KR101589824B1

KR101589824B1 - 하이브리드형 유기전계발광소자

Info

Publication number: KR101589824B1
Application number: KR1020140119604A
Authority: KR
Inventors: 김영주; 신정균
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2014-09-10
Filing date: 2014-09-10
Publication date: 2016-02-15

Abstract

본 발명은 용액 공정과 증착 공정을 통해 형성되는 하이브리드형 유기전계발광소자에 관한 것이다.
본 발명은 용액 공정으로 형성되는 발광층들과 증착 공정으로 형성되는 제2 전자수송층 사이에 용액 공정으로 제1 전자수송층을 추가 형성함으로써, 발광층과 전자수송층 사이의 계면 특성 차이를 완화하고 재결합 영역을 발광층의 중앙으로 이동시켜 소자의 발광 효율, 수명 및 색좌표 특성을 개선한다.

Description

하이브리드형 유기전계발광소자{ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE OF HYBRID TYPE}

본 발명은 유기전계발광소자에 관한 것으로, 특히 일부는 용액형 공정으로 그리고 나머지는 증착형 공정으로 형성되는 하이브리드형 유기전계발광소자에 관한 것이다.

유기전계발광소자(organic light emitting device, 이하 OLED)는 전류가 흐를 때 빛을 방출하는 전자 디바이스이다. OLED의 구조는 차례대로 애노드, 유기 EL 매질 및 캐소드를 포함한다. 일반적으로, 애노드와 캐소드 사이에 배치된 유기 EL 매질은 정공수송층(hole transportation layer, 이하 HTL) 및 전자수송층(electron transportation layer, 이하 ETL)으로 구성된다. 정공 및 전자는 HTL/ETL의 계면 근처의 ETL에서 재조합되어 빛을 방출한다. 탕(Tang) 등은 문헌["Organic Electroluminescent Diodes", Applied Physics Letters, 51, 913 (1987)] 및 통상적으로 양도된 미국 특허 제 4,769,292 호에서 상기 층의 구조를 사용한 OLED를 개시하고 있다.

상기 선행 특허 이후에 교호형 층 구조를 갖는 수많은 OLED가 제안되고 있다. 예를 들어, 발표문헌 [Tomoyuki. Higo et al. “A High-Performance Hybrid OLED Device Assisted by Evaporated Common Organic Layers” IDW ‘ 311 (2010)에서 용액(Soluble) 공정을 위한 Soluble Hybrid OLED 소자를 개시한다. 도 1을 참조하면, 이 선행기술은 대면적 공정을 위하여 애노드 상에 HIL, HTL, EML(Red, Green)를 Soluble 공정으로 패터닝하고, 블루 공통층(BCL), ETL(또는, ETL+EIL) 및 캐소드를 마스크 없이 진공열증착법(Vacuum Thermal Evaporation, VTE)으로 형성한다.

그러나, OLED 소자의 수명 최적화 및 색좌표 개선을 위하여 R, G, B 소자 각각의 전하 균형(Charge Balance)의 최적화가 필요하나, HTL, 블루 공통층(BCL), ETL을 공통으로 사용하는 상기의 구조에서는 상기 최적화 구현이 쉽지 않다. 만약, 전하 균형이 최적화되지 않을 경우 전하가 어느 한 계면에 축적되어 여기자 퀀칭(Exciton quenching)이 일어나게 되고 이는 소자의 안정성을 떨어뜨린다.

종래 Hybrid OLED 소자에서는 Soluble HTL 위에 증착 공정을 통해 블루 공통층(BCL), ETL을 형성한다. 이러한 종래 Hybrid OLED 구조에서는 Soluble HTL과 블루 공통층(BCL) 사이의 계면 특성 차이로 인하여 전하 축적 현상이 발생되어 전하 균형(Charge Balance)이 깨지고, 소자의 초기 휘도 라이징 현상이 발생되며, 이는 수명 및 색좌표 특성을 저하시킨다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, Soluble 방식으로 HTL 뿐만 아니라 Blue(EML)까지 형성하고 ETL을 증착법으로 형성하는 방안을 고려해 볼 수 있다. 하지만 이 방안에 따라 Soluble Blue(EML)/Evapor ETL 구조를 사용하는 경우에는, 또 다른 문제점들 즉, Blue의 CIE y 좌표의 색순도가 저하되고 Sloluble Blue(EML)과 Evapor ETL사이의 계면 특성 차이로 인하여 수명 향상에 한계가 있으며, 특히 증착 방식의 블루 공통층(BCL)을 추가 적용할 때 Red, Green 소자에서 Blue 피크가 발생되어 소자의 색순도가 저하되는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 발광층과 전자수송층 사이의 계면 특성 차이를 완화하여 색좌표 및 수명 특성을 개선할 수 있도록 한 하이브리드형 유기전계발광소자를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 제1 내지 제3 발광영역이 정의된 기판과, 상기 제1 내지 제3 발광영역 상에 분리되어 패터닝된 제1 전극과, 상기 제1 전극 상에 위치하며, 상기 제1 발광영역에 대응되는 제1 발광층과 상기 제2 발광영역에 대응되는 제2 발광층과 상기 제3 발광영역에 대응되는 제3 발광층을 포함한 발광층과, 상기 발광층 상에 위치하는 제1 전자수송층과, 상기 제1 전자수송층에 상에 위치하는 제2 전자수송층과, 상기 제2 전자수송층 상에 위치하는 제2 전극을 구비하며, 상기 발광층 및 상기 제1 전자수송층은 용액 공정으로 형성되고, 상기 제2 전자수송층은 증착 공정으로 형성된다.

본 발명의 하이브리드형 유기전계발광소자는 용액 공정으로 형성되는 발광층들과 증착 공정으로 형성되는 제2 전자수송층 사이에 용액 공정으로 제1 전자수송층을 추가 형성함으로써, 발광층과 전자수송층 사이의 계면 특성 차이를 완화하고 재결합 영역을 발광층의 중앙으로 이동시켜 소자의 발광 효율, 수명 및 색좌표 특성을 개선할 수 있다.

도 1은 종래 하이브리드형 유기전계발광소자의 일 예를 나타낸 단면도.
도 2는 종래 하이브리드형 유기전계발광소자에서 Blue의 재결합 영역을 보여주는 도면.
도 3은 종래 하이브리드형 유기전계발광소자에서 초기 휘도 특성이 라이징되는 현상을 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계발광소자를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기전계발광소자를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 하이브리드형 유기전계발광소자에서 Blue의 재결합 영역을 보여주는 도면.
도 7은 종래 기술과 본 발명의 인가 전압에 따른 전류 밀도를 비교하여 보여주는 그래프.
도 8은 종래 기술과 본 발명의 휘도에 따른 전류 효율을 비교하여 보여주는 그래프.
도 9는 종래 기술과 본 발명의 청색 스펙트럼을 비교하여 보여주는 그래프.
도 10은 종래 기술과 본 발명의 시간에 따른 수명 특성을 비교하여 보여주는 그래프.
도 11은 도 6 내지 도 10의 비교 결과를 보여주는 비교표.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예들을 자세하게 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계발광소자를 나타낸다. 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기전계발광소자를 나타낸다. 그리고, 도 6은 본 발명의 하이브리드형 유기전계발광소자에서 Blue의 재결합 영역을 보여준다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계발광소자는 적색, 녹색 및 청색 파장의 빛을 발광하는 유기전계발광소자일 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 세 개의 서브 화소가 하나의 단위 화소를 구성하며, 각 서브 화소는 적색을 방출하는 적색 발광영역(RG-R), 녹색을 방출하는 녹색 발광영역(RG-G) 및 청색을 방출하는 청색 발광영역(RG-B)으로 구성되어 풀 컬러를 구현한다. 본 발명의 유기전계발광소자는 기판(10) 상에 형성된 제1 전극(20R,20G,20B) 및 제2 전극(30)과, 제1 및 제2 전극 사이에 형성된 적색 발광층(S-REL), 녹색 발광층(S-GEL) 및 청색 발광층(S-BEL)을 포함한다.

구체적으로 설명하면, 기판(10)은 빛이 투과할 수 있는 투명한 유리, 플라스틱 또는 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 기판(10) 상에서 적색 서브 화소에 대응하여 적색 발광영역(RG-R)이 정의되고, 녹색 서브 화소에 대응하여 제2 발광영역(RG-G)이 정의되며, 청색 서브 화소에 대응하여 제3 발광영역(RG-B)이 정의된다. 제1 전극(20R, 20G, 20B)은 발광영역들(RG-R,RG-G,RG-B) 단위로 분리되어 패터닝된다. 적색 발광영역(RG-R) 상에는 적색용 제1 전극(20R)이 위치하고, 녹색 발광영역(RG-G) 상에는 녹색용 제1 전극(20G)이 위치하며, 제3 발광영역(RG-B) 상에는 청색용 제1 전극(20B)이 위치한다. 제1 전극(20R, 20G, 20B)은 일함수가 높은 투명한 애노드 전극으로, ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 또는 ZnO(Zinc Oxide) 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 제2 전극(30)은 일함수가 낮은 캐소드 전극으로, 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 은(Ag), 칼슘(Ca) 등의 금속으로 형성될 수 있다.

적색 발광영역(20R)에는 적색을 표시하는 제1 발광층(S-REL)이 위치하고, 녹색 발광영역(20G)는 녹색을 표시하는 제2 발광층(S-GEL)이 위치한다. 또한, 청색 발광영역(20B)에는 청색을 표시하는 제3 발광층(S-BEL)이 위치한다. 제3 발광층(S-BEL)은 도 5와 같이 청색 발광영역(20B) 상에만 위치할 수도 있고, 또한 도 4와 같이 청색 발광영역(20B)뿐만 아니라 적색 발광영역(20R) 및 녹색 발광영역(20G) 상에도 공통으로 위치할 수 있다. 제3 발광층(S-BEL)이 블루 공통층으로 기능하는 도 4에 있어, 제3 발광층(S-BEL)은 상기 제1 및 제2 발광영역(20R,20G) 상으로 연장되어 제1 발광층(S-REL)과 제2 발광층(S-GEL)을 덮을 수 있다. 이 경우, 제1 발광층(S-REL)과 제3 발광층(S-BEL) 사이, 및 제2 발광층(S-GEL)과 제3 발광층(S-BEL) 사이에는 버퍼층(미도시)이 더 구비되어 적층되는 발광층들 간의 계면 특성의 차이를 완화시킬 수 있다.

제1 발광층(S-REL)은 적색을 발광하는 것으로, 예를 들어, CBP(4,4'-N,N'-dicarbazolebiphenyl) 또는 Balq(Bis(2-methyl-8-quinlinolato-N1,O8)-(1,1'-Biphenyl-4-olato)aluminium) 중 선택된 어느 하나의 호스트에 Ir(Mnpy)₃, Btp2Ir(acac)(bis(2O-benzo[4,5-a]thienyl)pyridinato-N,C3O)iridium(zcetylactonate) 또는 Btp2Ir(acac)(iridium(III)bis(1-phenylisoquinolyl)-N,C2')acetyl 중 선택된 어느 하나 이상의 인광 적색 도펀트로 이루어질 수 있다.

제2 발광층(S-GEL)은 녹색을 발광하는 것으로, 예를 들어, CBP(4,4'-N,N'-dicarbazolebiphenyl) 또는 Balq(Bis(2-methyl-8-quinlinolato-N1,O8)-(1,1'-Biphenyl-4-olato)aluminium) 중 선택된 어느 하나의 호스트에 Ir(ppy)₃의 인광 녹색 도펀트로 이루어질 수 있다.

제3 발광층(S-BEL)은 청색을 발광하는 것으로, 예를 들어, AND(9,10-di(2-naphthyl)anthracene) 또는 DPVBi(4,4'-bis(2,2-diphenylethen-1-yl)-diphenyl)의 호스트 물질에 1,6-Bis(diphenylamine)pyrene, TBPe(tetrakis(t-butyl)perylene)의 형광 청색 도펀트로 이루어지거나, 4'-N,N-diphenylaminostyryl-triphenyl(DPA-TP), 2, 5,2',5'-테트라스티릴-비페닐(2, 5,2',5'-tetrastyryl-biphenyl: TSB) 또는 안트라센계 유도체의 딥블루 도펀트나, p-비스(p-N,N-디페닐-아미노스티릴)벤젠 또는 페닐 사이클로펜타디엔(pheny1cyclopentadiene)의 스카이 블루 도펀트로 이루어질 수 있다.

도 4와 같이 블루 공통층으로 기능하도록 제3 발광층(S-BEL)을 형성하는 경우, 청색 발광영역(20B)의 제3 발광층(S-BEL)은 호스트의 에너지가 도펀트로 전이되어 청색 빛을 발광하지만, 적색 및 녹색 발광영역(20R,20G)에서의 제3 발광층(S-BEL)은 발광하지 않고 에너지를 전달하는 역할을 하게 된다. 그 이유은 적색 및 녹색 발광영역(20R,20G)에서 호스트의 에너지는 제3 발광층(S-BEL)의 도펀트로 전이되지 않고 에너지 준위 차가 더 적은 제1 발광층(S-REL) 및 제2 발광층(S-GEL)의 도펀트로 전이되기 때문이다.

한편, 각 적색 발광영역(20R)의 제1 전극(20R)과 제1 발광층(S-REL) 사이, 녹색 발광영역(20G)의 제1 전극(20G)과 제2 발광층(S-GEL) 사이 및 청색 발광영역(20B)의 제1 전극(20B))과 제3 발광층(S-BEL) 사이에 정공주입층(S-HIL)이 위치한다. 정공주입층(Hole Injection Layer ; HIL)(S-HIL)은 상기 제1 전극(20R, 20G, 20B)으로부터의 정공을 제1 내지 제3 발광층(S-REL,S-GEL,S-BEL)에 원활하게 주입시키는 역할을 하며, CuPc(cupper phthalocyanine), PEDOT(poly(3,4)-ethylenedioxythiophene), PANI(polyaniline) 및 NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenyl benzidine)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

정공주입층(S-HIL)과 각 발광층(S-REL,S-GEL,S-BEL) 사이에 정공수송층(Hole Transport Layer ; HTL)이 위치한다. 정공수송층은 정공의 수송을 원활하게 하는 역할을 하며, NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenyl benzidine), TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine), s-TAD 및 MTDATA(4,4',4"-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine)로 이루어 진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

정공수송층은 제1 전극(20R, 20G, 20B)들로부터 각 발광층들(S-REL,S-GEL,S-BEL)로 정공을 전달하기 위한 것으로, 적어도 둘 이상의 물질들을 포함한다.

예를 들어, 정공수송층은 제1 정공수송물질과 제2 정공수송물질을 포함할 수 있다. 제2 정공수송물질은 제1 정공수송물질보다 △T1 레벨이 높으며, △T1 레벨이 2.0 내지 2.7eV의 범위로 이루어질 수 있다. 이에 따라 발광층에서 정공수송층으로 에너지가 전이되는 것이 방지될 수 있다. 제2 정공수송물질은 카바졸(Carbazole) 계열, 아릴실란(Aryl silane)계열, 포스핀 옥사이드 (Phosphine oxide)계열 등으로 이루어진다. 또한 제2 정공수송물질은 높은 유리 전이온도(Tg)를 가지고 있어 정공수송층과 발광층의 가교 결합시 높은 열적 안정성으로 라디칼(radical)을 형성하여 가교 특성을 향상시킨다. 한편, 제1 정공수송물질은 △T1 레벨이 1.6 내지 2.2eV로 제2 정공수송물질보다 대체적으로 낮게 이루어진다. 또한, 제1 정공수송물질의 정공 이동도(hole mobility)는 1.0E-04 내지 5.0E-01 ㎠/Vs이고, 제2 정공수송물질의 정공 이동도는 제1 정공수송물질의 정공 이동도와 동등하거나 그 이하로 이루어진다.

이러한 정공수송층은 적색 및 녹색 발광영역(20R, 20G)과 청색 발광영역(20B)에서 서로 다르게 형성될 수 있다. 즉, 적색 및 녹색 발광영역(20R, 20G)에 제1 정공수송층(S-HTL1)이 위치하고, 청색 발광영역(20B)에 제2 정공수송층(S-HTL2)이 위치할 수 있으며, 제1 정공수송층(S-HTL1)과 제2 정공수송층(S-HTL2)은 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다. 제1 정공수송층(S-HTL1)은 상기 제1 정공수송물질과 제2 정공수송물질로 이루어지는데 반해, 제2 정공수송층(S-HTL2)은 제1 정공수송물질로만 이루어질 수 있다.

이에 따라, 적색 및 녹색 발광영역(20R, 20G)에서는 제1 및 제2 발광층(S-REL,S-GEL)의 재결합 영역을 제1 및 제2 발광층(S-REL,S-GEL)의 중앙으로 이동시킴으로써 소자의 수명 및 색좌표를 개선할 수 있는 이점이 있다. 또한, 청색 발광영역(20B)에서는 제2 정공수송물질이 없는 제2 정공수송층(S-HTL2)이 위치하므로, 제1 전극(20B)으로부터 주입된 정공의 이동도가 제2 정공수송층(S-HTL2)에서 저하되지 않고 제3 발광층(S-BEL)으로 용이하게 주입될 수 있다. 따라서, 도 6과 같이 청색 발광영역(20B)에서 정공과 전자의 재결합영역이 청색 발광영역(20B) 내로 위치하게 할 수 있는 이점이 있다.

전술한 정공주입층(S-HIL), 제1 및 제2 정공수송층(S-HTL1,S-HTL2), 제1 내지 제3 발광층(S-REL,S-GEL,S-BEL)은 모두 용액 도포법으로 형성될 수 있다. 여기서, 용액 도포법은 스핀 코팅, 딥코팅, 잉크젯 프린팅 등을 포함한다.

발광층들(S-REL,S-GEL,S-BEL) 상에 제2 전자수송층(Electron Transport Layer ; ETL)(E-ETL2)이 위치한다. 제2 전자수송층(E-ETL2)은 전자의 수송을 원활하게 하는 역할을 하며, Alq₃(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), PBD, TAZ, spiro-PBD, BAlq 및 SAlq로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 제2 전자수송층(E-ETL2) 상에 도시하지 않은 전자주입층이 더 구비될 수 있다. 전자주입층은 제2 전극(30)으로부터의 전자를 발광층들(S-REL,S-GEL,S-BEL)에 원활하게 주입시키는 역할을 하며, LiF, Li, Ba 및 BaF₂로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

이러한 제2 전자수송층(E-ETL2), 전자주입층, 및 제2 전극(30)은 진공열증착법으로 형성될 수 있다.

이와 같이 본 발명은 정공주입층(S-HIL), 제1 및 제2 정공수송층(S-HTL1,S-HTL2), 제1 내지 제3 발광층(S-REL,S-GEL,S-BEL)을 용액 공정으로 형성하고, 제2 전자수송층(E-ETL2)과 제2 전극(30)을 증착 공정으로 형성하여, 하이브리드형 유기전계발광소자를 완성한다.

한편, 전술했듯이 발광층을 용액 공정으로 형성하고 이 발광층과 인접하는 전자수송층을 증착 공정으로 형성하여 소위, Soluble Blue(S-BEL)/Evapor ETL(E-ETL2) 구조를 만드는 경우, Blue의 CIE y 좌표의 색순도가 저하되고 발광층과 전자수송층 사이의 계면 특성 차이로 인한 색좌표 틀어짐 및 수명 특성 저하가 생기는 문제가 있다.

이에, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해, 용액 공정으로 형성되는 발광층들(S-REL,S-GEL,S-BEL)과 증착 공정으로 형성되는 제2 전자수송층(E-ETL2) 사이에 용액 공정으로 제1 전자수송층(S-ETL1)을 추가 형성한다.

제3 발광층(S-BEL)(또는, 발광층들(S-REL,S-GEL,S-BEL))과 제2 전자수송층(E-ETL2) 간의 계면 특성 차이가 완화되도록, 제1 전자수송층(S-ETL1)은 Co-polymer, Oligomer, Polymer, Fluorine, Benzene, Oxadiazole, 알카리 금속, 알카리 토금속이 결합된 화합물, 전이금속, 염(salt) 중 적어도 어느 하나가 포함된 유기 또는 무기 화합물로 형성될 수 있다.

또한, 제1 전자수송층(S-ETL1)은 용액 공정이 가능하도록 Toluene, THF(tetrahydropyran), Alcohol, Methanol Anisole, Chlorobenzene, Phenoxytoluene 중 적어도 어느 하나가 포함된 유기 용매, 또는 워터 베이스(water base) 유기 용매에 용해되는 물질을 포함할 수 있다.

특히, 동일한 용액 공정을 통해 제1 전자수송층(S-ETL1)은 제3 발광층(S-BEL)과 가교 결합(cross linking)되며, 양호한 가교 결합을 위해 제1 전자수송층(S-ETL1)에 대한 경화 온도가 60℃~300℃로 설정됨이 바람직하다.

또한, 정공수송층(S-HTL1,S-HTL2)으로부터의 정공 유입을 방지하고 제2 전자수송층(E-ETL2)으로부터의 전자 주입이 원활히 이뤄지도록, 제1 전자수송층(S-ETL1)은, LUMO 레벨이 2.2eV ~ 3.5eV이고, HOMO 레벨이 4.5eV ~ 6.8eV이며, 유리전이온도(Tg)가 100℃ 이상이고, 두께가 5nm ~ 3000nm으로 선택됨이 바람직하다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 개시한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

<비교예(종래기술)>

면저항이 30Ω이고 1.08mm 두께를 가지며 광투과율이 80% 이상인 ITO 유리 2cmx2cm의 크기로 자른 후 식각 액을 이용하여 ITO 층을 일부분 제거하였다. 또한 ITO 유리를 Acetone/Methanol/IPA 순으로 각각 15분씩 초음파 세정기로 세척 한 후 이온수로 세척하고 230℃ 조건에서 30분간 어닐링을 통하여 건조하였다.

정공주입층(HIL)으로 CuPc를 50Å의 두께로 형성하고 정공수송층(HTL)으로 NPD를 700Å의 두께로 형성하며, 적색 발광층으로 호스트 CBP에 도펀트Ir(Mnpy)₃를 혼합하여 300Å의 두께로 형성하고, 녹색 발광층으로 호스트 CBP에 도펀트Ir(ppy)₃를 혼합하여 300Å의 두께로 형성하였다. 이들 발광층들은 각각 스핀코팅을 하여 110℃에서 1시간 건조시켜 형성하였다. 발광층들을 용액공정을 통하여 코팅한 후 고진공 하에서 청색 공통 발광층(BCL)으로 호스트 CBP에 도펀트 spiro-DPVBi를 혼합하여 300Å의 두께로 형성하였다. 전자수송층(ETL)으로 Alq3를 200Å의 두께로 형성하였고, 제 2 전극으로 Al을 1000Å의 두께로 형성하여 청색, 녹색 및 적색 발광소자를 제작하였다.

<실시예>

정공주입층(S-HIL)으로 CuPc를 50Å의 두께로 형성하고 정공수송층(S-HTL1,S-HTL2)으로 NPD를 700Å의 두께로 형성하며, 적색발광층(S-REL)으로 호스트 CBP에 도펀트Ir(Mnpy)₃를 혼합하여 300Å의 두께로 형성하고, 녹색 발광층(S-GEL)으로 호스트 CBP에 도펀트Ir(ppy)₃를 혼합하여 300Å의 두께로 형성하였다. 이들 층들(S-REL,S-GEL)은 각각 스핀코팅을 하여 110℃에서 1시간 건조시켜 형성하였다. 이 발광층(S-REL,S-GEL)까지 용액공정을 통하여 코팅을 한 후 스핀코팅을 통하여 청색 공통 발광층(S-BEL)으로 유기 용매에 용해된 호스트 CBP에 도펀트 spiro-DPVBi를 혼합하여 300Å의 두께로 스핀코팅을 형성하였다. 또한 유기 용매하에Poly[(9,9-dioctyl-2,7-fl uorene)- alt -(9,9-bis(3 ′ -( N , N -dimethylamino)propyl)-2,7-fl uorene)] (PFN)10Å으로 제1 전자 수송층(S-ETL1)을 형성하였다. 그 후 진공 증착 조건에서 제2 전자수송층(E-ETL2)으로 Alq3를 200Å의 두께로 형성하였고, 제 2 전극으로 Al을 1000Å의 두께로 형성하여 청색, 녹색 및 적색 발광소자를 제작하였다.

전술한 비교예(종래기술) 및 실시예에 따라 제작된 유기전계발광소자의 시뮬레이션결과를 도 7 내지 도 11에 나타내었다. 도 7은 종래 기술과 본 발명의 인가 전압에 따른 전류 밀도를 비교하여 보여주는 그래프이고, 도 8은 종래 기술과 본 발명의 휘도에 따른 전류 효율을 비교하여 보여주는 그래프이며, 도 9는 종래 기술과 본 발명의 청색 스펙트럼을 비교하여 보여주는 그래프이고, 도 10은 종래 기술과 본 발명의 시간에 따른 수명 특성을 비교하여 보여주는 그래프이다. 그리고, 도 11은 도 6 내지 도 10의 비교 결과를 보여주는 비교표이다.

도 7 내지 도 11을 참조하면, 도 1의 종래 기술에 비교할 때, 본 발명에 따른 전압 vs 전류 밀도는 종래와 동등 수준으로 나타났고, 본 발명에 따른 휘도 vs 전류 효율은 종래에 비해 대폭 개선되었고, 본 발명에 따른 외부 양자 효율(external quantum efficiency,EQE)도 종래에 비해 대폭 개선되었음을 알 수 있다.

그리고, 본 발명의 청색 스펙트럼의 파형은 종래에 비해 중심 파장을 향해 보다 첨예해지게 나타나고 있는데, 이는 재결합영역이 발광층 내부로 이동되었다는 것을 나타내며, 이에 따라 CIE y 좌표의 색순도가 종래에 비해 크게 개선되었다는 것을 알 수 있다.

그리고, 본 발명의 T95(휘도값이 초기값에서 5%만큼 열화되기까지 걸리는 시간)는 종래에 비해 2배 이상 증가되는 것으로 나타나고 있는데, 이는 수명 특성이 크게 개선되었음을 보여준다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 하이브리드형 유기전계발광소자는 용액 공정으로 형성되는 발광층들과 증착 공정으로 형성되는 제2 전자수송층 사이에 용액 공정으로 제1 전자수송층을 추가 형성함으로써, 발광층과 전자수송층 사이의 계면 특성 차이를 완화하고 재결합 영역을 발광층의 중앙으로 이동시켜 소자의 발광 효율, 수명 및 색좌표 특성을 개선할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 기판 20R,20G,20B : 제1 전극
30 : 제2 전극 RG-R,RG-G,RG-B : 제1 내지 제3 발광 영역
S-HIL : 정공주입층 S-HTL1,S-HTL2 : 제1 및 제2 정공수송층
S-REL,S-GEL,S-BEL : 제1 내지 제3 발광층
S-ETL1: 제1 전자수송층 E-ETL2 : 제2 전자수송층

Claims

제1 내지 제3 발광영역이 정의된 기판;
상기 제1 내지 제3 발광영역 상에 분리되어 패터닝된 제1 전극;
상기 제1 전극 상에 위치하며, 상기 제1 발광영역에 대응되는 제1 발광층과 상기 제2 발광영역에 대응되는 제2 발광층과 상기 제3 발광영역에 대응되는 제3 발광층을 포함한 발광층;
상기 제1 전극과 상기 발광층 사이에 정공주입층;
상기 정공주입층과 상기 발광층 사이에 정공수송층;
상기 발광층 상에 위치하는 제1 전자수송층;
상기 제1 전자수송층에 상에 위치하는 제2 전자수송층; 및
상기 제2 전자수송층 상에 위치하는 제2 전극을 구비하며,
상기 발광층 및 상기 제1 전자수송층은 용액 공정으로 형성되고, 상기 제2 전자수송층은 증착 공정으로 형성되고,
상기 정공수송층은 서로 다른 물질로 이루어지는 제1 정공수송층과 제2 정공수송층을 포함하고,
상기 제1 정공수송층은 상기 제1 발광영역과 상기 제2 발광영역에 대응되어 위치하고, 상기 제2 정공수송층은 상기 제3 발광영역에 대응되어 위치하는 하이브리드형 유기전계발광소자.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 전자수송층은 Co-polymer, Oligomer, Polymer, Fluorine, Benzene, Oxadiazole, 알카리 금속, 알카리 토금속이 결합된 화합물, 전이금속, 염(salt) 중 적어도 어느 하나가 포함된 유기 또는 무기 화합물로 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 유기전계발광소자.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 전자수송층은 Toluene, THF(tetrahydropyran), Alcohol, Methanol, Anisole, Chlorobenzene, Phenoxytoluene 중 적어도 어느 하나가 포함된 유기 용매, 또는 워터 베이스(water base) 유기 용매에 용해되는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 유기전계발광소자.
제 1 항에 있어서,
상기 제3 발광층은 상기 제1 및 제2 발광영역 상으로 연장되어 상기 제1 발광층과 상기 제2 발광층을 덮으며,
상기 제1 발광층과 상기 제3 발광층 사이, 및 상기 제2 발광층과 상기 제3 발광층 사이에는 버퍼층이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 유기전계발광소자.
제 4 항에 있어서,
상기 제3 발광층과 상기 제1 전자수송층은 서로 가교결합(cross linking)되며, 상기 가교결합을 위한 경화온도는 60℃~300℃로 선택되는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 유기전계발광소자.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 전자수송층은, LUMO 레벨이 2.2eV ~ 3.5eV이고, HOMO 레벨이 4.5eV ~ 6.8eV이며, 유리전이온도(Tg)가 100℃이상이고, 두께가 5nm ~ 3000nm인 것을 특징으로 하는 하이브리드형 유기전계발광소자.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 정공수송층은 정공 이동도가 다른 제1 정공수송물질과 제2 정공수송물질로 이루어지고,
상기 제2 정공수송층은 상기 제1 정공수송물질로 이루어지는 하이브리드형 유기전계발광소자.