KR101469484B1 - 백색 유기 발광 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인광 스택과 유사한 수준으로 청색 형광 스택의 효율을 개선한 백색 유기 발광 소자에 관한 것으로, 기판 상에 서로 대향된 양극과 음극;과, 상기 양극과 음극 사이에 형성된 전하 생성층;과, 상기 양극과 전하 생성층 사이의, 제 1 정공 수송층, 청색을 형광 발광하는 제 1 발광층 및 제 1 전자 수송층이 적층되어 이루어진 제 1 스택; 및 상기 전하 생성층과 상기 음극 사이의, 제 2 정공 수송층, 하나의 호스트에 인광 도펀트를 도핑한 제 2 발광층 및 제 2 전자 수송층이 적층되어 이루어지며, 상기 제 1 정공 수송층의 삼중항 에너지 준위는 제 1 발광층의 삼중항 에너지 준위보다 높고, 상기 제 1 정공 수송층의 정공 이동도가 5.0 ×10^-4 ㎠/s·V 내지 9.9 ×10^-3 ㎠/s·V 인 것을 특징으로 한다.

Description

백색 유기 발광 소자 {White Organic Light Emitting Device}

본 발명은 유기 발광 소자에 관한 것으로 특히, 인광 스택과 유사한 수준으로 청색 형광 스택의 효율을 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 액정 표시장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 플라즈마 표시장치(Plasma Display Panel device: PDP), 전계방출 표시장치(Field Emission Display device: FED), 유기 발광 표시장치(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 필수적이다.

최근에는 상기 유기 발광층을 화소별로 패터닝하지 않고, 서로 다른 색상의 유기 발광층을 포함하는 스택 구조를 적층시켜 백색을 표시하는 유기 발광 표시 장치가 제안되었다.

즉, 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.

상기 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.

한편, 백색 유기 발광 표시 장치를 스택 구조로 구현할 때, 각 스택이 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층을 포함한다.

그런데, 백색 유기 발광 표시 장치를 형광 스택과 인광 스택의 적층 구조로 하여 형성시, 형광 스택이 상대적으로 낮은 효율을 나타내고 있으며, 이로 인해 저전류 구동시 색감 차 발생이 심한 현상이 있다.

상기와 같은 종래의 백색 유기 발광 소자는 다음과 같은 문제점이 있다.

백색 유기 발광 소자를 형광 스택과 인광 스택의 적층 구조로 하여 형성시, 형광 스택이 상대적으로 낮은 효율을 나타낸다. 특히, 저전류 구동시 형광 스택에서 발광하는 형광 색은 매우 낮은 강도를 갖는데 비해 인광 스택에서 발광하는 인광 색은 일정 수준 이상의 발광 강도를 보여, 그 색감 차 발생이 심하다.

그 원인을 살펴보면 다음과 같다.

즉, 형광 스택에서 삼중항 에너지 준위가 낮아 발광층의 삼중항 여기자(triplet exciton)가 형광 스택의 정공 수송층으로 확산된다. 이는 형광 스택에서 여기자의 확산 거리가 통상 사용되는 저지층의 두께보다 길기 때문이다. 충분한 여기자가 형성되지 않는 저전류에서의 이러한 여기자 확산은 청색 형광 스택 효율을 크게 저하시키며, 효율을 감소시키게 된다.

이로 인해, 이러한 백색 유기 발광 소자를 적용한 표시 장치에서 표시하는 화면이 정상 상태보다 붉게 보이거나 노랗게 보이는 웜(warm)한 백색을 표시하는데, 이 때 시청자가 화질 저하를 느끼게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 인광 스택과 유사한 수준으로 청색 형광 스택의 효율을 개선한 백색 유기 발광 소자를 제공하는 데, 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 백색 유기 발광 소자는 기판 상에 서로 대향된 양극과 음극;과, 상기 양극과 음극 사이에 형성된 전하 생성층;과, 상기 양극과 전하 생성층 사이의, 제 1 정공 수송층, 청색을 형광 발광하는 제 1 발광층 및 제 1 전자 수송층이 적층되어 이루어진 제 1 스택; 및 상기 전하 생성층과 상기 음극 사이의, 제 2 정공 수송층, 하나의 호스트에 인광 도펀트를 도핑한 제 2 발광층 및 제 2 전자 수송층이 적층되어 이루어지며, 상기 제 1 정공 수송층의 삼중항 에너지 준위는 제 1 발광층의 삼중항 에너지 준위보다 높고, 상기 제 1 정공 수송층의 정공 이동도가 5.0 ×10^-4 ㎠/s·V 내지 9.9 ×10^-3 ㎠/s·V 인 것에 그 특징이 있다.

여기서, 상기 제 1 정공 수송층의 삼중항 에너지 준위는 2.4eV 이상인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제 1 정공 수송층은, 상기 제 1 발광층과 인접하여 상기 제 1 발광층의 전자 또는 엑시톤이 유입됨을 방지하는 제 1 저지층을 더 포함할 수 있다. 이 때, 상기 제 1 저지층은 상기 제 1 발광층의 삼중항 에너지 준위보다 0.01eV 내지 0.4 eV 높은 삼중항 에너지 준위를 갖는다.

또한, 상기 제 2 정공 수송층과 상기 제 2 발광층 사이에, 상기 제 2 발광층의 삼중항 에너지 준위보다 높은 삼중항 에너지 준위를 갖는 제 2 저지층을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제 2 저지층은 상기 제 2 발광층의 삼중항 에너지 준위보다 0.01eV 내지 0.4 eV 높은 삼중항 에너지 준위를 가질 수 있다.

한편, 그리고, 상기 제 2 발광층의 인광 도펀트는 서로 다른 제 1, 제 2 인광 도펀트의 조합으로, 황색 인광 도펀트와 녹색 인광 도펀트를 포함하거나 적색 인광 도펀트와 녹색 인광 도펀트를 포함할 수 있으며, 혹은 상기 제 2 발광층의 인광 도펀트는 옐로이쉬 그린(yellowish green) 인광 도펀트을 단일로 포함할 수 있다.

또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 백색 유기 발광 소자는, 기판 상에 서로 대향된 양극과 음극;과, 상기 양극과 음극 사이에 형성된 전하 생성층;과, 상기 양극과 전하 생성층 사이와, 상기 전하 생성층과 상기 음극 사이에는 각각 제 1 스택과 제 2 스택이 구비되고, 상기 각 스택은 정공 수송층, 저지층, 발광층 및 전자 수송층이 적층되며, 상기 제 1 스택의 발광층은 청색 형광 발광층이고, 상기 제 2 스택의 발광층은 인광 도펀트를 도핑하여 이루어진 인광 발광층이며, 상기 제 1, 제 2 스택의 저지층 각각은 삼중항 에너지 준위가 인접한 발광층의 삼중항(triplet) 에너지 준위보다 높고, 상기 제 1 스택의 정공 수송층의 정공 이동도가 5.0 ×10^-4 ㎠/s·V 내지 9.9 ×10^-3 ㎠/s·V 인 것에 또 다른 특징이 있다.

상기 제 1 스택의 정공 수송층의 삼중항 에너지 준위는 상기 제 1 스택의 발광층의 삼중항 에너지 준위보다 높으며, 2.4eV 이상인 것이 바람직하다.

또한, 상기 제 1 스택의 저지층은 상기 청색 형광층의 삼중항 에너지 준위보다 0.01eV 내지 0.4 eV 높은 삼중항 에너지 준위를 가질 수 있다.

상기 제 2 스택의 저지층은 상기 인광 발광층의 삼중항 에너지 준위보다 0.01eV 내지 0.4 eV 높은 삼중항 에너지 준위를 가질 수 있다.

상기 인광 도펀트는 황색 인광 도펀트와 녹색 인광 도펀트를 포함하거나 혹은 적색 인광 도펀트와 녹색 인광 도펀트를 포함하거나 옐로이쉬 그린 인광 도펀트를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 백색 유기 발광 소자는 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명의 백색 유기 발광 소자는 청색 형광 스택의 정공 수송층의 정공 이동도를 높여, 저전류 상태에서도 발광층으로의 정공 이동 속도를 향상시킬 수 있다.

즉, 본 발명의 백색 유기 발광 소자는 청색 형광 스택과 황색/녹색 또는 적색/녹색의 인광 스택의 구조를 갖는 표시 장치에서, 저전류 혹은 저휘도 영역에서 인광 스택보다 상대적으로 낮은 청색 형광 스택의 효율을 개선하여 저휘도 영역에서도 색변화가 작고, 전압 특성을 향상시켜 소비전력을 감소시킬 수 있다.

따라서, 종래 백색 유기 발광 소자에서는 웜한 백색광이 표시되는데 반해, 본 발명의 백색 유기 발광 소자는 저전류에서는 형광색과 인광색의 색감차를 낮추어 그레이에 따른 색변화가 작다. 이에 따라, 추가 알고리즘의 적용없이, 전류에 따른 색좌표 변화가 없는 백색 유기 발광 소자를 적용한 표시 장치 구현이 가능하다.

더불어, 저전류 구동이 가능하여, 전압 특성을 향상시켜 저소비전력 구현이 가능하다. 따라서, 고효율 특성을 가지는 백색 유기 발광 소자를 제작할 수 있어, 색온도가 높고 소비전력이 낮은 대면적 백색 유기 발광 소자 TV 제품 양산이 가능하다.

도 1은 본 발명의 백색 유기 발광 소자를 나타낸 단면도
도 2는 본 발명의 백색 유기 발광 소자의 발광층 주변 층들의 에너지 준위를 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 백색 유기 발광 소자의 정공 수송층, 발광층, 전자수송층의 에너지 준위를 나타낸 도면
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 백색 유기 발광 소자의 TTA 현상을 나타낸 도면
도 5는 본 발명과 종래의 백색 유기 발광 소자의 청색 형광 스택의 전류밀도에 따른 빛의 세기를 나타낸 그래프
도 6은 본 발명과 종래의 백색 유기 발광 소자의 그레이 레벨 표시시 전류 변화에 따른 색감차를 나타낸 그래프

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 백색 유기 발광 소자를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 백색 유기 발광 소자를 나타낸 단면도이다.

도 1과 같이, 본 발명의 백색 유기 발광 소자는, 기판(100) 상에 서로 대향된 양극(101)과 음극(140), 상기 양극(101)과 음극(140) 사이에 적층되어 이루어진 제 1 스택, 전하생성층 (Charge Generation Layer)(120) 및 제 2 스택을 포함하여 이루어진다.

여기서, 양극(101)은 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 전극으로 이루어지며, 상기 음극(140)은 Al(알루미늄)과 같이 반사성 금속으로 이루어지며, 이러한 배치에 의해 각각의 제 1, 제 2 스택에서 이루어지는 발광효과로 도시된 도면을 기준으로 하측으로 이미지가 출사되게 된다.

상기 제 1 스택은 상기 양극(101) 상부와 상기 전하생성층(120) 사이에 제 1 정공 주입층(HIL(Hole Injection Layer), 103), 제 1 정공수송층(HTL(Hole Transport Layer), 105), 제 1 저지층(EBL: Electron or Exciton Blocking Layer, 107), 제 1 발광층(110) 및 제 1 전자 수송층(ETL(Electron Transport Layer), 111) 이 차례로 적층되어 있으며, 상기 제 2 스택은 상기 전하 생성층(120)과 상기 음극(140) 사이에, 차례로, 제 2 정공 수송층(125), 제 1 저지층(EBL: Electron or Exciton Blocking Layer, 127), 제 2 발광층(130), 제 2 전자 수송층(133) 및 제 2 전자 주입층(135)이 적층되어 있다.

여기에, 상기 전하 생성층(120) 하부와 상부에 각각 제 1 전자 주입층(EIL(Electron Injection Layer))과 제 2 정공 주입층(HIL)이 더 구비될 수 있다.

경우에 따라, 각 스택의 정공 주입층이나 전자 주입층은 생략되어 정공 수송층 또는 전자 수송층과 함께 하나의 층으로 형성될 수도 있다.

여기서, 상기 제 1 발광층(110)은 청색광의 하나의 호스트에 청색 형광 또는 인광 성분의 도펀트가 포함된 발광층이며, 상기 제 2 발광층(130)은 하나의 호스트에 서로 다른 제 1, 제 2 인광 도펀트의 조합으로 인광 황색 및 인광 녹색 도펀트(phosphorescence Yellow +phosphorescence Green) 또는 인광 적색 및 인광 녹색 도펀트(phosphorescence Green +phosphorescence Red)를 함께 도핑하여 이루어진 단일 발광층일 수 있다. 혹은 상기 제 2 발광층의 인광 도펀트는 옐로이쉬 그린(yellowish green) 인광 도펀트를 단일로 포함할 수도 있다.

이 경우, 백색 유기 발광 소자의 구동시 상기 제 1 발광층(110)의 청색 형광과 제 2 발광층(130)에서 인광 발광되는 광의 혼합 효과에 의해 백색광이 구현될 수 있다. 제 2 발광층(130)에서 발광되는 색상은 상기 제 1 발광층(110)의 청색광과 혼합되어, 백색이 구현될 수 있는 색상으로 도시된 인광 황색 및 인광 녹색 도펀트(Y+G)의 조합이나 인광 적색 및 인광 녹색 도펀트(R+G)의 조합 외에, 청색광과 합하여 백색이 구현될 수 있다면 다른 색상의 도펀트의 조합으로도 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 제 1 스택과 제 2 스택 사이의 전하 생성층(120)은 스택들 사이에 형성되어 각 스택들 간의 전하 균형 조절을 한다. 이러한, 전하 생성층(120)은 낮은 광학적, 전기적 손실 특성을 갖는 물질로서, 이에 이용 가능한 물질로는 금속류, 산화물류, 반도체류, 유기물류 또는 이들의 적층이 알려져 있다.

여기서, 상기 제 1 저지층(107) 및 제 2 저지층(127)은 각각 상기 제 1 발광층(110) 및 제 2 발광층(130)의 삼중항(triplet) 여기자(exciton)의 여기 상태의 에너지 준위(이하, 삼중항 에너지 준위)보다 높은 에너지 준위를 갖는 것으로 설정한다.

이 경우, 제 1 저지층(107) 및 제 2 저지층(127)을 각각의 인접한 발광층의 삼중항 에너지 준위보다 높은 삼중항 에너지 준위로 설정한다. 이 때, 높아진 제 1 저지층(107) 및 제 2 저지층(127)의 에너지 준위는 상기 제 1 발광층(110) 및 제 2 발광층(130)의 삼중항 여기자의 여기 상태의 에너지 준위보다 높여 전자 여기자가 제 1 저지층(107) 및 제 2 저지층(127) 내로 확산되지 않게 설정한다. 이 경우, 제 1 저지층(107) 및 제 2 저지층(127)이 제 1, 제 2 발광층(110, 130) 대비 약 0.01eV 내지 0.4eV 높게 삼중항 에너지 준위를 설정할 수 있다. 도시된 바와 같이, 저지층이 발광층에 인접하여, 정공 수송층 사이에 구비된 경우에는, 삼중항 에너지 준위를 0.4eV보다 높게 설정하는 경우도 있다.

따라서, 상기 제 2 발광층(130) 및 제 1 발광층(110)의 삼중항 여기자(triplet exciton)나 전자들이 인접한 상기 제 2 저지층(127) 및 제 1 저지층(107)으로 유입되어 발광 효율이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.

경우에 따라, 상기 제 1 저지층(107) 및 제 2 저지층(127)을 생략하고, 구조상에서, 정공 수송층이 저지층 기능을 갖도록 인접한 발광층의 삼중항 에너지 준위보다 높은 삼중항 에너지 준위로 설정할 수 있다.

이 경우, 높아진 정공 수송층의 삼중항 에너지 준위는 인접한 상기 제 1 발광층(110) 또는 제 2 발광층(130)의 삼중항 여기자의 여기 상태의 에너지 준위보다 0.01~0.4eV 정도 높게 설정하는 것이 바람직하다. 이러한 저지층과 인접한 정공 수송층간 삼중항 에너지 준위 차는 발광층에서 정공 수송층으로 여기자(exciton)이 확산되지 못하도록 할 수 있다.

여기서, 상기 제 1 정공 수송층(105) 또는/및 제 2 정공 수송층(125)의 삼중항 에너지 준위는 2.4eV 이상일 수 있으며, 제 1 저지층(107) 및 제 2 저지층(127) 구비시 에너지 준위는 이와 비슷하거나 약간 높은 수준으로 한다.

이 때의 상기 제 2 정공 수송층(125) 및 제 1 정공 수송층(105)은 고유의 상기 제 2 발광층(130), 제 1 발광층(110)으로부터의 정공의 수송 기능을 함과 동시에 삼중항 여기자 또는 전자가 넘어오는 것을 방지하는 저지층(exciton blocking layer)으로 기능한다. 이 경우, 상기 저지층 기능을 하는 정공 수송층은 여기자 저지 기능을 물질을 포함시켜 이루어지는 것이다.

한편, 본 발명의 백색 유기 발광 소자에 있어서, 형광 발광하는 제 1 스택 내의 상기 제 1 정공 수송층(105)은 그 정공 이동도가 5.0 ×10^-4 ㎠/s·V 내지 9.9 ×10^-3 ㎠/s·V 로 하여, 저전류 조건에서도 정공(H) 이동 속도가 크게 하여, 제 1 스택과 제 2 스택에서 각각 발광되는 색상의 광의 색감차를 줄인다. 경우에 따라, 보다 바람직하게는 6.0 ×10^-4 ㎠/s·V 내지 5.0 ×10^-3 ㎠/s·V 의 정공 이동도 범위에서 보다 향상된 정공 이동 속도를 갖게 하여, 청색 형광 스택에서의 청색 발광 효율을 보다 향상시킬 수 있다.

이하의 도면을 참조하여, 본 발명의 백색 유기 발광 소자의 메커니즘을 살펴본다.

도 2는 본 발명의 백색 유기 발광 소자의 발광층 주변 층들의 에너지 준위를 나타낸 도면이다.

도 2와 같이, 제 1 발광층(EML)(110)에 인접한 제 1 저지층(107)의 삼중항 에너지 준위(Teb)가 상기 제 1 발광층(110)의 삼중항 에너지 준위(T1)가 높게 설정되어, 삼중항 여기자(T: triplet exciton)가 제 1 정공 수송층(105)으로 넘어가지 못하게 한다. 이러한 제 1 저지층(107)의 기능은 동일 설계로 제 2 저지층(127)에도 동일하게 기대할 수 있다. 혹은 각 스택에 저지층을 구비하되, 보다 효과적으로 청색 형광 발광 유닛 내 제 1 발광층(110)에 인접한 제 1 저지층(107)의 삼중항 에너지 준위(Teb)와 제 1 발광층(110)의 삼중항 에너지 준위(T1) 차를 상대적으로 인광 발광 유닛 보다 크게 할 수 있을 것이다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 저지층(107) 외에도 제 1 정공 수송층(105)의 삼중항 에너지 준위(T_H1) 역시 일반적인 정공 수송층의 삼중항 에너지 준위(Tr)보다는 높여, 상술한 전자 또는 여기자(exciton)의 저지 기능을 배가할 수 있다. 즉, 제 1 발광층(110)의 삼중항 여기자 혹은 전자가 제 1 정공 수송층(105)에 유입하는 과정에서 상기 제 1 정공 수송층(105)의 높은 삼중항 에너지 준위(T_H1)는 전자 혹은 삼중항 여기자 유입의 장벽이 된다.

또한, 상기 제 1 정공 수송층(105)은 정공 이동도가 5.0 ×10^-4 ㎠/s·V 내지 9.9 ×10^-3 ㎠/s·V 로 하여, 빠른 정공 이동 속도로 인해 제 1 정공 주입층(103)을 통과한 정공(H)이 제 1 발광층(110)으로 원활히 넘어가도록 한다. 이와 같은, 제 1 정공 수송층(105)의 빠른 정공 이동도는 제 1 스택(210)의 정공 수송 기능을 향상시켜 저전류 조건에서도 정공 이동 속도가 크게 할 수 있는 것이다. 즉, 정공 이동 속도가 빠른 제 1 정공 수송층(105) 적용에 따라 구동 전압을 낮출 수 있고, 이에 의해 소비 전력 저감이 가능하다.

도면 상에서, S는 일중항 여기자를, T는 삼중항 여기자를 의미하며, H는 정공을 의미한다. 그리고, 설명하지 않은 Seb, S1는 각각 제 1 저지층의 일중항 에너지 준위, 발광층의 일중항 에너지 준위를 나타낸다.

한편, 이하의 도면을 참조하며, 각 스택의 발광층(EML)과 인접한 정공 수송층(HTL)과, 전자 수송층(ETL)의 조건을 살펴본다.

도 3은 본 발명의 백색 유기 발광 소자의 정공 수송층, 발광층, 전자수송층의 에너지 준위를 나타낸 도면이며, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 백색 유기 발광 소자의 TTA 현상을 나타낸 도면이다. 도시된 도면에서 저지층은 생략하였다.

도 3과 같이, 발광층(EML)에 최인접한 층으로서 정공 수송층(HTL)(또는 저지층)이, 상술한 발광층의 삼중항 에너지 준위(T1)보다 높은 삼중항 에너지 준위(Th1)를 갖고, 상기 정공 수송층(HTL)의 삼중항 에너지 준위의 값은 약 2.4eV 이상이다.

본 발명의 백색 유기 발광 소자에 있어서는, 도 4a와 같이, 발광층(EML)에서 단순히 약 25% 수준의 일중항 여기자의 형광 발광 뿐만 아니라 도 4b와 같이, 삼중항 여기자(triplet)의 지연 형광에 의한 TTA(triplet-triplet annihilation: 삼중항 쌍 소멸) 기여를 위해, 발광층에 인접한 정공 수송층(또는 저지층)이나 전자 수송층의 재료 선택을 상기 발광층(EML) 내 호스트 삼중항 에너지 준위(T1)보다 높은 삼중항 에너지 준위(T_H1, T_E1)를 갖는 것으로 선택하여야 한다.

또한, 도 4b와 같이, TTA를 통하여 삼중항 여기자가 일중항으로 쉽게 전이하기 위해 발광층(EML) 내의 호스트 자체의 삼중항-일중항 에너지 준위 차(ΔEst)도 일정 수준 이하로 고려하여야 한다. 즉, 발광층(EML) 내 TTA를 통해 삼중항 여기자(T)가 일중항(S)으로 쉽게 전이하기 위한 삼중항-일중항 에너지 준위 차(ΔEst)의 조절이 중요하기 때문이다.

또한, TTA 기여를 위해 발광층(EML)에 인접한 정공 수송층(HTL)이나 전자 수송층(ETL)의 선택이 중요하다. 즉, 정공 수송층의 경우, 고 삼중항 에너지 준위 특성 및 인접한 정공 주입층과의 HOMO 레벨을 고려하여야 한다.

그리고, 전자 수송층의 경우는, 고 삼중항 에너지 특성 및 홀 블락킹 특성도 고려한다.

상술한 조건들을 통해, 삼중항 여기자(triplet)(T)이 TTA 를 통해 지연 형광하여 삼중항 여기자가 일중항 여기자로 전이될 수 있어, 내부 양자 효율을 도 4b와 같이, 약 50% 수준까지 올릴 수 있다.

한편, 이와 같은 조건을 고려한 상태에서, 본 발명은 형광 발광되는 제 1 스택의 제 1 정공 수송층의 정공 이동도를 높은 값을 갖도록 하여, 제 1 스택의 정공 이동 속도를 크게 하여, 저전류 조건에서도 발광층으로의 정공 확산 속도를 크게하여, 전자/정공 결합 확률을 늘린다. 따라서, 제 1 스택(청색 형광 스택)에서 저휘도 영역에서의 효율을 향상시켜 그레이 레벨에서의 형광색과 인광색간의 색감차를 줄일 수 있다. 또한, 정공 이동도가 빠른 제 1 정공 수송층의 적용으로, 낮은 전압에서도 시감 저하를 방지되도록 하여, 구동 전압을 낮출 수 있어, 저 소비전력 구현이 가능하다.

도 5는 본 발명과 비교예의 백색 유기 발광 소자의 청색 형광 스택의 전류밀도에 따른 빛의 세기를 나타낸 그래프이다.

도 5와 같이, 본 발명의 백색 유기 발광 소자가 종래의 백색 유기 발광 소자 대비하여 청색 형광 스택의 빛의 강도(intensity)가 모든 전류 밀도에서 좋지만, 특히, 낮은 전류 밀도에서, 그 차가 현저함을 알 수 있다. 즉, 0~2mA/㎠ 에서, 종래의 백색 유기 발광 소자의 청색 형광 스택은 0.023 [a.u] 이하의 빛의 강도를 나타내어, 이 경우, 해당 청색 형광 스택은 현저히 발광 특성이 떨어짐을 의미한다.

여기서, 비교예의 청색 형광 스택에서의 정공 수송층의 정공 이동도는 4.0 ×10^-4 ㎠/s·V 의 수준으로 하였고, 본 발명의 청색 형광 스택의 정공 수송층의 정공 이동도는 9 ×10^-4㎠/s·V 의 수준으로 하여 실험을 진행하였다.

도 6은 본 발명과 비교예의 백색 유기 발광 소자의 그레이 레벨 표시시 전류 변화에 따른 색감차를 나타낸 그래프이다.

도 6은 도 5의 비교예와 본 발명의 청색 형광 스택들을 이용하고, 동일한 인광 스택을 적층하여 백색 유기 발광 소자의 그레이 레벨을 표시하며, 색감차를 나타낸 것이다.

여기서, 비교예의 청색 형광 스택의 정공 수송층의 삼중항 에너지 준위는 2.35eV로 하고, 본 발명의 청색 형광 스택의 정공 수송층의 삼중항 에너지 준위는 2.58eV로 하여, 도 2에서와 같이, 청색 형광 스택의 정공 수송층의 삼중항 에너지 준위를 비교예보다 큰 값으로 한 상태에서 실험을 진행하였다.

도 6에서, 낮은 값의 그레이 레벨은 저전류를 의미하며, 점차 값이 커지는 것은 고전류를 의미한다.

비교예와 본 발명의 백색 유기 발광 소자에 있어서, 약 40% 이상 수준에서의 색감 차(Δu'v')는 거의 0.002 미만으로 낮지만, 낮은 값의 그레이 레벨로 가며, 비교예와 본 발명의 색감 차(Δu'v') 값은 커짐을 알 수 있다.

특히, 본 발명의 백색 유기 발광 소자는 색감 차를 약 0.010 수준으로 하여, 시청자가 시인하지 못할 정도로 청색 형광 발광과 인광 발광의 세기를 유사 수준으로 하고자 하나, 비교예에 있어서는, 약 24% 이하의 수준에서는 색감 차가 0.010을 넘어, 화질 저하가 심함을 알 수 있다.

이상의 실험은 본 발명의 백색 유기 발광 소자와 같이 청색 형광 스택에서, 정공 수송층의 정공 이동도를 높이고 또한, 정공 수송층의 삼중항 에너지 준위를 해당 스택의 발광층에서 상기 정공 수송층으로 여기자 진입이 불가할 정도로 상기 정공 수송층의 삼중항 에너지 준위를 보다 높게 하여, 저전류 구동시에도 색감 차가 없거나 거의 시인되지 않고, 화질 저하가 방지됨을 의미한다. 따라서, 본 발명의 백색 유기 발광 소자는 저전류에 의한 저소비전력 구현이 가능하며, 시감을 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

100: 기판 101: 양극
103: 제 1 정공 주입층 105: 제 1 정공 수송층
107: 제 1 저지층 110: 제 1 발광층
111: 제 1 전자 수송층 120: 전하 생성층
125: 제 2 정공 수송층 127: 제 2 저지층
130: 제 2 발광층 133: 제 2 전자 수송층
135: 제 2 전자 주입층 140: 음극

Claims (16)

1. 기판 상에 서로 대향된 양극과 음극;
   상기 양극과 음극 사이에 형성된 전하 생성층;
   상기 양극과 전하 생성층 사이의, 제 1 정공 수송층, 제 1 저지층, 청색을 형광 발광하는 제 1 발광층 및 제 1 전자 수송층이 적층되어 이루어진 제 1 스택; 및
   상기 전하 생성층과 상기 음극 사이의, 제 2 정공 수송층, 하나의 호스트에 인광 도펀트를 도핑한 제 2 발광층 및 제 2 전자 수송층이 적층되어 이루어지며,
   상기 제 1 정공 수송층의 삼중항 에너지 준위는 제 1 발광층의 삼중항 에너지 준위보다 높고,
   상기 제 1 정공 수송층의 정공 이동도가 5.0 ×10^-4 ㎠/s·V 내지 9.9 ×10^-3 ㎠/s·V 이며,
   상기 제 1 저지층은 상기 제 1 발광층의 삼중항 에너지 준위보다 0.01eV 내지 0.4 eV 높은 삼중항 에너지 준위를 가지며, 상기 제 1 발광층과 인접하여 상기 제 1 발광층의 전자 또는 엑시톤이 유입됨을 방지하는 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제 1 정공 수송층의 삼중항 에너지 준위는 2.4eV 이상인 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 제 2 정공 수송층과 상기 제 2 발광층 사이에, 상기 제 2 발광층의 삼중항 에너지 준위보다 높은 삼중항 에너지 준위를 갖는 제 2 저지층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 제 2 저지층은 상기 제 2 발광층의 삼중항 에너지 준위보다 0.01eV 내지 0.4 eV 높은 삼중항 에너지 준위를 갖는 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 제 2 발광층의 인광 도펀트는 황색 인광 도펀트와 녹색 인광 도펀트를 포함한 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 제 2 발광층의 인광 도펀트는 적색 인광 도펀트와 녹색 인광 도펀트를 포함한 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
9. 제 1항에 있어서,
   상기 제 2 발광층의 인광 도펀트는 옐로이쉬 그린 인광 도펀트를 포함한 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
10. 기판 상에 서로 대향된 양극과 음극;
    상기 양극과 음극 사이에 형성된 전하 생성층;
    상기 양극과 전하 생성층 사이와, 상기 전하 생성층과 상기 음극 사이에는 각각 제 1 스택과 제 2 스택이 구비되고,
    상기 각 스택은 정공 수송층, 저지층, 발광층 및 전자 수송층이 적층되며,
    상기 제 1 스택의 발광층은 청색 형광 발광층이고, 상기 제 2 스택의 발광층은 인광 도펀트를 도핑하여 이루어진 인광 발광층이며,
    상기 제 1, 제 2 스택의 저지층 각각은 삼중항 에너지 준위가 인접한 발광층의 삼중항(triplet) 에너지 준위보다 높고,
    상기 제 1 스택의 정공 수송층의 정공 이동도가 5.0 ×10^-4 ㎠/s·V 내지 9.9 ×10^-3 ㎠/s·V 인 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
11. 제 10항에 있어서,
    상기 제 1 스택의 정공 수송층의 삼중항 에너지 준위는 상기 제 1 스택의 발광층의 삼중항 에너지 준위보다 높으며, 2.4eV 이상인 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
12. 제 10항에 있어서,
    상기 제 1 스택의 저지층은 상기 청색 형광층의 삼중항 에너지 준위보다 0.01eV 내지 0.4 eV 높은 삼중항 에너지 준위를 갖는 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
13. 제 10항에 있어서,
    상기 제 2 스택의 저지층은 상기 인광 발광층의 삼중항 에너지 준위보다 0.01eV 내지 0.4 eV 높은 삼중항 에너지 준위를 갖는 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
14. 제 10항에 있어서,
    상기 인광 도펀트는 황색 인광 도펀트와 녹색 인광 도펀트를 포함한 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
15. 제 10항에 있어서,
    상기 인광 도펀트는 적색 인광 도펀트와 녹색 인광 도펀트를 포함한 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
16. 제 10항에 있어서,
    상기 인광 도펀트는 옐로이쉬 그린 인광 도펀트를 포함한 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.

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