KR20240024417A - 발광 소자 및 발광 소자용 축합 다환 화합물 - Google Patents

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박선영
박준하
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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, 상기 발광층은 하기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물을 포함한다.
[화학식 1]

Description

발광 소자 및 발광 소자용 축합 다환 화합물{LIGHT EMITTING DEVICE AND FUSED POLYCYCLIC COMPOUND FOR THE LIGHT EMITTING DEVICE}
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 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]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서, X1은 NRa, CRbRc, O, 또는 S이고, R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 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 헤테로아릴기이고,
Ra 내지 Rc는 각각 독립적으로 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, n1 및 n2는 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수이고, n3, n6, 및 n8은 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고, n4는 0 이상 7 이하의 정수이고, n5 및 n7은 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이다.
상기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물은 하기 화학식 2-1 내지 화학식 2-5 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 2-1]
Figure pat00002
[화학식 2-2]
Figure pat00003
[화학식 2-3]
Figure pat00004
[화학식 2-4]
Figure pat00005
[화학식 2-5]
Figure pat00006
상기 화학식 2-1 내지 화학식 2-5에서, R9 내지 R12는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 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 헤테로아릴기이고, n9 내지 n11은 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이고, n12는 0 이상 8 이하의 정수이다.
상기 화학식 2-1 내지 화학식 2-5에서, R1 내지 R8, 및 n1 내지 n8은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일한 설명이 적용될 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물은 하기 화학식 3-1 또는 화학식 3-2로 표시될 수 있다.
[화학식 3-1]
Figure pat00007
[화학식 3-2]
Figure pat00008
상기 화학식 3-1 및 화학식 3-2에서, R3'은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 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 헤테로아릴기이고, R13 내지 R15는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이항 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고, n3'은 0 이상 3 이하의 정수이고, n13 및 n14는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고, n15는 0 이상 5 이하의 정수이다.
상기 화학식 3-1 및 화학식 3-2에서, X1, R1, R2, R4 내지 R8, n1, n2, 및 n4 내지 n8은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일한 설명이 적용될 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물은 하기 화학식 4로 표시될 수 있다.
[화학식 4]
Figure pat00009
상기 화학식 4에서, R3'은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 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 헤테로아릴기이고, R21 내지 R28은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이항 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고, R21 내지 R28에서 인접한 쌍들 중 적어도 한 쌍은 하기 화학식 4-A로 표시되는 치환기가 축합되는 위치이고, n3'은 0 이상 3 이하의 정수이다.
[화학식 4-A]
상기 화학식 4-A에서, Y는 NR30, O, 또는 S이고, 는 상기 화학식 4에서 R21 내지 R28 중 인접한 어느 한 쌍에 축합되는 위치이고, R29 및 R30은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 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 헤테로아릴기이고, n29는 0 이상 4 이하의 정수이다.
상기 화학식 4에서, X1, R1, R2, R4 내지 R8, n1, n2, 및 n4 내지 n8은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일한 설명이 적용될 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물은 하기 화학식 5로 표시될 수 있다.
[화학식 5]
Figure pat00012
상기 화학식 5에서, X2는 NRd, CReRf, O, 또는 S이고, R3' 및 R31은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 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 헤테로아릴기이고,
Rd 내지 Rf는 각각 독립적으로 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, n3'은 0 이상 3 이하의 정수이고, n31은 0 이상 7 이하의 정수이다.
상기 화학식 5에서, X1, R1, R2, R4 내지 R8, n1, n2, 및 n4 내지 n8은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일한 설명이 적용될 수 있다.
상기 화학식 5로 표시되는 제1 화합물은 하기 화학식 6-1 내지 화학식 6-5 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 6-1]
Figure pat00013
[화학식 6-2]
Figure pat00014
[화학식 6-3]
Figure pat00015
[화학식 6-4]
Figure pat00016
[화학식 6-5]
Figure pat00017
상기 화학식 6-1 내지 화학식 6-5에서, R9 내지 R12, 및 R32 내지 R35는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 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 헤테로아릴기이고, n9 내지 n11, 및 n32 내지 n34는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이고, n12 및 n35는 각각 독립적으로 0 이상 8 이하의 정수이다.
상기 화학식 6-1 내지 화학식 6-5에서, R1, R2, R3', R4 내지 R8, R31, n1, n2, n3', n4 내지 n8, 및 n31은 상기 화학식 1 및 화학식 5에서 정의한 바와 동일한 설명이 적용될 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물은 하기 화학식 7로 표시될 수 있다.
[화학식 7]
Figure pat00018
상기 화학식 7에서, R1a는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기이거나, 또는 하기 화학식 A-1 내지 화학식 A-3 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 A-1]
[화학식 A-2]
[화학식 A-3]
상기 화학식 A-1 내지 화학식 A-3에서, Z는 NRa5, O, 또는 S이고, Ra1 내지 Ra5는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 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, m1은 0 이상 5 이하의 정수이고, m2 및 m3은 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고, m4는 0 이상 7 이하의 정수이다.
상기 화학식 7에서, X1, R2 내지 R8, 및 n2 내지 n8은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일한 설명이 적용될 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물은 하기 화학식 8-1 또는 화학식 8-2로 표시될 수 있다.
[화학식 8-1]
Figure pat00022
[화학식 8-2]
Figure pat00023
상기 화학식 8-1 및 화학식 8-2에서, R6', R8', R36, 및 R37은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 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, n6' 및 n8'은 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수이고, n36 및 n37은 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이다.
상기 화학식 8-1 및 화학식 8-2에서, X1, R1 내지 R5, R7, R8, n1 내지 n5, n7, 및 n8은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일한 설명이 적용될 수 있다.
상기 발광층은 하기 화학식 HT-1로 표시되는 제2 화합물 및 하기 화학식 ET-1로 표시되는 제3 화합물 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
[화학식 HT-1]
상기 화학식 HT-1에서, A1 내지 A9는 각각 독립적으로 N 또는 CR41이고, 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, Ya는 직접 결합(direct linkage), CR42R43, 또는 SiR44R45이고, 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, R41 내지 R45는 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 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
[화학식 ET-1]
상기 화학식 ET-1에서, Z1 내지 Z3 중 적어도 하나는 N이고 나머지는 CR46이고, R46은 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴기이고, b1 내지 b3은 각각 독립적으로 0 이상 10 이하의 정수이며, L2 내지 L4는 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, Ar2 내지 Ar4는 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.
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, R51 내지 R56은 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 하기 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.
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, 탄화수소 고리기, 아릴기 및 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택되는 1개 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된 것을 의미할 수 있다. 또한, 상기 예시된 치환기 각각은 치환 또는 비치환된 것일 수 있다. 예를 들어, 바이페닐기는 아릴기로 해석될 수도 있고, 페닐기로 치환된 페닐기로 해석될 수도 있다.
본 명세서에서, "인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성"한다는 인접하는 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄화수소 고리, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로 고리를 형성하는 것을 의미할 수 있다. 탄화수소 고리는 지방족 탄화수소 고리 및 방향족 탄화수소 고리를 포함한다. 헤테로 고리는 지방족 헤테로 고리 및 방향족 헤테로 고리를 포함한다. 탄화수소 고리 및 헤테로 고리는 단환 또는 다환일 수 있다. 또한, 서로 결합하여 형성된 고리는 다른 고리와 연결되어 스피로 구조를 형성하는 것일 수도 있다.
본 명세서에서, "인접하는 기"는 해당 치환기가 치환된 원자와 직접 연결된 원자에 치환된 치환기, 해당 치환기가 치환된 원자에 치환된 다른 치환기, 또는 해당 치환기와 입체구조적으로 가장 인접한 치환기를 의미할 수 있다. 예컨대, 1,2-디메틸벤젠(1,2-dimethylbenzene)에서 2개의 메틸기는 서로 "인접하는 기"로 해석될 수 있고, 1,1-디에틸시클로펜테인(1,1-diethylcyclopentane)에서 2개의 에틸기는 서로 "인접하는 기"로 해석될 수 있다. 또한, 4,5-디메틸페난트렌(4,5-dimethylphenanthrene)에서 2개의 메틸기는 서로 "인접하는 기"로 해석될 수 있다.
본 명세서에서, 할로겐 원자의 예로는 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자 또는 요오드 원자가 있다.
본 명세서에서, 알킬기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 알킬기의 탄소수는 1 이상 50 이하, 1 이상 30 이하, 1 이상 20 이하, 1 이상 10 이하 또는 1 이상 6 이하이다. 알킬기의 예로는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, s-부틸기, t-부틸기, i-부틸기, 2- 에틸부틸기, 3, 3-디메틸부틸기, n-펜틸기, i-펜틸기, 네오펜틸기, t-펜틸기, 시클로펜틸기, 1-메틸펜틸기, 3-메틸펜틸기, 2-에틸펜틸기, 4-메틸-2-펜틸기, n-헥실기, 1-메틸헥실기, 2-에틸헥실기, 2-부틸헥실기, 시클로헥실기, 4-메틸시클로헥실기, 4-t-부틸시클로헥실기, n-헵틸기, 1-메틸헵틸기, 2,2-디메틸헵틸기, 2-에틸헵틸기, 2-부틸헵틸기, n-옥틸기, t-옥틸기, 2-에틸옥틸기, 2-부틸옥틸기, 2-헥실옥틸기, 3,7-디메틸옥틸기, 시클로옥틸기, n-노닐기, n-데실기, 아다만틸기, 2-에틸데실기, 2-부틸데실기, 2-헥실데실기, 2-옥틸데실기, n-운데실기, n-도데실기, 2-에틸도데실기, 2-부틸도데실기, 2-헥실도데실기, 2-옥틸도데실기, n-트리데실기, n-테트라데실기, n-펜타데실기, n-헥사데실기, 2-에틸헥사데실기, 2-부틸헥사데실기, 2-헥실헥사데실기, 2-옥틸헥사데실기, n-헵타데실기, n-옥타데실기, n-노나데실기, n-이코실기, 2-에틸이코실기, 2-부틸이코실기, 2-헥실이코실기, 2-옥틸이코실기, n-헨이코실기, n-도코실기, n-트리코실기, n-테트라코실기, n-펜타코실기, n-헥사코실기, n-헵타코실기, n-옥타코실기, n-노나코실기, 및 n-트리아콘틸기 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서 알케닐기는, 탄소수 2이상의 알킬기의 중간 또는 말단에 하나 이상의 탄소 이중 결합을 포함한 탄화수소 그룹을 의미한다. 알케닐기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있다. 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 2 이상 30 이하, 2 이상 20 이하 또는 2 이상 10 이하이다. 알케닐기의 예로는 비닐기, 1-부테닐기, 1-펜테닐기, 1,3-부타디에닐 아릴기, 스티레닐기, 스티릴비닐기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서 알키닐기는, 탄소수 2이상의 알킬기의 중간 또는 말단에 하나 이상의 탄소 삼중 결합을 포함한 탄화수소 그룹을 의미한다. 알키닐기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있다. 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 2 이상 30 이하, 2 이상 20 이하 또는 2 이상 10 이하이다. 알키닐기의 구체적인 예에는, 에티닐기, 프로피닐기, 등이 포함될 수 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 탄화수소 고리기는 지방족 탄화수소 고리로부터 유도된 임의의 작용기 또는 치환기를 의미한다. 탄화수소 고리기는 고리 형성 탄소수 5 이상 20 이하의 포화 탄화수소 고리기일 수 있다.
본 명세서에서, 아릴기는 방향족 탄화수소 고리로부터 유도된 임의의 작용기 또는 치환기를 의미한다. 아릴기는 단환식 아릴기 또는 다환식 아릴기일 수 있다. 아릴기의 고리 형성 탄소수는 6 이상 30 이하, 6 이상 20 이하, 또는 6 이상 15 이하일 수 있다. 아릴기의 예로는 페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 안트라세닐기, 페난트릴기, 바이페닐기, 터페닐기, 쿼터페닐기, 퀸크페닐기(quinquephenyl), 섹시페닐기, 트리페닐에닐기, 피레닐기, 벤조 플루오란테닐기, 크리세닐기 등을 예시할 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 플루오레닐기는 치환될 수 있고, 치환기 2개가 서로 결합하여 스피로 구조를 형성할 수도 있다. 플루오레닐기가 치환되는 경우의 예시는 하기와 같다. 다만, 이에 의하여 한정되는 것은 아니다.
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, 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, 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.
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 디메틸붕소기, 디에틸붕소기, t-부틸메틸붕소기, 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 "" 및 "" 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(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]
Figure pat00039
Figure pat00040
Figure pat00041
Figure pat00042
Figure pat00043
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 붕소 원자, 및 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 내지 제3 방향족 고리는 각각 붕소 원자와 연결되고, 제1 방향족 고리 및 제3 방향족 고리는 제1 질소 원자를 통해 연결되고, 제1 방향족 고리 및 제2 방향족 고리는 제2 질소 원자를 통해 연결될 수 있다. 한편, 본 명세서에서, 붕소 원자, 제1 및 제2 질소 원자, 및 붕소 원자와 제1 및 제2 질소 원자를 통해 축합된 제1 내지 제3 방향족 고리는 "축합환 코어"로 지칭될 수 있다.
일 실시예의 축합 다환 화합물은 축합환 코어에 연결되는 제1 치환기를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 치환기는 치환 또는 비치환된 디벤조헤테롤기, 치환 또는 비치환된 카바졸기, 또는 치환 또는 비치환된 플루오레닐기일 수 있다. 제1 치환기는 4번 탄소 위치에서 축합환 코어의 제2 방향족 고리와 연결될 수 있다. 제1 치환기는 제2 방향족 고리와 직접 결합될 수 있다. 제1 치환기는 축합환 코어의 제1 질소 원자와 파라(para) 위치에서 연결될 수 있다. 즉, 제1 치환기의 4번 탄소는 제2 방향족 고리를 구성하는 탄소 원자 중 제1 질소 원자를 기준으로 파라 위치에서 제2 방향족 고리와 연결될 수 있다. 제1 치환기가 4번 탄소 위치에서 축합환 코어에 연결됨으로써, 다중 공명(multiple resonance) 효과가 증가될 수 있다. 따라서, 제1 치환기와 축합환 코어의 연결 위치가 특정됨에 따라 일 실시예의 축합 다환 화합물은 발광 소자에 적용되었을 때 고효율화 및 장수명화를 실현할 수 있다.
제1 치환기를 구성하는 탄소 원자의 번호는 하기 화학식 S1과 같다.
[화학식 S1]
제1 치환기의 탄소 번호 부여에 대해서는, 상기 화학식 S1과 같이 X1가 상측에 배치되도록 제1 치환기를 배치한 경우에 좌측 벤젠 고리를 구성하는 탄소 원자 중 X1과 오르쏘(ortho) 위치의 탄소 원자로부터 시계 반대 방향으로 순서대로 부여하고, 축합 위치의 탄소의 번호는 제외하여 나타내었다. 한편, 설명의 편의를 위해 상기 화학식 S1에서 양측 벤젠 고리에 연결되는 치환기는 생략하여 도시하였다. 화학식 S1과 달리 제1 치환기는 수소 원자 이외에 적어도 하나의 치환기를 가질 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
화학식 S1에서, X1은 NRa, CRbRc, O, 또는 S이다. 화학식 S1에서, Ra 내지 Rc는 각각 독립적으로 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 결합하여 고리를 형성할 수 있다. 화학식 S1에서, X1이 NRa인 경우, 제1 치환기는 치환 또는 비치환된 카바졸기일 수 있다. 화학식 S1에서, X1이 CRbRc인경우, 제1 치환기는 치환된 플루오레닐기일 수 있다. 화학식 S1에서, X1이 O인 경우, 제1 치환기는 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기일 수 있다. 화학식 S1에서, X1이 S인 경우, 제1 치환기는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기일 수 있다.
일 실시예의 축합 다환 화합물은 분자 구조 내에 입체 장애 치환기인 제2 치환기 및 제3 치환기를 포함할 수 있다. 제2 치환기 및 제3 치환기는 각각 일 실시예의 축합 다환 화합물에서 축합환 코어를 구성하는 제1 질소 원자 및 제2 질소 원자에 연결될 수 있다. 제1 치환기는 벤젠 모이어티를 포함하고, 상기 벤젠 모이어티의 특정 위치 탄소에 치환 또는 비치환된 페닐기가 도입된 치환기일 수 있다. 구체적으로, 제2 치환기는 축합환 코어를 구성하는 제1 질소 원자와 연결되고, 상기 제1 질소 원자를 기준으로 두 개의 오르쏘 위치 중 적어도 하나에 치환 또는 비치환된 페닐기가 도입된 구조를 포함할 수 있다. 제3 치환기는 축합환 코어를 구성하는 제2 질소 원자와 연결되고, 상기 제2 질소 원자를 기준으로 두 개의 오르쏘 위치 중 적어도 하나에 치환 또는 비치환된 페닐기가 도입된 구조를 포함할 수 있다.
일 실시예의 축합 다환 화합물은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00045
화학식 1로 표시되는 일 실시예의 축합 다환 화합물은 하나의 붕소 원자, 및 두 개의 질소 원자를 통해 세 개의 방향족 고리가 축합된 구조를 포함할 수 있다. R1로 표시되는 치환기로 치환된 벤젠 고리는 전술한 제1 방향족 고리에 대응하고, R2로 표시되는 치환기로 치환된 벤젠 고리는 전술한 제2 방향족 고리에 대응하고, R3으로 표시되는 치환기로 치환된 벤젠 고리는 전술한 제3 방향족 고리에 대응할 수 있다. 또한, 화학식 1에서 X1을 고리 형성 원자로 포함하는 헤테로 고리는 전술한 제1 치환기에 대응할 수 있다.
화학식 1에서, X1은 NRa, CRbRc, O, 또는 S이다.
화학식 1에서, R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 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 헤테로아릴기이다. 예를 들어, R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소 원자, 치환 또는 비치환된 t-부틸기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 비페닐기, 치환 또는 비치환된 터페닐기, 치환 또는 비치환된 카바졸기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기, 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기, 치환 또는 비치환된 벤조퓨로카바졸기, 또는 치환 또는 비치환된 벤조티오카바졸기일 수 있다.
화학식 1에서, Ra 내지 Rc는 각각 독립적으로 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 헤테로아릴기이다. 또는, Ra 내지 Rc 각각은 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. 예를 들어, Ra 내지 Rc는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있다. 또는, Rb 및 Rc는 서로 결합하여 고리를 형성하는 것일 수 있다. 화학식 1에서 X1가 CRbRc일 때, Rb 및 Rc는 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있고, Rb 및 Rc는 서로 결합하여 고리를 형성하여 스피로 구조를 형성할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
화학식 1에서, n1 및 n2는 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수이고, n3, n6, 및 n8은 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고, n4는 0 이상 7 이하의 정수이고, n5 및 n7은 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이다.
화학식 1에서, n1 및 n2 각각이 0일 경우, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 R1 및 R2 각각으로 치환되지 않은 것일 수 있다. 화학식 1에서 n1 및 n2 각각이 3이고, R1 및 R2 각각이 모두 수소 원자인 경우, 화학식 1에서 n1 및 n2 각각이 0인 경우와 동일할 수 있다. n1 및 n2 각각이 2 이상의 정수일 경우, 복수로 제공되는 R1 및 R2 각각은 모두 동일한 것이거나, 또는 복수의 R1 및 R2 중 적어도 하나는 상이한 것일 수 있다.
화학식 1에서, n3, n6, 및 n8 각각이 0일 경우, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 R3, R6, 및 R8 각각으로 치환되지 않은 것일 수 있다. 화학식 1에서, n3, n6, 및 n8 각각이 4이고, R3, R6, 및 R8 각각이 모두 수소 원자인 경우, 화학식 1에서 n3, n6, 및 n8 각각이 0인 경우와 동일할 수 있다. n3, n6, 및 n8 각각이 2 이상의 정수일 경우, 복수로 제공되는 R3, R6, 및 R8 각각은 모두 동일한 것이거나, 또는 복수의 R3, R6, 및 R8 중 적어도 하나는 상이한 것일 수 있다.
화학식 1에서, n4가 0일 경우, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 R4로 치환되지 않은 것일 수 있다. 화학식 1에서, n4가 7이고, R4가 모두 수소 원자인 경우, 화학식 1에서 n4가 0인 경우와 동일할 수 있다. n4가 2 이상의 정수인 경우, 복수로 제공되는 R4는 모두 동일한 것이거나, 또는 복수의 R4 중 적어도 하나는 상이한 것일 수 있다.
화학식 1에서, n5 및 n7 각각이 0일 경우, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 R5 및 R7 각각으로 치환되지 않은 것일 수 있다. 화학식 1에서 n5 및 n7 각각이 5이고, R5 및 R7 각각이 모두 수소 원자인 경우, 화학식 1에서 n5 및 n7 각각이 0인 경우와 동일할 수 있다. n5 및 n7 각각이 2 이상의 정수일 경우, 복수로 제공되는 R5 및 R7 각각은 모두 동일한 것이거나, 또는 복수의 R5 및 R7 중 적어도 하나는 상이한 것일 수 있다.
일 실시예에서, 화학식 1로 표시되는 제1 화합물은 하기 화학식 2-1 내지 화학식 2-5 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 2-1]
Figure pat00046
[화학식 2-2]
Figure pat00047
[화학식 2-3]
Figure pat00048
[화학식 2-4]
Figure pat00049
[화학식 2-5]
Figure pat00050
화학식 2-1 내지 화학식 2-5는 화학식 1에서 X1의 종류가 특정된 것을 나타낸다. 즉, 화학식 2-1 내지 화학식 2-5는 일 실시예의 축합 다환 화합물에서 제1 치환기의 종류가 특정된 것을 나타낸다. 화학식 2-1은 제1 치환기가 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기인 경우를 나타낸다. 화학식 2-2는 제1 치환기가 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기인 경우를 나타낸다. 화학식 2-3은 제1 치환기가 치환된 카바졸기인 경우를 나타낸다. 화학식 2-4 및 화학식 2-5는 각각 제1 치환기가 치환된 플루오레닐기인 경우를 나타낸다.
화학식 2-3 내지 화학식 2-5에서, R9 내지 R12는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 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 헤테로아릴기일 수 있다. 예를 들어, R9 내지 R12는 각각 독립적으로 수소 원자일 수 있다.
화학식 2-3 및 화학식 2-4에서, n9 내지 n11은 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이다. 화학식 2-3 및 화학식 2-4에서, n9 내지 n11 각각이 0일 경우, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 R9 내지 R11 각각으로 치환되지 않은 것일 수 있다. 화학식 2-3 및 화학식 2-4에서 n9 내지 n11 각각이 5이고, R9 내지 R11 각각이 모두 수소 원자인 경우, 화학식 2-3 및 화학식 2-4에서 n9 내지 n11 각각이 0인 경우와 동일할 수 있다. n9 내지 n11 각각이 2 이상의 정수일 경우, 복수로 제공되는 R9 내지 R11 각각은 모두 동일한 것이거나, 또는 복수의 R9 내지 R11 중 적어도 하나는 상이한 것일 수 있다.
화학식 2-5에서, n12는 0 이상 8 이하의 정수이다. 화학식 2-5에서, n12가 0일 경우, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 R12로 치환되지 않은 것일 수 있다. 화학식 2-5에서 n12가 8이고, R12가 모두 수소 원자인 경우, 화학식 2-5에서 n12가 0인 경우와 동일할 수 있다. n12가 2 이상의 정수일 경우, 복수로 제공되는 R12는 모두 동일한 것이거나, 또는 복수의 R12 중 적어도 하나는 상이한 것일 수 있다.
화학식 1에서, R1 내지 R8, 및 n1 내지 n8은 상기 화학식 1에서 설명한 내용과 동일한 설명이 적용될 수 있다.
일 실시예에서, 화학식 1로 표시되는 제1 화합물은 하기 화학식 3-1 또는 화학식 3-2로 표시될 수 있다.
[화학식 3-1]
Figure pat00051
[화학식 3-2]
Figure pat00052
화학식 3-1 및 화학식 3-2은 화학식 1에서 R3의 종류 및 치환 위치가 특정된 경우를 타나낸다. 화학식 3-1은 화학식 1에서 R3으로 표시되는 치환기가 치환 또는 비치환된 카바졸기이고, 붕소 원자와 파라(para) 위치에 치환된 경우를 나타낸다. 화학식 3-2는 화학식 1에서 R3으로 표시되는 치환기가 치환 또는 비치환된 페닐기이고, 제2 질소 원자와 파라 위치에 치환된 경우를 나타낸다.
화학식 3-1 및 화학식 3-2에서, R3'은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 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 헤테로아릴기일 수 있다. 예를 들어, R3'은 수소 원자일 수 있다.
화학식 3-1 및 화학식 3-2에서, R13 내지 R15는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이항 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다. 또는, R13 내지 R15 각각은 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. 예를 들어, R13 내지 R15는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 메틸기, 치환 또는 비치환된 이소프로필기, 치환 또는 비치환된 t-부틸기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 아릴옥시기, 또는 치환 또는 비치환된 아릴티오기일 수 있다.
화학식 3-1 및 화학식 3-2에서, n3'은 0 이상 3 이하의 정수이다. 화학식 3-1 및 화학식 3-2에서, n3'가 0일 경우, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 R3'으로 치환되지 않은 것일 수 있다. 화학식 3-1 및 화학식 3-2에서 n3'가 3이고, R3'이 모두 수소 원자인 경우, 화학식 3-1 및 화학식 3-2에서 n3'가 0인 경우와 동일할 수 있다. n3'가 2 이상의 정수일 경우, 복수로 제공되는 R3'은 모두 동일한 것이거나, 또는 복수의 R3' 중 적어도 하나는 상이한 것일 수 있다.
화학식 3-1에서, n13 및 n14는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이다. 화학식 3-1에서, n13 및 n14 각각이 0일 경우, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 R13 및 R14 각각으로 치환되지 않은 것일 수 있다. 화학식 3-1에서 n13 및 n14 각각이 4이고, R13 및 R14 각각이 모두 수소 원자인 경우, 화학식 3-1에서 n13 및 n14 각각이 0인 경우와 동일할 수 있다. n13 및 n14 각각이 2 이상의 정수일 경우, 복수로 제공되는 R13 및 R14 각각은 모두 동일한 것이거나, 또는 복수의 R13 및 R14 중 적어도 하나는 상이한 것일 수 있다.
화학식 3-2에서, n15는 0 이상 5 이하의 정수이다. 화학식 3-2에서, n15가 0일 경우, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 R15로 치환되지 않은 것일 수 있다. 화학식 3-2에서 n15가 5이고, R15가 모두 수소 원자인 경우, 화학식 3-2에서 n15가 0인 경우와 동일할 수 있다. n15가 2 이상의 정수일 경우, 복수로 제공되는 R15는 모두 동일한 것이거나, 또는 복수의 R15 중 적어도 하나는 상이한 것일 수 있다.
화학식 3-1 및 화학식 3-2에서, X1, R1, R2, R4 내지 R8, n1, n2, 및 n4 내지 n8은 상기 화학식 1에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
일 실시예에서, 화학식 1로 표시되는 제1 화합물은 하기 화학식 4로 표시될 수 있다.
[화학식 4]
Figure pat00053
화학식 4는 화학식 1에서 R3의 종류 및 치환 위치가 특정된 경우를 타나낸다.
화학식 4에서, R3'은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 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 헤테로아릴기일 수 있다. 예를 들어, R3'은 수소 원자일 수 있다.
화학식 4에서, n3'은 0 이상 3 이하의 정수이다. 화학식 4에서, n3'가 0일 경우, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 R3'으로 치환되지 않은 것일 수 있다. 화학식 4에서 n3'가 3이고, R3'가 모두 수소 원자인 경우, 화학식 4에서 n3'가 0인 경우와 동일할 수 있다. n3'가 2 이상의 정수일 경우, 복수로 제공되는 R3'은 모두 동일한 것이거나, 또는 복수의 R3' 중 적어도 하나는 상이한 것일 수 있다.
화학식 4에서, R21 내지 R28은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이항 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다. 또는, R21 내지 R28 각각은 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. 예를 들어, R21 내지 R28은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 메틸기, 치환 또는 비치환된 t-부틸기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 아릴옥시기, 또는 치환 또는 비치환된 아릴티오기일 수 있다.
R21 내지 R28에서 인접한 쌍들 중 적어도 한 쌍은 하기 화학식 4-A로 표시되는 치환기가 축합되는 위치일 수 있다. 일 실시예에서, R21 내지 R28에서 인접한 쌍들 중 한 쌍이 하기 화학식 4-A로 표시되는 치환기가 축합되는 위치일 수 있다.
[화학식 4-A]
화학식 4-A에서, Y는 NR30, O, 또는 S일 수 있다. 예를 들어, Y는 O 또는 S일 수 있다.
화학식 4-A에서, 는 상기 화학식 4에서 R21 내지 R28 중 인접한 어느 한 쌍에 축합되는 위치일 수 있다.
화학식 4-A에서, R29 및 R30은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 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 헤테로아릴기일 수 있다. 예를 들어, R29는 수소 원자일 수 있다. R30은 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있다.
화학식 4-A에서, n29는 0 이상 4 이하의 정수이다. 화학식 4-A에서, n29가 0일 경우, 화학식 4-A로 표시되는 치환기는 R29로 치환되지 않은 것일 수 있다. 화학식 4-A에서 n29가 4이고, R29가 모두 수소 원자인 경우, 화학식 4-A에서 n29가 0인 경우와 동일할 수 있다. n29가 2 이상의 정수일 경우, 복수로 제공되는 R29는 모두 동일한 것이거나, 또는 복수의 R29 중 적어도 하나는 상이한 것일 수 있다.
화학식 4에서, X1, R1, R2, R4 내지 R8, n1, n2, 및 n4 내지 n8은 상기 화학식 1에서 설명한 내용과 동일한 설명이 적용될 수 있다.
일 실시예에서, 화학식 4로 표시되는 제1 화합물은 하기 화학식 4-1 내지 화학식 4-4 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 4-1]
Figure pat00056
[화학식 4-2]
Figure pat00057
[화학식 4-3]
Figure pat00058
[화학식 4-4]
Figure pat00059
화학식 4-1 내지 화학식 4-4는 화학식 4에서 화학식 4-A로 표시되는 치환기가 축합된 것을 표시하여 나타낸 것이다.
화학식 4-1 내지 화학식 4-4에서, X1, R1, R2, R4 내지 R8, n1, n2, 및 n4 내지 n8은 상기 화학식 1에서 설명한 내용과 동일한 설명이 적용될 수 있다. 화학식 4-1 내지 화학식 4-4에서, R3' 및 n3'에 대하여는 상기 화학식 4에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다. 화학식 4-1 내지 화학식 4-4에서, Y, R29, 및 n29에 대하여는 상기 화학식 4-A에서 설명한 내용과 동일한 설명이 적용될 수 있다.
일 실시예의 축합 다환 화합물은 제4 치환기를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제4 치환기는 치환 또는 비치환된 디벤조헤테롤기, 치환 또는 비치환된 카바졸기, 또는 치환 또는 비치환된 플루오레닐기일 수 있다. 제4 치환기는 4번 탄소 위치에서 축합환 코어의 제3 방향족 고리와 연결될 수 있다. 제4 치환기는 제3 방향족 고리와 직접 결합될 수 있다. 제4 치환기는 축합환 코어의 제2 질소 원자와 파라(para) 위치에서 연결될 수 있다. 즉, 제4 치환기의 4번 탄소는 제3 방향족 고리를 구성하는 탄소 원자 중 제1 질소 원자를 기준으로 파라 위치에서 제3 방향족 고리와 연결될 수 있다. 제4 치환기가 4번 탄소 위치에서 축합환 코어에 연결됨으로써, 다중 공명(multiple resonance) 효과가 증가될 수 있다. 따라서, 제4 치환기와 축합환 코어의 연결 위치가 특정됨에 따라 일 실시예의 축합 다환 화합물은 발광 소자에 적용되었을 때 고효율화 및 장수명화를 실현할 수 있다.
제4 치환기를 구성하는 탄소 원자의 번호는 하기 화학식 S2과 같다.
[화학식 S2]
제4 치환기의 탄소 번호 부여에 대해서는, 상기 화학식 S2과 같이 X2가 상측에 배치되도록 제4 치환기를 배치한 경우에 좌측 벤젠 고리를 구성하는 탄소 원자 중 X2와 오르쏘(ortho) 위치의 탄소 원자로부터 시계 반대 방향으로 순서대로 부여하고, 축합 위치의 탄소의 번호는 제외하여 나타내었다. 한편, 설명의 편의를 위해 상기 화학식 S2에서 양측 벤젠 고리에 연결되는 치환기는 생략하여 도시하였다. 화학식 S1과 달리 제4 치환기는 적어도 하나의 치환기를 가질 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
화학식 S2에서, X2는 NRd, CReRf, O, 또는 S이다. 화학식 S2에서, Rd 내지 Rf는 각각 독립적으로 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 결합하여 고리를 형성할 수 있다. 화학식 S2에서, X2가 NRd인 경우, 제4 치환기는 치환 또는 비치환된 카바졸기일 수 있다. 화학식 S2에서, X2가 CReRf인경우, 제4 치환기는 치환된 플루오레닐기일 수 있다. 화학식 S2에서, X2가 O인 경우, 제4 치환기는 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기일 수 있다. 화학식 S2에서, X2가 S인 경우, 제4 치환기는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기일 수 있다.
일 실시예에서, 화학식 1로 표시되는 제1 화합물은 하기 화학식 5로 표시될 수 있다.
[화학식 5]
Figure pat00061
화학식 5에서 X2을 고리 형성 원자로 포함하는 헤테로 고리는 전술한 제4 치환기에 대응할 수 있다.
화학식 5에서, X2는 NRd, CReRf, O, 또는 S일 수 있다.
화학식 5에서, R3' 및 R31은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 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 헤테로아릴기일 수 있다. 예를 들어, R3' 및 R31은 각각 독립적으로 수소 원자일 수 있다.
화학식 5에서, Rd 내지 Rf는 각각 독립적으로 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. 또는, Rd 내지 Rf 각각은 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. 예를 들어, Rd 내지 Rf는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있다. 또는, Re 및 Rf는 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. 예를 들어, 화학식 2에서 X2가 CReRf이고, Re 및 Rf가 각각 치환 또는 비치환된 페닐기인 경우, Re 및 Rf는 서로 결합하여 스피로 구조를 형성할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
화학식 5에서, n3'은 0 이상 3 이하의 정수이다. 화학식 5에서, n3'가 0일 경우, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 R3'으로 치환되지 않은 것일 수 있다. 화학식 5에서 n3'가 3이고, R3'가 모두 수소 원자인 경우, 화학식 5에서 n3'가 0인 경우와 동일할 수 있다. n3'가 2 이상의 정수일 경우, 복수로 제공되는 R3'은 모두 동일한 것이거나, 또는 복수의 R3' 중 적어도 하나는 상이한 것일 수 있다.
화학식 5에서, n31은 0 이상 7 이하의 정수이다. 화학식 5에서, n31이 0일 경우, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 R31으로 치환되지 않은 것일 수 있다. 화학식 5에서 n31가 7이고, R31이 모두 수소 원자인 경우, 화학식 5에서 n31가 0인 경우와 동일할 수 있다. n31가 2 이상의 정수일 경우, 복수로 제공되는 R31은 모두 동일한 것이거나, 또는 복수의 R31 중 적어도 하나는 상이한 것일 수 있다.
화학식 5에서, X1, R1, R2, R4 내지 R8, n1, n2, 및 n4 내지 n8은 상기 화학식 1에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
일 실시예에서, 화학식 5로 표시되는 제1 화합물은 하기 화학식 6-1 내지 화학식 6-5 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 6-1]
Figure pat00062
[화학식 6-2]
Figure pat00063
[화학식 6-3]
Figure pat00064
[화학식 6-4]
Figure pat00065
[화학식 6-5]
Figure pat00066
화학식 6-1 내지 화학식 6-5는 화학식 5에서 X2의 종류가 특정된 것을 나타낸다.
화학식 6-3 내지 화학식 6-5에서, R9 내지 R12, 및 R32 내지 R35는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 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 헤테로아릴기일 수 있다. 예를 들어, R9 내지 R12, 및 R32 내지 R35는 각각 독립적으로 수소 원자일 수 있다.
화학식 6-3 및 화학식 6-4에서, n9 내지 n11, 및 n32 내지 n34는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이다. 화학식 6-3 및 화학식 6-4에서, n9 내지 n11, 및 n32 내지 n34 각각이 0일 경우, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 R9 내지 R11, R32 내지 R34 각각으로 치환되지 않은 것일 수 있다. 화학식 6-3 및 화학식 6-4에서 n9 내지 n11, 및 n32 내지 n34 각각이 5이고, R9 내지 R11, R32 내지 R34 각각이 모두 수소 원자인 경우, 화학식 6-3 및 화학식 6-4에서 n9 내지 n11, 및 n32 내지 n34 각각이 0인 경우와 동일할 수 있다. n9 내지 n11, 및 n32 내지 n34 각각이 2 이상이 정수일 경우, 복수로 제공되는 R9 내지 R11, R32 내지 R34 각각은 모두 동일한 것이거나, 또는 복수의 R9 내지 R11, R32 내지 R34 중 적어도 하나는 상이한 것일 수 있다.
화학식 6-5에서, n12 및 n35는 각각 독립적으로 0 이상 8 이하의 정수이다. 화학식 6-5에서, n12 및 n35 각각이 0일 경우, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 R12 및 R35 각각으로 치환되지 않은 것일 수 있다. 화학식 6-5에서 n12 및 n35 각각이 8이고, R12 및 R35 각각이 모두 수소 원자인 경우, 화학식 6-5에서 n12 및 n35 각각이 0인 경우와 동일할 수 있다. n12 및 n35 각각이 2 이상의 정수일 경우, 복수로 제공되는 R12 및 R35 각각은 모두 동일한 것이거나, 또는 복수의 R12 및 R35 중 적어도 하나는 상이한 것일 수 있다.
화학식 6-1 내지 화학식 6-5에서, R1, R2, R3', R4 내지 R8, R31, n1, n2, n3', n4 내지 n8, 및 n31은 상기 화학식 1 및 화학식 5에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
일 실시예에서, 화학식 1로 표시되는 제1 화합물은 하기 화학식 7로 표시될 수 있다.
[화학식 7]
Figure pat00067
화학식 7에서, R1a는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기이거나, 또는 하기 화학식 A-1 내지 화학식 A-3 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 A-1]
[화학식 A-2]
[화학식 A-3]
화학식 A-1 내지 화학식 A-3에서, Z는 NRa5, O, 또는 S일 수 있다.
화학식 A-1 내지 화학식 A-3에서, Ra1 내지 Ra5는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 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 헤테로아릴기일 수 있다. 예를 들어, Ra1 내지 Ra5는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 t-부틸기, 또는 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있다.
화학식 A-1에서, m1은 0 이상 5 이하의 정수이다. 화학식 A-1에서, m1이 0일 경우, 화학식 A-1로 표시되는 치환기는 Ra1으로 치환되지 않은 것일 수 있다. 화학식 A-1에서 m1이 5이고, Ra1이 모두 수소 원자인 경우, 화학식 A-1에서 m1이 0인 경우와 동일할 수 있다. m1이 2 이상의 정수일 경우, 복수로 제공되는 Ra1은 모두 동일한 것이거나, 또는 복수의 Ra1 중 적어도 하나는 상이한 것일 수 있다.
화학식 A-2에서, m2 및 m3은 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이다. 화학식 A-2에서, m2 및 m3 각각이 0일 경우, 화학식 A-2로 표시되는 치환기는 Ra2 및 Ra3 각각으로 치환되지 않은 것일 수 있다. 화학식 A-2에서 m2 및 m3 각각이 4이고, Ra2 및 Ra3 각각이 모두 수소 원자인 경우, 화학식 A-2에서 m2 및 m3 각각이 0인 경우와 동일할 수 있다. m2 및 m3 각각이 2 이상의 정수일 경우, 복수로 제공되는 Ra2 및 Ra3 각각은 모두 동일한 것이거나, 또는 복수의 Ra2 및 Ra3 중 적어도 하나는 상이한 것일 수 있다.
화학식 A-3에서, m4는 0 이상 7 이하의 정수이다. 화학식 A-3에서, m4가 0일 경우, 화학식 A-3으로 표시되는 치환기는 Ra4로 치환되지 않은 것일 수 있다. 화학식 A-3에서 m4가 7이고, Ra4가 모두 수소 원자인 경우, 화학식 A-3에서 m4가 0인 경우와 동일할 수 있다. m4가 2 이상의 정수일 경우, 복수로 제공되는 Ra4는 모두 동일한 것이거나, 또는 복수의 Ra4 중 적어도 하나는 상이한 것일 수 있다.
화학식 7에서, X1, R2 내지 R8, 및 n2 내지 n8은 상기 화학식 1에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
일 실시예에서, 화학식 1로 표시되는 제1 화합물은 하기 화학식 7-1로 표시될 수 있다.
[화학식 7-1]
Figure pat00071
화학식 7-1에서, X1, R2, R4 내지 R8, n2, 및 n4 내지 n8은 상기 화학식 1에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다. X2, R3', R31, n3', 및 n31에 대하여는 상기 화학식 5에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다. R1a에 대하여는 상기 화학식 7에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
일 실시예의 축합 다환 화합물에서, 제1 질소 원자에 연결된 제2 치환기는 벤젠 모이어티에서 제1 질소 원자를 기준으로 두 개의 오르쏘(ortho) 위치 중 적어도 하나에 치환 또는 비치환된 페닐기가 도입된 구조를 포함할 수 있다. 또한, 제2 질소 원자에 연결된 제3 치환기는 벤젠 모이어티에서 제2 질소 원자를 기준으로 두개의 오르쏘 위치 중 적어도 하나에 치환 또는 비치환된 페닐기가 도입된 구조를 포함할 수 있다. 이러한 구조를 가지는 일 실시예의 축합 다환 화합물은 제2 치환기 및 제3 치환기에 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, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 축합환 코어에 제2 치환기 및 제3 치환기가 도입됨에 따라, 붕소 원자의 비어있는 p-오비탈이 효과적으로 보호될 수 있으므로 구조 변형에 따른 열화 현상을 방지할 수 있다.
또한, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 제2 치환기 및 제3 치환기에 인해 분자 간 상호작용이 억제되어 응집(aggregation), 엑시머(excimer) 혹은 엑시플렉스(exciplex) 형성을 억제할 수 있으므로, 발광 효율 및 수명 특성이 개선될 수 있다. 일 실시예의 축합 다환 화합물은 특정 위치에 추가 치환기가 도입된 제2 치환기 및 제3 치환기를 포함함으로써, 분자 간 거리가 증가되어 덱스터 에너지 전이(Dexter energy transfer) 등의 엑시톤 소멸(exciton quenching)을 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.
일 실시예에서, 화학식 1로 표시되는 제1 화합물은 하기 화학식 8-1 또는 화학식 8-2로 표시될 수 있다.
[화학식 8-1]
Figure pat00072
[화학식 8-2]
Figure pat00073
화학식 8-1 및 화학식 8-2에서, R6', R8', R36, 및 R37은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 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, R6', R8', R36, 및 R37은 각각 독립적으로 수소 원자, 치환 또는 비치환된 t-부틸기, 또는 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있다.
화학식 8-1 및 화학식 8-2에서, n6' 및 n8'은 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수이다. 화학식 8-1 및 화학식 8-2에서, n6' 및 n8' 각각이 0일 경우, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 R6' 및 R8' 각각으로 치환되지 않은 것일 수 있다. 화학식 8-1 및 화학식 8-2에서 n6' 및 n8' 각각이 3이고, R6' 및 R8' 각각이 모두 수소 원자인 경우, 화학식 8-1 및 화학식 8-2에서 n6' 및 n8' 각각이 0인 경우와 동일할 수 있다. n6' 및 n8' 각각이 2 이상의 정수일 경우, 복수로 제공되는 R6' 및 R8' 각각은 모두 동일한 것이거나, 또는 복수의 R6' 및 R8' 중 적어도 하나는 상이한 것일 수 있다.
화학식 8-1 및 화학식 8-2에서, n36 및 n37은 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이다. 화학식 8-1 및 화학식 8-2에서, n36 및 n37 각각이 0일 경우, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 R36 및 R37 각각으로 치환되지 않은 것일 수 있다. 화학식 8-1 및 화학식 8-2에서 n36 및 n37 각각이 5이고, R36 및 R37 각각이 모두 수소 원자인 경우, 화학식 8-1 및 화학식 8-2에서 n36 및 n37 각각이 0인 경우와 동일할 수 있다. n36 및 n37 각각이 2 이상의 정수일 경우, 복수로 제공되는 R36 및 R37 각각은 모두 동일한 것이거나, 또는 복수의 R36 및 R37 중 적어도 하나는 상이한 것일 수 있다.
화학식 8-1 및 화학식 8-2에서, X1, R1 내지 R5, R7, R8, n1 내지 n5, n7, 및 n8은 상기 화학식 1에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
일 실시예에서, 화학식 1로 표시되는 제1 화합물은 하기 화학식 9-1 또는 화학식 9-2로 표시될 수 있다.
[화학식 9-1]
Figure pat00074
[화학식 9-2]
Figure pat00075
화학식 9-1 및 화학식 9-2에서, X1, R1, R2, R4 내지 R5, R7, R8, n1, n2, n4 내지 n5, n7, 및 n8은 상기 화학식 1에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다. X2, R3', R31, n3', 및 n31에 대하여는 상기 화학식 5에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다. R6', R8', R36, R37, n6', n8', n36, 및 n37에 대하여는 상기 화학식 8-1 및 상기 화학식 8-2에서 설명과 동일한 내용이 적용될 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]
Figure pat00076
Figure pat00077
Figure pat00078
Figure pat00079
Figure pat00080
Figure pat00081
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Figure pat00084
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Figure pat00086
Figure pat00087
Figure pat00088
Figure pat00089
Figure pat00090
Figure pat00091
.
화합물군 1에서 제시된 구체예 화합물들에서, "D"는 중수소 원자를 의미하고, "Ph"는 비치환된 페닐기를 의미한다.
일 실시예에 따른 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 제1 치환기가 특정 위치에서 축합환 코어에 도입된 구조를 가짐으로써, 높은 발광 효율 및 장수명화를 구현할 수 있다.
화학식 1로 표시되는 일 실시예의 축합 다환 화합물은 붕소 원자, 및 제1 및 제2 질소 원자에 의해 제1 내지 제3 방향족 고리가 축합된 축합환 코어를 포함하고, 제2 방향족 고리에 제1 치환기가 연결된 구조를 가질 수 있다. 특히, 제1 치환기의 4번 탄소가 축합환 코어의 제2 방향족 고리와 결합된 특징을 갖는 것일 수 있다. 이에 따라, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 제1 치환기에 의해 다중 공명 효과가 증대되어 높은 발광 효율을 나타낼 수 있다. 제1 치환기의 4번 탄소 위치의 탄소는 전자 밀도가 다른 탄소 위치에 비해 낮으므로 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 위치가 될 수 있다. 따라서, 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 제1 치환기가 4번 탄소 위치를 통해 축합환 코어에 연결되는 구조를 가짐으로써, 붕소 원자 외에도 축합환 코어에 인접한 제1 치환기가 억셉터(acceptor) 역할을 할 수 있게 되어 다중 공명이 강화될 수 있다. 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 제1 치환기가 특정 위치 탄소를 통해 축합환 코어에 연결됨에 따라 HOMO(highest occupied molecular　orbital)와 LUMO(lowest unoccupied molecular　orbital)의 공간적인 겹침이 최소화될 수 있다. 이에 따라, 일 실시예의 도펀트는 낮은 △EST 값을 가지고 다환 방향고리 구조가 안정화됨으로써, 파장 범위가 청색 발광 재료로 적합하도록 선택될 수 있으며, 발광 소자(ED)에 적용되었을 때 발광 소자(ED)의 효율이 향상될 수 있다.
또한, 일 실시예 축합 다환 화합물은 축합환 코어를 구성하는 제1 질소 원자 및 제2 질소 원자 각각에 연결된 제2 치환기 및 제3 치환기를 포함함으로써, 붕소 원자를 효과적으로 보호할 수 있어 고효율 및 장수명화를 구현할 수 있다. 따라서, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 제2 치환기 및 제3 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, 화학식 1로 표시되는 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.
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 HT-1로 표시되는 제2 화합물, 하기 화학식 ET-1로 표시되는 제3 화합물, 및 하기 화학식 D-1로 표시되는 제4 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에서, 발광층(EML)은 하기 화학식 HT-1로 표시되는 제2 화합물을 포함할 수 있다. 일 실시예에서 제2 화합물은 발광층(EML)의 정공 수송성 호스트 재료로 사용될 수 있다.
[화학식 HT-1]
화학식 HT-1에서, A1 내지 A9는 각각 독립적으로 N 또는 CR41일 수 있다. 예를 들어, A1 내지 A9는 모두 CR41일 수 있다. 또는, A1 내지 A9 중 어느 하나는 N이고, 나머지는 CR41일 수 있다.
화학식 HT-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 HT-1에서, Ya는 직접 결합(direct linkage), CR42R43, 또는 SiR44R45 일 수 있다. 즉, 화학식 HT-1의 질소 원자에 연결된 두 개의 벤젠 고리는 직접 결합, , 또는 을 통해 연결되는 것을 의미할 수 있다. 화학식 HT-1에서, Ya가 직접 결합인 경우, 화학식 HT-1로 표시되는 치환기는 카바졸 모이어티를 포함할 수 있다.
화학식 HT-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 HT-1에서, R41 내지 R45는 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 R45 각각은 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. 예를 들어, R41 내지 R45는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 중수소 원자일 수 있다. R41 내지 R45는 각각 독립적으로 비치환된 메틸기, 또는 비치환된 페닐기일 수 있다.
일 실시예에서 화학식 HT-1로 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]
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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 ET-1로 표시되는 제3 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제3 화합물은 발광층(EML)의 전자 수송성 호스트 재료로 사용될 수 있다.
[화학식 ET-1]
화학식 ET-1에서, Z1 내지 Z3 중 적어도 하나는 N이고 나머지는 CRa3이고, Ra3는 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 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.
b1 내지 b3은 각각 독립적으로 0 이상 10 이하의 정수일 수 있다. L2 내지 L4는 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.
Ar2 내지 Ar4는 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. 예를 들어, Ar2 내지 Ar4는 치환 또는 비치환된 페닐기, 또는 치환 또는 비치환된 카바졸기일 수 있다.
제3 화합물은 하기 화합물군 3의 화합물들 중 어느 하나로 표시될 수 있다. 일 실시예의 발광 소자(ED)는 하기 화합물군 3의 화합물들 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
[화합물군 3]
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화합물군 3에서 제시된 구체예 화합물들에서, "D"는 중수소 원자를 의미하고, "Ph"는 비치환된 페닐기를 의미한다.
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 화?d물 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, R51 내지 R56은 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, R51 내지 R56 각각은 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. R51 내지 R56은 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, 제4 화합물은 R51 내지 R54로 치환되지 않은 것일 수 있다. d1 내지 d4 각각이 4이고, R51 내지 R54 각각이 수소 원자인 경우, d1 내지 d4 각각이 0인 경우와 동일할 수 있다. d1 내지 d4 각각이 2 이상의 정수일 경우, 복수로 제공되는 R51 내지 R54 각각은 모두 동일한 것이거나, 또는 복수의 R51 내지 R54 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, P1-은 또는 CR64이고, P2는 또는 NR71이고, P3은 또는 NR72이고, P4는 또는 CR78일 수 있다. R61 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 내지 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 축합 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 호스트인 제2 화합물 및 제3 화합물, 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]
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.
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, 및 제3 화합물을 모두 포함하는 경우, 제1 화합물, 제2 화합물, 및 제3 화합물의 전체 중량을 기준으로, 제1 화합물의 함량은 0.1wt% 이상 5wt% 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 제2 화합물의 함량은 전술한 제1 화합물의 중량을 제외한 나머지일 수 있다. 예를 들어, 발광층(EML)에서 제2 화합물 및 제3 화합물의 함량은, 제1 화합물, 제2 화합물, 및 제3 화합물 전체 중량을 기준으로 75wt% 이상 95wt% 이하일 수 있다.
제2 화합물 및 제3 화합물 전체 중량에 있어서 제2 화합물 및 제3 화합물의 중량비는 약 3:7 내지 7:3일 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)이 제4 화합물을 포함하는 경우, 발광층(EML)에서 제1 화합물, 제2 화합물, 제3 화합물, 및 제4 화합물의 전체 중량을 기준으로, 제4 화합물의 함량은 4 wt% 이상 20 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]
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Figure pat00152
Figure pat00153
Figure pat00154
Figure pat00155
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.
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Figure pat00158
Figure pat00159
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Figure pat00161
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Figure pat00163
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 3, 28, 99, 133, 147, 및 170의 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 3의 합성
일 실시예에 따른 축합 다환 화합물 3은 예를 들어 하기 반응에 의해 합성될 수 있다.
(중간체 3-1의 합성)
1,3-dibromo-5-(tert-butyl)benzene (1eq), [1,1':3',1''-terphenyl]-2'-amine (2eq), Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0) (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. Methylene Chloride와 n-Hexane으로 column chromatography로 정제하여 중간체 3-1을 얻었다. (수율 : 81 %)
(중간체 3-2의 합성)
중간체 3-1 (1eq), 1-(4-bromophenyl)dibenzo[b,d]furan (3eq), Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0) (0.15eq), Tri-tert-butylphosphine (0.3eq), Sodium tert-butoxide (3eq)을 o-xylene에 녹인 후 섭씨 150도에서 60시간 교반하였다. 냉각 후 ethyl acetate와 물로 3회 씻은 후 분액하여 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 후 감압 건조하였다. Methylene Chloride와 n-Hexane으로 column chromatography로 정제하여 중간체 3-2를 얻었다. (수율 : 31 %)
(화합물 3의 합성)
중간체 3-2 (1eq) 를 ortho dichlorobenzene에 녹인 후, 섭씨 0도로 냉각 후 질소 분위기에서 BBr3 (3eq)를 천천히 주입하였다. 적하 종료 후 온도를 섭씨 180도로 올려 24시간 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 Toluene과 acetone을 사용한 재결정으로 화합물 3을 얻었다. (수율 : 4 %)
(2) 화합물 28의 합성
일 실시예에 따른 축합 다환 화합물 28은 예를 들어 하기 반응에 의해 합성될 수 있다.
(중간체 28-1의 합성)
2-(3,5-dichlorophenyl)dibenzo[b,d]furan (1eq), 5'-(tert-butyl)-[1,1':3',1''-terphenyl]-2'-amine (2eq), Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0) (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. Methylene Chloride와 n-Hexane으로 column chromatography로 정제하여 중간체 28-1을 얻었다. (수율 : 77 %)
(중간체 28-2의 합성)
중간체 28-1 (1eq), 1-(4-bromophenyl)dibenzo[b,d]furan (3eq), Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0) (0.15eq), Tri-tert-butylphosphine (0.3eq), Sodium tert-butoxide (3eq)을 o-xylene에 녹인 후 섭씨 150도에서 60시간 교반하였다. 냉각 후 ethyl acetate와 물로 3회 씻은 후 분액하여 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 후 감압 건조하였다. Methylene Chloride와 n-Hexane으로 column chromatography로 정제하여 중간체 28-2를 얻었다. (수율 : 36 %)
(화합물 28의 합성)
중간체 28-2 (1eq) 를 ortho dichlorobenzene에 녹인 후, 섭씨 0도로 냉각 후 질소 분위기에서 BBr3 (3eq)를 천천히 주입하였다. 적하 종료 후 온도를 섭씨 180도로 올려 24시간 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 Toluene과 acetone을 사용한 재결정으로 화합물 28을 얻었다. (수율 : 5 %)
(3) 화합물 99의 합성
일 실시예에 따른 축합 다환 화합물 99는 예를 들어 하기 반응에 의해 합성될 수 있다.
(중간체 99-1의 합성)
중간체 3-1 (1eq), 4-(4-bromophenyl)-9,9'-spirobi[fluorene] (3eq), Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0) (0.15eq), Tri-tert-butylphosphine (0.3eq), Sodium tert-butoxide (3eq)을 o-xylene에 녹인 후 섭씨 150도에서 60시간 교반하였다. 냉각 후 ethyl acetate와 물로 3회 씻은 후 분액하여 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 후 감압 건조하였다. Methylene Chloride와 n-Hexane으로 column chromatography로 정제하여 중간체 99-1을 얻었다. (수율 : 28 %)
(화합물 99의 합성)
중간체 99-1 (1eq) 을 ortho dichlorobenzene에 녹인 후, 섭씨 0도로 냉각 후 질소 분위기에서 BBr3 (3eq)를 천천히 주입하였다. 적하 종료 후 온도를 섭씨 180도로 올려 24시간 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 Toluene과 acetone을 사용한 재결정으로 화합물 99를 얻었다. (수율 : 3 %)
(4) 화합물 133의 합성
일 실시예에 따른 축합 다환 화합물 133은 예를 들어 하기 반응에 의해 합성될 수 있다.
(중간체 133-1의 합성)
1,3-dibromo-5-(tert-butyl)benzene (1eq), 5'-phenyl-[1,1':3',1''-terphenyl]-2'-amine (2eq), Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0) (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. Methylene Chloride와 n-Hexane으로 column chromatography로 정제하여 중간체 133-1을 얻었다. (수율 : 72 %)
(중간체 133-2의 합성)
중간체 133-1 (1eq), 1-(4-bromophenyl)dibenzo[b,d]furan (1.2eq), Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0) (0.1eq), Tri-tert-butylphosphine (0.2eq), Sodium tert-butoxide (3eq)을 o-xylene에 녹인 후 섭씨 140도에서 24시간 교반하였다. 냉각 후 ethyl acetate와 물로 3회 씻은 후 분액하여 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 후 감압 건조하였다. Methylene Chloride와 n-Hexane으로 column chromatography로 정제하여 중간체 133-2를 얻었다. (수율 : 21 %)
(중간체 133-3의 합성)
중간체 133-2 (1eq), 9-(3-bromophenyl)-9H-carbazole(D7)-3-carbonitrile (2eq), Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0) (0.15eq), Tri-tert-butylphosphine (0.3eq), Sodium tert-butoxide (3eq)을 o-xylene에 녹인 후 섭씨 150도에서 60시간 교반하였다. 냉각 후 ethyl acetate와 물로 3회 씻은 후 분액하여 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 후 감압 건조하였다. Methylene Chloride와 n-Hexane으로 column chromatography로 정제하여 중간체 133-3을 얻었다. (수율 : 25 %)
(화합물 133의 합성)
중간체 133-3 (1eq) 을 ortho dichlorobenzene에 녹인 후, 섭씨 0도로 냉각 후 질소 분위기에서 BBr3 (3eq)를 천천히 주입하였다. 적하 종료 후 온도를 섭씨 180도로 올려 24시간 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 Toluene과 acetone을 사용한 재결정으로 화합물 133을 얻었다. (수율 : 2 %)
(5) 화합물 147의 합성
일 실시예에 따른 축합 다환 화합물 147은 예를 들어 하기 반응에 의해 합성될 수 있다.
(중간체 147-1의 합성)
N3,N5-di([1,1':3',1''-terphenyl]-2'-yl)-3',5'-di-tert-butyl-[1,1'-biphenyl]-3,5-diamine (1eq), 4-(4-bromophenyl)-9-phenyl-9H-carbazole (1.2eq), Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0) (0.1eq), Tri-tert-butylphosphine (0.2eq), Sodium tert-butoxide (3eq)을 o-xylene에 녹인 후 섭씨 140도에서 24시간 교반하였다. 냉각 후 ethyl acetate와 물로 3회 씻은 후 분액하여 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 후 감압 건조하였다. Methylene Chloride와 n-Hexane으로 column chromatography로 정제하여 중간체 147-1을 얻었다. (수율 : 18 %)
(중간체 147-2의 합성)
중간체 147-1 (1eq), 11-(3-bromophenyl)-11H-benzofuro[3,2-b]carbazole (2eq), Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0) (0.15eq), Tri-tert-butylphosphine (0.3eq), Sodium tert-butoxide (3eq)을 o-xylene에 녹인 후 섭씨 150도에서 60시간 교반하였다. 냉각 후 ethyl acetate와 물로 3회 씻은 후 분액하여 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 후 감압 건조하였다. Methylene Chloride와 n-Hexane으로 column chromatography로 정제하여 중간체 147-2를 얻었다. (수율 : 34 %)
(화합물 147의 합성)
중간체 147-2 (1eq) 를 ortho dichlorobenzene에 녹인 후, 섭씨 0도로 냉각 후 질소 분위기에서 BBr3 (3eq)를 천천히 주입하였다. 적하 종료 후 온도를 섭씨 180도로 올려 24시간 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 Toluene과 acetone을 사용한 재결정으로 화합물 147을 얻었다. (수율 : 4 %)
(6) 화합물 170의 합성
일 실시예에 따른 축합 다환 화합물 170은 예를 들어 하기 반응에 의해 합성될 수 있다.
(중간체 170-1의 합성)
3,6-di-tert-butyl-9-(3,4,5-trichlorophenyl)-9H-carbazole (1eq), 3',5'-di-tert-butyl-N-(4-(dibenzo[b,d]thiophen-1-yl)phenyl)-[1,1'-biphenyl]-2-amine (1eq), Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0) (0.05eq), Tri-tert-butylphosphine (0.1eq), Sodium tert-butoxide (3eq)을 Toluene에 녹인 후 섭씨 90도에서 6시간 교반하였다. 냉각 후 ethyl acetate와 물로 3회 씻은 후 분액하여 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 후 감압 건조하였다. Methylene Chloride와 n-Hexane으로 column chromatography로 정제하여 중간체 170-1 을 얻었다. (수율 : 47 %)
(중간체 170-2의 합성)
중간체 170-1 (1eq), 3',5'-di-tert-butyl-N-(4'-(tert-butyl)-[1,1'-biphenyl]-4-yl)-[1,1'-biphenyl]-2-amine (1eq), Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0) (0.05eq), Tri-tert-butylphosphine (0.1eq), Sodium tert-butoxide (3eq)을 Toluene에 녹인 후 섭씨 90도에서 6시간 교반하였다. 냉각 후 ethyl acetate와 물로 3회 씻은 후 분액하여 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 후 감압 건조하였다. Methylene Chloride와 n-Hexane으로 column chromatography로 정제하여 중간체 170-2를 얻었다. (수율 : 45 %)
(화합물 170의 합성)
중간체 170-2 (1eq)를 o-xylene에 녹인 후, 질소 분위기에서 섭씨 0도로 냉각하였다. n-BuLi (2eq)를 천천히 주입 후, 온도를 70도로 승온하여 2시간 교반 후, 섭씨 120도로 승온하여 2시간 교반하였다. 반응기 온도를 섭씨 0도로 냉각 후 BBr3 (2eq)를 천천히 주입하였다. 적하 종료 후 상온에서 1시간 교반하였다. 섭씨 0도로 냉각 후 triethylamine (3eq)을 주입한 후 140로 승온하여 24시간 교반하였다. 냉각 후 반응물이 들어있는 플라스크에 triethylamine을 천천히 떨어뜨려 반응을 종결시킨 후 ethyl alcohol을 반응물에 넣고 석출시켜 여과하여 반응물을 얻었다. 얻어진 고형분을 column chromatography로 정제하여 화합물 170을 얻었다. (수율 : 6 %)
상기 합성예 (1) 내지 (6)의 합성된 화합물들의 1H NMR 및 MS/FAB을 하기 표 1에 나타내었다. 다른 화합물들도 위의 합성 경로 및 원료 물질을 참조하여 기술 분야에 숙련된 이들이 그 합성 방법을 용이하게 인식할 수 있다.
1H NMR chemical shift MS-Cal MS-Meas.
3 9.22-9.18 (2H, s), 7.95-7.95 (2H, d), 7.65-7.49 (16H, m)7.41-7.38 (2H, m), 7.32-7.26 (2H, m), 7.18 (2H, d),
7.09-6.96 (20H, m), 6.26 (2H, s), 1.09 (9H, s)		 1113.180 1113.175
28 9.19-9.16 (2H, s), 7.99-7.89 (4H, m), 7.65-7.51 (17H, m), 7.41-7.38 (3H, m), 7.32-7.26 (3H, m), 7.18 (2H, d),
7.05-6.91 (20H, m), 6.33 (2H, s), 1.39 (18H, s)		 1335.467 1335.462
99 9.20-9.17 (2H, s), 7.93-7.90 (6H, d), 7.63-7.53 (10H, m)7.48-7.36 (8H, m), 7.24-7.18 (10H, m), 7.05-6.91 (20H, m)
6.75-6.72 (6H, m), 6.23 (2H, s), 1.09 (9H, s)		 1409.596 1409.594
133 9.19-9.15 (1H, s), 8.93-8.89 (1H, d), 7.95-7.88 (2H, d)
7.63-7.49 (6H, m), 7.41-7.38 (2H, m), 7.39-7.27 (12H, m)
7.18-7.13 (3H, m), 7.05-6.94 (20H, m), 6.25 (2H, s)
1.07(9H, s)		 1296.445 1296.438
147 9.21-9.17 (1H, s), 8.93-8.89 (1H, d), 8.25-8.22 (2H, d)
7.97-7.94(1H, s), 7.87-7.78(5H, m), 7.75-7.71(1H, s)
7.65-7.49 (12H, m), 7.46-7.37 (9H, m), 7.25-7.21 (4H, m)
7.18 (2H, d), 7.11-6.95 (20H, m), 6.33 (2H, s)
1.44-1.40 (18H, s)		 1409.597 1409.594
170 9.24-9.20 (1H, s), 9.15-9.12 (1H, s), 8.28-8.22 (2H, m)8.16-8.13 (1H, d), 7.85-7.82 (2H, d), 7.71-7.78 (6H, d)
7.65-7.55 (6H, m), 7.51-7.41 (8H, m), 7.43-7.41 (6H, m)
7.36-7.33 (2H, m), 7.18 (2H, d), 6.22 (2H, s),
1.53 (18H, s), 1.37 (9H, s), 1.32 (36H, s)		 1388.807 1388.806
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 3, 28, 99, 133, 147, 및 170의 축합 다환 화합물을 발광층 도펀트 재료로 사용하여 실시예 1 내지 실시예 16의 발광 소자를 제작하였다. 비교예 1 내지 비교예 14는 비교예 화합물 C1 내지 비교예 화합물 C7을 발광층 도펀트 재료로 사용하여 제작된 발광 소자에 해당한다.
[실시예 화합물]
Figure pat00201
[비교예 화합물]
Figure pat00202
Figure pat00203
(발광 소자의 제작)
실시예 및 비교예의 발광 소자는 애노드로서 15 Ω/cm2 (1200Å)의 ITO 전극이 형성된 유리 기판(코닝(corning)社 제품)을 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 세정한 후, 진공 증착 장치에 장착하였다.
상기 애노드 상부에, NPD를 증착하여 300Å 두께의 정공 주입층을 형성한 후, 상기 정공 주입층 상부에 HT-1-1을 증착하여 200Å 두께의 정공 수송층을 형성한 다음, 상기 정공 수송층 상부에 CzSi를 증착하여 100Å 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 85 : 14 : 1의 중량비로 공증착하여 200Å 두께의 발광층을 형성하고, 상기 발광층 상부에 TSPO1을 증착하여 200Å 두께의 정공 저지층을 형성하였다. 이후, 상기 정공 저지층 상부에 TPBI를 증착하여 300Å 두께의 전자 수송층을 형성한 후, 상기 전자 수송층 상부에 LiF를 증착하여 10Å 두께의 전자 주입층을 형성하였다. 그 다음 상기 전자 주입층 상부에 Al를 증착하여 3000Å 두께의 캐소드를 형성하여 발광소자를 제작하였다.
각 층은 모두 진공 증착법으로 형성하였다. 한편, 제2 화합물은 전술한 화합물군 2의 화합물 중 HT1, HT2, HT3을 사용하였고, 제3 화합물은 전술한 화합물군 3의 화합물 중 ETH85, ETH66, EHT86을 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.
Figure pat00204
Figure pat00205
(발광 소자의 특성 평가)
상술한 실시예 화합물 3, 28, 99, 133, 147, 및 170, 및 비교예 화합물 C1 내지 비교예 화합물 C7로 제작한 발광 소자의 소자 효율 및 소자 수명을 평가하였다. 표 2 및 표 3에서는 실시예 1 내지 실시예 16, 및 비교예 1 내지 비교예 14에 대한 발광 소자의 평가 결과를 나타내었다. 상기 실시예 1 내지 16, 및 비교예 1 내지 14에서 제작된 발광 소자의 특성을 평가하기 위하여 전류 밀도 1000cd/m2에서의 구동 전압(V), 발광 효율(Cd/A), 및 발광색 각각을 Keithley MU 236 및 휘도계 PR650을 이용하여 측정하였으며, 초기 휘도 대비 휘도가 95% 되는데 걸리는 시간을 수명(T95)로 측정하였고, 비교예 1의 소자를 기준으로 상대 수명을 계산하여, 그 결과를 표 2 및 표 3에 나타내었다.
호스트
(제2 화합물:제3 화합물 = 5:5)		 제4 화합물 제1 화합물 구동전압
(V)		 효율
(cd/A)		 최대 외부 양자 효율
(%)		 수명비
(T95)		 발광색
실시예1 HT2/ETH86 AD-37 실시예 화합물 3 4.4 26.8 25.3 325 청색
실시예2 HT3/ETH66 AD-37 실시예 화합물 28 4.4 27.3 25.7 350 청색
실시예3 HT1/ETH85 AD-38 실시예 화합물 99 4.4 25.9 24.6 335 청색
실시예4 HT2/ETH66 AD-38 실시예 화합물 133 4.3 27.2 25.6 375 청색
실시예5 HT3/ETH66 AD-37 실시예 화합물 147 4.2 25.4 24.1 315 청색
실시예6 HT2/ETH85 AD-38 실시예 화합물 170 4.4 26.6 25.2 320 청색
실시예 7 HT2/ETH66 AD-37 실시예 화합물 3 4.3 26.3 25.0 340 청색
실시예 8 HT2/ETH66 AD-37 실시예 화합물 28 4.4 26.5 25.4 342 청색
실시예 9 HT3/ETH66 AD-38 실시예 화합물 99 4.4 24.9 24.4 335 청색
실시예 10 HT3/ETH66 AD-38 실시예 화합물 133 4.3 25.8 24.7 331 청색
비교예 1 HT3/ETH85 AD-38 비교예 화합물 C1 4.8 21.3 20.5 100 청색
비교예 2 HT2/ETH86 AD-37 비교예 화합물 C2 4.8 20.7 19.6 155 청색
비교예 3 HT1/ETH66 AD-37 비교예 화합물 C3 4.9 21.8 20.2 120 청색
비교예 4 HT3/ETH66 AD-37 비교예 화합물 C4 4.9 21.5 20.3 105 청색
비교예 5 HT2/ETH66 AD-38 비교예 화합물 C5 5.2 20.3 19.7 140 청색
비교예 6 HT2/ETH85 AD-38 비교예 화합물 C6 5.3 18.5 17.6 75 청색
비교예 7 HT3/ETH85 AD-38 비교예 화합물 C7 4.9 21.6 20.6 164 청색
표 2의 결과를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 축합 다환 화합물을 발광 재료로 사용한 발광 소자의 실시예들의 경우 비교예와 비교하여 낮은 구동 전압을 나타내며, 발광 효율 및 수명 특성이 향상된 것을 확인할 수 있다.
실시예 화합물들의 경우 붕소 원자와, 제1 및 제2 의 질소 원자를 중심으로제1 내지 제3 방향족 고리가 축합된 축합환 코어를 포함하고, 제1 치환기가 4번 탄소 위치에서 축합환 코어에 결합함으로써, 다중 공명(multiple resonance) 효과가 증대되면서도 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.
또한, 실시예 화합물들의 경우 축합환을 구성하는 제1 제2 질소 원자에 연결된 입자 장애 치환기인 제2 및 제3 치환기를 포함함으로써, 붕소 원자를 효과적으로 보호할 수 있어 고효율 및 장수명화를 구현할 수 있다. 실시예 화합물들은 제2 및 제3 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. 일 실시예의 축합 다환 화합물은 상술한 치환 위치 효과 및 입체 장애 효과가 상승적으로 작용함으로써, 발광 소자의 발광층 재료로 도입되었을 때 고효율화 및 장수명화를 실현할 수 있다.
일 실시예의 발광 소자는 일 실시예의 제1 도펀트를 열활성 지연 형광(Thermally Activated Delayed Fluorescence, TADF) 발광 소자의 발광 도펀트로 포함함으로써 청색광 파장 영역, 특히, 청색광 파장 영역에서 높은 소자 효율을 구현할 수 있다.
비교예 1 내지 비교예 3을 보면, 비교예 화합물 C1 내지 비교예 화합물 C3에서는 하나의 붕소 원자와, 두 개의 질소 원자를 중심으로 한 판상 골격 구조를 포함하고, 판상 골격에 본 발명에서 제안하는 제1 치환기를 포함하나, 본 발명에서 제안하는 제2 및 제3 치환기를 포함하지 않아, 소자에 적용되었을 때 실시예에 비해 구동 전압이 높고, 발광 효율 및 소자 수명이 떨어짐을 확인할 수 있다. 본 발명의 일 실시예의 축합 다환 화합물과 같이 축합환 코어에 연결되는 제1 내지 제3 치환기를 필수로 포함하는 경우 청색광 파장 영역에서 높은 발광 효율 및 장수명화를 구현할 수 있다.
비교예 4 및 5를 보면, 비교예 화합물 C4 및 비교예 화합물 C5의 경우 실시예 화합물들과 마찬가지로 입체 장애 치환기를 포함하나 발광 효율 및 소자 수명이 떨어짐을 확인할 수 있다. 비교예 화합물 C4의 경우 축합환 골격에 연결되는 치환기로 디벤조헤테롤기, 카바졸기, 또는 플루오레닐기를 포함하지 않아, 실시예 화합물들에 비하여 발광 효율 및 수명 특성이 저하된 것으로 판단된다.
비교예 6을 보면, 비교예 6의 수명비는 실시예들에 비교하여 현저히 감소된 것을 확인할 수 있다. 비교예 화합물 C6의 경우 카바졸기가 4번 탄소 위치에서 축합환 코어와 연결되는 구조를 가지나, 입체 장애 치환기를 포함하지 않아, 분자 간 상호작용이 커지므로 수명 특성이 크게 저하된 것으로 생각된다. 본 발명의 일 실시예의 축합 다환 화합물과 같이 제1 치환기가 4번 탄소를 통해 축합환 코어에 결합된 구조에서, 축합환 코어를 구성하는 두 개의 질소 원자에 각각 입체 장애 치환기가 연결된 경우 수명이 큰 폭으로 향상되는 것을 기대할 수 있다.
실시예 1과 비교예 7을 비교하면, 비교예 7은 실시예 1과 비교하여 발광 효율 및 소자 수명 특성 모두 저하된 것을 확인할 수 있다. 비교예 7에 포함된 비교예 화합물 C7은 실시예 1에 포함된 화합물 3과 마찬가지로 입체 장애 치환기를 포함하고, 디벤조퓨란기가 축합환 코어에 연결된 구조를 가지나, 디벤조퓨란기가 4번 위치 탄소가 아닌 3번 위치 탄소에서 축합환 코어에 연결됨으로써, 실시예 1과 비교해 발광 효율 및 소자 수명이 모두 저하되었다. 비교예 화합물 C7은 실시예 화합물 3과 비교하여 디벤조퓨란기의 치환 위치가 상이한 화합물이며, 이에 따라 디벤조퓨란기에 의한 추가 억셉터 효과가 충분하지 않아 다환 방향고리 구조의 안정성이 저하되어, 실시예와 비교해 발광 효율 및 소자 수명이 모두 저하된 것으로 판단된다.
호스트
(제2 화합물:제3 화합물 = 5:5)		 제1 화합물 효율
(cd/A)		 최대 외부 양자 효율
(%)		 발광색
실시예11 HT2/ETH86 실시예 화합물 3 8.8 8.3 청색
실시예12 HT3/ETH66 실시예 화합물 28 9.0 8.4 청색
실시예13 HT1/ETH85 실시예 화합물 99 8.5 8.1 청색
실시예14 HT2/ETH66 실시예 화합물 133 8.9 8.4 청색
실시예15 HT3/ETH66 실시예 화합물 147 8.3 7.9 청색
실시예16 HT2/ETH85 실시예 화합물 170 8.7 8.3 청색
비교예 8 HT3/ETH85 비교예 화합물 C1 6.8 6.5 청색
비교예 9 HT2/ETH86 비교예 화합물 C2 6.6 6.2 청색
비교예 10 HT1/ETH66 비교예 화합물 C3 6.9 6.4 청색
비교예 11 HT1/ETH85 비교예 화합물 C4 8.9 8.7 청색
비교예 12 HT2/ETH85 비교예 화합물 C5 9.5 7.6 청녹색
비교예 13 HT3/ETH66 비교예 화합물 C6 9.7 6.9 청녹색
비교예 14 HT2/ETH85 비교예 화합물 C7 10.5 7.8 청녹색
표 3의 결과를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 축합 다환 화합물을 발광 재료로 사용한 발광 소자의 실시예들의 경우 비교예와 비교하여 발광 효율 및 수명 특성이 향상된 것을 확인할 수 있다. 또한, 표 2의 실시예 1 내지 10과, 표 3의 실시예 11 내지 16을 비교하면, 실시예 1 내지 실시예 10의 경우, 일 실시예의 제4 화합물을 발광층에 포함하지 않는 실시예 11 내지 실시예 16과 비교하여 발광 효율 및 수명 특성이 향상되는 것을 알 수 있다. 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

Claims (20)

  1. 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 포함하는 발광 소자:
    [화학식 1]
    Figure pat00206

    상기 화학식 1에서,
    X1은 NRa, CRbRc, O, 또는 S이고,
    R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 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 헤테로아릴기이고,
    Ra 내지 Rc는 각각 독립적으로 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,
    n1 및 n2는 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수이고,
    n3, n6, 및 n8은 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고,
    n4는 0 이상 7 이하의 정수이고,
    n5 및 n7은 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물은 하기 화학식 2-1 내지 화학식 2-5 중 어느 하나로 표시되는 발광 소자:
    [화학식 2-1]
    Figure pat00207

    [화학식 2-2]
    Figure pat00208

    [화학식 2-3]
    Figure pat00209

    [화학식 2-4]
    Figure pat00210

    [화학식 2-5]
    Figure pat00211

    상기 화학식 2-1 내지 화학식 2-5에서,
    R9 내지 R12는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 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 헤테로아릴기이고,
    n9 내지 n11은 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이고,
    n12는 0 이상 8 이하의 정수이고,
    R1 내지 R8, 및 n1 내지 n8은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물은 하기 화학식 3-1 또는 화학식 3-2로 표시되는 발광 소자:
    [화학식 3-1]
    Figure pat00212

    [화학식 3-2]
    Figure pat00213

    상기 화학식 3-1 및 화학식 3-2에서,
    R3'은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 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 헤테로아릴기이고,
    R13 내지 R15는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이항 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    n3'은 0 이상 3 이하의 정수이고,
    n13 및 n14는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고,
    n15는 0 이상 5 이하의 정수이고,
    X1, R1, R2, R4 내지 R8, n1, n2, 및 n4 내지 n8은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물은 하기 화학식 4로 표시되는 발광 소자:
    [화학식 4]
    Figure pat00214

    상기 화학식 4에서,
    R3'은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 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 헤테로아릴기이고,
    R21 내지 R28은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이항 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    R21 내지 R28에서 인접한 쌍들 중 적어도 한 쌍은 하기 화학식 4-A로 표시되는 치환기가 축합되는 위치이고,
    n3'은 0 이상 3 이하의 정수이고:
    [화학식 4-A]

    상기 화학식 4-A에서,
    Y는 NR30, O, 또는 S이고,
    는 상기 화학식 4에서 R21 내지 R28 중 인접한 어느 한 쌍에 축합되는 위치이고,
    R29 및 R30은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 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 헤테로아릴기이고,
    n29는 0 이상 4 이하의 정수이고,
    상기 화학식 4에서,
    X1, R1, R2, R4 내지 R8, n1, n2, 및 n4 내지 n8은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물은 하기 화학식 5로 표시되는 발광 소자:
    [화학식 5]
    Figure pat00217

    상기 화학식 5에서,
    X2는 NRd, CReRf, O, 또는 S이고,
    R3' 및 R31은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 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 헤테로아릴기이고,
    Rd 내지 Rf는 각각 독립적으로 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,
    n3'은 0 이상 3 이하의 정수이고,
    n31은 0 이상 7 이하의 정수이고,
    X1, R1, R2, R4 내지 R8, n1, n2, 및 n4 내지 n8은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 화학식 5로 표시되는 제1 화합물은 하기 화학식 6-1 내지 화학식 6-5 중 어느 하나로 표시되는 발광 소자:
    [화학식 6-1]
    Figure pat00218

    [화학식 6-2]
    Figure pat00219

    [화학식 6-3]
    Figure pat00220

    [화학식 6-4]
    Figure pat00221

    [화학식 6-5]
    Figure pat00222

    상기 화학식 6-1 내지 화학식 6-5에서,
    R9 내지 R12, 및 R32 내지 R35는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 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 헤테로아릴기이고,
    n9 내지 n11, 및 n32 내지 n34는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이고,
    n12 및 n35는 각각 독립적으로 0 이상 8 이하의 정수이고,
    R1, R2, R3', R4 내지 R8, R31, n1, n2, n3', n4 내지 n8, 및 n31은 상기 화학식 1 및 화학식 5에서 정의한 바와 동일하다.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물은 하기 화학식 7로 표시되는 발광 소자:
    [화학식 7]
    Figure pat00223

    상기 화학식 7에서,
    R1a는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기이거나, 또는 하기 화학식 A-1 내지 화학식 A-3 중 어느 하나로 표시되고:
    [화학식 A-1]

    [화학식 A-2]

    [화학식 A-3]

    상기 화학식 A-1 내지 화학식 A-3에서,
    Z는 NRa5, O, 또는 S이고,
    Ra1 내지 Ra5는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 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,
    m1은 0 이상 5 이하의 정수이고,
    m2 및 m3은 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고,
    m4는 0 이상 7 이하의 정수이고,
    상기 화학식 7에서,
    X1, R2 내지 R8, 및 n2 내지 n8은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물은 하기 화학식 8-1 또는 화학식 8-2로 표시되는 발광 소자:
    [화학식 8-1]
    Figure pat00227

    [화학식 8-2]
    Figure pat00228

    상기 화학식 8-1 및 화학식 8-2에서,
    R6', R8', R36, 및 R37은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 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,
    n6' 및 n8'은 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수이고,
    n36 및 n37은 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이고,
    X1, R1 내지 R5, R7, R8, n1 내지 n5, n7, 및 n8은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 상기 제1 화합물은 하기 화합물군 1의 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자:
    [화합물군 1]
    Figure pat00229

    Figure pat00230

    Figure pat00231

    Figure pat00232

    Figure pat00233

    Figure pat00234

    Figure pat00235

    Figure pat00236

    Figure pat00237

    Figure pat00238

    Figure pat00239

    Figure pat00240

    Figure pat00241

    Figure pat00242

    Figure pat00243

    Figure pat00244
    .
  10. 제1항에 있어서,
    상기 발광층은 하기 화학식 HT-1로 표시되는 제2 화합물 및 하기 화학식 ET-1로 표시되는 제3 화합물 중 적어도 하나를 더 포함하는 발광 소자:
    [화학식 HT-1]

    상기 화학식 HT-1에서,
    A1 내지 A9는 각각 독립적으로 N 또는 CR41이고,
    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,
    Ya는 직접 결합(direct linkage), CR42R43, 또는 SiR44R45이고,
    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,
    R41 내지 R45는 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 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고:
    [화학식 ET-1]

    상기 화학식 ET-1에서,
    Z1 내지 Z3 중 적어도 하나는 N이고 나머지는 CR46이고,
    R46은 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴기이고,
    b1 내지 b3은 각각 독립적으로 0 이상 10 이하의 정수이며,
    L2 내지 L4는 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,
    Ar2 내지 Ar4는 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 헤테로아릴기이다.
  11. 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,
    R51 내지 R56은 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.
  12. 하기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물:
    [화학식 1]
    Figure pat00252

    상기 화학식 1에서,
    X1은 NRa, CRbRc, O, 또는 S이고,
    R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 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 헤테로아릴기이고,
    Ra 내지 Rc는 각각 독립적으로 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,
    n1 및 n2는 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수이고,
    n3, n6, 및 n8은 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고,
    n4는 0 이상 7 이하의 정수이고,
    n5 및 n7은 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이다.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화학식 2-1 내지 화학식 2-5 중 어느 하나로 표시되는 축합 다환 화합물:
    [화학식 2-1]
    Figure pat00253

    [화학식 2-2]
    Figure pat00254

    [화학식 2-3]
    Figure pat00255

    [화학식 2-4]
    Figure pat00256

    [화학식 2-5]
    Figure pat00257

    상기 화학식 2-1 내지 화학식 2-5에서,
    R9 내지 R12는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 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 헤테로아릴기이고,
    n9 내지 n11은 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이고,
    n12는 0 이상 8 이하의 정수이고,
    R1 내지 R8, 및 n1 내지 n8은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화학식 3-1 또는 화학식 3-2로 표시되는 축합 다환 화합물:
    [화학식 3-1]
    Figure pat00258

    [화학식 3-2]
    Figure pat00259

    상기 화학식 3-1 및 화학식 3-2에서,
    R3'은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 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 헤테로아릴기이고,
    R13 내지 R15는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이항 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    n3'은 0 이상 3 이하의 정수이고,
    n13 및 n14는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고,
    n15는 0 이상 5 이하의 정수이고,
    X1, R1, R2, R4 내지 R8, n1, n2, 및 n4 내지 n8은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화학식 4로 표시되는 축합 다환 화합물:
    [화학식 4]
    Figure pat00260

    상기 화학식 4에서,
    R3'은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 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 헤테로아릴기이고,
    R21 내지 R28은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이항 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    R21 내지 R28에서 인접한 쌍들 중 적어도 한 쌍은 하기 화학식 4-A로 표시되는 치환기가 축합되는 위치이고,
    n3'은 0 이상 3 이하의 정수이고:
    [화학식 4-A]

    상기 화학식 4-A에서,
    Y는 NR30, O, 또는 S이고,
    는 상기 화학식 4에서 R21 내지 R28 중 인접한 어느 한 쌍에 축합되는 위치이고,
    R29 및 R30은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 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 헤테로아릴기이고,
    n29는 0 이상 4 이하의 정수이고,
    상기 화학식 4에서,
    X1, R1, R2, R4 내지 R8, n1, n2, 및 n4 내지 n8은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화학식 5로 표시되는 축합 다환 화합물:
    [화학식 5]
    Figure pat00263

    상기 화학식 5에서,
    X2는 NRd, CReRf, O, 또는 S이고,
    R3' 및 R31은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 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 헤테로아릴기이고,
    Rd 내지 Rf는 각각 독립적으로 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,
    n3'은 0 이상 3 이하의 정수이고,
    n31은 0 이상 7 이하의 정수이고,
    X1, R1, R2, R4 내지 R8, n1, n2, 및 n4 내지 n8은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 화학식 5로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화학식 6-1 내지 화학식 6-5 중 어느 하나로 표시되는 축합 다환 화합물:
    [화학식 6-1]
    Figure pat00264

    [화학식 6-2]
    Figure pat00265

    [화학식 6-3]
    Figure pat00266

    [화학식 6-4]
    Figure pat00267

    [화학식 6-5]
    Figure pat00268

    상기 화학식 6-1 내지 화학식 6-5에서,
    R9 내지 R12, 및 R32 내지 R35는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 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 헤테로아릴기이고,
    n9 내지 n11, 및 n32 내지 n34는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이고,
    n12 및 n35는 각각 독립적으로 0 이상 8 이하의 정수이고,
    R1, R2, R3', R4 내지 R8, R31, n1, n2, n3', n4 내지 n8, 및 n31은 상기 화학식 1 및 화학식 5에서 정의한 바와 동일하다.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화학식 7로 표시되는 축합 다환 화합물:
    [화학식 7]
    Figure pat00269

    상기 화학식 7에서,
    R1a는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기이거나, 또는 하기 화학식 A-1 내지 화학식 A-3 중 어느 하나로 표시되고:
    [화학식 A-1]

    [화학식 A-2]

    [화학식 A-3]

    상기 화학식 A-1 내지 화학식 A-3에서,
    Z는 NRa5, O, 또는 S이고,
    Ra1 내지 Ra5는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 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,
    m1은 0 이상 5 이하의 정수이고,
    m2 및 m3은 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고,
    m4는 0 이상 7 이하의 정수이고,
    상기 화학식 7에서,
    X1, R2 내지 R8, 및 n2 내지 n8은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화학식 8-1 또는 화학식 8-2로 표시되는 축합 다환 화합물:
    [화학식 8-1]
    Figure pat00273

    [화학식 8-2]
    Figure pat00274

    상기 화학식 8-1 및 화학식 8-2에서,
    R6', R8', R36, 및 R37은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 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,
    n6' 및 n8'은 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수이고,
    n36 및 n37은 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이고,
    X1, R1 내지 R5, R7, R8, n1 내지 n5, n7, 및 n8은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 상기 축합 다환 화합물은 하기 화합물군 1의 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 축합 다환 화합물:
    [화합물군 1]
    Figure pat00275

    Figure pat00276

    Figure pat00277

    Figure pat00278

    Figure pat00279

    Figure pat00280

    Figure pat00281

    Figure pat00282

    Figure pat00283

    Figure pat00284

    Figure pat00285

    Figure pat00286

    Figure pat00287

    Figure pat00288

    Figure pat00289

    Figure pat00290
    .
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