다.
제1 발광 소자(ED-1)는 제1 적색 발광층(EML-R1) 및 제2 적색 발광층(EML-R2)을 포함할 수 있다. 제2 발광 소자(ED-2)는 제1 녹색 발광층(EML-G1) 및 제2 녹색 발광층(EML-G2)을 포함할 수 있다. 또한, 제3 발광 소자(ED-3)는 제1 청색 발광층(EML-B1) 및 제2 청색 발광층(EML-B2)을 포함할 수 있다. 제1 적색 발광층(EML-R1)과 제2 적색 발광층(EML-R2) 사이, 제1 녹색 발광층(EML-G1)과 제2 녹색 발광층(EML-G2) 사이, 및 제1 청색 발광층(EML-B1)과 제2 청색 발광층(EML-B2) 사이에는 발광 보조부(OG)가 배치될 수 있다.
발광 보조부(OG)는 단층 또는 다층을 포함할 수 있다. 발광 보조부(OG)는 전하 생성층을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 발광 보조부(OG)는 순차적으로 적층된 전자 수송 영역, 전하 생성층, 및 정공 수송 영역을 포함할 수 있다. 발광 보조부(OG)는 제1 내지 제3 발광 소자(ED-1, ED-2, ED-3) 전체에서 공통층으로 제공될 수 있다. 다만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 발광 보조부(OG)는 화소 정의막(PDL)에 정의된 개구부(OH) 내에 패턴닝 되어 제공될 수 있다.
제1 적색 발광층(EML-R1), 제1 녹색 발광층(EML-G1), 및 제1 청색 발광층(EML-B1)은 정공 수송 영역(HTR)과 발광 보조부(OG) 사이에 배치될 수 있다. 제2 적색 발광층(EML-R2), 제2 녹색 발광층(EML-G2), 및 제2 청색 발광층(EML-B2)은 발광 보조부(OG)과 전자 수송 영역(ETR) 사이에 배치될 수 있다.
즉, 제1 발광 소자(ED-1)는 순차적으로 적층된 제1 전극(EL1), 정공 수송 영역(HTR), 제2 적색 발광층(EML-R2), 발광 보조부(OG), 제1 적색 발광층(EML-R1), 전자 수송 영역(ETR), 및 제2 전극(EL2)을 포함할 수 있다. 제2 발광 소자(ED-2)는 순차적으로 적층된 제1 전극(EL1), 정공 수송 영역(HTR), 제2 녹색 발광층(EML-G2), 발광 보조부(OG), 제1 녹색 발광층(EML-G1), 전자 수송 영역(ETR), 및 제2 전극(EL2)을 포함할 수 있다. 제3 발광 소자(ED-3)는 순차적으로 적층된 제1 전극(EL1), 정공 수송 영역(HTR), 제2 청색 발광층(EML-B2), 발광 보조부(OG), 제1 청색 발광층(EML-B1), 전자 수송 영역(ETR), 및 제2 전극(EL2)을 포함할 수 있다.
한편, 표시 소자층(DP-ED) 상에 광학 보조층(PL)이 배치될 수 있다. 광학 보조층(PL)은 편광층을 포함하는 것일 수 있다. 광학 보조층(PL)은 표시 패널(DP) 상에 배치되어 외부광에 의한 표시 패널(DP)에서의 반사광을 제어할 수 있다. 도시된 것과 달리, 일 실시예에 따른 표시 장치에서 광학 보조층(PL)은 생략될 수 있다.
도 8 및 도 9와 달리, 도 10의 표시 장치(DD-c)는 4개의 발광 구조들(OL-B1, OL-B2, OL-B3, OL-C1)을 포함하는 것으로 도시하였다. 발광 소자(ED-CT)는 서로 마주하는 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2), 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에서 두께 방향으로 순차적으로 적층된 제1 내지 제4 발광 구조들(OL-B1, OL-B2, OL-B3, OL-C1)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제4 발광 구조들(OL-B1, OL-B2, OL-B3, OL-C1) 사이에는 전하생성층(CGL1, CGL2, CGL3)이 배치될 수 있다. 4개의 발광 구조들 중 제1 내지 제3 발광 구조(OL-B1, OL-B2, OL-B3)는 청색광을 발광하고, 제4 발광 구조(OL-C1)는 녹색광을 발광하는 것일 수 있다. 다만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 내지 제4 발광 구조들(OL-B1, OL-B2, OL-B3, OL-C1)은 서로 상이한 파장 영역의 광을 발광할 수 있다.
이웃하는 발광구조들(OL-B1, OL-B2, OL-B3, OL-C1) 사이에 배치된 전하생성층(CGL1, CGL2, CGL3)은 p형 전하생성층 및/또는 n형 전하생성층을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예의 표시 장치(DD-c)에 포함된 발광구조들(OL-B1, OL-B2, OL-B3, OL-C1) 중 적어도 하나에 상술한 일 실시예의 다환 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자(ED)는 상술한 일 실시예의 다환 화합물을 제1 전극(EL1) 및 제2 전극(EL2) 사이에 배치된 적어도 하나의 기능층에 포함하여 개선된 발광 효율과 개선된 수명 특성을 나타낼 수 있다. 일 실시예에 따른 발광 소자(ED)는 상술한 일 실시예의 다환 화합물을 제1 전극(EL1) 및 제2 전극(EL2) 사이에 배치된 정공 수송 영역(HTR), 발광층(EML), 및 전자 수송 영역(ETR) 중 적어도 하나에 포함하거나 또는 캡핑층(CPL)에 포함할 수도 있다.
예를 들어, 일 실시예에 따른 다환 화합물은 일 실시예의 발광 소자(ED)의 정공 수송 영역(HTR)에 포함될 수 있으며, 일 실시예의 발광 소자는 우수한 발광 효율과 장수명 특성을 나타낼 수 있다.
상술한 일 실시예의 다환 화합물은 비페닐(bi-phenyl)을 링커로 포함하는 카바졸 골격에 적어도 하나의 치환기를 갖는 것일 수 있다. 일 실시예의 다환 화합물에서 링커로 사용된 비페닐(bi-phenyl)에는 아민 화합물 또는 카바졸계 화합물이 결합되며, 증착 온도가 낮아 열 내성이 우수하다. 또한, 일 실시예의 다환 화합물에서 카바졸 골격은 상술한 R1 및 R2에서 설명한 치환기를 적어도 하나 포함하여, 정공 주입이 향상될 수 있다. 이에 따라 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 다환 화합물의 수명이 향상될 수 있다. 또한, 일 실시예의 다환 화합물을 포함하는 일 실시예의 발광 소자의 발광 효율과 수명도 개선될 수 있다.
이하에서는, 실시예 및 비교예를 참조하면서, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 다환 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. 다환 화합물의 합성
먼저, 본 실시 형태에 따른 다환 화합물의 합성 방법에 대해서, 화합물 A1, 화합물 A7, 화합물 A9, 화합물 A14, 화합물 A16, 화합물 B1, 화합물 C1, 화합물 D1, 화합물 G1, 화합물 G12, 화합물 H1, 화합물 J1, 화합물 J9 및 화합물 J29의 합성 방법을 예시하여 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 다환 화합물의 합성법은 일 실시예로서, 본 발명의 실시형태에 따른 다환 화합물의 합성법이 하기의 실시예에 한정되지 않는다.
(1) 화합물 A1의 합성
일 실시예에 따른 다환 화합물 A1은 예를 들어 하기 반응식들의 단계에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 1-1]
Figure pat00152
[반응식 1-2]
Figure pat00153
1) 화합물 IM-1의 합성
아르곤(Ar) 분위기하, 300 mL의 3구 플라스크에, 3,6-Diphenyl-9H-carbazole 40.00 g (125.2mmol), Cs2CO3 81.61 g (2.0 equiv, 250.5 mmol), DMA 125 mL 및 1-bromo-2-fluorobenzene 43.83 g (2.0 equiv, 250.5 mmol)을 순차적으로 추가하고, 120℃로 가열해 교반하였다. 상온까지 공랭 후, 반응 용매에 물 및 톨루엔(Toluene)을 추가하여 유기층을 분취하였다. 추출된 유기층을 식염수로 세정하고, MgSO4로 건조시켰다. MgSO4의 여과 및 유기층의 농축을 시행하여, 얻어진 조생성물을 정제해, 화합물 IM-1 (39.82 g, 수율 67%)을 얻었다.
FAB-MS를 측정하여, 질량수 m/z = 473이 분자 이온 피크로 관측된 것에 의해 화합물 IM-1인 것을 확인하였다.
2) 화합물 IM-2의 합성
아르곤(Ar) 분위기하, 500 mL의 3구 플라스크에, 화합물 IM-1 39.82 g (83.94 mmol), Pd(PPh3)4 19.40 g (0.20 equiv, 16.79 mmol), Cs2CO3 109.39 g (4.0 equiv, 335.75 mmol) 및 1,4-dioxane 210 mL, Bis(pinacolato)diboron 85.26 g (4.0 equiv, 335.8 mmol)을 순차적으로 추가하고, 가열 환류 교반하였다. 상온까지 공랭 후, 반응 용매에 물 및 톨루엔(Toluene)을 추가하여 유기층을 분취하였다. 추출된 유기층을 식염수로 식염수로 세정하고, MgSO4로 건조시켰다. MgSO4의 여과 및 유기층의 농축을 시행하여, 얻어진 조생성물을 정제해, 화합물 IM-2 (31.05 g, 수율 71%)를 얻었다.
FAB-MS를 측정하여, 질량수 m/z = 521이 분자 이온 피크로 관측된 것에 의해 화합물 IM-2인 것을 확인하였다.
3) 화합물 IM-3의 합성
아르곤(Ar) 분위기하, 2000 mL의 3구 플라스크에, di([1,1'-biphenyl]-4-yl)amine 30.00 g (93.34 mmol), Pd(dba)2 2.68 g (0.05 equiv, 4.67 mmol), NaO t Bu 8.97 g (1.0 equiv, 93.34 mmol), 톨루엔 900 mL, 1-Bromo-2-iodobenzene 52.81 g (2.0 equiv, 186.7 mmol) 및 P t Bu3 3.78 g (0.2 equiv, 18.7 mmol)을 순차적으로 추가하고, 가열 환류 교반하였다. 상온까지 공랭 후, 반응 용매에 물을 추가하여 유기층을 분취하였다. 이후 수층에 톨루엔을 추가하여 유기층을 한층 더 추출한 후, 추출된 유기층을 합하여 식염수로 세정하고, MgSO4로 건조시켰다. MgSO4의 여과 및 유기층의 농축을 시행하여, 얻어진 조생성물을 정제해, 화합물 IM-3 (25.81 g, 수율 58%)을 얻었다.
FAB-MS를 측정하여, 질량수 m/z = 475가 분자 이온 피크로 관측된 것에 의해 화합물 IM-3을 확인하였다.
4) 화합물 A1의 합성
아르곤(Ar) 분위기하, 100 mL의 3구 플라스크에, 화합물 IM-3 5.00 g (10.5 mmol), Pd(PPh3)4 2.43 g (0.20 equiv, 2.10 mmol), Cs2CO3 10.3 g (3.0 equiv, 31.5 mmol), 1,4-dioxane 40 mL, 및 화합물 IM-2 5.47 g (1.0 equiv, 10.5 mmol)을 순차적으로 추가하여, 가열 환류 교반하였다. 상온까지 공랭 후, 반응 용매에 물 및 톨루엔을 추가하여 유기층을 분취하였다. 추출된 유기층을 식염수로 세정하고, MgSO4로 건조시켰다. MgSO4의 여과 및 유기층의 농축을 시행하여, 얻어진 조생성물을 정제해, 화합물 A1 (5.22 g, 수율 63%)을 얻었다.
FAB-MS를 측정하여, 질량수 m/z = 790이 분자 이온 피크로 관측된 것에 의해 화합물 A1을 확인하였다.
(2) 화합물 A7의 합성
일 실시예에 따른 다환 화합물 A7은 예를 들어 하기 반응식 2의 단계에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 2]
Figure pat00154
1) 화합물 IM-4의 합성
아르곤(Ar) 분위기하, 1000 mL의 3구 플라스크에, N-([1,1'-biphenyl]-4-yl)dibenzo[b,d]furan-2-amine 15.00 g (44.72 mmol), Pd(dba)2 1.29 g (0.05 equiv, 2.24 mmol), NaO t Bu 4.30 g (1.0 equiv, 44.7 mmol), 톨루엔 450 mL, 1-Bromo-2-iodobenzene 25.30 g (2.0 equiv, 89.44 mmol) 및 P t Bu3 1.81 g (0.2 equiv, 8.94 mmol)을 순차적으로 추가하여, 가열 환류 교반하였다. 상온까지 공랭 후, 반응 용매에 물을 추가하여 유기층을 분취하였다. 이후 수층에 톨루엔을 추가하여 유기층을 한층 더 추출한 후, 추출된 유기층을 합하여 식염수로 세정하고, MgSO4로 건조시켰다. MgSO4의 여과 및 유기층의 농축을 시행하여, 얻어진 조생성물을 정제해, 화합물 IM-4 (13.98 g, 수율 64%)를 얻었다.
FAB-MS를 측정하여, 질량수 m/z = 489가 분자 이온 피크로 관측된 것에 의해 화합물 IM-4를 확인하였다.
2) 화합물 A7의 합성
아르곤(Ar) 분위기하, 200 mL의 3구 플라스크에, 화합물 IM-4 6.50 g (13.3 mmol), Pd(PPh3)4 3.06 g (0.20 equiv, 2.65 mmol), Cs2CO3 13.0 g (3.0 equiv, 39.8 mmol), 1,4-dioxane 66 mL, 및 화합물 IM-2 6.91 g (1.0 equiv, 13.3 mmol)을 순차적으로 추가하여, 가열 환류 교반하였다. 상온까지 공랭 후, 반응 용매에 물 및 톨루엔을 추가하여 유기층을 분취하였다. 추출된 유기층을 식염수로 세정하고, MgSO4로 건조시켰다. MgSO4의 여과 및 유기층의 농축을 시행하여, 얻어진 조생성물을 정제해, 화합물 A7 (7.00 g, 수율 66%)을 얻었다.
FAB-MS를 측정하여, 질량수 m/z = 804가 분자 이온 피크로 관측된 것에 의해 화합물 A7을 확인하였다.
(3) 화합물 A9의 합성
일 실시예에 따른 다환 화합물 A9는 예를 들어 하기 반응식들의 단계에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 3-1]
Figure pat00155
[반응식 3-2]
Figure pat00156
1) 화합물 IM-5의 합성
아르곤(Ar) 분위기하, 200 mL의 3구 플라스크에, 3,6-dimethyl-9H-carbazole 15.00 g (76.82mmol), Cs2CO3 50.06 g (2.0 equiv, 153.6 mmol), DMA 80 mL 및 1-bromo-2-fluorobenzene 26.89 g (2.0 equiv, 153.6 mmol)을 순차적으로 추가하여, 120℃로 가열해 교반하였다. 상온까지 공랭 후, 반응 용매에 물 및 톨루엔을 추가하여 유기층을 분취하였다. 추출된 유기층을 식염수로 세정하고, MgSO4로 건조시켰다. MgSO4의 여과 및 유기층의 농축을 시행하여, 얻어진 조생성물을 정제해, 화합물 IM-5 (22.02 g, 수율 82%)를 얻었다.
FAB-MS를 측정하여, 질량수 m/z = 349가 분자 이온 피크로 관측된 것에 의해 화합물 IM-5를 확인하였다.
2) 화합물 IM-6의 합성
아르곤(Ar) 분위기하, 500 mL의 3구 플라스크에, 화합물 IM-5 22.02 g (62.87 mmol), Pd(PPh3)4 14.53 g (0.20 equiv, 12.57 mmol), Cs2CO3 81.93 g (4.0 equiv, 251.5 mmol), 1,4-dioxane 200 mL, 및 Bis(pinacolato)diboron 63.86 g (4.0 equiv, 251.5 mmol)을 순차적으로 추가하여, 가열 환류 교반하였다. 상온까지 공랭 후, 반응 용매에 물 및 Toluene을 추가하여 유기층을 분취하였다. 추출된 유기층을 식염수로 세정하고, MgSO4로 건조시켰다. MgSO4의 여과 및 유기층의 농축을 시행하여, 얻어진 조생성물을 정제해, 화합물 IM-6 (17.22 g, 수율 69%)을 얻었다.
FAB-MS를 측정하여, 질량수 m/z = 397이 분자 이온 피크로 관측된 것에 의해 화합물 IM-6을 확인하였다.
3) 화합물 A9의 합성
아르곤(Ar) 분위기하, 200 mL의 3구 플라스크에, 화합물 IM-3 5.00 g (10.5 mmol), Pd(PPh3)4 2.43 g (0.20 equiv, 2.10 mmol), Cs2CO3 10.3 g (3.0 equiv, 31.5 mmol), 1,4-dioxane 50 mL, 및 화합물 IM-6 4.17 g (1.0 equiv, 10.5 mmol)을 순차적으로 추가하여, 가열 환류 교반하였다. 상온까지 공랭 후, 반응 용매에 물 및 톨루엔을 추가하여 유기층을 분취하였다. 추출된 유기층을 식염수로 세정하고, MgSO4로 건조시켰다. MgSO4의 여과 및 유기층의 농축을 시행하여, 얻어진 조생성물을 정제해, 화합물 A9 (4.22 g, 수율 60%)를 얻었다.
FAB-MS를 측정하여, 질량수 m/z = 666이 분자 이온 피크로 관측된 것에 의해 화합물 A9를 확인하였다.
(4) 화합물 A14의 합성
일 실시예에 따른 다환 화합물 A14는 예를 들어 하기 반응식들의 단계에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 4-1]
Figure pat00157
[반응식 4-2]
Figure pat00158
1) 화합물 IM-7의 합성
아르곤(Ar) 분위기하, 1000 mL의 3구 플라스크에, 3,6-Dibromocarbazole 20.00 g (61.54 mmol), dibenzo[b,d]furan-4-ylboronic acid 28.70 g (2.2 equiv, 135.4 mmol), Pd(PPh3)4 7.11 g (0.10 equiv, 6.15 mmol), K2CO3 18.71 g (2.2 equiv, 135.4 mmol), 톨루엔 250 mL, 및 에탄올(EtOH) 120 mL, 및 H2O 60 mL를 순차적으로 추가하여, 가열 환류 교반하였다. 상온까지 공랭 후, 반응 용매에 물 및 톨루엔을 추가하여 유기층을 분취하였다. 추출된 유기층을 식염수로 세정하고, MgSO4로 건조시켰다. MgSO4의 여과 및 유기층의 농축을 시행하여, 얻어진 조생성물을 정제해, 화합물 IM-7 (27.03 g, 수율 88%)을 얻었다.
FAB-MS를 측정하여, 질량수 m/z = 499가 분자 이온 피크로 관측된 것에 의해 화합물 IM-7을 확인하였다.
2) 화합물 IM-8의 합성
아르곤(Ar) 분위기하, 200 mL의 3구 플라스크에, 화합물 IM-7 27.03 g (54.11mmol), Cs2CO3 35.26 g (2.0 equiv, 108.2 mmol), DMA 60 mL 및 1-bromo-2-fluorobenzene 18.94 g (2.0 equiv, 108.2 mmol)을 순차적으로 추가하여, 120℃로 가열해 교반하였다. 상온까지 공랭 후, 반응 용매에 물 및 톨루엔을 추가하여 유기층을 분취하였다. 추출된 유기층을 식염수로 세정하고, MgSO4로 건조시켰다. MgSO4의 여과 및 유기층의 농축을 시행하여, 얻어진 조생성물을 정제해, 화합물 IM-8 (20.89 g, 수율 59%)을 얻었다.
FAB-MS를 측정하여, 질량수 m/z = 653이 분자 이온 피크로 관측된 것에 의해 화합물 IM-8을 확인하였다.
3) 화합물 IM-9의 합성
아르곤(Ar) 분위기하, 500 mL의 3구 플라스크에, IM-8 20.89 g (31.91 mmol), Pd(PPh3)4 7.38 g (0.20 equiv, 6.38 mmol), Cs2CO3 41.59 g (4.0 equiv, 127.7 mmol), 1,4-dioxane 250 mL, 및 Bis(pinacolato)diboron 32.42 g (4.0 equiv, 127.7 mmol)을 순차적으로 추가하여, 가열 환류 교반하였다. 상온까지 공랭 후, 반응 용매에 물 및 Toluene을 추가하여 유기층을 분취하였다. 추출된 유기층을 식염수로 세정하고, MgSO4로 건조시켰다. MgSO4의 여과 및 유기층의 농축을 시행하여, 얻어진 조생성물을 정제해, 화합물 IM-9 (12.12 g, 수율 54%)를 얻었다.
FAB-MS를 측정하여, 질량수 m/z = 701이 분자 이온 피크로 관측된 것에 의해 화합물 IM-9를 확인하였다.
4) 화합물 A14의 합성
아르곤(Ar) 분위기하, 200 mL의 3구 플라스크에, IM-3 5.48 g (11.5 mmol), Pd(PPh3)4 2.66 g (0.20 equiv, 2.30 mmol), Cs2CO3 11.2 g (3.0 equiv, 34.5 mmol), 1,4-dioxane 60 mL, 및 IM-9 8.07 g (1.0 equiv, 11.5 mmol)을 순차적으로 추가하여, 가열 환류 교반하였다. 상온까지 공랭 후, 반응 용매에 물 및 톨루엔을 추가하여 유기층을 분취하였다. 추출된 유기층을 식염수로 세정하고, MgSO4로 건조시켰다. MgSO4의 여과 및 유기층의 농축을 시행하여, 얻어진 조생성물을 정제해, 화합물 A14 (6.90 g, 수율 62%)를 얻었다.
FAB-MS를 측정하여, 질량수 m/z = 970이 분자 이온 피크로 관측된 것에 의해 화합물 A14를 확인하였다.
(5) 화합물 A16의 합성
일 실시예에 따른 다환 화합물 A16은 예를 들어 하기 반응식들의 단계에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 5-1]
Figure pat00159
[반응식 5-2]
Figure pat00160
1) 화합물 IM-10의 합성
아르곤(Ar) 분위기하, 200 mL의 3구 플라스크에, 2,7-Diphenyl-9H-carbazole 20.00 g (62.62mmol), Cs2CO3 40.80 g (2.0 equiv, 125.2 mmol), DMA 65 mL 및 1-bromo-2-fluorobenzene 21.92 g (2.0 equiv, 125.2 mmol)을 순차적으로 추가하여, 120℃로 가열해 교반하였다. 상온까지 공랭 후, 반응 용매에 물 및 톨루엔을 추가하여 유기층을 분취하였다. 추출된 유기층을 식염수로 세정하고, MgSO4로 건조시켰다. MgSO4의 여과 및 유기층의 농축을 시행하여, 얻어진 조생성물을 정제해, 화합물 IM-10 (20.70 g, 수율 70%)을 얻었다.
FAB-MS를 측정하여, 질량수 m/z = 473이 분자 이온 피크로 관측된 것에 의해 화합물 IM-10을 확인하였다.
2) 화합물 IM-11의 합성
아르곤(Ar) 분위기하, 500 mL의 3구 플라스크에, 화합물 IM-10 20.70 g (43.63 mmol), Pd(PPh3)4 10.08 g (0.20 equiv, 8.73 mmol), Cs2CO3 56.87 g (4.0 equiv, 174.5 mmol), 1,4-dioxane 210 mL, 및 Bis(pinacolato)diboron 44.32 g (4.0 equiv, 174.5 mmol)을 순차적으로 추가하여, 가열 환류 교반하였다. 상온까지 공랭 후, 반응 용매에 물 및 톨루엔을 추가하여 유기층을 분취하였다. 추출된 유기층을 식염수로 세정하고, MgSO4로 건조시켰다. MgSO4의 여과 및 유기층의 농축을 시행하여, 얻어진 조생성물을 정제해, 화합물 IM-11 (16.01 g, 수율 70%)을 얻었다.
FAB-MS를 측정하여, 질량수 m/z = 521이 분자 이온 피크로 관측된 것에 의해 화합물 IM-11을 확인하였다.
3) 화합물 A16의 합성
아르곤(Ar) 분위기하, 200 mL의 3구 플라스크에, 화합물 IM-3 7.31 g (15.3 mmol), Pd(PPh3)4 3.55 g (0.20 equiv, 3.07 mmol), Cs2CO3 15.0 g (3.0 equiv, 46.0 mmol), 1,4-dioxane 80 mL, 및 화합물 IM-11 8.00 g (1.0 equiv, 15.3 mmol)을 순차적으로 추가하여, 가열 환류 교반하였다. 상온까지 공랭 후, 반응 용매에 물 및 톨루엔을 추가하여 유기층을 분취하였다. 추출된 유기층을 식염수로 세정하고, MgSO4로 건조시켰다. MgSO4의 여과 및 유기층의 농축을 시행하여, 얻어진 조생성물을 정제해, 화합물 A16 (5.96 g, 수율 49%)을 얻었다.
FAB-MS를 측정하여, 질량수 m/z = 790이 분자 이온 피크로 관측된 것에 의해 화합물 A16을 확인하였다.
(6) 화합물 B1의 합성
일 실시예에 따른 다환 화합물 B1은 예를 들어 하기 반응식 6의 단계에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 6]
Figure pat00161
1) 화합물 IM-12의 합성
아르곤(Ar) 분위기하, 2000 mL의 3구 플라스크에, di([1,1'-biphenyl]-4-yl)amine 20.00 g (62.22 mmol), Pd(dba)2 1.79 g (0.05 equiv, 3.11 mmol), NaO t Bu 5.98 g (1.0 equiv, 62.22 mmol), 톨루엔 600 mL, 1-Bromo-3-iodobenzene 35.21 g (2.0 equiv, 124.5 mmol) 및 P t Bu3 2.52 g (0.2 equiv, 12.4 mmol)을 순차적으로 추가하여, 가열 환류 교반하였다. 상온까지 공랭 후, 반응 용매에 물을 추가하여 유기층을 분취하였다. 이후 수층에 톨루엔을 추가하여 유기층을 한층 더 추출한 후, 추출된 유기층을 합하여 식염수로 세정하고, MgSO4로 건조시켰다. MgSO4의 여과 및 유기층의 농축을 시행하여, 얻어진 조생성물을 정제해, 화합물 IM-12 (18.72 g, 수율 63%)를 얻었다.
FAB-MS를 측정하여, 질량수 m/z = 475가 분자 이온 피크로 관측된 것에 의해 화합물 IM-12를 확인하였다.
2) 화합물 B1의 합성
아르곤(Ar) 분위기하, 100 mL의 3구 플라스크에, 화합물 IM-12 5.00 g (10.5 mmol), Pd(PPh3)4 2.43 g (0.20 equiv, 2.10 mmol), Cs2CO3 10.3 g (3.0 equiv, 31.5 mmol), 1,4-dioxane 40 mL, 및 화합물 IM-2 5.47 g (1.0 equiv, 10.5 mmol)을 순차적으로 추가하여, 가열 환류 교반하였다. 상온까지 공랭 후, 반응 용매에 물 및 톨루엔을 추가하여 유기층을 분취하였다. 추출된 유기층을 식염수로 세정하고, MgSO4로 건조시켰다. MgSO4의 여과 및 유기층의 농축을 시행하여, 얻어진 조생성물을 정제해, 화합물 B1 (5.61 g, 수율 67%)을 얻었다.
FAB-MS를 측정하여, 질량수 m/z = 790이 분자 이온 피크로 관측된 것에 의해 화합물 B1을 확인하였다.
(7) 화합물 C1의 합성
일 실시예에 따른 다환 화합물 C1은 예를 들어 하기 반응식 7의 단계에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 7]
Figure pat00162
1) 화합물 IM-13의 합성
아르곤(Ar) 분위기하, 2000 mL의 3구 플라스크에, di([1,1'-biphenyl]-4-yl)amine 20.00 g (62.22 mmol), Pd(dba)2 1.79 g (0.05 equiv, 3.11 mmol), NaO t Bu 5.98 g (1.0 equiv, 62.22 mmol), 톨루엔 600 mL, 1-Bromo-4-iodobenzene 35.21 g (2.0 equiv, 124.5 mmol) 및 P t Bu3 2.52 g (0.2 equiv, 12.4 mmol)을 순차적으로 추가하여, 가열 환류 교반하였다. 상온까지 공랭 후, 반응 용매에 물을 추가하여 유기층을 분취하였다. 이후 수층에 톨루엔을 추가하여 유기층을 한층 더 추출한 후, 추출된 유기층을 합하여 식염수로 세정하고, MgSO4로 건조시켰다. MgSO4의 여과 및 유기층의 농축을 시행하여, 얻어진 조생성물을 정제해, 화합물 IM-13 (18.90 g, 수율 64%)을 얻었다.
FAB-MS를 측정하여, 질량수 m/z = 475가 분자 이온 피크로 관측된 것에 의해 화합물 IM-13을 확인하였다.
2) 화합물 C1의 합성
아르곤(Ar) 분위기하, 100 mL의 3구 플라스크에, 화합물 IM-13 5.00 g (10.5 mmol), Pd(PPh3)4 2.43 g (0.20 equiv, 2.10 mmol), Cs2CO3 10.3 g (3.0 equiv, 31.5 mmol), 1,4-dioxane 40 mL, 및 화합물 IM-2 5.47 g (1.0 equiv, 10.5 mmol)을 순차적으로 추가하여, 가열 환류 교반하였다. 상온까지 공랭 후, 반응 용매에 물 및 톨루엔을 추가하여 유기층을 분취하였다. 추출된 유기층을 식염수로 세정하고, MgSO4로 건조시켰다. MgSO4의 여과 및 유기층의 농축을 시행하여, 얻어진 조생성물을 정제해, 화합물 C1 (6.11 g, 수율 73%)을 얻었다.
FAB-MS를 측정하여, 질량수 m/z = 790이 분자 이온 피크로 관측된 것에 의해 화합물 C1을 확인하였다.
(8) 화합물 D1의 합성
일 실시예에 따른 다환 화합물 D1은 예를 들어 하기 반응식들의 단계에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 8-1]
Figure pat00163
[반응식 8-2]
Figure pat00164
1) 화합물 IM-14의 합성
아르곤(Ar) 분위기하, 300 mL의 3구 플라스크에, 3-phenyl-9H-carbazole 18.00 g (73.98mmol), Cs2CO3 48.21 g (2.0 equiv, 148.0 mmol), DMA 75 mL 및 1-bromo-2-fluorobenzene 25.89 g (2.0 equiv, 148.0 mmol)을 순차적으로 추가하여, 120℃로 가열해 교반하였다. 상온까지 공랭 후, 반응 용매에 물 및 톨루엔을 추가하여 유기층을 분취하였다. 추출된 유기층을 식염수로 세정하고, MgSO4로 건조시켰다. MgSO4의 여과 및 유기층의 농축을 시행하여, 얻어진 조생성물을 정제해, 화합물 IM-14 (18.11 g, 수율 61%)를 얻었다.
FAB-MS를 측정하여, 질량수 m/z = 397이 분자 이온 피크로 관측된 것에 의해 화합물 IM-14를 확인하였다.
2) 화합물 IM-15의 합성
아르곤(Ar) 분위기하, 500 mL의 3구 플라스크에, 화합물 IM-14 18.11 g (45.47 mmol), Pd(PPh3)4 10.5 g (0.20 equiv, 9.09 mmol), Cs2CO3 59.26 g (4.0 equiv, 181.9 mmol), 1,4-dioxane 220 mL, 및 Bis(pinacolato)diboron 46.18 g (4.0 equiv, 181.9 mmol)을 순차적으로 추가하여, 가열 환류 교반하였다. 상온까지 공랭 후, 반응 용매에 물 및 톨루엔을 추가하여 유기층을 분취하였다. 추출된 유기층을 식염수로 세정하고, MgSO4로 건조시켰다. MgSO4의 여과 및 유기층의 농축을 시행하여, 얻어진 조생성물을 정제해, 화합물 IM-15 (11.09 g, 수율 55%)를 얻었다.
FAB-MS를 측정하여, 질량수 m/z = 445가 분자 이온 피크로 관측된 것에 의해 화합물 IM-15를 확인하였다.
3) 화합물 D1의 합성
아르곤(Ar) 분위기하, 200 mL의 3구 플라스크에, 화합물 IM-3 5.00 g (10.5 mmol), Pd(PPh3)4 2.43 g (0.20 equiv, 2.10 mmol), Cs2CO3 10.3 g (3.0 equiv, 31.5 mmol), 1,4-dioxane 50 mL, 및 화합물 IM-15 4.67 g (1.0 equiv, 10.5 mmol)을 순차적으로 추가하여, 가열 환류 교반하였다. 상온까지 공랭 후, 반응 용매에 물 및 톨루엔을 추가하여 유기층을 분취하였다. 추출된 유기층을 식염수로 세정하고, MgSO4로 건조시켰다. MgSO4의 여과 및 유기층의 농축을 시행하여, 얻어진 조생성물을 정제해, 화합물 D1 (4.82 g, 수율 64%)을 얻었다.
FAB-MS를 측정하여, 질량수 m/z = 714가 분자 이온 피크로 관측된 것에 의해 화합물 D1을 확인하였다.
(9) 화합물 G1의 합성
일 실시예에 따른 다환 화합물 G1은 예를 들어 하기 반응식 9의 단계에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 9]
Figure pat00165
1) 화합물 G1의 합성
아르곤(Ar) 분위기하, 200 mL의 3구 플라스크에, 화합물 IM-1 4.20 g (8.85 mmol), Pd(PPh3)4 2.05 g (0.20 equiv, 1.77 mmol), Cs2CO3 8.65 g (3.0 equiv, 26.6 mmol), 1,4-dioxane 40 mL, 및 화합물 IM-2 4.62 g (1.0 equiv, 8.85 mmol)을 순차적으로 추가하여, 가열 환류 교반하였다. 상온까지 공랭 후, 반응 용매에 물 및 톨루엔을 추가하여 유기층을 분취하였다. 추출된 유기층을 식염수로 세정하고, MgSO4로 건조시켰다. MgSO4의 여과 및 유기층의 농축을 시행하여, 얻어진 조생성물을 정제해, 화합물 G1 (4.55 g, 수율 65%)을 얻었다.
FAB-MS를 측정하여, 질량수 m/z = 788이 분자 이온 피크로 관측된 것에 의해 화합물 G1을 확인하였다.
(10) 화합물 H1의 합성
일 실시예에 따른 다환 화합물 H1은 예를 들어 하기 반응식 10의 단계에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 10]
Figure pat00166
1) 화합물 IM-16의 합성
아르곤(Ar) 분위기하, 2000 mL의 3구 플라스크에, 3,6-diphenyl-9H-carbazole 15.00 g (46.96 mmol), Pd(dba)2 1.35 g (0.05 equiv, 2.35 mmol), NaO t Bu 4.51 g (1.0 equiv, 47.0 mmol), 톨루엔 500 mL, 1-Bromo-3-iodobenzene 26.57 g (2.0 equiv, 93.92 mmol) 및 P t Bu3 1.90 g (0.2 equiv, 9.39 mmol)을 순차적으로 추가하여, 가열 환류 교반하였다. 상온까지 공랭 후, 반응 용매에 물을 추가하여 유기층을 분취하였다. 이후 수층에 톨루엔을 추가하여 유기층을 한층 더 추출한 후, 추출된 유기층을 합하여 식염수로 세정하고, MgSO4로 건조시켰다. MgSO4의 여과 및 유기층의 농축을 시행하여, 얻어진 조생성물을 정제해, 화합물 IM-16 (12.82 g, 수율 57%)을 얻었다.
FAB-MS를 측정하여, 질량수 m/z = 473이 분자 이온 피크로 관측된 것에 의해 화합물 IM-16을 확인하였다.
2) 화합물 H1의 합성
아르곤(Ar) 분위기하, 200 mL의 3구 플라스크에, 화합물 IM-16 5.50 g (11.6 mmol), Pd(PPh3)4 2.68 g (0.20 equiv, 2.32 mmol), Cs2CO3 11.33 g (3.0 equiv, 34.78 mmol), 1,4-dioxane 60 mL, 및 화합물 IM-2 6.05 g (1.0 equiv, 11.6 mmol)을 순차적으로 추가하여, 가열 환류 교반하였다. 상온까지 공랭 후, 반응 용매에 물 및 톨루엔을 추가하여 유기층을 분취하였다. 추출된 유기층을 식염수로 세정하고, MgSO4로 건조시켰다. MgSO4의 여과 및 유기층의 농축을 시행하여, 얻어진 조생성물을 정제해, 화합물 H1 (5.51 g, 수율 60%)을 얻었다.
FAB-MS를 측정하여, 질량수 m/z = 788이 분자 이온 피크로 관측된 것에 의해 화합물 H1을 확인하였다.
(11) 화합물 J1의 합성
일 실시예에 따른 다환 화합물 J1은 예를 들어 하기 반응식 11의 단계에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 11]
Figure pat00167
1) 화합물 J1의 합성
아르곤(Ar) 분위기하, 200 mL의 3구 플라스크에, 4-bromo-9-phenyl-9H-carbazole 4.30 g (13.35 mmol), Pd(PPh3)4 3.08 g (0.20 equiv, 2.67 mmol), Cs2CO3 13.04 g (3.0 equiv, 40.04 mmol), 1,4-dioxane 70 mL, 및 화합물 IM-2 6.96 g (1.0 equiv, 13.35 mmol)을 순차적으로 추가하여, 가열 환류 교반하였다. 상온까지 공랭 후, 반응 용매에 물 및 톨루엔을 추가하여 유기층을 분취하였다. 추출된 유기층을 식염수로 세정하고, MgSO4로 건조시켰다. MgSO4의 여과 및 유기층의 농축을 시행하여, 얻어진 조생성물을 정제해, 화합물 J1 (5.38 g, 수율 63%)을 얻었다.
FAB-MS를 측정하여, 질량수 m/z = 636이 분자 이온 피크로 관측된 것에 의해 화합물 J1을 확인하였다.
(12) 화합물 J9의 합성
일 실시예에 따른 다환 화합물 J9는 예를 들어 하기 반응식 12의 단계에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 12]
Figure pat00168
1) 화합물 J9의 합성
아르곤(Ar) 분위기하, 200 mL의 3구 플라스크에, 3-bromo-9-phenyl-9H-carbazole 5.00 g (15.5 mmol), Pd(PPh3)4 3.59 g (0.20 equiv, 3.10 mmol), Cs2CO3 15.2 g (3.0 equiv, 46.6 mmol), 1,4-dioxane 75 mL, 및 화합물 IM-6 6.17 g (1.0 equiv, 15.5 mmol)을 순차적으로 추가하여, 가열 환류 교반하였다. 상온까지 공랭 후, 반응 용매에 물 및 톨루엔을 추가하여 유기층을 분취하였다. 추출된 유기층을 식염수로 세정하고, MgSO4로 건조시켰다. MgSO4의 여과 및 유기층의 농축을 시행하여, 얻어진 조생성물을 정제해, 화합물 J9 (5.22 g, 수율 66%)를 얻었다.
FAB-MS를 측정하여, 질량수 m/z = 512가 분자 이온 피크로 관측된 것에 의해 화합물 J9를 확인하였다.
(13) 화합물 J29의 합성
일 실시예에 따른 다환 화합물 J29는 예를 들어 하기 반응식들의 단계에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 13-1]
Figure pat00169
[반응식 13-2]
Figure pat00170
1) 화합물 IM-17의 합성
아르곤(Ar) 분위기하, 100 mL의 3구 플라스크에, 9-phenyl-9H,9'H-3,3'-bicarbazole 7.50 g (18.36mmol), Cs2CO3 11.96 g (2.0 equiv, 36.72 mmol), DMA 35 mL 및 1-bromo-2-fluorobenzene 6.43 g (2.0 equiv, 36.7 mmol)을 순차적으로 추가하여, 120℃로 가열해 교반하였다. 상온까지 공랭 후, 반응 용매에 물 및 톨루엔을 추가하여 유기층을 분취하였다. 추출된 유기층을 식염수로 세정하고, MgSO4로 건조시켰다. MgSO4의 여과 및 유기층의 농축을 시행하여, 얻어진 조생성물을 정제해, 화합물 IM-17 (5.51 g, 수율 53%)을 얻었다.
FAB-MS를 측정하여, 질량수 m/z = 562가 분자 이온 피크로 관측된 것에 의해 화합물 IM-17을 확인하였다.
2) 화합물 IM-18의 합성
아르곤(Ar) 분위기하, 200 mL의 3구 플라스크에, 화합물 IM-17 5.51 g (9.78 mmol), Pd(PPh3)4 2.26 g (0.20 equiv, 1.96 mmol), Cs2CO3 12.74 g (4.0 equiv, 39.11 mmol), 및 1,4-dioxane 50 mL, Bis(pinacolato)diboron 9.93 g (4.0 equiv, 39.11 mmol)을 순차적으로 추가하여, 가열 환류 교반하였다. 상온까지 공랭 후, 반응 용매에 물 및 톨루엔을 추가하여 유기층을 분취하였다. 추출된 유기층을 식염수로 세정하고, MgSO4로 건조시켰다. MgSO4의 여과 및 유기층의 농축을 시행하여, 얻어진 조생성물을 정제해, 화합물 IM-18 (3.90 g, 수율 65%)을 얻었다.
FAB-MS를 측정하여, 질량수 m/z = 610이 분자 이온 피크로 관측된 것에 의해 화합물 IM-18을 확인하였다.
3) 화합물 J29의 합성
아르곤(Ar) 분위기하, 100 mL의 3구 플라스크에, 4-bromo-9-phenyl-9H-carbazole 2.06 g (6.39 mmol), Pd(PPh3)4 1.48 g (0.20 equiv, 1.28 mmol), Cs2CO3 6.25 g (3.0 equiv, 19.2 mmol), 1,4-dioxane 33 mL, 및 화합물 IM-18 3.90 g (1.0 equiv, 6.39 mmol)을 순차적으로 추가하여, 가열 환류 교반하였다. 상온까지 공랭 후, 반응 용매에 물 및 톨루엔을 추가하여 유기층을 분취하였다. 추출된 유기층을 식염수로 세정하고, MgSO4로 건조시켰다. MgSO4의 여과 및 유기층의 농축을 시행하여, 얻어진 조생성물을 정제해, 화합물 J29 (3.19 g, 수율 69%)를 얻었다.
FAB-MS를 측정하여, 질량수 m/z = 725가 분자 이온 피크로 관측된 것에 의해 화합물 J29를 확인하였다.
(14) 화합물 G12의 합성
일 실시예에 따른 다환 화합물 G12는 예를 들어 하기 반응식들의 단계에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 14-1]
Figure pat00171
[반응식 14-2]
Figure pat00172
1) 화합물 IM-19의 합성
아르곤(Ar) 분위기하, 100 mL의 3구 플라스크에, 3,6-bis(phenyl-d5)-9H-carbazole-1,2,4,5,7,8-d6 10.00 g (29.81mmol), Cs2CO3 19.42 g (2.0 equiv, 59.61 mmol), DMA 30 mL 및 1-bromo-2-fluorobenzene 10.43 g (2.0 equiv, 59.61 mmol)을 순차적으로 추가하여, 120℃로 가열해 교반하였다. 상온까지 공랭 후, 반응 용매에 물 및 톨루엔을 추가하여 유기층을 분취하였다. 추출된 유기층을 식염수로 세정하고, MgSO4로 건조시켰다. MgSO4의 여과 및 유기층의 농축을 시행하여, 얻어진 조생성물을 정제해, 화합물 IM-19 (10.08 g, 수율 69%)를 얻었다.
FAB-MS를 측정하여, 질량수 m/z = 489가 분자 이온 피크로 관측된 것에 의해 화합물 IM-19를 확인하였다.
2) 화합물 IM-20의 합성
아르곤(Ar) 분위기하, 200 mL의 3구 플라스크에, 화합물 IM-19 6.00 g (12.2 mmol), Pd(PPh3)4 2.83 g (0.20 equiv, 2.45 mmol), Cs2CO3 15.94 g (4.0 equiv, 48.93 mmol), 1,4-dioxane 60 mL, 및 Bis(pinacolato)diboron 12.43 g (4.0 equiv, 48.93 mmol)을 순차적으로 추가하여, 가열 환류 교반하였다. 상온까지 공랭 후, 반응 용매에 물 및 톨루엔을 추가하여 유기층을 분취하였다. 추출된 유기층을 식염수로 세정하고, MgSO4로 건조시켰다. MgSO4의 여과 및 유기층의 농축을 시행하여, 얻어진 조생성물을 정제해, 화합물 IM-20 (4.93 g, 수율 75%)을 얻었다.
FAB-MS를 측정하여, 질량수 m/z = 537이 분자 이온 피크로 관측된 것에 의해 화합물 IM-20을 확인하였다.
3) 화합물 G12의 합성
아르곤(Ar) 분위기하, 200 mL의 3구 플라스크에, 화합물 IM-20 4.12 g (7.66 mmol), Pd(PPh3)4 1.77 g (0.20 equiv, 1.53 mmol), Cs2CO3 7.49 g (3.0 equiv, 23.0 mmol), 1,4-dioxane 40 mL, 및 화합물 IM-19 3.76 g (1.0 equiv, 7.66 mmol)을 순차적으로 추가하여, 가열 환류 교반하였다. 상온까지 공랭 후, 반응 용매에 물 및 톨루엔을 추가하여 유기층을 분취하였다. 추출된 유기층을 식염수로 세정하고, MgSO4로 건조시켰다. MgSO4의 여과 및 유기층의 농축을 시행하여, 얻어진 조생성물을 정제해, 화합물 G12 (3.83 g, 수율 61%)를 얻었다.
FAB-MS를 측정하여, 질량수 m/z = 821이 분자 이온 피크로 관측된 것에 의해 화합물 G12를 확인하였다.
2. 발광 소자의 제작과 평가
실시예 및 비교예의 화합물들을 정공 수송층에 포함하는 발광 소자에 대한 평가를 아래의 방법으로 진행하였다. 소자 평가를 위한 발광 소자 제작 방법은 아래에 기재하였다.
(1) 발광 소자 1 및 발광 소자 2의 제작
1) 발광 소자 1(형광 소자)의 제작
유리 기판 상에 두께 1500Å의 ITO를 패터닝한 후, 초순수로 세척하고 UV 오존 처리를 10분간 실시하여 제1 전극을 형성하였다. 그 후, 600Å 두께로 2-TNATA를 증착하여 정공 주입층을 형성하였다. 다음으로 실시예 화합물 또는 비교예 화합물을 300Å 두께로 증착하여 정공 수송층을 형성하였다.
이후, ADN에 TBP를 3% 도프한 250 Å 두께의 발광층을 형성하였다. 다음으로, Alq3을 250 Å 두께로 증착하여 전자 수송층을 형성하고, LiF를 10 Å 두께로 증착하여 전자 주입층을 형성하였다.
다음으로, 알루미늄(Al)을 1000Å의 두께로 제공하여 제2 전극을 형성하였다.
실시예에서, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 및 제2 전극은 진공 증착 장치를 이용하여 형성하였다.
2) 발광 소자 2(인광 소자)의 제작
유리 기판 상에 두께 1500Å의 ITO를 패터닝한 후, 초순수로 세척하고 UV 오존 처리를 10분간 실시하여 제1 전극을 형성하였다. 그 후, 10nm 두께로 HAT-CN 증착하고, 80nm 두께로 TAPC 증착하였다. 다음으로, 실시예 또는 비교예 화합물을 5nm 두께로 증착하여 정공 수송층을 형성하였다. 다음으로, mCBP 에 FIrpic 를 5%로 도핑한 발광층을 20nm 두께로 형성하였다. 이 후, 발광층 상에 TmPyPB 로 두께 30nm의 층을 형성하고, LiF를 두께 0.5nm의 층을 형성하여 전자 수송 영역을 형성하였다. 다음으로, 알루미늄(Al)으로 두께 100nm의 제2 전극을 형성하였다. 각 층은 모두 진공 증착법으로 형성하였다.
발광 소자 1 및 발광 소자 2의 제작에 사용된 실시예 화합물 및 비교예 화합물은 아래와 같다.
<실시예 화합물>
Figure pat00173
Figure pat00174
Figure pat00175
Figure pat00176
<비교예 화합물>
Figure pat00177
Figure pat00178
Figure pat00179
Figure pat00180
Figure pat00181
(2) 발광 소자 1 및 발광 소자 2의 평가
1) 발광 소자 1의 평가
표 1에는 실시예 1-1 내지 실시예 1-14에 대한 발광 소자 1의 평가 결과를 나타내고, 표 2에는 비교예 1-1 내지 비교예 1-32에 대한 발광 소자 1의 평가 결과를 나타내었다. 표 1 및 2에는 제작된 발광 소자 1의 최대 발광 효율 및 반감 수명을 비교하여 나타내었다. 표 1 및 2에 나타낸 실시예 및 비교예에 대한 특성 평가 결과에서 최대 발광 효율은 10mA/cm2의 전류 밀도에서의 효율 값을 나타낸 것이고, 반감 수명은 1.0 mA/cm2에서의 시험에 있어서, 초기 휘도 100cd/m2로부터의 휘도 반감 수명을 나타낸 것이다.
아래 표 1 및 표 2에서 최대 발광 효율 및 반감 수명의 특성은 비교예 9의 발광 효율 및 수명을 100%으로 하여, 이에 대한 비교 값을 나타내었다.
구분 정공 수송층 물질 최대 발광 효율 반감 수명
실시예 1-1 실시예 화합물 A1 132% 165%
실시예 1-2 실시예 화합물 A7 135% 158%
실시예 1-3 실시예 화합물 A9 125% 125%
실시예 1-4 실시예 화합물 A14 137% 136%
실시예 1-5 실시예 화합물 A16 129% 171%
실시예 1-6 실시예 화합물 B1 131% 170%
실시예 1-7 실시예 화합물 C1 136% 175%
실시예 1-8 실시예 화합물 D1 120% 134%
실시예 1-9 실시예 화합물 G1 129% 177%
실시예 1-10 실시예 화합물 H1 124% 169%
실시예 1-11 실시예 화합물 J1 121% 155%
실시예 1-12 실시예 화합물 J9 118% 129%
실시예 1-13 실시예 화합물 J29 127% 142%
실시예 1-14 실시예 화합물 G12 134% 187%
구분 정공 수송층 물질 최대 발광 효율 반감 수명
비교예 1-1 비교예 화합물 R1 105% 48%
비교예 1-2 비교예 화합물 R2 107% 92%
비교예 1-3 비교예 화합물 R3 109% 65%
비교예 1-4 비교예 화합물 R4 103% 82%
비교예 1-5 비교예 화합물 R5 92% 8%
비교예 1-6 비교예 화합물 R6 99% 33%
비교예 1-7 비교예 화합물 R7 84% 5%
비교예 1-8 비교예 화합물 R8 109% 101%
비교예 1-9 비교예 화합물 R9 100% 100%
비교예 1-10 비교예 화합물 R10 108% 110%
비교예 1-11 비교예 화합물 R11 105% 107%
비교예 1-12 비교예 화합물 R12 108% 87%
비교예 1-13 비교예 화합물 R13 102% 76%
비교예 1-14 비교예 화합물 R14 98% 105%
비교예 1-15 비교예 화합물 R15 107% 90%
비교예 1-16 비교예 화합물 R16 105% 92%
비교예 1-17 비교예 화합물 R17 108% 88%
비교예 1-18 비교예 화합물 R18 103% 84%
비교예 1-19 비교예 화합물 R19 101% 45%
비교예 1-20 비교예 화합물 R20 100% 23%
비교예 1-21 비교예 화합물 R21 111% 86%
비교예 1-22 비교예 화합물 R22 112% 88%
비교예 1-23 비교예 화합물 R23 106% 75%
비교예 1-24 비교예 화합물 R24 74% 17%
비교예 1-25 비교예 화합물 R25 110% 92%
비교예 1-26 비교예 화합물 R26 106% 66%
비교예 1-27 비교예 화합물 R27 110% 74%
비교예 1-28 비교예 화합물 R28 104% 85%
비교예 1-29 비교예 화합물 R29 105% 70%
비교예 1-30 비교예 화합물 R30 98% 97%
비교예 1-31 비교예 화합물 R31 94% 26%
비교예 1-32 비교예 화합물 R32 115% 109%
표 1 및 표 2의 결과를 참조하면, 본 발명의 일 실시예의 다환 화합물을 정공 수송층 재료로 사용한 발광 소자 1(형광 소자)의 실시예들의 경우 우수한 발광 효율 및 개선된 소자 수명 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.
[참고 화학식 K]
Figure pat00182
실시예 1-1 내지 1-14에서 사용된 실시예의 다환 화합물은 카바졸의 1번 위치부터 8번 위치(화학식 K 참조)까지 중 어느 하나에 치환기를 가지고, 링커를 사이에 두고 아민 화합물 또는 카바졸계 화합물이 치환되어 있어 장수명화 및 고효율화를 나타내었다. 실시예에서 사용된 다환 화합물에서 알킬기 및 방향족 고리기 등의 치환기를 갖는 카바졸은 HOMO가 얕아져, 제1 전극 측의 인접층으로부터의 정공(hole) 주입이 개선되며, 결과적으로 정공 수송 영역으로부터 발광층에의 정공의 이동이 가속되어, 발광 효율이 향상된 것으로 생각된다. 또한, 실시예에서 사용된 다환 화합물에서 치환기를 갖는 카바졸의 질소에 비페닐(bi-phenyl) 부위가 2번 위치에서 결합하므로, 질소를 포함하는 부분 구조끼리가 입체적으로 근접해, 상호 작용에 의해 더욱 큰 정공 수송 능력을 만들어내, 높은 발광 효율을 나타낸 것으로 생각된다. 또한, 실시예에서 사용된 다환 화합물에서 카바졸의 3, 6번 위치는 친전자 부위와의 반응성이 높으며, 또한 산화 내성도 낮으나, 3, 6번 위치에 치환기를 도입함으로써 안정성을 향상시켜, 장수명화를 달성한 것으로 생각된다. 이러한 효과는 2번 위치에 치환기를 도입한 경우에도 확인되며, 입체적인 큰 부피에 의해 3번 위치를 보호하는 효과도 있는 것으로 생각된다. 카바졸은 평면성이 높아, 증착 온도가 높아지기 쉬우며, 고열에서 발생한 분해물이 소자 수명을 저하시키는 경우가 있으나, 실시예에서 사용된 다환 화합물에서 카바졸은 링커를 개재해 비틀린 골격임에 따라, 평면성이 낮아지며, 증착 온도가 저하된다. 이에 따라 실시예에서 사용된 다환 화합물을 발광 소자 1에 적용하면 높은 소자 수명을 나타낸 것으로 생각된다.
비교예 1-1 및 1-3에서 사용된 비교예 화합물들은 실시예 1~14에서 사용된 화합물들과 비교해 소자 수명 및 효율이 저하되는 결과를 보였다. 링커 부위에 축합 구조를 포함하면 증착 온도가 높아지기 쉬우며, 증착 시에 발생한 분해물이 소자 성능을 저하시킨 것으로 생각된다.
비교예 1-2, 1-8, 1-9, 1-14, 1-16 및 30에서 사용된 비교예 화합물들은 실시예 1-1 내지 1-14에서 사용된 화합물들과 비교해 소자 수명 및 효율이 저하되는 결과를 보였다. 실시예 1-1내지 1-14에서는 전술한 바와 같이 카바졸에 치환기를 갖는 것에 의해 효율과 수명이 상승된 것으로 생각된다.
비교예 1-4, 1-12, 1-13, 1-15, 1-17 및 1-18에서 사용된 비교예 화합물들은 실시예 1-1~1-14에서 사용된 화합물들과 비교해 소자 수명 및 효율이 저하되는 결과를 보였다. 비교예 1-4, 1-12, 1-13, 1-15, 1-17 및 1-18에서 사용된 비교예 화합물들은 벤조카바졸(Benzocarbazole), 벤조티에노카바졸(Benzothienocarbazole), 벤조퓨로카바졸(Benzofurocarbazole) 및 인돌로카바졸(indolocarbazole) 골격은 축합된 골격을 가지며, 평면성이 높아 증착 온도가 높아진다. 증착 시에 발생한 분해물이 소자 성능을 저하시킨 것으로 생각된다.
비교예 1-5, 1-6, 1-7, 1-19, 1-20 및 1-31에서 사용된 비교예 화합물들은 실시예 1-1 내지 1-14에서 사용된 화합물들과 비교해 소자 수명이 크게 저하되는 결과를 보였다. 비교예 1-5, 1-6, 1-7, 1-19, 1-20 및 1-31에서 사용된 비교예 화합물들은 전자 구인성기인 트리아진(triazine), 나이트릴(nitrile), 피리딘(pyridine), 트리플루오로메틸(trifluoromethyl)과 같은 구조가 결합함으로써, 실시예에서 사용된 화합물과 비교해 정공에의 내성이 저하된 것으로 생각된다.
비교예 1-10, 1-11 및 1-23에서 사용된 비교예 화합물들은 실시예 1-1 내지 1-14에서 사용된 화합물들과 비교해 소자 수명 및 효율이 저하되는 결과를 보였다. 실시예 1-9, 1-10의 결과로부터, 전술한 치환기를 갖는 카바졸의 치환기 효과는, 동일한 카바졸 상에 2개 이상 치환기를 가져 한층 더 효율과 수명이 향상되어, 우수한 성능을 나타낸 것으로 생각된다. 한편, 실시예 1-8에서 사용된 화합물과 같이 비페닐에 대해 2번 위치에서 결합하는 아민 화합물을 갖는 경우는, 카바졸 상의 치환기가 하나여도 충분히 양호한 성능을 나타낸다. 아민 화합물은 카바졸과 비교해 정공 수송 능력이 높으며, 이러한 아민 화합물 부위와 비페닐 링커를 개재한 카바졸이 입체적으로 근접해 상호 작용하므로, 카바졸 상의 치환기가 하나여도 충분히 높은 정공 수송성을 가지며, 고효율을 나타낸 것으로 생각된다. 비교예 1-23에서 사용된 화합물은 비교예 1-10, 1-11에서 사용된 화합물들과 비교해도 수명이 저하되었다. 디벤조싸이오펜(Dibenzothiophene)은 카바졸과 같이 평면성이 높으며 황끼리의 고립전자쌍과 공궤도를 이용한 상호 작용도 더해져 증착 온도가 높은 골격이며, 증착 시의 분해에 의해 소자 성능이 저하된 것으로 생각된다.
비교예 1-21, 1-22에서 사용된 비교예 화합물들은 실시예 1-1 내지 1-14에서 사용된 화합물들과 비교해 소자 수명 및 효율이 저하되는 결과를 보였다. 실시예 1-1 내지 1-14에서 사용된 화합물들은 링커를 개재해 비틀린 골격이므로, 증착 온도가 저하되는 것에 의해 증착 시의 분해가 억제되어, 분해물에 의한 효율과 수명 저하가 억제된 것으로 생각된다.
비교예 1-24에서 사용된 비교예 화합물은 실시예 1-1 내지 1-14에서 사용된 화합물들과 비교해 소자 수명이 크게 저하되는 결과를 보였다. 스티렌(Styrene)은 열 및 빛에 대한 내성이 낮아, 증착 시 또는 소자 구동 시에 열화되어, 성능이 저하된 것으로 생각된다.
비교예 1-25, 1-26, 1-27, 1-28, 및 1-29에서 사용된 비교예 화합물들은 실시예 1~14에서 사용된 화합물들과 비교해 소자 수명이 저하되는 결과를 보였다. 방향환에 결합되는 알킬기는 일반적으로 활성이 높은 벤질 위치를 포함한다. 그 때문에, 방향환만으로 구성되는 실시예 1-1, 1-2, 1-4, 1-5, 1-6, 1-7, 1-8, 1-9, 1-10, 1-11, 및 1-13에서 사용된 화합물들은 증착 시에 열화되기 어려워, 양호한 특성을 나타낸 것으로 생각된다. 한편으로, 실시예 1-3 및 1-12에서 사용된 화합물들도 알킬기를 포함하면서도 양호한 성능을 나타낸다. 실시예 1-3에서 사용된 화합물은 카바졸과 비교해 평면성이 적어 증착 온도가 낮은 아민 화합물을 갖고, 실시예 1-12에서 사용된 화합물은 비교예 1-25에서 사용된 화합물와 비교해 분자량이 작으며, 증착 온도도 낮아진다. 이와 같이 증착 온도를 저하시키는 골격과 조합시킴으로써 치환기로 알킬기를 이용해 양호한 성능을 나타낸 것으로 생각된다.
비교예 1-32에서 사용된 화합물은 실시예 1-1 내지 1-14에서 사용된 화합물과 비교해 소자 수명 및 효율이 저하되는 결과를 보였다. 비교예 1-32에서 사용된 화합물은 동일한 카바졸의 1번 위치부터 8번 위치 상에 치환기는 하나만 치환되어 있다. 한편, 실시예 1-7에서 사용된 화합물은 동일한 카바졸의 1번 위치부터 8번 위치 상에 2개 이상 치환기를 가져 한층 더 효율과 수명이 향상되어, 우수한 성능을 나타낸 것으로 생각된다. 한편, 실시예 1-8의 결과를 보면, 비페닐에 대해 2번 위치에서 결합하는 아민 화합물을 갖는 경우, 카바졸 상의 치환기가 하나여도 충분히 양호한 성능을 나타낸다. 실시예 1-8에서 사용된 화합물과 같이, 아민 부위가 2번 위치에서 비페닐과 결합되어 있는 경우에는, 비페닐 링커를 사이에 두고 결합하는 카바졸과의 입체적인 상호 작용에 의해, 비교예 1-32에서 사용된 화합물과 같이 아민 부위가 비페닐 링커 에 대해 4번 위치에서 결합하는 경우와 비교해 향상되며, 보다 양호한 정공 수송 능력을 나타내는 것으로 생각된다.
2) 발광 소자 2의 평가
표 3에는 실시예 2-1 내지 실시예 2-7에 대한 발광 소자 2의 평가 결과를 나타내고, 표 4에는 비교예 2-1 내지 비교예 2-32에 대한 발광 소자 2의 평가 결과를 나타내었다. 표 3 및 표 4에는 제작된 발광 소자 2의 최대 발광 효율 및 반감 수명을 비교하여 나타내었다. 표 3 및 표 4에 나타낸 실시예 및 비교예에 대한 특성 평가 결과에서, 최대 발광 효율은 10mA/cm2 전류 밀도에서의 효율 값을 나타낸 것이고, 반감 수명은 1.0mA/cm2에서의 시험에 있어서, 초기 휘도 100 cd/m2로부터의 휘도 반감 수명을 나타낸 것이다. 아래 표 3 및 표 4에서 최대 발광 효율 및 반감 수명의 특성은 모두 비교예 9의 발광 효율 및 수명을 100%로 하여, 이에 대한 비교값을 나타내었다.
구분 정공 수송층 물질 최대 발광 효율 반감 수명
실시예 2-1 실시예 화합물 A1 136% 144%
실시예 2-2 실시예 화합물 A7 137% 136%
실시예 2-3 실시예 화합물 D1 125% 128%
실시예 2-4 실시예 화합물 G1 132% 165%
실시예 2-5 실시예 화합물 H1 129% 155%
실시예 2-6 실시예 화합물 J1 127% 131%
실시예 2-7 실시예 화합물 G12 138% 177%
구분 정공 수송층 물질 최대 발광 효율 반감 수명
비교예 2-1 비교예 화합물 R1 95% 28%
비교예 2-2 비교예 화합물 R2 110% 88%
비교예 2-3 비교예 화합물 R3 112% 76%
비교예 2-4 비교예 화합물 R4 105% 85%
비교예 2-5 비교예 화합물 R5 90% 25%
비교예 2-6 비교예 화합물 R6 98% 63%
비교예 2-7 비교예 화합물 R7 88% 35%
비교예 2-8 비교예 화합물 R8 97% 93%
비교예 2-9 비교예 화합물 R9 100% 100%
비교예 2-10 비교예 화합물 R10 111% 108%
비교예 2-11 비교예 화합물 R11 106% 107%
비교예 2-12 비교예 화합물 R12 104% 80%
비교예 2-13 비교예 화합물 R13 101% 66%
비교예 2-14 비교예 화합물 R14 103% 89%
비교예 2-15 비교예 화합물 R15 103% 75%
비교예 2-16 비교예 화합물 R16 107% 72%
비교예 2-17 비교예 화합물 R17 102% 68%
비교예 2-18 비교예 화합물 R18 100% 74%
비교예 2-19 비교예 화합물 R19 103% 57%
비교예 2-20 비교예 화합물 R20 102% 48%
비교예 2-21 비교예 화합물 R21 103% 79%
비교예 2-22 비교예 화합물 R22 110% 78%
비교예 2-23 비교예 화합물 R23 103% 65%
비교예 2-24 비교예 화합물 R24 84% 22%
비교예 2-25 비교예 화합물 R25 103% 94%
비교예 2-26 비교예 화합물 R26 106% 82%
비교예 2-27 비교예 화합물 R27 105% 77%
비교예 2-28 비교예 화합물 R28 103% 95%
비교예 2-29 비교예 화합물 R29 104% 91%
비교예 2-30 비교예 화합물 R30 102% 105%
비교예 2-31 비교예 화합물 R31 92% 66%
비교예 2-32 비교예 화합물 R32 111% 112%
표 3 및 표 4의 결과를 참조하면, 본 발명의 일 실시예의 다환 화합물을 정공 수송층 재료로 사용한 발광 소자 2(인광 소자)에 있어서, 실시예 2-1 내지 2-7은 비교예 2-1 내지 2-32와 비교해 장수명 및 고효율의 특성을 나타내었다.
실시예 2-1 내지 2-7의 인광 소자에 있어서도, 표 1 및 표 2의 결과를 참조하여 설명한 실시예 1-1 내지 1-14의 형광 소자와 같이, 일 실시예의 다환 화합물은 carbazole의 1번 위치부터 8번 위치(화학식 K 참조)까지 중 어느 하나에 치환기를 가지고, Linker를 사이에 두고 amine 또는 carbazole을 갖는 재료를 이용함으로써 정공 수송 능력의 향상, 안정성 향상 및 증착 온도 저하에 의한 분해 억제에 따라 장수명화 및 고효율화를 달성한 것으로 생각된다.
비교예 2-25, 2-26, 2-27, 2-28, 2-29는 실시예 2-1 내지 2-7과 비교해 소자 수명이 저하되는 결과를 보였다. 이는 형광 소자에서의 결과와 같으며, 활성이 높은 benzyl 위치에 유래해 증착 시에 소자 열화를 일으킨 것으로 생각된다. 이와 같은 소자 열화를 회피하기 위해서는, 실시예 2-1 내지 2-3과 같이 carbazole을 amine으로 함으로써 증착 온도를 낮추거나, 실시예 2-4 내지 2-5와 같이 평면성이 높으며 증착 온도가 높은 carbazole을 복수 포함하는 분자에 있어서는 alkyl기를 제외하거나, 또는 실시예 2-6과 같이 Linker 부분의 분자량을 감소시키는 것과 같은 설계가 유효한 것이 시사된 것으로 생각된다.
또한, 인광 소자에 있어서 발광 영역에 접하는 층은, 발광 영역의 발광 dopant의 높은 삼중항 Energy를 충분히 가두는 것이 중요하나, 본 발명의 일 실시예에 따른 다환 화합물은 비틀린 골격에 의해 높은 T1 Energy 준위를 가지므로, Energy의 loss가 억제되었다 생각된다. 그뿐 아니라, 전술한 높은 정공 수송 능력을 겸비하는 것에 의해, 인광 소자에 있어서도 양호한 결과를 나타낸 것으로 생각된다.
이와 같이, 실시예들에서 사용된 화합물들은, 비교예들에서 사용된 화합물들과 비교해 발광 효율과 발광 수명을 동시에 향상시킬 수 있다. 즉, 일 실시예에 따른 발광 소자(형광 소자 및 인광 소자)는 카바졸의 1번 위치부터 8번 위치까지 중 어느 하나에 치환기를 가지고, 링커를 사이에 두고 아민 화합물 또는 카바졸계 화합물을 갖는 다환 화합물을 이용함으로써, 소자 효율과 소자 수명을 동시에 향상시키는 것이 가능하다.
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.
ED : 발광 소자 EL1 : 제1 전극
EL2 : 제2 전극 HTR : 정공 수송 영역
EML : 발광층 ETR : 전자 수송 영역
HTL : 정공 수송층 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 다환 화합물을 포함하는 적어도 하나의 기능층; 을 포함하는 발광 소자:
    [화학식 1]
    Figure pat00183

    상기 화학식 1에서,
    R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 5 이상 40 이하의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 20 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 20 이하의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬티오기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴티오기, 또는 치환 또는 비치환된 실릴기이고,
    a는 0 이상 4 이하의 정수이고, b는 1 이상 4 이하의 정수이고,
    R3 중 어느 하나는 하기 화학식 2로 표시되며 카바졸기의 질소 원자에 결합한 페닐기와 오쏘(ortho), 메타(meta) 또는 파라(para) 관계로 결합하고, 나머지는 수소 원자 또는 중수소 원자 이고,
    [화학식 2]
    Figure pat00184

    상기 화학식 2에서,
    Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 5 이상 40 이하의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 20 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 20 이하의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬티오기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴티오기, 치환 또는 비치환된 실릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하거나, 또는 상기 Ar1 및 Ar2가 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    Figure pat00185
    는 상기 화학식 1에 결합하는 위치이고,
    상기 화학식 2로 표시되는 어느 하나의 R3이 카바졸기의 질소 원자에 결합한 페닐기와 오쏘(ortho) 관계로 결합하며 상기 Ar1 및 상기 Ar2가 서로 결합하여 고리를 형성하는 경우, a≥1 이며 상기 R1 및 상기 R2가 알킬기를 포함하지 않고,
    상기 화학식 2로 표시되는 어느 하나의 R3이 카바졸기의 질소 원자에 결합한 페닐기와 파라(para) 관계로 결합하며, 상기 Ar1 및 상기 Ar2가 서로 결합하여 고리를 형성하지 않는 경우, a≥1 이며,
    상기 화학식 1 및 상기 화학식 2에 임의의 수소가 중수소로 치환된 화합물을 포함한다.
  2. 제1항에 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 다환 화합물을 포함하는 발광 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 정공 수송 영역은 정공 주입층, 정공 수송층, 및 전자 저지층 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 정공 수송층, 및 상기 전자 저지층 중 적어도 하나는 상기 다환 화합물을 포함하는 발광 소자.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 발광층은 청색광 또는 녹색광을 방출하는 발광 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-3 중 어느 하나로 표시되는 발광 소자:
    [화학식 1-1]
    Figure pat00186

    [화학식 1-2]
    Figure pat00187

    [화학식 1-3]
    Figure pat00188

    상기 화학식 1-1 내지 1-3에서,
    R1, R2, a 및 b는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하고,
    Ar1 및 Ar2는 상기 화학식 2에서 정의한 바와 동일하다.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 2는 하기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2 로 표시되는 발광 소자:
    [화학식 2-1]
    Figure pat00189

    상기 화학식 2-1에서,
    Ar1a 및 Ar2a는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 5 이상 40 이하의 헤테로아릴기, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    상기 Ar1a 및 Ar2a는 임의의 수소가 중수소로 치환된 화합물을 포함하며,
    [화학식 2-2]
    Figure pat00190

    상기 화학식 2-2에서,
    Ar1b 및 Ar2b는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴기이다.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 다환 화합물은 하기 화학식 3-1 내지 3-6 중 어느 하나로 표시되는 발광 소자:
    [화학식 3-1]
    Figure pat00191

    [화학식 3-2]
    Figure pat00192

    [화학식 3-3]
    Figure pat00193

    [화학식 3-4]
    Figure pat00194

    [화학식 3-5]
    Figure pat00195

    [화학식 3-6]
    Figure pat00196

    상기 화학식 3-1 내지 3-6에서,
    R1, R2, a 및 b는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하고,
    Ar1a 및 Ar2a 는 상기 화학식 2-1에서 정의한 바와 동일하고,
    Ar1b 및 Ar2b는 상기 화학식 2-2에서 정의한 바와 동일하다.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 a는 1 이상의 정수인 발광 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 40이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 5 이상 40이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20이하의 알킬기인 발광 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 40이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 5 이상 40이하의 헤테로아릴기, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하거나, 또는 상기 Ar1 및 Ar2가 서로 결합하여 고리를 형성하는 것인 발광 소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 다환 화합물은 하기 화합물군 1A 내지 화합물군 1J의 화합물들 중 어느 하나로 표시되는 발광 소자:
    [화합물군 1A]
    Figure pat00197

    Figure pat00198

    Figure pat00199

    Figure pat00200

    Figure pat00201

    Figure pat00202

    Figure pat00203

    Figure pat00204

    Figure pat00205

    Figure pat00206

    Figure pat00207

    [화합물군 1B]
    Figure pat00208

    Figure pat00209

    Figure pat00210

    Figure pat00211

    Figure pat00212

    Figure pat00213

    Figure pat00214

    Figure pat00215

    Figure pat00216

    Figure pat00217

    [화합물군 1C]
    Figure pat00218

    Figure pat00219

    Figure pat00220

    Figure pat00221

    Figure pat00222

    Figure pat00223

    Figure pat00224

    Figure pat00225

    Figure pat00226

    Figure pat00227

    [화합물군 1D]
    Figure pat00228

    Figure pat00229

    Figure pat00230

    Figure pat00231

    Figure pat00232

    [화합물군 1E]
    Figure pat00233

    Figure pat00234

    Figure pat00235

    Figure pat00236

    Figure pat00237

    [화합물군 1F]
    Figure pat00238

    Figure pat00239

    Figure pat00240

    Figure pat00241

    [화합물군 1G]
    Figure pat00242

    Figure pat00243

    Figure pat00244

    [화합물군 1H]
    Figure pat00245

    Figure pat00246

    [화합물군 1I]
    Figure pat00247

    Figure pat00248

    [화합물군 1J]
    Figure pat00249

    Figure pat00250

    Figure pat00251

    Figure pat00252

    Figure pat00253
    .
  12. 제 2항에 있어서,
    상기 발광층은 하기 화학식 E-1로 표시되는 화합물을 포함하는 발광 소자:
    [화학식 E-1]
    Figure pat00254

    상기 화학식 E-1에서,
    c 및 d는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이고,
    R31 내지 R40은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 20 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티올기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 결합하여 고리를 형성한다.
  13. 하기 화학식 1로 표시되는 다환 화합물:
    [화학식 1]
    Figure pat00255

    상기 화학식 1에서,
    R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 40이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 5 이상 40이하의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 20 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 20 이하의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬티오기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 40 이하의 고리형성 아릴티오기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 이상 40 이하의 실릴기이고,
    a는 0 이상 4 이하의 정수이고, b는 1 이상 4 이하의 정수이고,
    R3 중 어느 하나는 하기 화학식 2로 표시되며 카바졸기의 질소 원자에 결합한 페닐기와 오쏘(ortho), 메타(meta) 또는 파라(para) 관계로 결합하고, 나머지는 수소 원자 또는 중수소 원자 이고,
    [화학식 2]
    Figure pat00256

    상기 화학식 2에서,
    Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 5 이상 40 이하의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 20 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 20 이하의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬티오기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴티오기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하거나, 또는 상기 Ar1 및 Ar2가 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    Figure pat00257
    는 상기 화학식 1에 결합하는 위치이고,
    상기 화학식 2로 표시되는 어느 하나의 R3이 카바졸기의 질소 원자에 결합한 페닐기와 오쏘(ortho) 관계로 결합하며 상기 Ar1 및 상기 Ar2가 서로 결합하여 고리를 형성하는 경우, a≥1 이며 상기 R1 및 상기 R2가 알킬기를 포함하지 않고,
    상기 화학식 2로 표시되는 어느 하나의 R3이 카바졸기의 질소 원자에 결합한 페닐기와 파라(para) 관계로 결합하며, 상기 Ar1 및 상기 Ar2가 서로 결합하여 고리를 형성하지 않는 경우, a≥1 이며,
    상기 화학식 1 및 상기 화학식 2에 임의의 수소가 중수소로 치환된 화합물을 포함한다.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-3 중 어느 하나로 표시되는 다환 화합물:
    [화학식 1-1]
    Figure pat00258

    [화학식 1-2]
    Figure pat00259

    [화학식 1-3]
    Figure pat00260

    상기 화학식 1-1 내지 1-3에서,
    R1, R2, a 및 b는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하고,
    Ar1 및 Ar2는 상기 화학식 2에서 정의한 바와 동일하다.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 화학식 2는 하기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시되는 다환 화합물:
    [화학식 2-1]
    Figure pat00261

    상기 화학식 2-1에서,
    Ar1a 및 Ar2a는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 5 이상 40 이하의 헤테로아릴기, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    상기 Ar1a 및 Ar2a는 임의의 수소가 중수소로 치환된 화합물을 포함하며,
    [화학식 2-2]
    Figure pat00262

    상기 화학식 2-2에서,
    Ar1b 및 Ar2b는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 40 이하의 아릴기이다.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 3-1 내지 3-6 중 어느 하나로 표시되는 다환 화합물:
    [화학식 3-1]
    Figure pat00263

    [화학식 3-2]
    Figure pat00264

    [화학식 3-3]
    Figure pat00265

    [화학식 3-4]
    Figure pat00266

    [화학식 3-5]
    Figure pat00267

    [화학식 3-6]
    Figure pat00268

    상기 화학식 3-1 내지 3-6에서,
    R1, R2, a 및 b는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하고,
    Ar1a 및 Ar2a 는 상기 화학식 2-1에서 정의한 바와 동일하고,
    Ar1b 및 Ar2b는 상기 화학식 2-2에서 정의한 바와 동일하다.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 a는 1 이상의 정수인 다환 화합물.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 40이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 5 이상 40이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20이하의 알킬기인 다환 화합물.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 40이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 5 이상 40이하의 헤테로아릴기, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하거나, 또는 상기 Ar1 및 Ar2가 서로 결합하여 고리를 형성하는 것인 다환 화합물.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화합물군 1A 내지 화합물군 1J의 화합물들 중 어느 하나로 표시되는 다환 화합물:
    [화합물군 1A]
    Figure pat00269

    Figure pat00270

    Figure pat00271

    Figure pat00272

    Figure pat00273

    Figure pat00274

    Figure pat00275

    Figure pat00276

    Figure pat00277

    Figure pat00278

    Figure pat00279

    [화합물군 1B]
    Figure pat00280

    Figure pat00281

    Figure pat00282

    Figure pat00283

    Figure pat00284

    Figure pat00285

    Figure pat00286

    Figure pat00287

    Figure pat00288

    Figure pat00289

    [화합물군 1C]
    Figure pat00290

    Figure pat00291

    Figure pat00292

    Figure pat00293

    Figure pat00294

    Figure pat00295

    Figure pat00296

    Figure pat00297

    Figure pat00298

    Figure pat00299

    [화합물군 1D]
    Figure pat00300

    Figure pat00301

    Figure pat00302

    Figure pat00303

    Figure pat00304

    [화합물군 1E]
    Figure pat00305

    Figure pat00306

    Figure pat00307

    Figure pat00308

    Figure pat00309

    [화합물군 1F]
    Figure pat00310

    Figure pat00311

    Figure pat00312

    Figure pat00313

    [화합물군 1G]
    Figure pat00314

    Figure pat00315

    Figure pat00316

    [화합물군 1H]
    Figure pat00317

    Figure pat00318

    [화합물군 1I]
    Figure pat00319

    Figure pat00320

    [화합물군 1J]
    Figure pat00321

    Figure pat00322

    Figure pat00323

    Figure pat00324

    Figure pat00325
    .
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