KR20230131800A - 발광 소자 및 발광 소자용 축합 다환 화합물 - Google Patents
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Abstract
일 실시예의 발광 소자는 제1 전극, 제1 전극과 마주하는 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 발광층을 포함하고, 발광층은 하기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물을 포함한다.
[화학식 1]
[화학식 1]
Description
본 발명은 발광 소자 및 발광 소자에 사용되는 축합 다환 화합물에 관한 것이다.
최근, 영상 표시 장치로서, 유기 전계 발광 표시 장치(Organic Electroluminescence Display)의 개발이 왕성하게 이루어져 왔다. 유기 전계 발광 표시 장치는 액정 표시 장치 등과는 다르고, 제1 전극 및 제2 전극으로부터 주입된 정공 및 전자를 발광층에 있어서 재결합시킴으로써, 발광층에 있어서 유기 화합물을 포함하는 발광 재료를 발광시켜서 표시를 실현하는 소위 자발광형의 표시 장치이다.
유기 전계 발광 소자를 표시 장치에 응용함에 있어서는, 유기 전계 발광 소자의 저 구동 전압화, 고 발광 효율화 및 장수명화가 요구되고 있으며, 이를 안정적으로 구현할 수 있는 유기 전계 발광 소자용 재료 개발이 지속적으로 요구되고 있다.
특히, 최근에는 고효율 유기 전계 발광 소자를 구현하기 위해 삼중항 상태의 에너지를 이용하는 인광 발광이나, 삼중항 여기자의 충돌에 의해 일중항 여기자가 생성되는 현상(Triplet-triplet annihilation, TTA)를 이용한 지연 형광 발광에 대한 기술이 개발되고 있으며, 지연 형광 현상을 이용한 열 활성 지연 형광(Thermally Activated Delayed Fluorescence, TADF) 재료에 대한 개발이 진행되고 있다.
본 발명의 목적은 발광 효율 및 소자 수명이 개선된 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 발광 소자의 발광 효율 및 소자 수명을 개선할 수 있는 축합 다환 화합물을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는 제1 전극, 상기 제1 전극과 마주하는 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 하기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물을 포함한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, R1 내지 R13은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 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 헤테로 아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고, n1 내지 n4는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이고, n5 내지 n8은 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고, n9 및 n10은 각각 독립적으로 0 이상 2 이하의 정수이고, n11 내지 n13은 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수이다.
상기 R1 내지 R4는 중수소 원자이고, 상기 n1 내지 n4의 합은 1 이상 20 이하일 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물은 하기 화학식 2-1 내지 화학식 2-4 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 2-1]
[화학식 2-2]
[화학식 2-3]
[화학식 2-4]
상기 화학식 2-1 내지 화학식 2-4에서, R1a 내지 R4a는 중수소 원자이고, m1 내지 m4는 각각 독립적으로 1 이상 5 이하의 정수이다.
상기 화학식 2-1 내지 화학식 2-4에서, R2 내지 R13, 및 n2 내지 n13은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일한 설명이 적용될 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물은 하기 화학식 3-1 내지 화학식 3-3 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 3-1]
[화학식 3-2]
[화학식 3-3]
상기 화학식 3-1 내지 화학식 3-3에서, R5a 내지 R8a는 중수소 원자이고, m5 내지 m8은 각각 독립적으로 1 이상 4 이하의 정수이다.
상기 화학식 3-1 내지 화학식 3-3에서, R1a 내지 R4a, R3, R4, R7 내지 R13, m1 내지 m4, n3, n4, 및 n7 내지 n13은 상기 화학식 1 및 상기 화학식 2-1 내지 상기 화학식 2-4에서 정의한 바와 동일한 설명이 적용될 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물은 하기 화학식 4-1 내지 화학식 4-8 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 4-1]
[화학식 4-2]
[화학식 4-3]
[화학식 4-4]
[화학식 4-5]
[화학식 4-6]
[화학식 4-7]
[화학식 4-8]
상기 화학식 4-1 내지 화학식 4-8에서, R5b 내지 R8b는 각각 독립적으로 중수소 원자, 시아노기, 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 헤테로 아릴기이고, R5' 내지 R8', R6'', R7'', R21, 및 R22는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 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 헤테로 아릴기고, n5' 내지 n8'은 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수이고, n6'' 및 n7''은 각각 독립적으로 0 이상 2 이하의 정수이고, n21 및 n22는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이다.
상기 화학식 4-1 내지 화학식 4-8에서, R1 내지 R5, R7 내지 R13, n1 내지 n5, 및 n7 내지 n13은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일한 설명이 적용될 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물은 하기 화학식 5-1 내지 화학식 화학식 5-3 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 5-1]
[화학식 5-2]
[화학식 5-3]
상기 화학식 5-1 내지 화학식 5-3에서, R5a 내지 R8a는 중수소 원자이고, m5 내지 m8은 각각 독립적으로 1 이상 4 이하의 정수이다.
상기 화학식 5-1 내지 화학식 5-3에서, R1 내지 R4, R7 내지 R13, n1 내지 n4, 및 n7 내지 n13은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일한 설명이 적용될 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물은 하기 화학식 6으로 표시될 수 있다.
[화학식 6]
상기 화학식 6에서, R1 내지 R13, n1 내지 n10, n12 및 n13은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일한 설명이 적용될 수 있다.
상기 R11은 수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 3 이상 10 이하의 시클로알킬기일 수 있다.
상기 발광층은 하기 화학식 H-1로 표시되는 제2 화합물을 더 포함할 수 있다.
[화학식 H-1]
상기 화학식 H-1에서, L1은 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 헤테로 아릴렌기이고, Ar1은 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로 아릴기이고, R31 및 R32는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 붕소기, 치환 또는 비치환된 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 20 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고, n31 및 n32는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이다.
상기 발광층은 하기 화학식 H-2로 표시되는 제3 화합물을 더 포함할 수 있다.
[화학식 H-2]
상기 화학식 H-2에서, Z1 내지 Z3은 각각 독립적으로 N 또는 CR36이고, Z1 내지 Z3 중 적어도 어느 하나는 N이고, R33 내지 R36은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 붕소기, 치환 또는 비치환된 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 20 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
상기 발광층은 하기 화학식 D-1로 표시되는 제4 화합물을 더 포함할 수 있다.
[화학식 D-1]
상기 화학식 D-1에서, Q1 내지 Q4는 각각 독립적으로 C 또는 N이고, C1 내지 C4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 5 이상 30 이하의 탄화수소 고리, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로 고리이고, L11 내지 L13는 각각 독립적으로 직접 결합(direct linkage), , , , , 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 헤테로 아릴렌기이고, b1 내지 b3는 각각 독립적으로 0 또는 1이고, R41 내지 R46은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 붕소기, 치환 또는 비치환된 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 20 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고, d1 내지 d4는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 축합 다환 화합물은 상기 화학식 1로 표시된다.
일 실시예의 발광 소자는 고효율 및 장수명의 개선된 소자 특성을 나타낼 수 있다.
일 실시예의 축합 다환 화합물은 발광 소자의 발광층에 포함되어 발광 소자의 고효율화 및 장수명화에 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 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 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 7 및 도 8은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 대한 단면도들이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 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 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 7 및 도 8은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 대한 단면도들이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 발명의 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, 부품 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, 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, 아릴기는 방향족 탄화수소 고리로부터 유도된 임의의 작용기 또는 치환기를 의미한다. 아릴기는 단환식 아릴기 또는 다환식 아릴기일 수 있다. 아릴기의 고리 형성 탄소수는 6 이상 30 이하, 6 이상 20 이하, 또는 6 이상 15 이하일 수 있다. 아릴기의 예로는 페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 안트라세닐기, 페난트릴기, 바이페닐기, 터페닐기, 쿼터페닐기, 퀸크페닐기(quinquephenyl), 섹시페닐기, 트리페닐에닐기, 피레닐기, 벤조 플루오란테닐기, 크리세닐기 등을 예시할 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 헤테로아릴기는 헤테로 원자로 B, O, N, P, Si 및 S 중 1개 이상을 포함하는 것일 수 있다. 헤테로아릴기가 헤테로 원자를 2개 이상 포함할 경우, 2개 이상의 헤테로 원자는 서로 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 헤테로아릴기는 단환식 헤테로고리기 또는 다환식 헤테로고리기일 수 있다. 헤테로아릴기의 고리 형성 탄소수는 2 이상 30 이하, 2 이상 20 이하, 또는 2 이상 10 이하일 수 있다. 헤테로아릴기의 예로는 티오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸기, 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, 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, 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 디메틸붕소기, 디에틸붕소기, t-부틸메틸붕소기, 디페닐붕소기, 페닐붕소기 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, 직접 결합(direct linkage)은 단일 결합을 의미하는 것일 수 있다.
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(Diamond Pixel™)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)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 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-2로 표시되는 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 H-2]
상기 화학식 H-2에서, 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-2에서 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-2에서 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-2로 표시되는 화합물은 모노아민 화합물일 수 있다. 또는, 상기 화학식 H-2로 표시되는 화합물은 Ar-1 내지 Ar3 중 적어도 하나가 아민기를 치환기로 포함하는 디아민 화합물일 수 있다. 또한, 상기 화학식 H-2로 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-2로 표시되는 화합물은 하기 화합물군 H의 화합물들 중 어느 하나로 표시될 수 있다. 하지만, 하기 화합물군 H에 나열된 화합물들은 예시적인 것으로 화학식 H-2로 표시되는 화합물이 하기 화합물군 H에 표시된 것에 한정되는 것은 아니다.
[화합물군 H]
정공 수송 영역(HTR)은 구리프탈로시아닌(copper phthalocyanine) 등의 프탈로시아닌(phthalocyanine) 화합물, DNTPD(N1,N1'-([1,1'-biphenyl]-4,4'-diyl)bis(N1-phenyl-N4,N4-di-m-tolylbenzene-1,4-diamine)), m-MTDATA(4,4',4"-[tris(3-methylphenyl)phenylamino] triphenylamine), TDATA(4,4'4"-Tris(N,N-diphenylamino)triphenylamine), 2-TNATA(4,4',4"-tris[N(2-naphthyl)-N-phenylamino]-triphenylamine), PEDOT/PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/Poly(4-styrenesulfonate)), PANI/DBSA(Polyaniline/Dodecylbenzenesulfonic acid), PANI/CSA(Polyaniline/Camphor sulfonicacid), PANI/PSS(Polyaniline/Poly(4-styrenesulfonate)), NPB(N,N'-di(naphthalene-l-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine), 트리페닐아민을 포함하는 폴리에테르케톤(TPAPEK), 4-Isopropyl-4'-methyldiphenyliodonium [Tetrakis(pentafluorophenyl)borate], HATCN(dipyrazino[2,3-f: 2',3'-h] quinoxaline-2,3,6,7,10,11-hexacarbonitrile) 등을 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 실시예에 따른 발광 소자(ED)에서, 발광층(EML)은 일 실시예의 축합 다환 화합물을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 발광층(EML)은 일 실시예의 축합 다환 화합물을 도펀트로 포함할 수 있다. 일 실시예의 축합 다환 화합물은 발광층(EML)의 도펀트 재료일 수 있다. 한편, 본 명세서에서, 후술하는 일 실시예의 축합 다환 화합물은 제1 화합물로 지칭될 수 있다.
일 실시예의 축합 다환 화합물은 적어도 하나의 붕소 원자와, 적어도 두 개의 질소 원자를 통해 복수의 방향족 고리가 축합된 구조를 포함할 수 있다. 구체적으로, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 하나의 붕소 원자와, 제1 질소 원자 및 제2 질소 원자를 통해 제1 내지 제3 방향족 고리가 축합된 구조를 포함할 수 있다. 제1 방향족 고리 및 제2 방향족 고리는 축합환 구조 내에서 붕소 원자를 기준으로 서로 대칭을 이룰 수 있다.
일 실시예의 축합 다환 화합물은 분자 구조 내에 입체 장애 치환기인 제1 치환기 및 제2 치환기를 포함할 수 있다. 제1 치환기 및 제2 치환기는 일 실시예의 축합 다환 화합물에서 축합환을 구성하는 질소 원자에 연결될 수 있다. 제1 치환기는 t-부틸기로 치환된 벤젠 모이어티를 포함하고, 상기 벤젠 모이어티의 특정 위치 탄소에 치환된 제1 서브 치환기 및 제2 서브 치환기를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 치환기는 축합환을 구성하는 제1 질소 원자와 연결되고, 제1 질소 원자를 기준으로 오르쏘(ortho) 위치에 각각 제1 서브 치환기 및 제2 서브 치환기가 도입되고, 제1 질소 원자를 기준으로 파라(para) 위치에는 t-부틸기가 치환된 구조를 포함할 수 있다. 제2 치환기는 t-부틸기로 치환된 벤젠 모이어티를 포함하고, 상기 벤젠 모이어티의 특정 위치 탄소에 치환된 제3 서브 치환기 및 제4 서브 치환기를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제2 치환기는 축합환을 구성하는 제2 질소 원자와 연결되고, 제2 질소 원자를 기준으로 오르쏘 위치에 각각 제3 서브 치환기 및 제4 서브 치환기가 도입되고, 제2 질소 원자를 기준으로 파라 위치에 t-부틸기가 도입된 구조를 포함할 수 있다.
또한, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 축합환을 구성하는 방향족 고리 중 두 개의 방향족 고리에 각각 연결된 제3 치환기 및 제4 치환기를 포함할 수 있다. 제3 치환기 및 제4 치환기는 전자 공여성(electron donor) 치환기로써, 각각 카바졸 모이어티를 포함할 수 있다. 제3 치환기 및 제4 치환기는 각각 제1 방향족 고리 및 제2 방향족 고리에 연결될 수 있다. 제3 치환기 및 제4 치환기 각각은 붕소 원자를 기준으로 파라 위치에서 제1 방향족 고리 및 제2 방향족 고리와 연결될 수 있다.
일 실시예의 축합 다환 화합물은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
화학식 1에서, R1 내지 R13은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 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 헤테로 아릴기이다. 또는, R1 내지 R13 각각은 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. 예를 들어, R1 내지 R13은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 메틸기, 치환 또는 비치환된 에틸기, 치환 또는 비치환된 이소프로필기, 치환 또는 비치환된 t-부틸기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 피리딘기, 또는 치환 또는 비치환된 카바졸기일 수 있다. 화학식 1에서, R1이 치환된 벤젠 고리는 전술한 제1 서브 치환기에 대응하고, R2이 치환된 벤젠 고리는 전술한 제2 서브 치환기에 대응하고, R3이 치환된 벤젠 고리는 전술한 제3 서브 치환기에 대응하고, R4가 치환된 벤젠 고리는 전술한 제4 서브 치환기에 대응할 수 있다.
화학식 1에서, n1 내지 n4는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이다. n1 내지 n4 각각이 0일 경우, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 R1 내지 R4 각각으로 치환되지 않은 것을 의미할 수 있다. n1 내지 n4 각각이 5이고, R1 내지 R4 각각이 수소 원자인 경우, n1 내지 n4 각각이 0인 경우와 동일할 수 있다. n1 내지 n4 각각이 2 이상의 정수일 경우, 복수로 제공되는 R1 내지 R4 각각은 모두 동일한 것이거나, 또는 복수의 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 상이한 것일 수 있다.
화학식 1에서, n5 내지 n8은 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이다. n5 내지 n8 각각이 0일 경우, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 R5 내지 R8 각각으로 치환되지 않은 것을 의미할 수 있다. n5 내지 n8 각각이 4이고, R5 내지 R8 각각이 수소 원자인 경우, n5 내지 n8 각각이 0인 경우와 동일할 수 있다. n5 내지 n8 각각이 2 이상의 정수일 경우, 복수로 제공되는 R5 내지 R8 각각은 모두 동일한 것이거나, 또는 복수의 R5 내지 R8 중 적어도 하나는 상이한 것일 수 있다.
화학식 1에서, n9 및 n10은 각각 독립적으로 0 이상 2 이하의 정수이다. n9 및 n10 각각이 0일 경우, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 R9 및 R10 각각으로 치환되지 않은 것을 의미할 수 있다. n9 및 n10 각각이 2이고, R9 및 R10 각각이 수소 원자인 경우, n9 및 n10 각각이 0인 경우와 동일할 수 있다. n9 및 n10 각각이 2일 경우, 복수로 제공되는 R9 및 R10 각각은 모두 동일한 것이거나, 또는 복수의 R9 및 R10 중 적어도 하나는 상이한 것일 수 있다.
화학식 1에서, n11 내지 n13은 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수이다. n11 내지 n13 각각이 0일 경우, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 R11 내지 R13 각각으로 치환되지 않은 것을 의미할 수 있다. n11 내지 n13 각각이 3이고, R11 내지 R13 각각이 모두 수소 원자인 경우, n11 내지 n13 각각이 0인 경우와 동일할 수 있다. n11 내지 n13 각각이 2 이상의 정수일 경우, 복수로 제공되는 R11 내지 R13 각각은 모두 동일한 것이거나, 또는 복수의 R11 내지 R13 중 적어도 하나는 상이한 것일 수 있다.
일 실시예에서, R1 내지 R4는 중수소 원자이고, 상기 n1 내지 n4의 합은 1 이상 20 이하일 수 있다. 즉, 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 축합 다환 화합물은 제1 내지 제4 서브 치환기 중 적어도 어느 하나의 치환기에 적어도 하나의 중수소 원자가 치환된 구조를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화학식 2-1 내지 화학식 2-4 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 2-1]
[화학식 2-2]
[화학식 2-3]
[화학식 2-4]
화학식 2-1 내지 화학식 2-4는 화학식 1에서 R1 내지 R4 중 적어도 하나의 치환기 종류가 특정된 것을 나타낸다. 즉, 화학식 2-1 내지 화학식 2-4는 화학식 1에서 제1 내지 제4 서브 치환기 중 적어도 어느 하나에 적어도 하나의 중수소 원자가 치환된 경우를 나타낸다. 화학식 2-1은 화학식 1에서 R1로 표시되는 치환기가 중수소 원자인 경우를 나타낸다. 화학식 2-2는 화학식 1에서 R1 및 R2로 표시되는 치환기가 중수소 원자인 경우를 나타낸다. 화학식 2-3은 화학식 1에서 R1 내지 R3으로 표시되는 치환기가 중수소 원자인 경우를 나타낸다. 화학식 2-4는 화학식 1에서 R1 내지 R4로 표시되는 치환기가 중수소 원자인 경우를 나타낸다.
화학식 2-1 내지 화학식 2-4에서, R1a 내지 R4a는 중수소 원자일 수 있다.
화학식 2-1 내지 화학식 2-4에서, m1 내지 m4는 각각 독립적으로 1 이상 5 이하의 정수이다. 일 실시예에서, m1 내지 m4는 5일 수 있다.
화학식 2-1 내지 화학식 2-4에서, R2 내지 R13, 및 n2 내지 n13은 상기 화학식 1에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
일 실시예에서, R1 내지 R8은 중수소 원자이고, 상기 n1 내지 n8의 합은 1 이상 36 이하일 수 있다. 즉, 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 축합 다환 화합물은 제1 내지 제4 서브 치환기, 제3 치환기, 및 제4 치환기 중 적어도 어느 하나에 적어도 하나의 중수소 원자가 치환된 구조를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화학식 3-1 내지 화학식 3-3 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 3-1]
[화학식 3-2]
[화학식 3-3]
화학식 3-1 내지 화학식 3-3은 화학식 1에서 R1 내지 R8 중 적어도 하나의 치환기 종류가 특정된 것을 나타낸다. 화학식 3-1은 화학식 1에서 R1, R2, R5, 및 R6으로 표시되는 치환기가 중수소 원자인 경우를 나타낸다. 화학식 3-2는 화학식 1에서 R1, R2, 및 R5 내지 R8로 표시되는 치환기가 중수소 원자인 경우를 나타낸다. 화학식 3-3은 화학식 1에서 R1 내지 R8로 표시되는 치환기가 중수소 원자인 경우를 나타낸다.
화학식 3-1 내지 화학식 3-3에서, R5a 내지 R8a는 중수소 원자일 수 있다.
화학식 3-1 내지 화학식 3-3에서, m5 내지 m8은 각각 독립적으로 1 이상 4 이하의 정수이다. 일 실시예에서, m5 내지 m8은 4일 수 있다.
화학식 3-1 내지 화학식 3-3에서, R1a 내지 R4a, R3, R4, R7 내지 R13, m1 내지 m4, n3, n4, 및 n7 내지 n13은 상기 화학식 1 및 화학식 2-1 내지 화학식 2-4에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
일 실시예에서, 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화학식 4-1 내지 화학식 4-8 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 4-1]
[화학식 4-2]
[화학식 4-3]
[화학식 4-4]
[화학식 4-5]
[화학식 4-6]
[화학식 4-7]
[화학식 4-8]
화학식 4-1 내지 화학식 4-8은 화학식 1에서 R5 내지 R8 중 적어도 하나의 치환기 종류 및/또는 치환 위치가 특정된 경우를 나타낸다. 화학식 4-1은 화학식 1에서 R5 및 R6 각각이 수소 원자가 아닌 치환기이고, 제3 치환기의 질소 원자와 파라 위치에 치환된 경우를 나타낸다. 화학식 4-2는 화학식 1에서 R6이 수소 원자가 아닌 치환기이고, 제3 치환기의 질소 원자와 파라 위치에 치환되고, R7이 수소 원자가 아닌 치환기이고, 제4 치환기의 질소 원자와 파라 위치에 경우를 나타낸다. 화학식 4-3은 화학식 1에서 R5 및 R6 각각이 수소 원자가 아닌 치환기이고, 제3 치환기의 질소 원자와 메타(meta) 위치에 치환된 경우를 나타낸다. 화학식 4-4는 화학식 1에서 R5 및 R6 각각이 수소 원자가 아닌 치환기이고, 제3 치환기의 질소 원자와 파라 위치에 치환되고, R7이 수소 원자가 아닌 치환기이고, 제4 치환기의 질소 원자와 파라 위치에서 치환된 경우를 나타낸다. 화학식 4-5는 화학식 1에서 R5 및 R6 각각이 수소 원자가 아닌 치환기이고, 제3 치환기의 질소 원자와 파라 위치에 치환되고, R7 및 R8 각각이 수소 원자가 아닌 치환기이고, 제4 치환기의 질소 원자와 파라 위치에 치환된 경우를 나타낸다. 화학식 4-6은 화학식 1에서 R5 및 R6 각각이 수소 원자가 아닌 치환기이고, 제3 치환기의 질소 원자와 파라 위치에 치환되고, R7 및 R8 각각이 수소 원자가 아닌 치환기이고, 제4 치환기의 질소 원자와 메타 위치에 치환된 경우를 나타낸다. 화학식 4-7은 화학식 1에서 R5 및 R6 각각이 수소 원자가 아닌 치환기이고, 제3 치환기의 질소 원자와 메타 위치에 치환되고, R7 및 R8 각각이 수소 원자가 아닌 치환기이고, 제4 치환기의 질소 원자와 메타 위치에 치환된 경우를 나타낸다. 화학식 4-8은 화학식 1에서 R6 및 R7 각각이 인접한 기와 서로 결합하여 고리를 형성한 경우를 나타낸다.
화학식 4-1 내지 화학식 4-8에서, R5b 내지 R8b는 각각 독립적으로 중수소 원자, 시아노기, 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 헤테로 아릴기일 수 있다. 예를 들어, R5b 내지 R8b는 각각 독립적으로 중수소 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 메틸기, 치환 또는 비치환된 에틸기, 치환 또는 비치환된 이소프로필기, 치환 또는 비치환된 t-부틸기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 피리딘기, 또는 치환 또는 비치환된 카바졸기일 수 있다.
화학식 4-1 내지 화학식 4-8에서, R5' 내지 R8', R6'', R7'', R21, 및 R22는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 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 헤테로 아릴기일 수 있다. 예를 들어, R5' 내지 R8', R6'', R7'', R21, 및 R22는 각각 독립적으로 수소 원자, 또는 중수소 원자일 수 있다.
화학식 4-1 내지 화학식 4-7에서, n5' 내지 n8'은 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수이다. n5' 내지 n8' 각각이 0일 경우, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 R5' 내지 R8' 각각으로 치환되지 않은 것을 의미할 수 있다. n5' 내지 n8' 각각이 3이고, R5' 내지 R8' 각각이 모두 수소 원자인 경우, n5' 내지 n8' 각각이 0인 경우와 동일할 수 있다. n5' 내지 n8' 각각이 2 이상의 정수일 경우, 복수로 제공되는 R5' 내지 R8' 각각은 모두 동일한 것이거나, 또는 복수의 R5' 내지 R8' 중 적어도 하나는 상이한 것일 수 있다.
화학식 4-8에서, n6'' 및 n7''은 각각 독립적으로 0 이상 2 이하의 정수이다. n6'' 및 n7'' 각각이 0일 경우, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 R6'' 및 R7'' 각각으로 치환되지 않은 것을 의미할 수 있다. n6'' 및 n7'' 각각이 2이고, R6'' 및 R7'' 각각이 모두 수소 원자인 경우, n6'' 및 n7'' 각각이 0인 경우와 동일할 수 있다. n6'' 및 n7'' 각각이 2일 경우, 복수로 제공되는 R6'' 및 R7'' 각각은 모두 동일한 것이거나, 또는 복수의 R6'' 및 R7'' 중 적어도 하나는 상이한 것일 수 있다.
화학식 4-8에서, n21 및 n22는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이다. n21 및 n22 각각이 0일 경우, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 R21 및 R22 각각으로 치환되지 않은 것을 의미할 수 있다. n21 및 n22 각각이 4이고, R21 및 R22 각각이 모두 수소 원자인 경우, n21 및 n22 각각이 0인 경우와 동일할 수 있다. n21 및 n22 각각이 2 이상의 정수일 경우, 복수로 제공되는 R21 및 R22 각각은 모두 동일한 것이거나, 또는 복수의 R21 및 R22 중 적어도 하나는 상이한 것일 수 있다.
화학식 4-1 내지 화학식 4-8에서, R1 내지 R5, R7 내지 R13, n1 내지 n5, 및 n7 내지 n13은 상기 화학식 1에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
일 실시예에서, 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화학식 5-1 내지 화학식 화학식 5-3 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 5-1]
[화학식 5-2]
[화학식 5-3]
화학식 5-1 내지 화학식 5-3은 화학식 1에서 R5 내지 R8 중 적어도 하나의 치환기 종류가 특정된 것을 나타낸다. 화학식 5-1은 화학식 1에서 R5 내지 R8로 표시되는 치환기가 수소 원자로 특정된 경우를 나타낸다. 화학식 5-2는 화학식 1에서 R5 및 R6으로 표시되는 치환기가 중수소 원자로 특정된 경우를 나타낸다. 화학식 5-3은 화학식 1에서 R5 내지 R8로 표시되는 치환기가 중수소 원자로 특정된 경우를 나타낸다.
화학식 5-1 내지 화학식 5-3에서, R5a 내지 R8a는 중수소 원자일 수 있다.
화학식 5-2 및 화학식 5-3에서, m5 내지 m8은 각각 독립적으로 1 이상 4 이상의 정수이다. 일 실시예에서, m5 내지 m8은 4일 수 있다.
화학식 5-1 내지 화학식 5-3에서, R1 내지 R4, R7 내지 R13, n1 내지 n4, 및 n7 내지 n13은 상기 화학식 1에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
일 실시예에서, 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화학식 6으로 표시될 수 있다.
[화학식 6]
화학식 6은 화학식 1에서 R11로 표시되는 치환기의 치환 위치가 특정된 경우를 나타낸다. 화학식 6은 화학식 1에서 R11로 표시되는 치환기가 붕소 원자와 파라 위치에 치환된 경우를 나타낸다.
화학식 6에서, R1 내지 R13, n1 내지 n10, n12 및 n13은 상기 화학식 1에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
일 실시예에서, R11은 수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 3 이상 10 이하의 시클로알킬기일 수 있다. 예를 들어, R11은 수소 원자, 치환 또는 비치환된 메틸기, 치환 또는 비치환된 이소프로필기, 치환 또는 비치환된 t-부틸기, 또는 치환 또는 비치환된 시클로헥실기일 수 있다.
일 실시예의 축합 다환 화합물은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 어느 하나일 수 있다. 일 실시예의 발광 소자(ED)는 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 적어도 하나의 축합 다환 화합물을 발광층(EML)에 포함할 수 있다.
[화합물군 1]
화합물군 1에서 제시된 구체예 화합물들에서, "D"는 중수소 원자를 의미하고, "CD3"은 중수소로 치환된 메틸기를 의미하고, "tBu"는 비치환된 t-부틸기를 의미할 수 있다.
일 실시예에 따른 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 입체 장애 치환기인 제1 치환기 및 제2 치환기와, 전자 공여성 치환기인 제3 치환기 및 제4 치환기를 포함함으로써, 높은 발광 효율 및 장수명화를 구현할 수 있다.
일 실시예의 축합 다환 화합물은 하나의 붕소 원자, 제1 질소 원자, 및 제2질소 원자에 의해 제1 내지 제3 방향족 고리가 축합된 구조를 가지고, 치환기로써 축합환을 구성하는 제1 및 제2 질소 원자에 각각 연결되는 제1 치환기 및 제2 치환기를 필수로 포함한다. 제1 치환기 및 제2 치환기는 각각 t-부틸기로 치환된 벤젠 모이어티를 포함하고, 상기 벤젠 모이어티를 구성하는 탄소 중 특정 위치 탄소에 치환 또는 비치환된 페닐기가 도입된 치환기일 수 있다. 이러한 구조를 가지는 일 실시예의 축합 다환 화합물은 제1 치환기 및 제2 치환기 의한 입체 장애 효과를 통해 붕소 원자의 평면삼각형(trigonal palanar) 구조를 효과적으로 유지시킬 수 있다. 붕소 원자의 경우 비어있는 p-오비탈에 의하여 전자-결핍성 특성을 가짐에 따라 다른 친핵체와 결합을 형성하여 정사면체(tetrahedral) 구조로 변하게 될 수 있고, 이는 소자 열화의 원인이 될 수 있다. 본 발명에 따르면, 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 입체 장애 구조를 가지는 제1 치환기 및 제2 치환기를 포함함에 따라 붕소 원자의 비어있는 p-오비탈이 효과적으로 보호될 수 있으므로 구조 변형에 따른 열화 현상을 방지할 수 있다.
또한, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 제1 및 제2 치환기 도입으로 인해 분자 간 상호작용이 억제되어 엑시머(excimer) 혹은 엑시플렉스(exciplex) 형성을 제어할 수 있으므로, 발광 효율이 증대될 수 있다. 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 축합 다환 화합물은 제1 및 제2 치환기를 포함함으로써, 붕소 원자를 중심으로 한 축합환 코어 구조를 포함하는 평면과 제1 및 제2 치환기를 포함하는 평면 간의 이면각(dihedral angle)이 커질 수 있다. 구체적으로, 제1 내지 제3 방향족 고리를 포함하는 제1 평면과 제1 치환기를 포함하는 제2 평면 간의 제1 이면각과, 상기 제1 평면과 제2 치환기를 포함하는 제3 평면 간의 제2 이면각이 커질 수 있다. 이에 따라 분자 간 거리가 증가되어 덱스터 에너지 전이(dexter energy transfer)를 줄일 수 있는 효과를 가진다. 덱스터 에너지 전이는 분자 간의 삼중항 엑시톤(triplet exciton)이 이동하는 현상으로, 분자 간 거리가 짧을 때 증가되며, 삼중항 농도 증가에 따른 소광(quenching) 현상을 증가시키는 요인이 될 수 있다. 본 발명에 따르면, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 입체 장애가 큰 구조로 인해 인접한 분자 간의 거리가 증가되어 덱스터 에너지 전이를 억제할 수 있으므로, 삼중항 농도가 높아짐에 따라 발생하는 수명 열화를 억제할 수 있다. 따라서, 일 실시예의 축합 다환 화합물을 발광 소자(ED)의 발광층(EML)에 적용하는 경우 발광 효율을 증대시킬 수 있음을 물론, 소자 수명을 향상시킬 수 있다.
또한, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 붕소 원자 및 질소 원자를 포함하는 축합환 내에 제3 치환기 및 제4 치환기가 연결된 구조를 가질 수 있다. 제3 치환기 및 제4 치환기는 카바졸 모이어티를 포함하며, 축합환을 이루는 제1 방향족 고리 및 제2 방향족 고리에 각각 직접 결합될 수 있다. 이에 따라, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 넓은 판상의 골격에 다중 공진(multiple resonance)을 나타내어 하나의 분자 내에서 HOMO와 LUMO 상태를 용이하게 분리함으로써, 지연 형광 발광 재료로 사용될 수 있다. 일 실시예의 축합 다환 화합물은 상기 구조에 의해 최저 삼중항 여기 에너지 준위(T1 level)와 최저 일중항 여기 에너지 준위(S1 level)의 차이(βEst)가 감소될 수 있고, 이에 따라 지연 형광 발광 재료로 사용될 경우 발광 소자의 발광 효율을 보다 개선시킬 수 있다.
더하여, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 제1 내지 제4 치환기에 적어도 하나의 중수소가 치환된 구조를 가짐에 따라 발광 효율 및 소자 수명 특성을 더욱 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 제1 치환기에 도입된 제1 및 제2 서브 치환기, 제2 치환기에 도입된 제3 및 제4 서브 치환기, 제3 치환기, 및 제4 치환기 중 적어도 어느 하나의 치환기에 적어도 하나의 중수소 원자가 도입된 구조를 가질 수 있다. 중수소는 수소에 비하여 원자량이 크기 때문에 영점 에너지(Zero point energy), 즉 바닥 상태 에너지가 낮다. 이에 따라, 탄소-중수소 간의 결합 에너지는 탄소-수소 간의 결합 에너지 보다 증가되므로, 제1 내지 제4 치환기에 포함된 탄소-수소 결합을 탄소-중수소 결합으로 대체할 경우 재료 안정성이 향상되어 재료 열화에 따른 수명 저하를 억제할 수 있다. 또한, 탄소-중수소 간의 결합 길이는 탄소-수소 간의 결합 길이에 비해 짧으므로 분자 간 반데르발스 힘이 감소되어 발광 효율 감소를 억제할 수 있다. 따라서, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 제1 내지 제 4 치환기를 필수로 포함하고, 제1 내지 제4 치환기 중 적어도 하나의 치환기에 적어도 하나의 중수소 원자를 치환기로 도입함으로써 발광 효율 및 소자 수명 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
한편, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 발광층(EML)에 포함되는 것일 수 있다. 일 실시예의 축합 다환 화합물은 도펀트 재료로 발광층(EML)에 포함될 수 있다. 일 실시예의 축합 다환 화합물은 열활성 지연 형광 발광 재료일 수 있다. 일 실시예의 축합 다환 화합물은 열활성 지연 형광 도펀트로 사용될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예의 발광 소자(ED)에서 발광층(EML)은 상술한 화합물군 1에 표시된 축합 다환 화합물들 중 적어도 하나를 열활성 지연 형광 도펀트로 포함할 수 있다. 하지만, 일 실시예의 축합 다환 화합물의 용도가 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에서, 발광층(EML)은 복수의 화합물을 포함할 수 있다. 일 실시예의 발광층(EML)은 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물, 즉 제1 화합물을 포함하고, 더하여 하기 화학식 H-1로 표시되는 제2 화합물, 하기 화학식 H-2로 표시되는 제3 화합물, 및 하기 화학식 D-1로 표시되는 제4 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에서 제2 화합물은 발광층(EML)의 정공 수송성 호스트 재료로 사용될 수 있다.
[화학식 H-1]
화학식 H-1에서, L1은 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 헤테로 아릴렌기일 수 있다. 예를 들어, L1은 직접 결합, 치환 또는 비치환된 페닐렌기, 치환 또는 비치환된 2가의 비페닐기, 치환 또는 비치환된 2가의 카바졸기 등일 수 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
화학식 H-1에서, Ar1은 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로 아릴기일 수 있다. 예를 들어, Ar1은 치환 또는 비치환된 카바졸기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기, 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기, 치환 또는 비치환된 비페닐기 등일 수 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
화학식 H-1에서, R31 및 R32는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 붕소기, 치환 또는 비치환된 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 20 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴기일 수 있다. 또는, R31 및 R32 각각은 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. 예를 들어, R31 및 R32는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 중수소 원자일 수 있다.
화학식 H-1에서, n31 및 n32는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이다. n31 및 n32 각각이 0일 경우, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 R31 및 R32 각각으로 치환되지 않은 것일 수 있다. n31 및 n32 각각이 4이고, R31 및 R32 각각이 수소 원자인 경우, n31 및 n32 각각이 0인 경우와 동일할 수 있다. n31 및 n32 각각이 2 이상의 정수일 경우, 복수로 제공되는 R31 및 R32 각각은 모두 동일한 것이거나, 또는 복수의 R31 및 R32 중 적어도 하나는 상이한 것일 수 있다.
일 실시예에서 화학식 2로 표시되는 제2 화합물은 하기 화합물군 2에 표시된 화합물들 중 어느 하나로 표시될 수 있다. 발광층(EML)은 정공 수송성 호스트 물질로 하기 화합물군 2에 표시된 화합물들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
[화합물군 2]
화합물군 2에서 제시된 구체예 화합물들에서, "D"는 중수소 원자를 의미하고, "Ph"는 치환 또는 비치환된 페닐기를 의미할 수 있다. 예를 들어, 화합물군 2에서 제시된 구체예 화합물들에서, "Ph"는 비치환된 페닐기일 수 있다.
일 실시예에서, 발광층(EML)은 하기 화학식 H-2로 표시되는 제3 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제3 화합물은 발광층(EML)의 전자 수송성 호스트 재료로 사용될 수 있다.
[화학식 H-2]
화학식 H-2에서, Z1 내지 Z3은 각각 독립적으로 N 또는 CR36이고, Z1 내지 Z3 중 적어도 어느 하나는 N일 수 있다.
화학식 H-2에서, R33 내지 R36은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 붕소기, 치환 또는 비치환된 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 20 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴기일 수 있다. 또는, R33 내지 R36 각각은 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. 예를 들어, R33 내지 R36은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 카바졸기 등일 수 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에서 화학식 3으로 표시되는 제3 화합물은 하기 화합물군 3에 표시된 화합물들 중 어느 하나로 표시될 수 있다. 발광층(EML)은 전자 수송성 호스트 물질로 하기 화합물군 3에 표시된 화합물들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
[화합물군 3]
화합물군 3에서 제시된 구체예 화합물들에서, "D"는 중수소 원자를 의미하고, "Ph"는 비치환된 페닐기를 의미할 수 있다.
발광층(EML)은 제2 화합물 및 제3 화합물을 포함하고, 제2 화합물과 제3 화합물은 엑시플렉스(exciplex)를 형성할 수 있다. 발광층(EML)에서는, 정공 수송성 호스트와 전자 수송성 호스트에 의하여 엑시플렉스가 형성될 수 있다. 이때, 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, 정공 수송성 호스트와 전자 수송성 호스트에 의하여 형성된 엑시플렉스의 삼중항 에너지 준위(T1)의 절대값은 2.4 eV 이상 3.0 eV 이하일 수 있다. 또한, 엑시플렉스의 삼중항 에너지는 각 호스트 물질의 에너지 갭보다 작은 값일 수 있다. 엑시플렉스는 정공 수송성 호스트와 전자 수송성 호스트의 에너지 갭인 3.0 eV 이하의 삼중항 에너지를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 발광층(EML)은 상술한 제1 화합물 내지 제3 화합물 이외에, 제4 화합물을 포함할 수 있다. 제4 화합물은 발광층(EML)의 인광 증감제(sensitizer)로 사용될 수 있다. 제4 화합물에서 제1 화합물로 에너지가 전이(transfer)되어 발광이 일어날 수 있다.
예를 들어, 발광층(EML)은 Pt(백금)을 중심금속원자로 포함하고, 중심금속원자에 결합된 리간드들을 포함하는 유기 금속 착체를 제4 화합물로 포함할 수 있다. 일 실시예의 발광 소자(ED)에서 발광층(EML)은 하기 화학식 D-1로 표시되는 화합물을 제4 화합물로 포함할 수 있다.
[화학식 D-1]
화학식 D-1에서, Q1 내지 Q4는 각각 독립적으로 C 또는 N일 수 있다.
화학식 D-1에서, C1 내지 C4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 5 이상 30 이하의 탄화수소 고리, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로 고리일 수 있다.
화학식 D-1에서, L11 내지 L13는 각각 독립적으로 직접 결합(direct linkage), , , , , 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 헤테로 아릴렌기일 수 있다. L11 내지 L13에서, ""는 C1 내지 C4와 연결되는 부위를 의미한다.
화학식 D-1에서, b1 내지 b3는 각각 독립적으로 0 또는 1일 수 있다. b1이 0일 경우, C1 및 C2가 서로 연결되지 않은 것일 수 있다. b2가 0일 경우, C2 및 C3가 서로 연결되지 않은 것일 수 있다. b3가 0일 경우, C3 및 C4가 서로 연결되지 않은 것일 수 있다.
화학식 D-1에서, R41 내지 R46은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 붕소기, 치환 또는 비치환된 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 20 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴기일 수 있다. 또는, R41 내지 R46 각각은 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. R41 내지 R46은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 메틸기, 또는 치환 또는 비치환된 t-부틸기일 수 있다.
화학식 D-1에서, d1 내지 d4는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이다. 화학식 D-1에서, d1 내지 d4 각각이 0일 경우, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 R41 내지 R44로 치환되지 않은 것일 수 있다. d1 내지 d4 각각이 4이고, R41 내지 R44 각각이 수소 원자인 경우, d1 내지 d4 각각이 0인 경우와 동일할 수 있다. d1 내지 d4 각각이 2 이상의 정수일 경우, 복수로 제공되는 R41 내지 R44 각각은 모두 동일한 것이거나, 또는 복수의 R41 내지 R44 중 적어도 하나는 상이한 것일 수 있다.
화학식 D-1에서, C1 내지 C4는 각각 독립적으로 하기 C-1 내지 C-4 중 어느 하나로 표시되는 치환 또는 비치환된 탄화수소고리 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리일 수 있다.
C-1 내지 C-4에서, P1은 또는 CR54이고, P2는 또는 NR61이고, P3은 또는 NR62이고, P4는 또는 CR68일 수 있다. R51 내지 R68은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하는 것일 수 있다.
또한, C-1 내재 C-4에서, "" 는 중심금속원자인 Pt와 연결되는 부분이고, "" 는 이웃하는 고리기(C1 내지 C4) 또는 링커(L11 내지 L13)와 연결되는 부분에 해당한다.
일 실시예의 발광층(EML)은 다환 화합물인 제1 화합물, 및 제2 내지 제4 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 발광층(EML)은 제1 화합물, 제2 화합물, 및 제3 화합물을 포함할 수 있다. 발광층(EML)에서 제2 화합물 및 제3 화합물은 엑시플렉스를 형성하고, 엑시플렉스에서 제1 화합물로 에너지가 전이되어 발광이 일어날 수 있다.
또한, 발광층(EML)은 제1 화합물, 제2 화합물, 제3 화합물, 및 제4 화합물을 포함할 수 있다. 발광층(EML)에서 제2 화합물 및 제3 화합물은 엑시플렉스를 형성하고, 엑시플렉스에서 제4 화합물 및 제1 화합물로 에너지가 전이되어 발광이 일어날 수 있다. 일 실시예에서, 제4 화합물은 증감제일 수 있다. 일 실시예의 발광 소자(ED)에서 발광층(EML)에 포함된 제4 화합물은 증감제로 기능하여 호스트로부터 발광 도펀트인 제1 화합물로 에너지를 전달하는 역할을 수행할 수 있다. 즉, 보조 도펀트 역할을 하는 제4 화합물은 발광 도펀트인 제1 화합물로의 에너지 전달을 가속화시켜 제1 화합물의 발광 비율을 증가시킬 수 있다. 따라서, 일 실시예의 발광층(EML)은 발광 효율이 향상될 수 있다. 또한, 제1 화합물로의 에너지 전달이 증가되는 경우 발광층(EML)에 형성된 엑시톤이 발광층(EML) 내부에 적체되지 않고 빠르게 발광하므로 소자의 열화가 감소될 수 있다. 따라서, 일 실시예의 발광 소자(ED)의 수명이 상승할 수 있다.
일 실시예의 발광 소자(ED)는 제1 화합물, 제2 화합물, 제3 화합물, 및 제4 화합물을 모두 포함하여, 발광층(EML)이 2개의 호스트 재료와 2개의 도펀트 재료의 조합을 포함하는 것일 수 있다. 일 실시예의 발광 소자(ED)에서 발광층(EML)은 서로 상이한 두 개의 호스트, 지연 형광을 방출하는 제1 화합물, 및 유기 금속 착체를 포함하는 제4 화합물을 동시에 포함하여 우수한 발광 효율 특성을 나타낼 수 있다.
일 실시예에서 화학식 D-1로 표시되는 제4 화합물은 하기 화합물군 4에 표시된 화합물들 중 적어도 하나로 표시될 수 있다. 발광층(EML)은 증감제 물질로 하기 화합물군 4에 표시된 화합물들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
[화합물군 4]
한편, 일 실시예의 발광 소자(ED)는 복수의 발광층들을 포함하는 것일 수 있다. 복수의 발광층들은 순차적으로 적층되어 제공되는 것일 수 있으며, 예를 들어 복수의 발광층들을 포함하는 발광 소자(ED)는 백색광을 방출하는 것일 수 있다. 복수의 발광층들을 포함하는 발광 소자는 탠덤(Tandem) 구조의 발광 소자일 수 있다. 발광 소자(ED)가 복수의 발광층들을 포함하는 경우 적어도 하나의 발광층(EML)은 일 실시예의 화학식 1로 표시되는 제1 화합물을 포함할 수 있다. 또한, 발광 소자(ED)가 복수의 발광층들을 포함하는 경우 적어도 하나의 발광층(EML)은 상술한 바와 같이 제1 화합물, 제2 화합물, 제3 화합물, 및 제4 화합물을 모두 포함할 수 있다.
일 실시예의 발광 소자(ED)에서 발광층(EML)이 상술한 제1 화합물, 제2 화합물, 제3 화합물, 및 제4 화합물을 모두 포함하는 경우, 제1 화합물, 제2 화합물, 제3 화합물, 및 제4 화합물의 전체 중량을 기준으로, 제1 화합물의 함량은 0.2wt% 이상 20wt%이하일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다. 제1 화합물의 함량이 전술한 비율을 만족하는 경우, 제2 화합물 및 제3 화합물로부터 제1 화합물로의 에너지 전이가 증대될 수 있으며, 이에 따라 발광 효율 및 소자 수명이 상승할 수 있다.
발광층(EML)에서 제2 화합물 및 제3 화합물의 함량은 전술한 제1 화합물 및 제4 화합물의 중량을 제외한 나머지일 수 있다. 예를 들어, 발광층(EML)에서 제2 화합물 및 제3 화합물의 함량은, 제1 화합물, 제2 화합물, 제3 화합물, 및 제4 화합물 전체 중량을 기준으로 50wt% 이상 98.8wt% 이하일 수 있다.
제2 화합물 및 제3 화합물 전체 중량에 있어서 제2 화합물 및 제3 화합물의 중량비는 약 2:8 내지 8:2일 수 있다.
제2 화합물 및 제3 화합물의 함량이 상술한 비율을 만족하는 경우, 발광층(EML) 내의 전하 밸런스 특성이 향상되므로, 발광 효율 및 소자 수명이 상승할 수 있다. 제2 화합물 및 제3 화합물의 함량이 상술한 비율 범위를 벗어나는 경우, 발광층(EML) 내의 전하 밸런스가 깨져 발광 효율이 저하되고, 소자가 쉽게 열화 될 수 있다.
발광층(EML)에서 제1 화합물, 제2 화합물, 제3 화합물, 및 제4 화합물의 전체 중량을 기준으로, 제4 화합물의 함량은 1 wt% 이상 30 wt% 이하일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다. 제4 화합물의 함량이 전술한 함량을 만족하는 경우, 호스트로부터 발광 도펀트인 제1 화합물로의 에너지 전달이 증대되어 발광 비율이 향상될 수 있고, 이에 따라 발광층(EML)의 발광 효율이 향상될 수 있다.
발광층(EML)에 포함된 제1 화합물, 제2 화합물, 제3 화합물, 및 제4 화합물이 상술한 함량 비율의 범위를 만족하는 경우, 우수한 발광 효율 및 장수명을 달성할 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 상술한 호스트 및 도펀트 이외에 공지의 호스트 및 도펀트를 더 포함할 수 있고, 예를 들어, 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]
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, 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.
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]
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]
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]
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-a로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. 하기 화학식 M-a로 표시되는 화합물은 인광 도펀트 재료로 사용될 수 있다.
[화학식 M-a]
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.
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]
상기 화학식 F-a에서, Ra 내지 Rj 중 선택되는 두 개는 각각 독립적으로 로 치환되는 것일 수 있다. Ra 내지 Rj 중 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. 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]
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. Ar1 내지 Ar4 중 적어도 하나는 고리 형성 원자로 O 또는 S를 포함하는 헤테로아릴기일 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]
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 더 포함할 수 있다.
발광층(EML)은 공지의 인광 도펀트 물질을 더 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')picolinate), Fir6(Bis(2,4-difluorophenylpyridinato)-tetrakis(1-pyrazolyl)borate iridium(Ⅲ)), 또는 PtOEP(platinum octaethyl porphyrin)가 인광 도펀트로 사용될 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
발광층(EML)은 양자점(Quantum dot) 물질을 포함하는 것일 수 있다. 양자점의 코어는 II-VI족 화합물, III-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]
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.
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 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.
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 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 대한 단면도이다. 이하 도 7 및 도 8을 참조하여 설명하는 일 실시예에 대한 표시 장치에 대한 설명에 있어서 상술한 도 1 내지 도 6에서 설명한 내용과 중복되는 내용은 다시 설명하지 않으며 차이점을 위주로 설명한다.
도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 표시 장치(DD)는 표시 소자층(DP-ED)을 포함하는 표시 패널(DP), 표시 패널(DP) 상에 배치된 광제어층(CCL) 및 컬러필터층(CFL)을 포함하는 것일 수 있다.
도 7에 도시된 일 실시예에서 표시 패널(DP)은 베이스층(BS), 베이스층(BS) 상에 제공된 회로층(DP-CL) 및 표시 소자층(DP-ED)을 포함하고, 표시 소자층(DP-ED)은 발광 소자(ED)를 포함하는 것일 수 있다.
발광 소자(ED)는 제1 전극(EL1), 제1 전극(EL1) 상에 배치된 정공 수송 영역(HTR), 정공 수송 영역(HTR) 상에 배치된 발광층(EML), 발광층(EML) 상에 배치된 전자 수송 영역(ETR), 및 전자 수송 영역(ETR) 상에 배치된 제2 전극(EL2)을 포함하는 것일 수 있다. 한편, 도 7에 도시된 발광 소자(ED)의 구조는 상술한 도 3 내지 도 6의 발광 소자의 구조가 동일하게 적용될 수 있다.
일 실시예에 따른 표시 장치(DD-a)에서 포함된 발광 소자(ED)의 발광층(EML)은 상술한 일 실시예의 축합 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)에서 발광층(EML)은 청색광을 방출하는 것일 수 있다. 한편, 도시된 것과 달리 일 실시예에서 발광층(EML)은 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B) 전체에 공통층으로 제공되는 것일 수 있다.
광제어층(CCL)은 표시 패널(DP) 상에 배치될 수 있다. 광제어층(CCL)은 광변환체를 포함하는 것일 수 있다. 광변환체는 양자점 또는 형광체 등일 수 있다. 광변환체는 제공받은 광을 파장 변환하여 방출하는 것일 수 있다. 즉, 광제어층(CCL)은 양자점을 포함하는 층이거나 또는 형광체를 포함하는 층일 수 있다.
광제어층(CCL)은 복수 개의 광제어부들(CCP1, CCP2, CCP3)을 포함하는 것일 수 있다. 광제어부들(CCP1, CCP2, CCP3)은 서로 이격된 것일 수 있다.
도 7을 참조하면, 서로 이격된 광제어부들(CCP1, CCP2, CCP3) 사이에 분할패턴(BMP)이 배치될 수 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 도 7에서 분할패턴(BMP)은 광제어부들(CCP1, CCP2, CCP3)과 비중첩하는 것으로 도시되었으나, 광제어부들(CCP1, CCP2, CCP3)의 엣지는 분할패턴(BMP)과 적어도 일부가 중첩할 수 있다.
광제어층(CCL)은 발광 소자(ED)에서 제공되는 제1 색광을 제2 색광으로 변환하는 제1 양자점(QD1)을 포함하는 제1 광제어부(CCP1), 제1 색광을 제3 색광을 변환하는 제2 양자점(QD2)을 포함하는 제2 광제어부(CCP2), 및 제1 색광을 투과시키는 제3 광제어부(CCP3)를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에서 제1 광제어부(CCP1)는 제2 색광인 적색광을 제공하고, 제2 광제어부(CCP2)는 제3 색광인 녹색광을 제공하는 것일 수 있다. 제3 광제어부(CCP3)는 발광 소자(ED)에서 제공된 제1 색광인 청색광을 투과시켜 제공하는 것일 수 있다. 예를 들어, 제1 양자점(QD1)은 적색 양자점이고 제2 양자점(QD2)은 녹색 양자점일 수 있다. 양자점(QD1, QD2)에 대하여는 상술한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
또한, 광제어층(CCL)은 산란체(SP)를 더 포함하는 것일 수 있다. 제1 광제어부(CCP1)는 제1 양자점(QD1)과 산란체(SP)를 포함하고, 제2 광제어부(CCP2)는 제2 양자점(QD2)과 산란체(SP)를 포함하며, 제3 광제어부(CCP3)는 양자점을 미포함하고 산란체(SP)를 포함하는 것일 수 있다.
산란체(SP)는 무기 입자일 수 있다. 예를 들어, 산란체(SP)는 TiO2, ZnO, Al2O3, SiO2, 및 중공 실리카 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다. 산란체(SP)는 TiO2, ZnO, Al2O3, SiO2, 및 중공 실리카 중 어느 하나를 포함하는 것이거나, TiO2, ZnO, Al2O3, SiO2, 및 중공 실리카 중 선택되는 2종 이상의 물질이 혼합된 것일 수 있다.
제1 광제어부(CCP1), 제2 광제어부(CCP2), 및 제3 광제어부(CCP3) 각각은 양자점(QD1, QD2) 및 산란체(SP)를 분산시키는 베이스 수지(BR1, BR2, BR3)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 광제어부(CCP1)는 제1 베이스 수지(BR1) 내에 분산된 제1 양자점(QD1)과 산란체(SP)를 포함하고, 제2 광제어부(CCP2)는 제2 베이스 수지(BR2) 내에 분산된 제2 양자점(QD2)과 산란체(SP)를 포함하고, 제3 광제어부(CCP3)는 제3 베이스 수지(BR3) 내에 분산된 산란체(SP)를 포함하는 것일 수 있다. 베이스 수지(BR1, BR2, BR3)는 양자점(QD1, QD2) 및 산란체(SP)가 분산되는 매질로서, 일반적으로 바인더로 지칭될 수 있는 다양한 수지 조성물로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 베이스수지(BR1, BR2, BR3)는 아크릴계 수지, 우레탄계 수지, 실리콘계 수지, 에폭시계 수지 등일 수 있다. 베이스수지(BR1, BR2, BR3)는 투명 수지일 수 있다. 일 실시예에서, 제1 베이스 수지(BR1), 제2 베이스 수지(BR2), 및 제3 베이스 수지(BR3) 각각은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
광제어층(CCL)은 베리어층(BFL1)을 포함하는 것일 수 있다. 베리어층(BFL1)은 수분 및/또는 산소(이하, '수분/산소'로 칭함)의 침투를 막는 역할을 하는 것일 수 있다. 베리어층(BFL1)은 광제어부들(CCP1, CCP2, CCP3) 상에 배치되어 광제어부들(CCP1, CCP2, CCP3)이 수분/산소에 노출되는 것을 차단할 수 있다. 한편, 베리어층(BFL1)은 광제어부들(CCP1, CCP2, CCP3)을 커버하는 것일 수 있다. 또한, 광제어부들(CCP1, CCP2, CCP3)과 컬러필터층(CFL) 사이에도 베리어층(BFL2)이 제공될 수도 있다.
베리어층(BFL1, BFL2)은 적어도 하나의 무기층을 포함하는 것일 수 있다. 즉, 베리어층(BFL1, BFL2)은 무기 물질을 포함하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 베리어층(BFL1, BFL2)은 실리콘 질화물, 알루미늄 질화물, 지르코늄 질화물, 티타늄 질화물, 하프늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 주석 산화물, 세륨 산화물 및 실리콘 산화질화물이나 광투과율이 확보된 금속 박막 등을 포함하여 이루어질 수 있다. 한편, 베리어층(BFL1, BFL2)은 유기막을 더 포함할 수 있다. 베리어층(BFL1, BFL2)은 단일층 또는 복수의 층으로 구성되는 것일 수 있다.
일 실시예의 표시 장치(DD)에서 컬러필터층(CFL)은 광제어층(CCL) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 컬러필터층(CFL)은 광제어층(CCL) 상에 직접 배치될 수 있다. 이 경우 베리어층(BFL2)은 생략될 수 있다.
컬러필터층(CFL)은 차광부(BM) 및 필터들(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. 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 축합 다환 화합물을 포함할 수 있다. 즉, 발광 소자(ED-BT)에 포함된 복수의 발광층들 중 적어도 하나는 일 실시예의 축합 다환 화합물을 포함할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 단면도이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
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 9에 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 9에 도시된 일 실시예의 표시 장치(DD-b)에 포함된 적어도 하나의 발광층은 상술한 일 실시예의 축합 다환 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서 제1 청색 발광층(EML-B1) 및 제2 청색 발광층(EML-B2) 중 적어도 하나는 일 실시예의 축합 다환 화합물을 포함할 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 축합 다환 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서 제1 내지 제3 발광 구조(OL-B1, OL-B2, OL-B3)들 중 적어도 하나는 상술한 일 실시예의 축합 다환 화합물을 포함할 수 있다.
이하에서는, 실시예 및 비교예를 참조하면서, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 축합 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.
축합 다환 화합물의 합성
먼저, 본 실시 형태에 따른 축합 다환 화합물의 합성 방법에 대해서, 화합물 17, 25, 48, 104, 125, 133, 157, 165, 및 193의 합성 방법을 예시하여 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 축합 다환 화합물의 합성법은 일 실시예로서, 본 발명의 실시형태에 따른 축합 다환 화합물의 합성법이 하기의 실시예에 한정되지 않는다.
(1)
화합물 17의 합성
일 실시예에 따른 축합 다환 화합물 17은 예를 들어 하기 반응에 의해 합성될 수 있다.
(중간체 I-1의 합성)
1,3-dibromobenzene (1eq), 5'-(tert-butyl)-[1,1':3',1''-terphenyl]-2,2'',3,3'',4,4'',5,5'',6,6''-d10-2'-amine (2eq), Pd2(dba)3 (0.05eq), Tri-tert-butylphosphine (0.1eq), Sodium tert-butoxide (1.5eq)을 Toluene에 녹인 후 섭씨 100도에서 12시간 교반하였다. 냉각 후 ethyl acetate와 물로 3회 씻은 후 분액하여 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 후 감압 건조하였다. Column chromatography로 정제하여 중간체 I-1을 얻었다. (수율 : 60%)
(중간체 I-2의 합성)
중간체 I-1 (1eq), 1-bromo-3-iodobenzene (2eq), Pd2(dba)3 (0.05eq), Tri-tert-butylphosphine (0.1eq), Sodium tert-butoxide (3eq)을 Toluene에 녹인 후 섭씨 110도에서 12시간 교반하였다. 냉각 후 ethyl acetate와 물로 3회 씻은 후 분액하여 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 후 감압 건조하였다. Column chromatography로 정제하여 중간체 I-2를 얻었다. (수율 : 65 %)
(중간체 I-3의 합성)
중간체 I-2 (1eq), 9H-carbazole-1,2,3,4,5,6,7,8-d8 (2eq), Pd2(dba)3 (0.05eq), Tri-tert-butylphosphine (0.1eq), Sodium tert-butoxide (3eq)을 Toluene에 녹인 후 섭씨 110도에서 12시간 교반하였다. 냉각 후 ethyl acetate와 물로 3회 씻은 후 분액하여 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 후 감압 건조하였다. Column chromatography로 정제하여 중간체 I-3를 얻었다. (수율 : 62 %)
(화합물 17의 합성)
중간체 I-3 (1eq) 를 o-dichlorobenzene에 녹인 후, 섭씨 0도로 냉각 후 질소 분위기에서 BBr3 (3eq)를 천천히 주입하였다. 적하 종료 후 온도를 섭씨 180도로 올려 48시간 교반하였다. 냉각 후 반응물이 들어있는 플라스크에 triethylamine을 천천히 떨어뜨려 반응을 종결시킨 후 ethyl alcohol을 반응물에 넣고 석출시켜 여과하여 반응물을 얻었다. 얻어진 고형분을 methylene chloride와 n-Hexane으로 column chromatography로 정제한 뒤, 재결정으로 화합물 17을 얻었다. (수율 : 1.5 %)
생성된 화합물은 MS/FAB를 통해 확인하였다.
C86H31D36BN4 cal. 1202.77, found 1202.78
(2)
화합물 25의 합성
일 실시예에 따른 축합 다환 화합물 25는 예를 들어 하기 반응에 의해 합성될 수 있다.
(중간체 I-4의 합성)
중간체 I-2 (1eq), 3,6-di-tert-butyl-9H-carbazole (2eq), Pd2(dba)3 (0.05eq), Tri-tert-butylphosphine (0.1eq), Sodium tert-butoxide (3eq)을 Toluene에 녹인 후 섭씨 110도에서 12시간 교반하였다. 냉각 후 ethyl acetate와 물로 3회 씻은 후 분액하여 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 후 감압 건조하였다. Column chromatography로 정제하여 중간체 I-4를 얻었다. (수율 : 70 %)
(화합물 25의 합성)
중간체 I-4 (1eq) 를 o-dichlorobenzene에 녹인 후, 섭씨 0도로 냉각 후 질소 분위기에서 BBr3 (3eq)를 천천히 주입하였다. 적하 종료 후 온도를 섭씨 180도로 올려 48시간 교반하였다. 냉각 후 반응물이 들어있는 플라스크에 triethylamine을 천천히 떨어뜨려 반응을 종결시킨 후 ethyl alcohol을 반응물에 넣고 석출시켜 여과하여 반응물을 얻었다. 얻어진 고형분을 methylene chloride와 n-Hexane으로 column chromatography로 정제한 뒤, 재결정으로 화합물 25를 얻었다. (수율 : 1.7 %)
생성된 화합물은 MS/FAB를 통해 확인하였다.
C102H79D20BN4 cal. 1410.92, found 1410.91
(3)
화합물 48의 합성
일 실시예에 따른 축합 다환 화합물 48은 예를 들어 하기 반응에 의해 합성될 수 있다.
(중간체 I-5의 합성)
1,3-dibromo-5-methylbenzene (1eq), 5'-(tert-butyl)-[1,1':3',1''-terphenyl]-2,2'',3,3'',4,4'',5,5'',6,6''-d10-2'-amine (1eq), Pd2(dba)3 (0.05eq), Tri-tert-butylphosphine (0.1eq), Sodium tert-butoxide (1.5eq)을 Toluene에 녹인 후 섭씨 100도에서 12시간 교반하였다. 냉각 후 ethyl acetate와 물로 3회 씻은 후 분액하여 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 후 감압 건조하였다. Column chromatography로 정제하여 중간체 I-5를 얻었다. (수율 : 37%)
(중간체 I-6의 합성)
중간체 I-5 (1eq), 5'-(tert-butyl)-[1,1':3',1''-terphenyl]-2'-amine (1eq), Pd2(dba)3 (0.05eq), Tri-tert-butylphosphine (0.1eq), Sodium tert-butoxide (1.5eq)을 Toluene에 녹인 후 섭씨 100도에서 12시간 교반하였다. 냉각 후 ethyl acetate와 물로 3회 씻은 후 분액하여 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 후 감압 건조하였다. Column chromatography로 정제하여 중간체 I-6을 얻었다. (수율 : 72%)
(중간체 I-7의 합성)
중간체 I-6 (1eq), 1-bromo-3-iodobenzene (2eq), Pd2(dba)3 (0.05eq), Tri-tert-butylphosphine (0.1eq), Sodium tert-butoxide (3eq)을 Toluene에 녹인 후 섭씨 110도에서 12시간 교반하였다. 냉각 후 ethyl acetate와 물로 3회 씻은 후 분액하여 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 후 감압 건조하였다. Column chromatography로 정제하여 중간체 I-7을 얻었다. (수율 : 60 %)
(중간체 I-8의 합성)
중간체 I-7 (1eq), 2,7-di-tert-butyl-9H-carbazole (2eq), Pd2(dba)3 (0.05eq), Tri-tert-butylphosphine (0.1eq), Sodium tert-butoxide (3eq)을 Toluene에 녹인 후 섭씨 110도에서 12시간 교반하였다. 냉각 후 ethyl acetate와 물로 3회 씻은 후 분액하여 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 후 감압 건조하였다. Column chromatography로 정제하여 중간체 I-8을 얻었다. (수율 : 59 %)
(화합물 48의 합성)
중간체 I-8 (1eq) 를 o-dichlorobenzene에 녹인 후, 섭씨 0도로 냉각 후 질소 분위기에서 BBr3 (3eq)를 천천히 주입하였다. 적하 종료 후 온도를 섭씨 180도로 올려 48시간 교반하였다. 냉각 후 반응물이 들어있는 플라스크에 triethylamine을 천천히 떨어뜨려 반응을 종결시킨 후 ethyl alcohol을 반응물에 넣고 석출시켜 여과하여 반응물을 얻었다. 얻어진 고형분을 methylene chloride와 n-Hexane으로 column chromatography로 정제한 뒤, 재결정으로 화합물 48를 얻었다. (수율 : 2.3 %)
생성된 화합물은 MS/FAB를 통해 확인하였다.
C103H91D10BN4 cal. 1414.87, found 1414.86
(4)
화합물 104의 합성
일 실시예에 따른 축합 다환 화합물 104는 예를 들어 하기 반응에 의해 합성될 수 있다.
(중간체 I-9의 합성)
1,3-dibromo-5-isopropylbenzene (1eq), 5'-(tert-butyl)-[1,1':3',1''-terphenyl]-2,2'',3,3'',4,4'',5,5'',6,6''-d10-2'-amine (1eq), Pd2(dba)3 (0.05eq), Tri-tert-butylphosphine (0.1eq), Sodium tert-butoxide (1.5eq)을 Toluene에 녹인 후 섭씨 100도에서 12시간 교반하였다. 냉각 후 ethyl acetate와 물로 3회 씻은 후 분액하여 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 후 감압 건조하였다. Column chromatography로 정제하여 중간체 I-9를 얻었다. (수율 : 63%)
(중간체 I-10의 합성)
중간체 I-9 (1eq), 1-bromo-3-iodobenzene (2eq), Pd2(dba)3 (0.05eq), Tri-tert-butylphosphine (0.1eq), Sodium tert-butoxide (3eq)을 Toluene에 녹인 후 섭씨 110도에서 12시간 교반하였다. 냉각 후 ethyl acetate와 물로 3회 씻은 후 분액하여 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 후 감압 건조하였다. Column chromatography로 정제하여 중간체 I-10을 얻었다. (수율 : 60 %)
(중간체 I-11의 합성)
중간체 I-10 (1eq), 9H-carbazole-3-carbonitrile (1eq), Pd2(dba)3 (0.05eq), Tri-tert-butylphosphine (0.1eq), Sodium tert-butoxide (3eq)을 Toluene에 녹인 후 섭씨 110도에서 12시간 교반하였다. 냉각 후 ethyl acetate와 물로 3회 씻은 후 분액하여 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 후 감압 건조하였다. Column chromatography로 정제하여 중간체 I-11을 얻었다. (수율 : 29 %)
(중간체 I-12의 합성)
중간체 I-11 (1eq), 3,6-di-tert-butyl-9H-carbazole (1eq), Pd2(dba)3 (0.05eq), Tri-tert-butylphosphine (0.1eq), Sodium tert-butoxide (3eq)을 Toluene에 녹인 후 섭씨 110도에서 12시간 교반하였다. 냉각 후 ethyl acetate와 물로 3회 씻은 후 분액하여 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 후 감압 건조하였다. Column chromatography로 정제하여 중간체 I-12를 얻었다. (수율 : 63 %)
(화합물 104의 합성)
중간체 I-12 (1eq) 를 o-dichlorobenzene에 녹인 후, 섭씨 0도로 냉각 후 질소 분위기에서 BBr3 (3eq)를 천천히 주입하였다. 적하 종료 후 온도를 섭씨 180도로 올려 48시간 교반하였다. 냉각 후 반응물이 들어있는 플라스크에 triethylamine을 천천히 떨어뜨려 반응을 종결시킨 후 ethyl alcohol을 반응물에 넣고 석출시켜 여과하여 반응물을 얻었다. 얻어진 고형분을 methylene chloride와 n-Hexane으로 column chromatography로 정제한 뒤, 재결정으로 화합물 104를 얻었다. (수율 : 2.1 %)
생성된 화합물은 MS/FAB를 통해 확인하였다.
C98H68D20BN5 cal. 1365.84, found 1365.83
(5)
화합물 125의 합성
일 실시예에 따른 축합 다환 화합물 125는 예를 들어 하기 반응에 의해 합성될 수 있다.
상기 화합물 17의 합성에서 1,3-dibromobenzene 대신에 1,3-dibromo-5-(tert-butyl)benzene을 사용한 것을 제외하고는, 상기 화합물 17의 합성과 동일한 방법으로 화합물 125를 얻었다. (수율 : 5.7 %)
생성된 화합물은 MS/FAB를 통해 확인하였다.
C90H39D36BN4 cal.1258.83, found 1258.82
(6)
화합물 133의 합성
일 실시예에 따른 축합 다환 화합물 133은 예를 들어 하기 반응에 의해 합성될 수 있다.
상기 화합물 17의 합성에서 1,3-dibromobenzene 대신에 1,3-dibromo-5-(tert-butyl)benzene을 사용하고, 9H-carbazole-1,2,3,4,5,6,7,8-d8 대신에 3,6-di-tert-butyl-9H-carbazole를 사용한 것을 제외하고는, 상기 화합물 17의 합성과 동일한 방법으로 화합물 133를 얻었다. (수율 : 6.2 %)
생성된 화합물은 MS/FAB를 통해 확인하였다.
C106H87D20BN4 cal.1466.98, found 1466.97
(7)
화합물 157의 합성
일 실시예에 따른 축합 다환 화합물 157은 예를 들어 하기 반응에 의해 합성될 수 있다.
상기 화합물 17의 합성에서 1,3-dibromobenzene 대신에 1,3-dibromo-5-(2,2-dimethyl-1l3-propyl-1-d)benzene을 사용한 것을 제외하고는, 상기 화합물 17의 합성과 동일한 방법으로 화합물 157를 얻었다. (수율 : 5.5 %)
생성된 화합물은 MS/FAB를 통해 확인하였다.
C92H42D36BN4 cal.1232.82, found 1232.83
(8)
화합물 165의 합성
일 실시예에 따른 축합 다환 화합물 165는 예를 들어 하기 반응에 의해 합성될 수 있다.
상기 화합물 17의 합성에서 1,3-dibromobenzene 대신에 1,3-dibromo-5-(2,2-dimethyl-1l3-propyl-1-d)benzene을 사용하고, 9H-carbazole-1,2,3,4,5,6,7,8-d8 대신에 3,6-di-tert-butyl-9H-carbazole를 사용한 것을 제외하고는, 상기 화합물 17의 합성과 동일한 방법으로 화합물 165를 얻었다. (수율 : 5.8 %)
생성된 화합물은 MS/FAB를 통해 확인하였다.
C92H42D36BN4 cal.1427.96, found 1427.97
(9)
화합물 193의 합성
일 실시예에 따른 축합 다환 화합물 193는 예를 들어 하기 반응에 의해 합성될 수 있다.
상기 화합물 17의 합성에서 1,3-dibromobenzene 대신에 1,3-dibromo-5-cyclohexylbenzene을 사용하고, 9H-carbazole-1,2,3,4,5,6,7,8-d8 대신에 3,6-di-tert-butyl-9H-carbazole를 사용한 것을 제외하고는, 상기 화합물 17의 합성과 동일한 방법으로 화합물 193를 얻었다. (수율 : 4.6 %)
생성된 화합물은 MS/FAB를 통해 확인하였다.
C108H89D20BN4 cal.1493.00, found 1493.00
2.
축합 다환 화합물을 포함하는 발광 소자의 제작 및 평가
일 실시예의 축합 다환 화합물을 발광층에 포함하는 일 실시예의 발광 소자를 아래의 방법으로 제조하였다. 상술한 실시예 화합물인 화합물 17, 25, 48, 104, 125, 133, 157, 165, 및 193의 축합 다환 화합물을 발광층 도펀트 재료로 사용하여 실시예 1 내지 실시예 22의 발광 소자를 제작하였다. 비교예 1 내지 비교예 4는 비교예 화합물 C1 내지 비교예 화합물 C4를 발광층 도펀트 재료로 사용하여 제작된 발광 소자에 해당한다.
[실시예 화합물]
[비교예 화합물]
(발광 소자의 제작)
실시예 및 비교예의 발광 소자는 ITO 유리기판을 약 50mm x 50mm x 0.7 mm크기로 잘라서 이소프로필 알콜과 증류수를 이용하여 각각 5분간 초음파 세정 후 약 30분간 자외선 조사 후 오존에 노출시켜 세정한 후, 진공 증착 장치에 설치하였다. 이후, NPD로 약 300Å 두께의 정공 주입층을 형성하고, H-1-1로 약 200Å 의 두께의 정공 수송층을 형성한 다음, CzSi로 약 100Å의 두께의 발광 보조층을 형성하였다. 이후 일 실시예에 따른 제2 화합물과 제3 화합물이 1:1로 혼합된 호스트 화합물, 제4 화합물, 및 실시예 화합물 또는 비교예 화합물을 83 : 14 : 3의 중량비로 공증착하여 200Å 두께의 발광층을 형성하고, TSPO1으로 200Å 두께의 정공 저지층을 형성하였다. 그 다음 버퍼 전자수송성 화합물인 TPBi로 300Å 두께의 전자 수송층을 형성하고, LiF로 10Å 두께의 전자 주입층을 형성하였다. 이후 Al로 3000Å 두께의 제2 전극을 형성하여 LiF/AL 전극을 형성하였다. 각 층은 모두 진공 증착법으로 형성하였다. 한편, 제2 화합물은 전술한 화합물군 2의 화합물 중 HT1, HT2, HT3, HT4를 사용하였고, 제3 화합물은 전술한 화합물군 3의 화합물 중 ETH66, ETH85, ETH86을 사용하였고, 제4 화합물은 전술한 화합물군 4의 화합물 중 AD-37, AD-38을 사용하였다.
실시예 및 비교예의 발광 소자 제작에 사용된 화합물들은 아래에 개시하였다. 하기 물질들은 시판품을 승화 정제하여 소자 제작에 사용하였다.
(발광 소자의 특성 평가)
상술한 실험예 화합물 17, 25, 48, 104, 125, 133, 157, 165, 및 193및 비교예 화합물 C1 내지 비교예 화합물 C4로 제작한 발광 소자의 소자 효율 및 소자 수명을 평가하였다. 표 1에서는 실시예 1 내지 실시예 22, 및 비교예 1 내지 비교예 4에 대한 발광 소자의 평가 결과를 나타내었다. 표 1에 나타낸 실시예 및 비교예에 대한 특성 평가 결과에서 구동 전압 및 전류 밀도는 V7000 OLED IVL Test System, (Polaronix)를 이용하여 측정하였다. 상기 실시예 1 내지 22, 및 비교예 1 내지 비교예 4에서 제작된 발광 소자의 특성을 평가하기 위하여 전류 밀도 10mA/cm2에서의 구동 전압, 효율 (cd/A)를 측정하였으며, 전류 밀도 10mA/cm2 에서 연속 구동한 때의 초기값부터 50% 휘도 열화까지의 시간을 비교예 1과 비교한 수치를 상대 소자 수명으로 하여 평가를 실시하였다.
| 제2 화합물: 제3 화합물 (HT:ET = 5:5) |
제4 화합물 | 제1 화합물 | 구동 전압 (V) |
효율 (cd/A) |
발광 파장 (nm) |
수명비 (T95) |
|
| 실시예1 | HT2/ ETH66 | AD-38 | 17 | 4.1 | 27.8 | 461 | 6.2 |
| 실시예2 | HT2/ ETH66 | AD-38 | 25 | 4.3 | 28.3 | 461 | 6.5 |
| 실시예3 | HT2/ ETH66 | AD-38 | 48 | 4.2 | 27.0 | 461 | 5.5 |
| 실시예4 | HT2/ ETH66 | AD-38 | 104 | 4.2 | 27.9 | 460 | 5.7 |
| 실시예5 | HT2/ ETH66 | AD-38 | 125 | 4.2 | 26.5 | 461 | 7.1 |
| 실시예6 | HT2/ ETH66 | AD-38 | 133 | 4.1 | 26.2 | 459 | 6.9 |
| 실시예7 | HT2/ ETH66 | AD-38 | 157 | 4.2 | 27.1 | 459 | 7.0 |
| 실시예8 | HT2/ ETH66 | AD-37 | 165 | 4.1 | 28.5 | 459 | 6.8 |
| 실시예 9 | HT2/ ETH66 | AD-37 | 193 | 4.3 | 26.9 | 459 | 6.3 |
| 실시예10 | HT3/ ETH86 | AD-37 | 17 | 4.0 | 27.8 | 461 | 6.0 |
| 실시예11 | HT3/ ETH86 | AD-37 | 25 | 4.0 | 28.8 | 461 | 6.3 |
| 실시예12 | HT3/ ETH86 | AD-37 | 48 | 4.0 | 27.8 | 461 | 5.3 |
| 실시예13 | HT3/ ETH86 | AD-37 | 104 | 4.0 | 28.8 | 460 | 5.2 |
| 실시예14 | HT3/ ETH86 | AD-37 | 125 | 4.0 | 27.8 | 461 | 7.0 |
| 실시예15 | HT3/ ETH86 | AD-37 | 133 | 4.1 | 28.2 | 459 | 6.8 |
| 실시예16 | HT1/ ETH86 | AD-37 | 157 | 4.2 | 27.1 | 459 | 6.9 |
| 실시예17 | HT1/ ETH86 | AD-37 | 165 | 4.2 | 27.7 | 459 | 6.6 |
| 실시예18 | HT4/ ETH85 | AD-37 | 125 | 4.3 | 27.4 | 459 | 6.0 |
| 실시예19 | HT4/ ETH85 | AD-37 | 133 | 4.2 | 28.1 | 459 | 5.6 |
| 실시예20 | HT4/ ETH85 | AD-37 | 157 | 4.2 | 27.8 | 459 | 6.3 |
| 실시예21 | HT4/ ETH85 | AD-37 | 165 | 4.0 | 27.6 | 459 | 5.8 |
| 실시예22 | HT4/ ETH85 | AD-37 | 193 | 4.1 | 26.8 | 459 | 5.6 |
| 비교예 1 | HT2/ ETH66 | AD-37 | C1 | 5.2 | 11.5 | 458 | 1.0 |
| 비교예 2 | HT2/ ETH66 | AD-37 | C2 | 5.0 | 12.2 | 456 | 1.2 |
| 비교예 3 | HT2/ ETH66 | AD-37 | C3 | 5.1 | 11.9 | 454 | 1.1 |
| 비교예 4 | HT2/ ETH66 | AD-37 | C4 | 4.9 | 13.0 | 455 | 1.3 |
표 1의 결과를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 축합 다환 화합물을 발광 재료로 사용한 발광 소자의 실시예들의 경우 비교예와 비교하여 낮은 구동 전압을 나타내며, 발광 효휼 및 수명 특성이 향상된 것을 확인할 수 있다. 실시예 화합물들의 경우 축합환을 구성하는 질소 원자에 연결된 제1 및 제2 치환기를 포함함으로써, 붕소 원자를 효과적으로 보호할 수 있어 고효율 및 장수명화를 구현할 수 있다. 실시예 화합물들은 제1 치환기 도입으로 인해 분자 간 상호작용이 억제되어 엑시머(excimer) 혹은 엑시플렉스(exciplex) 형성을 제어할 수 있으므로, 발광 효율이 증대될 수 있으며, 발광 파장의 장파장화(red shift)를 억제할 수 있다. 또한, 실시예 화합물들은 입체 장애가 큰 구조로 인해 인접한 분자 간의 거리가 증가되어 덱스터 에너지 전이를 억제할 수 있으므로, 삼중항 농도가 높아짐에 따라 발생하는 수명 열화를 억제할 수 있다.
또한, 실시예 화합물들의 경우 붕소 원자 및 질소 원자를 통해 축합된 복수의 방향족 고리 중 제1 및 제2 방향족 고리 각각에 제3 및 제4 치환기가 연결된 구조를 가짐으로써, 다중 공명(multiple resonance) 효과가 증가되면서도 낮은 △EST를 가질 수 있다. 이에 따라, 삼중항 여기 상태로부터 일중항 여기 상태로의 역항간 교차의 발생이 용이하게 되므로 지연 형광 특성이 증대되어 발광 효율이 향상될 수 있다.
비교예 1을 보면, 비교예 화합물 C1에서는 하나의 붕소 원자를 중심으로 한 축합환 구조를 포함하나, 축합환 골격에 본 발명에서 제안하는 제1 및 제2 치환기를 포함하지 않아, 소자에 적용되었을 때 실시예에 비해 구동전압이 높고, 발광 효율 및 수명이 떨어짐을 확인할 수 있다.
비교예 2를 보면, 비교예 화합물 C2에서는 실시예 화합물들과 마찬가지로 부피가 큰 치환기를 포함하나 발광 효율 및 소자 수명은 실시예에 비하여 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 비교예 화합물 C2의 경우 축합환을 구성하는 질소 원자 중 하나의 질소 원자에는 오르쏘 타입의 터페닐기가 연결되나, 다른 질소 원자에는 오르쏘 타입의 비페닐기가 연결되어, 실시예들에 비하여 발광 효율 및 수명 특성이 저하된 것으로 판단된다. 반면, 실시예 화합물과 같이 축합환을 구성하는 제1 및 제2 질소 원자 각각에 오르쏘 타입의 터페닐기가 치환기로 도입된 경우 발광 효율 및 수명 특성이 비교예 2에 비하여 증가된 것을 확인할 수 있다.
비교예 3을 보면, 비교예 화합물 C3에서는 하나의 붕소 원자 및 두 개의 질소 원자를 통해 축합된 축합환 구조를 포함하나, 축합환 골격에 본 발명에서 제안하는 제1 및 제2 치환기를 포함하지 않아 실시예에 비해 발광 효율 및 수명이 감소됨을 확인할 수 있다. 비교예 화합물 C3의 경우 축합 고리를 연결하는 질소 원자에 오르쏘 타입의 비페닐기가 치환된 구조를 가지나, 비페닐기로는 입체 장애 효과가 충분하지 못하여 발광 소자에 적용되었을 때 실시예들에 비하여 발광 효율 및 수명이 떨어진 것으로 판단된다.
또한, 실시예들과 비교예 2 및 3을 비교하면, 비교예 화합물 C2 및 비교예 화합물 C3의 경우 축합환 골격에 연결되는 치환기로 중수소 원자를 포함하지 않아, 소자에 적용되었을 때 발광 효율 및 소자 수명이 저하됨을 알 수 있다. 본 발명의 실시예의 축합 다환 화합물과 같이 축합환 코어에 특정 위치에 중수소 원자가 치환된 경우 효과적으로 발광 효율 및 소자 수명을 향상시키는 것이 가능하다.
비교예 4를 보면, 비교예 화합물 C4에서는 실시예 화합물들과 마찬가지로 부피가 큰 치환기를 포함하고, 축합환 골격에 연결되는 치환기로 중수소 원자를 포함하나, 발광 소자 및 소자 수명은 실시예에 비하여 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 비교예 화합물 C4의 경우 축합환을 구성하는 질소 원자 중 하나의 질소 원자에는 오르쏘 타입의 터페닐기가 연결되나, 다른 질소 원자에는 오르쏘 타입의 비페닐기가 연결되어, 실시예들에 비하여 발광 효율 및 수명 특성이 저하된 것으로 판단된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 청구범위에 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
ED: 발광 소자 EL1 : 제1 전극
EL2 : 제2 전극 HTR : 정공 수송 영역
EML : 발광층 ETR : 전자 수송 영역
Claims (27)
- 제1 전극;
상기 제1 전극 상에 배치된 정공 수송 영역;
상기 정공 수송 영역 상에 배치된 발광층;
상기 발광층 상에 배치된 전자 수송 영역; 및
상기 전자 수송 영역 상에 배치된 제2 전극을 포함하고,
상기 발광층은 하기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물을 포함하는 발광 소자:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
R1 내지 R13은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 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 헤테로 아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
n1 내지 n4는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이고,
n5 내지 n8은 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고,
n9 및 n10은 각각 독립적으로 0 이상 2 이하의 정수이고,
n11 내지 n13은 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수이다. - 제1항에 있어서,
상기 R1 내지 R4는 중수소 원자이고,
상기 n1 내지 n4의 합은 1 이상 20 이하인 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물은 하기 화학식 2-1 내지 화학식 2-4 중 어느 하나로 표시되는 발광 소자:
[화학식 2-1]
[화학식 2-2]
[화학식 2-3]
[화학식 2-4]
상기 화학식 2-1 내지 화학식 2-4에서,
R1a 내지 R4a는 중수소 원자이고,
m1 내지 m4는 각각 독립적으로 1 이상 5 이하의 정수이고,
R2 내지 R13, 및 n2 내지 n13은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다. - 제3항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물은 하기 화학식 3-1 내지 화학식 3-3 중 어느 하나로 표시되는 발광 소자:
[화학식 3-1]
[화학식 3-2]
[화학식 3-3]
상기 화학식 3-1 내지 화학식 3-3에서,
R5a 내지 R8a는 중수소 원자이고,
m5 내지 m8은 각각 독립적으로 1 이상 4 이하의 정수이고,
R1a 내지 R4a, R3, R4, R7 내지 R13, m1 내지 m4, n3, n4, 및 n7 내지 n13은 상기 화학식 1 및 상기 화학식 2-1 내지 상기 화학식 2-4에서 정의한 바와 동일하다. - 제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물은 하기 화학식 4-1 내지 화학식 4-8 중 어느 하나로 표시되는 발광 소자:
[화학식 4-1]
[화학식 4-2]
[화학식 4-3]
[화학식 4-4]
[화학식 4-5]
[화학식 4-6]
[화학식 4-7]
[화학식 4-8]
상기 화학식 4-1 내지 화학식 4-8에서,
R5b 내지 R8b는 각각 독립적으로 중수소 원자, 시아노기, 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 헤테로 아릴기이고,
R5' 내지 R8', R6'', R7'', R21, 및 R22는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 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 헤테로 아릴기고,
n5' 내지 n8'은 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수이고,
n6'' 및 n7''은 각각 독립적으로 0 이상 2 이하의 정수이고,
n21 및 n22는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고,
R1 내지 R5, R7 내지 R13, n1 내지 n5, 및 n7 내지 n13은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다. - 제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물은 하기 화학식 5-1 내지 화학식 화학식 5-3 중 어느 하나로 표시되는 발광 소자:
[화학식 5-1]
[화학식 5-2]
[화학식 5-3]
상기 화학식 5-1 내지 화학식 5-3에서,
R5a 내지 R8a는 중수소 원자이고,
m5 내지 m8은 각각 독립적으로 1 이상 4 이하의 정수이고,
R1 내지 R4, R7 내지 R13, n1 내지 n4, 및 n7 내지 n13은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다. - 제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물은 하기 화학식 6으로 표시되는 발광 소자:
[화학식 6]
상기 화학식 6에서,
R1 내지 R13, n1 내지 n10, n12, 및 n13은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다. - 제7항에 있어서,
상기 R11은 수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 3 이상 10 이하의 시클로알킬기인 표시 장치. - 제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물은 하기 화합물군 1의 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자:
[화합물군 1]
.
- 제1항에 있어서,
상기 발광층은 하기 화학식 H-1로 표시되는 제2 화합물을 더 포함하는 발광 소자:
[화학식 H-1]
상기 화학식 H-1에서,
L1은 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 헤테로 아릴렌기이고,
Ar1은 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로 아릴기이고,
R31 및 R32는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 붕소기, 치환 또는 비치환된 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 20 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
n31 및 n32는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이다. - 제1항에 있어서,
상기 발광층은 하기 화학식 H-2로 표시되는 제3 화합물을 더 포함하는 발광 소자:
[화학식 H-2]
상기 화학식 H-2에서,
Z1 내지 Z3은 각각 독립적으로 N 또는 CR36이고,
Z1 내지 Z3 중 적어도 어느 하나는 N이고,
R33 내지 R36은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 붕소기, 치환 또는 비치환된 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 20 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성한다. - 제1항에 있어서,
상기 발광층은 하기 화학식 D-1로 표시되는 제4 화합물을 더 포함하는 발광 소자:
[화학식 D-1]
상기 화학식 D-1에서,
Q1 내지 Q4는 각각 독립적으로 C 또는 N이고,
C1 내지 C4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 5 이상 30 이하의 탄화수소 고리, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로 고리이고,
L11 내지 L13는 각각 독립적으로 직접 결합(direct linkage), , , , , 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 헤테로 아릴렌기이고,
b1 내지 b3는 각각 독립적으로 0 또는 1이고,
R41 내지 R46은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 붕소기, 치환 또는 비치환된 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 20 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
d1 내지 d4는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이다. - 제1항에 있어서,
상기 정공 수송 영역은 하기 화학식 H-2로 표시되는 화합물을 포함하는 발광 소자:
[화학식 H-2]
상기 화학식 H-2에서,
L1 및 L2는 각각 독립적으로 직접 결합(direct linkage), 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기이고,
a 및 b는 각각 독립적으로 0 이상 10 이하의 정수이고,
Ar1 내지 Ar3은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이다. - 제1항에 있어서,
상기 전자 수송 영역은 하기 화학식 ET-1로 표시되는 화합물을 포함하는 발광 소자:
[화학식 ET-1]
상기 화학식 ET-1에서,
X1 내지 X3 중 적어도 하나는 N이고 나머지는 CRa이고,
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 헤테로아릴기이고,
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 헤테로아릴기이고,
a 내지 c는 각각 독립적으로 0 내지 10 이하의 정수이고,
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 헤테로아릴렌기이다. - 베이스층;
상기 베이스층 상에 배치된 회로층;
상기 회로층 상에 배치되고 복수의 발광 소자들을 포함하는 표시 소자층; 및
상기 표시 소자층 상에 배치된 봉지층; 을 포함하고,
상기 발광 소자들 각각은
제1 전극;
상기 제1 전극 상에 배치된 제2 전극; 및
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 하기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물을 포함하는 발광층; 을 포함하는 표시 장치:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
R1 내지 R13은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 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 헤테로 아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
n1 내지 n4는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이고,
n5 내지 n8은 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고,
n9 및 n10은 각각 독립적으로 0 이상 2 이하의 정수이고,
n11 내지 n13은 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수이다. - 제15항에 있어서,
상기 R1 내지 R4는 중수소 원자이고,
상기 n1 내지 n4의 합은 1 이상 20 이하인 표시 장치. - 제15항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화학식 2-1 내지 화학식 2-4 중 어느 하나로 표시되는 표시 장치:
[화학식 2-1]
[화학식 2-2]
[화학식 2-3]
[화학식 2-4]
상기 화학식 2-1 내지 화학식 2-4에서,
R1a 내지 R4a는 중수소 원자이고,
m1 내지 m4는 각각 독립적으로 1 이상 5 이하의 정수이고,
R2 내지 R13, 및 n2 내지 n13은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다. - 제17항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화학식 3-1 내지 화학식 3-3 중 어느 하나로 표시되는 표시 장치:
[화학식 3-1]
[화학식 3-2]
[화학식 3-3]
상기 화학식 3-1 내지 화학식 3-3에서,
R5a 내지 R8a는 중수소 원자이고,
m5 내지 m8은 각각 독립적으로 1 이상 4 이하의 정수이고,
R1a 내지 R4a, R3, R4, R7 내지 R13, m1 내지 m4, n3, n4, 및 n7 내지 n13은 상기 화학식 1 및 상기 화학식 2-1 내지 상기 화학식 2-4에서 정의한 바와 동일하다. - 제15항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화학식 4-1 내지 화학식 4-8 중 어느 하나로 표시되는 표시 장치:
[화학식 4-1]
[화학식 4-2]
[화학식 4-3]
[화학식 4-4]
[화학식 4-5]
[화학식 4-6]
[화학식 4-7]
[화학식 4-8]
상기 화학식 4-1 내지 화학식 4-8에서,
R5b 내지 R8b는 각각 독립적으로 중수소 원자, 시아노기, 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 헤테로 아릴기이고,
R5' 내지 R8', R6'', R7'', R21, 및 R22는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 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 헤테로 아릴기고,
n5' 내지 n8'은 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수이고,
n6'' 및 n7''은 각각 독립적으로 0 이상 2 이하의 정수이고,
n21 및 n22는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고,
R1 내지 R5, R7 내지 R13, n1 내지 n5, 및 n7 내지 n13은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다. - 제15항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화학식 5-1 내지 화학식 화학식 5-3 중 어느 하나로 표시되는 표시 장치:
[화학식 5-1]
[화학식 5-2]
[화학식 5-3]
상기 화학식 5-1 내지 화학식 5-3에서,
R5a 내지 R8a는 중수소 원자이고,
m5 내지 m8은 각각 독립적으로 1 이상 4 이하의 정수이고,
R1 내지 R4, R7 내지 R13, n1 내지 n4, 및 n7 내지 n13은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다. - 제15항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화학식 6으로 표시되는 표시 장치:
[화학식 6]
상기 화학식 6에서,
R1 내지 R13, n1 내지 n10, n12 및 n13은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다. - 제15항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화합물군 1의 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 표시 장치:
[화합물군 1]
.
- 제 15항에 있어서,
상기 봉지층 상에 배치되고 양자점 포함하는 광제어층을 더 포함하는 표시 장치. - 제 15항에 있어서,
상기 발광 소자들 각각은
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에서 두께 방향으로 순차적으로 적층된 복수의 발광구조들, 및 상기 발광구조들 중 이웃하는 발광구조들 사이에 배치된 전하생성층을 포함하며,
상기 발광구조들 중 적어도 하나는 상기 축합 다환 화합물을 포함하는 표시 장치. - 붕소 원자, 제1 질소 원자, 및 제2 질소 원자를 통해 축합된 제1 방향족 고리, 제2 방향족 고리, 및 제3 방향족 고리를 포함하는 축합환 코어;
상기 제1 질소 원자에 연결된 제1 치환기;
상기 제2 질소 원자에 연결된 제2 치환기;
상기 제1 내지 제3 방향족 고리 중 어느 하나에 연결되며 카바졸 모이어티를 포함하는 제3 치환기; 및
상기 제1 내지 제3 방향족 고리 중 다른 하나에 연결되며 카바졸 모이어티를 포함하는 제4 치환기를 포함하고,
상기 제1 치환기는 상기 제1 질소 원자에 연결되며 t-부틸기로 치환된 제1 벤젠 모이어티, 및 상기 제1 벤젠 모이어티를 구성하는 탄소 원자 중 상기 제1 질소 원자를 기준으로 두 개의 오르쏘 위치에 각각 연결되는 제1 벤젠 고리 및 제2 벤젠 고리를 포함하고,
상기 제2 치환기는 상기 제2 질소 원자에 연결되며 t-부틸기로 치환된 제2 벤젠 모이어티, 및 상기 제2 벤젠 모이어티를 구성하는 탄소 원자 중 상기 제2 질소 원자를 기준으로 두 개의 오르쏘 위치에 각각 연결되는 제3 벤젠 고리 및 제4 벤젠 고리를 포함하는 축합 다환 화합물. - 제25항에 있어서,
상기 제1 방향족 고리는 상기 붕소 원자 및 상기 제1 질소 원자와 연결되고,
상기 제2 방향족 고리는 상기 붕소 원자와 상기 제2 질소 원자와 연결되고,
상기 제3 방향족 고리는 상기 붕소 원자와 상기 제1 질소 원자, 및 상기 제2 질소 원자와 연결되고,
상기 제3 치환기는 상기 붕소 원자와 파라 위치 관계가 되도록 상기 제1 방향족 고리에 연결되고,
상기 제4 치환기는 상기 붕소 원자와 파라 위치 관계가 되도록 상기 제2 방향족 고리에 연결되는 축합 다환 화합물. - 제25항에 있어서,
상기 제1 벤젠 고리, 상기 제2 벤젠 고리, 상기 제3 벤젠 고리, 및 상기 제4 벤젠 고리 중 적어도 어느 하나는 중수소 원자를 치환기로 포함하는 축합 다환 화합물.
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