KR20220089233A - 유기발광다이오드 및 이를 포함하는 유기발광장치 - Google Patents

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KR20220089233A
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서정대
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Abstract

본 발명은, 제 1 전극과; 상기 제 1 전극과 마주보는 제 2 전극과; 제 1 발광물질층과, 정공주입물질을 포함하고 상기 제 1 전극과 상기 제 1 발광물질층 사이에 위치하는 정공주입층과, 상기 정공주입층과 상기 제 1 발광물질층 사이에 위치하는 제 1 정공수송층을 포함하며 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하는 제 1 발광부를 포함하는 유기 발광다이오드에 있어서, 정공주입물질은 인다센 유도체이고, 제 1 정공수송층의 제 1 및 제 2 정공수송물질은 서로 다른 구조와 특성을 갖는 플루오렌 유도체인 것을 특징으로 한다.

Description

유기발광다이오드 및 이를 포함하는 유기발광장치{Organic light emitting diode and Organic light emitting device including the same}
본 발명은 유기발광다이오드에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 낮은 구동전압과 높은 발광효율 및 수명을 갖는 유기발광다이오드 및 이를 포함하는 유기발광장치에 관한 것이다.
최근 표시장치의 대형화에 따라 공간 점유가 적은 평면표시소자의 요구가 증대되고 있는데, 이러한 평면표시소자 중 하나로서 유기발광다이오드(organic light emitting diode: OLED)의 기술이 빠른 속도로 발전하고 있다.
유기발광다이오드는 전자 주입 전극(음극)과 정공 주입 전극(양극) 사이에 형성된 발광물질층에 음극과 양극으로부터 전자와 정공이 주입되면 전자와 정공이 쌍을 이룬 후 소멸하면서 빛을 내는 소자이다. 플라스틱 같은 휠 수 있는(flexible) 투명 기판 위에도 소자를 형성할 수 있을 뿐 아니라, 낮은 전압에서 (10V이하) 구동이 가능하고, 또한 전력 소모가 비교적 적으며, 색감이 뛰어나다는 장점이 있다.
유기발광다이오드는, 기판 상부에 형성되며 양극인 제 1 전극, 제 1 전극과 이격하며 마주하는 제 2 전극, 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하는 유기발광층을 포함한다.
발광효율을 향상시키기 위하여, 유기발광층은 제 1 전극에 순차 적층되는 정공주입층(hole injection layer, HIL), 정공수송층(hole transporting layer, HTL), 발광물질층(emitting material layer, EML), 전자수송층(electron transporting layer, ETL), 전자주입층(electron injection layer, EIL)을 포함할 수 있다.
유기발광다이오드에서, 양극인 제 1 전극으로부터 정공이 정공주입층, 정공수송층을 통해 발광물질층으로 이동되고, 음극인 제 2 전극으로부터 전자가 전자주입층, 전자수송층을 통해 발광물질층으로 이동된다. 발광물질층으로 이동된 정공과 전자는 결합하여 엑시톤(exciton)을 형성하며 불안정한 에너지 상태로 여기 되었다가 안정한 에너지 상태로 돌아오며 빛을 방출하게 된다.
유기발광다이오드가 낮은 구동전압, 충분한 발광효율과 수명을 갖기 위해서, 충분한 정공주입 및 정공수송 효율이 필요하다.
본 발명은 유기발광다이오드에서의 낮은 정공주입 및 정공수송 효율 문제를 해결하고자 한다.
위와 같은 과제의 해결을 위해, 본 발명은, 제 1 전극과; 상기 제 1 전극과 마주보는 제 2 전극과; 제 1 발광물질층과, 정공주입물질을 포함하고 상기 제 1 전극과 상기 제 1 발광물질층 사이에 위치하는 정공주입층과, 상기 정공주입층과 상기 제 1 발광물질층 사이에 위치하는 제 1 정공수송층을 포함하며 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하는 제 1 발광부를 포함하고, 상기 정공주입물질은 하기 화학식1-1로 표시되는 유기 화합물이며, R1, R2 각각은 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기에서 선택되고, R3 내지 R6 각각은 독립적으로 할로겐, 시아노기, 말로노니트릴기, C1 내지 C10의 할로겐화 알킬기, C1 내지 C10의 할로겐화 알콕시기에서 선택되며, R3 및 R4 중 적어도 하나와 R5 및 R6 중 적어도 하나는 말로노니트릴이고, X, Y 각각은 C1 내지 C10의 알킬기, 할로겐, 시아노기, 말로노니트릴기, C1 내지 C10의 할로겐화 알킬기, C1 내지 C10의 할로겐화 알콕시기 중 적어도 하나로 치환된 페닐기이며, 상기 제 1 정공수송층은 하기 화학식2로 표시되는 제 1 정공수송물질과 하기 화학식3으로 표시되는 제 2 정공수송물질 중 적어도 하나를 포함하고, 화학식2에서, X1과 X2 각각은 독립적으로 C6 내지 C30의 아릴기, C5 내지 C30의 헤테로아릴기로부터 선택되고, L1은 C6 내지 C30의 아릴렌기, C5 내지 C30의 헤테로아릴렌기로부터 선택되며, a는 0 또는 1이고, R1 내지 R14 각각은 독립적으로 수소, 중수소, C1 내지 C10의 알킬기, C6 내지 C30의 아릴기, C5 내지 C30의 헤테로아릴기로부터 선택되거나 인접한 둘이 서로 연결되어 축합환을 이루며, 화학식3에서, Y1과 Y2 각각은 독립적으로 C6 내지 C30의 아릴기, C5 내지 C30의 헤테로아릴기로부터 선택되고, L2은 C6 내지 C30의 아릴렌기, C5 내지 C30의 헤테로아릴렌기로부터 선택되며, b는 0 또는 1이고, R21 내지 R34 각각은 독립적으로 수소, 중수소, C1 내지 C10의 알킬기, C6 내지 C30의 아릴기, C5 내지 C30의 헤테로아릴기로부터 선택되거나 인접한 둘이 서로 연결되어 축합환을 이루는 유기발광다이오드를 제공한다.
[화학식1-1]
Figure pat00001
[화학식2]
Figure pat00002
[화학식3]
Figure pat00003
본 발명의 유기발광다이오드에서, 상기 제 1 유기 화합물은 하기 화학식1-2 내지 하기 화학식1-4 중 하나로 표시되고, 화학식1-4에서, X1 내지 X3, Y1 내지 Y3 각각은 독립적으로 수소, C1 내지 C10의 알킬기, 할로겐, 시아노기, 말로노니트릴기, C1 내지 C10의 할로겐화 알킬기, C1 내지 C10의 할로겐화 알콕시기에서 선택되고, i) X1과 Y1은 다른 조건과 ii) X2는 Y2 및 Y3와 다르거나 X3는 Y2 및 Y3와 다른 조건에서, i) 조건과 ii) 조건 중 적어도 하나를 만족하는 것을 특징으로 한다.
[화학식1-2]
Figure pat00004
[화학식1-3]
Figure pat00005
[화학식1-4]
Figure pat00006
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 정공주입층은 정공주입 호스트 물질을 더 포함하고, 상기 정공주입 호스트 물질은 4,4',4"-tris(3-methylphenylamino)triphenylamine (MTDATA), 4,4',4"-tris(N,N-diphenyl-amino)triphenylamine(NATA), 4,4',4"-tris(N-(naphthalene-1-yl)-N-phenyl-amino)triphenylamine(1T-NATA), 4,4',4"-tris(N-(naphthalene-2-yl)-N-phenyl-amino)triphenylamine(2T-NATA), copper phthalocyanine(CuPc), tris(4-carbazoyl-9-yl-phenyl)amine(TCTA), N,N'-diphenyl-N,N'-bis(1-naphthyl)-1,1'-biphenyl-4,4"-diamine(NPD), 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-tris[4-(diphenylamino)phenyl]benzene(TDAPB), poly(3,4-ethylenedioxythiphene)polystyrene sulfonate(PEDOT/PSS), N-(biphenyl-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine 중 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 1 정공수송층은 상기 제 1 정공수송물질과 상기 제 2 정공수송물질을 포함하고, 상기 제 1 정공수송물질과 상기 제 2 정공수송물질은 같은 중량비를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 제 2 발광물질층과, 상기 제 2 발광물질 하부에 위치하는 제 2 정공수송층을 포함하며 상기 제 1 발광부와 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 2 발광부와; 제 1 P형 전하생성물질을 포함하고 상기 제 1 발광부와 상기 제 2 발광부 사이에 위치하는 제 1 P형 전하생성층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 2 정공수송층은 상기 제 1 정공수송물질과 상기 제 2 정공수송물질 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 2 정공수송층은 상기 제 1 정공수송물질과 상기 제 2 정공수송물질을 포함하고, 상기 제 2 정공수송층에서 상기 제 1 정공수송물질과 상기 제 2 정공수송물질은 같은 중량비를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 1 P형 전하생성물질은 화학식1로 표시되는 상기 유기 화합물인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 1 발광물질층은 440nm 내지 480nm의 발광파장 범위를 갖고, 상기 제 2 발광물질층은 500nm 내지 550nm의 발광파장 범위를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 제 3 발광물질층과 제 3 정공수송층을 포함하며 상기 제 2 발광부와 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 3 발광부와; 제 2 P형 전하생성물질을 포함하고 상기 제 2 발광부와 상기 제 3 발광부 사이에 위치하는 제 2 P형 전하생성층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 3 정공수송층은 상기 제 1 정공수송물질과 상기 제 2 정공수송물질 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 3 정공수송층은 상기 제 1 정공수송물질과 상기 제 2 정공수송물질을 포함하고, 상기 제 3 정공수송층에서 상기 제 1 정공수송물질과 상기 제 2 정공수송물질은 같은 중량비를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 1 P형 전하생성물질은 화학식1로 표시되는 상기 유기 화합물인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 1 발광물질층과 상기 제 3 발광물질층은 440nm 내지 480nm의 발광파장 범위를 갖고, 상기 제 2 발광물질층은 500nm 내지 550nm의 발광파장 범위를 갖는 것을 특징으로 한다.
다른 관점에서, 본 발명은, 제 1 전극과; 상기 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극과; 제 1 발광물질층과 제 1 정공수송층을 포함하고 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 1 발광부와; 제 2 발광물질층과 제 2 정공수송층을 포함하며 상기 제 1 발광부와 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 2 발광부와; 제 1 P형 전하생성물질을 포함하며 상기 제 1 발광부와 상기 제 2 발광부 사이에 위치하는 제 1 P형 전하생성층을 포함하고, 상기 제 1 P형 전하생성물질은 하기 화학식1-1로 표시되는 유기 화합물이며, R1, R2 각각은 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기에서 선택되고, R3 내지 R6 각각은 독립적으로 할로겐, 시아노기, 말로노니트릴기, C1 내지 C10의 할로겐화 알킬기, C1 내지 C10의 할로겐화 알콕시기에서 선택되며, R3 및 R4 중 적어도 하나와 R5 및 R6 중 적어도 하나는 말로노니트릴이고, X, Y 각각은 C1 내지 C10의 알킬기, 할로겐, 시아노기, 말로노니트릴기, C1 내지 C10의 할로겐화 알킬기, C1 내지 C10의 할로겐화 알콕시기 중 적어도 하나로 치환된 페닐기이며, 상기 제 1 정공수송층과 상기 제 2 정공수송층 각각은 하기 화학식2로 표시되는 제 1 P형 정공수송물질과 하기 화학식3으로 표시되는 제 2 정공수송물질 중 적어도 하나를 포함하고, 화학식2에서, X1과 X2 각각은 독립적으로 C6 내지 C30의 아릴기, C5 내지 C30의 헤테로아릴기로부터 선택되고, L1은 C6 내지 C30의 아릴렌기, C5 내지 C30의 헤테로아릴렌기로부터 선택되며, a는 0 또는 1이고, R1 내지 R14 각각은 독립적으로 수소, 중수소, C1 내지 C10의 알킬기, C6 내지 C30의 아릴기, C5 내지 C30의 헤테로아릴기로부터 선택되거나 인접한 둘이 서로 연결되어 축합환을 이루며, 화학식3에서, Y1과 Y2 각각은 독립적으로 C6 내지 C30의 아릴기, C5 내지 C30의 헤테로아릴기로부터 선택되고, L2은 C6 내지 C30의 아릴렌기, C5 내지 C30의 헤테로아릴렌기로부터 선택되며, b는 0 또는 1이고, R21 내지 R34 각각은 독립적으로 수소, 중수소, C1 내지 C10의 알킬기, C6 내지 C30의 아릴기, C5 내지 C30의 헤테로아릴기로부터 선택되거나 인접한 둘이 서로 연결되어 축합환을 이루는 유기발광다이오드를 제공한다.
[화학식1-1]
Figure pat00007
[화학식2]
Figure pat00008
[화학식3]
Figure pat00009
본 발명의 유기발광다이오드에서, 상기 제 1 P형 전하생성물질은 하기 화학식1-2 내지 하기 화학식1-4 중 하나로 표시되고, 화학식1-4에서, X1 내지 X3, Y1 내지 Y3 각각은 독립적으로 수소, C1 내지 C10의 알킬기, 할로겐, 시아노기, 말로노니트릴기, C1 내지 C10의 할로겐화 알킬기, C1 내지 C10의 할로겐화 알콕시기에서 선택되고, i) X1과 Y1은 다른 조건과 ii) X2는 Y2 및 Y3와 다르거나 X3는 Y2 및 Y3와 다른 조건에서, i) 조건과 ii) 조건 중 적어도 하나를 만족하는 것을 특징으로 한다.
[화학식1-2]
Figure pat00010
[화학식1-3]
Figure pat00011
[화학식1-4]
Figure pat00012
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 P형 전하생성층은 P형 전하생성 호스트 물질을 더 포함하고, 상기 P형 전하생성 호스트 물질은 4,4',4"-tris(3-methylphenylamino)triphenylamine (MTDATA), 4,4',4"-tris(N,N-diphenyl-amino)triphenylamine(NATA), 4,4',4"-tris(N-(naphthalene-1-yl)-N-phenyl-amino)triphenylamine(1T-NATA), 4,4',4"-tris(N-(naphthalene-2-yl)-N-phenyl-amino)triphenylamine(2T-NATA), copper phthalocyanine(CuPc), tris(4-carbazoyl-9-yl-phenyl)amine(TCTA), N,N'-diphenyl-N,N'-bis(1-naphthyl)-1,1'-biphenyl-4,4"-diamine(NPD), 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-tris[4-(diphenylamino)phenyl]benzene(TDAPB), poly(3,4-ethylenedioxythiphene)polystyrene sulfonate(PEDOT/PSS), N-(biphenyl-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine 중 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 1 정공수송층과 상기 제 2 정공수송층 각각은 상기 제 1 정공수송물질과 상기 제 2 정공수송물질을 포함하고, 상기 제 1 정공수송층과 상기 제 2 정공수송층 각각에서 상기 제 1 정공수송물질과 상기 제 2 정공수송물질은 같은 중량비를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 제 3 발광물질층과 제 3 정공수송층을 포함하며 상기 제 2 발광부와 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 3 발광부와; 제 2 P형 전하생성물질을 포함하고 상기 제 2 발광부와 상기 제 3 발광부 사이에 위치하는 제 2 P형 전하생성층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 3 정공수송층은 상기 제 1 정공수송물질과 상기 제 2 정공수송물질 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 3 정공수송층은 상기 제 1 정공수송물질과 상기 제 2 정공수송물질을 포함하고, 상기 제 3 정공수송층에서 상기 제 1 정공수송물질과 상기 제 2 정공수송물질은 같은 중량비를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 2 P형 전하생성물질은 화학식1로 표시되는 상기 유기 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 다른 관점에서, 본 발명은, 기판과; 상기 기판 상에 위치하는 전술한 유기발광다이오드와; 상기 유기발광다이오드를 덮는 인캡슐레이션 필름을 포함하는 유기발광장치를 제공한다.
본 발명의 유기발광장치에 있어서, 상기 기판에는 적색화소, 녹색화소 및 청색화소가 정의되고, 상기 유기발광다이오드는 상기 적색화소, 상기 녹색화소 및 상기 청색 화소에 대응되며, 상기 적색화소, 상기 녹색화소 및 상기 청색화소에 대응하여 상기 기판과 상기 유기발광다이오드 사이 또는 상기 유기발광다이오드 상부에 구비되는 컬러필터층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에서는, 정공주입층 및/또는 P형 전하생성층이 말로노니트릴(malononitrile)기가 치환된 인다센 유도체를 포함하고, 정공수송층이 서로 다른 구조의 플루오렌(fluorene) 유도체를 포함한다.
따라서, 유기발광다이오드에서의 정공주입, 정공수송, 정공생성 효율이 향상되고, 유기발광다이오드 및 유기발광장치의 구동전압이 감소하여 발광효율과 수명이 향상된다.
또한, 정공주입층 및/또는 P형 전하생성층의 인다센 유도체는 인다센 코어의 양측에 서로 다른 치환기가 결합된 비대칭 구조를 갖고, 이에 따라 정공주입, 정공수송 및/또는 정공생성 효율이 더욱 향상된다. 따라서, 유기발광다이오드 및 유기발광장치의 구동전압이 더욱 감소하여 발광효율과 수명이 더욱 향상된다.
도 1은 본 발명에 따른 유기발광표시장치의 개략적인 회로도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기발광표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기발광표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 5실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명은 유기발광다이오드 및 유기발광다이오드를 포함하는 유기발광장치에 대한 것이다. 예를 들어, 유기발광장치는 유기발광표시장치 또는 유기발광조명일 수 있다. 일례로, 본 발명의 유기발광다이오드를 포함하는 표시장치인 유기발광 표시장치를 중심으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 유기발광표시장치의 개략적인 회로도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 유기발광 표시장치에는, 서로 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 게이트 배선(GL)과, 데이터 배선(DL) 및 파워 배선(PL)이 형성된다. 화소영역(P)에는, 스위칭 박막트랜지스터(Ts), 구동 박막트랜지스터(Td), 스토리지 커패시터(Cst) 및 유기발광다이오드(D)가 형성된다. 화소영역(P)은 적색 화소영역, 녹색 화소영역 및 청색 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 2은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기발광표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 유기발광표시장치(100)는 기판(110)과, 기판(110) 상부에 위치하는 박막트랜지스터(Tr)와, 평탄화층(150) 상에 위치하며 박막트랜지스터(Tr)에 연결되는 유기발광다이오드(D)를 포함한다. 예를 들어, 기판(110)에는 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소가 정의되고, 유기발광다이오드(D)는 각 화소마다 위치한다. 즉, 적색, 녹색 및 청색 빛을 발광하는 유기발광다이오드(D)가 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소에 구비된다.
기판(110)은 유리 기판 또는 플렉서블(flexible) 기판일 수 있다. 예를 들어, 플렉서블 기판은 polyimide(PI) 기판, polyethersulfone(PES) 기판, polyethylenenaphthalate(PEN) 기판, polyethylene terephthalate(PET) 기판 및 polycarbonate(PC) 기판 중 어느 하나일 수 있다.
기판(110) 상에는 버퍼층(120)이 형성되고, 버퍼층(120) 상에 박막트랜지스터(Tr)가 형성된다. 버퍼층(120)은 생략될 수 있다.
버퍼층(120) 상에는 반도체층(122)이 형성된다. 반도체층(122)은 산화물 반도체 물질로 이루어지거나 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다.
반도체층(122)이 산화물 반도체 물질로 이루어질 경우, 반도체층(122) 하부에는 차광패턴(도시하지 않음)이 형성될 수 있으며, 차광패턴은 반도체층(122)으로 빛이 입사되는 것을 방지하여 반도체층(122)이 빛에 의해 열화되는 것을 방지한다. 이와 달리, 반도체층(122)은 다결정 실리콘으로 이루어질 수도 있으며, 이 경우 반도체층(122)의 양 가장자리에 불순물이 도핑되어 있을 수 있다.
반도체층(122) 상부에는 절연물질로 이루어진 게이트 절연막(124)이 형성된다. 게이트 절연막(124)은 산화 실리콘 또는 질화 실리콘과 같은 무기절연물질로 이루어질 수 있다.
게이트 절연막(124) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 게이트 전극(130)이 반도체층(122)의 중앙에 대응하여 형성된다.
도 2에서는, 게이트 절연막(124)이 기판(110) 전면에 형성되어 있으나, 게이트 절연막(124)은 게이트 전극(130)과 동일한 모양으로 패터닝될 수도 있다.
게이트 전극(130) 상부에는 절연물질로 이루어진 층간 절연막(132)이 형성된다. 층간 절연막(132)은 산화 실리콘이나 질화 실리콘과 같은 무기 절연물질로 형성되거나, 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)이나 포토 아크릴(photo-acryl)과 같은 유기 절연물질로 형성될 수 있다.
층간 절연막(132)은 반도체층(122)의 양측을 노출하는 제 1 및 제 2 콘택홀(134, 136)을 갖는다. 제 1 및 제 2 콘택홀(134, 136)은 게이트 전극(130)의 양측에 게이트 전극(130)과 이격되어 위치한다.
여기서, 제 1 및 제 2 콘택홀(134, 136)은 게이트 절연막(124) 내에도 형성된다. 이와 달리, 게이트 절연막(124)이 게이트 전극(130)과 동일한 모양으로 패터닝될 경우, 제 1 및 제 2 콘택홀(134, 136)은 층간 절연막(132) 내에만 형성될 수도 있다.
층간 절연막(132) 상에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어지는 소스 전극(140)과 드레인 전극(142)이 형성된다.
소스 전극(140)과 드레인 전극(142)은 게이트 전극(130)을 중심으로 이격되어 위치하며, 각각 제 1 및 제 2 콘택홀(134, 136)을 통해 반도체층(122)의 양측과 접촉한다.
반도체층(122)과, 게이트전극(130), 소스 전극(140), 드레인전극(142)은 박막트랜지스터(Tr)를 이루며, 박막트랜지스터(Tr)는 구동 소자(driving element)로 기능한다.
박막트랜지스터(Tr)는 반도체층(122)의 상부에 게이트 전극(130), 소스 전극(142) 및 드레인 전극(144)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.
도시하지 않았으나, 게이트 배선과 데이터 배선이 서로 교차하여 화소를 정의하며, 게이트 배선과 데이터 배선에 연결되는 스위칭 소자가 더 형성된다. 스위칭 소자는 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)에 연결된다.
또한, 파워 배선이 데이터 배선 또는 데이터 배선과 평행하게 이격되어 형성되며, 일 프레임(frame) 동안 구동소자인 박막트랜지스터(Tr)의 게이트전극의 전압을 일정하게 유지되도록 하기 위한 스토리지 캐패시터가 더 구성될 수 있다.
박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(142)을 노출하는 드레인 콘택홀(152)을 갖는 평탄화층(150)이 박막트랜지스터(Tr)를 덮으며 형성된다.
평탄화층(150) 상에는 드레인 콘택홀(152)을 통해 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(142)에 연결되는 제 1 전극(160)이 각 화소 영역 별로 분리되어 형성된다. 제 1 전극(160)은 양극(anode)일 수 있으며, 일함수(work function) 값이 비교적 큰 도전성 물질, 예를 들어 투명 도전성 산화물(transparent conductive oxide; TCO)로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 제 1 전극(160)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.
본 발명의 유기발광표시장치(100)가 하부발광 방식(bottom-emission type)인 경우, 제 1 전극(160)은 투명 도전성 산화물로 이루어지는 단일층 구조를 가질 수 있다. 이와 달리, 본 발명의 유기발광표시장치(100)가 상부 발광 방식(top-emission type)인 경우, 제 1 전극(160) 하부에는 반사전극 또는 반사층이 더욱 형성될 수 있다. 예를 들어, 반사전극 또는 반사층은 은(Ag) 또는 알루미늄-팔라듐-구리(aluminum-palladium-copper: APC) 합금으로 이루어질 수 있다. 상부 발광 방식 유기발광표시장치(100)에서, 제 1 전극(160)은 ITO/Ag/ITO 또는 ITO/APC/ITO의 삼중층 구조를 가질 수 있다.
또한, 평탄화층(150) 상에는 제 1 전극(160)의 가장자리를 덮는 뱅크층(166)이 형성된다. 뱅크층(166)은 화소에 대응하여 제 1 전극(160)의 중앙을 노출한다.
제 1 전극(160) 상에는 유기 발광층(162)이 형성된다. 유기 발광층(162)은 발광물질로 이루어지는 발광물질층(emitting material layer)과, 발광물질층 하부의 정공주입층(hole injection layer)과, 발광물질층과 정공주입층 사이의 정공수송층(hole transporting layer)을 포함한다. 또한, 유기 발광층(162)은 전자차단층, 정공차단층, 전자수송층, 전자주입층 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
후술하는 바와 같이, 정공주입층은 말로노니트릴(malononitrile)기가 치환된 인다센 유도체를 정공주입물질로 포함하며, 정공수송층은 서로 다른 구조의 플루오렌(fluorine) 유도체를 제 1 및 제 2 정공수송물질로 포함한다. 따라서, 정공이 양극으로부터 발광물질층으로 효율적으로 주입 및 전달된다.
유기 발광층(162)이 형성된 기판(110) 상부로 제 2 전극(164)이 형성된다. 제 2 전극(164)은 표시영역의 전면에 위치하며 일함수 값이 비교적 작은 도전성 물질로 이루어져 캐소드(cathode)로 이용될 수 있다. 예를 들어, 제 2 전극(164)은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 은(Ag) 또는 이들의 합금, 예를 들어 알루미늄-마그네슘 합금(AlMg) 또는 은-마그네슘 합금(MgAg) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 유기발광표시장치(100)가 상부 발광 방식인 경우, 제 2 전극(164)은 얇은 두께를 가져 광투과(반투과) 특성을 갖는다.
즉, 제 1 전극(160)과 제 2 전극(164) 중 하나는 투과(반투과) 전극이고, 제 1 전극(160)과 제 2 전극(164) 중 다른 하나는 반사전극이다.
제 1 전극(160), 유기발광층(162) 및 제 2 전극(164)은 유기발광다이오드(D)를 이룬다.
제 2 전극(164) 상에는, 외부 수분이 유기발광다이오드(D)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(174)의 적층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 인캡슐레이션 필름(170)은 생략될 수 있다.
유기발광표시장치(100)는 컬러필터층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 컬러필터층은, 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소 각각에 대응하여 적색 컬러필터, 녹색 컬러필터, 청색 컬러필터를 포함할 수 있다. 유기발광표시장치(100)가 컬러필터층을 포함하는 경우, 유기발광표시장치(100)의 색순도가 향상될 수 있다.
유기발광표시장치(100)는 외부광의 반사를 줄이기 위한 편광판(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 편광판(도시하지 않음)은 원형 편광판일 수 있다. 유기발광표시장치(100)가 하부발광 방식인 경우, 편광판은 기판(110) 하부에 위치할 수 있다. 한편, 본 발명의 유기발광표시장치(100)가 상부 발광 방식인 경우, 편광판은 인캡슐레이션 필름(170) 상부에 위치할 수 있다.
또한, 상부발광 방식의 유기발광표시장치(100)에서는, 인캡슐레이션 필름(170) 또는 편광판 상에 커버 윈도우(미도시)가 부착될 수 있다. 이때, 기판(110)과 커버 윈도우가 플렉서블 특성을 가져, 플렉서블 표시장치를 이룰 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유기발광다이오드(D)는 서로 마주하는 제 1 및 제 2 전극(160, 164)과 이들 사이에 위치하는 유기 발광층(162)을 포함하며, 유기 발광층(162)은 제 1 및 제 2 전극(160, 164) 사이에 위치하는 발광 물질층(240)과 제 1 전극(160)과 발광물질층(240) 사이에 위치하는 정공주입층(210)과 정공주입층(210)과 발광물질층(240) 사이에 위치하는 정공수송층(220)을 포함한다.
제 1 전극(160)은 양극이고, 제 2 전극(164)은 음극이다. 제 1 전극(160)과 제 2 전극(164) 중 하나는 투과 전극(반투과 전극)이고, 제 1 전극(160)과 제 2 전극(164) 중 다른 하나는 반사전극일 수 있다.
제 1 전극(160)으로부터 정공주입층(210)과 정공수송층(220)을 통해 발광물질층(240)으로 정공이 주입 및 전달되고, 제 2 전극(164)으로부터 발광물질층(240)으로 전자가 전달된다.
유기 발광층(162)은 제 2 전극(164)과 발광물질층(240) 사이에 위치하는 전자주입층(electron injection layer, 260)과, 발광물질층(240)과 전자주입층(260) 사이에 위치하는 전자수송층(250) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
도시하지 않았으나, 유기 발광층(162)은 정공수송층(220)과 발광물질층(240) 사이에 위치하는 전자차단층(electron blocking layer)과 전자수송층(250)과 발광물질층(240) 사이에 위치하는 정공수송층(hole blocking layer) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
전자차단층은 tris(4-carbazoyl-9-yl-phenyl)amine(TCTA), tris[4-(diethylamino)phenyl]amine, N-(biphenyl-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine, TAPC, 4,4',4"-tris(3-methylphenylamino)triphenylamine (MTDATA), 1,3-bis(carbazol-9-yl)benzene(mCP), 3,3'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl(mCBP), copper phthalocyanine(CuPc), N,N'-bis[4-[bis(3-methylphenyl)amino]phenyl]-N,N'-diphenyl-[1,1'-biphenyl]-4,4'-diamine(DNTPD), 1,3,5-tris[4-(diphenylamino)phenyl]benzene(TDAPB), DCDPA, 2,8-bis(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)dibenzo[b,d]thiophene) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 전자차단층은 10 내지 350Å, 바람직하게는 100 내지 200Å의 두께를 가질 수 있다.
정공차단층은 tris-(8-hydroxyquinoline aluminum (Alq3), 2-biphenyl-4-yl-5-(4-t-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole (PBD), spiro-PBD, lithium quinolate (Liq), 2,2’,2’’-(1,3,5-Benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H benzimidazole) (TPBi), bis(2-methyl-8-quinolinolato-N1,O8)-(1,1'-biphenyl-4-olato)aluminum (BAlq), 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (Bphen), 2,9-bis(naphthalene-2-yl)4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (NBphen), 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenathroline (BCP), 3-(4-biphenyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole (TAZ), 4-(naphthalen-1-yl)-3,5-diphenyl-4H-1,2,4-triazole (NTAZ), 1,3,5-tri(p-pyrid-3-yl-phenyl)benzene (TpPyPB), 2,4,6-tris(3'-(pyridin-3-yl)biphenyl-3-yl)1,3,5-triazine (TmPPPyTz), Poly[9,9-bis(3'-((N,N-dimethyl)-N-ethylammonium)-propyl)-2,7-fluorene]-alt-2,7-(9,9-dioctylfluorene)] (PFNBr), tris(phenylquinoxaline (TPQ), diphenyl-4-triphenylsilyl-phenylphosphine oxide (TSPO1) 중 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 정공차단층은 10 내지 350Å, 바람직하게는 100 내지 200Å의 두께를 가질 수 있다.
전자수송층(250)은 1,3,5-tri(m-pyridin-3-ylphenyl)benzene (TmPyPB), 2,2’,2’’-(1,3,5-benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H benzimidazole) (TPBi), tris(8-hydroxy-quinolinato)aluminum (Alq3), 2-(4-biphenyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole (PBD), 3-(4-biphenyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole (TAZ), 2-biphenyl-4-yl-4,6-bis-(4
Figure pat00013
-pyridin-2-yl-biphenyl-4-yl)-[1,3,5]triazine (DPT), bis(2-methyl-8-quinolinolate)-4-(phenylphenolato)aluminum (BAlq) 중 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 전자수송층(250)은 아진계 화합물(예를들어 TmPyPB) 또는 이미다졸계 화합물(예를 들어 TPBi)을 포함할 수 있고, 50 내지 350Å, 바람직하게는 100 내지 300Å의 두께를 가질 수 있다.
전자주입층(260)은 Li와 같은 알칼리 금속, LiF, CsF, NaF, BaF2와 같은 알칼리 할라이드계 물질 및/또는 Liq, lithium benzoate, sodium stearate와 같은 유기금속계 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 전자주입층(260)은 1 내지 50Å, 바람직하게는 5 내지 20Å의 두께를 가질 수 있다.
적색 화소의 발광물질층(240)은 호스트와 적색 도펀트를 포함하고, 녹색 화소의 발광물질층(240)은 호스트와 녹색 도펀트를 포함하며, 청색 화소의 발광물질층(240)은 호스트와 청색 도펀트를 포함한다. 적색 도펀트, 녹색 도펀트 및 청색 도펀트 각각은 형광 화합물, 인광 화합물, 지연형광 화합물일 수 있다.
예를 들어, 적색 화소의 발광물질층(240)에서, 호스트는 CBP(4,4'-bis(carbazol-9-yl)biphenyl)일 수 있고, 도펀트는 PIQIr(acac)(bis(1-phenylisoquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(acac)(bis(1-phenylquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(tris(1-phenylquinoline)iridium) 및 PtOEP(octaethylporphyrin platinum)에서 선택될 수 있다. 적색 화소의 발광물질층(240)은 약 600nm 내지 650nm의 발광파장 범위를 가질 수 있다.
녹색 화소의 발광물질층(240)에서, 호스트는 CBP(4,4'-bis(carbazol-9-yl)biphenyl)일 수 있고, 도펀트는 Ir(ppy)3(fac tris(2-phenylpyridine)iridium) 또는 Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum)일 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않는다. 녹색 화소의 발광물질층(240)은 약 510nm 내지 570nm의 발광파장 범위를 가질 수 있다.
청색 화소의 발광물질층(240)에서, 호스트는 안트라센 유도체일 수 있고, 도펀트는 파이렌 유도체일 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 호스트는 9,10-di(naphtha-2-yl)anthracene일 수 있고, 도펀트는 1,6-bis(diphenylamine)pyrene일 수 있다. 발광물질층(240)에서, 도펀트는 0.1~20 중량%, 예를 들어 1~10 중량%를 가질 수 있다. 청색 화소의 발광물질층(240)은 50 내지 350Å, 바람직하게는 100 내지 300Å의 두께를 가질 수 있고, 440nm 내지 480nm의 발광파장 범위를 가질 수 있다.
정공주입층(210)은 말로노니트릴(malononitrile)기가 치환된 인다센 유도체인 유기 화합물을 정공주입물질(212)로 포함한다. 정공주입물질(212)은 하기 화학식1-1로 표시된다.
[화학식1-1]
Figure pat00014
화학식1-1에서, R1, R2 각각은 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기에서 선택되고, R3 내지 R6 각각은 독립적으로 할로겐, 시아노기, 말로노니트릴기, C1 내지 C10의 할로겐화 알킬기, C1 내지 C10의 할로겐화 알콕시기에서 선택되며, R3 및 R4 중 적어도 하나와 R5 및 R6 중 적어도 하나는 말로노니트릴이다. X, Y 각각은 C1 내지 C10의 알킬기, 할로겐, 시아노기, 말로노니트릴기, C1 내지 C10의 할로겐화 알킬기, C1 내지 C10의 할로겐화 알콕시기 중 적어도 하나로 치환된 페닐기이다.
예를 들어, C1 내지 C10의 할로겐화 알킬기는 트리플루오로메틸기일 수 있고, C1 내지 C10의 할로겐화 알콕시기는 트리플루오로메톡시기일 수 있다. 또한, 할로겐은 F, Cl, Br, I를 포함한다.
화학식1-1에서, R3 및 R4 중 하나와 R5 및 R6 중 하나는 말로노니트릴기이고, R3 및 R4 중 다른 하나와 R5 및 R6 중 다른 하나는 시아노기일 수 있다.
예를 들어, 화학식1-1에서, R3와 R6가 말로노니트릴기일 수 있다. 이와 달리, 화학식1-1에서, R4와 R6가 말로노니트릴기일 수 있다. 즉, 화학식1-1의 유기 화합물은 하기 화학식1-2 또는 화학식1-3으로 표시될 수 있다.
[화학식1-2]
Figure pat00015
[화학식1-3]
Figure pat00016
화학식1-1의 유기 화합물은 인다센 코어의 양측에 서로 다른 치환기가 결합된 비대칭 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 화학식1-1에서, X, Y 각각은 C1 내지 C10의 알킬기, 할로겐, 시아노기, 말로노니트릴기, C1 내지 C10의 할로겐화 알킬기, C1 내지 C10의 할로겐화 알콕시기 중 적어도 하나로 치환된 페닐기이며, X와 Y는 치환기와 치환위치 중 적어도 하나에서 차이를 가질 수 있다. 즉, X와 Y인 페닐은, 다른 치환기를 갖거나 같은 또는 다른 치환기가 다른 치환위치에 결합된다.
예를 들어, 화학식1-1의 유기 화합물은 하기 화학식1-4로 표시될 수 있다.
[화학식1-4]
Figure pat00017
화학식1-4에서, X1 내지 X3, Y1 내지 Y3 각각은 수소, C1 내지 C10의 알킬기, 할로겐, 시아노기, 말로노니트릴기, C1 내지 C10의 할로겐화 알킬기, C1 내지 C10의 할로겐화 알콕시기에서 선택되고, i) X1과 Y1은 다른 조건과 ii) X2는 Y2 및 Y3와 다르거나 X3는 Y2 및 Y3와 다른 조건에서, i) 조건과 ii) 조건 중 적어도 하나를 만족한다.
정공주입물질(212)은 우수한 정공주입 특성을 갖고, 이에 따라 양극인 제 1 전극(160)으로부터의 정공주입 효율이 향상된다.
정공수송층(220)은 정공주입층(210)과 접촉하고 발광물질층(240)의 하부에 위치한다. 정공수송층(220)은 약 500 내지 1500Å의 두께, 바람직하게는 700 내지 1200Å의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
정공수송층(220)은 제 1 정공수송물질(222)과 제 2 정공수송물질(224) 중 적어도 하나를 포함한다. 즉, 정공수송층(220)은 제 1 정공수송물질(222)만으로 이루어지거나, 제 2 정공수송물질(224)만으로 이루어지거나, 제 1 및 제 2 정공수송물질(222, 224)이 혼합되어 이루어질 수 있다. 제 1 정공수송물질(222)과 제 2 정공수송물질(224)은 구조와 특성이 다른 플루오렌(또는 스파이로-플루오렌) 유도체일 수 있다.
제 1 정공수송물질(222)은 하기 화학식2로 표시될 수 있다.
[화학식2]
Figure pat00018
화학식2에서, X1과 X2 각각은 독립적으로 C6 내지 C30의 아릴기, C5 내지 C30의 헤테로아릴기로부터 선택되고, L1은 C6 내지 C30의 아릴렌기, C5 내지 C30의 헤테로아릴렌기로부터 선택되며, a는 0 또는 1이다. 또한, R1 내지 R14 각각은 독립적으로 수소, 중수소, C1 내지 C10의 알킬기, C6 내지 C30의 아릴기, C5 내지 C30의 헤테로아릴기로부터 선택되거나 인접한 둘이 서로 연결되어 축합환을 이룰 수 있다.
화학식2 및 화학식3에서, C6 내지 C30의 아릴기(또는 아릴렌기)는, 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 안트라세닐기, 펜탄레닐기, 인데닐기, 인데노인데닐기, 헵탈레닐기, 바이페닐레닐기, 인다세닐기, 페날레닐기, 페난트레닐기, 벤조페난트레닐기, 디벤조페난트레닐기, 아줄레닐기, 파이레닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 크라이세닐기, 테트라페닐기, 테트라세닐기, 플레이다에닐기, 파이세닐기, 펜타페닐기, 펜타세닐기, 플루오레닐기, 인데노플루오레닐기, 스파이로 플루오레닐기에서 선택될 수 있다.
또한, 화학식2 및 화학식3에서, C5 내지 C30의 헤테로아릴기(헤테로아릴렌기)는, 피롤릴기, 피리디닐기, 피리미디닐기, 피라지닐기, 피리다지닐기, 트리아지닐기, 테트라지닐기, 이미다졸일기, 피라졸일기, 인돌일기, 이소인돌일기, 인다졸일기, 인돌리지닐기, 피롤리지닐기, 카바졸일기, 벤조카바졸일기, 디벤조카바졸일기, 인돌로카바졸일기, 인데노카바졸일기, 벤조퓨로카바졸일기, 벤조티에노카바졸일기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기, 프탈라지닐기, 퀴녹살리닐기, 시놀리닐기, 퀴나졸리닐기, 퀴노졸리닐기, 퀴놀리지닐기, 퓨리닐기, 프탈라지닐기, 퀴녹살리닐기, 벤조퀴놀리닐기, 벤조이소퀴놀리닐기, 벤조퀴나졸리닐기, 벤조퀴녹살리닐기, 아크리디닐기, 페난트롤리닐기, 페리미디닐기, 페난트리디닐기, 프테리디닐기, 신놀리닐기, 나프타리디닐기, 퓨라닐기, 파이라닐기, 옥사지닐기, 옥사졸일기, 옥사디아졸일기, 트리아졸일기, 디옥시닐기, 벤조퓨라닐기, 디벤조퓨라닐기, 티오파이라닐기, 잔테닐기, 크로메닐기, 이소크로메닐기, 티오아지닐기, 티오페닐기, 벤조티오페닐기, 디벤조티오페닐기, 디퓨로피라지닐기, 벤조퓨로디벤조퓨라닐기, 벤조티에노벤조티오페닐기, 벤조티에노디벤조티오페닐기, 벤조티에노벤조퓨라닐기, 벤조티에노디벤조퓨라닐기부터 선택될 수 있다.
또한, 화학식2 및 화학식3에서, C6 내지 C30의 아릴기와 C5 내지 C30의 헤테로아릴기는 치환되지 않거나 치환된 것을 포함한다. 이때, C6 내지 C30의 아릴기와 C5 내지 C30의 헤테로아릴기의 치환기는 C1 내지 C10의 알킬기, 예를 들어, 메틸, 에틸 또는 터셔리-부틸일 수 있다.
X1과 X2는 서로 같거나 다를 수 있다. X1과 X2 각각은 플루오렌, 스파이로-플루오렌, 페닐, 바이페닐, 터페닐, 터셔리부틸 페닐, 플우로레닐 페닐, 카바조일,카바조일 페닐에서 선택될 수 있고, L1은 페닐렌일 수 있다. 또한, R1 내지 R14 각각은 수소, 중수소, C1 내지 C10의 알킬기(예를 들어 터셔리부틸), C6 내지 C30의 아릴기(예를 들어 페닐)에서 선택될 수 있고, 인접한 둘, 예를 들어 R1과 R6는 서로 연결되어 축합환을 이룰 수 있다. 이때, 축합환은 방향족 고리, 지환족 고리 또는 헤테로방향족 고리 중 하나일 수 있다.
제 2 정공수송물질(224)은 화학식3으로 표시될 수 있다.
[화학식3]
Figure pat00019
화학식3에서, Y1과 Y2 각각은 독립적으로 C6 내지 C30의 아릴기, C5 내지 C30의 헤테로아릴기로부터 선택되고, L2은 C6 내지 C30의 아릴렌기, C5 내지 C30의 헤테로아릴렌기로부터 선택되며, b는 0 또는 1이다. 또한, R21 내지 R34 각각은 독립적으로 수소, 중수소, C1 내지 C10의 알킬기, C6 내지 C30의 아릴기, C5 내지 C30의 헤테로아릴기로부터 선택되거나 인접한 둘이 서로 연결되어 축합환을 이룰 수 있다.
Y1과 Y2는 서로 같거나 다를 수 있다. Y1과 Y2 각각은 플루오렌, 스파이로-플루오렌, 페닐, 바이페닐, 터페닐, 터셔리부틸 페닐, 플우로레닐 페닐, 카바조일, 카바조일 페닐에서 선택될 수 있고, L2은 페닐렌일 수 있다. 또한, R21 내지 R34 각각은 수소, 중수소, C1 내지 C10의 알킬기(예를 들어 터셔리부틸)에서 선택될 수 있고, 인접한 둘, 예를 들어 R21과 R26는 서로 연결되어 축합환을 이룰 수 있다. 이때, 축합환은 방향족 고리, 지환족 고리 또는 헤테로방향족 고리 중 하나일 수 있다.
제 1 정공수송물질과 제 2 정공수송물질은 아민기(또는 링커(L1))의 결합 위치에서 차이를 갖는다. 즉, 제 1 정공수송물질에서는 플루오렌 또는 스파이로-플루오렌의 2번 위치에 아민기(또는 링커(L1))가 결합되는 반면, 제 2 정공수송물질에서는 플루오렌 또는 스파이로-플루오렌의 3번 위치에 아민기(또는 링커(L1))가 결합된다.
제 1 정공수송물질(222)의 최고점유분자궤도(highest occupied molecular orbital, HOMO) 에너지 준위는 제 2 정공수송물질(224)의 HOMO 에너지 준위보다 낮다. 예를 들어, 제 1 정공수송물질(222)의 HOMO 에너지 준위는 -5.50eV보다 높을 수 있고, 제 2 정공수송물질(224)의 HOMO 에너지 준위는 -5.50eV와 같거나 이보다 낮을 수 있다.
정공수송층(220)과 발광물질층(240) 사이에 전자차단물질을 포함하는 전자차단층이 형성되는 경우, 제 2 정공수송물질(224)의 HOMO 에너지 준위는 전자차단물질의 HOMO 에너지 준위보다 높고 그 차이는 0.3eV 이하일 수 있다. 예를 들어, 전자차단물질은 TCTA일 수 있다.
제 1 정공수송물질(222)에 의해 정공주입층(210)으로부터 정공수송층(220)으로의 에너지 배리어가 감소되고, 제 2 정공수송물질(224)에 의해 정공수송층(220)으로부터 발광물질층(240)으로의 에너지 배리어가 감소한다. 따라서, 정공주입층(210)으로부터의 정공수송 효율이 향상된다.
제 1 정공수송물질(222)과 제 2 정공수송물질(224)이 정공수송층(220)에 포함되는 경우, 정공수송층(220)에서, 제 1 정공수송물질(222)과 제 2 정공수송물질(224)은 같거나 다른 중량비를 갖는다. 예를 들어, 제 1 정공수송물질(222)의 중량비는 제 2 정공수송물질(224)의 중량비와 같거나 이보다 클 수 있다.
화학식1-1의 정공주입물질은 하기 화학식4의 화합물 중 하나일 수 있다.
[화학식4]
Figure pat00020
Figure pat00021
Figure pat00022
Figure pat00023
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Figure pat00025
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Figure pat00065
Figure pat00066
Figure pat00067
화학식2의 제 1 정공수송물질은 하기 화학식5의 화합물 중 하나일 수 있다.
[화학식5]
Figure pat00068
Figure pat00069
Figure pat00070
Figure pat00071
Figure pat00072
Figure pat00073
Figure pat00074
화학식3의 제 2 정공수송물질은 하기 화학식6의 화합물 중 하나일 수 있다.
[화학식6]
Figure pat00075
Figure pat00076
Figure pat00077
Figure pat00078
Figure pat00079
[합성예]
1. 화합물A04의 합성
(1) 화합물4-A
[반응식1-1]
Figure pat00080
2,2'-(4,6-다이브로모-1,3-페닐렌)다이아세토나이트릴 (180 g, 573mmol), 톨루엔 (6 L), 커퍼아이오다이드(CuI, 44mmol, 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐 (44mmol), 다이아이소프로필아민 (2885mmol) 및 1-에티닐-4-(트라이플루오로메틸)벤젠 (637mmol)을 혼합하고 100
Figure pat00081
로 가열하였다. 반응 후 용매(5L)를 증류시켰다. 혼합물을 실온으로 냉각한 후 여과하여 고체를 얻었다. 고체를 클로로포름에 용해시켜 물로 추출해낸 후, 마그네슘설페이트와 산성백토를 첨가하여 1시간 교반시켰다. 혼합물을 여과한 후 용매를 다시 증류하였다. 혼합물을 에탄올을 이용하여 재결정하여, 화합물4-A (104 g)을 얻었다(수율 45%, MS[M+H]+ = 403)
(2) 화합물4-B
[반응식1-2]
Figure pat00082
화합물4-A (104 g, 258mmol), 톨루엔 (3 L), CuI (21mmol), 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐 (21mmol), 다이아이소프로필아민 (1290mmol) 및 1-에티닐-4-(트라이플루오로메톡시)벤젠 (258mmol)을 혼합하고 100
Figure pat00083
로 가열하여 2시간 교반하였다. 반응 후 용매(2L)를 증류시켰다. 혼합물을 실온으로 냉각한 후 여과하여 고체를 얻었다. 고체를 클로로포름에 용해시켜 물로 추출해낸 후, 마그네슘설페이트와 산성백토를 첨가하여 1시간 교반시켰다. 혼합물을 여과한 후 용매를 다시 증류하였다. 혼합물을 테트라하이드로퓨란와 에탄올을 이용하여 재결정하여, 화합물4-B (39.3 g)을 얻었다(수율 30%, MS[M+H]+ = 509).
(3) 화합물4-C
[반응식1-3]
Figure pat00084
화합물4-B (39 g, 77mmol), 1,4-다이옥산 (520 mL), 다이페닐설폭사이드 (462mmol), 커퍼브로마이드(II) (CuBr(II), 15mmol), 팔라듐아세테이트 (15mmol)을 혼합하고 100
Figure pat00085
로 가열하여 5시간 교반하였다. 반응 후 용매를 증류시켰다. 혼합물을 클로로포름에 용해시킨 후 산성백토를 첨가하고 1시간 교반시켰다. 혼합물을 여과한 후 용매를 다시 증류하였다. 헥산을 이용해 혼합물을 역침전시켜 고체를 얻었다. 고체를 테트라하이드로퓨란과 헥산을 이용하여 재결정하고 여과하여, 화합물4-C (7 g)을 얻었다(수율 17%, MS[M+H]+ = 537).
(4) 화합물A04
[반응식1-4]
Figure pat00086
화합물4-C (7 g, 13mmol), 다이클로로메탄 (220 mL), 말로노나이트릴 (96mmol)을 첨가하고 0℃로 냉각하였다. 타이타늄클로라이드(IV) (65mmol(을 서서히 첨가한 후 0℃로 유지한 상태에서 1시간 교반하였다. 피리딘 (97.5mmol)을 다이클로로메탄 (75 mL)에 용해하여 0℃에서 서서히 첨가한 후 0℃로 유지한 상태에서 1시간 교반하였다. 반응이 종결된 후, 아세트산 (130mmol)을 첨가하고 추가로 30분 교반하였다. 반응 용액을 물로 추출한 후 유기층을 그대로 헥산에 역침전하여 고체를 얻었다. 고체를 아세토나이트릴에 여과한 후, 마그네슘설페이트와 산성백토를 첨가하고 30분 교반하였다. 용액을 여과한 뒤 아세토나이트릴과 톨루엔을 이용하여 재결정하고 톨루엔으로 씻어주었다. 고체를 다시 아세토나이트릴과 터트-뷰틸메틸에테르를 이용하여 재결정하고 승화정제하여 화합물A04 (1.6 g)을 얻었다(수율 20%, MS[M+H]+ = 633).
2. 화합물A13의 합성
(1) 화합물13-A
[반응식2-1]
Figure pat00087
2,2'-(4,6-다이브로모-1,3-페닐렌)다이아세토나이트릴 (200 g, 637mmol), 톨루엔 (6 L), CuI (51mmol), 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐 (51mmol), 다이아이소프로필아민 (3185mmol) 및 1-에티닐-3,5-비스(트라이플루오로메틸)벤젠 (637mmol)을 혼합하고 100
Figure pat00088
로 가열하였다. 반응 후 용매(5L)를 증류시켰다. 혼합물을 실온으로 냉각한 후 여과하여 고체를 얻었다. 고체를 클로로포름에 용해시켜 물로 추출해낸 후, 마그네슘설페이트와 산성백토를 첨가하여 1시간 교반시켰다. 혼합물을 여과한 후 용매를 다시 증류하였다. 혼합물을 에탄올을 이용하여 재결정하여, 화합물13-A (105 g)을 얻었다(수율 35%, MS[M+H]+ = 471).
(2) 화합물13-B
[반응식2-2]
Figure pat00089
화합물13-A (105 g, 223mmol), 톨루엔 (3 L), CuI (18mmol), 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐 (18mmol), 다이아이소프로필아민 (1115mmol) 및 4-에티닐-2-(트라이플루오로메틸)벤조나이트릴 (223mmol)을 혼합하고 100
Figure pat00090
로 가열하여 2시간 교반하였다. 반응 후 용매(2L)를 증류시켰다. 혼합물을 실온으로 냉각한 후 여과하여 고체를 얻었다. 고체를 클로로포름에 용해시켜 물로 추출해낸 후, 마그네슘설페이트와 산성백토를 첨가하여 1시간 교반시켰다. 혼합물을 여과한 후 용매를 다시 증류하였다. 혼합물을 테트라하이드로퓨란과 에탄올을 이용하여 재결정하여, 화합물13-B (32.6 g)을 얻었다(수율 25%, MS[M+H]+ = 586).
(3) 화합물13-C
[반응식2-3]
Figure pat00091
화합물13-B (32 g, 55mmol), 1,4-다이옥산 (480 mL), 다이페닐설폭사이드 (330mmol), CuBr(II) (11mmol), 팔라듐아세테이트 (11mmol)을 혼합하고 100
Figure pat00092
로 가열하여 5시간 교반하였다. 반응 후 용매를 증류시켰다. 혼합물을 클로로포름에 용해시킨 후 산성백토를 첨가하고 1시간 교반시켰다. 혼합물을 여과한 후 용매를 다시 증류하였다. 헥산을 이용해 혼합물을 역침전시켜 고체를 얻었다. 고체를 테트라하이드로퓨란과 헥산을 이용하여 재결정하고 여과하여, 화합물13-C (5 g)을 얻었다(수율 15%, MS[M+H]+ = 614).
(4) 화합물A13
[반응식2-4]
Figure pat00093
화합물13-C (5 g, 8.2mmol), 다이클로로메탄 (150 mL), 말로노나이트릴 (49.2mmol)을 첨가하고 0℃로 냉각하였다. 타이타늄클로라이드(IV) (41mmol)을 서서히 첨가한 후 0℃로 유지한 상태에서 1시간 교반하였다. 피리딘 (61.5mmol)을 다이클로로메탄 (50 mL)에 용해하여 0℃에서 서서히 첨가한 후 0℃로 유지한 상태에서 1시간 교반하였다. 반응이 종결된 후, 아세트산 (82mmol)을 첨가하고 추가로 30분 교반하였다. 반응 용액을 물로 추출한 후 유기층을 그대로 헥산에 역침전하여 고체를 얻었다. 고체를 아세토나이트릴에 여과한 후, 마그네슘설페이트와 산성백토를 첨가하고 30분 교반하였다. 용액을 여과한 뒤 아세토나이트릴과 톨루엔을 이용하여 재결정하고 톨루엔으로 씻어주었다. 고체를 다시 아세토나이트릴과 터트-뷰틸메틸에테르를 이용하여 재결정하고 승화정제하여 화합물A13 (1 g)을 얻었다(수율 18%, MS[M+H]+ = 710).
3. 화합물A37의 합성
(1) 화합물37-A
[반응식3-1]
Figure pat00094
2,2'-(4,6-다이브로모-2-플루오로-1,3-페닐렌)다이아세토나이트릴 (300 g, 903.7mmol), 톨루엔 (9 L), CuI (72.3mmol), 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐 (72.3mmol), 다이아이소프로필아민 (4518mmol) 및 1-에티닐-3,5-비스(트라이플루오로메틸)벤젠 (903.7mmol)을 혼합하고 100
Figure pat00095
로 가열하였다. 반응 후 용매(8L)를 증류시켰다. 혼합물을 실온으로 냉각한 후 여과하여 고체를 얻었다. 고체를 클로로포름에 용해시켜 물로 추출해낸 후, 마그네슘설페이트와 산성백토를 첨가하여 1시간 교반시켰다. 혼합물을 여과한 후 용매를 다시 증류하였다. 혼합물을 에탄올을 이용하여 재결정하여, 화합물37-A (137 g)을 얻었다(수율 31%, MS[M+H]+ = 489).
(2) 화합물37-B
[반응식3-2]
Figure pat00096
화합물37-A (137 g, 280mmol), 톨루엔 (4.1 L), CuI (22mmol), 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐 (22mmol), 다이아이소프로필아민 (1400mmol) 및 4-에티닐-2-(트라이플루오로메틸)벤조나이트릴 (280mmol)을 혼합하고 100
Figure pat00097
로 가열하여 2시간 교반하였다. 반응 후 용매(3L)를 증류시켰다. 혼합물을 실온으로 냉각한 후 여과하여 고체를 얻었다. 고체를 클로로포름에 용해시켜 물로 추출해낸 후, 마그네슘설페이트와 산성백토를 첨가하여 1시간 교반시켰다. 혼합물을 여과한 후 용매를 다시 증류하였다. 혼합물을 테트라하이드로퓨란과 에탄올을 이용하여 재결정하여, 화합물37-B (33.8 g)을 얻었다(수율 20%, MS[M+H]+ = 603).
(3) 화합물37-C
[반응식3-3]
Figure pat00098
화합물37-B (33 g, 54.7mmol), 1,4-다이옥산 (500 mL), 다이페닐설폭사이드 328.2mmol, CuBr(II) (10.9mmol), 팔라듐아세테이트 (10.9mmol)을 혼합하고 100
Figure pat00099
로 가열하여 5시간 교반하였다. 반응 후 용매를 증류시켰다. 혼합물을 클로로포름에 용해시킨 후 산성백토를 첨가하고 1시간 교반시켰다. 혼합물을 여과한 후 용매를 다시 증류하였다. 헥산을 이용해 혼합물을 역침전시켜 고체를 얻었다. 고체를 테트라하이드로퓨란과 헥산을 이용하여 재결정하고 여과하여, 화합물37-C (4.8 g)을 얻었다(수율 14%, MS[M+H]+ = 632).
(4) 화합물A37
[반응식3-4]
Figure pat00100
화합물37-C (4.8 g, 7.6mmol), 다이클로로메탄 (145 mL), 말로노나이트릴 (45.6mmol)을 첨가하고 0℃로 냉각하였다. 타이타늄클로라이드(IV) (38mmol)을 서서히 첨가한 후 0℃로 유지한 상태에서 1시간 교반하였다. 피리딘 (57mmol)을 다이클로로메탄 (48 mL)에 용해하여 0℃에서 서서히 첨가한 후 0℃로 유지한 상태에서 1시간 교반하였다. 반응이 종결된 후, 아세트산 (76mmol)을 첨가하고 추가로 30분 교반하였다. 반응 용액을 물로 추출한 후 유기층을 그대로 헥산에 역침전하여 고체를 얻었다. 고체를 아세토나이트릴에 여과한 후, 마그네슘설페이트와 산성백토를 첨가하고 30분 교반하였다. 용액을 여과한 뒤 아세토나이트릴과 톨루엔을 이용하여 재결정하고 톨루엔으로 씻어주었다. 고체를 다시 아세토나이트릴과 터트-뷰틸메틸에테르를 이용하여 재결정하고 승화정제하여 화합물A37 (1.1 g)을 얻었다(수율 20%, MS[M+H]+ = 728).
정공주입층(210)은 정공주입 호스트 물질을 더 포함할 수 있다. 즉, 정공주입층(210)은 화학식1-1의 유기 화합물인 정공주입물질(212)만으로 이루어지거나, 정공주입물질(212)과 정공주입 호스트 물질이 혼합되어 이루어질 수 있다.
정공주입 호스트 물질은 4,4',4"-tris(3-methylphenylamino)triphenylamine (MTDATA), 4,4',4"-tris(N,N-diphenyl-amino)triphenylamine(NATA), 4,4',4"-tris(N-(naphthalene-1-yl)-N-phenyl-amino)triphenylamine(1T-NATA), 4,4',4"-tris(N-(naphthalene-2-yl)-N-phenyl-amino)triphenylamine(2T-NATA), copper phthalocyanine(CuPc), tris(4-carbazoyl-9-yl-phenyl)amine(TCTA), N,N'-diphenyl-N,N'-bis(1-naphthyl)-1,1'-biphenyl-4,4"-diamine(NPD), 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-tris[4-(diphenylamino)phenyl]benzene(TDAPB), poly(3,4-ethylenedioxythiphene)polystyrene sulfonate(PEDOT/PSS), N-(biphenyl-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine 중 적어도 하나일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 정공주입 호스트 물질은 NPD일 수 있다. 이때, 정공주입층(210)에서, 본 발명의 유기 화합물인 정공주입물질(212)은 약 1 내지 40의 중량비(wt%), 바람직하게는 약 5 내지 20 중량비를 가질 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 유기발광다이오드(D)에서는, 정공주입층(210)이 화학식1-1의 유기 화합물을 정공주입물질(212)로 포함하고 정공수송층(220)이 화학식2의 유기 화합물인 제 1 정공수송물질(222)과 화학식3의 유기 화합물인 제 2 정공수송물질(224) 중 적어도 하나를 포함하여, 제 1 전극(160)으로부터 발광물질층(240)으로의 정공전달 효율이 향상된다. 따라서, 유기발광다이오드(D)의 구동전압이 감소하고 발광효율 및 수명이 향상된다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기발광표시장치의 개략적인 단면도이다. 도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이고, 도 6은 본 발명의 제 5실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 유기발광표시장치(300)는 적색 화소(RP), 녹색 화소(GP) 및 청색 화소(BP)가 정의된 제 1 기판(310)과, 제 1 기판(310)과 마주하는 제 2 기판(370)과, 제 1 기판(310)과 제 2 기판(370) 사이에 위치하며 백색 빛을 발광하는 유기발광다이오드(D)와, 유기발광다이오드(D)와 제 2 기판(370) 사이에 위치하는 컬러필터층(380)을 포함한다.
제 1 기판(310) 및 제 2 기판(370) 각각은 유리 기판 또는 플렉서블(flexible) 기판일 수 있다. 예를 들어, 플렉서블 기판은 polyimide(PI)기판, polyethersulfone(PES)기판, polyethylenenaphthalate(PEN)기판, polyethylene Terephthalate(PET)기판 및 polycarbonate(PC) 기판중에서 어느 하나일 수 있다.
제 1 기판(310) 상에는 버퍼층(320)이 형성되고, 버퍼층(320) 상에는 적색 화소(RP), 녹색 화소(GP) 및 청색 화소(BP) 각각에 대응하여 박막트랜지스터(Tr)가 형성된다. 버퍼층(320)은 생략될 수 있다.
버퍼층(320) 상에는 반도체층(322)이 형성된다. 반도체층(322)은 산화물 반도체 물질로 이루어지거나 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다.
반도체층(322) 상부에는 절연물질로 이루어진 게이트 절연막(324)이 형성된다. 게이트 절연막(324)은 산화 실리콘 또는 질화 실리콘과 같은 무기절연물질로 이루어질 수 있다.
게이트 절연막(324) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 게이트 전극(330)이 반도체층(322)의 중앙에 대응하여 형성된다.
게이트 전극(330) 상부에는 절연물질로 이루어진 층간 절연막(332)이 형성된다. 층간 절연막(332)은 산화 실리콘이나 질화 실리콘과 같은 무기 절연물질로 형성되거나, 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)이나 포토 아크릴(photo-acryl)과 같은 유기 절연물질로 형성될 수 있다.
층간 절연막(332)은 반도체층(322)의 양측을 노출하는 제 1 및 제 2 콘택홀(334, 336)을 갖는다. 제 1 및 제 2 콘택홀(334, 336)은 게이트 전극(330)의 양측에 게이트 전극(330)과 이격되어 위치한다.
층간 절연막(332) 상에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어지는 소스 전극(340)과 드레인 전극(342)이 형성된다.
소스 전극(340)과 드레인 전극(342)은 게이트 전극(330)을 중심으로 이격되어 위치하며, 각각 제 1 및 제 2 콘택홀(334, 336)을 통해 반도체층(322)의 양측과 접촉한다.
반도체층(322)과, 게이트전극(330), 소스 전극(340), 드레인전극(342)은 상기 박막트랜지스터(Tr)를 이루며, 박막트랜지스터(Tr)는 구동 소자(driving element)로 기능한다.
도시하지 않았으나, 게이트 배선과 데이터 배선이 서로 교차하여 화소를 정의하며, 게이트 배선과 데이터 배선에 연결되는 스위칭 소자가 더 형성된다. 스위칭 소자는 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)에 연결된다.
또한, 파워 배선이 데이터 배선 또는 데이터 배선과 평행하게 이격되어 형성되며, 일 프레임(frame) 동안 구동소자인 박막트랜지스터(Tr)의 게이트전극의 전압을 일정하게 유지되도록 하기 위한 스토리지 캐패시터가 더 구성될 수 있다.
박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(342)을 노출하는 드레인 콘택홀(352)을 갖는 평탄화층(350)이 박막트랜지스터(Tr)를 덮으며 형성된다.
평탄화층(350) 상에는 드레인 콘택홀(352)을 통해 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(342)에 연결되는 제 1 전극(360)이 각 화소 영역 별로 분리되어 형성된다. 제 1 전극(360)은 양극(anode)일 수 있으며, 일함수(work function) 값이 비교적 큰 도전성 물질, 예를 들어 투명 도전성 산화물(transparent conductive oxide; TCO)로 이루어질 수 있다. 제 1 전극(360)은 반사전극 또는 반사층을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 반사전극 또는 반사층은 은(Ag) 또는 알루미늄-팔라듐-구리(aluminum-palladium-copper: APC) 합금으로 이루어질 수 있다. 상부 발광 방식 유기발광표시장치(300)에서, 제 1 전극(360)은 ITO/Ag/ITO 또는 ITO/APC/ITO의 삼중층 구조를 가질 수 있다.
평탄화층(350) 상에는 제 1 전극(360)의 가장자리를 덮는 뱅크층(366)이 형성된다. 뱅크층(366)은 적색, 녹색 및 청색 화소(Rp, GP, BP)에 대응하여 제 1 전극(360)의 중앙을 노출한다. 유기발광다이오드(D)는 적색, 녹색 및 청색 화소(Rp, GP, BP)에서 백색 광을 발광하므로, 발광층(362)은 적색, 녹색 및 청색 화소(Rp, GP, BP)에서 분리될 필요 없이 공통층으로 형성될 수 있다. 뱅크층(366)은 제 1 전극(360) 가장자리에서의 전류 누설을 막기 위해 형성되며, 뱅크층(366)은 생략될 수 있다.
제 1 전극(360) 상에는 유기 발광층(362)이 형성된다.
도 5를 참조하면, 유기 발광층(362)은 정공주입층(420), 제 1 정공수송층(424), 제 1 발광물질층(416)을 포함하는 제 1 발광부(410)와, 제 2 정공수송층(440)과 제 2 발광물질층(432)을 포함하는 제 2 발광부(430)와, 제 1 발광부(410)와 제 2 발광부(430) 사이에 위치하는 전하 생성층(450)을 포함한다.
전하 생성층(450)은 제 1 및 제 2 발광부(410, 430) 사이에 위치하며, 제 1 발광부(410), 전하 생성층(450), 제 2 발광부(430)가 제 1 전극(360) 상에 순차 적층된다. 즉, 제 1 발광부(410)는 제 1 전극(360)과 전하 생성층(450) 사이에 위치하며, 제 2 발광부(430)는 제 2 전극(364)과 전하 생성층(450) 사이에 위치한다.
제 1 발광부(410)에서, 정공주입층(420)은 제 1 발광물질층(416) 하부에 위치하고, 제 1 정공수송층(424)은 정공주입층(420)과 제 1 발광물질층(416) 사이에 위치한다. 즉, 정공주입층(420)은 제 1 전극(360)과 제 1 발광물질층(416) 사이에 위치한다.
제 1 발광부(410)는 제 1 발광물질층(416) 상부에 위치하는 제 1 전자수송층(418)을 더 포함할 수 있다.
도시하지 않았으나, 제 1 발광부(410)는 제 1 정공수송층(424)과 제 1 발광물질층(416) 사이에 위치하는 전자차단층과 제 1 발광물질층(416)과 제 1 전자수송층(418) 사이에 위치하는 정공차단층 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자차단층은 TCTA를 포함할 수 있다.
제 2 발광부(430)에서, 제 2 정공수송층(440)은 제 2 발광물질층(432) 하부에 위치한다.
제 2 발광부(430)는 제 2 발광물질층(432) 상부에 위치하는 전자주입층(436)과, 제 2 발광물질층(432)과 전자주입층(436) 사이에 위치하는 제 2 전자수송층(434) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
도시하지 않았으나, 제 2 발광부(430)는 제 2 정공수송층(440)과 제 2 발광물질층(432) 사이에 위치하는 전자차단층과 제 2 발광물질층(432)과 제 2 전자수송층(434) 사이에 위치하는 정공차단층 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자차단층은 TCTA를 포함할 수 있다.
제 1 발광물질층(416)과 제 2 발광물질층(432) 중 하나는 440nm 내지 480nm의 발광파장 범위를 갖고, 제 1 발광물질층(416)과 제 2 발광물질층(432) 중 다른 하나는 500nm 내지 550nm의 발광파장 범위를 갖는다. 예를 들어, 제 1 발광물질층(416)이 440nm 내지 480nm의 발광파장 범위를 갖고, 제 2 발광물질층(432)이 500nm 내지 550nm의 발광파장 범위를 가질 수 있다. 이와 달리, 제 2 발광물질층(432)은 적색을 발광하는 제 1 층과 녹색을 발광하는 제 2 층의 이중층 구조를 가질 수 있다. 이때, 적색을 발광하는 제 1 층은 호스트와 적색 도펀트를 포함하고, 녹색을 발광하는 제 2 층은 호스트와 녹색 도펀트를 포함할 수 있다.
440nm 내지 480nm의 발광파장 범위를 갖는 발광하는 제 1 발광물질층(416)에서, 호스트는 안트라센 유도체이고 도펀트는 파이렌 유도체일 수 있다. 예를 들어, 제 1 발광물질층(416)에서, 호스트는 9,10-di(naphtha-2-yl)anthracene일 수 있고, 도펀트는 1,6-bis(diphenylamine)pyrene일 수 있다. 또한, 500nm 내지 550nm의 발광파장 범위를 갖는 제 2 발광물질층(432)에서, 호스트는 카바졸 유도체이고, 도펀트는 이리듐 유도체일 수 있다. 예를 들어, 제 2 발광물질층(432)에서, 호스트는 4,4'-bis(N-Carbazolyl)-1,1’-biphenyl(CBP)이고 도펀트는 tris(2-phenylpyridine) Iridium(Ⅲ) (Ir(ppy)3)일 수 있다.
전하 생성층(450)은 N형 전하 생성층(452)과 P형 전하 생성층(454)를 포함한다. N형 전하 생성층(452)은 제 1 전자수송층(418)과 제 2 정공 수송층(440) 사이에 위치하고, P형 전하 생성층(454)은 N형 전하 생성층(452)과 제 2 정공 수송층(440) 사이에 위치한다.
N형 전하 생성층(452)은 제 1 전자수송층(418)으로 전자를 공급하고, 전자는 제 1 전자수송층(418)을 통해 제 1 발광물질층(416)으로 전달된다. P형 전하 생성층(454)은 정공을 제 2 정공수송층(440)으로 공급하고, 정공은 제 2 정공수송층(440)을 통해 제 2 발광물질층(432)으로 전달된다. 이에 따라 이중 스택 구조(tandem 구조) 유기발광다이오드(D)의 구동 전압이 감소하고 발광효율이 향상된다.
N형 전하생성층(454)은 N형 전하생성물질을 포함하고 100 내지 200Å의 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, N형 전하생성물질은 tris-(8-hydroxyquinoline aluminum(Alq3), 2-biphenyl-4-yl-5-(4-t-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole(PBD), spiro-PBD, lithium quinolate(Liq), 1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazol-2-yl)benzene(TPBi), bis(2-methyl-8-quinolinolato-N1,O8)-(1,1'-biphenyl-4-olato)aluminum(BAlq), 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline(Bphen), 2,9-bis(naphthalene-2-yl)4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline(NBphen), 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenathroline(BCP), 3-(4-biphenyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole(TAZ), 4-(naphthalen-1-yl)-3,5-diphenyl-4H-1,2,4-triazole(NTAZ), 1,3,5-tri(p-pyrid-3-yl-phenyl)benzene(TpPyPB), 2,4,6-tris(3'-(pyridin-3-yl)biphenyl-3-yl)1,3,5-triazine(TmPPPyTz), Poly[9,9-bis(3'-((N,N-dimethyl)-N-ethylammonium)-propyl)-2,7-fluorene]-alt-2,7-(9,9-dioctylfluorene)](PFNBr), tris(phenylquinoxaline(TPQ), diphenyl-4-triphenylsilyl-phenylphosphine oxide(TSPO1) 중 하나일 수 있다. 예를 들어, N형 전하생성물질은 페난스롤린 유도체, 예를 들어 bathophenanthroline (Bphene)일 수 있다.
또한, N형 전하생성층(452)은 보조 N형 전하생성물질을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 보조 N형 전하생성물질은 Li, Cs, K, Rb, Na, Fr과 같은 알칼리 금속 또는 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra와 같은 알칼리 토금속일 수 있다. N형 전하생성층(452)에서, 보조 N형 전하생성물질은 약 0.1 내지 20 중량비, 바람직하게는 약 1 내지 10 중량비를 가질 수 있다.
정공주입층(420)과 P형 전하생성층(454) 중 적어도 하나는 화학식1-1에 표시된 유기 화합물을 포함한다. 예를 들어, 정공주입층(420)이 화학식1-1의 유기 화합물을 정공주입물질(422)로 포함할 수 있고, P형 전하생성층(454)이 화학식1-1의 유기 화합물을 P형 전하생성물질(456)으로 포함할 수 있다.
정공주입층(420)의 정공주입물질(422)과 P형 전하생성층(454)의 P형 전하생성물질(456)은 서로 같거나 다를 수 있다.
전자주입층(420)은 약 50 내지 200Å의 두께를 가질 수 있다. 정공주입층(420)이 화학식1-1의 유기 화합물을 전자주입물질(422)로 포함하는 경우, 정공주입층(420)은 정공주입 호스트 물질을 더 포함할 수 있다. 즉, 정공주입층(420)은 화학식1-1의 유기 화합물인 정공주입물질(422)만으로 이루어지거나, 정공주입물질(422)과 정공주입 호스트 물질이 혼합되어 이루어질 수 있다.
예를 들어, 정공주입 호스트 물질은 NPD일 수 있다. 이때, 정공주입층(420)에서, 정공주입물질(422)은 약 1 내지 40의 중량비(wt%), 바람직하게는 약 5 내지 20 중량비를 가질 수 있다.
P형 전하생성층(454)은 약 100 내지 200Å의 두께를 가질 수 있다. P형 전하생성층(454)이 화학식1-1의 유기 화합물을 P형 전하생성물질(456)로 포함하는 경우, P형 전하생성층(454)은 P형 전하생성 호스트 물질(미도시)을 더 포함할 수 있다. 즉, P형 전하생성층(454)은 화학식1-1의 유기 화합물인 P형 전하생성물질(456)만으로 이루어지거나, P형 전하생성물질(456)과 정공주입 호스트 물질이 혼합되어 이루어질 수 있다.
예를 들어, P형 전하생성 호스트 물질 4,4',4"-tris(3-methylphenylamino)triphenylamine (MTDATA), 4,4',4"-tris(N,N-diphenyl-amino)triphenylamine(NATA), 4,4',4"-tris(N-(naphthalene-1-yl)-N-phenyl-amino)triphenylamine(1T-NATA), 4,4',4"-tris(N-(naphthalene-2-yl)-N-phenyl-amino)triphenylamine(2T-NATA), copper phthalocyanine(CuPc), tris(4-carbazoyl-9-yl-phenyl)amine(TCTA), N,N'-diphenyl-N,N'-bis(1-naphthyl)-1,1'-biphenyl-4,4"-diamine(NPD), 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-tris[4-(diphenylamino)phenyl]benzene(TDAPB), poly(3,4-ethylenedioxythiphene)polystyrene sulfonate(PEDOT/PSS), N-(biphenyl-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine 중 적어도 하나일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, P형 전하생성 호스트 물질은 NPD일 수 있다. 이때, P형 전하생성층(454)에서, P형 전하생성물질(456)은 약 1 내지 40의 중량비(wt%), 바람직하게는 약 10 내지 30 중량비를 가질 수 있다.
예를 들어, 전자주입층(420)이 전자주입 호스트 물질과 화학식1-1의 전자주입물질(422)을 포함하고 P형 전하생성층(454)이 P형 전하생성 호스트 물질과 화학식1-1의 유기 화합물인 P형 전하생성물질(456)을 포함하는 경우, P형 전하생성층(454)에서 P형 전하생성물질(456)의 중량비는 전자주입층(420)에서 전자주입물질(422)의 중량비와 같거나 이보다 클 수 있다.
제 1 정공수송층(424)과 제 2 정공수송층(440) 중 적어도 하나는 화학식2의 유기 화합물인 제 1 정공수송물질과 화학식3의 유기 화합물인 제 2 정공수송물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 정공수송층(424)은 화학식2의 유기 화합물인 제 1 정공수송물질(426)과 화학식3의 유기 화합물인 제 2 정공수송물질(428) 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 제 2 정공수송층(440)은 화학식2의 유기 화합물인 제 1 정공수송물질(442)과 화학식3의 유기 화합물인 제 2 정공수송물질(444) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
즉, 제 1 정공수송층(424)은 제 1 정공수송물질(426)만으로 이루어지거나, 제 2 정공수송물질(428)만으로 이루어지거나, 제 1 및 제 2 정공수송물질(426, 428)이 혼합되어 이루어질 수 있다. 또한, 제 2 정공수송층(440)은 제 1 정공수송물질(442)만으로 이루어지거나, 제 2 정공수송물질(444)만으로 이루어지거나, 제 1 및 제 2 정공수송물질(442, 444)이 혼합되어 이루어질 수 있다.
제 1 정공수송물질(426)과 제 2 정공수송물질(428)이 제 1 정공수송층(424)에 포함되고 제 1 정공수송물질(442)과 제 2 정공수송물질(444)이 제 2 정공수송층(440)에 포함되는 경우, 제 1 정공수송층(424)에서 제 1 정공수송물질(426)은 제 1 중량비를 갖고, 제 2 정공수송층(440)에서 제 1 정공수송물질(442)은 제 1 중량비보다 작은 제 2 중량비를 가질 수 있다. 다시 말해, 제 2 정공수송층(440)에서 제 2 정공수송물질(444)의 중량비는 제 1 정공수송층(424)에서 제 2 정공수송물질(428)의 중량비보다 클 수 있다. 제 2 정공수송층(440)이 제 1 정공수송층(424)보다 음극인 제 2 전극(364)에 가깝기 때문에, 제 2 정공수송층(440)에서 제 2 정공수송물질(444)의 함량을 증가시켜 제 2 발광물질층(432)에서 발광영역이 제 2 정공수송층(440) 측으로 쉬프트되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 제 2 발광물질층(432)의 중앙에 발광영역이 존재하고, 유기발광다이오드(D)의 발광효율과 수명이 향상될 수 있다.
제 1 정공수송층(424)의 두께는 제 2 정공수송층(440)의 두께보다 클 수 있다. 예를 들어, 제 1 정공수송층(424)은 약 500 내지 1500Å의 두께, 바람직하게는 700 내지 1200Å의 두께를 가질 수 있고, 제 2 정공수송층(440)은 약 200 내지 400Å의 두께, 바람직하게는 700 내지 1200Å의 두께를 가질 수 있다.
440nm 내지 480nm의 발광파장 범위를 갖는 제 1 발광부(410)와 500nm 내지 550nm의 발광파장 범위를 갖는 제 2 발광부(430)가 구비된 유기발광다이오드(D)는 백색 빛을 발광하고, 화학식1-1의 유기 화합물을 포함하는 전하생성층(450)이 제 1 발광부(410)와 제 2 발광부(430) 사이에 구비됨으로써 유기발광다이오드(D)는 구동전압, 발광효율 및 수명에서 장점을 갖는다.
또한, 정공주입층(420)과 P형 전하생성층(454) 중 적어도 하나가 화학식1-1의 유기 화합물을 포함하고, 제 1 및 제 2 정공수송층(424, 440) 중 적어도 하나가 화학식2의 유기 화합물과 화학식3의 유기 화합물 중 적어도 하나를 포함함으로써, 유기발광다이오드(D)의 구동 전압이 더욱 감소되고 발광효율과 수명이 더욱 향상된다.
도 6을 참조하면, 유기 발광층(362)은 정공주입층(520), 제 1 정공수송층(524), 제 1 발광물질층(516)을 포함하는 제 1 발광부(510)와, 제 2 정공수송층(540)과 제 2 발광물질층(534)을 포함하는 제 2 발광부(530)와, 제 3 정공수송층(560)과 제 3 발광물질층(552)을 포함하는 제 3 발광부(550)와, 제 1 발광부(510)와 제 2 발광부(530) 사이에 위치하는 제 1 전하생성층(570)과, 제 2 발광부(530)와 제 3 발광부(550) 사이에 위치하는 제 2 전하생성층(580)을 포함한다.
제 1 전하 생성층(570)은 제 1 및 제 2 발광부(510, 530) 사이에 위치하며, 제 2 전하 생성층(580)은 제 2 및 제 3 발광부(530, 550) 사이에 위치한다. 즉, 제 1 발광부(510), 제 1 전하 생성층(570), 제 2 발광부(530), 제 2 전하 생성층(580), 제 3 발광부(550)가 제 1 전극(360) 상에 순차 적층된다. 다시 말해, 제 1 발광부(510)는 제 1 전극(360)과 제 1 전하 생성층(570) 사이에 위치하며, 제 2 발광부(530)는 제 1 및 제 2 전하 생성층(570, 580) 사이에 위치하고, 제 3 발광부(550)는 제 2 전하 생성층(580)과 제 2 전극(364) 사이에 위치한다.
제 1 발광부(510)에서, 정공주입층(520)은 제 1 발광물질층(516) 하부에 위치하고, 제 1 정공수송층(524)은 정공주입층(520)과 제 1 발광물질층(516) 사이에 위치한다. 즉, 정공주입층(520)은 제 1 전극(360)과 제 1 발광물질층(516) 사이에 위치한다.
제 1 발광부(510)는 제 1 발광물질층(516) 상부에 위치하는 제 1 전자수송층(518)을 더 포함할 수 있다.
도시하지 않았으나, 제 1 발광부(510)는 제 1 정공수송층(524)과 제 1 발광물질층(516) 사이에 위치하는 전자차단층과 제 1 발광물질층(516)과 제 1 전자수송층(518) 사이에 위치하는 정공차단층 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자차단층은 TCTA를 포함할 수 있다.
제 2 발광부(530)에서, 제 2 정공수송층(540)은 제 2 발광물질층(534) 하부에 위치한다.
제 2 발광부(530)은 제 2 발광물질층(534) 상부에 위치하는 제 2 전자수송층(536)을 더 포함할 수 있다.
도시하지 않았으나, 제 2 발광부(530)는 제 2 정공수송층(540)과 제 2 발광물질층(534) 사이에 위치하는 전자차단층과 제 2 발광물질층(534)과 제 2 전자수송층(536) 사이에 위치하는 정공차단층 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자차단층은 TCTA를 포함할 수 있다.
제 3 발광부(550)에서, 제 3 정공수송층(560)은 제 3 발광물질층(552) 하부에 위치한다.
제 3 발광부(550)는 제 3 발광물질층(552) 상부에 위치하는 전자주입층(556)과 제 3 발광물질층(552)과 전자주입층(556) 사이에 위치하는 제 3 전자수송층(554)을 더 포함할 수 있다.
도시하지 않았으나, 제 3 발광부(550)는 제 3 정공수송층(560)과 제 3 발광물질층(552) 사이에 위치하는 전자차단층과 제 3 발광물질층(552)과 제 3 전자수송층(554) 사이에 위치하는 정공차단층 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자차단층은 TCTA를 포함할 수 있다.
제 1 발광물질층(516)과 제 3 발광물질층(552)은 440nm 내지 480nm의 발광파장 범위를 갖고, 제 2 발광물질층(534)은 500nm 내지 550nm의 발광파장 범위를 갖는다. 이와 달리, 제 2 발광물질층(534)은 적색을 발광하는 제 1 층과 녹색을 발광하는 제 2 층의 이중층 구조를 가질 수 있다. 또한, 제 2 발광물질층(534)은 호스트와 적색 도펀트를 포함하는 제 1 층, 호스트와 황록색 도펀트를 포함하는 제 2 층, 호스트와 녹색 도펀트를 포함하는 제 3 층의 삼중층 구조를 가질 수 있다.
440nm 내지 480nm의 발광파장 범위를 갖는 제 1 발광물질층(516)과 제 3 발광물질층(552)에서, 호스트는 안트라센 유도체이고 도펀트는 파이렌 유도체일 수 있다. 예를 들어, 제 1 발광물질층(516)과 제 3 발광물질층(552)에서, 호스트는 9,10-di(naphtha-2-yl)anthracene일 수 있고, 도펀트는 1,6-bis(diphenylamine)pyrene일 수 있다.
또한, 500nm 내지 550nm의 발광파장 범위를 갖는 제 2 발광물질층(534)에서, 호스트는 카바졸 유도체이고, 도펀트는 이리듐 유도체일 수 있다. 예를 들어, 제 2 발광물질층(534)에서, 호스트는 CBP이고 도펀트는 Ir(ppy)3일 수 있다.
제 1 전하 생성층(570)은 제 1 N형 전하 생성층(572)과 제 1 P형 전하 생성층(574)를 포함한다. 제 1 N형 전하 생성층(572)은 제 1 전자수송층(518)과 제 2 정공 수송층(540) 사이에 위치하고, 제 1 P형 전하 생성층(574)은 제 1 N형 전하 생성층(572)과 제 2 정공 수송층(540) 사이에 위치한다.
제 2 전하 생성층(580)은 제 2 N형 전하 생성층(582)과 제 2 P형 전하 생성층(584)를 포함한다. 제 2 N형 전하 생성층(582)은 제 2 전자수송층(540)과 제 3 정공 수송층(560) 사이에 위치하고, 제 2 P형 전하 생성층(584)은 제 2 N형 전하 생성층(582)과 제 3 정공 수송층(560) 사이에 위치한다.
제 1 N형 전하 생성층(572)은 제 1 전자수송층(518)으로 전자를 공급하고, 전자는 제 1 전자수송층(518)을 통해 제 1 발광물질층(516)으로 전달된다. 제 1 P형 전하 생성층(574)은 정공을 제 2 정공수송층(540)으로 공급하고, 정공은 제 2 정공수송층(540)을 통해 제 2 발광물질층(534)으로 전달된다.
제 2 N형 전하 생성층(582)은 제 2 전자수송층(536)으로 전자를 공급하고, 전자는 제 2 전자수송층(536)을 통해 제 2 발광물질층(534)으로 전달된다. 제 2 P형 전하 생성층(584)은 정공을 제 3 정공수송층(560)으로 공급하고, 정공은 제 3 정공수송층(560)을 통해 제 3 발광물질층(552)으로 전달된다.
이에 따라 삼중 스택 구조(tandem 구조) 유기발광다이오드(D)의 구동 전압이 감소하고 발광효율이 향상된다.
제 1 및 제 2 N형 전하생성층(572, 582) 각각은 N형 전하생성물질을 포함하고 100 내지 200Å의 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, N형 전하생성물질은 페난스롤린 유도체, 예를 들어 Bphene일 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 N형 전하생성층(572, 582) 각각은 보조 N형 전하생성물질을 더 포함할 수 있다. 보조 N형 전하생성물질은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속일 수 있다.
정공주입층(520), 제 1 P형 전하생성층(574), 제 2 P형 전하생성층(584) 중 적어도 하나는 화학식1-1에 표시된 유기 화합물을 포함한다. 예를 들어, 정공주입층(520)이 화학식1-1의 유기 화합물을 정공주입물질(522)로 포함할 수 있다. 또한, 제 1 P형 전하생성층(574)이 화학식1-1의 유기 화합물을 제 1 P형 전하생성물질(576)으로 포함할 수 있고, 제 2 P형 전하생성층(584)이 화학식1-1의 유기 화합물을 제 2 P형 전하생성물질(586)으로 포함할 수 있다.
정공주입층(520)의 정공주입물질(522), 제 1 P형 전하생성층(574)의 제 1 P형 전하생성물질(576), 제 2 P형 전하생성층(584)의 제 2 P형 전하생성물질(586)은 서로 같거나 다를 수 있다.
전자주입층(520)은 약 50 내지 200Å의 두께를 가질 수 있다. 정공주입층(520)이 화학식1-1의 유기 화합물을 전자주입물질(522)로 포함하는 경우, 정공주입층(520)은 정공주입 호스트 물질을 더 포함할 수 있다. 즉, 정공주입층(520)은 화학식1-1의 유기 화합물인 정공주입물질(522)만으로 이루어지거나, 정공주입물질(522)과 정공주입 호스트 물질이 혼합되어 이루어질 수 있다.
예를 들어, 정공주입 호스트 물질은 NPD일 수 있다. 이때, 정공주입층(520)에서, 정공주입물질(522)은 약 1 내지 40의 중량비(wt%), 바람직하게는 약 5 내지 20 중량비를 가질 수 있다.
제 1 및 제 2 P형 전하생성층(574, 584) 각각은 약 100 내지 200Å의 두께를 가질 수 있다. 제 1 및 제 2 P형 전하생성층(574, 584) 각각이 화학식1-1의 유기 화합물을 제 1 및 제 2 P형 전하생성물질(576, 586)로 포함하는 경우, 제 1 및 제 2 P형 전하생성층(574, 584) 각각은 P형 전하생성 호스트 물질(미도시)을 더 포함할 수 있다. 즉, 제 1 및 제 2 P형 전하생성층(574, 584) 각각은 화학식1-1의 유기 화합물인 제 1 및 제 2 P형 전하생성물질(576, 586)만으로 이루어지거나, 제 1 및 제 2 P형 전하생성물질(576, 586)과 정공주입 호스트 물질이 혼합되어 이루어질 수 있다.
예를 들어, P형 전하생성 호스트 물질은 NPD일 수 있다. 이때, 제 1 및 제 2 P형 전하생성층(574, 584) 각각에서, 제 1 및 제 2 P형 전하생성물질(576, 586)은 약 1 내지 40의 중량비(wt%), 바람직하게는 약 10 내지 30 중량비를 가질 수 있다.
예를 들어, 전자주입층(520)이 전자주입 호스트 물질과 화학식1-1의 유기 화합물인 전자주입물질(522)을 포함하고 제 1 및 제 2 P형 전하생성층(574, 584) 각각이 P형 전하생성 호스트 물질과 화학식1-1의 유기 화합물인 제 1 및 제 2 P형 전하생성물질(576, 586)을 포함하는 경우, 제 1 및 제 2 P형 전하생성층(574, 584)에서 제 1 및 제 2 P형 전하생성물질(576, 586)의 중량비는 전자주입층(520)에서 전자주입물질(522)의 중량비와 같거나 이보다 클 수 있다.
제 1 정공수송층(524), 제 2 정공수송층(540), 제 3 정공수송층(560) 중 적어도 하나는 화학식2의 유기 화합물인 제 1 정공수송물질과 화학식3의 유기 화합물인 제 2 정공수송물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제 1 정공수송층(524)은 화학식2의 유기 화합물인 제 1 정공수송물질(426)과 화학식3의 유기 화합물인 제 2 정공수송물질(428) 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 제 2 정공수송층(540)은 화학식2의 유기 화합물인 제 1 정공수송물질(542)과 화학식3의 유기 화합물인 제 2 정공수송물질(544) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 제 3 정공수송층(560)은 화학식2의 유기 화합물인 제 1 정공수송물질(562)과 화학식3의 유기 화합물인 제 2 정공수송물질(564) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
즉, 제 1 정공수송층(524)은 제 1 정공수송물질(526)만으로 이루어지거나, 제 2 정공수송물질(528)만으로 이루어지거나, 제 1 및 제 2 정공수송물질(526, 528)이 혼합되어 이루어질 수 있다. 또한, 제 2 정공수송층(540)은 제 1 정공수송물질(542)만으로 이루어지거나, 제 2 정공수송물질(544)만으로 이루어지거나, 제 1 및 제 2 정공수송물질(542, 544)이 혼합되어 이루어질 수 있다. 또한, 제 3 정공수송층(560)은 제 1 정공수송물질(562)만으로 이루어지거나, 제 2 정공수송물질(564)만으로 이루어지거나, 제 1 및 제 2 정공수송물질(562, 564)이 혼합되어 이루어질 수 있다.
제 1 내지 제 3 정공수송층(524, 540, 560) 각각이 제 1 정공수송물질(526, 542, 562)과 제 2 정공수송물질(528, 544, 564)을 포함하는 경우, 제 1 정공수송층(524)에서 제 1 정공수송물질(526)은 제 1 중량비를 갖고, 제 2 정공수송층(540)에서 제 1 정공수송물질(542)은 제 1 중량비보다 작은 제 2 중량비를 가질 수 있다. 또한, 제 3 정공수송층(560)에서 제 1 정공수송물질(562)은 제 1 중량비보다 작은 제 3 중량비를 가질 수 있다. 다시 말해, 제 2 정공수송층(540)에서 제 2 정공수송물질(544)의 중량비와 제 3 정공수송층(560)에서 제 2 정공수송물질(564)의 중량비 각각은 제 1 정공수송층(524)에서 제 2 정공수송물질(528)의 중량비보다 클 수 있다. 이에 따라, 제 2 및 제 3 발광물질층(534, 552) 각각의 중앙에 발광영역이 존재하고, 유기발광다이오드(D)의 발광효율과 수명이 향상될 수 있다.
제 1 정공수송층(524)의 두께는 제 2 정공수송층(540)과 제 3 정공수송층(560) 각각의 두께보다 클 수 있다. 예를 들어, 제 1 정공수송층(524)은 약 500 내지 1500Å의 두께, 바람직하게는 700 내지 1200Å의 두께를 가질 수 있고, 제 2 정공수송층(540)과 제 3 정공수송층(560) 각각은 약 200 내지 400Å의 두께, 바람직하게는 700 내지 1200Å의 두께를 가질 수 있다.
제 1 및 제 3 발광부(510, 550)와 제 2 발광부(530)가 구비된 유기발광다이오드(D)는 백색 빛을 발광하고, 본 발명의 유기 화합물을 포함하는 제 1 및 제 2 전하생성층(570, 580)이 제 1 발광부(510)와 제 2 발광부(530) 사이 및 제 2 발광부(530)와 제 3 발광부(550) 사이에 구비됨으로써 유기발광다이오드(D)는 구동전압, 발광효율 및 수명에서 장점을 갖는다.
또한, 정공주입층(520), 제 1 P형 전하생성층(574), 제 2 P형 전하생성층(584) 중 적어도 하나가 화학식1-1의 유기 화합물을 포함하고, 제 1 내지 제 3 정공수송층(524, 540, 560) 중 적어도 하나가 화학식2의 유기 화합물과 화학식3의 유기 화합물을 포함함으로써, 유기발광다이오드(D)의 구동 전압이 더욱 감소되고 발광효율과 수명이 더욱 향상된다.
유기 발광층(362)이 형성된 제 1 기판(310) 상부로 제 2 전극(364)이 형성된다.
본 발명의 유기발광표시장치(300)에서는 유기 발광층(362)에서 발광된 빛이 제 2 전극(364)을 통해 컬러필터층(380)으로 입사되므로, 제 2 전극(364)은 빛이 투과될 수 있도록 얇은 두께를 갖는다.
제 1 전극(360), 유기 발광층(362) 및 제 2 전극(364)는 유기발광다이오드(D)를 이룬다.
컬러필터층(380)은 유기발광다이오드(D)의 상부에 위치하며 적색 화소(RP), 녹색 화소(GP) 및 청색 화소(BP) 각각에 대응되는 적색 컬러필터(382), 녹색 컬러필터(384), 청색 컬러필터(386)를 포함한다. 적색 컬러필터(382)는 적색 염료(dye)와 적색 안료(pigment) 중 적어도 하나를 포함하고, 녹색 컬러필터(384)는 녹색 염료와 녹색 안료 중 적어도 하나를 포함하며, 청색 컬러필터(385)는 청색 염료와 청색 안료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도시하지 않았으나, 컬러필터층(380)은 접착층에 의해 유기발광다이오드(D)에 부착될 수 있다. 이와 달리, 컬러필터층(380)은 유기발광다이오드(D) 바로 위에 형성될 수도 있다.
도시하지 않았으나, 외부 수분이 유기발광다이오드(D)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.
또한, 제 2 기판(370)의 외측면에는 외부광 반사를 줄이기 위한 편광판이 부착될 수 있다. 예를 들어, 상기 편광판은 원형 편광판일 수 있다.
도 4의 유기발광표시장치(300)에서, 제 1 전극(360)은 반사전극이고 제 2 전극(364)는 투과(반투과) 전극이며, 컬러필터층(380)은 유기발광다이오드(D)의 상부에 배치되고 있다. 이와 달리, 제 1 전극(360)은 투과(반투과) 전극이고 제 2 전극(364)는 반사전극일 수 있으며, 이 경우 컬러필터층(380)은 유기발광다이오드(D)와 제 1 기판(310) 사이에 배치될 수 있다.
또한, 유기발광다이오드(D)와 컬러필터층(380) 사이에는 색변환층(미도시)이 구비될 수도 있다. 색변환층은 각 화소에 대응하여 적색 색변환층, 녹색 색변환층 및 청색 색변환층을 포함하며, 유기발광다이오드(D)로부터의 백색 광을 적색, 녹색 및 청색으로 각각 변환할 수 있다. 예를 들어, 색변환층은 양자점을 포함할 수 있다. 따라서, 유기발광표시장치(300)의 색순도가 더욱 향상될 수 있다.
또한, 컬러필터층(380) 대신에 색변환층이 포함될 수도 있다.
전술한 바와 같이, 유기발광표시장치(300)에서, 적색 화소(RP), 녹색 화소(GP), 청색 화소(BP)의 유기발광다이오드(D)는 백색 광을 발광하고, 유기발광다이오드(D)로부터의 빛은 적색 컬러필터(382), 녹색 컬러필터(384), 청색 컬러필터(386)를 통과함으로써, 적색 화소(RP), 녹색 화소(GP), 청색 화소(BP)에서 녹색, 적색 및 청색이 각각 표시된다.
한편, 도 4에서, 백색을 발광하는 유기발광다이오드(D)가 표시장치에 이용되고 있다. 이와 달리, 유기발광다이오드(D)는 박막트랜지스터(Tr)와 같은 구동 소자 및 컬러필터층(380) 없이 기판 전면에 형성되어 조명장치에 이용될 수도 있다. 본 발명에서 유기발광장치는 표시장치와 조명장치를 포함한다.
유기발광다이오드(D) 및 유기발광표시장치(300)에서, 정공주입층과 P형 전하생성층 중 적어도 하나는 화학식1-1의 유기 화합물을 포함하며 정공수송층 중 적어도 하나는 화학식2의 유기 화합물과 화학식3의 유기 화합물을 포함하고, 이에 따라 발광물질층으로의 정공주입, 정공수송 및/또는 정공생성 특성이 향상된다. 따라서, 유기발광다이오드(D) 및 유기발광표시장치(300)의 구동전압이 감소하고, 발광효율과 수명이 증가한다.
[유기발광다이오드]
ITO(양극) 위에, 정공 주입층(HIL, 100Å), 정공 수송층(HTL, 900Å), 전자차단층(EBL, 150Å, TCTA), 발광물질층(EML, 200Å, 호스트(9,10-di(naphtha-2-yl)anthracene)+도펀트(1,6-bis(diphenylamine)pyrene, 3wt%)), 전자 수송층(ETL, 200Å, 1,3,5-tri(m-pyridin-3-ylphenyl)benzene(TmPyPB)), 전자주입층(EIL, LiF, 10Å), 음극(Al, 1500Å)을 순차 적층하여 유기발광다이오드를 형성하였다.
1. 비교예
(1) 비교예1 (Ref1)
NPD와 HATCN (10wt%)을 이용하여 정공주입층을 형성하고, NPD를 이용하여 정공수송층을 형성하였다.
(2) 비교예2 (Ref2)
NPD와 HATCN (10wt%)을 이용하여 정공주입층을 형성하고, 화학식5의 화합물H01을 이용하여 정공수송층을 형성하였다.
(3) 비교예3 (Ref3)
NPD와 HATCN (10wt%)을 이용하여 정공주입층을 형성하고, 화학식6의 화합물H33을 이용하여 정공수송층을 형성하였다.
(4) 비교예4 (Ref4)
NPD와 HATCN (10wt%)을 이용하여 정공주입층을 형성하고, 화학식5의 화합물H01(50wt%)과 화학식6의 화합물H33(50wt%)을 이용하여 정공수송층을 형성하였다.
2. 실험예
(1) 실험예1 (Ex1)
NPD와 화학식4의 화합물S07(10wt%)을 이용하여 정공주입층을 형성하고, 화학식5의 화합물H01을 이용하여 정공수송층을 형성하였다.
(2) 실험예2 (Ex2)
NPD와 화학식4의 화합물S07(10wt%)을 이용하여 정공주입층을 형성하고, 화학식6의 화합물H33(50wt%)을 이용하여 정공수송층을 형성하였다.
(3) 실험예3 (Ex3)
NPD와 화학식4의 화합물S07(10wt%)을 이용하여 정공주입층을 형성하고, 화학식5의 화합물H01(50wt%)과 화학식6의 화합물H33(50wt%)을 이용하여 정공수송층을 형성하였다.
(4) 실험예4 (Ex4)
NPD와 화학식4의 화합물S20(10wt%)을 이용하여 정공주입층을 형성하고, 화학식5의 화합물H01을 이용하여 정공수송층을 형성하였다.
(5) 실험예5 (Ex5)
NPD와 화학식4의 화합물S20(10wt%)을 이용하여 정공주입층을 형성하고, 화학식6의 화합물H33(50wt%)을 이용하여 정공수송층을 형성하였다.
(6) 실험예6 (Ex6)
NPD와 화학식4의 화합물S20(10wt%)을 이용하여 정공주입층을 형성하고, 화학식5의 화합물H01(50wt%)과 화학식6의 화합물H33(50wt%)을 이용하여 정공수송층을 형성하였다.
(7) 실험예7 (Ex7)
NPD와 화학식4의 화합물A13(10wt%)을 이용하여 정공주입층을 형성하고, 화학식5의 화합물H01을 이용하여 정공수송층을 형성하였다.
(8) 실험예8 (Ex8)
NPD와 화학식4의 화합물A13(10wt%)을 이용하여 정공주입층을 형성하고, 화학식6의 화합물H33(50wt%)을 이용하여 정공수송층을 형성하였다.
(9) 실험예9 (Ex9)
NPD와 화학식4의 화합물A13(10wt%)을 이용하여 정공주입층을 형성하고, 화학식5의 화합물H01(50wt%)과 화학식6의 화합물H33(50wt%)을 이용하여 정공수송층을 형성하였다.
(10) 실험예10 (Ex10)
NPD와 화학식4의 화합물A13(10wt%)을 이용하여 정공주입층을 형성하고, 화학식5의 화합물H15(50wt%)와 화학식6의 화합물H26(50wt%)을 이용하여 정공수송층을 형성하였다.
비교예1 내지 비교예4과, 실험예1 내지 실험예10에서 제작된 유기발광다이오드의 특성(구동전압(V), 효율(Cd/A), 수명)을 측정하여 아래 표1에 기재하였고, 정공주입층과 정공수송층에 이용된 화합물들의 HOMO 에너지 준위와 LUMO 에너지 준위를 측정하여 아래 표2에 기재하였다.
[표1]
Figure pat00101
[표2]
Figure pat00102
표1에서 보여지는 바와 같이, NPD를 정공수송층에 이용하는 비교예1에 비해, 화학식2 또는 화학식3의 화합물을 정공수송층에 이용하는 비교예2 내지 비교예4의 유기발광다이오드의 구동전압이 감소하고 발광효율과 수명이 증가한다. 그러나, 화학식2 또는 화학식3의 화합물을 정공수송층에 이용하더라도 정공주입층과의 에너지 준위가 매칭되지 않아, 비교예2 내지 비교예4의 유기발광다이오드는 구동전압, 발광효율 및 수명에서 한계를 갖는다.
한편, 화학식1-1의 화합물을 정공주입층에 이용하고 화학식2 또는 화학식3의 화합물 중 적어도 하나를 정공수송층에 이용하는 실험예1 내지 실험예10의 유기발광다이오드의 구동전압이 크게 감소하고 발광효율과 수명이 크게 증가한다.
또한, 정공수송층이 화학식2의 화합물과 화학식3의 화합물 모두를 포함하는 실험예3, 실험예6, 실험예9 및 실험예10의 유기발광다이오드의 구동전압이 더욱 감소하고 발광효율과 수명이 더욱 증가한다. 더욱이, 비대칭 구조의 인다센 화합물을 이용하는 실험예8 내지 실험예10의 유기발광다이오드에서, 구동전압이 크게 감소하고 발광효율과 수명이 크게 증가한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 통상의 기술자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100, 300: 유기발광표시장치 160, 360: 제 1 전극
210, 420, 520: 정공주입층 212, 422, 522: 전자주입물질
220, 424, 440, 524, 540, 560: 정공수송층
222, 224, 426, 428, 442, 444, 526, 528, 542, 544, 562, 564: 정공수송물질
240, 416, 432, 516, 534, 552: 발광물질층
454, 574, 584: P형 전하생성층 456,576, 586: P형 전하생성물질
162, 362: 유기 발광층 164, 364: 제 2 전극
D: 유기발광다이오드

Claims (30)

  1. 제 1 전극과;
    상기 제 1 전극과 마주보는 제 2 전극과;
    제 1 발광물질층과, 정공주입물질을 포함하고 상기 제 1 전극과 상기 제 1 발광물질층 사이에 위치하는 정공주입층과, 상기 정공주입층과 상기 제 1 발광물질층 사이에 위치하는 제 1 정공수송층을 포함하며 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하는 제 1 발광부를 포함하고,
    상기 정공주입물질은 하기 화학식1-1로 표시되는 유기 화합물이며,
    R1, R2 각각은 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기에서 선택되고, R3 내지 R6 각각은 독립적으로 할로겐, 시아노기, 말로노니트릴기, C1 내지 C10의 할로겐화 알킬기, C1 내지 C10의 할로겐화 알콕시기에서 선택되며, R3 및 R4 중 적어도 하나와 R5 및 R6 중 적어도 하나는 말로노니트릴이고, X, Y 각각은 C1 내지 C10의 알킬기, 할로겐, 시아노기, 말로노니트릴기, C1 내지 C10의 할로겐화 알킬기, C1 내지 C10의 할로겐화 알콕시기 중 적어도 하나로 치환된 페닐기이며,
    [화학식1-1]
    Figure pat00103

    상기 제 1 정공수송층은 하기 화학식2로 표시되는 제 1 정공수송물질과 하기 화학식3으로 표시되는 제 2 정공수송물질 중 적어도 하나를 포함하고,
    화학식2에서, X1과 X2 각각은 독립적으로 C6 내지 C30의 아릴기, C5 내지 C30의 헤테로아릴기로부터 선택되고, L1은 C6 내지 C30의 아릴렌기, C5 내지 C30의 헤테로아릴렌기로부터 선택되며, a는 0 또는 1이고, R1 내지 R14 각각은 독립적으로 수소, 중수소, C1 내지 C10의 알킬기, C6 내지 C30의 아릴기, C5 내지 C30의 헤테로아릴기로부터 선택되거나 인접한 둘이 서로 연결되어 축합환을 이루며,
    화학식3에서, Y1과 Y2 각각은 독립적으로 C6 내지 C30의 아릴기, C5 내지 C30의 헤테로아릴기로부터 선택되고, L2은 C6 내지 C30의 아릴렌기, C5 내지 C30의 헤테로아릴렌기로부터 선택되며, b는 0 또는 1이고, R21 내지 R34 각각은 독립적으로 수소, 중수소, C1 내지 C10의 알킬기, C6 내지 C30의 아릴기, C5 내지 C30의 헤테로아릴기로부터 선택되거나 인접한 둘이 서로 연결되어 축합환을 이루는 유기발광다이오드.
    [화학식2]
    Figure pat00104

    [화학식3]
    Figure pat00105

  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 정공주입물질은 하기 화학식1-2 내지 하기 화학식1-4 중 하나로 표시되고,
    화학식1-4에서, X1 내지 X3, Y1 내지 Y3 각각은 독립적으로 수소, C1 내지 C10의 알킬기, 할로겐, 시아노기, 말로노니트릴기, C1 내지 C10의 할로겐화 알킬기, C1 내지 C10의 할로겐화 알콕시기에서 선택되고, i) X1과 Y1은 다른 조건과 ii) X2는 Y2 및 Y3와 다르거나 X3는 Y2 및 Y3와 다른 조건에서, i) 조건과 ii) 조건 중 적어도 하나를 만족하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
    [화학식1-2]
    Figure pat00106

    [화학식1-3]
    Figure pat00107

    [화학식1-4]
    Figure pat00108

  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 정공주입물질은 하기 화학식4의 화합물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
    [화학식4]
    Figure pat00109

    Figure pat00110

    Figure pat00111

    Figure pat00112

    Figure pat00113

    Figure pat00114

    Figure pat00115

    Figure pat00116

    Figure pat00117

    Figure pat00118

    Figure pat00119

    Figure pat00120

    Figure pat00121

    Figure pat00122

    Figure pat00123

    Figure pat00124

    Figure pat00125

    Figure pat00126

    Figure pat00127

    Figure pat00128

    Figure pat00129

    Figure pat00130

    Figure pat00131

    Figure pat00132

    Figure pat00133

    Figure pat00134

    Figure pat00135

    Figure pat00136

    Figure pat00137

    Figure pat00138

    Figure pat00139

    Figure pat00140

    Figure pat00141

    Figure pat00142

    Figure pat00143

    Figure pat00144

    Figure pat00145

    Figure pat00146

    Figure pat00147

    Figure pat00148

    Figure pat00149

    Figure pat00150

    Figure pat00151

    Figure pat00152

    Figure pat00153

    Figure pat00154

    Figure pat00155

    Figure pat00156

  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 정공주입층은 정공주입 호스트 물질을 더 포함하고,
    상기 정공주입 호스트 물질은 4,4',4"-tris(3-methylphenylamino)triphenylamine (MTDATA), 4,4',4"-tris(N,N-diphenyl-amino)triphenylamine(NATA), 4,4',4"-tris(N-(naphthalene-1-yl)-N-phenyl-amino)triphenylamine(1T-NATA), 4,4',4"-tris(N-(naphthalene-2-yl)-N-phenyl-amino)triphenylamine(2T-NATA), copper phthalocyanine(CuPc), tris(4-carbazoyl-9-yl-phenyl)amine(TCTA), N,N'-diphenyl-N,N'-bis(1-naphthyl)-1,1'-biphenyl-4,4"-diamine(NPD), 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-tris[4-(diphenylamino)phenyl]benzene(TDAPB), poly(3,4-ethylenedioxythiphene)polystyrene sulfonate(PEDOT/PSS), N-(biphenyl-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine 중 하나인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 정공수송물질은 하기 화학식5의 화합물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
    [화학식5]
    Figure pat00157

    Figure pat00158

    Figure pat00159

    Figure pat00160

    Figure pat00161

    Figure pat00162

    Figure pat00163

  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 정공수송물질은 하기 화학식6의 화합물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
    [화학식6]
    Figure pat00164

    Figure pat00165

    Figure pat00166

    Figure pat00167

    Figure pat00168

  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 정공수송층은 상기 제 1 정공수송물질과 상기 제 2 정공수송물질을 포함하고, 상기 제 1 정공수송물질과 상기 제 2 정공수송물질은 같은 중량비를 갖는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  8. 제 1 항에 있어서,
    제 2 발광물질층과, 상기 제 2 발광물질 하부에 위치하는 제 2 정공수송층을 포함하며 상기 제 1 발광부와 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 2 발광부와;
    제 1 P형 전하생성물질을 포함하고 상기 제 1 발광부와 상기 제 2 발광부 사이에 위치하는 제 1 P형 전하생성층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 정공수송층은 상기 제 1 정공수송물질과 상기 제 2 정공수송물질 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 정공수송층은 상기 제 1 정공수송물질과 상기 제 2 정공수송물질을 포함하고, 상기 제 2 정공수송층에서 상기 제 1 정공수송물질과 상기 제 2 정공수송물질은 같은 중량비를 갖는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 P형 전하생성물질은 화학식1로 표시되는 상기 유기 화합물인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 발광물질층은 440nm 내지 480nm의 발광파장 범위를 갖고, 상기 제 2 발광물질층은 500nm 내지 550nm의 발광파장 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  13. 제 8 항에 있어서,
    제 3 발광물질층과 제 3 정공수송층을 포함하며 상기 제 2 발광부와 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 3 발광부와;
    제 2 P형 전하생성물질을 포함하고 상기 제 2 발광부와 상기 제 3 발광부 사이에 위치하는 제 2 P형 전하생성층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 3 정공수송층은 상기 제 1 정공수송물질과 상기 제 2 정공수송물질 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 3 정공수송층은 상기 제 1 정공수송물질과 상기 제 2 정공수송물질을 포함하고, 상기 제 3 정공수송층에서 상기 제 1 정공수송물질과 상기 제 2 정공수송물질은 같은 중량비를 갖는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 P형 전하생성물질은 화학식1로 표시되는 상기 유기 화합물인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 발광물질층과 상기 제 3 발광물질층은 440nm 내지 480nm의 발광파장 범위를 갖고, 상기 제 2 발광물질층은 500nm 내지 550nm의 발광파장 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  18. 제 1 전극과;
    상기 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극과;
    제 1 발광물질층과 제 1 정공수송층을 포함하고 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 1 발광부와;
    제 2 발광물질층과 제 2 정공수송층을 포함하며 상기 제 1 발광부와 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 2 발광부와;
    제 1 P형 전하생성물질을 포함하며 상기 제 1 발광부와 상기 제 2 발광부 사이에 위치하는 제 1 P형 전하생성층을 포함하고,
    상기 제 1 P형 전하생성물질은 하기 화학식1-1로 표시되는 유기 화합물이며,
    R1, R2 각각은 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기에서 선택되고, R3 내지 R6 각각은 독립적으로 할로겐, 시아노기, 말로노니트릴기, C1 내지 C10의 할로겐화 알킬기, C1 내지 C10의 할로겐화 알콕시기에서 선택되며, R3 및 R4 중 적어도 하나와 R5 및 R6 중 적어도 하나는 말로노니트릴이고, X, Y 각각은 C1 내지 C10의 알킬기, 할로겐, 시아노기, 말로노니트릴기, C1 내지 C10의 할로겐화 알킬기, C1 내지 C10의 할로겐화 알콕시기 중 적어도 하나로 치환된 페닐기이며,
    [화학식1-1]
    Figure pat00169

    상기 제 1 정공수송층과 상기 제 2 정공수송층 각각은 하기 화학식2로 표시되는 제 1 P형 정공수송물질과 하기 화학식3으로 표시되는 제 2 정공수송물질 중 적어도 하나를 포함하고,
    화학식2에서, X1과 X2 각각은 독립적으로 C6 내지 C30의 아릴기, C5 내지 C30의 헤테로아릴기로부터 선택되고, L1은 C6 내지 C30의 아릴렌기, C5 내지 C30의 헤테로아릴렌기로부터 선택되며, a는 0 또는 1이고, R1 내지 R14 각각은 독립적으로 수소, 중수소, C1 내지 C10의 알킬기, C6 내지 C30의 아릴기, C5 내지 C30의 헤테로아릴기로부터 선택되거나 인접한 둘이 서로 연결되어 축합환을 이루며,
    화학식3에서, Y1과 Y2 각각은 독립적으로 C6 내지 C30의 아릴기, C5 내지 C30의 헤테로아릴기로부터 선택되고, L2은 C6 내지 C30의 아릴렌기, C5 내지 C30의 헤테로아릴렌기로부터 선택되며, b는 0 또는 1이고, R21 내지 R34 각각은 독립적으로 수소, 중수소, C1 내지 C10의 알킬기, C6 내지 C30의 아릴기, C5 내지 C30의 헤테로아릴기로부터 선택되거나 인접한 둘이 서로 연결되어 축합환을 이루는 유기발광다이오드.
    [화학식2]
    Figure pat00170

    [화학식3]
    Figure pat00171

  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 P형 전하생성물질은 하기 화학식1-2 내지 하기 화학식1-4 중 하나로 표시되고,
    화학식1-4에서, X1 내지 X3, Y1 내지 Y3 각각은 독립적으로 수소, C1 내지 C10의 알킬기, 할로겐, 시아노기, 말로노니트릴기, C1 내지 C10의 할로겐화 알킬기, C1 내지 C10의 할로겐화 알콕시기에서 선택되고, i) X1과 Y1은 다른 조건과 ii) X2는 Y2 및 Y3와 다르거나 X3는 Y2 및 Y3와 다른 조건에서, i) 조건과 ii) 조건 중 적어도 하나를 만족하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
    [화학식1-2]
    Figure pat00172

    [화학식1-3]
    Figure pat00173

    [화학식1-4]
    Figure pat00174

  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 P형 전하생성물질은 하기 화학식4의 화합물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
    [화학식4]
    Figure pat00175

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  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 P형 전하생성층은 P형 전하생성 호스트 물질을 더 포함하고,
    상기 P형 전하생성 호스트 물질은 4,4',4"-tris(3-methylphenylamino)triphenylamine (MTDATA), 4,4',4"-tris(N,N-diphenyl-amino)triphenylamine(NATA), 4,4',4"-tris(N-(naphthalene-1-yl)-N-phenyl-amino)triphenylamine(1T-NATA), 4,4',4"-tris(N-(naphthalene-2-yl)-N-phenyl-amino)triphenylamine(2T-NATA), copper phthalocyanine(CuPc), tris(4-carbazoyl-9-yl-phenyl)amine(TCTA), N,N'-diphenyl-N,N'-bis(1-naphthyl)-1,1'-biphenyl-4,4"-diamine(NPD), 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-tris[4-(diphenylamino)phenyl]benzene(TDAPB), poly(3,4-ethylenedioxythiphene)polystyrene sulfonate(PEDOT/PSS), N-(biphenyl-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine 중 하나인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 정공수송물질은 하기 화학식5의 화합물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
    [화학식5]
    Figure pat00223

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    Figure pat00229

  23. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 2 정공수송물질은 하기 화학식6의 화합물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
    [화학식6]
    Figure pat00230

    Figure pat00231

    Figure pat00232

    Figure pat00233

    Figure pat00234

  24. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 정공수송층과 상기 제 2 정공수송층 각각은 상기 제 1 정공수송물질과 상기 제 2 정공수송물질을 포함하고, 상기 제 1 정공수송층과 상기 제 2 정공수송층 각각에서 상기 제 1 정공수송물질과 상기 제 2 정공수송물질은 같은 중량비를 갖는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  25. 제 18 항에 있어서,
    제 3 발광물질층과 제 3 정공수송층을 포함하며 상기 제 2 발광부와 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 3 발광부와;
    제 2 P형 전하생성물질을 포함하고 상기 제 2 발광부와 상기 제 3 발광부 사이에 위치하는 제 2 P형 전하생성층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 제 3 정공수송층은 상기 제 1 정공수송물질과 상기 제 2 정공수송물질 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 제 3 정공수송층은 상기 제 1 정공수송물질과 상기 제 2 정공수송물질을 포함하고, 상기 제 3 정공수송층에서 상기 제 1 정공수송물질과 상기 제 2 정공수송물질은 같은 중량비를 갖는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  28. 제 25 항에 있어서,
    상기 제 2 P형 전하생성물질은 화학식1로 표시되는 상기 유기 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  29. 기판과;
    상기 기판 상에 위치하는 제 1 항 내지 제 28 항 중 하나의 유기발광다이오드와;
    상기 유기발광다이오드를 덮는 인캡슐레이션 필름을 포함하는 유기발광장치.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 기판에는 적색화소, 녹색화소 및 청색화소가 정의되고, 상기 유기발광다이오드는 상기 적색화소, 상기 녹색화소 및 상기 청색 화소에 대응되며,
    상기 적색화소, 상기 녹색화소 및 상기 청색화소에 대응하여 상기 기판과 상기 유기발광다이오드 사이 또는 상기 유기발광다이오드 상부에 구비되는 컬러필터층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광장치.
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