KR101668996B1 - 유기발광소자 - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 유기발광소자를 제공한다.

Description

유기발광소자{ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE}
본 출원은 2012년 7월 18일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2012-0078453호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 명세서는 유기발광소자에 관한 것이다.
유기발광현상은 특정 유기 분자의 내부 프로세스에 의하여 전류가 가시광으로 전환되는 예의 하나이다. 유기발광현상의 원리는 다음과 같다. 양극과 음극 사이에 유기물 층을 위치시켰을 때 두 전극을 통하여 특정 유기 분자의 내부 사이에 전압을 걸어주게 되면 음극과 양극으로부터 각각 전자와 정공이 유기물 층으로 주입된다. 유기물 층으로 주입된 전자와 정공은 재결합하여 엑시톤(exciton)을 형성하고, 이 엑시톤이 다시 바닥 상태로 떨어지면서 빛이 나게 된다. 이러한 원리를 이용하는 유기발광소자는 일반적으로 음극과 양극 및 그 사이에 위치한 유기물층, 예컨대 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층을 포함하는 유기물층을 포함할 수 있다.
본 명세서에는 신규한 구조의 유기발광소자가 기재된다.
본 명세서는 제1 전극; 제2 전극; 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 2 이상의 유기물층을 포함하고,
상기 유기물층은 발광층; 및 1 이상의 정공수송물질과 1 이상의 전자수송물질을 포함하는 혼합층을 포함하는 것인 유기발광소자를 제공한다.
또한, 본 명세서는 상기 유기발광소자를 포함하는 디스플레이를 제공한다.
또한, 본 명세서는 상기 유기발광소자를 포함하는 조명 장치를 제공한다.
본 명세서의 유기발광소자는 구동 전압이 낮은 장점이 있다.
나아가, 본 명세서의 유기발광소자는 전력 효율이 우수한 장점이 있다.
또한, 본 명세서의 유기발광소자는 양자 효율(Quantum Efficiency, Q.E.)이 우수한 장점이 있다.
도 1 및 도 2는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기발광소자를 도시한 것이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 유기발광소자에서의 각 층의 에너지 준위 차이를 도시한 것이다.
도 4는 본 명세서의 일 실시예에 따른 유기발광소자의 혼합층에 포함되는 전하이동착물의 밴드갭 및 전하이동착물을 형성하는 정공수송물질(HTM; hole transfer material)과 전자수송물질(ETM; electron transfer material)의 에너지 준위의 차이의 일 예를 도시한 것이다.
도 5는 실시예 및 비교예에 따른 유기발광소자의 구동 전압, 발광효율 및 양자 효율의 결과를 나타낸 것이다.
이하, 본 명세서에 예시한 실시상태들에 대하여 상세히 설명한다.
본 명세서는 제1 전극; 제2 전극; 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 2 이상의 유기물층을 포함하고,
상기 유기물층은 발광층; 및 1 이상의 정공수송물질과 1 이상의 전자수송물질을 포함하는 혼합층을 포함하는 것인 유기발광소자를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층은 상기 발광층에 접하여 구비될 수 있다.
상기 발광층과 접하는 것이란 상기 혼합층이 발광층과 물리적으로 접하여 구비되는 것을 의미할 수 있다. 또는, 상기 혼합층이 본 명세서에서 언급된 다른 층들보다 가장 가깝게 발광층에 구비되는 것을 의미할 수도 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층은 혼합층 내에서 발생하는 전하이동착물을 이용하여 발광층에서 발생하는 삼중항 여기자를 재활용하여 유기발광소자의 효율을 상승하도록 할 수 있다. 그러므로, 상기 혼합층은 유기발광소자의 발광층에 인접하여 구비되는 것이 바람직하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기발광소자의 발광 위치는 가우시안(gaussian) 형태로 넓게 분포하게 되며, 발광층에 인접한 상기 혼합층의 일부까지 재결합 영역(recombination zone)이 분포하게 될 수 있다. 이 경우, 상기 혼합층 내의 상기 정공수송물질과 전자수송물질의 전하이동착물에서 여기자의 스핀 상태(spin state)를 바꾸어 줄 수 있으므로, 발광층에서 버려지는 삼중항 여기자까지도 활용이 가능하다. 또한, 발광층 내에서 생성된 삼중항 여기자가 인접한 상기 혼합층까지 이동하게 되어 상기 전하이동착물로 에너지 전이(energy transfer)가 이루어지면, 마찬가지로 여기자의 스핀 상태를 바꾸어 발광층에서 버려지는 삼중항 여기자까지도 활용이 가능하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 발광층에 포함되는 물질은 상기 혼합층에서 생성되는 전하이동착물의 에너지 준위에 따라서 결정될 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층의 상기 전하이동착물의 에너지가 2.5 eV인 경우, 발광층에 포함되는 발광 물질의 에너지는 2.5 eV를 초과하는 에너지를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 발광층이 청색 발광물질을 포함하는 경우, 상기 혼합층의 전하이동착물의 에너지는 2.7 eV 이상일 수 있다.
상기 전하이동착물의 에너지는 전하이동착물의 에너지 준위를 의미할 수 있고, 상기 발광 물질의 에너지는 발광 물질의 일중항(singlet) 상태의 에너지 준위일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기물층은 정공수송층을 더 포함하고, 상기 혼합층은 상기 정공수송층과 상기 발광층 사이에 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 발광층의 전자 이동성이 정공 이동성보다 더 큰 경우, 재결합 영역(recombination zone)은 발광층과 정공수송층의 계면에서 발생하는 확률이 높아지므로 상기 혼합층을 발광층과 정공수송층 사이에 구비하여 발광층의 삼중항 여기자를 재활용할 수 있다.
도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기발광소자를 도시한 것이다. 구체적으로, 애노드(101) 상에 정공수송층(201), 혼합층(301), 발광층(401), 전자수송층(501) 및 캐소드(601)이 순차적으로 적층된 유기발광소자를 도시한 것이다. 다만, 본 명세서의 유기발광소자는 상기 구성에 한정되는 것이 아니고, 추가적인 층이 더 포함될 수 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기물층은 전자수송층을 더 포함하고, 상기 혼합층은 상기 전자수송층과 상기 발광층 사이에 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 발광층의 정공 이동성이 전자 이동성보다 더 큰 경우, 재결합 영역(recombination zone)은 발광층과 전자수송층의 계면에서 발생하는 확률이 높아지므로 상기 혼합층을 발광층과 전자수송층 사이에 구비하여 발광층의 삼중항 여기자를 재활용할 수 있다.
도 2는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기발광소자를 도시한 것이다. 구체적으로, 애노드(101) 상에 정공수송층(201), 발광층(401), 혼합층(301), 전자수송층(501) 및 캐소드(601)이 순차적으로 적층된 유기발광소자를 도시한 것이다. 다만, 본 명세서의 유기발광소자는 상기 구성에 한정되는 것이 아니고, 추가적인 층이 더 포함될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층은 정공수송물질과 전자수송물질을 각각 1 또는 2 이상 포함하는 층일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층은 정공수송물질과 전자수송물질을 혼합된 층일 수 있다. 구체적으로, 상기 혼합층은 정공수송물질과 전자수송물질이 서로 결합하지 않은 상태로 하나의 층을 이룰 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층은 정공수송물질과 전자수송물질의 전하이동착물(charge transfer complex)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층은 전하이동착물을 형성하는 정공수송물질 및 전자수송물질의 조합으로 형성될 수 있다. 나아가, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층은 상기 전하이동착물; 전하이동착물을 형성하지 않고 남아있는 정공수송물질; 및 전자수송물질을 더 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전하이동착물은 상기 정공수송물질과 전자수송물질을 혼합할 때, 두 물질 사이에서 전하이동착물이 형성될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 정공수송물질과 전자수송물질을 혼합하여 상기 전하이동착물을 형성하려면 여기상태(excited state)에서 전자주개 성질을 갖는 정공수송물질에서 전자받개 성질이 있는 전자수송물질로 전자가 이동하면서 두 물질간 착물(complex)가 형성되어야 한다. 그러므로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층의 정공수송물질은 강한 전자주개 성질을 가지고, 전자수송물질은 강한 전자받개 성질을 가질 수 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층의 정공수송물질과 전자수송물질이 조합을 이루어, 둘 사이에 전하이동이 일어나 두 물질이 정전기적 인력으로 결합된 상태가 될 수 있다.
본 명세서의 상기 전하이동착물이란 전자와 정공이 서로 다른 두 물질에 분포되어 있는 상태를 의미할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층의 전하이동착물은 전하이동착물을 형성하는 정공수송물질과 전자수송물질의 에너지 준위 외에 전하이동착물에 의해 생성되는 새로운 에너지 준위가 만들어 진다.
구체적으로, 상기 전하이동착물은 전자와 정공의 결합(binding) 특성으로 인하여, 상기 전하이동착물에서는 각각의 정공수송물질과 전자수송물질에 형성된 여기자(excited state, exciton) 상태보다 전자와 정공간의 거리가 더 멀리 떨어져 있게 된다. 즉, 상기 전하이동착물의 여기자 상태에서의 전자 및 정공은 각각의 정공수송물질과 전자수송물질 내에서 발생한 여기자(exciton) 상태의 전자 및 정공보다 더 약하게 결합되어 (binding)있는 상태가 된다.
그러므로, 상기 전하이동착물은 전자와 정공 간의 교환 에너지(exchange energy)를 낮추게 되므로, 일중항(singlet) 에너지 준위와 삼중항(triplet) 에너지 준위간의 차이를 줄이게 된다. 결국, 정공수송물질과 전자수송물질의 조합으로 전하이동착물을 형성할 경우, 일중항 에너지와 삼중항 에너지 차이가 작은 물질을 만들어낼 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전하이동착물은 일중항 에너지와 삼중항 에너지 준위의 차이가 작은 상태를 만들 수 있다. 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 일중항 에너지와 삼중항 에너지의 차이는 0.3 eV 이하일 수 있다.
본 발명자들은 일중항 여기자만을 활용하는 형광 발광을 이용하는 유기발광소자에서 효율을 저해하는 가장 큰 요인은 전자-정공의 재결합에 의해 생성되는 삼중항 여기자인 것을 밝혀내었다. 이 경우, 재결합되어 생성되는 일중항 여기자는 25 % 내외에 불과하였다.
이에 따라 본 발명자들은 본 명세서의 상기 혼합층을 포함하는 유기발광소자를 개발하였다. 즉, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기발광소자는 상기와 같은 문제점을 해결하고, 보다 높은 효율을 달성할 수 있다. 구체적으로, 상기 전하이동착물과 같이 일중항 에너지와 삼중항 에너지 간의 차이가 작은 물질을 이용하면 형광을 이용한 유기발광소자에서 버려지던 삼중항 여기자를 활용할 수 있게 되어 효율을 더 높일 수 있게 된다.
구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기발광소자는 전자수송물질과 정공수송물질의 조합을 통해 전하이동착물을 형성하고 전하이동착물의 작은 일중항-삼중항 에너지 차이를 이용하여 발광층에서 전자와 정공의 재결합을 통해 생성되는 여기자 중 버려지는 삼중항 여기자를 재활용 할 수 있게 함으로써 유기발광소자의 효율의 향상을 실현하였다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기발광소자의 발광층에서 전자와 정공이 재결합(recombination)하는 방식은 크게 두가지로 나눌 수 있다.
첫째로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 발광층 내에서 전자와 정공이 호스트 물질에서 재결합(recombination)하여 여기자(exciton)가 형성된 후, 도펀트 물질로 에너지 전이(energy transfer)를 통하여 발광할 수 있다. 구체적으로, 발광층을 호스트-게스트 시스템(host-guest system)으로 구성하는 경우, 호스트 물질의 HOMO 에너지 준위와 LUMO 에너지 준위로 각각 정공 및 전자가 주입되어 랑제방형(Langevin type)의 재결합을 하여 호스트 물질에 먼저 여기자가 생성되고, 에너지 전이를 통하여 도펀트 물질에 순차적으로 여기자가 형성되어 최종적으로 도펀트 물질에서 발광이 될 수 있다. 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기와 같은 발광은 형광 발광층을 포함하는 유기발광소자의 경우일 수 있다.
둘째로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 전자와 정공이 도펀트 물질로 직접 주입되어 도펀트 물질에서 바로 여기자가 형성되어 발광할 수 있다. 구체적으로, SRH형(Shockley-Read-Hall type)과 유사한 형태로 발광이 일어날 수 있다. 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기와 같은 발광은 인광 발광층을 포함하는 유기발광소자의 경우일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 발광층을 호스트 물질과 도펀트 물질의 조합으로 구성하는 경우, 호스트 물질은 실제 발광에는 참여하지 않고 여기자를 도펀트에 넘겨주는 역할을 할 수 있다. 그러므로, 호스트 물질은 도펀트 물질보다 더 높은 에너지 준위를 가져야 할 수 있다. 그러므로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 보다 효율적인 에너지 전이를 위하여 도펀트 물질의 에너지 흡수 범위와 중복되는 범위에서 에너지를 방출하는 호스트 물질을 사용할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 발광층 내에서 전자와 정공의 재결합이 랑제방형(Langevin type)의 재결합으로 일어나고, 호스트 물질에서 도펀트 물질로 에너지 전이를 통하여 발광이 일어나는 경우에 초기의 전자와 정공의 재결합에 의하여 생성되는 호스트 물질의 여기자는 발광이 일어나는 도펀트의 에너지보다 높은 에너지를 가질 수 있다. 이 때, 상기 호스트 물질의 일중항 여기자 에너지 준위 뿐만 아니라 삼중항의 여기자 에너지 준위도 도펀트 물질의 에너지 준위보다 더 높게될 수 있다.
나아가, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 형광 발광층을 포함하는 유기발광소자의 경우, 발광에 이용되는 여기자는 호스트 물질의 일중항 여기자이며, 호스트 물질의 삼중항 여기자는 발광에 기여하지 않게될 수 있다. 상기 호스트 물질의 삼중항 여기자는 수명이 길고, 발광층 내에서 확산(diffusion)하다가 서로 반응(triplet-triplet annihilation)하여 일중항 여기자를 만들어 발광에 다시 사용될 수 있다. 또한, 상기 호스트 물질의 삼중항 여기자는 진동-전자 준위(vibronic level)을 따라 열을 방출하며 소멸될 수 있으며, 도펀트 물질의 삼중항으로 에너지 전이를 한 후 소멸될 수 있다. 즉, 호스트 물질의 삼중항 여기자는 발광에 기여하지 않는 문제가 있다.
상기 호스트 물질의 삼중항 여기자는 인접층에까지 확산될 수 있다. 그러므로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 발광층과 인접하여 구비된 혼합층으로 확산된 호스트 물질의 삼중항 여기자를 재활용하여 유기발광소자의 효율을 상승시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 혼합층 내의 전하이동착물은 상기 발광층에서 버려지는 상기 삼중항 여기자를 일중항 여기자로 전환시킬 수 있으며, 이 때 생성된 일중항 여기자를 발광층으로 전달하여 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기발광소자의 발광층이 형광 발광층인 경우, 발광 효율 상승이 보다 우수할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 호스트 물질의 삼중항 여기자의 에너지 준위가 도펀트의 일중항 에너지 준위보다 크거나 같고, 혼합층 내의 상기 전하이동착물의 에너지 준위보다 크거나 같으며, 혼합층 내의 정공수송물질 및 전자수송물질의 삼중항 여기자의 에너지 준위보다는 작을 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층의 정공수송물질과 전자수송물질의 질량비는 1:4 내지 4:1일 수 있다.
구체적으로, 상기 범위 내의 정공수송물질과 전자수송물질을 이용하여 혼합층을 형성하는 경우, 발광층에서 발생하는 삼중항 여기자의 활용을 최대로 할 수 있다. 또한, 상기 범위 내에서 상기 전하이동착물을 형성하는 경우, 전하이동착물이 최대로 형성될 수 있으며, 이에 따라, 유기발광소자의 효율도 상승시킬 수 있다.
본 명세서의 일 실시상테에 따르면, 상기 혼합층은 상기 정공수송물질, 상기 전자수송물질 및 이들의 전하이동착물이 포함되어 있는 상태이므로, 전자 및 정공을 모두 이동시킬 수 있다. 또한, 정공수송물질 및 전자수송물질의 혼합비율을 조절하여 전자 및 정공의 이동성을 조절할 수 있다. 즉, 전자 및 정공의 이동성을 조절함으로써 발광층 내에서의 전하균형(charge balance)를 조절할 수 있다.
나아가, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층은 DOS(density of state)도 상기 정공수송물질 및 상기 전자수송물질이 단독으로 존재하는 경우보다 더 넓게 분포할 수 있다. 즉, 정공 또는 전자가 이동할 수 있는 에너지 준위도 각각의 상기 정공수송물질 및 전자수송물질의 에너지 준위를 그대로 가지고 있을 수 있으며, 각각의 상기 정공수송물질 및 전자수송물질의 DOS도 그대로 가지고 있을 수 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층 내에서 상기 정공수송물질 및 상기 전자수송물질 간에 에너지 이동이 일어날 수 있으며, 정공수송물질 및/또는 상기 전자수송물질과 상기 전하이동착물의 에너지 이동이 일어날 수도 있다.
도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 유기발광소자에서의 각 층의 에너지 준위 차이를 도시한 것이다. 구체적으로, 혼합층(301)의 에너지 레벨은 정공수송물질과 전자수송물질이 혼합되어 있는 상태이므로, 도 3과 같이 에너지 분포가 넓게 형성될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층의 상기 정공수송물질과 상기 전자수송물질이 전하이동착물을 형성하는 경우, 상기 전하이동착물이 가질 수 있는 최대 에너지는 정공수송물질의 HOMO 에너지 준위와 전자수송물질의 LUMO 에너지 준위의 차이가 될 수 있다. 이 경우, 전자는 전자수송물질의 LUMO에 존재하고, 정공은 정공수송물질의 HOMO에 존재하면서, 서로 약하게 결합(binding)되어 있는 상태가 될 수 있다. 그러므로, 상기 전하이동착물의 밴드갭은 전하이동착물을 형성하는 정공수송물질 또는 전자수송물질 단독의 경우보다 더 작아지게 된다. 또한, 상기 전하이동착물의 전자와 정공이 쿨롱 끌림(coulombic attraction)으로 서로 묶이며 안정화되기 때문에, 상기 전하이동착물의 밴드갭은 정공수송물질의 HOMO 에너지 준위와 전자수송물질의 LUMO 에너지 준위의 차이보다 더 작아질 수 있다.
도 4는 상기 혼합층 내의 전하이동착물의 밴드갭 및 전하이동 착물을 형성하는 정공수송물질과 전자수송물질의 에너지 준위의 차이의 일 예를 도시하였다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전하이동착물의 형성시 정공수송물질의 정공과 전자수송물질의 전자와의 결합 에너지(binding energy)는 0.2 eV 이하일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층의 정공수송물질과 전자수송물질의 HOMO 에너지 준위의 차이는 0.2 eV 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 HOMO 에너지 준위의 차이는 0.3 eV 이상일 수 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층의 정공수송물질과 전자수송물질의 LUMO 에너지 준위 차이는 0.2 eV 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 LUMO 에너지 준위의 차이는 0.3 eV 이상일 수 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층의 정공수송물질과 전자수송물질의 HOMO 에너지 준위의 차이는 0.2 eV 이상이고, LUMO 에너지 준위 차이는 0.2 eV 이상일 수 있다. 구체적으로, HOMO 에너지 준위의 차이는 0.3 eV 이상이고, LUMO 에너지 준위 차이는 0.3 eV 이상일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층의 전자수송물질의 LUMO 에너지 준위와 정공수송물질의 HOMO 에너지 준위의 차이는 2 eV 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 혼합층의 전자수송물질의 LUMO 에너지 준위와 정공수송물질의 HOMO 에너지 준위의 차이는 2.6 eV 이상일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층의 정공수송물질과 전자수송물질의 이온화전위(ionization potential)의 차이는 0.2 eV 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 혼합층의 정공수송물질과 전자수송물질의 이온화전위(ionization potential)의 차이는 0.3 eV 이상일 수 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층의 정공수송물질과 전자수송물질의 전자친화도(electron affinity)의 차이는 0.2 eV 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 혼합층의 정공수송물질과 전자수송물질의 전자친화도(electron affinity)의 차이는 0.3 eV 이상일 수 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층의 정공수송물질과 전자수송물질의 이온화전위의 차이는 0.2 eV 이상이고, 상기 혼합층의 정공수송물질과 전자수송물질의 전자친화도의 차이는 0.2 eV 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 혼합층의 정공수송물질과 전자수송물질의 이온화전위의 차이는 0.3 eV 이상이고, 상기 혼합층의 정공수송물질과 전자수송물질의 전자친화도의 차이는 0.3 eV 이상일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층의 전자수송물질의 전자친화도와 정공수송물질의 이온화전위의 차이는 2 eV 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 혼합층의 전자수송물질의 전자친화도와 정공수송물질의 이온화전위의 차이는 2.6 eV 이상일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층의 정공수송물질과 전자수송물질의 HOMO 에너지 준위의 차이, LUMO 에너지 준위의 차이, 및 전자수송물질의 LUMO 에너지 준위와 정공수송물질의 HOMO 에너지 준위의 차이가 상기 범위에 있는 경우, 상기 혼합층 내의 여기자의 결합에너지가 정공수송물질 또는 전자수송물질의 여기자(exciton) 결합 에너지보다 클 수 있다. 즉, 상기 정공수송물질과 상기 전자수송물질이 전하이동착물로 원활하게 형성될 수 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층의 정공수송물질과 전자수송물질의 이온화전위의 차이, 전자친화도의 차이, 및 전자수송물질의 전자친화도와 정공수송물질의 이온화전위의 차이가 상기 범위에 있는 경우, 상기 혼합층 내의 여기자의 결합에너지가 정공수송물질 또는 전자수송물질의 여기자(exciton) 결합 에너지보다 클 수 있다. 즉, 상기 범위의 경우, 상기 정공수송물질과 상기 전자수송물질이 전하이동착물로 원활하게 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 혼합층의 상기 전하이동착물에서 생성되는 여기자의 결합에너지는 상기 혼합층 내의 정공수송물질 또는 전자수송물질의 여기자 결합에너지보다 작다. 이는 전하이동착물의 경우, 단일 물질에서 생성되는 여기자에서보다 정공과 전자가 서로 멀리 떨어져 있기 때문이다. 그러므로, 본 명세서의 상기 에너지 준위의 차이에 대한 범위는 상기 혼합층 내의 정공수송물질 및 전자수송물질에서 생성된 여기자가 전하이동착물로 전이되기 위하여, 상기 여기자의 결합에너지를 극복하기 위한 최소한의 에너지를 얻기 위한 에너지 준위의 차이가 될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전하이동착물은 상기 정공수송물질 내의 정공과 상기 전자수송물질 내의 전자가 직접적으로 재결합하여 생성될 수 있다. 구체적으로, 상기 정공수송물질 및 전자수송물질의 에너지 차이의 범위를 만족하는 경우, 상기 혼합층 내의 정공수송물질 내의 정공 및 전자수송물질 내의 전자가 각각 정공수송물질 및 전자수송물질에 머물게 하여 전하이동착물을 원활하게 형성할 수 있다. 즉, 상기 범위를 만족하지 않는 경우, 상기 혼합층 내에 상기 정공수송물질의 정공이 전자수송물질로 이동하고, 상기 전자수송물질 내의 전자가 정공수송물질로 이동하게 되어 전하이동착물의 형성이 원활하지 않게 된다.
본 명세서에서의 "HOMO"는 최고 점유 분자 오비탈(the highest occupied molecular orbital)을 의미하고, "LUMO"는 최저 비점유 분자 오비탈(the lowest unoccupied molecular orbital)을 의미한다.
또한, 본 명세서에서의 "HOMO 에너지 준위 차이" 및 "LUMO 에너지 준위 차이"는 각 에너지 값의 절대값의 차이를 의미한다. 또한, HOMO 및 LUMO 에너지 준위는 절대값으로 나타내었다.
또한, 본 명세서의 상기 여기자 결합에너지란 여기 상태의 분자 내에 있는 전자와 전하 간의 쿨롬 포텐셜(coulomb potential)의 크기를 의미한다.
HOMO 에너지 준위의 측정은 박막 표면에 UV를 조사하고, 이때 튀어나오는 전자(electron)를 검출하여 물질의 이온화 전위(ionization potential)을 측정하는 UPS(UV photoelectron spectroscopy)를 이용할 수 있다. 또는, HOMO 에너지 준위의 측정은 측정 대상 물질을 전해액과 함게 용매에 녹인 후 전압 주사(voltage sweep)을 통하여 산화 전위(oxidation potential)을 측정하는 CV(cyclic voltammetry)를 이용할 수 있다. 박막 형태의 HOMO 에너지 준위를 측정하는 경우에는 CV보다 UPS가 더 정확한 값을 측정할 수 있으며, 본 명세서의 HOMO 에너지 준위는 UPS 방법을 통하여 측정하였다.
LUMO 에너지 준위는 IPES(Inverse Photoelectron Spectroscopy) 또는 전기화학적 환원 전위(electrochemical reduction potential)의 측정을 통하여 구할 수 있다. IPES는 전자빔(electron beam)을 박막에 조사하고, 이 때 나오는 빛을 측정하여 LUMO 에너지 준위를 결정하는 방법이다. 또한, 전기화학적 환원 전위의 측정은 측정 대상 물질을 전해액과 함게 용매에 녹인 후 전압 주사(voltage sweep)을 통하여 환원 전위(reduction potential)을 측정할 수 있다. 또는, HOMO 에너지 준위와 대상 물질의 UV 흡수 정도를 측정하여 얻은 일중항 에너지 준위를 이용하여 LUMO 에너지 준위를 계산할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층의 정공수송물질은 방향족 아민기; 디톨리아민기; 방향족 아닐린기; 인돌로 아크리딘기; 및 방향족 실란기로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 치환기를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 방향족 아민기는 카바졸기, 페닐아민기 및 디페닐아민기 등이 될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층의 정공수송물질은 NPB(4,4'-bis[N-(1-napthyl)-N-phenyl-amino]-biphenyl)와 PBP(4-phenylbenzophenone); m-MTDATA(4,4'4"-tris[3-methylphenyl(phenyl)amino]triphenylamine); 및 TCTA(4,4',4"-tri(N-carbazolyl)triphenylamine)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 m-MTDATA의 LUMO 에너지 준위는 2 eV이고, HOMO 에너지 준위는 5.1 eV이다. 또한, TCTA의 LUMO 에너지 준위는 2.1 eV이고, HOMO 에너지 준위는 5.5 eV이다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층의 정공수송물질은 아릴아민(Arylamine), 방향족 아민(aromatic amine), 티오펜(thiophene), 카바졸(carbazole), 플루오린(fluorine) 유도체, N,N'-비스(나프탈렌-1-일)-N,N'-비스(페닐)-벤지딘(N,N'-bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidine), N,N'-비스(나프탈렌-2-일)-N,N'-비스(페닐)-벤지딘(N,N'-bis(naphthalen-2-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidine), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스(페닐)-벤지딘(N,N'-bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidine), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스(페닐)-9,9-스피로비플루오렌(N,N'-bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-9,9-spirobifluorene), N,N'-비스(나프탈렌-1-일)-N,N'-비스(페닐)-9,9-스피로비플루오렌(N,N'-bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-9,9-spirobifluorene), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스(페닐)-9,9-디페닐-플루오렌(N,N'-bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-9,9-diphenyl-fluorene), N,N'-비스(나프탈렌-1-일)-N,N'-비스(페닐)-9,9-디메틸-플루오렌 (N,N'-bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-9,9-dimethyl-fluorene), N,N'-비스(나프탈렌-1-일)-N,N'-비스(페닐)-9,9-디페닐-플루오렌(N,N'-bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-9,9-diphenyl-fluorene), 2,2',7,7'-테트라키스(N,N-디페닐아미노)-9,9-스피로비플루오렌(2,2',7,7'-tetrakis(N,N-diphenylamino)-9,9-spirobifluorene), 9,9-비스[4-(N,N-비스-나프탈렌-2-일-아미노)페닐]-9H-플루오렌(9,9-bis[4-(N,N-bis-naphthalen-2-yl-amino)phenyl]-9H-fluorene), 9,9-비스[4-(N-나프탈렌-1-일-N-페닐아미노)-페닐]-9H-플루오렌(9,9-bis[4-(N-naphthalen-1-yl-N-phenylamino)-phenyl]-9H-fluorene), N,N'-비스(페난트렌-9-일)-N,N'-비스(페닐)-벤지딘(N,N'-bis(phenanthren-9-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidine), 2,2'-비스(N,N-디-페닐-아미노)-9,9-스피로비플루오렌(2,2'-bis(N,N-di-phenyl-amino)-9,9-spirobifluorene), 디-[4-(N,N-디톨리-아미노)-페닐]시클로헥산(Di-[4-(N,N-ditolyl-amino)-phenyl]cyclohexane), 2,2',7,7'-테트라(N,N-디톨리)아미노-9,9-스피로-비플루오렌(2,2',7,7'-tetra(N,N-ditolyl)amino-9,9-spiro-bifluorene), N,N,N',N'-테트라-나프탈렌-2-일-벤지딘(N,N,N',N'-tetra-naphthalen-2-yl-benzidine), N,N,N',N'-테트라-(3-메틸페닐)-3,3'-디메틸벤지딘(N,N,N',N'-tetra-(3-methylphenyl)-3,3'-dimethylbenzidine), N,N'-디(나프탈렌-2-일)-N,N'-디페닐벤젠-1,4-디아민(N,N'-di(naphthalen-2-yl)-N,N'-diphenylbenzene-1,4-diamine), N1,N4-디페닐-N1,N4-디m-톨일벤젠-1,4-디아민(N1,N4-diphenyl-N1,N4-dim-tolylbenzene-1,4-diamine), 트리스(4-(퀴놀린-8-일)페닐)아민(Tris(4-(quinolin-8-yl)phenyl)amine), 2,2'-비스(3-(N,N-디-p-톨일아미노)페닐)비페닐(2,2'-bis(3-(N,N-di-p-tolylamino)phenyl)biphenyl), N,N,N',N'-테트라키스(4-메톡시페닐)벤지딘(N,N,N',N'-tetrakis(4-methoxyphenyl)benzidine), 및 N,N'-디페닐-N,N'-디-[4-(N,N-디톨일-아미노)페닐]벤지딘(N,N'-diphenyl-N,N'-di-[4-(N,N-ditolyl-amino)phenyl]benzidine) 등이 될 수 있다. 다만, 상기의 정공수송물질에 한정되는 것은 아니고, 전자주개 특성이 강한 물질이면 상기 정공수송물질로써 사용이 가능하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층의 전자수송물질은 피리딘기; 트리아진기; 포스핀옥사이드기; 벤조퓨란기; 디벤조퓨란기; 벤조티오펜기; 디벤조티오펜기; 벤조페논기; 및 옥사디아졸기로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 치환기를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층의 전자수송물질은 PBP(4-phenylbenzophenone); t-Bu-PBD (2-(biphenyl-4yl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole); 3TPYMB(tris-[3-(3-pyridyl)mesityl]borane); 및 B3PYMPM(bis-4,6-(3,5-di-3-pyridylphenyl)-2-methylpyrimi-dine)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
t-Bu-PBD의 경우 LUMO 에너지 준위는 2.4 eV이고, HOMO 에너지 준위는 6.1 eV이다. 또한, B3PYMPB의 LUMO 에너지 준위는 3.2 eV이고, HOMO 에너지 준위는 6.8 eV이다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층의 전자수송물질은 2,2',2"-(1,3,5-벤진트리일)-트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(2,2',2"-(1,3,5-benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1H-benzimidazole)), 2-(4-비페닐)-5-(4-테르트-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(2-(4-biphenyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole), 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이트)-4-(페닐페놀라토)알루미늄(Bis(2-methyl-8-quinolinolate)-4-(phenylphenolato)aluminium), 1,3-비스[2-(2,2'-비피리딘-6-일)-1,3,4-옥사디아조-5-일]벤젠(1,3-bis[2-(2,2'-bipyridine-6-yl)-1,3,4-oxadiazo-5-yl]benzene), 6,6'-비스[5-(비페닐-4-일)-1,3,4-옥사디아조-2-일]-2,2'-비피리딜(6,6'-bis[5-(biphenyl-4-yl)-1,3,4-oxadiazo-2-yl]-2,2'-bipyridyl), 3-(4-비페닐)-4-페닐-5-테르트-부틸페닐-1,2,4-트리아졸(3-(4-biphenyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole), 4-(나프탈렌-1-일)-3,5-디페닐-4H-1,2,4-트리아졸(4-(naphthalen-1-yl)-3,5-diphenyl-4H-1,2,4-triazole), 2,9-비스(나프탈렌-2-일)-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(2,9-bis(naphthalen-2-yl)-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), 1,3-비스[2-(4-테르트-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아조-5-일]벤젠(1,3-bis[2-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazo-5-yl]benzene), 트리스(2,4,6-트리메틸-3-(피리딘-3-일)페닐)보레인(Tris(2,4,6-trimethyl-3-(pyridin-3-yl)phenyl)borane), 1-메틸-2-(4-(나프탈렌-2-일)페닐)-1H이미다조[4,5f] [1,10]페난트롤린(1-methyl-2-(4-(naphthalen-2-yl)phenyl)-1Himidazo[4,5f] [1,10]phenanthroline), 페닐-디피레닐포스핀옥사이드 (Phenyl-dipyrenylphosphine oxide), 3,3',5,5'-테트라[(m-피리딜)-펜-3-일]비페닐(3,3',5,5'-tetra[(m-pyridyl)-phen-3-yl]biphenyl), 1,3,5-트리[(3-피리딜)-펜-3-일]벤젠(1,3,5-tri[(3-pyridyl)-phen-3-yl]benzene), 4,4'-비스(4,6-디페닐-1,3,5-트리아진-2-일)비페닐(4,4'-bis(4,6-diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)biphenyl), 1,3-비스[3,5-디(피리딘-3-일)페닐]벤젠(1,3-bis[3,5-di(pyridin-3-yl)phenyl]benzene), 및 디페닐비스(4-(피리딘-3-일)페닐)실란 (Diphenylbis(4-(pyridin-3-yl)phenyl)silane) 등이 될 수 있다. 다만, 상기의 전자수송물질에 한정되는 것은 아니고, 전자친화도가 크고 전자받개 특성이 강한 물질이면 상기 전자수송물질로써 사용이 가능하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층은 NPB(4,4'-bis[N-(1-napthyl)-N-phenyl-amino]-biphenyl)와 PBP(4-phenylbenzophenone)의 전하이동착물; m-MTDATA(4,4'4"-tris[3-methylphenyl(phenyl)amino]triphenylamine)와 t-Bu-PBD (2-(biphenyl-4yl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole)의 전하이동착물; m-MTDATA(4,4'4"-tris[3-methylphenyl(phenyl)amino]triphenylamine)와 3TPYMB(tris-[3-(3-pyridyl)mesityl]borane)의 전하이동착물; 및 TCTA(4,4',4"-tri(N-carbazolyl)triphenylamine)와 B3PYMPM(bis-4,6-(3,5-di-3-pyridylphenyl)-2-methylpyrimi-dine)의 전하이동착물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기의 구체적인 전하이동착체의 경우, 전술한 혼합층의 우수한 효과가 극대화될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층을 포함하는 유기발광소자의 구동 전압은 상기 혼합층을 포함하지 않은 유기발광소자의 구동 전압에 비하여 높지 않고 낮은 구동전압을 나타낸다. 따라서, 본 명세서의 유기발광소자는 우수한 효율을 가질 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층을 포함하는 유기발광소자의 양자 효율은 상기 혼합층을 포함하지 않은 유기발광소자의 양자 효율에 비하여 10 % 이상 향상될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층을 포함하는 유기발광소자의 발광 효율(lm/W)은 상기 혼합층을 포함하지 않은 유기발광소자에 비하여 20 % 이상 향상될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층을 포함하는 유기발광소자는 DF(Delayed Fluorescence)의 적은 공여로 인하여 보다 나은 양자 효율을 얻을 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층을 포함하는 유기발광소자는 형광 또는 인광 발광 소자에서 향상된 양자 효율을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 혼합층을 포함하는 유기발광소자는 형광 소자에서 향상된 양자 효율을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 형광 소자는 형광 블루 소자일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층의 두께는 1 ㎚ 이상 200 ㎚ 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 혼합층의 두께는 1 ㎚ 이상 20 ㎚ 이하, 또는 1 ㎚ 이상 10 ㎚ 이하일 수 있다.
본 명세서의 상기 혼합층을 상기 두께 범위 내에서 형성하는 경우, 상기 혼합층이 발광층의 삼중항 여기자를 재활용하기 수월해진다. 즉, 상기 혼합층이 상기 두께 범위에 있는 경우, 유기발광소자의 효율이 향상된다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기발광소자는 정공주입층; 정공차단층; 전하발생층; 전자차단층; 전하발생층; 및 전자주입층으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 전하발생층(Charge Generating layer)이란 전압을 걸면 정공과 전자가 발생하는 층을 말한다.
본 명세서에 있어서, 전하란 전자 또는 정공을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 양자 효율(Quantum Efficiency)은 주입된 전하 수와 발광하는 광자 수의 비율로 정의된다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전극은 애노드이고, 상기 제2 전극은 캐소드일 수 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전극은 캐소드이고, 상기 제2 전극은 애노드일 수 있다.
일반적으로, 유기발광소자에서는 캐소드로부터 발광층으로 전자가 주입 및 수송되고, 애노드로부터 발광층으로 정공이 주입 및 수송된다.
유기발광소자에서 발광 특성은 소자의 중요한 특성 중의 하나이다. 유기발광소자에서 발광이 효율적으로 이루어지기 위해서는 발광 영역에서의 전하의 균형(charge balance)이 이루어지는 것이 중요하다. 이를 위해서는 캐소드로부터 수송되는 전자와 애노드로부터 수송되는 정공이 양적으로 균형을 이루어질 필요가 있을 뿐만 아니라, 전자와 정공이 만나 함께 엑시톤(exiton)을 형성하는 지점이 발광 영역 내일 필요가 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합층을 포함하는 유기발광소자는 전하 균형을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 명세서의 실시상태에 따른 유기발광소자를 구성하는 각 층에 대하여 구체적으로 설명한다. 이하에서 설명하는 각 층의 물질들은 단일 물질 또는 2 이상의 물질의 혼합물일 수 있다.
애노드
애노드는 금속, 금속 산화물 또는 도전성 폴리머를 포함한다. 상기 도전성 폴리머는 전기전도성 폴리머를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 애노드는 약 3.5 내지 5.5 eV의 일함수 값을 가질 수 있다. 예시적인 도전성 물질의 예는 탄소, 알루미늄, 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 은, 금, 기타 금속 및 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 주석 산화물, 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물 및 기타 이와 유사한 금속 산화물; ZnO:Al 및 SnO2:Sb와 같은 산화물과 금속의 혼합물 등이 있다. 애노드 재료로는 투명 물질이 사용될 수도 있고, 불투명 물질이 사용될 수도 있다. 애노드 방향으로 발광되는 구조의 경우, 애노드는 투명하게 형성될 수 있다. 여기서, 투명이란 유기물층에서 발광된 빛이 투과할 수 있으면 되며, 빛의 투과도는 특별히 한정되지 않는다.
예컨대, 본 명세서에 따른 유기발광소자가 전면발광형이고, 애노드가 유기물층 및 캐소드의 형성 전에 기판 상에 형성되는 경우에는, 애노드 재료로서 투명 물질 뿐만 아니라 광반사율이 우수한 불투명 물질도 사용될 수 있다. 예컨대, 본 명세서에 따른 유기발광소자가 후면발광형이고, 애노드가 유기물층 및 캐소드의 형성 전에 기판 상에 형성되는 경우에는, 애노드 재료로서 투명 물질이 사용되거나, 불투명 물질이 투명하게 될 정도로 박막으로 형성되어야 한다.
발광층 ( EML )
발광층에서는 정공전달과 전자전달이 동시에 일어나므로 발광층은 n형 특성과 p형 특성을 모두 가질 수 있다. 편의상 전자 수송이 정공 수송에 비하여 빠를 경우 n형 발광층, 정공 수송이 전자 수송에 비하여 빠를 경우 p형 발광층이라고 정의할 수 있다.
n형 발광층은 이에 한정되지 않지만 알루미늄 트리스(8-히드록시퀴놀린)(Alq3); 8-히드록시퀴놀린 베릴륨(BAlq); 벤즈옥사졸계 화합물, 벤즈티아졸계 화합물 또는 벤즈이미다졸계 화합물; 폴리플루오렌계 화합물; 실라사이클로펜타디엔(silole)계 화합물 등을 포함한다.
p형 발광층은 이에 한정되는 것은 아니지만 카바졸계 화합물; 안트라센계 화합물; 폴리페닐렌비닐렌(PPV)계 폴리머; 또는 스피로(spiro) 화합물 등을 포함한다.
캐소드
캐소드 물질로는 통상 전자주입이 용이하게 이루어지도록 일함수가 작은 물질이 바람직하다.
예컨대, 본 명세서에서는 캐소드 재료로서 일함수가 2 eV 내지 5 eV인 물질이 사용될 수 있다. 상기 캐소드는 이에 한정되지 않지만 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석 및 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; LiF/Al 또는 LiO2/Al과 같은 다층 구조 물질 등을 포함한다.
상기 캐소드는 상기 애노드와 동일한 물질로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 캐소드로는 앞에서 애노드의 재료로서 예시한 재료들로 형성될 수 있다. 또는, 캐소드 또는 애노드는 투명 물질을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기발광소자는 광추출층을 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 광추출층은 내부 광추출층 또는 외부 광추출층일 수 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기발광소자는 기판을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 유기발광소자는 상기 기판 상에 상기 제1 전극 또는 제2 전극이 구비될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기발광소자는 상기 제1 전극의 유기물층이 구비되는 면과 대향하는 면에 기판을 더 포함하고, 상기 제1 전극의 유기물층이 구비되는 면과 대향하는 면에 구비된 기판과 상기 제1 전극 사이에 내부 광추출층을 더 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 내부 광추출층은 평탄층을 포함할 수 있다.
또는, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기발광소자는 상기 제1 전극의 유기물층이 구비되는 면과 대향하는 면에 기판을 더 포함하고, 상기 기판의 제1 전극이 구비된 면에 대향하는 면에 외부 광추출층을 더 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 외부 광추출층은 평탄층을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 내부 광추출층 또는 외부 광추출층은 광산란을 유도하여, 상기 유기발광소자의 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 구조라면 특별히 제한하지 않는다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 광추출층은 바인더 내에 산란입자가 분산된 구조일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 광추출층은 기판 위에 스핀 코팅, 바 코팅, 슬릿 코팅 등의 방법에 의하여 직접 형성되거나, 필름 형태로 제작하여 부착하는 방식에 의하여 형성될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기발광소자는 플랙시블(flexible) 유기발광소자일 수 있다. 이 경우, 상기 기판은 플랙시블 재료를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 기판은 휘어질 수 있는 박막 형태의 글래스, 플라스틱 기판 또는 필름 형태의 기판일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 플렉시블 유기발광소자의 제조방법은, 1) 캐리어(carrier) 기판 상에 폴리이미드층을 형성하는 단계, 2) 상기 폴리이미드층 상에 박막 글래스(thin glass) 기판을 형성하는 단계, 3) 상기 박막 글래스 기판 상에 유기발광소자를 형성하는 단계, 및 4) 상기 캐리어 기판을 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 1) 단계는 캐리어 기판 상에 폴리이미드층을 형성하는 단계이다. 상기 캐리어 기판은 당 기술분야에 알려진 재료를 이용할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 캐리어 기판은 글래스 기판, 금속 기판, 플라스틱 기판 등을 이용할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 캐리어 기판의 두께는 0.5 mm 내지 0.7 mm일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 폴리이미드층은 당 기술분야에 알려진 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 폴리이미드층은 폴리이미드 필름을 캐리어 기판 상에 라미네이션하는 공정으로 형성할 수도 있고, 폴리아믹산 조성물을 캐리어 기판 상에 코팅하고 경화시켜서 형성할 수도 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 캐리어 기판 상에 폴리이미드층, 박막 글래스 기판 및 유기발광소자를 순차적으로 형성하는 공정은 플레이트 투 플레이트(plate-to-plate) 공정 또는 롤 투 플레이트(roll-to-plate) 공정 뿐만 아니라, 롤투롤(roll-to-roll) 공정을 이용할 수 있다. 특히, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 롤투롤 공정을 이용하여 플렉서블 유기발광소자를 제조할 수 있으므로, 공정비용을 절감할 수 있는 특징이 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 4) 단계는 캐리어 기판을 분리하는 단계일 수 있다. 이 때, 캐리어 기판의 분리방법은 나이프, 레이저 등 당 기술분야에 알려진 방법을 이용할 수 있고, 특히 나이프 만으로도 쉽게 분리할 수 있다.
상기 플라스틱 기판의 재료는 특별히 한정하지는 않으나, 일반적으로 PET, PEN, PEEK 및 PI 등의 필름을 단층 또는 복층의 형태로 포함하는 것일 수 있다.
본 명세서는 상기 유기발광소자를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다. 상기 디스플레이 장치에서 상기 유기발광소자는 화소 또는 백라이트 역할을 할 수 있다. 그 외, 디스플레이 장치의 구성은 당 기술분야에 알려져 있는 것들이 적용될 수 있다.
본 명세서는 상기 유기발광소자를 포함하는 조명 장치를 제공한다. 상기 조명 장치에서 상기 유기발광소자는 발광부의 역할을 수행한다. 그 외, 조명 장치에 필요한 구성들은 당 기술분야에 알려져 있는 것들이 적용될 수 있다.
이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
[ 실시예 ]
ITO 상에 순차적으로, 30 ㎚ 두께의 정공주입층, 45 ㎚ 두께의 제1 정공수송층, 15 ㎚ 두께의 제2 정공수송층, 30 ㎚ 두께의 형광 블루 발광층, 20 ㎚ 두께의 혼합층 및 알루미늄을 적층하여 유기발광소자를 제조하였다. 상기 실시예에 따른 유기발광소자의 양자 효율, 발광효율, 구동 전압에 대한 데이터를 도 5에 나타내었다.
[ 비교예 ]
실시예 1의 혼합층 대신 전자수송층을 형성한 것을 제외하고, 상기 실시예와 동일하게 유기발광소자를 제조하였다. 싱기 비교예에 따른 유기발광소자의 양자 효율, 발광효율, 구동 전압에 대한 데이터를 도 5에 나타내었다.
도 5는 전자수송물질(ETM; elecron transfer material)만 있는 전자수송층을 포함하는 유기발광소자(x = 0; 비교예)와 본원 명세서의 일 실시상태의 정공수송물질과 전자수송물질을 포함하는 혼합층이 구비된 유기발광소자(x > 0; 실시예)의 양자 효율, 발광효율, 구동 전압을 비교한 것이다.
도 5의 x축은 전체 혼합층에서 정공수송물질이 차지하는 비율을 %로 나타낸 것이다.
도 5의 데이터에서 알 수 있듯이, 전자수송층을 대신하여 본 명세서의 혼합층이 구비된 경우, 양자 효율 및 발광효율이 우수하고, 구동전압이 낮은 것을 알 수 있다.
101: 애노드
201: 정공수송층
301: 혼합층
401: 발광층
501: 전자수송층
601: 캐소드

Claims (26)

  1. 제1 전극; 제2 전극; 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 2 이상의 유기물층을 포함하고,
    상기 유기물층은 발광층; 전자수송층; 정공수송층 및 1 이상의 정공수송물질과 1 이상의 전자수송물질을 포함하는 혼합층을 포함하며,
    상기 제1 전극은 애노드이고, 상기 제2 전극은 캐소드이며,
    상기 혼합층은 상기 발광층에 접하여 구비되고,
    상기 혼합층은 상기 정공수송층과 상기 발광층 사이, 또는 상기 전자수송층과 상기 발광층 사이에 구비되며,
    상기 혼합층은 상기 정공수송물질과 상기 전자수송물질의 전하이동착물을 포함하고,
    상기 혼합층 내의 여기자의 결합에너지가 상기 정공수송물질 또는 상기 전자수송물질의 여기자의 결합에너지 보다 큰 값을 갖도록 상기 혼합층의 정공수송물질과 전자수송물질의 HOMO 에너지 준위의 차이는 0.2 eV 이상이며,
    상기 혼합층의 정공수송물질과 전자수송물질의 LUMO 에너지 준위 차이는 0.2 eV 이상이고,
    상기 혼합층의 전자수송물질의 LUMO 에너지 준위와 정공수송물질의 HOMO 에너지 준위의 차이는 2 eV 이상인 것인 유기발광소자.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 혼합층의 정공수송물질과 전자수송물질의 질량비는 1:4 내지 4:1인 것인 유기발광소자.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 혼합층의 정공수송물질과 전자수송물질의 이온화전위(ionization potential)의 차이는 0.2 eV 이상인 것인 유기발광소자.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 혼합층의 정공수송물질과 전자수송물질의 전자친화도(electron affinity)의 차이는 0.2 eV 이상인 것인 유기발광소자.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 혼합층의 전자수송물질의 전자친화도와 정공수송물질의 이온화전위의 차이는 2 eV 이상인 것인 유기발광소자.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 혼합층의 정공수송물질은 방향족 아민기; 디톨리아민기; 방향족 아닐린기; 인돌로 아크리딘기; 및 방향족 실란기로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 치환기를 포함하는 것인 유기발광소자.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 혼합층의 전자수송물질은 피리딘기; 포스핀옥사이드기; 벤조퓨란기; 디벤조퓨란기; 벤조티오펜기; 디벤조티오펜기; 벤조페논기; 및 옥시다졸기로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 치환기를 포함하는 것인 유기발광소자.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 혼합층의 정공수송물질은 NPB(4,4'-bis[N-(1-napthyl)-N-phenyl-amino]-biphenyl)와 PBP(4-phenylbenzophenone); m-MTDATA(4,4'4"-tris[3-methylphenyl(phenyl)amino]triphenylamine); 및 TCTA(4,4',4"-tri(N-carbazolyl)triphenylamine)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인 유기발광소자.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 혼합층의 전자수송물질은 PBP(4-phenylbenzophenone); t-Bu-PBD (2-(biphenyl-4yl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole); 3TPYMB(tris-[3-(3-pyridyl)mesityl]borane); 및 B3PYMPM(bis-4,6-(3,5-di-3-pyridylphenyl)-2-methylpyrimi-dine)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인 유기발광소자.
  16. 삭제
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 혼합층은 NPB(4,4'-bis[N-(1-napthyl)-N-phenyl-amino]-biphenyl)와 PBP(4-phenylbenzophenone)의 전하이동착물; m-MTDATA(4,4'4"-tris[3-methylphenyl(phenyl)amino]triphenylamine)와 t-Bu-PBD (2-(biphenyl-4yl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole)의 전하이동착물; m-MTDATA(4,4'4"-tris[3-methylphenyl(phenyl)amino]triphenylamine)와 3TPYMB(tris-[3-(3-pyridyl)mesityl]borane)의 전하이동착물; 및 TCTA(4,4',4"-tri(N-carbazolyl)triphenylamine)와 B3PYMPM(bis-4,6-(3,5-di-3-pyridylphenyl)-2-methylpyrimi-dine)의 전하이동착물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인 유기발광소자.
  18. 청구항 1에 있어서,
    상기 혼합층의 두께는 1 ㎚이상 200 ㎚ 이하인 것인 유기발광소자.
  19. 청구항 1에 있어서,
    상기 유기발광소자는 정공주입층; 정공차단층; 전하발생층; 전자차단층; 전하발생층; 및 전자주입층으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 더 포함하는 것인 유기발광소자.
  20. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 전극의 유기물층이 구비되는 면과 대향하는 면에 구비된 기판을 더 포함하고,
    상기 기판과 상기 제1 전극 사이에 구비된 내부 광추출층을 더 포함하는 것인 유기발광소자.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 내부 광추출층은 평탄층을 포함하는 것인 유기발광소자.
  22. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 전극의 유기물층이 구비되는 면과 대향하는 면에 구비된 기판을 더 포함하고,
    상기 기판의 제1 전극이 구비되는 면과 대향하는 면에 외부 광추출층을 더 포함하는 것인 유기발광소자.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 외부 광추출층은 평탄층을 포함하는 것인 유기발광소자.
  24. 청구항 1에 있어서,
    상기 유기발광소자는 플랙시블(flexible) 유기발광소자인 것인 유기발광소자.
  25. 청구항 1, 5, 9 내지 15, 17 내지 24 중 어느 한 항에 따른 유기발광소자를 포함하는 디스플레이 장치.
  26. 청구항 1, 5, 9 내지 15, 17 내지 24 중 어느 한 항에 따른 유기발광소자를 포함하는 조명 장치.
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