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KR101884130B1 - 유기 전계 발광 소자 - Google Patents

유기 전계 발광 소자 Download PDF

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KR101884130B1
KR101884130B1 KR1020170109538A KR20170109538A KR101884130B1 KR 101884130 B1 KR101884130 B1 KR 101884130B1 KR 1020170109538 A KR1020170109538 A KR 1020170109538A KR 20170109538 A KR20170109538 A KR 20170109538A KR 101884130 B1 KR101884130 B1 KR 101884130B1
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aryl
alkyl
electron
aryloxy
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KR1020170109538A
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한송이
엄민식
심재의
이용환
박우재
김태형
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주식회사 두산
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Abstract

본 발명은 전자 수송 능력이 개선된 전자 수송층 재료를 구비함으로써, 낮은 구동전압 및 고효율을 동시에 발휘하는 유기 전계 발광 소자를 제공할 수 있다.

Description

유기 전계 발광 소자 {ORGANIC ELECTROLUMINESCENT DEVICE}
본 발명은 전자 수송 능력이 개선된 전자 수송층 재료를 구비함으로써, 낮은 구동전압 및 고효율을 동시에 발휘할 수 있는 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.
1965년 안트라센 단결정을 이용한 청색 전기발광으로 이어진 유기 전계발광 (electroluminescent, EL) 소자 (이하, 간단히 '유기 EL 소자'로 칭함)에 대한 연구가 이어져 오다가, 1987년 탕(Tang)에 의하여 정공층(NPB)과 발광층(Alq3)으로 구성된 2층 적층 구조의 유기 EL 소자가 제안되었다. 이후 유기 EL 소자는 상용화를 위해 필요한 고효율, 장수명 특성을 구현하기 위해 소자 내에 정공주입 및 수송을 담당하는 유기층과 전자주입 및 수송을 담당하는 유기층, 정공과 전자의 결합에 의해 전계 발광이 일어나도록 유도하는 유기층 등과 같이 각각의 특징적이고, 세분화된 기능을 부여한 다층 적층 구조의 형태가 제안되었다. 다층 적층 구조의 도입은 유기 EL 소자의 성능을 상용화 특성까지 향상시켜, 1997년 차량용 라디오 디스플레이 제품을 시작으로 휴대용 정보표시기기 및 TV용 디스플레이 소자로까지 그 적용 범위를 확대시키려 하고 있다.
디스플레이의 대형화, 고해상도화의 요구는 유기 EL 소자의 고효율화, 장수명화의 과제를 부여하고 있다. 특히, 같은 면적에서 더 많은 화소 형성을 통해 구현되는 고해상도화의 경우 유기 EL 화소의 발광면적을 감소시키는 결과를 초래하여 수명을 감소시킬 수 밖에 없으며, 유기 EL 소자가 극복해야 할 가장 중요한 기술적 과제가 되었다.
유기 EL 소자는 두 전극에 전류, 또는 전압을 인가하면 양극에서는 정공이 유기물층으로 주입되고, 음극에서는 전자가 유기물층으로 주입된다. 주입된 정공과 전자가 만났을 때 엑시톤(exciton)이 형성되며, 이 엑시톤이 바닥상태로 떨어져 빛을 내게 된다. 이때, 유기 EL 소자는 형성된 엑시톤의 전자 스핀 종류에 따라 일중항 엑시톤이 발광에 기여하는 형광 EL 소자와 삼중항 엑시톤이 발광에 기여하는 인광 EL 소자로 구분될 수 있다.
전자와 정공의 재결합에 의해 형성되는 엑시톤의 전자 스핀은 일중항 엑시톤과 삼중항 엑시톤이 25%, 75%의 비율로 생성된다. 일중항 엑시톤에 의해 발광이 이루어지는 형광 EL 소자는 생성 비율에 따라 이론적으로 내부 양자 효율이 25%를 넘을 수 없으며, 외부 양자 효율은 5%가 한계로 받아들여 지고 있다. 삼중항 엑시톤에 의해 발광이 이루어지는 인광 EL 소자는 Ir, Pt와 같은 전이금속 중원자(heavy atoms)가 포함된 금속 착체 화합물을 인광 도판트로 사용했을 경우, 형광에 비해 최고 4배까지 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
상기와 같이 인광 EL 소자는 이론적인 사실을 근거로 발광효율 면에서 형광보다 높은 효율을 나타내지만, 녹색과 적색을 제외한 청색 인광소자에 있어서는 진청색의 색순도와 고효율의 인광 도판트 및 이를 만족시키는 넓은 에너지 갭의 호스트에 대한 개발수준이 미비하여 아직까지는 청색 인광소자가 상용화되지 못하고, 청색 형광소자가 제품에 사용되고 있다.
전술한 유기 EL 소자의 특성을 향상시키기 위해 정공이 전자 전달층으로 확산되는 것을 방지하여 소자의 안정성을 증가시키기 위한 연구 결과가 보고되고 있다. 그러나, 현재까지 만족할만한 결과를 얻지 못하는 실정이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 전자 수송 능력이 개선된 전자 수송층 재료를 구비하여, 고효율, 저전압, 장수명을 동시에 발휘하는 유기 EL 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 양극, 정공 수송 영역; 발광층; 전자 수송 영역; 및 음극이 순차적으로 적층된 구조를 포함하며, 상기 전자 수송 영역은 전자 수송층 및 전자 주입층을 포함하되, 상기 전자 수송층은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자를 제공한다.
Figure 112017083722172-pat00001
상기 화학식 1에서,
X1 및 X2는 서로 동일하거나 상이하며, CR1 또는 N이고, 모두 CR1일 경우, 복수의 R1은 서로 동일하거나 상이하며;
R1은 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, C1~C40의 알킬기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되며;
Ar1 내지 Ar4는 각각 독립적으로 C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C6~C60의 아릴포스핀기, C6~C60의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기에서 선택되고, 다만 Ar1 내지 Ar4가 모두 동일한 경우는 제외하며;
상기 R1, Ar1 내지 Ar4의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 알킬옥시기, 아릴옥시기, 알킬실릴기, 아릴실릴기, 알킬보론기, 아릴보론기, 아릴포스핀기, 아릴포스핀옥사이드기 및 아릴아민기는 각각 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 니트로기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C1~C40의 알킬기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C6~C60의 아릴포스핀기, C6~C60의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되고, 상기 치환기가 복수인 경우, 이들은 서로 동일하거나 상이하다.
또한, 본 발명은 양극, 정공 수송 영역; 발광층; 전자 수송 영역; 및 음극이 순차적으로 적층된 구조를 포함하며, 상기 전자 수송 영역은 전자수송 보조층, 전자 수송층 및 전자 주입층을 포함하되, 상기 전자 수송층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자를 제공한다.
본 발명은 전자 수송 능력이 개선된 전자 수송층 재료를 유기 전계 발광 소자에 도입함에 따라 낮은 구동전압, 및 높은 발광효율을 갖는 유기 전계 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 유기 전계 발광 소자를 디스플레이 패널에 적용함에 따라 성능 및 수명이 향상된 디스플레이 패널을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자의 구조를 나타낸 단면도이다.
<부호의 간단한 설명>
100, 200: 유기 전계 발광 소자 A, A': 유기층
10: 양극 20: 음극
30: 정공 수송 영역 31: 정공주입층
32: 정공수송층 40: 발광층
50: 전자 수송 영역 51: 전자수송층
52: 전자주입층 53: 전자수송 보조층
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 양극; 음극; 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 유기물층을 포함하며, 상기 유기물층은 정공 수송 영역, 발광층 및 전자 수송 영역을 포함하고, 상기 전자 수송 영역, 바람직하게는 전자수송층에 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 구비하는 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, 전자끌게기(EWG) 특성이 우수한 두 개의 6원 헤테로환(예컨대, 피리미딘과 트리아진)이 메타-메타로 연결된 바이페닐 연결기(linker)를 통해 연결됨에 따라 전기화학적으로 안정하다. 여기서, 상기 바이페닐렌 링커기는 화합물의 장축을 기준으로 하여 지그재그 형태로 꺾이는 구조(twisted structure)를 갖도록 하므로, 2개의 EWG 모이어티들 사이의 거리를 연장시켜 이들 EWG 모이어티들 간의 상호작용을 최소화시키게 된다. 이에 따라, 상기 바이페닐렌 링커기가 도입된 본 발명의 화합물은 전기화학적 및 입체화학적으로 안정하고, 넓은 밴드갭 에너지를 갖는다.
또한, 메타-메타로 연결된 바이페닐렌 연결기로 인하여 유기층의 결정화 억제에도 효과가 있어 본 발명에 따른 화학식 1의 화합물을 포함하는 소자는 내구성 및 수명 특성을 크게 향상시킬 수 있다.
한편 전자(electron)는 유기 전계 발광 소자 내에서 LUMO level을 타고 이동하게 되는데, 전자수송층(ETL)은 음극과 발광층 사이에서 LUMO 계단을 형성하여 전자가 음극에서 발광층으로 원활하게 주입하는데 도움을 준다. 이에 따라, 전자수송층 재료의 LUMO 값이 2.5 eV 이상을 가지면, 음극에서 발광층으로 전자를 원활하게 수송할 수 있다. 실제로, 본 발명의 화학식 1로 표시되는 화합물은 LUMO 값이 2.5 eV 이상을 가지므로, 전자수송층의 역할을 충실히 수행할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자의 바람직한 실시형태들을 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자의 구조를 나타내는 도면이다.
본 발명에 따른 첫번째 실시형태의 유기 전계 발광소자는, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 전자수송층(ETL) 재료로 구비하는 것이다.
상기 도 1을 참조하여 설명하면, 상기 유기 전계 발광 소자(100)는, 양극(10); 음극(20); 상기 양극(10)과 음극(20) 사이에 위치한 발광층(40); 상기 양극(10)과 상기 발광층(40) 사이에 위치한 정공 수송 영역(30); 및 상기 발광층(40)과 상기 음극(20) 사이에 위치한 전자 수송 영역(50)을 포함하되, 상기 전자 수송 영역(50)은 전자 수송층(51) 및 전자 주입층(52)을 포함하는 구조를 갖는다.
양극
본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자(100)에 있어서, 양극(10)은 정공을 유기물층(A)으로 주입하는 역할을 한다.
상기 양극(10)을 이루는 물질은 특별히 한정되지 않으며, 당 업계에 알려진 통상적인 것을 사용할 수 있다. 이의 비제한적인 예로는, 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금 등의 금속; 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO) 등의 금속 산화물; ZnO:Al, SnO2:Sb 등의 금속과 산화물의 조합; 폴리티오펜, 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDT), 폴리피롤, 폴리아닐린 등의 전도성 고분자; 및 카본블랙 등이 있다.
상기 양극(10)을 제조하는 방법도 특별히 한정되지 않으며, 당 업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있다. 일례로, 실리콘 웨이퍼, 석영, 유리판, 금속판 또는 플라스틱 필름으로 이루어진 기판 상에 양극 물질을 코팅하는 방법을 들 수 있다.
음극
본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자(100)에 있어서, 음극(20)은 전자를 유기물층(A)으로 주입하는 역할을 한다.
상기 음극(20)을 이루는 물질은 특별히 한정되지 않으며, 당 업계에 알려진 통상적인 것을 사용할 수 있다. 이의 비제한적인 예로, 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 타이타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석, 납 등의 금속; 이들의 합금; 및 LiF/Al, LiO2/Al 등의 다층 구조 물질을 들 수 있다.
또한 상기 음극(20)을 제조하는 방법 역시 특별히 한정되지 않으며, 당 업계에 공지된 방법에 따라 제조될 수 있다.
유기물층
본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자에 포함되는 유기물층(A)은 기존 유기 EL 소자의 유기물층으로 사용되는 통상적인 구성을 제한 없이 사용할 수 있으며, 일례로 정공 수송 영역(30), 발광층(40), 전자 수송 영역(50)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 이때 유기 전계 발광 소자의 특성을 고려할 때, 전술한 유기물 층들을 모두 포함하는 것이 바람직하다.
정공 수송 영역
본 발명의 유기물층(A)에 포함되는 정공 수송 영역(30)은, 양극(10)에서 주입된 정공을 발광층(40)으로 이동시키는 역할을 한다. 이러한 정공 수송 영역(30)은, 정공주입층(31), 및 정공수송층(32)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 이때 유기 전계 발광 소자의 특성을 고려할 때, 전술한 정공주입층(31)과 정공수송층(32)을 모두 포함하는 것이 바람직하다.
전술한 정공주입층(31)과 정공수송층(32)을 이루는 물질은, 정공 주입 장벽이 낮고 정공 이동도가 큰 물질이라면 특별히 한정되지 않으며, 당 업계에 사용되는 정공 주입층/수송층 물질을 제한없이 사용할 수 있다. 이의 비제한적인 예로는, 아릴아민 유도체를 들 수 있다. 이때 상기 정공주입층(31)과 정공수송층(32)을 이루는 물질은 서로 동일하거나 또는 상이할 수 있다.
발광층
본 발명의 유기물층(A)에 포함되는 발광층(40)은, 정공과 전자가 만나 엑시톤(exciton)이 형성되는 층으로, 발광층(40)을 이루는 물질에 따라 유기 전계 발광 소자가 내는 빛의 색이 달라질 수 있다.
이러한 발광층(40)은 호스트와 도펀트를 포함할 수 있는데, 이의 혼합 비율은 당 분야에 공지된 범위 내에서 적절히 조절할 수 있다. 일례로, 상기 호스트를 70 내지 99.9 중량% 범위로 포함하고, 상기 도펀트를 0.1 내지 30 중량% 범위로 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 발광층(40)이 청색 형광, 녹색 형광 또는 적색 형광일 경우, 상기 호스트를 80 내지 99.9 중량% 범위로 포함하고, 상기 도펀트를 0.1 내지 20 중량% 범위로 포함할 수 있다. 또한 상기 발광층(40)이 청색 형광, 녹색 형광 또는 적색 인광일 경우 상기 호스트를 70 내지 99 중량% 범위로 포함하고 상기 도펀트를 1 내지 30 중량% 범위로 포함할 수 있다.
본 발명의 발광층(40)에 포함되는 호스트는 당 업계에 공지된 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 이의 비제한적인 예로는, 알칼리 금속 착화합물; 알칼리토금속 착화합물; 또는 축합 방향족환 유도체 등이 있다.
보다 구체적으로, 상기 호스트 재료로는 유기 전계 발광 소자의 발광효율 및 수명을 높일 수 있는 알루미늄 착화합물, 베릴륨 착화합물, 안트라센 유도체, 파이렌 유도체, 트리페닐렌 유도체, 카바졸 유도체, 디벤조퓨란 유도체, 디벤조싸이오펜 유도체, 또는 이들의 1종 이상의 조합을 사용하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 발광층(40)에 포함되는 도펀트는 당 업계에 공지된 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 이의 비제한적인 예로는, 안트라센 유도체, 파이렌 유도체, 아릴아민 유도체, 이리듐(Ir) 또는 백금(Pt)을 포함하는 금속 착체 화합물 등을 들 수 있다.
전술한 발광층(40)은 단일층이거나, 또는 2층 이상의 복수층으로 이루어질 수 있다. 여기서 발광층(40)이 복수 개의 층일 경우 유기 전계 발광 소자는 다양한 색의 빛을 낼 수 있다. 구체적으로, 본 발명은 이종(異種) 재료로 이루어진 발광층을 직렬로 복수 개 구비하여 혼합색을 띠는 유기 전계 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한 복수 개의 발광층을 포함할 경우 소자의 구동전압은 커지는 반면, 유기 전계 발광 소자 내의 전류 값은 일정하게 되어 발광층의 수만큼 발광 효율이 향상된 유기 전계 발광 소자를 제공할 수 있다.
전자 수송 영역
본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자(100)에 있어서, 상기 유기물층(A)에 포함되는 전자 수송 영역(50)은 음극(20)에서 주입된 전자를 발광층(40)으로 이동시키는 역할을 한다.
이러한 전자 수송 영역(50)은, 전자수송층(51) 및 전자주입층(52)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 이때 유기 전계 발광 소자의 특성을 고려할 때, 전술한 전자수송층(51) 및 전자주입층(52)을 모두 포함하는 것이 바람직하다. 특히, 본 발명에서는 전자수송층(51)을 이루는 물질로서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다.
구체적으로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 두 개의 전자 끌게기(electron withdrawing group, EWG)가 연결기(linker)를 통해 연결된 구조를 기본 골격으로 하며, 이때 두 개의 전자 끌게기는 각각 피리미딘과 트리아진이고, 연결기는 m,m-비페닐렌이다. 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 전자 끌게기(EWG) 특성이 우수한 두 개의 6원 헤테로환(피리미딘과 트리아진)이 연결기를 통해 연결되어 전기화학적으로 안정하고, 전자 수송성이 우수할 뿐만 아니라 높은 삼중항 에너지, 유리전이온도 및 열적 안정성이 우수하다. 이러한 화학식 1로 표시되는 화합물은 화합물의 분자량이 유의적으로 증대됨으로써 유리전이온도가 향상될 수 있고, 이로 인해 종래 단일 6원 헤테로환 화합물에 비해 높은 열적 안정성을 가질 수 있다.
또한, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 m, m-비페닐렌(m,m-biphenylene) 연결기에 의해 유기물층의 결정화 억제 효과도 나타낼 수 있다. 이로 인해, 이러한 화학식 1로 표시되는 화합물이 적용된 유기 전계 발광 소자는 내구성 및 수명 특성이 크게 향상될 수 있다. 이때, 연결기로 m,m-비페닐렌을 가지는 화학식 1로 표시되는 화합물이 적용된 유기 전계 발광 소자는 연결기로 p,p-비페닐렌 또는 m,p-비페닐렌을 가지는 화합물이 적용된 유기 전계 발광 소자에 비해 우수한 구동전압, 발광피크 및 전류효율을 나타낼 수 있다.
아울러, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 전자 수송에 매우 유리할 뿐만 아니라 장수명 특성을 보여준다. 이러한 화합물의 우수한 전자수송 능력은 유기 전계 발광 소자에서 높은 효율과 빠른 이동성(mobility)을 가질 수 있고, 치환기의 방향이나 위치에 따라 HOMO 및 LUMO 에너지 레벨을 조절이 용이하다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 LUMO가 2.5 eV 이상이며, HOMO와 LUMO의 에너지 차이 (EHOMO-ELUMO)가 3.2 eV 이상일 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 2 또는 3으로 표시될 수 있다.
Figure 112017083722172-pat00002
Figure 112017083722172-pat00003
상기 화학식 2 및 3에서, X1 및 X2, Ar1 내지 Ar4는 각각 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
본 발명의 바람직한 일례를 들면, 상기 X1 및 X2 중 적어도 하나는 N일 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 X1 및 X2 중 하나는 CR1이고 다른 하나는 N일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일례를 들면, 상기 Ar1 내지 Ar4는 각각 독립적으로 C1~C40의 알킬기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기, C6~C60의 아릴옥시기, C6~C60의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 구성된 군에서 선택될 수 있다. 보다 바람직하게는 C6~C60의 아릴기 및/또는 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기일 수 있다. 일례로, 상기 Ar1 내지 Ar4 중 1~3개가 C6~C60의 아릴기(예컨대, 페닐기)인 경우, 나머지는 C6~C60의 아릴기 및/또는 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기일 수 있으며, 또한 Ar1 내지 Ar4가 모두 C6~C60의 아릴기일 수 있다.
상기 Ar1 내지 Ar4의 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 아릴옥시기, 아릴포스핀옥사이드기 및 아릴아민기는 각각 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 니트로기, C1~C40의 알킬기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기, C6~C60의 아릴옥시기, C6~C60의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되고, 상기 치환기가 복수인 경우, 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
본 발명에서, Ar1 내지 Ar4는 모두 동일한 경우를 제외하고, 각각 독립적으로 하기 구조식에서 선택된 치환체로 보다 구체화될 수 있다.
Figure 112017083722172-pat00004
Figure 112017083722172-pat00005
이상에서 설명한 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 예시되는 화합물 ET-01 내지 ET-21 중 어느 하나로 표시되는 화합물로 보다 구체화될 수 있다. 그러나, 본 발명의 화학식 1로 표시되는 화합물이 하기 예시된 것들에 의해 한정되는 것은 아니다.
Figure 112017083722172-pat00006
본 발명의 전자 수송 영역(50)에서, 전자 주입층(52)을 이루는 물질은 전자 주입이 용이하고 전자 이동도가 큰 물질이라면 특별히 한정되지 않으나, 이의 비제한적인 예로, 상기 양극성 화합물, 안트라센 유도체, 헤테로방향족 화합물, 알칼리 금속 착화합물 등을 들 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 전자 수송 영역(50), 보다 구체적으로 상기 전자수송층(51) 및/또는 전자 주입층(306)은 음극으로부터 전자의 주입이 용이하도록 n형 도펀트와 공증착된 것을 사용할 수도 있다. 이때, 상기 n형 도펀트는 당 분야에 공지된 알칼리 금속 착화합물을 제한없이 사용할 수 있으며, 일례로 알칼리 금속, 알칼리 토금속 또는 희토류 금속 등을 들 수 있다.
도 2은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자의 구조를 나타내는 도면이다.
상기 도 2을 참조하여 설명하면, 상기 유기 전계 발광 소자(200)는, 양극(10); 음극(20); 상기 양극(10)과 음극(20) 사이에 위치한 발광층(40); 상기 양극(10)과 상기 발광층(40) 사이에 위치한 정공 수송 영역(30); 및 상기 발광층(40)과 상기 음극(20) 사이에 위치한 전자 수송 영역(50)을 포함하되, 상기 전자 수송 영역(50)은 전자수송 보조층(53), 전자 수송층(51) 및 전자 주입층(52)을 포함하는 구조를 갖는다.
본 발명에 따른 두번째 실시형태의 유기 전계 발광소자(200)는, 전술한 화학식 1의 화합물을 함유하는 전자수송층(51)을 구비함과 동시에 이온화 포텐셜이 5.5 eV 이상인 양극성(bipolar) 화합물로 이루어진 전자수송 보조층(53)을 구비하는 것이다.
전자수송 보조층
본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자(200)에 있어서, 전자수송 보조층(53)은 정공이 전자수송층(51)으로 확산하거나 또는 이동하는 것을 방지하는 역할을 하며, 이로 인해 유기 전계 발광소자의 수명을 개선할 수 있다. 즉, 정공은 전자수송 보조층(53)의 높은 에너지 장벽에 막혀 전자수송층(51)으로 확산되거나 또는 이동하지 못하고 발광층(40)에 머무르게 된다.
상기 전자수송 보조층(53)을 이루는 물질은, 전자끌게기(EWG) 모이어티와 전자주게기(EDG) 모이어티를 모두 갖는 당 분야의 통상적인 양극성 (bipolar) 화합물일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 전자수송 보조층(53)을 구성하는 양극성 화합물은, 이온화 포텐셜(ionization potenitial)이 5.5 eV 이상이며, 구체적으로, 5.5 내지 7.0eV 범위일 수 있으며, 바람직하게는 5.5 내지 6.5 eV 범위일 수 있다.
즉, 정공은 유기 전계 발광 소자 내에서 이온화 포텐셜 레벨을 타고 이동하게 되는데, 정공이 발광층(40)을 넘어 전자수송층(51)으로 확산하거나 또는 이동할 경우 산화에 의한 비가역적 분해반응이 일어나 유기 전계 발광 소자의 수명이 떨어지게 된다. 이에 비해, 본 발명에서는 이온화 포텐셜[Ip] 5.5 eV 이상인 양극성 화합물로 이루어진 전자수송 보조층(53)을 구비함으로써, 정공이 전자 수송층(51)으로 확산하거나 또는 이동하는 것이 방지되기 때문에 유기 전계 발광 소자의 수명을 개선할 수 있다.
또한 상기 양극성 화합물의 HOMO값과 LUMO값의 차이(EHOMO-ELUMO)는 3.0 eV 이상이며, 구체적으로 3.0 eV 이상, 3.5 eV 이하 범위일 수 있다. 아울러, 상기 양극성 화합물의 일중항 에너지(S1)와 삼중항 에너지(T1)의 차이(ΔEst)가 0.5 eV 미만이며, 구체적으로 0.5 eV 미만, 0.01 eV 이상 범위인 화합물이다.
한편 상기 양극성 화합물은 HOMO값과 LUMO값의 차이(EHOMO-ELUMO)가 3.0 eV 이상이고, 일중항 에너지(S1)와 삼중항 에너지(T1)의 차이(ΔEst)가 0.5eV 미만이기 때문에, 이를 전자수송 보조층(53)에 사용할 경우 발광층(40)에서 형성된 엑시톤이 전자수송층(51)으로 확산되는 것을 방지하고, 발광층(40)과 전자수송층(51)의 계면에서 발광이 일어나는 현상도 저지할 수 있다. 이는 결과적으로 유기 전계 발광 소자의 스펙트럼 혼색을 방지하며 안정성을 향상시켜 유기 전계 발광 소자의 수명을 향상시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 양극성 화합물은 전자 흡수성이 큰 전자끌게기(EWG)와 전자 공여성이 큰 전자주게기(EDG)를 모두 가져 HOMO와 LUMO의 전자 구름이 분리되는 특징을 가진다. 이로 인해, 화합물의 삼중항 에너지와 일중항 에너지의 차이(ΔEst)가 적어 ΔEst < 0.5eV의 관계식을 만족하므로, HOMO값과 LUMO값의 차이(EHOMO-ELUMO)가 3.0 eV 이상이더라도 높은 삼중항 에너지(T1)를 가질 수 있다.
본 발명의 전자수송 보조층(53) 재료로 포함되는 양극성(bipolar) 화합물은 전자끌게기(EWG) 모이어티와 전자주게기(EDG) 모이어티가 결합하여 형성된다. 이때 상기 전자끌게기(EWG)로서 하기 화학식 4로 표시되는 전자끌게기(EWG) 모이어티를 1개 이상 포함하는 것을 특징으로 한다.
Figure 112017083722172-pat00007
상기 화학식 4에서,
Z 는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 C(R) 또는 N 이고, 적어도 1개는 N이며,
여기서, 복수의 R은 각각 동일하거나 또는 상이하고, 각각 독립적으로, 수소, 중수소, 할로겐기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C1~C40의 포스핀기, C1~C40의 포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택되거나, 또는 이들은 인접한 기와 축합 고리를 형성할 수 있으며,
상기 R의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 알킬옥시기, 아릴옥시기, 알킬실릴기, 아릴실릴기, 알킬보론기, 아릴보론기, 포스핀기, 포스핀옥사이드기 및 아릴아민기는 각각 독립적으로, 중수소, 할로겐기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C1~C40의 포스핀기, C1~C40의 포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 치환되거나 또는 비치환될 수 있다.
본 발명에서, 상기 전자끌게기(EWG) 모이어티는 하기 화학식으로 표시되는 구조로 보다 구체화될 수 있으며, 질소를 1 내지 3개를 포함하는 6원 함질소 헤테로방향족 탄화수소일 때가 바람직하다. 바람직한 전자끌게기(EWG) 모이어티의 비제한적인 예로는, 피리딘, 피리미딘, 트리아진, 피라진 등이 있다.
Figure 112017083722172-pat00008
본 발명의 전자수송 보조층(53) 재료로 포함되는 양극성 화합물은, 상기 화학식 4의 전자끌게기(EWG) 보다 전자공여성이 큰, 당 분야의 통상적인 전자주게기(EDG) 모이어티를 포함한다.
이러한 전자주게기(EDG) 특성을 가지는 모이어티의 비제한적인 예로는 인돌, 카바졸, 아제핀, 퓨란, 싸이오펜, 디벤조퓨란, 디벤조싸이오펜 등의 축합헤테로방향족환; 또는 비페닐, 트리페닐렌, 플루오란센, 플루오렌 등의 축합다환방향족환이 사용될 수 있으며, 보다 구체적으로 하기 화학식 5로 표시될 수 있다.
Figure 112017083722172-pat00009
상기 화학식 5에서,
X1은 O, S, Se, N(Ar1), C(Ar2)(Ar3) 및 Si(Ar4)(Ar5)로 이루어진 군에서 선택되고,
Y1 내지 Y4는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 N 또는 C(R1)이고, 이때 복수의 R1은 동일하게 표시되더라도 각각 동일하거나 상이하고, 이들은 인접한 기와 축합 고리를 형성할 수 있고;
X2 및 X3는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 N 또는 C(R2)이고, 이때 복수의 R2는 동일하게 표시되더라도 각각 동일하거나 상이하고, 이들은 인접한 기와 축합 고리(예컨대 축합 방향족고리 또는 축합 헤테로방향족 고리)를 형성할 수 있고;
상기 R1 내지 R2 및 Ar1 내지 Ar5는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로, 수소, 중수소, 할로겐기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C1~C40의 포스핀기, C1~C40의 포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택되고,
상기 R1 내지 R2 및 Ar1 내지 Ar5의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 알킬옥시기, 아릴옥시기, 알킬실릴기, 아릴실릴기, 알킬보론기, 아릴보론기, 포스핀기, 포스핀옥사이드기 및 아릴아민기는 각각 독립적으로, 중수소, 할로겐기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, C1~C40의 알킬기, C1~C40의 알케닐기, C1~C40의 알키닐기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C1~C40의 포스핀기, C1~C40의 포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 치환될 수 있다.
본 발명에서, 상기 화학식 5는 하기 A-1 내지 A-24 중 어느 하나로 보다 구체화될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112017083722172-pat00010
상기 A-1 내지 A-24에서,
R2, Y1 내지 Y4 및 Ar1 내지 Ar5의 정의는 전술한 화학식 5와 동일하다.
한편 본 발명의 양극성 화합물에서, 전자주게기(EDG) 모이어티는 상기 화학식 5의 구조로 단독으로 사용되거나, 또는 상기 화학식 5와 하기 화학식 6; 또는 상기 화학식 5와 화학식 7이 결합하여 축합된 구조로 나타낼 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 화학식 5에서 Y1 내지 Y4는 각각 독립적으로 N 또는 C(R1)이되, 이들이 복수 개의 C(R1)인 경우, Y1과 Y2, Y2와 Y3 또는 Y3와 Y4 중 하나는 하기 화학식 6과 축합 고리를 형성한다. 이때 복수의 R1은 각각 동일하거나 상이할 수 있다. 또한, 상기 화학식 5에서 X2 및 X3가 모두 C(R2)인 경우, 이때 복수의 R2는 하기 화학식 6 또는 화학식 7과 각각 결합하여 축합 고리를 형성할 수 있다.
Figure 112017083722172-pat00011
Figure 112017083722172-pat00012
상기 화학식 6 및 화학식 7 에서,
Y5 내지 Y14은 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 N 또는 C(R3)이고, 이때 C(R3)가 복수 개인 경우 복수의 R3는 각각 동일하거나 상이하고, 상기 화학식 5과 결합하여 축합 고리를 형성할 수 있고,
X4는 X1과 동일하고, 이때 복수의 Ar1 내지 Ar5은 각각 동일하거나 상이하다.
축합 환을 비(非)형성하는 복수의 R3는 동일하게 표시되더라도 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로, 수소, 중수소, 할로겐기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C1~C40의 포스핀기, C1~C40의 포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택되고,
상기 R3의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 알킬옥시기, 아릴옥시기, 알킬실릴기, 아릴실릴기, 알킬보론기, 아릴보론기, 포스핀기, 포스핀옥사이드기 및 아릴아민기는 각각 독립적으로 중수소, 할로겐기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, C1~C40의 알킬기, C1~C40의 알케닐기, C1~C40의 알키닐기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C1~C40의 포스핀기, C1~C40의 포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 치환될 수 있다.
본 발명에서 상기 화학식 5와 화학식 6이 축합하여 형성된 양극성(bipolar) 화합물은, 하기 화학식 B-1 내지 B-30 중 어느 하나로 구체화될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 하기 화학식 B-1 내지 B-30은 1개 이상의 축합된 인돌 혹은 축합된 카바졸 모이어티를 포함하여 전자 공여성이 큰 강한 전자주게기(EDG)의 특성을 가지게 된다.
Figure 112017083722172-pat00013
상기 화학식 B-1 내지 B-30에서, Ar1 및 R1 내지 R3는 화학식 5 및 화학식 6에서 정의한 것과 동일하다.
본 발명의 바람직한 일례를 들면, Ar1은 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기이며,
R1 내지 R3은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기인 경우가 바람직하다.
또한 본 발명에서 화학식 5와 화학식 7이 축합하여 형성된 양극성 화합물은, 하기 화학식 5a 내지 5n으로 표시되는 화합물 중 어느 하나로 구체화될 수 있다. 이때, 하기 5a 내지 5h으로 표시되는 화학식은 1개 이상의 축합된 아제핀 모이어티를 포함하여 전자 공여성이 큰 강한 전자주게기(EDG)의 특성을 가지게 된다.
[화학식 5a]
Figure 112017083722172-pat00014
[화학식 5b]
Figure 112017083722172-pat00015
[화학식 5c]
Figure 112017083722172-pat00016
[화학식 5d]
Figure 112017083722172-pat00017
[화학식 5e]
Figure 112017083722172-pat00018
[화학식 5f]
Figure 112017083722172-pat00019
[화학식 5g]
Figure 112017083722172-pat00020
[화학식 5h]
Figure 112017083722172-pat00021
상기 화학식 5a 내지 5h 에서, X1, X3 내지 X4 및 Y1 내지 Y14 는 화학식 5 및 화학식 7에서 정의한 바와 같다.
보다 구체적으로, X1 및 X4는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 O, S 또는 N(Ar1)인 것이 바람직하며, 모두 N(Ar1)인 것이 더욱 바람직하며, 이때 복수의 Ar1은 동일하거나 상이하다.
Y1 내지 Y4는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 N 또는 C(R1)이고, 이중 Y1 내지 Y4가 모두 C(R1)인 것이 바람직하며, 이때 복수의 R1은 동일하거나 상이하다.
X3는 각각 독립적으로, N 또는 C(R2)이다.
Y5 내지 Y14는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 N 또는 C(R3)이고, 이중 Y5 내지 Y14가 모두 C(R3)인 것이 바람직하며, 이때 복수의 R3은 동일하거나 상이하다. 여기서, Ar1 및 R1 내지 R3는 화학식 5 및 화학식 7에서 정의된 것과 동일하다.
본 발명에 따른 화학식 5a ~ 5h에서, X1 및 X4는 각각 독립적으로 N(Ar1) 또는 S인 것이 바람직하다. 즉, X1이 N(Ar1)이고 X4가 S이거나, X1이 S이고 X4가 N (Ar1)이거나, 또는 X1 및 X4가 모두 N(Ar1)인 것이 바람직하다.
또한 Ar1은 C6~C60의 아릴기, 또는 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기인 것이 바람직하며, Ar2 내지 Ar5는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬기(구체적으로, 메틸기) 또는 치환 또는 비치환된 C6~C60의 아릴기(구체적으로 페닐기)인 것이 바람직하다.
전술한 화학식 5a 내지 화학식 5h로 표시되는 화합물에서, R1 내지 R3 및 Ar1 내지 Ar5 중 적어도 하나는 전자 흡수성이 큰 전자끌게기(EWG) 특성을 가지는 상기 모이어티와 결합을 형성한다.
본 발명에 따른 양극성 화합물에서, 전자주게기(EDG) 모이어티는 하기 화학식 8의 구조로 나타낼 수 있다.
Figure 112017083722172-pat00022
상기 화학식 8에서,
X1은 O, S, Se, N(Ar1), C(Ar2)(Ar3) 및 Si(Ar4)(Ar5)로 이루어진 군에서 선택되고,
Y1 내지 Y4는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 N 또는 C(R1)이고, 상기 Y1 내지 Y4 중 0~2개는 N이며, 이때 복수의 R1은 각각 동일하거나 상이하고, 이들은 인접한 기와 축합 방향족고리 또는 축합 헤테로방향족 고리를 형성할 수 있고;
상기 R1 및 Ar1 내지 Ar5는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로, 수소, 중수소, 할로겐기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C1~C40의 포스핀기, C1~C40의 포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택되고,
A 고리는 단일환 또는 다환의 지환족 고리, 단일환 또는 다환의 헤테로지환족 고리, 단일환 또는 다환의 방향족 고리, 혹은 단일환 또는 다환의 헤테로방향족 고리이며,
상기 R1 및 Ar1 내지 Ar5의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 알킬옥시기, 아릴옥시기, 알킬실릴기, 아릴실릴기, 알킬보론기, 아릴보론기, 포스핀기, 포스핀옥사이드기 및 아릴아민기는 각각 독립적으로, 중수소, 할로겐기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C1~C40의 포스핀기, C1~C40의 포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 치환될 수 있다.
본 발명에서, A 고리는 당 분야에 알려진 통상적인 탄화수소계 또는 헤테로원자(예컨대, N, O, S, Si 등)를 하나 이상 포함하는 탄화수소계 고리일 수 있으며, 이들이 인접하는 다른 환과 축합, 융합, 가교 또는 스파이로(spirocyclic) 결합된 형태일 수 있다. 일례로, 상기 A 고리는 단일환 또는 다환의 지환족 고리, 단일환 또는 다환의 헤테로지환족 고리, 단일환 또는 다환의 방향족 고리, 혹은 단일환 또는 다환의 헤테로방향족 고리로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 구체적으로, A 고리는 C6~C18의 방향족고리, 또는 핵원자수 5 내지 18개의 헤테로방향족 고리인 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 화학식 8의 전자주게기(EDG) 모이어티는 하기 화학식으로 표시되는 구조로 보다 구체화될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112017083722172-pat00023
상기에서,
X1의 정의는 전술한 화학식 8과 동일하며,
Z1 및 Z2는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 O, S, Se, N(Ar6), C(Ar7)(Ar8) 및 Si(Ar9)(Ar10)로 이루어진 군에서 선택되고,
Ar6 내지 Ar10는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로, 수소, 중수소, 할로겐기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C1~C40의 포스핀기, C1~C40의 포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택되고,
상기 Ar6 내지 Ar10의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 알킬옥시기, 아릴옥시기, 알킬실릴기, 아릴실릴기, 알킬보론기, 아릴보론기, 포스핀기, 포스핀옥사이드기 및 아릴아민기는 각각 독립적으로, 중수소, 할로겐기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C1~C40의 포스핀기, C1~C40의 포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 치환될 수 있다.
한편 상기 도 2에 도시된 유기 전계 발광 소자의 각 구성요소(10, 20, 30-32, 40, 51-52)는 전술한 도 1의 구성과 동일하므로, 이에 대한 개별적인 설명은 생략한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 유기물층(A, A')은, 정공 수송 영역(30)과 발광층(40) 사이, 바람직하게는 정공수송층(32)과 발광층(40) 사이에 전자와 엑시톤을 블로킹하는 유기막층(미도시)을 더 포함할 수 있다.
이러한 유기막층은 높은 LUMO 값을 가져 전자가 정공 수송층(32)으로 이동하는 것을 막고, 높은 삼중항 에너지를 가져 발광층(40)의 엑시톤이 정공 수송층(32)으로 확산되는 것을 방지한다. 이와 같은 유기막층을 이루는 물질은 특별히 한정되지 않으며, 이의 비제한적인 예로 카바졸 유도체 또는 아릴아민 유도체 등을 들 수 있다.
이러한 본 발명의 유기물층(A, A')을 제조하는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 비제한적인 예로, 진공 증착법, 용액 도포법을 들 수 있다. 상기 용액 도포법의 예로는 스핀 코팅, 딥코팅, 닥터 블레이딩, 잉크젯 프린팅, 열 전사법 등을 들 수 있다.
전술한 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자(100, 200)는 양극(10), 유기물층(A, A') 및 음극(20)이 순차적으로 적층된 구조를 가지되, 양극(10)과 유기물층(A, A') 사이 또는 음극(20)과 유기물층(A, A') 사이에 절연층 또는 접착층을 더 포함할 수도 있다. 이러한 본 발명의 유기 전계 발광 소자는 전압, 전류, 또는 이들 모두를 인가하는 경우 최대 발광효율을 유지하면서 초기 밝기의 반감시간(Life time)이 증가되기 때문에 수명 특성이 우수할 수 있다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[준비예] 화합물 ET-01 내지 ET-21 준비
본 발명의 화합물로 하기 ET-01 내지 ET-21로 표시되는 화합물을 준비하였으며, 이들의 LUMO 및 EHOMO-ELUMO를 당 업계에 공지된 방법으로 각각 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
참고로, EHOMO-ELUMO는 UV-Vis spectrophotometer (JASCO, V-500)을 사용하여 측정하였고, LUMO는 HOMO 값을 CV(cyclic voltammetry) 방법을 이용하여 전기화학계측장비(Potentiostat/Galvanostat, Princeton社, 273A)로 측정하여 EHOMO-ELUMO 에서 산출하였다.
이때 ET-01 내지 ET-21 화합물을 각각 하기에 나타내었다.
Figure 112017083722172-pat00024
화합물 LUMO (eV) EHOMO-ELUMO (eV)
ET-01 2.80 3.52
ET-02 2.75 3.50
ET-03 2.76 3.58
ET-04 2.78 3.62
ET-05 2.65 3.48
ET-06 2.68 3.42
ET-07 2.57 3.52
ET-08 2.61 3.47
ET-09 2.63 3.41
ET-10 2.72 3.51
ET-11 2.73 3.48
ET-12 2.82 3.38
ET-13 2.79 3.40
ET-14 2.75 3.47
ET-15 2.64 3.52
ET-16 2.66 3.55
ET-17 2.70 3.49
ET-18 2.64 3.57
ET-19 2.71 3.45
ET-20 2.78 3.55
ET-21 2.79 3.50
[ 실시예 1 내지 21] 청색 유기 전계 발광 소자의 제조
ITO(Indium tin oxide)가 1500Å 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 증류수로 초음파 세척하였다. 증류수 세척이 끝나면, 이소프로필 알코올, 아세톤, 메탄올 등의 용제로 초음파 세척하고 건조시킨 후, UV OZONE 세정기(Powersonic 405, 화신테크)로 이송시킨 다음, UV를 이용하여 상기 기판을 5분간 세정하고 진공 증착기로 기판을 이송하였다.
상기와 같이 준비된 ITO 투명 전극(기판) 위에 DS-205 (80 nm)/NPB (15 nm)/ ADN + 5% DS-405 (30nm)/표 1의 화합물 (30 nm)/LiF (1 nm)/Al (200 nm) 순으로 적층하여 유기 EL 소자를 제작하였다.
화합물 두께 (nm)
정공주입층 DS-205 80
정공수송층 NPB 15
발광층 ADN + 5% DS-405 30
전자수송층 ET-01 ~ ET-21 30
전자주입층 LiF 1
음극 Al 200
[ 비교예 1] 청색 유기 전계 발광 소자의 제작
전자 수송층 물질로서 화합물 1 (ET-01) 대신 Alq3을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 청색 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
[ 비교예 2] 청색 유기 전계 발광 소자의 제작
전자 수송층 재료로서 화합물 1 (ET-01) 대신 T-1를 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 청색 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
[비교예 3] 청색 유기 전계 발광 소자의 제작
전자 수송층 재료로서 화합물 1 (ET-01) 대신 T-2 를 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 청색 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
상기 실시예 1 내지 21 및 비교예 1 내지 3 에서 사용된 NPB, ADN, Alq3, T-1 및 T-2의 구조는 하기와 같다.
Figure 112017083722172-pat00025
Figure 112017083722172-pat00026
[실험예 1]
실시예 1 내지 21 및 비교예 1 내지 3 에서 제작한 각각의 청색 유기 EL 소자에 대하여 전류밀도 10 mA/㎠에서의 구동전압, 전류효율 및 발광 피크를 측정하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
샘플 전자수송층 구동 전압 (V) EL 피크 (nm) 전류효율 (cd/A)
실시예 1 ET-01 3.8 454 8.0
실시예 2 ET-02 3.5 456 8.9
실시예 3 ET-03 3.8 455 7.5
실시예 4 ET-04 4.1 453 7.9
실시예 5 ET-05 4.0 457 7.2
실시예 6 ET-06 3.9 453 8.1
실시예 7 ET-07 3.7 455 7.4
실시예 8 ET-08 4.0 457 7.6
실시예 9 ET-09 3.7 453 6.9
실시예 10 ET-10 3.8 455 7.2
실시예 11 ET-11 4.1 453 7.5
실시예 12 ET-12 4.0 453 7.7
실시예 13 ET-13 4.1 457 7.1
실시예 14 ET-14 3.8 455 8.1
실시예 15 ET-15 3.7 458 7.9
실시예 16 ET-16 3.9 457 7.8
실시예 17 ET-17 3.7 454 8.2
실시예 18 ET-18 3.9 453 7.9
실시예 19 ET-19 3.8 452 7.2
실시예 20 ET-20 4.0 455 7.8
실시예 21 ET-21 3.9 455 8.0
비교예 1 Alq3 5.4 458 5.5
비교예 2 T-1 4.5 459 5.9
비교예 3 T-2 4.4 458 6.0
상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 화합물을 전자 수송층에 사용한 청색 유기 전계 발광 소자(실시예 1~21)는, 종래의 Alq3, T-1 및 T-2를 전자 수송층에 사용한 청색 유기 전계 발광 소자(비교예 1~3)에 비해 구동전압 및 전류효율 면에서 우수한 성능을 나타내는 것을 알 수 있었다.
[ 실시예 22 내지 41] 청색 형광 유기 전계 발광 소자의 제조
ITO(Indium tin oxide)가 1500Å 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 증류수로 초음파 세척하였다. 증류수 세척이 끝나면, 이소프로필 알코올, 아세톤, 메탄올 등의 용제로 초음파 세척하고 건조시킨 후, UV OZONE 세정기(Powersonic 405, 화신테크)로 이송시킨 다음, UV를 이용하여 상기 기판을 5분간 세정하고 진공 증착기로 기판을 이송하였다.
이렇게 준비된 ITO 투명 전극 위에 DS-205 (80 nm)/NPB (15 nm)/ ADN + 5% DS-405 (30nm)/LE-1 내지 LE-19 (5 nm)/표 2의 전자수송재료 (25 nm)/LiF (1 nm)/Al (200 nm) 순으로 적층하여 유기 EL 소자를 제작하였다(하기 표 4 참조).
화합물 두께 (nm)
정공주입층 DS-205 80
정공수송층 NPB 15
발광층 ADN + 5% DS-405 30
전자수송 보조층 LE-1 ~ LE-19 5
전자수송층 ET-01 ~ ET-21 25
전자주입층 LiF 1
음극 Al 200
이때 LE-1 내지 LE-19 화합물을 각각 하기에 나타내었다.
Figure 112017083722172-pat00027
[실험예 2]
실시예 22 ~ 40에서 제작한 각각의 청색 유기 EL 소자에 대하여 전류밀도 10 mA/㎠에서의 구동전압, 전류효율 및 발광 피크를 측정하고, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
샘플 전자수송 보조층 전자수송층 구동 전압
(V)		 EL 피크
(nm)		 전류효율
(cd/A)
실시예 22 LE-1 ET-01 3.6 457 8.3
실시예 23 LE-2 ET-03 3.5 455 7.8
실시예 24 LE-3 ET-02 3.2 456 9.2
실시예 25 LE-4 ET-05 3.4 457 7.3
실시예 26 LE-5 ET-17 3.3 454 8.5
실시예 27 LE-6 ET-11 3.6 453 7.9
실시예 28 LE-7 ET-02 3.2 456 9.3
실시예 29 LE-8 ET-06 3.5 453 8.4
실시예 30 LE-9 ET-17 3.3 454 8.7
실시예 31 LE-10 ET-13 3.5 457 7.5
실시예 32 LE-11 ET-14 3.7 455 8.4
실시예 33 LE-12 ET-02 3.3 456 9.0
실시예 34 LE-13 ET-05 3.6 457 7.7
실시예 35 LE-14 ET-18 3.4 453 8.1
실시예 36 LE-15 ET-02 3.2 456 9.1
실시예 37 LE-16 ET-17 3.4 454 8.8
실시예 38 LE-17 ET-11 3.6 453 7.7
실시예 39 LE-18 ET-12 3.5 453 8.0
실시예 40 LE-19 ET-02 3.1 456 9.2
비교예 1 LE-01 T-1 4.2 459 6.2
비교예 2 LE-09 T-2 4.1 458 6.4
상기 표 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 화합물을 포함하는 전자수송층과 전자수송 보조층과 혼용(混用)하는 경우, 비교예 1~2에 비해 소자의 구동전압 및 전류효율 면에서 월등히 우수한 성능을 나타낸다는 것을 알 수 있었다.

Claims (13)

  1. 양극, 정공 수송 영역; 발광층; 전자 수송 영역; 및 음극이 순차적으로 적층된 구조를 포함하며,
    상기 전자 수송 영역은 전자수송 보조층, 전자 수송층 및 전자 주입층을 포함하되,
    상기 전자 수송층은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하고,
    상기 전자수송 보조층은 전자끌게기(EWG)와 전자주게기(EDG)를 모두 가지는 양극성(bipolar) 화합물을 포함하고,
    상기 양극성 화합물이 갖는 전자끌게기(EWG)는 하기 화학식 4로 표시되며,
    상기 양극성 화합물이 갖는 전자주게기(EDG)는 하기 화학식 A 내지 화학식 G로 표시되는 구조에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 1]
    Figure 112018061684996-pat00028

    상기 화학식 1에서,
    X1 및 X2 중 하나는 CR1이고, 다른 하나는 N이며;
    R1은 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, C1~C40의 알킬기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되며;
    Ar1 내지 Ar4는 각각 독립적으로 C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C6~C60의 아릴포스핀기, C6~C60의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기에서 선택되고, 다만 Ar1 내지 Ar4가 모두 동일한 경우는 제외하며;
    상기 R1, Ar1 내지 Ar4의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 알킬옥시기, 아릴옥시기, 알킬실릴기, 아릴실릴기, 알킬보론기, 아릴보론기, 아릴포스핀기, 아릴포스핀옥사이드기 및 아릴아민기는 각각 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 니트로기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C1~C40의 알킬기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C6~C60의 아릴포스핀기, C6~C60의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되고, 상기 치환기가 복수인 경우, 이들은 서로 동일하거나 상이하며,
    [화학식 4]
    Figure 112018061684996-pat00037

    상기 화학식 4에서,
    Z 는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 C(R) 또는 N 이고, 적어도 1개는 N이며,
    여기서, 복수의 R은 각각 동일하거나 또는 상이하고, 각각 독립적으로, 수소, 중수소, 할로겐기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C1~C40의 포스핀기, C1~C40의 포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택되거나, 또는 이들은 인접한 기와 축합 고리를 형성할 수 있으며,
    상기 R의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 알킬옥시기, 아릴옥시기, 알킬실릴기, 아릴실릴기, 알킬보론기, 아릴보론기, 포스핀기, 포스핀옥사이드기 및 아릴아민기는 각각 독립적으로, 중수소, 할로겐기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C1~C40의 포스핀기, C1~C40의 포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 치환되거나 또는 비치환될 수 있으며,
    Figure 112018061684996-pat00038

    상기 화학식 A~G에서,
    X1은 O, S, Se, N(Ar1), C(Ar2)(Ar3) 및 Si(Ar4)(Ar5)로 이루어진 군에서 선택되고,
    Z1 및 Z2는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 O, S, Se, N(Ar6), C(Ar7)(Ar8) 및 Si(Ar9)(Ar10)로 이루어진 군에서 선택되고,
    Ar1 내지 Ar10는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로, 수소, 중수소, 할로겐기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C1~C40의 포스핀기, C1~C40의 포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택되고,
    상기 Ar1 내지 Ar10의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 알킬옥시기, 아릴옥시기, 알킬실릴기, 아릴실릴기, 알킬보론기, 아릴보론기, 포스핀기, 포스핀옥사이드기 및 아릴아민기는 각각 독립적으로, 중수소, 할로겐기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C1~C40의 포스핀기, C1~C40의 포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 치환될 수 있다.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 2 또는 3으로 표시되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 2]
    Figure 112017083722172-pat00029

    [화학식 3]
    Figure 112017083722172-pat00030

    상기 화학식 2 및 3에서,
    X1 및 X2, Ar1 내지 Ar4는 각각 제1항에서 정의한 바와 같다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1의 Ar1 내지 Ar4는 각각 독립적으로 C1~C40의 알킬기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기, C6~C60의 아릴옥시기, C6~C60의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기에서 선택되고;
    상기 Ar1 내지 Ar4의 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 아릴옥시기, 아릴포스핀옥사이드기 및 아릴아민기는 각각 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 니트로기, C1~C40의 알킬기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기, C6~C60의 아릴옥시기, C6~C60의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되고, 상기 치환기가 복수인 경우, 이들은 서로 동일하거나 상이한 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 LUMO가 2.5 eV 이상인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 HOMO와 LUMO의 에너지 차이 (EHOMO-ELUMO)가 3.2 eV 이상인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 전자 수송 영역은 n형 도펀트와 공증착되어 구비되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, 하기 ET-01 내지 ET-21 중 어느 하나로 표시되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
    Figure 112017083722172-pat00031
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전자수송 보조층은, (i) 이온화포텐셜이 5.5 eV 이상이고, (ii) EHOMO-ELUMO ≥ 3.0 eV 인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 양극성 화합물은 (iii) ΔEst < 0.5eV (ΔEst는 상기 화합물의 일중항 에너지(S1)와 삼중항 에너지(T1)의 차이를 나타냄)인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  11. 삭제
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 화학식 4로 표시되는 모이어티는 하기 화학식으로 표시되는 구조에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
    Figure 112018061684996-pat00034
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 양극성 화합물이 갖는 전자주게기(EDG)는, 상기 전자끌게기(EWG) 보다 전자공여성이 큰 전자주게기(EDG) 모이어티인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
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