KR20230101151A

KR20230101151A - 유기발광소자

Info

Publication number: KR20230101151A
Application number: KR1020210191009A
Authority: KR
Inventors: 전성수; 김상범; 정구선
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2021-12-29
Filing date: 2021-12-29
Publication date: 2023-07-06
Also published as: CN116367569A; US20230209858A1

Abstract

본 발명은 유기발광소자의 구동전압, 발광 효율 및 수명을 개선할 수 있는 적색 발광층의 호스트 재료의 조합을 제공한다. 또한, 본 발명은 유기발광소자에서 발생하는 삼중항 폴라론 소광(TPQ) 현상 및 롤-오프 현상을 감소시킬 수 있도록, 폴라론과 소광 현상을 일으키는 전하 스캐빈저(charge scavenger) 및 이를 포함하는 유기발광소자를 제공한다.

Description

유기발광소자{ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE}

본 발명은 유기발광소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기발광소자의 성능을 향상시킬 수 있는 인광 발광층의 호스트 재료 및 이를 포함하는 유기발광소자에 관한 것이다.

표시장치가 다양한 분야에 적용됨에 따라 관심이 높아지고 있다. 이러한 표시소자 중 하나로서 유기발광소자(organic light emitting diode, OLED)를 포함하는 유기 발광 표시장치의 기술이 빠른 속도로 발전하고 있다. 유기발광소자는 기존의 디스플레이 기술에 비해 저 전압 구동이 가능하고 전력소모가 비교적 적으며, 뛰어난 색감을 가질 뿐만 아니라, 플랙서블 기판 적용이 가능하여 다양한 활용이 가능하며, 표시 장치의 크기를 자유롭게 조절할 수 있다는 장점을 가지고 있다.

유기발광소자(organic light emitting diode, OLED)는 액정디스플레이(liquid crystal display, LCD)에 비해 시야각, 명암비 등이 우수하고 백라이트가 불필요하여 경량 및 초박형이 가능하다. 유기발광소자는 음극(전자 주입 전극; cathode)과 양극(정공 주입 전극; anode) 사이에 복수의 유기물 층, 예컨대 정공 주입층, 정공 수송층, 정공수송보조층, 전자 차단층, 발광층, 전자 전달층 등이 배치되어 형성된다.

이러한 유기발광소자 구조에서 두 전극 사이에 전압을 걸어주게 되면 음극과 양극으로부터 각각 전자와 정공이 주입되며, 발광층에서 생성된 엑시톤(exciton)이 바닥 상태로 떨어지면서 빛이 나게 된다.

유기발광소자는 양극과 음극 사이에 형성된 발광층에 전하를 주입하면 전자와 정공이 쌍을 이루어 재결합되면서 여기자(exciton; 엑시톤)을 형성한 후, 여기자의 에너지를 빛으로 방출하는 소자이다.

이 때, 여기자는 일중항 여기자(singlet exciton)와 삼중항 여기자(triplet exciton)로 존재하며, 형광 발광 물질의 경우 발광층에서 형성되는 여기자 중에 약 25%의 단일항(singlet)만이 빛을 만드는 데 사용되고 75%의 삼중항(triplet)은 대부분 열로 소실되는 반면, 인광 발광 물질은 단일항과 삼중항 모두를 빛으로 전환 시키는 발광 메커니즘을 가지고 있다. 따라서, 최근에는 발광층에 형광 물질보다 인광 물질이 많이 사용되는 추세이지만, 장기 수명화, 낮은 구동 전압의 구현 및 발광 효율의 향상 등을 통해 유기발광소자의 성능을 보다 향상시키기 위한 재료 개발이 지속되고 있다.

게다가, 인광 발광층의 유기발광소자는 정공수송층(HTL)과 발광층(EML)의 계면 및 발광층(EML)의 내부에서, 여기자(exciton)를 형성하지 못한 폴라론(polaron)에 의해 삼중항 여기자가 소광(quenching)되는 이른바, '삼중항 폴라론 소광 현상(Triplet Polaron Quenching, TPQ)'으로 알려진 현상은 유기발광소자의 효율을 저하시키는 문제점이 있다.

또한, 발광층 내부에서 여기자를 형성하지 못한 폴라론은 발광층의 도펀트와 반응하여 소광(quenching) 현상을 일으키게 되는데, 이러한 TPQ 현상은 유기발광소자의 효율을 감소시킬 뿐만 아니라, 전류밀도에 따른 색변화 현상(color-shift)을 야기하는 롤-오프(Roll-off) 현상을 심화시켜 유기발광소자 성능을 저해하게 된다.

그러므로, 상기 한계점과 문제점을 해결하여, 인광 발광 재료를 사용하는 유기발광소자의 구동전압을 낮추고, 발광 효율 및 수명을 해결하기 위한, 발광층의 유기 재료에 대한 연구 및 개발이 지속적으로 요구되고 있다.

본 발명은 유기발광소자의 구동전압, 발광 효율 및 수명을 개선할 수 있는 적색 발광층의 호스트 재료의 조합을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 유기발광소자에서 발생하는 삼중항 폴라론 소광(TPQ) 현상 및 롤-오프 현상을 감소시킬 수 있도록, 폴라론과 소광 현상을 일으키는 전하 스캐빈저(charge scavenger) 및 이를 포함하는 유기발광소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 양태에 따르면, 제1 전극; 상기 제1 전극과 마주보는 제2 전극; 및 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 배치되는 발광부;를 포함하고, 상기 발광부는 유기층을 포함하고, 상기 유기층은 정공수송층 및 적색 발광층을 포함하고, 상기 정공수송층은 정공수송 물질을 포함하고, 상기 적색 발광층은 적색 호스트 및 적색 도펀트를 포함하고, 상기 적색 호스트는 호스트 A 및 호스트 B의 서로 다른 2종 호스트를 포함하며, 상기 호스트 A 및 호스트 B는 하기 관계식 (1) 및 (2)를 만족하는, 유기발광소자를 제공할 수 있다.

[관계식 (1)] : | HOMO_{(HOST A)}| ≤ | HOMO_{(HOST B)}|

상기 관계식 (1)에서, | HOMO_{(HOST A)}| 및 | HOMO_{(HOST B)}|는 각각 상기 호스트 A 및 호스트 B의 HOMO 에너지 준위의 절대값이며,

[관계식 (2)] : | LUMO_{(HOST A)}| ≤ | LUMO_{(HOST B)}|

상기 관계식 (2)에서, | LUMO_{(HOST A)}| 및 | LUMO_{(HOST B)}|는 각각 상기 호스트 A 및 호스트 B의 LUMO 에너지 준위의 절대값이다.

본 발명에 따른 호스트 재료의 조합을 유기발광소자의 발광층에 포함함으로써, 유기발광소자의 구동전압, 효율 및 수명 특성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 유기금속 화합물(전하 스캐빈저)을 유기발광소자의 발광층에 포함함으로써, 유기발광소자에서 발생하는 삼중항 폴라론 소광(TPQ) 현상 및 롤-오프 현상을 해결할 수 있고, 이로써 유기발광소자의 구동전압, 효율 및 수명 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.

본 명세서의 효과는 이상에서 언급한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 유기발광소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 발광부를 구비하는 탠덤(tandem) 구조의 유기발광소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 2개의 발광부를 구비하는 탠덤(tandem) 구조의 유기발광소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 3개의 발광부를 구비하는 탠덤 구조의 유기발광소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 3개의 발광부를 구비하는 탠덤 구조의 유기발광소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기발광소자가 적용된 유기발광 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

본 명세서를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하에서 구성 요소를 '포함한다', '갖는다', '이루어진다', '배치한다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 구성 요소가 추가될 수 있는 것으로 해석된다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.

이하에서 구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.

이하에서 구성 요소의 '상부 (또는 하부)' 또는 구성 요소의 '상 (또는 하)'에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성 요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성 요소와 상기 구성 요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.

본 명세서에서 '인접하는 치환기가 서로 연결되어 고리(또는 고리 구조)를 형성한다'는 의미는 인접하는 치환기가 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 지환족, 방향족 고리를 형성할 수 있는 것을 의미하며, '인접하는 치환기'는 해당 치환기가 치환된 원자와 직접 연결된 원자에 치환된 치환기, 해당 치환기와 입체 구조적으로 가장 가깝게 위치한 치환기, 또는 해당 치환기가 치환된 원자에 치환된 다른 치환기를 의미할 수 있다. 예를 들어, 벤젠 고리 구조에서 오르쏘(ortho) 위치로 치환된 2개의 치환기 및 지방족 고리에서 동일 탄소에 치환된 2개의 치환기는 서로 '인접하는 치환기'로 해석될 수 있다.

본 명세서에서 HOMO 에너지 준위(eV) 및 LUMO 에너지 준위(eV)는 산화 전위 측정 방식(Cyclic voltammetry, 'CV'로 약칭)에 의한 것으로서, 구체적으로는 하기 조건 및 환산식에 따라 산출된다.

본 명세서에서 삼중항 에너지(T₁)는 2-Methyl THF 용매에 측정할 재료를 녹인 용액을 77K의 환경에서 광발광(photoluminescence)을 측정하여 얻은 PL 스펙트럼의 첫 번째 피크(peak)를 에너지 준위(energy level, 단위: eV)로 변환하여 산출한다.

이하에서는, 본 발명에 따른 유기 발광층의 재료와 이를 포함하는 유기발광소자를 설명하도록 한다.

종래에는 유기발광소자의 인광 발광층의 호스트로서는 1종의 재료를 사용하는 일반적이었으나, 본 발명자들은 예의 연구한 결과, 특정 에너지 준위의 조건을 만족하는 호스트 2종을 혼합할 경우, 구동전압을 낮추면서 발광 효율을 향상시킬 수 있음을 실험적으로 확인하고 본 발명을 완성하였으며, 이하에서 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 도 1을 참조하면, 유기발광소자(100)의 제1 전극(110) 및 제2 전극(120) 사이에 배치되는 유기층(130)은 제1 전극(110)으로부터 순차적으로 정공주입층(140, hole injection layer; HIL), 정공수송층(150, hole transfer layer; HTL), 발광층(160, emission material layer, EML), 전자수송층(170, electron transfer layer; ETL) 및 전자주입층(180, electron injection layer, EIL)을 포함하는 구조일 수 있다. 상기 전자주입층(180) 상에 제2 전극(120)을 형성하고, 그 위에 보호막(도시되어 있지 않음)을 형성할 수 있다.

본 발명의 제 1전극(110), 제2 전극(120) 및 유기층(130)에 포함되는 각 구조 층의 두께는 특별히 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 조절할 수 있다. 예를 들어, 제 1전극(110), 제2 전극(120)은 각각 50~200 nm일 수 있고, 정공주입층(140)의 두께는 5~10 nm일 수 있고, 정공수송층(150)의 두께는 5~130 nm일 수 있고, 발광층(160)의 두께는 5~50 nm일 수 있고, 전자수송층(170)의 두께는 5~50 nm일 수 있고, 전자주입층(180)의 재료는 5~50 nm일 수 있다.

또한, 도 1에는 도시되어 있지 않지만, 상기 정공수송층(150) 및 적색 발광층(160)의 사이에 정공수송보조층을 더욱 추가할 수 있다. 정공수송보조층은 정공 수송 특성이 좋은 화합물을 포함하고, 정공수송층(150)과 발광층(160) 사이의 HOMO 에너지 레벨 차이를 줄임으로써 정공의 주입 특성을 조절하여 정공수송보조층과 발광층(160)의 계면에 정공이 축적되는 것을 감소시켜 소자의 열화현상을 감소시켜 소자가 안정화되어 효율 및 수명을 개선할 수 있다.

제1 전극(110)은 양극일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 큰 도전성 물질인 ITO, IZO, 주석-산화물 또는 아연-산화물로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

제2 전극(120)은 음극일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 적은 도전성 물질인 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 은(Ag) 또는 이들의 합금이나 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

정공주입층(140)은 제1 전극(110)과 정공수송층(150) 사이에 위치할 수 있다. 정공주입층(140)은 제1 전극(110)과 정공수송층(150) 사이의 계면 특성을 개선하는 기능이 있으며, 적절한 전도성을 갖는 물질로 선택할 수 있다. 예를 들어, 정공주입층(140)은 2차 아민계 화합물, 3차 아민계 화합물, 라디알렌(radialene)계 화합물, 인다센(indacene)계 화합물, 금속 시아닌(cyanine)계 화합물 및 이들의 조합 등에서 선택될 수 있고, 구체적인 예로는, HATCN, MTDATA, TCTA, CuPc, TDAPB, PEDOT/PSS, N1,N1'-([1,1'-biphenyl]-4,4'-diyl)bis(N1,N4,N4-triphenylbenzene-1,4-diamine) 등으로 이루어지는 군에서 선택되는 화합물을 1종 이상 포함할 수 있고, 바람직하게는 HATCN을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

정공수송층(150)은 제1 전극(110)과 발광층(160) 사이에서 발광층에 인접하여 위치한다. 정공수송층(150)은 TAPC, TPD, NPB, CBP, N-(비페닐-4-일)-9,9-디메틸-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)-9H-플루오렌-2-아민, N-(비페닐-4-일)-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)비페닐)-4-아민 등으로 이루어지는 군에서 선택되는 화합물을 포함할 수 있고, 바람직하게는 TAPC 또는 NPB를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 적색 발광층(160)과 제2 전극(120) 사이에는 전자수송층(170)과 전자주입층(180)이 순차적으로 적층될 수 있다. 전자수송층(170)의 재료는 높은 전자 이동도가 요구되는데, 원활한 전자 수송을 통하여 발광층에 전자를 안정적으로 공급할 수 있다.

예컨대, 전자수송층(170)의 재료는 Alq₃(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), Liq(8-hydroxyquinolinolatolithium), PBD(2-(4-biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4oxadiazole), TAZ(3-(4-biphenyl)4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole), spiro-PBD, BAlq(bis(2-methyl-8-quinolinolate)-4-(phenylphenolato)aluminium), SAlq, TPBi(2,2',2-(1,3,5-benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole), 옥사디아졸(oxadiazole), 트리아졸(triazole), 페난트롤린(phenanthroline), 벤족사졸(benzoxazole), 벤즈티아졸(benzthiazole), ZADN(2-(4-(9,10-di(naphthalen-2-yl)anthracen-2-yl)phenyl)-1-phenyl-1H-benzo[d]imidazole) 등으로 이루어지는 군에서 선택되는 화합물을 포함할 수 있고, 바람직하게는 ZADN을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

전자주입층(180)은 전자의 주입을 원활하게 하는 역할을 하며, 전자주입 층의 재료는 Alq₃(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), PBD, TAZ, spiro-PBD, BAlq, SAlq, Bphen 등으로 이루어지는 군에서 선택되는 유기 화합물 또는 유기 금속 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

또는, 전자주입층(180)은 상기 유기 화합물(또는 유기 금속 화합물)과 금속 재료를 혼합하거나, 금속 재료 단독으로 사용할 수 있으며, 예를 들어, Bphen과 LiF을 혼합하여 전자주입층(180)으로 사용할 수 있다.

이 때, 상기 금속 재료는 예를 들어 Liq, LiF, NaF, KF, RbF, CsF, FrF, BeF₂, MgF₂, CaF₂, SrF₂, BaF₂ 및 RaF₂로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 전자주입층(180)의 재료로서, 상기 금속 재료와, 이테르븀(Yb), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 란탄늄(La) 등과 같이 일함수가 낮은 금속 원소를 추가로 혼합하여 사용할 수 있으며, 예를 들어, LiF와 이테르븀(Yb)을 혼합하여 전자주입층(180)으로 사용할 수 있다.

특히, 본 발명자들은 예의 연구한 결과, 적색 발광층(160)에 본 발명의 2종의 호스트(160' 및 160”)을 포함함으로써, 인광 발광층에서 대한 구동 전압을 더욱 낮추면서, 발광 효율은 더욱 향상시킬 수 있음을 실험적으로 확인하고 본 발명을 완성하였는바, 이하에서는 본 발명의 2종 호스트에 관하여 상세히 설명한다.

본 발명의 바람직한 일 구현예인 도 1에 도시된 것처럼, 발광층(160)은 적색 발광층으로서 2종의 호스트인 호스트 A(160') 및 호스트 B(160'')를 포함한다. 상기 2종의 호스트는, 정공 타입 호스트(red hole type host) 및 전자 타입 호스트(red electron type host)로서, 각각 호스트 A(160') 및 호스트 B(160'')로 지칭하였다.

본 발명의 호스트 A(160') 및 호스트 B(160'')로서의 작용을 수행할 수 있는 에너지 준위 관계를 만족해야 하며, 이와 같은 에너지 준위 관계를 만족하는 물질로서 바람직한 구조의 호스트 재료를 조합하여 사용할 수 있다.

구체적으로, 정공 타입 호스트인 호스트 A(160')는 정공 수송층으로부터 수송/주입 되는 정공을 발광층으로 받는 역할을 주로 수행하며, 전자 타입 호스트인 호스트 B(160'')는 전자 수송층으로부터 전자를 수송/주입하는 역할을 주로 수행할 수 있는 것을 의미한다. 이와 같은 호스트 A(160') 및 호스트 B(160'') 각각의 주된 역할이 효율적으로 수행되어, 본 발명의 목적을 달성할 수 있기 위한 관점에서 2종 호스트의 에너지 준위를 특정할 수 있다.

이러한 관점에서, 본 발명의 호스트 A(160')의 HOMO 에너지 준위의 절대값 및 LUMO 에너지 준위의 절대값 각각은, 호스트 B(160'')의 HOMO 에너지 준위의 절대값 및 LUMO 에너지 준위의 절대값 각각과 비교할 때 같거나 작은 값을 가져야 하며, 이를 하기의 관계식 (1) 및 (2)로 나타낼 수 있다.

[관계식 (1)] : | HOMO_{(HOST A)}| ≤ | HOMO_{(HOST B)}|

[관계식 (2)] : | LUMO_{(HOST A)}| ≤ | LUMO_{(HOST B)}|

상기 관계식 (1)에서, | HOMO_{(HOST A)}| 및 | HOMO_{(HOST B)}|는 각각 상기 호스트 A 및 호스트 B의 HOMO 에너지 준위의 절대값이며, 상기 관계식 (2)에서, | LUMO_{(HOST A)}| 및 | LUMO_{(HOST B)}|는 각각 상기 호스트 A 및 호스트 B의 LUMO 에너지 준위의 절대값이다.

예를 들어, 바람직하게는 상기 | HOMO_{(HOST A)}|는 5.0~6.0 (eV)일 수 있고, 상기 | HOMO_{(HOST B)}|는 5.2~6.2 (eV) 일 수 있고, 상기 | LUMO_{(HOST A)}|는 1.6~2.6 (eV) 일 수 있고, 상기 | LUMO_{(HOST B)}|는 2.0~3.0 (eV)일 수 있다.

상기 2종 호스트의 혼합 비율은 특별히 한정되지 않으며, 호스트 A는 정공 수송 특성을 가지며, 호스트 B는 전자 수송 특성을 갖기 때문에, 호스트 A 및 B를 혼합하게 되면 수명 특성이 증가한다는 이점을 나타낼 수 있으며, 구동 전압과 발광 효율 특성은 호스트 A 및 호스트 B의 혼합 비율에 따라 적절히 조절할 수 있다. 그러므로, 호스트 A 및 호스트 B의 혼합 비율은 특별히 한정되는 것은 아니며, 호스트 A : 호스트 B의 비율(중량 기준)은 예를 들어 1:9~9:1일 수 있고, 예를 들어 2:8일 수 있고, 예를 들어 3:7일 수 있고, 예를 들어 4:6일 수 있고, 예를 들어 5:5일 수 있고, 예를 들어 6:4일 수 있고, 예를 들어 7:3일 수 있고, 예를 들어 8:2일 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 양태에 따르면, 호스트 A(160')의 종류로는, 정공을 수송 및 주입하는 특성을 가진 재료를 선택하는 것이 바람직하다.

예를 들어, 호스트 A(160')는 3차 아민(tertiary amine)계 화합물 및 카바졸(carbazole)기를 포함하는 화합물 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 정공 수송/주입 특성을 갖는 호스트 재료라면 사용될 수 있다.

보다 구체적으로, 호스트 A(160')로 사용될 수 있는 재료로서 '3차 아민계 화합물'로는, 스피로(spiro) 구조를 포함하는 3차 아민계 화합물, NPB 및 이의 유도체, TAPC, TPD 등을 예로 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 호스트 A(160')로 사용될 수 있는 재료로서 '카바졸기를 포함하는 화합물'로는 mCP, TCB, CBP, TCTA 등을 예로 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상술한 호스트 A의 예시 화합물의 구조와, 대표적으로 사용될 수 있는 호스트 A 재료의 HOMO 및 LUMO 에너지 준위를 하기 표 1에 나타냈다.

NPB :

NPB의 유도체:

,

,

TAPC:

, TPD:

mCP:

, TCB:

CBP:

, TCTA:

스피로(spiro) 구조를 포함하는 3차 아민계 화합물

:

호스트 A	HOMO Energy Level (eV)	LUMO Energy Level (eV)
TAPC	-5.4 ~ -5.5	-2.5 ~ -2.7
NPB	-5.2 ~ -5.5	-2.4
mCP	-5.65	-2.09
TCTA	-5.51	-2.71
CBP	-5.55	-2.17
TPD	-5.5	-2.4

본 발명의 바람직한 일 양태에 따르면, 호스트 B의 종류로는, 전자를 수송및 주입하는 특성을 가진 재료를 선택하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 호스트 B는 피리딘(pyridine)기를 포함하는 화합물(예: TmPyPB 등), 피리미딘(pyrimidine)기를 포함하는 화합물(예: B3PYMPM 등), 트리아진(triazine)기를 포함하는 화합물, 퀴나졸린(quinazoline)기를 포함하는 화합물 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 전자 수송/주입 특성을 갖는 호스트 재료라면 본 발명의 호스트 B로서 사용될 수 있다.

보다 구체적으로, 호스트 B로 사용될 수 있는 재료로서의 화합물의 구조와, 대표적으로 사용될 수 있는 호스트 B 재료의 HOMO 및 LUMO 에너지 준위를 하기 표 2에 나타냈다.

피리딘기를 포함하는 화합물

:

피리미딘(pyrimidine)기를 포함하는 화합물

:

,

트리아진(triazine)기를 포함하는 화합물

:

퀴나졸린(quinazoline)기를 포함하는 화합물

:

호스트 B	HOMO Energy Level (eV)	LUMO Energy Level (eV)
PXZ-TRZ	-3.0	-5.6
DPTPCz	-3.08	-6.03
TmPyPB	-6.75	-2.75

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 인광 발광층은 2종의 호스트를 포함하는데, 이와 같이 2종의 호스트가 포함될 경우, 발광층에 전자 주입시 엑시플렉스(exciplex)가 생성되며, 엑시플렉스를 통해 인광 도펀트로 에너지가 전달된다. 이 때, 전자 주입시 생성된 엑시플렉스의 에너지의 크기는 정공 타입 호스트('호스트 A')의 HOMO 에너지 준위 및 전자 타입 호스트('호스트 B')의 LUMO 에너지 준위의 차이로 계산 가능하다. 효율적인 발광의 이유로 인해, 엑시플렉스 에너지의 크기는 사용되는 인광 도펀트의 삼중항 에너지(T₁)보다 큰 것을 만족하도록 인광 도펀트를 선택하는 것이 바람직하다. 이러한 관점에서, 본 발명의 유기발광소자의 발광 도펀트는 하기의 관계식 (3)을 더 만족하는 것이 바람직하다.

[관계식 (3)] : E_(exciplex) < T_{1 (RD)}

상기 관계식 (3)에서, E_(exciplex)는 엑시플렉스의 에너지 크기로서 상기 호스트 A의 HOMO 에너지 준위와 상기 호스트 B의 LUMO 에너지 준위의 차이의 절대값이고, T_{1 (RD)}은 적색 도펀트의 삼중항 에너지 준위값이다.

본 발명의 적색 발광층(160)은 적색 호스트(160' 및 160'')에 적색 도펀트(160''')가 도핑되어 형성되는데, 예를 들어, 적색 도펀트(160''')로는, 원자 번호가 큰 이리듐(Ir)이나 백금(Pt) 금속 착물(유기금속 화합물)이 바람직하고, 이리듐(Ir) 금속 착물인 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, Ir(piq)₃, Ir(piq)₂(acac), Ir(2-phq)₃, Ir(ppy)₃, Ir(ppy)₂(bpmp), Ir(ppz)₃, Ir(piq)₃, Ir(ppy)₂(bpmp) 등에서 선택되는 적색 도펀트 물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 적색 도펀트(160''')의 HOMO 에너지 레벨은 -5.5 ~ -4.8 (eV)의 범위 내이고, T₁은 1.8~2.2 (eV)의 범위 내인 것이 바람직하지만, 적색 발광층에 적용할 수 있는 것이라면 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 바람직한 다른 일 구현예인 도 2에 도시된 것처럼, 적색 발광층(160)에 호스트 A(160'), 호스트 B(160'') 및 상기 2종 호스트에 도핑된 도펀트(160''') 외에, 전하 스캐빈저(charge scavenger)(160'''')를 더 포함할 수 있다.

일반적으로는, 발광층에 호스트 물질과 이에 도핑되는 도펀트 물질 포함하며, 본 발명에서는 나아가 폴라론과 소광(quenching) 작용을 할 수 있는 물질을 추가로 도핑함으로써, 도펀트 물질의 TPQ 현상 및 롤-오프 현상을 감소시킬 수 있었는바, 이와 같은 작용ㆍ효과를 나타내는 도핑 물질을 전하 스캐빈저(160'''')로 지칭하였다.

즉, 발광층(160)의 호스트(160' 및 160'')에 도펀트(160''') 및 전하 스캐빈저(160'''')를 도핑하면, 하기와 같은 작용ㆍ효과를 나타낼 수 있다.

① 정공수송층(150)과 발광층(160)의 계면에서, 정공수송층(150)으로부터 발광층(160)의 도펀트(160''')로 주입되는 정공을 트랩(trap)함으로써, 정공수송층(150)과 발광층(160)의 계면에 정공이 축적되는 것을 감소시켜 계면에서 발생하는 도펀트(160''')의 TPQ 현상을 감소시킴으로써, 유기발광소자의 효율 및 수명을 향상시킬 수 있다.

② 발광층(160)의 내부에서, 폴라론(polaron)과 소광(quenching) 현상을 일으킴으로써, 발광층(160) 내부에서 발생하는 도펀트(160''')의 TPQ 현상을 감소시키며, 유기발광소자에서, 전류 밀도에 따른 색변화(color shift) 현상을 억제함으로써, 유기발광소자의 효율 및 수명을 향상시키고 롤-오프 현상도 개선할 수 있다.

상기와 같은 전하 스캐빈저로서의 작용ㆍ효과를 나타내기 위한 관점에서, 본 발명에 따른 유기발광소자의 적색 도펀트, 전하 스캐빈저, 정공수송층 물질은 하기 조건 (1)을 만족하는 것이 바람직하다.

[조건 (1)] : | HOMO_(RD)| ≤ | HOMO_(CS)| ≤ | HOMO_(HTL) |

이와 같이, 전하 스캐빈저(160'''')의 HOMO 에너지 준위의 절대값이 상기 조건 (1)을 만족할 때, 정공수송층(150)으로부터 발광층(160)의 도펀트(160''')로 주입되는 정공이 전하 스캐빈저(160'''')에 의해 트랩(trap)되어, TPQ 현상을 감소시킬 수 있기 때문이다.

본 발명에 따르면, 유기발광소자의 적색 도펀트(160''') 및 전하 스캐빈저(160'''')는 하기 조건 (2)를 더 만족하는 것이 바람직하다.

[조건 (2)] : T_{1 (RD)} < T_{1 (CS)}

상기 조건 (2)에서, T_{1 (RD)}은 적색 도펀트의 삼중항 에너지 준위값이고, T_{1 (CS)}는 전하 스캐빈저의 삼중항 에너지 준위값이다.

전하 스캐빈저(160'''')는 발광층(160)의 호스트(160' 및 160'')에 도핑되어 적용되므로, 적색 도펀트(160''')과 함께 발광에 참여할 수 있어, 발광층의 색좌표를 변동시켜 목적하는 컬러 구현 정확도가 감소될 수 있을 뿐만 아니라, 이러한 경우 TPQ 현상을 개선하기 어렵다. 그러므로, 전하 스캐빈저(160'''')의 삼중항 에너지 준위값이 적색 도펀트(160''')의 삼중항 에너지 준위값보다 큰 값을 가짐으로써, 전하 스캐빈저(160'''')로부터 적색 도펀트(160''')로의 에너지 이동(energy transfer)이 일어날 수 있도록 상기 조건 (2)를 만족하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 조건 (2)를 만족하면서, 적색 발광층(160)을 구현하기 위한 관점에서, 바람직하게는 상기 T_{1 (RD)}은 1.8~2.2 eV 이고, 상기 T_{1 (CS)}는 2.6 eV 이하일 수 있고, 보다 바람직하게는 상기 T_{1 (RD)}은 1.8~2.0 eV 이고, 상기 T_{1 (CS)}는 2.4 eV 이하일 수 있고, 가장 바람직하게는 상기 T_{1 (RD)}은 1.9~2.0 eV 이고, 상기 T_{1 (CS)}는 2.3 eV 이하일 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 적색 발광층(160)은 적색 호스트(160' 및 160'')에, 소자의 발광 효율 등을 향상시키기 위하여 적색 도펀트(160''') 및 전하 스캐빈저(160'''')가 도핑되어 형성될 수 있다.

바람직하게는, 2종의 적색 호스트(160' 및 160'')의 총 중량을 기준으로, 적색 도펀트(160''') 및 전하 스캐빈저(160'''') 각각의 도핑 농도는 1~30 중량%의 범위 내에서 조절할 수 있고, 이에 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어 상기 도핑 농도는 2~20 중량%일 수 있고, 예를 들어 3~15 중량%일 수 있고, 예를 들어 5~10 중량%일 수 있고, 예를 들어 3~8 중량%일 수 있고, 예를 들어 2~6 중량%일 수 있고, 예를 들어 2~5 중량%일 수 있으며, 예를 들어 3~5 중량%일 수 있으며, 사용하는 유기층의 재료의 종류에 따라 적색 도펀트(160''') 및 전하 스캐빈저(160'''') 의 도핑 농도는 적절히 조절할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 예의 연구한 결과, 전하 스캐빈저(160'''')의 도핑 농도는 적색 도펀트(160''')의 도핑 농도의 2배 미만일 수 있음을 실험적으로 확인하였다.

전하 스캐빈저(160'''')도 발광층에 도핑되면서 발광 도펀트로서 작용할 수 있기 때문에, 전하 스캐빈저의 도핑 농도가 적색 도펀트의 도핑 농도의 2배 이상이 되면 적색 도펀트를 도핑하면서 구현하고자 하는 적색 발광층을 구현해낼 수 없고, 오히려 색도 좌표계(CIEx, CIEy)가 이동하게 되어 목적하는 적색 발광 컬러가 그리니쉬(greenish)되는 문제점이 있었다.

구체적으로는, 전하 스캐빈저가 도핑되지 않은 적색 발광층의 색도 좌표계(CIEx, CIEy)를 기준으로 할 때, 전하 스캐빈저의 도핑 농도를 증가시키면서 색도 좌표계를 확인한 결과, 기준 색도 좌표계에 비해 변화량이 커지게 되면 본래 구현하고자 했던 발광 컬러를 구현하기 어려웠다. 예를 들어, CIEx 또는 CIEy의 변화량의 절대값이 0.004~0.005를 초과하게 되면, 실제 소자 제작시 그리니쉬(greenish)되는 경향을 보이며, 특히, 적색 발광층에서는 CIEx가 컬러 구현도에 있어 보다 중요한 인자로 작용할 수 있다.

따라서, 발광층(160)에 전하 스캐빈저(160'''')를 추가로 포함함으로써, TPQ 및 롤-오프 현상을 개선하여 유기발광소자의 효율을 향상시킬 수 있지만, 정확한 컬러 구현을 위해서는 전하 스캐빈저(160'''')의 도핑 농도는 적색 도펀트(160''')의 도핑 농도의 2배 미만으로 조절하는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 일 양태에 따르면, 전하 스캐빈저(160'''')로서 본 발명의 하기 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물인 이리듐 착체 화합물(Iridium complex compound)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

[화학식 1] Ir(L_A)_m(L_B)_n

상기 화학식 1에서, L_A는 주 리간드로서 하기 화학식 2-1, 화학식 2-2 및 화학식 2-3으로 구성된 군에서 선택되는 하나이고, L_B는 하기 화학식 3으로 표시되는 보조 리간드이며, 주 리간드 및 보조 리간드에서 2-페닐피리딘 부분에 표시되어 있는 점선은 중심 금속인 Ir(이리듐)에 결합되는 것을 표시한 것이다.

[화학식 2-1]

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[화학식 2-2]

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[화학식 2-3]

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[화학식 3]

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상기 화학식 2-1 내지 2-3 각각에서, 상기 X는 각각 독립적으로 O, S, NR₇및C(R₈)(R₉)으로 구성된 군에서 선택되는 하나일 수 있고, 상기 R₇, R₈, 및 R₉은 각각 독립적으로 C1~C30의 알킬, C3~C30의 시클로알킬, C1~C30의 헤테로알킬, C1~C30 아릴알킬, C1~C30의 알콕시, C1~C30의 아릴옥시, 아미노, 실릴, C2~C30의 알케닐, C3~C30의 시클로알케닐, C3~C30의 헤테로알케닐, C2~C30의 알키닐, C6~C40의 아릴, C3~C40의 헤테로아릴에서 선택될 수 있고,

상기 R_1-1, R_1-2, R_1-3, R_1-4, R_2-1, R_2-2, R_2-3, R_2-4, R_3-1, R_3-2,R_3-3,R_3-4, R_4-1, R_4-2 및 R_4-3은 독립적으로 수소, 중수소, 할라이드, C1~C30의 알킬, C3~C30의 시클로알킬, C1~C30의 헤테로알킬, C1~C30 아릴알킬, C1~C30의 알콕시, C1~C30의 아릴옥시, 아미노, 실릴, C2~C30의 알케닐, C3~C30의 시클로알케닐, C3~C30의 헤테로알케닐, C2~C30의 알키닐, C6~C40의 아릴, C3~C40의 헤테로아릴, 아실, 카보닐, 카복실산, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 설파닐, 설피닐, 설포닐, 포스피노 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있고,

상기 R_1-1, R_1-2, R_1-3, R_1-4, R_2-1, R_2-2, R_2-3, R_2-4, R_3-1, R_3-2,R_3-3,R_3-4, R_4-1, R_4-2 및 R_4-3 중 인접하는 2개의 치환기는 서로 연결되어, 치환 또는 비치환된 C3~C20의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2~C20의 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C7~C20의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C2~C20의 헤테로아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C3~C20의 사이클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6~C30의 아릴기, 및 치환 또는 비치환된 C3~C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 고리 구조를 형성할 수 있고;

상기 화학식 3에서, 상기 R_5-1, R_5-2, R_5-3, R_5-4, R_6-1, R_6-2, R_6-3 및 R_6-4은 각각 독립적으로 수소, 중수소, C1~C5의 직쇄형 알킬기, 및 C1~C5의 분쇄형 알킬기로 이루어진 군에서 선택될 수 있고, 상기 C1~C5의 직쇄형 알킬기 또는 C1~C5의 분쇄형 알킬기는 중수소 및 할로겐 원소 중 선택되는 하나 이상으로 치환될 수 있으며,

상기 R_5-1, R_5-2, R_5-3, R_5-4, R_6-1, R_6-2, R_6-3 및 R_6-4 중 인접하는 2개의 치환기는 서로 연결되어, 치환 또는 비치환된 C3~C20의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2~C20의 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C7~C20의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C2~C20의 헤테로아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C3~C20의 사이클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6~C30의 아릴기, 및 치환 또는 비치환된 C3~C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 고리 구조를 형성할 수 있고,

상기 m은 1, 2 또는 3이고, n은 0, 1 또는 2이고, m 및 n의 합은 3일 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 양태에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물은, 헤테로렙틱(heteroleptic) 또는 호모렙틱(homoleptic) 구조일 수 있고, 예를 들어, 상기 화학식 1에서 m은 1이고, n은 2인 헤테로렙틱 구조; m은 2이고, n은 1인 헤테로렙틱 구조; 또는 m은 3이고, n은 0인 호모렙틱 구조일 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 양태에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물은 하기 화합물 1 내지 화합물 20으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있지만, 화학식 1의 정의에 속하는 것이라면 이에 한정되는 것은 아니다.

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및

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본 발명의 유기발광소자는 탠덤(tandem) 구조를 가지는 백색 유기발광소자일 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따른 탠덤 유기발광소자의 경우, 단일 발광 스택(또는 발광부)는 전하생성층(CGL, Charge Generation Layer)에 의해 2개 이상 연결된 구조로 형성될 수 있다. 상기 유기발광소자는 기판 상에 서로 대항된 제1 전극 및 제2 전극과 상기 제1 및 제2 전극 사이에 적층되어 특정한 파장대의 빛을 방사하는 발광층을 가지는 2개 이상의 복수의 발광 스택(stack; 발광부)을 포함할 수 있다. 복수의 발광 스택(발광부)은 서로 같은 색을 발광하거나 다른 색을 발광하도록 할 수 있다. 또한, 1개의 발광 스택(발광부)에도 발광층을 1개 이상 포함할 수 있고, 복수의 발광층은 서로 같거나 다른 색의 발광층일 수 있다.

본 발명의 예시적인 구현예인 도 3 및 도 4는 2개의 발광부를 가지는 탠덤 구조의 유기발광소자를 개략적으로 도시한 단면도이며, 도 4는 발광층(262)에 전하 스캐빈저(262''')를 더 포함한다는 점에서만 도 3과 차이점이 있는바, 이하에서 도 3에 관하여 설명하는 사항은 전하 스캐빈저(262'''') 외에는 도 4에도 동일하게 적용된다.

본 발명의 예시적인 구현예인 도 5및 도 6은 3개의 발광부를 가지는 탠덤 구조의 유기발광소자를 개략적으로 도시한 단면도이며, 도 6은 발광층(262)에 전하 스캐빈저(262''')를 더 포함한다는 점에서만 도 5와 차이점이 있는바, 이하에서 도 5에 관하여 설명하는 사항은 전하 스캐빈저(262'''') 외에는 도 6에도 동일하게 적용된다.

도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 유기발광소자(100)는 서로 마주하는 제1 전극(110) 및 제2 전극(120)과, 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 위치하는 유기층(230)을 포함한다. 상기 유기층(230)은 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 위치하며 제1 발광층(261)을 포함하는 제1 발광부(ST1)와, 제1 발광부(ST1)와 제2 전극(120) 사이에 위치하며 제2 발광층(262)를 포함하는 제2 발광부(ST2)와, 제1 및 제2 발광부(ST1 및 ST2) 사이에 위치하는 전하생성층(CGL)을 포함한다. 상기 전하생성층(CGL)은 N형 전하생성층(291) 및 P형 전하생성층(292)를 포함할 수 있다. 상기 제1 발광층(261) 및 제2 발광층(262) 중 하나 이상은 본 발명에 따른 적색 발광층일 수 있다.

예컨대, 도 3에 도시된 것처럼, 제2 발광부(ST2)의 제2 발광층(262)은 2종의 적색 호스트로서, 호스트 A(262') 및 호스트 B(262'')를 포함할 수 있고, 적색 도펀트(262''')가 포함될 수 있다.

또한, 도 4에 도시된 것처럼, 제2 발광층(262)은 적색 도펀트(262''')와 함께 전하 스캐빈저(262'''')을 더 포함할 수 있고, 상기 전하 스캐빈저(262'''')는 본 발명의 화학식 1 로 표시되는 유기금속 화합물을 포함할 수 있다.

도 3 및 4에 명시적으로 도시되어 있지는 않지만, 제1 및 제2 발광부(ST1 및 ST2) 각각에는 제1 발광층(261) 및 제2 발광층(262) 외에, 추가 발광층을 더 포함할 수 있다.

도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 유기발광소자(100)는 서로 마주하는 제1 전극(110) 및 제2 전극(120)과, 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 위치하는 유기층(330)을 포함한다. 상기 유기층(330)은 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 위치하며 제1 발광층(261)을 포함하는 제1 발광부(ST1); 제2 발광층(262)를 포함하는 제2 발광부(ST2); 제3 발광층(263)을 포함하는 제3 발광부(ST3); 제1 및 제2 발광부(ST1 및 ST2) 사이에 위치하는 제1 전하생성층(CGL1); 및 제2 및 제3 발광부(ST2 및 ST3) 사이에 위치하는 제2 전하생성층(CGL2)을 포함한다. 상기 제1 및 제2 전하생성층(CGL1 및 CGL2)은 각각 N형 전하생성층(291, 293) 및 P형 전하생성층(292, 294)를 포함할 수 있다.

예컨대, 도 5에 도시된 것처럼, 제2 발광부(ST2)의 제2 발광층(262)은 2종의 적색 호스트로서, 호스트 A(262') 및 호스트 B(262'')를 포함할 수 있고, 적색 도펀트(262''')가 포함될 수 있다.

또한, 도 6에 도시된 것처럼, 제2 발광층(262)은 적색 도펀트(262''')와 함께 전하 스캐빈저(262'''')을 더 포함할 수 있고, 상기 전하 스캐빈저(262'''')는 본 발명의 화학식 1 로 표시되는 유기금속 화합물을 포함할 수 있다.

도 5 및 6에 명시적으로 도시되어 있지는 않지만, 제1 및 제2 발광부(ST1 및 ST2) 각각에는 제1 발광층(261) 및 제2 발광층(262) 외에, 추가 발광층을 더 포함할 수 있다.

나아가, 본 발명의 일 구현예에 따른 유기발광소자는, 제1 전극 및 제2 전극 사이에 4개 이상의 발광부와 3개 이상의 전하생성층이 배치된 탠덤 구조를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 유기발광소자는 유기발광 표시장치 및 유기발광소자를 적용한 조명 장치 등에 활용될 수 있다. 일 구현예로, 도 7은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기발광소자가 적용된 유기발광 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 유기발광 표시장치(3000)는 기판(3010)과, 유기발광소자(4000)와, 유기발광소자(4000)를 덮는 인캡슐레이션 필름(3900)을 포함할 수 있다. 기판(3010) 상에는 구동 소자인 구동 박막트랜지스터(Td)와, 구동 박막트랜지스터(Td)에 연결되는 유기발광소자(4000)가 위치한다.

도 7에 명시적으로 도시하지는 않았으나, 기판(3010) 상에는 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선과 데이터 배선, 게이트 배선 및 데이터 배선 중 어느 하나와 평행하게 이격되어 연장되는 파워 배선, 게이트 배선 및 데이터 배선에 연결되는 스위칭 박막트랜지스터, 파워 배선 및 스위칭 박막트랜지스터의 일 전극에 연결되는 스토리지 캐패시터가 더 형성된다.

구동 박막트랜지스터(Td)는 스위칭 박막트랜지스터에 연결되며, 반도체층(3100)과, 게이트 전극(3300)과, 소스 전극(3520)과 드레인 전극(3540)을 포함한다.

반도체층(3100)은 기판(3010) 상에 형성되며, 산화물 반도체 물질로 이루어지거나 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다. 반도체층(3100)이 산화물 반도체 물질로 이루어질 경우 반도체층(3100) 하부에는 차광패턴(도시하지 않음)이 형성될 수 있으며, 차광패턴은 반도체층(3100)으로 빛이 입사되는 것을 방지하여 반도체층(3100)이 빛에 의해 열화되는 것을 방지한다. 이와 달리, 반도체층(3100)은 다결정 실리콘으로 이루어질 수도 있으며, 이 경우 반도체층(3100)의 양 가장자리에 불순물이 도핑되어 있을 수 있다.

반도체층(3100) 상부에는 절연물질로 이루어진 게이트 절연막(3200)이 기판(3010) 전면에 형성된다. 게이트 절연막(3200)은 실리콘산화물 또는 실리콘질화물과 같은 무기절연물질로 이루어질 수 있다.

게이트 절연막(3200) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 게이트 전극(3300)이 반도체층(3100)의 중앙에 대응하여 형성된다. 게이트 전극(3300)은 스위칭 박막트랜지스터에 연결된다.

게이트 전극(3300) 상부에는 절연물질로 이루어진 층간 절연막(3400)이 기판(3010) 전면에 형성된다. 층간 절연막(3400)은 실리콘산화물이나 실리콘질화물과 같은 무기 절연물질로 형성되거나, 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)이나 포토아크릴(photo-acryl)과 같은 유기 절연물질로 형성될 수 있다.

층간 절연막(3400)은 반도체층(3100)의 양측을 노출하는 제1 및 제2 반도체층 콘택홀(3420, 3440)을 갖는다. 제1 및 제2 반도체층 콘택홀(3420, 3440)은 게이트 전극(3300)의 양측에 게이트 전극(3300)과 이격되어 위치한다.

층간 절연막(3400) 상에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어지는 소스 전극(3520)과 드레인 전극(3540)이 형성된다. 소스 전극(3520)과 드레인 전극(3540)은 게이트 전극(3300)을 중심으로 이격되어 위치하며, 각각 제1 및 제2 반도체층 콘택홀(3420, 3440)을 통해 반도체층(3100)의 양측과 접촉한다. 소스 전극(3520)은 파워 배선(미도시)에 연결된다.

반도체층(3100)과, 게이트 전극(3300), 소스 전극(3520), 드레인 전극(3540)은 구동 박막트랜지스터(Td)를 이루며, 구동 박막트랜지스터(Td)는 반도체층(3100)의 상부에 게이트 전극(3300), 소스 전극(3520) 및 드레인 전극(3540)이 위치하는 코플라나(coplanar) 구조를 가진다.

이와 달리, 구동 박막트랜지스터(Td)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. 한편, 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 구동 박막트랜지스터(Td)와 실질적으로 동일한 구조를 가질 수 있다.

한편, 유기발광 표시장치(3000)는 유기발광소자(4000)에서 생성된 빛을 흡수하는 컬러 필터(3600)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터(3600)는 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 광을 흡수할 수 있다. 이 경우, 광을 흡수하는 적색, 녹색 및 청색의 컬러 필터 패턴이 각각의 화소영역 별로 분리되어 형성될 수 있으며, 이들 각각의 컬러 필터 패턴은 흡수하고자 하는 파장 대역의 빛을 방출하는 유기발광소자(4000) 중의 유기층(4300)과 각각 중첩되게 배치될 수 있다. 컬러 필터(3600)를 채택함으로써, 유기발광 표시장치(3000)는 풀-컬러(full-color)를 구현할 수 있다.

예를 들어, 유기발광 표시장치(3000)가 하부 발광 방식(bottom-emission type)인 경우, 유기발광소자(4000)에 대응하는 층간 절연막(3400) 상부에 광을 흡수하는 컬러 필터(3600)가 위치할 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 유기발광 표시장치(3000)가 상부 발광 방식(top-emission type)인 경우, 컬러 필터는 유기발광소자(4000)의 상부, 즉 제2 전극(4200) 상부에 위치할 수도 있다. 일례로, 컬러 필터(3600)는 2 내지 5 ㎛의 두께로 형성될 수 있다.

한편, 구동 박막트랜지스터(Td)의 드레인 전극(3540)을 노출하는 드레인 콘택홀(3720)을 갖는 보호층(3700)이 구동 박막트랜지스터(Td)를 덮으며 형성된다.

보호층(3700) 상에는 드레인 콘택홀(3720)을 통해 구동 박막트랜지스터(Td)의 드레인 전극(3540)에 연결되는 제1 전극(4100)이 각 화소 영역 별로 분리되어 형성된다.

제1 전극(4100)은 양극(anode)일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 큰 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(4100)은 ITO, IZO 또는 ZnO와 같은 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다.

한편, 유기발광 표시장치(3000)가 상부 발광 방식(top-emission type)인 경우, 제1 전극(4100) 하부에는 반사전극 또는 반사층이 더욱 형성될 수 있다. 예를 들어, 반사전극 또는 반사층은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 은(Ag), 니켈(Ni), 알루미늄-팔라듐-구리(aluminum-paladium-copper: APC) 합금 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.

보호층(3700) 상에는 제1 전극(4100)의 가장자리를 덮는 뱅크층(3800)이 형성된다. 뱅크층(3800)은 화소영역에 대응하여 제1 전극(4100)의 중심을 노출시킨다.

제1 전극(4100) 상에는 유기층(4300)이 형성되고, 필요에 따라 유기발광소자(4000)는 탠덤(tandem) 구조를 가질 수 있으며, 탠덤 구조에 대해서는 본 발명의 예시적인 실시형태를 나타내는 도 3 내지 도 6과 이에 대한 상기 설명을 참조한다.

유기층(4300)이 형성된 기판(3010) 상부로 제2 전극(4200)이 형성된다. 제2 전극(4200)은 표시영역의 전면에 위치하며 일함수 값이 비교적 작은 도전성 물질로 이루어져 음극(cathode)으로 이용될 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(4200)은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 알루미늄-마그네슘 합금(Al-Mg) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.

제1 전극(4100), 유기층(4300) 및 제2 전극(4200)은 유기발광소자(4000)를 형성한다.

제2 전극(4200) 상에는, 외부 수분이 유기발광소자(4000)로 침투하는 것을 방지하기 위해, 인캡슐레이션 필름(encapsulation film, 3900)이 형성된다. 도 7에 명시적으로 도시하지 않았으나, 인캡슐레이션 필름(3900)은 제1 무기층과, 유기층과 무기층이 순차 적층된 삼중층 구조를 가질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

이하 본 발명의 제조예 및 실시예를 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명의 일 예시일뿐 이에 한정되는 것은 아니다.

< 리간드의 제조예 >

(1) 리간드 A의 제조

Step 1) 리간드 A-3 의 제조

질소 분위기에서 500ml 둥근 바닥 플라스크에 화합물 SM-1 (6.12 g, 20 mmol), SM-2 (3.04 g, 20 mmol), Pd(PPh₃)₄ (1.2 g, 1 mmol), K₂CO₃ (8.3 g, 60 mmol) 을 톨루엔 (toluene) 200 ml 와 물 50 ml 혼합물에 녹인 후 12시간 동안 가열 환류 교반하였다. 유기층을 클로로포름으로 추출하고 물로 세척하였다. 무수황산마크네슘으로 수분을 제거하고 필터로 거른 후, 유기용매를 감압 하에서 증류하여 제거하여 컬럼정제하여 화합물 A-3 (6.35 g, 수율 : 88 %)을 얻었다.

Step 2) 리간드 A-2의 제조

질소 분위기에서 500ml 둥근 바닥 플라스크에 A-3 (7.22 g, 20 mmol), 1M BBr₃ (46 ml, 46 mmol), CH₂Cl₂ (300 ml)를 넣고 0℃ 에서 8시간 교반하고 실온에서 overnight 반응시켰다. 반응 종료 후, 포화 NaHCO₃ 수용액으로 중화했다. 시료를 분액 깔대기에 옮겨 CH₂Cl₂로 추출 후, 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 상기 화합물 A-2 (5.93 g, 수율: 89 %)를 제조하였다.

Step 3) 리간드 A-1의 제조

질소 분위기에서 500ml 둥근 바닥 플라스크에 A-2 (6.66 g, 20 mmol), K₂CO₃ (6.07 g, 44 mmol), NMP (200 ml) 를 넣고 150^oC에서 8시간 교반 후, 실온까지 냉각했다. 시료를 분액 깔대기에 옮기고 물(200 ml)을 가하여 AcOEt로 추출했다. 시료를 컬럼 크로마토그래피로 상기 화합물 A-1 (5.16 g, 수율 : 88 %)를 제조하였다.

Step 4) 리간드 A의 제조

질소 분위기에서 500ml 둥근 바닥 플라스크에 화합물 A-1 (5.86 g, 20 mmol), SM (3.98 g, 20 mmol), Pd(PPh₃)₄ (2.3 g, 2 mmol), P(t-Bu)₃ (0.81 g, 4 mmol), NaOtBu (7.7 g, 80 mmol) 을 톨루엔 (toluene) 200 ml에 녹인 후 12시간 동안 가열 환류 교반하였다. 유기층을 클로로포름으로 추출하고 물로 세척하였다. 무수황산마크네슘으로 수분을 제거하고 필터로 거른 후, 유기용매를 감압 하에서 증류하여 제거하여 컬럼정제하여 화합물 A (7.33 g, 수율 : 89 %)을 얻었다.

(2) 리간드 B의 제조

1000 ml 둥근바닥 플라스크에 BB (5.16 g, 4.8 mmol), silver trifluoromethanesulfonate (AgOTf, 3.6 g, 14.3 mmol), dichloromethane을 넣고 상온에서 16시간 동안 교반하였다. 반응이 종료된 후 celite로 필터하여 고체를 제거한다. 용매를 감압 증류하여 제거 후 생성된 고체 화합물 B (6.03 g, 수율 : 88%)을 얻었다.

(3) 리간드 C의 제조

질소 분위기에서 500ml 둥근 바닥 플라스크에 화합물 SM-3 (6.04 g, 20 mmol), SM-4 (4.68 g, 20 mmol), Pd(PPh₃)₄ (1.2 g, 1 mmol), K₂CO₃ (8.3 g, 60 mmol) 을 톨루엔 (toluene) 200 ml 와 물 50 ml 혼합물에 녹인 후 12시간 동안 가열 환류 교반하였다. 유기층을 클로로포름으로 추출하고 물로 세척하였다. 무수 황산마크네슘으로 수분을 제거하고 필터로 거른 후, 유기용매를 감압 하에서 증류하여 제거하여 컬럼정제하여 화합물 C (7.48 g, 수율 : 91 %)을 얻었다.

<유기금속 화합물의 제조예>

화합물 1의 제조

질소 분위기에서 100ml 둥근 바닥 플라스크에 이리듐 전구체 B (2.15 g. 3.5 mmol)와 리간드 A (1.44 g, 3 mmol)를 mixed solvent (2-ethoxyethanol : DMF = 40 ml : 40 ml)에 넣고 130도에서 48시간 교반하였다. 반응이 종료된 후, 디클로로메탄과 증류수로 유기층을 추출하고 용매는 감압증류를 통하여 제거하였다. Crude product를 toluene : Hexane으로 컬럼크로마토그래피를 실시하여 화합물 1 (2.57 g, 수율 : 94%)을 얻었다.

화합물 13의 제조

질소 분위기에서 100ml 둥근 바닥 플라스크에 이리듐 전구체 B (2.15 g. 3.5 mmol)와 리간드 C (1.44 g, 3 mmol)를 mixed solvent (2-ethoxyethanol : DMF = 40 ml : 40 ml)에 넣고 130도에서 48시간 교반하였다. 반응이 종료된 후, 디클로로메탄과 증류수로 유기층을 추출하고 용매는 감압증류를 통하여 제거하였다. Crude product를 toluene : Hexane으로 컬럼크로마토그래피를 실시하여 화합물 13 (2.48 g, 수율 : 83%)을 얻었다.

<실시예> : 유기발광소자의 제작

ITO(인듐 주석 산화물)을 1,000Å두께로 박막 코팅된 유리 기판을 세척한 후, 이소프로필 알코올, 아세톤, 메탄올 등의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨다. 준비된 ITO 투명 전극 위에 정공 주입 재료로 HATCN을 10nm 두께로 열 진공 증착한 후, 정공 수송 재료로 TAPC를 30 nm의 두께로 열 진공 증착하였다.

상기 정공 수송 재료 위에, 호스트 A인 NPB 및 호스트 B인 DPTPCz를 6 : 4의 비율(중량 기준)로 혼합한 후, 상기 호스트 혼합물의 중량 기준으로 도펀트인 Ir(piq)₂(acac)를 도핑 농도 5%로 도핑하여, 적색 발광층 재료를 제조하였으며, 이를 적색 발광층의 두께 20 nm가 되도록 열 진공 증착하였다.

상기 적색 발광층 위에 전자 수송 재료로 ZADN(두께: 25 nm) 및 전자 주입 재료로 BPhen+Li (두께: 20 nm)를 순차적으로 열 진공 증착한 후, 100 nm 두께의 알루미늄을 증착하여 음극을 형성하여, 유기발광소자를 제작하였다.

[에너지 준위]

상기 도펀트로 사용된 Ir(piq)₂(acac)의 HOMO 에너지 준위는 -5.0(eV) 내지 -5.1(eV)이고, T₁은 2.00(eV)이다.

상기 정공수송층으로 사용된 TAPC의 HOMO 에너지 준위는 -5.5(eV)이다.

상기 호스트로 사용된 재료의 HOMO 에너지 준위 및 LUMO 에너지 준위는 본 명세서의 표 1 및 2에 기재되어 있다.

<실험군 1> : 실시예 1 및 비교예 1-1~1-2 및

상기 <실시예>와 동일하게 제작된 유기발광소자를 실시예 1-1로 하였다. 또한, 하기 표 3에 나타낸 것처럼 실시예 1-1과 동일하되, 호스트 A로 사용된 NBP만을 사용한 경우를 비교예 1-1로, 호스트 B로 사용된 DPTPCz만을 사용한 경우를 비교예 1-22로 하였다.

상기 비교예 1-1~1-2 및 실시예 1-1의 유기발광소자에 대하여, 휘도계를 이용하여 10 mA/cm²의 전류밀도로 외부양자효율(External Quantum efficiency; EQE, %), 구동전압(Driving Voltage, V) 및 22.5mA/cm²으로 가속한 수명 특성 값인 T95(%)을 측정하였다. T95는 수명(Lifetime)의 평가방법으로, 유기발광소자가 최초 밝기의 5%를 잃는데 걸리는 시간을 의미한다.

실시예 1-1을 기준으로 하여 비교예 1-1~1-2의 구동전압 차이 값을 계산하고, 실시예 1-1의 EQE 및 수명(T95) 측정값을 기준(100%)으로 했을 때의 상대값을 계산하여, 하기 표 4에 나타냈다.

	호스트	도펀트
실시예 1-1	NPB + DPTPCz	Ir(piq)₂(acac)
비교예 1-1	NPB (Host A)	Ir(piq)₂(acac)
비교예 1-2	DPTPCz (Host B)	Ir(piq)₂(acac)

	구동전압 차이	EQE	수명 (T95)
실시예 1-1	0.00	100%	100%
비교예 1-1	-0.07	12%	64%
비교예 1-2	0.15	116%	87%

상기 표 3 및 4의 결과로부터 알 수 있는 것처럼, 호스트로서 1종만 사용하는 비교예 1-1은, 본 발명의 2종 호스트를 포함하는 실시예 1-1과 비교할 때, 구동전압은 다소 더 낮아지는 경향을 나타냈으나, 발광효율(EQE)이 거의 1/10로 감소하여 효율이 매우 떨어졌고, 수명 특성이 현저히 낮아지는 결과를 나타냈다.

또한, 호스트로서 1종만 사용하는 비교예 1-2는 본 발명의 2종 호스트를 포함하는 실시예 1-1과 비교할 때, 발광효율이 다소 증가되었으나, 구동전압은 더 증가하였고, 수명 특성도 유의미하게 낮아는 결과를 나타냈다.

<실험군 2> : 실시예 2-1~2-3 및 비교예 2-1~2-2

상기 <실시예>와 동일하게 제작된 유기발광소자를 실시예 2-1로 하였다(실험군 1의 실시예 1-1과 동일함).

하기 표 5에 나타낸 것처럼, 상기 <실시예>과 동일하되, 전하 스캐빈저로서 화합물 1 및 화합물 13을 각각 도핑 농도 3%로 추가한 유기발광소자를 각각 실시예 2-2 및 2-3으로 하였다.

또한, 상기 실시예 2-2와 동일하되, 화합물 1 대신 Ir(ppy)₂(acac) 및 FIrPic를 각각 도핑 농도 3%로 추가한 유기발광소자를 각각 비교예 2-1 및 2-2로 하였다.

[에너지 준위]

상기 FIrPic의 HOMO 에너지 준위는 -5.6(eV)이고, T₁은 2.65(eV)이다.

상기 화합물 1의 HOMO 에너지 준위는 -5.12(eV)이고, T₁은 2.25(eV)이다.

상기 화합물 13의 HOMO 에너지 준위는 -5.12(eV)이고, T₁은 1.95(eV)이다.

상기 TAPC의 HOMO 에너지 준위는 -5.5(eV)이다.

상기 제조된 실험군 2의 각각의 유기발광소자에 대하여, 다음과 같이 데이터를 산출하여, 하기 표 6에 나타냈다.

1) CIE 1931 색도좌표계에 따라, CIEx 및 CIEy를 각각 기록하였다.

2) 휘도계를 이용하여 10 mA/cm²의 전류밀도로 외부양자효율(External Quantum efficiency; EQE, %)을 측정하였다.

3) 0.25 mA/cm²부터 100 mA/cm²까지의 전류밀도를 측정한 후, 0.25 mA/cm²에서의 EQE를 기준으로 하여, 100 mA/cm²에서의 EQE를 상대값으로 측정하는 Normalized EQE를 각각 계산하였다.

4) 계산된 0.25 mA/cm² 및 100 mA/cm²에서의 Normalized EQE의 값을 이용하여 하기 식 1에 따라 롤-오프(Roll-off) 값을 계산하였다.

[식 1]

상기 식 1의 의미는 저계조(0.25 mA/cm²)에서의 EQE 대비 고계조(100 mA/cm²)에서의 EQE를 백분율로서, 전류밀도 값이 증가함에 따라 발생하는 EQE의 감소율을 계산하여, 이를 롤-오프(roll-off) 값으로 하였다.

또한, 각 실험군에서의 기준값에 비하여 롤-오프(%)이 증가하면 롤-오프 현상이 개선된 것을 의미한다.

	호스트	도펀트	전하 스캐빈저	HTL
실시예 2-1	NPB + DPTPCz	Ir(piq)₂(acac)	-	TAPC
실시예 2-2	NPB + DPTPCz	Ir(piq)₂(acac)	화합물 1	TAPC
실시예 2-3	NPB + DPTPCz	Ir(piq)₂(acac)	화합물 13	TAPC
비교예 2-1	NPB + DPTPCz	Ir(piq)₂(acac)	Ir(ppy)₂(acac)	TAPC
비교예 2-2	NPB + DPTPCz	Ir(piq)₂(acac)	FIrPic	TAPC

	EQE	Normalized EQE (@ 0.25 mA/cm²)	Normalized EQE (@ 100 mA/cm²)	Roll-off	CIEx	CIEy
실시예 2-1	100%	1.0	0.53	53%	0.680	0.317
실시예 2-2	110%	1.0	0.57	57%	0.680	0.317
실시예 2-3	102%	1.0	0.54	53%	0.676	0.322
비교예 2-1	96%	1.0	0.53	52%	0.679	0.318
비교예 2-2	94%	1.0	0.52	51%	0.679	0.319

상기 표 5 및 6의 결과로부터 알 수 있는 것처럼, 본 발명의 조건 (1) 또는 조건 (1) 및 (2)를 만족하는 전하 스캐빈저를 도핑한 실시예 2-2 및 2-3은, 실시예 2-1과 비교할 때, 발광효율(EQE)가 증가하거나, 발광효율의 증가와 함께 롤-오프 현상도 개선된 것을 알 수 있었다. 반면, 조건 (1) 및 (2)를 만족하지 않는 전하 스캐빈저를 도핑한 경우인 비교예 2-1 및 2-2는 전하 스캐빈저를 도핑하지 않은 실시예 2-1보다도 오히려 EQE가 낮아졌고, 롤-오프 현상도 더 심화되어 열화된 결과를 나타냈다.

<실험군 3> : 참고 실험예 1~11

상기 <실시예>와 동일하게 유기발광소자를 제작하되, 하기 표 7에 나타낸 것처럼, 전하 스캐빈저가 도핑되지 않은 참고 실험예 1, 전하 스캐빈저로서 도핑된 화합물 1의 도핑 농도를 1%부터 10%까지 1%씩 증가시키면서 유기발광소자를 제작하였다.

이들 유기발광소자 각각에 대하여 상기 <실험군 2>의 '1)~4)' 항목처럼 유기발광소자의 성능 시험을 수행하였고, 이를 표 8에 기재하였으며, 실험군 3에서는 참고 실험예 1을 기준값으로 하였다.

	호스트	도펀트 (5%)	전하 스캐빈저 (도핑 농도)	HTL
참고 실험예 1	NPB + DPTPCz	Ir(piq)₂(acac)	-	TAPC
참고 실험예 2	NPB + DPTPCz	Ir(piq)₂(acac)	화합물 1 (1%)	TAPC
참고 실험예 3	NPB + DPTPCz	Ir(piq)₂(acac)	화합물 1 (2%)	TAPC
참고 실험예 4	NPB + DPTPCz	Ir(piq)₂(acac)	화합물 1 (3%)	TAPC
참고 실험예 5	NPB + DPTPCz	Ir(piq)₂(acac)	화합물 1 (4%)	TAPC
참고 실험예 6	NPB + DPTPCz	Ir(piq)₂(acac)	화합물 1 (5%)	TAPC
참고 실험예 7	NPB + DPTPCz	Ir(piq)₂(acac)	화합물 1 (6%)	TAPC
참고 실험예 8	NPB + DPTPCz	Ir(piq)₂(acac)	화합물 1 (7%)	TAPC
참고 실험예 9	NPB + DPTPCz	Ir(piq)₂(acac)	화합물 1 (8%)	TAPC
참고 실험예 10	NPB + DPTPCz	Ir(piq)₂(acac)	화합물 1 (9%)	TAPC
참고 실험예 11	NPB + DPTPCz	Ir(piq)₂(acac)	화합물 1 (10%)	TAPC

	EQE	Normalized EQE (@ 0.25 mA/cm²)	Normalized EQE (@ 100 mA/cm²)	Roll-off	CIEx	CIEy
참고 실험예 1	100%	1.0	0.53	53%	0.680	0.317
참고 실험예 2	107%	1.0	0.57	57%	0.680	0.317
참고 실험예 3	107%	1.0	0.57	57%	0.680	0.317
참고 실험예 4	110%	1.0	0.57	57%	0.680	0.317
참고 실험예 5	112%	1.0	0.57	57%	0.680	0.317
참고 실험예 6	113%	1.0	0.57	57%	0.680	0.317
참고 실험예 7	114%	1.0	0.58	58%	0.680	0.317
참고 실험예 8	114%	1.0	0.58	58%	0.680	0.317
참고 실험예 9	115%	1.0	0.58	58%	0.680	0.318
참고 실험예 10	113%	1.0	0.57	57%	0.678	0.320
참고 실험예 11	112%	1.0	0.56	56%	0.676	0.322

상기 표 7 및 8의 결과로부터 알 수 있는 것처럼, 본 발명의 조건 (1) 및 (2)를 만족하는 화합물 1을 전하 스캐빈저로 도핑한 경우, 단 1%만을 도핑하더라도, 전하 스캐빈저가 도핑되지 않은 참고 실험예 1에 비하여 모두 EQE(%)가 증가하였고, 롤-오프 현상도 개선되었음을 알 수 있다.

다만, 참고 실험예 11의 경우, 전하 스캐빈저의 도핑 농도(10%)가 도펀트의 도핑 농도인 5%의 2배였는데, 참고 비교예 1과 비교할 때 CIEx의 차이가 0.004, CIEy의 차이가 0.005였으며, 실제로 유기발광소자의 컬러가 그리니쉬(greenish)하게 색 변화 현상이 관찰되었는바, 도펀트의 도핑 농도의 2배를 넘을 경우 목적하는 적색 컬러의 구현에 문제점이 있음을 확인할 수 있었다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 명세서는 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 명세서의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 명세서의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 명세서의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 명세서의 보호 범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 명세서의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100, 4000 : 유기발광소자
110, 4100 : 제1 전극
120, 4200 : 제2 전극
130, 230, 330, 4300 : 유기층
140 : 정공주입층
150 : 정공수송층, 251 : 제1 정공수송층, 252 : 제 2 정공수송층, 253 : 제3 정공수송층
160 : 적색 발광층, 261 : 제1 발광층, 262 : 제2 발광층, 263 : 제3 발광층
160', 262' : 호스트 A
160'', 262'' : 호스트 B
160''', 262''' : 도펀트
160'''', 262'''' : 전하 스캐빈저
170 : 전자수송층, 271 : 제1 정공수송층, 272 : 제 2 정공수송층, 273 : 제3 정공수송층
180 : 전자주입층
3000 : 유기발광 표시장치
3010 : 기판
3100 : 반도체층
3200 : 게이트 절연막
3300 : 게이트 전극
3400 : 층간 절연막
3420, 3440 : 제1 및 제2 반도체층 콘택홀
3520 : 소스 전극
3540 : 드레인 전극
3600 : 컬러 필터
3700 : 보호층
3720 : 드레인 콘택홀
3800 : 뱅크층
3900 : 인캡슐레이션 필름

Claims

제1 전극; 상기 제1 전극과 마주보는 제2 전극; 및 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 배치되는 발광부;를 포함하고,
상기 발광부는 유기층을 포함하고, 상기 유기층은 정공수송층 및 적색 발광층을 포함하고,
상기 정공수송층은 정공수송 물질을 포함하고,
상기 적색 발광층은 적색 호스트 및 적색 도펀트를 포함하고,
상기 적색 호스트는 호스트 A 및 호스트 B의 서로 다른 2종 호스트를 포함하며,
상기 호스트 A 및 호스트 B는 하기 관계식 (1) 및 (2)를 만족하는, 유기발광소자:
[관계식 (1)] : | HOMO_{(HOST A)}| ≤ | HOMO_{(HOST B)}|
상기 관계식 (1)에서, | HOMO_{(HOST A)}| 및 | HOMO_{(HOST B)}|는 각각 상기 호스트 A 및 호스트 B의 HOMO 에너지 준위의 절대값이며,
[관계식 (2)] : | LUMO_{(HOST A)}| ≤ | LUMO_{(HOST B)}|
상기 관계식 (2)에서, | LUMO_{(HOST A)}| 및 | LUMO_{(HOST B)}|는 각각 상기 호스트 A 및 호스트 B의 LUMO 에너지 준위의 절대값이다.
제1항에 있어서,
상기 | HOMO_{(HOST A)}|는 5.0~6.0 (eV)이고, 상기 | HOMO_{(HOST B)}|는 5.2~6.2 (eV)이고,
상기 | LUMO_{(HOST A)}|는 1.6~2.6 (eV)이며, 상기 | LUMO_{(HOST B)}|는 2.0~3.0 (eV)인, 유기발광소자.
제1항에 있어서,
하기 관계식 (3)을 더 만족하는, 유기발광소자:
[관계식 (3)] : E_(exciplex) < T_{1 (RD)}
상기 관계식 (3)에서, E_(exciplex)는 엑시플렉스의 에너지 준위로서 상기 호스트 A의 HOMO 에너지 준위와 상기 호스트 B의 LUMO 에너지 준위의 차이의 절대값이고, T_{1 (RD)}은 적색 도펀트의 삼중항 에너지 준위값이다.
제1항에 있어서,
상기 호스트 A는 3차 아민(tertiary amine)계 화합물 및 카바졸기(carbazole group)기를 포함하는 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함하는, 유기발광소자.
제1항에 있어서,
상기 호스트 B는 피리딘(pyridine)기를 포함하는 화합물, 피리미딘(pyrimidine)기를 포함하는 화합물, 트리아진(triazine)기를 포함하는 화합물, 및 퀴나졸린(quinazoline)기를 포함하는 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함하는, 유기발광소자.
제1항에 있어서,
상기 적색 발광층은 전하 스캐빈저(charge scavenger)를 더 포함하고, 하기 조건 (1)을 만족하는, 유기발광소자:
[조건 (1)] : | HOMO_(RD)| ≤ | HOMO_(CS)| ≤ | HOMO_(HTL) |
상기 조건 (1)에서, | HOMO_(RD)|는 적색 도펀트의 HOMO 에너지 준위의 절대값이고, | HOMO_(CS)|는 전하 스캐빈저의 HOMO 에너지 준위의 절대값이고, | HOMO_(HTL)|는 정공수송층 물질의 HOMO 에너지 준위의 절대값이다.
제6항에 있어서,
하기 조건 (2)를 더 만족하는, 유기발광소자:
[조건 (2)] : T_{1 (RD)} < T_{1 (CS)}
상기 조건 (2)에서, T_{1 (RD)}은 적색 도펀트의 삼중항 에너지 준위값이고, T_{1 (CS)}는 전하 스캐빈저의 삼중항 에너지 준위값이다.
제6항에 있어서,
상기 | HOMO_(RD)|는 4.8~5.5 (eV)인, 유기발광소자.
제7항에 있어서,
상기 T_{1 (RD)}은 1.8~2.2 (eV) 이고,
상기 T_{1 (CS)}는 2.6 (eV) 이하인, 유기발광소자.
제6항에 있어서,
상기 전하 스캐빈저는 하기 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물을 포함하는, 유기발광소자.
[화학식 1] Ir(L_A)_m(L_B)_n
상기 화학식 1에서, L_A는 주 리간드(main ligand)로서 하기 화학식 2-1, 화학식 2-2 및 화학식 2-3으로 구성된 군에서 선택되는 하나이고, L_B는 하기 화학식 3으로 표시되는 보조 리간드(ancillary ligand)이며,
[화학식 2-1]
,
[화학식 2-2]
,
[화학식 2-3]
,
[화학식 3]
,
상기 화학식 2-1 내지 2-3 각각에서, 상기 X는 각각 독립적으로 O, S, NR₇및C(R₈)(R₉)으로 구성된 군에서 선택되는 하나이고, 상기 R₇, R₈, 및 R₉은 각각 독립적으로 C1~C30의 알킬, C3~C30의 시클로알킬, C1~C30의 헤테로알킬, C1~C30 아릴알킬, C1~C30의 알콕시, C1~C30의 아릴옥시, 아미노, 실릴, C2~C30의 알케닐, C3~C30의 시클로알케닐, C3~C30의 헤테로알케닐, C2~C30의 알키닐, C6~C40의 아릴, C3~C40의 헤테로아릴에서 선택되며,
상기 R_1-1, R_1-2, R_1-3, R_1-4, R_2-1, R_2-2, R_2-3, R_2-4, R_3-1, R_3-2,R_3-3,R_3-4, R_4-1, R_4-2 및 R_4-3은 독립적으로 수소, 중수소, 할라이드, C1~C30의 알킬, C3~C30의 시클로알킬, C1~C30의 헤테로알킬, C1~C30 아릴알킬, C1~C30의 알콕시, C1~C30의 아릴옥시, 아미노, 실릴, C2~C30의 알케닐, C3~C30의 시클로알케닐, C3~C30의 헤테로알케닐, C2~C30의 알키닐, C6~C40의 아릴, C3~C40의 헤테로아릴, 아실, 카보닐, 카복실산, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 설파닐, 설피닐, 설포닐, 포스피노 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되며,
상기 R_1-1, R_1-2, R_1-3, R_1-4, R_2-1, R_2-2, R_2-3, R_2-4, R_3-1, R_3-2,R_3-3,R_3-4, R_4-1, R_4-2 및 R_4-3 중 인접하는 2개의 치환기는 서로 연결되어, 치환 또는 비치환된 C3~C20의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2~C20의 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C7~C20의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C2~C20의 헤테로아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C3~C20의 사이클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6~C30의 아릴기, 및 치환 또는 비치환된 C3~C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 고리 구조를 형성할 수 있고;
상기 화학식 3에서, 상기 R_5-1, R_5-2, R_5-3, R_5-4, R_6-1, R_6-2, R_6-3 및 R_6-4은 각각 독립적으로 수소, 중수소, C1~C5의 직쇄형 알킬기, 및 C1~C5의 분쇄형 알킬기로 이루어진 군에서 선택되고, 상기 C1~C5의 직쇄형 알킬기 또는 C1~C5의 분쇄형 알킬기는 중수소 및 할로겐 원소 중 선택되는 하나 이상으로 치환될 수 있으며,
상기 R_5-1, R_5-2, R_5-3, R_5-4, R_6-1, R_6-2, R_6-3 및 R_6-4 중 인접하는 2개의 치환기는 서로 연결되어, 치환 또는 비치환된 C3~C20의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2~C20의 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C7~C20의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C2~C20의 헤테로아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C3~C20의 사이클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6~C30의 아릴기, 및 치환 또는 비치환된 C3~C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 고리 구조를 형성할 수 있고,
상기 m은 1, 2 또는 3이고, n은 0, 1 또는 2이고, m 및 n의 합은 3이다.
제10항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물은, 하기 화합물 1 내지 화합물 20으로 이루어진 군에서 선택된 하나인, 유기발광소자:

,
,
,
,

,
,
,
,

,
,
,
,

,
,
,
,

,
,
및
.
제6항에 있어서,
상기 적색 호스트의 총 중량을 기준으로,
상기 적색 도펀트의 도핑 농도는 1~30 중량%이고,
상기 전하 스캐빈저의 도핑 농도는 1~30 중량%인, 유기발광소자.
제12항에 있어서,
상기 전하 스캐빈저의 도핑 농도는, 상기 적색 도펀트의 도핑 농도의 2배 미만인, 유기발광소자.
제1항에 있어서,
상기 유기층은 정공주입층, 전자수송층 및 전자주입층으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 더 포함하는, 유기발광소자.
상기 제1 전극과 마주보는 제2 전극; 및
상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 위치하는 제1발광부 및 제2발광부를 포함하고,
상기 제1발광부 및 제2발광부는 각각 하나 이상의 발광층을 포함하고,
상기 발광층 중 적어도 하나는 적색 발광층이고,
상기 적색 발광층은 적색 호스트 및 적색 도펀트를 포함하고,
상기 적색 호스트는 호스트 A 및 호스트 B의 서로 다른 2종 호스트를 포함하는 것이며,
상기 호스트 A 및 호스트 B는 하기 관계식 (1) 및 (2)를 만족하는, 유기발광소자:
[관계식 (1)] : | HOMO_{(HOST A)}| ≤ | HOMO_{(HOST B)}|
상기 관계식 (1)에서, | HOMO_{(HOST A)}| 및 | HOMO_{(HOST B)}|는 각각 상기 호스트 A 및 호스트 B의 HOMO 에너지 준위의 절대값이며,
[관계식 (2)] : | LUMO_{(HOST A)}| ≤ | LUMO_{(HOST B)}|
상기 관계식 (2)에서, | LUMO_{(HOST A)}| 및 | LUMO_{(HOST B)}|는 각각 상기 호스트 A 및 호스트 B의 LUMO 에너지 준위의 절대값이다.
제15항에 있어서,
상기 적색 발광층은 전하 스캐빈저(charge scavenger)를 더 포함하고, 하기 조건 (1)을 만족하는, 유기발광소자:
[조건 (1)] : | HOMO_(RD)| ≤ | HOMO_(CS)| ≤ | HOMO_(HTL) |
상기 조건 (1)에서, | HOMO_(RD)|는 적색 도펀트의 HOMO 에너지 준위의 절대값이고, | HOMO_(CS)|는 전하 스캐빈저의 HOMO 에너지 준위의 절대값이고, | HOMO_(HTL)|는 정공수송층 물질의 HOMO 에너지 준위의 절대값이다.
상기 제1 전극과 마주보는 제2 전극; 및
상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 위치하는 제1발광부, 제2발광부 및 제3발광부를 포함하고,
상기 제1발광부, 제2발광부 및 제3발광부는 각각 하나 이상의 발광층을 포함하고,
상기 발광층 중 적어도 하나는 적색 발광층이고,
상기 적색 발광층은 적색 호스트 및 적색 도펀트를 포함하고,
상기 적색 호스트는 호스트 A 및 호스트 B의 서로 다른 2종 호스트를 포함하는 것이며,
상기 호스트 A 및 호스트 B는 하기 관계식 (1) 및 (2)를 만족하는, 유기발광소자:
[관계식 (1)] : | HOMO_{(HOST A)}| ≤ | HOMO_{(HOST B)}|
상기 관계식 (1)에서, | HOMO_{(HOST A)}| 및 | HOMO_{(HOST B)}|는 각각 상기 호스트 A 및 호스트 B의 HOMO 에너지 준위의 절대값이며,
[관계식 (2)] : | LUMO_{(HOST A)}| ≤ | LUMO_{(HOST B)}|
상기 관계식 (2)에서, | LUMO_{(HOST A)}| 및 | LUMO_{(HOST B)}|는 각각 상기 호스트 A 및 호스트 B의 LUMO 에너지 준위의 절대값이다.
제17항에 있어서,
상기 적색 발광층은 전하 스캐빈저(charge scavenger)를 더 포함하고, 하기 조건 (1)을 만족하는, 유기발광소자:
[조건 (1)] : | HOMO_(RD)| ≤ | HOMO_(CS)| ≤ | HOMO_(HTL) |
상기 조건 (1)에서, | HOMO_(RD)|는 적색 도펀트의 HOMO 에너지 준위의 절대값이고, | HOMO_(CS)|는 전하 스캐빈저의 HOMO 에너지 준위의 절대값이고, | HOMO_(HTL)|는 정공수송층 물질의 HOMO 에너지 준위의 절대값이다.
기판;
상기 기판에 위치하는 구동 소자; 및
상기 기판에 위치하며 상기 구동 소자에 연결되는 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 유기발광소자;를 포함하는 유기발광 표시장치.