KR20230061673A - 발광 소자 - Google Patents

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KR20230061673A
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김세란
오찬석
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Abstract

일 실시예의 발광 소자는 제1 전극, 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되고 하기 화학식 1로 표시되는 다환 화합물을 포함하는 발광층을 포함하여 고 발광 효율을 나타낼 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00170

Description

발광 소자{LIHGHT EMITTING ELEMENT}
본 발명은 발광 소자에 대한 것이고, 구체적으로 발광층에 다환 화합물을 포함하는 발광 소자에 관한 것이다.
최근, 영상 표시 장치로서, 유기 전계 발광 표시 장치(Organic Electroluminescence Display)의 개발이 왕성하게 이루어져 왔다. 유기 전계 발광 표시 장치는 액정 표시 장치 등과는 다르고, 제1 전극 및 제2 전극으로부터 주입된 정공 및 전자를 발광층에 있어서 재결합시킴으로써, 발광층에 있어서 유기 화합물을 포함하는 발광 재료를 발광시켜서 표시를 실현하는 소위 자발광형의 표시 장치이다.
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.
본 발명의 목적은 고효율의 발광 소자 및 이에 사용되는 다환 화합물을 제공하는 것이다.
일 실시예의 발광 소자는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 배치된 제2 전극, 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치되며, 서로 상이한 제1 화합물, 제2 화합물, 및 제3 화합물을 포함하는 발광층을 포함하고, 상기 제1 화합물은 하기 화학식 1로 표시된다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서 a 및 b는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고, c는 0 이상 2 이하의 정수이고, d는 0 이상 5 이하의 정수이고, X는 NRx, O, 또는 S이고,
Rx, R1 내지 R3, 및 R6는 각각 독립적으로 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 형성하고, R4 및 R5는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아민기, 또는 치환 또는 비치환된 카바졸기이다.
상기 화학식 1에서 R4 및 R5는 각각 독립적으로 하기 화학식 A-1 또는 화학식 A-2로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 A-1]
Figure pat00002
[화학식 A-2]
Figure pat00003
상기 화학식 A-1에서 x는 0 이상 8 이하의 정수이고, Ra는 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 6 이하의 알킬기, 또는 시아노기이고, 상기 화학식 A-2에서 y 및 z는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이고, Rb 및 Rc는 각각 독립적으로 중수소 원자, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 6 이하의 알킬기이다.
상기 화학식 A-1은 하기 A1 내지 A6 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.
Figure pat00004
.
상기 화학식 A-2는 하기 A7 내지 A9 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.
Figure pat00005
.
상기 화학식 1에서 R1 및 R2는 각각 독립적으로 하기 B1 내지 B18 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.
Figure pat00006
.
상기 화학식 1에서 R3는 하기 C1 내지 C5 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.
Figure pat00007
상기 화학식 1에서 R6는 하기 D1 내지 D3 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.
Figure pat00008
상기 적어도 하나의 발광층은 청색광을 방출하는 것일 수 있다.
상기 제1 화합물은 열활성 지연 형광 발광하는 것일 수 있다.
상기 제2 화합물은 하기 HT-1 내지 HT-4 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.
상기 제3 화합물은 하기 ET-1 내지 ET-3 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.
상기 발광층은 하기 화학식 M-b로 표시되는 제4 화합물을 더 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 M-b]
Figure pat00009
상기 화학식 M-b에서, Q1 내지 Q4는 각각 독립적으로 C 또는 N이고, C1 내지 C4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 5 이상 30 이하의 탄화수소고리, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로고리이고, L21 내지 L24는 각각 독립적으로 직접 결합,
Figure pat00010
,
Figure pat00011
,
Figure pat00012
,
Figure pat00013
,
Figure pat00014
,
Figure pat00015
, 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 1이고, 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.
상기 제1 화합물은 발광 도펀트, 상기 제2 화합물은 정공 수송 호스트, 상기 제3 화합물은 전자 수송 호스트, 상기 제4 화합물은 보조 도펀트일 수 있다.
일 실시예의 발광 소자는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 배치된 제2 전극, 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치되며, 서로 상이한 제1 화합물, 제2 화합물, 및 제3 화합물을 포함하는 발광층을 포함하고, 상기 제1 화합물은 하기 화학식 3으로 표시되고, 상기 제1 화합물의 진동자 강도는 0.2500 이상이다.
[화학식 3]
Figure pat00016
상기 화학식 3에서 a 및 b는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고, c는 0 이상 2 이하의 정수이고, d는 0 이상 5 이하의 정수이고, m 및 n은 각각 독립적으로 0 또는 1이고, m이 0인 경우, o 및 p는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이고, m이 1 인 경우, o 및 p는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고, n이 0인 경우, r 및 q 는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이고, n이 1 인 경우, r 및 q는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고, L1 및 L2-는 직접 결합이고, X는 NRx, O, 또는 S이고, Rx, Re 내지 Rh, R1 내지 R3, 및 R6는 각각 독립적으로 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 형성한다.
상기 화학식 3은 하기 화학식 4-1 또는 화학식 4-2로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 4-1]
Figure pat00017
[화학식 4-2]
Figure pat00018
상기 화학식 4-1에서 o1 내지 r1은 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이고, 상기 화학식 4-2에서 o2 내지 r2는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고, 상기 화학식 4-1 및 화학식 4-2에서 a 내지 d, R1 내지 R3, R6, X, 및 Re 내지 Rh 상기 화학식 3에서 정의한 바와 동일하다.
상기 화학식 4-1에서 Re 내지 Rh는 각각 독립적으로 중수소 원자, 또는 치환 또는 비치환된 t-부틸기일 수 있다.
상기 화학식 4-2에서 Re 내지 Rh는 각각 독립적으로 중수소 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 또는 치환 또는 비치환된 t-부틸기일 수 있다.
상기 화학식 3에서 R1 및 R2는 각각 독립적으로 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 t-부틸기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 인돌기, 치환 또는 비치환된 벤조퓨란기, 치환 또는 비치환된 벤조티오펜기, 치환 또는 비치환된 피리딘기, 또는 치환 또는 비치환된 치환 또는 비치환된 테트라하이드롤린나프틸기일 수 있다.
상기 화학식 3에서 R3는 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 테트라하이드롤린나프틸기, 또는 치환 또는 비치환된 t-부틸기일 수 있다.
상기 화학식 3에서 R6는 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 t-부틸기, 또는 치환 또는 비치환된 테트라하이드롤린나프틸기일 수 있다.
상기 발광층은 하기 화학식 M-b로 표시되는 제4 화합물을 더 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 M-b]
Figure pat00019
상기 화학식 M-b에서, Q1 내지 Q4는 각각 독립적으로 C 또는 N이고, C1 내지 C4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 5 이상 30 이하의 탄화수소고리, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로고리이고, L21 내지 L24는 각각 독립적으로 직접 결합,
Figure pat00020
,
Figure pat00021
,
Figure pat00022
,
Figure pat00023
,
Figure pat00024
,
Figure pat00025
, 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 1이고, 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.
일 실시예의 발광 소자는 일 실시예의 다환 화합물을 포함하여 고효율 특성을 나타낼 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 평면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 표시 장치의 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, 알킬기는 직쇄, 또는 분지쇄형일 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, 1-메틸펜틸기, 3-메틸펜틸기, 2-에틸펜틸기, 4-메틸-2-펜틸기, n-헥실기, 1-메틸헥실기, 2-에틸헥실기, 2-부틸헥실기, n-헵틸기, 1-메틸헵틸기, 2,2-디메틸헵틸기, 2-에틸헵틸기, 2-부틸헵틸기, n-옥틸기, t-옥틸기, 2-에틸옥틸기, 2-부틸옥틸기, 2-헥실옥틸기, 3,7-디메틸옥틸기, 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 시클로알킬기는 고리형 알킬기를 의미할 수 있다. 시클로알킬기의 탄소수는 3 이상 50 이하, 3 이상 30 이하, 또는 3 이상 20 이하, 3 이상 10 이다. 시클로알킬기의 예로는 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 4-메틸시클로헥실기, 4-t-부틸시클로헥실기, 시클로헵틸기, 시클로옥틸기, 시클로노닐기, 시클로데실기, 노르보르닐기, 1-아다만틸기, 2-아다만틸기, 이소보르닐기, 바이사이클로헵틸기 등이 있으나, 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 pat00026
Figure pat00027
Figure pat00028
Figure pat00029
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, 헤테로고리기는 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, 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, 아릴렌기는 2가기인 것을 제외하고는 전술한 아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다. 헤테로아릴렌기는 2가기인 것을 제외하고는 전술한 헤테로아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
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 pat00030
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, 붕소기는 상기 정의된 알킬기 또는 아릴기에 붕소 원자가 결합된 것을 의미할 수 있다. 붕소기는 알킬 붕소기 및 아릴 붕소기를 포함한다. 붕소기의 예로는 트리메틸붕소기, 트리에틸붕소기, t-부틸디메틸붕소기, 트리페닐붕소기, 디페닐붕소기, 페닐붕소기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 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, 아민기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 1 이상 30 이하일 수 있다. 아민기는 알킬 아민기 및 아릴 아민기를 포함할 수 있다. 아민기의 예로는 메틸아민기, 디메틸아민기, 페닐아민기, 디페닐아민기, 나프틸아민기, 9-메틸-안트라세닐아민기, 트리페닐아민기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 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 pat00031
" 및 "
Figure pat00032
" 는 연결되는 위치를 의미한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예들에 대하여 설명한다.
도 1은 표시 장치(DD)의 일 실시예를 나타낸 평면도이다. 도 2는 일 실시예의 표시 장치(DD)의 단면도이다. 도 2는 도 1의 I-I'선에 대응하는 부분을 나타낸 단면도이다.
표시 장치(DD)는 표시 패널(DP) 및 표시 패널(DP) 상에 배치된 광학층(PP)을 포함할 수 있다. 표시 패널(DP)은 발광 소자(ED-1, ED-2, ED-3)를 포함한다. 표시 장치(DD)는 복수 개의 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)을 포함할 수 있다. 광학층(PP)은 표시 패널(DP) 상에 배치되어 외부광에 의한 표시 패널(DP)에서의 반사광을 제어할 수 있다. 광학층(PP)은 예를 들어, 편광층을 포함하는 것이거나 또는 컬러필터층을 포함하는 것일 수 있다. 한편, 도면에 도시된 바와 달리 일 실시예의 표시 장치(DD)에서 광학층(PP)은 생략될 수 있다.
광학층(PP) 상에는 베이스 기판(BL)이 배치될 수 있다. 베이스 기판(BL)은 광학층(PP)이 배치되는 베이스 면을 제공하는 부재일 수 있다. 베이스 기판(BL)은 유리기판, 금속기판, 플라스틱기판 등일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 베이스 기판(BL)은 무기층, 유기층 또는 복합재료층일 수 있다. 또한, 도시된 것과 달리 일 실시예에서 베이스 기판(BL)은 생략될 수 있다.
일 실시예에 따른 표시 장치(DD)는 충전층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 충전층(미도시)은 표시 소자층(DP-ED)과 베이스 기판(BL) 사이에 배치되는 것일 수 있다. 충전층(미도시)은 유기물층일 수 있다. 충전층(미도시)은 아크릴계 수지, 실리콘계 수지, 및 에폭시계 수지 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
표시 패널(DP)은 베이스층(BS), 베이스층(BS) 상에 제공된 회로층(DP-CL) 및 표시 소자층(DP-ED)을 포함하는 것일 수 있다. 표시 소자층(DP-ED)은 화소 정의막(PDL), 화소 정의막(PDL) 사이에 배치된 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3), 및 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3) 상에 배치된 봉지층(TFE)을 포함할 수 있다.
베이스층(BS)은 표시 소자층(DP-ED)이 배치되는 베이스 면을 제공하는 부재일 수 있다. 베이스층(BS)은 유리기판, 금속기판, 플라스틱기판 등일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 베이스층(BS)은 무기층, 유기층 또는 복합재료층일 수 있다.
일 실시예에서 회로층(DP-CL)은 베이스층(BS) 상에 배치되고, 회로층(DP-CL)은 복수의 트랜지스터들(미도시)을 포함하는 것일 수 있다. 트랜지스터들(미도시)은 각각 제어 전극, 입력 전극, 및 출력 전극을 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 회로층(DP-CL)은 표시 소자층(DP-ED)의 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)을 구동하기 위한 스위칭 트랜지스터 및 구동 트랜지스터를 포함하는 것일 수 있다.
발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3) 각각은 후술하는 도 3 내지 도 6에 따른 일 실시예의 발광 소자(ED)의 구조를 갖는 것일 수 있다. 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3) 각각은 제1 전극(EL1), 정공 수송 영역(HTR), 발광층(EML-R, EML-G, EML-B), 전자 수송 영역(ETR), 및 제2 전극(EL2)을 포함할 수 있다.
도 2에서는 화소 정의막(PDL)에 정의된 개구부(OH) 내에 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)의 발광층(EML-R, EML-G, EML-B)이 배치되며, 정공 수송 영역(HTR), 전자 수송 영역(ETR) 및 제2 전극(EL2)은 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3) 전체에서 공통층으로 제공되는 실시예를 도시하였다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 도 2에 도시된 것과 달리 일 실시예에서 정공 수송 영역(HTR) 및 전자 수송 영역(ETR)은 화소 정의막(PDL)에 정의된 개구부(OH) 내부에 패턴닝 되어 제공되는 것일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서 발광 소자(ED-1, ED-2, ED-3)의 정공 수송 영역(HTR), 발광층(EML-R, EML-G, EML-B), 및 전자 수송 영역(ETR) 등은 잉크젯 프린팅법으로 패턴닝되어 제공되는 것일 수 있다.
봉지층(TFE)은 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)을 커버하는 것일 수 있다. 봉지층(TFE)은 표시 소자층(DP-ED)을 밀봉하는 것일 수 있다. 봉지층(TFE)은 박막 봉지층일 수 있다. 봉지층(TFE)은 하나의 층 또는 복수의 층들이 적층된 것일 수 있다. 봉지층(TFE)은 적어도 하나의 절연층을 포함한다. 일 실시예에 따른 봉지층(TFE)은 적어도 하나의 무기막(이하, 봉지 무기막)을 포함할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 봉지층(TFE)은 적어도 하나의 유기막(이하, 봉지 유기막) 및 적어도 하나의 봉지 무기막을 포함할 수 있다.
봉지 무기막은 수분/산소로부터 표시 소자층(DP-ED)을 보호하고, 봉지 유기막은 먼지 입자와 같은 이물질로부터 표시 소자층(DP-ED)을 보호한다. 봉지 무기막은 실리콘 나이트라이드, 실리콘 옥시 나이트라이드, 실리콘 옥사이드, 티타늄옥사이드, 또는 알루미늄옥사이드 등을 포함할 수 있고, 이에 특별히 제한되지 않는다. 봉지 유기막은 아크릴계 화합물, 에폭시계 화합물 등을 포함하는 것일 수 있다. 봉지 유기막은 광중합 가능한 유기물질을 포함하는 것일 수 있으며 특별히 제한되지 않는다.
봉지층(TFE)은 제2 전극(EL2) 상에 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 순차적으로 적층된 제1 전극(EL1), 정공 수송 영역(HTR), 발광층(EML), 전자 수송 영역(ETR), 및 제2 전극(EL2)을 포함할 수 있다.
도 4는 도 3과 비교하여, 정공 수송 영역(HTR)이 정공 주입층(HIL) 및 정공 수송층(HTL)을 포함하고, 전자 수송 영역(ETR)이 전자 주입층(EIL) 및 전자 수송층(ETL)을 포함하는 일 실시예의 발광 소자(ED)의 단면도를 나타낸 것이다. 또한, 도 5는 도 3과 비교하여 정공 수송 영역(HTR)이 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL), 및 전자 저지층(EBL)을 포함하고, 전자 수송 영역(ETR)이 전자 주입층(EIL), 전자 수송층(ETL), 및 정공 저지층(HBL)을 포함하는 일 실시예의 발광 소자(ED)의 단면도를 나타낸 것이다. 도 6은 도 4와 비교하여 제2 전극(EL2) 상에 배치된 캡핑층(CPL)을 포함하는 일 실시예의 발광 소자(ED)의 단면도를 나타낸 것이다.
제1 전극(EL1)은 도전성을 갖는다. 제1 전극(EL1)은 금속재료, 금속합금 또는 도전성 화합물로 형성될 수 있다. 제1 전극(EL1)은 애노드(anode) 또는 캐소드(cathode)일 수 있다. 하지만 실시예가 이에 한정되지 않는다. 또한, 제1 전극(EL1)은 화소 전극일 수 있다. 제1 전극(EL1)은 투과형 전극, 반투과형 전극 또는 반사형 전극일 수 있다. 제1 전극(EL1)이 투과형 전극인 경우, 제1 전극(EL1)은 투명 금속 산화물, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등을 포함할 수 있다. 제1 전극(EL1)이 반투과형 전극 또는 반사형 전극인 경우, 제1 전극(EL1)은 Ag, Mg, Cu, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Mo, Ti, W 또는 이들의 화합물이나 혼합물(예를 들어, Ag와 Mg의 혼합물)을 포함할 수 있다. 또는 제1 전극(EL1)은 상기의 물질로 형성된 반사막이나 반투과막 및 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 형성된 투명 도전막을 포함하는 복수의 층 구조일 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(EL1)은 ITO/Ag/ITO의 3층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 전극(EL1)은 상술한 금속재료, 상술한 금속재료들 중 선택된 2종 이상의 금속재료들의 조합, 또는 상술한 금속재료들의 산화물 등을 포함하는 것일 수 있다. 제1 전극(EL1)의 두께는 약 700Å 내지 약 10000Å일 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(EL1)의 두께는 약 1000Å 내지 약 3000Å일 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)은 제1 전극(EL1) 상에 제공된다. 정공 수송 영역(HTR)은 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL), 버퍼층 또는 발광보조층(미도시), 및 전자 저지층(EBL) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 정공 수송 영역(HTR)의 두께는 예를 들어, 약 50Å 내지 약 15,000Å인 것일 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)은 단일 물질로 이루어진 단일층, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층, 또는 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 정공 수송 영역(HTR)은 정공 주입층(HIL) 또는 정공 수송층(HTL)의 단일층의 구조를 가질 수도 있고, 정공 주입 물질 및 정공 수송 물질로 이루어진 단일층 구조를 가질 수도 있다. 또한, 정공 수송 영역(HTR)은 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층의 구조를 갖거나, 제1 전극(EL1)으로부터 차례로 적층된 정공 주입층(HIL)/정공 수송층(HTL), 정공 주입층(HIL)/정공 수송층(HTL)/버퍼층(미도시), 정공 주입층(HIL)/버퍼층(미도시), 정공 수송층(HTL)/버퍼층(미도시), 또는 정공 주입층(HIL)/정공 수송층(HTL)/전자 저지층(EBL)의 구조를 가질 수 있으나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
정공 수송 영역(HTR)은, 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)은 하기 화학식 H-1로 표시되는 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 H-1]
Figure pat00033
상기 화학식 H-1에서, L1 및 L2는 각각 독립적으로 직접 결합(direct linkage), 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기일 수 있다. a 및 b는 각각 독립적으로 0 이상 10 이하의 정수일 수 있다. 한편, a 또는 b가 2 이상의 정수인 경우 복수의 L1 및 L2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기일 수 있다.
화학식 H-1에서 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다. 또한, 화학식 H-1에서 Ar3은 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기일 수 있다.
상기 화학식 H-1로 표시되는 화합물은 모노아민 화합물일 수 있다. 또는, 상기 화학식 H-1로 표시되는 화합물은 Ar-1 내지 Ar3 중 적어도 하나가 아민기를 치환기로 포함하는 디아민 화합물일 수 있다. 또한, 상기 화학식 H-1로 표시되는 화합물은 Ar1 및 Ar2 중 적어도 하나에 치환 또는 비치환된 카바졸기를 포함하는 카바졸계 화합물, 또는 Ar1 및 Ar2 중 적어도 하나에 치환 또는 비치환된 플루오렌기를 포함하는 플루오렌계 화합물일 수 있다.
화학식 H-1로 표시되는 화합물은 하기 화합물군 H의 화합물들 중 어느 하나로 표시될 수 있다. 하지만, 하기 화합물군 H에 나열된 화합물들은 예시적인 것으로 화학식 H-1로 표시되는 화합물이 하기 화합물군 H에 표시된 것에 한정되는 것은 아니다.
[화합물군 H]
Figure pat00034
Figure pat00035
Figure pat00036
Figure pat00037
Figure pat00038
정공 수송 영역(HTR)은 구리프탈로시아닌(copper phthalocyanine) 등의 프탈로시아닌(phthalocyanine) 화합물, DNTPD(N1,N1'-([1,1'-biphenyl]-4,4'-diyl)bis(N1-phenyl-N4,N4-di-m-tolylbenzene-1,4-diamine)), m-MTDATA(4,4',4"-[tris(3-methylphenyl)phenylamino] triphenylamine), TDATA(4,4'4"-Tris(N,N-diphenylamino)triphenylamine), 2-TNATA(4,4',4"-tris[N(2-naphthyl)-N-phenylamino]-triphenylamine), PEDOT/PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/Poly(4-styrenesulfonate)), PANI/DBSA(Polyaniline/Dodecylbenzenesulfonic acid), PANI/CSA(Polyaniline/Camphor sulfonicacid), PANI/PSS(Polyaniline/Poly(4-styrenesulfonate)), NPB(N,N'-di(naphthalene-l-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine), 트리페닐아민을 포함하는 폴리에테르케톤(TPAPEK), 4-Isopropyl-4'-methyldiphenyliodonium [Tetrakis(pentafluorophenyl)borate], 및 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]), 및 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 하기 화학식 1로 표시되는 다환 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00039
화학식 1에서 a 및 b는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수일 수 있다. a가 2 이상의 정수인 경우, 복수 개의 R1은 모두 동일하거나, 적어도 하나가 나머지와 상이한 것일 수 있다. b가 2 이상의 정수인 경우, 복수 개의 R2는 모두 동일하거나, 적어도 하나가 나머지와 상이한 것일 수 있다.
c는 0 이상 2 이하의 정수일 수 있다. c가 2 이상의 정수인 경우, 두 개의 R3는 동일하거나, 서로 상이한 것일 수 있다. d는 0 이상 5 이하의 정수일 수 있다. d가 2 이상의 정수인 경우, 복수 개의 R6는 모두 동일하거나, 적어도 하나가 나머지와 상이한 것일 수 있다.
화학식 1에서 X는 NRx, O, 또는 S일 수 있다. Rx, R1 내지 R3, 및 R6는 각각 독립적으로 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 20 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하는 것일 수 있다.
화학식 1에서 R4 및 R5는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아민기, 또는 치환 또는 비치환된 카바졸기일 수 있다. R4 및 R5는 동일하거나, 서로 상이한 것일 수 있다.
일 실시예에서 화학식 1의 R4 및 R5는 각각 독립적으로 하기 화학식 A-1 또는 화학식 A-2로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 A-1]
Figure pat00040
[화학식 A-2]
Figure pat00041
화학식 A-1에서 x는 0 이상 8 이하의 정수일 수 있다. x가 2 이상의 정수일 경우, 복수 개의 Ra는 모두 동일하거나, 적어도 하나가 나머지와 상이한 것일 수 있다. 또한 Ra는 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 6 이하의 알킬기, 또는 시아노기일 수 있다.
화학식 A-2에서 y 및 z는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수일 수 있다. y가 2 이상의 정수일 경우 복수 개의 Rb는 모두 동일하거나, 적어도 하나가 나머지와 상이한 것일 수 있다. z가 2 이상의 정수일 경우 복수 개의 Rc는 모두 동일하거나, 적어도 하나가 나머지와 상이한 것일 수 있다. 또한, Rb 및 Rc는 각각 독립적으로 중수소 원자, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 6 이하의 알킬기일 수 있다. Rb 및 Rc는 동일하거나, 서로 상이한 것일 수 있다.
화학식 A-1은 하기 A1 내지 A6 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.
Figure pat00042
A1 내지 A6에서 "
Figure pat00043
"는 화학식 1의 코어 구조에 R4 및 R5가 결합되는 부분일 수 있다.
화학식 A-2는 하기 A7 내지 A9 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.
Figure pat00044
A7 내지 A9에서 "
Figure pat00045
"는 화학식 1의 코어 구조에 R4 및 R5가 결합되는 부분일 수 있다.
화학식 1에서 R1 및 R2는 각각 독립적으로 하기 B1 내지 B18 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.
Figure pat00046
B1 내지 B18에서 "
Figure pat00047
"는 화학식 1의 코어 구조에 R1 및 R2가 결합되는 부분일 수 있다.
화학식 1에서 R3는 하기 C1 내지 C5 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.
Figure pat00048
C1 내지 C5에서 "
Figure pat00049
"는 화학식 1의 코어 구조에 R3가 결합되는 부분일 수 있다.
화학식 1에서 R6는 하기 D1 내지 D3 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.
Figure pat00050
D1 내지 D3에서 "
Figure pat00051
"는 화학식 1의 코어 구조에 R6가 결합되는 부분일 수 있다.
일 실시예에서 발광층(EML)은 하기 화합물군 1에 표시된 다환 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
[화합물군 1]
Figure pat00052
Figure pat00053
Figure pat00054
Figure pat00055
Figure pat00056
Figure pat00057
Figure pat00058
Figure pat00059
일 실시예의 발광 소자(ED)에서 발광층(EML)은 하기 화학식 3으로 표시되는 다환 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00060
화학식 3에서 a 및 b는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수일 수 있다. a가 2 이상의 정수인 경우, 복수 개의 R1은 모두 동일하거나, 적어도 하나가 나머지와 상이한 것일 수 있다. b가 2 이상의 정수인 경우, 복수 개의 R2는 모두 동일하거나, 적어도 하나가 나머지와 상이한 것일 수 있다. c는 0 이상 2 이하의 정수일 수 있다. c가 2 이상의 정수인 경우, 두 개의 R3는 동일하거나, 서로 상이한 것일 수 있다. d는 0 이상 5 이하의 정수일 수 있다. d가 2 이상의 정수인 경우, 복수 개의 R6는 모두 동일하거나, 적어도 하나가 나머지와 상이한 것일 수 있다.
화학식 3에서 m 및 n은 각각 독립적으로 0 또는 1일 수 있다. m과 n은 동일하거나, 서로 상이한 것일 수 있다. m이 0인 경우, o 및 p는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수일 수 있다. m이 1인 경우, o와 p는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수일 수 있다. o와 p는 동일하거나, 서로 상이한 것일 수 있다. n이 0인 경우, q 및 r은 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수일 수 있다. n이 1인 경우, q와 r은 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수일 수 있다. q와 r은 동일하거나, 서로 상이한 것일 수 있다.
화학식 3에서 L1 및 L2는 직접 결합일 수 있다. X는 NRx, O, 또는 S일 수 있다.
화학식 3에서 Rx, Re 내지 Rh, R1 내지 R3, 및 R6는 각각 독립적으로 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 20 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하는 것일 수 있다.
화학식 3은 하기 화학식 4-1 또는 화학식 4-2로 표시되는 것일 수 있다. 화학식 4-1은 화학식 3에서 m 및 n이 0인 경우이다. 화학식 4-2는 화학식 3에서 m 및 n이 1인 경우이다.
[화학식 4-1]
Figure pat00061
[화학식 4-2]
Figure pat00062
화학식 4-1에서 o1 및 p1은 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수일 수 있다. o1 및 p1은 동일하거나, 서로 상이한 것일 수 있다. o1이 2 이상의 정수인 경우 복수 개의 Re는 모두 동일하거나, 적어도 하나가 나머지와 상이한 것일 수 있다. p1이 2 이상의 정수인 경우 복수 개의 Rf는 모두 동일하거나, 적어도 하나가 나머지와 상이한 것일 수 있다. q1 및 r1은 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수일 수 있다. q1 및 r1은 동일하거나, 서로 상이한 것일 수 있다. q1이 2 이상의 정수인 경우 복수 개의 Rg는 모두 동일하거나, 적어도 하나가 나머지와 상이한 것일 수 있다. r1이 2 이상의 정수인 경우 복수 개의 Rh는 모두 동일하거나, 적어도 하나가 나머지와 상이한 것일 수 있다.
화학식 4-2에서 o2 및 p2은 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수일 수 있다. o2 및 p2은 동일하거나, 서로 상이한 것일 수 있다. o2이 2 이상의 정수인 경우 복수 개의 Re는 모두 동일하거나, 적어도 하나가 나머지와 상이한 것일 수 있다. p2이 2 이상의 정수인 경우 복수 개의 Rf는 모두 동일하거나, 적어도 하나가 나머지와 상이한 것일 수 있다. q2 및 r2은 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수일 수 있다. q2 및 r2은 동일하거나, 서로 상이한 것일 수 있다. q2이 2 이상의 정수인 경우 복수 개의 Rg는 모두 동일하거나, 적어도 하나가 나머지와 상이한 것일 수 있다. r2이 2 이상의 정수인 경우 복수 개의 Rh는 모두 동일하거나, 적어도 하나가 나머지와 상이한 것일 수 있다.
화학식 4-1 및 화학식 4-2에서 a 내지 d, R1 내지 R3, R6, X, 및 Re 내지 Rh 은 화학식 3에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
일 실시예에서 화학식 4-1의 Re 내지 Rh는 각각 독립적으로 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 t-부틸기일 수 있다. Re 내지 Rh는 모두 동일하거나, 적어도 하나가 나머지와 상이한 것일 수 있다.
일 실시예에서 화학식 4-2의 Re 내지 Rh는 각각 독립적으로 중수소 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 또는 치환 또는 비치환된 t-부틸기일 수 있다. Re 내지 Rh는 모두 동일하거나, 적어도 하나가 나머지와 상이한 것일 수 있다.
일 실시예에서 화학식 3의 R1 및 R2는 각각 독립적으로 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 t-부틸기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 또는 치환 또는 비치환된 테트라하이드롤린나프틸기일 수 있다. R1 및 R2는 동일하거나, 서로 상이한 것일 수 있다.
일 실시예에서 화학식 3의 R3는 치환 또는 비치환된 페닐기, 또는 치환 또는 비치환된 t-부틸기일 수 있다. 일 실시예에서 화학식 3의 R6는 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 t-부틸기, 또는 치환 또는 비치환된 테트라하이드롤린나프틸기일 수 있다.
화학식 1 또는 3으로 표시되는 일 실시예의 다환 화합물은 형광 발광 재료 또는 열활성 지연 형광(Thermally Activated Delayed Fluorescence, TADF) 재료로 사용될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예의 다환 화합물은 청색광을 발광하는 발광 도펀트로 사용될 수 있다. 또한, 일 실시예의 다환 화합물은 TADF 도펀트 재료로 사용될 수 있다.
일 실시예의 다환 화합물은 490nm 이하의 파장 영역에서 발광 중심 파장(
Figure pat00063
max)을 갖는 발광 재료일 수 있다. 예를 들어, 화학식 1 또는 화학식 3으로 표시되는 일 실시예의 다환 화합물은 450nm 이상 470nm 이하의 파장 영역에서 발광 중심 파장을 갖는 발광 재료일 수 있다. 즉, 일 실시예의 다환 화합물은 청색 열활성 지연 형광 도펀트일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3 내지 도 6에 도시된 일 실시예의 발광 소자(ED)에서 발광층(EML)은 호스트 및 도펀트를 포함할 수 있고, 발광층(EML)은 상술한 일 실시예의 다환 화합물을 발광 도펀트로 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에서화학식 1 또는 화학식 3으로 표시되는 다환 화합물은 진동자 강도(oscillator strength, OSC)가 0.2500 이상일 수 있다. 발광 소자(ED)에 포함된 다환 화합물의 진동자 강도가 증가할수록, 발광 소자(ED)는 내부 양자 효율 및 최대 외부 양자 효율이 증가할 수 있다. 따라서, 일 실시예의 발광 소자(ED)는 0.2500 이상의 진동자 강도 갖는 다환 화합물을 포함하여, 높은 최대 외부 양자 효율을 가질 수 있다.
일 실시예의 발광 소자(ED)에서 발광층(EML)은 서로 상이한 제1 화합물 내지 제3 화합물을 포함하는 것일 수 있다. 제1 화합물은 화학식 1 또는 3으로 표시되는 것일 수 있다. 제1 화합물은 발광 도펀트이고, 제2 화합물은 제1 호스트이고, 제3 화합물은 제2 호스트일 수 있다. 일 실시예에서 제2 화합물은 정공 수송성 호스트이고, 제3 화합물은 전자 수송성 호스트일 수 있다.
일 실시예의 발광 소자(ED)는 정공 수송성 호스트로 하기 HT-1 내지 HT-4 중 적어도 하나의 화합물을 발광층(EML)에 포함할 수 있다.
Figure pat00064
또한, 일 실시예의 발광 소자(ED)는 전자 수송성 호스트로 하기 ET-1 내지 ET-3 중 적어도 하나의 화합물을 발광층(EML)에 포함할 수 있다.
Figure pat00065
전자 수송성 호스트와 정공 수송성 호스트가 결합하여 엑시플렉스(exciplex)를 형성하는 것일 수 있다. 엑시플렉스(exciplex)는 에너지 전이를 통해 인광 도펀트 및 열활성 지연 형광 도펀트로 에너지를 전달하여 발광이 일어날 수 있다.
정공 수송성 호스트와 전자 수송성 호스트에 의하여 형성된 엑시플렉스의 삼중항 에너지는 전자 수송성 호스트의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 에너지 준위와 정공 수송성 호스트의 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital) 에너지 준위의 차이에 해당할 수 있다. 예를 들어, 발광 소자에서 정공 수송성 호스트와 전자 수송성 호스트에 의하여 형성된 엑시플렉스의 삼중항 에너지는 2.4 eV 이상 3.0 eV 이하일 수 있다. 또한, 엑시플렉스의 삼중항 에너지는 각 호스트 물질의 에너지 갭보다 작은 값일 수 있다. 에너지 갭은 LUMO 에너지 준위와 HOMO 에너지 준위의 차이일 수 있다. 예를 들어, 정공 수송성 호스트 및 전자 수송성 호스트 각각의 에너지 갭은 약 3.0 eV 이상이고, 엑시플렉스는 3.0 eV 이하의 삼중항 에너지를 가질 수 있다.
일 실시예의 발광 소자(ED)에서 발광층(EML)은 하기 화학식 M-b로 표시되는 제4 화합물을 더 포함하는 것일 수 있다. 제4 화합물은 보조 도펀트 일 수 있다. 일 실시예의 발광 소자(ED)에서 발광층(EML)에 포함된 보조 도펀트는 발광 도펀트로 에너지를 전달하여 발광 도펀트가 형광 발광으로 발광하는 비율을 증가시킬 수 있다.
[화학식 M-b]
Figure pat00066
상기 화학식 M-b에서, Q1 내지 Q4는 각각 독립적으로 C 또는 N이고, C1 내지 C4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 5 이상 30 이하의 탄화수소고리, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로고리일 수 있다. L21 내지 L24는 각각 독립적으로 직접 결합,
Figure pat00067
,
Figure pat00068
,
Figure pat00069
,
Figure pat00070
,
Figure pat00071
,
Figure pat00072
, 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 헤테로아릴렌기일 수 있다.
e1 내지 e4는 각각 독립적으로 0 또는 1이고, 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 정수일 수 있다.
발광 소자(ED)에서 발광층(EML)은 보조 도펀트로 하기 M-b-1 내지 M-b-13중 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
Figure pat00073
상기 M-b-1 내지 M-b-13서 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.
하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 일 실시예에서 발광 소자(ED)는 유기 금속 착체인 공지의 인광 도펀트 재료를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예의 발광 소자(ED)는 발광층(EML)에 상술한 제1 호스트와 제2 호스트, 보조 도펀트, 및 상술한 일 실시예의 다환 화합물로 표시되는 발광 도펀트를 포함하여 개선된 발광 효율 특성을 나타낼 수 있다.
일 실시예의 발광 소자(ED)는 상술한 일 실시예의 다환 화합물 및 상술한 제1호스트와 제2 호스트, 및 보조 도펀트 재료 이외에 하기의 발광층 재료를 더 포함하는 것일 수 있다. 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 pat00074
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 1 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, 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 pat00075
Figure pat00076
Figure pat00077
Figure pat00078
Figure pat00079
Figure pat00080
Figure pat00081
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 pat00082
화학식 E-2a에서, a는 0 이상 10 이하의 정수이고 La는 직접 결합, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기일 수 있다. 한편, a가 2 이상의 정수인 경우 복수 개의 La는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기일 수 있다.
또한, 화학식 E-2a에서 A1 내지 A5는 각각 독립적으로 N 또는 CRi일 수 있다. Ra 내지 Ri는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 20 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하는 것일 수 있다. Ra 내지 Ri는 인접하는 기와 서로 결합하여 탄화수소 고리 또는 N, O, S 등을 고리 형성 원자로 포함하는 헤테로 고리를 형성할 수 있다.
한편, 화학식 E-2a에서 A1 내지 A5 중 선택되는 두 개 또는 세 개는 N이고 나머지는 CRi일 수 있다.
[화학식 E-2b]
Figure pat00083
화학식 E-2b에서 Cbz1 및 Cbz2는 각각 독립적으로 비치환된 카바졸기, 또는 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기로 치환된 카바졸기일 수 있다. Lb는 직접 결합, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기일 수 있다. b는 0 이상 10 이하의 정수이고, b가 2 이상의 정수인 경우 복수 개의 Lb는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기일 수 있다.
화학식 E-2a 또는 화학식 E-2b로 표시되는 화합물은 하기 화합물군 E-2의 화합물들 중 어느 하나로 표시될 수 있다. 하지만, 하기 화합물군 E-2에 나열된 화합물들은 예시적인 것으로 화학식 E-2a 또는 화학식 E-2b로 표시되는 화합물이 하기 화합물군 E-2에 표시된 것에 한정되는 것은 아니다.
[화합물군 E-2]
Figure pat00084
Figure pat00085
Figure pat00086
Figure pat00087
Figure pat00088
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.
[화학식 M-a]
Figure pat00089
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 pat00090
Figure pat00091
Figure pat00092
Figure pat00093
Figure pat00094
Figure pat00095
Figure pat00096
발광층(EML)은 하기 화학식 F-a 내지 화학식 F-c 중 어느 하나로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. 하기 화학식 F-a 내지 화학식 F-c로 표시되는 화합물은 형광 도펀트재료로 사용될 수 있다.
[화학식 F-a]
Figure pat00097
상기 화학식 F-a에서, Ra 내지 Rj 중 선택되는 두 개는 각각 독립적으로
Figure pat00098
로 치환되는 것일 수 있다. Ra 내지 Rj 중
Figure pat00099
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 pat00100
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 pat00101
상기 화학식 F-b에서, Ra 및 Rb는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 20 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하는 것일 수 있다.
화학식 F-b에서 U 및 V는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 5 이상 30 이하의 탄화수소고리, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로고리일 수 있다.
화학식 F-b에서 U 및 V로 표시되는 고리의 개수는 각각 독립적으로 0 또는 1일 수 있다. 예를 들어, 화학식 F-b에서 U 또는 V의 개수가 1인 경우 U 또는 V로 기재된 부분에 하나의 고리가 축합환을 구성하며, U 또는 V의 개수가 0인 경우는 U 또는 V가 기재되어 있는 고리는 존재하지 않는 것을 의미한다. 구체적으로 U의 개수가 0이고 V의 개수가 1인 경우, 또는 U의 개수가 1이고 V의 개수가 0인 경우 화학식 F-b의 플루오렌 코어를 갖는 축합환은 4환의 고리화합물일 수 있다. 또한, U 및 V의 개수가 모두 0인 경우 화학식 F-b의 축합환은 3환의 고리화합물일 수 있다. 또한, U 및 V의 개수가 모두 1인 경우 화학식 F-b의 플루오렌 코어를 갖는 축합환은 5환의 고리 화합물일 수 있다.
[화학식 F-c]
Figure pat00102
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, 및 1, 4-Bis(N, N-Diphenylamino)pyrene) 등을 포함할 수 있다.
발광층(EML)은 공지의 인광 도펀트 물질을 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 인광 도펀트는 이리듐(Ir), 백금(Pt), 오스뮴(Os), 금(Au), 티탄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 유로퓸(Eu), 터븀(Tb) 또는 툴륨(Tm)을 포함하는 금속 착체가 사용될 수 있다. 구체적으로, FIrpic(iridium(III) bis(4,6-difluorophenylpyridinato-N,C2
Figure pat00103
), Fir6(Bis(2,4-difluorophenylpyridinato)-tetrakis(1-pyrazolyl)borate iridium(Ⅲ)), 또는 PtOEP(platinum octaethyl porphyrin)가 인광 도펀트로 사용될 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
발광층(EML)은 양자점(Quantum dot) 물질을 포함하는 것일 수 있다. 양자점의 코어는 II-VI족 화합물, III-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, CoMn2O4등의 삼원소 화합물을 예시할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
또, 상기 반도체 화합물은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnSeS, ZnTeS, GaAs, GaP, GaSb, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InP, InGaP, InSb, AlAs, AlP, AlSb등을 예시할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
양자점은 약 45nm 이하, 바람직하게는 약 40nm 이하, 더욱 바람직하게는 약 30nm 이하의 발광 파장 스펙트럼의 반치폭(full width of half maximum, FWHM)을 가질 수 있으며, 이 범위에서 색순도나 색재현성을 향상시킬 수 있다. 또한 이러한 양자점을 통해 발광되는 광은 전 방향으로 방출되는바, 광 시야각이 향상될 수 있다.
또한, 양자점의 형태는 당 분야에서 일반적으로 사용하는 형태의 것으로 특별히 한정하지 않지만, 보다 구체적으로 구형, 피라미드형, 다중 가지형(multi-arm), 또는 입방체(cubic)의 나노 입자, 나노 튜브, 나노와이어, 나노 섬유, 나노 판상 입자 등의 형태의 것을 사용할 수 있다.
양자점은 입자 크기에 따라 방출하는 광의 색상을 조절 할 수 있으며, 이에 따라 양자점은 청색, 적색, 녹색 등 다양한 발광 색상을 가질 수 있다.
도 3 내지 도 6에 도시된 일 실시예의 발광 소자(ED)에서, 전자 수송 영역(ETR)은 발광층(EML) 상에 제공된다. 전자 수송 영역(ETR)은, 정공 저지층(HBL), 전자 수송층(ETL) 및 전자 주입층(EIL) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
전자 수송 영역(ETR)은 단일 물질로 이루어진 단일층, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층 또는 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 전자 수송 영역(ETR)은 전자 주입층(EIL) 또는 전자 수송층(ETL)의 단일층의 구조를 가질 수도 있고, 전자 주입 물질과 전자 수송 물질로 이루어진 단일층 구조를 가질 수도 있다. 또한, 전자 수송 영역(ETR)은, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층의 구조를 갖거나, 발광층(EML)으로부터 차례로 적층된 전자 수송층(ETL)/전자 주입층(EIL), 정공 저지층(HBL)/전자 수송층(ETL)/전자 주입층(EIL) 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 전자 수송 영역(ETR)의 두께는 예를 들어, 약 1000Å 내지 약 1500Å인 것일 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)은, 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)은 하기 화학식 ET-1로 표시되는 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 ET-1]
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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) 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 전극(EL2)은 투과형 전극, 반투과형 전극 또는 반사형 전극일 수 있다. 제2 전극(EL2)이 투과형 전극인 경우, 제2 전극(EL2)은 투명 금속 산화물, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 이루어질 수 있다.
제2 전극(EL2)이 반투과형 전극 또는 반사형 전극인 경우, 제2 전극(EL2)은 Ag, Mg, Cu, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Mo, Ti, Yb, W 또는 이들을 포함하는 화합물이나 혼합물(예를 들어, AgMg, AgYb, 또는 MgAg)을 포함할 수 있다. 또는 제2 전극(EL2)은 상기 물질로 형성된 반사막이나 반투과막 및 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 형성된 투명 도전막을 포함하는 복수의 층 구조일 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(EL2)은 상술한 금속재료, 상술한 금속재료들 중 선택된 2종 이상의 금속재료들의 조합, 또는 상술한 금속재료들의 산화물 등을 포함하는 것일 수 있다.
도시하지는 않았으나, 제2 전극(EL2)은 보조 전극과 연결될 수 있다. 제2 전극(EL2)이 보조 전극과 연결되면, 제2 전극(EL2)의 저항을 감소 시킬 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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한편, 캡핑층(CPL)의 굴절률은 1.6 이상일 수 있다. 구체적으로, 550nm 이상 660nm 이하의 파장 범위의 광에 대해서 캡핑층(CPL)의 굴절률은 1.6 이상일 수 있다.
도 7 및 도 8은 각각 일 실시예에 따른 표시 장치에 대한 단면도이다. 이하 도 7 및 도 8을 참조하여 설명하는 일 실시예에 대한 표시 장치에 대한 설명에 있어서 상술한 도 1 내지 도 6에서 설명한 내용과 중복되는 내용은 다시 설명하지 않으며 차이점을 위주로 설명한다.
도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 표시 장치(DD-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.
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 7에서 분할패턴(BMP)은 광제어부들(CCP1, CCP2, CCP3)과 비중첩하는 것으로 도시되었으나, 광제어부들(CCP1, CCP2, CCP3)의 엣지는 분할패턴(BMP)과 적어도 일부가 중첩할 수 있다.
광제어층(CCL)은 발광 소자(ED)에서 제공되는 제1 색광을 제2 색광으로 변환하는 제1 양자점(QD1)을 포함하는 제1 광제어부(CCP1), 제1 색광을 제3 색광을 변환하는 제2 양자점(QD2)을 포함하는 제2 광제어부(CCP2), 및 제1 색광을 투과시키는 제3 광제어부(CCP3)를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에서 제1 광제어부(CCP1)는 제2 색광인 적색광을 제공하고, 제2 광제어부(CCP2)는 제3 색광인 녹색광을 제공하는 것일 수 있다. 제3 광제어부(CCP3)는 발광 소자(ED)에서 제공된 제1 색광인 청색광을 투과시켜 제공하는 것일 수 있다. 예를 들어, 제1 양자점(QD1)은 적색 양자점이고 제2 양자점(QD2)은 녹색 양자점일 수 있다. 양자점(QD1, QD2)에 대하여는 상술한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
또한, 광제어층(CCL)은 산란체(SP)를 더 포함하는 것일 수 있다. 제1 광제어부(CCP1)는 제1 양자점(QD1)과 산란체(SP)를 포함하고, 제2 광제어부(CCP2)는 제2 양자점(QD2)과 산란체(SP)를 포함하며, 제3 광제어부(CCP3)는 양자점을 미포함하고 산란체(SP)를 포함하는 것일 수 있다.
산란체(SP)는 무기 입자일 수 있다. 예를 들어, 산란체(SP)는 TiO2, ZnO, Al2O3, SiO2, 및 중공 실리카 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다. 산란체(SP)는 TiO2, ZnO, Al2O3, SiO2, 및 중공 실리카 중 어느 하나를 포함하는 것이거나, TiO2, ZnO, Al2O3, SiO2, 및 중공 실리카 중 선택되는 2종 이상의 물질이 혼합된 것일 수 있다.
제1 광제어부(CCP1), 제2 광제어부(CCP2), 및 제3 광제어부(CCP3) 각각은 양자점(QD1, QD2) 및 산란체(SP)를 분산시키는 베이스 수지(BR1, BR2, BR3)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 광제어부(CCP1)는 제1 베이스 수지(BR1) 내에 분산된 제1 양자점(QD1)과 산란체(SP)를 포함하고, 제2 광제어부(CCP2)는 제2 베이스 수지(BR2) 내에 분산된 제2 양자점(QD2)과 산란체(SP)를 포함하고, 제3 광제어부(CCP3)는 제3 베이스 수지(BR3) 내에 분산된 산란체(SP)를 포함하는 것일 수 있다. 베이스 수지(BR1, BR2, BR3)는 양자점(QD1, QD2) 및 산란체(SP)가 분산되는 매질로서, 일반적으로 바인더로 지칭될 수 있는 다양한 수지 조성물로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 베이스수지(BR1, BR2, BR3)는 아크릴계 수지, 우레탄계 수지, 실리콘계 수지, 에폭시계 수지 등일 수 있다. 베이스수지(BR1, BR2, BR3)는 투명 수지일 수 있다. 일 실시예에서, 제1 베이스 수지(BR1), 제2 베이스 수지(BR2), 및 제3 베이스 수지(BR3) 각각은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
광제어층(CCL)은 베리어층(BFL1)을 포함하는 것일 수 있다. 베리어층(BFL1)은 수분 및/또는 산소(이하, '수분/산소'로 칭함)의 침투를 막는 역할을 하는 것일 수 있다. 베리어층(BFL1)은 광제어부들(CCP1, CCP2, CCP3) 상에 배치되어 광제어부들(CCP1, CCP2, CCP3)이 수분/산소에 노출되는 것을 차단할 수 있다. 한편, 베리어층(BFL1)은 광제어부들(CCP1, CCP2, CCP3)을 커버하는 것일 수 있다. 또한, 광제어부들(CCP1, CCP2, CCP3)과 컬러필터층(CFL) 사이에도 베리어층(BFL2)이 제공될 수도 있다.
베리어층(BFL1, BFL2)은 적어도 하나의 무기층을 포함하는 것일 수 있다. 즉, 베리어층(BFL1, BFL2)은 무기 물질을 포함하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 베리어층(BFL1, BFL2)은 실리콘 질화물, 알루미늄 질화물, 지르코늄 질화물, 티타늄 질화물, 하프늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 주석 산화물, 세륨 산화물 및 실리콘 산화질화물이나 광투과율이 확보된 금속 박막 등을 포함하여 이루어질 수 있다. 한편, 베리어층(BFL1, BFL2)은 유기막을 더 포함할 수 있다. 베리어층(BFL1, BFL2)은 단일층 또는 복수의 층으로 구성되는 것일 수 있다.
일 실시예의 표시 장치(DD-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 차광부(BM) 및 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.
차광부(BM)는 블랙 매트릭스일 수 있다. 차광부(BM)는 흑색 안료 또는 흑색염료를 포함하는 유기 차광 물질 또는 무기 차광 물질을 포함하여 형성될 수 있다. 차광부(BM)는 빛샘 현상을 방지하고, 인접하는 필터들(CF1, CF2, CF3) 사이의 경계를 구분하는 것일 수 있다. 또한, 일 실시예에서 차광부(BM)는 청색 필터로 형성되는 것일 수 있다.
제1 내지 제3 필터(CF1, CF2, CF3) 각각은 적색 발광 영역(PXA-R), 녹색 발광 영역(PXA-G), 및 청색 발광 영역(PXA-B) 각각에 대응하여 배치될 수 있다.
컬러필터층(CFL) 상에는 베이스 기판(BL)이 배치될 수 있다. 베이스 기판(BL)은 컬러필터층(CFL) 및 광제어층(CCL) 등이 배치되는 베이스 면을 제공하는 부재일 수 있다. 베이스 기판(BL)은 유리기판, 금속기판, 플라스틱기판 등일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 베이스 기판(BL)은 무기층, 유기층 또는 복합재료층일 수 있다. 또한, 도시된 것과 달리 일 실시예에서 베이스 기판(BL)은 생략될 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 표시 장치의 일부를 나타낸 단면도이다. 도 8에서는 도 7의 표시 패널(DP)에 대응하는 일 부분의 단면도를 도시하였다. 일 실시예의 표시 장치(DD-TD)에서 발광 소자(ED-BT)는 복수 개의 발광구조들(OL-B1, OL-B2, OL-B3)을 포함하는 것일 수 있다. 발광 소자(ED-BT)는 서로 마주하는 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2), 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에서 두께 방향으로 순차적으로 적층되어 제공되는 복수 개의 발광구조들(OL-B1, OL-B2, OL-B3)을 포함하는 것일 수 있다. 발광구조들(OL-B1, OL-B2, OL-B3) 각각은 발광층(EML, 도 7), 발광층(EML, 도7)을 사이에 두고 배치된 정공 수송 영역(HTR) 및 전자 수송 영역(ETR)을 포함하는 것일 수 있다.
즉, 일 실시예의 표시 장치(DD-TD)에 포함된 발광 소자(ED-BT)는 복수의 발광층들을 포함하는 탠덤(Tandem) 구조의 발광 소자일 수 있다.
도 8에 도시된 일 실시예에서 발광구조들(OL-B1, OL-B2, OL-B3) 각각에서 방출되는 광은 모두 청색광일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 발광구조들(OL-B1, OL-B2, OL-B3) 각각에서 방출되는 광의 파장 영역은 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 파장 영역의 광을 방출하는 복수 개의 발광구조들(OL-B1, OL-B2, OL-B3)을 포함하는 발광 소자(ED-BT)는 백색광을 방출할 수 있다.
이웃하는 발광구조들(OL-B1, OL-B2, OL-B3) 사이에는 전하생성층(CGL1, CGL2)이 배치될 수 있다. 전하생성층(CGL1, CGL2)은 p형 전하생성층 및/또는 n형 전하생성층을 포함하는 것일 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 표시 장치에 대한 단면도이다. 이하 도 9를 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 9를 참조하면, 도 1 내지 도 6에 도시된 표시 장치(DD)와 달리 일 실시예의 표시 장치(DD-b)는 각 발광 영역(PXA-R, PXA-G, PXA-B)에 대응하여 제공된 발광 소자(ED-1, ED-2, ED-3)는 각각 복수 개의 발광층들을 포함하는 점에서 차이가 있다.
일 실시예에서 제1 내지 제3 발광 소자(ED-1, ED-2, ED-3)는 각각 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에 순차적으로 적층된 제1 발광층(EML-R2, EML-G2, EML-B2) 및 제2 발광층(EML-R1, EML-G1, EML-B1)을 포함하는 것일 수 있다. 제1 내지 제3 발광 소자(ED-1, ED-2, ED-3)에서 제1 발광층(EML-R2, EML-G2, EML-B2)과 제2 발광층(EML-R1, EML-G1, EML-B1)은 각각 동일한 파장의 광을 방출하는 것일 수 있다. 예를 들어, 제1 발광 소자(ED1)의 제1 발광층(EML-R2) 및 제2 발광층(EML-R1)은 모두 적색광을 방출하고, 제2 발광 소자(ED2)의 제1 발광층(EML-G2) 및 제2 발광층(EML-G1)은 모두 녹색광을 방출하고, 제3 발광 소자(ED3)의 제1 발광층(EML-B2) 및 제2 발광층(EML-B1)은 모두 청색광을 방출하는 것일 수 있다.
제1 내지 제3 발광 소자(ED-1, ED-2, ED-3)는 제1 발광층(EML-R2, EML-B2, EML-B2)과 제2 발광층(EML-R1, EML-G1, EML-B1)을 사이에 두고 배치된 정공 수송 영역(HTR) 및 전자 수송 영역(ETR)을 포함하는 것일 수 있다.
제1 발광층(EML-R2, EML-B2, EML-B2)과 제2 발광층(EML-R1, EML-G1, EML-B1) 사이에 유기층(OG)이 배치되는 것일 수 있다. 유기층(OG)은 순차적으로 적층된 전자 수송 영역(ETR), 전하생성층(CGL1, CGL2, 도 8), 및 정공 수송 영역(HTR)을 포함하는 것일 수 있다. 전하생성층(CGL1, CGL2, 도 8)은 각각 p형 전하생성층 및/또는 n형 전하생성층을 포함하는 것일 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 표시 장치에 대한 단면도이다. 이하 도 10을 참조하여 설명하는 일 실시예에 대한 표시 장치에 대한 설명에 있어서 상술한 도 1 내지 도 7에서 설명한 내용과 중복되는 내용은 다시 설명하지 않으며 차이점을 위주로 설명한다.
도 10을 참조하면, 일 실시예의 표시 장치(DD-c)는 도 7에 도시된 표시 장치(DD-a, 도 7)와 달리 제3 발광 구조(OL-B1) 상부에 배치된 제4 발광 구조(OL-C1)를 더 포함하는 점에서 차이가 있다. 일 실시예의 표시 장치(DD-c)에서 제1 내지 제3 발광 구조들(OL-B1, OL-B2, OL-B3) 각각은 청색광을 방출하고, 제4 발광 구조(OL-C1)는 녹색광을 방출하는 것일 수 있다. 이웃하는 발광 구조들(OL-B1, OL-B2, OL-B3, OL-C1) 사이에는 전하생성층(CGL1, CGL2, CGL3)이 배치되는 것일 수 있다. 전하생성층(CGL1, CGL2, CGL3)은 p형 전하생성층 및/또는 n형 전하생성층을 포함하는 것일 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 발광층(EML)에 포함하여 개선된 발광 효율을 나타낼 수 있다.
상술한 일 실시예의 다환 화합물은 DABNA 코어 구조에 포함된 붕소 원자의 어느 하나의 파라 위치에 전자 끌개(electron withdrawing group)인 제1 치환기가 탄소와 탄소간의 결합으로 치환되고, 나머지 파라 위치에 제2 및 제3 치환기로 전자 주개(electron doner group)가 치환된 구조를 가진다. 일 실시예의 다환 화합물은 제1 치환기가 DABNA 코어 구조에 탄소와 탄소간의 결합으로 치환됨에 따라, 제1 치환기가 질소와 탄소간의 결합으로 치환된 경우에 비해 큰 결합에너지를 가질수 있다. 또한 일 실시예의 다환 화합물은 DABNA 코어 구조에서 붕소 원자와 파라 위치에 2개의 전자 주개와, 1개의 전자 끌개가 치환된 구조를 가짐으로써, DABNA 코어 구조에서 붕소 원자와 파라 위치에 1개의 전자 끌개가 치환된 경우에 비해 높은 다중 공명(multiple resonance) 효과를 가질 수 있다. 그 결과 일 실시예의 다환 화합물은 높은 재료 안정성을 가질 수 있다. 이에 따라 일 실시예에서 발광층에 일 실시예의 다환 화합물을 포함하는 발광 소자는 개선된 발광 효율을 가질 수 있다.
또한, 일 실시예의 발광 소자는 정공 수송성 호스트, 전자 수송성 호스트, 보조 도펀트인 유기 금속 착체, 및 일 실시예의 다환 화합물인 발광 도펀트를 발광층에 포함하여 삼중항 상태에서의 에너지 소실을 감소시키고 형광 발광 비율을 증가시킴으로써 개선된 발광 효율을 나타낼 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, 화합물군 1의화합물 4, 화합물 19, 화합물 39, 및 화합물 44의 합성 방법을 예시하여 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 다환 화합물의 합성법은 일 실시예로서, 본 발명의 실시형태에 따른 다환 화합물의 합성법이 하기의 실시예에 한정되지 않는다.
<중간체 A, B, C, D의 합성>
일 실시예를 합성하기 위한 중간체 A, B, C, D는 예를 들어 하기 반응식 1의 단계에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 1]
Figure pat00117
<중간체 A-2의 합성>
중간체 A-1 (1eq)을 toluene 에 녹인뒤 -50℃로 교반하였다. 이후 n-butyllithium (2eq, 1.6M)을 천천히 주입하였으며, 60 ℃로 가열하여 30분 교반하였다. 그리고 -60℃ 에서 boron tribromide (1.1 eq)를 천천히 주입후 실온에서 30분 교반하였다. N,N-Diisopropylethylamine (1.5 eq)를 0℃에서 주입한뒤, 실온 1시간 교반하였다. 110℃에서 24시간 교반한뒤, 냉각 후 감압 건조하여 용매를 제거하였다. 이후 Ethyl acetate와 물로 세정 후 얻어진 유기층을 건조 후 감압 건조하였다. 컬럼크로마토그래피로 정제 및 재결정(dichloromethane: n-Hexane)하여 중간체 A-2를 얻었다. (수율 : 37%). 중간체 B-2 (수율 : 28%), C-2 (수율 : 31%), D-2 (수율 : 34%)도 위와 같은 방법으로 합성하였다.
<중간체 A의 합성>
중간체 A-2 (1eq)을 THF 에 녹인뒤 -78℃로 교반하였다. 이후 n-butyllithium (1.1eq, 1.6M)을 천천히 주입한뒤, 60 ℃로 가열하여 30분 교반하였다. 그리고 -78℃ 에서 trimethyl borate (5 eq)를 천천히 주입후 실온에서 3시간 교반하였다. 반응 종료후 2N-HCl 첨가하고 이후 Ethyl acetate와 물로 세정하여 얻어진 유기층을 건조 후 감압 건조하였다. 컬럼크로마토그래피로 정제 및 재결정(ethyl acetate: n-Hexane)하여 중간체 A를 얻었다. (수율 : 47%). 중간체 B-2 (수율 : 36%), C-2 (수율 : 42%), D-2 (수율 : 33%)도 위와 같은 방법으로 합성하였다.
2. 화합물 4의 합성
일 실시예에 따른 화합물 4는 예를 들어 하기 반응식 2의 단계에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 2]
Figure pat00118
<중간체 4-1의 합성>
1,2-dibromo-5-chloro-3-fluorobenzene (2.5eq), N-(3-(3,6-di-tert-butyl-9H-carbazol-9-yl)phenyl)-[1,1'-biphenyl]-2-amine (1eq), Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0) (0.05eq), Tri-tert-butylphosphine (0.1eq), Sodium tert-butoxide (3eq)를 toluene에 녹인 후 질소분위기 하 섭씨 110도에서 6시간 동안 교반하였다. 냉각 후 감압 건조하여 toluene을 제거하였다. 이후 Ethyl acetate와 물로 세정 후 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 후 감압 건조하였다. 컬럼크로마토그래피로 정제 및 재결정(dichloromethane: n-Hexane)하여 중간체 4-1을 얻었다. (수율 : 65%)
<중간체 4-2의 합성>
중간체 4-1 (1eq), 6-(tert-butyl)-9-(3-hydroxyphenyl)-9H-carbazole-3-carbonitrile (1eq), Potassium phosphate tribasic (2.5eq), 18 crown 6 (1.5eq)를 DMF에 녹인 후 질소분위기 하 섭씨 150도에서 10시간 동안 교반하였다. 냉각 후 감압 건조하여 DMF를 제거하였다. 이후 Ethyl acetate와 물로 세정 후 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 후 감압 건조하였다. 컬럼크로마토그래피로 정제 및 재결정(dichloromethane: n-Hexane)하여 중간체 4-2를 얻었다. (수율 : 53%)
<중간체 4-3의 합성>
중간체 4-2 (1eq)를 toluene 에 녹인뒤 -50℃로 교반하였다. 이후 n-butyllithium (2eq, 1.6M)을 천천히 주입하였으며, 60 ℃로 가열하여 30분 교반하였다. 그리고 -60℃ 에서 boron tribromide (1.1 eq)를 천천히 주입후 실온에서 30분 교반하였다. N,N-Diisopropylethylamine (1.5 eq)를 0℃에서 주입한뒤, 실온 1시간 교반하였다. 110℃에서 24시간 교반한뒤, 냉각 후 감압 건조하여 용매를 제거하였다. 이후 Ethyl acetate와 물로 세정 후 얻어진 유기층을 건조 후 감압 건조하였다. 컬럼크로마토그래피로 정제 및 재결정(dichloromethane: n-Hexane)하여 중간체 4-3을 얻었다. (수율 : 34%)
<화합물 4의 합성>
중간체 4-3 (1eq), 5,9-dioxa-13b-boranaphtho[3,2,1-de]anthracen-7-ylboronic acid (1.1eq), CX31 (0.1eq), Sodium carbonate 을 (1,4-dioxane:Distled water=4:1)에 녹인 후 질소분위기 하 섭씨 110도에서 20시간 동안 교반하였다. 냉각 후 Ethyl acetate와 물로 세정 후 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 한후 감압 건조하였다. 컬럼크로마토그래피로 정제 및 재결정(dichloromethane: n-Hexane)하여 화합물 4를 얻었다. 이후 승화정제로 최종 정제를 하였다. (승화 후 수율 : 12.8%)
3. 화합물 19의 합성
일 실시예에 따른 화합물 19는 예를 들어 하기 반응식 3의 단계에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 3]
Figure pat00119
<중간체 19-1의 합성>
1,2-dibromo-5-chloro-3-fluorobenzene (2.5eq), N1-([1,1'-biphenyl]-2-yl)-N3,N3-diphenylbenzene-1,3-diamine (1eq), Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0) (0.05eq), Tri-tert-butylphosphine (0.1eq), Sodium tert-butoxide (3eq)를 toluene에 녹인 후 질소분위기 하 섭씨 110도에서 6시간 동안 교반하였다. 냉각 후 감압 건조하여 toluene을 제거하였다. 이후 Ethyl acetate와 물로 세정 후 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 후 감압 건조하였다. 컬럼크로마토그래피로 정제 및 재결정(dichloromethane: n-Hexane)하여 중간체 19-1을 얻었다. (수율 : 71%)
<중간체 19-2의 합성>
중간체 19-1 (1eq), 3-(diphenylamino)phenol (1eq), Potassium phosphate tribasic (2.5eq), 18 crown 6 (1.5eq)를 DMF에 녹인 후 질소분위기 하 섭씨 150도에서 10시간 동안 교반하였다. 냉각 후 감압 건조하여 DMF를 제거하였다. 이후 Ethyl acetate와 물로 세정 후 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 후 감압 건조하였다. 컬럼크로마토그래피로 정제 및 재결정(dichloromethane: n-Hexane)하여 중간체 19-1을 얻었다. (수율 : 42%)
<중간체 19-3의 합성>
중간체 19-2 (1eq)를 toluene 에 녹인뒤 -50℃로 교반하였다. 이후 n-butyllithium (2eq, 1.6M)을 천천히 주입하였으며, 60 ℃로 가열하여 30분 교반하였다. 그리고 -60℃ 에서 boron tribromide (1.1 eq)를 천천히 주입후 실온에서 30분 교반하였다. N,N-Diisopropylethylamine (1.5 eq)를 0℃에서 주입한뒤, 실온 1시간 교반하였다. 110℃에서 24시간 교반한뒤, 냉각 후 감압 건조하여 용매를 제거하였다. 이후 Ethyl acetate와 물로 세정 후 얻어진 유기층을 건조 후 감압 건조하였다. 컬럼크로마토그래피로 정제 및 재결정(dichloromethane: n-Hexane)하여 중간체 19-3을 얻었다. (수율 : 26%)
<화합물 19의 합성>
중간체 19-3 (1eq), (12-(tert-butyl)-5,9-dioxa-13b-boranaphtho[3,2,1-de]anthracen-7-yl)boronic acid (1.1eq), CX31 (0.1eq), Sodium carbonate 을 (1,4-dioxane:Distled water=4:1)에 녹인 후 질소분위기 하 섭씨 110도에서 20시간 동안 교반하였다. 냉각 후 Ethyl acetate와 물로 세정 후 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 한후 감압 건조하였다. 컬럼크로마토그래피로 정제 및 재결정(dichloromethane: n-Hexane)하여 화합물 19를 얻었다. 이후 승화정제로 최종 정제를 하였다. (승화 후 수율 : 15.9%)
4. 화합물 39의 합성
일 실시예에 따른 화합물 39는 예를 들어 하기 반응식 4의 단계에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 4]
Figure pat00120
<중간체 39-1의 합성>
1,2,3-tribromo-5-chlorobenzene (2.5eq), N1-([1,1'-biphenyl]-2-yl)-N3,N3-diphenylbenzene-1,3-diamine (1eq), Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0) (0.05eq), Tri-tert-butylphosphine (0.1eq), Sodium tert-butoxide (3eq)를 toluene에 녹인 후 질소분위기 하 섭씨 80도에서 6시간 동안 교반하였다. 냉각 후 감압 건조하여 toluene을 제거하였다. 이후 Ethyl acetate와 물로 세정 후 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 후 감압 건조하였다. 컬럼크로마토그래피로 정제 및 재결정(dichloromethane: n-Hexane)하여 중간체 39-1을 얻었다. (수율 : 51%)
<중간체 39-2의 합성>
중간체 39-1 (1eq), 3-(9H-carbazol-9-yl)benzenethiol (1eq), Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0) (0.05eq), Tri-tert-butylphosphine (0.1eq), Sodium tert-butoxide (2eq)를 DMF에 녹인 후 질소분위기 하 섭씨 150도에서 15시간 동안 교반하였다. 냉각 후 감압 건조하여 DMF를 제거하였다. 이후 Ethyl acetate와 물로 세정 후 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 후 감압 건조하였다. 컬럼크로마토그래피로 정제 및 재결정(dichloromethane: n-Hexane)하여 중간체 39-1을 얻었다. (수율 : 36%)
<중간체 39-3의 합성>
중간체 39-2 (1eq)를 toluene 에 녹인뒤 -50℃로 교반하였다. 이후 n-butyllithium (2eq, 1.6M)을 천천히 주입하였으며, 60 ℃로 가열하여 30분 교반하였다. 그리고 -60℃ 에서 boron tribromide (1.1 eq)를 천천히 주입후 실온에서 30분 교반하였다. N,N-Diisopropylethylamine (1.5 eq)를 0℃에서 주입한뒤, 실온 1시간 교반하였다. 110℃에서 24시간 교반한뒤, 냉각 후 감압 건조하여 용매를 제거하였다. 이후 Ethyl acetate와 물로 세정 후 얻어진 유기층을 건조 후 감압 건조하였다. 컬럼크로마토그래피로 정제 및 재결정(dichloromethane: n-Hexane)하여 중간체 39-3을 얻었다. (수율 : 16%)
<화합물 39의 합성>
중간체 39-3 (1eq), (2,11-diphenyl-5,9-dioxa-13b-boranaphtho[3,2,1-de]anthracen-7-yl)boronic acid (1.1eq), CX31 (0.1eq), Sodium carbonate 을 (1,4-dioxane:Distled water=4:1)에 녹인 후 질소분위기 하 섭씨 110도에서 20시간 동안 교반하였다. 냉각 후 Ethyl acetate와 물로 세정 후 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 한후 감압 건조하였다. 컬럼크로마토그래피로 정제 및 재결정(dichloromethane: n-Hexane)하여 화합물 39를 얻었다. 이후 승화정제로 최종 정제를 하였다. (승화 후 수율 : 11.4%)
5. 화합물 44의 합성
일 실시예에 따른 화합물 44는 예를 들어 하기 반응식 5의 단계에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 5]
Figure pat00121
<중간체 44-1의 합성>
1,2,3-tribromo-5-chlorobenzene (2.5eq), N-(3-(3,6-di-tert-butyl-9H-carbazol-9-yl)phenyl)-[1,1'-biphenyl]-2-amine (1eq), Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0) (0.05eq), Tri-tert-butylphosphine (0.1eq), Sodium tert-butoxide (2eq)를 toluene에 녹인 후 질소분위기 하 섭씨 80도에서 6시간 동안 교반하였다. 냉각 후 감압 건조하여 toluene을 제거하였다. 이후 Ethyl acetate와 물로 세정 후 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 후 감압 건조하였다. 컬럼크로마토그래피로 정제 및 재결정(dichloromethane: n-Hexane)하여 중간체 44-1을 얻었다. (수율 : 63%)
<중간체 44-2의 합성>
중간체 44-1 (1eq), 6-(tert-butyl)-9-(3-mercaptophenyl)-9H-carbazole-3-carbonitrile (1eq), Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0) (0.05eq), Tri-tert-butylphosphine (0.1eq), Sodium tert-butoxide (2eq)를 DMF에 녹인 후 질소분위기 하 섭씨 150도에서 15시간 동안 교반하였다. 냉각 후 감압 건조하여 DMF를 제거하였다. 이후 Ethyl acetate와 물로 세정 후 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 후 감압 건조하였다. 컬럼크로마토그래피로 정제 및 재결정(dichloromethane: n-Hexane)하여 중간체 44-2를 얻었다. (수율 : 43%)
<중간체 44-3의 합성>
중간체 44-2 (1eq)를 toluene 에 녹인뒤 -50℃로 교반하였다. 이후 n-butyllithium (2eq, 1.6M)을 천천히 주입하였으며, 60 ℃로 가열하여 30분 교반하였다. 그리고 -60℃ 에서 boron tribromide (1.1 eq)를 천천히 주입후 실온에서 30분 교반하였다. N,N-Diisopropylethylamine (1.5 eq)를 0℃에서 주입한뒤, 실온 1시간 교반하였다. 110℃에서 24시간 교반한뒤, 냉각 후 감압 건조하여 용매를 제거하였다. 이후 Ethyl acetate와 물로 세정 후 얻어진 유기층을 건조 후 감압 건조하였다. 컬럼크로마토그래피로 정제 및 재결정(dichloromethane: n-Hexane)하여 중간체 44-3을 얻었다. (수율 : 24%)
<화합물 44의 합성>
중간체 44-3 (1eq), (2,11-diphenyl-5,9-dioxa-13b-boranaphtho[3,2,1-de]anthracen-7-yl)boronic acid (1.1eq), CX31 (0.1eq), Sodium carbonate 을 (1,4-dioxane:Distled water=4:1)에 녹인 후 질소분위기 하 섭씨 110도에서 20시간 동안 교반하였다. 냉각 후 Ethyl acetate와 물로 세정 후 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 한후 감압 건조하였다. 컬럼크로마토그래피로 정제 및 재결정(dichloromethane: n-Hexane)하여 화합물 44를 얻었다. 이후 승화정제로 최종 정제를 하였다. (승화 후 수율 : 11.4%)
2. 축합 다환 화합물의 확인
합성된 축합 다환 화합물의 분자량 및 NMR 분석 결과를 아래 표 1에 나타내었다.

화합물
H NMR (δ)
계산값
측정값

4
9.32 (1H, d), 9.15 (1H, d), 8.85 (2H, d), 8.23 (1H, s), 7.85 (2H, s). 7.76 (1H, s), 7.54-7.41 (8H, m), 7.34-7.21 (11H, m), 6.73-6.52 (9H, m), 6.41 (1H, d), 6.35 (2H, d), 1.37 (9H, s), 1.35 (18H, s)
1212.53
1212.80

19
9.13 (1H, d), 9.08 (1H, d), 8.78 (1H, d), 8.65 (1H, d), 7.61-7.46 (12H, m), 7.32-7.18 (14H, m), 6.61-6.47 (13H, m), 6.38-6.31 (3H, m), 1.36 (9H, s)
1079.91
1080.43

39
9.27 (1H, d), 9.18 (1H, d), 8.91 (1H, d), 8.85 (1H, d), 7.91 (1H, s), 7.83 (1H, s). 7.63-7.47 (15H, m), 7.31-7.19 (16H, m), 6.81-6.67 (10H, m), 6.31-6.25 (3H, m), 1.34 (9H, s),
1244.14
1245.34

44
9.26 (1H, d), 9.07 (1H, d), 8.72 (2H, d), 8.17 (1H, s), 7.75 (2H, s). 7.64 (1H, s), 7.47-7.31 (8H, m), 7.27-7.15 (10H, m), 6.63-6.47 (9H, m), 6.38 (1H, d), 6.27 (2H, d), 1.38 (9H, s), 1.36 (18H, s), 1.33 (9H, s)
1285.28
1285.82
3. 발광 소자의 제작 및 평가
(발광 소자의 제작 1)
일 실시예의 다환 화합물을 발광층에 포함하는 일 실시예의 발광 소자를 아래의 방법으로 제조하였다. 상술한 화합물 4, 19, 39, 44의 다환 화합물을 발광층의 발광 도펀트로 사용하여 실시예 1 내지 4의 발광 소자를 제작하였다.
비교예 1 내지 비교예 5는 하기 비교예 화합물 X1 내지 X5를 발광층의 발광 도펀트로 재료로 각각 사용하여 발광 소자를 제작하였다.
소자 제작에 사용된 비교예 화합물들을 아래에 나타내었다.
(비교예 화합물)
Figure pat00122
(그 외, 소자 제작 시 사용된 화합물)
Figure pat00123
Figure pat00124
Figure pat00125
15 Ω/cm2 (1200
Figure pat00126
의 ITO가 패터닝된 유리 기판을 50mm x 50mm x 0.7 mm의 크기로 잘라서 이소프로필 알코올과 순수를 이용하여 각 5분 동안 초음파 세정한 후, 30분 동안 자외선을 조사하고 오존에 노출시켜 세정하였다.
이후, NPD를 300Å 두께로 증착하여 정공주입층을 형성하였다. 다음으로 200Å 두께로 TCTA를 증착하여 정공 수송층을 형성하였다. 정공 수송층 상에 CzSi를 진공 증착하여 100Å 두께의 발광보조층을 형성하였다.
이후, 발광 보조층 상부에 제1 호스트와 제2 호스트의 혼합물: 보조 도펀트: 발광 도펀트를 85:14:1의 중량비로 공증착하여 200Å 두께의 발광층을 형성하였다.
이어서, 상기 발광층 상부에 TSPO1을 증착하여 200Å두께의 정공 저지층을 형성하였다. 이후, 정공 저지층 상부에 TPBI를 증착하여 300Å두께의 전자 수송층을 형성하였다. 이후, 전자 수송층 상부에 LiF를 증착하여 10Å두께의 전자 주입층을 형성하였다. 이후, 전자 주입층 상부에 Al를 증착하여 3000Å두께의 제2 전극을 형성하고, 제2 전극 상부에 HT28을 증착하여 700Å두께의 캡핑층을 형성하여 발광 소자를 제작하였다.
비교예 및 실시예들에서 발광층 형성 시 제1 호스트로는 화합물 HT-1, 제2 호스트로는 화합물 ET-1, 보조 도펀트로 PS-1를 사용하였다. 또한 발광 도펀트로 비교예 화합물 및 실시예 화합물을 사용하였다.
(발광 소자의 제작 2)
실시예 5 내지 실시예 8의 발광 소자는 발광층에 호스트인 mCP와 발광 도펀트를 99:1 중량비로 공증착하여 200Å 두께의 발광층을 형성하는 점 외에, 실시예 1 내지 실시예 4의 발광 소자와 동일한 방법으로 제작하였다.
또한 비교예 6 내지 비교예 10의 발광 소자는 호스트 mCP와 및 발광 도펀트를 99:1 중량비로 공증착하여 200Å 두께의 발광층을 형성하는 점 외에, 비교예 1 내지 비교예 5의 발광 소자와 동일한 방법으로 제작하였다.
(발광 소자의 특성 평가)
표 1에서는 실시예 1 내지 실시예 4, 비교예 1 내지 비교예 5에 대한 발광 소자의 평가 결과를 나타내었다. 표 2에서는 실시예 5 내지 실시예 8, 비교예 6 내지 비교예 10에 대한 발광 소자의 평가 결과를 나타내었다. 표 1 및 표 2 각각에서는 제작된 발광 소자의 구동 전압, 발광 효율, 최대 외부 양자 효율, 및 발광색을 비교하여 나타내었다. 표 1 및 표 2 각각에 나타낸 실시예 및 비교예에 대한 특성 평가 결과에서는 10mA/cm2의 전류 밀도에서의 발광 효율 값을 나타내었다.
최대 외부 양자 효율(external quantum efficiency)은 [내부 양자 효율×전하 균형(charge balance)×광 방출 효율(out coupling efficiency)]로 계산될 수 있다. 내부 양자 효율은 생성된 여기자가 빛의 형태로 전환되는 비율이다. 전하 균형은 여기자를 형성하는 정공과 전자의 밸런스를 의미하며, 일반적으로 정공과 전자가 1:1 비율인 경우를 가정하여 '1'의 값을 가진다.
실시예 및 비교예의 발광 소자의 구동 전압, 발광 효율은 키슬리 인스트루먼트(Keithley Instrument)사의 2400시리즈 소스 미터(Source Meter), 코니카 미놀타(Konica Minolta)사 제품인 색체휘도계 CS-200, 주식회사 일본 내셔널 인스트루먼트사 제품인 측정용 PC Program LabVIEW 2.0을 이용하여 암실에서 실시하였다.
구분 호스트
(HT:ET = 5:5)		 보조
도펀트		 도펀트
화합물		 구동 전압
(V)		 효율 (cd/A) 최대 외부 양자 효율
(%)		 발광색 진동자
강도
실시예 1 HT-1/ET-1 PS-1 화합물 4 4.7 25.8 24.7 청색 0.2868
실시예 2 HT-1/ET-1 PS-1 화합물 19 4.5 24.6 23.4 청색 0.3359
실시예 3 HT-1/ET-1 PS-1 화합물 39 4.6 23.1 22.6 청색 0.3067
실시예 4 HT-1/ET-1 PS-1 화합물 44 4.7 23.5 22.1 청색 0.3026
비교예 1 HT-1/ET-1 PS-1 X1 5.4 17.4 16.3 청색 0.2080
비교예 2 HT-1/ET-1 PS-1 X2 5.6 13.3 12.5 청색 0.0258
비교예 3 HT-1/ET-1 PS-1 X3 4.9 15.4 14.3 청색 0.1974
비교예 4 HT-1/ET-1 PS-1 X4 5.7 15.7 13.9 청색 0.2006
비교예 5 HT-1/ET-1 PS-1 X5 5.8 14.4 13.6 청색 0.0797
표 2의 결과를 참조하면, 실시예 및 비교예들의 발광 소자는 청색광을 방출하는 것을 알 수 있다. 또한, 표 2의 결과를 참조하면, 본 발명의 일 실시예의 다환 화합물을 발광층의 발광 도펀트 재료로 사용한 발광 소자의 실시예들의 경우 비교예와 비교하여 낮은 구동 전압, 우수한 발광 효율을 나타내는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 1 내지 4 의 발광 소자들은 비교예 1 내지 비교예 5의 발광 소자들에 비해 진동자 강도(oscillator strength, OSC)가 0.1 이상 높은 값을 갖는 것을 알 수 있다. 발광 소자들은 진동자 강도가 클수록 내부 양자효율이 크고, 그에 따라 최대 외부 양자 효율이 크다. 따라서, 실시예 1 내지 4의 발광 소자들이 비교예 1 내지 비교예 5의 발광 소자들에 비해 최대 외부 양자 효율이 큰 것은 진동자 강도가 큰 것에서 기인한 것으로 예상된다.
즉, 표 2를 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 4는 비교예 1 내지 비교예 5의 발광 소자의 발광층에 사용된 발광 도펀트와 비교하여 DABNA 코어 구조에 붕소 원자와 파라 위치에 전자 끌개(electron withdrawing group)가 치환되고, 다른 두 개의 파라 위치에 전자 주개(electron doner group)가 치환된 구조를 가져 고효율의 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.

구분
호스트
(HT:ET = 5:5)
도펀트 화합물
구동 전압(V)
효율 (cd/A)
최대 외부 양자 효율
(%)
발광색

실시예 5
HT-1/ET-1
화합물 4
5.5
8.6
8.2
청색

실시예 6
HT-1/ET-1
화합물 19
5.3
8.2
7.8
청색

실시예 7
HT-1/ET-1
화합물 39
5.4
7.7
7.5
청색

실시예 8
HT-1/ET-1
화합물 44
5.5
7.8
7.4
청색

비교예 6
HT-1/ET-1
X1
6.2
5.8
5.4
청색

비교예 7
HT-1/ET-1
X2
6.4
4.4
4.2
청색

비교예 8
HT-1/ET-1
X3
5.7
5.1
4.8
청색

비교예 9
HT-1/ET-1
X4
6.5
5.2
4.6
청색

비교예 10
HT-1/ET-1
X5
6.6
4.8
4.5
청색
표 3의 결과를 참조하면, 실시예 및 비교예들의 발광 소자는 청색광을 방출하는 것을 알 수 있다. 또한, 표 3의 결과를 참조하면, 본 발명의 일 실시예의 다환 화합물을 발광층의 발광 도펀트 재료로 사용한 발광 소자의 실시예들의 경우 비교예와 비교하여 낮은 구동 전압, 우수한 발광 효율을 나타내는 것을 알 수 있다.
즉, 표 3을 참조하면, 실시예 5 내지 실시예 8은 비교예 6 내지 비교예 10의 발광 소자의 발광층에 사용된 발광 도펀트와 비교하여 DABNA 코어 구조에 붕소 원자와 파라 위치에 전자 끌개(electron withdrawing group)가 치환되고, 다른 두 개의 파라 위치에 전자 주개(electron doner group)가 치환된 구조를 가져 고효율의 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이 발광층에 보조 도펀트(PS1)를 포함하는 경우(표 2) 및 발광층에 보조 도펀트(PS1)을 포함하지 않는 경우(표 3) 각각에서 비교예들의 발광 소자보다 실시예의 발광 소자가 발광 효율이 개선된 것을 확인할 수 있다.
일 실시예에 따른 다환 화합물은, DABNA 코어 구조에서 붕소 원자와 파라 위치에 전자 끌개가 치환되고, 다른 두 개의 파라 위치에 전자 주개가 치환된 구조를 가지며, 열활성 지연 형광 발광 재료로 사용되어 발광 소자의 고효율에 기여할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 발광 소자는 일 실시예의 다환 화합물을 발광층에 포함하여 고효율 특성을 나타낼 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
DD, DD-TD : 표시 장치
ED: 발광 소자 EL1 : 제1 전극
EL2 : 제2 전극 HTR : 정공 수송 영역
EML : 발광층 ETR : 전자 수송 영역

Claims (23)

  1. 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 배치된 제2 전극; 및
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치되며, 서로 상이한 제1 화합물, 제2 화합물, 및 제3 화합물을 포함하는 발광층을 포함하고,
    상기 제1 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 발광 소자:
    [화학식 1]
    Figure pat00127

    상기 화학식 1에서
    a 및 b는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고,
    c는 0 이상 2 이하의 정수이고,
    d는 0 이상 5 이하의 정수이고,
    X는 NRx, O, 또는 S이고,
    Rx, R1 내지 R3, 및 R6는 각각 독립적으로 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 형성하고,
    R4 및 R5는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아민기, 또는 치환 또는 비치환된 카바졸기이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1에서 R4 및 R5는 각각 독립적으로 하기 화학식 A-1 또는 화학식 A-2로 표시되는 발광 소자:
    [화학식 A-1]
    Figure pat00128

    [화학식 A-2]
    Figure pat00129

    상기 화학식 A-1에서
    x는 0 이상 8 이하의 정수이고,
    Ra는 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 6 이하의 알킬기, 또는 시아노기이고,
    상기 화학식 A-2에서
    y 및 z는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이고,
    Rb 및 Rc는 각각 독립적으로 중수소 원자, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 6 이하의 알킬기이다.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 화학식 A-1은 하기 A1 내지 A6 중 어느 하나로 표시되는 발광 소자:
    Figure pat00130
    .
  4. 제2항에 있어서
    상기 화학식 A-2는 하기 A7 내지 A9 중 어느 하나로 표시되는 발광 소자:
    Figure pat00131
    .
  5. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1에서 R1 및 R2는 각각 독립적으로 하기 B1 내지 B18 중 어느 하나로 표시되는 발광 소자:
    Figure pat00132
    .
  6. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1에서 R3는 하기 C1 내지 C5 중 어느 하나로 표시되는 발광 소자:
    Figure pat00133
    .
  7. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1에서 R6는 하기 D1 내지 D3 중 어느 하나로 표시되는 표시되는 발광 소자:
    Figure pat00134
    .
  8. 제1항에 있어서,
    상기 발광층은 청색광을 방출하는 발광 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 화합물은 열활성 지연 형광 발광하는 발광 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 화합물은 하기 HT-1 내지 HT-4 중 어느 하나로 표시되는 발광 소자:
    Figure pat00135
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제3 화합물은 하기 ET-1 내지 ET-3 중 어느 하나로 표시되는 발광 소자:
    Figure pat00136
  12. 제1항에 있어서,
    상기 발광층은 하기 화학식 M-b로 표시되는 제4 화합물을 더 포함하는 발광 소자:
    [화학식 M-b]
    Figure pat00137

    상기 화학식 M-b에서,
    Q1 내지 Q4는 각각 독립적으로 C 또는 N이고,
    C1 내지 C4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 5 이상 30 이하의 탄화수소고리, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로고리이고,
    L21 내지 L24는 각각 독립적으로 직접 결합,
    Figure pat00138
    ,
    Figure pat00139
    ,
    Figure pat00140
    ,
    Figure pat00141
    ,
    Figure pat00142
    ,
    Figure pat00143
    , 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 1이고,
    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.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 화합물은 발광 도펀트, 상기 제2 화합물은 정공 수송 호스트, 상기 제3 화합물은 전자 수송 호스트, 상기 제4 화합물은 보조 도펀트인 발광 소자.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 발광층은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자:
    [화합물군 1]

    Figure pat00144

    Figure pat00145

    Figure pat00146

    Figure pat00147

    Figure pat00148

    Figure pat00149

    Figure pat00150

    Figure pat00151
    .
  15. 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 배치된 제2 전극; 및
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치되며, 서로 상이한 제1 화합물, 제2 화합물, 및 제3 화합물을 포함하는 발광층; 을 포함하고,
    상기 제1 화합물은 하기 화학식 3으로 표시되고, 상기 제1 화합물의 진동자 강도는 0.2500 이상인 발광 소자:
    [화학식 3]
    Figure pat00152

    상기 화학식 3에서
    a 및 b는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고,
    c는 0 이상 2 이하의 정수이고,
    d는 0 이상 5 이하의 정수이고,
    m 및 n은 각각 독립적으로 0 또는 1이고,
    m이 0인 경우, o 및 p는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이고,
    m이 1 인 경우, o 및 p는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고,
    n이 0인 경우, r 및 q 는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이고,
    n이 1 인 경우, r 및 q는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고,
    L1 및 L2는 직접 결합이고,
    X는 NRx, O, 또는 S이고,
    Rx, Re 내지 Rh, R1 내지 R3, 및 R6는 각각 독립적으로 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 형성한다.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 화학식 3은 하기 화학식 4-1 또는 화학식 4-2로 표시되는 발광 소자:
    [화학식 4-1]
    Figure pat00153

    [화학식 4-2]
    Figure pat00154

    상기 화학식 4-1에서 o1 내지 r1은 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이고,
    상기 화학식 4-2에서 o2 내지 r2는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고,
    상기 화학식 4-1 및 화학식 4-2에서 a 내지 d, R1 내지 R3, R6, X, 및 Re 내지 Rh 상기 화학식 3에서 정의한 바와 동일하다.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 화학식 4-1에서 Re 내지 Rh는 각각 독립적으로 중수소 원자, 또는 치환 또는 비치환된 t-부틸기인 발광 소자.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 화학식 4-2에서 Re 내지 Rh는 각각 독립적으로 중수소 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 또는 치환 또는 비치환된 t-부틸기인 발광 소자.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 화학식 3에서 R1 및 R2는 각각 독립적으로 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 t-부틸기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 인돌기, 치환 또는 비치환된 벤조퓨란기, 치환 또는 비치환된 벤조티오펜기, 치환 또는 비치환된 피리딘기, 또는 치환 또는 비치환된 치환 또는 비치환된 테트라하이드롤린나프틸기인 발광 소자.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 화학식 3에서 R3는 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 테트라하이드롤린나프틸기, 또는 치환 또는 비치환된 t-부틸기인 발광 소자.
  21. 제15항에 있어서,
    상기 화학식 3에서 R6는 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 t-부틸기, 또는 치환 또는 비치환된 테트라하이드롤린나프틸기인 발광 소자.
  22. 제15항에 있어서,
    상기 발광층은 하기 화학식 M-b로 표시되는 제4 화합물을 더 포함하는 발광 소자:
    [화학식 M-b]
    Figure pat00155

    상기 화학식 M-b에서,
    Q1 내지 Q4는 각각 독립적으로 C 또는 N이고,
    C1 내지 C4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 5 이상 30 이하의 탄화수소고리, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로고리이고,
    L21 내지 L24는 각각 독립적으로 직접 결합,
    Figure pat00156
    ,
    Figure pat00157
    ,
    Figure pat00158
    ,
    Figure pat00159
    ,
    Figure pat00160
    ,
    Figure pat00161
    , 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 1이고,
    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.
  23. 제15항에 있어서,
    상기 발광층은 하기 화합물군 1에 표시된 다환 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자:
    [화합물군 1]
    Figure pat00162

    Figure pat00163

    Figure pat00164

    Figure pat00165

    Figure pat00166

    Figure pat00167

    Figure pat00168

    Figure pat00169
    .

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