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KR102498041B1 - 아민 화합물, 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

아민 화합물, 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치 Download PDF

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KR102498041B1
KR102498041B1 KR1020200176483A KR20200176483A KR102498041B1 KR 102498041 B1 KR102498041 B1 KR 102498041B1 KR 1020200176483 A KR1020200176483 A KR 1020200176483A KR 20200176483 A KR20200176483 A KR 20200176483A KR 102498041 B1 KR102498041 B1 KR 102498041B1
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KR
South Korea
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substituted
unsubstituted
hole transport
carbon atoms
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KR1020200176483A
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이보라
고효민
조일훈
정은재
김민지
조소희
김동준
박한규
한상현
Original Assignee
삼성디스플레이 주식회사
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Publication date
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Abstract

일 실시예의 발광 소자는 제1 전극, 제1 전극 상측에 배치된 정공 수송 영역, 정공 수송 영역 상측에 배치된 발광층, 발광층 상측에 배치된 전자 수송 영역, 및 전자 수송 영역 상측에 배치된 제2 전극을 포함하고, 정공 수송 영역은 제1 전극과 인접하여 배치되고 제1 굴절률을 갖는 제1 정공 수송층, 발광층에 인접하여 배치되고 제2 굴절률을 갖는 제2 정공 수송층, 및 제1 정공 수송층 및 제2 정공 수송층 사이에 배치되고 상기 제1 굴절률 및 상기 제2 굴절률 각각보다 큰 제3 굴절률을 갖는 제3 정공 수송층을 포함하여 높은 광추출 효율 및 높은 발광 효율 특성을 나타낼 수 있다.

Description

아민 화합물, 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치{AMINE COMPOUND, LIGHT EMITTING DIODE AND DISPLAY DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치에 대한 발명으로, 보다 상세하게는 굴절률이 서로 다른 복수 개의 정공 수송층들을 포함하는 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
텔레비전, 휴대 전화, 태블릿 컴퓨터, 내비게이션, 게임기 등과 같은 멀티 미디어 장치에 사용되는 다양한 표시 장치들이 개발되고 있다. 이러한 표시 장치에서는 마주하는 전극들 사이에 배치된 발광층에 유기 화합물 또는 양자점등을 포함하는 발광 재료를 발광시켜서 표시를 실현하는 소위 자발광형의 표시 소자를 사용하고 있다.
발광 소자를 표시 장치에 응용함에 있어서는, 발광 소자의 고 발광 효율화 및 장수명화가 요구되고 있으며, 이를 안정적으로 구현할 수 있는 발광 소자의 재료 및 구조에 대한 개발이 지속적으로 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 우수한 광 추출 효율을 나타내는 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 발광 효율이 높은 발광 소자를 포함하는 표시 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예는 제1 전극; 상기 제1 전극 상측에 배치된 정공 수송 영역; 상기 정공 수송 영역 상측에 배치된 발광층; 상기 발광층 상측에 배치된 전자 수송 영역; 및 상기 전자 수송 영역 상측에 배치된 제2 전극; 을 포함하고, 상기 정공 수송 영역은 상기 제1 전극과 인접하여 배치되고, 제1 굴절률을 갖는 제1 정공 수송층; 상기 발광층에 인접하여 배치되고, 제2 굴절률을 갖는 제2 정공 수송층; 및 상기 제1 정공 수송층 및 상기 제2 정공 수송층 사이에 배치되고, 상기 제1 굴절률 및 상기 제2 굴절률 각각보다 큰 제3 굴절률을 갖는 제3 정공 수송층; 을 포함하는 발광 소자를 제공한다.
상기 제3 굴절률과 상기 제1 굴절률의 차이, 및 상기 제3 굴절률과 상기 제2 굴절률의 차이는 각각 0.1 보다 큰 것일 수 있다.
460nm에서 상기 제1 굴절률 및 상기 제2 굴절률은 각각 1.30 이상 1.80 이하이고, 460nm에서 상기 제3 굴절률은 1.85 이상 2.40 이하일 수 있다.
상기 제1 굴절률 및 상기 제2 굴절률은 동일할 수 있다.
상기 제2 정공 수송층은 상기 발광층 하측에 직접 배치될 수 있다.
상기 발광층의 굴절률은 상기 제2 정공 수송층의 상기 제2 굴절률 보다 크고, 460nm에서 상기 발광층의 굴절률과 상기 제2 굴절률의 차이는 0.1 보다 큰 것일 수 있다.
460nm에서, 상기 발광층의 굴절률은 1.80 이상 2.40 이하일 수 있다.
상기 제1 정공 수송층은 상기 제1 전극 상측에 직접 배치될 수 있다.
상기 제1 전극의 굴절률은 상기 제1 정공 수송층의 상기 제1 굴절률 보다 크고, 460nm에서 상기 제1 전극의 굴절률과 상기 제1 굴절률의 차이는 0.1 보다 큰 것일 수 있다.
460nm에서 상기 제1 전극의 굴절률은 1.80 이상 2.40 이하일 수 있다.
상기 제1 정공 수송층, 상기 제2 정공 수송층 및 상기 제3 정공 수송층의 두께비는 0.1:0.8:0.1 내지 0.45:0.1:0.45 일 수 있다.
상기 제1 전극은 반사형 전극이고, 상기 제2 전극은 투과형 전극 또는 반투과형 전극일 수 있다.
상기 발광층은 중심 파장이 430nm 이상 470nm 이하인 광을 방출하는 것일 수 있다.
상기 제1 정공 수송층, 상기 제2 정공 수송층, 및 상기 제3 정공 수송층 각각의 두께는 100Å 내지 1000 Å일 수 있다.
상기 제1 정공 수송층 및 상기 제2 정공 수송층은 각각 독립적으로 하기 화학식 1로 표시되는 아민 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112020136839354-pat00001
상기 화학식 1에서, Ara 내지 Arc는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 3 이상 30 이하의 헤테로아릴기이다. Ra 내지 Rc 중 적어도 두 개는 각각 독립적으로 아다만틸기 또는 시클로헥실기이고, 나머지는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기이다.
Ara 내지 Arc는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 비페닐기, 치환 또는 비치환된 터페닐기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기, 치환 또는 비치환된 카바졸기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨라닐기, 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오페닐기일 수 있다.
상기 제3 정공 수송층은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112021141986859-pat00071
상기 화학식 2에서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 30 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고, Ar3은 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이다. a 및 b는 각각 독립적으로 0 또는 1이고, L1 및 L2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 3 이상 10 이하의 시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 10 이하의 헤테로시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 3 이상 10 이하의 시클로알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴렌기이다. p 및 s는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고, q 및 r은 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수이고, R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 하이드록시기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 60 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 3 이상 60 이하의 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴기이다.
상기 정공 수송 영역은 상기 제1 정공 수송층 및 상기 제3 정공 수송층 사이에 배치되고, 상기 제1 굴절률 보다 크고 상기 제3 굴절률 보다 작은 굴절률 값을 갖는 제4 정공 수송층; 및 상기 제2 정공 수송층 및 상기 제3 정공 수송층 사이에 배치되고, 상기 제2 굴절률 보다 크고 상기 제3 굴절률 보다 작은 굴절률 값을 갖는 제5 정공 수송층; 을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 정공 수송층 및 상기 제2 정공 수송층은 각각 상술한 화학식 1로 표시되는 아민 화합물을 포함하고, 상기 제3 정공 수송층은 상술한 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하며, 상기 제4 정공 수송층 및 상기 제5 정공 수송층은 각각 상술한 화학식 1로 표시되는 아민 화합물 및 상술한 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제5 정공 수송층 각각의 두께는 100Å 내지 1000 Å일 수 있다.
다른 실시예는 복수 개의 발광 소자들을 포함하고, 상기 발광 소자들 각각은 제1 전극; 상기 제1 전극 상측에 배치된 정공 수송 영역; 상기 정공 수송 영역 상측에 배치된 발광층; 상기 발광층 상측에 배치된 전자 수송 영역; 및 상기 전자 수송 영역 상측에 배치된 제2 전극; 을 포함하고, 상기 복수 개의 발광 소자들 중 적어도 하나의 발광 소자의 상기 정공 수송 영역은 상기 제1 전극과 인접하여 배치되고, 제1 굴절률을 갖는 제1 정공 수송층; 상기 발광층에 인접하여 배치되고, 제2 굴절률을 갖는 제2 정공 수송층; 및 상기 제1 정공 수송층 및 상기 제2 정공 수송층 사이에 배치되고, 상기 제1 굴절률 및 상기 제2 굴절률 각각보다 큰 제3 굴절률을 갖는 제3 정공 수송층; 을 포함하는 표시 장치를 제공한다.
상기 제3 굴절률과 상기 제1 굴절률의 차이, 및 상기 제3 굴절률과 상기 제2 굴절률의 차이는 각각 0.1 보다 큰 것일 수 있다.
상기 제1 전극은 반사형 전극이고, 상기 제2 전극은 투과형 전극 또는 반투과형 전극일 수 있다.
일 실시예의 발광 소자는 굴절률이 상이한 복수 개의 정공 수송층들을 포함하여 개선된 광 추출 특성을 나타낼 수 있다.
일 실시예의 표시 장치는 굴절률이 다른 복수 개의 정공 수송층들을 포함한 발광 소자를 포함하여 우수한 발광 효율을 나타낼 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 전자 장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 표시 장치의 평면도이다.
도 3은 도 2의 I-I'선에 대응하는 일 실시예의 표시 장치의 단면도이다.
도 4는 일 실시예의 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 발광 소자의 일부를 나타낸 단면도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 발광 소자의 일부를 나타낸 단면도이다.
도 7은 비교예와 실시예의 발광 소자에서의 효율 특성을 비교하여 나타낸 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소(또는 영역, 층, 부분 등)가 다른 구성요소 "상에 있다", "연결 된다", 또는 "결합된다"고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 배치/연결/결합될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 배치될 수도 있다는 것을 의미한다.
동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 지칭한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께, 비율, 및 치수는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
"및/또는"은 연관된 구성들이 정의할 수 있는 하나 이상의 조합을 모두 포함한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, "아래에", "하측에", "위에", "상측에" 등의 용어는 도면에 도시된 구성들의 연관관계를 설명하기 위해 사용된다. 상기 용어들은 상대적인 개념으로, 도면에 표시된 방향을 기준으로 설명된다.
다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 용어 (기술 용어 및 과학 용어 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에서 정의된 용어와 같은 용어는 관련 기술의 맥락에서 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하고, 이상적인 또는 지나치게 형식적인 의미로 해석되지 않는 한, 명시적으로 여기에서 정의된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 전자 장치(ED)의 일 실시예를 나타낸 사시도이다. 도 2는 일 실시예에 따른 표시 장치(DD)의 평면도이다. 도 3은 일 실시예에 따른 표시 장치(DD)에 대한 단면도이다. 도 3은 도 2의 I-I'선에 대응하는 표시 장치(DD)의 일부를 나타낸 단면도이다.
일 실시예에서 전자 장치(ED)는 스마트폰, 태블릿, 퍼스널 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 개인 디지털 단말기, 자동차 내비게이션 유닛, 게임기, 및 카메라와 같은 중소형 전자 장치일 수 있다. 또한, 전자 장치(ED)는 텔레비전, 모니터, 또는 외부 광고판과 같은 대형 전자 장치일 수 있다. 한편, 이것들은 단지 실시예로서 제시된 것들로서, 본 발명의 개념에서 벗어나지 않은 이상 다른 전자 장치로도 채용될 수 있다.
전자 장치(ED)는 표시 장치(DD) 및 하우징(HAU)을 포함하는 것일 수 있다. 표시 장치(DD)는 표시면(IS)을 통해 영상(IM)을 표시할 수 있다. 도 1에서는 표시면(IS)이 제1 방향축(DR1) 및 제1 방향축(DR1)과 교차하는 제2 방향축(DR2)이 정의하는 면과 평행한 것으로 도시하였다. 하지만, 이는 예시적인 것으로, 다른 실시예에서 표시 장치(DD)의 표시면(IS)은 휘어진 형상을 가질 수 있다.
표시면(IS)의 법선 방향, 즉 표시 장치(DD)의 두께 방향 중 영상(IM)이 표시되는 방향은 제3 방향축(DR3)이 지시한다. 각 부재들의 전면(또는 상면)과 배면(또는 하면)은 제3 방향축(DR3)에 의해 구분될 수 있다. 한편, 제1 내지 제3 방향축들(DR1, DR2, DR3)이 지시하는 방향은 상대적인 개념으로서 다른 방향으로 변환될 수 있다.
하우징(HAU)은 표시 장치(DD)를 수납하는 것일 수 있다. 하우징(HAU)은 표시 장치(DD)의 표시면(IS)인 상부면이 노출되도록 표시 장치(DD)를 커버하며 배치될 수 있다. 하우징(HAU)은 표시 장치(DD)의 측면과 바닥면을 커버하며, 상부면 전체를 노출시키는 것일 수 있다. 다만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 하우징(HAU)은 표시 장치(DD)의 측면과 바닥면뿐 아니라 상부면의 일부를 커버하는 것일 수 있다.
표시 장치(DD)는 베이스 기판(BS), 베이스 기판(BS) 상에 제공된 회로층(DP-CL) 및 표시 소자층(DP-OEL)을 포함하는 것일 수 있다. 표시 소자층(DP-OEL)은 화소 정의막(PDL), 화소 정의막(PDL) 사이에 배치된 발광 소자들(OEL-1, OEL-2, OEL-3), 및 발광 소자들(OEL-1, OEL-2, OEL-3) 상에 배치된 봉지층(TFE)을 포함할 수 있다.
베이스 기판(BS)은 표시 소자층(DP-OEL)이 배치되는 베이스 면을 제공하는 부재일 수 있다. 베이스 기판(BS)은 유리기판, 금속기판, 플라스틱기판 등일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 베이스 기판(BS)은 무기층, 유기층 또는 복합재료층일 수 있다.
일 실시예에서 회로층(DP-CL)은 베이스 기판(BS) 상에 배치되고, 회로층(DP-CL)은 복수의 트랜지스터들(미도시)을 포함하는 것일 수 있다. 트랜지스터들(미도시)은 각각 제어 전극, 입력 전극, 및 출력 전극을 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 회로층(DP-CL)은 표시 소자층(DP-OEL)의 발광 소자들(OEL-1, OEL-2, OEL-3)을 구동하기 위한 스위칭 트랜지스터 및 구동 트랜지스터를 포함하는 것일 수 있다.
발광 소자들(OEL-1, OEL-2, OEL-3) 각각은 제1 전극(EL1), 정공 수송 영역(HTR), 발광층(EML-B, EML-G, EML-R), 전자 수송 영역(ETR), 및 제2 전극(EL2)을 포함할 수 있다. 일 실시예의 표시 장치(DD)에 포함된 각각의 발광 소자들(OEL-1, OEL-2, OEL-3)은 후술하는 일 실시예의 발광 소자(OEL, 도 4)의 구조를 갖는 것일 수 있다. 일 실시예의 표시 장치(DD)에 포함된 각각의 발광 소자들(OEL-1, OEL-2, OEL-3)에 포함된 정공 수송 영역(HTR)은 서로 다른 굴절률 값을 갖는 복수 개의 정공 수송층들을 포함하는 것일 수 있다.
도 3에서는 화소 정의막(PDL)에 정의된 개구부(OH) 내에 발광 소자들(OEL-1, OEL-2, OEL-3)의 발광층(EML-B, EML-G, EML-R)이 배치되며, 정공 수송 영역(HTR), 전자 수송 영역(ETR) 및 제2 전극(EL2)은 발광 소자들(OEL-1, OEL-2, OEL-3) 전체에서 공통층으로 제공되는 실시예를 도시하였다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 도 3에 도시된 것과 달리 일 실시예에서 정공 수송 영역(HTR) 또는 전자 수송 영역(ETR)은 화소 정의막(PDL)으로 구분되며, 화소 정의막(PDL)에 정의된 개구부(OH) 내부에 패터닝 되어 제공되는 것일 수 있다.
일 실시예에서 발광 소자(OEL-1, OEL-2, OEL-3)의 정공 수송 영역(HTR), 발광층(EML-R, EML-G, EML-B), 및 전자 수송 영역(ETR) 등은 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 제공될 수 있다.
봉지층(TFE)은 발광 소자들(OEL-1, OEL-2, OEL-3)을 커버하는 것일 수 있다. 봉지층(TFE)은 표시 소자층(DP-OEL)을 밀봉하는 것일 수 있다. 봉지층(TFE)은 제2 전극(EL2) 상에 배치되고, 개구부(OH)를 채우고 배치될 수 있다.
봉지층(TFE)은 박막 봉지층일 수 있다. 봉지층(TFE)은 하나의 층 또는 복수의 층들이 적층된 것일 수 있다. 봉지층(TFE)은 적어도 하나의 절연층을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 봉지층(TFE)은 적어도 하나의 무기막(이하, 봉지 무기막)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 봉지층(TFE)은 적어도 하나의 유기막(이하, 봉지 유기막) 및 적어도 하나의 봉지 무기막을 포함할 수 있다.
봉지 무기막은 수분/산소로부터 표시 소자층(DP-OEL)을 보호하고, 봉지 유기막은 먼지 입자와 같은 이물질로부터 표시 소자층(DP-OEL)을 보호한다. 봉지 무기막은 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 또는 알루미늄옥사이드층 등을 포함할 수 있고, 이에 특별히 제한되지 않는다. 봉지 유기막은 아크릴 계열 유기막을 포함할 수 있고, 특별히 제한되지 않는다.
한편, 도면에 도시되지는 않았으나 일 실시예에서 제2 전극(EL2) 상에는 캡핑층(미도시)이 더 배치될 수 있다. 즉, 제2 전극(EL2)과 봉지층(TFE) 사이에 캡핑층(미도시)이 배치될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 표시 장치(DD)는 비발광 영역(NPXA) 및 발광 영역들(PXA-B, PXA-G, PXA-R)을 포함할 수 있다. 발광 영역들(PXA-B, PXA-G, PXA-R) 각각은 발광 소자들(OEL-1, OEL-2, OEL-3) 각각에서 생성된 광이 방출되는 영역일 수 있다. 발광 영역들(PXA-B, PXA-G, PXA-R)은 평면 상에서 서로 이격된 것일 수 있다.
발광 영역들(PXA-B, PXA-G, PXA-R) 각각은 화소 정의막(PDL)으로 구분되는 영역일 수 있다. 비발광 영역들(NPXA)은 이웃하는 발광 영역들(PXA-B, PXA-G, PXA-R) 사이의 영역들로 화소 정의막(PDL)과 대응하는 영역일 수 있다. 한편, 본 명세서에서 발광 영역들(PXA-B, PXA-G, PXA-R) 각각은 화소(Pixel)에 대응하는 것일 수 있다. 화소 정의막(PDL)은 발광 소자들(OEL-1, OEL-2, OEL-3)을 구분하는 것일 수 있다. 발광 소자들(OEL-1, OEL-2, OEL-3)의 발광층(EML-B, EML-G, EML-R)은 화소 정의막(PDL)에 정의된 개구부(OH)에 배치되어 구분될 수 있다. 화소 정의막(PDL)으로 구분되는 발광층들(EML-B, EML-G, EML-R)은 잉크젯 프린팅법 등의 방법으로 형성된 것일 수 있다.
화소 정의막(PDL)은 고분자 수지로 형성될 수 있다. 예를 들어, 화소 정의막(PDL)은 폴리아크릴레이트(Polyacrylate)계 수지 또는 폴리이미드(Polyimide)계 수지를 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 화소 정의막(PDL)은 고분자 수지 이외에 무기물을 더 포함하여 형성될 수 있다. 한편, 화소 정의막(PDL)은 광흡수 물질을 포함하여 형성되거나, 블랙 안료 또는 블랙 염료를 포함하여 형성될 수 있다. 블랙 안료 또는 블랙 염료를 포함하여 형성된 화소 정의막(PDL)은 블랙화소정의막을 구현할 수 있다. 화소 정의막(PDL) 형성 시 블랙 안료 또는 블랙 염료로는 카본 블랙 등이 사용될 수 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 화소 정의막(PDL)은 무기물로 형성될 수 있다. 예를 들어, 화소 정의막(PDL)은 질화규소(SiNx), 산화규소(SiOx), 질산화규소(SiOxNy) 등을 포함하여 형성되는 것일 수 있다. 화소 정의막(PDL)은 발광 영역들(PXA-B, PXA-G, PXA-R)을 정의하는 것일 수 있다. 화소 정의막(PDL)에 의해 발광 영역들(PXA-B, PXA-G, PXA-R) 과 비발광 영역(NPXA)이 구분될 수 있다.
발광 영역들(PXA-B, PXA-G, PXA-R)은 발광 소자들(OEL-1, OEL-2, OEL-3)에서 생성되는 광의 컬러에 따라 복수 개의 그룹으로 구분될 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 일 실시예의 표시 장치(DD)에는 청색광, 녹색광, 및 적색광을 발광하는 3개의 발광 영역들(PXA-B, PXA-G, PXA-R)을 예시적으로 도시하였다. 예를 들어, 일 실시예의 표시 장치(DD)는 서로 구분되는 적색 발광 영역(PXA-R), 녹색 발광 영역(PXA-G), 및 청색 발광 영역(PXA-B)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 표시 장치(DD)는 복수 개의 발광 소자들(OEL-1, OEL-2, OEL-3)을 포함하고, 복수 개의 발광 소자들(OEL-1, OEL-2, OEL-3)은 서로 상이한 파장 영역의 광을 방출하는 것일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서 표시 장치(DD)는 청색광을 방출하는 제1 발광 소자(OEL-1), 녹색광을 방출하는 제2 발광 소자(OEL-2), 및 적색광을 방출하는 제3 발광 소자(OEL-3)를 포함할 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 제1 내지 제3 발광 소자들(OEL-1, OEL-2, OEL-3)은 동일한 파장 영역의 광을 방출하는 것이거나 적어도 하나가 상이한 파장 영역의 광을 방출하는 것일 수 있다. 예를 들어, 표시 장치(DD)의 청색 발광 영역(PXA-B), 녹색 발광 영역(PXA-G), 및 적색 발광 영역(PXA-R)은 각각 제1 발광 소자(OEL-1), 제2 발광 소자(OEL-2), 및 제3 발광 소자(OEL-3)에 대응할 수 있다.
또한, 일 실시예에서 제1 내지 제3 발광 소자들(OEL-1, OEL-2, OEL-3)은 모두 청색 파장 영역의 광을 방출하는 것일 수 있다. 이 경우 표시 장치(DD)는 표시 소자층(DP-OEL) 상부에 색 제어층을 더 포함할 수 있다. 색 제어층은 발광 소자들(OEL-1, OEL-2, OEL-3)에서 제공되는 광을 투과시키거나 파장 변환시키는 부분일 수 있다.
도 2를 참조하면, 청색 발광 영역들(PXA-B)과 적색 발광 영역들(PXA-R)은 제1 방향축(DR1)을 따라 번갈아 배열되어 제1 그룹(PXG1)을 구성할 수 있다. 녹색 발광 영역들(PXA-G)은 제1 방향축(DR1)을 따라 배열되어 제2 그룹(PXG2)을 구성할 수 있다. 제1 그룹(PXG1)은 제2 그룹(PXG2)과 제2 방향축(DR2) 방향으로 이격되어 배치될 수 있다. 제1 그룹(PXG1) 및 제2 그룹(PXG2) 각각은 복수로 제공될 수 있다. 제1 그룹들(PXG1)과 제2 그룹들(PXG2)은 제2 방향축(DR2)을 따라 서로 번갈아 배열될 수 있다.
하나의 녹색 발광 영역(PXA-G)은 하나의 청색 발광 영역(PXA-B) 또는 하나의 적색 발광 영역(PXA-R)으로부터 제4 방향축(DR4) 방향으로 이격되어 배치될 수 있다. 제4 방향축(DR4) 방향은 제1 방향축(DR1) 방향 및 제2 방향축(DR2) 방향 사이의 방향일 수 있다.
도 2에 도시된 발광 영역들(PXA-B, PXA-G, PXA-R)의 배열 구조는 펜타일(PENTILE®) 구조라 명칭될 수 있다. 다만, 일 실시예에 따른 표시 장치(DD)에서의 발광 영역들(PXA-B, PXA-G, PXA-R)의 배열 구조는 도 2에 도시된 배열 구조에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 일 실시예에서 발광 영역들(PXA-B, PXA-G, PXA-R)은 제1 방향축(DR1)을 따라, 청색 발광 영역(PXA-B), 녹색 발광 영역(PXA-G), 및 적색 발광 영역(PXA-R)이 순차적으로 번갈아 가며 배열되는 스트라이프 구조를 가질 수도 있다.
도 4는 일 실시예의 발광 소자를 나타낸 단면도이다. 도 5는 일 실시예에 따른 발광 소자의 일부를 나타낸 단면도이다. 도 5는 도 4의 AA 영역에 해당하는 부분을 나타낸 단면도이다. 상술한 바와 같이 도 3 등에서 도시된 표시 장치(DD)에 포함된 복수 개의 발광 소자들(OEL-1, OEL-2, OEL-3) 각각은 도 4 및 도 5에 도시된 발광 소자(OEL)의 구조를 갖는 것일 수 있다.
일 실시예의 발광 소자(OEL)는 제1 전극(EL1), 제1 전극(EL1) 상측에 배치된 정공 수송 영역(HTR), 정공 수송 영역(HTR) 상측에 배치된 발광층(EML), 발광층(EML) 상측에 배치된 전자 수송 영역(ETR), 및 전자 수송 영역(ETR) 상측에 배치된 제2 전극(EL2)을 포함한다. 일 실시예의 발광 소자(OEL)에서 정공 수송 영역은 제1 전극(EL1)과 인접하여 배치된 제1 정공 수송층(HTL1), 발광층(EML)에 인접하여 배치된 제2 정공 수송층(HTL2), 및 제1 정공 수송층(HTL1)과 제2 정공 수송층(HTL2) 사이에 배치된 제3 정공 수송층(HTL3)을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에서, 제1 정공 수송층(HTL1)과 제2 정공 수송층(HTL2)은 제3 정공 수송층(HTL3) 보다 작은 굴절률을 갖는 층일 수 있다. 제1 정공 수송층(HTL1)의 제1 굴절률은 제3 정공 수송층(HTL3)의 제3 굴절률 보다 작고, 제2 정공 수송층(HTL2)의 제2 굴절률은 제3 정공 수송층(HTL3)의 제3 굴절률 보다 작은 것일 수 있다.
일 실시예의 발광 소자(OEL)에서 제1 전극(EL1)은 도전성을 갖는다. 제1 전극(EL1)은 금속 합금 또는 도전성 화합물로 형성될 수 있다. 제1 전극(EL1)은 애노드(anode)일 수 있다. 또한, 제1 전극(EL1)은 화소 전극일 수 있다. 제1 전극(EL1)은 반사형 전극일 수 있다. 제1 전극(EL1)이 반사형 전극인 경우, 제1 전극(EL1)은 Ag, Mg, Cu, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Mo, Ti 또는 이들의 화합물이나 혼합물(예를 들어, Ag와 Mg의 혼합물)을 포함할 수 있다. 또한, 일 실시예에서 제1 전극(EL1)은 복수의 층이 적층된 구조일 수 있다. 제1 전극(EL1)이 복수의 층이 적층된 구조를 갖는 경우, 적어도 하나의 층은 상기의 반사형 전극 물질로 형성된 반사막일 수 있다. 또한, 제1 전극(EL1)의 복수의 층이 적층된 구조를 갖는 경우, 적어도 하나의 층은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 형성된 투명 도전막을 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(EL1)은 ITO/Ag/ITO의 3층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 전극(EL1)의 두께는 약 1000Å 내지 약 10000Å, 예를 들어, 약 1000Å 내지 약 3000Å일 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)은 제1 전극(EL1) 상에 제공된다. 정공 수송 영역(HTR)은 제1 내지 제3 정공 수송층들(HTL1, HTL2, HTL3)을 포함하는 것일 수 있다. 다른 정공 수송층들(HTL1, HTL2)에 비하여 상대적으로 높은 굴절률을 갖는 제3 정공 수송층(HTL3)을 기준으로 제3 정공 수송층(HTL3)의 하측에 제1 정공 수송층(HTL1)이 배치되고, 제3 정공 수송층(HTL3)의 상측에 제2 정공 수송층(HTL2)이 배치된 것일 수 있다. 일 실시예의 발광 소자(OEL)에서, 정공 수송 영역(HTR)은 두께 방향으로 저굴절 정공수송층/고굴절 정공수송층/저굴절 정공수송층의 순서로 배치된 복수 개의 정공 수송층들(HTL1, HTL2, HTL3)을 포함하는 것일 수 있다.
460nm 파장에서, 제1 정공 수송층(HTL1)의 제1 굴절률과 제3 정공 수송층(HTL3)의 제3 굴절률의 차이는 0.1보다 큰 것일 수 있다. 예를 들어, 460nm에서 제1 굴절률과 제3 굴절률의 차이는 0.2 이상일 수 있다. 또한, 460nm 파장에서 제2 정공 수송층(HTL2)의 제2 굴절률과 제3 정공 수송층(HTL3)의 제3 굴절률의 차이는 0.1보다 큰 것일 수 있다. 예를 들어, 460nm에서 제2 굴절률과 제3 굴절률의 차이는 0.2 이상일 수 있다.
460nm 파장에서, 제1 정공 수송층(HTL1)의 제1 굴절률 및 제2 정공 수송층(HTL2)의 제2 굴절률은 각각 1.30 이상 1.80 이하일 수 있다. 또한, 460nm 파장에서 제3 정공 수송층(HTL3)의 제3 굴절률은 1.85 이상 2.40 이하일 수 있다. 예를 들어, 제1 굴절률 및 제2 정공 수송층(HTL2)의 제2 굴절률은 각각 1.40 이상 1.60 이하이고, 제3 정공 수송층(HTL3)의 제3 굴절률은 1.90 이상 2.00 이하일 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)의 두께는 약 300Å 내지 약 15000Å, 예를 들어, 정공 수송 영역(HTR)의 두께는 약 300Å 내지 약 5000Å일 수 있다. 정공 수송 영역(HTR)에 포함된 제1 내지 제3 정공 수송층(HTL1, HTL3, HTL2) 각각의 두께 (D1, D2, D3)는 약 100Å 내지 1000Å일 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)에 포함된 제1 내지 제3 정공 수송층(HTL1, HTL3, HTL2)의 두께비(D1:D3:D2)는 0.1:0.8:0.1 내지 0.45:0.1:0.45 일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서 제1 정공 수송층의 두께(D1)와 제2 정공 수송층의 두께(D2)는 실질적으로 동일하고, 제3 정공 수송층의 두께(D3)은 제1 정공 수송층의 두께(D1) 및 제2 정공 수송층의 두께(D2)와 다른 것일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 제1 정공 수송층의 두께(D1)와 제2 정공 수송층의 두께(D2)는 서로 다를 수 있다. 제1 내지 제3 정공 수송층(HTL1, HTL2, HTL3)의 두께비(D1:D3:D2)는 발광층(EML)에서 방출하는 광의 파장 영역, 표시 장치(DD, 도 2)에서 요구되는 표시 품질, 정공 수송 영역(HTR)의 각 정공 수송층들(HTL1, HTL2, HTL3)에서 사용되는 정공 수송 재료의 종류에 따라 최적의 범위로 조절될 수 있다.
예를 들어, 일 실시예의 발광 소자(OEL)에서 발광층(EML)이 430nm 이상 470nm 이하의 파장 영역에서 중심 파장을 갖는 청색광을 발광하는 경우 제1 내지 제3 정공 수송층(HTL1, HTL2, HTL3)의 두께비(D1:D3:D2)는 1:1:1 일 수 있다.
일 실시예의 발광 소자(OEL)는 저굴절 정공수송층/고굴절 정공수송층/저굴절 정공수송층의 순서로 배치된 복수 개의 정공 수송층들(HTL1, HTL2, HTL3)을 포함하여 개선된 발광 효율 특성을 나타낼 수 있다. 일 실시예의 발광 소자(OEL)는 굴절률 차이를 갖는 정공 수송 영역(HTR)의 정공 수송층들(HTL1, HTL2, HTL3)을 포함하여, 내부의 기능층들에서 방출된 광이 상쇄 간섭되어 소멸되는 것을 최소화하고 굴절률 차이를 갖는 정공 수송층들(HTL1, HTL2, HTL3)에 의해 보강 간섭이 일어나도록 함으로써 높은 광 추출 효율을 나타낼 수 있다.
일 실시예에서 제1 정공 수송층(HTL1)은 제1 전극(EL1) 상측에 직접 배치되는 것일 수 있다. 또한 제2 정공 수송층(HTL2)은 발광층(EML)의 하측에 직접 배치되는 것일 수 있다.
한편, 본 명세서에서 "직접 배치"된다는 것은 층, 막, 영역, 판 등의 부분과 다른 부분 사이에 추가되는 층, 막, 영역, 판 등이 없는 것을 의미하는 것일 수 있다. 예를 들어, "직접 배치"된다는 것은 두 개의 층 사이에 접착 부재 등의 추가 부재를 사용하지 않고 배치하는 것을 의미하는 것이다.
일 실시예의 발광 소자(OEL)에서 460nm 파장에서, 제1 전극(EL1)의 굴절률은 1.80 이상 2.40 이하일 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(EL1)의 굴절률은 1.90 이상 2.00 이하일 수 있다. 즉, 제1 전극(EL1)의 굴절률은 제1 정공 수송층(HTL1)의 제1 굴절률 보다 크고, 460nm에서 인접하는 제1 정공 수송층(HTL1)과 제1 전극(EL1)의 굴절률 차이는 0.1 보다 큰 것일 수 있다.
또한, 일 실시예의 발광 소자(OEL)에서 발광층(EML)의 460nm 파장에서 굴절률은 1.80 이상 2.24 이하일 수 있다. 예를 들어, 발광층(EML)의 굴절률은 1.90 이상 2.00 이하일 수 있다. 즉, 발광층(EML)의 굴절률은 제2 정공 수송층(HTL2)의 제2 굴절률 보다 크고, 460nm에서 인접하는 제2 정공 수송층(HTL2)과 발광층(EML)의 굴절률 차이는 0.1 보다 큰 것일 수 있다.
즉, 일 실시예의 발광 소자(OEL)는 이웃하는 층인 제1 전극(EL1) 또는 발광층(EML)과 굴절률 차이를 갖는 정공 수송층(HTL1, HTL2)을 배치한 정공 수송 영역(HTR)을 포함하여 높은 광 추출 효율 특성 및 개선된 발광 효율 특성을 나타낼 수 있다.
제1 정공 수송층(HTL1) 및 제2 정공 수송층(HTL2)은 각각 독립적으로 하기 화학식 1로 표시되는 아민 화합물을 포함하는 것일 수 있다. 화학식 1로 표시되는 아민 화합물은 460nm 파장에서 1.30 이상 1.80 이하의 굴절률 값을 갖는 것일 수 있다. 제1 정공 수송층(HTL1) 및 제2 정공 수송층(HTL2)은 각각 하기 화학식 1로 표시되는 아민 화합물들 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물들로 형성된 것일 수 있다.
[화학식 1]
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화학식 1에서, Ara 내지 Arc는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 3 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다. 또한, Ra 내지 Rc 중 적어도 두 개는 각각 독립적으로 아다만틸기 또는 시클로헥실기이고, 나머지는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 아민기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기이다.
화학식 1로 표시되는 아민 화합물에서 Ara 내지 Arc는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 비페닐기, 치환 또는 비치환된 터페닐기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기, 치환 또는 비치환된 카바졸기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨라닐기, 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오페닐기일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
Ra 내지 Rc 중 선택되는 두 개, 또는 Ra 내지 Rc는 각각 독립적으로 비치환된 아다만틸기, 또는 비치환된 시클로헥실기일 수 있다. 예를 들어, Ra 내지 Rc 중 선택되는 두 개가 모두 아다만틸기이거나, 또는 Ra 내지 Rc 중 선택되는 두 개가 모두 시클로헥실기일 수 있으며, 이와 달리 Ra 내지 Rc 중 선택되는 두 개 중 하나는 아다만틸기이고 나머지는 시클로헥실기일 수 있다.
일 실시예에서, Ra 내지 Rc가 모두 아다만틸기이거나, 또는 시클로헥실기일 수 있다. 또한, Ra 내지 Rc 중 선택되는 두 개가 아다만틸기이고 나머지가 시클로헥실기이거나, 또는 이와 달리 Ra 내지 Rc 중 선택되는 두 개가 시클로헥실기이고 나머지가 아다만틸기일 수 있다.
일 실시예에서, 제1 정공 수송층 및 제2 정공 수송층은 각각 독립적으로 하기 화합물군 1의 아민 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
[화합물군 1]
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한편, 본 명세서에서 "치환 또는 비치환된"은 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 실릴기, 옥시기, 티오기, 설피닐기, 설포닐기, 카보닐기, 붕소기, 포스핀 옥사이드기, 포스핀 설파이드기, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알콕시기, 탄화수소 고리기, 아릴기 및 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택되는 1개 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된 것을 의미할 수 있다. 또한, 상기 예시된 치환기 각각은 치환 또는 비치환된 것일 수 있다. 예를 들어, 바이페닐기는 아릴기로 해석될 수도 있고, 페닐기로 치환된 페닐기로 해석될 수도 있다.
본 명세서에서, "인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성"한다는 인접하는 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄화수소 고리, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로 고리를 형성하는 것을 의미할 수 있다. 탄화수소 고리는 지방족 탄화수소 고리 및 방향족 탄화수소 고리를 포함한다. 헤테로 고리는 지방족 헤테로 고리 및 방향족 헤테로 고리를 포함한다. 탄화수소 고리 및 헤테로 고리는 단환 또는 다환일 수 있다. 또한, 서로 결합하여 형성된 고리는 다른 고리와 연결되어 스피로 구조를 형성하는 것일 수도 있다.
본 명세서에서, "인접하는 기"는 해당 치환기가 치환된 원자와 직접 연결된 원자에 치환된 치환기, 해당 치환기가 치환된 원자에 치환된 다른 치환기 또는 해당 치환기와 입체구조적으로 가장 인접한 치환기를 의미할 수 있다. 예컨대, 1,2-디메틸벤젠(1,2-dimethylbenzene)에서 2개의 메틸기는 서로 "인접하는 기"로 해석될 수 있고, 1,1-디에틸시클로펜테인(1,1-diethylcyclopentane)에서 2개의 에틸기는 서로 "인접하는 기"로 해석될 수 있다.
본 명세서에서, 할로겐 원자의 예로는 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자 또는 요오드 원자가 있다.
본 명세서에서, 알킬기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 알킬기의 탄소수는 1 이상 50 이하, 1 이상 30 이하, 1 이상 20 이하, 1 이상 10 이하 또는 1 이상 6 이하이다. 알킬기의 예로는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, s-부틸기, t-부틸기, i-부틸기, 2- 에틸부틸기, 3, 3-디메틸부틸기, n-펜틸기, i-펜틸기, 네오펜틸기, t-펜틸기, 시클로펜틸기, 1-메틸펜틸기, 3-메틸펜틸기, 2-에틸펜틸기, 4-메틸-2-펜틸기, n-헥실기, 1-메틸헥실기, 2-에틸헥실기, 2-부틸헥실기, 시클로헥실기, 4-메틸시클로헥실기, 4-t-부틸시클로헥실기, n-헵틸기, 1-메틸헵틸기, 2,2-디메틸헵틸기, 2-에틸헵틸기, 2-부틸헵틸기, n-옥틸기, t-옥틸기, 2-에틸옥틸기, 2-부틸옥틸기, 2-헥실옥틸기, 3,7-디메틸옥틸기, 시클로옥틸기, n-노닐기, n-데실기, 아다만틸기, 2-에틸데실기, 2-부틸데실기, 2-헥실데실기, 2-옥틸데실기, n-운데실기, n-도데실기, 2-에틸도데실기, 2-부틸도데실기, 2-헥실도데실기, 2-옥틸도데실기, n-트리데실기, n-테트라데실기, n-펜타데실기, n-헥사데실기, 2-에틸헥사데실기, 2-부틸헥사데실기, 2-헥실헥사데실기, 2-옥틸헥사데실기, n-헵타데실기, n-옥타데실기, n-노나데실기, n-이코실기, 2-에틸이코실기, 2-부틸이코실기, 2-헥실이코실기, 2-옥틸이코실기, n-헨이코실기, n-도코실기, n-트리코실기, n-테트라코실기, n-펜타코실기, n-헥사코실기, n-헵타코실기, n-옥타코실기, n-노나코실기, 및 n-트리아콘틸기 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 아릴기는 방향족 탄화수소 고리로부터 유도된 임의의 작용기 또는 치환기를 의미한다. 아릴기는 단환식 아릴기 또는 다환식 아릴기일 수 있다. 아릴기의 고리 형성 탄소수는 6 이상 30 이하, 6 이상 20 이하, 또는 6 이상 15 이하일 수 있다. 아릴기의 예로는 페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 안트라세닐기, 페난트릴기, 바이페닐기, 터페닐기, 쿼터페닐기, 퀸크페닐기(quinquephenyl), 섹시페닐기, 트리페닐에닐기, 피레닐기, 벤조 플루오란테닐기, 크리세닐기 등을 예시할 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 플루오레닐기는 치환될 수 있고, 치환기 2개가 서로 결합하여 스피로 구조를 형성할 수도 있다. 플루오레닐기가 치환되는 경우의 예시는 하기와 같다. 다만, 이에 의하여 한정되는 것은 아니다.
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본 명세서에서, 헤테로아릴기는 헤테로 원자로 B, O, N, P, Si 및 S 중 1개 이상을 포함하는 것일 수 있다. 헤테로아릴기가 헤테로 원자를 2개 이상 포함할 경우, 2개 이상의 헤테로 원자는 서로 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 헤테로아릴기는 단환식 헤테로고리기 또는 다환식 헤테로고리기일 수 있다. 헤테로아릴기의 고리 형성 탄소수는 2 이상 30 이하, 2 이상 20 이하, 또는 2 이상 10 이하일 수 있다. 헤테로아릴기의 예로는 티오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸기, 트리아졸기, 피리딘기, 비피리딘기, 피리미딘기, 트리아진기, 아크리딜기, 피리다진기, 피라지닐기, 퀴놀린기, 퀴나졸린기, 퀴녹살린기, 페녹사진기, 프탈라진기, 피리도 피리미딘기, 피리도 피라진기, 피라지노 피라진기, 이소퀴놀린기, 인돌기, 카바졸기, N-아릴카바졸기, N-헤테로아릴카바졸기, N-알킬카바졸기, 벤조옥사졸기, 벤조이미다졸기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 티에노티오펜기, 벤조퓨란기, 페난트롤린기, 티아졸기, 이소옥사졸기, 옥사졸기, 옥사디아졸기, 티아디아졸기, 페노티아진기, 디벤조실롤기 및 디벤조퓨란기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 아릴렌기는 2가기인 것을 제외하고는 전술한 아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다. 헤테로아릴렌기는 2가기인 것을 제외하고는 전술한 헤테로아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에서, 실릴기는 알킬 실릴기 및 아릴 실릴기를 포함한다. 실릴기의 예로는 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, t-부틸디메틸실릴기, 비닐디메틸실릴기, 프로필디메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 디페닐실릴기, 페닐실릴기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 아미노기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 1 이상 30 이하일 수 있다. 아미노기는 알킬 아미노기, 아릴 아미노기, 또는 헤테로아릴 아미노기를 포함할 수 있다. 아미노기의 예로는 메틸아미노기, 디메틸아미노기, 페닐아미노기, 디페닐아미노기, 나프틸아미노기, 9-메틸-안트라세닐아미노기, 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 티오기는 알킬 티오기 및 아릴 티오기를 포함할 수 있다. 티올기는 상기 정의된 알킬기 또는 아릴기에 황 원자가 결합된 것을 의미할 수 있다. 티올기의 예로는 메틸티오기, 에틸티오기, 프로필티오기, 펜틸티오기, 헥실티오기, 옥틸티오기, 도데실티오기, 시클로펜틸티오기, 시클로헥실티오기, 페닐티오기, 나프틸티오기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 옥시기는 상기 정의된 알킬기 또는 아릴기에 산소 원자가 결합된 것을 의미할 수 있다. 옥시기는 알콕시기 및 아릴 옥시기를 포함할 수 있다. 알콕시기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄일 수 있다. 알콕시기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 1 이상 20 이하 또는 1 이상 10 이하인 것일 수 있다. 옥시기의 예로는 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소프로폭시, 부톡시, 펜틸옥시, 헥실옥시, 옥틸옥시, 노닐옥시, 데실옥시, 벤질옥시 등이 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서, 아민기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 1 이상 30 이하일 수 있다. 아민기는 알킬 아민기 및 아릴 아민기를 포함할 수 있다. 아민기의 예로는 메틸아민기, 디메틸아민기, 페닐아민기, 디페닐아민기, 나프틸아민기, 9-메틸-안트라세닐아민기, 트리페닐아민기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 알킬티오기, 알킬설폭시기, 알킬아릴기, 알킬아미노기, 알킬 붕소기, 알킬 실릴기, 알킬 아민기 중 알킬기는 전술한 알킬기의 예시와 같다.
본 명세서에서, 아릴옥시기, 아릴티오기, 아릴설폭시기, 아릴아미노기, 아릴 붕소기, 아릴 실릴기, 아릴 아민기 중의 아릴기는 전술한 아릴기의 예시와 같다.
제3 정공 수송층(HTL3)은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 것일 수 있다. 화학식 2로 표시되는 화합물은 460nm에서 1.85 이상 2.40 이하의 굴절률 값을 갖는 것일 수 있다.
[화학식 2]
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상기 화학식 2에서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 30 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하는 것일 수 있다. 또한, Ar3은 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다. 화학식 2에서, a 및 b는 각각 독립적으로 0 또는 1 이고, L1 및 L2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 3 이상 10 이하의 시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 10 이하의 헤테로시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 3 이상 10 이하의 시클로알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴렌기일 수 있다. p 및 s는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고, q 및 r은 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수이고, R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 하이드록시기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 60 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 3 이상 60 이하의 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴기일 수 있다.
화학식 2로 표시되는 제3 정공 수송층(HTL3)용 화합물은 하기 화합물군 2의 화합물들 중 어느 하나로 표시될 수 있다. 일 실시예의 발광 소자(OEL)에서 제3 정공 수송층(HTL3)은 하기 화합물군 2의 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
[화합물군 2]
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일 실시예의 발광 소자(OEL)의 정공 수송 영역(HTR)은 3개의 정공 수송층들(HTL1, HTL2, HTL3)을 포함하는 것일 수 있다. 일 실시예의 발광 소자(OEL)는 제1 전극(EL1)과 발광층(EML) 사이에서 제1 정공 수송층(HTL1)/제3 정공 수송층(HTL3)/제2 정공 수송층(HTL2) 순으로 적층된 정공 수송층들을 포함하여 우수한 발광 효율 특성을 나타낼 수 있다. 일 실시예에서, 제1 정공 수송층(HTL1) 및 제2 정공 수송층(HTL2)의 굴절률은 제3 정공 수송층(HTL3)의 굴절률 보다 작은 것이고, 굴절률의 차이는 0.1 보다 큰 것일 수 있다.
발광층(EML)은 정공 수송 영역(HTR) 상에 제공된다. 발광층(EML)은 예를 들어 약 100Å 내지 약 1000Å 또는, 약 100Å 내지 약 300Å의 두께를 갖는 것일 수 있다. 발광층(EML)은 단일 물질로 이루어진 단일층, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층 또는 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
발광층(EML)은 적색광, 녹색광, 청색광, 백색광, 황색광, 시안광 중 하나를 발광하는 것일 수 있다. 발광층(EML)은 형광 발광 물질 또는 인광 발광 물질을 포함할 수 있다. 또한 일 실시예에서 발광층(EML)은 양자점(Quantum dot)을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예의 발광 소자(OEL)에서 발광층(EML)은 안트라센 유도체, 피렌 유도체, 플루오란텐 유도체, 크리센 유도체, 디하이드로벤즈안트라센 유도체, 또는 트리페닐렌 유도체 등을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 발광층(EML)은 안트라센 유도체 또는 피렌 유도체 등을 포함하는 것일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 발광층(EML)은 공지의 발광 재료를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예의 발광 소자(OEL)에서, 전자 수송 영역(ETR)은 발광층(EML) 상에 제공된다. 전자 수송 영역(ETR)은, 정공 저지층, 전자 수송층 및 전자 주입층 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
전자 수송 영역(ETR)은 단일 물질로 이루어진 단일층, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층 또는 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 전자 수송 영역(ETR)은 전자 주입층 또는 전자 수송층의 단일층의 구조를 가질 수도 있고, 전자 주입 물질과 전자 수송 물질로 이루어진 단일층 구조를 가질 수도 있다. 또한, 전자 수송 영역(ETR)은, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층의 구조를 갖거나, 발광층(EML)으로부터 차례로 적층된 전자 수송층/전자 주입층, 정공 저지층/전자 수송층/전자 주입층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 전자 수송 영역(ETR)의 두께는 예를 들어, 약 1000Å 내지 약 1500Å인 것일 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)이 전자 주입층을 포함할 경우, 전자 수송 영역(ETR)은 LiF, NaCl, CsF, RbCl, RbI, CuI와 같은 할로겐화 금속, Yb와 같은 란타넘족 금속, Li2O, BaO 와 같은 금속 산화물, 또는 LiQ(Lithium quinolate) 등이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 전자 주입층은 또한 전자 수송 물질과 절연성의 유기 금속염(organo metal salt)이 혼합된 물질로 이루어질 수 있다. 유기 금속염은 에너지 밴드 갭(energy band gap)이 대략 4eV 이상의 물질이 될 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 유기 금속염은 금속 아세테이트(metal acetate), 금속 벤조에이트(metal benzoate), 금속 아세토아세테이트(metal acetoacetate), 금속 아세틸아세토네이트(metal acetylacetonate) 또는 금속 스테아레이트(stearate)를 포함할 수 있다. 전자 수송 영역(ETR)이 전자 수송층을 포함할 경우, 전자 수송 영역(ETR)은 안트라센계 화합물을 포함하는 것일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 전자 수송 영역(ETR)은 공지의 전자 수송 재료를 포함할 수 있다.
제2 전극(EL2)은 전자 수송 영역(ETR) 상에 제공된다. 제2 전극(EL2)은 공통 전극 또는 캐소드(cathode)일 수 있다. 제2 전극(EL2)은 투과형 전극, 또는 반투과형 전극일 수 있다. 제2 전극(EL2)이 투과형 전극인 경우, 제2 전극(EL2)은 투명 금속 산화물, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 이루어질 수 있다. 제2 전극(EL2)이 반투과형 전극인 경우, 제2 전극(EL2)은 Ag, Mg, Cu, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Mo, Ti 또는 이들을 포함하는 화합물이나 혼합물(예를 들어, Ag와 Mg의 혼합물)을 포함할 수 있다. 또는 상기 물질로 형성된 반사막이나 반투과막 및 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 형성된 투명 도전막을 포함하는 복수의 층 구조일 수 있다.
한편, 일 실시예의 발광 소자(OEL)의 제2 전극(EL2) 상에는 캡핑층(미도시)이 더 배치될 수 있다. 캡핑층(미도시)은 예를 들어, α-NPD, NPB, TPD, m-MTDATA, Alq3, CuPc, TPD15(N4,N4,N4',N4'-tetra (biphenyl-4-yl) biphenyl-4,4'-diamine), TCTA(4,4',4"- Tris (carbazol -9-yl) triphenylamine), N, N'-bis (naphthalen-1-yl) 등을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예의 표시 장치는 복수 개의 발광 소자들을 포함하고, 복수 개의 발광 소자들 중 적어도 하나의 발광 소자는 상술한 일 실시예에 따른 발광 소자의 구성을 갖는 것일 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 발광 소자의 일부를 나타낸 단면도이다. 도 6에 도시된 일 실시예에 따른 발광 소자는 도 5에 도시된 발광 소자의 일부와 비교하여 정공 수송 영역의 구성에 있어서만 차이가 있다.
도 6을 참조하면, 일 실시예에서 정공 수송 영역(HTR-a)은 제1 내지 제5 정공 수송층(HTL1 내지 HTL5)을 포함할 수 있다. 즉, 도 5에 도시된 일 실시예와 비교하여 일 실시예에 따른 발광 소자에서 정공 수송 영역(HTR-a)은 제4 정공 수송층(HTL4) 및 제5 정공 수송층(HTL5)을 더 포함하는 것일 수 있다.
제4 정공 수송층(HTL4)은 제1 정공 수송층(HTL1)과 제3 정공 수송층(HTL3) 사이에 배치되고, 제5 정공 수송층(HTL5)은 제2 정공 수송층(HTL2)과 제3 정공 수송층(HTL3) 사이에 배치되는 것일 수 있다.
제4 정공 수송층(HTL4)은 제1 정공 수송층(HTL1)에 포함된 화학식 1로 표시되는 아민 화합물 및 제3 정공 수송층(HTL3)에 포함된 화학식 2로 표시되는 화합물을 모두 포함할 수 있다. 제4 정공 수송층(HTL4)에서 제1 정공 수송층(HTL1)에 인접한 부분에서의 화학식 1로 표시되는 아민 화합물의 함량이 제3 정공 수송층(HTL3)에 인접한 부분에서의 화학식 1로 표시되는 아민 화합물의 함량 보다 클 수 있다. 또한, 제4 정공 수송층(HTL4)에서 제3 정공 수송층(HTL3)에 인접한 부분에서의 화학식 2로 표시되는 화합물의 함량이 제1 정공 수송층(HTL1)에 인접한 부분에서의 화학식 2로 표시되는 화합물의 함량 보다 클 수 있다. 즉, 제4 정공 수송층(HTL4)은 제1 정공 수송층(HTL1)을 형성하는 화합물과 제3 정공 수송층(HTL3)을 형성하는 화합물 모두를 포함하는 층으로 제4 정공 수송층(HTL4)에서 전체 제4 정공 수송층(HTL4) 함량 중 화학식 1로 표시되는 아민 화합물의 함량은 제1 정공 수송층(HTL1)에서 제3 정공 수송층(HTL3) 방향으로 갈수록 점차적으로 감소할 수 있다. 또한, 제4 정공 수송층(HTL4)에서 전체 제4 정공 수송층(HTL4) 함량 중 화학식 2로 표시되는 화합물의 함량은 제3 정공 수송층(HTL3)에서 제1 정공 수송층(HTL1) 방향으로 갈수록 점차적으로 감소할 수 있다.
한편, 제4 정공 수송층(HTL4)은 460nm에서 제1 정공 수송층(HTL1)의 제1 굴절률 및 제3 정공 수송층(HTL3)의 제3 굴절률 사이의 값을 가질 수 있다. 제4 정공 수송층(HTL4)의 굴절률은 제1 정공 수송층(HTL1)에서 제3 정공 수송층(HTL3) 방향으로 갈수록 점차적으로 커질 수 있다.
또한, 일 실시예에서 제5 정공 수송층(HTL5)은 제2 정공 수송층(HTL2)에 포함된 화학식 1로 표시되는 아민 화합물 및 제3 정공 수송층(HTL3)에 포함된 화학식 2로 표시되는 화합물을 모두 포함할 수 있다. 제5 정공 수송층(HTL5)에서 제2 정공 수송층(HTL2)에 인접한 부분에서의 화학식 1로 표시되는 아민 화합물의 함량이 제3 정공 수송층(HTL3)에 인접한 부분에서의 화학식 1로 표시되는 아민 화합물의 함량 보다 클 수 있다. 또한, 제5 정공 수송층(HTL5)에서 제3 정공 수송층(HTL3)에 인접한 부분에서의 화학식 2로 표시되는 화합물의 함량이 제2 정공 수송층(HTL2)에 인접한 부분에서의 화학식 2로 표시되는 화합물의 함량 보다 클 수 있다. 즉, 제5 정공 수송층(HTL5)은 제2 정공 수송층(HTL2)을 형성하는 화합물과 제3 정공 수송층(HTL3)을 형성하는 화합물 모두를 포함하는 층으로 제5 정공 수송층(HTL5)에서 전체 제5 정공 수송층(HTL5) 함량 중 화학식 1로 표시되는 아민 화합물의 함량은 제2 정공 수송층(HTL2)에서 제3 정공 수송층(HTL3) 방향으로 갈수록 점차적으로 감소할 수 있다. 또한, 제5 정공 수송층(HTL5)에서 전체 제5 정공 수송층(HTL5) 함량 중 화학식 2로 표시되는 화합물의 함량은 제3 정공 수송층(HTL3)에서 제2 정공 수송층(HTL2) 방향으로 갈수록 점차적으로 감소할 수 있다.
한편, 제5 정공 수송층(HTL5)은 460nm에서 제2 정공 수송층(HTL1)의 제2 굴절률 및 제3 정공 수송층(HTL3)의 제3 굴절률 사이의 값을 가질 수 있다. 제5 정공 수송층(HTL5)의 굴절률은 제2 정공 수송층(HTL2)에서 제3 정공 수송층(HTL3) 방향으로 갈수록 점차적으로 커질 수 있다.
제1 내지 제5 정공 수송층(HTL1 내지 HTL5)을 포함하는 일 실시예에서, 제1 내지 제5 정공 수송층(HTL1 내지 HTL5) 각각의 두께는 100Å 내지 1000Å일 수 있다. 제1 내지 제5 정공 수송층(HTL1 내지 HTL5)의 두께는 모두 동일하거나 적어도 하나가 나머지 정공 수송층의 두께와 상이할 수 있다. 제1 내지 제5 정공 수송층(HTL1 내지 HTL5)의 두께는 요구되는 발광 소자의 특성에 따라 다양하게 조합될 수 있다.다시 도 3을 참조하면, 일 실시예의 표시 장치(DD)는 화소 정의막(PDL)으로 구분되는 제1 내지 제3 발광 소자(OEL-1, OEL-2, OEL-3)를 포함하며, 제1 내지 제3 발광 소자(OEL-1, OEL-2, OEL-3)는 서로 다른 발광층(EML-B, EML-G, EML-R) 구성을 갖는 것으로 상이한 파장 영역의 광을 방출하는 것일 수 있다. 제1 내지 제3 발광 소자들(OEL-1, OEL-2, OEL-3) 중 하나의 발광 소자가 상술한 도 4 내지 도 6의 발광 소자의 구성을 가질 수 있다. 또한, 이와 달리, 제1 내지 제3 발광 소자들(OEL-1, OEL-2, OEL-3) 중 선택되는 두 개의 발광 소자들 또는 3개의 발광 소자들 모두가 상술한 도 4 내지 도 6의 발광 소자의 구성을 가질 수 있다.
일 실시예의 표시 장치(DD)에서 3 개의 발광 소자들(OEL-1, OEL-2, OEL-3) 모두가 상술한 도 4 및 도 5의 발광 소자의 구성을 갖는 경우, 정공 수송 영역(HTR)은 제1 내지 제3 발광 소자(OEL-1, OEL-2, OEL-3) 전체에 공통층으로 제공될 수 있다. 즉, 공통층으로 제공되는 정공 수송 영역(HTR)이 제1 내지 제3 정공 수송층(HTL1, HTL2, HTL3)을 포함하는 구조를 갖는 것일 수 있다.
한편, 일 실시예의 표시 장치에서 정공 수송 영역(HTR)은 도 3에 도시된 것과 달리 화소 정의막(PDL)에 정의된 개구부(OH) 내에 배치되며, 발광층(EML-B, EML-G, EML-R)에 대응하도록 구분되어 제공될 수 있다. 이 경우에도 각각의 발광 소자(OEL-1, OEL-2, OEL-3)에 포함된 정공 수송 영역(HTR)은 제1 내지 제3 정공 수송층(HTL1, HTL2, HTL3)을 포함하는 구조를 갖는 것일 수 있다. 정공 수송 영역(HTR)이 공통층이 아닌 발광 소자(OEL-1, OEL-2, OEL-3)에 대응하여 구분되어 제공될 경우 각각의 발광 소자(OEL-1, OEL-2, OEL-3)에 포함된 제1 내지 제3 정공 수송층(HTL1, HTL2, HTL3)의 두께비율은 발광 소자(OEL-1, OEL-2, OEL-3) 각각에서 방출되는 광의 파장 영역에 따라 다르게 조절될 수 있다.
도면에 도시된 것과 달리 일 실시예의 표시 장치(DD)에서 청색광을 방출하는 제1 발광 소자(OEL-1)가 제1 내지 제3 정공 수송층(HTL1, HTL2, HTL3)을 포함하는 발광 소자 구조를 갖는 것일 수 있다. 하지만 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3에 도시된 일 실시예의 표시 장치(DD)에서 정공 수송 영역(HTR)은 도 6에 도시된 정공 수송 영역(HTR-a)의 구조를 갖는 것일 수 있다. 제1 내지 제5 정공 수송층(HTL1 내지 HTL5)을 포함하는 정공 수송 영역(HTR-a)은 제1 내지 제3 발광 소자(OEL-1, OEL-2, OEL-3) 전체에 공통층으로 제공될 수 있다. 또한, 이와 달리 일 실시예의 표시 장치는 화소 정의막(PDL)에 정의된 개구부(OH) 내에 배치되며, 발광층(EML-B, EML-G, EML-R)에 대응하도록 구분되어 제공되는 정공 수송 영역(HTR-a)을 포함할 수 있다. 이 경우에 각각의 발광 소자(OEL-1, OEL-2, OEL-3)에 포함된 정공 수송 영역(HTR-a)은 제1 내지 제5 정공 수송층(HTL1-HTL5)을 포함하는 구조를 갖는 것일 수 있다.
도 7은 비교예 및 실시예의 발광 효율을 비교하여 나타낸 그래프이다. 실시예는 상술한 일 실시예의 발광 소자의 정공 수송 영역 구조를 갖는 발광 소자에 대한 평가 결과이고, 비교예 1 내지 비교예 4는 정공 수송 영역의 구성이 실시예와 다른 발광 소자들에 대한 평가 결과이다. 정공 수송 영역의 구성을 다르게 한 것을 제외하고는 발광 소자의 다른 기능층들의 구성은 비교예 및 실시예에서 동일하게 하였다. 비교예 및 실시예는 464nm 부근에서 중심 파장을 갖는 청색광을 방출하는 발광 소자들에 해당한다.
비교예 1 및 비교예 2는 각각 정공 수송 영역이 하나의 정공 수송층으로 구성된 경우에 해당한다. 비교예 1은 굴절률이 1.9인 하나의 정공 수송층만을 포함한 경우이고, 비교예 2는 굴절률이 1.4인 하나의 정공 수송층만을 포함한 경우에 해당한다.
비교예 3 및 비교예 4는 각각 정공 수송 영역이 두 층의 정공 수송층들로 구성된 경우에 해당한다. 비교예 3은 제1 전극에 인접한 정공 수송층의 굴절률이 1.4 이고, 발광층에 인접한 정공 수송층의 굴절률이 1.9인 경우에 해당한다. 비교예 4는 제1 전극에 인접한 정공 수송층의 굴절률이 1.9이고, 발광층에 인접한 정공 수송층의 굴절률이 1.4인 경우에 해당한다. 즉, 비교예 3과 비교예 4는 저굴절의 정공 수송층과 고굴절의 정공 수송층의 적층 순서가 다른 경우에 해당한다.
실시예는 상술한 발광 소자의 정공 수송 영역의 구조를 갖는 것으로, 세 개의 층의 정공 수송층들을 포함하고, 제1 전극에 인접한 제1 정공 수송층 및 발광층에 인접한 제2 정공 수송층의 굴절률은 각각 1.4 이고, 제1 정공 수송층과 제2 정공 수송층 사이에 배치된 제3 정공 수송층의 굴절률은 1.9인 경우에 해당한다.
도 7에서 가로축은 색좌표 값으로 발광 소자에서 방출되는 광의 색좌표의 "y" 값에 해당한다. 도 7에서 가로축에 나타낸 값은 CIE 색좌표에서의 y 값에 해당한다. 도 7의 그래프는 방출되는 광의 색좌표에 따른 발광 효율을 나타낸 것이다. 도 7의 결과를 참조하면, 색좌표 값이 0.04 내지 0.1 인 범위 내에서 실시예의 발광 소자가 비교예들에 비하여 높은 발광 효율을 나타내는 것을 알 수 있다. 실시예의 경우 비교예 1과 비교하여 약 34%의 발광 효율 개선 효과를 나타내었다.
이하에서는, 실시예 및 비교예를 참조하면서, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 소자에 대해서 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 예시이며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
1. 아민 화합물의 합성
먼저, 본 실시 형태에 따른 아민 화합물의 합성 방법에 대해서, 화합물군 1의 화합물 7, 화합물 11, 화합물 22, 화합물 38, 화합물 51, 화합물 57, 화합물 72, 화합물 83, 화합물 89, 및 화합물 95의 합성 방법을 예시하여 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 아민 화합물의 합성법은 일 실시예로서, 본 발명의 실시형태에 따른 아민 화합물의 합성법이 하기의 실시예에 한정되지 않는다.
<화합물 7의 합성>
일 실시예에 따른 아민 화합물 7은 예를 들어 하기 반응식 1의 단계에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 1]
Figure 112020136839354-pat00029
(중간체 화합물 7-1의 합성)
1-bromoadamantane 2.15g (10mml) 과 페놀 7.5g (80mmol)을 플라스크에 첨가 후 120℃ 에서 12시간 동안 교반하였다. 이후 반응 용액을 상온으로 냉각시킨 후, 뜨거운 물 200 ml에 반응물을 첨가하여 침전시킨 후 여과하였다. 여과 후, 뜨거운 물 200ml 로 3회 세척 하여 중간체 화합물 7-1 1.82g (수율 80%)을 얻었다. 생성된 화합물은 LC-MS를 통해 확인하였다. (C16H20O: M+228.1)
(중간체 화합물 7-2의 합성)
중간체 화합물 7-1 2.28g (10 mmol), 트리에틸아민 4.18ml (30 mmol) 를 디클로로메탄(DCM) 30ml에 녹인 플라스크에 Trifluoromethanesulfonic anhydride 3.36ml (20mmol)을 DCM 20ml에 녹인 반응물을 0℃에서 천천히 첨가하고 상온에서 5시간 동안 교반하였다. 이후 반응 용액에 물 40ml를 추가하고 에틸에테르 50ml 로 3번 추출하였다. 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조시키고 용매를 증발하여 얻어진 잔류물을 실리카겔크로마토그래피로 분리 정제하여 중간체 화합물 7-2 2.88g (수율 80 %)을 얻었다. 생성된 화합물은 LC-MS를 통해 확인하였다. (C17H19F3O3S: M+360.1)
(중간체 화합물 7-3의 합성)
중간체 화합물 7-2 3.60g (10 mmol), 4-cyclohexylaniline 2.63g (15 mmol), Pd2dba3 (Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0)) 0.46g (0.5 mmol), 및 sodium tert-butoxide 2.88g (30 mmol) 을 톨루엔 60ml 에 녹인 후, 80℃에서 3시간 동안 교반하였다. 이후 반응 용액을 상온으로 식힌 후 물 40ml를 가하고 에틸에테르 50ml로 3번 추출하였다. 모아진 유기층을 MgSO4로 건조시키고 용매를 증발하여 얻어진 잔류물을 실리카겔크로마토그래피로 분리 정제하여 중간체 화합물 7-3 2.70g (수율 70 %)을 얻었다. 생성된 화합물은 LC-MS를 통해 확인하였다. (C28H35N: M+385.2)
(화합물 7의 합성)
중간체 화합물 7-3 3.85g (10 mmol), 5'-bromo-1,1':3',1''-terphenyl 3.09g (10 mmol), Pd2dba3 (Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0)) 0.46g (0.5 mmol), 및 sodium tert-butoxide 2.88g (30 mmol)을 톨루엔 60ml 에 녹인 후, 80℃에서 3시간 동안 교반하였다. 상기 반응 용액을 상온으로 식힌 후 물 40ml 를 추가하고 에틸에테르 50ml로 3번 추출하였다. 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조시키고 용매를 증발하여 얻어진 잔류물을 실리카겔크로마토그래피로 분리 정제하여 화합물 7 4.30g (수율 70 %)을 얻었다. 생성된 화합물은 MS/FAB와 1H NMR을 통해 확인하였다. (C46H47N: M+cal.:613.37, found:613.27)
<화합물 11의 합성>
일 실시예에 따른 아민 화합물 11은 화합물 7의 합성 방법에서 5'-bromo-1,1':3',1''-terphenyl 대신하여 2-bromo-9,9-dimethyl-9H-fluorene을 사용한 것을 제외하고는 화합물 11의 합성 방법과 동일한 방법으로 합성되었다. 생성된 화합물은 MS/FAB와 1H NMR을 통해 확인하였다. C43H47N: M+cal.: 577.37, found: 577.27
<화합물 22의 합성>
일 실시예에 따른 아민 화합물 22는 예를 들어 하기 반응식 2의 단계에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 2]
Figure 112020136839354-pat00030
일 실시예에 따른 아민 화합물 22는 화합물 7의 합성 방법에서 5'-bromo-1,1':3',1''-terphenyl 대신하여 1-bromodibenzo[b,d]furan을 사용한 것을 제외하고는 화합물 7의 합성 방법과 동일한 방법으로 합성되었다. 생성된 화합물은 MS/FAB와 1H NMR을 통해 확인하였다. (C40H41NO: M+cal.: 551.32, found: 551.22)
<화합물 38의 합성>
일 실시예에 따른 아민 화합물 38은 예를 들어 하기 반응식 3의 단계에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 3]
Figure 112020136839354-pat00031
(중간체 화합물 38-1의 합성)
1-bromoadamantane 2.15g (10mml) 과 N-(3-bromophenyl)acetamide 10.70g (50mmol) 플라스크에 첨가 후 170℃ 에서 18시간 동안 교반하였다. 반응 용액을 상온으로 냉각시킨 후, HCl (10ml, 6N)을 첨가 하여 100℃에서 교반하였다. 4시간 후 상온으로 냉각시키고 NaHCO3로 중화하였다. 상기 반응 용액을 에틸에테르 50ml 로 3번 추출하였다. 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조시켜 용매를 증발시킨 후, THF (20mL)에 녹이고 Isoamylnitrite (1.34mL, 10mmol)을 천천히 첨가하였다. 이후 60℃에서 3시간 동안 교반 후 상온으로 냉각시키고, 용매를 증발하여 얻어진 잔류물을 실리카겔크로마토그래피로 분리 정제하여 중간체 화합물 38-1 0.87g (수율 30 %)을 얻었다. 생성된 화합물은 LC-MS를 통해 확인하였다. [C16H19Br: M+290.0]
(중간체 화합물 38-2의 합성)
중간체 화합물 38-1 2.90g (10 mmol), 4-cyclohexylaniline 2.63g (15 mmol), Pd2dba3 (Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0)) 0.46g (0.5 mmol), 및 sodium tert-butoxide 2.88g (30 mmol) 을 톨루엔 60ml 에 녹인 후, 80℃에서 3시간 동안 교반하였다. 상기 반응 용액을 상온으로 식힌 후 물 40ml 를 추가하고 에틸에테르 50ml로 3번 추출하였다. 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조시켜 용매를 증발시킨 후, 얻어진 잔류물을 실리카겔크로마토그래피로 분리 정제하여 중간체 화합물 38-2 2.70g (수율 70 %)을 얻었다. 생성된 화합물은 LC-MS를 통해 확인하였다. [C28H35N: M+385.2]
(화합물 38의 합성)
중간체 화합물 38-2 3.85g (10 mmol), 2-bromo-9,9-dimethyl-9H-fluorene 2.37g (10 mmol), Pd2dba3 (Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0)) 0.46g (0.5 mmol), 및 sodium tert-butoxide 2.88g (30 mmol) 을 톨루엔 60ml 에 녹인 후, 80℃에서 3시간 동안 교반하였다. 상기 반응 용액을 상온으로 식힌 후 물 40ml를 가하고 에틸에테르 50ml로 3번 추출하였다. 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조시켜 용매를 증발시킨 후, 얻어진 잔류물을 실리카겔크로마토그래피로 분리 정제하여 화합물 38 4.05g (수율 70 %)을 얻었다. 생성된 화합물은 MS/FAB와 1H NMR을 통해 확인하였다. [C43H47N: M+cal.:577.37, found:577.27]
<화합물 51의 합성>
일 실시예에 따른 아민 화합물 51은 예를 들어 하기 반응식 4의 단계에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 4]
Figure 112020136839354-pat00032
중간체 화합물 7-2 7.20g (20 mmol), 2-amino-9,9-dimethyl-9H-fluorene 2.09g (10 mmol), Pd2dba3 (Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0)) 0.46g (0.5 mmol), 및 sodium tert-butoxide 2.88g (30 mmol)을 톨루엔 60ml에 녹인 후, 80℃에서 3시간 동안 교반하였다. 이후 반응 용액을 상온으로 식힌 후 물 40ml를 추가하고 에틸에테르 50ml로 3번 추출하였다. 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조하고 용매를 증발하여 얻어진 잔류물을 실리카겔크로마토그래피로 분리 정제하여 화합물 51 4.36g (수율 70 %)을 얻었다. 생성된 화합물은 MS/FAB와 1H NMR을 통해 확인하였다. [C47H51N: M+cal.:629.40, found:629.30]
<화합물 57의 합성>
일 실시예에 따른 아민 화합물 57은 예를 들어 하기 반응식 5의 단계에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 5]
Figure 112020136839354-pat00033
화합물 51의 합성 방법에서 2-amino-9,9-dimethyl-9H-fluorene 대신 9-phenyl-9H-carbazol-2-amine을 사용한 것을 제외하고는 화합물 51의 합성 방법과 동일한 방법으로 화합물 57을 합성하였다. 생성된 화합물은 MS/FAB와 1H NMR을 통해 확인하였다. [C50H50N2: M+cal.: 678.40, found: 678.40]
<화합물 72의 합성>
일 실시예에 따른 아민 화합물 72는 예를 들어 하기 반응식 6의 단계에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 6]
Figure 112020136839354-pat00034
(중간체 화합물 72-1의 합성)
중간체 화합물 7-2 3.60g (10 mmol), 2-amino-9,9-dimethyl-9H-fluorene 3.14g (15 mmol), Pd2dba3 (Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0)) 0.46g (0.5 mmol), 및 sodium tert-butoxide 2.88g (30 mmol)을 톨루엔 60ml 에 녹인 후, 80℃에서 3시간 동안 교반하였다. 상기 반응 용액을 상온으로 식힌 후 물 40ml 를 가하고 에틸에테르 50ml로 3번 추출하였다. 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조시키고 용매를 증발시켜 얻어진 잔류물을 실리카겔크로마토그래피로 분리 정제하여 중간체 화합물 72-1 2.94g (수율 70 %)을 얻었다. 생성된 화합물은 LC-MS를 통해 확인하였다. [C31H33N: M+419.2]
(화합물 72의 합성)
중간체 화합물 72-1 4.20g (10 mmol), 중간체 화합물 38-1 2.91g (10 mmol), Pd2dba3 (Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0)) 0.46g (0.5 mmol), 및 sodium tert-butoxide 2.88g (30 mmol)을 톨루엔 60ml 에 녹인 후, 80℃에서 3시간 동안 교반하였다. 상기 반응 용액을 상온으로 식힌 후 물 40ml 를 가하고 에틸에테르 50ml로 3번 추출하였다. 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조시키고 용매를 증발시켜 얻어진 잔류물을 실리카겔크로마토그래피로 분리 정제하여 화합물 72 4.41g (수율 70 %)을 얻었다. 생성된 화합물은 MS/FAB와 1H NMR을 통해 확인하였다. [C47H51N: M+cal.:629.40, found:629.30]
<화합물 83의 합성>
일 실시예에 따른 아민 화합물 83은 예를 들어 하기 반응식 7의 단계에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 7]
Figure 112020136839354-pat00035
1-bromo-4-cyclohexylbenzene 4.78g (20 mmol), 2-amino-9,9-dimethyl-9H-fluorene 2.09g (10 mmol), Pd2dba3 (Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0)) 0.46g (0.5 mmol), 및 sodium tert-butoxide 2.88g (30 mmol)을 톨루엔 60ml에 녹인 후, 80℃에서 3시간 동안 교반하였다. 상기 반응 용액을 상온으로 식힌 후 물 40ml를 가하고 에틸에테르 50ml 로 3번 추출하였다. 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조하고 용매를 증발하여 얻어진 잔류물을 실리카겔크로마토그래피로 분리 정제하여 화합물 83 3.68g (수율 70 %)을 얻었다. 생성된 화합물은 MS/FAB와 1H NMR을 통해 확인하였다. [C39H43N: M+cal.:525.34, found:525.24]
<화합물 89의 합성>
일 실시예에 따른 아민 화합물 89는 예를 들어 하기 반응식 8의 단계에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 8]
Figure 112020136839354-pat00036
2-amino-9,9-dimethyl-9H-fluorene을 대신하여 9-phenyl-9H-carbazol-2-amine 을 사용한 것을 제외하고는 화합물 83의 합성 방법과 동일한 방법으로 화합물 89를 합성하였다. 생성된 화합물은 MS/FAB와 1H NMR을 통해 확인하였다. [C42H42N2: M+cal.: 574.33, found: 574.23]
<화합물 95의 합성>
일 실시예에 따른 아민 화합물 95는 예를 들어 하기 반응식 9의 단계에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 9]
Figure 112020136839354-pat00037
2-amino-9,9-dimethyl-9H-fluorene 대신하여 dibenzo[b,d]thiophen-4-amine을 사용한 것을 제외하고는 화합물 83의 합성 방법과 동일한 방법으로 화합물 95를 합성하였다. 생성된 화합물은 MS/FAB와 1H NMR을 통해 확인하였다. [C36H37NS: M+cal.: 515.26, found: 515.16]
<합성된 화합물의 NMR 결과>
아래 표 1에서는 상술한 화합물의 합성 방법으로 합성된 화합물에 대한 1H NMR 결과를 나타내었다.
화합물 1H NMR (CDCl3 , 400 MHz)
화합물 7 7.75(d, 4H), 7.60(s, 1H), 7.49-7.37(m, 8H), 7.18(d, 2H), 7.10-7.06(m, 6H), 2.72(m, 1H), 2.05(d, 3H), 1.87-1.43(m, 22H)
화합물 11 7.90(d, 1H), 7.86(d, 1H), 7.55(d, 1H), 7.38-7.28 (m, 3H), 7.18-7.06(m, 9H), 2.72(m, 1H), 2.05(d, 3H), 1.87-1.43(m, 28H)
화합물 22 7.98(d, 1H), 7.54(d, 1H), 7.9-7.18(m, 6H), 7.10-7.06(m, 6H), 6.91(d 1H), 2.72(m, 1H), 2.05(d, 3H), 1.87-1.43(m, 22H)
화합물 38 7.90(d, 1H), 7.86(d, 1H), 7.55(d, 1H), 7.40-7.06(m, 12H), 2.72(m, 1H), 2.05(d, 3H), 1.87-1.43(m, 28H)
화합물 51 7.90(d, 1H), 7.86(d, 1H), 7.55(d, 1H), 7.38-7.28 (m, 3H), 7.16 (d, 1H), 7.10(s, 8H), 2.05(d, 6H), 1.87-1.69(m, 30H)
화합물 57 8.55(d, 1H), 8.24(d, 1H), 7.94(d, 1H), 7.62-7.50(m, 5H), 7.35-7.25(m, 3H), 7.16-7.10(m, 9H), 2.05(d, 6H), 1.87-1.72(m, 24H)
화합물 72 7.90(d, 1H), 7.86(d, 1H), 7.55(d, 1H), 7.38-28(m, 3H), 7.40-7.09 (m, 9H), 2.05(d, 6H), 1.87-1.69(m, 30H)
화합물 83 7.90(d, 1H), 7.86(d, 1H), 7.55(d, 1H), 7.38-7.28 (m, 3H), 7.18-7.16(m, 5H), 7.06(d, 4H), 2.72(m, 2H), 1.86-1.43(m, 26H)
화합물 89 8.55(d, 1H), 8.24(d, 1H), 7.94(d, 1H), 7.62-7.50(m, 5H), 7.35-7.25(m, 3H), 7.18-7.16(m, 5H), 7.06(d, 4H), 2.72(m, 2H), 1.86-1.43(m, 20H)
화합물 95 8.45(d, 1H), 8.11(d, 1H), 7.93(d, 1H), 7.56-7.41(m, 4H), 7.18(d, 4H), 7.06(d, 4H), 2.72(m, 2H), 1.86-1.43(m, 20H)
2. 발광 소자의 제작 및 평가
(발광 소자의 제작)
유리 기판 상에 두께 ITO/Ag/ITO의 적층 구조를 갖는 제1 전극을 형성하였다. 이후 화학식 1로 표시되는 실시예의 아민 화합물을 제1 정공 수송층으로 형성하고, 다음으로 화학식 2로 표시되는 화합물로 제3 정공 수송층을 형성하고, 이후 화학식 1로 표시되는 실시예의 아민 화합물을 제2 정공 수송층으로 형성하여 정공 수송 영역을 형성하였다. 제1 정공 수송층은 300Å, 제2 정공 수송층은 300Å, 제3 정공 수송층은 800Å의 두께로 형성하였다.
이후, ADN(9,10-di(naphthalene-2-yl)anthracene)에 TBP(2, 5, 8, 11-Tetra-t-butylperylene)를 3% 도프한 250 Å 두께의 발광층을 형성하였다. 다음으로, Alq3을 250 Å 두께로 증착하여 전자 수송층을 형성하고, LiF를 10 Å 두께로 증착하여 전자 주입층을 형성하였다.
다음으로, AgMg를 1000Å의 두께로 제공하여 제2 전극을 형성하였다. 제2 전극 상에 아래의 P4 화합물을 포함하는 캡핑층을 600 Å의 두께로 형성하였다.
Figure 112020136839354-pat00038
실시예에서, 제1 전극, 정공 수송 영역, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 및 제2 전극은 진공 증착 장치를 이용하여 형성하였다.(발광 소자의 특성 평가)
표 2에서는 제1 내지 제3 정공 수송층을 포함한 실시예에 대하여, 제1 및 제3 정공 수송층의 굴절률 값의 변화에 따른 발광 소자의 평가 결과를 비교예와 비교하여 나타내었다. 표 2에서는 제작된 발광 소자의 발광 효율, 구동 전압, 및 소자 수명을 비교예와 상대적으로 비교하여 나타내었다. 표 2에 나타낸 실시예들에 대한 특성 평가 결과에서 발광 효율은 비교예의 발광 효율을 100%로 할 때의 발광 효율의 상대적인 값을 나타낸 것이다. 또한, 구동 전압은 비교예의 구동 전압 값(Ref.)에 대한 상대적인 값을 나타낸 것이다. 한편, 소자 수명은 휘도가 최초의 97% 수준으로 감소될 때까지의 시간은 비교예를 기준으로 상대적으로 나타낸 것이다.
실시예 1 내지 실시예 5는 제1 정공 수송층/제3 정공 수송층/제2 정공 수송층의 적층 구조를 갖는 정공 수송 영역을 포함하는 것이고, 비교예는 정공 수송 영역에 제3 정공 수송층만을 포함하는 경우에 해당한다. 비교예 및 실시예들의 소자 구성에서 정공 수송 영역을 제외한 다른 구성들은 동일하게 하였다.
비교예 및 실시예들에서 사용된 제3 정공 수송층의 굴절률은 1.95이다. 아래 표 2에서 나타낸 굴절률 값은 실시예들에서 제1 및 제2 정공 수송층의 굴절률 값에 해당한다. 실시예 1 내지 실시예 5에서는 제1 및 제2 정공 수송층의 굴절률을 동일하게 하였다.
구분 굴절률 발광 효율비(%) 구동 전압 차이 (V) 수명 비율(%)
비교예 - 100 Ref. 100
실시예 1 1.70 116 -0.1 267
실시예 2 1.75 117 +0.3 58
실시예 3 1.76 119 +0.3 28
실시예 4 1.77 117 +0.2 159
실시예 5 1.73 119 0 100
표 2의 결과를 참조하면, 굴절률이 서로 다른 복수 개의 정공 수송층을 포함하는 실시예들의 경우 비교예와 비교하여 발광 효율 또는 소자 수명에 있어서 개선된 소자 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 발광 소자의 발광 효율 특성은 복수 개의 정공 수송층을 포함하는 실시예들에 있어서 하나의 고굴절 정공 수송층을 포함하는 비교예와 비교하여 16~19%의 개선된 효과를 나타내었다.
일 실시예의 발광 소자는 저굴절 정공수송층/고굴절 정공수송층/저굴절 정공수송층의 적층 구조를 갖는 정공 수송 영역을 포함하여, 높은 광 추출 효과를 나타내며 이에 따라 우수한 발광 효율 특성을 나타낼 수 있다. 또한, 일 실시예의 표시 장치는 굴절률이 다른 정공 수송층들이 적층된 정공 수송 영역을 갖는 발광 소자를 포함하여 높은 휘도 특성을 나타낼 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
DD : 표시 장치
OEL, OEL-1, OEL-2, OEL-3 : 발광 소자
HTR : 정공 수송 영역
HTL1: 제1 정공 수송층
HTL2: 제2 정공 수송층
HTL3: 제3 정공 수송층

Claims (30)

  1. 제1 전극;
    상기 제1 전극 상측에 배치된 정공 수송 영역;
    상기 정공 수송 영역 상측에 배치된 발광층;
    상기 발광층 상측에 배치된 전자 수송 영역; 및
    상기 전자 수송 영역 상측에 배치된 제2 전극; 을 포함하고,
    상기 정공 수송 영역은
    상기 제1 전극과 인접하여 배치되고, 제1 굴절률을 갖는 제1 정공 수송층;
    상기 발광층에 인접하여 배치되고, 제2 굴절률을 갖는 제2 정공 수송층; 및
    상기 제1 정공 수송층 및 상기 제2 정공 수송층 사이에 배치되고, 상기 제1 굴절률 및 상기 제2 굴절률 각각보다 큰 제3 굴절률을 갖는 제3 정공 수송층; 을 포함하고,
    상기 제1 정공 수송층 및 상기 제2 정공 수송층은 각각 독립적으로 하기 화학식 1로 표시되는 아민 화합물을 포함하는 발광 소자:
    [화학식 1]
    Figure 112022095374916-pat00093

    상기 화학식 1에서,
    Ara 내지 Arc는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 3 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고,
    Ra 내지 Rc 중 적어도 두 개는 각각 독립적으로 아다만틸기 또는 시클로헥실기이고,
    나머지는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 아민기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기이고,
    상기 헤테로아릴기는 헤테로 원자로 B, O, N, P, Si 및 S 중 1개 이상을 포함한다.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제3 굴절률과 상기 제1 굴절률의 차이, 및 상기 제3 굴절률과 상기 제2 굴절률의 차이는 각각 0.1 보다 큰 발광 소자.
  3. 제 2항에 있어서,
    460nm에서 상기 제1 굴절률 및 상기 제2 굴절률은 각각 1.30 이상 1.80 이하이고,
    460nm에서 상기 제3 굴절률은 1.85 이상 2.40 이하인 발광 소자.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 굴절률 및 상기 제2 굴절률은 동일한 발광 소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 정공 수송층은 상기 발광층 하측에 직접 배치된 발광 소자.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 발광층의 굴절률은 상기 제2 정공 수송층의 상기 제1 굴절률 보다 크고, 460nm에서 상기 발광층의 굴절률과 상기 제2 굴절률의 차이는 0.1 보다 큰 발광 소자.
  7. 제 6항에 있어서,
    460nm에서 상기 발광층의 굴절률은 1.80 이상 2.40 이하인 발광 소자.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 정공 수송층은 상기 제1 전극 상측에 직접 배치된 발광 소자.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제1 전극의 굴절률은 상기 제1 정공 수송층의 상기 제1 굴절률 보다 크고, 460nm에서 상기 제1 전극의 굴절률과 상기 제1 굴절률의 차이는 0.1 보다 큰 발광 소자.
  10. 제 9항에 있어서,
    460nm에서 상기 제1 전극의 굴절률은 1.80 이상 2.40 이하인 발광 소자.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 정공 수송층, 상기 제2 정공 수송층 및 상기 제3 정공 수송층의 두께비는 0.1:0.8:0.1 내지 0.45:0.1:0.45 인 발광 소자.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 전극은 반사형 전극이고, 상기 제2 전극은 투과형 전극 또는 반투과형 전극인 발광 소자.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 발광층은 중심 파장이 430nm 이상 470nm 이하인 광을 방출하는 발광 소자.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제1 정공 수송층, 상기 제2 정공 수송층, 및 상기 제3 정공 수송층 각각의 두께는 100Å 내지 1000 Å 인 발광 소자.
  15. 삭제
  16. 제 1항에 있어서,
    Ara 내지 Arc는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 비페닐기, 치환 또는 비치환된 터페닐기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기, 치환 또는 비치환된 카바졸기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨라닐기, 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오페닐기인 발광 소자.
  17. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 정공 수송층 및 상기 제2 정공 수송층은 각각 독립적으로 하기 화합물군 1의 아민 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자:
    [화합물군 1]
    Figure 112020136839354-pat00040
    Figure 112020136839354-pat00041
    Figure 112020136839354-pat00042
    Figure 112020136839354-pat00043
    Figure 112020136839354-pat00044
    Figure 112020136839354-pat00045
    Figure 112020136839354-pat00046
    Figure 112020136839354-pat00047
    Figure 112020136839354-pat00048
    Figure 112020136839354-pat00049
    Figure 112020136839354-pat00050

    .
  18. 제 1항에 있어서,
    상기 제3 정공 수송층은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 발광 소자:
    [화학식 2]
    Figure 112022095374916-pat00073

    상기 화학식 2에서,
    Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 30 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    Ar3은 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이며,
    a 및 b는 각각 독립적으로 0 또는 1이고,
    L1 및 L2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 3 이상 10 이하의 시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 10 이하의 헤테로시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 3 이상 10 이하의 시클로알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴렌기이며,
    p 및 s는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고,
    q 및 r은 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수이고,
    R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 하이드록시기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 60 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 3 이상 60 이하의 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴기이고,
    상기 헤테로아릴기, 상기 헤테로시클로알킬렌기, 상기 헤테로아릴렌기, 및 상기 헤테로시클로알킬기 각각은 헤테로 원자로 B, O, N, P, Si 및 S 중 1개 이상을 포함한다.
  19. 제 1항에 있어서,
    상기 제3 정공 수송층은 하기 화합물군 2의 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자:
    [화합물군 2]
    Figure 112020136839354-pat00052
    Figure 112020136839354-pat00053
    Figure 112020136839354-pat00054
    Figure 112020136839354-pat00055
    Figure 112020136839354-pat00056
    Figure 112020136839354-pat00057
    Figure 112020136839354-pat00058
    Figure 112020136839354-pat00059
    Figure 112020136839354-pat00060

    .
  20. 제 1항에 있어서,
    상기 정공 수송 영역은
    상기 제1 정공 수송층 및 상기 제3 정공 수송층 사이에 배치되고, 상기 제1 굴절률 보다 크고 상기 제3 굴절률 보다 작은 굴절률 값을 갖는 제4 정공 수송층; 및
    상기 제2 정공 수송층 및 상기 제3 정공 수송층 사이에 배치되고, 상기 제2 굴절률 보다 크고 상기 제3 굴절률 보다 작은 굴절률 값을 갖는 제5 정공 수송층; 을 더 포함하는 발광 소자.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 제3 정공 수송층은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하며,
    상기 제4 정공 수송층 및 상기 제5 정공 수송층은 각각 상기 화학식 1로 표시되는 아민 화합물 및 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 발광 소자:
    [화학식 2]
    Figure 112022095374916-pat00074

    상기 화학식 2에서,
    Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 30 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    Ar3은 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이며,
    a 및 b는 각각 독립적으로 0 또는 1이고,
    L1 및 L2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 3 이상 10 이하의 시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 10 이하의 헤테로시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 3 이상 10 이하의 시클로알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴렌기이며,
    p 및 s는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고,
    q 및 r은 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수이고,
    R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 하이드록시기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 60 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 3 이상 60 이하의 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴기이고,
    상기 헤테로아릴기, 상기 헤테로시클로알킬렌기, 상기 헤테로아릴렌기, 및 상기 헤테로시클로알킬기 각각은 헤테로 원자로 B, O, N, P, Si 및 S 중 1개 이상을 포함한다.
  22. 제 20항에 있어서,
    상기 제1 내지 제5 정공 수송층 각각의 두께는 100Å 내지 1000Å인 발광 소자.
  23. 복수 개의 발광 소자들을 포함하고,
    상기 발광 소자들 각각은
    제1 전극;
    상기 제1 전극 상측에 배치된 정공 수송 영역;
    상기 정공 수송 영역 상측에 배치된 발광층;
    상기 발광층 상측에 배치된 전자 수송 영역; 및
    상기 전자 수송 영역 상측에 배치된 제2 전극; 을 포함하고,
    상기 복수 개의 발광 소자들 중 적어도 하나의 발광 소자의 상기 정공 수송 영역은
    상기 제1 전극과 인접하여 배치되고, 제1 굴절률을 갖는 제1 정공 수송층;
    상기 발광층에 인접하여 배치되고, 제2 굴절률을 갖는 제2 정공 수송층; 및
    상기 제1 정공 수송층 및 상기 제2 정공 수송층 사이에 배치되고, 상기 제1 굴절률 및 상기 제2 굴절률 각각보다 큰 제3 굴절률을 갖는 제3 정공 수송층; 을 포함하고,
    상기 제1 정공 수송층 및 상기 제2 정공 수송층은 각각 독립적으로 하기 화학식 1로 표시되는 아민 화합물을 포함하는 표시 장치:
    [화학식 1]
    Figure 112022095374916-pat00094

    상기 화학식 1에서,
    Ara 내지 Arc는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 3 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고,
    Ra 내지 Rc 중 적어도 두 개는 각각 독립적으로 아다만틸기 또는 시클로헥실기이고,
    나머지는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 아민기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기이고,
    상기 헤테로아릴기는 헤테로 원자로 B, O, N, P, Si 및 S 중 1개 이상을 포함한다.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 제3 굴절률과 상기 제1 굴절률의 차이, 및 상기 제3 굴절률과 상기 제2 굴절률의 차이는 각각 0.1 보다 큰 표시 장치.
  25. 제 23항에 있어서,
    상기 제1 전극은 반사형 전극이고, 상기 제2 전극은 투과형 전극 또는 반투과형 전극인 표시 장치.
  26. 제 23항에 있어서,
    상기 제3 정공 수송층은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 표시 장치:
    [화학식 2]
    Figure 112022095374916-pat00075

    상기 화학식 2에서,
    Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 30 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    Ar3은 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이며,
    a 및 b는 각각 독립적으로 0 또는 1이고,
    L1 및 L2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 3 이상 10 이하의 시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 10 이하의 헤테로시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 3 이상 10 이하의 시클로알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴렌기이며,
    p 및 s는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고,
    q 및 r은 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수이고,
    R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 하이드록시기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 60 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 3 이상 60 이하의 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴기이고,
    상기 헤테로아릴기, 상기 헤테로시클로알킬렌기, 상기 헤테로아릴렌기, 및 상기 헤테로시클로알킬기 각각은 헤테로 원자로 B, O, N, P, Si 및 S 중 1개 이상을 포함한다.
  27. 하기 화학식 1로 표시되는 아민 화합물:
    [화학식 1]
    Figure 112022095374916-pat00076

    상기 화학식 1에서,
    Ara 내지 Arc는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 3 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고,
    Ra 내지 Rc 중 적어도 두 개는 각각 독립적으로 아다만틸기 또는 시클로헥실기이고,
    나머지는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 아민기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기이고,
    상기 헤테로아릴기는 헤테로 원자로 B, O, N, P, Si 및 S 중 1개 이상을 포함한다.
  28. 제 27항에 있어서,
    Ara 내지 Arc는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 비페닐기, 치환 또는 비치환된 터페닐기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기, 치환 또는 비치환된 카바졸기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨라닐기, 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오페닐기인 아민 화합물.
  29. 제 27항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 1A 내지 1C 중 어느 하나로 표시되는 아민 화합물:
    [화학식 1A]
    Figure 112021141986859-pat00077

    [화학식 1B]
    Figure 112021141986859-pat00078

    [화학식 1C]
    Figure 112021141986859-pat00079

    상기 화학식 1A에서, RC1은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 아민기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기이고,
    상기 화학식 1B 및 화학식 1C에서, RC2 및 RC3은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기. 아다만틸기, 또는 시클로헥실기이고,
    상기 화학식 1A 내지 화학식 1C에서, Ara 내지 Arc는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  30. 제 27항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화합물군 1의 화합물들 중 어느 하나로 표시되는 아민 화합물:
    [화합물군 1]
    Figure 112021141986859-pat00080
    Figure 112021141986859-pat00081
    Figure 112021141986859-pat00082
    Figure 112021141986859-pat00083
    Figure 112021141986859-pat00084
    Figure 112021141986859-pat00085
    Figure 112021141986859-pat00086
    Figure 112021141986859-pat00087
    Figure 112021141986859-pat00088
    Figure 112021141986859-pat00089
    Figure 112021141986859-pat00090

    .
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