KR20230101296A - 유기발광다이오드 및 이를 포함하는 유기발광 표시장치 - Google Patents

유기발광다이오드 및 이를 포함하는 유기발광 표시장치 Download PDF

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KR20230101296A
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박진호
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Abstract

본 발명은, 제 1 전극과; 상기 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극과; 제 1 발광물질층과 제 1 전자수송층을 포함하며 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 1 발광부와; 제 2 발광물질층을 포함하며 상기 제 1 발광부와 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 2 발광부와; 상기 제 1 전자수송층과 접하고 상기 제 1 전자수송층과 상기 제 2 발광부 사이에 위치하는 n형 전하생성층과; 상기 n형 전하생성층과 접하고 상기 n형 전하생성층과 상기 제 2 발광부 사이에 위치하는 p형 전하생성층을 포함하며, 상기 제 1 전자수송층은 제 1 화합물을 포함하고, 상기 n형 전하 생성층은 제 2 화합물과 n형 도펀트를 포함하며, 상기 제 1 화합물의 LUMO 에너지 레벨은 상기 제 2 화합물의 LUMO 에너지 레벨보다 높고, 상기 제 1 화합물의 LUMO 에너지 레벨과 상기 제 2 화합물의 LUMO 에너지 레벨 차이는 0.3~1.0eV인 유기발광다이오드를 제공한다.

Description

유기발광다이오드 및 이를 포함하는 유기발광 표시장치{ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE AND ORGANIC LIGHT EMITTING DISPLAY DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 유기발광다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 낮은 구동 전압을 갖는 유기발광다이오드 및 이를 포함하는 유기발광 표시장치에 관한 것이다.
표시장치의 대형화에 따라 공간 점유가 적은 평면표시소자의 요구가 증대되고 있는데, 이러한 평면표시소자 중 하나로서 유기발광다이오드를 포함하며 유기전계발광소자(organic electroluminescent device: OELD)라고도 불리는 유기발광 표시장치(organic light emitting display (OLED) device)의 기술이 빠른 속도로 발전하고 있다.
유기발광다이오드는 양극에서 주입된 정공(hole)과 음극에서 주입된 전자(electron)가 발광물질층에서 결합하여 엑시톤을 형성하여 불안정한 에너지 상태(excited state)로 되었다가, 안정한 바닥 상태(ground state)로 돌아오며 빛을 방출한다.
높은 발광효율 구현을 위해, 적어도 두 발광부를 포함하는 탠덤 구조의 유기발광다이오드가 제안되었다. 그러나, 탠덤 구조의 유기발광다이오드는 구동 전압이 높은 문제를 갖는다.
본 발명은 탠덤 구조의 유기발광다이오드의 높은 구동 전압 문제를 해결하고자 한다.
위와 같은 과제의 해결을 위해, 본 발명은, 제 1 전극과; 상기 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극과; 제 1 발광물질층과 제 1 전자수송층을 포함하며 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 1 발광부와; 제 2 발광물질층을 포함하며 상기 제 1 발광부와 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 2 발광부와; 상기 제 1 전자수송층과 접하고 상기 제 1 전자수송층과 상기 제 2 발광부 사이에 위치하는 n형 전하생성층과; 상기 n형 전하생성층과 접하고 상기 n형 전하생성층과 상기 제 2 발광부 사이에 위치하는 p형 전하생성층을 포함하며, 상기 제 1 전자수송층은 제 1 화합물을 포함하고, 상기 n형 전하 생성층은 제 2 화합물과 n형 도펀트를 포함하며, 상기 제 1 화합물의 LUMO 에너지 레벨은 상기 제 2 화합물의 LUMO 에너지 레벨보다 높고, 상기 제 1 화합물의 LUMO 에너지 레벨과 상기 제 2 화합물의 LUMO 에너지 레벨 차이는 0.3~1.0eV인 유기발광다이오드를 제공한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 1 화합물은 화학식1로 표시되며,
[화학식1]
Figure pat00001
X1, X2, X3 각각은 독립적으로 N 또는 CR이고, X1, X2, X3 중 적어도 하나는 N이며, R은 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되고, L1은 C6 내지 C30의 아릴렌기이며, a는 0 또는 1이고, Ar1, Ar2 각각은 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 2 화합물은 화학식3으로 표시되며,
[화학식3]
Figure pat00002
L2는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴렌기이고, b는 0 또는 1이며, Ar3는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기와 치환 또는 비치환되고 O와 S 중 적어도 하나를 포함하는 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 n형 도펀트는 Li 또는 Cs인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 p형 전하생성층은 제 3 화합물과 p형 도펀트를 포함하고, 상기 제 3 화합물의 LUMO 에너지 레벨은 상기 제 2 화합물의 LUMO 에너지 레벨보다 높은 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 3 화합물의 LUMO 에너지 레벨과 상기 제 2 화합물의 LUMO 에너지 레벨 차이는 1.0~2.0eV인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 3 화합물은 화학식5로 표시되며,
[화학식5]
Figure pat00003
R1, R2 각각은 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10의 알킬기, C6 내지 C30의 아릴기로 이루어진 군에서 선택되거나 서로 연결되어 고리를 형성하며, Y는 단일결합 또는 NR3이고, R3는 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10의 알킬기, C6 내지 C30의 아릴기로 이루어진 군에서 선택되며, c1은 0 내지 4의 정수이고, c2는 0 내지 5의 정수이며, c3와 c4 각각은 독립적으로 0 또는 1인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 p형 도펀트의 LUMO 에너지 레벨은 상기 제 3 화합물의 HOMO 에너지 레벨보다 높고, 상기 p형 도펀트의 LUMO 에너지 레벨과 상기 제 3 화합물의 HOMO 에너지 레벨 차이는 0.1~0.5eV인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 1 발광부는 상기 제 1 전자수송층과 접하며 상기 제 1 발광물질층과 상기 제 1 전자수송층 사이에 위치하는 정공차단층을 더 포함하고, 상기 정공차단층은 상기 화학식1로 표시되는 정공차단물질을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 1 화합물과 상기 정공차단물질은 같거나 다른 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 2 발광부는, 상기 제 2 발광물질층 하부에 위치하며 상기 p형 전하생성층과 접하는 정공수송층을 더 포함하고, 상기 정공수송층은 상기 화학식5로 표시되는 정공수송물질을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 3 화합물은 상기 정공수송물질과 같거나 다른 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 정공수송물질의 LUMO 에너지 레벨과 상기 제 3 화합물의 LUMO 에너지 레벨 차이는 0~0.2eV인 것을 특징으로 한다.
다른 관점에서, 본 발명은, 적색 화소영역, 녹색 화소영역, 청색 화소영역을 포함하는 기판과; 상기 기판 상에 상기 적색 화소영역에 대응하여 위치하는 전술한 유기발광다이오드를 포함하는 유기발광 표시장치를 제공한다.
본 발명의 유기발광다이오드에서는, 전자수송층, n형 전하생성층, p형 전하생성층이 특정 조건을 만족함으로써, 유기발광다이오드의 구동전압이 감소한다.
즉, 전자수송층의 제 1 화합물의 LUMO 에너지 레벨은 n형 전하생성층의 호스트(제 2 화합물)의 LUMO 에너지 레벨보다 높고, 전자수송층의 제 1 화합물의 LUMO 에너지 레벨과 n형 전하생성층의 호스트의 LUMO 에너지 레벨 차이는 0.3~1.0eV인 조건은 만족한다.
또한, p형 전하생성층의 호스트(제 3 화합물)의 LUMO 에너지 레벨은 n형 전하생성층의 호스트의 LUMO 에너지 레벨보다 높고, p형 전하생성층의 호스트의 LUMO 에너지 레벨과 n형 전하생성층의 호스트의 LUMO 에너지 레벨 차이는 1.0~2.0eV인 조건은 만족한다.
또한, p형 전하생성층의 p형 도펀트의 LUMO 에너지 레벨은 p형 전하생성층의 호스트의 HOMO 에너지 레벨보다 높고, p형 전하생성층의 p형 도펀트의 LUMO 에너지 레벨과 p형 전하생성층의 호스트의 HOMO 에너지 레벨 차이는 0.1~0.5eV인 조건을 만족한다.
또한, 전자수송층, N형 전하생성층, P형 전하생성층, 정공수송층 각각이 특정 화합물을 포함함으로써, 유기발광다이오드의 구동전압이 더욱 감소한다.
또한, 전자수송층과 n형 전하생성층이 동일한 코어의 화합물을 포함함으로써, 전자수송층과 n형 전하생성층 간 계면 특성이 향상됨고, 이에 따라 유기발광다이오드의 구동전압이 더욱 감소한다.
또한, 전자수송층에 인접한 정공차단층이 특정 조건을 만족하고 전자수송층과 동일한 코어의 화합물을 포함함으로써, 유기발광다이오드의 구동전압이 더욱 감소한다.
도 1은 본 발명에 따른 유기발광 표시장치의 개략적인 회로도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기발광 표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기발광 표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기발광 표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 유기발광다이오드 일부의 에너지 밴드 다이어그램이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 유기발광 표시장치의 개략적인 회로도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 유기발광 표시장치에는, 서로 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 게이트 배선(GL)과, 데이터 배선(DL) 및 파워 배선(PL)이 형성된다. 화소영역(P)에는, 스위칭 박막트랜지스터(Ts), 구동 박막트랜지스터(Td), 스토리지 커패시터(Cst) 및 유기발광다이오드(D)가 형성된다. 화소영역(P)은 적색 화소영역, 녹색 화소영역 및 청색 화소영역을 포함할 수 있다.
스위칭 박막트랜지스터(Ts)는 게이트 배선(GL) 및 데이터 배선(DL)에 연결되고, 구동 박막트랜지스터(Td) 및 스토리지 커패시터(Cst)는 스위칭 박막트랜지스터(Ts)와 파워 배선(PL) 사이에 연결된다. 유기발광다이오드(D)는 구동 박막트랜지스터(Td)에 연결된다.
이러한 유기발광 표시장치에서는, 게이트 배선(GL)에 인가된 게이트 신호에 따라 스위칭 박막트랜지스터(Ts)가 턴-온(turn-on) 되면, 데이터 배선(DL)에 인가된 데이터 신호가 스위칭 박막트랜지스터(Ts)를 통해 구동 박막트랜지스터(Td)의 게이트 전극과 스토리지 커패시터(Cst)의 일 전극에 인가된다.
구동 박막트랜지스터(Td)는 게이트 전극에 인가된 데이터 신호에 따라 턴-온 되며, 그 결과 데이터 신호에 비례하는 전류가 파워 배선(PL)으로부터 구동 박막트랜지스터(Td)를 통하여 유기발광다이오드(D)로 흐르게 되고, 유기발광다이오드(D)는 구동 박막트랜지스터(Td)를 통하여 흐르는 전류에 비례하는 휘도로 발광한다.
이때, 스토리지 커패시터(Cst)에는 데이터신호에 비례하는 전압으로 충전되어, 일 프레임(frame) 동안 구동 박막트랜지스터(Td)의 게이트 전극의 전압이 일정하게 유지되도록 한다.
따라서, 유기발광 표시장치는 원하는 영상을 표시할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기발광 표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 유기발광 표시장치(100)는 기판(110)과, 기판(110) 상부에 위치하는 박막트랜지스터(Tr)와, 박막트랜지스터(Tr)를 덮는 평탄화층(150)과, 평탄화층(150) 상에 위치하며 박막트랜지스터(Tr)에 연결되는 유기발광다이오드(D)를 포함한다. 기판(110)에는 적색 화소영역, 녹색 화소영역, 청색 화소영역이 정의된다.
기판(110)은 유리 기판 또는 플렉서블(flexible) 기판일 수 있다. 예를 들어, 플렉서블 기판은 polyimide(PI) 기판, polyethersulfone(PES) 기판, polyethylenenaphthalate(PEN) 기판, polyethylene terephthalate(PET) 기판 및 polycarbonate(PC) 기판 중 하나일 수 있다.
기판(110) 상에 버퍼층(122)이 형성되고, 버퍼층(122) 상에 박막트랜지스터(Tr)가 형성된다. 버퍼층(122)은 생략될 수 있다. 버퍼층(122)은 산화실리콘 또느 질화실리콘과 같은 무기절연물질로 이루어질 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. 이와 달리, 반도체층(120)은 다결정 실리콘으로 이루어질 수도 있으며, 이 경우 반도체층(120)의 양 가장자리에 불순물이 도핑될 수 있다.
반도체층(120)의 상부에는 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(120)은 게이트 전극(130)과 동일한 모양으로 패터닝 될 수도 있다.
게이트 전극(130) 상부에는 층간 절연막(132)이 기판(110) 전면에 형성된다. 층간 절연막(132)은 실리콘산화물 또는 실리콘질화물과 같은 무기 절연 물질로 형성되거나, 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)이나 포토 아크릴(photo-acryl)과 같은 유기 절연 물질로 형성될 수 있다.
층간 절연막(132)은 반도체층(120)의 양측 상면을 노출하는 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(134, 136)을 갖는다. 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(134, 136)은 게이트 전극(130)의 양측에서 게이트 전극(130)과 이격되어 위치한다. 도 2에서, 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(134, 136)은 층간 절연막(132)과 게이트 절연막(122)에 형성되고 있다. 이와 달리, 게이트 절연막(122)이 게이트 전극(130)과 동일한 모양으로 패터닝 될 경우, 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(134, 136)은 층간 절연막(132) 내에만 형성될 수 있다.
층간 절연막(132) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 소스 전극(144)과 드레인 전극(146)이 형성된다. 소스 전극(144)과 드레인 전극(146)은 게이트 전극(130)을 중심으로 이격되어 위치하며, 각각 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(134, 136)을 통해 반도체층(120)의 양측과 접촉한다.
반도체층(120), 게이트 전극(130), 소스 전극(144) 및 드레인 전극(146)은 박막트랜지스터(Tr)를 이루며, 박막트랜지스터(Tr)는 구동 소자(driving element)로 기능한다. 즉, 박막트랜지스터(Tr)는 도 1의 구동 박막트랜지스터(Td)이다.
도 2에서, 박막트랜지스터(Tr)는 반도체층(120)의 상부에 게이트 전극(130), 소스 전극(144) 및 드레인 전극(146)이 위치하는 코플라나(coplanar) 구조를 갖는다. 이와 달리, 박막트랜지스터(Tr)는 반도체층의 하부에 게이트 전극이 위치하고, 반도체층의 상부에 소스 전극과 드레인 전극이 위치하는 역 스태거드(inverted staggered) 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 반도체층은 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다.
도시하지 않았으나, 게이트 배선과 데이터 배선이 서로 교차하여 화소 영역을 정의하며, 게이트 배선과 데이터 배선에 연결되는 스위칭 소자인 스위칭 박막트랜지스터가 더 형성된다. 스위칭 소자는 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)에 연결된다. 또한, 파워 배선이 데이터 배선 또는 데이터 배선과 평행하게 이격되어 형성되며, 일 프레임(frame) 동안 박막트랜지스터(Tr)의 게이트 전극의 전압을 일정하게 유지되도록 하기 위한 스토리지 캐패시터가 더 구성될 수 있다.
소스 전극(144)과 드레인 전극(146) 상부에는 평탄화층(150)이 기판(110) 전면에 형성된다. 평탄화층(150)은 상면이 평탄하며, 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(146)을 노출하는 드레인 컨택홀(152)을 갖는다.
유기발광다이오드(D)는 평탄화층(150) 상에 위치하며 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(146)에 연결되는 제 1 전극(210)과, 제 1 전극(210) 상에 순차 적층되는 유기 발광층(220) 및 제 2 전극(230)을 포함한다. 유기발광다이오드(D)는 적색 화소영역, 녹색 화소영역 및 청색 화소영역 각각에 위치하며 적색, 녹색 및 청색 광을 각각 발광할 수 있다.
제 1 전극(210)은 각각의 화소영역 별로 분리되어 형성된다. 제 1 전극(210)은 양극(anode)일 수 있으며, 일함수(work function) 값이 비교적 큰 도전성 물질, 예를 들어 투명 도전성 산화물(transparent conductive oxide; TCO)로 이루어지는 투명 도전성 산화물층과 반사층을 포함할 수 있다. 즉, 제 1 전극(210)은 반사전극이다.
제 1 전극(210)의 투명 도전성 산화물층은 인듐-주석-산화물 (indium-tin-oxide; ITO), 인듐-아연-산화물(indium-zinc-oxide; IZO), 인듐-주석-아연-산화물(indium-tin-zinc oxide; ITZO), 주석산화물(SnO), 아연산화물(ZnO), 인듐-구리-산화물(indium-copper-oxide; ICO) 및 알루미늄:산화아연(Al:ZnO; AZO) 중 어느 하나로 이루어지고, 반사층은 은(Ag) 또는 은과 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 인듐(In), 네오디뮴(Nd) 중 적어도 하나와의 합금, 알루미늄-팔라듐-구리(aluminum-palladium-copper: APC) 합금으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 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 유기 발광층(220)이 형성된다. 유기 발광층은, 제 1 발광물질층과 제 1 전자수송층을 포함하는 제 1 발광부와, 제 2 발광물질층을 포함하는 제 2 발광부와, n형 전하생성층과 p형 전하생성층을 포함하며 제 1 발광부와 제 2 발광부 사이에 위치하는 전하생성층을 포함한다.
제 1 전자수송층의 제 1 화합물의 LUMO 에너지 레벨은 n형 전하생성층의 호스트(제 2 화합물)의 LUMO 에너지 레벨보다 높고, 제 1 전자수송층의 제 1 화합물의 LUMO 에너지 레벨과 n형 전하생성층의 호스트의 LUMO 에너지 레벨 차이는 0.3~1.0eV이다.
또한, p형 전하생성층의 호스트(제 3 화합물)의 LUMO 에너지 레벨은 n형 전하생성층의 호스트의 LUMO 에너지 레벨보다 높고, p형 전하생성층의 호스트의 LUMO 에너지 레벨과 n형 전하생성층의 호스트의 LUMO 에너지 레벨 차이는 1.0~2.0eV일 수 있다.
또한, p형 전하생성층의 p형 도펀트의 LUMO 에너지 레벨은 p형 전하생성층의 호스트의 HOMO 에너지 레벨보다 높고, p형 전하생성층의 p형 도펀트의 LUMO 에너지 레벨과 p형 전하생성층의 호스트의 HOMO 에너지 레벨 차이는 0.1~0.5eV일 수 있다.
제 1 전자수송층의 제 1 화합물과 n형 전하생성층의 호스트는 코어를 동일하고 치환기는 다르다.
제 1 발광부는 제 1 전자수송층과 접하는 정공차단층을 더 포함할 수 있다. 이때, 정공차단층은 제 4 화합물을 포함하고, 제 4 화합물은 제 1 전자수송층의 호스트(제 1 화합물)과 동일한 코어를 갖는다.
유기 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 합금, 예를 들어 마그네슘-은 합금(MgAg)로 이루어질 수 있다. 제 2 전극(230)은 얇은 두께, 예를 들어 10nm 내지 30nm의 두께를 가져 광투과(반투과) 특성을 갖는다.
이와 달리, 하부발광방식 유기발광표시장치(100)에서, 제 1 전극(210)이 투과전극이고, 제 2 전극(230)이 반사전극일 수 있다. 이 경우, 제 1 전극(210)은 투명 도전성 산화물층의 단일층 구조를 가질 수 있다.
도시하지 않았으나, 유기발광다이오드(D1)는 제 2 전극(230) 상에 위치하는 캡핑층(capping layer)을 더 포함할 수 있다. 캡핑층에 의해 유기발광 표시장치(100)의 광 효율이 더욱 향상된다.
제 2 전극(230) 상에는, 외부 수분이 유기발광다이오드(D1)로 침투하는 것을 방지하기 위해, 인캡슐레이션 필름(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.
도시하지 않았으나, 유기발광표시장치(100)는 적색, 녹색 및 청색 화소영역에 대응하는 컬러 필터(도시하지 않음)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터는 유기발광다이오드(D1)의 상부 또는 인캡슐레이션 필름의 상부에 위치할 수 있다.
또한, 유기발광 표시장치(100)는, 인캡슐레이션 필름(170) 또는 컬러필터(도시하지 않음) 상에 커버 윈도우(도시하지 않음)가 부착될 수 있다. 이때, 기판(110)과 커버 윈도우가 플렉서블 소재로 이루어진 경우, 플렉서블 유기발광 표시장치를 구성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기발광 표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 유기발광표시장치(300)는 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP), 청색 화소영역(BP)이 정의된 기판(310)과, 기판(310) 상부에 위치하는 박막트랜지스터(Tr)와, 박막트랜지스터(Tr) 상부에 위치하며 박막트랜지스터(Tr)에 연결되는 유기발광다이오드(D)를 포함한다.
기판(310)은 유리 기판 또는 플렉서블(flexible) 기판일 수 있다.
기판(310) 상에 버퍼층(312)이 형성되고, 버퍼층(312) 상에 박막트랜지스터(Tr)가 형성된다. 버퍼층(312)은 생략될 수 있다.
박막트랜지스터(Tr)는 버퍼층(312) 위에 위치한다. 박막트랜지스터(Tr)는 반도체층, 게이트 전극, 소스 전극, 드레인 전극을 포함하고 구동 소자로 기능한다. 즉, 박막트랜지스터(Tr)는 구동 박막트랜지스터(도 1의 Td)일 수 있다.
박막트랜지스터(Tr) 상에는 평탄화층(350)이 위치한다. 평탄화층(350)은 상면이 평탄하며, 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극을 노출하는 드레인 컨택홀(352)을 갖는다.
유기발광다이오드(D)는 평탄화층(350) 상에 위치하며 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극에 연결되는 제 1 전극(210)과, 제 1 전극(210) 상에 순차 적층되는 유기 발광층(220) 및 제 2 전극(230)을 포함한다. 유기발광다이오드(D)는 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP), 청색 화소영역(BP) 각각에 위치하며 서로 다른 색의 광을 발광한다. 예를 들어, 적색 화소영역(RP)의 유기발광다이오드(D)는 적색 광을 발광하고, 녹색 화소영역(GP)의 유기발광다이오드(D)는 녹색 광을 발광하며, 청색 화소영역(BP)의 유기발광다이오드(D)는 청색 광을 발광할 수 있다.
제 1 전극(210)은 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP), 청색 화소영역(BP) 별로 분리되어 형성되고, 제 2 전극(230)은 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP), 청색 화소영역(BP)에 대응하여 일체로 형성된다.
제 1 전극(210)은 양극과 음극 중 하나일 수 있고, 제 2 전극(230)은 양극과 음극 중 다른 하나일 수 있다. 또한, 제 1 전극(210)은 반사전극이고, 제 2 전극(230)은 투과전극(또는 반투과전극)이다. 즉, 유기발광다이오드(D)로부터의 빛은 제 2 전극을 통과하여 영상이 표시된다. (상부 발광 방식 유기발광 표시장치)
예를 들어, 제 1 전극(210)은 양극일 수 있으며, 일함수(work function) 값이 비교적 큰 도전성 물질, 예를 들어 투명 도전성 산화물(transparent conductive oxide; TCO)로 이루어지는 투명 도전성 산화물층과 반사층을 포함할 수 있다.
제 2 전극(230)은 음극일 수 있고, 일함수 값이 비교적 작은 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 제 2 전극(230)은 얇은 두께를 가져 광투과(반투과) 특성을 갖는다.
한편, 하부발광 방식 유기발광 표시장치(300)에서는, 제 1 전극(210)이 투과전극 역할을 하고, 제 2 전극(230)이 반사전극 역할을 한다.
유기 발광층(220)은, 제 1 발광물질층과 제 1 전자수송층을 포함하는 제 1 발광부와, 제 2 발광물질층을 포함하는 제 2 발광부와, n형 전하생성층과 p형 전하생성층을 포함하며 제 1 발광부와 제 2 발광부 사이에 위치하는 전하생성층을 포함한다.
제 1 전자수송층의 제 1 화합물의 LUMO 에너지 레벨은 n형 전하생성층의 호스트(제 2 화합물)의 LUMO 에너지 레벨보다 높고, 제 1 전자수송층의 제 1 화합물의 LUMO 에너지 레벨과 n형 전하생성층의 호스트의 LUMO 에너지 레벨 차이는 0.3~1.0eV이다.
또한, p형 전하생성층의 호스트(제 3 화합물)의 LUMO 에너지 레벨은 n형 전하생성층의 호스트의 LUMO 에너지 레벨보다 높고, p형 전하생성층의 호스트의 LUMO 에너지 레벨과 n형 전하생성층의 호스트의 LUMO 에너지 레벨 차이는 1.0~2.0eV일 수 있다.
또한, p형 전하생성층의 p형 도펀트의 LUMO 에너지 레벨은 p형 전하생성층의 호스트의 HOMO 에너지 레벨보다 높고, p형 전하생성층의 p형 도펀트의 LUMO 에너지 레벨과 p형 전하생성층의 호스트의 HOMO 에너지 레벨 차이는 0.1~0.5eV일 수 있다.
제 1 전자수송층의 제 1 화합물과 n형 전하생성층의 호스트는 코어를 동일하고 치환기는 다르다.
제 1 발광부는 제 1 전자수송층과 접하는 정공차단층을 더 포함할 수 있다. 이때, 정공차단층은 제 4 화합물을 포함하고, 제 4 화합물은 제 1 전자수송층의 호스트(제 1 화합물)과 동일한 코어를 갖는다.
적색 화소영역(RP)에서, 제 1 및 제 2 발광물질층 각각은 호스트와 적색 도펀트(발광체)를 포함하고, 녹색 화소영역(GP)에서, 제 1 및 제 2 발광물질층 각각은 호스트와 녹색 도펀트를 포함한다. 또한, 청색 화소영역(BP)에서, 제 1 및 제 2 발광물질층 각각은 호스트와 청색 도펀트를 포함한다.
도시하지 않았으나, 유기발광다이오드(D)는 제 2 전극(230) 상에 위치하는 캡핑층(capping layer)을 더 포함할 수 있다. 캡핑층에 의해 유기발광 표시장치(300)의 광 효율이 더욱 향상된다.
제 2 전극(230) 상에는, 외부 수분이 유기발광다이오드(D)로 침투하는 것을 방지하기 위해, 인캡슐레이션 필름(encapsulation film, 370)이 형성된다. 인캡슐레이션 필름(370)은 무기 절연층과 유기 절연층이 적층된 구조를 가질 수 있다.
도시하지 않았으나, 유기발광표시장치(300)는 적색, 녹색 및 청색 화소영역에 대응하는 컬러 필터(도시하지 않음)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터는 유기발광다이오드(D)의 상부 또는 인캡슐레이션 필름의 상부에 위치할 수 있다.
또한, 유기발광 표시장치(300)는, 인캡슐레이션 필름(370) 또는 컬러필터(도시하지 않음) 상에 커버 윈도우(도시하지 않음)가 부착될 수 있다. 이때, 기판(310)과 커버 윈도우가 플렉서블 소재로 이루어진 경우, 플렉서블 유기발광 표시장치를 구성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기발광 표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 유기발광표시장치(400)는 적색 화소(RP), 녹색 화소(GP) 및 청색 화소(BP)가 정의된 제 1 기판(410)과, 제 1 기판(410)과 마주하는 제 2 기판(470)과, 제 1 기판(410)과 제 2 기판(470) 사이에 위치하며 청색 빛을 발광하는 유기발광다이오드(D1)와, 유기발광다이오드(D1)와 제 2 기판(470) 사이에 위치하는 색변환층(480)을 포함한다.
제 1 기판(410) 및 제 2 기판(470) 각각은 유리 기판 또는 플렉서블(flexible) 기판일 수 있다. 예를 들어, 플렉서블 기판은 polyimide(PI) 기판, polyethersulfone(PES) 기판, polyethylenenaphthalate(PEN) 기판, polyethylene terephthalate(PET) 기판 및 polycarbonate(PC) 기판 중 하나일 수 있다.
제 1 기판(410) 상에는 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP) 및 청색 화소영역(BP) 각각에 대응하여 박막트랜지스터(Tr)가 구비되고, 박막트랜지스터(Tr)의 일전극, 예를 들어 드레인 전극을 노출하는 드레인 콘택홀(452)을 갖는 보호층(450)이 박막트랜지스터(Tr)를 덮으며 형성된다.
보호층(450) 상에는 제 1 전극(210), 유기 발광층(220) 및 제 2 전극(230)을 포함하는 유기발광다이오드(D1)가 형성된다. 이때, 제 1 전극(210)은 드레인 콘택홀(452)을 통해 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극에 연결될 수 있다.
또한, 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP) 및 청색 화소영역(BP) 각각의 경계에는 제 1 전극(210)의 가장자리를 덮는 뱅크층(466)이 형성된다.
유기발광다이오드(D)는 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP) 및 청색 화소영역(BP) 각각에 구비되어 청색 빛을 제공한다. 즉, 유기발광다이오드(D)는 청색 유기발광다이오드이다.
제 1 전극(210)은 양극일 수 있고, 제 2 전극(230)은 음극일 수 있다. 제 1 전극(210)은 반사전극이고, 제 2 전극(230)은 투과(반투과)전극이다. 예를 들어, 제 1 전극(210)은 ITO/Ag/ITO 구조를 갖고, 제 2 전극(230)은 MgAg로 이루어질 수 있다.
유기 발광층(220)은 유기 발광층(220)은, 제 1 발광물질층과 제 1 전자수송층을 포함하는 제 1 발광부와, 제 2 발광물질층을 포함하는 제 2 발광부와, n형 전하생성층과 p형 전하생성층을 포함하며 제 1 발광부와 제 2 발광부 사이에 위치하는 전하생성층을 포함한다.
제 1 전자수송층의 제 1 화합물의 LUMO 에너지 레벨은 n형 전하생성층의 호스트(제 2 화합물)의 LUMO 에너지 레벨보다 높고, 제 1 전자수송층의 제 1 화합물의 LUMO 에너지 레벨과 n형 전하생성층의 호스트의 LUMO 에너지 레벨 차이는 0.3~1.0eV이다.
또한, p형 전하생성층의 호스트(제 3 화합물)의 LUMO 에너지 레벨은 n형 전하생성층의 호스트의 LUMO 에너지 레벨보다 높고, p형 전하생성층의 호스트의 LUMO 에너지 레벨과 n형 전하생성층의 호스트의 LUMO 에너지 레벨 차이는 1.0~2.0eV일 수 있다.
또한, p형 전하생성층의 p형 도펀트의 LUMO 에너지 레벨은 p형 전하생성층의 호스트의 HOMO 에너지 레벨보다 높고, p형 전하생성층의 p형 도펀트의 LUMO 에너지 레벨과 p형 전하생성층의 호스트의 HOMO 에너지 레벨 차이는 0.1~0.5eV일 수 있다.
제 1 전자수송층의 제 1 화합물과 n형 전하생성층의 호스트는 코어를 동일하고 치환기는 다르다.
제 1 발광부는 제 1 전자수송층과 접하는 정공차단층을 더 포함할 수 있다. 이때, 정공차단층은 제 4 화합물을 포함하고, 제 4 화합물은 제 1 전자수송층의 호스트(제 1 화합물)과 동일한 코어를 갖는다.
제 1 및 제 2 발광물질층 각각은 호스트와 청색 도펀트를 포함한다.
색변환층(480)은 적색 화소영역(RP)에 대응하는 제 1 색변환층(482)과 녹색 화소영역(BP)에 대응하는 제 2 색변환층(484)을 포함한다. 예를 들어, 색변환층(480)은 양자점과 같은 무기발광물질로 이루어질 수 있다.
적색 화소영역(RP)에서 유기발광다이오드(D)로부터의 청색 빛은 제 1 색변환층(482)에 의해 적색 빛으로 변환되고, 녹색 화소영역(GP)에서 유기발광다이오드(D)로부터의 청색 빛은 제 2 색변환층(484)에 의해 녹색 빛으로 변환된다.
도시하지 않았으나, 제 2 기판(470)과 색변환층(480) 각각의 사이에는 컬러필터가 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 색변환층(482)과 제 2 기판(470) 사이에 적색 컬러필터가 형성되고, 제 2 색변환층(484)과 제 2 기판(470) 사이에 녹색 컬러필터가 형성될 수 있다.
따라서, 유기발광표시장치(400)는 컬러 영상을 구현할 수 있다.
한편, 유기발광다이오드(D)로부터의 빛이 제 1 기판(410)을 통과하여 표시되는 경우(즉, 하부발광 방식 유기발광표시장치), 색변환층(480)은 유기발광다이오드(D)와 제 1 기판(410) 사이에 구비될 수도 있다. 이 경우, PSF 발광층인 제 2 청색 발광물질층을 포함하는 제 2 발광부가 투과전극인 제 1 전극(210)에 근접하여 배치되고, 형광 발광층인 제 1 청색 발광물질층을 포함하는 제 1 발광부가 제 2 발광부와 반사전극인 제 2 전극(230) 사이에 배치된다.
본 발명의 유기발광 표시장치(400)에서는, 청색을 발광하는 유기발광다이오드(D)가 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP), 청색 화소영역(BP) 모두에 형성되고 색변환층(480)을 이용하여 컬러 영상이 구현된다.
도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 유기발광다이오드(D)는, 제 1 전극(210), 제 1 전극(210)과 마주하는 제 2 전극(230), 제 1 전극(210)과 제 2 전극 사이에 위치하는 유기 발광층(220)을 포함한다. 유기 발광층(220)은, 제 1 발광물질층(518)과 제 1 전자수송층(530)을 포함하는 제 1 발광부(510)와, 제 2 발광물질층(554)을 포함하며 제 1 발광부(510)와 제 2 전극(230) 사이에 위치하는 제 2 발광부(550)와, n형 전하생성층(560)과 p형 전하생성층(570)을 포함하며 제 1 발광부(510)와 제 2 발광부(550) 사이에 위치하는 전하생성층(580)을 포함한다.
제 1 전극(210)은 반사전극이고, 제 2 전극(230)은 투과전극(반투과전극)일 수 있다. 이 경우, 유기발광다이오드(D)는 제 2 전극(230) 상부에 위치하는 캡핑층(290)을 더 포함할 수 있다.
이와 달리, 제 1 전극(210)은 투과전극이고, 제 2 전극(230)은 반사전극일 수 있다.
제 1 발광부(510)는 제 1 발광물질층(518)과 제 1 전자수송층(530) 사이에 위치하는 정공차단층(520)을 더 포함할 수 있다.
또한, 제 1 발광부(510)는, 제 1 발광물질층(518) 하부에 위치하는 제 1 전자차단층(516)과, 제 1 전자차단층(516) 하부에 위치하는 제 1 정공수송층(514)과, 제 1 정공수송층(514) 하부에 위치하는 전자주입층(512) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
제 2 발광부(550)는 제 2 발광물질층(554) 하부에 위치하는 제 2 정공수송층(540)을 더 포함할 수 있다.
또한, 제 2 발광부(550)는, 제 2 발광물질층(554)과 제 2 정공수송층(540) 사이에 위치하는 제 2 전자차단층(552)과, 제 2 발광물질층(554) 상부에 위치하는 제 2 전자수송층(556)과, 제 2 전자수송층(556) 사이에 위치하는 전자주입층(558) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
제 1 발광부(510)에서, 제 1 발광물질층(518)의 일면(하부면)은 전자차단층(516)과 접촉하고 타면(상부면)은 정공차단층(520)과 접촉할 수 있다. 한편, 제 2 발광부(550)는 정공차단층을 구비하지 않으며, 이에 따라 제 2 발광물질층(554)의 일면(하부면)은 전자차단층(552)과 접촉하고 타면(상부면)은 전자수송층(556)과 접촉한다.
전하 생성층(580)은 제 1 및 제 2 발광부(510, 550) 사이에 위치하며, 제 1 발광부(510)와 제 2 발광부(550)는 전하 생성층(580)에 의해 연결된다. 즉, 제 1 발광부(510)는 제 1 전극(210)과 전하 생성층(580) 사이에 위치하며, 제 2 발광부(550)는 제 2 전극(230)과 전하 생성층(580) 사이에 위치한다.
전하생성층(580)의 n형 전하생성층(560)은 제 1 전자수송층(530)과 제 2 정공수송층(540) 사이에 위치하고, 전하생성층(580)의 p형 전하생성층(570)은 n형 전하생성층(560)과 제 2 정공수송층(540) 사이에 위치한다. n형 전하 생성층(560)은 전자를 제 1 발광부(510)의 제 1 발광물질층(518)으로 전달하고, p형 전하생성층(570)은 정공을 제 2 발광부(550)의 제 2 발광물질층(554)으로 전달한다.
제 1 전자수송층(530)은 화학식1로 표시되는 제 1 화합물(532, 전자수송물질)을 포함한다.
[화학식1]
Figure pat00004
화학식1에서, X1, X2, X3 각각은 독립적으로 N 또는 CR이고, X1, X2, X3 중 적어도 하나는 N이다. R은 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택된다.
L1은 C6 내지 C30의 아릴렌기이며, a는 0 또는 1이다.
Ar1, Ar2 각각은 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택된다.
본 발명의 명세서에서, 다른 기재가 없는 한, 치환기는 중수소, 할로겐, 시아노기, C1 내지 C10의 알킬기, C6 내지 C30의 아릴기 중 적어도 하나일 수 있다.
본 발명의 명세서에서, C6 내지 C30의 아릴기(아릴렌기)는, 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 안트라세닐기, 펜탄레닐기, 인데닐기, 인데노인데닐기, 헵탈레닐기, 바이페닐레닐기, 인다세닐기, 페날레닐기, 페난트레닐기, 벤조페난트레닐기, 디벤조페난트레닐기, 아줄레닐기, 파이레닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 크라이세닐기, 테트라페닐기, 테트라세닐기, 플레이다에닐기, 파이세닐기, 펜타페닐기, 펜타세닐기, 플루오레닐기, 인데노플루오레닐기, 스파이로 플루오레닐기로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
또한, 본 발명의 명세서에서, C3 내지 C40의 헤테로아릴기(헤테로아릴렌기)는 피롤릴기, 피리디닐기, 피리미디닐기, 피라지닐기, 피리다지닐기, 트리아지닐기, 테트라지닐기, 이미다졸일기, 피라졸일기, 인돌일기, 이소인돌일기, 인다졸일기, 인돌리지닐기, 피롤리지닐기, 카바졸일기, 벤조카바졸일기, 디벤조카바졸일기, 인돌로카바졸일기, 인데노카바졸일기, 벤조퓨로카바졸일기, 벤조티에노카바졸일기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기, 프탈라지닐기, 퀴녹살리닐기, 시놀리닐기, 퀴나졸리닐기, 퀴노졸리닐기, 퀴놀리지닐기, 퓨리닐기, 프탈라지닐기, 퀴녹살리닐기, 벤조퀴놀리닐기, 벤조이소퀴놀리닐기, 벤조퀴나졸리닐기, 벤조퀴녹살리닐기, 아크리디닐기, 페난트롤리닐기, 페리미디닐기, 페난트리디닐기, 프테리디닐기, 신놀리닐기, 나프타리디닐기, 퓨라닐기, 파이라닐기, 옥사지닐기, 옥사졸일기, 옥사디아졸일기, 트리아졸일기, 디옥시닐기, 벤조퓨라닐기, 디벤조퓨라닐기, 티오파이라닐기, 잔테닐기, 크로메닐기, 이소크로메닐기, 티오아지닐기, 티오페닐기, 벤조티오페닐기, 디벤조티오페닐기, 디퓨로피라지닐기, 벤조퓨로디벤조퓨라닐기, 벤조티에노벤조티오페닐기, 벤조티에노디벤조티오페닐기, 벤조티에노벤조퓨라닐기, 벤조티에노디벤조퓨라닐기로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
예를 들어, 화학식1에서, X1, X2, X3 중 둘 또는 셋이 N일 수 있고, L1은 페닐렌기일 수 있다. 또한, Ar1, Ar2 각각은 독립적으로 페닐기, 바이페닐기, 나프틸기, 페난트레닐기(phenanthrenyl), 페닐카바조일기, 스파이로-플루오레닐기, 디벤조퓨라닐기로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
즉, 제 1 전자수송층(530)에 포함되는 제 1 화합물(532)은 페난트롤린(phenanthroline) 모이어티에 적어도 하나의 질소를 포함하는 헤테로고리가 적어도 하나의 링커를 통해 연결되는 구조를 갖는다. 이에 따라, 제 1 화합물(532)은 비교적 높은 LUMO 에너지 레벨을 갖는다. 예를 들어, 제 1 화합물(532)의 LUMO 에너지 레벨은 약 2.5~3.0eV일 수 있다. 또한, 제 1 화합물(532)은 비교적 높은 HOMO 에너지 레벨을 갖는다. 예를 들어, 제 1 화합물(532)의 HOMO 에너지 레벨은 약 5.5~5.8eV일 수 있다.
예를 들어, 제 1 화합물(532)은 화학식2의 화합물 중 하나일 수 있다.
[화학식2]
Figure pat00005
Figure pat00006
Figure pat00007
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Figure pat00013
Figure pat00014
제 1 전자수송층(530)은 약 90~110Å의 두께를 갖고 제 1 화합물(532)만으로 이루어질 수 있다. (100 중량%)
제 1 전자수송층(530)의 하부에 위치하며 제 1 전자수송층(530)과 접촉하는 정공차단층(520)은 정공차단물질(522)을 포함한다. 정공차단물질(522)은 화학식1로 표시될 수 있고 제 1 화합물과 같거나 다를 수 있다. 정공차단층(520)은 제 1 전자수송층(530)보다 작은 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 정공차단층(520)은 70~90Å의 두께를 가질 수 있다.
제 1 전자수송층(530)의 제 1 화합물(532)과 정공차단층(520)의 정공차단물질(522)이 동일한 코어를 갖기 때문에, 제 1 전자수송층(530)과 정공차단층(520) 간 계면 특성이 향상된다.
전하생성층(580)에서, n형 전하생성층(560)은 호스트인 제 2 화합물(562)과 n형 도펀트(564)를 포함한다. 제 2 화합물(562)의 중량비는 n형 도펀트(564)의 중량비보다 크다. 예를 들어, n형 도펀트(564)는 Li 또는 Cs일 수 있고 n형 전하생성층(560)에서 약 0.5~5wt%를 가질 수 있다.
또한, n형 전하생성층(560)은 제 1 전자수송층(530)보다 큰 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, n형 전하생성층(560)은 약 180~220Å의 두께를 가질 수 있다.
제 2 화합물(562)는 화학식3으로 표시된다.
[화학식3]
Figure pat00015
화학식3에서, L2는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴렌기이고, b는 0 또는 1이다. Ar3는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기와 치환 또는 비치환되고 O와 S 중 적어도 하나를 포함하는 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택된다.
예를 들어, L2는 페닐렌기 또는 나프틸렌기일 수 있다. 또한, Ar3는 페난트레닐기, 파이레닐기(pyrenyl), 디벤조퓨라닐기, 벤조나프토티오페닐기(benzonaphthothiophenyl), 이소크라이세닐기(siocrysenyl), 나프틸안트라세닐기(naphthylanthracenyl), 스파이로-플루오레닐기, spiro[fluorene-9,9'-xanthene], 벤조나프토퓨라닐기(benzonaphthofuranyl)로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
즉, n형 전하생성층(560)에 포함되는 제 2 화합물(562)은 페난트롤린 모이어티에 방향족 고리 또는 O 및/또는 S를 포함하는 헤테로 고리가 적어도 하나의 링커를 통해 연결되는 구조를 갖는다. 이에 따라, 제 2 화합물(562)은 비교적 낮은 LUMO 에너지 레벨을 갖는다. 예를 들어, 제 2 화합물(562)의 LUMO 에너지 레벨은 약 3.0~3.5eV일 수 있다. 또한, 제 2 화합물(562)은 비교적 낮은 HOMO 에너지 레벨을 갖는다. 예를 들어, 제 2 화합물(562)의 HOMO 에너지 레벨은 약 5.8~6.2eV일 수 있다.
예를 들어, 제 2 화합물(562)은 화학식4의 화합물 중 하나일 수 있다.
[화학식4]
Figure pat00016
Figure pat00017
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Figure pat00034
Figure pat00035
화학식1과 화학식3에서 보여지는 바와 같이, 제 1 전자수송층(530)의 제 1 화합물(532)과 n형 전하생성층(560)의 제 1 화합물(562)은 동일한 코어(즉, 페난트롤린 모이어티)를 갖고 그 치환기를 달리한다. 즉, 제 1 전자수송층(530)의 제 1 화합물(532)은 페난트롤린 모이어티에 질소를 포함하는 적어도 하나의 질소를 포함하는 헤테로고리가 적어도 하나의 링커를 통해 연결되는 구조를 갖는 반면, n형 전하생성층(560)의 제 1 화합물(562)은 페난트롤린 모이어티에 질소를 포함하지 않는 고리(즉, 아릴기 또는 O와 S 중 적어도 하나를 포함하는 헤테로아릴기)가 적어도 하나의 링커를 통해 연결되는 구조를 갖는다. 따라서, 서로 접하는 제 1 전자수송층(530)과 n형 전하생성층(560) 간 계면 특성이 향상된다.
제 1 전자수송층(530)의 제 1 화합물(532)의 LUMO 에너지 레벨은 n형 전하생성층(560)의 제 2 화합물(562)의 LUMO 에너지 레벨보다 높다. 또한, 제 1 전자수송층(530)의 제 1 화합물(532)의 LUMO 에너지 레벨과 n형 전하생성층(560)의 제 2 화합물(562)의 LUMO 에너지 레벨 차이는 0.3~1.0eV이다. 예를 들어, 제 1 전자수송층(530)의 제 1 화합물(532)의 LUMO 에너지 레벨과 n형 전하생성층(560)의 제 2 화합물(562)의 LUMO 에너지 레벨 차이는 0.3~0.7eV일 수 있다.
전하생성층(580)에서, p형 전하생성층(570)은 호스트인 제 3 화합물(572)과 p형 도펀트(574)를 포함한다. 제 3 화합물(572)의 중량비는 p형 도펀트(574)의 중량비보다 크다.
제 3 화합물(572)는 화학식5로 표시된다.
[화학식5]
Figure pat00036
화학식5에서, R1, R2 각각은 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10의 알킬기, C6 내지 C30의 아릴기로 이루어진 군에서 선택되거나 서로 연결되어 고리를 형성한다. Y는 단일결합 또는 NR3이고, R3는 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10의 알킬기, C6 내지 C30의 아릴기로 이루어진 군에서 선택된다. 또한, c1은 0 내지 4의 정수이고, c2는 0 내지 5의 정수이며, c3와 c4 각각은 독립적으로 0 또는 1이다.
즉, p형 전하생성층(570)에 포함되는 제 3 화합물(572)은 스파이로-플루오렌모이어티에 아미노기가 연결된 구조를 갖는다. 이에 따라, 제 3 화합물(562)은 비교적 높은 LUMO 에너지 레벨을 갖는다. 예를 들어, 제 3 화합물(572)의 LUMO 에너지 레벨은 약 1.1~1.8eV일 수 있다. 또한, 제 3 화합물(572)은 비교적 높은 HOMO 에너지 레벨을 갖는다. 예를 들어, 제 3 화합물(572)의 HOMO 에너지 레벨은 약 5.0~5.7eV일 수 있다.
예를 들어, 제 3 화합물(572)은 화학식6의 화합물 중 하나일 수 있다.
[화학식6]
Figure pat00037
Figure pat00038
Figure pat00039
Figure pat00040
Figure pat00041
Figure pat00042
Figure pat00043
Figure pat00044
Figure pat00045
Figure pat00046
p형 도펀트(574)는 약 5.0~5.1eV의 LUMO 에너지 레벨을 갖고 p형 전하생성층(570)에서 약 3~15wt%를 가질 수 있다.
P형 도펀트(574)는 화학식7의 화합물일 수 있다.
[화학식7]
Figure pat00047
또한, p형 전하생성층(570)은 n형 전하생성층(560)보다 작은 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, p형 전하생성층(570)은 80~120Å의 두께를 가질 수 있다.
전하생성층(580)에서, p형 전하생성층(570)의 제 3 화합물(572)의 LUMO 에너지 레벨은 n형 전하생성층(560)의 제 2 화합물(562)의 LUMO 에너지 레벨보다 높다. 또한, p형 전하생성층(570)의 제 3 화합물(572)의 LUMO 에너지 레벨과 n형 전하생성층(560)의 제 2 화합물(562)의 차이는 1.0~2.0eV이다. 예를 들어, p형 전하생성층(570)의 제 3 화합물(572)의 LUMO 에너지 레벨과 n형 전하생성층(560)의 제 2 화합물(562)의 차이는 1.5~2.0eV일 수 있다.
또한, p형 전하생성층(570)에서, p형 도펀트(574)의 LUMO 에너지 레벨은 제 3 화합물(572)의 HOMO 에너지 레벨보다 높고, p형 도펀트(574)의 LUMO 에너지 레벨과 제 3 화합물(572)의 HOMO 에너지 레벨 차이는 0.1~0.5eV일 수 있다.
p형 전하생성층(570)의 상부에 위치하며 p형 전하생성층(570)과 접촉하는 제 2 정공수송층(540)은 정공수송물질(542)을 포함한다. 정공수송물질(542)은 화학식5로 표시될 수 있고 제 3 화합물과 같거나 다를 수 있다. 정공수송물질(542)의 LUMO 에너지 레벨과 p형 전하생성층(570)의 제 3 화합물(372)의 LUMO 에너지 레벨 차이는 0~0.2eV일 수 있다.
제 2 정공수송층(540)은 p형 전하생성층(570)보다 큰 두께를 갖는다. 예를 들어, 제 2 정공수송층(540)은 약 450~550Å의 두께를 가질 수 있다.
제 2 정공수송층(540)의 정공수송물질(542)과 p형 전하생성층(570)의 제3 화합물(572)이 동일한 코어를 갖기 때문에, 제 2 정공수송층(540)과 p형 전하생성층(570) 간 계면 특성이 향상된다.
본 발명의 유기발광다이오드 일부의 에너지 밴드 다이어그램인 도 6을 참조하면, 제 1 발광부(510)의 제 1 전자수송층(530), n형 전하생성층(560), p형 전하생성층(570)이 연속하여 배치된다. 이때, 제 1 전자수송층(530)의 제 1 화합물(532)의 LUMO 에너지 레벨은 n형 전하생성층(560)의 제 2 화합물(562, 호스트)의 LUMO 에너지 레벨보다 높고 p형 전하생성층(570)의 제 3 화합물(572, 호스트)의 LUMO 에너지 레벨보다 낮다. 또한, 제 1 전자수송층(530)의 제 1 화합물(532)의 HOMO 에너지 레벨은 n형 전하생성층(560)의 제 2 화합물(562)의 HOMO 에너지 레벨보다 높고 p형 전하생성층(570)의 제 3 화합물(572)의 HOMO 에너지 레벨보다 낮다. 또한, p형 전하생성층(570)에서, p형 도펀트(574)의 LUMO 에너지 레벨은 제 3 화합물(572)의 HOMO 에너지 레벨보다 높고, p형 도펀트(574)의 LUMO 에너지 레벨과 제 3 화합물(572)의 HOMO 에너지 레벨 차이는 0.1~0.5eV일 수 있다.
이에 따라, 탠덤 구조 유기발광다이오드(D)의 구동 전압 상승이 감소한다.
더욱이, 제 1 전자수송층(530)의 제 1 화합물(532)의 LUMO 에너지 레벨과 n형 전하생성층(560)의 제 2 화합물(562)의 LUMO 에너지 레벨 차이(ΔL1)는 n형 전하생성층(560)의 제 2 화합물(562)의 LUMO 에너지 레벨과 p형 전하생성층(570)의 제 3 화합물(572, 호스트)의 LUMO 에너지 레벨 차이(ΔL2)보다 크다. 이에 따라, 탠덤 구조 유기발광다이오드(D)의 구동 전압 상승이 더욱 감소한다.
또한, 제 1 전자수송층(530)의 제 1 화합물(532)과 n형 전하생성층(560)의 제 2 화합물(562)이 동일한 코어를 갖기 때문에, 제 1 전자수송층(530)과 n형 전하생성층(560) 간 계면 특성이 향상되고 탠덤 구조 유기발광다이오드(D)의 구동 전압 상승이 더욱 감소한다.
또한, 정공차단층(520)의 정공차단물질(522)이 제 1 전자수송층(530)의 제 1 화합물(532)과 동일한 코어를 갖기 때문에, 제 1 전자수송층(530)과 정공차단층(520) 간 계면 특성이 향상되고 탠덤 구조 유기발광다이오드(D)의 구동 전압 상승이 더욱 감소한다.
또한, 제 2 정공수송층(540)의 정공수송물질(542)과 p형 전하생성층(570)의 제3 화합물(572)이 동일한 코어를 갖기 때문에, 제 2 정공수송층(540)과 p형 전하생성층(570) 간 계면 특성이 향상되고 탠덤 구조 유기발광다이오드(D)의 구동 전압 상승이 더욱 감소한다.
제 1 정공수송층(514)은 제 2 정공수송층(540)보다 작은 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 정공수송층(514)은 약 350~450Å의 두께를 가질 수 있다.
제 1 정공수송층(514)은 화학식8의 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식8]
Figure pat00048
이와 달리, 제 1 정공수송층(514)은N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine; TPD), N,N'-diphenyl-N,N'-bis(1-naphthyl)-1,1'-biphenyl-4,4"-diamine (NPB 또는 NPD), 4,4'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl(CBP), poly[N,N'-bis(4-butylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidine](Poly-TPD), (poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-(4,4'-(N-(4-sec-butylphenyl)diphenylamine))] (TFB), di-[4-(N,N-di-p-tolyl-amino)-phenyl]cyclohexane(TAPC), 3,5-di(9H-carbazol-9-yl)-N,N-diphenylaniline(DCDPA), N-(biphenyl-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine, N-(biphenyl-4-yl)-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)biphenyl-4-amine 중 하나의 화합물을 포함할 수 있다.
정공주입층(512)은 제 1 정공수송층(514)보다 작은 두께를 갖는다. 예를 들어, 정공주입층(512)은 약 40~60 Å의 두께를 가질 수 있다.
정공주입층(512)은 화학식7의 화합물과 화학식8의 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 정공주입층(512)에서 화학식7의 화합물은 1~10wt%를 가질 수 있다.
이와 달리, 정공주입층(512)은4,4',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), NPB (또는 NPD), 1,4,5,8,9,11-hexaazatriphenylenehexacarbonitrile(dipyrazino[2,3-f:2'3'-h]quinoxaline-2,3,6,7,10,11-hexacarbonitrile; HAT-CN), 1,3,5-tris[4-(diphenylamino)phenyl]benzene(TDAPB), poly(3,4-ethylenedioxythiphene)polystyrene sulfonate(PEDOT/PSS), N-(biphenyl-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine 중 하나의 화합물을 포함할 수 있다.
제 2 전자수송층(556)은 제 1 전자수송층(530)보다 큰 두께를 갖는다. 예를 들어, 제 2 전자수송층(556)은 약 250~350Å의 두께를 가질 수 있다.
제 2 전자수송층(556)은 화학식1에 표시된 화합물 또는 화학식13의 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식13]
Figure pat00049
이와 달리, 제 2 전자수송층(556)은 tris-(8-hydroxyquinoline aluminum(Alq3), 2-biphenyl-4-yl-5-(4-t-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole(PBD), spiro-PBD, lithium quinolate(Liq), 1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazol-2-yl)benzene(TPBi), bis(2-methyl-8-quinolinolato-N1,O8)-(1,1'-biphenyl-4-olato)aluminum(BAlq), 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline(Bphen), 2,9-bis(naphthalene-2-yl)4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline(NBphen), 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenathroline(BCP), 3-(4-biphenyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole(TAZ), 4-(naphthalen-1-yl)-3,5-diphenyl-4H-1,2,4-triazole(NTAZ), 1,3,5-tri(p-pyrid-3-yl-phenyl)benzene(TpPyPB), 2,4,6-tris(3'-(pyridin-3-yl)biphenyl-3-yl)1,3,5-triazine(TmPPPyTz), poly[9,9-bis(3'-((N,N-dimethyl)-N-ethylammonium)-propyl)-2,7-fluorene]-alt-2,7-(9,9-dioctylfluorene)](PFNBr), tris(phenylquinoxaline(TPQ), diphenyl-4-triphenylsilyl-phenylphosphine oxide(TSPO1) 중 하나를 포함할 수 있다.
전자주입층(558)은 LiF, CsF, NaF, BaF2와 같은 알칼리 할라이드계 물질 및/또는 Liq, lithium benzoate, sodium stearate와 같은 유기금속계 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전자주입층(558)은 20~40Å의 두께를 가질 수 있다.
제 1 및 제 2 전자차단층(516, 552) 각각은 화학식9의 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식9]
Figure pat00050
제 1 전자차단층(516)의 두께는 제 2 전자차단층(552)의 두께보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제 1 전자차단층(516)은 약 65~85Å의 두께를 가질 수 있고, 제 2 전자차단층(552)은 약 90~110Å의 두께를 가질 수 있다.
이와 달리, 제 1 및 제 2 전자차단층(516, 552) 각각은 TCTA, tris[4-(diethylamino)phenyl]amine, N-(biphenyl-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine, TAPC, MTDATA, 1,3-bis(carbazol-9-yl)benzene(mCP), 3,3'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl(mCBP), CuPc, N,N'-bis[4-[bis(3-methylphenyl)amino]phenyl]-N,N'-diphenyl-[1,1'-biphenyl]-4,4'-diamine(DNTPD), TDAPB, DCDPA, 2,8-bis(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)dibenzo[b,d]thiophene) 중 하나를 포함할 수 있다.
제 1 발광물질층(518)은 제 1 호스트와 제 1 도펀트(발광체)를 포함하고, 제 2 발광물질층(554)은 제 2 호스트와 제 2 도펀트를 포함한다. 제 1 발광물질층(518)에서 제 1 도펀트는 약 1 내지 10wt%를 가질 수 있고, 제 2 발광물질층(554)에서 제 2 도펀트는 약 1 내지 10wt%를 가질 수 있다. 제 1 및 2 발광물질층(518, 554) 각각은 약 150~250Å의 두께를 가질 수 있다.
제 1 발광물질층(518)과 제 2 발광물질층(554)은 동일 색의 빛을 발광할 수 있다. 예를 들어, 제 1 발광물질층(518)의 발광파장과 제 2 발광물질층(554)의 발광파장 차이는 20nm 이하일 수 있다.
예를 들어, 제 1 및 제 2 발광물질층(518, 554)에서, 호스트는 안트라센 유도체일 수 있고, 도펀트는 보론 유도체일 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 발광물질층(518, 554) 각각의 호스트는 화학식10의 화합물일 수 있고, 제 1 및 제 2 발광물질층(518, 554) 각각의 도펀트는 화학식11의 화합물일 수 있다.
[화학식10]
Figure pat00051
[화학식11]
Figure pat00052
이와 달리, 제 1 발광물질층(518)과 제 2 발광물질층(554)은 서로 다른 색의 빛을 발광할 수 있다.
캡핑층(290)은 투과전극인 제 2 전극(230) 상에 위치한다. 예를 들어, 캡핑층(290)은 정공수송층(514, 540) 물질을 포함할 수 있고 약 400~600Å의 두께를 가질 수 있다.
도 5에서, 유기발광다이오드(D)는, 제 1 발광부(510)와 제 2 발광부(550)를 포함하는 이중 스택 구조를 갖는다. 이와 달리, 유기발광다이오드(D)는 제 1 발광부(510)와 제 1 전극(210) 사이 및/또는 제 2 발광부(550)와 제 2 전극(230) 사이에 추가적인 발광부를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 유기발광다이오드(D)는 제 1 발광부(510)와 제 1 전극(210) 사이에 제 3 발광부를 더 포함할 수 있고, 제 2 발광부(550)와 제 3 발광부는 청색을 발광하고, 제 1 발광부(510)는 적색과 녹색을 발광함으로써 백색 유기발광다이오드(D)가 구현될 수 있다. 이 경우, 제 1 발광부(510)와 제 3 발광부 사이에는 n형 전하생성층과 p형 전하생성층을 포함하는 전하생성층이 구비될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 유기발광다이오드(D)에서는, 연속하여 배치되는 제 1 전자수송층(530), n형 전하생성층(560), p형 전하생성층(570)이 전술한 조건을 만족함으로써, 탠덤 구조 유기발광다이오드(D)의 구동 전압 상승이 감소된다.
또한, 정공차단층(520)과 제 1 전자수송층(530) 간 계면 특성, 제 1 전자수송층(530)과 n형 전하생성층(560) 간 계면 특성, p형 전하생성층(570)과 제 2 정공수송층(540) 간 계면 특성 중 적어도 하나가 향상됨으로써, 탠덤 구조 유기발광다이오드(D)의 구동 전압 상승이 더욱 감소된다.
[유기발광다이오드]
[유기발광다이오드1]
양극(ITO/APC/ITO), 정공주입층(화학식8 화합물+화학식7 화합물(5wt% 도핑), 50Å), 제 1 정공수송층(화학식8 화합물, 400Å), 제 1 전자차단층(화학식9 화합물, 75Å), 제 1 발광물질층(화학식10 화합물+화학식11 화합물(3wt%), 200Å), 정공차단층(80Å), 제 1 전자수송층(100Å), n형 전하생성층(200Å), p형 전하생성층(100Å), 제 2 정공수송층(500Å), 제 2 전자차단층(화학식9 화합물, 100Å), 제 2 발광물질층(화학식10 화합물+화학식11 화합물(3wt%), 200Å), 제 2 전자수송층(화학식13 화합물, 300Å), 전자주입층(LiF, 30Å), 캐소드(Al, 200Å), 캡핑층(화학식8화합물, 500Å)을 적층하여 유기발광다이오드를 제작하였다.
1. 비교예
(1) 비교예1 (Ref1)
화학식12의 화합물E-01을 이용하여 정공차단층을 형성하고, 화학식12의 화합물F-01을 이용하여 제 1 전자수송층을 형성하였다. 화학식12의 화합물E-01과 Li(1wt%)를 이용하여 n형 전하생성층을 형성하고, 화학식12의 화합물G-01과 화학식7 화합물(10wt%)을 이용하여 p형 전하생성층을 형성하였다. 또한, 화학식12의 화합물G-01을 이용하여 제 2 정공수송층을 형성하였다.
(2) 비교예2 (Ref2)
화학식12의 화합물E-01을 이용하여 정공차단층을 형성하고, 화학식12의 화합물F-02을 이용하여 제 1 전자수송층을 형성하였다. 화학식12의 화합물E-01과 Li(1wt%)를 이용하여 n형 전하생성층을 형성하고, 화학식12의 화합물G-01과 화학식7 화합물(10wt%)을 이용하여 p형 전하생성층을 형성하였다. 또한, 화학식12의 화합물G-02을 이용하여 제 2 정공수송층을 형성하였다.
2. 실험예
(1) 실험예1 (Ex1)
화학식2의 화합물A-01을 이용하여 정공차단층을 형성하고, 화학식2의 화합물A-02을 이용하여 제 1 전자수송층을 형성하였다. 화학식4의 화합물B-03과 Li(1wt%)를 이용하여 n형 전하생성층을 형성하고, 화학식6의 화합물C-01과 화학식7 화합물(10wt%)을 이용하여 p형 전하생성층을 형성하였다. 또한, 화학식6의 화합물C-01을 이용하여 제 2 정공수송층을 형성하였다.
(2) 실험예2 (Ex2)
화학식2의 화합물A-01을 이용하여 정공차단층을 형성하고, 화학식2의 화합물A-01을 이용하여 제 1 전자수송층을 형성하였다. 화학식4의 화합물B-05과 Li(1wt%)를 이용하여 n형 전하생성층을 형성하고, 화학식6의 화합물C-03과 화학식7 화합물(10wt%)을 이용하여 p형 전하생성층을 형성하였다. 또한, 화학식6의 화합물C-02을 이용하여 제 2 정공수송층을 형성하였다.
(3) 실험예3 (Ex3)
화학식2의 화합물A-03을 이용하여 정공차단층을 형성하고, 화학식2의 화합물A-02을 이용하여 제 1 전자수송층을 형성하였다. 화학식4의 화합물B-06과 Cs(1wt%)를 이용하여 n형 전하생성층을 형성하고, 화학식6의 화합물C-04과 화학식7 화합물(10wt%)을 이용하여 p형 전하생성층을 형성하였다. 또한, 화학식6의 화합물C-02을 이용하여 제 2 정공수송층을 형성하였다.
(4) 실험예4 (Ex4)
화학식2의 화합물A-04을 이용하여 정공차단층을 형성하고, 화학식2의 화합물A-04을 이용하여 제 1 전자수송층을 형성하였다. 화학식4의 화합물B-06과 Li(1wt%)를 이용하여 n형 전하생성층을 형성하고, 화학식6의 화합물C-01과 화학식7 화합물(10wt%)을 이용하여 p형 전하생성층을 형성하였다. 또한, 화학식6의 화합물C-02을 이용하여 제 2 정공수송층을 형성하였다.
(5) 실험예5 (Ex5)
화학식2의 화합물A-05을 이용하여 정공차단층을 형성하고, 화학식2의 화합물A-02을 이용하여 제 1 전자수송층을 형성하였다. 화학식4의 화합물B-08과 Li(1wt%)를 이용하여 n형 전하생성층을 형성하고, 화학식6의 화합물C-05과 화학식7 화합물(10wt%)을 이용하여 p형 전하생성층을 형성하였다. 또한, 화학식6의 화합물C-01을 이용하여 제 2 정공수송층을 형성하였다.
(6) 실험예6 (Ex6)
화학식2의 화합물A-05을 이용하여 정공차단층을 형성하고, 화학식2의 화합물A-01을 이용하여 제 1 전자수송층을 형성하였다. 화학식4의 화합물B-14과 Li(1wt%)를 이용하여 n형 전하생성층을 형성하고, 화학식6의 화합물C-07과 화학식7 화합물(10wt%)을 이용하여 p형 전하생성층을 형성하였다. 또한, 화학식6의 화합물C-02을 이용하여 제 2 정공수송층을 형성하였다.
(7) 실험예7 (Ex7)
화학식2의 화합물A-06을 이용하여 정공차단층을 형성하고, 화학식2의 화합물A-02을 이용하여 제 1 전자수송층을 형성하였다. 화학식4의 화합물B-16과 Li(1wt%)를 이용하여 n형 전하생성층을 형성하고, 화학식6의 화합물C-07과 화학식7 화합물(10wt%)을 이용하여 p형 전하생성층을 형성하였다. 또한, 화학식6의 화합물C-02을 이용하여 제 2 정공수송층을 형성하였다.
(8) 실험예8 (Ex8)
화학식2의 화합물A-07을 이용하여 정공차단층을 형성하고, 화학식2의 화합물A-01을 이용하여 제 1 전자수송층을 형성하였다. 화학식4의 화합물B-19과 Li(1wt%)를 이용하여 n형 전하생성층을 형성하고, 화학식6의 화합물C-09과 화학식7 화합물(10wt%)을 이용하여 p형 전하생성층을 형성하였다. 또한, 화학식6의 화합물C-02을 이용하여 제 2 정공수송층을 형성하였다.
(9) 실험예9 (Ex9)
화학식2의 화합물A-08을 이용하여 정공차단층을 형성하고, 화학식2의 화합물A-04을 이용하여 제 1 전자수송층을 형성하였다. 화학식4의 화합물B-20과 Li(1wt%)를 이용하여 n형 전하생성층을 형성하고, 화학식6의 화합물C-10과 화학식7 화합물(10wt%)을 이용하여 p형 전하생성층을 형성하였다. 또한, 화학식6의 화합물C-01을 이용하여 제 2 정공수송층을 형성하였다.
[화학식12]
Figure pat00053
Figure pat00054
Figure pat00055
Figure pat00056
Figure pat00057
비교예1 및 내지 비교예2, 실험예1 내지 실험예9에서 이용된 화합물들의 HOMO 에너지 레벨과 LUMO 에너지 레벨을 측정하여 표1에 기재하였다.
1) 유기 물질을 ITO 글래스 위에 500Å 두께로 진공 증착하고 AC3 측정 장비를 이용하여 HOMO 에너지 레벨을 측정하였다.
2) 유기 물질 0.1g을 toluene과 dicholomethan 혼합용액(1L)에 녹이고 에너지 밴드 갭을 측정하여 HOMO 에너지 레벨을 계산하였다.
비교예1 및 내지 비교예2, 실험예1 내지 실험예9에서 제작된 유기발광다이오드의 구동전압을 측정하여 표2에 기재하였다. ("V(@10A/m2)"은 10mA2 전류 밀도에서의 구동 전압이고, "V(T50)"은 초기 휘도 대비 50% 휘도 시점에서의 구동전압이다.)
[표1]
Figure pat00058
[표2]
Figure pat00059
표1, 표2에서 보여지는 바와 같이, 비교예1 및 비교예2의 유기발광다이오드에 비해, 실험예1 내지 실험예9의 유기발광다이오드에서 구동전압이 감소한다.
비교예1 및 비교예2에서는, 제 1 전자수송층의 물질(화합물F-01, 화합물F-02)의 LUMO 에너지 레벨이 n형 전하생성층의 호스트(화합물E-01)의 LUMO 에너지 레벨보다 높지 않고, 이에 따라 유기발광다이오드의 구동전압이 증가한다.
이와 달리, 실험예1 내지 실험예9의 유기발광다이오드에서는 제 1 전자수송층의 물질의 LUMO 에너지 레벨이 n형 전하생성층의 호스트의 LUMO 에너지 레벨보다 높고, 이에 따라 유기발광다이오드의 구동전압이 증가한다.
더욱이, 실험예2, 실험예4, 실험예7의 유기발광다이오드에서는 구동에 따른 전압 증가가 크게 감소하여 유기발광다이오드의 내구성이 향상된다.
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, 300, 400: 유기발광표시장치 210: 제 1 전극
220: 유기 발광층 230: 제 2 전극
518, 554: 발광물질층 520: 정공차단층
530: 전자수송층 540: 정공수송층
560: n형 전하생성층 570: p형 전하생성층
D: 유기발광다이오드

Claims (18)

  1. 제 1 전극과;
    상기 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극과;
    제 1 발광물질층과 제 1 전자수송층을 포함하며 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 1 발광부와;
    제 2 발광물질층을 포함하며 상기 제 1 발광부와 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 2 발광부와;
    상기 제 1 전자수송층과 접하고 상기 제 1 전자수송층과 상기 제 2 발광부 사이에 위치하는 n형 전하생성층과;
    상기 n형 전하생성층과 접하고 상기 n형 전하생성층과 상기 제 2 발광부 사이에 위치하는 p형 전하생성층을 포함하며,
    상기 제 1 전자수송층은 제 1 화합물을 포함하고, 상기 n형 전하 생성층은 제 2 화합물과 n형 도펀트를 포함하며,
    상기 제 1 화합물의 LUMO 에너지 레벨은 상기 제 2 화합물의 LUMO 에너지 레벨보다 높고, 상기 제 1 화합물의 LUMO 에너지 레벨과 상기 제 2 화합물의 LUMO 에너지 레벨 차이는 0.3~1.0eV인 유기발광다이오드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 화합물은 화학식1로 표시되며,
    [화학식1]
    Figure pat00060

    X1, X2, X3 각각은 독립적으로 N 또는 CR이고, X1, X2, X3 중 적어도 하나는 N이며,
    R은 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되고,
    L1은 C6 내지 C30의 아릴렌기이며, a는 0 또는 1이고,
    Ar1, Ar2 각각은 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 화합물은 화학식2의 화합물 중 하나인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
    [화학식2]
    Figure pat00061
    Figure pat00062
    Figure pat00063
    Figure pat00064
    Figure pat00065
    Figure pat00066
    Figure pat00067
    Figure pat00068
    Figure pat00069
    Figure pat00070

  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 화합물은 화학식3으로 표시되며,
    [화학식3]
    Figure pat00071

    L2는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴렌기이고, b는 0 또는 1이며,
    Ar3는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기와 치환 또는 비치환되고 O와 S 중 적어도 하나를 포함하는 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 화합물은 화학식4의 화합물 중 하나인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
    [화학식4]
    Figure pat00072
    Figure pat00073
    Figure pat00074
    Figure pat00075
    Figure pat00076
    Figure pat00077
    Figure pat00078
    Figure pat00079
    Figure pat00080
    Figure pat00081
    Figure pat00082
    Figure pat00083
    Figure pat00084
    Figure pat00085
    Figure pat00086
    Figure pat00087
    Figure pat00088
    Figure pat00089
    Figure pat00090
    Figure pat00091

  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 n형 도펀트는 Li 또는 Cs인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 p형 전하생성층은 제 3 화합물과 p형 도펀트를 포함하고,
    상기 제 3 화합물의 LUMO 에너지 레벨은 상기 제 2 화합물의 LUMO 에너지 레벨보다 높은 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 3 화합물의 LUMO 에너지 레벨과 상기 제 2 화합물의 LUMO 에너지 레벨 차이는 1.0~2.0eV인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 3 화합물은 화학식5로 표시되며,
    [화학식5]
    Figure pat00092

    R1, R2 각각은 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10의 알킬기, C6 내지 C30의 아릴기로 이루어진 군에서 선택되거나 서로 연결되어 고리를 형성하며,
    Y는 단일결합 또는 NR3이고, R3는 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10의 알킬기, C6 내지 C30의 아릴기로 이루어진 군에서 선택되며,
    c1은 0 내지 4의 정수이고, c2는 0 내지 5의 정수이며, c3와 c4 각각은 독립적으로 0 또는 1인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 3 화합물은 화학식6의 화합물 중 하나인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
    [화학식6]
    Figure pat00093
    Figure pat00094
    Figure pat00095
    Figure pat00096
    Figure pat00097
    Figure pat00098
    Figure pat00099
    Figure pat00100
    Figure pat00101
    Figure pat00102

  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 p형 도펀트의 LUMO 에너지 레벨은 상기 제 3 화합물의 HOMO 에너지 레벨보다 높고, 상기 p형 도펀트의 LUMO 에너지 레벨과 상기 제 3 화합물의 HOMO 에너지 레벨 차이는 0.1~0.5eV인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 p형 도펀트는 화학식7의 화합물인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
    [화학식7]
    Figure pat00103

  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 발광부는 상기 제 1 전자수송층과 접하며 상기 제 1 발광물질층과 상기 제 1 전자수송층 사이에 위치하는 정공차단층을 더 포함하고,
    상기 정공차단층은 상기 화학식1로 표시되는 정공차단물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 화합물과 상기 정공차단물질은 같거나 다른 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 발광부는, 상기 제 2 발광물질층 하부에 위치하며 상기 p형 전하생성층과 접하는 정공수송층을 더 포함하고,
    상기 정공수송층은 상기 화학식5로 표시되는 정공수송물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 3 화합물은 상기 정공수송물질과 같거나 다른 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 정공수송물질의 LUMO 에너지 레벨과 상기 제 3 화합물의 LUMO 에너지 레벨 차이는 0~0.2eV인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  18. 적색 화소영역, 녹색 화소영역, 청색 화소영역을 포함하는 기판과;
    상기 기판 상에 상기 적색 화소영역에 대응하여 위치하는 제 1 항 내지 제 17 항 중 하나의 유기발광다이오드를 포함하는 유기발광 표시장치.
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