KR102733723B1 - 유기발광다이오드 및 이를 포함하는 유기발광장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 안트라센계 호스트 및 보론계 도펀트를 포함하는 적어도 하나의 발광물질층과, 적어도 하나의 축합 헤테로 아릴기로 치환된 아민 화합물을 포함하는 적어도 하나의 전자차단층과, 필요에 따라 아진계 또는 벤즈이미다졸계 화합물을 포함하는 적어도 하나의 정공차단층을 포함하는 유기발광다이오드에 관한 것이다. 본 발명에 따른 유기 화합물을 발광 소자에 적용하여 소자의 발광 효율을 개선하고, 발광 수명을 크게 향상시킬 수 있다.

Description

유기발광다이오드 및 이를 포함하는 유기발광장치{ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE AND ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE HAVING THEREOF}
본 발명은 발광다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소자 수명이 크게 향상된 유기발광다이오드와 이를 포함하는 유기발광장치에 관한 것이다.
현재 널리 사용되고 있는 평면표시소자 중 하나로서 유기발광다이오드는 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device)를 빠르게 대체하는 표시 소자로서 주목을 받고 있다. 유기발광다이오드(organic light emitting diodes; OLED)는 2000 Å 이내의 얇은 유기 박막으로 형성되고, 사용되는 전극의 구성에 따라 단일 방향 또는 양방향으로의 화상 구현이 가능하다. 또한 유기발광 표시장치는 플라스틱과 같은 플렉서블(flexible) 투명 기판 위에도 소자를 형성할 수 있어서 플렉서블 또는 폴더블(foldable) 표시장치를 구현하기 용이하다. 뿐만 아니라, 유기발광 표시장치는 낮은 전압에서 구동이 가능하고, 색 순도가 우수하여, 액정표시장치에 비하여 큰 장점을 가지고 있다.
종래의 일반적인 형광 물질은 단일항 엑시톤만이 발광에 참여하기 때문에 발광 효율이 낮다. 삼중항 엑시톤도 발광에 참여하는 인광 물질은 형광 물질에 비하여 발광 효율이 높다. 하지만, 대표적인 인광 물질인 금속 착화합물은 발광 수명이 짧아서 상용화에 한계가 있다. 특히, 청색 발광 소재는 다른 컬러의 발광 소재와 비교하여 발광 수명 및 발광 효율에서 만족스럽지 못하다. 따라서 발광 효율 및 발광 수명이 향상된 화합물이나 소자 구조를 개발할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 발광 수명이 크게 향상된 유기발광다이오드와 이를 포함하는 유기발광장치를 제공하고자 하는 것이다.
일 측면에 따르면, 본 발명은 안트라센계 호스트 및 보론계 도펀트를 포함하는 발광물질층과, 적어도 하나의 축합 방향족 고리로 치환된 아민계 화합물을 포함하는 정공수송층 또는 전자차단층을 포함하는 유기발광다이오드를 제공한다.
일례로, 유기발광다이오드는 아진계 화합물 및/또는 벤즈이미다졸계 화합물을 포함하는 전자수송층 또는 정공차단층을 더욱 포함할 수 있다.
유기발광다이오드는 단일 발광 유닛으로 이루어질 수도 있고, 복수의 발광 유닛을 포함하는 탠덤(tandem) 구조를 가질 수 있다.
탠덤 구조를 가지는 유기발광다이오드는 청색(B)으로 발광하거나, 선택적으로 백색(W)으로 발광할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 본 발명은 전술한 유기발광다이오드를 포함하는 유기발광장치, 예를 들어 유기발광 조명장치 또는 유기발광 표시장치를 제공한다.
본 발명에 따른 유기발광다이오드는 안트라센계 호스트 및 보론계 도펀트를 포함하는 적어도 하나의 발광물질층과, 적어도 하나의 헤테로 아릴기로 치환된 아민계 화합물을 포함하는 적어도 하나의 전자차단층과, 선택적으로 아진계 및/또는 벤즈이미다졸계 화합물을 포함하는 적어도 하나의 정공차단층을 가지고 있다. 본 발명에 따른 유기발광다이오드를 적용하여, 발광 소자의 발광 특성을 개선할 수 있다.
종래 유기 발광 소자에서 취약점으로 생각되었던 청색(B) 발광에서의 발광 효율 및 발광 수명을 향상시킬 수 있다. 본 발명에 따른 유기발광다이오드를 적용하여, 발광 효율과 발광 수명이 크게 향상된 유기발광장치를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기발광 표시장치의 개략적인 회로도이다.
도 2는 본 발명의 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기발광다이오드를 가지는 유기발광장치의 일례로서 유기발광 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 제 1 실시형태에 따라 단일 발광 유닛을 가지는 유기발광다이오드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 제 2 실시형태에 따라 2개의 발광 유닛이 탠덤 구조를 가지는 유기발광다이오드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 제 2 실시형태에 따른 유기발광 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 예시적인 제 3 실시형태에 따라 3개의 발광 유닛이 탠덤 구조를 가지는 유기발광다이오드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 예시적인 제 3 실시형태에 따른 유기발광 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
이하, 필요한 경우에 첨부하는 도면을 참조하면서 본 발명을 설명한다.
본 발명에 따르면, 발광 소자에 소정 계열의 유기 화합물을 적용하여 발광 효율과 발광 수명을 향상시킬 수 있다. 본 발명에 따른 발광 소자는 유기발광 표시장치 또는 유기발광다이오드를 적용한 조명장치와 같은 유기발광장치에 적용될 수 있다. 일례로, 본 발명에 따른 유기발광다이오드를 적용한 표시장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 제 1 실시형태에 따른 유기발광 표시장치의 개략적인 회로도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 유기발광 표시장치에는, 서로 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 게이트 배선(GL)과, 데이터 배선(DL) 및 파워 배선(PL)이 형성되고, 화소영역(P)에는, 스위칭 박막트랜지스터(Ts), 구동 박막트랜지스터(Td), 스토리지 커패시터(Cst) 및 유기발광다이오드(D)가 형성된다. 화소영역(P)은 적색(R) 화소영역, 녹색(G) 화소영역 및 청색(B) 화소영역을 포함할 수 있다.
스위칭 박막트랜지스터(Ts)는 게이트 배선(GL) 및 데이터 배선(DL)에 연결되고, 구동 박막트랜지스터(Td) 및 스토리지 커패시터(Cst)는 스위칭 박막트랜지스터(Ts)와 파워 배선(PL) 사이에 연결된다. 유기발광다이오드(D)는 구동 박막트랜지스터(Td)에 연결된다. 이러한 유기발광 표시장치에서는, 게이트 배선(GL)에 인가된 게이트 신호에 따라 스위칭 박막트랜지스터(Ts)가 턴-온(turn-on) 되면, 데이터 배선(DL)에 인가된 데이터 신호가 스위칭 박막트랜지스터(Ts)를 통해 구동 박막트랜지스터(Td)의 게이트 전극과 스토리지 커패시터(Cst)의 일 전극에 인가된다.
구동 박막트랜지스터(Td)는 게이트 전극에 인가된 데이터 신호에 따라 턴-온 되며, 그 결과 데이터 신호에 비례하는 전류가 파워 배선(PL)으로부터 구동 박막트랜지스터(Td)를 통하여 유기발광다이오드(D)로 흐르게 되고, 유기발광다이오드(D)는 구동 박막트랜지스터(Td)를 통하여 흐르는 전류에 비례하는 휘도로 발광한다. 이때, 스토리지 커패시터(Cst)에는 데이터신호에 비례하는 전압으로 충전되어, 일 프레임(frame) 동안 구동 박막트랜지스터(Td)의 게이트 전극의 전압이 일정하게 유지되도록 한다. 따라서, 유기발광 표시장치는 원하는 영상을 표시할 수 있다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기발광 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 유기발광 표시장치(100)는 박막트랜지스터(Tr)와, 박막 트랜지스터(Tr)에 연결되는 유기발광다이오드(200)를 포함한다. 예를 들어, 기판(102)에는 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소가 정의되고, 유기발광다이오드(200)는 각 화소마다 위치한다. 즉, 적색, 녹색 및 청색 빛을 발광하는 유기발광다이오드(200)가 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소에 구비된다.
기판(102)은 유리 기판, 얇은 플렉서블(flexible) 기판 또는 고분자 플라스틱 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(102)은 폴리이미드(polyimide; PI), 폴리에테르술폰(Polyethersulfone; PES), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylenenaphthalate; PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene Terephthalate; PET) 및 폴리카보네이트(polycarbonate; PC) 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 박막트랜지스터(Tr)와, 유기발광다이오드(200)가 위치하는 기판(102)은 어레이 기판을 이룬다.
기판(102) 상에 버퍼층(106)이 형성되고, 버퍼층(106) 상에 박막트랜지스터(Tr)가 형성된다. 버퍼층(106)은 생략될 수 있다.
버퍼층(106) 상부에 반도체층(110)이 형성된다. 예를 들어, 반도체층(110)은 산화물 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 반도체층(110)이 산화물 반도체 물질로 이루어지는 경우, 반도체층(110) 하부에 차광패턴(도시하지 않음)이 형성될 수 있다. 차광패턴(도시하지 않음)은 반도체층(110)으로 빛이 입사되는 것을 방지하여 반도체층(110)이 빛에 의하여 열화되는 것을 방지한다. 이와 달리, 반도체층(110)은 다결정 실리콘으로 이루어질 수도 있으며, 이 경우 반도체층(110)의 양 가장자리에 불순물이 도핑되어 있을 수 있다.
반도체층(110) 상부에는 절연물질로 이루어진 게이트 절연막(120)이 기판(102) 전면에 형성된다. 게이트 절연막(120)은 실리콘산화물(SiO2) 또는 실리콘질화물(SiNx)과 같은 무기절연물질로 이루어질 수 있다.
게이트 절연막(120) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 게이트 전극(130)이 반도체층(110)의 중앙에 대응하여 형성된다. 도 2에서 게이트 절연막(120)은 기판(102) 전면에 형성되어 있으나, 게이트 절연막(120)은 게이트 전극(130)과 동일한 모양으로 패터닝 될 수도 있다.
게이트 전극(130) 상부에는 절연물질로 이루어진 층간 절연막(140)이 기판(102) 전면에 형성된다. 층간 절연막(140)은 실리콘산화물(SiO2) 또는 실리콘질화물(SiNx)과 같은 무기절연물질로 형성되거나, 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)이나 포토 아크릴(photo-acryl)과 같은 유기절연물질로 형성될 수 있다.
층간 절연막(140)은 반도체층(110)의 양측 상면을 노출하는 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(142, 144)을 갖는다. 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(142, 144)은 게이트 전극(130)의 양측에서 게이트 전극(130)과 이격되어 위치한다. 도 2에서 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(142, 144)은 게이트 절연막(120) 내에도 형성된 것으로 도시하였다. 이와 달리, 게이트 절연막(120)이 게이트 전극(130)과 동일한 모양으로 패터닝 될 경우, 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(142, 144)은 층간 절연막(140) 내에만 형성된다.
층간 절연막(140) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 소스 전극(152)과 드레인 전극(154)이 형성된다. 소스 전극(152)과 드레인 전극(154)은 게이트 전극(130)을 중심으로 이격되어 위치하며, 각각 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(142, 144)을 통해 반도체층(110)의 양측과 접촉한다.
반도체층(110), 게이트 전극(130), 소스 전극(152) 및 드레인 전극(154)은 박막트랜지스터(Tr)를 이루며, 박막트랜지스터(Tr)는 구동 소자(driving element)로 기능한다. 도 2에 예시된 박막트랜지스터(Tr)는 반도체층(110)의 상부에 게이트 전극(130), 소스 전극(152) 및 드레인 전극(154)이 위치하는 코플라나(coplanar) 구조를 가진다. 이와 달리, 박막트랜지스터(Tr)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.
도 2에 도시하지 않았으나, 게이트 배선과 데이터 배선이 서로 교차하여 화소영역을 정의하며, 게이트 배선과 데이터 배선에 연결되는 스위칭 소자가 더 형성된다. 상기 스위칭 소자는 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)에 연결된다. 또한, 파워 배선이 데이터 배선 또는 데이터 배선과 평행하게 이격되어 형성되며, 일 프레임(frame) 동안 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)의 게이트 전극의 전압을 일정하게 유지되도록 하기 위한 스토리지 커패시터가 더 구성될 수 있다.
소스 전극(152)과 드레인 전극(154) 상부에는 보호층(160)이 박막트랜지스터(Tr)를 덮으며 기판(102) 전면에 형성된다. 보호층(160)은 상면이 평탄하며, 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(154)을 노출하는 드레인 컨택홀(162)을 갖는다. 여기서, 드레인 컨택홀(162)은 제 2 반도체층 컨택홀(144) 바로 위에 형성된 것으로 도시되어 있으나, 제 2 반도체층 컨택홀(144)과 이격되어 형성될 수도 있다.
유기발광다이오드(200)는 보호층(160) 상에 위치하며 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(154)에 연결되는 제 1 전극(210)과, 제 1 전극(210) 상에 순차 적층되는 발광 유닛(230) 및 제 2 전극(220)을 포함한다.
1 전극(210)은 각 화소영역 별로 분리되어 형성된다. 제 1 전극(210)은 양극(anode)일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 큰 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(210)은 투명 도전성 산화물(transparent conductive oxide; TCO)로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 제 1 전극(210)은 인듐-주석-산화물 (indium-tin-oxide; ITO), 인듐-아연-산화물(indium-zinc-oxide; IZO), 인듐-주석-아연-산화물(indium-tin-zinc oxide; ITZO), 주석산화물(SnO), 아연산화물(ZnO), 인듐-구리-산화물(indium-copper-oxide; ICO) 및 알루미늄:산화아연(Al:ZnO; AZO)으로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 유기발광 표시장치(100)가 상부 발광 방식(top-emission type)인 경우, 제 1 전극(210) 하부에는 반사전극 또는 반사층이 더욱 형성될 수 있다. 예를 들어, 반사전극 또는 반사층은 알루미늄-팔라듐-구리(aluminum-palladium-copper: APC) 합금으로 이루어질 수 있다.
또한, 보호층(160) 상에는 제 1 전극(210)의 가장자리를 덮는 뱅크층(164)이 형성된다. 뱅크층(164)은 화소영역에 대응하여 제 1 전극(210)의 중앙을 노출한다.
제 1 전극(210) 상에는 발광 유닛(230)이 형성된다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 발광 유닛(230)은 정공주입층(hole injection layer; HIL), 정공수송층(hole transport layer; HTL), 전자차단층(electron blocking layer; EBL), 발광물질층(emitting material layer, EML), 정공차단층(hole blocking layer; HBL), 전자수송층(electron transport layer; ETL), 전자주입층(electron injection layer; EIL) 및/또는 전하생성층(charge generation layer; CGL)을 포함할 수 있다. 발광 유닛(230)은 단층으로 이루어질 수도 있고, 2개 이상의 발광 유닛이 탠덤 구조를 형성할 수도 있다.
발광 유닛(230)은 안트라센계 호스트 및 보론계 도펀트를 포함하는 적어도 하나의 발광물질층과, 아릴 아민계 화합물을 포함하는 적어도 하나의 전자차단층을 포함할 수 있다. 선택적으로, 발광 유닛(230)은 아진계 화합물 및/또는 벤즈이미다졸계 화합물을 포함하는 적어도 하나의 정공차단층을 포함한다. 이러한 발광 유닛(230)을 도입하여, 유기발광다이오드(200) 및 유기발광 표시장치(100)의 발광 효율 및 발광 수명을 크게 향상시킬 수 있는데, 이에 대해서는 후술한다.
발광 유닛(230)이 형성된 기판(102) 상부로 제 2 전극(220)이 형성된다. 제 2 전극(220)은 표시영역의 전면에 위치하며, 일함수 값이 비교적 작은 도전성 물질로 이루어져 전자를 주입하는 음극(cathode)일 수 있다. 예를 들어, 제 2 전극(220)은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 칼슘(ca), 은(Ag) 또는 이들의 합금이나 조합(예를 들어, 알루미늄-마그네슘 합금(AlMg))과 같은 반사 특성이 좋은 소재로 이루어질 수 있다.
제 2 전극(220) 상에는, 외부 수분이 유기발광다이오드(200)로 침투하는 것을 방지하기 위해, 인캡슐레이션 필름(encapsulation film, 170)이 형성된다. 인캡슐레이션 필름(170)은 제 1 무기 절연층(172)과, 유기 절연층(174)과, 제 2 무기 절연층(176)의 적층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 인캡슐레이션 필름(170)은 생략될 수 있다.
인캡슐레이션 필름(170) 상에는 외부광의 반사를 줄이기 위한 편광판(도시하지 않음)이 부착될 수 있다. 예를 들어, 편광판은 원형 편광판일 수 있다. 또한, 인캡슐레이션 필름(170) 또는 편광판(도시하지 않음) 상에 커버 윈도우(도시하지 않음)가 부착될 수 있다. 이때, 기판(102)과 커버 윈도우(도시하지 않음)가 플렉서블 특성을 가져, 플렉서블 표시장치를 구성할 수 있다.
전술한 바와 같이, 특정 구조의 유기 화합물을 발광 유닛에 도입하여 발광 효율과 발광 수명이 향상된 유기발광다이오드를 구현할 수 있다. 본 발명에 따른 유기발광다이오드에 대해서 설명한다. 도 3은 본 발명의 예시적인 제 1 실시형태에 따른 유기발광다이오드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 유기발광다이오드(300)는 서로 마주하는 제 1 전극(310) 및 제 2 전극(320)과, 제 및 제 2 전극(310, 320) 사이에 위치하는 발광 유닛(330)을 포함한다. 예시적인 실시형태에서, 발광 유닛(330)은 발광물질층(emitting material layer, EML, 360)과, 제 1 전극(310)과 발광물질층(360) 사이에 제 1 엑시톤 차단층인 전자차단층(electron blocking layer, EBL, 355)과, 발광물질층(360)과 제 2 전극(320) 사이에 위치하는 제 2 엑시톤 차단층인 정공차단층(hole blocking layer, HBL, 375)을 포함할 수 있다.
또한, 발광 유닛(330)은 제 1 전극(310)과 전자차단층(355) 사이에 위치하는 정공주입층(hole injection layer, HIL, 340)과, 정공주입층(340)과 전자차단층(355) 사이에 위치하는 정공수송층(hole transfer layer, HTL, 350)을 포함할 수 있다. 아울러, 정공차단층(375)과 제 2 전극(320) 사이에 위치하는 전자주입층(electron injection layer, EIL, 380)을 포함한다. 선택적인 실시형태에서, 발광 유닛(330)은 정공차단층(375) 및 전자주입층(380) 사이에 위치하는 전자수송층(electron transfer layer, ETL)을 더욱 포함할 수 있다.
제 1 전극(310)은 발광물질층(360)에 정공을 공급하는 양극(anode)일 수 있다. 제 1 전극(310)은 일함수(work function) 값이 비교적 큰 도전성 물질, 예를 들어 투명 도전성 산화물(transparent conductive oxide; TCO)로 형성되는 것이 바람직하다. 예시적인 실시형태에서, 제 1 전극(310)은 인듐-주석-산화물 (indium-tin-oxide; ITO), 인듐-아연-산화물(indium-zinc-oxide; IZO), 인듐-주석-아연-산화물(indium-tin-zinc oxide; ITZO), 주석산화물(SnO), 아연산화물(ZnO), 인듐-구리-산화물(indium-copper-oxide; ICO) 및 알루미늄:산화아연(Al:ZnO; AZO)으로 이루어질 수 있다.
제 2 전극(320)은 발광물질층(360)에 전자를 공급하는 음극(cathode)일 수 있다. 제 2 전극(320)은 일함수 값이 비교적 작은 도전성 물질, 예를 들어 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 은(Ag), 또는 이들의 합금이나 조합과 같은 반사 특성이 좋은 소재로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(310)과 제 2 전극(320)은 각각 30 내지 300 nm의 두께로 적층될 수 있다.
발광물질층(360)은 안트라센계 유도체인 제 1 호스트와, 보론계 유도체인 제 1 도펀트를 포함하여 청색으로 발광한다. 일례로, 제 1 호스트는 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
화학식 1에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 C6~C30 아릴기 또는 C5~C30 헤테로 아릴기임; L1 및 L2는 각각 독립적으로 C6~C30 아릴렌기임; a와 b는 각각 0 또는 1임.
예를 들어, 화학식 1에서 R1은 페닐기 또는 나프틸기일 수 있고, R2는 나프틸기, 디벤조퓨라닐기 또는 축합된 디벤조퓨라닐기일 수 있으며, L1 및 L2는 각각 독립적으로 페닐렌기일 수 있다.
일례로, 제 1 호스트는 하기 화학식 2로 표시되는 어느 하나의 화합물일 수 있다.
[화학식 2]
한편, 청색으로 발광하는 보론계 도펀트인 제 1 도펀트는 하기 화학식 3으로 표시될 수 있다.
[화학식 3]
화학식 3에서, R11과 R12는 각각 독립적으로 C1~C20 알킬기, C6~C30 아릴기, C5~C30 헤테로 아릴기 또는 C6~C30 아릴 아미노기이거나, R11 중에서 인접한 기 또는 R12 중에서 인접한 기는 서로 합쳐져서 축합 방향족 고리를 형성함; c와 d는 각각 0 내지 4의 정수임; R13은 C1~C10 알킬기, C6~C30 아릴기, C5~C30 헤테로 아릴기 또는 C5~C30 방향족 아미노기임; e는 0 내지 3의 정수임; X1 및 X2는 각각 독립적으로 산소(O) 또는 NR14이고, R14은 C6~C30 아릴기임.
선택적으로, 화학식 3에서 치환기인 R11 내지 R14을 각각 구성하는 아릴기, 헤테로 아릴기 및/또는 아릴 아미노기를 구성하는 방향족 고리는 C1~C10, 바람직하게는 C1~C5 알킬기, 치환되지 않거나 C1~C10 알킬기로 치환된 C6~C30 아릴기 또는 C5~C30 헤테로 아릴기로 더욱 치환될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
일례로, 제 1 도펀트는 하기 화학식 4로 표시되는 어느 하나의 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 4]
예를 들어, 제 1 도펀트는 발광물질층(360)에 1 내지 50 중량%, 바람직하게는 1 내지 30 중량%의 비율로 도핑될 수 있다. 발광물질층(360)은 10 내지 200 nm, 바람직하게는 20 내지 100 nm, 더욱 바람직하게는 20 내지 50 nm의 두께로 형성될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
정공주입층(340)은 제 1 전극(310)과 정공수송층(350) 사이에 위치하는데, 무기물인 제 1 전극(310)과 유기물인 정공수송층(350) 사이의 계면 특성을 향상시킨다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 정공주입층(340)은 4,4',4"-트리스(3-메틸페닐아미노)트리페닐아민(4,4',4"-Tris(3-methylphenylamino)triphenylamine; MTDATA), 4,4',4"-트리스(N,N-디페닐-아미노)트리페닐아민(4,4',4"-Tris(N,N-diphenyl-amino)triphenylamine; NATA), 4,4',4"-트리스(N-(나프탈렌-1-일)-N-페닐-아미노)트리페닐아민(4,4',4"-Tris(N-(naphthalene-1-yl)-N-phenyl-amino)triphenylamine; 1T-NATA), 4,4',4"-트리스(N-(나프탈렌-2-일)-N-페닐-아미노)트리페닐아민(4,4',4"-Tris(N-(naphthalene-2-yl)-N-phenyl-amino)triphenylamine; 2T-NATA), 프탈로시아닌구리(Copper phthalocyanine; CuPc), 트리스(4-카바조일-9일-페닐)아민(Tris(4-carbazoyl-9-yl-phenyl)amine; TCTA), N,N'-디페닐-N,N'-비스(1-나프틸)-1,1'-바이페닐-4,4"-디아민(N,N'-Diphenyl-N,N'-bis(1-naphthyl)-1,1'-biphenyl-4,4"-diamine; NPB; NPD), 1,4,5,8,9,11-헥사아자트리페닐렌헥사카보니트릴(1,4,5,8,9,11-Hexaazatriphenylenehexacarbonitrile, Dipyrazino[2,3-f:2'3'-h]quinoxaline-2,3,6,7,10,11-hexacarbonitrile; HAT-CN), 1,3,5-트리스[4-(디페닐아미노)페닐]벤젠(1,3,5-tris[4-(diphenylamino)phenyl]benzene; TDAPB), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)폴리스티렌 술포네이트(poly(3,4-ethylenedioxythiphene)polystyrene sulfonate; PEDOT/PSS) 및/또는 N-(바이페닐-4-일)-9,9-디메틸-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)-9H-플루오렌-2-아민(N-(biphenyl-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine) 등으로 이루어지는 어느 하나의 정공 주입 물질로 이루어질 수 있다.
선택적인 실시형태에서, 정공주입층(340)은 후술하는 정공 수송 물질에 전술한 정공 주입 물질이 도핑되어 이루어질 수 있다. 이 경우 정공 주입 물질은 대략 1 내지 50 중량%, 바람직하게는 1 내지 30 중량%의 비율로 도핑될 수 있다. 유기발광다이오드(300)의 특성에 따라 정공주입층(340)은 생략될 수 있다.
정공수송층(350)은 제 1 전극(310)과 전자차단층(355) 사이에서 전자차단층(355)에 인접하여 위치한다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 정공수송층(350)은 N,N'-디페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-1,1'-바이페닐-4,4'-디아민(N,N'-Diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine; TPD), NPB(NPD), 4,4'-비스(N-카바졸릴)-1,1'-바이페닐(4,4'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl; CBP), 폴리[N,N'-비스(4-부틸페닐)-N,N'-비스(페닐)-벤지딘](Poly[N,N'-bis(4-butylpnehyl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidine]; Poly-TPD), 폴리[(9,9-디옥닐플루오레닐-2,7-디일)-co-(4,4'-(N-(4-sec-부틸페닐)디페닐아민))](Poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-(4,4'-(N-(4-sec-butylphenyl)diphenylamine))], TFB), 디-[4-(N,N-디-p-톨릴-아미노)페닐]사이클로헥산(Di-[4-(N,N-di-p-tolyl-amino)-phenyl]cyclohexane; TAPC), 3,5-디(9H-카바졸-9-일)-N,N-디페닐아닐린(3,5-Di(9H-carbazol-9-yl)-N,N-diphenylaniline; DCDPA), N-(바이페닐-4-일)-9,9-디메틸-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)-9H-플루오렌-2-아민(N-(biphenyl-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine), N-(바이페닐]-4-일)-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)바이페닐)-4-아민(N-(biphenyl-4-yl)-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)biphenyl-4-amine), N-([1,1'-바이페닐]-4-일)-9,9-디메틸-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)-9H-플루오렌-2-아민(N-([1,1'-Biphenyl]-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9-phenl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine) 및/또는 N4,N4,N4',N4'-테트라([1,1'-바이페닐]-4-일)-[1,1'-바이페닐]-4,4'-디아민(N4,N4,N4',N4'-tetra([1,1'-biphenyl]-4-yl)-[1,1'-biphenyl]-4,4'-diamine) 등으로 구성되는 군에서 선택되는 화합물을 포함할 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
예시적인 실시형태에서, 정공주입층(340) 및 정공수송층(350)은 각각 5 nm 내지 200 nm, 바람직하게는 5 nm 내지 100 nm의 두께로 적층될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
전자차단층(355)은 전자가 발광물질층(360)을 지나 제 1 전극(310)으로 이동하는 것을 방지한다. 전자차단층(355)은 하기 화학식 5로 표시되는 아민계 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 5]
화학식 5에서, L3은 C6~C30 아릴렌기임; R21 및 R22는 각각 독립적으로 수소이거나 인접한 기가 합쳐져서 축합 방향족 고리를 형성함; R23은 수소 또는 C6~C30 아릴기임; R24는 C5~C30 헤테로 아릴기임; o는 0 또는 1이고, p는 치환기의 개수로서 0 내지 4의 정수이며, q는 치환기의 개수로서 0 내지 5의 정수임.
예를 들어, 화학식 5에서 L3은 페닐렌기일 수 있고, R23은 수소, 페닐기 또는 바이페닐기일 수 있으며, R24는 카바조일기, 디벤조퓨라닐기 또는 디벤조티오페닐기일 수 있다.
일례로, 전자차단층(355)은 하기 화학식 6으로 표시되는 어느 하나의 아민계 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 6]
선택적으로, 유기발광다이오드(300)는 정공이 발광물질층(360)을 지나 제 2 전극(320)으로 이동하는 것을 방지할 수 있도록 정공차단층(375)을 포함할 수 있다. 일례로, 정공차단층(375)은 하기 화학식 7로 표시되는 아진계 화합물 및/또는 화학식 9로 표시되는 벤즈이미다졸계 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 7]
화학식 7에서, Y1 내지 Y5는 각각 독립적으로 CR31 또는 질소(N)이고 그 중에서 1개 내지 3개는 질소이며, R31은 C6~C30 아릴기임; L은 C6~C30 아릴렌기임; R32는 C6~C30 아릴기 또는 C5~C30 헤테로 아릴기임; R33은 수소이거나 인접한 기가 합쳐져서 축합 방향족 고리를 형성함; r은 0 또는 1이고, s는 1 또는 2이며, t는 0 내지 4의 정수임.
[화학식 9]
화학식 9에서, Ar은 C10~C30 아릴렌기임; R41은 C6~C30 아릴기 또는 C5~C30 헤테로 아릴기임; R42는 수소, C1~C10 알킬기 또는 C5~C30 아릴기임.
예를 들어, 화학식 7에서 R32를 구성하는 방향족 치환기는 치환되지 않거나, 다른 C6~C30 아릴기 또는 C5~C30 헤테로 아릴기로 치환될 수 있다. 예를 들어, R32에 치환될 수 있는 방향족 작용기는 C10~C30 축합 아릴기 또는 C10~C30 축합 헤테로 아릴기일 수 있다. 화학식 7에서 R33은 축합되어 나프틸기를 형성할 수 있다.
일례로, 정공차단층(375)은 하기 화학식 8로 표시되는 어느 하나의 아진계 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 8]
한편, 화학식 9에서 Ar은 나프틸렌기 또는 안트라세닐렌기일 수 있고, R41은 페닐기 또는 벤즈이미다졸일기 기일 수 있으며, R42는 메틸기, 에틸기 또는 페닐기일 수 있다. 일례로, 정공차단층(375)에 적용될 수 있는 벤즈이미다졸계 화합물은 하기 화학식 10로 표시되는 어느 하나의 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 10]
예시적인 실시형태에서, 전자차단층(355) 및 정공차단층(375)은 각각 5 nm 내지 200 nm, 바람직하게는 5 nm 내지 100 nm의 두께로 적층될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
화학식 7 내지 화학식 10으로 표시되는 화합물은 정공 차단 능력이 우수할 뿐만 아니라, 전자 수송 특성 또한 우수하다. 이 경우, 정공차단층(375)은 정공차단층과 전자수송층으로 기능할 수 있다.
선택적인 실시형태에서, 유기발광다이오드(300)는 정공차단층(375)과 전자주입층(380) 사이에 전자수송층(도시하지 않음)을 포함할 수 있다. 전자수송층(도시하지 않음)은 옥사디아졸계(oxadiazole-base), 트리아졸계(triazole-base), 페난트롤린계(phenanthroline-base), 벤족사졸계(benzoxazole-based), 벤조티아졸계(benzothiazole-base), 벤즈이미다졸계(benzimidazole-base), 트리아진(triazine-base) 등의 유도체를 포함할 수 있다.
일례로, 전자수송층(도시하지 않음)은 트리스(8-하이드록시퀴놀린)알루미늄(tris-(8-hydroxyquinoline aluminum; Alq3), 2-바이페닐-4-일-5-(4-터셔리-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(2-biphenyl-4-yl-5-(4-t-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole; PBD), 스파이로-PBD, 리튬 퀴놀레이트(lithium quinolate; Liq), 1,3,5-트리스(N-페닐벤즈이미다졸-2-일)벤젠(1,3,5-Tris(N-phenylbenzimidazol-2-yl)benzene; TPBi), 비스(2-메틸-8-퀴놀리노라토-N1,O8)-(1,1'-바이페닐-4-올라토)알루미늄(Bis(2-methyl-8-quinolinolato-N1,O8)-(1,1'-biphenyl-4-olato)aluminum; BAlq), 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline; Bphen), 2,9-비스(나프탈렌-2-일)4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(2,9-Bis(naphthalene-2-yl)4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline; NBphen), 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenathroline; BCP), 3-(4-바이페닐)-4-페닐-5-터르-부틸페닐-1,2,4-트리아졸(3-(4-Biphenyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole; TAZ), 4-(나프탈렌-1-일)-3,5-디페닐-4H-1,2,4-트리아졸(4-(Naphthalen-1-yl)-3,5-diphenyl-4H-1,2,4-triazole; NTAZ), 1,3,5-트리(p-피리드-3-일-페닐)벤젠(1,3,5-Tri(p-pyrid-3-yl-phenyl)benzene; TpPyPB), 2,4,6-트리스(3'-(피리딘-3-일)바이페닐-3-일)1,3,5-트리아진(2,4,6-Tris(3'-(pyridin-3-yl)biphenyl-3-yl)1,3,5-triazine; TmPPPyTz), 폴리[(9,9-비스(3'-((N,N-디메틸)-N-에틸암모늄)-프로필)-2,7-플루오렌)-알트-2,7-(9,9-디옥틸플루오렌)](Poly[9,9-bis(3'-((N,N-dimethyl)-N-ethylammonium)-propyl)-2,7-fluorene]-alt-2,7-(9,9-dioctylfluorene)]; PFNBr), 트리스(페닐퀴녹살린)(tris(phenylquinoxaline; TPQ), 디페닐-4-트리페닐실릴-페닐포스핀옥사이드(Diphenyl-4-triphenylsilyl-phenylphosphine oxide; TSPO1), 2-[4-(9,10-디-나프탈렌-2-일-안트라센-2-일)페닐)]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(2-[4-(9,10-Di-2-naphthalen2-yl-2-anthracen-2-yl)phenyl]-1-phenyl-1H-benzimidazole; ZADN), 1,3-비스(9-페닐-1,10-페난트롤린-2-일)벤젠(1,3-bis(9-phenyl-1,10-phenathrolin-2-yl)benzene), 1,4-비스(2-페닐-1,10-페난트롤린-4-일)벤젠(1,4-bis(2-phenyl-1,10-phenanthrolin-4-yl)benzene; p-bPPhenB) 및/또는 1,3-비스(2-페닐-1,10-페난트롤린)-4-일)벤젠(1,3-bis(2-phenyl-1,10-phenanthrolin-4-yl)benzene; m-bPPhenB) 등의 전자 수송 물질을 포함할 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
전자주입층(380)은 정공차단층(375)과 제 2 전극(320) 사이에 위치하는데, 제 2 전극(320)의 특성을 개선하여 소자의 수명을 개선할 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 전자주입층(380)은 LiF, CsF, NaF, BaF2 등의 알칼리 할라이드계 물질 및/또는 Liq(lithium quinolate), 리튬 벤조에이트(lithium benzoate), 소듐 스테아레이트(sodium stearate) 등의 유기금속계 물질이 사용될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
선택적인 실시형태에서, 전자주입층(380)은 Li, Na, K, Cs와 같은 알칼리 금속 및/또는 Mg, Sr, Ba, Ra와 같은 알칼리토 금속으로 도핑된 유기층일 수 있다. 전자주입층(380)에 사용되는 호스트는 전술한 전자 수송 물질일 수 있으며, 알칼리 금속 또는 알칼리토 금속은 약 1 내지 30 중량% 도핑될 수 있다.
예를 들어, 전자수송층(도시하지 않음) 및 전자주입층(380)은 각각 10 내지 200 nm, 바람직하게는 10 내지 100 nm의 두께로 적층될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
화학식 1 내지 화학식 2로 표시되는 안트라센계 제 1 호스트와, 화학식 3 내지 화학식 4로 표시되는 보론계 도펀트를 발광물질층(360)에 적용하고, 화학식 5 내지 화학식 6으로 표시되는 적어도 하나의 축합 헤테로 아릴기로 치환된 아민계 화합물을 전자차단층(355)에 적용하며, 선택적으로 화학식 7 내지 화학식 8로 표시되는 아진계 화합물 및/또는 화학식 9 내지 화학식 10으로 표시되는 벤즈이미다졸계 화합물을 정공차단층(375)에 적용하여, 유기발광다이오드(300)의 발광 효율을 개선하고, 발광 수명을 크게 향상시킬 수 있다.
도 3에서는 단일 발광 유닛으로 구성되는 유기발광다이오드를 예시하였으나, 본 발명에 따른 유기발광다이오드는 다수의 발광 유닛을 포함하여 탠덤(tandem) 구조를 가질 수 있다. 도 4는 본 발명의 예시적인 제 2 실시형태에 따른 유기발광다이오드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 예시적인 제 2 실시형태에 따른 유기발광다이오드(400)는 서로 마주하는 제 1 전극(410) 및 제 2 전극(420)과, 제 1 전극(410)과 제 2 전극(420) 사이에 위치하는 제 1 발광 유닛(430)과, 제 1 발광 유닛(430)과 제 2 전극(420) 사이에 위치하는 제 2 발광 유닛(530)과, 제 1 및 제 2 발광 유닛(430, 530) 사이에 위치하는 제 1 전하생성층(490)을 포함한다.
제 1 전극(410)은 양극일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 큰 도전성 물질, 예를 들어 투명 도전성 산화물(transparent conductive oxide, TCO)로 형성되는 것이 바람직하다. 예시적인 실시형태에서, 제 1 전극(410)은 ITO, IZO, ITZO, SnO, ZnO, ICO) 및/또는 AZO로 이루어질 수 있다. 제 2 전극(420)은 음극일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 작은 도전성 물질, 예를 들어 Al, Mg, Ca, Ag, 또는 이들의 합금이나 조합과 같은 반사 특성이 좋은 소재로 이루어질 수 있다. 제 1 전극(410)과 제 2 전극(420)은 각각 30 내지 300 nm의 두께로 적층될 수 있다.
제 1 발광 유닛(430)은 제 1 발광물질층(460)을 포함하고, 제 1 전극(410)과 제 1 발광물질층(460) 사이에 위치하는 제 1 전자차단층(455)과, 제 1 발광물질층(460)과 제 1 전하생성층(490) 사이에 위치하는 제 1 정공차단층(475)을 더욱 포함할 수 있다.
또한, 제 1 발광 유닛(430)은 제 1 전극(410)과 제 1 전자차단층(455) 사이에 위치하는 정공주입층(440)과, 정공주입층(440)과 제 1 전자차단층(455) 사이에 위치하는 제 1 정공수송층(450)을 더욱 포함할 수 있다.
한편, 제 2 발광 유닛(530)은 제 2 발광물질층(560)을 포함하고, 제 1 전하생성층(490)과 제 2 발광물질층(560) 사이에 위치하는 제 2 전자차단층(555)과, 제 2 발광물질층(560)과 제 2 전극(420) 사이에 위치하는 제 2 정공차단층(575)을 포함할 수 있다.
또한, 제 2 발광 유닛(530)은 제 1 전하생성층(490)과 제 2 전자차단층(555) 사이에 위치하는 제 2 정공수송층(550)과, 제 2 정공차단층(575)과 제 2 전극(420) 사이에 위치하는 전자주입층(580)을 더욱 포함할 수 있다.
제 1 발광물질층(460)과 제 2 발광물질층(560)은 각각 화학식 1 내지 화학식 2로 표시되는 제 1 호스트와, 화학식 3 내지 화학식 4로 표시되는 제 1 도펀트를 포함할 수 있다. 이때, 유기발광다이오드(400)는 청색으로 발광한다.
정공주입층(440)은 제 1 전극(410)과 제 1 정공수송층(450) 사이에 위치하여, 제 1 전극(410)과 제 1 정공수송층(450) 사이의 계면 특성을 향상시킨다. 일례로, 정공주입층(440)은 MTDATA, NATA, 1T-NATA, 2T-NATA, CuPc, TCTA, NPB(NPD), HAT-CN, TDAPB, PEDOT/PS) 및/또는 N-(바이페닐-4-일)-9,9-디메틸-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)-9H-플루오렌-2-아민 등으로 이루어지는 어느 하나의 정공 주입 물질로 이루어질 수 있다. 선택적으로, 정공주입층(440)은 정공 수송 물질에 정공 주입 물질이 도핑되어 이루어질 수 있다. 유기발광다이오드(400)의 특성에 따라 정공주입층(440)은 생략될 수 있다.
제 1 및 제 2 정공수송층(450, 550)은 각각 TPD, NPB, CBP, Poly-TPD, TFB, TAPC, DCDPA, N-(비페닐-4-일)-9,9-디메틸-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)-9H-플루오렌-2-아민, N-(바이페닐-4-일)-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)바이페닐)-4-아민, N-([1,1'-바이페닐]-4-일)-9,9-디메틸-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)-9H-플루오렌-2-아민 및/또는 N4,N4,N4',N4'-테트라([1,1'-바이페닐]-4-일)-[1,1'-바이페닐]-4,4'-디아민 등으로 구성되는 군에서 선택되는 화합물을 포함할 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. 정공주입층(440) 및 제 1 및 제 2 정공수송층(450, 550)은 각각 5 nm 내지 200 nm, 바람직하게는 5 nm 내지 100 nm의 두께로 적층될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
제 1 및 제 2 전자차단층(455, 555)은 각각 전자가 제 1 및 제 2 발광물질층(460, 560)을 지나 제 1 전극(410) 및 제 1 전하생성층(490)으로 이동하는 것을 방지한다. 일례로, 제 1 및 제 2 전자차단층(455, 555)은 각각 화학식 5 내지 화학식 6으로 표시되는 아민계 화합물을 포함할 수 있다.
제 1 및 제 2 정공차단층(475, 575)은 각각 정공이 제 1 및 제 2 발광물질층(460, 560)을 지나 제 1 전하생성층(490) 및 제 2 전극(420)으로 이동하는 것을 방지한다. 일례로, 제 1 및 제 2 정공차단층(475, 575)은 각각 화학식 7 내지 8로 표시되는 아진계 화합물 및/또는 화학식 9 내지 10으로 표시되는 벤즈이미다졸계 화합물을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 전자차단층(455, 555) 및 제 1 및 제 2 정공차단층(475, 575)은 각각 5 nm 내지 200 nm, 바람직하게는 5 nm 내지 100 nm의 두께로 적층될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
전술한 바와 같이, 화학식 7 내지 화학식 10으로 표시되는 화합물은 정공 차단 능력은 물론이고, 전자 수송 특성 또한 우수하기 때문에, 제 1 및 제 2 정공차단층(475, 475)은 각각 정공차단층과 전자수송층으로 기능할 수 있다.
선택적인 실시형태에서, 제 1 발광 유닛(430)은 제 1 정공차단층(475)과 제 1 전하생성층(490) 사이에 위치하는 제 1 전자수송층(도시하지 않음)을 포함할 수 있고, 제 2 발광 유닛(530)은 제 2 정공차단층(575)과 전자주입층(580) 사이에 위치하는 제 2 전자수송층(도시하지 않음)을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 전자수송층(도시하지 않음)은 각각 옥사디아졸계(oxadiazole-base), 트리아졸계(triazole-base), 페난트롤린계(phenanthroline-base), 벤족사졸계(benzoxazole-based), 벤조티아졸계(benzothiazole-base), 벤즈이미다졸계(benzimidazole-base), 트리아진(triazine-base) 등의 유도체를 포함할 수 있다.
일례로, 제 1 및 제 2 전자수송층(도시하지 않음)은 Alq3, PBD, 스파이로-PBD, Liq, TPB), BAlq, Bphen, NBphen, BCP, TAZ, NTAZ, TpPyPB, TmPPPyTz, PFNBr, TPQ, TSPO1, ZADN, 1,3-비스(9-페닐-1,10-페난트롤린-2-일)벤젠, p-bPPhenB 및/또는 m-bPPhenB 등의 전자 수송 물질을 포함할 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
전자주입층(580)은 제 2 정공차단층(475)과 제 2 전극(420) 사이에 위치한다. 전자주입층(580)은 LiF, CsF, NaF, BaF2 등의 알칼리 할라이드계 물질 및/또는 Liq(lithium quinolate), 리튬 벤조에이트(lithium benzoate), 소듐 스테아레이트(sodium stearate) 등의 유기금속계 물질이 사용될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
선택적인 실시형태에서, 전자주입층(480)은 Li, Na, K, Cs와 같은 알칼리 금속 및/또는 Mg, Sr, Ba, Ra와 같은 알칼리토 금속으로 도핑된 유기층일 수 있다. 전자주입층(480)에 사용되는 호스트는 전술한 전자 수송 물질일 수 있으며, 알칼리 금속 또는 알칼리토 금속은 약 1 내지 30 중량% 도핑될 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 전자수송층(도시하지 않음) 및 전자주입층(480)은 각각 10 내지 200 nm, 바람직하게는 10 내지 100 nm의 두께로 적층될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
제 1 전하생성층(charge generation layer, CGL, 490)은 제 1 발광 유닛(430)과 제 2 발광 유닛(530) 사이에 위치한다. 제 1 전하생성층(490)은 제 1 발광 유닛(430)에 인접하게 위치하는 N타입 전하생성층(N-CGL, 510)과 제 2 발광 유닛(530)에 인접하게 위치하는 P타입 전하생성층(P-CGL, 520)을 포함한다. N타입 전하생성층(510)은 제 1 발광 유닛(430)으로 전자(electron)를 주입해주고, P타입 전하생성층(520)은 제 2 발광 유닛(430)으로 정공(hole)을 주입해준다.
N타입 전하생성층(510)은 Li, Na, K, Cs와 같은 알칼리 금속 및/또는 Mg, Sr, Ba, Ra와 같은 알칼리토금속으로 도핑된 유기층일 수 있다. 예를 들어, N타입 전하생성층(510)에 사용되는 호스트 유기물은 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(4,7-dipheny-1,10-phenanthroline; Bphen), MTDATA와 같은 물질일 수 있으며, 알칼리 금속 또는 알칼리토금속은 약 0.01 내지 30 중량%로 도핑될 수 있다.
한편, P타입 전하생성층(520)은 텅스텐산화물(WOx), 몰리브덴산화물(MoOx), 베릴륨산화물(Be2O3), 바나듐산화물(V2O5) 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 무기물 및/또는 NPD, HAT-CN, F4TCNQ, TPD, N,N,N',N'-테트라나프탈레닐-벤지딘(TNB), TCTA, N,N'-디옥틸-3,4,9,10-페릴렌디카복시미드(N,N'-dioctyl-3,4,9,10-perylenedicarboximide; PTCDI-C8) 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 유기물로 이루어질 수 있다.
본 발명의 제 2 실시형태에 따른 유기발광다이오드(400)는 안트라센계 유도체인 제 1 호스트와, 보론계 유도체인 제 1 도펀트를 제 1 및 제 2 발광물질층(460, 560)에 적용하고, 아민계 화합물을 제 1 및 제 2 전자차단층(460, 560)에 적용하며, 선택적으로 아진계 및/또는 벤즈이미다졸계 화합물을 제 1 및 제 2 정공차단층(475, 575)에 적용하여 발광 효율과 발광 수명을 개선한다. 특히 청색(B)으로 발광하는 2개의 발광 유닛(430, 530)을 이중의 스택(stack) 구조로 적층하여, 유기발광 표시장치(100, 도 1 참조)에서 높은 색 순도의 영상을 구현할 수 있다.
한편, 도 4에서는 2개의 발광 유닛이 탠덤 구조를 형성하는 유기발광다이오드를 설명하였다. 이와 달리, 유기발광다이오드는 전자주입층(580)을 제외한 제 2 발광 유닛(530) 상부에 제 2 전하생성층과 제 3 발광 유닛을 형성하는 3개의 발광 유닛으로 구성될 수도 있다(도 6 참조).
한편, 전술한 실시형태에서는 청색(B) 발광을 구현하는 유기발광 표시장치 및 유기발광다이오드에 대해서 설명하였다. 이와 달리, 백색(W) 발광을 포함하는 풀-컬러 표시장치를 또한 구현할 수 있는데, 이에 대하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 예시적인 제 2 실시형태에 따른 유기발광장치의 일례로서 유기발광 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 유기발광 표시장치(600)는 적색 화소(RP), 녹색 화소(GP) 및 청색 화소(BP)가 각각 정의된 제 1 기판(602)과, 제 1 기판(602)과 마주하는 제 2 기판(604)과, 제 1 기판(602)과 제 2 기판(604) 사이에 위치하며 백색 빛을 발광하는 유기발광다이오드(700)와, 유기발광다이오드(700)와 제 2 기판(602) 사이에 위치하는 컬러필터층(680)을 포함한다.
제 1 기판(602) 및 제 2 기판(604)은 각각 유리 기판, 플렉서블 기판 또는 고분자 플라스틱 기판일 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 기판(602, 604)은 각각 PI, PES, PEN, PET 및 PC 중에서 어느 하나로 형성될 수 있다.
제 1 기판(602) 상에 버퍼층(606)이 형성되고, 버퍼층(606) 상에는 적색 화소(RP), 녹색 화소(GP) 및 청색 화소(BP) 각각에 대응하여 박막트랜지스터(Tr)가 형성된다. 버퍼층(606)은 생략될 수 있다.
버퍼층(606) 상에 반도체층(610)이 형성된다. 일례로, 반도체층(610)은 산화물 반도체 물질로 이루어지거나, 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다.
반도체층(610) 상부에는 절연물질, 예를 들어, 실리콘산화물(SiO2) 또는 실리콘질화물(SiNx)과 같은 무기절연물로 이루어지는 게이트 절연막(620)이 형성된다.
게이트 절연막(620) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 게이트 전극(630)이 반도체층(610)의 중앙에 대응하여 형성된다. 게이트 전극(630) 상부에는 절연물질, 실리콘산화물(SiO2) 또는 실리콘질화물(SiNx)과 같은 무기절연물질이나, 벤조사이클로부텐이나 포토 아크릴(photo-acryl)과 같은 유기절연물질로 이루어지는 층간 절연막(640)이 형성된다.
층간 절연막(640)은 반도체층(610)의 양 양측 상면을 노출하는 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(142, 144)을 갖는다. 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(142, 144)은 게이트 전극(130)의 양측에서 게이트 전극(130)과 이격되어 위치한다.
층간 절연막(640) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 소스 전극(652)과 드레인 전극(654)이 형성된다. 소스 전극(652)과 드레인 전극(654)은 게이트 전극(630)을 중심으로 이격되어 위치하며, 각각 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(642, 644)을 통해 반도체층(610)의 양측과 접촉한다.
반도체층(110), 게이트 전극(130), 소스 전극(152) 및 드레인 전극(154)은 박막트랜지스터(Tr)를 이루며, 박막트랜지스터(Tr)는 구동 소자(driving element)로 기능한다.
도 5에 도시하지 않았으나, 게이트 배선과 데이터 배선이 서로 교차하여 화소영역을 정의하며, 게이트 배선과 데이터 배선에 연결되는 스위칭 소자가 더 형성된다. 상기 스위칭 소자는 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)에 연결된다. 또한, 파워 배선이 데이터 배선 또는 데이터 배선과 평행하게 이격되어 형성되며, 일 프레임(frame) 동안 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)의 게이트 전극의 전압을 일정하게 유지되도록 하기 위한 스토리지 커패시터가 더 구성될 수 있다.
소스 전극(652)과 드레인 전극(654) 상부에는 보호층(660)이 박막트랜지스터(Tr)를 덮으며 제 1 기판(602) 전면에 형성된다. 보호층(660)은 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(654)을 노출하는 드레인 컨택홀(662)을 갖는다.
보호층(660) 상에 유기발광다이오드(700)가 위치한다. 유기발광다이오드(700)는 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(652)에 연결되는 제 1 전극(710)과, 제 1 전극(710)과 마주하는 제 2 전극(720)과, 제 1 및 제 2 전극(710, 720) 사이에 위치하는 발광 유닛(730)을 포함한다.
각각의 화소영역 별로 형성되는 제 1 전극(710)은 양극(anode)일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 큰 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 일례로, 제 1 전극(710)은 ITO, IZO, ITZO, SnO, ZnO, ICO 및 AZO 등으로 이루어질 수 있다. 제 1 전극(710) 하부에는 반사전극 또는 반사층이 더욱 형성될 수 있다. 예를 들어, 반사전극 또는 반사층은 APC 합금으로 이루어질 수 있다.
보호층(660) 상에는 제 1 전극(710)의 가장자리를 덮는 뱅크층(664)이 형성된다. 뱅크층(664)은 화소(RP, GP, BP)에 대응하여 제 1 전극(710)의 중앙을 노출한다. 뱅크층(664)은 생략될 수 있다.
제 1 전극(710) 상에 발광 유닛을 포함하는 유기 발광층(730)이 형성된다. 도 6에 도시한 바와 같이, 유기 발광층(730)은 다수의 발광 유닛(830, 930, 1030)과 다수의 전하생성층(890, 990)을 포함할 수 있다. 각각의 발광 유닛(830, 930, 1030)은 발광물질층을 포함하고, 정공주입층, 정공수송층, 전자차단층, 정공차단층, 전자수송층 및/또는 전자주입층을 더욱 포함할 수 있다.
유기발광층(730)이 형성된 제 1 기판(602) 상부에 제 2 전극(720)이 형성된다. 제 2 전극(720)은 표시영역의 전면에 위치하며, 일함수 값이 비교적 적은 물질로 이루어져, 전자를 주입하는 음극(cathode)일 수 있다. 예를 들어, 제 2 전극(720)은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 칼슘(ca), 은(Ag) 또는 이들의 합금이나 조합(예를 들어, 알루미늄-마그네슘 합금(AlMg))과 같은 반사 특성이 좋은 소재로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 예시적인 제 2 실시형태에 따른 유기발광 표시장치(600)는 유기발광층(730)에서 발광된 빛이 제 2 전극(720)을 통해 컬러필터층(680)으로 입사되므로, 제 2 전극(720)은 빛이 투과될 수 있도록 얇은 두께를 갖는다.
컬러필터층(680)은 유기발광다이오드(700)의 상부에 위치하며, 적색 화소(RP), 녹색 화소(GP) 및 청색 화소(BP) 각각에 대응되는 적색 컬러필터(682), 녹색 컬러필터(684) 및 청색 컬러필터(686)을 포함한다. 도시하지는 않았으나, 컬러필터층(680)은 접착층에 의하여 유기발광다이오드(700)에 부착될 수 있다. 이와 달리, 컬러필터층(680)은 유기발광다이오드(700)의 바로 위에 형성될 수 있다.
도시하지 않았으나, 외부 수분이 유기발광다이오드(700)로 침투하는 것을 방지하기 위해, 인캡슐레이션 필름이 형성될 수 있다. 예를 들어, 인캡슐레이션 필름은 제 1 무기 절연층과, 유기 절연층과 제 2 무기 절연층의 적층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다(도 1의 170 참조). 또한, 제 2 기판(604)의 외측면에는 외부광 반사를 줄이기 위한 편광판이 부착될 수 있다. 예를 들어, 편광판은 원형 편광판일 수 있다.
도 5에서, 유기발광다이오드(700)의 빛은 제 2 전극(720)을 통과하고, 컬러필터층(680)은 유기발광다이오드(700)의 상부에 배치되고 있다. 이와 달리, 유기발광다이오드(700)의 빛은 제 1 전극(710)을 통과하고, 컬러필터층(680)은 유기발광다이오드(710)와 제 1 기판(602) 사이에 배치될 수도 있다. 또한, 유기발광다이오드(710)와 컬러필터층(680) 사이에는 색변환층(도시하지 않음)이 구비될 수도 있다. 색변환층은 각 화소에 대응하여 적색 색변환층, 녹색 색변환층 및 청색 색변환층을 포함하며, 유기발광다이오드(700)로부터 방출된 백색 광을 적색, 녹색 및 청색으로 각각 변환할 수 있다.
전술한 바와 같이, 유기발광다이오드(700)로부터의 백색 빛은 적색 화소(RP), 녹색 화소(GP) 및 청색 화소(BP) 각각에 대응되는 적색 컬러필터(682), 녹색 컬러필터(684), 청색 컬러필터(686)를 통과함으로써, 적색 화소(RP), 녹색 화소(GP) 및 청색 화소(BP)에서 적색, 녹색 및 청색 빛이 표시된다.
본 발명의 제 2 실시형태에 따른 유기발광 표시장치에 적용될 수 있는 유기발광다이오드에 대하여 도 6을 참조하면서 보다 상세하게 설명한다. 도 6은 본 발명의 예시적인 제 3 실시형태에 따른 유기발광다이오드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 예시적인 제 3 실시형태에 따른 유기발광다이오드(800)는 서로 마주하는 제 1 및 제 2 전극(810, 820)과, 제 1 전극(810)과 제 2 전극(820) 사이에 위치하는 제 1 발광 유닛(830)과, 제 1 발광 유닛(830)과 제 2 전극(820) 사이에 위치하는 제 2 발광 유닛(930)과, 제 2 발광 유닛(930)과 제 2 전극(820) 사이에 위치하는 제 3 발광 유닛(1030)과, 제 1 및 제 2 발광 유닛(830, 930) 사이에 위치하는 제 1 전하생성층(890)과, 제 2 및 제 3 발광 유닛(930, 1030) 사이에 위치하는 제 2 전하생성층(990)을 포함한다.
이때, 제 1 내지 제 3 발광 유닛(830, 930, 1030) 중에서 적어도 어느 하나는 청색(B)으로 발광하고, 제 1 내지 제 3 발광 유닛(830, 930, 1030) 중에서 적어도 어느 하나는 적록색(RG) 또는 황록색(YG)로 발광할 수 있다. 이하에서는 제 1 및 제 3 발광 유닛(830, 1030)이 청색(B)으로 발광하고, 제 2 발광 유닛(930)이 적록색(RG) 또는 황록색(YG)으로 발광하는 경우를 중심으로 설명한다.
제 1 전극(810)은 양극일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 큰 도전성 물질, 예를 들어 투명 도전성 산화물(transparent conductive oxide, TCO)로 형성되는 것이 바람직하다. 예시적인 실시형태에서, 제 1 전극(810)은 ITO, IZO, ITZO, SnO, ZnO, ICO) 및/또는 AZO로 이루어질 수 있다. 제 2 전극(820)은 음극일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 작은 도전성 물질, 예를 들어 Al, Mg, Ca, Ag, 또는 이들의 합금이나 조합과 같은 반사 특성이 좋은 소재로 이루어질 수 있다. 제 1 전극(810)과 제 2 전극(820)은 각각 30 내지 300 nm의 두께로 적층될 수 있다.
제 1 발광 유닛(830)은 제 1 발광물질층(860)을 포함하고, 제 1 전극(810)과 제 1 발광물질층(860) 사이에 위치하는 제 1 전자차단층(855)과, 제 1 발광물질층(860)과 제 1 전하생성층(890) 사이에 위치하는 제 1 정공차단층(875)을 더욱 포함할 수 있다.
또한, 제 1 발광 유닛(830)은 제 1 전극(810)과 제 1 전자차단층(855) 사이에 위치하는 정공주입층(840)과, 정공주입층(840)과 제 1 전자차단층(855) 사이에 위치하는 제 1 정공수송층(850)을 더욱 포함할 수 있다.
한편, 제 2 발광 유닛(930)은 제 2 발광물질층(960)을 포함하고, 제 1 전하생성층(890)과 제 2 발광물질층(960) 사이에 위치하는 제 2 정공수송층(950)과, 제 2 발광물질층(960)과 제 2 전하생성층(990) 사이에 위치하는 전자수송층(제 2 전자수송층, 970)을 포함할 수 있다. 또한, 제 2 발광 유닛(930)은 제 2 정공수송층(950)과 제 2 발광물질층(960) 사이에 위치하는 제 2 전자차단층(955)과, 제 2 발광물질층(960)과 제 2 전자수송층(970) 사이에 위치하는 제 2 정공차단층(975)을 더욱 포함할 수 있다.
한편, 제 3 발광 유닛(1030)은 제 3 발광물질층(1060)을 포함하고, 제 2 전하생성층(990)과 제 3 발광물질층(1060) 사이에 위치하는 제 3 전자차단층(1055)과, 제 3 발광물질층(1060)과 제 2 전극(820) 사이에 위치하는 제 3 정공차단층(1075)을 포함할 수 있다.
또한, 제 3 발광 유닛(1030)은 제 2 전하생성층(990)과 제 3 전자차단층(1055) 사이에 위치하는 제 3 정공수송층(1050)과, 제 3 정공차단층(1075)과 제 2 전극(820) 사이에 위치하는 전자주입층(1080)을 더욱 포함할 수 있다.
이때, 제 1 발광물질층(860)과 제 3 발광물질층(1060)은 각각 화학식 1 내지 화학식 2로 표시되는 안트라센계 유도체인 제 1 호스트와, 화학식 3 내지 화학식 4로 표시되는 보론계 유도체인 제 1 도펀트를 포함할 수 있다. 이때, 제 1 발광물질층(860)과 제 3 발광물질층(1060)은 각각 청색으로 발광한다.
정공주입층(840)은 MTDATA, NATA, 1T-NATA, 2T-NATA, CuPc, TCTA, NPB(NPD), HAT-CN, TDAPB, PEDOT/PS) 및/또는 N-(바이페닐-4-일)-9,9-디메틸-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)-9H-플루오렌-2-아민 등으로 이루어지는 어느 하나의 정공 주입 물질로 이루어질 수 있다. 선택적으로, 정공주입층(840)은 정공 수송 물질에 정공 주입 물질이 도핑되어 이루어질 수 있다. 유기발광다이오드(800)의 특성에 따라 정공주입층(840)은 생략될 수 있다.
제 1 내지 제 3 정공수송층(850, 950, 1050)은 각각 TPD, NPB, CBP, Poly-TPD, TFB, TAPC, DCDPA, N-(비페닐-4-일)-9,9-디메틸-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)-9H-플루오렌-2-아민, N-(바이페닐-4-일)-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)바이페닐)-4-아민, N-([1,1'-바이페닐]-4-일)-9,9-디메틸-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)-9H-플루오렌-2-아민 및/또는 N4,N4,N4',N4'-테트라([1,1'-바이페닐]-4-일)-[1,1'-바이페닐]-4,4'-디아민 등으로 구성되는 군에서 선택되는 화합물을 포함할 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. 정공주입층(840) 및 제 1 내지 제 3 정공수송층(850, 950, 1050)은 각각 5 nm 내지 200 nm, 바람직하게는 5 nm 내지 100 nm의 두께로 적층될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
제 1 및 제 3 전자차단층(855, 1055)은 각각 전자가 제 1 및 제 3 발광물질층(860, 1060)을 지나 제 1 전극(810) 및 제 2 전하생성층(990)으로 이동하는 것을 방지한다. 일례로, 제 1 및 제 3 전자차단층(855, 1055)은 각각 화학식 5 내지 화학식 6으로 표시되는 아민계 화합물을 포함할 수 있다.
제 1 및 제 3 정공차단층(875, 1075)은 각각 정공이 제 1 및 제 3 발광물질층(860, 1060)을 지나 제 1 전하생성층(890) 및 제 2 전극(820)으로 이동하는 것을 방지한다. 일례로, 제 1 및 제 3 정공차단층(875, 1075)은 각각 화학식 7 내지 8로 표시되는 아진계 화합물 및/또는 화학식 9 내지 10으로 표시되는 벤즈이미다졸계 화합물을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 3 정공차단층(855, 1055) 및 제 1 및 제 3 정공차단층(875, 1075)은 각각 5 nm 내지 200 nm, 바람직하게는 5 nm 내지 100 nm의 두께로 적층될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
전술한 바와 같이, 화학식 7 내지 화학식 10으로 표시되는 화합물은 정공 차단 능력은 물론이고, 전자 수송 특성 또한 우수하기 때문에, 제 1 및 제 3 정공차단층(875, 1075)은 각각 정공차단층과 전자수송층으로 기능할 수 있다.
선택적인 실시형태에서, 제 1 발광 유닛(830)은 제 1 정공차단층(875)과 제 1 전하생성층(890) 사이에 위치하는 제 1 전자수송층(도시하지 않음)을 포함할 수 있고, 제 3 발광 유닛(1030)은 제 3 정공차단층(1075)과 전자주입층(1080) 사이에 위치하는 제 3 전자수송층(도시하지 않음)을 포함할 수 있다.
제 1 및 제 3 전자수송층(도시하지 않음)은 각각 옥사디아졸계(oxadiazole-base), 트리아졸계(triazole-base), 페난트롤린계(phenanthroline-base), 벤족사졸계(benzoxazole-based), 벤조티아졸계(benzothiazole-base), 벤즈이미다졸계(benzimidazole-base), 트리아진(triazine-base) 등의 유도체를 포함할 수 있다.
일례로, 제 1 및 제 3 전자수송층(도시하지 않음)은 각각 Alq3, PBD, 스파이로-PBD, Liq, TPB), BAlq, Bphen, NBphen, BCP, TAZ, NTAZ, TpPyPB, TmPPPyTz, PFNBr, TPQ, TSPO1, ZADN, 1,3-비스(9-페닐-1,10-페난트롤린-2-일)벤젠, p-bPPhenB 및/또는 m-bPPhenB 등의 전자 수송 물질을 포함할 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
전자주입층(1080)은 제 3 정공차단층(1075)과 제 2 전극(820) 사이에 위치한다. 전자주입층(1080)은 LiF, CsF, NaF, BaF2 등의 알칼리 할라이드계 물질 및/또는 Liq(lithium quinolate), 리튬 벤조에이트(lithium benzoate), 소듐 스테아레이트(sodium stearate) 등의 유기금속계 물질이 사용될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
선택적인 실시형태에서, 전자주입층(1080)은 Li, Na, K, Cs와 같은 알칼리 금속 및/또는 Mg, Sr, Ba, Ra와 같은 알칼리토 금속으로 도핑된 유기층일 수 있다. 전자주입층(1080)에 사용되는 호스트는 전술한 전자 수송 물질일 수 있으며, 알칼리 금속 또는 알칼리토 금속은 약 1 내지 30 중량% 도핑될 수 있다.
예를 들어, 제 1 및 제 3 전자수송층(도시하지 않음) 및 전자주입층(1080)은 각각 10 내지 200 nm, 바람직하게는 10 내지 100 nm의 두께로 적층될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 제 2 발광물질층(960)은 적록색(RG)으로 발광할 수 있다. 이 경우, 제 2 발광물질층(960)은 제 2 호스트와, 녹색 도펀트인 제 2 도펀트와, 적색 도펀트인 제 3 도펀트를 포함할 수 있다.
일례로, 제 2 호스트는 9,9'-디페닐-9H,9'H-3,3'-바이카바졸(9,9'-Diphenyl-9H,9'H-3,3'-bicarbazole; BCzPh), CBP, 1,3,5-트리스(카바졸-9-일)벤젠(1,3,5-Tris(carbazole-9-yl)benzene; TCP), TCTA, 4,4'-비스(카바졸-9-일)-2,2'-디메틸바이페닐(4,4'-Bis(carbazole-9-yl)-2,2'-dimethylbipheyl; CDBP), 2,7-비스(카바졸-9-일)-9,9-디메틸플루오렌(2,7-Bis(carbazole-9-yl)-9,9-dimethylfluorene(DMFL-CBP), 2,2',7,7'-테트라키스(카바졸-9-일)-9,9-스파이로플루오렌(2,2',7,7'-Tetrakis(carbazole-9-yl)-9,9-spiorofluorene; Spior-CBP), DPEPO, 4'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3,5-디카보니트릴(4'-(9H-carbazol-9-yl)biphenyl-3,5-dicarbonitrile; PCzB-2CN), 3'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3,5-디카보니트릴(3'-(9H-carbazol-9-yl)biphenyl-3,5-dicarbonitrile; mCzB-2CN), 3,6-비스(카바졸-9-일)-9-(2-에틸-헥실)-9H-카바졸(3,6-Bis(carbazole-9-yl)-9-(2-ethyl-hexyl)-9H-carbazole; TCz1), 비스(2-(2-하이드록시페닐)-피리딘)베릴륨(Bis(2-hydroxylphenyl)-pyridine)beryllium; Bepp2), 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨(Bis(10-hydroxylbenzo[h] quinolinato)beryllium; Bebq2), 1,3,5-트리스(1-파이레닐)벤젠(1,3,5-Tris(1-pyrenyl)benzene; TPB3) 등을 포함할 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
한편, 녹색 도펀트인 제 2 도펀트는 [비스(2-페닐피리딘)](피리딜-2-벤조퓨로[2,3-b]피리딘)이리듐([Bis(2-phenylpyridine)](pyridyl-2-benzofuro[2,3-b]pyridine)iridium), 팩-트리스(2-페닐피리딘)이리듐(Ⅲ)(fac-Tris(2-phenylpyridine)iridium(Ⅲ); fac-Ir(ppy)3), 비스(2-페닐피리딘)(아세틸아세토네이트)이리듐(Ⅲ)(Bis(2-phenylpyridine)(acetylacetonate)iridium(Ⅲ); Ir(ppy)2(acac)), 트리스[2-(p-톨릴)피리딘]이리듐(Ⅲ)(Tris[2-(p-tolyl)pyridine]iridium(Ⅲ); Ir(mppy)3), 비스(2-나프탈렌-2-일)피리딘)(아세틸아세토네이트)이리듐(Ⅲ)(Bis(2-(naphthalene-2-yl)pyridine)(acetylacetonate)iridium(Ⅲ); Ir(npy)2acac), 트리스(2-페닐-3-메틸-피리딘)이리듐(Tris(2-phenyl-3-methyl-pyridine)iidium; Ir(3mppy)3), 팩-트리스(2-(3-p-자일릴)페닐)피리딘 이리듐(Ⅲ)(fac-Tris(2-(3-p-xylyl)phenyl)pyridine iridium(Ⅲ); TEG) 등을 포함하지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
적색 도펀트로 사용될 수 있는 제 3 도펀트는 [비스(2-(4,6-디메틸)페닐퀴놀린)](2,2,6,6-테트라메틸헵텐-3,5-디오네이트)이리듐(Ⅲ)([Bis(2-(4,6-dimethyl)phenylquinoline)](2,2,6,6-tetramethylheptane-3,5-dionate)iridium(Ⅲ), 비스[2-(4-n-헥실페닐)퀴놀린](아세틸아세토네이트)이리듐(Ⅲ)(Bis[2-(4-n-hexylphenyl)quinoline](acetylacetonate)iridium(Ⅲ); Hex-Ir(phq)2(acac)), 트리스[2-(4-n-헥실페닐)퀴놀린]이리듐(Ⅲ)(Tris[2-(4-n-hexylphenyl)quinoline]iridium(Ⅲ), Hex-Ir(phq)3), 트리스[2-페닐-4-메틸퀴놀린]이리듐(Ⅲ)(Tris[2-phenyl-4-methylquinoline]iridium(Ⅲ), Ir(Mphq)3), 비스(2-페닐퀴놀린)(2,2,6,6-테트라메틸헵텐-3,5-디오네이트)이리듐(Ⅲ)(Bis(2-phenylquinoline)(2,2,6,6-tetramethylheptene-3,5-dionate)iridium(Ⅲ), Ir(dpm)PQ2), 비스(페닐이소퀴놀린)(2,2,6,6-테트라메틸헵텐-3,5-디오네이트)이리듐(Ⅲ)(Bis(phenylisoquinoline)(2,2,6,6-tetramethylheptene-3,5-dionate)iridium(Ⅲ), Ir(dpm)(piq)2), 비스[(4-n-헥실페닐)이소퀴놀린](아세틸아세토네이트)이리듐(Ⅲ)(Bis[(4-n-hexylphenyl)isoquinoline](acetylacetonate)iridium(Ⅲ); Hex-Ir(piq)2(acac)), 트리스[2-(4-n-헥실페닐)퀴놀린]이리듐(Ⅲ)(Tris[2-(4-n-hexylphenyl)quinoline]iridium(Ⅲ), Hex-Ir(piq)3), 트리스(2-(3-메틸페닐)-7-메틸-퀴놀라토)이리듐(Tris(2-(3-methylphenyl)-7-methyl-quinolato)iridium; Ir(dmpq)3), 비스[2-(2-메틸페닐)-7-메틸-퀴놀린](아세틸아세토네이트)이리듐(Ⅲ)(Bis[2-(2-methylphenyl)-7-methyl-quinoline](acetylacetonate)iridium(Ⅲ); Ir(dmpq)2(acac)), 비스[2-(3,5-디메틸페닐)-4-메틸-퀴놀린](아세틸아세토네이트)이리듐(Ⅲ)(Bis[2-(3,5-dimethylphenyl)-4-methyl-quinoline](acetylacetonate)iridium(Ⅲ); Ir(mphmq)2(acac)) 등을 포함할 수 있다.
선택적인 실시형태에서, 제 2 발광물질층(960)은 황록색(YG)으로 발광할 수 있다. 이 경우, 제 2 발광물질층(960)은 호스트인 제 2 호스트와, 녹색 도펀트인 제 2 도펀트와, 황색 도펀트인 제 3 도펀트를 포함할 수 있다.
제 2 호스트는 전술한 적록색(RG) 발광을 위해서 사용한 것과 동일할 수 있다. 황색 도펀트인 제 3 도펀트는 5,6,11,12-테트라페닐나프탈렌(5,6,11,12-Tetraphenylnaphthalene; Rubrene), 2,8-디-터르-부틸-5,11-비스(4-터르-부틸페닐)-6,12-디페닐테트라센(2,8-Di-tert-butyl-5,11-bis(4-tert-butylphenyl)-6,12-diphenyltetracene; TBRb), 비스(2-페닐벤조티아졸라토)(아세틸아세토네이트)이리듐(Ⅲ)(Bis(2-phenylbenzothiazolato)(acetylacetonate)irdium(Ⅲ); Ir(BT)2(acac)), 비스(2-(9,9-디에틸-플루오렌-2-일)-1-페닐-1H-벤조[d]이미다졸라토)(아세틸아세토네이트)이리듐(Ⅲ)(Bis(2-(9,9-diethytl-fluoren-2-yl)-1-phenyl-1H-benzo[d]imdiazolato)(acetylacetonate)iridium(Ⅲ); Ir(fbi)2(acac)), 비스(2-페닐피리딘)(3-(피리딘-2-일)-2H-크로멘-2-오네이트)이리듐(Ⅲ)(Bis(2-phenylpyridine)(3-(pyridine-2-yl)-2H-chromen-2-onate)iridium(Ⅲ); fac-Ir(ppy)2Pc), 비스(2-(2,4-디플루오로페닐)퀴놀린)(피콜리네이트)이리듐(Ⅲ)(Bis(2-(2,4-difluorophenyl)quinoline)(picolinate)iridium(Ⅲ); FPQIrpic) 등을 포함하지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
제 2 발광물질층(960)이 적록색(RG) 또는 황록색(YG)으로 발광하는 경우, 제 2 도펀트 및 제 3 도펀트는 각각의 발광물질층에 1 내지 50 중량%, 바람직하게는 1 내지 30 중량%의 비율로 도핑될 수 있다.
제 2 전자차단층(955)은 전자가 제 2 발광물질층(960)을 지나 제 1 전하생성층(890)으로 이동하는 것을 방지한다. 제 2 전자차단층(955)은 TCTA, 트리스[4-(디에틸아미노)페닐]아민(tris[4-(diethylamino)phenyl]amine), N-(바이페닐-4-일)-9,9-디메틸-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)-9H-플루오렌-2-아민, TAPC, MTDATA, 1,3-비스(카바졸-9-일)벤젠(1,3-Bis(carbazol-9-yl)benzene; mCP), 3,3-디(9H-카바졸-9-일)바이페닐(3,3-Di(9H-carbazol-9-yl)biphenyl; mCBP), CuPC, N,N'-비스[4-[비스(3-메틸페닐)아미노]페닐]-N,N'-디페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-디아민(N,N'-bis[4-[bis(3-methylphenyl)amino]phenyl]-N,N'-diphenyl-[1,1'-biphenyl]-4,4'-diamine; DNTPD), TDAPB, DCDPA 및/또는 2,8-비스(9-페닐-9H-카바졸-3-일)디벤조[b,d]티오펜(2,8-bis(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)dibenzo[b,d]thiophene)으로 이루어질 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
제 2 정공차단층(975)은 정공이 제 2 발광물질층(960)을 지나 제 2 전하생성층(990)으로 이동하는 것을 방지한다. 일례로, 제 2 정공차단층(975)은 옥사디아졸계, 트리아졸계, 페난트롤린계, 벤족사졸계, 벤조티아졸계, 벤즈이미다졸계, 트리아진계 등의 유도체가 사용될 수 있다.
예를 들어, 제 2 정공차단층(975)은 제 2 발광물질층(960)에 사용된 소재와 비교해서 HOMO 에너지 준위가 낮은 BCP, BAlq, Alq3, PBD, 스파이로-PBD, Liq, 비스-4,6-(3,5-디-3-피리딜페닐)-2-메틸피리미딘(bis-4,6-(3,5-di-3-pyridylphenyl)-2-methylpyrimidine; B3PYMPM), 비스[2-(디페닐포스피노)페닐]에테르옥사이드(Bis[2-(diphenylphosphino)phenyl]teeth oxide; DPEPO), 9-(6-(9H-카바졸-9-일)피리딘-3-일)-9H-3,9'-바이카바졸, TSPO1 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 화합물로 이루어질 수 있다. 제 2 정공차단층(955) 및 제 2 정공차단층(975)은 각각 5 nm 내지 200 nm, 바람직하게는 5 nm 내지 100 nm의 두께로 적층될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
전자수송층(제 2 전자수송층, 970)은 옥사디아졸계(oxadiazole-base), 트리아졸계(triazole-base), 페난트롤린계(phenanthroline-base), 벤족사졸계(benzoxazole-based), 벤조티아졸계(benzothiazole-base), 벤즈이미다졸계(benzimidazole-base), 트리아진(triazine-base) 등의 유도체를 포함할 수 있다. 일례로, 전자수송층(970)은 Alq3, PBD, 스파이로-PBD, Liq, TPB), BAlq, Bphen, NBphen, BCP, TAZ, NTAZ, TpPyPB, TmPPPyTz, PFNBr, TPQ, TSPO1, ZADN, 1,3-비스(9-페닐-1,10-페난트롤린-2-일)벤젠, p-bPPhenB 및/또는 m-bPPhenB 등의 전자 수송 물질을 포함할 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. 전자수송층(970)은 10 내지 200 nm, 바람직하게는 10 내지 100 nm의 두께로 적층될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
제 1 전하생성층(890)은 제 1 발광 유닛(830)과 제 2 발광 유닛(930) 사이에 위치하고, 제 2 전하생성층(990)은 제 2 발광 유닛(930)과 제 3 발광 유닛(1030) 사이에 위치한다. 제 1 및 제 2 전하생성층(890, 990)은 각각 제 1 및 제 2 발광 유닛(830, 930)에 인접하게 위치하는 제 1 및 제 2 N타입 전하생성층(910, 1010)과, 제 2 및 제 3 발광 유닛(930, 1030)에 인접하게 위치하는 제 1 및 제 2 P타입 전하생성층(920, 1020)을 포함한다. 제 1 및 제 2 N타입 전하생성층(910, 1010)은 제 1 및 제 2 발광 유닛(830, 930)으로 전자(electron)를 주입해주고, 제 1 및 제 2 P타입 전하생성층(920, 1020)은 제 2 및 제 3 발광 유닛(930, 1030)으로 정공(hole)을 주입해준다.
제 1 및 제 2 N타입 전하생성층(910, 1010)은 Li, Na, K, Cs와 같은 알칼리 금속 및/또는 Mg, Sr, Ba, Ra와 같은 알칼리토금속으로 도핑된 유기층일 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 N타입 전하생성층(910, 1010)에 사용되는 호스트 유기물은 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(4,7-dipheny-1,10-phenanthroline; Bphen), MTDATA와 같은 물질일 수 있으며, 알칼리 금속 또는 알칼리토금속은 약 0.01 내지 30 중량%로 도핑될 수 있다.
한편, 제 1 및 제 2 P타입 전하생성층(920, 1020)은 텅스텐산화물(WOx), 몰리브덴산화물(MoOx), 베릴륨산화물(Be2O3), 바나듐산화물(V2O5) 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 무기물 및/또는 NPD, HAT-CN, F4TCNQ, TPD, N,N,N',N'-테트라나프탈레닐-벤지딘(TNB), TCTA, N,N'-디옥틸-3,4,9,10-페릴렌디카복시미드(N,N'-dioctyl-3,4,9,10-perylenedicarboximide; PTCDI-C8) 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 유기물로 이루어질 수 있다.
본 발명의 제 3 실시형태에 따른 유기발광다이오드(800)는 안트라센계 유도체인 제 1 호스트와, 보론계 유도체인 제 1 도펀트를 제 1 및 제 3 발광물질층(860, 1060)에 적용하고, 아민계 화합물을 제 1 및 제 3 전자차단층(860, 960)에 적용하며, 선택적으로 아진계 및/또는 벤즈이미다졸계 화합물을 제 1 및 제 3 정공차단층(875, 1075)에 적용하고, 제 2 발광물질층(960)에서 적록색 또는 황록색을 발광하여 발광 효율과 발광 수명을 개선한다. 특히 청색(B)으로 발광하는 2개의 발광 유닛(830, 1030)과, 적록색(RG) 또는 황록색(YG)으로 발광하는 발광 유닛(930)의 3중의 스택(stack) 구조로 적층하여, 유기발광 표시장치(600, 도 4 참조)에서 백색(W) 빛을 발광할 수 있다.
한편, 도 6에서는 3개의 발광 유닛이 적층된 탠덤 구조의 유기발광다이오드를 설명하였다. 이와 달리, 유기발광다이오드는 제 2 전하생성층과 제 3 발광 유닛이 생략되고, 제 1 발광 유닛, 제 1 전하생성층 및 제 2 발광 유닛으로만 이루어질 수도 있다(도 4 참조). 이 경우, 제 1 발광 유닛 및 제 2 발광 유닛 중에서 어느 하나는 청색(B)으로 발광하고, 다른 하나는 적록색(RG) 또는 황록색(YG)으로 발광할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 유기발광장치는 색변환층을 포함할 수 있다. 도 7은 본 발명의 예시적인 제 3 실시형태에 따른 유기발광장치의 일례로서, 유기발광 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 유기발광 표시장치(1100)는 적색 화소(RP), 녹색 화소(GP) 및 청색 화소(BP)가 정의된 제 1 기판(1102)과, 제 1 기판(1102)과 마주하는 제 2 기판(1104)과, 제 1 기판(1102)과 제 2 기판(1104) 사이에 위치하며 청색 빛을 발광하는 유기발광다이오드(1200)와, 유기발광다이오드(1200)와 제 2 기판(1104) 사이에 위치하는 색변환층(1180)을 포함한다. 도시하지 않았으나, 제 2 기판(1104)과 색변환층(1180) 각각의 사이에는 컬러필터가 형성될 수 있다.
제 1 기판(1102) 상에는 적색 화소(RP), 녹색 화소(GP) 및 청색 화소(BP) 각각에 대응하여 박막트랜지스터(Tr)가 구비되고, 박막트랜지스터(Tr)를 구성하는 하나의 전극, 예를 들어 드레인 전극(도시하지 않음)을 노출하는 드레인 컨택홀(1162)을 갖는 보호층(1160)이 박막트랜지스터(Tr)를 덮으며 형성된다.
보호층(1160) 상에는 제 1 전극(1210), 유기발광층(1230) 및 제 2 전극(1220)을 포함하는 유기발광다이오드(1200)가 형성된다. 이때, 제 1 전극(1210)은 드레인 컨택홀(1162)을 통해 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(도시하지 않음)에 연결될 수 있다. 또한, 적색 화소(RP), 녹색 화소(GP) 및 청색 화소(BP) 각각의 경계에는 제 1 전극(1210)의 가장자리를 덮는 뱅크층(1164)이 형성된다.
이때, 유기발광다이오드(1200)는 도 3 또는 도 4의 구조를 갖고 청색(B)을 발광할 수 있다. 즉, 유기발광다이오드(1200)는 적색 화소(RP), 녹색 화소(GP) 및 청색 화소(BP) 각각에 구비되어 청색 빛을 제공한다.
색변환층(1180)은 적색 화소(RP)에 대응하는 제 1 색변환층(1182)과 녹색 화소(BP)에 대응하는 제 2 색변환층(1184)을 포함한다. 예를 들어, 색변환층(1180)은 양자점과 같은 무기발광물질로 이루어질 수 있다.
적색 화소(RP)에서 유기발광다이오드(1200)로부터 방출된 청색 빛은 제 1 색변환층(1182)에 의하여 적색 빛으로 변환되고, 녹색 화소(GP)에서 유기발광다이오드(1200)로부터 방출된 청색 빛은 제 2 색변환층(1184)에 의해 녹색 빛으로 변환된다. 따라서, 유기발광 표시장치(1100)는 컬러 영상을 구현할 수 있다.
한편, 유기발광다이오드(1200)로부터 방출된 빛이 제 1 기판(1102)을 통과하여 표시되는 경우, 색변환층(1180)은 유기발광다이오드(1200)와 제 1 기판(1102) 사이에 구비될 수도 있다.
이하, 예시적인 실시형태를 통하여 본 발명을 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예에 기재된 기술사상으로 한정되지 않는다.
합성예 1: Host 1의 합성
[반응식 1]
건조 상자 내 250 ㎖ 플라스크에 10-브로모-9-(나프탈렌-3-닐)안트라센 (2.00g, 5.23 mmol), 4,4,5,5-테트라메틸-2-(나프탈렌-1-닐)1,3,2-다이옥사보롤란(1.45g, 5.74 mmol), 트리스(다이벤질리덴아세톤) 다이팔라듐(0)(Pd2(dba)3, 0.24g, 0.26 mmol) 및 톨루엔 (50 ㎖)을 첨가하였다. 반응 플라스크를 건조 상자로부터 제거하고, 탄산나트륨 무수물(sodium carbonate anhydride, 2M, 20 ㎖)을 첨가하였다. 반응물을 교반하고, 90℃에서 밤새 가열하였다. 반응을 HPLC에 의해 모니터링하였다. 실온으로 냉각시킨 후, 유기층을 분리하였다. 수성층을 dichloromethane(DCM)으로 2회 세정하고, 유기층을 회전 증발에 의해 농축시켜 회색 분말을 수득하였다. 회색 분말에 대하여 알루미나를 이용한 정제, 헥산을 이용한 침전, 및 실리카 겔을 이용한 칼럼 크로마토그래피를 수행하여 백색 분말 상태의 Host 1(2.00 g, 수율: 89%)을 얻었다.
합성예 2: Host 2의 합성
[반응식 2]
건조 상자 내 250 ㎖ 플라스크에 10-브로모-9-(나프탈렌-3-닐)안트라센 (2.00g, 5.23 mmol), 4,4,5,5-테트라메틸-2-(4-(나프탈렌-4-일)페닐)-1,3,2-다이옥사보롤란(1.90g, 5.74 mmol), Pd2(dba)3 (0.24g, 0.26 mmol) 및 톨루엔 (50 ㎖)을 첨가하였다. 반응 플라스크를 건조 상자로부터 제거하고, 탄산나트륨 무수물(2M, 20 ㎖)을 첨가하였다. 반응물을 교반하고, 90℃에서 밤새 가열하였다. 반응을 HPLC에 의해 모니터링하였다. 실온으로 냉각시킨 후, 유기층을 분리하였다. 수성층을 DCM으로 세정하고, 유기층을 회전 증발에 의해 농축시켜 회색 분말을 얻었다. 회색 분말에 대하여 알루미나를 이용한 정제, 헥산을 이용한 침전, 및 실리카 겔을 이용한 칼럼 크로마토그래피를 진행함으로써 백색 분말 상태의 Host 2(2.28g, 수율: 86%)을 얻었다.
합성예 3: Host 3의 합성
[반응식 3]
건조 상자 내 250㎖ 플라스크에 10-브로모-9-(나프탈렌-3-닐)안트라센 (2.00g, 5.23 mmol), 4,4,5,5-테트라메틸-2-(다이벤조페니-1-닐)-1,3,2-다이옥사보롤란(1.69g, 5.74 mmol), Pd2(dba)3 (0.24g, 0.26 mmol) 및 톨루엔 (50 ㎖)을 첨가하였다. 반응 플라스크를 건조 상자로부터 제거하고, 탄산나트륨 무수물(2M, 20 ㎖)을 첨가하였다. 반응물을 교반하고, 90℃에서 밤새 가열하였다. 반응을 HPLC에 의해 모니터링하였다. 실온으로 냉각시킨 후, 유기층을 분리하였다. 수성층을 DCM으로 세정하고, 유기층을 회전 증발에 의해 농축시켜 회색 분말을 얻었다. 회색 분말에 대하여 알루미나를 이용한 정제, 헥산을 이용한 침전, 및 실리카 겔을 이용한 칼럼 크로마토그래피를 진행함으로써 백색 분말 상태의 Host 3(1.91g, 수율: 78%)을 얻었다.
합성예 4: Host 4의 합성
[반응식 4]
건조 상자 내 250㎖ 플라스크에 10-브로모-9-(나프탈렌-3-닐)안트라센 (2.00g, 5.23 mmol), 4,4,5,5-테트라메틸-2-(4-(다이벤조페닌-1-닐)페닐)-1,3,2-다이옥사보롤란(2.12g, 5.74 mmol), Pd2(dba)3, (0.24g, 0.26 mmol) 및 톨루엔 (50 ㎖)을 첨가하였다. 반응 플라스크를 건 상자로부터 제거하고, 탄산나트륨 무수물(2M, 20 ㎖)을 첨가하였다. 반응물을 교반하고, 90℃에서 밤새 가열하였다. 반응을 HPLC에 의해 모니터링하였다. 실온으로 냉각시킨 후, 유기층을 분리하였다. 수성층을 DCM으로 세정하고, 유기층을 회전 증발에 의해 농축시켜 회색 분말을 얻었다. 회색 분말에 대하여 알루미나를 이용한 정제, 헥산을 이용한 침전, 및 실리카 겔을 이용한 칼럼 크로마토그래피를 진행함으로써 백색 분말 상태의 Host 4(2.34g, 수율: 82%)을 얻었다.
합성예 5: Dopant 56의 합성
(1) 3-니트로-N,N-디페닐아닐린 합성
[반응식 5-1]
질소 분위기 하에서, 3-니트로아닐린(25.0 g), 요오드벤젠(81.0 g), 요오드화 동(3.5 g), 탄산 칼륨(100.0 g) 및 오르소-디클로로벤젠(250 ㎖)이 들어간 플라스크를 환류 온도에서 14시간 가열 교반하였다. 반응액을 실온까지 냉각한 후, 암모니아수를 가하여 분액하였다. 실리카겔 컬럼 크로마토그래피(전개액: 톨루엔/헵탄=3/7(용적비))로 정제하여, 3-니트로-N,N-디페닐아닐린(44.0g)을 수득하였다.
(2) N1,N1-디페닐벤젠-1,3-디아민 합성
[반응식 5-2]
질소 분위기 하에서, ice bath에서 냉각한 아세트산을 가하고 교반하였다. 이 용액에, 3-니트로-N,N-디페닐아닐린(44.0g)을 반응 온도가 현저하게 상승하지 않을 정도로 분할하여 첨가하였다. 첨가가 종료된 후, 실온에서 30분간 교반하고, 원료의 소실을 확인하였다. 반응 종료 후, 상청액을 디캔테이션(decantation)에 의해 채취하고, 탄산나트륨으로 중화한 뒤, 아세트산 에틸로 추출하였다. 실리카겔 컬럼 크로마토그래피(전개액: 톨루엔/헵탄=9/1(용적비))로 정제하였다. 목적물이 들어간 분획으로부터 용매를 감압, 증류로 제거하고, 헵탄을 가해 재침전시켜, N1,N1-디페닐벤젠-1,3-디아민(36.0g)을 수득하였다.
(3) N1,N1,N3-트리페닐벤젠-1,3-디아민 합성
[반응식 5-3]
질소 분위기 하, N1,N1-디페닐벤젠-1,3-디아민(60.0 g), Pd-132(1.3 g), NaOtBu(33.5 g) 및 자일(300 ㎖)이 들어간 플라스크를 120℃에서 가열 교반하였다. 이 용액에, 브로모벤젠(36.2 g)이 용해된 자일렌(50 ㎖) 용액을 천천히 적하하고, 적하 종료 후, 1시간 가열 교반하였다. 반응액을 실온까지 냉각한 후, 물 및 아세트산 에틸을 가하여 분액했다. 이어서, 실리카겔 컬럼 크로마토그래피(전개액: 톨루엔/헵탄=5/5(용적비))로 정제하여, N1,N1,N3-트리페닐벤젠-1,3-디아민(73.0g)을 수득하였다.
(4) N1,N1'-(2-클로로-1,3-페닐렌)비스(N1,N3,N3-트리페닐벤젠-1,3-디아민) 합성
[반응식 5-4]
질소 분위기 하에서, N1,N1,N3-트리페닐벤젠-1,3-디아민(20.0 g), 1-브로모-2,3-디클로로벤젠(6.4 g), Pd-132(0.2g), NaOtBu(sodium tert-buthoxide, 6.8 g) 및 자일렌(70 ㎖)이 들어간 플라스크를 120℃에서 2시간 가열 교반하였다. 반응액을 실온까지 냉각한 후, 물 및 아세트산에틸을 가하여 분액하였다. 실리카겔 컬럼 크로마토그래피(전개액: 톨루엔/헵탄=4/6(용적비))로 정제하여, N1,N1'-(2-클로로-1,3-페닐렌)비스(N1,N3,N3-트리페닐벤젠-1,3-디아민)(15.0g)를 수득하였다.
(5) Dopant 56 합성
[반응식 5-5]
N1,N1'-(2-클로로-1,3-페닐렌)비스(N1,N,N3-트리페닐벤젠-1,3-디아민)(12.0 g) 및 tert-부틸벤젠(100 ㎖)이 들어간 플라스크에, 질소 분위기 하에서, ice bath에서 냉각하면서, 1.7 M의 tert-부틸리튬펜탄 용액(18.1 ㎖)을 가하였다. 적하 종료 후, 60℃까지 승온하고 2시간 교반한 후, tert-부틸벤젠보다 저비점의 성분을 감압하에서 증류 제거했다. -50℃까지 냉각하고 삼브롬화붕소(2.9 ㎖)를 가하고, 실온까지 승온하고 0.5시간 교반하였다. 그 후, 다시 ice bath에서 냉각하고 N,N-디이소프로필에틸아민(5.4 ㎖)을 가하였다. 발열이 멈출 때까지 실온에서 교반한 후, 120℃까지 승온하고 3시간 가열 교반하였다. 반응액을 실온까지 냉각시키고, ice bath에서 냉각시킨 아세트산 나트륨 수용액, 이어서 아세트산 에틸을 가하고, 불용성의 고체를 여과한 후 분액했다. 이어서, 실리카겔 컬럼 크로마토그래피(전개액: 톨루엔/헵탄=5/5)로 정제하였다. 또한 가열한 헵탄, 아세트산 에틸로 세정한 후, 톨루엔/아세트산 에틸 혼합 용매로 재침전시켜, Dopant 56 (2.0g)을 얻었다.
합성예 2: Dopant 167의 합성
(1) 3,3"-((2-브로모-1,3-페닐렌)비스(옥시))디-1,1'-비페닐 합성
[반응식 6-1]
2-브로모-1,3-디플루오로벤젠(12.0 g), [1,1'-비페닐]-3-올(23.0 g), 탄산 칼륨(34.0 g) 및 NMP(130 ㎖)가 들어간 플라스크를, 질소 분위기 하에서, 170℃에서 10시간 가열 교반하였다. 반응 정지 후, 반응액을 실온까지 냉각시키고, 물 및 톨루엔을 가하여 분액했다. 용매를 감압하에서 증류 제거한 후, 실리카겔 컬럼 크로마토그래피(전개액: 헵탄/톨루엔=7/3(용적비))로 정제하여, 3,3"-((2-브로모-1,3-페닐렌)비스(옥시))디-1,1'-바이페닐(26.8 g)을 얻었다.
(2) Dopant 167 합성
[반응식 6-2]
질소 분위기 하에서, 3,3"-((2-브로모-1,3-페닐렌)비스(옥시))디-1,1'-비페닐(14.0 g) 및 자일렌(100 ㎖)이 들어간 플라스크를 -40℃까지 냉각시키고, 2.6 M의 n-부틸리튬헥산 용액(11.5 ㎖)을 적하하였다. 적하 종료 후, 실온까지 승온한 후, 다시 -40℃까지 냉각하고 삼브롬화붕소(3.3 ㎖)를 가하였다. 실온까지 승온하고 13시간 교반한 후, 0℃까지 냉각하고 N,N-디이소프로필에틸아민(9.7 ㎖)을 첨가하고, 130℃에서 5시간 가열 교반하였다. 반응액을 실온까지 냉각하고, ice bath에서 냉각한 아세트산 나트륨 수용액을 가하고 교반하고, 흡인 여과에 의해 석출한 고체를 채취하였다. 얻어진 고체를 물, 메탄올 이어서 헵탄의 순서로 세정하고, 또한 클로로벤젠으로부터 재결정시켜, Dopant 167 (8.9g)를 얻었다.
실시예 1: 유기발광다이오드 제조
발광물질층(EML)의 호스트로 합성예 1에서 합성한 Host 1을 사용하고, 도펀트로 합성예 5에서 합성한 Dopant 56을 사용하고, 전자차단층(EBL)에 화학식 6의 H1, 정공차단층(HBL)에 화학식 8의 E1을 각각 적용한 유기발광다이오드를 제조하였다. 먼저 40 mm x 40 mm x 두께 0.5 mm의 ITO(반사판 포함) 전극 부착 유리 기판을 이소프로필알코올, 아세톤, DI Water로 5분 동안 초음파 세정을 진행한 후 100℃ Oven에 건조하였다. 기판 세정 후 진공상태에서 2분 동안 O2 플라즈마 처리하고 상부에 다른 층들을 증착하기 위하여 증착 챔버로 이송하였다. 약 5~7 X 10-7 Torr 진공 하에 가열 보트로부터 증발에 의해 다음과 같은 순서로 유기물층을 증착하였다. 이때, 유기물의 증착 속도는 1 Å/s로 설정하였다.
정공주입층(N4,N4,N4',N4'-tetra([1,1'-biphenyl]-4-yl)-[1,1'-biphenyl]-4,4'-diamine에 HAT-CN 3% 도핑; 두께: 100 Å), 정공수송층(N4,N4,N4',N4'-tetra([1,1'-biphenyl]-4-yl)-[1,1'-biphenyl]-4,4'-diamine; 두께 1000 Å), 전자차단층(화학식 6의 H1; 두께 100 Å), 발광물질층(Host 1에 Dopant 56이 2% 도핑; 두께 200 Å), 정공차단층(화학식 8의 E1; 두께 100 Å), 전자주입층(1,3-bis(9-phenyl-1,10-phenathrolin-2-yl)benzene에 Li 2% 도핑; 두께 200 Å), 음극(Al, 500 Å).
CPL(capping layer)을 성막한 뒤에 유리로 인캡슐레이션 하였다. 이러한 층들의 증착 후 피막 형성을 위해 증착 챔버에서 건조 박스 내로 옮기고 후속적으로 UV 경화 에폭시 및 수분 게터(getter)를 사용하여 인캡슐레이션 하였다.
실시예 2 내지 실시예 3: 유기발광다이오드 제조
전자차단층의 소재로서 화학식 6의 H1을 대신하여, 화학식 6의 H2(실시예 2), 화학식 6의 H3(실시예 3)을 각각 사용한 것을 제외하고, 실시예 1의 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
실시예 4: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 호스트로서 Host 1을 대신하여, Host 2를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1의 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
실시예 5 내지 실시예 6: 유기발광다이오드 제조
전자차단층의 소재로서 화학식 6의 H1을 대신하여, 화학식 6의 H2(실시예 5), 화학식 6의 H3(실시예 6)을 각각 사용한 것을 제외하고, 실시예 4의 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 1 내지 5: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 호스트로서 Host 1을 대신하여, 파이렌계 호스트인 1,3,6,8-tetraphenyl-pyrene을 각각 사용하고, 전자차단층의 소재로서 NBP(비교예 1), Tri(biphenyl-4-yl)amine(비교예 2), 화학식 6의 H1(비교예 3), 화학식 6의 H2(비교예 4), 화학식 6의 H3(비교예 5)를 각각 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 6 내지 7: 유기발광다이오드 제조
전자차단층의 소재로서 화학식 6의 H1을 대신하여, NPB(비교예 6), Tri(biphenyl-4-yl)amine(비교예 7)을 각각 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 8 내지 9: 유기발광다이오드 제조
전자차단층의 소재로서 화학식 6의 H1을 대신하여, NPB(비교예 8), Tri(biphenyl-4-yl)amine(비교예 9)을 각각 사용한 것을 제외하고 실시예 4의 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
실험예 1: 유기발광다이오드의 광학적 특성 측정
실시예 1 내지 실시예 6과, 비교예 1 내지 비교예 9에서 각각 제조된 유기발광다이오드의 광학적 특성을 측정하였다. 9 ㎟의 방출 영역을 갖는 각각의 유기발광다이오드를 외부전력 공급원에 연결하였으며, 전류 공급원(KEITHLEY) 및 광도계(PR 650)를 사용하여 실온에서 소자의 광학적 특성을 평가하였다. 각각의 유기발광다이오드에 대하여 10 ㎃/㎠의 전류밀도에서 각각의 소자에 대한 구동 전압(V), 전류효율(cd/A), CIE 색 좌표와, 40℃, 22.5 ㎃/㎠의 전류밀도에서 휘도가 100%에서 95%로 떨어지는 소자 수명 시간(T95)을 각각 측정하였다. 측정 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
유기발광다이오드의 광학 특성
샘플 V cd/A 색 좌표(CIEx, CIEy) T95(h)
비교예 1 4.07 3.20 (0.1360, 0.0662) 36
비교예 2 3.95 3.02 (0.1362, 0.0668) 26
비교예 3 4.09 3.11 (0.1360, 0.0664) 82
비교예 4 3.93 3.28 (0.1356, 0.0678) 89
비교예 5 3.96 3.26 (0.1354, 0.0680) 69
비교예 6 3.82 4.68 (0.1390, 0.0611) 42
비교예 7 3.70 4.50 (0.1392, 0.0617) 30
실시예 1 3.84 4.59 (0.1390, 0.0614) 214
실시예 2 3.68 4.76 (0.1386, 0.0627) 220
실시예 3 3.71 4.74 (0.1384, 0.0629) 195
비교예 8 3.77 4.70 (0.1390, 0.0612) 45
비교예 9 3.65 4.52 (0.1392, 0.0618) 32
실시예 4 3.79 4.61 (0.1390, 0.0614) 228
실시예 5 3.63 4.78 (0.1386, 0.0628) 236
실시예 6 3.66 4.76 (0.1384, 0.0630) 211
표 1에 나타낸 바와 같이, 파이렌계 호스트를 도입한 비교예 1 내지 비교예 5의 유기발광다이오드와 비교하여, 본 발명에 따른 안트라센계 호스트를 도입한 유기발광다이오드의 구동전압은 최대 10.8% 낮아졌고, 전류효율과 소자 수명은 각각 최대 58.3%, 807.7% 향상되었으며, 색 좌표는 동등한 수준이었다. 또한, 전자차단층 소재로서 NPB 또는 단일환 아릴 아민계 소재를 사용한 비교예 6 내지 9의 발광다이오드와 비교하여, 본 발명에 따라 적어도 하나의 축합 헤테로 아릴 치환 아민계 소재를 전자차단층 소재로 사용한 발광다이오드의 구동 전압, 전류효율 및 색 좌표는 동등한 수준이었으나, 소자 수명은 최대 637.5% 향상되었다(실시예 5와 비교예 9 참조).
실시예 7: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 호스트로서 Host 1을 대신하여 Host 3을 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 반복하여, 유기발광다이오드를 제조하였다.
실시예 8 내지 9: 유기발광다이오드 제조
전자차단층 소재로서 화학식 6의 H1을 대신하여 화학식 6의 H2(실시예 8), 화학식 6의 H3(실시예 9)을 각각 사용한 것을 제외하고 실시예 7의 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 10 내지 11: 유기발광다이오드 제조
전자차단층 소재로서 화학식 6의 H1을 대신하여, NPB(비교예 10), Tri(biphenyl-4-yl)amine(비교예 11)을 각각 사용한 것을 제외하고 실시예 7의 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
실시예 10: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 호스트로서 Host 1을 대신하여, Host 4를 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 반복하여, 유기발광다이오드를 제조하였다.
실시예 11 내지 12: 유기발광다이오드 제조
전자차단층 소재로서 화학식 6의 H1을 대신하여, 화학식 6의 H2(실시예 11), 화학식 6의 H3(실시예 12)을 각각 사용한 것을 제외하고 실시예 10의 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 12 내지 13: 유기발광다이오드 제조
전자차단층 소재로서 화학식 6의 H1을 대신하여, NPB(비교예 12), Tri(biphenyl-4-yl)amine(비교예 13)을 각각 사용한 것을 제외하고 실시예 10의 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
실험예 2: 유기발광다이오드의 광학적 특성 평가
실시예 7 내지 12와, 비교예 10 내지 13에서 각각 제조된 유기발광다이오드의 광학적 특성을 실험예 1과 동일한 절차에 따라 측정하였다. 측정결과를 하기 표 2에 나타낸다.
유기발광다이오드의 광학 특성
샘플 V cd/A 색 좌표(CIEx, CIEy) T95(h)
비교예 10 4.01 4.55 (0.1389, 0.0610) 39
비교예 11 3.88 4.38 (0.1391, 0.0611) 28
실시예 7 4.05 4.46 (0.1389, 0.0613) 206
실시예 8 3.86 4.62 (0.1387, 0.0622) 214
실시예 9 3.89 4.61 (0.1384, 0.0625) 185
비교예 12 3.94 4.62 (0.1389, 0.0609) 41
비교예 13 3.81 4.44 (0.1391, 0.0610) 29
실시예 10 3.96 4.53 (0.1388, 0.0614) 228
실시예 11 3.79 4.70 (0.1388, 0.0620) 216
실시예 12 3.83 4.68 (0.1383, 0.0624) 192
표 2에 나타낸 바와 같이, 전자차단층 소재로서 NPB 또는 단일환 아릴 아민계 소재를 사용한 비교예 10 내지 13의 발광다이오드와 비교하여, 본 발명에 따라 적어도 하나의 축합 헤테로 아릴 치환 아민계 소재를 전자차단층 소재로 사용한 발광다이오드의 구동 전압, 전류효율 및 색 좌표는 동등한 수준이었으나, 소자 수명은 최대 644.8% 향상되었다(실시예 11과 비교예 13 참조).
실시예 13: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 도펀트로 Dopant 56을 대신하여, Dopant 167를 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 반복하여, 유기발광다이오드를 제조하였다.
실시예 14 내지 실시예 15: 유기발광다이오드 제조
전자차단층의 소재로서 화학식 6의 H1을 대신하여, 화학식 6의 H2(실시예 14), 화학식 6의 H3(실시예 15)을 각각 사용한 것을 제외하고, 실시예 13의 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
실시예 16: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 호스트로서 Host 1을 대신하여, Host 2를 사용한 것을 제외하고, 실시예 13의 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
실시예 17 내지 실시예 18: 유기발광다이오드 제조
전자차단층의 소재로서 화학식 6의 H1을 대신하여, 화학식 6의 H2(실시예 17), 화학식 6의 H3(실시예 18)을 각각 사용한 것을 제외하고, 실시예 16의 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 14 내지 18: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 호스트로서 Host 1을 대신하여, 파이렌계 호스트인 1,3,6,8-tetraphenyl-pyrene을 각각 사용하고, 전자차단층의 소재로서 각각 NBP(비교예 14), Tri(biphenyl-4-yl)amine(비교예 15), 화학식 6의 H1(비교예 16), 화학식 6의 H2(비교예 17), 화학식 6의 H3(비교예 18)를 각각 사용한 것을 제외하고 실시예 13의 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 19 내지 20: 유기발광다이오드 제조
전자차단층의 소재로서 화학식 6의 H1을 대신하여, NPB(비교예 19), Tri(biphenyl-4-yl)amine(비교예 20)을 각각 사용한 것을 제외하고 실시예 13의 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 21 내지 22: 유기발광다이오드 제조
전자차단층의 소재로서 화학식 6의 H1을 대신하여, NPB(비교예 21), Tri(biphenyl-4-yl)amine(비교예 22)을 각각 사용한 것을 제외하고 실시예 16의 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
실험예 3: 유기발광다이오드의 광학적 특성 측정
실시예 13 내지 실시예 18과, 비교예 14 내지 비교예 22에서 각각 제조된 유기발광다이오드의 광학적 특성을 실험예 1과 동일한 절차에 따라 측정하였다. 측정 결과를 하기 표 3에 나타낸다.
유기발광다이오드의 광학 특성
샘플 V cd/A 색 좌표(CIEx, CIEy) T95(h)
비교예 14 4.22 3.40 (0.1348, 0.1262) 33
비교예 15 4.10 3.22 (0.1350, 0.1268) 23
비교예 16 4.24 3.31 (0.1348, 0.1264) 68
비교예 17 4.08 3.48 (0.1344, 0.1278) 76
비교예 18 4.11 3.46 (0.1342, 0.1280) 55
비교예 19 3.97 4.88 (0.1378, 0.1211) 39
비교예 20 3.85 4.70 (0.1380, 0.1217) 27
실시예 13 3.99 4.79 (0.1378, 0.1214) 198
실시예 14 3.83 4.96 (0.1374, 0.1227) 202
실시예 15 3.86 4.94 (0.1372, 0.1229) 178
비교예 21 3.92 4.90 (0.1378, 0.1212) 41
비교예 22 3.80 4.72 (0.1380, 0.1218) 29
실시예 16 3.94 4.81 (0.1378, 0.1214) 210
실시예 17 3.78 4.98 (0.1374, 0.1228) 220
실시예 18 3.81 4.96 (0.1372, 0.1230) 194
표 3에 나타낸 바와 같이, 파이렌계 호스트를 도입한 비교예 14 내지 비교예 18의 유기발광다이오드와 비교하여, 본 발명에 따른 안트라센계 호스트를 도입한 유기발광다이오드의 구동전압은 최대 10.8% 낮아졌고, 전류효율과 소자 수명은 각각 최대 54.7%, 856.5% 향상되었으며, 색 좌표는 동등한 수준이었다. 또한, 전자차단층 소재로서 NPB 또는 단일환 아릴 아민계 소재를 사용한 비교예 19 내지 22의 발광다이오드와 비교하여, 본 발명에 따라 적어도 하나의 축합 헤테로 아릴 치환 아민계 소재를 전자차단층 소재로 사용한 발광다이오드의 구동 전압, 전류효율 및 색 좌표는 동등한 수준이었으나, 소자 수명은 최대 658.6% 향상되었다(실시예 17과 비교예 22 참조).
실시예 19: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 호스트로 Host 1을 대신하여 Host 3을 사용한 것을 제외하고 실시예 13의 절차를 반복하여, 유기발광다이오드를 제조하였다.
실시예 20 내지 21: 유기발광다이오드 제조
전자차단층 소재로서 화학식 6의 H1을 대신하여 화학식 6의 H2(실시예 20), 화학식 6의 H3(실시예 21)을 각각 사용한 것을 제외하고 실시예 19의 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 23 내지 24: 유기발광다이오드 제조
전자차단층 소재로서 화학식 6의 H1을 대신하여, NPB(비교예 23), Tri(biphenyl-4-yl)amine(비교예 24)을 각각 사용한 것을 제외하고 실시예 19의 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
실시예 22: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 호스트로 Host 1을 대신하여 Host 4를 사용한 것을 제외하고 실시예 13의 절차를 반복하여, 유기발광다이오드를 제조하였다.
실시예 23 내지 24: 유기발광다이오드 제조
전자차단층 소재로서 화학식 6의 H1을 대신하여 화학식 6의 H2(실시예 231), 화학식 6의 H3(실시예 24)을 각각 사용한 것을 제외하고 실시예 22의 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 25 내지 26: 유기발광다이오드 제조
전자차단층 소재로서 화학식 6의 H1을 대신하여, NPB(비교예 25), Tri(biphenyl-4-yl)amine(비교예 26)을 각각 사용한 것을 제외하고 실시예 22의 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
실험예 4: 유기발광다이오드의 광학적 특성 평가
실시예 19 내지 24와, 비교예 23 내지 26에서 각각 제조된 유기발광다이오드의 광학적 특성을 실험예 1과 동일한 절차에 따라 평가하였다. 측정결과를 하기 표 4에 나타낸다.
유기발광다이오드의 광학 특성
샘플 V cd/A 색 좌표(CIEx, CIEy) T95(h)
비교예 23 4.16 4.75 (0.1377, 0.1210) 36
비교예 24 4.03 4.58 (0.1379, 0.1211) 26
실시예 19 4.20 4.66 (0.1377, 0.1213) 191
실시예 20 4.01 4.82 (0.1375, 0.1222) 197
실시예 21 4.04 4.81 (0.1372, 0.1225) 170
비교예 25 4.09 4.82 (0.1377, 0.1209) 38
비교예 26 3.96 4.64 (0.1379, 0.1210) 27
실시예 22 4.11 4.73 (0.1376, 0.1213) 192
실시예 23 3.94 4.90 (0.1376, 0.1220) 199
실시예 24 3.98 4.88 (0.1371, 0.1224) 177
표 4에 나타낸 바와 같이, 전자차단층 소재로서 NPB 또는 단일환 아릴 아민계 소재를 사용한 비교예 23 내지 26의 발광다이오드와 비교하여, 본 발명에 따라 적어도 하나의 축합 헤테로 아릴 치환 아민계 소재를 전자차단층 소재로 사용한 발광다이오드의 구동 전압, 전류효율 및 색 좌표는 동등한 수준이었으나, 소자 수명은 최대 657.7% 향상되었다(실시예 20과 비교예 24 참조).
실시예 25: 유기발광다이오드 제조
정공차단층의 소재로서 화학식 8의 E1을 대신하여, 화학식 10의 F1을 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
실시예 26: 유기발광다이오드 제조
전자차단층의 소재로서 화학식 6의 H1을 대신하여, 화학식 6의 H2를 사용한 것을 제외하고 실시예 25의 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 27: 유기발광다이오드 제조
전자차단층의 소재로서 화학식 6의 H1을 대신하여 Tri(biphenyl-4-yl)amine을 사용한 것을 제외하고 실시예 25의 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
실시예 27: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 호스트로서 Host 1을 대신하여 Host 2를 사용한 것을 제외하고 실시예 25의 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
실시예 28: 유기발광다이오드 제조
전자차단층의 소재로서 화학식 6의 H1을 대신하여, 화학식 6의 H2를 사용한 것을 제외하고 실시예 27의 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 28: 유기발광다이오드 제조
전자차단층의 소재로서 화학식 6의 H1을 대신하여 Tri(biphenyl-4-yl)amine을 사용한 것을 제외하고 실시예 27의 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
실시예 29: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 도펀트로서 Dopant 56을 대신하여 Dopant 167를 사용한 것을 제외하고 실시예 25의 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
실시예 30: 유기발광다이오드 제조
전자차단층의 소재로서 화학식 6의 H1을 대신하여, 화학식 6의 H2를 사용한 것을 제외하고 실시예 29의 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 29: 유기발광다이오드 제조
전자차단층의 소재로서 화학식 6의 H1을 대신하여 Tri(biphenyl-4-yl)amine을 사용한 것을 제외하고 실시예 29의 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
실시예 31: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 호스트로서 Host 1을 대신하여 Host 2를 사용한 것을 제외하고 실시예 29의 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
실시예 32: 유기발광다이오드 제조
전자차단층의 소재로서 화학식 6의 H1을 대신하여, 화학식 6의 H2를 사용한 것을 제외하고 실시예 31의 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 30: 유기발광다이오드 제조
전자차단층의 소재로서 화학식 6의 H1을 대신하여 Tri(biphenyl-4-yl)amine을 사용한 것을 제외하고 실시예 31의 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
실험예 5: 유기발광다이오드의 광학적 특성 평가
실시예 25 내지 32와, 비교예 27 내지 30에서 각각 제조된 유기발광다이오드의 광학적 특성을 실험예 1과 동일한 절차에 따라 평가하였다. 측정결과를 하기 표 5에 나타낸다.
유기발광다이오드의 광학 특성
샘플 V cd/A 색 좌표(CIEx, CIEy) T95(h)
비교예 27 3.52 4.98 (0.1420, 0.0561) 19
실시예 25 3.54 4.89 (0.1420, 0.0564) 96
실시예 26 3.38 5.06 (0.1416, 0.0577) 99
비교예 28 3.47 5.00 (0.1420, 0.0562) 20
실시예 27 3.49 4.91 (0.1420, 0.0564) 103
실시예 28 3.33 5.08 (0.1416, 0.0578) 106
비교예 29 3.67 5.18 (0.1408, 0.1161) 18
실시예 29 3.68 5.09 (0.1408, 0.1164) 89
실시예 30 3.53 5.26 (0.1404, 0.1117) 91
비교예 30 3.62 5.20 (0.1408, 0.1162) 18
실시예 31 3.64 5.11 (0.1408, 0.1164) 95
실시예 32 3.48 5.28 (0.1404, 0.1178) 99
표 5에 나타낸 바와 같이, 전자차단층 소재로서 단일환 아릴 아민계 소재를 사용한 비교예 27 내지 30의 발광다이오드와 비교하여, 본 발명에 따라 적어도 하나의 다환 아릴 아민계 소재를 전자차단층 소재로 사용한 발광다이오드의 구동 전압은 약간 낮아졌고, 전류효율은 약간 증가하였으며, 색 좌표는 동등한 수준이었으나, 소자 수명은 최대 4.5배 향상되었다(실시예 32와 비교예 30 참조).
상기에서는 본 발명의 예시적인 실시형태 및 실시예에 기초하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명이 상기 실시형태 및 실시예에 기재된 기술사상으로 한정되는 것은 아니다. 오히려 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 전술한 실시형태 및 실시예를 토대로 다양한 변형과 변경을 용이하게 추고할 수 있다. 하지만, 이러한 변형과 변경은 모두 본 발명의 권리범위에 속한다는 점은, 첨부하는 청구범위에서 분명하다.
100, 600, 1100: 유기발광 표시장치
200, 300, 400, 700, 800, 1200: 유기발광다이오드
210, 310, 410, 710, 810, 1210: 제 1 전극
220, 320, 420, 720, 820, 1220: 제 2 전극
230, 330, 430, 530, 730, 830, 930, 1030, 1230: 발광 유닛
350, 450, 550, 850, 950, 1050: 정공수송층
355, 455, 555, 855, 955, 1055: 전자차단층
360, 460, 560, 860, 860, 1060: 발광물질층
375, 475, 575, 875, 975, 1075: 정공차단층
Tr: 박막트랜지스터

Claims (42)

  1. 제 1 전극;
    상기 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극; 및
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 1 발광물질층과, 상기 제 1 전극과 상기 제 1 발광물질층 사이에 위치하는 제 1 전자차단층을 포함하는 제 1 발광 유닛을 포함하고,
    상기 제 1 발광물질층은 하기 화학식 1로 표시되는 호스트와, 하기 화학식 3으로 표시되는 도펀트를 포함하고,
    상기 제 1 전자차단층은 하기 화학식 6으로 표시되는 어느 하나의 아민계 화합물을 포함하는 유기발광다이오드.
    [화학식 1]

    화학식 1에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 페닐기, 나프틸기, 디벤조퓨라닐기 또는 나프토벤조퓨라닐기임; L1 및 L2는 각각 독립적으로 C6~C30 아릴렌기임; a와 b는 각각 0 또는 1임.
    [화학식 3]

    화학식 3에서, R11과 R12는 각각 독립적으로 C1~C20 알킬기, C6~C30 아릴기, 카바졸일기 또는 C6~C30 아릴 아미노기임; c와 d는 각각 0 내지 4의 정수임; R13은 C1~C10 알킬기, C6~C30 아릴기, 카바졸일기 또는 C6~C30 아릴 아미노기임; e는 0 내지 3의 정수임; X1 및 X2는 각각 독립적으로 산소(O) 또는 NR14이고, R14은 C6~C30 아릴기임; R11 내지 R14를 각각 구성하는 상기 C6~C30 아릴기, 상기 카바졸일기, 상기 C6~C30 아릴 아미노기는 각각 독립적으로 치환되지 않거나, C1~C10 알킬기, 치환되지 않거나 C1~C10 알킬기로 치환된 C6~C30 아릴기 또는 치환되지 않거나 C1~C10 알킬기로 치환된 C5~C30 헤테로 아릴기로 치환될 수 있음.
    [화학식 6]




  2. 제 1항에 있어서,
    상기 호스트는 하기 화학식 2로 표시되는 어느 하나의 화합물을 포함하는 유기발광다이오드.
    [화학식 2]






  3. 제 1항에 있어서,
    상기 도펀트는 하기 화학식 4로 표시되는 어느 하나의 화합물을 포함하는 유기발광다이오드.
    [화학식 4]

























































  4. 제 1항에 있어서,
    상기 아민계 화합물은상기 화합물 H1, 상기 화합물 H2, 상기 화합물 H3, 상기 화합물 H4, 상기 화합물 H5, 상기 화합물 H6 또는 상기 화합물 H16인 유기발광다이오드.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 발광물질층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 1 정공차단층을 더욱 포함하는 유기발광다이오드.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1 정공차단층은 하기 화학식 7로 표시되는 아진계 화합물 또는 하기 화학식 9로 표시되는 벤즈이미다졸계 화합물을 포함하는 유기발광다이오드.
    [화학식 7]

    화학식 7에서, Y1 내지 Y5는 각각 독립적으로 CR31 또는 질소(N)이고 그 중에서 1개 내지 3개는 질소이며, R31은 C6~C30 아릴기임; L은 C6~C30 아릴렌기임; R32는 C6~C30 아릴기 또는 C5~C30 헤테로 아릴기임; R33은 수소이거나 인접한 기가 합쳐져서 축합 방향족 고리를 형성함; r은 0 또는 1이고, s는 1 또는 2이며, t는 0 내지 4의 정수임.
    [화학식 9]

    화학식 9에서, Ar은 C10~C30 아릴렌기임; R41은 C6~C30 아릴기 또는 C5~C30 헤테로 아릴기임; R42는 수소, C1~C10 알킬기 또는 C5~C30 아릴기임.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 아진계 화합물은 하기 화학식 8로 표시되는 어느 하나의 아진계 화합물을 포함하는 유기발광다이오드.
    [화학식 8]







  8. 제 6항에 있어서,
    상기 벤즈이미다졸계 화합물은 하기 화학식 10으로 표시되는 어느 하나의 벤즈이미다졸계 화합물을 포함하는 유기발광다이오드.
    [화학식 10]


  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 발광 유닛과 상기 제 2 전극 사이에 위치하며, 제 2 발광물질층을 포함하는 제 2 발광 유닛과, 상기 제 1 발광 유닛과 상기 제 2 발광 유닛 사이에 위치하는 제 1 전하생성층을 더욱 포함하고,
    상기 제 1 발광물질층과 상기 제 2 발광물질층 중에서 적어도 하나는 상기 화학식 1로 표시되는 호스트와, 상기 화학식 3으로 표시되는 도펀트를 포함하는 유기발광다이오드.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제 2 발광 유닛은 상기 제 1 전하생성층과 상기 제 2 발광물질층 사이에 위치하는 제 2 전자차단층을 더욱 포함하고, 상기 제 2 전자차단층은 상기 화학식 6으로 표시되는 어느 하나의 아민계 화합물을 포함하는 유기발광다이오드.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제 1 발광물질층과 상기 제 1 전하생성층 사이에 위치하는 제 1 정공차단층과, 상기 제 2 발광물질층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 2 정공차단층 중에서 적어도 하나의 정공차단층을 더욱 포함하는 유기발광다이오드.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 정공차단층은 하기 화학식 7로 표시되는 아진계 화합물 또는 하기 화학식 9로 표시되는 벤즈이미다졸계 화합물을 포함하는 유기발광다이오드.
    [화학식 7]

    화학식 7에서, Y1 내지 Y5는 각각 독립적으로 CR31 또는 질소(N)이고 그 중에서 1개 내지 3개는 질소이며, R31은 C6~C30 아릴기임; L은 C6~C30 아릴렌기임; R32는 C6~C30 아릴기 또는 C5~C30 헤테로 아릴기임; R33은 수소이거나 인접한 기가 합쳐져서 축합 방향족 고리를 형성함; r은 0 또는 1이고, s는 1 또는 2이며, t는 0 내지 4의 정수임.
    [화학식 9]

    화학식 9에서, Ar은 C10~C30 아릴렌기임; R41은 C6~C30 아릴기 또는 C5~C30 헤테로 아릴기임; R42는 수소, C1~C10 알킬기 또는 C5~C30 아릴기임.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 제 2 발광물질층은 황록색으로 발광하는 유기발광다이오드.
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 제 2 발광물질층은 적록색으로 발광하는 유기발광다이오드.
  15. 제 9항에 있어서,
    상기 제 2 발광 유닛과 상기 제 2 전극 사이에 위치하며, 제 3 발광물질층을 포함하는 제 3 발광 유닛과, 상기 제 2 발광 유닛과 상기 제 3 발광 유닛 사이에 위치하는 제 2 전하생성층을 더욱 포함하고,
    상기 제 1 발광물질층 내지 상기 제 3 발광물질층 중에서 적어도 하나는 상기 화학식 1로 표시되는 호스트와, 상기 화학식 3으로 표시되는 도펀트를 포함하는 유기발광다이오드.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 제 3 발광 유닛은 상기 제 2 전하생성층과 상기 제 3 발광물질층 사이에 위치하는 제 3 전자차단층을 더욱 포함하고, 상기 제 3 전자차단층은 상기 화학식 6으로 표시되는 어느 하나의 아민계 화합물을 포함하는 유기발광다이오드.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 제 1 발광물질층과 상기 제 1 전하생성층 사이에 위치하는 제 1 정공차단층과, 상기 제 2 발광물질층과 상기 제 2 전하생성층 사이에 위치하는 제 2 정공차단층과, 상기 제 3 발광물질층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 3 정공차단층 중에서 적어도 하나의 정공차단층을 더욱 포함하는 유기발광다이오드.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 정공차단층은 하기 화학식 7로 표시되는 아진계 화합물 또는 하기 화학식 9로 표시되는 벤즈이미다졸계 화합물을 포함하는 유기발광다이오드.
    [화학식 7]

    화학식 7에서, Y1 내지 Y5는 각각 독립적으로 CR31 또는 질소(N)이고 그 중에서 1개 내지 3개는 질소이며, R31은 C6~C30 아릴기임; L은 C6~C30 아릴렌기임; R32는 C6~C30 아릴기 또는 C5~C30 헤테로 아릴기임; R33은 수소이거나 인접한 기가 합쳐져서 축합 방향족 고리를 형성함; r은 0 또는 1이고, s는 1 또는 2이며, t는 0 내지 4의 정수임.
    [화학식 9]

    화학식 9에서, Ar은 C10~C30 아릴렌기임; R41은 C6~C30 아릴기 또는 C5~C30 헤테로 아릴기임; R42는 수소, C1~C10 알킬기 또는 C5~C30 아릴기임.
  19. 기판; 및
    제 1 전극과, 상기 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 1 발광물질층과, 상기 제 1 전극과 상기 제 1 발광물질층 사이에 위치하는 제 1 전자차단층을 포함하는 제 1 발광 유닛을 포함하고, 상기 기판 상에 위치하는 유기발광다이오드를 포함하고,
    상기 제 1 발광물질층은 하기 화학식 1로 표시되는 호스트와, 하기 화학식 3으로 표시되는 도펀트를 포함하고,
    상기 제 1 전자차단층은 하기 화학식 6으로 표시되는 어느 하나의 아민계 화합물을 포함하는 유기발광장치.
    [화학식 1]

    화학식 1에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 페닐기, 나프틸기, 디벤조퓨라닐기 또는 나프토벤조퓨라닐기임; L1 및 L2는 각각 독립적으로 C6~C30 아릴렌기임; a와 b는 각각 0 또는 1임.
    [화학식 3]

    화학식 3에서, R11과 R12는 각각 독립적으로 C1~C20 알킬기, C6~C30 아릴기, 카바졸일기 또는 C6~C30 아릴 아미노기이임; c와 d는 각각 0 내지 4의 정수임; R13은 C1~C10 알킬기, C6~C30 아릴기, 카바졸일기 또는 C6~C30 아릴 아미노기임; e는 0 내지 3의 정수임; X1 및 X2는 각각 독립적으로 산소(O) 또는 NR14이고, R14은 C6~C30 아릴기임; R11 내지 R14를 각각 구성하는 상기 C6~C30 아릴기, 상기 카바졸일기, 상기 C6~C30 아릴 아미노기는 각각 독립적으로 치환되지 않거나, C1~C10 알킬기, 치환되지 않거나 C1~C10 알킬기로 치환된 C6~C30 아릴기 또는 치환되지 않거나 C1~C10 알킬기로 치환된 C5~C30 헤테로 아릴기로 치환될 수 있음.
    [화학식 6]




  20. 제 19항에 있어서,
    상기 호스트는 하기 화학식 2로 표시되는 어느 하나의 화합물을 포함하는 유기발광장치.
    [화학식 2]






  21. 제 19항에 있어서,
    상기 도펀트는 하기 화학식 4로 표시되는 어느 하나의 화합물을 포함하는 유기발광장치.
    [화학식 4]

























































  22. 제 19항에 있어서,
    상기 아민계 화합물은 상기 화합물 H1, 상기 화합물 H2, 상기 화합물 H3, 상기 화합물 H4, 상기 화합물 H5, 상기 화합물 H6 또는 상기 화합물 H16인 유기발광장치.
  23. 제 19항에 있어서,
    상기 유기발광다이오드는 상기 제 1 발광물질층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 1 정공차단층을 더욱 포함하는 유기발광장치.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 제 1 정공차단층은 하기 화학식 7로 표시되는 아진계 화합물 또는 하기 화학식 9로 표시되는 벤즈이미다졸계 화합물을 포함하는 유기발광장치.
    [화학식 7]

    화학식 7에서, Y1 내지 Y5는 각각 독립적으로 CR31 또는 질소(N)이고 그 중에서 1개 내지 3개는 질소이며, R31은 C6~C30 아릴기임; L은 C6~C30 아릴렌기임; R32는 C6~C30 아릴기 또는 C5~C30 헤테로 아릴기임; R33은 수소이거나 인접한 기가 합쳐져서 축합 방향족 고리를 형성함; r은 0 또는 1이고, s는 1 또는 2의 정수이며, t는 0 내지 4의 정수임.
    [화학식 9]

    화학식 9에서, Ar은 C10~C30 아릴렌기임; R41은 C6~C30 아릴기 또는 C5~C30 헤테로 아릴기임; R42는 수소, C1~C10 알킬기 또는 C5~C30 아릴기임.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 아진계 화합물은 하기 화학식 8로 표시되는 어느 하나의 아진계 화합물을 포함하는 유기발광장치.
    [화학식 8]







  26. 제 24항에 있어서,
    상기 벤즈이미다졸계 화합물은 하기 화학식 10으로 표시되는 어느 하나의 벤즈이미다졸계 화합물을 포함하는 유기발광장치.
    [화학식 10]


  27. 제 19항에 있어서,
    상기 유기발광다이오드는, 상기 제 1 발광 유닛과 상기 제 2 전극 사이에 위치하며, 제 2 발광물질층을 포함하는 제 2 발광 유닛과, 상기 제 1 발광 유닛과 상기 제 2 발광 유닛 사이에 위치하는 제 1 전하생성층을 더욱 포함하고,
    상기 제 1 발광물질층과 상기 제 2 발광물질층 중에서 적어도 하나는 상기 화학식 1로 표시되는 호스트와, 상기 화학식 3으로 표시되는 도펀트를 포함하는 유기발광장치.
  28. 제 27항에 있어서,
    상기 제 2 발광 유닛은 상기 제 1 전하생성층과 상기 제 2 발광물질층 사이에 위치하는 제 2 전자차단층을 더욱 포함하고, 상기 제 2 전자차단층은 상기 화학식 6으로 표시되는 어느 하나의 아민계 화합물을 포함하는 유기발광장치.
  29. 제 28항에 있어서,
    상기 유기발광다이오드는, 상기 제 1 발광물질층과 상기 제 1 전하생성층 사이에 위치하는 제 1 정공차단층과, 상기 제 2 발광물질층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 2 정공차단층 중에서 적어도 하나의 정공차단층을 더욱 포함하는 유기발광장치.
  30. 제 29항에 있어서,
    상기 정공차단층은 하기 화학식 7로 표시되는 아진계 화합물 또는 하기 화학식 9로 표시되는 벤즈이미다졸계 화합물을 포함하는 유기발광장치.
    [화학식 7]

    화학식 7에서, Y1 내지 Y5는 각각 독립적으로 CR31 또는 질소(N)이고 그 중에서 1개 내지 3개는 질소이며, R31은 C6~C30 아릴기임; L은 C6~C30 아릴렌기임; R32는 C6~C30 아릴기 또는 C5~C30 헤테로 아릴기임; R33은 수소이거나 인접한 기가 합쳐져서 축합 방향족 고리를 형성함; r은 0 또는 1이고, s는 1 또는 2이며, t는 0 내지 4의 정수임.
    [화학식 9]

    화학식 9에서, Ar은 C10~C30 아릴렌기임; R41은 C6~C30 아릴기 또는 C5~C30 헤테로 아릴기임; R42는 수소, C1~C10 알킬기 또는 C5~C30 아릴기임.
  31. 제 27항에 있어서,
    상기 제 2 발광물질층은 황록색으로 발광하는 유기발광장치.
  32. 제 27항에 있어서,
    상기 제 2 발광물질층은 적록색으로 발광하는 유기발광장치.
  33. 제 27항에 있어서,
    상기 유기발광다이오드는, 상기 제 2 발광 유닛과 상기 제 2 전극 사이에 위치하며, 제 3 발광물질층을 포함하는 제 3 발광 유닛과, 상기 제 2 발광 유닛과 상기 제 3 발광 유닛 사이에 위치하는 제 2 전하생성층을 더욱 포함하고,
    상기 제 1 발광물질층 내지 상기 제 3 발광물질층 중에서 적어도 하나는 상기 화학식 1로 표시되는 호스트와, 상기 화학식 3으로 표시되는 도펀트를 포함하는 유기발광장치.
  34. 제 33항에 있어서,
    상기 제 3 발광 유닛은 상기 제 2 전하생성층과 상기 제 3 발광물질층 사이에 위치하는 제 3 전자차단층을 더욱 포함하고, 상기 제 3 전자차단층은 상기 화학식 6으로 표시되는 아민계 화합물을 포함하는 유기발광장치.
  35. 제 34항에 있어서,
    상기 제 1 발광물질층과 상기 제 1 전하생성층 사이에 위치하는 제 1 정공차단층과, 상기 제 2 발광물질층과 상기 제 2 전하생성층 사이에 위치하는 제 2 정공차단층과, 상기 제 3 발광물질층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 3 정공차단층 중에서 적어도 하나의 정공차단층을 더욱 포함하는 유기발광장치.
  36. 제 35항에 있어서,
    상기 정공차단층은 하기 화학식 7로 표시되는 아진계 화합물 또는 하기 화학식 9로 표시되는 벤즈이미다졸계 화합물을 포함하는 유기발광장치.
    [화학식 7]

    화학식 7에서, Y1 내지 Y5는 각각 독립적으로 CR31 또는 질소(N)이고 그 중에서 1개 내지 3개는 질소이며, R31은 C6~C30 아릴기임; L은 C6~C30 아릴렌기임; R32는 C6~C30 아릴기 또는 C5~C30 헤테로 아릴기임; R33은 수소이거나 인접한 기가 합쳐져서 축합 방향족 고리를 형성함; r은 0 또는 1이고, s는 1 또는 2이며, t는 0 내지 4의 정수임.
    [화학식 9]

    화학식 9에서, Ar은 C10~C30 아릴렌기임; R41은 C6~C30 아릴기 또는 C5~C30 헤테로 아릴기임; R42는 수소, C1~C10 알킬기 또는 C5~C30 아릴기임.
  37. 제 19항 또는 제 27항에 있어서,
    상기 기판에는 적색화소, 녹색화소 및 청색화소가 정의되고, 상기 유기발광다이오드는 상기 적색화소, 상기 녹색화소 및 상기 청색화소에 대응되게 위치하며,
    상기 적색화소, 상기 녹색화소 및 상기 청색화소에 대응하여 상기 기판과 상기 유기발광다이오드 사이 또는 상기 유기발광다이오드 상부에 위치하는 색변환층을 더욱 포함하는 유기발광장치.
  38. 제 32항 또는 제 33항에 있어서,
    상기 기판에는 적색화소, 녹색화소 및 청색화소가 정의되고, 상기 유기발광다이오드는 상기 적색화소, 상기 녹색화소 및 상기 청색화소에 대응되게 위치하고,
    상기 적색화소, 상기 녹색화소 및 상기 청색화소에 대응하여 상기 기판과 상기 유기발광다이오드 사이 또는 상기 유기발광다이오드 상부에 위치하는 컬러필터층을 더욱 포함하는 유기발광장치.
  39. 제 1항에 있어서,
    상기 화학식 3의 R11 내지 R13은 각각 독립적으로 C1~C20 알킬기, C6~C30 아릴기 또는 C6~C30 아릴 아미노기인 유기발광다이오드.
  40. 제 19항에 있어서,
    상기 화학식 3의 R11 내지 R13은 각각 독립적으로 C1~C20 알킬기, C6~C30 아릴기 또는 C6~C30 아릴 아미노기인 유기발광장치.
  41. 제 1 전극;
    상기 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극; 및
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 1 발광물질층과, 상기 제 1 전극과 상기 제 1 발광물질층 사이에 위치하는 제 1 전자차단층을 포함하는 제 1 발광 유닛을 포함하고,
    상기 제 1 발광물질층은 하기 화학식 1로 표시되는 호스트와, 하기 화학식 3으로 표시되는 도펀트를 포함하고,
    상기 제 1 전자차단층은 하기 화학식 6으로 표시되는 어느 하나의 아민계 화합물을 포함하는 유기발광다이오드.
    [화학식 1]

    화학식 1에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 페닐기, 나프틸기, 디벤조퓨라닐기 또는 나프토벤조퓨라닐기임; L1 및 L2는 각각 독립적으로 C6~C30 아릴렌기임; a와 b는 각각 0 또는 1임.
    [화학식 3]

    화학식 3에서, R11과 R12는 각각 독립적으로 C1~C20 알킬기, C6~C30 아릴기, 카바졸일기 또는 C6~C30 아릴 아미노기임; c와 d는 각각 0 내지 4의 정수임; R13은 C1~C10 알킬기, C6~C30 아릴기, 카바졸일기 또는 C6~C30 아릴 아미노기임; e는 0 내지 3의 정수임; X1 및 X2는 각각 독립적으로 산소(O) 또는 NR14이고, R14은 C6~C30 아릴기임; R11 내지 R14를 각각 구성하는 상기 C6~C30 아릴기, 상기 카바졸일기, 상기 C6~C30 아릴 아미노기는 각각 독립적으로 치환되지 않거나, C1~C10 알킬기, 치환되지 않거나 C1~C10 알킬기로 치환된 C6~C30 아릴기 또는 치환되지 않거나 C1~C10 알킬기로 치환된 C5~C30 헤테로 아릴기로 치환될 수 있음.
    [화학식 6]

  42. 기판; 및
    제 1 전극과, 상기 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 1 발광물질층과, 상기 제 1 전극과 상기 제 1 발광물질층 사이에 위치하는 제 1 전자차단층을 포함하는 제 1 발광 유닛을 포함하고, 상기 기판 상에 위치하는 유기발광다이오드를 포함하고,
    상기 제 1 발광물질층은 하기 화학식 1로 표시되는 호스트와, 하기 화학식 3으로 표시되는 도펀트를 포함하고,
    상기 제 1 전자차단층은 하기 화학식 6으로 표시되는 어느 하나의 아민계 화합물을 포함하는 유기발광장치.
    [화학식 1]

    화학식 1에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 페닐기, 나프틸기, 디벤조퓨라닐기 또는 나프토벤조퓨라닐기임; L1 및 L2는 각각 독립적으로 C6~C30 아릴렌기임; a와 b는 각각 0 또는 1임.
    [화학식 3]

    화학식 3에서, R11과 R12는 각각 독립적으로 C1~C20 알킬기, C6~C30 아릴기, 카바졸일기 또는 C6~C30 아릴 아미노기임; c와 d는 각각 0 내지 4의 정수임; R13은 C1~C10 알킬기, C6~C30 아릴기, 카바졸일기 또는 C6~C30 아릴 아미노기임; e는 0 내지 3의 정수임; X1 및 X2는 각각 독립적으로 산소(O) 또는 NR14이고, R14은 C6~C30 아릴기임; R11 내지 R14를 각각 구성하는 상기 C6~C30 아릴기, 상기 카바졸일기, 상기 C6~C30 아릴 아미노기는 각각 독립적으로 치환되지 않거나, C1~C10 알킬기, 치환되지 않거나 C1~C10 알킬기로 치환된 C6~C30 아릴기 또는 치환되지 않거나 C1~C10 알킬기로 치환된 C5~C30 헤테로 아릴기로 치환될 수 있음.
    [화학식 6]
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