KR20240100043A - 유기발광다이오드 및 유기발광장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 2개의 전극 사이에 청색 발광물질층 및 적색 발광물질층이 순차적으로 연접하게 위치하며, 청색 발광물질층의 제 1 호스트 및 적색 발광물질층의 제 2 호스트의 에너지 준위를 제어한 유기발광다이오드 및 이를 포함하는 유기발광장치에 관한 것이다. 제 1 및 제 2 호스트 사이의 에너지 준위를 제어하여, 적색 및 청색 발광 효율을 균형 있게 조절된다. 이에 따라, 안정적인 청색 발광 효율과 높은 적색 발광 수명을 구현한다.
Description
본 발명은 유기발광다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발광 효율 및 발광 수명이 향상된 유기발광다이오드와, 이를 포함하는 유기발광장치에 관한 것이다.
현재 널리 사용되고 있는 평면표시소자 중에서 유기발광다이오드는 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device)를 빠르게 대체하는 표시 소자로서 주목을 받고 있다. 유기발광다이오드(organic light emitting diodes; OLED)는 사용되는 전극의 구성에 따라 단일 방향 또는 양방향으로 화상을 구현할 수 있다. 또한 유기발광다이오드는 플라스틱과 같은 플렉서블(flexible) 투명 기판 위에도 형성될 수 있어서 플렉서블 또는 폴더블(foldable) 표시장치를 용이하게 구현한다. 뿐만 아니라, 유기발광다이오드는 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 유기 금속 화합물은 발광 수명이 짧아서 상용화에 한계가 있다. 따라서 발광 효율 및 발광 수명이 향상된 유기발광다이오드 및 유기발광장치를 개발할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 발광 효율 및 발광 수명이 향상된 유기 유기발광다이오드 및 이를 포함하는 유기발광장치를 제공하고자 하는 것이다.
일 측면에 따르면, 본 발명은 제 1 전극; 상기 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극; 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하며, 적어도 하나의 발광물질층을 포함하는 발광층을 포함하고, 상기 적어도 하나의 발광물질층은, 제 1 호스트를 포함하는 청색 발광물질층과, 상기 청색 발광물질층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하며, 제 2 호스트를 포함하는 적색 발광물질층을 포함하고, 상기 제 1 호스트의 최고준위점유분자궤도(highest occupied molecular orbital, HOMO) 에너지 준위와 상기 제 2 호스트의 HOMO 에너지 준위는 하기 관계식 (1)을 충족하는 유기발광다이오드를 제공한다.
-0.5 eV ≤ HOMOH1 - HOMOH2 < 0 eV (1)
관계식 (1)에서, HOMOH1은 제 1 호스트의 HOMO 에너지 준위를 나타내고, HOMOH2는 제 2 호스트의 HOMO 에너지 준위를 나타냄.
상기 제 1 호스트의 HOMO 에너지 준위와 상기 제 2 호스트의 HOMO 에너지 준위는 하기 관계식 (2)를 충족할 수 있다.
-0.5 eV ≤ HOMOH1 - HOMOH2 ≤ -0.3 eV (2)
관계식 (2)에서, HOMOH1 및 HOMOH2는 각각 관계식 (1)에서 정의한 것과 동일함.
상기 제 1 호스트는 하기 화학식 1의 구조를 가지는 유기 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
화학식 1에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 C6-C30 아릴기 또는 C3-C30 헤테로 아릴기이며, 상기 C6-C30 아릴기 및 상기 C3-C30 헤테로 아릴기는 각각 독립적으로 비치환, 또는 C1-C10 알킬기, C6-C30 아릴기 및 C3-C30 헤테로 아릴기 중에서 적어도 하나로 치환될 수 있음; R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소 원자, C1-C20 알킬기, C6-C30 아릴기 또는 C3-C30 헤테로 아릴기이고, 상기 C6-C30 아릴기 및 상기 C3-C30 헤테로 아릴기는 각각 독립적으로 비치환, 또는 C1-C10 알킬기, C6-C30 아릴기 및 C3-C30 헤테로 아릴기 중에서 적어도 하나로 치환될 수 있음; L1 및 L2는 각각 독립적으로 직접 결합, C6-C30 아릴렌기 또는 C3-C30 헤테로 아릴렌기임.
상기 제 2 호스트는 하기 화학식 3의 구조를 가지는 유기 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 3]
화학식 3에서, R11은 비치환 또는 치환된 C1-C20 알킬기, 비치환 또는 치환된 C6-C30 아릴기 또는 비치환 또는 치환된 C3-C30 헤테로 아릴기이며, a1이 2, 3 또는 4인 경우, 복수의 R11은 서로 동일하거나 상이함; R12 및 R13은 각각 독립적으로 비치환 또는 치환된 C6-C30 아릴기 또는 비치환 또는 치환된 C3-C30 헤테로 아릴기 기이며, R12 및 R13 중에서 적어도 하나는 비치환 또는 치환된 C10-C20 축합 헤테로 아릴기이거나, a2가 2, 3 또는 4인 경우 2개의 인접한 R12 및 a3가 2, 3 또는 4인 경우 2개의 인접한 R13 중에서 적어도 인접한 2개의 작용기는 서로 연결되어 C6-C10 방향족 고리를 형성할 수 있으며, a2가 2, 3 또는 4인 경우, 복수의 R12는 서로 동일하거나 상이하고, a3가 2, 3 또는 4인 경우, 복수의 R13은 서로 동일하거나 상이함; R14는 수소 원자, 비치환 또는 치환된 C1-C20 알킬기, 비치환 또는 치환된 C6-C30 아릴기 또는 비치환 또는 치환된 C3-C30 헤테로 아릴기임; a1, a2 및 a3는 각각 독립적으로 0, 1, 2, 3 또는 4이고, a2 및 a3 중에서 적어도 하나는 0이 아님.
상기 발광층은, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 순차적으로 위치하는 제 1 발광부, 제 2 발광부, 제 3 발광부 및 제 4 발광부와, 상기 제 1 발광부와 제 2 발광부 사이, 상기 제 2 발광부와 상기 제 3 발광부 사이 및 상기 제 3 발광부와 상기 제 4 발광부 사이에 각각 위치하는 제 1 전하생성층, 제 2 전하생성층 및 제 3 전하생성층을 포함하고, 상기 제 1 발광부 내지 제 4 발광부 중에서 어느 하나는 상기 청색 발광물질층 및 상기 적색 발광물질층을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 발광부는 상기 청색 발광물질층 및 상기 적색 발광물질층을 포함할 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은 제 1 전극; 상기 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극; 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하며, 적어도 하나의 발광물질층을 포함하는 발광층을 포함하고, 상기 적어도 하나의 발광물질층은, 제 1 호스트를 포함하는 청색 발광물질층과, 상기 청색 발광물질층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하며, 제 2 호스트를 포함하는 적색 발광물질층을 포함하고, 상기 제 1 호스트는 상기 화학식 1의 구조를 가지는 유기 화합물을 포함하고, 상기 제 2 호스트는 상기 화학식 3의 구조를 가지는 유기 화합물을 포함하는 유기발광다이오드를 제공한다.
상기 제 1 호스트의 최고준위점유분자궤도(highest occupied molecular orbital, HOMO) 에너지 준위와 상기 제 2 호스트의 HOMO 에너지 준위는 상기 관계식 (1) 또는 관계식 (2)를 충족할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 본 발명은 전술한 유기발광다이오드가 기판 상에 배치되는 유기발광장치, 예를 들어 유기발광 조명장치 또는 유기발광다이오드 표시장치를 제공한다.
본 발명은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 청색 발광물질층과 적색 발광물질층이 순차적으로 연접한 유기발광다이오드 및 유기발광장치를 개시한다. 청색 발광물질층에 포함된 제 1 호스트의 HOMO 에너지 준위와 제 2 호스트의 HOMO 에너지 준위 사이의 에너지 밴드갭은 0.5 eV 이하일 수 있다.
정공수송층에서 주입된 정공과 전자수송층에서 주입된 전자는 청색 발광물질층 및 적색 발광물질층을 포함하는 발광물질층 전 영역에서 균일하게 만나 엑시톤을 형성한다. 발광물질층 내에서 엑시톤 재결합 영역이 형성되면서 안정적인 청색 발광 효율을 유지할 수 있다.
발광물질층의 외부로 엑시톤이 소실되지 않아 비-발광 엑시톤을 최소화할 수 있다. 엑시톤이 삼중항-삼중항 소멸(triplet-triplet annihilation, TTA) 및/또는 삼중항-폴라론 소멸(triplet-polaron annihilation, TPA)에 따른 비-발광 소광되지 않는다. 또한, 엑시톤 재결합 영역이 적색 발광물질층과 청색 발광물질층의 계면에 형성되면서, 적색 발광물질층에서 비-발광 엑시톤의 생성을 억제할 수 있다. 이에 따라, 적색 발광물질층에서 비-발광 엑시톤으로 인한 발광 물질의 열화(degradation)가 최소화된다.
상대적으로 낮은 HOMO 에너지 준위를 가지는 청색 발광물질층에서 정공이 과도하게 적색 발광물질층 및 이에 인접한 전자수송층으로 누설되는 것을 방지한다. 발광물질층과 전자수송층의 계면에서 엑시톤 소광(exciton quenching)을 최소화하여, 유기발광다이오드의 구동 전압이 상승하는 것을 방지할 수 있다.
이에 따라, 안정적인 청색 발광 효율을 유지하는 한편, 적색 발광 수명을 안정적으로 확보할 수 있다. 따라서, 본 발명의 발광층 구조를 적용하여, 청색 발광 효율 및 적색 발광 효율이 균형 있게 유지되면서, 안정적인 적색 발광 수명을 확보할 수 있는 유기발광다이오드 및 유기발광장치를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유기발광표시장치의 개략적인 회로를 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 제 1 실시형태에 따른 유기발광표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 제 1 실시형태에 따라 단일 발광부를 가지는 유기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 비교예에 따라 적색 발광물질층이 정공수송층에 인접하게 배치되고, 청색 발광물질층이 전자수송층에 인접하게 배치된 유기발광다이오드의 호스트 및 전하수송물질의 에너지 준위를 개략적으로 나타낸 다이어그램이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라, 청색 발광물질층이 정공수송층에 인접하게 배치돠, 적색 발광물질층이 전자수송층에 인접하게 배치된 유기발광다이오드의 호스트 및 전하수송물질의 에너지 준위를 개략적으로 나타낸 다이어그램이다.
도 6은 본 발명의 예시적인 제 2 실시형태에 따른 유기발광표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 예시적인 제 2 실시형태에 따라 4개의 발광부가 탠덤 형태로 형성된 유기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 예시적인 실시예 및 비교예에서 제조된 유기발광다이오드의 전계 발광(Elctroluminescence, EL) 스펙트럼을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 예시적인 실시예 및 비교예에서 제조된 유기발광다이오드의 발광 수명을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 제조된 유기발광다이오드의 EL 스펙트럼을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 11 및 도 12는 각각 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 제조된 유기발광다이오드의 적색 발광 수명 및 청색 발광 수명을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 제 1 실시형태에 따른 유기발광표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 제 1 실시형태에 따라 단일 발광부를 가지는 유기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 비교예에 따라 적색 발광물질층이 정공수송층에 인접하게 배치되고, 청색 발광물질층이 전자수송층에 인접하게 배치된 유기발광다이오드의 호스트 및 전하수송물질의 에너지 준위를 개략적으로 나타낸 다이어그램이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라, 청색 발광물질층이 정공수송층에 인접하게 배치돠, 적색 발광물질층이 전자수송층에 인접하게 배치된 유기발광다이오드의 호스트 및 전하수송물질의 에너지 준위를 개략적으로 나타낸 다이어그램이다.
도 6은 본 발명의 예시적인 제 2 실시형태에 따른 유기발광표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 예시적인 제 2 실시형태에 따라 4개의 발광부가 탠덤 형태로 형성된 유기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 예시적인 실시예 및 비교예에서 제조된 유기발광다이오드의 전계 발광(Elctroluminescence, EL) 스펙트럼을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 예시적인 실시예 및 비교예에서 제조된 유기발광다이오드의 발광 수명을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 제조된 유기발광다이오드의 EL 스펙트럼을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 11 및 도 12는 각각 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 제조된 유기발광다이오드의 적색 발광 수명 및 청색 발광 수명을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 필요한 경우에 첨부하는 도면을 참조하면서 본 발명을 설명한다.
본 발명은 에너지 준위가 조절된 화합물을 각각 포함하는 청색 발광 물질층과
및/또는 전하 이동도가 조절된 화합물을 각각 포함하는 복수의 청색 발광물질층을 적색 발광물질층에 연접하게 배치하여, 적색 발광 효율 및 청색 발광 효율이 균형 있게 유지될 수 있도록 하고, 발광 수명을 극대화할 수 있는 유기발광다이오드 및 유기발광장치를 제안한다.
일례로, 유기발광다이오드를 구성하는 발광층은 적색 및/또는 청색 화소영역에서 단일 발광부를 포함하는 유기발광다이오드에 적용될 수 있다. 선택적으로, 발광층은 2개 이상의 발광부가 적층된(stacked) 탠덤형 유기발광다이오드에 적용될 수 있다. 유기발광다이오드는 유기발광표시장치 또는 유기발광 조명 장치와 같은 유기발광장치에 적용될 수 있다. 일례로, 본 발명에 따른 유기발광표시장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 유기발광표시장치의 개략적인 회로를 나타낸 모식도이다. 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 형성된다. 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 제 1 실시형태에 따른 유기발광표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 유기발광 표시장치(100)는 기판(102), 기판(102) 상부에 배치되는 박막트랜지스터(Tr)와, 박막 트랜지스터(Tr)에 연결되는 유기발광다이오드(D)를 포함한다.
예를 들어, 기판(102)에는 적색 화소영역, 녹색 화소영역 및 청색 화소영역이 정의되고, 유기발광다이오드(D)는 각 화소영역마다 위치한다. 즉, 적색, 녹색 및 청색 빛을 발광하는 유기발광다이오드(D)가 적색 화소영역, 녹색 화소영역 및 청색 화소영역에 구비된다. 예를 들어, 유기발광다이오드(D)는 적색 및/또는 청색 화소영역에 배치될 수 있다.
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(D)가 상부에 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 절연 물질로 이루어진 게이트 절연막(120)이 기판(102) 전면에 형성된다. 게이트 절연막(120)은 실리콘산화물(SiOx) 또는 실리콘질화물(SiNx) (0 < x ≤ 2)과 같은 무기 절연 물질로 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 절연 물질로 이루어진 층간 절연막(140)이 기판(102) 전면에 형성된다. 층간 절연막(140)은 실리콘산화물(SiOx) 또는 실리콘질화물(SiNx) (0 < x ≤ 2)과 같은 무기 절연 물질로 형성되거나, 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)이나 포토 아크릴(photo-acryl)과 같은 유기 절연 물질로 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 배선(GL, 도 1 참조)과 데이터 배선(DL, 도 1 참조)이 서로 교차하여 화소영역을 정의하며, 게이트 배선과 데이터 배선에 연결되는 스위칭 소자(Ts, 도 1 참조)가 더 형성된다. 상기 스위칭 소자(Ts)는 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)에 연결된다. 또한, 파워 배선(PL, 도 1 참조)이 데이터 배선(DL)과 평행하게 이격되어 형성되며, 일 프레임(frame) 동안 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)의 게이트 전극(130)의 전압을 일정하게 유지되도록 하기 위한 스토리지 커패시터(Cst)가 더 구성될 수 있다.
소스 전극(152)과 드레인 전극(154) 상부에는 평탄화층(160)이 박막트랜지스터(Tr)를 덮으며 기판(102) 전면에 형성된다. 평탄화층(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(D)는 평탄화층(160) 상에 위치하며 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(154)에 연결되는 제 1 전극(210)과, 제 1 전극(210) 상에 순차 적층되는 발광층(230) 및 제 2 전극(220)을 포함한다.
1 전극(210)은 각각의 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/또는 알루미늄: 산화아연(Al:ZnO; AZO)으로 이루어질 수 있다.
유기발광표시장치(100)가 하부 발광 방식(bottom-emission type)인 경우, 제 1 전극(210)은 투명 도전성 산화물로 이루어진 단층 구조를 가질 수 있다. 한편, 본 발명의 유기발광표시장치(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 은(Ag) 및/또는 알루미늄-팔라듐-구리(aluminum-palladium-copper: APC) 합금으로 이루어질 수 있다. 상부 발광 방식인 유기발광다이오드(D)에서 제 1 전극(210)은 ITO/Ag/ITO 또는 ITO/APC/ITO의 삼중층 구조를 가질 수 있다.
또한, 평탄화층(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 발광층(230)이 형성된다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 발광층(230)은 발광물질층(emitting material layer, EML)으로만 이루어질 수 있다. 선택적인 실시형태에서, 발광층(230)은 발광물질층 이외에도 정공주입층(hole injection layer; HIL), 정공수송층(hole transport layer; HTL), 전자차단층(electron blocking layer; EBL), 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(도 3 참조). 발광층(230)은 1개의 발광부로 이루어질 수도 있고, 2개의 발광부가 탠덤 구조를 형성할 수도 있다. 예를 들어, 발광층(230)은 적색 화소영역, 녹색 화소영역, 청색 화소영역 각각에 위치하는 단일 발광부를 갖는 유기발광다이오드에 적용될 수 있다. 선택적으로, 발광층(230)은 2개 이상의 발광부가 적층된(stacked) 탠덤형 유기발광다이오드에 적용될 수 있다.
발광층(230)은 에너지 준위가 조절된 호스트를 각각 포함하는 청색 발광물질층 및 적색 발광물질층을 포함할 수 있다. 발광층(230)의 구조 및 재료에 대해서는 후술한다.
발광층(230)이 형성된 기판(102)의 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), 이들의 합금 및/또는 이들의 조합(예를 들어, 알루미늄-마그네슘 합금(AlMg))과 같은 반사 특성이 좋은 소재로 이루어질 수 있다. 유기발광표시장치(100)가 상부 발광 방식인 경우, 제 2 전극(220)은 얇은 두께를 가져 투과(반투과) 특성을 갖는다.
제 2 전극(220) 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(176)의 적층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 인캡슐레이션 필름(170)은 생략될 수 있다.
유기발광표시장치(100)는 외부광의 반사를 줄이기 위한 편광판(도시하지 않음)이 부착될 수 있다. 예를 들어, 편광판(도시하지 않음)은 원형 편광판일 수 있다. 유기발광표시장치(100)가 하부 발광 방식인 경우, 편광판은 기판(102) 하부에 위치할 수 있다. 한편, 유기발광표시장치(100)가 상부 발광 방식인 경우, 편광판은 인캡슐레이션 필름(170) 상부에 위치할 수 있다. 또한, 상부 발광 방식의 유기발광표시장치(100)에서는, 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 소재로 이루어진 경우, 플렉서블 표시장치를 구성할 수 있다.
또한, 도시하지는 않았으나, 기판(102)과 유기발광다이오드(D) 사이 또는 유기발광다이오드(D)의 상부에 컬러필터층이 위치할 수 있다. 컬러필터층은 청색 및/또는 적색 컬러필터층을 포함할 수 있으며, 유기발광표시장치(100)는 청색 화소영역 및/또는 적색 화소영역에 위치할 수 있다.
이어서, 본 발명의 유기발광다이오드에 대해서 보다 구체적으로 설명한다. 도 3은 본 발명의 예시적인 제 1 실시형태에 따라 단일 발광부를 가지는 유기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 유기발광다이오드(D1)는 서로 마주하는 제 1 전극(210) 및 제 2 전극(220)과, 제 1 및 제 2 전극(210, 220) 사이에 위치하는 발광층(230)을 포함한다. 유기발광표시장치(100, 도 2 참조)는 적색 화소영역, 녹색 화소영역 및 청색 화소영역을 포함하고, 유기발광다이오드(D1)는 청색 화소영역 및/또는 적색 화소영역에 위치할 수 있다.
예시적인 측면에서, 발광층(230)은 제 1 전극(210)과 제 2 전극(220) 사이에 위치하는 발광물질층(EML, 340)을 포함한다. 발광층(230)은 제 1 전극(210)과 발광물질층(340) 사이에 위치하는 정공수송층(HTL, 320)과, 발광물질층(340)과 제 2 전극(220) 사이에 위치하는 전자수송층(ETL, 380) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 발광층(230)은 제 1 전극(210)과 정공수송층(320) 사이에 위치하는 정공주입층(310)과, 제 2 전극(220)과 전자수송층(380) 사이에 위치하는 전자주입층(EIL, 390) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 선택적으로, 발광층(230)은 정공수송층(320)과 발광물질층(340) 사이에 위치하는 제 1 엑시톤 차단층인 전자차단층(electron blocking layer, EBL, 330) 및/또는 발광물질층(340)과 전자수송층(380) 사이에 위치하는 제 2 엑시톤 차단층인 정공차단층(hole blocking layer, HBL, 370)을 더욱 포함할 수 있다.
제 1 전극(210)은 발광물질층(340)에 정공을 공급하는 양극일 수 있다. 제 1 전극(210)은 일함수(work function) 값이 비교적 큰 도전성 물질, 예를 들어 투명 도전성 산화물(TCO)로 형성될 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 제 1 전극(210)은 ITO, IZO, ITZO, SnO, ZnO, ICO 및/또는 AZO로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 2 전극(220)은 발광물질층(340)에 전자를 공급하는 음극일 수 있다. 제 2 전극(220)은 일함수 값이 비교적 작은 도전성 물질, 예를 들어 Al, Mg, Ca, Ag, 이들의 합금 및/또는 이들의 조합과 같은 반사 특성이 좋은 소재로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
발광물질층(340)은 정공수송층(320)과 전자수송층(380) 사이에 순차적으로 위치하는 청색 발광물질층(350)과, 적색 발광물질층(360)을 포함한다. 적색 발광물질층(360)에 비하여, 정공수송층(320) 또는 전자차단층(330)에 인접하게 위치하는 청색 발광물질층(350)은 제 1 호스트(청색 호스트, 352)와 청색 발광체(청색 도펀트, 354)를 포함한다. 청색 발광물질층(350)에 비하여 전자수송층(380) 또는 정공차단층(370)에 인접하게 위치하는 적색 발광물질층(360)은 제 2 호스트(적색 호스트, 362)와 적색 발광체(적색 도펀트, 364)를 포함한다. 청색 발광물질층(350) 및 적색 발광물질층(360)에서 실질적인 발광은 각각 청색 발광체(354) 및 적색 발광체(364)에서 일어난다.
제 1 호스트(352)는 P형 청색 호스트 및 N형 청색 호스트 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제 2 호스트(362)는 P형 적색 호스트 및 N형 적색 호스트 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 제 1 전극(210) 또는 정공수송층(320)에 인접하게 청색 발광물질층(350)을 배치하고, 제 2 전극(220) 또는 전자수송층(380)에 인접하게 적색 발광물질층(360)을 배치한다. 청색 발광물질층(350) 및 적색 발광물질층(360)에 각각 포함되는 적어도 1 종류의 발광 물질의 에너지 준위 등을 조절하여, 우수한 발광 특성을 가지는 유기발광다이오드(D1)를 구현할 수 있다.
도 4는 비교예에 따라 적색 발광물질층이 정공수송층에 인접하게 배치되고, 청색 발광물질층이 전자수송층에 인접하게 배치된 유기발광다이오드의 호스트 및 전하수송물질의 에너지 준위를 개략적으로 나타낸 다이어그램이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 정공수송층(HTL)에 인접하여 적색 발광물질층(R-EML)이 위치하고, 전자수송층(ETL)에 인접하게 청색 발광물질층(B-EML)이 위치하는 연접 소자에서, 청색 발광물질층(B-EML)에는 통상적으로 전자 수송 특성이 우수한 호스트를 사용한다. 정공과 전자는 주로 적색 발광물질층(R-EML)에서 엑시톤을 형성하기 때문에, 전자 수송 특성이 강한 청색 발광물질층(B-EML)에서 발광이 일어나지 않는다. 다시 말하면, 비교예에 따른 연접 소자에서, 적색 발광만 주로 일어나고, 청색 발광은 거의 일어나지 않기 때문에, 적색-청색 연접 소자로서 기능하기에는 한계가 있다.
또한, 적색 발광물질층(R-EML)에서 엑시톤을 형성하지 못한 잉여 정공이 청색 발광물질층(B-EML) 및 전자수송층(ETL)으로 누설된다. 청색 발광물질층(B EML)과 전자수송층(ETL)에서 엑시톤 소광(exciton quenching)이 초래된다. 비-발광 소멸되는 엑시톤은 청색 발광물질층(B-EML)의 발광 재료, 전자수송층(ETL)의 전자 수송 재료는 물론이고, 청색 발광물질층(B-EML)에 연접하는 적색 발광물질층(R-EML)의 발공 재료에 스트레스로 작용하여, 이들 발광 재료 및 전하 수송 재료를 열화시키는 요인이 될 수 있다. 이에 따라, 적색 및 청색 발광 재료의 발광 수명이 저하된다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라, 청색 발광물질층이 정공수송층에 인접하게 배치되고, 적색 발광물질층이 전자수송층에 인접하게 배치된 유기발광다이오드의 호스트 및 전하수송물질의 에너지 준위를 개략적으로 나타낸 다이어그램이다. 도 3 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 정공수송층(320, HTL)에 인접하여 청색 발광물질층(350, B-EML)을 배치하고, 전자수송층(380, ETL)에 인접하여 적색 발광물질층(360, R-EML)을 배치하는 경우, 적색 발광물질층(360, R-EML)의 최고준위점유분자궤도(highest ouccpied molecular orbital, HOMO) 에너지 준위와, 전자수송층(380, ETL)의 HOMO 에너지 준위 사이의 에너지 밴드갭이 상대적으로 크다. 정공은 전자수송층(380, ETL)으로 누설(leakage)되지 않으며, 청색 발광물질층(350, B-EML) 및 적색 발광물질층(360, R-EML)으로 주입된 전자와 재결합하여 엑시톤을 형성한다. 청색 발광물질층(350, B-EML) 및 적색 발광물질층(360, R-EML)의 전체 영역에서 엑시톤 재결합 영역이 형성되면서, 청색 발광 효율이 안정적으로 유지, 강화될 수 있다. 비-발광 엑시톤을 방지하여, 비-발광 엑시톤으로 인한 발광 재료 및 전하 수송 재료의 열화를 최소화할 수 있다. 이에 따라, 청색 발광 수명 및/또는 적색 발광 수명이 향상될 수 있다.
즉, 발광물질층(340)의 외부로 엑시톤이 소실되지 않아 비-발광 엑시톤을 최소화할 수 있다. 엑시톤이 삼중항-삼중항 소멸(triplet-triplet annihilation, TTA) 및/또는 삼중항-폴라론 소멸(triplet-polaron annihilation, TPA)에 따른 비-발광 소광되지 않는다. 또한, 엑시톤 재결합 영역이 청색 발광물질층(350, B-EML) 및 적색 발광물질층(360, R-EML)의 전체 영역에 형성되기 때문에, 청색 발광물질층(350, B-EML) 및 적색 발광물질층(360, R-EML)에서 비-발광 엑시톤으로 인한 발광 물질의 열화(degradation)가 최소화된다.
이에 따라, 안정적인 청색 발광 효율을 유지하는 한편, 적색 발광 수명을 안정적으로 확보할 수 있다. 따라서, 본 발명의 발광층 구조를 적용하여, 청색 발광 효율 및 적색 발광 효율이 균형 있게 유지되면서, 안정적인 적색 발광 수명을 확보할 수 있는 유기발광다이오드(D1) 및 유기발광장치(100)를 구현할 수 있다.
예시적인 실시형태에서, 청색 발광물질층(350, B-EML)에 포함되는 제 1 호스트(352)의 HOMO 에너지 준위는, 적색 발광물질층(360, R-EML)에 포함되는 제 2 호스트(362)의 HOMO 에너지 준위보다 낮을(깊을) 수 있다. 일례로, 제 1 호스트(352)의 HOMO 에너지 준위와, 제 2 호스트(362)의 HOMO 에너지 준위는 하기 관계식 (1)을 충족할 수 있다.
-0.5 eV ≤ HOMOH1 - HOMOH2 < 0 eV (1)
관계식 (1)에서, HOMOH1은 제 1 호스트(352)의 HOMO 에너지 준위를 나타내고, HOMOH2는 제 2 호스트(362)의 HOMO 에너지 준위를 나타냄.
제 1 호스트(352)의 HOMO 에너지 준위와 제 2 호스트(362)의 HOMO 에너지 준위가 관계식 (1)을 충족하는 경우, 청색 발광물질층(350)으로부터 적색 발광물질층(360)으로 정공이 효율적으로 전달되어, 청색 발광물질층(350) 및 적색 발광물질층(360)에서 효율적인 엑시톤 재결합이 형성될 수 있다. 반면, 제 1 호스트(352)의 HOMO 에너지 준위와 제 2 호스트(362)의 HOMO 에너지 준위가 관계식 (1)을 충족하지 못하는 경우, 안정적인 청색 발광을 구현하기 어렵고/어렵거나, 적색 발광 효율이 지나치게 저하될 수 있다.
다른 예시적인 실시형태에서, 제 1 호스트(352)의 HOMO 에너지 준위와 제 2 호스트(362)의 HOMO 에너지 준위는 하기 관계식 (2)를 충족할 수 있다.
-0.5 eV ≤ HOMOH1 - HOMOH2 ≤ -0.3 eV (2)
관계식 (2)에서, HOMOH1 및 HOMOH2는 각각 관계식 (1)에서 정의한 것과 동일함.
예시적인 실시형태에서, 제 1 호스트(352)는 안트라센계 유기 화합물을 포함할 수 있다. 일례로, 제 1 호스트(352)는 하기 화학식 1의 구조를 가지는 안트라센계 유기 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
[화학식 1]
화학식 1에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 C6-C30 아릴기 또는 C3-C30 헤테로 아릴기이며, 상기 C6-C30 아릴기 및 상기 C3-C30 헤테로 아릴기는 각각 독립적으로 비치환, 또는 C1-C10 알킬기, C6-C30 아릴기 및 C3-C30 헤테로 아릴기 중에서 적어도 하나로 치환될 수 있음; R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소 원자, C1-C20 알킬기, C6-C30 아릴기 또는 C3-C30 헤테로 아릴기이고, 상기 C6-C30 아릴기 및 상기 C3-C30 헤테로 아릴기는 각각 독립적으로 비치환, 또는 C1-C10 알킬기, C6-C30 아릴기 및 C3-C30 헤테로 아릴기 중에서 적어도 하나로 치환될 수 있음; L1 및 L2는 각각 독립적으로 직접 결합, C6-C30 아릴렌기 또는 C3-C30 헤테로 아릴렌기임.
본 명세서에서 '치환되지 않은', '치환되지 않거나' 또는 '비치환'이란, 수소 원자가 치환된 것을 의미하며, 이 경우 수소 원자는 경수소 원자, 중수소 원자 및 삼중수소 원자를 의미한다.
본 명세서에서 '치환된'이라는 용어가 사용되는 경우, 치환기는 예를 들어, 치환되지 않거나 할로겐으로 치환된 알킬기, 치환되지 않거나 할로겐 으로 치환된 알콕시기, 할로겐, 시아노기, 카르복시기, 카르보닐기, 아민기, 알킬아민기, 니트로기, 하이드라질기(hydrazyl group), 술폰산기, 치환되지 않거나 할로겐으로 치환된 알킬 실릴기, 치환되지 않거나 할로겐으로 치환된 알콕시 실릴기, 치환되지 않거나 할로겐으로 치환된 사이클로 알킬 실릴기, 치환되지 않거나 할로겐으로 치환된 아릴 실릴기, 치환되지 않거나 알킬기로 치환된 아릴기, 치환되지 않거나 알킬기로 치환된 헤테로 아릴기 등을 들 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 '헤테로 방향족', '헤테로 사이클로 알킬렌기', '헤테로 아릴렌기', '헤테로 아릴 알킬렌기', '헤테로 아릴 옥실렌기', '헤테로 사이클로 알킬기', '헤테로 아릴기', '헤테로 아릴 알킬기', '헤테로 아릴옥실기', '헤테로 아릴 아미노기' 등에서 사용된 용어 '헤테로'는 이들 방향족(aromatic) 또는 지환족(alicyclic) 고리를 구성하는 탄소 원자 중 1개 이상, 예를 들어 1 내지 5개의 탄소 원자가 N, O, S, Si, Se, P, B 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택된 하나 이상의 헤테로 원자로 치환된 것을 의미한다.
본 명세서에서, C6-C30 아릴기는 각각 페닐, 바이페닐, 터페닐, 나프틸, 안트라세닐, 펜탄레닐, 인데닐, 인데노인데닐, 헵탈레닐, 바이페닐레닐, 인다세닐, 페날레닐, 페난트레닐, 벤조페난트레닐, 디벤조페난트레닐, 아줄레닐, 파이레닐, 플루오란테닐, 트리페닐레닐, 크라이세닐, 테트라페닐, 테트라세닐, 플레이다에닐, 파이세닐, 펜타페닐, 펜타세닐, 플루오레닐, 인데노플루오레닐 또는 스파이로 플루오레닐과 같은 축합되지 않거나 축합된(fused) 아릴기일 수 있다.
또한, 본 명세서에서 C3-C30 헤테로 아릴기는 각각 독립적으로 피롤릴, 피리디닐, 피리미디닐, 피라지닐, 피리다지닐, 트리아지닐, 테트라지닐, 이미다졸일, 피라졸일, 인돌일, 이소인돌일, 인다졸일, 인돌리지닐, 피롤리지닐, 카바졸일, 벤조카바졸일, 디벤조카바졸일, 인돌로카바졸일, 인데노카바졸일, 벤조퓨로카바졸일, 벤조티에노카바졸일, 퀴놀리닐, 이소퀴놀리닐, 프탈라지닐, 퀴녹살리닐, 시놀리닐, 퀴나졸리닐, 퀴노졸리닐, 퀴놀리지닐, 퓨리닐, 벤조퀴놀리닐, 벤조이소퀴놀리닐, 벤조퀴나졸리닐, 벤조퀴녹살리닐, 아크리디닐, 페난트롤리닐, 페리미디닐, 페난트리디닐, 프테리디닐, 나프타리디닐, 퓨라닐, 파이라닐, 옥사지닐, 옥사졸일, 옥사디아졸일, 트리아졸일, 디옥시닐, 벤조퓨라닐, 디벤조퓨라닐, 티오파이라닐, 잔테닐, 크로메닐, 이소크로메닐, 티오아지닐, 티오페닐, 벤조티오페닐, 디벤조티오페닐, 디퓨로피라지닐, 벤조퓨로디벤조퓨라닐, 벤조티에노벤조티오페닐, 벤조티에노디벤조티오페닐, 벤조티에노벤조퓨라닐, 벤조티에노디벤조퓨라닐 또는 N-치환된 스파이로 플루오레닐과 같은 축합되지 않거나 축합된 헤테로 아릴기일 수 있다.
예를 들어, 아릴기 또는 헤테로 아릴기는 각각 1개 내지 3개의 방향족 고리로 이루어질 수 있다. 아릴기 또는 헤테로 아릴기를 구성하는 방향족 또는 헤테로 방향족 고리의 개수가 많아지면, 전체 유기 화합물에서 공액화(conjugated) 구조가 지나치게 길어져서, 유기 금속 화합물의 밴드갭이 지나치게 줄어들 수 있다. 일례로, 아릴기 또는 헤테로 아릴기는 각각 독립적으로 페닐, 바이페닐, 나프틸, 안트라세닐, 피롤릴, 트리아지닐, 이미다졸일, 피라졸일, 피리디닐, 피라지닐, 피리미디닐, 피리다지닐, 퓨라닐, 벤조퓨라닐, 디벤조퓨라닐, 티오페닐, 벤조티오페닐, 디벤조티오페닐, 카바졸일, 아크리디닐, 카볼리닐, 페나지닐, 페녹사지닐 및/또는 페노티아지닐을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
보다 구체적으로 제 1 호스트(352)일 수 있는 안트라센계 유기 화합물은 9,10-디(나프탈렌-2-일)안트라센 (9,10-di(naphthalen-2-yl)anthracene, ADN), 2-메틸-9,10-비스(나프탈렌-2-일)안트라센 (2-methyl-9,10-bis(naphthalen-2-yl)anthracene, MADN), 2-터르-부틸-9,10-디(나프탈렌-2-일)안트라센 (2-tert-Butyl-9,10-di(naphthen-2-yl)anthracene, TBADN), 9,10-디(나프탈렌-2-일)-2-페닐안트라센 (9,10-di(naphthalen-2-yl)-2-phenylanthracene, PADN), 9,10-디(1-나프틸)안트라센(9,10-di(1-naphthyl)anthracene), , 9-(나프탈렌-1-일)-10-(나프탈렌-2-일)안트라센 (9-(naphthalene-1-yl)-10-(naphthalene-2-yl)anthracene), 9-(2-나프틸)-10-[4-(1-나프틸)페닐]안트라센 (9-(2-napthyl)-10-[4-(1-naphthyl)phenyl]anthracene), 9-(1-나프틸)-10-[4-(2-나프틸)페닐]안트라센 (9-(1-napthyl)-10-[4-(2-naphthyl)phenyl]anthracene), 9-페닐-10-(p-톨릴)안트라센 (9-phenyl-10-(p-tolyl)anthracene, PTA), 9-(1-나프닐)-10-(p-톨릴)안트라센 (9-(1-naphthyl)-10-(p-tolyl)anthracene, 1-NTA), 9-(2-나프닐)-10-(p-톨릴)안트라센 (9-(2-naphthyl)-10-(p-tolyl)anthracene, 2-NTA), 2-(3-(10-페닐아트라센-9-일)-페닐)디벤조[b,d]퓨란 (2-(3-(10-phenylanthracen-9-yl)-phenyl)dibenzo[b,d]furan, m-PPDF), 2-(4-(10-페닐아트라센-9-일)-페닐)디벤조[b,d]퓨란 (2-(4-(10-phenylanthracen-9-yl)phenyl)dibenzo[b,d]furan, p-PPDF) 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
예를 들어, 안트라센계 유기 화합물일 수 있는 제 1 호스트(352) 중에서 일부 화합물의 화학 구조를 하기 화학식 2에 나타낸다.
[화학식 2]
화학식 2에서 화합물 BH1, 화합물 BH2, 화합물 BH3, 화합물 BH4, 화합물 BH5, 화합물 BH6 및 화합물 BH7은 각각 ADN (HOMO: -5.8 eV, LUMO: -2.6 eV), MADN (HOMO: -5.5 eV, LUMO: -2.5 eV), TBADN (HOMO: -5.8 eV, LUMO: -2.9 eV), PADN, 9,10-디(1-나프틸)안트라센, 9-(나프탈렌-1-일)-10-(나프탈렌-2-일)안트라센, 9-(2-나프틸)-10-[4-(1-나프틸)페닐]안트라센(HOMO: -6.0 eV, LUMO: -3.0 ev)이다.
청색 발광체(354)는 청색 인광 물질, 청색 형광 물질 및 청색 지연형광 물질 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일례로, 청색 발광체(354)는 페릴렌(perylene), 4,4'-비스[4-(디-p-톨릴아미노)스티릴]바이페닐 (4,4'-Bis[4-(di-p-tolylamino)styryl]biphenyl; DPAVBi), 4-(디-p-톨릴아미노)-4,4'-[(디-p-톨릴아미노)ㅡ스티릴]스틸벤 (4-(Di-p-tolylamino)-4-4'-[(di-p-tolylamino)styryl]stilbene; DPAVB), 4,4'-비스[4-(디페닐아미노)스티릴]바이페닐 (4,4'-Bis[4-(diphenylamino)styryl]biphenyl; BDAVBi), 2,7-비스(4-디페닐아미노)스티릴)-9,9-스파이로플루오렌 (2,7-Bis(4-diphenylamino)styryl)-9,9-spirofluorene; spiro-DPVBi), [1,4-비스[2-[4-(N,N-디(p-톨릴)아미노)페닐]비닐]벤젠 ([1,4-bis[2-[4-[N,N-di(p-tolyl)amino]phenyl]vinyl]benzene; DSB), 1,4-디-[4-(N,N-디페닐)아미노]스티릴-벤젠 (1-4-di-[4-(N,N-diphenyl)amino]styryl-benzene; DSA), 2,5,8,11-테트라-터르-부틸페릴렌 (2,5,8,11-Tetra-tetr-butylperylene; TBPe), 비스(2-하이드록시페닐)-피리딘]베릴륨 (Bis(2-hydroxylphenyl)-pyridine)beryllium, Bepp2), 9-(9-페닐카바졸-3-일)-10-(나프탈렌-1-일)안트라센 (9-(9-Phenylcarbazol-3-yl)-10-(naphthalen-1-yl)anthracene, PCAN), mert트리스(1-페닐-3-메틸이미다졸린-2-일리덴-C,C(2)'이리듐(Ⅲ) (mer-Tris(1-phenyl-3-methylimidazolin-2-ylidene-C,C(2)'iridium(Ⅲ); mer-Ir(pmi)3), fac-트리스(1,3-디페닐-벤즈이미다졸린-2-일렌-C,C(2)'이리듐(Ⅲ) (fac-Tris(1,3-diphenyl-benzimidazolin-2-ylidene-C,C(2)'iridium(Ⅲ); fac-Ir(dpbic)3), 비스(3,4,6-트리플루오로-2-(2-피리딜_페닐-(2-카르복시피리딜)이리듐(Ⅲ) (Bis(3,4,5-trifluoro-2-(2-pyridyl)phenyl-(2-carboxypyridyl)iridium(Ⅲ); (Ir(tfpd)2pic), 트리스(2-(4,6-디플루오로페닐)피리딘)이리듐(Ⅲ) (tris(2-(4,6-difluorophenyl)pyridine))iridium(Ⅲ); (Ir(Fppy)3), 비스[2-(4,6-디플루오로페닐)피리디나토-C2,N](피콜리나토)이리듐(Ⅲ) (Bis[2-(4,6-difluorophenyl)pyridinato-C2,N](picolinato)iridium(Ⅲ), FIrpic), DABNA-1, DABNA-2, t-DABNA, v-DABNA 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
청색 발광물질층(350)에서 제 1 호스트(352)의 함량은 50 내지 99 중량%, 예를 들어 95 내지 99 중량%이고, 청색 발광체(354)의 함량은 1 내지 50 중량%, 예를 들어, 1 내지 5 중량%일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 청색 발광물질층(350)이 P형 청색 호스트와 N형 청색 호스트를 포함하는 경우, P형 청색 호스트와 N형 청색 호스트는 4:1 내지 1:3, 예를 들어, 3:1 내지 1:3의 중량비로 배합될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
예시적인 실시형태에서, 제 2 호스트(362)는 퀴나졸린계 유기 화합물을 포함할 수 있다. 일례로, 제 2 호스트(362)는 하기 화학식 3의 구조를 가지는 퀴나졸린계 유기 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 3]
화학식 3에서, R11은 비치환 또는 치환된 C1-C20 알킬기, 비치환 또는 치환된 C6-C30 아릴기 또는 비치환 또는 치환된 C3-C30 헤테로 아릴기이며, a1이 2, 3 또는 4인 경우, 복수의 R11은 서로 동일하거나 상이함; R12 및 R13은 각각 독립적으로 비치환 또는 치환된 C10-C30 헤테로 아릴기이거나, a2가 2, 3 또는 4인 경우 2개의 인접한 R12 및 a3가 2, 3 또는 4인 경우 2개의 인접한 R13 중에서 적어도 인접한 2개의 작용기는 서로 연결되어 C6-C10 방향족 고리를 형성할 수 있으며, a2가 2, 3 또는 4인 경우, 복수의 R12는 서로 동일하거나 상이하고, a3가 2, 3 또는 4인 경우, 복수의 R13은 서로 동일하거나 상이함; X1 내지 X4 중에서 2개는 질소 원자이고, X1 내지 X4 중에서 다른 1개는 CR14이고, X1 내지 X4 중에서 나머지는 카바졸 모이어티에 연결되는 탄소 원자임; R14는 수소 원자, 비치환 또는 치환된 C1-C20 알킬기, 비치환 또는 치환된 C6-C30 아릴기 또는 비치환 또는 치환된 C3-C30 헤테로 아릴기임; a1, a2 및 a3는 각각 독립적으로 0, 1, 2, 3 또는 4이고, a2 및 a3 중에서 적어도 하나는 0이 아님.
예를 들어, 화학식 3에서 a1은 0일 수 있고, a2는 0이거나, 인접한 2개의 R12가 서로 연결되어 비치환 또는 치환된 벤젠 고리를 형성할 수 있고, R13은 카바졸일기, 벤조카바졸일기, 디벤조퓨라닐기 또는 디벤조티오페닐기이며, 상기 카바졸일기, 상기 벤조카바졸일기, 상기 디벤조퓨라닐기 및 디벤조티오페닐기는 각각 독립적으로 비치환, 또는 페닐기, 바이페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기(예를 들어, 9,10-디메틸디하이드로플루오레닐기) 중에서 적어도 하나로 치환될 수 있으며, R14는 페닐기, 바이페닐기 또는 나프틸기일 수 있고, 상기 페닐기, 바이페닐기 및 나프틸기는 각각 독립적으로 비치환 또는 페닐기로 치환될 수 있다.
보다 구체적으로, 퀴나졸린계 유기 화합물일 수 있는 제 2 호스트(362)는 하기 화학식 4의 구조를 가지는 유기 화합물 중에서 적어도 하나일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
[화학식 4]
적색 발광체(364)는 적색 인광 물질, 적색 형광 물질 및 적색 지연형광 물질 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일례로, 적색 발광체(364)는 비스[2-(4,6-디메틸)페닐퀴놀린](2,2,6,6-테트라메틸헵탄-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](아세틸아세토테이트)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), 트리스(1-페닐이소퀴놀린)이리듐(Ⅲ) (Tris(1-phenylisoquinoline)iridium(Ⅲ), Ir(piq)3), 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(1-페닐이소퀴놀린)(아세틸아세토네이트)이리듐(Ⅲ) (Bis(1-phenylisoquinoline)(acetylacetonate)iridium(Ⅲ); Ir(piq)2(acac)), 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-퀴놀리나토)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)), 트리스(디벤조일메탄)모노(1,10-페난트롤린)유로퓸(Ⅲ) (Tris(dibenzoylmethane)mono(1,10-phenanthroline)europium(Ⅲ); Eu(dbm)3(phen)) 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
적색 발광물질층(360)에서 제 2 호스트(362)의 함량은 50 내지 99 중량%, 예를 들어 95 내지 98 중량%이고, 적색 발광체(364)의 함량은 1 내지 50 중량%, 예를 들어, 2 내지 5 중량%일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 적색 발광물질층(360)이 P형 적색 호스트와 N형 적색 호스트를 포함하는 경우, P형 적색 호스트와 N형 적색 호스트는 4:1 내지 1:3, 예를 들어, 3:1 내지 1:3의 중량비로 배합될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 3으로 돌아가면, 정공주입층(310)은 제 1 전극(210)과 정공수송층(320) 사이에 위치하여, 무기물인 제 1 전극(210)과 유기물인 정공수송층(320) 사이의 계면 특성을 향상시킨다. 예시적인 실시형태에서, 정공주입층(310)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), 2,3,5,6-Tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyano-quinodimethane (F4-TCNQ), 1,3,4,5,7,8-hexafluorotetracyanonaphthoquinodimethane (F6-TCNQ), 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), 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,N'-디페닐-N,N'-디-[4-(N,N-디페닐-아미노)페닐]벤지딘(N,N'-diphenyl-N,N'-di[4-(N,N-diphenyl-amino)phenyl]benzidine; NPNPB), MgF2, CaF2, 하기 화학식 5의 화합물 및/또는 이들의 조합인 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
[화학식 5]
다른 예시적인 실시형태에서, 정공주입층(310)은 후술하는 정공 수송 물질에 전술한 정공 주입 물질(예를 들어, HAT-CN, F4-TCNQ 및/또는 F6-TCNQ)이 도핑된 물질을 포함할 수 있다. 정공주입층(310) 중에 정공 주입 물질의 함량은 약 2 내지 약 15 wt%일 수 있다. 유기발광다이오드(D1)의 특성에 따라 정공주입층(310)은 생략될 수 있다.
정공수송층(320)은 제 1 전극(210)과 발광물질층(340) 사이에 발광물질층(340)에 인접하여 위치한다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 정공수송층(320)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), 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), 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), 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 이들의 조합인 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
발광물질층(340)과 제 2 전극(220) 사이에는 전자수송층(380)과 전자주입층(390)이 순차적으로 적층될 수 있다. 전자수송층(380)을 이루는 소재는 높은 전자 이동도가 요구되는데, 원활한 전자 수송을 통하여 발광물질층(340)에 전자를 안정적으로 공급한다.
예시적인 측면에서, 전자수송층(380)은 옥사디아졸계(oxadiazole-base) 화합물, 트리아졸계(triazole-base) 화합물, 페난트롤린계(phenanthroline-base) 화합물, 벤족사졸계(benzoxazole-based) 화합물, 벤조티아졸계(benzothiazole-base) 화합물, 벤즈이미다졸계(benzimidazole-base) 화합물, 트리아진계(triazine-base) 화합물 및/또는 이들의 조합인 화합물을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 전자수송층(380)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), 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) 및/또는 이들의 조합인 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
전자주입층(390)은 제 2 전극(220)과 전자수송층(380) 사이에 위치하는데, 제 2 전극(220)의 특성을 개선하여 소자의 수명을 개선할 수 있다. 예시적인 측면에서, 전자주입층(390)은 LiF, CsF, NaF, BaF2 등의 알칼리금속 할라이드계 물질 및/또는 알칼리토금속 할라이드계 물질 및/또는 Liq(lithium quinolate), 리튬 벤조에이트(lithium benzoate), 소듐 스테아레이트(sodium stearate) 등의 유기금속계 물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 선택적인 실시형태에서, 전자주입층(390)은 생략될 수 있다.
선택적인 실시형태에서, 전자주입층(390)은 전자 수송 물질에 Li, Na, K 등의 알칼리 금속 및/또는 Mg, Ca 등의 알칼리토 금속이 도핑되어 이루어질 수 있다. 이때, 전자주입층(390) 중에 알칼리 금속 및/또는 알칼리토 금속의 함량은 0.5 내지 10 중량%일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
한편, 정공이 발광물질층(340)을 지나 제 2 전극(220)으로 이동하거나, 전자가 발광물질층(340)을 지나 제 1 전극(210)으로 가는 경우, 소자의 수명과 효율에 감소를 가져올 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 본 발명의 예시적인 제 1 실시형태에 따른 유기발광다이오드(D1)는 발광물질층(340)에 인접하여 적어도 1개의 엑시톤 차단층이 위치한다.
예를 들어, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 유기발광다이오드(D1)는 정공수송층(320)과 발광물질층(340) 사이에 전자의 이동을 제어, 방지할 수 있는 전자차단층(330)이 위치한다. 일례로, 전자차단층(330)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, DNTPD, TDAPB, DCDPA, 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) 및/또는 이들의 조합인 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 발광물질층(340)과 전자수송층(380) 사이에 제 2 엑시톤 차단층으로서 정공차단층(370)이 위치하여 발광물질층(340)과 전자수송층(380) 사이에 정공의 이동을 방지한다. 예시적인 측면에서, 정공차단층(370)의 소재로서 전자수송층(380)에 사용될 수 있는 옥사디아졸계 화합물, 트리아졸계 화합물, 페난트롤린계 화합물, 벤족사졸계 화합물, 벤조티아졸계 화합물, 벤즈이미다졸계 화합물, 트리아진계 화합물 중에서 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다.
예를 들어, 정공차단층(370)은 발광물질층(340)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), DPEPO, 9-(6-(9H-카바졸-9-일)피리딘-3-일)-9H-3,9'-바이카바졸, TSPO1 및/또는 이들의 조합인 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 전자차단층(330) 및/또는 정공차단층(370)은 생략될 수 있다.
정공수송층(320)에 인접하게 청색 발광물질층(350)을 배치하고, 전자수송층(380)에 인접하게 적색 발광물질층(360)을 배치한다. 발광물질층(340) 내에 엑시톤 재결합 영역이 형성되어 안정적인 청색 발광 효율을 유지할 수 있다. 엑시톤 소광을 억제하여, 발광 재료 및 전하 수송 재료의 열화를 최소화하여, 안정적인 적색 발광 수명을 확보할 수 있다.
전술한 제 1 실시형태에서는 적색 및 청색으로 발광하는 단일 발광부로 이루어진 유기발광표시장치 및 유기발광다이오드에 대하여 설명하였다. 이와 달리, 백색(W) 발광을 포함하는 풀-컬러 표시장치를 또한 구현할 수 있는데, 이에 대해서 설명한다.
도 6은 본 발명의 예시적인 제 2 실시형태에 따른 유기발광표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 유기발광표시장치(400)는 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP) 및 청색 화소영역(BP)이 각각 정의된 제 1 기판(402)과, 제 1 기판(402)과 마주하는 제 2 기판(404)과, 제 1 기판(402)과 제 2 기판(404) 사이에 위치하며 백색 빛을 발광하는 유기발광다이오드(D)와, 유기발광다이오드(D)와 제 1 기판(402) 사이에 위치하는 컬러필터층(480)을 포함한다.
제 1 기판(402) 및 제 2 기판(404)은 각각 유리 기판, 플렉서블 기판 또는 고분자 플라스틱 기판일 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 기판(402, 404)은 각각 PI, PES, PEN, PET 및 PC 중에서 어느 하나로 형성될 수 있다. 제 2 기판(404)은 생략될 수 있다.
제 1 기판(402) 상에 버퍼층(406)이 형성되고, 버퍼층(406) 상에는 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP) 및 청색 화소영역(BP) 각각에 대응하여 박막트랜지스터(Tr)가 형성된다. 버퍼층(406)은 생략될 수 있다.
버퍼층(406) 상에 반도체층(410)이 형성된다. 일례로, 반도체층(410)은 산화물 반도체 물질로 이루어지거나, 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다.
반도체층(410) 상부에는 절연 물질, 예를 들어, 실리콘산화물(SiOx) 또는 실리콘질화물(SiNx)과 같은 무기 절연 물질로 이루어지는 게이트 절연막(420)이 형성된다.
게이트 절연막(420) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 게이트 전극(430)이 반도체층(410)의 중앙에 대응하여 형성된다. 게이트 전극(430) 상부에는 절연 물질, 실리콘산화물(SiOx) 또는 실리콘질화물(SiNx)과 같은 무기 절연 물질이나, 벤조사이클로부텐이나 포토 아크릴(photo-acryl)과 같은 유기 절연 물질로 이루어지는 층간 절연막(440)이 형성된다.
층간 절연막(440)은 반도체층(410)의 양측 상면을 노출하는 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(442, 444)을 갖는다. 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(442, 444)은 게이트 전극(430)의 양측에서 게이트 전극(430)과 이격되어 위치한다.
층간 절연막(440) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 소스 전극(452)과 드레인 전극(454)이 형성된다. 소스 전극(452)과 드레인 전극(454)은 게이트 전극(430)을 중심으로 이격되어 위치하며, 각각 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(442, 444)을 통해 반도체층(410)의 양측과 접촉한다.
반도체층(410), 게이트 전극(430), 소스 전극(452) 및 드레인 전극(454)은 박막트랜지스터(Tr)를 이루며, 박막트랜지스터(Tr)는 구동 소자(driving element)로 기능한다.
도 6에 도시하지 않았으나, 게이트 배선(GL, 도 1 참조)과 데이터 배선(DL, 도 1 참조)이 서로 교차하여 화소영역을 정의하며, 게이트 배선과 데이터 배선에 연결되는 스위칭 소자(Ts, 도 1 참조)가 더 형성된다. 상기 스위칭 소자(Ts)는 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)에 연결된다. 또한, 파워 배선(PL, 도 1 참조)이 데이터 배선(DL)과 평행하게 이격되어 형성되며, 일 프레임(frame) 동안 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)의 게이트 전극(430)의 전압을 일정하게 유지되도록 하기 위한 스토리지 커패시터(Cst)가 더 구성될 수 있다.
소스 전극(452)과 드레인 전극(454) 상부에는 평탄화층(460)이 박막트랜지스터(Tr)를 덮으며 제 1 기판(402) 전면에 형성된다. 평탄화층(460)은 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(454)을 노출하는 드레인 컨택홀(462)을 갖는다.
평탄화층(460) 상에 유기발광다이오드(D)가 위치한다. 유기발광다이오드(D)는 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(454)에 연결되는 제 1 전극(510)과, 제 1 전극(510)과 마주하는 제 2 전극(520)과, 제 1 및 제 2 전극(510, 520) 사이에 위치하는 발광층(530)을 포함한다.
각각의 화소영역 별로 형성되는 제 1 전극(510)은 양극(anode)일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 큰 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 일례로, 제 1 전극(510)은 ITO, IZO, ITZO, SnO, ZnO, ICO 및 AZO 등으로 이루어질 수 있다.
평탄화층(460) 상에는 제 1 전극(510)의 가장자리를 덮는 뱅크층(464)이 형성된다. 뱅크층(464)은 화소(RP, GP, BP)에 대응하여 제 1 전극(510)의 중앙을 노출한다. 뱅크층(464)은 생략될 수 있다.
제 1 전극(510) 상에 다수의 발광부를 포함할 수 있는 발광층(530)이 형성된다. 도 7 에 나타낸 바와 같이, 발광층(530)은 다수의 발광부(600, 700, 800, 900)와 하나 이상의 전하생성층(690, 790, 890)을 포함할 수 있다. 각각의 발광부(600, 700, 800, 900)는 적어도 하나의 발광물질층을 포함하고, 정공주입층, 정공수송층, 전자차단층, 정공차단층, 전자수송층 및/또는 전자주입층을 더욱 포함할 수 있다.
발광층(530)이 형성된 제 1 기판(402) 상부에 제 2 전극(520)이 형성된다. 제 2 전극(520)은 표시영역의 전면에 위치하며, 일함수 값이 비교적 적은 물질로 이루어져, 전자를 주입하는 음극(cathode)일 수 있다. 예를 들어, 제 2 전극(520)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.
컬러필터층(480)은 제 1 기판(402)과 유기발광다이오드(D) 사이, 예를 들어, 층간 절연막(440)과 평탄화층(460) 사이에 배치될 수 있다. 컬러필터층(480)은 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP) 및 청색 화소영역(BP) 각각에 대응되는 적색 컬러필터(482), 녹색 컬러필터(484) 및 청색 컬러필터(486)을 포함한다.
외부 수분이 유기발광다이오드(D)로 침투하는 것을 방지하기 위해, 인캡슐레이션 필름(470)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 인캡슐레이션 필름(470)은 제 1 무기 절연층과, 유기 절연층과 제 2 무기 절연층의 적층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다(도 2의 170 참조). 또한, 제 1 기판(402)의 외측면에는 외부광 반사를 줄이기 위한 편광판이 부착될 수 있다. 예를 들어, 편광판은 원형 편광판일 수 있다.
도 6에서, 유기발광다이오드(D)에서 방출된 빛은 제 1 전극(510)을 통과하고, 컬러필터층(480)은 유기발광다이오드(D)의 하부에 배치되고 있다. 즉, 유기발광표시장치(400)는 하부 발광 방식일 수 있다. 이와 달리, 유기발광표시장치(400)가 상부 발광 방식인 경우, 유기발광다이오드(D)의 빛은 제 2 전극(520)을 통과하고, 컬러필터층(480)은 유기발광다이오드(D)의 상부에 배치될 수도 있다. 이 경우, 컬러필터층(480)은 접착층에 의하여 유기발광다이오드(D)에 부착되거나, 또는 유기발광다이오드(D)의 바로 위에 형성될 수 있다. 유기발광표시장치(400)가 상부 발광 방식인 경우, 제 1 전극(510) 하부에는 반사전극 또는 반사층이 더욱 형성될 수 있다. 예를 들어, 반사전극 또는 반사층은 은 또는 APC 합금으로 이루어질 수 있다.
도시하지 않았으나, 유기발광다이오드(D)와 컬러필터층(480) 사이에는 색변환층이 구비될 수도 있다. 색변환층은 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP) 및 청색 화소영역(BP)에 각각 대응하며, 녹색 색변환층, 적색 색변환층 및 청색 색변환층을 포함하며, 유기발광다이오드(D)로부터 방출된 백색 광을 각각 녹색, 적색 및 청색으로 변환시킬 수 있다. 예를 들어, 색변환층은 양자점을 포함할 수 있다. 따라서, 유기발광표시장치(400)의 색 순도가 더욱 향상될 수 있다. 선택적인 실시형태에서, 컬러필터층(480) 대신에 색변환층이 포함될 수도 있다.
전술한 바와 같이, 유기발광다이오드(D)로부터 방출된 백색 빛은 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP) 및 청색 화소영역(BP) 각각에 대응되는 적색 컬러필터(482), 녹색 컬러필터(484), 청색 컬러필터(486)를 통과함으로써, 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP) 및 청색 화소영역(BP)에서 각각 적색, 녹색 및 청색 빛이 표시된다.
본 발명의 제 2 실시형태에 따른 유기발광표시장치에 적용될 수 있는 유기발광다이오드에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. 도 7은 본 발명의 예시적인 제 2 실시형태에 따라 4개의 발광부가 탠덤 구조를 이루는 유기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 유기발광다이오드(D2)는 서로 마주하는 제 1 전극(510) 및 제 2 전극(520)과, 제 1 전극(510)과 제 2 전극(520) 사이에 위치하는 발광층(530)을 포함한다. 발광층(530)은 제 1 전극(510)과 제 2 전극(520) 사이에 위치하는 제 1 발광부(600)와, 제 1 발광부(600)와 제 2 전극(520) 사이에 위치하는 제 2 발광부(700)와, 제 2 발광부(700)와 제 2 전극(520) 사이에 위치하는 제 3 발광부(800)와, 제 3 발광부(800)와 제 2 전극(520) 사이에 위치하는 제 4 발광부(900)와, 제 1 발광부(600)와 제 2 발광부(700) 사이에 위치하는 제 1 전하생성층(690)과, 제 2 발광부(700)와 제 3 발광부(800) 사이에 위치하는 제 2 전하생성층(790)과, 제 3 발광부(800)와 제 4 발광부(900) 사이에 위치하는 제 3 전하생성층(890)을 포함한다.
제 1 전극(510)은 양극일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 큰 도전성 물질, 예를 들어 투명 도전성 산화물(transparent conductive oxide, TCO)로 형성될 수 있다. 제 2 전극(520)은 음극일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 작은 도전성 물질로 형성될 수 있다.
제 1 발광부(600)는 제 1 발광물질층(EML1, 640)을 포함한다. 제 1 발광부(600)는 제 1 전극(510)과 제 1 발광물질층(640) 사이에 위치하는 정공주입층(HIL, 610)과, 정공주입층(610)과 제 1 발광물질층(640) 사이에 위치하는 제 1 정공수송층(HTL1, 620)과, 제 1 발광물질층(640)과 전하생성층(690) 사이에 위치하는 제 1 전자수송층(ETL1, 680) 중에서 적어도 어느 하나를 포함한다. 선택적으로, 제 1 발광부(600)는 제 1 정공수송층(620)과 제 1 발광물질층(640) 사이에 위치하는 제 1 전자차단층(EBL1, 630) 및/또는 제 1 발광물질층(640)과 제 1 전자수송층(680) 사이에 위치하는 제 1 정공차단층(HBL1, 670)을 더욱 포함할 수 있다.
제 2 발광부(700)는 제 2 발광물질층(EML2, 740)을 포함한다. 제 2 발광부(700)는 제 1 전하생성층(690)과 제 2 발광물질층(740) 사이에 위치하는 제 2 정공수송층(HTL2, 720)과, 제 2 발광물질층(740)과 제 2 전하생성층(790) 사이에 위치하는 제 2 전자수송층(ETL2, 780) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 선택적으로, 제 2 발광부(700)는 제 2 정공수송층(720)과 제 2 발광물질층(740) 사이에 위치하는 제 2 전자차단층(EBL2, 730)과 제 2 발광물질층(740)과 제 2 전자수송층(780) 사이에 위치하는 제 2 정공차단층(HBL2, 770) 중에서 어느 하나를 더욱 포함할 수 있다.
제 3 발광부(800)는 제 3 발광물질층(EML3, 840)을 포함한다. 제 3 발광부(800)는 제 2 전하생성층(790)과 제 3 발광물질층(840) 사이에 위치하는 제 3 정공수송층(HTL3, 820)과, 제 3 발광물질층(840)과 제 3 전하생성층(890) 사이에 위치하는 제 3 전자수송층(ETL3, 880) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 선택적으로, 제 3 발광부(800)는 제 3 정공수송층(820)과 제 3 발광물질층(840) 사이에 위치하는 제 3 전자차단층(EBL3, 830)과 제 3 발광물질층(840)과 제 3 전자수송층(880) 사이에 위치하는 제 3 정공차단층(HBL3, 870) 중에서 어느 하나를 더욱 포함할 수 있다.
제 4 발광부(900)는 제 4 발광물질층(EML4, 940)을 포함한다. 제 4 발광부(900)는 제 3 전하생성층(890)과 제 4 발광물질층(940) 사이에 위치하는 제 4 정공수송층(HTL4, 920)과, 제 4 발광물질층(940)과 제 2 전극(520) 사이에 위치하는 제 4 전자수송층(ETL4, 980)과, 제 4 전자수송층(980)과 제 2 전극(520) 사이에 위치하는 전자주입층(EIL, 990) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 선택적으로, 제 4 발광부(900)는 제 4 정공수송층(920)과 제 4 발광물질층(940) 사이에 위치하는 제 4 전자차단층(EBL4, 930)과 제 4 발광물질층(940)과 제 4 전자수송층(980) 사이에 위치하는 제 4 정공차단층(HBL4, 970) 중에서 어느 하나를 더욱 포함할 수 있다.
정공주입층(610)은 제 1 전극(510)과 제 1 정공수송층(620) 사이에 위치하여, 무기물인 제 1 전극(510)과 유기물인 제 1 정공수송층(620) 사이의 계면 특성을 향상시킨다. 일례로, 정공주입층(610)은 MTDATA, NATA, 1T-NATA, 2T-NATA, CuPc, TCTA, NPB(NPD), HAT-CN, TDAPB, PEDOT/PSS, N-(바이페닐-4-일)-9,9-디메틸-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)-9H-플루오렌-2-아민, NPNPB, TPAC, 화학식 5의 화합물 및/또는 이들의 조합인 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 선택적으로, 정공주입층(610)은 정공 수송 물질에 정공 주입 물질이 도핑된 화합물을 포함할 수 있다. 유기발광다이오드(D2)의 특성에 따라 정공주입층(610)은 생략될 수 있다.
제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 정공수송층(620, 720, 820, 920)은 각각 TPD, NPB, DNTPD, 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 이들의 조합인 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전자수송층(680, 780, 880, 980)은 각각 제 1 발광부(600), 제 2 발광부(700), 제 3 발광부(800) 및 제 4 발광부(900)에서 전자 수송을 원활하게 한다. 일례로, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전자수송층(680, 780, 880, 980)은 각각 독립적으로 옥사디아졸계(oxadiazole-base) 화합물, 트리아졸계(triazole-base) 화합물, 페난트롤린계(phenanthroline-base) 화합물, 벤족사졸계(benzoxazole-based) 화합물, 벤조티아졸계(benzothiazole-base) 화합물, 벤즈이미다졸계(benzimidazole-base) 화합물, 트리아진계(triazine-base) 화합물 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전자수송층(680, 780, 880, 980)은 각각 독립적으로 Alq3, PBD, 스파이로-PBD, Liq, TPBi, BAlq, Bphen, NBphen, BCP, TAZ, NTAZ, TpPyPB, TmPPPyTz, PFNBr, TPQ, TSPO1, ZADN 및/또는 이들의 조합인 전자 수송 물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전자주입층(990)은 제 2 전극(520)과 제 4 전자수송층(980) 사이에 위치하는데, 제 2 전극(520)의 특성을 개선하여 소자의 수명을 개선할 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 전자주입층(990)은 LiF, CsF, NaF, BaF2 등의 알칼리금속 할라이드계 물질 및/또는 알칼리토금속 할라이드계 물질 및/또는 Liq, 리튬 벤조에이트, 소듐 스테아레이트 등의 유기금속계 물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전자차단층(630, 730, 830, 930)은 각각 독립적으로 TCTA, 트리스[4-(디에틸아미노)페닐]아민, N-(바이페닐-4-일)-9,9-디메틸-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)-9H-플루오렌-2-아민, TAPC, MTDATA, mCP, mCBP, CuPC, DNTPD, TDAPB, DCDPA, 2,8-비스(9-페닐-9H-카바졸-3-일)디벤조[b,d]티오펜 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 정공차단층(670, 770, 870, 970)은 각각 제 1 내지 제 4 전자수송층(680, 780, 880, 980)에 사용될 수 있는 옥사디아졸계 화합물, 트리아졸계 화합물, 페난트롤린계 화합물, 벤족사졸계 화합물, 벤조티아졸계 화합물, 벤즈이미다졸계 화합물, 트리아진계 화합물 중에서 어느 하나가 사용될 수 있다. 예를 들어, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 정공차단층(670, 770, 870, 970)은 각각 독립적으로 BCP, BAlq, Alq3, PBD, 스파이로-PBD, Liq, B3PYMPM, DPEPO, 9-(6-(9H-카바졸-9-일)피리딘-3-일)-9H-3,9'-바이카바졸, TSPO1 및/또는 이들의 조합인 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 1 전하생성층(charge generation layer 1, CGL1, 690)은 제 1 전자수송층(680)과 제 2 정공수송층(720) 사이에 위치하는 제 1 N형 전하생성층(N-CGL1, 692)와, 제 1 N형 전하생성층(692)와 제 2 정공수송층(720) 사이에 위치하는 제 1 P형 전하생성층(P-CGL1, 694)을 포함한다.
제 2 전하생성층(CGL2, 790)은 제 2 전자수송층(780)과 제 3 정공수송층(820) 사이에 위치하는 제 2 N형 전하생성층(N-CGL2, 792)와, 제 2 N형 전하생성층(792)와 제 3 정공수송층(820) 사이에 위치하는 제 2 P형 전하생성층(P-CGL2, 794)을 포함한다. 제 3 전하생성층(CGL3, 890)은 제 3 전자수송층(880)과 제 4 정공수송층(920) 사이에 위치하는 제 3 N형 전하생성층(N-CGL3, 892)와, 제 3 N형 전하생성층(892)와 제 4 정공수송층(920) 사이에 위치하는 제 3 P형 전하생성층(P-CGL3, 894)을 포함한다.
제 1, 제 2 및 제 3 N형 전하생성층(692, 792, 892)은 각각 제 1 발광부(600)의 제 1 발광물질층(640), 제 2 발광부(700)의 제 2 발광물질층(740) 및 제 3 발광부(800)의 제 3 발광물질층(840)으로 전자를 공급한다. 제 1, 제 2 및 제 3 P형 전하생성층(694, 794, 894)은 각각 제 2 발광부(700)의 제 2 발광물질층(740), 제 3 발광부(800)의 제 3 발광물질층(840) 및 제 4 발광부(900)의 제 4 발광물질층(940)으로 정공을 공급한다.
제 1, 제 2 및 제 3 N형 전하생성층(692, 792, 892)은 각각 전자 수송 물질에 Li, Na, K, Cs와 같은 알칼리 금속 및/또는 Mg, Sr, Ba, Ra과 같은 알칼리토 금속으로 도핑된 유기층일 수 있다. 제 1, 제 2 및 제 3 N형 전하생성층(692, 792 892) 중에 알칼리 금속 및/또는 알칼리토 금속의 함량은 약 0.1 내지 30 중량%, 예를 들어 약 1 내지 약 10 중량%일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
예시적인 실시형태에서, 제 1, 제 2 및 제 3 P형 전하생성층(694, 794, 894)은 각각 독립적으로 텅스텐산화물(WOx), 몰리브덴산화물(MoOx), 베릴륨산화물(Be2O3), 바나듐산화물(V2O5) 및/또는 이들의 조합인 무기물을 포함할 수 있다. 다른 예시적인 실시형태에서, 제 1, 제 2 및 제 3 P형 전하생성층(694, 794, 894)은 각각 독립적으로 정공 수송 물질이 정공 주입 물질(예를 들어, HAT-CN, F4-TCNQ 및/또는 F6-TCNQ)가 도핑된 유기 화합물을 포함할 수 있다. 제 1, 제 2 및 제 3 P형 전하생성층(694, 794, 894) 중에 정공 주입 물질의 함량은 약 2 내지 약 15 중량%일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 제 1 내지 제 4 발광물질층(640, 740, 840, 940) 중에서 2개는 청색으로 발광하고, 제 1 내지 제 4 발광물질층(640, 740, 840, 940) 중에서 1개는 녹색으로 발광하며, 제 1 내지 제 4 발광물질층(640, 740, 840, 940) 중에서 다른 1개는 청색-적색으로 발광하여, 유기발광다이오드(D2)는 백색(W) 발광을 구현할 수 있다. 이하에서는 제 2 및 제 4 발광물질층(740, 940)이 청색으로 발광하고, 제 3 발광물질층(840)이 녹색으로 발광하며, 제 1 발광물질층(640)이 청색-적색으로 발광하는 유기발광다이오드(D2)를 중심으로 설명한다.
제 1 발광물질층(640)은 제 1 청색 발광물질층(650)과, 제 1 청색 발광물질층(650)과 제 1 전하생성층(690) 사이에 위치하는 적색 발광물질층(660)을 포함한다. 제 1 청색 발광물질층(650)은 제 1 호스트(청색 호스트, 652)와 청색 발광체(청색 도펀트, 654)를 포함한다. 제 1 호스트(652)는 P형 청색 호스트 및 N형 청색 호스트 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 청색 발광체(654)는 청색 인광 물질, 청색 형광 물질 및 청색 지연 형광 물질 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 적색 발광물질층(660)은 제 2 호스트(적색 호스트, 662)와 적색 발광체(적색 도펀트, 664)를 포함한다. 제 2 호스트(662)는 P형 적색 호스트 및 N형 적색 호스트 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 적색 발광체(664)는 적색 인광 물질, 적색 형광 물질 및 적색 지연 형광 물질 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제 1 호스트(652), 청색 발광체(654), 제 2 호스트(662) 및 적색 발광체(664)의 종류 및 함량은 도 3 및 도 5를 참조하면서 설명한 것과 동일할 수 있다.
제 2 및 제 4 발광물질층(740, 940)은 각각 제 2 청색 발광물질층 및 제 3 청색 발광물질층일 수 있다. 제 2 및 제 4 발광물질층(740, 940)은 각각 청색 발광물질층 외에 외에 스카이 블루(Sky Blue) 발광물질층 또는 진청색(Deep Blue) 발광물질층일 수 있다. 제 2 및 제 4 발광물질층(740, 940)은 각각 독립적으로 청색 호스트와 청색 발광체를 포함할 수 있다.
제 2 및 제 4 발광물질층(740, 940)의 청색 호스트는 각각 P형 청색 호스트 및 N형 청색 호스트 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제 2 및 제 4 발광물질층(740, 940)의 청색 발광체는 청색 인광 물질, 청색 형광 물질 및 청색 지연형광 물질 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예시적인 실시형태에서, 제 2 및 제 4 발광물질층(740, 940)에 포함되는 청색 호스트는 제 1 호스트(652)와 동일할 수 있다. 다른 예시적인 실시형태에서, 제 2 및 제 4 발광물질(740, 940)에 포함되는 청색 호스트는 각각 독립적으로 1,3-비스(카바졸-9-일)벤젠 (1,3-Bis(carbazol-9-yl)benzene (mCP), 9-(3-(9H-카바졸-9-일)페닐)-9H-카바졸-3-카보니트릴 (9-(3-(9H-carbazol-9-yl)phenyl)-9H-carbazole-3-carbonitrile; mCP-CN), 3,3-디(9H-카바졸-9-일)바이페닐(3,3-Di(9H-carbazol-9-yl)biphenyl (mCBP), CBP-CN, 9-(3-(9H-Carbazol-9-yl)phenyl)-3-(diphenylphosphoryl)-9H-carbazole (mCPPO1) 3,5-Di(9H-carbazol-9-yl)biphenyl (Ph-mCP), 디페닐-4-트리페닐실릴-페닐포스핀옥사이드 (Diphenyl-4-triphenylsilyl-phenylphosphine oxide; TSPO1), 9-(3'-(9H-carbazol-9-yl)-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-9H-pyrido[2,3-b]indole (CzBPCb), Bis(2-methylphenyl)diphenylsilane (UGH-1), 1,4-Bis(triphenylsilyl)benzene (UGH-2), 1,3-Bis(triphenylsilyl)benzene (UGH-3), 9,9-Spiorobifluoren-2-yl-diphenyl-phosphine oxide (SPPO1), 9,9'-(5-(Triphenylsilyl)-1,3-phenylene)bis(9H-carbazole) (SimCP), 9,10-디(나프탈렌-2-일)안트라센 (9,10-di(naphthalen-2-yl)anthracene, ADN), 2-메틸-9,10-비스(나프탈렌-2-일)안트라센 (2-methyl-9,10-bis(naphthalen-2-yl)anthracene, MADN) 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 2 및 제 4 발광물질층(740, 940)의 청색 발광체는 각각 청색 발광체(654) 와 동일할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 제 2 발광층(740)의 청색 호스트는 제 4 발광층(940)의 청색 호스트와 동일하거나 상이할 수 있다. 제 2 발광층(740)의 청색 발광체는 제 4 발광층(940)의 청색 발광체와 동일하거나 상이할 수 있다.
제 2 발광물질층(740) 및 제 4 발광물질층(940)에서 청색 호스트의 함량은 각각 50 내지 99 중량%, 예를 들어 80 내지 95 중량%이고, 청색 발광체의 함량은 각각 1 내지 50 중량%, 예를 들어, 5 내지 20 중량%일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 제 2 발광물질층(740) 및 제 4 발광물질층(940)이 각각 P형 청색 호스트와 N형 청색 호스트를 포함하는 경우, P형 청색 호스트와 N형 청색 호스트는 4:1 내지 1:3, 예를 들어, 3:1 내지 1:3의 중량비로 배합될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 3 발광물질층(840)은 녹색 호스트와 녹색 발광체(녹색 도펀트)를 포함할 수 있다. 제 3 발광물질층(840)의 녹색 호스트는 P형 녹색 호스트 및 N형 녹색 호스트 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제 3 발광물질층(840)의 녹색 발광체는 녹색 인광 물질, 녹색 형광 물질 및 녹색 지연 형광 물질 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일례로, 제 3 발광물질층(840)에 사용될 수 있는 녹색 호스트는 9-(3-(9H-카바졸-9-일)페닐)-9H-카바졸-3-카보니트릴(9-(3-(9H-carbazol-9-yl)phenyl)-9H-carbazole-3-carbonitrile; mCP-CN), CBP, 3,3'-비스(N-카바졸릴)-1,1'-바이페닐(3,3'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl; mCBP), 1,3-비스(카바졸-9-일)벤젠(1,3-Bis(carbazol-9-yl)benzene; mCP), 비스[2-(디페닐포스피노)페닐]에테르옥사이드(Bis[2-(diphenylphosphino)phenyl]teeth oxide; DPEPO), 2,8-비스(디페닐포스포릴)디벤조티오펜(2,8-bis(diphenylphosphoryl)dibenzothiophene; PPT), 1,3,5-트리[(3-피리딜)-펜-3-일]벤젠(1,3,5-Tri[(3-pyridyl)-phen-3-yl]benzene; TmPyPB), 2,6-디(9H-카바졸-9-일)피리딘(2,6-Di(9H-carbazol-9-yl)pyridine; PYD-2Cz), 2,8-디(9H-카바졸-9-일)디벤조티오펜(2,8-di(9H-carbazol-9-yl)dibenzothiophene; DCzDBT), 3', 5'-디(카바졸-9-일)-[1,1'-바이페닐]-3,5-디카보니트릴(3',5'-Di(carbazol-9-yl)-[1,1'-bipheyl]-3,5-dicarbonitrile; DCzTPA), 4'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3,5-디카보니트릴(4'-(9H-carbazol-9-yl)biphenyl-3,5-dicarbonitrile(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), 디페닐-4-트리페닐실릴-페닐포스핀옥사이드(Diphenyl-4-triphenylsilyl-phenylphosphine oxide; TSPO1), 9-(9-페닐-9H-카바졸-6-일)-9H-카바졸(9-(9-phenyl-9H-carbazol-6-yl)-9H-carbazole; CCP), 4-(3-(트리페닐렌-2-일)페닐)디벤조[b,d]티오펜(4-(3-(triphenylen-2-yl)phenyl)dibenzo[b,d]thiophene), 9-(4-(9H-카바졸-9-일)페닐)-9H-3,9'-바이카바졸(9-(4-(9H-carbazol-9-yl)phenyl)-9H-3,9'-bicarbazole), 9-(3-(9H-카바졸-9-일)페닐)-9H-3,9'-바이카바졸(9-(3-(9H-carbazol-9-yl)phenyl)-9H-3,9'-bicarbazole), 9-(6-(9H-카바졸-9-일)피리딘-3-일)-9H-3,9'-바이카바졸(9-(6-(9H-carbazol-9-yl)pyridin-3-yl)-9H-3,9'-bicabazole), 9,9'-디페닐-9H,9'H-3,3'-바이카바졸(9,9'-Diphenyl-9H,9'H-3,3'-bicarbazole; BCzPh), 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; Spiro-CBP), 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) 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 3 발광물질층(840)에 사용될 수 있는 녹색 발광체는 [비스(2-페닐피리딘)](피리딜-2-벤조퓨로[2,3-b]피리딘)이리듐 ([Bis(2-phenylpyridine)](pyridyl-2-benzofuro[2,3-b]pyridine)iridium), 트리스[2-페닐피리딘]이리듐(Ⅲ) (Tris[2-phenylpyridine]iridium(Ⅲ); Ir(ppy)3), 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) 및/또는 이들의 조합인 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 3 발광물질층(840)에서 녹색 호스트의 함량은 각각 각각 50 내지 99 중량%, 예를 들어 80 내지 95 중량%이고, 녹색 발광체의 함량은 각각 1 내지 50 중량%, 예를 들어, 5 내지 20 중량%일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 제 3 발광물질층(740) 각각 P형 녹색 호스트와 N형 녹색 호스트를 포함하는 경우, P형 녹색 호스트와 N형 녹색 호스트는 4:1 내지 1:3, 예를 들어, 3:1 내지 1:3의 중량비로 배합될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
4개의 발광부(600, 700, 800, 900) 중에서 어느 하나의 발광부는 청색 발광물질층(650)에 연접하여 적색 발광물질층(660)이 위치한다. 제 1 호스트(652) 및/또는 제 2 호스트(662)의 에너지 준위 등을 조절하여, 제 1 발광물질층(640) 내에 엑시톤 재결합 영역이 균일하게 형성되어 안정적인 청색 발광 효율을 유지할 수 있다. 엑시톤 소광을 방지하여, 유기발광다이오드(D2)의 구동 전압이 상승하는 것을 억제하고, 안정적인 적색 발광 수명을 확보할 수 있다. 또한, 탠덤 구조를 적용하여, 유기발광다이오드(D2)의 발광 특성이 더욱 향상될 수 있다.
이하, 예시적인 실시예를 통하여 본 발명을 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예에 기재된 기술사상으로 한정되지 않는다.
실시예 1: 유기발광다이오드 제조
청색 발광물질층 및 적색 발광물질층이 연접하게 위치하는 유기발광다이오드를 제조하였다. 1100 Å 두께의 ITO가 박막 코팅된 유리 기판을 세척하고, 이소프로필알코올, 아세톤, 메탄올 등의 용제로 초음파 세정을 진행한 후 100℃ Oven에 건조하였다. 준비된 ITO 투명 전극 상에 다른 층들을 증착하기 위하여 증착 챔버로 이송하고, 아래와 같은 순서로 유기물층을 증착하였다.
정공주입층(MgF2, 두께 70 Å); 정공수송층(DNTPD, 두께 150 Å); 청색 발광물질층 (화학식 2의 화합물 BH7 (제 1 호스트, HOMO: -6.0 eV, LUMO: -3.0 eV, 95-99 wt%), 청색 발광체: DABNA-1 (1-5 wt%), 두께 100-300 Å); 적색 발광물질층 (제 2 호스트: 화학식 4의 화합물 RH1 (HOMO: -5.57 eV, LUMO: -2.47 eV, 95-98 wt%), 적색 발광체: Ir(piq)3 (2-5 wt%), 두께 100-300 Å); 전자수송층 (TPBi, 두께 220 Å); 전자주입층(Bphen (99 wt%), Li (1 wt%), 두께 170 Å); 음극(Al, 두께 1500 Å).
제 1 호스트의 HOMO 에너지 준위와, 제 2 호스트의 HOMO 에너지 준위 사이의 에너지 밴드갭은 0.43 eV이다.
위에서 제조된 유기발광다이오드를 유리로 인캡슐레이션하고, 피막을 형성하기 위하여 증착 챔버에서 건조 박스 내로 옮기고 후속적으로 UV 경화 에폭시 및 수분 게터(getter)를 사용하여 인캡슐레이션 하였다. 발광다이오드를 제조하기 위하여 사용된 화합물 중에서 정공 수송 재료, 청색 호스트, 청색 발광체, 적색 발광체, 전자 수송 재료, n-CGL 호스트의 구조를 아래에 나타낸다.
비교예 1: 유기발광다이오드 제조
정공수송층 상부에 적색 발광물질층(호스트: 아래 표시한 퀴녹살린계 비교 화합물 Ref.1 (HOMO: -5.21 eV, LUMO: -2.91 eV, 95-98 wt%), 적색 발광체: Ir(piq)3 (2-5 wt%), 두께 100-300 Å)과, 청색 발광물질층(화학식 2의 화합물 BH7 (95-99 wt%), DABNA-1 (1-5 wt), 두께 100-300 Å)을 순차 적층한 것을 제외하고, 실시예 1의 물질 및 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
[적색 비교 호스트]
실험예 1: 유기발광다이오드의 발광 특성 측정
실시예 1과, 비교예 1에서 각각 제조한 유기발광다이오드의 발광 특성을 측정하였다. 각각의 유기발광다이오드를 외부전력 공급원에 연결하였으며, 전류 공급원(KEITHLEY) 및 광도계(PR 650)를 사용하여 실온에서 소자 특성을 평가하였다. 각각의 유기발광다이오드에 대한 전계 파장(EL 스펙트럼), 10 ㎃/㎠ 및 100 ㎃/㎠에서 각각의 유기발광다이오드 전광에 대한 구동 전압, (EQE), 전류효율(cd/A), 전력효율(lm/W), 외부양자효율(EQE, %), 휘도(cd/㎡), 색좌표 (CIEx, CIEy), F/W 패널 효율(cd/A)를 측정하였다. 측정 결과를 하기 표 1과, 도 8, 도 9에 나타낸다.
| 샘플 | 전광 특성 | F/W cd/A | ||||||||
| V | V* | cd/A | lm/W | EQE | cd/㎡ | CIEx | CIEy | R | B | |
| 비교예 1 | 3.18 | 4.07 | 18.97 | 18.74 | 19.25 | 1897.0 | 0.69 | 0.31 | 11.7 | 0.08 |
| 실시예 1 | 5.20 | 6.92 | 9.30 | 5.62 | 9.64 | 930.2 | 0.42 | 0.20 | 5.6 | 0.68 |
| *: 100 mA/㎠ | ||||||||||
표 1 및 도 8-9에 나타낸 바와 같이, 비교예 1에서 제조한 유기발광다이오드에서 청색 발광 효율은 매우 낮으며, 청색 및 적색의 발광 효율 차이가 매우 크고, 발광 수명이 크게 저하되어, 적색-청색 연접 소자로서 한계가 있다는 것을 확인하였다.
반면, 비교예 1에서 제조한 유기발광다이오드와 비교해서, 실시예 1에서 제조한 유기발광다이오드에서, 청색 발광 효율은 8.5배 증가하여 안정적인 청색 발광을 구현하였으며, 발광 수명이 크게 개선되었다.
실시예 2: 유기발광다이오드 제조
적색 발광물질층의 제 2 호스트로서 화합물 RH1을 대신하여, 화학식 4의 RH2 (HOMO: -5.57 eV, LUMO: -2.47 eV)을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1의 물질 및 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다. 제 1 호스트의 HOMO 에너지 준위와, 제 2 호스트의 HOMO 에너지 준위 사이의 에너지 밴드갭은 0.43 eV이다.
비교예 2: 유기발광다이오드 제조
청색 발광물질층의 제 1 호스트로서 화합물 BH7을 대신하여, 아래 표시한 파이렌계 비교 화합물 Ref.2 (HOMO: -5.75 eV, LUMO: -2.67 eV)를 사용하고, 적색 발광물질층의 제 2 호스트로서 화합물 RH2를 대신하여, 퀴녹살린계 비교 화합물 Ref.1을 사용한 것을 제외하고, 실시예 2의 물질 및 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다. 제 1 호스트의 HOMO 에너지 준위와, 제 2 호스트의 HOMO 에너지 준위 사이의 에너지 밴드갭은 0.54 eV이다.
비교예 3: 유기발광다이오드 제조
적색 발광물질층의 제 2 호스트로서 화합물 RH2를 대신하여, 퀴녹살린계 비교 화합물 Ref.1을 사용한 것을 제외하고, 실시예 2의 물질 및 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다. 제 1 호스트의 HOMO 에너지 준위와, 제 2 호스트의 HOMO 에너지 준위 사이의 에너지 밴드갭은 0.79 eV이다.
[청색 비교 호스트]
실험예 2: 유기발광다이오드의 발광 특성 측정
실시예 2와, 비교예 2-3에서 각각 제조한 유기발광다이오드의 발광 특성을 실험예 1과 동일한 방법으로 측정하였다. 적색 발광 수명(R LT95) 및 청색 발광 수명(B LT95)은 40℃, 40 mA/cm2의 조건에서 LT95 (최초 휘도에서 95% 수주의 휘도로 감소하기까지의 시간)으로 측정하였다. 측정 결과를 하기 표 2와, 도 10-12에 나타낸다.
| 샘플 | 전광 특성 | F/W cd/A | |||||
| V | V* | EQE | R LT95 | B LT95 | R | B | |
| 비교예 2 | 3.48 | 4.35 | 4.1 | 95 | 3.14 | 0.09 | |
| 비교예 3 | 3.90 | 4.68 | 4.5 | 290 | 0.99 | 0.76 | |
| 실시예 2 | 4.35 | 5.35 | 7.5 | 800 | 380 | 4.12 | 0.60 |
| *: 100 mA/㎠ | |||||||
표 2, 도 10-12에 나타낸 바와 같이, 비교예 2 및 비교예 3에서와 같이 제 1 호스트와 제 2 호스트의 HOMO 에너지 밴드갭이 0.5 eV를 초과하도록 설계한 유기발광다이오드와 비교해서, 실시예 2에서 제조한 유기발광다이오드에서는 안정적인 적색 발광 및 청색 발광을 구현할 수 있으며, 청색 발광 수명이 크게 향상되었다. 또한, 비교예 2-3에서 제조한 유기발광다이오드와 비교해서, 실시예 2에서 제조한 유기발광다이오드의 EQE는 최대 2배 이상 향상되었다. 반면, 비교예 2에서 제조한 유기발광다이오드에서 청색 발광은 거의 일어나지 않아, 청색-적색 연접 소자로서 한계가 있었다. 또한, 비교예 2에서 제조한 유기발광다이오드에서는 청색 발광 효율이 지나치게 감소하였으며, 청색 발광 수명이 실시예 2와 비교해서 크게 감소한 것을 확인하였다.
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, 400: 유기발광표시장치
210, 510: 제 1 전극
220, 520: 제 2 전극
230, 530: 발광층
340, 640, 740, 840, 940: 발광물질층
350, 650: 청색 발광물질층
352, 652: 제 1 호스트 (청색 호스트)
354, 654: 청색 발광체
360, 660: 적 발광물질층
362, 662: 제 2 호스트 (적색 호스트)
364, 664: 적색 발광체
690, 790, 890: 전하생성층
D, D1, D2: 유기발광다이오드
Tr: 박막트랜지스터
210, 510: 제 1 전극
220, 520: 제 2 전극
230, 530: 발광층
340, 640, 740, 840, 940: 발광물질층
350, 650: 청색 발광물질층
352, 652: 제 1 호스트 (청색 호스트)
354, 654: 청색 발광체
360, 660: 적 발광물질층
362, 662: 제 2 호스트 (적색 호스트)
364, 664: 적색 발광체
690, 790, 890: 전하생성층
D, D1, D2: 유기발광다이오드
Tr: 박막트랜지스터
Claims (16)
- 제 1 전극;
상기 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극; 및
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하며, 적어도 하나의 발광물질층을 포함하는 발광층을 포함하고,
상기 적어도 하나의 발광물질층은,
제 1 호스트를 포함하는 청색 발광물질층과,
상기 청색 발광물질층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하며, 제 2 호스트를 포함하는 적색 발광물질층을 포함하고,
상기 제 1 호스트의 최고준위점유분자궤도(highest occupied molecular orbital, HOMO) 에너지 준위와 상기 제 2 호스트의 HOMO 에너지 준위는 하기 관계식 (1)을 충족하는 유기발광다이오드.
-0.5 eV ≤ HOMOH1 - HOMOH2 < 0 eV (1)
관계식 (1)에서, HOMOH1은 제 1 호스트의 HOMO 에너지 준위를 나타내고, HOMOH2는 제 2 호스트의 HOMO 에너지 준위를 나타냄.
- 제 1항에 있어서,
상기 제 1 호스트의 HOMO 에너지 준위와 상기 제 2 호스트의 HOMO 에너지 준위는 하기 관계식 (2)를 충족하는 유기발광다이오드.
-0.5 eV ≤ HOMOH1 - HOMOH2 ≤ -0.3 eV (2)
관계식 (2)에서, HOMOH1 및 HOMOH2는 각각 관계식 (1)에서 정의한 것과 동일함.
- 제 1항에 있어서,
상기 제 1 호스트는 하기 화학식 1의 구조를 가지는 유기 화합물을 포함하는 유기발광다이오드.
[화학식 1]
화학식 1에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 C6-C30 아릴기 또는 C3-C30 헤테로 아릴기이며, 상기 C6-C30 아릴기 및 상기 C3-C30 헤테로 아릴기는 각각 독립적으로 비치환, 또는 C1-C10 알킬기, C6-C30 아릴기 및 C3-C30 헤테로 아릴기 중에서 적어도 하나로 치환될 수 있음; R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소 원자, C1-C20 알킬기, C6-C30 아릴기 또는 C3-C30 헤테로 아릴기이고, 상기 C6-C30 아릴기 및 상기 C3-C30 헤테로 아릴기는 각각 독립적으로 비치환, 또는 C1-C10 알킬기, C6-C30 아릴기 및 C3-C30 헤테로 아릴기 중에서 적어도 하나로 치환될 수 있음; L1 및 L2는 각각 독립적으로 직접 결합, C6-C30 아릴렌기 또는 C3-C30 헤테로 아릴렌기임.
- 제 1항에 있어서,
상기 제 1 호스트는, 9,10-디(나프탈렌-2-일)안트라센 (9,10-di(naphthalen-2-yl)anthracene, ADN), 2-메틸-9,10-비스(나프탈렌-2-일)안트라센 (2-methyl-9,10-bis(naphthalen-2-yl)anthracene, MADN), 2-터르-부틸-9,10-디(나프탈렌-2-일)안트라센 (2-tert-Butyl-9,10-di(naphthen-2-yl)anthracene, TBADN), 9,10-디(나프탈렌-2-일)-2-페닐안트라센 (9,10-di(naphthalen-2-yl)-2-phenylanthracene, PADN), 9,10-디(1-나프틸)안트라센(9,10-di(1-naphthyl)anthracene), , 9-(나프탈렌-1-일)-10-(나프탈렌-2-일)안트라센 (9-(naphthalene-1-yl)-10-(naphthalene-2-yl)anthracene), 9-(2-나프틸)-10-[4-(1-나프틸)페닐]안트라센 (9-(2-napthyl)-10-[4-(1-naphthyl)phenyl]anthracene), 9-(1-나프틸)-10-[4-(2-나프틸)페닐]안트라센 (9-(1-napthyl)-10-[4-(2-naphthyl)phenyl]anthracene), 9-페닐-10-(p-톨릴)안트라센 (9-phenyl-10-(p-tolyl)anthracene, PTA), 9-(1-나프닐)-10-(p-톨릴)안트라센 (9-(1-naphthyl)-10-(p-tolyl)anthracene, 1-NTA), 9-(2-나프닐)-10-(p-톨릴)안트라센 (9-(2-naphthyl)-10-(p-tolyl)anthracene, 2-NTA), 2-(3-(10-페닐아트라센-9-일)-페닐)디벤조[b,d]퓨란 (2-(3-(10-phenylanthracen-9-yl)-phenyl)dibenzo[b,d]furan, m-PPDF), 2-(4-(10-페닐아트라센-9-일)-페닐)디벤조[b,d]퓨란 (2-(4-(10-phenylanthracen-9-yl)phenyl)dibenzo[b,d]furan, p-PPDF) 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 유기발광다이오드.
- 제 1항에 있어서,
상기 제 2 호스트는 하기 화학식 3의 구조를 가지는 유기 화합물을 포함하는 유기발광다이오드.
[화학식 3]
화학식 3에서, R11은 비치환 또는 치환된 C1-C20 알킬기, 비치환 또는 치환된 C6-C30 아릴기 또는 비치환 또는 치환된 C3-C30 헤테로 아릴기이며, a1이 2, 3 또는 4인 경우, 복수의 R11은 서로 동일하거나 상이함; R12 및 R13은 각각 독립적으로 비치환 또는 치환된 C6-C30 아릴기 또는 비치환 또는 치환된 C3-C30 헤테로 아릴기 기이며, R12 및 R13 중에서 적어도 하나는 비치환 또는 치환된 C10-C20 축합 헤테로 아릴기이거나, a2가 2, 3 또는 4인 경우 2개의 인접한 R12 및 a3가 2, 3 또는 4인 경우 2개의 인접한 R13 중에서 적어도 인접한 2개의 작용기는 서로 연결되어 C6-C10 방향족 고리를 형성할 수 있으며, a2가 2, 3 또는 4인 경우, 복수의 R12는 서로 동일하거나 상이하고, a3가 2, 3 또는 4인 경우, 복수의 R13은 서로 동일하거나 상이함; R14는 수소 원자, 비치환 또는 치환된 C1-C20 알킬기, 비치환 또는 치환된 C6-C30 아릴기 또는 비치환 또는 치환된 C3-C30 헤테로 아릴기임; a1, a2 및 a3는 각각 독립적으로 0, 1, 2, 3 또는 4이고, a2 및 a3 중에서 적어도 하나는 0이 아님.
- 제 1항에 있어서,
상기 제 2 호스트는 하기 화학식 4의 구조를 가지는 화합물 중에서 적어도 하나인 유기발광다이오드.
[화학식 4]
- 제 1항에 있어서,
상기 발광층은,
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 순차적으로 위치하는 제 1 발광부, 제 2 발광부, 제 3 발광부 및 제 4 발광부와,
상기 제 1 발광부와 제 2 발광부 사이, 상기 제 2 발광부와 상기 제 3 발광부 사이 및 상기 제 3 발광부와 상기 제 4 발광부 사이에 각각 위치하는 제 1 전하생성층, 제 2 전하생성층 및 제 3 전하생성층을 포함하고,
상기 제 1 발광부 내지 제 4 발광부 중에서 어느 하나는 상기 청색 발광물질층 및 상기 적색 발광물질층을 포함하는 유기발광다이오드.
- 제 7항에 있어서,
상기 제 1 발광부는 상기 청색 발광물질층 및 상기 적색 발광물질층을 포함하는 유기발광다이오드.
- 제 1 전극;
상기 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극; 및
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하며, 적어도 하나의 발광물질층을 포함하는 발광층을 포함하고,
상기 적어도 하나의 발광물질층은,
제 1 호스트를 포함하는 청색 발광물질층과,
상기 청색 발광물질층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하며, 제 2 호스트를 포함하는 적색 발광물질층을 포함하고,
상기 제 1 호스트는 하기 화학식 1의 구조를 가지는 유기 화합물을 포함하고,
상기 제 2 호스트는 하기 화학식 3의 구조를 가지는 유기 화합물을 포함하는 유기발광다이오드.
[화학식 1]
화학식 1에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 C6-C30 아릴기 또는 C3-C30 헤테로 아릴기이며, 상기 C6-C30 아릴기 및 상기 C3-C30 헤테로 아릴기는 각각 독립적으로 비치환, 또는 C1-C10 알킬기, C6-C30 아릴기 및 C3-C30 헤테로 아릴기 중에서 적어도 하나로 치환될 수 있음; R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소 원자, C1-C20 알킬기, C6-C30 아릴기 또는 C3-C30 헤테로 아릴기이고, 상기 C6-C30 아릴기 및 상기 C3-C30 헤테로 아릴기는 각각 독립적으로 비치환, 또는 C1-C10 알킬기, C6-C30 아릴기 및 C3-C30 헤테로 아릴기 중에서 적어도 하나로 치환될 수 있음; L1 및 L2는 각각 독립적으로 직접 결합, C6-C30 아릴렌기 또는 C3-C30 헤테로 아릴렌기임.
[화학식 3]
화학식 3에서, R11은 비치환 또는 치환된 C1-C20 알킬기, 비치환 또는 치환된 C6-C30 아릴기 또는 비치환 또는 치환된 C3-C30 헤테로 아릴기이며, a1이 2, 3 또는 4인 경우, 복수의 R11은 서로 동일하거나 상이함; R12 및 R13은 각각 독립적으로 비치환 또는 치환된 C6-C30 아릴기 또는 비치환 또는 치환된 C3-C30 헤테로 아릴기 기이며, R12 및 R13 중에서 적어도 하나는 비치환 또는 치환된 C10-C20 축합 헤테로 아릴기이거나, a2가 2, 3 또는 4인 경우 2개의 인접한 R12 및 a3가 2, 3 또는 4인 경우 2개의 인접한 R13 중에서 적어도 인접한 2개의 작용기는 서로 연결되어 C6-C10 방향족 고리를 형성할 수 있으며, a2가 2, 3 또는 4인 경우, 복수의 R12는 서로 동일하거나 상이하고, a3가 2, 3 또는 4인 경우, 복수의 R13은 서로 동일하거나 상이함; R14는 수소 원자, 비치환 또는 치환된 C1-C20 알킬기, 비치환 또는 치환된 C6-C30 아릴기 또는 비치환 또는 치환된 C3-C30 헤테로 아릴기임; a1, a2 및 a3는 각각 독립적으로 0, 1, 2, 3 또는 4이고, a2 및 a3 중에서 적어도 하나는 0이 아님.
- 제 9항에 있어서,
상기 제 1 호스트의 최고준위점유분자궤도(highest occupied molecular orbital, HOMO) 에너지 준위와 상기 제 2 호스트의 HOMO 에너지 준위는 하기 관계식 (1)을 충족하는 유기발광다이오드.
-0.5 eV ≤ HOMOH1 - HOMOH2 < 0 eV (1)
관계식 (1)에서, HOMOH1은 제 1 호스트의 HOMO 에너지 준위를 나타내고, HOMOH2는 제 2 호스트의 HOMO 에너지 준위를 나타냄.
- 제 10항에 있어서,
상기 제 1 호스트의 HOMO 에너지 준위와 상기 제 2 호스트의 HOMO 에너지 준위는 하기 관계식 (2)를 충족하는 유기발광다이오드.
-0.5 eV ≤ HOMOH1 - HOMOH2 ≤ -0.3 eV (2)
관계식 (2)에서, HOMOH1 및 HOMOH2는 각각 관계식 (1)에서 정의한 것과 동일함.
- 제 9항에 있어서,
상기 제 1 호스트는, 9,10-디(나프탈렌-2-일)안트라센 (9,10-di(naphthalen-2-yl)anthracene, ADN), 2-메틸-9,10-비스(나프탈렌-2-일)안트라센 (2-methyl-9,10-bis(naphthalen-2-yl)anthracene, MADN), 2-터르-부틸-9,10-디(나프탈렌-2-일)안트라센 (2-tert-Butyl-9,10-di(naphthen-2-yl)anthracene, TBADN), 9,10-디(나프탈렌-2-일)-2-페닐안트라센 (9,10-di(naphthalen-2-yl)-2-phenylanthracene, PADN), 9,10-디(1-나프틸)안트라센(9,10-di(1-naphthyl)anthracene), , 9-(나프탈렌-1-일)-10-(나프탈렌-2-일)안트라센 (9-(naphthalene-1-yl)-10-(naphthalene-2-yl)anthracene), 9-(2-나프틸)-10-[4-(1-나프틸)페닐]안트라센 (9-(2-napthyl)-10-[4-(1-naphthyl)phenyl]anthracene), 9-(1-나프틸)-10-[4-(2-나프틸)페닐]안트라센 (9-(1-napthyl)-10-[4-(2-naphthyl)phenyl]anthracene), 9-페닐-10-(p-톨릴)안트라센 (9-phenyl-10-(p-tolyl)anthracene, PTA), 9-(1-나프닐)-10-(p-톨릴)안트라센 (9-(1-naphthyl)-10-(p-tolyl)anthracene, 1-NTA), 9-(2-나프닐)-10-(p-톨릴)안트라센 (9-(2-naphthyl)-10-(p-tolyl)anthracene, 2-NTA), 2-(3-(10-페닐아트라센-9-일)-페닐)디벤조[b,d]퓨란 (2-(3-(10-phenylanthracen-9-yl)-phenyl)dibenzo[b,d]furan, m-PPDF), 2-(4-(10-페닐아트라센-9-일)-페닐)디벤조[b,d]퓨란 (2-(4-(10-phenylanthracen-9-yl)phenyl)dibenzo[b,d]furan, p-PPDF) 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 유기발광다이오드.
- 제 9항에 있어서,
상기 제 2 호스트는 하기 화학식 4의 구조를 가지는 화합물 중에서 적어도 하나인 유기발광다이오드.
[화학식 4]
- 제 9항에 있어서,
상기 발광층은,
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 순차적으로 위치하는 제 1 발광부, 제 2 발광부, 제 3 발광부 및 제 4 발광부와,
상기 제 1 발광부와 제 2 발광부 사이, 상기 제 2 발광부와 상기 제 3 발광부 사이 및 상기 제 3 발광부와 상기 제 4 발광부 사이에 각각 위치하는 제 1 전하생성층, 제 2 전하생성층 및 제 3 전하생성층을 포함하고,
상기 제 1 발광부 내지 제 4 발광부 중에서 어느 하나는 상기 청색 발광물질층 및 상기 적색 발광물질층을 포함하는 유기발광다이오드.
- 제 14항에 있어서,
상기 제 1 발광부는 상기 청색 발광물질층 및 상기 적색 발광물질층을 포함하는 유기발광다이오드.
- 기판; 및
상기 기판 상에 위치하며, 제 1항 내지 제 15항 중 어느 하나의 청구항에 기재된 유기발광다이오드
를 포함하는 유기발광장치.
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|---|---|---|---|
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| KR1020220182109A KR20240100043A (ko) | 2022-12-22 | 2022-12-22 | 유기발광다이오드 및 유기발광장치 |
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