KR20240068175A - 유기발광다이오드 및 유기발광장치 - Google Patents

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Abstract

2개의 대향하는 전극 사이에 위치하는 적어도 하나의 발광부를 갖는 발광층을 포함하고, 적어도 하나의 발광부는 녹색 호스트 및 녹색 이미터를 포함하는 녹색 발광물질층과, 호스트 및 녹색 이미터의 최대 발광 피크보다 장파장 대역에서 최대 발광 피크를 갖는 도펀트를 포함하는 전하제어층을 포함하는 유기발광다이오드가 개시된다. 유기발광다이오드의 발광 효율을 향상시켜, 색역을 확대하고 발광 수명을 극대화할 수 있다.

Description

유기발광다이오드 및 유기발광장치{ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE AND ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE HAVING THEREOF}
본 발명은 유기발광다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발광 효율 및 발광 수명이 향상된 유기발광다이오드와, 이를 포함하는 유기발광장치에 관한 것이다.
평면표시소자 중에서 유기발광다이오드는 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device)를 빠르게 대체하는 표시 소자로서 주목을 받고 있다. 유기발광다이오드(organic light emitting diodes; OLED)는 2000 Å 이내의 얇은 유기 박막으로 형성되고, 사용되는 전극의 구성에 따라 단일 방향 또는 양방향으로 화상을 구현할 수 있다. 또한 유기발광다이오드는 플라스틱과 같은 플렉서블(flexible) 투명 기판 위에도 형성될 수 있어서 플렉서블 또는 폴더블(foldable) 표시장치를 용이하게 구현한다. 뿐만 아니라, 유기발광다이오드는 낮은 전압에서 구동이 가능하고, 색 순도가 우수하여, 액정표시장치에 비하여 큰 장점을 가지고 있다.
종래의 일반적인 형광 물질은 단일항 엑시톤만이 발광에 참여하기 때문에 발광 효율이 낮다. 삼중항 엑시톤도 발광에 참여하는 인광 물질은 형광 물질에 비하여 발광 효율이 높다. 하지만, 대표적인 인광 물질인 유기 금속 화합물은 발광 수명이 짧아서 상용화에 한계가 있다.
또한, 유기발광다이오드의 색역 및 휘도를 개선하기 위해 고효율의 인광 물질을 사용할 필요가 있다. 특히, 백색 유기발광다이오드에서 녹색 인광 물질의 효율과 수명은 트레이드 오프(trade-off)로서, 녹색 인광 물질의 효율이 증가함에 따라 녹색 유기발광다이오드의 발광 수명이 크게 감소한다. 녹색 인광 물질의 발광 수명을 개선하기 위해 발광물질층의 두께를 증가시키고 있으나, 수명 개선 효과는 미미하고, 발광층의 두께 증가로 인하여 유기발광다이오드의 구동 전압이 상승하는 문제가 발생하였다.
본 발명의 목적은 발광 효율이 향상된 유기발광다이오드와 이를 포함하는 유기발광장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 발광 수명이 증가하고, 색재현율 및 중첩비와 같은 색역이 향상된 유기발광다이오드와 이를 포함하는 유기발광장치를 제공하고자 하는 것이다.
일 측면에 따르면, 본 발명은 제 1 전극; 상기 1 전극과 마주하는 제 2 전극; 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하며, 적어도 하나의 발광부를 갖는 발광층을 포함하고, 상기 적어도 하나의 발광부는, 녹색 호스트와 녹색 이미터를 포함하는 녹색 발광물질층; 및 상기 제 1 전극과 상기 녹색 발광물질층 사이에 위치하며, 호스트와, 상기 녹색 이미터의 최대 발광 피크보다 장파장 대역에서 최대 발광 피크를 가지는 도펀트를 포함하는 전하제어층을 포함하고, 상기 호스트의 최저준위비점유분자궤도(Lowest Unoccupied Molecular Orbital, LUMO) 에너지 준위는 상기 녹색 호스트의 LUMO 에너지 준위와 동일하거나 깊은(deep) 유기발광다이오드를 제공한다.
상기 녹색 호스트의 정공 이동도와 비교해서, 상기 호스트의 정공 이동도는 3배 내지 10배 빠를 수 있다.
상기 녹색 호스트는 카바졸계 유기 화합물을 포함할 수 있다.
상기 녹색 이미터는 녹색 파장 대역에서 최대 발광 피크를 갖는 유기금속 화합물을 포함할 수 있다.
상기 호스트는 스파이로플루오렌 모이어티를 갖는 아릴 아민 또는 스파이로플오렌 모이어티를 갖는 헤테로 아릴 아민을 포함할 수 있다.
상기 도펀트는 적색 파장 대역 또는 옐로우 그린 파장 대역에서 최대 발광 피크를 갖는 유기금속 화합물을 포함할 수 있다.
상기 전하제어층 중에 상기 도펀트의 함량은 1 내지 30 중량%일 수 있다.
일례로, 상기 호스트의 LUMO 에너지 준위와 상기 녹색 호스트의 LUMO 에너지 준위는 하기 식 (1)을 충족할 수 있다.
-0.3 eV ≤ LUMOCCL - LUMOEML < 0 eV (1)
식 (1)에서 LUMOCCL은 호스트의 LUMO 에너지 준위, LUMOEML은 녹색 호스트의 LUMO 에너지 준위를 나타냄.
선택적으로, 상기 호스트의 최고준위점유분자궤도(Highest Occupied Molecular Orbital, HOMO) 에너지 준위는 상기 녹색 호스트의 HOMO 에너지 준위와 동일하거나 얕을(shallow)수 있다.
예를 들어, 상기 호스트의 HOMO 에너지 준위와 상기 녹색 호스트의 HOMO 에너지 준위는 하기 식 (2)를 충족할 수 있다.
0 eV < HOMOCCL - HOMOEML ≤ 0.3 eV (2)
식 (2)에서 HOMOCCL은 호스트의 HOMO 에너지 준위, HOMOEML은 녹색 호스트의 HOMO 에너지 준위를 나타냄.
상기 적어도 하나의 발광부는 상기 제 1 전극과 상기 전하제어층 사이에 위치하는 정공수송층을 더욱 포함할 수 있다.
상기 호스트의 LUMO 에너지 준위는 상기 정공수송층에 포함된 정공수송물질의 LUMO 에너지 준위와 동일하거나 얕을(shallow) 수 있다.
일례로, 상기 호스트의 LUMO 에너지 준위와 상기 정공수송층에 포함된 정공수송물질의 LUMO 에너지 준위는 하기 식 (3)을 충족할 수 있다.
0 eV ≤ LUMOCCL - LUMOHTL < 0.5 eV (3)
식 (3)에서 LUMOCCL은 호스트의 LUMO 에너지 준위, LUMOHTL은 정공수송물질의 LUMO 에너지 준위를 나타냄.
한편, 상기 호스트의 HOMO 에너지 준위는 상기 정공수송층에 포함된 정공수송물질의 HOMO 에너지 준위와 동일하거나 얕을 수 있다.
일례로, 상기 호스트의 HOMO 에너지 준위와 상기 정공수송층에 포함된 정공수송물질의 HOMO 에너지 준위는 하기 식 (4)를 충족할 수 있다.
0 eV < HOMOCCL - HOMOHTL ≤ 0.3 eV (4)
식 (4)에서 HOMOCCL은 호스트의 HOMO 에너지 준위, HOMOHTL은 정공수송물질의 HOMO 에너지 준위를 나타냄.
상기 정공수송층의 정공수송물질의 정공 이동도와 비교해서, 상기 호스트의 정공이동도는 10배 내지 50배 빠를 수 있다.
하나의 예시적인 측면에서, 상기 발광층은 단일 발광부로 이루어질 수 있다.
다른 예시적인 측면에서, 상기 발광층은, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 1 발광부; 상기 제 1 발광부와 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 2 발광부; 및 상기 제 1 발광부와 상기 제 2 발광부 사이에 위치하는 제 1 전하생성층을 포함하고, 상기 제 1 발광부와 상기 제 2 발광부 중에서 어느 하나는 상기 녹색 발광물질층 및 상기 전하제어층을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제 2 발광부는 상기 녹색 발광물질층 및 상기 전하제어층을 포함할 수 있다.
상기 제 2 발광부는, 상기 제 1 전하생성층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 발광물질층을 포함하고, 상기 발광물질층은, 상기 전하제어층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 1 층; 및 상기 제 1 층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 2 층을 포함하고, 상기 제 1 층 및 상기 제 2 층 중에서 어느 하나는 상기 녹색 발광물질층을 포함하고, 상기 제 1 층 및 상기 제 2 층 중에서 다른 하나는 적색 발광물질층을 포함할 수 있다.
상기 제 1 발광부는 청색 발광물질층을 포함할 수 있다.
다른 예시적인 측면에서, 상기 발광층은, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 1 발광부; 상기 1 발광부와 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 2 발광부; 상기 제 2 발광부와 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 3 발광부; 상기 제 1 발광부와 상기 제 2 발광부 사이에 위치하는 제 1 전하생성층; 및 상기 제 2 발광부와 상기 제 3 발광부 사이에 위치하는 제 2 전하생성층을 포함하고, 상기 제 1 발광부 내지 상기 제 3 발광부 중에서 어느 하나는 상기 녹색 발광물질층 및 상기 전하제어층을 포함할 수 있다.
상기 제 1 발광부 및 상기 제 2 발광부는 각각 청색 발광물질층을 포함할 수 있다.
또 다른 예시적인 측면에서, 상기 발광층은, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 1 발광부; 상기 제 1 발광부와 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 2 발광부; 상기 제 2 발광부와 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 3 발광부; 상기 제 3 발광부와 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 4 발광부; 상기 제 1 발광부와 상기 제 2 발광부 사이에 위치하는 제 1 전하생성층; 상기 제 2 발광부와 상기 제 3 발광부 사이에 위치하는 제 2 전하생성층; 및 상기 제 3 발광부와 상기 제 4 발광부 사이에 위치하는 제 3 전하생성층을 포함하고, 상기 제 1 발광부 내지 상기 제 4 발광부 중에서 어느 하나는 상기 녹색 발광물질층 및 상기 전하제어층을 포함할 수 있다.
일례로, 상기 제 3 발광부는 상기 녹색 발광물질층 및 상기 전하제어층을 포함할 수 있다.
상기 제 1 발광부는 적색 발광물질층을 포함할 수 있다.
상기 제 2 발광부 및 상기 제 4 발광부는 각각 청색 발광물질층을 포함할 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은 기판; 및 상기 기판 상에 위치하며, 전술한 유기발광다이오드를 포함하는 유기발광장치, 예를 들어 유기발광표시장치를 제공한다.
녹색 발광물질층에 인접하여, 에너지 준위가 조절된 호스트와 녹색 이미터의 최대 발광 파장에 비하여 장파장 대역에서 최대 발광 파장을 갖는 도펀트를 포함하는 전하제어층을 갖는 유기발광다이오드와 유기발광장치를 제안한다.
전하제어층에 포함되는 호스트는, 녹색 호스트의 LUMO 에너지 준위와 동일하거나 깊은 LUMO 에너지 준위 및/또는 녹색 호스트의 OMO 에너지 준위와 동일하거나 얕은 HOMO 에너지 준위를 가지며, 녹색 호스트의 정공이동도 대비 3배 이상, 인접한 정공수송층에 포함된 정공수송물질의 정공이동도 대비 10 배이상의 정공이동도를 가지며, 도펀트는 녹색 이미터의 최대 발광 파장보다 장파장 대역의 최대 발광 피크를 갖는다.
전하제어층의 정공 이동도는 매우 빠르기 때문에, 정공은 전하제어층에서 포획(trap)되지 않는다. 전하제어층의 도펀트는 실질적으로 발광하지 않으며, 정공은 신속하게 녹색 발광물질층으로 전달된다. 이에 따라, 녹색 발광물질층과 인접한 전하제어층의 계면에서 정공 포획 및 전하 축적으로 인한 소재의 열화를 최소화하고, 녹색 발광물질층으로 정공의 수송 및 주입을 제어하여, 정공에 의한 열화를 방지할 수 있다.
또한, 전하제어층의 반대 쪽에 위치하는 전자수송층에서 녹색 발광물질층으로 주입되는 전자는 녹색 발광물질층에 포함된 녹색 이미터에 포획되며, 일부는 전하제어층에 포획된다. 전자는 정공수송층으로 주입되지 않기 때문에, 정공수송층의 안정성을 개선할 수 있다. 이에 따라, 녹색 발광물질층과 인접한 전하수송층 및 전하제어층 계면의 안정성이 증가하여, 유기발광다이오드의 발광 수명이 향상될 수 있다.
따라서, 유기발광다이오드의 전류 효율 및 외부양자효율과 같은 발광 효율이 향상된다. 특히, 종래 백색 유기발광다이오드에서 옐로우그린(황록색) 도펀트를 적용하여 야기되는 발광 컬러의 색순도 저하를 최소화하면서도, 색재현율 등의 색역을 극대화할 수 있으며, 녹색 광의 발광 수명을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유기발광표시장치의 개략적인 회로를 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기발광표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라 단일 발광부를 가지는 유기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라 전하제어층을 포함하는 발광부를 구성하는 발광층의 에너지 준위를 개략적으로 나타낸 다이어그램이다.
도 5는 본 발명의 다른 예시적인 실시형태에 따른 유기발광표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 예시적인 실시형태에 따라 다수의 발광부가 탠덤 구조로 연결된 유기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 예시적인 실시형태에 따라 다수의 발광부가 탠덤 형태로 형성된 유기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 예시적인 실시형태에 따라 다수의 발광부가 탠덤 형태로 형성된 유기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9 내지 도 13은 각각 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 제조된 유기발광다이오드에서 파장 대역 및 시간 경과에 따른 발광 강도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 필요한 경우에 첨부하는 도면을 참조하면서 본 발명을 설명한다.
본 발명은 녹색 발광물질층에 인접하여 에너지 준위 및/또는 정공이동도를 제어한 호스트와, 녹색 이미터에 비하여 장파장 대역의 최대 발광 피크를 갖는 도펀트를 도입한 전하제어층을 적용하여, 발광 효율, 발광 수명, 색순도 및 색역이 향상된 유기발광다이오드 및 유기발광장치를 제안한다. 본 발명의 유기발광다이오드는 유기발광표시장치 또는 유기발광 조명장치와 같은 유기발광장치에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유기발광표시장치의 개략적인 회로를 나타낸 모식도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 유기발광표시장치에는, 서로 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 게이트 배선(GL)과, 데이터 배선(DL) 및 파워 배선(PL)이 형성된다. 화소영역(P)에는, 스위칭 박막트랜지스터(Ts), 구동 박막트랜지스터(Td), 스토리지 커패시터(Cst) 및 유기발광다이오드(D)가 형성된다. 화소영역(P)은 적색(R) 화소영역, 녹색(G) 화소영역 및 청색(B) 화소영역을 포함할 수 있다.
스위칭 박막트랜지스터(Ts)는 게이트 배선(GL) 및 데이터 배선(DL)에 연결되고, 구동 박막트랜지스터(Td) 및 스토리지 커패시터(Cst)는 스위칭 박막트랜지스터(Ts)와 파워 배선(PL) 사이에 연결된다. 유기발광다이오드(D)는 구동 박막트랜지스터(Td)에 연결된다. 이러한 유기발광표시장치에서는, 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 전극(130, 도 2)에 인가된 데이터 신호에 따라 턴-온 된다. 그 결과 데이터 신호에 비례하는 전류가 파워 배선(PL)으로부터 구동 박막트랜지스터(Td)를 통하여 유기발광다이오드(D)로 흐르고, 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 예시적인 실시형태에 따른 유기발광표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 유기발광 표시장치(100)는 기판(102), 기판(102) 상부에 배치되는 박막트랜지스터(Tr)와, 박막트랜지스터(Tr)에 연결되는 유기발광다이오드(D)를 포함한다.
예를 들어, 기판(102)은 적색 화소영역, 녹색 화소영역 및/또는 청색 화소영역이 정의되고, 유기발광다이오드(D)는 녹색 화소영역에 위치할 수 있다.
기판(102)은 유리 기판, 얇은 플렉서블(flexible) 기판 또는 고분자 플라스틱 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(102)은 폴리이미드(polyimide; PI), 폴리에테르술폰(Polyethersulfone; PES), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylenenaphthalate; PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene Terephthalate; PET), 폴리카보네이트(polycarbonate; PC) 및/또는 이들의 조합으로 제조되거나 포함할 수 있다. 박막트랜지스터(Tr)와, 유기발광다이오드(D)가 상부에 위치하는 기판(102)은 어레이 기판을 이룬다.
기판(102) 상에 버퍼층(106)이 형성되고, 버퍼층(106) 상에 박막트랜지스터(Tr)가 형성된다. 버퍼층(106)은 생략될 수 있다.
버퍼층(106) 상부에 반도체층(110)이 형성된다. 예를 들어, 반도체층(110)은 산화물 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 반도체층(110)이 산화물 반도체 물질로 이루어지는 경우, 반도체층(110) 하부에 차광패턴(도시하지 않음)이 형성될 수 있다. 차광패턴(도시하지 않음)은 반도체층(110)으로 빛이 입사되는 것을 방지하여 반도체층(110)이 빛에 의하여 열화되는 것을 방지한다. 이와 달리, 반도체층(110)은 다결정 실리콘으로 이루어질 수도 있으며, 이 경우 반도체층(110)의 양 가장자리에 불순물이 도핑될 수 있다.
반도체층(110) 상부에는 절연 물질로 이루어진 게이트 절연막(120)이 기판(102) 전면에 형성된다. 게이트 절연막(120)은 실리콘산화물(SiOx) 또는 실리콘질화물(SiNx) (0 < x ≤ 2)과 같은 무기 절연 물질로 이루어질 수 있다.
게이트 절연막(120) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 게이트 전극(130)이 반도체층(110)의 중앙에 대응하여 형성된다. 도 2에서 게이트 절연막(120)은 기판(102) 전면에 형성되어 있으나, 게이트 절연막(120)은 게이트 전극(130)과 동일한 모양으로 패터닝 될 수도 있다.
게이트 전극(130) 상부에는 절연 물질로 이루어진 층간 절연막(140)이 기판(102) 전면에 형성된다. 층간 절연막(140)은 실리콘산화물(SiOx) 또는 실리콘질화물(SiNx) (0 < x ≤ 2)과 같은 무기 절연 물질로 형성되거나, 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)이나 포토 아크릴(photo-acryl)과 같은 유기 절연 물질로 형성될 수 있다.
층간 절연막(140)은 반도체층(110)의 양측 상면을 노출하는 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(142, 144)을 갖는다. 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(142, 144)은 게이트 전극(130)의 양측에서 게이트 전극(130)과 이격되어 위치한다. 도 2에서 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(142, 144)은 게이트 절연막(120) 내에도 형성된 것으로 도시하였다. 이와 달리, 게이트 절연막(120)이 게이트 전극(130)과 동일한 모양으로 패터닝 될 경우, 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(142, 144)은 층간 절연막(140) 내에만 형성된다.
층간 절연막(140) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 소스 전극(152)과 드레인 전극(154)이 형성된다. 소스 전극(152)과 드레인 전극(154)은 게이트 전극(130)을 중심으로 이격되어 위치하며, 각각 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(142, 144)을 통해 반도체층(110)의 양측과 접촉한다.
반도체층(110), 게이트 전극(130), 소스 전극(152) 및 드레인 전극(154)은 박막트랜지스터(Tr)를 이루며, 박막트랜지스터(Tr)는 구동 소자(driving element)로 기능한다. 도 2에 예시된 박막트랜지스터(Tr)는 반도체층(110)의 상부에 게이트 전극(130), 소스 전극(152) 및 드레인 전극(154)이 위치하는 코플라나(coplanar) 구조를 가진다. 이와 달리, 박막트랜지스터(Tr)는 반도체층의 하부에 게이트 전극이 위치하고, 반도체층의 상부에 소스 전극과 드레인 전극이 위치하는 역 스태거드(inverted staggered) 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 반도체층은 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다.
도 2에 도시하지 않았으나, 게이트 배선(GL, 도 1 참조)과 데이터 배선(DL, 도 1 참조)이 서로 교차하여 화소영역을 정의하며, 게이트 배선과 데이터 배선에 연결되는 스위칭 소자(Ts, 도 1 참조)가 더 형성된다. 상기 스위칭 소자(Ts)는 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)에 연결된다. 또한, 파워 배선(PL, 도 1 참조)이 데이터 배선(DL)과 평행하게 이격되어 형성되며, 일 프레임(frame) 동안 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)의 게이트 전극(130)의 전압을 일정하게 유지되도록 하기 위한 스토리지 커패시터(Cst)가 더 구성될 수 있다.
소스 전극(152)과 드레인 전극(154) 상부에는 보호층(160)이 박막트랜지스터(Tr)를 덮으며 기판(102) 전면에 형성된다. 보호층(160)은 상면이 평탄하며, 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(154)을 노출하는 드레인 컨택홀(162)을 갖는다. 여기서, 드레인 컨택홀(162)은 제 2 반도체층 컨택홀(144) 바로 위에 형성된 것으로 도시되어 있으나, 제 2 반도체층 컨택홀(144)과 이격되어 형성될 수도 있다.
유기발광다이오드(D)는 보호층(160) 상에 위치하며 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(154)에 연결되는 제 1 전극(210)과, 제 1 전극(210) 상에 순차 적층되는 발광층(230) 및 제 2 전극(220)을 포함한다.
제 1 전극(210)은 각 화소영역 별로 분리되어 형성된다. 제 1 전극(210)은 양극(anode)일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 큰 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(210)은 투명 도전성 산화물(transparent conductive oxide; TCO)로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 제 1 전극(210)은 인듐-주석-산화물 (indium-tin-oxide; ITO), 인듐-아연-산화물(indium-zinc-oxide; IZO), 인듐-주석-아연-산화물(indium-tin-zinc oxide; ITZO), 주석산화물(SnO), 아연산화물(ZnO), 인듐-구리-산화물(indium-copper-oxide; ICO) 및/또는 알루미늄:산화아연(Al:ZnO; AZO)으로 이루어질 수 있다.
유기발광표시장치(100)가 하부 발광 방식인 경우, 제 1 전극(210)은 투명 도전성 산화물로 이루어진 단층 구조를 가질 수 있다. 선택적으로, 유기발광표시장치(100)가 상부 발광 방식(top-emission type)인 경우, 제 1 전극(210)의 하부에는 반사전극 또는 반사층이 더욱 형성될 수 있다. 예를 들어, 반사전극 또는 반사층은 은(Ag) 또는 알루미늄-팔라듐-구리(aluminum-palladium-copper: APC) 합금으로 이루어질 수 있다. 일례로, 상부 발광 방식인 유기발광다이오드(D)에서 제 1 전극(210)은 ITO/Ag/ITO 또는 ITO/APC/ITO의 삼중층 구조를 가질 수 있다.
보호층(160) 상에 제 1 전극(210)의 가장자리를 덮는 뱅크층(164)이 형성된다. 뱅크층(164)은 화소영역에 대응하여 제 1 전극(210)의 중앙을 노출한다.
제 1 전극(210) 상에 발광층(230)이 형성된다. 하나의 예시적인 측면에서, 발광층(230)은 발광물질층(emitting material layer, EML)으로만 이루어질 수 있다. 선택적인 측면에서, 발광층(230)은 발광물질층 이외에도 정공주입층(hole injection layer; HIL), 정공수송층(hole transport layer; HTL), 전하제어층(charge control layer, CCL), 전자차단층(electron blocking layer; EBL), 정공차단층(hole blocking layer; HBL), 전자수송층(electron transport layer; ETL), 전자주입층(electron injection layer; EIL) 및/또는 전하생성층(charge generation layer; CGL)을 포함할 수 있다(도 3, 도 6 내지 도 8 참조). 발광층(230)은 1개의 발광부로 이루어질 수도 있고, 2개 이상의 발광부가 탠덤 구조를 형성할 수도 있다.
발광층(230)이 형성된 기판(102)의 상부로 제 2 전극(220)이 형성된다. 제 2 전극(220)은 표시영역의 전면에 위치한다. 제 2 전극(220)은 일함수 값이 비교적 작은 도전성 물질로 이루어져, 전자를 주입하는 음극(cathode)일 수 있다. 예를 들어, 제 2 전극(220)은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 칼슘(ca), 은(Ag) 또는 이들의 합금이나 조합(예를 들어, 알루미늄-마그네슘 합금(AlMg))과 같은 반사 특성이 좋은 소재로 이루어질 수 있다. 유기발광표시장치(100)가 상부 발광 방식인 경우, 제 2 전극(220)은 얇은 두께를 가져 광투과(반투과) 특성을 갖는다.
제 2 전극(220) 상에는, 외부 수분이 유기발광다이오드(D)로 침투하는 것을 방지하기 위해, 인캡슐레이션 필름(encapsulation film, 170)이 형성된다. 인캡슐레이션 필름(170)은 제 1 무기 절연층(172)과, 유기 절연층(174)과, 제 2 무기 절연층(176)의 적층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 인캡슐레이션 필름(170)은 생략될 수 있다.
유기발광표시장치(100)는 외부광의 반사를 줄이기 위한 편광판(도시하지 않음)이 부착될 수 있다. 예를 들어, 편광판(도시하지 않음)은 원형 편광판일 수 있다. 유기발광표시장치(100)가 하부 발광 방식인 경우, 편광판은 기판(102) 하부에 위치할 수 있다. 선택적으로, 유기발광표시장치(100)가 상부 발광 방식인 경우, 편광판은 인캡슐레이션 필름(170) 상부에 위치할 수 있다.
또한, 상부 발광 방식의 유기발광표시장치(100)에서는, 인캡슐레이션 필름(170) 또는 편광판(도시하지 않음) 상에 커버 윈도우(도시하지 않음)가 부착될 수 있다. 이때, 기판(102)과 커버 윈도우(도시하지 않음)가 플렉서블 소재로 이루어진 경우, 플렉서블 표시장치를 구성할 수 있다.
이어서, 유기발광다이오드에 대해서 보다 구체적으로 설명한다. 도 3은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라 단일 발광부를 가지는 유기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 4는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라 녹색 발광물질층을 갖는 발광부를 구성하는 발광층의 에너지 준위를 개략적으로 나타낸 다이어그램이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 예시적인 실시형태에 따른 유기발광다이오드(D1)는 서로 마주하는 제 1 전극(210) 및 제 2 전극(220)과, 제 1 및 제 2 전극(210, 220) 사이에 위치하는 발광층(230)을 포함한다. 유기발광표시장치(100, 도 2 참조)는 적색 화소영역, 녹색 화소영역 및 청색 화소영역을 포함하고, 유기발광다이오드(D1)는 녹색 화소영역에 위치할 수 있다.
예시적인 측면에서, 발광층(230)은 제 1 전극(210)과 제 2 전극(220) 사이에 위치하는 발광물질층(EML, 340)을 포함한다. 또한, 발광층(230)은 제 1 전극(210)과 발광물질층(340) 사이에 위치하는 전하제어층(CCL, 330)을 포함한다. 발광층(230)은 제 1 전극(210)과 발광물질층(340) 사이에 위치하는 정공수송층(HTL, 320)과, 발광물질층(340)과 제 2 전극(220) 사이에 위치하는 전자수송층(ETL, 360) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 발광층(230)은 제 1 전극(210)과 정공수송층(320) 사이에 위치하는 정공주입층(310)과, 제 2 전극(220)과 전자수송층(360) 사이에 위치하는 전자주입층(EIL, 370) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 선택적으로, 발광층(230)은 정공수송층(320)과 발광물질층(340) 사이에 위치하는 제 1 엑시톤 차단층인 전자차단층(EBL, 미도시) 및/또는 발광물질층(340)과 전자수송층(360) 사이에 위치하는 제 2 엑시톤 차단층인 정공차단층(HBL, 350)을 더욱 포함할 수 있다.
제 1 전극(210)은 발광물질층(340)에 정공을 공급하는 양극일 수 있다. 제 1 전극(210)은 일함수(work function) 값이 비교적 큰 도전성 물질, 예를 들어 투명 도전성 산화물(TCO)로 형성될 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 제 1 전극(210)은 ITO, IZO, ITZO, SnO, ZnO, ICO 및/또는 AZO로 이루어질 수 있다.
제 2 전극(220)은 발광물질층(340)에 전자를 공급하는 음극일 수 있다. 제 2 전극(220)은 일함수 값이 비교적 작은 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제 2 전극(220)은 Al, Mg, Ca, Ag, 및/또는 이들의 합금, 및/또는 이들의 조합과 같은 반사 특성이 좋은 소재로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(210) 및 제 2 전극(220)은 각각 10 내지 300 nm의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
정공주입층(310)은 제 1 전극(210)과 정공수송층(320) 사이에 위치하는데, 무기물인 제 1 전극(210)과 유기물인 정공수송층(320) 사이의 계면 특성을 향상시킨다. 예시적인 측면에서, 정공주입층(310)은 4,4',4"-트리스(3-메틸페닐아미노)트리페닐아민 (4,4',4"-Tris(3-methylphenylamino)triphenylamine; MTDATA), 4,4',4"-트리스(N,N-디페닐-아미노)트리페닐아민 (4,4',4"-Tris(N,N-diphenyl-amino)triphenylamine; NATA), 4,4',4"-트리스(N-(나프탈렌-1-일)-N-페닐-아미노)트리페닐아민 (4,4',4"-Tris(N-(naphthalene-1-yl)-N-phenyl-amino)triphenylamine; 1T-NATA), 4,4',4"-트리스(N-(나프탈렌-2-일)-N-페닐-아미노)트리페닐아민 (4,4',4"-Tris(N-(naphthalene-2-yl)-N-phenyl-amino)triphenylamine; 2T-NATA), 프탈로시아닌구리 (Copper phthalocyanine; CuPc), 트리스(4-카바조일-9일-페닐)아민 (Tris(4-carbazoyl-9-yl-phenyl)amine; TCTA), N,N'-디페닐-N,N'-비스(1-나프틸)-1,1'-바이페닐-4,4"-디아민 (N,N'-Diphenyl-N,N'-bis(1-naphthyl)-1,1'-biphenyl-4,4"-diamine; NPB; NPD), N,N'-비스[4-[비스(3-메틸페닐)아미노]페닐]-N,N'-디페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-디아민 (N,N'-bis[4-[bis(3-methylphenyl)amino]phenyl]-N,N'-diphenyl-[1,1'-biphenyl]-4,4'-diamine; DNTPD), 1,4,5,8,9,11-헥사아자트리페닐렌헥사카보니트릴 (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-트리스[4-(디페닐아미노)페닐]벤젠 (1,3,5-tris[4-(diphenylamino)phenyl]benzene; TDAPB), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)폴리스티렌 술포네이트 (poly(3,4-ethylenedioxythiphene)polystyrene sulfonate; PEDOT/PSS), N-(바이페닐-4-일)-9,9-디메틸-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)-9H-플루오렌-2-아민 (N-(biphenyl-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine), N,N'-디페닐-N,N'-디-[4-(N,N-디페닐-아미노)페닐]벤지딘 (N,N'-diphenyl-N,N'-di[4-(N,N-diphenyl-amino)phenyl]benzidine; NPNPB), MgF2, CaF2 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
선택적인 측면에서, 정공주입층(310)은 전술한 정공 주입 물질 및/또는 후술하는 정공 수송 물질인 정공 주입 호스트와, P-타입 도펀트를 포함할 수 있다. 일례로, 정공 주입 호스트는 후술하는 전하제어층(330)의 호스트(332)와 동일하게 스파이로플루오렌 모이어티를 갖는 아릴 아민계 화합물 및/또는 스파이로플루오렌 모이어티를 갖는 헤테로 아릴 아민계 화합물일 수 있다.
P-타입 도펀트는 HAT-CN, F4TCNQ, F6TCNQ, NPD9 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이때, 정공 주입 도펀트는 정공주입층(310) 중에 1 내지 10 중량%의 비율로 도핑될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 정공주입층(320)은 1 내지 100 nm의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 유기발광다이오드(D1)의 특성에 따라 정공주입층(310)은 생략될 수 있다.
정공수송층(320)은 제 1 전극(210)과 발광물질층(340) 사이에 위치한다. 하나의 예시적인 측면에서, 정공수송층(320)은 N,N'-디페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-1,1'-바이페닐-4,4'-디아민 (N,N'-Diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine; TPD), NPB(NPD), DNTPD, N4,N4,N4',N4'-테트라[(1,1'-바이페닐)-4-일]-(1,1'-바이페닐)-4,4'-디아민 (N4,N4,N4',N4'-Tetra[(1,1'-biphenyl)-4-yl]-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine; BPBPA), 4,4'-비스(N-카바졸릴)-1,1'-바이페닐 (4,4'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl; CBP), 폴리[N,N'-비스(4-부틸페닐)-N,N'-비스(페닐)-벤지딘] (Poly[N,N'-bis(4-butylpnehyl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidine]; Poly-TPD), 폴리[(9,9-디옥닐플루오레닐-2,7-디일)-co-(4,4'-(N-(4-sec-부틸페닐)디페닐아민))] (Poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-(4,4'-(N-(4-sec-butylphenyl)diphenylamine))], TFB), 디-[4-(N,N-디-p-톨릴-아미노)페닐]사이클로헥산 (Di-[4-(N,N-di-p-tolyl-amino)-phenyl]cyclohexane; TAPC), 3,5-디(9H-카바졸-9-일)-N,N-디페닐아닐린 (3,5-Di(9H-carbazol-9-yl)-N,N-diphenylaniline; DCDPA), N-(바이페닐-4-일)-9,9-디메틸-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)-9H-플루오렌-2-아민 (N-(biphenyl-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine), N-(바이페닐]-4-일)-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)바이페닐)-4-아민 (N-(biphenyl-4-yl)-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)biphenyl-4-amine), N-([1,1'-바이페닐]-4-일)-9,9-디메틸-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)-9H-플루오렌-2-아민 (N-([1,1'-Biphenyl]-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9-phenl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine) 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 선택적인 측면에서, 정공수송층(320)은 전하제어층(330)의 호스트(332)와 동일하게 스파이로플루오렌 모이어티를 갖는 아릴 아민계 화합물, 스파이로플루오렌 모이어티를 갖는 헤테로 아릴 아민계 화합물 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 정공수송층(320)은 20 내지 200 nm의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 정공수송층(320)은 생략될 수 있다.
발광물질층(340)은 녹색 호스트(342)와 녹색 이미터(344)를 포함하는 녹색 발광물질층일 수 있다. 예를 들어, 녹색 호스트(342)는 P-타입 호스트(hole-타입 호스트)일 수 있다. 선택적으로, 녹색 호스트(342)는 P-타입 호스트와 N-타입 호스트(electron-타입 호스트)를 포함할 수 있다.
예를 들어, P-타입 호스트일 수 있는 녹색 호스트(342)는 카바졸 모이어티 및 다치환 축합 방향족 모이어티를 갖는 카바졸계 유기 화합물일 수 있다. 일례로, 카바졸계 유기 화합물일 수 있는 녹색 호스트(342)로서 대한민국특허 제1915712호 및/또는 일본특허 제3139321호에 개시된 비스카바졸계 유기 화합물, 및/또는 대한민국특허 제2077994호에 개시된 카바졸계 유기 화합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
선택적인 측면에서, P-타입 호스트일 수 있는 녹색 호스트(332)는 9-(3-(9H-카바졸-9-일)페닐)-9H-카바졸-3-카보니트릴 (9-(3-(9H-carbazol-9-yl)phenyl)-9H-carbazole-3-carbonitrile; mCP-CN), CBP, mCBP, 1,3-비스(카바졸-9-일)벤젠 (1,3-Bis(carbazol-9-yl)benzene, mCP), 비스[2-(디페닐포스피노)페닐]에테르옥사이드 (Bis[2-(diphenylphosphino)phenyl]teeth oxide; DPEPO), 2,8-비스(디페닐포스포릴)디벤조티오펜(2,8-bis(diphenylphosphoryl)dibenzothiophene; PPT), 1,3,5-트리[(3-피리딜)-펜-3-일]벤젠 (1,3,5-Tri[(3-pyridyl)-phen-3-yl]benzene; TmPyPB), 2,6-디(9H-카바졸-9-일)피리딘 (2,6-Di(9H-carbazol-9-yl)pyridine; PYD-2Cz), 2,8-디(9H-카바졸-9-일)디벤조티오펜 (2,8-di(9H-carbazol-9-yl)dibenzothiophene; DCzDBT), 3', 5'-디(카바졸-9-일)-[1,1'-바이페닐]-3,5-디카보니트릴 (3',5'-Di(carbazol-9-yl)-[1,1'-bipheyl]-3,5-dicarbonitrile; DCzTPA), 4'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3,5-디카보니트릴 (4'-(9H-carbazol-9-yl)biphenyl-3,5-dicarbonitrile; pCzB-2CN), 3'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3,5-디카보니트릴 (3'-(9H-carbazol-9-yl)biphenyl-3,5-dicarbonitrile; mCzB-2CN), 디페닐-4-트리페닐실릴-페닐포스핀옥사이드 (Diphenyl-4-triphenylsilyl-phenylphosphine oxide; TSPO1), 9-(9-페닐-9H-카바졸-6-일)-9H-카바졸 (9-(9-phenyl-9H-carbazol-6-yl)-9H-carbazole; CCP), 4-(3-(트리페닐렌-2-일)페닐)디벤조[b,d]티오펜 (4-(3-(triphenylen-2-yl)phenyl)dibenzo[b,d]thiophene), 9-(4-(9H-카바졸-9-일)페닐)-9H-3,9'-바이카바졸 (9-(4-(9H-carbazol-9-yl)phenyl)-9H-3,9'-bicarbazole), 9-(3-(9H-카바졸-9-일)페닐)-9H-3,9'-바이카바졸 (9-(3-(9H-carbazol-9-yl)phenyl)-9H-3,9'-bicarbazole), 9-(6-(9H-카바졸-9-일)피리딘-3-일)-9H-3,9'-바이카바졸 (9-(6-(9H-carbazol-9-yl)pyridin-3-yl)-9H-3,9'-bicarbazole), 9,9'-디페닐-9H,9'H-3,3'-바이카바졸 (9,9'-Diphenyl-9H,9'H-3,3'-bicarbazole; BCzPh), 1,3,5-트리스(카바졸-9-일)벤젠 (1,3,5-Tris(carbazol-9-yl)benzene; TCP), TCTA, 4,4'-비스(카바졸-9-일)-2,2'-디메틸바이페닐 (4,4'-Bis(carbazole-9-yl)-2,2'-dimethylbipheyl; CDBP), 2,7-비스(카바졸-9-일)-9,9-디메틸플루오렌 (2,7-Bis(carbazole-9-yl)-9,9-dimethylfluorene(DMFL-CBP), 2,2',7,7'-테트라키스(카바졸-9-일)-9,9-스파이로플루오렌 (2,2',7,7'-Tetrakis(carbazol-9-yl)-9,9-spirofluorene; Spiro-CBP), 3,6-비스(카바졸-9-일)-9-(2-에틸-헥실)-9H-카바졸 (3,6-Bis(carbazole-9-yl)-9-(2-ethyl-hexyl)-9H-carbazole; TCz1), BPBPA, 1,3,5-트리스(N-페닐벤즈이미다졸-2-일)벤젠 (1,3,5-Tris(N-phenylbenzimidazol-2-yl)benzene; TBPi) 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
N-타입 호스트는 아진 모이어티를 갖는 아진계 화합물을 포함할 수 있다. 일례로, N-타입 호스트로 사용될 수 있는 아진계 화합물은 대한민국특허 제1730779호 제1777883호, 제1915712호 및/또는 제2032955호에 개시된 유기 화합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
녹색 이미터(344)는 최대 발광 피크가 녹색 파장 대역인 녹색 유기금속 화합물일 수 있는 녹색 인광 물질, 녹색 형광 물질 및/또는 녹색 지연 형광 물질 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일례로, 녹색 이미터(344)는 530 내지 540 nm 범위의 파장 대역에서 최대 발광 피크를 가지는 유기금속 화합물과 같은 녹색 인광 물질일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
구체적으로, 녹색 이미터(344)는 [비스(2-페닐피리딘)](피리딜-2-벤조퓨로[2,3-b]피리딘)이리듐 ([Bis(2-phenylpyridine)](pyridyl-2-benzofuro[2,3-b]pyridine)iridium), 트리스[2-페닐피리딘]이리듐(Ⅲ) (Tris[2-phenylpyridine]iridium(Ⅲ); Ir(ppy)3), 팩-트리스(2-페닐피리딘)이리듐(Ⅲ) (fac-Tris(2-phenylpyridine)iridium(Ⅲ); fac-Ir(ppy)3), 비스(2-페닐피리딘)(아세틸아세토네이트)이리듐(Ⅲ) (Bis(2-phenylpyridine)(acetylacetonate)iridium(Ⅲ); Ir(ppy)2(acac)), 트리스[2-(p-톨릴)피리딘]이리듐(Ⅲ) (Tris[2-(p-tolyl)pyridine]iridium(Ⅲ); Ir(mppy)3), 비스(2-나프탈렌-2-일)피리딘)(아세틸아세토네이트)이리듐(Ⅲ) (Bis(2-(naphthalene-2-yl)pyridine)(acetylacetonate)iridium(Ⅲ); Ir(npy)2acac), 트리스(2-페닐-3-메틸-피리딘)이리듐 (Tris(2-phenyl-3-methyl-pyridine)iidium; Ir(3mppy)3), 팩-트리스(2-(3-p-자일릴)페닐)피리딘 이리듐(Ⅲ) (fac-Tris(2-(3-p-xylyl)phenyl)pyridine iridium(Ⅲ); TEG) 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
P-타입 호스트, 선택적으로 N-타입 호스트를 포함하는 녹색 호스트(342)는 녹색 발광물질층(340)에 50 내지 99 중량%, 예를 들어 80 내지 95 중량%의 함량으로 포함될 수 있고, 녹색 이미터(344)는 녹색 발광물질층(340)에 1 내지 50 중량%, 예를 들어 5 내지 20 중량%의 함량으로 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 녹색 발광물질층(340)이 P-타입 호스트 및 N-타입 호스트를 모두 포함하는 경우, P-타입 호스트와 N-타입 호스트는 4:1 내지 1:4, 예를 들어 3:1 내지 1:3의 중량비로 배합될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 일례로, 녹색 발광물질층(340)은 10 내지 200 nm의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
유기발광다이오드(D1)는 제 1 전극(210)과 녹색 발광물질층(340) 사이에 위치하는 전하제어층(330)을 포함한다. 전하제어층(330)은 호스트(332)와 도펀트(334)를 포함한다. 호스트(332)는 스파이로플루오렌 모이어티를 갖는 아릴 아민계 화합물 및/또는 스파이로플루오렌 모이어티를 갖는 헤테로 아릴 아민계 화합물일 수 있다. 예를 들어, 호스트(332)는 대한민국특허 제1605987호에 개시된 스파이로플루오렌 모이어티를 갖는 아릴 아민계 화합물 및/또는 스파이로플루오렌 모이어티를 갖는 헤테로 아릴 아민계 화합물일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
전하제어층(330)에 포함되는 도펀트(334)는 녹색 이미터(344)의 최대 발광 파장보다 장파장 대역의 최대 발광 피크를 가지는 인광 물질, 형광 물질 및/또는 지연 형광 물질일 수 있다. 예시적인 측면에서, 도펀트(334)는 555 내지 630 nm의 파장 대역에서 최대 발광 피크를 갖는 유기금속 화합물일 수 있는 인광 물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 도펀트(334)는 550 내지 575 nm, 예를 들어 552 내지 568 nm의 파장 대역에서 최대 발광 피크를 갖는 옐로우그린(황록색) 도펀트 및/또는 600 nm 내지 630 nm, 예를 들어 612 내지 624 nm의 파장 대역에서 최대 발광 피크를 갖는 적색 도펀트일 수 있다.
황록색 도펀트는 황록색 파장 대역에서 최대 발광 피크를 갖는 황록색 인광 물질, 황록색 형광 물질 및/또는 황록색 지연 형광 물질을 포함한다. 일례로, 황록색 도펀트는 5,6,11,12-테트라페닐나프탈렌(5,6,11,12-Tetraphenylnaphthalene; Rubrene), 2,8-디-터르-부틸-5,11-비스(4-터르-부틸페닐)-6,12-디페닐테트라센(2,8-Di-tert-butyl-5,11-bis(4-tert-butylphenyl)-6,12-diphenyltetracene; TBRb), 비스(2-페닐벤조티아졸라토)(아세틸아세토네이트)이리듐(Ⅲ)(Bis(2-phenylbenzothiazolato)(acetylacetonate)irdium(Ⅲ); Ir(BT)2(acac)), 비스(2-(9,9-디에틸-플루오렌-2-일)-1-페닐-1H-벤조[d]이미다졸라토)(아세틸아세토네이트)이리듐(Ⅲ)(Bis(2-(9,9-diethytl-fluoren-2-yl)-1-phenyl-1H-benzo[d]imdiazolato)(acetylacetonate)iridium(Ⅲ); Ir(fbi)2(acac)), 비스(2-페닐피리딘)(3-(피리딘-2-일)-2H-크로멘-2-오네이트)이리듐(Ⅲ)(Bis(2-phenylpyridine)(3-(pyridine-2-yl)-2H-chromen-2-onate)iridium(Ⅲ); fac-Ir(ppy)2Pc), 비스(2-(2,4-디플루오로페닐)퀴놀린)(피콜리네이트)이리듐(Ⅲ)(Bis(2-(2,4-difluorophenyl)quinoline)(picolinate)iridium(Ⅲ); FPQIrpic), 비스(4-페닐티에노[3,2-c]피리디나토-N,C2'(아세틸아세토네이트)이리듐(Ⅲ) (Bis(4-phenylthieno[3,2-c]pyridinato-N,C2') (acetylacetonate) iridium(Ⅲ); PO-01) 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 적색 도펀트는 적색 파장 대역에서 최대 발광 피크를 갖는 적색 인광 물질, 적색 형광 물질 및/또는 적색 지연 형광 물질을 포함한다. 일례로, 적색 도펀트는 적색 도펀트는 비스[2-(4,6-디메틸)페닐퀴놀린](2,2,6,6-테트라메틸헵탄-3,5-디오네이트)이리듐(Ⅲ) (Bis[2-(4,6-dimethyl)phenylquinoline)](2,2,6,6-tetramethylheptane-3,5-dionate)iridium(Ⅲ), 비스[2-(4-n-헥실페닐)퀴놀린](아세틸아세토테이트)이리듐(Ⅲ) (Bis[2-(4-n-hexylphenyl)quinoline](acetylacetonate)iridium(Ⅲ); (Hex-Ir(phq)2(acac)), 트리스[2-(4-n-헥실페닐)퀴놀린]이리듐(Ⅲ) (Tris[2-(4-n-hexylphenyl)quinoline]iridium(Ⅲ); (Hex-Ir(phq)3), 트리스[2-페닐-4-메틸퀴놀린]이리듐(Ⅲ) (Tris[2-phenyl-4-methylquinoline]iridium(Ⅲ); Ir(Mphq)3), 비스(2-페닐퀴놀린)(2,2,6,6-테트라메틸헵텐-3,5-디오네이트)이리듐(Ⅲ) (Bis(2-phenylquinoline)(2,2,6,6-tetramethylheptene-3,5-dionate)iridium(Ⅲ); Ir(dpm)PQ2), 비스(페닐이소퀴놀린)(2,2,6,6-테트라메틸헵텐-3,5-디오네이트)이리듐(Ⅲ) (Bis(phenylisoquinoline)(2,2,6,6-tetramethylheptene-3,5-dionate)iridium(Ⅲ); Ir(dpm)(piq)2), 비스(1-페닐이소퀴놀린)(아세틸아세토네이트)이리듐(Ⅲ) (Bis(1-phenylisoquinoline)(acetylacetonate)iridium(Ⅲ); Ir(piq)2(acac)), 비스[(4-n-헥실페닐)이소퀴놀린](아세틸아세토네이트)이리듐(Ⅲ) (Bis[(4-n-hexylphenyl)isoquinoline](acetylacetonate)iridium(Ⅲ); Hex-Ir(piq)2(acac)), 트리스[2-(4-n-헥실페닐)퀴놀린]이리듐(Ⅲ) (Tris[2-(4-n-hexylphenyl)quinoline]iridium(Ⅲ); Hex-Ir(piq)3), 트리스(2-(3-메틸페닐)-7-메틸-퀴놀리나토)이리듐 (Tris(2-(3-methylphenyl)-7-methyl-quinolato)iridium; Ir(dmpq)3), 비스[2-(2-메틸페닐)-7-메틸-퀴놀린](아세틸아세토네이트)이리듐(Ⅲ) (Bis[2-(2-methylphenyl)-7-methyl-quinoline](acetylacetonate)iridium(Ⅲ); Ir(dmpq)2(acac)), 비스[2-(3,5-디메틸페닐)-4-메틸-퀴놀린](아세틸아세토네이트)이리듐(Ⅲ) (Bis[2-(3,5-dimethylphenyl)-4-methyl-quinoline](acetylacetonate)iridium(Ⅲ); Ir(mphmq)2(acac)), 트리스(디벤조일메탄)모노(1,10-페난트롤린)유로퓸(Ⅲ) (Tris(dibenzoylmethane)mono(1,10-phenanthroline)europium(Ⅲ); Eu(dbm)3(phen)) 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
예시적인 측면에서, 전하제어층(330) 중에 호스트(332)의 함량은 70 내지 99 중량%, 예를 들어 80 내지 95 중량%이고, 도펀트(334)의 함량은 1 내지 30 중량%, 예를 들어 5 내지 20 중량%일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예시적으로, 전하제어층(330)은 5 내지 100 nm, 예를 들어 5 내지 30 nm의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
발광물질층(340)과 제 2 전극(220) 사이에는 전자수송층(360)과 전자주입층(370)이 순차적으로 적층될 수 있다. 전자수송층(360)을 이루는 소재는 높은 전자 이동도가 요구되는데, 원활한 전자 수송을 통하여 발광물질층(340)에 전자를 안정적으로 공급한다.
전자수송층(360)은 제 2 전극(220)으로부터 전자주입층(370)을 경유하여 전달된 전자와 효율적으로 결합하여, 발광물질층(340)으로 전자를 신속하게 주입시킨다. 일례로, 전자수송층(360)은 옥사디아졸계(oxadiazole-base) 화합물, 트리아졸계(triazole-base) 화합물, 페난트롤린계(phenanthroline-base) 화합물, 벤족사졸계(benzoxazole-based) 화합물, 벤조티아졸계(benzothiazole-base) 화합물, 벤즈이미다졸계(benzimidazole-base) 화합물, 트리아진계(triazine-base) 화합물 중에서 어느 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 전자수송층(360)은 트리스(8-하이드록시퀴놀린)알루미늄 (tris-(8-hydroxyquinoline aluminum; Alq3), 2-바이페닐-4-일-5-(4-터셔리-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸 (2-biphenyl-4-yl-5-(4-t-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole; PBD), 스파이로-PBD, 리튬 퀴놀레이트(lithium quinolate; Liq), 2,2',2"-(1,3,5-벤젠트라이일)-트리스(1-페닐-1-H-벤즈이미다졸 (2,2', 2"-(1,3,5-benzenetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole; TPBi), 비스(2-메틸-8-퀴놀리노라토-N1,O8)-(1,1'-바이페닐-4-올라토)알루미늄(Bis(2-methyl-8-quinolinolato-N1,O8)-(1,1'-biphenyl-4-olato)aluminum; BAlq), 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린 (4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline; Bphen), 2,9-비스(나프탈렌-2-일)4,7-디페닐-1,10-페난트롤린 (2,9-Bis(naphthalene-2-yl)4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline; NBphen), 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린 (2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenathroline; BCP), 3-(4-바이페닐)-4-페닐-5-터르-부틸페닐-1,2,4-트리아졸 (3-(4-Biphenyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole; TAZ), 4-(나프탈렌-1-일)-3,5-디페닐-4H-1,2,4-트리아졸 (4-(Naphthalen-1-yl)-3,5-diphenyl-4H-1,2,4-triazole; NTAZ), 1,3,5-트리(p-피리드-3-일-페닐)벤젠 (1,3,5-Tri(p-pyrid-3-yl-phenyl)benzene; TpPyPB), 2,4,6-트리스(3'-(피리딘-3-일)바이페닐-3-일)1,3,5-트리아진 (2,4,6-Tris(3'-(pyridin-3-yl)biphenyl-3-yl)1,3,5-triazine; TmPPPyTz), 폴리[(9,9-비스(3'-((N,N-디메틸)-N-에틸암모늄)-프로필)-2,7-플루오렌)-알트-2,7-(9,9-디옥틸플루오렌)] (Poly[9,9-bis(3'-((N,N-dimethyl)-N-ethylammonium)-propyl)-2,7-fluorene]-alt-2,7-(9,9-dioctylfluorene)]; PFNBr), 트리스(페닐퀴녹살린) (tris(phenylquinoxaline); TPQ), TSPO1, 2-[4-(9,10-디-나프탈렌-2-일-안트라센-2-일)페닐)]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸 (2-[4-(9,10-Di-2-naphthalen2-yl-2-anthracen-2-yl)phenyl]-1-phenyl-1H-benzimidazole; ZADN) 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
전자주입층(370)은 제 2 전극(220)과 전자수송층(360) 사이에 위치하는데, 제 2 전극(220)의 특성을 개선하여 소자의 수명을 개선할 수 있다. 예시적인 측면에서, 전자주입층(370)의 소재로는 LiF, CsF, NaF, BaF2 등의 알칼리금속 할라이드계 물질 및/또는 알칼리토금속 할라이드계 물질 및/또는 Liq, 리튬 벤조에이트(lithium benzoate), 소듐 스테아레이트(sodium stearate) 등의 유기금속계 물질이 사용될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
예를 들어, 전자수송층(360)과 전자주입층(370)은 각각 1 내지 100 nm의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 선택적으로, 전자주입층(370)은 생략될 수 있다.
선택적인 측면에서, 정공이 발광물질층(340)을 지나 제 2 전극(220)으로 이동하는 경우, 소자의 수명과 효율에 감소를 가져올 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기발광다이오드(D1)는 발광물질층(340)과 전자수송층(360) 사이에 정공차단층(350)이 위치하여 발광물질층(340)과 전자수송층(360) 사이에 정공의 이동을 방지한다. 예시적인 측면에서, 정공차단층(350)은 옥사디아졸계(oxadiazole-base) 화합물, 트리아졸계(triazole-base) 화합물, 페난트롤린계(phenanthroline-base) 화합물, 벤족사졸계(benzoxazole-based) 화합물, 벤조티아졸계(benzothiazole-base) 화합물, 벤즈이미다졸계(benzimidazole-base) 화합물, 트리아진계(triazine-base) 화합물 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 정공차단층(350)은 발광물질층(340)에 사용된 소재와 비교해서 HOMO 에너지 준위가 깊은(낮은) BCP, BAlq, Alq3, PBD, 스파이로-PBD, Liq, 비스-4,6-(3,5-디-3-피리딜페닐)-2-메틸피리미딘 (bis-4,6-(3,5-di-3-pyridylphenyl)-2-methylpyrimidine; B3PYMPM), DPEPO, 9-(6-(9H-카바졸-9-일)피리딘-3-일)-9H-3,9'-바이카바졸, TSPO1 및/또는 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 정공차단층(350)은 생략될 수 있다. 일례로, 정공차단층(350)은 각각 1 내지 100 nm의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
전하가 녹색 발광물질층(340)으로 신속하게 주입되도록 유도하여, 발광층(230)에 포함된 소재의 열화를 방지하는 한편, 유기발광다이오드(D1)의 발광 수명을 향상시키기 위해서, 발광층(230)에 포함된 소재의 에너지 준위 및 정공이동도를 제어할 필요가 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 전하제어층(330, CCL)에 포함된 호스트(332)의 최저준위비점유분자궤도(Lowest Unoccupied Molecular Orbital, LUMO) 에너지 준위(LUMOCCL)은 녹색 발광물질층(340, EML)에 포함된 녹색 호스트(342), 예를 들어, P-타입 녹색 호스트의 LUMO 에너지 준위(LUMOEML)와 동일하거나 깊을(낮을, deep)수 있다. 이에 따라, 전자수송층(360, ETL)로부터 녹색 발광물질층(340, EML)으로 주입된 전자가 전하제어층(330, CCL)에 포함된 도펀트(334)에 포획되면서, 발광층(230)에 포함된 소재의 열화를 최소화할 수 있다.
반면, 호스트(332)의 LUMO 에너지 준위(LUMOCCL)가 녹색 호스트(342)의 LUMO 에너지 준위(LUMOEML)보다 얕은(높은) 경우, 전자가 전하제어층(330, CCL)로 이동하지 못한다. 이에 따라, 전하제어층(330, CCL)과 녹색 발광물질층(340, EML)의 계면에서 발광이 일어나고, 전하제어층(330, CCL)과 녹색 발광물질층(340, EML)의 계면에 전하가 축적되어 소재가 급격히 열화되고, 유기발광다이오드(D1)의 발광 수명이 감소할 수 있다.
일례로, 전하제어층(330, CCL)에 포함되는 호스트(332)의 LUMO 에너지 준위(LUMOCCL)와 상기 녹색 호스트의 LUMO 에너지 준위(LUMOEML)는 하기 식 (1)을 충족할 수 있다.
-0.3 eV ≤ LUMOCCL - LUMOEML < 0 eV (1)
식 (1)에서 LUMOCCL은 호스트의 LUMO 에너지 준위, LUMOEML은 녹색 호스트의 LUMO 에너지 준위를 나타냄.
한편, 전하제어층(330, CCL)에 포함되는 호스트(332)의 정공 이동도는, 발광물질층(340, EML)의 녹색 호스트(342)의 정공 이동도보다 3배 내지 10배, 예를 들어 5배 내지 10배 빠를 수 있다. 또한, 전하제어층(330, CCL)에 포함되는 호스트(332)의 정공 이동도는 정공수송층(320, HTL)에 포함된 정공수송물질의 정공 이동도보다 10배 내지 50배, 예를 들어 10배 내지 40배 빠를 수 있다.
선택적인 측면에서, 전하제어층(330, CCL)에 포함된 호스트(332)의 바닥 상태 쌍극자 모멘트는 정공수송층(320, HTL)에 포함된 정공수송물질의 바닥 상태 쌍극자 모멘트를 기준으로 30 내지 90%, 예를 들어 40 내지 80%일 수 있다. 또한, 전하제어층(330, CCL)에 포함된 호스트(332)의 여기 상태 쌍극자 모멘트는 정공수송층(320, HTL)에 포함된 정공수송물질의 여기 상태 쌍극자 모멘트를 기준으로 15 내지 35, 예를 들어 20 내지 30%일 수 있다.
전하제어층(330, CCL)이 인접한 녹색 발광물질층(340, EML)의 녹색 호스트(342) 및 정공수송층(320)의 정공수송물질보다 우수한 정공 이동도를 갖는 호스트(332)를 포함하여, 정공수송층(320)으로부터 공급되는 정공은 전하제어층(330, CCL)에 포함된 도펀트(334)에 포획되지 않고, 신속하게 녹색 발광물질층(340)에 주입될 수 있다. 이에 따라, 전하제어층(330, CCL)에 포함된 도펀트(334)는 실질적으로 발광하지 않는다.
선택적인 측면에서, 전하제어층(330, CCL)에 포함된 호스트(332)의 최고준위점유분자궤도(Highest Occupied Molecular Orbital, HOMO) 에너지 준위(HOMOCCL)은 발광물질층(340, EML)에 포함된 녹색 호스트(342), 예를 들어, P-타입 호스트의 HOMO 에너지 준위(HOMOEML)와 동일하거나 얕을(높을)수 있다. 이에 따라, 정공은 전하제어층(330, CCL)로부터 녹색 발광물질층(340, EML)로 신속하게 주입될 수 있다.
예를 들어, 전하제어층(330, CCL)에 포함된 호스트(332)의 HOMO 에너지 준위(HOMOCCL)과, 발광물질층(340, EML)에 포함된 녹색 호스트(342), 예를 들어 P-타입 호스트의 HOMO 에너지 준위(HOMOEML)은 하기 식 (2)를 충족할 수 있다.
0 eV < HOMOCCL - HOMOEML ≤ 0.3 eV (2)
식 (2)에서 HOMOCCL은 호스트의 HOMO 에너지 준위, HOMOEML은 녹색 호스트의 HOMO 에너지 준위를 나타냄.
선택적인 측면에서, 녹색 발광물질층(340, EML)이 N-타입 호스트를 포함하는 경우, N-타입 호스트의 LUMO 에너지 준위 및 HOMO 에너지 준위는 각각 전하제어층(330, CCL)에 포함된 호스트(332)의 LUMO 에너지 준위(LUMOCCL) 및 HOMO 에너지 준위(HOMOCCL)보다 깊을(낮을) 수 있다. 예를 들어, N-타입 호스트의 LUMO 에너지 준위 및 HOMO 에너지 준위는 각각 호스트(332)의 LUMO 에너지 준위(LUMOCCL) 및 HOMO 에너지 준위(HOMOCCL)와 비교해서 0.5 내지 1.0 eV 낮을 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
한편, 유기발광다이오드(D1)가 정공수송층(320, HTL)을 포함하는 경우, 전하제어층(330, CCL)에 포함된 호스트(332)의 LUMO 에너지 준위(LUMOCCL)는 정공수송층(320, HTL)에 포함된 정공수송물질의 LUMO 에너지 준위(LUMOHTL)와 동일하거나 얕을(높을) 수 있다. 일례로, 전하제어층(330, CCL)에 포함된 호스트(332)의 LUMO 에너지 준위(LUMOCCL)와, 정공수송층(320, HTL)에 포함된 정공수송물질의 LUMO 에너지 준위(LUMOHTL)는 하기 식 (3)를 충족할 수 있다.
0 eV ≤ LUMOCCL - LUMOHTL < 0.5 eV (3)
식 (3)에서 LUMOCCL은 호스트의 LUMO 에너지 준위, LUMOHTL은 정공수송물질의 LUMO 에너지 준위를 나타냄.
선택적인 측면에서, 전하제어층(330, CCL)에 포함된 호스트(332)의 HOMO 에너지 준위(HOMOCCL)는 정공수송층(320, HTL)에 포함된 정공수송물질의 HOMO 에너지 준위(HOMOHTL)와 동일하거나 얕을(높을) 수 있다. 일례로, 전하제어층(330, CCL)에 포함된 호스트(332)의 HOMO 에너지 준위(HOMOCCL)와, 정공수송층(320, HTL)에 포함된 정공수송물질의 HOMO 에너지 준위(HOMOHTL)는 하기 식 (4)를 충족할 수 있다.
0 eV < HOMOCCL - HOMOHTL ≤ 0.3 eV (4)
식 (4)에서 HOMOCCL은 호스트의 HOMO 에너지 준위, HOMOHTL은 정공수송물질의 HOMO 에너지 준위를 나타냄.
한편, 정공주입층(310, HIL; 또는 후술하는 탠덤 구조에서 p-CGL)의 LUMO 에너지 준위(LUMOHIL) 및 HOMO 에너지 준위(HOMOHIL)은 각각 정공수송층(320, HTL)에 포함된 정공수송물질의 LUMO 에너지 준위(LUMOHTL) 및 HOMO 에너지 준위(HOMOHTL)보다 얕을(높을) 수 있다. 일례로, 정공주입층(310, HIL)의 LUMO 에너지 준위(LUMOHIL) 및 HOMO 에너지 준위(HOMOHIL)은 각각 정공수송물질의 LUMO 에너지 준위(LUMOHTL) 및 HOMO 에너지 준위(HOMOHTL)보다 0.05 내지 0.3 eV 얕을 수 있다.
한편, 전자수송층(360)에 포함되는 전자수송물질의 LUMO 에너지 준위(LUMOETL) 및 HOMO 에너지 준위(HOMOETL)은 각각 녹색 발광물질층(340, EML)에 포함되는 녹색 호스트(342), 예를 들어 P-타입 녹색 호스트의 LUMO 에너지 준위(LUMOEML) 및 HOMO 에너지 준위(HOMOEML)보다 깊을(낮을) 수 있다. 일례로, 전자수송물질의 LUMO 에너지 준위(LUMOETL) 및 HOMO 에너지 준위(HOMOETL)은 각각 P-타입 녹색 호스트일 수 있는 녹색 호스트(342)의 LUMO 에너지 준위(LUMOEML) 및 HOMO 에너지 준위(HOMOEML)와 비교해서 각각 0.4 내지 1.0 eV 깊을(낮을) 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 전자수송층(360, ETL)에 포함되는 전자수송물질의 LUMO 에너지 준위(LUMOETL) 및 HOMO 에너지 준위(HOMOETL)는 각각 전자주입층(370, EIL; 또는 후술하는 탠덤 구조에서 n-CGL)의 LUMO 에너지 준위(LUMOEIL) 및 HOMO 에너지 준위(HOMOEIL)보다 깊을(낮을) 수 있다. 일례로, 전자수송물질의 LUMO 에너지 준위(LUMOETL) 및 HOMO 에너지 준위(HOMOETL)는 각각 전자주입층(370, EIL)의 LUMO 에너지 준위(LUMOEIL) 및 HOMO 에너지 준위(HOMOEIL)보다 0.1 내지 0.5 eV 깊을 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 1 전극(210)과 녹색 발광물질층(340) 사이에 에너지 준위가 조절되고, 정공 이동도가 우수한 호스트(332)와, 녹색 이미터(344)보다 장파장 대역에서 최대 발광 피크를 갖는 도펀트(334)를 갖는 전하제어층(330, CCL)이 위치한다. 이에 따라 녹색 발광물질층(340)과 인접한 전하 이동층 사이의 계면에서 전하가 축적되는 것을 방지하여 소재의 열화를 최소화할 수 있다. 또한, 녹색 발광물질층(340)으로 정공의 이동도 및 주입량을 제어하여 정공에 의한 소재의 열화를 개선할 수 있다. 아울러, 전자수송층(360)을 통해 녹색 발광물질층(340)으로 주입된 여분의 전자는 전하제어층(330)에 포획되기 때문에, 정공수송층(320)의 안정성을 높일 수 있다. 이에 따라, 녹색 발광물질층(340)과 인접한 전하수송층의 계면에서 열화를 최소화하여, 유기발광다이오드(D1)의 발광 수명을 극대화할 수 있다.
도 3 및 도 4에서는 단일 발광부를 갖는 유기발광다이오드를 도시하였다. 이와 달리, 유기발광다이오드는 2개 이상의 발광부를 포함할 수 있으며(도 5 내지 도 8 참조), 각각의 발광부는 동일 또는 유사한 발광 파장 범위를 갖는 발광물질층을 포함할 수 있다. 일례로, 다수의 발광부는 각각 녹색으로 발광할 수 있다.
전술한 실시형태에서는 단일 발광부로 이루어진 유기발광표시장치 및 유기발광다이오드를 중심으로 설명하였다. 이와 달리, 백색(W) 발광을 포함하는 풀-컬러 표시장치를 또한 구현할 수 있는데, 이에 대해서 설명한다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기발광표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기발광표시장치(400)는 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP) 및 청색 화소영역(BP)을 각각 포함하는 제 1 기판(402)과, 제 1 기판(402)과 마주하는 제 2 기판(404)과, 제 1 기판(402)과 제 2 기판(404) 사이에 위치하며 백색 빛을 발광하는 유기발광다이오드(D)와, 유기발광다이오드(D)와 제 2 기판(404) 사이에 위치하는 컬러필터층(480)을 포함한다.
제 1 기판(402) 및 제 2 기판(404)은 각각 유리 기판, 플렉서블 기판 또는 고분자 플라스틱 기판일 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 기판(402, 404)은 각각 PI, PES, PEN, PET, PC 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 1 기판(402) 상에 버퍼층(406)이 형성되고, 버퍼층(406) 상에는 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP) 및 청색 화소영역(BP) 각각에 대응하여 박막트랜지스터(Tr)가 형성된다. 버퍼층(406)은 생략될 수 있다.
버퍼층(406) 상에 반도체층(410)이 형성된다. 일례로, 반도체층(410)은 산화물 반도체 물질로 이루어지거나, 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다.
반도체층(410) 상부에는 절연 물질, 예를 들어, 실리콘산화물(SiOx) 또는 실리콘질화물(SiNx)과 같은 무기 절연 물질로 이루어지는 게이트 절연막(420)이 형성된다.
게이트 절연막(420) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 게이트 전극(430)이 반도체층(410)의 중앙에 대응하여 형성된다. 게이트 전극(430) 상부에는 절연 물질, 실리콘산화물(SiOx) 또는 실리콘질화물(SiNx)과 같은 무기 절연 물질이나, 벤조사이클로부텐이나 포토 아크릴(photo-acryl)과 같은 유기 절연 물질로 이루어지는 층간 절연막(440)이 형성된다.
층간 절연막(440)은 반도체층(410)의 양 양측 상면을 노출하는 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(442, 444)을 갖는다. 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(442, 444)은 게이트 전극(430)의 양측에서 게이트 전극(430)과 이격되어 위치한다.
층간 절연막(440) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 소스 전극(452)과 드레인 전극(454)이 형성된다. 소스 전극(452)과 드레인 전극(454)은 게이트 전극(430)을 중심으로 이격되어 위치한다. 소스 전극(452)과 드레인 전극(454)은 각각 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(442, 444)을 통해 반도체층(410)의 양측과 접촉한다.
반도체층(410), 게이트 전극(430), 소스 전극(452) 및 드레인 전극(454)은 박막트랜지스터(Tr)를 이루며, 박막트랜지스터(Tr)는 구동 소자(driving element)로 기능한다.
도 5에 도시하지 않았으나, 게이트 배선(GL, 도 1 참조)과 데이터 배선(DL, 도 1 참조)이 서로 교차하여 화소영역을 정의하며, 게이트 배선과 데이터 배선에 연결되는 스위칭 소자(Ts, 도 1 참조)가 더 형성된다. 상기 스위칭 소자(Ts)는 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)에 연결된다. 또한, 파워 배선(PL, 도 1 참조)이 데이터 배선(DL)과 평행하게 이격되어 형성되며, 일 프레임(frame) 동안 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)의 게이트 전극(130)의 전압을 일정하게 유지되도록 하기 위한 스토리지 커패시터(Cst)가 더 구성될 수 있다.
소스 전극(452)과 드레인 전극(454) 상부에는 보호층(460)이 박막트랜지스터(Tr)를 덮으며 제 1 기판(402) 전면에 형성된다. 보호층(460)은 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(454)을 노출하는 드레인 컨택홀(462)을 갖는다.
보호층(460) 상에 유기발광다이오드(D)가 위치한다. 유기발광다이오드(D)는 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(452)에 연결되는 제 1 전극(510)과, 제 1 전극(510)과 마주하는 제 2 전극(520)과, 제 1 및 제 2 전극(510, 520) 사이에 위치하는 발광층(530)을 포함한다.
각각의 화소영역(RP, GP, BP) 별로 형성되는 제 1 전극(510)은 양극(anode)일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 큰 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 일례로, 제 1 전극(510)은 ITO, IZO, ITZO, SnO, ZnO, ICO, AZO 및/또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 제 1 전극(510) 하부에는 반사전극 또는 반사층이 더욱 형성될 수 있다. 예를 들어, 반사전극 또는 반사층은 은 또는 APC 합금으로 이루어질 수 있다.
보호층(460) 상에는 제 1 전극(510)의 가장자리를 덮는 뱅크층(464)이 형성된다. 뱅크층(464)은 화소영역(RP, GP, BP)에 대응하여 제 1 전극(510)의 중앙을 노출한다. 뱅크층(464)은 생략될 수 있다.
제 1 전극(510) 상에 다수의 발광부를 포함할 수 있는 발광층(530)이 형성된다. 도 6 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 발광층(530)은 다수의 발광부(600, 600A, 700, 700A, 800, 800A, 900)와 하나 이상의 전하생성층(680, 780, 880)을 포함할 수 있다. 각각의 발광부(600, 600A, 700, 700A, 800, 800A, 900)는 적어도 하나의 발광물질층을 포함하고, 정공주입층, 정공수송층, 전자차단층, 정공차단층, 전자수송층 및/또는 전자주입층을 더욱 포함할 수 있다.
발광층(530)이 형성된 제 1 기판(402) 상부에 제 2 전극(520)이 형성된다. 제 2 전극(520)은 표시영역의 전면에 위치하며, 일함수 값이 비교적 적은 물질로 이루어져, 전자를 주입하는 음극(cathode)일 수 있다. 예를 들어, 제 2 전극(520)은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 칼슘(ca), 은(Ag), 이들의 합금 및/또는 이들의 조합(예를 들어, 알루미늄-마그네슘 합금(AlMg)과 같은 반사 특성이 좋은 소재)으로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 예시적인 제 2 실시형태에 따른 유기발광표시장치(400)는 발광층(530)에서 발광된 빛이 제 2 전극(520)을 통해 컬러필터층(480)으로 입사되므로, 제 2 전극(520)은 빛이 투과될 수 있도록 얇은 두께를 갖는다.
컬러필터층(480)은 유기발광다이오드(D)의 상부에 위치하며, 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP) 및 청색 화소영역(BP) 각각에 대응되는 적색 컬러필터 패턴(482), 녹색 컬러필터 패턴(484) 및 청색 컬러필터 패턴(486)을 포함한다. 도시하지는 않았으나, 컬러필터층(480)은 접착층에 의하여 유기발광다이오드(D)에 부착될 수 있다. 이와 달리, 컬러필터층(480)은 유기발광다이오드(D)의 바로 위에 형성될 수 있다.
외부 수분이 유기발광다이오드(D)로 침투하는 것을 방지하기 위해, 유기발광다이오드(D)와 컬러필터층(480) 사이에 인캡슐레이션 필름(470)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 인캡슐레이션 필름(470)은 제 1 무기 절연층과, 유기 절연층과 제 2 무기 절연층의 적층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다(도 2의 170 참조). 또한, 제 2 기판(404)의 외측면에는 외부광 반사를 줄이기 위한 편광판이 부착될 수 있다. 예를 들어, 편광판은 원형 편광판일 수 있다.
도 5에서, 유기발광다이오드(D)에서 방출된 빛은 제 2 전극(520)을 통과하고, 컬러필터층(480)은 유기발광다이오드(D)의 상부에 배치되고 있다. 즉, 유기발광표시장치(400)는 상부 발광 방식일 수 있다. 이와 달리, 유기발광표시장치(400)가 하부 발광 방식인 경우, 유기발광다이오드(D)의 빛은 제 1 전극(510)을 통과하고, 컬러필터층(480)은 유기발광다이오드(D)와 제 1 기판(402) 사이에 배치될 수도 있다.
도시하지 않았으나, 유기발광다이오드(D)와 컬러필터층(480) 사이에는 색변환층이 구비될 수도 있다. 색변환층은 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP) 및 청색 화소영역(BP)에 각각 대응하며, 적색 색변환층, 녹색 색변환층 및 청색 색변환층을 포함하며, 유기발광다이오드(D)로부터 방출된 백색 광을 각각 적색, 녹색 및 청색으로 변환시킬 수 있다. 예를 들어, 색변환층은 양자점을 포함할 수 있다. 따라서, 유기발광표시장치(400)의 색 순도가 더욱 향상될 수 있다. 선택적인 실시형태에서, 컬러필터층(480) 대신에 색변환층이 포함될 수도 있다.
전술한 바와 같이, 유기발광다이오드(D)로부터 방출된 백색 빛은 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP) 및 청색 화소영역(BP) 각각에 대응되는 적색 컬러필터(482), 녹색 컬러필터(484), 청색 컬러필터(486)를 통과함으로써, 적색 화소영역(RP), 녹색 화소영역(GP) 및 청색 화소영역(BP)에서 각각 적색, 녹색 및 청색 빛이 표시된다.
본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기발광표시장치에 적용될 수 있는 유기발광다이오드에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. 도 6은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라 3개의 발광부가 탠덤 구조를 이루는 유기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기발광다이오드(D2)는 서로 마주하는 제 1 전극(510) 및 제 2 전극(520)과, 제 1 전극(510)과 제 2 전극(520) 사이에 위치하는 발광층(530)을 포함한다. 발광층(530)은 제 1 전극(510)과 제 2 전극(520) 사이에 위치하는 제 1 발광부(600)와, 제 1 발광부(600)와 제 2 전극(520) 사이에 위치하는 제 2 발광부(700)와, 제 2 발광부(700)와 제 2 전극(520) 사이에 위치하는 제 3 발광부(800)와, 제 1 및 제 2 발광부(600, 700) 사이에 위치하는 제 1 전하생성층(680)과, 제 2 및 제 3 발광부(700, 800) 사이에 위치하는 제 2 전하생성층(780)을 포함한다.
제 1 전극(510)은 양극일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 큰 도전성 물질, 예를 들어 투명 도전성 산화물(TCO)로 형성될 수 있다. 예시적인 측면에서, 제 1 전극(510)은 ITO, IZO, ITZO, SnO, ZnO, ICO 및/또는 AZO로 이루어질 수 있다. 제 2 전극(520)은 음극일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 작은 도전성 물질, 예를 들어 Al, Mg, Ca, Ag, 이들의 합금 및/또는 이들의 조합과 같은 반사 특성이 좋은 소재로 이루어질 수 있다.
본 실시형태에 따른 유기발광다이오드(D2)에서 제 1 발광부 내지 제 3 발광부(600, 700, 800) 중에서 어느 하나는 청색으로 발광할 수 있다. 제 1 발광부 내지 제 3 발광부(600, 700, 800) 중에서 다른 하나는 녹색으로 발광하고, 제 1 발광부 내지 제 3 발광부(600, 700, 800) 중에서 또 다른 하나는 적색으로 발광하여, 유기발광다이오드(D2)는 백색(W) 발광을 구현할 수 있다. 이하, 제 1 발광부(600)가 청색으로 발광하고, 제 2 발광부(700)가 녹색으로 발광하며, 제 3 발광부(800)가 적색으로 발광하는 경우를 중심으로 설명한다.
제 1 발광부(600)는 제 1 발광물질층(하부 발광물질층, EML1, 640)을 포함한다. 제 1 발광부(600)는 제 1 전극(510)과 제 1 발광물질층(640) 사이에 위치하는 정공주입층(610)과, 정공주입층(610)과 제 1 발광물질층(640) 사이에 위치하는 제 1 정공수송층(하부 정공수송층, HTL1, 620)과, 제 1 발광물질층(640)과 제 1 전하생성층(680) 사이에 위치하는 제 1 전자수송층(하부 전자수송층, ETL1, 660) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 선택적으로, 제 1 발광부(600)는 제 1 정공수송층(620)과 제 1 발광물질층(640) 사이에 위치하는 제 1 전자차단층(하부 전자차단층, EBL1, 630) 및/또는 제 1 발광물질층(640)과 제 1 전자수송층(660) 사이에 위치하는 제 1 정공차단층(하부 정공차단층, HBL1, 650)을 더욱 포함할 수 있다.
제 2 발광부(700)는 제 2 발광물질층(중간 발광물질층, EML2, 740)을 포함한다. 제 2 발광부(700)는 제 1 전하생성층(680)과 제 2 발광물질층(740) 사이에 위치하는 전하제어층(730)을 포함한다. 제 2 발광부(700)는 제 1 전하생성층(680)과 전하제어층(730) 사이에 위치하는 제 2 정공수송층(중간 정공수송층, HTL2, 720)과, 제 2 발광물질층(740)과 제 2 전하생성층(780) 사이에 위치하는 제 2 전자수송층(중간 전자수송층, ETL2, 760) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 제 2 정공수송층(720)은 생략될 수 있다. 선택적으로, 제 2 발광부(700)는 제 2 발광물질층(740)과 제 2 전자수송층(760) 사이에 위치하는 제 2 정공차단층(중간 정공차단층, HBL2, 750)을 더욱 포함할 수 있다.
제 3 발광부(800)는 제 3 발광물질층(상부 발광물질층, EML3, 840)을 포함한다. 제 3 발광부(800)는 제 2 전하생성층(780)과 제 3 발광물질층(840) 사이에 위치하는 제 3 정공수송층(상부 정공수송층, HTL3, 820)과, 제 3 발광물질층(840)과 제 2 전극(520) 사이에 위치하는 제 3 전자수송층(상부 전자수송층, ETL3, 860)과, 제 3 전자수송층(860)과 제 2 전극(520) 사이에 위치하는 전자주입층(870) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 선택적으로, 제 3 발광부(800)는 제 3 정공수송층(820)과 제 3 발광물질층(840) 사이에 위치하는 제 2 전자차단층(상부 전자차단층, EBL2, 830)과 제 3 발광물질층(840)과 제 3 전자수송층(860) 사이에 위치하는 제 3 정공차단층(상부 정공차단층, HBL3, 850) 중에서 어느 하나를 더욱 포함할 수 있다.
정공주입층(610)은 제 1 전극(510)과 제 1 정공수송층(620) 사이에 위치하여, 무기물인 제 1 전극(510)과 유기물인 제 1 정공수송층(620) 사이의 계면 특성을 향상시킨다. 일례로, 정공주입층(610)은 MTDATA, NATA, 1T-NATA, 2T-NATA, CuPc, TCTA, NPB(NPD), DNTPD, HAT-CN, TDAPB, PEDOT/PSS, N-(바이페닐-4-일)-9,9-디메틸-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)-9H-플루오렌-2-아민, NPNPB, MgF2, CaF2 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 선택적으로, 정공주입층(610)은 정공 주입 물질 및/또는 정공 수송 물질인 호스트와, HAT-CN, F4TCNQ, F6TCNQ, NPD9 및 이들의 조합일 수 있는 P-타입 도펀트를 포함할 수 있다. 일례로, 정공 주입 호스트는 전하제어층(730)의 호스트(732)와 동일하게 스파이로플루오렌 모이어티를 갖는 아릴 아민계 화합물 및/또는 스파이로플루오렌 모이어티를 갖는 헤테로 아릴 아민계 화합물일 수 있다. 유기발광다이오드(D2)의 특성에 따라 정공주입층(610)은 생략될 수 있다.
제 1 내지 제 3 정공수송층(620, 720, 820)은 각각 제 1 내지 제 3 발광물질층(640, 740, 840)으로 정공을 공급한다. 제 1 내지 제 3 정공수송층(620, 720, 820)은 각각 TPD, NPB, DNTPD, BPBPA, CBP, Poly-TPD, TFB, TAPC, DCDPA, N-(비페닐-4-일)-9,9-디메틸-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)-9H-플루오렌-2-아민, N-(바이페닐-4-일)-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)바이페닐)-4-아민, N-([1,1'-바이페닐]-4-일)-9,9-디메틸-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)-9H-플루오렌-2-아민 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 선택적인 측면에서, 제 1 내지 제 3 정공수송층(620, 720, 820)은 각각 전하제어층(730)의 호스트(732)와 동일하게 스파이로플루오렌 모이어티를 갖는 아릴 아민계 화합물, 스파이로플루오렌 모이어티를 갖는 헤테로 아릴 아민계 화합물 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 1 내지 제 3 전자수송층(660, 760, 860)은 각각 제 1 내지 제 3 발광물질층(640, 740, 840)으로 전자를 공급한다. 제 1 내지 제 3 전자수송층(660, 760, 860)은 각각 옥사디아졸계(oxadiazole-base) 화합물, 트리아졸계(triazole-base) 화합물, 페난트롤린계(phenanthroline-base) 화합물, 벤족사졸계(benzoxazole-based) 화합물, 벤조티아졸계(benzothiazole-base) 화합물, 벤즈이미다졸계(benzimidazole-base) 화합물, 트리아진계(triazine-base) 화합물 중에서 어느 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제 1 내지 제 3 전자수송층(660, 760, 860)은 각각 Alq3, PBD, 스파이로-PBD, Liq, TPBi, BAlq), Bphen, NBphen, BCP, TAZ, NTAZ, TpPyPB, TmPPPyTz, PFNBr, TPQ, TSPO1, ZADN 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
전자주입층(870)은 제 2 전극(520)과 제 3 전자수송층(860) 사이에 위치하는데, 제 2 전극(520)의 특성을 개선하여 소자의 수명을 개선할 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 전자주입층(870)의 소재로는 LiF, CsF, NaF, BaF2 등의 알칼리금속 할라이드계 물질 및/또는 알칼리토금속 할라이드계 물질 및/또는 Liq, 리튬 벤조에이트, 소듐 스테아레이트 등의 유기금속계 물질이 사용될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
또한, 제 1 및 제 2 전자차단층(630, 830)은 각각 TCTA, 트리스[4-(디에틸아미노)페닐]아민, N-(바이페닐-4-일)-9,9-디메틸-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)-9H-플루오렌-2-아민, TAPC, MTDATA, mCP, mCBP, CuPC, DNTPD, TDAPB, DCDPA, 2,8-비스(9-페닐-9H-카바졸-3-일)디벤조[b,d]티오펜 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 1 내지 제 3 정공차단층(650, 750, 850)은 옥사디아졸계 화합물, 트리아졸계 화합물, 페난트롤린계 화합물, 벤족사졸계 화합물, 벤조티아졸계 화합물, 벤즈이미다졸계 화합물, 트리아진계 화합물 중에서 어느 하나가 사용될 수 있다. 예를 들어, 제 1 내지 제 3 정공차단층(650, 750, 850)은 각각 BCP, BAlq, Alq3, PBD, 스파이로-PBD, Liq, B3PYMPM, DPEPO, 9-(6-(9H-카바졸-9-일)피리딘-3-일)-9H-3,9'-바이카바졸, TSPO1 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 1 전하생성층(charge generation layer 1, CGL1, 680)은 제 1 발광부(600)와 제 2 발광부(700) 사이에 위치한다. 제 1 전하생성층(680)은 제 1 발광부(600)에 인접하게 위치하는 제 1 N-타입 전하생성층(N-CGL1, 685)과 제 2 발광부(700)에 인접하게 위치하는 제 1 P-타입 전하생성층(P-CGL1, 690)을 포함한다. 제 1 N-타입 전하생성층(685)은 제 1 발광부(600)의 제 1 발광물질층(640)으로 전자를 주입해주고, 제 1 P-타입 전하생성층(690)은 제 2 발광부(700)의 제 2 발광물질층(740)으로 정공을 주입해준다.
제 2 전하생성층(CGL2, 780)은 제 2 발광부(700)와 제 3 발광부(800) 사이에 위치한다. 제 2 전하생성층(780)은 제 2 발광부(700)에 인접하게 위치하는 제 2 N-타입 전하생성층(N-CGL2, 785)과 제 3 발광부(800)에 인접하게 위치하는 제 2 P-타입 전하생성층(P-CGL2, 790)을 포함한다. 제 2 N-타입 전하생성층(785)은 제 2 발광부(700)의 제 2 발광물질층(740)으로 전자를 주입해주고, 제 2 P-타입 전하생성층(790)은 제 3 발광부(800)의 제 3 발광물질층(840)으로 정공을 주입해준다.
제 1 및 제 2 N-타입 전하생성층(685, 785)은 Li, Na, K, Cs와 같은 알칼리 금속 및/또는 Mg, Sr, Ba, Ra와 같은 알칼리토 금속으로 도핑된 유기층일 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 N-타입 전하생성층(685, 785)에 사용되는 호스트 유기물은 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(4,7-dipheny-1,10-phenanthroline; Bphen)과 같은 페난트롤린계 화합물 및/또는 MTDATA와 같은 물질일 수 있으며, 알칼리 금속 또는 알칼리토 금속은 약 0.01 내지 30 중량%로 도핑될 수 있다.
한편, 제 1 및 제 2 P-타입 전하생성층(690, 790)은 각각 텅스텐산화물(WOx), 몰리브덴산화물(MoOx), 베릴륨산화물(Be2O3), 바나듐산화물(V2O5) 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 무기물 및/또는 NPD, DNTPD, HAT-CN, F4TCNQ, F6TCNQ, TPD, N,N,N',N'-테트라나프탈레닐-벤지딘(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 선택될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 선택적으로, 제 1 및 제2 P-타입 전하생성층(690, 790)은 각각 전하제어층(730)의 호스트(732)로 사용될 수 있는 스파이로플루오렌 모이어티를 갖는 아릴 아민계 화합물, 스파이로플루오렌 모이어티를 갖는 헤테로 아릴 아민계 화합물 및/또는 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 유기물로 이루어질 수 있다.
선택적으로 제 1 및 제 2 P-타입 전하생성층(690, 790)은 각각 NPD, DNTPD, TPD, TNB, TCTA, 스파이로플루오렌 모이어티를 갖는 아릴 아민계 화합물, 스파이로플루오렌 모이어티를 갖는 헤테로 아릴 아민계 화합물 및/또는 이들의 조합일 수 있는 호스트와, F4TCNQ, F6TCNQ, NPD-9 및 이들의 조합일 수 있는 P-타입 도펀트를 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 P-타입 전하생성층(690, 790) 중에 P-도펀트의 함량은 1 내지 30 중량%, 예를 들어 3 내지 25 중량%일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 1 발광물질층(640)은 청색 발광물질층일 수 있다. 제 1 발광물질층(640)이 청색 발광물질층인 경우, 청색 발광물질층 이외에 스카이 블루(Sky Blue) 발광물질층 또는 진청색(Deep Blue) 발광물질층일 수 있다. 제 1 발광물질층(640)은 청색 호스트와 청색 도펀트를 포함할 수 있다.
예를 들어, 청색 호스트는 mCP), mCP-CN), 3,3-디(9H-카바졸-9-일)바이페닐(3,3-Di(9H-carbazol-9-yl)biphenyl (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'-(9H-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), 2-methyl-9,10-bis(naphthalen-2-yl)anthracene (MADN) 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
청색 도펀트는 청색 인광 물질, 청색 형광 물질 및/또는 청색 지연형광 물질을 포함할 수 있다. 일례로, 청색 도펀트는 페릴렌(perylene), 4,4'-비스[4-(디-p-톨릴아미노)스티릴]바이페닐 (4,4'-Bis[4-(di-p-tolylamino)styryl]biphenyl; DPAVBi), 4-(디-p-톨릴아미노)-4,4'-[(디-p-톨릴아미노)ㅡ스티릴]스틸벤 (4-(Di-p-tolylamino)-4-4'-[(di-p-tolylamino)styryl]stilbene; DPAVB), 4,4'-비스[4-(디페닐아미노)스티릴]바이페닐 (4,4'-Bis[4-(diphenylamino)styryl]biphenyl; BDAVBi), 2,7-비스(4-디페닐아미노)스티릴)-9,9-스파이로플루오렌 (2,7-Bis(4-diphenylamino)styryl)-9,9-spirofluorene; spiro-DPVBi), [1,4-비스[2-[4-(N,N-디(p-톨릴)아미노)페닐]비닐]벤젠 ([1,4-bis[2-[4-[N,N-di(p-tolyl)amino]phenyl]vinyl]benzene; DSB), 1,4-디-[4-(N,N-디페닐)아미노]스티릴-벤젠 (1-4-di-[4-(N,N-diphenyl)amino]styryl-benzene; DSA), 2,5,8,11-테트라-터르-부틸페릴렌 (2,5,8,11-Tetra-tetr-butylperylene; TBPe), 비스(2-하이드록시페닐)-피리딘]베릴륨 (Bis(2-hydroxylphenyl)-pyridine)beryllium, Bepp2), 9-(9-페닐카바졸-3-일)-10-(나프탈렌-1-일)안트라센 (9-(9-Phenylcarbazol-3-yl)-10-(naphthalen-1-yl)anthracene, PCAN), mert트리스(1-페닐-3-메틸이미다졸린-2-일리덴-C,C(2)'이리듐(Ⅲ) (mer-Tris(1-phenyl-3-methylimidazolin-2-ylidene-C,C(2)'iridium(Ⅲ); mer-Ir(pmi)3), fac-트리스(1,3-디페닐-벤즈이미다졸린-2-일렌-C,C(2)'이리듐(Ⅲ) (fac-Tris(1,3-diphenyl-benzimidazolin-2-ylidene-C,C(2)'iridium(Ⅲ); fac-Ir(dpbic)3), 비스(3,4,6-트리플루오로-2-(2-피리딜_페닐-(2-카르복시피리딜)이리듐(Ⅲ) (Bis(3,4,5-trifluoro-2-(2-pyridyl)phenyl-(2-carboxypyridyl)iridium(Ⅲ); (Ir(tfpd)2pic), 트리스(2-(4,6-디플루오로페닐)피리딘)이리듐(Ⅲ) (tris(2-(4,6-difluorophenyl)pyridine))iridium(Ⅲ); (Ir(Fppy)3), 비스[2-(4,6-디플루오로페닐)피리디나토-C2,N](피콜리나토)이리듐(Ⅲ) (Bis[2-(4,6-difluorophenyl)pyridinato-C2,N](picolinato)iridium(Ⅲ), FIrpic), DABNA-1, DABNA-2, t-DABNA, v-DABNA 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 2 발광물질층(740)은 P-타입 녹색 호스트일 수 있는 녹색 호스트(742)와 녹색 이미터(744)를 포함할 수 있다. 선택적으로, 제 2 발광물질층(740)은 N-타입 녹색 호스트를 더욱 포함할 수 있다. P-타입 녹색 호스트 및, 선택적으로 N-타입 녹색 호스트를 포함하는 녹색 호스트(742)와, 녹색 이미터(744)는 도 3 및 도 4에서 설명한 것과 동일할 수 있다.
전하제어층(730)은 스파이로플루오렌 모이어티를 가지는 아릴 아민계 화합물 및/또는 스파이로플루오렌 모이어티를 가지는 헤테로 아릴 아민계 화합물일 수 있는 호스트(732)와, 녹색 이미터(744)의 최대 발광 피크보다 장파장 대역에서 최대 발광 피크를 갖는 도펀트(734)를 포함한다. 호스트(732) 및 도펀트(734)는 도 3 및 도 4에서 설명한 것과 동일할 수 있다. 제 2 발광부(700)를 구성하는 유기층의 LUMO 에너지 준위, HOMO 에너지 준위, 정공 이동도는 도 4에서 설명한 것과 동일할 수 있다.
예를 들어, 전하제어층(730)에 포함된 호스트(732)의 LUMO 에너지 준위는 제 2 발광물질층(740)에 포함된 녹색 호스트(742), 예를 들어 P-타입 녹색 호스트의 LUMO 에너지 준위와 동일하거나 깊을 수 있다. 호스트(732)의 LUMO 에너지 준위와 녹색 호스트(742)의 LUMO 에너지 준위는 식 (1)을 충족할 수 있다. 호스트(732)의 정공 이동도는 녹색 호스트(742)의 정공 이동도보가 3배 내지 10배, 예를 들어 5배 내지 10배 빠를 수 있고, 제 2 정공수송층(720, HTL2)에 포함된 정공수송물질의 정공 이동도보다 10배 내지 50배, 예를 들어 10배 내지 40배 빠를 수 있다.
전하제어층(730)에 포함된 호스트(732)의 HOMO 에너지 준위는 제 2 발광물질층(740)에 포함된 녹색 호스트(742), 예를 들어 P-타입 녹색 호스트와 동일하거나 얕을(높을) 수 있다. 예를 들어, 호스트(732)의 HOMO 에너지 준위와 녹색 호스트(742)의 HOMO 에너지 준위는 식 (2)를 충족할 수 있다.
또한, 전하제어층(730)에 포함된 호스트(732)의 LUMO 에너지 준위는 제 2 정공수송층(720)에 포함된 정공수송물질의 LUMO 에너지 준위와 동일하거나 얕을(높을) 수 있다. 예를 들어, 호스트(732)의 LUMO 에너지 준위와, 제 2 정공수송층(720)에 포함된 정공수송물질의 LUMO 에너지 준위는 식 (3)을 충족할 수 있다.
전하제어층(730)에 포함된 호스트(732)의 HOMO 에너지 준위는 제 2 정공수송층(720)에 포함된 정공수송물질의 HOMO 에너지 준위와 동일하거나 얕을(높을) 수 있다. 예를 들어, 호스트(732)의 HOMO 에너지 준위와, 제 2 정공수송층(720)에 포함된 정공수송물질의 HOMO 에너지 준위는 식 (4)를 충족할 수 있다.
제 3 발광물질층(840)은 적색 발광물질층일 수 있다. 제 3 발광물질층(840)은 적색 호스트와 적색 도펀트를 포함할 수 있다. 적색 호스트는 도 3에서 설명한 녹색 호스트(342) 및/또는 제 1 발광물질층(640)에 포함될 수 있는 청색 호스트를 포함할 수 있다.
예를 들어, 적색 호스트는 mCP-CN, CBP, mCBP, mCP, DPEPO, PPT, TmPyPB, PYD-2Cz, DCzDB), DCzTPA, pCzB-2CN, mCzB-2CN, TSPO1, CCP, 4-(3-(트리페닐렌-2-일)페닐)디벤조[b,d]티오펜, 9-(4-(9H-카바졸-9-일)페닐)-9H-3,9'-바이카바졸, 9-(3-(9H-카바졸-9-일)페닐)-9H-3,9'-바이카바졸 9-(6-(9H-카바졸-9-일)피리딘-3-일)-9H-3,9'-바이카바졸 BCzPh, TCP, TCTA, CDBP, DMFL-CBP, Spiro-CBP, Cz1, BPBPA, TBPi 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
적색 도펀트는 적색 인광 물질, 적색 형광 물질 및/또는 적색 지연 형광 물질을 포함할 수 있다. 적색 도펀트는 전하제어층(730)에 포함되는 도펀트(734)에서 설명한 것과 동일한 종류의 적색 도펀트일 수 있다.
일례로, 적색 도펀트는 비스[2-(4,6-디메틸)페닐퀴놀린](2,2,6,6-테트라메틸헵탄-3,5-디오네이트)이리듐(Ⅲ), Hex-Ir(phq)2(acac), Hex-Ir(phq)3, Ir(Mphq)3, Ir(dpm)PQ2, Ir(dpm)(piq)2, Ir(piq)2(acac), Hex-Ir(piq)2(acac), Hex-Ir(piq)3, Ir(dmpq)3, Ir(dmpq)2(acac), Ir(mphmq)2(acac), Eu(dbm)3(phen) 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 3 및 도 4에서 설명한 것과 유사하게, 제 2 발광물질층(740)에 포함되는 녹색 호스트(742), 전하제어층(730)에 포함되는 호스트(732) 및 제 2 정공수송층(720)에 포함되는 정공수송물질의 LUMO 에너지 준위, HOMO 에너지 준위 및 정공 이동도가 제어된다. 이에 따라, 제 2 발광물질층(740)과 인접한 전하 이동층 사이의 계면에서 전하가 축적되는 것을 최소화하고, 제 2 발광물질층(740)으로 정공의 이동도 및 주입량을 제어하여 정공에 의한 소재의 열화를 향상시킬 수 있다. 또한, 제 2 전자수송층(760)을 통해 제 2 발광물질층(740)으로 주입된 전자는 전하제어층(730)에 포획되어, 제 2 정공수송층(720)의 안정성을 개선할 수 있다. 이에 따라, 유기발광다이오드(D2)의 발광 수명을 개선할 수 있다.
한편, 종래 탠덤 구조를 갖는 백색 유기발광다이오드에서 녹색 발광물질층에 인접하여 옐로우그린(황록색) 발광물질층이 위치하였다. 옐로우그린 발광물질층을 도입하여, 유기발광다이오드의 발광 수명 및 휘도를 개선할 수는 있으나, 옐로우그린 발광물질층의 도입에 따라 적색 및 녹색 광의 색순도 및 색역이 저하되는 문제가 있다. 특히, 적색 및 옐로우그린 파장 대역에서 발광하는 적색 및 옐로우그린 이미터와 비교해서 상대적으로 단파장 대역에서 발광하는 녹색 이미터는 상대적으로 밴드갭이 넓다. 이 때문에, 녹색 이미터는 발광 에너지가 높기 때문에, 발광 효율이 개선된 녹색 이미터는 유기발광다이오드를 구동할 때 쉽게 열화되고, 녹색 이미터의 발광 수명이 저하된다. 녹색 이미터의 발광 수명을 향상시키기 위하여, 녹색 발광물질층의 두께를 늘리거나, 녹색 발광물질층에 인접한 전하 이동층에서의 전하 이동도를 낮추는 방법이 있을 수 있으나, 이 경우 유기발광다이오드의 구동 전압이 크게 상승하면서, 소비 전력이 증가한다.
반면, 본 발명에 따르면 옐로우그린 발광물질층을 도입하지 않는다. 즉, 본 발명에 따르면, 녹색 발광물질층일 수 있는 제 2 발광물질층(740)에 인접하여 에너지 준위 및 정공 이동도가 제어된 호스트(732)와, 실질적으로 발광하지 않는 도펀트(734)를 도입한 전하제어층(730)을 도입하였다. 백색 유기발광다이오드(D2)에서 옐로우그린 발광물질층을 제외하여, 유기발광다이오드(D2)에서 발광 컬러의 색순도가 향상되고, BT2020 및 DCT 중첩 비율과 같은 색재현율이 개선되면서 색역을 향상시킬 수 있다. 또한 유기발광다이오드(D2)의 구동 전압이 크게 증가하지 않는다.
도 6에서는 각각의 발광부가 상이한 컬러를 발광하는 3개의 스택 구조로 이루어진 유기발광다이오드를 설명하였다. 이와 달리, 어느 하나의 발광부는 적록색으로 발광하여 백색으로 발광할 수 있다. 도 7은 본 발명의 다른 예시적인 실시형태에 따라 3개의 발광부가 탠덤 구조를 이루는 유기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기발광다이오드(D3)는 서로 마주하는 제 1 전극(510) 및 제 2 전극(520)과, 제 1 전극(510)과 제 2 전극(520) 사이에 위치하는 발광층(530A)을 포함한다. 발광층(530A)은 제 1 전극(510)과 제 2 전극(520) 사이에 위치하는 제 1 발광부(600)와, 제 1 발광부(600)와 제 2 전극(520) 사이에 위치하는 제 2 발광부(700A)와, 제 2 발광부(700A)와 제 2 전극(520) 사이에 위치하는 제 3 발광부(800A)와, 제 1 및 제 2 발광부(600, 700A) 사이에 위치하는 제 1 전하생성층(680)과, 제 2 및 제 3 발광부(700A, 800A) 사이에 위치하는 제 2 전하생성층(780)을 포함한다.
제 1 전극(510)은 양극일 수 있고, 일함수 값이 비교적 큰 도전성 물질, 예를 들어 투명 도전성 물질(TCO)로 이루어질 수 있다. 제 2 전극(520)은 음극일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 적은 도전성 물질, 예를 들어 반사 특성이 우수한 소재로 이루어질 수 있다.
본 실시형태에 따른 유기발광다이오드(D3)에서 제 1 발광부 내지 제 3 발광부(600, 700A, 800A) 중에서 2개는 청색으로 발광하고, 제 1 발광부 내지 제 3 발광부(600, 700A, 800A) 중에서 다른 하나는 적록색으로 발광하여, 유기발광다이오드(D3)는 백색으로 발광할 수 있다. 이하, 제 1 발광부(600) 및 제 3 발광부(800A)가 청색으로 발광하고, 제 2 발광부(700A)가 적록색으로 발광하는 경우를 중심으로 설명한다.
제 1 발광부(600)는 제 1 발광물질층(하부 발광물질층, EML1, 640)을 포함한다. 제 1 발광부(600)는 제 1 전극(510)과 제 1 발광물질층(640) 사이에 위치하는 정공주입층(610)과, 정공주입층(610)과 제 1 발광물질층(640) 사이에 위치하는 제 1 정공수송층(하부 정공수송층, HTL1, 620)과, 제 1 발광물질층(640)과 제 1 전하생성층(680) 사이에 위치하는 제 1 전자수송층(하부 전자수송층, ETL1, 660) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 선택적으로, 제 1 발광부(600)는 제 1 정공수송층(620)과 제 1 발광물질층(640) 사이에 위치하는 제 1 전자차단층(하부 전자차단층, EBL1, 630) 및/또는 제 1 발광물질층(640)과 제 1 전자수송층(660) 사이에 위치하는 제 1 정공차단층(하부 정공차단층, HBL1, 650)을 더욱 포함할 수 있다.
제 2 발광부(700A)는 제 2 발광물질층(중간 발광물질층, EML2, 740')을 포함한다. 제 2 발광부(700A)는 제 1 전하생성층(680)과 제 2 발광물질층(740') 사이에 위치하는 전하제어층(730)을 포함한다. 제 2 발광부(700A)는 제 1 전하생성층(680)과 전하제어층(730) 사이에 위치하는 제 2 정공수송층(중간 정공수송층, HTL2, 720)과, 제 2 발광물질층(740')과 제 2 전하생성층(780) 사이에 위치하는 제 2 전자수송층(중간 전자수송층, ETL2, 760) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 제 2 정공수송층(720)은 생략될 수 있다. 선택적으로, 제 2 발광부(700A)는 제 2 발광물질층(740')과 제 2 전자수송층(760) 사이에 위치하는 제 2 정공차단층(중간 정공차단층, HBL2, 750)을 더욱 포함할 수 있다.
제 3 발광부(800A)는 제 3 발광물질층(상부 발광물질층, EML3, 840A)을 포함한다. 제 3 발광부(800A)는 제 2 전하생성층(780)과 제 3 발광물질층(840A) 사이에 위치하는 제 3 정공수송층(상부 정공수송층, HTL3, 820)과, 제 3 발광물질층(840)과 제 2 전극(520) 사이에 위치하는 제 3 전자수송층(상부 전자수송층, ETL3, 860)과, 제 3 전자수송층(860)과 제 2 전극(520) 사이에 위치하는 전자주입층(870) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 선택적으로, 제 3 발광부(800A)는 제 3 정공수송층(820)과 제 3 발광물질층(840) 사이에 위치하는 제 2 전자차단층(상부 전자차단층, EBL2, 830)과 제 3 발광물질층(840)과 상부 전자수송층(860) 사이에 위치하는 제 3 정공차단층(상부 정공차단층, HBL3, 850) 중에서 어느 하나를 더욱 포함할 수 있다.
도 6에서 설명한 것과 실질적으로 동일한 유기층 및 전하생성층에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 실시형태에서, 제 1 발광물질층(640) 및 제 3 발광물질층(840A)은 청색 발광물질층일 수 있다. 제 1 및 제 3 발광물질층(640, 840A)이 청색 발광물질층인 경우, 청색 발광물질층 외에 스카이 블루(Sky Blue) 발광물질층 또는 진청색(Deep Blue) 발광물질층일 수 있다. 제 1 및 제 3 발광물질층(640, 840A)은 각각 청색 호스트와 청색 도펀트를 포함할 수 있다. 청색 호스트와 청색 도펀트는 각각 도 6을 참조하면서 설명한 것과 동일할 수 있다. 예를 들어, 청색 도펀트는 청색 인광 물질, 청색 형광 물질 및 청색 지연형광물질 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 선택적으로, 제 1 발광물질층(640)과 제 3 발광물질층(840A)의 청색 도펀트는 컬러 및 발광 효율이 동일하거나 상이할 수 있다.
제 2 발광물질층(740')은 전하제어층(730)과 제 2 정공차단층(750) 사이에 순차적으로 위치하는 제 1 층(740A) 및 제 2 층(740B)을 포함할 수 있다. 제 1 층(740A)과, 제 2 층(740B) 중에서 어느 하나는 적색을 발광하고, 다른 하나는 녹색으로 발광할 수 있다. 이하에서는 제 1 층(740A)이 녹색으로 발광하고, 제 2 층(740B)이 적색으로 발광하는 경우를 중심으로 설명한다.
제 1 층(740A)은 P-타입 녹색 호스트일 수 있는 녹색 호스트(742)와 녹색 이미터(744)를 포함할 수 있다. 선택적으로, 제 1 층(740A)은 N-타입 녹색 호스트를 더욱 포함할 수 있다. P-타입 녹색 호스트 및, 선택적으로 N-타입 녹색 호스트를 포함하는 녹색 호스트(742)와, 녹색 이미터(744)는 도 3 및 도 4에서 설명한 것과 동일할 수 있다.
제 2 층(740B)은 적색 발광물질층일 수 있다. 제 2 층(740B)은 적색 호스트와 적색 도펀트를 포함할 수 있다. 적색 호스트와 적색 도펀트는 도 6을 참조하면서 설명한 적색 호스트와 적색 도펀트와 동일할 수 있다.
전하제어층(730)은 스파이로플루오렌 모이어티를 가지는 아릴 아민계 화합물 및/또는 스파이로플루오렌 모이어티를 가지는 헤테로 아릴 아민계 화합물일 수 있는 호스트(732)와, 녹색 이미터(744)의 최대 발광 피크보다 장파장 대역에서 최대 발광 피크를 갖는 도펀트(734)를 포함한다. 호스트(732) 및 도펀트(734)는 도 3 및 도 4에서 설명한 것과 동일할 수 있다. 제 2 발광부(700)를 구성하는 유기층의 LUMO 에너지 준위, HOMO 에너지 준위, 정공 이동도는 도 4에서 설명한 것과 동일할 수 있다.
도 3 및 도 4에서 설명한 것과 유사하게, 녹색 발광물질층일 수 있는 제 1 층(740A)에 포함되는 녹색 호스트(742), 전하제어층(730)에 포함되는 호스트(732) 및 제 2 정공수송층(720)에 포함되는 정공수송물질의 LUMO 에너지 준위, HOMO 에너지 준위 및 정공 이동도가 제어된다. 이에 따라, 제 1층(740A)과 인접한 전하 이동층 사이의 계면에서 전하가 축적되는 것을 최소화하고, 제 2 발광물질층(740')으로 정공의 이동도 및 주입량을 제어하여 정공에 의한 소재의 열화를 향상시킬 수 있다. 제 2 발광물질층(740')으로 주입된 전자는 전하제어층(730)에 포획되어, 제 2 정공수송층(720)의 안정성을 개선할 수 있다. 이에 따라, 유기발광다이오드(D3)의 발광 수명을 개선할 수 있다.
아울러, 백색으로 발광하는 유기발광다이오드(D3)는 옐로우그린 발광물질층을 도입하지 않는다. 이에 따라, 유기발광다이오드(D3)에서 발광 컬러의 색순도가 향상되고, BT2020 및 DCT 중첩 비율과 같은 색재현율이 개선되면서 색역을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 7에서는 3개의 발광부가 탠덤 구조를 갖는 유기발광다이오드를 도시하였다. 선택적인 측면에서, 청색으로 발광할 수 있는 제 1 발광부(600) 또는 제 3 발광부(800A)와, 이들 발광부에 인접한 전하생성층(680, 780) 중에서 어느 하나가 생략되어, 2개의 발광부가 탠덤 구조를 갖는 유기발광다이오드를 제조할 수 있다.
도 6 및 도 7에서는 2개 또는 3개의 발광부가 탠덤 구조로 이루어진 유기발광다이오드를 설명하였다. 유기발광다이오드는 4개 이상의 발광부가 탠덤 구조를 가질 수 있다. 도 8은 본 발명의 또 다른 예시적인 실시형태에 따른 유기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기발광다이오드(D4)는 서로 마주하는 제 1 전극(510) 및 제 2 전극(520)과, 제 1 전극(510)과 제 2 전극(520) 사이에 위치하는 발광층(530B)을 포함한다. 발광층(530B)은 제 1 전극(510)과 제 2 전극(520) 사이에 위치하는 제 1 발광부(600A)와, 제 1 발광부(600A)와 제 2 전극(520) 사이에 위치하는 제 2 발광부(700B)와, 제 2 발광부(700B)와 제 2 전극(520) 사이에 위치하는 제 3 발광부(800B)와, 제 3 발광부(800B)와 제 2 전극(520) 사이에 위치하는 제 4 발광부(900)와, 제 1 및 제 2 발광부(600A, 700B) 사이에 위치하는 제 1 전하생성층(680)과, 제 2 및 제 3 발광부(700B, 800B) 사이에 위치하는 제 2 전하생성층(780)과, 제 3 및 제 4 발광부(800B, 900) 사이에 위치하는 제 3 전하생성층(880)을 포함한다.
본 실시형태에 따른 유기발광다이오드(D4)에서 제 1 발광부 내지 제 4 발광부(600A, 700B, 800B, 900) 중에서 2개의 발광부는 청색으로 발광할 수 있다. 제 1 발광부 내지 제 4 발광부(600A, 700B, 800B, 900) 중에서 다른 하나는 녹색으로 발광하고, 제 1 발광부 내지 제 4 발광부(600A, 700B, 800B, 900) 중에서 또 다른 하나는 적색으로 발광하여, 유기발광다이오드(D4)는 백색(W) 발광을 구현할 수 있다. 이하, 제 1 발광부(600A)는 적색으로 발광하고, 제 2 발광부 및 제 4 발광부(700B, 900)는 청색으로 발광하며, 제 3 발광부(800B)는 녹색으로 발광하는 경우를 중심으로 설명한다.
제 1 발광부(600A)는 제 1 발광물질층(EML1, 640)을 포함한다. 제 1 발광부(600A)는 제 1 전극(510)과 제 1 발광물질층(640) 사이에 위치하는 정공주입층(610)과, 정공주입층(610)과 제 1 발광물질층(640) 사이에 위치하는 제 1 정공수송층(HTL1, 620)과, 제 1 발광물질층(640)과 제 1 전하생성층(680) 사이에 위치하는 제 1 전자수송층(ETL1, 660) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 선택적으로, 제 1 발광부(600A)는 제 1 정공수송층(620)과 제 1 발광물질층(640) 사이에 위치하는 제 1 전자차단층(EBL1, 630) 및/또는 제 1 발광물질층(640)과 제 1 전자수송층(660) 사이에 위치하는 제 1 정공차단층(HBL1, 650)을 더욱 포함할 수 있다.
제 2 발광부(700B)는 제 2 발광물질층(740)을 포함한다. 제 2 발광부(700B)는 제 1 전하생성층(680)과 제 2 발광물질층(740) 사이에 위치하는 제 2 정공수송층(HTL2, 720)과, 제 2 발광물질층(740)과 제 2 전하생성층(780) 사이에 위치하는 제 2 전자수송층(ETL2, 760) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 선택적으로, 제 2 발광부(700B)는 제 2 정공수송층(720)과 제 2 발광물질층(740) 사이에 위치하는 제 2 전자차단층(EBL2, 730) 및/또는 제 2 발광물질층(740)과 제 2 전자수송층(760) 사이에 위치하는 제 2 정공차단층(HBL2, 750)을 더욱 포함할 수 있다.
제 3 발광부(800B)는 제 3 발광물질층(EML3, 840)을 포함한다. 제 3 발광부(800B)는 제 2 전하생성층(780)과 제 3 발광물질층(840) 사이에 위치하는 전하제어층(830)을 포함한다. 제 3 발광부(800B)는 제 2 전하생성층(780)과 전하제어층(830) 사이에 위치하는 제 3 정공수송층(HTL3, 820)과, 제 3 발광물질층(840)과 제 3 전하생성층(880) 사이에 위치하는 제 3 전자수송층(ETL3, 860) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 제 3 정공수송층(820)은 생략될 수 있다. 선택적으로, 제 3 발광부(800B)는 제 3 발광물질층(840)과 제 3 전자수송층(860) 사이에 위치하는 제 3 정공차단층(HBL3, 850)을 더욱 포함할 수 있다.
제 4 발광부(900)는 제 4 발광물질층(EML4, 940)을 포함한다. 제 4 발광부(900)는 제 3 전하생성층(880)과 제 4 발광물질층(940) 사이에 위치하는 제 4 정공수송층(HTL4, 920)과, 제 4 발광물질층(940)과 제 2 전극(520) 사이에 위치하는 제 4 전자수송층(ETL3, 960)과, 제 4 전자수송층(960)과 제 2 전극(520) 사이에 위치하는 전자주입층(970) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 선택적으로, 제 4 발광부(900)는 제 4 정공수송층(920)과 제 4 발광물질층(940) 사이에 위치하는 제 3 전자차단층(EBL3, 930)과, 제 4 발광물질층(940)과 제 4 전자수송층(960) 사이에 위치하는 제 4 정공차단층(HBL4, 950) 중에서 어느 하나를 더욱 포함할 수 있다.
도 6 및 도 7에서 설명한 것과 유사한 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
제 1 내지 제 4 정공수송층(620, 720, 820, 920)은 각각 제 1 내지 제 4 발광물질층(640, 740, 840, 940)으로 정공을 공급한다. 제 1 내지 제 4 정공수송층(620, 720, 820, 920)은 각각 TPD, NPB, DNTPD, BPBPA, CBP, Poly-TPD, TFB, TAPC, DCDPA, N-(비페닐-4-일)-9,9-디메틸-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)-9H-플루오렌-2-아민, N-(바이페닐-4-일)-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)바이페닐)-4-아민, N-([1,1'-바이페닐]-4-일)-9,9-디메틸-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)-9H-플루오렌-2-아민 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 선택적인 측면에서, 제 1 내지 제 4 정공수송층(620, 720, 820, 920)은 각각 전하제어층(830)의 호스트(832)와 동일하게 스파이로플루오렌 모이어티를 갖는 아릴 아민계 화합물, 스파이로플루오렌 모이어티를 갖는 헤테로 아릴 아민계 화합물 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 1 내지 제 4 전자수송층(660, 760, 860, 960)은 각각 제 1 내지 제 4 발광물질층(640, 740, 840, 940)으로 전자를 공급한다. 제 1 내지 제 4 전자수송층(660, 760, 860, 960)은 각각 옥사디아졸계(oxadiazole-base) 화합물, 트리아졸계(triazole-base) 화합물, 페난트롤린계(phenanthroline-base) 화합물, 벤족사졸계(benzoxazole-based) 화합물, 벤조티아졸계(benzothiazole-base) 화합물, 벤즈이미다졸계(benzimidazole-base) 화합물, 트리아진계(triazine-base) 화합물 중에서 어느 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제 1 내지 제 4 전자수송층(660, 760, 860, 960)은 각각 Alq3, PBD, 스파이로-PBD, Liq, TPBi, BAlq), Bphen, NBphen, BCP, TAZ, NTAZ, TpPyPB, TmPPPyTz, PFNBr, TPQ, TSPO1, ZADN 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 제 1 내지 제 3 전자차단층(630, 730, 930)은 각각 TCTA, 트리스[4-(디에틸아미노)페닐]아민, N-(바이페닐-4-일)-9,9-디메틸-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)-9H-플루오렌-2-아민, TAPC, MTDATA, mCP, mCBP, CuPC, DNTPD, TDAPB, DCDPA, 2,8-비스(9-페닐-9H-카바졸-3-일)디벤조[b,d]티오펜 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 1 내지 제 4 정공차단층(650, 750, 850, 950)은 옥사디아졸계 화합물, 트리아졸계 화합물, 페난트롤린계 화합물, 벤족사졸계 화합물, 벤조티아졸계 화합물, 벤즈이미다졸계 화합물, 트리아진계 화합물 중에서 어느 하나가 사용될 수 있다. 예를 들어, 제 1 내지 제 4 정공차단층(650, 750, 850, 950)은 각각 BCP, BAlq, Alq3, PBD, 스파이로-PBD, Liq, B3PYMPM, DPEPO, 9-(6-(9H-카바졸-9-일)피리딘-3-일)-9H-3,9'-바이카바졸, TSPO1 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 1 전하생성층(CGL1, 680)은 제 1 발광부(600A)와 제 2 발광부(700B) 사이에 위치한다. 제 1 전하생성층(680)은 제 1 발광부(600A)에 인접하게 위치하는 제 1 N-타입 전하생성층(N-CGL1, 685)과 제 2 발광부(700B)에 인접하게 위치하는 제 1 P-타입 전하생성층(P-CGL1, 690)을 포함한다. 제 1 N-타입 전하생성층(685)은 제 1 발광부(600A)의 제 1 발광물질층(640)으로 전자를 주입해주고, 제 1 P-타입 전하생성층(690)은 제 2 발광부(700B)의 제 2 발광물질층(740)으로 정공을 주입해준다.
제 2 전하생성층(CGL2, 780)은 제 2 발광부(700B)와 제 3 발광부(800B) 사이에 위치한다. 제 2 전하생성층(780)은 제 2 발광부(700B)에 인접하게 위치하는 제 2 N-타입 전하생성층(N-CGL2, 785)과 제 3 발광부(800B)에 인접하게 위치하는 제 2 P-타입 전하생성층(P-CGL2, 790)을 포함한다. 제 2 N-타입 전하생성층(785)은 제 2 발광부(700B)의 제 2 발광물질층(740)으로 전자를 주입해주고, 제 2 P-타입 전하생성층(790)은 제 3 발광부(800B)의 제 3 발광물질층(840)으로 정공을 주입해준다.
제 3 전하생성층(CGL3, 880)은 제 3 발광부(800B)와 제 4 발광부(900) 사이에 위치한다. 제 3 전하생성층(880)은 제 3 발광부(800B)에 인접하게 위치하는 제 3 N-타입 전하생성층(N-CGL3, 885)과 제 4 발광부(900)에 인접하게 위치하는 제 3 P-타입 전하생성층(P-CGL3, 890)을 포함한다. 제 3 N-타입 전하생성층(885)은 제 3 발광부(800B)의 제 3 발광물질층(840)으로 전자를 주입해주고, 제 3 P-타입 전하생성층(890)은 제 4 발광부(900)의 제 4 발광물질층(940)으로 정공을 주입해준다.
제 1 내지 제 3 N-타입 전하생성층(685, 785, 885) 및 제 1 내지 제 3 P-타입 전하생성층(690, 790, 890) 각각의 구성은, 도 6에서 설명한 제 1 내지 제 2 N-타입 전하생성층 및 제 1 내지 제 2 P-타입 전하생성층과 동일할 수 있다.
본 실시형태에서, 제 1 발광물질층(640)은 적색 발광물질층일 수 있다. 제 1 발광물질층(640)은 적색 호스트와 적색 도펀트를 포함할 수 있다. 적색 도펀트는 적색 인광 물질, 적색 형광 물질 및/또는 적색 지연 형광 물질을 포함할 수 있다. 적색 호스트와 적색 도펀트는 도 6을 참조하면서 설명한 것과 동일할 수 있다.
제 2 발광물질층(740) 및 제 4 발광물질층(940)은 각각 청색 발광물질층일 수 있다. 제 2 및 제 4 발광물질층(740, 940)이 청색 발광물질층인 경우, 청색 발광물질층 외에 스카이 블루(Sky Blue) 발광물질층 또는 진청색(Deep Blue) 발광물질층일 수 있다. 제 2 및 제 4 발광물질층(740, 9400)은 각각 청색 호스트와 청색 도펀트를 포함할 수 있다. 청색 호스트와 청색 도펀트는 각각 도 6을 참조하면서 설명한 것과 동일할 수 있다. 예를 들어, 청색 도펀트는 청색 인광 물질, 청색 형광 물질 및 청색 지연형광물질 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 선택적으로, 제 2 발광물질층(740)과 제 4 발광물질층(940)의 청색 도펀트는 컬러 및 발광 효율이 동일하거나 상이할 수 있다.
제 3 발광물질층(840)은 P-타입 녹색 호스트일 수 있는 녹색 호스트(842)와 녹색 이미터(844)를 포함할 수 있다. 선택적으로, 제 3 발광물질층(840)은 N-타입 녹색 호스트를 더욱 포함할 수 있다. P-타입 녹색 호스트 및, 선택적으로 N-타입 녹색 호스트를 포함하는 녹색 호스트(842)와, 녹색 이미터(844)는 도 3 및 도 4에서 설명한 것과 동일할 수 있다.
전하제어층(830)은 스파이로플루오렌 모이어티를 가지는 아릴 아민계 화합물 및/또는 스파이로플루오렌 모이어티를 가지는 헤테로 아릴 아민계 화합물일 수 있는 호스트(832)와, 녹색 이미터(844)의 최대 발광 피크보다 장파장 대역에서 최대 발광 피크를 갖는 도펀트(834)를 포함한다. 호스트(832) 및 도펀트(834)는 도 3 및 도 4에서 설명한 것과 동일할 수 있다. 제 3 발광부(800B)를 구성하는 유기층의 LUMO 에너지 준위, HOMO 에너지 준위, 정공 이동도는 도 4에서 설명한 것과 동일할 수 있다.
예를 들어, 전하제어층(830)에 포함된 호스트(832)의 LUMO 에너지 준위는 제 3 발광물질층(840)에 포함된 녹색 호스트(842), 예를 들어 P-타입 녹색 호스트의 LUMO 에너지 준위와 동일하거나 깊을 수 있다. 호스트(832)의 LUMO 에너지 준위와 녹색 호스트(842)의 LUMO 에너지 준위는 식 (1)을 충족할 수 있다. 호스트(832)의 정공 이동도는 녹색 호스트(842)의 정공 이동도보가 3배 내지 10배, 예를 들어 5배 내지 10배 빠를 수 있고, 제 3 정공수송층(820, HTL3)에 포함된 정공수송물질의 정공 이동도보다 10배 내지 50배, 예를 들어 10배 내지 40배 빠를 수 있다.
전하제어층(830)에 포함된 호스트(832)의 HOMO 에너지 준위는 제 3 발광물질층(840)에 포함된 녹색 호스트(842), 예를 들어 P-타입 녹색 호스트와 동일하거나 얕을(높을) 수 있다. 예를 들어, 호스트(832)의 HOMO 에너지 준위와 녹색 호스트(842)의 HOMO 에너지 준위는 식 (2)를 충족할 수 있다.
또한, 전하제어층(830)에 포함된 호스트(832)의 LUMO 에너지 준위는 제 3 정공수송층(820)에 포함된 정공수송물질의 LUMO 에너지 준위와 동일하거나 얕을(높을) 수 있다. 예를 들어, 호스트(832)의 LUMO 에너지 준위와, 제 3 정공수송층(820)에 포함된 정공수송물질의 LUMO 에너지 준위는 식 (3)을 충족할 수 있다.
전하제어층(830)에 포함된 호스트(832)의 HOMO 에너지 준위는 제 3 정공수송층(820)에 포함된 정공수송물질의 HOMO 에너지 준위와 동일하거나 얕을(높을) 수 있다. 예를 들어, 호스트(832)의 HOMO 에너지 준위와, 제 3 정공수송층(820)에 포함된 정공수송물질의 HOMO 에너지 준위는 식 (4)를 충족할 수 있다.
도 3 및 도 4에서 설명한 것과 유사하게, 녹색 발광물질층일 수 있는 제 3 발광물질층(840)에 포함되는 녹색 호스트(842), 전하제어층(830)에 포함되는 호스트(832) 및 제 3 정공수송층(820)에 포함되는 정공수송물질의 LUMO 에너지 준위, HOMO 에너지 준위 및 정공 이동도가 제어된다. 이에 따라, 제 3 발광물질층(840)과 인접한 전하 이동층 사이의 계면에서 전하가 축적되는 것을 최소화하고, 제 3 발광물질층(840)으로 정공의 이동도 및 주입량을 제어하여 정공에 의한 소재의 열화를 향상시킬 수 있다. 제 3 발광물질층(840)으로 주입된 전자는 전하제어층(830)에 포획되어, 제 3 정공수송층(820)의 안정성을 개선할 수 있다. 이에 따라, 유기발광다이오드(D4)의 발광 수명을 개선할 수 있다.
아울러, 백색으로 발광하는 유기발광다이오드(D4)는 옐로우그린 발광물질층을 도입하지 않는다. 이에 따라, 유기발광다이오드(D4)에서 발광 컬러의 색순도가 향상되고, BT2020 및 DCT 중첩 비율과 같은 색재현율이 개선되면서 색역을 향상시킬 수 있다.
이하, 예시적인 실시형태를 통하여 본 발명을 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예에 기재된 기술사상으로 한정되지 않는다.
실시예 1: 백색 유기발광다이오드 제조
정공수송층과 녹색 발광물질층 사이에 전하제어층이 위치하는 탠덤 구조의 유기발광다이오드를 제조하였다.
ITO가 100 nm 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 세척하고, 이소프로필알코올, 아세톤, 메탄올 등의 용제로 초음파 세정을 진행한 후 100℃ Oven에 건조하였다. 준비된 ITO 투명 전극 상에 다른 층들을 증착하기 위하여 증착 챔버로 이송하였다. 약 5~7 X 10-7 Torr 진공 하에 가열 보트로부터 증발에 의해 다음과 같은 순서로 유기물층을 증착하였다.
청색 발광부; N-CGL1 (페난트롤린계 호스트에 Li 도핑); P-CGL1 1(스파이로플루오렌 모이어티를 갖는 아릴 아민 호스트와, p-도펀트; LUMO: -2.3 eV, HOMO: -5.64 eV); 정공수송층(HTL, 스파이로플루오렌 모이어티를 갖는 아릴 아민인 정공수송물질, LUMO: -2.6 eV, HOMO: -5.71 eV), 10 nm); 전하제어층(CCL; 스파이로플루오렌 모이어티를 갖는 아릴 아민인 호스트(LUMO: -2.3 eV, HOMO: -5.6 eV)와, 이리듐계 적색 인광 도펀트 (6 중량%), 5~20 nm); 녹색 발광물질층(축합 방향족이 치환된 카바졸계 P-타입 녹색 호스트(LUMO: -2.4 eV, HOMO: -5.72 eV)와 N-타입 녹색 호스트(LUMO: -3.0 eV, HOMO: -6.1 eV)를 1:1로 혼합한 녹색 호스트, 녹색 이리듐계 인광 이미터); 전자수송층(벤즈이미다졸계 전자수송물질, LUMO: -3.11 eV, HOMO: -6.2 eV); N-CGL2(페난트롤린계 호스트와, Li, LUMO: -2.8 eV, HOMO: -6.06 eV); P-CGL2(스파이로플루오렌 모이어티를 갖는 아릴 아민 호스트와, p형 도펀트); 적색 발광부; 음극(Al).
동일한 에너지 준위에서, 녹색 발광물질층에 적용된 P-타입 녹색 호스트의 최저 정공이동도와 최고 정공이동도는 각각 1.0E-06 ㎠/Vs, 1.0E-04 ㎠/Vs이고, 전하제어층에 적용된 스파이로플루오렌 모이어티를 갖는 아릴 아민계 물질인 호스트의 최저 정공이동도돠 최고 정공이동도는 각각 5.6E-06 ㎠/Vs (p-타입 녹색 호스트 대비 5.6배), 4.3E-04 ㎠/Vs (P-타입 녹색 호스트 대비 4.3배)이었다. 또한, 동일한 에너지 준위에서, 전하제어층에 적용된 호스트의 정공이동도, 바닥 상태 쌍극자 모멘트, 여기 상태 쌍극자 모멘트는 각각 4.30E-04 ㎠/Vs, 0.618 C·m, 2.463 C·m 이었다. 정공수송층에 포함된 정공수송물질의 정공이동도, 바닥 상태 쌍극자 모멘트 및 여기 상태 쌍극자 모멘트는 각각 1.00E-5 ㎠/Vs (또는 3.10E-05 ㎠/Vs), 0.771 (또는 1.522) C·m 및 10.837 (또는 10.831) C·m 이었다.
실시예 2: 백색 유기발광다이오드 제조
녹색 발광부에서 정공수송층을 형성하지 않고, 전하제어층의 두께를 15~30 nm로 변경한 것을 제외하고, 실시예 1의 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
실시예 3-4: 백색 유기발광다이오드 제조
녹색 발광부에서 전하제어층에 포함되는 이리듐계 적색 인광 도펀트의 함량을 각각 10 중량% (실시예 3), 20 중량% (실시예 4)로 변경한 것을 제외하고, 실시예 1의 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 1: 백색 유기발광다이오드 제조
녹색 발광부에서 전하제어층을 형성하지 않고, 정공수송층의 두께를 15~30 nm로 변경한 것을 제외하고, 실시예 1의 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
비교예 2: 백색 유기발광다이오드 제조
녹색 발광부에서 전하제어층의 호스트로서 P-타입 녹색 호스트의 LUMO 에너지 준위보다 높은 LUMO 에너지 준위를 갖는 스파이로플루오렌 모이어티를 갖는 아릴 아민계 화합물을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1의 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제조하였다.
실험예 1: 유기발광다이오드의 고온 안정성 평가
실시예 1 내지 실시예 4와, 비교예 1 내지 비교예 2에서 각각 제조한 유기발광다이오드의 발광 특성을 평가하였다. 비교예 1을 기준으로 최대 전류효율(cd/A at full)), 색좌표, 10 mA/㎠의 전류밀도에서 구동 전압, EQE, 녹색 광의 발광 수명, 색재현율, 중첩비를 평가하였다. 평가 결과를 하기 표 1과, 도 9 내지 도 13에 나타낸다.
유기발광다이오드의 성능 평가
평가 비교예1 비교예 2 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4

전류효율
R 100% - 140% 171% 116% 116%
G 100% - 87% 86% 99% 95%
B 100% - 97% 97% 100% 99%
W 100% - 89% 91% 102% 99%




색좌표
Rx 0.00 - 0.02 0.02 0.00 0.00
Ry 0.00 - -0.01 -0.01 0.00 0.00
Gx 0.00 0.01 0.00 0.00 0.01 0.01
Gy 0.00 -0.01 0.00 0.00 0.00 0.00
Bx 0.00 - 0.00 0.00 0.00 0.00
By 0.00 - 0.00 0.00 0.00 0.00
Wx 0.00 - 0.00 0.01 0.01 0.01
Wy 0.00 - -0.02 -0.02 0.00 -0.01
구동전압(V) 0.00 0.14 0.06 0.13 0.20 0.20
EQE 100% 97% 97% 101% 103% 101%
수명 (녹색) 100% 105% 116% 111% 105% 148%
색재현율 BT2020 100% 100% - - - 101%
중첩비 DCI 100% 100% - - - 101%
표 1, 도 9 내지 도 13에 나타낸 바와 같이, 전하제어층을 형성하지 않은 비교예 1의 유기발광다이오드와, 녹색 발광물질층 호스트의 LUMO 에너지 준위보다 얕은 LUMO 에너지 준위를 갖는 호스트를 전하제어층에 적용한 비교예 2의 유기발광다이오드와 비교해서, 실시예 1-4에 따라 녹색 발광물질층 호스트의 LUMO 에너지 준위보다 깊은 LUMO 에너지 준위를 갖는 호스트를 전하제어층에 적용한 유기발광다이오드의 적색 영역에서 발광 효율이 향상되고, 녹색 광의 발광 수명이 크게 증가한 것을 알 수 있다. 또한, 색재현율 및 중첩도와 같은 색역이 확대되고, 색순도가 향상된 유기발광다이오드를 구현하였다.
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, 400: 유기발광표시장치
210, 510: 제 1 전극
220, 520: 제 2 전극
230, 530, 530A, 530B: 발광층
330, 730: 전하제어층
332, 732: 호스트
334, 734: 도펀트
340, 740, 740A, 840: 녹색 발광물질층
342, 742: 녹색 호스트
344, 744: 녹색 이미터
D, D1, D2, D3: 유기발광다이오드
Tr: 박막트랜지스터

Claims (30)

  1. 제 1 전극;
    상기 1 전극과 마주하는 제 2 전극; 및
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하며, 적어도 하나의 발광부를 갖는 발광층을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 발광부는,
    녹색 호스트와 녹색 이미터를 포함하는 녹색 발광물질층; 및
    상기 제 1 전극과 상기 녹색 발광물질층 사이에 위치하며, 호스트와, 상기 녹색 이미터의 최대 발광 피크보다 장파장 대역에서 최대 발광 피크를 가지는 도펀트를 포함하는 전하제어층을 포함하고,
    상기 호스트의 최저준위비점유분자궤도(Lowest Unoccupied Molecular Orbital, LUMO) 에너지 준위는 상기 녹색 호스트의 LUMO 에너지 준위와 동일하거나 깊은(deep) 유기발광다이오드.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 녹색 호스트의 정공 이동도와 비교해서, 상기 호스트의 정공 이동도는 3배 내지 10배 빠른 유기발광다이오드.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 녹색 호스트는 카바졸계 유기 화합물을 포함하는 유기발광다이오드.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 녹색 이미터는 녹색 파장 대역에서 최대 발광 피크를 갖는 유기금속 화합물을 포함하는 유기발광다이오드.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 호스트는 스파이로플루오렌 모이어티를 갖는 아릴 아민 또는 스파이로플오렌 모이어티를 갖는 헤테로 아릴 아민을 포함하는 유기발광다이오드.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 도펀트는 적색 파장 대역 또는 옐로우 그린 파장 대역에서 최대 발광 피크를 갖는 유기금속 화합물을 포함하는 유기발광다이오드.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 전하제어층 중에 상기 도펀트의 함량은 1 내지 30 중량%인 유기발광다이오드.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 호스트의 LUMO 에너지 준위와 상기 녹색 호스트의 LUMO 에너지 준위는 하기 식 (1)을 충족하는 유기발광다이오드.
    -0.3 eV ≤ LUMOCCL - LUMOEML < 0 eV (1)
    식 (1)에서 LUMOCCL은 호스트의 LUMO 에너지 준위, LUMOEML은 녹색 호스트의 LUMO 에너지 준위를 나타냄.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 호스트의 최고준위점유분자궤도(Highest Occupied Molecular Orbital, HOMO) 에너지 준위는 상기 녹색 호스트의 HOMO 에너지 준위와 동일하거나 얕은(shallow) 유기발광다이오드.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 호스트의 HOMO 에너지 준위와 상기 녹색 호스트의 HOMO 에너지 준위는 하기 식 (2)를 충족하는 유기발광다이오드.
    0 eV < HOMOCCL - HOMOEML ≤ 0.3 eV (2)
    식 (2)에서 HOMOCCL은 호스트의 HOMO 에너지 준위, HOMOEML은 녹색 호스트의 HOMO 에너지 준위를 나타냄.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 발광부는 상기 제 1 전극과 상기 전하제어층 사이에 위치하는 정공수송층을 더욱 포함하는 유기발광다이오드.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 호스트의 LUMO 에너지 준위는 상기 정공수송층에 포함된 정공수송물질의 LUMO 에너지 준위와 동일하거나 얕은(shallow) 유기발광다이오드.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 호스트의 LUMO 에너지 준위와 상기 정공수송층에 포함된 정공수송물질의 LUMO 에너지 준위는 하기 식 (3)을 충족하는 유기발광다이오드.
    0 eV ≤ LUMOCCL - LUMOHTL < 0.5 eV (3)
    식 (3)에서 LUMOCCL은 호스트의 LUMO 에너지 준위, LUMOHTL은 정공수송물질의 LUMO 에너지 준위를 나타냄.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 호스트의 HOMO 에너지 준위는 상기 정공수송층에 포함된 정공수송물질의 HOMO 에너지 준위와 동일하거나 얕은 유기발광다이오드.
  15. 제 11항에 있어서,
    상기 호스트의 HOMO 에너지 준위와 상기 정공수송층에 포함된 정공수송물질의 HOMO 에너지 준위는 하기 식 (4)를 충족하는 유기발광다이오드.
    0 eV < HOMOCCL - HOMOHTL ≤ 0.3 eV (4)
    식 (4)에서 HOMOCCL은 호스트의 HOMO 에너지 준위, HOMOHTL은 정공수송물질의 HOMO 에너지 준위를 나타냄.
  16. 제 11항에 있어서,
    상기 정공수송층의 정공수송물질의 정공 이동도와 비교해서, 상기 호스트의 정공이동도는 10배 내지 50배 빠른 유기발광다이오드.
  17. 제 1항에 있어서,
    상기 발광층은 단일 발광부로 이루어지는 유기발광다이오드.
  18. 제 1항에 있어서,
    상기 발광층은,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 1 발광부;
    상기 제 1 발광부와 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 2 발광부; 및
    상기 제 1 발광부와 상기 제 2 발광부 사이에 위치하는 제 1 전하생성층을 포함하고,
    상기 제 1 발광부와 상기 제 2 발광부 중에서 어느 하나는 상기 녹색 발광물질층 및 상기 전하제어층을 포함하는 유기발광다이오드.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 제 2 발광부는 상기 녹색 발광물질층 및 상기 전하제어층을 포함하는 유기 발광다이오드.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 제 2 발광부는,
    상기 제 1 전하생성층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 발광물질층을 포함하고,
    상기 발광물질층은,
    상기 전하제어층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 1 층; 및
    상기 제 1 층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 2 층을 포함하고,
    상기 제 1 층 및 상기 제 2 층 중에서 어느 하나는 상기 녹색 발광물질층을 포함하고, 상기 제 1 층 및 상기 제 2 층 중에서 다른 하나는 적색 발광물질층을 포함하는 유기발광다이오드.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 제 1 발광부는 청색 발광물질층을 포함하는 유기발광다이오드.
  22. 제 1항에 있어서,
    상기 발광층은,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 1 발광부;
    상기 1 발광부와 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 2 발광부;
    상기 제 2 발광부와 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 3 발광부;
    상기 제 1 발광부와 상기 제 2 발광부 사이에 위치하는 제 1 전하생성층; 및
    상기 제 2 발광부와 상기 제 3 발광부 사이에 위치하는 제 2 전하생성층을 포함하고,
    상기 제 1 발광부 내지 상기 제 3 발광부 중에서 어느 하나는 상기 녹색 발광물질층 및 상기 전하제어층을 포함하는 유기발광다이오드.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 제 2 발광부는 상기 녹색 발광물질층 및 상기 전하제어층을 포함하는 유기발광다이오드.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 제 2 발광부는,
    상기 제 1 전하생성층과 상기 제 2 전하생성층 사이에 위치하는 발광물질층을 포함하고,
    상기 발광물질층은,
    상기 전하제어층과 상기 제 2 전하생성층 사이에 위치하는 제 1 층; 및
    상기 제 1 층과 상기 제 2 전하생성층 사이에 위치하는 제 2 층을 포함하고,
    상기 제 1 층 및 상기 제 2 층 중에서 어느 하나는 상기 녹색 발광물질층을 포함하고, 상기 제 1 층 및 상기 제 2 층 중에서 다른 하나는 적색 발광물질층을 포함하는 유기발광다이오드.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 제 1 발광부 및 상기 제 2 발광부는 각각 청색 발광물질층을 포함하는 유기발광다이오드.
  26. 제 1항에 있어서,
    상기 발광층은,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 1 발광부;
    상기 제 1 발광부와 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 2 발광부;
    상기 제 2 발광부와 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 3 발광부;
    상기 제 3 발광부와 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 4 발광부;
    상기 제 1 발광부와 상기 제 2 발광부 사이에 위치하는 제 1 전하생성층;
    상기 제 2 발광부와 상기 제 3 발광부 사이에 위치하는 제 2 전하생성층; 및
    상기 제 3 발광부와 상기 제 4 발광부 사이에 위치하는 제 3 전하생성층을 포함하고,
    상기 제 1 발광부 내지 상기 제 4 발광부 중에서 어느 하나는 상기 녹색 발광물질층 및 상기 전하제어층을 포함하는 유기발광다이오드.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 제 3 발광부는 상기 녹색 발광물질층 및 상기 전하제어층을 포함하는 유기발광다이오드.
  28. 제 26항에 있어서,
    상기 제 1 발광부는 적색 발광물질층을 포함하는 유기발광다이오드.
  29. 제 26항에 있어서,
    상기 제 2 발광부 및 상기 제 4 발광부는 각각 청색 발광물질층을 포함하는 유기발광다이오드.
  30. 기판; 및
    상기 기판 상에 위치하며, 제 1항 내지 제 29항 중 어느 하나의 청구항에 기재된 유기발광다이오드
    를 포함하는 유기발광장치.
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