KR20220042624A - 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, 호스트인 제 1 화합물과 지연형광 물질인 제 2 화합물의 에너지 준위가 특정 조건을 만족함으로써, 유기발광다이오드의 발광특성과 발광 효율이 향상된다.

Description

유기발광다이오드 및 유기발광장치{ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE AND ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE INCLUDING THE SAME}
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, 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 제 1 발광물질층을 포함하며, 상기 1 화합물은 하기 화학식1로 표시되며, Z1, Z2 각각은 독립적으로 산소(O), 황(S), 셀레늄(Se)에서 선택되고, R은 수소, 중수소, C1 내지 C20의 알킬기, C6 내지 C30의 아릴기, C5 내지 C30의 헤테로아릴기, C1 내지 C20의 아민기로부터 선택되며, 상기 제 2 화합물은 하기 화학식2-1 또는 화학식2-2로 표시되고, 화학식2-1에서, X는 단일결합 또는 CR3R4, O, S, NR5에서 선택되고, Y는 CN, 할로겐, C1 내지 C20의 할로알킬에서 선택되며, n1, n2 각각은 1 내지 4의 정수이고, 화학식2-2에서, X1은 CR6 또는 N이며, X2 내지 X4 각각은 단일결합 또는 CR7R8, O, S, NR9에서 선택되고, L은 C6 내지 C30의 아릴렌기 또는 C5 내지 C30의 헤테로아릴렌기이며, m은 1 내지 3의 정수이고, R1 내지 R9 각각은 독립적으로, 수소, 중수소, C1 내지 C20의 알킬기, C6 내지 C30의 아릴기, C5 내지 C30의 헤테로아릴기, C1 내지 C20의 아민기로부터 선택되는 유기발광다이오드를 제공한다.
[화학식1]
Figure pat00001
,
[화학식 2-1]
Figure pat00002
,
[화학식 2-2]
Figure pat00003
,
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 1 화합물의 HOMO 에너지 준위와 상기 제 2 화합물의 HOMO 에너지 준위 차이는 0.2eV 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 1 화합물의 중량비는 상기 제 2 화합물의 중량비와 같거나 이보다 큰 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 1 발광물질층은 하기 화학식5-1 내지 화학식5-3 중 하나로 표시되는 제 3 화합물을 더 포함하고, R11 내지 R26, R31 내지 R34, R41 내지 R44 각각은 독립적으로 수소, 중수소, C1 내지 C20의 알킬기, C1 내지 C20의 알콕시기, C1내지 C20의 실릴기, C6 내지 C30의 아릴기, C5 내지 C30의 헤테로아릴기, C1 내지 C20의 아민기로부터 선택되는 것을 특징으로 한다.
[화학식5-1]
Figure pat00004
[화학식5-2]
Figure pat00005
[화학식5-3]
Figure pat00006
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 1 발광물질층은 제 1 층과 제 2 층을 포함하고, 상기 제 2 층은 상기 제 1 층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하며, 상기 제 2 층은 상기 제 1 및 제 3 화합물을 포함하고, 상기 제 1 층은 상기 제 3 화합물과 제 1 호스트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 1 발광물질층은, 상기 제 3 화합물과 제 2 호스트를 포함하고 상기 제 2 층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 3 층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 2 전극과 상기 제 3 층 사이에 위치하는 정공차단층을 더 포함하고, 상기 제 2 호스트는 상기 정공차단층의 물질과 동일한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 1 전극과 상기 제 1 층 사이에 위치하는 전자차단층을 더 포함하고, 상기 제 1 호스트는 상기 전자차단층의 물질과 동일한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 1 발광물질층은 제 1 층과 제 2 층을 포함하고, 상기 제 2 층은 상기 제 1 층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하며, 상기 제 1 층은 상기 제 1 및 제 2 화합물을 포함하고, 상기 제 2 층은 상기 제 3 화합물과 제 1 호스트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 2 전극과 상기 제 2 층 사이에 위치하는 정공차단층을 더 포함하고, 상기 제 1 호스트는 상기 정공차단층의 물질과 동일한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 1 전극과 상기 제 1 발광물질층 사이에 위치하는 제 2 발광물질층과; 상기 제 1 발광물질층과 상기 제 2 발광물질층 사이에 위치하는 전하생성층을 더 포함하고, 상기 제 2 발광물질층은 적색 발광물질층, 녹색 발광물질층, 청색 발광물질층 중 하나인 것을 특징으로 한다.
다른 관점에서, 본 발명은, 기판과; 상기 기판 상에 위치하는 전술한 유기발광다이오드와; 상기 유기발광다이오드를 덮는 인캡슐레이션 필름을 포함하는 유기발광장치를 제공한다.
본 발명의 유기발광다이오드는 에너지 준위가 매칭된 호스트와 지연형광 화합물을 발광층에 포함함으로써 엑시플렉스 형성에 의한 발광특성 및 발광효율 저하 문제가 방지된다. 따라서, 본 발명의 유기발광다이오드와 이를 포함하는 유기발광장치는 우수한 발광특성과 높은 발광효율을 갖는다.
또한, 발광층이 형광 화합물을 더 포함함으로써 지연형광 화합물의 높은 양자효율과 형광 화합물의 좁은 반치폭 특성이 모두 구현된다. 따라서, 본 발명의 유기발광다이오드와 이를 포함하는 유기발광장치는 더욱 향상된 발광특성과 발광효율을 갖는다.
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 4는 지연형광 물질을 이용한 유기발광다이오드에서의 발광 메커니즘을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 5는 유기발광다이오드에서 제 1 화합물과 제 2 화합물의 에너지 관계를 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 매칭된 호스트와 지연형광 물질이 발광물질층에 적용된 유기발광다이오드 및 유기발광다이오드를 포함하는 유기발광장치에 대한 것이다. 예를 들어, 유기발광장치는 유기발광표시장치 또는 유기발광조명일 수 있다. 일례로, 본 발명의 유기발광다이오드를 포함하는 표시장치인 유기발광 표시장치를 중심으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 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 정공주입층(hole injection layer; HIL), 정공수송층(hole transport layer; HTL), 전자차단층(electron blocking layer; EBL)과, 정공차단층(hole blocking layer; HBL), 전자수송층(electron transport layer; ETL), 전자주입층(electron injection layer; EIL) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 또한 발광물질층은 단일층 구조 또는 다중층 구조를 가질 수 있다. 또한, 2개 이상의 발광물질층이 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 호스트인 제 1 화합물과 지연 형광 물질(화합물)인 제 2 화합물을 포함한다. 지연형광 물질은 도펀트로 이용된다.
호스트인 제 1 화합물은 하기 화학식1로 표시된다.
[화학식1]
Figure pat00007
화학식1에서, Z1, Z2 각각은 독립적으로 산소(O), 황(S), 셀레늄(Se)에서 선택되고, R은 수소, 중수소, C1 내지 C20의 알킬기, C6 내지 C30의 아릴기, C5 내지 C30의 헤테로아릴기, C1 내지 C20의 아민기로부터 선택된다.
지연형광 물질인 제 2 화합물은 하기 화학식2-1 또는 화학식2-2로 표시된다.
[화학식2-1]
Figure pat00008
[화학식2-2]
Figure pat00009
화학식2-1에서, X는 단일결합 또는 CR3R4, O, S, NR5에서 선택되고, Y는 CN, 할로겐, C1 내지 C20의 할로알킬에서 선택된다. n1, n2 각각은 1 내지 4의 정수이다.
화학식2-2에서, X1은 CR6 또는 N이고, X2 내지 X4 각각은 단일결합 또는 CR7R8, O, S, NR9에서 선택된다. L은 C6 내지 C30의 아릴렌기 또는 C5 내지 C30의 헤테로아릴렌기이고, m은 1 내지 3의 정수이다. L은 중수소, CN, CF3, 할로겐(예를 들어 F)으로 치환될 수 있다.
R1 내지 R9 각각은 독립적으로, 수소, 중수소, C1 내지 C20의 알킬기, C6 내지 C30의 아릴기, C5 내지 C30의 헤테로아릴기, C1 내지 C20의 아민기로부터 선택된다.
화학식2-1에서, X는 단일결합이고 Y는 CN일 수 있다. 즉, 화학식2-1의 제 2 화합물은 하기 화학식2-3으로 표시될 수 있다. 또한, 화학식2-2에서, X3와 X4는 단일결합이고, L은 시아노페닐렌기이며, m은 1일 수 있다. 즉, 화학식2-2의 제 2 화합물은 하기 화학식2-4로 표시될 수 있다.
[화학식2-3]
Figure pat00010
[화학식2-4]
Figure pat00011
예를 들어, 제 1 화합물은 하기 화학식3에 표시된 화합물 중 하나일 수 있다.
[화학식3]
Figure pat00012
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또한, 제 2 화합물은 하기 화학식4에 표시된 화합물 중 하나일 수 있다.
[화학식4]
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Figure pat00055
본 발명의 유기발광다이오드(D1)에서, 발광물질층(240)은 지연형광 물질인 화학식2-1 또는 화학식2-2의 제 2 화합물을 포함하고, 지연형광 물질에서는 단일항 여기자와 삼중항 여기자 모두가 발광에 참여하기 때문에 양자 효율이 향상된다.
즉, 지연형광 물질을 이용한 유기발광다이오드에서의 발광 메커니즘을 설명하기 위한 개략적인 도면인 도 4를 참조하면, 지연형광 물질은 전계(field) 또는 열에 의해 삼중항 여기자가 활성화되어, 삼중항 여기자와 단일항 여기자가 중간 상태(intermediate state, I1)로 이동하고 바닥상태(ground state, S0)로 떨어지면서 발광하게 된다. 다시 말해, 단일항 상태(S1)와 삼중항 상태(T1)에서 중간 상태(I1)로 전이가 일어나고 (S1-> I1 <-T1), 단일항 여기자와 삼중항 여기자 모두가 발광에 참여함으로써, 발광 효율이 향상된다. 이를 FADF (filed activated delayed fluorescence) 화합물 또는 TADF(thermally activated delayed fluorescence) 화합물로 지칭한다.
그런데, 지연형광 물질은 딥한 HOMO 에너지 준위를 갖고 일반적인 호스트가 이용되는 경우, 지연형광 물질과 호스트 간에 엑시플렉스가 형성되어 유기발광다이오드의 발광효율 저하, 반치폭 증가, 발광파장 쉬프트와 같은 문제가 발생한다.
그러나, 발광물질층이 호스트인 화학식1의 제 1 화합물과 화학식2-1 또는 지연형광 물질인 화학식2-2의 제 2 화합물을 포함하는 본 발명의 유기발광다이오드(D1)에서는, 제 1 화합물과 제 2 화합물 간에 엑시플렉스가 형성되지 않는다. 따라서, 엑시플렉스 현상에 의한 반치폭 증가, 발광파장 쉬프트 없이 제 2 화합물의 삼중항 에너지가 제 2 화합물의 단일항 에너지로 전환되는 역계간전이(reverse intersystem crossing, RISC) RISC 현상에 의해 양자효율이 향상된다.
유기발광다이오드에서 제 1 화합물과 제 2 화합물의 에너지 관계를 설명하기 위한 개략적인 도면인 도 5를 참조하면, 제 1 화합물(242)의 최고점유분자궤도(Highest Occupied Molecular Orbital, HOMO) 에너지 준위(H1)는 제 2 화합물(244)의 HOMO 에너지 준위(H2)와 같거나 이보다 낮고, 제 1 화합물(242)의 HOMO 에너지 준위(H1)와 제 2 화합물(244)의 HOMO 에너지 준위(H2)의 차이(ΔH)는 약 0.2eV보다 작을 수 있다. 이에 따라 제 1 화합물(242)과 제 2 화합물(244) 간에 엑시플렉스가 형성되지 않고, 유기발광다이오드(D1)의 발광특성과 발광효율이 향상된다. 또한, 제 2 화합물(244)의 에너지 밴드갭은 2.5eV 이하일 수 있다.
또한, 제 1 화합물(242)의 최저비점유분자궤도(Lowest Unoccupied Molecular Orbital, LUMO) 에너지 준위(L1)는 제 2 화합물(244)의 LIMO 에너지 준위(L2)보다 높고, 제 1 화합물(242)의 LUMO 에너지 준위(L1)와 제 2 화합물(244)의 LUMO 에너지 준위(L2)의 차이(ΔL)는 약 0.8~1.0eV일 수 있다.
발광물질층(240)에서, 제 1 화합물의 중량비는 제 2 화합물의 중량비와 같거나 이보다 클 수 있다. 예를 들어, 발광물질층(240)에서, 제 1 화합물은 약 50~70 wt%를 갖고, 제 2 화합물은 약 30~50 중량비를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 유기발광다이오드(D1)에서는, 발광물질층(240)이 호스트인 화학식1의 제 1 화합물과 지연형광 물질인 화학식2-1 또는 화학식2-2의 제 2 화합물을 포함하며, 유기발광다이오드(D1) 및 이를 포함하는 유기발광표시장치(도 2의 100)의 발광특성과 발광효율이 향상된다.
[유기발광다이오드]
양극(ITO, 50nm), 정공주입층(화학식5-1, 7 nm), 정공수송층(화학식5-2, 78 nm), 전자차단층(화학식5-3, 15 nm), 발광물질층(35 nm), 정공차단층(화학식5-4, 10 nm), 전자수송층(화학식5-5, 25 nm), 전자주입층(LiF), 음극(Al)을 순차 적층하여 유기발광다이오드를 제작하였다.
(1) 비교예1 (Ref1)
호스트(화학식6-1 화합물, 60 중량%), 화학식4의 화합물2-1(40 중량%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(2) 비교예2 (Ref2)
호스트(화학식6-2 화합물, 60 중량%), 화학식4의 화합물2-1(40 중량%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(3) 비교예3 (Ref3)
호스트(화학식6-3 화합물, 60 중량%), 화학식4의 화합물2-1(40 중량%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(4) 비교예4 (Ref4)
호스트(화학식6-4 화합물, 60 중량%), 화학식4의 화합물2-1(40 중량%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(5) 비교예5 (Ref5)
호스트(화학식6-5 화합물, 60 중량%), 화학식4의 화합물2-1(40 중량%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(6) 비교예6 (Ref6)
호스트(화학식6-6 화합물, 60 중량%), 화학식4의 화합물2-1(40 중량%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(7) 실험예1 (Ex1)
호스트(화학식3 화합물1-1, 60 중량%), 화학식4의 화합물2-1(40 중량%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(8) 실험예2 (Ex2)
호스트(화학식3 화합물1-2, 60 중량%), 화학식4의 화합물2-1(40 중량%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(9) 실험예3 (Ex3)
호스트(화학식3 화합물1-3, 60 중량%), 화학식4의 화합물2-1(40 중량%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(10) 실험예4 (Ex4)
호스트(화학식3 화합물1-4, 60 중량%), 화학식4의 화합물2-1(40 중량%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(11) 비교예7 (Ref7)
호스트(화학식6-1 화합물, 50 중량%), 화학식4의 화합물3-1(50 중량%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(12) 비교예8 (Ref8)
호스트(화학식6-2 화합물, 50 중량%), 화학식4의 화합물3-1(50 중량%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(13) 비교예9 (Ref9)
호스트(화학식6-3 화합물, 50 중량%), 화학식4의 화합물3-1(50 중량%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(14) 비교예10 (Ref10)
호스트(화학식6-4 화합물, 50 중량%), 화학식4의 화합물3-1(50 중량%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(15) 비교예11 (Ref11)
호스트(화학식6-5 화합물, 50 중량%), 화학식4의 화합물3-1(50 중량%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(16) 비교예12 (Ref12)
호스트(화학식6-6 화합물, 50 중량%), 화학식4의 화합물3-1(50 중량%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(17) 실험예5 (Ex5)
호스트(화학식3 화합물1-1, 50 중량%), 화학식4의 화합물3-1(50 중량%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(18) 실험예6 (Ex6)
호스트(화학식3 화합물1-2, 50 중량%), 화학식4의 화합물3-1(50 중량%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(19) 실험예7 (Ex7)
호스트(화학식3 화합물1-3, 50 중량%), 화학식4의 화합물3-1(50 중량%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(20) 실험예8 (Ex8)
호스트(화학식3 화합물1-4, 50 중량%), 화학식4의 화합물3-1(50 중량%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
[화학식5-1]
Figure pat00056
[화학식5-2]
Figure pat00057
[화학식5-3]
Figure pat00058
[화학식5-4]
Figure pat00059
[화학식5-5]
Figure pat00060
[화학식6-1]
Figure pat00061
[화학식6-2]
Figure pat00062
[화학식6-3]
Figure pat00063
[화학식6-4]
Figure pat00064
[화학식6-5]
Figure pat00065
[화학식6-6]
Figure pat00066
비교예1 내지 비교예12, 실험예1 내지 실험예8에서 제작된 유기발광다이오드의 발광 특성(구동전압, 외부양자효율(EQE), 최대발광파장(λmax), 반치폭(FWHM))을 측정하여 표1에 기재하였다.
[표1]
Figure pat00067
표1에서 보여지는 바와 같이, 발광물질층이 화학식1의 제 1 화합물과 화학식2의 제 2 화합물을 포함하는 유기발광다이오드의 발광 특성이 향상된다.
즉, 비교예1 내지 비교예12의 유기발광다이오드에서는, 발광물질층에서 엑시플렉스가 형성되어 발광파장이 장파장으로 쉬프트하고 반치폭이 증가하거나 호스트의 낮은 정공이동도로 인해 구동전압이 상승하고 발광효율(EQE)가 저하되는 문제가 발생한다.
그러나, 발광물질층이 화학식1의 제 1 화합물과 화학식2의 제 2 화합물을 포함하는 본 발명의 유기발광다이오드에서는, 엑시플렉스 형성이 억제되어 발광 파장의 쉬프트가 방지되고 좁은 반치폭을 갖는다. 또한, 화학식1의 제 1 화합물에서는, 카바졸 모이어티의 3번 위치와 인접한 헤테로아릴 모이어티의 3번 위치가 연결됨으로써 제 1 화합물이 높은 정공이동도를 갖고, 이에 따라 유기발광다이오드의 구동전압이 감소하고 발광효율(EQE)이 향상된다.
본 발명의 제 1 화합물인 화학식3의 화합물1-1, 화합물1-2, 화합물1-3, 화합물1-4와, 본 발명의 제 2 화합물인 화학식4의 화합물2-1, 화학식3-1의 HOMO 에너지 준위와 LUMO 에너지 준위를 측정하여 표2에 기재하였다. ([eV])
[표2]
Figure pat00068
본 발명의 제 1 화합물(화합물1-1, 화합물1-2, 화합물1-3, 화합물1-4)의 HOMO 에너지와 제 2 화합물(화합물2-1, 화합물3-1)의 HOMO 에너지 차이는 0.2eV 이하이고, 제 2 화합물의 에너지 밴드갭은 2.5eV 이하이다. 또한, 제 1 화합물의 LUMO 에너지와 제 2 화합물의 LUMO 에너지 차이는 0.8~1.0eV이다.
지연형광 물질인 화학식2의 제 2 화합물은 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, 지연형광 물질은 높은 양자 효율을 갖는다. 그런데, 지연형광 물질은 반치폭(fullwidth at half maximum, FWHM)이 매우 넓어서 색순도 측면에서 한계가 있다.
이와 같은 색순도 문제를 해결하기 위하여, 발광물질층(240)은 형광 물질인 제 3 화합물을 더 포함하여 초형광을 구현할 수 있다. 이 경우, 제 2 화합물의 중량비는 제 1 화합물의 중량비와 같거나 이보다 작고 제 3 화합물의 중량비보다 클 수 있다. 예를 들어, 발광물질층(240)에서, 제 1 화합물은 약 40~60 wt%를 갖고, 제 2 화합물은 약 30~50 중량비를 가지며, 제 3 화합물은 약 0.1~10 wt%를 가질 수 있다.
형광 물질인 제 3 화합물은 화학식7-1 내지 화학식7-3 중 하나로 표시될 수 있다.
[화학식7-1]
Figure pat00069
[화학식7-2]
Figure pat00070
[화학식7-3]
Figure pat00071
화학식7-1 내지 화학식7-3에서, R11 내지 R26, R31 내지 R34, R41 내지 R44 각각은 독립적으로 수소, 중수소, C1 내지 C20의 알킬기, C1 내지 C20의 알콕시기, C1내지 C20의 실릴기, C6 내지 C30의 아릴기, C5 내지 C30의 헤테로아릴기, C1 내지 C20의 아민기로부터 선택된다.
예를 들어, R11 내지 R26 각각은 독립적으로 수소, C1 내지 C20의 알킬기, C1 내지 C20의 알콕시기로부터 선택될 수 있고, R31 내지 R34 각각은 독립적으로 수소, C1 내지 C20의 알킬기로부터 선택될 수 있다. 또한, R41 내지 R44 각각은 독립적으로 수소, C1 내지 C20의 알킬기, C6 내지 C30의 아릴기로부터 선택될 수 있다.
화학식1, 화학식2-1 내지 화학식2-4, 화학식7-1 내지 화학식7-3에서, 아릴기 또는 헤테로아릴기는 비치환되거나 치환될 수 있다. 아릴기 및/또는 헤태로아릴기의 치환기는 중수소, 할로겐, CN, C1 내지 C20의 알킬기일 수 있다.
또한, 화학식1, 화학식2-1 내지 화학식2-4, 화학식7-1 내지 화학식7-3에서, C6 내지 C30의 아릴기(또는 아릴렌기)는, 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 안트라세닐기, 펜탄레닐기, 인데닐기, 인데노인데닐기, 헵탈레닐기, 바이페닐레닐기, 인다세닐기, 페날레닐기, 페난트레닐기, 벤조페난트레닐기, 디벤조페난트레닐기, 아줄레닐기, 파이레닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 크라이세닐기, 테트라페닐기, 테트라세닐기, 플레이다에닐기, 파이세닐기, 펜타페닐기, 펜타세닐기, 플루오레닐기, 인데노플루오레닐기, 스파이로 플루오레닐기에서 선택될 수 있다.
또한, 화학식1, 화학식2-1 내지 화학식2-4, 화학식7-1 내지 화학식7-3에서, C5 내지 C30의 헤테로아릴기(또는 헤테로아릴렌기)는 피롤릴기, 피리디닐기, 피리미디닐기, 피라지닐기, 피리다지닐기, 트리아지닐기, 테트라지닐기, 이미다졸일기, 피라졸일기, 인돌일기, 이소인돌일기, 인다졸일기, 인돌리지닐기, 피롤리지닐기, 카바졸일기, 벤조카바졸일기, 디벤조카바졸일기, 인돌로카바졸일기, 인데노카바졸일기, 벤조퓨로카바졸일기, 벤조티에노카바졸일기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기, 프탈라지닐기, 퀴녹살리닐기, 시놀리닐기, 퀴나졸리닐기, 퀴노졸리닐기, 퀴놀리지닐기, 퓨리닐기, 프탈라지닐기, 퀴녹살리닐기, 벤조퀴놀리닐기, 벤조이소퀴놀리닐기, 벤조퀴나졸리닐기, 벤조퀴녹살리닐기, 아크리디닐기, 페난트롤리닐기, 페리미디닐기, 페난트리디닐기, 프테리디닐기, 신놀리닐기, 나프타리디닐기, 퓨라닐기, 파이라닐기, 옥사지닐기, 옥사졸일기, 옥사디아졸일기, 트리아졸일기, 디옥시닐기, 벤조퓨라닐기, 디벤조퓨라닐기, 티오파이라닐기, 잔테닐기, 크로메닐기, 이소크로메닐기, 티오아지닐기, 티오페닐기, 벤조티오페닐기, 디벤조티오페닐기, 디퓨로피라지닐기, 벤조퓨로디벤조퓨라닐기, 벤조티에노벤조티오페닐기, 벤조티에노디벤조티오페닐기, 벤조티에노벤조퓨라닐기, 벤조티에노디벤조퓨라닐기부터 선택될 수 있다.
예를 들어, 제 3 화합물은 하기 화학식8에 표시된 화합물 중 하나일 수 있다.
[화학식8]
Figure pat00072
Figure pat00073
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Figure pat00102
Figure pat00103
본 발명의 유기발광다이오드(D1)의 발광물질층(240)이 제 1 내지 제 3 화합물을 포함하는 경우, 제 2 화합물의 엑시톤이 제 3 화합물로 전달됨으로써 제 3 화합물에서 발광된다. 따라서, 유기발광다이오드(D1)는 제 2 화합물의 높은 양자효율을 이용하면서 제 3 화합물의 좁은 반치폭을 갖는 발광을 구현할 수 있다.
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 화학식1의 제 1 화합물과 화학식2의 제 2 화합물을 포함하고, 제 1 발광물질층(342)과 제 2 발광물질층(344) 중 다른 하나는 화학식7의 제 3 화합물과 호스트인 제 4 화합물을 포함한다. 예를 들어, 제 4 화합물은 화학식1의 제 1 화합물일 수 있다.
이하, 제 1 발광물질층(342)이 제 1 화합물과 제 2 화합물을 포함하는 유기발광다이오드에 대하여 설명한다.
전술한 바와 같이, 지연 형광 특성을 가지는 제 2 화합물은 높은 양자 효율을 갖는 반면 반치폭이 넓기 때문에 색 순도가 좋지 않다. 한편, 형광 특성을 갖는 제 3 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 2 화합물의 삼중항 엑시톤 에너지가 단일항 엑시톤 에너지로 전환되고, 제 2 화합물의 단일항 엑시톤 에너지가 제 2 발광물질층(344)에 포함된 제 3 화합물의 단일항 엑시톤 에너지 준위로 전달되며, 제 3 화합물에서 발광이 일어난다. 따라서, 단일항 엑시톤 에너지 준위와 삼중항 엑시톤 에너지 준위 모두가 발광에 참여하여 발광 효율이 향상되고, 형광 물질인 제 3 화합물에서 발광되므로 좁은 반치폭이 구현된다.
제 1 발광물질층(342)에서 제 1 화합물의 중량비는 제 2 화합물의 중량비와 같거나 이보다 클 수 있다. 또한, 제 2 발광물질층(344)에서, 제 3 화합물의 중량비는 제 4 화합물의 중량비보다 작다. 또한, 제 1 발광물질층(342)에서 제 2 화합물의 중량비는 제 2 발광물질층(344)에서 제 3 화합물의 중량비보다 크다.
이에 따라, 제 1 발광물질층(342)의 제 2 화합물로부터 제 2 발광물질층(344)의 제 3 화합물로의 FRET에 의한 에너지 전달이 충분히 일어날 수 있다. 예를 들어, 제 1 발광물질층(342)에서 제 2 화합물은 30 내지 50 중량%, 바람직하게는 40 내지 50 중량%를 가질 수 있고, 제 2 발광물질층(344)에서 제 3 화합물은 0.1 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.1 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 4 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 정공을 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 3 화합물을 포함하고 전자차단층(365)이 정공수송층(360)과 제 1 발광물질층(342) 사이에 위치하는 경우, 제 1 발광물질층(342)의 호스트인 제 4 화합물은 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 위치하고, 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 화학식1의 제 1 화합물과 화학식2의 제 2 화합물을 포함하고, 제 2 및 제 3 발광물질층(444, 446) 각각은 화학식7의 제 3 화합물과 호스트인 제 4 화합물을 포함한다. 포함한다. 제 2 및 제 3 발광물질층(444, 446)의 제 3 화합물은 서로 같거나 다를 수 있고, 제 2 및 제 3 발광물질층(444, 446)의 제 4 화합물은 서로 같거나 다를 수 있다. 예를 들어, 제 2 및 제 3 발광물질층(444, 446)의 제 4 화합물은 화학식1의 제 1 화합물일 수 있다.
본 발명의 유기발광다이오드(D3)에서는, 역 계간전이(RISC) 현상에 의해 제 1 발광물질층(442) 내 제 2 화합물의 삼중항 엑시톤 에너지가 단일항 엑시톤 에너지로 전환되고, 제 2 화합물의 단일항 엑시톤 에너지가, 제 2 및 제 3 발광물질층(444, 446)에 포함된 제 3 화합물의 단일항 엑시톤 에너지 준위로 전달되며, 제 3 화합물에서 발광이 일어난다. 따라서, 단일항 엑시톤 에너지 준위와 삼중항 엑시톤 에너지 준위 모두가 발광에 참여하여 발광 효율이 향상되고, 형광 물질인 제 3 화합물에서 발광되므로 좁은 반치폭이 구현된다.
제 1 발광물질층(442)에서 제 1 화합물의 중량비는 제 2 화합물의 중량비와 같거나 이보다 클 수 있다. 또한, 제 2 발광물질층(444) 및 제 3 발광물질층(446) 각각에서, 제 3 화합물의 중량비는 제 4 화합물의 중량비보다 작다. 또한, 제 1 발광물질층(342)에서 제 2 화합물의 중량비는 제 2 발광물질층(444) 및 제 3 발광물질층(446) 각각에서 제 3 화합물의 중량비보다 크다.
이에 따라, 제 1 발광물질층(442)의 제 2 화합물로부터 제 2 발광물질층(444) 및 제 3 발광물질층(446)의 제 3 화합물로의 FRET에 의한 에너지 전달이 충분히 일어날 수 있다. 예를 들어, 제 1 발광물질층(442)에서 제 2 화합물은 30 내지 50 중량%, 바람직하게는 40 내지 50 중량%를 가질 수 있고, 제 2 발광물질층(444) 및 제 3 발광물질층(446) 각각에서 제 3 화합물은 0.1 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 5 중량%일 수 있다.
제 2 발광물질층(444)의 호스트인 제 4 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)의 호스트인 제 4 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)의 제 3 화합물은 전자차단층(465)의 물질과 동일한 물질이고, 제 3 발광물질층(446)의 제 3 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(520)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(510) 상에 순차 적층된다. 즉, 제 1 발광부(540)는 제 1 전극(510)과 전하 생성층(580) 사이에 위치하며, 제 2 발광부(560)는 제 2 전극(530)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(510)과 제 1 발광물질층(550) 사이에 위치하는 제 1 정공 수송층(540b), 제 1 전극(510)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(530) 사이에 위치하는 제 2 전자 수송층(560d), 제 2 전자 수송층(560d)과 제 2 전극(530) 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(582)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, 화학식2로 표시되는 제 2 화합물을 포함한다.
예를 들어, 제 1 발광물질층(550)이 화학식1로 표시되는 제 1 화합물과, 화학식2로 표시되는 제 2 화합물을 포함할 수 있다. 이 경우, 제 2 화합물에서 발광이 일어난다. 제 1 발광물질층(342)에서 제 1 화합물의 중량비는 제 2 화합물의 중량비와 같거나 이보다 클 수 있다. 예를 들어, 제 1 발광물질층(550)에서, 제 1 화합물은 약 50~70 wt%를 갖고, 제 2 화합물은 약 30~50 중량비를 가질 수 있다.
또한, 제 1 발광물질층(550)은 형광 물질인 화학식7의 제 3 화합물을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 제 3 화합물에서 발광이 일어난다. 제 2 화합물의 중량비는 제 1 화합물의 중량비와 같거나 이보다 작고 제 3 화합물의 중량비보다 클 수 있다. 예를 들어, 제 1 발광물질층(550)에서, 제 1 화합물은 약 40~60 wt%를 갖고, 제 2 화합물은 약 30~50 중량비를 가지며, 제 3 화합물은 약 0.1~10 wt%를 가질 수 있다. 제 1 발광물질층(550)에서 제 2 화합물의 중량비가 제 3 화합물의 중량비보다 큰 경우, 제 2 화합물로부터 제 3 화합물로 에너지 전달이 충분히 일어날 수 있다.
제 2 발광물질층(570)은 제 1 발광물질층(550)과 동일하게 화학식1로 표시되는 제 1 화합물과, 화학식2로 표시되는 제 2 화합물을 포함할 수 있다. 또한, 제 2 발광물질층(570)은 화학식7의 제 3 화합물을 더 포함할 수 있다.
이와 달리, 제 2 발광물질층(570)에 포함된 화합물 중 적어도 하나는 제 1 발광물질층(550)의 제 1 및 제 2 화합물 또는 제 1 내지 제 3 화합물과 다른 것이고, 이에 따라 제 2 발광물질층(570)은 제 1 발광물질층(550)과 다른 파장의 빛을 발광하거나 다른 발광효율을 가질 수 있다.
본 발명의 유기발광다이오드(D4)에서는, 호스트인 제 1 화합물과 지연형광 물질인 제 2 화합물에 의해 유기발광다이오드(D4)의 발광특성과 발광효율이 향상된다. 또한, 유기발광다이오드(D4)가 형광물질인 제 3 화합물을 더 포함하는 경우, 유기발광다이오드(D4)의 색순도가 더욱 향상된다.
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 화학식1의 제 1 화합물과, 화학식2의 제 2 화합물을 포함한다. 또한, 발광층(1062)의 발광물질층은 화학식7의 제 3 화합물을 더 포함할 수 있다.
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 3 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 화학식1로 표시되는 제 1 화합물과, 화학식2로 표시되는 제 2 화합물을 포함한다. 이 경우, 제 2 화합물에서 발광이 일어난다. 제 1 화소영역(P1)의 제 1 발광물질층(1090a)에서 제 1 화합물의 중량비는 제 2 화합물의 중량비와 같거나 이보다 클 수 있다. 예를 들어, 제 1 화소영역(P1)의 제 1 발광물질층(1090a)에서, 제 1 화합물은 약 50~70 wt%를 갖고, 제 2 화합물은 약 30~50 중량비를 가질 수 있다.
또한, 제 1 화소영역(P1)의 제 1 발광물질층(1090a)은 형광 물질인 화학식7의 제 3 화합물을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 제 3 화합물에서 발광이 일어난다. 제 2 화합물의 중량비는 제 1 화합물의 중량비와 같거나 이보다 작고 제 3 화합물의 중량비보다 클 수 있다. 예를 들어, 제 1 화소영역(P1)의 제 1 발광물질층(1090a)에서, 제 1 화합물은 약 40~60 wt%를 갖고, 제 2 화합물은 약 30~50 중량비를 가지며, 제 3 화합물은 약 0.1~10 wt%를 가질 수 있다. 제 1 화소영역(P1)의 제 1 발광물질층(1090a)에서 제 2 화합물의 중량비가 제 3 화합물의 중량비보다 큰 경우, 제 2 화합물로부터 제 3 화합물로 에너지 전달이 충분히 일어날 수 있다.
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, 화학식2로 표시되는 제 2 화합물을 포함한다. 또한, 적어도 두개의 발광부 중 하나의 발광물질층(EML)은 형광 물질인 화학식7의 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 화학식1로 표시되는 제 1 화합물과, 화학식2로 표시되는 제 2 화합물을 포함한다. 이 경우, 제 2 화합물에서 발광이 일어난다. 제 1 발광물질층(1220)에서 제 1 화합물의 중량비는 제 2 화합물의 중량비와 같거나 이보다 클 수 있다. 예를 들어, 제 1 발광물질층(1220)에서, 제 1 화합물은 약 50~70 wt%를 갖고, 제 2 화합물은 약 30~50 중량비를 가질 수 있다.
또한, 제 1 발광물질층(1220)은 형광 물질인 화학식7의 제 3 화합물을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 제 3 화합물에서 발광이 일어난다. 제 2 화합물의 중량비는 제 1 화합물의 중량비와 같거나 이보다 작고 제 3 화합물의 중량비보다 클 수 있다. 예를 들어, 제 1 발광물질층(1220)에서, 제 1 화합물은 약 40~60 wt%를 갖고, 제 2 화합물은 약 30~50 중량비를 가지며, 제 3 화합물은 약 0.1~10 wt%를 가질 수 있다. 제 1 발광물질층(1220)에서 제 2 화합물의 중량비가 제 3 화합물의 중량비보다 큰 경우, 제 2 화합물로부터 제 3 화합물로 에너지 전달이 충분히 일어날 수 있다.
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 1 발광부(1410)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(1470)은 제 1 및 제 2 발광부(1410, 1430) 사이에 위치하며, 제 2 전하 생성층(1480)은 제 1 및 제 3 발광부(1410, 1450) 사이에 위치한다. 즉, 제 3 발광부(1450), 제 2 전하 생성층(1480), 제 1 발광부(1410), 제 1 전하 생성층(1470), 제 2 발광부(1430)가 제 1 전극(1360) 상에 순차 적층된다. 즉, 제 1 발광부(1410)는 제 1 전하 생성층(1470)과 제 2 전하 생성층(1480) 사이에 위치하며, 제 2 발광부(1430)는 제 1 전하 생성층(1470)과 제 2 전극(1364) 사이에 위치하고, 제 3 발광부(1450)는 제 2 전하 생성층(1480)과 제 1 전극(1360) 사이에 위치한다.
제 1 발광부(1410)는 제 1 발광물질층(1420) 하부에 위치하는 제 1 정공수송층(1410a)과 제 1 발광물질층(1420) 상부에 위치하는 제 1 전자수송층(1410b)을 더 포함할 수 있다.
또한, 제 1 발광부(1410)는 제 1 정공수송층(1410a)과 제 1 발광물질층(1420) 사이에 위치하는 전자차단층(미도시)과 제 1 전자수송층(1410b)과 제 1 발광물질층(1420) 사이에 위치하는 정공차단층(미도시)을 더 포함할 수 있다.
제 2 발광부(1430)는 제 2 발광물질층(1440) 하부에 위치하는 제 2 정공수송층(1430a)과, 제 2 발광물질층(1440) 상부에 순차 적층된 제 2 전자수송층(1430b) 및 전자주입층(1430c)을 더 포함할 수 있다. 즉, 제 2 정공수송층(1430a)은 제 2 발광물질층(1440)과 제 1 전하생성층(1470) 사이에 위치하고, 제 2 전자수송층(1430b)과 전자주입층(1430c)은 제 2 발광물질층(1440)과 제 2 전극(1364) 사이에 위치한다.
또한, 제 2 발광부(1430)는 제 2 정공수송층(1430a)과 제 2 발광물질층(1440) 사이에 위치하는 전자차단층(미도시)과 제 2 전자수송층(1430b)과 제 2 발광물질층(1440) 사이에 위치하는 정공차단층(미도시)을 더 포함할 수 있다.
제 3 발광부(1450)는 제 3 발광물질층(1460) 하부에 위치하는 정공주입층(1450a) 및 제 3 정공수송층(1450b)과 제 3 발광물질층(1460) 상부에 위치하는 제 3 전자수송층(1450c)을 더 포함할 수 있다. 즉, 정공주입층(1450a)과 제 3 정공수송층(1450b)은 제 1 전극(1360)과 제 3 발광물질층(1460) 사이에 위치하고, 제 3 전자수송층(1450c)은 제 3 발광물질층(1460)과 제 2 전하생성층(1480) 사이에 위치한다.
또한, 제 3 발광부(1450)는 제 3 정공수송층(1450b)과 제 3 발광물질층(1460) 사이에 위치하는 전자차단층(미도시)과 제 3 전자수송층(1450c)과 제 3 발광물질층(1460) 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 화학식1로 표시되는 제 1 화합물과, 화학식2로 표시되는 제 2 화합물을 포함한다. 이 경우, 제 2 화합물에서 발광이 일어난다. 상부 발광물질층(1420b)에서 제 1 화합물의 중량비는 제 2 화합물의 중량비와 같거나 이보다 클 수 있다. 예를 들어, 상부 발광물질층(1420b)에서, 제 1 화합물은 약 50~70 wt%를 갖고, 제 2 화합물은 약 30~50 중량비를 가질 수 있다.
또한, 녹색 발광물질층인 상부 발광물질층(1420b)은 형광 물질인 화학식7의 제 3 화합물을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 제 3 화합물에서 발광이 일어난다. 제 2 화합물의 중량비는 제 1 화합물의 중량비와 같거나 이보다 작고 제 3 화합물의 중량비보다 클 수 있다. 예를 들어, 상부 발광물질층(1420b)에서, 제 1 화합물은 약 40~60 wt%를 갖고, 제 2 화합물은 약 30~50 중량비를 가지며, 제 3 화합물은 약 0.1~10 wt%를 가질 수 있다. 상부 발광물질층(1420b)에서 제 2 화합물의 중량비가 제 3 화합물의 중량비보다 큰 경우, 제 2 화합물로부터 제 3 화합물로 에너지 전달이 충분히 일어날 수 있다.
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

Claims (15)

  1. 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 제 1 발광물질층을 포함하며,
    상기 1 화합물은 하기 화학식1로 표시되며,
    [화학식1]
    Figure pat00104
    ,
    Z1, Z2 각각은 독립적으로 산소(O), 황(S), 셀레늄(Se)에서 선택되고, R은 수소, 중수소, C1 내지 C20의 알킬기, C6 내지 C30의 아릴기, C5 내지 C30의 헤테로아릴기, C1 내지 C20의 아민기로부터 선택되며,
    상기 제 2 화합물은 하기 화학식2-1 또는 화학식2-2로 표시되고,
    [화학식 2-1]
    Figure pat00105
    ,
    [화학식 2-2]
    Figure pat00106
    ,
    화학식2-1에서, X는 단일결합 또는 CR3R4, O, S, NR5에서 선택되고, Y는 CN, 할로겐, C1 내지 C20의 할로알킬에서 선택되며, n1, n2 각각은 1 내지 4의 정수이고,
    화학식2-2에서, X1은 CR6 또는 N이며, X2 내지 X4 각각은 단일결합 또는 CR7R8, O, S, NR9에서 선택되고, L은 C6 내지 C30의 아릴렌기 또는 C5 내지 C30의 헤테로아릴렌기이며, m은 1 내지 3의 정수이고,
    R1 내지 R9 각각은 독립적으로, 수소, 중수소, C1 내지 C20의 알킬기, C6 내지 C30의 아릴기, C5 내지 C30의 헤테로아릴기, C1 내지 C20의 아민기로부터 선택되는 유기발광다이오드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 화합물은 하기 화학식3의 화합물 중 하나인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
    [화학식3]
    Figure pat00107
    Figure pat00108
    Figure pat00109

    Figure pat00110
    Figure pat00111
    Figure pat00112

    Figure pat00113
    Figure pat00114
    Figure pat00115

    Figure pat00116
    Figure pat00117
    Figure pat00118

  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 화합물은 하기 화학식4의 화합물 중 하나인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
    [화학식4]
    Figure pat00119
    Figure pat00120
    Figure pat00121
    Figure pat00122

    Figure pat00123
    Figure pat00124
    Figure pat00125
    Figure pat00126

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    Figure pat00128
    Figure pat00129
    Figure pat00130

    Figure pat00131
    Figure pat00132
    Figure pat00133
    Figure pat00134

    Figure pat00135
    Figure pat00136
    Figure pat00137
    Figure pat00138

    Figure pat00139
    Figure pat00140
    Figure pat00141
    Figure pat00142

    Figure pat00143
    Figure pat00144
    Figure pat00145
    Figure pat00146

    Figure pat00147
    Figure pat00148
    Figure pat00149
    Figure pat00150

  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 화합물의 HOMO 에너지 준위와 상기 제 2 화합물의 HOMO 에너지 준위 차이는 0.2eV 이하인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 화합물의 중량비는 상기 제 2 화합물의 중량비와 같거나 이보다 큰 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 발광물질층은 하기 화학식5-1 내지 화학식5-3 중 하나로 표시되는 제 3 화합물을 더 포함하고,
    R11 내지 R26, R31 내지 R34, R41 내지 R44 각각은 독립적으로 수소, 중수소, C1 내지 C20의 알킬기, C1 내지 C20의 알콕시기, C1내지 C20의 실릴기, C6 내지 C30의 아릴기, C5 내지 C30의 헤테로아릴기, C1 내지 C20의 아민기로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
    [화학식5-1]
    Figure pat00151

    [화학식5-2]
    Figure pat00152

    [화학식5-3]
    Figure pat00153

  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 3 화합물은 하기 화학식 6의 화합물 중 하나인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
    [화학식6]
    Figure pat00154
    Figure pat00155
    Figure pat00156
    Figure pat00157
    Figure pat00158
    Figure pat00159
    Figure pat00160
    Figure pat00161
    Figure pat00162
    Figure pat00163
    Figure pat00164
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    Figure pat00170
    Figure pat00171
    Figure pat00172
    Figure pat00173
    Figure pat00174
    Figure pat00175
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    Figure pat00178
    Figure pat00179
    Figure pat00180
    Figure pat00181
    Figure pat00182
    Figure pat00183
    Figure pat00184
    Figure pat00185

  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 발광물질층은 제 1 층과 제 2 층을 포함하고, 상기 제 2 층은 상기 제 1 층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하며,
    상기 제 2 층은 상기 제 1 및 제 3 화합물을 포함하고, 상기 제 1 층은 상기 제 3 화합물과 제 1 호스트를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 발광물질층은, 상기 제 3 화합물과 제 2 호스트를 포함하고 상기 제 2 층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 3 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 전극과 상기 제 3 층 사이에 위치하는 정공차단층을 더 포함하고, 상기 제 2 호스트는 상기 정공차단층의 물질과 동일한 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  11. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 전극과 상기 제 1 층 사이에 위치하는 전자차단층을 더 포함하고, 상기 제 1 호스트는 상기 전자차단층의 물질과 동일한 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 발광물질층은 제 1 층과 제 2 층을 포함하고, 상기 제 2 층은 상기 제 1 층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하며,
    상기 제 1 층은 상기 제 1 및 제 2 화합물을 포함하고, 상기 제 2 층은 상기 제 3 화합물과 제 1 호스트를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 전극과 상기 제 2 층 사이에 위치하는 정공차단층을 더 포함하고, 상기 제 1 호스트는 상기 정공차단층의 물질과 동일한 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극과 상기 제 1 발광물질층 사이에 위치하는 제 2 발광물질층과;
    상기 제 1 발광물질층과 상기 제 2 발광물질층 사이에 위치하는 전하생성층을 더 포함하고,
    상기 제 2 발광물질층은 적색 발광물질층, 녹색 발광물질층, 청색 발광물질층 중 하나인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  15. 기판과;
    상기 기판 상에 위치하는 제 1 항 내지 제 10 항, 제 12 항 내지 제 14 항 중 하나의 유기발광다이오드와;
    상기 유기발광다이오드를 덮는 인캡슐레이션 필름을 포함하는 유기발광장치.
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