KR100894627B1 - 유기전계발광소자 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제 2 전극과 제 1 전자 수송층 사이에 상기 제 1 전자 수송층의 최저 비점유 분자 궤도(LUMO) 에너지 준위의 절대값보다 작은 최저 비점유 분자 궤도 에너지 준위의 절대값을 가지는 제 2 전자 수송층을 형성함으로써, 낮은 전압하에서는 전자 주입 및 수송을 억제하여 전류밀도를 낮게 유지할 수 있고, 그로 인하여 블랙 구현시 소자가 발광하는 것을 억제할 수 있는 유기전계발광소자에 관한 것이다.
본 발명은 제 1 전극; 상기 제 1 전극 상에 위치하는 발광층; 상기 발광층 상에 위치하는 제 1 전자 수송층; 상기 제 1 전자 수송층 상에 위치하며, 상기 제 1 전자 수송층의 최저 비점유 분자 궤도(lowest unoccupied molecular orbital:LUMO) 에너지 준위의 절대값보다 작은 최저 비점유 분자 궤도 에너지 준위의 절대값을 가지는 제 2 전자 수송층; 및 상기 제 2 전자 수송층 상에 위치하는 제 2 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자 및 그의 제조방법을 제공한다.
유기전계발광소자, 전자수송층

Description

유기전계발광소자 및 그의 제조방법{Organic light emitting diode and fabrication method for the same}
본 발명은 유기전계발광소자 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 낮은 전압에서 전자 주입 및 수송을 억제하여 전류밀도를 낮게 유지함으로써, 블랙 구현시 소자가 발광하는 것을 억제할 수 있는 유기전계발광소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
유기전계발광소자는 자발광형 디스플레이로 박형에 경량, 부품이 간소하고 공정이 간단한 이상적 구조를 지니고 있으며 고화질에 광시야각을 확보하였으며, 완벽한 동영상 구현과 고색순도 구현이 가능하며, 저소비 전력, 저전압 구동으로 모바일 디스플레이에 적합한 전기적 특성을 지닌다는 장점이 있다.
일반적인 유기전계발광소자의 구조는 화소전극이 위치하고, 상기 화소전극 상에 발광층(emission layer: EML)이 위치하며, 상기 발광층 상에 대향전극이 위치한다.
또한 상기 대향전극으로부터 상기 발광층으로의 전자의 주입 또는 수송을 효율적으로 하기 위하여, 상기 발광층과 상기 대향전극 사이에 전자수송층(electron transfer layer: ETL) 또는 전자주입층(electron injection layer: EIL) 등 하나 또는 다수개의 층을 더 포함할 수 있다.
기존의 소자 구조에서는 상기 대향전극과 상기 발광층 사이에 위치하는 층들은 상기 대향전극에서 상기 발광층으로 갈수록 최저 비점유 분자 궤도 에너지 준위의 절대값이 계단식으로 더 작아지도록 배치하는 것이 통상적이다. 그러나 상기의 구조에서는 블랙 구현을 위한 낮은 전압하(약 4V 이하)에서도 통상 0.1 mA/㎠ 정도의 전류 밀도를 유지하여 일정 수준의 발광효율을 가짐으로써, 블랙 구현시 소자가 미세하게 발광하는 단점이 있다. 상기와 같이 블랙 구현시 소자가 미세하게 발광하는 경우 유기전계발광소자의 콘트라스트가 떨어지게 되며, 어두운 곳에서 블랙이 제대로 구현되지 않아 유기전계발광소자의 품질이 저하되는 등의 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 블랙을 구현하기 위한 낮은 전압하에서 전자 주입 및 수송을 억제하여 전류밀도를 낮게 유지함으로써, 블랙 구현시 소자가 발광하는 것을 억제할 수 있는 유기전계발광소자 및 그의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명은 본 발명은 제 1 전극; 상기 제 1 전극 상에 위치하는 발광층; 상기 발광층 상에 위치하는 제 1 전자 수송층; 상기 제 1 전자 수송층 상에 위치하며, 상기 제 1 전자 수송층의 최저 비점유 분자 궤도(lowest unoccupied molecular orbital:LUMO) 에너지 준위의 절대값보다 작은 최저 비점유 분자 궤도 에너지 준위의 절대값을 가지는 제 2 전자 수송층; 및 상기 제 2 전자 수송층 상에 위치하는 제 2 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자를 제공한다.
또한 본 발명은 제 1 전극을 형성하고; 상기 제 1 전극 상에 발광층을 형성하고; 상기 발광층 상에 제 1 전자 수송층을 형성하고; 상기 제 1 전자 수송층 상에 상기 제 1 전자 수송층의 최저 비점유 분자 궤도(lowest unoccupied molecular orbital:LUMO) 에너지 준위의 절대값보다 작은 최저 비점유 분자 궤도 에너지 준위의 절대값을 가지는 제 2 전자 수송층을 형성하고; 상기 제 2 전자 수송층 상에 제 2 전극을 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 제 2 전극과 제 1 전자 수송층 사이에 상기 제 1 전자 수송층의 최저 비점유 분자 궤도(LUMO) 에너지 준위의 절대값보다 작은 최저 비점유 분자 궤도 에너지 준위의 절대값을 가지는 제 2 전자 수송층을 형성함으로써, 블랙을 구현하기 위한 낮은 전압하에서는 전자 주입 및 수송을 억제하여 전류밀도를 낮게 유지 하여 블랙 구현시 소자가 발광하는 것을 억제할 수 있으며, 그로 인하여 유기전계발광소자의 콘트라스트를 향상시키며, 고품질화를 실현할 수 있다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시 예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의하여 명확하게 이해될 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역의 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예들에 따른 유기전계발광소자의 단면도들이다.
먼저 도 1a을 참조하면, 기판(미도시) 상에 제 1 전극(110)을 형성한다. 상기 기판은 유리, 플라스틱 또는 스테인레스 스틸 등의 재질로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 전극(110)은 애노드 전극일 수 있으며, 투명전극 또는 반사전극일 수 있다. 상기 제 1 전극(110)이 투명전극인 경우, ITO(Indium Tin Oxide)막, IZO(Indium Zinc Oxide)막, TO(Tin Oxide)막 또는 ZnO(Zinc Oxide)막으로 형성될 수 있다. 또는 상기 제 1 전극(110)이 반사전극인 경우에는 은(Ag), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 금(Au), 팔라듐(Pd) 또는 이들의 합금막으로 반사막을 형성하고, 상기 반사막 상에 ITO, IZO, TO 또는 ZnO 등의 투명막이 적층된 구조일 수 있다. 상기 제 1 전극(110)을 형성하는 것은 스퍼터 링(sputtering)법, 기상증착(vapor phase deposition)법, 이온 빔 증착(ion beam deposition)법, 전자 빔 증착(electron beam deposition)법 또는 레이저 어블레이션(laser ablation)법을 사용하여 수행할 수 있다.
다음, 상기 제 1 전극(110) 상에 발광층(120)을 형성한다.
상기 발광층(120)을 이루는 물질은 특별히 제한되지 않는다. 예를들면, 청색 발광 물질로는 옥사디아졸 다이머 염료 (oxadiazole dimer dyes (Bis-DAPOXP)), 스피로 화합물 (spiro compounds: Spiro-DPVBi, Spiro-6P), 트리아릴아민 화합물 (triarylamine compounds), 비스(스티릴)아민(bis(styryl)amine):DPVBi, DSA, 4,4'-비스(9-에틸-3-카바조비닐렌)-1,1'-비페닐 (BCzVBi), 페릴렌(perylene), 2,5,8,11-테트라-tert-부틸페릴렌 (TPBe), 9H-카바졸-3,3'-(1,4-페닐렌-디-2,1-에텐-디일)비스[9-에틸-(9C)] (BCzVB), 4,4-비스[4-(디-p-톨일아미노)스티릴]비페닐 (DPAVBi), 4-(디-p-톨일아미노)-4'-[(디-p-톨일아미노)스티릴]스틸벤 (DPAVB), 4,4'-비스[4-(디페닐아미노)스티릴]비페닐 (BDAVBi), 비스(3,5-디플루오로-2-(2-피리딜)페닐-(2-카르복시피리딜)이리듐 III (FIrPic) 등을 사용할 수 있다.
또한 녹색 발광 물질로는 3-(2-벤조티아졸일)-7-(디에틸아미노)쿠마린 (Coumarin 6), 2,3,6,7-테트라히드로-1,1,7,7,-테트라메틸-1H,5H,11H-10-(2-벤조티아졸일)퀴놀리지노-[9,9a,1gh]쿠마린 (C545T), N,N'-디메틸-퀸아크리돈 (DMQA), 트리스(2-페닐피리딘)이리듐(III) (Ir(ppy)3) 등을 사용할 수 있으며, 적색 발광 물질로는 테트라페닐나프타센 (Tetraphenylnaphthacene) (루브린: Rubrene), 트리스(1-페닐이소퀴놀린)이리듐(III) (Ir(piq)3), 비스(2-벤조[b]티오펜-2-일-피리딘) (아세틸아세토네이트)이리듐(III)(Ir(btp)2(acac)), 트리스(디벤조일메탄)펜안트롤린 유로퓸(III) (Eu(dbm)3(phen)), 트리스[4,4'-디-tert-부틸-(2,2')-비피리딘]루테늄(III)착물(Ru(dtb-bpy)3*2(PF6)), DCM1, DCM2, (삼불화테노일아세톤:thenoyltrifluoroacetone)3 (Eu(TTA)3), 부틸-6-(1,1,7,7-테트라메틸 줄로리딜-9-에닐)-4H-피란) (butyl-6-(1,1,7,7-tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H-pyran: DCJTB) 등을 사용할 수 있다.
또한 고분자 발광 물질로는 페닐렌 (phenylene)계, 페닐렌 비닐렌 (phenylene vinylene)계, 티오펜 (thiophene)계, 플루오렌 (fluorene)계 및 스피로플루오렌 (spiro-fluorene)계 고분자 물질 등을 사용할 수 있다.
상기 발광층(120) 상에 제 1 전자 수송층(131) 및 상기 제 1 전자 수송층 상에 제 2 전자 수송층(132)을 형성한다. 본 발명에 따른 상기 제 2 전자 수송층(132)의 최저 비점유 분자 궤도((lowest unoccupied molecular orbital:LUMO) 에너지 준위의 절대값은 상기 제 1 전자 수송층(131)의 최저 비점유 분자 궤도 에너지 준위의 절대값보다 작은 것을 특징으로 한다. 특히, 상기 제 1 전자 수송층(131)과 상기 제 2 전자 수송층(132)의 최저 비점유 분자 궤도 에너지 준위의 절대값은 적어도 0.2 eV 이상 차이가 존재하는 것이 바람직하다. 상기 제 2 전자 수송층(132)의 최저 비점유 분자 궤도의 에너지 준위의 절대값이 상기 제 1 전자 수송층(131)의 최저 비점유 분자 궤도의 에너지 준위의 절대값보다 0.2eV 이상 작은 경우, 블랙을 구현하기 위한 낮은 전압 하에서는, 예를 들면 약 4V 이하의 낮은 전압 하에서는, 상기 제 2 전자 수송층이 제 2 전극으로부터 발광층으로 주입되는 전 자의 주입 및 이동을 억제하는 역할을 효율적으로 수행하여, 전류밀도를 낮게 유지할 수 있게 하기에 바람직하다. 이에 반하여 블랙을 구현하기 위한 것이 아닌 전압 범위 내에서는 높은 전압차로 인하여 상기 제 2 전자 수송층이 전자의 주입 및 이동을 억제할 수 없게 됨으로써, 종래와 동일한 전류밀도를 유지할 수 있게 함으로써, 총 발광효율에서는 종래와 비교하여 유의차가 없다.
상기 제 2 전자 수송층(132)의 최저 비점유 분자 궤도 에너지 준위의 절대값은 상기 제 1 전자 수송층(131)의 최저 비점유 분자 궤도 에너지 준위의 절대값보다 0.2 eV 내지 1eV 이하로 작은 것이 보다 바람직하다. 상기 제 2 전자 수송층(132)의 최저 비점유 분자 궤도 에너지 준위의 절대값이 상기 제 1 전자 수송층(131)의 최저 비점유 분자 궤도 에너지 준위의 절대값보다 1eV 초과하는 경우, 소자에 따라서는 높은 전압 하에서 상기 발광층(120)으로의 전자의 주입 및 이동을 억제할 수도 있다. 그러므로 블랙 구현의 전압 하에서는 전자의 이동을 억제하여 소자의 발광을 억제할 수 있으나, 블랙 구현 이외의 전압 하에서는 전자의 이동을 억제하지 않고 발광층으로의 전자의 이동을 허용하는 두 가지의 역할을 보다 효율적으로 하기 위해서는, 상기 제 2 전자 수송층(132)의 최저 비점유 분자 궤도 에너지 준위의 절대값은 상기 제 1 전자 수송층(131)의 최저 비점유 분자 궤도 에너지 준위의 절대값보다 0.2 eV 내지 1eV 이하로 작은 것이 보다 바람직하다.
또한 상기 제 1 전자 수송층(131)은 상기 발광층(120)으로의 전자의 주입 및 이동을 원활하게 하기 위하여 전자 이동도가 높은, 즉 전자 이동도가 1×10-6㎠/Vs 이상인 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 이에 반하여 상기 제 2 전자 수송층(132)은 블랙 구현을 위한 낮은 전압 하에서는 전자의 주입 및 이동을 억제하기 위하여 상기 제 1 전자 수송층(131)보다 전자 이동도가 낮은 물질, 즉 1×10-6㎠/Vs 미만인 물질로 형성되는 것이 바람직하며, 또한 상기 제 2 전자 수송층(132)은 블랙 구현 이외의 전압 하에서는 전자 수송의 기능을 효율적으로 수행하기 위하여 전자 이동도가 1×10-8㎠/Vs 이상인 물질로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제 2 전자 수송층(132)의 두께는 1 내지 20nm로 형성되는 것이 바람직한데, 두께가 1nm 미만인 경우에는 낮은 전압 하에서 전자의 이동을 억제하는 효율이 크지 않으며, 두께가 20nm를 초과하는 경우에는 블랙을 구현하기 위한 것이 아닌 전압 범위 내에서 전자의 이동을 억제하여 발광 효율을 저하할 수도 있다. 그러므로 상기 제 2 전자 수송층(132)은 두께가 1 내지 20nm인 경우, 블랙 구현의 전압 하에서는 전자의 이동을 억제하여 소자의 발광을 억제할 수 있으나, 블랙 구현 이외의 전압 하에서는 전자의 이동을 억제하지 않고 발광층으로의 전자의 이동을 허용하는 두 가지의 역할을 효율적으로 할 수 있다.
상기 제 1 전자 수송층(131) 및 상기 제 2 전자 수송층(132)을 형성하는 물질은 상기에서 기재한 최저 비점유 분자 궤도 에너지 준위와 상기 전자 이동도 등을 만족시키는 물질이면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 제 1 전자 수송층(131) 및 상기 제 2 전자 수송층(132)은 옥사졸계 화합물, 이소옥사졸계 화합물, 트리아졸계 화합물, 이소티아졸 (isothiazole)계 화합물, 옥사디아졸계 화합물, 티 아디아졸 (thiadiazole)계 화합물, 페릴렌 (perylene)계 화합물, 알루미늄 착물 (예: Alq3 (트리스(8-퀴놀리놀라토)-알루미늄 (tris(8-quinolinolato)-aluminium), Balq, SAlq, Almq3 , 갈륨 착물 (예: Gaq'2OPiv, Gaq'2OAc, 2(Gaq'2)) , BPQ (비스(페닐퀴녹살린)), TPQ(starburst 트리스(페닐퀴녹살린), 1,3,5-트리아진, BCP (2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-펜안트롤린), BeBq2 (비스(10-히드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨), TPBI (2,2',2"-(1,3,5-벤즈인에트리일)-트리스(1-페닐-1-H-벤지미다졸), E3 (터플루오렌), CBP(4,4'- N,N'- 디카르바졸-비페닐) 중에서 상기 제 1 전자 수송층(131) 및 상기 제 2 전자 수송층(132)의 조건을 만족시키는 물질을 선택하여 적절히 조합할 수 있다.
보다 구체적으로는 상기 제 1 전자 수송층(131)/상기 제 2 전자 수송층(132)의 형성물질로는 Alq3(LUMO 에너지 준위: -3.1eV)/Balq(LUMO 에너지 전위:-2.9eV), CBP(LUMO 에너지 준위:-3.2eV)/Balq 등을 들 수 있다.
다음, 상기 제 2 전자 수송층(132) 상에 제 2 전극(140)을 형성한다. 상기 제 2 전극(140)은 캐소드 전극일 수 있으며, 투과전극 또는 반사전극일 수 있다. 상기 제 2 전극(130)이 투과전극인 경우, 일함수가 낮은 도전성의 금속인 Mg, Ca, Al, Ag 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 물질을 이용하여 빛을 투과할 수 있을 정도의 얇은 두께로 형성하고, 상기 제 2 전극(130)이 반사전극인 경우에는 빛을 반사시킬 수 있을 정도의 두꺼운 두께로 형성할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 유기전계발광소자는 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 전극(110)과 상기 발광층(120) 사이에 상기 제 1 전극(110)으로부터 상기 발광층(120)으로 정공의 주입 및 이동을 효율적으로 하기 위하여, 정공 주입층(150) 또는 정공 수송층(160)을 더욱 형성할 수 있다.
상기 정공 주입층(150)은 아릴 아민계 화합물 및 스타버스터형 아민류 등으로 형성할 수 있으며, 더욱 상세하게는 4,4,4트리스(3-메틸페닐아미노)트리페닐아미노(m-MTDATA), 1,3,5-트리스[4-(3-메틸페닐아미노)페닐]벤젠(m-MTDATB) 또는 프타로시아닌 구리(CuPc)등으로 형성할 수 있다.
상기 정공 수송층(160)은 아릴렌 디아민 유도체, 스타버스트형 화합물, 스피로기를 갖는 비페닐디아민유도체 또는 사다리형 화합물 등으로 형성할 수 있으며, 더욱 상세하게는 N,N'-디페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-1,1'-바이페닐-4,4'-디아민(TPD), N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐 벤지딘(α-NPD) 또는 N,N'-디페닐-N,N'-비스(1-나프틸)-(1,1'-비페닐)디아민(NPB) 등으로 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 유기전계발광소자는 도 1b에 도시된 바와 같이 상기 정공 수송층(160) 상에 전자 억제층(170)을 형성할 수도 있다. 상기 전자 억제층(170)은 유기전계발광소자의 구동과정에 있어 상기 발광층(120)에서 생성된 엑시톤이 확산되는 것을 억제하는 역할을 한다. 이러한 상기 전자 억제층(170)은 Balq, BCP, CF-X, TAZ 또는 스피로-TAZ를 사용하여 형성할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 유기전계발광소자는 도 1b에 도시된 바와 같이 상기 발광층(120) 상에 정공 억제층(180)을 형성할 수 있다. 상기 정공 억제층(180)은 상기 발광층(120) 내에서 전자 이동도보다 정공 이동도가 큰 경우 정공이 상기 제 1 전자 수송층(131)로 이동하는 것을 방지하는 역할을 한다. 상기 정공 억제층(180)은 2-(4-비페닐)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥시디아졸(PBD), 스피로-PBD 및 3-(4-t-부틸페닐)-4-페닐-5-(4-비페닐)-1,2,4-트리아졸(TAZ)로 이루어진 군에서 선택된 하나의 물질로 형성할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 제 1 전극이 애노드이고, 제 2 전극이 캐소드인 경우를 설명하였으나, 상기 제 1 전극이 캐소드이고, 상기 제 2 전극이 애노드인 경우도 가능하다. 이때는 상기 제 1 전극/제 2 전자 수송층/제 1 전자 수송층/발광층/제 2 전극의 구조가 될 것이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실험예>
제 1 전극으로 ITO(Indium tin oxide)를 130nm의 두께로 형성하였다. 이어서 상기 제 1 전극 상에 정공 주입층으로 IDE-406(이데미츠사)을 210nm의 두께로 형성하고, 정공 수송층으로는 NPB(n-propyl bromide)를 20nm의 두께로 형성하였다. 상기 정공 수송층 상에 호스트로 CBP(4,4'-bis(9-carbazolyl)biphenyl)에 도펀트로 Ir(piq)3을 15wt%의 농도를 혼합하여 40nm의 두께로 적색 발광층을 형성하였다. 상기 적색 발광층 상에 제 1 전자 수송층으로는 Alq3 를 30nm 두께로 형성하였다. 상 기 Alq3 의 최저 비점유 분자 궤도 에너지 준위는 -3.1eV 이다. 이어서 상기 제 1 전자 수송층 상에 제 2 전자 수송층으로는 Balq를 10nm 두께로 형성하였다. 상기 Balq의 최저 비점유 분자 궤도 에너지 준위는 -2.9eV이다. 다음, 상기 제 2 전자 수송층 상에 제 2 전극으로 MgAg막을 두께 160Å으로 형성하고, 상기 MgAg 막 상에 Al막을 1000Å의 두께로 형성하였다.
<비교예>
제 1 전극으로 ITO(Indium tin oxide)를 130nm의 두께로 형성하였다. 이어서 상기 제 1 전극 상에 정공 주입층으로 IDE-406(이데미츠사)을 210nm의 두께로 형성하고, 정공 수송층으로는 NPB(n-propyl bromide)를 20nm의 두께로 형성하였다. 상기 정공 수송층 상에 호스트로 CBP(4,4'-bis(9-carbazolyl)biphenyl)에 도펀트로 Ir(piq)3을 15wt%의 농도를 혼합하여 40nm의 두께로 적색 발광층을 형성하였다. 상기 적색 발광층 상에 제 1 전자 수송층으로 Alq3를 30nm 두께로 형성하였다. 이어서 상기 제 1 전자 수송층 상에 제 2 전자 수송층없이 제 2 전극으로 MgAg막을 두께 160Å으로 형성하고, 상기 MgAg 막 상에 Al막을 1000Å의 두께로 형성하였다.
도 2는 상기 실험예 및 비교예에 따라 제조된 유기전계발광소자에 있어서, 전압에 대한 전류밀도를 측정한 그래프이다. 가로축은 전압(V)을 나타내며, 세로축은 전류밀도(mA/㎠)를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 인가된 전압이 약 4V 이하인 저전압 하에서는, 특히 3V 내 지 4V 사이의 영역에서는, 동일한 전압이 인가되는 경우 비교예의 경우보다 실험예에 따른 유기전계발광소자가 전류밀도가 1/10 정도 더 낮음을 확인할 수 있다. 실험예에 따른 유기전계발광소자의 경우, 4V 이하의 저전압 하에서 0.01 mA/㎠ 이하의 전류밀도값을 가지게 되어, 블랙 구현시 소자가 발광하는 것을 효율적으로 저하할 수 있음을 확인할 수 있다. 이에 반하여 인가되는 전압이 5V를 초과하는 영역에서는 실험예와 비교예의 소자의 전류밀도가 유의차가 없음을 확인할 수 있다.
그러므로 본 발명에서와 같이 제 2 전극과 제 1 전자 수송층 사이에 상기 제 1 전자 수송층보다 최저 비점유 분자 궤도(LUMO) 에너지 준위의 절대값보다 0.2eV 이상 작은 최저 비점유 분자 궤도 에너지 준위의 절대값을 가지는 제 2 전자 수송층을 형성함으로써, 낮은 전압하에서는 전자 주입 및 수송을 억제하여 전류밀도를 낮게 유지하여 블랙 구현시 소자가 발광하는 것을 억제할 수 있으며, 높은 전압하에서는 제 2 전극에서 발광층으로 갈수록 최저 비점유 분자 궤도 에너지 준위의 절대값이 계단식으로 더 작아지도록 배치하는 종래의 소자와 전류밀도에 있어서 유의차가 없도록 구동할 수 있다.
또한 상기 제 1 전자 수송층의 전자 이동도는 상기 제 2 전자 수송층의 전자 이동도보다 크게 함으로써, 높은 전압 하에서는 전자의 수송을 효율적으로 수행할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예들에 따른 유기전계발광소자의 단면도들이다.
도 2는 상기 실험예 및 비교예에 따라 제조된 유기전계발광소자에 있어서, 전압에 대한 전류밀도를 측정한 그래프이다.
<도면부호에 대한 간단한 설명>
110: 제 1 전극 120: 발광층
131: 제 1 전자 수송층 132: 제 2 전자 수송층
140: 제 2 전극 150: 정공 주입층
160: 정공 수송층 170: 전자 억제층
180: 정공 억제층

Claims (12)

  1. 제 1 전극;
    상기 제 1 전극 상에 위치하는 발광층;
    상기 발광층 상에 위치하는 제 1 전자 수송층;
    상기 제 1 전자 수송층 상에 위치하며, 상기 제 1 전자 수송층의 최저 비점유 분자 궤도(lowest unoccupied molecular orbital:LUMO) 에너지 준위의 절대값보다 작은 최저 비점유 분자 궤도 에너지 준위의 절대값을 가지며, 상기 제 1 전자 수송층의 전자 이동도보다 작은 전자 이동도를 가지는 제 2 전자 수송층; 및
    상기 제 2 전자 수송층 상에 위치하는 제 2 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전자 수송층의 최저 비점유 분자 궤도 에너지 준위의 절대값은 상기 제 1 전자 수송층의 최저 비점유 분자 궤도 에너지 준위의 절대값보다 0.2 eV 이상 작은 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전자 수송층의 최저 비점유 분자 궤도 에너지 준위의 절대값은 상기 제 1 전자 수송층의 최저 비점유 분자 궤도 에너지 준위의 절대값보다 0.2 eV 내지 1eV 이하로 작은 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전자 수송층의 전자 이동도는 1×10-6㎠/Vs 이상인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전자 수송층의 전자 이동도는 1×10-8㎠/Vs 내지 1×10-6㎠/Vs 미만인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전자 수송층의 두께는 1 내지 20nm 인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전자 수송층 및 상기 제 2 전자 수송층 각각은 옥사졸계 화합물, 이소옥사졸계 화합물, 트리아졸계 화합물, 이소티아졸 (isothiazole)계 화합물, 옥사디아졸계 화합물, 티아디아졸 (thiadiazole)계 화합물, 페릴렌 (perylene)계 화합물, Alq3 (트리스(8-퀴놀리놀라토)-알루미늄 (tris(8-quinolinolato)-aluminium), Balq, SAlq, Almq3, Gaq'2OPiv, Gaq'2OAc, 2(Gaq'2), BPQ (비스(페닐퀴녹살린)), TPQ(starburst 트리스(페닐퀴녹살린), 1,3,5-트리아진, BCP (2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-펜안트롤린), BeBq2 (비스(10-히드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨), TPBI (2,2',2"-(1,3,5-벤즈인에트리일)-트리스(1-페닐-1-H-벤지미다졸), E3 (터플루오렌), 및 CBP(4,4'- N,N'- 디카르바졸-비페닐)로 이루어진 군에서 선택된 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 전자 수송층은 Alq3 이며, 상기 제 2 전자 수송층은 Balq 인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 전자 수송층은 CBP 이며, 상기 제 2 전자 수송층은 Balq 인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기전계발광소자에 블랙 구현을 위한 4V 이하의 저전압이 인가되는 경우, 0.01 mA/㎠ 이하의 전류밀도값을 가지는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  12. 제 1 전극을 형성하고,
    상기 제 1 전극 상에 발광층을 형성하고,
    상기 발광층 상에 제 1 전자 수송층을 형성하고,
    상기 제 1 전자 수송층 상에 상기 제 1 전자 수송층의 최저 비점유 분자 궤도(lowest unoccupied molecular orbital:LUMO) 에너지 준위의 절대값보다 작은 최저 비점유 분자 궤도 에너지 준위의 절대값을 가지며, 상기 제 1 전자 수송층의 전자 이동도보다 작은 전자 이동도를 가지는 제 2 전자 수송층을 형성하고,
    상기 제 2 전자 수송층 상에 제 2 전극을 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
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