KR101908509B1 - 탠덤형 백색 유기 발광 소자 - Google Patents
탠덤형 백색 유기 발광 소자 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 전하 생성층에 인접한 정공 수송층의 특성을 달리하여 소자의 효율 및 수명을 개선한 탠덤형 백색 유기 발광 소자에 관한 것으로, 서로 대향된 제 1 전극과 제 2 전극;과, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 n형 전하 생성층과, p형 전하 생성층이 적층 형성된 전하 생성층;과, 상기 제 1 전극과 상기 전하 생성층 사이에, 제 1 정공 수송층, 청색을 발광하는 제 1 발광층 및 제 1 전자 수송층으로 이루어진 제 1 스택; 및 상기 전하 생성층과 상기 제 2 전극 사이에, 상기 p형 전하 생성층과 직접 접한 단일층의 제 2 정공 수송층, 청색보다 장파장의 광을 발광하도록 인광 도펀트를 도핑한 제 2 발광층 및 제 2 전자 수송층을 포함하는 제 2 스택을 포함하며, 상기 p형 전하 생성층은 유기물로만 이루어지며, 상기 p형 전하 생성층에 포함된 적어도 하나의 유기물의 LUMO 레벨은 -4.5eV 내지 -6.0eV이며, 상기 제 2 정공 수송층의 HOMO 레벨은, 상기 p형 전하 생성층에 포함된 적어도 하나의 유기물의 LUMO 레벨과 0.5eV 이내의 차를 갖는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 백색 유기 발광 소자에 관한 것으로 특히, 전하 생성층에 인접한 정공 수송층의 특성을 달리하여 소자의 효율 및 수명을 개선한 탠덤형 백색 유기 발광 소자에 관한 것이다.
최근 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 전기적 정보신호를 시각적으로 표현하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 여러 가지 다양한 평판 표시장치(Flat Display Device)가 개발되어 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube : CRT)을 빠르게 대체하고 있다.
이 같은 평판 표시장치의 구체적인 예로는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 플라즈마 표시장치(Plasma Display Panel device: PDP), 전계방출 표시장치(Field Emission Display device: FED), 유기 발광 표시장치(Organic Light Emitting Device: OLED) 등을 들 수 있다.
이 중, 별도의 광원을 요구하지 않으며 장치의 컴팩트화 및 선명한 컬러 표시를 위해 유기 발광 표시 장치가 경쟁력 있는 어플리케이션(application)으로 고려되고 있다.
이러한 유기 발광 표시 장치는 유기 발광층의 형성이 필수적인데, 종래 그 형성을 위해 새도우 마스크(shadow mask)를 이용한 증착 방법이 이용되었다.
그러나, 새도우 마스크는 대면적의 경우, 그 하중 때문에 쳐짐 현상이 발생하고, 이로 인해 여러번 이용이 힘들고 유기 발광층 패턴 형성에 불량이 발생하기 때문에, 대안적 방법이 요구되었다.
이러한 새도우 마스크를 대체하여 여러 방법이 제시되었던는데, 그 중 하나로서 탠덤(tandem) 방식의 백색 유기 발광 소자(이하, '백색 유기 발광 소자'라 함)라 하며, 이하, 백색 유기 발광 소자에 대해 설명하면 다음과 같다.
백색 유기 발광 소자는, 발광 다이오드 형성시 양극과 음극 사이의 각 층을 마스크 없이 증착시키는 것으로, 유기 발광층을 포함한 유기막들의 형성을 차례로 그 성분을 달리하여 진공 상태에서 증착하는 것을 특징으로 한다.
한편, 백색 유기 발광 소자를 구현하기 위해 둘 이상의 발광층의 색상을 혼합하여 백색을 나타내는 방식이 고려된다. 이 경우, 백색 유기 발광 소자는 양극과 음극 사이에 복수의 색상의 광을 발광하는 서로 다른 발광층을 구비하는 것으로, 각각의 발광층 사이에 전하 생성층이 구비되어, 각 발광층을 기본 구조로 하여 스택을 구분한다.
이러한 백색 유기 발광 소자는, 한 물질을 사용하여 빛을 내는 것이 아니라, 파장별로 각각의 PL 피크(Photoluminescence Peak)가 상이한 발광 재료를 포함하는 복수개의 발광층이 소자 내 다른 위치에서 발광하며, 조합되어 빛이 발생된다. 그리고 일 예로, 형광 발광층을 포함하는 스택과 인광 발광층을 포함하는 스택을 적층시켜 백색 유기 발광 소자를 구현하는 예가 있다.
그러나, 상기와 같은 종래의 백색 유기 발광 소자는 다음과 같은 문제점이 있다.
탠덤형 소자에서는 전하 생성층을 서로 다른 스택 사이에 포함하고 있다. 그리고, 상기 전하 생성층은 인접한 스택으로 전자 또는 정공의 전달을 수행하고 있다. 그런데, 탠덤형 소자에서는 전하 생성층 내에 정공 또는 전자가 인접한 스택으로 전달이 불가한 경우가 있고, 이 경우, 인접한 인광 스택 또는 형광 스택에서 발광이 정상적으로 이루어지지 못하는 문제가 발생한다. 종래 이를 해결하기 위해 전하 생성층과 인접한 다음 스택의 정공 수송층을 엑시톤(혹은 전자) 블락킹층을 포함하는 이중의 층으로 형성하는 예가 있었으나, 이러한 이중층은 계면 증가로 인해 공정 스텝의 증가 뿐만 아니라 정공의 전송의 장애가 생기는 비중이 느는 문제가 있고, 또한, 블락킹층 자체가 수명 감소의 원인이 되기도 하였다.
이에 따라, 전하 생성층의 정공 또는 전자가 인접한 스택으로 주입됨을 방해하는 원인을 밝히고자 하는 연구가 이루어지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 전하 생성층에 인접한 정공 수송층의 특성을 달리하여 소자의 효율 및 수명을 개선한 탠덤형 백색 유기 발광 소자를 제공하는 데, 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 탠덤형 백색 유기 발광 소자는, 서로 대향된 제 1 전극과 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 n형 전하 생성층과, p형 전하 생성층이 적층 형성된 전하 생성층과, 상기 제 1 전극과 상기 전하 생성층 사이에, 제 1 정공 수송층, 청색을 발광하는 제 1 발광층 및 제 1 전자 수송층으로 이루어진 제 1 스택 및 상기 전하 생성층과 상기 제 2 전극 사이에, 상기 p형 전하 생성층과 직접 접한 단일층의 제 2 정공 수송층, 청색보다 장파장의 광을 발광하도록 인광 도펀트를 도핑한 제 2 발광층 및 제 2 전자 수송층을 포함하는 제 2 스택을 포함하며, 상기 p형 전하 생성층은 유기물로만 이루어지며, 상기 p형 전하 생성층에 포함된 적어도 하나의 유기물의 LUMO 레벨은 -4.5eV 내지 -6.0eV이며, 상기 제 2 정공 수송층의 HOMO 레벨은, 상기 p형 전하 생성층에 포함된 적어도 하나의 유기물의 LUMO 레벨과 0.5eV 이내의 차를 갖는 것에 그 특징이 있다.
상기 p형 전하 생성층은, LUMO 레벨이 -4.5eV 내지 -6.0eV이며, 상기 제 2 정공 수송층의 HOMO 레벨과 0.5eV 이내의 차를 갖는 유기 도펀트와, HOMO 레벨이 -4.5eV 내지 -6.0eV이며, 상기 제 2 정공 수송층의 HOMO 레벨과 0.5eV 이내의 차를 갖는 유기 호스트로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 유기 호스트는 상기 제 2 정공 수송층과 동일한 재료일 수 있다.
또한, 상기 유기 호스트의 HOMO 레벨은 상기 유기 도펀트의 LUMO 레벨보다 절대 값이 큰 것이 바람직하다.
상기 제 2 정공 수송층의 삼중항 에너지 준위는 2.5eV 이상이다.
이 경우, 상기 p형 전하 생성층은, 100Å 내지 300Å의 두께를 갖는다.
상기 제 2 정공 수송층은, 300Å 내지 700Å의 두께를 갖는다.
또 다른 예로, 상기 p형 전하 생성층은, LUMO 레벨이 -4.5eV 내지 -6.0eV이며, 상기 제 2 정공 수송층의 HOMO 레벨과 0.5eV 이내의 차를 갖는 하나의 유기물로만 이루어질 수도 있다.
한편, 상기 n형 전하 생성층은, 이형 고리 화합물에 1A족 금속 또는 2A족 금속이 도핑된 것일 수 있다. 경우에 따라, 상기 금속 도핑 대신 n형의 유기 도펀트를 이용할 수도 있다.
상기 n형 전하 생성층은, 50Å 내지 200Å의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 도핑되는 금속은 리튬, 나트륨, 마그네슘, 칼슘 및 세슘 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 이 경우, 상기 n형 전하 생성층의 금속 도핑량은 상기 n형 전하 생성층의 전체 체적의 1% 내지 10%일 수 있다.
또한, 상기 제 2 정공 수송층과, 상기 제 2 전자 수송층은 상기 제 2 발광층에 구비된 호스트의 삼중항 에너지 준위보다 0.01eV 내지 1.2eV 높은 삼중항 에너지 준위를 갖는 것일 수 있다.
한편, 상기 제 2 발광층의 인광 도펀트는 옐로우 그린(yellowish green) 인광 도펀트로 이루어지거나, 황색 인광 도펀트와 녹색 인광 도펀트 혹은 적색 인광 도펀트와 녹색 인광 도펀트를 포함하여 이루어질 수도 있다.
상기와 같은 본 발명의 탠덤형 백색 유기 발광 소자는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 인접한 스택간의 계면에 형성되는 전하 생성층을 다이오드 효과를 갖도록 n형 전하 생성층과 p형 전하 생성층의 적층으로 형성하여, 전하 생성층에 전자 또는 정공이 트랩되지 않고 인접한 스택으로 전달하는 효율을 높여준다.
둘째, 상기 p형 전하 생성층과 직접 접하도록 단일층의 제 2 정공 수송층을 형성함으로써, p형 전하 생성층과 제 2 정공 수송층 사이의 별도의 버퍼층 사용을 줄여 공정 스텝을 줄이고, 계면을 줄여 정공 수송의 장애 요인을 줄일 수 있다. 결과적으로, 유기 재료 사용과 장비 효율을 높일 수 있다.
셋째, 상기 p형 전하 생성층의 재료를 유기물로만 하고, 상기 제 2 정공 수송층의 HOMO 레벨은, 상기 p형 전하 생성층에 포함된 적어도 하나의 유기물의 LUMO 레벨과 0.5eV 이내의 차를 갖도록 하여, 제 2 발광층으로의 정공 수송 효율을 향상시켜 고효율이며, 저전압 구동 특성과 장수명의 효과를 갖는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 탠덤형 백색 유기 발광 소자를 나타낸 단면도
도 2는 본 발명의 탠덤형 백색 유기 발광 소자와 비교되는 소자 A를 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 탠덤형 백색 유기 발광 소자와 비교되는 소자 B를 나타낸 도면
도 4는 소자 A, B의 구동 전압과 전류 밀도의 관계를 나타낸 그래프
도 5는 소자 A, B의 파장에 따른 광세기를 나타낸 그래프
도 6은 소자 A, B의 휘도에 따른 전류 효율을 나타낸 그래프
도 7은 소자 A, B의 시간 경과에 따른 휘도 효율을 나타낸 그래프
도 8은 본 발명의 탠덤형 백색 유기 발광 소자 D를 나타낸 도면
도 9는 도 8의 탠덤형 백색 유기 발광 소자와 비교되는 소자 C를 나타낸 도면
도 10은 소자 A, C, D의 구동 전압과 전류 밀도의 관계를 나타낸 그래프
도 11은 소자 A, C, D의 파장에 따른 광세기를 나타낸 그래프
도 12는 소자 A, C, D의 휘도에 따른 전류 효율을 나타낸 그래프
도 13은 소자 A, C, D의 시간 경과에 따른 휘도 효율을 나타낸 그래프
도 2는 본 발명의 탠덤형 백색 유기 발광 소자와 비교되는 소자 A를 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 탠덤형 백색 유기 발광 소자와 비교되는 소자 B를 나타낸 도면
도 4는 소자 A, B의 구동 전압과 전류 밀도의 관계를 나타낸 그래프
도 5는 소자 A, B의 파장에 따른 광세기를 나타낸 그래프
도 6은 소자 A, B의 휘도에 따른 전류 효율을 나타낸 그래프
도 7은 소자 A, B의 시간 경과에 따른 휘도 효율을 나타낸 그래프
도 8은 본 발명의 탠덤형 백색 유기 발광 소자 D를 나타낸 도면
도 9는 도 8의 탠덤형 백색 유기 발광 소자와 비교되는 소자 C를 나타낸 도면
도 10은 소자 A, C, D의 구동 전압과 전류 밀도의 관계를 나타낸 그래프
도 11은 소자 A, C, D의 파장에 따른 광세기를 나타낸 그래프
도 12는 소자 A, C, D의 휘도에 따른 전류 효율을 나타낸 그래프
도 13은 소자 A, C, D의 시간 경과에 따른 휘도 효율을 나타낸 그래프
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 탠덤형 백색 유기 발광 소자를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 탠덤형 백색 유기 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 1과 같이, 본 발명의 탠덤형 백색 유기 발광 소자는 서로 대향된 제 1 전극(110)과 제 2 전극(190)과, 상기 제 1 전극(110)과 제 2 전극(190) 사이에 n형 전하 생성층(151)과, p형 전하 생성층(152)이 적층 형성된 전하 생성층(150)과, 상기 제 1 전극(110)과 상기 전하 생성층(150) 사이에, 제 1 정공 수송층(120), 청색을 발광하는 제 1 발광층(130) 및 제 1 전자 수송층(140)으로 이루어진 제 1 스택(1100) 및 상기 전하 생성층(150)과 상기 제 2 전극(190) 사이에, 상기 p형 전하 생성층(152)과 직접 접한 단일층의 제 2 정공 수송층(160), 청색보다 장파장의 광을 발광하도록 인광 도펀트를 도핑한 제 2 발광층(170) 및 제 2 전자 수송층(180)을 포함하는 제 2 스택(1200)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 p형 전하 생성층(152)은 유기물로만 이루어지며, 상기 p형 전하 생성층(152)에 포함된 적어도 하나의 유기물의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 레벨은 -4.5eV 내지 -6.0eV이며, 직접 접하는 상기 제 2 정공 수송층(160)의 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital) 레벨은, 상기 p형 전하 생성층(152)에 포함된 적어도 하나의 유기물의 LUMO 레벨과 0.5eV 이내의 차를 갖는다. 이로써, 상기 p형 전하 생성층(152)으로부터 제 2 정공 수송층(160)으로의 정공 수송이 계면에서 큰 장애없이 이루어지게 하고, 또한, 단일의 제 2 정공 수송층(160)은 전자 블락킹 혹은 엑시톤 블락킹의 특성을 갖는 재료로 하여, 상기 제 2 발광층(170)에 전송된 전자 혹은 엑시톤(혹은 삼중항)이 전하 생성층(150)으로 확산됨을 방지하는 역할을 한다. 그리고, 상기 p형 전하 생성층은, 100Å 내지 300Å의 두께를 갖는다.
여기서, 상기 p형 전하 생성층(152)과 직접 접하는 상기 제 2 정공 수송층(160)의 삼중항 에너지 준위는 2.5eV 이상이다.
상기 제 2 정공 수송층(160)은, 300Å 내지 700Å의 두께를 갖는다. 그리고, 그 성분은 예를 들어, C, N, H, O, S를 포함하고 있는 방향족 링(Aromatic ring)을 가진 것을 특징으로 하고 있으며, 정공 전달 특성을 갖기 위하여 재료적으로 가질 수 있는 것은 3차 방향족 아민(Aromatic Amine) 치환기를 가지는 것을 특징으로 하거나, N, O, S을 가지는 이형 고리 링(Heterocyclic ring)을 가지는 것을 특징으로 하는데, 두가지 모두를 가질 수도 있으며, 그 중 하나만을 선택적으로 가질 수도 있다.
한편, 상기 전하 생성층(CGL: Charge Generation Layer)(150)은 서로 인접한 제 1 스택(1100)과 제 2 스택(1200)간 전하 균형 조절 역할을 하기 때문에, 중간 연결층(Intermediate Connector Layer; ICL)이라고도 한다. 이 경우, 전하 생성층(150)은 제 1 스택(1100)으로의 전자의 주입을 돕는 n형 전하 생성층(151)과 제 2 스택(1200)으로의 정공 주입을 돕는 p형 전하 생성층(152)으로 나뉘어 형성될 수 있다.
여기서, 상기 p형 전하 생성층(152)는 단일층 유기물로도 이루어질 수 있고, 경우에 따라, 제 2 정공 수송층(160)과 동일 호스트에, p형 유기 도펀트를 포함하여 이루어질 수도 있다.
후자의 경우, 상기 p형 전하 생성층(152)의 호스트 재료로 이용되는 제 2 정공 수송층(160)의 재료는 전자 또는 엑시톤 블락킹 특성을 갖는 정공 수송 재료를 이용할 수 있다. 그리고, 이 때의 p형 유기 도펀트는 Cyanide(CN)와 Fluoride(F)기를 1개 이상을 가지는 방향족 고리(Aromatic Ring) 또는 알릴(allyl) 화합물 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유기물이며, 상기 p형 유기 도펀트로 되는 유기물은 C, N, F를 반드시 포함하고 있으며, 수소(H)를 선택적으로 가지는 유기물이며, 금속은 포함하고 있지 않다. 일례로, 상기 p형 유기 도펀트로는 2,2'-(퍼플루오르나프탈렌-2,6-디일리덴)디말로노니트릴; 혹은 2,2'-(2,5-디브롬-3,6-디플루오르시클로헥사-2,5-디엔-1,4-디일리덴)디말로노니트릴; 혹은 (2E,2'E,2"E)-2,2',2"-(시클로프로판-1,2,3-트리일리덴)트리스(2-(2,6-디클로르-3,5-디플루오르-4-(트리플루오르메틸)페닐)아세토니트릴); 혹은 4,4',4"-시클로프로판-1,2,3-트리일리덴트리스(시아노메탄-1-일-1-일리덴)트리스(2,3,5,6-테트라플루오르벤조니트릴) 등이 있다.
또한, 상기 n형 전하 생성층(151)에 도핑된 금속은 주기율표의 1A족(알칼리 금속) 또는 2A족(알칼리 토금속)의 금속이다. 예를 들어, 상기 금속은 리튬(Li), 나트륨(Na), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca) 및 세슘(Cs) 중 어느 하나일 수 있다.
경우에 따라, 상기 n형 전하 생성층(151)은 금속을 도핑하는 대신 n형을 나타내는 n형 유기 도펀트를 주입할 수도 있다.
예를 들어, n형 도펀트의 예로, Cr2hpp4 (hpp: 1,3,4,6,7,8-헥사히드로-2H-피리미도[1,2-a]피리미딘의 음이온), Fe2hpp4, Mn2hpp4, Co2hpp4, Mo2hpp4, W2hpp4, Ni2hpp4, Cu2hpp4, Zn2hpp4, W(hpp)4 등이 있으며, 그 밖에, 4,4',5,5'-테트라시클로헥실-1,1',2,2',3,3'-헥사메틸-2,2',3,3-테트라히드로-1H,1'H-2,2'-비이미다졸; 혹은 2,2'-디이소프로필-1,1',3,3'-테트라메틸-2,2',3,3',4,4',5,5',6,6',7,7'-도데카히드로-1H,1'H-2,2'-비벤조[d]이미다졸; 2,2'-디이소프로필-4,4',5,5'-테트라키스(4-메톡시페닐)-1,1',3,3'-테트라메틸-2,2',3,3'-테트라히드로-1H,1'H-2,2'-비이미다졸; 혹은 2,2'-디이소프로필-4,5-비스(2-메톡시페닐)-4',5'-비스(4-메톡시페닐)-1,1',3,3'-테트라메틸-2,2',3,3'-테트라히드로-1H,1'H-2,2'-비이미다졸); 혹은 2,2'-디이소프로필-4,5-비스(2-메톡시페닐)-4',5'-비스(3-메톡시페닐)-1,1',3,3'-테트라메틸-2,2',3,3'-테트라히드로-1H,1'H-2,2'-비이미다졸 등의 유기 도펀트 화합물이 있다.
그리고, 상기 n형 전하 생성층(151)의 금속 또는 n형 유기 도펀트의 도핑량은 상기 n형 전하 생성층의 전체 체적의 1% 내지 10%의 농도로 도핑하며, 보다 바람직하게는 2% 내지 8%의 농도로 하여 전자 또는 정공의 캐리어를 인접한 스택으로 효율이 높게 전송함과 함께 전도성에 의한 측부 누설을 방지한다.
또한, 상기 n형 전하 생성층(151)의 금속 도핑량의 두께는 50 Å 내지 200Å의 두께로 설정하며 보다 바람직하게는 약 100Å 내지 150Å로 설정한다. 이러한 두께 역시 n형 전하 생성층(151)의 측부 누설 방지와 함께, 캐리어의 전송 효율을 높게 하기 위해 선택된 두께이다.
이러한 n형 전하 생성층(151)은 상기 제 1 스택(1100)의 입장에서는 전자 수송층 및 전자 주입층의 기능을 한다. 그리고, 주 재료는 전자 수송 물질에 알칼리 또는 알칼리 토금속이 도핑되어 이루어진다.
예를 들어, 상기 n형 전하 생성층(151)은 전자 수송 물질로 헤테로 고리를 포함하는 용융 방향 고리(fused aromatic ring)를 가질 수 있다.
한편, 상기 인광 발광하는 제 2 스택(1200)에서는 여기 상태의 삼중항 여기자 등이 상기 제 2 정공 수송층(160)이나 제 2 전자 수송층(180)으로 유입됨을 방지하고, 제 2 발광층(170) 내에 유지(confine)시키기 위해, 상기 제 2 정공 수송층(160)과 제 2 전자 수송층(180)은 상기 제 2 발광층(170)에 구비된 호스트의 삼중항 에너지 준위보다 0.01eV 내지 1.2eV 높은 삼중항 에너지 준위를 갖는다.
또한, 상기 청색 형광을 발광하는 제 1 스택(1100)은 TTA(triplet-triplet annihilation)를 고려한 고효율 장수명 특성을 보여주는 소자이다.
즉, 제 1 스택(1100)은 형광 소자의 제한적인 내부 양자 효율(IQE) 25%를 TTA를 통한 지연 형광(delayed fluorescence)의 기여로 약 50% 까지 향상시킴으로써 TTA를 통한 효율 기여를 위해서 제 1 발광층(130) 내에서 TTA 현상이 효율적으로 잘 일어날 수 있도록 소자 구조의 디자인을 적용한다.
즉, 제 1 발광층(130)의 호스트와 도펀트 각각의 ΔEst(singlet-triplet 간의 교환 에너지)가 작을수록 TTA 현상을 통한 삼중항의 일중항으로의 전이가 용이하다. 삼중항 여기자(triplet exciton)를 제 1 발광층(130) 내에 효과적으로 제한(confinement)하기 위해서 제 1 정공 수송층(120)과 제 2 정공 수송층(140)의 삼중항 에너지가 형광 호스트의 삼중항 에너지보다 높아야 한다. 이 조건들이 만족한 상태에서 제 1 정공 수송층(120) 및 제 2 정공 수송층(140)의 캐리어 이동도를 최적화하면 고효율 형광 청색 스택을 얻을 수 있다.
또한, 제 2 스택(1200)은 정공 전달 특성이 강한 호스트와 전자 전달 특성이 강한 호스트의 혼합에 인광 도펀트(옐로우 그린 또는 옐로이쉬 그린의 인광 도펀트, 혹은 황색 및 녹색 인광 도펀트 혹은 적색 및 녹색의 인광 도펀트 등)를 적용한 것이다.
이 경우, 상기 제 1 전극(110)은 양극, 제 2 전극(190)은 음극으로 기능한다. 상기 제 1 전극(110)은 투명 전극, 상기 제 2 전극(190)은 반사 전극을 포함하여 조합되거나 혹은 상기 제 1 전극(110)은 반사 전극을 포함하고, 상기 제 2 전극(190)은 투명 전극으로 이루어질 수 있다.
경우에 따라, 제 1 전극(110)과 상기 제 1 정공 수송층(120) 사이에 정공 주입층을 더 구비할 수 있고, 상기 제 2 전자 수송층(180)과 상기 제 2 전극(190) 사이에 전자 주입층을 더 구비할 수도 있다.
그리고, 상기 제 2 정공 수송층(160)은 단일의 층으로 형성한 데 비해, 상기 제 1 정공 수송층(120), 제 1 전자 수송층(140), 제 2 전자 수송층(180)은 도시된 바와 같이, 단일층으로 형성될 수도 있고 여러층으로 나누어 형성될 수도 있다. 그리고, 단일층으로 형성시 복수의 기능별 재료를 혼합하거나 코데포지션(co-deposition)하여 형성할 수 있다. 또한, 경우에 따라, 이들 정공 수송층 혹은 전자 수송층은 해당 스택의 발광층과 일체형으로 형성될 수도 있다.
이러한 백색 유기 발광 표시 장치는 제 1 스택(1100)의 제 1 발광층(130)으로부터 발광되는 청색광과 제 2 스택(1200)으로부터 발광되는 인광의 혼합 효과에 의해 백색광이 구현된다. 제 2 스택(1200)의 발광색은 제 2 발광층(170)에 포함되는 인광 도펀트에 의해 결정되며, 예를 들어, 단일의 옐로우 그린(yellow green 혹은 yellowish green) 인광 도펀트를 사용하거나, 혹은 황색(yellow) 인광 도펀트와 녹색(green) 인광 도펀트의 혼합 혹은 적색 인광 도펀트와 녹색 인광 도펀트의 혼합을 이용할 수 있다. 어느 경우이나, 제 1 스택(110)의 청색 발광과 함께 혼합 효과로 백색을 발광할 수 있다면 다른 색상의 인광 도펀트로의 대체도 가능하다 할 것이다.
상기 제 1 발광층(130)은 청색 형광 또는 청색 인광이 가능한 재료가 모두 가능하나 하기의 실험에서는 현재까지 개발된 재료의 특성상 청색 형광 재료로 하여 진행하였다.
여기서, 제 2 발광층(170)에는 인광 도펀트 외에 주재료의 호스트가 포함되는데, 단일 호스트를 이용할 수도 있고, 정공 전달 특성이나 전자 전달 특성을 강화하도록 2 이상의 호스트를 이용할 수도 있다. 인광 발광을 위해 호스트에 대해 상기 인광 도펀트의 함량을 약 15% 이내로 도핑하여 제 2 발광층(170)을 형성한다.
한편, 도시된 예는 상기 제 1 전극(110)이 ITO 등의 투명 전극으로 이루어진 양극이며, 제 2 전극(190)이 Al 등의 반사성 금속 전극으로 이루어진 음극으로 이용된 예를 나타낸 것이다.
그러나, 상술한 예에 한정되지 않고, 제 1 스택(1100)과 제 2 스택(1200)의 위치는 서로 그 상하를 달리할 수 있다. 즉, 청색 형광 스택인 제 1 스택이 상부에, 인광 발광 스택인 제 2 스택이 하부에 위치할 수도 있다. 각 스택의 상하 적용에 따라 각 층의 두께는 변화할 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극(110)을 기판(미도시)에 증착하여 차례로 그 상부에 제 1, 제 2 스택을 적층할 수도 있고, 혹은 역으로 제 2 전극(190)을 증착한 후 도시된 바의 역순으로 제 2 스택, 제 1 스택의 순으로 적층할 수도 있다.
상기 제 1 전극(110) 및 제 2 전극(190) 중 하나는 ITO, IZO, ITZO, AZO 등에서 선택되는 투명 전극이며, 나머지 하나는 Al, Mg 등의 반사성 전극이다.
본 발명은 하기의 실험을 통해, p형 전하 생성층과 인접한 제 2 정공 수송층의 특성 변경에 따라 탠덤형 백색 유기 발광 소자의 특성이 어떻게 달라지는 점을 관찰하여, 가장 최적의 전하 생성층과 제 2 정공 수송층의 계면 대응을 채택한 것이다.
이하의 실험에서는 도 1의 단면도를 참조하여 제 1 스택은 형광 발광층으로써 청색 형광층으로, 제 2 스택(인광 스택)의 발광층은 청색보다는 장파장의 옐로우 그린의 인광 발광하는 인광 발광층으로 구현하였다. 청색 형광층과 인광 발광층의 발광색을 혼합하여 백색 표시가 가능하도록 해당층의 두께와 포함되는 색소 또는 도펀트 량을 조절한다.
도 2는 본 발명의 탠덤형 백색 유기 발광 소자와 비교되는 소자 A를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 탠덤형 백색 유기 발광 소자와 비교되는 소자 B를 나타낸 도면이다. 그리고, 하기 표 1은 소자 A, B의 효율을 수치로 비교하여 나타낸 것이다. 이러한 실험은 10mA/cm2의 전류 인가 조건에서 진행하였다.
도 2 및 도 3은 각 소자 내 특히 각 층의 HOMO-LUMO 레벨의 에너지 밴드갭을 나타낸 것으로, 제 1 스택은 개략적으로 나타내었다.
도 2, 도 3과 같이, 비교 소자 A, B는 제 1 전극(10), 제 1 스택(청색 형광 스택), n형 전하 생성층(51), p형 전하 생성층(52), 제 2 발광층(70), 전자 수송층(80), 전자 주입층(85), 제 2 전극(90)은 동일 조건으로 하고, 상기 p형 전하 생성층(52)과 인접한 제 2 정공 수송층의 구성을 달리한 것이다. 즉, 도 2의 비교 소자 A는 제 2 정공 수송층을 서로 다른 물질의 이층으로 나누어 NPD 등의 정공 수송재료로 이루어진 제 1층(HTL1)(61), 전자 또는 엑시톤(exiton)의 블락킹 재료로 이루어진 제 2층(HTL2)(62)으로 형성하였고, 도 3의 비교 소자 B는 제 2 정공 수송층(65)을 단일의 전자 또는 엑시톤 블락킹 특성이 있는 재료로 하여 하나의 층으로 형성하였다. 이 경우, 상기 제 2 정공 수송층(65)은 상기 비교 소자 A의 제 2 층(62)과 동일 재료로, 상기 제 1, 제 2 층(61, 62)의 합한 두께로 그 두께를 설정하였다. 도 2와 같이, 제 2 층(62)이 상대적으로 제 1층(61)보다 HOMO-LUMO 범위가 약간 하측으로 내려온다.
또한, 실험에서는, 재료적으로 상기 소자 A의 제 2 층(62)과 상기 B 소자의 정공 수송층(65)을 동일 재료로 하였다. 이 경우, 비교 소자 B의 상기 p형 전하 생성층(52)은, LUMO 레벨이 -4.5eV 내지 -6.0eV이며, 상기 제 2 정공 수송층(65)의 HOMO 레벨과 0.5eV 이내의 차를 갖는 하나의 유기물로만 이루어진 것이다.
표 1과 같이, 소자 B는 구동 전압, 휘도, 외부 양자 효율 특성이 모두 소자 A 대비 낮은 것을 보여주며, 색좌표 특성 또한, 제 2 스택의 백색의 파장 순도가 약간 떨어짐을 알 수 있다.
도 4는 소자 A, B의 구동 전압과 전류 밀도의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 4와 같이, 구동 전압 증가시 전류 밀도 역시 증가함을 나타내나, A 소자 대비 B 소자에서 동일 전류 밀도에 대해 요구되는 구동 전압이 큼을 알 수 있다. 여기서, 표 1과 같이, 동일의 10mA/cm2에서, 요구되는 구동 전압이 A 소자는 7.3V, B 소자는 11.1V로, B 소자가 요구되는 구동전압이 큼을 수치적으로도 확인할 수 있다.
이러한 A소자와 B 소자의 구동 전압과 전류 밀도의 관계의 차이는 다음으로 유추된다. 즉, B 소자의 경우, p형 전하 생성층(52)을 단일의 층으로 하여 구비시 단일의 정공 수송층(65)과 p형 전하 생성층(52)과 HOMO 레벨 차이가 크고, 또한, p형 전하 생성층(52)과 인접한 정공 수송층(65)의 재료 구조적 차이로 이들 계면에서 캐리어 유입시 장애가 크기 때문에 인가되어야 할 구동 전압 값이 크게 요구되는 것으로 이해되고 있다.
도 5는 소자 A, B의 파장에 따른 광세기를 나타낸 그래프이다.
도 5와 같이, A 소자와 B 소자는 각각 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 같은 두께의 유기물 적용으로, 결과적으로 캐비티(cavity) 특성은 동일하며, 이에 따라 메인 피크(main peak)는 동일 위치에서 발생함을 알 수 있다. 그러나, 상대적으로 B 소자의 경우, 구동 전압 상승 및 캐리어 밸런스(carrier balance) 불균형으로 제 2 스택의 인광 소자의 광 세기 저하가 나타나 그 효율이 감소됨을 알 수 있다.
도 6은 소자 A, B의 휘도에 따른 전류 효율을 나타낸 그래프이다.
도 6과 같이, 상술한 이유와 같이, A 소자 대비 B 소자가 휘도 대비 전류 효율 저하됨을 알 수 있다.
도 7은 소자 A, B의 시간 경과에 따른 휘도 효율을 나타낸 그래프이다.
도 7과 같이, 50mA/cm2의 전류 밀도 하에서, 초기 휘도 L0 대비 휘도 L 변화를 시간 경과에 따라 살펴보면, B 소자의 경우 L/L0이 95%로 변하는데, 약 5시간 경과하는 것으로, A 소자의 40시간 대비 1/8 수준임을 알 수 있다.
이하, 비교 소자 A 대비 효율 및 수명이 모두 개선된 본 발명의 탠덤형 백색 유기 발광 소자를 살펴본다.
도 8은 본 발명의 탠덤형 백색 유기 발광 소자 D를 나타낸 도면이며, 도 9는 도 8의 탠덤형 백색 유기 발광 소자와 비교되는 비교소자 C를 나타낸 도면이다.
도 8과 같이, 본 발명의 탠덤형 백색 유기 발광 소자 D는, p형 전하 생성층(152)이, LUMO 레벨이 -4.5eV 내지 -6.0eV이며, 제 2 정공 수송층(160)의 HOMO 레벨과 0.5eV 이내의 차를 갖는 유기 도펀트(organic dopant)(D:152b)와, HOMO 레벨이 -4.5eV 내지 -6.0eV이며, 상기 제 2 정공 수송층(160)의 HOMO 레벨과 0.5eV 이내의 차를 갖는 유기 호스트(organic host)(H: 152a)로 이루어진 것이다. 이 경우, 상기 유기 호스트는 상기 제 2 정공 수송층(160)과 동일한 재료일 수 있다.
상기 p형 전하 생성층(152)의 구성을 제외하여, 나머지 제 1 전극(110), 제 1 스택 유닛(1100), n형 전하생성층(151), 제 2 정공 수송층(160), 제 2 발광층(170), 제 2 전자 수송층(180), 제 2 전자주입층(185)/제 2 전극(190)은 상술한 도 3의 B 소자와 동일하며, 그 설명을 생략한다.
하기 표 2의 실험은, 상기 유기 호스트(152a)를 상기 제 2 정공 수송층(160)의 재료와 동일한 재료로 하여 실험을 하였는데, 이에 한하지 않고, 다른 재료로 하여 도 8의 에너지 준위 특성을 갖는 조건으로 이용할 수 있다.
그리고, 도시된 바와 같이, 상기 p형 전하 생성층(152)의 유기 호스트(152a)의 HOMO 레벨은 상기 유기 도펀트(152b)의 LUMO 레벨보다 절대 값이 크게, p형 전하 생성층(152)의 유기 호스트(152a)와 유기 도펀트(152b)의 HOMO-LUMO 레벨이 경계부가 약간 오버랩되게 할 수도 있고, 경우에 따라, 그들의 HOMO-LUMO 레벨이 약간의 이격을 갖도록 에너지 준위 특성을 갖게 설계할 수도 있다. 상기 유기 도펀트(152b)의 LUMO 레벨 및 상기 유기 호스트(152a)의 HOMO 레벨은 상기 제 2 정공 수송층(160)의 HOMO 레벨보다 0.5eV 이내의 차를 갖도록, 설계된다. 이는 제 2 정공 수송층(160)을 블록킹 특성이 강한 단일층으로 형성하면서도 p형 전하 생성층(152)의 유기 호스트(152a)와 제 2 정공 수송층(160)의 HOMO 레벨을 근접하게 조절하게 함으로써, 정공의 효과적인 주입을 가능하게 하고, 제 2 발광층(170)에서 제 2 정공 수송층(160) 또는 전하 생성층(150)으로 여기자(triplet exciton)의 확산을 막아 효율 저하를 방지하기 위함이다.
상기 유기 도펀트의 LUMO 레벨과 상기 호스트 HOMO 레벨의 가변 범위는 도 8에 도시된 화살표의 범위와 같다.
도 9는, 비교 소자 C를 나타낸 것으로, 비교 소자 D와 비교하여, 제 2 정공 수송층을 제 1 층(61), 제 2 층(62)으로 나누어 형성한 것만이 상이하다.
구체적으로 표 2를 통해 비교 소자 C와 D를 비교한다.
표 2와 같이, 전류 밀도 10mA/cm2의 조건에서, 구동 전압, 휘도, 양자효율 및 색좌표를 살펴보면, 본 발명의 탠덤형 백색 유기 발광 소자 D는 비교 소자 C와 대비하여, 구동 전압, CIEx 좌표는 거의 동일한 값을 갖고, 휘도(Cd/A)과 외부 양자 효율(EQE)은 향상된 값을 갖는다. 또한, 제 1, 제 2 스택의 혼합 발광시 CIEy 좌표는 비교 소자 C는 0.323, 본 발명의 탠덤형 백색 유기 발광 소자 D는 0.322로, 백색 파장 순도가 소자 C와 D가 거의 유사한 값을 갖는다.
즉, 효율은 소자 C, D가 같거나 소자 D가 약간 향상된 값을 나타냄을 알 수 있으며, 색좌표는 거의 동일 특성을 가짐을 알 수 있다.
도 10은 소자 A, C, D의 구동 전압과 전류 밀도의 관계를 나타낸 그래프이다.
표 2 및 도 10과 같이, 10mA/cm2의 전류 밀도 조건에서, A, C, D가 거의 동일한 특성을 보임을 알 수 있다. 그런데, 구동 전압이 증가하며, 소자 D가 가장 우측에 위치한 것을 관찰할 수 있다. 이는 구동 전압이 상승할수록 전류 밀도 효율이 좋아짐을 의미한다.
도 11은 소자 A, C, D의 파장에 따른 광세기를 나타낸 그래프이다.
도 11과 같이, 제 1, 제 2 전극(110, 190) 사이에 유기물을 동일 두께로 적용한 것으로, 캐비티(cavity) 특성은 동일하여, 메인 피크는 동일한 위치에 나타남을 알 수 있다. 제 2 스택의 EL 피크 특성치 역시 앞서 설명한 B 구조와는 달리 낮은 A, C, D 소자가 거의 유사한 값을 가짐을 알 수 있다. 이는 p형 전하 생성층의 상술한 HOMO-LUMO 특성을 갖는 유기 호스트 및 유기 도펀트 구비에 의해 D 소자의 경우에도 전압 상승없이 정공 수송이 최적 효율을 나타냄을 의미한다.
도 12는 소자 A, C, D의 휘도에 따른 전류 효율을 나타낸 그래프이다.
도 12와 같이, 휘도에 따른 전류 효율을 살펴보면, 유사 정도를 나타내지만 소자 D가 가장 휘도 대비 전류 효율이 높음을 알 수 있다.
도 13은 소자 A, C, D의 시간 경과에 따른 휘도 효율을 나타낸 그래프이다.
도 13과 같이, 본 발명의 탠덤형 백색 유기 발광 소자인 D의 경우, 초기 휘도 L0 대비 변화된 휘도 L이 95%가 될 때까지 경과시간이 긴 것으로, 비교소자 A, C 대비 장수명을 나타냄을 알 수 있다. D 소자가 거의 비교 소자 A 대비 50% 이상의 상승효과를 나타냄을 알 수 있다. 수명 증가된 이유로는 p형 전하 생성층과 제 2 정공 수송층의 배리어 차이에 문제가 없으며, p형 전하 생성층과 제 2 발광층 사이의 제 2 정공 수송층을 단일층으로 하여 버퍼층 제거를 통해 정공의 제 2 발광층으로의 전송 중에 만나게 되는 계면 감소가 큰 역할을 한 것으로 보인다.
상술한 실험에서 도 1의 단면도와 도 8의 각 층의 에너지 준위를 참조하여 제 1 스택(형광 스택)의 발광층은 청색 형광층으로, 제 2 스택(인광 스택)의 발광층은 옐로우 그린의 인광 발광하는 발광층으로 구현하였다.
이하에서 진행한 소자들의 실험예의 구조를 간략히 설명한다. 비교 소자 C는 본 발명의 소자 D와 비교하여, 상기 제 2 정공 수송층 외에 p형 전하 수송층과 제 2 정공 수송층과의 사이의 층간에 NPD 를 재료로 하는 정공 수송층 기능을 갖는 버퍼층으로 더 구비한 것에서만 차이점이 있고, 비교 소자 B는 단일의 유기 재료로 p형 전하 생성층을 형성한 것에서만 차이점이 있는 것으로, 구체 B, C 실험예의 설명은 생략한다.
또한, A 소자는 비교 소자 B 대비 추가로 NPD의 정공 수송층 기능을 갖는 버퍼층을 더 구비한 것으로 구체 실험예 설명은 생략한다.
[소자 D의 실험예]
이하, 본 발명의 탠덤형 백색 유기 발광 소자의 형성에 대해 간략히 살펴본다.
이러한 실시예는 일예에 한한 것이고, 이하의 층들의 재료는 이에 한정되지 않고, 해당 층의 기능성을 유지한다면 다른 재료로 변경이 가능하다 할 것이다.
투명한 기판(미도시) 상에 매트릭스 상의 각 화소에 배치되는 박막 트랜지스터(미도시)를 포함하는 박막 트랜지스터 어레이를 형성한다.
이어, 도 1 및 도 8과 같이, 상기 박막 트랜지스터와 접속되도록 하여, 양극 물질로서 제 1 전극(110)을 형성한다. 양극 물질로는 흔히 ITO(Indium Tin Oxide)가 쓰인다.
이어, 상기 제 1 전극(110) 위에 제 1 정공 수송층(120) 을 형성한다. 상기 제 1 정공 수송층(120)은 HAT-CN (화학식 1)을 50 Å, NPD (화학식 2) (4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenylamino]-biphenyl)에 (N,N'-diphenyl-N-naphthyl-N'-biphenyl-1,1'-biphenyl-4,4"-diamine)를 1600~1700Å, TCTA (화학식 3) 혹은 후술하는 전자 혹은 엑시톤 블락킹 특성을 갖는 제 2 정공 수송층과 동일 재료를 200Å 연속하여 증착한 것이다.
이어, 상기 제 1 정공 수송층(120) 상에 청색 형광의 제 1 발광층(130)을 형성한다. 상기 제 1 발광층(130)은 AND (화학식 4)에 tBu-Perylene (화학식 5)을 포함하여 약 250Å의 두께로 형성한다.
이어, 상기 제 1 발광층(130) 상에 제 1 전자 수송층(140)을 형성한다. 상기 제 1 전자 수송층(140)은 LGC ETL(화학식 6)로 약 250Å의 두께로 형성한다.
이어, 상기 n형 전하 생성층(151)과 p형 전하 생성층(152)을 차례로 증착한다. 상기 n형 전하 생성층(151)은 리튬을 3%의 양으로 도핑한 BPhen(화학식 7)으로 약 100Å의 두께로 형성하고, 상기 p형 전하 생성층(152)은 전자 또는 엑시톤 블락킹 특성을 갖는 정공 수송 재료를 유기 호스트로 하고 상술한 p형 유기 도펀트를 10% 내지 20%로 도핑하여, 약 100Å의 두께로 형성한 것이다.
이어, 상기 p형 전하 생성층(152) 상에 상기 제 2 정공 수송층(160)을 상기 유기 호스트와 동일 재료로 하여 형성한다. 상기 제 2 정공 수송층(160)은 약 500Å 내지 700Å의 두께로 증착한다.
이어, 제 2 발광층(170)을 상기 제 2 정공 수송층(160) 상에 형성한다. 상기 제 2 발광층은 BAlq(화학식 8)에 YG 도펀트(화학식 9)를 포함하는 발광층으로 약 300Å의 두께로 형성한다.
이어, 상기 제 2 발광층(170) 상에, 제 2 전자 수송층(180)을 형성한다. 상기 제 2 전자 수송층(180)은 LGC ETL을 약 350Å, 전자 주입층(185)으로서 LiF를 약 10Å으로 하여 연속 증착한다.
이어, 상기 LiF 성분의 전자 주입층(185) 상에, Al 등의 반사성 금속으로 음극으로서 제 2 전극(190)을 형성한다.
[화학식 1]
[화학식 2]
[화학식 3]
[화학식 4]
[화학식 5]
[화학식 6]
[화학식 7]
[화학식 8]
[화학식 9]
상술한 실시예에서 실험된 상기 p형 전하 생성층 내의 유기 호스트는 약 -5.5eV의 HOMO 레벨을 갖고 있고, 유기 도펀트는 약 -5.2eV의 LUMO 레벨을 가지며, 이와 인접한 제 2 정공 수송층은 -5.5 eV의 HOMO레벨을 갖는 것으로, 제 2 정공 수송층의 HOMO 레벨과 유기 도펀트의 LUMO 레벨은 약 0.3eV의 차를, 제 2 정공 수송층의 HOMO 레벨과 유기 호스트의 HOMO 레벨은 거의 동일한 값을 갖는다. 실험된 예에서 상술한 표 2에서와 같은 효과가 있음을 확인하였다. 그러나, 본 발명의 가능한 실시예는 이에 한하지 않고, 상기 제 2 정공 수송층의 HOMO 레벨과 각각 유기 호스트의 LUMO 레벨 및 유기 도펀트의 HOMO 레벨이 약 0.5eV 차를 갖는 범위에서 가능하다 할 것이다.
본 발명의 탠덤형 백색 유기 발광 소자는, n형 전하 생성층을 유기 재료의 호스트-유기 n형 도펀트 혹은 유기 재료의 호스트-알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 도핑을 적용하고, p형 전하 생성층을 유기 재료의 호스트-유기 p형 도펀트 구조를 적용함과 동시에, 상기 p형 유기 도펀트의 LUMO 레벨을 바로 인접한 제 2 정공 수송층의 HOMO 레벨과 가깝게 조절하거나 p형 유기 호스트 HOMO 레벨을 상기 제 2 정공 수송층의 HOMO 레벨에 근접하게 조절하여, 정공의 전송이 제 2 정공 수송층으로 원활히 이루어지게 한 것이다. 즉, 제 2 정공 수송층을 버퍼층(정공 수송 재료) 없이, 구동 전압 상승의 방지하여, 층 단순화와 정공 수송 효율을 높인 것이다. 또한, 단일층의 상기 제 2 정공 수송층 재료로 전자 또는 엑시톤의 블락킹 재료를 이용하여, 제 2 발광층으로부터 전하 생성층으로의 전자 또는 엑시톤의 유입 방지의 효과를 동시에 갖게 하여, 발광 효율을 높여, 장수명 및 고효율의 효과를 함께 얻을 수 있다.
현재 탠덤형 백색 유기 발광 소자 형성시 적용하는 총 14개의 층 수를 본 발명의 탠덤형 백색 유기 발광 소자는 12~13개의 층으로 할 수 있어, 구조 단순화가 예상되며, 금속 도핑 n형 전하 생성층 구조 또는 유기 호스트-도펀트 n형 전하 생성층 구조와 결합하여 기술된 문제점을 해결한 고효율 및 저전압이며 장수명 소자를 얻을 수 있다.
한편, 상술한 구조의 비교 소자 B의 경우, 정공 수송층의 재료를 달리하여 단일의 유기물 재료의 p형 전하 생성층으로도 구동 전압 및 효율을 비교 소자 A와 유사하게 낮출 수 있으며, 그에 대한 재료 개발이 진행 중이다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
110: 제 1 전극 120: 제 1 공통층
130: 제 1 발광층 140: 제 2 공통층
150: 전하 생성층 151: n형 전하 생성층
152: p형 전하 생성층 160: 제 3 공통층
170: 제 2 발광층 180: 제 4 공통층
190: 제 2 전극 1100: 제 1 스택
1200: 제 2 스택
130: 제 1 발광층 140: 제 2 공통층
150: 전하 생성층 151: n형 전하 생성층
152: p형 전하 생성층 160: 제 3 공통층
170: 제 2 발광층 180: 제 4 공통층
190: 제 2 전극 1100: 제 1 스택
1200: 제 2 스택
Claims (16)
- 서로 대향된 제 1 전극과 제 2 전극;
상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 n형 전하 생성층과, 상기 n형 전하 생성층과 접한 p형 전하 생성층;
상기 제 1 전극과 상기 n형 전하 생성층 사이에, 제 1 정공 수송층, 청색을 발광하는 제 1 발광층 및 제 1 전자 수송층으로 이루어진 제 1 스택; 및
상기 p형 전하 생성층과 상기 제 2 전극 사이에, 상기 p형 전하 생성층과 직접 접한 단일층의 제 2 정공 수송층, 청색보다 장파장의 광을 발광하도록 인광 도펀트를 도핑한 제 2 발광층 및 제 2 전자 수송층으로 이루어진 제 2 스택을 포함하며,
상기 p형 전하 생성층은 유기물로만 이루어지며, 상기 p형 전하 생성층에 포함된 적어도 하나의 유기물의 LUMO 레벨은 -4.5eV 내지 -6.0eV이며,
상기 제 2 정공 수송층의 HOMO 레벨은, 상기 p형 전하 생성층에 포함된 적어도 하나의 유기물의 LUMO 레벨과 0.5eV 이내의 차를 갖는 것을 특징으로 하는 탠덤형 백색 유기 발광 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 p형 전하 생성층은,
LUMO 레벨은 -4.5eV 내지 -6.0eV이며, 상기 제 2 정공 수송층의 HOMO 레벨과 같거나 0.5eV 이내의 차를 갖는 유기 도펀트와,
HOMO 레벨이 -4.5eV 내지 -6.0eV이며, 상기 제 2 정공 수송층의 HOMO 레벨과 같거나 0.5eV 이내의 차를 갖는 유기 호스트로 이루어진 것을 특징으로 하는 탠덤형 백색 유기 발광 소자. - 제 2항에 있어서,
상기 유기 호스트는 상기 제 2 정공 수송층과 동일한 재료인 것을 특징으로 하는 탠덤형 백색 유기 발광 소자. - 제 2항에 있어서,
유기 호스트의 HOMO 레벨은 상기 유기 도펀트의 LUMO 레벨보다 절대 값이 큰 것을 특징으로 하는 탠덤형 백색 유기 발광 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 제 2 정공 수송층의 삼중항 에너지 준위는 2.5eV 이상인 것을 특징으로 하는 탠덤형 백색 유기 발광 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 p형 전하 생성층은, 100Å 내지 300Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 탠덤형 백색 유기 발광 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 제 2 정공 수송층은, 300Å 내지 700Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 탠덤형 백색 유기 발광 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 p형 전하 생성층은,
LUMO 레벨이 -4.5eV 내지 -6.0eV이며, 상기 제 2 정공 수송층의 HOMO 레벨과 0.5eV 이내의 차를 갖는 하나의 유기물로만 이루어진 것을 특징으로 하는 탠덤형 백색 유기 발광 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 n형 전하 생성층은, 이형 고리 화합물에 1A족 금속 또는 2A족 금속이 도핑된 것을 특징으로 하는 탠덤형 백색 유기 발광 소자. - 제 9항에 있어서,
상기 n형 전하 생성층은, 50Å 내지 200Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 탠덤형 백색 유기 발광 소자. - 제 9항에 있어서,
상기 도핑되는 금속은 리튬, 나트륨, 마그네슘, 칼슘 및 세슘 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 탠덤형 백색 유기 발광 소자. - 제 9항에 있어서,
상기 n형 전하 생성층의 금속 도핑량은 상기 n형 전하 생성층의 전체 체적의 1% 내지 10%인 것을 특징으로 하는 탠덤형 백색 유기 발광 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 제 2 정공 수송층과, 상기 제 2 전자 수송층은 상기 제 2 발광층에 구비된 호스트의 삼중항 에너지 준위보다 0.01eV 내지 1.2eV 높은 삼중항 에너지 준위를 갖는 것을 특징으로 하는 탠덤형 백색 유기 발광 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 제 2 발광층의 인광 도펀트는 옐로우 그린(yellowish green) 인광 도펀트로 이루어진 것을 특징으로 하는 탠덤형 백색 유기 발광 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 제 2 발광층의 인광 도펀트는 황색 인광 도펀트와 녹색 인광 도펀트를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 탠덤형 백색 유기 발광 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 제 2 발광층의 인광 도펀트는 적색 인광 도펀트와 녹색 인광 도펀트를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 탠덤형 백색 유기 발광 소자.
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