KR20210046539A - 유기발광다이오드 및 유기발광장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 제 1 화합물과 제 2 화합물을 포함하며 서로 마주하는 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하는 발광물질층을 포함하는 유기발광다이오드 및 유기발광장치를 제공하며, 지연 형광 물질인 제 1 화합물과 형광 물질인 제 2 화합물의 에너지 준위가 특정 조건을 만족함으로써, 유기발광다이오드의 구동 전압을 낮추고 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 유기발광다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 우수한 발광 특성을 가지는 유기발광다이오드 및 이를 포함하는 유기발광장치에 관한 것이다.
최근 표시장치의 대형화에 따라 공간 점유가 적은 평면표시소자의 요구가 증대되고 있는데, 이러한 평면표시소자 중 하나로서 유기발광다이오드를 포함하며 유기전계발광소자(organic electroluminescent device: OELD)라고도 불리는 유기발광 표시장치(organic light emitting display (OLED) device)의 기술이 빠른 속도로 발전하고 있다.
유기발광다이오드는 양극에서 주입된 정공(hole)과 음극에서 주입된 전자(electron)가 발광물질층에서 결합하여 엑시톤을 형성하여 불안정한 에너지 상태(excited state)로 되었다가, 안정한 바닥 상태(ground state)로 돌아오며 빛을 방출한다. 종래의 일반적인 형광 물질은 단일항 엑시톤만이 발광에 참여하기 때문에 발광 효율이 낮다. 삼중항 엑시톤도 발광에 참여하는 인광 물질은 형광 물질에 비하여 발광 효율이 높다. 하지만, 대표적인 인광 물질인 금속 착화합물은 발광 수명이 짧아서 상용화에 한계가 있다.
본 발명의 목적은 구동 전압을 낮추면서, 발광 효율 및 발광 수명을 향상시킬 수 있는 유기발광다이오드와, 상기 유기발광다이오드를 포함하는 유기발광장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명은, 제 1 전극과; 상기 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극과; 제 1 및 제 2 화합물을 포함하고 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하는 발광물질층을 포함하며, 상기 발광물질층은 제 1 화합물과 제 2 화합물을 포함하고, 상기 1 화합물은 하기 화학식 1로 표시되며, n은 1 내지 4의 정수이고, R1 및 R2 각각은 독립적으로 수소, 중수소, 삼중수소, C1-C20의 알킬기, C6-C30의 아릴기, C3-C40의 헤테로아릴기로 구성되는 군으로부터 선택되거나 인접한 둘이 서로 결합되어 축합환을 이루며, 상기 제 2 화합물은 하기 화학식 2로 표시되고, R11 내지 R17 각각은 독립적으로 수소, 중수소, 삼중수소, C1-C20의 알킬기, C6-C30의 아릴기, C3-C40의 헤테로아릴기로 구성되는 군으로부터 선택되거나 인접한 둘이 서로 결합되어 축합환을 이루며, X1, X2 각각은 불소인 유기발광다이오드를 제공한다.
[화학식1]
[화학식2]
다른 관점에서, 본 발명은, 제 1 전극과; 상기 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극과; 제 1 발광물질층과 제 2 발광물질층을 포함하며 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하는 발광물질층을 포함하고, 상기 제 1 발광물질층은 제 1 화합물을 포함하며, 상기 제 2 발광물질층은 상기 제 1 발광물질층과 상기 제 1 전극 사이에 위치하며 제 2 화합물을 포함하고, 상기 1 화합물은 하기 화학식 1로 표시되며, n은 1 내지 4의 정수이고, R1 및 R2 각각은 독립적으로 수소, 중수소, 삼중수소, C1-C20의 알킬기, C6-C30의 아릴기, C3-C40의 헤테로아릴기로 구성되는 군으로부터 선택되거나 인접한 둘이 서로 결합되어 축합환을 이루며, 상기 제 2 화합물은 하기 화학식 2로 표시되고, R11 내지 R17 각각은 독립적으로 수소, 중수소, 삼중수소, C1-C20의 알킬기, C6-C30의 아릴기, C3-C40의 헤테로아릴기로 구성되는 군으로부터 선택되거나 인접한 둘이 서로 결합되어 축합환을 이루며, X1, X2 각각은 불소인 유기발광다이오드를 제공한다.
[화학식1]
[화학식2]
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 1 화합물의 LUMO 에너지 준위는 상기 제 2 화합물의 LUMO 에너지 준위와 같거나 이보다 높고, 제 1 화합물의 LUMO 에너지 준위와 제 2 화합물의 LUMO 에너지 준위의 차이는 0.6eV 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 1 화합물의 에너지 밴드 갭은 2.0ev~3.0eV인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 1 화합물의 중량%는 상기 제 2 화합물의 중량%보다 큰 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 1 발광물질층에서 상기 제 1 화합물의 중량%는 상기 제 2 발광물질층에서 상기 제 2 화합물의 중량%보다 큰 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 발광물질층은 상기 제 2 화합물을 포함하며 상기 제 1 전극과 상기 제 1 발광물질층 사이에 위치하는 제 3 발광물질층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 다른 관점에서, 본 발명은, 기판과; 상기 기판 상에 위치하는 전술한 유기발광다이오드를 포함하는 유기발광장치를 제공한다.
본 발명은 에너지 준위가 조절된 지연 형광 물질 및 형광 물질이 동일한 발광물질층 내에 또는 인접한 발광물질층에 포함된 유기발광다이오드 및 상기 유기발광다이오드를 포함하는 유기발광장치를 제안한다.
지연 형광 물질 및 형광 물질의 에너지 준위가 매칭됨으로써, 전하는 최종적으로 발광하는 형광 물질로 신속하게 주입, 이동한다. 이에 따라, 발광물질층의 중앙에 엑시톤 재결합 영역이 형성되고, 유기발광다이오드의 구동 전압을 낮추고 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유기발광 표시장치의 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 4a 및 도 4b는 유기발광다이오드에서 제 1 화합물과 제 2 화합물의 에너지 관계를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 5는본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기발광다이오드에서의 발광 메커니즘을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 유기발광표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제 8 실시예에 따른 유기발광표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제 9 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제 10 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기발광표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 유기발광다이오드에서 제 1 화합물과 제 2 화합물의 에너지 관계를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 5는본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기발광다이오드에서의 발광 메커니즘을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 유기발광표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제 8 실시예에 따른 유기발광표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제 9 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제 10 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명은 에너지 준위가 조절된 지연 형광 물질과 형광 물질이 동일한 발광물질층 내에 또는 인접한 발광물질층에 적용된 유기발광다이오드 및 상기 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 유기발광 표시장치의 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 2는 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.
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) 상에 버퍼층(122)이 형성되고, 버퍼층(122) 상에 박막트랜지스터(Tr)가 형성된다. 버퍼층(122)은 생략될 수 있다.
버퍼층(122) 상부에 반도체층(120)이 형성된다. 예를 들어, 반도체층(120)은 산화물 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 반도체층(120)이 산화물 반도체 물질로 이루어지는 경우, 반도체층(120) 하부에 차광패턴(도시하지 않음)이 형성될 수 있다. 차광패턴은 반도체층(120)으로 빛이 입사되는 것을 방지하여 반도체층(120)이 빛에 의하여 열화되는 것을 방지한다. 선택적으로, 반도체층(120)은 다결정 실리콘으로 이루어질 수도 있으며, 이 경우 반도체층(120)의 양 가장자리에 불순물이 도핑될 수 있다.
반도체층(120)의 상부에는 절연 물질로 이루어진 게이트 절연막(124)이 기판(110) 전면에 형성된다. 게이트 절연막(124)은 실리콘산화물(SiOx) 또는 실리콘질화물(SiNx)과 같은 무기 절연 물질로 이루어질 수 있다.
게이트 절연막(124) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 게이트 전극(130)이 반도체층(120)의 중앙에 대응하여 형성된다. 도 1에서 게이트 절연막(122)은 기판(110) 전면에 형성되어 있으나, 게이트 절연막(1202은 게이트 전극(130)과 동일한 모양으로 패터닝 될 수도 있다.
게이트 전극(130) 상부에는 절연 물질로 이루어진 층간 절연막(132)이 기판(110) 전면에 형성된다. 층간 절연막(132)은 실리콘산화물 또는 실리콘질화물과 같은 무기 절연 물질로 형성되거나, 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)이나 포토 아크릴(photo-acryl)과 같은 유기 절연 물질로 형성될 수 있다.
층간 절연막(132)은 반도체층(120)의 양측 상면을 노출하는 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(134, 136)을 갖는다. 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(134, 136)은 게이트 전극(130)의 양측에서 게이트 전극(130)과 이격되어 위치한다. 도 2에서, 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(134, 136)은층간 절연막(132)과 게이트 절연막(122)에 형성되고 있다. 이와 달리, 게이트 절연막(122)이 게이트 전극(130)과 동일한 모양으로 패터닝 될 경우, 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(134, 136)은 층간 절연막(132) 내에만 형성될 수 있다.
층간 절연막(132) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 소스 전극(144)과 드레인 전극(146)이 형성된다. 소스 전극(144)과 드레인 전극(146)은 게이트 전극(130)을 중심으로 이격되어 위치하며, 각각 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(134, 136)을 통해 반도체층(120)의 양측과 접촉한다.
반도체층(120), 게이트 전극(130), 소스 전극(154) 및 드레인 전극(156)은 박막트랜지스터(Tr)를 이루며, 박막트랜지스터(Tr)는 구동 소자(driving element)로 기능한다. 즉, 박막트랜지스터(Tr)는 도 1의 구동 박막트랜지스터(Td)이다.
도 2에서, 박막트랜지스터(Tr)는 반도체층(120)의 상부에 게이트 전극(130), 소스 전극(154) 및 드레인 전극(156)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 화소 영역을 정의하며, 게이트 배선과 데이터 배선에 연결되는 스위칭 소자인 스위칭 박막트랜지스터가 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 박막트랜지스터(Tr)의 게이트 전극의 전압을 일정하게 유지되도록 하기 위한 스토리지 캐패시터가 더 구성될 수 있다.
소스 전극(144)과 드레인 전극(146) 상부에는 평탄화층(150)이 기판(110) 전면에 형성된다. 평탄화층(150)은 상면이 평탄하며, 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(146)을 노출하는 드레인 컨택홀(152)을 갖는다.
유기발광다이오드(D)는 평탄화층(150) 상에 위치하며 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(146)에 연결되는 제 1 전극(210)과, 제 1 전극(210) 상에 순차 적층되는 발광층(220) 및 제 2 전극(230)을 포함한다. 유기발광다이오드(D)는 적색 화소영역, 녹색 화소영역 및 청색 화소영역 각각에 위치하며 적색, 녹색 및 청색 광을 각각 발광할 수 있다.
제 1 전극(210)은 각각의 화소영역 별로 분리되어 형성된다. 제 1 전극(210)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(210)은 인듐-주석-산화물 (indium-tin-oxide; ITO), 인듐-아연-산화물(indium-zinc-oxide; IZO), 인듐-주석-아연-산화물(indium-tin-zinc oxide; ITZO), 주석산화물(SnO), 아연산화물(ZnO), 인듐-구리-산화물(indium-copper-oxide; ICO) 및 알루미늄:산화아연(Al:ZnO; AZO)으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 유기발광표시장치(100)가 하부발광 방식(bottom-emission type)인 경우, 제 1 전극(210)은 투명 도전성 산화물층의 단일층 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 또는 알루미늄-팔라듐-구리(aluminum-palladium-copper: APC) 합금으로 이루어질 수 있다. 상부 발광 방식 유기발광다이오드(D)에서, 제 1 전극(210)은 ITO/Ag/ITO 또는 ITO/APC/ITO의 삼중층 구조를 가질 수 있다.
또한, 평탄화층(150) 상에는 제 1 전극(210)의 가장자리를 덮는 뱅크층(160)이 형성된다. 뱅크층(160)은 화소 영역에 대응하여 제 1 전극(210)의 중앙을 노출한다.
제 1 전극(210) 상에는 발광 유닛인 발광층(220)이 형성된다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 발광층(220)은 발광물질층(emitting material layer; EML)의 단층 구조를 가질 수 있다. 이와 달리, 발광층(220)은 제 1 전극(210)과 발광물질층 사이에 순차적으로 적층되는 정공주입층(hole injection layer; HIL), 정공수송층(hole transport layer; HTL) 및/또는 전자차단층(electron blocking layer; EBL)과, 발광물질층과 제 2 전극(230) 사이에 순차적으로 적층되는 정공차단층(hole blocking layer; HBL), 전자수송층(electron transport layer; ETL) 및/또는 전자주입층(electron injection layer; EIL)을 포함할 수 있다. 또한 발광층(220)은 단일층 구조 또는 다중층 구조를 가질 수 있다. 또한, 2개 이상의 발광층이 서로 이격되어 배치됨으로써 유기발광다이오드(D)는 탠덤 구조를 가질 수도 있다.
발광층(220)이 형성된 기판(110) 상부로 제 2 전극(230)이 형성된다. 제 2 전극(230)은 표시 영역의 전면에 위치하며 일함수 값이 비교적 작은 도전성 물질로 이루어져 음극(cathode)으로 이용될 수 있다. 예를 들어, 제 2 전극(230)은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 은(Ag), 또는 이들의 합금이나 조합과 같은 반사 특성이 좋은 소재로 이루어질 수 있다. 유기발광표시장치(100)가 상부 발광 방식인 경우, 제 2 전극(230)은 얇은 두께를 가져 광투과(반투과) 특성을 갖는다.
도시히지 않았으나, 유기발광표시장치(100)는 적색, 녹색 및 청색 화소영역에 대응하는 컬러 필터(미도시)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 유기발광다이오드(D)가 탠덤 구조를 갖고 백색 광을 발광하며 적색, 녹색 및 청색 화소영역 전체에 대응하여 형성되는 경우, 적색, 녹색 및 청색의 컬러 필터 패턴이 각각의 화소 영역에 형성되어 유기발광표시장치(100)는 풀-컬러를 구현할 수 있다. 유기발광표시장치(100)가 하부 발광 타입인 경우, 유기발광다이오드(D)와 기판(110) 사이, 예를 들어 층간 절연막(132)과 평탄화막(150) 사이에 컬러 필터가 위치할 수 있다. 이와 달리, 유기발광표시장치(100)가 상부 발광 타입인 경우, 컬러 필터는 유기발광다이오드(D)의 상부, 즉 제 2 전극(230) 상부에 위치할 수도 있다.
제 2 전극(230) 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.
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(도시하지 않음) 상에 커버 윈도우(도시하지 않음)가 부착될 수 있다. 이때, 기판(110)과 커버 윈도우(도시하지 않음)가 플렉서블 소재로 이루어진 경우, 플렉서블 표시장치를 구성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 유기발광다이오드(D1)는 서로 마주하는 제 1 전극(210) 및 제 2 전극(230)과, 제 1 및 제 2 전극(210, 230) 사이에 위치하는 발광층(220)을 포함한다. 발광층(220)은 발광물질층(EML, 240)을 포함한다. 유기발광표시장치(도 2의 100)는 적색 화소영역, 녹색 화소영역, 청색 화소영역을 포함하고, 유기발광다이오드(D1)는 녹색 화소영역에 위치할 수 있다.
제 1 전극(210)은 양극일 수 있고, 제 2 전극(230)은 음극일 수 있다.
또한, 발광층(220)은 제 1 전극(210)과 발광물질층(240) 사이에 위치하는 정공수송층(HTL, 260)과 발광물질층(240)과 제 2 전극(230) 사이에 위치하는 전자수송층(ETL, 270) 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 발광층(220)은 제 1 전극(210)과 정공수송층(260) 사이에 위치하는 정공주입층(HIL, 250)과 전자수송층(270)과 제 2 전극(230) 사이에 위치하는 전자주입층(EIL, 280) 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 발광층(220)은 발광물질층(240)과 정공수송층(260) 사이에 위치하는 전자차단층(EBL, 265)과 발광물질층(240)과 전자수송층(270) 사이에 위치하는 정공차단층(HBL, 275) 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 정공주입층(250)은 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(NPB; 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 하나의 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
정공수송층(260)은 N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine; TPD), NPB(NPD), 4,4'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl(CBP), poly[N,N'-bis(4-butylpnehyl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidine](Poly-TPD), (poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-(4,4'-(N-(4-sec-butylphenyl)diphenylamine))] (TFB), di-[4-(N,N-di-p-tolyl-amino)-phenyl]cyclohexane(TAPC), 3,5-di(9H-carbazol-9-yl)-N,N-diphenylaniline(DCDPA), N-(biphenyl-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine, N-(biphenyl-4-yl)-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)biphenyl-4-amine 중 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
전자수송층(270)은 옥사디아졸계 화합물(oxadiazole-based compound), 트리아졸계 화합물(triazole-based compound), 페난트롤린계 화합물(phenanthroline-based compound), 벤족사졸계 화합물(benzoxazole-based compound), 벤조티아졸계 화합물(benzothiazole-based compound), 벤즈이미다졸계 화합물(benzimidazole-based compound), 트리아진 화합물(triazine-based compound) 중 어느 하나의 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자수송층(270)은 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 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
전자주입층(280)은 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.
정공수송층(260)과 발광물질층(240) 사이에 위치하여 발광물질층(240)에서 정공수송층(260)으로의 전자 이동을 막기 위한 전자차단층(265)은 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, MTDATA, 1,3-bis(carbazol-9-yl)benzene(mCP), 3,3'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl(mCBP), CuPc, N,N'-bis[4-[bis(3-methylphenyl)amino]phenyl]-N,N'-diphenyl-[1,1'-biphenyl]-4,4'-diamine(DNTPD), TDAPB, DCDPA, 2,8-bis(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)dibenzo[b,d]thiophene) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 발광물질층(240)과 전자수송층(270) 사이에 위치하여 발광물질층(240)으로부터 전자수송층(270)으로의 정공 이동을 막기 위한 정공차단층(275)은 전술한 전자수송층(270) 물질이 이용될 수 있다. 정공차단층(275)은 발광물질층(240)에 포함된 물질보다 HOMO 에너지 준위가 낮은 물질, 예를 들어 BCP, BAlq, Alq3, PBD, spiro-PBD, Liq, bis-4,6-(3,5-di-3-pyridylphenyl)-2-methylpyrimidine(B3PYMPM), bis[2-(diphenylphosphino)phenyl]teeth oxide(DPEPO), 9-(6-9H-carbazol-9-yl)pyridine-3-yl)-9H-3,9'-bicarbazole, TSPO1 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
발광물질층(240)은 지연 형광 물질(화합물)인 제 1 화합물과 형광 물질(화합물)인 제 2 화합물을 포함한다. 또한, 발광물질층(240)은 호스트인 제 3 화합물을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 호스트인 제 3 화합물은 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), (옥시비스(2,1-페닐렌))비스(디페닐포스핀옥사이드)(Oxybis(2,1-phenylene))bis(diphenylphosphine 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-트리페닐실릴페닐-포스핀옥사이드(Diphenyl-4-triphenylsilylphenyl-phosphine 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) 및/또는 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) 중 하나일 수 있으나, 이에한정되지않는다.
발광물질층(240)에 포함되는 제 1 화합물인 지연 형광 물질은 하기 화학식 1로 표시된다.
[화학식1]
화학식 1에서, n은 1 내지 4의 정수이고, R1 및 R2 각각은 독립적으로 수소, 중수소, 삼중수소, C1-C20의 알킬기, C6-C30의 아릴기, C3-C40의 헤테로아릴기로 구성되는 군으로부터 선택되거나 인접한 둘이 서로 결합되어 축합환을 이룰 수 있다. 이때, 축합환은 C6-C20 축합 지환족 고리, C4-C20 축합 헤테로 지환족 고리, C6-C20 축합 방향족 고리 또는 C4-C20 축합 헤테로 방향족 고리일 수 있다.
예를 들어, n은 3 또는 4이고, R1 및 R2 각각은 독립적으로 수소, C1-C20의 알킬기, C6-C30의 아릴기에서 선택될 수 있다.
제 1 화합물은 하기 화학식 2의 화합물 중 어느 하나일 수 있다.
[화학식2]
지연 형광 물질은 단일항 에너지 준위와 삼중항 에너지 준위의 차이가 매우 적고(예를 들어, 0.3 eV 이하), 역 계간전이(RISC)에 의하여 삼중항 엑시톤 에너지가 단일항 엑시톤으로 전환되기 때문에, 지연 형광 물질은 높은 양자 효율을 갖는다. 그런데, 지연 형광 물질은 반치폭(fullwidth at half maximum, FWHM)이 매우 넓어서 색순도 측면에서 한계가 있다.
이와 같은 지연 형광 물질의 색순도 문제를 해결하기 위하여, 발광물질층(240)은 형광 물질인 제 2 화합물을 더 포함하여 초형광을 구현한다.
발광물질층(240)에 포함되는 제 2 화합물인 형광 물질은 하기 화학식 3으로 표시된다.
[화학식 3]
화학식 3에서, R11 내지 R17 각각은 독립적으로 수소, 중수소, 삼중수소, C1-C20의 알킬기, C6-C30의 아릴기, C3-C40의 헤테로아릴기로 구성되는 군으로부터 선택되거나 인접한 둘이 서로 결합되어 축합환을 이룰 수 있다. 이때, 축합환은 C6-C20 축합 지환족 고리, C4-C20 축합 헤테로 지환족 고리, C6-C20 축합 방향족 고리 또는 C4-C20 축합 헤테로 방향족 고리일 수 있다.
알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기는 치환되거나 및 비치환되는 것을 모두 포함하고, 치환기는 C1-C20의 알킬기, C1-C20의 알콕기, C6-C30의 아릴기, C3-C40의 헤테로아릴기일 수 있다.
예를 들어, R11 내지 R15 각각은 독립적으로 비치환된 아릴기, 비치환된 헤테로아릴기, 알킬기로 치환된 아릴기, 알콕시기로 치환된 아릴기, 알킬기와 알콕시기로 치환된 아릴기 중 하나일 수 있고, R16 및 R17은 수소일 수 있으며, X1, X2는 플로린일 수 있다.
제 2 화합물은 하기 화학식4의 화합물 중 어느 하나일 수 있다.
[화학식4]
본 발명의 유기발광다이오드(D1)의 발광물질층(240)은 제 1 화합물과 제 2 화합물을 포함하며, 제 1 화합물의 엑시톤이 제 2 화합물로 전달됨으로써 좁은 반치폭과 높은 발광 효율을 구현할 수 있다.
본 발명의 제 1 화합물의 에너지 준위와제 2 화합물의 에너지 준위가 특정 조건을 만족하여 제 1 화합물에서 제 2 화합물로의 엑시톤 전달 효율이 증가한다. 따라서, 유기발광다이오드 및 유기발광표시장치의 발광효율과 색순도가 향상된다.
또한, 제 1 화합물의 에너지 준위, 제 2 화합물의 에너지 준위 및 제 3 화합물의 에너지 준위가 특정 조건을 만족하여 유기발광다이오드 및 유기발광표시장치의 발광효율과 색순도가 향상될 수 있다.
본 발명의 유기발광다이오드에서 제 1 화합물과 제 2 화합물의 에너지 관계를 설명하기 위한 개략적인 도면인 도 4a를 참조하면, 제 1 화합물의 최저비점유분자궤도(Lowest Unoccupied Molecular Orbital, LUMO) 에너지 준위(LUMO1)는 제 2 화합물의 LUMO 에너지 준위(LUMO2)와 같거나 이보다 높고, 제 1 화합물의 LUMO 에너지 준위(LUMO1)와 제 2 화합물의 LUMO 에너지 준위(LUMO2) 차이(ΔLUMO)는 0.6eV 이하일 수 있다. (ΔLUMO(=|LUMO2- LUMO1|) ≤ 0.6 eV)
또한, 제 1 화합물의 최고점유분자궤도(HighestOccupied Molecular Orbital, HOMO) 에너지 준위(HOMO1)는 제 2 화합물의 HOMO 에너지 준위(HOMO2)와 같거나 이보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 제 1 화합물의 HOMO 에너지 준위(HOMO1)는 제 2 화합물의 HOMO 에너지 준위(HOMO2)의 차이(ΔHOMO)는 0.5eV이하일 수 있다.
또한, 제 1 화합물의 에너지 밴드 갭은 2.0ev~3.0eV일 수 있고 제 2 화합물의 에너지 밴드 갭보다 클 수 있다. 예를 들어, 제 1 화합물의 에너지 밴드 갭은 2.4~2.8eV일 수 있다.
전술한 바와 같이, 지연 형광 물질인 제 1 화합물은 단일항 엑시톤 에너지와 삼중항 엑시톤 에너지를 모두 이용할 수 있다. 따라서, 발광물질층(240)이 제 1 화합물과 제 2 화합물로 포함하면, 제 1 화합물의 에너지가 제 2 화합물로 전달되고 제 2 화합물에서 발광됨으로써 유기발광다이오드의 발광 효율과 색순도가 향상된다.
한편, 발광물질층이 지연 형광 물질과 형광 물질을 포함하더라도 위 에너지 조건 관계를 만족하지 못하면 발광 효율 및 색순도 향상에 한계가 발생한다. 즉, 도 4b에서와 같이 지연 형광 물질의 LUMO 에너지 준위(LUMO1)와 형광 물질의 LUMO 에너지 준위(LUMO) 차이(ΔLUMO)가 0.6eV를 초과하면, 호스트에서 생성된 엑시톤이 지연 형광 물질로 전달되지 않고, 형광 물질로 전달된다. 따라서, 형광 물질의 삼중항 에너지가 발광에 이용되지 못하고 발광 효율이 감소하며, 지연 형광 물질에서 발광이 일어나 색순도가 저하된다.
발광물질층(240)에서, 제 1 화합물의 단일항 에너지 준위는 호스트인 제 3 화합물의 단일항 에너지 준위보다 작고 제 2 화합물의 단일항 에너지 준위보다 크다. 또한, 제 1 화합물의 삼중항 에너지 준위는 제 3 화합물의 삼중항 에너지 준위보다 작고 제 2 화합물의 삼중항 에너지 준위보다 크다.
또한, 제 3 화합물의 HOMO 에너지 준위는 제 1 및 제 2 화합물 각각의 HOMO 에너지 준위보다 낮고, 제 3 화합물의 LUMO 에너지 준위는 제 1 및 제 2 화합물 각각의 LUMO 에너지 준위보다 낮다. 예를 들어, 제 3 화합물의 HOMO 에너지 준위와 제 1 화합물의 HOMO 에너지 준위의 차이 또는 제 1 화합물의 LUMO 에너지 준위와 제 2 화합물의 LUMO 에너지 준위의차이는 0.5eV 이하, 예를 들어, 0.1 내지 0.5 eV일 수 있다. 이와 같은 조건을 만족시키는 경우, 제 3 화합물에서 제 1 화합물로의 전하 이동 효율이 향상되어, 최종적으로 발광 효율이 향상될 수 있다.
발광물질층(240, EML)에서, 제 1 화합물의 중량비는 제 2 화합물의 중량비보다 크고 제 3 화합물의 중량비보다 작을 수 있다. 제 1 화합물의 중량비가 제 2 화합물의 중량비보다 큰 경우, 제 1 화합물로부터 제 2 화합물로 에너지 전달이 충분히 일어날 수 있다. 예를 들어, 발광물질층(240)에서, 제 1 화합물은 20 내지 40 중량%, 제 2 화합물은 0.1 내지 5 중량%, 제 3 화합물은 60 내지 75 중량%를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기발광다이오드에서의 발광 메커니즘을 설명하기 위한 개략적인 도면인 도 5를 참조하면, 호스트인 제 3 화합물에서 생성된 단일항 에너지 준위(S1)와 삼중항 에너지 준위(T1)가 지연형광 물질인 제 1 화합물의 에너지 준위(S1)와 삼중항 에너지 준위(T1)로 전달된다. 이때, 제 1 화합물의 단일항 에너지 준위와 삼중항 에너지 준위의 차이가 비교적 작기 때문에 역 계간전이(RISC)에 의해 제 1 화합물에서 삼중항 에너지 준위(T1)가 단일항 에너지 에너지 준위(S1)로 전환된다. 예를 들어 제 1 화합물의 단일항 에너지(S1)과 삼중항 에너지(T1)의 차이(ΔEST)는 약 0.3eV이하일 수 있다. 이후, 제 1 화합물의 단일항 에너지 준위(S1)가 제 2 화합물의 단일항 에너지 준위(S1)로 전달되고, 최종적으로 제 2 화합물에서 발광이 일어난다.
전술한 바와 같이, 지연 형광 특성을 가지는 제 1 화합물은 높은 양자 효율을 갖는 반면 반치폭이 넓기 때문에 색 순도가 좋지 않다. 한편, 형광 특성을 갖는 제 2 화합물은 좁은 반치폭을 가지나, 삼중항 엑시톤 에너지가 발광에 참여하지 못하기 때문에, 낮은 발광 효율을 갖는다.
그러나, 본 발명의 유기발광다이오드에서는 지연 형광 물질인 제 1 화합물의 단일항 엑시톤 에너지 준위가 형광 물질인 제 2 화합물로 전달되어 제 2 화합물에서 발광한다. 따라서, 유기발광다이오드(D1)의 발광효율과 색순도가 향상된다. 더욱이, 화학식1 및 화학식2의 제 1 화합물과 화학식3 및 화학식4의 제 2 화합물이 발광물질층(240)에 이용됨으로써, 유기발광다이오드(D1)의 발광효율과 색순도가 더욱 향상된다.
[유기발광다이오드]
양극(ITO, 50nm), 정공주입층(HAT-CN(화학식5-1), 7 nm), 정공수송층(NPB(화학식5-2), 78 nm), 전자차단층(TAPC(화학식5-3), 15 nm), 발광물질층(35 nm), 정공차단층(B3PYMPM(화학식5-4), 10 nm), 전자수송층(TPBi(화학식5-5), 25 nm), 전자주입층(LiF), 음극(Al)을 순차 적층하여 유기발광다이오드를 제작하였다.
(1) 비교예1 (Ref1)
호스트(m-CBP(화학식5-6), 64 중량%), 화학식6-1 화합물(35 중량%), 화학식4의 화합물2-12(1 중량%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(2) 비교예2 (Ref2)
호스트(m-CBP(화학식5-6), 64 중량%), 화학식6-2 화합물(35 중량%), 화학식4의 화합물2-12(1 중량%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(3) 비교예3 (Ref3)
호스트(m-CBP(화학식5-6), 64 중량%), 화학식6-3 화합물(35 중량%), 화학식4의 화합물2-12(1 중량%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(4) 실험예1 (Ex1)
호스트(m-CBP(화학식5-6), 64 중량%), 화학식2의 화합물1-1(35 중량%), 화학식4의 화합물2-12(1 중량%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(5) 실험예2 (Ex2)
호스트(m-CBP(화학식5-6), 64 중량%), 화학식2의 화합물1-5(35 중량%), 화학식4의 화합물2-12(1 중량%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(6) 실험예3 (Ex3)
호스트(m-CBP(화학식5-6), 64 중량%), 화학식2의 화합물1-11(35 중량%), 화학식4의 화합물2-12(1 중량%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
[화학식5-1]
[화학식5-2]
[화학식5-3]
[화학식5-4]
[화학식5-5]
[화학식5-6]
[화학식6-1]
[화학식6-2]
[화학식6-3]
비교예1 내지 비교예3, 실험예1 내지 실험예3에서 제작된 유기발광다이오드의 발광 특성을 측정하여 표1에 기재하였다.
[표1]
표1에서 보여지는 바와 같이, 발광물질층이 화학식1 및 2의 제 1 화합물과 화학식3 및 4의 제 2 화합물을 포함하는 유기발광다이오드의 발광 특성이 향상된다.
본 발명의 제 1 화합물인 화학식2의 화합물1-1, 화합물1-5, 화합물1-11과, 본 발명의 제 2 화합물인 화학식4의 화합물2-12, 화학식6-1 내지 화학식6-3 화합물의 HOMO 에너지 준위와 LUMO 에너지 준위를 측정하여 표2에 기재하였다.
[표2]
본 발명의 제 1 화합물(화합물1-1, 화합물1-5, 화합물1-11)의 LUMO 에너지 준위는 제 2 화합물(화합물2-6)의 LUMO 에너지 준위보다 높고 그 차이가 0.6eV이하이며, 이에 따라 유기발광다이오드의 발광특성이 향상된다. 한편, 화학식6-1 내지 화학식6-3 화합물의 LUMO 에너지 준위와 화합물2-6의 LUMO 에너지 준위 차이는 0.6eV보다 크고, 이에 따라 유기발광다이오드의 발광특성이 저하된다.
즉, 본 발명의 제 1 화합물은 두개의 시아노기(CN)과 적어도 하나의 카바졸기, 예를 들어 3개 또는 4개의 카바졸기가 벤젠 코어에 결합된 구조를 가지며, 제 2 화합물과의 에너지 준위가 매칭되어 유기발광다이오드의 발광 특성이 향상된다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기발광다이오드(D2)는 서로 마주하는 제 1 전극(310) 및 제 2 전극(330)과, 제 1 및 제 2 전극(310, 330) 사이에 위치하는 발광층(320)을 포함한다. 발광층(320)은 발광물질층(340)을 포함한다. 유기발광표시장치(도 2의 100)는 적색 화소영역, 녹색 화소영역, 청색 화소영역을 포함하고, 유기발광다이오드(D2)는 녹색 화소영역에 위치할 수 있다.
제 1 전극(310)은 양극일 수 있고, 제 2 전극(330)은 음극일 수 있다.
발광층(320)은 제 1 전극(310)과 발광물질층(340) 사이에 위치하는 정공수송층(360)과 발광물질층(340)과 제 2 전극(330) 사이에 위치하는 전자수송층(370) 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 발광층(320)은 제 1 전극(310)과 정공수송층(360) 사이에 위치하는 정공주입층(350)과 전자수송층(370)과 제 2 전극(330) 사이에 위치하는 전자주입층(380)중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 발광층(320)은 발광물질층(340)과 정공수송층(360) 사이에 위치하는 전자차단층(365)과 발광물질층(340)과 전자수송층(370) 사이에 위치하는 정공차단층(375) 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
발광물질층(340)은 순차 적층된 제 1 발광물질층(342, 하부 발광물질층(제 1 층))과제 2 발광물질층(344, 상부 발광물질층(제 2 층))을 포함한다. 즉, 제 2 발광물질층(344)은 제 1 발광물질층(342)과 제 2 전극(330) 사이에 위치한다.
제 1 발광물질층(342)과 제 2 발광물질층(344) 중 어느 하나는 지연 형광 물질인 화학식1 및 화학식2의 제 1 화합물을 포함하고, 제 1 발광물질층(342)과 제 2 발광물질층(344) 중 다른 하나는 화학식3 및 화학식4의 제 2 화합물을 포함한다. 또한, 제 1 발광물질층(342)과 제 2 발광물질층(344) 각각은 호스트인 제 4 및 제 5 화합물을 더 포함한다. 제 1 발광물질층(342)의 제 4 화합물과 제 2 발광물질층(344)의 제 5 화합물은 같거나 다를 수 있다. 예를 들어, 제 1 발광물질층(342)과 제 2 발광물질층(344)의 호스트는 전술한 제 3 화합물일 수 있다.
이하, 제 1 발광물질층(342)이 제 1 화합물을 포함하는 유기발광다이오드에 대하여 설명한다.
전술한 바와 같이, 지연 형광 특성을 가지는 제 1 화합물은 높은 양자 효율을 갖는 반면 반치폭이 넓기 때문에 색 순도가 좋지 않다. 한편, 형광 특성을 갖는 제 2 화합물은 좁은 반치폭을 가지나, 삼중항 엑시톤 에너지가 발광에 참여하지 못하기 때문에, 낮은 발광 효율을 갖는다.
본 발명의 유기발광다이오드(D2)에서는, 역 계간전이(RISC) 현상에 의해 제 1 발광물질층(342) 내 제 1 화합물의 삼중항 엑시톤 에너지가 단일항 엑시톤 에너지로 전환되고, 제 1 화합물의 단일항 엑시톤 에너지가 제 2 발광물질층(344)에 포함된 제 2 화합물의 단일항 엑시톤 에너지 준위로 전달되며, 제 2 화합물에서 발광이 일어난다. 따라서, 단일항 엑시톤 에너지 준위와 삼중항 엑시톤 에너지 준위 모두가 발광에 참여하여 발광 효율이 향상되고, 형광 물질인 제 2 화합물에서 발광되므로 좁은 반치폭이 구현된다.
전술한 바와 같이, 제 1 화합물의 LUMO 에너지 준위는 제 2 화합물의 LUMO 에너지 준위와 같거나 이보다 높고, 제 1 화합물의 LUMO 에너지 준위와 제 2 화합물의 LUMO 에너지 준위 차이가 0.6eV 이하인 조건을 만족하므로, 유기발광다이오드(D2)의 발광효율이 더욱 향상된다.
제 1 발광물질층(342)에서 제 4 화합물의 중량비는 제 1 화합물의 중량비와 같거나 이보다 클 수 있다. 또한, 제 2 발광물질층(344)에서 제 5 화합물의 중량비는 제 2 화합물의 중량비와 같거나 이보다 클 수 있다.
또한, 제 1 발광물질층(342)에 포함된 제 1 화합물의 중량비는, 제 2 발광물질층(344)에 포함된 제 2 화합물의 중량비보다 클 수 있다. 이에 따라, 제 1 발광물질층(342)의 제 1 화합물로부터 제 2 발광물질층(344)의 제 2 화합물로의 FRET에 의한 에너지 전달이 충분히 일어날 수 있다. 예를 들어, 제 1 발광물질층(342)에서 제 1 화합물은 1 내지 50 중량%, 바람직하게는 10 내지 40 중량%, 더욱 바람직하게는 20 내지 40 중량%를 가질 수 있고, 제 2 발광물질층(344)에서 제 2 화합물은 1 내지 10 중량%, 바람직하게는 1 내지 5 중량%일 수 있다.
제 2 발광물질층(344)과 전자수송층(370) 사이에 정공차단층(375)이 위치하는 경우, 제 2 발광물질층(344)의 호스트인 제 5 화합물은 정공차단층(375)의 물질과 동일한 물질일 수 있다. 이때, 제 2 발광물질층(344)은 발광 기능과 함께 정공 차단 기능을 동시에 가질 수 있다. 즉, 제 2 발광물질층(344)은 전자를 차단하기 위한 버퍼층으로 기능한다. 한편, 정공차단층(375)은 생략될 수 있고, 이 경우 제 2 발광물질층(344)은 발광물질층과 정공차단층으로 이용된다.
한편, 제 1 발광물질층(342)이 형광 물질인 제 2 화합물을 포함하고 전자차단층(365)이 정공수송층(360)과 제 1 발광물질층(342) 사이에 위치하는 경우, 제 1 발광물질층(342)의 호스트는 전자차단층(365)의 물질과 동일한 물질일 수 있다. 이때, 제 1 발광물질층(342)은 발광 기능과 함께 전자 차단 기능을 동시에 가질 수 있다. 즉, 제 1 발광물질층(342)은 전자를 차단하기 위한 버퍼층으로 기능한다. 한편, 전자차단층(365)은 생략될 수 있고, 이 경우 제 1 발광물질층(342)은 발광물질층과 전자차단층으로 이용된다.
도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 유기발광다이오드(D3)는 서로 마주하는 제 1 전극(410) 및 제 2 전극(430)과, 제 1 및 제 2 전극(410, 430) 사이에 위치하는 발광층(420)을 포함한다. 유기발광표시장치(도 2의 100)는 적색 화소영역, 녹색 화소영역, 청색 화소영역을 포함하고, 유기발광다이오드(D3)는 녹색 화소영역에 위치할 수 있다.
제 1 전극(410)은 양극일 수 있고, 제 2 전극(430)은 음극일 수 있다.
발광층(420)은 제 1 전극(410)과 발광물질층(440) 사이에 위치하는 정공수송층(460)과 발광물질층(440)과 제 2 전극(430) 사이에 위치하는 전자수송층(470) 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 발광층(420)은 제 1 전극(410)과 정공수송층(460) 사이에 위치하는 정공주입층(450)과 전자수송층(470)과 제 2 전극(430) 사이에 위치하는 전자주입층(480)중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 발광층(420)은 발광물질층(440)과 정공수송층(460) 사이에 위치하는 전자차단층(465)과 발광물질층(440)과 전자수송층(470) 사이에 위치하는 정공차단층(475) 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
발광물질층(440)은 제 1 발광물질층(442, 중간 발광물질층(제 1 층))과, 제 1 발광물질층(442)과 제 1 전극(410) 사이의 제 2 발광물질층(444, 하부 발광물질층(제 2 층))과 제 1 발광물질층(442)과 제 2 전극(430) 사이에 위치하는 제 3 발광물질층(446, 상부 발광물질층(제 3 층))을 포함한다. 즉, 발광물질층(440)은 제 2 발광물질층(444), 제 1 발광물질층(442), 제 3 발광물질층(446)이 순차 적층된 삼중층 구조를 갖는다.
예를 들어, 제 1 발광물질층(442)은 전자차단층(465)과 정공차단층(475) 사이에 위치하하고, 제 2 발광물질층(444)은 전자차단층(465)과 제 1 발광물질층(442) 사이에 위치하며, 제 3 발광물질층(446)은 정공차단층(475)와 제 1 발광물질층(442) 사이에 위치할 수 있다.
제 1 발광물질층(442)은 지연 형광 물질인 화학식1 및 2의 제 1 화합물을 포함하고, 제 2 및 제 3 발광물질층(444, 446) 각각은 형광 물질인 화학식3 및 4의 제 2 화합물을 포함한다. 제 2 및 제 3 발광물질층(444, 446)의 제 2 화합물은 같거나 다를 수 있다. 또한, 제 1 내지 제 3 발광물질층(442, 444, 446) 각각은 호스트인 제 6 내지 제 8 화합물을 포함할 수 있다. 제 6 내지 제 8 화합물은 같거나 다를 수 있다. 예를 들어, 제 6 내지 제 8 화합물은 전술한 제 3 화합물일 수 있다.
본 발명의 유기발광다이오드(D3)에서는, 역 계간전이(RISC) 현상에 의해 제 1 발광물질층(442) 내 제 1 화합물의 삼중항 엑시톤 에너지가 단일항 엑시톤 에너지로 전환되고, 제 1 화합물의 단일항 엑시톤 에너지가, 제 2 및 제 3 발광물질층(444, 446)에 포함된 제 2 화합물의 단일항 엑시톤 에너지 준위로 전달되며, 제 2 화합물에서 발광이 일어난다. 따라서, 단일항 엑시톤 에너지 준위와 삼중항 엑시톤 에너지 준위 모두가 발광에 참여하여 발광 효율이 향상되고, 형광 물질인 제 2 화합물에서 발광되므로 좁은 반치폭이 구현된다.
전술한 바와 같이, 제 1 화합물의 LUMO 에너지 준위는 제 2 화합물의 LUMO 에너지 준위와 같거나 이보다 높고, 제 1 화합물의 LUMO 에너지 준위와 제 2 화합물의 LUMO 에너지 준위 차이가 0.6eV 이하인 조건을 만족하므로, 유기발광다이오드(D3)의 발광효율이 더욱 향상된다.
제 1 발광물질층(442)에서 제 6 화합물의 중량비는 제 1 화합물의 중량비와 같거나 이보다 클 수 있고, 제 2발광물질층(444)에서 제 7 화합물의 중량비는 제 2 화합물의 중량비와 같거나 이보다 클 수 있다. 또한, 제 3발광물질층(446)에서 제 8 화합물의 중량비는 제 2 화합물의 중량비와 같거나 이보다 클 수 있다.
또한, 제 1 발광물질층(442)에 포함되는 제 1 화합물의 중량비는, 제 2 발광물질층(444) 및 제 3 발광물질층(446) 각각에 포함된 제 2 화합물의 중량비보다 클 수 있다. 이에 따라, 제 1 발광물질층(442)의 제 1 화합물로부터 제 2 발광물질층(444) 및 제 3 발광물질층(446)의 제 2 화합물로의 FRET에 의한 에너지 전달이 충분히 일어날 수 있다. 예를 들어, 제 1 발광물질층(442)에서 제 1 화합물은 1 내지 50 중량%, 바람직하게는 10 내지 40 중량%, 더욱 바람직하게는 20 내지 40 중량%를 가질 수 있고, 제 2 발광물질층(444) 및 제 3 발광물질층(446) 각각에서 제 2 화합물은 1 내지 10 중량%, 바람직하게는 1 내지 5 중량%일 수 있다.
제 2 발광물질층(444)의 호스트인 제 7 화합물은 전자차단층(465)의 물질과 동일한 물질일 수 있다. 이때, 제 2 발광물질층(444)은 발광 기능과 함께 전자 차단 기능을 동시에 가질 수 있다. 즉, 제 2 발광물질층(444)은 전자를 차단하기 위한 버퍼층으로 기능한다. 한편, 전자차단층(465)은 생략될 수 있고, 이 경우 제 2 발광물질층(444)은 발광물질층과 전자차단층으로 이용된다.
또한, 제 3 발광물질층(446, EML3)의 호스트인 제 8 화합물은 정공차단층(475)의 물질과 동일한 물질일 수 있다. 이때, 제 3 발광물질층(446)는 발광 기능과 함께 정공 차단 기능을 동시에 가질 수 있다. 즉, 제 3 발광물질층(446)은 정공을 차단하기 위한 버퍼층으로 기능한다. 한편, 정공차단층(475)은 생략될 수 있고, 이 경우 제 3 발광물질층(446)은 발광물질층과 정공차단층으로 이용된다.
또한, 제 2 발광물질층(444, EML2)의 제 7 화합물은 전자차단층(465)의 물질과 동일한 물질이고, 제 3 발광물질층(446)의 제 8 화합물은 정공차단층(475)의 물질과 동일할 물질일 수 있다. 이때, 제 2 발광물질층(444)은 발광 기능과 함께 전자 차단 기능을 동시에 가지며, 제 3 발광물질층(446)은 발광 기능과 함께 정공 차단 기능을 동시에 가질 수 있다. 즉, 제 2 발광물질층(444) 및 제 3 발광물질층(446)은 각각 전자 차단을 위한 버퍼층과 정공 차단을 위한 버퍼층으로 기능할 수 있다. 한편, 전자차단층(465) 및 정공차단층(475)은 생략될 수 있고, 이 경우 제 2 발광물질층(444)은 발광물질층과 전자차단층으로 이용되며, 제 3 발광물질층(446)은 발광물질층과 정공차단층으로 이용된다.
도 8은 본 발명의 제 8 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 유기발광다이오드(D4)는 서로 마주하는 제 1 전극(510) 및 제 2 전극(530)과, 제 1 및 제 2 전극(510, 530) 사이에 위치하는 발광층(520)을 포함한다. 유기발광표시장치(도 2의 100)는 적색 화소영역, 녹색 화소영역, 청색 화소영역을 포함하고, 유기발광다이오드(D4)는 녹색 화소영역에 위치할 수 있다.
제 1 전극(510)은 양극일 수 있고, 제 2 전극(530)은 음극일 수 있다.
발광층(520)은 제 1 발광물질층(550)을 포함하는 제 1 발광부(540)와, 제 2 발광물질층(570)을 포함하는 제 2 발광부(560)를 포함한다. 또한, 발광층(1162)은 제 1 발광부(540)와 제 2 발광부(560) 사이에 위치하는 전하 생성층(580)을 더 포함할 수 있다.
전하 생성층(580)은 제 1 및 제 2 발광부(540, 560) 사이에 위치하며, 제 1 발광부(540), 전하 생성층(580), 제 2 발광부(560)가 제 1 전극(1160) 상에 순차 적층된다. 즉, 제 1 발광부(540)는 제 1 전극(1160)과 전하 생성층(580) 사이에 위치하며, 제 2 발광부(560)는 제 2 전극(1164)과 전하 생성층(580) 사이에 위치한다.
제 1 발광부(540)는 제 1 발광물질층(550)을 포함한다.
또한, 제 1 발광부(540)는, 제 1 전극(1160)과 제 1 발광물질층(550) 사이에 위치하는 제 1 정공 수송층(540b), 제 1 전극(1160)과 제 1 정공 수송층(540b) 사이에 위치하는 정공 주입층(540a), 제 1 발광물질층(550)과 전하생성층(580) 사이에 위치하는 제 1 전자 수송층(540e) 중 적어도 하나를 더 포함할 수도 있다.
또한, 제 1 발광부(540)는 제 1 정공 수송층(540b)과 제 1 발광물질층(550) 사이에 위치하는 제 1 전자 차단층(540c)과 제 1 발광물질층(550)과 제 1 전자 수송층(540e) 사이에 위치하는 제 1 정공 차단층(540d) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
제 2 발광부(560)는 제 2 발광물질층(570)을 포함한다.
또한, 제 2 발광부(560)는 전하생성층(580)과 제 2 발광물질층(570) 사이에 위치하는 제 2 정공 수송층(560a), 제 2 발광물질층(570)과 제 2 전극(1164) 사이에 위치하는 제 2 전자 수송층(560d), 제 2 전자 수송층(560d)과 제 2 전극(1164) 사이에 위치하는 전자 주입층(560e) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 제 2 발광부(560)는 제 2 정공 수송층(560a)과 제 2 발광물질층(570) 사이에 위치하는 제 2 전자 차단층(560b)과 제 2 발광물질층(570)과 제 2 전자 수송층(560d) 사이에 위치하는 제 2 정공 차단층(560c) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
전하 생성층(580)은 제 1 발광부(540)와 제 2 발광부(560) 사이에 위치한다. 즉, 제 1 발광부(540)와 제 2 발광부(560)는 전하 생성층(580)에 의해 연결된다. 전하 생성층(580)은 N형 전하 생성층(582)과 P형 전하 생성층(584)이 접합된 PN접합 전하 생성층일 수 있다.
N형 전하 생성층(582)은 제 1 전자 수송층(540e)과 제 2 정공 수송층(560a) 사이에 위치하고, P형 전하 생성층(584)은 N형 전하 생성층(1252)과 제 2 정공 수송층(560a) 사이에 위치한다. N형 전하 생성층(582)은 전자를 제 1 발광부(540)의 제 1 발광물질층(550)으로 전달하고, P형 전하생성층(584)은 정공을 제 2 발광부(560)의 제 2 발광물질층(570)으로 전달한다.
제 1 발광물질층(550)과 제 2 발광물질층(570)은 녹색 발광물질층이다. 제 1 발광물질층(550)과 제 2 발광물질층(570) 중 적어도 하나는 화학식1로 표시되는 제 1 화합물과, 화학식3으로 표시되는 제 2 화합물을 포함한다. 즉, 예를 들어, 제 1 발광물질층(550)은 지연형광 물질과 형광물질을 포함한다. 또한, 제 1 발광물질층(550)은 호스트인 제 3 화합물을 더 포함할 수 있다.
제 1 발광물질층(550)에서, 제 1 화합물의 중량비는 제 2 화합물의 중량비보다 크고 제 3 화합물의 중량비보다 작을 수 있다. 제 1 화합물의 중량비가 제 2 화합물의 중량비보다 큰 경우, 제 1 화합물로부터 제 2 화합물로 에너지 전달이 충분히 일어날 수 있다. 예를 들어, 제 1 발광물질층(550)에서, 제 1 화합물은 20 내지 40 중량%, 제 2 화합물은 0.1 내지 5 중량%, 제 3 화합물은 60 내지 75 중량%를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 2 발광물질층(570)은 제 1 발광물질층(550)과 동일하게 화학식1로 표시되는 제 1 화합물과, 화학식3으로 표시되는 제 2 화합물을 포함할 수 있다. 이와 달리, 제 2 발광물질층(570)은 제 1 발광물질층(550)의 제 1 화합물과 제 2 화합물 중 적어도 하나와 다른 화합물을 포함하여 제 1 발광물질층(550)과 다른 파장의 빛을 발광하거나 다른 발광효율을 가질 수 있다.
본 발명의 유기발광다이오드(D4)에서는 지연 형광 물질인 제 1 화합물의 단일항 엑시톤 에너지 준위가 형광 물질인 제 2 화합물로 전달되어 제 2 화합물에서 발광한다. 따라서, 유기발광다이오드(D4)의 발광효율과 색순도가 향상된다. 또한, 화학식1 및 화학식2의 제 1 화합물과 화학식3 및 화학식4의 제 2 화합물이 제 1 발광물질층(550)에 이용됨으로써, 유기발광다이오드(D4)의 발광효율과 색순도가 더욱 향상된다. 또한, 유기발광다이오드(D4)가 녹색 발광물질층의 이중 스택 구조를 가지므로, 유기발광다이오드(D4)의 색감이 향상되거나 발광효율이 최적화된다.
도 9는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 유기발광표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 유기발광표시장치(1000)는 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3)이 정의된 기판(1010)과, 기판(1010) 상부에 위치하는 박막트랜지스터(Tr)와, 박막트랜지스터(Tr) 상부에 위치하며 박막트랜지스터(Tr)에 연결되는 유기발광다이오드(D5)를 포함한다. 예를 들어, 제 1 화소영역(P1)은 녹색 화소영역이고, 제 2 화소영역(P2)은 적색 화소영역이며, 제 3 화소영역(P3)은 청색 화소영역일 수 있다.
기판(1010)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(1010) 상에 버퍼층(1012)이 형성되고, 버퍼층(1012) 상에 박막트랜지스터(Tr)가 형성된다. 버퍼층(1012)은 생략될 수 있다.
도 2를 통해 설명한 바와 같이, 박막트랜지스터(Tr)는 반도체층, 게이트 전극, 소스 전극, 드레인 전극을 포함하고 구동 소자로 기능한다.
박막트랜지스터(Tr) 상에는 평탄화층(1050)이 위치한다. 평탄화층(1050)은 상면이 평탄하며, 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극을 노출하는 드레인 컨택홀(1052)을 갖는다.
유기발광다이오드(D5)는 평탄화층(1050) 상에 위치하며 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극에 연결되는 제 1 전극(1060)과, 제 1 전극(1060) 상에 순차 적층되는 발광층(1062) 및 제 2 전극(1064)을 포함한다. 유기발광다이오드(D5)는 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3) 각각에 위치하며 서로 다른 색의 광을 발광한다. 예를 들어, 제 1 화소영역(P1)의 유기발광다이오드(D5)는 녹색 광을 발광하고, 제 2 화소영역(P2)의 유기발광다이오드(D5)는 적색 광을 발광하며, 제 3 화소영역(P3)의 유기발광다이오드(D5)는 청색 광을 발광할 수 있다.
제 1 전극(1060)은 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3) 별로 분리되어 형성되고, 제 2 전극(1064)은 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3)에 대응하여 일체로 형성된다.
제 1 전극(1060)은 양극과 음극 중 하나일 수 있고, 제 2 전극(1064)은 양극과 음극 중 다른 하나일 수 있다. 또한, 제 1 전극(1060)과 제 2 전극(1064) 중 하나는 투과전극(또는 반투과전극)이고, 제 1 전극(1060)과 제 2 전극(1064) 중 다른 하나는 반사전극일 수 있다.
예를 들어, 제 1 전극(1060)은 양극일 수 있으며, 일함수(work function) 값이 비교적 큰 도전성 물질, 예를 들어 투명 도전성 산화물(transparent conductive oxide; TCO)로 이루어지는 투명 도전성 산화물층을 포함할 수 있다. 또한, 제 2 전극(1064)은 음극일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 작은 도전성 물질, 예를 들어 저저항 금속로 이루어지는 금속물질층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(1060)의 투명 도전성 산화물층은 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) 중 어느 하나를 포함하고, 제 2 전극(1064)은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 은(Ag), 또는 이들의 합금, 예를 들어 Mg-Ag 합금이나 조합으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 유기발광표시장치(1000)가 하부발광 방식인 경우, 제 1 전극(1060)은 투명 도전성 산화물층의 단일층 구조를 가질 수 있다.
한편, 본 발명의 유기발광표시장치(1000)가 상부 발광 방식인 경우, 제 1 전극(1060) 하부에는 반사전극 또는 반사층이 더욱 형성될 수 있다. 예를 들어, 반사전극 또는 반사층은 은 또는 알루미늄-팔라듐-구리(aluminum-palladium-copper: APC) 합금으로 이루어질 수 있다. 상부 발광 방식 유기발광다이오드(D5)에서, 제 1 전극(1060)은 ITO/Ag/ITO 또는 ITO/APC/ITO의 삼중층 구조를 가질 수 있다. 또한, 제 2 전극(1064)은 얇은 두께를 가져 광투과(반투과) 특성을 가질 수 있다.
평탄화층(1050) 상에는 제 1 전극(1060)의 가장자리를 덮는 뱅크층(1066)이 형성된다. 뱅크층(1066)은 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3) 각각에 대응하여 제 1 전극(1060)의 중앙을 노출한다.
제 1 전극(1060) 상에는 발광 유닛인 발광층(1062)이 형성된다. 발광층(1062)은 발광물질층(EML)의 단층 구조를 가질 수 있다. 이와 달리, 발광층(1062)은 제 1 전극(1060)과 발광물질층 사이에 순차적으로 적층되는 정공주입층(HIL), 정공수송층(HTL), 전자차단층(EBL)과, 발광물질층과 제 2 전극(1064) 사이에 순차적으로 적층되는 정공차단층(HBL), 전자수송층(ETL), 전자주입층(EIL) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 녹색 화소영역인 제 1 화소영역(P1)에서, 발광층(1062)의 발광물질층은 지연형광 물질인 제 1 화합물과, 형광물질인 제 2 화합물을 포함한다. 또한, 발광층(1062)의 발광물질층은 호스트인 제 3 화합물을 더 포함할 수 있다. 이때, 제 1 화합물은 화학식1로 표시되고, 제 2 화합물은 화학식3으로 표시된다.
제 2 전극(1064) 상에는, 외부 수분이 유기발광다이오드(D5)로 침투하는 것을 방지하기 위해, 인캡슐레이션 필름(1070)이 형성된다. 인캡슐레이션 필름(1070)은 제 1 무기 절연층과, 유기 절연층과, 제 2 무기 절연층의 삼중층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
유기발광표시장치(1000)는 외부광의 반사를 줄이기 위한 편광판(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 편광판(도시하지 않음)은 원형 편광판일 수 있다. 유기발광표시장치(1000)가 하부발광 방식인 경우, 편광판은 기판(1010) 하부에 위치할 수 있다. 한편, 본 발명의 유기발광표시장치(1000)가 상부 발광 방식인 경우, 편광판은 인캡슐레이션 필름(1070) 상부에 위치할 수 있다.
도 10은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 9와 함께 도 10을 참조하면, 유기발광다이오드(D5)는 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3) 각각에 위치하며, 서로 마주하는 제 1 전극(1060) 및 제 2 전극(1064)과, 제 1 및 제 2 전극(1060, 1064) 사이에 위치하는 발광층(1062)을 포함한다. 발광층(1062)은 발광물질층(1090)을 포함한다.
제 1 전극(1060)은 양극일 수 있고, 제 2 전극(1064)은 음극일 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(1060)은 반사전극이고, 제 2 전극(1064)은 투과전극(반투과전극)일 수 있다.
발광층(1062)은 제 1 전극(1060)과 발광물질층(1090) 사이에 위치하는 정공수송층(HTL, 1082)과 발광물질층(1090)과 제 2 전극(1064) 사이에 위치하는 전자수송층(ETL, 1094) 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 발광층(1090)은 제 1 전극(1060)과 정공수송층(HTL, 1082) 사이에 위치하는 정공주입층(HIL, 1080)과 전자수송층(ETL, 1094)과 제 2 전극(1064) 사이에 위치하는 전자주입층(EIL, 1096) 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 발광층(1090)은 발광물질층(1090)과 정공수송층(HTL, 1082) 사이에 위치하는 전자차단층(EBL, 1086)과 발광물질층(1090)과 전자수송층(ETL, 1094) 사이에 위치하는 정공차단층(HBL, 1092) 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 발광층(1062)은 정공수송층(HTL, 1082)과 전자차단층(EBL, 1086) 사이에 위치하는 보조 정공수송층(1084)을 더 포함할 수 있다. 보조 정공수송층(1084)은 제 1 화소영역(P1)에 위치하는 제 1 보조 정공수송층(1084a)과, 제 2 화소영역(P2)에 위치하는 제 2 보조 정공수송층(1084b)과, 제 3 화소영역(P3)에 위치하는 제 3 보조 정공수송층(1084c)을 포함한다.
제 1 보조 정공수송층(1084a)는 제 1 두께를 갖고, 제 2 보조 정공수송층(1084b)는 제 2 두께를 가지며, 제 3 보조 정공수송층(1084c)는 제 2 두께를 갖는다. 이때, 제 1 두께는 제 2 두께보다 작고 제 3 두께보다 크며, 이에 따라 유기발광다이오드(D5)는 마이크로 캐버티(micro-cavity) 구조를 갖는다.
즉, 서로 다른 두께를 갖는 제 1 내지 제 3 보조 정공수송층(1084a, 1084b, 1084c)에 의해, 제 1 파장 범위의 빛(녹색)을 발광하는 제 1 화소영역(P1)에서 제 1 전극(1060)과 제 2 전극(1064) 간 거리는 제 1 파장 범위보다 큰 제 2 파장 범위의 빛(적색)을 발광하는 제 2 화소영역(P2)에서 제 1 전극(1060)과 제 2 전극(1064) 간 거리보다 작고 제 1 파장 범위보다 작은 제 3 파장 범위의 빛(청색)을 발광하는 제 3 화소영역(P3)에서 제 1 전극(1060)과 제 2 전극(1064) 간 거리보다 크게 된다. 따라서, 유기발광다이오드(D5)의 발광 효율이 향상된다.
도 10에서, 제 3 화소영역(P3)에 제 3 보조 정공수송층(1084c)가 형성되고 있다. 이와 달리, 제 3 보조 정공수송층(1084c) 없이 마이크로 캐버티 구조가 구현될 수도 있다.
또한, 제 2 전극(1064) 상에는 광추출 향상을 위한 캡핑층(capping layer, 미도시)이 추가로 형성될 수 있다.
발광물질층(1090)은 제 1 화소영역(P1)에 위치하는 제 1 발광물질층(1090a)과, 제 2 화소영역(P2)에 위치하는 제 2 발광물질층(1090b)과, 제 3 화소영역(P3)에 위치하는 제 3 발광물질층(1090c)을 포함한다. 제 1 발광물질층(1090a), 제 2 발광물질층(1090b), 제 3 발광물질층(1090c) 각각은 녹색 발광물질층, 적색 발광물질층, 청색 발광물질층일 수 있다.
제 1 화소영역(P1)의 제 1 발광물질층(1090a)은 지연형광 물질인 제 1 화합물과, 형광물질인 제 2 화합물을 포함한다. 또한, 제 1 화소영역(P1)의 제 1 발광물질층(1090a)은 호스트인 제 3 화합물을 더 포함할 수 있다. 이때, 제 1 화합물은 화학식1로 표시되고, 제 2 화합물은 화학식3으로 표시된다.
제 1 화소영역(P1)의 제 1 발광물질층(1090a)에서, 제 1 화합물의 중량비는 제 2 화합물의 중량비보다 크고 제 3 화합물의 중량비보다 작을 수 있다. 제 1 화합물의 중량비가 제 2 화합물의 중량비보다 큰 경우, 제 1 화합물로부터 제 2 화합물로 에너지 전달이 충분히 일어날 수 있다. 예를 들어, 제 1 화소영역(P1)의 제 1 발광물질층(1090a)에서, 제 1 화합물은 20 내지 40 중량%, 제 2 화합물은 0.1 내지 5 중량%, 제 3 화합물은 60 내지 75 중량%를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 2 화소영역(P2)의 제 2 발광물질층(1090b)과 제 3 화소영역(P2)의 제 2 발광물질층(1090c) 각각은 호스트와 도펀트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 2 화소영역(P2)의 제 2 발광물질층(1090b)과 제 3 화소영역(P2)의 제 2 발광물질층(1090c) 각각에서, 도펀트는 인광 화합물, 형광 화합물, 지연형광 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 10의 유기발광다이오드(D5)는 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3) 각각에서 녹색 광, 적색 광, 청색 광을 발광하며, 이에 따라 유기전계발광표시장치(도 9의 1000)는 컬러 영상을 구현할 수 있다.
한편, 유기전계발광표시장치(1000)는 색순도 향상을 위해 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3)에 대응하여 컬러필터층을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 컬러필터층은 제 1 화소영역(P1)에 대응하는 제 1 컬러필터층(녹색 컬러필터층), 제 2 화소영역(P2)에 대응하는 제 2 컬러필터층(적색 컬러필터층), 제 3 화소영역(P3)에 대응하는 제 3 컬러필터층(청색 컬러필터층)을 포함할 수 있다.
유기발광표시장치(1000)가 하부발광 방식인 경우, 컬러필터층은 유기발광다이오드(D5)와 기판(1010) 사이에 위치할 수 있다. 한편, 본 발명의 유기발광표시장치(1000)가 상부 발광 방식인 경우, 컬러필터층은 유기발광다이오드(D5) 상부에 위치할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제 8 실시예에 따른 유기발광표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 유기발광표시장치(1100)는 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3)이 정의된 기판(1110)과, 기판(1110) 상부에 위치하는 박막트랜지스터(Tr)와, 박막트랜지스터(Tr) 상부에 위치하며 박막트랜지스터(Tr)에 연결되는 유기발광다이오드(D)와, 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3)에 대응되는 컬러필터층(1120)을 포함한다. 예를 들어, 제 1 화소영역(P1)은 녹색 화소영역이고, 제 2 화소영역(P2)은 적색 화소영역이며, 제 3 화소영역(P3)은 청색 화소영역일 수 있다.
기판(1110)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.
박막트랜지스터(Tr)는 기판(1110) 상에 위치한다. 이와 달리, 기판(1110) 상에 버퍼층(미도시)이 형성되고 박막트랜지스터(Tr)는 버퍼층 상에 형성될 수도 있다.
도 2를 통해 설명한 바와 같이, 박막트랜지스터(Tr)는 반도체층, 게이트 전극, 소스 전극, 드레인 전극을 포함하고 구동 소자로 기능한다.
또한, 컬러필터층(1120)이 기판(1110) 상에 위치한다. 예를 들어, 컬러필터층(1120)은 제 1 화소영역(P1)에 대응되는 제 1 컬러필터층(1122), 제 2 화소영역(P2)에 대응되는 제 2 컬러필터층(1124), 제 3 화소영역(P3)에 대응되는 제 3 컬러필터층(1126)을 포함할 수 있다. 제 1 컬러필터층(1122)은 녹색 컬러필터층이고, 제 2 컬러필터층(1124)은 적색 컬러필터층이며, 제 3 컬러필터층(1126)은 청색 컬러필터층일 수 있다. 예를 들어, 제 1 컬러필터층(1122)은 녹색 염료(dye)와 녹색 안료(pigment) 중 적어도 하나를 포함하고, 제 2 컬러필터층(1124)은 적색 염료와 적색 안료 중 적어도 하나를 포함하며, 제 3 컬러필터층(1126)은 청색 염료와 청색 안료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
박막트랜지스터(Tr)와 컬리펄터층(1120) 상에는 평탄화층(1150)이 위치한다. 평탄화층(1150)은 상면이 평탄하며, 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극을 노출하는 드레인 컨택홀(1152)을 갖는다.
유기발광다이오드(D)는 평탄화층(1150) 상에 위치하며 컬러필터층(1120)에대응된다. 유기발광다이오드(D)는 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극에 연결되는 제 1 전극(1160)과, 제 1 전극(1160) 상에 순차 적층되는 발광층(1162) 및 제 2 전극(1164)을 포함한다. 유기발광다이오드(D)는 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3)에서 백색 광을 발광한다.
제 1 전극(1160)은 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3) 별로 분리되어 형성되고, 제 2 전극(1164)은 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3)에 대응하여 일체로 형성된다.
제 1 전극(1160)은 양극과 음극 중 하나일 수 있고, 제 2 전극(1164)은 양극과 음극 중 다른 하나일 수 있다. 또한, 제 1 전극(1160)은 투과전극이고, 제 2 전극(1164)은 반사전극이다.
예를 들어, 제 1 전극(1160)은 양극일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 큰 도전성 물질, 예를 들어 투명 도전성 산화물로 이루어지는 투명 도전성 산화물층을 포함할 수 있다. 또한, 제 2 전극(1164)은 음극일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 작은 도전성 물질, 예를 들어 저저항 금속로 이루어지는 금속물질층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(1160)의 투명 도전성 산화물층은 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) 중 어느 하나를 포함하고, 제 2 전극(1164)은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 은(Ag), 또는 이들의 합금, 예를 들어 Mg-Ag 합금이나 조합으로 이루어질 수 있다.
제 1 전극(1160) 상에는 발광 유닛인 발광층(1162)이 형성된다. 발광층(1162)은 서로 다른 색을 발광하는 적어도 두개의 발광부를 포함한다. 발광부 각각은 발광물질층(EML)의 단층 구조를 가질 수 있다. 이와 달리, 발광부 각각은 정공주입층(HIL), 정공수송층(HTL), 전자차단층(EBL), 정공차단층(HBL), 전자수송층(ETL), 전자주입층(EIL) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 또한, 발광층(1162)은 발광부 사이에 위치하는 전하생성층(charge generation layer, CGL)을 더 포함할 수 있다.
이때, 적어도 두개의 발광부 중 하나의 발광물질층(EML)은 화학식1로 표시되는 제 1 화합물과, 화학식3으로 표시되는 제 2 화합물을 포함한다. 즉, 적어도 두개의 발광부 중 하나의 발광물질층(EML)은 지연형광 물질과 형광물질을 포함한다. 또한, 적어도 두개의 발광부 중 하나의 발광물질층(EML)은 호스트인 제 3 화합물을 더 포함할 수 있다.
평탄화층(1150) 상에는 제 1 전극(1160)의 가장자리를 덮는 뱅크층(1166)이 형성된다. 뱅크층(1166)은 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3) 각각에 대응하여 제 1 전극(1160)의 중앙을 노출한다. 전술한 바와 같이, 유기발광다이오드(D)는 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3)에서 백색 광을 발광하므로, 발광층(1162)은 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3)에서 분리될 필요 없이 공통층으로 형성될 수 있다. 뱅크층(1166)은 제 1 전극(1160) 가장자리에서의 전류 누설을 막기 위해 형성되며, 뱅크층(1166)은 생략될 수 있다.
도시하지 않았으나, 유기발광표시장치(1100)는 외부 수분이 유기발광다이오드(D)로 침투하는 것을 방지하기 위해, 제 2 전극(1164) 상에 위치하는 인캡슐레이션 필름(미도시)을 더 포함할 수 있다. 또한, 유기발광표시장치(1100)는 외부광의 반사를 줄이기 위해 기판(1110) 하부에 위치하는 편광판을 더 포함할 수 있다.
도 11의 유기발광표시장치(1100)에서, 제 1 전극(1160)은 투과전극이고 제 2 전극(1164)은 반사전극이며, 컬러필터층(1120)은 기판(1110)과 유기발광다이오드(D) 사이에 위치한다. 즉, 유기발광표시장치(1100)는 하부발광 방식이다.
이와 달리, 유기발광표시장치(1100)에서, 제 1 전극(1160)은 반사전극이고 제 2 전극(1164)은 투과전극(반투과전극)이며, 컬러필터층(1120)은 유기발광다이오드(D) 상부에 위치할 수 있다.
유기발광표시장치(1100)에서, 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3)의 유기발광다이오드(D)는 백색 광을 발광하고, 제 1 내지 제 3 컬러필터층(1122, 1124, 1126)을 통과함으로써, 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3)에서 녹색, 적색 및 청색이 각각 표시된다.
도시하지 않았으나, 유기발광다이오드(D)와 컬러필터층(1120) 사이에는 색변환층이 구비될 수도 있다. 색변환층은 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3) 각각에 대응하여 녹색 색변환층, 적색 색변환층 및 청색 색변환층을 포함하며, 유기발광다이오드(D)로부터의 백색 광을 녹색, 적색 및 청색으로 각각 변환할 수 있다. 예를 들어, 색변환층은 양자점을 포함할 수 있다. 따라서, 유기발광표시장치(1100)의 색순도가 더욱 향상될 수 있다.
또한, 컬러필터층(1120) 대신에 색변환층이 포함될 수도 있다.
도 12는 본 발명의 제 9 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 유기발광다이오드(D6)는 서로 마주하는 제 1 전극(1160) 및 제 2 전극(1164)과, 제 1 및 제 2 전극(1160, 1164) 사이에 위치하는 발광층(1162)을 포함한다.
제 1 전극(1160)은 양극일 수 있고, 제 2 전극(1164)은 음극일 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(1160)은 투과전극이고, 제 2 전극(1164)은 반사전극일 수 있다.
발광층(1162)은 제 1 발광물질층(1220)을 포함하는 제 1 발광부(1210)와, 제 2 발광물질층(1240)을 포함하는 제 2 발광부(1230)와, 제 3 발광물질층(1260)을 포함하는 제 3 발광부(1250)를 포함한다. 또한, 발광층(1162)은 제 1 발광부(1210)와 제 2 발광부(1230) 사이에 위치하는 제 1 전하 생성층(1270)와, 제 2 발광부(1230)와 제 3 발광부(1250) 사이에 위치하는 제 2 전하 생성층(1280)을 더 포함할 수 있다.
제 1 전하 생성층(1270)은 제 1 및 제 2 발광부(1210, 1230) 사이에 위치하며, 제 2 전하 생성층(1280)은 제 1 및 제 3 발광부(1210, 1250) 사이에 위치한다. 즉, 제 3 발광부(1250), 제 2 전하 생성층(1280), 제 1 발광부(1210), 제 1 전하 생성층(1270), 제 2 발광부(1230)가 제 1 전극(1160) 상에 순차 적층된다. 즉, 제 1 발광부(1210)는 제 1 전하 생성층(1270)과 제 2 전하 생성층(1280) 사이에 위치하며, 제 2 발광부(1230)는 제 1 전하 생성층(1270)과 제 2 전극(1164) 사이에 위치하고, 제 3 발광부(1250)는 제 2 전하 생성층(1280)과 제 1 전극(1160) 사이에 위치한다.
제 1 발광부(1210)는 제 1 발광물질층(1220) 하부의 제 1 정공수송층(1210a)과 제 1 발광물질층(1220) 상부의 제 1 전자 수송층(1210b)을 더 포함할 수 있다. 즉, 제 1 정공수송층(1210a)은 제 1 발광물질층(1220)과 제 2 전하 생성층(1280) 사이에 위치하고, 제 1 전자 수송층(1210b)은 제 1 발광물질층(1220)과 제 1 전하 생성층(1270) 사이에 위치한다.
또한, 제 1 발광부(1210)는 제 1 정공수송층(1210a)과 제 1 발광물질층(1220) 사이에 위치하는 전자차단층(미도시)과 제 1 전자수송층(1210b)과 제 1 발광물질층(1220) 사이에 위치하는 정공차단층(미도시)을 더 포함할 수 있다.
제 2 발광부(1230)는 제 2 발광물질층(1240) 하부에 위치하는 제 2 정공수송층(1230a)과, 제 2 발광물질층(1240) 상부에 순차 적층된 제 2 전자수송층(1230b) 및 전자주입층(1230c)을 더 포함할 수 있다. 즉, 제 2 정공수송층(1230a)은 제 2 발광물질층(1240)과 제 1 전하생성층(1270) 사이에 위치하고, 제 2 전자수송층(1230b)과 전자주입층(1230c)은 제 2 발광물질층(1240)과 제 2 전극(1164) 사이에 위치한다.
또한, 제 2 발광부(1230)는 제 2 정공수송층(1230a)과 제 2 발광물질층(1240) 사이에 위치하는 전자차단층(미도시)과 제 2 전자수송층(1230b)과 제 2 발광물질층(1240) 사이에 위치하는 정공차단층(미도시)을 더 포함할 수 있다.
제 3 발광부(1250)는 제 3 발광물질층(1260) 하부에 위치하는 정공주입층(1250a) 및 제 3 정공수송층(1250b)과 제 3 발광물질층(1260) 상부에 위치하는 제 3 전자수송층(1250c)을 더 포함할 수 있다. 즉, 정공주입층(1250a)과 제 3 정공수송층(1250b)은 제 1 전극(1160)과 제 3 발광물질층(1260) 사이에 위치하고, 제 3 전자수송층(1250c)은 제 3 발광물질층(1260)과 제 2 전하생성층(1280) 사이에 위치한다.
또한, 제 3 발광부(1250)는 제 3 정공수송층(1250a)과 제 3 발광물질층(1260) 사이에 위치하는 전자차단층(미도시)과 제 3 전자수송층(1250c)과 제 3 발광물질층(1260) 사이에 위치하는 정공차단층(미도시)을 더 포함할 수 있다.
제 1 내지 제 3 발광물질층(1220, 1240, 1260) 중 하나는 녹색 발광물질층이고, 제 1 내지 제 3 발광물질층(1220, 1240, 1260) 중 다른 하나는 청색 발광물질층이며, 제 1 내지 제 3 발광물질층(1220, 1240, 1260) 중 나머지는 적색 발광물질층일 수 있다.
예를 들어, 제 1 발광물질층(1220)은 녹색 발광물질층이고, 제 2 발광물질층(1240)은 청색 발광물질층이며, 제 3 발광물질층(1260)은 적색 발광물질층일 수 있다. 이와 달리, 제 1 발광물질층(1220)은 녹색 발광물질층이고, 제 2 발광물질층(1240)은 적색 발광물질층이며, 제 3 발광물질층(1260)은 청색 발광물질층일 수 있다.
제 1 발광물질층(1220)은 지연형광 물질인 제 1 화합물과, 형광물질인 제 2 화합물을 포함한다. 또한, 제 1 발광물질층(1220)은 호스트인 제 3 화합물을 더 포함할 수 있다. 이때, 제 1 화합물은 화학식1로 표시되고, 제 2 화합물은 화학식3으로 표시된다.
제 1 발광물질층(1220)에서, 제 1 화합물의 중량비는 제 2 화합물의 중량비보다 크고 제 3 화합물의 중량비보다 작을 수 있다. 제 1 화합물의 중량비가 제 2 화합물의 중량비보다 큰 경우, 제 1 화합물로부터 제 2 화합물로 에너지 전달이 충분히 일어날 수 있다. 예를 들어, 제 1 발광물질층(1220)에서, 제 1 화합물은 20 내지 40 중량%, 제 2 화합물은 0.1 내지 5 중량%, 제 3 화합물은 60 내지 75 중량%를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 2 발광물질층(1240)은 호스트와 청색 도펀트(또는 적색 도펀트)를 포함하고, 제 3 발광물질층(1260)은 호스트와 적색 도펀트(또는 청색 도펀트)를 포함한다. 예를 들어, 제 2 발광물질층(1240)과 제 3 발광물질층(1260) 각각에서, 도펀트는 인광 화합물, 형광 화합물, 지연형광 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
유기발광다이오드(D6)는 제 1 내지 제 3 화소영역(도 11의 P1, P2, P3) 모두에서 백색을 발광하며, 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3) 각각에서 컬러필터층(도 11의 1120)을 통과함으로써, 유기전계발광표시장치(도 11의 1100)는 컬러 영상을 구현할 수 있다.
도 13은 본 발명의 제 10 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 유기발광다이오드(D7)는 서로 마주하는 제 1 전극(1360) 및 제 2 전극(1364)과, 제 1 및 제 2 전극(1360, 1364) 사이에 위치하는 발광층(1362)을 포함한다.
제 1 전극(1360)은 양극일 수 있고, 제 2 전극(1364)은 음극일 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(1360)은 투과전극이고, 제 2 전극(1364)은 반사전극일 수 있다.
발광층(1362)은 제 1 발광물질층(1420)을 포함하는 제 1 발광부(1410)와, 제 2 발광물질층(1440)을 포함하는 제 2 발광부(1430)와, 제 3 발광물질층(1460)을 포함하는 제 3 발광부(1450)를 포함한다. 또한, 발광층(1362)은 제 1 발광부(1410)와 제 2 발광부(1430) 사이에 위치하는 제 1 전하 생성층(1470)와, 제 2 발광부(1430)와 제 3 발광부(1450) 사이에 위치하는 제 2 전하 생성층(1480)을 더 포함할 수 있다.
이때, 제 1 발광물질층(1420)은 하부 발광물질층(1420a)과 상부 발광물질층(1420b)을 포함한다. 즉, 하부 발광물질층(1420a)은 제 1 전극(1360)에 근접하여 위치하고, 상부 발광물질층(1420b)은 제 2 전극(1364)에 근접하여 위치한다.
제 1 전하 생성층(1270)은 제 1 및 제 2 발광부(1210, 1230) 사이에 위치하며, 제 2 전하 생성층(1280)은 제 1 및 제 3 발광부(1210, 1250) 사이에 위치한다. 즉, 제 3 발광부(1250), 제 2 전하 생성층(1280), 제 1 발광부(1210), 제 1 전하 생성층(1270), 제 2 발광부(1230)가 제 1 전극(1160) 상에 순차 적층된다. 즉, 제 1 발광부(1210)는 제 1 전하 생성층(1270)과 제 2 전하 생성층(1280) 사이에 위치하며, 제 2 발광부(1230)는 제 1 전하 생성층(1270)과 제 2 전극(1164) 사이에 위치하고, 제 3 발광부(1250)는 제 2 전하 생성층(1280)과 제 1 전극(1160) 사이에 위치한다.
또한, 제 1 발광부(1210)는 제 1 정공수송층(1210a)과 제 1 발광물질층(1220) 사이에 위치하는 전자차단층(미도시)과 제 1 전자수송층(1210b)과 제 1 발광물질층(1220) 사이에 위치하는 정공차단층(미도시)을 더 포함할 수 있다.
제 2 발광부(1230)는 제 2 발광물질층(1240) 하부에 위치하는 제 2 정공수송층(1230a)과, 제 2 발광물질층(1240) 상부에 순차 적층된 제 2 전자수송층(1230b) 및 전자주입층(1230c)을 더 포함할 수 있다. 즉, 제 2 정공수송층(1230a)은 제 2 발광물질층(1240)과 제 1 전하생성층(1270) 사이에 위치하고, 제 2 전자수송층(1230b)과 전자주입층(1230c)은 제 2 발광물질층(1240)과 제 2 전극(1164) 사이에 위치한다.
또한, 제 2 발광부(1230)는 제 2 정공수송층(1230a)과 제 2 발광물질층(1240) 사이에 위치하는 전자차단층과 제 2 전자수송층(1230b)과 제 2 발광물질층(1240) 사이에 위치하는 정공차단층을 더 포함할 수 있다.
또한, 제 2 발광부(1230)는 제 2 정공수송층(1230a)과 제 2 발광물질층(1240) 사이에 위치하는 전자차단층(미도시)과 제 2 전자수송층(1230b)과 제 2 발광물질층(1240) 사이에 위치하는 정공차단층(미도시)을 더 포함할 수 있다.
제 3 발광부(1250)는 제 3 발광물질층(1260) 하부에 위치하는 정공주입층(1250a) 및 제 3 정공수송층(1250b)과 제 3 발광물질층(1260) 상부에 위치하는 제 3 전자수송층(1250c)을 더 포함할 수 있다. 즉, 정공주입층(1250a)과 제 3 정공수송층(1250b)은 제 1 전극(1160)과 제 3 발광물질층(1260) 사이에 위치하고, 제 3 전자수송층(1250c)은 제 3 발광물질층(1260)과 제 2 전하생성층(1280) 사이에 위치한다.
또한, 제 3 발광부(1250)는 제 3 정공수송층(1250a)과 제 3 발광물질층(1260) 사이에 위치하는 전자차단층(미도시)과 제 3 전자수송층(1250c)과 제 3 발광물질층(1260) 사이에 위치하는 정공차단층(미도시)을 더 포함할 수 있다.
제 1 발광물질층(1420)의 하부 발광물질층(1420a)과 상부 발광물질층(1420b) 중 하나는 녹색 발광물질층이다. 제 1 발광물질층(1420)의 하부 발광물질층(1420a)과 상부 발광물질층(1420b) 중 다른 하나는 적색 발광물질층일 수 있다. 즉, 녹색 발광물질층과 적색 발광물질층이 연속하여 적층됨으로써 제 1 발광물질층(1420)을 이룬다.
예를 들어, 녹색 발광물질층인 상부 발광물질층(1420b)은 지연형광 물질인 제 1 화합물과, 형광물질인 제 2 화합물을 포함한다. 또한, 상부 발광물질층(1420b)은 호스트인 제 3 화합물을 더 포함할 수 있다. 이때, 제 1 화합물은 화학식1로 표시되고, 제 2 화합물은 화학식3으로 표시된다.
상부 발광물질층(1420b)에서, 제 1 화합물의 중량비는 제 2 화합물의 중량비보다 크고 제 3 화합물의 중량비보다 작을 수 있다. 제 1 화합물의 중량비가 제 2 화합물의 중량비보다 큰 경우, 제 1 화합물로부터 제 2 화합물로 에너지 전달이 충분히 일어날 수 있다. 예를 들어, 상부 발광물질층(1420b)에서, 제 1 화합물은 20 내지 40 중량%, 제 2 화합물은 0.1 내지 5 중량%, 제 3 화합물은 60 내지 75 중량%를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
적색 발광물질층인 하부 발광물질층(1420a)은 호스트와 적색 도펀트를 포함한다.
제 2 및 제 3 발광물질층(1440, 1460) 각각은 청색 발광물질층일 수 있다. 제 2 및 제 3 발광물질층(1440, 1460) 각각은호스트와 청색 도펀트를 포함한다. 제 2 발광물질층(1440)의 호스트와 도펀트는 제 3 발광물질층(1460)의 호스트 및 도펀트와 같거나, 제 2 발광물질층(1440)의 호스트와 도펀트는 제 3 발광물질층(1460)의 호스트 및 도펀트와 다를 수 있다. 예를 들어, 제 2 발광물질층(1440)의 도펀트는 제 3 발광물질층(1460)의 도펀트와 발광효율 및/또는 발광파장에서 다를 수 있다.
제 1 발광물질층(1420)의 하부 발광물질층(1420a), 제 2 발광물질층(1440), 제 3 발광물질층(1460) 각각에서, 도펀트는 인광 화합물, 형광 화합물, 지연형광 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
유기발광다이오드(D7)는 제 1 내지 제 3 화소영역(도 11의 P1, P2, P3) 모두에서 백색을 발광하며, 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3) 각각에서 컬러필터층(도 11의 1120)을 통과함으로써, 유기전계발광표시장치(도 11의 1100)는 컬러 영상을 구현할 수 있다.
도 13에서, 청색 발광물질층인 제 2 및 제 3 발광물질층(1440, 1460)을 포함하여 유기발광다이오드(D7)는 3중 스택 구조를 갖는다. 이와 달리, 제 2 및 제 3 발광물질층(1440, 1460) 중 어느 하나가 생략되고, 유기발광다이오드(D7)는 2중 스택 구조를 가질 수도 있다.
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, 1000, 1100: 유기발광표시장치
210, 310, 410, 510, 1060, 1160, 1360: 제 1 전극
220, 320, 420, 520, 1062, 1162, 1362: 발광층
230, 330, 430, 530, 1064, 1164, 1364: 제 2 전극
240, 340, 440, 550, 570, 1090, 1220, 1240, 1260, 1420, 1440, 1460: 발광물질층
D, D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7: 유기발광다이오드
210, 310, 410, 510, 1060, 1160, 1360: 제 1 전극
220, 320, 420, 520, 1062, 1162, 1362: 발광층
230, 330, 430, 530, 1064, 1164, 1364: 제 2 전극
240, 340, 440, 550, 570, 1090, 1220, 1240, 1260, 1420, 1440, 1460: 발광물질층
D, D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7: 유기발광다이오드
Claims (10)
- 제 1 전극과;
상기 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극과;
제 1 및 제 2 화합물을 포함하고 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하는 발광물질층을 포함하며,
상기 발광물질층은 제 1 화합물과 제 2 화합물을 포함하고,
상기 1 화합물은 하기 화학식 1로 표시되며,
[화학식1]
n은 1 내지 4의 정수이고, R1 및 R2 각각은 독립적으로 수소, 중수소, 삼중수소, C1-C20의 알킬기, C6-C30의 아릴기, C3-C40의 헤테로아릴기로 구성되는 군으로부터 선택되거나 인접한 둘이 서로 결합되어 축합환을 이루며,
상기 제 2 화합물은 하기 화학식 2로 표시되고,
[화학식 2]
R11 내지 R17 각각은 독립적으로 수소, 중수소, 삼중수소, C1-C20의 알킬기, C6-C30의 아릴기, C3-C40의 헤테로아릴기로 구성되는 군으로부터 선택되거나 인접한 둘이 서로 결합되어 축합환을 이루며, X1, X2 각각은 불소인 유기발광다이오드.
- 제 1 전극과;
상기 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극과;
제 1 발광물질층과 제 2 발광물질층을 포함하며 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하는 발광물질층을 포함하고,
상기 제 1 발광물질층은 제 1 화합물을 포함하며,
상기 제 2 발광물질층은 상기 제 1 발광물질층과 상기 제 1 전극 사이에 위치하며 제 2 화합물을 포함하고,
상기 1 화합물은 하기 화학식 1로 표시되며,
[화학식1]
n은 1 내지 4의 정수이고, R1 및 R2 각각은 독립적으로 수소, 중수소, 삼중수소, C1-C20의 알킬기, C6-C30의 아릴기, C3-C40의 헤테로아릴기로 구성되는 군으로부터 선택되거나 인접한 둘이 서로 결합되어 축합환을 이루며,
상기 제 2 화합물은 하기 화학식 2로 표시되고,
[화학식 2]
R11 내지 R17 각각은 독립적으로 수소, 중수소, 삼중수소, C1-C20의 알킬기, C6-C30의 아릴기, C3-C40의 헤테로아릴기로 구성되는 군으로부터 선택되거나 인접한 둘이 서로 결합되어 축합환을 이루며, X1, X2 각각은 불소인 유기발광다이오드.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 화합물의 LUMO 에너지 준위는 상기 제 2 화합물의 LUMO 에너지 준위와 같거나 이보다 높고, 상기 제 1 화합물의 LUMO 에너지 준위와 상기 제 2 화합물의 LUMO 에너지 준위의 차이는 0.6eV 이하인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 화합물의 에너지 밴드 갭은 2.0ev~3.0eV인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 화합물은 하기 화학식 3의 화합물 중 하나인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
[화학식3]
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 화합물은 하기 화학식 4의 화합물 중 하나인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
[화학식4]
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 화합물의 중량%는 상기 제 2 화합물의 중량%보다 큰 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
- 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 발광물질층에서 상기 제 1 화합물의 중량%는 상기 제 2 발광물질층에서 상기 제 2 화합물의 중량%보다 큰 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
- 제 2 항에 있어서,
상기 발광물질층은 상기 제 2 화합물을 포함하며 상기 제 1 전극과 상기 제 1 발광물질층 사이에 위치하는 제 3 발광물질층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
- 기판과;
상기 기판 상에 위치하는 제1항 또는 제2항의 유기발광다이오드
를 포함하는 유기발광장치.
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|---|---|---|---|
| US17/034,478 US11683983B2 (en) | 2019-10-18 | 2020-09-28 | Organic light emitting diode and organic light emitting device including the same |
| DE102020126636.7A DE102020126636A1 (de) | 2019-10-18 | 2020-10-12 | Organische lichtemittierende diode und diese aufweisende organische lichtemittierende vorrichtung |
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|---|---|---|---|
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