KR101433524B1 - 유기발광소자 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 출원은, 제1 전극; 유기물층; 및 제2 전극을 순차적으로 적층된 형태로 포함하는 유기발광소자에 있어서, 상기 유기물층은 발광층; 및 발광층과 제2 전극 사이에 위치하는 광학길이조절층을 포함하고, 상기 광학길이조절층은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 제1 광학길이조절층을 포함하며, 상기 발광층에서 생성된 빛이 제1 전극을 통하여 방출하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자 및 이의 제조방법을 제공한다.

Description

유기발광소자 및 이의 제조방법{ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 출원은 유기발광소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 출원은 2012년 5월 25일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2012-0056400호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
유기발광소자(OLED)는 통상 두 개의 전극(양극 및 음극) 및 이들 전극 사이에 위치하는 한 층 이상의 유기물층으로 구성된다. 이와 같은 구조의 유기발광소자에 있어서, 두 개의 전극 사이에 전압을 인가하면, 양극으로부터는 정공이, 음극으로부터는 전자가 각각 유기물층으로 유입되고, 이들이 재결합하여 여기자를 형성하며, 이 여기자가 다시 기저 상태로 떨어지면서 에너지 차이에 해당하는 광자를 방출하게 된다. 이와 같은 원리에 의하여 유기발광소자는 가시 광선을 발생시킨다.
최근 유기발광소자의 용도가 다양해짐에 따라, 유기발광소자의 성능을 개선할 수 있는 재료들에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
본 명세서에는 신규한 구조의 유기발광소자가 기재된다.
본 출원의 일 구현예는 제1 전극; 발광층 및 제2 전극을 차례로 구비된 형태로 포함하는 유기발광소자에 있어서, 상기 유기발광소자는 상기 발광층과 제2 전극 사이에 구비된 광학길이조절층을 포함하고, 상기 광학길이조절층은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 제1 광학길이조절층을 포함하며, 발광층에서 생성된 빛이 제1 전극을 통하여 방출되는 것을 특징으로 하는 유기발광소자를 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112013046263672-pat00001
상기 화학식 1에 있어서, R1b 내지 R6b는 각각 수소, 할로겐 원자, 니트릴(-CN), 니트로(-NO2), 술포닐(-SO2R), 술폭사이드(-SOR), 술폰아미드(-SO2NR), 술포네이트(-SO3R), 트리플루오로메틸(-CF3), 에스테르(-COOR), 아미드(-CONHR 또는 -CONRR'), 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄의 C1-C12 알콕시, 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄의 C1-C12 알킬, 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄의 C1-C12 알케닐, 치환 또는 비치환된 방향족 또는 비방향족의 헤테로 고리, 치환 또는 비치환된 아릴, 치환 또는 비치환된 모노- 또는 디-아릴아민, 및 치환 또는 비치환된 아랄킬아민으로 구성된 군에서 선택되며, 상기 R 및 R'는 각각 치환 또는 비치환된 C1-C60 알킬, 치환 또는 비치환된 아릴 및 치환 또는 비치환된 5-7원 헤테로 고리로 이루어진 군에서 선택된다.
상기 설명 중 "치환 또는 비치환된"은 할로겐 원자, 니트릴(-CN), 니트로(-NO2), 술포닐(-SO2R), 술폭사이드(-SOR), 술폰아미드(-SO2NR), 술포네이트(-SO3R), 트리플루오로메틸(-CF3), 에스테르(-COOR), 아미드(-CONHR 또는 -CONRR'), 직쇄 또는 분지쇄의 C1-C12 알콕시, 직쇄 또는 분지쇄의 C1-C12 알킬, 직쇄 또는 분지쇄의 C2-C12 알케닐, 방향족 또는 비방향족의 헤테로 고리, 아릴, 모노- 또는 디-아릴아민, 또는 아랄킬아민에 의하여 치환 또는 비치환된 것을 의미하고, 여기서 상기 R 및 R'는 각각 C1-C60 알킬, 아릴 또는 5-7원 헤테로 고리이다.
본 출원의 일 구현예는 상기 유기발광소자를 포함하는 조명기기를 제공한다.
본 출원의 일 구현예는 기판에 제1 전극을 형성하는 단계; 제1 전극에 발광층을 형성하는 단계; 및 발광층에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 유기발광소자의 제조방법에 있어서, 상기 유기발광소자는 상기 발광층과 제2 전극 사이에 광학길이조절층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 광학길이조절층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 제1 광학길이조절층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자의 제조방법을 제공한다.
본 출원에 따르면, 발광되는 면의 반대편 전극과 발광층 사이에 광학길이조절층을 포함함으로써 캐비티(cavity)가 조절되어 구동전압의 상승 없이 발광 효율을 개선할 수 있고, 색도가 개선된 유기발광소자를 제공할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 출원의 일 구현예에 따른 유기발광소자의 구조를 예시한 것이다.
본 출원의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 구현예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 출원은 이하에서 개시되는 구현예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 구현예들은 본 출원의 개시가 완전하도록 하며, 본 출원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 출원의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 출원은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 표시된 구성요소의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 출원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 본 출원을 상세히 설명한다.
본 출원의 일 구현예에 따른 유기발광소자는, 기판; 제1 전극; 발광층 및 제2 전극을 차례로 구비된 형태로 포함하는 유기발광소자에 있어서, 상기 발광층과 제2 전극 사이에 구비된 광학길이조절층(Optical length control layer)을 포함할 수 있다. 상기 광학길이조절층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 제1 광학길이조절층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 광학길이조절층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 제1 광학길이조절층 및 투명 전도성 물질을 포함하는 제2 광학길이조절층을 포함할 수도 있다.
본 출원의 일 구현예에 따른 유기발광소자는 발광층에서 생성된 빛이 제1 전극을 통하여 방출되고, 상기 제2 전극은 발광 방향의 반대쪽에 위치하는 전극을 의미한다. 또한, 발광 방향의 반대쪽에 위치하는 전극의 반사도를 조절하면, 양면 발광도 가능하다.
한편, 유기발광소자에서는, 발광 효율을 증가시키는 방법 중의 하나로서, 발광색에 따라 소자의 캐비티(cavity)를 조절하는 방법을 이용할 수 있다. 발광색의 파장에 적합하도록 소자의 캐비티를 조절함으로써 발광 효율을 더욱 증가시킬 수 있다. 본 명세서에서, 소자의 캐비티란, 소자 내에서 빛이 주행 및/또는 일주하며 공진할 수 있는 길이를 의미하고, 두 개의 광학적 거울 사이에서 정상파를 가지며 공진을 형성하는 광공진기 및/또는 그러한 구조를 가지는 모두를 포함한다.
또한, 유기발광소자에 있어서, 발광층에서 제2 전극까지의 거리는 표면 플라즈몬(surface plasmon), 금속, 도파관(waveguide) 모드, 기판 모드, 아웃-커플드(out-coupled mode) 모드 등에 의한 광손실에도 영향을 미칠 수 있다. 또한, 제2 전극 자체의 유전율에 따라 발광 흡수 효과가 있기 때문에 발광층에서 제2 전극 사이 거리가 너무 가까울 경우 발광 효율이 떨어질 수 있다. 따라서, 발광층에서 제2 전극까지의 거리의 조정이 필요할 수 있다.
이를 개선하기 위하여 전자수송층을 발광층과 제2 전극 사이에 포함하는 경우, 전자수송층의 두께를 조절하여 발광층과 제2 전극 사이의 캐비티 길이를 조절할 수도 있다. 그러나, 이 경우 전하의 불균형을 초래하여 전압이 상승하는 효과를 보일 수 있다. 본 명세서에 있어서, 전하란 전자 또는 정공을 의미한다.
본 출원의 일 구현예에 따라 발광층과 제2 전극 사이에 캐비티 조절층으로 역할을 하는 광학길이조절층을 포함하는 경우 전압 상승 효과를 방지할 수 있고, 발광 색도에 있어서도 우수한 효과가 있다.
제1 광학길이조절층에 포함되는 화학식 1로 표시되는 화합물은 결정성이 있어서, 전기전도성이 우수하고, 이 화합물을 포함하는 유기물층의 두께를 증가시켜도 전압 상승 효과가 적은 장점이 있다.
제2 광학길이조절층에 포함되는 투명 전도성 물질은 인듐주석산화물(ITO: Indium Tin Oxide), 인듐아연산화물(IZO: Indium Zinc Oxide), 인듐산화물(Indium Oxide), 주석산화물(Tin Oxide) 및 아연산화물(ZnO: Zinc Oxide)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속 산화물일 수 있다. 상기 투명 전도성 물질을 포함하는 제2 광학길이조절층도 이 두께를 증가시켜도 전압 상승 효과가 적다.
예컨대, 제2 전극이 반사판으로서 작용을 하는 경우, 발광층과 제2 전극 사이에 유기물층이 존재할 때 발광층으로부터 제2 전극까지의 거리는 [유기물층의 굴절율 × λ/4]의 정수배로 조절할 수 있다. 이 때, λ는 발광층으로부터 방출되는 빛의 파장이다. 색상(color)이 다른 빛들은 서로 다른 파장을 갖기 때문에, 발광층에서 방출되는 빛의 색상에 따라, 발광층으로부터 제2 전극까지의 거리는 다르게 조절될 수 있다. 또한, 유기물층의 굴절율이 달라지면 굴절율과 두께의 곱으로 나타내어지는 광경로 길이가 달라지므로 굴절율에 따라 발광층으로부터 제2 전극까지의 거리는 다르게 조절될 수 있다. 제2 전극의 물질도 역시 발광층으로부터 제2 전극까지의 거리에 영향을 미칠 수 있다. 예컨대, 대부분의 금속은 빛이 표면에서 완전히 반사되지 않고 표면보다 더 깊이 침투하는 거리인 페네트레이션 뎁스(penetration depth)에 따라 광경로 길이가 달라질 수 있다. 상기 페네트레이션 뎁스가 7nm인 알루미늄(Al)에 비해 13nm인 은(Ag)은 빛이 금속 안쪽으로 더 많이 침투하여 상기 발광층으로부터 제2 전극까지의 거리가 달라지게 된다.
상기 발광층으로부터 제2 전극으로 진행하는 빛과 제2 전극으로부터 반사하는 빛의 상 매칭(phase matching)이 일어나면 보강 간섭이 일어나고, 이에 따라서 발광 빛의 강도가 증폭되어 밝은 빛의 구현이 가능하며, 반대로 상기 빛들간의 상 미스매칭(phase mismatching)이 일어나면 상쇄 간섭이 일어나 빛의 일부가 소멸된다. 이와 같은 상 매칭과 상 미스매칭의 현상에 따라, 발광 빛의 밝기는 발광층으로부터 제2 전극까지의 거리에 따라 사인(sine) 곡선의 형태로 나타난다.
본 출원의 일 구현예에 따르면, 발광층으로부터 제2 전극까지의 거리에 따른, 소자의 발광 빛의 밝기를 나타내는 사인 곡선에서, 빛의 밝기가 최대인 지점의 x축 값을 발광층으로부터 제2 전극까지의 거리로 설정할 수 있다.
본 출원의 일 구현예에 따르면, 상기 광학길이조절층의 두께는 50Å 이상, 구체적으로 50Å 이상 10,000Å 이하, 더욱 구체적으로 200Å 이상 3000Å 이하, 200Å 이상 1200Å 이하, 200Å 이상 1000Å 이하, 1500Å 이상 3000Å 이하, 1500Å이상 2500Å 이하, 또는 1700Å 이상 3000Å 이하일 수 있다.
상기 광학길이조절층의 두께는 발광 색의 파장에 따라 조금씩 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 발광층에서 생성된 빛이 청색 광인 청색 소자의 경우 200Å 이상 1,000Å 이하, 또는 1,300Å 이상 2,500Å 이하일 수 있고, 상기 발광층에서 생성된 빛이 황색 광인 황색 소자의 경우 200Å 이상 1,200Å 이하, 또는 1,500Å 이상 3,000Å 이하일 수 있다. 그리고, 전자전달층의 두께에 따라 광학길이조절층의 두께가 달라질 수 있다. 상기 광학길이조절층의 두께가 50Å 미만이면 표면 플라즈몬(surface plasmon), 금속의 광흡수, 도파관(waveguide) 모드 등에 의한 광손실에 의해 효율이 떨어질 수 있다. 광학길이조절층의 두께가 3,000Å이 넘으면 효과상에 큰 차이가 없다. 그러나, 광학길이조절층의 두께가 너무 커지면 공정 면에서 경제적이지 않으므로, 10,000Å 이하인 것이 바람직하다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 1-1 내지 1-6 중 어느 하나로 표시되는 화합물일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 1-1]
Figure 112013046263672-pat00002
[화학식 1-2]
Figure 112013046263672-pat00003
[화학식 1-3]
Figure 112013046263672-pat00004
[화학식 1-4]
Figure 112013046263672-pat00005
[화학식 1-5]
Figure 112013046263672-pat00006
[화학식 1-6]
Figure 112013046263672-pat00007
본 출원의 일 구현예에서는, 지지체 역할을 할 수 있는 적절한 기계적 강도를 갖는 기판을 포함할 수 있다. 기판은 빛이 방출되는 전극에 접하여 포함될 수 있다. 구체적으로 제1 전극의 하단에 기판이 형성될 수 있다.
이러한 기판은 용도에 따라 투과율이 높은 기판을 선택하거나 반사율이 높은 기판을 선택할 수 있다. 반사율이 높은 기판이 필요할 경우는 기판 자체의 반사율이 높거나 기판을 반사율이 큰 물질로 코팅하여 사용할 수 있다. 이러한 목적으로 사용되는 기판의 예로는 플라스틱, 유리, 금속, 세라믹, 웨이퍼, 금속 포일(foil) 등이다.
종래의 유기발광소자에 사용되는 기판은 양극으로 사용하는 ITO를 기판의 온도를 고온(>150℃)으로 유지시키면서 스퍼터링(sputtering) 공정을 사용하여 박막 형성을 하므로 고온의 공정 조건을 견딜 수 있는 유리와 같은 기판을 사용하며, 이러한 공정 조건에서 형성된 ITO 양극은 다시 유기발광소자를 제조하기 이전에 산소 또는 산소를 포함한 혼합 가스 플라즈마 클리닝이나 자외선/오존 (UV/Ozone) 처리를 하여 표면의 일 함수를 증가시키거나 표면에 존재하는 오염물을 제거하여 소자의 구동 전압을 낮게 하고 소자의 신뢰성을 향상시키는 방법을 사용한다. 본 출원의 유기발광소자는 이러한 종래의 유리 기판을 그대로 사용할 수도 있으며, 적절한 기계적 강도와 평탄도를 갖는 다양한 기판을 사용할 수도 있다.
본 발명자들은 발광층과 제2 전극 사이에 구비된, 광학길이조절층을 포함하는 각각의 유기물층 두께뿐만 아니라, 각 유기물층의 굴절율을 고려하여, 발광 효율이 우수하고 구동 전압이 낮은 최적의 범위를 하기 식 1 및/또는 식 2와 같이 찾아내었다. 구체적으로, 제2 전극이 빛을 방출하지 않고, 반사도가 70% 내지 100%인 경우, 발광층과 제2 전극 사이의 유기물층의 두께와 굴절율과의 관계가 하기 식 1 및/또는 식 2를 만족하면 높은 발광 효율 및 낮은 구동전압으로 유기발광소자가 구동하는 것을 밝혀내었다.
본 출원의 일 구현예에 따르면, 상기 유기발광소자는 상기 발광층과 상기 제2 전극 사이에 m개의 유기물층을 더 포함하고, 상기 m개의 유기물층은 하기 식 1을 만족하는 것일 수 있다.
[식 1]
Figure 112013046263672-pat00008
상기 식 1에서, λ는 발광층의 빛의 파장(㎚)을 의미하고, nx는 발광층으로부터 제2 전극 방향으로의 x번째 유기물층의 굴절율을 의미하며, dx는 발광층으로부터 제2 전극 방향으로의 x번째 유기물층의 두께를 의미한다.
또한, 본 출원의 일 구현예에 따르면, 상기 유기발광소자는 상기 발광층과 상기 제2 전극 사이에 m개의 유기물층을 더 포함하고, 상기 m개의 유기물층은 하기 식 2을 만족하는 것일 수 있다.
[식 2]
Figure 112013046263672-pat00009
상기 식 2에서, λ는 발광층의 빛의 파장(㎚)을 의미하고, nx는 발광층으로부터 제2 전극 방향으로의 x번째 유기물층의 굴절율을 의미하며, dx는 발광층으로부터 제2 전극 방향으로의 x번째 유기물층의 두께를 의미한다
상기 발광층과 상기 제2 전극 사이에 구비된 m개의 유기물층은 광학길이조절층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 m개의 유기물층은 정공차단층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 m개의 유기물층은 전자수송층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 m개의 유기물층은 전자주입층을 포함할 수 있다.
본 출원의 일 구현예에서는, 제2 전극과 발광층 사이 및/또는 발광층과 광학길이조절층 사이에 하나 이상의 유기물층을 포함할 수 있다.
본 출원의 일 구현예에서는, 상기 유기발광소자는 제1 전극과 제2 전극 사이에 하나 이상의 유기물층을 포함할 수 있다.
본 출원의 일 구현예에서는, 제1 전극과 발광층 사이에 하나 이상의 유기물층을 포함할 수 있다.
본 출원의 일 구현예에서는, 제2 전극과 발광층 사이 및/또는 발광층과 광학길이조절층 사이에 하나 이상의 유기물층을 포함할 수 있다.
본 출원의 일 구현예에서 상기 유기물층은 음극과 발광층 사이에서 발광층에 접하여 구비된 전자수송층일 수 있다. 상기 전자수송층은 제2 전극이 음극일 경우, 제2 전극과 발광층의 사이에서 발광층에 접하여 포함될 수 있다. 상기 전자수송층은 제1 전극이 음극일 경우, 제1 전극과 발광층의 사이에서 발광층에 접하여 포함될 수 있다.
본 출원의 일 구현예에서 상기 유기물층은 양극과 발광층 사이에서 발광층에 접하여 구비된 정공수송층일 수 있다. 상기 정공수송층은 제1 전극이 양극일 경우, 제1 전극과 발광층의 사이에서 발광층에 접하여 포함될 수 있다. 상기 정공수송층은 제2 전극이 양극일 경우, 제2 전극과 발광층의 사이에서 발광층에 접하여 포함될 수 있다.
본 출원의 일 구현예에서 상기 유기물층은 양극과 발광층 사이에서 양극에 접하여 구비된 정공주입층일 수 있다.
본 출원의 일 구현예에서는, 제1 전극 및 제2 전극 각각에 접하는 유기물층에 의해 상기 제1 전극 및 제2 전극을 모두 다양한 일함수를 갖는 물질로도 형성할 수 있다. 예컨대, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 모두 일함수가 2eV 내지 6eV인 물질, 특히 2eV 내지 4eV인 물질까지 사용할 수 있다. 전극 재료로는 금속, 금속 산화물 및 도전성 폴리머로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 포함할 수 있다.
본 출원의 일 구현예에서 상기 제1 전극은 양극이고, 상기 제2 전극은 음극일 수 있다. 이 경우, 양극 방향에서 발광이 일어나는 노말바텀(Normal bottom)의 형태일 수 있다. 이 경우 기판이 제1 전극의 하단에서 제1 전극에 접하여 포함될 수 있다.
본 출원의 일 구현예에서 제1 전극은 음극이고, 상기 제2 전극은 양극일 수 있다. 이 경우, 음극 방향에서 발광이 일어나는 인버티드바텀(Inverted bottom)의 형태일 수 있다. 이 경우 기판이 제2 전극의 하단에서 제2 전극에 접하여 포함될 수 있다.
본 출원의 일 구현예에 따른 유기발광소자는 노말바텀의 형태가 인버티드바텀의 형태보다 발광 효율면에서 바람직하다.
상기 제1 전극은 상대적으로 일함수가 큰 금속 또는 금속 산화물을 사용하여 박막을 형성할 수 있고, 구체적으로 일함수가 높은 투명 재료를 이용하여 제1 전극을 형성할 수도 있다. 일함수가 큰 양극을 사용할 경우, 정공수송층을 형성하는 물질의 가전자 띠(valance band)와 양극의 일 함수와의 차이가 줄어들므로 원활한 정공의 주입이 낮은 전압에서 이루어 질 수 있다. 그러므로 양극과 정공수송층에 함유되는 물질의 선택에서 두 재료간의 밴드(band) 위치와 계면의 접착력 또는 안정성이 소자의 효율과 수명에 큰 영향을 미친다. 예컨대, 제1 전극은, 각각 인듐주석산화물(ITO: Indium Tin Oxide), 인듐아연산화물(IZO: Indium Zinc Oxide), 인듐산화물(Indium Oxide), 주석산화물(Tin Oxide) 및 아연산화물(ZnO: Zinc Oxide) 중 선택된 1종 이상의 투명금속산화물 (Transparent Conducting Oxide)로 형성될 수 있다. 제1 전극의 재료도 발광효율에 영향을 미친다. 전기적 저항이 작은 물질 중에서 선택하여야만 큰 면적의 유기발광소자에 적절한 전류를 공급할 수 있다.
상기 제 1 전극의 재료는 투과도가 5% 내지 100%일 수 있다. 구체적으로는 50% 내지 100%인 경우 광손실이 감소하여 발광효율이 높아질 수 있다. 상기 제1 전극은 발광층에서 생성된 빛이 방출되는 방향에 위치하는 전극을 의미한다.
상기 제1 전극의 굴절율은 1.3 내지 2.5 인 것이 발광 효율이 좋고, 더욱 구체적으로는 1.5 내지 2.3 일 경우 도파관 효과가 줄어들어 발광 효율이 더욱 향상된다.
상기 제1 전극의 두께는 300Å 내지 1700Å인 것이 바람직하다. 제1 전극은 투과도가 좋아야 하며, 투과도는 두께가 얇을수록 좋다. 또한, 저항이 작아야 한다. 저항과 투과도의 최적 범위를 위해서는 300Å 내지 1700Å인 것이 바람직하다. 이 범위에서 전압을 상승시키지 않으면서 발광 효율을 높일 수 있다.
본 출원의 일 구현예에서 상기 제1 전극은 상기 제1 전극에 접하는 유기물층과의 계면에서 금속 또는 이의 합금의 박막 또는 금속 산화물층을 추가로 포함할 수 있다. 상기 유기물층은 정공주입층일 수도 있고, 정공수송층일 수도 있으며, 전자수송층일 수도 있다.
상기와 같은 금속 또는 이의 합금의 박막 또는 금속 산화물층을 추가로 포함하는 경우, 전하의 이동도 (career mobility) 및 전기 전도도를 증가시킬 수 있으므로, 소자의 문턱 전압 및 동작 전압을 낮추어 주는 효과를 제공할 수 있다. 또한, 유기발광소자를 대면적화시켜 제작하는 경우 인듐아연산화물과 같은 금속산화물을 제1 전극으로 사용하면 전극 저항을 줄일 수 있기 때문에 소자의 발광 부분의 빛을 보다 균일하게 얻을 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
상기 제1 전극에 포함되는 추가의 층의 재료로는 구체적으로 알루미늄 (Al), 은(Ag), 아연(Zn), 니오븀(Nb), 지르코늄(Zr), 주석(Sn), 탄탈륨(Ta), 바나듐(V), 수은(Hg), 갈륨(Ga), 인듐(In), 카드뮴(Cd), 붕소(B) 하프늄(Hf), 란타늄(La), 티타늄(Ti), 칼슘 (Ca), 마그네슘 (Mg) 및 이들 중에서 선택되는 금속과 네오디뮴(Nd) 또는 팔라듐(Pd)의 합금 등이 있으며, Li2O, Na2O, Rb2O, Cs2O, MgO, CaO 등의 금속 산화물 등도 포함하나, 이들에만 한정하는 것은 아니다.
상기 금속 또는 이의 합금의 박막 또는 금속산화물층을 추가로 포함하는 경우에는 그 두께를 가시 광선 영역의 파장의 투과도 및 전기 전도도를 고려하여 조절할 수 있으며, 그 두께가 1Å 내지 300Å인 것이 바람직하다.
본 출원의 일 구현예에서 제2 전극을 구성하는 물질은 작은 일 함수를 갖는 물질을 선택하여 전자수송층을 구성하는 물질의 전도띠(conduction band)로의 전자 주입을 원활하게 하여야 하므로 일함수가 작고 반사율이 큰 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
구체적으로, 상기 제2 전극은 Al, Ag, Au, Ni, Pd, Ti, Mo, Mg, Ca, Zn, Te, Pt 및 Ir 으로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 합금을 포함할 수 있고, 더욱 구체적으로 반사율이 우수한 Al 또는 Ag을 사용할 수 있다.
본 출원의 일 구현예에서 상기 제2 전극의 두께는 700Å 이상인 것이 반사도 가 70% 내지 100%, 더욱 구체적으로 90% 내지 100%가 되므로 유리하다. 또한, 유기발광소자의 면적이 클 때, 예를 들어 9cm2 이상으로 커질 때는 유기물 전면을 모두 덮게 하기 위하여 제2 전극의 두께가 2000Å 이상이 될 수도 있다. 상기 제2 전극은 발광 방향의 반대쪽에 위치하는 전극을 의미한다.
본 명세서에 있어서, n형이란 n형 반도체 특성을 의미한다. 다시 말하면, n형 유기물층은 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital) 에너지 준위에서 전자를 주입받거나 수송하는 특성을 갖는 유기물층이며, 이는 전자의 이동도가 정공의 이동도 보다 큰 물질의 특성을 갖는 유기물층이다. 반대로, p형이란 p형 반도체 특성을 의미한다. 다시 말하면, p형 유기물층이란 HOMO(highest occupied molecular orbital) 에너지 준위에서 정공을 주입받거나 수송하는 특성을 갖는 유기물층이며, 이는 정공의 이동도가 전자의 이동도보다 큰 물질의 특성을 갖는 유기물층이다. 본 명세서에 있어서, 'HOMO 에너지 준위에서 전하를 수송하는 유기물층'과 p형 유기물층은 서로 같은 의미로 사용될 수 있다. 또한, 'LUMO 에너지 준위에서 전하를 수송하는 유기물층'과 n형 유기물층은 서로 같은 의미로 사용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 에너지 준위는 에너지의 크기를 의미하는 것이다. 따라서, 진공준위로부터 마이너스(-) 방향으로 에너지 준위가 표시되는 경우에도, 에너지 준위는 해당 에너지 값의 절대값을 의미하는 것으로 해석된다. 예컨대, HOMO 에너지 준위란 진공준위로부터 최고 점유 분자 오비탈(highest occupied molecular orbital)까지의 거리를 의미한다. 또한, LUMO 에너지 준위란 진공준위로부터 최저 비점유 분자 오비탈(lowest unoccupied molecular orbital)까지의 거리를 의미한다.
본 출원의 일 구현예에 있어서, 상기 제1 전극에 접하는 유기물층은 정공주입층일 수 있고, 정공주입층에 접하여 정공수송층이 형성될 수 있다. 이때, 정공수송층은 p-형 유기물층일 수 있다.
또한, 발광층이 p-형 유기물층일 경우 정공수송층이 생략될 수 있다. 이때, 정공주입층에 접하여 발광층이 형성될 수 있다.
또한, 정공수송층이 정공주입과 정공수송의 역할을 함께 하는 경우는 정공주입층이 생략될 수 있다. 이때 제1 전극에 접하는 유기물층은 정공수송층일 수 있다.
제1 전극에 접하는 유기물층은 화학식 1의 화합물을 포함할 수 있다. 또한, p-형 유기물층이 정공수송층일 수도 있고 발광층일 수 있다. 이 경우, 상기 화학식 1의 화합물은 n-형 유기물이므로, 제1 전극에 접하는 유기물층과 상기 p-형 유기물층의 사이에서 NP 접합 구조가 형성될 수 있다. 상기 제1 전극에 접하는 유기물층의 LUMO 준위와 p-형 유기물층의 HOMO 준위 사이의 에너지 준위 차이가 감소되도록 조절되는 것이 바람직하다. 상기 제1 전극에 접하는 유기물층의 LUMO 에너지 준위와 상기 p-형 유기물층의 HOMO 에너지 준위의 에너지 차는 1eV 이하인 것이 바람직하고, 약 0.5eV 이하인 것이 더욱 바람직하다. 이 에너지 차는 물질 선택의 관점에서는 -1eV 이상 1eV 이하인 것이 바람직하며, 약 0.01 내지 1eV인 것이 더욱 바람직할 수 있다.
상기와 같은 수치 범위 내에서 에너지 준위가 선택되는 경우, 정공이 상기 제1 전극에 접하는 유기물층의 LUMO 에너지 준위를 통하여 상기 p-형 유기물층의 HOMO 에너지 준위로 용이하게 주입된다. 상기 p-형 유기물층의 HOMO 에너지 준위와 상기 제1 전극에 접하는 유기물층의 LUMO 에너지 준위의 에너지 차가 1eV 보다 크면, 상기 p-형 유기물층과 상기 제1 전극에 접하는 유기물층 사이의 NP 접합이 용이하게 발생하지 않아서 정공주입을 위한 구동전압이 상승한다. 즉, 본 출원의 일 구현예에 있어서, NP 접합이란 n-형 유기물층과 p-형 유기물층이 물리적으로 접하는 것뿐만 아니라, 전술한 에너지 관계를 만족하여야 한다.
NP 접합이 형성되면, 외부 전압이나 광원에 의하여 정공 또는 전자가 용이하게 형성된다. 즉, NP 접합에 의하여 p-형 유기물층 내에서 정공이, 제1 전극에 접하는 유기물층 내에서 전자가 용이하게 형성되는 것이다. 상기 NP 접합에서 정공과 전자가 동시에 발생되므로, 전자는 제1 전극에 접하는 유기물층을 통하여 제1 전극 방향으로 수송되며 정공은 p-형 유기물층 방향으로 수송된다. 따라서, 상기 에너지 차이 범위 내에서 정공 또는 전자가 용이하게 발생하고, 이에 따라 전하의 농도가 증가되어 소자의 구동전압 상승을 낮출 수 있다. 상기 p-형 유기물층은 정공수송층 또는 p-형 발광층일 수 있다.
상기 p-형 유기물층이 정공수송층인 경우, 상기 제1 전극에 접하는 유기물층과 상기 발광층 사이에 위치할 수 있다. 여기서, 상기 정공수송층의 HOMO(highest occupied molecular orbital) 에너지 준위가 5eV 이상인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 5eV 이상 6eV 이하인 것이 더욱 바람직하다. 5eV 이상인 경우, 상기 정공주입층과의 효과적인 전하 발생을 제공할 수 있다.
상기 정공주입층은 제1 전극에 접하여 형성될 수 있다. 상기 정공주입층을 형성하기 위한 상기 정공 주입 물질로는 낮은 전압에서 양극으로부터 정공을 잘 주입받을 수 있는 물질로서, 정공 주입 물질의 HOMO(highest occupied molecular orbital)가 양극 물질의 일함수와 주변 유기물층의 HOMO 사이인 것이 바람직하다. 정공 주입 물질의 구체적인 예로는 금속 포피린(porphyrine), 올리고티오펜, 아릴아민 계열의 유기물, 헥사니트릴 헥사아자트리페닐렌, 퀴나크리돈(quinacridone) 계열의 유기물, 페릴렌(perylene) 계열의 유기물, 안트라퀴논 및 폴리아닐린과 폴리티오펜 계열의 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는 화학식 1의 화합물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 정공 주입 물질에 금속 산화물을 도핑하여 사용함으로써, 우수한 특성, 구체적으로 에너지 레벨, 누설전류 감소 및 전압 상승 방지 등의 특성을 나타낼 수 있다.
상기 정공수송층은 발광층에 접하여 형성될 수 있다. 구체적으로 노멀(normal)구조인 경우는 제1 전극과 발광층 사이에 형성될 수 있다. 또한, 정공주입층이 제1 전극에 접하여 형성되는 경우, 정공주입층과 발광층 사이에 형성될 수 있다. 또한, 인버티드(inverted) 구조인 경우, 발광층과 광학길이조절층 사이에 형성될 수 있다.
상기 정공수송층을 형성하기 위한 정공 수송 물질로는 양극이나 정공 주입층으로부터 정공을 수송 받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로 정공에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 구체적인 예로는 아릴아민 계열의 유기물, 전도성 고분자, 및 공액 부분과 비공액 부분이 함께 있는 블록 공중합체 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 발광층은, 정공수송층과 전자수송층 사이에 형성될 수 있다. 발광층은 정공수송층과 전자수송층으로부터 정공과 전자를 각각 수송받아 결합시킴으로써 가시광선 영역의 빛을 낼 수 있는 물질로서, 형광이나 인광에 대한 양자효율이 좋은 물질로 형성할 수 있다. 구체적인 예로는 8-히드록시-퀴놀린 알루미늄 착물 (Alq3); 카르바졸 계열 화합물; 이량체화 스티릴(dimerized styryl) 화합물; BAlq; 10-히드록시벤조 퀴놀린-금속 화합물; 벤족사졸, 벤즈티아졸 및 벤즈이미다졸 계열의 화합물; 폴리(p-페닐렌비닐렌)(PPV) 계열의 고분자; 스피로(spiro) 화합물; 폴리플루오렌, 루브렌 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 전자수송층은 발광층에 접하여 형성될 수 있다. 구체적으로 노멀(normal) 구조인 경우는 발광층과 광학길이조절층 사이에 형성될 수 있다. 인버티드(inverted) 구조인 경우는 제1 전극과 발광층 사이에 형성될 수 있다. 전자수송층은 n-형 도핑된 것일 수도 있고, n-형으로 도핑되지 않을 수도 있다. n-형 도펀트를 포함하는 전자수송층은 캐리어의 농도를 높이는 효과가 있다.
상기 n-형 도펀트를 포함하는 전자수송층은 그 두께가 0.5Å 내지 50Å인 것이 바람직하다. 상기 n-형 도펀트를 포함하는 전자수송층의 두께가 50Å 초과인 경우 가시광선을 흡수하여 발광 효율을 저하시킬 수 있으며, 0.5Å 미만인 경우에는 박막의 균일도를 떨어뜨릴 수 있어 효과적인 전자 주입을 어렵게 할 수 있다.
상기 n-형 도펀트를 포함하는 전자수송층 중 n-형 도펀트는 유기물 또는 무기물일 수 있다. 상기 n-형 도펀트가 무기물인 경우, 알칼리금속, 예컨대 Li, Na, K, Rb, Cs 또는 Fr; 알칼리 토금속, 예컨대 Be, Mg, Ca, Sr, Ba 또는 Ra; 금속 할로겐화물, 예컨대 LiF, KF, NaF, CSF, MGF2, CaF2; 금속 산화물, 예컨대, MgO, CaO, BaO, SrO, Li2O, Na2O, K2O, Cs2O; 희토류 금속, 예컨대 La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Th, Dy, Ho, Er, Em, Gd, Yb, Lu, Y 또는 Mn; 또는 상기 금속들 중에서 선택되는 1 이상의 금속을 포함하는 금속 화합물, 예컨대 알칼리금속 화합물, 알칼리토금속 화합물 등을 포함할 수 있다. 또는, 상기 n-형 도펀트는 시클로펜타디엔, 시클로헵타트리엔, 6원 헤테로고리 또는 이들 고리가 포함된 축합고리를 포함하는 물질일 수도 있다.
여기서, 상기 n-형 도펀트는, 상기 n-형 도펀트를 포함하는 유기물층 재료의 총 중량을 기준으로 1 중량% 내지 50 중량%일 수 있다. 상기 n-형 도펀트를 상기 중량%의 범위에서 사용하는 경우에는 효과적인 전자주입을 용이하게 하는 동시에 광의 흡수를 최소화 할 수 있다는 장점이 있다. 본 출원의 일 구현예에 있어서, n-형 도펀트를 도핑하는 방법은 당 기술 분야에 알려져 있는 방법을 이용할 수 있으며, 본 출원의 범위가 특정 방법에 의하여 한정되는 것은 아니다.
상기 n-형 도펀트를 포함하는 전자수송층 중 도핑되는 물질, 즉 호스트 재료로는 전자 주입 또는 수송 물질이 사용될 수 있다. 예컨대, 상기 호스트 재료로는 이미다졸기, 옥사졸기, 티아졸기, 퀴놀린기 및 페난트롤린기로부터 선택되는 작용기를 갖는 화합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 이미다졸기, 옥사졸기, 티아졸기, 퀴놀린기 및 페난트롤린기로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 작용기를 갖는 화합물의 구체적인 예로는 하기 화학식 2 또는 3의 화합물의 화합물이 있다:
[화학식 2]
Figure 112013046263672-pat00010
상기 화학식 2에 있어서, R1 내지 R4는 서로 동일하거나 다를 수 있으며, 각각 독립적으로 수소원자; 할로겐 원자, 아미노기, 니트릴기, 니트로기, C1~C30의 알킬기, C2~C30의 알케닐기, C1~C30의 알콕시기, C3~C30의 시클로알킬기, C3~C30의 헤테로시클로알킬기, C5~C30의 아릴기 및 C2~C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 기로 치환된 또는 비치환된 C1~C30의 알킬기; 할로겐 원자, 아미노기, 니트릴기, 니트로기, C1~C30의 알킬기, C2~C30의 알케닐기, C1~C30의 알콕시기, C3~C30의 시클로알킬기, C3~C30의 헤테로시클로알킬기, C5~C30의 아릴기 및 C2~C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 기로 치환된 또는 비치환된 C3~C30의 시클로알킬기; 할로겐 원자, 아미노기, 니트릴기, 니트로기, C1~C30의 알킬기, C2~C30의 알케닐기, C1~C30의 알콕시기, C3~C30의 시클로알킬기, C3~C30의 헤테로시클로알킬기, C5~C30의 아릴기 및 C2~C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 기로 치환된 또는 비치환된 C5~C30의 아릴기; 또는 할로겐 원자, 아미노기, 니트릴기, 니트로기, C1~C30의 알킬기, C2~C30의 알케닐기, C1~C30의 알콕시기, C3~C30의 시클로알킬기, C3~C30의 헤테로시클로알킬기, C5~C30의 아릴기 및 C2~C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 기로 치환된 또는 비치환된 C2~C30의 헤테로아릴기이고, 서로 인접하는 기와 지방족, 방향족, 지방족헤테로 또는 방향족헤테로의 축합 고리를 형성하거나 스피로 결합을 이룰 수 있고; Ar1은 수소원자, 치환 또는 비치환의 방향족 고리 또는 치환 또는 비치환의 방향족 헤테로 고리이며; X는 O, S 또는 NRa이고; Ra는 수소, C1-C7의 지방족 탄화수소, 방향족 고리 또는 방향족 헤테로 고리이고,
[화학식 3]
Figure 112013046263672-pat00011
상기 화학식 3에 있어서, X는 O, S, NRb 또는 C1-C7의 2가 탄화수소기이고; A, D및 Rb는 각각 수소원자, 니트릴기(-CN), 니트로기(-NO2), C1-C24의 알킬, C5-C20의 방향족 고리 또는 헤테로 원자를 포함하는 치환된 방향족 고리, 할로겐, 또는 인접 고리와 융합 고리를 형성할 수 있는 알킬렌 또는 헤테로 원자를 포함하는 알킬렌이며; A와 D는 연결되어 방향족 또는 헤테로 방향족고리를 형성할 수 있고; B는 n이 2 이상인 경우 연결 유니트로서 다수의 헤테로 고리를 공액 또는 비공액되도록 연결하는 치환 또는 비치환된 알킬렌 또는 아릴렌이며, n이 1인 경우 치환 또는 비치환된 알킬 또는 아릴이고; n은 1 내지 8의 정수이다.
상기 화학식 2의 화합물의 예로는 한국 특허 공개 제2003-0067773호에 공지되어 있는 화합물을 포함하며, 상기 화학식 3의 화합물의 예로는 미국 특허 제5,645,948호에 기재된 화합물과 WO05/097756호에 기재된 화합물을 포함한다. 상기 문헌들은 그 내용 전부가 본 명세서에 포함된다.
구체적으로, 상기 화학식 2의 화합물에는 하기 화학식 4의 화합물도 포함된다:
[화학식 4]
Figure 112013046263672-pat00012
상기 화학식 4에 있어서, R5 내지 R7은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소원자, C1-C20의 지방족 탄화수소, 방향족 고리, 방향족 헤테로 고리 또는 지방족 또는 방향족 축합고리이며; Ar은 직접 결합, 방향족 고리 또는 방향족 헤테로 고리이며; X는 O, S 또는 NRa이며; Ra는 수소원자, C1-C7의 지방족 탄화수소, 방향족 고리 또는 방향족 헤테로 고리이고; 단 R5 및 R6이 동시에 수소인 경우는 제외된다.
또한, 상기 화학식 3의 화합물에는 하기 화학식 5의 화합물도 포함된다:
[화학식 5]
Figure 112013046263672-pat00013
상기 화학식 5에 있어서, Z는 O, S 또는 NRb이며; R8 및 Rb는 수소원자, C1-C24의 알킬, C5-C20의 방향족 고리 또는 헤테로 원자를 포함하는 치환된 방향족 고리, 할로겐, 또는 벤자졸 고리와 융합 고리를 형성할 수 있는 알킬렌 또는 헤테로 원자를 포함하는 알킬렌이고; B는 n이 2 이상인 경우 연결 유니트로서 다수의 벤자졸들을 공액 또는 비공액되도록 연결하는 알킬렌, 아릴렌, 치환된 알킬렌, 또는 치환된 아릴렌이며, n이 1인 경우 치환 또는 비치환된 알킬 또는 아릴이고; n은 1 내지 8의 정수이다.
바람직한 화합물로서 이미다졸기를 갖는 화합물로는 하기 구조의 화합물들이 있다:
Figure 112013046263672-pat00014
상기 n-형 도펀트를 포함하는 유기물층은 n-형 도핑에 의하여 상기 제2 전극에 접하는 유기물층과의 에너지 배리어(barrier)를 낮춤으로써 전자 주입 특성을 향상시킬 수 있다. 상기 n-형 도펀트를 포함하는 전자수송층의 LUMO 준위는 상기 제2 전극에 접하는 유기물층의 LUMO 준위와의 차가 4eV 이하인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 2eV 내지 3eV인 것이 더욱 바람직하다. 4eV를 초과하는 유기물층을 사용하였을 경우 제2 전극에 접하는 유기물층과의 에너지 배리어가 높아져 전자 주입 특성이 저하될 수 있다. 효과적인 전자 주입이 용이하지 않게 될 경우 소자의 구동 전압을 상승시키는 결과를 초래할 수 있다. 상기 제2 전극에 접하는 유기물층은 광학길이조절층일 수 있다.
상기 n-형 도펀트를 포함하는 전자수송층과 상기 제2 전극에 접하는 광학길이조절층 사이에 금속산화물층 또는 금속염층을 추가로 포함할 수 있다.
상기와 같은 금속산화물층 또는 금속염층은, 상기 제2 전극층에 접하는 광학길이조절층으로부터 상기 n-형 도판트를 포함하는 전자수송층으로의 전자 주입 과정에서, n-형 도판트를 포함하는 전자수송층의 HOMO 에너지 레벨로부터 제2 전극에 접하는 광학길이조절층으로 전달될 수 있는 정공을 효과적으로 막아주는 역할을 할 수 있다. 이에 의하여 전자-정공간의 소멸 현상을 최소화하고, n-형 도판트를 포함하는 전자수송층으로의 전자의 주입을 용이하게 하여, 소자의 효율을 증가시키는 효과를 기대할 수 있다. 구체적인 금속 산화물의 예로는 Li2O, Na2O, Rb2O, Cs2O, MgO, CaO 등이 있으며, 금속염은 LiF, NaF, KF, RbF, CsF, MgF2, CaF2, SrF2, BaF2, LiCl, NaCl, KCl, RbCl, CsCl, MgCl2, CaCl2, SrCl2, BaCl2 등을 예로 들 수 있으나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 금속산화물 또는 금속염층을 포함하는 경우, 그 두께는 0.5Å 내지 50Å인 것이 바람직하며, 1Å 내지 20Å 두께로 구성하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 금속산화물 또는 금속염층의 두께가 지나치게 두꺼운 경우 소자의 구동 전압을 증가시키는 결과를 초래할 수 있다.
상기 유기물층은 증착법 뿐만 아니라, 다양한 고분자 소재를 사용하여 솔루션 프로세스(solution process), 예컨대 스핀 코팅, 딥 코팅, 닥터 블레이딩, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅 또는 열 전사법 등의 방법에 의하여 더 적은 수의 층으로 제조할 수 있다.
상기에서 설명한 각 층을 이루는 물질들의 예는 단지 본 출원의 이해를 돕는 목적으로 일부를 제시한 것일 뿐 본 출원이 제공하는 화합물은 이들만으로 한정되지 않는다.
본 출원의 유기발광소자는 양극과 음극 사이에 다층의 유기층을 포함하며, 상기에서 설명한 각층들을 이용하여 다양한 구조를 갖는다. 기본적으로는 도 1과 같이 노말구조로서 기판(30)/양극(20)/정공주입층(180)/정공수송층(160)/발광층(140)/전자수송층(120)/광학길이조절층(100)/음극(10)을 포함하여 제조된다. 또한 상기 각층의 설명에서와 같이 필요에 따라서 두 가지 이상의 역할을 동시에 하는 물질을 사용하여 유기물의 층 수를 줄이거나, 반대로 성능을 더욱 향상시키거나 특별한 성능을 내기 위하여 층 수를 늘릴 수 있다. 이러한 층 구조는 도 2와 같이 기판(30)/양극(20)/정공주입층(180)/정공수송층(160)/발광층(140)/전자수송층(120)/제1 광학길이조절층(102)/제2 광학길이조절층(104)/음극(10)을 포함하는 구조일 수 있고, 기판/양극/ 정공수송층/발광층/전자수송층/제1 광학길이조절층/제2 광학길이조절층/음극을 포함하는 구조일 수 있다. 또한, 인버티드 구조로서 도 3과 같이 기판(30)/음극(10)/전자수송층(120)/발광층(140)/정공수송층(160)/제1 광학길이조절층(102) /제2 광학길이조절층(104)/양극(20)을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 그러나, 본 출원의 범위가 이 구조에만 한정되는 것은 아니다.
본 출원의 일 구현예에 따른 유기발광소자는, 제1 전극이 양극으로서 하부전극이고, 제2 전극이 음극으로서 상부전극인 노말(normal) 구조인 것이 바람직하다.
본 출원의 일 구현예는 상기 유기발광소자를 포함하는 조명기기를 제공한다.
본 출원의 일 구현예는 기판에 제1 전극을 형성하는 단계; 제1 전극에 발광층을 형성하는 단계; 및 발광층에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 유기발광소자의 제조방법에 있어서, 상기 발광층과 제2 전극 사이에 광학길이조절층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 광학길이조절층은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 제1 광학길이조절층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자의 제조방법을 제공한다.
본 출원의 일 구현예에서 상기 광학길이조절층을 형성하는 단계는 제1 광학길이조절층과 제2 전극 사이에 투명 전도성 물질을 포함하는 제2 광학길이조절층을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.
본 출원의 일 구현예에서 상기 광학길이조절층을 형성하는 단계 이전에, 제1 전극에 정공수송층; 발광층; 및 전자수송층을 차례로 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 출원의 일 구현예에서 상기 광학길이조절층을 형성하는 단계 이전에, 제1 전극에 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 정공주입층; 정공수송층; 발광층; 및 전자수송층을 차례로 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 출원의 일 구현예에서 상기 광학길이조절층을 형성하는 단계 이전에, 제1 전극에 전자수송층; 발광층; 및 정공수송층을 차례로 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 출원의 다양한 실시상태 및 특징을 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 출원의 다양한 실시상태 및 특징을 예시하기 위한 것에 불과하며, 본 출원의 범위가 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 1]
기판 상에 IZO를 스퍼터링 방법으로 1,000Å 두께의 애노드를 형성하고, 그 위에 하기 m-MTDATA(4,4',4"-tris[3-methylphenyl(phenyl)amino]triphenylamine)를 열 진공 증착하여 두께가 500Å인 p형 정공주입층을 형성하였다. 이어서, 상기 p형 정공주입층 위에 하기 NPB를 진공증착하여 두께가 400Å인 p형 정공수송층을 형성하였다.
이어서, 상기 p형 정공수송층 위에 하기 CBP(4,4'-N,N'-dicarbazole-biphenyl)에 하기 화학식 Ir(ppy)3(Tris(2-phenylpyridine)iridium(III)) 10 중량% 도핑하여 두께 300Å의 발광층을 형성하였다. 상기 발광층 위에, 하기 BCP(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline)로 50Å의 두께의 정공차단층을 형성하였다.
상기 정공차단층 위에 하기 전자 수송 재료를 호스트로 하고, 도펀트로서 Ca를 10 중량% 도핑하여 150Å 두께의 전자수송층을 형성하였다.
상기 전자수송층 위에 하기 HAT(상기 화학식 1-1로 표시되는 화합물)를 증착하여 300Å 두께의 광학길이조절층을 형성하였다.
나아가, 상기 광학길이조절층 위에 캐소드로서 Al을 2,000Å의 두께로 형성하여 유기발광소자를 제작하였다.
상기 과정에서 유기물의 증착 속도는 0.5 ~ 1 Å/sec로 유지하였고, 증착 시 진공도는 2 × 10-7 ~ 2 × 10-8 torr 정도로 유지하였다.
상기 실시예 1에 따른 구동 전압 및 외부 양자효율에 대하여, 하기 표 1에 정리하였다. 상기 외부 양자효율은 발광 효율과 같은 의미일 수 있다.
Figure 112013046263672-pat00015
[ 실시예 2]
전자수송층 위에 상기 HAT 300Å로 이루어진 제1 광학길이조절층을 형성하고, 상기 제1 광학길이조절층 위에 IZO를 스퍼터링 방법으로 증착하여 1000Å 두께의 제2 광학길이조절층을 형성하고, 상기 제2 광학길이조절층 위에 캐소드로서 Al을 2,000Å의 두께로 형성한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 유기발광소자를 제작하였다.
상기 실시예 2에 따른 구동 전압 및 외부 양자효율에 대하여, 하기 표 1에 정리하였다.
[ 실시예 3]
IZO 두께를 500Å으로 하여 애노드를 형성하고, 광학길이조절층의 두께를 500Å 두께로 형성한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 실시하여 유기발광소자를 제작하였다.
상기 실시예 3에 따른 구동 전압 및 외부 양자효율에 대하여, 하기 표 1에 정리하였다.
[ 비교예 1]
정공차단층 위에 하기 전자 수송 재료를 호스트로 하고, 도펀트로서 Ca를 10 중량% 도핑하여 150Å 두께의 전자수송층을 형성하고, 상기 전자수송층 위에 캐소드로서 Al을 2,000Å의 두께로 형성한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 유기발광소자를 제작하였다. 즉, 비교예 1은 실시예 1에서 광학길이조절층을 제외하고 유기발광소자를 제작하였다.
상기 비교예 1에 따른 구동 전압 및 외부 양자효율에 대하여, 하기 표 1에 정리하였다.
[ 비교예 2]
상기 전자수송층을 130Å의 두께로 형성하는 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 유기발광소자를 제작하였다.
상기 비교예 2에 따른 구동 전압 및 외부 양자효율에 대하여, 하기 표 1에 정리하였다.
애노드 두께 광학길이 조절층 광학길이 조절층 두께 구동전압
(@5mA/cm2)		 외부양자효율
(@5mA/cm2)
실시예 1 1000 Å HAT 300 Å 8.0V 15.4%
실시예 2 1000 Å HAT/IZO 300/1,000 Å 5.2V 16.2%
실시예 3 500 Å HAT 500 Å 9.6V 11.6%
비교예 1 1000 Å - - 13.7V 11.9%
비교예 2 1000 Å - - 9.7V 5.4%
[ 실시예 4]
기판 상에 IZO를 스퍼터링 방법으로 1,000Å 두께의 애노드를 형성하고, 그 위에 하기 상기 HAT를 열 진공 증착하여 두께가 500Å인 p형 정공주입층을 형성하였다. 이어서, 상기 p형 정공주입층 위에 하기 NPB를 진공증착하여 두께가 300Å인 p형 정공수송층을 형성하였다.
이어서, 상기 p형 정공수송층 위에 상기 CBP(4,4'-N,N'-dicarbazole-biphenyl)에 상기 화학식 Ir(ppy)3(Tris(2-phenylpyridine)iridium(III)) 10 중량% 도핑하여 두께 200Å의 발광층을 형성하였다. 상기 발광층 위에, 상기 BCP(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline)로 50Å의 두께의 정공차단층을 형성하였다.
상기 정공차단층 위에 하기 전자 수송 재료를 호스트로 하고, 도펀트로서 Ca를 10 중량% 도핑하여 150Å 두께의 전자수송층을 형성하였다.
상기 전자수송층 위에 상기 HAT(상기 화학식 1-1로 표시되는 화합물)를 증착하여 1750Å 두께의 광학길이조절층을 형성하였다.
나아가, 상기 광학길이조절층 위에 캐소드로서 Al을 1,000Å의 두께로 형성하여 유기발광소자를 제작하였다.
상기 과정에서 유기물의 증착 속도는 0.5 ~ 1 Å/sec로 유지하였고, 증착 시 진공도는 2 × 10-7 ~ 2 × 10-8 torr 정도로 유지하였다.
상기 실시예 4에 따른 구동 전압 및 외부 양자효율에 대하여, 하기 표 2에 정리하였다.
[ 실시예 5]
정공수송층 위에 상기 NPB에 BAlq(Bis(2-methyl-8-quinolinolate)-4-(phenylphenolato)aluminum) 을 3 중량% 도핑하여 두께 200Å의 청색 발광층을 형성하고, 광학길이조절층을 400 Å의 두께로 형성한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일하게 실시하여 유기발광소자를 제작하였다.
상기 실시예 5에 따르면, 청색 발광층을 포함하는 유기발광소자에서도 정상적으로 구동이 가능함을 알 수 있다.
상기 실시예 5에 따른 구동 전압 및 외부 양자효율에 대하여, 하기 표 2에 정리하였다.
[ 실시예 6]
전자수송층 위에 상기 HAT를 300 Å 두께로 이루어진 제1 광학길이조절층을 형성하고, 상기 제1 광학길이조절층 위에 IZO를 이용한 상기 제2 광학길이조절층을 1600 Å의 두께로 형성하고, 상기 제2 광학길이조절층 위에 Ag를 2000Å 두께로 캐소드를 형성한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일하게 실시하여 유기발광소자를 제작하였다.
상기 실시예 6에 따른 구동 전압 및 외부 양자효율에 대하여, 하기 표 2에 정리하였다.
발광층 광학길이 조절층 광학길이조절층 두께 구동전압
(@5mA/cm2)		 외부양자효율
(@5mA/cm2)
실시예 4 CBP:Ir(ppy)3 HAT 1750 Å 8.2V 15.7%
실시예 5 NPB:BAlq HAT 400 Å 5.2V 5.2%
실시예 6 CBP:Ir(ppy)3 HAT/IZO 300/1600 Å 7.8V 14.8%
비교예 1 CBP:Ir(ppy)3 - - 13.7V 11.9%
[ 비교예 3]
기판 상에 IZO를 스퍼터링 방법으로 1,000Å 두께의 애노드를 형성하고, 그 위에 하기 m-MTDATA(4,4',4"-tris[3-methylphenyl(phenyl)amino]triphenylamine)를 열 진공 증착하여 두께가 500Å인 p형 정공주입층을 형성하였다. 이어서, 상기 p형 정공주입층 위에 하기 NPB를 진공증착하여 두께가 400Å인 p형 정공수송층을 형성하였다.
이어서, 상기 p형 정공수송층 위에 하기 CBP(4,4'-N,N'-dicarbazole-biphenyl)에 하기 화학식 Ir(ppy)3(Tris(2-phenylpyridine)iridium(III)) 10 중량% 도핑하여 두께 300Å의 발광층을 형성하였다. 상기 발광층 위에, 하기 BCP(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline)로 50Å의 두께의 정공차단층을 형성하였다.
상기 정공차단층 위에 하기 전자 수송 재료를 호스트로 하고, 도펀트로서 Ca를 10 중량% 도핑하여 150Å 두께의 전자수송층을 형성하였다.
상기 전자수송층 위에 캐소드로서 Al을 2,000Å의 두께로 형성하고, 상기 캐소드 위에 상기 HAT를 500Å 두께로 광학길이조절층을 형성하여 유기발광소자를 제조하였다.
상기 과정에서 유기물의 증착 속도는 0.5 ~ 1 Å/sec로 유지하였고, 증착 시 진공도는 2 × 10-7 ~ 2 × 10-8 torr 정도로 유지하였다.
상기 비교예 3에 따른 구동 전압 및 외부 양자효율에 대하여, 하기 표 3에 정리하였다.
[ 비교예 4]
상기 비교예 3에서, 상기 IZO 애노드 위에 HAT를 500Å 두께로 증착하여 광학길이조절층을 형성하고, 캐소드 상부에는 광학길이조절층을 형성하지 아니하는 것을 제외하고 비교예 3과 동일하게 실시하여 유기발광소자를 제작하였다.
상기 비교예 4에 따른 구동 전압 및 외부 양자효율에 대하여, 하기 표 3에 정리하였다.
광학길이조절층의 위치 광학길이 조절층 광학길이조절층 두께 구동전압
(@5mA/cm2)		 외부양자효율
(@5mA/cm2)
실시예 1 전자수송층과 캐소드 사이 HAT 300 Å 8.0V 15.4%
실시예 6 전자수송층과 캐소드 사이 HAT/IZO 300/1600 Å 7.8V 14.8%
비교예 3 캐소드 위 HAT 500 Å 13.7V 11.9%
비교예 4 애노드와 p형 정공주입층 사이 HAT 500 Å 12.9V 10.9%
[ 비교예 5]
캐소드로서 Al을 500Å의 두께로 형성하고, 광학길이조절층을 500Å 두께로 형성한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 유기발광소자를 제작하였다.
상기 비교예 5에 따른 구동 전압 및 외부 양자효율에 대하여, 하기 표 4에 정리하였다.
광학길이 조절층 캐소드 두께 캐소드 반사도 (@550 nm) 파장) 구동전압
(@5mA/cm2)		 외부양자효율
(@5mA/cm2)
실시예 1 HAT 300 Å Al 2,000 Å 90% 8.0V 15.4%
비교예 5 HAT 500 Å Al 500 Å 85% 8.2V 13.2%
본 출원이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 출원의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
이상으로 본 출원의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 출원의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 출원의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
10: 음극(캐소드)
20: 양극(애노드)
30: 기판
100: 광학길이조절층
102: 제1 광학길이조절층
104: 제2 광학길이조절층
120: 전자수송층
140: 발광층
160: 정공수송층
180: 정공주입층

Claims (33)

  1. 제1 전극; 발광층 및 제2 전극을 차례로 구비된 형태로 포함하는 유기발광소자에 있어서,
    상기 유기발광소자는 상기 발광층과 제2 전극 사이에 구비된 광학길이조절층을 포함하고,
    상기 광학길이조절층은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 제1 광학길이조절층을 포함하며,
    상기 발광층에서 생성된 빛이 제1 전극을 통하여 방출하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자:
    [화학식 1]
    Figure 112013046263672-pat00016

    상기 화학식 1에 있어서, R1b 내지 R6b는 각각 수소, 할로겐 원자, 니트릴(-CN), 니트로(-NO2), 술포닐(-SO2R), 술폭사이드(-SOR), 술폰아미드(-SO2NR), 술포네이트(-SO3R), 트리플루오로메틸(-CF3), 에스테르(-COOR), 아미드(-CONHR 또는 -CONRR'), 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄의 C1-C12 알콕시, 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄의 C1-C12 알킬, 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄의 C1-C12 알케닐, 치환 또는 비치환된 방향족 또는 비방향족의 헤테로 고리, 치환 또는 비치환된 아릴, 치환 또는 비치환된 모노- 또는 디-아릴아민, 및 치환 또는 비치환된 아랄킬아민으로 구성된 군에서 선택되며, 상기 R 및 R'는 각각 치환 또는 비치환된 C1-C60 알킬, 치환 또는 비치환된 아릴 및 치환 또는 비치환된 5-7원 헤테로 고리로 이루어진 군에서 선택된다.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광학길이조절층의 두께는 50Å 이상인 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 광학길이조절층의 두께는 200Å 이상 3000Å 이하인 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광층에서 생성된 빛이 청색 광인 경우,
    상기 광학길이조절층의 두께는 200Å 이상 1,000Å 이하, 또는 1,300Å 이상 2,500Å 이하인 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광층에서 생성된 빛이 황색 광인 경우,
    상기 광학길이조절층의 두께는 200Å 이상 1,200Å 이하, 또는 1,500Å 이상 3,000Å 이하인 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 광학길이조절층은 투명 전도성 물질을 포함하는 제2 광학길이조절층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 투명 전도성 물질은 인듐주석산화물(ITO: Indium Tin Oxide), 인듐아연산화물(IZO: Indium Zinc Oxide), 인듐산화물(Indium Oxide), 주석산화물(Tin Oxide) 및 아연산화물(ZnO: Zinc Oxide)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 유기발광소자는 상기 발광층과 상기 제2 전극 사이에 m개의 유기물층을 더 포함하고, 상기 m개의 유기물층은 하기 식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자:
    [식 1]
    Figure 112013046263672-pat00017

    상기 식 1에서, λ는 발광층의 빛의 파장(㎚)을 의미하고, nx는 발광층으로부터 제2 전극 방향으로의 x번째 유기물층의 굴절율을 의미하며, dx는 발광층으로부터 제2 전극 방향으로의 x번째 유기물층의 두께를 의미한다.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 유기발광소자는 상기 발광층과 상기 제2 전극 사이에 m개의 유기물층을 더 포함하고, 상기 m개의 유기물층은 하기 식 2을 만족하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자:
    [식 2]
    Figure 112013046263672-pat00018

    상기 식 2에서, λ는 발광층의 빛의 파장(㎚)을 의미하고, nx는 발광층으로부터 제2 전극 방향으로의 x번째 유기물층의 굴절율을 의미하며, dx는 발광층으로부터 제2 전극 방향으로의 x번째 유기물층의 두께를 의미한다.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 전극의 투과율은 5% 내지 100% 인 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 전극의 굴절율은 1.3 내지 2.5인 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 전극은 일함수가 2eV 내지 6eV인 금속, 금속 산화물 및 도전성 폴리머로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 전극은 인듐주석산화물(ITO: Indium Tin Oxide), 인듐아연산화물(IZO: Indium Zinc Oxide), 인듐산화물(Indium Oxide), 주석산화물(Tin Oxide) 및 아연산화물(ZnO: Zinc Oxide)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 전극의 두께는 300Å 내지 1700 Å인 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 전극의 반사도는 70% 내지 100% 인 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 전극은 일함수가 2eV 내지 6eV인 금속, 금속 산화물 및 도전성 폴리머로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 전극은 Al, Ag, Au, Ni, Pd, Ti, Mo, Mg, Ca, Zn, Te, Pt 및 Ir으로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  18. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 전극의 두께는 700Å 이상인 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  19. 청구항 1에 있어서,
    상기 유기발광소자는 발광층에 접하여 구비된 전자수송층을 더 포함하고,
    상기 전자수송층은 이미다졸기, 옥사졸기, 티아졸기, 퀴놀린기 및 페난트롤린기로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 작용기를 갖는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 전자수송층은 n-형 도펀트를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 n-형 도펀트는 알카리 금속, 알카리 토금속, 금속 할로겐화물, 금속 산화물, 희토류 금속, 금속 화합물, 시클로펜타디엔, 시클로헵타트리엔, 6원 헤테로 고리 및 이들 고리가 포함된 축합고리를 포함하는 물질 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  22. 청구항 20에 있어서,
    상기 n-형 도펀트의 함량은 1 내지 50 중량%인 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  23. 청구항 20에 있어서,
    상기 전자수송층은 발광층과 광학길이조절층 사이에 구비되고,
    상기 전자수송층의 LUMO(Lowest unoccupied molecular orbital) 준위는 상기 광학길이조절층의 LUMO 준위와의 에너지 차가 4eV 이하인 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  24. 청구항 1에 있어서,
    상기 유기발광소자는 발광층과 접하여 구비된 정공수송층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  25. 청구항 24에 있어서,
    상기 정공수송층은 p-형 도펀트를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  26. 청구항 25에 있어서,
    상기 p-형 도펀트를 포함하는 정공수송층의 HOMO(highest occupied molecular orbital) 준위가 5eV 이상인 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  27. 청구항 1에 있어서,
    상기 유기발광소자는 제1 전극과 발광층 사이에 구비된 정공수송층; 및
    제1 전극과 정공수송층 사이에 구비된 정공주입층을 더 포함하고,
    상기 정공주입층은 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  28. 청구항 1 내지 청구항 27 중 어느 한 항의 유기발광소자를 포함하는 조명기기.
  29. 기판에 제1 전극을 형성하는 단계; 제1 전극에 발광층을 형성하는 단계; 및 발광층에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 유기발광소자의 제조방법에 있어서,
    상기 유기발광소자는 상기 발광층과 제2 전극 사이에 광학길이조절층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 광학길이조절층은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 제1 광학길이조절층을 포함하고
    상기 발광층에서 생성된 빛이 제1 전극을 통하여 방출하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자의 제조방법:
    [화학식 1]
    Figure 112013046263672-pat00019

    상기 화학식 1에 있어서, R1b 내지 R6b는 각각 수소, 할로겐 원자, 니트릴(-CN), 니트로(-NO2), 술포닐(-SO2R), 술폭사이드(-SOR), 술폰아미드(-SO2NR), 술포네이트(-SO3R), 트리플루오로메틸(-CF3), 에스테르(-COOR), 아미드(-CONHR 또는 -CONRR'), 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄의 C1-C12 알콕시, 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄의 C1-C12 알킬, 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄의 C1-C12 알케닐, 치환 또는 비치환된 방향족 또는 비방향족의 헤테로 고리, 치환 또는 비치환된 아릴, 치환 또는 비치환된 모노- 또는 디-아릴아민, 및 치환 또는 비치환된 아랄킬아민으로 구성된 군에서 선택되며, 상기 R 및 R'는 각각 치환 또는 비치환된 C1-C60 알킬, 치환 또는 비치환된 아릴 및 치환 또는 비치환된 5-7원 헤테로 고리로 이루어진 군에서 선택된다.
  30. 청구항 29에 있어서,
    상기 광학길이조절층을 형성하는 단계는 제1 광학길이조절층과 제2 전극 사이에 투명 전도성 물질을 포함하는 제2 광학길이조절층을 형성하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자의 제조방법.
  31. 청구항 29에 있어서,
    상기 광학길이조절층을 형성하는 단계 이전에,
    제1 전극에 정공수송층; 발광층; 및 전자수송층을 차례로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자의 제조방법.
  32. 청구항 29에 있어서,
    상기 광학길이조절층을 형성하는 단계 이전에,
    제1 전극에 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 정공주입층; 정공수송층; 발광층; 및 전자수송층을 차례로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자의 제조방법.
  33. 청구항 29에 있어서,
    상기 광학길이조절층을 형성하는 단계 이전에,
    제1 전극에 전자수송층; 발광층; 및 정공수송층을 차례로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자의 제조방법.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10236464B2 (en) 2014-08-21 2019-03-19 Samsung Display Co., Ltd. Organic light emitting diode
US10003041B2 (en) * 2014-08-21 2018-06-19 Samsung Display Co., Ltd. Organic light emitting diode and organic light emitting display device including the same
US11211575B2 (en) 2014-08-21 2021-12-28 Samsung Display Co., Ltd. Organic light emitting diode
US20170271613A1 (en) * 2014-12-03 2017-09-21 Joled Inc. Organic light-emitting device
CN106654050B (zh) * 2017-01-16 2019-07-30 上海天马有机发光显示技术有限公司 一种有机发光显示面板及装置
JP6589964B2 (ja) * 2017-11-14 2019-10-16 セイコーエプソン株式会社 表示装置および液晶装置
CN108598134A (zh) * 2018-05-30 2018-09-28 京东方科技集团股份有限公司 显示基板及其制作方法、显示装置
CN110911440B (zh) * 2018-09-14 2020-10-16 云谷（固安）科技有限公司 显示面板、显示屏和显示终端

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070015085A (ko) * 2005-07-29 2007-02-01 산요덴키가부시키가이샤 유기 전계 발광 소자 및 유기 전계 발광 표시 장치
KR20080073256A (ko) * 2007-02-05 2008-08-08 주식회사 엘지화학 발광효율이 우수한 유기발광소자 및 이의 제조방법
KR20090119746A (ko) * 2008-05-16 2009-11-19 주식회사 엘지화학 적층형 유기발광소자
KR101057516B1 (ko) 2009-03-17 2011-08-17 주식회사 엘지화학 유기발광소자 및 이의 제조방법

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100721656B1 (ko) * 2005-11-01 2007-05-23 주식회사 엘지화학 유기 전기 소자
WO2005039248A1 (ja) * 2003-09-19 2005-04-28 Sony Corporation 表示装置およびその製造方法、ならびに有機発光装置およびその製造方法
JP2005197009A (ja) 2003-12-26 2005-07-21 Sanyo Electric Co Ltd 表示装置及びその製造方法及び製造装置
EP1743508B1 (en) * 2004-04-09 2012-05-23 LG Chem, Ltd. Stacked organic light emitting device having high efficiency and high brightness
CN101006159B (zh) * 2004-08-19 2011-11-09 Lg化学株式会社 包括缓冲层的有机发光器件及其制备方法
US7531959B2 (en) * 2005-06-29 2009-05-12 Eastman Kodak Company White light tandem OLED display with filters
US7564182B2 (en) * 2005-06-29 2009-07-21 Eastman Kodak Company Broadband light tandem OLED display
JP4999291B2 (ja) 2005-06-30 2012-08-15 三洋電機株式会社 有機エレクトロルミネッセンス素子およびそれを備える表示装置又は発光装置
KR100890862B1 (ko) * 2005-11-07 2009-03-27 주식회사 엘지화학 유기 발광 소자 및 이의 제조 방법
EP1974590B1 (en) * 2006-01-18 2020-03-04 LG Display Co., Ltd. Oled having stacked organic light-emitting units
TWI382783B (zh) * 2006-03-07 2013-01-11 Lg Chemical Ltd 有機發光二極體及其製造方法
WO2007129834A1 (en) * 2006-05-04 2007-11-15 Lg Chem, Ltd. Organic light-emitting device having light-emitting pattern, method and apparatus for preparing the same
JP4690244B2 (ja) * 2006-05-12 2011-06-01 ケミプロ化成株式会社 テトラ−フェニルシラン骨格を有するフルオレン化合物、それを用いた発光層ホスト材料、ホールブロック材料および有機ｅｌ素子
JP5109303B2 (ja) 2006-07-31 2012-12-26 ソニー株式会社 有機発光素子および表示装置
JP2008084910A (ja) * 2006-09-26 2008-04-10 Canon Inc 有機ｅｌ表示装置
TWI500196B (zh) * 2007-04-30 2015-09-11 Lg Chemical Ltd 有機發光裝置及其製造方法
KR100829761B1 (ko) 2007-05-16 2008-05-15 삼성에스디아이 주식회사 유기 발광 소자
US20110043102A1 (en) * 2008-01-23 2011-02-24 Lg Chem, Ltd. Organic luminescent device and a production method for the same
EP2352363B1 (en) * 2008-10-01 2016-12-07 LG Display Co., Ltd. Organic light-emitting diode and method of manufacturing the same
JP5453952B2 (ja) 2009-06-23 2014-03-26 ソニー株式会社 有機エレクトロルミネッセンス素子およびその製造方法、並びに表示装置およびその製造方法
US9362459B2 (en) * 2009-09-02 2016-06-07 United States Department Of Energy High reflectivity mirrors and method for making same
JP2012114073A (ja) * 2010-11-04 2012-06-14 Sony Corp 表示装置、表示装置の製造方法および電子機器
JP5633057B2 (ja) * 2011-02-09 2014-12-03 豊田合成株式会社 半導体発光素子及び半導体発光装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070015085A (ko) * 2005-07-29 2007-02-01 산요덴키가부시키가이샤 유기 전계 발광 소자 및 유기 전계 발광 표시 장치
KR20080073256A (ko) * 2007-02-05 2008-08-08 주식회사 엘지화학 발광효율이 우수한 유기발광소자 및 이의 제조방법
KR20090119746A (ko) * 2008-05-16 2009-11-19 주식회사 엘지화학 적층형 유기발광소자
KR101057516B1 (ko) 2009-03-17 2011-08-17 주식회사 엘지화학 유기발광소자 및 이의 제조방법

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