KR101333810B1 - 하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자 및 그의 제조 방법 - Google Patents

하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자 및 그의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자는 기판 상에 형성되는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 형성되는 정공층, 상기 정공층 상에 형성되며 도펀트와 호스트를 포함하는 정공수송 발광층, 상기 정공수송 형광 발광층 상에 형성되며, 정공수송특성과 전자수송특성을 공유하는 양쪽성 소재로 형성되는 스페이서, 상기 스페이서 상에 형성되며 도펀트와 호스트를 포함하는 전자수송 발광층, 상기 전자수송 인광 발광층 상에 형성되는 전자층, 상기 전자층 상에 형성되는 전자 주입층 및 상기 전자 주입층 상에 형성되는 제 2 전극을 포함한다. 따라서, 유기 전계 발광 소자 내부의 형광 발광층과 인광 발광층을 정공수송특성이 우수한 층과 전자수송특성이 우수한 층으로 각각 구성하고 정공과 전자수송특성이 모두 우수한 소재로 연결하여 발광층 내에서의 정공과 전자의 밸런스를 효과적으로 달성하여 고효율 유기 전계 발광 소자를 얻을 수 있다.
유기전계 발광 소자, 하이브리드, 효율, 정공수송층, 전자수송층, 스페이서

Description

하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자 및 그의 제조 방법{THE HYBRID WHITE ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICES AND THE METHOD OF MAKING THE SAME}
본 발명은 하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다. 특히 본 발명은 고효율의 하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 디스플레이 산업은 박막을 이용한 소형 경량화 및 박막화를 추구할 뿐만 아니라 고해상도를 요구하며 발전하고 있다. 이러한 요구에 발맞추어 차세대 디스플레이의 구현을 위해서, 현존하는 소자 제작 기술 중에 유기 전계 발광 소자 기술이 주목을 받고 있으며, 이에 대한 연구가 집중적으로 이루어지고 있다.
통상적으로, 유기 전계 발광 소자는 기판 상에 제 1 전극, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 절연층 및 제 2 전극을 차례로 고진공 하에서 적층하여 형성되며, 제 1 및 제 2 전극은 투명 전극 또는 금속 전극으로 이루어질 수 있다.
이와 같이 구성된 유기 전계 발광 소자의 제 1 전극 및 제 2 전극에 (+)전극과 (-)전극을 각각 연결하면, 제 1 전극으로부터의 정공이 정공 수송층을 통해 발광층으로 공급되고, 제 2 전극으로부터의 전자가 전자 수송층을 통해 발광층으로 공급되어, 발광층에서 결합함으로써 발광하게 된다. 전술한 구성의 유기 전계 발광 소자는 응답속도가 빠르고, 저전압구동으로 자기 발광형이기 때문에 배면광(back light)이 필요 없어 경량 박형이 가능할 뿐 아니라, 휘도가 뛰어나며 시야각 의존성이 없는 등 여러 가지 장점을 갖고 있다.
유기 전계 발광 소자를 이용하여 디스플레이 장치를 제조하는 방법으로는 컬러 필터를 사용하여 풀 컬러 유기 전계 발광 소자를 제조하는 방법과 LCD 백라이트 또는 일반 조명으로 사용할 수 있는 백색 유기 전계 발광 소자를 제조하는 방법이 있다.
백색 발광 특성을 갖는 백색 유기 전계 발광 소자를 제작하기 위해서는 빛의 삼원색인 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 발광 특성을 갖는 발광물질들을 적층하거나, 서로 보색 관계를 갖는 발광물질들을 적층하는 방법(예를 들면, 하늘색과 적색 또는 청색과 오렌지색 등의 조합)이 있으며, 이에 따라 백색 유기 전계 발광 소자는 삼파장 백색 유기 전계 발광 소자와 이파장 백색 유기 전계 발광 소자로 분류할 수 있다.
또한, 사용하는 물질에 따라 형광 백색 유기 전계 발광 소자와 인광 백색 유기 전계 발광 소자로 분류할 수 있다.
형광 백색 유기 전계 발광 소자는 백색에 필요한 각 색상별로 안정성이 높은 물질이 많이 개발되어 매우 안정성이 높은 소자를 제조할 수 있다는 장점이 있으나, 유기 전계 발광 소자에서 생성되는 삼중항 엑시톤을 사용하지 않음에 따른 효율 향상의 한계가 있다. 인광 백색 유기 전계 발광 소자는 각 색상별로 고효율의 물질이 많이 개발되어 매우 높은 효율의 백색 소자를 제조할 수 있다는 장점이 있으나, 안정적인 청색 인광 물질이 없기 때문에 소자의 안정성이 부족하다는 문제점을 갖고 있다.
이러한 문제점을 개선하기 위하여 형광과 인광을 동시에 사용하는 하이브리드 타입의 소자가 개발되었다.
종래의 하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자는 형광 발광층과 인광 발광층을 포함하고 있으며, 발광층 사이에 하나의 헤테로 정션을 가질 수 있도록 구성되어 재결합영역이 헤테로 정션 또는 그 근처에 형성되도록 하는 특징을 가지고 있다. 또한, 형광 발광층과 인광발광층 사이에는 스페이서가 존재할 수도 있는데, 이러한 스페이서와 발광층 사이에 헤테로 정션이 형성되도록 할 수도 있고, 스페이서는 인광 발광층의 삼중항이 형광 발광층으로 소광되는 것을 막아 주는 역할을 하기도 한다.
그러나, 종래의 하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자는 하나의 헤테로 정션을 중심으로 재결합영역이 형성되기 때문에 비록 스페이서를 도입하여 인광 발광층의 삼중항이 형광 발광층으로 소광되는 것을 일부 막을 수는 있지만 많은 부분이 형광 발광층으로 소광되어 낮은 효율(5-6 % 외광효율)을 보이게 된다. 또한 발광층의 호스트 소재들이 전자수송특성보다 정공수송특성이 우수하여 전자/정공의 밸런스를 최적화하는데 한계가 있기 때문에 효율의 한계를 갖는다.
또한, 다른 종래의 기술로 형광층의 삼중항까지도 발광으로 활용하여 보다 높은 효율을 얻을 수 있는 백색 유기 전계 발광 소자를 제공하고 있으나, 발광층의 호스트를 정공 또는 전자 수송 특성이 우수하도록 정공 수송 소재 또는 전자 수송 소재를 같이 도핑하여 정공수송층 또는 전자수송층과 가까운 발광층에 주로 재결합이 이루어지도록 조절하고, 이부분에 청색 형광 재료를 도핑한다. 그리고, 청색 형광 발광층과 적당한 스페이서를 두고 인광 발광층을 두어 청색 발광층의 삼중항 엑시톤을 에너지 전달을 통하여 인광 발광층으로 이동시켜 형광과 인광 모두를 생성된 엑시톤을 모두 활용한 고효율 유기 전계 발광 소자를 구성할 수 있다.
그러나, 이러한 종래 기술에서도 발광층은 정공 또는 전하 수송 특성이 우수한 소재로만 이루어지기 때문에 전자/정공의 밸런스를 최적화하는데 한계가 존재하며 따라서 효율 향상에 한계를 가지고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 형광 발광층과 인광 발광층을 발광층으로 포함하는 하이브리드 유기 전계 발광 소자에서 전자/정공의 밸런스를 최적화할 수 있는 발광층 구조를 제공하여 고효율의 하이브리드 유기 전계 발광소자와 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 재결합 영역을 형광 발광층과 인광 발광층으로 효과적으로 분산시킬 수 있는 소자 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 하이브리드 유기 전계 발광 소자에서 형광층과 인광층의 재결합 비율을 조절할 수 있는 소자 구조를 제공하여 색조절이 용이한 백색 유기 전계 발광 소자와 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자는 기판 상에 형성되는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 형성되는 정공층, 상기 정공층 상에 형성되며 도펀트와 호스트를 포함하는 정공수송 발광층, 상기 정공수송 형광 발광층 상에 형성되며, 정공수송특성과 전자수송특성을 공유하는 양쪽성 소재로 형성되는 스페이서, 상기 스페이서 상에 형성되며 도펀트와 호스트를 포함하는 전자수송 발광층, 상기 전자수송 인광 발광층 상에 형성되는 전자층, 상기 전자층 상에 형성되는 전자 주입층 및 상기 전자 주입층 상에 형성되는 제 2 전극을 포함한다.
상기 스페이서는 상기 정공수송특성이 우수한 소재와 상기 전자수송특성이 우수한 소재를 혼합하여 형성될 수 있다.
상기 스페이서는 상기 정공수송특성이 우수한 소재와 상기 전자수송특성이 우수한 소재를 혼합하여 형성되며, 형광 도판트 또는 인광 도판트를 포함할 수 있다.
상기 정공수송 발광층은 형광 발광층이며, 상기 전자수송 발광층은 인광 발광층일 수 있다.
상기 정공수송 형광 발광층은 청색과 녹색을 발광하고, 전자수송 인광 발광층은 적색을 발광할 수 있다.
상기 정공수송 형광 발광층은 청색을 발광하고, 상기 전자수송 인광 발광층은 녹색과 적색을 발광할 수 있다.
상기 정공수송 발광층은 인광 발광층이며, 상기 전자수송 발광층은 형광 발 광층일 수 있다.
상기 정공수송 인광 발광층은 적색 발광하고, 상기 전자수송 형광 발광층은 청색과 녹색을 발광할 수 있다.
상기 정공수송 인광 발광층은 적색과 녹색을 발광하고, 상기 전자수송 형광 발광층은 청색을 발광할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자의 제조 방법은 기판 상에 제 1 전극과 정공층을 순차적으로 형성하는 단계, 상기 정공층 상에 도펀트와 호스트를 도핑하여 정공수송 발광층을 형성하는 단계, 상기 정공수송 발광층 상에 정공수송특성 및 전자수송특성을 공유하는 양쪽성 소재를 이용하여 스페이서를 형성하는 단계, 상기 스페이서 상에 도펀트와 호스트를 도핑하여 전자수송 발광층을 형성하는 단계, 및 상기 전자수송 발광층 상에 전자층, 전자 주입층 및 제2 전극을 순차적으로 형성하는 단계를 포함한다.
상기 스페이서를 형성하는 단계는 상기 정공수송특성이 우수한 소재와 상기 전자수송특성이 우수한 소재를 혼합하여 적층할 수 있다.
상기 스페이서는 상기 정공수송특성이 우수한 소재와 상기 전자수송특성이 우수한 소재를 혼합하여 형성되며, 형광 도판트 또는 인광 도판트를 포함할 수 있다.
상기 정공수송 발광층은 형광 발광층으로 형성하고, 상기 전자수송 발광층은 인광 발광층으로 형성할 수 있다.
상기 정공수송 형광 발광층은 청색과 녹색을 발광하고, 전자수송 인광 발광 층은 적색을 발광할 수 있다.
상기 정공수송 형광 발광층은 청색을 발광하고, 상기 전자수송 인광 발광층은 녹색과 적색을 발광할 수 있다.
상기 정공수송 발광층은 인광 발광층으로 형성하고, 상기 전자수송 발광층은 형광 발광층으로 형성할 수 있다.
상기 정공수송 인광 발광층은 적색 발광하고, 상기 전자수송 형광 발광층은 청색과 녹색을 발광할 수 있다.
상기 정공수송 인광 발광층은 적색과 녹색을 발광하고, 상기 전자수송 형광 발광층은 청색을 발광할 수 있다.
본 발명에 따르면, 유기 전계 발광 소자 내부의 형광 발광층과 인광 발광층을 정공수송특성이 우수한 층과 전자수송특성이 우수한 층으로 각각 구성하고 정공과 전자수송특성이 모두 우수한 소재로 연결하여 발광층 내에서의 정공과 전자의 밸런스를 효과적으로 달성하여 고효율 유기 전계 발광 소자를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 형광 발광층과 인광 발광층 각각에 재결합영역이 분산되는 효과를 얻을 수 있어 고효율 고신뢰의 유기 전계 발광 소자를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 형광 발광층과 인광 발광층의 재결합 비율을 스페이서의 전하이동도의 조절을 통하여 조절할 수 있어서 발광 색상을 효과적으로 조절할 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자 및 그 제조 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자의 적층구조를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자는 기판(110), 제1 전극(120), 정공층(130), 정공수송 청색 형광 발광층(140), 스페이서(150), 전자수송 적색 인광 발광층(160), 전자층(170), 전자 주입층(180) 및 제 2 전극(190)을 포함한다.
제 1 전극(120)은 ITO로 형성할 수 있다.
정공층(130)은 300 A 두께의 NPB와 100A두께의 TcTa를 적층하여 형성한다.
정공수송 청색 형광 발광층(140)으로는 SFC사의 SH03과 SD1를 각각 호스트와 도판트 재료로 사용하여 5 vol% 의 도핑 농도로 100 A 두께만큼 형성한다.
전자수송 적색 인광 발광층(160)으로는 SFC사의 PH1과 RP415를 호스트와 도판트 재료로 사용하여 7 vol%의 도핑농도로 150 A 두께만큼 형성한다.
전자층(170)과 전자주입층(180)은SFC사의 ET137을 300 A로 적층하고, LiF를 10 A로 적층하여 각각 형성하고, 제2 전극(190)으로 Al을 1000 A두께로 적층하여 형성한다.
이때, 스페이서(150)는 50 A의 두께로 형성하며, 정공수공과 전자수송이 모두 가능하도록 정공수송특성이 우수한 NPB 또는 TcTa와 전자수송특성이 우수한 PH1을 소정의 비율로 혼합하여 형성한다.
이때, 혼합비율은 1:1 또는 3:1을 충족한다.
도 2a, 2b 및 2c는 제1 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자의 발광 스펙트럼, 전류-전압-휘도 특성 곡선과 효율 특성 곡선을 각각 나타낸다.
정공특성이 우수한 NPB만을 스페이서(150)로 사용하는 경우 전자가 정공수송 형광발광층(140)까지 다다를 수 없으므로, 청색 스펙트럼이 거의 나타나지 않는 반면, 정공수송특성과 전자수송특성이 모두 나타나도록 스페이서(150)를 구성한 경우(혼합비율 1:1 또는 3:1)에는 청색스펙트럼과 적색스펙트럼이 스페이서(150)의 물질 혼합비율에 따라서 조절되어 나타났다.
이와 같이 정공수송 특성이 우수한 발광층(140), 전자수송이 우수한 발광층(160) 및 양쪽 전하에 대한 수송이 우수한 스페이서(150)로 구성된 발광 영역을 포함하는 하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자는 구동전압의 큰 변화없이 전하의 균형을 효과적으로 맞출 수있어 매우 높은 효율로 형광과 인광 발광을 얻을 수 있다.
또한, 스페이서(150)가 형광 발광층(140)에서의 단일항 에너지 전달과 인광발광층(160)에서의 삼중항 소광을 막아주게 되어 효율의 감소가 거의 없어진다. 제1 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자의 특성은 표 1과 같이 정리할 수 있다.
[표 1] 10 mA/cm2 에서의 실시예 1에 의한 소자 특성
스페이서 조성 전압 색좌표 외부양자효율(%) Efficacy(cd/A)
NPB 6.1 0.65, 0.31 15 13
NPB:PH1 (3:1) 6.1 0.28, 0.19 14 13
NPB:PH1 (1:1) 5.8 0.22, 0.17 12 12
TcTa:PH1 (3:1) 5.8 0.26, 0.18 13 12
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자의 적층구조를 나타낸 단면도이다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자는 기판(310), 제 1 전극(320), 정공층(330), 정공수송 청색 형광 발광층(340a), 정공수송 녹색 형광발광층(340b), 스페이서(350), 전자수송 인광 발광층(360), 전자층(370), 전자 주입층(380) 및 제 2 전극(390)을 포함한다.
제 1 전극(320)은 도 1과 같이 ITO로 형성되며, 정공층(330)은 300A의NPB과 100A의 TcTa의 적층구조로 이루어진다.
정공수송 청색 형광 발광층(340a)는 SFC사의 SH03과 SD1를 각각 호스트와 도판트 재료로 사용하고, 정공수송 녹색 형광 발광층(340b)는 SFC사의 SH03과 GDPH2 를 각각 호스트와 도판트 재료로 사용하여 5 vol% 의 도핑 농도로 두 층의 합이 100 A의 두께가 되도록 형성한다.
각 층의 비율은 10:0, 8:2, 6:4, 또는 4:6을 충족한다.
전자수송 인광 발광층(360)은 SFC사의 PH1과 RP415를 호스트와 도판트(도핑 농도 7 vol%, 150 A)하는 적색 발광층을 사용한다.
전자층(370)과 전자주입층(380)은 SFC사의 ET137을 300 A과 LiF을 10 A 두께로 각각 형성하고, 제2 전극(390)은 Al을 1000 A의 두께로 형성한다.
이때, 스페이서(350)는 50 A의 두께로 형성하는데, 정공수공과 전자수송이 모두 가능하도록 정공수송특성이 우수한 NPB 와 전자수송특성이 우수한 PH1을 혼합비율 1:1로 형성한다.
도 4a 내지 4c는 제2 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자의 발광스펙트럼, 전류-전압-휘도 특성 곡선과 효율특성 곡선을 나타낸다.
제2 실시예에서는 3파장의 백색을 제조하기 위하여 청색과 녹색의 형광발광층(340a, 340b)과 적색의 인광발광층(360)을 적용한 것이다.
형광발광층(340a, 340b)은 정공수송특성이 우수한 호스트를 이용하고, 인광발광층(360)은 전자수송특성이 우수한 호스트를 이용하여 형성하였다.
스페이서(350)는 정공수송특성과 전자수송특성이 모두 우수할 수 있도록 각각의 특성이 우수한 소재의 혼합으로 형성하였다. 각 색상의 발광 비율은 각 발광층의 두께를 조절하여 제어할 수 있었다. 도 4a의 발광스펙트럼에서 볼 수 있듯이 청색과 녹색 발광층의 두께에 따라서 청색과 녹색 발광의 비율이 달라지는 것을 볼 수 있다. 그러나, 도 4b의 전류-전압 특성은 비율에 따라서는 거의 변화가 없으며, 다만 도 4c의 스펙트럼 변화에 따른 전압-휘도 특성이 변하고 그에 따른 전류효율의 변화가 있었다.
[표 2] 10 mA/cm2에서의 실시예 2에 의한 소자 특성
청색층:녹색층 전압 색좌표 외부양자효율(%) Efficacy(cd/A)
10:0 5.3 0.25, 0.20 13 13
8:2 5.3 0.28, 0.27 13 16
6:4 5.3 0.29, 0.32 12 19
4:6 5.3 0.32, 0.39 12 21
한편, 본 발명의 제3 실시예에 따른 하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자는도 1의 구조에서, 정공층 상에 정공수송 청색 형광 발광층(140)을 포함하고, 스페이서 상에 전자 수송 녹색 인광 발광층(160)을 포함한다.
그 밖의 적층 구조는 도 1의 그것과 동일하다.
정공수송 청색 형광발광층(140)으로는 SFC 사의 SH03과 SD1를 각각 호스트와 도판트 재료로 사용하고, 5 vol% 의 도핑 농도로 100 A의 두께로 형성한다. 전자수송 녹색 인광 발광층(160)으로는 TPBI와 Irppy3를 호스트와 도판트 재료로 사용하고, 도핑 농도 7 vol%로 150 A두께로 형성한다.
전자층(170)과 전자주입층(180)으로는 SFC 사의 ET137을 300 A과 LiF 10 A 으로 형성하고, Al을 1000 A두께로 하여 제 2 전극(190)을 형성한다.
여기서 스페이서(150)는 50 A의 두께로 형성하였는데, 정공수공과 전자수송이 모두 가능하도록 정공수송특성이 우수한 NPB 와 전자수송특성이 우수한 TPBI 을 혼합비율(1:4 또는 1:9)로 형성하였고, 스페이서(150)가 없는 것과 TPBI만을 스페 이서(150)로 사용한 것을 비교하기 위하여 제작한다.
도 5a 내지 도 5c는 제3 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자의 발광 스펙트럼, 전류-전압-휘도 특성 곡선과 효율 특성 곡선을 나타내고 있다.
형광발광층(140)은 정공수송특성이 우수한 호스트를 그리고, 인광발광층(160)은 전자수송특성이 우수한 호스트를 이용하여 발광층을 형성하였다. 스페이서(150)는 정공수송특성과 전자수송특성이 모두 우수할 수 있도록 각각의 특성이 우수한 소재의 혼합으로 형성하였다.
도 5a를 참고하면, 스페이서(150)의 특성에 따라서 발광스펙트럼에 많은 차이가 나타난다. 먼저, 스페이서(150)가 없는 것이나 전자수송특성이 우수한 소재만을 사용한 경우에는 전하흐름을 제어할 수 없어 청색 형광발광만이 나타난다. 반면 정공수송과 전자수송특성을 모두 갖도록 한 스페이서(150)는 청색 형광발광과 녹색 인광 발광이 동시에 나타나는 것을 확인할 수 있다. 청색 형광발광과 녹색 인광발광의 비율은 스페이서(150)의 혼합비율로도 조절할 수 있음을 알 수 있다.
그러나, 도 5b의 전류-전압 특성은 비율에 따라서는 거의 변화가 없으며, 다만 도 5c의 스페이서 특성에 따른 전압-휘도 특성이 변하고 그에 따른 전류효율의 변화가 있었다.
[표 3] 10 mA/cm2에서의 실시예 3에 의한 소자 특성
스페이서 전압 색좌표 외부양자효율(%) Efficacy(cd/A)
없음 5.0 0.16, 0.26 5.6 9.2
TcTa:TPBI (0:1) 5.7 0.14, 0.20 6.9 9.2
TcTa:TPBI (1:9) 5.5 0.17, 0.33 8.0 16
TcTa:TPBI (1:4) 5.3 0.21, 0.42 9.1 22
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자의 적층구조를 나타낸 단면도이다.
도 6을 참고하면, 본 발명에 따른 하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자는 기판(610), 제1 전극(620), 정공층(630), 정공수송 청색 형광 발광층(640), 스페이서(650), 정공/전자수송 녹색 인광 발광층(660a), 전자수송 적색 인광발광층(660b), 전자층(670), 전자 주입층(680) 및 제2 전극(690)을 포함한다.
제1 전극(620) 및 정공층(630)은 도 1과 동일한 적층 구조를 가질 수 있으며, 정공수송 청색 형광발광층(640)으로는 SFC 사의 SH03과 SD1를 각각 호스트와 도판트 재료로 5 vol% 의 도핑 농도로 100 A의 두께로 형성한다.
스페이서(650)는 정공수송특성이 우수한 TcTa와 전자수송특성이 우수한 TPBI를 1:4로 혼합하여 50 A의 두께로 형성한다.
녹색 인광 발광층(660a)는 스페이서(650)를 호스트로 하고 Irppy3를 도판트로 7vol%의 농도로 도핑하여 0, 25, 50, 75 A의 두께로 각각 형성할 수 있다.
전자수송 적색 인광 발광층(660b)은 SFC사의 PH1과 RP415를 호스트와 도판트 재료로 도핑 농도 7 vol%로 주입하여 150, 130, 110, 90 A의 두께로 각각 형성할 수 있다.
전자층(670), 전자주입층(680), 및 제2 전극(690)은 도 1과 동일하게 형성할수 있다.
도 7은 제4 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자의 발광스펙트럼, 전류-전압-휘도 특성 곡선과 효율특성 곡선을 나타낸다.
3 파장의 백색을 제조하기 위하여 청색 형광발광층(640)과 녹색과 적색의 인광발광층(660a, 660b)을 사용하였다.
형광발광층(640)은 정공수송특성이 우수한 호스트를 인광발광층(660a, 660b)은 전자수송특성이 우수한 호스트를 사용하고, 양쪽 특성이 모두 우수한 스페이서(650)를 이용하여 발광층을 형성하였다.
스페이서(650)는 정공수송특성과 전자수송특성이 모두 우수할 수 있도록 각각의 특성이 우수한 소재의 혼합으로 형성하였다. 각 색상의 발광 비율은 각 발광층의 두께를 조절하여 제어할 수 있었다. 도 7a의 발광스펙트럼에서 볼 수 있듯이 녹색과 적색 발광층의 두께에 따라서 녹색과 적색 발광의 비율이 달라지는 것을 볼 수 있다.
녹색과 적색 발광층의 두께에 따라 전류-전압-휘도 특성은 유사하나, 효율 특성은 비율이 1:1에 가까워질수록 높아진다.
[표 4] 10 mA/cm2에서의 실시예 4에 의한 소자 특성
녹색층:적색층 전압 색좌표 외부양자효율(%) Efficacy(cd/A)
0:150 4.9 0.23, 0.18 8.7 8.5
25:130 4.7 0.22, 0.20 7.7 8.5
50:110 4.7 0.21, 0.27 8.0 12
75:90 4.6 0.21, 0.34 8.6 16
도 8은 본 발명에 대비되는 비교예를 나타내는 단면도이다.
도 8을 참고하면, 비교예에 따른 하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자는 기판(810), 제1 전극(820), 정공층(830), 전자수송 인광 발광층(840), 스페이서(850), 정공수송 형광 발광층(860), 전자층(870), 전자 주입층(880) 및 제2 전 극(890)의 적층 구조를 포함한다.
여기서 제1 전극(820), 정공층(830)은 도 1과 동일한 적층 구조를 가지며, 전자수송 인광 발광층(840)으로는 SFC의 PH1과 RP415를 각각 호스트와 도판트 재료로 사용하고 7 vol% 의 도핑 농도로 50 A의 두께로 형성한다. 스페이서(850)는 NPB를 50 A로 적층하여 형성하고, 정공수송 형광 발광층(860)은 NPB와 SFC사의 GDPH2를 호스트와 도판트 재료로 도핑 농도 5 vol%로 50 A 만큼 적층하여 녹색 발광층을 형성하고, SFC사의 SH03과 SD1을 호스트와 도판트 재료로 도핑 농도 5 vol%로 150 A만큼 적층하여 청색발광층을 형성한다.
전자층(870), 전자주입층(880) 및 제2 전극(890)은 도 1과 동일하게 적층할 수 있다.
도 9a 내지 9c는 비교예에 따른 유기 전계발광소자의 발광스펙트럼, 전류-전압-휘도 특성 곡선과 효율특성 곡선을 나타내고 있다.
비교예에 따른 소자는 도 9b 및 9c와 같이, 10 mA/cm2에서 6.8 V의 구동전압을 가지며, 0.34, 0.32 의 CIE 색좌표, 10 %의 외부양자효율, 14 cd/A의 전류효율을 나타낸다.
즉, 비교예와 같이 전자수송 발광층(840)과 정공수송발광층(860)의 순서가 본 발명의 제1 내지 제4 실시예의 구성과 반대로 형성되면 발광효율이 감소할 뿐만 아니라 구동전압도 증가한다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1 은 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자를 나타내는 단면도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 유기 전계 발광 소자의 전기발광스펙트럼, 전압-전류-휘도 특성곡선, 휘도-효율 특성곡선을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자를 나타내는 단면도이다.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 하이브리드 유기 전계 발광 소자의 전기발광스펙트럼, 전압-전류-휘도 특성곡선, 휘도-효율 특성곡선을 나타낸 도면이다.
도 5a 내지 5c는 본 발명의 제3 실시예에 따른 하이브리드 유기 전계 발광 소자의 전기발광스펙트럼, 전압-전류-휘도 특성곡선, 휘도-효율 특성곡선을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자를 나타내는 단면도이다.
도 7a 내지 7c는 본 발명의 제4 실시예에 따른 하이브리드 유기 전계 발광 소자의 전기발광스펙트럼, 전압-전류-휘도 특성곡선, 휘도-효율 특성곡선을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 비교예에 따른 하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자의 적 층 구조를 나타낸 도면이다.
도 9a 내지 9c는 본 발명의 비교예에 따른 하이브리드 유기 전계 발광 소자의 전기발광스펙트럼, 전압-전류-휘도 특성곡선, 휘도-효율 특성곡선을 나타낸 도면이다.

Claims (18)

  1. 기판 상에 형성되는 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 형성되는 정공층;
    상기 정공층 상에 형성되며 도펀트와 호스트를 포함하는 정공수송 발광층;
    상기 정공수송 발광층 상에 형성되며, 정공수송특성과 전자수송특성을 공유하는 혼합 소재로 형성되는 스페이서;
    상기 스페이서 상에 형성되며 도펀트와 호스트를 포함하는 전자수송 발광층;
    상기 전자수송 발광층 상에 형성되는 전자층;
    상기 전자층 상에 형성되는 전자 주입층; 및
    상기 전자 주입층 상에 형성되는 제 2 전극을 포함하고,
    상기 정공수송 발광층 및 전자수송 발광층 중 어느 하나는 형광 발광층으로 형성되고, 상기 정공수송 발광층 및 전자수송 발광층 중 다른 하나는 인광 발광층으로 형성되는
    하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서는 상기 정공수송특성을 갖는 소재와 상기 전자수송특성을 갖는 소재를 혼합하여 형성되는
    하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서는 상기 정공수송특성을 갖는 소재와 상기 전자수송특성을 갖는 소재를 혼합하여 형성되며, 형광 도판트 또는 인광 도판트를 포함하는
    하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 정공수송 발광층은 형광 발광층으로 형성되는 정공수송 형광 발광층이고,
    상기 전자수송 발광층은 인광 발광층으로 형성되는 전자수송 인광 발광층인,
    하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 정공수송 형광 발광층은 청색과 녹색을 발광하고,
    상기 전자수송 인광 발광층은 적색을 발광하는
    하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 정공수송 형광 발광층은 청색을 발광하고,
    상기 전자수송 인광 발광층은 녹색과 적색을 발광하는
    하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 정공수송 발광층은 인광 발광층으로 형성되는 정공수송 인광 발광층이고,
    상기 전자수송 발광층은 형광 발광층으로 형성되는 전자수송 형광 발광층인,
    하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 정공수송 인광 발광층은 적색 발광하고,
    상기 전자수송 형광 발광층은 청색과 녹색을 발광하는
    하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 정공수송 인광 발광층은 적색과 녹색을 발광하고,
    상기 전자수송 형광 발광층은 청색을 발광하는
    하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자.
  10. 기판 상에 제 1 전극과 정공층을 순차적으로 형성하는 단계,
    상기 정공층 상에 도펀트와 호스트를 도핑하여 정공수송 발광층을 형성하는 단계,
    상기 정공수송 발광층 상에 정공수송특성 및 전자수송특성을 공유하는 혼합 소재를 이용하여 스페이서를 형성하는 단계,
    상기 스페이서 상에 도펀트와 호스트를 도핑하여 전자수송 발광층을 형성하는 단계, 및
    상기 전자수송 발광층 상에 전자층, 전자 주입층 및 제2 전극을 순차적으로 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 정공수송 발광층 및 전자수송 발광층 중 어느 하나는 형광 발광층으로 형성되고, 상기 정공수송 발광층 및 전자수송 발광층 중 다른 하나는 인광 발광층으로 형성되는
    하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 스페이서를 형성하는 단계는
    상기 정공수송특성을 갖는 소재와 상기 전자수송특성을 갖는 소재를 혼합하여 적층하는
    하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 스페이서는 상기 정공수송특성을 갖는 소재와 상기 전자수송특성을 갖는 소재를 혼합하여 형성되며, 형광 도판트 또는 인광 도판트를 포함하는
    하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 정공수송 발광층은 형광 발광층으로 형성되는 정공수송 형광 발광층이고,
    상기 전자수송 발광층은 인광 발광층으로 형성되는 전자수송 인광 발광층인,
    하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 정공수송 형광 발광층은 청색과 녹색을 발광하고,
    상기 전자수송 인광 발광층은 적색을 발광하는
    하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 정공수송 형광 발광층은 청색을 발광하고,
    상기 전자수송 인광 발광층은 녹색과 적색을 발광하는
    하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 정공수송 발광층은 인광 발광층으로 형성되는 정공수송 인광 발광층이고,
    상기 전자수송 발광층은 형광 발광층으로 형성되는 전자수송 형광 발광층인,
    하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 정공수송 인광 발광층은 적색 발광하고,
    상기 전자수송 형광 발광층은 청색과 녹색을 발광하는
    하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 정공수송 인광 발광층은 적색과 녹색을 발광하고,
    상기 전자수송 형광 발광층은 청색을 발광하는
    하이브리드 백색 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.
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