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KR102624166B1 - 유기 전계 발광 소자 - Google Patents

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KR102624166B1
KR102624166B1 KR1020150164263A KR20150164263A KR102624166B1 KR 102624166 B1 KR102624166 B1 KR 102624166B1 KR 1020150164263 A KR1020150164263 A KR 1020150164263A KR 20150164263 A KR20150164263 A KR 20150164263A KR 102624166 B1 KR102624166 B1 KR 102624166B1
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히로아키 이토이
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

발광 효율 및 발광 수명이 향상된 유기 전계 발광 소자를 제공한다.
일 실시예는 양극과 발광층 사이에 배치되는 복수의 정공 수송층을 포함한다. 복수의 정공 수송층은 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송층, 및 발광층측 정공 수송층을 포함하고, 발광층측 정공 수송층은 하기 일반식 (1)로 표시되는 발광층측 정공 수송 재료를 포함한다.
[화학식]

Description

유기 전계 발광 소자{ORGANIC ELECTROLUMINESCENCE DEVICE}
본 발명은 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.
최근, 유기 전계 발광 표시 장치(Organic Electroluminescence Display)의 개발이 진행되고 있다. 또한, 유기 전계 발광 표시 장치에 사용되는 자발광형의 발광 소자인 유기 전계 발광 소자(Organic Electroluminescence Device)의 개발도 활발하게 행해지고 있다.
여기서, 유기 전계 발광 소자의 구조로서는 예를 들어, 양극, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 및 음극을 순서대로 적층한 적층 구조가 알려져 있다.
이와 같은 유기 전계 발광 소자에서는 양극 및 음극으로부터 주입된 정공 및 전자가 발광층 중에 있어서 재결합함으로써, 여기자를 생성한다. 또한, 생성된 여기자가 기저 상태로 천이함으로써, 발광이 행해진다.
예를 들어, 특허문헌 1~4에는, 유기 전계 발광 소자에 있어서 정공 수송 재료 또는 정공 수송층에 관한 기술이 개시되어 있다. 구체적으로는, 특허문헌 1에는, 정공 수송층에 사용 가능한 카르바졸릴(carbazolyl)기를 포함하는 정공 수송 재료가 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는 정공 수송층 등에 전자 수용성 재료를 첨가하는 기술이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 3~4에는 정공 수송층을 복수 층의 적층 구조로 형성하는 기술이 개시되어 있다.
JP 2002-241352 A WO 2007-105906 A KR 10-2013-0007159 A JP 2011-187959 A
선행 특허문헌 1 내지 4에 개시된 기술에서는 유기 전계 발광 소자의 발광 효율 및 발광 수명에 대해서, 만족한 결과를 얻을 수 없었다. 여기서, 본 발명은 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 개선된 발광 효율 및 발광 수명을 갖는 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것이다.
일 실시예는 양극과 발광층 사이에 배치되고, 양극측 정공 수송 재료 및 상기 양극측 정공 수송 재료에 도핑된 전자 수용성 재료를 포함하는 양극측 정공 수송층과 상기 양극측 정공 수송층과 발광층 사이에 배치되고, 중간 정공 수송 재료를 포함하는 중간 정공 수송층, 상기 중간 정공 수송층과 상기 발광층 사이에 배치되고, 상기 발광층과 인접하여 배치되는 발광층측 정공 수송층을 포함하고, 상기 발광층측 정공 수송층은 하기 일반식 (1)로 표시되는 발광층측 정공 수송 재료를 포함하는 유기 전계 발광 소자를 제공한다.
[화학식 1]
상기 일반식 1에 있어서, Ar1 내지 Ar5는 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이고, m은 0 이상 4 이하의 정수이고, n은 0 이상 3 이하의 정수이다.
R1은 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기이고,
L1은 단결합, 치환 도는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌기이다.
일 실시예는 양극; 발광층; 상기 양극과 상기 발광층 사이에 배치되고, 전자 수용성 재료를 포함하는 양극측 정공 수송층; 상기 양극측 정공 수송층과 상기 발광층 사이에 배치되고, 중간 정공 수송 재료를 포함하는 중간 정공 수송층; 및 상기 중간 정공 수송층과 상기 발광층 사이에 배치되고, 상기 발광층과 인접하는 발광층측 정공 수송층; 을 포함하고, 상기 발광층측 정공 수송층은 하기 일반식 (1)로 표시되는 발광층측 정공 수송 재료를 포함하는 유기 전계 발광 소자를 제공한다.
[화학식 1]
상기 일반식 (1)에 있어서, Ar1 내지 Ar5는 각각 독립적으로, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이고, m은 0 이상 4 이하의 정수, n은 0 이상 3 이하의 정수이고, R1은 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기이고, L1은 단결합, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌기이다.
상기 중간 정공 수송 재료 및 상기 양극측 정공 수송층 중 적어도 하나는 하기 일반식 (2)로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 2]
상기 일반식 (2)에 있어서, Ar1 내지 Ar3은 서로 독립적으로, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이고, Ar4는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기이고, L1은 단결합, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌기이다.
상기 전자 수용성 재료는 -9.0 eV 이상 -4.0 eV 이하의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 준위를 갖는 것일 수 있다.
상기 양극측 정공 수송층은 상기 양극에 인접하여 배치될 수 있다.
상기 전자 수용성 재료는 하기 화합물 4-1 내지 화합물 4-14로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 발광층측 정공 수송 재료는 하기 화합물 1-1 내지 화합물 1-28로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 중간 정공 수송 재료 또는 상기 양극층 정공 수송 재료는 하기 화합물 2-1 내지 화합물 2-17로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 발광층은 하기 일반식 (3)으로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 3]
상기 일반식 (3)에 있어서, Ar1은 서로 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 3 이상 50 이하의 시클로알킬기, 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 치환 또는 무치환의 탄소수 7 이상 50 이하의 아랄킬(aralkyl)기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴옥시기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴티오기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 2 이상 50 이하의 알콕시카르보닐기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 치환 또는 무치환의 실릴기, 카르복시기, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 또는 하이드록시기이고, n은 1 이상 10 이하의 정수이다.
양극과 발광층 사이에 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송층, 및 발광층측 정공 수송층을 포함하여, 유기 전계 발광 소자의 발광 효율 및 발광 수명을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 전계 발광 소자의 구성을 나타내는 도면이다.
이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다.
또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙임으로써, 중복 설명을 생략한다.
<1. 일 실시예의 유기 전계 발광 소자의 구성>
일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 양극, 발광층 및 양극과 발광층 사이에 배치되는 복수의 정공 수송층을 포함한다. 복수의 정공 수송층은 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송층 및 발광층측 정공 수송층을 포함한다. 양극측 정공 수송층은 양극과 발광층 사이에 배치되고, 양극측 정공 수송 재료 및 양극측 정공 수송 재료에 도핑된 전자 수용성 재료를 포함한다. 중간 정공 수송층은 양극측 정공 수송층과 발광층 사이에 배치되고, 중간 정공 수송 재료를 포함한다. 발광층측 정공 수송층은 중간 정공 수송층과 발광층 사이에 배치되며, 발광층과 인접하여 배치된다.
이하 일 실시예의 유기 전계 발광 소자의 구성에 대하여 상세히 설명한다.
(1-1. 전체 구성)
먼저, 도 1에 기초하여, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(100)의 전체 구성에 대해서 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(100)는 기판(110), 기판(110)상에 배치된 제 1 전극(120), 제 1 전극(120) 상에 배치된 정공 수송층(130), 정공 수송층(130) 상에 배치된 발광층(140), 발광층(140) 상에 배치된 전자 수송층(150), 전자 수송층(150) 상에 배치된 전자 주입층(160), 및 전자 주입층(160) 상에 배치된 제 2 전극(170)을 포함한다. 여기서, 정공 수송층(130)은 복수 개의 층들(131, 133, 135)로 이루어지는 다층 구조로 형성된다.
(1-2. 기판의 구성)
기판(110)은 일반적인 유기 발광 소자에서 사용되는 기판을 사용할 수 있다.
예를 들어, 기판(110)은 글래스(glass)기판, 반도체 기판, 또는, 투명한 플라스틱(plastic)기판 등일 수 있다.
(1-3. 제 1 전극의 구성)
제 1 전극(120)은 예를 들어, 양극(애노드(anode))이고, 증착법 또는 스퍼터링(sputtering)법 등을 사용하여 기판(110) 상에 형성된다. 구체적으로는, 제 1 전극(120)은 일 함수가 큰 금속, 합금, 도전성 화합물 등에 의해 투과형 전극으로서 형성된다. 제 1 전극(120)은 예를 들어, 투명 및 도전성이 우수한 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO) 등으로 형성될 수도 있다. 또한, 제 1 전극(120)은 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al) 등을 사용하여 반사형 전극으로 형성될 수도 있다.
(1-4. 정공 수송층의 구성)
정공 수송층(130)은 정공 수송 재료를 포함하고, 정공을 수송하는 기능을 갖는 층이다. 정공 수송층(130)은 예를 들어, 제 1 전극(120) 상에 10 nm 이상 150 nm 이하의 막 두께(적층 구조의 총 막 두께)로 형성된다.
여기서, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자(100)의 정공 수송층(130)은 제 1 전극(120)측으로부터, 양극측 정공 수송층(131), 중간 정공 수송층(133), 및 발광층측 정공 수송층(135)의 순서대로 적층된 복수 층으로 형성된다. 또한, 이들의 층의 막 두께의 비율은 특히 제한되지 않는다.
(1-4-1. 양극측 정공 수송층의 구성)
양극측 정공 수송층(131)은 양극측 정공 수송 재료를 포함하고, 또한, 전자 수용성 재료가 도핑된 층이다. 예를 들어, 양극측 정공 수송층(131)은 제 1 전극(120) 상에 형성된다.
양극측 정공 수송층(131)에 전자 수용성 재료를 도핑함으로써, 제 1 전극(120)으로부터의 정공 주입성을 향상시킬 수 있다. 그러므로, 양극측 정공 수송층(131)은 제 1 전극(120)에 인접하여 배치되는 것이 보다 바람직하다.
양극측 정공 수송층(131)에 포함되는 양극측 정공 수송 재료는 공지의 정공 수송 재료이면, 모두 사용 가능하다. 양극측 정공 수송층(131)에 포함되는 양극측 정공 수송 재료의 구체 예로서는, 1, 1-비스[(디-4-톨릴아미노)페닐]시클로헥산(TAPC), N-페닐카르바졸(N-phenyl carbazole), 폴리비닐카르바졸(polyvinyl carbazole) 등의 카르바졸 유도체, N, N'-비스(3-메틸페닐)-N, N'-디페닐-[1, 1-비페닐]-4, 4'-디아민(TPD), 4, 4', 4"-트리스(N-카르바졸릴)트리페닐아민(TCTA), 및 N, N'-디(1-나프틸)-N, N'-디페닐벤지딘(NPB) 등을 예로서 들 수 있다.
양극측 정공 수송층(131)에 포함되는 전자 수용성 재료는 공지의 전자 수용성 재료이면, 어떤 것도 사용하는 것이 가능하다. 단, 양극측 정공 수송층(131)에 포함되는 전자 수용성 재료는 -9.0 eV 이상 -4.0 eV 이하의 LUMO 준위를 갖는 것이 바람직하고, -6.0 eV 이상 -4.0 eV 이하의 LUMO 준위를 갖는 것이 보다 바람직하다.
여기서, -9.0 eV 이상 -4.0 eV 이하의 LUMO 준위를 갖는 전자 수용성 재료의 구체 예로서는, 이하의 화합물 4-1 내지 화합물 4-14로 표시되는 화합물을 들 수 있다.
[화학식 4]
상술한 화합물 4-1 내지 화합물 4-14에 있어서, R은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 50 이하의 불화알킬기, 시아노기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기 또는 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기 또는 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다.
Ar은 전자 흡인성의 치환기, 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다.Y는 메틴기(-CH=), 또는 질소 원자(-N=)이고, Z는 유사 할로겐 원자, 또는 황(S)원자이고, n은 10 이하의 범위 내의 정수이며,
X는 이하의 화학식 X1 내지 X7로 나타내는 치환기 중의 어느 하나이다.
[화학식 5]
화학식 X1 내지 X7에 있어서, Ra는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 50 이하의 불화알킬기, 시아노기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다.
R, Ar 및 Ra가 나타내는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자수 6 이상 50 이하의 아릴기의 구체 예로서는, 페닐(phenyl)기, 1-나프틸(1-naphthyl)기, 2-나프틸(2-naphthyl)기, 1-안트릴(1-anthryl)기, 2-안트릴(2-anthryl)기, 9-안트릴(9-anthryl)기, 1-페난트릴(1-phenanthryl)기, 2-페난트릴(2-phenanthryl)기, 3-페난트릴(3-phenanthryl)기, 4-페난트릴(4-phenanthryl)기, 9-페난트릴(9-phenanthryl)기, 1-나프타세닐(1-naphthacenyl)기, 2-나프타세닐(2-naphthacenyl)기, 9-나프타세닐(9-naphthacenyl)기, 1-피레닐(1-pyrenyl)기, 2-피레닐(2-pyrenyl)기, 4-피레닐(4-pyrenyl)기, 2-비페닐일(2-biphenylyl)기, 3-비페닐일(3-biphenylyl)기, 4-비페닐일(4-biphenylyl)기, p-터페닐-4-일(p-terphenyl-4-yl)기, p-터페닐-3-일(p-terphenyl-3-yl)기, p-터페닐-2-일(p-terphenyl-2-yl)기, m-터페닐-4-일(m-terphenyl-4-yl)기, m-터페닐-3-일(m-terphenyl-3-yl)기, m-터페닐-2-일(m-terphenyl-2-yl)기, o-톨릴(o-tolyl)기, m-톨릴(m-tolyl)기, p-톨릴(p-tolyl)기, p-t-부틸페닐(p-t-butylphenyl)기, p-(2-페닐프로필)페닐(p-(2-phenylpropyl)phenyl)기, 3-메틸-2-나프틸(3-methyl-2-naphthyl)기, 4-메틸-1-나프틸(4-methyl-1-naphthyl)기, 4-메틸-1-안트릴(4-methyl-1-anthryl)기, 4’-메틸 비페닐일(4’-methyl-biphenylyl)기, 4”-t-부틸-p-터페닐-4-일(4”-t-butyl-p-terphenyl-4-yl)기, 플루오란테닐(fluoranthenyl)기, 플루오레닐(fluorenyl)기 등을 들 수 있다.
R, Ar 및 Ra가 나타내는 치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기의 구체 예로서는, 1-피롤릴(1-pyrrolyl)기, 2-피롤릴(2-pyrrolyl)기, 3-피롤릴(3-pyrrolyl)기, 피라진일(pyrazinyl)기, 2-피리디닐(2-pyridinyl)기, 3-피리디닐(3-pyridinyl)기, 4-피리디닐(4-pyridinyl)기, 1-인돌릴(1-indolyl)기, 2-인돌릴(2-indolyl)기, 3-인돌릴(3-indolyl)기, 4-인돌릴(4-indolyl)기, 5-인돌릴(5-indolyl)기, 6-인돌릴(6-indolyl)기, 7-인돌릴(7-indolyl)기, 1-이소인돌릴(1-isoindolyl)기, 2-이소인돌릴(2-isoindolyl)기, 3-이소인돌릴(3-isoindolyl)기, 4-이소인돌릴(4-isoindolyl)기, 5-이소인돌릴(5-isoindolyl)기, 6-이소인돌릴(6-isoindolyl)기, 7-이소인돌릴(7-isoindolyl)기, 2-프릴(2-furyl)기, 3-퓨릴(3-furyl)기, 2-벤조퓨라닐(2-benzofuranyl)기, 3-벤조퓨라닐(3-benzofuranyl)기, 4-벤조퓨라닐(4-benzofuranyl)기, 5-벤조퓨라닐(5-benzofuranyl)기, 6-벤조퓨라닐(6-benzofuranyl)기, 7-벤조퓨라닐(7-benzofuranyl)기, 1-이소벤조퓨라닐(1-isobenzofuranyl)기, 3-이소벤조퓨라닐(3-isobenzofuranyl)기, 4-이소벤조퓨라닐(4-isobenzofuranyl)기, 5-이소벤조퓨라닐(5-isobenzofuranyl)기, 6-이소벤조퓨라닐(6-isobenzofuranyl)기, 7-이소벤조퓨라닐(7-isobenzofuranyl)기, 퀴놀릴(quinolyl)기, 3-퀴놀릴(3-quinolyl)기, 4-퀴놀릴(4-quinolyl)기, 5-퀴놀릴(5-quinolyl)기, 6-퀴놀릴(6-quinolyl)기, 7-퀴놀릴(7-quinolyl)기, 8-퀴놀릴(8-quinolyl)기, 1-이소퀴놀릴(1-isoquinolyl)기, 3-이소퀴놀릴(3-isoquinolyl)기, 4-이소퀴놀릴(4-isoquinolyl)기, 5-이소퀴놀릴(5-isoquinolyl)기, 6-이소퀴놀릴(6-isoquinolyl)기, 7-이소퀴놀릴(7-isoquinolyl)기, 8-이소퀴놀릴(8-isoquinolyl)기, 2-퀴녹살린일(2-quinoxalinyl)기, 5-퀴녹살린일 (5-quinoxalinyl)기, 6-퀴녹살린일 (6-quinoxalinyl)기, 1-카르바졸릴(1-carbazolyl)기, 2-카르바졸릴(2-carbazolyl)기, 3-카르바졸릴(3-carbazolyl)기, 4-카르바졸릴(4-carbazolyl)기, 9-카르바졸릴(9-carbazolyl)기, 1-페난트리딘일(1-phenanthridinyl)기, 2-페난트리딘일 (2-phenanthridinyl)기, 3-페난트리딘일 (3-phenanthridinyl)기, 4-페난트리딘일 (4-phenanthridinyl)기, 6-페난트리딘일 (6-phenanthridinyl)기, 7-페난트리딘일(7-phenanthridinyl)기, 8-페난트리딘일(8-phenanthridinyl)기, 9-페난트리딘일(9-phenanthridinyl)기, 10-페난트리딘일(10-phenanthridinyl)기, 1-아크리디닐(1-acridinyl)기, 2-아크리디닐(2-acridinyl)기, 3-아크리디닐(3-acridinyl)기, 4-아크리디닐(4-acridinyl)기, 9-아크리디닐(9-acridinyl)기, 1, 7-페난트롤린-2-일(1, 7-phenanthroline-2-yl)기, 1, 7-페나트롤린-3-일(1, 7-phenanthroline-3-yl)기, 1, 7-페나트롤린-4-일(1, 7-phenanthroline-4-yl)기, 1, 7-페나트롤린-5-일(1, 7-phenanthroline-5-yl)기, 1, 7-페나트롤린-6-일(1, 7-phenanthroline-6-yl)기, 1, 7-페나트롤린-8-일(1, 7-phenanthroline-8-yl)기, 1, 7-페나트롤린-9-일(1, 7-phenanthroline-9-yl)기, 1, 7-페나트롤린-10-일(1, 7-phenanthroline-10-yl)기, 1, 8-페나트롤린-2-일(1, 8-phenanthroline-2-yl)기, 1, 8-페나트롤린-3-일(1, 8-phenanthroline-3-yl)기, 1, 8-페나트롤린-4-일(1, 8-phenanthroline-4-yl)기, 1, 8-페나트롤린-5-일(1, 8-phenanthroline-5-yl)기, 1, 8-페나트롤린-6-일(1, 8-phenanthroline-6-yl)기, 1, 8-페나트롤린-7-일(1, 8-phenanthroline-7-yl)기, 1, 8-페나트롤린-9-일(1, 8-phenanthroline-9-yl)기, 1, 8-페나트롤린-10-일(1, 8-phenanthroline-10-yl)기, 1, 9-페나트롤린-2-일(1, 9-phenanthroline-2-yl)기, 1, 9-페나트롤린-3-일(1, 9-phenanthroline-3-yl)기, 1, 9-페나트롤린-4-일(1, 9-phenanthroline-4-yl)기, 1, 9-페나트롤린-5-일(1, 9-phenanthroline-5-yl)기, 1, 9-페나트롤린-6-일(1, 9-phenanthroline-6-yl)기, 1, 9-페나트롤린-7-일(1, 9-phenanthroline-7-yl)기, 1, 9-페나트롤린-8-일(1, 9-phenanthroline-8-yl)기, 1, 9-페나트롤린-10-일(1, 9-phenanthroline-10-yl)기, 1, 10-페나트롤린-2-일(1, 10-phenanthroline-2-yl)기, 1, 10-페나트롤린-3-일(1, 10-phenanthroline-3-yl)기, 1, 10-페나트롤린-4-일(1, 10-phenanthroline-4-yl)기, 1, 10-페나트롤린-5-일(1, 10-phenanthroline-5-yl)기, 2, 9-페나트롤린-1-일(2, 9-phenanthroline-1-yl)기, 2, 9-페나트롤린-3-일(2, 9-phenanthroline-3-yl)기, 2, 9-페나트롤린-4-일(2, 9-phenanthroline-4-yl)기, 2, 9-페나트롤린-5-일(2, 9-phenanthroline-5-yl)기, 2, 9-페나트롤린-6-일(2, 9-phenanthroline-6-yl)기, 2, 9-페나트롤린-7-일(2, 9-phenanthroline-7-yl)기, 2, 9-페나트롤린-8-일(2, 9-phenanthroline-8-yl)기, 2, 9-페나트롤린-10-일(2, 9-phenanthroline-10-yl)기, 2, 8-페나트롤린-1-일(2, 8-phenanthroline-1-yl)기, 2, 8-페나트롤린-3-일(2, 8-phenanthroline-3-yl)기, 2, 8-페나트롤린-4-일(2, 8-phenanthroline-4-yl)기, 2, 8-페나트롤린-5-일(2, 8-phenanthroline-5-yl)기, 2, 8-페나트롤린-6-일(2, 8-phenanthroline-6-yl)기, 2, 8-페나트롤린-7-일(2, 8-phenanthroline-7-yl)기, 2, 8-페나트롤린-9-일(2, 8-phenanthroline-9-yl)기, 2, 8-페나트롤린-10-일(2, 8-phenanthroline-10-yl)기, 2, 7-페나트롤린-1-일(2, 7-phenanthroline-1-yl)기, 2, 7-페나트롤린-3-일(2, 7-phenanthroline-3-yl)기, 2, 7-페나트롤린-4-일(2, 7-phenanthroline-4-yl)기, 2, 7-페나트롤린-5-일(2, 7-phenanthroline-5-yl)기, 2, 7-페나트롤린-6-일(2, 7-phenanthroline-6-yl)기, 2, 7-페나트롤린-8-일(2, 7-phenanthroline-8-yl)기, 2, 7-페나트롤린-9-일(2, 7-phenanthroline-9-yl)기, 2, 7-페나트롤린-10-일(2, 7-phenanthroline-10-yl)기, 1-페나지닐(1-phenazinyl)기, 2-페나지닐(2-phenazinyl)기, 1-페노티아지닐(1-phenothiazinyl)기, 2-페노티아지닐(2-phenothiazinyl)기, 3-페노티아지닐(3-phenothiazinyl)기, 4-페노티아지닐(4-phenothiazinyl)기, 10-페노티아지닐(10-phenothiazinyl)기, 1-페녹사지닐(1-phenoxazinyl)기, 2-페녹사지닐(2-phenoxazinyl)기, 3-페녹사지닐(3-phenoxazinyl)기, 4-페녹사지닐(4-phenoxazinyl)기, 10-페녹사지닐(10-phenoxazinyl)기, 2-옥사졸릴(2-oxazolyl)기, 4-옥사졸릴(4-oxazolyl)기, 5-옥사졸릴(5-oxazolyl)기, 2-옥사디아졸릴(2-oxadiazolyl)기, 5-옥사디아졸릴(5-oxadiazolyl)기, 3-퓨라자닐(3-furazanyl)기, 2-티에닐(2-thienyl)기, 3-티에닐(3-thienyl)기, 2-메틸피롤-1-일(2-methylpyrrole-1-yl)기, 2-메틸피롤-3-일(2-methylpyrrole-3-yl)기, 2-메틸피롤-4-일(2-methylpyrrole-4-yl)기, 2-메틸피롤-5-일(2-methylpyrrole-5-yl)기, 3-메틸피롤-1-일(3-methylpyrrole-1-yl)기, 3-메틸피롤-2-일(3-methylpyrrole-2-yl)기, 3-메틸피롤-4-일(3-methylpyrrole-4-yl)기, 3-메틸피롤-5-일(3-methylpyrrole-5-yl)기, 2-t-부틸피롤-4-일(2-t-butyl-pyrrol-4-yl)기, 3-(2-페닐프로필)피롤-1-일(3-(2-phenylpropyl)pyrrol-1-yl)기, 2-메틸-1-인돌릴(2-methyl-1-indolyl)기, 4-메틸-1-인돌릴(4-methyl-1-indolyl)기, 2-메틸-3-인돌릴(2-methyl-3-indolyl)기, 4-메틸-3-인돌릴(4-methyl-3-indolyl)기, 2-t-부틸-1-인돌릴(2-t-butyl-1-indolyl)기, 4-t-부틸-1-인돌릴(4-t-butyl-1-indolyl)기, 2-t-부틸-3-인돌릴(2-t-butyl-3-indolyl)기, 4-t-부틸3-인돌릴(4-t-butyl-3-indolyl)기 등을 들 수 있다.
R, Ra가 나타내는 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 불화알킬기의 구체 예로서는, 트리플루오로메틸(trifluoromethyl)기, 펜타플루오로에틸(pentafluoroethyl)기, 헵타플루오로프로필(heptafluoropropyl)기, 또는 헵타데카플루오로옥탄(heptafluorooctanyl)기 등의 퍼플루오로알킬(perfluoroalkyl)기, 모노플루오로메틸(monofluoromethyl)기, 디플루오로메틸(difluoromethyl)기, 트리플루오로에틸(trifluoroethyl)기, 테트라플루오로 프로필(tetrafluoropropyl)기, 옥타플루오로펜틸(octafluoropentyl)기 등을 들 수 있다.
R, Ra가 나타내는 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기의 구체 예로서는, 메틸(methyl)기, 에틸(ethyl)기, 프로필(propyl)기, 이소프로필(isopropyl)기, n-부틸(n-butyl)기, s-부틸(s-butyl)기, 이소부틸(isobutyl)기, t-부틸(t-butyl)기, n-펜틸(n-pentyl)기, n-헥실(n-hexyl)기, n-헵틸(n-heptyl)기, n-옥틸(n-octyl)기, 하이드록시메틸(hydroxymethyl)기, 1-하이드록시에틸(1-hydroxyethyl)기, 2-하이드록시에틸(2-hydroxyethyl)기, 2-하이드록시이소부틸(2-hydroxyisobutyl)기, 1, 2-디하이드록시에틸(1, 2-dihydroxyethyl)기, 1, 3-디하이드록시이소프로필(1, 3-dihydroxyisopropyl)기, 2, 3-디하이드록시-t-부틸(2, 3-dihydroxy-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리하이드록시프로필(1, 2, 3-trihydroxy-propyl)기, 클로로메틸(chloromethyl)기, 1-클로로에틸(1-chloroethyl)기, 2-클로로에틸(2-chloroethyl)기, 2-클로로이소부틸(2-chloroisobutyl)기, 1, 2-디클로로에틸(1, 2-dichloroethyl)기, 1, 3-디클로로이소프로필(1, 3-dichloro isopropyl)기, 2, 3-디클로-t-부틸(2, 3-dichloro-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리클로로프로필(1, 2, 3-trichloropropyl)기, 브로모메틸(bromomethyl)기, 1-브로모에틸(1-bromoethyl)기, 2-브로모에틸(2-bromoethyl)기, 2-브로모이소부틸(2-bromoisobutyl)기, 1, 2-디브로모에틸(1, 2-dibromoethyl)기, 1, 3-디브로모이소프로필(1, 3-dibromoisopropyl)기, 2, 3-디브로모-t-부틸(2, 3-dibromo-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리브로모프로필(1, 2, 3-tribromopropyl)기, 요오드메틸(iodomethyl)기, 1-요오드에틸(1-iodoethyl)기, 2-요오드에틸(2-iodoethyl)기, 2-요오드이소부틸(2-iodoisobutyl)기, 1, 2-디요오드에틸(1, 2-diiodomethyl)기, 1, 3-디요오드이소프로필(1, 3-diiodoisopropyl)기, 2, 3-디요오드-t-부틸(2, 3-diiodo-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리요오드프로필(1, 2, 3-triiodopropyl)기, 아미노메틸(aminomethyl)기, 1-아미노에틸(1-aminoethyl)기, 2-아미노에틸(2-aminoethyl)기, 2-아미노이소부틸(2-aminoisobutyl)기, 1, 2-디아미노에틸(1, 2-diaminoethyl)기, 1, 3-디아미노이소프로필(1, 3-diaminoisopropyl)기, 2, 3-디아미노-t-부틸(2, 3-diamino-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리아미노프로필(1, 2, 3-triaminopropyl)기, 시아노메틸(cyanomethyl)기, 1-시아노에틸(1-cyanoethyl)기, 2-시아노에틸(2-cyanoethyl)기, 2-시아노이소부틸(2-cyanoisobutyl)기, 1, 2-디시아노에틸(1, 2-dicyanoethyl)기, 1, 3-디시아노이소프로필(1, 3-dicyanoisopropyl)기, 2, 3-디시아노-t-부틸(2, 3-dicyano-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리시아노프로필(1, 2, 3-tricyanopropyl)기, 니트로메틸(nitromethyl)기, 1-니트로에틸이기(1-nitroethyl), 2-니트로에틸(2-nitroethyl)기, 2-니트로이소부틸(2-nitroisobutyl)기, 1, 2-디니트로에틸(1, 2-dinitroethyl)기, 1, 3-디니트로이소프로필(1, 3-dinitroisopropyl)기, 2, 3-디니트로-t-부틸(2, 3-dinitro-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리니트로프로필(1, 2, 3-trinitropropyl)기, 시클로프로필(cyclopropyl)기, 시클로부틸(cyclobutyl)기, 시클로펜틸(cyclopentyl)기, 시클로헥실(cyclohexyl)기, 4-메틸 시클로헥실(4-methylcyclohexyl)기, 1-아다만틸(1-adamantyl)기, 2-아다만틸(2-adamantyl)기, 1-노르보닐(1-norbornyl)기, 2-노르보닐(2-norbornyl)기 등을 들 수 있다.
R, Ra가 나타내는 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시(alcoxy)기는 -OY로 표시되는 것이다. Y의 구체 예로서는, 메틸(methyl)기, 에틸(ethyl)기, 프로필(propyl)기, 이소프로필(isopropyl)기, n-부틸(n-butyl)기, s-부틸(s-butyl)기, 이소부틸(isobutyl)기, t-부틸(t-butyl)기, n-펜틸(n-pentyl)기, n-헥실(n-hexyl)기, n-헵틸(n-heptyl)기, n-옥틸(n-octyl)기, 하이드록시메틸(hydroxymethyl)기, 1-하이드록시에틸(1-hydroxyethyl)기, 2-하이드록시에틸(2-hydroxyethyl)기, 2-하이드록시이소부틸(2-hydroxyisobutyl)기, 1, 2-디하이드록시에틸(1, 2-dihydroxyethyl)기, 1, 3-디하이드록시이소프로필(1, 3-dihydroxyisopropyl)기, 2, 3-디하이드록시-t-부틸(2, 3-dihydroxy-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리하이드록시프로필(1, 2, 3-trihydroxypropyl)기, 클로로메틸(chloromethyl)기, 1-클로로에틸(1-chloroethyl)기, 2-클로로에틸(2-chloroethyl)기, 2-클로로이소부틸(2-chloroisobutyl)기, 1, 2-디클로로에틸(1, 2-chloroethyl)기, 1, 3-디클로이소프로필(1, 3-dichloroisopropyl)기, 2, 3-디클로-t-부틸(2, 3-dichloro-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리클로로프로필(1, 2, 3-trichloropropyl)기, 브로모메틸(bromomethyl)기, 1-브로모에틸(1-bromoethyl)기, 2-브로모에틸(2-bromoethyl)기, 2-브로모이소부틸(3-bromoisobutyl)기, 1, 2-디브로모에틸(1, 2-dibromoethyl)기, 1, 3-디브로모이소프로필(1, 3-dibromoisopropyl)기, 2, 3-디브로모-t-부틸(2, 3-dibromo-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리브로모프로필(1, 2, 3-tribromopropyl)기, 요오드메틸(iodomethyl)기, 1-요오드에틸(1-iodoethyl)기, 2-요오드에틸(2-iodoethyl)기, 2-요오드이소부틸(2-iodoisobutyl)기, 1, 2-디요오드에틸(1, 2-diiodoethyl)기, 1, 3-디요오드이소프로필(1, 3-diiodoisopropyl)기, 2, 3-디요오드-t-부틸(2, 3-diiodo-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리요오드프로필(1, 2, 3-triiodopropyl)기, 아미노메틸(aminomethyl)기, 1-아미노에틸(1-aminoethyl)기, 2-아미노에틸(2-aminoethyl)기, 2-아미노이소부틸(2-aminoisobutyl)기, 1, 2-디아미노에틸(1, 2-diaminoethyl)기, 1, 3-디아미노이소프로필(1, 3-diaminoisopropyl)기, 2, 3-디아미노-t-부틸(2, 3-diamino-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리아미노프로필(1, 2, 3-triaminopropyl)기, 시아노메틸(cyanomethyl)기, 1-시아노에틸(1-cyanoethyl)기, 2-시아노에틸(2-cyanoethyl)기, 2-시아노이소부틸(2-cyanoisobutyl기, 1, 2-디시아노에틸(1, 2-dicyanoethyl)기, 1, 3-디시아노이소프로필(1, 3-dicyanoisopropyl)기, 2, 3-디시아노-t-부틸(2, 3-dicyano-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리시아노프로필(1, 2, 3-tricyanopropyl)기, 니트로메틸(nitromethyl)기, 1-니트로에틸(1-nitroethyl)기, 2-니트로에틸(2-nitroethyl)기, 2-니트로이소부틸(2-nitroisobutyl)기, 1, 2-디니트로에틸(1, 2-dinitroethyl)기, 1, 3-디니트로이소프로필(1, 3-dinitroisopropyl)기, 2, 3-디니트로-t-부틸(2, 3-dinitro-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리니트로프로필(1, 2, 3-trinitropropyl)기 등을 들 수 있다.
R, Ra가 나타내는 할로겐 원자의 구체 예로서는, 불소(F), 염소(Cl), 브롬(Br), 요오드(I) 등을 들 수 있다.
여기서, 전자 수용성 재료의 구체적인 화합물로서, 이하의 화합물 4-15 및 4-16을 예시할 수 있다. 예를 들어, 화합물 4-15의 LUMO 준위는 -4.40 eV이고, 화합물 4-16의 LUMO 준위는 -5.20 eV이다.
단, 전자 수용성 재료가 이하의 화합물 4-15 및 4-16에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 6]
또한, 전자 수용성 재료의 도핑량은 양극측 정공 수송층(131)에 도핑 가능한 양이면, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 전자 수용성 재료의 도핑량은 양극측 정공 수송층(131)에 포함되는 양극측 정공 수송 재료의 총 질량에 대하여, 0.1 질량 % 이상 50 질량 % 이하일 수도 있다. 바람직하게는, 0.5 질량 % 이상 5 질량 % 이하일 수 있다.
(1-4-2. 중간 정공 수송층의 구성)
중간 정공 수송층(133)은 중간 정공 수송 재료를 포함한다. 중간 정공 수송층(133)은 예를 들어, 양극측 정공 수송층(131) 상에 형성된다.
중간 정공 수송층(133)에 포함되는 중간 정공 수송 재료는 공지의 정공 수송 재료이면 모두 사용 가능하다. 구체적으로는, 중간 정공 수송 재료로는 상술한 양극측 정공 수송 재료를 사용할 수 있다.
단, 중간 정공 수송 재료는 하기의 일반식 (2)로 표시되는 화합물인 것이 바람직하다.
[화학식 2]
상기 일반식 (2)에 있어서, Ar1 내지 Ar3은 서로 독립적으로, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다. Ar4는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기이다. L1은 단결합, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌기이다.
Ar1 내지 Ar3의 구체 예로서는, 페닐(phenyl)기, 비페닐(biphenyl)기, 터페닐(terphenyl)기, 나프틸(naphtyl)기, 안트릴(anthryl)기, 페난트릴(phenanthryl)기, 플루오레닐(fluorenyl)기, 인데닐(indenyl)기, 피레닐(pyrenyl)기, 아세토나프테닐(acetonaphtenyl)기, 플루오란테닐(fluoroanthenyl)기, 트리페닐레닐(triphenylenyl)기, 피리딜(pyridyl)기, 퓨라닐(furanyl)기, 피라닐(pyranyl)기, 티에닐(thienyl)기, 퀴놀릴(quinolyl)기, 이소퀴놀릴(isoquinolyl)기, 벤조퓨라닐(benzofuranyl)기, 벤조티에닐(benzothienyl)기, 인돌릴(indolyl)기, 카르바졸릴(carbazolyl)기, 벤조옥사졸릴(benzoxazolyl)기, 벤조티아졸릴(benzothiazolyl)기, 퀴녹살릴(quinoxalyl)기, 벤조이미다졸릴(benzimidazolyl)기, 피라졸릴(pyrazolyl)기, 디벤조퓨라닐(dibenzofuranyl)기, 및 디벤조티에닐(dibenzothienyl)기 등을 들 수 있다.
Ar1 내지 Ar3의 바람직한 구체 예로서는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 카르바졸릴기, 및 디벤조퓨라닐기 등을 예로서 들 수 있다.
Ar4의 구체 예로서는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 페난트릴기, 플루오레닐기, 인데닐기, 피레닐기, 아세토나프테닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 피리딜기, 퓨라닐기, 피라닐기, 티에닐기, 퀴놀릴기, 이소퀴놀릴기, 벤조퓨라닐기, 벤조티에닐기, 인돌릴기, 카르바졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 벤조티아졸릴기, 퀴녹살릴(quinoxalyl)기, 벤조옥사졸릴기, 피라졸릴기, 디벤조퓨라닐기, 및 디벤조티에닐기, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기 등을 예로서 들 수 있다. Ar4의 바람직한 구체 예로서는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 카르바졸릴기, 디벤조퓨라닐기, 메틸기, 및 에틸기 등을 예로서 들 수 있다.
L1에 대하여 단결합 이외의 구체 예로서는, 페닐렌(phenylene)기, 비페니릴렌(biphenylylene)기, 터페닐렌(terphenylene)기, 나프틸렌(naphthylene)기, 안트릴렌(anthrylene)기, 페난트릴렌(phenanthrylene)기, 플루오레닐렌(fluorenylene)기, 인데닐렌(indenylene)기, 피레닐렌(pyrenylene)기, 아세트나프테닐렌(acetonaphtenylene)기, 플루오란테닐렌(fluoroanthrylene)기, 트리페닐레닐렌(triphenylenylene)기, 피리디렌(pyridilene)기, 퓨라닐렌(furanylene)기, 피라닐렌(pyranylene)기, 티에닐렌(thienylene)기, 퀴놀릴렌(quinolylene)기, 이소퀴놀릴렌(isoquinolylene)기, 벤조퓨라닐렌(benzofuranylene)기, 벤조티에닐렌(benzothienylene)기, 인돌릴렌(indolylene)기, 카르바졸릴(carbazolylene)기, 벤조옥사졸릴렌(benzoxazolylene)기, 벤조티아졸릴렌(benzothiazolylene)기, 퀴녹사릴렌(quinoxalylene)기, 벤조이미다졸릴렌(benzimidazolylene)기, 피라졸릴렌(pyrazolylene)기, 디벤조퓨라닐렌(dibenzofuranylene)기, 및 디벤조티에닐렌(dibenzothienylene)기 등을 들 수 있다. L1은 바람직하게는, 단결합, 페닐렌기, 비페닐렌기, 터페닐렌기, 플루오레닐렌(fluorenylene)기, 카르바졸릴렌기, 또는 디벤조퓨라닐렌기일 수 있다.
일반식 (2)로 표시되는 화합물의 구체 예로서는, 이하의 화합물 2-1~2-17을 예시할 수 있다. 단, 일반식 (2)로 표시되는 화합물이 이하의 화합물 2-1 내지 화합물 2-17에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 7]
중간 정공 수송층(133)은 중간 정공 수송 재료로서, 상술한 일반식 (2)로 표시되는 화합물을 포함함으로써, 정공 수송층(130)의 정공 수송성을 향상시키고, 유기 전계 발광 소자(100)의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 일반식 (2)로 표시되는 화합물은 양극측 정공 수송 재료로서, 양극측 정공 수송층(131)에 포함될 수도 있다. 양극측 정공 수송층(131)이 양극측 정공 수송 재료로서 일반식 (2)로 표시되는 화합물을 포함하는 경우, 정공 수송층(130)의 정공 수송성이 향상되고, 유기 전계 발광 소자(100)의 발광 효율이 향상될 수 있다.
특히, 정공 수송층(130)에 있어서, 일반식 (1) 또는 일반식 (2)로 표시되는 화합물과 같은 카르바졸 유도체의 농도가 높은 경우, 유기 전계 발광 소자(100)의 발광 수명이 향상될 수 있다.
또한, 양극측 정공 수송층(131)은 양극측 정공 수송 재료로서, 일반식 (2)로 표시되는 화합물에 더하여, 상술한 다른 정공 수송 재료를 더 포함할 수 있다.
(1-4-3. 발광층측 정공 수송층의 구성)
발광층측 정공 수송층(135)은 하기의 일반식 (1)로 표시되는 화합물을 포함한다. 발광층측 정공 수송층(135)은 예를 들어, 중간 정공 수송층(133) 상에 발광층(140)과 인접하도록 배치된다.
[화학식 1]
일반식 (1) 에 있어서, Ar1 내지 Ar5는 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이고, m은 0 이상 4 이하의 정수, n은 0 이상 3 이하의 정수이다. R1은 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기이다. L1은 단결합, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌기이다. 여기서, 인접하는 Ar1 내지 Ar5는 고리를 형성할 수 있다. 즉, 서로 인접하는 Ar1 과 Ar2 와는 결합하여 고리를 형성할 수 있다. 또한, 인접하는 Ar3 끼리 또는 Ar4 끼리는 서로 결합하여 고리를 형성할 수도 있고, Ar3 또는 Ar4 와 카르바졸기의 방향 고리는 서로 결합하여 고리를 형성할 수도 있다.
Ar1 내지 Ar5의 구체 예로서는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 페난트릴기, 플루오레닐기, 인데닐기, 피레닐기, 아세토나프테닐기, 플루오란테닐, 트리페닐레닐기, 피리딜기, 퓨라닐기, 피라닐기, 티에닐기, 퀴놀릴기, 이소퀴놀릴기, 벤조퓨라닐기, 벤조티에닐기, 인돌릴기, 카르바졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 벤조티아졸릴기, 퀴녹살릴(quinoxalyl)기, 벤조옥사졸릴기, 피라졸릴기, 디벤조퓨라닐기, 및 디벤조티에닐기 등을 열거할 수 있다. Ar1 내지 Ar5의 바람직한 구체 예로서는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 카르바졸릴기, 및 디벤조퓨라닐기 등을 예로서 들 수 있다.
R1의 수소 원자 및 중수소 원자 이외의 구체 예로서는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 페난트릴기, 플루오레닐기, 인데닐기, 피레닐기, 아세트나프테닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 피리딜기, 피라닐기, 퀴놀릴기, 이소퀴놀릴기, 벤조퓨라닐기, 벤조티에닐기, 인돌릴기, 카르바졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 벤조티아졸릴기, 퀴녹살릴(quinoxalyl)기, 벤조옥사졸릴기, 디벤조퓨라닐기, 및 디벤조티에닐기 등을 예로서 들 수 있다. R1은 바람직하게는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 카르바졸릴기, 디벤조퓨라닐기 등을 예로서 들 수 있다.
L1의 단결합 이외의 구체 예로서는, 상술한 Ar1 내지 Ar5를 2 가의 치환기로 한 것을 들 수 있다. 예를 들어, L1의 단결합 이외의 구체 예로서는, 페닐렌기, 비페니릴렌기, 터페닐리렌기, 나프틸렌기, 안트릴렌기, 페난트릴렌기, 플루오리렌(fluorirene)기, 인단디일(indanediyl)기, 피렌디일(pyrenediyl)기, 아세나프텐디일(acenaphthenediyl)기, 플루오란텐디일(fluoranthenediyl)기, 트리페닐렌디일(triphenylenediyl)기, 피리딘디일(pyridinediyl)기, 피란디일(pyranediyl)기, 퀴놀린디일(quinolinediyl)기, 이소 퀴놀린디일(isoquinolinediyl)기, 벤조퓨란디일(benzofurandiyl)기, 벤조티오펜디일(benzothiophenediyl)기, 인돌디일(indolediyl)기, 카르바졸디일(carbazolediyl)기, 벤조옥사졸디일(benzoxazolediyl)기, 벤조티아졸디일(benzothiazolediyl)기, 퀴녹살린디일(quinoxalinediyl)기, 벤조이미다졸디일(benzoimidazolediyl)기, 디벤조퓨란디일(dibenzofurandiyl)기를 들 수 있다. 바람직하게는, 페닐렌기, 터페닐렌기, 플루오렌디일기, 카르바졸디일기, 디벤조퓨란디일기 등을 예로서 들 수 있다.
일반식 (1)로 표시되는 화합물의 구체 예로서는, 이하의 화합물 1-1 내지 화합물 1-28을 예시할 수 있다. 단, 일반식 (1)로 표시되는 화합물이, 이하의 화합물 1-1 내지 화합물 1-28에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 8]
발광층측 정공 수송층(135)은 발광층측 정공 수송 재료로서, 상술한 일반식 (1)로 표시되는 화합물을 포함함으로써, 발광층(140)에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송층(130)을 보호할 수 있다. 또한, 발광층측 정공 수송층(135)은 상술한 일반식 (1)로 표시되는 화합물을 포함함으로써, 발광층(140)에서 발생한 여기 상태의 에너지(energy)가 정공 수송층(130)으로 확산하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 이 구성에 의하면, 발광층측 정공 수송층(135)은 정공 수송층(130)의 통전 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 발광층측 정공 수송층(135)은 발광층(140)으로부터의 전자나 에너지의 확산을 보다 효과적으로 방지하기 위하여 발광층(140)에 인접하여 형성되는 것이 더 바람직하다.
또한, 발광층측 정공 수송층(135)은 상술한 일반식 (1)로 표시되는 화합물을 포함함으로써, 유기 전계 발광 소자(100)전체의 전하 밸런스(balance)를 조절하고, 양극측 정공 수송층(131)에 도핑된 전자 수용성 재료가 발광층(140)으로 확산하는 것을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 발광층측 정공 수송층(135)은 정공 수송층(130)의 전하 수송성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 발광층측 정공 수송층(135)은 상술한 일반식 (1)로 표시되는 화합물을 포함함으로써, 정공 수송층(130)의 전하 수송성 및 통전 내구성을 향상시킬 수 있기 때문에, 유기 전계 발광 소자(100)의 발광 효율 및 발광 수명을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 양극측 정공 수송층(131), 중간 정공 수송층(133), 및 발광층측 정공 수송층(135)을 포함하는 정공 수송층(130)은 유기 전계 발광 소자(100)의 통전 내구성 및 정공 수송성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자(100)에서는 발광 효율 및 발광 수명이 향상한다.
(1-5. 발광층의 구성)
발광층(140)은 호스트(host) 재료, 및 발광 재료인 도펀트(dopant) 재료 등을 포함하고, 형광이나 인광 등에 의해 광을 발하는 층이다. 발광층(140)은 예를 들어, 정공 수송층(130) 상에 약 10 nm 이상 약 60 nm 이하의 막 두께로 형성된다.
발광층(140)에 포함되는 호스트 재료 및 도펀트 재료는 공지의 호스트 재료 및 도펀트 재료이면, 제한 없이 사용 가능하다. 예를 들어, 발광층(140)은 플루오란텐 유도체, 피렌(및 그 유도체), 아릴아세틸렌 유도체, 플루오렌 유도체, 페릴렌(및 그 유도체), 크리센 유도체, 또는 스티릴 유도체 등을 호스트 재료 또는 도펀트 재료로서 포함할 수 있다. 보다 구체적으로는, 발광층(140)은 트리스(8-퀴노리놀라토)알루미늄(Alq3), 4, 4’-N, N’-디카르바졸-비페닐(CBP), 폴리(n-비닐카르바졸)(PVK), 4, 4’, 4"-트리스(N-카르바졸릴)트리페닐아민(TCTA), 1, 3, 5-트리스(N-페닐벤지이미다졸-2-일)벤젠(TPBI), 3-tert-부틸-9, 10-디(나프토-2-일)안트라센(TBADN), 디스티릴아릴렌(DSA), 4, 4’-비스(9-카르바졸)-2, 2’-디메틸-비페닐(dmCBP), 비스(2, 2-디페닐비닐)-1, 1’-비페닐(DPVBi), 1, 4-비스(2-(3-N-에틸카르바졸릴)비닐)벤젠(BCzVB), 4-(디-p-톨릴아미노)-4’-((디-p-톨릴아미노)스티릴)스틸벤(DPAVB), N-(4-((E)-2-(6-((E)-4-(디페닐아미노)스티릴)나프타렌-2-일)비닐)페닐)-N-페닐벤젠아민(N-BDAVBi), 2, 5, 8, 11-테트라-t-부틸페릴렌(TBPe)1, 1-디피렌, 1, 4-디피레닐벤젠, 1, 4-비스(N, N-디페닐아미노)피렌(1,4-pyrenylbenzene, 1,4-bis (N, N- diphenylamino) pyrene) 등을 호스트 재료 또는 도펀트 재료로서 포함할 수 있다.
또한, 발광층(140)은 하기의 일반식 (3)으로 표시되는 화합물을 포함하는 것이 보다 바람직하다.
[화학식 3]
상기 일반식 (3)에 있어서, Ar1은 서로 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 3 이상 50 이하의 시클로알킬기, 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 치환 또는 무치환의 탄소수 7 이상 50 이하의 아랄킬(aralkyl)기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴옥시기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴티오기, 치환 또는 무치환의 탄소수 2 이상 50 이하의 알콕시카르보닐기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 치환 또는 무치환의 실릴기, 카르복시기, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 또는 하이드록시기이다. n은 1 이상 10 이하의 정수이다.
또한, 일반식 (3)으로 표시되는 화합물의 구체 예로서는, 이하의 화합물 3-1 내지 3-12를 예시할 수 있다. 단, 일반식 (3)으로 표시되는 화합물이 이하의 화합물 3-1 내지 3-12에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 9]
발광층(140)이 일반식 (3)으로 표시되는 화합물을 포함하는 경우, 양극측 정공 수송층(131)은 보다 현저히 제 1 전극(120)으로부터의 정공 주입성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 발광층(140)은 일반식 (3)으로 표시되는 화합물을 포함함으로써, 유기 전계 발광 소자(100)의 발광 효율 및 발광 수명을 더 향상시킬 수 있다.
또한, 발광층(140)은 일반식 (3)으로 표시되는 화합물을 호스트 재료로서 포함할 수 있고, 도펀트 재료로서 포함할 수도 있다.
또한, 발광층(140)은 특정 색의 광을 방출하는 발광층으로서 형성될 수도 있다. 예를 들어, 발광층(140)은 적색 발광층, 녹색 발광층, 또는 청색 발광층으로서 형성될 수도 있다.
발광층(140)이 청색 발광층인 경우, 공지의 청색 도펀트를 사용할 수 있다. 예를 들어, 청색 도펀트로서, 페릴렌(perylene) 및 그 유도체, 비스[2-(4, 6-디플루오로페닐)피리디네이트(pyridinate)] 피콜리네이트(picolinate) 이리듐(III)(FIrpic) 등의 이리듐(Ir) 착체 등을 사용할 수 있다.
또한, 발광층(140)이 적색 발광층인 경우, 공지의 적색 도펀트를 사용할 수 있다. 예를 들어, 적색 도펀트로서, 루브렌(rubrene) 및 그 유도체, 4-디시아노메틸렌-2-(p-디메틸아미노스티릴)-6-메틸-4H-피란(DCM) 및 그 유도체, 비스(1-페닐이소퀴놀린)(아세틸아세트네이트) 이리듐(III)(Ir(piq)2(acac)) 등의 이리듐 착체, 오스뮴(Os) 착체, 백금 착체 등을 사용할 수 있다.
또한, 발광층(140)이 녹색 발광층인 경우, 공지의 녹색 도펀트를 사용할 수 있다. 예를 들어, 쿠마린(coumarin) 및 그 유도체, 트리스(2-페닐피리딘) 이리듐(III)(Ir(ppy)3) 등의 이리듐 착체 등을 사용할 수 있다.
(1-6. 전자 수송층의 구성)
전자 수송층(150)은 전자 수송 재료를 포함하고, 전자를 수송하는 기능을 갖는 층이다. 전자 수송층(150)은 예를 들어, 발광층(140) 상에 약 15 nm 이상 약 50 nm 이하의 막 두께로 형성된다. 전자 수송층(150)에 포함되는 전자 수송 재료는 공지의 전자 수송 재료이면, 제한 없이 사용 가능하다. 전자 수송 재료의 구체 예로서는, 예를 들어, 트리스(8-퀴노리놀라토(quinolinolato)) 알루미늄(Alq3) 등의 퀴놀린 유도체, 1, 2, 4-트리아졸 유도체(TAZ), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토(quinolinolato))-(p-페닐페놀레이트)-알루미늄(BAlq), 베릴륨비스(벤조퀴놀린-10-올라테)(BeBq2), 리튬튀놀레이트(LiQ) 등의 Li 착체 등 함질소 방향 고리를 갖는 재료 등을 들 수 있다. 여기서, 함 질소 방향 고리를 갖는 재료로서는, 예를 들어, 1, 3, 5-트리((3-피리딜)-펜-3-일)벤젠 등과 같은 피리딘 고리를 포함하는 재료, 2, 4, 6-트리스(3’-(피리딘-3-일)비페닐-3-일)-1, 3, 5-트리아진과 같은 트리아진 고리를 포함하는 재료, 2-(4-(N-페닐벤조이미다졸릴-1-일페닐)-9, 10-디나프틸안트라센과 같은 이미다졸 유도체를 포함하는 재료 등을 들 수 있다.
(1-7. 전자 주입층의 구성)
전자 주입층(160)은 제 2 전극(170)으로부터의 전자의 주입을 용이하게 하는 기능을 구비한 층이다. 전자 주입층(160)은 예를 들어, 전자 수송층(150) 상에 약 0.3 nm 이상 약 9 nm 이하의 막 두께로 형성된다. 전자 주입층(160)은 전자 주입층(160)을 형성하는 재료로서 공지의 재료이면, 어느 것을 사용하여 형성될 수도 있다. 전자 주입층(160)을 형성하는 재료의 구체 예로서는, 불화리튬(LiF), 염화나트륨(NaCl), 불화세슘(CsF), 산화리튬(Li2O), 산화바륨(BaO), 리튬퀴놀레이트(LiQ) 등을 들 수 있다.
(1-8. 제 2 전극의 구성)
제 2 전극(170)은 예를 들어, 음극(캐소드(cathode))이고, 증착법 또는 스퍼터링법 등을 사용하여 전자 주입층(160) 상에 형성된다. 구체적으로는, 제 2 전극(170)은 일 함수가 작은 금속, 합금, 도전성 화합물 등으로 반사형 전극으로서 형성된다. 제 2 전극(170)은 예를 들어, 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 은(Ag), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag) 등으로 형성될 수도 있다. 또한, 제 2 전극(170)은 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO) 등을 사용하여 투과형 전극으로서 형성될 수도 있다.
(1-9. 유기 전계 발광 소자의 변형예)
또한, 도 1에 나타낸 유기 전계 발광 소자(100)의 구조는 어디까지나 일 예로서, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자(100)가 도 1의 구조에 한정되지 않는다. 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자(100)는 일부의 층이 또한 복수 개의 층들로 형성될 수도 있고, 다른 층이 추가될 수도 있다. 또한, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자(100)는 전자 수송층(150) 및 전자 주입층(160) 중에서, 적어도 1 층 이상을 구비하지 않을 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자(100)는 제 1 전극(120)과 정공 수송층(130) 사이에 정공 주입층을 구비할 수도 있다.
정공 주입층은 제 1 전극(120)으로부터의 정공의 주입을 용이하게 하는 기능을 구비한 층이다. 정공 주입층은 예를 들어, 제 1 전극(120) 상에 약 10 nm 이상 약 150 nm 이하의 막 두께로 형성된다. 정공 주입층은 정공 주입층을 형성하는 재료로서 공지의 재료이면, 어느 것이든 사용하여 형성될 수도 있다. 정공 주입층을 형성하는 재료로서는, 트리페닐아민 함유 폴리에테르케톤(TPAPEK), 4-이소프로필-4’-메틸디페닐요오드늄테트라키스(펜타플루오로페닐)붕산염(PPBI), N, N’-디페닐-N, N’-비스-[4-(페닐-m-톨릴-아미노)-페닐]-비페닐-4, 4’-디아민(DNTPD), 구리 프탈로시아닌 등의 프탈로시아닌 화합물, 4, 4’, 4"-트리스(3-메틸페닐아미노)트리페닐아민(m-MTDATA), N, N’-디(1-나프틸)-N, N’-디페닐벤지딘(NPB), 4, 4’, 4"-트리스{N, N 디페닐아미노}트리페닐아민(TDATA), 4, 4’, 4"-트리스(N, N-2-나프틸페닐아미노)트리페닐아민(2-TNATA), 폴리아닐린/도데실(dodecyl)벤젠설폰산(Pani/DBSA), 폴리(3, 4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(4-스티렌설포네이트(sulfonate))(PEDOT/PSS), 폴리아닐린/캠퍼(camphor)설폰산(Pani/CSA), 또는 폴리아닐린/폴리(4-스티렌설포네이트(sulfonate))(PANI/PSS) 등을 예로서 들 수 있다.
(1-9. 유기 전계 발광 소자의 제조 방법)
이상에서 설명한 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자(100)의 각 층은 진공 증착, 스퍼터, 각종 도포법 등, 재료에 따라서 적절한 성막 방법을 선택하여 형성될 수 있다.
예를 들어, 제 1 전극(120), 제 2 전극(170), 및 전자 주입층(160) 등의 금속층은 전자빔 증착(electron beam evaporation)법, 열 필라멘트 증착(hot filament evaporation)법 및 진공 증착법 등의 증착법, 스퍼터링법, 또는 전기 도금법 및 무전해 도금법 등의 도금(plating)법에 의해 형성될 수 있다.
또한, 정공 수송층(130), 발광층(140), 및 전자 수송층(150) 등의 유기층은 예를 들어, 진공 증착법 등의 물리적 기상 성장법(PVD법), 스크린 인쇄(screen printing)법 및 잉크젯(ink jet) 인쇄법과 같은 인쇄법, 레이저(laser) 전사법, 및 스핀코트(spin coat)법 등의 도포법 등에 의해 형성될 수 있다.
<2. 일 실시예의 유기 전계 발광 소자의 구성>
일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 양극, 발광층 및 양극과 발광층 사이에 배치되는 복수의 정공 수송층을 포함한다. 복수의 정공 수송층은 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송층 및 발광층측 정공 수송층을 포함한다. 양극측 정공 수송층은 양극과 발광층 사이에 배치되고, 전자 수용성 재료를 포함한다. 중간 정공 수송층은 양극측 정공 수송층과 발광층 사이에 배치되고, 중간 정공 수송 재료를 포함한다. 발광층측 정공 수송층은 중간 정공 수송층과 발광층 사이에 배치되며, 발광층과 인접하여 배치된다.
이하 일 실시예의 유기 전계 발광 소자의 구성에 대하여 상세히 설명한다. 다만, 상술한 유기 전계 발광 소자의 구성과 중복되는 내용에 대하여는 다시 설명하지 않으며, 상술한 실시예의 구성과 차이점을 위주로 설명한다.
예를 들어, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자의 구성에 있어서, 기판의 구성, 제1 전극 및 제2 전극의 구성, 발광층의 구성, 전자 수송층의 구성 및 전자 주입층의 구성은 상술한 구성과 동일할 수 있다.
이하에서는 유기 전계 발광 소자의 일 실시예에서의 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송층 및 발광층측 정공 수송층의 구성에 대하여 상세히 설명한다.
(2-1. 정공 수송층의 구성)
정공 수송층(130)은 정공 수송 재료를 포함하고, 정공을 수송하는 기능을 갖는 층이다. 정공 수송층(130)은 예를 들어, 제 1 전극(120) 상에 약 10 nm 이상 약 150 nm 이하의 막 두께(적층 구조의 총 막 두께)로 형성될 수 있다.
여기서, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자(100)의 정공 수송층(130)은 제 1 전극(120)측으로부터, 양극측 정공 수송층(131), 중간 정공 수송 재료층(133), 및 발광층측 정공 수송층(135)의 순서대로 적층된 복수 개의 층들로 형성된다. 또한, 이들 층의 막 두께의 비율은 특히 제한되지 않는다.
(2-1-1. 양극측 정공 수송층의 구성)
양극측 정공 수송층(131)은 전자 수용성 재료를 포함하는 층이다. 예를 들어, 양극측 정공 수송층(131)은 제 1 전극(120) 상에 형성된다.
또한, 양극측 정공 수송층(131)은 전자 수용성 재료 이외의 재료를 포함할 수 있지만, 주로 전자 수용성 재료를 포함하는 층이다. 구체적으로는, 양극측 정공 수송층(131)은 양극측 정공 수송층(131)의 총 질량에 대해, 전자 수용성 재료를 50 질량% 초과하여 포함할 수 있고, 예를 들어 전자 수용 재료만으로 구성될 수 있다.
양극측 정공 수송층(131)은 전자 수용성 재료를 포함함으로써, 제 1 전극(120)으로부터의 정공 주입성을 향상시킬 수 있다. 그러므로, 양극측 정공 수송층(131)은 제 1 전극(120)의 근방에 마련되는 것이 바람직하고, 특히, 제 1 전극(120)에 인접하여 배치되는 것이 바람직하다.
양극측 정공 수송층(131)에 포함되는 전자 수용성 재료는 공지의 전자 수용성 재료이면, 어떤 것도 사용하는 것이 가능하다. 단, 양극측 정공 수송층(131)에 포함되는 전자 수용성 재료는 -9.0 eV 이상 -4.0 eV 이하의 LUMO 준위를 갖는 것이 바람직하고, -6.0 eV 이상 -4.0 eV 이하의 LUMO 준위를 갖는 것이 보다 바람직하다.
여기서, -9.0 eV 이상 -4.0 eV 이하의 LUMO 준위를 갖는 전자 수용성 재료의 구체 예로서는, 이하의 화합물 4-1 내지 화합물 4-14로 나타내지는 화합물을 들 수 있다.
[화학식 4]
상술한 화합물 4-1 내지 화합물 4-14에 있어서, R은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 50 이하의 불화알킬기, 시아노기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기 또는 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기 또는 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다.
Ar은 전자 흡인성의 치환기를 가지거나, 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이고, Y는 메틴기(-CH=), 또는 질소 원자(-N=)이고, Z는 유사 할로겐 원자, 또는 황(S)원자이고, n은 10 이하의 범위 내의 정수이고, X는 이하의 화학식 X1 내지 X7로 표시되는 치환기 중의 어느 하나일 수 있다.
[화학식 5]
화학식 X1 내지 X7에 있어서, Ra는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 50 이하의 불화알킬기, 시아노기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다.
R, Ar 및 Ra가 나타내는 치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 6 이상 50 이하의 아릴기의 구체 예로서는, 페닐(phenyl)기, 1-나프틸(1-naphthyl)기, 2-나프틸(2-naphthyl)기, 1-안트릴(1-anthryl)기, 2-안트릴(2-anthryl)기, 9-안트릴(9-anthryl)기, 1-페난트릴(1-phenanthryl)기, 2-페난트릴(2-phenanthryl)기, 3-페난트릴(3-phenanthryl)기, 4-페난트릴(4-phenanthryl)기, 9-페난트릴(9-phenanthryl)기, 1-나프타세닐(1-naphthacenyl)기, 2-나프타세닐(2-naphthacenyl)기, 9-나프타세닐(9-naphthacenyl)기, 1-피레닐(1-pyrenyl)기, 2-피레닐(2-pyrenyl)기, 4-피레닐(4-pyrenyl)기, 2-비페닐일(2-biphenylyl)기, 3-비페닐일(3-biphenylyl)기, 4-비페닐일(4-biphenylyl)기, p-터페닐-4-일(p-terphenyl-4-yl)기, p-터페닐-3-일(p-terphenyl-3-yl)기, p-터페닐-2-일(p-terphenyl-2-yl)기, m-터페닐-4-일(m-terphenyl-4-yl)기, m-터페닐-3-일(m-terphenyl-3-yl)기, m-터페닐-2-일(m-terphenyl-2-yl)기, o-톨릴(o-tolyl)기, m-톨릴(m-tolyl)기, p-톨릴(p-tolyl)기, p-t-부틸 페닐(p-t-butylphenyl)기, p-(2-페닐프로필)페닐(p-(2-phenylpropyl)phenyl)기, 3-메틸-2-나프틸(3-methyl-2-naphthyl)기, 4-메틸-1-나프틸(4-methyl-1-naphthyl)기, 4-메틸-1-안트릴(4-methyl-1-anthryl)기, 4'-메틸비페닐일(4'-methyl-biphenylyl)기, 4"-t-부틸-p-터페닐-4-일(4"-t-butyl-p-terphenyl-4-yl)기, 플루오란테닐(fluoranthenyl)기, 플루오레닐(fluorenyl)기 등을 들 수 있다.
R, Ar 및 Ra가 나타내는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기의 구체 예로서는, 1-피롤릴(1-pyrrolyl)기, 2-피롤릴(2-pyrrolyl)기, 3-피롤릴(3-pyrrolyl)기, 피라지닐(pyrazinyl)기, 2-피리디닐(2-pyridinyl)기, 3-피리디닐(3-pyridinyl)기, 4-피리디닐(4-pyridinyl)기, 1-인돌릴(1-indolyl)기, 2-인돌릴(2-indolyl)기, 3-인돌릴(3-indolyl)기, 4-인돌릴(4-indolyl)기, 5-인돌릴(5-indolyl)기, 6-인돌릴(6-indolyl)기, 7-인돌릴(7-indolyl)기, 1-이소인돌릴(1-isoindolyl)기, 2-이소인돌릴(2-isoindolyl)기, 3-이소인돌릴(3-isoindolyl)기, 4-이소인돌릴(4-isoindolyl)기, 5-이소인돌릴(5-isoindolyl)기, 6-이소인돌릴(6-isoindolyl)기, 7-이소인돌릴(7-isoindolyl)기, 2-퓨릴(2-furyl)기, 3-퓨릴(3-furyl)기, 2-벤조퓨라닐(2-benzofuranyl)기, 3-벤조퓨라닐(3-benzofuranyl)기, 4-벤조퓨라닐(4-benzofuranyl)기, 5-벤조퓨라닐(5-benzofuranyl)기, 6-벤조퓨라닐(6-benzofuranyl)기, 7-벤조퓨라닐(7-benzofuranyl)기, 1-이소벤조퓨라닐(1-isobenzofuranyl)기, 3-이소벤조퓨라닐(3-isobenzofuranyl)기, 4-이소벤조퓨라닐(4-isobezofuranyl)기, 5-이소벤조퓨라닐(5-isobenzofuranyl)기, 6-이소벤조퓨라닐(6-isobenzofuranyl)기, 7-이소벤조퓨라닐(7-isobenzofuranyl)기, 퀴놀릴(quinolyl)기, 3-퀴놀릴(3-quinolyl)기, 4-퀴놀릴(4-quinolyl)기, 5-퀴놀릴(5-quinolyl)기, 6-퀴놀릴(6-quinolyl)기, 7-퀴놀릴(7-quinolyl)기, 8-퀴놀릴(8-quinolyl)기, 1-이소퀴놀릴(1-isoquinolyl)기, 3-이소퀴놀릴(3-isoquinolyl)기, 4-이소퀴놀릴(4-isoquinolyl)기, 5-이소퀴놀릴(5-isoquinolyl)기, 6-이소퀴놀릴(6-isoquinolyl)기, 7-이소퀴놀릴(7-isoquinolyl)기, 8-이소퀴놀릴(8-isoquinolyl)기, 2-퀴녹사리닐(2-quinoxalinyl)기, 5-퀴녹사리닐(5-quinoxalinyl)기, 6-퀴녹사리닐(6-quinoxalinyl)기, 1-카르바졸릴(1-carbazolyl)기, 2-카르바졸릴(2-carbazolyl)기, 3-카르바졸릴(3-carbazolyl)기, 4-카르바졸릴(4-carbazolyl)기, 9-카르바졸릴(9-carbazolyl)기, 1-페난트리디닐(1-phenanthridinyl)기, 2-페난트리디닐(2-phenanthridinyl)기, 3-페난트리디닐(3-phenanthridinyl)기, 4-페난트리디닐(4-phenanthridinyl)기, 6-페난트리디닐(6-phenanthridinyl)기, 7-페난트리디닐(7-phenanthridinyl)기, 8-페난트리디닐(8-phenanthridinyl)기, 9-페난트리디닐(9-phenanthridinyl)기, 10-페난트리디닐기(10-phenanthridinyl),
1-아크리디닐(1-acridinyl)기, 2-아크리디닐(2-acridinyl)기, 3-아크리디닐(3-acridinyl)기, 4-아크리디닐(4-acridinyl)기, 9-아크리디닐(9-acridinyl)기, 1, 7-페난트롤린-2-일(1, 7-phenanthroline-2-yl)기, 1, 7-페난트롤린-3-일(1, 7-phenanthroline-3-yl)기, 1, 7-페난트롤린-4-일(1, 7-phenanthroline-4-yl)기, 1, 7-페난트롤린-5-일(1, 7-phenanthroline-5-yl)기, 1, 7-페난트롤린-6-일(1, 7-phenanthroline-6-yl)기, 1, 7-페난트롤린-8-일(1, 7-phenanthroline-8-yl)기, 1, 7-페난트롤린-9-일(1, 7-phenanthroline-9-yl)기, 1, 7-페난트롤린-10-일(1, 7-phenanthroline-10-yl)기, 1, 8-페난트롤린-2-일(1, 8-phenanthroline-2-yl)기, 1, 8-페난트롤린-3-일(1, 8-phenanthroline-3-yl)기, 1, 8-페난트롤린-4-일(1, 8-phenanthroline-4-yl)기, 1, 8-페난트롤린-5-일(1, 8-phenanthroline-5-yl)기, 1, 8-페난트롤린-6-일(1, 8-phenanthroline-6-yl)기, 1, 8-페난트롤린-7-일(1, 8-phenanthroline-7-yl)기, 1, 8-페난트롤린-9-일(1, 8-phenanthroline-9-yl)기, 1, 8-페난트롤린-10-일(1, 8-phenanthroline-10-yl)기,
1, 9-페난트롤린-2-일(1, 9-phenanthroline-2-yl)기, 1, 9-페난트롤린-3-일(1, 9-phenanthroline-3-yl)기, 1, 9-페난트롤린-4-일(1, 9-phenanthroline-4-yl)기, 1, 9-페난트롤린-5-일(1, 9-phenanthroline-5-yl)기, 1, 9-페난트롤린-6-일(1, 9-phenanthroline-6-yl)기, 1, 9-페난트롤린-7-일(1, 9-phenanthroline-7-yl)기, 1, 9-페난트롤린-8-일(1, 9-phenanthroline-8-yl)기, 1, 9-페난트롤린-10-일(1, 9-phenanthroline-10-yl)기, 1, 10-페난트롤린-2-일(1, 10-phenanthroline-2-yl)기, 1, 10-페난트롤린-3-일(1, 10-phenanthroline-3-yl)기, 1, 10-페난트롤린-4-일(1, 10-phenanthroline-4-yl)기, 1, 10-페난트롤린-5-일(1, 10-phenanthroline-5-yl)기, 2, 9-페난트롤린-1-일(2, 9-phenanthroline-1-yl)기, 2, 9-페난트롤린-3-일(2, 9-phenanthroline-3-yl)기, 2, 9-페난트롤린-4-일(2, 9-phenanthroline-4-yl)기, 2, 9-페난트롤린-5-일(2, 9-phenanthroline-5-yl)기, 2, 9-페난트롤린-6-일(2, 9-phenanthroline-6-yl)기, 2, 9-페난트롤린-7-일(2, 9-phenanthroline-7-yl)기, 2, 9-페난트롤린-8-일(2, 9-phenanthroline-8-yl)기, 2, 9-페난트롤린-10-일(2, 9-phenanthroline-10-yl)기, 2, 8-페난트롤린-1-일(2, 8-phenanthroline-1-yl)기, 2, 8-페난트롤린-3-일(2, 8-phenanthroline-3-yl)기, 2, 8-페난트롤린-4-일(2, 8-phenanthroline-4-yl)기, 2, 8-페난트롤린-5-일(2, 8-phenanthroline-5-yl)기, 2, 8-페난트롤린-6-일(2, 8-phenanthroline-6-yl)기, 2, 8-페난트롤린-7-일(2, 8-phenanthroline-7-yl)기, 2, 8-페난트롤린-9-일(2, 8-phenanthroline-9-yl)기, 2, 8-페난트롤린-10-일(2, 8-phenanthroline-10-yl)기,
2, 7-페난트롤린-1-일(2, 7-phenanthroline-1-yl)기, 2, 7-페난트롤린-3-일(2, 7-phenanthroline-3-yl)기, 2, 7-페난트롤린-4-일(2, 7-phenanthroline-4-yl)기, 2, 7-페난트롤린-5-일(2, 7-phenanthroline-5-yl)기, 2, 7-페난트롤린-6-일(2, 7-phenanthroline-6-yl)기, 2, 7-페난트롤린-8-일(2, 7-phenanthroline-8-yl)기, 2, 7-페난트롤린-9-일(2, 7-phenanthroline-9-yl)기, 2, 7-페난트롤린-10-일(2, 7-phenanthroline-10-yl)기, 1-페나지닐(1-phenazinyl)기, 2-페나지닐(2-phenazinyl)기, 1-페노티아지닐(1-phenothiazinyl)기, 2-페노티아지닐(2-phenothiazinyl)기, 3-페노티아지닐(3-phenothiazinyl)기, 4-페노티아지닐(4-phenothiazinyl)기, 10-페노티아지닐(10-phenothiazinyl)기, 1-페녹사지닐(1-phenoxazinyl)기, 2-페녹사지닐(2-phenoxazinyl)기, 3-페녹사지닐(3-phenoxazinyl)기, 4-페녹사지닐(4-phenoxazinyl)기, 10-페녹사지닐(10-phenoxazinyl)기, 2-옥사졸릴(2-oxazolyl)기, 4-옥사졸릴(4-oxazolyl)기, 5-옥사졸릴(5-oxazolyl)기, 2-옥사디아졸릴(2-oxadiazolyl)기, 5-옥사디아졸릴(5-oxadiazolyl)기, 3-퓨라자닐(3-furazanyl)기, 2-티에닐(2-thienyl)기, 3-티에닐(3-thienyl)기,
2-메틸피롤-1-일(2-methylpyrrole-1-yl)기, 2-메틸피롤-3-일(2-methylpyrrole-3-yl)기, 2-메틸피롤-4-일(2-methylpyrrole-4-yl)기, 2-메틸피롤-5-일(2-methylpyrrole-5-yl)기, 3-메틸피롤-1-일(3-methylpyrrole-1-yl)기, 3-메틸피롤-2-일(3-methylpyrrole-2-yl)기, 3-메틸피롤-4-일(3-methylpyrrole-4-yl)기, 3-메틸피롤-5-일(3-methylpyrrole-5-yl)기, 2-t-부틸피롤-4-일(2-t-butyl-pyrrol-4-yl)기, 3-(2-페닐프로필)피롤-1-일(3-(2-phenylpropyl)pyrrol-1-yl)기, 2-메틸-1-인돌릴(2-methyl-1-indolyl)기, 4-메틸-1-인돌릴(4-methyl-1-indolyl)기, 2-메틸-3-인돌릴(2-methyl-3-indolyl)기, 4-메틸-3-인돌릴(4-methyl-3-indolyl)기, 2-t-부틸-1-인돌릴(2-t-butyl-1-indolyl)기, 4-t-부틸-1-인돌릴(4-t-butyl-1-indolyl)기, 2-t-부틸-3-인돌릴(2-t-butyl-3-indolyl)기, 4-t-부틸3-인돌릴(4-t-butyl-3-indolyl)기 등을 들 수 있다.
R, Ra가 나타내는 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 불화 알킬기의 구체 예로서는, 트리플루오로메틸(trifluoromethyl)기, 펜타플루오로에틸(pentafluoroethyl)기, 헵타플루오로프로필(heptafluoropropyl)기, 또는 헵타플루오로옥타닐(heptafluorooctanyl)기 등의 퍼플루오로알킬(perfluoroalkyl)기, 모노플루오로메틸(monofluoromethyl)기, 디플루오로메틸(difluoromethyl)기, 트리 플루오로에틸(trifluoroethyl)기, 테트라플루오로 프로필(tetrafluoropropyl)기, 옥타플루오로펜틸(octafluoropentyl)기 등을 들 수 있다.
R, Ra가 나타내는 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기의 구체 예로서는, 메틸(methyl)기, 에틸(ethyl)기, 프로필(propyl)기, 이소프로필(isopropyl)기, n-부틸(n-butyl)기, s-부틸(s-butyl)기, 이소부틸(isobutyl)기, t-부틸(t-butyl)기, n-펜틸(n-pentyl)기, n-헥실(n-hexyl)기, n-헵틸(n-heptyl)기, n-옥틸(n-octyl)기, 하이드록시메틸(hydroxymethyl)기, 1-하이드록시에틸(1-hydroxyethyl)기, 2-하이드록시에틸(2-hydroxyethyl)기, 2-하이드록시이소부틸(2-hydroxyisobutyl)기, 1, 2-디하이드록시에틸(1, 2-dihydroxyethyl)기, 1, 3-디하이드록시이소프로필(1, 3-dihydroxyisopropyl)기, 2, 3-디하이드록시-t-부틸(2, 3-dihydroxy-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리하이드록시프로필(1, 2, 3-trihydroxy-propyl)기, 클로로메틸(chloromethyl)기, 1-클로로에틸(1-chloroethyl)기, 2-클로로에틸(2-chloroethyl)기, 2-클로로이소부틸(2-chloroisobutyl)기, 1, 2-디클로로에틸(1, 2-dichloroethyl)기, 1, 3-디클로이소프로필(1, 3-dichloro isopropyl)기, 2, 3-디클로-t-부틸(2, 3-dichloro-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리 클로로 프로필(1, 2, 3-trichloropropyl)기, 브로모메틸(bromomethyl)기, 1-브로모에틸(1-bromoethyl)기, 2-브로모에틸(2-bromoethyl)기, 2-브로모이소부틸(2-bromoisobutyl)기, 1, 2-디브로모에틸(1, 2-dibromoethyl)기, 1, 3-디브로모이소프로필(1, 3-dibromoisopropyl)기, 2, 3-디브로모-t-부틸(2, 3-dibromo-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리브로모프로필(1, 2, 3-tribromopropyl)기, 요오드메틸(iodomethyl)기, 1-요오드에틸(1-iodoethyl)기, 2-요오드에틸(2-iodoethyl)기, 2-요오드이소부틸(2-iodoisobutyl)기, 1, 2-디요오드에틸(1, 2-diiodomethyl)기, 1, 3-디요오드이소프로필(1, 3-diiodoisopropyl)기, 2, 3-디요오드-t-부틸(2, 3-diiodo-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리요오드 프로필(1, 2, 3-triiodopropyl)기, 아미노메틸(aminomethyl)기, 1-아미노에틸(1-aminoethyl)기, 2-아미노에틸(2-aminoethyl)기, 2-아미노이소부틸(2-aminoisobutyl)기, 1, 2-디아미노에틸(1, 2-diaminoethyl)기, 1, 3-디아미노이소프로필(1, 3-diaminoisopropyl)기, 2, 3-디아미노-t-부틸(2, 3-diamino-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리아미노프로필(1, 2, 3-triaminopropyl)기, 시아노메틸(cyanomethyl)기, 1-시아노에틸(1-cyanoethyl)기, 2-시아노에틸(2-cyanoethyl)기, 2-시아노이소부틸(2-cyanoisobutyl)기, 1, 2-디시아노에틸(1, 2-dicyanoethyl)기, 1, 3-디시아노이소프로필(1, 3-dicyanoisopropyl)기, 2, 3-디시아노-t-부틸(2, 3-dicyano-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리시아노 프로필(1, 2, 3-tricyanopropyl)기, 니트로메틸(nitromethyl)기, 1-니트로에틸기(1-nitroethyl), 2-니트로에틸(2-nitroethyl)기, 2-니트로이소부틸(2-nitroisobutyl)기, 1, 2-디니트로에틸(1, 2-dinitroethyl)기, 1, 3-디니트로이소프로필(1, 3-dinitroisopropyl)기, 2, 3-디니트로-t-부틸(2, 3-dinitro-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리니트로프로필(1, 2, 3-trinitropropyl)기, 시클로프로필(cyclopropyl)기, 시클로부틸(cyclobutyl)기, 시클로펜틸(cyclopentyl)기, 시클로헥실(cyclohexyl)기, 4-메틸시클로헥실(4-methylcyclohexyl)기, 1-아다만틸(1-adamantyl)기, 2-아다만틸(2-adamantyl)기, 1-노르보닐(1-norbornyl)기, 2-노르보닐(2-norbornyl)기 등을 들 수 있다.
R, Ra가 나타내는, 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시(alcoxy)기는, -OY 로 표시되는 작용기이다. Y의 구체 예로서는, 메틸(methyl)기, 에틸(ethyl)기, 프로필(propyl)기, 이소프로필(isopropyl)기, n-부틸(n-butyl)기, s-부틸(s-butyl)기, 이소부틸(isobutyl)기, t-부틸(t-butyl)기, n-펜틸(n-pentyl)기, n-헥실(n-hexyl)기, n-헵틸(n-heptyl)기, n-옥틸(n-octyl)기, 하이드록시메틸(hydroxymethyl)기, 1-하이드록시에틸(1-hydroxyethyl)기, 2-하이드록시에틸(2-hydroxyethyl)기, 2-하이드록시이소부틸(2-hydroxyisobutyl)기, 1, 2-디하이드록시에틸(1, 2-dihydroxyethyl)기, 1, 3-디하이드록시이소프로필(1, 3-dihydroxyisopropyl)기, 2, 3-디하이드록시-t-부틸(2, 3-dihydroxy-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리하이드록시프로필(1, 2, 3-trihydroxypropyl)기, 클로로메틸(chloromethyl)기, 1-클로로에틸(1-chloroethyl)기, 2-클로로에틸(2-chloroethyl)기, 2-클로로이소부틸(2-chloroisobutyl)기, 1, 2-디클로로에틸(1, 2-chloroethyl)기, 1, 3-디클로이소프로필(1, 3-dichloroisopropyl)기, 2, 3-디클로-t-부틸(2, 3-dichloro-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리클로로프로필(1, 2, 3-trichloropropyl)기, 브로모메틸(bromomethyl)기, 1-브로모에틸(1-bromoethyl)기, 2-브로모에틸(2-bromoethyl)기, 2-브로모이소부틸(3-bromoisobutyl)기, 1, 2-디브로모에틸(1, 2-dibromoethyl)기, 1, 3-디브로모이소프로필(1, 3-dibromoisopropyl)기, 2, 3-디브로모-t-부틸(2, 3-dibromo-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리브로모프로필(1, 2, 3-tribromopropyl)기, 요오드메틸(iodomethyl)기, 1-요오드에틸(1-iodoethyl)기, 2-요오드에틸(2-iodoethyl)기, 2-요오드이소부틸(2-iodoisobutyl)기, 1, 2-디요오드에틸(1, 2-diiodoethyl)기, 1, 3-디요오드이소프로필(1, 3-diiodoisopropyl)기, 2, 3-디요오드-t-부틸(2, 3-diiodo-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리요오드 프로필(1, 2, 3-triiodopropyl)기, 아미노메틸(aminomethyl)기, 1-아미노에틸(1-aminoethyl)기, 2-아미노에틸(2-aminoethyl)기, 2-아미노이소부틸(2-aminoisobutyl)기, 1, 2-디아미노에틸(1, 2-diaminoethyl)기, 1, 3-디아미노이소프로필(1, 3-diaminoisopropyl)기, 2, 3-디아미노-t-부틸(2, 3-diamino-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리아미노프로필(1, 2, 3-triaminopropyl)기, 시아노메틸(cyanomethyl)기, 1-시아노에틸(1-cyanoethyl)기, 2-시아노에틸(2-cyanoethyl)기, 2-시아노이소부틸(2-cyanoisobutyl기, 1, 2-디시아노에틸(1, 2-dicyanoethyl)기, 1, 3-디시아노이소프로필(1, 3-dicyanoisopropyl)기, 2, 3-디시아노-t-부틸(2, 3-dicyano-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리 시아노 프로필(1, 2, 3-tricyanopropyl)기, 니트로메틸(nitromethyl)기, 1-니트로에틸(1-nitroethyl)기, 2-니트로에틸(2-nitroethyl)기, 2-니트로이소부틸(2-nitroisobutyl)기, 1, 2-디니트로에틸(1, 2-dinitroethyl)기, 1, 3-디니트로이소프로필(1, 3-dinitroisopropyl)기, 2, 3-디니트로-t-부틸(2, 3-dinitro-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리니트로프로필(1, 2, 3-trinitropropyl)기 등을 들 수 있다.
R, Ra가 나타내는 할로겐 원자의 구체 예로서는, 불소(F), 염소(Cl), 브롬(Br), 요오드(I) 등을 들 수 있다.
여기서, 전자 수용성 재료의 구체적인 화합물로서, 이하의 화합물 4-15 및 화합물 4-16을 예시할 수 있다. 예를 들어, 화합물 4-15의 LUMO 준위는 -4.40 eV이고, 화합물 4-16의 LUMO 준위는 -5.20 eV이다. 단, 전자 수용성 재료가 이하의 화합물 4-15 및 화합물 4-16에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 6]
(2-1-2. 중간 정공 수송층의 구성)
중간 정공 수송층(133)은 중간 정공 수송 재료를 포함한다. 중간 정공 수송층(133)은 예를 들어, 양극측 정공 수송층(131) 상에 형성된다.
중간 정공 수송층(133)에 포함되는 중간 정공 수송 재료는 공지의 정공 수송 재료이면, 모두 사용 가능하다. 중간 정공 수송층(133)에 포함되는 중간 정공 수송 재료의 구체 예로서는, 1, 1-비스[(디-4-톨릴아미노)페닐]시클로헥산(TAPC), N-페닐카르바졸(N-phenyl carbazole), 폴리비닐카르바졸(polyvinyl carbazole) 등의 카르바졸 유도체, N, N'-비스(3-메틸페닐)-N, N'-디페닐-[1, 1-비페닐]-4, 4'-디아민(TPD), 4, 4', 4"-트리스(N-카르바졸릴)트리페닐아민(TCTA), 및 N, N'-디(1-나프틸)-N, N'-디페닐벤지딘(NPB) 등을 예로서 들 수 있다.
중간 정공 수송 재료는 하기의 일반식 (2)로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 2]
상기 일반식 (2)에 있어서, Ar1 내지 Ar3은 각각 독립적으로, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다. Ar4는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기이다. L1은 단결합, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌기이다.
Ar1 내지 Ar3의 구체 예로서는, 페닐(phenyl)기, 비페닐(biphenyl)기, 터페닐(terphenyl)기, 나프틸(naphtyl)기, 안트릴(anthryl)기, 페난트릴(phenanthryl)기, 플루오레닐(fluorenyl)기, 인데닐(indenyl)기, 피레닐(pyrenyl)기, 아세트나프테닐(acetonaphtenyl)기, 플루오란테닐(fluoroanthenyl)기, 트리페릴레닐(triphenylenyl)기, 피리딜(pyridyl)기, 퓨라닐(furanyl)기, 피라닐(pyranyl)기, 티에닐(thienyl)기, 퀴놀릴(quinolyl)기, 이소퀴놀릴(isoquinolyl)기, 벤조퓨라닐(benzofuranyl)기, 벤조티에닐(benzothienyl)기, 인돌릴(indolyl)기, 카르바졸릴(carbazolyl)기, 벤조옥사졸릴(benzoxazolyl)기, 벤조티아졸릴(benzothiazolyl)기, 퀴녹살릴(quinoxalyl)기, 벤조이미다졸릴(benzimidazolyl)기, 피라졸릴(pyrazolyl)기, 디벤조퓨라닐(dibenzofuranyl)기, 및 디벤조티에닐(dibenzothienyl)기 등을 들 수 있다. Ar1~Ar3의 바람직한 구체 예로서는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 카르바졸릴기, 및 디벤조퓨라닐이기 등을 예로서 들 수 있다.
Ar4의 구체 예로서는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 페난트릴기, 플루오레닐기, 인데닐기, 피레닐기, 아세트나프테닐기, 플루오란테닐기, 트리페릴레닐이기, 피리딜기, 퓨라닐기, 피라닐기, 티에닐기, 퀴놀릴기, 이소퀴놀릴기, 벤조퓨라닐기, 벤조티에닐기, 인돌릴기, 카르바졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 벤조티아졸릴기, 퀴녹살릴기, 벤조이미다졸릴기, 피라졸릴기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티에닐기, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기 등을 들 수 있다. Ar4의 바람직한 구체 예로서는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 카르바졸릴기, 디벤조퓨라닐기, 메틸기, 및 에틸기 등을 예로서 들 수 있다.
L1의 단결합 이외의 구체 예로서는, 페닐렌(phenylene)기, 비페니릴렌(biphenylylene)기, 터페닐렌(terphenylene)기, 나프틸렌(naphthylene)기, 안트릴렌(anthrylene)기, 페난트릴렌(phenanthrylene)기, 플루오레닐렌(fluorenylene)기, 인데닐렌(indenylene)기, 피레닐렌(pyrenylene)기, 아세토나프테닐렌(acetonaphtenylene)기, 플루오란테닐렌(fluoroanthrylene)기, 트리페닐렌(triphenylenylene)기, 피리디렌(pyridilene)기, 퓨라닐렌(furanylene)기, 피라닐렌(pyranylene)기, 티에닐렌(thienylene)기, 퀴노릴렌(quinolylene)기, 이소퀴노릴렌(isoquinolylene)기, 벤조퓨라닐렌(benzofuranylene)기, 벤조티에닐렌(benzothienylene)기, 인돌일렌(indolylene)기, 카르바졸릴(carbazolylene)기, 벤조옥사졸릴렌(benzoxazolylene)기, 벤조티아졸릴렌(benzothiazolylene)기, 퀴놀사릴렌(quinoxalylene)기, 벤조이미다조리(benzimidazolylene)기, 피라졸릴렌(pyrazolylene)기, 디벤조퓨라닐렌(dibenzofuranylene)기, 및 디벤조티에닐렌(dibenzothienylene)기 등을 들 수 있다. L1은 바람직하게는, 단결합, 페닐렌기, 비페닐렌기, 터페닐렌기, 플루오레닐렌(fluorenylene)기, 카르바졸릴렌기, 또는 디벤조퓨라닐렌(furanylene)기일 수 있다.
일반식 (2)로 표시되는 화합물의 구체 예로서는, 이하의 화합물 2-1 내지 화합물 2-17을 예시할 수 있다. 단, 일반식 (2)로 표시되는 화합물이, 이하의 화합물 2-1 내지 화합물 2-17에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 7]
중간 정공 수송층(133)은 상술한 일반식 (2)로 표시되는 화합물을 포함함으로써, 정공 수송층(130)의 정공 수송성을 향상시키고, 유기 전계 발광 소자(100)의 발광 특성을 향상시킬 수 있다. 특히, 정공 수송층(130)에 있어서, 일반식 (2)로 표시되는 화합물과 같은 카르바졸 유도체의 농도가 높은 경우, 유기 전계 발광 소자(100)의 발광 수명이 향상될 수 있다.
(2-1-3. 발광층측 정공 수송층의 구성)
발광층측 정공 수송층(135)은 하기의 일반식 (1)로 표시되는 화합물을 포함한다. 발광층측 정공 수송층(135)은 예를 들어, 중간 정공 수송층(133) 상에 발광층(140)과 인접하도록 형성된다.
[화학식 1]
상기 일반식 (1)에 있어서, Ar1 내지 Ar5는 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이고, m은 0 이상 4 이하의 정수, n은 0 이상 3 이하의 정수이다. R1은 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기이고, L1은 단결합, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌기이다.
여기서, 인접하는 Ar1 내지 Ar5는 고리를 형성할 수 있다. 즉, 서로 인접하는 Ar1 와 Ar2는 결합하여 고리를 형성할 수 있다. 또한, 인접하는 Ar3 끼리 또는 Ar4 끼리는 서로 결합하여 고리를 형성할 수도 있고, Ar3 또는 Ar4와 카르바졸기의 방향 고리는 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
Ar1 내지 Ar5의 구체 예로서는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 페난트릴기, 플루오레닐기, 인데닐기, 피레닐기, 아세트나프테닐기, 플루오란테닐, 트리페닐레닐기, 피리딜기, 퓨라닐기, 피라닐기, 티에닐기, 퀴놀릴기, 이소퀴놀릴기, 벤조퓨라닐기, 벤조티에닐기, 인돌릴기, 카르바졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 벤조티아졸릴기, 퀴녹살릴(quinoxalyl)기, 벤조옥사졸릴기, 피라졸릴기, 디벤조퓨라닐기, 및 디벤조티에닐기 등을 열거할 수 있다. Ar1 내지 Ar5의 바람직한 구체 예로서는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 카르바졸릴기, 및 디벤조퓨라닐기 등을 예로서 들 수 있다.
R1의 수소 원자 및 중수소 원자 이외의 구체적으로는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 페난트릴기, 플루오레닐기, 인데닐기, 피레닐기, 아세트나프테닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 피리딜기, 피라닐기, 퀴놀릴기, 이소퀴놀릴기, 벤조퓨라닐기, 벤조티에닐기, 인돌릴기, 카르바졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 벤조티아졸릴기, 퀴녹살릴(quinoxalyl)기, 벤조옥사졸릴기, 디벤조퓨라닐기, 및 디벤조티에닐기 등을 예로서 들 수 있다. R1은 바람직하게는, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 카르바졸릴기, 디벤조퓨라닐기 등을 예로서 들 수 있다.
L1의 단결합 이외의 구체 예로서는, 상술한 Ar1 내지 Ar5를 2 가의 치환기로 한 것을 들 수 있다. 예를 들어, L1의 단결합 이외의 구체 예로서는, 페닐렌기, 비페니릴렌기, 터페닐리렌기, 나프틸렌기, 안트릴렌기, 페난트릴렌기, 플루오리렌(fluorirene)기, 인단디일(indanediyl)기, 피렌디일(pyrenediyl)기, 아세나프텐디일(acenaphthenediyl)기, 플루오란텐디일(fluoranthenediyl)기, 트리페닐렌디일(triphenylenediyl)기, 피리딘디일(pyridinediyl)기, 피란디일(pyranediyl)기, 퀴놀린디일(quinolinediyl)기, 이소퀴놀린디일(isoquinolinediyl)기, 벤조퓨란디일(benzophrandiyl)기, 벤조티오펜디일(benzothiophenediyl)기, 인돌디일(indolediyl)기, 카르바졸디일(carbazolediyl)기, 벤조옥사졸디일(benzoxazolediyl)기, 벤조티아졸디일(benzothiazolediyl)기, 퀴녹살린디일(quinoxalinediyl)기, 벤조이미다졸디일(benzoimidazolediyl)기, 디벤조퓨란디일(dibenzofurandiyl)기를 들 수 있다. 바람직하게는, 페닐렌기, 터페닐렌기, 플루오렌디일기, 카르바졸디일기, 디벤조퓨란디일기 등을 예로서 들 수 있다.
일반식 (1)로 표시되는 화합물의 구체 예로서는, 이하의 화합물 1-1 내지 화합물 1-28을 예시할 수 있다. 단, 일반식 (1)로 표시되는 화합물이, 이하의 화합물 1-1 내지 화합물 1-28에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 8]
발광층측 정공 수송층(135)은 발광층측 정공 수송 재료로서, 상술한 일반식 (1)로 표시되는 화합물을 포함함으로써, 발광층(140)에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송층(130)을 보호할 수 있다. 또한, 발광층측 정공 수송층(135)은 상술한 일반식 (1)로 표시되는 화합물을 포함함으로써, 발광층(140)에서 발생한 여기 상태의 에너지(energy)가 정공 수송층(130)으로 확산하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 이 구성에 의하면, 발광층측 정공 수송층(135)은 정공 수송층(130)의 통전 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 발광층측 정공 수송층(135)은 발광층(140)으로부터의 전자나 에너지의 확산을 보다 효과적으로 방지하기 위해서는, 발광층(140)의 근방에 형성되는 것이 바람직하고, 발광층(140)에 인접하여 배치되는 것이 더 바람직하다.
또한, 발광층측 정공 수송층(135)은 상술한 일반식 (1)로 표시되는 화합물을 포함함으로써, 유기 전계 발광 소자(100) 전체의 전하 밸런스(balance)를 조절하고, 양극측 정공 수송층(131)에 포함되는 전자 수용성 재료가 발광층(140)으로 확산하는 것을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 발광층측 정공 수송층(135)은 정공 수송층(130)의 전하 수송성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 발광층측 정공 수송층(135)은 상술한 일반식 (1)로 표시되는 화합물을 포함하고, 정공 수송층(130)의 전하 수송성 및 통전 내구성을 향상시킴으로써, 유기 전계 발광 소자(100)의 발광 효율 및 발광 수명을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 양극측 정공 수송층(131), 중간 정공 수송 재료층(133), 및 발광층측 정공 수송층(135)을 포함하는 정공 수송층(130)은 유기 전계 발광 소자(100)의 통전 내구성 및 정공 수송성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자(100)에서는 발광 효율 및 발광 수명이 향상한다.
이상에서, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자(100)의 일 예에 대해서 상세하게 설명하였다.
[실시예]
이하에서는, 실시예 및 비교예를 참조하면서, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자에 대해서 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시예는 어디까지나 일 예로서, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자가 하기의 예에 한정되지 않는다.
<1. 양극측 정공 수송 재료 및 양극측 정공 수송 재료에 도핑된 전자 수용성 재료를 포함하는 양극측 정공 수송층을 포함하는 유기 전계 발광 소자의 일 실시예>
(1-1. 유기 전계 발광 소자의 제작)
이하의 제작 방법에 의해, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
먼저, 미리 패터닝(patterning)하여 세정 처리를 실시한 ITO-유리 기판에 자외선 및 오존(O3)에 의한 표면 처리를 행하였다. 또한, 글래스 기판에 있어서 ITO 막(제 1 전극)의 막 두께는 150 nm이었다. 오존 처리 후, 기판을 세정하고, 세정 완료 기판을 유기층 성막용 글래스 벨 자(glass bell jar)형 증착기에 투입하고, 10-4~10-5Pa의 진공도에서, 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송층, 발광층측 정공 수송층, 발광층, 및 전자 수송층을 순서대로 증착하였다. 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송층, 및 발광층측 정공 수송층의 막 두께는 각각 10 nm 로 하였다. 발광층의 막 두께는 25 nm로 하고, 전자 수송층의 막 두께는 25 nm 로 하였다. 이어서, 기판을 금속 성막용 글래스 벨 자형 증착기로 옮기고, 10-4~10-5Pa의 진공도에서 전자 주입층, 및 제 2 전극을 증착하였다. 전자 주입층의 막 두께는 1 nm으로 하고, 제 2 전극의 막 두께는 100 nm 로 하였다.
여기서, 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송층, 및 발광층측 정공 수송층이 적층 구조의 정공 수송층에 해당한다. 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송층, 및 발광층측 정공 수송층은 실시예 및 비교예 들에서, 각각 이하의 표 1에 나타낸 재료를 사용하여 제작하였다.
또한, 표 1 에 있어서, 예를 들어, 「화합물 2-3, 4-15」라 함은 정공 수송 재료인 화합물 2-3에 전자 수용 재료인 화합물 4-15를 도핑한 것을 의미한다. 또한, 전자 수용성 재료의 도핑량은 양극측 정공 수송 재료의 질량에 대하여 3 질량 % 로 하였다.
또한, 표 1에 있어서, 화합물 6-1, 6-2 및 6-3은 이하의 화학식으로 표시되는 일반적인 정공 수송 재료를 의미한다.
[화학식 10]
발광층의 호스트 재료로서는, 9, 10-디(2-나프틸)안트라센(ADN, 화합물 3-2)를 사용하고, 도펀트 재료로서는, 2, 5, 8, 11-테트라-t-부틸페릴렌(TBP)을 사용하였다.
또한, 도펀트 재료는 호스트 재료의 질량에 대하여 3 질량 % 첨가하였다. 또한, 전자 수송층은 Alq3으로 형성하고, 전자 주입층은 LiF로 형성하고, 제 2 전극은 알루미늄(Al)으로 형성하였다.
(1-2. 평가 결과)
다음으로 제작한 유기 전계 발광 소자의 구동 전압, 발광 효율 및 반감 수명을 평가하였다. 평가 결과를 이하의 표 2에 나타낸다. 또한, 각 실시예 및 비교예의 구동 전압, 및 발광 효율은 10 mA/cm2의 전류 밀도에서의 측정값이다. 또한, 반감 수명은 1000 cd/m2를 초기 휘도로 하여 측정한 결과이다.
또한, 측정은 Keithley Instruments 사의 2400 시리즈의 소스 메타(source meter), 색채 휘도계 CS-200(주식회사 코니카미놀타 홀딩스(Konica Minolta Holdings), 측정각 1°), 측정용 PC 프로그램 LabVIEW8. 2(주식회사 일본 내셔널 인스트루먼츠(National Instruments))를 사용하여 암실 내에서 행하였다.
양극측 정공 수송층 중간 정공 수송층 발광층측 정공 수송층
실시예 1-1 화합물 2-3, 4-15 화합물 2-3 화합물 1-1
실시예 1-2 화합물 6-2, 4-15 화합물 2-3 화합물 1-1
실시예 1-3 화합물 2-3, 4-15 화합물 6-3 화합물 1-1
실시예 1-4 화합물 6-2, 4-15 화합물 6-3 화합물 1-3
실시예 1-5 화합물 6-2, 4-15 화합물 6-3 화합물 1-14
비교예 1-1 화합물 2-3, 4-15 화합물 1-1 화합물 2-3
비교예 1-2 화합물 2-3 화합물 2-3 화합물 1-1
비교예 1-3 화합물 2-3, 4-15 화합물 2-3 화합물 6-1
비교예 1-4 화합물 6-2, 4-15 화합물 6-3 화합물 6-1
비교예 1-5 화합물 2-3 화합물 2-3, 4-15 화합물 1-1
전압(V) 발광효율(cd/A) 반감수명(h)
실시예 1-1 6.2 7.5 4, 100
실시예 1-2 6.4 7.5 3, 300
실시예 1-3 6.4 7.4 3, 100
실시예 1-4 6.2 7.5 4, 300
실시예 1-5 6.1 7.6 3, 700
비교예 1-1 6.3 7.0 2, 400
비교예 1-2 7.4 6.8 2, 200
비교예 1-3 6.4 7.3 2, 300
비교예 1-4 6.2 7.1 2, 200
비교예 1-5 7.9 5.6 3, 100
표 1 및 표 2의 결과를 참조하면, 실시예 1-1 내지 1-5는 비교예 1-1 내지 1-5와 비교하여, 발광 효율이 향상하고, 반감 수명이 길어지는 것을 알 수 있다. 따라서, 제 1 전극과 발광층 사이에, 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송층, 및 발광층측 정공 수송층을 포함함으로써, 유기 전계 발광 소자의 발광 효율 및 발광 수명이 향상되는 것을 확인할 수 있었다.
구체적으로는, 실시예 1-1과, 비교예 1-2 및 비교예 1-5를 비교하면, 실시예 1-1의 특성 쪽이 양호하였다. 비교예 1-2 및 비교예 1-5에서는 양극측 정공 수송층에 전자 수용성 재료(예를 들어, 화합물 4-15)가 도핑되지 않았다. 따라서, 양극측 정공 수송층에는 전자 수용성 재료가 도핑되어 있는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 1-1과 비교예 1-1을 비교하면, 실시예 1-1의 특성이 양호하였다. 비교예 1-1에서는 중간 정공 수송층 및 발광층측 정공 수송층에 포함되는 화합물이 실시예 1-1의 경우와 비교하여 서로 대체되어 있다. 따라서, 일반식 (1)로 표시되는 화합물을 포함하는 발광층측 정공 수송층은 발광층에 인접하여 배치되는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 1-1 및 1-2와 비교예 1-3을 비교하고, 실시예 1-4 및 1-5와 비교예 1-4를 비교하면, 실시예 1-1 및 1-2, 실시예 1-4 및 1-5의 특성이 양호하였다. 비교예 1-3과 비교예 1-4 에서는, 모두 발광층측 정공 수송층에 포함되는 발광층측 정공 수송 재료가, 일반식 (1)로 표시되는 화합물이 아닌 일반적인 정공 수송 재료 6-1이 사용되었다. 따라서, 발광층측 정공 수송층은 일반식 (1)로 표시되는 화합물을 포함하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 1-1과 실시예 1-2를 비교하면, 실시예 1-1의 특성 쪽이 양호하였다. 실시예 1-2에서는 양극측 정공 수송층에 포함되는 양극측 정공 수송 재료가, 일반식 (2)로 표시되는 화합물이 아니라, 카르바졸릴기를 포함하지 않는 일반적인 정공 수송 재료 6-2가 사용되고 있다. 따라서, 양극측 정공 수송층에 포함되는 양극측 정공 수송 재료는 일반식 (2)로 표시되는 화합물인 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 1-1과, 실시예 1-3을 비교하면, 실시예 1-1의 특성 쪽이 양호하였다. 실시예 1-3에서는 중간 정공 수송층에 포함되는 중간 정공 수송 재료가, 일반식 (2)로 표시되는 화합물이 아니라, 카르바졸릴기를 포함하지 않는 일반적인 정공 수송 재료 6-3이 사용되고 있다. 따라서, 중간 정공 수송층에 포함되는 중간 정공 수송 재료는 일반식 (2)로 표시되는 화합물인 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 제 1 전극(양극)과 발광층 사이에, 전자 수용성 재료가 도핑된 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송층, 및 일반식 (1)로 표시되는 화합물을 포함하는 발광층측 정공 수송층이 적층되기 때문에, 유기 전계 발광 소자의 발광 효율 및 발광 수명이 향상된다.
이것은 일반식 (1)로 표시되는 화합물을 포함하는 발광층측 정공 수송층을 배치함으로써, 발광층측 정공 수송층이 발광층에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송층을 보호하고, 또한, 발광층에서 발생한 여기 상태의 에너지의 정공 수송층으로의 확산을 방지하고, 또한, 소자 전체의 차지 밸런스(charge balance)를 조절할 수 있기 때문인 것으로 생각될 수 있다. 또한, 일반식 (1)로 표시되는 화합물을 포함하는 발광층측 정공 수송층을 배치함으로써, 발광층측 정공 수송층이 제 1 전극(양극) 부근에 마련된 양극측 정공 수송층에 포함되는 전자 수용성 재료의 발광층으로의 확산을 억제하여 유기 전계 발광 소자의 발광 효율 및 발광 수명을 향상시킬 수 있을 것으로 생각될 수 있다.
<2. 전자 수용성 재료를 포함하는 양극측 정공 수송층을 포함하는 유기 전계 발광 소자의 일 실시예>
(2-1. 유기 전계 발광 소자의 제작)
이하의 제작 방법에 의해, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
먼저, 미리 패터닝(patterning)하여 세정 처리를 실시한 ITO-유리 기판에 자외선 및 오존(O3)에 의한 표면 처리를 행하였다. 또한, 글래스 기판에 있어서 ITO 막(제 1 전극)의 막 두께는 150 nm 이었다. 오존 처리 후, 기판을 세정하고, 세정 완료 기판을 유기층 성막용 글래스 벨 자(glass bell jar) 증착기에 투입하고, 10-4~10-5Pa의 진공도에서, 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송층, 발광층측 정공 수송층, 발광층, 및 전자 수송층을 순서대로 증착하였다. 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송층, 및 발광층측 정공 수송층의 막 두께는 각각 10 nm 로 하였다. 발광층의 막 두께는 25 nm으로 하고, 전자 수송층의 막 두께는 25 nm 로 하였다. 이어서, 기판을 금속 성막용 글래스 벨 자 증착기로 옮기고, 10-4~10-5Pa의 진공도에서 전자 주입층, 및 제 2 전극을 증착하였다. 전자 주입층의 막 두께는 1 nm로 하고, 제 2 전극의 막 두께는 100 nm로 하였다.
여기서, 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송층, 및 발광층측 정공 수송층이 적층 구조의 정공 수송층에 해당한다. 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송층, 및 발광층측 정공 수송층은 실시예 및 비교예마다, 각각 이하의 표 3에 나타낸 재료를 사용하여 제작하였다.
또한, 표 3에 있어서, 화합물 6-1 및 6-2는 이하의 화학식으로 표시되는 일반적인 정공 수송 재료를 의미한다.
[화학식 11]
발광층의 호스트 재료로서는, 9, 10-디(2-나프틸)안트라센(ADN, 화합물 3-2)를 사용하고, 도펀트 재료로서는, 2, 5, 8, 11-테트라-t-부틸페릴렌(TBP)를 사용하였다. 또한, 도펀트 재료는 호스트 재료의 질량에 대하여 3 질량% 첨가하였다. 또한, 전자 수송층은 Alq3으로 형성하고, 전자 주입층은 LiF로 형성하고, 제 2 전극은 알루미늄(Al)으로 형성하였다.
(2-2. 평가 결과)
다음으로 제작한 유기 전계 발광 소자의 구동 전압, 발광 효율 및 반감 수명을 평가하였다. 평가 결과를 이하의 표 4에 함께 나타낸다. 또한, 각 실시예 및 비교예의 구동 전압, 및 발광 효율은 10 mA/cm2의 전류 밀도에 있어서 측정값이다. 또한, 반감 수명은 1000 cd/m2를 초기 휘도로 하여 측정한 결과이다.
또한, 측정은 Keithley Instruments사 2400 시리즈의 소스 메타(source meter), 색채 휘도계 CS-200(주식회사 코니카미놀타 홀딩스(Konica Minolta Holdings), 측정각 1°), 측정용 PC 프로그램 LabVIEW8.2(주식회사 일본 내셔널 인스트루먼츠(National Instruments))를 사용하여 암실 내에서 행하였다.
양극측 정공 수송층 중간 정공 수송층 발광층측 정공 수송층
실시예 2-1 화합물 4-15 화합물 2-3 화합물 1-1
실시예 2-2 화합물 4-15 화합물 6-2 화합물 1-1
실시예 2-3 화합물 4-15 화합물 2-3 화합물 1-3
실시예 2-4 화합물 4-15 화합물 2-3 화합물 1-14
비교예 2-1 화합물 4-15 화합물 1-1 화합물 2-3
비교예 2-2 화합물 1-1 화합물 4-15 화합물 1-1
비교예 2-3 화합물 4-15 화합물 2-3 화합물 6-1
비교예 2-4 화합물 2-3 화합물 4-15 화합물 1-1
전압(V) 발광 효율(cd/A) 반감 수명(h)
실시예 2-1 6.5 7.7 3, 300
실시예 2-2 6.5 7.6 3, 200
실시예 2-3 6.5 7.8 3, 400
실시예 2-4 6.5 7.7 3, 200
비교예 2-1 6.4 6.3 1, 600
비교예 2-2 6.7 6.5 2, 100
비교예 2-3 6.5 7.3 2, 400
비교예 2-4 7.5 6.1 1, 900
표 4의 결과를 참조하면, 실시예 2-1 내지 2-4는 비교예 2-1 내지 2-4와 비교하여, 발광 효율이 향상하고, 반감 수명이 길어지는 것을 알 수 있다. 따라서, 제 1 전극과 발광층 사이에, 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송층, 및 발광층측 정공 수송층을 배치함으로써, 유기 전계 발광 소자의 발광 효율 및 발광 수명이 향상하는 것을 확인할 수 있다.
구체적으로는, 실시예 2-1, 2-3 및 2-4와, 비교예 2-3을 비교하면, 실시예 2-1, 2-3 및 2-4의 특성 쪽이 양호하였다. 비교예 2-3에서는 발광층측 정공 수송층에 포함되는 발광층측 정공 수송 재료로, 일반식 (1)로 표시되는 화합물이 아니라, 일반적인 정공 수송 재료인 화합물 6-1이 사용되고 있다. 따라서, 발광층측 정공 수송층은 일반식 (1)로 표시되는 화합물을 포함하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 2-1과 비교예 2-1을 비교하면, 실시예 1의 특성 쪽이 양호하였다. 비교예 2-1에서는 중간 정공 수송층과 발광층측 정공 수송층에 포함되는 화합물이 실시예 2-1과 비교하여 서로 대체되어 있다. 따라서, 일반식 (1)로 표시되는 화합물을 포함하는 발광층측 정공 수송층은 발광층에 인접하여 배치되는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 2-1과, 비교예 2-2 및 2-4를 비교하면, 실시예 2-1의 특성 쪽이 양호하였다. 비교예 2-2 및 2-4 에서는 전자 수용성 재료 4-15를 포함하는 층이 일반식 (1)로 표시되는 화합물 1을 포함하는 층 사이에 배치되고, 중간 정공 수송층에 해당하는 위치에 배치되어 있다. 따라서, 전자 수용성 재료를 포함하는 양극측 정공 수송층은 제 1 전극(양극)에 인접하여 배치되는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.
구체적으로는, 실시예 2-1과 실시예 2-2를 비교하면, 실시예 2-1의 특성 쪽이 양호하였다. 실시예 2-2에서는 중간 정공 수송층에 포함되는 중간 정공 수송 재료에, 일반식 (2)로 표시되는 화합물 2-3이 아닌 일반적인 정공 수송 재료 6-2가 사용되고 있다. 따라서, 중간 정공 수송층은 일반식 (2)로 표시되는 화합물을 포함하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 제 1 전극(양극)과 발광층 사이에, 전자 수용성 재료를 포함하는 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송층, 및 일반식 (1)로 표시되는 화합물을 포함하는 발광층측 정공 수송층이 적층되기 때문에, 유기 전계 발광 소자의 발광 수명이 향상한다.
이것은 일반식 (1)로 표시되는 화합물을 포함하는 발광층측 정공 수송층을 배치함으로써, 발광층측 정공 수송층이 발광층에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송층을 보호하고, 발광층에서 발생한 여기 상태의 에너지의 정공 수송층으로의 확산을 방지하고, 소자 전체의 차지 밸런스(charge balance)를 조절하기 때문인 것으로 생각된다. 또한, 일반식 (1)로 표시되는 화합물을 포함하는 발광층측 정공 수송층을 배치함으로써, 발광층측 정공 수송층이 제 1 전극(양극)에 인접하여 배치된 양극측 정공 수송층에 포함되는 전자 수용성 재료의 발광층으로의 확산을 억제하기 때문인 것으로 생각될 수 있다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 발명의 속하는 기술의 분야에 있어서 통상의 지식을 갖는 자이면, 특허 청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에 있어서, 각 종의 변경예 또는 수정예에 착안하여 얻는 것은 명확하고, 이들에 대해서도, 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 해석된다.
100 : 유기 전계 발광 소자 110 : 기판
120 : 제 1 전극 130 : 정공 수송층
131 : 양극측 정공 수송층 133 : 중간 정공 수송층
135 : 발광층측 정공 수송층 140 : 발광층
150 : 전자 수송층 160 : 전자 주입층
170 : 제 2 전극

Claims (16)

  1. 양극;
    발광층;
    상기 양극과 상기 발광층 사이에 배치되고, 양극측 정공 수송 재료 및 상기 양극측 정공 수송 재료에 도핑된 전자 수용성 재료를 포함하는 양극측 정공 수송층;
    상기 양극측 정공 수송층과 상기 발광층 사이에 배치되고, 중간 정공 수송 재료를 포함하는 중간 정공 수송층; 및
    상기 중간 정공 수송층과 상기 발광층 사이에 배치되고, 상기 발광층과 인접하여 배치되는 발광층측 정공 수송층; 을 포함하고,
    상기 중간 정공 수송 재료는 하기 화합물 2-1 내지 화합물 2-17로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나이고,
    상기 발광층측 정공 수송 재료는 하기 화합물 1-1 내지 화합물 1-28로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나인 유기 전계 발광 소자.

  2. 제 1항에 있어서,
    상기 양극측 정공 수송 재료는 하기 일반식 (2)로 표시되는 화합물인 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 2]

    상기 일반식 (2)에 있어서,
    Ar1 내지 Ar3은 각각 독립적으로, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이고,
    Ar4는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기이고,
    L1은 단결합, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌기이다.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전자 수용성 재료는 -9.0 eV 이상 -4.0 eV 이하의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 준위를 갖는 유기 전계 발광 소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 양극측 정공 수송층은 상기 양극에 인접하여 배치되는 유기 전계 발광 소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 전자 수용성 재료는 하기 화합물 4-1 내지 화합물 4-14로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나인 유기 전계 발광 소자.

    상기 화합물 4-1 내지 화합물 4-14에 있어서,
    R은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 50 이하의 불화알킬기, 시아노기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기 또는 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기 또는 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이고,
    Ar은 전자 흡인성 치환기가 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 전자 흡인성 치환기가 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴렌기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이고, 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴렌기이고,
    Y는 메틴기(-CH=), 또는 질소 원자(-N=)이고,
    Z는 유사 할로겐 원자, 또는 황(S)원자이고,
    n은 0 이상 10 이하의 정수이고,
    X는 이하의 화학식 X1 내지 X7로 표시되는 치환기 중의 어느 하나이고,

    상기 화학식 X1 내지 X7에 있어서,
    Ra는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 50 이하의 불화알킬기, 시아노기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 양극측 정공 수송 재료는 하기 화합물 2-1 내지 화합물 2-17로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나인 유기 전계 발광 소자.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 발광층은 하기 일반식 (3)으로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 3]

    상기 일반식 (3)에 있어서,
    Ar1은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 3 이상 50 이하의 시클로알킬기, 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 치환 또는 무치환의 탄소수 7 이상 50 이하의 아랄킬(aralkyl)기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴옥시기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴티오기, 치환 또는 무치환의 탄소수 2 이상 50 이하의 알콕시카르보닐기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 치환 또는 무치환의 실릴기, 카르복시기, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 또는 하이드록시기이고,
    n은 1 이상 10 이하의 정수이다.
  9. 양극;
    발광층;
    상기 양극과 상기 발광층 사이에 배치되고, 전자 수용성 재료를 포함하는 양극측 정공 수송층;
    상기 양극측 정공 수송층과 상기 발광층 사이에 배치되고, 중간 정공 수송 재료를 포함하는 중간 정공 수송층; 및
    상기 중간 정공 수송층과 상기 발광층 사이에 배치되고, 상기 발광층과 인접하여 배치되는 발광층측 정공 수송층; 을 구비하고,
    상기 중간 정공 수송 재료는 하기 화합물 2-1 내지 화합물 2-17로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나이고,
    상기 발광층측 정공 수송 재료는 하기 화합물 1-1 내지 화합물 1-28로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나인 유기 전계 발광 소자.

  10. 삭제
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 전자 수용성 재료는 -9.0eV 이상 -4.0eV 이하의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 준위를 갖는 유기 전계 발광 소자.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 양극측 정공 수송층은 상기 양극에 인접하여 배치되는 유기 전계 발광 소자.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 전자 수용성 재료는 하기 화합물 4-1 내지 화합물 4-14로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나인 유기 전계 발광 소자.

    상기 화합물 4-1 내지 화합물 4-14에 있어서,
    R은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 50 이하의 불화알킬기, 시아노기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기 또는 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기 또는 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이고,
    Ar은 전자 흡인성 치환기가 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 전자 흡인성 치환기가 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴렌기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이고, 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴렌기이고,
    Y는 메틴기(-CH=), 또는 질소 원자(-N=)이고,
    Z는 유사 할로겐 원자, 또는 황(S)원자이고,
    n은 0 이상 10 이하의 정수이고,
    X는 이하의 화학식 X1 내지 X7로 표시되는 치환기 중의 어느 하나이고,

    상기 화학식 X1 내지 X7에 있어서,
    Ra는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 이상 50 이하의 불화알킬기, 시아노기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이다.
  14. 삭제
  15. 제 9항에 있어서,
    상기 양극측 정공 수송층은 양극측 정공 수송 재료를 더 포함하고,
    상기 양극측 정공 수송 재료는 하기 화합물 2-1 내지 화합물 2-17로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나인 유기 전계 발광 소자.
  16. 제 9항에 있어서,
    상기 발광층은 하기 일반식 (3)으로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 3]

    상기 일반식 (3)에 있어서,
    Ar1은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 3 이상 50 이하의 시클로알킬기, 치환 또는 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 치환 또는 무치환의 탄소수 7 이상 50 이하의 아랄킬기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴옥시기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴티오기, 치환 또는 무치환의 탄소수 2 이상 50 이하의 알콕시카르보닐기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 또는 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 치환 또는 무치환의 실릴기, 카르복실기, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 또는 하이드록시기이고,
    n은 1 이상 10 이하의 정수이다.
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