KR101486109B1 - 다중 개별 발광층을 가진 유기 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다중 개별 발광층(420, 430, 440)을 가진 유기 발광 소자를 제공한다. 각각의 발광층은 엑시톤 형성 영역을 한정하여 엑시톤 형성이 전체 발광 영역을 가로질러 일어날 수 있게 할 수 있다. 각각의 발광층의 에너지 준위를 인접 발광층과 정렬시킴으로써, 각 층 내 엑시톤 형성이 개선될 수 있다. 다중 엑시톤 형성 영역을 가진 다중 발광층을 도입시킨 소자는 100%까지의 내부 양자 효율을 비롯하여 개선된 성능을 나타낼 수 있다.

Description

다중 개별 발광층을 가진 유기 발광 소자{ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE HAVING MULTIPLE SEPARATE EMISSIVE LAYERS}
정부 권리
본 발명은 미국 에너지국에 의해 허여된 계약 번호 DE-FC26-04NT42272 하에 미국 정부의 지원으로 이루어졌다. 정부는 본 발명에서 일정한 권리를 가진다.
공동 연구 협정
본 청구된 발명은 산학 공동 연구 협정에 참여한 하기 당사자 중 하나 이상에 의해, 하나 이상을 위해, 및/또는 하나 이상과 협력하여 이루어어진 것이다: Princeton University, The University of Southern California, The University of Michigan 및 Universal Display Corporation. 상기 협정은 본 발명이 이루어진 날 및 그 전에 발효되었으며, 본 발명은 상기 협정의 범주 내에서 착수된 활동의 결과로서 이루어졌다.
기술 분야
본 발명은 유기 발광 소자에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 다중 발광층 및 다중 엑시톤 형성 영역을 가진 유기 발광 소자에 관한 것이다.
유기 물질을 사용하는 광전자 소자는 다수의 이유로 점점 더 바람직하게 되고 있다. 그러한 소자를 만드는 데 사용되는 많은 물질들은 비교적 저렴하며, 따라서 유기 광전자 소자는 무기 소자에 비하여 비용 이점의 잠재력을 가지고 있다. 또한, 가요성과 같은 유기 물질의 고유 특성은 이들을 가요성 기판 상의 제작과 같은 특정 응용 분야에 적절하게 만들 수 있다. 유기 광전자 소자의 예로는 유기 발광 소자(OLED), 유기 광트랜지스터, 유기 광전지 및 유기 수광 소자가 있다. OLED의 경우, 유기 물질은 통상의 물질에 비하여 성능 이점을 가질 수 있다. 예를 들면, 유기 발광층이 발광하는 파장은 일반적으로 적절한 도펀트로 용이하게 조절할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "유기"는 중합체 물질뿐만 아니라, 유기 광전 소자를 제조하는 데 사용될 수 있는 소형 분자 유기 물질도 포함한다. "소형 분자"는 중합체가 아닌 임의의 유기 물질을 말하며, "소형 분자"는 실제로 상당히 클 수도 있다. 소형 분자는 어떤 경우에서는 반복 단위를 포함할 수 있다. 예를 들면, 치환기로서 장쇄 알킬기를 사용하더라도, 그 분자가 "소형 분자" 부류에서 벗어나는 것은 아니다. 또한, 소형 분자는, 예를 들면 중합체 골격 상의 펜던트기로서, 또는 골격의 일부로서 중합체에 통합될 수도 있다. 또한, 소형 분자는 코어 부분 상에서 구축되는 일련의 화학 쉘로 구성된 덴드리머의 코어 부분 역할을 할 수 있다. 덴드리머의 코어 부분은 형광 또는 인광 소형 분자 이미터일 수 있다. 덴드리머는 "소형 분자"일 수 있으며, OLED 분야에 현재 사용되고 있는 모든 덴드리머는 소형 분자인 것으로 믿어진다. 일반적으로, 소형 분자는 단일 분자량을 가진 잘 정의된 화학식을 갖는 반면에, 중합체는 분자마다 달라질 수 있는 화학식과 분자량을 갖는다. 본 명세서에서 사용되는 "유기"는 히드로카르빌 및 이종 원자 치환 히드로카르빌 리간드의 금속 착체를 포함한다.
OLED는 전압이 소자에 인가될 때 발광하는 유기 박막을 사용한다. OLED는 평면 디스플레이, 조명 및 백라이팅과 같은 분야에 사용하기 위한 기술로서 더욱 더 관심을 끌고 있다. 몇 가지 OLED 물질 및 구조는 본 명세서에서 그 전체를 참고 인용하는 미국 특허 제5,844,363호, 제6,303,238호 및 제5,707,745호에 기재되어 있다.
OLED 소자는 일반적으로(항상은 아니지만) 하나 이상의 전극을 통하여 발광하는 것을 의도하며, 하나 이상의 투명 전극이 유기 광전자 소자에 유용할 수 있다. 예를 들면, 투명 전극 물질, 예컨대 산화주석인듐(ITO)이 하부 전극으로서 사용될 수 있다. 그 전체를 참고 인용하는 미국 특허 제5,703,436호 및 제5,707,745호에 개시된 것과 같은 투명 정상부 전극도 사용할 수 있다. 오로지 바닥부 전극만을 통하여 발광하는 것으로 의도된 소자의 경우, 정상부 전극이 투명할 필요는 없으며, 고 전기 전도성을 가진 두꺼운 반사성 금속 층을 포함할 수 있다. 유사하게, 오로지 정상부 전극만을 통하여 발광하는 것으로 의도된 소자의 경우, 바닥부 전극은 불투명 및/또는 반사성일 수 있다. 전극이 투명할 필요가 없는 경우, 보다 두꺼운 층을 사용하면, 보다 나은 전도성을 제공할 수 있으며, 반사성 전극을 사용하면, 광을 투명 전극 쪽으로 되돌려 반사시킴으로써 다른 전극을 통하여 방출되는 광의 양을 증가시킬 수 있다. 완전히 투명한 소자도 제작할 수 있는데, 이 경우 두 전극은 투명하다. 측면 발광 OLED도 제작할 수 있으며, 그러한 소자에서 하나 또는 두 개의 전극이 불투명하거나 반사성일 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "정상부"는 기판에서 가장 먼 쪽을 의미하는 반면에, "바닥부"는 기판에 가장 가까운 쪽을 의미한다. 예를 들면, 두 개의 전극을 가진 소자의 경우, 바닥부 전극은 기판에 가장 가까운 전극이며, 일반적으로 먼저 제작되는 전극이다. 바닥부 전극은 두 개의 면, 즉 기판에 가장 가까운 바닥면과 기판에서 멀리 떨어진 정상면을 갖는다. 제1 층이 제2 층 "위에 배치된" 것으로 기재된 경우, 상기 제1 층은 기판에서 멀리 배치된 것이다. 제1층이 제2 층과 "물리적으로 접촉하고 있다"고 특정하지 않는 한, 제1층과 제2 층 사이에는 다른 층이 존재할 수 있다. 예를 들면, 캐소드는 애노드 "위에 배치된" 것으로 기재되어 있더라도, 다양한 유기층이 그 사이에 존재한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 그리고 당업자들이 일반적으로 이해하고 있는 바와 같이, 제1 "최고 점유 분자 궤도"(HOMO) 또는 "최저 비점유 분자 궤도"(LUMO) 에너지 준위는, 상기 제1 에너지 준위가 진공 에너지 준위에 보다 가까운 경우, 제2 HOMO 또는 LUMO 에너지 준위보다 "더 크거나" 또는 "더 높다". 이온화 전위(IP)가 진공 준위에 대하여 음의 에너지로서 측정되기 때문에, 보다 높은 HOMO 에너지 준위는 보다 작은 절대치를 가진 IP(음의 값이 보다 작은 IP)에 해당한다. 유사하게, 보다 높은 LUMO 에너지 준위는 보다 작은 절대치를 가진 전자 친화도(EA)(음의 값이 보다 작은 EA)에 해당한다. 정상부에 진공 준위가 있는 통상적인 에너지 준위 도해에서, 물질의 LUMO 에너지 준위는 동일 물질의 HOMO 에너지 준위보다 더 높다. "더 높은" HOMO 또는 LUMO 에너지 준위는 "더 낮은" HOMO 또는 LUMO 에너지 준위보다 그러한 도해의 정상부에 더 가깝게 나타난다.
도면의 간단한 설명
도 1은 개별 전자 수송층, 정공 수송층 및 발광층, 뿐만 아니라 다른 층들을 가진 유기 발광 소자를 도시한다.
도 2는 개별 전자 수송층을 갖지 않는 인버티드 유기 발광 소자를 도시한다.
도 3은 세 개의 개별 발광층을 가진 유기 발광 소자를 도시한다.
도 4는 세 개의 EML 소자에 대한 에너지 준위 개략도를 나타낸다.
도 5a는 세 개의 발광층을 가진 백색 유기 발광 소자를 도시한다.
도 5b 내지 5d는 개별 소자에 배열된 도 5a에 도시된 소자의 발광층을 도시한다.
도 6은 세 개의 발광층을 가진 유기 발광 소자의 효율을 도시한다.
도 7a는 3-발광층 소자로부터의 특징부를 포함하는 유기 발광 소자의 스펙트럼을 도시한다.
도 7b는 3-발광층 소자로부터의 특징부를 포함하는 유기 발광 소자의 효율을 도시한다.
도 7c는 3-발광층 소자로부터의 특징부를 포함하는 유기 발광 소자의 스펙트럼을 도시한다.
도 7d는 3-발광층 소자로부터의 특징부를 포함하는 유기 발광 소자의 효율을 도시한다.
도 7e는 3-발광층 소자로부터의 특징부를 포함하는 유기 발광 소자의 스펙트럼을 도시한다.
도 7f는 3-발광층 소자로부터의 특징부를 포함하는 유기 발광 소자의 효율을 도시한다.
도 7g는 3-발광층 소자로부터의 특징부를 포함하는 유기 발광 소자의 스펙트럼을 도시한다.
도 8a는 3-발광층 소자로부터의 특징부를 포함하는 유기 발광 소자의 스펙트럼을 도시한다.
도 8b는 3-발광층 소자로부터의 특징부를 포함하는 유기 발광 소자의 효율을 도시한다.
도 9a는 3-발광층 소자로부터의 특징부를 포함하는 유기 발광 소자의 스펙트럼을 도시한다.
도 9b는 3-발광층 소자로부터의 특징부를 포함하는 유기 발광 소자의 효율을 도시한다.
도 10a는 3-발광층 소자로부터의 특징부를 포함하는 유기 발광 소자의 스펙트럼을 도시한다.
도 10b는 3-발광층 소자로부터의 특징부를 포함하는 유기 발광 소자의 효율을 도시한다.
도 11a는 3-발광층 소자로부터의 특징부를 포함하는 유기 발광 소자의 스펙트럼을 도시한다.
도 11b는 3-발광층 소자로부터의 특징부를 포함하는 유기 발광 소자의 효율을 도시한다.
도 12는 다양한 전류 밀도에서의 3-발광층 백색 발광 OLED의 스펙트럼을 도시한다.
도 13은 전류 밀도의 함수로서 도시된 도 12에 나타낸 스펙트럼에서 적색, 녹색 및 청색 발광의 해석된 구성비를 나타낸다.
도 14는 3-발광층 소자로부터의 특징부를 포함하는 유기 발광 소자의 스펙트럼을 도시한다.
도 15는 3-발광층 소자로부터의 특징부를 포함하는 유기 발광 소자의 효율을 도시한다.
도 16은 최적화된 3-발광층 OLED의 개략도를 나타낸다.
도 17은 3-발광층 백색 OLED의 전류 밀도의 함수로서의 전방직시 EQE 및 PE를 나타낸다.
도 18은 3-발광층 백색 OLED에 대한 다양한 전류 밀도에서의 전기발광 스펙트럼을 도시한다.
발명의 상세한 설명
일반적으로, OLED는 애노드와 캐소드 사이에 배치되어 이들과 전기 접속된 하나 이상의 유기층을 포함한다. 전류가 인가되면, 애노드는 정공을, 캐소드는 전자를 유기층(들)에 주입한다. 주입된 정공 및 전자는 각각 반대로 하전된 전극을 향해 이동한다. 전극 및 정공이 동일 분자에 국소화되면, 여기된 에너지를 가진 국소화된 전자-정공 쌍인 "엑시톤"이 형성된다. 엑시톤이 광전자 방출 메커니즘에 의해 이완될 때 광이 방출된다. 일부 경우에서, 엑시톤은 엑시머 또는 엑시플렉스에 국소화될 수 있다. 열 이완과 같은 비복사성 메커니즘도 일어날 수 있지만, 일반적으로 바람직하지 않은 것으로 고려된다.
초기 OLED는, 예를 들면 본 명세서에서 그 전체를 참고 인용하는 미국 특허 제4,769,292호에 개시된 바와 같이 일중항 상태로부터 광을 방출하는("형광") 발광 분자를 사용하였다. 일반적으로, 형광 발광은 10 나노초 미만의 시간으로 일어난다.
보다 최근에는, 삼중항 상태로부터 광을 방출하는("인광") 발광 물질을 가진 OLED가 나타났다. 문헌[Baldo et al., "Highly Efficient Phosphorescent Emission from Organic Electroluminescent Devices," Nature, vol. 395, 151-154, 1998; ("Baldo-I")] 및 문헌[Baldo et al., "Very high-efficiency green organic light-emitting devices based on electrophosphorescence," Appl. Phys. Lett., vol. 75, No. 3, 4-6 (1999) ("Baldo-II")], 상기 문헌들은 그 전체가 참고로 포함된다. 인광은 전이가 스핀 상태 변화를 요구하기 때문에 "금지" 전이라고 말할 수 있으며, 양자 역학에서는 그러한 전이가 선호되지 않는다고 한다. 그 결과, 인광은 일반적으로 적어도 10 나노초를 초과하는 기간, 통상적으로는 100 나노초 동안 일어난다. 인광의 자연 복사 수명이 너무 길면, 삼중항은 비복사성 메커니즘에 의해 붕괴될 수 있어서 광이 방출되지 않게 된다. 또한, 유기 인광은 매우 낮은 온도에서 비공유 전자쌍을 가진 이종 원자를 함유하는 분자에서 흔히 관찰된다. 2,2'-바이피리딘이 그러한 물질이다. 비복사성 붕괴 메커니즘은 통상적으로 온도 의존적이어서 액체 질소 온도에서 인광을 나타내는 유기 물질은 통상적으로 실온에서는 인광을 나타내지 않는다. 그러나, 상기 문헌(Baldo)에 설명되어 있는 바와 같이, 이 문제는 실온에서 인광을 나타내는 인광 화합물을 선택함으로써 다룰 수 있다. 대표적인 인광층은 미국 특허 제6,303,238호 및 제6,310,360호; 미국 특허 출원 공개 제2002-0034656호; 제2002-0182441호; 제2003-0072964호; 및 WO 02/074015호에 개시된 것과 같은 도핑되거나 도핑되지 않은 인광 유기금속 물질을 포함한다.
일반적으로, OLED 내 엑시톤은 약 3:1의 비율, 즉 대략 75% 삼중항 및 25% 일중항의 비율로 생성되는 것으로 믿어진다. 그 전체를 참고 인용하는 문헌(Adachi et al., "Nearly 100% Internal Phosphorescent Efficiency In An Organic Light Emitting Device", J. Appl. Phys. 90, 5048 (2001)) 참조. 많은 경우에서, 일중항 엑시톤은 "계간 전이(intersystem crossing)"에 의해 그 에너지를 삼중항 여기 상태로 용이하게 전이시킬 수 있는 반면에, 삼중항 엑시톤은 그 에너지를 일중항 여기 상태로 용이하게 전이시킬 수 없다. 그 결과, 100% 내부 양자 효율은 이론적으로 인광 OLED로 가능하다. 형광 소자에서, 삼중항 엑시톤의 에너지는 일반적으로 소자를 가열시키는 비복사 붕괴 과정으로 손실되어 매우 낮은 내부 양자 효율이 초래된다. 삼중항 여기 상태로부터 방출하는 인광 물질을 이용하는 OLED는, 예를 들면 그 전체를 참고 인용하는 미국 특허 제6,303,238호에 개시되어 있다.
인광에 앞서 삼중항 여기 상태로부터 발광 붕괴가 일어나는 중간 비삼중항 상태로의 전이가 선행할 수 있다. 예를 들면, 란탄 계열 원소에 배위 결합된 유기 분자는 흔히 란탄 계열 금속 상에 국소화된 여기 상태로부터 인광을 발한다. 그러나, 그러한 물질은 삼중항 여기 상태로부터 직접 인광을 발하지 않지만, 그 대신에 란탄 계열 금속 이온 상에 중심을 두고 있는 원자 여기 상태로부터 발광한다. 유로퓸 디케토네이트 착체는 이러한 유형의 화학종의 일군을 예시한다.
삼중항으로부터의 인광은 유기 분자를 고 원자가의 원자에 근접하게, 바람직하게는 결합을 통하여, 가두어 둠으로써 형광에 비하여 증강될 수 있다. 중원자 효과라고도 하는 이러한 현상은 스핀-궤도 커플링으로 알려진 메커니즘에 의해 생성된다. 그러한 인광 전이는 트리스(2-페닐피리딘)이리듐(III)과 같은 유기금속 분자의 여기 금속 대 리간드 전하 전이(MLCT)로부터 관찰될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "삼중항 에너지"는 소정 물질의 인광 스펙트럼에서 판별할 수 있는 최고 에너지 특징에 해당하는 에너지를 의미한다. 최고 에너지 특징은 반드시 인광 스펙트럼에서 최고 강도를 가진 피크일 필요는 없으며, 예를 들면 그러한 피크의 고 에너지 측 상의 분명한 어깨부(shoulder)의 국소 최대일 수 있다.
도 1은 유기 발광 소자(100)를 나타낸다. 상기 도면은 반드시 일정한 비율로 도시될 필요는 없다. 소자(100)는 기판(110), 애노드(115), 정공 주입층(120), 정공 수송층(125), 전자 차단층(130), 발광층(135), 정공 차단층(140), 전자 수송층(145), 전자 주입층(150), 보호층(155) 및 캐소드(160)를 포함할 수 있다. 캐소드(160)는 제1 전도층(162) 및 제2 전도층(164)을 가진 복합 캐소드일 수 있다. 소자(100)는 기재된 층들을 순서대로 침착시킴으로써 제작할 수 있다.
기판(110)은 소정의 구조 특성을 제공하는 임의의 적절한 기판일 수 있다. 기판(110)은 연성 또는 강성일 수 있다. 플라스틱 및 금속 포일이 바람직한 연성 기판 물질의 예이다. 기판(110)은 회로의 제작을 손쉽게 하기 위하여 반도체 물질일 수 있다. 예를 들면, 기판(110)은 기판 상에 나중에 침착되는 OLED를 제어할 수 있는, 회로가 제작되는 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 다른 기판도 사용할 수 있다. 기판(110)의 물질 및 두께는 소정의 구조 및 광학 특성을 얻도록 선택될 수 있다.
애노드(115)는 정공을 유기층에 수송하기에 충분히 전도성인 임의의 애노드일 수 있다. 애노드(115)의 물질은 약 4 eV보다 큰 일 함수를 갖는 것("고 일 함수 물질")이 바람직하다. 바람직한 애노드 물질은 전도성 금속 산화물, 예컨대 산화주석인듐(ITO) 및 산화아연인듐(IZO), 산화아연알루미늄(AlZnO) 및 금속을 포함한다. 애노드(115)(및 기판(110))는 바닥부 발광 소자를 생성하기에 충분히 투명할 수 있다. 바람직한 기판과 애노드 조합은 시중에서 구입 가능한, 유리 또는 플라스틱(기판) 상에 침착된 ITO(애노드)이다. 연성이고 투명한 기판-애노드 조합은 그 전체를 참고 인용하는 미국 특허 제5,844,363호 및 제6,602,540 B2호에 개시되어 있다. 애노드(115)는 불투명 및/또는 반사성일 수 있다. 반사성 애노드(115)는, 소자의 정상부로부터 방출되는 광의 양을 증가시킬 수 있도록 정상부 발광 소자에 바람직하다. 애노드(115)의 물질 및 두께는 소정의 전도성 및 광학 특성을 얻도록 선택될 수 있다. 애노드(115)가 투명한 경우, 소정의 전도성을 제공하기에 충분히 두꺼우면서 소정의 투명도를 제공하기에 충분히 얇은 특정 물질의 두께 범위가 존재할 수 있다. 다른 애노드 물질 및 구조도 사용할 수 있다.
정공 수송층(125)은 정공을 수송할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 정공 수송층(130)은 고유(도핑되지 않은)하거나 도핑될 수 있다. 도핑은 전도성을 향상시키기 위하여 사용될 수 있다. α-NPD 및 TPD는 고유 정공 수송층의 예이다. p-도핑 정공 수송층의 예는, 그 전체를 참고 인용하는 미국 특허 출원 공개 제2003-0230980호(Forrest st al.)에 개시되어 있는 바와 같이, 50:1의 몰비로 F4-TCNQ로 도핑된 m-MTDATA이다. 다른 정공 수송층도 사용할 수 있다.
발광층(135)은 전류가 애노드(115)와 캐소드(160) 사이를 통과할 때 발광할 수 있는 유기 물질을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 발광층(135)은 인광 발광 물질을 함유하지만, 형광 발광 물질도 사용할 수 있다. 인광 발광 물질이 바람직한데, 그 이유는 그러한 물질과 관련된 발광 효율이 보다 높기 때문이다. 또한, 발광층(135)은, 엑시톤이 광전자 방출 메커니즘에 의하여 발광 물질로부터 이완되도록, 전자, 정공 및/또는 엑시톤을 포획할 수 있는 발광 물질로 도핑된, 전자 및/또는 정공을 수송할 수 있는 호스트 물질을 포함할 수 있다. 발광층(135)은 수송 특성과 발광 특성을 조합한 단일 물질을 포함할 수도 있다. 발광 물질이 도펀트이든, 주요 구성성분이든, 발광층(135)은 다른 물질, 예컨대 발광 물질의 발광을 조절하는 도펀트를 포함할 수 있다. 발광층(135)은 조합하여 소정의 광 스펙트럼을 방출할 수 있는 다수의 발광 물질을 포함할 수 있다. 인광 발광 물질의 예는 Ir(ppy)3을 포함한다. 형광 발광 물질의 예는 DCM 및 DMQA를 포함한다. 호스트 물질의 예는 Alq3, CBP 및 mCP를 포함한다. 발광 및 호스트 물질의 예는, 그 전체를 참고 인용하는 미국 특허 제6,303,238호(Thompson et al.)에 개시되어 있다. 발광 물질은 다수의 방식으로 발광층(135)에 포함될 수 있다. 예를 들면, 발광성 소형 분자를 중합체에 도입할 수 있다. 이는 몇 가지 방식, 즉 소형 분자를 개별의 구별되는 분자종으로서 중합체에 도핑하거나; 또는 소형 분자를 중합체 골격에 도입하여 공중합체를 형성하거나; 또는 소형 분자를 중합체 상의 펜던트 기로서 결합시킴으로써 달성할 수 있다. 다른 발광층 물질 및 구조도 사용할 수 있다. 예를 들면, 소형 분자 발광 물질은 덴드리머의 코어로서 존재할 수 있다.
전자 수송층(145)은 전자를 수송할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 전자 수송층(145)은 고유(도핑되지 않은)하거나 도핑될 수 있다. 도핑은 전도성을 향상시키기 위해 사용할 수 있다. Alq3은 고유 전자 수송층의 예이다. n-도핑 전자 수송층의 예는, 그 전체를 참고 인용하는 미국 특허 출원 공개 제2003-02309890(Forrest et al.)에 개시된 바와 같이, 1:1의 몰비로 Li로 도핑된 BPhen이다. 다른 전자 수송층도 사용할 수 있다.
전자 수송층의 전하 운반 성분은, 전자가 캐소드로부터 전자 수송층의 LUMO(최저 비점유 분자 궤도) 에너지 준위로 효율적으로 주입될 수 있도록 선택될 수 있다. "전하 운반 성분"은 실제로 전자를 수송하는 LUMO 에너지 준위의 원인이 되는 물질이다. 이 성분은 베이스 물질일 수 있거나, 도펀트일 수 있다. 유기 물질의 LUMO 에너지 준위는 일반적으로 그 물질의 전자 친화도로 특성화될 수 있으며, 캐소드의 상대 전자 주입 효율은 일반적으로 캐소드 물질의 일 함수에 관하여 특성화될 수 있다. 이는 전자 수송층과 인접 캐소드의 바람직한 특성이 ETL의 전하 운반 성분의 전자 친화도 및 캐소드 물질의 일 함수에 관하여 특정될 수 있다는 것을 의미한다. 특히, 고 전자 주입 효율을 달성하도록, 캐소드 물질의 일 함수는, 전자 수송층의 전하 운반 성분의 전자 친화도보다 약 0.75 eV 이하만큼, 바람직하게는 약 0.5 eV 이하만큼 크지 않는 것이 바람직하다. 유사한 고찰을 전자가 주입되는 임의의 층에 적용한다.
캐소드(160)는, 캐소드(160)가 전자를 전도하고, 이들을 소자(100)의 유기층으로 주입할 수 있도록 하는, 당업계에 공지된 임의의 물질 또는 물질들의 조합일 수 있다. 캐소드(160)는 투명하거나 불투명할 수 있으며, 반사성일 수 있다. 금속 및 금속 산화물이 적절한 캐소드 물질의 예이다. 캐소드(160)는 단일 층일 수 있으며, 또는 복합 구조를 가질 수 있다. 도 1은 얇은 금속 층(162)과 두꺼운 전도성 금속 산화물 층(164)을 가진 복합 캐소드(160)를 도시하고 있다. 복합 캐소드에서, 두꺼운 층(164)에 바람직한 물질은 ITO, IZO 및 당업계에 공지된 다른 물질을 포함한다. 그 전체를 참고 인용하는 미국 특허 제5,703,436호, 제5,707,745호, 제6,548,956 B2호 및 제6,576,134 B2호는, 투명한 전기 전도성의 스퍼터 증착된 ITO 층이 위에 놓인, Mg:Ag와 같은 금속 박층을 가진 복합 캐소드를 비롯한 캐소드의 예를 개시하고 있다. 단층 캐소드(160)이든, 복합 캐소드의 금속 박층(162)이든, 또는 어떤 다른 부분이든, 아래에 놓인 유기층과 접촉하는 캐소드(160)의 부분은 약 4 eV보다 낮은 일 함수를 가진 물질("저 일 함수 물질)로 이루어지는 것이 바람직하다. 다른 캐소드 물질 및 구조도 사용할 수 있다.
차단층은 발광층을 나오는 전하 캐리어(전자 또는 정공) 및/또는 엑시톤의 수를 줄이는 데 사용할 수 있다. 전자 차단층(130)은 발광층(135)과 정공 수송층(125) 사이에 배치되어 전자가 발광층(135)에서 정공 수송층(125)의 방향으로 나오는 것을 차단할 수 있다. 또한, 차단층은 엑시톤이 발광층으로부터 확산되는 것을 차단하는 데 사용될 수 있다. 차단층의 이론과 용도는 그 전체를 참고 인용하는 미국 특허 제6,097,147호 및 미국 특허 출원 공개 제2003-02309890호(Forrest et al.)에 보다 상세하게 기재되어 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 그리고 당업자라면 이해하고 있는 바와 같이, 용어 "차단층"은, 층이 소자를 통한 전하 캐리어 및/또는 엑시톤의 수송을 상당히 억제하는 배리어를 제공한다는 것을 의미하되, 그 층이 반드시 전하 캐리어 및/또는 엑시톤을 완전히 차단한다는 것을 시사하지는 않는다. 소자 내 그러한 차단층의 존재는 차단층이 없는 유사한 소자와 비교하였을 때 실질적으로 더 높은 효율을 가져올 수 있다. 또한, 차단층은 발광을 OLED의 소정 영역에 국한시키는 데 사용될 수 있다.
일반적으로, 주입층은 전극 또는 유기층과 같은 한 층으로부터 인접 유기층으로의 전하 캐리어 주입을 개선시킬 수 있는 물질을 포함한다. 또한, 주입층은 전하 수송 기능을 실행할 수 있다. 소자(100)에서, 정공 주입층(120)은 애노드(115)로부터 정공 수송층(125)으로의 정공 주입을 개선하는 임의의 층일 수 있다. CuPc가 ITO 애노드(115) 및 다른 애노드로부터의 정공 주입층으로서 사용될 수 있는 물질의 예이다. 소자(100)에서, 전자 주입층(150)은 전자 수송층(145)으로의 전자 주입을 개선하는 임의의 층일 수 있다. LiF/Al이 인접층으로부터 전자 수송층으로의 전자 주입층으로서 사용될 수 있는 물질의 예이다. 다른 물질 또는 물질들의 조합을 주입층에 사용할 수 있다. 특정 소자의 배열에 따라서, 주입층은 소자(100)에 도시된 것과 다른 위치에 배치될 수 있다. 주입층의 또 다른 예는 그 전체를 참고 인용하는 미국 특허 출원 제09/931,948호(Lu et al.)에 제공된다. 정공 주입층은 스핀 코팅 중합체, 예컨대 PEDOT:PSS와 같은 용액 침착 물질을 포함할 수 있거나, 또는 증착된 소형 분자 물질, 예컨대 CuPc 또는 MTDATA일 수 있다.
정공 주입층(HIL)은 애노드로부터 정공 주입 물질로의 효율적인 정공 주입을 제공하도록 애노드를 평탄화하거나 습윤시킬 수 있다. 또한, 정공 주입층은, 본 명세서에 기재된 상대 이온화 전위(IP) 에너지로 정의된 바와 같이, HIL의 한 면 상의 인접 애노드 층과 HIL의 반대면 상의 정공 수송층과 적당하게 일치하는 HOMO(최고 점유 분자 궤도) 에너지 준위를 가진 전하 운반 성분을 가질 수 있다. "전하 운반 성분"은 실제로 정공을 수송하는 HOMO 에너지 준위에 원인이 되는 물질이다. 이 성분은 HIL의 베이스 물질일 수 있거나, 또는 도펀트일 수 있다. 도핑된 HIL을 사용한다면, 도펀트를 그 전기적 특성에 대해 선택할 수 있고, 호스트를 형태적 특성, 예컨대 습윤, 가요성, 인성 등에 대해 선택할 수 있다. HIL 물질에 바람직한 특성은 정공이 애노드로부터 HIL 물질로 효율적으로 주입될 수 있도록 하는 것이다. 특히, HIL의 전하 운반 성분은 애노드 물질의 IP보다 약 0.7 eV 이하로 큰 IP를 갖는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 전하 운반 성분은 애노드 물질보다 약 0.5 eV 이하로 큰 IP를 가진다. 유사한 고찰을 정공이 주입되는 임의의 층에 적용한다. HIL 물질은, 그러한 HIL 물질이 종래의 정공 수송 물질의 정공 전도도보다 실질적으로 적은 정공 전도도를 가질 수 있다는 점에서 OLED의 정공 수송층에 통용되는 종래의 정공 수송 물질과는 더욱 구별된다. 본 발명의 HIL의 두께는 애노드 층의 표면의 평탄화 또는 습윤을 돕기에 충분히 두꺼울 수 있다. 예를 들면, 10 nm만큼 작은 HIL 두께가 매우 평활한 애노드 표면에 허용 가능할 수 있다. 그러나, 애노드 표면이 매우 거칠어지는 경향이 있기 때문에, HIL에 대해 50 nm까지의 두께가 일부 경우에서 요망될 수 있다.
보호층은 후속 제작 공정 중에 하부 층들을 보호하는 데 사용될 수 있다. 예를 들면, 금속 또는 금속 산화물 정상부 전극을 제작하는 데 사용되는 공정은 유기층을 손상시킬 수 있으며, 보호층은 그러한 손상을 줄이거나 없애는 데 사용될 수 있다. 소자(100)에서, 보호층(155)은 캐소드(160)의 제작 동안 하부 유기층에 대한 손상을 줄일 수 있다. 바람직하게는, 보호층은 그것이 수송하는 캐리어의 유형(소자(100)에서 전자)에 대해서 고 캐리어 이동성을 가짐으로써 소자(100)의 작동 전압을 상당히 증가시키지 않는다. CuPc, BCP 및 다양한 금속 프탈로시아닌이 보호층에 사용될 수 있는 물질의 예이다. 다른 물질 또는 물질들의 조합도 사용할 수 있다. 보호층(155)의 두께는 유기 보호층(160)이 침착된 후 일어나는 제작 공정으로 인한 하부 층들에 대한 손상이 거의 없도록 하기에 충분히 두꺼우면서도, 소자(100)의 작동 전압을 상당히 증가시키지 않도록 너무 두껍지 않아야 하는 것이 바람직하다. 보호층(155)은 그 전도성을 증가시키기 위하여 도핑될 수 있다. 예를 들면, CuPc 또는 BCP 보호층(160)은 Li로 도핑될 수 있다. 보호층에 대한 보다 상세한 설명은 그 전체를 참고 인용하는 미국 특허 출원 제09/931,948호(Lu et al.)에서 찾아볼 수 있다.
도 2는 인버티드 OLED(200)를 도시한다. 상기 소자는 기판(210), 캐소드(215), 발광층(220), 정공 수송층(225) 및 애노드(230)를 포함한다. 소자(200)는 기재된 층들을 순서대로 침착시킴으로써 제작할 수 있다. 가장 흔한 OLED 배열은 캐소드가 애노드 위에 배치되어 있으며, 소자(200)는 캐소드(215)가 애노드(230) 아래에 배치되어 있기 때문에, 소자(200)는 "인버티드" OLED로 불리울 수 있다. 소자(100)에 대하여 기재된 것과 유사한 물질을 소자(200)의 해당 층들에 사용할 수 있다. 도 2는 일부 층들이 소자(100)의 구조에서 어떻게 생략될 수 있는 지의 일례를 제공한다.
도 1 및 도 2에 예시된 간단한 층진 구조는 비한정적인 예로 제공되는 것이며, 본 발명의 구체예는 매우 다양한 다른 구조와 연관하여 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 기재된 특정 물질 및 구조는 본래 예시적이며, 다른 물질 및 구조도 사용할 수 있다. 기능성 OLED는 상이한 방식으로 기재된 다양한 층들을 조합함으로써 달성될 수 있거나, 또는 층들은 디자인, 성능 및 비용 인자를 바탕으로 완전히 생략될 수도 있다. 구체적으로 기재된 것 이외의 물질도 사용할 수 있다. 본 명세서에서 제공되는 많은 예들이 다양한 층들을 단일 물질을 포함하는 것으로 기술하고 있지만, 물질들의 조합, 예컨대 호스트와 도펀트의 혼합물 또는 보다 일반적으로 혼합물을 사용할 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 층들은 다양한 하위층들을 가질 수 있다. 본 명세서에서 다양한 층들에 주어진 명칭들은 엄격하게 한정적인 것은 아니다. 예를 들면, 소자(200)에서, 정공 수송층(225)은 정공을 수송하고, 정공을 발광층(220)에 주입하며, 정공 수송층 또는 정공 주입층으로 기술할 수 있다. 한 가지 구체예에서, OLED는 캐소드와 애노드 사이에 배치된 "유기층"을 가진 것으로 기술할 수도 있다. 이 유기층은 단층을 포함할 수 있거나, 또는 예를 들어 도 1 및 도 2에 관하여 기재된 바와 같은 상이한 유기 물질의 다층을 더 포함할 수도 있다.
상세하게 기재되지 않은 구조 및 물질도 사용할 수 있으며, 예컨대 그 전체를 참고 인용하는 미국 특허 제5,247,190호(Friend et al.)에 개시된 것과 같은 중합체 물질을 포함하는 OLED(PLED)를 사용할 수도 있다. 또 다른 예로서, 단일 유기층을 가진 OLED도 사용할 수 있다. OLED는, 예를 들어 그 전체를 참고 인용하는 미국 특허 제5,707,745호(Forrest et al.)에 기재된 바와 같이 적층될 수 있다. OLED 구조는 도 1 및 2에 예시된 단층 구조에서 벗어날 수 있다. 예를 들면, 기판은 아웃커플링을 개선하기 위하여 각진 반사성 표면을 포함할 수 있으며, 예를 들면 그 전체를 참고 인용하는 미국 특허 제6,091,195호(Forrest et al.)에 기재된 바와 같은 메사 구조 및/또는 미국 특허 제5,834,893호에 기재된 바와 같은 피트 구조가 있다.
달리 특정하지 않는 한, 다양한 구체예 중 임의의 층들은 임의의 적절한 방법에 의해 침착될 수 있다. 유기층의 경우, 바람직한 방법은 그 전체를 참고 인용하는 미국 특허 제6,013,982호 및 제6,087,196호에 기재된 것과 같은 열 증착, 잉크젯, 그 전체를 참고 인용하는 미국 특허 제6,337,102호(Forrest et al.)에 기재된 것과 같은 유기 기상 증착(OVPD) 및 그 전체를 참고 인용하는 미국 특허 출원 제10/233,470호에 기재된 것과 같은 유기 증기 제트 프린팅(OVJP)에 의한 침착을 포함한다. 다른 적절한 침착 방법은 스핀 코팅 및 다른 용액 기반 공정을 포함한다. 용액 기반 공정은 질소 또는 비활성 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다. 다른 층들의 경우, 바람직한 방법은 열 증착을 포함한다. 바람직한 패터닝 방법은 마스크를 통한 침착, 그 전체를 참고 인용하는 미국 특허 제6,294,398호 및 제6,468,819호에 기재된 것과 같은 냉간 용접 및 잉크젯 및 OVJP와 같은 임의의 침착 방법과 연관된 패터닝을 포함한다. 다른 방법도 사용할 수 있다. 침착 대상 물질은 이들이 특정한 침착 방법과 호환성이 되도록 개질할 수 있다. 예를 들면, 분지쇄 또는 비분지쇄이고, 바람직하게는 3 개 이상의 탄소를 함유하는, 알킬 및 아릴기와 같은 치환기는 용액 가공을 수행할 수 있는 능력을 개선하기 위하여 소형 분자에 사용될 수 있다. 20 개 이상의 탄소를 가진 치환기를 사용할 수 있으며, 3 내지 20 개의 탄소가 바람직한 범위이다. 비대칭 구조를 가진 물질은 대칭 구조를 가진 것보다 더 나은 용액 가공성을 가질 수 있는데, 그 이유는 비대칭 물질의 재결정화 경향이 더 낮을 수 있기 때문이다. 덴드리머 치환기는 소형 분자의 용액 가공 수행 능력을 향상시키는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 구체예에 따라 제작되는 소자는 평판 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 텔레비전, 광고판, 내장 또는 외장 조명 및/또는 신호용 등, 전방 디스플레이, 완전 투명 디스플레이, 연성 디스플레이, 레이저 프린터, 전화, 휴대폰, 개인 휴대 정보 단말기(PDA), 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라, 캠코더, 뷰파인더, 마이크로디스플레이, 차량, 대면적 벽, 극장 또는 경기장 스크린 또는 간판을 비롯한 매우 광범위한 소비 제품에 도입될 수 있다. 수동형 매트릭스 및 능동형 매트릭스를 비롯한 다양한 제어 메커니즘은 본 발명에 따라서 제조되는 소자를 제어하는 데 사용될 수 있다. 많은 소자는 사람에게 편안한 온도 범위, 예컨대 18℃ 내지 30℃, 보다 바람직하게는 실온(20 내지 25℃)에서의 사용을 의도한다.
백색 유기 발광 소자(WOLED)는 디스플레이 역광 조명 및 내장 조명 응용 분야와 같은 용도에 관심을 끌 수 있다. 최근의 결과는 전력 효율과 수명의 관점에서 현재 백열광 전구를 초월하는 전기인광 WOLED를 보여주고 있지만, 일부는 낮은 연색성 지수(color rendering index)(CRI≤75)를 갖는 한편, 다른 것은 매력적인 광원에 요구되는 고 휘도에서 상당한 효율 롤 오프를 나타낸다. 종래의 전기인광 OLED에서, 엑시톤 형성 구역은 하나 또는 두 개의 인접 캐리어 수송층에 인접한 발광층(EML)에 위치한다. 이는 EML에서 엑시톤의 "산적(pile-up)"을 초래하는데, 이는 증강된 삼중항-삼중항 소멸을 야기할 수 있다.
다중 발광층을 가진 소자가 제공된다. 도 3은 세 개의 발광층(301, 302, 303)이 캐소드(340)와 애노드/기판(310) 사이에 배치된 예시적인 소자를 도시하고 있다. 상기 소자는 전술한 바와 같은 다른 층들, 에컨대 주입층, 차단층 및 수송층을 포함할 수 있으며, 도시된 층들을 순서대로 침착시킴으로써 제작될 수 있다. 바람직하게는, 각각의 발광층(301, 302, 303)은 상이한 스펙트럼의 광을 방출하도록 한다. 유기 발광층들의 조합된 발광은 가시 스펙트럼을 포괄하여 백색광을 산출하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면, 세 개의 발광층(301, 302, 303)은 각각 적색, 녹색 및 청색 광을 방출할 수 있다. 바라보았을 때, 상기 소자로부터의 조합된 발광은 백색으로 보일 수 있다. 전술한 바와 같이, 각각의 발광층은 호스트 물질 및 도펀트를 포함할 수 있다. 각각의 발광층에 대한 호스트 물질은 동일하거나, 또는 상이할 수 있다. 도펀트의 임의의 조합을 사용할 수 있다. 바람직하게는, 각각의 발광층 내 도펀트는 하나 이상의 다른 도펀트와는 상이한 스펙트럼의 광을 방출하며, 보다 바람직하게는 각각의 도펀트는 상이한 스펙트럼의 광을 방출한다.
세 개의 발광층(EML) 소자에서, 상이한(소형 내지 대형) HOMO-LUMO 갭을 가진 세 개의 2극성 물질을 세 개의 EML 내 호스트로서 사용할 수 있다. 백색 발광 소자를 원한다면, 층들은 적색, 녹색 및 청색 도펀트로 각각 도핑될 수 있다. 다른 도펀트 조합도 사용할 수 있다. 인광 도펀트가 바람직할 수 있지만, 임의의 적절한 도펀트를 사용할 수도 있다. 이러한 세 개의 2극성 층은 종래 소자 구조에서와 같은 하나의 계면 대신에 다중 영역에서 엑시톤을 형성할 수 있다. 엑시톤 발생 영역의 이러한 확장은, 형성된 엑시톤이 모든 엑시톤 형성 영역에서 인을 통하여 복사 붕괴될 기회를 더 갖게 할 수 있는 엑시톤 소멸 효과를 억제하거나 감소시킬 수 있다. 이는 단색 OLED와 비교해도 그러한 소자의 현저히 높은 효율을 유도할 수 있다.
다중 EML 소자에 사용되는 물질은 인접 물질의 에너지 준위에 정렬되는 에너지 준위를 갖도록 선택될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, HOMO 또는 LUMO 에너지 준위는, 그 에너지 준위 및 HOMO 또는 LUMO가 각각 약 15 kT, 보다 바람직하게는 약 10 내지 15 kT, 보다 바람직하게는 약 5 내지 10 kT 이내에 있을 때 인접 물질의 에너지 준위에 "정렬된다(aligned)". 따라서, 실온에서, 이들이 각각 약 0.4 eV, 보다 바람직하게는 약 0.25 내지 0.4 eV, 보다 바람직하게는 약 0.1 내지 0.25 eV 이내에 있을 때 "정렬된다". 호스트 물질의 에너지 준위(HOMO 또는 LUMO)가 인접 도펀트 및/또는 호스트의 상응하는 HOMO 또는 LUMO 에너지 준위에 정렬될 때, 각각의 층 내 및/또는 각각의 계면에서의 엑시톤 형성이 증가되어, 종래 소자에서 일어나는 것보다 더 효율적인 엑시톤 형성을 제공할 수 있다. 인접 발광층 호스트 및 도펀트 물질의 에너지 준위가 정렬되면, 보다 많은 전하 캐리어가 인접 층으로부터 도펀트 분자로 직접 전이될 수 있다.
도 4는 3-EML 소자에 대한 예시적인 에너지 준위 도해를 도시하는데, 여기서 각각의 발광층은 엑시톤 형성 영역을 한정한다. 세 개의 발광층(420, 430, 440)은 외층(410, 450) 사이에 배치될 수 있다. 이들 층은 전술한 바와 같이 전극, 전하 주입층 및/또는 전하 수송층일 수 있다. 예를 들면, 층(410)은 애노드 또는 정공을 주입하는 다른 층일 수 있으며, 층(450)은 캐소드 또는 전자를 주입하는 다른 층일 수 있다. 도 4는 진공 에너지 준위(401)에 대한 각각의 발광층 호스트(실선)와 상응하는 도펀트(점선)의 에너지 준위를 나타낸다. 그러한 도해에서, 전자는 각각의 층의 LUMO 준위를 가로질러 캐소드(450)에서 애노드(410)로 이동하는 것으로 기술되고 있는데, 낮은 LUMO에서 높은 LUMO로의 전이가 바람직하다. 따라서, 주입층(450)으로부터 제3 발광층(440)으로 이동하는 전자는 통상적으로 발광층 호스트 물질의 LUMO로 전이할 것이다. 그러나, 호스트의 LUMO와 도펀트의 LUMO가 주입층(450)의 LUMO와 정렬한다면, 일부 전자는 각각의 호스트와 도펀트 에너지 준위로 전이할 수 있다. 유사하게, 제2 발광층(430)의 호스트와 도펀트 둘 다의 LUMO 에너지 준위가 발광층(440) 호스트의 LUMO 준위에 정렬한다면, 일부 전자는 제2 층(430)의 호스트와 도펀트 LUMO 준위 각각으로 전이할 수 있다. 따라서, 단일 발광층의 종래 분석을 바탕으로 예상할 수 있는 것보다 더 많은 전자가 각각의 층 내 도펀트 분자 상에 국소화될 수 있다. 전자가 인접 도펀트 및 호스트 에너지 준위로 전이할 수 있기 때문에, 층 계면에서의 전하 축적이 감소될 수 있다.
도 4의 예시적인 에너지 준위 도해에서, 정공은 통상적으로 층의 HOMO를 가로질러 애노드(410)로부터 캐소드(450)로 이동하는 것으로 기술되는데, 더 높은 에너지 준위에서 더 낮은 준위로의 전이가 바람직하다. 그러나, 호스트의 HOMO 에너지 준위가 인접 층의 도펀트의 HOMO 에너지 준위에 정렬한다면, 일부 정공은 또한 도펀트 분자로 전이할 수 있다. 예를 들면, 정공은 제1 발광층(420) HOMO 준위로부터 제2 발광층(430)의 호스트 및 도펀트 HOMO 에너지 준위로 전이할 수 있다.
전자와 정공이 동일한 분자(통상적으로, 도펀트 분자) 상에 국소화될 때, 이들은 엑시톤을 형성한다. 도 4에 예시된 것과 유사한 구조가 전하 캐리어를 각각의 발광층의 호스트 및 도펀트 에너지 준위 상에 국소화시키는 것을 조장하기 때문에, 각각의 발광층 도펀트 내 엑시톤 형성이, 단일 발광층이 다중 도펀트를 가진 경우에서조차, 다른 단일층 소자에 대해서 기대되는 것보다도 더 클 수 있다. 따라서, 다중 엑시톤 형성 영역이 있는 다중 발광층을 가진 소자는 모든 잠재적인 엑시톤을 도펀트 분자 상에 형성시키고 국소화시킬 수 있는데, 이는 소자의 효율을 크게 개선할 수 있다. 본 명세서에 기재된 바와 같이, 기재된 것처럼 배열된 다중 발광층을 가진 소자는 100%까지의 내부 양자 효율을 가질 수 있다.
일부 경우에서, 한 층에서 다른 층으로의 전하 캐리어 전이를 감소 또는 방지하는 에너지 준위가 바람직할 수 있다. 예를 들면, 도 4에 예시된 구조에서, 제3 발광층(440)은 정공이 엑시톤을 형성하는 "마지막 기회"일 수 있는데, 그 이유는 정공을 다른 발광층에 배치할 수 있는 유용한 전이가 더 이상 없기 때문이다. 이 상황에서, 발광층(440)의 호스트 에너지 준위가 앞서의 발광층(430)의 호스트 HOMO와 정렬하지 않는 것이 바람직할 수 있다. 이는 호스트 HOMO로의 정공 전이를 방지 또는 억제할 수 있으며, 도펀트 HOMO로의 전이를 증가시키거나 조장할 수 있다. 보다 많은 정공이 도펀트로의 전이로 "강제"되기 때문에, 엑시톤 형성 기회는 증가될 수 있으며, 이는 소자의 효율을 개선할 수 있다.
예시적인 3-EML 백색 OLED(WOLED)가 도 5a에 도시되어 있다. 소자는 도 5b-d에 도시된 바와 같이, 세 개의 단색 소자의 조합 및 개발로서 기술될 수 있으며, 하기 구조 및 특성을 가진다:
소자 구조 최대 EQE
적색(도 5b) NPD 40 nm/8% PQIr:TCTA 25 nm/BCP 40 nm 6.4%
녹색(도 5c) NPD 40 nm/TCTA 10 nm/10% Irppy:MCP 25 nm/BCP 40 nm
/LiF 0.8 nm/Al 60 nm		 9.6%
청색(도 5d) NPD 40 nm/MCP 15 nm/22% FIr6:UGH2 20 nm/BCP 40 nm
/LiF 0.8 nm/Al 60 nm		 7.2%
청색 소자(도 5d)에서, MCP는 전자 차단층(EBL)으로서 작용하며, EML 내 호스트 물질 UGH2와 비교하였을 때 보다 작은 HOMO-LUMO 갭을 가진다. MCP와 EML 내 청색 도펀트 FIr6의 HOMO의 조합은 도펀트로의 효율적인 정공 주입(HIL)을 결과하는데, 이는 효율을 향상시키고, 구동 전압을 저하시키는 것을 도울 수 있다. TCTA는 녹색 소자의 이러한 2 양태에서 유사하게 기능한다. 뚜렷이, 단색 소자는 모두 10% 미만의 최대 외부 양자 효율(EQE)을 가진다.
3-EML WOLED에서, MCP와 TCTA 층은 각각 Ir(ppy)3과 PQIr로 도핑된다. 따라서, 각각의 이들 층은 장파장의 방출을 위한 EML로서, 그리고 우측으로 인접한 단파장 EML로의 EBL/HIL로서 작용한다.
양극성 호스트 물질을 경유하여 다중 EML 시스템으로 진입하는 전자 및 정공은 둔화되고, 종래 단일 EML 소자에서 예상되는 바와 같은 계면의 고 배리어에서 대부분 축적되기보다는 3 도핑 EML에서 재조합할 가능성이 더 크다. 확장된 엑시톤 발생 영역은 엑시톤의 감소된 국소 밀도로 인하여 엑시톤 소멸 효과를 침체시키며, 따라서 16.6%의 더 높은 EQE와 32 lm/W의 PE를 초래한다. 500 cd/㎠에서, EQE는 12.3%이고, PE는 15.5 lm/W이다. 효율 성능은 도 6에 도시되어 있다. 현저하게, 3-EML WOLED의 EQE는 상기 논의된 단색 OLED보다 더 높다. 이는 다중 엑시톤 발생 영역 WOLED에서 엑시톤이 더 잘 활용되고 있음을 확인해 준다.
3-EML WOLED 내 엑시톤 형성 영역을 더 잘 이해하기 위하여, 일련의 소자(시리즈 A)를 다음 구조를 사용하여 제작하였다: NPD 37 nm/TCTA 8 nm/1% Ir(ppy)3:MCP 4 nm/MCP x nm/22% FIr6:UGH2 20 nm/BCP 40 nm(여기서, x는 7 내지 20 nm 범위이다). 관찰된 스펙트럼, 효율 및 구조는 하기에 제공한다. 인가된 전류 밀도는 스펙트럼 도면의 해당 도면 번호를 가리킨다.
MCP 두께 스펙트럼 및 효율
도면 		EQE PE 인가된
전류 밀도
7 nm 도 7a-b 6.8% 9.1 lm/W 0.3 mA/㎠(701)
0.5 mA/㎠(702)
1 mA/㎠(703)
3 mA/㎠(704)
10 mA/㎠(705)
30 mA/㎠(706)
50 mA/㎠(707)
100 mA/㎠(708)
11 nm 도 7c-d 7.0% 8.7 lm/W 0.3 mA/㎠(711)
0.5 mA/㎠(712)
1 mA/㎠(713)
10 mA/㎠(714)
100 mA/㎠(715)
20 nm 도 7e-f 5.6% 5.1 lm/W 0.3 mA/㎠(721)
0.5 mA/㎠(722)
1 mA/㎠(723)
10 mA/㎠(724)
100 mA/㎠(725)
x = 7, 11 및 20인 소자에 대한 스펙트럼은 특정 전류 밀도(J)에서 동일한 것으로 관찰되었으며, Ir(ppy)3 발광은 J에 따라 증가하는 것으로 밝혀졌다. 도 7g는 1 mA/㎠ 및 100 mA/㎠에서의 이들 3 개의 소자의 스펙트럼을 나타낸다.
도 7g 도면 번호 전류 밀도 MCP 두께
710 100 mA/㎠ 20 nm
720 100 mA/㎠ 11 nm
730 100 mA/㎠ 7 nm
740 1 mA/㎠ 20 nm
750 1 mA/㎠ 11 nm
760 1 mA/㎠ 7 nm
이들 3 개의 소자는 대략 (6.5±0.6)%의 유사한 양자 효율을 가진다.
도 8a는 1, 10 및 100 mA/㎠의 전류 밀도에 대해 x = 4 nm인 소자의 스펙트럼을 나타내며; 도 8b는 동일 소자에 대한 효율을 나타낸다. x = 4 nm 소자는 훨씬 더 강한 Ir(ppy)3 발광을 나타내고, 9.8%의 더 큰 EQE를 나타낸 한편, J 증가시의 경향은 상기 3 개의 소자와 반대인데, 즉 큰 전류 밀도에서 상대 Ir(ppy)3은 더 작다. 이들 데이터에 따르면, a) x ≥ 7 nm인 소자로부터의 Ir(ppy)3 발광이 MCP/UGH2 계면에서 형성되는 엑시톤의 이동에 기인하는 것이 아닌데, 그렇다면 그 발광은 스페이서 두께가 증가함에 따라 감소했을 것이며; b) 작은 분율의 엑시톤이 TCTA/MCP 계면에서 형성되었고, 대부분의 엑시톤 형성은 MCP/UGH2 계면에서 일어나는데, 이는 MCP와 UGH2 사이의 정공에 대한 에너지 배리어가 크고, TCTA와 MCP 사이의 전자에 대한 배리어가 부재하기 때문이며; c) 엑시톤 출현은 MCP에서 7 nm 이상을 이동한 후 감소되고; d) Ir(ppy)3 발광의 증가는 증가하는 분율의 엑시톤이 큰 J에서 TCTA/MCP 계면에서 형성되기 시작함을 가리키고; e) x = 4 nm인 소자로부터의 훨씬 더 강한 Ir(ppy)3 발광이 주로 MCP/UGH2 계면에서 형성된 엑시톤의 이동에 기인하는 것이며; f) Ir(ppy)3의 반대 경향은 J가 증가함에 따라 FIr6:UGH2 영역으로 더 깊이 확장됨을 가리키는데, 이는 더 많은 정공이 MCP HOMO 에너지 준위로부터 FIr6 HOMO 준위로 주입되기 때문이다.
다른 일련의 소자(시리즈 B)도 다음 구조를 사용하여 제작하였다: NPD 37 nm/TCTA 4 nm/PQIr:TCTA 4 nm/(영역 B)/22% FIr6:UGH2 20 nm/BCP 40 nm를 사용하여 제작하였다. 0.3 mA/㎠(910), 0.5 mA/㎠(920), 1.0 mA/㎠(930), 10 mA/㎠(940), 30 mA/㎠(950) 및 100 mA/㎠(960)의 전류 밀도에서 (영역 B) = MCP 11 nm(EQE 14.0%)인 소자에 대한 스펙트럼은 도 9a에 나타낸다. 상기 소자는 도 9b에 도시된 바와 같이 6.3%의 EQE와 7.5 lm/W의 PE를 나타내었다. 약한 PQIr 발광과 J가 증가함에 따른 이의 증가 경향은 x ≥ 7인 상기 시리즈 A 소자와 일치한다.
도 10a는 1 mA/㎠(1010), 10 mA/㎠(1020), 50 mA/㎠(1030) 및 100 mA/㎠(1040)의 전류 밀도에서 (영역 B) = MCP 7 nm/1% (Irppy)3:MCP 4 nm(EQE 6.3%)인 소자에 대한 스펙트럼을 나타내며; 도 10b는 해당 효율을 나타낸다. 강한 Ir(ppy)3 발광과, J가 증가함에 따른 상대 Ir(ppy)3 발광의 감소하는 경향과 상대 PQIr 발광의 증가하는 경향은 a) 엑시톤 형성이 주로 MCP/UGH2 계면에서 일어나고, 엑시톤 형성 구역이 J가 증가함에 따라 FIr6:UGH2로 더 깊이 확장하며, b) 큰 J에서, 증가하는 분율의 엑시톤은 더 많은 정공이 이 에너지 배리어에서 "산적"하기 때문에 TCP/MCP 계면에서 형성될 수 있음을 가리킨다.
도 11a는 1 mA/㎠(1110), 10 mA/㎠(1120) 및 100 mA/㎠(1130)의 전류 밀도에서 (영역 B) = 1% Ir(ppy)3:MCP 11 nm(EQE = 15.0%)인 소자에 대한 스펙트럼을 나타내며, 도 11b는 동일 소자에 대한 전류 밀도의 함수로서의 효율을 나타낸다. J가 증가함에 따라 PQIr 발광은 훨씬 강해지고, 상대 PQIr 발광 및 상대 Ir(ppy)3 발광은 더 약해진다. 그러므로, PQIr 발광은 주로 Ir(ppy)3 삼중항으로부터의 에너지 전이에 기인하는 것으로 믿어지는데, 이는 MCP/UGH2 계면으로부터 11 nm 이상 이동할 수 있다.
도 12는 0.3 mA/㎠(1210), 0.5 mA/㎠(1220), 1.0 mA/㎠(1230), 3.0 mA/㎠(1240), 10 mA/㎠(1250), 30 mA/㎠(1260) 및 100 mA/㎠(1270)의 전류 밀도에서 3-EML WOLED의 스펙트럼을 나타낸다. 전류 밀도가 1에서 100 mA/㎠로 증가하면, CIE 좌표는 (0.340, 0.387)에서 (0.370, 0.403)으로 이동하고, CRI 값은 81에 머무른다. 본 명세서에 기재된 바와 같은 3-EML 소자의 최적화는 범위(0.33±0.05, 0.33±0.05) 내의 바람직한 CIE 좌표 및 80 이상, 보다 바람직하게는 90 이상의 CRI 값을 제공할 수 있다. 도 12의 스펙트럼에서 적색, 녹색 및 청색 발광의 해석된 구성비는 도 13에 전류 밀도의 함수로서 도시되어 있다. 초기 청색 발광은 전류 밀도에 따라 더 강해지는데, 이는 엑시톤 형성 영역이 FIr6:UGH2 층으로 더 확장한다는 관찰과 일치한다. 더 큰 전류 밀도에서, 상대 청색 발광은 감소하고, 상대 적색 발광은 증가한다. 이는 또한, 더 큰 전류 밀도에서 증가하는 분율의 엑시톤이 TCTA/MCP 계면에서 형성된다는 관찰과 일치한다. 또한, 이 구조는 증가된 소자 안정성을 제공할 수 있는데, 이는 EML과 HBL 사이의 계면이 통상적으로 그러한 계면에서 엑시톤을 형성하는 OLED의 장기간 안정성을 위한 중요한 사안일 수 있기 때문이다.
본 명세서에 기재된 3-EML(적색/녹색/청색) WOLED 구조는, 통상의 호스트와 따라서 단일 엑시톤 형성 영역을 사용하여, 호스트에서 모든 세 개의 도펀트로의 효율적인 에너지 전이를 얻는 데 본래 어려움을 갖고 있는 기존의 소자와는 다르다. 또한, 앞서 설명한 3-EML 형광 WOLED는 짧은 일중항 확산 길이로 인하여 제한된 소자 효율을 갖지만, 그러한 경우에서 가능하게는 EML을 가로지르는 다중 영역에서 엑시톤이 형성될 수 있다. 끝으로, 확장된 EML은 매우 높은 엑시톤 밀도의 영역 형성을 방지함으로써 감소된 소광에 의해 효율을 향상시킨다.
본 명세서에 기재된 물질과 구조는 OLED 이외의 소자에 적용할 수 있다. 예를 들면, 유기 태양 전지 및 유기 수광 소자와 같은 다른 광전자 소자가 상기 물질과 구조를 이용할 수 있다. 보다 일반적으로, 유기 트랜지스터와 같은 유기 소자가 상기 물질 및 구조를 이용할 수 있다.
물질 정의:
CBP 4,4'-N,N-디카르바졸-비페닐
m-MTDATA 4,4',4"-트리스(3-메틸페닐페닐아미노)트리페닐아민
Alq3 8-트리스-히드록시퀴놀린 알루미늄
Bphen 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린
n-Bphen n-도핑 BPhen(리튬으로 도핑됨)
F4-TCNQ 테트라플루오로-테트라시아노-퀴노디메탄
p-MTDATA p-도핑 m-MTDATA(F4-TCNQ로 도핑됨)
Ir(ppy)3 트리스(2-페닐피리딘)이리듐
Ir(ppz)3 트리스(1-페닐피라졸로토,N,C(2')이리듐(III)
BCP 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린
TAZ 3-페닐-4-(1'-나프틸)-5-페닐-1,2,4-트리아졸
CuPc 구리 프탈로시아닌
ITO 산화주석인듐
NPD N,N'-디페닐-N-N'-디(1-나프틸)벤지딘
TPD N,N'-디페닐-N-N'-디(3-톨일)벤지딘
BAlq 알루미늄(III) 비스(2-메틸-8-히드록시퀴놀리나토)-4-페닐페놀레이트
mCP 1,3-N,N-디카르바졸-벤젠
DCM 4-(디시아노에틸렌)-6-(4-디메틸아미노스티릴-2-메틸)-4H-피란
DMOA N,N'-디메틸퀴나크리돈
PEDOT:PSS 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)과 폴리스티렌술포네이트(PSS)의 수성 분산액
hfac 헥사플루오로아세틸아세톤
1,5-COD 1,5-시클로옥타디엔
VTES 비닐트리에틸실란
BTMSA 비스(트리메틸실릴)아세틸렌
Ru(acac)3 트리스(아세틸아세토나토)루테늄(III)
C60 카본 60("버크민스터풀러렌")
실시예
본 발명의 특정한 대표적인 구체예를, 그러한 구체예가 어떻게 이루어질 수 있는 지를 비롯하여 이제 설명하고자 한다. 특정 방법, 물질, 조건, 공정 매개변수, 장치 등은 본 발명의 범주를 반드시 제한하는 것이 아님을 이해해야 한다.
다중 EML OLED를, 다른 데서 공개된 절차를 사용하여 깨끗한 150 nm 두께의 ~20 Ω/sq 산화주석인듐(ITO) 층으로 미리 코팅된 유리 기판에 유기층을 열 증착함으로써 고 진공(10-7 Torr) 하에서 제조하였다. 먼저, 정공 수송층(HTL)으로서 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(NPD)의 40 nm 두께 필름을 침착시킨 후 다중 섹션 EML을 침착시켰으며, 그 다음 40 nm 두께의 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(BCP) 층 또는 20 nm 두께의 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(BPhen) 층의 전자 수송층(ETL)을 씌우고, 이어서 1:1 몰비로 Li와 혼합한, 제2의 20 nm 두께 BPhen 층을 침착시켰다. 끝으로, 0.8 nm 두께의 LiF 및 60 nm 두께의 Al 층 캐소드를 원형의 1.0 mm 직경의 개구 어레이를 가진 섀도우 마스크를 통하여 침착시켰다. 전류 밀도(J)-전압(V) 및 휘도 측정은 표준 절차 후 반도체 매개변수 분석기 및 검정된 Si 광 다이오드를 사용하여 얻었다.
Ir(III) 비스(2-페닐퀴놀일-N,C2')아세틸아세토네이트(PQIr), 트리스(페닐피리딘)이리듐(Ir(ppy)3) 및 비스(4',6'-디플루오로페닐피리디나토)테트라키스(1-피라졸일)보레이트(FIr6)를 각각 R, G 및 B 발광을 위한 인광 도펀트로서 사용하였다. 각각의 도펀트에 대한 호스트 물질을 최적화하고 특성화하기 위하여, 다음 구조를 가진 세 개의 단색성 소자를 제작하였다: NPD(40 nm)/정공 주입층(HIL)(10 nm)/EML(20 nm)/BCP(40 nm)과, 트리스(페닐피라졸)이리듐(Ir(ppz)3)/적색 발광에 대해 8 중량% PQIr:4,4',4"-트리스(N-카르바졸일)트리페닐아민(TCTA), 녹색 발광에 대해 TCTA/10 중량% Ir(ppy)3:N,N'-디카르바졸일-3,5-벤젠(mCP) 및 청색 발광에 대해 mCP/8 중량% FIr6:p-비스(트리페닐실릴일)벤젠(UGH2)의 HIL/EML 조합. 도 14는 세 개의 소자의 에너지 준위 개략도를 나타낸다. 최고 점유 분자 궤도(HOMO) 및 최저 비점유 분자 궤도(LUMO) 에너지는 문헌에서 추출하였다. 이들 단색성 소자는 도 15에 도시된 바와 같이 (7.4±0.5)% 내지 (10.8±0.6)%의 외부 양자 효율(EQE)을 전방직시하는 피크를 나타내는데, 이는 이러한 도펀트를 기반으로 하는 전기인광 OLED에서 전형적이다.
3-EML WOLED에서, 세 개의 호스트를 TCTA/mCP/UGH2의 순서로 배열하여 TCTA(5.7 eV)로부터 mCP(5.9 eV)로, UGH2(7.2 eV)로의 HOMO 준위의 단계적 진행을 형성하였다. 정공에 대한 에너지 배리어는 TCTA/mCP 계면에서와 비교하였을 때 mCP/UGH2 계면에서 더 큰데, 이는 전자의 계면에서 더 큰 엑시톤 밀도를 초래한다. 정공의 축적을 줄이기 위하여, FIr6을 UGH2 내에 20 중량%로 도핑하여 도펀트로 직접 전하가 주입되는 것을 촉진하였다. 3-EML WOLED의 백색 밸런스와 효율은 도핑 수준과 적색 및 녹색 EML의 두께를 조절함으로써 최적화하였다. 최적화된 구조는 도 16에 도시된 바와 같이 NPD(40 nm)/4 중량% PQIr:TCTA(5 nm)/2 중량% Ir(ppy)3:mCP(8 nm)/20 중량% FIr6:UGH2(20 nm)/ETL(40 nm)이다. 여기서, ETL은 20 nm 두께의 BPhen 층에 이어서, 1:1 몰비로 Li와 혼합된 제2의 20 nm 두께 BPhen 층으로 구성되어 구동 전압을 감소시키고, 따라서 전력 효율(PE)을 향상시킨다.
3-EML WOLED의 전류 밀도의 함수로서 전방직시 EQE 및 PE는 도 17에 도시되어 있다. EQE를 전방직시하는 피크는 J = 12 μA/㎠에서 ηext = (15.3±0.8)%이고, 피크 PE는 J = 1.3μA/㎠에서 ηp = (38±2)%이다. 분명히, EQE는 동일한 물질 조합을 사용하여 제작한 최적화된 단색성 소자보다 상당히 더 높다. 이는 엑시톤 형성이 3-EML WOLED 내 다중 구역에서 일어난다는 강력한 증거를 제공한다.
효율적인 램프 기구가 조명하고자 하는 공간으로 발광을 전송하는 데 사용될 수 있기 때문에, 상응하는 총 효율 피크는 ηext ,t = (26±1)% 및 ηp,t = (64±3) lm/W이다. J = 10 mA/㎠에서의 전압은 VJ10 = 5.0 V이다. ηext가 그 피크로부터 절반 감소된 부분의 전류 밀도는 J0 = (60±6) mA/㎠이거나, 또는 기존에 보고된 인광 WOLED의 것보다 3 배 더 크다. 더욱이, 발광이 증가할 때, WOLED는 500 cd/㎡에서 ηext ,t = (23±1)% 및 ηp,t = (38±2) lm/W, 그리고 1000 cd/㎡에서 ηext ,t = (22±1)% 및 ηp,t = (34±2) lm/W를 나타낸다.
40 nm 두께의 BCP 층으로 구성된 ETL로 제작된 제2 소자는 더 높은 피크 ηext,t = (28±1)%를 나타내었지만, ηp,t는 증가된 구동 전압으로 인하여 (54±3) lm/W로 감소되었다. 그럼에도 불구하고, 20%의 OLED 출력 커플링 효율에 대해서, (83±7)%라는 거의 완벽한(nearly unity) 내부 양자 효율을 얻었다. 그러므로, 100%를 포함하여 이에 접근하는 내부 양자 효율은 본 명세서에 기재된 기술 및 배열을 사용하여 달성될 수 있는 것으로 믿어진다.
도 18은 다양한 전류 밀도에서의 전기발광 스펙트럼을 나타낸다. 국제 조명 연구회(Commission Internationale de L'Eclairage; CIE) 좌표 및 CRI 값은 각각 J = 1 mA/㎠에서 (0.37, 0.41) 및 81이고, J = 100 mA/㎠에서 (0.35, 0.38) 및 79이다. 3-EML WOLED의 스펙트럼은 J가 증가함에 따라 Ir(ppy)3 및 PQIr 발광에 대하여 FIr6 강도가 증가하는 경향을 나타내며, 여기서 증가하는 분율의 정공이 FIr6으로 직접 주입된다. 이는 엑시톤 형성 구역을 EML의 FIr6:UGH2 영역으로 더 이동시킨다.
3-EML WOLED의 외부 양자 효율이 동일한 도펀트를 사용할 때 단색성 소자의 것보다 더 높은데, 그 이유는 a) 단색성 소자 내 정공 주입층(HIL)/EML 계면에서 발생된 큰 분율의 엑시톤이 HIL 측으로 확산되고, 결국에 도핑되지 않은 HIL 분자 상의 비복사 또는 저효율 발광 채널을 통하여 붕괴되고; b) 단색성 소자 내 HTL/HIL 계면에서의 정공에 대한 에너지 배리어가 도핑된 EML로부터 떨어진 엑시톤 형성을 초래하여 발광 영역으로의 확산을 방지할 수 있기 때문인 것으로 믿어진다. 또한, 3-EML WOLED의 효율은 고 CRI를 가진 기존에 보고된 모든 인광 도핑 WOLED보다 더 높은데, 이는 주로 정공 수송에 대한 일련의 에너지 배리어를 형성하는 호스트의 HOMO 준위의 단계적 진행에 기인하는 것이다. 이는 엑시톤의 분배가 다중 영역에서 형성될 수 있게 한다. 최종적으로, 각각의 EML 내 호스트는 인접한 EML 내 도펀트의 HOMO(또는 LUMO)에 정렬된 HOMO(또는 LUMO) 에너지를 가진다. 예를 들면, mCP(5.9 eV)의 HOMO는 FIr6(6.1 eV) 및 TCTA(5.7 eV)와 Ir(ppy)3(5.4 eV)의 것과 정렬하는 반면에, UGH2(2.8 eV)의 LUMO는 Ir(ppy)3(2.6 eV)의 것과 정렬한다. 이는 인접 EML 내 도펀트 분자의 HOMO(LUMO)로의 정공(전자)의 공명 주입을 촉진한다. 생성된 도펀트 양이온(음이온)은 호스트로부터 전자(정공)을 포획하여 엑시톤을 형성함으로써 엑시톤 형성 영역을 더 넓게 하고, 고 휘도에서도 효율을 높게 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 바와 같은 세 개의 개별 인광 발광층으로 구성된 WOLED는 넓은 EML을 가로지르는 다중 영역에서 엑시톤 형성 분배를 나타낼 수 있다. 도펀트-호스트 물질의 선택과 EML 내 침착 순서는 내부 조명 응용 분야에 요구되는 고 휘도에서의 효율을 높게 한다. 3-EML WOLED는 n형 도핑 ETL을 사용할 때 ηext,t = (26±1)% 및 ηp,t = (64±3) lm/W를 가진다. 총 EQE는 ETL을 미도핑 BCP 층으로 대체한 경우, ηext ,t = (28±1)%로 더 증강되었다. WOLED는 종래의 시판 도펀트를 사용하여 달성된 거의 완벽한 내부 양자 효율을 가진다.
본 명세서에 기재된 다양한 구체예는 단지 예시적일 뿐이며, 본 발명의 범주를 한정하려는 것이 아님을 이해해야 한다. 예를 들면, 본 명세서에 기재된 많은 물질 및 구조는 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 다른 물질 및 구조로 대체할 수 있다. 본 발명이 왜 작용하는 지에 대하여 다양한 이론으로 한정하려는 것이 아님을 이해해야 한다. 예를 들면, 전하 수송에 관한 이론은 한정적인 것으로 의도하지 않는다.
본 발명을 특정 실시예와 바람직한 구체예에 관하여 기술하였지만, 본 발명이 이러한 실시예와 구체예로 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다. 그러므로, 청구된 바와 같은 본 발명은, 당업자에게 명백한 바와 같이, 특정 실시예와 바람직한 구체예로부터의 변형을 포함한다.

Claims (25)

  1. 애노드;
    캐소드; 및
    상기 애노드와 캐소드 사이에 배치되어 있는 적층된 발광 영역
    을 포함하며, 상기 적층된 발광 영역은
    제1 호스트 및 제1 도펀트를 포함하는 제1 유기 발광층;
    제2 호스트 및 제2 도펀트를 포함하는 제2 유기 발광층; 및
    제3 호스트 및 제3 도펀트를 포함하는 제3 유기 발광층
    을 포함하고,
    상기 제1 유기 발광층은 상기 제2 유기 발광층 및 상기 제3 유기 발광층 중 하나 이상과 상이한 발광 피크를 가지며;
    각각의 유기 발광층은 엑시톤 형성 영역을 한정하며,
    각 호스트의 HOMO는 인접 도펀트의 HOMO에 정렬되고, 하나 이상의 호스트의 HOMO는 인접 도펀트의 HOMO의 5 kT 내지 10 kT 이내에 있는 것인 소자.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 각각의 호스트의 HOMO는 인접 도펀트의 HOMO의 5 kT 내지 10 kT 이내에 있는 것인 소자.
  6. 제1항에 있어서, 각각의 호스트의 LUMO는 인접 도펀트의 LUMO에 정렬되는 것인 소자.
  7. 제1항에 있어서, 하나 이상의 호스트의 LUMO는 인접 도펀트의 HOMO의 5 kT 내지 10 kT 이내에 있는 것인 소자.
  8. 제1항에 있어서, 각각의 호스트의 LUMO는 인접 도펀트의 HOMO의 5 kT 내지 10 kT 이내에 있는 것인 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 호스트의 HOMO는 상기 제1 호스트의 HOMO와 상기 제1 도펀트의 HOMO 사이에 있고;
    상기 제2 호스트의 HOMO는 상기 제1 호스트의 HOMO와 상기 제1 도펀트의 HOMO에 정렬되는 것인 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 호스트의 LUMO는 상기 제1 호스트의 LUMO와 상기 제1 도펀트의 LUMO 사이에 있고;
    상기 제2 호스트의 LUMO는 상기 제1 호스트의 LUMO와 상기 제1 도펀트의 LUMO에 정렬되는 것인 소자.
  11. 제1항에 있어서, 각각의 발광층에 대하여, 상기 호스트의 HOMO는 각각의 인접 발광층 호스트의 HOMO와 각각의 인접 발광층 도펀트의 HOMO에 정렬되는 것인 소자.
  12. 제1항에 있어서, 각각의 발광층에 대하여, 상기 호스트의 LUMO는 각각의 인접 발광층 호스트의 LUMO와 각각의 인접 발광층 도펀트의 LUMO에 정렬되는 것인 소자.
  13. 제1항에 있어서, 상기 도펀트 중 하나 이상은 인광 도펀트인 것인 소자.
  14. 제1항에 있어서, 상기 도펀트 중 하나 이상은 형광 도펀트인 것인 소자.
  15. 제1항에 있어서, 상기 유기 발광층들의 조합된 발광은 가시 스펙트럼을 충분히 포괄하여 백색광을 생성하는 것인 소자.
  16. 제15항에 있어서, 상기 백색광은 CRI가 80 이상인 것인 소자.
  17. 제15항에 있어서, 상기 백색광은 CIE 좌표가 (0.33±0.05, 0.33±0.05) 범위에 있는 것인 소자.
  18. 제1항에 있어서, 하나 이상의 유기 발광층은 비중합체 물질을 포함하는 것인 소자.
  19. 제1항에 있어서, 하나 이상의 유기 발광층은 중합체를 포함하는 것인 소자.
  20. 제1 스펙트럼을 가진 광을 방출하는, 제1 호스트 및 제1 도펀트를 포함하는 제1 유기 발광층;
    제2 스펙트럼을 가진 광을 방출하는, 제2 호스트 및 제2 도펀트를 포함하고, 상기 제2 호스트는 상기 제1 호스트의 LUMO와 상기 제1 도펀트의 LUMO 사이에 있고 이에 정렬되는 LUMO를 갖는 제2 유기 발광층; 및
    제3 스펙트럼을 가진 광을 방출하는, 제3 호스트 및 제3 도펀트를 포함하고, 상기 제3 호스트는 상기 제2 호스트의 LUMO와 상기 제2 도펀트의 LUMO 사이에 있고 이에 정렬되는 LUMO를 갖는 제3 유기 발광층
    을 포함하는 유기 광전자 소자.
  21. 제20항에 있어서, 상기 발광층들의 조합된 발광은 가시 스펙트럼을 충분히 포괄하여 백색광을 생성하는 것인 소자.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 제2 호스트는 상기 제1 호스트의 HOMO와 상기 제1 도펀트의 HOMO 사이에 있고 이에 정렬되는 HOMO를 가지며;
    상기 제3 호스트는 상기 제2 호스트의 HOMO와 상기 제2 도펀트의 HOMO 사이에 있고 이에 정렬되는 HOMO를 갖는 것인 소자.
  23. 기판을 얻는 단계;
    제1 전극을 상기 기판 위에 침착시키는 단계;
    제1 도핑된 유기 발광층을 상기 제1 전극 위에 침착시키는 단계;
    제2 도핑된 유기 발광층을 상기 제1 발광층 위에 침착시키는 단계;
    제3 도핑된 유기 발광층을 상기 제2 발광층 위에 침착시키는 단계; 및
    제2 전극을 상기 제3 발광층 위에 침착시키는 단계
    를 포함하고, 각각의 상기 발광층은 개별 엑시톤 형성 영역을 한정하며,
    상기 제1 도핑된 유기 발광층은 제1 호스트 및 제1 도펀트를 포함하고,
    상기 제2 도핑된 유기 발광층은 제2 호스트 및 제2 도펀트를 포함하고,
    상기 제3 도핑딘 유기 발광층은 제3 호스트 및 제3 도펀트를 포함하고,
    각 호스트의 HOMO는 인접 도펀트의 HOMO에 정렬되고, 하나 이상의 호스트의 HOMO는 인접 도펀트의 HOMO의 5 kT 내지 10 kT 이내에 있는 것인 광전자 소자의 제조 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 발광층들의 조합된 발광은 가시 스펙트럼을 충분히 포괄하여 백색광을 생성하는 것인 방법.
  25. 제23항에 있어서, 각각의 발광층은 인접 발광층 내 도펀트의 상응하는 에너지 준위에 정렬되는 에너지 준위를 가진 호스트 물질을 포함하는 것인 방법.
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