KR101859482B1 - 유기 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2 이상의 파장을 구현하기 위해 서로 다른 발광층을 오버랩하여 적층하는 구조에 있어서 수명 및 효율을 향상시킨 유기 발광 소자에 관한 것으로, 본 발명의 유기 발광 소자는 서로 대향된 제 1 전극 및 제 2 전극;과, 상기 제 1, 제 2 전극 사이에 서로 다른 층에 서로 다른 파장의 광을 발광하도록 형성된 제 1 발광층 및 제 2 발광층;과, 상기 제 1 발광층 및 제 2 발광층 사이에 중간 연결층;과, 상기 제 1 전극과 제 1 발광층 사이의 정공 수송층;과, 상기 제 2 전극과 상기 제 2 발광층 사이의 전자 수송층을 포함하여 이루어지며, 상기 제 1 발광층과 제 2 발광층은 각각 둘 이상의 호스트를 포함하며, 상기 중간 연결층은 상기 둘 이상의 호스트 중 절대값이 작은 HOMO 에너지 준위를 갖는 호스트의 에너지 밴드갭 내에 포함되는 에너지 밴드갭을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

유기 발광 소자 {Organic Light Emitting Device}
본 발명은 유기 발광 소자에 관한 것으로 특히, 2 이상의 파장을 구현하기 위해 발광층을 오버랩하여 적층하는 구조에 있어서 수명 및 효율을 향상시킨 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 액정표시장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 플라즈마 표시장치(Plasma Display Panel device: PDP), 전계방출 표시장치(Field Emission Display device: FED), 유기 발광 표시 장치(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 어플리케이션(application)으로 고려되고 있다.
이러한 유기 발광 표시 장치에는, 구동을 위한 박막 트랜지스터와 이와 연결된 유기 발광 소자의 형성이 필수적이며, 유기 발광 소자는 기본적으로 서로 대향된 양극과 음극과, 상기 양극과 음극 사이에 발광을 위한 발광층을 구비하여 이루어진다.
유기 발광 소자는 여러 형태로 구현 가능하다. 최근 유기 발광 표시 장치에 내에, 상기 발광층을 화소별로 패터닝하지 않고, 서로 다른 색상의 발광층을 오버랩하여 적층시켜 표시하는 구조가 제안되고 있다.
이 경우, 유기 발광 소자는, 양극과 음극 사이의 각 층을 마스크 없이 증착시키는 것으로, 양극, 정공 수송층, 제 1 발광층, 제 2 발광층, 전자 수송층, 음극의 순으로 증착하되, 양극과 음극 사이에 각 층을 유기물로, 차례로 그 성분을 달리하여 진공 상태에서 전면 증착한다.
이와 같이 형성되는 유기 발광 소자는, 유기 발광 표시 장치 외에도 박형 광원, 액정표시장치의 백라이트에도 쓰일 수 있는 등 여러 용도를 가지고 있는 소자이다.
이러한 유기 발광 소자의 각 발광층에는 단일 호스트와 해당 발광층이 발광하는 색상용 도펀트가 포함되어 있으며, 각 발광층 내로 유입된 전자, 정공의 결합 작용에 의해 발광층에서 해당 색상이 발광된다.
유기 발광 소자 내 필수적으로 구성되는 발광층을 정공 또는 전자의 한가지 이동 특성이 강한 단일 호스트와 해당 색상용 단일 도펀트를 포함하여 설계할 경우, 좁은 에너지 밴드갭을 가지게 되며, 정공과 전자가 전자 수송층 또는 정공 수송층으로 누설되어 발광층 내에서 엑시톤(exciton)을 형성하지 못하거나, 재결합으로 형성된 엑시톤이 누설되는 확률이 커짐으로, 정공/전자간의 결합에 의한 여기 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
특히, 서로 다른 색상의 광을 발광하는 복수개의 발광층을 적층하여 갖는 구조에서, 각 발광층 내에 엑시톤이 제한(confinement)되기 힘들다.
이를 개선하기 위해 서로 다른 발광층 사이의 층간에 버퍼 역할을 하는 버퍼층을 삽입하여 유기 발광 소자를 구현하는 바가 제한되지만, 실질적으로 버퍼층이 차지 밸런스(charge balance)를 맞추기 힘들어, 엑시톤의 누설이 발생하여, 발광 효율이 낮아지는 문제점이 있다.
또한, 서로 다른 발광층 사이의 층간에 삽입된 버퍼층은 소자의 구동 전압을 상승시키는 원인이 되어 소자 수명을 저하시킬 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 2 이상의 파장을 구현하기 위해 서로 다른 발광층을 오버랩하여 적층하는 구조에 있어서 수명 및 효율을 향상시킨 유기 발광 소자를 제공하는 데, 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유기 발광 소자는 서로 대향된 제 1 전극 및 제 2 전극;과, 상기 제 1, 제 2 전극 사이에 서로 다른 층에 서로 다른 파장의 광을 발광하도록 형성된 제 1 발광층 및 제 2 발광층;과, 상기 제 1 발광층 및 제 2 발광층 사이에 중간 연결층;과, 상기 제 1 전극과 제 1 발광층 사이의 정공 수송층;과, 상기 제 2 전극과 상기 제 2 발광층 사이의 전자 수송층을 포함하여 이루어지며, 상기 제 1 발광층과 제 2 발광층은 각각 둘 이상의 호스트를 포함하며, 상기 중간 연결층은 상기 둘 이상의 호스트 중 절대값이 작은 HOMO 에너지 준위를 갖는 호스트의 에너지 밴드갭 내에 포함되는 에너지 밴드갭을 갖는 것을 그 특징으로 한다.
상기 제 1 발광층 및 제 2 발광층은, 각각 제 1 HOMO 에너지 준위와 제 1 LUMO 에너지 준위를 갖는 제 1 호스트와, 상기 제 1 HOMO 에너지 준위보다 절대값이 작은 제 2 HOMO 에너지 준위와 상기 제 1 LUMO 에너지 준위보다 절대값이 작은 제 2 LUMO 에너지 준위를 갖는 제 2 호스트를 포함할 수 있다.
또한, 그 예로 상기 제 1 HOMO 에너지 준위의 절대값은 5.8eV 이상이며, 제 1 LUMO 에너지 준위의 절대 값은 2.7eV 이상이며, 상기 제 2 HOMO 에너지 준위의 절대값은 5.5eV 이하이며, 제 2 LUMO 에너지 준위의 절대 값은 2.5eV 이하일 수 있다. 이 경우, 상기 제 1 호스트와 제 2 호스트 각각의 삼중항 에너지 준위는 2.2eV 내지 3.0eV인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 상기 제 1 호스트와 제 2 호스트 각각의 삼중항 에너지 준위는 2.6eV 이상이며, 2.8eV 이하일 수 있다.
또한, 상기 중간 연결층은, HOMO 에너지 준위의 절대 값이 5.5eV 이하이며, LUMO 에너지 준위의 절대값은 2.5eV 이상일 수 있다. 이 경우, 상기 중간 연결층은 정공 이동도가 5.5 ×10-5 ㎠/s·V 이상인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 중간 연결층은 비대칭 구조에 분자량이 400 이상인 물질을 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 중간 연결층은 아릴 아민(aryl amine) 계열의 치환기, 티오펜(thiophene) 유도체, 벤조티오펜(benzothiophene) 유도체, 티아졸(thiazole) 유도체, 카바졸(carbazole) 유도체 및 옥사졸(oxazole) 유도체 중 적어도 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 중간 연결층은 일층 이상일 수 있다.
또한, 상기 제 2 발광층과 전자 수송층 사이에, 중간 연결층을 개재하여 상기 제 1, 제 2 발광층과 다른 색상의 광을 발광하는 제 3 발광층을 더 포함할 수도 있다.
상기와 같은 본 발명의 유기 발광 소자는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 서로 다른 색상의 광을 발광하는 인광 발광층을 복수층 적층하는 구조로 구현된 유기 발광 소자에서, 서로 다른 정공/전자 전달 특성을 갖는 2 이상의 호스트를 포함하여 인광 발광층을 형성하고, 각 인광 발광층 층간 사이에 중간 연결층을 형성하여, 발광층 내로 엑시톤 및 캐리어들이 제한되도록 하여, 에너지 누설에 의한 효율 저하를 방지할 수 있다.
둘째, 중간 연결층의 에너지 밴드갭을, 상기 인광 발광층의 정공 전달 특성에 가까운 호스트의 에너지 밴드갭 안쪽에 들어오도록 하여 설정하여, 구동 전압 상승을 방지할 수 있다. 또한, 중간 연결층을 이루는 물질이 정공 이동도가 큰 재료를 갖는 재료로 선택하여, 인광 발광 소자의 특성인 전자 상승 효과를 감쇄해줄 수 있어, 이로 인해 구동 전압을 더욱 저하시킬 수 있다.
셋째, 중간 연결층의 재료로 비대칭 구조의 분자량이 400 이상인 유기물을 사용함으로써, 내구성을 강화시켜 소자의 수명을 보다 향상시킬 수 있다.
넷째, 서로 다른 발광층을 적층시킨 백색 유기 발광 소자에 있어서, 인광 발광층에 서로 다른 전달 특성의 2개의 호스트를 포함시켜 와이드 에너지 밴드갭 특성을 갖게 하여, 정공, 전자를 발광층 안에 한정시켜 재결합률을 향상시키고, 엑시톤(여기자)가 인접한 층으로 누설되는 막아줌으로써, 발광 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 유기 발광 소자를 나타낸 단면도
도 2는 도 1의 발광층간의 에너지 밴드갭을 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 유기 발광 소자와 비교예의 파장에 따른 빛의 세기를 나타낸 그래프
도 4는 본 발명의 유기 발광 소자와 비교예의 수명을 나타낸 그래프
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 유기 발광 소자를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 유기 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 1과 같이, 본 발명의 유기 발광 소자는 서로 대향된 제 1 전극(110) 및 제 2 전극(170)과, 상기 제 1, 제 2 전극(110, 170) 사이에 서로 다른 층에 서로 다른 파장의 광을 발광하도록 형성된 제 1 발광층(140) 및 제 2 발광층(240)과, 상기 제 1 발광층(140) 및 제 2 발광층(240) 사이에 중간 연결층(intermediate layer)(150)과, 상기 제 1 전극(110)과 제 1 발광층(140) 사이의 정공 수송층(130)과, 상기 제 2 전극(170)과 상기 제 2 발광층(240) 사이의 전자 수송층(160)을 포함하여 이루어진다.
한편, 도시된 도면에서 추가적으로 정공 주입층(120)이 상기 제 1 전극(110) 상에 포함되어 있는데, 이는 생략 가능하다.
여기서, 상기 정공 주입층(120)과 정공 수송층(130)은 하나의 층으로 형성할 수도 있고, 혹은 각각의 층을 복수층으로 구분하여 형성할 수도 있다.
또한, 상기 전자 수송층(160) 외에 상기 전자 수송층(160)과 제 2 전극(170) 사이에 전자 주입층을 더 포함시킬 수도 있다.
상기 제 1, 제 2 전극(110, 170)은 각각 양극과 음극이며, 둘 중 어느 하나가 기판 상에 형성될 수 있다. 이 경우, 기판 상에는 각 화소에서 유기 발광 소자를 구동하기 위한 박막 트랜지스터 어레이가 구비되며, 상기 각 화소에서 박막 트랜지스터와 상기 제 1 전극(110) 또는 제 2 전극(170)이 접속된다. 그리고, 박막 트랜지스터와 접속되는 전극은 화소별로 패터닝되어 각 화소별 인가되는 영상 데이터 전압 신호 인가에 따라 제어될 수 있다.
도 1에 도시된 예에서, 발광층은 2층이 적층된 예를 나타냈지만, 이는 가장 기본적인 구조이며, 각 발광층 사이에 중간 연결층을 더 개재하여 3층 이상의 발광층을 구비하는 것도 가능할 것이다.
예를 들어, 3층의 발광층을 구비할 경우에는, 상기 제 2 발광층(240)과 전자 수송층(130) 사이에 상기 제 1, 제 2 발광층(140, 240)과 다른 색상의 광을 발광하는 제 3 발광층(미도시)을 더 포함하는 것이며, 이 경우, 상기 제 2 발광층(240)과 추가된 제 3 발광층 사이에는 중간 연결층이 더 포함되는 것이다.
그리고, 상기 제 1, 제 2 발광층(140, 240)은 각각 인광 방식으로 발광하는 재료로 이루어진 것으로, 이론적으로 75%의 효율을 갖는 것으로 형광 방식 대비 3배의 효율을 갖는다. 이러한 제 1, 제 2 발광층(140, 240) 각각은 2개 이상의 호스트와 각 호스트 물질의 체적대비 해당 색상의 광을 발광시키는 색상 도펀트가 10% 이내의 소량으로 포함된다. 각 발광층에 포함되는 도펀트일 수도 있고, 2개 이상의 도펀트일 수도 있다. 후자의 경우는, 하나의 발광층에 포함되는 도펀트들이 혼색하여 한 가지 색상을 발현할 수 있다.
한편, 본 발명의 유기 발광 소자는, 화소별 구분없이 발광층이 형성되는 것으로, 제 1, 제 2 전극 사이의 발광층을 포함한 유기막들을 마스크 없이 형성 가능하다. 또한, 이와 같이 발광층들이 오버랩되어 적층되는 구조에서, 여기자가 발광층 내에 제한(confinement)되기 힘들어 발광 효율이 떨어지는 문제점을 해결하며, 발광층 간에 중간 연결층을 더 형성하며, 구동 전압 상승을 방지하기 위해, 상기 발광층과 중간 연결층간 에너지 밴드갭을 특정 조건으로 한 것이다.
이하에서, 발광층과 중간 연결층간 에너지 밴드갭 조건을 설명한다.
상기 제 1 발광층(140)과 제 2 발광층(240)은 각각 둘 이상의 호스트를 포함하며, 상기 중간 연결층(150)은 상기 둘 이상의 호스트 중 절대값이 작은 HOMO 에너지 준위를 갖는 호스트의 에너지 밴드갭(E2) 내에 포함되는 에너지 밴드갭(EI)을 갖는 것을 그 특징으로 한다.
이하의 설명에서 상기 호스트는 서로 다른 특성의 2개의 호스트를 이용한 예를 설명한다.
도 2는 도 1의 발광층간의 에너지 밴드갭을 나타낸 도면이다.
이 경우, 각 발광층의 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)/LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 에너지 준위를 살펴보면 다음과 같다.
도 2의 에너지 벤다이어그램에서의 HOMO/LUMO 값은 각각 (-) 값을 나타내는 것으로, 편의상 절대 값으로 설명한다.
즉, 도 2와 같이, 상기 제 1 발광층(140) 및 제 2 발광층은, 각각 제 1 HOMO 에너지 준위(H1)와 제 1 LUMO 에너지 준위(L1)를 갖는 제 1 호스트(h1)와, 상기 제 1 HOMO 에너지 준위(H1)보다 절대값이 작은 제 2 HOMO 에너지 준위(H2)와 상기 제 1 LUMO 에너지 준위(L1)보다 절대값이 작은 제 2 LUMO(L2)를 갖는 제 2 호스트(h2)를 포함할 수 있다.
또한, 그 예로 상기 제 1 HOMO 에너지 준위(H1)의 절대값은 5.8eV 이상이며, 제 1 LUMO 에너지 준위(L1)의 절대 값은 2.7eV 이상이며, 상기 제 2 HOMO 에너지 준위(H2)의 절대값은 5.5eV 이하이며, 제 2 LUMO 에너지 준위(L2)의 절대 값은 2.5eV 이하로 설정한다.
이 때, 상기 제 1 호스트(h1)와 제 2 호스트(h2) 각각의 삼중항 에너지 준위(T1)는 2.2eV 내지 3.0eV인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 상기 제 1 호스트(h1)와 제 2 호스트(h2) 각각의 삼중항 에너지 준위는 2.6eV 이상이며, 2.8eV 이하일 수 있다.
여기서, 상기 제 1, 제 2 발광층에 이용되는 2가지 중 에너지 밴드갭(LUMO-HOMO)이 상대적으로 위쪽에 있는 제 2 호스트(h2)는 정공 전달 특성이 강한 것이고, 상대적으로 에너지 밴드갭(LUMO-HOMO)이 아래쪽에 있는 제 1 호스트(h1)은 전자 전달 특성이 강한 것이다.
상기 제 1, 제 2 발광층(140, 240)에는 각각 제 1, 제 2 호스트(h1, h2)가 포함되는 데, 이러한 혼합된 호스트들은 각 발광층에서 동일하게 이용될 수도 있고, 혹은 상술한 HOMO/LUMO 에너지 준위의 조건을 유지한 상태로, 다른 재료로 선택하여 서로 다른 HOMO/LUMO 에너지 준위 값을 가질 수도 있다. 어느 경우나, 각 발광층과 중간 연결층간의 에너지 준위 관계는 앞서 설명한 조건을 만족하는 것으로 해당 재료를 선택하여야 할 것이다.
한편, 상기 중간 연결층(150)은, HOMO 에너지 준위(H3)의 절대 값이 5.5eV 이하이며, LUMO 에너지 준위(L3)의 절대값은 2.5eV 이상이다. 이러한 조건에서는 제 2 호스트(h2)의 에너지 밴드갭(E2) 내에 포함되도록 상기 중간 연결층(150)의 에너지 밴드갭(EI)이 형성된다.
이 경우, 상기 중간 연결층(150)은 정공 이동도가 5.5 ×10-5 ㎠/s·V 이상인 것으로 하여, 각 발광층으로의 정공 수송 능력을 향상시키도록 한다. 이로써, 발광층에서 정공이 누설되지 않게 하며, 특히, 상대적으로 발광 효율이 더 떨어질 수 있는 상부 발광층(도 1의 제 2 발광층)으로 정공들이 수송이 용이하게 이루어지도록 할 수 있다.
또한, 상기 각 발광층 사이의 층간에 위한 중간 연결층(150) 구비에 의해, 적정의 차지 밸런스를 갖게 하고, 각 발광층에서 정공/전자 재결합률이 향상되어, 발광층 내의 여기자(exiton)의 제한(confinement)이 이뤄지게 하여, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 중간 연결층(150)으로서 상술한 에너지 밴드갭 조건을 갖도록 하기 위해서는, 예를 들어, 비대칭 구조에 분자량이 400 이상인 유기물을 포함하여 이루어질 수 있다.
이러한 재료 사용으로, 내구성을 강화시켜 소자의 수명을 보다 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 중간 연결층(150)은 아릴 아민(aryl amine) 계열의 치환기, 티오펜(thiophene) 유도체, 벤조티오펜(benzothiophene) 유도체, 티아졸(thiazole) 유도체, 카바졸(carbazole) 유도체 및 옥사졸(oxazole) 유도체 중 적어도 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 중간 연결층(150)은 도시된 바와 같이, 일층으로 형성될 수도 있고, 혹은 이층 이상으로 형성될 수 있다. 전체 유기 발광 소자의 두께와 제 1, 제 2 발광층의 발광색의 파장에 근거하여 중간 연결층(150)의 두께 및 층 수는 가감될 수 있다.
한편, 본 발명의 발명자들은, 본 발명의 유기 발광 소자와 같이, 2개 이상의 호스트를 적용한 예와, 단일의 호스트를 적용한 비교예의 효율 및 수명을 비교한 실험을 진행하였다. 실험의 결과를 도 3 및 4와 표 1을 근거로 설명한다.
여기서, 실험을 진행한 본 발명의 유기 발광 소자는 2개의 호스트에 단일 도펀트를 적용하여 실험하였고, 발광층간 상술한 특성의 중간 연결층을 구비한다.
비교예는 발광층에 단일 호스트를 사용한 점만이 본 발명의 유기 발광 소자와 다르고, 나머지 조건은 동일하게 하여 실험을 진행하였다.
Figure 112011103612054-pat00001
도 3은 본 발명의 유기 발광 소자와 비교예의 파장에 따른 빛의 세기를 나타낸 그래프이다.
도 3과 같이, 본 발명의 유기 발광 소자는, 비교예가 발광 피크 600nm 에서 0.033 a.u. 정도의 빛의 세기를 갖는데 반해, 0.053 이상의 빛의 세기(a.u.)를 갖는 것으로, 비교예 대비 발광 피크에서 60% 이상 세기가 상승함을 알 수 있다.
보다 구체적으로 표 1을 통해 살펴보면, 광효율(lm/W)이 비교예는 10.3 lm/W인데 반해 본 발명의 유기 발광 소자는 16.9l m/W인 것으로, 상기 도 3의 그래프의 결과와 유사하게 본 발명이 약 60% 정도의 광효율 상승 효과를 가짐을 알 수 있다.
휘도가 본 발명의 유기 발광 소자는 20.3Cd/A인데, 반해 단일 호스트를 적용한 비교예는 11.4Cd/A로, 비교예 대비 본 발명이 80% 이상의 휘도 상승이 있음을 알 수 있다.
또한, 외부 양자 효율(EQE(%))을 보더라도, 본 발명의 유기 발광 소자가 8.7%, 비교예가 5.2%로, 효율 역시 비교예 대비 본 발명이 약 60% 이상의 상승 효과가 있음을 알 수 있다.
그리고, 단위 면적 대비 휘도의 효과는 상기 휘도 효과와 유사한 것으로, 본 발명이 2033Cd/m2 이고, 비교예가 1144Cd/m2임을 나타내었다.
각각의 구동 전압은 본 발명의 유기 발광 소자가 3.79V, 비교예가 3.5V로 약간의 차이가 있으나, 휘도/광효율/외부 양자 효율 등이 상승한 효과 대비 본 발명에서 약간의 구동 전압 상승 정도는 무시할 정도이다.
한편, 색좌표(CIEx, CIEy)는 본 발명의 유기 발광 소자가 (0.532, 0.461), 비교예가 (0.549, 0.446)으로, 유사한 정도를 나타내었다.
도 4는 본 발명의 유기 발광 소자와 비교예의 수명을 나타낸 그래프이다.
또한, 도 4와 같이, 본 발명의 유기 발광 소자와 비교예의 수명을 비교하면, 초기 휘도 대비 80% 정도 휘도가 저하된 수준까지를 볼 때, 비교예는 약 40시간인데, 본 발명은 160시간 이상으로, 약 4배 이상의 수명 상승 효과가 있는 것으로, 본 발명의 유기 발광 소자 적용 실질적인 안정성이 확보됨을 확인할 수 있었다.
한편, 상기 각 발광층에서 도펀트의 에너지 밴드갭은 도시하지 않았지만, 제 1, 제 2 호스트(h1, h2)의 에너지 밴드갭 내에 포함되도록 설계하는 것이 발광 효율 측면에서 바람직하다.
상술한 에너지 밴드갭을 갖는 조건으로 제 2 발광층의 제 1, 제 2 호스트의 에너지 밴드갭의 조건을 갖도록 설계하여, 본 발명은 복수개의 호스트를 혼합하여 발광층을 구성하는 구조에서, 와이드 밴드갭을 꾀하며, 정공의 유입이 자유롭고, 정공과 전자간 재결합률이 향상된 구조를 얻을 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 유기 발광 소자는, 서로 다른 색상의 광을 발광하는 인광 발광층을 복수층 적층하는 구조로 구현된 유기 발광 소자에서, 서로 다른 정공/전자 전달 특성을 갖는 2 이상의 호스트를 포함하여 인광 발광층을 형성하고, 각 인광 발광층 층간 사이에 중간 연결층을 형성하여, 발광층 내로 엑시톤 및 캐리어들이 제한되도록 하여, 에너지 누설에 의한 효율 저하를 방지할 수 있다.
또한, 서로 다른 발광층을 적층시킨 백색 유기 발광 소자에 있어서, 각 인광 발광층에 서로 다른 전달 특성의 2개의 호스트를 포함시켜 와이드 에너지 밴드갭 특성을 갖게 하여, 정공, 전자를 발광층 안에 한정시켜 재결합률을 향상시키고, 엑시톤(여기자)가 인접한 층으로 누설되는 막아줌으로써, 발광 효율을 높일 수 있다.
또한, 중간 연결층의 에너지 밴드갭을, 상기 인광 발광층의 정공 전달 특성에 가까운 호스트의 에너지 밴드갭 안쪽에 들어오도록 하여 설정하여, 구동 전압 상승을 방지할 수 있다. 또한, 중간 연결층을 이루는 물질이 정공 이동도가 큰 재료를 갖는 재료로 선택하여, 인광 발광 소자의 특성인 일방적인 전자 상승을 방지하여, 이로 인해 구동 전압을 더욱 저하시킬 수 있다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.
110: 제 1 전극 120: 정공 주입층
130: 정공 수송층 140: 제 1 발광층
150: 중간 연결층 160: 전자 수송층
170: 제 2 전극 240: 제 2 발광층

Claims (12)

  1. 서로 대향된 제 1 전극 및 제 2 전극;
    상기 제 1, 제 2 전극 사이에 서로 다른 층에 서로 다른 파장의 광을 발광하도록 형성된 제 1 발광층 및 제 2 발광층;
    상기 제 1 발광층 및 제 2 발광층 사이에 중간 연결층;
    상기 제 1 전극과 제 1 발광층 사이의 정공 수송층;
    상기 제 2 전극과 상기 제 2 발광층 사이의 전자 수송층을 포함하여 이루어진 유기 발광 소자에 있어서,
    상기 제 1 발광층과 제 2 발광층은 각각 둘 이상의 호스트한 인광 발광층들이며,
    상기 중간 연결층은 상기 둘 이상의 호스트 중 절대값이 작은 HOMO 에너지 준위를 갖는 호스트의 에너지 밴드갭 내에 포함되는 에너지 밴드갭을 가지며, 정공 이동도가 5.5 ×10-5 ㎠/s·V 이상인 재료로만 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 발광층 및 제 2 발광층은, 각각
    제 1 HOMO 에너지 준위와 제 1 LUMO 에너지 준위를 갖는 제 1 호스트와,
    상기 제 1 HOMO 에너지 준위보다 절대값이 작은 제 2 HOMO 에너지 준위와 상기 제 1 LUMO 에너지 준위보다 절대값이 작은 제 2 LUMO 에너지 준위를 갖는 제 2 호스트를 포함한 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 HOMO 에너지 준위의 절대값은 5.8eV 이상이며, 제 1 LUMO 에너지 준위의 절대 값은 2.7eV 이상이며,
    상기 제 2 HOMO 에너지 준위의 절대값은 5.5eV 이하이며, 제 2 LUMO 에너지 준위의 절대 값은 2.5eV 이하인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제 1 호스트와 제 2 호스트 각각의 삼중항 에너지 준위는 2.2eV 내지 3.0eV인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 1 호스트와 제 2 호스트 각각의 삼중항 에너지 준위는 2.6eV 이상이며, 2.8eV 이하인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 중간 연결층은, HOMO 에너지 준위의 절대 값이 5.5eV 이하이며, LUMO 에너지 준위의 절대값은 2.5eV 이상인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 중간 연결층은 비대칭 구조에 분자량이 400 이상인 물질을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 중간 연결층은 아릴 아민(aryl amine) 계열의 치환기, 티오펜(thiophene) 유도체, 벤조티오펜(benzothiophene) 유도체, 티아졸(thiazole) 유도체, 카바졸(carbazole) 유도체 및 옥사졸(oxazole) 유도체 중 적어도 어느 하나를 포함한 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 중간 연결층은 일층 이상인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 발광층과 전자 수송층 사이에 상기 제 1, 제 2 발광층과 다른 색상의 광을 발광하는 제 3 발광층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제 3 발광층과 제 2 발광층 사이에, 중간 연결층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
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