KR20160014556A - 전자 버퍼 재료 및 유기 전계 발광 소자 - Google Patents

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이수현
김치식
조영준
최경훈
조상희
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롬엔드하스전자재료코리아유한회사
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Abstract

본 발명은 전자 버퍼 재료, 및 제1전극; 상기 제1전극에 대향하는 제2전극; 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 발광층; 및 상기 발광층과 상기 제2전극 사이의 전자 전달 대역 및 전자 버퍼층을 포함하는 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전자 버퍼 재료를 사용함으로써 구동 전압이 낮고, 발광 효율이 우수하며, 구동 수명이 긴 유기 전계 발광 소자를 제공할 수 있다.

Description

전자 버퍼 재료 및 유기 전계 발광 소자{Electron Buffering Material and Organic Electroluminescent Device}
본 발명은 전자 버퍼 재료 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.
Eastman Kodak사의 Tang 등이 1987년에 발광층과 전하 전달층으로 이루어진 TPD/Alq3 이중층 저분자 녹색 유기 전계 발광 소자(OLED)를 처음으로 개발한 이후, 유기 전계 발광 소자에 대한 연구가 급속도로 빠르게 이루어져 현재 상용화에 이르렀다. 현재, 유기 전계 발광 소자는 패널 구현에 있어 발광 효율이 뛰어난 인광 물질을 주로 사용하고 있다. 적색과 녹색 발광을 하는 유기 전계 발광 소자의 경우 인광 물질을 이용한 유기 전계 발광 소자의 상용화에 성공하였으나, 청색 인광 물질의 경우 과도하게 형성된 엑시톤이 소실을 일으켜 고전류에서의 롤오프(roll-off) 감소로 인하여 특성이 저하된다는 점, 청색 인광 물질 자체의 장기적인 수명 안정성에서 문제점을 드러낼 뿐만 아니라, 시간에 따라 색순도가 급격히 떨어져 풀컬러 디스플레이를 구현함에 있어서 걸림돌이 되고 있는 실정이다.
현재 사용되고 있는 형광 발광 재료 또한 여러 가지의 문제점을 가지고 있다. 먼저, 패널 제작 공정에서 고온에 노출시 소자 내의 전류 특성이 변하여 발광 휘도의 변형 문제가 발생할 수 있고, 구조 특성상, 발광층과 전자 주입층 사이의 계면 특성 저하로 인한 휘도 저하의 특성도 나타날 수 있다. 또한, 형광 발광 재료는 재료적인 측면에서도 인광 발광 재료에 비하여 낮은 효율 특성을 가지고 있다. 이에, 안트라센계 호스트와 파이렌계 도판트의 조합과 같은 특정 형광 발광 재료를 통하여 효율을 개선하고자 하였으나, 이들은 정공 트랩이 커서, 발광층 내의 발광 영역이 정공 전달층 쪽으로 치우쳐서 계면 발광을 하는 경향이 있고, 이와 같은 계면 발광은 소자 수명을 저하시키는 문제점을 가질 뿐만 아니라, 효율도 여전히 만족스럽지 못하였다.
형광 발광 재료가 갖는 이러한 문제점은 재료 자체의 개선만으로는 더이상 해결하기가 곤란하다. 따라서, 현재, 전하 전달 물질을 개선하여 전하 이동 특성에 변화를 주거나, 소자적으로 최적화된 소자 구조를 개발하여 문제점을 해결하고자 하는 시도가 이루어지고 있다.
한국 공개특허공보 제10-2012-0092550호는 아진 고리를 포함하는 방향족 헤테로시클릭 유도체를 포함하는 블로킹층을 전자 주입층과 발광층 사이에 삽입한 유기 전계 발광 소자를 개시한다. 그러나, 상기 문헌은 벤조푸란 또는 벤조티오펜이 카바졸 유도체와 융합된 골격을 포함하는 화합물을 전자 버퍼층에 사용하는 유기 전계 발광 소자는 개시하지 못한다.
일본 등록특허공보 제4947909호에는 전자 버퍼층을 포함한 청색 형광 발광 소자를 구현하였고, 전자 버퍼층을 삽입함으로써 Alq3 대비 전자를 효율적으로 발광층에 주입하고, 전자의 이동도를 조절하여 소자의 구동 전압을 저하시키고 발광 계면의 열화를 방지시켜 수명을 향상시켰다. 그러나, 전자 버퍼층의 재료군이 Alq3 유도체에 한정되며 전자를 차단하는 것에 목적이 있고, 재료군이 적어 발광 효율 및 수명의 향상에 대한 분석에 한계가 있다.
한국 공개특허공보 제10-2012-0092550호 (2012. 8. 21 발행) 일본 등록특허공보 제4947909호 (2012. 6. 6 발행)
본 발명의 목적은, 구동 전압이 낮고, 발광 효율이 우수한 유기 전계 발광 소자를 실현할 수 있는 전자 버퍼 재료 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명자들은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 전자 버퍼 재료, 및 제1전극; 상기 제1전극에 대향하는 제2전극; 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 발광층; 및 상기 발광층과 상기 제2전극 사이의 전자 전달 대역 및 전자 버퍼층을 포함하고; 상기 전자 버퍼층은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는, 유기 전계 발광 소자가 상술한 목적을 달성할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서,
X는 O 또는 S이고;
L은 단일 결합, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴렌, 또는 치환 또는 비치환된 (5-30원)헤테로아릴렌이며;
A는 치환 또는 비치환된 (5-30원)헤테로아릴이고;
R1 및 R2은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 치환 또는 비치환된 (5-30원)헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 (C6-30)아르(C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된 (C3-C30)시클로알킬, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알콕시, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬실릴, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아르(C1-C30)알킬실릴, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬아미노, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴아미노, 또는 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴아미노이거나; 인접한 치환체와 연결되어 (C3-C30) 단일환 또는 다환의 지환족 또는 방향족 환을 형성할 수 있고, 상기 형성된 지환족 또는 방향족 환의 탄소 원자는 질소, 산소 및 황으로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로원자로 대체될 수 있으며;
R3은 수소, 중수소, 할로겐, 시아노, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 또는 치환 또는 비치환된 (5-30원)헤테로아릴이거나; 인접한 치환체와 연결되어 (C3-C30) 단일환 또는 다환의 지환족 또는 방향족 환을 형성할 수 있고, 상기 형성된 지환족 또는 방향족 환의 탄소 원자는 질소, 산소 및 황으로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로원자로 대체될 수 있고;
a 및 b는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고, a 또는 b가 2 이상인 경우 각각의 R1 및 각각의 R2는 동일하거나 상이할 수 있으며;
c는 1 내지 2의 정수이고, c가 2인 경우 각각의 R3은 동일하거나 상이할 수 있고;
상기 헤테로아릴(렌)은 B, N, O, S, Si 및 P로부터 선택된 하나 이상의 헤테로원자를 포함한다.
본 발명에 따른 전자 버퍼 재료를 사용함으로써, 유기 전계 발광 소자는 분자간 π- 오비탈(orbital) 특성 조절을 통해 평판 구조에 의한 빠른 전자 전류 특성을 확보하고, 이에 따라 우수한 효율 특성, 낮은 구동 전압을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 전계 발광 소자의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 전계 발광 소자의 정공 전달층, 발광층, 전자 버퍼층 및 전자 전달 대역에서의 에너지 밴드 다이어그램을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 비교예 1 및 소자제조예 1의 유기 전계 발광 소자의, 휘도에 따른 전류 효율을 나타낸 그래프이다.
이하에서 본 발명을 더욱 상세히 설명하나, 이는 설명을 위한 것으로 본 발명의 범위를 제한하는 방법으로 해석되어서는 안 된다.
본 발명에 기재되어 있는 "(C1-C30)알킬"은 쇄를 구성하는 탄소수가 1 내지 30개인 직쇄 또는 분지쇄 알킬을 의미하고, 여기에서 탄소수가 1 내지 10개인 것이 바람직하고, 1 내지 6개인 것이 더 바람직하다. 상기 알킬의 구체적인 예로서, 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸 및 tert-부틸 등이 있다. 본원에서 "(C2-C30)알케닐"은 쇄를 구성하는 탄소수가 2 내지 30개인 직쇄 또는 분지쇄 알케닐을 의미하고, 여기에서 탄소수가 2 내지 20개인 것이 바람직하고, 2 내지 10개인 것이 더 바람직하다. 상기 알케닐의 구체적인 예로서, 비닐, 1-프로페닐, 2-프로페닐, 1-부테닐, 2-부테닐, 3-부테닐, 2-메틸부트-2-에닐 등이 있다. 본원에서 "(C2-C30)알키닐"은 쇄를 구성하는 탄소수가 2 내지 30개인 직쇄 또는 분지쇄 알키닐을 의미하고, 여기에서 탄소수가 2 내지 20개 인 것이 바람직하고, 2 내지 10개인 것이 더 바람직하다. 상기 알키닐의 예로서, 에티닐, 1-프로피닐, 2-프로피닐, 1-부티닐, 2-부티닐, 3-부티닐, 1-메틸펜트-2-이닐 등이 있다. 본원에서 "(C3-C30)시클로알킬"은 환 골격 탄소수가 3 내지 30개인 단일환 또는 다환 탄화수소를 의미하고, 여기에서 탄소수가 3 내지 20개인 것이 바람직하고, 3 내지 7개인 것이 더 바람직하다. 상기 시클로알킬의 예로서, 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실 등이 있다. 본원에서 "(3-7원) 헤테로시클로알킬"은 환 골격 원자수가 3 내지 7개이고, B, N, O, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 헤테로원자, 바람직하게는 O, S 및 N에서 선택되는 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 시클로알킬을 의미하고, 예를 들어, 테트라하이드로푸란, 피롤리딘, 티올란, 테트라하이드로피란 등이 있다. 본원에서 "(C6-C30)아릴(렌)"은 환 골격 탄소수가 6 내지 30개인 방향족 탄화수소에서 유래된 단일환 또는 융합환계 라디칼을 의미하고, 여기에서 환 골격 탄소수가 6 내지 20개인 것이 바람직하고, 6 내지 15개인 것이 더 바람직하다. 상기 아릴의 예로서, 페닐, 비페닐, 터페닐, 나프틸, 비나프틸, 페닐나프틸, 나프틸페닐, 플루오레닐, 페닐플루오레닐, 벤조플루오레닐, 디벤조플루오레닐, 페난트레닐, 페닐페난트레닐, 안트라세닐, 인데닐, 트리페닐레닐, 피레닐, 테트라세닐, 페릴레닐, 크라이세닐, 나프타세닐, 플루오란테닐 등이 있다. 본원에서 "(5-30원) 헤테로아릴(렌)"은 환 골격 원자수가 5 내지 30개이고, B, N, O, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 아릴기를 의미한다. 헤테로원자수는 바람직하게는 1 내지 4개이고, 단일 환계이거나 하나 이상의 벤젠환과 축합된 융합환계일 수 있으며, 부분적으로 포화될 수도 있다. 또한, 본원에서 상기 헤테로아릴(렌)은 하나 이상의 헤테로아릴 또는 아릴기가 단일 결합에 의해 헤테로아릴기와 연결된 형태도 포함한다. 상기 헤테로아릴의 예로서, 푸릴, 티오펜일, 피롤릴, 이미다졸릴, 피라졸릴, 티아졸릴, 티아디아졸릴, 이소티아졸릴, 이속사졸릴, 옥사졸릴, 옥사디아졸릴, 트리아진일, 테트라진일, 트리아졸릴, 테트라졸릴, 푸라잔일, 피리딜, 피라진일, 피리미딘일, 피리다진일 등의 단일 환계 헤테로아릴, 벤조푸란일, 벤조티오펜일, 이소벤조푸란일, 디벤조푸란일, 디벤조티오펜일, 벤조나프토티오펜일, 벤즈이미다졸릴, 벤조티아졸릴, 벤조이소티아졸릴, 벤조이속사졸릴, 벤조옥사졸릴, 이소인돌릴, 인돌릴, 인다졸릴, 벤조티아디아졸릴, 퀴놀릴, 이소퀴놀릴, 신놀리닐, 퀴나졸리닐, 퀴녹살리닐, 카바졸릴, 페녹사진일, 페난트리딘일, 벤조디옥솔릴 등의 융합 환계 헤테로아릴 등이 있다. 본원에서 "할로겐"은 F, Cl, Br 및 I 원자를 포함한다.
본원 발명에서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 2 내지 7로 표시될 수 있다.
[화학식 2] [화학식 3] [화학식 4]
Figure pat00002
[화학식 5] [화학식 6] [화학식 7]
Figure pat00003
상기 화학식 2 내지 7에서, X, A, L, R1 내지 R3, a, b 및 c는 화학식 1에서의 정의와 동일하다.
또한, 본 발명에 기재되어 있는 "치환 또는 비치환"이라는 기재에서 '치환'은 어떤 작용기에서 수소 원자가 다른 원자 또는 다른 작용기 (즉, 치환체)로 대체되는 것을 뜻한다. 상기 화학식 1의 L, A, 및 R1 내지 R3에서 치환 알킬, 치환 알콕시, 치환 시클로알킬, 치환 아릴(렌), 치환 헤테로아릴(렌), 치환 알킬실릴, 치환 아릴실릴, 치환 아르알킬실릴, 치환 아릴아미노, 치환 알킬아미노, 치환 알킬아릴아미노, 및 치환 아르알킬의 치환체는 각각 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노, 카르복실, 니트로, 히드록시, (C1-C30)알킬, 할로(C1-C30)알킬, (C2-C30)알케닐, (C2-C30)알키닐, (C1-C30)알콕시, (C1-C30)알킬티오, (C3-C30)시클로알킬, (C3-C30)시클로알케닐, (3-7원)헤테로시클로알킬, (C6-C30)아릴옥시, (C6-C30)아릴티오, (C6-C30)아릴로 치환 또는 비치환된 (3-30원)헤테로아릴, (C6-C30)아릴, (3-30원)헤테로아릴로 치환된 (C6-C30)아릴, 트리(C1-C30)알킬실릴로 치환된 (C6-C30)아릴, 트리(C6-C30)아릴실릴로 치환된 (C6-C30)아릴, 트리(C1-C30)알킬실릴, 트리(C6-C30)아릴실릴, 디(C1-C30)알킬(C6-C30)아릴실릴, (C1-C30)알킬디(C6-C30)아릴실릴, 아미노, 모노- 또는 디- (C1-C30)알킬아미노, 모노- 또는 디- (C6-C30)아릴아미노, (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴아미노, (C1-C30)알킬카보닐, (C1-C30)알콕시카보닐, (C6-C30)아릴카보닐, 디(C6-C30)아릴보로닐, 디(C1-C30)알킬보로닐, (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴보로닐, (C6-C30)아르(C1-C30)알킬 및 (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 의미하고, 각각 독립적으로 시아노, (C1-C6)알킬, (C6-C20)아릴로 치환되거나 비치환된 (5-20원)헤테로아릴, (C6-C25)아릴, (5-20원)헤테로아릴로 치환된 (C6-C20)아릴, 트리(C1-C6)알킬실릴로 치환된 (C6-C20)아릴, 트리(C6-C20)아릴실릴로 치환된 (C6-C20)아릴 및 (C1-C6)알킬(C6-C20)아릴로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.
상기 화학식 1에서, X는 O 또는 S이다.
상기 L은 단일 결합, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴렌, 또는 치환 또는 비치환된 (5-30원)헤테로아릴렌이고, 바람직하게는 단일 결합, 치환 또는 비치환된 (C6-C20)아릴렌, 또는 치환 또는 비치환된 (5-20원)헤테로아릴렌이며, 더욱 바람직하게는 단일 결합, 비치환된 (C6-C20)아릴렌, 또는 비치환된 (5-20원)헤테로아릴렌이다.
상기 A는 치환 또는 비치환된 (5-30원)헤테로아릴이고, 바람직하게는 치환 또는 비치환된 (5-25원)헤테로아릴이며, 더욱 바람직하게는 비치환된 (5-25원)헤테로아릴, 시아노로 치환된 (5-25원)헤테로아릴, (C6-C25)아릴로 치환된 (5-25원)헤테로아릴, (5-20원)헤테로아릴로 치환된 (5-25원)헤테로아릴, 또는 (C1-C6)알킬(C6-C20)아릴로 치환된 (5-25원)헤테로아릴이다.
상기 A의 정의에서 (5-30원)헤테로아릴은 질소 함유 헤테로아릴인 것이 바람직하고, 치환 또는 비치환된 피리딘, 치환 또는 비치환된 피리미딘, 치환 또는 비치환된 트리아진, 치환 또는 비치환된 피라진, 치환 또는 비치환된 퀴놀린, 치환 또는 비치환된 퀴나졸린, 치환 또는 비치환된 퀴녹살린, 치환 또는 비치환된 벤즈이미다졸, 치환 또는 비치환된 나프티리딘, 또는 치환 또는 비치환된 페난쓰롤린인 것이 더욱 바람직하다.
상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 치환 또는 비치환된 (5-30원)헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 (C6-30)아르(C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된 (C3-C30)시클로알킬, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알콕시, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬실릴, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아르(C1-C30)알킬실릴, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬아미노, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴아미노, 또는 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴아미노이거나; 인접한 치환체와 연결되어 (C3-C30) 단일환 또는 다환의 지환족 또는 방향족 환을 형성할 수 있고, 상기 형성된 지환족 또는 방향족 환의 탄소 원자는 질소, 산소 및 황으로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로원자로 대체될 수 있고, 바람직하게는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 (C6-C20)아릴, 또는 치환 또는 비치환된 (5-20원)헤테로아릴이며, 더욱 바람직하게는 각각 독립적으로 수소, (C1-C6)알킬로 치환 또는 비치환된 (C6-C20)아릴, 또는 (C6-C20)아릴로 치환 또는 비치환된 (5-20원)헤테로아릴이다.
상기 R3은 수소, 중수소, 할로겐, 시아노, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 또는 치환 또는 비치환된 (5-30원)헤테로아릴이거나; 인접한 치환체와 연결되어 (C3-C30) 단일환 또는 다환의 지환족 또는 방향족 환을 형성할 수 있고, 상기 형성된 지환족 또는 방향족 환의 탄소 원자는 질소, 산소 및 황으로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로원자로 대체될 수 있고, 바람직하게는 수소이다.
상기 a 및 b는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고, 바람직하게는 1 내지 2의 정수이며, a 또는 b가 2 이상인 경우 각각의 R1 및 각각의 R2는 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 c는 1 내지 2의 정수이고, 바람직하게는 1이다. c가 2인 경우 각각의 R3은 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 헤테로아릴(렌)은 B, N, O, S, Si 및 P로부터 선택된 하나 이상의 헤테로원자를 포함한다.
본원 발명의 일양태에 따르면, 상기 화학식 1에서, X는 O 또는 S이고; L은 단일 결합, 치환 또는 비치환된 (C6-C20)아릴렌, 또는 치환 또는 비치환된 (5-20원)헤테로아릴렌이며; A는 치환 또는 비치환된 (5-25원)헤테로아릴이고; R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 (C6-C20)아릴, 또는 치환 또는 비치환된 (5-20원)헤테로아릴이며; R3은 수소이고; a 및 b는 각각 독립적으로 1 내지 2의 정수이고; c는 1이다.
본원 발명의 다른 일양태에 따르면, 상기 화학식 1에서, X는 O 또는 S이고; L은 단일 결합, 비치환된 (C6-C20)아릴렌, 또는 비치환된 (5-20원)헤테로아릴렌이며; A는 비치환된 (5-25원)헤테로아릴, 시아노로 치환된 (5-25원)헤테로아릴, (C6-C25)아릴로 치환된 (5-25원)헤테로아릴, (5-20원)헤테로아릴로 치환된 (5-25원)헤테로아릴, 또는 (C1-C6)알킬(C6-C20)아릴로 치환된 (5-25원)헤테로아릴이고; R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, (C1-C6)알킬로 치환 또는 비치환된 (C6-C20)아릴, 또는 (C6-C20)아릴로 치환 또는 비치환된 (5-20원)헤테로아릴이며; R3은 수소이고; a 및 b는 각각 독립적으로 1 내지 2의 정수이고; c는 1이다.
본래 LUMO (lowest unoccupied molecular orbital) 에너지 및 HOMO (highest occupied molecular orbital) 에너지 값은 음수의 값을 가지나, 본원에서 LUMO 에너지 값 및 HOMO 에너지 값은 편의 상 그 절대값으로 나타낸다. 또한, LUMO 에너지 값의 크기를 비교함에 있어서도 그 절대값을 기준으로 비교한다.
본원에서 HOMO 및 LUMO 에너지 값은 밀도 함수 이론 (Density Functional theory, DFT) 계산에 의한 값에 의한다. 후술하는 전자 버퍼층의 LUMO 에너지 값(Ab)과 호스트의 LUMO 에너지 값(Ah)의 관계에 따른 결과는 전자 버퍼층의 전체적인 LUMO 에너지 군에 따른 대체적인 소자의 경향성을 설명하기 위한 것이며, 특정 유도체의 고유 특성 및 재료의 안정성에 따라 상기 결과와 다른 결과가 나타날 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 전자 버퍼 재료를 제공한다. 상기 전자 버퍼 재료는 전하의 흐름 특성을 제어하는 재료를 가리킨다. 이에, 상기 전자 버퍼 재료는 예를 들어, 전자를 트랩(trap)하거나, 전자를 블로킹(blocking)하거나, 또는 전자 전달 대역과 발광층 사이의 에너지 장벽을 낮추는 것일 수 있다. 상기 전자 버퍼 재료는 구체적으로는, 유기 전계 발광 소자의 전자 버퍼 재료일 수 있다. 유기 전계 발광 소자에서 상기 전자 버퍼 재료는 전자 버퍼층용으로 사용되거나, 또는 전자 전달 대역이나 발광층과 같은 다른 영역에 혼입되어 사용될 수 있고, 여기서, 상기 전자 버퍼층은 유기 전계 발광 소자의 발광층과 전자 전달 대역의 사이에 형성되거나, 전자 전달 대역과 제2 전극 사이에 형성되는 것이다. 상기 전자 버퍼 재료는 유기 전계 발광 소자의 제조에 사용되는 통상의 물질을 추가로 포함하는 혼합물 또는 조성물일 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 보다 구체적으로 하기의 화합물로서 예시될 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00004
Figure pat00005
Figure pat00006
Figure pat00007
Figure pat00008
Figure pat00009
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Figure pat00012
Figure pat00013
Figure pat00014
Figure pat00015
Figure pat00016
Figure pat00017
본 발명에 따르는 화학식 1의 화합물은 당업자에게 공지된 합성 방법으로 제조할 수 있으며, 예를 들면 하기 반응식에 나타난 바와 같이 제조할 수 있다.
[반응식 1]
Figure pat00018
상기 반응식 1에서 X, L, A, R1 내지 R3, a, b 및 c는 화학식 1에서의 정의와 동일하고, Hal은 할로겐이다.
본 발명은 추가의 일 양태로서 화학식 1로 표시되는 화합물의 전자 버퍼 재료로서의 용도를 제공한다. 바람직하게는, 상기 용도는 유기 전계 발광 소자의 전자 버퍼 재료로서의 용도일 수 있다.
본 발명의 유기 전계 발광 소자는 제1전극; 상기 제1전극에 대향하는 제2전극; 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 발광층; 및 상기 발광층과 상기 제2전극 사이의 전자 전달 대역 및 전자 버퍼층을 포함하고; 상기 전자 버퍼층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다. 상기 화합물을 이용할 경우, 소자의 구동전압, 효율 및 수명 측면이 향상될 수 있다.
전자 버퍼층은 패널 제작 공정에서 고온에 노출시 소자 내의 전류 특성이 변하여 발광 휘도의 변형 문제가 발생할 수 있는 문제를 개선할 수 있는 층으로써 전자 버퍼층이 없는 소자 대비 유사한 전류 특성을 얻기 위해서는 전자 버퍼층에 포함되는 화합물의 특성이 중요하다. 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, 벤조푸란 또는 벤조티오펜이 카바졸 유도체와 융합되어 벤조푸로[2,3-a]카바졸 또는 벤조티에노[2,3-a]카바졸을 형성한다. 해당 구조는 카바졸과 벤조티오펜 또는 벤조푸란이 융합되어 단단한 구조를 가짐으로써, 이면각(dihedral angle)이 0°에 가까운 특성을 보인다. 이에 따라, 해당 벌키한 그룹이 큰 분자간 π-오비탈의 겹침(overlap)을 가져 상호 분자간 전하 전달(intermolecular charge transition)이 용이해진다. 이러한 분자간 π-π 치쌓임(stacking)이 강화되면 평판(coplanar) 구조를 통한 빠른 전자 전류 특성 구현이 가능하다. 반면, 카바졸과 디벤조티오펜 또는 디벤조푸란 고리가 메틸로 연결되었을 경우, 그 사이의 이면각이 약 36°의 편차를 보임에 따라 상대적으로 무질서한 분자배열(random molecular orientation)이 되어 전자 전류 특성이 저하되고 효율이 저하되는 특성을 나타낼 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 화합물은 유기 전계 발광 소자의 저전압 구동과 효율 및 수명 향상에 크게 기여할 수 있으며, 이러한 소자 특성 개선은 패널 제작 공정에서의 성능 향상에도 큰 효과가 있다.
제1 및 제2전극, 및 발광층을 포함하는 유기 전계 발광 소자에서 전자 버퍼층이 발광층과 제2전극 사이에 삽입됨으로써 전자 버퍼층의 전자친화도 LUMO 에너지 값에 의한 전자 주입 조절이 가능할 수 있다.
본 발명의 유기 전계 발광 소자에서, 상기 전자 버퍼층의 LUMO 에너지 값은 상기 호스트 화합물의 LUMO 에너지 값보다 큰 값을 가질 수 있다. 상기 전자 버퍼층과 상기 호스트 화합물의 LUMO 에너지 값의 차이는 구체적으로는 0.3 eV 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 전자 버퍼층과 상기 호스트 화합물의 LUMO 에너지 값이 각각 1.9 eV 및 1.6 eV일 수 있고, 이에, 이들의 LUMO 에너지 값의 차이는 0.3 eV일 수 있다. 이와 같은 호스트 화합물과 전자 버퍼층 사이에 LUMO 장벽이 구동전압 상승의 요소가 될 수 있지만, 전자 버퍼층이 상기 화학식 1의 화합물을 포함하면, 다른 화합물에 비하여 호스트 화합물로의 전자 전달이 쉬워진다. 따라서, 본 발명의 유기 전계 발광 소자는 구동 전압이 낮고, 발광 효율이 우수하며, 구동 수명이 길어질 수 있다. 본원에서, 전자 버퍼층의 LUMO 에너지 값은 구체적으로, 전자 버퍼층에 포함된 상기 화학식 1의 화합물의 LUMO 에너지 값이다.
본 발명의 유기 전계 발광 소자에서, 상기 전자 전달 대역은 제2전극에서 발광층으로 전자를 전달하는 대역을 의미한다. 상기 전자 전달 대역은 전자 전달성 화합물, 환원성 도판트, 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 상기 전자 전달성 화합물은 옥사졸계 화합물, 이소옥사졸계 화합물, 트리아졸계 화합물, 이소티아졸계 화합물, 옥사디아졸계 화합물, 티아디아졸계 화합물, 페릴렌계 화합물, 안트라센계 화합물, 알루미늄 착물, 및 갈륨 착물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 상기 환원성 도판트는 알칼리 금속, 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토류 금속, 희토류 금속, 이들의 할로겐화물, 이들의 산화물, 및 이들의 착체로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 또한, 상기 전자 전달 대역은 전자 전달층, 전자 주입층 또는 이들 둘 다를 포함할 수 있다. 상기 전자 전달층 및 전자 주입층 각각은 2 이상의 층으로 구성될 수 있다. 상기 전자 버퍼층의 LUMO 에너지 값은 상기 전자 전달 대역의 LUMO 에너지 값보다 작거나 또는 클 수 있다. 예를 들어, 상기 전자 버퍼층과 상기 전자 전달 대역의 LUMO 에너지 값이 각각 1.9 eV 및 1.8 eV일 수 있고, 이에, 이들의 LUMO 에너지 값의 차이는 0.1 eV일 수 있다. 상기 전자 버퍼층이 상기한 바와 같은 LUMO 에너지 값을 가짐으로써, 전자가 전자 버퍼층을 통하여 쉽게 발광층까지 전자가 주입될 수 있다. 상기 전자 전달 대역의 LUMO 에너지 값은 1.7 eV 이상 또는 1.9 eV 이상일 수 있다.
구체적으로는, 상기 전자 버퍼층의 LUMO 에너지 값은 상기 호스트 화합물의 LUMO 에너지 값 및 상기 전자 전달 대역의 LUMO 에너지 값보다 클 수 있다. 예를 들어, 상기 LUMO 에너지 값은 상기 전자 버퍼층 > 상기 전자 전달 대역 > 상기 호스트 화합물의 관계에 있을 수 있다. 각 층별 LUMO 관계에 있어서, 전자는 발광층과 전자 버퍼층 사이에 속박되고 전자 주입이 저해되어 구동 전압이 상승될 수 있는 구조이지만, 화학식 1의 화합물을 가지는 전자 버퍼층은 발광층으로의 전자 전달이 용이하여, 본 발명의 유기 전계 발광 소자는 구동 전압이 낮고, 발광 효율이 우수하며, 구동 수명도 확보할 수 있다.
상기 LUMO 에너지 값은 다양한 공지의 방법에 의해 용이하게 측정될 수 있다. 통상적으로, 주기적 전압 측정(cyclic voltametry) 또는 자외선 광전자 분광학(UPS)을 이용하여 LUMO 에너지 값을 측정한다. 따라서, 당업자라면 본 발명의 LUMO 에너지 값의 관계를 만족하는 전자 버퍼층, 호스트 물질, 및 전자 전달 대역을 용이하게 파악하여 본 발명을 구현할 수 있다. HOMO 에너지 값도 LUMO 에너지 값과 동일한 방식으로 용이하게 측정될 수 있다.
또한, 본 발명의 유기 전계 발광 소자에서, 상기 발광층, 상기 전자 버퍼층 및 상기 전자 전달 대역은 발광층, 전자 버퍼층, 전자 전달 대역 및 제2 전극의 순서로 형성되어 있을 수 있고, 발광층, 전자 전달 대역, 전자 버퍼층 및 제2 전극의 순서로 형성되어 있을 수도 있다.
또한, 본 발명의 유기 전계 발광 소자는 상기 제1전극과 상기 발광층 사이에 정공 주입층, 정공 전달층 또는 이들 둘 모두를 추가로 포함할 수 있다.
이하, 도 1을 참조하여 유기 발광 소자의 구성 및 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 1의 유기 전계 발광 소자는 본원의 내용이 당업자에게 충분히 전달될 수 있도록 제공되는 일 구현예일 뿐, 본 발명이 해당 구현예에 한정되어서는 아니되며, 다른 형태로 구체화될 수 있다. 예를 들어, 상기 도 1의 유기 전계 발광 소자에서 발광층 및 전자 버퍼층을 제외한, 정공 주입층과 같은 일 임의 구성 요소가 생략될 수 있다. 또한, 일 임의 구성 요소가 추가될 수 있다. 상기 추가될 수 있는 일 구성 요소의 예로는 n-도핑층 및 p-도핑층과 같은 불순물층을 들 수 있다. 또한, 상기 불순물층을 사이에 두고, 양쪽에 하나씩 발광층을 두어 유기 전계 발광 소자를 양면 발광형으로 할 수 있고, 이 때, 양쪽의 발광층이 서로 다른 색을 발광하도록 할 수도 있다. 또한, 상기 제1 전극을 투명 전극으로 하고, 상기 제2 전극을 반사 전극으로 하여 배면 발광형 유기 전계 발광 소자로 하거나, 상기 제1 전극을 반사 전극으로 하고 상기 제2 전극을 투과 전극으로 하여 전면 발광형 유기 전계 발광 소자로 할 수도 있다. 또한, 기판 위에, 캐소드, 전자 전달층, 발광층, 정공 전달층, 정공 주입층, 애노드의 순서로 적층하여 인버티드(inverted) 형태의 유기 전계 발광 소자로 할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 전계 발광 소자의 정공 전달층, 발광층, 전자 버퍼층 및 전자 전달 대역에서의 에너지 밴드 다이어그램을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2에서, 정공 전달층(123), 발광층(125), 전자 버퍼층(126) 및 전자 전달 대역(129)은 순차적으로 적층되어 있으며, 캐소드로부터 주입된 전자(e)가 전자 전달 대역(129)을 거쳐 전자 버퍼층(126)을 통해 발광층(125)으로 주입된다.
이하에서, 본 발명의 상세한 이해를 위하여 본 발명의 대표 화합물을 들어 본 발명에 따른 화합물, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 전자 버퍼 재료를 포함하는 소자의 발광특성을 설명한다.
[ 실시예 1] 화합물 B-3의 제조
Figure pat00019
화합물 1-1의 제조
1-브로모-2-나이트로벤젠 (39 g, 0.19 mol), 디벤조[b,d]퓨란-4-일 보론산 (45 g, 0.21 mol), Pd(PPh3)4 (11.1 g, 0.0096 mol), 2M K2CO3 수용액 290 mL, EtOH 290 mL 및 톨루엔 580 mL를 혼합한 후, 120℃로 가열시키면서 4시간 동안 교반하였다. 반응이 끝나면 증류수로 씻어주고 EA로 추출한 뒤 유기층을 무수 MgSO4로 건조시킨 후 회전 증발기로 용매를 제거한 후 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 1-1 (47 g, 85%)을 얻었다.
화합물 1-2의 제조
화합물 1-1 (47 g, 0.16 mol), 트리에틸포스파이트 600 mL 및 1,2-디클로로벤젠 300 mL를 혼합한 후, 150℃로 가열하여 12시간 동안 교반하였다. 반응이 끝나면 증류(distillation) 장치를 이용해서 미반응 트리에틸포스파이트와 1,2-디클로로벤젠을 제거한 후, 증류수로 씻어주고 EA로 추출한 뒤 유기층을 무수 MgSO4로 건조시켰다. 회전 증발기로 용매를 제거한 후 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 1-2 (39 g, 81%)을 얻었다.
화합물 B-3의 제조
NaH (1.9 mg, 42.1 mmol)을 디메틸포름아미드(DMF)에 녹여 교반시켰다. 화합물 1-2 (7 g, 27.2 mmol)를 DMF에 녹인 후, 상기 NaH 용액에 첨가하여 1시간 동안 교반하였다. 2-클로로-4,6-디페닐피리미딘 (8.7 g, 32.6 mmol)을 DMF에 녹인 후 교반시키고 상기 1시간 동안 교반시킨 반응물을 첨가하고 실온에서 24시간 동안 교반시켰다. 반응이 끝나면 생성된 고체를 거른 후, 에틸 아세테이트로 씻어주고 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 목적 화합물 B-3 (3.5 g, 25%)을 얻었다.
[ 실시예 2] 화합물 B-10의 제조
Figure pat00020
화합물 2-1의 제조
디벤조[b,d]티오펜-4-일 보론산 (10 g, 43.84 mmol)을 사용하여 화합물 1-1과 동일한 방법으로 제조하여 화합물 2-1 (10 g, 32.74 mmol, 74.68%)을 얻었다.
화합물 2-2의 제조
화합물 2-1 (10 g, 32.74 mmol)을 사용하여 화합물 1-2와 동일한 방법으로 제조하여 화합물 2-2 (7 g, 25.60 mmol, 78.19%)을 얻었다.
화합물 B-10의 제조
화합물 2-2 (7 g, 25.6 mmol)와 2-클로로-4,6-디페닐-1,3,5-트리아진 (8.7 g, 32.6 mmol)을 사용하여 화합물 B-3과 동일한 방법으로 제조하여 목적 화합물 B-10 (5.6 g, 40 %)를 얻었다.
[ 실시예 3] 화합물 B-22의 제조
Figure pat00021
화합물 2-2 (7 g, 25.6 mmol)와 화합물 3-1 (8.2 g, 32.6 mmol)을 사용하여 화합물 B-3과 동일한 방법으로 제조하여 목적 화합물 B-22 (5.3 g, 49%)을 얻었다.
상기 실시예 1 내지 3에서 제조된 화합물과 동일한 방식으로 화합물 B-1 내지 B-72을 합성하였다. 이중 대표적인 화합물의 구체적인 물성 데이터를 하기 표 1에 나타냈다.
[표 1]
Figure pat00022
Figure pat00023
[ 비교예 1] 전자 버퍼층을 포함하지 않은 청색 발광 유기 전계 발광 소자의 제조
OLED 소자를 다음과 같이 제조하였다. 우선, OLED용 글래스(지오마텍사 제조) 상의 투명전극 ITO 박막(15Ω/□)을, 트리클로로에틸렌, 아세톤, 증류수를 순차적으로 사용하여 초음파 세척을 실시한 후, 이소프로판올에 넣어 보관한 후 사용하였다. 다음으로 진공 증착 장비의 기판 홀더에 ITO기판을 장착한 후, 진공 증착장비 내의 셀에 N4,N4'-디페닐-N4,N4'-비스(9-페닐-9H-카바졸-3-일)-[1,1'-비페닐]-4,4'-디아민 (화합물 HI-1)을 넣고 챔버 내의 진공도가 10-6 torr에 도달할 때까지 배기시킨 후, 셀에 전류를 인가하여 증발시켜 ITO 기판 위에 60 nm 두께의 제1 정공 주입층을 증착하였다. 이어서, 진공 증착 장비 내의 다른 셀에 1,4,5,8,9,12-헥사아자트리페닐렌-헥사카르보니트릴(HAT-CN) (화합물 HI-2)을 넣고, 셀에 전류를 인가하여 증발시켜 제1 정공 주입층 위에 5 nm 두께의 제2 정공 주입층을 증착하였다. 이어서, 진공 증착 장비 내의 다른 셀에 N-([1,1'-비페닐]-4-일)-9,9-디메틸-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)-9H-플루오렌-2-아민 (화합물 HT-1)을 넣고, 셀에 전류를 인가하여 증발시켜 제2 정공 주입층 위에 20 nm 두께의 제1 정공 전달층을 증착하였다. 이어서, 진공 증착 장비 내의 다른 셀에 화합물 HT-2를 넣고, 셀에 전류를 인가하여 증발시켜 제1 정공 전달층 위에 5 nm 두께의 제2 정공 전달층을 증착하였다. 정공 주입층, 정공 전달층을 형성시킨 후, 그 위에 발광층을 다음과 같이 증착시켰다. 진공 증착 장비 내의 한쪽 셀에 호스트로서 화합물 BH-1을 넣고, 또 다른 셀에는 도판트로서 화합물 BD-1을 각각 넣은 후, 두 물질을 다른 속도로 증발시켜 호스트와 도판트 전체에 대하여 도판트를 2 중량%로 도핑함으로써 상기 정공 전달층 위에 20 nm 두께의 발광층을 증착하였다. 이어서 상기 발광층 위에 전자 전달층으로서 한쪽 셀에 2-(4-(9,10-디(나프탈렌-2-일)안트라센-2-일)페닐)-1-페닐-1H-벤조[d]이미다졸(화합물 ETL-1)을 넣고, 또 다른 셀에는 리튬 퀴놀레이트를 각각 넣은 후, 두 물질을 같은 속도로 증발시켜 각각 50 중량%로 도핑함으로써 35 nm의 전자 전달층을 증착하였다. 이어서 전자 주입층으로 리튬 퀴놀레이트(화합물 EIL-1)를 2 nm 두께로 증착한 후, 다른 진공 증착 장비를 이용하여 Al 음극을 80 nm의 두께로 증착하여 OLED 소자를 제조하였다. 재료 별로 각 화합물은 10-6 torr 하에서 진공 승화 정제하여 사용하였다.
이상과 같이 제조된 유기 전계 발광 소자의 휘도에 따른 전류 효율을 도 3에 그래프로 나타내었다. 또한, 비교예 1의 유기 전계 발광 소자의 1,000 nits 휘도 기준의 구동 전압, 발광 효율, CIE색좌표와 2,000 nits 휘도 기준 정전류에서 휘도가 100%부터 90%까지 떨어지는 수명 시간의 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
[ 소자제조예 1 내지 6] 본 발명에 따른 청색 발광 유기 전계 발광 소자의 제조
소자제조예 1 내지 6에서는, 전자 전달층의 두께를 30 nm로 줄이고, 발광층과 전자 전달층 사이에 전자 버퍼층 5 nm를 삽입한 것 외에는 비교예 1과 동일한 방법으로 OLED 소자를 제조하고 평가하였다. 소자제조예 1에서 제조된 유기 전계 발광 소자의 휘도에 따른 전류 효율을 도 3에 그래프로 나타내었다. 또한, 각 소자제조예 1 내지 6의 소자의 평가 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
[ 비교예 2] 본 발명에 따르지 않는 전자 버퍼층을 포함한 청색 발광 유기 전계 발광 소자의 제조
전자 버퍼 재료로서 화합물 BF-1을 사용한 것을 제외하고는, 소자제조예 1과 동일한 방식으로 OLED 소자를 제조하고 평가하였다. 비교예 2의 소자 평가 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
[표 2]
Figure pat00024
상기 표 2로부터, 소자제조예 1 내지 6은 본 발명의 전자 버퍼층의 빠른 전자 전류 특성으로 인해, 전자 버퍼층이 없는 비교예 1에 대비했을 때, 높은 효율을 보였으며, 수명 특성 또한 우수한 것을 알 수 있다. 또한, 비교예 2 대비 소자제조예 3을 비교하였을 때, 비교예 2에 사용된 화합물 BF-1은 카바졸과 디벤조티오펜이 페닐렌으로 연결되어 이면각이 상대적으로 커, 상대적으로 전자 주입이 원활하지 않아 높은 전압과 낮은 효율 특성을 보였다. 다만, 비교예 2의 경우 전자 전류가 저해되면서 HTL/EML 계면에 주로 형성되어 있던 엑시톤(exciton)의 분포가 상대적으로 적어 계면 스트레스를 완화시켜 수명이 상승되는 특성을 보였다. 이는 고효율이 중요한 청색 형광 소자에서 바람직한 방향이 아니다.
[특성 분석]
상기 소자들(화합물 BF-1 및 B-77을 사용한 경우)의 효율 차이를 분자 배열에 따른 스태킹 효과에 기인한 것임을 증명하기 위해 DFT 계산에 의한 쌍극자 모먼트(Dipole Moment) 값 비교를 통하여 전자 버퍼 재료들 간의 차이를 확인하였다. 그 결과, 화합물 BF-1 대비 화합물 B-77이 낮은 쌍극자 모먼트 값을 가짐을 확인할 수 있다. 쌍극자 모먼트 값이 작은 값을 갖는 의미는 분자 배열이 평면 상태로 배열되어 전하 캐리어 주입 특성 향상에 기여한다는 것을 의미하며, 이에 대한 근거는 문헌 [Appl. Phys. Lett. 95, 243303 (2009)] 및 [Appl. Phys. Lett. 99, 123303 (2011)] 에서 나타내고 있다.
표 3에 전자 버퍼 재료에 따른 쌍극자 모먼트와 LUMO 에너지 값을 나타내었다. 화합물 BF-1은 B-77 대비 발광층과 전자 버퍼층과의 LUMO 에너지 값에 의한 장벽 차이가 적음에도 불구하고 화합물 BF-1 대비 화합물 B-77의 전자버퍼 재료가 높은 효율 특성을 나타내었는데, 이는 쌍극자 모먼트와 연관성이 있음을 알 수 있다. 화합물 BF-1 유도체는 상대적으로 이면각이 커서 높은 쌍극자 모멘트 값을 갖는 반면, 화합물 B-77은 판상 형태로 낮은 쌍극자 모먼트 값을 가져 빠른 전자 전류 특성을 나타내어 높은 효율을 나타냄을 알 수 있었다.
[표 3]
Figure pat00025
또한, 도 3으로부터, 비교예 1의 유기 전계 발광 소자에 비해, 소자제조예 1 의 유기 전계 발광 소자가 전체 휘도 영역에서 높은 전류 효율을 보이는 것을 알 수 있다.
[표 4] 비교예 및 소자제조예에서 사용된 화합물
Figure pat00026
100: 유기 발광 소자 101: 기판
110: 제1전극 120: 유기층
122: 정공 주입층 123: 정공 전달층
125: 발광층 126: 전자 버퍼층
127: 전자 전달층 128: 전자 주입층
129: 전자 전달 대역 130: 제2전극

Claims (13)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는, 전자 버퍼 재료:
    [화학식 1]
    Figure pat00027

    상기 화학식 1에서,
    X는 O 또는 S이고;
    L은 단일 결합, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴렌, 또는 치환 또는 비치환된 (5-30원)헤테로아릴렌이며;
    A는 치환 또는 비치환된 (5-30원)헤테로아릴이고;
    R1 및 R2은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 치환 또는 비치환된 (5-30원)헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 (C6-30)아르(C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된 (C3-C30)시클로알킬, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알콕시, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬실릴, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아르(C1-C30)알킬실릴, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬아미노, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴아미노, 또는 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴아미노이거나; 인접한 치환체와 연결되어 (C3-C30) 단일환 또는 다환의 지환족 또는 방향족 환을 형성할 수 있고, 상기 형성된 지환족 또는 방향족 환의 탄소 원자는 질소, 산소 및 황으로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로원자로 대체될 수 있으며;
    R3은 수소, 중수소, 할로겐, 시아노, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 또는 치환 또는 비치환된 (5-30원)헤테로아릴이거나; 인접한 치환체와 연결되어 (C3-C30) 단일환 또는 다환의 지환족 또는 방향족 환을 형성할 수 있고, 상기 형성된 지환족 또는 방향족 환의 탄소 원자는 질소, 산소 및 황으로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로원자로 대체될 수 있고;
    a 및 b는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고, a 또는 b가 2 이상인 경우 각각의 R1 및 각각의 R2는 동일하거나 상이할 수 있으며;
    c는 1 내지 2의 정수이고, c가 2인 경우 각각의 R3은 동일하거나 상이할 수 있고;
    상기 헤테로아릴(렌)은 B, N, O, S, Si 및 P로부터 선택된 하나 이상의 헤테로원자를 포함한다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화학식 2 내지 7 중 하나로 표시되는, 전자 버퍼 재료.
    [화학식 2] [화학식 3] [화학식 4]
    Figure pat00028

    [화학식 5] [화학식 6] [화학식 7]
    Figure pat00029

    상기 화학식 2 내지 7에서, X, A, L, R1 내지 R3, a, b 및 c는 청구항 1에서 정의된 것과 같다.
  3. 제1항에 있어서, 상기 L, A 및 R1 내지 R3 에서 치환 알킬, 치환 알콕시, 치환 시클로알킬, 치환 아릴(렌), 치환 헤테로아릴(렌), 치환 알킬실릴, 치환 아릴실릴, 치환 아르알킬실릴, 치환 아릴아미노, 치환 알킬아미노, 치환 알킬아릴아미노, 및 치환 아르알킬의 치환체는 각각 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노, 카르복실, 니트로, 히드록시, (C1-C30)알킬, 할로(C1-C30)알킬, (C2-C30)알케닐, (C2-C30)알키닐, (C1-C30)알콕시, (C1-C30)알킬티오, (C3-C30)시클로알킬, (C3-C30)시클로알케닐, (3-7원)헤테로시클로알킬, (C6-C30)아릴옥시, (C6-C30)아릴티오, (C6-C30)아릴로 치환 또는 비치환된 (3-30원)헤테로아릴, (C6-C30)아릴, (3-30원)헤테로아릴로 치환된 (C6-C30)아릴, 트리(C1-C30)알킬실릴로 치환된 (C6-C30)아릴, 트리(C6-C30)아릴실릴로 치환된 (C6-C30)아릴, 트리(C1-C30)알킬실릴, 트리(C6-C30)아릴실릴, 디(C1-C30)알킬(C6-C30)아릴실릴, (C1-C30)알킬디(C6-C30)아릴실릴, 아미노, 모노- 또는 디- (C1-C30)알킬아미노, 모노- 또는 디- (C6-C30)아릴아미노, (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴아미노, (C1-C30)알킬카보닐, (C1-C30)알콕시카보닐, (C6-C30)아릴카보닐, 디(C6-C30)아릴보로닐, 디(C1-C30)알킬보로닐, (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴보로닐, (C6-C30)아르(C1-C30)알킬 및 (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인, 전자 버퍼 재료.
  4. 제1항에 있어서, X는 O 또는 S이고;
    L은 단일 결합, 치환 또는 비치환된 (C6-C20)아릴렌, 또는 치환 또는 비치환된 (5-20원)헤테로아릴렌이며;
    A는 치환 또는 비치환된 (5-25원)헤테로아릴이고;
    R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 (C6-C20)아릴, 또는 치환 또는 비치환된 (5-20원)헤테로아릴이며;
    R3은 수소이고;
    a 및 b는 각각 독립적으로 1 내지 2의 정수이고;
    c는 1인, 전자 버퍼 재료.
  5. 제1항에 있어서, X는 O 또는 S이고;
    L은 단일 결합, 비치환된 (C6-C20)아릴렌, 또는 비치환된 (5-20원)헤테로아릴렌이며;
    A는 비치환된 (5-25원)헤테로아릴, 시아노로 치환된 (5-25원)헤테로아릴, (C6-C25)아릴로 치환된 (5-25원)헤테로아릴, (5-20원)헤테로아릴로 치환된 (5-25원)헤테로아릴, 또는 (C1-C6)알킬(C6-C20)아릴로 치환된 (5-25원)헤테로아릴이고;
    R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, (C1-C6)알킬로 치환 또는 비치환된 (C6-C20)아릴, 또는 (C6-C20)아릴로 치환 또는 비치환된 (5-20원)헤테로아릴이며;
    R3은 수소이고;
    a 및 b는 각각 독립적으로 1 내지 2의 정수이고;
    c는 1인, 전자 버퍼 재료.
  6. 제1항에 있어서, 상기 A는 치환 또는 비치환된 피리딘, 치환 또는 비치환된 피리미딘, 치환 또는 비치환된 트리아진, 치환 또는 비치환된 피라진, 치환 또는 비치환된 퀴놀린, 치환 또는 비치환된 퀴나졸린, 치환 또는 비치환된 퀴녹살린, 치환 또는 비치환된 벤즈이미다졸, 치환 또는 비치환된 나프티리딘, 또는 치환 또는 비치환된 페난쓰롤린인, 전자 버퍼 재료.
  7. 제1항에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화합물로부터 선택되는, 전자 버퍼 재료.

    Figure pat00030

    Figure pat00031

    Figure pat00032

    Figure pat00033

    Figure pat00034

    Figure pat00035

    Figure pat00036

    Figure pat00037

    Figure pat00038

    Figure pat00039

    Figure pat00040

    Figure pat00041

    Figure pat00042

    Figure pat00043
  8. 제1전극; 상기 제1전극에 대향하는 제2전극; 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 발광층; 및 상기 발광층과 상기 제2전극 사이의 전자 전달 대역 및 전자 버퍼층을 포함하고;
    상기 전자 버퍼층은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는, 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 1]
    Figure pat00044

    상기 화학식 1에서,
    X는 O 또는 S이고;
    L은 단일 결합, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴렌, 또는 치환 또는 비치환된 (5-30원)헤테로아릴렌이며;
    A는 치환 또는 비치환된 (5-30원)헤테로아릴이고;
    R1 및 R2은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 치환 또는 비치환된 (5-30원)헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 (C6-30)아르(C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된 (C3-C30)시클로알킬, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알콕시, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬실릴, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아르(C1-C30)알킬실릴, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬아미노, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴아미노, 또는 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴아미노이거나; 인접한 치환체와 연결되어 (C3-C30) 단일환 또는 다환의 지환족 또는 방향족 환을 형성할 수 있고, 상기 형성된 지환족 또는 방향족 환의 탄소 원자는 질소, 산소 및 황으로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로원자로 대체될 수 있으며;
    R3은 수소, 중수소, 할로겐, 시아노, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 또는 치환 또는 비치환된 (5-30원)헤테로아릴이거나; 인접한 치환체와 연결되어 (C3-C30) 단일환 또는 다환의 지환족 또는 방향족 환을 형성할 수 있고, 상기 형성된 지환족 또는 방향족 환의 탄소 원자는 질소, 산소 및 황으로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로원자로 대체될 수 있고;
    a 및 b는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고, a 또는 b가 2 이상인 경우 각각의 R1 및 각각의 R2는 동일하거나 상이할 수 있으며;
    c는 1 내지 2의 정수이고, c가 2인 경우 각각의 R3은 동일하거나 상이할 수 있고;
    상기 헤테로아릴(렌)은 B, N, O, S, Si 및 P로부터 선택된 하나 이상의 헤테로원자를 포함한다.
  9. 제8항에 있어서, 상기 발광층이 호스트 화합물 및 도판트 화합물을 포함하고, 상기 전자 버퍼층의 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital) 에너지 값이 상기 호스트 화합물의 LUMO 에너지 값보다 큰, 유기 전계 발광 소자.
  10. 제8항에 있어서, 상기 전자 전달 대역이 전자 전달성 화합물, 환원성 도판트, 또는 이들의 조합물을 포함하는, 유기 전계 발광 소자.
  11. 제10항에 있어서, 상기 전자 전달성 화합물이 옥사졸계 화합물, 이소옥사졸계 화합물, 트리아졸계 화합물, 이소티아졸계 화합물, 옥사디아졸계 화합물, 티아디아졸계 화합물, 페릴렌계 화합물, 안트라센계 화합물, 알루미늄 착물, 및 갈륨 착물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나이고, 상기 환원성 도판트가 알칼리 금속, 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토류 금속, 희토류 금속, 이들의 할로겐화물, 이들의 산화물, 및 이들의 착체로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인, 유기 전계 발광 소자.
  12. 제8항에 있어서, 상기 전자 전달 대역이 전자 주입층, 전자 전달층 또는 이들 둘 모두를 포함하는, 유기 전계 발광 소자.
  13. 제8항에 있어서, 상기 제1전극과 상기 발광층 사이에 정공 주입층, 정공 전달층, 또는 이들 둘 모두를 추가로 포함하는, 유기 전계 발광 소자.
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