KR20220076782A - 유기발광다이오드 및 이를 포함하는 유기발광장치 - Google Patents

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KR20220076782A
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김상범
최현철
백지호
송인범
서정대
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Abstract

본 발명은 적어도 2개의 발광부를 포함하고, 각각의 발광부를 구성하는 각각의 발광물질층은 각각 중수소 치환율이 상이한 안트라센계 호스트를 포함하는 유기발광다이오드 및 상기 유기발광다이오드를 포함하는 유기발광장치에 관한 것이다. 중수소 치환율이 상이한 호스트를 각각의 발광부에 도입하여, 발광 효율 및 발광 수명이 크게 향상된 유기발광다이오드와 유기발광장치를 구현할 수 있다.

Description

유기발광다이오드 및 이를 포함하는 유기발광장치{ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE AND ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE HAVING THEREOF}
본 발명은 유기발광다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발광 효율과 소자의 발광 수명이 크게 향상된 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.
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. 특히, 청색 발광 소재는 다른 컬러의 발광 소재와 비교하여 발광 수명 및 발광 효율에서 만족스럽지 못하다. 따라서 발광 효율 및 발광 수명이 향상된 화합물이나 소자 구조를 개발할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 발광 효율 및 발광 수명이 크게 향상된 유기발광다이오드와 이를 포함하는 유기발광장치를 제공하고자 하는 것이다.
일 측면에 따르면, 제 1 전극; 상기 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극; 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하며, 제 1 발광물질층을 포함하는 제 1 발광부; 상기 제 1 발광부와 상기 제 2 전극 사이에 위치하며, 제 2 발광물질층을 포함하는 제 2 발광부; 및 상기 제 1 발광부와 상기 제 2 발광부 사이에 위치하는 제 1 전하생성층을 포함하고, 상기 제 1 발광물질층은 하기 화학식 1의 구조를 가지는 제 1 호스트를 포함하고, 상기 제 2 발광물질층은 하기 화학식 3의 구조를 가지는 제 2 호스트를 포함하는 유기발광다이오드가 개시된다.
화학식 1
Figure pat00001
화학식 3
Figure pat00002
화학식 1과 화학식 3에서 Ar1과 Ar2는 각각 독립적으로 C6-C20 아릴기임; D는 중수소를 나타냄; a1과 a2는 각각 독립적으로 0 내지 8의 정수임; b1, b2, c1 및 c2는 각각 Ar1과 Ar2의 모핵 탄소 원자 중에서 안트라센 고리에 연결되지 않는 탄소 원자에 치환되는 중수소 원자의 개수임; a1, b1, c1의 합은 a2, b2, c2의 합과 상이함.
예를 들어, 상기 유기발광다이오드는, 상기 제 1 전하생성층과 상기 제 2 발광부 사이에 위치하며, 제 3 발광물질층을 포함하는 제 3 발광부와, 상기 제 2 발광부와 상기 제 3 발광부 사이에 위치하는 제 2 전하생성층을 더욱 포함할 수 있다.
탠덤 구조를 가지는 유기발광다이오드는 청색(B)으로 발광하거나, 선택적으로 백색(W)으로 발광할 수 있다.
다른 측면에서, 기판; 및 상기 기판 상에 위치하며 전술한 유기발광다이오드를 포함하는 유기발광자치가 개시된다.
본 발명의 유기발광장치에서, 상기 기판에는 적색화소, 녹색화소 및 청색화소가 정의되고, 상기 유기발광다이오드는 상기 적색화소, 상기 녹색화소 및 상기 청색화소에 각각 대응되며, 상기 적색화소와 상기 녹색화소에 대응하여 상기 기판과 상기 유기발광다이오드 사이 또는 상기 유기발광다이오드 상부에 배치되는 색변환층을 더욱 포함할 수 있다.
본 발명의 유기발광장치에서, 상기 기판에는 적색화소, 녹색화소 및 청색화소가 정의되고, 상기 유기발광다이오드는 상기 적색화소, 상기 녹색화소 및 상기 청색화소에 각각 대응되며, 상기 적색화소, 상기 녹색화소 및 상기 청색화소에 대응하여 상기 기판과 상기 유기발광다이오드 사이 또는 상기 유기발광다이오드 상부에 배치되는 컬러필터층을 더욱 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 유기발광다이오드는 다수의 발광부를 각각 구성하는 발광물질층에 중수소 치환율이 상이한 안트라센계 호스트를 사용한다.
예를 들어, 전체 분자를 구성하는 모든 탄소 원자가 중수소로 치환된 안트라센계 제 1 호스트를 제 1 발광부에 적용하고, 전체 분자 중에서 적어도 일부의 탄소 원자는 중수소로 치환되지 않은 안트라센계 제 2 호스트를 제 2 발광부에 적용하여 유기발광다이오드의 발광 효율 및 발광 수명을 개선할 수 있다. 본 발명의 유기발광다이오드를 적용하여, 발광 효율 및 발광 수명이 극대화된 청색 또는 백색 발광하는 유기발광장치를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기발광 표시장치의 개략적인 회로도이다.
도 2는 본 발명의 본 발명의 예시적인 제 1 실시형태에 따른 유기발광다이오드를 가지는 유기발광장치의 일례로서 유기발광 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 제 1 실시형태에 따른 유기발광 표시장치에 이용되는 유기발광다이오드로서, 이중 스택 구조의 유기발광층을 가지는 유기발광다이오드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 제 2 실시형태에 따른 유기발광 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 제 2 실시형태에 따른 유기발광 표시장치에 이용되는 유기발광다이오드로서, 삼중 스택 구조의 유기발광층을 가지는 유기발광다이오드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 예시적인 제 3 실시형태에 따른 유기발광 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
이하, 필요한 경우에 첨부하는 도면을 참조하면서 본 발명을 설명한다.
본 발명은 다수의 발광부를 포함하는 발광 소자에서, 각각의 발광부를 구성하는 발광물질층에 중수소 치환율이 상이한 안트라센계 호스트를 도입한 유기발광다이오드와 유기발광다이오드를 포함하는 유기발광장치에 관한 것이다. 본 발명의 구성을 통하여 유기발광다이오드 및 유기발광장치의 발광 효율과 발광 수명을 극대화할 수 있다. 본 발명에 따른 유기발광다이오드는 유기발광 표시장치 또는 유기발광다이오드를 적용한 조명장치와 같은 유기발광장치에 적용될 수 있다. 일례로, 본 발명에 따른 유기발광다이오드를 적용한 표시장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 유기발광 표시장치의 개략적인 회로도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 유기발광 표시장치에는, 서로 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 게이트 배선(GL)과, 데이터 배선(DL) 및 파워 배선(PL)이 형성되고, 화소영역(P)에는, 스위칭 박막트랜지스터(Ts), 구동 박막트랜지스터(Td), 스토리지 커패시터(Cst) 및 유기발광다이오드(D)가 형성된다. 화소영역(P)은 적색(R) 화소영역, 녹색(G) 화소영역 및 청색(B) 화소영역을 포함할 수 있다.
스위칭 박막트랜지스터(Ts)는 게이트 배선(GL) 및 데이터 배선(DL)에 연결되고, 구동 박막트랜지스터(Td) 및 스토리지 커패시터(Cst)는 스위칭 박막트랜지스터(Ts)와 파워 배선(PL) 사이에 연결된다. 유기발광다이오드(D)는 구동 박막트랜지스터(Td)에 연결된다. 이러한 유기발광 표시장치에서는, 게이트 배선(GL)에 인가된 게이트 신호에 따라 스위칭 박막트랜지스터(Ts)가 턴-온(turn-on) 되면, 데이터 배선(DL)에 인가된 데이터 신호가 스위칭 박막트랜지스터(Ts)를 통해 구동 박막트랜지스터(Td)의 게이트 전극과 스토리지 커패시터(Cst)의 일 전극에 인가된다.
구동 박막트랜지스터(Td)는 게이트 전극에 인가된 데이터 신호에 따라 턴-온 되며, 그 결과 데이터 신호에 비례하는 전류가 파워 배선(PL)으로부터 구동 박막트랜지스터(Td)를 통하여 유기발광다이오드(D)로 흐르게 되고, 유기발광다이오드(D)는 구동 박막트랜지스터(Td)를 통하여 흐르는 전류에 비례하는 휘도로 발광한다. 이때, 스토리지 커패시터(Cst)에는 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 유기발광 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 유기발광 표시장치(100)는 박막트랜지스터(Tr)와, 박막트랜지스터(Tr)에 연결되는 유기발광다이오드(D)를 포함한다. 예를 들어, 기판(102)에는 적색 화소영역, 녹색 화소영역 및 청색 화소영역이 정의되며, 유기발광다이오드(D)는 각 화소마다 위치한다. 즉, 적색, 녹색 및 청색 빛을 각각 발광하는 유기발광다이오드(D)가 적색 화소영역, 녹색 화소영역 및 청색 화소영역에 각각 구비된다. 일례로, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 유기발광다이오드(D)는 청색 화소영역에 위치할 수 있다.
기판(102)은 유리 기판, 얇은 플렉서블(flexible) 기판 또는 고분자 플라스틱 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(102)은 폴리이미드(polyimide; PI), 폴리에테르술폰(Polyethersulfone; PES), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylenenaphthalate; PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene Terephthalate; PET) 및 폴리카보네이트(polycarbonate; PC) 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 박막트랜지스터(Tr)와, 유기발광다이오드(200)가 위치하는 기판(102)은 어레이 기판을 이룬다.
기판(102) 상에 버퍼층(106)이 형성되고, 버퍼층(106) 상에 박막트랜지스터(Tr)가 형성된다. 버퍼층(106)은 생략될 수 있다.
버퍼층(106) 상부에 반도체층(110)이 형성된다. 예를 들어, 반도체층(110)은 산화물 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 반도체층(110)이 산화물 반도체 물질로 이루어지는 경우, 반도체층(110) 하부에 차광패턴(도시하지 않음)이 형성될 수 있다. 차광패턴(도시하지 않음)은 반도체층(110)으로 빛이 입사되는 것을 방지하여 반도체층(110)이 빛에 의하여 열화되는 것을 방지한다. 이와 달리, 반도체층(110)은 다결정 실리콘으로 이루어질 수도 있으며, 이 경우 반도체층(110)의 양 가장자리에 불순물이 도핑되어 있을 수 있다.
반도체층(110) 상부에는 절연물질로 이루어진 게이트 절연막(120)이 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 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(SiO2) 또는 실리콘질화물(SiNx)과 같은 무기절연물질로 형성되거나, 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)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 배선과 데이터 배선이 서로 교차하여 화소영역을 정의하며, 게이트 배선과 데이터 배선에 연결되는 스위칭 소자가 더 형성된다. 상기 스위칭 소자는 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)에 연결된다. 또한, 파워 배선이 데이터 배선 또는 데이터 배선과 평행하게 이격되어 형성되며, 일 프레임(frame) 동안 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)의 게이트 전극의 전압을 일정하게 유지되도록 하기 위한 스토리지 커패시터가 더 구성될 수 있다.
소스 전극(152)과 드레인 전극(154) 상부에는 보호층(160)이 박막트랜지스터(Tr)를 덮으며 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 적층되는 발광층(230) 및 제 2 전극(220)을 포함한다.
제 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 있다.
본 발명의 유기발광 표시장치(100)가 하부 발광 방식(bottom-emssion type)인 경우, 제 1 전극(210)은 투명 도전성 산화물로 이루어진 단층 구조를 가질 수 있다. 한편, 본 발명의 유기발광 표시장치(100)가 상부 발광 방식(top-emission type)인 경우, 제 1 전극(210) 하부에는 반사전극 또는 반사층이 더욱 형성될 수 있다. 예를 들어, 반사전극 또는 반사층은 은(Ag) 또는 알루미늄-팔라듐-구리(aluminum-palladium-copper: APC) 합금으로 이루어질 수 있다. 상부 발광 방식인 유기발광다이오드(D)에서, 제 1 전극(210)은 ITO/Ag/ITO 또는 ITO/APC/ITO의 삼중층 구조를 가질 수 있다.
또한, 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.
제 1 전극(210) 상에는 발광층(230)이 형성된다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 도 3에 나타낸 바와 같이, 발광층(230)은 정공주입층(hole injection layer; HIL), 정공수송층(hole transport layer; HTL), 전자차단층(electron blocking layer; EBL), 발광물질층(emitting material layer, EML), 정공차단층(hole blocking layer; HBL), 전자수송층(electron transport layer; ETL), 전자주입층(electron injection layer; EIL) 및/또는 전하생성층(charge generation layer; CGL)을 포함할 수 있다. 발광층(230)은 2개 이상의 발광 유닛이 탠덤 구조를 형성할 수도 있다.
발광층(230)은 안트라센계 호스트 및 보론계 도펀트를 포함하는 적어도 하나의 발광물질층을 포함할 수 있다. 이러한 발광층(230)을 도입하여, 유기발광다이오드(D) 및 유기발광 표시장치(100)의 발광 효율 및 발광 수명을 크게 향상시킬 수 있는데, 이에 대해서는 후술한다.
발광층(230)이 형성된 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 AlMg이나 은:마그네슘 Ag:Mg))과 같은 반사 특성이 좋은 소재로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제 2 전극(220)이 은:마그네슘으로 이루어지는 경우, 은과 마그네슘은 5:1 내지 10:1의 중량비, 예를 들어, 8:1 내지 10:1의 중량비로 배합될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 유기발광 표시장치(100)가 상부 발광 방식인 경우, 제 2 전극(220)은 얇은 두께를 가져 광투과(반투과) 특성을 갖는다.
제 2 전극(220) 상에는, 외부 수분이 유기발광다이오드(D)로 침투하는 것을 방지하기 위해, 인캡슐레이션 필름(encapsulation film, 170)이 형성된다. 인캡슐레이션 필름(170)은 제 1 무기 절연층(172)과, 유기 절연층(174)과, 제 2 무기 절연층(176)의 적층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 인캡슐레이션 필름(170)은 생략될 수 있다.
유기발광 표시장치(100)는 외부광의 반사를 줄이기 위한 편광판(도시하지 않음)이 부착될 수 있다. 예를 들어, 편광판(도시하지 않음)은 원형 편광판일 수 있다. 유기발광 표시장치(100)가 하부 발광 방식인 경우, 편광판은 기판(102) 하부에 위치할 수 있다. 한편, 유기발광표시장치(100)가 상부 발광 방식인 경우, 편광판은 인캡슐레이션 필름(170) 상부에 위치할 수 있다. 또한, 상부 발광 방식의 유기발광 표시장치(100)에서는, 인캡슐레이션 필름(170) 또는 편광판(도시하지 않음) 상에 커버 윈도우(도시하지 않음)가 부착될 수 있다. 이때, 기판(102)과 커버 윈도우(도시하지 않음)가 플렉서블 특성을 가져, 플렉서블 표시장치를 구성할 수 있다.
전술한 바와 같이, 각각의 발광부를 구성하는 발광물질층에 중수소 치환율이 상이한 호스트를 도입하여, 발광 효율과 발광 수명에 극대화된 유기발광다이오드를 구현할 수 있다. 본 발명에 따른 유기발광다이오드에 대해서 설명한다. 도 3은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라 2개의 발광부를 가지는 유기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3에 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 발광층(230)을 포함한다. 유기발광 표시장치(100, 도 2)는 적색 화소영역, 녹색 화소영역 및 청색 화소영역을 포함하고, 유기발광다이오드(D1)는 청색 화소 영역에 위치할 수 있다.
제 1 전극(210) 및 제 2 전극(220) 중에서 하나는 양극이고, 다른 하나는 음극이다. 일례로, 제 1 전극(210)은 정공을 주입하는 양극이고, 제 2 전극(220)은 전자를 주입하는 음극일 수 있다. 또한, 제 1 전극(210) 및 제 2 전극(220) 중에서 하나는 반사 전극이고, 다른 하나는 투과(반투과) 전극이다. 일례로, 제 1 전극(210)과 제 2 전극(220)은 각각 100 내지 2000 Å, 예를 들어 100 내지 1000 Å의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
발광층(230)은 제 1 발광부(300)와, 제 2 발광부(400)를 포함한다. 또한, 발광층(230)은 제 1 발광부(300)와 제 2 발광부(400) 사이에 위치하는 전하생성층(370)을 더욱 포함할 수 있다. 전하생성층(370)이 제 1 및 제 2 방광부(300, 400) 사이에 위치함에 따라, 제 1 발광부(300), 전하생성층(370) 및 제 2 발광부(400)가 제 1 전극(210) 상에 순차적으로 적층된다. 즉, 제 1 발광부(300)는 제 1 전극(210)과 전하생성층(370) 사이에 위치하고, 제 2 발광부(400)는 제 2 전극(220)과 전하생성층(370) 사이에 위치한다.
제 1 발광부(300)는 제 1 발광물질층(하부 발광물질층, EML1, 340)을 포함한다. 또한, 제 1 발광부(300)는 제 1 전극(210)과 제 1 발광물질층(340) 사이에 위치하는 정공주입층(HIL, 310), 정공주입층(310)과 제 1 발광물질층(340) 사이에 위치하는 제 1 정공수송층(하부 정공수송층, HTL1, 320) 및 제 1 발광물질층(340)과 전하생성층(370) 사이에 위치하는 제 1 전자수송층(하부 전자수송층, ETL1, 350) 중에서 적어도 하나를 더욱 포함할 수 있다. 선택적으로, 제 1 발광부(300)는 제 1 정공수송층(320)과 제 1 발광물질층(340) 사이에 위치하는 제 1 전자차단층(하부 전자차단층)을 더욱 포함할 수 있다.
제 2 발광부(400)는 제 2 발광물질층(상부 발광물질층, EML2, 440)을 포함한다. 또한, 제 2 발광부(400)는 전하생성층(370)과 제 2 발광물질층(440) 사이에 위치하는 제 2 정공수송층(상부 정공수송층, HTL2, 420), 제 2 전극(220)과 제 2 발광물질층(440) 사이에 위치하는 제 2 전자수송층(상부 전자수송층, ETL2, 450) 및 제 2 전극(220)과 제 2 전자수송층(450) 사이에 위치하는 전자주입층(EIL, 460) 중에서 적어도 하나를 더욱 포함할 수 있다. 선택적으로, 제 2 발광부(400)는 제 2 정공수송층(420)과 제 2 발광물질층(440) 사이에 위치하는 제 2 전자차단층(상부 전자차단층)을 더욱 포함할 수 있다.
제 1 발광물질층(340)은 제 1 호스트(342) 및 제 1 도펀트(344)를 포함하고, 제 2 발광물질층(440)은 제 2 호스트(442) 및 제 2 도펀트(444)를 포함할 수 있다. 이때, 제 1 호스트(342) 및 제 2 호스트(442)는 각각 제 1 발광물질층(340)과 제 2 발광물질층(440)의 매질 또는 매트릭스를 형성한다. 도면에서는 설명의 편의를 위하여, 제 1 발광물질층(340) 및 제 2 발광물질층(440)의 매질 또는 매트릭스를 형성하는 제 1 호스트(342) 및 제 2 호스트(442)의 일부를 입자 형태로 표시하였다. 이하, 제 1 및 제 2 발광물질층을 도시하는 도 4에서도 동일하다.
제 1 발광물질층(340)은 안트라센계 유기 화합물인 제 1 호스트(342)와 보론계 유기 화합물인 제 1 도펀트(344)를 포함하여 청색으로 발광한다. 제 2 발광물질층(440)은 안트라센계 유기 화합물인 제 2 호스트(442)와 보론계 유기 화합물인 제 2 도펀트(444)를 포함하여 청색으로 발광한다. 제 1 호스트(342)와 제 2 호스트(442)는 분자 내에 도입된 중수소 치환율에서 차이가 있다.
제 1 호스트(342)는 분자를 구성하는 탄소 원자, 예를 들어 분자 내의 방향족 고리를 구성하는 모핵 탄소 원자에 연결되는 수소(경수소) 원자가 모두 중수소 원자로 치환된 안트라센계 유기 화합물일 수 있다. 제 1 호스트(342)는 하기 화학식 1의 구조를 갖는다. 제 2 호스트(442)는 분자를 구성하는 탄소 원자, 예를 들어 분자 내의 방향족 고리를 구성하는 모핵 탄소 원자에 연결되는 수소 원자가 중수소로 치환되지 않거나, 수소 원자의 일부만이 중수소 원자로 치환된 안트라센계 유기 화합물일 수 있다. 제 2 호스트(442)는 하기 화학식 3의 구조를 갖는다.
화학식 1
Figure pat00003
화학식 3
Figure pat00004
화학식 1과 화학식 3에서 Ar1과 Ar2는 각각 독립적으로 C6-C20 아릴기임; D는 중수소를 나타냄; a1과 a2는 각각 독립적으로 0 내지 8의 정수임; b1, b2, c1 및 c2는 각각 Ar1과 Ar2의 모핵 탄소 원자 중에서 안트라센 고리에 연결되지 않는 탄소 원자에 치환되는 중수소 원자의 개수임; a1, b1, c1의 합은 a2, b2, c2의 합과 상이함.
예를 들어, 화학식 1의 a1과 화학식 2의 a2가 상이하고/상이하거나, 화학식 1의 b1과 화학식 2의 b2가 상이하고/상이하거나, 화학식 1의 c1과 화학식 2의 c2가 상이할 수 있다. 일례로, 화학식 1과 화학식 3에서 b1, c1, b2, c2는 각각 독립적으로 0 내지 19의 정수일 수 있다.즉, 제 1 호스트(342)와 제 2 호스트(442)는 동일한 구조의 안트라센 유도체이고, 중수소화율(중수소 치환율)에서 차이를 갖는다. 다시 말하면, 제 1 호스트(342)는 제 1 중수소화율을 갖고, 제 2 호스트(442)는 제 1 중수소화율과 상이한 제 2 중수소화율을 갖는다.
예시적인 측면에 따르면, 화학식 1과 화학식 3에서 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 페닐기, 나프틸기 및 안트라세닐기로 구성되는 군에서 선택될 수 있다. 일례로, 화학식 1과 화학식 3에서 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 1-나프틸기 또는 2-나프틸기일 수 있다. 예를 들면, Ar1 및 Ar2 중에서 어느 하나는 1-나프틸기이고, Ar1 및 Ar2 중에서 다른 하나는 2-나프틸기일 수 있다. 이 경우, 화학식 1과 화학식 3에서 b1, b2, c1, c2는 각각 0 내지 7 사이의 정수일 수 있다.
일례로, 제 1 호스트(342)인 화학식 1의 구조를 가지는 안트라센계 유기 화합물은 안트라센 코어를 구성하는 모핵 탄소 원자 중에서 적어도 1개가 중수소로 치환되고, Ar1 및 Ar2를 구성하는 모핵 탄소 원자는 중수소로 치환되지 않은 화합물일 수 있다(즉, 1 ≤ a1 ≤ 8, b1과 c1은 0), 예를 들어, 제 1 호스트(342)는 중수소화율이 27 내지 37%일 수 있다. 선택적인 측면에서, 제 1 호스트(342)인 화학식 1의 구조를 가지는 안트라센계 화합물의 중수소화율은 90% 이상, 예를 들어 100%일 수 있다.
예시적인 측면에서, 제 1 호스트(342)는 하기 화학식 2의 구조를 가지는 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
화학식 2
Figure pat00005
예시적인 측면에서, 제 2 호스트(442)인 화학식 3의 구조를 가지는 안트라센계 유기 화합물은 중수소로 치환되지 않을 수 있다 (중수소화율 0%). 선택적으로, 제 2 호스트(442)인 화학식 3의 구조를 가지는 안트라센계 유기 화합물은 안트라센 코어를 구성하는 모핵 탄소 원자 중 적어도 1개가 중수소 원자로 치환되고, Ar1 및 Ar2를 구성하는 모핵 탄소 원자는 중수소로 치환되지 않은 화합물일 수 있다(즉, 1 ≤ a2 ≤ 8, b2와 c2는 0). 예를 들어, 제 2 호스트(442)의 중수소 치환율은 27 내지 37%일 수 있다. 다른 예시적인 측면에서, 제 2 호스트(442)인 화학식 3의 구조를 가지는 안트라센계 유기 화합물은 안트라센 코어를 구성하는 모핵 탄소 원자 중에서 적어도 1개는 적어도 하나의 중수소로 치환되고, Ar1 및 Ar2 중에서 어느 하나를 구성하는 모핵 탄소 원자 중에서 적어도 하나는 중수소 원자로 치환되며, Ar1 및 Ar2 중에서 다른 하나를 구성하는 모핵 탄소 원자는 중수소 원자로 치환되지 않은 화합물일 수 있다 (즉, 1 ≤ a2 ≤ 8, b2와 c2 중에서 하나는 0이고, b2와 c2 중에서 하나는 0이 아님). 예를 들어, 제 2 호스트(442)의 중수소 치환율은 59 내지 68%일 수 있다. 다른 예시적인 측면에서, 제 2 호스트(442)는 중수소율이 90 이상, 예를 들어, 100%일 수 있다. 예를 들어, 제 2 호스트(442)는 하기 화학식 4의 구조를 가지는 안트라센계 유기 화합물 중에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
화학식 4
Figure pat00006
Figure pat00007
제 1 도펀트(344)와 제 2 도펀트(444)는 보론계 도펀트를 포함하고, 제 1 발광물질층(340)과 제 2 발광물질층(440)은 모두 청색으로 발광한다. 제 1 도펀트(344)와 제 2 도펀트(444)는 동일하거나 상이할 수 있다. 일례로, 제 1 도펀트(344)와 제 2 도펀트(444)는 각각 독립적으로 하기 화학식 5의 구조를 가질 수 있다.
화학식 5
Figure pat00008
화학식 5에서, R11 내지 R14 각각, R21 내지 R24 각각, R31 내지 R35 각각, R41 내지 R45 각각은 독립적으로 수소, 중수소, C1-C10 알킬기, C6-C30 아릴기, C6-C30 아릴 아미노기 및 C5-C30 헤테로 아릴기로 구성되는 군에서 선택되고, R11 내지 R14, R21 내지 R24, R31 내지 R35, R41 내지 R45는 서로 동일하거나 상이할 수 있으며, 상기 아릴기 및 헤테로 아릴기는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 C1-C10 알킬기로 치환될 수 있거나, R31 내지 R35 중에서 2개의 인접한 작용기 및 R41 내지 R45 중에서 2개의 인접한 작용기는 각각 독립적으로 결합하여 C6-C10 방향족 고리 또는 C5-C10 헤테로 방향족 고리를 형성할 수 있음; R51은 수소, 중수소, C1-C10 알킬기, C3-C15 사이클로 알킬기, C6-C30 아릴기, C5-C30 헤테로 아릴기 및 C6-C30 아릴 아미노기로 구성되는 군에서 선택되고, 상기 아릴 아미노기를 구성하는 아릴 고리는 치환되지 않거나 C1-C10 알킬기 및 C6-C20 아릴기 중에서 적어도 하나의 작용기로 치환될 수 있음.
R11 내지 R14, R21 내지 R24, R31 내지 R35, R41 내지 R45 및 R51 일 수 있는 아릴기, 헤테로 아릴기 또는 아릴 아미노기가 치환된 경우, 치환기는 C1-C10의 알킬기, 예를 들어 메틸기, tert-부틸기 또는 t-펜틸기와 같은 C1-C5의 알킬기일 수 있다.
구체적으로, R11 내지 R14, R21 내지 R24, R31 내지 R35, R41 내지 R45 및 R51일 수 있는 아릴 아미노기는 디페닐아민, 페닐-나프틸아민일 수 있고, R11 내지 R14, R21 내지 R24, R31 내지 R35, R41 내지 R45 및 R51일 수 있는 아릴기는 치환되지 않거나, 적어도 1개, 예를 들어 1-2개의 C1-C10 알킬기로 치환된 페닐기 또는 나프틸기일 수 있다. . R11 내지 R14, R21 내지 R24, R31 내지 R35, R41 내지 R45 및 R51일 수 있는 헤테로 아릴기는 카바졸일기일 수 있다. R11 내지 R14, R21 내지 R24, R31 내지 R35, R41 내지 R45 및 R51일 수 있는 알킬기는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸(예를 들어, tert-부틸), 펜틸(예를 들어, tert-펜틸)과 같은 C1-C5 알킬기일 수 있다. 이때, 각각의 치환기를 구성하는 아릴 아미노기, 아릴기, 헤테로 아릴기 및 알킬기 및 이들 작용기에 연결되는 치환기는 중수소로 더욱 치환될 수 있다.
R31 내지 R35 중에서 2개의 인접한 작용기 및 R41 내지 R45 중에서 2개의 인접한 작용기는 각각 독립적으로 결합하여 형성될 수 있는 방향족 고리 또는 헤테로 방향족 고리는 치환되지 않거나 1개 내지 3개의 C1-C5 알킬기로 치환될 수 있는 벤조퓨란 고리, 벤조티오펜 고리를 포함할 수 있다.
예시적인 측면에서, R11 내지 R14 중 하나, R21 내지 R24 중 하나, R31 내지 R35 중 하나, R41 내지 R45 중 하나는 각각 독립적으로 메틸, tert-부틸 또는 tert-펜틸일 수 있고, R11 내지 R14 중 나머지, R21 내지 R24 중 나머지, R31 내지 R35 중 나머지, R41 내지 R45 중 나머지는 수소 또는 중수소이며, R51은 수소, 중수소, 메틸, 바이페닐 아미노기, 페닐나프틸 아미노기, 또는 카바졸일기일 수 있다. 다른 예시적인 측면에서, R11 내지 R14, R21 내지 R24, R31 내지 R35 및 R41 내지 R45는 모두 수소이고, R51은 바이페닐 아미노기일 수 있다.
또 다른 예시적인 측면에서, R11 내지 R14, R21 내지 R24, R31 내지 R35는 수소이고, R41 내기 R45 중에서 하나는 페닐기이고, 나머지는 수소이며, R51은 메틸기일 수 있다. 또 다른 예시적인 측면에서, R11 내지 R14 중 하나, R21 내지 R24 중 하나, R31 내지 R35 중 하나, R41 내지 R45 중 하나는 각각 독립적으로 메틸, tert-부틸 또는 tert-펜틸일 수 있고, R41 내지 R45 중 다른 하나는 tert-부틸이나 tert-펜틸로 치환될 수 있는 페닐 또는 나프틸이고, R11 내지 R14 중 나머지, R21 내지 R24 중 나머지, R31 내지 R35 중 나머지, R41 내지 R45 중 나머지는 수소 또는 중수소이며, R51은 메틸일 수 있다.
또 다른 예시적인 측면에서, R11 내지 R14 중 하나, R21 내지 R24 중 하나, R31 내지 R35 중 하나, R41 내지 R45 중 하나는 각각 독립적으로 tert-부틸 또는 tert-펜틸일 수 있고, R41 내지 R45 중 다른 2개는 결합하여 tert-부틸로 치환될 수 있는 벤조퓨란 고리 또는 벤조티오펜 고리를 형성하며, R11 내지 R14 중 나머지, R21 내지 R24 중 나머지, R31 내지 R35 중 나머지, R41 내지 R45 중 나머지는 수소 또는 중수소이며, R51은 메틸일 수 있다.
일례로, 제 1 도펀트(344) 및 제 2 도펀트(444)는 각각 독립적으로 하기 화학식 6의 구조를 가지는 유기 화합물에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
화학식 6
Figure pat00009
Figure pat00010
Figure pat00011
Figure pat00012
Figure pat00013
제 1 도펀트(344)와 제 2 도펀트(444)는 각각 제 1 발광물질층(340)과 제 2 발광물질층(440)에서 1 내지 10 wt%, 예를 들어, 1 내지 5 wt%의 함량으로 도핑될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 제 1 발광물질층(340)과 제 2 발광물질층(440)은 각각 100 내지 1000 Å, 예를 들어, 200 내지 500 Å의 두께를 가질 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. 정공주입층(310)은 정공 주입 호스트와 정공 주입 도펀트를 포함할 수 있다.
예시적인 측면에서, 정공 주입 호스트는 하기 화학식 7의 구조를 가지는 스파이로플루오렌계 유기 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
화학식 7
Figure pat00014
화학식 7에서, R61 및 R62는 각각 독립적으로 C6-C30 아릴기 또는 C3-C30 헤테로 아릴기이며, 상기 아릴기 및 헤테로 아릴기는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 C1-C10 알킬기로 치환될 수 있음; R63 및 R64는 각각 독립적으로 수소, 중수소 또는 C1-C20 알킬기임; f와 g는 각각 치환기의 개수이며, 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수임; L1과 L2는 각각 독립적으로 C6-C30 아릴렌기이며, 상기 아릴렌기는 치환되지 않거나 C1-C10 알킬기 및 C6-C20 아릴기 중에서 적어도 하나의 작용기로 치환될 수 있음; h와 i는 각각 독립적으로 0 또는 1임.
예를 들어, 화학식 7에서 L1과 L2는 각각 치환되지 않거나, C1-C10 알킬기 C6-C20 아릴기(예를 들어, 페닐기)로 치환될 수 있는 페닐렌기일 수 있고, R61과 R62는 각각 독립적으로 치환되지 않거나, C1~C10 알킬기 또는 C6~C30 아릴기(예를 들어, 페닐기)로 치환될 수 있는 페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 디벤지퓨라닐기, 카바졸일기일 수 있다. 일례로, 정공 주입 호스트는 하기 화학식 8의 구조를 가지는 스파이로플루오렌계 유기 화합물로부터 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
화학식 8
Figure pat00015
Figure pat00016
Figure pat00017
Figure pat00018
Figure pat00019
Figure pat00020
예시적인 측면에서, 정공 주입 도펀트는 래디알렌(radialene) 구조를 가질 수 있다. 래디알렌 구조를 가지는 정공 주입 도펀트는 하기 화학식 9의 구조를 가지는 유기 화합물에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
화학식 9
Figure pat00021
Figure pat00022
정공주입층(310)에서 정공 주입 도펀트는 0.1 내지 10 wt%, 예를 들어, 0.1 내지 5 wt%의 함량으로 도핑될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 정공주입층(310)은 10 내지 300 Å, 예를 들어 50 내지 150 Å의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 1 정공수송층(320)과 제 2 정공수송층(420)은 각각 제 1 발광물질층(340) 및 제 2 발광물질층(440)으로 정공을 전달한다. 예시적인 측면에서, 제 1 정공수송층(320) 및 제 2 정공수송층(420)은 각각 독립적으로 화학식 7 내지 화학식 8의 구조를 가지는 스파이로플루오렌계 유기 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 안는다. 제 1 정공수송층(320) 및 제 2 정공수송층(420)은 각각 200 내지 1000 Å, 예를 들어, 200 내지 500 Å의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 1 전자수송층(350)은 제 1 발광물질층(340)으로 전자를 전달한다. 예시적인 측면에서, 제 1 전자수송층(350)은 삼중항 에너지 준위(T1)가 2.6 eV 이상인 유기 화합물을 포함할 수 있다. 일례로, 제 1 전자수송층(350)은 하기 화학식 10의 구조를 가지는 아진계 유기 화합물을 포함할 수 있다.
화학식 10
Figure pat00023
화학식 10에서, Y1 내지 Y5는 각각 독립적으로 CR71 또는 질소(N)이고, 그 중에서 1개 내지 3개는 질소이며, R71은 C6-C30 아릴기임; L3은 C6-C30 아릴렌기임; R72는 C6-C30 아릴기 또는 C5-C30 헤테로 아릴기임; R73은 수소이거나 인접한 기가 합쳐져서 방향족 고리를 형성함; j는 1 또는 2이며, k는 0 내지 4의 정수이고, l은 0 또는 1임.
예를 들어, 화학식 10에서 R72를 구성하는 방향족 치환기는 치환되지 않거나, 다른 C6~C30 아릴기 또는 C5~C30 헤테로 아릴기로 치환될 수 있다. 예를 들어, R72에 치환될 수 있는 방향족 작용기는 C10~C30 축합 아릴기 또는 축합 헤테로 아릴기일 수 있다. 화학식 10에서 R73은 축합되어 나프틸기를 형성할 수 있다. 일례로, 제 1 전자수송층(350)은 하기 화학식 11의 구조를 가지는 아진계 유기 화합물에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
화학식 11
Figure pat00024
Figure pat00025
Figure pat00026
Figure pat00027
화학식 10 내지 화학식 11의 구조를 가지는 아진계 유기 화합물을 포함할 수 있는 제 1 전자수송층(350)은 20 내지 300 Å, 예를 들어 50 내지 150 Å의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 2 전자수송층(450)은 제 2 발광물질층(440)으로 전자를 전달한다. 제 2 전자수송층(450)은 전자 주입 특성과 전하 이동도가 우수한 유기 화합물을 포함할 수 있다. 일례로, 제 2 전자수송층(450)은 하기 화학식 12의 구조를 가지는 벤즈이미다졸계 유기 화합물을 포함할 수 있다.
화학식 12
Figure pat00028
화학식 12에서, Ar은 은 C10-C30 아릴렌기임; R81은 C6-C30 아릴기 또는 C5-C30 헤테로 아릴기임; R82는 수소, C1-C10 알킬기 또는 C6-C30 아릴기임.
화학식 9에서 Ar은 나프틸렌기 또는 안트라세닐렌기일 수 있고, R81은 치환되지 않거나 C1-C10 알킬기로 치환된 페닐기 또는 벤즈이미다졸일기일 수 있으며, R82는 메틸기, 에틸기 또는 페닐기일 수 있다. 일례로, 제 2 전자수송층(450)에 사용될 수 있는 벤즈이미다졸계 화합물은 하기 화학식 13의 구조를 가지는 벤즈이미다졸계 유기 화합물에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
화학식 13
Figure pat00029
Figure pat00030
Figure pat00031
예시적인 측면에서, 제 2 전자수송층(450)은 화학식 12 내지 화학식 13의 구조를 가지는 벤즈이미다졸계 유기 화합물과, 유기금속계 물질인 다른 전자수송 물질을 포함할 수 있다. 제 2 전자수송층(450)에 사용될 수 있는 유기금속계 물질인 다른 전자수송물질은 리튬 퀴놀레이트 (lithium quinolate; Liq), 트리스(8-하이드록시퀴놀린)알루미늄 (tris-(8-hydroxyquinoline aluminum; Alq3) 및 비스(2-메틸-8-퀴놀리노라토-N1,O8)-(1,1'-바이페닐-4-올라토)알루미늄 (Bis(2-methyl-8-quinolinolato-N1,O8)-(1,1'-biphenyl-4-olato)aluminum; BAlq)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이때, 제 2 전자수송층(450)에서 유기금속계 물질인 다른 전자수송물질의 함량은 50 중량% 이하, 예를 들어 2 내지 50 중량%일 수 있다. 제 2 전자수송층(450)이 벤즈이미다졸계 유기 화합물과 금속 착물 형태의 다른 전자수송물질로 이루어지는 경우, 제 2 전자수송층(450)은 50 내지 500 Å, 예를 들어, 50 내지 350 Å의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
다른 예시적인 측면에서, 제 2 전자수송층(450)은 화학식 12 내지 화학식 13의 구조를 가지는 벤즈이미다졸계 유기 화합물과, 화학식 10 내지 화학식 11의 구조를 가지는 아진계 유기 화합물과, 유기금속계 물질인 다른 전자수송 물질을 포함할 수 있다. 이때, 제 2 전자수송층(450)에서 화학식 12 내지 화학식 13의 구조를 가지는 벤즈이미다졸계 화합물과, 화학식 10 내지 화학식 11의 구조를 가지는 아진계 유기 화합물은 1:4 내지 4:1의 중량비, 예를 들어 1:2 내지 2:1의 중량비로 배합될 수 있다.
또한, 제 2 전자수송층(450)에서 유기금속계 물질인 다른 전자수송물질의 함량은 50 중량% 이하, 예를 들어 2 내지 50 중량%일 수 있다. 제 2 전자수송층(450)이 벤즈이미다졸계 유기 화합물, 아진계 유기 화합물 및 유기금속계 물질인 다른 전자수송물질로 이루어지는 경우, 제 2 전자수송층(450)은 100 내지 500 Å, 예를 들어, 100 내지 350 Å의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
전자주입층(460)은 제 2 전극(220)과 제 2 전자수송층(450) 사이에 위치하며, 제 2 전극(220)의 특성을 개선하여 유기발광다이오드(D1)의 수명을 개선할 수 있다. 예시적인 측면에서, 전자주입층(220)은 NaF, LiF, CsF, BaF2, MgF2 등의 알칼리금속 할라이드계 물질 또는 알칼리토금속 할라이드계 물질 및/또는 Liq, 리튬 벤조에이트(lithium benzoate), 소듐 스테아레이트(sodium stearate) 등의 유기금속계 물질이 사용될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
선택적으로, 전자주입층(460)은 전술한 알칼리금속 할라이드계 물질, 알칼리토금속 할라이드계 물질 및 유기금속계 물질 이외에도 Li, Na, K, Cs와 같은 알칼리 금속, Mg, Sr, Ba, Ra와 같은 알칼리토 금속 및/또는 Yb와 같은 란탄족 금속으로 도핑될 수 있다. 이때, 알칼리금속 할라이드계 물질/알칼리토금슥 할라이드계 물질/유기금속계 물질과, 알칼리금속/알칼리토금속/란탄족 금속은 4:1 내지 1:4, 예를 들어 2:1 내지 1:2의 중량비로 배합될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 전자주입층(460)은 5 내지 100 Å, 예를 들어 10 내지 50 Å의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
전하생성층(charge generation layer, CGL, 370)은 제 1 발광부(300)과 제 2 발광부(400) 사이에 위치한다. 전하생성층(370)은 제 1 전자수송층(350)과 제 2 정공수송층(420) 사이에 위치하는 N타입 전하생성층(N-CGL, 380)과, N타입 전하생성층(380)과 제 2 정공수송층(420) 사이에 위치하는 P타입 전하생성층(P-CGL, 390)을 포함한다. N타입 전하생성층(380)은 제 1 발광부(300)의 제 1 발광물질층(340)으로 전자를 공급하고, P타입 전하생성층(390)은 제 2 발광부(400)의 제 2 발광물질층(440)으로 정공을 공급한다.
N타입 전하생성층(380)은 N타입 호스트와 N타입 도펀트를 포함하는 유기층일 수 있다. 예를 들어, N타입 호스트는 하기 화학식 14의 구조를 가지는 페난트롤린계 유기 화합물을 포함할 수 있다.
화학식 14
Figure pat00032
화학식 14에서, R91은 수소 또는 C6-C30 아릴기이고, 상기 아릴기는 치환되지 않거나 C1-C10 알킬기로 치환될 수 있음; R92는 C6-C30 아릴기이고, 상기 아릴기는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 C1-C10 알킬기로 치환될 수 있음; L은 C6-C30 아릴렌기 또는 C5-C30 헤테로 아릴렌기이임; m은 1 또는 2의 정수임.
화학식 14에서 R91은 수소, 치환되지 않거나 메틸기로 치환된 페닐기, 나프틸기일 수 있고, R92는 치환되지 않거나 메틸기로 치환된 페닐기, 나프틸기 또는 페난트레닐기일 수 있고, L은 페닐렌기, 나프틸렌기, 안트라세닐렌기 또는 페난트롤리닐렌기일 수 있다. 일례로, N타입 호스트는 하기 화학식 15의 구조를 가지는 페난트롤린계 유기 화합물에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
화학식 15
Figure pat00033
Figure pat00034
N타입 도펀트는 Li, Na, K, Cs와 같은 알칼리 금속 및/또는 Mg, Sr, Ba, Ra와 같은 알칼리토 금속을 포함할 수 있다. N타입 도펀트를 포함하여, N타입 전하생성층(380)은 전자의 생성 및 주입 성능이 향상될 수 있다. 예를 들어, N타입 전하생성층(380) 중에 N타입 도펀트는 1 내지 10 wt%의 함량으로 도핑될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. N타입 전하생성층(380)은 30 내지 500 Å, 예를 들어 50 내지 300 Å의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
P타입 전하생성층(390)은 P타입 호스트와 P타입 도펀트를 포함하는 유기층일 수 있다. 예를 들어, P타입 호스트는 화학식 7 내지 화학식 8의 구조를 가지는 스파이로플루오렌계 유기 화합물을 포함할 수 있고, P타입 도펀트는 화학식 9의 구조를 가지는 래디알렌계 유기 화합물에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. P타입 전하생성층(390) 중에 P타입 도펀트는 1 내지 40 wt%, 예를 들어 3 내지 30 w%의 비율로 도핑될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. P타입 전하생성층(390)은 30 내지 500 Å, 예를 들어 50 내지 200 Å의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 실시형태에 따르면, 상대적으로 정공 주입 특성이 우수한 화학식 1 내지 화학식 2의 구조를 가지는 중수소로 완전 치환된 안트라센계 유기 화합물을 제 1 발광물질층(340)의 제 1 호스트(342)로 사용하고, 상대적으로 전자 주입 특성이 우수한 화학식 3 내지 화학식 4의 구조를 가지는 중수소로 치환되지 않거나 중수소로 일부 치환된 안트라센계 유기 화합물을 제 2 발광물질층(440)의 제 2 호스트(442)로 사용한다. 이에 따라, 유기발광다이오드(D1)의 구동 전압을 낮추고, 발광 효율 및 발광 수명을 극대화할 수 있다.
전술한 실시형태에서는 청색으로 발광하는 2개의 발광부를 포함하는 유기발광 표시장치와 유기발광다이오드에 대해서 설명하였다. 이와 달리, 유기발광 다이오드는 백색으로 발광할 수 있는데, 이러한 백색 유기발광다이오드와 백색 유기발광다이오드를 포함하는 유기발광장치에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 예시적인 제 2 실시형태에 따른 유기발광장치의 일례로서 유기발광 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 유기발광 표시장치(500)는 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP) 및 청색 화소영역(BP)이 각각 정의된 제 1 기판(502)과, 제 1 기판(502)과 마주하는 제 2 기판(504)과, 제 1 기판(502)과 제 2 기판(504) 사이에 위치하며 백색 빛을 발광하는 유기발광다이오드(D)와, 유기발광다이오드(D)와 제 2 기판(504) 사이에 위치하는 컬러필터층(580)을 포함한다.
제 1 기판(502) 및 제 2 기판(504)은 각각 유리 기판, 플렉서블 기판 또는 고분자 플라스틱 기판일 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 기판(502, 504)은 각각 PI, PES, PEN, PET 및 PC 중에서 어느 하나로 형성될 수 있다.
제 1 기판(502) 상에 버퍼층(506)이 형성되고, 버퍼층(506) 상에는 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP) 및 청색 화소영역(BP) 각각에 대응하여 박막트랜지스터(Tr)가 형성된다. 버퍼층(506)은 생략될 수 있다.
버퍼층(506) 상에 반도체층(510)이 형성된다. 일례로, 반도체층(510)은 산화물 반도체 물질로 이루어지거나, 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다.
반도체층(510) 상부에는 절연물질, 예를 들어, 실리콘산화물(SiO2x) 또는 실리콘질화물(SiNx)과 같은 무기절연물로 이루어지는 게이트 절연막(520)이 형성된다.
게이트 절연막(520) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 게이트 전극(530)이 반도체층(510)의 중앙에 대응하여 형성된다. 게이트 전극(530) 상부에는 절연물질, 실리콘산화물(SiOx) 또는 실리콘질화물(SiNx)과 같은 무기절연물질이나, 벤조사이클로부텐이나 포토 아크릴(photo-acryl)과 같은 유기절연물질로 이루어지는 층간 절연막(540)이 형성된다.
층간 절연막(540)은 반도체층(510)의 양 양측 상면을 노출하는 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(542, 544)을 갖는다. 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(542, 544)은 게이트 전극(530)의 양측에서 게이트 전극(530)과 이격되어 위치한다.
층간 절연막(540) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 소스 전극(552)과 드레인 전극(554)이 형성된다. 소스 전극(552)과 드레인 전극(554)은 게이트 전극(530)을 중심으로 이격되어 위치하며, 각각 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(542, 544)을 통해 반도체층(510)의 양측과 접촉한다.
반도체층(510), 게이트 전극(530), 소스 전극(552) 및 드레인 전극(554)은 박막트랜지스터(Tr)를 이루며, 박막트랜지스터(Tr)는 구동 소자(driving element)로 기능한다.
도 4에 도시하지 않았으나, 게이트 배선(GL)과 데이터 배선(DL)이 서로 교차하여 화소영역(P)을 정의하며, 게이트 배선(GL)과 데이터 배선(DL)에 연결되는 스위칭 소자(Ts)가 더 형성된다. 상기 스위칭 소자(Ts)는 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)에 연결된다. 또한, 파워 배선(PL)이 게이트 배선(GL) 또는 데이터 배선(DL)과 평행하게 이격되어 형성되며, 일 프레임(frame) 동안 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)의 게이트 전극(530)의 전압을 일정하게 유지되도록 하기 위한 스토리지 커패시터(Cst)가 더 구성될 수 있다(도 1 참조).
소스 전극(552)과 드레인 전극(554) 상부에는 보호층(560)이 박막트랜지스터(Tr)를 덮으며 제 1 기판(502) 전면에 형성된다. 보호층(560)은 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(554)을 노출하는 드레인 컨택홀(562)을 갖는다.
보호층(560) 상에 유기발광다이오드(D)가 위치한다. 유기발광다이오드(D)는 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(552)에 연결되는 제 1 전극(610)과, 제 1 전극(610)과 마주하는 제 2 전극(620)과, 제 1 및 제 2 전극(610, 620) 사이에 위치하는 발광층(630)을 포함한다.
각각의 화소영역 별로 형성되는 제 1 전극(610)과, 일체로 형성될 수 있는 제 2 전극(620) 중에서 하나는 양극이고, 다른 하나는 음극일 수 있다. 또한, 제 1 전극(610)과 제 2 전극(620) 중에서 하나는 투과전극(또는 반투과 전극)이고, 제 1 전극(610)과 제 2 전극(620) 중에서 다른 하나는 반사전극일 수 있다.
예를 들어, 제 1 전극(610)은 양극(anode)일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 큰 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 일례로, 제 1 전극(610)은 ITO, IZO, ITZO, SnO, ZnO, ICO 및 AZO 등으로 이루어질 수 있다.
제 2 전극(620)은 발광층(630)이 형성된 제 1 기판(502) 상부에 형성된다. 제 2 전극(620)은 표시영역의 전면에 위치할 수 있다. 예를 들어, 제 2 전극(620)은 음극일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 작은 도전성 물질, 예를 들어 저-저항 금속으로 이루어지는 금속 물질층을 포함할 수 있다. 일례로, 제 2 전극(620)은 Al, Mg, Ca, Ag 또는 이들의 합금이나 조합(예를 들어, AlMg이나 Ag:Mg)으로 이루어질 수 있다.
유기발광 표시장치(500)가 하부 발광 방식인 경우, 제 1 전극(610)은 투명 도전성 산화물의 단일층 구조를 가질 수 있다. 한편, 유기발광 표시장치(500)가 상부 발광 방식인 경우, 제 1 전극(610) 하부에는 반사전극 또는 반사층이 더욱 형성될 수 있다. 예를 들어, 반사전극 또는 반사층은 은 또는 APC 합금으로 이루어질 수 있다. 상부 발광 방식 유기발광다이오드(D)에서 제 1 전극(610)은 ITO/Ag/ITO 또는 ITO/APC/ITO의 삼중층 구조를 가질 수 있다. 또한, 제 2 전극(620)은 얇은 두께를 가져 광투과(반투과) 특성을 가질 수 있다.
보호층(560) 상에는 제 1 전극(610)의 가장자리를 덮는 뱅크층(564)이 형성된다. 뱅크층(564)은 각각의 화소영역(RP, GP, BP)에 대응하여 제 1 전극(610)의 중앙을 노출한다. 뱅크층(564)은 생략될 수 있다.
제 1 전극(610) 상에 발광층(630)이 형성된다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 발광층(630)은 다수의 발광부(800, 900, 1000)을 가질 수 있다. 각각의 발광부는 발광물질층을 포함한다. 또한, 각각의 발광부는 정공주입층(HIL), 정공수송층(HTL), 전자차단층(EBL), 전자수송층(ETL) 및 전자주입층(EIL) 중에서 적어도 하나를 더욱 포함할 수 있다.
컬러필터층(580)은 유기발광다이오드(D)의 상부에 위치하며, 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP) 및 청색 화소영역(BP) 각각에 대응되는 적색 컬러필터(582), 녹색 컬러필터(584) 및 청색 컬러필터(586)을 포함한다. 도시하지는 않았으나, 컬러필터층(580)은 접착층에 의하여 유기발광다이오드(D)에 부착될 수 있다. 이와 달리, 컬러필터층(580)은 유기발광다이오드(D)의 바로 위에 형성될 수 있다.
도시하지 않았으나, 외부 수분이 유기발광다이오드(D)로 침투하는 것을 방지하기 위해, 인캡슐레이션 필름이 형성될 수 있다. 예를 들어, 인캡슐레이션 필름은 제 1 무기 절연층과, 유기 절연층과 제 2 무기 절연층의 적층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다(도 2 참조).
유기발광 표시장치(500)는 외부광의 반사를 줄이기 위한 편광판(도시하지 않음)을 더욱 포함할 수 있다. 일례로, 편광판(도시하지 않음)은 원형 편광판일 수 있다. 유기발광 표시장치(500)가 하부 발광 방식인 경우, 편광판은 제 1 기판(502)의 하부에 위치할 수 있다. 선택적으로 유기발광 표시장치(500)가 상부 발광 방식인 경우, 편광판은 인캡슐레이션 필름 상부, 예를 들어 제 2 기판(504) 상부에 위치할 수 있다.
도 4에서, 유기발광다이오드(D)의 빛은 제 2 전극(620)을 통과하고, 컬러필터층(580)은 유기발광다이오드(D)의 상부에 배치되고 있다. 이와 달리, 유기발광다이오드(D)의 빛은 제 1 전극(610)을 통과하고, 컬러필터층(580)은 유기발광다이오드(D)와 제 1 기판(502) 사이에 배치될 수도 있다. 또한, 유기발광다이오드(D)와 컬러필터층(680) 사이에는 색변환층(도시하지 않음)이 구비될 수도 있다. 색변환층은 각 화소에 대응하여 적색 색변환층, 녹색 색변환층 및 청색 색변환층을 포함하며, 유기발광다이오드(D로부터 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(582), 녹색 컬러필터(584), 청색 컬러필터(586)를 통과함으로써, 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP) 및 청색 화소영역(BP)에서 각각 적색, 녹색 및 청색 빛이 표시된다.
본 발명의 제 2 실시형태에 따른 유기발광 표시장치에 적용될 수 있는 유기발광다이오드에 대하여 보다 상세하게 설명한다. 도 5는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기발광다이오드(D2)는 서로 마주하는 제 1 전극(610) 및 제 2 전극(620)과, 제 1 및 제 2 전극(610, 620) 사이에 위치하는 발광층(630)을 포함한다.
제 1 전극(610) 및 제 2 전극(620) 중에서 하나는 양극이고, 다른 하나는 음극이다. 일례로, 제 1 전극(610)은 정공을 주입하는 양극이고, 제 2 전극(620)은 전자를 주입하는 음극일 수 있다. 또한, 제 1 전극(610) 및 제 2 전극(620) 중에서 하나는 반사 전극이고, 다른 하나는 투과(반투과) 전극이다. 일례로, 제 1 전극(610)과 제 2 전극(620)은 각각 100 내지 2000 Å, 예를 들어 100 내지 1000 Å의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
발광층(630)은 제 1 발광부(700)와, 제 2 발광부(800)와 제 3 발광부(900)를 포함한다. 또한, 발광층(630)은 제 1 발광부(700)와 제 2 발광부(800), 구체적으로는 제 1 발광부(700)와 제 3 발광부(900) 사이에 위치하는 제 1 전하생성층(CGL1, 770)과, 제 2 발광부(800)와 제 3 발광부(900) 사이에 위치하는 제 2 전하생성층(970)을 포함한다. 제 1 전하생성층(770)이 제 1 발광부(700)와 제 3 발광부(900) 사이에 위치하고, 제 2 전하생성층(970)이 제 2 발광부(800)와 제 3 발광부(900) 사이에 위치함에 따라, 제 1 발광부(700), 제 1 전하생성층(770), 제 3 발광부(900), 제 2 전하생성층(970) 및 제 2 발광부(800)가 제 1 전극(610) 상에 순차적으로 적층된다. 즉, 제 1 발광부(700)는 제 1 전극(610)과 제 1 전하생성층(770) 사이에 위치하고, 제 2 발광부(800)는 제 2 전극(620)과 제 2 전하생성층(970) 사이에 위치하며, 제 3 발광부(900)는 제 1 전하생성층(770)과 제 2 전하생성층(970) 사이에 위치한다.
제 1 발광부(700)는 제 1 발광물질층(하부 발광물질층, EML1, 740)을 포함한다. 또한, 제 1 발광부(700)는 제 1 전극(610)과 제 1 발광물질층(740) 사이에 위치하는 정공주입층(HIL, 710), 정공주입층(710)과 제 1 발광물질층(740) 사이에 위치하는 제 1 정공수송층(하부 정공수송층, HTL1, 720) 및 제 1 발광물질층(740)과 제 1 전하생성층(770) 사이에 위치하는 제 1 전자수송층(하부 전자수송층, ETL1, 750) 중에서 적어도 하나를 더욱 포함할 수 있다. 또한, 제 1 발광부(700)는 제 1 정공수송층(720)과 제 1 발광물질층(740) 사이에 위치하는 제 1 전자차단층(하부 전자차단층, EBL1, 730)을 더욱 포함할 수 있다.
제 2 발광부(800)는 제 2 발광물질층(상부 발광물질층, EML2, 840)을 포함한다. 또한, 제 2 발광부(800)는 제 2 전하생성층(970)과 제 2 발광물질층(840) 사이에 위치하는 제 2 정공수송층(상부 정공수송층, HTL2, 820), 제 2 전극(620)과 제 2 발광물질층(840) 사이에 위치하는 제 2 전자수송층(상부 전자수송층, ETL2, 850) 및 제 2 전극(620)과 제 2 전자수송층(850) 사이에 위치하는 전자주입층(EIL, 860) 중에서 적어도 하나를 더욱 포함할 수 있다. 또한, 제 2 발광부(800)는 제 2 정공수송층(820)과 제 2 발광물질층(840) 사이에 위치하는 제 2 전자차단층(상부 전자차단층, EBL2, 830)을 더욱 포함할 수 있다.
제 3 발광부(900)는 제 3 발광물질층(중간 발광물질층, EML3, 940)을 포함한다. 또한, 제 3 발광부(900)는 제 1 전하생성층(770)과 제 3 발광물질층(940) 사이에 위치하는 제 3 정공수송층(중간 정공수송층, HTL3, 920)과, 제 3 발광물질층(940)과 제 2 전하생성층(970) 사이에 위치하는 제 3 전자수송층(중간 전자수송층, ETL3, 950) 중에서 적어도 하나를 더욱 포함할 수 있다.
제 1 발광물질층(740)은 안트라센계 유기 화합물인 제 1 호스트(742)와 보론계 유기 화합물인 제 1 도펀트(744)를 포함하여 청색으로 발광한다. 제 2 발광물질층(840)은 안트라센계 유기 화합물인 제 2 호스트(842)와 보론계 도펀트인 제 2 도펀트(844)를 포함하여 청색으로 발광한다.
제 1 호스트(742)는 분자 내의 방향족 고리를 구성하는 모든 모핵 탄소 원자가 중수소로 치환된 안트라센계 유기 화합물일 수 있다. 제 1 호스트(742)는 화학식 1 내지 화학식 2의 구조를 가질 수 있다. 제 2 호스트(842)는 분자 내의 방향족 고리를 구성하는 모핵 탄소 원자가 전부 치환되지 않거나, 모핵 탄소 원자의 일부가 중수소로 치환된 안트라센계 유기 화합물일 수 있다. 제 2 호스트(842)는 화학식 3 내지 화학식 4의 구조를 가질 수 있다.
제 1 도펀트(744)와 제 2 도펀트(844)는 보론계 도펀트를 포함하고, 제 1 발광물질층(740)과 제 2 발광물질층(840)은 모두 청색으로 발광한다. 제 1 도펀트(744)와 제 2 도펀트(844)는 동일하거나 상이할 수 있다. 제 1 도펀트(744)와 제 2 도펀트(844)는 각각 독립적으로 화학식 5 내지 화학식 6의 구조를 가질 수 있다.
제 1 도펀트(744)와 제 2 도펀트(844)는 각각 제 1 발광물질층(740)과 제 2 발광물질층(840)에서 1 내지 10 wt%, 예를 들어, 1 내지 5 wt%의 함량으로 도핑될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 제 1 발광물질층(740)과 제 2 발광물질층(840)은 각각 100 내지 1000 Å, 예를 들어, 200 내지 500 Å의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
정공주입층(710)은 제 1 전극(610)과 제 1 정공수송층(720) 사이에 위치하며, 무기물인 제 1 전극(710)과 유기물인 제 1 정공수송층(720) 사이의 계면 특성을 향상시킨다. 정공주입층(710)은 정공 주입 호스트와 정공 주입 도펀트를 포함할 수 있다.
예시적인 측면에서, 정공 주입 호스트는 하기 화학식 16의 구조를 가지는 안트라센계 유기 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
화학식 16
Figure pat00035
화학식 16에서 R101 내지 R104는 각각 독립적으로 C6-C30 아릴기이고, 상기 아릴기는 치환되지 않거나 C1-C10 알킬기로 치환될 수 있음.
예를 들어, 화학식 16에서, R101 내지 R104는 각각 독립적으로 페닐기, 나프틸기(예를 들어, 1-나프틸기 또는 2-나프틸기), 페난트레닐기일 수 있고, 상기 페닐기 및 나프틸기는 각각 치환되지 않거나 C1-C10 알킬기로 치환될 수 있다. 일례로, 정공 주입 호스트는 하기 화학식 17의 구조를 가지는 안트라센계 유기 화합물로부터 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
화학식 17
Figure pat00036
Figure pat00037
Figure pat00038
정공 주입 도펀트는 LiF, NaF, CsF, BaF2, MgF2 등의 알칼리금속 할라이드계 물질 또는 알칼리토금속 할라이드계 물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
정공주입층(710)에서 화학식 16 내지 화학식 17의 구조를 가지는 정공 주입 호스트와, 알칼리금속 또는 알칼리토금속 할라이드계 물질인 정공 주입 도펀트는 9:1 내지 5:5 중량비, 예를 들어 8:2 내지 5:5의 중량비로 배합될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 일례로, 정공주입층(710)은 5 내지 200 Å, 예를 들어 10 내지 100 Å의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 1 정공수송층(720), 제 2 정공수송층(820) 및 제 3 정공수송층(920)은 각각 제 1 발광물질층(740), 제 2 발광물질층(820) 및 제 3 발광물질층(940)으로 정공을 전달한다. 예시적인 측면에서, 제 1 정공수송층(720), 제 2 정공수송층(820) 및 제 3 정공수송층(920)은 각각 독립적으로 화학식 7 내지 화학식 8의 구조를 가지는 스파이로플루오렌계 유기 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 제 1 정공수송층(720)은 300 내지 내지 2000 Å, 예를 들어 500 내지 1000 Å의 두께를 가지고, 제 2 정공수송층(820)은 300 내지 2000 Å, 예를 들어 500 내지 900 Å의 두께를 가지며, 제 3 정공수송층(920)은 10 내지 300 Å, 예를 들어, 10 내지 150 Å의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 1 전자수송층(750)은 제 1 발광물질층(740)으로 전자를 전달한다. 예시적인 측면에서, 제 1 전자수송층(750)은 삼중항 에너지 준위(T1)가 2.6 eV 이상인 유기 화합물을 포함할 수 있다. 일례로, 제 1 전자수송층(750)은 화학식 10 내지 화학식 11의 구조를 가지는 아진계 유기 화합물을 포함할 수 있다. 제 1 전자수송층(750)은 30 내지 300 Å, 예를 들어 50 내지 150 Å의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 2 전자수송층(450)은 제 2 발광물질층(440)으로 전자를 전달한다. 제 2 전자수송층(450)은 전자 주입 특성이 우수한 유기 화합물을 포함할 수 있다. 일례로, 제 2 전자수송층(450)은 화학식 12 내지 화학식 13의 구조를 가지는 벤즈이미다졸계 유기 화합물을 포함할 수 있다.
예시적인 측면에서, 제 2 전자수송층(850)은 화학식 12 내지 화학식 13의 구조를 가지는 벤즈이미다졸계 유기 화합물로만 이루어질 수 있다. 화학식 12 내지 화학식 13의 구조를 가지는 벤즈이미다졸계 유기 화합물은 전자 주입 특성 및 전하 이동도가 우수하기 때문에, 전자가 공급되는 제 2 전극(630)에 인접한 제 2 전자수송층(850)에 도입하여, 전자 주입 특성과 전하 이동도를 극대화할 수 있다.
다른 예시적인 측면에서, 제 2 전자수송층(850)은 화학식 12 내지 화학식 13의 구조를 가지는 벤즈이미다졸계 유기 화합물과, 화학식 10 내지 화학식 11의 구조를 가지는 아진계 유기 화합물을 포함할 수 있다. 이때, 제 2 전자수송층(450)에서 화학식 12 내지 화학식 13의 구조를 가지는 벤즈이미다졸계 화합물과, 화학식 10 내지 화학식 11의 구조를 가지는 아진계 유기 화합물은 1:4 내지 4:1의 중량비, 예를 들어 1:2 내지 2:1의 중량비로 배합될 수 있다.
제 2 전자수송층(850)은 30 내지 500 Å, 예를 들어, 50 내지 350 Å의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 3 전자수송층(950)은 제 3 발광물질층(940)으로 전자를 전달한다. 예시적인 측면에서, 제 3 전자수송층(950)은 화학식 12 내지 화학식 13의 구조를 가지는 벤즈이미다졸계 유기 화합물을 포함할 수 있다. 제 3 전자수송층(950)은 30 내지 500 Å, 예를 들어, 50 내지 300 Å의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
전자주입층(860)은 제 2 전극(620)과 제 2 전자수송층(850) 사이에 위치하며, 제 2 전극(620)의 특성을 개선하여 유기발광다이오드(D1)의 수명을 개선할 수 있다. 예시적인 측면에서, 전자주입층(620)은 NaF, LiF, CsF, BaF2, MgF2 등의 알칼리금속 할라이드계 물질 또는 알칼리토금속 할라이드계 물질 및/또는 Liq, 리튬 벤조에이트(lithium benzoate), 소듐 스테아레이트(sodium stearate) 등의 유기금속계 물질이 사용될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
선택적으로, 전자주입층(760)은 전술한 알칼리금속 할라이드계 물질, 알칼리토금속 할라이드계 물질 및 유기금속계 물질 이외에도 Li, Na, K, Cs와 같은 알칼리 금속, Mg, Sr, Ba, Ra와 같은 알칼리토 금속 및/또는 Yb와 같은 란탄족 금속으로 도핑될 수 있다. 전자주입층(760)은 5 내지 100 Å, 예를 들어 10 내지 50 Å의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 1 전자차단층(730)은 전자가 제 1 발광물질층(740)을 경유하여 제 1 전극(610)으로 이동하는 것을 방지하고, 제 2 전자차단층(830)은 전자가 제 2 발광물질층(840)을 경유하여 제 2 전하생성층(970)으로 이동하는 것을 방지한다. 예시적인 측면에서, 제 1 전자차단층(730)과 제 2 전자차단층(830)은 각각 독립적으로 하기 화학식 18의 구조를 가지는 스파이로플루오렌계 유기 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
화학식 18
Figure pat00039
화학식 18에서, L5는 C6~C30 아릴렌기임; n은 0 또는 1임; R111 및 R112는 각각 독립적으로 C6-C30 아릴기 또는 C5-C30 헤테로 아릴기임.
화학식 18에서 L5는 페닐렌기일 수 있고, R111 및 R112는 각각 독립적으로 치환되지 않거나, C1~C10 알킬기 또는 C6~C30 아릴기(예를 들어, 페닐기)로 치환될 수 있는 페닐기, 바이페닐기, 플루오레닐기, 카바졸일기, 페닐카바졸일기, 카바졸일페닐기, 디벤조퓨라닐기 또는 디벤조티오페닐기일 수 있다.
일례로, 제 1 전자차단층(730) 및 제 2 전자차단층(830)은 각각 독립적으로 하기 화학식 19의 구조를 가지는 스파이로플루오렌계 유기 화합물에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
화학식 19
Figure pat00040
Figure pat00041
제 1 전자차단층(730) 및 제 2 전자차단층(830)은 각각 독립적으로 30 내지 500 Å, 예를 들어 50 내지 250 Å의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 1 전하생성층(CGL1, 770)은 제 1 발광부(700)과 제 2 발광부(800), 구체적으로는 제 1 발광부(700)와 제 3 발광부(900) 사이에 위치한다. 제 1 전하생성층(770)은 제 1 전자수송층(750)과 제 3 정공수송층(920) 사이에 위치하는 제 1 N타입 전하생성층(N-CGL1, 780)과, 제 1 N타입 전하생성층(780)과 제 3 정공수송층(920) 사이에 위치하는 제 1 P타입 전하생성층(P-CGL1, 790)을 포함한다. 제 1 N타입 전하생성층(780)은 제 1 발광부(700)의 제 1 발광물질층(740)으로 전자를 공급하고, 제 1 P타입 전하생성층(790)은 제 3 발광부(900)의 제 2 발광물질층(940)으로 정공을 공급한다.
제 2 전하생성층(CGL2, 970)은 제 2 발광부(800)과 제 3 발광부(900) 사이에 위치한다. 제 2 전하생성층(970)은 제 3 전자수송층(950)과 제 2 정공수송층(820) 사이에 위치하는 제 2 N타입 전하생성층(N-CGL2, 980)과, 제 2 N타입 전하생성층(980)과 제 2 정공수송층(820) 사이에 위치하는 제 2 P타입 전하생성층(P-CGL2, 990)을 포함한다. 제 2 N타입 전하생성층(980)은 제 3 발광부(900)의 제 3 발광물질층(940)으로 전자를 공급하고, 제 2 P타입 전하생성층(990)은 제 2 발광부(800)의 제 2 발광물질층(440)으로 정공을 공급한다.
제 1 N타입 전하생성층(780)과 제 2 N타입 전하생성층(980)은 각각 독립적으로 N타입 호스트와 N타입 도펀트를 포함하는 유기층일 수 있다. 예시적인 측면에서, N타입 호스트는 화학식 14 내지 화학식 15의 구조를 가지는 페난트롤린계 유기 화합물을 포함할 수 있다. N타입 도펀트는 Li, Na, K, Cs와 같은 알칼리 금속 및/또는 Mg, Sr, Ba, Ra와 같은 알칼리토 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 N타입 전하생성층(780)과 제 2 N타입 전하생성층(980) 중에서 N타입 도펀트는 1 내지 10 wt%의 함량으로 도핑될 수 있으나, 이에 한정도지 않는다. 제 1 N타입 전하생성층(780)은 30 내지 500 Å, 예를 들어 50 내지 250 Å의 두께를 가지고, 제 2 N타입 전하생성층(980)은 30 내지 600 Å, 예를 들어 50 내지 400 Å의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 1 P타입 전하생성층(790)과 제 2 P타입 전하생성층(990)은 각각 독립적으로 P타입 호스트와 P타입 도펀트를 포함하는 유기층일 수 있다. 예시적인 측면에서, P타입 호스트는 화학식 7 내지 화학식 8의 구조를 가지는 스파이로플루오렌계 유기 화합물을 포함할 수 있고, P타입 도펀트는 화학식 9의 구조를 가지는 래디알렌계 유기 화합물에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제 1 P타입 전하생성층(790)과 제 2 P타입 전하생성층(990) 중에서 P타입 도펀트는 1 내지 40 wt%, 예를 들어 3 내지 30 wr%의 비율로 도핑될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 제 1 P타입 전하생성층(790) 및 제 2 P타입 전하생성층(990)은 각각 독립적으로 30 내지 500 Å, 예를 들어 50 내지 200 Å의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 3 발광물질층(940)은 중간 하부 발광물질층(제 1층, 940A)과 중간 상부 발광물질층(제 2층, 940B)을 포함한다. 중간 하부 발광물질층(940A)은 제 1 전극(610)에 근접하게 위치하고, 중간 상부 발광물질층(940B)은 제 2 전극(620)에 근??하게 위치한다. 중간 하부 발광물질층(940A)과 중간 상부 발광물질층(940B) 중에서 어느 하나는 녹색 발광물질층이고, 중간 하부 발광물질층(940A)과 중간 상부 발광물질층(940B) 중에서 다른 하나는 적색 발광물질층일 수 있다. 즉, 녹색 발광물질층과 적색 발광물질층이 연속하여 적층되어, 제 2 발광물질층(940)을 형성한다.
예를 들어, 중간 하부 발광물질층(940A)은 적색 발광물질층일 수 있다. 이때, 중간 하부 발광물질층(940A)은 적색 호스트(제 3 호스트, 942a)와 적색 도펀트(제 3 도펀트, 944a)를 포함할 수 있다. 예시적인 측면에서, 제 3 호스트(942a)는 적색 P타입 호스트(적색 정공타입 호스트)와 적색 N타입 호스트(적색 전자타입 호스트)를 포함할 수 있다.
일례로, 적색 P타입 호스트는 화학식 7 내지 화학식 8의 구조를 가지는 스파이로플루오렌계 유기 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 적색 N타입 호스트는 하기 화학식 20의 구조를 가지는 퀴나졸린-카바졸계 유기 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
화학식 20
Figure pat00042
화학식 20에서, R121은 수소, 중수소, C1-C20 알킬기, C6-C30 아릴기임; R122는 C6-C30 아릴기임; R123과 R124는 각각 독립적으로 수소, 중수소, C10-C30 헤테로 아릴기이고, 상기 헤테로 아릴기는 치환되지 않거나 C6-C20 아릴기로 치환될 수 있으며, 상기 아릴기는 치환되지 않거나 C6-C20 아릴기로 치환될 수 있고, R123 및 R124 중에서 적어도 하나는 C10-C30 헤테로 아릴기이거나, p와 q가 각각 2 이상의 정수인 경우, R123과 R124인 2개의 인접한 작용기는 결합하여 C6-C10 방향족 고리를 형성할 수 있음; o, p q는 각각 치환기의 개수로서, o, p, q는 각각 0 내지 4의 정수임.
예를 들어, 화학식 20에서 R121은 수소 또는 중수소이고, R122는 페닐기일 수 있으며, R123은 수소 또는 중수소이거나 인접한 작용기가 결합하여 페닐 고리를 형성할 수 있고, R124는 카바졸일기 또는 벤조카바졸일기이며, 상기 카바졸일기 또는 벤조카바졸일기는 각각 독립적으로 페닐기, 나프틸기로 치환될 수 있고, 상기 페닐기 및 나프틸기는 각각 독립적으로 치환되지 않거나, 다른 페닐기 및 다른 나프틸기로 치환될 수 있다. 일례로, 적색 N타입 호스트는 하기 화학식 21의 구조를 가지는 유기 화합물에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
화학식 21
Figure pat00043
Figure pat00044
Figure pat00045
예시적인 측면에서, 중간 하부 발광물질층(940A)에서 적색 P타입 호스트와 적색 N타입 호스트는 1:9 내지 9:1, 예를 들어 2:8 내지 8:2 또는 7:3 내지 3:7의 중량 비율로 배합될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
적색 도펀트(944a)는 적색 인광 물질, 적색 형광 물질 및 적색 지연형광물질 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예시적인 측면에서, 적색 인광 물질은 하기 화학식 22의 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
화학식 22
Figure pat00046
화학식 22에서, R131은 수소, 중수소, 할로겐 원자, C1-C6 알킬기, C3-C6 사이클로 알킬기, C6-C10 아릴기 또는 C3-C10 헤테로 아릴기임; R132 내지 R135는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐 원자, C1-C6 알킬기, C3-C6 사이클로 알킬기, C6-C10 아릴기 또는 C3-C10 헤테로 아릴기이거나, R132 내지 R135 중에서 2개의 인접한 작용기는 결합하여 C6-C10 방향족 고리를 형성할 수 있으며, R132 내지 R135의 인접한 2개의 작용기 중에서 하나는 C6-C10 방향족 고리를 형성함; R136 내지 R138은 각각 독립적으로 수소, 중수소 또는 C1-C6 알킬기임.
화학식 22에서, R131은 수소, 중수소 또는 C1-C6 알킬기일 수 있고, R132 내지 R135는 각각 독립적으로 수소, 중수소 또는 C1-C6 알킬기이거나, R132 내지 R135의 인접한 2개의 작용기 중에서 하나는 페닐 고리를 형성할 수 있다. 일례로, 적색 도펀트(944a)는 하기 화학식 23의 구조를 가지는 적색 인광 물질에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
화학식 23
Figure pat00047
Figure pat00048
Figure pat00049
중간 하부 발광물질층(940A)에서 적색 도펀트(944a)는 1 내지 10 wt%, 예를 들어 1 내지 5 wt%의 함량으로 도핑될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 중간 하부 발광물질층(940A)은 30 내지 400 Å, 예를 들어, 50 내지 250 Å의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
한편, 중간 상부 발광물질층(940B)은 녹색 발광물질층일 수 있다. 이때, 중간 상부 발광물질층(940B)은 녹색 호스트(제 4 호스트, 942b)와 녹색 도펀트(제 4 도펀트, 944b)를 포함할 수 있다. 예시적인 측면에서, 제 4 호스트(942b)는 녹색 P타입 호스트(녹색 정공타입 호스트)와 녹색 N타입 호스트(녹색 전자타입 호스트)를 포함할 수 있다.
일례로, 녹색 P타입 호스트는 하기 화학식 24의 구조를 가지는 비스카바졸계(Biscarbazole-based) 유기 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
화학식 24
Figure pat00050
화학식 24에서 R141과 R142는 각각 독립적으로 C6-C30 아릴기이고, 상기 아릴기는 치환되지 않거나 C6-C10 아릴기로 더욱 치환될 수 있음.
화학식 24에서 R141과 R142는 각각 독립적으로 페닐기, 나프틸기일 수 있으며, 상기 페닐기 및 나프틸기는 각각 독립저으로 치환되지 않거나 다른 페닐기 또는 다른 나프틸기로 치환될 수 있다. 일례로, 녹색 P타입 호스트는 하기 화학식 25의 구조를 가지는 비스카바졸계 유기 화합물에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
화학식 25
Figure pat00051
Figure pat00052
Figure pat00053
녹색 N타입 호스트는 하기 화학식 26의 구조를 가지는 트리아진계 유기 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
화학식 26
Figure pat00054
화학식 26에서, R151과 R152는 각각 독립적으로 C6-C30 아릴기임; R153은 C10-C20 축합 헤테로 아릴기이며, 상기 축합 헤테로 아릴기는 치환되지 않거나 C10-C20 축합 아릴기로 치환될 수 있음; L6는 C6-C30 아릴렌기임; s는 0 또는 1임.
화학식 26에서, R151과 R152는 각각 독립적으로 페닐기일 수 있고, R153은 디벤조퓨라닐기 또는 디벤조티오페닐기일 수 있으며, 상기 디벤조퓨라닐기 및 디벤조티오페닐기는 각각 독립적으로 트리페닐렌기, 페난트레닐기로 치환될 수 있으며, L6는 페닐렌기일 수 있다. 일례로, 녹색 N타입 호스트는 하기 화학식 27의 구조를 가지는 트리아진계 유기 화합물에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
화학식 27
Figure pat00055
Figure pat00056
Figure pat00057
Figure pat00058
예시적인 측면에서, 중간 상부 발광물질층(940A)에서 적색 P타입 호스트와 적색 N타입 호스트는 1:9 내지 9:1, 예를 들어 2:8 내지 8:2 또는 7:3 내지 3:7의 중량 비율로 배합될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
녹색 도펀트(944b)는 녹색 인광 물질, 녹색 형광 물질 및 녹색 지연형광물질 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예시적인 측면에서, 녹색 인광 물질은 하기 화학식 28의 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
화학식 28
Figure pat00059
화학식 28에서, R161 내지 R162는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐 원자, C1-C6 알킬기, C3-C6 사이클로 알킬기, C6-C10 아릴기 또는 C3-C10 헤테로 아릴기임; t, u, v, w는 각각 치환기의 개수로서, t, v 및 w는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고, u는 9 내지 3의 정수임; X는 산소 원자 또는 황 원자임; Z1 내지 Z4는 각각 독립적으로 질소 또는 CR165이고, CR165는 수소, 중수소, 할로겐 원자, C1-C6 알킬기, C3-C6 사이클로 알킬기, C6-C10 아릴기 또는 C3-C10 헤테로 아릴기임.
일례로, 녹색 도펀트(944b)는 하기 화학식 29의 구조를 가지는 녹색 인광 물질에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
화학식 29
Figure pat00060
중간 상부 발광물질층(940B)에서 녹색 도펀트(944b)는 1 내지 10 wt%, 예를 들어 1 내지 5 wt%의 함량으로 도핑될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 중간 상부 발광물질층(940B)은 30 내지 600 Å, 예를 들어, 50 내지 400 Å의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 1 전극(610)에 인접하게 위치하는 제 1 발광물질층(740)은 정공 주입 특성이 우수한 호스트 1(742)을 사용하고, 제 2 전극(620)에 인접하게 위치하는 제 2 발광물질층(840)은 전자 주입 특성이 우수한 호스트 2(842)을 사용한다. 이에 따라, 유기발광다이오드(D2)의 구동 전압을 낮추고, 발광 효율 및 발광 수명을 향상시킬 수 있다. 유기발광다이오드(D2)는 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP) 및 청색 화소영역(BP)에서 모두 백색을 발광하고, 각각의 화소영역에서 컬러필터층(580. 도 4 )을 통과함으로써, 유기발광 표시장치(500, 도 4)는 풀-컬러 영상을 구현할 수 있다.
도 5에서는 3개의 발광부가 적층된 탠덤 구조의 유기발광다이오드를 설명하였다. 이와 달리, 유기발광다이오드는 추가적인 발광부 및 전하생성층을 더욱 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 유기발광장치는 색변환층을 포함할 수 있다. 도 6은 본 발명의 예시적인 제 3 실시형태에 따른 유기발광장치의 일례로서, 유기발광 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 유기발광 표시장치(1000)는 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP) 및 청색 화소영역(BP)이 정의된 제 1 기판(1002)과, 제 1 기판(1002)과 마주하는 제 2 기판(1004)과, 제 1 기판(1002)과 제 2 기판(1004) 사이에 위치하며 청색 빛을 발광하는 유기발광다이오드(D)와, 유기발광다이오드(D)와 제 2 기판(1004) 사이에 위치하는 색변환층(1080)을 포함한다. 도시하지 않았으나, 제 2 기판(1004)과 색변환층(1080) 각각의 사이에는 컬러필터층이 형성될 수 있다.
제 1 기판(1002) 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(1062)을 갖는 보호층(1060)이 박막트랜지스터(Tr)를 덮으며 형성된다.
보호층(1060) 상에는 제 1 전극(1110), 발광층(1130) 및 제 2 전극(1120)을 포함하는 유기발광다이오드(D)가 형성된다. 이때, 제 1 전극(1110)은 드레인 컨택홀(1062)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(1010)의 가장자리를 덮는 뱅크층(1064)이 형성된다.
이때, 유기발광다이오드(D)는 도 2의 구조를 가지며, 청색(B)을 발광할 수 있다. 즉, 유기발광다이오드(D)는 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP) 및 청색 화소영역(BP) 각각에 구비되어 청색 빛을 제공한다.
색변환층(1080)은 적색 화소영역(RP)에 대응하는 제 1 색변환층(1082)과 녹색 화소영역(BP)에 대응하는 제 2 색변환층(1184)을 포함한다. 예를 들어, 색변환층(1080)은 양자점과 같은 무기발광물질로 이루어질 수 있다.
적색 화소영역(RP)에서 유기발광다이오드(D)로부터 방출된 청색 빛은 제 1 색변환층(1082)에 의하여 적색 빛으로 변환되고, 녹색 화소영역(GP)에서 유기발광다이오드(D)로부터 방출된 청색 빛은 제 2 색변환층(1084)에 의해 녹색 빛으로 변환된다. 따라서, 유기발광 표시장치(1000)는 컬러 영상을 구현할 수 있다.
한편, 유기발광다이오드(D)로부터 방출된 빛이 제 1 기판(1002)을 통과하여 표시되는 경우, 색변환층(1080)은 유기발광다이오드(D)와 제 1 기판(1002) 사이에 구비될 수도 있다.
이하, 예시적인 실시형태를 통하여 본 발명을 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예에 기재된 기술사상으로 한정되지 않는다.
합성예 1: Host 1-2의 합성
(1) 중간체 A-1 합성
[반응식 1-1]
Figure pat00061
Anthracene-D10(188.g, 0.10 mole) solution에 anhydrous cupric bromide(45 g. 0.202 mole)을 반응시켰다. 해당 반응물을 N2 분위기에서, 가열하면서 12시간 동안 교반하였다. 반응이 끝난 후 백색의 CuBr(Ⅰ)을 필터로 제거한 후, 여액을 35-nm Alumina 컬럼에 통과시켜 정제하였다. 컬럼을 통해 1차 정제한 반응액을 진공에서 용매를 제거하여 9-bromoanthracene-D9 중간체 A-1dl 포함된 혼합물을 얻었다. 해당 혼합물은 중간체 A-1 다수에, 반응 시작물 (anthracene-D10) 및 dibromo-byproduct 소량이 포함된 혼합물이다. 해당 혼합물을 추가 정제 없이 다음 반응의 반응물로 사용하였다.
(2) 중간체 A-2 합성
[반응식 1-2]
Figure pat00062
둥근바닥 플라스크에 중간체 A-1 2.66g (0.01 mole)과 naphtalene-1-boronic acid 1.72g (0.01 mole)을 넣고 톨루엔 용액 (30 mL)를 넣어 혼합 용액을 만들었다. 혼합 용액을 질소 분위기 하에서 교반시키면서 추가로 증류수 (10 mL)에 Na2CO3 2.12g을 녹인 Na2CO3 수용액을 첨가하였다. 이후 촉매 Pd(PPh3)4 (Tetrakis(triphenylphosphine)palladium(0), 0.25g 0.025 mmol)을 넣고 교반시켰다. 반응이 완료된 후, 반응액을 메탄올 용액에 넣어 생성물을 침전시키고, 침전물을 여과하였다. 침전물을 감압 필터 하에서 물, 염화수소 수용액(농도 10%), 물, 메탄올 순으로 세척하여, 정제된 백색 분말 중간체 A-2 (2.6g, 83%)를 얻었다.
(3) 중간체 A-3 합성
[반응식 1-3]
Figure pat00063
중간체 A-2 2.8g (8.75 mmol) 을 Dichloromethane (50 mL)에 녹인 후, 용액에 Br2 1.4g (8.75 mmol) 넣고 교반시켰다. 반응이 끝난 후 2M 몰농도의 Na2S2O3 (10 mL) 수용액을 반응물에 넣고 교반시켰다. 혼합층에서 유기물층을 분리한 뒤 해당 물질을 10% 농도의 Na2CO3 (10 mL) 수용액, 증류수로 세척하고 유기물층을 분리한 뒤, MgSO4를 이용하여 유기물 층 내 물을 제거하였다. 유기물 용액을 농축시킨 후 메탄올 과량을 부어 생성물을 석출하고 여과하여, 중간체 A-3 (3.3g)를 얻었다.
(4) Host 1-2 합성
[반응식 1-4]
Figure pat00064
중간체 A-3 1.96g (0.05 mole), naphtalene-2-boronic acid 1.02g (0.06 mol)을 넣고 toluene (30 mL)를 넣어 용해시켰다. 용액을 N2 조건 하에서 교반하였다. 증류수 (8 mL)에 Na2CO3 1.90g을 녹인 Na2CO3 수용액을 넣고 Aliquat (1 mL)을 넣었다. 이후, Pd(PPh3)4를 촉매량만큼 넣는다. 용액을 가열시키면서 질소 분위기에서 반응시켰다. 반응이 끝나고 유기층을 분리하고, 메탄올을 넣어서 백색의 고체를 침전시켰다. 고체 혼합물을 chloroform: hexane (1:3) eluent로 Silica gel column으로 정제하여 깨끗한 백색의 Host 1-2 (2.30g)를 얻었다.
합성예 2: Host 1-3의 합성
(2) 중간체 B-1 합성
[반응식 2-1]
Figure pat00065
질소 분위기에서, 10-(naphthalene-1-yl)anthracene 3.05g (10 mmol)이 용해된 벤젠-D6 (C6D6) 용액 (100 mL)에 AlCl2 0.391g (4 mmol)을 첨가하였다. 혼합 용액을 실온에서 6시간 교반시킨 후 D2O (50 mL)을 첨가하였다. 유기용액 층과 수용액 층을 분리하고, 수용액 층을 Dicholomethane (CH2Cl2)로 ??었다. 유기용액 층을 분리한 후, 황산마그네슘을 넣고 교반하여 건조시키고, 필터를 통해 유기용액만 분리하였다. 분리된 유기용액은 회전 증발로 용액을 제거하여 조생성물을 얻었다. 조생성물은 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 중간체 B-1 (2.88g, 9 mmol)을 얻었다.
(2) 중간체 B-2 합성
[반응식 2-2]
Figure pat00066
중간체 B-1 2.88g (9 mmol)을 Dichloromethane (50 mL)에 녹인 후, 용액에 Br2 1.45g (9 mmol)을 넣고 교반시켰다. 반응이 끝난 후 2M 몰농도의 Na2S2O3 (10 mL) 수용액을 반응물에 넣고 교반시켰다. 혼합층에서 유기물층을 분리한 뒤 해당 물질을 10% 농도의 Na2CO3 (10 mL) 수용액, 증류수로 세척하고 유기물층을 분리한 뒤, MgSO4를 이용하여 유기물 층 내 물을 제거하였다. 유기물 용액을 농축시킨 후 메탄올 과량을 부어 생성물을 석출하고 걸러서 중간체 B-2 (2.8g)를 얻었다.
(3) Host 1-3 합성
[반응식 2-3]
Figure pat00067
둥근바닥 플라스크에 중간체 B-2 2.8g (7 mmol)과 naphtalene-1-boronic acid 1.38g (8 mmol)을 넣고 톨루엔 용액 (30 mL)를 넣어 혼합 용액을 만들었다. 혼합 용액을 질소 분위기 하에서 교반시키면서 추가로 증류수 (10 mL)에 Na2CO3 2.12g을 녹인 Na2CO3 수용액을 첨가하였다. 이후 촉매 Pd(PPh3)4 을 0.25g (0.025 mmol) 넣어준 후 교반시켰다. 반응이 완료된 후, 반응액을 메탄올 용액에 넣어 생성물을 침전시키고, 침전물을 여과하였다. 침전물을 물, 염화수소 수용액(농도 10%), 물, 메탄올 순으로 감압 필터 하에서 세척, 정제하여, 백색 분말 형태의 Host 1-3 (2.65g)을 얻었다.
합성예 3: Host 1-4의 합성
(1) 중간체 C-1 합성
[반응식 3-1]
Figure pat00068
질소 분위기에서, 10-(naphthalene-2-yl)anthracene 3.05g (10 mmol)이 용해된 벤젠-D6 (C6D6) 용액 (100 mL)에 AlCl2 0.391g (4 mmol) 을 첨가하였다. 혼 합 용액을 실온에서 6시간 교반시킨 후 D2O (50 mL)을 첨가하였다. 유기용액 층과 수용액 층을 분리하고, 수용액 층을 Dicholomethane (CH2Cl2)로 씻었다. 유기용액 층을 분리한 후, 황산마그네슘을 넣고 교반하여 건조시키고, 필터를 통해 유기용액만 분리하였다. 분리된 유기용액은 회전 증발로 용액을 제거하여 조 생성물을 얻었다. 조 생성물은 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 중간체 C-1 (2.88g, 9 mmol)을 얻었다.
(2) 중간체 C-2 합성
[반응식 3-2]
Figure pat00069
중간체 C-1 2.88g (9 mmol)을 Dichloromethane (50 mL)에 녹인 후, 용액에 Br2 1.45g (9 mmol)을 넣고 교반시켰다. 반응이 끝난 후 2M 몰농도의 Na2S2O3 (10 mL) 수용액을 반응물에 넣고 교반시켰다. 혼합층에서 유기물층을 분리한 뒤 해당 물질을 10% 농도의 Na2CO3 (10 mL) 수용액, 증류수로 세척하고 유기물층을 분리한 뒤 MgSO4를 이용하여 유기물 층 내 물을 제거하였다. 유기물 용액을 농축시킨 후 메탄올 과량을 부어 생성물을 석출하고 걸러서 중간체 C-2 (2.8 g)을 얻었다.
(3) Host 1-4 합성
[반응식 3-4]
Figure pat00070
둥근바닥 플라스크에 중간체 C-2 2.8g (7 mmol)과 naphtalene-1-boronic acid 1.38g (8 mmol)을 넣고 톨루엔 용액 (30 mL)를 넣어 혼합 용액을 만들었다. 혼합 용액을 질소 분위기 하에서 교반시키면서 추가로 증류수 (10 mL)에 Na2CO3 2.12g을 녹인 Na2CO3 수용액을 첨가하였다. 이후 촉매 Pd(PPh3)4 을 0.25g (0.025 mmol) 넣어준 후 교반시켰다. 반응이 완료된 후, 반응액을 메탄올 용액에 넣어 생성물을 침전시키고, 침전물을 여과하였다. 침전물을 물, 염화수소 수용액(농도 10%), 물, 메탄올 순으로 감압 필터 하에서 세척, 정제하여 백색 분말 형태의 Host 1-4 (2.65g)를 얻었다.
합성예 4: Host 1-5의 합성
[반응식 4]
Figure pat00071
질소 분위기에서, α, β-ADN 4.3g (10 mmol)이 용해된 벤젠-D6 (C6D6) 용액 (100 mL)에 AlCl2 0.391g (4 mmol)을 첨가하였다. 혼합 용액을 실온에서 6시간 교반시킨 후 D2O (50 mL)을 첨가하였다. 유기용액 층과 수용액 층을 분리하고, 수용액 층을 Dicholomethane (CH2Cl2)로 씻었다. 유기용액 층을 분리시킨 후 황산마그네슘을 넣고 교반하여 건조시킨 후, 필터를 통해 유기용액만 분리하였다. 분리된 유기용액은 회전 증발로 용액을 제거하여 조 생성물을 얻었다. 조 생성물은 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 Host 1-5 (4g)을 얻었다.
실시예 1(Ex. 1): 유기발광다이오드 제조
제 1 발광물질층(EML)의 호스트로 Host 1-5를 사용하고, 제 2 발광물질층의 호스트로 Host 1-3을 사용하여 2개의 발광부로 이루어진 탠덤 구조의 유기발광다이오드를 제조하였다. ITO 전극이 부착된 유리 기판을 UV 오존으로 세척하고, 증발 시스템에 적재하였다. 이어서 기판 상부에 발광층을 증착하기 위하여 기판은 증착 챔버 내로 이송되었다. 약 10-7 Torr 진공 하에 가열 보트로부터 증발에 의해 다음과 같은 순서로 발광층을 증착하였다.
정공주입층(화학식 8의 E3 97 wt%: 화학식 9의 I1 3 wt% 도핑, 100 Å), 제 1 정공수송층(화학식 8의 E3, 300 Å), 제 1 발광물질층 (Host 1-5 98 wt%: Dopant 1-1 2 wt% 도핑, 250 Å), 제 1 전자수송층 (화학식 11의 F1, 150 Å), n-CGL (화학식 15의 H1 95 wt%: Li 2 wt% 도핑, 120 Å), p-CGL (화학식 8의 E3 85 wt%: 화학식 9의 I1 3 wt% 도핑, 75 Å), 제 2 정공수송층(화학식 8의 E3, 300 Å), 제 2 발광물질층 (Host 1-3 98 wt%: Dopant 1-1 2 wt% 도핑, 250 Å), 제 2 전자수송층(화학식 11의 F1과 화학식 13 G1을 50:50으로 혼합하고, Liq 50 중량% 이하 도핑, 350 Å), 전자주입층 (LiF와 Yb를 1:1로 혼합, 20 Å), 음극 (Ag: Mg = 10:1, 175 Å).
발광층 및 음극을 증착한 후, 피막을 형성하기 위하여 증착 챔버에서 건조 박스 내로 옮기고 후속적으로 UV 경화 에폭시 및 수분 게터(getter)를 사용하여 인캡슐레이션 하였다.
실시예 2 (Ex. 2): 유기발광다이오드 제조
제 2 발광물질층의 호스트로 Host 1-3을 대신하여, Host 1-4를 각각 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 물질 및 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
실시예 3 (Ex. 3): 유기발광다이오드 제조
제 1 발광물질층의 호스트로 Host 1-5를 대신하여 Host 1-2를 사용하고, 제 2 발광물질층의 호스트로 Host 1-4를 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 물질 및 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
실시예 4 (Ex. 4): 유기발광다이오드 제조
제 2 발광물질층의 호스트로 Host 1-4를 대신하여, Host 1-5를 사용한 것을 제외하고 실시예 3의 물질 및 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 1 (Ref. 1): 유기발광다이오드의 제조
제 1 발광물질층의 호스트로 Host 1-5를 대신하여 Host 1-1을 사용하고, 제 2 발광물질층의 호스트로 Host 1-3을 대신하여 Host 1-1을 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 물질 및 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 2 (Ref. 2): 유기발광다이오드의 제조
제 1 발광물질층의 호스트로 Host 1-5를 대신하여 Host 1-1을 사용하고, 제 2 발광물질층의 호스트로 Host 1-3을 대신하여 Host 1-5를 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 물질 및 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 3 (Ref. 3): 유기발광다이오드의 제조
제 1 발광물질층의 호스트로 Host 1-5를 대신하여 Host 1-2를 사용하고, 제 2 발광물질층의 호스트로 Host 1-3을 대신하여 Host 1-2를 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 물질 및 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 4 (Ref. 4): 유기발광다이오드의 제조
제 1 발광물질층의 호스트로 Host 1-5를 대신하여 Host 1-3을 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 물질 및 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 5(Ref. 5): 유기발광다이오드의 제조
제 1 발광물질층의 호스트로 Host 1-5를 대신하여 Host 1-4를 사용하고, 제 2 발광물질층의 호스트로 Host 1-3을 대신하여 Host 1-4를 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 물질 및 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 6 (Ref. 6): 유기발광다이오드의 제조
제 2 발광물질층의 호스트로 Host 1-3을 대신하여 Host 1-5를 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 물질 및 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 7 (Ref. 7): 유기발광다이오드의 제조
제 1 발광물질층의 호스트로 Host 1-5를 대신하여 Host 1-3을 사용하고, 제 2 발광물질층의 호스트로 Host 1-3을 대신하여 Host 1-5를 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 물질 및 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 8 (Ref. 8): 유기발광다이오드의 제조
제 1 발광물질층의 호스트로 Host 1-5를 대신하여 Host 1-4를 사용하고, 제 2 발광물질층의 호스트로 Host 1-3을 대신하여 Host 1-5를 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 물질 및 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
실험예 1: 유기발광다이오드의 광학적 특성 측정
실시예 1 내지 실시예 2와, 비교예 1 내지 비교예 8에서 각각 제조된 유기발광다이오드의 광학적 특성을 측정하였다. 9 ㎟의 방출 영역을 갖는 각각의 유기발광다이오드를 외부전력 공급원에 연결하였으며, 전류 공급원(KEITHLEY) 및 광도계(PR 650)를 사용하여 실온에서 소자의 광학적 특성을 평가하였다. 각각의 유기발광다이오드에 대하여 10 ㎃/㎠의 전류밀도에서 각각의 소자에 대한 구동 전압(V), 전류효율(cd/A), CIE 색 좌표와, T95 (3000 nit 휘도 기준, 전류밀도 약 22.5 ㎃/㎠, 상온에서 초기 휘도 대비 휘도가 5% 감소하기까지의 시간)을 측정하였다. 측정 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
유기발광다이오드의 광학 특성
샘플 Hosta V cd/A (T95, hr) (CIE x, y)
Ref. 1 1-1/1-1 7.08 13.73 30 0.143 0.041
Ref. 2 1-1/1-5 7.23 13.04 36 0.143 0.041
Ref. 3 1-2/1-2 7.18 13.04 40 0.143 0.041
Ref. 4 1-3/1-3 7.21 13.72 44 0.143 0.041
Ref. 5 1-4/1-4 7.19 13.55 44 0.143 0.041
Ref. 6 1-5/1-5 7.25 12.91 45 0.143 0.041
Ref. 7 1-3/1-5 7.23 13.04 43 0.143 0.041
Ref. 8 1-4/1-5 7.23 13.04 43 0.143 0.041
Ex. 1 1-5/1-3 6.98 14.42 45 0.143 0.041
Ex. 2 1-5/1-4 6.98 14.55 45 0.143 0.041
Ex. 3 1-2/1-4 7.14 14.55 45 0.142 0.042
Ex. 4 1-2/1-5 7.00 14.21 45 0.142 0.042
a: EML1/EML2
표 1에 나타낸 바와 같이, 제 1 발광물질층에 모핵 방향족 탄소 원자가 중수소로 치환되지 않은 중수소 치환율 0%의 Host 1-1, 모핵 방향족 탄소 원자의 일부만 중수소로 치환된 안트라센계 화합물(Host 1-2, Host 1-3, Host 1-4)을 각각 호스트 1과 호스트 2에 동일하게 도입한 비교예 1, 비교예 3-5에서 제조한 유기발광다이오드와 비교하여, 제 1 발광물질층에 모핵 방향족 탄소 원자가 모두 중수소로 치환된 안트라센계 화합물(Host 1-5) 또는 중수소 치환율이 약 36인 안트라센계 화합물(Host 1-2)을 호스트 1로 도입하고, 제 2 발광물질층에 중수소 치환율이 각각 약 68%인 Host 1-3 또는 Host 1-4를 제 2 호스트로 각각 도입한 실시예에서 제조한 유기발광다이오드의 구동 전압은 최대 2.8% 낮아졌고, 전류 효율과 발광 수명은 각각 최대 11.6%, 50% 향상되었다. 제 1 발광물질층에 중수소화율이 0%인 Host 1-1, 100%인 Host 1-5, 약 68%인 Host 1-3 또는 Host 1-5를 제 1 호스트로 도입하고, 제 2 발광물질층에 모핵 방향족 탄소 원자가 모두 중수소로 치환된 안트라센계 화합물을 호스트 2로 도입한 비교예 2, 비교예 6-8에서 제조한 유기발광다이오드와 비교하여, 실시예에서 제조한 유기발광다이오드의 구동 전압은 최대 3.7% 낮아졌고, 전류 효율과 발광 수명은 각각 최대 11.6%, 25% 향상되었다.
실시예 5 (Ex. 5): 유기발광다이오드 제조
제 1 발광물질층과 제 2 발광물질층의 도펀트로서, Doapnt 1-1을 대신하여 Dopant 1-2를 각각 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 물질 및 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
실시예 6 (Ex. 6): 유기발광다이오드 제조
제 2 발광물질층의 호스트로 Host 1-3을 대신하여, Host 1-4를 각각 사용한 것을 제외하고 실시예 5의 물질 및 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 9 (Ref. 9): 유기발광다이오드의 제조
제 1 발광물질층의 호스트로 Host 1-5를 대신하여 Host 1-1을 사용하고, 제 2 발광물질층의 호스트로 Host 1-3을 대신하여 Host 1-1을 사용한 것을 제외하고 실시예 3의 물질 및 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 10 (Ref. 10): 유기발광다이오드의 제조
제 1 발광물질층의 호스트로 Host 1-5를 대신하여 Host 1-1을 사용하고, 제 2 발광물질층의 호스트로 Host 1-3을 대신하여 Host 1-5를 사용한 것을 제외하고 실시예 3의 물질 및 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 11 (Ref. 11): 유기발광다이오드의 제조
제 1 발광물질층의 호스트로 Host 1-5를 대신하여 Host 1-2를 사용하고, 제 2 발광물질층의 호스트로 Host 1-3을 대신하여 Host 1-2를 사용한 것을 제외하고 실시예 3의 물질 및 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 12 (Ref. 12): 유기발광다이오드의 제조
제 1 발광물질층의 호스트로 Host 1-5를 대신하여 Host 1-3을 사용한 것을 제외하고 실시예 3의 물질 및 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 13(Ref. 13): 유기발광다이오드의 제조
제 1 발광물질층의 호스트로 Host 1-5를 대신하여 Host 1-4를 사용하고, 제 2 발광물질층의 호스트로 Host 1-3을 대신하여 Host 1-4를 사용한 것을 제외하고 실시예 3의 물질 및 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 14 (Ref. 14): 유기발광다이오드의 제조
제 2 발광물질층의 호스트로 Host 1-3을 대신하여 Host 1-5를 사용한 것을 제외하고 실시예 3의 물질 및 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 15 (Ref. 15): 유기발광다이오드의 제조
제 1 발광물질층의 호스트로 Host 1-5를 대신하여 Host 1-3을 사용하고, 제 2 발광물질층의 호스트로 Host 1-3을 대신하여 Host 1-5를 사용한 것을 제외하고 실시예 3의 물질 및 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 16 (Ref. 16): 유기발광다이오드의 제조
제 1 발광물질층의 호스트로 Host 1-5를 대신하여 Host 1-4를 사용하고, 제 2 발광물질층의 호스트로 Host 1-3을 대신하여 Host 1-5를 사용한 것을 제외하고 실시예 3의 물질 및 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
실험예 2: 유기발광다이오드의 광학적 특성 평가
실시예 5 내지 6과, 비교예 9 내지 16에서 각각 제조된 유기발광다이오드의 광학적 특성을 실험예 1과 동일한 절차에 따라 측정하였다. 측정결과를 하기 표 2에 나타낸다.
유기발광다이오드의 광학 특성
샘플 Hosta V cd/A (T95, hr) (CIE x, y)
Ref. 9 1-1/1-1 7.08 14.01 25 0.14 0.039
Ref. 10 1-1/1-5 7.23 13.31 30 0.14 0.039
Ref. 11 1-2/1-2 7.18 13.31 33 0.14 0.039
Ref. 12 1-3/1-3 7.21 13.23 36 0.14 0.039
Ref. 13 1-4/1-4 7.11 13.35 37 0.14 0.039
Ref. 14 1-5/1-5 7.25 13.17 37 0.14 0.039
Ref. 15 1-3/1-5 7.23 13.31 36 0.14 0.039
Ref. 16 1-4/1-5 7.23 13.31 36 0.14 0.039
Ex. 5 1-5/1-3 6.98 14.71 37 0.14 0.039
Ex. 6 1-5/1-4 6.98 14.85 37 0.14 0.039
a: EML1/EML2
표 2에 나타낸 바와 같이, 제 1 발광물질층에 모핵 방향족 탄소 원자가 중수소로 치환되지 않은 중수소 치환율 0%의 Host 1-1, 모핵 방향족 탄소 원자의 일부만 중수소로 치환된 안트라센계 화합물(Host 1-2, Host 1-3, Host 1-4)을 호스트 1과 Host 2에 동일하게 도입한 비교예 9, 비교예 11-13에서 제조한 유기발광다이오드와 비교하여, 제 1 발광물질층에 모핵 방향족 탄소 원자가 모두 중수소로 치환된 안트라센계 화합물(Host 1-5)을 호스트 1로 도입하고, 제 2 발광물질층에 중수소 치환율이 각각 약 68%인 Host 1-3 또는 Host 1-4를 제 2 호스트로 각각 도입한 실시예에서 제조한 유기발광다이오드의 구동 전압은 최대 2.8% 낮아졌고, 전류 효율과 발광 수명은 각각 최대 11.6%, 48% 향상되었다. 제 1 발광물질층에 중수소화율이 0%인 Host 1-1, 100%인 Host 1-5, 약 68%인 Host 1-3 또는 Host 1-5를 제 1 호스트로 도입하고, 제 2 발광물질층에 모핵 방향족 탄소 원자가 모두 중수소로 치환된 안트라센계 화합물을 호스트 2로 도입한 비교예 10, 비교예 14-16에서 제조한 유기발광다이오드와 비교하여, 실시예에서 제조한 유기발광다이오드의 구동 전압은 최대 3.7% 낮아졌고, 전류 효율과 발광 수명은 각각 최대 11.6%, 23.3% 향상되었다.
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, 500, 1100: 유기발광 표시장치
102, 502, 504, 1102, 1104: 기판
210, 610, 1210: 제 1 전극
220, 620, 1220: 제 2 전극
230, 630, 1130: 발광층
300, 400, 700, 800, 900: 발광부
340, 440, 740, 840, 940: 발광물질층
342, 442, 742, 842, 942a, 942b: 호스트
344, 444, 744, 844, 944a, 944b: 도펀트
D, D1, D2: 유기발광다이오드
Tr: 박막트랜지스터

Claims (20)

  1. 제 1 전극;
    상기 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극;
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하며, 제 1 발광물질층을 포함하는 제 1 발광부;
    상기 제 1 발광부와 상기 제 2 전극 사이에 위치하며, 제 2 발광물질층을 포함하는 제 2 발광부; 및
    상기 제 1 발광부와 상기 제 2 발광부 사이에 위치하는 제 1 전하생성층을 포함하고,
    상기 제 1 발광물질층은 하기 화학식 1의 구조를 가지는 제 1 호스트를 포함하고,
    상기 제 2 발광물질층은 하기 화학식 3의 구조를 가지는 제 2 호스트를 포함하는 유기발광다이오드.
    화학식 1
    Figure pat00072

    화학식 3
    Figure pat00073

    화학식 1과 화학식 3에서 Ar1과 Ar2는 각각 독립적으로 C6-C20 아릴기임; D는 중수소를 나타냄; a1과 a2는 각각 독립적으로 0 내지 8의 정수임; b1, b2, c1 및 c2는 각각 Ar1과 Ar2의 모핵 탄소 원자 중에서 안트라센 고리에 연결되지 않는 탄소 원자에 치환되는 중수소 원자의 개수임; a1, b1, c1의 합은 a2, b2, c2의 합과 상이함.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 페닐기, 나프틸기 및 안트라세닐기로 구성되는 군에서 선택되는 유기발광다이오드.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 호스트는 하기 화학식 2의 구조를 가지는 유기 화합물을 포함하는 유기발광다이오드.
    화학식 2
    Figure pat00074

  4. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 호스트는 하기 화학식 4의 구조를 가지는 유기 화합물에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 유기발광다이오드.
    화학식 4

    Figure pat00075

    Figure pat00076

  5. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 발광물질층과 상기 제 2 발광물질층은 각각 독립적으로 하기 화학식 5의 구조를 가지는 제 1 도펀트와 제 2 도펀트를 포함하는 유기발광다이오드.
    화학식 5
    Figure pat00077

    화학식 5에서, R11 내지 R14 각각, R21 내지 R24 각각, R31 내지 R35 각각, R41 내지 R45 각각은 독립적으로 수소, 중수소, C1-C10 알킬기, C6-C30 아릴기, C6-C30 아릴 아미노기 및 C5-C30 헤테로 아릴기로 구성되는 군에서 선택되고, R11 내지 R14, R21 내지 R24, R31 내지 R35, R41 내지 R45는 서로 동일하거나 상이할 수 있으며, 상기 아릴기 및 헤테로 아릴기는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 C1-C10 알킬기로 치환될 수 있거나, R31 내지 R35 중에서 2개의 인접한 작용기 및 R41 내지 R45 중에서 2개의 인접한 작용기는 각각 독립적으로 결합하여 C6-C10 방향족 고리 또는 C5-C10 헤테로 방향족 고리를 형성할 수 있음; R51은 수소, 중수소, C1-C10 알킬기, C3-C15 사이클로 알킬기, C6-C30 아릴기, C5-C30 헤테로 아릴기 및 C6-C30 아릴 아미노기로 구성되는 군에서 선택되고, 상기 아릴 아미노기를 구성하는 아릴 고리는 치환되지 않거나 C1-C10 알킬기 및 C6-C20 아릴기 중에서 적어도 하나의 작용기로 치환될 수 있음.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 도펀트는 하기 화학식 6의 구조를 가지는 유기 화합물에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 유기발광다이오드.
    화학식 6
    Figure pat00078

    Figure pat00079

    Figure pat00080

    Figure pat00081

    Figure pat00082

  7. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 발광부는 상기 제 1 전극과 상기 제 1 발광물질층 사이에 위치하는 제 1 정공수송층과, 상기 제 1 발광물질층과 상기 제 1 전하생성층 사이에 위치하는 제 1 전자수송층 중에서 적어도 하나를 더욱 포함하고,
    상기 제 2 발광부는 상기 제 1 전하생성층과 상기 제 2 발광물질층 사이에 위치하는 제 2 정공수송층과, 상기 제 2 발광물질층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 2 전자수송층 중에서 적어도 하나를 더욱 포함하는 유기발광다이오드.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 제 1 정공수송층과 상기 제 2 정공수송층은 각각 하기 화학식 7의 구조를 가지는 스파이로플루오렌계 유기 화합물을 포함하는 유기발광다이오드.
    화학식 7
    Figure pat00083

    화학식 7에서, R61 및 R62는 각각 독립적으로 C6-C30 아릴기 또는 C3-C30 헤테로 아릴기이며, 상기 아릴기 및 헤테로 아릴기는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 C1-C10 알킬기로 치환될 수 있음; R63 및 R64는 각각 독립적으로 수소, 중수소 또는 C1-C20 알킬기임; f와 g는 각각 치환기의 개수이며, 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수임; L1과 L2는 각각 독립적으로 C6-C30 아릴렌기이며, 상기 아릴렌기는 치환되지 않거나 C1-C10 알킬기 및 C6-C20 아릴기 중에서 적어도 하나로 치환될 수 있음; h와 i는 각각 독립적으로 0 또는 1임.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 제 1 전자수송층은 하기 화학식 10의 구조를 가지는 아진계 유기 화합물을 포함하는 유기발광다이오드.
    화학식 10
    Figure pat00084

    화학식 10에서, Y1 내지 Y5는 각각 독립적으로 CR71 또는 질소(N)이고, 그 중에서 1개 내지 3개는 질소이며, R71은 C6-C30 아릴기임; L3은 C6-C30 아릴렌기임; R72는 C6-C30 아릴기 또는 C5-C30 헤테로 아릴기임; R73은 수소이거나 인접한 기가 합쳐져서 축합 방향족 고리를 형성함; j는 1 또는 2이며, k는 0 내지 4의 정수이고, l은 0 또는 1임.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 제 2 전자수송층은 하기 화학식 12의 구조를 가지는 벤즈이미다졸계 유기 화합물을 포함하는 유기발광다이오드.
    화학식 12
    Figure pat00085

    화학식 12에서, Ar은 은 C10-C30 아릴렌기임; R81은 C6-C30 아릴기 또는 C5-C30 헤테로 아릴기임; R82는 수소, C1-C10 알킬기 또는 C6-C30 아릴기임.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 유기발광다이오드는, 상기 제 1 전하생성층과 상기 제 2 발광부 사이에 위치하며, 제 3 발광물질층을 포함하는 제 3 발광부와, 상기 제 2 발광부와 상기 제 3 발광부 사이에 위치하는 제 2 전하생성층을 더욱 포함하는 유기발광다이오드.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제 1 발광부는 상기 제 1 전극과 상기 제 1 발광물질층 사이에 위치하는 제 1 정공수송층과, 상기 제 1 발광물질층과 상기 제 1 전하생성층 사이에 위치하는 제 1 전자수송층 중에서 적어도 하나를 더욱 포함하고,
    상기 제 2 발광부는 상기 제 2 전하생성층과 상기 제 2 발광물질층 사이에 위치하는 제 2 정공수송층과, 상기 제 2 발광물질층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 2 전자수송층 중에서 적어도 하나를 더욱 포함하며,
    상기 제 3 발광부는 상기 제 1 전하생성층과 상기 제 3 발광물질층 사이에 위치하는 제 3 정공수송층과, 상기 제 3 발광물질층과 상기 제 2 전하생성층 사이에 위치하는 제 3 전자수송층 중에서 적어도 하나를 더욱 포함하는 유기발광다이오드.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 제 1 정공수송층, 상기 제 2 정공수송층 및 상기 제 3 정공수송층은 각각 하기 화학식 7의 구조를 가지는 스파이로플루오렌계 유기 화합물을 포함하는 유기발광다이오드.
    화학식 7
    Figure pat00086

    화학식 7에서, R61 및 R62는 각각 독립적으로 C6-C30 아릴기 또는 C3-C30 헤테로 아릴기이며, 상기 아릴기 및 헤테로 아릴기는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 C1-C10 알킬기로 치환될 수 있음; R63 및 R64는 각각 독립적으로 수소, 중수소 또는 C1-C20 알킬기임; f와 g는 각각 치환기의 개수이며, 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수임; L1과 L2는 각각 독립적으로 C6-C30 아릴렌기이며, 상기 아릴렌기는 치환되지 않거나 C1-C10 알킬기 및 C6-C20 아릴기 중에서 적어도 하나의 작용기로 치환될 수 있음; h와 i는 각각 독립적으로 0 또는 1임.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 제 1 전자수송층은 하기 화학식 10의 구조를 가지는 아진계 유기 화합물을 포함하는 유기발광다이오드.
    화학식 10
    Figure pat00087

    화학식 10에서, Y1 내지 Y5는 각각 독립적으로 CR71 또는 질소(N)이고 그 중에서 1개 내지 3개는 질소이며, R71은 C6-C30 아릴기임; L3은 C6-C30 아릴렌기임; R72는 C6-C30 아릴기 또는 C5-C30 헤테로 아릴기임; R73은 수소이거나 인접한 기가 합쳐져서 방향족 고리를 형성함; j는 1 또는 2이며, k는 0 내지 4의 정수이고, l은 0 또는 1임.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 제 2 전자수송층 및 제 3 전자수송층은 각각 하기 화학식 12의 구조를 가지는 벤즈이미다졸계 유기 화합물을 포함하는 유기발광다이오드.
    화학식 12
    Figure pat00088

    화학식 12에서, Ar은 은 C10-C30 아릴렌기임; R81은 C6-C30 아릴기 또는 C5-C30 헤테로 아릴기임; R82는 수소, C1-C10 알킬기 또는 C6-C30 아릴기임.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 제 1 발광부는 상기 제 1 정공수송층과 상기 제 1 발광물질층 사이에 위치하는 제 1 전자차단층을 더욱 포함하고,
    상기 제 2 발광부는 상기 제 2 정공수송층과 상기 제 2 발광물질층 사이에 위치하는 제 2 전자차단층을 더욱 포함하는 유기발광다이오드.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 제 1 전자차단층과 상기 제 2 전자차단층은 각각 하기 화학식 18의 구조를 가지는 스파이로플루오렌계 유기 화합물을 포함하는 유기발광다이오드.
    화학식 18
    Figure pat00089

    화학식 18에서, L5는 C6-C30 아릴렌기임; n은 0 또는 1임; R111 및 R112는 각각 독립적으로 C6-C30 아릴기 또는 C5-C30 헤테로 아릴기이며, 상기 아릴기 및 상기 헤테로 아릴기는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 C1-C10 알킬기 및 C6-C20 아릴기로 치환될 수 있음.
  18. 제 12항에 있어서,
    상기 제 3 발광물질층은 상기 제 3 정공수송층과 상기 제 3 전자수송층 사이에 위치하는 하부 발광물질층과, 상기 하부 발광물질층과 상기 제 3 전자수송층 사이에 위치하는 상부 발광물질층을 포함하고,
    상기 하부 발광물질층과 상기 상부 발광물질층 중에서 하나는 적색 발광물질층을 포함하고, 상기 하부 발광물질층과 상기 상부 발광물질층 중에서 다른 하나는 녹색 발광물질층을 포함하는 유기발광다이오드.
  19. 기판; 및
    상기 기판 상에 위치하며, 제 1항 내지 제 18항 중에서 어느 하나의 청구항에 기재된 유기발광다이오드를 포함하는 유기발광장치.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 기판에는 적색화소, 녹색화소 및 청색화소가 정의되고, 상기 유기발광다이오드는 상기 적색화소, 상기 녹색화소 및 상기 청색화소에 대응되게 위치하고,
    상기 적색화소, 상기 녹색화소 및 상기 청색화소에 대응하여 상기 기판과 상기 유기발광다이오드 사이 또는 상기 유기발광다이오드 상부에 위치하는 컬러필터층을 더욱 포함하는 유기발광장치.
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