KR20210086232A - 유기전기소자, 이를 포함하는 표시패널 및 이를 포함하는 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예들은, 유기전기소자, 이를 포함하는 표시패널 및 이를 포함하는 표시장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 제1 화합물, 제2 화합물 및 제3 화합물을 포함하는 제1 층을 포함하고 일반식 1을 만족함으로써, 효율 또는 수명이 우수한 유기전기소자, 이를 포함하는 표시패널 및 이를 포함하는 표시장치를 제공할 수 있다.

Description

유기전기소자, 이를 포함하는 표시패널 및 이를 포함하는 표시장치{ORGANIC ELECTRONIC ELEMENT, DISPLAY PANEL COMPRISING THE SAME AND DISPLAY DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 발명의 실시예들은 유기전기소자, 이를 포함하는 표시패널 및 이를 포함하는 표시장치에 관한 것이다.
일반적으로 유기발광 현상이란 유기물질을 이용하여 전기 에너지를 빛 에너지로 전환시키는 현상을 의미한다. 유기전기소자는 유기발광 현상을 이용하는 전기소자를 지칭한다.
유기발광 현상을 이용하는 유기전기소자는 표시장치에 적용될 수 있다. 휴대용 표시장치는 제한적인 전력 공급원인 배터리에 의하여 구동되므로, 휴대용 표시장치에 사용되는 유기전기소자는 우수한 발광효율이 요구된다. 또한, 전자장치의 사용 동안 화상이 정상적으로 표시되어야 하므로, 유기전기소자는 긴 수명도 요구되고 있다.
유기전기소자에 있어서 효율, 수명 및 구동전압을 개선하기 위해서 유기전기소자에 포함되는 유기물질에 대한 연구가 이루어지고 있다.
본 발명의 실시예들은 우수한 정공주입 특성 및 전하제어 특성을 가지는 층을 포함하여, 높은 효율 또는 장수명을 가지는 유기전기소자를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 전술한 유기전기소자를 포함하여, 높은 효율 또는 장수명을 가지는 표시패널을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 전술한 표시패널을 포함하여, 높은 효율 또는 장수명을 가지는 표시장치를 제공할 수 있다.
일 측면에서, 본 발명의 실시예들은 제1 전극, 제2 전극 및 유기층을 포함하는 유기전기소자를 제공할 수 있다.
전술한 유기층은 전술한 제1 전극과 전술한 제2 전극 사이에 위치한다.
전술한 유기층은, 발광층 및 제1 층을 포함한다.
전술한 제1 층은 제1 화합물, 제2 화합물 및 제3 화합물을 포함한다.
전술한 제1 화합물은 HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) 에너지 레벨이 -5.5eV 내지 -5.0eV 이다.
전술한 유기전기소자는 하기 일반식 1을 만족한다.
[일반식 1]
0.1eV ≤ L3-L2 ≤ 0.5eV
일반식 1에서, L3는 제3 화합물의 LUMO 에너지 레벨이며, L2는 제2 화합물의 LUMO 에너지 레벨이다.
다른 측면에서, 본 발명의 실시예들은 전술한 유기전기소자를 포함하는 서브픽셀을 포함하는 표시패널을 제공할 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 발명의 실시예들은 전술한 표시패널 및 전술한 표시패널을 구동하는 구동회로를 포함하는 표시장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 높은 발광효율 및 장수명을 가지는 유기전기소자를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 우수한 정공주입특성 및 전하제어능력을 가지는 층을 포함함으로써, 높은 발광효율 및 장수명을 가지는 유기전기소자, 이를 포함하는 표시패널 및 이를 포함하는 표시장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 표시장치의 시스템 구성도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 표시패널의 서브픽셀 회로를 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 유기전기소자의 개략적인 단면도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다. 본 명세서 상에서 언급된 "포함한다", "갖는다", "이루어진다" 등이 사용되는 경우 "~만"이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별한 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다.
구성 요소들의 위치 관계에 대한 설명에 있어서, 둘 이상의 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속" 등이 된다고 기재된 경우, 둘 이상의 구성 요소가 직접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속" 될 수 있지만, 둘 이상의 구성 요소와 다른 구성 요소가 더 "개재"되어 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 여기서, 다른 구성 요소는 서로 "연결", "결합" 또는 "접속" 되는 둘 이상의 구성 요소 중 하나 이상에 포함될 수도 있다.
구성 요소들이나, 동작 방법이나 제작 방법 등과 관련한 시간적 흐름 관계에 대한 설명에 있어서, 예를 들어, "~후에", "~에 이어서", "~다음에", "~전에" 등으로 시간적 선후 관계 또는 흐름적 선후 관계가 설명되는 경우, "바로" 또는 "직접"이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
한편, 구성 요소에 대한 수치 또는 그 대응 정보(예: 레벨 등)가 언급된 경우, 별도의 명시적 기재가 없더라도, 수치 또는 그 대응 정보는 각종 요인(예: 공정상의 요인, 내부 또는 외부 충격, 노이즈 등)에 의해 발생할 수 있는 오차 범위를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
본 출원에서 유기전기소자는, 양극과 음극 사이의 구성물(들)을 의미하거나, 양극과 음극, 그리고 그 사이에 위치하는 구성물(들)을 포함하는 유기발광다이오드를 의미할 수도 있다.
또한, 경우에 따라, 본 출원에서의 유기전기소자는, 유기발광다이오드와 이를 포함하는 패널을 의미하거나, 패널과 회로를 포함하는 전자장치를 의미할 수도 있을 것이다. 여기서, 예를 들어, 전자장치는, 표시장치, 조명장치, 태양전지, 휴대 또는 모바일 단말(예: 스마트 폰, 태블릿, PDA, 전자사전, PMP 등), 네비게이션 단말, 게임기, 각종 TV, 각종 컴퓨터 모니터 등을 모두 포함할 수 있으며, 이에 제한되지 않고, 상기 구성물(들)을 포함하기만 하면 그 어떠한 형태의 장치일 수 있다.
도 1은 본 명세서의 실시예들에 따른 표시장치(100)의 시스템 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 명세서의 실시예들에 따른 표시장치(100)는, 다수의 데이터 라인들(DL) 및 다수의 게이트 라인들(GL)이 배치되고, 다수의 데이터 라인들(DL) 및 다수의 게이트 라인들(GL)에 의해 정의되는 다수의 서브픽셀들(111)이 배열된 표시패널(110)과, 다수의 데이터 라인들(DL)을 구동하는 데이터 구동회로(DDC)와, 다수의 게이트 라인들(GL)을 구동하는 게이트 구동회로(GDC)와, 데이터 구동회로(DDC) 및 게이트 구동회로(GDC)를 제어하는 컨트롤러(D-CTR) 등을 포함한다.
컨트롤러(D-CTR)는, 데이터 구동회로(DDC) 및 게이트 구동회로(GDC)로 각종 제어신호(DCS, GCS)를 공급하여, 데이터 구동회로(DDC) 및 게이트 구동회로(GDC)를 제어한다.
이러한 컨트롤러(D-CTR)는, 각 프레임에서 구현하는 타이밍에 따라 스캔을 시작하고, 외부에서 입력되는 입력 영상 데이터를 데이터 구동회로(DDC)에서 사용하는 데이터 신호 형식에 맞게 전환하여 전환된 영상 데이터(Data)를 출력하고, 스캔에 맞춰 적당한 시간에 데이터 구동을 통제한다.
컨트롤러(D-CTR)는, 데이터 구동회로(DDC)와 별도의 부품으로 구현될 수도 있고, 데이터 구동회로(DDC)와 함께 통합되어 집적회로로 구현될 수 있다.
데이터 구동회로(DDC)는, 컨트롤러(D-CTR)로부터 영상 데이터(Data)를 입력 받아 다수의 데이터 라인들(DL)로 데이터 전압을 공급함으로써, 다수의 데이터 라인들(DL)을 구동한다. 여기서, 데이터 구동회로(DDC)는 소스 구동회로라고도 한다.
이러한 데이터 구동회로(DDC)는, 적어도 하나의 소스 드라이버 집적회로(SDIC: Source Driver Integrated Circuit)를 포함하여 구현될 수 있다.
각 소스 드라이버 집적회로(SDIC)는, 시프트 레지스터(Shift Register), 래치 회로(Latch Circuit), 디지털 아날로그 컨버터(DAC: Digital to Analog Converter), 출력 버퍼(Output Buffer) 등을 포함할 수 있다.
각 소스 드라이버 집적회로(SDIC)는, 경우에 따라서, 아날로그 디지털 컨버터(ADC: Analog to Digital Converter)를 더 포함할 수 있다.
게이트 구동회로(GDC)는, 다수의 게이트 라인들(GL)로 스캔 신호를 순차적으로 공급함으로써, 다수의 게이트 라인들(GL)을 순차적으로 구동한다. 여기서, 게이트 구동회로(GDC)는 스캔 구동회로라고도 한다.
이러한 게이트 구동회로(GDC)는, 적어도 하나의 게이트 구동회로 집적회로(GDIC: Gate Driver Integrated Circuit)를 포함하여 구현될 수 있다.
각 게이트 구동회로 집적회로(GDIC)는 시프트 레지스터(Shift Register), 레벨 시프터(Level Shifter) 등을 포함할 수 있다.
각 게이트 드라이버 집적회로(GDIC)는, 테이프 오토메티드 본딩(TAB) 방식 또는 칩 온 글래스(COG) 방식으로 표시패널(110)의 본딩 패드(Bonding Pad)에 연결되거나, GIP(Gate In Panel) 타입으로 구현되어 표시패널(110)에 직접 배치될 수도 있으며, 경우에 따라서, 표시패널(110)에 집적화되어 배치될 수도 있다. 또한, 각 게이트 드라이버 집적회로(GDIC)는 표시패널(110)과 연결된 필름 상에 실장 되는 칩 온 필름(COF) 방식으로 구현될 수도 있다.
게이트 구동회로(GDC)는, 컨트롤러(D-CTR)의 제어에 따라, 온(On) 전압 또는 오프(Off) 전압의 스캔 신호를 다수의 게이트 라인들(GL)로 순차적으로 공급한다.
데이터 구동회로(DDC)는, 게이트 구동회로(GDC)에 의해 특정 게이트 라인이 열리면, 컨트롤러(D-CTR)로부터 수신한 영상 데이터(DATA)를 아날로그 형태의 데이터 전압으로 변환하여 다수의 데이터 라인들(DL)로 공급한다.
데이터 구동회로(DDC)는, 표시패널(110)의 일측(예: 상측 또는 하측)에만 위치할 수도 있고, 경우에 따라서는, 구동 방식, 패널 설계 방식 등에 따라 표시패널(110)의 양측(예: 상측과 하측)에 모두 위치할 수도 있다.
게이트 구동회로(GDC)는, 표시패널(110)의 일 측(예: 좌측 또는 우측)에만 위치할 수도 있고, 경우에 따라서는, 구동 방식, 패널 설계 방식 등에 따라 표시패널(110)의 양측(예: 좌측과 우측)에 모두 위치할 수도 있다.
본 명세서의 실시예들에 따른 표시장치(100)는 유기발광표시장치, 액정표시장치, 플라즈마 표시장치 등일 수 있다.
본 명세서의 실시예들에 따른 표시장치(100)가 유기발광표시장치인 경우, 표시패널(110)에 배열된 각 서브픽셀(111)은 자발광 소자인 유기발광다이오드(OLED: Organic Light Emitting Diode)와, 유기발광다이오드(OLED)를 구동하기 위한 구동 트랜지스터(Driving Transistor) 등의 회로 소자로 구성될 수 있다.
각 서브픽셀(111)을 구성하는 회로 소자의 종류 및 개수는, 제공 기능 및 설계 방식 등에 따라 다양하게 정해질 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 명세서의 실시예들에 따른 표시패널의 서브픽셀 회로를 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 각 서브픽셀(111)은, 기본적으로, 유기발광소자(OLED)와, 유기발광소자(OLED)를 구동하는 구동 트랜지스터(DRT)를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 각 서브픽셀(111)은, 구동 트랜지스터(DRT)의 게이트 노드에 해당하는 제1 노드(N1)로 데이터 전압(VDATA)을 전달해주기 위한 제1 트랜지스터(T1)와, 영상 신호 전압에 해당하는 데이터 전압(VDATA) 또는 이에 대응되는 전압을 한 프레임 시간 동안 유지하는 스토리지 캐패시터(C1)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
유기발광소자(OLED)는 제1 전극(E1, 애노드 전극 또는 캐소드 전극), 유기층(222) 및 제2 전극(E2, 캐소드 전극 또는 애노드 전극) 등으로 이루어질 수 있다.
일 예로, 유기발광소자(OLED)의 제2 전극(223)에는 기저 전압(EVSS)이 인가될 수 있다.
구동 트랜지스터(DRT)는 유기발광소자(OLED)로 구동 전류를 공급해줌으로써 유기발광소자(OLED)를 구동해준다.
구동 트랜지스터(DRT)는 제1 노드(N1), 제2 노드(N2) 및 제3노드(N3)를 갖는다.
구동 트랜지스터(DRT)의 제1 노드(N1)는 게이트 노드에 해당하는 노드로서, 제1 트랜지스터(T1)의 소스 노드 또는 드레인 노드와 전기적으로 연결될 수 있다.
구동 트랜지스터(DRT)의 제2 노드(N2)는 유기발광소자(OLED)의 제1 전극(221)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 소스 노드 또는 드레인 노드일 수 있다.
구동 트랜지스터(DRT)의 제3노드(N3)는 구동 전압(EVDD)이 인가되는 노드로서, 구동 전압(EVDD)을 공급하는 구동전압 라인(DVL: Driving Voltage Line)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 드레인 노드 또는 소스 노드일 수 있다.
제1 트랜지스터(T1)는 데이터 라인(DL)과 구동 트랜지스터(DRT)의 제1 노드(N1) 사이에 전기적으로 연결되고, 게이트 라인을 통해 스캔 신호(SCAN)를 게이트 노드로 인가 받아 제어될 수 있다.
스토리지 캐패시터(C1)는 구동 트랜지스터(DRT)의 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
이러한 스토리지 캐패시터(C1)는, 구동 트랜지스터(DRT)의 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 존재하는 내부 캐패시터(Internal Capacitor)인 기생 캐패시터(예: Cgs, Cgd)가 아니라, 구동 트랜지스터(DRT)의 외부에 의도적으로 설계한 외부 캐패시터(External Capacitor)이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예들에 따른 표시패널에 배치된 각 서브픽셀(111)은, 유기발광소자(OLED), 구동 트랜지스터(DRT), 제1 트랜지스터(T1) 및 스토리지 캐패시터(C1) 이외에, 제2 트랜지스터(T2)를 더 포함할 수 있다.
제2 트랜지스터(T2)는 구동 트랜지스터(DRT)의 제2 노드(N2)와 기준 전압(VREF: Reference Voltage)을 공급하는 기준 전압 라인(RVL: Reference Voltage Line) 사이에 전기적으로 연결되고, 게이트 노드로 스캔 신호의 일종인 센싱 신호(SENSE)를 인가 받아 제어될 수 있다.
전술한 제2 트랜지스터(T2)를 더 포함함으로써, 서브픽셀(111) 내 구동 트랜지스터(DRT)의 제2 노드(N2)의 전압 상태를 효과적으로 제어해줄 수 있다.
이러한 제2 트랜지스터(T2)는 센싱 신호(SENSE)에 의해 턴-온 되어 기준 전압 라인(RVL)을 통해 공급되는 기준 전압(VREF)을 구동 트랜지스터(DRT)의 제2 노드(N2)에 인가해준다.
한편, 스캔 신호(SCAN) 및 센싱 신호(SENSE)는 별개의 게이트 신호일 수 있다. 이 경우, 스캔 신호(SCAN) 및 센싱 신호(SENSE)는, 서로 다른 게이트 라인을 통해, 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 노드 및 제2 트랜지스터(T2)의 게이트 노드로 각각 인가될 수도 있다.
경우에 따라서는, 스캔 신호(SCAN) 및 센싱 신호(SENSE)는 동일한 게이트 신호일 수도 있다. 이 경우, 스캔 신호(SCAN) 및 센싱 신호(SENSE)는 동일한 게이트 라인을 통해 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 노드 및 제2 트랜지스터(T2)의 게이트 노드에 공통으로 인가될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 유기전기소자를 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예들에 따른 유기전기소자(220)는, 제1 전극(221)과, 제2 전극(223)과, 제1 전극(221)과 제2 전극(223) 사이에 위치하는 유기층(222)을 포함한다.
제1 전극(221)은, 예를 들면, 애노드 전극일 수 있으며, 제2 전극(223)은 캐소드 전극일 수 있다.
예를 들면, 제1 전극(221)이 투명 전극이고, 제2 전극(223)이 반사 전극일 수 있다. 또 다른 예시에서, 제1 전극(221)이 반사 전극이고, 제2 전극(223)이 투명 전극일 수 있다.
유기층(222)은, 제1 전극(221)과 제2 전극(223) 사이에 위치하면서 유기물을 포함하는 층으로서, 복수의 층으로 구성될 수 있다.
유기층(222)은 발광층(422b) 및 제1 층(422a) 을 포함한다.
유기층(222)은 적어도 하나의 발광층(422b)을 포함하므로, 예를 들면, 본 출원의 실시예들에 따른 유기전기소자(220)는 복수개의 발광층을 포함하는 탠덤 유기전기소자일 수 있다. 유기전기소자(220)가 복수개의 발광층을 포함할 경우에는, 복수개의 발광층은 서로 동일한 물질로 구성될 수도 있으나, 서로 상이한 물질로 구성될 수도 있다.
발광층(422b)은 전자와 정공이 만나 발생하는 에너지가 빛으로 방출되는 층으로서, 예를 들면, 호스트 물질 및 도펀트를 포함할 수 있다.
제1 층(422a)은 발광층(422b)과 제1 전극(221) 사이에 위치할 수 있다. 이러한 예시에서, 제1 전극(221)은 애노드 전극이고, 제1 층(422a)은 정공수송층 또는 정공주입층일 수 있다. 제1 층(422a)이 발광층(422b)과 제1 전극(221) 사이에 위치할 경우, 유기전기소자가 높은 효율 또는 장수명을 가질 수 있다.
제1 층(442a)은 제1 화합물, 제2 화합물 및 제3 화합물을 포함한다. 제1 층(442a)은, 제1 화합물, 제2 화합물 및 제3 화합물을 포함하는 하나의 층일 수도 있으며, 제1 화합물, 제2 화합물 및 제3 화합물 중 각각 하나 이상을 포함하는 복수의 층으로 구성될 수도 있다. 예를 들면, 제1 층(442a)은 적어도 제1 화합물을 포함하는 제1 화합물층, 제2 화합물을 포함하는 제2 화합물층 및 제3 화합물을 포함하는 제3 화합물층을 포함할 수 있다. 도 4에서는 제1 층(422a)을 하나의 층으로 도시하였으나, 본 발명의 실시예들의 제1 층(422a)이 하나의 층 구조로 제한되는 것은 아니다.
제1 화합물은 HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) 에너지 레벨이 -5.5eV 내지 -5.0eV 이다. 제1 화합물의 HOMO 에너지 레벨이 상기 범위를 만족할 경우, 제1 층이 우수한 정공주입 특성과 전하제어 특성을 가질 수 있다.
제2 화합물과 제3 화합물은 하기 일반식 1의 관계를 만족한다.
[일반식 1]
0.1eV ≤ L3-L2 ≤ 0.5eV
일반식 1에서, L3는 상기 제3 화합물의 LUMO 에너지 레벨이며, L2는 상기 제2 화합물의 LUMO 에너지 레벨이다.
상기 일반식 1에서 규정한 L3-L2의 하한은, 0.1eV 이상 또는 0.2eV 이상일 수 있다. 상기 일반식 1에서 규정한 L3-L2의 상한은, 0.5eV 이하 또는 0.4eV 이하일 수 있다.
제2 화합물과 제3 화합물이 상기 일반식 1을 만족할 경우, 제1 층이 우수한 정공주입 특성과 전하제어 특성을 가질 수 있다.
제2 화합물은 LUMO 에너지 레벨이 -4.0eV 이하일 수 있다. 제2 화합물의 LUMO 에너지 레벨의 상한은, 예를 들면, -4.5eV 이하 또는 -5.0eV 이하일 수 있다. 제2 화합물의 LUMO 에너지 레벨의 하한은, 예를 들면, -6.0eV 이상 또는 -5.5eV 이상일 수 있다.
제2 화합물의 LUMO 에너지 레벨이 상기 범위를 만족할 경우, 제1 층이 우수한 정공수송 특성과 전하제어 특성을 가져 유기전기소자가 우수한 효율 및 수명을 가질 수 있다.
제3 화합물은 LUMO 에너지 레벨이 -4.0eV 이하일 수 있다. 제3 화합물의 LUMO 에너지 레벨의 상한은, 예를 들면, -4.5eV 이하일 수 있다. 제3 화합물의 LUMO 에너지 레벨의 하한은, 예를 들면, -6.0eV 이상 또는 -5.5eV 이상일 수 있다.
제3 화합물의 LUMO 에너지 레벨이 상기 범위를 만족할 경우, 제1 층이 우수한 정공수송 특성과 전하제어 특성을 가져 유기전기소자가 우수한 효율 및 수명을 가질 수 있다.
제3 화합물의 LUMO 에너지 레벨은 제1 화합물의 HOMO 에너지 레벨보다 클 수 있다. 제3 화합물의 LUMO 에너지 레벨과 제1 화합물의 HOMO 에너지 레벨이 상기 관계를 만족할 경우, 제1 층이 우수한 정공수송 특성과 전하제어 특성을 가져 유기전기소자가 우수한 효율 및 수명을 가질 수 있다.
유기전기소자는 하기 일반식 2를 만족할 수 있다.
[일반식 2]
2.0eV ≤ L1-L3 ≤ 3.0eV
일반식 2에서, L1은 상기 제1 화합물의 LUMO 에너지 레벨이며, L3는 상기 제3 화합물의 LUMO 에너지 레벨이다.
상기 일반식 2에서 규정한 L1-L3의 하한은, 2.2eV 이상 또는 2.4eV 이상일 수 있다. 상기 일반식 2에서 규정한 L1-L3의 상한은, 2.8eV 이하 또는 2.7eV 이하일 수 있다.
제1 화합물과 제3 화합물이 상기 일반식 2를 만족할 경우, 제1 층이 우수한 정공주입 특성과 전하제어 특성을 가질 수 있다.
유기전기소자는 하기 일반식 3을 만족할 수 있다.
[일반식 3]
0.2eV ≤ L3-H1 ≤ 1.0eV
일반식 3에서, L3는 상기 제3 화합물의 LUMO 에너지 레벨이며, H1은 상기 제1 화합물의 HOMO 에너지 레벨이다.
상기 일반식 3에서 규정한 L3-H1의 하한은, 0.3eV 이상 또는 0.35eV 이상일 수 있다. 상기 일반식 3에서 규정한 L3-H1의 상한은, 0.8eV 이하 또는 0.6eV 이하일 수 있다.
제1 화합물과 제3 화합물이 상기 일반식 3을 만족할 경우, 제1 층이 우수한 정공주입 특성과 전하제어 특성을 가질 수 있다.
제1 화합물은, 전술한 에너지 레벨을 만족하는 물질일 수 있으며, 예를 들면, 3차 아민 계열의 물질일 수 있다.
상기 3차 아민 계열의 물질은, 예를 들면, 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), NPD (N,N
Figure pat00001
′'-diphenyl-(1,1′'-biphenyl)-4,4′'-diamine), MTDATA, 1,3-비스(N-카바졸릴) 벤젠(1,3-bis(N-carbazolyl)benzene, mCP), CuPC, TCTA, 트리스(트리플루오비닐에테르)-트리스(4-카바조일-9-일-페닐)아민(tris(trifluorovinyl ether)-tris(4-carbazoyl-9-yl-phenyl)amine, TFV-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, 트리-p-톨릴아민(tri-ptolylamine), N-[1,1'-바이페닐]-4-일-9,9-디메틸-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-아민(N-[1,1'-biphenyl]-4-yl-9,9-diMethyl-N-[4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl]-amine), 4,4'-비스(N-카바졸릴)-1,1'-바이페닐(4,4'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl, CBP) 및/또는 1,1-비스(4-(N,N'-디(p-톨릴)아미노)페닐)사이클로헥산(1,1-bis(4-(N,N'-
di(ptolyl)amino)phenyl)cyclohexane, TAPC) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. 다른 예시에서, 제1 화합물은 NPD일 수 있다.
제2 화합물은, 전술한 에너지 레벨을 만족하는 물질일 수 있으며, 예를 들면, 시아노카본 계열의 물질일 수 있다.
상기 시아노카본 계열의 물질은, 예를 들면, 테트라시아노퀴노디메탄으로부터 유도된 화합물일 수 있으며, 테트라플루오로-테트라시아노퀴노디메탄일 수 있다.
제3 화합물은, 전술한 에너지 레벨을 만족하는 물질일 수 있으며, 예를 들면, 인다센 계열의 물질일 수 있다.
상기 인다센 계열의 물질은, 예를 들면, 하기 화합물들 중 하나 이상일 수 있다.
Figure pat00002
Figure pat00003
제1 층(422a)은, 제1 화합물을 호스트 화합물로서 포함할 수 있다. 따라서, 제1 층(422a)은, 제1 층(422a)에 포함되는 제1 화합물, 제2 화합물 및 제3 화합물의 총 중량에 대하여 제2 화합물의 중량과 제3 화합물의 중량을 합한 중량이 0.1중량% 내지 50중량%가 되도록 제2 화합물과 제3 화합물을 포함할 수 있다.
또한, 제1 층(422a)에 포함되는 제1 화합물은 호스트 화합물이고, 제2 화합물과 제3 화합물은 도펀트일 수 있다. 제1 층(422a)이 상술한 제1 화합물을 호스트로서 포함하고, 도펀트로서 제2 화합물 및 제3 화합물을 포함함으로써, 제1 층(422a)이 우수한 정공수송 특성과 전하제어 특성을 가져 유기전기소자가 우수한 효율 및 수명을 가질 수 있다.
제1 층(422a)에 포함되는 제2 화합물의 중량(A)과 제3 화합물의 중량(B)의 비율(A:B)은, 1:99 내지 99:1일 수 있다. 제2 화합물과 제3 화합물이 상기 비율을 만족할 경우, 제1 층이 우수한 정공수송 특성과 전하제어 특성을 가져 유기전기소자가 우수한 효율 및 수명을 가질 수 있다.
제1 층(422a)의 두께는, 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, 50 Å 내지 500 Å 일 수 있다. 제1 층(422a)의 두께가 상기 범위를 만족할 경우, 제1 층(422a)이 우수한 정공수송특성을 가지면서도 우수한 전하제어 특성을 가져, 유기전기소자가 우수한 효율 및 수명을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 유기전기소자의 유기층은 두 개 이상의 발광층을 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 유기전기소자의 단면도이다.
본 실시예들을 설명함에 있어 이전 실시예와 동일 또는 대응되는 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다. 이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 유기전기소자를 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들에 따르면 유기층(322)이 두 개 이상의 발광층(322b)을 포함할 수 있다. 유기층(322)이 이처럼 복수의 발광층(322b)을 포함하는 경우에는, 복수의 발광층(322b)들 각각이 서로 동일할 수도 있으나, 서로 상이할 수도 있다.제1 층(322a)은 제1 전극(321)과 인접한 발광층(322b)과 제1 전극(321) 사이에 위치할 수 있다. 제1 전극(321)과 인접한 발광층(322b) 이란, 복수의 발광층들(322b) 중에서 제1 전극에 가장 인접한 발광층(322b)을 의미한다. 이러한 예시에서, 제1 전극(321)은 애노드 전극이고 제1 층(322a)은 정공수송층 또는 정공주입층일 수 있다. 제1 층(322a)이 전술한 것과 같이 위치함으로써, 유기전기소자(320)가 높은 효율 또는 장수명을 가질 수 있다.
제1 층(322a)은 복수의 발광층들(322b) 사이에 위치할 수도 있다. 따라서, 유기전기소자(320)의 유기층(222)은 적어도 하나 이상의 제1 층(322a)을 포함할 수 있다. 제1 층(322a)이 복수일 경우, 각각의 제1 층(322a)은 동일한 물질로 구성될 수도 있으나 상이한 물질로 구성될 수도 있다.
제1 층(322a)이 복수의 발광층들(322b) 사이에 위치할 경우, 제1 층(322a)은 전하생성층일 수 있으며, 특히 P형 전하생성층일 수 있다. 유기전기소자(320)가 전하생성층을 포함할 경우, 전하생성층은 N형 전하생성층과 P형 전하생성층인 제1 층(322a)을 포함할 수 있다.
제1 층(322a)은 발광층들(322b) 뿐만 아니라, 제1 전극(321) 및 제1 전극(321)과 인접한 발광층(322b) 사이에도 위치할 수 있다. 이러한 예시에서, 제1 전극(321)은 애노드 전극일 수 있으며, 상술한 것과 같이 위치한 제1 층(322a)은 정공주입층 또는 정공수송층일 수 있다.
제1 층(322a)이 복수의 층일 경우, 제1 층(322a) 각각은 제1 화합물, 제2 화합물 및 제3 화합물을 포함한다. 또한, 각 층에 포함되는 제1 화합물들은 서로 상이하거나 동일할 수 있으며 제2 화합물과 제3 화합물 또한 마찬가지이다.
복수의 제1 층(322a)이 포함될 경우, 하나의 제1 층(322a)에 포함되는 제1 화합물, 제2 화합물 및 제3 화합물들은 상기 도 4로 도시한 실시예들에서 설명한 것과 동일한 에너지 레벨 특징을 가진다. 따라서, 각각의 제1 층(322a)이 우수한 정공수송 특성 및 전자제어 특성을 가질 수 있다.
도 5에서는 제1 층(322a)이 제1 전극(321)과 발광층(322b) 사이에 위치하고, 또한 발광층(322b)들 사이에도 위치하는 실시예를 도시하였으나, 본 발명의 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예들 중 일부는 하나의 제1 층(322a)을 포함할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 유기전기소자의 단면도이다.
본 실시예들을 설명함에 있어 이전 실시예와 동일 또는 대응되는 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다. 이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 유기전기소자를 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들에 따른 유기전기소자(420)는 두 개 이상의 발광층(422b)을 포함할 수 있다. 도 6은 예시적으로 세 개의 발광층(422b)을 포함하는 유기전기소자(420)의 단면도이다.
세 개의 발광층(422b)을 포함하는 경우에도, 제1 층(422a)의 위치는 두 개의 발광층(422b)을 포함하는, 도 5를 참조하여 설명한 본 발명의 실시예들과 유사하다.
다만, 도 6에서는 제1 층(422a)이 제1 전극(421)과 발광층(422b) 사이에 위치하고, 또한 발광층(422b)들 사이에도 위치하는 실시예를 도시하였으나, 본 발명의 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예들 중 일부는 하나의 제1 층(422a)을 포함할 수도 있다.
또한, 복수의 제1 층(422a)이 포함될 경우, 각각의 제1 층(422a)에 포함된 제1 화합물, 제2 화합물 및 제3 화합물의 에너지 레벨은 도 4로 도시한 실시예들에서 설명한 것과 동일한 관계를 가진다. 따라서, 각각의 제1 층(422a)이 우수한 정공수송 특성과 전하제어 특성을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예들에는 네 개 이상의 발광층들을 포함하는 유기전기소자도 포함되며, 당업자라면 상기 도 4 내지 도 6에 대한 설명을 참조하여 네 개 이상의 발광층을 포함할 경우 제1 전극, 유기층 및 제2 전극이 어떻게 구성될지를 충분히 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 유기전기소자들(220)은 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.
또한, 도 4 내지 도 6에는 도시하지 않았으나, 유기층(222)은 제1 층(422a) 및 발광층(422b) 외에도 추가적인 층을 포함할 수 있다. 예를 들면, 유기전기소자 분야에서 통상적으로 적용될 수 있는 정공주입층, 정공수송층, 전자전달층, 전자주입층, 정공수송층 및 전하생성층 등이 유기층(222)에 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들은, 표시패널을 제공할 수 있다.
표시패널(110)은, 전술한 유기전기소자(220, 320, 420)를 포함하는 서브픽셀(111)을 포함한다.
본 실시예들에 따른 표시패널(110)에 있어서, 유기전기소자(220, 320, 420)는 전술한 본 발명의 실시예들에 따른 유기전기소자(220, 320, 420)와 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 표시패널(110)과 서브픽셀(111)에 대해서는 전술하였으므로, 이에 관한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예들은, 표시장치를 제공할 수 있다.
표시장치(100)는, 전술한 표시패널(110) 및 전술한 표시패널(110)을 구동하는 구동회로를 포함한다.
본 실시예들에 따른 표시장치(100)에 있어서, 표시패널(110)은 전술한 본 발명의 실시예들에 따른 표시패널(110)과 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 표시패널을 구동하는 구동회로에 대해서는 전술하였으므로, 이에 관한 설명은 생략하기로 한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 또한, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이하에서, 본 발명의 실시예들에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물 및 화학식 2로 표시되는 화합물의 합성예 및 유기전기소자의 제조예에 관하여 실시예를 들어 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 실시예들이 하기 실시예로 한정되는 것은 아니다.
유기전기소자의 제조평가
실시예 1
ITO (인듐 주석 산화물) 가 1,000Å 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 세척한 후, 이소프로필 알코올, 아세톤, 메탄올 등의 용제로 세척을 하고 건조시킨다. 이렇게 준비된 ITO 투명 전극 위에 정공주입재료(HI-01) 10nm 두께로 열 진공 증착하여 정공 주입층을 형성한 후, 정공수송재료(HT1)를 80nm 두께로 열 진공 증착하여 정공 수송층을 형성하였다. 그 후 BH1과 BD1을 각각 호스트와 도펀트 재료로 5% 도핑하여 30 nm 두께로 열 진공 증착하여 제1 발광층을 형성하였다.
이어서, 전자 전달 재료(ET2)를 10 nm 두께로 열 진공 증착하여 전자전달층을 형성하고, N형 전하 생성 재료(NC1)를 20 nm 두께로 열 진공 증착하여 N형 전하생성층을 형성하였다. 이어서, 제1 화합물로 PH1을 사용하여 25nm 두께로 열 진공 증착하고, 여기에 제2 화합물로 PD1을 5% 도핑하고, 제3 화합물로 CCM1을 사용하여 5% 도핑해 열 진공 증착하여 제1 층을 형성하였다.
이어서, 정공전달물질로 HT1 5nm를 진공 열증착한 후 호스트로 PhHA와 PhHB를5:5의 비율로 열 진공증착한 후 여기에 도판트로 PhD2를 20%도핑하여 열 진공증착하였다.
이어서 ET1(20 nm) 화합물을 각각 전자 전달층 재료로 열 진공 증착한 후, LiF 4nm, 및 Al 100 nm를 증착하여 음극을 형성하여, 유기전기소자를 제작하였다.
이어서 T3 (30 nm) 화합물을 각각 전자 전달층과 전자 주입층의 재료로 열 진공 증착한 후, LiF 4nm, 및 Al 100 nm를 증착하여 음극을 형성하여, 유기전기소자를 제작하였다.
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Figure pat00015
Figure pat00016
실시예 2
상기 실시예 1 에서, CCM1 대신 하기 CCM2를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 유기전기소자를 제작하였다.
Figure pat00017
비교예 1
상기 실시예 1 에서, CCM1 대신 HI-01을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 유기전기소자를 제작하였다.
상기 실시예 및 비교예에서 사용한 일부 화합물들의 HOMO 에너지레벨 및 LUMO 에너지레벨은 아래와 같다.
HOMO
(eV) 		LUMO
(eV)
PH1 -5.4 -2.4
PD1 - -5.25
HI-01 - -4.21
CCM1 - -5.02
CCM2 - -4.85
실시예 1, 2 및 비교예 1에서 제조한 유기전기소자를 측정한 데이터는 아래와 같다.
제1층 전압
(△V) 		효율
(sample/Ref, %) 		수명
(sample/Ref, %) 		일반식 1
(eV) 		일반식 2
(eV) 		일반식 3
(eV)
실시예1 PH1
+
PD1(5%)
+
CCM1(5%)		 -0.5V 102% 138% 0.23 2.62 0.38
실시예2 PH1+
PD1(5%)
+
CCM2(5%)		 -0.5V 102% 151% 0.4 2.45 0.55
비교예1 PH1+
PD1(5%)
+
HI-01(5%)		 +1.1V 84% 72% 1.04 1.81 1.19
상기 표 2의 결과로부터 알 수 있듯이, 본 명세서의 실시예들에서 규정한 제1 화합물, 제2 화합물 및 제3 화합물을 포함하는 제1 층을 포함하는 유기전기소자인 실시예 1 및 실시예 2의 유기전기소자는, 비교예 1의 유기전기소자보다 높은 효율 및 우수한 수명을 가지는 것을 알 수 있다.
100: 표시장치
110: 표시패널
111: 서브픽셀
220: 유기전기소자
221: 제1 전극
222: 유기층
223: 제2 전극
422a: 제1 층
422b: 발광층

Claims (15)

  1. 제1 전극;
    제2 전극; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하고, 발광층과 제1 층을 포함하는 유기층을 포함하고,
    상기 제1 층은 제1 화합물, 제2 화합물 및 제3 화합물을 포함하며,
    상기 제1 화합물은 HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) 에너지 레벨이 -5.5eV 내지 -5.0eV이고,
    하기 일반식 1을 만족하는 유기전기소자:
    [일반식 1]
    0.1eV ≤ L3-L2 ≤ 0.5eV
    상기 일반식 1에서,
    L3는 상기 제3 화합물의 LUMO 에너지 레벨이며,
    L2는 상기 제2 화합물의 LUMO 에너지 레벨이다.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 화합물 및 상기 제3 화합물은 LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 에너지 레벨이 -4.0eV 이하인 유기전기소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제3 화합물의 LUMO 에너지 레벨이 상기 제1 화합물의 HOMO 에너지 레벨보다 큰 유기전기소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    하기 일반식 2를 만족하는 유기전기소자:
    [일반식 2]
    2.0eV ≤ L1-L3 ≤ 3.0eV
    상기 일반식 2에서,
    L1은 상기 제1 화합물의 LUMO 에너지 레벨이며,
    L3는 상기 제3 화합물의 LUMO 에너지 레벨이다.
  5. 제 1항에 있어서,
    하기 일반식 3을 만족하는 유기전기소자:
    [일반식 3]
    0.2eV ≤ L3-H1 ≤ 1.0eV
    상기 일반식 3에서,
    L3는 상기 제3 화합물의 LUMO 에너지 레벨이며,
    H1은 상기 제1 화합물의 HOMO 에너지 레벨이다.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 층은 상기 제1 전극과 상기 발광층 사이에 위치하는 유기전기소자.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 유기층은 두 개 이상의 발광층을 포함하고,
    상기 제1 층은 상기 제1 전극과 상기 발광층 사이에 위치하는 유기전기소자.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 유기층은 두 개 이상의 발광층을 포함하고,
    상기 제1 층은 상기 발광층들 사이에 위치하는 유기전기소자.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 화합물은 3차 아민 계열의 물질인 유기전기소자.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 화합물은 시아노카본 계열의 물질인 유기전기소자.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 제3 화합물은 인다센 계열의 물질인 유기전기소자.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 층에 포함되는 제1 화합물, 제2 화합물 및 제3 화합물의 총 중량에 대하여 제2 화합물과 제3 화합물을 0.1중량% 내지 50중량%로 포함하는 유기전기소자.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 층에 포함되는 제2 화합물의 중량(A)과 제3 화합물의 중량(B)의 비율(A:B)은 1:99 내지 99:1인 유기전기소자.
  14. 제 1항의 유기전기소자를 포함하는 서브픽셀을 포함하는 표시패널.
  15. 제 14항의 표시패널 및
    상기 표시패널을 구동하는 구동회로를 포함하는 표시장치.
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