KR100866542B1 - 백색 유기 전기 발광소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고효율 백색 유기전기발광소자(WOLED)에 관한 것이다. 본 백색 유기 전기 발광소자는 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 형성되는 정공 수송층; 상기 정공 수송층 상에 형성되는 정공 주입층; 상기 정공 주입층 상에 형성되며, 형광 발광 특성을 갖는 형광 발광 영역과, 인광 발광 특성을 갖는 인광 발광 영역을 포함하는 발광층; 상기 발광층 상에 형성되는 전자 수송층; 상기 전자 수송층 상에 형성되는 전자 주입층; 및 상기 전자 주입층 상에 형성되는 제2 전극을 포함하며, 상기 형광 발광 영역을 구성하는 호스트는 상기 인광 발광 영역의 도펀트의 삼중항 밴드갭 보다 더 큰 삼중항 밴드갭을 가지는 물질인 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 적색의 삼중항 상태로부터 청색의 삼중항 상태로의 에너지 전이를 막아 고효율 백색 유기전기발광소자를 제공할 수 있다.

백색 유기 전기 발광소자, 형광 발광층, 인광 발광층, 삼중항, 일중항

Description

백색 유기 전기 발광소자{White Organic light Emitting Diode}

본 발명은 백색 유기전기발광소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 발광층이 인광 발광층과 형광발광층으로 구비된 하이브리드형 유기전기발광소자에 있어서 인광 발광층의 인광 도판트의 삼중항 보다 형광발광층의 호스트의 삼중항 밴드갭이 큰 백색 유기전기발광소자에 관한 것이다.

일반적으로, 유기전기발광소자는 기판 상에 투명 전극, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 및 금속 전극을 포함하며, 각 층들은 고진공 하에서 차례로 적층된다. 상기 구조를 갖는 유기전기발광소자는 투명전극과 금속전극에 전원의 (+)단자와 (-)단자를 각각 연결하여 유기전기발광소자에 전원을 공급함으로써, 발광층을 발광시킨다.

투명전극과 금속전극에 전원이 공급되면, 정공은 투명 전극으로부터 정공 수송층을 통해 발광층에 공급되고, 전자는 금속 전극으로부터 전자 수송층을 통해 발광층에 공급된다. 발광층에 공급된 정공과 전자가 각각 발광층에서 결합하여 여기 자를 형성한 후, 여기자로부터 정공과 전자 사이의 에너지에 해당하는 빛을 발하게 된다. 유기전기발광소자는 응답속도가 빠르며, 저 전압구동으로 자기 발광형이기 때문에 배면광(back light)이 필요 없어 경량 박형이 가능하며, 휘도가 뛰어나며 시야각 의존성이 없는 등 여러 가지 장점을 가지고 있다.

유기전기발광소자를 이용하여 풀 칼라 디스플레이를 제조하는 방법 중 하나는 백색 유기전기발광소자의 백색광과 적색, 녹색 및 청색광을 필터링해 주는 컬러필터를 사용하는 방법이 있다. 이러한 방법은 효율은 떨어지지만 대면적 양산에 있어서 높은 생산성을 갖는다는 장점을 가지고 있다.

백색 발광 특성을 갖는 유기전기발광소자를 제작하기 위해서는 빛의 삼원색인 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 발광 특성을 갖는 발광물질들을 적층하거나, 서로 보색 관계를 갖는 발광물질들을 적층한다. 이에 따라 백색 유기전기발광소자는 삼 파장 백색 유기전기발광소자와 이 파장 백색 유기전기발광소자로 분류할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 형광/인광 하이브리드 구조의 백색 유기전기발광소자의 개략적인 에너지 밴드 다이어그램이다. 도 1을 참조하면, 종래 백색 유기전기발광소자는 제1 전극(10), 정공주입층(11), 정공수송층(12), 형광 발광층(13), 인광 발광층(14), 정공 장벽층(15), 전자 수송층(16), 전자 주입층(17) 및 제2 전극(18)을 포함한다. 상기 형광 발광층(13)과 인광 발광층(14)의 유기화합물이 형성하는 여기 상태는 일중항 여기상태(a)와 삼중항 여기상태(b)가 있으며, 일중항 여기상태(a)에 의한 발광을 형광이라고 부르고, 삼중항 여기 상태(b)에 의한 발광을 인광이라고 부른다. 유기전기발광소자에서 여기자의 상태는 일중항 여기상태와 삼중항 여기상태가 1대 3의 비율로 존재하며 일중항 상태에서 기저상태로 떨어질 때에만 발광이 가능하기 때문에 내부 양자효율이 이론적으로 25%를 넘을 수 없다고 알려져 있다. 즉, 유기 발광 소재에서는 일중항이 삼중항보다 3배 많이 형성되기 때문에 이론적으로는 인광이 형광보다 4배 높은 효율 특성을 갖게 된다. 따라서 백색 유기 전기 발광 소자가 고효율의 백색 특성을 얻기 위해서는, 인광 발광층을 도입하고 있다.

그러나 이파장 혹은 삼파장의 발광층을 적층할 경우에는 지금까지 개발된 청색인광 발광소재의 효율이 형광발광소재보다 높지 않거나 수명이 짧은 문제점이 있어 청색은 형광발광소재를 사용하고, 녹색과 적색 혹은 오렌지색은 인광발광소재를 사용하는 하이브리드 구조를 도입하게 된다. 이때, 하이브리드 구조의 백색 유기 전기 발광 소자 특성이 형광만을 사용하는 구조에 비하여 고효율을 얻는 데 어려움이 있다. 이는 적층시 사용되는 형광발광소재의 삼중항 상태가 녹색과 적색 혹은 오렌지색의 인광소재보다 낮은 에너지를 갖게 될 경우 인광발광소재에서 형광발광소재의 삼중항 상태로 에너지 전이가 일어나 효율과 수명의 감소를 초래하게 된다는 단점이 있으며, 이 백색 유기전기발광소자의 경우에는 효율과 수명 측면에서 디스플레이, 조명 등에 다양한 분야에 적용이 어렵게 된다.

고효율의 백색 특성을 얻기 위하여 인광 발광층을 도입할 수 있으나, 지금까지 개발된 청색 인광 발광소재의 효율이 형광발광소재보다 낮고, 수명이 짧으므로 청색은 형광발광소재를 사용하고, 녹색과 적색은 형광발광소재를 사용하게 된다.

특히, 공개 특허 제10-2005-74208호에는 청색 형광 발광층과 오렌지 인광 발광층을 적층하여 제조된 고효율의 백색 유기 전계 발광 소자가 공지되어 있다. 이때 사용된 청색 발광층으로는 DPVBi 등을 사용하였으며, 오렌지 인광소재로는 PtOEP 등을 사용하였다. 또한, 공개특허 10-2005-0088221호에는 전술한 소재를 사용하였을 경우에 DPVBi에서 PtOEP로의 에너지 전이로 인하여 청색 발광 특성을 얻을 수 없다는 단점을 해소하고, 에너지 전이를 막기 위한 목적으로 청색 발광층과 오렌지 색 인광 사이에 이격을 두어 백색 발광특성을 얻는 기술이 공지되어 있다.

고효율의 백색 유기전기발광소자를 제조하기 위해서는 고효율의 청색 인광소재의 개발이 선행되어야 하지만, 현재 기술로는 청색 형광소재와 고효율의 녹색/적색 인광소재를 적층하거나 오렌지 인광소재를 적층하여 최적화해야 한다. 적층하는 소재 간에는 에너지 전이가 일어나는데, 예를 들면, 청색 형광에서 녹색/오렌지색/적색 인광으로의 에너지 전이 및 녹색/오렌지색/적색 인광에서 청색 형광의 삼중항으로의 에너지 전이 등이 일어날 수 있다. 일반적으로, 전자의 에너지 전이가 많이 일어나며, 이 경우에는 효율의 감소는 없는 반면 청색 발광 특성을 얻기가 어렵다.

이러한 문제점을 해소하기 위하여 공개특허 10-2005-0088221호에는 청색 발광층과 오렌지 색 인광 사이에 이격을 두어 백색 발광특성을 얻는 것이 개시되어 있지만, 후자의 에너지 전이의 경우 적층된 발광소재의 발광특성은 얻을 수 있으나, 형광소재의 삼중항에 의한 발광은 효율이 매우 나쁘므로 소자의 효율을 급격하게 떨어지게 하는 요인이 된다.

본 발명은 전술한 문제점들을 해결하기 위해 고안된 발명으로, 본 발명의 목적은 형광 소재와 인광 소재를 이용하여 형광 발광층과 인광 발광층을 적층하는 하이브리드 구조에서 형광소재의 삼중항 상태가 인광소재의 삼중항 상태보다 높은 밴드갭을 갖도록 형성함으로써, 고효율의 형광/인광 하이브리드 구조의 백색 유기 전기 발광소자를 제공하는 데 있다.

또한 본 발명의 목적은 청색 형광소재의 삼중항 상태가 인광소재의 삼중항 상태보다 낮은 에너지를 갖게 될 경우, 녹색/적색 인광소재의 삼중항에서 청색 형광소재의 삼중항으로 에너지 전이가 발생하게 되는 문제점을 해결하기 위하여, 삼중항의 밴드갭이 크고, 청색 발광층과 PL 스펙트럼과 다른 발광층 소재들의 흡수 스펙트럼간의 겹침이 작은 청색 발광층을 사용한 백색 유기전기발광소자를 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 백색 유기전기발광소자는 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 형성되는 정공 수송층; 상기 정공 수송층 상에 형성되는 정공 주입층; 상기 정공 주입층 상에 형성되며, 형광 발광 특성을 갖는 형광 발광 영역과, 인광 발광 특성을 갖는 인광 발광 영역을 포함하는 발광층; 상기 발광층 상에 형성되는 전자 수송층; 상기 전자 수송층 상에 형성되는 전자 주입층; 및 상기 전자 주입층 상에 형성되는 제2 전극을 포함하며, 상기 형광 발광 영역을 구성하는 호스트는 상기 인광 발광 영역의 도펀트의 삼중항 밴드갭 보다 더 큰 삼중항 밴드갭을 가지는 물질인 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 형광 발광 영역은 청색 영역의 광을 방출하는 청색 도펀트 및 호스트를 포함하는 청색 형광 발광층이며, 상기 인광 발광 영역은 오렌지-적색 영역의 광을 방출하는 오렌지 혹은 적색 도펀트 및 호스트를 포함하는 적색 인광 발광층을 적층하여 형성한다. 또 다른 일측면으로는 청색 광을 방출하는 청색 도펀트 및 호스트로 구성된 상기 형광 발광 영역과 적색광을 방출하는 적색 도펀트 및 호스트로 구성된 상기 인광 발광 영역을 단일층 또는 다중층으로 형성한다. 상기 형광 발광 영역은 상기 청색 도펀트와 함께 녹색 발광 특성을 갖는 녹색 도펀트를 더 포함한다.

상기 형광 발광 영역의 청색 발광 특성을 갖는 도판트는 일중항의 밴드갭이 2.6eV 내지 3.5 eV 범위이며, 삼중항의 밴드갭은 일중항의 밴드갭보다는 작으나 2.1eV이상인 것으로 호스트의 발광스펙트럼과 도판트의 흡수 스펙트럼간의 중첩이 큰 것으로 한다. 도펀트의 삼중한의 밴드갭은 2.2 내지 4.5 eV이다. 상기 형광 발광 영역의 도펀트는 스티릴아민계(styrylamine), 페릴렌계(pherylene) 및 DSBP(distyrylbiphenyl) 중 적어도 하나를 이용한다.

상기 형광 발광 영역의 호스트의 일중항은 2.6 내지 4.5eV 범위의 밴드갭을 가지며, 상기 호스트의 삼중항은 2.2 내지 4.5eV 범위의 밴드갭을 가진다. 상기 형광 발광 영역의 호스트는 CBP, mCP, TCTA 및 BCP유도체 중 적어도 하나를 포함한 다.

상기 인광 발광 영역 도펀트의 삼중항 밴드갭은 2.2 내지 1.7eV이며, 호스트는 상기 청색 호스트와 동일한 호스트를 사용하거나, 삼중항이 도펀트의 삼중항보다 큰 밴드갭을 갖는 소재를 사용한다. 이로써 청색 발광층의 효율을 극대화하고, 청색보다 장파장의 발광 특성을 얻기 위하여 함께 도핑하거나 이웃하여 적층하는 인광 도판트의 삼중항으로부터의 에너지 전이로 인한 효율감소를 줄일 수 있도록 한다.

상기 인광 발광 영역의 도펀트는 Ir, Pt, Tb 및 Eu 중 적어도 하나로 이루어진 인광 유기 금속 착제이고, 상기 인광 발광 영역의 호스트는 CBP, mCP, TCTA, 및 BCP 유도체 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 청색 형광발광층과 오렌지 내지 적색 인광 발광층을 적층하여 다중층으로 구성하거나, 이들을 단일 발광층에 포함시켜 형성할 수 있다. 상기와 같은 구조는 이 파장 백색 발광 특성을 얻을 수 있다.

삼 파장 백색 발광 특성을 얻기 위해서는, 상기 청색 발광층에 녹색발광특성을 갖는 도펀트를 청색 도펀트와 함께 도핑하여 형성하거나, 상기 발광층 상에 상기 발광층으로부터의 에너지 전이에 의해 녹색으로 발광하는 발광 보조층을 더 형성할 수 있다. 상기 청색 발광층에 함께 도핑하는 녹색 도펀트와 상기 발광 보조층을 구성하는 녹색 도펀트는 2.0 내지 3.0eV 사이의 밴드갭을 가지는 녹색 형광체 또는 인광체를 포함한다. 또한, 청색 발광층에 함께 도핑하는 상기 청색 도펀트와 상기 녹색 도펀트는 10:1 내지 2:1의 질량비로 증착된다. 상기 청색 형광 발광층과 상기 적색 인광 발광층은 단일층으로 발광층을 구성하거나 다중층으로 발광층을 구성한다.

이상 전술에 따르면, 본 발명은 청색 형광발광층과 적색 인광발광층을 적층하는 구조에서 형광 발광층을 구성하는 호스트의 삼중항 밴드갭이 인광 발광층의 도펀트의 삼중항 밴드갭보다 크게함으로써, 인광 발광층과 형광 발광층의 삼중항 간에 발생하는 에너지 전이에 의한 효율감소를 막을 수 있어, 고효율의 백색 유기전기발광소자를 제작할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 보다 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1 내지 제2 실시 예에 따른 형광/인광 하이브리드 구조의 백색 유기전기발광소자의 구조를 개략적으로 나타낸 측단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 형광/인광 하이브리드 구조의 백색 유기전기발광소자의 개략적인 에너지 밴드 다이어그램이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 백색유기전기발광소자는 기판(20) 상에 형성되는 제1 전극(21), 정공 주입층(22), 정공 수송층(23), 형광 발광층(24a) 및 인광 발광층(24b)을 포함하는 발광층(24), 정공 장벽층(25), 전자 수송층(26), 전자 주입층(27) 및 제2 전극(28)을 포함한다.

본 발명에 따른 백색 유기전기발광소자를 구성하는 기판(20)은 유리, 플라스틱, 포일 등과 같은 재질로 형성할 수 있으며, 백색 유기전기발광소자의 발광 방향(전면 발광, 배면 발광, 및 양면 발광)에 따라 투명 또는 불투명 재질을 사용할 수 있다. 기판(20) 상에 형성되는 제1 전극(21)은 일반적으로 ITO, IZO 및 ITZO 등과 같은 투명한 재질을 사용하며, 제1 전극(21) 상에 형성되는 정공 주입층(22) 및 정공 수송층(23)은 제1 전극(21)으로부터 발생되는 정공의 주입 및 수송을 용이하게 하는 역할을 수행한다.

본 발명에 개시된 발광층(24)은 정공 수송층(23) 상에 형성되며, 형광 발광층(24a) 및 인광 발광층(24b)을 포함한다. 본 발명에 따른 제1 실시 예에서 형광 발광층(24a)은 호스트, 청색 발광 특성을 갖는 도판트 및 녹색 발광 특성을 갖는 도판트를 포함한다. 본 제1 실시 예에서는 녹색 도펀트 및 청색 도펀트를 형광 발광층(24a)에 동시에 도핑함으로써, 상기 형광 발광층(24a)에서 두 개의 파장을 얻을 수 있다.

형광 발광층(24a)을 구성하는 청색 도펀트는 일중항의 밴드갭이 2.6 ~ 3.5 eV 사이이고, 삼중항의 밴드갭은 일중항의 밴드갭(2.6 ~ 3.5 eV)보다 작지만 2.1eV 이상인 것으로 호스트의 발광스펙트럼과 도펀트의 흡수 스펙트럼이 큰 것으로 한다. 형광 발광층(24a)의 청색 도펀트는 스티릴아민(styrylamine)계, 페릴렌(pherylene)계 및 DSBP (distyrylbiphenyl) 중 하나를 이용한다.

상기 형광 발광층(24a)을 구성하는 호스트는 일중항의 밴드갭이 2.6 eV 내지 4.5eV 이고, 호스트의 삼중항의 밴드갭이 2.2 eV 이상이고 일중항의 밴드갭이 2.6eV 내지 4.5eV보다 작은 값을 갖는 소재를 사용한다. 형광 발광층(24a)을 구성하는 호스트는 CBP, mCP, TCTA 및 BCP 유도체와 같은 물질을 이용하는데, 상기 물질들은 녹색 또는 적색 보다 큰 삼중항 밴드갭을 갖는 소재를 이용한다.

형광 발광층(24a)의 상부 또는 형광 발광층(24a)의 내부에는 인광 발광층(24b)이 형성되며, 본 발명에 따른 제1 실시 예에서 인광 발광층(24b)은 적색 발광 특성을 갖는 적색 인광 발광층이다. 적색 인광 발광층(24b)은 적색 발광층으로 청색 호스트와 동일한 호스트인 CBP, mCP, TCTA 및 BCP 유도체 중 적어도 하나를 호스트로 사용하거나 삼중항이 도펀트의 삼중항보다 큰 밴드갭을 갖는 소재를 사용한다. 밴드갭이 2.2 ~ 1.7eV 사이인 도펀트를 이용한다. 적색 발광 특성을 갖는 도펀트는 Ir, Pt, Tb, 및 Eu 중 적어도 하나로 이루어진 인광유기금속착체를 포함한다. 적색 발광 도펀트의 도핑비는 0.1 ~ 10wt.%이다.

형광 발광층(24a)을 구성하는 녹색 도판트는 일중항의 밴드갭이 2.0 ~ 3.0 eV인 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 2.2 ~ 2.5 eV인 소재를 사용한다. 녹색 도펀트로는 C545T, Irppy3 등이 사용될 수 있다. 이때, 녹색 도펀트의 도핑비는 0.1 ~ 10wt.%로 하며, 청색 도펀트와 녹색 도펀트는 10:1 내지 2:1의 질량비(wt.%)로 도핑한다.

이상, 전술한 바와 같이, 본 백색 유기 전기 발광 소자의 제1 실시 예에서는 녹색 도펀트와 청색 도펀트를 동시에 도핑한 형광 발광층(24a)에서 이 파장을 얻고, 형광 발광층(24a) 상에 적색 발광 특성을 갖는 인광 발광층(24b)을 형성함으로써, 삼 파장 백색 특성을 제공하는 백색 유기전기발광소자를 얻을 수 있다.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 백색 유기전기발광소자를 설명한다.

제2 실시 예에 따른 백색 유기전기발광소자는 기판(20) 상에 형성되는 제1 전극(21), 정공 주입층(22), 정공 수송층(23), 형광 발광층(24a) 및 인광 발광층(24b)을 포함하는 발광층(24), 정공 장벽층(25), 전자 수송층(26), 전자 주입층(27), 및 제2 전극(28)을 포함한다. 본 발명의 제2 실시 예에 따른 백색 유기전기발광소자는 발광층(24)의 구성을 제외하고는 전술한 제1 실시 예의 백색 유기전기발광소자와 동일한 구성요소이므로 제1 실시 예의 설명을 참조한다.

제2 실시 예에 따른 발광층(24)은 형광 발광층(24a)과 인광 발광층(24b)을 포함하는 구성으로, 본 실시 예에서 형광 발광층(24a)은 청색 영역(예를 들면, 청록색, 하늘색 등 포함)의 광을 방출하는 청색(하늘색-청색, 청색-청록색, 하늘색-청색-청록색 등) 형광 발광층으로 CBP, mCP, TCTA 및 BCP 유도체 등과 같이 녹색 또는 적색보다 큰 삼중항 밴드갭을 갖는 소재를 호스트로 하며, 스티릴아민(styrylamine)계, 페릴렌(pherylene)계, 및 DSBP(distyrylbiphenyl) 등으로 이루어진 형광발광 특성을 갖는 하나의 도판트를 포함한다.

형광 발광층(24a) 상부 또는 내부에 형성되는 인광 발광층(24b)은 적색 영역(예를 들면, 오렌지, 오렌지-적색 등을 포함)의 광을 방출하는 적색(오렌지-적색) 인광 발광층으로 CBP, mCP, TCTA 및 BCP 유도체 중 적어도 하나를 호스트로 하며, 도펀트로는 Ir, Pt, Tb 및 Eu 중 적어도 하나로 이루어진 인광 유기 금속 착제를 포함한다. 적색 발광층의 도펀트는 2.2 내지 1.7 eV의 밴드갭을 가지며, 도핑 비는 0.1 내지 10wt%이다.

일반적으로 청색 발광층의 호스트 및 도펀트는 형광 특성을 이용하므로 일중항의 밴드갭은 청색발광특성을 얻을 수 있도록 2.6 ~ 3.5 eV 사이의 밴드 갭을 가지지만, 삼중항의 밴드 갭이 2.1eV 이하로 작기 때문에, 인광 발광층의 삼중항으로부터 에너지 전이가 발생하여 효율 감소가 발생하게 된다. 따라서, 본 제2 실시 예에서는 형광 발광층에 사용하는 청색 발광 특성을 갖는 호스트는 삼중항의 밴드갭이 2.2eV 보다 크고, 도펀트의 일중항은 2.6 내지 3.5 eV 사이의 밴드 갭을 가지나 도펀트의 삼중항 밴드갭은 2.1 eV 보다 큰 소재 중에서 호스트의 발광스펙트럼과 도판트의 흡수 스펙트럼간의 중첩(overlap)이 큰 소재를 선택한다. 이때 도핑비는 0.1 ~ 10wt.%이다. 이에 따라, 청색 발광층의 효율을 극대화 하며, 인광 발광층으로부터 형광 발광층의 삼중항으로의 에너지 전이에 의한 효율 감소를 막을 수 있다. 상기 제2 실시 예의 백색 유기 전기 발광 소자는 청색 영역을 발광하는 형광 발광층과 적색(적색-오렌지) 영역을 발광하는 인광 발광층에 의해 이 파장 백색 광을 방출할 수 있다.

제2 실시 예에 따른 백색 유기전기발광소자는 투명성을 띠는 제1 전극의 상부에 형광 발광층, 인광 발광층의 순서로 적층할 수 있으며, 적층되는 전자 수송층의 전자 이동도에 따라 인광 발광층, 형광 발광층의 순서로 적층할 수 있으며, 이에 의해, 색 안정성이 우수한 백색 유기 전기 발광 소자를 얻을 수 있다.

도 4는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 형광/인광 하이브리드 구조의 백색 유 기전기발광소자의 구조를 개략적으로 나타낸 측단면도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 제3 실시 예의 백색 유기 전기 발광 소자는 기판(20) 상에 형성되는 제1 전극(21), 정공 주입층(22), 정공 수송층(23), 형광 발광 소재 및 인광 발광 소재가 단일층으로 이루어진 발광층(44), 정공 장벽층(25), 전자 수송층(26), 전자 주입층(27), 및 제2 전극(28)을 포함한다. 다른 구성요소에 대한 설명은 전술과 제1 실시 예의 설명을 참조하며, 본 실시 예에서는 본 발명의 가장 특징적인 구성요소인 발광층에 대해서 구체적으로 설명한다.

본 제3 실시 예에 따른 발광층은 청색 영역(하늘색, 청록색 등)으로 발광하는 청색 발광 영역과 적색 영역(오렌지, 오렌지-적색 등)으로 발광하는 적색 발광 영역이 단일 발광층으로 이루어진 것으로, 발광층(44)의 호스트로는 전술한 제1 및 제2 실시 예와 마찬가지로, 일중항의 밴드갭이 2.6eV이상이고, 삼중항의 밴드갭이 2.2 eV이상인 소재를 사용한다. 발광층(44)에 주입되는 청색 도펀트로는 일중항의 밴드갭은 2.6 ~ 3.5eV이고, 삼중항의 밴드갭은 2.1 eV 이상인 재료를 사용한다. 발광층(44)의 호스트는 CBP, mCP, TCTA, BCP 유도체와 같은 소재를 이용하고, 도펀트는 스티릴아민(styrylamine)계, 페릴렌(pherylene)계 및 DSBP (distyrylbiphenyl) 중 하나를 이용한다. 이때, 사용되는 적색 도펀트로 밴드갭이 2.2 ~ 1.7eV 사이인 Ir, Pt, Tb, 및 Eu 중 적어도 하나로 이루어진 인광유기금속착체를 사용한다. 이때 도핑비는 0.1 ~ 10wt.%이다.

도 5는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 형광/인광 하이브리드 구조의 백색 유기전기발광소자의 구조를 개략적으로 나타낸 측단면도이다.

제4 실시 예에 따른 백색 유기전기발광소자는 기판(20) 상에 형성되는 제1 전극(21), 정공 주입층(22), 정공 수송층(23), 형광 발광층(54a) 및 인광 발광층(54b)으로 이루어진 발광층(54), 발광 보조층(55), 전자 수송층(26), 전자 주입층(27), 및 제2 전극(28)을 포함한다. 다른 구성요소에 대한 설명은 전술과 제1 실시 예의 설명을 참조하며, 본 실시 예에서는 본 발명의 가장 특징적인 구성요소인 발광층(54) 및 발광 보조층(55)에 대해서 구체적으로 설명한다.

본 발광층(54)은 청색으로 발광하는 청색 형광 발광층(54a) 및 적색으로 발광하는 적색 인광 발광층(54b)을 포함하며, 발광층(54) 상에는 발광 보조층(55)이 형성된다. 청색으로 발광하는 청색 형광 발광층(54a)에 근접하는 전자 수송층(26)의 하부 및 전자 수송층(26) 내에 발광 보조층(55)을 더 형성함으로써, 삼파장 백색 유기 전기 발광 소자를 제조할 수 있다. 이때 추가되는 발광 보조층(55)은 청색으로 발광하는 형광 발광층(54a)에 근접한 영역(예, 전자 수송층의 하부 또는 전자 수송층의 내부)에 2.0 내지 3.0 eV사이의 밴드갭을 갖는 재료를 도핑하여 청색으로 발광하는 발광층에서 발광보조층(55)의 도펀트로의 에너지 전이를 이용하여 녹색 발광 특성을 얻을 수 있다. 이때, 발광 보조층(55)에 도핑되는 녹색 도펀트의 도핑비는 0.1 ~ 10 wt.%이다.

도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 백색 유기전기발광소자의 다른 실시 예를 설명하면 다음과 같다. 본 백색 유기전기 발광소자는 청색과 녹색으로 발광하는 형광 발광층(54a)과 적색으로 발광하는 인광 발광층(54b)을 포함하는 발광층(54)을 포함한다. 본 실시 예에서는 형광 발광층(54a)에 근접하는 전자 수송층(26)에 발광 보조층(55)을 도입함으로써 삼 파장의 백색 유기전기발광소자를 제조할 수 있다. 발광 보조층(55)은 청색 발광층에 근접한 영역(예, 전자 수송층의 하부 또는 전자 수송층의 내부)에 2.0 내지 3.0 eV 사이의 밴드갭을 갖는 재료를 이용함으로써, 청색으로 발광하는 형광 발광층에서 발광 보조층(55)의 도펀트로의 에너지 전이를 이용하여 녹색 발광 특성을 효율적으로 얻을 수 있다. 이때 도핑비는 0.1 ~ 10wt.%이다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 백색 유기전기발광소자의 특성과 종래 백색 유기전기발광소자의 특성을 나타낸 그래프이다.

도 6a를 참조하면, 도 6a의 가로축은 파장(wavelength, nm)을 나타내고, 세로축은 발광세기(EL intensity, W/sr/m2)를 나타낸다. 그래프 ①은 본 발명에 따른 유기전기발광소자의 파장에 따른 발광 세기를 나타내고, 그래프 ②는 종래 기술에 따른 유기전기발광소자의 파장에 따른 발광 세기를 나타낸다. 그래프 ①과 그래프 ②를 비교한 바에 따르면, 동일한 파장에서 그래프 ①의 발광 세기가 그래프 ②의 발광 세기에 비해 현저하게 높음을 알 수 있다. 예를 들면, 파장이 약 500nm인 경우, 그래프 ①은 0.03 정도의 발광 세기를 나타내는 반면, 그래프 ②는 0.015 정도의 발광 세기를 나타낸다. 또한 파장이 630nm 정도인 경우에는 그래프 ①은 0.035 정도의 발광 세기를 나타내는 반면, 그래프 ②는 0.028 정도의 발광 세기를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 도 6a를 통해 동일한 조건 하에서는 본 발명에 따른 백색 유기전기발광소자가 더 높은 발광 세기를 제공함을 확인할 수 있다.

도 6b를 참조하면, 가로축은 전압(voltage: V)을 나타내며, 세로축은 외부양자효율(ext QE: %)을 나타낸다. 본 발명에 따라 제조된 백색 유기전기발광소자③의 외부 양자 효율은 동일한 전압 하에서 종래 기술에 따라 제조된 백색 유기전기발광소자 ④의 외부 양자 효율에 비해 높게 나타남을 확인할 수 있다.

도 6a 및 도 6b에 따르면, 본 발명에 따른 백색 유기전기발광소자(①,③)는 종래 발명에 따른 백색 유기전기발광소자(②, ④)에 비해 낮은 전압에서 구동할 수 있으며, 발광 세기 역시 향상됨을 알 수 있다.

이상, 바람직한 실시 예에 따라 본 발명을 상세하게 기술하였으나, 상기한 실시 예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아니므로 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 형광/인광 하이브리드 구조의 백색 유기전기발광소자의 개략적인 에너지 밴드 다이어그램이다.

도 2는 본 발명의 제1 내지 제3 실시 예에 따른 형광/인광 하이브리드 구조의 백색 유기전기발광소자의 구조를 개략적으로 나타낸 측단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 형광/인광 하이브리드 구조의 백색 유기전기발광소자의 개략적인 에너지 밴드 다이어그램이다.

도 4는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 형광/인광 하이브리드 구조의 백색 유기전기발광소자의 구조를 개략적으로 나타낸 측단면도이다.

도 5는 본 발명의 제4 및 제5 실시 예에 따른 형광/인광 하이브리드 구조의 백색 유기전기발광소자의 구조를 개략적으로 나타낸 측단면도이다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 백색 유기전기발광소자의 특성과 종래 백색 유기전기발광소자의 특성을 나타낸 그래프이다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명**

20: 기판 21: 제1 전극

22: 정공주입층 23: 정공수송층

24: 발광층 24a: 형광 발광층

24b: 인광 발광층 25: 정공 장벽층

26: 전자 수송층 27: 전자 주입층

28: 제2 전극 44: 발광층

54: 발광층 54a: 형광 발광층

54b: 인광 발광층 55: 발광 보조층

Claims (15)

1. 제1 전극;

   상기 제1 전극 상에 형성되는 정공 수송층;

   상기 정공 수송층 상에 형성되는 정공 주입층;

   상기 정공 주입층 상에 형성되며, 형광 발광 특성을 갖는 형광 발광 영역과, 인광 발광 특성을 갖는 인광 발광 영역을 포함하는 발광층;

   상기 발광층 상에 형성되는 전자 수송층;

   상기 전자 수송층 상에 형성되는 전자 주입층; 및

   상기 전자 주입층 상에 형성되는 제2 전극

   을 포함하며, 상기 형광 발광 영역을 구성하는 호스트는 상기 인광 발광 영역의 도펀트의 삼중항 밴드갭 보다 더 큰 삼중항 밴드갭을 가지는 물질인 것을 특징으로 하는 백색 유기전기발광소자.
2. 제1항에 있어서,

   상기 형광 발광 영역은 청색 광을 방출하는 청색 도펀트 및 호스트를 포함하는 청색 형광 발광층이며,

   상기 인광 발광 영역은 오렌지-적색 영역의 광을 방출하는 오렌지 또는 적색 도펀트 및 호스트를 포함하는 적색 인광 발광층인 백색 유기전기발광소자.
3. 제1항에 있어서,

   상기 형광 발광 영역은 청색 광을 방출하는 청색 도펀트 및 호스트를 포함하는 상기 청색 형광 발광층이며,

   상기 인광 발광 영역은 적색광을 방출하는 적색 도펀트 및 호스트로 구성된 적색 인광 발광층인 백색 유기전기발광소자.
4. 제3항에 있어서,

   상기 형광 발광 영역은 녹색 발광 특성을 갖는 녹색 도펀트를 더 포함하는 백색 유기전기 발광소자.
5. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 형광 발광 영역의 청색 발광 특성을 갖는 도판트는 일중항의 밴드갭이 2.6 내지 3.5 eV 범위이며, 삼중항의 밴드갭이 2.2 내지 4.5eV 인 백색 유기 전기 발광 소자.
6. 제5항에 있어서,

   상기 형광 발광 영역의 도펀트는 스티릴아민계(styrylamine), 페릴렌계(pherylene)계 및 DSBP(distyrylbiphenyl) 중 적어도 하나를 이용하는 백색 유기 전기 발광 소자.
7. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 형광 발광 영역의 호스트의 일중항은 2.6 내지 4.5eV 범위의 밴드갭을 가지며, 상기 호스트의 삼중항은 2.2 내지 4.5eV 범위의 밴드갭을 가지는 백색 유기 전기 발광 소자.
8. 제7항에 있어서,

   상기 형광 발광 영역의 호스트는 CBP, mCP, TCTA 및 BCP유도체 중 적어도 하나를 포함하는 백색 유기 전기 발광소자.
9. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 인광 발광 영역 도펀트의 삼중항 밴드갭이 2.2 내지 1.7eV이며, 상기 인광 발광 영역의 도펀트는 Ir, Pt, Tb 및 Eu 중 적어도 하나로 이루어진 인광 유기 금속 착제인 백색 유기전기발광소자.
10. 제9항에 있어서,

    상기 인광 발광 영역의 호스트는 CBP, mCP, TCTA, 및 BCP 유도체 중 적어도 하나를 포함하는 백색 유기전기발광소자.
11. 제4항에 있어서,

    상기 청색 형광 발광층에 도핑되는 녹색 발광 특성을 갖는 녹색 도펀트는 일중항의 밴드갭이 2.0 내지 3.0 eV인 백색 유기 전기 발광 소자.
12. 제11항에 있어서,

    상기 청색 도펀트와 상기 녹색 도펀트를 10:1 내지 2:1의 질량비로 증착하는 백색 유기 전기 발광 소자.
13. 제2항 또는 제3항에 있어서,

    상기 발광층 상에 형성되며, 상기 발광층으로부터의 에너지 전이에 의해 녹색으로 발광하는 발광보조층을 더 포함하는 백색 유기전기발광소자.
14. 제13항에 있어서,

    상기 발광 보조층을 구성하는 도펀트는 2.0 내지 3.0eV 사이의 밴드갭을 가지는 녹색 형광체 또는 인광체를 포함하는 백색 유기 전기 발광 소자.
15. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 청색 형광 발광층과 상기 적색 인광 발광층은 단일 발광층을 구성하거나 다층 구조의 발광층을 구성하는 백색 유기전기 발광 소자.

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