KR101351417B1 - 백색 유기 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기 발광 소자에 관한 것으로 특히, 높은 색 온도 특성과 휘도 변화에 따른 색좌표 변화가 없는 백색 유기 발광 소자에 관한 것이다.
본 발명에 따른 백색 유기 발광 소자는 기판 상에 서로 대향된 제1 전극과 제2 전극과, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 형성된 전하 생성층과, 상기 제1 전극과 상기 전하 생성층 사이에 형성되고 형광 성분의 도펀트를 포함하는 제1 발광층을 가지는 제1 스택과, 상기 전하 생성층과 상기 제2 전극 사이에 형성되고 인광 성분의 도펀트를 포함하는 제2 발광층을 가지는 제2 스택과, 상기 제1 발광층은 상기 제1 전극과 상기 전하 생성층 사이에 삼중항-삼중항 소멸 현상에서 삼중항 엑시톤이 일중항으로 전이할 수 있도록 일중항-삼중항 간의 전이 에너지(△Est)가 작으며, 고휘도 영역으로 갈수록 효율이 감소하는 인광 소자의 제2 발광층의 휘도에 따른 효율 변화 곡선의 기울기와 형광 도펀트를 포함하는 제1 발광층의 휘도에 따른 효율 변화 곡선의 기울기를 맞추기 위해 상기 제1 발광층의 형광 도펀트 농도는 제1 발광층의 중량을 기준으로 4%~10%의 범위로 조절하는 것을 특징으로 한다.

Description

백색 유기 발광 소자{WHITE ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 유기 발광 소자에 관한 것으로 특히, 높은 색 온도 특성과 휘도 변화에 따른 색좌표 변화를 개선한 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 액정표시장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 플라즈마표시장치(Plasma Display Panel device: PDP), 전계방출표시장치(Field Emission Display device: FED), 유기 발광 표시 장치(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 어플리케이션으로 고려되고 있다.
이러한 유기 발광 표시 장치에는, 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 발생하여 대안적 방법이 요구되었다.
이러한 새도우 마스크를 대체하여 여러 방법이 제시되었던 그 중 하나로서 백색 유기 발광 표시 장치가 있다.
이하, 백색 유기 발광 표시 장치에 대해 설명하면 다음과 같다.
백색 유기 발광 표시 장치는 발광 다이오드 형성시 양극과 음극 사이의 각 층을 마스크 없이 증착시키는 것으로 유기발광층을 포함한 유기막들의 형성을 차례로 그 성분을 달리하여 진공 상태에서 증착하는 것을 특징으로 한다.
백색 유기 발광 표시 장치는 박형 광원, 액정표시장치의 백라이트 또는 컬러 필터를 채용한 풀컬러 표시 장치에 쓰일 수 있는 등 여러 용도를 가지고 있는 소자이다.
요즘, 백색 유기 발광 표시 장치는 청색 형광 소자를 발광층으로 이용하는 제1 스택과, 적색 및 녹색 인광 소자를 발광층으로 이용하는 제2 스택 구조가 적층된 형태의 인형광 스택 구조가 이용되고 있다. 이러한, 백색 유기 발광 표시 장치는 청색 형광 소자로부터 발광되는 청색광과 적색 및 녹색 인광 소자로부터 발광되는 적색광 및 녹색광의 혼합 효과에 의해 백색광이 구현된다.
하지만, 형광 소자로부터 발광되는 청색광에 대한 휘도 변화 곡선과, 인광 소자로부터 발광되는 적색광 및 녹색광에 대한 휘도 변화 곡선은 서로 다른 곡선을 가지게 됨으로써 백색광의 색좌표에 변화가 발생된다. 또한, 형광 소자는 내부 양자 효율이 좋지 않아 적색이 강하게 보이는 백색 색좌표 특징을 갖게 되는 문제점이 발생된다. 이와 같이, 저휘도 영역에서의 백색 색좌표 변화가 발생하는 부분에 패널에 추가 알고리즘을 적용하여 문제를 해결해야한다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 높은 색 온도 특성과 휘도 변화에 따른 색좌표 변화를 개선한 백색 유기 발광 소자를 제공하는 것이다.
이를 위하여, 본 발명에 따른 백색 유기 발광 소자는 기판 상에 서로 대향된 제1 전극과 제2 전극과, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 형성된 전하 생성층과, 상기 제1 전극과 상기 전하 생성층 사이에 형성되고, 형광 성분의 도펀트를 포함하는 제1 발광층을 가지는 제1 스택과, 상기 전하 생성층과 상기 제2 전극 사이에 형성되고, 인광 성분의 도펀트를 포함하는 제2 발광층을 가지는 제2 스택과, 상기 제1 발광층은 상기 제1 전극과 상기 전하 생성층 사이에 삼중항-삼중항 소멸 현상에서 삼중항 엑시톤이 일중항으로 전이할 수 있도록 일중항-삼중항 간의 전이 에너지(△Est)가 작으며, 고휘도 영역으로 갈수록 효율이 감소하는 인광 소자의 제2 발광층의 휘도에 따른 효율 변화 곡선의 기울기와 형광 도펀트를 포함하는 제1 발광층의 휘도에 따른 효율 변화 곡선의 기울기를 맞추기 위해 상기 제1 발광층의 형광 도펀트 농도는 제1 발광층의 중량을 기준으로 4%~10%의 범위로 조절하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1 스택은 상기 제1 전극과 상기 전하 생성층 사이에 제1 정공 주입층, 제1 정공 수송층, 제2 정공 수송층, 상기 제1 발광층 상에 제1 전자 수송층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제2 스택은 상기 전하 생성층과 상기 제2 전극 사이에 제2 정공 주입층, 제3 정공 수송층, 상기 제2 발광층 상에 제2 전자 수송층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 발광층은 하나의 호스트에 청색 형광 성분의 도펀트가 포함된 발광층이며, 상기 제2 발광층은 하나의 호스트에 인광 적색 및 인광 녹색 도펀트를 함께 도핑하여 이루어진 단일 발광층인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제1 발광층은 하나의 호스트에 청색 형광 성분의 도펀트가 포함된 발광층이며, 상기 제2 발광층은 하나의 호스트에 인광 엘로우(Yellow)-그린(Green) 도펀트 또는 하나의 호스트에 인광 녹색 도펀트로 이루어진 단일 발광층인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 일중항-삼중항 간의 전이 에너지(△Est)는 0.1eV ~ 0.6eV의 범위에 속하는 것을 특징으로 한다.
삭제
그리고, 상기 제1 전자 수송층은 적어도 두 층의 전자 수송층으로 형성되며, 적어도 두 층 중 하나의 전자 수송층은 상기 제1 발광층으로부터 금속 확산을 최소화할 수 있는 재질을 선택하며, 상기 적어도 두 층 중 다른 하나의 전자 수송층은 금속의 도핑을 통한 전자 주입이 가능한 유기물 재질이 사용되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 적어도 두 층의 전자 수송층 중 상기 제1 발광층과 인접한 전자 수송층은 제1 발광층의 삼중항 에너지 레벨보다 높게 형성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제1 정공 수송층은 상기 제1 발광층의 삼중항 에너지 레벨보다 높게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 전자 수송층과 상기 제3 정공 수송층은 상기 제2 발광층의 삼중항 에너지 레벨보다 높게 형성되는 특징으로 한다.
본 발명에 따른 백색 유기 발광 소자는 제1 발광층(형광 소자)에 대한 휘도에 따른 변화 기울기와 제2 발광층(인광 소자)에 대한 휘도에 따른 변화 기울기를 맞추었다. 이에 따라, 본 발명에 따른 백색 유기 발광 소자는 휘도에 따른 색좌표 변화를 개선한 고효율의 백색 유기 발광 소자를 가질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 제1 발광층(형광 소자)의 제한적인 내부 양자 효율은 삼중항-삼중항 소멸 현상(Triplet-Triplet Annihilation;TTA)를 통한 지연 형광의 기여로 25%~50%까지 향상시킴으로써 높은 색온도의 백색 유기 발광 소자 특성을 얻을 수 있다.
그리고, 제1 발광층에 농도 소광의 현상을 적용하여 휘도에 따른 색좌표 변화가 작은 백색 유기 발광 소자의 특성을 가짐으로써 추가 알고리즘 없이 패널을 구성할 수 있는 장점이 있다.
또한, 각 스택의 발광층과 인접한 전자 수송층과 정공 수송층은 발광층의 삼중항 에너지 레벨보다 높게 형성함으로써 캐리어(Carrier)들이 확산되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 백색 유기 발광 소자를 나타낸 사시도이다.
도 2는 형광 소자의 휘도에 따른 효율 변화 특성과, 인광 소자의 휘도에 따른 효율 변화 특성을 나타낸 그래프이다.
도 2는 형광 소자의 휘도에 따른 효율 변화 특성과, 인광 소자의 휘도에 따른 효율 변화 특성을 나타낸 그래프이다.
도 3은 도 2에 도시된 형광 소자에 대한 색좌표를 나타내고 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 제1 스택 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 제1 스택 구조의 내부 양자 효율을 나타내고 있는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 제1 스택의 도펀트 양을 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 제1 도펀트(D1)와 제1 호스트(H1)를 구성하는 제1 발광층의 도펀트 농도에 따른 휘도 효율을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 제1 도펀트(D1)와 제2 호스트(H2)를 구성하는 제1 발광층의 도펀트 농도에 따른 휘도 효율을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 도펀트의 농도는 동일하나, 호스트와 도펀트를 다르게 조합한 경우에 따른 휘도 효율를 나타낸 그래프이다.
도 10은 도 9에 도시된 각각의 유기 발광 소자에 대한 휘도 변화 기울기를 나타내고 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 동일한 구성 요소에 대해서는 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호로 표시하며, 공지된 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 구체적인 설명은 생략하기로 함에 유의한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도 1 내지 도 10을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 백색 유기 발광 소자를 나타낸 사시도이다.
도 1를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 백색 유기 발광 소자는 기판(100) 상에 서로 대향된 제1 전극(110)과 제2 전극(150), 제1 전극(110)과 제2 전극(150) 사이에 적층되어 이루어진 제1 스택(120), 전하생성층(Charge Generation Layer;130) 및 제2 스택(140)을 포함한다.
제1 전극(110)은 양극으로 TCO(Transparent Conductive Oxide; 이하, TCO)와 같은 투명 도전 물질로 ITO(Indum Tin Oxide; 이하,ITO), IZO(Indum Zinc Oxide; 이하,IZO) 등으로 형성된다.
제2 전극(150)은 음극으로 알루미늄과 같이 반사성 금속 재질로 금(Au), 알루미늄(AL), 몰리브덴(MO), 크롬(Cr), 구리(Cu) 등으로 형성된다.
제1 스택(120)은 제1 전극(110)과 전하 생성층(130) 사이에 제1 정공 주입층(Hole Injection Layer;HIL)(122), 제1 정공 수송층(Hole Transport Layer;HTL)(124), 제2 정공 수송층(124), 제1 발광층(128), 제1 전자 수송층(Electron Transport Layer; ETL)(129)이 차례로 적층되어 있다.
제1 발광층(128)은 하나의 호스트에 청색 형광 성분의 도펀트가 포함된 발광층이다. 제1 발광층(128), 제1 및 제2 정공 수송층(124,126), 제1 전자 수송층(129)에 대한 구체적인 설명은 도 2 내지 도 10을 결부하여 설명하기로 한다.
제1 및 제2 정공 수송층(124,126)은 본 발명과 같은 적층이 많이 된 구조일 경우에 정공의 이동 속도를 향상시키기 위해 정공 수송층을 두 층 형성한다. 정공 수송층(124,126)은 두 층으로 한정하지 않으며, 사용자의 필요에 따라 달라질 수 있다. 제1 또는 제2 정공 수송층(124,126) 중 제1 발광층(128)과 인접한 정공 수송층은 제1 발광층(128)의 호스트(Host) 삼중항 에너지(Triplet Energy) 레벨보다 높도록 형성되며, 바람직하게는 제1 발광층(128)의 호스트 삼중항 에너지 레벨보다 0.01~0.4eV 높도록 형성된다.
제1 전자 수송층(129)은 적어도 두 층으로 형성되며, 두 층 중 한층은 발광층으로부터 리듐(Li)과 같은 알칼리 금속 확산(Diffusion)을 최소화하며, 다른 한층은 리듐(Li)과 같은 알칼리 금속이 도핑(Dopping)을 통한 전자 주입이 가능한 bphen 계열의 유기물 재료가 사용된다. 적어도 두 층 중 제1 발광층(128)과 인접한 제1 전자 수송층(129)은 제1 발광층(128)의 호스트 삼중항 에너지 레벨보다 높도록 형성되며, 바람직하게는 제1 발광층(128)의 호스트 삼중항 에너지 레벨보다 0.01~0.4eV 높게 형성된다.
제2 스택(140)은 전하 생성층(130)과 제2 전극(150) 사이에 제2 정공 주입층(142), 제3 정공 수송층(144), 제2 발광층(146), 제2 전자 수송층(148), 전자 주입층(149)이 차례로 적층되어 있다.
제2 발광층(146)은 하나의 호스트에 인광 적색 및 인광 녹색 도펀트(phosphorescence Green +phosphorescence Red)를 함께 도핑하여 이루어진 단일 발광층이다. 또한, 제2 발광층(146)은 하나의 호스트에 인광 Yellow-Green 도펀트 또는 하나의 호스트에 인광 녹색 도펀트로 이루어진 단일 발광층일 수 있다.
제3 및 정공 수송층(144) 및 제2 전자 수송층(148)은 제2 발광층(146)의 호스트 삼중항 에너지 레벨보다 높도록 형성되며, 바람직하게는 제2 발광층(146)의 호스트 삼중항 에너지 레벨보다 0.01~0.4eV 높게 형성된다.
도 2는 형광 소자의 휘도에 따른 효율 변화 특성과, 인광 소자의 휘도에 따른 효율 변화 특성을 나타낸 그래프이고, 도 3은 도 2에 도시된 형광 소자에 대한 색좌표를 나타내고 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 백색 유기 발광 소자는 적색, 녹색, 청색 발광층들을 구비하는 구조로 서로 보색 관계에 있는 두 가지 색의 발광층을 이용하여 백색광을 구현한다. 이때, 백색 유기 발광 소자는 제1 스택(120)으로부터 청색이 발광되며, 제2 스택(140)으로부터 적색 및 녹색이 발광되어 백색 광을 구현한다.
제1 스택(120)의 제1 발광층(128)은 하나의 호스트에 청색 형광 성분의 도펀트가 포함된 발광층이며, 제2 스택(140)의 제2 발광층(146)은 하나의 호스트에 인광 적색 및 인광 녹색 도펀트(phosphorescence Green + phosphorescence Red)를 함께 도핑하여 이루어진 단일 발광층이다. 즉, 제1 발광층(128)은 형광층이며, 제2 발광층(146)은 인광층이다.
상술한 바와 같이, 제1 스택(120)의 제1 발광층(128)은 형광층으로 형성되며, 제2 발광층(140)의 제2 발광층(146)은 인광층으로 형성된다. 일반적인 백색 유기 발광 소자는 도 2에 도시된 바와 같은 그래프 특성이 나타난다.
구체적으로, 도 2에 도시된 제1 곡선(202)은 형광 소자의 휘도에 따른 효율 변화 특성을 나타낸 기울기이며, 도 2에 도시된 제2 곡선(204)은 인광 소자의 휘도에 따른 효율 변화 특성을 나타낸 기울기이다.
도 2에 도시된 바와 같이 청색 형광층의 제1 곡선(202)은 고휘도 영역으로 갈수록 효율의 변화가 없으나, 적색 및 녹색 인광층의 제2 곡선(204)은 고휘도 영역으로 갈수록 청색 형광층의 제1 곡선(204)에 비해 효율의 변화가 커지고 있다. 이와 같이, 형광 소자와 인광 소자의 휘도에 따른 효율 변화 기울기의 차이로 인해 도 3에 도시된 A 영역과 같이 휘도에 따른 색좌표 변화가 나타난다.
이를 보완하기 위해, 본 발명의 실시 예에 따른 제1 스택(120)은 제1 발광층(128)의 형광 효율을 높이는 동시에 휘도에 따른 효율 변화 기울기를 제2 스택(140)의 제2 발광층(146)에 맞추도록 형성된다. 구체적으로, 제1 스택(120)은 제1 발광층(128)의 형광 효율을 높이기 위해 내부 양자 효율(Internal Quantum Efficiency;IQE)을 높이며, 제2 스택(140)의 제2 발광층(146)의 휘도에 따른 효율 변화 기울기를 맞추기 위해 도펀트의 양을 조절한다. 제1 스택(120)은 내부 양자 효율(IQE)을 높이기 위해 삼중항-삼중항 소멸 현상(Triplet-Triplet Annihilation;TTA)이 잘 일어나는 구조로 형성된다. 이러한, 본 발명의 실시 예에 따른 내부 양자 효율(IQE)을 높이는 제1 스택(120)의 구조에 대해서는 도 4 및 도 5를 결부하여 설명하기로 하며, 제2 스택(140)의 휘도에 따른 효율 변화 기울기를 맞추기 위해 도펀트 양을 조절하는 것에 대해는 도 6을 결부하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 제1 스택 구조를 설명하기 위한 단면도이다. 그리고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 제1 스택 구조의 내부 양자 효율을 나타내고 있는 단면도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 제1 스택(120)은 제1 발광층(128) 내에 삼중항-삼중항 소멸 현상(Triplet-Triplet Annihilation; TTA)이 잘 일어날 수 있는 구조로 형성된다. 즉, 삼중항-삼중항 소멸 현상을 통한 지연 형광(Delayed Flurescence)의 기여로 내부 양자 효율(Internal Quantum Efficiency; 이하, IQE)이 향상된다.
다시 말하여, 삼중항-삼중항 소멸 현상(TTA)을 통한 효율 기여를 위해서는 발광층(128) 내에 삼중항-삼중항 소멸 현상이 효율적으로 잘 일어날 수 있는 소자의 구조를 갖추어야 한다. TTA 현상을 통한 삼중항에서 일중항으로의 전이가 용이하기 위해 발광층의 호스트(Host)와 도펀트(Dopant) 각각의 일중항-삼중항 간의 전이 에너지(Singlet-Triplet 간의 Exchange Energy;△Est)가 작아야 한다. 하지만, 삼중항 엑시톤을 발광층(128) 내에 효과적으로 막아두기 위해 정공 수종층(124,126)과 전자 수송층(129)의 삼중항 에너지가 청색 호스트의 삼중항 에너지보다 높아야 한다.
이에 따라, 제1 스택(120)은 도 4에 도시된 바와 같이 TTA 기여를 위해서 제1 발광층(128)에 인접한 정공 수송층(124,126)과 전자 수송층(129)을 호스트의 삼중항 에너지를 고려한 구조로 형성되며, TTA를 통하여 삼중항 엑시톤(Triplet exiton)이 일중항(Singlet)으로 쉽게 전이되기 위한 구조로 형성된다. 이를 위해, 제1 발광층(128)의 호스트의 △Est는 0.1eV ~ 0.6eV 범위 값을 가진다.
제1 또는 제2 정공 수송층(124,126) 중 제1 발광층(128)과 인접한 정공 수송층(124,126)은 도 4에 도시된 바와 같이 제1 발광층(128) 내의 삼중항 에너지 레벨(T1)보다 높게 형성되며, 제1 정공 주입층(122)과의 최저비점유분자궤도(Lowest Unoccupied Molecular Orbital : LUMO) 준위를 고려하여 형성된다. 이와 같이, 제1 또는 제2 정공 수송층(124,126)의 삼중항 에너지 레벨(TH1)이 제1 발광층(128) 내의 삼중항 에너지 레벨(T1)보다 높게 형성됨으로써 제1 발광층(128) 내에 정공이 제1 또는 제2 정공 수송층(124,126)으로 확산(Diffusion)되는 것을 막을 수 있다. 이에 따라, 제1 발광층(128)의 캐리어(carrier)들이 인접한 정공 수송층(124,126)으로 확산되지 않고 발광층(128) 내에 분포하도록 유도될 수 있다.
제1 전자 수송층(129)은 도 4에 도시된 바와 같이 제1 발광층(128) 내의 삼중항 에너지 레벨(T1)보다 높게 형성되며, 제1 발광층(128)으로부터 정공이 넘어오지 않게 블럭(Bolck) 특성을 고려하여 형성된다. 이와 같이, 제1 전자 수송층(129)의 삼중항 에너지 레벨(TE1)이 제1 발광층(128) 내의 삼중항 에너지 레벨(T1)보다 높게 형성됨으로써 제1 발광층(128) 내에 전자가 제1 전자 수송층(129)으로 확산(Diffusion)되는 것을 막을 수 있다. 이에 따라, 제1 발광층(128)의 캐리어들이 인접한 전자 수송층(129)으로 확산되지 않고 발광층(128) 내에 분포하도록 유도될 수 있다.
이와 같은 구조로 형성된 제1 스택(120)은 도 5에 도시된 바와 같이 삼중항-삼중항 소멸 현상(Triplet-Triplet Annihilation; TTA)을 통한 지연 형광(Delayed Flurescence)의 기여로 내부 양자 효율(Internal Quantum Efficiency; 이하, IQE)이 25% ~ 50%로 향상되었다. 상술한 제1 스택 구조로 형성한 상태에서 전하들의 이동도를 최적화시켜 고효율 형광 소자를 얻을 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 제1 스택의 도펀트 양을 설명하기 위한 단면도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 제1 스택(120)은 제2 스택(140)의 휘도에 따른 효율 변화 기울기를 고려한 도펀트(Dopant;212)와 호스트(Host;210)의 조합으로 제1 발광층(128)이 형성된다. 다시 말하여, 일반적으로, 형광 소자는 도 1의 제1 곡선(202)과 같은 기울기의 특성을 가지게 되며, 인광 소자는 도 1에 도시된 제2 곡선(204)과 같은 기울기의 특성을 가지게 된다. 도 1를 결부하여 설명한 바와 같이, 형광 소자의 휘도에 따른 효율 변화 기울기와 인광 소자의 휘도에 따른 효율 변화 기울기가 서로 다르게 나타난다.
이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 제1 스택(120)은 형광 소자의 제1 곡선(202)을 인광 소자의 제2 곡선(204)과 같이 고휘도 영역으로 갈수록 감소하는 기울기에 가깝도록 일치시키기 위해 제1 발광층(128)의 도펀트의 양을 조절한다. 즉, 제1 발광층(128)은 제2 발광층(146)의 인광 소자와 동일한 휘도 곡선을 나타내도록 도펀트(212)와 호스트(210)를 조합한다.
구체적으로, 제1 발광층(128)은 도펀트의 농도를 제1 발광층(128)의 중량을 기준으로 4%~10%으로 조절한다. 이와 같이, 도펀트(212)의 농도를 이용하여 농도 소광(Concentration Quenching)의 현상을 적용한다. 즉, 인광 또는 형광 소자에 모두 일어나는 현상으로 도펀트(212)의 농도가 과다할 경우에 발광 효율이 감소하게 된다. 캐리어 호핑을 통해 분자 사이를 이동하게 되는데 도펀트(212)의 농도가 과다하게 되면, 도펀트 입자 내에서 캐리어들 간의 충돌이 발생되어 열화가 일어나는 과정이다. 이러한 농도 소광 현상을 적용하게 되면, 전류 밀도에 따라 한정된 발광층(128) 내에서 서로 충돌하는 캐리어들의 확률이 달라짐으로 인하여 효율에 변화를 줄 수 있다. 이때, 제1 발광층(128)의 도펀트 농도를 증가시킬수록 농도 소광에 의한 휘도 변화에 따른 효율 변화 기울기가 고휘도 영역으로 갈수록 떨어지게 된다. 이에 따라, 제1 발광층(128)의 도펀트의 농도는 제2 발광층(140)의 휘도 특성에 따라 달라질 수 있다. 이와 같이, 제1 발광층(128)은 도펀트의 농도를 증가시켜 휘도 변화에 따른 효율 변화 기울기를 제2 스택(140)의 기울기와 동일한 곡선을 갖게 되어 백색 색 좌표를 해결하였다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 제1 도펀트(D1)와 제1 호스트(H1)를 구성하는 제1 발광층의 도펀트 농도에 따른 휘도 효율을 나타낸 그래프이다.
도 7은 제1 도펀트(D1)와 제1 호스트(H1)의 조합의 제1 발광층을 나타내는 곡선이며, 제1 발광층 내에 제1 도펀트(D1)의 양을 달리한 경우 휘도 효율 변화가 달라지는 것을 나타내고 있다. 구체적으로, 도 7에 대한 제1 곡선(230)은 제1 발광층 내에 4%의 제1 도펀트(D1) 농도를 가질 경우에 대한 휘도 곡선이며, 제2 곡선(232)은 제1 발광층 내에 6%의 제1 도펀트(D1) 농도를 가질 경우에 대한 휘도 곡선이며, 제3 곡선(234)은 제1 발광층 내에 8%의 제1 도펀트(D1) 농도를 가질 경우에 대한 휘도 곡선이다. 이와 같이, 휘도 효율 곡선은 제1 발광층 내의 도펀트 양이 증가할수록 기울기가 급해지는 것을 알 수 있다.
또한, 제1 호스트(H1)와 제1 도펀트(D1)의 양에 따른 제1 발광층은 [표 1]과 같이 나타낸다. [표 1]은 제1 호스트(H1)와 제1 도펀트(D1) 농도에 따른 구동전압(V), 단위 면적당 휘도(Cd/A), 양자 효율(QE(%)), 색좌표(CIEx, CIEy)를 나타내고 있다.
Host Dopant Volt(V) Cd/A QE(%) CIEx CIEy

BH1
 BD1(4%) 3.8v 10.3 10.3 0.127 0.152
BD1(6%) 3.8v 10.2 10.0 0.126 0.154
BD1(8%) 3.8v 9.9 9.4 0.125 0.161
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 제1 도펀트(D1)와 제2 호스트(H2)를 구성하는 제1 발광층의 도펀트 농도에 따른 휘도 효율을 나타낸 그래프이다.
도 8은 제1 도펀트(D1)와 제2 호스트(H2)의 조합에 따른 제1 발광층을 나타내는 곡선이며, 제1 발광층 내에 제1 도펀트(D1)의 양을 달리한 경우 휘도 효율 변화가 달라지는 것을 나타내고 있다. 구체적으로, 도 8에 대한 제1 곡선(224)은 제1 발광층 내에 2%의 제1 도펀트(D1) 농도를 가질 경우에 대한 휘도 곡선이며, 제2 곡선(220)은 제1 발광층 내에 4%의 제1 도펀트(D1) 농도를 가질 경우에 대한 휘도 곡선이며, 제3 곡선(226)은 제1 발광층 내에 6%의 제1 도펀트(D1) 농도를 가질 경우에 대한 휘도 곡선이며, 제4 곡선(222)은 제1 발광층 내에 8%의 제1 도펀트(D1) 농도를 가질 경우에 대한 휘도 곡선을 나타내고 있다. 이와 같이, 휘도 효율 곡선은 제1 발광층 내의 도펀트 양이 증가할수록 기울기가 급해지는 것을 알 수 있다.
또한, 제2 호스트(H2)와 제1 도펀트(D1)의 양에 따른 제1 발광층은 [표 2]와 같이 나타낸다. [표 2]는 제2 호스트(H1)와 제1 도펀트(D1) 농도에 따른 구동전압(V), 단위 면적당 휘도(Cd/A), 양자 효율(QE(%)), 색좌표(CIEx, CIEy)를 나타내고 있다.
Host Dopant Volt(V) Cd/A QE(%) CIEx CIEy λp(nm)
BH2


 BD1(2%) 3.9 10.8 10.7 0.128 0.152 3.9
BD1(4%) 3.9 11.5 10.9 0.126 0.163 3.9
BD1(6%) 3.9 11.4 10.6 0.126 0.168 3.9
BD1(8%) 3.9 11.3 10.1 0.125 0.177 3.9
한편, 발광층 내의 도펀트 양뿐만 아니라, 호스트의 종류에 따라 휘도 효율의 기울기가 달라지는 것을 알 수 있다. 이때, 제2 호스트(H2)는 제1 호스트(H1)에 비해 전하 밸런스(Charge balance)가 최적에 가깝게 맞춘 것을 예로 들 수 있다. 이와 같이, 형광의 특성에 따라 도펀트의 농도를 달리하여 휘도 효율 기울기를 변화시킬 수 있으며, 도펀트의 농도 외에 호스트의 종류에 따라서도 휘도 효율 기울기를 변화시킬 수 있다. 이는, 사용자의 필요에 따라 변경할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 도펀트의 농도는 동일하나, 호스트와 도펀트를 다르게 조합한 경우에 따른 휘도 효율를 나타낸 그래프이다.
도 9는 도펀트의 농도를 8%로 동일하게 적용한 경우를 나타낸 것이며, 도 9에 대한 제1 곡선(244)은 제1 호스트(H1)와 8%의 제1 도펀트(D1)의 농도를 가질 경우(Device B4)에 대한 휘도 곡선이며, 제2 곡선(242)은 제1 호스트(H1)와 8%의 제2 도펀트(D2)의 농도를 가질 경우(Device B3)에 대한 휘도 곡선이며, 제3 곡선(240)은 제2 호스트(H2)와 8%의 제1 도펀트(D1)의 농도를 가질 경우(Device B2)에 대한 휘도 곡선을 나타내고 있다. 이와 같이, 휘도 효율 곡선은 도펀트의 종류와 호스트의 종류에 따라 기울기가 달라질 수 있다.
또한, 도펀트의 종류와 호스트의 종류에 따른 제1 발광층은 [표 3]과 같이 나타낸다. [표 3]은 제1 내지 제3 곡선의 특성을 가지는 제1 발광층 각각의 구동전압(V), 단위 면적당 휘도(Cd/A), 양자 효율(QE(%)), 색좌표(CIEx, CIEy)를 나타내고 있다.
Host Dopant Volt(V) Cd/A QE(%) CIEx CIEy
Device B4 BH1 BD1(8%) 3.7 9.5 10.0 0.141 0.131
Device B2 BD2(8%) 3.7 10.3 10.4 0.140 0.138
Device B3 BH2 BD1(8%) 3.6 10.2 10.1 0.141 0.142
도 10은 도 9에 도시된 각각의 유기 발광 소자에 대한 휘도 변화 기울기를 나타내고 있다.
구체적으로, 도 10에 도시된 제1 곡선(256)은 표 3에 기재된 Device B2에 따른 휘도 변화 기울기를 나타내고 있으며, 제2 곡선(254)는 표 3에 기재된 Device B3에 대한 휘도 변화 기울기를 나타내고 있으며, 제3 곡선(250)은 표 3에 기재된 Device B4에 대한 휘도 변화 기울기를 나타내고 있으며, 제4 곡선(258)은 백색 휘도 변화 기울기를 나타내고 있다. 이와 같이, 본 발명은 도펀트의 농도 조절을 통해 Device B2와 같은 곡선을 가질 수 있어 백색 색좌표 변화가 발생되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.
100 : 기판 110: 제1 전극
120 : 제1 스택 122 : 제1 정공 주입층
124 : 제1 정공 수송층 126 : 제2 정공 수송층
128 : 제1 발광층 129 : 제1 전자 수송층
130 : 전하 생성층 140 : 제2 스택
142 : 제2 정공 주입층 144 : 제3 정공 수송층
146 : 제2 발광층 148 : 제2 전자 수송층
149 : 전자 주입층 150 : 제2 전극

Claims (11)

  1. 기판 상에 서로 대향된 제1 전극과 제2 전극과;
    상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 형성된 전하 생성층과;
    상기 제1 전극과 상기 전하 생성층 사이에 형성되고, 형광 성분의 도펀트를 포함하는 제1 발광층을 가지는 제1 스택과;
    상기 전하 생성층과 상기 제2 전극 사이에 형성되고, 인광 성분의 도펀트를 포함하는 제2 발광층을 가지는 제2 스택과;
    상기 제1 발광층은 상기 제1 전극과 상기 전하 생성층 사이에 삼중항-삼중항 소멸 현상에서 삼중항 엑시톤이 일중항으로 전이할 수 있도록 일중항-삼중항 간의 전이 에너지(△Est)가 작으며, 고휘도 영역으로 갈수록 효율이 감소하는 인광 소자의 제2 발광층의 휘도에 따른 효율 변화 곡선의 기울기와 형광 도펀트를 포함하는 제1 발광층의 휘도에 따른 효율 변화 곡선의 기울기를 맞추기 위해 상기 제1 발광층의 형광 도펀트 농도는 제1 발광층의 중량을 기준으로 4%~10%의 범위로 조절하는 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스택은
    상기 제1 전극과 상기 전하 생성층 사이에 제1 정공 주입층, 제1 정공 수송층, 제2 정공 수송층, 상기 제1 발광층 상에 제1 전자 수송층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 스택은
    상기 전하 생성층과 상기 제2 전극 사이에 제2 정공 주입층, 제3 정공 수송층, 상기 제2 발광층 상에 제2 전자 수송층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 발광층은 하나의 호스트에 청색 형광 성분의 도펀트가 포함된 발광층이며, 상기 제2 발광층은 하나의 호스트에 인광 적색 및 인광 녹색 도펀트를 함께 도핑하여 이루어진 단일 발광층인 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 발광층은 하나의 호스트에 청색 형광 성분의 도펀트가 포함된 발광층이며, 상기 제2 발광층은 하나의 호스트에 인광 엘로우(Yellow)-그린(Green) 도펀트 또는 하나의 호스트에 인광 녹색 도펀트로 이루어진 단일 발광층인 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 일중항-삼중항 간의 전이 에너지(△Est)는 0.1eV ~ 0.6eV의 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
  7. 삭제
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전자 수송층은 적어도 두 층의 전자 수송층으로 형성되며, 적어도 두 층 중 하나의 전자 수송층은 상기 제1 발광층으로부터 금속 확산을 최소화할 수 있는 재질을 선택하며, 상기 적어도 두 층 중 다른 하나의 전자 수송층은 금속의 도핑을 통한 전자 주입이 가능한 유기물 재질이 사용되는 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 두 층의 전자 수송층 중 상기 제1 발광층과 인접한 전자 수송층은 제1 발광층의 삼중항 에너지 레벨보다 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 제1 정공 수송층은 상기 제1 발광층의 삼중항 에너지 레벨보다 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 제2 전자 수송층과 상기 제3 정공 수송층은 상기 제2 발광층의 삼중항 에너지 레벨보다 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
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