KR20240077480A - 유기발광다이오드 및 유기발광장치 - Google Patents

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윤승희
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Abstract

본 발명은, 제 1 전극과; 상기 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극과; 안트라센 유도체인 제 1 호스트와, 중수소화된 안트라센 유도체인 제 2 호스트와, 청색 도펀트를 포함하고 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 1 발광 물질층과; 헤테로아릴기가 치환된 아민 유도체인 전자차단물질을 포함하고 상기 제 1 전극과 상기 제 1 발광물질층 사이에 위치하는 제 1 전자 차단층과; 아진 유도체의 제 1 정공차단물질과 벤즈이미다졸 유도체의 제 2 정공차단물질 중 적어도 하나를 포함하고 상기 제 2 전극과 상기 제 1 발광물질층 사이에 위치하는 제 1 정공 차단층을 포함하는 유기발광다이오드 및 유기발광장치를 제공한다.

Description

유기발광다이오드 및 유기발광장치{ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE AND ORGNIC LIGHT EMITTING DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 유기발광다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 높은 발광효율과 수명을 갖는 유기발광다이오드 및 유기발광장치에 관한 것이다.
최근 표시장치의 대형화에 따라 공간 점유가 적은 평면표시소자의 요구가 증대되고 있는데, 이러한 평면표시소자 중 하나로서 유기발광다이오드(organic light emitting diode: OLED)의 기술이 빠른 속도로 발전하고 있다.
유기발광다이오드는 전자 주입 전극(음극)과 정공 주입 전극(양극) 사이에 형성된 발광물질층에 음극과 양극으로부터 전자와 정공이 주입되면 전자와 정공이 쌍을 이룬 후 소멸하면서 빛을 내는 소자이다. 플라스틱 같은 휠 수 있는(flexible) 투명 기판 위에도 소자를 형성할 수 있을 뿐 아니라, 낮은 전압에서 (10V이하) 구동이 가능하고, 또한 전력 소모가 비교적 적으며, 색감이 뛰어나다는 장점이 있다.
유기발광다이오드는, 기판 상부에 형성되며 양극인 제 1 전극, 제 1 전극과 이격하며 마주하는 제 2 전극, 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하는 유기 발광층을 포함한다.
예를 들어, 유기발광표시장치는 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소를 포함하고, 각 화소에 유기발광다이오드가 형성된다.
그런데, 청색 유기발광다이오드는 충분한 발광효율과 수명을 구현하지 못하고, 이에 따라 유기발광표시장치 역시 발광효율과 수명에서 한계를 갖게 된다.
본 발명은 종래 유기발광다이오드 및 유기발광장치에서의 낮은 발광효율과 짧은 수명 문제를 해결하고자 한다.
위와 같은 과제의 해결을 위해, 본 발명은, 제 1 전극과; 상기 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극과; 안트라센 유도체인 제 1 호스트와, 중수소화된 안트라센 유도체인 제 2 호스트와, 청색 도펀트를 포함하고 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 1 발광 물질층과; 헤테로아릴기가 치환된 아민 유도체인 전자차단물질을 포함하고 상기 제 1 전극과 상기 제 1 발광물질층 사이에 위치하는 제 1 전자 차단층과; 아진 유도체의 제 1 정공차단물질과 벤즈이미다졸 유도체의 제 2 정공차단물질 중 적어도 하나를 포함하고 상기 제 2 전극과 상기 제 1 발광물질층 사이에 위치하는 제 1 정공 차단층을 포함하는 유기발광다이오드를 제공한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 1 호스트는 하기 화학식1로 표시되고, R1, R2 각각은 독립적으로 C6~C30의 아릴기 또는 C5~C30의 헤테로아릴기이고, L1, L2 각각은 C6~C30의 아릴렌기이며, a, b 각각은 0 또는 1이고, a, b 중 적어도 하는 0인 것을 특징으로 한다.
[화학식1]
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 2 호스트는 하기 화학식3으로 표시되고, x, y, m, n의 합은 15~29인 것을 특징으로 한다. (화학식3에서, R1, R2, L1, L2, a, b의 정의는 화학식1과 같다.)
[화학식3]
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 2 호스트는 상기 제 1 호스트의 수소 전부 또는 일부가 중수소로 치환된 화합물인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 1 호스트와 상기 제 2 호스트와 중량비는 1:9 내지 9:1인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 1 호스트와 상기 제 2 호스트와 중량비는 1:9 내지 7:3인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 1 호스트와 상기 제 2 호스트와 중량비는 3:7인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 1 호스트와 상기 제 2 호스트와 중량비는 7:3인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 청색 도펀트는 하기 화학식4 또는 화학식5로 표시되며, 화학식4에서, c, d 각각은 0 내지 4의 정수이고, e는 0 내지 3의 정수이며, R11, R12 각각은 독립적으로 C1~C10의 알킬기, C6~C30의 아릴기, C5~C30의 헤테로아릴기 또는 C6~C30의 아릴아민기에서 선택되거나 R11 중 인접한 둘 또는 R12 중 인접한 둘은 축합환을 이고, R13은 C1~C10의 알킬기, C6~C30의 아릴기, C5~C30의 헤테로아릴기 또는 C6~C30의 방향족 아민기에서 선택되며, X1 및 X2 각각은 독립적으로 O 또는 NR14이고, R14는 C6~C30의 아릴기며, 화학식5에서, Ar1, Ar2, Ar3 내지 Ar4 각각은 독립적으로 C6~C30의 아릴기 또는 C5~C30의 헤테로아릴기에서 선택되고, R1, R2 각각은 독립적으로 수소, C1~C10의 알킬기 또는 C6~C30의 아릴기에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
[화학식4]
[화학식5]
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 전자차단물질은 하기 화학식6으로 표시되며, L은 C6~C30의 아릴렌기이고, R1 및 R2 각각은 수소이거나 인접한 둘이 축합환을 이루거나 R2 중 인접한 둘이 축합환을 이루며, R3는 C5~C30의 헤테로아릴기이고, R4는 수소 또는 C6~C30의 아릴기이며, a는 0 또는 1이고, b는 0 내지 4의 정수이며, c는 0 내지 5의 정수인 것을 특징으로 한다.
[화학식6]
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 1 정공차단물질은 하기 화학식8로 표시되며, Y1 내지 Y5 각각은 독립적으로 CR1 또는 N이고 이중 하나 내지 셋은 N이며, R1은 독립적으로 C6~C30의 아릴기이고, L은 C6~C30의 알릴렌기이며, R2는 C6~C30의 아릴기 또는 C5~C30의 헤테로아릴기이고, R3는 수소이거나 인접한 둘이 축합환을 이루며, a는 0 또는 1이고, b는 1 또는 2이며, c는 0 내지 4의 정수인 것을 특징으로 한다.
[화학식8]
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 상기 제 2 정공차단물질은 하기 화학식10으로 표시되며, Ar은 C10~C30의 아릴렌기이고, R1은 C6~C30의 아릴기 또는 C5~C30의 헤테로아릴기이이며, R2는 수소, C1~C10의 알킬기 또는 C6~C30의 아릴기인 것을 특징으로 한다.
[화학식10]
본 발명의 유기발광다이오드는, 상기 제 1 호스트와, 상기 제 2 호스트와, 상기 청색 도펀트를 포함하고 상기 제 1 발광 물질층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 2 발광 물질층과; 상기 제 1 발광 물질층과 상기 제 2 발광 물질층 사이에 위치하는 제 1 전하 생성층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드는, 황록색을 발광하고 상기 제 1 전하 생성층과 상기 제 2 발광 물질층 사이에 위치하는 제 3 발광 물질층과; 상기 제 2 발광 물질층과 상기 제 3 발광 물질층 사이에 위치하는 제 2 전하 생성층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기발광다이오드에 있어서, 적색과 녹색을 발광하고 상기 제 1 전하 생성층과 상기 제 2 발광 물질층 사이에 위치하는 제 3 발광 물질층과; 상기 제 2 발광 물질층과 상기 제 3 발광 물질층 사이에 위치하는 제 2 전하 생성층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
다른 관점에서, 본 발명은, 기판과; 제 1 전극과; 상기 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극과; 안트라센 유도체인 제 1 호스트와, 중수소화된 안트라센 유도체인 제 2 호스트와, 청색 도펀트를 포함하고 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 1 발광 물질층과; 헤테로아릴기가 치환된 아민 유도체인 전자차단물질을 포함하고 상기 제 1 전극과 상기 제 1 발광물질층 사이에 위치하는 제 1 전자 차단층과; 아진 유도체의 제 1 정공차단물질과 벤즈이미다졸 유도체의 제 2 정공차단물질 중 적어도 하나를 포함하고 상기 제 2 전극과 상기 제 1 발광물질층 사이에 위치하는 제 1 정공 차단층을 포함하고 상기 기판 상에 위치하는 유기발광다이오드를 포함하는 유기발광장치를 제공한다.
본 발명의 유기발광다이오드에서는, 발광물질층이 안트라센 유도체인 제 1 호스트와 중수소화된 안트라센 유도체인 제 2 호스트를 포함하며, 이에 따라 유기발광다이오드 및 유기발광표시장치의 발광효율과 수명이 향상된다.
또한, 전자 차단층이 헤테로아릴기가 치환된 아민 유도체인 전자차단물질을 포함하고 정공 차단층이 아진 유도체인 정공차단물질과 벤즈이미다졸 유도체인 정공차단물질 중 적어도 하나를 포함함으로써, 유기발광다이오드 및 유기발광표시장치의 수명이 더욱 향상된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유기발광표시장치의 개략적인 회로도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기발광표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기발광표시장치에 이용되는 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기발광표시장치에 이용되는 이중 스택 구조 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기발광표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기발광표시장치에 이용되는 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기발광표시장치의 개략적인 단면도이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유기발광표시장치의 개략적인 회로도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 유기발광표시장치에는, 서로 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 게이트 배선(GL), 데이터 배선(DL) 및 파워 배선(PL)이 형성되고, 화소영역(P)에는, 스위칭 박막트랜지스터(Ts), 구동 박막트랜지스터(Td), 스토리지 커패시터(Cst), 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 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 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 유기발광표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 유기발광표시장치(100)는 기판(110) 상에 위치하는 박막트랜지스터(Tr)와 박막트랜지스터(Tr)에 연결되는 유기발광다이오드(D)를 포함한다. 예를 들어, 기판(110)에는 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소가 정의되고, 유기발광다이오드(D)는 각 화소마다 위치한다. 즉, 적색, 녹색 및 청색 빛을 발광하는 유기발광다이오드(D)가 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소에 구비된다.
기판(110)은 유리기판 또는 플라스틱 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(110)은 폴리이미드로 이루어질 수 있다.
기판(110) 상에는 버퍼층(120)이 형성되고, 버퍼층(120) 상에 박막트랜지스터(Tr)가 형성된다. 버퍼층(120)은 생략될 수 있다.
버퍼층(120) 상에는 반도체층(122)이 형성된다. 반도체층(122)은 산화물 반도체 물질로 이루어지거나 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다.
반도체층(122)이 산화물 반도체 물질로 이루어질 경우, 반도체층(122) 하부에는 차광패턴(도시하지 않음)이 형성될 수 있으며, 차광패턴은 반도체층(122)으로 빛이 입사되는 것을 방지하여 반도체층(122)이 빛에 의해 열화되는 것을 방지한다. 이와 달리, 반도체층(122)은 다결정 실리콘으로 이루어질 수도 있으며, 이 경우 반도체층(122)의 양 가장자리에 불순물이 도핑되어 있을 수 있다.
반도체층(122) 상부에는 절연물질로 이루어진 게이트 절연막(124)이 형성된다. 게이트 절연막(124)은 산화 실리콘 또는 질화 실리콘과 같은 무기절연물질로 이루어질 수 있다.
게이트 절연막(124) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 게이트 전극(130)이 반도체층(122)의 중앙에 대응하여 형성된다.
도 2에서는, 게이트 절연막(124)이 기판(110) 전면에 형성되어 있으나, 게이트 절연막(124)은 게이트 전극(130)과 동일한 모양으로 패터닝될 수도 있다.
게이트 전극(130) 상부에는 절연물질로 이루어진 층간 절연막(132)이 형성된다. 층간 절연막(132)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(132)은 반도체층(122)의 양측을 노출하는 제 1 및 제 2 콘택홀(134, 136)을 갖는다. 제 1 및 제 2 콘택홀(134, 136)은 게이트 전극(130)의 양측에 게이트 전극(130)과 이격되어 위치한다.
여기서, 제 1 및 제 2 콘택홀(134, 136)은 게이트 절연막(124) 내에도 형성된다. 이와 달리, 게이트 절연막(124)이 게이트 전극(130)과 동일한 모양으로 패터닝될 경우, 제 1 및 제 2 콘택홀(134, 136)은 층간 절연막(132) 내에만 형성될 수도 있다.
층간 절연막(132) 상에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어지는 소스 전극(140)과 드레인 전극(142)이 형성된다.
소스 전극(140)과 드레인 전극(142)은 게이트 전극(130)을 중심으로 이격되어 위치하며, 각각 제 1 및 제 2 콘택홀(134, 136)을 통해 반도체층(122)의 양측과 접촉한다.
반도체층(122)과, 게이트전극(130), 소스 전극(140), 드레인전극(142)은 박막트랜지스터(Tr)를 이루며, 박막트랜지스터(Tr)는 구동 소자(driving element)로 기능한다.
박막트랜지스터(Tr)는 반도체층(122)의 상부에 게이트 전극(130), 소스 전극(142) 및 드레인 전극(144)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.
도시하지 않았으나, 게이트 배선과 데이터 배선이 서로 교차하여 화소영역을 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(142)을 노출하는 드레인 콘택홀(152)을 갖는 보호층(150)이 박막트랜지스터(Tr)를 덮으며 형성된다.
보호층(150) 상에는 드레인 콘택홀(152)을 통해 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(142)에 연결되는 제 1 전극(160)이 각 화소 영역 별로 분리되어 형성된다. 제 1 전극(160)은 애노드(anode)일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 큰 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(160)은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide, ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(indium-zinc-oxide, IZO)와 같은 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 표시패널(110)이 상부 발광 방식(top-emission type)인 경우, 제 1 전극(160) 하부에는 반사전극 또는 반사층이 더욱 형성될 수 있다. 예를 들어, 반사전극 또는 반사층은 알루미늄-팔라듐-구리(aluminum-palladium-copper: APC) 합금으로 이루어질 수 있다.
또한, 보호층(150) 상에는 제 1 전극(160)의 가장자리를 덮는 뱅크층(166)이 형성된다. 뱅크층(166)은 화소영역에 대응하여 제 1 전극(160)의 중앙을 노출한다.
제 1 전극(160) 상에는 유기 발광층(162)이 형성된다. 유기 발광층(162)은 발광물질로 이루어지는 발광물질층(emitting material layer)의 단일층 구조일 수 있다. 또한, 발광 효율을 높이기 위해, 유기 발광층(162)은 다중 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 유기 발광층(162)은 제 1 전극(160)과 발광물질층 사이의 전자 차단층과, 발광물질층과 제 2 전극(164) 사이의 정공 차단층을 포함할 수 있다.
유기 발광층(162)은 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소에 분리하여 위치한다. 후술하는 바와 같이, 청색 화소에서 유기 발광층(162)은 안트라센 유도체인 제 1 호스트와 중수소화된 안트라센 유도체인 제 2 호스트를 포함하며, 이에 따라 청색 화소의 유기발광다이오드(D) 및 유기발광표시장치(100)의 발광효율과 수명이 향상된다.
또한, 전자 차단층이 헤테로아릴기가 치환된 아민 유도체인 전자차단물질을 포함하고 정공 차단층이 아진 유도체인 정공차단물질과 벤즈이미다졸 유도체인 정공차단물질 중 적어도 하나를 포함함으로써, 유기발광다이오드(D) 및 유기발광표시장치(100)의 수명이 더욱 향상된다.
유기 발광층(162)이 형성된 기판(110) 상부로 제 2 전극(164)이 형성된다. 제 2 전극(164)은 표시영역의 전면에 위치하며 일함수 값이 비교적 작은 도전성 물질로 이루어져 캐소드(cathode)로 이용될 수 있다. 예를 들어, 제 2 전극(164)은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 알루미늄-마그네슘 합금(AlMg) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
제 1 전극(160), 유기발광층(162) 및 제 2 전극(164)은 유기발광다이오드(D)를 이룬다.
제 2 전극(164) 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(174)의 적층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 인캡슐레이션 기판(170)은 생략될 수 있다.
또한, 인캡슐레이션 필름(170) 상에는 외부광 반사를 줄이기 위한 편광판(미도시)이 부착될 수 있다. 예를 들어, 편광판은 원형 편광판일 수 있다.
또한, 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 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유기발광다이오드(D)는 서로 마주하는 제 1 및 제 2 전극(160, 164)과 이들 사이에 위치하는 유기 발광층(162)을 포함하며, 유기 발광층(162)은 제 1 및 제 2 전극(160, 164) 사이에 위치하는 발광 물질층(240)과, 제 1 전극(160)과 발광 물질층(240) 사이에 위치하는 전자 차단층(electron blocking layer, 230)과, 발광 물질층(240)과 제 2 전극(164) 사이에 위치하는 정공 차단층(hole blocking layer, 250)을 포함할 수 있다.
제 1 전극(160)은 일함수 값이 비교적 큰 도전성 물질로 이루어져 양극으로 이용될 수 있다. 또한, 제 2 전극(164)은 일함수 값이 비교적 작은 도전성 물질로 이루어 음극으로 이용될 수 있다.
또한, 유기 발광층(162)은 제 1 전극(160)과 전자 차단층(230) 사이에 위치하는 정공 수송층(hole transporting layer, 220)을 포함할 수 있다.
또한, 유기 발광층(162)은 제 1 전극(160)과 정공 수송층(220) 사이에 위치하는 정공 주입층(hole injection layer, 210)과, 제 2 전극(164)과 정공 차단층(250) 사이에 위치하는 전자 주입층(electron injection layer, 260)을 더 포함할 수도 있다.
발광 물질층(240)은 안트라센 유도체(화합물)인 제 1 호스트(242), 중수소화된 안트라센 유도체인 제 2 호스트(244) 및 청색 도펀트(미도시)를 포함하고 청색을 발광한다.
제 1 호스트(242)는 하기 화학식1로 표시될 수 있다.
[화학식1]
화학식1에서, R1, R2 각각은 독립적으로 C6~C30의 아릴기 또는 C5~C30의 헤테로아릴기이고, L1, L2 각각은 C6~C30의 아릴렌기이다. 또한, a, b 각각은 0 또는 1이고, 이중 적어도 하나는 0이다.
예를 들어, R1은 페닐 또는 나프틸일 수 있고, R2는 나프틸, 디벤조퓨라닐 또는 축합된 디벤조퓨라닐일 수 있으며, L1, L2 각각은 페닐렌일 수 있다.
제 1 호스트(242)는 하기 화학식2의 화합물 중 하나일 수 있다.
[화학식2]
제 2 호스트(244)는 제 1 호스트(242)의 수소가 중수소로 치환된 화합물일 수 있다. 제 2 호스트(244)는 제 1 호스트(242)의 수소 전부 또는 일부가 중수소에 의해 치환된 화합물일 수 있다.
예를 들어, 제 2 호스트(244)는 하기 화학식3으로 표시될 수 있다.
[화학식3]
화학식3에서, R1, R2, L1, L2, a, b의 정의는 화학식1과 같다. 화학식3에서, Dx, Dy, Dm, Dn 각각은 중수소의 수이며, x, y, m, n은 양의 정수이고, x, y, m, n의 합은 15~29일 수 있다.
화학식4에 표시된 제 2 호스트(244)는 하기 화학식4의 화합물 중 하나일 수 있다.
[화학식4]
청색 도펀트는 하기 화학식5-1 또는 화학식5-2로 표시될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
[화학식5-1]
화학식5-1에서, c, d 각각은 0 내지 4의 정수이고, e는 0 내지 3의 정수이다. 또한, R11, R12 각각은 독립적으로 C1~C10의 알킬기, C6~C30의 아릴기, C5~C30의 헤테로아릴기 또는 C6~C30의 아릴아민기에서 선택되거나 R11 중 인접한 둘 또는 R12 중 인접한 둘은 축합환을 이룬다. R13은 C1~C10의 알킬기, C6~C30의 아릴기, C5~C30의 헤테로아릴기 또는 C6~C30의 방향족 아민기에서 선택된다. 또한, X1 및 X2 각각은 독립적으로 O 또는 NR14이고, R14는 C6~C30의 아릴기일 수 있다.
[화학식5-2]
화학식5-2에서, Ar1, Ar2, Ar3 내지 Ar4 각각은 독립적으로 C6~C30의 아릴기 또는 C5~C30의 헤테로아릴기에서 선택되고, R1, R2 각각은 독립적으로 수소, C1~C10의 알킬기 또는 C6~C30의 아릴기에서 선택된다. 예를 들어, Ar1, Ar2, Ar3 내지 Ar4 각각은 독립적으로 페닐, 디벤조퓨라닐, 나프틸, 바이페닐 중 하나일 수 있고 트리플루오르메틸, 시아노기 또는 불소(F)로 치환될 수 있다. 또한, R1, R2 각각은 독립적으로 수소, 이소-프로필, 페닐 중 하나일 수 있다.
예를 들어, 화학식5-1의 청색 도펀트는 하기 화학식6-1의 화합물 중 하나일 수 있다.
[화학식6-1]
예를 들어, 화학식5-2의 청색 도펀트는 하기 화학식6-2의 화합물 중 하나일 수 있다.
[화학식6-2]
전자 차단층(230)은 아민 유도체인 전자차단물질을 포함한다. 예를 들어, 전자 차단층(230)은 하기 화학식7로 표시될 수 있다.
[화학식7]
화학식7에서, L은 C6~C30의 아릴렌기이고, R1 및 R2 각각은 수소이거나 인접한 둘이 축합환을 이루거나 R2 중 인접한 둘이 축합환을 이룬다. R3는 C5~C30의 헤테로아릴기이고, R4는 수소 또는 C6~C30의 아릴기이다. 또한, a는 0 또는 1이고, b는 0 내지 4의 정수이며, c는 0 내지 5의 정수이다.
예를 들어, L은 페닐렌일 수 있고, R3는 카바조일 또는 디벤조퓨라닐일 수 있고, R4는 수소, 페닐 또는 바이페닐일 수 있다.
즉, 전자차단물질은 헤테로아릴기가 치환된 아민 유도체일 수 있다.
화학식7의 전자차단물질은 하기 화학식8의 화합물 중 하나일 수 있다.
[화학식8]
정공 차단층(250)은 아진 유도체인 정공차단물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 정공 차단층(250)은 화학식9로 표시되는 정공차단물질을 포함할 수 있다.
[화학식9]
화학식9에서, Y1 내지 Y5 각각은 독립적으로 CR1 또는 N이고 이중 하나 내지 셋은 N이다. 이때, R1은 독립적으로 C6~C30의 아릴기이다. 또한, L은 C6~C30의 알릴렌기이고, R2는 C6~C30의 아릴기 또는 C5~C30의 헤테로아릴기이며, R3는 수소이거나 인접한 둘이 축합환을 이룬다. 또한, a는 0 또는 1이고, b는 1 또는 2이며, c는 0 내지 4의 정수이다.
화학식9의 정공차단물질은 하기 화학식10의 화합물 중 하나일 수 있다.
[화학식10]
이와 달리, 정공 차단층(250)은 벤즈이미다졸 유도체인 정공차단물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 정공 차단층(250)은 하기 화학식11로 표시되는 정공차단물질을 포함할 수 있다.
[화학식11]
화학식11에서, Ar은 C10~C30의 아릴렌기이고, R1은 C6~C30의 아릴기 또는 C5~C30의 헤테로아릴기이이며, R2는 수소, C1~C10의 알킬기 또는 C6~C30의 아릴기이다.
예를 들어, Ar은 나프틸렌 또는 안트라세닐렌일 수 있고, R1은 벤즈이미다조일 또는 페닐일 수 있으며, R2는 메틸, 에틸 도는 페닐일 수 있다.
화학식11의 정공차단물질은 하기 화학식12로 표시될 수 있다.
[화학식12]
정공 차단층(250)은 화학식9의 정공차단물질과 화학식11의 정공차단물질 중 하나를 포함할 수 있다.
이 경우, 발광 물질층(240)의 두께는 전자 차단층(230) 및 정공 차단층(250) 각각의 두께보다 크고 정공 수송층(220)의 두께보다 작을 수 있다. 예를 들어, 발광 물질층(240)은 약 150~250Å의 두께를 갖고, 전자 차단층(230) 및 정공 차단층(250) 각각은 약 50~150Å의 두께를 가지며, 정공 수송층(220)은 약 900~1100Å의 두께를 가질 수 있다. 전자 차단층(230) 및 정공 차단층(250)은 동일한 두께를 가질 수 있다.
한편, 정공 차단층(250)은 화학식9의 정공 차단물질과 화학식11의 정공 차단물질을 모두 포함할 수 있다. 예를 들어, 정공 차단층(250)에서, 화학식9의 정공 차단물질과 화학식11의 정공 차단물질은 동일한 중량비를 가질 수 있다.
이 경우, 발광 물질층(240)의 두께는 전자 차단층(230)의 두께보다 크고 정공 차단층(250)의 두께보다 작을 수 있다. 또한, 정공 차단층(250)의 두께는 정공 수송층(220)의 두께보다 작을 수 있다. 예를 들어, 발광 물질층(240)은 약 200~300Å의 두께를 갖고, 전자 차단층(230)은 약 약 50~150Å의 두께를 가질 수 있다. 또한, 정공 차단층(250) 각각은 약 250~350Å의 두께를 가지며, 정공 수송층(220)은 약 800~1000Å의 두께를 가질 수 있다. 전자 차단층(230) 및 정공 차단층(250)은 동일한 두께를 가질 수 있다.
화학식9 및/또는 화학식11의 정공차단물질은 전자수송 특성을 가져 정공 수송층이 생략될 수 있고, 이에 따라 정공 차단층(250)은 전자 주입층(260) 또는 제 2 전극(164)과 직접 접촉할 수 있다.
본 발명의 유기발광다이오드(D)에서, 제 1 호스트(242)와 제 2 호스트(244)의 중량비는 1:9 내지 9:1, 바람직하게는 1:9 내지 7:3일 수 있다. 충분한 효율과 수명을 구현하기 위해, 제 1 호스트(242)와 제 2 호스트(244)의 중량비는 3:7일 수 있다. 한편, 효율의 감소 없이 수명의 증가를 위해 제 1 호스트(242)와 제 2 호스트(244)의 중량비는 7:3일 수 있다. 이에 따라, 유기발광다이오드(D) 및 유기발광표시장치(100)는 발광효율과 수명에서 장점을 갖는다.
더욱이, 화학식5-1로 표시되는 청색 도펀트를 이용하는 경우 반치폭이 좁은 고 색순도의 영상을 구현할 수 있다.
또한, 전자차단층(230)이 화학식7로 표시되는 전자차단물질을 포함하고, 정공차단층(250)이 화학식9 또는 화학식11로 표시되는 정공차단물질을 포함함으로써, 유기발광다이오드(D) 및 유기발광표시장치(100)의 수명이 크게 증가한다.
[제 1 호스트의 합성]
1. Host1화합물의 합성
[반응식1]
건조 상자 내 250㎖ 플라스크에 10-브로모-9-(나프탈렌-3-닐)안트라센 (2.00g, 5.23 mmol), 4,4,5,5-테트라메틸-2-(나프탈렌-1-닐)1,3,2-다이옥사보롤란(1.45g, 5.74 mmol), 트리스(다이벤질리덴아세톤) 다이팔라듐(0)(0.24g, 0.26 mmol) 및 톨루엔 (50 ㎖)을 첨가하였다. 반응 플라스크를 건조 상자로부터 제거하고, 탄산나트륨 무수물(sodium carbonate anhydrous, 2M, 20 ㎖)을 첨가하였다. 반응물을 교반하고, 90℃에서 밤새 가열하였다. 반응을 HPLC(high-performance liquid chromatography)에 의해 모니터링하였다. 실온으로 냉각시킨 후, 유기층을 분리하였다. 수성층을 DCM(dichloromethane)으로 세정하고, 유기층을 회전 증발에 의해 농축시켜 회색 분말을 수득하였다. 회색 분말에 대하여 알루미나를 이용한 정제, 헥산을 이용한 침전, 및 실리카 겔을 이용한 칼럼 크로마토그래피를 진행함으로써 백색 분말 상태의 Host1(2.00g, 89%)을 얻었다.
2. Host2의 합성
[반응식2]
건조 상자 내 250㎖ 플라스크에 10-브로모-9-(나프탈렌-3-닐)안트라센 (2.00g, 5.23 mmol), 4,4,5,5-테트라메틸-2-(4-(나프탈렌-4-일)페닐)-1,3,2-다이옥사보롤란(1.90g, 5.74 mmol), 트리스(다이벤질리덴아세톤) 다이팔라듐(0)(0.24g, 0.26 mmol) 및 톨루엔 (50 ㎖)을 첨가하였다. 반응 플라스크를 건조 상자로부터 제거하고, 탄산나트륨 무수물(2M, 20 ㎖)을 첨가하였다. 반응물을 교반하고, 90℃에서 밤새 가열하였다. 반응을 HPLC에 의해 모니터링하였다. 실온으로 냉각시킨 후, 유기층을 분리하였다. 수성층을 DCM으로 세정하고, 유기층을 회전 증발에 의해 농축시켜 회색 분말을 얻었다. 회색 분말에 대하여 알루미나를 이용한 정제, 헥산을 이용한 침전, 및 실리카 겔을 이용한 칼럼 크로마토그래피를 진행함으로써 백색 분말 상태의 Host2(2.28g, 86%)을 얻었다.
3. Host3의 합성
[반응식3]
건조 상자 내 250㎖ 플라스크에 10-브로모-9-(나프탈렌-3-닐)안트라센 (2.00g, 5.23 mmol), 4,4,5,5-테트라메틸-2-(다이벤조페니-1-닐)-1,3,2-다이옥사보롤란(1.69g, 5.74 mmol), 트리스(다이벤질리덴아세톤) 다이팔라듐(0)(0.24g, 0.26 mmol) 및 톨루엔 (50 ㎖)을 첨가하였다. 반응 플라스크를 건조 상자로부터 제거하고, 탄산나트륨 무수물(2M, 20 ㎖)을 첨가하였다. 반응물을 교반하고, 90℃에서 밤새 가열하였다. 반응을 HPLC에 의해 모니터링하였다. 실온으로 냉각시킨 후, 유기층을 분리하였다. 수성층을 DCM으로 세정하고, 유기층을 회전 증발에 의해 농축시켜 회색 분말을 얻었다. 회색 분말에 대하여 알루미나를 이용한 정제, 헥산을 이용한 침전, 및 실리카 겔을 이용한 칼럼 크로마토그래피를 진행함으로써 백색 분말 상태의 Host3(1.91g, 78%)을 얻었다.
4. Host4의 합성
[반응식4]
건조 상자 내 250㎖ 플라스크에 10-브로모-9-(나프탈렌-3-닐)안트라센 (2.00g, 5.23 mmol), 4,4,5,5-테트라메틸-2-(4-(다이벤조페닌-1-닐)페닐)-1,3,2-다이옥사보롤란(2.12g, 5.74 mmol), 트리스(다이벤질리덴아세톤) 다이팔라듐(0)(0.24g, 0.26 mmol) 및 톨루엔 (50 ㎖)을 첨가하였다. 반응 플라스크를 건 상자로부터 제거하고, 탄산나트륨 무수물(2M, 20 ㎖)을 첨가하였다. 반응물을 교반하고, 90℃에서 밤새 가열하였다. 반응을 HPLC에 의해 모니터링하였다. 실온으로 냉각시킨 후, 유기층을 분리하였다. 수성층을 DCM으로 세정하고, 유기층을 회전 증발에 의해 농축시켜 회색 분말을 얻었다. 회색 분말에 대하여 알루미나를 이용한 정제, 헥산을 이용한 침전, 및 실리카 겔을 이용한 칼럼 크로마토그래피를 진행함으로써 백색 분말 상태의 Host4(2.34g, 82%)을 얻었다.
[제 2 호스트의 합성]
1. Host32의 합성
[반응식5]
질소 분위기 하에서, Host2(5 g, 9.87 mmol)가 녹아있는 퍼듀테로벤젠(perdeuterobenzene) 용액(100 ㎖)에 AlCl3(0.48 g, 3.6 mmol)를 첨가하였다. 생성 혼합물을 실온에서 6시간 동안 교반한 후, D2O(50 ㎖)를 첨가하였다. 층을 분리한 후, 수층을 CH2Cl2 (30 ㎖)로 세정하였다. 얻어진 유기층을 황산마그네슘을 이용하여 건조시켰고, 휘발물은 회전 증발에 의해 제거하였다. 이후, 조생성물을 칼럼 크로마토그래피를 통해 정제함으로써, 백색 분말인 Host32(4.5g)를 얻었다.
2. Host34의 합성
[반응식6]
질소 분위기 하에서, Host4(5 g, 9.15 mmol)가 녹아있는 퍼듀테로벤젠(perdeuterobenzene) 용액에 AlCl3(0.48 g, 3.6 mmol)를 첨가하였다. 생성 혼합물을 실온에서 6시간 동안 교반한 후, D2O(50 ㎖)를 첨가하였다. 층을 분리한 후, 수층을 CH2Cl2 (30 ㎖)로 세정하였다. 얻어진 유기층을 황산마그네슘을 이용하여 건조시켰고, 휘발물은 회전 증발에 의해 제거하였다. 이후, 조생성물을 칼럼 크로마토그래피를 통해 정제함으로써, 백색 분말인 Host34(4.8g)를 얻었다.
[청색 도펀트의 합성]
1. Dopant56의 합성
(1) 3-니트로-N,N-디페닐아닐린
[반응식 7-1]
질소 분위기 하에서, 3-니트로아닐린(25.0 g), 요오드벤젠(81.0 g), 요오드화 동(3.5 g), 탄산 칼륨(100.0 g) 및 오르소-디클로로벤젠(250 ㎖)이 들어간 플라스크를 환류 온도에서 14시간 가열 교반하였다. 반응액을 실온까지 냉각한 후, 암모니아수를 가하여 분액하였다. 실리카겔 컬럼 크로마토그래피(전개액: 톨루엔/헵탄=3/7(용적비))로 정제하여, 3-니트로-N,N-디페닐아닐린(44.0 g)을 얻었다.
(2) N1,N1-디페닐벤젠-1,3-디아민
[반응식 7-2]
질소 분위기 하에서, 빙욕(ice-bath)에서 냉각한 아세트산을 가하고 교반하였다. 이 용액에, 3-니트로-N,N-디페닐아닐린(44.0g)을 반응 온도가 현저하게 상승하지 않을 정도로 분할하여 첨가하였다. 첨가가 종료된 후, 실온에서 30분간 교반하고, 원료의 소실을 확인하였다. 반응 종료 후, 상청액(supernatant liquid)을 디캔테이션(decantation)에 의해 채취하고, 탄산나트륨으로 중화한 뒤, 아세트산 에틸로 추출하였다. 실리카겔 컬럼 크로마토그래피(전개액: 톨루엔/헵탄=9/1(용적비))로 정제하였다. 용매를 감압, 증류로 제거한 후, 헵탄을 가해 재침전시켜, N1,N1-디페닐벤젠-1,3-디아민(36.0 g)을 얻었다.
(3) N1,N1,N3-트리페닐벤젠-1,3-디아민
[반응식 7-3]
질소 분위기 하, N1,N1-디페닐벤젠-1,3-디아민(60.0 g), Pd-132(1.3 g), NaOtBu(33.5 g) 및 자일(300 ㎖)이 들어간 플라스크를 120℃에서 가열 교반하였다. 이 용액에, 브로모벤젠(36.2 g)이 용해된 자일렌(50 ㎖) 용액을 천천히 적하하고, 적하 종료 후, 1시간 가열 교반하였다. 반응액을 실온까지 냉각한 후, 물 및 아세트산 에틸을 가하여 분액했다. 이어서, 실리카겔 컬럼 크로마토그래피(전개액: 톨루엔/헵탄=5/5(용적비))로 정제하여, N1,N1,N3-트리페닐벤젠-1,3-디아민(73.0 g)을 얻었다.
(4) N1,N1'-(2-클로로-1,3-페닐렌)비스(N1,N3,N3-트리페닐벤젠-1,3-디아민)
[반응식 7-4]
질소 분위기 하에서, N1,N1,N3-트리페닐벤젠-1,3-디아민(20.0 g), 1-브로모-2,3-디클로로벤젠(6.4 g), Pd-132(0.2g), NaOtBu(sodium tert-buthoxide, 6.8 g) 및 자일렌(70 ㎖)이 들어간 플라스크를 120℃에서 2시간 가열 교반하였다. 반응액을 실온까지 냉각한 후, 물 및 아세트산에틸을 가하여 분액하였다. 실리카겔 컬럼 크로마토그래피(전개액: 톨루엔/헵탄=4/6(용적비))로 정제하여, N1,N1'-(2-클로로-1,3-페닐렌)비스(N1,N3,N3-트리페닐벤젠-1,3-디아민)(15.0g)를 얻었다.
(5) Dopant56
[반응식 7-5]
N1,N1'-(2-클로로-1,3-페닐렌)비스(N1,N,N3-트리페닐벤젠-1,3-디아민)(12.0 g) 및 tert-부틸벤젠(100 ㎖)이 들어간 플라스크에, 질소 분위기 하에서, 빙욕에서 냉각하면서, 1.7 M의 tert-부틸리튬펜탄 용액(18.1 ㎖)을 가하였다. 적하 종료 후, 60℃까지 승온하고 2시간 교반한 후, tert-부틸벤젠보다 저비점의 성분을 감압하에서 증류 제거했다. -50℃까지 냉각하고 삼브롬화붕소(2.9 ㎖)를 가하고, 실온까지 승온하고 0.5시간 교반하였다. 그 후, 다시 빙욕에서 냉각하고 N,N-디이소프로필에틸아민(5.4 ㎖)을 가하였다. 발열이 멈출 때까지 실온에서 교반한 후, 120℃까지 승온하고 3시간 가열 교반하였다. 반응액을 실온까지 냉각시키고, 빙욕에서 냉각시킨 아세트산 나트륨 수용액, 이어서 아세트산 에틸을 가하고, 불용성의 고체를 여과한 후 분액했다. 이어서, 실리카겔 컬럼 크로마토그래피(전개액: 톨루엔/헵탄=5/5)로 정제하였다. 또한 가열한 헵탄, 아세트산 에틸로 세척한 후, 톨루엔/아세트산 에틸 혼합 용매로 재침전시켜, Dopant56 (2.0 g)을 얻었다.
2. Dopant167의 합성
(1) 3,3"-((2-브로모-1,3-페닐렌)비스(옥시))디-1,1'-비페닐
[반응식 8-1]
2-브로모-1,3-디플루오로벤젠(12.0 g), [1,1'-비페닐]-3-올(23.0 g), 탄산 칼륨(34.0 g) 및 NMP(130 ㎖)가 들어간 플라스크를, 질소 분위기 하에서, 170℃에서 10시간 가열 교반하였다. 반응 정지 후, 반응액을 실온까지 냉각시키고, 물 및 톨루엔을 가하여 분액했다. 용매를 감압하에서 증류 제거한 후, 실리카겔 컬럼 크로마토그래피(전개액: 헵탄/톨루엔=7/3(용적비))로 정제하여, 3,3"-((2-브로모-1,3-페닐렌)비스(옥시))디-1,1'-바이페닐(26.8 g)을 얻었다.
(2) Dopant167
[반응식 8-2]
질소 분위기 하에서, 3,3"-((2-브로모-1,3-페닐렌)비스(옥시))디-1,1'-비페닐(14.0 g) 및 자일렌(100 ㎖)이 들어간 플라스크를 -40℃까지 냉각시키고, 2.6 M의 n-부틸리튬헥산 용액(11.5 ㎖)을 적하하였다. 적하 종료 후, 실온까지 승온한 후, 다시 -40℃까지 냉각하고 삼브롬화붕소(3.3 ㎖)를 가하였다. 실온까지 승온하고 13시간 교반한 후, 0℃까지 냉각하고 N,N-디이소프로필에틸아민(9.7 ㎖)을 첨가하고, 130℃에서 5시간 가열 교반하였다. 반응액을 실온까지 냉각하고, 빙욕에서 냉각한 아세트산 나트륨 수용액을 가하고 교반하고, 흡인 여과에 의해 석출한 고체를 채취하였다. 얻어진 고체를 물, 메탄올 이어서 헵탄의 순서로 세정하고, 또한 클로로벤젠으로부터 재결정시켜, Dopant167 (8.9 g)를 얻었다.
[유기발광다이오드]
양극(ITO, 50Å), 정공주입층(화학식13(97wt%)+화학식14(3wt%), 100Å), 정공수송층(화학식13, 1000Å), 전자차단층(화학식15, 100Å), 발광물질층(호스트(98wt%)+도펀트(2wt%), 200Å), 정공차단층(화학식16, 100Å), 전자주입층(화학식17(98wt%)+Li(2wt%), 200Å), 음극(Al, 500Å)을 순차 적층하여 유기발광다이오드를 제작하였다.
[화학식13]
[화학식14]
[화학식15]
[화학식16]
[화학식17]
1. 비교예
(1) 비교예1
도펀트로 화학식6-1의 화합물 Dopant56을 이용하고 호스트로 화합물 Host2을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(2) 비교예2
비교예1에서 화학식6-1의 화합물 Dopant56 대신에 화학식6-2의 화합물 Dopant1을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(3) 비교예3
비교예1에서 화합물 Host2 대신에 화합물 Host4을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(4) 비교예4
비교예2에서 화합물 Host2 대신에 화합물 Host4을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(5) 비교예5
비교예1에서 화합물 Host2 대신에 화합물 Host32을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(6) 비교예6
비교예2에서 화합물 Host2 대신에 화합물 Host32을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(7) 비교예7
비교예1에서 화합물 Host2 대신에 화합물 Host34을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(8) 비교예8
비교예2에서 화합물 Host2 대신에 화합물 Host34을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
2. 실험예
(1) 실험예1
도펀트로 화학식6-1의 화합물 Dopant56을 이용하고 호스트로 화합물 Host2와 화합물 Host32를 이용하여 발광물질층을 형성하였다. (화합물 Host2와 화합물 Host32의 중량비=9:1)
(2) 실험예2
실험예1에서 화합물 Host2와 화합물 Host32의 중량비를 7:3으로 하여 발광물질층을 형성하였다.
(3) 실험예3
실험예1에서 화합물 Host2와 화합물 Host32의 중량비를 5:5으로 하여 발광물질층을 형성하였다.
(4) 실험예4
실험예1에서 화합물 Host2와 화합물 Host32의 중량비를 3:7으로 하여 발광물질층을 형성하였다.
(5) 실험예5
실험예1에서 화합물 Host2와 화합물 Host32의 중량비를 1:9로 하여 발광물질층을 형성하였다.
(6) 실험예6 내지 10
실험예1 내지 5에서, 화학식6-1의 화합물 Dopant56 대신에 화학식6-2의 화합물 Dopant1을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(7) 실험예11
도펀트로 화학식6-1의 화합물 Dopant56을 이용하고 호스트로 화합물 Host4와 화합물 Host34를 이용하여 발광물질층을 형성하였다. (화합물 Host4와 화합물 Host34의 중량비=9:1)
(8) 실험예12
실험예11에서 화합물 Host4와 화합물 Host34의 중량비를 7:3으로 하여 발광물질층을 형성하였다.
(9) 실험예13
실험예11에서 화합물 Host4와 화합물 Host34의 중량비를 5:5로 하여 발광물질층을 형성하였다.
(10) 실험예14
실험예11에서 화합물 Host4와 화합물 Host34의 중량비를 3:7으 하여 발광물질층을 형성하였다.
(11) 실험예15
실험예11에서 화합물 Host4와 화합물 Host34의 중량비를 1:9로 하여 발광물질층을 형성하였다.
(12) 실험예16 내지 20
실험예11 내지 15에서, 화학식6-1의 화합물 Dopant56 대신에 화학식6-2의 화합물 Dopant1을 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
비교예1 내지 비교예8, 실험예1 내지 실험예20에서 제작된 유기발광다이오드의 특성(전압(V), 효율(cd/A), 색좌표, 반치폭(FWHM), 수명(T95))을 측정하여 표1 내지 표4에 기재하였다.
[표1]
[표2]
[표3]
[표4]
표1 내지 표4에서 보여지는 바와 같이, 중소수가 치환되지 않은 안트라센 유도체인 제 1 호스트만을 이용하는 비교예1에 비해, 제 1 호스트와 중수소가 치환된 안트라센 유도체인 제 2 호스트를 이용하는 실험예1 내지 실험예5에서 수명이 크게 증가한다.
또한, 중수소가 치환된 안트라센 유도체인 제 2 호스트만을 이용하는 비교예5와 비교할 때, 실험예4의 유기발광다이오드의 수명이 다소 감소하나 발광효율이 향상된다.
따라서, 본 발명의 유기발광다이오드에서 제 1 호스트와 제 2 호스트의 중량비는 1:9 내지 7:3일 수 있다. 충분한 효율과 수명을 구현하기 위해, 제 1 호스트와 제 2 호스트의 중량비는 3:7일 수 있다. 한편, 효율의 감소 없이 수명의 증가를 위해 제 1 호스트와 제 2 호스트의 중량비는 7:3일 수 있다.
본 발명의 유기발광다이오드(D)에서는, 발광물질층(240)이 안트라센 유도체인 제 1 호스트(242)와 중수소화된 안트라센 유도체인 제 2 호스트(244)를 포함하며, 이에 따라 유기발광다이오드(D) 및 유기발광표시장치(100)는 발광효율과 수명에서 장점을 갖는다.
[유기발광다이오드]
양극(ITO, 50Å), 정공주입층(화학식18(97wt%)+화학식14(3wt%), 100Å), 정공수송층(화학식18, 1000Å), 전자차단층(100Å), 발광물질층(호스트(98wt%)+도펀트(2wt%), 200Å), 정공차단층(100Å), 전자주입층(화학식17(98wt%)+Li(2wt%), 200Å), 음극(Al, 500Å)을 순차 적층하여 유기발광다이오드를 제작하였다.
[화학식18]
1. 비교예
(1) 비교예9
화학식19의 화합물을 이용하여 전자차단층을 형성하고, 도펀트로 화학식6-1의 화합물 Dopant56을 이용하고 호스트로 화학식2의 화합물 Host2을 이용하여 발광물질층을 형성하였으며, 화학식10의 화합물 E1을 이용하여 정공차단층을 형성하였다.
(2) 비교예10
비교예9에서 화합물19 대신에 화학식8의 화합물 H2를 이용하여 전자차단층을 형성하였다.
(3) 비교예11
비교예9에서 화학식10의 화합물 E1 대신에 화학식12의 화합물 F1을 이용하여 정공차단층을 형성하였다.
(4) 비교예12
비교예10에서 화학식10의 화합물 E1 대신에 화학식12의 화합물 F1을 이용하여 정공차단층을 형성하였다.
(5) 비교예13 내지 16
비교예9 내지 12에서 화학식6-1의 화합물 Dopant56 대신에 화학식6-1의 화합물 Dopant167를 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(6) 비교예17 내지 20
비교예9 내지 12에서 화학식2의 화합물 Host2 대신에 화학식2의 화합물 Host4 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(7) 비교예21 내지 24
비교예13 내지 16에서 화학식2의 화합물 Host2 대신에 화학식2의 화합물 Host4 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
[화학식19]
2. 실험예
(1) 실험예21
화학식8의 화합물 H2를 이용하여 전자차단층을 형성하고, 도펀트로 화학식6-1의 화합물 Dopant56을 이용하고 호스트로 화학식2의 화합물 Host2 및 화학식4의 화합물 Host32를 이용하여 발광물질층을 형성하였으며, 화학식10의 화합물 E1을 이용하여 정공차단층을 형성하였다. (화합물 Host2와 화합물 Host32의 중량비=3:7)
(2) 실험예22
실험예21에서 화학식10의 화합물 E1 대신에 화학식12의 화합물 F1을 이용하여 정공차단층을 형성하였다.
(3) 실험예23
실험예21에서 화학식6-1의 화합물 Dopant56 대신에 도펀트로 화학식6-1의 화합물 Dopant167를 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(4) 실험예24
실험예22에서 화학식6-1의 화합물 Dopant56 대신에 도펀트로 화학식6-1의 화합물 Dopant167를 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(5) 실험예25
화학식8의 화합물 H2를 이용하여 전자차단층을 형성하고, 도펀트로 화학식6-1의 화합물 Dopant56을 이용하고 호스트로 화학식2의 화합물 Host4 및 화학식4의 화합물 Host34를 이용하여 발광물질층을 형성하였으며, 화학식10의 화합물 E1을 이용하여 정공차단층을 형성하였다. (화합물 Host4와 화합물 Host34의 중량비=3:7)
(6) 실험예26
실험예25에서 화학식10의 화합물 E1 대신에 화학식12의 화합물 F1을 이용하여 정공차단층을 형성하였다.
(7) 실험예27
실험예25에서 화학식6-1의 화합물 Dopant56 대신에 도펀트로 화학식6-1의 화합물 Dopant167를 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
(8) 실험예28
실험예26에서 화학식6-1의 화합물 Dopant56 대신에 도펀트로 화학식6-1의 화합물 Dopant167를 이용하여 발광물질층을 형성하였다.
비교예9 내지 비교예24, 실험예21 내지 실험예28에서 제작된 유기발광다이오드의 특성(전압(V), 효율(cd/A), 색좌표, 수명(T95))을 측정하여 표5 및 표6에 기재하였다.
[표5]
[표6]
표5 및 표6에서 보여지는 바와 같이, 비교예9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23과 비교할 때, 전자 차단층이 화학식7에 표시된 아민 유도체를 포함하고 정공 차단층이 화학식9에 표시된 아진 유도체 또는 화학식11에 표시된 벤즈이미다졸 유도체를 포함하는 경우 유기발광다이오드의 구동 전압과 발광효율이 향상되고 수명이 크게 증가한다. (비교예10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24)
또한, 발광물질층이 화학식1에 표시된 안트라센 유도체인 제 1 호스트와 화학식3에 표시된 중수소화된 안트라센 유도체인 제 2 호스트를 포함하는 경우, 발광효율과 수명이 더욱 증가한다. (실험예25 내지 28)
[유기발광다이오드]
양극(ITO, 50Å), 정공주입층(화학식18(97wt%)+화학식14(3wt%), 100Å), 정공수송층(화학식18, 900Å), 전자차단층(100Å), 발광물질층(호스트(98wt%)+도펀트(2wt%), 250Å), 정공차단층(300Å), 전자주입층(LiF, 10Å), 음극(Al, 500Å)을 순차 적층하여 유기발광다이오드를 제작하였다.
1. 비교예
(1) 비교예25
화학식19의 화합물을 이용하여 전자차단층을 형성하고, 도펀트로 화학식6-1의 화합물 Dopant56을 이용하고 호스트로 화학식2의 화합물 Host2를 이용하여 발광물질층을 형성하였으며, 화학식10의 화합물E16과 화학식12의 화합물 F1을 이용하여 정공차단층을 형성하였다. (화합물E16과 화합물 F1의 중량비=1:1)
(2) 비교예26
비교예25에서 화학식19의 화합물 대신에 화학식20의 화합물을 이용하여 전자차단층을 형성하였다.
(3) 비교예27
비교예25에서 화학식19의 화합물 대신에 화학식8의 화합물 H2를 이용하여 전자차단층을 형성하였다.
(4) 비교예28
화학식19의 화합물을 이용하여 전자차단층을 형성하고, 도펀트로 화학식6-1의 화합물 Dopant56을 이용하고 호스트로 화학식2의 화합물 Host4를 이용하여 발광물질층을 형성하였으며, 화학식10의 화합물E16과 화학식12의 화합물 F1을 이용하여 정공차단층을 형성하였다. (화합물E16과 화합물 F1의 중량비=1:1)
(5) 비교예29
비교예28에서, 화학식19의 화합물 대신에 화학식20의 화합물을 이용하여 전자차단층을 형성하였다.
(6) 비교예30
비교예28에서 화학식19의 화합물 대신에 화학식8의 화합물 H2를 이용하여 전자차단층을 형성하였다.
[화학식20]
2. 실험예
(1) 실험예29
화학식8의 화합물 H2를 이용하여 전자차단층을 형성하고, 도펀트로 화학식6-1의 화합물 Dopant56을 이용하고 호스트로 화학식2의 화합물 Host2와 화학식4의 화합물 Host32를 이용하여 발광물질층을 형성하였으며, 화학식10의 화합물E16과 화학식12의 화합물 F1을 이용하여 정공차단층을 형성하였다. (화합물 Host2와 화합물 Host32의 중량비=3:7, 화합물E16과 화합물 F1의 중량비=1:1)
(2) 실험예30
화학식8의 화합물 H2를 이용하여 전자차단층을 형성하고, 도펀트로 화학식6-1의 화합물 Dopant56을 이용하고 호스트로 화학식2의 화합물 Host4와 화학식4의 화합물 Host34를 이용하여 발광물질층을 형성하였으며, 화학식10의 화합물E16과 화학식12의 화합물 F1을 이용하여 정공차단층을 형성하였다. (화합물 Host4와 화합물 Host34의 중량비=3:7, 화합물E16과 화합물 F1의 중량비=1:1)
비교예25 내지 비교예30, 실험예29, 실험예30에서 제작된 유기발광다이오드의 특성(전압(V), 효율(cd/A), 색좌표, 수명(T95))을 측정하여 표7에 기재하였다.
[표7]
표7에서 보여지는 바와 같이, 비교예25, 26, 28, 29와 비교할 때, 정공 차단층이 화학식9의 정공차단물질과 화학식11의 정공차단물질을 포함하는 경우 유기발광다이오드의 발광효율이 향상되고 수명이 크게 증가한다. (비교예27, 30)
또한, 발광물질층이 화학식1에 표시된 안트라센 유도체인 제 1 호스트와 화학식3에 표시된 중수소화된 안트라센 유도체인 제 2 호스트를 포함하는 경우, 발광효율과 수명이 더욱 증가한다. (실험예29, 30)
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기발광표시장치에 이용되는 이중 스택 구조 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 유기발광다이오드(D)는, 서로 마주하는 제 1 및 제 2 전극(160, 164)과, 제 1 및 제 2 전극(160, 164) 사이에 위치하며 유기 발광층(162)을 포함하며, 유기 발광층(290)은 제 1 발광물질층(320)을 포함하는 제 1 발광부(310)와, 제 2 발광물질층(340)을 포함하는 제 2 발광부(330)와, 제 1 발광부(310)와 제 2 발광부(330) 사이에 위치하는 전하 생성층(350)을 포함한다.
제 1 전극(160)은 정공을 주입하는 애노드로 일함수가 높은 도전성 물질, 예를 들어, ITO 또는 IZO로 이루어질 수 있고, 제 2 전극(164)은 전자를 주입하는 캐소드로 일함수가 작은 도전성 물질, 예를 들어, 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 알루미늄-마그네슘 합금(AlMg) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
전하 생성층(350)은 제 1 및 제 2 발광부(310, 330) 사이에 위치하며, 제 1 발광부(310), 전하 생성층(350), 제 2 발광부(330)가 제 1 전극(160) 상에 순차 적층된다. 즉, 제 1 발광부(310)는 제 1 전극(160)과 전하 생성층(350) 사이에 위치하며, 제 2 발광부(330)는 제 2 전극(164)과 전하 생성층(350) 사이에 위치한다.
제 1 발광부(310)는 제 1 발광물질층(320)과, 제 1 전극(160)과 제 1 발광물질층(320) 사이에 위치하는 제 1 전자 차단층(316)과 제 1 발광물질층(320)과 전하 생성층(350) 사이에 위치하는 제 1 정공 차단층(318)을 포함한다.
또한, 제 1 발광부(310)는 제 1 전극(160)과 제 1 전자 차단층(316) 사이에 위치하는 제 1 정공 수송층(314)과 제 1 전극(160)과 제 1 정공 수송층(314) 사이에 위치하는 정공 주입층(312)을 더 포함할 수도 있다.
이때, 제 1 발광 물질층(320)은 안트라센 유도체인 제 1 호스트(322), 중수소화된 안트라센 유도체인 제 2 호스트(324) 및 청색 도펀트(미도시)를 포함하고 청색을 발광한다.
즉, 제 1 발광물질층(320)은 화학식1로 표시되는 제 1 호스트(322), 화학식2로 표시되는 제 2 호스트(324) 및 화학식5-1 또는 화학식5-2로 표시되는 청색 도펀트를 포함할 수 있다.
제 1 발광물질층(320)에서, 제 1 호스트(322)와 제 2 호스트(324)의 중량비는 1:9 내지 9:1, 바람직하게는 1:9 내지 7:3일 수 있다. 충분한 효율과 수명을 구현하기 위해, 제 1 호스트(322)와 제 2 호스트(324)의 중량비는 3:7일 수 있다. 한편, 효율의 감소 없이 수명의 증가를 위해 제 1 호스트(322)와 제 2 호스트(324)의 중량비는 7:3일 수 있다.
제 1 전자 차단층(316)은 화학식7에 표시된 전자차단물질을 포함할 수 있다. 또한, 제 1 정공 차단층(318)은 화학식9의 정공차단물질과 화학식11에 표시된 정공차단물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제 2 발광부(330)는 제 2 발광물질층(340)과, 전하생성층(350)과 제 2 발광물질층(340) 사이에 위치하는 제 2 전자 차단층(334)과 제 2 발광물질층(340)과 제 2 전극(164) 사이에 위치하는 제 2 정공 차단층(336)을 포함한다.
또한, 제 2 발광부(330)는 전하 생성층(350)과 제 2 전자 차단층(334) 사이에 위치하는 제 2 정공 수송층(332)와 제 2 정공 차단층(336)과 제 2 전극(164) 사이에 위치하는 전자 주입층(338)을 더 포함할 수도 있다.
이때, 제 2 발광 물질층(340)은 안트라센 유도체인 제 1 호스트(342), 중수소화된 안트라센 유도체인 제 2 호스트(344) 및 청색 도펀트(미도시)를 포함하고 청색을 발광한다.
즉, 제 2 발광물질층(340)은 화학식1로 표시되는 제 1 호스트(342), 화학식2로 표시되는 제 2 호스트(344) 및 화학식5-1 또는 화학식5-2로 표시되는 청색 도펀트를 포함할 수 있다.
제 2 발광물질층(340)에서, 제 1 호스트(342)와 제 2 호스트(344)의 중량비는 1:9 내지 9:1, 바람직하게는 1:9 내지 7:3일 수 있다. 충분한 효율과 수명을 구현하기 위해, 제 1 호스트(342)와 제 2 호스트(344)의 중량비는 3:7일 수 있다. 한편, 효율의 감소 없이 수명의 증가를 위해 제 1 호스트(342)와 제 2 호스트(344)의 중량비는 7:3일 수 있다.
제 2 발광물질(340)의 제 1 호스트(342)는 제 1 발광물질층(320)의 제 1 호스트(322)와 같거나 다를 수 있고, 제 2 발광물질(340)의 제 2 호스트(344)는 제 1 발광물질층(320)의 제 2 호스트(324)와 같거나 다를 수 있다. 또한, 제 2 발광물질(340)의 청색 도펀트는 제 1 발광물질층(320)의 청색 도펀트와 같거나 다를 수 있다.
제 2 전자 차단층(334)은 화학식7에 표시된 전자차단물질을 포함할 수 있다. 또한, 제 2 정공 차단층(336)은 화학식9의 정공차단물질과 화학식11에 표시된 정공차단물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
전하 생성층(350)은 제 1 발광부(310)와 제 2 발광부(330) 사이에 위치한다. 즉, 제 1 발광부(310)와 제 2 발광부(330)는 전하 생성층(350)에 의해 연결된다. 전하 생성층(350)은 N형 전하 생성층(352)과 P형 전하 생성층(354)이 접합된 PN접합 전하 생성층일 수 있다.
N형 전하 생성층(352)은 제 1 전자 차단층(318)과 제 2 정공 수송층(332) 사이에 위치하고, P형 전하 생성층(354)은 N형 전하 생성층(352)과 제 2 정공 수송층(332) 사이에 위치한다.
이와 같은 유기발광다이오드(D)에서는, 제 1 및 제 2 발광물질층(320, 340)각각이 안트라센 유도체인 제 1 호스트(322, 342)와 중수소화된 안트라센 유도체인 제 2 호스트(324, 344)를 포함하며, 이에 따라 유기발광다이오드(D) 및 유기발광표시장치(100)는 발광효율과 수명에서 장점을 갖는다.
또한, 제 1 및 제 2 전자 차단층(316, 334) 중 적어도 하나가 화학식7에 표시된 아민 유도체를 포함하고 제 1 및 제 2 정공 차단층(318, 336) 중 적어도 하나가 화학식9의 정공차단물질과 화학식11에 표시된 정공차단물질 중 적어도 하나를 포함함으로써, 유기발광다이오드(D) 및 유기발광표시장치(100)의 수명이 더욱 증가한다.
더욱이, 청색 발광부가 이중 스택 구조로 적층됨으로써, 유기발광표시장치(100)에서 높은 색온도의 영상을 구현할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기발광표시장치의 개략적인 단면도이고, 도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기발광표시장치에 이용되는 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 유기발광표시장치(400)는 적색 화소(RP), 녹색 화소(GP) 및 청색 화소(BP)가 정의된 제 1 기판(410)과, 제 1 기판(410)과 마주하는 제 2 기판(470)과, 제 1 기판(410)과 제 2 기판(470) 사이에 위치하며 백색 빛을 발광하는 유기발광다이오드(D)와, 유기발광다이오드(D)와 제 2 기판(470) 사이에 위치하는 컬러필터층(480)을 포함한다.
제 1 기판(410) 및 제 2 기판(470) 각각은 유리기판 또는 플라스틱 기판일 수 있다. 예를 들어, 제 1기판(410) 및 제 2 기판(470) 각각은 폴리이미드로 이루어질 수 있다.
제 1 기판(410) 상에는 버퍼층(420)이 형성되고, 버퍼층(420) 상에는 적색 화소(RP), 녹색 화소(GP) 및 청색 화소(BP) 각각에 대응하여 박막트랜지스터(Tr)가 형성된다. 버퍼층(420)은 생략될 수 있다.
버퍼층(420) 상에는 반도체층(422)이 형성된다. 반도체층(422)은 산화물 반도체 물질로 이루어지거나 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다.
반도체층(422) 상부에는 절연물질로 이루어진 게이트 절연막(424)이 형성된다. 게이트 절연막(424)은 산화 실리콘 또는 질화 실리콘과 같은 무기절연물질로 이루어질 수 있다.
게이트 절연막(424) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 게이트 전극(430)이 반도체층(422)의 중앙에 대응하여 형성된다.
게이트 전극(430) 상부에는 절연물질로 이루어진 층간 절연막(432)이 형성된다. 층간 절연막(432)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(432)은 반도체층(422)의 양측을 노출하는 제 1 및 제 2 콘택홀(434, 436)을 갖는다. 제 1 및 제 2 콘택홀(434, 436)은 게이트 전극(430)의 양측에 게이트 전극(430)과 이격되어 위치한다.
층간 절연막(432) 상에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어지는 소스 전극(440)과 드레인 전극(442)이 형성된다.
소스 전극(440)과 드레인 전극(442)은 게이트 전극(430)을 중심으로 이격되어 위치하며, 각각 제 1 및 제 2 콘택홀(434, 436)을 통해 반도체층(422)의 양측과 접촉한다.
반도체층(422)과, 게이트전극(430), 소스 전극(440), 드레인전극(442)은 상기 박막트랜지스터(Tr)를 이루며, 박막트랜지스터(Tr)는 구동 소자(driving element)로 기능한다.
도시하지 않았으나, 게이트 배선과 데이터 배선이 서로 교차하여 화소영역을 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(442)을 노출하는 드레인 콘택홀(452)을 갖는 보호층(450)이 박막트랜지스터(Tr)를 덮으며 형성된다.
보호층(450) 상에는 드레인 콘택홀(452)을 통해 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(442)에 연결되는 제 1 전극(460)이 각 화소 영역 별로 분리되어 형성된다. 제 1 전극(460)은 애노드일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 큰 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(460)은 ITO 또는 IZO와 같은 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
제 1 전극(460) 하부에는 반사전극 또는 반사층이 더욱 형성될 수 있다. 예를 들어, 반사전극 또는 반사층은 알루미늄-팔라듐-구리(aluminum-palladium-copper: APC) 합금으로 이루어질 수 있다.
보호층(450) 상에는 제 1 전극(460)의 가장자리를 덮는 뱅크층(466)이 형성된다. 뱅크층(466)은 화소(Rp, GP, BP)에 대응하여 제 1 전극(460)의 중앙을 노출한다. 뱅크층(466)은 생략될 수 있다.
제 1 전극(460) 상에는 유기 발광층(462)이 형성된다.
도 6을 참조하면, 유기 발광층(462)은 제 1 발광물질층(520)을 포함하는 제 1 발광부(530)와, 제 2 발광물질층(540)을 포함하는 제 2 발광부(550)와, 제 3 발광물질층(560)을 포함하는 제 3 발광부(570)와, 제 1 발광부(530)와 제 2 발광부(550) 사이에 위치하는 제 1 전하 생성층(580)과, 제 2 발광부(550)와 제 3 발광부(570) 사이에 위치하는 제 2 전하 생성층(590)을 포함한다.
제 1 전극(460)은 정공을 주입하는 애노드로 일함수가 높은 도전성 물질, 예를 들어, ITO 또는 IZO로 이루어질 수 있고, 제 2 전극(464)은 전자를 주입하는 캐소드로 일함수가 작은 도전성 물질, 예를 들어, 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 알루미늄-마그네슘 합금(AlMg) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
제 1 전하 생성층(580)은 제 1 및 제 2 발광부(530, 550) 사이에 위치하며, 제 2 전하 생성층(590)은 제 2 및 제 3 발광부(550, 570) 사이에 위치한다. 즉, 제 1 발광부(530), 제 1 전하 생성층(580), 제 2 발광부(550), 제 2 전하 생성층(590), 제 3 발광부(570)가 제 1 전극(460) 상에 순차 적층된다. 즉, 제 1 발광부(530)는 제 1 전극(460)과 제 1 전하 생성층(580) 사이에 위치하며, 제 2 발광부(550)는 제 1 및 제 2 전하 생성층(580, 590) 사이에 위치하고, 제 3 발광부(570)는 제 2 전하 생성층(590)과 제 2 전극(464) 사이에 위치한다.
제 1 발광부(530)는 제 1 전극(460) 상에 순차 적층되는 정공 주입층(532), 제 1 정공 수송층(534), 제 1 전자 차단층(536), 제 1 발광 물질층(520), 제 1 정공 차단층(538)을 포함할 수 있다. 즉, 정공 주입층(532), 제 1 정공 수송층(534), 제 1 전자 차단층(536)은 제 1 전극(460)과 제 1 발광 물질층(520) 사이에 순차 위치하고, 제 1 정공 차단층(538)은 제 1 발광 물질층(520)과 제 1 전하 생성층(580) 사이에 위치한다.
제 1 발광물질층(520)은 안트라센 유도체인 제 1 호스트(522)와 중수소화된 안트라센 유도체인 제 2 호스트(524) 및 청색 도펀트(미도시)를 포함하고 청색을 발광한다.
즉, 제 1 발광물질층(520)은 화학식1로 표시되는 제 1 호스트(522), 화학식2로 표시되는 제 2 호스트(524) 및 화학식5-1 또는 화학식5-2로 표시되는 청색 도펀트를 포함할 수 있다.
제 1 발광물질층(520)에서, 제 1 호스트(522)와 제 2 호스트(524)의 중량비는 1:9 내지 9:1, 바람직하게는 1:9 내지 7:3일 수 있다. 충분한 효율과 수명을 구현하기 위해, 제 1 호스트(522)와 제 2 호스트(524)의 중량비는 3:7일 수 있다. 한편, 효율의 감소 없이 수명의 증가를 위해 제 1 호스트(522)와 제 2 호스트(524)의 중량비는 7:3일 수 있다.
제 1 전자 차단층(536)은 화학식7에 표시된 전자차단물질을 포함할 수 있다. 또한, 제 1 정공 차단층(538)은 화학식9의 정공차단물질과 화학식11에 표시된 정공차단물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제 2 발광부(550)는 제 2 정공 수송층(552), 제 2 발광 물질층(540), 전자 수송층(554)을 포함할 수 있다. 제 2 정공 수송층(552)은 제 1 전하 생성층(580)과 제 2 발광 물질층(540) 사이에 위치하고, 전자 수송층(554)은 제 2 발광 물질층(540)과 제 2 전하 생성층(590) 사이에 위치한다.
제 2 발광물질층(540)은 황록색 발광물질층일 수 있다. 예를 들어, 제 2 발광 물질층(540)은 호스트와 황록색 도펀트를 포함할 수 있다. 이와 달리, 제 2 발광 물질층(540)은 호스트와, 적색 도펀트 및 녹색 도펀트를 포함할 수도 있다. 이 경우, 제 2 발광 물질층(540)은 호스트와 적색 도펀트(또는 녹색 도펀트)를 포함하는 하부층과 호스트와 녹색 도펀트(또는 적색 도펀트)를 포함하는 상부층으로 구성될 수 있다.
제 3 발광부(570)는 제 3 정공 수송층(572), 제 2 전자 차단층(574), 제 3 발광 물질층(560), 제 2 정공 차단층(576), 전자 주입층(578)을 포함할 수 있다.
제 3 발광물질층(560)에서, 제 1 호스트(562)와 제 2 호스트(564)의 중량비는 1:9 내지 9:1, 바람직하게는 1:9 내지 7:3일 수 있다. 충분한 효율과 수명을 구현하기 위해, 제 1 호스트(562)와 제 2 호스트(564)의 중량비는 3:7일 수 있다. 한편, 효율의 감소 없이 수명의 증가를 위해 제 1 호스트(562)와 제 2 호스트(564)의 중량비는 7:3일 수 있다.
제 3 발광물질(560)의 제 1 호스트(562)는 제 1 발광물질층(520)의 제 1 호스트(522)와 같거나 다를 수 있고, 제 3 발광물질(560)의 제 2 호스트(564)는 제 1 발광물질층(520)의 제 2 호스트(524)와 같거나 다를 수 있다. 또한, 제 3 발광물질(560)의 청색 도펀트는 제 1 발광물질층(520)의 청색 도펀트와 같거나 다를 수 있다.
제 2 전자 차단층(574)은 화학식7에 표시된 전자차단물질을 포함할 수 있다. 또한, 제 2 정공 차단층(576)은 화학식9의 정공차단물질과 화학식11에 표시된 정공차단물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제 2 전자 차단층(574)의 전자차단물질은 제 1 전자 차단층(536)의 전자차단물질과 같거나 다를 수 있고, 제 2 정공 차단층(576)의 정공차단물질은 제 1 정공 차단층(538)의 정공차단물질과 같거나 다를 수 있다.
제 1 전하 생성층(580)은 제 1 발광부(530)와 제 2 발광부(550) 사이에 위치하고, 제 2 전하 생성층(590)은 제 2 발광부(550)와 제 3 발광부(570) 사이에 위치한다. 즉, 제 1 발광부(530)와 제 2 발광부(550)는 제 1 전하 생성층(580)에 의해 연결되고, 제 2 발광부(550)와 제 3 발광부(570)는 제 2 전하 생성층(590)에 의해 연결된다. 제 1 전하 생성층(580)은 N형 전하 생성층(582)과 P형 전하 생성층(584)이 접합된 PN접합 전하 생성층일 수 있고, 제 2 전하 생성층(590)은 N형 전하 생성층(592)과 P형 전하 생성층(594)이 접합된 PN접합 전하 생성층일 수 있다.
제 1 전하 생성층(580)에서, N형 전하 생성층(582)은 제 1 정공 차단층(538)과 제 2 정공 수송층(552) 사이에 위치하고, P형 전하 생성층(584)은 N형 전하 생성층(582)과 제 2 정공 수송층(552) 사이에 위치한다.
제 2 전하 생성층(590)에서, N형 전하 생성층(592)은 전자 수송층(454)과 제 3 정공 수송층(572) 사이에 위치하고, P형 전하 생성층(594)은 N형 전하 생성층(592)과 제 3 정공 수송층(572) 사이에 위치한다.
유기발광다이오드(D)에서, 제 1 및 제 3 발광물질층(520, 560) 각각은 안트라센 유도체인 제 1 호스트(522, 562)과 중수소화된 안트라센 유도체인 제 2 호스트(524, 564), 및 청색 도펀트를 포함한다.
따라서, 제 1 및 제 3 발광부(530, 570)과 황록색을 발광하는 제 2 발광부(550)가 구비된 유기발광다이오드(D)는 백색 빛을 발광할 수 있다.
다시 도 5를 참조하면, 유기 발광층(462)이 형성된 제 1 기판(410) 상부로 제 2 전극(464)이 형성된다.
본 발명의 유기발광표시장치(400)에서는 유기 발광층(462)에서 발광된 빛이 제 2 전극(464)을 통해 컬러필터층(480)으로 입사되므로, 제 2 전극(464)은 빛이 투과될 수 있도록 얇은 두께를 갖는다.
제 1 전극(460), 유기 발광층(462) 및 제 2 전극(464)는 유기발광다이오드(D)를 이룬다.
컬러필터층(480)은 유기발광다이오드(D)의 상부에 위치하며 적색 화소(RP), 녹색 화소(GP) 및 청색 화소(BP) 각각에 대응되는 적색 컬러필터(482), 녹색 컬러필터(484), 청색 컬러필터(486)를 포함한다.
도시하지 않았으나, 컬러필터층(480)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.
또한, 제 2 기판(470)의 외측면에는 외부광 반사를 줄이기 위한 편광판이 부착될 수 있다. 예를 들어, 상기 편광판은 원형 편광판일 수 있다.
도 5에서, 유기발광다이오드(D)의 빛은 제 2 전극(464)을 통과하고, 컬러필터층(480)은 유기발광다이오드(D)의 상부에 배치되고 있다. 이와 달리, 유기발광다이오드(D)의 빛은 제 1 전극(460)을 통과하고, 컬러필터층(480)은 유기발광다이오드(D)와 제 1 기판(410) 사이에 배치될 수도 있다.
또한, 유기발광다이오드(D)와 컬러필터층(480) 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.
전술한 바와 같이, 유기발광다이오드(D)로부터의 백색 빛은 적색 화소(RP), 녹색 화소(GP) 및 청색 화소(BP) 각각에 대응되는 적색 컬러필터(482), 녹색 컬러필터(484), 청색 컬러필터(486)를 통과함으로써, 적색 화소(RP), 녹색 화소(GP) 및 청색 화소(BP)에서 적색, 녹색 및 청색 빛이 표시된다.
한편, 도 5 및 도 6에서, 백색을 발광하는 유기발광다이오드(D)가 표시장치에 이용되고 있다. 이와 달리, 유기발광다이오드(D)는 박막트랜지스터(Tr)와 같은 구동 소자 및 컬러필터층(480) 없이 기판 전면에 형성되어 조명장치에 이용될 수도 있다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기발광표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 7에 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) 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) 상에는 제 1 전극(660), 유기 발광층(662) 및 제 2 전극(664)을 포함하는 유기발광다이오드(D)가 형성된다. 이때, 제 1 전극(660)은 드레인 콘택홀(652)을 통해 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극에 연결될 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.
이때, 유기발광다이오드(D)는 도 3 또는 도 4의 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.
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.
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.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 통상의 기술자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100, 400, 600: 유기발광표시장치 160, 460, 660: 제 1 전극
162, 462, 662: 유기발광층 164, 464, 664: 제 2 전극
240, 320, 340, 520, 540, 560: 발광물질층
242, 322, 342, 522, 562: 제 1 호스트
244, 324, 344, 524, 564: 제 2 호스트
260, 436, 454, 474: 전자수송층 270, 476: 전자주입층
D: 유기발광다이오드

Claims (24)

  1. 제 1 전극과;
    상기 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극과;
    안트라센 유도체인 제 1 호스트와, 중수소화된 안트라센 유도체인 제 2 호스트와, 제 1 청색 도펀트를 포함하고 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 1 발광 물질층과;
    아진 유도체와 벤즈이미다졸 유도체 중 적어도 하나를 포함하고 상기 제 2 전극과 상기 제 1 발광물질층 사이에 위치하는 제 1 정공 차단층을 포함하며,
    상기 제 2 호스트는 하기 화학식3으로 표시되고,
    [화학식3]

    상기 화학식3에서, R1, R2 각각은 독립적으로 C6~C30의 아릴기 또는 C5~C30의 헤테로아릴기이고, L1, L2 각각은 C6~C30의 아릴렌기이며, a, b 각각은 0 또는 1이고, a, b 중 적어도 하나는 0이며,
    x, y, m, n의 합은 15~29인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학식3에서 y는 양의 정수인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학식3에서, R1은 페닐 또는 나프틸이고, R2는 나프틸, 디벤조퓨라닐 또는 축합된 디벤조퓨라닐인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 화학식3에서, L1, L2 각각은 페닐렌인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 호스트는 하기 화학식4로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
    [화학식4]










  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 호스트와 상기 제 2 호스트와 중량비는 1:9 내지 9:1인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 호스트와 상기 제 2 호스트와 중량비는 1:9 내지 7:3인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 호스트와 상기 제 2 호스트와 중량비는 3:7인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 호스트와 상기 제 2 호스트와 중량비는 7:3인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 호스트는 하기 화학식1로 표시되고,
    [화학식1]

    상기 화학식1에서, R1, R2 각각은 독립적으로 C6~C30의 아릴기 또는 C5~C30의 헤테로아릴기이고, L1, L2 각각은 C6~C30의 아릴렌기이며, a, b 각각은 0 또는 1이고, a, b 중 적어도 하나는 0인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 호스트는 하기 화학식2의 화합물 중 하나인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
    [화학식2]






  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 호스트는 상기 제 1 호스트의 수소가 부분적 또는 전부 중수소로 치환된 화합물인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 청색 도펀트는 하기 화학식5-1로 표시되며,
    [화학식5-1]

    상기 화학식5-1에서, c, d 각각은 0 내지 4의 정수이고, e는 0 내지 3의 정수이며, R11, R12 각각은 독립적으로 C1~C10의 알킬기, C6~C30의 아릴기, C5~C30의 헤테로아릴기 또는 C6~C30의 아릴아민기에서 선택되거나 R11 중 인접한 둘 또는 R12 중 인접한 둘은 축합환을 이고, R13은 C1~C10의 알킬기, C6~C30의 아릴기, C5~C30의 헤테로아릴기 또는 C6~C30의 방향족 아민기에서 선택되며, X1 및 X2 각각은 독립적으로 O 또는 NR14이고, R14는 C6~C30의 아릴기인것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 청색 도펀트는 하기 화학식5-2에 표시된 화합물 중 하나인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
    [화학식5-2]


























































  15. 제 1 항에 있어서,
    헤테로아릴기가 치환된 아민 유도체를 포함하고 상기 제 1 전극과 상기 제 1 발광물질층 사이에 위치하는 제 1 전자 차단층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 헤테로아릴기가 치환된 아민 유도체는 하기 화학식6으로 표시되며,
    [화학식6]

    상기 화학식6에서, L은 C6~C30의 아릴렌기이고, R1 및 R2 각각은 수소이거나 인접한 둘이 축합환을 이루거나 R2 중 인접한 둘이 축합환을 이루며, R3는 C5~C30의 헤테로아릴기이고, R4는 수소 또는 C6~C30의 아릴기이며, a는 0 또는 1이고, b는 0 내지 4의 정수이며, c는 0 내지 5의 정수인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 헤테로아릴기가 치환된 아민 유도체는 하기 화학식7의 화합물 중 하나인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
    [화학식7]






  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 아진 유도체는 하기 화학식8로 표시되며,
    [화학식8]

    상기 화학식8에서, Y1 내지 Y5 각각은 독립적으로 CR1 또는 N이고 이중 하나 내지 셋은 N이며, R1은 독립적으로 C6~C30의 아릴기이고,
    L은 C6~C30의 알릴렌기이며, R2는 C6~C30의 아릴기 또는 C5~C30의 헤테로아릴기이고, R3는 수소이거나 인접한 둘이 축합환을 이루며,
    a는 0 또는 1이고, b는 1 또는 2이며, c는 0 내지 4의 정수인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 아진 유도체는 하기 화학식9의 화합물 중 하나인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
    [화학식9]







  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 벤즈이미다졸 유도체는 하기 화학식10으로 표시되며,
    [화학식10]

    상기 화학식10에서, Ar은 C10~C30의 아릴렌기이고, R1은 C6~C30의 아릴기 또는 C5~C30의 헤테로아릴기이이며, R2는 수소, C1~C10의 알킬기 또는 C6~C30의 아릴기인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.

  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 벤즈이미다졸 유도체는 하기 화학식11의 화합물 중 하나인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
    [화학식11]


  22. 제 1 항에 있어서,
    안트라센 유도체인 제 3 호스트와, 중수소화된 안트라센 유도체인 제 4 호스트와, 제 2 청색 도펀트를 포함하고 상기 제 1 발광 물질층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 제 2 발광 물질층과;
    상기 제 1 발광 물질층과 상기 제 2 발광 물질층 사이에 위치하는 제 1 전하 생성층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  23. 제 22 항에 있어서,
    황록색을 발광하고 상기 제 1 전하 생성층과 상기 제 2 발광 물질층 사이에 위치하는 제 3 발광 물질층과;
    상기 제 2 발광 물질층과 상기 제 3 발광 물질층 사이에 위치하는 제 2 전하 생성층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  24. 제 22 항에 있어서,
    적색과 녹색을 발광하고 상기 제 1 전하 생성층과 상기 제 2 발광 물질층 사이에 위치하는 제 3 발광 물질층과;
    상기 제 2 발광 물질층과 상기 제 3 발광 물질층 사이에 위치하는 제 2 전하 생성층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.


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