KR20220067171A - 유기발광다이오드 및 이를 포함하는 유기발광장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마주하는 2개의 전극 사이에 위치하는 다수의 발광부와, 다수의 발광부 사이에 위치하는 적어도 하나의 전하생성층을 포함하고, 상기 다수의 발광부 중에서 적어도 하나는 녹색 발광물질층을 포함하고, 적어도 하나의 전하생성층을 구성하는 P형 전하생성층의 호스트의 HOMO 에너지 준위와 도펀트의 LUMO 에너지 준위 사이의 에너지 밴드갭이 조절된 유기발광다이오드 및 이를 포함하는 유기발광장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 유기발광다이오드 및 유기발광장치는 전하 주입을 제어하여 발광 효율을 향상시킬 수 있고, 적절한 색 보상을 구현하여 white balance를 효율적으로 구현할 수 있다.

Description

유기발광다이오드 및 이를 포함하는 유기발광장치{ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE AND ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE INCLUIDNG THEREOF}
본 발명은 유기발광다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전하가 균형 있게 주입되며, 효율적인 색 보상을 구현할 수 있는 유기발광다이오드와 상기 유기발광다이오드를 포함하는 유기발광장치에 관한 것이다.
현재 널리 사용되고 있는 평면표시소자 중 하나로서 유기발광다이오드는 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device)를 빠르게 대체하는 표시 소자로서 주목을 받고 있다. 유기발광다이오드(organic light emitting diodes; OLED)는 2000 Å 이내의 얇은 유기 박막으로 형성되고, 사용되는 전극의 구성에 따라 단일 방향 또는 양방향으로의 화상 구현이 가능하다. 또한 유기발광 표시장치는 플라스틱과 같은 플렉서블(flexible) 투명 기판 위에도 소자를 형성할 수 있어서 플렉서블 또는 폴더블(foldable) 표시장치를 구현하기 용이하다. 뿐만 아니라, 유기발광 표시장치는 낮은 전압에서 구동이 가능하고, 색 순도가 우수하여, 액정표시장치에 비하여 큰 장점을 가지고 있다.
종래의 일반적인 형광 물질은 단일항 엑시톤만이 발광에 참여하기 때문에 발광 효율이 낮다. 삼중항 엑시톤도 발광에 참여하는 인광 물질은 형광 물질에 비하여 발광 효율이 높다. 하지만, 대표적인 인광 물질인 금속 착화합물은 발광 수명이 매우 짧아서 상용화에 한계가 있다.
또한, 발광 파장 대역이 상이한 다수의 발광 물질을 다수의 발광물질층에 사용하여 백색 발광을 구현할 때, white balance가 불충분한 문제가 발생한다. 따라서 발광 효율 및 발광 수명을 개선하고 의도한 컬러를 효율적으로 구현할 수 있는 유기발광다이오드를 개발할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 색 보상을 효율적으로 구현하여 white balance를 유지할 수 있는 유기발광다이오드와 이를 포함하는 유기발광장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 발광물질층으로 전하가 균형 있게 주입될 수 있는 유기발광다이오드와 이를 포함하는 유기발광장치를 제공하고자 하는 것이다.
일 측면에서, 제 1 전극; 상기 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극; 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 다수의 발광부; 및 상기 다수의 발광부 사이에 위치하는 적어도 하나의 전하생성층을 포함하고, 상기 다수의 발광부는 녹색 발광물질층을 포함하는 적어도 하나의 발광부를 포함하고, 상기 적어도 하나의 전하생성층은 상기 녹색 발광물질층으로 정공을 공급하는 P형 전하생성층을 포함하고, 상기 P형 전하생성층은 P형 호스트와 P형 도펀트를 포함하고, 상기 P형 호스트의 최고준위점유분자궤도(Highest Occupied Molecular Orbital; HOMO) 에너지 준위(HOMOH)와 상기 P형 도펀트의 최저준위비점유분자궤도(Lowest Unoccupied Molecular Orbital; LUMO) 에너지 준위(LUMOD) 사이의 에너지 밴드갭은 하기 식 (1)을 충족하는 유기발광다이오드가 개시된다.
0.35 eV ≤ LUMOD - HOMOH ≤ 0.5 eV (1)
다른 측면에서, 제 1 전극; 상기 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극; 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 유기 발광층을 포함하고, 상기 유기 발광층은, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 1 발광부와, 상기 제 1 발광부와 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 2 발광부와, 상기 제 2 발광부와 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 3 발광부와, 상기 제 1 발광부와 상기 제 2 발광부 사이에 위치하는 제 1 전하생성층과, 상기 제 2 발광부와 상기 제 3 발광부 사이에 위치하는 제 2 전하생성층을 포함하고, 상기 제 2 발광부는 녹색 발광물질층 및 적색 발광물질층을 포함하고, 상기 제 1 전하생성층은 상기 제 2 발광부로 정공을 공급하는 제 1 P형 전하생성층과, 상기 제 1 발광부로 전자를 공급하는 제 1 N형 전하생성층을 포함하며, 상기 제 2 전하생성층은 상기 제 3 발광부로 정공을 공급하는 제 2 P형 전하생성층과, 상기 제 2 발광부로 전자를 공급하는 제 2 N형 전하생성층을 포함하며, 상기 제 1 P형 전하생성층은 제 1 P형 호스트와 제 1 P형 도펀트를 포함하고, 상기 제 2 P형 전하생성층은 제 2 P형 호스트와 제 2 P형 도펀트를 포함하며, 상기 제 1 P형 호스트의 HOMO 에너지 준위(HOMOH)와 상기 제 1 P형 도펀트의 LUMO 에너지 준위(LUMOD) 사이의 에너지 밴드갭과, 상기 제 2 P형 호스트의 HOMO 에너지 준위(HOMOH2)와 상기 제 2 P형 도펀트의 LUMO 에너지 준위(LUMOD2) 사이의 에너지 밴드갭은 상이한 유기발광다이오드가 개시된다.
또 다른 측면에서, 기판 상부에 전술한 유기발광다이오드가 배치되는 유기발광장치가 개시된다.
본 발명에서는 다수의 발광부를 포함하는 유기발광다이오드에서 녹색 발광물질층을 포함하는 발광부로 정공을 공급하는 P형 전하생성층을 구성하는 호스트의 HOMO 에너지 준위와 도펀트의 LUMO 에너지 준위를 조정한다.
탠덤 구조를 가지는 유기발광다이오드에서 전하 생성, 전하의 전도도 및 전하 이동도를 제어하여, 정공과 전자가 각각의 발광물질층으로 균형 있게 주입될 수 있다. 전류밀도나 계조에 관계 없이 색도가 일정한 백색 광이 방출되기 때문에, 색 보상을 통하여 white balance를 구현할 수 있고, 전류밀도나 계조에 따른 색 변화를 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기발광표시장치의 개략적인 회로도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 제 1 실시형태에 따른 유기발광장치의 일례로서 유기발광표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 제 1 실시형태에 따른 유기발광다이오드로서, 2개의 발광부로 이루어진 유기발광다이오드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 유기발광다이오드에서 녹색 발광물질층으로 정공을 공급하는 P형 전하생성층을 구성하는 호스트와 도펀트의 상대적인 에너지 준위 및 에너지 밴드갭을 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 제 2 실시형태에 따른 유기발광다이오드로서, 2개의 발광부로 이루어진 유기발광다이오드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 예시적인 제 3 실시형태에 따른 유기발광다이오드로서, 3개의 발광부로 이루어진 유기발광다이오드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 유기발광다이오드에서 청색 발광물질층으로 정공을 공급하는 제 2 P형 전하생성층을 구성하는 호스트와 도펀트의 상대적인 에너지 준위 및 에너지 밴드갭을 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 8은 본 발명의 예시적인 제 4 실시형태에 따른 유기발광다이오드로서, 3개의 발광부로 이루어진 유기발광다이오드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 예시적인 제 2 실시형태에 따른 유기발광장치의 일례로서, 유기발광표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 10은 실시예 및 비교예에서 각각 제조된 유기발광다이오드에 녹색 발광 효율을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 11 내지 도 13은 각각 비교예 1, 비교예 2 및 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 제조된 유기발광다이오드에서 방출되는 백색광의 색좌표 값을 측정한 그래프이다.
도 14는 실시예 및 비교예에서 각각 제조된 유기발광다이오드에서 전압 변화에 따른 전류 밀도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 필요한 경우에 첨부하는 도면을 참조하면서 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따르면, 탠덤 구조를 가지는 유기발광다이오드에서 발광물질층에 전하를 공급하는 전하생성층의 호스트와 도펀트의 에너지 밴드갭을 조절한다. 이에 따라 발광물질층으로 전하가 균형 있게 주입되고, 전하 생성 및 전하의 전도도를 조절하여 발광 효율을 향상시키며, 계조 차이에 따른 색 변화를 최소화할 수 있다. 본 발명에 따른 유기발광다이오드는 유기발광표시장치 또는 유기발광다이오드를 적용한 조명장치와 같은 유기발광장치에 적용될 수 있다. 일례로, 본 발명에 따른 유기발광다이오드를 적용한 표시장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 유기발광표시장치의 개략적인 회로도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 유기발광표시장치에는, 서로 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 게이트 배선(GL)과, 데이터 배선(DL) 및 파워 배선(PL)이 형성된다. 화소영역(P)에는, 스위칭 박막트랜지스터(Ts), 구동 박막트랜지스터(Td), 스토리지 커패시터(Cst) 및 유기발광다이오드(D)가 형성된다. 화소영역(P)은 적색(R) 화소영역(RP, 도 2 참조)), 녹색(G) 화소영역(GP, 도 2 참조) 및 청색(B) 화소영역(BP, 도 2 참조)을 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 데이터 신호에 비례하는 전압으로 충전되어, 일 프레임(frame) 동안 구동 박막트랜지스터(Td)의 게이트 전극의 전압이 일정하게 유지되도록 한다. 따라서, 유기발광 표시장치는 원하는 영상을 표시할 수 있다.
도 2는 본 발명의 예시적인 제 1 실시형태에 따른 유기발광표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 제 1 실시형태에 따른 유기발광표시장치(100)는 제 1 기판(102)과, 제 1 기판(102)과 마주하는 제 2 기판(104)과, 박막트랜지스터(Tr)와, 제 1 기판(101)과 제 2 기판(104) 사이에 위치하고, 박막트랜지스터(Tr)에 연결되며 백색(W) 빛을 방출하는 유기발광다이오드(D)와, 유기발광다이오드(D)와 제 2 기판(104) 사이에 위치하는 컬러필터층(180)을 포함한다.
예를 들어, 제 1 기판(102)에는 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP) 및 청색 화소영역(BP)이 각각 정의되고, 유기발광다이오드(D)는 각각의 화소영역에 위치한다. 즉, 적색, 녹색 및 청색 빛을 각각 발광하는 유기발광다이오드(D)가 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP) 및 청색 화소영역(BP)에 각각 구비된다.
제 1 기판(102) 및 제 2 기판(104)은 각각 유리 기판, 얇은 플렉서블(flexible) 기판 또는 고분자 플라스틱 기판일 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 기판(102, 104)은 각각 독립적으로 폴리이미드(polyimide; PI), 폴리에테르술폰(Polyethersulfone; PES), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylenenaphthalate; PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene Terephthalate; PET) 및 폴리카보네이트(polycarbonate; PC)에서 어느 하나의 소재를 포함할 수 있다. 박막트랜지스터(Tr)와, 유기발광다이오드(D)가 위치하는 제 1 기판(102)은 어레이 기판을 이룬다.
제 1 기판(102) 상에 버퍼층(106)이 형성되고, 버퍼층(106) 상에는 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP) 및 청색 화소영역(BP) 각각에 대응하여 박막트랜지스터(Tr)가 형성된다. 버퍼층(106)은 생략될 수 있다.
버퍼층(106) 상부에 반도체층(110)이 형성된다. 예를 들어, 반도체층(110)은 산화물 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 반도체층(110)이 산화물 반도체 물질로 이루어지는 경우, 반도체층(110) 하부에 차광패턴(도시하지 않음)이 형성될 수 있다. 차광패턴(도시하지 않음)은 반도체층(110)으로 빛이 입사되는 것을 방지하여 반도체층(110)이 빛에 의하여 열화되는 것을 방지한다. 이와 달리, 반도체층(110)은 다결정 실리콘으로 이루어질 수도 있으며, 이 경우 반도체층(110)의 양 가장자리에 불순물이 도핑될 수 있다.
반도체층(110) 상부에는 절연물질로 이루어진 게이트 절연막(120)이 제 1 기판(102) 전면에 형성된다. 게이트 절연막(120)은 실리콘산화물(SiOx) 또는 실리콘질화물(SiNx)과 같은 무기절연물질로 이루어질 수 있다.
게이트 절연막(120) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 게이트 전극(130)이 반도체층(110)의 중앙에 대응하여 형성된다. 도 2에서 게이트 절연막(120)은 제 1 기판(102) 전면에 형성되어 있으나, 게이트 절연막(120)은 게이트 전극(130)과 동일한 모양으로 패터닝 될 수도 있다.
게이트 전극(130) 상부에는 절연물질로 이루어진 층간 절연막(140)이 기판(102) 전면에 형성된다. 층간 절연막(140)은 실리콘산화물(SiOx) 또는 실리콘질화물(SiNx)과 같은 무기절연물질로 형성되거나, 또는 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene) 레진(resin)이나 포토 아크릴(photo-acryl)과 같은 유기절연물질로 형성될 수 있다.
층간 절연막(140)은 반도체층(110)의 양측 상면을 노출하는 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(142, 144)을 갖는다. 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(142, 144)은 게이트 전극(130)의 양측에서 게이트 전극(130)과 이격되어 위치한다. 도 2에서 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(142, 144)은 게이트 절연막(120) 내에도 형성된 것으로 도시하였다. 이와 달리, 게이트 절연막(120)이 게이트 전극(130)과 동일한 모양으로 패터닝 될 경우, 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(142, 144)은 층간 절연막(140) 내에만 형성된다.
층간 절연막(140) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 소스 전극(152)과 드레인 전극(154)이 형성된다. 소스 전극(152)과 드레인 전극(154)은 게이트 전극(130)을 중심으로 이격되어 위치하며, 각각 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(142, 144)을 통해 반도체층(110)의 양측과 접촉한다.
반도체층(110), 게이트 전극(130), 소스 전극(152) 및 드레인 전극(154)은 박막트랜지스터(Tr)를 이루며, 박막트랜지스터(Tr)는 구동 소자(driving element)로 기능한다. 도 2에 예시된 박막트랜지스터(Tr)는 반도체층(110)의 상부에 게이트 전극(130), 소스 전극(152) 및 드레인 전극(154)이 위치하는 코플라나(coplanar) 구조를 가진다. 이와 달리, 박막트랜지스터(Tr)는 반도체층의 하부에 게이트 전극이 위치하고, 반도체층의 상부에 소스 전극과 드레인 전극이 위치하는 역 스태거드(inverted staggered) 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 반도체층은 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다.
도 2에 도시하지 않았으나, 게이트 배선(GL, 도 1 참조)과 데이터 배선(DL, 도 1 참조)이 서로 교차하여 화소영역(P, 도 1 참조)을 정의하며, 게이트 배선(GL)과 데이터 배선에(DL)에 연결되는 스위칭 소자(Ts, 도 1 참조)가 더 형성된다. 스위칭 소자(Ts)는 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)에 연결된다. 또한, 파워 배선(PL, 도 1 참조)이 데이터 배선(DL)과 평행하게 이격되어 형성되며, 일 프레임(frame) 동안 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)의 게이트 전극의 전압을 일정하게 유지되도록 하기 위한 스토리지 커패시터(Cst, 도 1 참조)가 더 구성될 수 있다.
소스 전극(152)과 드레인 전극(154) 상부에는 보호층(160)이 박막트랜지스터(Tr)를 덮으며 제 1 기판(102) 전면에 형성된다. 보호층(160)은 상면이 평탄하며, 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(154)을 노출하는 드레인 컨택홀(162)을 갖는다. 여기서, 드레인 컨택홀(162)은 제 2 반도체층 컨택홀(144) 바로 위에 형성된 것으로 도시되어 있으나, 제 2 반도체층 컨택홀(144)과 이격되어 형성될 수도 있다.
유기발광다이오드(D)는 보호층(160) 상에 위치하며, 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(154)에 연결되는 제 1 전극(210)과, 제 1 전극(210) 상에 순차 배치되는 유기 발광층(230) 및 제 2 전극(220)을 포함한다.
1 전극(210)은 각 화소영역 별로 분리되어 형성된다. 제 1 전극(210)은 양극(anode)일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 큰 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(210)은 투명 도전성 산화물(transparent conductive oxide; TCO)로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 제 1 전극(210)은 인듐-주석-산화물 (indium-tin-oxide; ITO), 인듐-아연-산화물(indium-zinc-oxide; IZO), 인듐-주석-아연-산화물(indium-tin-zinc oxide; ITZO), 주석산화물(SnO), 아연산화물(ZnO), 인듐-구리-산화물(indium-copper-oxide; ICO) 및 알루미늄:산화아연(Al:ZnO; AZO)으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
한편, 본 발명의 유기발광표시장치(100)가 상부 발광 방식(top-emission type)인 경우, 제 1 전극(210) 하부에 반사전극 또는 반사층이 더욱 형성될 수 있다. 일례로, 반사전극 또는 반사층은 알루미늄-팔라듐-구리(aluminum-palladium-copper: APC) 합금으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 보호층(160) 상에는 제 1 전극(210)의 가장자리를 덮는 뱅크층(164)이 형성된다. 뱅크층(164)은 화소영역에 대응하여 제 1 전극(210)의 중앙을 노출한다. 뱅크층(164)은 생략될 수 있다.
제 1 전극(210) 상에는 유기 발광층(230)이 형성된다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 도 3, 도 5 내지 6 및 도 8에 도시한 바와 같이, 유기 발광층(230)은 다수의 발광부(300, 400, 400A, 500, 600, 600A, 700)과, 하나 이상의 전하생성층(370, 570, 670)을 포함할 수 있다. 각각의 발광부(300, 400, 400A, 500, 600, 600A, 700)는 각각 적어도 하나의 발광물질층을 포함하고, 정공주입층, 정공수송층, 전자차단층, 정공차단층, 전자수송층 및/또는 전자주입층을 더욱 포함할 수 있다.
유기 발광층(230)이 형성된 제 1 기판(102) 상부로 제 2 전극(220)이 형성된다. 제 2 전극(220)은 표시영역의 전면에 위치하며, 일함수 값이 비교적 작은 도전성 물질로 이루어져 전자를 주입하는 음극(cathode)일 수 있다. 예를 들어, 제 2 전극(220)은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 칼슘(ca), 은(Ag) 또는 이들의 합금이나 조합(예를 들어, 알루미늄-마그네슘 합금(AlMg))과 같은 반사 특성이 좋은 소재로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 한편, 본 발명의 예시적인 제 1 측면에 따른 유기발광표시장치(100)는 유기 발광층(230)에서 발광된 빛이 제 2 전극(220)을 통해 컬러필터층(180)으로 입사되므로, 제 2 전극(220)은 빛이 투과될 수 있도록 얇은 두께를 갖는다.
도시하지 않았으나, 외부 수분이 유기발광다이오드(D)로 침투하는 것을 방지하기 위해, 인캡슐레이션 필름(encapsulation film)이 유기발광다이오드(D) 상부에 배치될 수 있다. 인캡슐레이션 필름은 제 1 무기 절연층과, 유기 절연층과, 제 2 무기 절연층의 적층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 인캡슐레이션 필름은 생략될 수 있다.
또한, 제 2 기판(104)의 외측면에는 외부광의 반사를 줄이기 위한 편광판(도시하지 않음)이 부착될 수 있다. 예를 들어, 편광판(도시하지 않음)은 원형 편광판일 수 있다. 또한, 제 2 기판(104) 또는 편광판(도시하지 않음) 상에 커버 윈도우(도시하지 않음)가 부착될 수 있다. 이때, 제 1 및 제 2 기판(102, 104)과 커버 윈도우(도시하지 않음)가 플렉서블(flexible) 특성을 가져, 플렉서블 표시장치를 구성할 수 있다.
도 2에서, 유기발광다이오드(D)에서 방출된 빛은 제 2 전극(120)을 통과하고, 컬러필터층(180)은 유기발광다이오드(D)의 상부에 배치되고 있다. 이와 달리, 유기발광다이오드(D)에서 방출된 빛은 제 1 전극(102)을 통과하고, 컬러필터층(180)은 유기발광다이오드(D)와 제 1 기판(102) 사이에 배치될 수도 있다. 또한, 유기발광다이오드(D)와 컬러필터층(180) 사이에는 색 변환층(도시하지 않음)이 구비될 수도 있다. 색 변환층은 각각의 화소영역(RP, GP, BP)에 대응하여 적색 색 변환층, 녹색 색 변환층 및 청색 색 변환층을 포함하며, 유기발광다이오드(D)로부터 방출된 백색 광을 적색, 녹색 및 청색으로 각각 변환할 수 있다.
전술한 바와 같이, 유기발광다이오드(D)로부터 방출된 백색 빛은 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP) 및 청색 화소영역(BP) 각각에 대응되는 적색 컬러필터(182), 녹색 컬러필터(184), 청색 컬러필터(186)를 통과함으로써, 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP) 및 청색 화소영역(BP)에서 각각 적색, 녹색 및 청색 빛이 표시된다.
본 개시의 제 1 측면에 따른 유기발광표시장치에 적용될 수 있는 유기발광다이오드에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. 도 3은 본 발명의 예시적인 제 1 실시형태에 따라 2개의 발광부가 탠덤 구조를 이루는 유기발광다이오드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기발광다이오드(D1)는 서로 마주하는 제 1 전극(210) 및 제 2 전극(220)과, 제 및 제 2 전극(210, 220) 사이에 위치하는 유기 발광층(230)을 포함한다. 유기 발광층(230)은 제 1 및 제 2 전극(210, 220) 사이에 위치하는 제 1 발광부(300)와, 제 1 발광부(300)와 제 2 전극(220) 사이에 위치하는 제 2 발광부(400)와, 제 1 및 제 2 발광부(300, 400) 사이에 위치하는 전하생성층(charge generation layer, CGL, 370)을 포함한다.
제 1 발광부(300)는 제 1 전극(210) 상에서 순차적으로 배치되는 정공주입층(hole injection layer, HIL, 310), 제 1 정공수송층(first hole transport layer, HTL1, 320), 제 1 발광물질층(first emitting material layer, EML1, 340) 및 제 1 전자수송층(first electron transport layer, ETL1, 360)을 포함한다. 선택적으로, 제 1 발광부(300)는 제 1 정공수송층(320)과 제 1 발광물질층(340) 사이에 위치하는 제 1 전자차단층(first electron blocking layer, EBL1, 330) 및/또는 제 1 발광물질층(340)과 제 1 전자수송층(360) 사이에 위치하는 제 1 정공차단층(first hole blocking layer, HBL1, 350)을 포함할 수 있다.
제 2 발광부(400)는 전하생성층(370) 상에서 순차적으로 배치되는 제 2 정공수송층(HTL2, 420), 제 2 발광물질층(EML2, 440), 제 2 전자수송층(ETL2, 460) 및 전자주입층(electron injection layer, EIL, 470)을 포함한다. 선택적으로, 제 2 발광부(400)는 제 2 정공수송층(420)과 제 2 발광물질층(440) 사이에 위치하는 제 2 전자차단층(EBL2, 430) 및/또는 제 2 발광물질층(440)과 제 2 전자수송층(460) 사이에 위치하는 제 2 정공차단층(HBL2, 450)을 포함할 수 있다.
예시적인 측면에서, 제 1 발광물질층(340)은 청색(B) 발광물질층이고, 제 2 발광물질층(440)은 청색(B) 발광물질층에서 방출되는 광보다 장파장의 빛을 방출하는 발광물질층일 수 있다. 이에 따라, 유기발광다이오드(D1)는 백색(W) 광을 구현할 수 있다. 제 1 발광물질층(430)과 제 2 발광물질층(440)은 각각 호스트와 도펀트를 포함할 수 있다. 이때, 각각의 발광물질층 중에서 도펀트의 함량은 1 중량% 내지 50 중량%, 예를 들어 1 중량% 내지 30 중량%일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
정공주입층(310)은 제 1 전극(210)과 제 1 정공수송층(320) 사이에 위치하며, 무기물인 제 1 전극(210)과 유기물인 제 1 정공수송층(320) 사이의 계면 특성을 향상시킨다. 일례로, 정공주입층(310)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 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 유기발광다이오드(D1)의 구조에 따라 정공주입층(310)은 생략될 수 있다.
제 1 정공수송층(320)은 제 1 전극(210)과 제 1 발광물질층(340) 사이에서 제 1 발광물질층(340)에 인접하게 위치하고, 제 2 정공수송층(420)은 전하생성층(370)과 제 2 발광물질층(440) 사이에 위치한다. 일례로, 제 1 및 제 2 정공수송층(320, 420)은 각각 독립적으로 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, N-([1,1'-Biphenyl]-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9-phenl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine) 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 1 전자수송층(360)과 제 2 전자수송층(460)을 이루는 소재는 높은 전자 이동도가 요구된다. 제 1 및 제 2 전자수송층(360, 460)은 원활한 전자 수송을 위하여 각각 제 1 발광물질층(340) 및 제 2 발광물질층(440)에 전자를 안정적으로 공급한다.
예시적인 측면에서, 제 1 및 제 2 전자수송층(360, 460)은 각각 독립적으로 옥사디아졸계(oxadiazole-base), 트리아졸계(triazole-base), 페난트롤린계(phenanthroline-base), 벤족사졸계(benzoxazole-based), 벤조티아졸계(benzothiazole-base), 벤즈이미다졸계(benzimidazole-base) 및 트리아진계(triazine-base) 유도체를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제 1 및 제 2 전자수송층(360, 460)은 각각 독립적으로 Tris-(8-hydroxyquinoline)aluminum (Alq3), Bis(2-methyl-8-quinolinolato-N1,O8)-(1,1'-biphenyl-4-olato)aluminum (BAlq), lithium quinolate (Liq), 2-(4-Biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole (PBD), spiro-PBD, 2,2',2"-(1,3,5-Benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole) (TPBi), 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), 2-[4-(9,10-Di-2-naphthalen2-yl-2-anthracen-2-yl)phenyl]-1-phenyl-1H-benzimidazole (ZADN) 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
전자주입층(470)은 제 2 전자수송층(460)과 제 2 전극(220) 사이에 위치하는데, 제 2 전극(220)의 특성을 개선하여 소자의 수명을 개선할 수 있다. 예시적인 측면에서, 전자주입층(470)은 LiF, CsF, NaF, BaF2 등과 같은 알칼리금속 할라이드계 물질 및/또는 알칼리토금속 할라이드계 물질 및/또는 Liq, lithium benzoate, sodium stearate 등과 같은 유기금속계 물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 유기발광다이오드(D1)의 구조에 따라 전자주입층(470)은 생략될 수 있다.
한편, 정공이 제 2 전극(220)으로 이동하거나, 전자가 제 1 전극(210)으로 이동하는 경우, 유기발광다이오드(D1)의 발광 수명과 발광 효율이 감소할 수 있다. 제 1 및 제 2 발광부(300, 400)는 각각 제 1 및 제 2 발광물질층(340, 440)에 인접하여 적어도 1개의 엑시톤 차단층(exciton blocking layer)을 포함할 수 있다.
제 1 및 제 2 정공수송층(320, 420) 및 제 1 및 제 2 발광물질층(340, 440) 사이에 각각 전자의 이동을 제어, 방지할 수 있는 제 1 및 제 2 전자차단층(330, 430)이 위치한다. 일례로, 제 1 및 제 2 전자차단층(330, 430)은 각각 독립적으로 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-Di(9H-carbazol-9-yl)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) 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 제 1 및 제 2 발광물질층(340, 440)과 제 1 및 제 2 전자수송층(360, 460) 사이에 각각 제 1 및 제 2 정공수송층(350, 450)이 위치하여, 각각 제 1 및 제 2 발광물질층(340, 440)과 제 1 및 제 2 전자수송층(360, 460) 사이에서 정공의 이동을 방지한다. 예시적인 측면에서, 제 1 및 제 2 정공차단층(350, 450)은 제 1 및 제 2 전자수송층(360, 460)에 사용될 수 있는 옥사디아졸계, 트리아졸계, 페난트롤린계, 벤족사졸계, 벤조티아졸계, 벤즈이미다졸계, 트리아진계 등의 유도체가 사용될 수 있다.
예를 들어, 제 1 및 제 2 정공차단층(350, 450)은 각각 독립적으로 각각 제 1 및 제 2 발광물질층(340, 440)에 사용된 발광 물질과 비교해서 최고준위점유분자궤도(highest occupied molecular orbital, HOMO) 에너지 준위가 깊은 Alq3, BAlq, Liq, PBD, spiro-PBD, BCP, TSPO1, Bis-4,6-(3,5-di-3-pyridylphenyl)-2-methylpyrimidine (B3PYMPM), Bis[2-(diphenylphosphino)phenyl]teeth oxide (DPEPO), 9-(6-(9H-carbazol-9-yl)pyridin-3-yl)-9H-3,9'-bicarbazole 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
전술한 바와 같이, 제 1 발광물질층(340)은 청색(B) 발광물질층일 수 있다. 예를 들어, 제 1 발광물질층(340)은 청색(Blue) 발광물질층, 진청색(Dark Blue) 발광물질층 또는 스카이 블루(Sky Blue) 발광물질층 중에서 어느 하나를 포함할 수 있다. 이때, 제 1 발광물질층(340)은 440 nm 내지 480 nm 파장 대역의 광을 방출할 수 있다.
제 1 발광물질층(340)은 청색(B) 호스트와 청색(B) 도펀트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 청색(B) 호스트는 mCP, 9-(3-(9H-carbazol-9-yl)phenyl)-9H-carbazole-3-carbonitrile (mCP-CN), mCBP, CBP-CN, 9-(3-(9H-Carbazol-9-yl)phenyl)-3-(diphenylphosphoryl)-9H-carbazole (mCPPO1) 3,5-Di(9H-carbazol-9-yl)biphenyl (Ph-mCP), TSPO1, 9-(3
Figure pat00001
carbazol-9-yl)-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-9H-pyrido[2,3-b]indole (CzBPCb), Bis(2-methylphenyl)diphenylsilane (UGH-1), 1,4-Bis(triphenylsilyl)benzene (UGH-2), 1,3-Bis(triphenylsilyl)benzene (UGH-3), 9,9-Spiorobifluoren-2-yl-diphenyl-phosphine oxide (SPPO1), 9,9'-(5-(Triphenylsilyl)-1,3-phenylene)bis(9H-carbazole) (SimCP), 9,10-di(naphthyl-2-yl)-anthracene (2-ADN) 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
한편, 청색(B) 도펀트는 perylene, 4,4'-Bis[4-(di-p-tolylamino)styryl]biphenyl (DPAVBi), 4-(Di-p-tolylamino)-4-4'-[(di-p-tolylamino)styryl]stilbene (DPAVB), 4,4'-Bis[4-(diphenylamino)styryl]biphenyl (BDAVBi), 2,7-Bis(4-diphenylamino)styryl)-9,9-spiorfluorene (spiro-DPVBi), [1,4-bis[2-[4-[N,N-di(p-tolyl)amino]phenyl]vinyl] benzene (DSB), 1-4-di-[4-(N,N-diphenyl)amino]styryl-benzene (DSA), 2,5,8,11-Tetra-tetr-butylperylene (TBPe), Bis(2-hydroxylphenyl)-pyridine)beryllium (Bepp2), 9-(9-Phenylcarbazole-3-yl)-10-(naphthalene-1-yl)anthracene (PCAN), 1,6-Bis(diphenylamine)pyrene, mer-Tris(1-phenyl-3-methylimidazolin-2-ylidene-C,C(2)'iridium(Ⅲ) (mer-Ir(pmi)3), fac-Tris(1,3-diphenyl-benzimidazolin-2-ylidene-C,C(2)'iridium(Ⅲ) (fac-Ir(dpbic)3), Bis(3,4,5-trifluoro-2-(2-pyridyl)phenyl-(2-carboxypyridyl)iridium(Ⅲ) (Ir(tfpd)2pic), tris(2-(4,6-difluorophenyl)pyridine))iridium(Ⅲ) (Ir(Fppy)3), Bis[2-(4,6-difluorophenyl)pyridinato-C2,N](picolinato)iridium(Ⅲ) (FIrpic) 및 이들의 조합과 같은 청색(B) 인광 도펀트 및/또는 청색(B) 형광 도펀트를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 2 발광물질층(440)은 제 1 발광물질층(340)보다 장파장의 광을 방출하며, 녹색(G) 발광물질층을 포함할 수 있다. 일례로, 제 2 발광물질층(440)은 제 2 전자차단층(430)과 제 2 정공차단층(450) 사이에 위치하는 적색(R) 발광물질층(442)과, 적색(R) 발광물질층(442)과 제 2 정공차단층(450) 사이에 위치하는 녹색(G) 발광물질층(444)을 포함하여, 적록색(red green) 광을 방출할 수 있다. 제 2 발광물질층(440)이 적록색으로 발광하는 경우, 제 2 발광물질층(440)은 510 nm 내지 650 nm 파장 대역의 광을 방출할 수 있다.
적색(R) 발광물질층(442)은 적색(R) 호스트와 적색(R) 도펀트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 적색(R) 호스트는 9,9'-Diphenyl-9H,9'H-3,3'-bicarbazole (BCzPh), CBP, 1,3,5-Tris(carbazole-9-yl)benzene (TCP), TCTA, 4,4'-Bis(carbazole-9-yl)-2,2'-dimethylbipheyl (CDBP), 2,7-Bis(carbazole-9-yl)-9,9-dimethylfluorene (DMFL-CBP), 2,2',7,7'-Tetrakis(carbazole-9-yl)-9,9-spiorofluorene (spiro-CBP), DPEPO, 4'-(9H-carbazol-9-yl)biphenyl-3,5-dicarbonitrile (PCzB-2CN), 3'-(9H-carbazol-9-yl)biphenyl-3,5-dicarbonitrile (mCzB-2CN), 3,6-Bis(carbazole-9-yl)-9-(2-ethyl-hexyl)-9H-carbazole (TCz1), Bepp2, Bis(10-hydroxylbenzo[h] quinolinato)beryllium (Bebq2) 및 1,3,5-Tris(1-pyrenyl)benzene (TPB3) 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 적색(R) 도펀트는 Tris(1-phenylisoquinoline)iridium(III) (Ir(piq)3), [Bis(2-(4,6-dimethyl)phenylquinoline)](2,2,6,6-tetramethylheptane-3,5-dionate)iridium(Ⅲ), Bis[2-(4-n-hexylphenyl)quinoline](acetylacetonate)iridium(Ⅲ) (Hex-Ir(phq)2(acac)), Tris[2-(4-n-hexylphenyl)quinoline]iridium(Ⅲ) (Hex-Ir(phq)3), Tris[2-phenyl-4-methylquinoline]iridium(Ⅲ) (Ir(Mphq)3), Bis(2-phenylquinoline)(2,2,6,6-tetramethylheptene-3,5-dionate)iridium(Ⅲ) (Ir(dpm)PQ2), Bis(phenylisoquinoline)(2,2,6,6-tetramethylheptene-3,5-dionate)iridium(Ⅲ) (Ir(dpm)(piq)2), Bis[(4-n-hexylphenyl)isoquinoline](acetylacetonate)iridium(Ⅲ) (Hex-Ir(piq)2(acac)), Tris[2-(4-n-hexylphenyl)quinoline]iridium(Ⅲ) (Hex-Ir(piq)3), Tris(2-(3-methylphenyl)-7-methyl-quinolato)iridium (Ir(dmpq)3), Bis[2-(2-methylphenyl)-7-methyl-quinoline](acetylacetonate)iridium(Ⅲ) (Ir(dmpq)2(acac)), Bis[2-(3,5-dimethylphenyl)-4-methyl-quinoline](acetylacetonate)iridium(Ⅲ) (Ir(mphmq)2(acac)), Tris(dibenzoylmethane)mono(1,10-phenanthroline)europium(Ⅲ) (Eu(dbm)3(phen)) 및 이들의 조합과 같은 적색(R) 인광 도펀트 및/또는 적색(R) 형광 도펀트를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
녹색(G) 발광물질층(444)은 녹색(G) 호스트와 녹색(G) 도펀트를 포함할 수 있다. 일례로, 녹색(G) 호스트는 BCzPh, CBP, TCP, TCTA, CDBP, DMFL-CBP, Spiro-CBP, DPEPO, PCzB-2CN, mCzB-2CN, TCz1 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 한편, 녹색(G) 도펀트는 [Bis(2-phenylpyridine)](pyridyl-2-benzofuro[2,3-b]pyridine)iridium, Tris(2-phenylpyridine)iridium(III) (Ir(ppy)3), fac-Tris(2-phenylpyridine)iridium(Ⅲ) (fac-Ir(ppy)3), Bis(2-phenylpyridine)(acetylacetonate)iridium(Ⅲ) (Ir(ppy)2(acac)), Tris[2-(p-tolyl)pyridine]iridium(Ⅲ) (Ir(mppy)3), Bis(2-(naphthalene-2-yl)pyridine)(acetylacetonate)iridium(Ⅲ) (Ir(npy)2acac), Tris(2-phenyl-3-methyl-pyridine)iridium (Ir(3mppy)3), fac-Tris(2-(3-p-xylyl)phenyl)pyridine iridium(Ⅲ)(TEG), Alq3 및 이들의 조합과 같은 녹색(G) 인광 도펀트 및/또는 녹색(G) 형광 도펀트를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
한편, 전하생성층(370)은 제 1 발광부(300)과 제 2 발광부(400) 사이에 위치한다. 전하생성층(370)은 전하를 생성하여, 제 1 발광부(300)와 제 2 발광부(400) 사이에서 전하 주입의 균형을 조절한다.
전하생성층(370)은 제 1 발광부(300)에 인접하게 위치하는 N형 전하생성층(N-CGL, 380)과, 제 2 발광부(400)에 인접하게 위치하는 P형 전하생성층(P-CGL, 390)을 포함한다. N형 전하생성층(380)은 제 1 발광부(300)에 전자(electron)를 주입해주고, P타입 전하생성층(620)은 제 2 발광 유닛(630)에 정공(hole)을 주입해준다. N형 전하생성층(380)은 N형 호스트(382)와 N형 도펀트(384)를 포함할 수 있고, P형 전하생성층(390)은 P형 호스트(392)와 P형 도펀트(394)를 포함할 수 있다. N형 호스트(382)와 P형 호스트(392)는 각각 N형 전하생성층(380)과 P형 전하생성층(390)의 매질 또는 매트릭스를 형성한다. 도면에서는 설명의 편의를 위하여, N형 전하생성층(380)과 P형 전하생성층(390)의 매질 또는 매트릭스를 형성하는 N형 호스트(382)와 P형 호스트(392)의 일부를 입자 형태로 표시하였다. 이하 N형 전하생성층 및 P형 전하생성층을 도시하고 있는 도 5, 도 6 및 도 8에서도 동일하다.
P형 전하생성층(390)에 포함된 P형 호스트(392)는 P형 전하생성층(390)에서 형성된 정공을 HOMO 에너지 준위를 통해 제 2 발광물질층(440)으로 주입한다. 일례로, P형 도펀트(394)는 일반적으로 강한 전자끌개(electron withdrawing group)를 가지고 있다. 따라서, P형 도펀트(394)는, P형 호스트(392) 또는 P형 전하생성층(390)에 인접하게 배치된 제 2 정공수송층(420)을 구성하는 소재의 HOMO 에너지 준위로부터 P형 도펀트(394)의 LUMO 에너지 준위로 전자를 받아, P형 전하생성층(390)으로부터 제 2 발광물질층(440)으로 정공이 이동할 수 있는 경로를 형성한다.
그런데, 아래에 나타낸 바와 같이, 특히 녹색(G) 발광물질층(444)을 포함하는 발광물질층에서는 계조(gradation) 또는 전류밀도(current density) 변화에 따른 전하 이동도가 큰 차이를 보인다. 저-전류밀도와 같은 저-계조 구간에서 정공 이동도와 전자 이동도 사이의 차이는 상대적으로 매우 크지만, 고-전류밀도와 같은 고-계조 구간에서 정공 이동도와 전자 이동도 사이의 차이는 상대적으로 감소한다. 특히, 고-계조 구간으로 이동할수록, 정공 이동도가 향상되는 것과 비교해서, 전자 이동도가 상대적으로 크게 향상된다.
Figure pat00002
녹색(G) 발광물질층(444)을 포함하는 제 2 발광물질층(440)에서, 고-계조 구간에서는 전자 이동도가 정공 이동도에 근접하게 증가하기 때문에, 제 2 발광물질층(440)에서 발광 영역은 적색(R) 발광물질층(442)과 녹색(G) 발광물질층(444) 전체 영역에 균일하게 형성된다.
특히, 저-계조 영역에서 녹색(G) 발광물질층(444)으로 과도하게 주입된 정공이 엑시톤을 형성하지 못하고 소실되면서, 고-휘도에서 효율이 급격히 떨어지는 효율저하(efficiency roll-off)가 발생한다. 고-계조 구간에서 제 2 발광물질층(440)에서 방출되는 녹색 광의 양은 상대적으로 감소한다. 즉, 고-계조 구간에서 유기발광다이오드(D1)에서 방출되는 백색 광은 녹색 광 성분이 상대적으로 적기 때문에, CIE 색도 분포에서는 Y축의 색도 값보다 X축의 색도 값이 상대적으로 크다.
반면, 저-계조 구간에서는 전자에 비하여 정공이 매우 신속하게 제 2 발광물질층(440)으로 주입된다. 저-계조 구간에서, 제 2 발광물질층(440)의 발광 영역은 제 2 전극(220)에 상대적으로 인접하게 배치되는 녹색(G) 발광물질층(444)에 주로 형성되고, 제 2 발광물질층(440)은 녹색에 가까운 광을 방출한다. 즉, 저-계조 구간에서, 유기발광다이오드(D1)에서 방출되는 백색 광은 녹색 광을 상대적으로 많이 가지게 되므로, 유기발광다이오드(D1)에서 방출되는 백색 광의 CIE 색도 분포에서는 X축의 색도 값보다 Y축의 색도 값이 상대적으로 커지는 색 전이 일어난다.
즉, 녹색(G) 발광물질층(444)을 포함하는 제 2 발광물질층(440)에서, 저-계조 구간에서는 녹색 광의 양이 상대적으로 많은 반면, 고-계조 구간에서는 녹색 광의 양이 상대적으로 감소한다. 따라서, 색 반전이 일어나는 저-계조 구간에서 상대적으로 많이 방출되는 녹색 광을 제어하여 white balance를 구현할 수 있도록 백색 광에서 X축의 색도를 보상하는 경우, 고-계조 구간의 백색 광은 X축 색도가 과도하게 보상된다. 반면, 고-계조 구간에서 상대적으로 적게 방출되는 녹색 광을 증가시켜 white balance를 구현할 수 있도록 백색 광에서 Y축의 색도를 보상하는 경우, 색 반전이 야기된 저-계조 구간의 백색 광은 Y축 색도가 과도하게 보상된다. 즉, 광학 보상을 진행할 때, 색 반전된 계조 구간에 따라 색 보상이 제대로 이루어지지 못하기 때문에, 패널 불량이 초래될 수 있다.
그런데, 탠덤 구조를 가지는 유기발광다이오드를 구성하는 일반적인 P형 전하생성층(390)에서는 정공의 생성 및 제 2 발광물질층(440)으로의 정공 이동도 및 정공 주입을 고려하여, P형 호스트(392)의 HOMO 에너지 준위(HOMOH)와 P형 도펀트(394)의 LUMO 에너지 준위(LUMOD)가 유사하게 설계된다. 다시 말하면, 일반적인 P형 전하생성층(390)에서 P형 호스트(392)의 HOMO 에너지 준위(HOMOH)와 P형 도펀트(394)의 LUMO 에너지 준위(LUMOD) 사이의 에너지 밴드갭을 최소한, 통상적으로 0.01 내지 0.1 eV가 되도록 P형 호스트(392)와 P형 도펀트(394)를 선택한다.
하지만, P형 호스트(392)의 HOMO 에너지 준위(HOMOH)와 P형 도펀트(394)의 LUMO 에너지 준위(LUMOD) 사이의 에너지 밴드갭을 최소한으로 설정하는 경우, 저-계조 구간에서 정공 이동도가 전자 이동도보다 훨씬 크기 때문에, 제 2 발광물질층(440)은 상대적으로 녹색에 가까운 광을 다량 방출한다. 특히 저-계조 영역에서 녹색 발광물질층(444)으로 과도하게 주입된 정공이 엑시톤을 형성하지 못하고 소실되면서, 고-휘도에서 효율이 급격히 떨어지는 효율저하(efficiency roll-off)가 발생한다. 이러한 효율저하에 기인하여, 고-계조 영역에서 제 2 발광물질층(440)은 상대적으로 적색에 가까운 광을 다량 방출한다. 즉, 저-계조 구간에서 방출되는 백색 광은 상대적으로 녹색 광이 많고, 고-계조 구간에서 방출되는 백색 광은 상대적으로 적색 광이 많다.
따라서, 일반적인 P형 전하생성층(390)을 채택한 유기발광다이오드에서는 계조 또는 전류밀도에 따른 색 보상을 효율적으로 수행하기 어렵다. 예를 들어, 고-계조 구간을 기준으로 백색 광의 CIE 색도 분포에서 부족한 Y축의 색도를 보상하는 경우, 색 반전이 야기된 저-계조 구간의 백색 광은 이미 과도하게 방출된 녹색 광이 더욱 보강된 상태로 변환된다. 저-계조 구간에서는 이미 과도하게 방출된 녹색 광을 더욱 보강하는 방식으로 색 보상이 이루어지기 때문에, white balance가 비틀어지면서, 패널 불량이 야기된다.
반면, 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 P형 전하생성층(390)을 구성하는 P형 호스트(392)는 일반적인 P형 호스트보다 깊은(deep) HOMO 에너지 준위를 갖도록 설계하고, P형 도펀트(394)는 일반적인 P형 도펀트보다 얕은(shallow) LUMO 에너지 준위를 갖도록 설계한다. 예를 들어, P형 호스트(392)의 HOMO 에너지 준위(HOMOH)와 P형 도펀트(394)의 LUMO 에너지 준위(LUMOD) 사이의 에너지 밴드갭(△E1)은 하기 식 (1)을 충족할 수 있다:
0.35 eV ≤ LUMOD - HOMOH ≤ 0.5 eV (1)
P형 호스트(392)의 HOMO 에너지 준위(HOMOH)와 P형 도펀트(394)의 LUMO 에너지 준위(LUMOD) 사이의 에너지 밴드갭(△E1)이 식 (1)의 조건을 충족하는 경우, P형 전하생성층(390)에서 정공의 생성과 제 2 발광물질층(440)으로의 정공 이동도 및 정공 전도도가 감소한다. 제 2 발광물질층(440)을 구성하는 녹색 발광물질층(444)으로 주입되는 정공 개수가 적어지면서, 정공과 전자가 균형 있게 주입될 수 있다. 정공과 전자가 녹색 발광물질층(444)에 균형 있게 주입되면서, 엑시톤을 형성하지 못하는 전하가 감소하게 되고, 녹색 발광물질층(444)에서 효율저하(roll-off)를 최소화할 수 있다.
이에 따라, 식 (1)를 충족하는 P형 호스트(392)와 P형 도펀트(394)를 가지는 P형 전하생성층(390)을 도입하는 경우, 계조 또는 전류밀도에 관계 없이 제 2 발광물질층(440)에서 방출되는 광 중에서 녹색 광의 함량이 일정하게 유지되고, 유기발광다이오드(D1)에서 방출되는 백색 광 역시 계조에 관계 없이 CIE 색도 분포에서 X축의 색도보다 Y축의 색도가 큰 일정한 값을 갖게 된다.
계조와 무관하게 일정한 색도를 가지는 백색 광에 대해서는 X축 색도만을 보상하면 저-계조 구간과 고-계조 구간에서 효율적인 white balance를 구현할 수 있다. 즉, 유기발광다이오드(D1)에서 계조나 전류 밀도에 따른 색도 반전이 없는 일정한 색도를 가지는 백색 광이 방출되기 때문에, 효율적인 광학 보상이 수행될 수 있다.
P형 호스트(392)의 HOMO 에너지 준위(HOMOH)와 P형 도펀트(394)의 LUMO 에너지 준위(LUMOD) 사이의 에너지 밴드갭(△E1)이 식 (1)에 정의된 범위 미만인 경우, 전하가 제 2 발광물질층(440)으로 균형 있게 주입되지 못하고, 색 반전이 초래되면서 광학 보상이 불충분하게 이루어질 수 있다. 또한, P형 호스트(392)의 HOMO 에너지 준위(HOMOH)와 P형 도펀트(394)의 LUMO 에너지 준위(LUMOD) 사이의 에너지 밴드갭(△E1)이 식 (1)에 정의된 범위를 초과하는 경우, 정공이 제 2 발광물질층(440)으로 충분히 주입되지 못하면서, 유기발광다이오드(D1)의 구동 전압이 상승하고 발광 효율이 저하될 수 있다.
전술한 식 (1)을 충족하는 P형 호스트(392)는 HOMO 에너지 준위가 -5.0 eV 내지 -6.0 eV, 예를 들어 -5.2 eV 내지 -5.5 eV를 가지는 유기 화합물을 포함할 수 있다. 일례로, P형 호스트(392)는 하기 화학식 1의 구조를 가지는 안트라센계 화합물 및/또는 하기 화학식 3의 구조를 가지는 스파이로플루오렌계 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
[화학식 1]
Figure pat00003
화학식 1에서 R1 내지 R4는 각각 독립적으로 C6~C30 아릴기 또는 C3~C30 헤테로 아릴기이고, 상기 아릴기 및 상기 헤테로 아릴기는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 C1~C10 알킬기로 치환될 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00004
화학식 3에서, R5 및 R6은 각각 독립적으로 경수소, 중수소, 카바졸일기 또는
Figure pat00005
이고, R5 및 R6 중에서 적어도 하나는 카바졸일기 또는
Figure pat00006
이고, R7 및 R8은 각각 독립적으로 C6~C30 아릴기 또는 C3~C30 헤테로 아릴기이고, 상기 카바졸일기, 아릴기 및 상기 헤테로 아릴기는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 C1~C10 알킬기로 치환되며, R7 및 R8 중에서 적어도 하나는 다환 아릴기 또는 다환 헤테로 아릴기일 수 있다.
예를 들어, 화학식 1에서 R1 내지 R4는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 C1~C10 알킬기로 치환될 수 있는 페닐기, 나프틸기 및 페난트레닐기와 같은 아릴기를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 일례로, 화학식 1의 구조를 가지는 안트라센계 화합물은 하기 화학식 2의 구조를 가지는 어느 하나의 유기 화합물로부터 선택될 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00007
한편, 화학식 3에서, R7 및 R8 중에서 어느 하나는 페닐기, 바이페닐기, 나프틸기 또는 안트라세닐기일 수 있고, 다른 하나는 치환되지 않거나 C1~C10 알킬기로 치환된 플루오레닐기일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 일례로, 화학식 3의 구조를 가지는 스파이로플루오렌계 화합물은 하기 화학식 4의 구조를 가지는 어느 하나의 유기 화합물로부터 선택될 수 있다.
[화학식 4]
Figure pat00008
Figure pat00009
한편, 전술한 식 (1)을 충족하는 P형 도펀트(394)는 HOMO 에너지 준위가 -4.0 eV 내지 -5.0 eV, 예를 들어 -4.5 eV 내지 -5.0 eV를 가지는 유기 화합물을 포함할 수 있다. 예시적인 측면에서, P형 도펀트(394)는 래디알렌(radialene) 코어, 퀴논(quinine) 코어 또는 인다센(indacene) 코어를 가지는 유기 화합물일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 일례로 인다센 코어를 가지는 P형 도펀트는 하기 화학식 5의 구조를 가지는 유기 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 5]
Figure pat00010
화학식 5에서 R11은 하기 화학식 6의 구조를 가지는 환외 이중결합 작용기임; R12 및 R13 중에서 어느 하나는 R11과 동일하고, 다른 하나는 R14와 동일함; R14 내지 R16은 각각 독립적으로 할로겐 원자, 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환된 C1~C10 알킬기, 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환된 C1~C10 알콕시기, 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환된 C1~C10 알킬 실릴기, 시아노기, 니트로기, C6~C30 아릴기 또는 C3~C30 헤테로 아릴기이고, 상기 아릴기 또는 헤테로 아릴기는 각각 독립적으로 할로겐 원자, 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환된 C1~C10 알킬기, 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환된 C1~C10 알콕시기, 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환된 C1~C10 알킬 실릴기, 시아노기, 니트로기 또는 이들의 조합으로 구성되는 어느 하나의 작용기로 치환됨; R17 및 R18은 각각 독립적으로 경수소, 중수소, C1~C10 알킬기 또는 C1~C10 알콕시기일 수 있다.
[화학식 6]
Figure pat00011
화학식 6에서 R21 및 R22는 각각 독립적으로 할로겐 원자, 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환된 C1~C10 알킬기, 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환된 C1~C10 알콕시기, 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환된 C1~C10 알킬 실릴기, 시아노기, 니트로기, C6~C30 아릴기 또는 C3~C30 헤테로 아릴기이고, 상기 아릴기 또는 헤테로 아릴기는 각각 독립적으로 할로겐 원자, 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환된 C1~C10 알킬기, 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환된 C1~C10 알콕시기, 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환된 C1~C10 알킬 실릴기, 시아노기, 니트로기 또는 이들의 조합으로 구성되는 어느 하나의 작용기로 치환될 수 있다.
예시적인 측면에서, 화학식 5의 인다센 코어를 가지는 유기 화합물은 하기 화학식 7의 구조를 가지는 유기 화합물로부터 선택될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
[화학식 7]
Figure pat00012
Figure pat00013
예시적인 측면에서, P형 전하생성층(390) 중에 P형 도펀트(394)의 도핑 함량은 3 내지 30 중량%, 예를 들어 5 내지 20 중량%일 수 있다. P형 도펀트(394)의 도핑 함량이 3 중량% 미만이면, P형 전하생성층(390)에서 정공의 생성 및 P형 전하생성층(390)으로부터 제 2 발광물질층(440)으로 정공의 이동 및 주입이 원활하지 않을 수 있다. 또한, P형 도펀트(394)의 함량이 30 중량%를 초과하면, P형 전하생성층(390)에서 정공이 과도하게 생성되고, P형 전하생성층(390)으로부터 제 2 발광물질층(440)으로 정공이 과도하게 주입되면서, roll-off가 초래될 수 있다. 예를 들어, P형 전하생성층(390) 중에 P형 도펀트(394)의 도핑 함량은 후술하는 N형 전하생성층(380) 중에 N형 도펀트(384)의 도핑 함량의 5배 내지 60배, 예를 들어 5배 내지 20배일 수 있다.
N형 전하생성층(380)은 N형 호스트(382)와 N형 도펀트(384)를 포함하는 유기층일 수 있다. 예를 들어, N형 호스트(382)는 Alq3과 같은 하이드록시퀴놀린 유기 리간드를 가지는 유기금속 화합물, 트리아진계 화합물, 벤즈아졸계 화합물, 실롤계 화합물, Bphen 및 MTDATA와 같은 유기 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
예시적인 측면에서, N형 도펀트(384)는 Li, Na, K, Cs와 같은 알칼리 금속 및/또는 Mg, Sr, Ba, Ra와 같은 알칼리토 금속을 포함할 수 있다. 선택적으로, N형 도펀트(384)는 1,3,4,6,7,8-헥사하이드로-2H-피리미도[1,2-a]피리미딘의 음이온(hpp)을 포함하는 화합물(예를 들어, Cr2hpp4, Fe2hpp4, Mn2hpp4, Co2hpp4, Mo2hpp4, W2hpp4, Ni2hpp4, Cu2hpp4, Zn2hpp4, W(hpp)4); 및/또는 4,4',5,5'-테트라사이클로헥실-1,1',2,2',3,3'-헥사메틸-2,2',3,3-테트라하이드로-1H,1'H-2,2'-바이이미다졸, 2,2'-디이소프로필-1,1',3,3'-테트라메틸-2,2',3,3',4,4',5,5',6,6',7,7'-도데카하이드로-1H,1'H-2,2'-비벤조[d]이미다졸, 2,2'-디이소프로필-4,4',5,5'-테트라키스(4-메톡시페닐)-1,1',3,3'-테트라메틸-2,2',3,3'-테트라하이드로-1H,1'H-2,2'-바이이미다졸, '-디이소프로필-4,5-비스(2-메톡시페닐)-4',5'-비스(4-메톡시페닐)-1,1',3,3'-테트라메틸-2,2',3,3'-테트라히드로-1H,1'H-2,2'-바이미다졸), 2,2'-디이소프로필-4,5-비스(2-메톡시페닐)-4',5'-비스(3-메톡시페닐)-1,1',3,3'-테트라메틸-2,2',3,3'-테트라하이드로-1H,1'H-2,2'-바이이미다졸과 같은 이미다졸계 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
예시적인 측면에서, N형 전하생성층(380) 중에 N형 도펀트(384)의 도핑 함량은 0.1 내지 5 중량%, 예를 들어 0.5 내지 3 중량%일 수 있다. N형 도펀트(384)의 도핑 함량이 0.1 중량% 미만이면, N형 전하생성층(380)에서 전자의 생성 및 N형 전하생성층(380)으로부터 제 1 발광부(300)로의 전자의 이동 및 주입이 충분하지 않을 수 있다. N형 도펀트(384)의 도핑 함량이 5 중량%를 초과하면, 전자가 과도하게 주입되면서 전류 누설이 야기되거나 구동 전압이 상승할 수 있다.
전술한 제 1 실시형태의 유기발광다이오드에서 제 2 발광물질층은 녹색 및 적색을 방출하는 것으로 설명하였으나, 제 2 발광물질층은 녹색 및 적색 이외에 다른 발광물질층을 더욱 포함할 수 있다. 도 5는 본 발명의 예시적인 제 2 실시형태에 따른 유기발광다이오드로서, 2개의 발광부가 탠덤 구조를 이루는 유기발광다이오드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 제 2 실시형태에 따른 유기발광다이오드(D2)는 서로 마주하는 제 1 전극(210) 및 제 2 전극(220)과, 제 및 제 2 전극(210, 220) 사이에 위치하는 유기 발광층(230A)을 포함한다. 유기 발광층(230A)은 제 1 및 제 2 전극(210, 220) 사이에 위치하는 제 1 발광부(300)와, 제 1 발광부(300)와 제 2 전극(220) 사이에 위치하는 제 2 발광부(400A)와, 제 1 및 제 2 발광부(300, 400A) 사이에 위치하는 전하생성층(charge generation layer, CGL, 370)을 포함한다.
제 1 발광부(300)는 제 1 전극(210) 상에서 순차적으로 배치되는 정공주입층(310), 제 1 정공수송층(320), 제 1 발광물질층(340) 및 제 1 전자수송층(360)을 포함하고, 선택적으로 제 1 정공수송층(320)과 제 1 발광물질층(340) 사이에 위치하는 제 1 전자차단층(330) 및/또는 제 1 발광물질층(340)과 제 1 전자수송층(360) 사이에 위치하는 제 1 정공차단층(350)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 발광물질층(340)은 청색(B)으로 발광할 수 있다.
제 2 발광부(400A)는 전하생성층(370) 상에서 순차적으로 배치되는 제 2 정공수송층(HTL2, 420), 제 2 발광물질층(EML2, 440A), 제 2 전자수송층(ETL2, 460) 및 전자주입층(electron injection layer, EIL, 470)을 포함하고, 선택적으로, 제 2 정공수송층(420)과 제 2 발광물질층(440) 사이에 위치하는 제 2 전자차단층(EBL2, 430) 및/또는 제 2 발광물질층(440)과 제 2 전자수송층(460) 사이에 위치하는 제 2 정공차단층(HBL2, 450)을 포함할 수 있다. 유기 발광층(230A)에서 제 2 발광물질층(440A)을 제외한 나머지 구성은 전술한 제 1 실시형태에서 설명한 유기 발광층(230)의 구성과 실질적으로 동일할 수 있다.
본 실시형태에서, 제 1 발광물질층(340)은 청색(B)으로 발광하고, 청색(B) 호스트와 청색(B) 도펀트를 포함할 수 있다. 한편, 제 2 발광물질층(440A)은 제 2 전자차단층(430)과 제 2 정공차단층(450) 사이에 순차적으로 배치되는 적색(R) 발광물질층(442), 황록색(yellow green, YG) 또는 황색(Y) 발광물질층(446) 및 녹색(G) 발광물질층(444)을 포함한다. 적색(R) 발광물질층(442)은 적색(R) 호스트와 적색(R) 도펀트를 포함하고, 녹색(G) 발광물질층(444)은 녹색(G) 호스트와 녹색(G) 도펀트를 포함한다. 청색(B)/적색(R)/녹색(G) 호스트 및 도펀트는 전술한 제 1 실시형태에서 설명한 것과 동일할 수 있다.
한편, 황록색(YG) 또는 황색(Y) 발광물질층(446)은 황록색(YG) 또는 황색(Y) 호스트와, 황록색(YG) 또는 황색(Y) 도펀트를 포함할 수 있다. 황록색(YG) 호스트 또는 황색(Y) 호스트는 BCzPh, CBP, TCP, TCTA, CDBP, DMFL-CBP, Spiro-CBP, DPEPO, PCzB-2CN, mCzB-2CN, TCz1, Bepp2, Bebq2, TPB3, Balq 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 황록색(YG) 또는 황색(Y) 도펀트는 5,6,11,12-Tetraphenylnaphthalene (Rubrene), 2,8-Di-tert-butyl-5,11-bis(4-tert-butylphenyl)-6,12-diphenyltetracene (TBRb), Bis(2-phenylbenzothiazolato)(acetylacetonate)irdium(Ⅲ) (Ir(BT)2(acac)), Bis(2-(9,9-diethytl-fluoren-2-yl)-1-phenyl-1H-benzo[d]imdiazolato)(acetylacetonate)iridium(Ⅲ) (Ir(fbi)2(acac)), Bis(2-phenylpyridine)(3-(pyridine-2-yl)-2H-chromen-2-onate)iridium(Ⅲ) (fac-Ir(ppy)2Pc), Bis(2-(2,4-difluorophenyl)quinoline)(picolinate)iridium(Ⅲ) (FPQIrpic) 및 이들의 조합과 같은 황록색(YG) 또는 황색(Y) 인광 도펀트 및/또는 황록색(YG) 또는 황색(Y) 형광 도펀트를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 실시형태에서, P형 전하생성층(380)을 구성하는 P형 호스트(392)의 HOMO 에너지 준위(HOMOH)와 P형 도펀트(394)의 LUMO 에너지 준위(LUMOD) 사이의 에너지 밴드갭(△E1)는 전술한 식 (1)을 충족할 수 있다(도 4 참조). 예를 들어, P형 호스트(392)는 화학식 1 및 화학식 2의 구조를 가지는 안트라센계 화합물 및/또는 화학식 3 및 화학식 4의 구조를 가지는 스파이로플루오렌계 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, P형 도펀트(394)는 화학식 5 또는 화학식 6의 구조를 가지는 인다센 코어에 환외이중결합을 가지는 유기 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
P형 호스트(392)의 HOMO 에너지 준위와 P형 도펀트(394)의 LUMO 에너지 준위가 제어된 P형 전하생성층(390)을 적용하여, 계조 또는 전류밀도에 관계 없이 제 2 발광물질층(440)에서 방출되는 광 중에서 녹색 광의 함량이 일정하게 유지되고, 유기발광다이오드(D1)에서 방출되는 백색 광 역시 계조에 관계 없이 CIE 색도 분포에서 X축의 색도보다 Y축의 색도가 큰 일정한 값을 갖게 된다. 즉, 유기발광다이오드(D2)에서 계조나 전류 밀도에 따른 색도 반전이 없는 일정한 색도를 가지는 백색 광이 방출되기 때문에, 효율적인 광학 보상이 수행될 수 있다.
전술한 제 1 및 제 2 실시형태에서는 2개의 발광부가 탠덤 구조를 이루는 유기발광다이오드를 설명하였다. 이와 달리, 유기발광다이오드는 3개 이상의 발광부가 탠덤 구조를 이룰 수 있다. 도 6은 본 발명의 예시적인 제 3 실시형태에 따른 유기발광다이오드로서, 3개의 발광부가 탠덤 구조를 이루는 유기발광다이오드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 제 3 실시형태에 따른 유기발광다이오드(D3)는 서로 마주하는 제 1 전극(210) 및 제 2 전극(220)과, 제 1 전극(210)과 제 2 전극(220) 사이에 위치하는 유기 발광층(230B)을 포함한다. 유기 발광층(230B)은 제 1 및 제 2 전극(210, 220) 사이에 위치하는 제 1 발광부(500)와, 제 1 발광부(500)와 제 2 전극(220) 사이에 위치하는 제 2 발광부(600)와, 제 2 발광부(600)와 제 2 전극(210) 사이에 위치하는 제 3 발광부(700)와, 제 1 및 제 2 발광부(500, 600) 사이에 위치하는 제 1 전하생성층(CGL1, 570)과, 제 2 및 제 3 발광부(600, 700) 사이에 위치하는 제 2 전하생성층(CGL2, 670)을 포함한다.
제 1 발광부(500)는 제 1 전극(210) 상에 순차적으로 배치되는 정공주입층(510), 제 1 정공수송층(520), 제 1 발광물질층(540) 및 제 1 전자수송층(560)을 포함하고, 선택적으로 제 1 정공수송층(520)과 제 1 발광물질층(540) 사이에 위치하는 제 1 전자차단층(530) 및/또는 제 1 발광물질층(540)과 제 1 전자수송층(560) 사이에 위치하는 제 1 정공차단층(550)을 포함할 수 있다.
제 2 발광부(600)는 제 1 전하생성층(570) 상에 순차적으로 배치되는 제 2 정공수송층(620), 제 2 발광물질층(640) 및 제 2 전자수송층(660)을 포함하고, 선택적으로 제 2 정공수송층(620)과 제 2 발광물질층(640) 사이에 위치하는 제 2 전자차단층(630) 및/또는 제 2 발광물질층(640)과 제 2 전자수송층(660) 사이에 위치하는 제 2 정공차단층(650)을 포함할 수 있다.
제 3 발광부(700)는 제 2 전하생성층(670) 상에 순차적으로 배치되는 제 3 정공수송층(HTL3, 720), 제 3 발광물질층(EML3, 740), 제 3 전자수송층(ETL3, 760) 및 전자주입층(770)을 포함하고, 선택적으로 제 3 정공수송층(720)과 제 3 발광물질층(740) 사이에 위치하는 제 3 전자차단층(EBL3, 730) 및/또는 제 3 발광물질층(740)과 제 3 전자수송층(760) 사이에 위치하는 제 3 정공차단층(HBL3, 750)을 포함할 수 있다.
예시적인 측면에서, 제 1 발광물질층(540) 및 제 3 발광물질층(740)은 각각 청색(B) 발광물질층이고, 제 2 발광물질층(640)은 청색(B) 발광물질층에서 방출되는 광보다 장파장의 빛을 방출하는 발광물질층일 수 있다. 이에 따라, 유기발광다이오드(D3)는 백색(W) 광을 구현할 수 있다. 제 1 내지 제 3 발광물질층(540, 640, 740)은 각각 호스트와 도펀트를 포함할 수 있다. 이때, 각각의 발광물질층 중에서 도펀트의 함량은 1 중량% 내지 50 중량%, 예를 들어 1 중량% 내지 30 중량%일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
정공주입층(510)은 제 1 전극(210)과 제 1 정공수송층(520) 사이에 위치하며, 무기물인 제 1 전극(210)과 유기물인 제 1 정공수송층(520) 사이의 계면 특성을 향상시킨다. 일례로, 정공주입층(520)은 MTDATA, NATA, 1T-NATA, 2T-NATa, CuPc, TCTA, NPB(NPD), HAT-CN, TDAPB, PEDOT/PSS, N-(biphenyl-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 유기발광다이오드(D3)의 구조에 따라 정공주입층(510)은 생략될 수 있다.
제 1 정공수송층(520)은 제 1 전극(210)과 제 1 발광물질층(540) 사이에서 제 1 발광물질층(540)에 인접하게 위치하고, 제 2 정공수송층(620)은 제 1 전하생성층(570)과 제 2 발광물질층(640) 사이에 위치하며, 제 3 정공수송층(720)은 제 2 전하생성층(670)과 제 3 발광물질층(740) 사이에 위치한다. 일례로, 제 1 내지 제 3 정공수송층(520, 620, 720)은 각각 독립적으로 TPD, NPB(NPD), CBP, Poly-TPD, TFB, TAPC, 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, N-([1,1'-Biphenyl]-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9-phenl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine) 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 1 내지 제 3 전자수송층(560, 660, 760)은 각각 제 1 발광물질층(540), 제 2 발광물질층(640) 및 제 3 발광물질층(740)에 전자를 공급한다. 예를 들어, 제 1 내지 제 3 전자수송층(560, 660, 760)은 각각 독립적으로 옥사디아졸계(oxadiazole-base), 트리아졸계(triazole-base), 페난트롤린계(phenanthroline-base), 벤족사졸계(benzoxazole-based), 벤조티아졸계(benzothiazole-base), 벤즈이미다졸계(benzimidazole-base) 및 트리아진계(triazine-base) 유도체를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제 1 내지 제 3 전자수송층(560, 660, 760)은 각각 독립적으로 Alq3, Balq, Liq, PBD, spiro-PBD, TPBi, Bphen, NBphen, BCP, TAZ, NTAZ, TpPyPB, TmPPPyTz, PFNBr, TPQ, TSPO1, ZADN 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
전자주입층(770)은 제 3 전자수송층(660)과 제 2 전극(220) 사이에 위치하는데, 제 2 전극(220)의 특성을 개선하여 소자의 수명을 개선할 수 있다. 예시적인 측면에서, 전자주입층(770)은 LiF, CsF, NaF, BaF2 등과 같은 알칼리금속 할라이드계 물질 및/또는 알칼리토금속 할라이드계 할라이드계 물질 및/또는 Liq, lithium benzoate, sodium stearate 등과 같은 유기금속계 물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 유기발광다이오드(D3)의 구조에 따라 전자주입층(470)은 생략될 수 있다.
제 1 내지 제 3 전자차단층(530, 630, 730)은 각각 제 1 내지 제 3 정공수송층(520, 620, 720)과 제 1 내지 제 3 발광물질층(540, 640, 740) 사이에서 전자의 이동을 제어, 방지한다. 일례로, 제 1 내지 제 3 전자차단층(530, 630, 730)은 각각 독립적으로 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, mCP, mCBP, CuPc, DNTPD, TDAPB, DCDPA, 2,8-bis(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)dibenzo[b,d]thiophene) 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 1 내지 제 3 정공차단층(550, 650, 750)은 각각 제 1 내지 제 3 발광물질층(540, 640, 740)과 제 1 내지 제 3 전자수송층(560, 660, 760) 사이에서 정공의 이동을 방지한다. 제 1 내지 제 3 정공차단층(550, 650, 750)은 각각 제 1 내지 제 3 전자수송층(560, 660, 760)에 사용될 수 있는 옥사디아졸계, 트리아졸계, 페난트롤린계, 벤족사졸계, 벤조티아졸계, 벤즈이미다졸계, 트리아진계 등의 유도체가 사용될 수 있다. 예를 들어, 제 1 내지 제 3 정공차단층(550, 650, 750)은 각각 독립적으로 Alq3, BAlq, Liq, PBD, spiro-PBD, BCP, TSPO1, B3PYMPM, DPEPO, 9-(6-(9H-carbazol-9-yl)pyridin-3-yl)-9H-3,9'-bicarbazole 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
전술한 바와 같이, 제 1 발광물질층(540) 및 제 3 발광물질층(740)은 각각 청색(B) 발광물질층일 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 3 발광물질층(540, 740)은 각각 청색(Blue) 발광물질층, 진청색(Dark Blue) 발광물질층 또는 스카이 블루(Sky Blue) 발광물질층 중에서 어느 하나를 포함할 수 있다. 이때, 제 1 및 제 3 발광물질층(540, 740)은 각각 440 nm 내지 480 nm 파장 대역의 광을 방출할 수 있다.
제 1 및 제 3 발광물질층(540, 740)은 각각 청색(B) 호스트와 청색(B) 도펀트를 포함할 수 있다. 일례로, 청색(B) 호스트는 mCP, mCP-CN, mCBP, CBP-CN, mCPP01, Ph-mCP, TSPO1, CzBPCb, UGH-1, HGH-2, UHG-3, SPP01, SimCP, 2-ADN 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 청색(B) 도펀트는 perylene, DPAVBi, DPAVB, BDAVBi, spiro-DPVBi, DSB, DSA, TBPe, Bepp2, PCAN, 1,6-Bis(diphenylamine)pyrene, mer-Ir(pmi)3, fac-Ir(dpbic)3, Ir(tfpd)2pic, Ir(Fppy)3, FIrpic 및 이들의 조합과 같은 청색(B) 인광 도펀트 및/또는 청색(B) 형광 도펀트를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 2 발광물질층(640)은 제 1 및 제 3 발광물질층(540, 740)보다 장파장의 광을 방출하며, 녹색(G) 발광물질층을 포함할 수 있다. 일례로, 제 2 발광물질층(640)은 제 2 전자차단층(630)과 제 2 정공차단층(650) 사이에 위치하는 적색(R) 발광물질층(642)과, 적색(R) 발광물질층(642)과 제 2 정공차단층(650) 사이에 위치하는 녹색(G) 발광물질층(644)을 포함하여, 적록색(red green) 광을 방출할 수 있다. 제 2 발광물질층(640)이 적록색으로 발광하는 경우, 제 2 발광물질층(640)은 510 nm 내지 650 nm 파장 대역의 광을 방출할 수 있다.
적색(R) 발광물질층(640)은 적색(R) 호스트와 적색(R) 도펀트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 적색(R) 호스트는 BCzPh, CBP, TCP, TCTA, CDBP, DMFL-CBP, spiro-CBP, DPEPO, PCzB-2CN, mCzB-2CN, TCz1, Bepp2, Bebq2 및 TBP3 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 적색(R) 도펀트는 Ir(piq)3, [Bis(2-(4,6-dimethyl)phenylquinoline)](2,2,6,6-tetramethylheptane-3,5-dionate)iridium(Ⅲ), Hex-Ir(phq)2(acac), (Hex-Ir(phq)3), Ir(Mphq)3, Ir(dpm)PQ2, Ir(dpm)(piq)2, Hex-Ir(piq)2(acac), Hex-Ir(piq)3, Ir(dmpq)3, Ir(dmpq)2(acac), Ir(mphmq)2(acac), Eu(dpm)3(phen) 및 이들의 조합과 같은 적색(R) 인광 도펀트 및/또는 적색(R) 형광 도펀트를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
녹색(G) 발광물질층(644)은 녹색(G) 호스트와 녹색(G) 도펀트를 포함할 수 있다. 녹색(G) 호스트는 BCzPh, CBP, TCP, TCTA, CDBP, DMFL-CBP, Spiro-CBP, DPEPO, PCzB-2CN, mCzB-2CN, TCz1 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 녹색(G) 도펀트는 [Bis(2-phenylpyridine)](pyridyl-2-benzofuro[2,3-b]pyridine)iridium, Ir(ppy)3, fac-Ir(ppy)3, Ir(ppy)2(acac), Ir(mppy)3, Ir(npy)2acac, Ir(3mppy)3, TEG, Alq3 및 이들의 조합과 같은 녹색(G) 인광 도펀트 및/또는 녹색(G) 형광 도펀트를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 1 전하생성층(570)은 제 1 발광부(500)과 제 2 발광부(630) 사이에 위치하고, 제 2 전하생성층(670)은 제 2 발광부(600)과 제 3 발광부(700) 사이에 위치한다. 제 1 및 제 2 전하생성층(570, 670)은 각각 전하를 생성하여, 제 1 발광부(500)와 제 2 발광부(600) 사이 및 제 2 발광부(600) 및 제 3 발광부(700) 사이에서 전하 주입의 균형을 조절한다.
제 1 전하생성층(570)은 제 1 발광부(500)에 인접하게 위치하는 제 1 N타입 전하생성층(N-CGL1, 580)과, 제 2 발광부(600)에 인접하게 위치하는 제 1 P타입 전하생성층(P-CGL1, 590)을 포함한다. 한편, 제 2 전하생성층(670)은 제 2 발광부(600)에 가깝게 인접하게 위치하는 제 2 N형 전하생성층(N-CGL2, 680)과, 제 3 발광부(700)에 인접하게 위치하는 제 2 P형 전하생성층(P-CGL2, 690)을 포함한다.
이때, 제 1 및 제 2 N형 전하생성층(580, 680)은 각각 제 1 및 제 2 발광부(500, 600)에 전자(electron)를 주입해주고, 제 1 및 제 2 P형 전하생성층(590, 690)은 각각 제 2 및 제 3 발광부(600, 700)에 정공(hole)을 주입해준다. 제 1 N형 전하생성층(580)은 제 1 N형 호스트(582)와 제 1 N형 도펀트(584)를 포함할 수 있고, 제 2 N형 전하생성층(680)은 제 2 N형 호스트(682)와 제 2 N형 도펀트(684)를 포함할 수 있다. 제 1 P형 전하생성층(590)은 제 1 P형 호스트(592)와 제 1 P형 도펀트(594)를 포함할 수 있고, 제 2 P형 전하생성층(690)은 제 2 P형 호스트(692)와 제 2 P형 도펀트(694)를 포함할 수 있다.
이때, 제 1 P형 전하생성층(590)을 구성하는 제 1 P형 호스트(592)는 깊은 HOMO 에너지 준위를 갖도록 설계되고, 제 1 P형 도펀트(594)는 얕은 LUMO 에너지 준위를 갖도록 설계된다. 즉, 제 1 P형 호스트(592)의 shallow) LUMO 에너지 준위를 갖도록 설계한다. 예를 들어, 제 1 P형 호스트(392)의 HOMO 에너지 준위(HOMOH)와 제 1 P형 도펀트(394)의 LUMO 에너지 준위(LUMOD) 사이의 에너지 밴드갭(△E1)은 전술한 식 (1)을 충족한다(도 4 참조).
전술한 실시형태에서 설명한 바와 같이, 제 1 P형 호스트(392)의 HOMO 에너지 준위(HOMOH)와 제 1 P형 도펀트(394)의 LUMO 에너지 준위(LUMOD) 사이의 에너지 밴드갭(△E1)이 전술한 식 (1)을 충족하는 경우, 정공과 전자가 녹색(G) 발광물질층(644)에 균형 있게 주입되면서, 녹색(G) 발광물질층(644)에서 roll-off를 최소화할 수 있다.
식 (1)을 충족하는 제 1 P형 호스트(592)와 제 1 P형 도펀트(594)를 가지는 제 1 P형 전하생성층(390)을 도입하는 경우, 계조 또는 전류밀도에 관계 없이 제 2 발광물질층(640)에서 방출되는 광 중에서 녹색 광의 함량이 일정하게 유지되고, 유기발광다이오드(D3)에서 방출되는 백색 광 역시 계조에 관계 없이 CIE 색도 분포에서 X축의 색도보다 Y축의 색도가 큰 일정한 값을 갖게 된다.
계조와 무관하게 일정한 색도를 가지는 백색 광에 대해서는 X축 색도만을 보상하면 저-계조 구간과 고-계조 구간에서 효율적인 white balance를 구현할 수 있다. 유기발광다이오드(D3)에서 계조나 전류 밀도에 따른 색도 반전이 없는 일정한 색도를 가지는 백색 광이 방출되기 때문에, 효율적인 광학 보상이 수행될 수 있다.
예를 들어, 전술한 식 (1)을 충족하는 제 1 P형 호스트(592)는 HOMO 에너지 준위가 -5.0 eV 내지 -6.0 eV, 예를 들어 -5.2 eV 내지 -5.5 eV를 가지는 유기 화합물을 포함할 수 있다. 일례로, 제 1 P형 호스트(592)는 화학식 1 및 화학식 2의 구조를 가지는 안트라센계 화합물 및/또는 화학식 3 및 화학식 4의 구조를 가지는 스파이로플루오렌계 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
전술한 식 (1)을 충족하는 제 1 P형 도펀트(594)는 HOMO 에너지 준위가 -4.0 eV 내지 -5.0 eV, 예를 들어 -4.5 eV 내지 -5.0 eV를 가지는 유기 화합물을 포함할 수 있다. 일례로, 제 1 P형 도펀트(594)는 화학식 5 또는 하기 화학식 6의 구조를 가지는 인다센 코어에 환외이중결합을 가지는 유기 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예시적인 측면에서, 제 1 P형 전하생성층(390) 중에 제 1 P형 도펀트(594)의 도핑 함량은 3 내지 30 중량%일 수 있다. 예를 들어, 제 1 P형 전하생성층(590) 중에 제 1 P형 도펀트(594)의 도핑 함량은 후술하는 제1 N형 전하생성층(580) 중에 제 1 N형 도펀트(584)의 도핑 함량의 5배 내지 60배일 수 있다.
한편, 제 1 P형 전하생성층(590)과 달리, 제 2 P형 전하생성층(690)은 정공을 효율적으로 생성하여 신속하게 청색(B) 발광물질층일 수 있는 제 3 발광물질층(740)으로 정공을 주입할 필요가 있다. 도 7을 참조하면, 제 2 P형 전하생성층(690)을 구성하는 제 2 P형 호스트(692)의 HOMO 에너지 준위(HOMOH2)와 제 2 P형 도펀트(694)의 LUMO 에너지 준위(LUMOD2) 사이의 에너지 밴드갭(△E2)은 최소화된다. 이에 따라, 제 2 P형 도펀트(694)는, 제 2 P형 호스트(692) 또는 제 3 정공수송층(720)을 구성하는 소재의 HOMO 에너지 준위로부터 제 2 P형 도펀트(694)의 LUMO 에너지 준위로 전자를 받아, 제 2 P형 전하생성층(690)으로부터 제 3 발광물질층(740)으로 정공이 이동할 수 있는 경로를 형성할 수 있다.
즉, 제 1 P형 전하생성층(590)에서 제 1 P형 호스트(592)의 HOMO 에너지 준위(HOMOH)와 제 1 P형 도펀트(594)의 LUMO 에너지 준위(LUMOD) 사이의 에너지 밴드갭(△E1, 도 4 참조)와, 제 2 P형 전하생성층(690)에서 제 2 P형 호스트(692)의 HOMO 에너지 준위(HOMOH2)와 제 2 P형 도펀트(694)의 LUMO 에너지 준위(LUMOD2) 사이의 에너지 밴드갭(△E2)는 상이하다. 제 1 P형 호스트(592)의 HOMO 에너지 준위(HOMOH)와 제 1 P형 도펀트(594)의 LUMO 에너지 준위(LUMOD) 사이의 에너지 밴드갭(△E1)은 제 2 P형 호스트(692)의 HOMO 에너지 준위(HOMOH2)와 제 2 P형 도펀트(694)의 LUMO 에너지 준위(LUMOD2) 사이의 에너지 밴드갭(△E2)보다 클 수 있다. 일례로, 제 2 P형 전하생성층(690)에서 제 2 P형 호스트(692)의 HOMO 에너지 준위(HOMOH2)와 제 2 P형 도펀트(694)의 LUMO 에너지 준위(LUMOD2) 사이의 에너지 밴드갭(△E2)은 하기 식 (2)를 충족할 수 있다:
0.01 eV < LUMOD2 - HOMOH2 < 0.30 eV (2)
예시적인 측면에서 에너지 밴드갭(△E2)은 0.05 내지 0.20 eV일 수 있다. 예를 들어, 전술한 식 (2)를 충족하는 제 2 P형 호스트(692)는 HOMO 에너지 준위가 -5.0 eV 내지 -6.0 eV, 예를 들어 -5.0 eV 내지 -5.3 eV를 가지는 유기 화합물을 포함할 수 있다. 일례로, 제 2 P형 호스트(692)는 하기 화학식 8의 구조를 가지는 스파이로플루오렌계 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
[화학식 8]
Figure pat00014
화학식 8에서 R31 및 R32는 각각 독립적으로 경수소, 중수소, 카바졸일기 또는
Figure pat00015
이고, R31 및 R32 중에서 적어도 하나는 카바졸일기 또는
Figure pat00016
이며, R33 및 R34는 각각 독립적으로 C6~C30 아릴기 또는 C3~C30 헤테로 아릴기이고, 상기 카바졸일기, 아릴기 및 상기 헤테로 아릴기는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 C1~C10 알킬기로 치환되며, R33 및 R34 중에서 적어도 하나는 다환 아릴기 또는 다환 헤테로 아릴기일 수 있다.
예를 들어, 화학식 8에서 R33 및 R34 중에서 어느 하나는 페닐기, 바이페닐기, 나프틸기 또는 안트라세닐기일 수 있고, 다른 하나는 치환되지 않거나 C1~C10 알킬기로 치환된 플루오레닐기일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 일례로, 화학식 8의 구조를 가지는 스파이로플루오렌계 화합물은 하기 화학식 9의 구조를 가지는 어느 하나의 유기 화합물로부터 선택될 수 있다.
[화학식 9]
Figure pat00017
Figure pat00018
한편, 전술한 식 (2)를 충족하는 제 2 P형 도펀트(694)는 LUMO 에너지 준위가 -5.0 eV 내지 -5.5 eV, 예를 들어 -5.0 eV 내지 -5.2 eV를 가지는 유기 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 2 P형 도펀트(694)는 래디알렌(radialene) 구조를 가지거나, 시아노기, 할로겐(예를 들어, 불소, 염소 및/또는 브롬), -CF3와 같은 C1~C10 알킬 할라이드기 및/또는 니트로기와 같은 강한 전자끌개로 적어도 하나 치환된 방향족 또는 헤테로 방향족 화합물을 포함할 수 있다.
일례로, 제 2 P형 도펀트(694)는 HAT-CN; 2,3,5,6-Tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane (F4-TCNQ); 7,7,8,8-Tetracyanoquinodimethane (F6-TCNQ); 2,2-(perfluoronaphthalene-2,6-diylidene)-dimalononitrile (F6-TCNNQ); 2,2'-(2,5-dibromo-3,6-difluorocyclohexa-2,5-diene-1,4-diylidene)dimalonitrile; (2E,2'E,2"E)-2,2',2"-(cyclopropane-1,2,3-triylidene)tris(2-(perfluorophenyl)-acetonitrile); (2E,2'E,2"E)-2,2',2"-(cyclopropane-1,2,3-triylidene)tris(2-(perfluoropyridin-4-yl)-acetonitrile); (2E,2'E,2"E)-2,2',2"-(cyclopropane-1,2,3-triylidene)tris(2-(4-cyanoperfluorophenyl)-acetonitrile); (2E,2'E,2"E)-2,2',2"-(cyclopropane-1,2,3-triylidene)tris(2-(2,3,5,6-tetrafluoro-4-(trifluoromethyl)phenyl)-acetonitrile); (2E,2'E,2"E)-2,2',2"-(cyclopropane-1,2,3-triylidene)tris(2-(2,6-dichloro-3,5-difluoro-4-(trifluoromethyl)phenyl)-acetonitrile), hexacyano-trimethylene-cyclopropane (CN6-CP) 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
일례로, 래디알렌 구조를 가지는 제 2 P형 도펀트(694)는 하기 화학식 10의 구조를 가지는 유기 화합물로부터 선택될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
[화학식 10]
Figure pat00019
Figure pat00020
예시적인 측면에서, 제 2 P형 전하생성층(690) 중에 제 2 P형 도펀트(694)의 도핑 함량은 3 내지 30 중량%, 예를 들어 5 내지 20 중량%일 수 있다. 제 2 P형 도펀트(694)의 도핑 함량이 3 중량% 미만이면, 제 2 P형 전하생성층(690)에서 정공의 생성 및 제 2 P형 전하생성층(390)으로부터 제 3 발광물질층(640)으로 정공의 이동 및 주입이 원활하지 않을 수 있다. 또한, 제 2 P형 도펀트(694)의 함량이 30 중량%를 초과하면, 제 2 P형 전하생성층(690)에서 정공이 과도하게 생성되고, 제 2 P형 전하생성층(690)으로부터 제 3 발광물질층(740)으로 정공이 과도하게 주입되면서, roll-off가 초래될 수 있다. 예를 들어, 제 2 P형 전하생성층(690) 중에 제 2 P형 도펀트(694)의 도핑 함량은 후술하는 제 2 N형 전하생성층(680) 중에 제 2 N형 도펀트(684)의 도핑 함량의 5배 내지 60배, 예를 들어 5배 내지 20 배일 수 있다.
제 1 및 제 2 N형 전하생성층(580, 680)은 각각 제 1 및 제 2 N형 호스트(582, 682)와 제 1 및 제 2 N형 도펀트(584, 684)를 포함하는 유기층일 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 N형 호스트(582, 682)는 각각 독립적으로 Alq3과 같은 하이드록시퀴놀린 유기 리간드를 가지는 유기금속 화합물, 트리아진계 화합물, 벤즈아졸계 화합물, 실롤계 화합물, Bphen 및 MTDATA와 같은 유기 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
한편, 제 1 및 제 2 N형 도펀트(584, 684)는 각각 독립적으로 Li, Na, K, Cs와 같은 알칼리금속 및/또는 Mg, Sr, Ba, Ra와 같은 알칼리토금속을 포함할 수 있다. 선택적으로, 제 1 및 제 2 N형 도펀트(584,684)는 각각 독립적으로 hpp를 포함하는 화합물(예를 들어, Cr2hpp4, Fe2hpp4, Mn2hpp4, Co2hpp4, Mo2hpp4, W2hpp4, Ni2hpp4, Cu2hpp4, Zn2hpp4, W(hpp)4); 및/또는 4,4',5,5'-테트라사이클로헥실-1,1',2,2',3,3'-헥사메틸-2,2',3,3-테트라하이드로-1H,1'H-2,2'-바이이미다졸, 2,2'-디이소프로필-1,1',3,3'-테트라메틸-2,2',3,3',4,4',5,5',6,6',7,7'-도데카하이드로-1H,1'H-2,2'-비벤조[d]이미다졸, 2,2'-디이소프로필-4,4',5,5'-테트라키스(4-메톡시페닐)-1,1',3,3'-테트라메틸-2,2',3,3'-테트라하이드로-1H,1'H-2,2'-바이이미다졸, '-디이소프로필-4,5-비스(2-메톡시페닐)-4',5'-비스(4-메톡시페닐)-1,1',3,3'-테트라메틸-2,2',3,3'-테트라히드로-1H,1'H-2,2'-바이미다졸), 2,2'-디이소프로필-4,5-비스(2-메톡시페닐)-4',5'-비스(3-메톡시페닐)-1,1',3,3'-테트라메틸-2,2',3,3'-테트라하이드로-1H,1'H-2,2'-바이이미다졸과 같은 이미다졸계 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
예시적인 측면에서, 제 1 및 제 2 N형 전하생성층(580, 680) 중에 제 1 및 제 2 N형 도펀트(584, 684)의 도핑 함량은 0.1 내지 5 중량%, 예를 들어 0.5 내지 3 중량%일 수 있다. 제 1 및 제 2 N형 도펀트(584. 684)의 도핑 함량이 0.1 중량% 미만이면, 제 1 및 제 2 N형 전하생성층(580, 680)에서 전자의 생성 및 제 1 및 제 2 N형 전하생성층(580, 680)으로부터 제 1 및 제 2 발광부(500, 600)로의 전자의 이동 및 주입이 충분하지 않을 수 있다. 반면, 제 1 및 제 2 N형 도펀트(584, 684)의 도핑 함량이 5 중량%를 초과하면, 전자가 과도하게 주입되면서 전류 누설이 야기되거나 구동 전압이 상승할 수 있다.
제 2 실시형태에서 설명한 것과 유사하게, 3개의 발광부를 가지는 유기발광다이오드에서 제 2 발광물질층은 녹색(G) 및 적색(R) 이외에 다른 발광물질층을 더욱 포함할 수 있다. 도 8은 본 발명의 예시적인 제 4 실시형태에 따른 유기발광다이오드로서, 3개의 발광부가 탠덤 구조를 이루는 유기발광다이오드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 8에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 제 4 실시형태에 따른 유기발광다이오드(D4)는 서로 마주하는 서로 마주하는 제 1 전극(210) 및 제 2 전극(220)과, 제 1 전극(210)과 제 2 전극(220) 사이에 위치하는 유기 발광층(230C)을 포함한다. 유기 발광층(230C)은 제 1 및 제 2 전극(210, 220) 사이에 위치하는 제 1 발광부(500)와, 제 1 발광부(500)와 제 2 전극(220) 사이에 위치하는 제 2 발광부(600A)와, 제 2 발광부(600A)와 제 2 전극(210) 사이에 위치하는 제 3 발광부(700)와, 제 1 및 제 2 발광부(500, 600A) 사이에 위치하는 제 1 전하생성층(CGL1, 570)과, 제 2 및 제 3 발광부(600A, 700) 사이에 위치하는 제 2 전하생성층(CGL2, 670)을 포함한다.
제 1 발광부(500)는 제 1 전극(210) 상에 순차적으로 배치되는 정공주입층(510), 제 1 정공수송층(520), 제 1 발광물질층(540) 및 제 1 전자수송층(560)을 포함하고, 선택적으로 제 1 정공수송층(520)과 제 1 발광물질층(540) 사이에 위치하는 제 1 전자차단층(530) 및/또는 제 1 발광물질층(540)과 제 1 전자수송층(560) 사이에 위치하는 제 1 정공차단층(550)을 포함할 수 있다.
제 2 발광부(600A)는 제 1 전하생성층(570) 상에 순차적으로 배치되는 제 2 정공수송층(620), 제 2 발광물질층(640A) 및 제 2 전자수송층(660)을 포함하고, 선택적으로 제 2 정공수송층(620)과 제 2 발광물질층(640A) 사이에 위치하는 제 2 전자차단층(630) 및/또는 제 2 발광물질층(640A)과 제 2 전자수송층(660) 사이에 위치하는 제 2 정공차단층(650)을 포함할 수 있다.
제 3 발광부(700)는 제 2 전하생성층(670) 상에 순차적으로 배치되는 제 3 정공수송층(720), 제 3 발광물질층(740), 제 3 전자수송층(760) 및 전자주입층(770)을 포함하고, 선택적으로 제 3 정공수송층(720)과 제 3 발광물질층(740) 사이에 위치하는 제 3 전자차단층(730) 및/또는 제 3 발광물질층(740)과 제 3 전자수송층(760) 사이에 위치하는 제 3 정공차단층(750)을 포함할 수 있다.
유기 발광층(230C)에서 제 2 발광물질층(640A)을 제외한 나머지 구성은 전술한 제 3 실시형태에서 설명한 유기발광층(230B)의 구성과 실질적으로 동일할 수 있다.
본 실시형태에서, 예를 들어, 제 1 발광물질층(540)과 제 3 발광물질층(740)은 각각 청색(B) 발광물질층일 수 있으며, 각각 독립적으로 청색(B) 호스트와 청색(B) 도펀트를 포함할 수 있다. 제 2 발광물질층(640A)은 제 2 전자차단층(630)과 제 2 정공차단층(650) 사이에 순차적으로 배치되는 적색(R) 발광물질층(642), 황록색(YG) 또는 황색(Y) 발광물질층(646) 및 녹색(G) 발광물질층(644)을 포함한다.
적색(R) 발광물질층(642)은 적색(R) 호스트와 적색(R) 도펀트를 포함하고, 녹색(G) 발광물질층(644)은 녹색(G) 호스트와 녹색(G) 도펀트를 포함한다. 청색(B)/적색(R)/녹색(G) 호스트 및 도펀트는 제 3 실시형태에서 설명한 것과 동일할 수 있다.
황록색(YG) 또는 황색(Y) 발광물질층(646)은 황록색(YG) 또는 황색(Y) 호스트와, 황록색(YG) 또는 황색(Y) 도펀트를 포함할 수 있다. 황록색(YG) 또는 황색(Y) 호스트는 BCzPh, CBP, TCP, TCTA, CDBP, DMFL-CBP, Spiro-CBP, DPEPO, PCzB-2CN, mCzB-2CN, TCz1, Bepp2, Bebq2, TPB3, Balq 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 황록색(YG) 또는 황색(Y) 도펀트는 Rubrene, TBRb, Ir(BT)2(acac), Ir(fbi)2(acac), fac-Ir(ppy)2Pc, FPQIrpic 및 이들의 조합과 같은 황록색(YG) 또는 황색(Y) 인광 도펀트 및/또는 황록색(YG) 또는 황색(Y) 형광 도펀트를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 실시형태에서, 제 1 P형 전하생성층(580)을 구성하는 제 1 P형 호스트(592)의 HOMO 에너지 준위(HOMOH)와 제 1 P형 도펀트(594)의 LUMO 에너지 준위(LUMOD) 사이의 에너지 밴드갭(△E3)는 전술한 식 (1)을 충족할 수 있다(도 5 참조). 예를 들어, 제 1 P형 호스트(592)는 화학식 1 및 화학식 2의 구조를 가지는 안트라센계 화합물 및/또는 화학식 3 및 화학식 4의 구조를 가지는 스파이로플루오렌계 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 제 1 P형 도펀트(594)는 화학식 5의 구조를 가지는 인다센 코어에 환외이중결합을 가지는 유기 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 1 P형 호스트(592)의 HOMO 에너지 준위와 제 1 P형 도펀트(594)의 LUMO 에너지 준위가 제어된 제 1 P형 전하생성층(590)을 적용하여, 계조 또는 전류밀도에 관계 없이 제 2 발광물질층(440)에서 방출되는 광 중에서 녹색 광의 함량이 일정하게 유지되고, 유기발광다이오드(D4)에서 방출되는 백색 광 역시 계조에 관계 없이 CIE 색도 분포에서 X축의 색도보다 Y축의 색도가 큰 일정한 값을 갖게 된다. 즉, 유기발광다이오드(D4)에서 계조나 전류 밀도에 따른 색도 반전이 없는 일정한 색도를 가지는 백색 광이 방출되기 때문에, 효율적인 광학 보상이 수행될 수 있다.
한편, 제 1 P형 전하생성층(590)에서 제 1 P형 호스트(592)의 HOMO 에너지 준위(HOMOH)와 제 1 P형 도펀트(594)의 LUMO 에너지 준위(LUMOD) 사이의 에너지 밴드갭(△E1, 도 4 참조)와, 제 2 P형 전하생성층(690)에서 제 2 P형 호스트(692)의 HOMO 에너지 준위(HOMOH2)와 제 2 P형 도펀트(694)의 LUMO 에너지 준위(LUMOD2) 사이의 에너지 밴드갭(△E2)는 상이하다. 제 1 P형 호스트(592)의 HOMO 에너지 준위(HOMOH)와 제 1 P형 도펀트(594)의 LUMO 에너지 준위(LUMOD) 사이의 에너지 밴드갭(△E1)은 제 2 P형 호스트(692)의 HOMO 에너지 준위(HOMOH2)와 제 2 P형 도펀트(694)의 LUMO 에너지 준위(LUMOD2) 사이의 에너지 밴드갭(△E2)보다 클 수 있다. 일례로, 제 2 P형 전하생성층(690)에서 제 2 P형 호스트(692)의 HOMO 에너지 준위(HOMOH2)와 제 2 P형 도펀트(694)의 LUMO 에너지 준위(LUMOD2) 사이의 에너지 밴드갭(△E2)은 식 (2)를 충족할 수 있다. 따라서, 제 2 P형 도펀트(694)는, 제 2 P형 호스트(692) 또는 제 3 정공수송층(720)을 구성하는 소재의 HOMO 에너지 준위로부터 제 2 P형 도펀트(694)의 LUMO 에너지 준위로 전자를 받아, 제 2 P형 전하생성층(690)으로부터 제 3 발광물질층(740)으로 정공이 이동할 수 있는 경로를 형성할 수 있다.
일례로, 제 2 P형 호스트(692)는 화학식 7의 구조를 가지는 스파이로플루오렌계 화합물을 포함할 수 있다. 제 2 P형 도펀트(694)는 래디알렌 구조를 가지거나, 시아노기, 할로겐(예를 들어, 불소, 염소 및/또는 브롬), -CF3와 같은 C1~C10 알킬 할라이드기 및/또는 니트로기와 같은 강한 전자끌개로 적어도 하나 치환된 방향족 또는 헤테로 방향족 화합물을 포함할 수 있다.
일례로, 제 2 P형 도펀트(694)는 HAT-CN; F4-TCNQ; F6-TCNQ, F6-TCNNQ; 2,2'-(2,5-dibromo-3,6-difluorocyclohexa-2,5-diene-1,4-diylidene)dimalonitrile; (2E,2'E,2"E)-2,2',2"-(cyclopropane-1,2,3-triylidene)tris(2-(perfluorophenyl)-acetonitrile); (2E,2'E,2"E)-2,2',2"-(cyclopropane-1,2,3-triylidene)tris(2-(perfluoropyridin-4-yl)-acetonitrile); (2E,2'E,2"E)-2,2',2"-(cyclopropane-1,2,3-triylidene)tris(2-(4-cyanoperfluorophenyl)-acetonitrile); (2E,2'E,2"E)-2,2',2"-(cyclopropane-1,2,3-triylidene)tris(2-(2,3,5,6-tetrafluoro-4-(trifluoromethyl)phenyl)-acetonitrile); (2E,2'E,2"E)-2,2',2"-(cyclopropane-1,2,3-triylidene)tris(2-(2,6-dichloro-3,5-difluoro-4-(trifluoromethyl)phenyl)-acetonitrile) 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 일례로, 래디알렌 구조를 가지는 제 2 P형 도펀트(694)는 화학식 10의 구조를 가지는 유기 화합물로부터 선택될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
전술한 제 3 및 제 4 실시형태에서는 3개의 발광부와 각각의 발광부 사이에 전하생성층을 가지는 삼중 스택 구조의 유기발광다이오드를 설명하였다. 이와 달리, 유기발광다이오드는 제 3 발광부와 제 2 전극 사이에 1개 이상의 발광부와, 제 3 발광부 상에 1개 이상의 전하생성층을 더욱 포함하여, 사중 스택 구조 이상의 유기발광다이오드일 수 있다.
다른 예시적인 측면에서, 유기발광장치는 색 변환층을 포함할 수 있다. 도 9는 본 발명의 예시적인 제 2 실시형태에 따른 유기발광표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 유기발광표시장치(800)는 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP) 및 청색 화소영역(BP)이 정의된 제 1 기판(802)과, 제 1 기판(802)과 마주하는 제 2 기판(804)과, 제 1 기판(802)과 제 2 기판(804) 사이에 위치하며 예를 들어, 백색 빛을 발광하는 유기발광다이오드(D)와, 유기발광다이오드(D)와 제 2 기판(804) 사이에 위치하는 색 변환층(880)을 포함한다. 도시하지 않았으나, 제 2 기판(804)과 색 변환층(880) 각각의 사이에는 컬러필터가 형성될 수 있다.
제 1 기판(802) 상에는 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP) 및 청색 화소영역(BP) 각각에 대응하여 박막트랜지스터(Tr)가 구비되고, 박막트랜지스터(Tr)를 구성하는 하나의 전극, 예를 들어 드레인 전극(도시하지 않음)을 노출하는 드레인 컨택홀(862)을 갖는 보호층(860)이 박막트랜지스터(Tr)를 덮으며 형성된다.
보호층(860) 상에는 제 1 전극(910), 유기 발광층(930) 및 제 2 전극(920)이 순차적으로 배치되는 유기발광다이오드(D)가 형성된다. 이때, 제 1 전극(910)은 드레인 컨택홀(862)을 통해 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(도시하지 않음)에 연결될 수 있다. 또한, 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP) 및 청색 화소영역(BP) 각각의 경계에는 제 1 전극(910)의 가장자리를 덮는 뱅크층(864)이 형성될 수 있다. 뱅크층(864)은 생략될 수 있다.
이때, 유기발광다이오드(D)는 도 3, 도 5, 도 6 및 도 8의 구조를 갖고 백색(W)을 발광할 수 있다. 즉, 유기발광다이오드(D)는 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP) 및 청색 화소영역(BP) 각각에 구비되어 백색 빛을 제공한다.
색 변환층(880)은 적색 화소영역(RP)에 대응하는 제 1 색 변환층(882)과, 녹색 화소영역(GP)에 대응되는 제 2 색 변환층(882)과, 청색 화소영역(BP)에 대응하는 제 3 색 변환층(886)을 포함한다. 예를 들어, 색 변환층(880)은 양자점과 같은 무기발광물질로 이루어질 수 있다.
적색 화소영역(RP)에서 유기발광다이오드(D)로부터 방출된 백색(W) 빛은 제 1 색 변환층(882)에 의하여 적색(R) 빛으로 변환되고, 녹색 화소영역(GP)에서 유기발광다이오드(D)로부터 방출된 백색(W) 빛은 제 2 색 변환층(884)에 의해 녹색(G) 빛으로 변환되며, 청색 화소영역(BP)에서 유기발광다이오드(D)로부터 방출된 백색(W) 빛은 제 3 색 변환층(886)에 의해 청색(B) 빛으로 변환된다. 따라서, 유기발광표시장치(800)는 풀-컬러 영상을 구현할 수 있다.
한편, 유기발광다이오드(D)로부터 방출된 빛이 제 1 기판(802)을 통과하여 표시되는 경우, 색 변환층(880)은 유기발광다이오드(D)와 제 1 기판(802) 사이에 구비될 수도 있다.
이하, 예시적인 측면을 통하여 본 개시를 설명하지만, 본 개시가 하기 실시예에 기재된 기술사상으로 한정되지 않는다.
실시예: 유기발광다이오드 제조
제 1 P형 전하생성층의 호스트로 화합물 2-1 (N-9,9-Dimethyl-9H-fluoren-2-yl)-N-phenyl-9,9'H-spirobifluoren-3-amine; HOMO: -5.26 eV), 도펀트로 화합물 3-1 (LUMO: -4.85 eV), 제 2 P형 전하생성층의 호스트로 화합물 4-1(2,7-Bis(carbazol-9-yl)-9,9-spirobifluorene (Spiro-2CBP), HOMO: -5.16 eV), 도펀트로 화합물 5-1(CN6-CP, LUMO: -5.07 eV)를 적용한 3층 스택 구조의 백색 발광을 구현하는 유기발광다이오드를 제조하였다. 먼저 40 mm x 40 mm x 두께 0.5 mm의 ITO(반사판 포함) 전극 부착 유리 기판을 이소프로필알코올, 아세톤, DI Water로 5분 동안 초음파 세정을 진행한 후 100℃ Oven에 건조하였다. 기판 세정 후 진공상태에서 2분 동안 O2 플라즈마 처리하고 상부에 다른 층들을 증착하기 위하여 증착 챔버로 이송하였다. 약 5~7 X 10-7 Torr 진공 하에 가열 보트로부터 증발에 의해 다음과 같은 순서로 유기 발광층을 증착하였다. 이때, 유기물의 증착 속도는 1 Å/s로 설정하였다.
정공주입층 (NPD: F4-TCNQ = 90:10 by weight, 100 Å); 제 1 정공수송층(NPD, 1000 Å); 청색 발광물질층(2-ADN: 1,6-Bis(diphenylamine)pyrene = 97:3 by weight, 200 Å); 제 2 정공수송층(TmPyPB, 100 Å); 제 1 N형 전하생성층 (Bphen: Li = 98:2 by weight, 150 Å); 제 1 P형 전하생성층 (화합물 2-1: 화합물 3-1 = 90: 10 by weight, 100 Å); 제 2 정공수송층 (NPD, 200 Å); 적색 발광물질층 (CBP: Ir(piq)3 = 90: 10 by weight, 200 Å); 녹색 발광물질층 (CBP: Ir(ppy)3 = 90: 10 by weight, 200 Å); 제 2 전자수송층 (Alq3, 100 Å); 제 1 N형 전하생성층 (Bphen: Li = 98:2 by weight, 150 Å); 제 2 P형 전하생성층(Spiro-2CBP: CB6-CP = 90: 10 by weight, 150 Å); 제 3 정공수송층 (NPD, 200 Å); 청색 발광물질층 (2-ADN: 1,6-Bis(diphenylamine)pyrene = 97:3 by weight, 200 Å); 제 3 전자수송층 (Alq3, 100 Å); 전자주입층 (LiF, 10 Å); cathode (Al, 2000 Å).
Cathode를 증착한 뒤에 유리로 인캡슐레이션 하였다. 이러한 층들의 증착 후 피막 형성을 위해 증착 챔버에서 건조 박스 내로 옮기고 후속적으로 UV 경화 에폭시 및 수분 게터(getter)를 사용하여 인캡슐레이션 하였다. 제 1 P형 전하생성층의 P형 호스트의 HOMO 에너지 준위와 P형 도펀트의 LUMO 에너지 준위 사이의 에너지 밴드갭은 0.41 eV이고, 제 2 P형 전하생성층의 P형 호스트의 HOMO 에너지 준위와 P형 도펀트의 LUMO 에너지 준위 사이의 에너지 밴드갭은 0.09 eV이다.
비교예 1: 유기발광다이오드 제조
제 1 P형 전하생성층 및 제 2 P형 전하생성층의 호스트로서 각각 Spiro-2CBP(HOMO: -5.16 eV)를 사용하고, 도펀트로서 CB6-CP(LUMO: -5.07 eV)를 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 반복하여, 백색 발광을 구현하는 유기발광다이오드를 제조하였다. 제 1 P형 전하생성층 및 제 2 P형 전하생성층의 P형 호스트의 HOMO 에너지 준위와 P형 도펀트의 LUMO 에너지 준위 사이의 에너지 밴드갭은 모두 0.09 eV이다.
비교예 2: 유기발광다이오드 제조
제 1 P형 전하생성층 및 제 2 P형 전하생성층의 호스트로서 Spiro-2CBP(HOMO: -5.16 eV)를 각각 사용하고, 도펀트로서 화합물 3-1(LUMO: -4.85 eV)을 각각 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 반복하여, 백색 발광을 구현하는 유기발광다이오드를 제조하였다. 제 1 P형 전하생성층 및 제 2 P형 전하생성층의 P형 호스트의 HOMO 에너지 준위와 P형 도펀트의 LUMO 에너지 준위 사이의 에너지 밴드갭은 모두 0.31 eV이다.
실험예: 유기발광다이오드의 광학 특성 평가
실시예 1과, 비교예 1-2에서 각각 제조한 유기발광다이오드의 광학적 특성을 측정하였다. 9 ㎟의 방출 영역을 갖는 각각의 유기발광다이오드를 외부전력 공급원에 연결하였으며, 전류 공급원(KEITHLEY) 및 광도계(PR 650)를 사용하여 실온에서 소자 특성을 평가하였다. 각각의 유기발광다이오드에서 전류밀도에 따른 녹색 광의 발광 효율, 전류밀도에 따라 방출된 백색 광의 색좌표, 전압에 대한 전류밀도를 평가하였다. 평가 결과를 도 10 내지 도 14에 각각 나타낸다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 비교예 1과 비교예 2에서 제조한 유기발광다이오드는 전류밀도가 상승함에 따라 심한 roll-off가 발생하였다. 반면, 실시예에서 제조한 유기발광다이오드에서는 녹색 광에 대한 roll-off가 최소화된 것을 확인하였다.
도 11 및 도 12에 나타낸 바와 같이, 비교예 1과 비교예 2에서 제조한 유기발광다이오드의 경우, 저-전류밀도 구간에서 방출된 백색 광은 녹색을 많이 함유하는 반면(CIEy > CIEx), 고-전류밀도 구간에서 방출된 백색 광은 적색을 많이 함유한다(CIEx > CIEy). 전류밀도에 따라 색 반전이 초래되면서, 색 보상을 제대로 구현할 수 없다.
반면, 도 13에 나타낸 바와 같이, 실시예에 따라 제조된 유기발광다이오드는 전류밀도 구간에 관계 없이 방출된 백색 광 중에서 녹색 광의 함량이 적색 광의 함량보다 일정하게 많다(CIEy > CIEx). 따라서 유기발광다이오드에서 방출된 광에 대하여, 전류밀도에 관계없이 CIE 색도 분포에서 X축에 해당하는 적색 성분을 보상하여 white-balance를 효율적으로 구현할 수 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, 800: 유기발광표시장치
102, 802: 제 1 기판
104, 804: 제 2 기판
180: 컬러필터층
210: 제 1 전극
220: 제 2 전극
230, 230A, 230B, 230C: 유기발광층
300, 400, 400A, 500, 600, 600A, 700: 발광부
370, 570, 670: 전하생성층
380, 580, 680: N형 전하생성층
382, 582, 682: N형 호스트
384, 584, 684: N형 도펀트
390, 590, 690: P형 전하생성층
392, 592, 692: P형 호스트
394, 594, 694: P형 도펀트
880: 색 변환층
D, D1, D2, D3, D4: 유기발광다이오드
Tr: 박막트랜지스터

Claims (23)

  1. 제 1 전극;
    상기 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극;
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 다수의 발광부; 및
    상기 다수의 발광부 사이에 위치하는 적어도 하나의 전하생성층을 포함하고,
    상기 다수의 발광부는 녹색 발광물질층을 포함하는 적어도 하나의 발광부를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 전하생성층은 상기 녹색 발광물질층으로 정공을 공급하는 P형 전하생성층을 포함하고,
    상기 P형 전하생성층은 P형 호스트와 P형 도펀트를 포함하고,
    상기 P형 호스트의 최고준위점유분자궤도(Highest Occupied Molecular Orbital; HOMO) 에너지 준위(HOMOH)와 상기 P형 도펀트의 최저준위비점유분자궤도(Lowest Unoccupied Molecular Orbital; LUMO) 에너지 준위(LUMOD) 사이의 에너지 밴드갭은 하기 식 (1)을 충족하는 유기발광다이오드.
    0.35 eV ≤ LUMOD - HOMOH ≤ 0.5 eV (1)
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전하생성층은 상기 P형 전하생성층에 인접하게 배치되어, 상기 녹색 발광물질층을 포함하는 발광부가 아닌 발광부로 전자를 공급하는 N형 전하생성층을 더욱 포함하며,
    상기 N형 전하생성층은 N형 호스트와 N형 도펀트를 포함하고, 상기 P형 전하생성층 중에 상기 P형 도펀트의 도핑 함량은 상기 N형 전하생성층 중에 상기 N형 도펀트의 도핑 함량의 5배 내지 60배인 유기발광다이오드.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 녹색 발광물질층을 포함하는 적어도 하나의 발광부는 상기 P형 전하생성층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 적색 발광물질층과, 상기 적색 발광물질층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 녹색 발광물질층을 포함하는 유기발광다이오드.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 발광부는 상기 적색 발광물질층과 상기 녹색 발광물질층 사이에 위치하는 황록색 또는 황색 발광물질층을 더욱 포함하는 유기발광다이오드.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 다수의 발광부는 상기 제 1 전극과 상기 2 전극 사이에 위치하는 제 1 발광부와, 상기 제 1 발광부와 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 2 발광부를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 전하생성층은 상기 P형 전하생성층과, 상기 P형 전하생성층에 인접하게 배치되는 N형 전하생성층을 포함하는 제 1 전하생성층을 포함하고,
    상기 제 2 발광부는 상기 녹색 발광물질층을 포함하고,
    상기 P형 전하생성층은 상기 제 1 발광부와 상기 제 2 발광부 사이에 위치하고, 상기 N형 전하생성층은 상기 제 1 발광부와 상기 P형 전하생성층 사이에 위치하는 유기발광다이오드.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1 발광부는 청색 발광물질층을 포함하는 유기발광다이오드.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 다수의 발광부는 상기 제 2 발광부와 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 3 발광부를 더욱 포함하고,
    상기 적어도 하나의 전하생성층은 상기 제 2 발광부와 상기 제 3 발광부 사이에 위치하는 제 2 전하생성층을 더욱 포함하는 유기발광다이오드.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제 3 발광부는 청색 발광물질층을 포함하는 유기발광다이오드.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 제 2 전하생성층은 상기 제 2 발광부와 상기 제 3 발광부 사이에 위치하며, 상기 제 3 발광부로 정공을 공급하는 제 2 P형 전하생성층을 포함하고,
    상기 제 2 P형 전하생성층은 제 2 P형 호스트와 제 2 P형 도펀트를 포함하며,
    상기 제 1 전하생성층 중의 상기 P형 호스트의 HOMO 에너지 준위와 상기 P형 도펀트의 LUMO 에너지 준위 사이의 에너지 밴드갭과, 상기 제 2 전하생성층 중의 상기 제 2 P형 호스트의 HOMO 에너지 준위와 상기 제 2 P형 도펀트의 LUMO 에너지 준위 사이의 에너지 밴드갭은 상이한 유기발광다이오드.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 제 2 P형 호스트의 HOMO 에너지 준위(HOMOH2)와 상기 제 2 P형 도펀트의 LUMO 에너지 준위(LUMOD2) 사이의 에너지 밴드갭은 하기 식 (2)를 충족하는 유기발광다이오드.
    0.01 eV < LUMOD2 - HOMOH2 < 0.30 eV (2)
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 P형 호스트는 하기 화학식 1 또는 하기 화학식 3의 구조를 가지는 유기 화합물을 포함하는 유기발광다이오드.
    [화학식 1]
    Figure pat00021

    화학식 1에서 R1 내지 R4는 각각 독립적으로 C6~C30 아릴기 또는 C3~C30 헤테로 아릴기이고, 상기 아릴기 및 상기 헤테로 아릴기는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 C1~C10 알킬기로 치환될 수 있다.
    [화학식 3]
    Figure pat00022

    화학식 3에서, R5 및 R6은 각각 독립적으로 경수소, 중수소, 카바졸일기 또는
    Figure pat00023
    이고, R5 및 R6 중에서 적어도 하나는 카바졸일기 또는
    Figure pat00024
    이고, R7 및 R8은 각각 독립적으로 C6~C30 아릴기 또는 C3~C30 헤테로 아릴기이고, 상기 카바졸일기, 아릴기 및 상기 헤테로 아릴기는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 C1~C10 알킬기로 치환되며, R7 및 R8 중에서 적어도 하나는 다환 아릴기 또는 다환 헤테로 아릴기일 수 있다.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 P형 도펀트는 래디알렌(radialene) 코어, 퀴논(quinine) 코어 또는 인다센(indacene) 코어를 가지는 유기 화합물을 포함하는 유기발광다이오드.
  13. 제 1 전극;
    상기 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극; 및
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 유기 발광층을 포함하고,
    상기 유기 발광층은,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 1 발광부와,
    상기 제 1 발광부와 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 2 발광부와,
    상기 제 2 발광부와 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 3 발광부와,
    상기 제 1 발광부와 상기 제 2 발광부 사이에 위치하는 제 1 전하생성층과,
    상기 제 2 발광부와 상기 제 3 발광부 사이에 위치하는 제 2 전하생성층을 포함하고,
    상기 제 2 발광부는 녹색 발광물질층 및 적색 발광물질층을 포함하고,
    상기 제 1 전하생성층은 상기 제 2 발광부로 정공을 공급하는 제 1 P형 전하생성층과, 상기 제 1 발광부로 전자를 공급하는 제 1 N형 전하생성층을 포함하며,
    상기 제 2 전하생성층은 상기 제 3 발광부로 정공을 공급하는 제 2 P형 전하생성층과, 상기 제 2 발광부로 전자를 공급하는 제 2 N형 전하생성층을 포함하며,
    상기 제 1 P형 전하생성층은 제 1 P형 호스트와 제 1 P형 도펀트를 포함하고,
    상기 제 2 P형 전하생성층은 제 2 P형 호스트와 제 2 P형 도펀트를 포함하며,
    상기 제 1 P형 호스트의 HOMO 에너지 준위(HOMOH)와 상기 제 1 P형 도펀트의 LUMO 에너지 준위(LUMOD) 사이의 에너지 밴드갭과, 상기 제 2 P형 호스트의 HOMO 에너지 준위(HOMOH2)와 상기 제 2 P형 도펀트의 LUMO 에너지 준위(LUMOD2) 사이의 에너지 밴드갭은 상이한 유기발광다이오드.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 제 1 P형 호스트의 HOMO 에너지 준위(HOMOH)와 상기 제 1 P형 도펀트의 LUMO 에너지 준위(LUMOD) 사이의 에너지 밴드갭은 하기 식 1을 충족하고, 상기 제 2 P형 호스트의 HOMO 에너지 준위(HOMOH2)와 상기 제 2 P형 도펀트의 LUMO 에너지 준위(LUMOD2) 사이의 에너지 밴드갭은 하기 식 2를 충족하는 유기발광다이오드.
    0.35 eV ≤ LUMOD - HOMOH ≤ 0.5 eV (1)
    0.01 eV < LUMOD2 - HOMOH2 < 0.30 eV (2)
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 녹색 발광물질층은 상기 제 1 전하생성층과 상기 제 2 전하생성층 사이에 위치하고, 상기 적색 발광물질층은 상기 제 1 전하생성층과 상기 녹색 발광물질층 사이에 위치하는 유기발광다이오드.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 제 2 발광부는 상기 적색 발광물질층과 상기 녹색 발광물질층 사이에 위치하는 황록색 또는 황색 발광물질층을 더욱 포함하는 유기발광다이오드.
  17. 제 13항에 있어서,
    상기 제 1 발광부와 상기 제 3 발광부 중에서 적어도 하나는 청색 발광물질층을 포함하는 유기발광다이오드.
  18. 제 13항에 있어서,
    상기 제 1 P형 전하생성층 중에 상기 제 1 P형 도펀트의 도핑 함량은 상기 제 1 N형 전하생성층 중에 상기 제 1 N형 도펀트의 도핑 함량의 5배 내지 60배인 유기발광다이오드.
  19. 제 13항에 있어서,
    상기 제 1 P형 호스트는 하기 화학식 1 또는 하기 화학식 3의 구조를 가지는 유기 화합물을 포함하는 유기발광다이오드.
    [화학식 1]
    Figure pat00025

    화학식 1에서 R1 내지 R4는 각각 독립적으로 C6~C30 아릴기 또는 C3~C30 헤테로 아릴기이고, 상기 아릴기 및 상기 헤테로 아릴기는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 C1~C10 알킬기로 치환될 수 있다.
    [화학식 3]
    Figure pat00026

    화학식 3에서, R5 및 R6은 각각 독립적으로 경수소, 중수소, 카바졸일기 또는
    Figure pat00027
    이고, R5 및 R6 중에서 적어도 하나는 카바졸일기 또는
    Figure pat00028
    이고, R7 및 R8은 각각 독립적으로 C6~C30 아릴기 또는 C3~C30 헤테로 아릴기이고, 상기 카바졸일기, 아릴기 및 상기 헤테로 아릴기는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 C1~C10 알킬기로 치환되며, R7 및 R8 중에서 적어도 하나는 다환 아릴기 또는 다환 헤테로 아릴기일 수 있다.
  20. 제 13항에 있어서,
    상기 제 1 P형 도펀트는 래디알렌(radialene) 코어, 퀴논(quinine) 코어 또는 인다센(indaceno) 코어를 가지는 유기 화합물을 포함하는 유기발광다이오드.
  21. 기판; 및
    상기 기판 상에 위치하며, 청구항 제1항 내지 제 20항 중에서 어느 하나의 청구항에 기재된 유기발광다이오드
    를 포함하는 유기발광장치.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 기판 상에 위치하며, 상기 유기발광다이오드와 연결되는 박막트랜지스터를 더욱 포함하는 유기발광장치.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 기판과 상기 유기발광다이오드 사이 또는 상기 유기발광다이오드 상부에 위치하는 컬러필터층을 더욱 포함하는 유기발광장치.
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