KR20230051852A - 유기발광다이오드 및 이를 포함하는 유기발광장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 2개의 전극 사이에 위치하는 발광물질층이 보론과, 산소, 황 또는 셀레늄 중에서 적어도 하나가 축합환을 형성하는 제 1 화합물 및 보론과 질소가 축합환을 형성하는 제 2 화합물을 포함하는 유기발광다이오드와, 상기 유기발광다이오드를 포함하는 유기발광장치에 관한 것이다. 제 1 화합물과 제 2 화합물은 동일한 발광물질층 내에 또는 인접한 발광물질층에 포함될 수 있다. 에너지 준위가 조절될 수 있는 제 1 화합물과 제 2 화합물을 포함한 발광물질층을 적용하여, 유기발광다이오드의 구동 전압을 낮추고 발광 효율 및 발광 수명을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 유기발광다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 우수한 발광 특성을 가지는 유기발광다이오드 및 이를 포함하는 유기발광장치에 관한 것이다.
평면표시소자 중의 하나인 유기발광다이오드는 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device)를 빠르게 대체하는 발광 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 화상을 구현할 수 있다. 또한 유기발광다이오드는 플라스틱과 같은 플렉서블(flexible) 투명 기판 위에도 소자를 형성할 수 있어서 플렉서블 또는 폴더블(foldable) 표시장치를 구현하기 용이하다. 뿐만 아니라, 유기발광다이오드 표시장치는 낮은 전압에서 구동이 가능하고, 색 순도가 우수하여, 액정표시장치에 비하여 큰 장점을 가지고 있다.
유기발광다이오드는 양극에서 주입된 정공(hole)과 음극에서 주입된 전자(electron)가 발광물질층에서 결합하여 엑시톤을 형성하여 불안정한 에너지 상태(excited state)로 되었다가, 안정한 바닥 상태(ground state)로 돌아오며 빛을 방출한다. 종래의 일반적인 형광 물질은 단일항 엑시톤만이 발광에 참여하기 때문에 발광 효율이 낮다. 삼중항 엑시톤도 발광에 참여하는 인광 물질은 형광 물질에 비하여 발광 효율이 높다. 하지만, 대표적인 인광 물질인 금속 착화합물은 발광 수명이 짧아서 상용화에 한계가 있다.
본 발명의 목적은 구동 전압을 낮추면서, 발광 효율, 색순도 및 발광 수명을 향상시킬 수 있는 유기발광다이오드 및 유기발광다이오드를 포함하는 유기발광장치를 제공하고자 하는 것이다.
일 측면에 따르면, 제 1 전극; 상기 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극; 및 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하며, 발광물질층을 포함하는 발광층을 포함하고, 상기 발광물질층은 제 1 화합물 및 제 2 화합물을 포함하고, 상기 제 1 화합물은 하기 화학식 1의 구조를 가지는 유기 화합물을 포함하고, 상기 제 2 화합물은 하기 화학식 6의 구조를 가지는 유기 화합물을 포함하는 유기발광다이오드가 개시된다.
화학식 1
화학식 1에서, R1 내지 R11는 각각 독립적으로 경수소, 중수소, 삼중수소, 할로겐 원자, C1-C20 알킬기, C1-C20 알킬 아미노기, C6-C30 방향족 및 C3-C30 헤테로 방향족으로 구성되는 군에서 선택되며, 상기 방향족 및 상기 헤테로 방향족은 각각 독립적으로 치환되지 않거나 적어도 하나의 Q1으로 치환될 수 있으며, 상기 R1 내지 R11 중에서 1 내지 4개는 하기 화학식 2의 구조를 가짐; X1 및 X2는 각각 독립적으로 O, S 또는 Se임; Q1은 중수소, 삼중수소, C1-C20 알킬기, C6-C30 아릴기, C3-C30 헤테로 아릴기, C6-C30 아릴 아미노기 및 C3-C30 헤테로 아릴 아미노기로 구성되는 군에서 선택됨.
화학식 2
화학식 2에서, R12 및 R13은 각각 독립적으로 중수소, 삼중수소, 할로겐 원자, C1-C20 알킬기, C1-C20 알킬 실릴기, C1-C20 알킬 아미노기, C6-C30 방향족 및 C3-C30 헤테로 방향족으로 구성되는 군에서 선택되며, 상기 C6-C30 방향족 및 상기 C3-C30 헤테로 방향족은 각각 독립적으로 치환되지 않거나 적어도 하나의 Q2로 치환될 수 있으며, m이 복수인 경우 각각의 R12는 상이하거나 동일할 수 있고, n이 복수인 경우 각각의 R13은 상이하거나 동일할 수 있으며, 선택적으로 m과 n이 각각 복수인 경우, 인접한 적어도 2개의 R12 및 인접한 적어도 2개의 R13은 각각 결합하여 C6-C20 방향족 고리 또는 C3-C20 헤테로 방향족 고리를 형성할 수 있고, 상기 C6-C20 방향족 고리 및 상기 C3-C20 헤테로 방향족 고리는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 적어도 하나의 Q2로 치환될 수 있음; m과 n은 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수임; Q2는 중수소, 삼중수소, C1-C20 알킬기, C6-C30 아릴기, C3-C30 헤테로 아릴기, C6-C30 아릴 아미노기 및 C3-C30 헤테로 아릴 아미노기로 구성되는 군에서 선택됨.
화학식 6
화학식 6에서, R21 내지 R28은 각각 독립적으로 경수소, 중수소, 삼중수소, 할로겐 원자, C1-C20 알킬기, C1-C20 알킬 실릴기, C1-C20 알킬 아미노기, C6-C30 방향족 및 C3-C30 헤테로 방향족으로 구성되는 군에서 선택되며, 선택적으로 R31 내지 R34 중에서 인접한 2개가 서로 결합하여 보론과 질소를 갖는 축합환을 형성하며, 상기 C6-C30 방향족, 상기 C3-C30 헤테로 방향족 및 상기 축합환은 각각 독립적으로 치환되지 않거나 적어도 하나의 Q3로 치환될 수 있음; q가 복수인 경우 각각의 R25는 상이하거나 동일할 수 있고, r이 복수인 경우 각각의 R26은 상이하거나 동일할 수 있고, s가 복수인 경우 R27은 상이하거나 동일할 수 있고, t가 복수인 경우 R28은 상이하거나 동일할 수 있음; q와 s는 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이고, r은 0 내지 3의 정수이며, t는 0 내지 4의 정수임; Q3은 중수소, 삼중수소, C1-C20 알킬기, C6-C30 아릴기, C3-C30 헤테로 아릴기, C6-C30 아릴 아미노기 및 C3-C30 헤테로 아릴 아미노기로 구성되는 군에서 선택됨.
다른 측면에서, 제 1 전극; 상기 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극; 및 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하며, 발광물질층을 포함하는 발광층을 포함하고, 상기 발광물질층은 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하는 제 1 발광물질층과, 상기 제 1 전극과 상기 제 1 발광물질층 사이 또는 상기 제 2 전극과 상기 제 2 발광물질층 사이에 위치하는 제 2 발광물질층을 포함하고, 상기 제 1 발광물질층은 상기 제 1 화합물을 포함하고, 상기 제 2 발광물질층은 상기 제 2 화합물을 포함하는 유기발광다이오드가 개시된다.
일례로, 상기 제 1 화합물의 최고점유분자궤도(Highest Occupied Molecular Orbital, HOMO) 에너지 준위(HOMODF)와 상기 제 2 화합물의 HOMO 에너지 준위(HOMOFD)는 하기 식 (1)을 충족할 수 있다.
|HOMOFD - HOMODF| < 0.3 eV (1)
상기 제 2 화합물의 여기 단일항 에너지 준위와 여기 삼중항 에너지 준위 사이의 에너지 밴드갭은, 상기 제 1 화합물의 여기 단일항 준위와 여기 삼중항 에너지 준위 사이의 에너지 밴드갭보다 작을 수 있다.
일례로, 상기 제 1 화합물의 최고점유분자궤도(HOMO) 에너지 준위와 최저비점유분자궤도(LUMO) 에너지 준위 사이의 에너지 밴드갭은 -2.6 eV 이상 -3.1 eV 이하일 수 있다.
상기 제 1 화합물의 온셋파장은 430 nm 내지 440 nm일 수 있다.
상기 제 1 화합물은 하기 화학식 3의 구조를 가지는 유기 화합물을 포함할 수 있다.
화학식 3
화학식 3에서, X1 및 X2는 각각 화학식 1에서 정의된 것과 동일함; R14 내지 R16은 각각 독립적으로 경수소, 중수소, 삼중수소, 할로겐 원자, C1-C20 알킬기, C1-C20 알킬 아미노기, C6-C30 아릴기 및 C3-C30 헤테로 아릴기로 구성되는 군에서 선택되며, 상기 아릴기 및 상기 헤테로 아릴기는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 적어도 하나의 Q1으로 치환될 수 있으며, p가 복수인 경우 각각의 R15는 상이하거나 동일할 수 있으며, R14 내지 R16 중에서 적어도 하나는 하기 화학식 하기 화학식 4의 구조를 갖는 축합 헤테로 아릴기임; p는 0 내지 2의 정수임; Q1은 화학식 1에서 정의된 것과 동일함.
화학식 4
화학식 4에서, R17 및 R18은 각각 독립적으로 중수소, 삼중수소, 할로겐 원자, C1-C20 알킬기, C1-C20 알킬 실릴기, C1-C20 알킬 아미노기, C6-C30 방향족 및 C3-C30 헤테로 방향족으로 구성되는 군에서 선택되며, 상기 C6-C30 방향족 및 상기 C3-C30 헤테로 방향족은 각각 독립적으로 치환되지 않거나 적어도 하나의 Q2로 치환될 수 있으며, m이 복수인 경우 각각의 R17는 상이하거나 동일할 수 있고, n이 복수인 경우 각각의 R18은 상이하거나 동일할 수 있으며, 선택적으로 n이 복수인 경우 인접한 적어도 2개의 R18은 각각 결합하여 C3-C20 헤테로 방향족 고리를 형성할 수 있고, 상기 C3-C20 헤테로 방향족 고리는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 적어도 하나의 Q2로 치환될 수 있음; m과 n은 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수임; Q2는 화학식 2에서 정의된 것과 동일함.
상기 제 2 화합물은 하기 화학식 7A 내지 화학식 7C의 구조를 가지는 유기 화합물을 포함할 수 있다.
화학식 7A
화학식 7B
화학식 7C
화학식 7A 내지 화학식 7C에서, R21, R25 내지 R28 및 R31 내지 R34는 각각 독립적으로 경수소, 중수소, 삼중수소, 할로겐 원자, C1-C20 알킬기, C1-C20 알킬 실릴기, C1-C20 알킬 아미노기, C6-C30 아릴기 및 C3-C30 헤테로 아릴기로 구성되는 군에서 선택되며, 상기 C6-C30 아릴기 및 상기 C3-C30 헤테로 아릴기는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 적어도 하나의 Q3로 치환될 수 있음; Q3는 화학식 6에서 정의된 것과 동일함.
제 1 화합물과 제 2 화합물이 동일 발광물질층에 포함되는 경우, 상기 발광물질층은 제 3 화합물을 더욱 포함할 수 있다.
제 1 화합물과 제 2 화합물이 인접한 발광물질층에 각각 포함되는 경우, 상기 제 1 발광물질층은 제 3 화합물을 더욱 포함하고, 상기 제 2 발광물질층은 제 4 화합물을 더욱 포함할 수 있다.
제 1 화합물 내지 제 3 화합물이 동일한 발광물질층에 포함되는 경우, 상기 발광물질층 중에서 상기 제 1 화합물의 함량은 10 내지 40 중량%, 상기 제 2 화합물의 함량은 0.1 내지 5 중량%, 상기 제 3 화합물의 함량은 55 내지 85 중량%일 수 있다.
상기 제 3 화합물의 여기 삼중항 에너지 준위는 상기 제 1 화합물의 여기 삼중항 에너지 준위보다 높고, 상기 제 1 화합물의 여기 삼중항 에너지 준위는 상기 제 2 화합물의 여기 삼중항 에너지 준위보다 높을 수 있다.
상기 제 3 화합물의 여기 단일항 에너지 준위는 상기 제 1 화합물의 여기 단일항 에너지 준위보다 높고, 상기 제 1 화합물의 여기 단일항 에너지 준위는 상기 제 2 화합물의 여기 단일항 에너지 준위보다 높을 수 있다.
상기 제 4 화합물의 여기 단일항 에너지 준위는 상기 제 2 화합물의 여기 단일항 에너지 준위보다 높을 수 있다.
제 1 화합물과 제 2 화합물이 별개 발광물질층에 포함되는 경우, 상기 발광물질층은 상기 제 1 발광물질층을 중심으로 상기 제 2 발광물질층의 반대쪽에 위치하는 제 3 발광물질층을 더욱 포함할 수 있다.
상기 제 3 발광물질층은 제 5 화합물과 제 6 화합물을 포함하고, 상기 제 5 화합물은 상기 화학식 6의 구조를 가지는 유기 화합물을 포함할 수 있다.
상기 발광층은 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하는 제 1 발광부와, 상기 제 1 발광부와 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 2 발광부와, 상기 제 1 및 제 2 발광부 사이에 위치하는 전하생성층을 포함하고, 상기 제 1 발광부와 상기 제 2 발광부 중에서 적어도 하나는 상기 발광물질층을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 발광부는 상기 발광물질층을 포함하고, 상기 제 2 발광부는 적색 및 녹색 중에서 적어도 하나의 광을 방출할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 기판; 및 전술한 유기발발광다이오드를 포함하는 유기발광장치, 예를 들어 유기발광 조명장치 또는 유기발광표시장치가 개시된다.
본 발명은 에너지 준위가 조절된 제 1 화합물 및 제 2 화합물이 동일한 발광물질층 내에 또는 인접한 발광물질층에 포함된 유기발광다이오드 및 상기 유기발광다이오드를 포함하는 유기발광장치를 제안한다.
제 1 화합물 및 제 2 화합물의 에너지 준위를 조절하여, 정공이 제 2 화합물에서 포획되지 않고 발광 효율이 우수하고 열 안정이 뛰어난 제 1 화합물로 전하가 신속하게 주입, 이동할 수 있다. 제 1 화합물과 제 2 화합물 사이에 들뜬복합체가 형성되지 않고, 발광 효율이 우수한 제 1 화합물에서 내부양자효율 100%를 구현하고, 제 1 화합물에서 생성된 엑시톤은 제 2 화합물로 전달된다.
전하 주입 효율 및 엑시톤 생성 효율이 개선되어, 유기발광다이오드의 구동 전압을 낮추고 발광 효율을 크게 향상시킬 수 있다. 최종적인 발광은 반치폭이 협소하며 발광 수명이 우수한 제 2 화합물에서 일어나기 때문에, 유기발광다이오드의 색 순도 및 발광 수명을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유기발광표시장치의 개략적인 회로도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 제 1 실시형태에 따른 유기발광장치의 일례로서 유기발광표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 유기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시형태에 따라 발광물질층을 구성하는 제 1 화합물과 제 2 화합물을 중심으로 발광 물질의 에너지 준위가 조절되어, 정공이 제 2 화합물로 효율적으로 전달되는 상태를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 5는 발광물질층을 구성하는 제 1 화합물과 제 2 화합물의 HOMO 에너지 준위가 조절되지 않을 때, 정공이 제 2 화합물에 트랩(포획)되는 문제를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 6은 발광물질층을 구성하는 제 1 화합물과 제 2 화합물의 HOMO 에너지 준위 및 LUMO 에너지 준위가 조절되지 않을 때, 정공이 제 2 화합물에 포획되고, 제 1 화합물과 제 2 화합물 사이에 엑시플렉스(들뜬복합체)가 형성되는 문제를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라 발광물질층에 포함되는 제 1 화합물의 발광 파장을 제어하여, 발광 효율과 색 순도를 향상시킬 수 있는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 발광물질층에 포함되는 제 1 화합물의 온셋파장이 특정 범위 미만인 경우, 유기발광다이오드의 발광 효율이 저하되는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 발광물질층에 포함되는 제 1 화합물의 온셋파장이 특정 범위를 초과하는 경우, 유기발광다이오드의 발광 효율 및 색 순도가 저하되는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 제 1 실시형태에에 따른 유기발광다이오드를 구성하는 발광물질층에서 발광 물질 사이의 단일항 에너지 준위 및 삼중항 에너지 준위에 따른 발광 메커니즘을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 11은 본 발명의 예시적인 제 2 실시형태에 따른 유기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제 2 실시형태에 따라 발광물질층을 구성하는 제 1 화합물과 제 2 화합물의 HOMO 에너지 준위가 조절되어, 정공이 제 2 화합물로 효율적으로 전달되는 상태를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 13은 본 발명의 제 2 실시형태에에 따른 유기발광다이오드를 구성하는 발광물질층에서 발광 물질 사이의 단일항 에너지 준위 및 삼중항 에너지 준위에 따른 발광 메커니즘을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 14는 본 발명의 예시적인 제 3 실시형태에 따른 유기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 15는 본 발명의 제 3 실시형태에 따라 발광물질층을 구성하는 제 1 화합물과 제 2 화합물의 HOMO 에너지 준위가 조절되어, 정공이 제 2 화합물로 효율적으로 전달되는 상태를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 16은 본 발명의 제 3 실시형태에에 따른 유기발광다이오드를 구성하는 발광물질층에서 발광 물질 사이의 단일항 에너지 준위 및 삼중항 에너지 준위에 따른 발광 메커니즘을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 17은 본 발명의 예시적인 제 4 실시형태에 따른 유기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 18은 본 발명의 예시적인 제 2 실시형태에 따른 유기발광장치의 일례로서 유기발광표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 19는 본 발명의 예시적인 제 5 실시형태에 따른 유기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 20은 본 발명의 예시적인 제 3 실시형태에 따른 유기발광장치의 일례로서 유기발광표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 21은 본 발명의 예시적인 제 6 실시형태에 따른 유기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 22는 본 발명의 예시적인 제 7 실시형태에 따른 유기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 제 1 실시형태에 따른 유기발광장치의 일례로서 유기발광표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 유기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시형태에 따라 발광물질층을 구성하는 제 1 화합물과 제 2 화합물을 중심으로 발광 물질의 에너지 준위가 조절되어, 정공이 제 2 화합물로 효율적으로 전달되는 상태를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 5는 발광물질층을 구성하는 제 1 화합물과 제 2 화합물의 HOMO 에너지 준위가 조절되지 않을 때, 정공이 제 2 화합물에 트랩(포획)되는 문제를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 6은 발광물질층을 구성하는 제 1 화합물과 제 2 화합물의 HOMO 에너지 준위 및 LUMO 에너지 준위가 조절되지 않을 때, 정공이 제 2 화합물에 포획되고, 제 1 화합물과 제 2 화합물 사이에 엑시플렉스(들뜬복합체)가 형성되는 문제를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라 발광물질층에 포함되는 제 1 화합물의 발광 파장을 제어하여, 발광 효율과 색 순도를 향상시킬 수 있는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 발광물질층에 포함되는 제 1 화합물의 온셋파장이 특정 범위 미만인 경우, 유기발광다이오드의 발광 효율이 저하되는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 발광물질층에 포함되는 제 1 화합물의 온셋파장이 특정 범위를 초과하는 경우, 유기발광다이오드의 발광 효율 및 색 순도가 저하되는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 제 1 실시형태에에 따른 유기발광다이오드를 구성하는 발광물질층에서 발광 물질 사이의 단일항 에너지 준위 및 삼중항 에너지 준위에 따른 발광 메커니즘을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 11은 본 발명의 예시적인 제 2 실시형태에 따른 유기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제 2 실시형태에 따라 발광물질층을 구성하는 제 1 화합물과 제 2 화합물의 HOMO 에너지 준위가 조절되어, 정공이 제 2 화합물로 효율적으로 전달되는 상태를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 13은 본 발명의 제 2 실시형태에에 따른 유기발광다이오드를 구성하는 발광물질층에서 발광 물질 사이의 단일항 에너지 준위 및 삼중항 에너지 준위에 따른 발광 메커니즘을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 14는 본 발명의 예시적인 제 3 실시형태에 따른 유기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 15는 본 발명의 제 3 실시형태에 따라 발광물질층을 구성하는 제 1 화합물과 제 2 화합물의 HOMO 에너지 준위가 조절되어, 정공이 제 2 화합물로 효율적으로 전달되는 상태를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 16은 본 발명의 제 3 실시형태에에 따른 유기발광다이오드를 구성하는 발광물질층에서 발광 물질 사이의 단일항 에너지 준위 및 삼중항 에너지 준위에 따른 발광 메커니즘을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 17은 본 발명의 예시적인 제 4 실시형태에 따른 유기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 18은 본 발명의 예시적인 제 2 실시형태에 따른 유기발광장치의 일례로서 유기발광표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 19는 본 발명의 예시적인 제 5 실시형태에 따른 유기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 20은 본 발명의 예시적인 제 3 실시형태에 따른 유기발광장치의 일례로서 유기발광표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 21은 본 발명의 예시적인 제 6 실시형태에 따른 유기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 22는 본 발명의 예시적인 제 7 실시형태에 따른 유기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
이하, 필요한 경우에 첨부하는 도면을 참조하면서 본 발명을 설명한다.
[유기발광장치 및 유기발광다이오드]
본 발명은 에너지 준위가 조절된 제 1 화합물과 제 2 화합물이 동일한 발광물질층 내에 또는 인접한 발광물질층에 적용된 유기발광다이오드 및 상기 유기발광다이오드를 포함하는 유기발광장치에 대한 것이다. 본 발명에 따른 유기발광다이오드는 유기발광표시장치 또는 유기발광조명 장치 등의 유기발광장치에 적용될 수 있다. 일례로, 본 발명의 유기발광다이오드를 적용한 표시장치에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시형태에 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 제 1 화소영역(P1, 도 18 참조), 제 2 화소영역(P2, 도 18 참조) 및 제 3 화소영역(도 18 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 나타낸 단면도이다. 도 2에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 유기발광표시장치(100)는 기판(110)과, 기판(110) 상부에 위치하는 박막트랜지스터(Tr)와, 평탄화층(150) 상에 위치하며 박막트랜지스터(Tr)에 연결되는 유기발광다이오드(D)를 포함한다.
기판(110)은 유리 기판, 얇은 플렉서블(flexible) 기판 또는 고분자 플라스틱 기판일 수 있다. 예를 들어, 플렉서블 기판은 polyimide(PI), polyethersulfone(PES), polyethylenenaphthalate(PEN), polyethylene Terephthalate(PET) 및 polycarbonate(PC) 중에서 어느 하나로 형성될 수 있다. 그 상부에 박막트랜지스터(Tr)와, 유기발광다이오드(D)가 위치하는 기판(110)은 어레이 기판을 이룬다.
기판(110) 상에 버퍼층(122)이 형성되고, 버퍼층(122) 상에 박막트랜지스터(Tr)가 형성된다. 버퍼층(122)은 생략될 수 있다.
버퍼층(122) 상부에 반도체층(120)이 형성된다. 예를 들어, 반도체층(120)은 산화물 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 반도체층(120)이 산화물 반도체 물질로 이루어지는 경우, 반도체층(120) 하부에 차광패턴(도시하지 않음)이 형성될 수 있다. 차광패턴은 반도체층(120)으로 빛이 입사되는 것을 방지하여 반도체층(120)이 빛에 의하여 열화되는 것을 방지한다. 선택적으로, 반도체층(120)은 다결정 실리콘으로 이루어질 수도 있으며, 이 경우 반도체층(120)의 양 가장자리에 불순물이 도핑될 수 있다.
반도체층(120)의 상부에는 절연 물질로 이루어진 게이트 절연막(124)이 기판(110) 전면에 형성된다. 게이트 절연막(124)은 실리콘산화물(SiOx) 또는 실리콘질화물(SiNx)과 같은 무기 절연 물질로 이루어질 수 있다.
게이트 절연막(124) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 게이트 전극(130)이 반도체층(120)의 중앙에 대응하여 형성된다. 도 2에서 게이트 절연막(122)은 기판(110) 전면에 형성되어 있으나, 게이트 절연막(1202은 게이트 전극(130)과 동일한 모양으로 패터닝 될 수도 있다.
게이트 전극(130) 상부에는 절연 물질로 이루어진 층간 절연막(132)이 기판(110) 전면에 형성된다. 층간 절연막(132)은 실리콘산화물(SiOx) 또는 실리콘질화물(SiNx)과 같은 무기 절연 물질로 형성되거나, 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)이나 포토 아크릴(photo-acryl)과 같은 유기 절연 물질로 형성될 수 있다.
층간 절연막(132)은 반도체층(120)의 양측 상면을 노출하는 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(134, 136)을 갖는다. 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(134, 136)은 게이트 전극(130)의 양측에서 게이트 전극(130)과 이격되어 위치한다. 여기서, 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(134, 136)은 게이트 절연막(122) 내에도 형성될 수 있다. 선택적으로, 게이트 절연막(122)이 게이트 전극(130)과 동일한 모양으로 패터닝 될 경우, 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(134, 136)은 층간 절연막(132) 내에만 형성된다.
층간 절연막(132) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 소스 전극(144)과 드레인 전극(146)이 형성된다. 소스 전극(144)과 드레인 전극(146)은 게이트 전극(130)을 중심으로 이격되어 위치하며, 각각 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(134, 136)을 통해 반도체층(120)의 양측과 접촉한다.
반도체층(120), 게이트 전극(130), 소스 전극(144) 및 드레인 전극(146)은 박막트랜지스터(Tr)를 이루며, 박막트랜지스터(Tr)는 구동 소자(driving element)로 기능한다. 도 2에 예시된 박막트랜지스터(Tr)는 반도체층(120)의 상부에 게이트 전극(130), 소스 전극(144) 및 드레인 전극(146)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.
한편, 유기발광표시장치(100)는 유기발광다이오드(D)에서 방출된 빛의 일부를 투과시키는 컬러 필터층(도시하지 않음)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터층(도시하지 않음)은 적색(R), 녹색(G) 또는 청색(B) 광을 투과할 수 있다. 이 경우, 광을 투과하는 적색, 녹색 및 청색의 컬러 필터 패턴이 각각의 화소 영역(P, 도 1 참조)에 형성될 수 있다. 컬러 필터층(도시하지 않음)를 채택함으로써, 유기발광표시장치(100)는 풀-컬러를 구현할 수 있다.
예시적인 측면에서, 유기발광표시장치(100)가 하부 발광 타입(bottom-emssion type)인 경우, 유기발광다이오드(D)에 대응하는 층간 절연막(132) 상부에 광을 투과하는 컬러 필터층(도시하지 않음)이 위치할 수 있다. 다른 예시적인 측면에서, 유기발광표시장치(100)가 상부 발광 타입(top-emission type)인 경우, 컬러 필터층(도시하지 않음)은 유기발광다이오드(D)의 상부, 즉 제 2 전극(230) 상부에 위치할 수도 있다.
소스 전극(144)과 드레인 전극(146) 상부에는 평탄화층(150)이 기판(110) 전면에 형성된다. 평탄화층(150)은 상면이 평탄하며, 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(146)을 노출하는 드레인 컨택홀(152)을 갖는다. 여기서, 드레인 컨택홀(152)은 제 2 반도체층 컨택홀(136) 바로 위에 형성된 것으로 도시되어 있으나, 제 2 반도체층 컨택홀(136)과 이격되어 형성될 수도 있다.
유기발광다이오드(D)는 평탄화층(150) 상에 위치하며 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(146)에 연결되는 제 1 전극(210)과, 제 1 전극(210) 상에 순차 적층되는 발광층(220) 및 제 2 전극(230)을 포함한다.
1 전극(210)은 각각의 화소영역 별로 분리되어 형성된다. 제 1 전극(210)은 양극(anode)일 수 있으며, 일함수(work function) 값이 비교적 큰 도전성 물질, 예를 들어 투명 도전성 산화물(transparent conductive oxide; TCO)로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 제 1 전극(210)은 인듐-주석-산화물 (indium-tin-oxide; ITO), 인듐-아연-산화물(indium-zinc-oxide; IZO), 인듐-주석-아연-산화물(indium-tin-zinc oxide; ITZO), 주석산화물(SnO), 아연산화물(ZnO), 인듐-구리-산화물(indium-copper-oxide; ICO) 및 알루미늄:산화아연(Al:ZnO; AZO)으로 이루어질 수 있다.
예시적인 측면에서, 본 발명의 유기발광표시장치(100)가 하부 발광 방식인 경우, 제 1 전극(210)은 투명 도전성 산화물로 이루어진 단층 구조를 가질 수 있다. 선택적인 측면에서, 본 발명의 유기발광표시장치(100)가 상부 발광 방식인 경우, 제 1 전극(210) 하부에는 반사전극 또는 반사층이 더욱 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 반사전극 또는 상기 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, 평탄화층(150) 상에는 제 1 전극(210)의 가장자리를 덮는 뱅크층(160)이 형성된다. 뱅크층(160)은 화소 영역에 대응하여 제 1 전극(210)의 중앙을 노출한다.
제 1 전극(210) 상에는 발광층(220)이 형성된다. 하나의 예시적인 측면에서, 발광층(220)은 발광물질층(emitting material layer; EML)의 단층 구조를 가질 수 있다. 선택적인 측면에서, 발광층(220)은 발광물질층과 제 1 전극(210) 사이에 순차적으로 적층되는 정공주입층(hole injection layer; HIL), 정공수송층(hole transport layer; HTL) 및/또는 전자차단층(electron blocking layer; EBL)과, 발광물질층과 제 2 전극(230) 사이에 순차적으로 적층되는 정공차단층(hole blocking layer; HBL), 전자수송층(electron transport layer; ETL) 및/또는 전자주입층(electron injection layer; EIL)을 포함할 수 있다(도 3, 도 11, 도 14 및 도 17 참조). 또한 발광층(220)을 구성하는 발광부는 1개로 이루어질 수도 있고, 2개 이상의 발광부가 탠덤 구조를 형성할 수도 있다.
발광층(220)이 형성된 기판(110) 상부로 제 2 전극(230)이 형성된다. 제 2 전극(230)은 표시 영역의 전면에 위치하며 일함수 값이 비교적 작은 도전성 물질로 이루어져 음극(cathode)으로 이용될 수 있다. 예를 들어, 제 2 전극(230)은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 은(Ag), 또는 이들의 합금이나 조합과 같은 반사 특성이 좋은 소재로 이루어질 수 있다. 유기발광표시장치(100)가 상부 발광 방식인 경우, 제 2 전극(230)은 얇은 두께를 가져 광투과(반투과) 특성을 갖는다.
제 2 전극(230) 상에는, 외부 수분이 유기발광다이오드(D)로 침투하는 것을 방지하기 위해, 인캡슐레이션 필름(encapsulation film, 170)이 형성된다. 인캡슐레이션 필름(170)은 제 1 무기 절연층(172)과, 유기 절연층(174)과, 제 2 무기 절연층(176)의 적층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
유기발광표시장치(100)는 외부광의 반사를 줄이기 위한 편광판(도시하지 않음)을 더욱 포함할 수 있다. 예를 들어, 편광판(도시하지 않음)은 원형 편광판일 수 있다. 유기발광표시장치(100)가 하부 발광 방식인 경우, 편광판은 기판(110) 하부에 위치할 수 있다. 한편, 유기발광표시장치(100)가 상부 발광 방식인 경우, 편광판은 인캡슐레이션 필름(170) 상부에 위치할 수 있다. 또한, 상부 발광 방식의 유기발광표시장치(100)에서는, 인캡슐레이션 필름(170) 또는 편광판(도시하지 않음) 상에 커버 윈도우(도시하지 않음)가 부착될 수 있다. 이때, 기판(110)과 커버 윈도우(도시하지 않음)가 플렉서블 소재로 이루어진 경우, 플렉서블 표시장치를 구성할 수 있다.
본 발명의 제 1 실시형태에 따른 유기발광장치에 적용될 수 있는 유기발광다이오드에 대해서 구체적으로 설명한다. 도 3은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 유기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 3에 나타내 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 유기발광다이오드(D1)는 서로 마주하는 제 1 전극(210) 및 제 2 전극(230)과, 제 1 및 제 2 전극(210, 230) 사이에 위치하는 발광층(220)을 포함한다. 유기발광표시장치(100, 도 2 참조)는 적색 화소영역, 녹색 화소영역, 청색 화소영역을 포함하고, 유기발광다이오드(D1)는 청색 화소영역에 위치할 수 있다.
예시적인 측면에서, 발광층(230)은 제 1 및 제 2 전극(210, 230) 사이에 위치하는 발광물질층(EML, 240)을 포함한다. 또한, 발광층(220)은 제 1 전극(210)과 발광물질층(240) 사이에 위치하는 정공수송층(HTL, 260)과, 발광물질층(240)과 제 2 전극(230) 위치하는 전자수송층(ETL, 270) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 아울러, 발광층(220)은 제 1 전극(210)과 정공수송층(260) 사이에 위치하는 정공주입층(HIL, 250)과, 전자수송층(270)과 제 2 전극(230) 사이에 위치하는 전자주입층(EIL, 280) 중 적어도 어느 하나를 더욱 포함할 수 있다. 선택적으로, 유기발광다이오드(D1)는 발광물질층(240)과 정공수송층(260) 사이에 위치하는 전자차단층(EBL, 265) 및/또는 발광물질층(240)과 전자수송층(270) 사이에 배치되는 정공차단층(HBL, 275)을 포함할 수 있다.
제 1 전극(210)은 발광물질층(240)에 정공을 공급하는 양극일 수 있다. 제 1 전극(210)은 일함수(work function) 값이 비교적 큰 도전성 물질, 예를 들어 투명 도전성 산화물(TCO)로 형성되는 것이 바람직하다. 예시적인 측면에서, 제 1 전극(210)은 ITO, IZO, ITZO), SnO, ZnO, ICO 및 AZO로 이루어질 수 있다.
제 2 전극(230)은 발광물질층(240)에 전자를 공급하는 음극일 수 있다. 제 2 전극(230)은 일함수 값이 비교적 작은 도전성 물질, 예를 들어 Al, Mg, Ca, Ag, 또는 이들의 합금이나 조합과 같은 반사 특성이 좋은 소재로 이루어질 수 있다.
발광물질층(240)은 제 1 화합물(DF, 도 4 참조), 제 2 화합물(FD, 도 4 참조)을 포함하고, 선택적으로 제 3 화합물(H, 도 4 참조)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 화합물(DF)은 지연 형광 물질이고, 제 2 화합물(FD)은 형광 물질이며, 제 3 화합물(H)은 호스트일 수 있다.
발광물질층(240)에서 정공과 전자가 만나 엑시톤을 형성할 때, 스핀의 배열에 따라 짝스핀(paired spin) 형태인 단일항 엑시톤(singlet exciton)과 홀스핀(unpaired spin) 형태인 삼중항 엑시톤(triplet exciton)이 1:3의 비율로 생성된다. 종래의 형광 물질은 단일할 엑시톤만을 활용할 수 있기 때문에, 발광 효율이 낮다. 인광 물질은 단일항 엑시톤 이외에도 삼중항 엑시톤을 모두 활용할 수 있지만, 발광 수명이 짧아 상용화 수준에 미치지 못하고 있다.
종래의 형광 물질 및 인광 물질이 가지는 단점을 해결하기 위해, 제 1 화합물(DF)은 열활성지연형광(thermally activated delayed fluorescence; TADF) 특성을 가지는 지연 형광 물질일 수 있다. 지연 형광 물질은 여기 단일항 에너지 준위(S1 DF)와 여기 삼중항 에너지 준위(T1 DF) 사이의 에너지 밴드갭(ΔEST)이 매우 협소하다(도 10 참조). 따라서, 지연 형광 물질일 수 있는 제 1 화합물(DF)에서 여기 단일항 에너지 준위(S1 DF)를 가지는 엑시톤과 여기 삼중항 에너지 준위(T1 DF)를 가지는 엑시톤은 분자내전하이동(intramolecular charge transfer, ICT)이 가능한 상태로 이동하고(S1→ICT←T1), 이로부터 바닥 상태(ground state, S0)로 전이된다(ICT →S0).
삼중항 상태와 단일항 상태에서 모두 에너지 전이가 일어나기 위해서, 지연 형광 물질은 여기 단일항 에너지 준위(S1 DF)와 여기 삼중항 에너지 준위(T1 DF) 사이의 에너지 밴드갭(ΔEST, 도 10 참조)이 0.3 eV 이하, 예를 들어 0.05 내지 0.3 eV이어야 한다. 단일항 상태와 삼중항 상태의 에너지 차이가 작은 재료는 원래의 단일항 상태의 엑시톤 에너지가 바닥 상태로 떨어지면서 형광을 나타낼 뿐만 아니라, 상온 수준의 열 에너지에 의하여 삼중항 상태에서 에너지가 보다 높은 단일항 상태로 전환(up-conversion)되는 역 계간전이(Reverse Inter System Crossing; RISC)가 일어나고, 단일항 상태가 바닥 상태로 전이되면서 지연 형광을 나타낸다.
본 발명에 따라 발광물질층(240)에 포함되는 제 1 화합물(DF)은 보론과, 산소, 황 및/또는 셀레늄 중에서 적어도 하나의 원자가 축합환을 형성하는 지연 형광 물질일 수 있다. 지연 형광 특성을 가지는 제 1 화합물(DF)은 하기 화학식 1의 구조를 가질 수 있다.
화학식 1
화학식 1에서, R1 내지 R11는 각각 독립적으로 경수소, 중수소, 삼중수소, 할로겐 원자, C1-C20 알킬기, C1-C20 알킬 아미노기, C6-C30 방향족 및 C3-C30 헤테로 방향족으로 구성되는 군에서 선택되며, 상기 방향족 및 상기 헤테로 방향족은 각각 독립적으로 치환되지 않거나 적어도 하나의 Q1으로 치환될 수 있으며, 상기 R1 내지 R11 중에서 1 내지 4개는 하기 화학식 2의 구조를 가짐; X1 및 X2는 각각 독립적으로 O, S 또는 Se임; Q1은 중수소, 삼중수소, C1-C20 알킬기, C6-C30 아릴기, C3-C30 헤테로 아릴기, C6-C30 아릴 아미노기 및 C3-C30 헤테로 아릴 아미노기로 구성되는 군에서 선택됨.
화학식 2
화학식 2에서, R12 및 R13은 각각 독립적으로 중수소, 삼중수소, 할로겐 원자, C1-C20 알킬기, C1-C20 알킬 실릴기, C1-C20 알킬 아미노기, C6-C30 방향족 및 C3-C30 헤테로 방향족으로 구성되는 군에서 선택되며, 상기 C6-C30 방향족 및 상기 C3-C30 헤테로 방향족은 각각 독립적으로 치환되지 않거나 적어도 하나의 Q2로 치환될 수 있으며, m이 복수인 경우 각각의 R12는 상이하거나 동일할 수 있고, n이 복수인 경우 각각의 R13은 상이하거나 동일할 수 있으며, 선택적으로 m과 n이 각각 복수인 경우, 인접한 적어도 2개의 R12 및 인접한 적어도 2개의 R13은 각각 결합하여 C6-C20 방향족 고리 또는 C3-C20 헤테로 방향족 고리를 형성할 수 있고, 상기 C6-C20 방향족 고리 및 상기 C3-C20 헤테로 방향족 고리는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 적어도 하나의 Q2로 치환될 수 있음; m과 n은 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수임; Q2는 중수소, 삼중수소, C1-C20 알킬기, C6-C30 아릴기, C3-C30 헤테로 아릴기, C6-C30 아릴 아미노기 및 C3-C30 헤테로 아릴 아미노기로 구성되는 군에서 선택됨.
예시적인 측면에서, 화학식 1의 R1 내지 R11와, 화학식 2의 R12 및 R13을 각각 구성할 수 있는 C6-C30 방향족은 C6-C30 아릴기, C7-C30 아랄킬기, C6-C30 아릴옥시기 및 C6-C30 아릴 아미노기를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 화학식 1의 R1 내지 R11와, 화학식 2의 R12 및 R13을 각각 구성할 수 있는 C3-C30 헤테로 방향족은 C3-C30 헤테로 아릴기, C4-C30 헤테로 아랄킬기, C3-C30 헤테로 아릴옥시기 및 C3-C30 헤테로 아릴 아미노기를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
예를 들어, R1 내지 R13를 각각 구성할 수 있는 C6-C30 아릴기는 페닐, 바이페닐, 터페닐, 나프틸, 안트라세닐, 펜탄레닐, 인데닐, 인데노인데닐, 헵탈레닐, 바이페닐레닐, 인다세닐, 페날레닐, 페난트레닐, 벤조페난트레닐, 디벤조페난트레닐, 아줄레닐, 파이레닐, 플루오란테닐, 트리페닐레닐, 크라이세닐, 테트라페닐, 테트라세닐, 플레이다에닐, 파이세닐, 펜타페닐, 펜타세닐, 플루오레닐, 인데노플루오레닐 또는 스파이로 플루오레닐과 같은 축합되지 않거나 축합된(fused) 아릴기일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
선택적으로, R1 내지 R13를 각각 구성할 수 있는 C3-C30 헤테로 아릴기는 피롤릴, 피리디닐, 피리미디닐, 피라지닐, 피리다지닐, 트리아지닐, 테트라지닐, 이미다졸일, 피라졸일, 인돌일, 이소인돌일, 인다졸일, 인돌리지닐, 피롤리지닐, 카바졸일, 벤조카바졸일, 디벤조카바졸일, 인돌로카바졸일, 인데노카바졸일, 벤조퓨로카바졸일, 벤조티에노카바졸일, 퀴놀리닐, 이소퀴놀리닐, 프탈라지닐, 퀴녹살리닐, 시놀리닐, 퀴나졸리닐, 퀴노졸리닐, 퀴놀리지닐, 퓨리닐, 벤조퀴놀리닐, 벤조이소퀴놀리닐, 벤조퀴나졸리닐, 벤조퀴녹살리닐, 아크리디닐, 페난트롤리닐, 페리미디닐, 페난트리디닐, 프테리디닐, 나프타리디닐, 퓨라닐, 파이라닐, 옥사지닐, 옥사졸일, 옥사디아졸일, 트리아졸일, 디옥시닐, 벤조퓨라닐, 디벤조퓨라닐, 티오파이라닐, 잔테닐, 크로메닐, 이소크로메닐, 티오아지닐, 티오페닐, 벤조티오페닐, 디벤조티오페닐, 디퓨로피라지닐, 벤조퓨로디벤조퓨라닐, 벤조티에노벤조티오페닐, 벤조티에노디벤조티오페닐, 벤조티에노벤조퓨라닐, 벤조티에노디벤조퓨라닐 또는 N-치환된 스파이로 플루오레닐, 스파이로 플루오레노아크리디닐, 스파이로 플루오레노잔테닐과 같은 축합되지 않거나 축합된 헤테로 아릴기일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
한편, 화학식 2에서 인접한 2개의 R12 및 인접한 2개의 R13이 각각 결합하여 형성할 수 있는 C6-C20 방향족 고리 및 상기 C3-C20 헤테로 방향족 고리는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 인접한 2개의 R12 및 인접한 2개의 R13이 각각 결합하여 형성할 수 있는 C6-C20 방향족 고리 및 상기 C3-C20 헤테로 방향족 고리는 각각 치환되지 않거나 적어도 하나의 Q2로 각각 치환될 수 있는 벤젠 고리, 나프틸 고리, 안트라센 고리, 페난트렌 고리, 인덴 고리, 플루오렌 고리, 피리딘 고리, 피리미딘 고리, 트리아진 고리, 퀴놀린 고리, 인돌 고리, 벤조퓨란 고리, 벤조티오펜 고리, 디벤조퓨란 고리, 디벤조티오펜 고리 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.
예시적인 측면에서, 인접한 2개의 R12 및 인접한 2개의 R13이 각각 결합하여 형성할 수 있는 C6-C20 방향족 고리 및 상기 C3-C20 헤테로 방향족 고리는 치환되지 않거나 적어도 하나의 Q2로 치환될 수 있는 헤테로 방향족 고리, 예를 들어 2개 이상의 고리가 축합된 헤테로 방향족 고리일 수 있다. 일례로, 인접한 2개의 R12 및 인접한 2개의 R13이 각각 결합하여 형성할 수 있는 C3-C20 헤테로 방향족 고리는 각각 치환되지 않거나 적어도 하나의 Q2로 각각 치환될 수 있는, 인돌 고리, 벤조퓨란 고리, 벤조티오펜 고리 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
이에 따라, 전자주개로 기능하는 화학식 2의 구조를 가지는 헤테로 방향족 모이어티는 인데노카바졸일 모이어티, 인돌로카바졸일 모이어티, 벤조퓨로카바졸일 모이어티 및/또는 벤조티에노카바졸일 모이어티를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
예를 들어, 화학식 1 및 화학식 2에서 R1 내지 R13을 각각 구성하는 C6-C30 방향족, C3-C30 헤테로 방향족, C6-C30 방향족 고리 및 C3-C30 축합 헤테로 방향족 고리는 각각 독립적으로 치환되지 않거나, C1-C10 알킬기(예를 들어, t-부틸기와 같은 C1-C5 알킬기), C6-C30 아릴기(예를 들어 페닐기와 같은 C6-C15 아릴기) 및 C3-C30 헤테로 아릴기(예를 들어, 피리딜기와 같은 C3-C15 헤테로 아릴기) 및 C6-C20 아릴 아미노기(예를 들어, 디페닐 아미노기)로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 하나의 작용기로 치환될 수 있다.
화학식 1에서, 보론과, 산소, 황 및 셀레늄 중에서 적어도 하나를 포함하는 축합 고리가 전자받개(electron acceptor) 모이어티로 기능하고, 화학식 2의 구조를 가지는 적어도 하나의 질소 원자를 갖는 축합 헤테로 방향족 고리가 전자주개(electron acceptor) 모이어티로 기능한다. 따라서 화학식 1의 구조를 가지는 유기 화합물은 지연 형광 특성을 갖는다.
특히, 화학식 2의 구조를 갖는 전자주개 모이어티는 벤젠 고리 사이에 질소 원자를 포함하는 5-원자 고리를 포함하고 있기 때문에, 전자주개 모이어티와 전자받개 모이어티 사이의 결합 세기가 극대화되면서 열 안정성이 우수하다. 이러한 구조를 갖는 제 1 화합물에서 전자주개 모이어티와 전자받개 모이어티 사이의 이면각(dihedral angle)이 감소하면서(약 75도 미만), 분자의 공액 구조(conjugation structure)가 개선된다. 지연 형광 특성을 갖는 제 1 화합물(DF)은 발광 효율이 우수하기 때문에, 제 1 화합물(DF)로부터 제 2 화합물(FD)로 엑시톤 에너지가 충분히 전달되면서, 초형광을 구현할 수 있다.
반면, 제 1 화합물의 전자주개 모이어티가 아크리딘계와 같은 6-원자 고리를 갖는 경우, 제 1 화합물의 전자주개 모이어티와 전자받개 모이어티 사이의 이면각이 증가하여(약 90도), 분자의 공액 구조(conjugation structure)가 끊어지면서 분자의 안정성이 감소한다. 이러한 구조를 갖는 유기 화합물을 발광물질층(240)의 제 1 화합물로 사용하는 경우, 유기발광다이오드의 발광 수명이 감소할 수 있다.
예시적인 측면에서, 화학식 1의 구조를 가지는 제 1 화합물(DF)의 분자 구조에서 말단에 위치하는 3개의 벤젠 고리 각각으로 화학식 2의 구조를 가지는 축합 헤테로 아릴기인 전자주개 모이어티가 0개 내지 2개 연결될 수 있다. 아울러, 화학식 2에서 R13은 치환되지 않거나 전술한 작용기로 치환되거나, 적어도 인접한 2개의 R13이 결합하여, 각각 독립적으로 치환되지 않거나 Q2로 치환될 수 있는 인돌 고리, 벤조퓨란 고리 및 벤조티오펜 고리를 형성할 수 있다. 이와 같은 구조를 갖는 제 1 화합물(DF)은 하기 화학식 3의 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
화학식 3
화학식 3에서, X1 및 X2는 각각 화학식 1에서 정의된 것과 동일함; R14 내지 R16은 각각 독립적으로 경수소, 중수소, 삼중수소, 할로겐 원자, C1-C20 알킬기, C1-C20 알킬 아미노기, C6-C30 아릴기 및 C3-C30 헤테로 아릴기로 구성되는 군에서 선택되며, 상기 아릴기 및 상기 헤테로 아릴기는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 적어도 하나의 Q1으로 치환될 수 있으며, p가 복수인 경우 각각의 R15는 상이하거나 동일할 수 있으며, R14 내지 R16 중에서 적어도 하나는 하기 화학식 하기 화학식 4의 구조를 갖는 축합 헤테로 아릴기임; p는 0 내지 2의 정수임; Q1은 화학식 1에서 정의된 것과 동일함.
화학식 4
화학식 4에서, R17 및 R18은 각각 독립적으로 중수소, 삼중수소, 할로겐 원자, C1-C20 알킬기, C1-C20 알킬 실릴기, C1-C20 알킬 아미노기, C6-C30 방향족 및 C3-C30 헤테로 방향족으로 구성되는 군에서 선택되며, 상기 C6-C30 방향족 및 상기 C3-C30 헤테로 방향족은 각각 독립적으로 치환되지 않거나 적어도 하나의 Q2로 치환될 수 있으며, m이 복수인 경우 각각의 R17는 상이하거나 동일할 수 있고, n이 복수인 경우 각각의 R18은 상이하거나 동일할 수 있으며, 선택적으로 n이 복수인 경우 인접한 적어도 2개의 R18은 각각 결합하여 C3-C20 헤테로 방향족 고리를 형성할 수 있고, 상기 C3-C20 헤테로 방향족 고리는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 적어도 하나의 Q2로 치환될 수 있음; m과 n은 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수임; Q2는 화학식 2에서 정의된 것과 동일함.
화학식 3의 구조를 가지는 유기 화합물은 지연 형광 특성을 가질 뿐만 아니라, 후술하는 바와 같이, 제 2 화합물(FD)로 엑시톤 에너지를 효율적으로 전달하기에 충분한 단일항 에너지 준위, 삼중항 에너지 준위, HOMO 및 LUMO 에너지 준위를 가지고 있다. 일례로, 화학식 1 또는 화학식 3의 구조를 가지는 제 1 화합물(DF)은 하기 화학식 5의 구조를 가지는 유기 화합물에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
화학식 5
지연 형광 물질일 수 있는 제 1 화합물(DF)은 여기 단일항 에너지 준위(S1 DF)와 여기 삼중항 에너지 준위(T1 DF)의 차이(ΔEST)가 매우 적고(0.3 eV 이하, 도 10 참조), 역 계간전이(RISC)에 의하여 제 1 화합물(DF)의 여기 삼중항 엑시톤 에너지가 제 2 화합물(DF)의 여기 단일항 엑시톤으로 전환되기 때문에, 양자 효율이 우수하다.
그런데, 화학식 1 내지 화학식 5의 구조를 가지는 제 1 화합물(DF)은 전자주개-전자받개의 결합 구조로 인하여 뒤틀린 구조를 갖는다. 또한, 제 1 화합물(DF)은 삼중항 엑시톤을 활용하기 때문에, 추가적인 전하이동 전이(charge transfer transition, CT transition)가 유발된다. CT 발광 메커니즘에 기인하는 발광 특성에 기인하여, 화학식 1 내지 화학식 5의 구조를 가지는 제 1 화합물(DF)은 반치폭(full-width at half maximum, FWHM)이 넓어서 색 순도 측면에서 한계가 있다.
또한, 제 1 화합물(DF)의 여기 단일항 에너지 준위(S1 DF) 상태에 있는 엑시톤의 일부는 계간전이(Inter System Crossing; ISC)에 의하여 여기 삼중항 에너지 준위(T1 DF)로 전환된다. 제 1 화합물(DF)에서 RISC에 의하여 여기 삼중항 에너지 준위(T1 DF)로부터 여기 단일항 에너지 준위(S1 DF)으로 변환되지 못하고, 여기 삼중항 에너지 준위(T1 DF)에 잔류하는 삼중항 엑시톤이 생성된다. 이러한 삼중항 엑시톤은 주변의 삼중항 엑시톤 또는 폴라론(polaron)과 상호작용하면서, 삼중항-삼중항 소멸(Triplet-triplet annhilation; TTA) 또는 삼중항-폴라론 소멸(Triplet-polaron annhilation, TPA)에 의해 소광(quenching)된다. 즉, 발광물질층(240)에 제 1 화합물(DF)만을 포함하는 경우, 제 1 화합물(DF)의 삼중항 엑시톤 에너지가 발광에 기여하지 못한다. 뿐만 아니라, TTA와 TPA와 같은 소광 과정에 의하여 유기발광다이오드의 발광 수명이 저하될 수 있다.
지연 형광 물질인 제 1 화합물(DF)의 발광 특성을 극대화할 수 있도록, 발광물질층(240)은 형광 물질일 수 있는 제 2 화합물(FD)을 포함하여 초형광(Hyperfluorescence)을 구현한다. 전술한 바와 같이, 지연 형광 물질인 제 1 화합물(DF)은 단일항 엑시톤 에너지와 삼중항 엑시톤 에너지도 이용할 수 있다. 따라서, 발광물질층(240)이 지연 형광 물질인 제 1 화합물(DF)과 비교해서 적절한 에너지 준위를 가지는 형광 물질을 제 2 화합물(FD)로 포함하면, 제 1 화합물(DF)로부터 방출된 엑시톤 에너지를 제 2 화합물(FD)이 흡수하고, 제 2 화합물(FD)이 흡수한 에너지는 100% 단일항 엑시톤만 생성하면서 발광 효율을 극대화할 수 있다.
발광물질층(240)에 포함된 지연 형광 물질인 제 1 화합물(DF)의 여기 삼중항 엑시톤 에너지로부터 전환(up-conversion)된 단일항 엑시톤 에너지와 원래의 단일항 엑시톤 에너지를 포함하는 제 1 화합물(DF)의 여기 단일항 엑시톤 에너지는 Forster 공명에너지전이(Forster resonance energy transfer, FRET) 메커니즘에 의하여 동일한 발광물질층 내의 형광 물질인 제 2 화합물(FD)로 전달되고, 제 2 화합물(FD)에서 최종적인 발광이 일어난다. 제 1 화합물(DF)에서 생성된 엑시톤 에너지가 제 2 화합물(FD)로 효율적으로 전달될 수 있도록, 제 1 화합물(DF)의 발광 파장에 대하여 흡수 파장의 중첩 영역이 큰 화합물이 제 2 화합물(FD)로 사용될 수 있다. 최종적으로 발광하는 제 2 화합물(FD)은 반치폭이 협소하여 색 순도를 향상시킬 수 있고, 발광 수명이 우수하기 때문에, 발광 소자의 수명을 개선할 수 있다.
발광물질층(240)에 도입되는 제 2 화합물(DF)은 청색으로 발광하는 형광 물질일 수 있다. 예를 들어, 발광물질층(240)에 도입되는 제 2 화합물(FD)은 반치폭(FWHM)이 35 nm 이하인 보론계 형광 물질일 수 있다. 일례로, 보론계 형광 물질인 제 2 화합물(FD)은 하기 화학식 6의 구조를 가질 수 있다.
화학식 6
화학식 6에서, R21 내지 R28은 각각 독립적으로 경수소, 중수소, 삼중수소, 할로겐 원자, C1-C20 알킬기, C1-C20 알킬 실릴기, C1-C20 알킬 아미노기, C6-C30 방향족 및 C3-C30 헤테로 방향족으로 구성되는 군에서 선택되며, 선택적으로 R31 내지 R34 중에서 인접한 2개가 서로 결합하여 보론과 질소를 갖는 축합환을 형성하며, 상기 C6-C30 방향족, 상기 C3-C30 헤테로 방향족 및 상기 축합환은 각각 독립적으로 치환되지 않거나 적어도 하나의 Q3로 치환될 수 있음; q가 복수인 경우 각각의 R25는 상이하거나 동일할 수 있고, r이 복수인 경우 각각의 R26은 상이하거나 동일할 수 있고, s가 복수인 경우 R27은 상이하거나 동일할 수 있고, t가 복수인 경우 R28은 상이하거나 동일할 수 있음; q와 s는 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이고, r은 0 내지 3의 정수이며, t는 0 내지 4의 정수임; Q3은 중수소, 삼중수소, C1-C20 알킬기, C6-C30 아릴기, C3-C30 헤테로 아릴기, C6-C30 아릴 아미노기 및 C3-C30 헤테로 아릴 아미노기로 구성되는 군에서 선택됨.
화학식 1에서와 유사하게, 화학식 6에서 R21 내지 R28를 각각 구성할 수 있는 C6-C30 방향족은 C6-C30 아릴기, C7-C30 아랄킬기, C6-C30 아릴옥시기 및 C6-C30 아릴 아미노기를 포함할 수 있다. 또한, 화학식 6에서 R21 내지 R28를 각각 구성할 수 있는 C3-C30 헤테로 방향족은 C3-C30 헤테로 아릴기, C4-C30 헤테로 아랄킬기, C3-C30 헤테로 아릴옥시기 및 C3-C30 헤테로 아릴 아미노기를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
화학식 6의 구조를 가지는 보론계 화합물은 발광 특성이 우수하다. 화학식 6의 구조를 가지는 보론계 화합물은 넓은 판상 구조를 가지고 있기 때문에, 제 1 화합물(DF)에서 방출되는 엑시톤 에너지를 효율적으로 전이받을 수 있어서 발광 효율을 극대화할 수 있다.
예시적인 측면에서, 화학식 6의 R21 내지 R24는 서로 결합하지 않을 수 있다. 선택적인 측면에서, 화학식 6의 R22 및 R23이 서로 결합하여 보론과 질소를 갖는 축합환을 형성할 수 있다. 예를 들어, 제 2 화합물(FD)은 하기 화학식 7A 내지 화학식 7C의 구조를 가지는 보론계 유기 화합물을 포함할 수 있다.
화학식 7A
화학식 7B
화학식 7C
화학식 7A 내지 화학식 7C에서, R21, R25 내지 R28 및 R31 내지 R34는 각각 독립적으로 경수소, 중수소, 삼중수소, 할로겐 원자, C1-C20 알킬기, C1-C20 알킬 실릴기, C1-C20 알킬 아미노기, C6-C30 아릴기 및 C3-C30 헤테로 아릴기로 구성되는 군에서 선택되며, 상기 C6-C30 아릴기 및 상기 C3-C30 헤테로 아릴기는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 적어도 하나의 Q3로 치환될 수 있음; Q3는 화학식 6에서 정의된 것과 동일함.
다른 예시적인 측면에서, 보론계 유기 화합물인 제 2 화합물(FD)은 하기 화학식 8의 구조를 가지는 유기 화합물에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
화학식 8
한편, 발광물질층(240)에 포함될 수 있는 제 3 화합물(H)은 제 1 화합물(DF) 및/또는 제 2 화합물(FD)과 비교하여, HOMO 에너지 준위 및 LUMO 에너지 준위 사이의 에너지 밴드갭(Eg)이 넓은 임의의 유기 화합물을 포함할 수 있다. 발광물질층(240)이 호스트일 수 있는 제 3 화합물(H)을 포함하는 경우, 제 1 화합물(DF)은 제 1 도펀트일 수 있고, 제 2 화합물(FD)은 제 2 도펀트일 수 있다.
예시적인 측면에서, 발광물질층(240)에 포함될 수 있는 제 3 화합물(H)은 4,4'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl (CBP), 3,3'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl (mCBP), 1,3-Bis(carbazol-9-yl)benzene (mCP), 9-(3-(9H-carbazol-9-yl)phenyl)-9H-carbazole-3-carbonitrile (mCP-CN), Oxybis(2,1-phenylene))bis(diphenylphosphine oxide (DPEPO), 2,8-bis(diphenylphosphoryl)dibenzothiophene (PPT), 1,3,5-Tri[(3-pyridyl)-phen-3-yl]benzene (TmPyPB), 2,6-Di(9H-carbazol-9-yl)pyridine (PYD-2Cz), 2,8-di(9H-carbazol-9-yl)dibenzothiophene (DCzDBT), 3',5'-Di(carbazol-9-yl)-[1,1'-bipheyl]-3,5-dicarbonitrile (DCzTPA), 4'-(9H-carbazol-9-yl)biphenyl-3,5-dicarbonitrile(4'-(9H-carbazol-9-yl)biphenyl-3,5-dicarbonitrile (pCzB-2CN), 3'-(9H-carbazol-9-yl)biphenyl-3,5-dicarbonitrile (mCzB-2CN), Diphenyl-4-triphenylsilylphenyl-phosphine oxide (TSPO1), 9-(9-phenyl-9H-carbazol-6-yl)-9H-carbazole (CCP), 4-(3-(triphenylen-2-yl)phenyl)dibenzo[b,d]thiophene, 9-(4-(9H-carbazol-9-yl)phenyl)-9H-3,9'-bicarbazole, 9-(3-(9H-carbazol-9-yl)phenyl)-9H-3,9'-bicarbazole, 9-(6-(9H-carbazol-9-yl)pyridin-3-yl)-9H-3,9'-bicabazole 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
예시적인 측면에서, 발광물질층(240, EML)이 제 1 화합물(DF), 제 2 화합물(FD) 및 제 3 화합물(H)을 포함하는 경우, 발광물질층(240) 내에 제 3 화합물(H)의 함량은 제 1 화합물(DF)의 함량보다 크고, 제 1 화합물(DF)의 함량은 제 2 화합물(FD)의 함량보다 클 수 있다. 제 1 화합물(DF)의 함량이 제 2 화합물(FD)의 함량보다 큰 경우, 제 1 화합물(DF)로부터 제 2 화합물(FD)로 FRET 메커니즘에 의한 엑시톤 에너지 전달이 충분히 일어날 수 있다. 일례로, 발광물질층(240, EML) 중에 제 3 화합물(H)은 55 내지 85 중량%, 제 1 화합물(DF)은 10 내지 40 중량%, 예를 들어 10 내지 30 중량%, 제 2 화합물(FD)은 0.1 내지 5 중량%, 예를 들어 0.1 내지 2 중량%로 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
예시적인 측면에서, 호스트인 제 3 화합물(H)과, 지연 형광 물질인 제 1 화합물(DF)과 형광 물질인 제 3 화합물(FD)의 HOMO 에너지 준위 및/또는 LUMO) 에너지 준위가 적절하게 조절되어야 한다. 예를 들어, 초형광을 구현하기 위하여, 호스트는 지연 형광 물질에서의 삼중항 상태의 엑시톤이 소광(비-발광 소멸, quenching)되지 않고 발광에 관여할 수 있도록 유도할 수 있어야 한다. 이를 위해서, 호스트인 제 3 화합물(H), 지연 형광 물질인 제 1 화합물(DF), 형광 물질인 제 2 화합물(FD)의 에너지 준위가 조절되어야 한다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 유기발광다이오드(D1)에서 발광물질층을 구성하는 제 1 화합물과 제 2 화합물을 중심으로 발광 물질의 에너지 준위가 조절되어 전하가 효율적으로 전달되는 상태를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 호스트일 수 있는 제 3 화합물(H)의 HOMO 에너지 준위(HOMOH)는 지연 형광 물질일 수 있는 제 1 화합물(DF)의 HOMO 에너지 준위(HOMODF)보다 깊을 수 있고, 제 3 화합물(H)의 LUMO 에너지 준위(LUMOH)는 제 1 화합물(DF)의 LUMO 에너지 준위(LUMODF)보다 얕을 수 있다. 즉, 제 3 화합물(H)의 HOMO 에너지 준위(HOMOH)와 LUMO 에너지 준위(LUMOH) 사이의 에너지 밴드갭은 제 1 화합물(DF)의 HOMO 에너지 준위(HOMODF)와 LUMO 에너지 준위(LUMODF) 사이의 에너지 밴드갭보다 넓을 수 있다.
일례로, 발광물질층(EML)에서, 호스트일 수 있는 제 3 화합물(H)의 HOMO 에너지 준위(HOMOH)와 지연 형광 물질일 수 있는 1 화합물(DF)의 HOMO 에너지 준위(HOMODF)의 차이(|HOMOH-HOMODF|) 또는 제 3 화합물(H)의 LUMO 에너지 준위(LUMOH)와 제 1 화합물(DF)의 LUMO 에너지 준위(LUMODF)의 차이(|LUMOH-LUMODF|)는 0.5 eV 이하, 예를 들어, 0.1 내지 0.5 eV일 수 있다. 이 경우, 제 3 화합물(H)에서 제 1 화합물(DF)로의 전하 이동 및/또는 전하 주입 효율이 향상되어, 유기발광다이오드(D1)의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
예시적인 측면에서, 제 1 화합물(DF)의 HOMO 에너지 준위(HOMODF)와 제 2 화합물(FD)의 HOMO 에너지 준위(HOMOFD) 사이의 에너지 밴드갭(ΔHOMO-1)은 하기 식 (1)을 충족한다.
|HOMOFD - HOMODF| < 0.3 eV (1)
제 1 화합물(DF)의 HOMO 에너지 준위(HOMODF)와 제 2 화합물(FD)의 HOMO 에너지 준위(HOMOFD) 사이의 에너지 밴드갭(ΔHOMO-1)이 식 (1)을 충족하는 경우, 발광물질층(240)으로 주입된 정공은 제 1 화합물(DF)로 신속하게 전달될 수 있다. 이에 따라, 제 1 화합물(DF)은 원래의 단일항 엑시톤 에너지와, RISC 메커니즘에 의하여 삼중항 엑시톤 에너지로부터 전환된 단일할 엑시톤 에너지를 모두 활용하여 내부양자효율 100%를 구현할 수 있고, 제 2 화합물(FD)로 엑시톤 에너지를 효율적으로 전달할 수 있다. 일례로, 제 1 화합물(DF)의 HOMO 에너지 준위(HOMODF)와 제 2 화합물(FD)의 HOMO 에너지 준위(HOMOFD)는 하기 식 (2)를 충족할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
|HOMOFD - HOMODF| ≤ 0.2 eV (2)
다른 예시적인 측면에서, 제 1 화합물(DF)의 LUMO 에너지 준위(LUMODF)는 제 2 화합물(FD)의 LUMO 에너지 준위(LUMOFD)와 비교해서, 얕거나(shallow) 동일할 수 있다. 일례로, 제 1 화합물(DF)의 LUMO 에너지 준위(LUMODF)와 제 2 화합물(FD)의 LUMO 에너지 준위(LUMOFD)는 하기 식 (3)을 충족할 수 있다.
0 ≤ LUMODF - LUMOFD ≤ 0.5 eV (3)
제 1 화합물(DF)의 LUMO 에너지 준위(LUMODF)와 제 2 화합물(FD)의 LUMO 에너지 준위(LUMOFD)가 식 (3)을 충족하는 경우, 발광물질층(240)으로 주입된 전자는 제 1 화합물(DF)로 신속하게 전달될 수 있다. 일례로, 제 1 화합물(DF)의 LUMO 에너지 준위(LUMODF)와 제 2 화합물(FD)의 LUMO 에너지 준위(LUMOFD)는 하기 식 (4)를 충족할 수 있다.
0 ≤ LUMODF - LUMOFD ≤ 0.2 eV (4)
지연 형광 물질인 제 1 화합물(DF)에서 엑시톤이 재결합할 수 있기 때문에, RISC 메커니즘을 이용하여 내부양자효율 100%를 구현할 수 있다. 제 1 화합물(DF)에서 RISC를 통해 생성된 여기 단일항 엑시톤 에너지는 FRET을 통해 형광 물질인 제 2 화합물(FD)로 전달되고, 제 2 화합물(FD)에서 효율적인 발광이 일어날 수 있다.
일례로, 제 1 화합물(DF)의 HOMO 에너지 준위(HOMODF)는 -5.4 eV 내지 -5.7 eV일 수 있고, 제 1 화합물(DF)의 LUMO 에너지 준위(LUMODF)는 -2.5 eV 내지 -2.8 eV일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 제 2 화합물(FD)의 HOMO 에너지 준위(HOMOFD)는 -5.3 eV 내지 -5.7 eV일 수 있고, 제 2 화합물(FD)의 LUMO 에너지 준위(LUMOFD)는 -2.7 eV 내지 -3.0 eV일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 1 화합물(DF)의 HOMO 에너지 준위(HOMODF)와 LUMO 에너지 준위(LUMODF) 사이의 에너지 밴드갭은 제 2 화합물(FD)의 HOMO 에너지 준위((HOMODF)와 LUMO 에너지 준위(LUMOFD) 사이의 에너지 밴드갭보다 넓을 수 있다. 예시적인 측면에서, 제 1 화합물(DF)의 HOMO 에너지 준위(HOMODF)와 LUMO 에너지 준위(LUMODF) 사이의 밴드갭은 2.6 eV 이상 3.1 eV 이하, 예를 들어 2.7 eV 이상 3.0 eV 이하일 수 있다. 제 2 화합물(FD)의 HOMO 에너지 준위(HOMOFD)와 LUMO 에너지 준위(LUMOFD) 사이의 밴드갭은 2.4 eV 이상 2.9 eV 이하, 예를 들어, 2.5 eV 이상 2.8 eV 이하일 수 있다. 이 경우, 제 1 화합물(DF)에서 생성된 엑시톤 에너지가 제 2 화합물(FD)로 효율적으로 전이되어, 최종적으로 제 2 화합물(FD)에서 충분한 발광이 일어날 수 있다.
도 5는 발광물질층을 구성하는 제 1 화합물과 제 2 화합물의 HOMO 에너지 준위가 조절되지 않을 때, 정공이 제 2 화합물에 포획되는 문제를 개략적으로 나타낸 모식도이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 제 1 화합물(DF)의 HOMO 에너지 준위(HOMODF)와 제 2 화합물(FD)의 HOMO 에너지 준위(HOMOFD) 사이의 에너지 밴드갭(ΔHOMO-2)이 0.3 eV 이상인 경우, 발광물질층(240)으로 주입된 정공은 형광 물질인 제 2 화합물(FD)에 포획(trap)된다. 즉, 발광물질층(240)으로 주입된 정공은 호스트인 제 3 화합물(H)로부터 지연 형광 물질인 제 1 화합물(DF)로 전달되지 않는다. 발광 효율이 우수한 제 1 화합물(DF)에서 엑시톤이 형성되지 못하고, 제 2 화합물(FD)에 포획된 정공이 직접 재결합(direct recombination)하여 엑시톤을 형성하여 발광한다. 제 1 화합물(DF)의 삼중항 엑시톤 에너지는 발광에 기여하지 못하고 비발광 소멸하여 발광 효율이 감소한다.
도 6은 발광물질층을 구성하는 제 1 화합물과 제 2 화합물의 HOMO 에너지 준위 및 LUMO 에너지 준위가 조절되지 않을 때, 정공이 제 2 화합물에 포획되고, 제 1 화합물과 제 2 화합물 사이에 엑시플렉스(들뜬복합체)가 형성되는 문제를 개략적으로 나타낸 모식도이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 제 1 화합물(DF)의 HOMO 에너지 준위(HOMODF)와 제 2 화합물(FD)의 HOMO 에너지 준위(HOMOFD) 사이의 에너지 밴드갭(ΔHOMO-3)이 0.5 eV 이상인 경우, 발광물질층(240)으로 주입된 정공은 형광 물질인 제 2 화합물(FD)에 포획(trap)된다.
또한, 제 1 화합물(DF)의 LUMO 에너지 준위(LUMODF)가 제 2 화합물(FD)의 LUMO 에너지 준위(LUMOFD)보다 깊은 경우(즉, LUMOFD - LUMODF > 0인 경우), 제 2 화합물(FD)에 포획된 정공과 제 1 화합물(DF)로 전달된 전자 사이에서 들뜬복합체(exciplex)를 형성한다. 제 1 화합물(DF)의 삼중항 엑시톤 에너지는 비발광 소멸하여 발광 효율이 감소할 뿐만 아니라, 들뜬복합체를 형성하는 LUMO 에너지와 HOMO 에너지 밴드갭이 지나치게 좁아지면서 장파장 대역의 빛이 발광한다. 제 1 화합물(DF)과 제 2 화합물(FD)이 동시에 발광하기 때문에, 반치폭이 넓어지면서 색순도가 저하된다.
한편, 유기발광다이오드의 발광 효율 및 색 순도를 향상시킬 수 있도록, 제 1 화합물(DF)과 제 2 화합물(FD)의 발광 및 흡수 파장을 조절할 필요가 있다. 도 도 7은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라 발광물질층에 포함되는 제 1 화합물의 발광 파장을 제어하여, 발광 효율과 색 순도를 향상시킬 수 있는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 제 1 화합물의 발광(photoluminescence, PL) 스펙트럼(PLDF)와 제 2 화합물(FD)의 흡수(Absorbance, Abs) 스펙트럼(AbsFD)의 중첩도가 넓으면, 제 1 화합물(DF)에서 제 2 화합물(FD)로의 엑시톤 에너지 전달 효율이 향상될 수 있다. 일례로, 제 1 화합물(DF)의 최대 PL 파장(λPL.max DF)와 제 2 화합물(FD)의 최대 흡수 파장(λAbs.max FD) 사이의 거리가 50 nm 이하, 예를 들어 30 nm 이하일 수 있다. 특히, 본 발명의 예시적인 측면에서, 제 1 화합물(DF)의 온셋파장(onset wavelength, λonset DF)은 430 nm 이상, 440 nm 이하일 수 있다. 여기서, 온셋 파장은, 유기 화합물의 PL 스팩트럼에서 단파장 영역의 선형 구간(linear region)에서의 외삽선(extrapolation line)과 X축(파장)이 교차되는 지점의 파장값이다. 보다 구체적으로, 온셋파장은, PL 스팩트럼에서 발광 세기가 최대값의 1/10에 해당하는 두 개의 파장 중 단파장에 해당하는 파장으로 정의될 수 있다. 제 1 화합물(DF)의 온셋파장(λonset DF)이 430 nm 내지 440 nn의 범위에 있는 경우, 제 1 화합물(DF)에서 제 2 화합물(FD)로의 엑시톤 에너지가 효율적으로 전달되어, 유기발광다이오드(D1)의 발광 효율을 극대화할 수 있다.
반면, 도 8에 나타낸 바와 같이, 제 1 화합물(DF)의 온셋파장(λonset DF)이 430 nm 미만인 경우, 제 1 화합물(DF)의 지연 형광 특성이 낮아지고/낮아지거나, 제 1 화합물(DF)로 엑시톤 에너지를 전달하는 호스트로서의 제 3 화합물(H)은 높은 여기 삼중항 에너지(T1 H)를 가져야 한다. 따라서, 유기발광다이오드(D1)의 발광 효율이 저하된다.
또한, 도 9에 나타낸 바와 같이, 제 1 화합물(DF)의 온셋파장(λonset DF)이 440 nm를 초과하는 경우, 제 1 화합물(DF)에서 제 2 화합물(FD)로의 엑시톤 에너지 전달 효율이 감소한다. 제 2 화합물(FD)로 전달되지 않은 엑시톤이 제 1 화합물(DF)에 잔류하면서, 잔류하는 엑시톤은 비발광 소멸되기 때문에, 유기발광다이오드(D1)의 발광 효율이 감소한다. 또한, 제 1 화합물(DF)과 제 2 화합물(FD)이 동시에 발광하면서, 색 순도가 저하될 수 있다.
계속해서, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 발광물질층(240)에서 발광 메커니즘에 대해 설명한다. 도 10은 본 발명의 제 1 실시형태에에 따른 유기발광다이오드를 구성하는 발광물질층에서 발광 물질 사이의 단일항 에너지 준위 및 삼중항 에너지 준위에 따른 발광 메커니즘을 개략적으로 나타낸 모식도이다. 도 10에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 발광물질층(EML, 240)에 포함되는 호스트일 수 있는 제 3 화합물(H)의 여기 삼중항 에너지 준위(T1 H)와 여기 단일항 에너지 준위(S1 H)는 각각 지연 형광 특성을 가지는 제 1 화합물(DF)의 여기 삼중항 에너지 준위(T1 DF)와 여기 단일항 에너지 준위(S1 DF)보다 높다. 예를 들어, 제 3 화합물(H)의 여기 삼중항 에너지 준위(T1 H)는 제 1 화합물(DF)의 여기 삼중항 에너지 준위(T1 DF)보다 0.2 eV 이상, 바람직하게는 0.3 eV 이상, 더욱 바람직하게는 0.5 eV 이상 높을 수 있다.
제 3 화합물(H)의 여기 삼중항 에너지 준위(T1 H) 및 여기 단일항 에너지 준위(S1 H)가 제 1 화합물(DF)의 여기 삼중항 에너지 준위(T1 DF) 및 여기 단일항 에너지 준위(S1 DF)보다 충분히 높지 않은 경우, 제 1 화합물(DF)의 여기 삼중항 에너지 준위(T1 DF)의 엑시톤이 제 3 화합물(H)의 여기 삼중항 에너지 준위(T1 H)로의 역-전하 이동이 발생한다. 이에 따라, 삼중항 엑시톤이 발광할 수 없는 제 3 화합물(H)에서 삼중항 엑시톤이 비-발광 소멸되기 때문에, 지연 형광 특성을 가지는 제 1 화합물(DF)의 삼중항 상태 엑시톤이 발광에 기여하지 못하게 된다. 지연 형광 특성을 가지는 제 1 화합물(DF)의 여기 단일항 에너지 준위(S1 DF)와 여기 삼중항 에너지 준위(T1 DF)의 차이(ΔEST)는 0.3 eV 이하, 예를 들어 0.05 내지 0.3 eV일 수 있다.
또한, 발광물질층(240, EML)에서 RISC에 의하여 ICT 착물 상태로 변환된 지연 형광 물질인 제 1 화합물(DF)로부터 형광 물질인 제 2 화합물(FD)로 엑시톤 에너지가 효율적으로 전이되어, 고효율, 고색순도를 가지는 유기발광다이오드(D1)를 구현할 필요가 있다. 이러한 유기발광다이오드(D1)를 구현하기 위하여, 지연 형광 물질일 수 있는 제 1 화합물(DF)의 여기 단일항 에너지 준위(S1 DF)는 형광 물질일 수 있는 제 2 화합물(FD)의 여기 단일항 에너지 준위(S1 FD)보다 높다. 필요한 경우, 제 1 화합물(DF)의 여기 삼중항 에너지 준위(T1 DF)는 제 2 화합물(FD)의 여기 삼중항 에너지 준위(T1 FD)보다 높을 수 있다.
제 2 화합물(FD)은 제 1 화합물(DF)의 단일항 엑시톤 에너지와 삼중항 엑시톤 에너지를 모두 발광 과정에 활용할 수 있어서 유기발광다이오드(D1)의 발광 효율이 극대화될 수 있다. 아울러, TTA 또는 TPA와 같은 소광 현상이 최소화되어, 유기발광다이오드(D1)의 발광 수명을 크게 향상시킬 수 있다.
다시 도 3으로 돌아가면, 정공주입층(250)은 제 1 전극(210)과 정공수송층(260) 사이에 위치하는데, 무기물인 제 1 전극(210)과 유기물인 정공수송층(260) 사이의 계면 특성을 향상시킨다. 하나의 예시적인 측면에서, 정공주입층(250)은 4,4',4"-Tris(3-methylphenylamino)triphenylamine (MTDATA), 4,4',4"-Tris(N,N-diphenyl-amino)triphenylamine(NATA), 4,4',4"-Tris(N-(naphthalene-1-yl)-N-phenyl-amino)triphenylamine(1T-NATA), 4,4',4"-Tris(N-(naphthalene-2-yl)-N-phenyl-amino)triphenylamine(2T-NATA), Copper phthalocyanine(CuPc), Tris(4-carbazoyl-9-yl-phenyl)amine(TCTA), N,N'-Diphenyl-N,N'-bis(1-naphthyl)-1,1'-biphenyl-4,4"-diamine(NPB; NPD), 1,4,5,8,9,11-Hexaazatriphenylenehexacarbonitrile(Dipyrazino[2,3-f:2'3'-h]quinoxaline-2,3,6,7,10,11-hexacarbonitrile; HAT-CN), 1,3,5-Tris[4-(diphenylamino)phenyl]benzene(TDAPB), poly(3,4-ethylenedioxythiphene)polystyrene sulfonate(PEDOT/PSS), N-(biphenyl-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 유기발광다이오드(D1)의 특성에 따라 정공주입층(250)은 생략될 수 있다.
정공수송층(260)은 정공주입층(250)과 발광물질층(240) 사이에 위치한다. 하나의 예시적인 측면에서, 정공수송층(260)은 N,N'-Diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine; TPD), NPB(NPD), 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 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
발광물질층(240)과 제 2 전극(230) 사이에는 전자수송층(270)과 전자주입층(280)이 순차적으로 적층될 수 있다. 전자수송층(270)을 이루는 소재는 높은 전자 이동도가 요구되는데, 원활한 전자 수송을 통하여 발광물질층(240)에 전자를 안정적으로 공급한다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 전자수송층(270)은 옥사디아졸계(oxadiazole-base) 화합물, 트리아졸계(triazole-base) 화합물, 페난트롤린계(phenanthroline-base) 화합물, 벤족사졸계(benzoxazole-based) 화합물, 벤조티아졸계(benzothiazole-base) 화합물, 벤즈이미다졸계(benzimidazole-base) 화합물, 트리아진계(triazine-base) 화합물 중에서 어느 하나의 화합물을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 전자수송층(270)은 tris-(8-hydroxyquinoline aluminum(Alq3), 2-biphenyl-4-yl-5-(4-t-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole(PBD), 스파이로-PBD, lithium quinolate(Liq), 1,3,5-Tris(N-phenylbenzimidazol-2-yl)benzene(TPBi), Bis(2-methyl-8-quinolinolato-N1,O8)-(1,1'-biphenyl-4-olato)aluminum(BAlq), 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline(Bphen), 2,9-Bis(naphthalene-2-yl)4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline(NBphen), 2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenathroline(BCP), 3-(4-Biphenyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole(TAZ), 4-(Naphthalen-1-yl)-3,5-diphenyl-4H-1,2,4-triazole(NTAZ), 1,3,5-Tri(p-pyrid-3-yl-phenyl)benzene(TpPyPB), 2,4,6-Tris(3'-(pyridin-3-yl)biphenyl-3-yl)1,3,5-triazine(TmPPPyTz), Poly[9,9-bis(3'-((N,N-dimethyl)-N-ethylammonium)-propyl)-2,7-fluorene]-alt-2,7-(9,9-dioctylfluorene)](PFNBr), Tris(phenylquinoxaline(TPQ), TSPO1 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
전자주입층(280)은 제 2 전극(230)과 전자수송층(270) 사이에 위치하는데, 제 2 전극(270)의 특성을 개선하여 소자의 수명을 개선할 수 있다. 하나의 예시적인 측면태에서, 전자주입층(280)의 소재로는 LiF, CsF, NaF, BaF2 등의 알칼리금속 할라이드계 물질 및/또는 알칼리토금속 할라이드계 물질, 및/또는 Liq, lithium benzoate), sodium stearate 등의 유기금속계 물질이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
정공이 발광물질층(240)을 제 2 전극(230) 쪽으로 이동하거나, 전자가 발광물질층(240)을 지나 제 1 전극(210) 쪽으로 이동하는 경우, 유기발광다이오드(D1)의 발광 수명과 발광 효율이 감소할 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 본 발명의 예시적인 제 1 실시형태에 따른 유기발광다이오드(D1)는 발광물질층(240)에 인접하여 엑시톤 차단층이 위치할 수 있다.
본 발명의 제 1 실시형태에 따른 유기발광다이오드(D1)는 정공수송층(260)과 발광물질층(240) 사이에 전자의 이동을 제어, 방지할 수 있는 전자차단층(265)이 위치할 수 있다. 하나의 예시적인 측면에서, 전자차단층(265)은 TCTA, Tris[4-(diethylamino)phenyl]amine, N-(biphenyl-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine, TAPC, MTDATA, mCP, mCBP, CuPc, N,N'-bis[4-[bis(3-methylphenyl)amino]phenyl]-N,N'-diphenyl-[1,1'-biphenyl]-4,4'-diamine(DNTPD), TDAPB, 3,6-bis(N-carbazolyl)-N-phenyl-carbazole 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
발광물질층(240)과 전자수송층(270) 사이에 제 2 엑시톤 차단층으로서 정공차단층(275)이 위치하여 발광물질층(240)과 전자수송층(270) 사이에 정공의 이동을 방지한다. 하나의 예시적인 측면에서, 정공차단층(275)의 소재로서 전자수송층(270)에 사용될 수 있는 옥사디아졸계 화합물, 트리아졸계 화합물, 페난트롤린계 화합물, 벤족사졸계 화합물, 벤조티아졸계 화합물, 벤즈이미다졸계 화합물, 트리아진계 화합물 중에서 어느 하나가 사용될 수 있다.
일례로, 정공차단층(275)은 발광물질층(240)에 사용된 소재와 비교해서 HOMO 에너지 준위가 낮은 BCP, BAlq, Alq3, PBD, 스파이로-PBD, Liq, Bis-4,6-(3,5-di-3-pyridylphenyl)-2-methylpyrimidine (B3PYMPM), DPEPO, 9-(6-(9H-carbazol-9-yl)pyridine-3-yl)-9H-3,9'-bicarbazole 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
전술한 제 1 실시형태에서, 지연 형광 특성을 가지는 제 1 화합물과 제 2 화합물이 동일한 발광물질층 내에 도입된 발광물질층을 예시하였다. 이와 달리, 제 2 화합물과 제 3 화합물은 인접한 발광물질층에 각각 도입될 수 있는데, 이에 대해서 설명한다. 도 11은 본 발명의 예시적인 제 2 실시형태에 따른 유기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 12는 본 발명의 제 2 실시형태에 따라 발광물질층을 구성하는 제 1 화합물과 제 2 화합물의 HOMO 에너지 준위가 조절되어, 정공이 제 2 화합물로 효율적으로 전달되는 상태를 개략적으로 나타낸 모식도이며, 도 13은 본 발명의 제 2 실시형태에에 따른 유기발광다이오드를 구성하는 발광물질층에서 발광 물질 사이의 단일항 에너지 준위 및 삼중항 에너지 준위에 따른 발광 메커니즘을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 유기발광다이오드(D2)는 서로 마주하는 제 1 전극(210) 및 제 2 전극(230)과, 제 1 및 제 2 전극(210, 230) 사이에 위치하는 발광층(220A)을 포함한다. 유기발광표시장치(100, 도 2 참조)는 적색 화소영역, 녹색 화소영역, 청색 화소영역을 포함하고, 유기발광다이오드(D2)는 청색 화소영역에 위치할 수 있다.
예시적인 측면에서, 발광층(220A)은 발광물질층(240A)을 포함한다. 발광층(220A)은 제 1 전극(210)과 발광물질층(240A) 사이에 위치하는 정공수송층(260)과, 발광물질층(240A)과 제 2 전극(230) 사이에 위치하는 전자수송층(270) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 발광층(220A)은 제 1 전극(210)과 정공수송층(260) 사이에 위치하는 정공주입층과, 전자수송층(270)과 제 2 전극(230) 사이에 위치하는 전자주입층 중에서 적어도 어느 하나를 더욱 포함할 수 있다. 선택적으로, 발광층(220A)은 정공수송층(260)과 발광물질층(240A) 사이에 위치하는 전자차단층(265) 및/또는 발광물질층(240A)과 전자수송층(270) 사이에 위치하는 정공차단층(275)을 더욱 포함할 수 있다. 제 1 전극(210), 제 2 전극(230) 및 발광물질층(240A)을 제외한 발광층(220A)의 구성은 전술한 제 1 실시형태와 동일할 수 있다.
발광물질층(240A)은 전자차단층(265)과 정공차단층(275) 사이에 위치하는 제 1 발광물질층(EML1, 242, 하부 발광물질층, 제 1층)과, 제 1 발광물질층(242)과 정공차단층(275) 사이에 위치하는 제 2 발광물질층(EML2, 244, 상부 발광물질층, 제 2층)을 포함한다. 선택적인 측면에서, 제 2 발광물질층(244)은 전자차단층(265)과 제 1 발광물질층(242) 사이에 위치할 수 있다.
제 1 발광물질층(242, EML1)과 제 2 발광물질층(244, EML2) 중에서 어느 하나는 지연 형광 물질인 제 1 화합물(DF. 제 1 도펀트)을 포함하고, 제 1 발광물질층(242, EML1)과 제 2 발광물질층(244, EML2) 중에서 다른 하나는 형광 물질인 제 2 화합물(FD, 제 2 도펀트)를 포함한다. 또한, 제 1 발광층(242, EML1)과 제 2 발광물질층(244, EML2)는 각각 제 1 호스트일 수 있는 제 3 화합물(H1)과 제 2 호스트일 수 있는 제 4 화합물(H2)을 포함할 수 있다. 일례로, 제 1 발광물질층(242)은 제 1 화합물(DF)과 제 3 화합물(H1)을 포함하고, 제 2 발광물질층(244)은 제 2 화합물(FD)과, 제 4 화합물(H2)을 포함할 수 있다.
제 1 발광물질층(242, EML1)을 구성하는 제 1 화합물(DF)은 화학식 1 내지 화학식 5의 구조를 가지는 지연 형광 물질일 수 있다. 지연 형광 특성을 가지는 제 1 화합물(DF)은 역 계간전이(RISC)에 의하여 제 1 화합물(DF)의 여기 삼중항 엑시톤 에너지가 여기 단일항 엑시톤 에너지 준위로 전환된다. 제 1 화합물(DF)은 높은 양자 효율을 가지는 반면, 반치폭이 넓기 때문에 색 순도가 좋지 않다.
반면, 제 2 발광물질층(244, EML2)은 형광 물질인 제 2 화합물(FD)을 포함한다. 제 2 화합물(FD)은 화학식 6 내지 화학식 8의 구조를 가지는 임의의 유기 화합물을 포함한다. 화학식 6 내지 8의 구조를 가지는 형광 물질인 제 2 화합물(FD)은 제 1 화합물(DF)에 비하여 반치폭이 협소하다(예를 들어, 반치폭은 35 nm 이하). 따라서, 제 2 화합물(FD)은 색 순도에서 장점이 있다.
본 실시형태에 따르면, 제 1 발광물질층(242, EML1)에 포함되는 지연 형광 특성을 가지는 제 1 화합물(DF)의 여기 단일항 엑시톤 에너지 및 여기 삼중항 에시톤 에너지는, FRET 메커니즘을 통하여 인접한 제 2 발광물질층(244, EML2)에 포함된 제 2 화합물(FD)로 전달되고, 제 2 화합물(FD)에서 최종적인 발광이 일어난다.
역 계간전이(RISC) 현상에 의해 제 1 발광물질층(242, EML1)에 포함된 제 1 화합물(DF)의 여기 삼중항 엑시톤 에너지가 여기 단일항 엑시톤 에너지로 전환된다. 제 1 화합물(DF)의 여기 단일항 엑시톤 에너지는 제 2 화합물(FD)의 여기 단일항 에너지 준위로 전달된다. 제 2 발광물질층(244, EML2)에 포함된 제 2 화합물(FD)은 여기 단일항 엑시톤 에너지와 여기 삼중항 엑시톤 에너지 모두를 이용하여 발광한다.
제 1 발광물질층(242, EML1)에 포함된 지연 형광 물질일 수 있는 제 1 화합물(DF)로부터 생성된 엑시톤 에너지는 제 2 발광물질층(244, EML2)에 포함된 형광 물질일 수 있는 제 2 화합물(FD)로 효율적으로 전달되어, 초형광을 구현할 수 있다. 이때, 실질적인 발광은 형광 물질인 제 2 화합물(FD)을 포함하는 제 2 발광물질층(244, EML2)에서 일어난다. 따라서 유기발광다이오드(D2)의 양자 효율이 향상되고, 반치폭이 좁아지면서, 색 순도가 향상된다.
제 1 발광물질층(242, EML1) 및 제 2 발광물질층(244, EML2)은 각각 제 3 화합물(H1) 및 제 4 화합물(H2)을 포함한다. 제 3 화합물(H1)과 제 4 화합물(H2)은 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들어, 제 3 화합물(H1) 및 제 4 화합물(H2)은 각각 독립적으로 제 1 실시형태에서 설명한 제 3 화합물(H)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 1 실시형태와 유사하게, 제 1 화합물(DF)의 HOMO 에너지 준위(HOMODF)와 제 2 화합물(FD)의 HOMO 에너지 준위(HOMOFD) 사이의 에너지 밴드갭(ΔHOMO-1)은 전술한 식 (1) 또는 식 (2)를 충족할 수 있다. 이에 따라, 발광물질층(240)으로 주입된 정공은 제 1 화합물(DF)로 전달되고, 제 1 화합물(DF)은 단일항 엑시톤 에너지와 삼중항 엑시톤 에너지를 모두 활용하여, 제 2 화합물(FD)로 엑시톤 에너지를 전달할 수 있다. 또한, 제 1 화합물(DF)의 LUMO 에너지 준위(LUMODF)는 제 2 화합물(FD)의 LUMO 에너지 준위(LUMOFD)보다 얕거나 동일할 수 있으며, 식 (3) 또는 식 (4)를 충족할 수 있다. 또한 제 1 화합물(DF)의 온셋파장(λonset DF)은 430 nm 이상, 440 nm 이하일 수 있다(도 7 참조).
아울러, 제 3 화합물(H1) 및 제 4 화합물(H2)의 HOMO 에너지 준위(HOMOH1, HOMO2)와 제 1 화합물(DF)의 HOMO 에너지 준위(HOMODF)의 차이(|HOMOH-HOMODF|) 또는 제 3 화합물(H1) 및 제 4 화합물(H2)의 LUMO 에너지 준위(LUMOH1, LUMOH2)와 제 1 화합물의 LUMO 에너지 준위(LUMODF)의 차이(|LUMOH-LUMOFD|)는 0.5 eV 이하일 수 있다. 이와 같은 조건을 만족시키지 못하면, 제 1 화합물(DF)에서 비-발광 소멸(quenching)이 일어나거나, 제 3 화합물(H1) 및 제 4 화합물(H2)에서 제 1 화합물(DF) 및/또는 제 2 화합물(FD)로 엑시톤 에너지 전달이 일어나지 않아, 유기발광다이오드(D2)의 양자 효율이 저하될 수 있다.
한편, 제 1 발광물질층(242, EML1) 및 제 2 발광물질층(244, EML2)에 각각 포함될 수 있는 제 3 화합물(H1) 및 제 4 화합물(H2)에서 각각 생성된 엑시톤 에너지는 1차적으로 지연 형광 물질일 수 있는 제 1 화합물(DF)로 전이되어 발광하여야 한다. 도 13에 나타낸 바와 같이, 제 3 화합물(H1)의 여기 단일항 에너지 준위(S1 H1)와 제 4 화합물(H2)의 여기 단일항 에너지 준위(S1 H2)는 각각 지연 형광 물질일 수 있는 제 1 화합물(DF)의 여기 단일항 에너지 준위(S1 DF)보다 높다. 또한, 제 3 화합물(H1)의 여기 삼중항 에너지 준위(T1 H1)와 제 4 화합물(H2)의 여기 단일항 에너지 준위(T1 H2)는 각각 제 1 화합물(DF)의 여기 삼중항 에너지 준위(T1 DF)보다 높다. 예를 들어, 제 3 화합물(H1) 및 제 4 화합물(H2)의 여기 삼중항 에너지 준위(T1 H1, T1 H2)는 제 1 화합물(DF)의 여기 삼중항 에너지 준위(T1 DF)보다 최소 0.2 eV 이상, 예를 들어 0.3 eV 이상, 바람직하게는 0.5 eV 이상 높을 수 있다.
한편, 제 2 호스트인 제 4 화합물(H2)의 여기 단일항 에너지 준위(S1 H2)는 형광 물질인 제 2 화합물(FD)의 여기 단일항 에너지 준위(S1 FD)보다 높다. 선택적으로, 제 4 화합물(H2)의 여기 삼중항 에너지 준위(T1 H2)는 제 2 화합물(FD)의 여기 삼중항 에너지 준위(T1 FD)보다 높을 수 있다. 이에 따라, 제 4 화합물(H2)에서 생성된 단일항 엑시톤 에너지가 제 2 화합물(FD)의 단일항 에너지로 전달될 수 있다.
뿐만 아니라, 제 1 발광물질층(242, EML1)에서 역 계간전이(RISC)에 의하여 ICT 착물 상태로 변환된 제 1 화합물(DF)로부터, 제 2 발광물질층(244, EML2)의 제 2 화합물(FD)로 엑시톤 에너지를 효율적으로 전달하여야 한다. 이러한 유기발광다이오드(D2)를 구현하기 위하여, 제 1 발광물질층(242, EML1)에 포함되는 지연 형광 물질인 제 1 화합물(DF)의 여기 단일항 에너지 준위(S1 DF)는 2 발광물질층(344, EML2)에 포함되는 형광 물질인 제 2 화합물(FD)의 여기 단일항 에너지 준위(S1 FD)보다 높다. 선택적으로, 제 1 화합물(DF)의 여기 삼중항 에너지 준위(T1 DF)는 제 2 화합물(FD)의 여기 삼중항 에너지 준위(T1 FD)보다 높을 수 있다.
제 1 및 제 2 발광물질층(242, 244) 각각에서, 제 3 화합물(H1)과 제 4 화합물(H2)은 각각 동일한 발광물질층을 구성하는 제 1 화합물(DF) 및 제 2 화합물(FD)보다 크거나 동일한 함량으로 포함될 수 있다. 또한, 제 1 발광물질층(242, EML1)에 포함되는 제 1 화합물(DF)의 함량은, 제 2 발광물질층(244, EML2)에 포함되는 제 2 화합물(FD)의 함량보다 클 수 있다. 이에 따라, 제 1 발광물질층(242, EML1)에 포함된 제 1 화합물(DF)로부터 제 2 발광물질층(344, EML2)에 포함된 제 2 화합물(FD)로의 FRET에 의한 에너지 전달이 충분히 일어날 수 있다.
예를 들어, 제 1 발광물질층(242, EML1) 내에 제 1 화합물(DF)은 1 내지 50 중량%, 바람직하게는 10 내지 40 중량%, 더욱 바람직하게는 20 내지 40 중량%의 비율로 포함될 수 있다. 제 2 발광물질층(244, EML2) 중에 제 2 화합물(FD)의 함량은 1 내지 10 중량%, 바람직하게는 1 내지 5 중량%일 수 있다.
선택적인 측면에서, 정공차단층(275)에 인접하여 제 2 발광물질층(244, EML2)이 위치하는 경우, 제 2 발광물질층(244, EML2)을 구성하는 제 4 화합물(H2)은 정공차단층(275)의 물질과 동일한 물질일 수 있다. 이때, 제 2 발광물질층(244, EML2)은 발광 기능과 함께 정공 차단 기능을 동시에 가질 수 있다. 즉, 제 2 발광물질층(244, EML2)은 전자를 차단하기 위한 버퍼층으로 기능한다. 한편, 정공차단층(275)은 생략될 수 있고, 이 경우 제 2 발광물질층(244, EML2)은 발광물질층과 정공차단층으로 이용된다.
다른 예시적인 측면에서, 전자차단층(265)에 인접하여 제 2 발광물질층(244, EML2)이 위치하는 경우, 제 2 발광물질층(244, EML2)을 구성하는 제 4 화합물(H2)은 전자차단층(265)의 물질과 동일한 물질일 수 있다. 이때, 제 2 발광물질층(244, EML2)은 발광 기능과 함께 전자 차단 기능을 동시에 가질 수 있다. 즉, 제 2 발광물질층(244, EML2)은 전자를 차단하기 위한 버퍼층으로 기능한다. 한편, 전자차단층(265)은 생략될 수 있고, 이 경우 제 2 발광물질층(244, EML2)은 발광물질층과 전자차단층으로 이용된다.
계속해서, 발광물질층이 3개의 층으로 이루어진 유기발광다이오드에 대해서 설명한다. 도 14는 본 발명의 예시적인 제 3 실시형태에 따른 유기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 15는 본 발명의 제 3 실시형태에 따라 발광물질층을 구성하는 제 1 화합물과 제 2 화합물의 HOMO 에너지 준위가 조절되어, 정공이 제 2 화합물로 효율적으로 전달되는 상태를 개략적으로 나타낸 모식도이다. 도 16는 본 발명의 제 3 실시형태에에 따른 유기발광다이오드를 구성하는 발광물질층에서 발광 물질 사이의 단일항 에너지 준위 및 삼중항 에너지 준위에 따른 발광 메커니즘을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 14에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 유기발광다이오드(D3)는 서로 마주하는 제 1 전극(210) 및 제 2 전극(230)과, 제 1 및 제 2 전극(210, 230) 사이에 위치하는 발광층(220B)을 포함한다. 유기발광표시장치(100, 도 2 참조)는 적색 화소영역, 녹색 화소영역, 청색 화소영역을 포함하고, 유기발광다이오드(D3)는 청색 화소영역에 위치할 수 있다.
예시적인 측면에서, 발광층(220B)은 3층 구조를 가지는 발광물질층(240B)을 포함한다. 발광층(220B)은 제 1 전극(210)과 발광물질층(240B) 사이에 위치하는 정공수송층(260)과, 발광물질층(240B)과 제 2 전극(230) 사이에 위치하는 전자수송층(270) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 발광층(220B)은 제 1 전극(210)과 정공수송층(260) 사이에 위치하는 정공주입층과, 전자수송층(270)과 제 2 전극(230) 사이에 위치하는 전자주입층(280) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 선택적으로, 발광층(220B)은 정공수송층(260)과 발광물질층(240B) 사이에 위치하는 전자차단층(265) 및/또는 발광물질층(240B)과 전자수송층(250) 사이에 위치하는 정공차단층(275)을 더욱 포함할 수 있다. 제 1 전극(210) 및 제 2 전극(230)과, 발광물질층(240B)을 제외한 발광층(220B)의 나머지 구성은 전술한 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태에서 설명한 것과 실질적으로 동일할 수 있다.
발광물질층(240B, EML)은 전자차단층(265)과 정공차단층(275) 사이에 위치하는 제 1 발광물질층(242, EML1, 중간발광물질층, 제 1 층)과, 전자차단층(265)과 제 1 발광물질층(242, EML1) 사이에 위치하는 제 2 발광물질층(244, EML2, 하부 발광물질층, 제 2 층)과, 제 1 발광물질층(242, EML1)과 정공차단층(275) 사이에 위치하는 제 3 발광물질층(246, EML3, 상부 발광물질층, 제 3 층)을 포함한다.
제 1 발광물질층(242, EML1)은 지연 형광 물질인 제 1 화합물(DF, 제 1 도펀트)를 포함하고, 제 2 및 제 3 발광물질층(244, 246)은 각각 형광 물질일 수 있는 제 2 화합물(FD1, 제 2 도펀트) 및 제 5 화합물(FD2, 제 3 도펀트)를 포함한다. 제 1 내지 제 3 발광물질층(242, 244, 246)은 각각 제 1 호스트 내지 제 3 호스트일 수 있는 제 3 화합물(H1), 제 4 화합물(H2) 및 제 6 화합물(H3)을 더욱 포함할 수 있다.
본 실시형태에 따르면, 제 1 발광물질층(242, EML1)에 포함되는 지연 형광 물질인 제 1 화합물(DF)의 여기 단일항 엑시톤 에너지 및 여기 삼중항 엑시톤 에너지는, Foster 에너지 전이인 FRET을 통하여 인접한 제 2 발광물질층(244, EML2) 및 제 3 발광물질층(246, EML3)에 각각 포함된 형광 물질인 제 2 화합물(FD1) 및 제 5 화합물(FD2)로 전달되어, 제 2 화합물(FD1) 및 제 5 화합물(FD2)에서 최종적인 발광이 일어난다.
역 계간전이 현상에 의해 제 1 발광물질층(242, EML1)에 포함된 제 1 화합물(DF)의 여기 삼중항 엑시톤 에너지가 여기 단일항 엑시톤 에너지로 전환된다. 지연 형광 물질인 제 1 화합물(DF)의 여기 단일항 에너지 준위는, 인접한 제 2 발광물질층(244, EML2) 및 제 3 발광물질층(246, EML3)에 각각 도입된 형광 물질인 제 2 화합물(FD1) 및 제 5 화합물(FD2)의 여기 단일항 에너지 준위보다 크다. 제 1 발광물질층(242, EML1)에 포함된 제 1 화합물(DF)의 여기 단일항 엑시톤 에너지는 FRET을 통하여 인접한 제 2 발광물질층(244, EML2) 및 제 3 발광물질층(246, EML3)에 포함된 제 2 화합물(FD1) 및 제 5 화합물(FD2)의 여기 단일항 에너지로 전달된다.
따라서, 제 2 발광물질층(244, EML2) 및 제 3 발광물질층(246, EML3)에 각각 도입된 제 2 화합물(FD1) 및 제 5 화합물(FD2)은 단일항 엑시톤 에너지와 삼중항 엑시톤 에너지 모두를 이용하여 발광하게 된다. 제 2 화합물(FD1) 및 제 5 화합물(FD2)은 제 1 화합물(DF)에 비하여 반치폭이 협소하다(예를 들어, 반치폭은 35 nm 이하). 따라서 유기발광다이오드(D4)의 양자 효율이 향상되고, 반치폭이 좁아지면서, 색 순도가 향상된다. 이때, 실질적인 발광은 제 2 화합물(FD1) 제 5 화합물(FD2)을 각각 포함하는 제 2 발광물질층(242, EML2) 및 3 발광물질층(246, EML3)에서 일어난다.
지연 형광 물질인 제 1 화합물(DF)은 화학식 1 내지 화학식 5의 구조를 가지는 유기 화합물을 포함하고, 형광 물질인 제 2 화합물(FD1)과 제 5 화합물(FD2)은 각각 독립적으로 화학식 6 내지 화학식 8의 구조를 가지는 보론계 유기 화합물을 포함한다. 제 3 화합물(H1), 제 4 화합물(H2) 및 제 6 화합물(H3)은 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들어, 제 3 화합물(H1), 제 4 화합물(H2) 및 제 6 화합물(H3)은 각각 독립적으로 제 1 실시형태에서 설명한 제 3 화합물(H)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
전술한 제 1 및 제 2 실시형태와 유사하게, 제 1 화합물(DF)의 HOMO 에너지 준위(HOMODF)와, 제 2 화합물(FD1) 및 제 5 화합물(FD2)의 HOMO 에너지 준위(HOMOFD, HOMODF3) 사이의 에너지 밴드갭(ΔHOMO-1)은 전술한 식 (1) 또는 식 (2)를 충족할 수 있다. 이에 따라, 발광물질층(340)으로 주입된 정공은 제 1 화합물(DF)로 전달되고, 제 1 화합물(DF)은 단일항 엑시톤 에너지와 삼중항 엑시톤 에너지를 모두 활용하여, 제 2 화합물(FD1) 및 제 5 화합물(FD2)로 엑시톤 에너지를 전달할 수 있다. 또한, 제 1 화합물(DF)의 LUMO 에너지 준위(LUMODF)는 제 2 화합물(FD) 및 제 5 화합물(DF3)의 LUMO 에너지 준위(LUMOFD, LUMODF3)보다 얕거나 동일할 수 있으며, 식 (3) 또는 식 (4)를 충족할 수 있다. 또한 제 1 화합물(DF)의 온셋파장(λonset DF)은 430 nm 이상, 440 nm 이하일 수 있다(도 7 참조).
아울러, 제 3 화합물(H1), 제 4 화합물(H2) 및 제 6 화합물(H3)의 HOMO 에너지 준위(HOMOH1, HOMO2, HOMO3)와 제 1 화합물(DF)의 HOMO 에너지 준위(HOMODF)의 차이(|HOMOH-HOMODF|) 또는 제 3 화합물(H1), 제 4 화합물(H2) 및 제 6 화합물(H3)의 LUMO 에너지 준위(LUMOH1, LUMOH2, LUMOH3)와 제 1 화합물(DF)의 LUMO 에너지 준위(LUMODF)의 차이(|LUMOH-LUMODF|)는 0.5 eV 이하일 수 있다.
효율적인 발광을 구현하기 위하여, 제 1 내지 제 3 발광물질층(242/EML1, 244/EML2, 246/EML3)에 도입된 발광 물질의 에너지 준위를 적절하게 조절할 필요가 있다. 도 16를 참조하면, 제 1 호스트일 수 있는 제 3 화합물(H1)의 여기 단일항 에너지 준위(S1 H1), 제 2 호스트일 수 있는 제 4 화합물(H2)의 여기 단일항 에너지 준위(S1 H2) 및 제 3 호스트일 수 있는 제 6 화합물(H3)의 여기 단일항 에너지 준위(S1 H3)는 지연 형광 물질일 수 있는 제 1 화합물(DF)의 여기 단일항 에너지 준위(S1 DF)보다 높다. 또한, 제 3 화합물(H1)의 여기 삼중항 에너지 준위(T1 H1), 제 4 화합물(H2)의 여기 단일항 에너지 준위(T1 H2) 및 제 6 화합물(H3)의 여기 삼중항 에너지 준위(T1 H3)는 각각 제 1 화합물(DF)의 여기 삼중항 에너지 준위(T1 DF)보다 높다.
제 1 발광물질층(242, EML1)에서 RISC에 의하여 ICT 착물 상태로 변환된 제 1 화합물(DF)로부터, 제 2 발광물질층(244, EML2) 및 제 3 발광물질층(246, EML3)에 각각 도입된 형광 물질인 제 2 화합물(FD1) 및 제 5 화합물(FD2)로 엑시톤 에너지를 효율적으로 전이하여야 한다. 이러한 유기발광다이오드(D3)를 구현하기 위하여, 제 1 발광물질층(242, EML1)에 포함되는 지연 형광 물질인 제 1 화합물(DF)의 여기 단일항 에너지 준위(S1 DF)는 각각 제 2 발광물질층(244, EML2) 및 제 3 발광물질층(246, EML3)에 각각 포함되는 형광 물질일 수 있는 제 2 화합물(FD1) 및 제 5 화합물(FD2)의 여기 단일항 에너지 준위(S1 FD1, S1 FD2)보다 높다. 선택적으로 제 1 화합물(DF)의 여기 삼중항 에너지 준위(T1 DF)는 각각 제 2 화합물(FD1) 및 제 5 화합물(FD2)의 여기 삼중항 에너지 준위(T1 FD1, T1 FD2)보다 높을 수 있다.
또한, 지연 형광 물질인 제 1 화합물(DF)로부터 형광 물질인 제 2 화합물(FD1) 및 제 5 화합물(FD2)로 전이된 에너지가 제 4 화합물(H2) 및 제 6 화합물(H3)로 전이되는 것을 방지하여 효율적인 발광을 구현할 필요가 있다. 이러한 목적과 관련하여, 제 2 호스트일 수 있는 제 4 화합물(H2) 및 제 3 호스트일 수 있는 제 6 화합물(H3)의 여기 단일항 에너지 준위(S1 H2, S1 H3)는 각각 형광 물질일 수 있는 제 2 화합물(FD1) 및 제 5 화합물(FD2)의 여기 단일항 에너지 준위(S1 FD1, S1 FD2)보다 높다. 선택적으로, 제 4 화합물(H2) 및 제 6 화합물(H3)의 여기 삼중항 에너지 준위(T1 H2, T1 H3)는 각각 제 2 화합물(FD1) 및 제 5 화합물(FD2)의 여기 단일항 에너지 준위(T1 FD, T1 DF3)보다 높을 수 있다.
제 1 발광물질층(242, EML1)에 포함되는 제 1 화합물(DF)의 함량은, 제 2 발광물질층(244, EML2) 및 제 3 발광물질층(246, EML3)에 각각 포함되는 제 2 화합물(FD1) 및 제 5 화합물(FD2)의 함량보다 클 수 있다. 이 경우, 제 1 발광물질층(242, EML1)에 포함된 제 1 화합물(DF)로부터 제 2 발광물질층(244, EML2) 및 제 3 발광물질층(246, EML3)에 각각 포함된 제 2 화합물(FD1) 및 제 5 화합물(FD2)로 FRET에 의한 에너지 전달이 충분히 일어날 수 있다.
예를 들어, 제 1 발광물질층(242, EML1)에서 제 1 화합물(DF)의 함량은 1 내지 50 중량%, 바람직하게는 10 내지 40 중량%, 더욱 바람직하게는 20 내지 40 중량%일 수 있다. 제 2 발광물질층(242, EMl2) 제 3 발광물질층(246, EML3) 각각에서 제 2 화합물(FD1) 및 제 5 화합물(FD2)의 함량은 각각 1 내지 10 중량%, 바람직하게는 1 내지 5 중량%일 수 있다.
선택적인 측면에서, 전자차단층(265)에 인접하여 제 2 발광물질층(244, EML2)이 위치하는 경우, 제 2 발광물질층(244, EML2)을 구성하는 제 4 화합물(H2)은 전자차단층(265)의 물질과 동일한 물질일 수 있다. 이때, 제 2 발광물질층(244, EML2)은 발광 기능과 함께 전자 차단 기능을 동시에 가질 수 있다. 즉, 제 2 발광물질층(244, EML2)은 전자를 차단하기 위한 버퍼층으로 기능한다. 한편, 전자차단층(265)은 생략될 수 있고, 이 경우 제 2 발광물질층(244, EML2)은 발광물질층과 전자차단층으로 이용된다.
또한, 정공차단층(275)에 인접하여 제 3 발광물질층(246, EML3)이 위치하는 경우, 제 3 발광물질층(246, EML3)을 구성하는 제 6 화합물(H3)은 정공차단층(275)의 물질과 동일한 물질일 수 있다. 이때, 제 3 발광물질층(246, EML3)는 발광 기능과 함께 정공 차단 기능을 동시에 가질 수 있다. 즉, 제 3 발광물질층(246, EML3)은 정공을 차단하기 위한 버퍼층으로 기능한다. 한편, 정공차단층(275)은 생략될 수 있고, 이 경우 제 3 발광물질층(246, EML3)은 발광물질층과 정공차단층으로 이용된다.
다른 예시적인 측면에서, 제 2 발광물질층(244, EML2)을 구성하는 제 4 화합물(H2)은 전자차단층(265)의 물질과 동일한 물질이고, 제 3 발광물질층(246, EML3)을 구성하는 제 6 화합물(H3)은 정공차단층(275)의 물질과 동일할 물질일 수 있다. 이때, 제 2 발광물질층(244, EML2)은 발광 기능과 함께 전자 차단 기능을 동시에 가지며, 제 3 발광물질층(246, EML3)은 발광 기능과 함께 정공 차단 기능을 동시에 가질 수 있다. 즉, 제 2 발광물질층(244, EML2) 및 제 3 발광물질층(246, EML3)은 각각 전자 차단을 위한 버퍼층과 정공 차단을 위한 버퍼층으로 기능할 수 있다. 한편, 전자차단층(265) 및 정공차단층(275)은 생략될 수 있고, 이 경우 제 2 발광물질층(244, EML2)은 발광물질층과 전자차단층으로 이용되며, 제 3 발광물질층(246, EML3)은 발광물질층과 정공차단층으로 이용된다.
선택적인 실시형태에서, 유기발광다이오드는 2개 이상의 발광부를 포함할 수 있다. 도 17은 본 발명의 예시적인 제 4 실시형태에 따른 유기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 17에 나타낸 바와 같이, 유기발광다이오드(D4)는 마주하는 제 1 전극(210) 및 제 2 전극(230)과, 제 1 및 제 2 전극(210, 230) 사이에 위치하는 발광층(22C)을 포함한다. 유기발광표시장치(100, 도 2 참조)는 적색 화소영역, 녹색 화소영역, 청색 화소영역을 포함하고, 유기발광다이오드(D4)는 청색 화소영역 에 위치할 수 있다. 제 1 전극(210)은 양극일 수 있고, 제 2 전극(230)은 음극일 수 있다.
발광층(220C)은 제 1 발광물질층(340)을 포함하는 제 1 발광부(320)와, 제 2 발광물질층(440)을 포함하는 제 2 발광부(420)를 포함한다. 또한, 발광층(220C)은 제 1 발광부(320)와 제 2 발광부(420) 사이에 위치하는 전하생성층(380)을 더욱 포함할 수 있다.
전하생성층(380)은 제 1 및 제 2 발광부(320, 420) 사이에 위치하며, 제 1 발광부(320), 전하생성층(380), 제 2 발광부(420)가 제 1 전극(210) 상에 순차 적층된다. 즉, 제 1 발광부(320)는 제 1 전극(310)과 전하생성층(380) 사이에 위치하며, 제 2 발광부(420)는 제 2 전극(230)과 전하생성층(380) 사이에 위치한다.
제 1 발광부(320)는 제 1 발광물질층(340, 하부 발광물질층)을 포함한다. 또한, 제 1 발광부(320)는, 제 1 전극(210)과 제 1 발광물질층(340) 사이에 위치하는 정공주입층(HIL, 350), 제 1 발광물질층(340)과 정공주입층(350) 사이에 위치하는 제 1 정공수송층(360, HTL1), 제 1 발광물질층(340)과 전하생성층(380) 사이에 위치하는 제 1 전자수송층(370, ETL1) 중에서 적어도 하나를 더 포함할 수도 있다. 선택적으로, 제 1 발광부(320)는 제 1 정공수송층(360)과 제 1 발광물질층(340) 사이에 위치하는 제 1 전자차단층(365, EBL1)과, 제 1 발광물질층(340)과 제 1 전자수송층(370) 사이에 위치하는 제 1 정공차단층(375, HBL1) 중에서 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
제 2 발광부(420)는 제 2 발광물질층(440, 상부 발광물질층)을 포함한다. 또한, 제 2 발광부(420)는 전하생성층(380)과 제 2 발광물질층(440) 사이에 위치하는 제 2 정공수송층(40, HTL2), 제 2 발광물질층(440)과 제 2 전극(230) 사이에 위치하는 제 2 전자수송층(470, ETL2), 제 2 전자수송층(470)과 제 2 전극(230) 사이에 위치하는 전자주입층(480, HIL) 중에서 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 선택적으로, 제 2 발광부(420)는 제 2 정공수송층(460)과 제 2 발광물질층(440) 사이에 위치하는 제 2 전자차단층(465, EBL2)과 제 2 발광물질층(440)과 제 2 전자수송층(470) 사이에 위치하는 제 2 정공차단층(475, HBL2) 중에서 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
전하생성층(380)은 제 1 발광부(320)와 제 2 발광부(420) 사이에 위치한다. 즉, 제 1 발광부(320)와 제 2 발광부(420)는 전하생성층(380)에 의해 연결된다. 전하생성층(380)은 N형 전하생성층(382)과 P형 전하생성층(384)이 접합된 PN접합 전하생성층일 수 있다.
N형 전하생성층(382)은 제 1 전자수송층(370)과 제 2 정공수송층(460) 사이에 위치하고, P형 전하생성층(384)은 N형 전하생성층(382)과 제 2 정공수송층(460) 사이에 위치한다. N형 전하생성층(382)은 전자를 제 1 발광부(320)의 제 1 발광물질층(340)으로 전달하고, P형 전하생성층(384)은 정공을 제 2 발광부(420)의 제 2 발광물질층(440)으로 전달한다.
본 실시형태에서, 제 1 발광물질층(340)과 제 2 발광물질층(440)은 각각 청색 발광물질층일 수 있다. 예를 들어, 제 1 발광물질층(340)과 제 2 발광물질층(440) 중에서 적어도 하나는 지연 형광 물질인 제 1 화합물(DF)과, 형광 물질인 제 2 화합물(FD)을 포함하고, 선택적으로 호스트인 제 3 화합물(H)을 포함할 수 있다.
제 1 발광물질층(340) 및/또는 제 2 발광물질층(440)이 제 1 화합물(DF), 제 2 화합물(FD) 및 제 3 화합물(H)을 포함하는 경우, 제 1 발광물질층(340) 및/또는 제 2 발광물질층(440)에서 제 3 화합물(H)의 함량은 제 1 화합물(DF)의 함량보다 크고, 제 1 화합물(DF)의 함량은 제 2 화합물(FD)의 함량보다 클 수 있다. 제 1 화합물(DF)의 함량이 제 2 화합물(FD)의 함량보다 큰 경우, 제 1 화합물(DF)로부터 제 2 화합물(FD)로 에너지 전달이 충분히 일어날 수 있다.
하나의 예시적인 측면에서, 제 2 발광물질층(440)은 제 1 발광물질층(340)과 동일하게 제 1 화합물(DF)과 제 2 화합물(FD)을 포함하고, 선택적으로 제 3 화합물(H)을 포함할 수 있다. 선택적으로, 제 2 발광물질층(440)은 제 1 발광물질층(340)에 포함되는 제 1 화합물(DF)과 제 2 화합물(FD) 중에서 적어도 하나와 다른 화합물을 포함하여 제 1 발광물질층(340)과 다른 파장의 빛을 발광하거나 다른 발광 효율을 가질 수 있다.
도면에서, 제 1 발광물질층(340) 및 제 2 발광물질층(440)은 각각 단층 구조를 가지는 것으로 도시하였다. 이와 달리, 적어도 제 1 화합물(DF), 제 2 화합물(FD) 및 선택적으로 제 3 화합물(H)을 각각 포함할 수 있는 제 1 발광물질층(340) 및 제 2 발광물질층(440)은 각각 2층 구조(도 11 참조) 또는 3층 구조(도 14 참조)를 가질 수 있다.
본 실시형태의 유기발광다이오드(D4)에서는 지연 형광 물질인 제 1 화합물(DF)의 단일항 엑시톤 에너지가 형광 물질인 제 2 화합물(FD)로 전달되어, 제 2 화합물(FD)에서 최종적인 발광이 일어난다. 따라서, 유기발광다이오드(D4)의 발광 효율과 색 순도가 향상된다. 또한, 화학식 1 내지 화학식 5의 구조를 가지는 제 1 화합물(DF)과, 화학식 6 내지 화학식 8의 구조를 가지는 제 2 화합물(FD)이 적어도 제 1 발광물질층(340)에 이용됨으로써, 유기발광다이오드(D4)의 발광 효율과 색 순도가 더욱 향상된다. 또한, 유기발광다이오드(D4)가 청색 발광물질층의 이중 스택 구조를 가지므로, 유기발광다이오드(D4)의 색감이 향상되거나 발광 효율이 최적화될 수 있다.
도 18은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 유기발광표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 18에 나타낸 바와 같이, 유기발광표시장치(500)는 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3)이 정의된 기판(510)과, 기판(510) 상부에 위치하는 박막트랜지스터(Tr)와, 박막트랜지스터(Tr) 상부에 위치하며 박막트랜지스터(Tr)에 연결되는 유기발광다이오드(D)를 포함한다. 일례로, 제 1 화소영역(P1)은 청색 화소영역이고, 제 2 화소영역(P2)은 녹색 화소영역이며, 제 3 화소영역(P3)은 적색 화소영역일 수 있다.
기판(510)은 유리 기판 또는 플렉서블 기판일 수 있다. 예를 들어, 플렉서블 기판은 PI 기판, PES 기판, PEN 기판, PET 기판 및 PC 기판 중 어느 하나일 수 있다. 기판(510) 상에 버퍼층(512)이 형성되고, 버퍼층(512) 상에 박막트랜지스터(Tr)가 형성된다. 버퍼층(512)은 생략될 수 있다. 도 2에서 설명한 바와 같이, 박막트랜지스터(Tr)는 반도체층, 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하고, 구동 소자로 기능한다.
박막트랜지스터(Tr) 상에 평탄화층(550)이 위치한다. 평탄화층(550)은 상면이 평탄하며, 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극을 노출하는 드레인 컨택홀(552)을 갖는다.
유기발광다이오드(D)는 평탄화층(550) 상에 위치하며, 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극에 연결되는 제 1 전극(610)과, 제 1 전극(610) 상에 순차 적층되는 발광층(620) 및 제 2 전극(630)을 포함한다. 유기발광다이오드(D)는 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3) 각각에 위치하며, 서로 다른 색의 광을 방출한다. 예를 들어, 제 1 화소영역(P1)의 유기발광다이오드(D)는 청색 광을 발광하고, 제 2 화소영역(P2)의 유기발광다이오드(D)는 녹색 광을 발광하고, 제 3 화소영역(P3)의 유기발광다이오드(D)는 적색 광을 발광할 수 있다.
제 1 전극(610)은 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3) 별로 분리, 형성되고, 제 2 전극(630)은 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3)에 대응하여 일체로 형성된다. 제 1 전극(610)은 양극과 음극 중에서 하나일 수 있고, 제 2 전극(630)은 양극과 음극 중에서 다른 하나일 수 있다. 또한, 제 1 전극(610)과 제 2 전극(630) 중에서 하나는 투과전극(또는 반투과전극)이고, 제 1 전극(610)과 제 2 전극(630) 중에서 다른 하나는 반사전극일 수 있다.
예를 들어, 제 1 전극(610)은 양극일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 큰 도전성 물질, 예를 들어 투명 도전성 산화물(TCO)로 이루어지는 투명 도전성 산화물층을 포함할 수 있다. 제 2 전극(630)은 음극일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 작은 도전성 물질, 예를 들어 저-저항 금속으로 이루어지는 금속물질층을 포함할 수 있다. 일례로, 제 1 전극(610)은 ITO, IZO, ITZO, SnO, ZnO, ICO 및 AZO 중 어느 하나를 포함하고, 제 2 전극(630)은 Al, Mg, Ca, Ag 또는 이들의 합금(예를 들어 Mg-Ag 합금)이나 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
유기발광표시장치(500)가 하부 발광 방식인 경우, 제 1 전극(610)은 투명 도전성 산화물층의 단일층 구조를 가질 수 있다. 한편, 유기발광표시장치(500)가 상부 발광 방식인 경우, 제 1 전극(610) 하부에는 반사전극 또는 반사층이 더욱 형성될 수 있다. 일례로, 반사전극 또는 반사층은 은 또는 알루미늄-팔라듐-구리(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(630)은 얇은 두께를 가져 광투과(반투과) 특성을 가질 수 있다.
평탄화층(550) 상에는 제 1 전극(610)의 가장자리를 덮는 뱅크층(560)이 형성된다. 뱅크층(560)은 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3) 각각에 대응하여, 제 1 전극(610)의 중앙을 노출한다.
제 1 전극(610) 상에는 발광층(620)이 형성된다. 발광층(620)은 발광물질층(EML)의 단층 구조를 가질 수 있다. 이와 달리, 발광층(620)은 제 1 전극(610)과 발광물질층 사이에 순차적으로 위치하는 정공주입층(HIL), 정공수송층(HTL) 및/또는 전자차단층(EBL)과, 발광물질층과 제 2 전극(630) 사이에 순차적으로 위치하는 정공차단층(HBL), 전자수송층(ETL) 전자주입층(EIL) 및/또는 전하생성층(CGL) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
청색 화소영역인 제 1 화소영역(P1)에서, 발광층(930)을 구성하는 발광물질층은 화학식 1 내지 화학식 5의 구조를 가지는 지연 형광 물질인 제 1 화합물(DF)과, 화학식 6 내지 화학식 8의 구조를 가지는 형광 물질인 제 2 화합물(FD)과, 선택적으로 호스트인 제 3 화합물(H)을 포함할 수 있다.
제 2 전극(630) 상에는, 외부 수분이 유기발광다이오드(D)로 침투하는 것을 방지하기 위해, 인캡슐레이션 필름(570)이 형성된다. 인캡슐레이션 필름(570)은 제 1 무기 절연층, 유기 절연층, 제 2 무기 절연층의 삼중층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
유기발광표시장치(500)는 외부광의 반사를 줄이기 위한 편광판(도시하지 않음)을 더욱 포함할 수 있다. 일례로, 편광판(도시하지 않음)은 원형 편광판일 수 있다. 유기발광표시장치(500)가 하부 발광 방식인 경우, 편광판은 기판(510)의 하부에 위치할 수 있다. 유기발광표시장치(500)가 상부 발광 방식인 경우, 편광판은 인캡슐레이션 필름(570) 상부에 위치할 수 있다.
도 19는 본 발명의 예시적인 제 5 실시형태에 따른 유기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 유기발광다이오드(D5)는 제 1 전극(610) 및 제 2 전극(630)과, 제 1 및 제 2 전극(610, 630) 사이에 위치하는 발광층(620)을 포함한다.
제 1 전극(610)은 양극일 수 있고, 제 2 전극(630)은 음극일 수 있다. 일례로, 제 1 전극(610)은 반사전극이고, 제 2 전극(630)은 투과전극(반투과전극)일 수 있다.
발광층(620)은 발광물질층(640)을 포함한다. 발광층(620)은 제 1 전극(610)과 발광물질층(640) 사이에 위치하는 정공수송층(HTL, 660)과, 발광물질층(640)과 제 2 전극(630) 사이에 위치하는 전자수송층(ETL, 670) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 발광층(620)은 제 1 전극(610)과 정공수송층(660) 사이에 위치하는 정공주입층(HIL, 650)과, 전자수송층(670)과 제 2 전극(630) 사이에 위치하는 전자주입층(HIL, 680) 중에서 적어도 어느 하나를 더욱 포함할 수 있다. 선택적으로, 발광층(630)은 정공수송층(660)과 발광물질층(640) 사이에 위치하는 전자차단층(EBL, 665)과, 발광물질층(640)과 전자수송층(670) 사이에 위치하는 정공차단층(HBL, 675) 중에서 적어도 어느 하나를 더욱 포함할 수 있다.
또한, 발광층(620)은 정공수송층(660)과 전자차단층(665) 사이에 위치하는 보조 정공수송층(662)을 더욱 포함할 수 있다. 보조 정공수송층(662)은 제 1 화소영역(P1)에 위치하는 제 1 보조 정공소송층(662a), 제 2 화소영역(P2)에 위치하는 제 2 보조 정공수송층(662b) 및 제 3 화소영역(P3)에 위치하는 제 3 보조 정공수송층(662c)을 포함할 수 있다.
제 1 보조 정공수송층(662a)은 제 1 두께를 갖고, 제 2 보조 정공수송층(662b)는 제 2 두께를 갖고, 제 3 보조 정공수송층(662c)는 제 3 두께를 갖는다. 이때, 제 1 두께는 제 2 두께보다 작고, 제 2 두께는 제 3 두께보다 작다. 이에 따라, 유기발광다이오드(D6)는 마이크로 캐비티(micro-cavity) 구조를 갖는다.
즉, 서로 다른 두께를 갖는 제 1 내지 제 3 보조 정공수송층(662a, 662b, 662c)에 의해, 제 1 파장 범위의 빛(청색)을 발광하는 제 1 화소영역(P1)에서 제 1 전극(610)과 제 2 전극(630) 간 거리는 제 1 파장 범위보다 긴 제 2 파장 범위의 빛(녹색)을 발광하는 제 2 화소영역(P2)에서 제 1 전극(610)과 제 2 전극(630) 간 거리보다 작다. 또한, 제 2 화소영역(P2)에서 제 1 전극(610)과 제 2 전극(630) 간 거리는 제 2 파장 범위보다 긴 제 3 파장 범위의 빛(적색)을 발광하는 제 3 화소영역(P3)에서 제 1 전극(610)과 제 2 전극(630) 간 거리보다 작다. 이에 따라 유기발광다이오드(D5)의 발광 효율이 향상된다.
도 19에서 제 1 화소영역(P3)에 제 1 보조 정공수송층(662a)이 형성되어 있다. 이와 달리, 제 1 보조 정공수송층(662a) 없이 마이크로 캐버티 구조가 구현될 수 있다. 또한, 제 2 전극(630) 상에는 광추출 향상을 위한 캡핑층(capping layer, 도시하지 않음)이 추가로 형성될 수 있다.
발광물질층(640)은 제 1 화소영역(P1)에 위치하는 제 1 발광물질층(642)과, 제 2 화소영역(P2)에 위치하는 제 2 발광물질층(644)과, 제 3 화소영역(P3)에 위치하는 제 3 발광물질층(646)을 포함한다. 제 1 발광물질층(642), 제 2 발광물질층(644) 및 제 3 발광물질층(646)은 각각 청색 발광물질층, 녹색 발광물질층 및 적색 발광물질층일 수 있다.
제 1 화소영역(P1)의 제 1 발광물질층(642)은 화학식 1 내지 화학식 5의 구조를 가지는 지연 형광 물질인 제 1 화합물(DF)과, 화학식 6 내지 화학식 8의 구조를 가지는 형광 물질인 제 2 화합물(FD)과, 선택적으로 호스트일 수 있는 제 3 화합물(H)을 포함할 수 있다. 제 1 발광물질층(642)은 단층 구조, 2층 구조(도 11 참조) 또는 3층 구조(도 14 참조)를 가질 수 있다.
이때, 제 1 발광물질층(642)에서, 제 3 화합물(H)의 함량은 제 1 화합물(DF)의 함량보다 크고, 제 1 화합물(DF)의 함량은 제 2 화합물(FD)의 함량보다 클 수 있다. 제 1 화합물(DF)의 함량이 제 2 화합물(FD)의 함량보다 큰 경우, 제 1 화합물(DF)로부터 제 2 화합물(FD)로 에너지 전달이 충분히 일어날 수 있다.
제 2 화소영역(P2)의 제 2 발광물질층(644)은 호스트와 녹색 도펀트를 포함하고, 제 3 화소영역(P3)의 제 3 발광물질층(646)은 호스트와 적색 도펀트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 2 발광물질층(644)과 제 3 발광물질층(646)의 호스트는 제 3 화합물(H)을 포함하고, 녹색 도펀트와 적색 도펀트는 각각 녹색 또는 적색 인광 물질, 녹색 또는 적색 형광 물질 및 녹색 또는 적색 지연 형광 물질 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 19의 유기발광다이오드(D5)는 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3) 각각에서 청색 광, 녹색 광 및 적색 광을 발광하며, 이에 따라 유기발광표시장치(500, 도 18 참조)는 컬러 영상을 구현할 수 있다.
한편, 유기발광표시장치(500)는 색 순도를 향상시키기 위해, 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3)에 대응하여 컬러필터층(도시하지 않음)을 더욱 포함할 수 있다. 일례로, 컬러필터층은 제 1 화소영역(P1)에 대응하는 제 1 컬러필터층(청색 컬러필터층, 도시하지 않음), 제 2 화소영역(P2)에 대응하는 제 2 컬러필터층(녹색 컬러필터층, 도시하지 않음) 및 제 3 화소영역(P3)에 대응하는 제 3 컬러필터층(적색 컬러필터층, 도시하지 않음)을 포함할 수 있다.
유기발광표시장치(500)가 하부 발광 방식인 경우, 컬러필터층(도시하지 않음)은 유기발광다이오드(D)와 기판(510) 사이에 위치할 수 있다. 유기발광표시장치(500)가 상부 발광 방식인 경우, 컬러필터층은 유기발광다이오드(D) 상부에 위치할 수 있다.
도 20은 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 유기발광표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 20에 나타낸 바와 같이, 유기발광표시장치(1000)는 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3)이 정의된 기판(1010)과, 기판(1010) 상부에 위치하는 박막트랜지스터(Tr)와, 박막트랜지스터(Tr) 상부에 위치하며 박막트랜지스터(Tr)에 연결되는 유기발광다이오드(D)와, 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3)에 대응되는 컬러필터층(1020)을 포함한다. 일례로, 제 1 화소영역(P1)은 청색 화소영역이고, 제 2 화소영역(P2)은 녹색 화소영역이며, 제 3 화소영역(P3)은 적색 화소영역일 수 있다.
기판(1010)은 유리 기판 또는 플렉서블 기판일 수 있다. 일례로, 플렉서블 기판은 PI 기판, PES 기판, PEN 기판, PET 기판 및 PC 기판 중 어느 하나일 수 있다. 박막트랜지스터(Tr)는 기판(1010) 상에 위치한다. 이와 달리, 기판(1010) 상에 버퍼층(도시하지 않음)이 형성되고, 박막트랜지스터(Tr)는 버퍼층 상에 형성될 수도 있다. 도 2를 통해 설명한 바와 같이, 박막트랜지스터(Tr)는 반도체층, 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하고, 구동 소자로 기능한다.
컬러필터층(1020)이 기판(1010) 상에 위치한다. 일례로, 컬러필터층(820)은 제 1 화소영역(P1)에 대응되는 제 1 컬러필터층(1022), 제 2 화소영역(P2)에 대응되는 제 2 컬러필터층(1024) 및 제 3 화소영역(P3)에 대응되는 제 3 컬러필터층(1026)을 포함할 수 있다. 제 1 컬러필터층(1022)은 청색 컬러필터층이고, 제 2 컬러필터층(1024)은 녹색 컬러필터층이며, 제 3 컬러필터층(1026)은 적색 컬러필터층일 수 있다. 예를 들어, 제 1 컬러필터층(1022)은 청색 염료(dye)와 청색 안료(pigment) 중 적어도 하나를 포함하고, 제 2 컬러필터층(1024)은 녹색 염료와 녹색 안료 중 적어도 하나를 포함하며, 제 3 컬러필터층(1026)은 적색 염료와 적색 안료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
박막트랜지스터(Tr)와 컬러필터층(1020) 상에는 평탄화층(1050)이 위치한다. 평탄화층(1050)은 상면이 평탄하며, 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(도시하지 않음)을 노출하는 드레인 컨택홀(1052)을 갖는다.
유기발광다이오드(D)는 평탄화층(1050) 상에 위치하며, 컬러필터층(1020)에 대응된다. 유기발광다이오드(D)는 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(도시하지 않음)에 연결되는 제 1 전극(1110)과, 제 1 전극(1110) 상에 순차 위치하는 발광층(1120) 및 제 2 전극(1130)을 포함한다. 유기발광다이오드(D)는 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3)에서 백색 광을 발광한다.
제 1 전극(1110)은 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3) 별로 분리, 형성되고, 제 2 전극(1130)은 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3)에 대응하여 일체로 형성된다. 제 1 전극(1110)은 양극과 음극 중에서 하나일 수 있고, 제 2 전극(1130)은 양극과 음극 중에서 다른 하나일 수 있다. 또한, 제 1 전극(1110)은 투과전극이고, 제 2 전극(1130)은 반사전극일 수 있다.
예를 들어, 제 1 전극(1110)은 양극일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 큰 도전성 물질, 예를 들어 투명 도전성 산화물(TCO)로 이루어지는 투명 도전성 산화물층을 포함할 수 있다. 제 2 전극(1130)은 음극일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 작은 도전성 물질, 예를 들어 저-저항 금속으로 이루어지는 금속물질층을 포함할 수 있다. 일례로, 제 1 전극(1110)의 투명 도전성 산화물층은 ITO, IZO, ITZO, SnO, ZnO, ICO 및 AZO 중 어느 하나를 포함하고, 제 2 전극(1130)은 Al, Mg, Ca, Ag, 이들의 합금(예를 들어, Mg-Ag 합금)이나 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
제 1 전극(1110) 상에 발광층(1120)이 형성된다. 발광층(1120)은 서로 다른 색을 발광하는 적어도 2개의 발광부를 포함한다. 발광부는 각각 발광물질층(EML)의 단층 구조를 가질 수 있다. 이와 달리, 발광부는 각각 정공주입층(HIL), 정공수송층(HTL), 전자차단층(EBL), 정공차단층(HBL), 전자수송층(ETL) 및 전자주입층(EIL) 중 적어도 하나를 더욱 포함할 수 있다. 또한, 발광층(1120)은 발광부 사이에 위치하는 전하생성층(charge generation layer, CGL)을 더욱 포함할 수 있다.
이때, 적어도 2개의 발광부 중에서 적어도 하나의 발광물질층(EML)은 화학식 1 내지 화학식 5의 구조를 가지는 지연 형광 물질인 제 1 화합물(DF)과, 화학식 6 내지 화학식 8의 구조를 가지는 형광 물질인 제 2 화합물(FD)과, 선택적으로 호스트일 수 있는 제 3 화합물(H)을 포함할 수 있다.
평탄화층(1050) 상에는 제 1 전극(1110)의 가장자리를 덮는 뱅크층(1060)이 형성된다. 뱅크층(1060)은 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3) 각각에 대응하여, 제 1 전극(1110)의 중앙을 노출한다. 전술한 바와 같이, 유기발광다이오드(D)는 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3)에서 백색 광을 발광하므로, 발광층(1120)은 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3)에서 분리될 필요 없이 공통층으로 형성될 수 있다. 뱅크층(1060)은 제 1 전극(1110) 가장자리에서의 전류 누석을 막기 위해 형성되며, 뱅크층(1060)은 생략될 수 있다.
도시하지 않았으나, 유기발광표시장치(1000)는 외부 수분이 유기발광다이오드(D)로 침투하는 것을 방지하기 위해, 제 2 전극(1130) 상에 위치하는 인캡슐레이션 필름을 더욱 포함할 수 있다. 또한, 유기발광표시장치(1000)는 외부광의 반사를 줄이기 위해, 기판(1010) 하부에 위치하는 편광판을 더욱 포함할 수 있다.
도 20의 유기발광표시장치(1000)에서, 제 1 전극(1110)은 투과전극이고, 제 2 전극(1130)은 반사전극이며, 컬러필터층(1020)은 기판(1010)과 유기발광다이오드(D) 사이에 위치한다. 즉, 유기발광표시장치(1000)는 하부 발광 방식이다. 이와 달리, 유기발광표시장치(1000)에서, 제 1 전극(1110)은 반사전극이고, 제 2 전극(1130)은 투과전극(반투과전극)이며, 컬러필터층(1020)은 유기발광다이오드(D) 상부에 위치할 수 있다.
유기발광표시장치(1000)에서 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3)의 유기발광다이오드(D)는 백색 광을 발광하고, 제 1 내지 제 3 컬러필터층(1022, 1024, 1026)을 통과함으로써, 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3)에서 각각 청색, 녹색 및 적색이 표시된다.
도시하지 않았으나, 유기발광다이오드(D)와 컬러필터층(1020) 사이에는 색변환층이 구비될 수도 있다. 색변환층은 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3) 각각에 대응하며, 청색 색변환층, 녹색 색변환층 및 적색 색변환층을 포함하며, 유기발광다이오드(D)로부터 방출된 백색 광을 각각 청색, 녹색 및 적색으로 변환시킬 수 있다. 예를 들어, 색변환층은 양자점을 포함할 수 있다. 따라서, 유기발광표시장치(1000)의 색 순도가 더욱 향상될 수 있다. 선택적인 실시형태에서, 컬러필터층(1020) 대신에 색변환층이 포함될 수도 있다.
도 21은 본 발명의 예시적인 제 6 실시형태에 따른 유기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 21에 나타낸 바와 같이, 유기발광다이오드(D6)는 서로 마주하는 제 1 전극(1110) 및 제 2 전극(1130)과, 제 1 및 제 2 전극(1110, 1130) 사이에 위치하는 발광층(1120)을 포함한다. 제 1 전극(1110)은 양극일 수 있고, 제 2 전극(1130)은 음극일 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(1110)은 투과전극이고, 제 2 전극(1130)은 반사전극일 수 있다.
발광층(1120)은 제 1 발광물질층(1240, 하부 발광물질층)을 포함하는 제 1 발광부(1220)와, 제 2 발광물질층(1340, 중간 발광물질층)을 포함하는 제 2 발광부(1320)와, 제 3 발광물질층(1440, 상부 발광물질층)을 포함하는 제 3 발광부(1420)를 포함한다. 또한, 발광층(1120)은 제 1 발광부(1220)와 제 2 발광부(1320) 사이에 위치하는 제 1 전하생성층(1280)과, 제 2 발광부(1320)와 제 3 발광부(1420) 사이에 위치하는 제 2 전하생성층(1380)을 더욱 포함할 수 있다. 따라서, 제 1 발광부(1220), 제 1 전하생성층(1280), 제 2 발광부(1320), 제 2 전하생성층(1380) 및 제 3 발광부(1420)가 제 1 전극(1110) 상에 순차 적층된다.
제 1 발광부(1220)는 제 1 전극(1110)과 제 1 발광물질층(1240) 사이에 위치하는 정공주입층(1250)과, 제 1 발광물질층(1240)과 정공주입층(1250) 사이에 위치하는 제 1 정공수송층(HTL1, 1260)과, 제 1 발광물질층(1240)과 제 1 전하생성층(1280) 사이에 위치하는 제 1 전자수송층(ETL1, 1270) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 선택적으로, 제 1 발광부(1220)는 제 1 정공수송층(1260)과 제 1 발광물질층(1240) 사이에 위치하는 제 1 전자차단층(EBL1, 1265)과 제 1 발광물질층(1240)과 제 1 전자수송층(1270) 사이에 위치하는 제 1 정공차단층(1275, HBL1) 중에서 적어도 어느 하나를 더욱 포함할 수 있다.
제 2 발광부(1320)는 제 1 전하생성층(1280)과 제 2 발광물질층(1340) 사이에 위치하는 제 2 정공수송층(HTL2, 1360)과, 제 2 발광물질층(1340)과 제 2 전하생성층(1380) 사이에 위치하는 제 2 전자수송층(ETL2, 1370) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 선택적으로, 제 2 발광부(1220)는 제 2 정공수송층(1360)과 제 2 발광물질층(1340) 사이에 위치하는 제 2 전자차단층(EBL2, 1365)과 제 2 발광물질층(1340)과 제 2 전자수송층(1370) 사이에 위치하는 제 2 정공차단층(HBL2, 1375) 중에서 적어도 어느 하나를 더욱 포함할 수 있다.
제 3 발광부(1420)는 제 2 전하생성층(1380)과 제 3 발광물질층(1440) 사이에 위치하는 제 3 정공수송층(HTL3, 1460)과, 제 3 발광물질층(1440)과 제 2 전극(1130) 사이에 위치하는 제 3 전자수송층(HTL3, 1470)과, 제 3 전자수송층(1470)과 제 2 전극(1130) 사이에 위치하는 전자주입층(HIL, 1480) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 선택적으로, 제 3 발광부(1420)는 제 3 정공수송층(1460)과 제 3 발광물질층(1440) 사이에 위치하는 제 3 전자차단층(EBL3, 1465)과 제 3 발광물질층(1440)과 제 3 전자수송층(1470) 사이에 위치하는 제 3 정공차단층(1475) 중에서 적어도 어느 하나를 더욱 포함할 수 있다.
제 1 전하생성층(1280)은 제 1 발광부(1220)와 제 2 발광부(1320) 사이에 위치한다. 즉, 제 1 발광부(1220)와 제 2 발광부(1320)는 제 1 전하생성층(1280)에 의해 연결된다. 제 1 전하생성층(1280)은 제 1 N형 전하생성층(1282)과 제 1 P형 전하생성층(1284)이 접합된 PN접합 전하생성층일 수 있다.
제 1 N형 전하생성층(1282)은 제 1 전자수송층(1270)과 제 2 정공수송층(1360) 사이에 위치하고, 제 1 P형 전하생성층(1284)은 제 1 N형 전하생성층(1282)과 제 2 정공수송층(1360) 사이에 위치한다. 제 1 N형 전하생성층(1282)은 전자를 제 1 발광부(1220)의 제 1 발광물질층(1240)으로 전달하고, 제 1 P형 전하생성층(1284)은 정공을 제 2 발광부(1320)의 제 2 발광물질층(1340)으로 전달한다.
제 2 전하생성층(1380)은 제 2 발광부(1320)와 제 3 발광부(1420) 사이에 위치한다. 즉, 제 2 발광부(1320)와 제 3 발광부(1420)는 제 2 전하생성층(1380)에 의해 연결된다. 제 2 전하생성층(1380)은 제 2 N형 전하생성층(1382)과 제 2 P형 전하생성층(1384)이 접합된 PN접합 전하생성층일 수 있다.
제 2 N형 전하생성층(1382)은 제 2 전자수송층(1370)과 제 3 정공수송층(1460) 사이에 위치하고, 제 2 P형 전하생성층(1384)은 제 2 N형 전하생성층(1382)과 제 3 정공수송층(1460) 사이에 위치한다. 제 1 N형 전하생성층(1382)은 전자를 제 2 발광부(1320)의 제 1 발광물질층(1340)으로 전달하고, 제 2 P형 전하생성층(1384)은 정공을 제 3 발광부(1420)의 제 3 발광물질층(1440)으로 전달한다.
본 실시형태에서, 제 1 내지 제 3 발광물질층(1240, 1340, 1440) 중에서 하나는 청색 발광물질층이고, 제 1 내지 제 3 발광물질층(1240, 1340, 1440) 중에서 다른 하나는 녹색 발광물질층이고, 제 1 내지 제 3 발광물질층(1240, 1340, 1440) 중에서 나머지는 적색 발광물질층일 수 있다.
일례로, 제 1 발광물질층(1240)은 청색 발광물질층이고, 제 2 발광물질층(1340)은 녹색 발광물질층이며, 제 3 발광물질층(1440)은 적색 발광물질층일 수 있다. 선택적으로, 제 1 발광물질층(1240)은 적색 발광물질층이고, 제 2 발광물질층(1340)은 녹색 발광물질층이며, 제 3 발광물질층(1440)은 청색 발광물질층일 수 있다. 이하에서는, 제 1 발광물질층(1240)이 청색 발광물질층이고, 제 2 발광물질층(1340)이 녹색 발광물질층이며, 제 3 발광물질층(1340)이 적색 발광물질층인 경우를 중심으로 설명한다.
제 1 발광물질층(1240)은 화학식 1 내지 화학식 5의 구조를 가지는 지연 형광 물질인 제 1 화합물(DF)과, 화학식 6 내지 화학식 8의 구조를 가지는 형광 물질인 제 2 화합물(FD)과, 선택적으로 호스트일 수 있는 제 3 화합물(H)을 포함할 수 있다. 제 1 화합물 내지 제 3 화합물을 포함하는 제 1 발광물질층(1240)은 단층 구조, 이층 구조(도 11 참조) 또는 삼층 구조(도 14 참조)를 가질 수 있다.
제 1 발광물질층(1240)에서 제 3 화합물(H)의 함량은 제 1 화합물(DF)의 함량보다 크고, 제 1 화합물(DF)의 함량은 제 2 화합물(FD)의 함량보다 클 수 있다. 제 1 화합물(DF)의 함량이 제 2 화합물(FD)의 함량보다 큰 경우, 제 1 화합물(DF)로부터 제 2 화합물(FD)로 에너지 전달이 충분히 일어날 수 있다.
제 2 발광물질층(1340)은 호스트와 녹색 도펀트를 포함하고, 제 3 발광물질층(1440)은 호스트와 적색 도펀트를 포함할 수 있다. 일례로, 제 2 발광물질층(1340) 및 제 3 발광물질층(1440) 각각에서, 호스트는 제 3 화합물(H)을 포함하고, 녹색 및 적색 도펀트는 각각 녹색 및 적색 인광 물질, 녹색 및 적색 형광 물질 및 녹색 및 적색 지연 형광 물질 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
유기발광다이오드(D6)는 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3, 도 16 참조)에서 백색을 발광하며, 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3)에 대응되게 형성되는 컬러필터층(1020, 도 20 참조)을 통과한다. 이에 따라, 유기발광표시장치(1000, 도 20 참조)는 풀-컬러 영상을 구현할 수 있다.
도 22은 본 발명의 예시적인 제 7 실시형태에 따른 유기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 22에 나타낸 바와 같이, 유기발광다이오드(D7)는 서로 마주하는 제 1 전극(1110) 및 제 2 전극(1130)과, 제 1 및 제 2 전극(1110, 1130) 사이에 위치하는 발광층(1120A)을 포함한다.
제 1 전극(1110)은 양극일 수 있고, 제 2 전극(1130)은 음극일 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(1110)은 투과전극이고, 제 2 전극(1130)은 반사전극일 수 있다.
발광층(1120A)은 제 1 발광물질층(1540, 하부 발광물질층)을 포함하는 제 1 발광부(1520)와, 제 2 발광물질층(1640, 중간 발광물질층)을 포함하는 제 2 발광부(1620)와, 제 3 발광물질층(1740, 상부 발광물질층)을 포함하는 제 3 발광부(1720)를 포함한다. 또한, 발광층(1120A)은 제 1 발광부(1520)와 제 2 발광부(1620) 사이에 위치하는 제 1 전하생성층(1580)과, 제 2 발광부(1620)와 제 3 발광부(1720) 사이에 위치하는 제 2 전하생성층(1680)을 더욱 포함할 수 있다. 따라서, 제 1 발광부(1520), 제 1 전하생성층(1580), 제 2 발광부(1620), 제 2 전하생성층(1680) 및 제 3 발광부(1720)가 제 1 전극(1110) 상에 순차 적층된다.
제 1 발광부(1520)는 제 1 전극(1110)과 제 1 발광물질층(1540) 사이에 위치하는 정공주입층(1550, HIL)과, 제 1 발광물질층(1540)과 정공주입층(1550) 사이에 위치하는 제 1 정공수송층(HTL1, 1560)과, 제 1 발광물질층(1540)과 제 1 전하생성층(1580) 사이에 위치하는 제 1 전자수송층(ETL1, 1570) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 선택적으로, 제 1 발광부(1520)는 제 1 정공수송층(1560)과 제 1 발광물질층(1540) 사이에 위치하는 제 1 전자차단층(EBL1, 1565)과 제 1 발광물질층(1540)과 제 1 전자수송층(1570) 사이에 위치하는 제 1 정공차단층(1575, HBL1) 중에서 적어도 어느 하나를 더욱 포함할 수 있다.
제 2 발광부(1620)를 구성하는 제 2 발광물질층(1640)은 하부 발광물질층(1642)과 상부 발광물질층(1644)을 포함한다. 즉, 하부 발광물질층(1642)은 제 1 전극(1110)에 근접하게 위치하고, 상부 발광물질층(1644)은 제 2 전극(1130)에 근접하게 위치한다. 또한, 제 2 발광부(1620)는 제 1 전하생성층(1580)과 제 2 발광물질층(1640) 사이에 위치하는 제 2 정공수송층(HTL2, 1660)과, 제 2 발광물질층(1640)과 제 2 전하생성층(1680) 사이에 위치하는 제 2 전자수송층(ETL2, 1670) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 선택적으로, 제 2 발광부(1620)는 제 2 정공수송층(1660)과 제 2 발광물질층(1640) 사이에 위치하는 제 2 전자차단층(EBL2, 1665)과 제 2 발광물질층(1640)과 제 2 전자수송층(1670) 사이에 위치하는 제 2 정공차단층(HBL2, 1675) 중에서 적어도 어느 하나를 더욱 포함할 수 있다.
제 3 발광부(1720)는 제 2 전하생성층(1680)과 제 3 발광물질층(1740) 사이에 위치하는 제 3 정공수송층(HTL3, 1760)과, 제 3 발광물질층(1740)과 제 2 전극(1130) 사이에 위치하는 제 3 전자수송층(HTL3, 1770)과, 제 3 전자수송층(1770)과 제 2 전극(1130) 사이에 위치하는 전자주입층(HIL, 1780) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 선택적으로, 제 3 발광부(1720)는 제 3 정공수송층(1760)과 제 3 발광물질층(1740) 사이에 위치하는 제 3 전자차단층(EBL3, 1765)과 제 3 발광물질층(1740)과 제 3 전자수송층(1770) 사이에 위치하는 제 3 정공차단층(1775) 중에서 적어도 어느 하나를 더욱 포함할 수 있다.
제 1 전하생성층(1580)은 제 1 발광부(1520)와 제 2 발광부(1620) 사이에 위치한다. 즉, 제 1 발광부(1520)와 제 2 발광부(1620)는 제 1 전하생성층(1580)에 의해 연결된다. 제 1 전하생성층(1580)은 제 1 N형 전하생성층(1582)과 제 1 P형 전하생성층(1584)이 접합된 PN접합 전하생성층일 수 있다. 제 1 N형 전하생성층(1582)은 제 1 전자수송층(1570)과 제 2 정공수송층(1660) 사이에 위치하고, 제 1 P형 전하생성층(1584)은 제 1 N형 전하생성층(1582)과 제 2 정공수송층(1660) 사이에 위치한다.
제 2 전하생성층(1680)은 제 2 발광부(1620)와 제 3 발광부(1720) 사이에 위치한다. 즉, 제 2 발광부(1620)와 제 3 발광부(1720)는 제 2 전하생성층(1680)에 의해 연결된다. 제 2 전하생성층(1680)은 제 2 N형 전하생성층(1682)과 제 2 P형 전하생성층(1684)이 접합된 PN접합 전하생성층일 수 있다. 제 2 N형 전하생성층(1682)은 제 2 전자수송층(1670)과 제 3 정공수송층(1760) 사이에 위치하고, 제 2 P형 전하생성층(1684)은 제 2 N형 전하생성층(1682)과 제 3 정공수송층(1760) 사이에 위치한다.
본 실시형태에서, 제 1 발광물질층(1540)과 제 3 발광물질층(1740)은 각각 청색 발광물질층일 수 있다. 예시적인 측면에서, 제 1 발광물질층(1540)과 제 3 발광물질층(1740)은 화학식 1 내지 화학식 5의 구조를 가지는 지연 형광 물질인 제 1 화합물(DF)과, 화학식 6 내지 화학식 8의 구조를 가지는 형광 물질인 제 2 화합물(FD)과, 선택적으로 호스트일 수 있는 제 3 화합물(H)을 포함할 수 있다. 제 1 발광물질층(1540) 및 제 3 발광물질층(1740)을 구성하는 제 1 화합물(DF), 제 2 화합물(FD) 및 제 3 화합물(H)은 각각 동일하거나 상이할 수 있다. 선택적인 측면에서, 제 3 발광물질층(1740)은 제 1 발광물질층(5240)에 포함되는 제 1 화합물(DF)과 제 2 화합물(FD) 중에서 적어도 하나와 다른 화합물을 포함하여 제 1 발광물질층(1540)과 다른 파장의 빛을 발광하거나 다른 발광 효율을 가질 수 있다.
예를 들어, 제 1 발광물질층(1540) 및 제 3 발광물질층(1740)이 제 1 화합물(DF), 제 2 화합물(FD) 및 제 3 화합물(H)을 포함하는 경우, 제 1 발광물질층(1540) 및 제 3 발광물질층(1740) 각각 에서 제 3 화합물(H)의 함량은 제 1 화합물(DF)의 함량보다 크고, 제 1 화합물(DF)의 함량은 제 2 화합물(FD)의 함량보다 클 수 있다. 제 1 화합물(DF)의 함량이 제 2 화합물(FD)의 함량보다 큰 경우, 제 1 화합물(DF)로부터 제 2 화합물(FD)로 에너지 전달이 충분히 일어날 수 있다.
제 2 발광물질층(1640)을 구성하는 중간 하부 발광물질층(1642)과 중간 상부 발광물질층(1644) 중에서 어느 하나는 녹색 발광물질층이고, 제 2 발광물질층(1640)을 구성하는 중간 하부 발광물질층(1642)과 중간 상부 발광물질층(1644) 중에서 다른 하나는 적색 발광물질층일 수 있다. 즉, 녹색 발광물질층과 적색 발광물질층이 연속하여 적층됨으로써, 제 2 발광물질층(1640)을 이룬다.
예를 들어, 녹색 발광물질층인 중간 하부 발광물질층(1642)은 호스트와 녹색 도펀트를 포함할 수 있고, 적색 발광물질층인 중간 상부 발광물질층(1644)은 호스트와 적색 도펀트를 포함할 수 있다. 일례로, 호스트는 제 3 화합물(H)을 포함하고, 녹색 및 적색 도펀트는 각각 녹색 및 적색 인광 물질, 녹색 및 적색 형광 물질 및 녹색 및 적색 지연 형광 물질 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
유기발광다이오드(D7)는 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3, 도 15 참조) 모두에서 백색을 발광하며, 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3) 각각에서 컬러필터층(1020, 도 20 참조)를 통과함으로써, 유기발광표시장치(1000, 도 20 참조)는 풀-컬러 영상을 구현할 수 있다.
도 22에서 유기발광다이오드(D7)는 청색 발광물질층인 제 1 및 제 3 발광물질층(1540, 1740)을 각각 포함하여, 제 1 내지 제 3 발광부(1520, 1620, 1720)을 포함하여 3중 스택 구조를 갖는다. 이와 달리, 제 1 및 제 3 발광물질층(1540, 1740)을 포함하는 제 1 및 제 3 발광부(1520, 1720) 중에서 어느 하나가 생략되고, 유기발광다이오드(D7)는 이중 스택 구조를 가질 수도 있다.
이하, 예시적인 실시형태를 통하여 본 발명을 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예에 기재된 기술사상으로 한정되지 않는다.
실시예 1: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 제 1 화합물(DF)로서 화학식 5의 1-47 화합물(HOMO: -5.6 eV, LUMO: -2.8 eV, 온셋파장: 430 nm; 전자주개 모이어티와 전자받개 모이어티 사이의 이면각, 이하 '이면각'이라 함: 73.8도), 제 2 화합물(FD)로서 화학식 8의 2-1 화합물(HOMO: -5.6 eV, LUMO: -2.9 eV), 제 3 화합물(H)로서 mCBP (HOMO: -6.0 eV, LUMO: -2.5 eV)를 도입한 유기발광다이오드를 제조하였다.
ITO 부착 기판을 사용하기 전에 UV 오존으로 세척하고, 증발 시스템에 적재하였다. 기판 상부에 다른 층들을 증착하기 위하여 증착 챔버 내부로 이송하였다. 약 10-7 Torr 진공 하에 가열 보트로부터 증발에 의해 다음과 같은 순서로 유기물층을 증착하였다. 이때, 유기물의 증착 속도는 1 Å/s로 설정하였다.
ITO (50 nm); 정공주입층(HAT-CN, 두께 7 nm), 정공수송층(NPB, 두께 45 nm), 전자차단층(TAPC, 두께 10 nm), 발광물질층(mCBP: 1-47 화합물: 2-1 화합물 = 69: 30: 1 중량비, 두께 30 nm), 정공차단층(B3PYMPM, 두께 10 nm), 전자차단층(TPBi, 두께 30 nm), 전자주입층(LiF), 음극(Al).
CPL(capping layer)을 성막한 뒤에 유리로 인캡슐레이션 하였다. 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. 아래에 발광층에 사용된 유기 화합물의 구조를 나타낸다.
실시예 2: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 제 2 화합물로서 2-1 화합물을 대신하여 화학식 8의 2-23 화합물(HOMO: -5.4 eV, LUMO: -2.8 eV)을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
실시예 3: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 제 2 화합물로서 2-1 화합물을 대신하여 화학식 8의 2-24 화합물(HOMO: -5.5 eV, LUMO: -2.8 eV)을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
실시예 4: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 제 1 화합물로서 1-47 화합물을 대신하여, 화학식 5의 1-83 화합물(HOMO: -5.5 eV, LUMO: -2.7 eV, 온셋파장: 434 nm, 이면각 65.8도)를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
실시예 5: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 제 2 화합물로서 2-1 화합물을 대신하여 화학식 8의 2-23 화합물(HOMO: -5.4 eV, LUMO: -2.8 eV)를 사용한 것을 제외하고, 실시예 4와 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
실시예 6: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 제 2 화합물로서 2-1 화합물을 대신하여 화학식 8의 2-24 화합물(HOMO: -5.5 eV, LUMO: -2.8 eV)을 사용한 것을 제외하고, 실시예 4와 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
실시예 7: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 제 1 화합물로서 1-47 화합물을 대신하여, 화학식 5의 1-48 화합물(HOMO: -5.6 eV, LUMO: -2.6 eV, 온셋파장: 430 nm, 이면각 72.0도)를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
실시예 8: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 제 2 화합물로서 2-1 화합물을 대신하여 화학식 8의 2-23 화합물(HOMO: -5.4 eV, LUMO: -2.8 eV)를 사용한 것을 제외하고, 실시예 7과 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
실시예 9: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 제 1 화합물로서 1-47 화합물을 대신하여, 화학식 5의 1-112 화합물(HOMO: -5.6 eV, LUMO: -2.7 eV, 온셋파장: 432 nm, 이면각 70.4도)를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
실시예 10: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 제 2 화합물로서, 2-1 화합물을 대신하여 화학식 8의 2-23 화합물(HOMO: -5.4 eV, LUMO: -2.8 eV)를 사용한 것을 제외하고, 실시예 9와 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
하기 표 1에서 실시예 1 내지 실시예 10에서 사용한 제 1 화합물과, 제 2 화합물의 HOMO 에너지 준위, 제 1 및 제 2 화합물의 HOMO 에너지 밴드갭(ΔHOMO), 제 1 화합물의 온셋파장(λonset DF, nm), 제 1 화합물의 이면각을 각각 표시하였다.
| 샘플 | 제 1 화합물 | 제 2 화합물 | ΔHOMO (eV) |
λonset DF | 이면각 (도) |
||
| 화합물 | HOMO (eV) | 화합물 | HOMO (eV) | ||||
| 실시예 1 | 1-47 | -5.6 | 2-1 | -5.6 | 0 | 430 | 73.8 |
| 실시예 2 | 1-47 | -5.6 | 2-23 | -5.4 | 0.2 | 430 | 73.8 |
| 실시예 3 | 1-47 | -5.6 | 2-24 | -5.5 | 0.1 | 430 | 73.8 |
| 실시예 4 | 1-83 | -5.5 | 2-1 | -5.6 | -0.1 | 434 | 65.8 |
| 실시예 5 | 1-83 | -5.5 | 2-23 | -5.4 | 0.1 | 434 | 65.8 |
| 실시예 6 | 1-83 | -5.5 | 2-24 | -5.5 | 0 | 434 | 65.8 |
| 실시예 7 | 1-48 | -5.6 | 2-1 | -5.6 | 0 | 430 | 72.0 |
| 실시예 8 | 1-48 | -5.6 | 2-23 | -5.4 | 0.2 | 430 | 72.0 |
| 실시예 9 | 1-112 | -5.6 | 2-1 | -5.6 | 0 | 432 | 70.4 |
| 실시예 10 | 1-112 | -5.6 | 2-23 | -5.4 | 0.2 | 432 | 70.4 |
비교예 1: 유기발광다이오드 제조
발광물질층에 mCBP와 화학식 8의 1-47 화합물을 70:30 중량비로 배합한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 2: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 제 2 화합물로서 2-1 화합물을 대신하여 하기 표시한 Ref. 2-1 화합물(HOMO: -5.2 eV, LUMO: -2.7 eV)을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 3: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 제 2 화합물로서 2-1 화합물을 대신하여 하기 표시한 Ref. 2-2 화합물(HOMO: -5.2 eV, LUMO: -2.6 eV)을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 4: 유기발광다이오드 제조
발광물질층에 mCBP와 화학식 8의 1-83 화합물을 70:30 중량비로 배합한 것을 제외하고, 실시예 4와 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 5: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 제 2 화합물로서 2-1 화합물을 대신하여 하기 표시한 Ref. 2-1 화합물(HOMO: -5.2 eV, LUMO: -2.7 eV)을 사용한 것을 제외하고, 실시예 4와 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 6: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 제 2 화합물로서 2-1 화합물을 대신하여 하기 표시한 Ref. 2-2 화합물(HOMO: -5.2 eV, LUMO: -2.6 eV)을 사용한 것을 제외하고, 실시예 4와 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 7: 유기발광다이오드 제조
발광물질층에 mCBP와 화학식 8의 1-48 화합물을 70:30 중량비로 배합한 것을 제외하고, 실시예 7과 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 8: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 제 2 화합물로서 2-1 화합물을 대신하여 하기 표시한 Ref. 2-1 화합물(HOMO: -5.2 eV, LUMO: -2.7 eV)을 사용한 것을 제외하고, 실시예 7과 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 9: 유기발광다이오드 제조
발광물질층에 mCBP와 화학식 8의 1-112 화합물을 70:30 중량비로 배합한 것을 제외하고, 실시예 9와 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 10: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 제 2 화합물로서 2-1 화합물을 대신하여 하기 표시한 Ref. 2-1 화합물(HOMO: -5.2 eV, LUMO: -2.7 eV)을 사용한 것을 제외하고, 실시예 9와 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 11: 유기발광다이오드 제조
발광물질층에 mCBP와 하기 표시한 Ref. 1-1 화합물(HOMO: -5.9 eV, LUMO: -2.8 eV, 온셋파장: 434 nm, 이면각: 68.7도)을 70:30 중량비로 배합한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 12: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 제 1 화합물로서 1-47 화합물을 대신하여 하기 표시한 Ref. 1-1 화합물을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 13: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 제 2 화합물로서 2-1 화합물을 대신하여, 화학식 8의 2-23 화합물을 사용한 것을 제외하고, 비교예 12와 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 14: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 제 2 화합물로서 2-1 화합물을 대신하여, 화학식 8의 2-24 화합물을 사용한 것을 제외하고, 비교예 12와 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 15: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 제 2 화합물로서 2-1 화합물을 대신하여, 하기 표시한 Ref. 2-1 화합물(HOMO: -5.2 eV, LUMO: -2.7 eV)을 사용한 것을 제외하고, 비교예 12와 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 16: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 제 2 화합물로서 2-1 화합물을 대신하여, 하기 표시한 Ref. 2-2 화합물(HOMO: -5.2 eV, LUMO: -2.6 eV)을 사용한 것을 제외하고, 비교예 12와 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 17: 유기발광다이오드 제조
발광물질층에 mCBP와 하기 표시한 Ref. 1-2 화합물(HOMO: -6.0 eV, LUMO: -3.0 eV, 온셋파장: 426 nm, 이면각: 54.5도)을 70:30 중량비로 배합한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 18: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 제 1 화합물로서 1-47 화합물을 대신하여 하기 표시한 Ref. 1-2 화합물을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 19: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 제 2 화합물로서 2-1 화합물을 대신하여 화학식 8의 2-24 화합물을 사용한 것을 제외하고, 비교예 18과 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 20: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 제 2 화합물로서 2-1 화합물을 대신하여 하기 표시한 Ref. 2-1 화합물(HOMO: -5.2 eV, LUMO: -2.7 eV)을 사용한 것을 제외하고, 비교예 18과 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 21: 유기발광다이오드 제조
발광물질층에 mCBP와 하기 표시한 Ref. 1-3 화합물(HOMO: -5.6 eV, LUMO: -2.6 eV, 온셋파장: 424 nm, 이면각: 70.0도)을 70:30 중량비로 배합한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 22: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 제 1 화합물로서 1-47 화합물을 대신하여 하기 표시한 Ref. 1-3 화합물을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 23: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 제 2 화합물로서 2-1 화합물을 대신하여, 화학식 8의 2-23 화합물을 사용한 것을 제외하고, 비교예 22와 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 24: 유기발광다이오드 제조
발광물질층에 mCBP와 하기 표시한 Ref. 1-4 화합물(HOMO: -5.5 eV, LUMO: -2.7 eV, 온셋파장: 450 nm, 이면각: 68.5도)을 70:30 중량비로 배합한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 25: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 제 1 화합물로서 1-47 화합물을 대신하여 하기 표시한 Ref. 1-4 화합물을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 26: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 제 2 화합물로서 2-1 화합물을 대신하여, 화학식 8의 2-23 화합물을 사용한 것을 제외하고, 비교예 25와 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 24: 유기발광다이오드 제조
발광물질층에 mCBP와 하기 표시한 Ref. 1-4 화합물(HOMO: -5.5 eV, LUMO: -2.7 eV, 온셋파장: 450 nm, 이면각: 68.5도)을 70:30 중량비로 배합한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 25: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 제 1 화합물로서 1-47 화합물을 대신하여 하기 표시한 Ref. 1-3 화합물을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 26: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 제 2 화합물로서 2-1 화합물을 대신하여, 화학식 8의 2-23 화합물을 사용한 것을 제외하고, 비교예 25와 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 27: 유기발광다이오드 제조
발광물질층에 mCBP와 하기 표시한 Ref. 1-5 화합물(HOMO: -5.5 eV, LUMO: -2.5 eV, 온셋파장: 424 nm, 이면각: 84.9도)을 70:30 중량비로 배합한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 28: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 제 1 화합물로서 1-47 화합물을 대신하여 하기 표시한 Ref. 1-5 화합물을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 29: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 제 2 화합물로서 2-1 화합물을 대신하여, 화학식 8의 2-23 화합물을 사용한 것을 제외하고, 비교예 28과 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 30: 유기발광다이오드 제조
발광물질층에 mCBP와 하기 표시한 Ref. 1-6 화합물(HOMO: -5.6 eV, LUMO: -2.8 eV, 온셋파장: 448 nm, 이면각: 78.6도)을 70:30 중량비로 배합한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 31: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 제 1 화합물로서 1-47 화합물을 대신하여 하기 표시한 Ref. 1-6 화합물을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 32: 유기발광다이오드 제조
발광물질층의 제 2 화합물로서 2-1 화합물을 대신하여, 화학식 8의 2-23 화합물을 사용한 것을 제외하고, 비교예 31과 동일한 물질을 사용하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예에서 사용된 비교 화합물의 구조를 아래에 나타낸다.
비교화합물
하기 표 2에서 비교예 1 내지 비교예 32에서 사용한 제 1 화합물과, 제 2 화합물의 HOMO 에너지 준위, 제 1 및 제 2 화합물의 HOMO 에너지 밴드갭(ΔHOMO), 제 1 화합물의 온셋파장(λonset DF, nm), 제 1 화합물의 이면각을 각각 표시하였다.
| 샘플 | 제 1 화합물 | 제 2 화합물 | ΔHOMO (eV) |
λonset DF | 이면각 (도) |
||
| 화합물 | HOMO (eV) | 화합물 | HOMO (eV) | ||||
| 비교예 1 | 1-47 | -5.6 | - | - | - | 430 | 73.8 |
| 비교예 2 | 1-47 | -5.6 | Ref.2-1 | -5.2 | 0.4 | 430 | 73.8 |
| 비교예 3 | 1-47 | -5.6 | Ref.2-2 | -5.2 | 0.4 | 430 | 73.8 |
| 비교예 4 | 1-83 | -5.5 | - | - | - | 434 | 65.8 |
| 비교예 5 | 1-83 | -5.5 | Ref.2-1 | -5.2 | 0.3 | 434 | 65.8 |
| 비교예 6 | 1-83 | -5.5 | Ref.2-2 | -5.2 | 0.3 | 434 | 65.8 |
| 비교예 7 | 1-48 | -5.6 | - | - | - | 430 | 72.0 |
| 비교예 8 | 1-48 | -5.6 | Ref.2-1 | -5.2 | 0.4 | 430 | 72.0 |
| 비교예 9 | 1-112 | -5.6 | - | - | - | 432 | 70.4 |
| 비교예 10 | 1-112 | -5.6 | Ref.2-1 | -5.2 | 0.4 | 432 | 70.4 |
| 비교예 11 | Ref.1-1 | -5.9 | - | - | - | 434 | 68.7 |
| 비교예 12 | Ref.1-1 | -5.9 | 2-1 | -5.6 | 0.3 | 434 | 68.7 |
| 비교예 13 | Ref.1-1 | -5.9 | 2-23 | -5.4 | 0.5 | 434 | 68.7 |
| 비교예 14 | Ref.1-1 | -5.9 | 2-24 | -5.5 | 0.4 | 434 | 68.7 |
| 비교예 15 | Ref.1-1 | -5.9 | Ref.2-1 | -5.2 | 0.7 | 434 | 68.7 |
| 비교예 16 | Ref.1-1 | -5.9 | Ref.2-2 | -5.2 | 0.7 | 434 | 68.7 |
| 비교예 17 | Ref.1-2 | -6.0 | - | - | - | 426 | 54.5 |
| 비교예 18 | Ref.1-2 | -6.0 | 2-1 | -5.6 | 0.4 | 426 | 54.5 |
| 비교예 19 | Ref.1-2 | -6.0 | 2-24 | -5.5 | 0.5 | 426 | 54.5 |
| 비교예 20 | Ref.1-2 | -6.0 | Ref.2-1 | -5.2 | 0.8 | 426 | 54.5 |
| 비교예 21 | Ref.1-3 | -5.6 | - | - | - | 424 | 70.0 |
| 비교예 22 | Ref.1-3 | -5.6 | 2-1 | -5.6 | 0 | 424 | 70.0 |
| 비교예 23 | Ref.1-3 | -5.6 | 2-23 | -5.4 | 0.2 | 424 | 70.0 |
| 비교예 24 | Ref.1-4 | -5.5 | - | - | - | 450 | 68.5 |
| 비교예 25 | Ref.1-4 | -5.5 | 2-1 | -5.6 | -0.1 | 450 | 68.5 |
| 비교예 26 | Ref.1-4 | -5.5 | 2-23 | -5.4 | 0.1 | 450 | 68.5 |
| 비교예 27 | Ref.1-5 | -5.5 | - | - | - | 424 | 84.9 |
| 비교예 28 | Ref.1-5 | -5.5 | 2-1 | -5.6 | -0.1 | 424 | 84.9 |
| 비교예 29 | Ref.1-5 | -5.5 | 2-23 | -5.4 | 0.1 | 424 | 84.9 |
| 비교예 30 | Ref.1-6 | -5.6 | - | - | - | 448 | 78.6 |
| 비교예 31 | Ref.1-6 | -5.6 | 2-1 | -5.6 | 0 | 448 | 78.6 |
| 비교예 32 | Ref.1-6 | -5.6 | 2-23 | -5.4 | 0.2 | 448 | 78.6 |
실험예 1: 유기발광다이오드의 발광 특성 측정
실시예 1 내지 실시예 10과, 비교예 1 내지 비교예 32에서 각각 제작된 유기발광다이오드를 대상으로 광학 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. 8.6 ㎃/㎠의 전류밀도에서 각각의 유기발광다이오드의 구동 전압(V), 색좌표(CIEy), 외부양자효율(EQE, %), LT95 (최초 휘도로부터 95% 수준으로 휘도 감소하기까지의 시간, 상대값), 정공 트랩 여부 및 엑시플렉스 형성 여부(정공 트랩 및/또는 엑시플렉스가 형성되면 Y로, 정공 트랩 및/또는 엑시플렉스가 형성되지 않으면 N)를 각각 측정하였다. 실시예 1 내지 실시예 10에서 각각 제조된 유기발광다이도의 발광 특성을 표 3에 나타내고, 비교예 1 내지 비교예 32에서 각각 제조된 유기발광다이오드의 발광 특성을 표 4에 나타낸다.
| 샘플 | V | CIEy | EQE (%) |
LT95 (상대값) |
정공 트랩 여부 |
Exciplex 여부 |
| 실시예 1 | 3.40 | 0.134 | 19.7 | 100% | N | N |
| 실시예 2 | 3.51 | 0.210 | 23.4 | 123% | N | N |
| 실시예 3 | 3.34 | 0.253 | 24.6 | 121% | N | N |
| 실시예 4 | 3.37 | 0.126 | 21.6 | 90% | N | N |
| 실시예 5 | 3.38 | 0.237 | 21.6 | 95% | N | N |
| 실시예 6 | 3.25 | 0.259 | 22.7 | 94% | N | N |
| 실시예 7 | 3.40 | 0.139 | 20.7 | 134% | N | N |
| 실시예 8 | 3.50 | 0.187 | 23.9 | 157% | N | N |
| 실시예 9 | 3.70 | 0.138 | 21.8 | 104% | N | N |
| 실시예 10 | 3.60 | 0.192 | 23.4 | 123% | N | N |
| 샘플 | V | CIEy | EQE (%) |
LT95 (상대값) |
정공 트랩 여부 |
Exciplex 여부 |
| 비교예 1 | 3.49 | 0.268 | 19.3 | 82% | - | - |
| 비교예 2 | 4.45 | 0.158 | 4.9 | 16% | Y | N |
| 비교예 3 | 4.19 | 0.183 | 9.8 | 21% | Y | N |
| 비교예 4 | 3.22 | 0.288 | 18.9 | 76% | - | - |
| 비교예 5 | 4.11 | 0.169 | 10.0 | 12% | Y | N |
| 비교예 6 | 4.07 | 0.170 | 11.7 | 8% | Y | N |
| 비교예 7 | 3.40 | 0.260 | 18.1 | 92% | N | N |
| 비교예 8 | 3.90 | 0.186 | 13.9 | 36% | N | N |
| 비교예 9 | 3.50 | 0.275 | 18.7 | 86% | - | - |
| 비교예 10 | 3.81 | 0.187 | 6.9 | 6% | Y | N |
| 비교예 11 | 3.59 | 0.288 | 15.2 | 47% | - | - |
| 비교예 12 | 4.98 | 0.208 | 8.5 | 12% | Y | N |
| 비교예 13 | 4.87 | 0.216 | 10.8 | 5% | Y | N |
| 비교예 14 | 4.00 | 0.264 | 12.5 | 2% | Y | N |
| 비교예 15 | 3.53 | 0.417 | 9.4 | 2% | Y | Y |
| 비교예 16 | 3.57 | 0.336 | 10.7 | 3% | Y | Y |
| 비교예 17 | 3.54 | 0.244 | 14.7 | 30% | - | - |
| 비교예 18 | 5.05 | 0.212 | 6.9 | 2% | Y | N |
| 비교예 19 | 4.10 | 0.275 | 12.7 | 7% | Y | N |
| 비교예 20 | 3.35 | 0.405 | 8.3 | 4% | Y | Y |
| 비교예 21 | 3.54 | 0.261 | 8.4 | 4% | - | - |
| 비교예 22 | 3.69 | 0.133 | 11.9 | 1% | N | N |
| 비교예 23 | 3.65 | 0.232 | 14.7 | 1% | N | N |
| 비교예 24 | 3.36 | 0.437 | 24.8 | 97% | - | - |
| 비교예 25 | 3.46 | 0.348 | 12.3 | 46% | N | N |
| 비교예 26 | 3.51 | 0.287 | 23.5 | 129% | N | N |
| 비교예 27 | 4.14 | 0.226 | 6.7 | 1.2% | - | - |
| 비교예 28 | 4.24 | 0.167 | 10.3 | 1.4% | N | N |
| 비교예 29 | 3.93 | 0.184 | 13.9 | 1.6% | N | N |
| 비교예 30 | 3.70 | 0.356 | 11.3 | 1.4% | - | - |
| 비교예 31 | 3.84 | 0.320 | 6.9 | 0.8% | N | N |
| 비교예 32 | 3.70 | 0.288 | 15.2 | 1.2% | N | N |
표 3과 표 4에 나타낸 바와 같이, 제 1 화합물과 제 2 화합물의 HOMO 에너지 밴드갭을 0.3 eV 미만이고, 제 1 화합물의 온셋파장이 430 nm 내지 440 nm 파장으로 설정한 유기발광다이오드의 발광 특성이 크게 향상되었다. 구체적으로 살펴보면, 비교예 1, 비교예 4, 비교예 7, 비교예 9, 비교예 11, 비교예 17, 비교예 21, 비교예 24, 비교예 27, 비교예 30에 따라 발광물질칭의 도펀트로 제 1 화합물만을 적용한 유기발광다이오드와 비교해서, 실시예에서 제조된 유기발광다이오드의 구동 전압은 최대 21.5% 낮아졌고, EQE는 최대 256.7% 향상되었으며, 발광 수명은 크게 개선되었다. 또한, 이들 비교예에서 제조된 유기발광다이오드와 비교해서, 실시예에서 제조된 유기발광다이오드는 청색 파장 대역의 발광 파장을 구현하였다.
비교예 2-3, 비교예 4-6, 비교예 8, 비교예 10, 비교예 12-16, 비교예 17-20에 나타낸 바와 같이, 제 1 화합물과 제 2 화합물 사이의 HOMO 에너지 밴드갭이 0.3 eV를 초과하면 정공 트랩이 발생하였다. 또한, 비교예 15-16 및 비교예 20에 나타낸 바와 같이, 제 1 화합물과 제 2 화합물 사이의 HOMO 에너지 밴드갭이 0.5 eV를 초과하면, 엑시플렉스가 형성되었다.
정공 트랩이 발생한 비교예 2-3, 비교예 4-6, 비교예 8, 비교예 10, 비교예 12-14, 비교예 18-19에서 제조된 유기발광다이오드와 비교해서, 실시예에서 제조된 유기발광다이오드의 구동 전압은 최대 35.6% 낮아졌고, EQE는 최대 387.7% 향상되었으며, 발광 수명은 크게 향상되었다. 한편, 정공 트랩과 엑시플렉스가 모두 발생한 비교예 15-16 및 비교예 20에서 제조된 유기발광다이오드와 비교해서, 실시예에서 제조된 유기발광다이오드의 EQE는 최대 188.0% 향상되었고, 발광 수명은 크게 개선되었다. 특히, 비교예 15-16 및 비교예 20에서 제조된 유기발광다이오드에서 제 1 화합물과 제 2 화합물이 모두 발광하면서, 색 순도가 떨어지면서 색 좌표가 녹색 영역으로 이동하였다.
한편, 비교예 22 및 비교예 23에 따라, 온셋파장이 430 nm 미만인 제 1 화합물을 적용한 유기발광다이오드와 비교해서, 실시예에서 제조된 유기발광다이오드의 EQE는 최대 100.8% 향상되었고, 발광 수명은 크게 개선되었다. 비교예 25 및 비교예 26에 따라 온셋파장이 450 nm를 초과하는 제 1 화합물을 적용한 유기발광다이오드와 비교해서, 실시예에서 제조된 유기발광다이오드의 EQE는 최대 94.3% 향상되었고, 발광 수명은 크게 개선되었다. 특히, 비교예 25 및 비교예 26에 따라 제조된 유기발광다이오드에서 색 순도가 저하되어 색 좌표가 녹색 영역으로 이동하였다.
또한, 비교예 27-28 및 비교예 31-32에서와 같이, 온셋파장이 430 nm 미만 또는 440 nmm를 초과하고, 전자주개 모이어티가 아크리딘 모이어티를 가지고 있어, 이면각이 증가한 제 1 화합물을 적용한 유기발광다이오드와 비교해서, 실시예에서 제조된 유기발광다이오드의 구동 전압은 최대 23.3% 낮아졌고, EQE는 최대 246.4% 향상되었고 발광 수명은 크게 개선되었다.
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, 1000: 유기발광표시장치
210, 610, 1110: 제 1 전극
220, 220A, 220B, 220C, 620, 1120, 1120A: 발광층
230, 630, 1130: 제 2 전극
240, 240A, 240B, 640, 1240, 1340, 1440, 1540, 1640, 1740: 발광물질층
D, D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7: 유기발광다이오드
Tr: 박막트랜지스터
210, 610, 1110: 제 1 전극
220, 220A, 220B, 220C, 620, 1120, 1120A: 발광층
230, 630, 1130: 제 2 전극
240, 240A, 240B, 640, 1240, 1340, 1440, 1540, 1640, 1740: 발광물질층
D, D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7: 유기발광다이오드
Tr: 박막트랜지스터
Claims (21)
- 제 1 전극;
상기 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극; 및
상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하며, 발광물질층을 포함하는 발광층을 포함하고,
상기 발광물질층은 제 1 화합물 및 제 2 화합물을 포함하고,
상기 제 1 화합물은 하기 화학식 1의 구조를 가지는 유기 화합물을 포함하고, 상기 제 2 화합물은 하기 화학식 6의 구조를 가지는 유기 화합물을 포함하는 유기발광다이오드.
화학식 1
화학식 1에서, R1 내지 R11는 각각 독립적으로 경수소, 중수소, 삼중수소, 할로겐 원자, C1-C20 알킬기, C1-C20 알킬 아미노기, C6-C30 방향족 및 C3-C30 헤테로 방향족으로 구성되는 군에서 선택되며, 상기 방향족 및 상기 헤테로 방향족은 각각 독립적으로 치환되지 않거나 적어도 하나의 Q1으로 치환될 수 있으며, 상기 R1 내지 R11 중에서 1 내지 4개는 하기 화학식 2의 구조를 가짐; X1 및 X2는 각각 독립적으로 O, S 또는 Se임; Q1은 중수소, 삼중수소, C1-C20 알킬기, C6-C30 아릴기, C3-C30 헤테로 아릴기, C6-C30 아릴 아미노기 및 C3-C30 헤테로 아릴 아미노기로 구성되는 군에서 선택됨.
화학식 2
화학식 2에서, R12 및 R13은 각각 독립적으로 중수소, 삼중수소, 할로겐 원자, C1-C20 알킬기, C1-C20 알킬 실릴기, C1-C20 알킬 아미노기, C6-C30 방향족 및 C3-C30 헤테로 방향족으로 구성되는 군에서 선택되며, 상기 C6-C30 방향족 및 상기 C3-C30 헤테로 방향족은 각각 독립적으로 치환되지 않거나 적어도 하나의 Q2로 치환될 수 있으며, m이 복수인 경우 각각의 R12는 상이하거나 동일할 수 있고, n이 복수인 경우 각각의 R13은 상이하거나 동일할 수 있으며, 선택적으로 m과 n이 각각 복수인 경우, 인접한 2개의 R12 및 인접한 2개의 R13은 각각 결합하여 C6-C20 방향족 고리 또는 C3-C20 헤테로 방향족 고리를 형성할 수 있고, 상기 C6-C20 방향족 고리 및 상기 C3-C20 헤테로 방향족 고리는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 적어도 하나의 Q2로 치환될 수 있음; m과 n은 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수임; Q2는 중수소, 삼중수소, C1-C20 알킬기, C6-C30 아릴기, C3-C30 헤테로 아릴기, C6-C30 아릴 아미노기 및 C3-C30 헤테로 아릴 아미노기로 구성되는 군에서 선택됨.
화학식 6
화학식 6에서, R21 내지 R28은 각각 독립적으로 경수소, 중수소, 삼중수소, 할로겐 원자, C1-C20 알킬기, C1-C20 알킬 실릴기, C1-C20 알킬 아미노기, C6-C30 방향족 및 C3-C30 헤테로 방향족으로 구성되는 군에서 선택되며, 선택적으로 R31 내지 R34 중에서 인접한 2개가 서로 결합하여 보론과 질소를 갖는 축합환을 형성하며, 상기 C6-C30 방향족, 상기 C3-C30 헤테로 방향족 및 상기 축합환은 각각 독립적으로 치환되지 않거나 적어도 하나의 Q3로 치환될 수 있음; q가 복수인 경우 각각의 R25는 상이하거나 동일할 수 있고, r이 복수인 경우 각각의 R26은 상이하거나 동일할 수 있고, s가 복수인 경우 R27은 상이하거나 동일할 수 있고, t가 복수인 경우 R28은 상이하거나 동일할 수 있음; q와 s는 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이고, r은 0 내지 3의 정수이며, t는 0 내지 4의 정수임; Q3은 중수소, 삼중수소, C1-C20 알킬기, C6-C30 아릴기, C3-C30 헤테로 아릴기, C6-C30 아릴 아미노기 및 C3-C30 헤테로 아릴 아미노기로 구성되는 군에서 선택됨.
- 제 1 전극;
상기 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극; 및
상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하며, 발광물질층을 포함하는 발광층을 포함하고,
상기 발광물질층은 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하는 제 1 발광물질층과, 상기 제 1 전극과 상기 제 1 발광물질층 사이 또는 상기 제 2 전극과 상기 제 2 발광물질층 사이에 위치하는 제 2 발광물질층을 포함하고,
상기 제 1 발광물질층은 제 1 화합물을 포함하고,
상기 제 2 발광물질층은 제 2 화합물을 포함하며,
상기 제 1 화합물은 하기 화학식 1의 구조를 가지는 유기 화합물을 포함하고, 상기 제 2 화합물은 하기 화학식 6의 구조를 가지는 유기 화합물을 포함하는 유기발광다이오드.
화학식 1
화학식 1에서, R1 내지 R11는 각각 독립적으로 경수소, 중수소, 삼중수소, 할로겐 원자, C1-C20 알킬기, C1-C20 알킬 아미노기, C6-C30 방향족 및 C3-C30 헤테로 방향족으로 구성되는 군에서 선택되며, 상기 방향족 및 상기 헤테로 방향족은 각각 독립적으로 치환되지 않거나 적어도 하나의 Q1으로 치환될 수 있으며, 상기 R1 내지 R11 중에서 1 내지 4개는 하기 화학식 2의 구조를 가짐; X1 및 X2는 각각 독립적으로 O, S 또는 Se임; Q1은 중수소, 삼중수소, C1-C20 알킬기, C6-C30 아릴기, C3-C30 헤테로 아릴기, C6-C30 아릴 아미노기 및 C3-C30 헤테로 아릴 아미노기로 구성되는 군에서 선택됨.
화학식 2
화학식 2에서, R12 및 R13은 각각 독립적으로 중수소, 삼중수소, 할로겐 원자, C1-C20 알킬기, C1-C20 알킬 실릴기, C1-C20 알킬 아미노기, C6-C30 방향족 및 C3-C30 헤테로 방향족으로 구성되는 군에서 선택되며, 상기 C6-C30 방향족 및 상기 C3-C30 헤테로 방향족은 각각 독립적으로 치환되지 않거나 적어도 하나의 Q2로 치환될 수 있으며, m이 복수인 경우 각각의 R12는 상이하거나 동일할 수 있고, n이 복수인 경우 각각의 R13은 상이하거나 동일할 수 있으며, 선택적으로 m과 n이 각각 복수인 경우, 인접한 적어도 2개의 R12 및 인접한 적어도 2개의 R13은 각각 결합하여 C6-C20 방향족 고리 또는 C3-C20 헤테로 방향족 고리를 형성할 수 있고, 상기 C6-C20 방향족 고리 및 상기 C3-C20 헤테로 방향족 고리는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 적어도 하나의 Q2로 치환될 수 있음; m과 n은 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수임; Q2는 중수소, 삼중수소, C1-C20 알킬기, C6-C30 아릴기, C3-C30 헤테로 아릴기, C6-C30 아릴 아미노기 및 C3-C30 헤테로 아릴 아미노기로 구성되는 군에서 선택됨.
화학식 6
화학식 6에서, R21 내지 R28은 각각 독립적으로 경수소, 중수소, 삼중수소, 할로겐 원자, C1-C20 알킬기, C1-C20 알킬 실릴기, C1-C20 알킬 아미노기, C6-C30 방향족 및 C3-C30 헤테로 방향족으로 구성되는 군에서 선택되며, 선택적으로 R31 내지 R34 중에서 인접한 2개가 서로 결합하여 보론과 질소를 갖는 축합환을 형성하며, 상기 C6-C30 방향족, 상기 C3-C30 헤테로 방향족 및 상기 축합환은 각각 독립적으로 치환되지 않거나 적어도 하나의 Q3로 치환될 수 있음; q가 복수인 경우 각각의 R25는 상이하거나 동일할 수 있고, r이 복수인 경우 각각의 R26은 상이하거나 동일할 수 있고, s가 복수인 경우 R27은 상이하거나 동일할 수 있고, t가 복수인 경우 R28은 상이하거나 동일할 수 있음; q와 s는 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이고, r은 0 내지 3의 정수이며, t는 0 내지 4의 정수임; Q3은 중수소, 삼중수소, C1-C20 알킬기, C6-C30 아릴기, C3-C30 헤테로 아릴기, C6-C30 아릴 아미노기 및 C3-C30 헤테로 아릴 아미노기로 구성되는 군에서 선택됨.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 1 화합물의 최고점유분자궤도(Highest Occupied Molecular Orbital, HOMO) 에너지 준위(HOMODF)와 상기 제 2 화합물의 HOMO 에너지 준위(HOMOFD)는 하기 식 (1)을 충족하는 유기발광다이오드.
|HOMOFD - HOMODF| < 0.3 eV (1)
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 제 2 화합물의 여기 단일항 에너지 준위와 여기 삼중항 에너지 준위 사이의 에너지 밴드갭은, 상기 제 1 화합물의 여기 단일항 준위와 여기 삼중항 에너지 준위 사이의 에너지 밴드갭보다 작은 유기발광다이오드.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 제 1 화합물의 최고점유분자궤도(HOMO) 에너지 준위와 최저비점유분자궤도(LUMO) 에너지 준위 사이의 에너지 밴드갭은 -2.6 eV 이상 -3.1 eV 이하인 유기발광다이오드.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 제 1 화합물의 온셋파장은 430 nm 내지 440 nm인 유기발광다이오드.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 제 1 화합물은 하기 화학식 3의 구조를 가지는 유기 화합물을 포함하는 유기발광다이오드.
화학식 3
화학식 3에서, X1 및 X2는 각각 화학식 1에서 정의된 것과 동일함; R14 내지 R16은 각각 독립적으로 경수소, 중수소, 삼중수소, 할로겐 원자, C1-C20 알킬기, C1-C20 알킬 아미노기, C6-C30 아릴기 및 C3-C30 헤테로 아릴기로 구성되는 군에서 선택되며, 상기 아릴기 및 상기 헤테로 아릴기는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 적어도 하나의 Q1으로 치환될 수 있으며, p가 복수인 경우 각각의 R15는 상이하거나 동일할 수 있으며, R14 내지 R16 중에서 적어도 하나는 하기 화학식 하기 화학식 4의 구조를 갖는 축합 헤테로 아릴기임; p는 0 내지 2의 정수임; Q1은 화학식 1에서 정의된 것과 동일함.
화학식 4
화학식 4에서, R17 및 R18은 각각 독립적으로 중수소, 삼중수소, 할로겐 원자, C1-C20 알킬기, C1-C20 알킬 실릴기, C1-C20 알킬 아미노기, C6-C30 방향족 및 C3-C30 헤테로 방향족으로 구성되는 군에서 선택되며, 상기 C6-C30 방향족 및 상기 C3-C30 헤테로 방향족은 각각 독립적으로 치환되지 않거나 적어도 하나의 Q2로 치환될 수 있으며, m이 복수인 경우 각각의 R17는 상이하거나 동일할 수 있고, n이 복수인 경우 각각의 R18은 상이하거나 동일할 수 있으며, 선택적으로 n이 복수인 경우 인접한 적어도 2개의 R18은 각각 결합하여 C3-C20 헤테로 방향족 고리를 형성할 수 있고, 상기 C3-C20 헤테로 방향족 고리는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 적어도 하나의 Q2로 치환될 수 있음; m과 n은 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수임; Q2는 화학식 2에서 정의된 것과 동일함.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 제 1 화합물은 하기 화학식 5의 구조를 가지는 유기 화합물에서 선택되는 유기발광다이오드.
화학식 5
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 제 2 화합물은 하기 화학식 7A 내지 화학식 7C의 구조를 가지는 유기 화합물을 포함하는 유기발광다이오드.
화학식 7A
화학식 7B
화학식 7C
화학식 7A 내지 화학식 7C에서, R21, R25 내지 R28 및 R31 내지 R34는 각각 독립적으로 경수소, 중수소, 삼중수소, 할로겐 원자, C1-C20 알킬기, C1-C20 알킬 실릴기, C1-C20 알킬 아미노기, C6-C30 아릴기 및 C3-C30 헤테로 아릴기로 구성되는 군에서 선택되며, 상기 C6-C30 아릴기 및 상기 C3-C30 헤테로 아릴기는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 적어도 하나의 Q3로 치환될 수 있음; Q3는 화학식 6에서 정의된 것과 동일함.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 제 2 화합물은 하기 화학식 8의 구조를 가지는 유기 화합물에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 유기발광다이오드.
화학식 8
- 제 1항에 있어서,
상기 발광물질층은 제 3 화합물을 더욱 포함하는 유기발광다이오드.
- 제 2항에 있어서,
상기 제 1 발광물질층은 제 3 화합물을 더욱 포함하고, 상기 제 2 발광물질층은 제 4 화합물을 더욱 포함하는 유기발광다이오드.
- 제 11항에 있어서,
상기 발광물질층 중에서 상기 제 1 화합물의 함량은 10 내지 40 중량%, 상기 제 2 화합물의 함량은 0.1 내지 5 중량%, 상기 제 3 화합물의 함량은 55 내지 85 중량%인 유기발광다이오드.
- 제 11항 또는 제 12항에 있어서,
상기 제 3 화합물의 여기 삼중항 에너지 준위는 상기 제 1 화합물의 여기 삼중항 에너지 준위보다 높고, 상기 제 1 화합물의 여기 삼중항 에너지 준위는 상기 제 2 화합물의 여기 삼중항 에너지 준위보다 높은 유기발광다이오드.
- 제 11항 또는 제 12항에 있어서,
상기 제 3 화합물의 여기 단일항 에너지 준위는 상기 제 1 화합물의 여기 단일항 에너지 준위보다 높고, 상기 제 1 화합물의 여기 단일항 에너지 준위는 상기 제 2 화합물의 여기 단일항 에너지 준위보다 높은 유기발광다이오드.
- 제 12항에 있어서,
상기 제 4 화합물의 여기 단일항 에너지 준위는 상기 제 2 화합물의 여기 단일항 에너지 준위보다 높은 유기발광다이오드.
- 제 2항에 있어서,
상기 발광물질층은 상기 제 1 발광물질층을 중심으로 상기 제 2 발광물질층의 반대쪽에 위치하는 제 3 발광물질층을 더욱 포함하는 유기발광다이오드.
- 제 17항에 있어서,
상기 제 3 발광물질층은 제 5 화합물과 제 6 화합물을 포함하고,
상기 제 5 화합물은 상기 화학식 6의 구조를 가지는 유기 화합물을 포함하는 유기발광다이오드.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 발광층은 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하는 제 1 발광부와, 상기 제 1 발광부와 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 2 발광부와, 상기 제 1 및 제 2 발광부 사이에 위치하는 전하생성층을 포함하고,
상기 제 1 발광부와 상기 제 2 발광부 중에서 적어도 하나는 상기 발광물질층을 포함하는 유기발광다이오드.
- 제 19항에 있어서,
상기 제 1 발광부는 상기 발광물질층을 포함하고,
상기 제 2 발광부는 적색 및 녹색 중에서 적어도 하나의 광을 방출하는 유기발광다이오드.
- 기판; 및
상기 기판 상에 위치하는 제 1항, 제 2항, 제 11항, 제 12항, 제 16항, 제 17항 또는 제 18항에 기재된 유기발광다이오드
를 포함하는 유기발광장치.
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