KR20130070201A - 다층 구조의 정공수송층을 포함하는 유기 발광 소자 및 이를 포함하는 평판 표시 장치 - Google Patents

다층 구조의 정공수송층을 포함하는 유기 발광 소자 및 이를 포함하는 평판 표시 장치 Download PDF

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Abstract

제1전극; 상기 제1전극에 대향된 제2전극; 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 개재된 발광층; 상기 발광층과 상기 제1전극 사이에 개재되고 제1화합물 및 제1전하생성물질을 포함하는 제1전하생성층; 상기 발광층과 상기 제1전하생성층 사이에 개재되고 제2화합물을 포함하는 제1층; 상기 발광층과 상기 제1층 사이에 개재되고 제3화합물 및 제2전하생성물질을 포함하는 제2전하생성층; 상기 발광층과 상기 제2전하생성층 사이에 개재되고 제4화합물을 포함하는 제2층; 상기 발광층과 상기 제2층 사이에 개재된 버퍼층;을 포함하고,
상기 제1화합물 및 상기 제3화합물은 서로 독립적으로 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하고, 상기 제2화합물 및 상기 제4화합물은 서로 독립적으로 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 발광 소자가 제공된다:
<화학식 1>
Figure pat00075

<화학식 2>
Figure pat00076

상기 화학식 1 및 2 중, Ar1 내지 Ar3, a 내지 d, R1 내지 R5, R11 내지 R23; Ar11 및 Ar12, e 및 f, R51 내지 R59, 및 R61 내지 R69는 발명의 상세한 설명을 참조한다.

Description

다층 구조의 정공수송층을 포함하는 유기 발광 소자 및 이를 포함하는 평판 표시 장치{Organic light-emitting diode comprising multi-layered hole transporting layer, and flat display device including the same}
다층 구조의 정공수송층을 포함하는 유기 발광 소자 및 이를 포함하는 평판 표시 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 서로 다른 에너지 레벨을 가지는 정공수송 재료와 전하생성물질을 사용하여 형성된 다수 개의 층으로 구성된 정공수송층을 구비하는 유기 발광 소자, 및 상기 유기 발광 소자를 포함하는 평판 표시 장치에 관한 것이다.
유기 발광 소자(organic light emitting diode)는 자발광형 소자로서 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라, 응답시간이 빠르며, 휘도, 구동전압 및 응답속도 특성이 우수하고 다색화가 가능하다는 장점을 가지고 있어 널리 주목 받고 있다.
일반적인 유기 발광 소자는 기판 상부에 애노드가 형성되어 있고, 애노드 상부에 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 캐소드가 순차적으로 형성되어 있는 구조를 가질 수 있다. 여기에서 정공수송층, 발광층 및 전자수송층은 유기화합물로 이루어진 유기 박막층들이다. 애노드 및 캐소드 간에 전압을 인가하면, 애노드로부터 주입된 정공은 정공수송층을 경유하여 발광층으로 이동하고, 캐소드로부터 주입된 전자는 전자수송층을 경유하여 발광층으로 이동한다. 정공 및 전자와 같은 캐리어들은 발광층 영역에서 재결합하여 엑시톤(exciton)을 생성하고 이 엑시톤이 여기 상태에서 기저상태로 변하면서 광이 생성된다.
정공수송층에 사용되는 정공수송 재료는 일반적으로 정공주입 기능 또는 정공수송 기능이 우수하여 소자의 구동 전압을 감소시켜 준다. 그러나, 정공수송층에 정공 이동도가 높은 정공수송 재료를 사용하면 소자의 구동 전압 감소는 크지만 전하가 과다하게 주입되어 소자의 효율과 수명은 저하되는 현상이 나타난다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 많은 시도가 있었다.
대한민국 공개특허 제2010-0043994호에는 기판상에 형성되는 애노드 전극과 캐소드 전극을 포함하는 유기발광다이오드에 있어서 순차로 형성되는 P-type 도펀트가 도핑된 제1 정공수송층(P-HTL)과 제2 정공수송층(HTL); 상기 제2 정공수송층상에 형성되는 적어도 1이상의 발광층(EML); 상기 발광층(EML)상에 순차로 형성되는 제1 전자수송층(ETL)과 N-type 도펀트가 도핑된 제2 전자수송층(N-ETL)을 포함하여 이루어지되, 상기 발광층(EML)의 구조를 양자우물구조로 형성하는 유기발광다이오드가 개시되어 있다. 이 유기발광다이오드는 PIN 구조의 인광 유기발광다이오드로서, P타입 및 N타입 도펀트가 주입된 유기박막층을 포함하는 유기물층과 발광층에서 발광층을 양자우물구조로 형성하여 에너지 장벽을 낮추어 재결합된 엑시톤을 발광층 안에 가두어 발광 특성을 향상시킨 것이다. 그러나, 이러한 PIN 구조의 인광 유기발광다이오드는 유기물의 열적 안정성이 상대적으로 감소되기 때문에 유기발광다이오드의 수명이 반감될 수 있다. 또한 PIN 구조의 인광 유기발광다이오드는 일반적인 무기물 반도체처럼 결정성을 가지고 있지 않으므로 전류 제어의 재현성에 문제가 있을 수 있다.
국제 공개특허 WO 2009/069434에는 양극과 음극 사이에, 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층이 설치되어 있는 유기EL소자에 있어서 유기EL소자의 정공주입층은 전자 수용성 불순물이 정공주입층 재료에 도핑된 것이고 정공주입층의 정공주입층 재료의 이온화 포텐셜(Ip(HIL)), 정공수송층 재료의 이온화 포텐셜(Ip(HTL)), 발광층 재료의 이온화 포텐셜(Ip(EML))의 각각이 Ip(EML)>Ip(HTL)≥Ip(HIL)≥Ip(EML)-0.4eV의 관계를 만족시키는 유기EL소자가 개시되어 있다. 이 유기EL소자는 정공주입층이 트리아릴아민 부분 구조, 카르바졸 부분 구조, 옥사디아졸 부분 구조를 가지는 재료 등에 전자수용성 도펀트를 첨가(p형 도핑)한 것이어서 발광층에 대한 정공주입성을 개선되고 유기EL소자의 발광 효율이 유지 또는 향상되면서 구동전압이 저하되는 효과를 가진다. 그러나, 이렇게 정공주입층에 p형 도펀트를 함유하는 유기EL소자는 과도한 정공의 주입으로 인하여 소자의 수명 및 효율이 감소될 수 있다.
일본 공개특허 제2005-166641호에는 양극전극층; 상기 양극전극층에 대향되는 음극전극층; 및 상기 양극전극층과 상기 음극전극층 사이에 위치되는 유기화합물을 포함하는 발광층을 포함하며 상기 발광층에서의 유기화합물의 여기상태는 상기 양극전극층으로부터 홀을 주입하고 상기 음극전극층으로부터 전자를 주입시 발생되어 상기 유기전계발광소자에서 발광을 일으키며 전자수용성물질이 상기 양극전극층과 상기 음극전극층 사이에 위치되고 상기 양극전극층으로부터 주입된 홀들을 전송할 수 있는 적어도 하나의 홀전송층에 제공되고 상기 전자수용성물질은 상기 양극전극층에 인접하지 않는 부분에 위치되는 유기EL소자가 개시되어 있다. 이 유기EL소자는 양극전극층에 인접한 2이상의 층으로 구성된 홀전송층 및 홀전송층을 구성하는 홀전송성분자와 전자수용성물질층 및 전자수용성물질층을 구성하는 전자수용성물질들의 조합을 가지는 것을 특징으로 하며, 구체적으로 기판/양극전극층/제1홀전송층/제1홀전송성분자 및 전자수용성물질의 혼합층/제2홀전송성분자 및 전자수용성물질의 혼합층/제2홀전송층/발광층을 포함한 유기구조체/음극전극층의 구조를 가질 수 있다. 그러나, 이러한 제1홀전송층/p-도핑 제1홀전송층/p-도핑 제2홀전송층/제2홀전송층 구조를 가지는 유기EL소자는 발광층 내에 형성되는 전하의 밸런스를 조절하기가 쉽지 않다.
대한민국 공개특허 제2010-0043994호 국제 공개특허 WO 2009/069434 일본 공개특허 제2005-166641호
제1전하생성층, 제1층, 제2전하생성층 및 제2층을 포함하는 다층 구조의 정공 수송층을 구비하여 정공 및 전자의 주입 및 흐름이 균형을 이룸으로써 우수한 발광 효율 및 수명 특성을 가지는 유기 발광 소자를 제공하고자 한다.
한 측면에 따라, 제1전극; 상기 제1전극에 대향된 제2전극; 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 개재된 발광층; 상기 발광층과 상기 제1전극 사이에 개재되고 제1화합물 및 제1전하생성물질을 포함하는 제1전하생성층; 상기 발광층과 상기 제1전하생성층 사이에 개재되고 제2화합물을 포함하는 제1층; 상기 발광층과 상기 제1층 사이에 개재되고 제3화합물 및 제2전하생성물질을 포함하는 제2전하생성층; 상기 발광층과 상기 제2전하생성층 사이에 개재되고 제4화합물을 포함하는 제2층; 상기 발광층과 상기 제2층 사이에 개재된 버퍼층;을 포함하고,
상기 제1화합물 및 상기 제3화합물은 서로 독립적으로 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하고, 상기 제2화합물 및 상기 제4화합물은 서로 독립적으로 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 발광 소자가 제공된다:
<화학식 1>
Figure pat00001
상기 화학식 1 중, Ar11 및 Ar12는 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴렌기이고; e 및 f는 서로 독립적으로 0 내지 5의 정수 중 하나이고; R51 내지 R58 및 R61 내지 R69는 서로 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, 치환 또는 비치환된 C1-C60알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C60알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C60시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴옥시기, 및 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴티오기 중 1종이고, R59는 페닐기; 나프틸기; 안트릴기; 비페닐기; 피리딜기; 및 중수소 원자, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, 치환 또는 비치환된 C1-C20알킬기, 및 치환 또는 비치환된 C1-C20알콕시기 중 적어도 1종으로 치환된 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 비페닐기 및 피리딜기 중 1종이다.
<화학식 2>
Figure pat00002
상기 화학식 2 중, Ar1 내지 Ar3는 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴렌기이고; a 및 b는 서로 독립적으로 0 내지 5의 정수 중 하나이고; c는 1 내지 5의 정수 중 하나이고; R1 내지 R5는 서로 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, 치환 또는 비치환된 C1-C60알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C60알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C60시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴티오기, -Si(R31)(R32)(R33), -N(R34)(R35), 및 질소원자함유 그룹 중 1종이며, 상기 R1 내지 R5 중 적어도 1종은 질소원자함유 그룹이고; d는 0 내지 5의 정수 중 하나이고; R11 내지 R23은 서로 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, 치환 또는 비치환된 C1-C60알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C60알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C60시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴티오기, -Si(R36)(R37)(R38), 및 -N(R39)(R40) 중 1종이고; 상기 R31 내지 R40은 서로 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, 치환 또는 비치환된 C1-C60알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C60알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C60시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴티오기, 및 치환 또는 비치환된 C2-C60헤테로아릴기 중 적어도 1종이고; 상기 질소원자함유 그룹은 적어도 하나의 질소를 고리 원자(ring atom)로서 포함한 5원(5-membered) 방향족 고리 그룹, 6원(6-membered) 방향족 고리 그룹, 또는 5원 방향족 그룹과 6원 방향족 그룹이 융합된(fused) 9원(9-membered) 방향족 고리 그룹이다.
상기 제2화합물의 최고 점유 분자 궤도(HOMO; highest occupied molecular orbital) 에너지 준위는 상기 제1화합물의 HOMO 에너지 준위보다 0.1eV 내지 0.2eV 낮을 수 있고, 상기 제2화합물의 최저 비점유 분자 궤도(LUMO; lowest unoccupied molecular orbital) 에너지 준위는 상기 제1화합물의 LUMO 에너지 준위보다 0.1eV 내지 0.2eV 낮을 수 있다.
상기 제1화합물의 정공 이동도는 상기 제2화합물의 정공 이동도보다 높을 수 있다.
상기 제1화합물 및 상기 제3화합물은 서로 독립적으로 하기 화학식 1A로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다:
<화학식 1A>
Figure pat00003
상기 화학식 1A 중, R51, R59, R61 및 R62는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
상기 제1화합물 및 상기 제3화합물은 서로 독립적으로 하기 화합물 301을 포함할 수 있다:
<화합물 301>
Figure pat00004
.
상기 제2화합물 및 상기 제4화합물은 서로 독립적으로 하기 화학식 2A 내지 2K로 표시되는 화합물 중 적어도 1종을 포함할 수 있다:
<화학식 2A> <화학식 2B>
Figure pat00005
Figure pat00006
<화학식 2C> <화학식 2D>
Figure pat00007
Figure pat00008
<화학식 2E> <화학식 2F>
Figure pat00009
Figure pat00010
<화학식 2G> <화학식 2H>
Figure pat00011
Figure pat00012
<화학식 2I> <화학식 2J>
Figure pat00013
Figure pat00014
<화학식 2K>
Figure pat00015
상기 화학식 2A 내지 2K 중, Ar1 및 Ar2는 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴렌기이고; a 및 b는 서로 독립적으로 0 내지 5의 정수 중 하나이고; R1a, R1b 및 R3는 서로 독립적으로 질소원자함유 그룹이고; R11, R19 및 R20은 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1-C60알킬기, 및 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴기 중 1종이고; Z1 내지 Z4는 서로 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, 치환 또는 비치환된 C1-C60알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C60알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C60시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴싸이오기, -Si(Q1)(Q2)(Q3) 및 -N(Q4)(Q5) 중 1종이며, x 또는 y가 2 이상인 경우 복수의 Z1 또는 Z2는 각각 동일하거나 상이할 수 있고; Q1 내지 Q5는 서로 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, 치환 또는 비치환된 C1-C60알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C60알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C60시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴싸이오기, 및 치환 또는 비치환된 C2-C60헤테로아릴기 중 1종이고; x는 1 내지 8의 정수 중 하나이고; y는 1 내지 3의 정수 중 하나이다.
상기 제1전하생성물질 및 상기 제2전하생성물질은 서로 독립적으로 하기 화합물 501 및 502 중 적어도 1종을 포함할 수 있다:
<화합물 501> <화합물 502>
Figure pat00016
Figure pat00017
.
상기 제1화합물과 상기 제3화합물은 서로 동일한 화합물일 수 있다.
상기 제2화합물과 상기 제4화합물은 서로 동일한 화합물일 수 있다.
상기 제1층 및 상기 제2층의 두께는 서로 독립적으로 40 내지 60㎚일 수 있다.
상기 제1전하생성물질의 함량은 상기 제1전하생성층 100 중량부 기준으로 1 내지 3 중량부일 수 있다.
상기 제2전하생성물질의 함량은 상기 제2전하생성층 100 중량부 기준으로 1 내지 3 중량부일 수 있다.
상기 제1전하생성층 및 상기 제2전하생성층의 두께는 서로 독립적으로 10 내지 20㎚일 수 있다.
상기 버퍼층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
상기 버퍼층의 두께는 0.1 내지 30㎚일 수 있다.
상기 제1층과 상기 제1전하생성층은 서로 접촉할 수 있다.
상기 제2층과 상기 제2전하생성층은 서로 접촉할 수 있다.
상기 유기 발광 소자는 상기 발광층과 상기 제2전극 사이에 개재되는 정공 저지층, 전자수송층, 전자주입층, 및 전자수송 기능과 전자주입 기능을 동시에 갖는 기능층 중 적어도 1종을 포함할 수 있다.
다른 한 측면에 따라, 소스, 드레인, 게이트 및 활성층을 포함한 트랜지스터 및 상기 유기 발광 소자를 구비하고, 상기 유기 발광 소자의 제1전극이 상기 소스 및 드레인 중 하나와 전기적으로 연결된 평판 표시 장치가 제공된다.
상기 유기 발광 소자는 전하 밸런스가 향상되어 소자의 안정성이 개선되고 발광 효율과 수명이 우수하다.
상기 유기 발광 소자는 녹색 및 적색 발광 소자의 특성은 종래의 수준을 그대로 유지하면서 특히 청색 발광 소자의 수명이 크게 향상될 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 유기 발광 소자의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 일 구현예에 따른 유기 발광 소자의 에너지 레벨을 나타낸 것이다.
도 3은 실시예 1~3 및 비교예 1~3에 따른 유기 발광 소자의 구동 전압과 전류 밀도의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 1~3 및 비교예 1~3에 따른 유기 발광 소자의 수명 특성을 나타낸 그래프이다.
도 1은 일 구현예에 따른 유기 발광 소자(100)의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
유기 발광 소자(100)는 제1전극(120); 상기 제1전극(120)에 대향된 제2전극(190); 상기 제1전극(120)과 상기 제2전극(190) 사이에 개재된 발광층(160); 상기 발광층(160)과 상기 제1전극(120) 사이에 개재되고 제1화합물 및 제1전하생성물질을 포함하는 제1전하생성층(141); 상기 발광층(160)과 상기 제1전하생성층(141) 사이에 개재되고 제2화합물을 포함하는 제1층(142); 상기 발광층(160)과 상기 제1층(142) 사이에 개재되고 제3화합물 및 제2전하생성물질을 포함하는 제2전하생성층(143); 상기 발광층(160)과 상기 제2전하생성층(143) 사이에 개재되고 제4화합물을 포함하는 제2층(144); 상기 발광층(160)과 상기 제2층(144) 사이에 개재된 버퍼층(150)을 포함한다.
예를 들면, 유기 발광 소자(100)는 기판(110), 제1전극(120), 정공주입층(130), 제1전하생성층(141), 제1층(142), 제2전하생성층(143), 제2층(144), 버퍼층(150), 발광층(160), 전자수송층(170), 전자주입층(180) 및 제2전극(190)이 차례로 구비된 구조를 가질 수 있다.
상기 제1화합물 및 상기 제3화합물은 서로 독립적으로 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다:
<화학식 1>
Figure pat00018
상기 화학식 1 중, Ar11 및 Ar12는 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴렌기이다.
예를 들면, 상기 Ar11 내지 Ar12는 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐렌기, 치환 또는 비치환된 펜타레닐렌기(pentalenylene), 치환 또는 비치환된 인데닐렌기(indenylene), 치환 또는 비치환된 나프틸렌기(naphthylene), 치환 또는 비치환된 아줄레닐렌기(azulenylene), 치환 또는 비치환된 헵탈레닐렌기(heptalenylene), 치환 또는 비치환된 인다세닐렌기(indacenylene), 치환 또는 비치환된 아세나프틸렌기(acenaphthylene), 치환 또는 비치환된 플루오레닐렌기(fluorenylene), 치환 또는 비치환된 페나레닐렌기(phenalenylene), 치환 또는 비치환된 페난트레닐렌기(phenanthrenylene), 치환 또는 비치환된 안트릴렌기(anthrylene), 치환 또는 비치환된 플루오란테닐렌기(fluoranthenylene), 치환 또는 비치환된 트리페닐레닐렌기(triphenylenylene), 치환 또는 비치환된 파이레닐렌기(pyrenylene), 치환 또는 비치환된 크리세닐렌기(chrysenylene), 치환 또는 비치환된 나프타세닐렌기(naphthacenylene), 치환 또는 비치환된 피세닐렌기(picenylene), 치환 또는 비치환된 페릴레닐렌기(perylenylene), 치환 또는 비치환된 펜타세닐렌기(pentaphenylene), 또는 치환 또는 비치환된 헥사세닐렌기(hexacenylene)일 수 있다.
상기 화학식 1 중, e 및 f는 서로 독립적으로 0 내지 5의 정수 중 하나이다.
e 및/또는 f가 0일 경우, 화학식 1의 카바졸 고리 및/또는 플루오렌 고리는 화학식 1의 중앙에 위치한 질소에 직접(directly) 결합될 수 있다. 예를 들면, 상기 e 및 f는 0, 1 또는 2일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. e가 2 이상일 경우, 2 이상의 Ar11은 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 또한 f가 2 이상일 경우 2 이상의 Ar12는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 화학식 1 중, R51 내지 R58 및 R61 내지 R69는 서로 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, 치환 또는 비치환된 C1-C60알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C60알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C60시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴옥시기, 및 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴티오기 중 1종이다.
화학식 1 중, R59는 페닐기; 나프틸기; 안트릴기; 비페닐기; 피리딜기; 및 중수소 원자, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, 치환 또는 비치환된 C1-C20알킬기, 및 치환 또는 비치환된 C1-C20알콕시기 중 적어도 1종으로 치환된 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 비페닐기 및 피리딜기 중 1종이다.
상기 제1화합물 및 상기 제3화합물은 서로 독립적으로 하기 화학식 1A로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다:
<화학식 1A>
Figure pat00019
상기 화학식 1A 중, R51, R59, R61 및 R62는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
예를 들면, 상기 제1화합물 및 상기 제3화합물은 하기 화합물 301을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
<화합물 301>
Figure pat00020
.
상기 제2화합물 및 상기 제4화합물은 서로 독립적으로 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함한다:
<화학식 2>
Figure pat00021
상기 화학식 2 중, Ar1 내지 Ar3는 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴렌기이다.
예를 들면, 상기 Ar1 내지 Ar3는 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐렌기, 치환 또는 비치환된 펜타레닐렌기, 치환 또는 비치환된 인데닐렌기, 치환 또는 비치환된 나프틸렌기, 치환 또는 비치환된 아줄레닐렌기, 치환 또는 비치환된 헵탈레닐렌기, 치환 또는 비치환된 인다세닐렌기, 치환 또는 비치환된 아세나프틸렌기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐렌기, 치환 또는 비치환된 페나레닐렌기, 치환 또는 비치환된 페난트레닐렌기, 치환 또는 비치환된 안트릴렌기, 치환 또는 비치환된 플루오란테닐렌기, 치환 또는 비치환된 트리페닐레닐렌기, 치환 또는 비치환된 파이레닐렌기, 치환 또는 비치환된 크리세닐렌기, 치환 또는 비치환된 나프타세닐렌기, 치환 또는 비치환된 피세닐렌기, 치환 또는 비치환된 페릴레닐렌기, 치환 또는 비치환된 펜타세닐렌기, 또는 치환 또는 비치환된 헥사세닐렌기일 수 있다.
상기 화학식 2 중, a 및 b는 서로 독립적으로 0 내지 5의 정수 중 하나이다. a 및/또는 b가 0일 경우, 화학식 1의 카바졸 고리 및/또는 플루오렌 고리는 화학식 1의 중앙에 위치한 질소에 직접(directly) 결합될 수 있다. 예를 들면, 상기 a 및 b는 0, 1 또는 2일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. a가 2 이상일 경우, 2 이상의 Ar1은 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 또한 b가 2 이상일 경우 2 이상의 Ar2는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 화학식 2 중, c는 1 내지 5의 정수 중 하나이다. c가 1 내지 5의 정수 중 하나이므로 화학식 1에서 Ar3는 반드시 존재한다. 예를 들면, 상기 c는 1 또는 2일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. c가 2 이상일 경우, 2 이상의 Ar3는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 화학식 2 중, R1 내지 R5는 서로 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, 치환 또는 비치환된 C1-C60알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C60알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C60시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴티오기, -Si(R31)(R32)(R33), -N(R34)(R35), 및 질소원자함유 그룹 중 1종이며, 상기 R1 내지 R5 중 적어도 1종은 질소원자함유 그룹이다(R31 내지 R35는 후술하는 설명을 참조한다).
예를 들면, 상기 R1 내지 R5는 서로 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, 치환 또는 비치환된 C1-C10알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C10알콕시기, 치환 또는 비치환된 C5-C20아릴기, 또는 질소원자함유 그룹이며, 상기 R1 내지 R5 중 적어도 하나는 질소원자함유 그룹일 수 있다.
여기서, 질소원자함유 그룹이란 적어도 하나의 질소를 고리 원자로서 포함한 5원 방향족 고리 그룹, 6원 방향족 고리 그룹, 또는 5원 방향족 그룹과 6원 방향족 그룹이 융합된 9원 방향족 고리 그룹을 의미한다. 예를 들면 질소원자함유 그룹은 하기 화학식 4A 내지 4P 중 1종으로 표시될 수 있다:
Figure pat00022
상기 화학식 4A 내지 4P 중, Z12, Z13, Z14 및 Z15은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 또는 부틸기일 수 있다. 예를 들면, 상기 화학식 4A 내지 4P 중, Z12, Z13, Z14 및 Z15는 모두 수소 원자일 수 있다. 상기 화학식 4A 내지 4P 중, p는 1 내지 6의 정수이다. p는 화학식 4A 내지 4P의 구조에 따라 상기 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다. p가 2 이상일 경우, 2 이상의 Z12는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 화학식 2 중, d는 0 내지 5의 정수 중 하나이다. 예를 들면, d는 0, 1 또는 2일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. d는 Ar3의 구조에 따라 상기 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다. d가 2 이상일 경우, 2 이상의 R1은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 화학식 2 중, R11 내지 R23은 서로 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, 치환 또는 비치환된 C1-C60알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C60알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C60시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴티오기, -Si(R36)(R37)(R38), 및 -N(R39)(R40) 중 1종이다.
예를 들면, R12 내지 R18 및 R21 내지 R23은 서로 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 또는 인산이나 이의 염이고, R11, R19 및 R20은 서로 독립적으로 수소 원자, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 플루오레닐기 및 파이레닐기 중 1종일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 -Si(R31)(R32)(R33), -N(R34)(R35), -Si(R36)(R37)(R38) 및 -N(R39)(R40)에서, R31 내지 R40은 서로 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, 치환 또는 비치환된 C1-C60알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C60알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C60시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴티오기, 및 치환 또는 비치환된 C2-C60헤테로아릴기 중 적어도 1종을 나타낸다. 예를 들면, R31 내지 R40은 서로 독립적으로 수소 원자; 중수소 원자; 할로겐 원자; 히드록실기; 시아노기; 니트로기; 아미노기; 아미디노기; 히드라진; 히드라존; 카르복실기나 이의 염; 술폰산기나 이의 염; 인산이나 이의 염; C1-C10알킬기(예를 들면, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기 등); C1-C10알콕시기(예를 들면, 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 부톡시기, 펜톡시기 등); 중수소 원자, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염 및 인산이나 이의 염 중 하나 이상으로 치환된 C1-C10알킬기 및 C1-C10알콕시기; 페닐기; 나프틸기; 안트릴기; 플루오레닐기; 파이레닐기; 중수소 원자, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, C1-C10알킬기 및 C1-C10알콕시기 중 하나 이상으로 치환된 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 플루오레닐기 및 파이레닐기 중 1종일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 2 중, R1은 질소원자함유 그룹이고, c 및 d는 서로 독립적으로 1 또는 2일 수 있다. 또는, 상기 화학식 2 중, R2 내지 R5 중 적어도 1종이 질소원자함유 그룹일 수 있다
일 구현예에 따라, 상기 제2화합물 및 상기 제4화합물은 서로 독립적으로 하기 화학식 2A 내지 2K로 표시되는 화합물 중 적어도 1종을 포함할 수 있다:
<화학식 2A> <화학식 2B>
Figure pat00023
Figure pat00024
<화학식 2C> <화학식 2D>
Figure pat00025
Figure pat00026
<화학식 2E> <화학식 2F>
Figure pat00027
Figure pat00028
<화학식 2G> <화학식 2H>
Figure pat00029
Figure pat00030
<화학식 2I> <화학식 2J>
Figure pat00031
Figure pat00032
<화학식 2K>
Figure pat00033
.
상기 화학식 2A 내지 2K 중, Ar1 및 Ar2는 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴렌기이고; a 및 b는 서로 독립적으로 0 내지 5의 정수 중 하나이고; R1a, R1b 및 R3는 서로 독립적으로 질소원자함유 그룹이고; R11, R19 및 R20은 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1-C60알킬기, 및 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴기 중 1종일 수 있다. 상기 질소원자함유 그룹에 대해서는 상술한 설명을 참조한다.
상기 화학식 2A 내지 2K 중, Z1 내지 Z4는 서로 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, 치환 또는 비치환된 C1-C60알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C60알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C60시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴싸이오기, -Si(Q1)(Q2)(Q3) 및 -N(Q4)(Q5) 중 1종이며, x 또는 y가 2 이상인 경우 복수의 Z1 또는 Z2는 각각 동일하거나 상이할 수 있다. 또한, x는 1 내지 8의 정수 중 하나일 수 있고, y는 1 내지 3의 정수 중 하나일 수 있다.
여기서, Q1 내지 Q5는 서로 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, 치환 또는 비치환된 C1-C60알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C60알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C60시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴싸이오기, 및 치환 또는 비치환된 C2-C60헤테로아릴기 중 1종일 수 있다.
상기 제2화합물 및 상기 제4화합물은 서로 독립적으로 하기 화합물 2, 8, 14, 15, 16, 20, 31 및 35 중 적어도 1종일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
Figure pat00034
Figure pat00035
Figure pat00036
제1화합물은 정공 이동도가 높아 정공 수송을 원활하게 해 주는 물질이다. 제2화합물은 상기 제1화합물보다 전자 트랩 기능이 우수한 물질이다.
정공수송의 역할을 하는 층은 주입된 전자에 의해 열화되는 특성을 가지므로, 정공 관련층은 계면 근처에서 엑시톤의 비발광 퀀칭이 증가하게 되어 소자의 발광 효율 및 수명이 감소될 수 있다. 따라서 발광층과 가까운 정공 관련층의 계면에 전자를 트랩할 수 있는 물질을 사용하면 비발광 퀀칭을 감소시키고 소자의 수명을 향상시킬 수 있다. 제2화합물은 HOMO 에너지 준위가 상기 제1화합물의 HOMO 에너지 준위보다 0.1eV 내지 0.2eV 낮을 수 있고, LUMO 에너지 준위도 상기 제1화합물의 LUMO 에너지 준위보다 0.1eV 내지 0.2eV 낮을 수 있다. 이러한 특성 때문에 제2화합물은 제1층(142) 내에서 전자를 트랩하여 엑시톤 퀀칭을 완화시키고 소자의 수명을 향상시킬 수 있다. 제1층(142)은 제1전하생성층(141)보다 발광층(160)에 더 가까우므로 제1층(142)에 제1화합물보다 LUMO 에너지 준위가 낮은 제2화합물을 사용하면 이러한 효과를 얻을 수 있다. 마찬가지로, 제2층(144)은 제2전하생성층(143)보다 발광층(160)에 더 가까우므로 제2층(144)에 제3화합물보다 HOMO 에너지 준위와 LUMO 에너지 준위가 더 낮은 제4화합물을 사용하면 전자를 트랩하고 소자의 수명을 향상시킬 수 있다.
그러나, 한편으로 제2화합물의 HOMO 에너지 준위 및 LUMO 에너지 준위가 제1화합물의 HOMO 에너지 준위 및 LUMO 에너지 준위와 크게 차이가 난다면 구동 전압이 과도하게 상승할 수 있다.
예를 들면, 제1화합물의 HOMO 에너지 준위와 LUMO 에너지 준위는 각각 -4.7eV~-4.8 eV, -0.9eV~-1.0 eV 이고, 제2화합물의 HOMO 에너지 준위와 LUMO 에너지 준위는 각각 -4.8~-4.9eV, -1.0 eV~-1.1eV일 수 있다.
제1화합물과 제2화합물의 HOMO 에너지 준위와 LUMO 에너지 준위가 상기 범위를 만족시킬 때, 구동 전압의 과도한 증가 없이 전자 트랩이 이루어져 주입된 전하의 이동 및 에너지 전이가 용이해지고 소자의 수명 특성 등이 향상될 수 있다.
상기 제1화합물의 정공 이동도는 상기 제2화합물의 정공 이동도보다 높을 수 있다. 상기 설명한 바와 같이 제1층(142)은 제1전하생성층(141)보다 발광층(160)에 더 가깝기 때문에 정공 이동도가 더 낮은 제2화합물을 포함함으로써 비발광 퀀칭이 억제될 수 있다. 즉, 제1층(142)에 포함되는 제2화합물은 제1전하생성층(141)에 포함되는 제1화합물보다 정공 이동도가 더 낮을 수 있다. 마찬가지로 제2층(144)은 제2전하생성층(143)보다 발광층(160)에 더 가깝기 때문에 정공 이동도가 더 낮은 제4화합물을 포함함으로써 비발광 퀀칭이 억제될 수 있다.
상기 제1전하생성층(141) 및 제2전하생성층(143)에는 각각 제1전하생성물질 및 상기 제2전하생성물질이 포함된다. 상기 제1전하생성물질 및 상기 제2전하생성물질은 각각 상기 제1전하생성층(141) 및 제2전하생성층(143)에서 전하를 생성하는데, 전자를 강하게 끌어당겨 정공을 형성할 수 있다. 정공의 형성으로 제1전극(120)으로부터 발광층(160) 방향으로 정공 주입 및 수송이 수월해지고, 유기 발광 소자(100)의 구동 전압이 감소할 수 있다.
상기 제1전하생성물질 및 상기 제2전하생성물질은 예를 들면 서로 독립적으로 시아노기를 적어도 하나 이상 포함하는 화합물일 수 있다.
상기 제1전하생성물질 및 상기 제2전하생성물질의 비제한적인 예로는 테트라시아노퀴논디메탄(TCNQ) 및 2,3,5,6-테트라플루오로-테트라시아노-1,4-벤조퀴논디메탄(F4-TCNQ) 등과 같은 퀴논 유도체 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1전하생성물질 및 상기 제2전하생성물질은 서로 독립적으로 하기 화합물 501 및 502 중 적어도 1종을 포함할 수 있다:
<화합물 501> <화합물 502>
Figure pat00037
Figure pat00038
.
예를 들면, 유기 발광 소자(100)는 기판(110), 제1전극(120), 정공주입층(130), 제1화합물과 제1전하생성물질이 포함된 제1전하생성층(141), 제2화합물이 포함된 제1층(142), 제3화합물과 제2전하생성물질이 포함된 제2전하생성층(143), 제4화합물이 포함된 제2층(144), 버퍼층(150), 발광층(160), 전자수송층(170), 전자주입층(180) 및 제2전극(190)이 차례로 구비된 구조를 가질 수 있다.
상기 제1화합물과 상기 제3화합물은 서로 동일한 화합물일 수 있다. 이 경우, 제1전하생성층(141)과 제2전하생성층(143)은 에너지 레벨이나 정공 이동도에 있어서 서로 유사한 특성을 가질 수 있다.
또한, 상기 제2화합물과 상기 제4화합물은 서로 동일한 화합물일 수 있다. 이 경우, 제1층(142)과 제2층(144)은 에너지 레벨과 정공 이동도가 동일한 특성을 가질 수 있다.
상기 제1화합물과 상기 제3화합물은 서로 동일한 화합물이고 상기 제2화합물과 상기 제4화합물은 서로 동일한 화합물이면, 제1전하생성층(141)과 제2전하생성층(143)은 동일한 재료로 이루어지고 제1층(142)과 제2층(144)도 동일한 재료로 이루어질 수 있다. 이렇게 되면 다층 구조의 정공수송층은 제1전하생성층(141)가 제1층(142)의 유닛이 2번 반복된 것으로 이해할 수 있다. 만약 제1전하생성층(141)과 제2전하생성층(143)의 두께가 동일하고 제1층(142)과 제2층(144)의 두께도 동일하다면 다층 구조의 정공수송층은 제1전하생성층(141)과 제2전하생성층(143)의 유닛이 정확히 2번 반복되어 형성된 것이 된다.
상기 제1층(142)과 상기 제2층(144)의 두께는 서로 독립적으로 40㎚ 내지 60㎚일 수 있다. 제1층(142)과 제2층(144)의 두께가 상기 범위를 만족하는 경우 구동 전압이 크게 상승하지 않으면서 정공 이동도가 적절하게 제어될 수 있다.
상기 제1전하생성물질의 함량은 상기 제1전하생성층(141) 100 중량부 기준으로 1 내지 3 중량부일 수 있다. 제1전하생성물질은 제1전하생성층(141)에 균일하게(homogeneous) 분산되거나 또는 불균일하게 분포될 수 있는 등 다양한 변형이 가능하다. 제1전하생성물질의 함량이 상기 범위를 만족시키는 경우, 제1전하생성층(141)에서 적절한 양의 전하를 생성할 수 있다.
상기 제2전하생성물질의 함량은 상기 제2전하생성층(143) 100 중량부 기준으로 1 내지 3 중량부일 수 있다. 제2전하생성물질은 제2전하생성층(143)에 균일하게 분산되거나 또는 불균일하게 분포될 수 있는 등 다양한 변형이 가능하다. 제2전하생성물질의 함량이 상기 범위를 만족시키는 경우, 제2전하생성층(143)에서 적절한 양의 전하가 생성될 수 있다.
상기 제1전하생성층(141) 및 상기 제2전하생성층(143)의 두께는 서로 독립적으로 10㎚ 내지 20㎚일 수 있다. 제1전하생성층(141) 및 제2전하생성층(143)의 두께가 상기 범위를 만족하는 경우 구동 전압이 크게 상승하지 않으면서 적절한 양의 전하가 생성될 수 있다.
발광층(160)과 제2층(144) 사이에는 버퍼층(150)이 개재될 수 있다. 발광층(160)과 제2층(144)이 서로 맞닿았을 경우 제2층(144)이 전자를 당길 수 있어 발광층(160)의 수명이 감소할 수 있으므로, 버퍼층(150)을 삽입하여 이러한 전자 당김을 방지함으로써 수명 향상에 기여할 수 있다. 또한 버퍼층(150)은 발광층(160)에서 방출되는 광의 파장에 따른 광학적 공진 거리를 보상하여 효율을 증가시키는 역할을 수 있다. 상기 버퍼층은 정공 이동성이 우수한 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있으며, 또는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 제1전하생성물질을 모두 포함할 수도 있다.
상기 버퍼층(160)의 두께는 0.1 내지 30㎚일 수 있다. 버퍼층(160)의 두께가 상기 범위를 만족할 경우, 구동 전압이 과도하게 증가하지 않고 발광층에서 방출된 광의 파장에 따른 광학적 공진 거리의 보상에 의해 유기 발광 소자의 효율이 향상될 수 있다.
상기 제1층(142)과 상기 제1전하생성층(141)은 서로 접촉할 수 있다. 상기 제1층(142)과 상기 제1전하생성층(141)이 서로 접촉할 경우, 전하 밸런스가 향상될 수 있다.
상기 제2층(144)과 상기 제2전하생성층(143)은 서로 접촉할 수 있다. 상기 제2층(144)과 상기 제2전하생성층(143)이 서로 접촉할 경우, 전하 밸런스가 향상될 수 있다.
유기 발광 소자(100)는 상기 발광층(160)과 상기 제2전극(190) 사이에 정공 저지층, 전자수송층, 전자주입층, 및 전자수송 기능과 전자주입 기능을 동시에 갖는 기능층 중 적어도 1층을 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 유기 발광 소자는, “제1전극 / 제1화합물에 제1전하생성물질이 도핑된 제1전하생성층 / 제2화합물을 사용한 제1층 / 제3화합물에 제2전하생성물질이 도핑된 제2전하생성층 / 제4화합물을 사용한 제2층 / 버퍼층 / 발광층 / 전자수송층 / 전자주입층 / 제2전극”의 구조 또는 “제1전극 / 제1화합물에 제1전하생성물질이 도핑된 제1전하생성층 / 제2화합물을 사용한 제1층 / 제1화합물에 제1전하생성물질이 도핑된 제2전하생성층 / 제2화합물을 사용한 제2층 / 버퍼층 / 발광층 / 전자수송층 / 전자주입층 / 제2전극”의 구조 등을 가질 수 있다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 구현예를 따르는 유기 발광 소자(100)의 구조 및 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
기판(110)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(120)은 기판 상부에 제1전극용 물질을 증착법 또는 스퍼터링법 등을 이용하여 제공함으로써 형성될 수 있다. 상기 제1전극(120)이 애노드일 경우, 정공주입이 용이하도록 제1전극용 물질은 높은 일함수를 갖는 물질 중에서 선택될 수 있다. 상기 제1전극(120)은 반사형 전극 또는 투과형 전극일 수 있다. 제1전극용 물질로는 투명하고 전도성이 우수한 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO) 등을 이용할 수 있다. 또는, 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag)등을 이용하면, 상기 제1전극(12)을 반사형 전극으로 형성할 수도 있다. 상기 제1전극(120)은 서로 다른 2종의 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1전극(120)을 서로 다른 2종의 물질을 포함한 2층 구조로 형성할 수 있는 등 다양한 변형예가 가능하다.
상기 제1전극(120) 상부로는 정공주입층(130)이 구비되어 있다. 원하는 목적에 따라, 상기 정공주입층(130)은 생략할 수도 있다.
정공주입층(130)은 상기 제1전극(130) 상부에 상술한 바와 같은 진공증착법, 습식 공정, 레이저 전사법 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
진공 증착법에 의하여 정공주입층(130)을 형성하는 경우, 그 증착 조건은 정공주입층의 재료로서 사용하는 화합물, 목적으로 하는 정공주입층(130)의 구조 및 열적 특성 등에 따라 다르지만, 예를 들면, 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 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
습식 공정으로서, 스핀 코팅법에 의하여 정공주입층(130)을 형성하는 경우, 그 코팅 조건은 정공주입층(130)의 재료로서 사용하는 화합물, 목적하는 하는 정공주입층(130)의 구조 및 열적 특성에 따라 상이하지만, 약 2000rpm 내지 약 5000rpm의 코팅 속도, 코팅 후 용매 제거를 위한 열처리 온도는 약 80℃ 내지 200℃의 온도 범위에서 선택될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
정공주입층 물질로는 공지된 정공주입 재료를 사용할 수 있는데, 예를 들면, 구리프탈로시아닌 등과 같은 프탈로시아닌 화합물, m-MTDATA(하기 화학식 참조), TDATA(하기 화학식 참조), 2-TNATA(하기 화학식 참조), 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.
Figure pat00039
Figure pat00040
Figure pat00041
m-MTDATA TDATA 2-TNATA
상기 정공주입층(130)의 두께는 약 100Å 내지 약 10000Å, 예를 들면, 약 100Å 내지 약 1000Å일 수 있다. 상기 정공주입층(130)의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압의 상승없이 만족스러운 정도의 정공주입 특성을 얻을 수 있다.
다음으로 상기 정공주입층(130) 상부에 정공수송층(140)을 형성할 수 있다. 정공수송층(140)은 제1전하생성층(141), 제1층(142), 제2전하생성층(143) 및 제2층(144)이 차례로 적층된 구조를 가진다.
먼저, 상기 정공주입층(130) 상부에 진공증착법, 습식 공정, 레이저 전사법 등을 이용하여 제1전하생성층(141)을 형성할 수 있다. 진공 증착법 및 스핀 팅법에 의하여 제1전하생성층(141)을 형성하는 경우, 그 증착 조건 및 코팅조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공주입층(130)의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택될 수 있다.
제1전하생성층(141)의 재료로는 상기 제1화합물에 상기 제1전하생성물질을 도핑하여 사용할 수 있다. 제1전하생성물질의 함량은 제1전하생성층 100 중량부 기준으로 1 내지 3 중량부를 사용할 수 있다.
상기 제1전하생성층(141)의 두께는 10㎚ 내지 20㎚일 수 있다. 상기 제1전하생성층(141)의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 정공수송 특성과 적절한 양의 전하를 얻을 수 있다.
상기 제1전하생성층(141) 상부에 진공증착법, 습식 공정, 레이저 전사법 등을 이용하여 제1층(142)을 형성할 수 있다. 진공 증착법 및 스핀 팅법에 의하여 제1층(142)을 형성하는 경우, 그 증착 조건 및 코팅조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공주입층(130)의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택될 수 있다.
제1층(142)의 재료로는 상기 제2화합물을 사용할 수 있다.
상기 제1층(142)의 두께는 40㎚ 내지 60㎚일 수 있다. 상기 제1층(142)의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 정공수송 특성과 정공 이동도를 얻을 수 있다.
상기 제1층(142) 상부에 진공증착법, 습식 공정, 레이저 전사법 등을 이용하여 제2전하생성층(143)을 형성할 수 있다. 진공 증착법 및 스핀 팅법에 의하여 제2전하생성층(143)을 형성하는 경우, 그 증착 조건 및 코팅조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공주입층(130)의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택될 수 있다.
제2전하생성층(143)의 재료로는 상기 제3화합물에 상기 제2전하생성물질을 도핑하여 사용할 수 있다. 상기 제3화합물은 상기 제1화합물과 동일한 화합물일 수 있다. 또한, 상기 제2전하생성물질과 상기 제1전하생성물질도 동일한 물질일 수 있다.
제2전하생성물질의 함량은 제2전하생성층 100 중량부 기준으로 1 내지 3 중량부를 사용할 수 있다.
상기 제2전하생성층(143)의 두께는 10㎚ 내지 20㎚일 수 있다. 상기 제2전하생성층(143)의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 정공수송 특성과 적절한 양의 전하를 얻을 수 있다.
상기 제2전하생성층(143) 상부에 진공증착법, 습식 공정, 레이저 전사법 등을 이용하여 제2층(144)을 형성할 수 있다. 진공 증착법 및 스핀 팅법에 의하여 제2층(144)을 형성하는 경우, 그 증착 조건 및 코팅조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공주입층(130)의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택될 수 있다.
제2층(144)의 재료로는 상기 제4화합물을 사용할 수 있다. 상기 제4화합물은 상기 제2화합물과 동일한 화합물일 수 있다.
상기 제2층(144)의 두께는 40㎚ 내지 60㎚일 수 있다. 상기 제2층(144)의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 정공수송 특성과 정공 이동도를 얻을 수 있다.
상기 제2층(144)의 상부에는 버퍼층(150)을 형성할 수 있다. 진공 증착법 및 스핀 팅법에 의하여 버퍼층(150)을 형성하는 경우, 그 증착 조건 및 코팅조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공주입층(130)의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택될 수 있다.
버퍼층(150)의 재료로는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다.
상기 버퍼층(150)의 두께는 0.1 내지 30㎚일 수 있다. 상기 버퍼층(150)의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 구동 전압이 과도하게 증가하지 않고 발광층에서 방출된 광의 파장에 따른 광학적 공진 거리의 보상에 의해 유기 발광 소자의 효율이 향상될 수 있다.
상기 버퍼층(150)의 상부에는 발광층(160)을 형성할 수 있다. 진공증착법 및 스핀코팅법에 의해 발광층(160)을 형성하는 경우, 그 증착조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공주입층(130)의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택될 수 있다.
상기 발광층(160)은 공지의 인광 호스트, 형광 호스트, 인광 도펀트 또는 형광 도펀트를 포함할 수 있다. 공지의 호스트로서는, 예를 들면 CBP(4,4'-N,N'-디카바졸-비페닐), ADN(9, 10-디-나프탈렌-2-일-안트라센, 하기 화학식 참조), TPBI(하기 화학식 참조), TBADN(하기 화학식 참조) E3(하기 화학식 참조), 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00042
Figure pat00043
Figure pat00044
ADN TPBI TBADN
Figure pat00045
E3
한편, 적색 도펀트로서 PtOEP(하기 화학식 참조), Ir(piq)3(하기 화학식 참조) Btp2Ir(acac)(하기 화학식 참조) 등을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00046
또한, 녹색 도펀트로서, Ir(ppy)3 (ppy = 페닐피리딘, 하기 화학식 참조), Ir(ppy)2(acac)(하기 화학식 참조), Ir(mpyp)3(하기 화학식 참조) 등을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00047
청색 도펀트로서, F2Irpic(하기 화학식 참조), (F2ppy)2Ir(tmd)(하기 화학식 참조), Ir(dfppz)3(하기 화학식 참조), DPVBi(하기 화학식 참조), DPAVBi(4,4'-비스(4-디페닐아미노스타릴) 비페닐, 하기 화학식 참조), 2,5,8,11-테트라-tert-부틸 페릴렌 (TBPe, 하기 화학식 참조) 등을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00048
Figure pat00049
Figure pat00050
DPVBi TBPe
Figure pat00051
DPAVBi
상기 발광층(160)이 호스트 및 도펀트를 포함할 경우, 도펀트의 함량은 통상적으로 호스트 약 100 중량부를 기준으로 하여 약 0.01 내지 약 15 중량부의 범위에서 선택될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 발광층(160)의 두께는 약 100Å 내지 약 100Å, 예를 들면 약 200Å 내지 약 600Å일 수 있다. 상기 발광층(15)의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 우수한 발광 특성을 나타낼 수 있다.
발광층(160)에 인광 도펀트가 포함될 경우에는 삼중항 여기자 또는 정공이 전자수송층(170)으로 확산되는 현상을 방지하기 위하여, 상기 정공수송층(170)과 발광층(160) 사이에 진공증착법, 습식 공정, 레이저 전사법 등과 같은 방법을 이용하여 정공 저지층(HBL, 도 1에는 미도시함)을 형성할 수 있다. 진공증착법 및 스핀코팅법에 의해 정공 저지층을 형성하는 경우, 그 조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공주입층(130)의 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.
상기 정공 저지층의 두께는 약 50Å 내지 약 1000Å, 예를 들면 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 진공증착법, 습식 공정, 레이저 전사법 등의 다양한 방법을 이용하여 전자수송층(170)을 형성한다. 전자수송층은 공지된 전자수송 재료를 사용할 수 있다. 공지된 전자수송 재료는 예를 들면 퀴놀린 유도체, 특히 트리스(8-퀴놀리노레이트)알루미늄(Alq3), TAZ(하기 화학식 참조), BAlq(하기 화학식 참조), 베릴륨 비스(벤조퀴놀리-10-노에이트)(beryllium bis(benzoquinolin-10-olate: Bebq2) 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00052
Figure pat00053
TAZ BAlq
상기 전자수송층(170)은 하기와 같은 전자수송성 유기 화합물을 포함할 수 있다. 전자수송성 유기 화합물의 비제한적인 예로는, ADN(9,10-디(나프탈렌-2-일)안트라센); 및 하기 화합물 601 및 602와 같은 안트라센계 화합물 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
<화합물 601> <화합물 602>
Figure pat00054
전자수송층(170)의 두께는 약 100Å 내지 약 1000Å, 예를 들면 약 150Å 내지 약 500Å일 수 있다. 상기 전자수송층(170)의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 전자수송 특성을 얻을 수 있다. 진공증착법 및 스핀코팅법에 의해 전자수송층(170)을 형성하는 경우, 그 조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공주입층(130)의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택될 수 있다.
전자수송층(170) 상부에 음극으로부터 전자의 주입을 용이하게 하는 기능을 가지는 물질인 전자주입층(180)이 적층될 수 있다. 상기 전자주입층(180) 형성 재료로는 LiF, NaCl, CsF, Li2O, BaO, LiQ 등과 같은 전자주입층 형성 재료로서 공지된 임의의 물질을 사용할 수 있다. 상기 전자주입층(180)의 증착조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공주입층(130)의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택될 수 있다.
상기 전자주입층(180)의 두께는 약 1Å 내지 약 100Å, 약 3Å 내지 약 90Å수 일 수 있다. 상기 전자주입층(180)의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 전자주입 특성을 얻을 수 있다.
상기 전자주입층(180) 상부로는 투과형 전극인 제2전극(190)이 구비되어 있다. 상기 제2전극(190)은 전자주입 전극인 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.
이상, 상기 유기 발광 소자를 도 1을 참조하여 설명하였으나, 상기 유기 발광 소자가 도 1에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 일 구현예에 따른 유기 발광 소자(200)의 에너지 레벨을 나타낸 것이다.
유기 발광 소자(200)는 제1전하생성층(241), 제1층(242), 제2전하생성층(243), 제2층(244), 버퍼층(250), 발광층(260), 전자수송층(270) 및 전자주입층(280)을 포함한다.
제1전하생성층(241)은 제1화합물 및 제1전하생성물질을 포함하고, 제2전하생성층(243)은 제3화합물 및 제2전하생성물질을 포함하므로, 두 층은 서로 유사한 수준의 HOMO 에너지 준위 및 LUMO 에너지 준위를 가진다. 제1층(242)은 제2화합물을 포함하고, 제2층(244)은 제4화합물을 포함하여 두 층은 서로 유사한 수준의 HOMO 에너지 준위 및 LUMO 에너지 준위를 가진다.
제1전하생성층(241) 및 제2전하생성층(243)에는 각각 제1전하생성물과 제2전하생성물질이 포함되어 있고 이들의 HOMO 에너지 준위 및 LUMO 에너지 준위는 점선으로 표시되었다.
제1층(242)의 제2화합물의 HOMO 및 LUMO 에너지 준위는 제1전하생성층(241)의 제1화합물의 HOMO 및 LUMO 에너지 준위보다 약 0.1eV 가량 낮다. 제2층(244)의 제4화합물의 HOMO 및 LUMO 에너지 준위 또한 제2전하생성층(243)의 제3화합물의 HOMO 및 LUMO 에너지 준위보다 약 0.1eV 가량 낮다. 제1전하생성물질과 제2전하생성물질의 HOMO 에너지 준위 및 LUMO 에너지 준위는 상대적으로 크게 낮다. 따라서, 제1전하생성층(241)과 제2전하생성층(243)은 구동 전압 감소에 기여할 수 있다.
상기 유기 발광 소자는 트랜지스터를 포함한 평판 표시 장치에 포함될 수 있다. 소스, 드레인, 게이트 및 활성층을 포함한 트랜지스터 및 상기 다층 구조의 정공수송층을 포함하는 유기 발광 소자를 구비하고, 상기 유기 발광 소자의 제1전극이 상기 소스 및 드레인 중 하나와 전기적으로 연결된 평판 표시 장치가 제공된다.
상기 트랜지스터의 활성층은 비정질 실리콘층, 결정질 실리콘층, 유기 반도체층, 산화물 반도체층 등으로 다양한 변형이 가능하다.
이하에서, 실시예를 들어 본 발명의 일 구현예를 따른 유기 발광 소자에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명이 하기의 실시예로 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
애노드로는 코닝사(Corning)의 15Ω/㎠(1200Å) ITO 유리 기판을 50㎜×50㎜×0.7㎜ 크기로 잘라 이소프로필 알코올과 순수를 이용하여 각각 5분간 초음파 세정한 후 30분간 자외선을 조사하고, 오존에 노출시켜 세정한 후, 진공 증착 장치에 상기 ITO 유리 기판을 장착하였다.
상기 ITO 유리 상부에 상기 화합물 301에 상기 화합물 501을 98:2의 중량비로 진공 공증착하여 100Å 두께의 제1전하생성층을 형성한 다음, 상기 제1전하생성층 상부에 상기 화합물 35를 진공 증착하여 400Å 두께의 제1층을 형성하고, 상기 제1층 상부에 상기 화합물 301에 상기 화합물 501을 98:2의 중량비로 진공 공증착하여 200Å 두께의 제2전하생성층을 형성하고, 상기 제2전하생성층 상부에 상기 화합물 35를 진공 증착하여 400Å 두께의 제2층을 형성하였다.
상기 제2층 상부에 상기 화합물 301과 상기 화합물 501을 98:2의 중량비로 진공 공증착하여 230Å 두께의 버퍼층을 형성하였다.
상기 버퍼층 상부에 ADN 및 DPVBi를 중량비 98:2의 중량비로 동시 증착함으로써 200Å 두께의 발광층을 형성하였다. 이어서, 상기 발광층 상부에 Alq3를 진공 증착하여 300Å 두께의 전자수송층을 형성하였다.
상기 전자수송층 상부에 할로겐화 알칼리 금속인 LiF를 진공 증착하여 10Å 두께의 전자주입층을 형성한 다음 Al을 3000Å(음극 전극) 두께로 진공 증착하여 LiF/Al 전극을 형성함으로써, 유기 발광 소자를 제조하였다.
실시예 2
제1층 및 제2층 형성시 각각 상기 화합물 35 대신 화합물 2를 사용하여 진공 증착하였다는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 유기 발광 소자를 제조하였다.
실시예 3
제2층 형성시 상기 화합물 35 대신 화합물 14를 사용하여 진공 증착하였다는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 유기 발광 소자를 제조하였다.
비교예 1
상기 ITO 유리 상부에, 제1전하생성층, 제1층, 제2전하생성층, 및 제2층을 형성하는 대신, 2-TNATA를 진공 증착하여 600Å 두께의 정공수송층을 형성하였다는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 유기 발광 소자를 제조하였다.
비교예 2
제2전하생성층 및 제2층을 형성하지 않았다는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 유기 발광 소자를 제조하였다.
비교예 3
상기 ITO 유리 상부에, 상기 화합물 301에 상기 화합물 501을 98:2의 중량비로 진공 공증착하여 100Å 두께의 층을 형성한 다음, 상기 층 상부에 상기 화합물 301을 진공 증착하여 400Å 두께의 층을 형성하고, 상기 층 상부에 상기 화합물 35에 상기 화합물 501을 98:2의 중량비로 진공 공증착하여 200Å 두께의 층을 형성하고, 상기 층 상부에 상기 화합물 35를 진공 증착하여 400Å 두께의 층을 형성하였다는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 유기 발광 소자를 제조하였다.
평가예
상기 실시예 1~3 및 비교예 1~3의 유기 발광 소자에 대하여, PR650 (Spectroscan) Source Measurement Unit(PhotoResearch사 제품)을 이용하여 구동전압, CIE 색도의 y값, 발광효율, 수명을 평가하였고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
구분 정공수송층 구동전압(V) 전류밀도
(㎃/㎠)		 CIE_y 효율/y
실시예 1 화합물301:화합물501/ 화합물35/ 화합물301:화합물501/ 화합물35/버퍼층 4.3 12.8 0.032 101.3
실시예 2 화합물301:화합물501/ 화합물2/ 화합물301:화합물501/ 화합물2/버퍼층 4.3 13.8 0.038 93.6
실시예 3 화합물301:화합물501/ 화합물35/ 화합물301:화합물501/ 화합물14/버퍼층 4.1 14.3 0.043 91.4
비교예 1 2-TNATA 4.9 19.2 0.055 69.4
비교예 2 화합물301:화합물501/ 화합물35/버퍼층 5.0 17.1 0.067 78.0
비교예 3 화합물301:화합물501/ 화합물301/ 화합물35:화합물501/ 화합물35/버퍼층 5.3 17.5 0.031 78.0
상기 표 1을 참조하면, 본 발명에 따른 유기 발광 소자의 경우(실시예 1~3)는 비교예 1~3에 따른 유기 발광 소자에 비해 유기 발광 소자의 구동 전압이 감소하고 효율이 향상된 것을 알 수 있다. 특히 발광 효율을 비교해 보면, 본 발명에 따른 유기 발광 소자(실시예 1~3)가 비교예 1~3에 따른 유기 발광 소자에 비해 발광효율이 약 20% 이상 증가했음을 알 수 있다.
도 3은 실시예 1~3 및 비교예 1~3의 유기 발광 소자의 구동 전압과 전류 밀도의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 유기 발광 소자의 경우(실시예 1~3)는 비교예 1~3에 따른 유기 발광 소자에 비해 구동 전압이 저하되는 것을 확인할 수 있다.
도 4는 실시예 1~3 및 비교예 1~3의 유기 발광 소자의 수명 특성을 나타낸 그래프이다. 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 유기 발광 소자의 경우(실시예 1~3)는 비교예 1~3에 따른 유기 발광 소자에 비해 비해 수명이 약 3배 이상 증가한 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.
100, 200: 유기 발광 소자
110: 기판
120: 제1전극
130, 230: 정공 주입층
140, 240: 정공 수송층
141, 241: 제1전하생성층
142, 242: 제1층
143, 243: 제2전하생성층
144, 244: 제2층
150, 250: 버퍼층
160, 260: 발광층
170, 270: 전자 수송층
180, 280: 전자 주입층
190: 제2전극

Claims (20)

  1. 제1전극;
    상기 제1전극에 대향된 제2전극;
    상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 개재된 발광층;
    상기 발광층과 상기 제1전극 사이에 개재되고 제1화합물 및 제1전하생성물질을 포함하는 제1전하생성층;
    상기 발광층과 상기 제1전하생성층 사이에 개재되고 제2화합물을 포함하는 제1층;
    상기 발광층과 상기 제1층 사이에 개재되고 제3화합물 및 제2전하생성물질을 포함하는 제2전하생성층;
    상기 발광층과 상기 제2전하생성층 사이에 개재되고 제4화합물을 포함하는 제2층;
    상기 발광층과 상기 제2층 사이에 개재된 버퍼층;을 포함하고,
    상기 제1화합물 및 상기 제3화합물은 서로 독립적으로 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하고, 상기 제2화합물 및 상기 제4화합물은 서로 독립적으로 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 발광 소자:
    <화학식 1>
    Figure pat00055

    상기 화학식 1 중,
    Ar11 및 Ar12는 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴렌기이고;
    e 및 f는 서로 독립적으로 0 내지 5의 정수 중 하나이고;
    R51 내지 R58 및 R61 내지 R69는 서로 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, 치환 또는 비치환된 C1-C60알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C60알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C60시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴옥시기, 및 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴티오기 중 1종이고,
    R59는 페닐기; 나프틸기; 안트릴기; 비페닐기; 피리딜기; 및 중수소 원자, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, 치환 또는 비치환된 C1-C20알킬기, 및 치환 또는 비치환된 C1-C20알콕시기 중 적어도 1종으로 치환된 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 비페닐기 및 피리딜기 중 1종이고,
    <화학식 2>
    Figure pat00056

    상기 화학식 2 중,
    Ar1 내지 Ar3는 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴렌기이고;
    a 및 b는 서로 독립적으로 0 내지 5의 정수 중 하나이고;
    c는 1 내지 5의 정수 중 하나이고;
    R1 내지 R5는 서로 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, 치환 또는 비치환된 C1-C60알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C60알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C60시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴티오기, -Si(R31)(R32)(R33), -N(R34)(R35), 및 질소원자함유 그룹 중 1종이며, 상기 R1 내지 R5 중 적어도 1종은 질소원자함유 그룹이고;
    d는 0 내지 5의 정수 중 하나이고;
    R11 내지 R23은 서로 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, 치환 또는 비치환된 C1-C60알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C60알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C60시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴티오기, -Si(R36)(R37)(R38), 및 -N(R39)(R40) 중 1종이고;
    상기 R31 내지 R40은 서로 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, 치환 또는 비치환된 C1-C60알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C60알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C60시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴티오기, 및 치환 또는 비치환된 C2-C60헤테로아릴기 중 적어도 1종이고;
    상기 질소원자함유 그룹은 적어도 하나의 질소를 고리 원자(ring atom)로서 포함한 5원(5-membered) 방향족 고리 그룹, 6원(6-membered) 방향족 고리 그룹, 또는 5원 방향족 그룹과 6원 방향족 그룹이 융합된(fused) 9원(9-membered) 방향족 고리 그룹이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2화합물의 최고 점유 분자 궤도(HOMO; highest occupied molecular orbital) 에너지 준위가 상기 제1화합물의 HOMO 에너지 준위보다 0.1eV 내지 0.2eV 낮고, 상기 제2화합물의 최저 비점유 분자 궤도(LUMO; lowest unoccupied molecular orbital) 에너지 준위는 상기 제1화합물의 LUMO 에너지 준위보다 0.1eV 내지 0.2eV 낮은 유기 발광 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1화합물의 정공 이동도가 상기 제2화합물의 정공 이동도보다 높은 유기 발광 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1화합물 및 상기 제3화합물이 서로 독립적으로 하기 화학식 1A로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 발광 소자:
    <화학식 1A>
    Figure pat00057

    상기 화학식 1A 중,
    R51, R59, R61 및 R62는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1화합물 및 상기 제3화합물이 서로 독립적으로 하기 화합물 301을 포함하는 유기 발광 소자:
    <화합물 301>
    Figure pat00058
    .
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2화합물 및 상기 제4화합물이 서로 독립적으로 하기 화학식 2A 내지 2K로 표시되는 화합물 중 적어도 1종을 포함하는 유기 발광 소자:
    <화학식 2A> <화학식 2B>
    Figure pat00059
    Figure pat00060

    <화학식 2C> <화학식 2D>
    Figure pat00061
    Figure pat00062

    <화학식 2E> <화학식 2F>
    Figure pat00063
    Figure pat00064

    <화학식 2G> <화학식 2H>
    Figure pat00065
    Figure pat00066

    <화학식 2I> <화학식 2J>
    Figure pat00067
    Figure pat00068

    <화학식 2K>
    Figure pat00069

    상기 화학식 2A 내지 2K 중,
    Ar1 및 Ar2는 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴렌기이고;
    a 및 b는 서로 독립적으로 0 내지 5의 정수 중 하나이고;
    R1a, R1b 및 R3는 서로 독립적으로 질소원자함유 그룹이고;
    R11, R19 및 R20은 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1-C60알킬기, 및 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴기 중 1종이고;
    Z1 내지 Z4는 서로 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, 치환 또는 비치환된 C1-C60알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C60알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C60시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴싸이오기, -Si(Q1)(Q2)(Q3) 및 -N(Q4)(Q5) 중 1종이며, x 또는 y가 2 이상인 경우 복수의 Z1 또는 Z2는 각각 동일하거나 상이할 수 있고;
    Q1 내지 Q5는 서로 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, 치환 또는 비치환된 C1-C60알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C60알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C60시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴싸이오기, 및 치환 또는 비치환된 C2-C60헤테로아릴기 중 1종이고;
    x는 1 내지 8의 정수 중 하나이고;
    y는 1 내지 3의 정수 중 하나이다.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2화합물 및 상기 제4화합물이 서로 독립적으로 하기 화합물 2, 8, 14, 15, 16, 20, 31 및 35 중 적어도 1종을 포함하는 유기 발광 소자:
    Figure pat00070

    Figure pat00071
    Figure pat00072
    .
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1전하생성물질 및 상기 제2전하생성물질이 서로 독립적으로 하기 화합물 501 및 502 중 적어도 1종을 포함하는 유기 발광 소자:
    <화합물 501> <화합물 502>
    Figure pat00073
    Figure pat00074
    .
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1화합물과 상기 제3화합물이 서로 동일한 화합물인 유기 발광 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2화합물과 상기 제4화합물이 서로 동일한 화합물인 유기 발광 소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1층 및 상기 제2층의 두께가 서로 독립적으로 40㎚ 내지 60㎚인 유기 발광 소자.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1전하생성물질의 함량이 상기 제1전하생성층 100 중량부 기준으로 1 내지 3 중량부인 유기 발광 소자.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제2전하생성물질의 함량이 상기 제2전하생성층 100 중량부 기준으로 1 내지 3 중량부인 유기 발광 소자.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1전하생성층 및 상기 제2전하생성층의 두께가 서로 독립적으로 10㎚ 내지 20㎚인 유기 발광 소자.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 버퍼층이 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 발광 소자.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 버퍼층의 두께가 0.1 내지 30㎚인 유기 발광 소자.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제1층과 상기 제1전하생성층이 서로 접촉하는 유기 발광 소자.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 제2층과 상기 제2전하생성층이 서로 접촉하는 유기 발광 소자.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 발광층과 상기 제2전극 사이에 개재되는 정공 저지층, 전자수송층, 전자주입층, 및 전자수송 기능과 전자주입 기능을 동시에 갖는 기능층 중 적어도 1종을 포함하는 유기 발광 소자.
  20. 소스, 드레인, 게이트 및 활성층을 포함한 트랜지스터 및 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항의 유기 발광 소자를 구비하고,
    상기 유기 발광 소자의 제1전극이 상기 소스 및 드레인 중 하나와 전기적으로 연결된 평판 표시 장치.
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