KR102304717B1

KR102304717B1 - 유기 발광 소자

Info

Publication number: KR102304717B1
Application number: KR1020140125245A
Authority: KR
Inventors: 김윤선; 김슬옹; 신동우; 이정섭; 나오유키 이토
Original assignee: 삼성디스플레이 주식회사
Priority date: 2014-09-19
Filing date: 2014-09-19
Publication date: 2021-09-27
Also published as: US9431615B2; KR20160034526A; US20160087218A1

Abstract

일 측면에 따라 제1 전극; 상기 제1 전극에 대향하는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재되고, 도펀트, 제1 호스트 및 제2 호스트를 포함하는 발광층을 포함하는 유기 발광 소자를 개시한다.
상기 도펀트는 지연형광을 발광하는 물질이고, 상기 제1 호스트의 삼중항 에너지, E_H1(T1) 및 상기 제2 호스트의 삼중항 에너지, E_H2(T1)가 상기 도펀트의 삼중항 에너지, E_D(T1) 보다 크거나 같다. 상기 제1 호스트의 삼중항 에너지, E_H1(T1)는 2.6eV 내지 3.1eV 의 범위에 있다.

Description

유기 발광 소자{Organic light-emitting diode}

지연 형광을 발광하는 유기 발광 소자에 관한 것이다.

유기 발광 소자(OLED, Organic Light Emitting Device)는 애노드로부터 공급되는 정공(hole)과 캐소드로부터 공급되는 전자(electron)가 애노드와 캐소드 사이에 형성된 유기 발광층 내에서 결합하면서 빛이 발생하는 현상을 이용한다. 이러한 유기 발광 소자는 우수한 색 재현성, 높은 색순도, 빠른 응답 속도, 자발광성, 얇은 두께, 경량, 높은 명암비, 넓은 시야각, 저전압 구동 그리고 저소비 전력과 같은 우수한 특성으로 인하여 TV, PC 모니터, 이동통신 단말기, MP3 플레이어 및 자동차 네비게이션 등에 널리 적용될 수 있다.

유기 발광 소자는 일반적으로 기판, 애노드, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층 및 캐소드가 순차적으로 형성되어 있다. 애노드와 캐소드 간에 전압을 인가하면 애노드로부터 주입된 정공은 정공 수송층을 경유하여 발광층에 주입되고, 전자는 캐소드로부터 전자 수송층을 경유하여 발광층에 주입된다. 발광층 영역에서 정공과 전자가 재결합하여 엑시톤(exiton)을 생성하고, 이 엑시톤이 방사 감쇠(radiative decay)되면서 발광층 물질의 밴드 갭(band gap)에 해당하는 파장의 빛이 방출되는 것이다.

발광층 형성재료는 그 발광 메카니즘에 따라 일중항 상태(S1)를 이용하는 형광 물질과 삼중항 상태(T1)를 이용하는 인광 물질로 구분될 수 있다. 이러한 발광물질은 단독으로 또는 호스트 물질에 도핑하여 발광층을 형성하며, 일중항 엑시톤과 삼중항 엑시톤의 통계적 생성비율은 1:3이다.

일중항 여기상태로부터 발광하는 형광, 삼중항 여기상태로부터 발광하는 인광 외에 지연형광(delayed fluorescence)을 이용한 유기 발광 소자가 최근 활발하게 개발되고 있다. 지연형광은 삼중항 여기상태에서 일중항 여기상태로 역에너지 이동(energy up-conversion)을 열에너지에 의해 활성화시켜서 형광발광을 하는 것을 의미하며, 삼중항을 경유하여 일중항 발광을 하기 때문에 일반적으로 긴 발광수명을 갖는다.

지연형광은 삼중항에서 일중항으로 역에너지 이동을 위하여 발광물질의 삼중항과 일중항의 에너지 준위의 차이가 작을수록 유리하다. 또한, 도펀트인 발광물질의 삼중항 여기상태가 최대한 일중항 여기상태로 이동될 수 있도록 호스트 물질의 삼중항 에너지 레벨 역시 매우 중요하다. 그러나 삼중항 에너지 레벨이 높은 호스트 물질의 경우 밴드갭 에너지가 크기 때문에 주변층으로부터의 전하주입이 효율적이지 못하며, 공액 길이가 짧기 때문에 상대적으로 전하수송특성이 저하될 수 있다.

높은 효율 및 롤오프(roll-ff) 특성이 개선된 청색 지연 형광을 발광하는 발광층을 포함하는 유기 발광 소자를 제공하는 것이다.

일 측면에 따라 제1 전극; 상기 제1 전극에 대향하는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재되고, 도펀트, 제1 호스트 및 제2 호스트를 포함하는 발광층을 포함하는 유기 발광 소자를 개시한다.

상기 도펀트는 지연형광을 발광하는 물질이고, 상기 제1 호스트의 삼중항 에너지, E_H1(T1) 및 상기 제2 호스트의 삼중항 에너지, E_H2(T1)가 상기 도펀트의 삼중항 에너지, E_D(T1) 보다 크거나 같다. 상기 제1 호스트의 삼중항 에너지, E_H1(T1)는 2.6eV 내지 3.1eV 의 범위에 있다.

한편, 상기 지연형광 발광 도펀트의 삼중항 에너지와 일중항 에너지의 갭이 0.01eV 내지 0.3eV 일 수 있다.

상기 제1 호스트의 삼중항 에너지가 상기 제2 호스트의 삼중항 에너지 보다 크다. 이때 상기 제2 호스트의 전자 이동도가 상기 제1 호스트의 전자 이동도보다 클 수 있다. 또는 상기 제2 호스트의 정공 이동도가 상기 제1 호스트의 전자 이동도보다 클 수 있다.

상기 발광층 중 상기 도펀트의 함량은 0.01 내지 30 중량부일 수 있다.

한편, 상기 제1 호스트 대 상기 제2 호스트의 중량비가 10:90 내지90:10 일 수 있다.

상기 발광층은 청색을 발광할 수 있다.

상기 제1 전극과 상기 발광층 사이에 정공 수송 영역을 더 포함할 수 있다.

상기 제2 전극과 상기 발광층 사이에 전자 수송 영역을 더 포함할 수 있다.

상기 정공 수송 영역이 전자 저지층, 정공 수송층 및 정공 주입층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 전자 수송 영역이 정공 저지층, 전자 수송층 및 전자 주입층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 제1 전극은 애노드이고, 상기 제2 전극은 캐소드일 수 있다.

발광층에 지연형광 도펀트 및 혼합 호스트를 사용함으로써 높은 효율 및 개선된 롤오프 특성을 갖는 유기 발광 소자를 제공할 수 있다.

도 1은 발광 물질의 지연형광을 설명하기 위한 에너지 레벨 다이어그램이다.
도 2는 일 구현예를 따르는 유기 발광 소자의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구현예들을 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 구현예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려 여기서 소개되는 구현예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하여 위하여 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

일 구현예에 따른 유기 발광 소자의 발광층을 상세히 설명한다.

상기 발광층은 청색 발광용 도펀트 및 호스트를 포함할 수 있다.

상기 도펀트는 청색의 지연형광을 발광하는 물질이다. 지연형광은 엑시톤이 삼중항 상태(T₁)로부터 더 높은 에너지 레벨의 일중항 상태(S₁)로 이동하여 일중항 상태(S₁)에서 형광을 발광하는 것을 의미한다.

도 1은 발광 물질의 바닥상태 에너지 레벨(S₀), 삼중항 에너지 레벨(T₁) 및 일중항 에너지 레벨(S₁)을 나타낸 에너지 레벨 다이어그램이다. 도 1에서 (a)는 일중항 에너지 레벨(S₁)에서 바닥상태 에너지 레벨(S₀)로 빛에 의하여 에너지를 잃으면서 형광을 발광하는 것을 나타낸다. (b)는 삼중항 에너지 레벨(T₁)에서 바닥상태 에너지 레벨(S₀)로 빛에 의하여 에너지를 잃으면서 인광을 발광하는 것을 나타낸다. (c)는 삼중항 에너지 레벨(T₁)에서 일중항 에너지 레벨(S₁)로 역항 전이(energy transfer upconversion) 에 의하여 채워진(populated) 일중항 에너지 레벨(S₁)에서 바닥상태 에너지 레벨(S₀)로 지연 형광을 발광하는 것을 나타낸다.

본 구현예에서 지연형광을 발광하는 도펀트는 하기 식 1에 나타낸 바와 같이 삼중항 에너지(E_D(T1))와 일중항 에너지(E_D(S1))의 차이(ΔE_D)가 0.01eV 내지 0.3eV 인 화합물일 수 있다.

0.01eV ≤ ΔE_D = E_D(S1) - E_D(T1) ≤ 0.3eV <식 1>

ΔE_D 가 상기 범위에 있을 때 삼중항 상태로부터 일중항 상태로의 이동이 용이하게 일어날 수 있다.

상기 도펀트는 하기 화학식 1, 화학식 2, 화학식 3, 화학식 4로 표시되는 화합물 중 어느 하나일 수 있다.

[EDG]_m-{A_n-[EWG]_o}_p <화학식 1>

[EWG]_q-{A_r-[ EDG]_s}_t <화학식 2>

[EWG]-A-[EDG]-B-[EWG] <화학식 3>

[EDG]-A-[EWG]-B-[EDG] <화학식 4>

EDG는 전자공여그룹(electron donating group)으로서 π 오피탈에 있는 전자쌍 또는 비공유 전자쌍에 의해 전자 공여 효과를 주는 작용기를 포함할 수 있다. EDG는 예를 들어 -C=C-R, -O-R, -N(R)H, -N(R)₂, -NH₂, -OH 또는 -NH(CO)-R, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 방향족 축합환 그룹, 퓨라닐기 또는 그 유도체, 벤조퓨라닐기 또는 그 유도체, 디벤조퓨라닐기 또는 그 유도체, 티오페닐기 또는 그 유도체, 벤조티오페닐기 또는 그 유도체, 디벤조티오페닐기 또는 그 유도체, 플루오레닐기 또는 그 유도체, 스파이로플루오레닐기 또는 그 유도체, 또는 인데닐기 또는 그 유도체를 포함할 수 있다. 또한, EDG는 치환 또는 비치환된 C₁-C₂₀ 알킬기를 포함할 수 있다.

EWG는 전자회수그룹(electron withdrawing group)으로서 전기음성도가 탄소보다 큰 원소에 의해 전자를 당기는 효과를 주거나, 부분적인 양전하를 형성할 수 있는 작용기를 포함하는 그룹(group)일 수 있다. EWG는 예를 들어 -X(-F, -Cl, -Br, -I), -C(=O)H, -C(=O)-R, -C(=O)O-R, -C(=O)OH, -(C=O)Cl, -CF₃, -C=N, -S(=O)₂-OH, -S(=O)₂-O-R, -N⁺H₃, -N⁺R₃, -(N⁺=O)=O^-, 치환 또는 비치환된 N-함유 5원환 그룹, 치환 또는 비치환된 N-함유 6원환 그룹, 6원환이 융합되어 있는 치환 또는 비치환된 N-함유 5원환 그룹, 또는 6원환이 융합되어 있는 치환 또는 비치환된 N-함유 6원환 그룹 중에서 선택된 전자 수송성 그룹일 수 있다.

한편, 위에서 R은 서로 독립적으로 수소, 중수소, C₆-C₃₀ 아릴기, C₂-C₃₀ 헤테로아릴기; C₁-C₁₀ 알킬기, C₁-C₁₀ 알콕시기, C₆-C₃₀ 아릴기, C₂-C₃₀ 헤테로아릴기, C₆-C₃₀ 아릴옥시기, 또는 C₆-C₃₀ 아릴티오기로 치환된 C₆-C₃₀ 아릴기 또는 C₂-C₃₀ 헤테로아릴기일 수 있다.

A, B는 전자공여그룹과 전자회수그룹을 연결하는 연결기이며, 예를 들어 단일결합, C₁-C₃₀ 알킬렌, C₆-C₃₀ 아릴렌기일 수 있다.

m, q, o, s, p, t는 1 이상 10 이하의 정수일 수 있고, n, r은 0 또는 1 일 수 있다.

예를 들어 상기 화학식 1 내지 화학식 4 중 어느 하나로 표시되는 화합물의 구체적인 예는 다음과 같으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 호스트는 제1 호스트와 제2 호스트를 포함한다.

상기 제1 호스트 및 상기 제2 호스트의 삼중항 에너지는 하기 식 2에 나타낸 바와 같이 상기 도펀트의 삼중항 에너지보다 크거나 같다.

E_H1(T1) ≥ E_D(T1) 이고, E_H2(T1) ≥ E_D(T1) <식 2>

따라서 제1 호스트 및 제2 호스트 모두 삼중항 에너지를 도펀트의 삼중항 에너지로 전달할 수 있다.

한편, 제1 호스트 또는 제2 호스트의 적어도 하나의 삼중항 에너지가 하기 식 3에 나타낸 바와 같이 2.6eV 내지 3.1eV 의 범위를 갖는다. 예를 들어 제1 호스트의 삼중항 에너지가 2.6eV 내지 3.1eV 의 범위를 가질 수 있다. 이때 제1 호스트의 삼중항 에너지가 제2 호스트의 삼중항 에너지 보다 더 높을 수 있다. 또는 제1 호스트 또는 제2 호스트 모두의 삼중항 에너지가 2.6eV 내지 3.1eV 의 범위를 가질 수 있다. 제1 호스트의 삼중항 에너지가 제2 호스트의 삼중항 에너지 보다 더 높을 수 있다.

2.6eV < E_H1(T1) < 3.1 eV <식 3>

청색 발광 도펀트의 경우 에너지 밴드갭이 넓기 때문에 삼중항 에너지 및 일중항 에너지 레벨이 높아진다. 하지만 지연형광발광 특성을 갖는 경우, 삼중항 에너지 레벨과 일중항 에너지 레벨의 차이가 작고, 분자오비탈의 분포가 유사하기 때문에 삼중항 여기상태의 전자가 일중항 여기 상태로 에너지 역전이가 일어나게 된다. 따라서 일반적인 청색 발광 도펀트에 비해 삼중항 에너지 레벨이 높다.

<식 3>에서 호스트의 삼중항 에너지 레벨은 일반적인 청색 호스트 물질의 삼중항 에너지 레벨에 비하여 상대적으로 높은 범위에 해당한다. 따라서 제1 호스트 또는 제2 호스트의 적어도 하나의 삼중항 에너지 레벨이 상기 범위를 만족할 경우 도펀트의 삼중항 에너지 레벨과 적절한 간격을 유지할 수 있어서 발광 효율을 높일 수 있다.

한편, 식 2 및 식 3의 상기 삼중항 에너지를 만족시키는 단일 호스트의 전하 수송 및 주입 특성이 만족스러운 경우도 있으나 그렇지 않은 경우도 존재한다. 호스트의 전하 이동도가 충분히 높지 못한 경우 전하 수송 특성 저하로 인하여 발광층의 전하 균형(charge blance)이 깨져서 효율이 저하되고, 롤오프(roll-off)가 심해지는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제를 극복하기 위하여 혼합 호스트를 사용할 수 있다.

예를 들어 제2 호스트로서 상기 식 2 및 식 3을 만족시키고, 제1 호스트 보다 전하 수송 특성이 높은 물질을 사용할 수 있다. 상기 제2 호스트의 전자 이동도가 상기 제1 호스트의 전자 이동도보다 클 수 있다. 또는 상기 제2 호스트의 정공 이동도가 상기 제1 호스트의 전자 이동도보다 클 수 있다.

상기 제1 호스트 물질로서 하기 화학식 2 내지 화학식 4로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다. 선택적으로 제1 호스트와 다른 제2 호스트 물질도 하기 화학식 5 내지 화학식 7로 표시되는 화합물 중에서 선택될 수도 있다.

상기 화학식 5 내지 화학식 7 중,

L은 단일결합, C₆-C₃₀ 아릴렌기 또는 C₂-C₃₀ 헤테로아릴렌기; 중수소, 할로겐 원자, 히드록실, 시아노, 니트로, 아미노, -NQ₁Q₂(Q₁ 및 Q₂는 서로 독립적으로 C₆-C₃₀ 아릴기임), C₁-C₁₀ 알킬기, C₁-C₁₀ 알콕시기, C₆-C₃₀ 아릴기, C₂-C₃₀ 헤테로아릴기, C₆-C₃₀ 아릴옥시기, 또는 C₆-C₃₀ 아릴티오기로 치환된 C₆-C₃₀ 아릴렌기 또는 C₂-C₃₀ 헤테로아릴렌기일 수 있고,

R₄ 내지 R₉ 는 서로 독립적으로 C₆-C₃₀ 아릴기 또는 C₂-C₃₀ 헤테로아릴기; 중수소, 할로겐 원자, 히드록실, 시아노, 니트로, 아미노, -NQ₁Q₂(Q₁ 및 Q₂는 서로 독립적으로 C₆-C₃₀ 아릴기임), C₁-C₁₀ 알킬기, C₁-C₁₀ 알콕시기, C₆-C₃₀ 아릴기, C₂-C₃₀ 헤테로아릴기, C₆-C₃₀ 아릴옥시기, 또는 C₆-C₃₀ 아릴티오기로 치환된 C₆-C₃₀ 아릴기 또는 C₂-C₃₀ 헤테로아릴기일 수 있고,

s, t, u 및 v는 서로 독립적으로 0 내지 4의 정수일 수 있고,

s' 및 u'는 서로 독립적으로 0 내지 3의 정수일 수 있다.

상기 화학식 5 내지 화학식 7 중 어느 하나로 표시되는 화합물의 구체적인 예는 다음과 같으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 발광층 중 상기 도펀트의 함량은 0.01 내지 30 중량부일 수 있다. 또한, 상기 제1 호스트 대 상기 제2 호스트의 중량비가 10:90 내지 90:10 일 수 있다.

이하에서 본 구현예에 따른 발광층을 포함하는 유기 발광 소자를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 구현예를 따르는 유기 발광 소자(10)의 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, 유기 발광 소자(10)는 기판(11), 제1전극(13) 유기층(15) 및 제2전극(17)을 차례로 구비한다.

상기 기판(11)으로는 통상적인 유기 발광 소자에서 사용되는 기판을 사용할 수 있는데, 기계적 강도, 열적 안정성, 투명성, 표면 평활성, 취급용이성 및 방수성이 우수한 유리 기판 또는 투명 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.

상기 제1전극(13)은 기판 상부에 제1전극용 물질을 증착법 또는 스퍼터링법 등을 이용하여 제공함으로써 형성될 수 있다. 상기 제1전극(13)이 애노드일 경우, 정공주입이 용이하도록 제1전극용 물질은 높은 일함수를 갖는 물질 중에서 선택될 수 있다. 상기 제1전극(13)은 투과형 전극 또는 반사형 전극일 수 있다. 제1전극용 물질로는 예를 들어 투명하고 전도성이 우수한 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO) 등을 이용할 수 있다. 또는, 마그네슘(Mg), 은(Ag), 알루미늄(Al), 알루미늄:리튬(Al:Li), 칼슘(Ca), 은:산화인듐주석(Ag:ITO), 마그네슘:인듐(Mg:In) 또는 마그네슘:은(Mg:Ag) 등을 이용하여 제1전극(13)을 반사형 전극으로 형성할 수도 있다. 상기 제1전극(13)은 단일층 또는 2 이상의 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1전극(13)은 ITO/Ag/ITO의 3층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 제1전극(13) 상부로는 유기층(15)이 구비되어 있다.

상기 유기층(15)은 정공수송영역, 발광층, 전자수송영역을 포함할 수 있다.

정공수송영역은 정공주입층, 정공수송층, 전자저지층 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 전자수송영역은 전자주입층, 전자수송층, 정공저지층 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.

정공주입층(HIL)은 상기 제1전극(13) 상부에 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.

진공 증착법에 의하여 정공주입층을 형성하는 경우, 그 증착 조건은 정공주입층의 재료로서 사용하는 화합물, 목적으로 하는 정공주입층의 구조 및 열적 특성 등에 따라 다를 수 있다. 증착 조건은, 예를 들어, 증착온도 약 100 내지 약 500℃, 진공도 약 10^-8 내지 약 10^-3torr, 증착 속도 약 0.01 내지 약 100Å/sec의 범위에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

스핀 코팅법에 의하여 정공주입층을 형성하는 경우, 그 코팅 조건은 정공주입층의 재료로서 사용하는 화합물, 목적하는 하는 정공주입층의 구조 및 열적 특성에 따라 상이할 수 있다. 예를 들어, 약 2,000rpm 내지 약 5,000rpm의 코팅 속도, 코팅 후 용매 제거를 위한 열처리 온도는 약 80℃ 내지 200℃의 온도 범위에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

정공주입층 물질로는 공지된 정공주입 재료를 사용할 수 있다. 공지된 정공주입 재료로서, 예를 들어, 구리프탈로시아닌 등과 같은 프탈로시아닌 화합물, DNTPD(N,N′-diphenyl-N,N′-bis-[4-(phenyl-m-tolyl-amino)-phenyl]-biphenyl-4,4′-diamine, N,N′-디페닐-N,N′-비스-[4-(페닐-m-톨일-아미노)-페닐]-비페닐-4,4′-디아민), m-MTDATA(4,4',4''-tris(3-methylphenylphenylamino) triphenylamine, 4,4',4''-트리스(3-메틸페닐페닐아미노)트리페닐아민), TDATA(4,4'4"-Tris(N,N-diphenylamino)triphenylamine, 4,4',4''-트리스(N,N'-디페닐아미노)트리페닐아민), 2T-NATA(4,4', 4"-tris{N,-(2-naphthyl)-N-phenylamino}-triphenylamine, 4,4',4''-트리스{N,-(2-나프틸)-N-페닐아미노}-트리페닐아민), α-NPD(N,N'-bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-2,2'-dimethylbenzidine, N,N'-비스(나프탈렌-1-일)-N,N'-비스(페닐)-2,2'-디메틸벤지딘), PANI/DBSA (Polyaniline/Dodecylbenzenesulfonic acid, 폴리아닐린/도데실벤젠술폰산), PEDOT/PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/Poly(4-styrenesulfonate), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(4-스티렌술포네이트)), PANI/CSA (Polyaniline/Camphor sulfonicacid, 폴리아닐린/캠퍼술폰산) 또는 PANI/PSS (Polyaniline)/Poly(4-styrenesulfonate), 폴리아닐린)/폴리(4-스티렌술포네이트)) 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

상기 정공주입층의 두께는 약 100Å 내지 약 10,000Å, 예를 들어, 약 100Å 내지 약 1,000Å일 수 있다. 상기 정공주입층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압의 상승없이 만족스러운 정도의 정공주입 특성을 얻을 수 있다.

다음으로 상기 정공주입층 상부에 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 정공수송층(HTL)을 형성할 수 있다. 진공 증착법 및 스핀 팅법에 의하여 정공수송층을 형성하는 경우, 그 증착 조건 및 코팅조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택될 수 있다.

정공수송층 물질로는 공지된 정공수송 재료를 사용할 수 있다. 공지된 정공수송 재료로서, 예를 들어, N-페닐카바졸, 폴리비닐카바졸 등의 카바졸 유도체, TPD(N,N'-bis(3-methylphenyl)-N,N'-diphenyl-[1,1-biphenyl]-4,4'-diamine, N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1-비페닐]-4,4'-디아민) 등과 같은 트리페닐아민계 물질, NPB(N,N'-bis(naphthalen-2-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidine, N,N'- 비스(나프탈렌-1-일)-N,N'-비스(페닐)-벤지딘), α-NPD(N,N'-bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-2,2'-dimethylbenzidine, N,N'-비스(나프탈렌-1-일)-N,N'-비스(페닐)-2,2'-디메틸벤지딘), TCTA(4,4',4"-tris(N-carbazolyl)triphenylamine, 4,4',4"-트리스(N-카바졸일)트리페닐아민) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 정공수송층의 두께는 약 50Å 내지 약 1,000Å, 예를 들어 약 100Å 내지 약 800Å일 수 있다. 상기 정공수송층(14)의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 정공수송 특성을 얻을 수 있다.

또는, 정공주입층과 정공수송층 대신, 정공주입수송층을 형성할 수 있다. 상기 정공주입수송층에는 상술한 바와 같은 정공주입층 물질 및 정공수송층 물질 중에서 1 이상의 물질이 포함될 수 있으며, 상기 정공주입수송층의 두께는 약 500Å 내지 약 10,000Å, 예를 들면, 약 100Å 내지 약 1,000Å일 수 있다. 상기 정공주입수송층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압의 상승없이 만족스러운 정도의 정공주입 및 수성 특성을 얻을 수 있다.

한편, 상기 정공주입층, 정공수송층 및 정공주입수송층 중 적어도 하나의 층은 하기 화학식 100으로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 101로 표시되는 화합물 중 하나 이상을 포함할 수 있다:

<화학식 100>

<화학식 101>

상기 화학식 100 중, Ar₁₀₁ 및 Ar₁₀₂는 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C₆-C₄₀ 아릴렌기일 수 있다. 예를 들어, Ar₁₀₁ 및 Ar₁₀₂는 서로 독립적으로, 페닐렌기, 펜타레닐렌기, 인데닐렌기, 나프틸렌기, 아줄레닐렌기, 헵탈레닐렌기, 치환 또는 비치환된 아세나프틸렌기, 플루오레닐렌기, 페나레닐렌기, 페난트레닐렌기, 안트릴렌기, 플루오란테닐렌기, 트리페닐레닐렌기, 파이레닐렌기, 크라이세닐레닐렌기, 나프타세닐렌기, 피세닐렌기, 페릴레닐렌기 및 펜타세닐렌기; 및 중수소, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, C₁-C₄₀ 알킬기, C₂-C₄₀ 알케닐기, C₂-C₄₀ 알키닐기, C₁-C₄₀ 알콕시기, C₃-C₁₀ 시클로알킬기, C₃-C₁₀ 시클로알케닐기, C₃-C₁₀ 헤테로시클로알킬기, C₃-C₁₀ 헤테로시클로알케닐기, C₆-C₄₀ 아릴기, C₆-C₄₀ 아릴옥시기, C₆-C₄₀ 아릴티오기 및 C₂-C₄₀ 헤테로아릴기 중 적어도 하나로 치환된 페닐렌기, 펜타레닐렌기, 인데닐렌기, 나프틸렌기, 아줄레닐렌기, 헵탈레닐렌기, 치환 또는 비치환된 아세나프틸렌기, 플루오레닐렌기, 페나레닐렌기, 페난트레닐렌기, 안트릴렌기, 플루오란테닐렌기, 트리페닐레닐렌기, 파이레닐렌기, 크라이세닐레닐렌기, 나프타세닐렌기, 피세닐렌기, 페릴레닐렌기 및 펜타세닐렌기; 중 하나일 수 있다.

상기 화학식 100 중, 상기 a 및 b는 서로 독립적으로 0 내지 5의 정수, 또는 0, 1 또는 2일 수 있다. 예를 들어, 상기 a는 1이고, b는 0일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 화학식 100 및 101 중, R₁₀₁ 내지 R₁₂₂ 는 서로 독립적으로, 수소, 중수소, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, 치환 또는 비치환된 C₁-C₄₀ 알킬기, 치환 또는 비치환된 C₂-C₄₀ 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C₂-C₄₀ 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C₁-C₄₀ 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C₃-C₄₀ 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C₆-C₄₀ 아릴기, 치환 또는 비치환된 C₆-C₄₀ 아릴옥시기, 또는 치환 또는 비치환된 C₆-C₄₀ 아릴티오기일 수 있다.

예를 들어, 상기 R₁₀₁ 내지 R₁₀₈ 및 R₁₁₀ 내지 R₁₂₂ 는 서로 독립적으로, 수소, 중수소, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, C₁-C₁₀ 알킬기(예를 들면, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기 등), C₁-C₁₀ 알콕시기(예를 들면, 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 부톡시기, 펜톡시기 등), 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 플루오레닐기, 파이레닐기; 중수소, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염 및 인산이나 이의 염 중 하나 이상으로 치환된 C₁-C₁₀ 알킬기 및 C₁-C₁₀ 알콕시기, 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 플루오레닐기, 파이레닐기; 중 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 화학식 100 중, R₁₀₉는 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 바이페닐기, 피리딜기; 및 중수소, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, 치환 또는 비치환된 C₁-C₂₀ 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C₁-C₂₀ 알콕시기 중 하나 이상으로 치환된 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 바이페닐기 및 피리딜기; 중 하나일 수 있다.

일 구현예에 따르면, 상기 화학식 100으로 표시되는 화합물은 하기 화학식 100A로 표시될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:

<화학식 100A>

상기 화학식 100A 중, R₁₀₈, R₁₀₉, R₁₁₇ 및 R₁₁₈ 에 대한 상세한 설명은 상술한 바를 참조한다.

예를 들어, 상기 정공주입층, 정공수송층 및 정공주입수송층 중 적어도 한 층은 하기 화합물 102 내지 121 중 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:

상기 정공주입층, 정공수송층 및 정공주입수송층 중 적어도 하나는 상술한 바와 같은 공지된 정공주입 물질, 공지된 정공수송 물질 및/또는 공지된 정공주입 기능 및 정공수송 기능을 동시에 갖는 물질 외에 막의 도전성 등을 향상시키기 위하여 전하 생성 물질을 더 포함할 수 있다.

상기 전하 생성 물질은 예를 들어, p-도펀트일 수 있다. 상기 p-도펀트의 비제한적인 예로는 TCNQ(tetracyanoquinodimethane, 테트라시아노퀴논디메테인) 및 F4-TCNQ(tetra?uorotetracyanoquinodimethane, 테트라플루오로 테트라시아노 퀴노디메테인) 등과 같은 퀴논 유도체; 텅스텐 산화물 및 몰리브덴 산화물 등과 같은 금속 산화물; 및 하기 화합물 HATCN(1,4,5,8,9,11-hexaazatriphenylene-hexacarbonitrile, 1,4,5,8,9,11-헥사아자트리페닐렌 헥사카보니트릴) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 정공주입층, 상기 정공수송층 또는 상기 정공주입수송층이 상기 전하 생성 물질을 더 포함할 경우, 상기 전하 생성 물질은 상기 층들 중에 균일하게(homogeneous) 분산되거나, 또는 불균일하게(unhomogeneous) 분포될 수 있는 등 다양한 변형이 가능하다.

이어서 상기 정공수송층 또는 상기 정공주입수송층의 상부에 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 방법을 이용하여 발광층(EML)을 형성할 수 있다. 진공증착법 및 스핀코팅법에 의해 발광층을 형성하는 경우, 그 증착조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택될 수 있다.

상기 발광층은 지연형광을 발광하는 도펀트, 제1 호스트 및 제2 호스트를 포함할 수 있다.

0.01eV ≤ ΔE_D = E_D(S1) - E_D(T1) ≤ 0.3eV <식 1>

상기 도펀트로서 앞의 발광층의 구현예에서 설명한 화학식 1 내지 화학식 4 중 적어도 하나로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다.

상기 호스트는 제1 호스트와 제2 호스트를 포함한다.

E_H1(T1) ≥ E_D(T1) 이고, E_H2(T1) ≥ E_D(T1) <식 2>

2.6eV < E_H1(T1) < 3.1 eV <식 3>

상기 제1 호스트 물질로서 상기 화학식 5 내지 화학식 7 중 적어도 하나로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다. 선택적으로 제1 호스트와 다른 제2 호스트 물질도 상기 화학식 5 내지 화학식 7 중 적어도 하나로 표시되는 화합물 중에서 선택될 수도 있다.

한편, 유기 발광 소자(10)가 풀칼라 디스플레이 또는 백색 발광 디스플레이를 구성할 경우, 발광층이 개별 부화소별로 적색 발광층, 녹색 발광층 및 청색 발광층으로 패터닝되거나, 적색 발광층, 녹색 발광층 및 청색 발광층이 적층된 구조를 가질 수 있다.

이때 청색 발광층은 앞에서 설명한 바와 같은 일 구현예에 따른 발광층으로 이루어질 수 있다. 즉, 청색 발광층은 앞에서 설명한 바와 같은 지연형광 도펀트, 제1 호스트 및 제2 호스트를 포함하는 발광층으로 이루어질 수 있다.

한편, 적색 발광층 및 녹색 발광층은 공지의 호스트 및 공지의 도펀트를 포함할 수 있다.

적색 발광층 및 녹색 발광층의 호스트는 예를 들어 TPBi, TBADN, ADN, CBP, CDBP 및 TCP 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또는 상기 호스트는 하기 화학식 301로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.

<화학식 301>

Ar₃₀₁-[(L₃₀₁)_xb1-R₃₀₁]_xb2

상기 화학식 301 중, Ar₃₀₁은

나프탈렌(naphthalene), 헵탈렌(heptalene), 플루오렌(fluorenene), 스파이로-플루오렌, 벤조플루오렌, 디벤조플루오렌, 페날렌(phenalene), 페난트렌(phenanthrene), 안트라센(anthracene), 플루오란텐(fluoranthene), 트리페닐렌(triphenylene), 파이렌(pyrene), 크라이센(chrysene), 나프타센(naphthacene), 피센(picene), 페릴렌(perylene), 펜타펜(pentaphene) 및 인데노안트라센(indenoanthracene);

중수소, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산기나 이의 염, C₁-C₆₀ 알킬기, C₂-C₆₀ 알케닐기, C₂-C₆₀ 알키닐기, C₁-C₆₀ 알콕시기, C₃-C₁₀ 시클로알킬기, C₃-C₁₀ 헤테로시클로알킬기, C₃-C₁₀ 시클로알케닐기, C₃-C₁₀ 헤테로시클로알케닐기, C₆-C₆₀ 아릴기, C₆-C₆₀ 아릴옥시기, C₆-C₆₀ 아릴티오기, C₂-C₆₀ 헤테로아릴기, 1가의 C₂-C₆₀비방향족 축합다환기 및 -Si(Q₃₀₁)(Q₃₀₂)(Q₃₀₃) (상기 Q₃₀₁ 내지 Q₃₀₃은 서로 독립적으로 수소, C₁-C₆₀ 알킬기, C₂-C₆₀ 알케닐기, C₆-C₆₀ 아릴기 및 C₂-C₆₀ 헤테로아릴기 중에서 선택됨) 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된, 나프탈렌, 헵탈렌, 플루오렌, 스파이로-플루오렌, 벤조플루오렌, 디벤조플루오렌, 페날렌, 페난트렌, 안트라센, 플루오란텐, 트리페닐렌, 파이렌, 크라이센, 나프타센, 피센, 페릴렌, 펜타펜 및 인데노안트라센; 중에서 선택되고;

L₃₀₁에 대한 설명은 본 명세서 중 L₂₀₁에 대한 설명을 참조하고;

R₃₀₁은

C₁-C₂₀ 알킬기 및 C₁-C₂₀알콕시기;

중수소, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산기나 이의 염, 페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 스파이로-플루오레닐기, 벤조플루오레닐기, 디벤조플루오레닐기, 페난트레닐기, 안트라세닐기, 파이레닐기, 크라이세닐기, 피리디닐기, 피라지닐기, 피리미디닐기, 피리다지닐기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기, 퀴녹살리닐기, 퀴나졸리닐기, 카바졸일기 및 트리아지닐기 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된 C₁-C₂₀ 알킬기 및 C₁-C₂₀ 알콕시기;

페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 스파이로-플루오레닐기, 벤조플루오레닐기, 디벤조플루오레닐기, 페난트레닐기, 안트라세닐기, 파이레닐기, 크라이세닐기, 피리디닐기, 피라지닐기, 피리미디닐기, 피리다지닐기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기, 퀴녹살리닐기, 퀴나졸리닐기, 카바졸기 및 트리아지닐기; 및

중수소, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산기나 이의 염, C₁-C₂₀ 알킬기, C₁-C₂₀ 알콕시기, 페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 스파이로-플루오레닐기, 벤조플루오레닐기, 디벤조플루오레닐기, 페난트레닐기, 안트라세닐기, 파이레닐기, 크라이세닐기, 피리디닐기, 피라지닐기, 피리미디닐기, 피리다지닐기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기, 퀴녹살리닐기, 퀴나졸리닐기, 카바졸일 및 트리아지닐 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된기, 페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 스파이로-플루오레닐기, 벤조플루오레닐기, 디벤조플루오레닐기, 페난트레닐기, 안트라세닐기, 파이레닐기, 크라이세닐기, 피리디닐기, 피라지닐기, 피리미디닐기, 피리다지닐기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기, 퀴녹살리닐기, 퀴나졸리닐기, 카바졸일기 및 트리아지닐기; 중에서 선택되고;

xb1은 0, 1, 2 및 3 중에서 선택되고;

xb2는 1, 2, 3 및 4 중에서 선택된다.

예를 들어, 상기 화학식 301 중,

L₃₀₁은,

페닐렌기, 나프틸렌기, 플루오레닐렌기, 스파이로-플루오레닐렌기, 벤조플루오레닐렌기, 디벤조플루오레닐렌기, 페난트레닐렌기, 안트라세닐렌기, 파이레닐렌기 및 크라이세닐렌기; 및

중수소, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산기나 이의 염, C₁-C₂₀ 알킬기, C₁-C₂₀ 알콕시기, 페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 스파이로-플루오레닐기, 벤조플루오레닐기, 디벤조플루오레닐기, 페난트레닐기, 안트라세닐기, 파이레닐기 및 크라이세닐기 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된 페닐렌기, 나프틸렌기, 플루오레닐렌기, 스파이로-플루오레닐렌기, 벤조플루오레닐렌기, 디벤조플루오레닐렌기, 페난트레닐렌기, 안트라세닐렌기, 파이레닐렌기 및 크라이세닐렌기; 중에서 선택되고;

R₃₀₁은

C₁-C₂₀알킬 및 C₁-C₂₀알콕시;

중수소, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산기나 이의 염, 페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 스파이로-플루오레닐기, 벤조플루오레닐기, 디벤조플루오레닐기, 페난트레닐기, 안트라세닐기, 파이레닐기 및 크라이세닐기 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된, C₁-C₂₀ 알킬기 및 C₁-C₂₀ 알콕시기;

페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 스파이로-플루오레닐기, 벤조플루오레닐기, 디벤조플루오레닐기, 페난트레닐기, 안트라세닐기, 파이레닐기 및 크라이세닐기; 및

중수소, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산기나 이의 염, C₁-C₂₀ 알킬기, C₁-C₂₀ 알콕시기, 페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 스파이로-플루오레닐기, 벤조플루오레닐기, 디벤조플루오레닐기, 페난트레닐기, 안트라세닐기, 파이레닐기 및 크라이세닐기 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된 페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 스파이로-플루오레닐기, 벤조플루오레닐기, 디벤조플루오레닐기, 페난트레닐기, 안트라세닐기, 파이레닐기 및 크라이세닐기; 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 상기 호스트는 하기 화학식 301A로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다:

<화학식 301A>

상기 화학식 301A 중 치환기에 대한 설명은 본 명세서에 기재된 바를 참조한다.

상기 화학식 301로 표시되는 화합물은 하기 화합물 H1 내지 H42 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:

또는, 상기 호스트는 하기 화합물 H43 내지 H49 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:

적색 발광층 및 녹색 발광층의 도펀트로서 공지의 도펀트를 사용할 수 있다. 상기 공지의 도펀트는 형광 도펀트 및 인광 도펀트 중 적어도 하나일 수 있다. 상기 인광 도펀트는, Ir, Pt, Os, Re, Ti, Zr, Hf 또는 이들 중 2 이상의 조합을 포함한 유기 금속 착체일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 공지의 적색 도펀트로서 PtOEP(Pt(II) octaethylporphine, Pt(II) 옥타에틸포르핀), Ir(piq)₃ (tris(2-phenylisoquinoline)iridium, 트리스(2-페닐이소퀴놀린)이리듐) 또는 Btp₂Ir(acac) (bis(2-(2'-benzothienyl)-pyridinato-N,C3')iridium(acetylacetonate), 비스(2-(2'-벤조티에닐)-피리디나토-N,C3')이리듐(아세틸아세토네이트)), DCM(4-(Dicyanomethylene)-2-methyl-6-[p-(dimethylamino)styryl]-4H-pyran, 4-(디시아노메틸렌)-2-메틸-6-[p-(디메틸아미노)스티릴]-4H-피란) 또는 DCJTB(4-(Dicyanomethylene)-2-tert-butyl-6-(1,1,7,7,-tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H-pyran, 4-(디시아노메틸렌)-2-터트-부틸-6-(1,1,7,7,-테트라메틸주로리딜-9-에닐)-4H-피란)를 포함하는 하기의 화합물들을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 공지의 녹색 도펀트로서, Ir(ppy)₃(tris(2-phenylpyridine) iridium, 트리스(2-페닐피리딘) 이리듐), Ir(ppy)₂(acac) (Bis(2-phenylpyridine)(Acetylacetonato)iridium(III), 비스(2-페닐피리딘)(아세틸아세토) 이리듐(III)), Ir(mppy)₃ (tris(2-(4-tolyl)phenylpiridine)iridium, 트리스(2-(4-톨일)페닐피리딘) 이리듐), C545T (10-(2-benzothiazolyl)-1,1,7,7-tetramethyl-2,3,6,7-tetrahydro-1H,5H,11H-[1]benzopyrano [6,7,8-ij]-quinolizin-11-one, 10-(2-벤조티아졸일)-1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7,-테트라하이드로-1H,5H,11H-[1]벤조피라노 [6,7,8-ij]-퀴놀리진-11-온) 등을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 발광층 중 도펀트의 함량은 통상적으로 호스트 약 100 중량부에 대하여, 약 0.01 내지 약 15 중량부의 범위에서 선택될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 발광층의 두께는 약 100Å 내지 약 1,000Å, 예를 들면 약 200Å 내지 약 600Å일 수 있다. 상기 발광층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 우수한 발광 특성을 나타낼 수 있다.

여기자 또는 정공이 전자수송층으로 확산되는 현상을 방지하기 위하여, 상기 정공수송층과 발광층 사이에 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 방법을 이용하여 정공저지층(HBL)을 형성할 수 있다. 진공증착법 및 스핀코팅법에 의해 정공저지층을 형성하는 경우, 그 조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 될 수 있다. 공지의 정공 저지 재료도 사용할 수 있는데, 이의 예로는 옥사디아졸 유도체나 트리아졸 유도체, 페난트롤린 유도체 등을 들 수 있다. 예를 들어, BCP(2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline, 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린)를 정공저지층의 재료로서 사용할 수 있다.

상기 정공저지층의 두께는 약 50Å 내지 약 1,000Å, 예를 들어 약 100Å 내지 약 300Å일 수 있다. 상기 정공저지층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 우수한 정공 저지 특성을 얻을 수 있다.

다음으로 전자수송층(ETL)을 진공증착법, 또는 스핀코팅법, 캐스트법 등의 다양한 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 진공증착법 및 스핀코팅법에 의해 전자수송층을 형성하는 경우, 그 조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택될 수 있다. 상기 전자수송층 재료로는 전자주입전극(Cathode)로부터 주입된 전자를 안정하게 수송하는 기능을 하는 것으로서 공지의 전자수송 물질을 이용할 수 있다.

공지의 전자수송 물질의 예로는 퀴놀린 유도체, 특히 Alq₃, BCP(2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline, 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린), Bphen(4,7-Diphenyl-1,10-phenanthroline, 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린), TAZ(3-(4-Biphenylyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole, 3-(4-비페닐릴)-4-페닐-5-터트-부틸페닐-1,2,4-트리아졸), NTAZ(4-(Naphthalen-1-yl)-3,5-diphenyl-4H-1,2,4-triazole, 4-(나프탈렌-1-일)-3,5-디페닐-4H-1,2,4-트리아졸), tBu-PBD(2-(4-Biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole, 2-(4-비페닐릴)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸), BAlq(하기 화학식 참조), Bebq₂(beryllium bis(benzoquinolin-10-olate, 베릴륨 비스(벤조퀴놀리-10-노에이트)), ADN(9,10-di(naphthalene-2-yl)anthrascene, 9,10-디(나프탈렌-2-일)안트라센), 화합물 501, 화합물 502 등과 같은 공지의 재료를 사용할 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 전자수송층의 두께는 약 100Å 내지 약 1,000Å, 예를 들어 약 150Å 내지 약 500Å일 수 있다. 상기 전자수송층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 전자수송 특성을 얻을 수 있다.

또는, 상기 전자수송층은 전자수송성 유기 화합물 및 금속-함유 물질을 포함할 수 있다. 상기 금속-함유 물질은 Li 착체를 포함할 수 있다. 상기 Li 착체의 비제한적인 예로는, 리튬 퀴놀레이트(LiQ) 또는 하기 화합물 503 등을 들 수 있다:

또한 전자수송층 상부에 음극으로부터 전자의 주입을 용이하게 하는 기능을 가지는 물질인 전자주입층(EIL)이 적층될 수 있으며 이는 특별히 재료를 제한하지 않는다.

상기 전자주입층 형성 재료로는 LiF, NaCl, CsF, Li₂O, BaO 등과 같은 전자주입층 형성 재료로서 공지된 임의의 물질을 이용할 수 있다. 상기 전자주입층의 증착조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택될 수 있다.

상기 전자주입층의 두께는 약 1Å 내지 약 100Å, 약 3Å 내지 약 90Å일 수 있다. 상기 전자주입층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 전자주입 특성을 얻을 수 있다.

이와 같은 유기층(15) 상부로는 제2전극(17)이 구비되어 있다. 상기 제2전극은 전자주입전극인 캐소드(cathode)일 수 있는데, 이 때, 상기 제2전극 형성용 금속으로는 낮은 일함수를 가지는 금속, 합금, 전기전도성 화합물 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 구체적인 예로서는 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag)등을 박막으로 형성하여 투과형 전극을 얻을 수 있다. 한편, 전면 발광 소자를 얻기 위하여 ITO, IZO를 이용한 투과형 전극을 형성할 수 있는 등 다양한 변형이 가능하다.

본 명세서 중, C₁-C₂₀ 알킬기(또는 C₁-C₂₀ 알킬기)의 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, 이소부틸, sec-부틸, 펜틸, iso-아밀, 헥실 등과 같은 탄소수 1 내지 20의 선형 또는 분지형 알킬기를 들 수 있다.

본 명세서 중, C₁-C₂₀ 알콕시기는 -OA(단, A는 상술한 바와 같은 비치환된 C₁-C₂₀ 알킬기임)의 화학식을 가지며, 이의 구체적인 예로서, 메톡시, 에톡시, 이소프로필옥시 등이 있다.

본 명세서 중 C₆-C₃₀ 아릴기는 하나 이상의 방향족 고리를 포함하는 탄소 원자수 6 내지 30개의 카보사이클릭 방향족 시스템을 갖는 1가(monovalent) 그룹을 의미하며, C₆-C₃₀ 아릴렌기는 하나 이상의 방향족 고리를 포함하는 탄소 원자수 6 내지 30개의 카보사이클릭 방향족 시스템을 갖는 2가(divalent) 그룹을 의미한다. 상기 아릴기 및 아릴렌기가 2 이상의 고리를 포함할 경우 2 이상의 고리들은 서로 융합될 수도 있다.

상기 C₆-C₃₀ 아릴기의 예로는 페닐기, C₁-C₁₀ 알킬페닐기(예를 들면, 에틸페닐기), C₁-C₁₀ 알킬비페닐기(예를 들면, 에틸비페닐기), 할로페닐기(예를 들면, o-, m- 및 p-플루오로페닐기, 디클로로페닐기), 디시아노페닐기, 트리플루오로메톡시페닐기, o-, m-, 및 p-토릴기, o-, m- 및 p-쿠메닐기, 메시틸기, 페녹시페닐기, (α,α-디메틸벤젠)페닐기, (N,N'-디메틸)아미노페닐기, (N,N'-디페닐)아미노페닐기, 펜타레닐기, 인데닐기, 나프틸기, 할로나프틸기(예를 들면, 플루오로나프틸기), C₁-C₁₀ 알킬나프틸기(예를 들면, 메틸나프틸기), C₁-C₁₀ 알콕시나프틸기(예를 들면, 메톡시나프틸기), 안트라세닐기, 아즈레닐기, 헵타레닐기, 아세나프틸레닐기, 페나레닐기, 플루오레닐기, 안트라퀴놀일기, 메틸안트릴기, 페난트릴기, 트리페닐레닐기, 피레닐기, 크리세닐기, 에틸-크리세닐기, 피세닐기, 페릴레닐기, 클로로페릴레닐기, 펜타페닐기, 펜타세닐기, 테트라페닐레닐기, 헥사페닐기, 헥사세닐기, 루비세닐기, 코로네릴기, 트리나프틸레닐기, 헵타페닐기, 헵타세닐기, 피란트레닐기, 오바레닐기 등을 들 수 있다.

본 명세서 중, C₂-C₃₀ 헤테로아릴기는 N, O, P 또는 S 중에서 선택된 1 개 이상의 헤테로원자를 포함하고 나머지 고리원자가 C인 하나 이상의 방향족 고리로 이루어진 시스템을 갖는 1가 그룹을 의미하고, C₂-C₃₀ 헤테로아릴렌기는 N, O, P 또는 S 중에서 선택된 1 개 이상의 헤테로원자를 포함하고 나머지 고리원자가 C인 하나 이상의 방향족 고리로 이루어진 시스템을 갖는 2가 그룹을 의미한다. 여기서, 상기 헤테로아릴기 및 헤테로아릴렌기가 2 이상의 고리를 포함할 경우, 2 이상의 고리는 서로 융합될 수도 있다.

상기 C₂-C₃₀ 헤테로아릴기의 예에는, 피라졸일기, 이미다졸일기, 옥사졸일기, 티아졸일기, 트리아졸일기, 테트라졸일기, 옥사디아졸일기, 피리디닐기, 피리다지닐기, 피리미디닐기, 트리아지닐기, 카바졸일기, 인돌일기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기, 벤조이미다졸일기, 이미다조피리디닐기, 이미다조피리미디닐기 등을 들 수 있다.

상기 C₆-C₃₀ 아릴옥시기는 -OA₂ (여기서, A₂는 상기 치환 또는 비치환된 C₆-C₃₀ 아릴기임)를 가리키고, 상기 C₆-C₃₀ 아릴티오기는 -SA₃ (여기서, A₃는 상기 치환 또는 비치환된 C₆-C₃₀ 아릴기임)를 가리킨다.

상기 화학식 5 내지 화학식 7 을 갖는 화합물들은 공지의 유기 합성 방법을 이용하여 합성될 수 있다.

이하에서 실시예를 들어 본 발명의 일 구현예를 따르는 유기 발광 소자에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. 실시예에서 사용한 화합물을 표 1에 나타내었다.

H1
H2
H3
H4
H5
H6
H7
D1
D2

상기 H1 내지 H7의 화합물의 삼중항 에너지 레벨을 표 2에 나타내었다.

화합물	삼중항 에너지레벨
H1	2.58
H2	2.57
H3	2.47
H4	2.91
H5	2.92
H6	3.02
H7	3.01

실시예 1

애노드로는 코닝사(Corning)의 15Ω/㎠ (1200Å) ITO 유리 기판을 50㎜×50㎜×0.5㎜ 크기로 잘라 아세톤, 이소프로필 알코올과 순수를 이용하여 각각 15분 동안 초음파 세정한 후 30분간 자외선 오존 세정하여 사용하였다. 상기 ITO 유리 기판 상부에, a-NPD를 진공 증착하여 600Å 두께의 정공주입층을 형성한 다음, 상기 정공주입층 상부에 TAPC를 진공 증착하여 300Å 두께의 정공수송층을 형성하였다. 상기 정공수송층 상부에 호스트로서 90:10 중량비(화합물 H5:화합물 H1)의 화합물 H5 와 화합물 H1, 및 청색 도펀트로서 D1의 화합물을 94:6 중량비(호스트:도펀트)로 공증착하여 300Å의 두께로 발광층을 형성하였다. 상기 발광층 상부에 TPBi를 진공 증착하여 300Å 두께의 전자수송층을 형성하였다. 상기 전자수송층 상부에 LiF를 진공 증착하여 10Å 두께의 전자주입층을 형성한 다음, Al을 진공 증착하여 2,000Å 두께의 캐소드를 형성함으로써 유기 발광 소자를 완성하였다.

실시예 2

발광층의 호스트로서 90:10 중량비의 화합물 H5와 화합물 H1 대신 90:10 중량비(화합물 H6:화합물 H3)의 화합물 H6과 화합물 H3을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 유기 발광 소자를 완성하였다.

실시예 3

발광층의 호스트로서 90:10 중량비의 화합물 H5 와 화합물 H1 대신 90:10 중량비(화합물 H6:화합물 H7)의 화합물 H6과 화합물 H7을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 유기 발광 소자를 완성하였다.

실시예 4

발광층의 호스트로서 90:10 중량비의 화합물 H5 와 화합물 H1 대신 70:30 중량비(화합물 H4:화합물 H5)의 화합물 H4와 화합물 H5를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 유기 발광 소자를 완성하였다.

실시예 5

발광층의 도펀트로서 D1 대신 D2를 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법을 이용하여 유기발광 소자를 완성하였다.

실시예 6

발광층의 도펀트로서 D1 대신 D2를 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법을 이용하여 유기발광 소자를 완성하였다.

실시예 7

발광층의 도펀트로서 D1 대신 D2를 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법을 이용하여 유기발광 소자를 완성하였다.

비교예 1

발광층의 호스트로서 90:10 중량비(화합물 H5:화합물 H1)의 화합물 H5 와 화합물 H1 대신 화합물 H1을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 유기 발광 소자를 완성하였다.

비교예 2

발광층의 도펀트로서 화합물 D1 대신 화합물 D2를 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법을 이용하여 유기 발광 소자를 완성하였다.

비교예 3

발광층의 호스트로서 화합물 H1 대신 화합물 H4를 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법을 이용하여 유기 발광 소자를 완성하였다.

비교예 4

발광층의 도펀트로서 화합물 D1 대신 화합물 D2를 사용하고, 발광층의 호스트로서 화합물 H1 대신 화합물 H4를 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법을 이용하여 유기 발광 소자를 완성하였다.

평가예

실시예 1 내지 실시예 7과 비교예 1 내지 비교예 4의 유기 발광 소자의 외부 양자 효율을 0.1mA/cm² 의 전류 밀도와 10mA/cm² 의 전류 밀도에서 평가하였다. 그 결과는 하기 표 3과 같다:

소자	호스트	도펀트	EQE(0.1mA/cm²)	EQE(10mA/cm²)
실시예1	H5:H1 (90:10)	D1	5.1%	4.9%
실시예2	H6:H3 (90:10)	D1	4.8%	4.1%
실시예3	H6:H7 (90:10)	D1	5.2%	4.8%
실시예4	H4:H5 (70:30)	D1	4.8%	3.7%
실시예5	H6:H3 (90:10)	D2	11.5%	7.0%
실시예6	H6:H7 (90:10)	D2	13.2%	10.9%
실시예7	H4:H5 (70:30)	D2	12.2%	10.2%
비교예1	H1	D1	2.1%	1.3%
비교예2	H1	D2	4.2%	2.0%
비교예3	H4	D1	4.8%	3.5%
비교예4	H4	D2	12%	4.7%

실시예 1 내지 실시예 7의 유기 발광 소자의 외부 양자 효율이 0.1mA/cm²의 전류 밀도와 10mA/cm²의 전류 밀도 모두에서 비교예 1 내지 비교예 4의 유기 발광 소자보다 우수한 것으로 나타났다. 또한, 실시예 1 내지 실시예 7의 유기 발광 소자의 10mA/cm²의 전류 밀도에서의 외부 양자 효율이 0.1mA/cm²의 전류 밀도에서의 외부 양자 효율과 유사한 것으로 나타난다. 이것으로부터 실시예 1 내지 실시예 7의 유기 발광 소자의 롤 오프(roll-off) 현상이 비교예 1 내지 비교예 4의 유기 발광 소자에 비하여 감소된 것을 알 수 있다.

본 발명에 대하여 상기 실시예를 참조하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명에 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사항에 의하여 정해져야 할 것이다.

10: 유기 발광 소자 11: 기판
13: 제1전극 15: 유기층
17: 제2전극

Claims

제1 전극;
상기 제1 전극에 대향하는 제2 전극; 및
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재되고, 도펀트, 제1 호스트 및 제2 호스트를 포함하는 발광층을 포함하되,
상기 도펀트는 지연형광을 발광하는 물질이고,
상기 제1 호스트의 삼중항 에너지, E_H1(T1) 및 상기 제2 호스트의 삼중항 에너지, E_H2(T1)가 상기 도펀트의 삼중항 에너지, E_D(T1) 보다 크거나 같고,
상기 제1 호스트의 삼중항 에너지, E_H1(T1)가 2.6eV 내지 3.1eV 의 범위인 유기 발광 소자.
제1 항에 있어서,
상기 도펀트의 삼중항 에너지와 일중항 에너지의 갭이 0.01 eV 내지 0.3 eV 이하 인 유기 발광 소자.
제1 항에 있어서,
상기 제1 호스트의 삼중항 에너지가 상기 제2 호스트의 삼중항 에너지 보다 큰 유기 발광 소자.
제3 항에 있어서,
상기 제2 호스트의 전자 이동도가 상기 제1 호스트의 전자 이동도보다 큰 유기 발광 소자.
제3 항에 있어서,
상기 제2 호스트의 정공 이동도가 상기 제1 호스트의 전자 이동도보다 큰 유기 발광 소자.
제1 항에 있어서,
상기 발광층 중 상기 도펀트의 함량은 0.01 내지 30 중량부인 유기 발광 소자.
제3 항에 있어서,
상기 제1 호스트 대 상기 제2 호스트의 중량비가 10:90 내지 90:10 인 유기 발광 소자.
제1 항에 있어서,
상기 발광층은 청색을 발광하는 유기 발광 소자.
제1 항에 있어서,
상기 제1 전극과 상기 발광층 사이에 정공 수송 영역을 더 포함하는 유기 발광 소자.
제1 항에 있어서,
상기 제2 전극과 상기 발광층 사이에 전자 수송 영역을 더 포함하는 유기 발광 소자.
제9 항에 있어서,
상기 정공 수송 영역이 전자 저지층, 정공 수송층 및 정공 주입층 중 적어도 하나를 포함하는 유기 발광 소자.
제10 항에 있어서,
상기 전자 수송 영역이 정공 저지층, 전자 수송층 및 전자 주입층 중 적어도 하나를 포함하는 유기 발광 소자.
제1 항에 있어서,
상기 제1 전극은 애노드이고, 상기 제2 전극은 캐소드인 유기 발광 소자.