KR102632079B1 - 유기전계발광소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 구동전압, 효율 및 수명 개선을 위하여 전자의 주입과 이동특성이 개선될 뿐만 아니라, 장시간 소자구동에도 열적/전기적 안정성이 우수한 혼합 n형 전하생성층을 적용한 유기전계발광소자를 제공하는 것이다.
Description
본 발명은 유기전계발광소자에 관한 것이다.
표시장치가 대형화됨에 따라 최근 표시장치의 대형화에 따라 공간 점유가 적은 평면표시소자에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 평면표시소자 중 하나로서 유기전계발광소자(organic light emitting diode, OLED)를 포함하는 유기 발광 표시장치의 기술이 빠른 속도로 발전하고 있다.
유기발광다이오드는 양극과 음극 사이에 형성된 발광층에 전하를 주입하면 전자와 정공이 쌍을 이루어 여기자(엑시톤)을 형성한 후, 여기자의 에너지를 빛으로 방출하는 소자이다. 유기발광다이오드는 기존의 디스플레이 기술에 비해 저 전압 구동이 가능하고 전력소모가 비교적 적으며, 뛰어난 색감을 가질 뿐만 아니라, 플랙서블 기판 적용이 가능하여 다양한 활용이 가능하다는 장점을 가지고 있다.
본 발명의 목적은 구동전압, 효율 및 수명 개선을 위하여 전자의 주입과 이동특성이 개선될 뿐만 아니라, 장시간 소자구동에도 열적/전기적 안정성이 우수한 혼합 n형 전하생성층을 적용한 유기전계발광소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 유기전계발광소자는 양극과 음극 사이에 위치하며, 적어도 하나의 발광층을 포함하는 적어도 두 개 발광부; 및 상기 두 개의 발광부 사이에 위치하는 전하생성층;을 포함하고, 상기 전하생성층은 n형 전하생성층 및 p형 전하생성층을 포함하고, 상기 n형 전하생성층이 상기 양극 쪽을 향하고, 상기 p형 전하생성층이 상기 음극 쪽을 향하는 순서로 적층되고, 상기 n형 전하생성층은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
R1 내지 R7은, 각각 독립적으로, 수소, C1-C20의 지방족 사슬 또는 C3-C30의 지방족 고리의 1가 기이고,
L1은 단일결합, 치환 또는 비치환된 C5-C60의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C4-C60의 헤테로아릴렌기, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나이고,
Ar1은 치환 또는 비치환된 C5-C60의 아릴기이고,
P1은 치환 또는 비치환된 C5-C60의 아릴기이고, 상기 P1으로 정의된 아릴기는 방향족 고리에 연결된, C1-C20의 지방족 사슬, C3-C30의 지방족 고리 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하거나 포함하지 않는다.
[화학식 2]
상기 화학식 2에서,
R1 내지 R7은, 각각 독립적으로, 수소, C1-C20의 지방족 사슬 또는 C3-C30의 지방족 고리의 1가 기이고,
L2은 단일결합, 치환 또는 비치환된 C5-C60의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C4-C60의 헤테로아릴렌기, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나이고,
Ar2는 치환 또는 비치환된 C5-C60의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C4-C60의 헤테로아릴기이고,
P2는 치환 또는 비치환된 C4-C60의 헤테로아릴기이고, 상기 P2로 정의된 헤테로아릴기는 방향족 헤테로고리에 연결된, C1-C20의 지방족 사슬, C3-C30의 지방족 고리 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하거나 포함하지 않는다.
본 발명에 따른 유기전계발광소자의 n형 전하생성층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 호스트 물질로서 혼합하여 포함하여, 전자의 주입과 이동 특성을 개선시킴에 따라, 소자의 구동전압, 효율 및 수명 개선시킬 수 있고, 고온의 장시간 증착과 장시간 소자 구동에도 열적 및 전기적 안정성이 우수하다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1 내지 도 6은 각각 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기전계발광소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기전계발광소자의 n형 전하생성층에 포함된 화학식 1로 표시되는 화합물과 화학식 2로 표시되는 화합물, 전자수송층(ETL), 정공수송층(HTL), 및, p형 전하생성층 또는 p형 전하생성층 중의 정공 수송 물질과 p형 도펀트의 에너지 레벨을 도식화한 에너지 다이어그램이다.
도 8 내지 도 10은 실시예 및 비교예의 전압-전류밀도, 휘도-전류효율, 수명 특성을 나타낸다.
도 11 내지 도 13은 은 실시예 및 비교예의 전압-전류밀도, 휘도-전류효율, 수명 특성을 나타낸다.
도 14 내지 도 16은 은 실시예 및 비교예의 전압-전류밀도, 휘도-전류효율, 수명 특성을 나타낸다.
도 17 내지 도 19는 실시예 및 비교예의 전압-전류밀도, 휘도-전류효율, 수명 특성을 나타낸다.
도 20은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기전계발광소자가 적용된 유기발광 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기전계발광소자의 n형 전하생성층에 포함된 화학식 1로 표시되는 화합물과 화학식 2로 표시되는 화합물, 전자수송층(ETL), 정공수송층(HTL), 및, p형 전하생성층 또는 p형 전하생성층 중의 정공 수송 물질과 p형 도펀트의 에너지 레벨을 도식화한 에너지 다이어그램이다.
도 8 내지 도 10은 실시예 및 비교예의 전압-전류밀도, 휘도-전류효율, 수명 특성을 나타낸다.
도 11 내지 도 13은 은 실시예 및 비교예의 전압-전류밀도, 휘도-전류효율, 수명 특성을 나타낸다.
도 14 내지 도 16은 은 실시예 및 비교예의 전압-전류밀도, 휘도-전류효율, 수명 특성을 나타낸다.
도 17 내지 도 19는 실시예 및 비교예의 전압-전류밀도, 휘도-전류효율, 수명 특성을 나타낸다.
도 20은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기전계발광소자가 적용된 유기발광 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 '치환되지 않은' 또는 '치환되지 않거나'란, 수소 원자가 치환된 것을 의미하며, 이 경우 수소 원자는 경수소, 중수소 및 삼중수소가 포함된다.
본 명세서에서 '치환된'에서 치환기는 예를 들어, 치환되지 않거나 할로겐으로 치환된 C1~C20 알킬기, 치환되지 않거나 할로겐으로 치환된 C1~C20 알콕시기, 할로겐, 시아노기, 카르복시기, 카르보닐기, 아민기, C1~C20 알킬 아민기, 니트로기, 하이드라질기(hydrazyl group), 술폰산기, C1~C20 알킬 실릴기, C1~C20 알콕시 실릴기, C3~C30 사이클로 알킬 실릴기, C5~C30 아릴 실릴기, C5~C30 아릴기, C4~C30 헤테로아릴기 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나일 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 '헤테로 방향족 고리', '헤테로 사이클로알킬렌기', '헤테로아릴렌기', '헤테로아릴 알킬렌기', '헤테로 옥시 아릴렌기', '헤테로 사이클로알킬기', '헤테로아릴이기', '헤테로아릴 알킬기', '헤테로 옥시 아릴기', '헤테로아릴 아민기' 등에서 사용된 용어 '헤테로'는 이들 방향족(aromatic) 또는 지환족(alicyclic) 고리를 구성하는 탄소 원자 중 1개 이상, 예를 들어 1 내지 5개의 탄소 원자가 N, O, S 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택된 하나 이상의 헤테로 원자로 치환된 것을 의미한다.
본 명세서에서 치환기의 정의 중 "이들의 조합"이란 별도의 정의가 없는 한, 둘 이상의 치환기가 연결기로 결합되어 있거나, 둘 이상의 치환기가 축합하여 결합되어 있는 것을 의미한다.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 유기전계발광소자를 설명하도록 한다.
본 발명의 일 구현예에서, 양극과 음극 사이에 위치하며, 적어도 하나의 발광층을 포함하는 적어도 두 개 발광부; 및 상기 두 개의 발광부 사이에 위치하는 전하생성층;을 포함하고, 상기 전하생성층은 n형 전하생성층 및 p형 전하생성층을 포함하고, 상기 n형 전하생성층이 상기 양극 쪽을 향하고, 상기 p형 전하생성층이 상기 음극 쪽을 향하는 순서로 적층되고, 상기 n형 전하생성층은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 유기전계발광소자를 제공한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
R1 내지 R7은, 각각 독립적으로, 수소, C1-C20의 지방족 사슬 또는 C3-C30의 지방족 고리의 1가 기이고,
L1은 단일결합, 치환 또는 비치환된 C5-C60의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C4-C60의 헤테로아릴렌기, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나이고,
Ar1은 치환 또는 비치환된 C5-C60의 아릴기이고,
P1은 치환 또는 비치환된 C5-C60의 아릴기이고, 상기 P1으로 정의된 아릴기는 방향족 고리에 연결된, C1-C20의 지방족 사슬, C3-C30의 지방족 고리 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다.
[화학식 2]
상기 화학식 2에서,
R1 내지 R7은, 각각 독립적으로, 수소, C1-C20의 지방족 사슬 또는 C3-C30의 지방족 고리의 1가 기이고,
L2은 단일결합, 치환 또는 비치환된 C5-C60의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C4-C60의 헤테로아릴렌기, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나이고,
Ar2는 치환 또는 비치환된 C5-C60의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C4-C60의 헤테로아릴기이고,
P2는 치환 또는 비치환된 C4-C60의 헤테로아릴기이고, 상기 P2로 정의된 헤테로아릴기는 방향족 헤테로고리에 연결된, C1-C20의 지방족 사슬, C3-C30의 지방족 고리 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다.
상기 n형 전하생성층은 P1의 아릴기를 포함하는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물과, P2의 헤테로아릴기를 포함하는 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 함께 호스트로서 포함함으로써, 상기 n형 전하생성층의 전자의 주입과 이동 능력을 향상시킬 뿐만 아니라, 전기적 안정성을 개선할 수 있기 때문에, 유기전계발광소자에 적용시 전압, 효율 및 수명을 향상시킬 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물과 상기 화학식 2로 표시되는 화합물과 은, 적어도 하나 이상의 방향족 고리가 치환된 페난트롤린 (Phenanthroline)을 포함하고 있다. 방향족 고리가 치환된 페난트롤린은 파이(p) 전자가 풍부한 sp2혼성을 이루고 있으며, 전자가 풍부한 질소 원자 (N)를 포함하고 있기 때문에 전자 전달 특성이 우수하다. 또한 전자가 풍부한 질소 원자 (N) 를 2개 포함하고 있어 n형 전하생성층(n-CGL)의 도펀트, 예를 들어, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 화합물과 결합하여 형성된 갭 스테이트 (Gap State)는 유기 화합물의 페르미 레벨 (Fermi Level)을 최저비점유분자궤도함수 (LUMO) 부근으로 이동시켜 n형 전하생성층(n-CGL)과 p형 전하생성층(p-CGL) 사이의 에너지 레벨 차이를 완화하고, n형 전하생성층(n-CGL)으로의 전자 주입 및 이동을 원활해진다. 또한 n형 전하생성층(n-CGL)에서 인접한 전자수송층(ETL)으로의 전자 주입 및 전달 특성의 향상이 가능해 구동전압을 감소시킨다. 뿐만 아니라 n형 전하생성층(n-CGL)에 도핑된 도펀트 (예를 들어, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 화합물)는 페난트롤린 질소 원자와의 상호작용으로 이온 결합을 형성함으로써 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 화합물과 같은 도펀트가 주변 전자수송층 또는 p형 전하생성층(p-CGL)으로의 확산을 방지하여 유기전계발광소자의 효율 및 수명 저하를 방지할 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 페난쓰롤린에 아릴이 치환된 화합물로 p 전자가 풍부하고 sp2혼성에 의한 공액 구조를 형성하여 파이-파이 쌓임 (p - p Stacking) 에 의한 분자간 상호작용 (Intermolecular Interaction) 이 우수하여 분자간 전자 이동을 향상시킨다.
상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 페난쓰롤린에 헤테로원자를 포함하는 화합물로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 대비 큰 전자 친화도 (EA) 값을 가져 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 화합물과 같은 도펀트 물질과 원활한 상호작용으로 갭 스테이트(Gap State) 형성이 유리할 뿐만 아니라 인접 층과의 에너지 장벽 (Energy barrier) 을 감소시켜 p형 전하생성층(p-CGL)으로부터 전자를 받아들여서 전자수송층(ETL)로 전달하는 전자 주입 특성이 우수하다.
상기 유기전계발광소자는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물과 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 혼합하여 n형 전하생성층(n-CGL)을 구성하게 되면, 강한 분자간 상호작용으로 p형 전하생성층(p-CGL)로 부터 전달받은 전자를 전자수송층(ETL)으로 이동시키는 우수한 전자 이동 특성을 발휘하는 화학식 1로 표시되는 화합물과, 우수한 알칼리 금속(도펀트)과의 결합 상호작용(Binding Interaction)에 의한 이온결합으로 p형 전하생성층(p-CGL)로 부터 생성된 전자의 주입과 전자수송층(ETL)으로의 전자 주입 및 전달 특성을 원활하게 하는 화학식 2로 표시되는 화합물의 장점을 모두 가질 수 있어서, 전자를 받아들인 n형 전하생성층(n-CGL)의 음이온에 대한 안정성을 높여 구동전압을 낮출 뿐만 아니라 소자성능 및 수명 향상시킬 수 있다. 또한 장시간 구동 시 전기적 안정성 및 내구성으로 알칼리 금속의 확산을 방지하고 전하의 이동 및 주입량 조절에 의한 효과적인 전자 주입 및 이동 특성을 유도하여 각 스택 내 발광층의 최적 전하 균형이 가능하다.
이와 같이, 상기 유기전계발광소자는 구동전압, 효율 및 수명이 개선된다.
일 구현예에서, 상기 화학식 1 및 상기 화학식 2에서, L1 및 L2는 단일결합이거나, 또는, 아릴렌기 및 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 두 개가, 파라-, 메타- 또는 오쏘 위치에서 연속적으로 결합될 수 있다. 구체적으로, L1 또는 L2는, 아릴렌기 및 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 두 개가 대칭적으로 결합되거나, 비대칭적으로 결합된 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 화학식 2에서, Ar2는 아릴 고리 및 헤테로아릴 고리로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 2개의 연속적으로 결합된 구조를 포함하고, 상기 Ar2로 정의된 아릴기는 상기 연속적으로 결합된 구조에 연결된, C1-C20의 지방족 사슬, C3-C30의 지방족 고리 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 화학식 2에서, L2는 아릴 고리 및 헤테로아릴 고리로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 2개의 연속적으로 결합된 구조를 포함되고, 상기 L2는 상기 연속적으로 결합된 구조에 연결된, C1-C20의 지방족 사슬, C3-C30의 지방족 고리 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 연결하여 포함하거나 포함하지 않는
구체적으로, 상기 화학식 2에서, Ar2는 페닐기(phenyl), 알킬페닐기(alkylphenyl), 바이페닐기(biphenyl), 알킬바이페닐기(alkylbiphenyl), 할로페닐기(halophenyl), 알콕시페닐기(alkoxyphenyl), 할로알콕시페닐기(haloalkoxyphenyl), 시아노페닐기 (cyanophenyl), 실릴페닐기(silylphenyl), 나프틸기(naphthyl), 알킬나프틸기 (alkylnaphthyl), 할로나프틸기(halonaphthyl), 시아노나프틸기(cyanonaphthyl), 실릴나프틸기(silylnaphthyl), 페닐나프틸기(phenylnaphthyl), 피리딜기(pyridyl), 알킬피리딜기(alkylpyridyl), 할로피리딜기(halopyridyl), 시아노피리딜기 (cyanopyridyl), 알콕시피리딜기(alkoxypyridyl), 실릴피리딜기(silylpyridyl), 페닐피리딜기(phenylpyridyl), 피리미딜기(pyrimidyl), 할로피리미딜기 (halopyrimidyl), 시아노피리미딜기(cyanopyridimyl), 알콕시피리미딜기 (alkoxypyrimidyl), 페닐피리미딜기(phenylpyrimidyl), 퀴놀리닐기(quinolinyl), 이소퀴놀리닐기(isoquinolinyl), 페닐퀴놀리닐기(phenylquinolinyl), 퀴녹살리닐기 (quinoxalinyl), 피라지닐기(pyrazinyl), 퀴나졸리닐기(quinazolinyl), 나프틸리디닐기(naphthyridinyl), 벤조티오페닐기(benzothiophenyl), 벤조퓨라닐기 (benzofuranyl), 디벤조티오페닐기(dibenzothiophenyl), 아릴티아졸릴기 (arylthiazolyl), 디벤조퓨라닐기(dibenzofuranyl), 플루오레닐기(fluorenyl), 카바졸일기(carbazoyl), 이미다졸일기(imidazolyl), 카볼리닐기(carbolinyl), 페난트레닐기(phenanthrenyl), 터페닐기(terphenyl), 터피리디닐기(terpyridinyl), 페닐터피리디닐기(phenylterpyridinyl), 트리페닐레닐기(triphenylenyl), 플루오르안테닐기(fluoranthenyl) 디아자플루오레닐(diazafluorenyl) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 Ar2는 추가적인 치환기로 더 치환되거나, 치환되지 않을 수 있고, 상기 추가적인 치환기는 치환되지 않거나 할로겐으로 치환된 C1~C20 알킬기, 치환되지 않거나 할로겐으로 치환된 C1~C20 알콕시기, 할로겐, 시아노기, 카르복시기, 카르보닐기, 아민기, C1~C20 알킬 아민기, 니트로기, 하이드라질기(hydrazyl group), 술폰산기, C1~C20 알킬 실릴기, C1~C20 알콕시 실릴기, C3~C30 사이클로 알킬 실릴기, C5~C30 아릴 실릴기, C5~C30 아릴기, C4~C30 헤테로아릴기 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나일 수 있다.
구체적으로, 상기 화학식 2에서, L2는 단일결합이거나, 아릴 고리 및 헤테로아릴 고리로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 2개의 연속적으로 결합된 구조를 포함거나, 또는, 페닐렌기(phenylene), 알킬페닐렌기 (alkylphenylene), 시아노페닐렌기(cyanophenylene), 나프틸렌기(naphthylene), 알킬나프틸렌기(alkylnaphthylene), 바이페닐렌기(biphenylene), 알킬바이페닐렌기 (alkylbiphenylene), 안트라세닐렌기(anthracenylene), 트리페닐렌기, 파이레닐렌기(pyrenylene), 벤조티오페닐렌기(benzothiophenylene), 벤조퓨라닐렌기 (benzofuranylene), 디벤조티오페닐렌기(dibenzothiophenylene), 아릴티아조릴렌기 (arylthiazolylene), 디벤조퓨라닐렌기(dibenzofuranylene), 플루오레닐렌기 (fluorenylene), 트리페닐레닐렌(triphenylenylene) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 n형 전하생성층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 5:95 내지 95:5, 구체적으로, 10:90 내지 90:10 의 중량비로 포함할 수 있다.
상기 n형 전하생성층은 상기 함량비로 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하여, 전자의 주입과 이동 특성을 효과적으로 개선시킬 수 있다.
상기 n형 전하생성층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 호스트로서 포함하고, 함께 도펀트를 더 포함하여, 호스트-도펀트 시스템으로 구성될 수 있다.
상기 도펀트는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토금속 화합물, 알칼리 금속의 유기착체, 알칼리 토금속의 유기착제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 알칼리 금속은 Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, Yb 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 알칼리 토금속 및 상기 알칼리 토금속 화합물은 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 n형 전하생성층에서, 상기 도펀트의 도핑 농도는 부피비로 유기 화합물의 0.5% 내지 10%일 수 있다.
상기 n형 전하생성층은 추가적으로 상기 도펀트를 더 포함하여, n형 전하생성층으로의 전자 주입 특성을 향상시킬 수 있다.
하나 또는 그 이상의 발광부가 적층된 소자의 경우 각 발광부의 구동 전압의 합보다 구동 전압이 상승되거나, Mono 소자 대비 소자 효율 저하가 일어날 수 있는데, 여기서 n형 전하생성층에 알칼리 금속는 알칼리 토금속 등과 같은 도펀트를 도핑 하게 되면 n형 전하생성층 (호스트) 재료와 도펀트가 결합 상호작용(Binding Interaction)에 의한 전하 이동 착물 (Charge Transport Complex)을 형성하여 새로운 갭 스테이트(Gap State)를 생성한다. 이에 따른 n n형 전하생성층과 p형 전하생성층, n형 전하생성층과 전자수송층과의 에너지 준위 차이 완화는 전자 주입 및 이동을 원활하게 한다.
그러나, 소자의 장시간 구동 시 알칼리 금속과 같은 도펀트의 주변층 확산에 의한 전하의 이동 및 주입량 변화로 소자의 구동 전압 증가, 효율 및 수명이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 호스트로서 함께 포함함으로써, 효과적인 도펀트와의 결합 상호작용(Binding Interaction)을 유도하여 전기적 안정성 및 내구성으로 알칼리 금속의 확산이 방지하면서, 효과적인 전자 주입 및 이동 특성으로 전자 주입량 조절하여 각 스택 내 발광층의 최적 전하 균형으로 효율 및 수명 향상이 가능하게 된다.
상기 n형 전하생성층은 단층 구조이거나, 또는, 적어도 제1층 및 제2층을 포함하는 다층 구조일 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 n형 전하생성층이 단층 구조로 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함할 수도 있다. 또는, 상기 n형 전하생성층이 제1층 및 제2층을 포함하는 다층 구조이고, 상기 제1층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
상기 n형 전하생성층이 단층 구조인 경우, 제2층 이외에 제3층 등을 더 포함할 수 있다.
상기 n형 전하생성층의 다층 구조 중, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 제1층 이외의 다른 층 (제2층 또는 제3층 등)은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 2로 표시되는 화합물 중 어느 하나만 포함하는 단일층으로 형성될 수 있다.
상기 제1층 이외의 상기 제2층 또는 제3층 등의 다른 층은 상기 n형 전하생성층의 호스트와 함께 전술한 바와 같은 도펀트를 더 포함할 수 있다.
상기 n형 전하생성층은 상기 제1층이 상기 p형 전하생성층과 상기 제2층 사이에 개재되도록 적층되거나, 또는 상기 제2층은 상기 p형 전하생성층과 상기 제1층 사이에 개재되도록 적층될 수 있다.
p형 전하생성층은 단일층 유형 (layer type) 또는 혼합층 유형 (doping type)으로 형성될 있다. 단일층 유형의 경우, 전자 끌게 물질 또는 정공 주입층 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어, HAT-CN(Hexaazatriphenylenehexacarbonitrile), 테트라시아노퀴노디메탄(TCNQ), 산화몰리브덴(MoOx) 등을 포함할 수 있다. 혼합층 유형의 경우, 전자 끌게 물질 또는 정공 주입층 물질을 단일층으로 사용하지 않고 p형 도펀트로 사용하여 정공 수송 물질과 함께 혼합되어 포함될 수 있다.
정공 수송 물질(호스트)은, 정공을 전달할 수 있는 물질, 예를 들어, NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenyl benzidine)(N,N’-bis(naphthalene-1-yl)-N,N’-bis(phenyl)-2,2’-dimethylbenzidine), TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine) 및 MTDATA(4,4',4-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)- triphenylamine) 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 물질로 이루어질 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것이 아니다. p형 도펀트는 금속 산화물, 테트라플루오로-테트라시아노퀴노디메탄(F4-TCNQ), HAT-CN(Hexaazatriphenylenehexacarbonitrile), 헥사아자트리페닐렌 등과 같은 유기물 또는 V2O5, MoOx, WO3 등과 같은 금속 물질로 이루어질 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것이 아니고, 상기 금속은 Al, Cu, Fe, Pb, Zn, Au, Pt, W, In, Mo, Ni 및 Ti로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 합금으로 이루어질 수 있다.
전하생성층(CGL)은 n형 전하생성층(n-CGL)과 p형 전하생성층(p-CGL)이 인접하게 위치하면서 접합된 PN-접합 전하생성층일 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 제1 실시형태에 따라 2개의 발광부를 가지는 탠덤 구조의 유기전계발광소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 유기전계발광소자(100)는 제1 전극(110), 제2 전극(120), 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 위치하며 제1 발광층(미도시)를 포함하는 제1 발광부(140)와, 제1 발광부(140)와 제2 전극(120) 사이에 위치하며 제2 발광층(미도시)를 포함하는 제2 발광부(150)와, 제1 및 제2 발광부(140, 150) 사이에 위치하는 전하생성층(CGL, 130)을 포함하며, 전하생성층(CGL, 130)은 제1 발광부(140) 쪽으로 접하는 n형 전하생성층(131) 및 제2 발광부(150)쪽으로 향하는 p형 전하생성층(132)을 포함한다.
제1 전극(110)은 정공을 주입하는 양극(anode)으로, 일함수(workfunction)가 높은 도전성 물질, 예를 들어, 인듐-주석-산화물(Indium-tin-oxide, ITO), 인듐-아연-산화물(Indium-zinc-oxide, IZO), 아연-산화물(ZnO) 중 어느 하나의 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
제2 전극(120)은 전자를 주입하는 음극(cathode)으로, 일함수가 작은 도전성 물질, 예를 들어, 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 알루미늄-마그네슘 합금(AlMg) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
발광층(EML, emitting layer)(141, 151)은 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)을 발광할 수 있으며, 인광 물질 또는 형광 물질로 이루어질 수 있다.
발광층(EML, 141, 151)이 적색인 경우, CBP(carbazole biphenyl) 또는 mCP(1,3-bis(carbazol-9-yl)를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, PIQIr(acac)(bis(1-phenylisoquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(acac)(bis(1-phenylquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(tris(1-phenylquinoline)iridium), PtOEP(octaethylporphyrin platinum) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나를 포함하는 도펀트를 포함하는 인광물질로 이루어질 수 있고, 이와는 달리 PBD:Eu(DBM)3(Phen) 또는 페릴렌(Perylene)을 포함하는 형광물질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
발광층(EML, 141, 151)이 녹색인 경우, CBP 또는 mCP를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, Ir(ppy)3(fac tris(2-phenylpyridine)iridium)을 포함하는 도펀트 물질을 포함하는 인광물질로 이루어질 수 있고, 이와는 달리, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum)을 포함하는 형광물질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
발광층(EML, 141, 151)이 청색인 경우, CBP 또는 mCP를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, (4,6-F2ppy)2Irpic을 포함하는 도펀트 물질을 포함하는 인광물질로 이루어질 수 있고, 이와는 달리, spiro-DPVBi, spiro-6P, 디스틸벤젠(DSB), 디스트릴아릴렌(DSA), PFO계 고분자 및 PPV계 고분자 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나를 포함하는 형광물질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 발광부(140, 150)은, 정공주입층(HIL, hole injection layer), 정공수송층(HTL, hole transport layer), 전자수송층(ETL, electron injection layer), 전자주입층(EIL, electron transport layer) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 더 포함할 수 있고, 공지된 기능층을 필요에 따라 적절히 더 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시형태에 따라, 탠덤(tandem) 구조를 가지는 유기전계발광소자(100)는 제1 발광부(140)와 제2 발광부(150) 사이에, 각각의 발광층(EML, 141, 151)에서 발생하는 전류 효율을 증가시키고, 전하를 원활하게 분배할 수 있도록 전하생성층(Charge generation layer, CGL, 130)이 위치한다. 즉, 전하생성층(CGL, 130)은 제1 발광부(140)와 제2 발광부(150) 사이에 위치하며, 제1 발광부(140)와 제2 발광부(150)는 전하생성층(130)에 의해 연결된다.
본 발명의 예시적인 실시형태에 따라, 상기 유기전계발광소자(100)는 제1 전하생성층 및 제2 전하생성층(미도시)을 포함할 수 있고, 제1 전하생성층은 제1 발광부(140)와 제2 발광부(150) 사이에 위치하고, 제2 전하생성층은 제2 발광부(150)와 추가적인 발광부(미도시) 사이에 위치하며, 제2 발광부(150)와 추가적인 발광부(미도시)는 제2 전하생성층에 의해 연결된다.
본 명세서에서, "제1" 및 "제2" 등은 복수 개의 발광부 내에 각각 포함된 층을 지칭하기 위해 편의상 부가된 것으로, 공통된 기능을 설명하기 위하여 "제1" 및 "제2" 등의 표현이 생략될 수 있다.
정공주입층(HIL)은 정공의 주입을 원활하게 하는 역할을 할 수 있으며, CuPc(cupper phthalocyanine), PEDOT(poly(3,4)-ethylenedioxythiophene), PANI(polyaniline), NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenyl benzidine) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
정공수송층(HTL)은 양이온화됨으로써 (즉, 전자를 잃음으로써) 전기화학적으로 안정화되는 물질을 정공수송 재료로 포함할 수 있다. 또는, 안정한 라디칼 양이온을 생성하는 물질은 정공수송 재료가 될 수 있다. 또는, 방향족 아민(Aromatic Amine)을 포함함으로써, 양이온화 되기에 용이한 물질은 정공수송 재료가 될 수 있다. 예를 들어, 정공수송층은, NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenylbenzidine; N,N'-bis(naphthalene-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-2,2'-dimethylbenzidine), TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine), spiro-TAD(2,2',7,7'-tetrakis(N,N-dimethylamino)-9,9-spirofluorene), MTDATA(4,4',4-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenylamino)-triphenylamine) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있고, 이에 제한되지 않는다.
전자수송층(ETL)은 제2 전극(120)으로부터 전자를 공급받는다. 전자수송층(ETL)은 공급받은 전자를 발광층(EML, 141, 151)으로 전달한다. 전자 수송층(ETL)은 전자수송 물질로 구성된다. 음이온화됨으로써(즉, 전자를 얻음으로써) 전기화학적으로 안정화되는 물질은 전자수송 물질일 수 있다. 또는, 안정한 라디칼 음이온을 생성하는 물질은 전자수송 물질일 수 있다. 또는, 헤테로사이클릭 링(Heterocyclic Ring)을 포함함으로써, 헤테로 원자에 의해 음이온화되기에 용이한 물질은 전자수송 물질일 수 있다. 예를 들어, 전자수송 물질은, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), Liq(8-hydroxyquinolinolatolithium), PBD(2-(4-biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4oxadiazole), TAZ(3-(4-biphenyl)4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole), spiro-PBD, BAlq(bis(2-methyl-8-quinolinolate)-4-(phenylphenolato)aluminium), SAlq, TPBi(2,2',2-(1,3,5-benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole), 옥사디아졸(oxadiazole), 트리아졸(triazole), 페난트롤린(phenanthroline), 벤족사졸(benzoxazole) 또는 벤즈티아졸(benzthiazole)중 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
전자주입층(EIL)은 전자의 주입을 원활하게 하는 역할을 하며, 전자주입 물질로는 Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), PBD, TAZ, spiro-PBD, BAlq, SAlq 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또는, 전자주입층(EIL)은 금속화합물로 이루어질 수 있으며, 금속화합물은 예를 들어 LiQ, LiF, NaF, KF, RbF, CsF, FrF, BeF2, MgF2, CaF2, SrF2, BaF2 및 RaF2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
도 2는 본 발명의 예시적인 제2 실시형태에 따라 2개의 발광부를 가지는 탠덤 구조의 유기전계발광소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2에서, 상기 유기전계발광소자(200)는, 상기 양극(210)으로부터 상기 음극(220) 방향으로 순차적으로 제1 발광부(240) 및 제2 발광부(250)을 형성하고, 상기 제1 발광부(240)는 제1 발광층(241)을 포함하고, 상기 제2 발광부(250)는 제2 발광층(251)을 포함하고, 상기 제1 발광부(240)는 전자수송층(242)을 포함하고, 상기 제2 발광부(250)는 정공수송층(253)을 더 포함하여, 상기 제1 발광층(241) 및 상기 제2 발광층(251) 사이에 상기 전자수송층(242), 상기 전하생성층(230) 및 상기 정공수송층(253)이 순차적으로 적층될 수 있다.
전하생성층(CGL)은 전하를 생성하거나 정공 및 전자로 분리하여 제1 및 제2 발광부(140, 150)에 전자와 및 전공을 공급한다.
예를 들어, n형 전하생성층(n-CGL, 231)은 제1 발광부(240)의 전자수송층(242)으로 전자를 공급하고, 전자수송층(242)은 제1 전극(210)에 인접한 제1 발광층(241)에 전자를 공급한다. 한편, p형 전하생성층(p-CGL, 232)은 제2 발광부(250)의 제2 정공수송층(253)으로 정공을 공급하고, 제2 정공수송층(253)은 제2 발광층(252)에 정공을 공급한다.
전술한 바와 같이, n형 전하생성층(n-CGL, 231)은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하고, 추가적으로, 알칼리 금속이나 알칼리토 금속 화합물 등과 같은 도펀트로 n형 전하생성층(n-CGL, 231)을 도핑하여, n형 전하생성층(n-CGL, 231)으로의 전자 주입 특성을 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 예시적인 제3 실시형태에 따른 유기전계발광소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3에서, 상기 유기전계발광소자(300)는, 제1 n형 전하생성층(n-CGL, 331)은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 제1층(331-02)의 양면으로 제2층(331-01) 및 제3층(331-03)이 적층된 다층 구조이다. 마찬가지로, 제2 n형 전하생성층(n-CGL, 361)은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 제1층(361-02)의 양면으로 제2층(361-01) 및 제3층(361-03)이 적층된 다층 구조이다. 제2층(361-01) 및 제3층(361-03)은 각각 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 2로 표시되는 화합물 중 어느 하나만 포함할 수 있다.
또한, 상기 유기전계발광소자(300)는 상기 양극(310)으로부터 상기 음극(320) 방향으로 순차적으로 제1 발광부(340) 및 제2 발광부(350)을 형성하고, 상기 제1 발광부(340)는 제1 발광층(미도시) 및 제1 전자수송층(342)을 포함하고, 상기 제2 발광부(350)는 제2 발광층(미도시) 및 제2 전자수송층(352)을 포함한다. 또한, 제1 발광부(340) 및 제2 발광부(350) 사이에 제1 n형 전하생성층(331) 및 제1 p형 전하생성층(332)의 제1 전하생성층(330)이 개재되고, 제2 발광부(350) 및 음극(320) 사이에 제2 n형 전하생성층(361) 및 제2 p형 전하생성층(362)의 제2 전하생성층(360)이 개재된다.
도 3에서, ':'로 표시된 부분은 정공수송층, 발광층 등의 유기층 등을 포함할 수 있는 다층 구조를 의미한다. 예를 들어, 제2 전하생성층(360)과 음극(320) 사이에 제3 발광부, 제3 전하생성층 및 제4 발광부의 구조가 더 존재할 수 있다. 이하, 도 4 및 도 5에서도':'로 표시된 부분은 동일한 의미로 이해될 수 있다.
도 4은 본 발명의 예시적인 제4 실시형태에 따른 유기전계발광소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4에서, 상기 유기전계발광소자(400)는, 제1 n형 전하생성층(n-CGL, 431)은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 제1층(431-02) 및 제2층(431-01)이 적층된 다층 구조이다. 마찬가지로, 제2 n형 전하생성층(n-CGL, 461)은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 제1층(461-02) 및 제2층(461-01)이 적층된 다층 구조이다. 제2층(461-01)은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 2로 표시되는 화합물 중 어느 하나만 포함할 수 있다.
또한, 상기 유기전계발광소자(400)는 상기 양극(410)으로부터 상기 음극(420) 방향으로 순차적으로 제1 발광부(440) 및 제2 발광부(450)을 형성하고, 상기 제1 발광부(440)는 제1 발광층(미도시) 및 제1 전자수송층(442)을 포함하고, 상기 제2 발광부(450)는 제2 발광층(미도시) 및 제2 전자수송층(452)을 포함한다. 또한, 제1 발광부(440) 및 제2 발광부(450) 사이에 제1 n형 전하생성층(431) 및 제1 p형 전하생성층(432)의 제1 전하생성층(430)이 개재되고, 제2 발광부(450) 및 음극(420) 사이에 제2 n형 전하생성층(461) 및 제2 p형 전하생성층(462)의 제2 전하생성층(460)이 개재된다.
도 5은 본 발명의 예시적인 제5 실시형태에 따른 유기전계발광소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5에서, 상기 유기전계발광소자(500)는, 제1 n형 전하생성층(n-CGL, 531) 및 제2 n형 전하생성층(n-CGL, 561)은 각각 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 층 하나씩으로만 이루어진 단층 구조이다.
또한, 상기 유기전계발광소자(500)는 상기 양극(510)으로부터 상기 음극(520) 방향으로 순차적으로 제1 발광부(540) 및 제2 발광부(550)을 형성하고, 상기 제1 발광부(540)는 제1 발광층(미도시) 및 제1 전자수송층(542)을 포함하고, 상기 제2 발광부(550)는 제2 발광층(미도시) 및 제2 전자수송층(552)을 포함한다. 또한, 제1 발광부(540) 및 제2 발광부(550) 사이에 제1 n형 전하생성층(531) 및 제1 p형 전하생성층(532)의 제1 전하생성층(530)이 개재되고, 제2 발광부(550) 및 음극(520) 사이에 제2 n형 전하생성층(561) 및 제2 p형 전하생성층(562)의 제2 전하생성층(560)이 개재된다.
도 6은 본 발명의 예시적인 제6 실시형태에 따른 유기전계발광소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6에서, 상기 유기전계발광소자(600)는, 상기 양극(610)으로부터 상기 음극(620) 방향으로 순차적으로 제1 발광부(640), 전하생성층(630)의 n형 전하생성층(631)과 p형 전하생성층(632) 및 제2 발광부(650)을 형성한다. 상기 제1 발광부(640)는 상기 양극(610)으로부터 상기 n형 전하생성층(631)의 방향으로 순차적으로 제1 정공주입층(644), 제1 정공수송층(643), 제1 발광층(641) 및 제1 전자수송층(642)을 포함한다. 상기 제2 발광부(650)는 상기 p형 전하생성층(632)으로부터 상기 음극(620) 방향으로 순차적으로, 제2 정공수송층(653), 제2 발광층(651), 제2 전자수송층(652) 및 제2 전자주입층(655)을 포함한다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 최소 비점유 분자 궤도 (LUMO)와 상기 화학식 2로 표시되는 화합물의 최소 비점유 분자 궤도 (LUMO)의 에너지 갭이 하기 수학식 1 및 수학식 2를 만족할 수 있다.
[수학식 1]
[화학식 1]LUMO - [p형 도펀트]LUMO = [화학식 1]LUMO - [화학식 2]LUMO
[수학식 2]
[화학식 1]LUMO - [p형 전하생성층]LUMO = [화학식 1]LUMO - [화학식 2]LUMO
상기 수학식 1 및 수학식 2에서,
[화학식 1]LUMO는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 최소 비점유 분자 궤도 (LUMO)이고,
[화학식 2]LUMO는 상기 화학식 2로 표시되는 화합물의 최소 비점유 분자 궤도 (LUMO)이고,
[p형 도펀트]LUMO는 상기 p형 도펀트의 최소 비점유 분자 궤도 (LUMO)이고,
[p형 전하생성층]LUMO은 상기 p형 전하생성층의 최소 비점유 분자 궤도 (LUMO)이다.
도 7은 상기 유기발광다이오드의 n형 전하생성층에 포함된 화학식 1로 표시되는 화합물과 화학식 2로 표시되는 화합물, 전자수송층(ETL), 정공수송층(HTL), 정공수송층(HTL), 및, p형 전하생성층 또는 p형 전하생성층 중의 정공 수송 물질과 p형 도펀트의 에너지 레벨을 도식화한 에너지 다이어그램이다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 최소 비점유 분자 궤도 (LUMO) 레벨이 상기 전자수송층(ETL)의 최소 비점유 분자 궤도 (LUMO) 레벨과 같거나 낮은 화합물로서 선택될 수 있다.
상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 상기 화학식 2로 표시되는 화합물의 최소 비점유 분자 궤도 (LUMO) 레벨이 상기 p형 도펀트의 최소 비점유 분자 궤도 (LUMO) 레벨과 같거나 높은 화합물로서 선택될 수 있다.
상기 n형 전하 생성층 (n-CGL)은 화학식 1로 표시되는 화합물에 더하여, 화학식 2로 표시되는 화합물을 혼합되거나, 복수의 층으로 추가되어 더 포함함으로써, 최저비점유분자궤도함수 (LUMO) 측면에서, 화학식 1로 표시되는 화합물의 p형 전하생성층 (p-CGL) 사이에 화학식 2로 표시되는 화합물이 개재되게 된다. 이와 같이, 화학식 2로 표시되는 화합물의 최저비점유분자궤도함수 (LUMO)가 화학식 1로 표시되는 화합물의 최저비점유분자궤도함수 (LUMO)보다 같거나 낮고, p형 전하 생성층 (p-CGL) 의 최저비점유분자궤도함수 (LUMO)보다 같거나 높을 경우, n-CGL 과 p형 전하 생성층 (p-CGL) 사이의 에너지 레벨 차이를 완화하고, n-CGL 으로의 전자 주입 및 이동을 원활해진다. 또한 n-CGL 에서 인접한 전자수송층 (ETL) 으로의 전자 주입 및 전달 특성의 향상이 가능해 유기전계발광소자의 구동전압을 감소시키며 효율 및 수명 증가에 기여가 가능하다.
본 발명에 따른 유기전계발광소자는 유기발광 표시장치 및 유기전계발광소자를 적용한 조명 장치 등에 활용될 수 있다. 일례로, 도 20은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기전계발광소자가 적용된 유기발광 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 20에 도시된 바와 같이, 유기발광 표시장치(3000)는 기판(3010)과, 유기전계발광소자(4000)와, 유기전계발광소자(4000)를 덮는 인캡슐레이션 필름(3900)을 포함할 수 있다. 기판(3010) 상에는 구동 소자인 구동 박막트랜지스터(Td)와, 구동 박막트랜지스터(Td)에 연결되는 유기전계발광소자(4000)가 위치한다.
도시하지 않았으나, 기판(3010) 상에는 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선과 데이터 배선, 게이트 배선 및 데이터 배선 중 어느 하나와 평행하게 이격되어 연장되는 파워 배선, 게이트 배선 및 데이터 배선에 연결되는 스위칭 박막트랜지스터, 파워 배선 및 스위칭 박막트랜지스터의 일 전극에 연결되는 스토리지 캐패시터가 더 형성된다.
구동 박막트랜지스터(Td)는 스위칭 박막트랜지스터에 연결되며, 반도체층(3100)과, 게이트 전극(3300)과, 소스 전극(3520)과 드레인 전극(3540)을 포함한다.
반도체층(3100)은 기판(3010) 상에 형성되며, 산화물 반도체 물질로 이루어지거나 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다. 반도체층(3100)이 산화물 반도체 물질로 이루어질 경우 반도체층(3100) 하부에는 차광패턴(도시하지 않음)이 형성될 수 있으며, 차광패턴은 반도체층(3100)으로 빛이 입사되는 것을 방지하여 반도체층(3010)이 빛에 의해 열화되는 것을 방지한다. 이와 달리, 반도체층(3100)은 다결정 실리콘으로 이루어질 수도 있으며, 이 경우 반도체층(3100)의 양 가장자리에 불순물이 도핑되어 있을 수 있다.
반도체층(3100) 상부에는 절연물질로 이루어진 게이트 절연막(3200)이 기판(3010) 전면에 형성된다. 게이트 절연막(3200)은 실리콘산화물 또는 실리콘질화물과 같은 무기절연물질로 이루어질 수 있다.
게이트 절연막(3290) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 게이트 전극(3300)이 반도체층(3100)의 중앙에 대응하여 형성된다. 게이트 전극(3300)은 스위칭 박막트랜지스터에 연결된다.
게이트 전극(3300) 상부에는 절연물질로 이루어진 층간 절연막(3400)이 기판(3010) 전면에 형성된다. 층간 절연막(3400)은 실리콘산화물이나 실리콘질화물과 같은 무기 절연물질로 형성되거나, 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)이나 포토아크릴(photo-acryl)과 같은 유기 절연물질로 형성될 수 있다.
층간 절연막(3400)은 반도체층(3100)의 양측을 노출하는 제1 및 제2 반도체층 콘택홀(3420, 3440)을 갖는다. 제1 및 제2 반도체층 콘택홀(3420, 3440)은 게이트 전극(3300)의 양측에 게이트 전극(3300)과 이격되어 위치한다.
층간 절연막(3400) 상에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어지는 소스 전극(3520)과 드레인 전극(3540)이 형성된다. 소스 전극(3520)과 드레인 전극(3540)은 게이트 전극(3300)을 중심으로 이격되어 위치하며, 각각 제1 및 제2 반도체층 콘택홀(3420, 3440)을 통해 반도체층(3100)의 양측과 접촉한다. 소스 전극(3520)은 파워 배선(미도시)에 연결된다.
반도체층(3100)과, 게이트 전극(3300), 소스 전극(3520), 드레인 전극(3540)은 구동 박막트랜지스터(Td)를 이루며, 구동 박막트랜지스터(Td)는 반도체층(3100)의 상부에 게이트 전극(3300), 소스 전극(3520) 및 드레인 전극(3540)이 위치하는 코플라나(coplanar) 구조를 가진다.
이와 달리, 구동 박막트랜지스터(Td)는 반도체층의 하부에 게이트 전극이 위치하고 반도체층의 상부에 소스 전극과 드레인 전극이 위치하는 역 스태거드(inverted staggered) 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 반도체층은 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다. 한편, 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 구동 박막트랜지스터(Td)와 실질적으로 동일한 구조를 가질 수 있다.
한편, 유기발광 표시장치(3000)는 발광다이오드(4000)에서 생성된 빛을 흡수하는 컬러 필터(3600)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터(3600)는 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 광을 흡수할 수 있다. 이 경우, 광을 흡수하는 적색, 녹색 및 청색의 컬러 필터 패턴이 각각의 화소영역 별로 분리되어 형성될 수 있으며, 이들 각각의 컬러 필터 패턴은 흡수하고자 하는 파장 대역의 빛을 방출하는 유기전계발광소자(4000) 중의 유기발광층(4300)과 각각 중첩되게 배치될 수 있다. 컬러 필터(3600)를 채택함으로써, 유기발광 표시장치(3000)는 풀-컬러를 구현할 수 있다.
예를 들어, 유기발광 표시장치(3000)가 하부 발광 타입인 경우, 유기전계발광소자(4000)에 대응하는 층간 절연막(3400) 상부에 광을 흡수하는 컬러 필터(3600)가 위치할 수 있다. 선택적인 실시형태에서, 유기발광 표시장치(3000)가 상부 발광 타입인 경우, 컬러 필터는 유기전계발광소자(4000)의 상부, 즉 제2 전극(4200) 상부에 위치할 수도 있다. 일례로, 컬러 필터(3600)는 2 내지 5 ㎛의 두께로 형성될 수 있다. 이때, 유기전계발광소자(4000)는 도 1 내지 도 6에 도시되어 있는 탠덤 구조를 가지는 백색 발광다이오드일 수 있다.
한편, 구동 박막트랜지스터(Td)의 드레인 전극(3540)을 노출하는 드레인 콘택홀(3720)을 갖는 보호층(3700)이 구동 박막트랜지스터(Td)를 덮으며 형성된다.
보호층(3700) 상에는 드레인 콘택홀(3720)을 통해 구동 박막트랜지스터(Td)의 드레인 전극(3540)에 연결되는 제1 전극(4100)이 각 화소 영역 별로 분리되어 형성된다.
제1 전극(4100)은 양극(anode)일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 큰 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(410)은 ITO. IZO 또는 ZnO와 같은 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
한편, 유기발광 표시장치(3000)가 상부 발광 방식(top-emission type)인 경우, 제1 전극(4100) 하부에는 반사전극 또는 반사층이 더욱 형성될 수 있다. 예를 들어, 반사전극 또는 반사층은 알루미늄(Al), 은(Ag), 니켈(Ni), 알루미늄-팔라듐-구리(aluminum-paladium-copper: APC) 합금 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
보호층(3700) 상에는 제1 전극(4100)의 가장자리를 덮는 뱅크층(3800)이 형성된다. 뱅크층(3800)은 화소영역에 대응하여 제1 전극(4100)의 중심을 노출시킨다.
제1 전극(4100) 상에는 유기발광층(4300)이 형성된다. 일례로, 유기발광층(4300)은 도 1 및 도 2에 도시된 2개 이상의 발광부를 가질 수 있으며, 이에 따라 유기전계발광소자(4000)는 탠덤 구조를 가질 수 있다.
유기발광층(4300)이 형성된 기판(3010) 상부로 제2 전극(4200)이 형성된다. 제2 전극(4200)은 표시영역의 전면에 위치하며 일함수 값이 비교적 작은 도전성 물질로 이루어져 캐소드(cathode)로 이용될 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(4200)은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 알루미늄-마그네슘 합금(AlMg) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
제1 전극(4100), 유기발광층(4300) 및 제2 전극(4200)은 유기전계발광소자(4000)를 이룬다.
제2 전극(4200) 상에는, 외부 수분이 유기전계발광소자(4000)로 침투하는 것을 방지하기 위해, 인캡슐레이션 필름(encapsulation film, 3900)이 형성된다. 도시하지 않았으나, 인캡슐레이션 필름(3900)은 제1 무기층과, 유기층과 무기층이 순차 적층된 삼중층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러한 하기한 실시예는 본 발명의 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예)
이하, 실시예 및 비교예에 사용된 화합물은 다음과 같이 합성하였다.
합성예 1: PA-1 의 합성
[반응식 1]
질소 분위기하에서 2-(1-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)naphthalen-4-yl)-1,10-phenanthroline (8.0 g, 18.50 mmol), 9-(3-bromophenyl)phenanthrene (7.0 g, 21.08 mmol), tetrakistriphenylphosphine palladium (0) (Pd(PPh3)4) (1.07 g, 0.93 mmol), 4M potassium carbonate 수용액 (12 ml), tolulene 35 ml, ethanol 12 ml을 넣고 12시간 환류 교반시켰다. 반응이 끝난 후 H2O 50 ml을 넣고 3시간 교반 후 감압여과를 하고, methylene chloride (MC) 와 hexane을 eluent 로 사용하여 column chromatography로 분리 후 MC로 재결정하여 화합물 PA-1 (8.39 g, 수율 81.2 %)를 얻었다.
합성예 2: PA-2 의 합성
[반응식 2]
질소 분위기하에서 2-(4-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)phenyl)-9-phenyl-1,10-phenanthroline (7.0 g, 15.27 mmol), 9-(3-bromophenyl)phenanthrene (6.6 g, 19.85 mmol), tetrakistriphenylphosphine palladium (0) (Pd(PPh3)4) (0.93 g, 0.81 mmol), 4M potassium carbonate 수용액 (12 ml), tolulene 35 ml, ethanol 12 ml을 넣고 12시간 환류 교반시켰다. 반응이 끝난 후 H2O 50 ml을 넣고 3시간 교반 후 감압여과를 하고, methylene chloride (MC) 와 hexane을 eluent 로 사용하여 column chromatography로 분리 후 MC로 재결정하여 화합물 PA-2 (7.10 g, 수율 79.6 %)를 얻었다.
합성예 3:
PH-1 의 합성
[반응식 3]
질소 분위기하에서 2-(1-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)naphthalen-4-yl)-1,10-phenanthroline (7.0 g, 16.19 mmol), 4-(3-bromophenyl)-2,6-diphenylpyrimidine (8.13 g, 21.05 mmol), tetrakistriphenylphosphine palladium (0) (Pd(PPh3)4) (0.93 g, 0.81 mmol), 4M potassium carbonate 수용액 (12 ml), tolulene 35 ml, ethanol 12 ml을 넣고 12시간 환류 교반시켰다. 반응이 끝난 후 H2O 50 ml을 넣고 3시간 교반 후 감압여과를 하고, methylene chloride (MC) 와 hexane을 eluent 로 사용하여 column chromatography로 분리 후 MC로 재결정하여 화합물 PH-1 (7.45 g, 수율 75.2%)를 얻었다.
합성예 4:
PH-2 의 합성
[반응식 4]
질소 분위기하에서 2-(4-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)phenyl)-9-phenyl-1,10-phenanthroline (7.0 g, 15.27 mmol), 4-(3-bromophenyl)-2,6-diphenylpyrimidine (7.7 g, 19.85 mmol), tetrakistriphenylphosphine palladium (0) (Pd(PPh3)4) (0.88 g, 0.76 mmol), 4M potassium carbonate 수용액 (12 ml), tolulene 35 ml, ethanol 12 ml을 넣고 12시간 환류 교반시켰다. 반응이 끝난 후 H2O 50 ml을 넣고 3시간 교반 후 감압여과를 하고, methylene chloride (MC) 와 hexane을 eluent 로 사용하여 column chromatography로 분리 후 MC로 재결정하여 화합물 PH-2 (7.09 g, 수율 72.7 %)를 얻었다.
실시예 1
압력이 5~7x10-8 torr인 진공 챔버에서, ITO 기판 상에 다음과 같은 층들이 순차 증착되었다. 각 층의 물질은 표 1과 같다.
<소자 구조>
ITO / HIL / HTL1 / 1st EML / ETL1 / n-CGL / p-CGL / HTL2 / 2nd EML / ETL2 / n-CGL / p-CGL / HTL3 / 3rd EML / ETL3 / EIL / Al
| 층 구분(, 약자) | 재료 |
| 음극 | Al, 2000Å |
| 전자주입층, EIL | LiF, 10Å |
| 제3 전자수송층, ETL3 | TmPyPB, 100Å |
| 제3 발광층, EML | 청색(Blue) 발광물질층, 파이렌계 도펀트 4wt% 도핑된 안트라센계 호스트, 200Å |
| 제3 정공수송층, HTL3 | NPD, 200Å |
| p형 전하수송층, p-CGL | F4-TCNQ가 15wt% 도핑된 NPD, 150Å |
| n형 전하수송층, n-CGL | Li이 2wt% 도핑되고, PA-1 및 PH-1의 호스트, 150ÅPA-1 : PH-1 = 50 : 50 (중량비) |
| 제2 전자수송층, ETL2 | Alq3 |
| 제2 발광층, EML | 황색(YG) 발광물질층, Ir 착체가 10wt% 도핑된 CBP 호스트, 200Å |
| 제2 정공수송층, HTL2 | NPD, 200Å |
| p형 전하수송층, p-CGL | F4-TCNQ가 15wt% 도핑된 NPD, 150Å |
| n형 전하수송층, n-CGL | Li이 2wt% 도핑되고, PA-1 및 PH-1의 호스트, 150ÅPA-1 : PH-1 = 50 : 50 (중량비) |
| 제1 전자수송층, ETL1 | TmPyPB, 100Å |
| 제1 발광층, EML | 청색(Blue) 발광물질층, 파이렌계 도펀트 4wt% 도핑된 안트라센계 호스트, 200Å |
| 제1 정공수송층, HTL1 | NPD, 1000Å |
| 정공수송층, HIL | F4-TCNQ가 15wt% 도핑된 NPD, 100Å |
| 양극 | ITO |
TmPyPB: 1,3,5-Tri[(3-pyridyl)-phen-3-yl]benzene
실시예 2-4 및 비교예 1-7
실시예 1에서, PA-1 및 PH-1 = 50 : 50 (중량비)의 n형 전하수송층(n-CGL)의 호스트를 하기 표 2에서 나타난 바와 같이 물질을 변경하여 소자를 제작하였다.
| 구분 | n형 전하수송층(n-CGL) 호스트 재료 |
| 실시예 2 | PA-2 및 PH-1 (50 : 50 중량비) |
| 실시예 3 | PA-2 및 PH-2 (50 : 50 중량비) |
| 실시예 4 | PA-1 및 PH-2 (50 : 50 중량비) |
| 비교예 1 | BPhen (Bathophenanthroline) |
| 비교예 2 | PA-1 |
| 비교예 3 | PA-2 |
| 비교예 4 | PA-1 및 PA-2 (50 : 50 중량비) |
| 비교예 5 | PH-1 |
| 비교예 6 | PH-2 |
| 비교예 7 | PH-1 및 PH-2 (50 : 50 중량비) |
실시예 5-10
실시예 3에서, PA-2 및 PH-2 = 50 : 50 (중량비)의 n형 전하수송층(n-CGL)의 호스트를 하기 표 3에서 그 함량비를 변경하여 소자를 제작하였다.
| 구분 | n형 전하수송층(n-CGL) 호스트 재료 |
| 비교예 3 | PA-2 |
| 실시예 5 | PA-2 및 PH-2 (95 : 5 중량비) |
| 실시예 6 | PA-2 및 PH-2 (90 : 10 중량비) |
| 실시예 7 | PA-2 및 PH-2 (70 : 30 중량비) |
| 실시예 3 | PA-2 및 PH-2 (50 : 50 중량비) |
| 실시예 5 | PA-2 및 PH-2 (30 : 70 중량비) |
| 실시예 6 | PA-2 및 PH-2 (10 : 90 중량비) |
| 실시예 7 | PA-2 및 PH-2 (5 : 95 중량비) |
| 비교예 6 | PH-2 |
실험예 1
실시예 1-7와, 비교예 1-7에서 각각 제작된 유기전계발광소자의 구동 특성을 평가하였다.
도 8 내지 도 10은 실시예 1-4의 전압-전류밀도, 휘도-전류효율, 수명 특성을 비교예 1과 대비하여 나타낸다.
도 11 내지 도 13은 비교예 2-4의 전압-전류밀도, 휘도-전류효율, 수명 특성을 비교예 1과 대비하여 나타낸다.
도 14 내지 도 16은 비교예 5-7의 전압-전류밀도, 휘도-전류효율, 수명 특성을 비교예 1과 대비하여 나타낸다.
도 17 내지 도 19는 실시예 5-10의 전압-전류밀도, 휘도-전류효율, 수명 특성을 비교예 3 및 비교예 6과 함께 함량비 변화에 따라 대비되도록 하고, 또한, 비교예 1과 대비하여 나타낸다.
또한, 표 4 및 표 5에 결과를 나타내었다.
| 구분 | 전압 (V) |
휘도-외부양자효율 (EQE) |
전압-전류밀도 (Cd/A) |
수명 (hr) |
| 실시예 1 | -0.09 | 101% | 102% | 101% |
| 실시예 2 | -0.09 | 102% | 103% | 126% |
| 실시예 3 | -0.14 | 100% | 101% | 137% |
| 실시예 4 | -0.13 | 102% | 101% | 114% |
| 비교예 2 | +0.43 | 97% | 96% | 75% |
| 비교예 3 | +0.25 | 100% | 97% | 95% |
| 비교예 4 | +0.21 | 97% | 96% | 89% |
| 비교예 5 | -0.17 | 100% | 101% | 99% |
| 비교예 6 | -0.24 | 98% | 100% | 108% |
| 비교예 7 | -0.13 | 100% | 102% | 106% |
표 4의 결과와 같이, 실시예 1-4는 비교예 2-7 대비하여, 전류밀도 10mA/cm2 에서 효율은 동등이상 수준을 유지하고 구동전압 감소 효과를 보이면서 수명은 증가되었다.
| 구분 | 전압 (V) |
휘도-외부양자효율 (EQE) |
전압-전류밀도 (Cd/A) |
수명 (hr) |
| 비교예 3 | +0.25 | 100% | 97% | 95% |
| 실시예 5 | +0.19 | 100% | 100% | 101% |
| 실시예 6 | +0.17 | 100% | 99% | 102% |
| 실시예 7 | -0.03 | 101% | 100% | 120% |
| 실시예 3 | -0.14 | 101% | 101% | 137% |
| 실시예 8 | -0.14 | 103% | 102% | 150% |
| 실시예 9 | -0.12 | 102% | 101% | 130% |
| 실시예 10 | -0.13 | 100% | 100% | 114% |
| 비교예 6 | -0.24 | 98% | 100% | 108% |
표 5의 결과와 같이, 실시예 3, 5-10은 비교예 3 및 6 대비하여, 전류밀도 10mA/cm2 에서 효율은 동등이상 수준을 유지하고 구동전압 감소 효과와 수명 증가 경향을 보인다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
100, 200, 300, 400, 500, 600 : 유기전계발광소자
110, 210, 310, 410, 510, 610: 제1 전극
120, 220, 320, 420, 520, 620: 제2 전극
130, 230, 330, 430, 530, 630: 전하생성층
131, 231, 331, 431, 531, 631: (제1) n형 전하생성층
132, 232, 332, 432, 532, 632: (제1) p형 전하생성층
140, 240, 340, 440, 540, 640: 제1 발광부
150, 250, 350, 450, 550, 650 : 제2 발광부
160, 260, 280: 전하생성층
162, 262, 282: n형 전하생성층
164, 264, 284: p형 전하생성층
241, 641: 제1 발광층
242, 342, 442, 542, 642: 전자수송층
251, 651: 제2 발광층
253, 643, 653: 정공수송층
270: 제3 발광부(제3 발광 유닛)
352, 452, 552, 652: 전자수송층
360, 460, 560: 제2 전하생성층
361, 461, 561: 제2 n형 전하생성층
362, 462, 562: 제2 p형 전하생성층
644: 정공주입층
655: 전자주입층
3000: 유기발광 표시장치
110, 210, 310, 410, 510, 610: 제1 전극
120, 220, 320, 420, 520, 620: 제2 전극
130, 230, 330, 430, 530, 630: 전하생성층
131, 231, 331, 431, 531, 631: (제1) n형 전하생성층
132, 232, 332, 432, 532, 632: (제1) p형 전하생성층
140, 240, 340, 440, 540, 640: 제1 발광부
150, 250, 350, 450, 550, 650 : 제2 발광부
160, 260, 280: 전하생성층
162, 262, 282: n형 전하생성층
164, 264, 284: p형 전하생성층
241, 641: 제1 발광층
242, 342, 442, 542, 642: 전자수송층
251, 651: 제2 발광층
253, 643, 653: 정공수송층
270: 제3 발광부(제3 발광 유닛)
352, 452, 552, 652: 전자수송층
360, 460, 560: 제2 전하생성층
361, 461, 561: 제2 n형 전하생성층
362, 462, 562: 제2 p형 전하생성층
644: 정공주입층
655: 전자주입층
3000: 유기발광 표시장치
Claims (17)
- 양극과 음극 사이에 위치하며, 적어도 하나의 발광층을 포함하는 적어도 두 개 발광부; 및
상기 두 개의 발광부 사이에 위치하는 전하생성층;을 포함하고,
상기 전하생성층은 n형 전하생성층 및 p형 전하생성층을 포함하고, 상기 n형 전하생성층이 상기 양극 쪽을 향하고, 상기 p형 전하생성층이 상기 음극 쪽을 향하는 순서로 적층되고,
상기 p형 전하생성층은 정공 수송 물질 및 p형 도펀트를 함께 포함하며,
상기 n형 전하생성층은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하고,
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
R1 내지 R7은, 각각 독립적으로 수소이고,
L1은 치환 또는 비치환된 C5-C60의 아릴렌기이고,
Ar1은 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C5-C60의 아릴기이고,
P1은 치환 또는 비치환된 C5-C60의 아릴기이고,
[화학식 2]
상기 화학식 2에서,
R1 내지 R7은, 각각 독립적으로 수소이고,
L2은 치환 또는 비치환된 C5-C60의 아릴렌기이고,
Ar2는 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C5-C60의 아릴기이고,
P2는 치환 또는 비치환된 C4-C60의 헤테로아릴기이고,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 최소 비점유 분자 궤도 (LUMO)와 상기 화학식 2로 표시되는 화합물의 최소 비점유 분자 궤도 (LUMO)의 에너지 갭이 하기 수학식 1 및 수학식 2를 만족하는,
유기전계발광소자:
[수학식 1]
[화학식 1]LUMO - [p형 도펀트]LUMO ≥ [화학식 1]LUMO - [화학식 2]LUMO
[수학식 2]
[화학식 1]LUMO - [p형 전하생성층]LUMO ≥ [화학식 1]LUMO - [화학식 2]LUMO
상기 수학식 1 및 수학식 2에서,
[화학식 1]LUMO는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 최소 비점유 분자 궤도 (LUMO)이고,
[화학식 2]LUMO는 상기 화학식 2로 표시되는 화합물의 최소 비점유 분자 궤도 (LUMO)이고,
[p형 도펀트]LUMO는 상기 p형 도펀트의 최소 비점유 분자 궤도 (LUMO)이고,
[p형 전하생성층]LUMO은 상기 p형 전하생성층의 최소 비점유 분자 궤도 (LUMO)이다.
- 제1항에 있어서,
상기 화학식 1 및 화학식 2에서, L1 및 L2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C5-C60의 아릴렌기로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 두 개가, 파라- 위치에서 연속적으로 결합된
유기전계발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 화학식 2에서, L2는 페닐렌(phenylene), 알킬페닐렌(alkylphenylene), 시아노페닐렌(cyanophenylene), 나프틸렌(naphthylene), 알킬나프틸렌(alkylnaphthylene), 바이페닐렌(biphenylene), 알킬바이페닐렌(alkylbiphenylene), 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
유기전계발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 PA-1 또는 PA-2 중 선택되는 하나이고,
상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 하기 PH-1 또는 PH-2 중 선택되는 하나인,
유기전계발광소자.
, ,
, .
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 n형 전하생성층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 5:95 내지 95:5의 중량비로 포함하는
유기전계발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 n형 전하생성층은 도펀트를 더 포함하며, 상기 도펀트는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토금속 화합물, 알칼리 금속의 유기착체, 알칼리 토금속의 유기착제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
유기전계발광소자.
- 제9항에 있어서,
상기 알칼리 금속은 Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, Yb 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하고,
상기 알칼리 토금속 및 상기 알칼리 토금속 화합물은 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하며, 도핑 농도는 부피비로 유기 화합물의 0.5wt% 내지 10wt%인
유기전계발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 n형 전하생성층은 단층 구조이거나, 적어도 제1층 및 제2층을 포함하는 다층 구조이고,
상기 제1층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는
유기전계발광소자.
- 제11항에 있어서,
상기 n형 전하생성층은 상기 제1층이 상기 p형 전하생성층과 상기 제2층 사이에 개재되도록 적층되거나, 또는 상기 제2층은 상기 p형 전하생성층과 상기 제1층 사이에 개재되도록 적층된
유기전계발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 양극으로부터 상기 음극 방향으로 순차적으로 제1 발광부 및 제2 발광부를 형성하고,
상기 제1 발광부는 제1 발광층을 더 포함하고, 상기 제2 발광부는 제2 발광층을 포함하고,
상기 제1 발광부는 전자수송층을 포함하고, 상기 제2 발광부는 정공수송층을 더 포함하여, 상기 제1 발광층 및 상기 제2 발광층 사이에 상기 전자수송층, 상기 전하생성층 및 상기 정공수송층이 순차적으로 적층된
유기전계발광소자.
- 삭제
- 삭제
- 제13항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 최소 비점유 분자 궤도 (LUMO) 레벨이 상기 전자수송층의 최소 비점유 분자 궤도 (LUMO) 레벨과 같거나 낮은 화합물로서 선택된
유기전계발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 상기 화학식 2로 표시되는 화합물의 최소 비점유 분자 궤도 (LUMO) 레벨이 상기 p형 도펀트의 최소 비점유 분자 궤도 (LUMO) 레벨과 같거나 높은 화합물로서 선택된
유기전계발광소자.
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