KR20240059262A - 유기발광다이오드 및 유기발광장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 제 1 전극과; 상기 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극과; 제 1 화합물, 제 2 화합물을 포함하고 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하는 제 1 청색 발광물질층을 포함하는 유기발광다이오드와 유기발광장치를 제공하며, 제 1 화합물과 제 2 화합물 간에 단파장의 엑시플렉스가 형성되어 유기발광다이오드와 유기발광장치의 발광효율, 수명, 색순도 및 휘도가 향상된다.
Description
본 발명은 유기발광다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 낮은 구동 전압, 향상된 색순도와 수명을 갖는 유기발광다이오드 및 이를 포함하는 유기발광장치에 관한 것이다.
최근 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.
그러나, 종래 유기발광다이오드는 구동전압, 색순도, 수명과 같은 발광특성에서 한계를 갖는다. 특히, 청색 유기발광다이오드는 발광특성에서 큰 한계를 갖는다.
본 발명은 종래 유기발광다이오드의 높은 구동 전압, 저 색순도, 짧은 수명 문제를 해결하고자 한다.
위와 같은 과제의 해결을 위해, 본 발명은, 제 1 전극과; 상기 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극과; 제 1 화합물, 제 2 화합물을 포함하고 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하는 제 1 청색 발광물질층을 포함하며, 상기 제 1 화합물은 화학식1로 표시되고, a1, a2, a4, a7 각각은 독립적으로 0 내지 4의 정수이며, a3는 0 내지 3의 정수이고, a5, a6 각각은 독립적으로 0 내지 5의 정수이며, a8은 0 내지 2의 정수이고, a1, a2, a3 중 적어도 하나는 양의 정수이며, R1, R2, R3, R4, R7, R8 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되고, R5, R6 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되거나, 인접한 R5와 R6은 결합하여 고리를 형성하고, 상기 제 2 화합물은 화학식3으로 표시되며, b1은 1 내지 4의 정수이고, b2, b3, b4 각각은 독립적으로 0 내지 4의 정수이며, R21, R22 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴저밀기(arylgermyl group), 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되고, R21 중 적어도 하나는 카바졸기에서 선택되며, R23, R24 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기로 이루어진 군에서 선택되는 유기발광다이오드를 제공한다.
[화학식1]
[화학식3]
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 화학식1은 화학식1-1로 표시되며, 상기 화학식1-1에서, X는 단일결합(single bond), O 또는 S이고, n은 1 또는 2이며, a1, a2, a4, a5, a6 a7 각각은 독립적으로 0 내지 4의 정수이며, a3은 0 내지 3의 정수이고, a8은 0 내지 2의 정수이며, a1, a2, a3 중 적어도 하나는 양의 정수이고, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
[화학식1-1]
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 화학식1-1은 화학식1-2, 화학식1-3, 화학식1-4, 화학식1-5 중 하나로 표시되며, 상기 화학식1-2에서, X는 단일결합, O 또는 S이고, a1, a2, a4, a5, a6, a7 각각은 독립적으로 0 내지 4의 정수이며, a3, a8 각각은 독립적으로 0 내지 2의 정수이고, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되며, 상기 화학식1-3에서, X는 단일결합, O 또는 S이고, a2, a4, a5, a6, a7 각각은 독립적으로 0 내지 4의 정수이며, a1, a3 각각은 독립적으로 0 내지 3의 정수이고, a8은 0 내지 2의 정수이며, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되고, 상기 화학식1-4에서, X는 단일결합, O 또는 S이고, a1, a4, a5, a6, a7 각각은 독립적으로 0 내지 4의 정수이며, a2는 0 내지 3의 정수이고, a3, a8 각각은 독립적으로 0 내지 2의 정수이며, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되고, 상기 화학식1-5에서, X는 단일결합, O 또는 S이고, a4, a5, a6, a7 각각은 독립적으로 0 내지 4의 정수이며, a1, a2, a3 각각은 독립적으로 0 내지 3의 정수이고, a8은 0 내지 2의 정수이며, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
[화학식1-2]
[화학식1-3]
[화학식1-4]
[화학식1-5]
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 화학식3은 화학식3-1 또는 화학식3-2로 표시되며, 상기 화학식3-1에서, b1은 1 내지 3의 정수이고, b2, b3, b4, b5, b6 각각은 독립적으로 0 내지 4의 정수이며, R21, R22, R25, R26 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴저밀기(arylgermyl group), 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되고, R23, R24 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기로 이루어진 군에서 선택되며, 상기 화학식3-2에서, b1은 1 내지 3의 정수이고, b2, b3, b4, b7, b8 각각은 독립적으로 0 내지 4의 정수이며, R21, R22, R27, R28 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴저밀기(arylgermyl group), 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되고, R23, R24 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
[화학식3-1]
[화학식3-2]
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 1 청색 발광물질층은 화학식5로 표시되는 제 3 화합물을 더 포함하며, 상기 화학식5에서, R31, R32, R33, R34, R35, R36 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20의 사이클로알킬기, C1 내지 C20의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되고, d1, d2, d3 각각은 독립적으로 0 내지 4의 정수이며, d4는 0 내지 3의 정수이며, d5는 0 내지 2의 정수인 것을 특징으로 한다.
[화학식5]
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 화합물 각각의 중량비는 상기 제 3 화합물의 중량비보다 큰 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 1 발광물질층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 2 청색 발광물질층을 더 포함하고, 상기 제 2 청색 발광물질층은 호스트와 형광 도펀트를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 1 청색 발광물질층과 상기 제 2 청색 발광물질층 사이에 위치하고, 적색 발광물질층, 황록색 발광물질층, 녹색 발광물질층을 포함하는 발광물질층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 1 발광물질층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 2 청색 발광물질층을 더 포함하고, 상기 제 2 청색 발광물질층은 상기 화학식1로 표시되는 제 4 화합물, 상기 화학식3으로 표시되는 제 5 화합물, 상기 화학식5로 표시되는 제 6 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 1 청색 발광물질층과 상기 제 2 청색 발광물질층 사이에 위치하고, 적색 발광물질층, 황록색 발광물질층, 녹색 발광물질층을 포함하는 발광물질층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
다른 관점에서, 본 발명은, 기판과; 상기 기판 상에 위치하는 전술한 유기발광다이오드와; 상기 유기발광다이오드를 덮는 인캡슐레이션 필름을 포함하는 유기발광장치를 제공한다.
본 발명의 유기발광장치에 있어서, 상기 기판은 적색 화소영역, 녹색 화소영역, 청색 화소영역을 포함하고, 상기 유기발광다이오드는 상기 적색 화소영역, 상기 녹색 화소영역, 상기 청색 화소영역에 대응하여 위치하며, 상기 적색 화소영역, 상기 녹색 화소영역, 상기 청색 화소영역에 대응하는 색변환층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광장치에 있어서, 상기 기판은 적색 화소영역, 녹색 화소영역, 청색 화소영역을 포함하고, 상기 유기발광다이오드는 상기 적색 화소영역, 상기 녹색 화소영역, 상기 청색 화소영역에 대응하여 위치하며, 상기 적색 화소영역, 상기 녹색 화소영역, 상기 청색 화소영역에 대응하는 컬러필터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드 및 유기발광장치에서, 유기 발광층(청색 발광물질층)은 화학식1에 표시된 구조의 화합물인 n형 호스트와 화학식3에 표시된 구조의 화합물인 p형 호스트를 포함하고, 이에 따라 유기발광다이오드 및 이를 포함하는 유기발광장치에서 발광효율, 수명, 색순도가 향상된다.
즉, 화학식1에 표시된 구조의 화합물인 n형 호스트는 화학식3에 표시된 p형 호스트와 엑시플렉스(exciplex) 생성 효율이 증가한다. 또한, 화학식1에 표시된 구조의 화합물인 n형 호스트는 높은 LUMO 에너지 레벨(shallow LUMO)을 가져 생성되는 엑시플렉스의 에너지가 증가한다. 따라서, 도펀트로의 에너지 전달이 효율적으로 일어나고, 이에 따라 유기발광다이오드 및 이를 포함하는 유기발광장치에서 발광효율과 수명이 증가한다. 또한, 엑시플렉스의 잔여 발광이 억제되어 유기발광다이오드 및 이를 포함하는 유기발광장치의 색순도가 향상된다.
또한, 화학식1에 표시된 구조의 화합물인 n형 호스트는 지연형광 특성을 갖기 때문에, 비발광 삼중항 여기자가 발광에 참여하여 유기발광다이오드 및 이를 포함하는 유기발광장치의 발광효율이 더욱 향상된다.
또한, 본 발명의 유기발광다이오드는 제 1 청색 발광물질층을 포함하는 제 1 청색 발광부와 제 2 청색 발광물질층을 포함하는 제 2 청색 발광부를 포함하여 다중 스택 구조(탠덤 구조)를 가지며, 제 1 및 제 2 청색 발광물질층 중 적어도 하나는 화학식1에 표시된 구조의 화합물인 n형 호스트와 화학식3에 표시된 구조의 화합물인 p형 호스트를 포함한다. 따라서, 본 발명의 유기발광다이오드와 이를 포함하는 유기발광장치는 발광효율, 수명, 색순도 및 휘도에서 장점을 갖는다.
또한, 본 발명은 청색 발광부를 포함하는 다중 스택 구조의 백색 유기발광다이도를 제공하며, 청색 발광부에서 발광물질층은 화학식1에 표시된 구조의 화합물인 n형 호스트와 화학식3에 표시된 구조의 화합물인 p형 호스트를 포함한다. 따라서, 본 발명의 유기발광다이오드와 이를 포함하는 유기발광장치는 발광효율, 수명, 색순도 및 휘도에서 장점을 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 유기발광 표시장치의 개략적인 회로도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기발광표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 4는 유기발광다이오드의 발광물질층 내 호스트로부터 도펀트로의 에너지 전달 효율 보여주는 위한 그래프이다.
도 5는 비교예의 유기발광다이오드와 실험예의 유기발광다이오드에서의 PL 스펙트럼이다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 유기발광표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 유기발광표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제 8 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제 9 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제 10 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기발광표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 4는 유기발광다이오드의 발광물질층 내 호스트로부터 도펀트로의 에너지 전달 효율 보여주는 위한 그래프이다.
도 5는 비교예의 유기발광다이오드와 실험예의 유기발광다이오드에서의 PL 스펙트럼이다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 유기발광표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 유기발광표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제 8 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제 9 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제 10 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명은 청색 발광층이 높은 에너지를 갖는 엑시플렉스 생성이 가능한 n형 호스트와 p형 호스트를 포함하는 유기발광다이오드 및 유기발광다이오드를 포함하는 유기발광장치에 대한 것이다. 예를 들어, 유기발광장치는 유기발광표시장치 또는 유기발광조명일 수 있다. 일례로, 본 발명의 유기발광다이오드를 포함하는 표시장치인 유기발광 표시장치를 중심으로 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 산화물층을 포함한다.
예를 들어, 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 이루어질 수 있다.
제 1 전극(210)은 투명 도전성 산화물층의 단일층 구조를 가질 수 있다. 즉, 제 1 전극(210)은 투과 전극일 수 있다.
이와 달리, 제 1 전극(210)은 반사층을 더 포함하여 이중층 또는 삼중층 구조를 가질 수 있다. 즉, 제 1 전극(210)은 반사 전극일 수 있다.
예를 들어, 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 Ag/ITO 또는 APC/ITO의 이중층 구조 또는 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 발광물질층(emitting material layer, EML)을 포함하는 유기 발광층(220)이 형성된다. 청색 화소영역의 유기발광다이오드(D)에서, 유기 발광층(220)의 발광물질층은 화학식1에 표시된 화합물인 n형 호스트와 화학식3에 표시된 화합물인 p형 호스트를 포함한다.
발광물질층에서, n형 호스트와 p형 호스트는 높은 에너지의 엑시플렉스를 생성함으로써, 유기발광다이오드의 발광효율이 크게 향상된다.
유기 발광층(220)은 정공주입층(hole injection layer; HIL), 정공수송층(hole transport layer; HTL), 전자차단층(electron blocking layer; EBL), 정공차단층(hole blocking layer; HBL), 전자수송층(electron transport layer; ETL), 전자주입층(electron injection layer; EIL) 중 적어도 하나를 더 포함하여 다층 구조를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 청색 화소영역의 유기발광다이오드(D)의 유기 발광층(220)은 제 1 청색 발광물질층을 포함하는 제 1 청색 발광부와 제 2 청색 발광물질층을 포함하는 제 2 청색 발광부를 포함하여 다중 스택 구조를 가지며, 제 1 및 제 2 청색 발광물질층 중 적어도 하나는 화학식1에 표시된 화합물인 n형 호스트와 화학식3에 표시된 화합물인 p형 호스트를 포함한다. 이 경우, 유기 발광층(220)은 제 1 및 제 2 청색 발광부 사이에 위치하는 전하생성층(charge generation layer, CGL)을 더 포함할 수 있다.
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.
유기발광다이오드(D)가 상부발광(top-emission) 방식인 경우, 제 1 전극(210)은 반사전극이고 제 2 전극(230)은 얇은 두께를 가져 광투과(반투과) 특성을 갖는다. 이와 달리, 유기발광다이오드(D)가 하부발광(bottom-emission) 방식인 경우, 제 1 전극(210)은 투과전극이고 제 2 전극(230)은 반사전극이다.
도시하지 않았으나, 유기발광다이오드(D)는 제 2 전극(230) 상에 위치하는 캡핑층(capping layer)을 더 포함할 수 있다. 캡핑층에 의해 유기발광다이오드(D)와 유기발광 표시장치(100)의 광 효율이 더욱 향상될 수 있다.
제 2 전극(230) 상에는, 외부 수분이 유기발광다이오드(D)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.
이와 달리, 하부발광 방식 유기발광표시장치(100)에서는, 제 2 전극(230) 상부로 금속 인캡슐레이션 플레이트가 배치될 수 있다. 예를 들어, 인캡슐레이션 플레이트는 접착층을 통해 유기발광다이오드(D)에 부착될 수 있다.
도시하지 않았으나, 유기발광표시장치(100)는 적색, 녹색 및 청색 화소영역에 대응하는 컬러 필터(도시하지 않음)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터는 유기발광다이오드(D)의 상부 또는 기판(110)과 유기발광다이오드(D) 사이에 배치될 수 있다.
유기발광 표시장치(100)는 외부광의 반사를 줄이기 위한 편광판(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 편광판(도시하지 않음)은 원형 편광판일 수 있다. 유기발광표시장치(100)가 하부발광 방식인 경우, 편광판은 기판(110) 하부에 위치할 수 있다. 한편, 본 발명의 유기발광표시장치(100)가 상부 발광 방식인 경우, 편광판은 인캡슐레이션 필름(170) 상부에 위치할 수 있다.
또한, 상부발광 방식의 유기발광표시장치(100)에서는, 인캡슐레이션 필름(170) 또는 편광판 상에 커버 윈도우(미도시)가 부착될 수 있다. 이때, 기판(110)과 커버 윈도우가 플렉서블 특성을 가져, 플렉서블 표시장치를 이룰 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 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 유기 발광층(220)을 포함한다. 유기 발광층(220)은 발광물질층(240, 청색 발광물질층)을 포함한다. 또한, 유기발광다이오드(D1)는 광추출 향상을 위해 제 2 전극(230) 상에 형성되는 캡핑층(미도시)을 더 포함할 수 있다.
유기발광표시장치(도 2의 100)는 적색 화소영역, 녹색 화소영역, 청색 화소영역을 포함하고, 유기발광다이오드(D1)는 청색 화소영역에 위치한다.
제 1 전극(210)은 양극일 수 있고, 제 2 전극(230)은 음극일 수 있다. 제 1 전극(210)과 제 2 전극(230) 중 하나는 반사전극이고, 제 1 전극(210)과 제 2 전극(230) 중 다른 하나는 투과(반투과)전극이다. 예를 들어, 제 1 전극(210)은 ITO의 단일층 구조를 갖고, 제 2 전극(230)은 Al로 이루어질 수 있다.
또한, 유기 발광층(220)은 제 1 전극(210)과 발광물질층(240) 사이에 위치하는 정공수송층(HTL, 260)과 발광물질층(240)과 제 2 전극(230) 사이에 위치하는 전자수송층(ETL, 270) 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 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 더 포함할 수 있다.
또한, 발광층(220)은 발광물질층(240)과 정공수송층(260) 사이에 위치하는 전자차단층(EBL, 265)과 발광물질층(240)과 전자수송층(270) 사이에 위치하는 정공차단층(HBL, 275) 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 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 중 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 정공주입층(250)은 1 내지 30nm의 두께를 가질 수 있다.
정공수송층(260)은 N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine (TPD), NPB(NPD), 4,4'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl(CBP), poly[N,N'-bis(4-butylpnehyl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidine](Poly-TPD), (poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-(4,4'-(N-(4-sec-butylphenyl)diphenylamine))] (TFB), di-[4-(N,N-di-p-tolyl-amino)-phenyl]cyclohexane(TAPC), 3,5-di(9H-carbazol-9-yl)-N,N-diphenylaniline(DCDPA), N-(biphenyl-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine, N-(biphenyl-4-yl)-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)biphenyl-4-amine 중 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 정공수송층(260)은 10 내지 100nm의 두께를 가질 수 있다.
전자수송층(270)은 옥사디아졸계 화합물(oxadiazole-based compound), 트리아졸계 화합물(triazole-based compound), 페난트롤린계 화합물(phenanthroline-based compound), 벤족사졸계 화합물(benzoxazole-based compound), 벤조티아졸계 화합물(benzothiazole-based compound), 벤즈이미다졸계 화합물(benzimidazole-based compound), 트리아진 화합물(triazine-based compound) 중 어느 하나의 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자수송층(270)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 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 전자수송층(270)은 10 내지 100nm의 두께를 가질 수 있다.
전자주입층(280)은 LiF, CsF, NaF, BaF2와 같은 알칼리 할라이드계 물질 및/또는 Liq, lithium benzoate, sodium stearate와 같은 유기금속계 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 전자주입층(280)은 0.1 내지 10nm의 두께를 가질 수 있다.
정공수송층(260)과 발광물질층(240) 사이에 위치하여 발광물질층(240)에서 정공수송층(260)으로의 전자 이동을 막기 위한 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, 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 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 전자차단층(265)은 5 내지 30nm의 두께를 가질 수 있다.
또한, 발광물질층(240)과 전자수송층(270) 사이에 위치하여 발광물질층(240)으로부터 전자수송층(270)으로의 정공 이동을 막기 위한 정공차단층(275)은 전술한 전자수송층(270) 물질이 이용될 수 있다. 정공차단층(275)은 발광물질층(240)에 포함된 물질보다 HOMO 에너지 준위가 낮은 물질, 예를 들어 BCP, BAlq, Alq3, PBD, spiro-PBD, Liq, bis-4,6-(3,5-di-3-pyridylphenyl)-2-methylpyrimidine(B3PYMPM), bis[2-(diphenylphosphino)phenyl]ether oxide(DPEPO), 9-(6-9H-carbazol-9-yl)pyridine-3-yl)-9H-3,9'-bicarbazole, TSPO1 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 정공차단층(275)은 1 내지 30nm의 두께를 가질 수 있다.
발광물질층(240)은 n형 호스트인 제 1 화합물(242, 제 1 호스트)과 p형 호스트인 제 2 화합물(244, 제 2 호스트)을 포함한다. 또한, 발광물질층(240)은 인광 도펀트인 제 3 화합물(246)을 더 포함할 수 있다. 발광물질층(240)은 10 내지 100nm의 두께를 가질 수 있다.
발광물질층(240)에서, 제 1 화합물(242)과 제 2 화합물(244) 각각의 중량비는 제 3 화합물(246)의 중량비보다 클 수 있고, 제 1 화합물(242)의 중량비와 제 2 화합물(244)의 중량비는 같거나 다를 수 있다. 예를 들어, 발광물질층(240)에서, 제 1 화합물(242)과 제 2 화합물(244)은 동일한 중량비를 가질 수 있고, 제 3 화합물(246)에 대하여, 제 1 화합물(242)과 제 2 화합물(244) 각각은 200 내지 600 중량부를 가질 수 있다.
발광물질층(240)에서, n형 호스트인 제 1 화합물(242)은 화학식1a로 표시된다.
[화학식1a]
[화학식1b]
화학식1a에서, a11, a12 각각은 독립적으로 0 내지 4의 정수이며, a13는 0 내지 3의 정수이고, a11, a12, a13 중 적어도 하나는 양의 정수이다. R11, R12, R13 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되고, R11, R12, R13 중 적어도 하나는 화학식1b로 표시된다.
화학식1b에서, a14, a17 각각은 독립적으로 0 내지 4의 정수이고, a15, a16 각각은 독립적으로 0 내지 5의 정수이며, a18은 0 내지 2의 정수이다. R14, R17, R18 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택된다. R15, R16 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되거나, 인접한 R15와 R16은 결합하여 고리를 형성한다.
예를 들어, R15와 R16에 의해 형성되는 고리는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 지환족 고리(alicyclic ring), 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로지환족 고리(hetero alicyclic ring), 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 방향족 고리(aromatic ring), 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로방향족 고리(heteroaromatic ring) 중 하나일 수 있다.
일 실시예에서, R11, R12, R13 중 하나 또는 둘은 화학식1b에서 선택되고 나머지 둘 또는 하나는 시아노기, C6 내지 C30의 실릴기(예를 들어 트리페닐실릴), C1 내지 C20의 알킬기(예를 들어, 메틸 또는 터셔리부틸), C1 내지 C20의 알콕시기(예를 들어, 메톡시), C6 내지 C30의 아릴기(예를 들어, 페닐)로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
본 발명에서, 다른 기재가 없는 한, 치환기는, 중수소, C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20의 사이클로알킬기, C6 내지 C30의 아릴기에서 선택될 수 있다.
본 발명에서, 다른 기재가 없는 한, C6 내지 C30의 아릴기는, 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 발명에서, 다른 기재가 없는 한, C3 내지 C30의 헤테로아릴기는 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, 화학식1a로 표시되는 제 1 화합물(242)은 화학식1로 표시될 수 있다.
[화학식1]
화학식1에서, a1, a2, a4, a7 각각은 독립적으로 0 내지 4의 정수이며, a3는 0 내지 3의 정수이고, a5, a6 각각은 독립적으로 0 내지 5의 정수이며, a8은 0 내지 2의 정수이고, a1, a2, a3 중 적어도 하나는 양의 정수이다. R1, R2, R3, R4, R7, R8 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택된다. R5, R6 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되거나, 인접한 R5와 R6은 결합하여 고리를 형성한다.
예를 들어, R5와 R6가 결합하여 고리를 형성하는 경우, 제 1 화합물(242)은 화학식1-1로 표시될 수 있다.
[화학식1-1]
화학식1-1에서, X는 단일결합(single bond), O 또는 S이고, n은 1 또는 2이다. a1, a2, a4, a5, a6 a7 각각은 독립적으로 0 내지 4의 정수이며, a3은 0 내지 3의 정수이고, a8은 0 내지 2의 정수이며, a1, a2, a3 중 적어도 하나는 양의 정수이다. R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택된다.
예를 들어, 제 1 화합물(242)은 화학식1-2, 화학식1-3, 화학식1-4, 화학식1-5 중 하나로 표시될 수 있다.
[화학식1-2]
[화학식1-3]
[화학식1-4]
[화학식1-5]
화학식1-2에서, X는 단일결합, O 또는 S이고, a1, a2, a4, a5, a6, a7 각각은 독립적으로 0 내지 4의 정수이며, a3, a8 각각은 독립적으로 0 내지 2의 정수이다. R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택된다.
화학식1-3에서, X는 단일결합, O 또는 S이고, a2, a4, a5, a6, a7 각각은 독립적으로 0 내지 4의 정수이며, a1, a3 각각은 독립적으로 0 내지 3의 정수이고, a8은 0 내지 2의 정수이다. R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택된다.
화학식1-4에서, X는 단일결합, O 또는 S이고, a1, a4, a5, a6, a7 각각은 독립적으로 0 내지 4의 정수이며, a2는 0 내지 3의 정수이고, a3, a8 각각은 독립적으로 0 내지 2의 정수이다. R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택된다.
화학식1-5에서, X는 단일결합, O 또는 S이고, a4, a5, a6, a7 각각은 독립적으로 0 내지 4의 정수이며, a1, a2, a3 각각은 독립적으로 0 내지 3의 정수이고, a8은 0 내지 2의 정수이다. R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택된다.
예를 들어, n형 호스트인 제 1 화합물(242)은 화학식2에 표시된 화합물 중 하나일 수 있다.
[화학식2]
발광물질층(240)에서, p형 호스트인 제 2 화합물(244)은 화학식3으로 표시된다.
[화학식3]
화학식3에서, b1은 1 내지 4의 정수이고, b2, b3, b4 각각은 독립적으로 0 내지 4의 정수이다. R21, R22 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴저밀기(arylgermyl group), 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되고, R21 중 적어도 하나는 카바졸기에서 선택된다. R23, R24 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기로 이루어진 군에서 선택된다.
예를 들어, R22는 C6 내지 C30의 아릴기로 치환된 C1 내지 C20의 알킬기(예를 들어 트리페닐메틸), C6 내지 C30의 아릴실릴기(트리페닐실릴), C6 내지 C30의 아릴저밀기(트리페닐저밀)로부터 선택될 수 있다.
화학식3으로 표시되는 제 2 화합물(244)은 화학식3-1 또는 화학식3-2로 표시될 수 있다.
[화학식3-1]
[화학식3-2]
화학식3-1에서, b1은 1 내지 3의 정수이고, b2, b3, b4, b5, b6 각각은 독립적으로 0 내지 4의 정수이다. R21, R22, R25, R26 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴저밀기(arylgermyl group), 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택된다. R23, R24 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기로 이루어진 군에서 선택된다.
화학식3-2에서, b1은 1 내지 3의 정수이고, b2, b3, b4, b7, b8 각각은 독립적으로 0 내지 4의 정수이다. R21, R22, R27, R28 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴저밀기(arylgermyl group), 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택된다. R23, R24 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기로 이루어진 군에서 선택된다.
예를 들어, 화학식3-2에서 R29는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기(예를 들어 페닐)일 수 있다.
화학식3-1 및 화학식3-2에서, 카바졸기와 바이카바졸기(비스카바졸기)의 결합 위치는 특정될 수 있다. 예를 들어, 화학식3-1 및 화학식3-2는 화학식3-3 및 화학식3-4로 표시될 수 있다.
[화학식3-3]
[화학식3-4]
화학식3-3에서, b1은 1 내지 3의 정수이고, b2, b3, b4, b5, b6 각각은 독립적으로 0 내지 4의 정수이다. R21, R22, R25, R26 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴저밀기(arylgermyl group), 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택된다. R23, R24 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기로 이루어진 군에서 선택된다.
화학식3-4에서, b1은 1 내지 3의 정수이고, b2, b3, b4, b7, b8 각각은 독립적으로 0 내지 4의 정수이다. R21, R22, R27, R28 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴저밀기(arylgermyl group), 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택된다. R23, R24 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기로 이루어진 군에서 선택된다.
예를 들어, 화학식3-4에서 R29는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기(예를 들어 페닐)일 수 있다.
예를 들어, p형 호스트인 제 2 화합물(244)은 화학식4에 표시된 화합물 중 하나일 수 있다.
[화학식4]
제 1 화합물(242)과 제 2 화합물(244) 각각의 삼중항 에너지 준위는 2.7eV보다 클 수 있다.
발광물질층(240)에서, 인광 도펀트인 제 3 화합물(246)은 화학식5로 표시된다.
[화학식5]
화학식5에서, R31, R32, R33, R34, R35, R36 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20의 사이클로알킬기, C1 내지 C20의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되고, d1, d2, d3 각각은 독립적으로 0 내지 4의 정수이며, d4는 0 내지 3의 정수이며, d5는 0 내지 2의 정수이다.
예를 들어, R31, R32, R33, R34, R35, R36 각각은 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기(예를 들어, 메틸, 터셔리-부틸, 아다만타닐), 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기(예를 들어 페닐)로부터 선택될 수 있다. 또한, d1, d2, d3, d4, d5 중 적어도 하나는 양의 정수일 수 있다.
예를 들어, 인광 도펀트인 제 3 화합물(246)은 화학식6의 화합물 중 하나일 수 있다.
[화학식6]
제 3 화합물(246)은 430~490nm 범위 내에서 최대발광파장을 가질 수 있다. 제 3 화합물(246)의 단일항 에너지 준위는 제 1 및 제 2 화합물(242, 244) 각각의 단일항 에너지 준위보다 작을 수 있고, 제 3 화합물(246)의 삼중항 에너지 준위는 제 1 및 제 2 화합물(242, 244) 각각의 삼중항 에너지 준위보다 작을 수 있다.
발광물질층(240)은 형광 도펀트 또는 지연형광 도펀트인 제 4 화합물을 더 포함할 수 있다. 제 4 화합물은 430~490nm 범위 내에서 최대발광파장을 가질 수 있다. 제 4 화합물의 단일항 에너지 준위는 제 1 내지 제 3 화합물(242, 244, 246) 각각의 단일항 에너지 준위보다 작을 수 있고, 제 4 화합물의 삼중항 에너지 준위는 제 1 내지 제 3 화합물(242, 244, 246) 각각의 삼중항 에너지 준위보다 작을 수 있다.
적색 화소영역에서, 발광다이오드는 적색 발광물질층을 포함한다. 적색 발광물질층은 적색 호스트와 적색 도펀트를 포함한다. 녹색 화소영역에서, 발광다이오드는 녹색 발광물질층을 포함한다. 녹색 발광물질층은 녹색 호스트와 녹색 도펀트를 포함한다. 적색 도펀트, 녹색 도펀트 각각은 형광 화합물, 인광 화합물, 지연형광 화합물 중 하나일 수 있다.
전술한 바와 같이, 청색 화소영역에서, 유기발광다이오드(D1)의 발광물질층(240)은 화학식1에 표시된 제 1 화합물(242), 화학식3에 표시된 제 2 화합물(244), 화학식5에 표시된 제 3 화합물(246)을 포함하며, 제 1 화합물(242)과 제 2 화합물(244) 간에 엑시플렉스(exciplex) 생성 효율이 증가한다. 또한, 화학식1에 표시된 제 1 화합물(242)은 높은 LUMO 에너지 레벨(shallow LUMO)을 가져 생성되는 엑시플렉스의 에너지가 증가한다. 즉, 제 1 화합물(242)과 제 2 화합물(244) 간에 생성되는 엑시플렉스의 파장이 짧아진다. 따라서, 인광 도펀트인 제 3 화합물(246)으로의 에너지 전달이 효율적으로 일어난다.
따라서, 유기발광다이오드(D1) 및 이를 포함하는 유기발광 표시장치(100)에서 발광효율과 수명이 증가한다. 또한, 엑시플렉스의 잔여 발광이 억제되어 유기발광다이오드(D1) 및 이를 포함하는 유기발광 표시장치(100)의 색순도가 향상된다.
또한, 화학식1에 표시된 제 1 화합물(242)은 지연형광 특성을 갖기 때문에, 비발광 삼중항 여기자가 발광에 참여하여 유기발광다이오드(D1) 및 이를 포함하는 유기발광 표시장치(100)의 발광효율이 더욱 향상된다.
[유기발광다이오드]
양극(ITO, 50nm), 정공주입층(화학식7-1, 7 nm), 정공수송층(화학식7-2, 45 nm), 전자차단층(화학식7-3, 10 nm), 발광물질층(30 nm), 정공차단층(화학식7-4, 10 nm), 전자수송층(화학식7-5, 30 nm), 전자주입층(LiF, 1 nm), 음극(Al, 70 nm)을 순차 적층하여 유기발광다이오드를 제작하였다.
[화학식7-1]
[화학식7-2]
[화학식7-3]
[화학식7-4]
[화학식7-5]
1. 비교예
(1) 비교예1 (Ref1)
화학식4의 화합물HH-1(44wt%), 화학식8-1의 화합물Ref_EH1(44wt%), 화학식6의 화합물PD-1(12wt%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(2) 비교예2 (Ref2)
화학식4의 화합물HH-1(44wt%), 화학식8-2의 화합물Ref_EH2(44wt%), 화학식6의 화합물PD-1(12wt%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(3) 비교예3 (Ref3)
화학식4의 화합물HH-1(44wt%), 화학식8-3의 화합물Ref_EH3(44wt%), 화학식6의 화합물PD-1(12wt%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(4) 비교예4 (Ref4)
화학식4의 화합물HH-1(44wt%), 화학식8-4의 화합물Ref_EH4(44wt%), 화학식6의 화합물PD-1(12wt%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(5) 비교예5 (Ref5)
화학식4의 화합물HH-1(44wt%), 화학식8-5의 화합물Ref_EH5(44wt%), 화학식6의 화합물PD-1(12wt%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
[화학식8-1]
[화학식8-2]
[화학식8-3]
[화학식8-4]
[화학식8-5]
2. 실험예
(1) 실험예1 (Ex1)
화학식4의 화합물HH-1(44wt%), 화학식2의 화합물EH-3(44wt%), 화학식6의 화합물PD-1(12wt%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(2) 실험예2 (Ex2)
화학식4의 화합물HH-1(44wt%), 화학식2의 화합물EH-15(44wt%), 화학식6의 화합물PD-1(12wt%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(3) 실험예3 (Ex3)
화학식4의 화합물HH-1(44wt%), 화학식2의 화합물EH-21(44wt%), 화학식6의 화합물PD-1(12wt%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(4) 실험예4 (Ex4)
화학식4의 화합물HH-1(44wt%), 화학식2의 화합물EH-42(44wt%), 화학식6의 화합물PD-1(12wt%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(5) 실험예5 (Ex5)
화학식4의 화합물HH-2(44wt%), 화학식2의 화합물EH-3(44wt%), 화학식6의 화합물PD-1(12wt%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(6) 실험예6 (Ex6)
화학식4의 화합물HH-2(44wt%), 화학식2의 화합물EH-15(44wt%), 화학식6의 화합물PD-1(12wt%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(7) 실험예7 (Ex7)
화학식4의 화합물HH-2(44wt%), 화학식2의 화합물EH-21(44wt%), 화학식6의 화합물PD-1(12wt%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(8) 실험예8 (Ex8)
화학식4의 화합물HH-2(44wt%), 화학식2의 화합물EH-42(44wt%), 화학식6의 화합물PD-1(12wt%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(9) 실험예9 (Ex9)
화학식4의 화합물HH-1(44wt%), 화학식2의 화합물EH-3(44wt%), 화학식6의 화합물PD-2(12wt%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(10) 실험예10 (Ex10)
화학식4의 화합물HH-1(44wt%), 화학식2의 화합물EH-15(44wt%), 화학식6의 화합물PD-2(12wt%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(11) 실험예11 (Ex11)
화학식4의 화합물HH-1(44wt%), 화학식2의 화합물EH-21(44wt%), 화학식6의 화합물PD-2(12wt%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(12) 실험예12 (Ex12)
화학식4의 화합물HH-1(44wt%), 화학식2의 화합물EH-42(44wt%), 화학식6의 화합물PD-2(12wt%)을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
또한, 비교예1 내지 비교예5, 실험예1 내지 실험예12의 유기발광다이오드의 발광특성(외부양자효율(EQE), 색좌표(CIEy), 수명(T95))을 측정하여 표1에 기재하였다. (8.6mA/cm2에서 측정)
| HH | EH | PD | EQE (%) |
CIEy | T95 (%) |
|
| Ex1 | HH-1 | EH-3 | PD-1 | 18.0 | 0.148 | 125 |
| Ex2 | EH-15 | 20.1 | 0.137 | 133 | ||
| Ex3 | EH-21 | 19.6 | 0.146 | 127 | ||
| Ex4 | EH-42 | 17.9 | 0.140 | 131 | ||
| Ex5 | HH-2 | EH-3 | 19.2 | 0.147 | 127 | |
| Ex6 | EH-15 | 19.7 | 0.145 | 131 | ||
| Ex7 | EH-21 | 18.3 | 0.150 | 122 | ||
| Ex8 | EH-42 | 18.6 | 0.151 | 121 | ||
| Ex9 | HH-1 | EH-3 | PD-2 | 19.1 | 0.142 | 141 |
| Ex10 | EH-15 | 19.2 | 0.141 | 139 | ||
| Ex11 | EH-21 | 18.7 | 0.147 | 144 | ||
| Ex12 | EH-42 | 19.7 | 0.139 | 134 | ||
| Ref1 | HH-1 | Ref_EH1 | PD-1 | 13.4 | 0.154 | 100 |
| Ref2 | Ref_EH2 | 10.8 | 0.236 | 97 | ||
| Ref3 | Ref_EH3 | 12.6 | 0.152 | 11 | ||
| Ref4 | Ref_EH4 | 14.2 | 0.206 | 42 | ||
| Ref5 | Ref_EH5 | 15.1 | 0.154 | 93 |
표1에서 보여지는 바와 같이, 발광물질층이 화학식3에 표시된 p형 호스트, 화학식5에 표시된 인광 도펀트와 함께 화학식8-1의 화합물Ref_EH1, 화학식8-2의 화합물Ref_EH2, 화학식8-3의 화합물Ref_EH3, 화학식8-4의 화합물Ref_EH4, 화학식8-5의 화합물Ref_EH5 중에서 선택되는 n형 호스트를 포함하는 비교예1 내지 비교예5의 유기발광다이오드와 비교할 때, 발광물질층이 화학식3에 표시된 p형 호스트, 화학식5에 표시된 인광 도펀트와 함께 화학식1에 표시된 n형 호스트를 포함하는 실험예1 내지 실험예12의 유기발광다이오드에서 발광효율, 색순도, 수명이 향상된다.
유기발광다이오드의 발광물질층 내 호스트로부터 도펀트로의 에너지 전달 효율 보여주는 위한 그래프인 도 4를 참조하면, 비교예2에서 이용되는 n형 호스트인 화합물Ref_EH2와 p형 호스트인 화합물HH-1 사이에서는 비교적 장파장의 엑시플렉스가 형성되고 이에 따라 인광 도펀물(PD)인 화합물PD-1로의 에너지 전달이 충분히 일어나지 않는다. 그러나, 실험예1에서 이용되는 n형 호스트인 화합물EH-3과 p형 호스트인 화합물HH-1 사이에서는 비교적 단파장의 엑시플렉스가 형성되고 이에 따라 인광 도펀물(PD)인 화합물PD-1로의 에너지 전달이 충분히 일어난다.
비교예의 유기발광다이오드와 실험예의 유기발광다이오드에서의 PL 스펙트럼인 도 5를 참조하면, 발광물질층이 n형 호스트인 화합물Ref_EH2, p형 호스트인 화합물HH-1, 인광 도펀트인 화합물PD-1을 포함하는 유기발광다이오드에서는 생성된 엑시플렉서의 에너지가 인광 도펀트로 충분히 전달되지 못하고 엑시플렉스의 잔여 에너지로부터 발광되어 색순도가 저하된다. 한편, 발광물질층이 n형 호스트인 화합물EH3, p형 호스트인 화합물HH-1, 인광 도펀트인 화합물PD-1을 포함하는 유기발광다이오드에서는 생성된 엑시플렉서의 에너지가 인광 도펀트로 충분히 전달되고 엑시플렉스로부터의 발광이 억제됨으로써 색순도가 향상된다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 유기발광다이오드(D2)는 서로 마주하는 제 1 및 제 2 전극(210, 230)과 이들 사이에 위치하는 유기 발광층(220)을 포함하며, 유기 발광층(220)은 제 1 청색 발광물질층(320)을 포함하는 제 1 발광부(310)와 제 2 청색 발광물질층(350)을 포함하는 제 2 발광부(340)를 포함한다. 또한, 유기 발광층(220)은 제 1 및 제 2 발광부(310, 340) 사이에 위치하는 전하생성층(370)을 더 포함할 수 있다. 또한, 유기발광다이오드(D2)는 광추출 향상을 위해 제 2 전극(230) 상에 형성되는 캡핑층(미도시)을 더 포함할 수 있다.
유기발광 표시장치(100)는 적색 화소영역, 녹색 화소영역, 청색 화소영역을 포함하고, 유기발광다이오드(D2)는 청색 화소영역에 위치한다.
제 1 전극(210)은 양극일 수 있고, 제 2 전극(230)은 음극일 수 있다. 제 1 전극(210)과 제 2 전극(230) 중 하나는 반사전극이고, 제 1 전극(210)과 제 2 전극(230) 중 다른 하나는 투과(반투과)전극이다. 예를 들어, 제 1 전극(210)은 ITO의 단일층 구조를 갖고, 제 2 전극(230)은 Al로 이루어질 수 있다.
제 1 발광부(310)는, 제 1 청색 발광물질층(320) 하부에 위치하는 제 1 정공수송층(334)과 제 1 청색 발광물질층(320) 상부에 위치하는 제 1 전자수송층(336) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 제 1 발광부(310)는 제 1 전극(210)과 제 1 정공 수송층(334) 사이에 위치하는 정공주입층(332)을 더 포함할 수도 있다.
또한, 제 1 발광부(310)는, 제 1 정공수송층(334)과 제 1청색 발광물질층(320) 사이에 위치하는 전자차단층(미도시)과 제 1청색 발광물질층(320)과 제 1전자수송층(336) 사이에 위치하는 정공 차단층(미도시) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
제 2 발광부(340)는, 제 2 청색 발광물질층(350) 하부에 위치하는 제 2 정공수송층(362)과 제 2 청색 발광물질층(350) 상부에 위치하는 제 2 전자수송층(364) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 제 2 발광부(340)는 제 2 전극(230)과 제 2 전자 수송층(364) 사이에 위치하는 전자주입층(366)을 더 포함할 수 있다.
또한, 제 2 발광부(340)는, 제 2 정공수송층(362)과 제 2청색 발광물질층(350) 사이에 위치하는 전자차단층(미도시)과 제 2청색 발광물질층(350)과 제 2전자수송층(364) 사이에 위치하는 정공 차단층(미도시) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 정공주입층(332)은 MTDATA, NATA, 1T-NATA, 2T-NATA, CuPc, TCTA, NPB (or NPD), HAT-CN, TDAPB, PEDOT/PSS, N-(biphenyl-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine 중 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있다.
제 1 정공수송층(334)과 제 2 정공수송층(362) 각각은 TPD, NPB (orNPD), CBP, Poly-TPD, TFB, TAPC, DCDPA, N-(biphenyl-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine, N-(biphenyl-4-yl)-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)biphenyl-4-amine 중 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있다.
제 1 전자수송층(336)과 제 2 전자수송층(364) 각각은 옥사디아졸계 화합물(oxadiazole-based compound), 트리아졸계 화합물(triazole-based compound), 페난트롤린계 화합물(phenanthroline-based compound), 벤족사졸계 화합물(benzoxazole-based compound), 벤조티아졸계 화합물(benzothiazole-based compound), 벤즈이미다졸계 화합물(benzimidazole-based compound), 트리아진 화합물(triazine-based compound) 중 어느 하나의 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 전자수송층(336)과 제 2 전자수송층(364) 각각은 Alq3, PBD, spiro-PBD, Liq, TPBi, BAlq, Bphen, NBphen, BCP, TAZ, NTAZ, TpPyPB, TmPPPyTz, PFNBr, TPQ, TSPO1 중 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있다.
전자주입층(366)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.
제 1 전자차단층과 제 2 전자차단층 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, mCP, mCBP, CuPc, DNTPD, TDAPB, DCDPA, 2,8-bis(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)dibenzo[b,d]thiophene) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제 1 정공차단층과 제 2 정공차단층 각각은 BCP, BAlq, Alq3, PBD, spiro-PBD, Liq, B3PYMPM, DPEPO, 9-(6-9H-carbazol-9-yl)pyridine-3-yl)-9H-3,9'-bicarbazole, TSPO1 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
전하 생성층(370)은 제 1 발광부(310)와 제 2 발광부(340) 사이에 위치한다. 즉, 제 1 발광부(310)와 제 2 발광부(340)는 전하 생성층(370)에 의해 연결된다. 전하 생성층(370)은 N형 전하 생성층(372)과 P형 전하 생성층(374)이 접합된 PN접합 전하 생성층일 수 있다.
N형 전하 생성층(372)은 제 1 전자 수송층(336)과 제 2 정공 수송층(362) 사이에 위치하고, P형 전하 생성층(374)은 N형 전하 생성층(372)과 제 2 정공 수송층(362) 사이에 위치한다.
N형 전하 생성층(372)은 전자를 제 1 발광부(310)의 제 1 청색 발광물질층(320)으로 전달하고, P형 전하생성층(374)은 정공을 제 2 발광부(340)의 제 2 청색 발광물질층(350)으로 전달한다.
N형 전하 생성층(372)은 Li, Na, K, Cs와 같은 알칼리 금속 및/또는 Mg, Sr, Ba, Ra와 같은 알칼리토 금속으로 도핑된 유기층일 수 있다. 예를 들어, N형 전하 생성층(372)은 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(4,7-dipheny-1,10-phenanthroline; Bphen), MTDATA와 같은 유기물질인 호스트와 알칼리금속 또는 알칼리토금속인 도펀트를 포함하며, 도펀트는 0.01 내지 30 중량%로 도핑될 수 있다.
P형 전하 생성층(374)은 텅스텐산화물(WOx), 몰리브덴산화물(MoOx), 베릴륨산화물(Be2O3), 바나듐산화물(V2O5) 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 무기물, NPD, HAT-CN, F4TCNQ, TPD, TNB, TCTA, N,N'-디옥틸-3,4,9,10-페릴렌디카복시미드(N,N'-dioctyl-3,4,9,10-perylenedicarboximide; PTCDI-C8) 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 유기물로 이루어질 수 있다.
제 1 청색 발광물질층(320)은 n형 호스트인 제 1 화합물(322, 제 1 호스트)과 p형 호스트인 제 2 화합물(324, 제 2 호스트)을 포함한다. 또한, 제 1 청색 발광물질층(320)은 인광 도펀트인 제 3 화합물(326)을 더 포함할 수 있다. 제 1 청색 발광물질층(320)은 10 내지 100nm의 두께를 가질 수 있다.
제 1 청색 발광물질층(320)에서, 제 1 화합물(322)과 제 2 화합물(324) 각각의 중량비는 제 3 화합물(326)의 중량비보다 클 수 있고, 제 1 화합물(322)의 중량비와 제 2 화합물(324)의 중량비는 같거나 다를 수 있다. 예를 들어, 제 1 청색 발광물질층(320)에서, 제 1 화합물(322)과 제 2 화합물(324)은 동일한 중량비를 가질 수 있고, 제 3 화합물(326)에 대하여, 제 1 화합물(322)과 제 2 화합물(324) 각각은 200 내지 600 중량부를 가질 수 있다.
제 1 화합물(322)은 화학식1로 표시되고 화학식2의 화합물 중 하나일 수 있다. 제 2 화합물(324)은 화학식3으로 표시되고 화학식4의 화합물 중 하나일 수 있다. 제 3 화합물(326)은 화학식5로 표시되고 화학식6의 화합물 중 하나일 수 있다.
제 2 청색 발광물질층(350)은 호스트인 제 4 화합물(352)과 청색 도펀트인제 5 화합물(354)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 5 화합물(354)은 청색 형광 도펀트일 수 있다. 제 2 청색 발광물질층(350)은 10 내지 100nm의 두께를 가질 수 있다.
예를 들어, 제 4 화합물(352)은 mCP, 9-(3-(9H-carbazol-9-yl)phenyl)-9H-carbazole-3-carbonitrile (mCP-CN), mCBP, CBP-CN, 9-(3-(9H-Carbazol-9-yl)phenyl)-3-(diphenylphosphoryl)-9H-carbazole (mCPPO1) 3,5-Di(9H-carbazol-9-yl)biphenyl (Ph-mCP), TSPO1, 9-(3′carbazol-9-yl)-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-9H-pyrido[2,3-b]indole (CzBPCb), bis(2-methylphenyl)diphenylsilane (UGH-1), 1,4-bis(triphenylsilyl)benzene (UGH-2), 1,3-bis(triphenylsilyl)benzene (UGH-3), 9,9-spiorobifluoren-2-yl-diphenyl-phosphine oxide (SPPO1), 9,9'-(5-(triphenylsilyl)-1,3-phenylene)bis(9H-carbazole) (SimCP) 중 하나일 수 있다.
예를 들어, 제 5 화합물(354)은, perylene, 4,4'-bis[4-(di-p-tolylamino)styryl]biphenyl (DPAVBi), 4-(di-p-tolylamino)-4-4'-[(di-p-tolylamino)styryl]stilbene (DPAVB), 4,4'-bis[4-(diphenylamino)styryl]biphenyl (BDAVBi), 2,7-bis(4-diphenylamino)styryl)-9,9-spiorfluorene (spiro-DPVBi), [1,4-bis[2-[4-[N,N-di(p-tolyl)amino]phenyl]vinyl] benzene (DSB), 1-4-di-[4-(N,N-diphenyl)amino]styryl-benzene (DSA), 2,5,8,11-tetra-tetr-butylperylene (TBPe), bis(2-hydroxylphenyl)-pyridine)beryllium (Bepp2), 9-(9-Phenylcarbazole-3-yl)-10-(naphthalene-1-yl)anthracene (PCAN) 중 하나일 수 있다.
예를 들어, 제 2 청색 발광물질층(350)은 안트라센 유도체인 호스트와 보론 유도체인 도펀트를 포함할 수 있다.
청색 화소영역에서, 유기발광다이오드(D2)의 유기 발광층(220)은 제 1 청색 발광물질층(320)과 제 2 청색 발광물질층(350)을 포함하여 탠덤 구조를 갖는다.
이때, 제 1 청색 발광물질층(320)은 화학식1에 표시된 제 1 화합물(322), 화학식3에 표시된 제 2 화합물(324), 화학식5에 표시된 제 3 화합물(326)을 포함하고, 제 1 화합물(322)과 제 2 화합물(324) 간에 엑시플렉스(exciplex) 생성 효율이 증가한다. 또한, 화학식1에 표시된 제 1 화합물(322)은 높은 LUMO 에너지 레벨(shallow LUMO)을 가져 생성되는 엑시플렉스의 에너지가 증가한다. 즉, 제 1 화합물(322)과 제 2 화합물(324) 간에 생성되는 엑시플렉스의 파장이 짧아진다. 따라서, 인광 도펀트인 제 3 화합물(326)으로의 에너지 전달이 효율적으로 일어난다.
따라서, 유기발광다이오드(D2) 및 이를 포함하는 유기발광 표시장치(100)에서 발광효율과 수명이 증가한다. 또한, 엑시플렉스의 잔여 발광이 억제되어 유기발광다이오드(D2) 및 이를 포함하는 유기발광 표시장치(100)의 색순도가 향상된다.
또한, 화학식1에 표시된 제 1 화합물(322)은 지연형광 특성을 갖기 때문에, 비발광 삼중항 여기자가 발광에 참여하여 유기발광다이오드(D2) 및 이를 포함하는 유기발광 표시장치(100)의 발광효율이 더욱 향상된다.
도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 유기발광다이오드(D3)는 서로 마주하는 제 1 및 제 2 전극(210, 230)과 이들 사이에 위치하는 유기 발광층(220)을 포함하며, 유기 발광층(220)은 제 1 청색 발광물질층(420)을 포함하는 제 1 발광부(410)와 제 2 청색 발광물질층(450)을 포함하는 제 2 발광부(440)를 포함한다. 또한, 유기 발광층(220)은 제 1 및 제 2 발광부(410, 440) 사이에 위치하는 전하생성층(470)을 더 포함할 수 있다. 또한, 유기발광다이오드(D3)는 광추출 향상을 위해 제 2 전극(230) 상에 형성되는 캡핑층(미도시)을 더 포함할 수 있다.
유기발광 표시장치(100)는 적색 화소영역, 녹색 화소영역, 청색 화소영역을 포함하고, 유기발광다이오드(D2)는 청색 화소영역에 위치한다.
제 1 전극(210)은 양극일 수 있고, 제 2 전극(230)은 음극일 수 있다. 제 1 전극(210)과 제 2 전극(230) 중 하나는 반사전극이고, 제 1 전극(210)과 제 2 전극(230) 중 다른 하나는 투과(반투과)전극이다. 예를 들어, 제 1 전극(210)은 ITO의 단일층 구조를 갖고, 제 2 전극(230)은 Al로 이루어질 수 있다.
제 1 발광부(410)는, 제 1 청색 발광물질층(420) 하부에 위치하는 제 1 정공수송층(434)과 제 1 청색 발광물질층(420) 상부에 위치하는 제 1 전자수송층(436) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 제 1 발광부(410)는 제 1 전극(210)과 제 1 정공 수송층(434) 사이에 위치하는 정공주입층(432)을 더 포함할 수도 있다.
또한, 제 1 발광부(410)는, 제 1 정공수송층(434)과 제 1청색 발광물질층(420) 사이에 위치하는 전자차단층(미도시)과 제 1청색 발광물질층(420)과 제 1전자수송층(436) 사이에 위치하는 정공 차단층(미도시) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
제 2 발광부(440)는, 제 2 청색 발광물질층(450) 하부에 위치하는 제 2 정공수송층(462)과 제 2 청색 발광물질층(450) 상부에 위치하는 제 2 전자수송층(464) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 제 2 발광부(440)는 제 2 전극(230)과 제 2 전자 수송층(464) 사이에 위치하는 전자주입층(466)을 더 포함할 수 있다.
또한, 제 2 발광부(440)는, 제 2 정공수송층(462)과 제 2청색 발광물질층(350) 사이에 위치하는 전자차단층(미도시)과 제 2청색 발광물질층(450)과 제 2전자수송층(464) 사이에 위치하는 정공 차단층(미도시) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 정공주입층(432)은 MTDATA, NATA, 1T-NATA, 2T-NATA, CuPc, TCTA, NPB (or NPD), HAT-CN, TDAPB, PEDOT/PSS, N-(biphenyl-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine 중 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있다.
제 1 정공수송층(434)과 제 2 정공수송층(462) 각각은 TPD, NPB (orNPD), CBP, Poly-TPD, TFB, TAPC, DCDPA, N-(biphenyl-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine, N-(biphenyl-4-yl)-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)biphenyl-4-amine 중 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있다.
제 1 전자수송층(436)과 제 2 전자수송층(464) 각각은 옥사디아졸계 화합물(oxadiazole-based compound), 트리아졸계 화합물(triazole-based compound), 페난트롤린계 화합물(phenanthroline-based compound), 벤족사졸계 화합물(benzoxazole-based compound), 벤조티아졸계 화합물(benzothiazole-based compound), 벤즈이미다졸계 화합물(benzimidazole-based compound), 트리아진 화합물(triazine-based compound) 중 어느 하나의 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 전자수송층(436)과 제 2 전자수송층(464) 각각은 Alq3, PBD, spiro-PBD, Liq, TPBi, BAlq, Bphen, NBphen, BCP, TAZ, NTAZ, TpPyPB, TmPPPyTz, PFNBr, TPQ, TSPO1 중 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있다.
전자주입층(466)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.
제 1 전자차단층과 제 2 전자차단층 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, mCP, mCBP, CuPc, DNTPD, TDAPB, DCDPA, 2,8-bis(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)dibenzo[b,d]thiophene) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제 1 정공차단층과 제 2 정공차단층 각각은 BCP, BAlq, Alq3, PBD, spiro-PBD, Liq, B3PYMPM, DPEPO, 9-(6-9H-carbazol-9-yl)pyridine-3-yl)-9H-3,9'-bicarbazole, TSPO1 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
전하 생성층(470)은 제 1 발광부(410)와 제 2 발광부(440) 사이에 위치한다. 즉, 제 1 발광부(410)와 제 2 발광부(440)는 전하 생성층(470)에 의해 연결된다. 전하 생성층(470)은 N형 전하 생성층(472)과 P형 전하 생성층(474)이 접합된 PN접합 전하 생성층일 수 있다.
N형 전하 생성층(472)은 제 1 전자 수송층(436)과 제 2 정공 수송층(462) 사이에 위치하고, P형 전하 생성층(474)은 N형 전하 생성층(472)과 제 2 정공 수송층(462) 사이에 위치한다.
N형 전하 생성층(472)은 전자를 제 1 발광부(410)의 제 1 청색 발광물질층(420)으로 전달하고, P형 전하생성층(474)은 정공을 제 2 발광부(440)의 제 2 청색 발광물질층(450)으로 전달한다.
N형 전하 생성층(472)은 Li, Na, K, Cs와 같은 알칼리 금속 및/또는 Mg, Sr, Ba, Ra와 같은 알칼리토 금속으로 도핑된 유기층일 수 있다. 예를 들어, N형 전하 생성층(472)은 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(4,7-dipheny-1,10-phenanthroline; Bphen), MTDATA와 같은 유기물질인 호스트와 알칼리금속 또는 알칼리토금속인 도펀트를 포함하며, 도펀트는 0.01 내지 30 중량%로 도핑될 수 있다.
P형 전하 생성층(474)은 텅스텐산화물(WOx), 몰리브덴산화물(MoOx), 베릴륨산화물(Be2O3), 바나듐산화물(V2O5) 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 무기물, NPD, HAT-CN, F4TCNQ, TPD, TNB, TCTA, N,N'-디옥틸-3,4,9,10-페릴렌디카복시미드(N,N'-dioctyl-3,4,9,10-perylenedicarboximide; PTCDI-C8) 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 유기물로 이루어질 수 있다.
제 1 청색 발광물질층(420)은 호스트인 제 4 화합물(422)과 청색 도펀트인제 5 화합물(424)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 5 화합물(424)은 청색 형광 도펀트일 수 있다. 제 1 청색 발광물질층(420)은 10 내지 100nm의 두께를 가질 수 있다.
예를 들어, 제 4 화합물(422)은 mCP, mCP-CN, mCBP, CBP-CN, mCPPO1, Ph-mCP, TSPO1, CzBPCb, UGH-1, UGH-2, UGH-3, SPPO1, SimCP 중 하나일 수 있고, 제 5 화합물(424)은, DPAVBi, DPAVB, BDAVBi, spiro-DPVBi, DSB, DSA, TBPe, Bepp2, PCAN 중 하나일 수 있다.
예를 들어, 제 1 청색 발광물질층(420)은 안트라센 유도체인 호스트와 보론 유도체인 도펀트를 포함할 수 있다.
제 2 청색 발광물질층(450)은 n형 호스트인 제 1 화합물(452, 제 1 호스트)과 p형 호스트인 제 2 화합물(454, 제 2 호스트)을 포함한다. 또한, 제 2 청색 발광물질층(450)은 인광 도펀트인 제 3 화합물(456)을 더 포함할 수 있다. 제 2 청색 발광물질층(450)은 10 내지 100nm의 두께를 가질 수 있다.
제 2 청색 발광물질층(450)에서, 제 1 화합물(452)과 제 2 화합물(454) 각각의 중량비는 제 3 화합물(456)의 중량비보다 클 수 있고, 제 1 화합물(452)의 중량비와 제 2 화합물(454)의 중량비는 같거나 다를 수 있다. 예를 들어, 제 2 청색 발광물질층(450)에서, 제 1 화합물(452)과 제 2 화합물(454)은 동일한 중량비를 가질 수 있고, 제 3 화합물(456)에 대하여, 제 1 화합물(452)과 제 2 화합물(454) 각각은 200 내지 600 중량부를 가질 수 있다.
제 1 화합물(452)은 화학식1로 표시되고 화학식2의 화합물 중 하나일 수 있다. 제 2 화합물(454)은 화학식3으로 표시되고 화학식4의 화합물 중 하나일 수 있다. 제 3 화합물(456)은 화학식5로 표시되고 화학식6의 화합물 중 하나일 수 있다.
청색 화소영역에서, 유기발광다이오드(D3)의 유기 발광층(220)은 제 1 청색 발광물질층(420)과 제 2 청색 발광물질층(450)을 포함하여 탠덤 구조를 갖는다.
이때, 제 2 청색 발광물질층(450)은 화학식1에 표시된 제 1 화합물(452), 화학식3에 표시된 제 2 화합물(454), 화학식5에 표시된 제 3 화합물(456)을 포함하고, 제 1 화합물(452)과 제 2 화합물(454) 간에 엑시플렉스(exciplex) 생성 효율이 증가한다. 또한, 화학식1에 표시된 제 1 화합물(452)은 높은 LUMO 에너지 레벨(shallow LUMO)을 가져 생성되는 엑시플렉스의 에너지가 증가한다. 즉, 제 1 화합물(452)과 제 2 화합물(454) 간에 생성되는 엑시플렉스의 파장이 짧아진다. 따라서, 인광 도펀트인 제 3 화합물(456)으로의 에너지 전달이 효율적으로 일어난다.
따라서, 유기발광다이오드(D3) 및 이를 포함하는 유기발광 표시장치(100)에서 발광효율과 수명이 증가한다. 또한, 엑시플렉스의 잔여 발광이 억제되어 유기발광다이오드(D3) 및 이를 포함하는 유기발광 표시장치(100)의 색순도가 향상된다.
또한, 화학식1에 표시된 제 1 화합물(452)은 지연형광 특성을 갖기 때문에, 비발광 삼중항 여기자가 발광에 참여하여 유기발광다이오드(D3) 및 이를 포함하는 유기발광 표시장치(100)의 발광효율이 더욱 향상된다.
도 8은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 유기발광다이오드(D4)는 서로 마주하는 제 1 및 제 2 전극(210, 230)과 이들 사이에 위치하는 유기 발광층(220)을 포함하며, 유기 발광층(220)은 제 1 청색 발광물질층(520)을 포함하는 제 1 발광부(510)와 제 2 청색 발광물질층(550)을 포함하는 제 2 발광부(540)를 포함한다. 또한, 유기 발광층(220)은 제 1 및 제 2 발광부(510, 540) 사이에 위치하는 전하생성층(570)을 더 포함할 수 있다. 또한, 유기발광다이오드(D4)는 광추출 향상을 위해 제 2 전극(230) 상에 형성되는 캡핑층(미도시)을 더 포함할 수 있다.
유기발광 표시장치(100)는 적색 화소영역, 녹색 화소영역, 청색 화소영역을 포함하고, 유기발광다이오드(D2)는 청색 화소영역에 위치한다.
제 1 전극(210)은 양극일 수 있고, 제 2 전극(230)은 음극일 수 있다. 제 1 전극(210)과 제 2 전극(230) 중 하나는 반사전극이고, 제 1 전극(210)과 제 2 전극(230) 중 다른 하나는 투과(반투과)전극이다. 예를 들어, 제 1 전극(210)은 ITO의 단일층 구조를 갖고, 제 2 전극(230)은 Al로 이루어질 수 있다.
제 1 발광부(510)는, 제 1 청색 발광물질층(520) 하부에 위치하는 제 1 정공수송층(534)과 제 1 청색 발광물질층(520) 상부에 위치하는 제 1 전자수송층(536) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 제 1 발광부(510)는 제 1 전극(210)과 제 1 정공 수송층(534) 사이에 위치하는 정공주입층(532)을 더 포함할 수도 있다.
또한, 제 1 발광부(510)는, 제 1 정공수송층(534)과 제 1청색 발광물질층(520) 사이에 위치하는 전자차단층(미도시)과 제 1청색 발광물질층(520)과 제 1전자수송층(536) 사이에 위치하는 정공 차단층(미도시) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
제 2 발광부(540)는, 제 2 청색 발광물질층(550) 하부에 위치하는 제 2 정공수송층(562)과 제 2 청색 발광물질층(550) 상부에 위치하는 제 2 전자수송층(564) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 제 2 발광부(540)는 제 2 전극(230)과 제 2 전자 수송층(564) 사이에 위치하는 전자주입층(566)을 더 포함할 수 있다.
또한, 제 2 발광부(540)는, 제 2 정공수송층(562)과 제 2청색 발광물질층(550) 사이에 위치하는 전자차단층(미도시)과 제 2청색 발광물질층(550)과 제 2전자수송층(564) 사이에 위치하는 정공 차단층(미도시) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 정공주입층(532)은 MTDATA, NATA, 1T-NATA, 2T-NATA, CuPc, TCTA, NPB (or NPD), HAT-CN, TDAPB, PEDOT/PSS, N-(biphenyl-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine 중 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있다.
제 1 정공수송층(534)과 제 2 정공수송층(562) 각각은 TPD, NPB (orNPD), CBP, Poly-TPD, TFB, TAPC, DCDPA, N-(biphenyl-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine, N-(biphenyl-4-yl)-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)biphenyl-4-amine 중 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있다.
제 1 전자수송층(536)과 제 2 전자수송층(564) 각각은 옥사디아졸계 화합물(oxadiazole-based compound), 트리아졸계 화합물(triazole-based compound), 페난트롤린계 화합물(phenanthroline-based compound), 벤족사졸계 화합물(benzoxazole-based compound), 벤조티아졸계 화합물(benzothiazole-based compound), 벤즈이미다졸계 화합물(benzimidazole-based compound), 트리아진 화합물(triazine-based compound) 중 어느 하나의 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 전자수송층(536)과 제 2 전자수송층(564) 각각은 Alq3, PBD, spiro-PBD, Liq, TPBi, BAlq, Bphen, NBphen, BCP, TAZ, NTAZ, TpPyPB, TmPPPyTz, PFNBr, TPQ, TSPO1 중 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있다.
전자주입층(566)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.
제 1 전자차단층과 제 2 전자차단층 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, mCP, mCBP, CuPc, DNTPD, TDAPB, DCDPA, 2,8-bis(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)dibenzo[b,d]thiophene) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제 1 정공차단층과 제 2 정공차단층 각각은 BCP, BAlq, Alq3, PBD, spiro-PBD, Liq, B3PYMPM, DPEPO, 9-(6-9H-carbazol-9-yl)pyridine-3-yl)-9H-3,9'-bicarbazole, TSPO1 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
전하 생성층(570)은 제 1 발광부(510)와 제 2 발광부(540) 사이에 위치한다. 즉, 제 1 발광부(510)와 제 2 발광부(540)는 전하 생성층(570)에 의해 연결된다. 전하 생성층(570)은 N형 전하 생성층(572)과 P형 전하 생성층(574)이 접합된 PN접합 전하 생성층일 수 있다.
N형 전하 생성층(572)은 제 1 전자 수송층(536)과 제 2 정공 수송층(562) 사이에 위치하고, P형 전하 생성층(574)은 N형 전하 생성층(572)과 제 2 정공 수송층(562) 사이에 위치한다.
N형 전하 생성층(572)은 전자를 제 1 발광부(510)의 제 1 청색 발광물질층(520)으로 전달하고, P형 전하생성층(574)은 정공을 제 2 발광부(540)의 제 2 청색 발광물질층(550)으로 전달한다.
N형 전하 생성층(572)은 Li, Na, K, Cs와 같은 알칼리 금속 및/또는 Mg, Sr, Ba, Ra와 같은 알칼리토 금속으로 도핑된 유기층일 수 있다. 예를 들어, N형 전하 생성층(572)은 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(4,7-dipheny-1,10-phenanthroline; Bphen), MTDATA와 같은 유기물질인 호스트와 알칼리금속 또는 알칼리토금속인 도펀트를 포함하며, 도펀트는 0.01 내지 30 중량%로 도핑될 수 있다.
P형 전하 생성층(574)은 텅스텐산화물(WOx), 몰리브덴산화물(MoOx), 베릴륨산화물(Be2O3), 바나듐산화물(V2O5) 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 무기물, NPD, HAT-CN, F4TCNQ, TPD, TNB, TCTA, N,N'-디옥틸-3,4,9,10-페릴렌디카복시미드(N,N'-dioctyl-3,4,9,10-perylenedicarboximide; PTCDI-C8) 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 유기물로 이루어질 수 있다.
제 1 청색 발광물질층(520)은 n형 호스트인 제 1 화합물(522, 제 1 호스트)과 p형 호스트인 제 2 화합물(524, 제 2 호스트)을 포함한다. 또한, 제 1 청색 발광물질층(520)은 인광 도펀트인 제 3 화합물(526)을 더 포함할 수 있다. 제 1 청색 발광물질층(520)은 10 내지 100nm의 두께를 가질 수 있다.
제 1 청색 발광물질층(520)에서, 제 1 화합물(522)과 제 2 화합물(524) 각각의 중량비는 제 3 화합물(526)의 중량비보다 클 수 있고, 제 1 화합물(522)의 중량비와 제 2 화합물(524)의 중량비는 같거나 다를 수 있다. 예를 들어, 제 1 청색 발광물질층(520)에서, 제 1 화합물(522)과 제 2 화합물(524)은 동일한 중량비를 가질 수 있고, 제 3 화합물(526)에 대하여, 제 1 화합물(522)과 제 2 화합물(524) 각각은 200 내지 600 중량부를 가질 수 있다.
제 1 화합물(522)은 화학식1로 표시되고 화학식2의 화합물 중 하나일 수 있다. 제 2 화합물(524)은 화학식3으로 표시되고 화학식4의 화합물 중 하나일 수 있다. 제 3 화합물(526)은 화학식5로 표시되고 화학식6의 화합물 중 하나일 수 있다.
제 2 청색 발광물질층(550)은 n형 호스트인 제 4 화합물(552, 제 1 호스트)과 p형 호스트인 제 5 화합물(554, 제 2 호스트)을 포함한다. 또한, 제 2 청색 발광물질층(550)은 인광 도펀트인 제 6 화합물(556)을 더 포함할 수 있다. 제 2 청색 발광물질층(550)은 10 내지 100nm의 두께를 가질 수 있다.
제 2 청색 발광물질층(550)에서, 제 4 화합물(552)과 제 5 화합물(554) 각각의 중량비는 제 6 화합물(556)의 중량비보다 클 수 있고, 제 4 화합물(552)의 중량비와 제 5 화합물(554)의 중량비는 같거나 다를 수 있다. 예를 들어, 제 2 청색 발광물질층(550)에서, 제 4 화합물(552)과 제 5 화합물(554)은 동일한 중량비를 가질 수 있고, 제 6 화합물(556)에 대하여, 제 4 화합물(552)과 제 5 화합물(554) 각각은 200 내지 600 중량부를 가질 수 있다.
제 4 화합물(552)은 화학식1로 표시되고 화학식2의 화합물 중 하나일 수 있다. 제 5 화합물(554)은 화학식3으로 표시되고 화학식4의 화합물 중 하나일 수 있다. 제 6 화합물(556)은 화학식5로 표시되고 화학식6의 화합물 중 하나일 수 있다.
제 1 청색 발광물질층(520)의 제 1 화합물(522)은 제 2 청색 발광물질층(550)의 제 4 화합물(552)과 같거나 다를 수 있다. 제 1 청색 발광물질층(520)의 제 2 화합물(524)은 제 2 청색 발광물질층(550)의 제 5 화합물(554)과 같거나 다를 수 있다. 제 1 청색 발광물질층(520)의 제 3 화합물(526)은 제 2 청색 발광물질층(550)의 제 6 화합물(556)과 같거나 다를 수 있다.
청색 화소영역에서, 유기발광다이오드(D4)의 유기 발광층(220)은 제 1 청색 발광물질층(520)과 제 2 청색 발광물질층(550)을 포함하여 탠덤 구조를 갖는다.
이때, 제 1 청색 발광물질층(520)은 화학식1에 표시된 제 1 화합물(522), 화학식3에 표시된 제 2 화합물(524), 화학식5에 표시된 제 3 화합물(526)을 포함하고, 제 2 청색 발광물질층(550)은 화학식1에 표시된 제 4 화합물(552), 화학식3에 표시된 제 5 화합물(554), 화학식5에 표시된 제 6 화합물(556)을 포함한다. 따라서, 제 1 화합물(522)과 제 2 화합물(524) 간 및 제 4 화합물(552)과 제 5 화합물(554) 간에 엑시플렉스(exciplex) 생성 효율이 증가한다.
또한, 화학식1에 표시된 제 1 화합물(522) 및 제 4 화합물(552)은 높은 LUMO 에너지 레벨(shallow LUMO)을 가져 생성되는 엑시플렉스의 에너지가 증가한다. 즉, 제 1 화합물(522)과 제 2 화합물(524) 간 및 제 4 화합물(552)과 제 5 화합물(554) 간에 생성되는 엑시플렉스의 파장이 짧아진다. 따라서, 인광 도펀트인 제 3 화합물(526) 및 제 6 화합물(556)으로의 에너지 전달이 효율적으로 일어난다.
따라서, 유기발광다이오드(D4) 및 이를 포함하는 유기발광 표시장치(100)에서 발광효율과 수명이 증가한다. 또한, 엑시플렉스의 잔여 발광이 억제되어 유기발광다이오드(D4) 및 이를 포함하는 유기발광 표시장치(100)의 색순도가 향상된다.
또한, 화학식1에 표시된 제 1 화합물(522) 및 제 4 화합물(552)은 지연형광 특성을 갖기 때문에, 비발광 삼중항 여기자가 발광에 참여하여 유기발광다이오드(D4) 및 이를 포함하는 유기발광 표시장치(100)의 발광효율이 더욱 향상된다.
도 9는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 유기발광표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 유기발광표시장치(600)는 적색 화소(RP), 녹색 화소(GP) 및 청색 화소(BP)가 정의된 제 1 기판(610)과, 제 1 기판(610)과 마주하는 제 2 기판(670)과, 제 1 기판(610)과 제 2 기판(670) 사이에 위치하며 청색 빛을 발광하는 유기발광다이오드(D)와, 유기발광다이오드(D)와 제 2 기판(670) 사이에 위치하는 색변환층(680)을 포함한다.
도시하지 않았으나, 제 2 기판(670)과 색변환층(680) 각각의 사이에는 컬러필터가 형성될 수 있다.
제 1 기판(610) 및 제 2 기판(670) 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) 기판중에서 어느 하나일 수 있다.
제 1 기판(610) 상에는 적색 화소(RP), 녹색 화소(GP) 및 청색 화소(BP) 각각에 대응하여 박막트랜지스터(Tr)가 구비되고, 박막트랜지스터(Tr)의 일전극, 예를 들어 드레인 전극을 노출하는 드레인 콘택홀(652)을 갖는 보호층(650)이 박막트랜지스터(Tr)를 덮으며 형성된다.
보호층(650) 상에 형성된 유기발광다이오드(D)는 제 1 전극(210), 유기 발광층(220) 및 제 2 전극(230)을 포함한다. 이때, 제 1 전극(210)은 드레인 콘택홀(652)을 통해 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극에 연결될 수 있다.
제 1 전극(210)은 양극일 수 있고, 제 2 전극(230)은 음극일 수 있다. 제 1 전극(210)과 제 2 전극(230) 중 하나는 반사전극이고, 제 1 전극(210)과 제 2 전극(230) 중 다른 하나는 투과(반투과)전극이다. 예를 들어, 제 1 전극(210)은 ITO의 단일층 구조를 갖고, 제 2 전극(230)은 Al로 이루어질 수 있다.
또한, 적색 화소(RP), 녹색 화소(GP) 및 청색 화소(BP) 각각의 경계에는 제 1 전극(660)의 가장자리를 덮는 뱅크층(666)이 형성된다. 유기발광다이오드(D)는 적색 화소(RP), 녹색 화소(GP) 및 청색 화소(BP)에서 청색 광을 발광하므로, 발광층(662)은 적색 화소(RP), 녹색 화소(GP) 및 청색 화소(BP)에서 분리될 필요 없이 공통층으로 형성될 수 있다. 뱅크층(666)은 제 1 전극(660) 가장자리에서의 전류 누설을 막기 위해 형성되며, 뱅크층(666)은 생략될 수 있다.
이때, 유기발광다이오드(D)는 도 3, 도 6, 도 7 또는 도 8의 구조를 갖고 청색을 발광할 수 있다. 즉, 유기발광다이오드(D)는 적색 화소(RP), 녹색 화소(GP) 및 청색 화소(BP) 각각에 구비되어 청색 빛을 제공한다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 유기발광다이오드(D)의 유기 발광층(220)은 청색 발광물질층(240)을 포함하고, 청색 발광물질층(240)은 화학식1에 표시된 n형 호스트인 제 1 화합물(242), 화학식3에 표시된 p형 호스트인 제 2 화합물(244) 및 화학식5에 표시된 인광 도펀트인 제 3 화합물(246)을 포함한다.
유기발광다이오드(D)는 적색 화소(RP), 녹색 화소(GP) 및 청색 화소(BP)에서 청색 광을 발광하므로, 유기 발광층(220)은 적색 화소(RP), 녹색 화소(GP) 및 청색 화소(BP)에서 분리될 필요 없이 공통층으로 형성될 수 있다. 뱅크층(666)은 제 1 전극(210) 가장자리에서의 전류 누설을 막기 위해 형성되며, 뱅크층(666)은 생략될 수 있다.
색변환층(680)은 적색 화소(RP)에 대응하는 제 1 색변환층(682)과 녹색 화소(BP)에 대응하는 제 2 색변환층(684)을 포함한다. 예를 들어, 색변환층(680)은 양자점과 같은 무기발광물질로 이루어질 수 있다. 청색 화소(BP)에는 색변환층이 형성되지 않고, 청색 화소(BP)의 유기발광다이오드(D)는 제 2 기판(670)과 직접 마주할 수 있다.
적색 화소(RP)에서 유기발광다이오드(D)로부터의 청색 빛은 제 1 색변환층(682)에 의해 적색 빛으로 변환되고, 녹색 화소(GP)에서 유기발광다이오드(D)로부터의 청색 빛은 제 2 색변환층(684)에 의해 녹색 빛으로 변환된다.
따라서, 유기발광표시장치(600)는 컬러 영상을 구현할 수 있다.
한편, 유기발광다이오드(D)로부터의 빛이 제 1 기판(610)을 통과하여 표시되는 경우, 색변환층(680)은 유기발광다이오드(D)와 제 1 기판(610) 사이에 구비될 수도 있다.
도 10은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 유기발광표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 유기발광표시장치(700)는 적색 화소(RP), 녹색 화소(GP) 및 청색 화소(BP)가 정의된 제 1 기판(710)과, 제 1 기판(710)과 마주하는 제 2 기판(770)과, 제 1 기판(710)과 제 2 기판(770) 사이에 위치하며 백색 빛을 발광하는 유기발광다이오드(D)와, 유기발광다이오드(D)와 제 2 기판(770) 사이에 위치하는 컬러필터층(780)을 포함한다.
제 1 기판(710) 및 제 2 기판(770) 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) 기판중에서 어느 하나일 수 있다.
제 1 기판(710) 상에는 버퍼층(720)이 형성되고, 버퍼층(720) 상에는 적색 화소(RP), 녹색 화소(GP) 및 청색 화소(BP) 각각에 대응하여 박막트랜지스터(Tr)가 형성된다. 버퍼층(720)은 생략될 수 있다.
버퍼층(720) 상에는 반도체층(722)이 형성된다. 반도체층(722)은 산화물 반도체 물질로 이루어지거나 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다.
반도체층(722) 상부에는 절연물질로 이루어진 게이트 절연막(724)이 형성된다. 게이트 절연막(724)은 산화 실리콘 또는 질화 실리콘과 같은 무기절연물질로 이루어질 수 있다.
게이트 절연막(724) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 게이트 전극(730)이 반도체층(722)의 중앙에 대응하여 형성된다.
게이트 전극(730) 상부에는 절연물질로 이루어진 층간 절연막(732)이 형성된다. 층간 절연막(732)은 산화 실리콘이나 질화 실리콘과 같은 무기 절연물질로 형성되거나, 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)이나 포토 아크릴(photo-acryl)과 같은 유기 절연물질로 형성될 수 있다.
층간 절연막(732)은 반도체층(722)의 양측을 노출하는 제 1 및 제 2 콘택홀(734, 736)을 갖는다. 제 1 및 제 2 콘택홀(734, 736)은 게이트 전극(730)의 양측에 게이트 전극(730)과 이격되어 위치한다.
층간 절연막(732) 상에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어지는 소스 전극(740)과 드레인 전극(742)이 형성된다.
소스 전극(740)과 드레인 전극(742)은 게이트 전극(730)을 중심으로 이격되어 위치하며, 각각 제 1 및 제 2 콘택홀(734, 736)을 통해 반도체층(722)의 양측과 접촉한다.
반도체층(722)과, 게이트전극(730), 소스 전극(740), 드레인전극(742)은 상기 박막트랜지스터(Tr)를 이루며, 박막트랜지스터(Tr)는 구동 소자(driving element)로 기능한다.
도시하지 않았으나, 게이트 배선과 데이터 배선이 서로 교차하여 화소를 정의하며, 게이트 배선과 데이터 배선에 연결되는 스위칭 소자가 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 구동소자인 박막트랜지스터(Tr)의 게이트전극의 전압을 일정하게 유지되도록 하기 위한 스토리지 캐패시터가 더 구성될 수 있다.
박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(742)을 노출하는 드레인 콘택홀(752)을 갖는 보호층(750)이 박막트랜지스터(Tr)를 덮으며 형성된다.
보호층(750) 상에는 드레인 콘택홀(752)을 통해 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(742)에 연결되는 제 1 전극(810)이 각 화소 영역 별로 분리되어 형성된다. 제 1 전극(810)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 산화물층을 포함한다.
예를 들어, 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 이루어질 수 있다.
또한, 제 1 전극(810)은 반사층을 더 포함하여 이중층 또는 삼중층 구조를 가질 수 있다. 즉, 제 1 전극(810)은 반사 전극일 수 있다.
예를 들어, 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(810)은 Ag/ITO 또는 APC/ITO의 이중층 구조 또는 ITO/Ag/ITO 또는 ITO/APC/ITO의 삼중층 구조를 가질 수 있다.
보호층(750) 상에는 제 1 전극(810)의 가장자리를 덮는 뱅크층(766)이 형성된다. 뱅크층(766)은 적색, 녹색 및 청색 화소(Rp, GP, BP)에 대응하여 제 1 전극(810)의 중앙을 노출한다. 유기발광다이오드(D)는 적색, 녹색 및 청색 화소(Rp, GP, BP)에서 백색 광을 발광하므로, 유기 발광층(820)은 적색, 녹색 및 청색 화소(Rp, GP, BP)에서 분리될 필요 없이 공통층으로 형성될 수 있다. 뱅크층(766)은 제 1 전극(810) 가장자리에서의 전류 누설을 막기 위해 형성되며, 뱅크층(766)은 생략될 수 있다.
제 1 전극(810) 상에는 유기 발광층(820)이 형성된다.
유기 발광층(820)이 형성된 제 1 기판(710) 상부로 제 2 전극(830)이 형성된다.
본 발명의 유기발광표시장치(700)에서는 유기 발광층(820)에서 발광된 빛이 제 2 전극(830)을 통해 컬러필터층(780)으로 입사되므로, 제 2 전극(830)은 빛이 투과될 수 있도록 얇은 두께를 갖는다.
제 1 전극(810), 유기 발광층(820) 및 제 2 전극(830)는 유기발광다이오드(D)를 이룬다.
컬러필터층(780)은 유기발광다이오드(D)의 상부에 위치하며 적색 화소(RP), 녹색 화소(GP) 및 청색 화소(BP) 각각에 대응되는 적색 컬러필터(782), 녹색 컬러필터(784), 청색 컬러필터(786)를 포함한다. 적색 컬러필터(782)는 적색 염료(dye)와 적색 안료(pigment) 중 적어도 하나를 포함하고, 녹색 컬러필터(784)는 녹색 염료와 녹색 안료 중 적어도 하나를 포함하며, 청색 컬러필터(786)는 청색 염료와 청색 안료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도시하지 않았으나, 컬러필터층(780)은 접착층에 의해 유기발광다이오드(D)에 부착될 수 있다. 이와 달리, 컬러필터층(480)은 유기발광다이오드(D) 바로 위에 형성될 수도 있다.
도시하지 않았으나, 외부 수분이 유기발광다이오드(D)로 침투하는 것을 방지하기 위해, 인캡슐레이션 필름이 형성될 수 있다. 예를 들어, 인캡슐레이션 필름은 제 1 무기 절연층과, 유기 절연층과 제 2 무기 절연층의 적층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
이와 달리, 하부발광 방식 유기발광표시장치(700)에서는, 제 2 전극(830) 상부로 금속 인캡슐레이션 플레이트가 배치될 수 있다. 예를 들어, 인캡슐레이션 플레이트는 접착층을 통해 유기발광다이오드(D)에 부착될 수 있다.
또한, 제 2 기판(770)의 외측면에는 외부광 반사를 줄이기 위한 편광판이 부착될 수 있다. 예를 들어, 상기 편광판은 원형 편광판일 수 있다.
도 10의 유기발광다이오드(D)에서, 제 1 전극(810)은 반사전극이고 제 2 전극(830)는 투과(반투과) 전극이며, 컬러필터층(780)은 유기발광다이오드(D)의 상부에 배치되고 있다.
이와 달리, 제 1 전극(810)은 투과(반투과) 전극이고 제 2 전극(7830)는 반사전극일 수 있으며, 이 경우 컬러필터층(780)은 유기발광다이오드(D)와 제 1 기판(710) 사이에 배치될 수 있다. 이 경우, 제 1 전극(810)은 투명 도전성 산화물층의 단일층 구조를 가질 수 있다.
또한, 유기발광다이오드(D)와 컬러필터층(780) 사이에는 색변환층(미도시)이 구비될 수도 있다. 색변환층은 각 화소에 대응하여 적색 색변환층, 녹색 색변환층 및 청색 색변환층을 포함하며, 유기발광다이오드(D)로부터의 백색 광을 적색, 녹색 및 청색으로 각각 변환할 수 있다. 예를 들어, 색변환층은 양자점을 포함할 수 있다. 따라서, 유기발광표시장치(700)의 색순도가 더욱 향상될 수 있다.
또한, 컬러필터층(780) 대신에 색변환층이 포함될 수도 있다.
전술한 바와 같이, 유기발광표시장치(700)에서, 적색 화소(RP), 녹색 화소(GP), 청색 화소(BP)의 유기발광다이오드(D)는 백색 광을 발광하고, 유기발광다이오드(D)로부터의 빛은 적색 컬러필터(782), 녹색 컬러필터(784), 청색 컬러필터(786)를 통과함으로써, 적색 화소(RP), 녹색 화소(GP), 청색 화소(BP)에서 녹색, 적색 및 청색이 각각 표시된다.
한편, 도 10에서, 백색을 발광하는 유기발광다이오드(D)가 표시장치에 이용되고 있다. 이와 달리, 유기발광다이오드(D)는 박막트랜지스터(Tr)와 같은 구동 소자 및 컬러필터층(780) 없이 기판 전면에 형성되어 조명장치에 이용될 수도 있다. 본 발명에서 유기발광장치는 표시장치와 조명장치를 포함한다.
도 11은 본 발명의 제 8 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 유기발광다이오드(D5)는, 서로 마주하는 제 1 전극(810) 및 제 2 전극(830)과, 제 1 및 제 2 전극(810, 830) 사이에 위치하는 유기 발광층(820)을 포함한다. 유기 발광층(820)은 제 1 청색 발광물질층(920)을 포함하는 제 1 발광부(910)와, 제 2 청색 발광물질층(940)을 포함하는 제 2 발광부(930)와, 적색과 녹색을 발광하는 제 3 발광물질층(960)을 포함하는 제 3 발광부(950)을 포함한다. 유기 발광층(820)은, 제 1 발광부(910)와 제 3 발광부(950) 사이에 위치하는 제 1 전하생성층(970)과, 제 2 발광부(930)와 제 3 발광부(950) 사이에 위치하는 제 2 전하생성층(980)을 더 포함할 수 있다. 또한, 유기발광다이오드(D5)는 광추출 향상을 위해 제 2 전극(830) 상에 형성되는 캡핑층(미도시)을 더 포함할 수 있다.
유기발광 표시장치(700)는 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP), 청색 화소영역(BP)을 포함하고, 유기발광다이오드(D5)는 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP), 청색 화소영역(BP)에서 백색을 발광한다.
제 1 전극(810)은 양극일 수 있고, 제 2 전극(830)은 음극일 수 있다. 제 1 전극(810)과 제 2 전극(830) 중 하나는 반사전극이고, 제 1 전극(810)과 제 2 전극(830) 중 다른 하나는 투과(반투과)전극이다. 예를 들어, 제 1 전극(810)은 ITO의 단일층 구조를 갖고, 제 2 전극(830)은 Al로 이루어질 수 있다.
제 1 발광부(910)는, 제 1 청색 발광물질층(920) 하부에 위치하는 제 1 정공수송층(914)과 제 1 청색 발광물질층(920) 상부에 위치하는 제 1 전자수송층(916) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 제 1 발광부(910)는 제 1 정공수송층(914) 하부에 위치하는 정공주입층(912)을 더 포함할 수 있다.
도시하지 않았으나, 제 1 발광부(910)는, 제 1 청색 발광물질층(920)과 제 1 정공수송층(914) 사이에 위치하는 제 1 전자차단층과, 제 1 청색 발광물질층(920)과 제 1 전자수송층(916) 사이에 위치하는 제 1 정공차단층 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
제 2 발광부(930)는, 제 2 청색 발광물질층(940) 하부에 위치하는 제 2 정공수송층(932)과 제 2 청색 발광물질층(940) 상부에 위치하는 제 2 전자수송층(934) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 제 2 발광부(930)는 제 2 전자수송층(934) 상부에 위치하는 전자주입층(936)을 더 포함할 수 있다.
도시하지 않았으나, 제 2 발광부(930)는, 제 2 청색 발광물질층(940)과 제 2 정공수송층(932) 사이에 위치하는 제 2 전자차단층과, 제 2 청색 발광물질층(940)과 제 2 전자수송층(934) 사이에 위치하는 제 2 정공차단층 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
제 3 발광부(950)에서, 제 3 발광물질층(960)은 적색 발광물질층(962), 황록색 발광물질층(964), 녹색 발광물질층(966)을 포함할 수 있다. 이 경우, 황록색 발광물질층(964)은 적색 발광물질층(962)과 녹색 발광물질층(966) 사이에 위치한다. 이와 달리, 황록색 발광물질층(964)이 생략되고, 제 3 발광물질층(960)은 적색 발광물질층(962)과 녹색 발광물질층(966)의 이중층 구조를 가질 수 있다.
적색 발광물질층(962)은 적색 호스트와 적색 도펀트를 포함하고, 녹색 발광물질층(966)은 녹색 호스트와 녹색 도펀트를 포함하며, 황록색 발광물질층(964)은 황록색 호스트와 황록색 도펀트를 포함한다. 적색 도펀트, 녹색 도펀트, 황록색 도펀트 각각은 형광 화합물, 인광 화합물, 지연형광 화합물 중 하나일 수 있다.
예를 들어, 녹색 발광물질층(966)에서, 호스트는 CBP(4,4'-bis(carbazol-9-yl)biphenyl)일 수 있고, 도펀트는 Ir(ppy)3(fac tris(2-phenylpyridine)iridium) 또는 Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum)일 수 있다.
제 3 발광부(950)는, 제 3 발광물질층(960) 하부에 위치하는 제 3 정공수송층(952)과, 제 3 발광물질층(960) 상부에 위치하는 제 3 전자수송층(954)을 더 포함할 수 있다.
도시하지 않았으나, 제 3 발광부(950)는, 제 3 발광물질층(960)과 제 3 정공수송층(952) 사이에 위치하는 제 3 전자차단층과, 제 3 발광물질층(960)과 제 3 전자수송층(954) 사이에 위치하는 제 3 정공차단층 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 정공주입층(912)은 MTDATA, NATA, 1T-NATA, 2T-NATA, CuPc, TCTA, NPB (or NPD), HAT-CN, TDAPB, PEDOT/PSS, N-(biphenyl-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine 중 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있다.
제 1 정공수송층(914), 제 2 정공수송층(932), 제 3 정공수송층(952) 각각은 TPD, NPB (orNPD), CBP, Poly-TPD, TFB, TAPC, DCDPA, N-(biphenyl-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine, N-(biphenyl-4-yl)-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)biphenyl-4-amine 중 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있다.
제 1 전자수송층(916), 제 2 전자수송층(934), 제 3 전자수송층(954) 각각은 옥사디아졸계 화합물(oxadiazole-based compound), 트리아졸계 화합물(triazole-based compound), 페난트롤린계 화합물(phenanthroline-based compound), 벤족사졸계 화합물(benzoxazole-based compound), 벤조티아졸계 화합물(benzothiazole-based compound), 벤즈이미다졸계 화합물(benzimidazole-based compound), 트리아진 화합물(triazine-based compound) 중 어느 하나의 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 전자수송층(916), 제 2 전자수송층(934), 제 3 전자수송층(954) 각각은 Alq3, PBD, spiro-PBD, Liq, TPBi, BAlq, Bphen, NBphen, BCP, TAZ, NTAZ, TpPyPB, TmPPPyTz, PFNBr, TPQ, TSPO1 중 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있다.
전자주입층(936)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.
제 1 전자차단층과 제 2 전자차단층 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, mCP, mCBP, CuPc, DNTPD, TDAPB, DCDPA, 2,8-bis(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)dibenzo[b,d]thiophene) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제 1 정공차단층, 제 2 정공차단층, 제 3 정공차단층 각각은 BCP, BAlq, Alq3, PBD, spiro-PBD, Liq, B3PYMPM, DPEPO, 9-(6-9H-carbazol-9-yl)pyridine-3-yl)-9H-3,9'-bicarbazole, TSPO1 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제 1 전하 생성층(970)은 제 1 발광부(910)와 제 3 발광부(950) 사이에 위치하며, 제 2 전하 생성층(980)은 제 2 발광부(930)과 제 3 발광부(950) 사이에 위치한다. 즉, 제 1 발광부(910), 제 1 전하 생성층(970), 제 3 발광부(950), 제 2 전하 생성층(980), 제 2 발광부(930)가 제 1 전극(810) 상에 순차 적층된다. 즉, 제 1 발광부(910)는 제 1 전극(810)과 제 1 전하 생성층(970) 사이에 위치하며, 제 3 발광부(950)는 제 1 및 제 2 전하 생성층(970, 980) 사이에 위치하고, 제 2 발광부(930)는 제 2 전하 생성층(980)과 제 2 전극(830) 사이에 위치한다.
제 1 전하 생성층(970)은 N형 전하 생성층(972)과 P형 전하 생성층(974)이 접합된 PN접합 전하 생성층일 수 있고, 제 2 전하 생성층(980)은 N형 전하 생성층(982)과 P형 전하 생성층(984)이 접합된 PN접합 전하 생성층일 수 있다.
제 1 전하 생성층(970)에서, N형 전하 생성층(972)은 제 1 전자수송층(916)과 제 3 정공 수송층(952) 사이에 위치하고, P형 전하 생성층(974)은 N형 전하 생성층(972)과 제 3 정공 수송층(952) 사이에 위치한다.
제 2 전하 생성층(980)에서, N형 전하 생성층(982)은 제 3 전자 수송층(954)과 제 2 정공 수송층(932) 사이에 위치하고, P형 전하 생성층(984)은 N형 전하 생성층(982)과 제 2 정공 수송층(932) 사이에 위치한다.
제 1 N형 전하 생성층(972)과 제 2 N형 전하 생성층(982) 각각은 Li, Na, K, Cs와 같은 알칼리 금속 및/또는 Mg, Sr, Ba, Ra와 같은 알칼리토 금속으로 도핑된 유기층일 수 있다. 예를 들어, 제 1 N형 전하 생성층(972)과 제 2 N형 전하 생성층(982) 각각은 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(4,7-dipheny-1,10-phenanthroline; Bphen), MTDATA와 같은 유기물질인 호스트와 알칼리금속 또는 알칼리토금속인 도펀트를 포함하며, 도펀트는 0.01 내지 30 중량%로 도핑될 수 있다.
제 1 P형 전하 생성층(974)과 제 2 P형 전하 생성층(984) 각각은 텅스텐산화물(WOx), 몰리브덴산화물(MoOx), 베릴륨산화물(Be2O3), 바나듐산화물(V2O5) 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 무기물, NPD, HAT-CN, F4TCNQ, TPD, TNB, TCTA, N,N'-디옥틸-3,4,9,10-페릴렌디카복시미드(N,N'-dioctyl-3,4,9,10-perylenedicarboximide; PTCDI-C8) 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 유기물로 이루어질 수 있다.
제 1 청색 발광물질층(920)은 n형 호스트인 제 1 화합물(922, 제 1 호스트)과 p형 호스트인 제 2 화합물(924, 제 2 호스트)을 포함한다. 또한, 제 1 청색 발광물질층(920)은 인광 도펀트인 제 3 화합물(926)을 더 포함할 수 있다. 제 1 청색 발광물질층(920)은 10 내지 100nm의 두께를 가질 수 있다.
제 1 청색 발광물질층(920)에서, 제 1 화합물(922)과 제 2 화합물(924) 각각의 중량비는 제 3 화합물(926)의 중량비보다 클 수 있고, 제 1 화합물(922)의 중량비와 제 2 화합물(924)의 중량비는 같거나 다를 수 있다. 예를 들어, 제 1 청색 발광물질층(920)에서, 제 1 화합물(922)과 제 2 화합물(924)은 동일한 중량비를 가질 수 있고, 제 3 화합물(926)에 대하여, 제 1 화합물(922)과 제 2 화합물(924) 각각은 200 내지 600 중량부를 가질 수 있다.
제 1 화합물(922)은 화학식1로 표시되고 화학식2의 화합물 중 하나일 수 있다. 제 2 화합물(924)은 화학식3으로 표시되고 화학식4의 화합물 중 하나일 수 있다. 제 3 화합물(926)은 화학식5로 표시되고 화학식6의 화합물 중 하나일 수 있다.
제 2 청색 발광물질층(940)은 호스트인 제 4 화합물(942)과 청색 도펀트인제 5 화합물(944)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 5 화합물(944)은 청색 형광 도펀트일 수 있다. 제 2 청색 발광물질층(940)은 10 내지 100nm의 두께를 가질 수 있다.
예를 들어, 제 4 화합물(942)은 mCP, mCP-CN, mCBP, CBP-CN, mCPPO1, Ph-mCP, TSPO1, CzBPCb, UGH-1, UGH-2, UGH-3, SPPO1, SimCP 중 하나일 수 있고, 제 5 화합물(944)은, DPAVBi, DPAVB, BDAVBi, spiro-DPVBi, DSB, DSA, TBPe, Bepp2, PCAN 중 하나일 수 있다.
예를 들어, 제 2 청색 발광물질층(940)은 안트라센 유도체인 호스트와 보론 유도체인 도펀트를 포함할 수 있다.
청색 화소영역에서, 유기발광다이오드(D5)의 유기 발광층(820)은 제 1 청색 발광물질층(920)을 포함하는 제 1 발광부(910), 제 2 청색 발광물질층(940)을 포함하는 제 2 발광부(930), 적색, 황록색, 녹색 발광물질층(962, 964, 966)을 포함하는 제 3 발광부(950)을 포함하여 탠덤 구조를 갖는다.
이때, 제 1 청색 발광물질층(920)은 화학식1에 표시된 제 1 화합물(922), 화학식3에 표시된 제 2 화합물(924), 화학식5에 표시된 제 3 화합물(926)을 포함하고, 제 1 화합물(922)과 제 2 화합물(924) 간에 엑시플렉스(exciplex) 생성 효율이 증가한다. 또한, 화학식1에 표시된 제 1 화합물(922)은 높은 LUMO 에너지 레벨(shallow LUMO)을 가져 생성되는 엑시플렉스의 에너지가 증가한다. 즉, 제 1 화합물(922)과 제 2 화합물(924) 간에 생성되는 엑시플렉스의 파장이 짧아진다. 따라서, 인광 도펀트인 제 3 화합물(926)으로의 에너지 전달이 효율적으로 일어난다.
따라서, 유기발광다이오드(D5) 및 이를 포함하는 유기발광 표시장치(700)에서 발광효율과 수명이 증가한다. 또한, 엑시플렉스의 잔여 발광이 억제되어 유기발광다이오드(D5) 및 이를 포함하는 유기발광 표시장치(700)의 색순도가 향상된다.
또한, 화학식1에 표시된 제 1 화합물(922)은 지연형광 특성을 갖기 때문에, 비발광 삼중항 여기자가 발광에 참여하여 유기발광다이오드(D5) 및 이를 포함하는 유기발광 표시장치(700)의 발광효율이 더욱 향상된다.
도 12는 본 발명의 제 9 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 유기발광다이오드(D6)는, 서로 마주하는 제 1 전극(810) 및 제 2 전극(830)과, 제 1 및 제 2 전극(810, 830) 사이에 위치하는 유기 발광층(820)을 포함한다. 유기 발광층(820)은 제 1 청색 발광물질층(1020)을 포함하는 제 1 발광부(1010)와, 제 2 청색 발광물질층(1040)을 포함하는 제 2 발광부(1030)와, 적색과 녹색을 발광하는 제 3 발광물질층(1060)을 포함하는 제 3 발광부(1050)을 포함한다. 유기 발광층(1020)은, 제 1 발광부(1010)와 제 3 발광부(1050) 사이에 위치하는 제 1 전하생성층(1070)과, 제 2 발광부(1030)와 제 3 발광부(1050) 사이에 위치하는 제 2 전하생성층(1080)을 더 포함할 수 있다. 또한, 유기발광다이오드(D6)는 광추출 향상을 위해 제 2 전극(830) 상에 형성되는 캡핑층(미도시)을 더 포함할 수 있다.
유기발광 표시장치(700)는 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP), 청색 화소영역(BP)을 포함하고, 유기발광다이오드(D6)는 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP), 청색 화소영역(BP)에서 백색을 발광한다.
제 1 전극(810)은 양극일 수 있고, 제 2 전극(830)은 음극일 수 있다. 제 1 전극(810)과 제 2 전극(830) 중 하나는 반사전극이고, 제 1 전극(810)과 제 2 전극(830) 중 다른 하나는 투과(반투과)전극이다. 예를 들어, 제 1 전극(810)은 ITO의 단일층 구조를 갖고, 제 2 전극(830)은 Al로 이루어질 수 있다.
제 1 발광부(1010)는, 제 1 청색 발광물질층(1020) 하부에 위치하는 제 1 정공수송층(1014)과 제 1 청색 발광물질층(1020) 상부에 위치하는 제 1 전자수송층(1016) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 제 1 발광부(1010)는 제 1 정공수송층(1014) 하부에 위치하는 정공주입층(1012)을 더 포함할 수 있다.
도시하지 않았으나, 제 1 발광부(1010)는, 제 1 청색 발광물질층(1020)과 제 1 정공수송층(1014) 사이에 위치하는 제 1 전자차단층과, 제 1 청색 발광물질층(1020)과 제 1 전자수송층(1016) 사이에 위치하는 제 1 정공차단층 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
제 2 발광부(1030)는, 제 2 청색 발광물질층(1040) 하부에 위치하는 제 2 정공수송층(1032)과 제 2 청색 발광물질층(1040) 상부에 위치하는 제 2 전자수송층(1034) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 제 2 발광부(1030)는 제 2 전자수송층(1034) 상부에 위치하는 전자주입층(1036)을 더 포함할 수 있다.
도시하지 않았으나, 제 2 발광부(1030)는, 제 2 청색 발광물질층(1040)과 제 2 정공수송층(1032) 사이에 위치하는 제 2 전자차단층과, 제 2 청색 발광물질층(1040)과 제 2 전자수송층(1034) 사이에 위치하는 제 2 정공차단층 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
제 3 발광부(1050)에서, 제 3 발광물질층(1060)은 적색 발광물질층(1062), 황록색 발광물질층(1064), 녹색 발광물질층(1066)을 포함할 수 있다. 이 경우, 황록색 발광물질층(1064)은 적색 발광물질층(1062)과 녹색 발광물질층(1066) 사이에 위치한다. 이와 달리, 황록색 발광물질층(1064)이 생략되고, 제 3 발광물질층(1060)은 적색 발광물질층(1062)과 녹색 발광물질층(1066)의 이중층 구조를 가질 수 있다.
적색 발광물질층(1062)은 적색 호스트와 적색 도펀트를 포함하고, 녹색 발광물질층(1066)은 녹색 호스트와 녹색 도펀트를 포함하며, 황록색 발광물질층(1064)은 황록색 호스트와 황록색 도펀트를 포함한다. 적색 도펀트, 녹색 도펀트, 황록색 도펀트 각각은 형광 화합물, 인광 화합물, 지연형광 화합물 중 하나일 수 있다.
제 3 발광부(1050)는, 제 3 발광물질층(1060) 하부에 위치하는 제 3 정공수송층(1052)과, 제 3 발광물질층(1060) 상부에 위치하는 제 3 전자수송층(1054)을 더 포함할 수 있다.
도시하지 않았으나, 제 3 발광부(1050)는, 제 3 발광물질층(1060)과 제 3 정공수송층(1052) 사이에 위치하는 제 3 전자차단층과, 제 3 발광물질층(1060)과 제 3 전자수송층(1054) 사이에 위치하는 제 3 정공차단층 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
제 1 전하 생성층(1070)은 제 1 발광부(1010)와 제 3 발광부(1050) 사이에 위치하며, 제 2 전하 생성층(1080)은 제 2 발광부(1030)과 제 3 발광부(1050) 사이에 위치한다. 즉, 제 1 발광부(1010), 제 1 전하 생성층(1070), 제 3 발광부(1050), 제 2 전하 생성층(1080), 제 2 발광부(1030)가 제 1 전극(810) 상에 순차 적층된다. 즉, 제 1 발광부(1010)는 제 1 전극(810)과 제 1 전하 생성층(1070) 사이에 위치하며, 제 3 발광부(1050)는 제 1 및 제 2 전하 생성층(1070, 1080) 사이에 위치하고, 제 2 발광부(1030)는 제 2 전하 생성층(1080)과 제 2 전극(830) 사이에 위치한다.
제 1 전하 생성층(1070)은 N형 전하 생성층(1072)과 P형 전하 생성층(1074)이 접합된 PN접합 전하 생성층일 수 있고, 제 2 전하 생성층(1080)은 N형 전하 생성층(1082)과 P형 전하 생성층(1084)이 접합된 PN접합 전하 생성층일 수 있다.
제 1 전하 생성층(1070)에서, N형 전하 생성층(1072)은 제 1 전자수송층(1016)과 제 3 정공 수송층(1052) 사이에 위치하고, P형 전하 생성층(1074)은 N형 전하 생성층(1072)과 제 3 정공 수송층(1052) 사이에 위치한다.
제 2 전하 생성층(1080)에서, N형 전하 생성층(1082)은 제 3 전자 수송층(1054)과 제 2 정공 수송층(1032) 사이에 위치하고, P형 전하 생성층(1084)은 N형 전하 생성층(1082)과 제 2 정공 수송층(1032) 사이에 위치한다.
제 1 청색 발광물질층(1020)은 호스트인 제 4 화합물(1022)과 청색 도펀트인제 5 화합물(1024)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 5 화합물(1024)은 청색 형광 도펀트일 수 있다. 제 1 청색 발광물질층(1020)은 10 내지 100nm의 두께를 가질 수 있다.
예를 들어, 제 1 청색 발광물질층(1020)은 안트라센 유도체인 호스트와 보론 유도체인 도펀트를 포함할 수 있다.
제 2 청색 발광물질층(1050)은 n형 호스트인 제 1 화합물(1052, 제 1 호스트)과 p형 호스트인 제 2 화합물(1054, 제 2 호스트)을 포함한다. 또한, 제 2 청색 발광물질층(1050)은 인광 도펀트인 제 3 화합물(1056)을 더 포함할 수 있다. 제 2 청색 발광물질층(1050)은 10 내지 100nm의 두께를 가질 수 있다.
제 2 청색 발광물질층(1050)에서, 제 1 화합물(1052)과 제 2 화합물(1054) 각각의 중량비는 제 3 화합물(1056)의 중량비보다 클 수 있고, 제 1 화합물(1052)의 중량비와 제 2 화합물(1054)의 중량비는 같거나 다를 수 있다. 예를 들어, 제 2 청색 발광물질층(1050)에서, 제 1 화합물(1052)과 제 2 화합물(1054)은 동일한 중량비를 가질 수 있고, 제 3 화합물(1056)에 대하여, 제 1 화합물(1052)과 제 2 화합물(1054) 각각은 200 내지 600 중량부를 가질 수 있다.
제 1 화합물(1052)은 화학식1로 표시되고 화학식2의 화합물 중 하나일 수 있다. 제 2 화합물(1054)은 화학식3으로 표시되고 화학식4의 화합물 중 하나일 수 있다. 제 3 화합물(1056)은 화학식5로 표시되고 화학식6의 화합물 중 하나일 수 있다.
청색 화소영역에서, 유기발광다이오드(D6)의 유기 발광층(820)은 제 1 청색 발광물질층(1020)을 포함하는 제 1 발광부(1010), 제 2 청색 발광물질층(1040)을 포함하는 제 2 발광부(1030), 적색, 황록색, 녹색 발광물질층(1062, 1064, 1066)을 포함하는 제 3 발광부(1050)을 포함하여 탠덤 구조를 갖는다.
이때, 제 2 청색 발광물질층(1040)은 화학식1에 표시된 제 1 화합물(1042), 화학식3에 표시된 제 2 화합물(1044), 화학식5에 표시된 제 3 화합물(1046)을 포함하고, 제 1 화합물(1042)과 제 2 화합물(1044) 간에 엑시플렉스(exciplex) 생성 효율이 증가한다. 또한, 화학식1에 표시된 제 1 화합물(1042)은 높은 LUMO 에너지 레벨(shallow LUMO)을 가져 생성되는 엑시플렉스의 에너지가 증가한다. 즉, 제 1 화합물(1042)과 제 2 화합물(1044) 간에 생성되는 엑시플렉스의 파장이 짧아진다. 따라서, 인광 도펀트인 제 3 화합물(1046)으로의 에너지 전달이 효율적으로 일어난다.
따라서, 유기발광다이오드(D6) 및 이를 포함하는 유기발광 표시장치(700)에서 발광효율과 수명이 증가한다. 또한, 엑시플렉스의 잔여 발광이 억제되어 유기발광다이오드(D6) 및 이를 포함하는 유기발광 표시장치(700)의 색순도가 향상된다.
또한, 화학식1에 표시된 제 1 화합물(1042)은 지연형광 특성을 갖기 때문에, 비발광 삼중항 여기자가 발광에 참여하여 유기발광다이오드(D6) 및 이를 포함하는 유기발광 표시장치(700)의 발광효율이 더욱 향상된다.
도 13은 본 발명의 제 10 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 유기발광다이오드(D7)는, 서로 마주하는 제 1 전극(810) 및 제 2 전극(830)과, 제 1 및 제 2 전극(810, 830) 사이에 위치하는 유기 발광층(820)을 포함한다. 유기 발광층(820)은 제 1 청색 발광물질층(1120)을 포함하는 제 1 발광부(1110)와, 제 2 청색 발광물질층(1140)을 포함하는 제 2 발광부(1130)와, 적색과 녹색을 발광하는 제 3 발광물질층(1160)을 포함하는 제 3 발광부(1150)을 포함한다. 유기 발광층(1120)은, 제 1 발광부(1110)와 제 3 발광부(1150) 사이에 위치하는 제 1 전하생성층(1170)과, 제 2 발광부(1130)와 제 3 발광부(1150) 사이에 위치하는 제 2 전하생성층(1180)을 더 포함할 수 있다. 또한, 유기발광다이오드(D7)는 광추출 향상을 위해 제 2 전극(830) 상에 형성되는 캡핑층(미도시)을 더 포함할 수 있다.
유기발광 표시장치(700)는 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP), 청색 화소영역(BP)을 포함하고, 유기발광다이오드(D6)는 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP), 청색 화소영역(BP)에서 백색을 발광한다.
제 1 전극(810)은 양극일 수 있고, 제 2 전극(830)은 음극일 수 있다. 제 1 전극(810)과 제 2 전극(830) 중 하나는 반사전극이고, 제 1 전극(810)과 제 2 전극(830) 중 다른 하나는 투과(반투과)전극이다. 예를 들어, 제 1 전극(810)은 ITO의 단일층 구조를 갖고, 제 2 전극(830)은 Al로 이루어질 수 있다.
제 1 발광부(1110)는, 제 1 청색 발광물질층(1120) 하부에 위치하는 제 1 정공수송층(1114)과 제 1 청색 발광물질층(1120) 상부에 위치하는 제 1 전자수송층(1116) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 제 1 발광부(1110)는 제 1 정공수송층(1114) 하부에 위치하는 정공주입층(1112)을 더 포함할 수 있다.
도시하지 않았으나, 제 1 발광부(1110)는, 제 1 청색 발광물질층(1120)과 제 1 정공수송층(1114) 사이에 위치하는 제 1 전자차단층과, 제 1 청색 발광물질층(1120)과 제 1 전자수송층(1116) 사이에 위치하는 제 1 정공차단층 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
제 2 발광부(1130)는, 제 2 청색 발광물질층(1140) 하부에 위치하는 제 2 정공수송층(1132)과 제 2 청색 발광물질층(1140) 상부에 위치하는 제 2 전자수송층(1134) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 제 2 발광부(1130)는 제 2 전자수송층(1134) 상부에 위치하는 전자주입층(1136)을 더 포함할 수 있다.
도시하지 않았으나, 제 2 발광부(1130)는, 제 2 청색 발광물질층(1140)과 제 2 정공수송층(1132) 사이에 위치하는 제 2 전자차단층과, 제 2 청색 발광물질층(1140)과 제 2 전자수송층(1134) 사이에 위치하는 제 2 정공차단층 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
제 3 발광부(1150)에서, 제 3 발광물질층(1160)은 적색 발광물질층(1162), 황록색 발광물질층(1164), 녹색 발광물질층(1166)을 포함할 수 있다. 이 경우, 황록색 발광물질층(1164)은 적색 발광물질층(1162)과 녹색 발광물질층(1166) 사이에 위치한다. 이와 달리, 황록색 발광물질층(1164)이 생략되고, 제 3 발광물질층(1160)은 적색 발광물질층(1162)과 녹색 발광물질층(1166)의 이중층 구조를 가질 수 있다.
적색 발광물질층(1162)은 적색 호스트와 적색 도펀트를 포함하고, 녹색 발광물질층(1166)은 녹색 호스트와 녹색 도펀트를 포함하며, 황록색 발광물질층(1164)은 황록색 호스트와 황록색 도펀트를 포함한다. 적색 도펀트, 녹색 도펀트, 황록색 도펀트 각각은 형광 화합물, 인광 화합물, 지연형광 화합물 중 하나일 수 있다.
제 3 발광부(1150)는, 제 3 발광물질층(1160) 하부에 위치하는 제 3 정공수송층(1152)과, 제 3 발광물질층(1160) 상부에 위치하는 제 3 전자수송층(1154)을 더 포함할 수 있다.
도시하지 않았으나, 제 3 발광부(1150)는, 제 3 발광물질층(1160)과 제 3 정공수송층(1152) 사이에 위치하는 제 3 전자차단층과, 제 3 발광물질층(1160)과 제 3 전자수송층(1154) 사이에 위치하는 제 3 정공차단층 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
제 1 전하 생성층(1170)은 제 1 발광부(1110)와 제 3 발광부(1150) 사이에 위치하며, 제 2 전하 생성층(1180)은 제 2 발광부(1130)과 제 3 발광부(1150) 사이에 위치한다. 즉, 제 1 발광부(1110), 제 1 전하 생성층(1170), 제 3 발광부(1150), 제 2 전하 생성층(1180), 제 2 발광부(1130)가 제 1 전극(810) 상에 순차 적층된다. 즉, 제 1 발광부(1110)는 제 1 전극(810)과 제 1 전하 생성층(1170) 사이에 위치하며, 제 3 발광부(1150)는 제 1 및 제 2 전하 생성층(1170, 1180) 사이에 위치하고, 제 2 발광부(1130)는 제 2 전하 생성층(1180)과 제 2 전극(830) 사이에 위치한다.
제 1 전하 생성층(1170)은 N형 전하 생성층(1172)과 P형 전하 생성층(1174)이 접합된 PN접합 전하 생성층일 수 있고, 제 2 전하 생성층(1180)은 N형 전하 생성층(1182)과 P형 전하 생성층(1184)이 접합된 PN접합 전하 생성층일 수 있다.
제 1 전하 생성층(1170)에서, N형 전하 생성층(1172)은 제 1 전자수송층(1116)과 제 3 정공 수송층(1152) 사이에 위치하고, P형 전하 생성층(1174)은 N형 전하 생성층(1172)과 제 3 정공 수송층(1152) 사이에 위치한다.
제 2 전하 생성층(1180)에서, N형 전하 생성층(1182)은 제 3 전자 수송층(1154)과 제 2 정공 수송층(1132) 사이에 위치하고, P형 전하 생성층(1184)은 N형 전하 생성층(1182)과 제 2 정공 수송층(1132) 사이에 위치한다.
제 1 청색 발광물질층(1120)은 n형 호스트인 제 1 화합물(1122, 제 1 호스트)과 p형 호스트인 제 2 화합물(1124, 제 2 호스트)을 포함한다. 또한, 제 1 청색 발광물질층(1120)은 인광 도펀트인 제 3 화합물(1126)을 더 포함할 수 있다. 제 1 청색 발광물질층(1120)은 10 내지 100nm의 두께를 가질 수 있다.
제 1 청색 발광물질층(1120)에서, 제 1 화합물(1122)과 제 2 화합물(1124) 각각의 중량비는 제 3 화합물(1126)의 중량비보다 클 수 있고, 제 1 화합물(1122)의 중량비와 제 2 화합물(1124)의 중량비는 같거나 다를 수 있다. 예를 들어, 제 1 청색 발광물질층(1120)에서, 제 1 화합물(1122)과 제 2 화합물(1124)은 동일한 중량비를 가질 수 있고, 제 3 화합물(1126)에 대하여, 제 1 화합물(1122)과 제 2 화합물(1124) 각각은 200 내지 600 중량부를 가질 수 있다.
제 1 화합물(1122)은 화학식1로 표시되고 화학식2의 화합물 중 하나일 수 있다. 제 2 화합물(1124)은 화학식3으로 표시되고 화학식4의 화합물 중 하나일 수 있다. 제 3 화합물(1126)은 화학식5로 표시되고 화학식6의 화합물 중 하나일 수 있다.
제 2 청색 발광물질층(1140)은 n형 호스트인 제 4 화합물(1142, 제 1 호스트)과 p형 호스트인 제 5 화합물(1144, 제 2 호스트)을 포함한다. 또한, 제 2 청색 발광물질층(1140)은 인광 도펀트인 제 6 화합물(1146)을 더 포함할 수 있다. 제 2 청색 발광물질층(1140)은 10 내지 100nm의 두께를 가질 수 있다.
제 2 청색 발광물질층(1140)에서, 제 4 화합물(1142)과 제 5 화합물(1144) 각각의 중량비는 제 6 화합물(1146)의 중량비보다 클 수 있고, 제 4 화합물(1142)의 중량비와 제 5 화합물(1144)의 중량비는 같거나 다를 수 있다. 예를 들어, 제 2 청색 발광물질층(1140)에서, 제 4 화합물(1142)과 제 5 화합물(1144)은 동일한 중량비를 가질 수 있고, 제 6 화합물(1146)에 대하여, 제 4 화합물(1142)과 제 5 화합물(1144) 각각은 200 내지 600 중량부를 가질 수 있다.
제 4 화합물(1142)은 화학식1로 표시되고 화학식2의 화합물 중 하나일 수 있다. 제 5 화합물(1144)은 화학식3으로 표시되고 화학식4의 화합물 중 하나일 수 있다. 제 6 화합물(1146)은 화학식5로 표시되고 화학식6의 화합물 중 하나일 수 있다.
제 1 청색 발광물질층(1120)의 제 1 화합물(1122)은 제 2 청색 발광물질층(1140)의 제 4 화합물(1142)과 같거나 다를 수 있다. 제 1 청색 발광물질층(1120)의 제 2 화합물(1124)은 제 2 청색 발광물질층(1140)의 제 5 화합물(1144)과 같거나 다를 수 있다. 제 1 청색 발광물질층(1120)의 제 3 화합물(1126)은 제 2 청색 발광물질층(1140)의 제 6 화합물(1146)과 같거나 다를 수 있다.
청색 화소영역에서, 유기발광다이오드(D7)의 유기 발광층(820)은 제 1 청색 발광물질층(1120)을 포함하는 제 1 발광부(1110), 제 2 청색 발광물질층(1140)을 포함하는 제 2 발광부(1130), 적색, 황록색, 녹색 발광물질층(1162, 1164, 1166)을 포함하는 제 3 발광부(1150)을 포함하여 탠덤 구조를 갖는다.
이때, 제 1 청색 발광물질층(1120)은 화학식1에 표시된 제 1 화합물(1122), 화학식3에 표시된 제 2 화합물(1124), 화학식5에 표시된 제 3 화합물(1126)을 포함하고, 제 2 청색 발광물질층(1140)은 화학식1에 표시된 제 4 화합물(1142), 화학식3에 표시된 제 5 화합물(1144), 화학식5에 표시된 제 6 화합물(1146)을 포함한다. 따라서, 제 1 화합물(1122)과 제 2 화합물(1124) 간 및 제 4 화합물(1142)과 제 5 화합물(1144) 간에 엑시플렉스(exciplex) 생성 효율이 증가한다.
또한, 화학식1에 표시된 제 1 화합물(1122) 및 제 4 화합물(1142)은 높은 LUMO 에너지 레벨(shallow LUMO)을 가져 생성되는 엑시플렉스의 에너지가 증가한다. 즉, 제 1 화합물(1122)과 제 2 화합물(1124) 간 및 제 4 화합물(1142)과 제 5 화합물(1144) 간에 생성되는 엑시플렉스의 파장이 짧아진다. 따라서, 인광 도펀트인 제 3 화합물(1126) 및 제 6 화합물(1146)으로의 에너지 전달이 효율적으로 일어난다.
따라서, 유기발광다이오드(D7) 및 이를 포함하는 유기발광 표시장치(700)에서 발광효율과 수명이 증가한다. 또한, 엑시플렉스의 잔여 발광이 억제되어 유기발광다이오드(D7) 및 이를 포함하는 유기발광 표시장치(700)의 색순도가 향상된다.
또한, 화학식1에 표시된 제 1 화합물(1122) 및 제 4 화합물(1142)은 지연형광 특성을 갖기 때문에, 비발광 삼중항 여기자가 발광에 참여하여 유기발광다이오드(D7) 및 이를 포함하는 유기발광 표시장치(700)의 발광효율이 더욱 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, 700, 600: 유기발광표시장치
210, 610, 810: 제 1 전극
220, 620, 820: 유기 발광층
230, 630, 830: 제 2 전극
240, 320, 350, 420, 450, 520, 550, 920, 940, 1020, 1040, 1120, 1140: 청색 발광물질층
242, 322, 452, 522, 552, 922, 1042, 1122, 1142: 제 1 화합물(n형 호스트)
244, 324, 454, 524, 554, 924, 1044, 1124, 1144: 제 2 화합물(p형 호스트)
246, 326, 456, 526, 556, 926, 1046, 1126, 1146: 제 3 화합물(인광 도펀트)
D, D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7: 유기발광다이오드
210, 610, 810: 제 1 전극
220, 620, 820: 유기 발광층
230, 630, 830: 제 2 전극
240, 320, 350, 420, 450, 520, 550, 920, 940, 1020, 1040, 1120, 1140: 청색 발광물질층
242, 322, 452, 522, 552, 922, 1042, 1122, 1142: 제 1 화합물(n형 호스트)
244, 324, 454, 524, 554, 924, 1044, 1124, 1144: 제 2 화합물(p형 호스트)
246, 326, 456, 526, 556, 926, 1046, 1126, 1146: 제 3 화합물(인광 도펀트)
D, D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7: 유기발광다이오드
Claims (16)
- 제 1 전극과;
상기 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극과;
제 1 화합물, 제 2 화합물을 포함하고 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하는 제 1 청색 발광물질층을 포함하며,
상기 제 1 화합물은 화학식1로 표시되고,
[화학식1]
,
a1, a2, a4, a7 각각은 독립적으로 0 내지 4의 정수이며, a3는 0 내지 3의 정수이고, a5, a6 각각은 독립적으로 0 내지 5의 정수이며, a8은 0 내지 2의 정수이고, a1, a2, a3 중 적어도 하나는 양의 정수이며,
R1, R2, R3, R4, R7, R8 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되고,
R5, R6 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되거나, 인접한 R5와 R6은 결합하여 고리를 형성하고,
상기 제 2 화합물은 화학식3으로 표시되며,
[화학식3]
,
b1은 1 내지 4의 정수이고, b2, b3, b4 각각은 독립적으로 0 내지 4의 정수이며,
R21, R22 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴저밀기(arylgermyl group), 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되고, R21 중 적어도 하나는 카바졸기에서 선택되며,
R23, R24 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기로 이루어진 군에서 선택되는 유기발광다이오드.
- 제 1 항에 있어서,
상기 화학식1은 화학식1-1로 표시되며,
[화학식1-1]
,
상기 화학식1-1에서, X는 단일결합(single bond), O 또는 S이고, n은 1 또는 2이며,
a1, a2, a4, a5, a6 a7 각각은 독립적으로 0 내지 4의 정수이며, a3은 0 내지 3의 정수이고, a8은 0 내지 2의 정수이며, a1, a2, a3 중 적어도 하나는 양의 정수이고,
R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
- 제 2 항에 있어서,
상기 화학식1-1은 화학식1-2, 화학식1-3, 화학식1-4, 화학식1-5 중 하나로 표시되며,
[화학식1-2]
[화학식1-3]
[화학식1-4]
[화학식1-5]
상기 화학식1-2에서, X는 단일결합, O 또는 S이고,
a1, a2, a4, a5, a6, a7 각각은 독립적으로 0 내지 4의 정수이며, a3, a8 각각은 독립적으로 0 내지 2의 정수이고,
R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되며,
상기 화학식1-3에서, X는 단일결합, O 또는 S이고,
a2, a4, a5, a6, a7 각각은 독립적으로 0 내지 4의 정수이며, a1, a3 각각은 독립적으로 0 내지 3의 정수이고, a8은 0 내지 2의 정수이며,
R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되고,
상기 화학식1-4에서, X는 단일결합, O 또는 S이고,
a1, a4, a5, a6, a7 각각은 독립적으로 0 내지 4의 정수이며, a2는 0 내지 3의 정수이고, a3, a8 각각은 독립적으로 0 내지 2의 정수이며,
R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되고,
상기 화학식1-5에서, X는 단일결합, O 또는 S이고,
a4, a5, a6, a7 각각은 독립적으로 0 내지 4의 정수이며, a1, a2, a3 각각은 독립적으로 0 내지 3의 정수이고, a8은 0 내지 2의 정수이며,
R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
- 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 화합물은 화학식2의 화합물 중 하나인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
[화학식2]
- 제 1 항에 있어서,
상기 화학식3은 화학식3-1 또는 화학식3-2로 표시되며,
[화학식3-1]
[화학식3-2]
상기 화학식3-1에서, b1은 1 내지 3의 정수이고, b2, b3, b4, b5, b6 각각은 독립적으로 0 내지 4의 정수이며,
R21, R22, R25, R26 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴저밀기(arylgermyl group), 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되고,
R23, R24 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기로 이루어진 군에서 선택되며,
상기 화학식3-2에서, b1은 1 내지 3의 정수이고, b2, b3, b4, b7, b8 각각은 독립적으로 0 내지 4의 정수이며,
R21, R22, R27, R28 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴저밀기(arylgermyl group), 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되고,
R23, R24 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 화합물은 화학식4의 화합물 중 하나인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
[화학식4]
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 청색 발광물질층은 화학식5로 표시되는 제 3 화합물을 더 포함하며,
[화학식5]
상기 화학식5에서, R31, R32, R33, R34, R35, R36 각각은 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20의 사이클로알킬기, C1 내지 C20의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되고,
d1, d2, d3 각각은 독립적으로 0 내지 4의 정수이며, d4는 0 내지 3의 정수이며, d5는 0 내지 2의 정수인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
- 제 7 항에 있어서,
상기 제 3 화합물은 화학식6의 화합물 중 하나인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
[화학식6]
- 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 화합물 각각의 중량비는 상기 제 3 화합물의 중량비보다 큰 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
- 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 발광물질층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 2 청색 발광물질층을 더 포함하고,
상기 제 2 청색 발광물질층은 호스트와 형광 도펀트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
- 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 청색 발광물질층과 상기 제 2 청색 발광물질층 사이에 위치하고, 적색 발광물질층, 황록색 발광물질층, 녹색 발광물질층을 포함하는 발광물질층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
- 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 발광물질층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 2 청색 발광물질층을 더 포함하고,
상기 제 2 청색 발광물질층은 상기 화학식1로 표시되는 제 4 화합물, 상기 화학식3으로 표시되는 제 5 화합물, 상기 화학식5로 표시되는 제 6 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
- 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 청색 발광물질층과 상기 제 2 청색 발광물질층 사이에 위치하고, 적색 발광물질층, 황록색 발광물질층, 녹색 발광물질층을 포함하는 발광물질층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
- 기판과;
상기 기판 상에 위치하는 제 1 항 내지 제 13 항 중 하나의 유기발광다이오드와;
상기 유기발광다이오드를 덮는 인캡슐레이션 필름을 포함하는 유기발광장치.
- 제 14 항에 있어서,
상기 기판은 적색 화소영역, 녹색 화소영역, 청색 화소영역을 포함하고, 상기 유기발광다이오드는 상기 적색 화소영역, 상기 녹색 화소영역, 상기 청색 화소영역에 대응하여 위치하며,
상기 적색 화소영역, 상기 녹색 화소영역, 상기 청색 화소영역에 대응하는 색변환층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광장치.
- 제 14 항에 있어서,
상기 기판은 적색 화소영역, 녹색 화소영역, 청색 화소영역을 포함하고, 상기 유기발광다이오드는 상기 적색 화소영역, 상기 녹색 화소영역, 상기 청색 화소영역에 대응하여 위치하며,
상기 적색 화소영역, 상기 녹색 화소영역, 상기 청색 화소영역에 대응하는 컬러필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광장치.
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