KR101462538B1 - 백색 유기발광소자 - Google Patents

Abstract

백색 유기발광소자가 개시된다. 개시된 백색 유기발광소자는 전자 발광 캐비티 내의 두 적색 및 청색 전자발광층과 캐비티 바깥 또는 전자-정공의 결합이 없는 캐비티 내의 한 영역에 비전자발광에 의한 녹색 발광부를 구비한다. 녹색 발광부는 캐비티에서의 청녹색(greenish blue)의 공진을 유도하여 녹색 스펙트럼을 조절하거나, 캐비티로 부터의 적색 및 청색광의 진행경로상에 위치하여 청색광을 일부 흡수하여 녹색광을 발휘한다. 비전자발광부의 한 유형인 PL 발광층은 전자발광 캐비티를 덮는 캐핑 레이어에 의해 제공될 수 있으며, 캐핑 레이어는 진행하는 광의 경로를 제어하는 OPCL(Optical Path Control Layer)의 기능을 가진다. 전자 발광에 요구되는 전압이 적색 및 청색 발광층에 인가되므로 낮은 전압에 의한 발광이 가능하다. 백색 스펙트럼은 전자발광에 의한 청색 및 적색광, 그리고 PL 발광에 의한 녹색광에 의해 얻어진다.

Description

백색 유기발광소자{White organic light emitting device}

본 발명은 백색 유기발광소자에 관한 것으로 전자발광(electro-luminescence)과 캐비티 조절에 의한 녹색 스펙트럼의 조절이나 광발광(Photoluminescence)을 이용한 전압 구동 백색 유기발광소자에 관한 것이다.

일반적으로, 전자-정공의 결합에 의한 자발광(spontaneous emission) 소자인 유기발광소자(OLED; Organic Light Emitting Device)는 우수한 색 재현성, 빠른 응답 속도, 얇은 두께, 높은 명암비, 넓은 시야각등의 우수한 특성과 더불어 저 소비전력의 장점을 가진다. 이러한 OLED는 다양한 응용분야에서 디스플레이 소자뿐 아니라 조명용 소자로도 적용 가능하다.

백색 OLED는 고정세 마스크 대신 오픈 마스크를 사용하여 고해상도와 대형화에 유리하며, 박형 광원으로서 액정표시장치의 백라이트, 또는 칼라 필터를 채용한 풀칼라 표시장치에 이용될 수 있다. 이러한, 백색 유기OLED는 발광 효율을 높이기 위해서 R, G, B 발광층을 수직으로 직렬 연결한 적층형 구조가 연구되고 있다. 적층 구조에서 각 발광층이 요구하는 전압이 있고 이들이 직렬 연결된 구조이므로 전체 적층에 인가되는 전압, 즉 구동 전압이 매우 높다. 이와 같이 높은 구동 전압의 크기는 전자와 정공의 균형에 영향을 미치며 따라서 각 발광층의 전하 불균형에 의한 발광 세기 분포가 변화된다. 이러한 발광 세기 분포의 변화는 색좌표의 변화를 유발하며 따라서 목적하는 백색의 색 좌표를 얻기 어렵게 된다.

백색 OLED의 주요 과제는 색좌표가 (0.31, 0.31)인 백색광의 구현이다. 탑 에미션 방식의 백색 OLED는 약 100~200nm 정도의 발광 구조물의 하부에 반사층이 마련되는 구조를 가지며, 백색광은 발광 구조물의 상부를 통해 출력되도록 되어 있다. 백색광이 출력되는 구조물의 상부에는 캐비티에 의해 변한 스펙트럼으로부터 원하는 광을 효과적으로 추출하기 위한 OPCL(Optical Path Control Layer)이 마련된다.

본 발명의 과제는 색변화가 감소되고 저전압 저전류 구동이 가능한 백색 유기발광소자를 제공하는 것이다.

본 발명의 모범적 실시예(exemplary embodiment)에 따른 유기발광소자는,

전자-정공의 결합에 의해 발광하는 제 1 발광층과 제 2 발광층을 포함하는 EL(Electro-luminescence) 발광부(Light Emitting Unit), 그리고,

상기 EL 발광부로부터의 광을 이용해 상기 제 1 발광층과 제 2 발광층으로 부터의 광 파장과 다른 제 3 의 광을 발생하는 NEL(Non-Electro-Luminescence) 발광부(Light Generation Part)를 구비한다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 NEL 발광부는 EL 발광부가 위치하는 광학적 캐비티를 획정하는 제 1 전극 및 제 2 전극를 구비한다.

본 발명의 한 실시예에 따르면, EL 발광부는 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 공진 구조에 의해 제 3의 광을 발생하며, 다른 실시예에 따르면, 상기 NEL 발광부는 상기 EL 발광부로부터의 광 출사 경로 상에 마련되는 것으로 EL 발광부로부터의 광을 일부 흡수하여 상기 제 3의 광을 발광하는 PL(Photo-luminescence) 발광부;를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제 1 전극과 제 2 전극으로부터 공급되는 전자와 정공의 주입/수송을 위한 기능층이 상기 EL 발광부의 양측에 각각 마련된 다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 제 1, 제 2 발광층은 청색 및 적색 발광하며, NEL 발광부는 녹색광을 발생한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, PL 발광부는, 상기 EL 발광부로 부터의 출사 광 경로 상에서 상기 캐비티 외부에 위치한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 캐비티 바깥에 출사 광의 스펙트럼을 제어하는 OPCL(Optical Path Control Layer)이 마련되며, OPCL에 PL 발광물질이 도핑되어 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 EL 발광부와 PL 발광부는 캐비티 내부에 위치하며, 상기 PL 발광부는, 상기 EL 발광부로 부터의 출사 광 경로 상에서 전자-정공 결합이 없는 영역에 위치한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 EL 발광부의 양측에 제 1 전극과 제 2 전극으로 부터 공급되는 전자와 정공의 주입/수송을 위한 기능층이 각각 마련되며, 상기 광 출사 경로 상의 기능층에 PL 발광 물질이 도핑되어 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 기능층 들에는 정공주입층, 정공수송층, 전자주입층, 전자수송층, 정공억제층, 전자억제층 중 어느 하나 이상이 포함된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 정공 수송층은 고속 정공수송층과 저속 정공수송층을 구비한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 제 1 발광층과 제 2 발광층의 사 이에 전하 균형층이 더 구비되어 있다.

본 발명의 또 다른 실시예들에 따르면, 상기 발광부들은 인광 또는 형광 발광 물질(Phosphorescence or Fluorescence emission material)을 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 유기발광소자를 상세하게 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성 요소의 크기는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 탑 에미션 방식의 백색 유기발광소자의 개략적인 단면도이다.

도 1을 참조하면, 투명성 제 1 전극(101a)과 반사성 제 2 전극(101b)은 약 100nm 이하의 갭을 가지는 내부 광학적 공동 즉 캐비티(internal cavity)를 획정(劃定, define)한다. 이 캐비티는 낮은 투과도, 예를 들어 70% 정도의 투과도를 가지는 제 1 전극(101a)에 의해 100%의 반사도를 가지는 제 2 전극(101b)과 함께 강한 캐비티(105)를 형성한다. 이러한 제 1 전극(101)은 복수의 적층 구조를 가질 수 있으며, 예를 들어 Al, Ag, Mg 층을 구비할 수 있다. 이러한 강한 캐비티(105)는 비전자발광(Non-Electro Luminance, NEL) 발광부를 획정하는 것으로서, EL 발광으로 부터 얻어진 광, 예를 들어 청색광의 녹색영역의 광(Greenish Blue Light)을 공진시켜 녹색 스펙트럼을 조절함으로써 백색 광의 조성에 필요한 녹색광을 얻을 수 있다.

상기 캐비티(105) 내에 위치하는 EL 발광부(102)의 제 1 발광층(102a)과 제 2 발광층(102b)은 서로 다른 파장의 광을 발생한다. 이들 제 1, 제 2 발광층(102a, 102b)는 유기 인광 또는 유기 형광물질로 형성되며, 예를 들어 제 1 발광층(102a)은 청색광을, 제 2 발광층(102b)은 적색광을 발생하며, 그 반대가 될 수 도 있다. 제 1 발광층(102a)과 제 2 발광층(102b) 사이에는 양 발광층(102a, 102b)에 대한 전하 균형 조절을 위한 전하 균형층(102c)이 마련된다. 전하 균형층(102c)의 LUMO 값은 2.5eV 보다 크고 , HOMO는 5.5eV 보다 작으며, 예를 들어 전자수송물질 또는 정공수송물질로 형성될 수 있다. 이러한 전하 균형층(102c)은 선택적인 요소로서 다른 실시예에 따르면 전하 균형층(102c)이 없이 제 1 발광층(102a)과 제 2 발광층(102b)을 직접 접촉될 수 있다.

상기 EL 발광부(102)의 양측에 제 1 전극(101a)과 제 2 전극(102b)으로 부터 공급되는 전자와 정공의 주입/수송 등을 위한 제 1, 제 2 기능층(103, 104)이 각각 마련된다.

제 1 기능층(103)은 예를 들어 전자 수송층(ETL, 103)이며, 단일층 또는 복층의 구조를 가질 수 있다. 복층 구조의 전자 수송층(103)은 고속 전자수송층(Fast ETL, 103a) 및 저속 전자수송층(Slow ETL, 103b)를 구비할 수 있다. 또한, 제 1 기능층(103)은 LiF 등의 공지의 물질로 된 전자주입층(103c)을 더 구비할 수 있다. 고효율을 구현하기 위해 사용한 고속 전자수송층(103a)과 고속 전자수송층(103b)의 이동도는 각각 10^-5cm²/Vs 이상과 10^-6cm²/Vs 이하이거나 상대적인 차이가 10배 이상이 되면 된다. 이러한 2 중층 구조의 전자수송층(103)에 따르면, 전자의 이동 속도 차에 따라 고속 전자수송층(Fast ETL, 103a)과 저속 전자수송층(Slow ETL, 103b) 사이의 계면에 전자가 축적(accumulation)되며, 따라서 정공을 효과적으로 유도(induce)하여 전자와의 결합을 유도할 수 있다.

제 2 기능층(104)은 예를 들어 정공수송층(HTL, 104a) 및 정공주입층(HIL, 104b)을 포함할 수 있다. 제 2 기능층(104)은 정공을 EL 발광부(102)로 주입하고 수송하는 층이다. 이러한 제 2 기능층(104b)의 기능은 제 1 기능층(104a)의 그것과 맞 바꿀 수 있다.

상기와 같은 적층 구조는 기판(100) 위에 형성될 수 있으며, 제 2 전극(101b)이 반사막이므로 상기 EL 발광부(102)에서 발휘된 광, 예를 들어 캐비티 내의 청색광(B) 및 적색광(R)은 제 1 전극(101a)을 일부 투과하여 외부로 출력된다.

도 2도에 도시된 본 발명에 따른 다른 실시예의 백색 유기발광소자는 제 1 전극(101a) 위에는 캡핑 레이어로서 출력광의 스펙트럼을 제어하는 OPCL(105)이 마련되어 있는 구조를 가진다. OPCL(105)은 본 발명에서 정의하는 NEL 발광부의 한 유형인 PL 발광부로서 약 50~70nm의 두께를 가지며, 다른 실시예에 따르면 약 60nm의 두께를 가진다. PL에 의해 발광이 일어 나는 OPCL(106)은 EL 발광부(102)에서 발휘되지 않는 광, 예를 들어 녹색광(G)을 발생한다. 녹색광(G)의 발생은 EL 발광부(102)로 부터의 광을 일부 흡수함으로써 발생하며, 예를 들어 적색광에 비해 에너지가 높은 청색광(B)을 흡수한다. 이러한 실시예의 경우, 별도의 OPCL(105)에 의해 녹색광을 발생하므로 제 1 전극(101a')과 제 2 전극(101b) 사이에 도 1에 도시 된 바와 같은 형태의 강한 캐비티를 형성하지 않아도 된다. 이러한 상대적으로 약한 캐비티를 형성하기 위하여 광이 투과하는 투명 전극를 투과도를가 90% 이상의 ITO, IZO 로 형성할 수 있다.

따라서, OPCL(105)을 통해서 3 가지의 색광, 예를 들어 EL에 의한 청색 및 적색광과 PL에 의한 녹색광이 출력되며, 따라서 상기 3가지의 색광에 의해 합성된 백색 스펙트럼을 얻을 수 있다.

도 1에 도시된 탑 에미션 구조의 발광소자에서는 전술한 바와 같이 투명 전극 재료로서 투과도 70% 정도의 Al/Ag을 사용되는 경우 기판(100)쪽의 반사 전극과 함께 강한 캐비티를 형성하기 때문에 전체 적층의 적절한 두께 조절에 의해 PL에 의한 녹색광을 잘 만들어 줄 수 있으므로, 도 2에 도시된 바와 같은 OPCL(105)이 필요없다. 그러나, 강한 캐비티에 의해서도 충분한 녹색광이 발생되는 않는 경우 OPCL를 적용할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 투명 전극으로 투과도 90% 이상의 ITO 또는 IZO 가 적용되면 약한 캐비티(weak cavity)가 형성되므로 이를 보상하기 하기 위하여 OPCL(105)에서의 녹색 PL의 세기를 강하게 하는 것이 필요하며, 이를 적절한 설계 조건에 따라 용이하게 수행하여 목표하는 색좌표, 예를 들어 (0.31,0.31)의 색좌표를 얻을 수 있다.

도 3는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 바텀 에미션 방식의 백색 유기발광소자의 개략적인 단면도이다.

도 3을 참조하면, 반사성 제 1 전극(201)과 투명성 제 2 전극(201b)은 내부 광학적 공동 즉 캐비티(intenal cavity)를 획정(define)한다. 제 2 전극(201b)은 약 70% 또는 90% 이상의 투과도를 가질 수 있으며, 이에 따라 전술한 바와 같은 강한 캐비티 도는 약한 캐비티가 얻어진다. 따라서 기판(200) 위에 형성되는 제 2 전극(201b)는 예를 들어 Al, Ag, Mg 등의 금속 박막, ITO 또는 IZO 층을 구비할 수 있으며, 이들 물질에 의한 복수의 적층 구조를 가질 수 있다. 이 실시예에서 역시 강한 캐비티에 의한 NEL에 의한 녹색광이 발생하는 경우 별도의 PL을 유도할 필요가 없다.

상기 제 1 전극(201a)과 제 2 전극(201b)에 의한 공동 내에, 유기발광물질로 된 제 1 발광층(202a)과 제 2 발광층(202b)을 포함하는 EL 발광부(202)가 마련된다. 제 1 발광층(202a)과 제 2 발광층(202b)은 서로 다른 파장의 광을 발휘하는 것으로 유기 인광 또는 유기 형광물질로 형성되며, 예를 들어 제 1 발광층(202a)은 청색광을, 제 2 발광층(202b)은 적색광을 발휘하며, 그 반대가 될 수 도 있다. 제 1 발광층(202a)과 제 2 발광층(202b) 사이에는, 전술한 실시예에서와 마찬가지로, 양 발광층(202a, 202b)에 대한 전하 균형 조절을 위한 전하 균형층(202c)이 마련된다.

본 실시예와 전술한 실시예의 전하 균형층(102c, 202c)는 전자수송물질 또는 정공수송물질로 형성될 수 있다. EL 발광부(102, 202)에서의 청색광 및 적색광의 발광존은 제1발광층(102a, 202a)과 전하 균형층(102c, 202c) 사이와 제 2 발광층(102b)과 정공수송층((104a, 204a)과의 계면에 각각 존재하며, 전하 균형층(102c, 202c)는 제 1 발광층(102a, 202a)과 제 2 발광층(102b, 202b) 사이에서 전기적으로 전자와 정공의 양을 조절하여 전체적인 스펙트럼을 조절하게 된다.

이러한 전하 균형층(102c, 202c)은 선택적인 요소로서 다른 실시예에 따르면 전하 균형층(202c)이 없이 제 1 발광층(102a, 202a)과 제 2 발광층(102b, 202b)이 직접 접촉될 수 있다.

상기 EL 발광부(202)의 양측에 제 1 전극(201a)과 제 2 전극(202b)으로 부터 공급되는 전자와 정공의 주입/수송 등을 위한 제 1, 제 2 기능층(203, 204)이 각각 마련된다.

제 1 기능층(203)은 예를 들어 전자수송층(ETL, 203)이며, 단일층 또는 복층의 구조를 가질 수 있다. 복층 구조의 전자 수송층(203)은 고속 전자수송층(Fast ETL, 203a) 및 저속 전자수송층(Slow ETL, 203b)를 구비할 수 있다. 또한, 제 1 기능층(203)은 LiF 등의 공지의 물질로 된 전자주입층(203c)을 더 구비할 수 있다.

2 중층 구조의 전자수송층(203)의 전자의 이동 속도 차에 따른 전자의 계면 축적이 일어나며 따라서 정공의 효과적인 이끌림을 유도한다. 상기 제 1 기능층(203)은 전자수송층(203) 외에 잘 알려진 전자주입층(미도시)을 더 구비할 수 있다.

제 2 기능층(204)은 예를 들어 정공수송층(HTL, 204a) 및 정공주입층(HIL, 204b)을 포함할 수 있다. 제 2 기능층(204)은 정공을 EL 발광부(202)로 주입하고 수송하는 층이다. 이러한 제 2 기능층(204b)의 기능은 제 1 기능층(104a)의 그것고 맞 바뀔 수 있다.

상기와 같은 적층 구조는 기판(200) 위에 형성될 수 있으며, 제 1 전극(201a)이 반사막이므로 상기 EL 발광부(202)에서 발휘된 광, 예를 들어 캐비티 내의 청색광(B) 및 적색광(R)은 제 2 전극(201b)을 일부 투과하여 외부로 출력된다.

상기 제 2 기능층(204)에는 PL 물질, 예를 들어 녹색 PL 물질이 도핑되어 있다. 녹색 PL 물질은 제 2 기능층(204)의 한 요소, 예를 들어 정공주입층(HIL, 204b)에 도핑되며, 따라서, 전자-정공의 결합이 없는 영역에서, 정공주입층(204b)은 PL 발광부로서의 기능을 겸한다. 정공 주입층(204b)의 녹색 도펀트는 EL 발광부(202)로 부터의 광, 예를 들어 고에너지의 청색광을 흡수하여 녹색광을 발생한다. 이러한 녹색광은 제 2 전극(201b)을 투과하여 외부로 출력된다.

따라서, 기판(200)을 통해서 3 가지의 색광, 예를 들어 EL에 의한 청색 및 적색광과 PL에 의한 녹색광이 출력되며, 따라서 상기 3가지의 색광에 의해 합성된 백색광을 얻을 수 있다.

본 발명에 따르면, 전압 변화에 따른 색변화가 감소되고, 저전압으로 고효율을 구동이 가능한 백색 유기발광소자를 얻을 수 있다.

전압변화에 따른 색변화의 근본적인 원인은 청색발광층과 같은 호스트물질을 사용하는 녹색발광층의 엑세톤 분포가 전압에 따라 움직이면서 내부 캐비티 구조에 의해 증폭되는 것에 기하는 것으로 이해된다. 물론 녹색발광층의 호스트 물질을 청색발광층과는 다른 물질을 이용하는 것이 가능하나, 사용 물질 수를 늘이는 것이 바람직한 공정 관리 차원에서 불리하며, 따라서 가급적 동일 호스트 물질을 쓰는 것이 바람직하다.

일반적으로 모바일 기기용 디스플레이가 요구하는 색좌표가 (0.31, 031)이 고 텔레비젼의 경우(0.28, 0.29)인데, 이때에 녹색광은 적색광이나 청색광에 비해 낮은 약 17% 정도를 차지한다.

본 발명에 따른 실시예는 전자-정공 결합에 의한 발광구조에서 특성 색광, 예를 들어 녹색 발광층을 배제한다. 녹색발광층을 EL 발광 구조로부터 배제함으로써 얻게 되는 장점은 전압에 따른 색변화를 감소시킬 수 있고, EL 발광 구조의 전기적 저항을 낮출 수 있다.

적,청,녹 EL 발광부를 가지는 구조에서 녹색 호스트 물질의 저항은 전체 저항의 절반에 가까운 값을 가지고 따라서 적층에 인가되는 전압의 50%가 녹색 발광부에 할당된다. 이와 같이 저항이 녹색 발광부를 기존의 3 색 발광구조로 부터 배제함으로써 2 색 발광 구조에 대한 인가 전압을 종전에 비해 대략 1V 가량 낮출 수 있다. 목표로 하는 백색 발광 스펙트럼을 얻기 위해서 본 발명은 PL 발광에 의해 EL 발광으로 부터 배제된 색광, 예를 들어 녹색광을 전술한 바와 같은 PL 발광 구조로 부터 얻는다. 목표로 하는 색좌표 (0.31,0.31)을 구현하기 위해서 EL 발광 구조부터의 스페트럼과 PL 발광부로 부터의 스펙트럼 조정이 요구된다. 녹색스펙트럼은 캐비티의 적절한 조건 조정 및 도핑된 PL 발광부로 부터 얻어진다. 캐비티의 조건을 적절히 조절하여 스펙트럼에서의 청색 발광존의 확장을 통해 낮게 나마 녹색존을 얻을 수 있다. 캐비티 내의 2 중층 구조의 전자수송층 구조는 내부에 축적된 전자에 의해 청색광의 발광존(Zone)을 확대할 수 있고 이를 통해 발광 효율이 높아진다. 이와 더불어 별도의 녹색 PL 발광을 통해 백색광의 구현에 필요한 강도의 녹색 스펙트럼을 얻을 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 백색 발광소자의 인가전압(applied voltage)-휘도(luninamce) 변화를 보이는 그래프이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 4000 nit (cd/m²)를 기준으로 해서 본 발명에 따른 백색 발광소자는 약 4.9 볼트의 전압이 요구되었다. 이는 기존에 약 6 볼트의 전압이 요구되었던 것에 비하면 약 1 볼트 정도의 구동 전압 감소가 있음을 보여 준다.

도 5는 본 발명에 따른 백색 발광소자의 휘도-전류효율 변화를 보이는 그래프이다. 실험을 통해 얻은 결과로서 색변화인 △(u'v')은 휘도 조건인 400~4000nit(cd/m²)에서 0.003이란 값을 얻었는데, 이는 색변화 스펙인 0.02보다도 6배 가량 최소화 성능이 높아진 것을 확인하였다. 도 5에서는 좀 더 큰 휘도 범위인 220~5300nit에서의 결과를 보이는 것으로 220~5300nit 에서 0.005를 얻었음을 보여 준다. 이때의 색좌표는 (0.29,0.29)이다. 구동 전압은 4000nit 기준으로 6V 이상을 얻는데, 4.9V로 1V 가량 낮아진 것을 확인하였다. 또한, 효율 측면에서 보면 전류량을 늘려 탑 에미션 구조에서 얻은 최대 효율이 종래의 8.7cd/A에 비해 본 발명의 실시예를 통해 얻은 7.8cd/A는 충분히 고효율을 구현했다고 말할 수 있다.

도 6, 7 은 본 발명에 따른 탑 에미션 백색 발광소자의 시뮬레이션 결과를 보인다. 도 6, 7에서 왼쪽의 스펙트럼 기둥은 Cx, Cy의 값을 색도로 표현한 범례이다. HIL 과 OPCL의 두께 변화에 따른 색좌표 변화를 보이는 도 5의 시뮬레이션결과를 통해 OPCL 두께가 60nm 보다 보다 커지게 되면 Cy가 0.31보다 커지게 되고, 이보다 낮아지게 되면 Cx가 0.31보다 적어지며, 휘도가 감소하는 경향을 확인할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예에 따르면, 탑 에미션 백색 발광소자에서 OPCL(105)의 두께는 약 60nm의 값을 가진다. 도 6에서 굵고 가는 실선은 Cx 좌표가 0.31인 것을 나타내 보인다. Cx의 굵은 실선을 Cy 에 맵핑해 보면, 청색(B) 발광층과 HIL의 두께에 따른 색좌표 변화로부터 B 발광층의 두께가 15nm 이상이 되면 색좌표를 맞출 수는 있지만 녹색과 같은 호스트를 사용하는 청색 호스트 두께 증가는 구동 전압을 증가시키고, 5nm 이하가 되면 청색광의 발광 효율이 감소하는 효과를 가져오기 때문에 청색 발광층의 두께는 10nm 범위를 갖도록 한다. 도 6에서 가는 실선으로 표시된 Cx 색좌표를 맞추는 조건은 HIL이 두꺼운 80nm 근방에서도 형성이 되나 이는 Cy를 크게 감소시키는 효과를 주기 때문에 피하는 것이 필요하다.

따라서, 기대되는 효과는 적층형 WOLED에서 문제가 되고 있는 색변화를 최소화하고, 저전압 및 고효율을 얻어 디스플레이 또는 조명으로서 적용하기에 좋은 성능이라고 할 수 있다. 또한, 발광층 수를 하나 줄임으로서 공정성 차원에서도 이득이 있다.

전술한 실시예들에 있어서, 제 1 발광층(102a, 202a) 및 제 2 발광층(102b, 202b)은 유기 형광 또는 인광물질을 포함한다.

위에서 언급된 실시예들에 있어서, 각 적층의 물질은 통상의 것이 사용되며 그 대략은 아래와 같다.

제 1, 제 2 전극에 사용되는 물질 중 투명성 재료로는 산화인듐주석(ITO; Indium Tin Oxide), 산화인듐아연(IZO; Indium Zinc Oxide), 산화주석(SnO2)또는 산화아연(ZnO) 등이 사용될 수 있다. 반사물질로는 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루 미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In) 또는 마그네슘-은(Mg-Ag) 등이 사용될 수 있다.

상기 정공주입층 물질로서, 예를 들어, 구리프탈로시아닌 등의 프탈로시아닌 화합물, 스타버스트형 아민 유도체류인 TCTA, m-MTDATA, m-MTDAPB, MoO3, 용해성이 있는 전도성 고분자인 Pani/DBSA(Polyaniline/ Dodecylbenzenesulfonic acid: 폴리아닐린/도데실벤젠술폰산) 또는 PEDOT/PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/ Poly(4-styrenesulfonate):폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(4-스티렌술포네이트)), Pani/CSA(Polyaniline/Camphor sulfonicacid:폴리아닐린/캠퍼술폰산) 또는 PANI/PSS(Polyaniline)/Poly(4-styrenesulfonate)(폴리아닐린)/폴리 (4-스티렌술포네이트)) 등과 같은 공지된 정공주입 물질을 사용할 수 있다.

상기 정공주입층의 두께는 약 100Å 내지 10000Å, 바람직하게는 100Å 내지 1000Å일 수 있다. 상기 정공주입층의 두께가 100Å 미만인 경우, 정공주입 특성이 저하될 수 있으며, 상기 정공주입층의 두께가 10000Å를 초과하는 경우, 구동전압이 상승할 수 있기 때문이다.

상기 정공수송층(202)을 이루는 물질은 예를 들어,

N-페닐카르바졸, 폴리비닐카르바졸 등의 카르바졸 유도체,

N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1-비페닐]-4,4'-디아민(TPD),

N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐 벤지딘(α-NPD) 등의 방향족 축합환을 가지는 통상적인 아민 유도체 등과 같은 공지된 정공수송 물질을 사용할 수 있다.

상기 정공수송층의 두께는 약 50Å 내지 1000Å, 바람직하게는 100Å 내지 600Å일 수 있다. 상기 정공수송층의 두께가 50Å 미만인 경우, 정공수송 특성이 저하될 수 있으며, 상기 정공수송층의 두께가 1000Å를 초과하는 경우, 구동 전압이 상승할 수 있기 때문이다.

상기 전자수송층을 이루는 재료는 음극으로부터 주입된 전자를 안정하게 수송하는 기능을 하는 것으로서 옥사졸계 화합물, 이소옥사졸계 화합물, 트리아졸계 화합물, 이소티아졸(isothiazole)계 화합물, 옥사디아졸계 화합물, 티아다아졸(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))등과 같은 공지의 재료를 사용할 수도 있다.

상기 전자주입층 물질로는 캐소드 전극으로부터 전자의 주입을 용이하게 하는 기능을 가지는 물질이면 특별히 재료가 제한되지 않는다. 상기 전자주입층 으로서는 LiF, NaCl, CsF, Li2O, BaO, BaF₂, CsCO₃와 BCP 혼합체 등과 같은 전자주입층 형성 재료로서 공지된 임의의 물질을 이용할 수 있다. 상기 전자주입층의 증착조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택된다.

녹색 PL 발광층으로서 기능을 하는 OPCL이나 HIL에 포함되는 인광 도펀트로는 특별히 제한되지 않으며, 녹색 도펀트로는 [Coumarin 6], Ir(PPy)3(PPy=2-phenylpyridine) 등이, 적색 도펀트로서 [4-(dicyanomethylene)-2-t-butyl-6- (1,1,7,7- tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H-pyran (4-(dicyanomethylene)-2-t-butyl-6-(1,1,7, 7-tetramethyljulolidyl-9-enyl)- 4H-pyran;DCJTB)], PtOEP, UDC사의 RD 61, RD15, Merck 사의 TER021 등이 사용될 수 있다. 그리고 그 외에 녹색 발광을 위한 여타의 공지 PL 물질도 사용가능하다.

EL 발광부의 청색 발광물질로에 사용되는 청색 도펀트로는 특별히 제한되지 않으며, DPAVBi, DPAVBi 유도체, 디스티릴아릴렌(DSA), 디스티릴아릴렌 유도체, 디스티릴벤젠(DSB), 디스티릴벤젠 유도체, 스피로-DPVBi 및 스피로-6P(스피로-섹시페닐) 등을 들 수 있다. 적색 발광층에 사용되는 적색 도펀트로는 특별히 제한되지 않으며, 4-(디시아노메틸렌)-2-t-부틸-6-(1,1,7,7-테트라메틸줄롤리딜-9-에닐)-4H-피란(4-(dicyanomethylene)-2-t-butyl-6-(1,1,7,7-tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H-pyran;DCJTB), PtOEP, UDC사의 RD 61 등을 들 수 있다. 녹색 발광층에 사용되는 녹색 도펀트로는 특별히 제한되지 않으며, 쿠마린, Ir(PPy)3(PPy=2-phenylpyridine) 등을 들 수 있다.

또한, EL 발광부의 적색 인광물질로는 다음물질 중의 어느 하나를 적용할 수 있다.

Tris(dibenzoylmethane)phenanthroline europium(III), Bis(2-benzo[b]thiophen-2-yl-pyridine)(acetylacetonate)iridium (III), Tris(1-phenylosoquinoline)iridium(III), Bis(1-phenlisoquinoline)(acetylacetonate) iridium(III), Bis([1-(9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl)-isoquinoline] (acetylacetonate)iridium(III), Bis[3-(9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl)- isoquinoline](acetylacetonate)iridium(III), Tris[4,4'-di-tert-butyl-(2,2')-bipyridine]ruthenium(III) complex, Tris(2-phenylquinoline)iridium(III)

그리고, 적색 형광물질로는 다음 물질 중의 어느 하나가 사용될 수 있다.

4-(Dicyanomethylene)-2-tert-butyl-6-(1,1,7,7-tetramethyljulolidin-4-yl-vinyl)-4H-pyran, Tetraphenylnaphthancene, Bis(2-phenylquinoline) (acetylacetonate)iridium (III)

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 백색 유기발광소자의 개략적인 단면도이다.

도 2은 본 발명의 다른 실시예에 따른 백색 유기발광소자의 개략적인 단면도이다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 백색 유기 발광소자의 개략적 단면도이다.

도 4은 본 발명의 다른 실시예에 따른 백색 유기발광소자의 전압-휘도변화를 보이는 그래프이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 백색 유기발광소자의 휘도-전류 변화 그래프를 보인다.

도 6는 본 발명의 다른 실시예에 따른 백색 유기발광소자에서 OPCL의 두께 변화에 따른 색 좌표 변화를 보인다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 백색 유기발광소자에서 OPCL의 두께를 60nm로 하였을 때의 색좌표 시뮬레이션 결과를 보인다.

Claims (16)

1. 전자-정공의 결합에 의해 발광하는 제 1 발광층과 제 2 발광층을 포함하는 EL(Electro-luminescence) 발광부(Light Emitting Unit), 그리고,

   상기 EL 발광부로부터의 광을 이용해 상기 제 1 발광층과 제 2 발광층으로 부터의 광 파장과 다른 제 3 의 광을 발생하는 NEL(Non-Electro-Luminescence) 발광부(Light Generation Part)를 구비하며 ,

   상기 NEL 발광부는 EL 발광부가 위치하는 광학적 캐비티를 획정하는 제 1 전극 및 제 2 전극를 구비하고, EL 발광부는 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 공진 구조에 의해 제 3의 광을 발생하는 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 NEL 발광부는 상기 EL 발광부로부터의 광 출사 경로 상에 마련되는 것으로 EL 발광부로부터의 광을 일부 흡수하여 상기 제 3의 광을 발광하는 PL(Photo-luminescence) 발광부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광소자.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 제 1 전극과 제 2 전극으로부터 공급되는 전자와 정공의 주입/수송을 위한 기능층이 상기 EL 발광부의 양측에 각각 마련되어 있는 백색 유기 발광소자.
5. 제 1 항 또는 제 3 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 제 1, 제 2 발광층은 청색 및 적색 발광하며, NEL 발광부는 녹색광을 발생하는 백색 유기 발광소자
6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,

   PL 발광부는, 상기 EL 발광부로 부터의 출사 광 경로 상에서 상기 캐비티 외부에 위치하는 백색 유기 발광소자.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 캐비티 바깥에 출사 광의 스펙트럼을 제어하는 OPCL(Optical Path Control Layer)이 마련되며, OPCL에 PL 발광물질이 도핑되어 있는 백색 유기 발광소자.
8. 제 3 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 EL 발광부와 PL 발광부는 캐비티 내부에 위치하며,

   상기 PL 발광부는, 상기 EL 발광부로 부터의 출사 광 경로 상에서 전자-정공 결합이 없는 영역에 위치하는 백색 유기 발광소자.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 EL 발광부의 양측에 제 1 전극과 제 2 전극으로 부터 공급되는 전자와 정공의 주입/수송을 위한 기능층이 각각 마련되며, 상기 광 출사 경로 상의 기능층에 PL 발광 물질이 도핑되어 있는 백색 유기발광소자.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 기능층 들에는 정공주입층, 정공수송층, 전자주입층, 전자수송층, 정공억제층, 전자억제층 중 어느 하나 이상이 포함되는 백색 유기 발광소자.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 정공 수송층은 고속 정공수송층과 저속 정공수송층을 구비하는 백색 유기 발광소자.
12. 제 9 항에 있어서,

    상기 기능층 들에는 정공주입층, 정공수송층, 전자주입층, 전자수송층, 정공억제층, 전자억제층 중 어느 하나 이상이 포함되는 백색 유기 발광소자.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 전자 수송층은 고속 전자수송층과 저속 전자수송층을 구비하는 백색 유기 발광소자.
14. 제 11 항에 있어서,

    상기 제 1 발광층과 제 2 발광층의 사이에 전하 균형층이 더 구비되어 있는 백색 유기발광소자.
15. 제 12 항에 있어서,

    상기 제 1 발광층과 제 2 발광층의 사이에 전하 균형층이 더 구비되어 있는 백색 유기 발광소자.
16. 제 1 항 또는 제3항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제 1 발광층과 제 2 발광층의 사이에 전하 균형층이 더 구비되어 있는 백색 유기 발광소자.

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