KR101926518B1

KR101926518B1 - 유기 발광 소자

Info

Publication number: KR101926518B1
Application number: KR1020110136864A
Authority: KR
Inventors: 서정대; 피성훈; 김효석; 전은주; 김신한
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2018-12-11
Also published as: KR20130069237A

Abstract

본 발명은 새로운 인광 호스트 재료를 이용하여 구동 전압을 낮추고 소자 효율을 향상시킨 유기 발광 소자에 관한 것으로, 서로 대향된 제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에, 차례로 형성된 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층을 갖는 유기 발광 소자에 있어서, 상기 발광층은 하기 화학식:

(R1, R2, R3, R4, R5, R6는 독립적으로 수소 또는 탄소수가 6개 내지 30개의 방향족 고리에서 선택되거나 N, O, S, P 중 어느 하나의 원소를 갖는 탄소 수가 4개 내지 28개의 이형 고리에서 선택되며, R7 및 R8은 벤젠고리를 포함한다)로 표현되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

유기 발광 소자 {Organic Light Emitting Device}

본 발명은 유기 발광 소자에 관한 것으로 특히, 새로운 인광 호스트 재료를 이용하여 구동 전압을 낮추고 소자 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 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 어플리케이션(application)으로 고려되고 있다.

한편, 상기 유기 발광 표시 장치는 발광층에서 이루어지는 발광 원리에 따라 인광형과 형광형으로 구분된다. 상대적으로 인광형의 경우 TTA(Triplet-Triplet Annihilation)에 의해 효율을 높일 수 있어, 상대적으로 인광 발광을 이용할 경우 형광 발광보다는 효율이 더 좋다.

이러한 유기 발광 소자는 양극과 음극 상에 형성된 유기물층에 전하를 주입하면 전자와 정공이 쌍을 이룬 후 소멸하면서 빛을 내는 소자이다. 이는 플라스틱같이 구부려질 수 있는 기판 상에도 형성할 수 있을 뿐 아니라, 플라즈마 디스플레이 패널이나 무기 전계 발광 소자에 비해 낮은 전압(10V)으로 구동이 가능하며, 또한 전력 소모가 비교적 적어 색감이 뛰어나다는 장점이 있다. 또한, 유기 발광 소자는 녹색, 청색, 적색의 3가지 색을 나타낼 수 있어, 차세대 풍부한 색을 표현하는 표시 장치로 많은 사람들의 관심의 대상이 되고 있다.

일반적으로, 유기 발광 소자는 ITO 등으로 이루어진 양극(anode)과 Al 등으로 이루어진 음극(cathode) 사이에 유기물층을 그 기능별로 적층하고 전기장을 가함으로 빛을 내는 소자로서, 낮은 전압에서 구동이 가능하고, 전력 소모가 비교적 적고, 또한 가볍고 플렉서블(flexible)한 기판 위에도 소자제작이 가능하다.

그리고, 상기 양극과 음극 사이에는, 기본적으로 양극과 음극 사이에 에너지 밴드갭을 조성하는 호스트와, 발광 색상을 결정하는 호스트를 포함하여 발광층을 포함한다.

이와 같이 제작되는 일반적인 유기 발광 소자들은 사용되는 재료 및 적층 구조, 그리고 양극의 표면 처리 조건 등에 따라 소자의 수명 및 효율에 큰 변화를 가져온다.

현재 유기 발광 소자의 수명 및 효율의 증가를 위해 많은 연구가 이루어지고 있지만, 만족할만한 연구 결과가 나타나고 있지 않은 실정이다.

특히, 인광형 유기 발광 소자의 경우, 발광층과 정공 수송층간의 계면에서 그 에너지 준위가 유사하여, 삼중항 여기자가 계면을 넘어 정공 수송층으로 이동하여 여기 상태의 발광효율이 저하되는 문제가 있었고, 이를 방지하기 위해 여기자 저지층(EBL: Exciton Blocking Layer)을 구비할 경우 구동 전압의 증가 및 공정의 증가 및 수명 저하가 수반되어 적정한 효율을 갖는 유기 발광 소자를 구현하는데 많은 애로사항이 있다.

상기와 같은 종래의 유기 발광 소자는 다음과 같은 문제점이 있다.

인광형 유기 발광 소자의 경우, 효율과 구동 전압의 결정은, 정공 수송층과 발광층의 호스트 재료의 화학 구조식에 의해 결정되는 것으로 알려져 있다. 이 중 인광 발광을 하는 발광층과 인접한 정공 수송층, 전자 수송층 계면의 특성에 의해 수명이 결정되는 경향을 나타내지만, 특히 인광 호스트 물질의 마이너 캐리어(minor carrier)에 대한 안정성 여부에 의하여 지대한 영향을 미치게 된다.

또한, 구동 전압 특성의 경우는 정공 수송층에서 발광층의 호스트로의 홀 주입 능력에 의하여 결정되는 경향이 있다. 최근 구동 전압을 낮추기 위해 서로 다른 전달 특성의 호스트를 혼합하여 이용하는 방법이 고려되지만, 이 경우, 넓은 밴드갭을 갖게 되어 정공 수송층과 HOMO 레벨 차이가 크게 되므로 구동 전압 상승의 요인이 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 새로운 인광 호스트 재료를 이용하여 구동 전압을 낮추고 소자 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 전극과, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에, 차례로 형성된 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층을 갖는 유기 발광 소자에 있어서, 상기 발광층은 다음 화학식 1, 화학식 1-1 및 화학식 1-2 중 어느 하나:

[화학식 1]

[화학식 1-1]

[화학식 1-2]

(R1, R2, R3, R4, R5, R6는 독립적으로 수소 또는 탄소수가 6개 내지 30개의 방향족 고리에서 선택되거나 N, O, S, P 중 어느 하나의 원소를 갖는 탄소 수가 4개 내지 28개의 이형 고리에서 선택되며, XR7 및 R8은 벤젠 고리를 포함한다)로 표현되는 화합물을 포함하는 것에 그 특징이 있다.

여기서, 상기 R1, R2, R3, R4, R5, R6 중 적어도 어느 하나는 알킬(alkyl)기 또는 알릴(allyl)기로 치환될 수도 있다.

또한, 상기 화학식 1, 화학식 1-1 및 화학식 1-2 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 발광층의 호스트로 이용시, 도펀트와 상기 호스트와 다른 성질의 호스트를 더 포함하여 공증착하여 상기 발광층을 형성할 수 있다.

상기 화학식 1, 화학식 1-1 및 화학식 1-2 중 어느 하나로 표현되는 화합물의 호스트와, 더 포함된 다른 성질의 호스트 중 어느 한쪽이 정공 이동도 대비 높은 전자 이동도를 갖는다.

그리고, 상기 제 1 전극과 상기 정공 수송층 사이에 정공 주입층과, 상기 제 2 전극과 상기 전자 수송층 사이에 전자 주입층을 더 포함할 수도 있다.

또한, 상기 발광층에 전자 이동도가 높은 인광 호스트를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 정공 수송층과 상기 발광층 사이에 여기자 저지층을 더 형성하는 경우가 있다. 이 경우, 상기 여기자 저지층 내에 상기 화학식 1, 화학식 1-1 및 화학식 1-2 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 적어도 하나 포함할 수 있다.

또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유기 발광 소자는 서로 대향된 제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에, 차례로 형성된 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층을 갖는 유기 발광 소자에 있어서, 상기 발광층은 하기 화학식 2, 화학식 2-1 및 화학식 2-2 중 어느 하나:

[화학식 2]

[화학식 2-1]

[화학식 2-2]

(R1, R2, R3, R4, R5, R6는 독립적으로 수소 또는 탄소수가 6개 내지 30개의 방향족 고리에서 선택되거나 N, O, S, P 중 어느 하나의 원소를 갖는 탄소 수가 4개 내지 28개의 이형 고리에서 선택되며, R7 및 R8은 벤젠 고리를 포함한다)로 표현되는 화합물을 포함하는 것에 또 다른 특징이 있다.

이 경우, 상기 R1, R2, R3, R4, R5, R6 중 적어도 어느 하나는 알킬(alkyl)기 또는 알릴(allyl)기로 치환될 수 있다.

또한, 다른 형태로, 정공 수송층과 발광층 사이에 여기자 저지층을 구비하는 경우, 상술한 화학식 1, 화학식 1-1, 화학식 1-2, 화학식 2, 화학식 2-1 및 화학식 2-2 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 적어도 하나 포함하여 구성할 수 있다. 이 경우에도, 상기 R1, R2, R3, R4, R5, R6 중 적어도 어느 하나는 알킬(alkyl)기 또는 알릴(allyl)기로 치환될 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 유기 발광 소자는 다음과 같은 효과가 있다.

인광 유기 발광 소자의 호스트로 이용되는 재료로 새로운 구조식을 갖는 화합물을 적용하여 분자량을 늘려 안정성을 높이고, 수명을 늘릴 수 있다.

또한, 인접한 정공 수송층의 HOMO 레벨과 작은 차를 갖는 HOMO 레벨을 갖게 하고 정공 이동 속도를 높여, 구동 전압을 낮추고 효율을 상승시킬 수 있다.

그리고, 상기 호스트 외로 추가적으로 전자 전달 특성이 좋은 호스트를 더 발광층에 포함시켜 발광층 내의 전자/정공 유입을 원활히 하고 그 결합률을 높여 보다 효율 상승을 꾀할 수 있다.

도 1은 본 발명의 유기 발광 소자를 나타낸 단면도
도 2는 본 발명의 화학식 1, 화학식 1-1 및 화학식 1-2 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 나타낸 예

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 기판(1) 상에, 서로 대향된 제 1 전극(2) 및 제 2 전극(8)과, 상기 제 1 전극(2)과 제 2 전극(8) 사이에, 차례로 형성된 정공 주입층(3), 정공 수송층(4), 발광층(5), 전자 수송층(6) 및 전자 주입층(7)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 제 1 전극(2)은 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 전극으로 이루어지며, 상기 제 2 전극(8)은 Al(알루미늄)과 같이 반사성 금속으로 이루어지며, 이러한 배치에 의해 도시된 도면을 기준으로 하측으로 이미지가 출사되게 된다. 경우에 따라, 상기 제 1 전극(2)과 제 2 전극(8)의 금속을 서로 반전하여, 상측으로 이미지가 출사되는 구조를 구현할 수도 있다.

또한, 상기 기판(1)은 도시되지 않았지만, 서로 교차하는 게이트 라인 및 데이터 라인과, 게이트 라인과 데이터 라인의 교차부에 형성된 박막 트랜지스터를 포함하는 박막 트랜지스터 어레이 기판일 수 있다.

한편, 상기 정공 수송층(4)은 상기 발광층(5)의 호스트의 삼중항 에너지 준위보다 0.01eV 내지 0.4 eV 높은 삼중항 에너지 준위를 가질 수 있다.

경우에 따라, 상기 발광층에 정공 수송층 혹은 전자 수송층의 기능을 포함시켜 형성할 수도 있고, 혹은 각각의 정공 수송층이나 전자 수송층을 복수의 층으로 형성할 수도 있다. 이러한 층의 혼합 및 복수개 구비 여부는 유기 발광 소자의 구조에서 전류의 효율을 향상시키는 수준에서 결정된다.

또한, 도시된 바와 같이, 상기 정공 수송층(4) 하부에는 정공 주입층(3)이 더 구비될 수 있다.

본 발명의 발광층(5)은 인광 호스트와 인광 도펀트를 포함하는 것으로, 인광 도펀트로 이용할 수 있는 재료는 공지된 여러 색상의 도펀트 중 선택적으로 하나 또는 복수개의 도펀트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 도펀트로는 옐로우그린(yellow green) 인광 도펀트를 포함하거나 황색 인광 도펀트와 녹색 인광 도펀트를 포함하거나, 적색 인광 도펀트와 녹색 인광 도펀트를 포함하거나 혹은 다른 색상의 도펀트를 포함할 수 있다.

만일 구현하고자 하는 유기 발광 소자가 백색 유기발광 소자인 경우, 도 1에 도시된 유기 발광 소자에서 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 포함된 구조를 제 1 스택으로 할 때, 제 1 스택과 동일한 적층 구조로 제 1 스택의 인광 발광층이 발광하는 색상이 소정 파장에 한할 때 발광색을 합하여 백색을 나타낼 수 있는 발광층을 포함하여 제 2 스택을 제 1 전극과 제 2 전극 사이에, 제 1 전극과 제 2 전극 중 어느 하나에 인접하여 더 구비될 수도 있다. 이러한 스택 구조는 단일 또는 복수개 구비가 가능하고, 복수개 구비할 경우에는 스택 사이에 전하 생성층을 더 구비하여 스택간 전자/정공 전달을 수행하게 한다.

이러한 상기 전하 생성층은 서로 인접한 스택간 전하 균형 조절 역할을 하기 때문에, 중간 연결층(Intermediate Connector Layer;ICL)이라고도 한한다. 이 경우, 전하 생성층은 단일의 층으로 형성될 수도 있고, 하부의 제 1 스택으로의 전자의 주입을 돕는 중간 연결 금속층과 상부의 제 2 스택으로의 정공 주입을 돕는 중간 연결 정공 주입층으로 나뉘어 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 발광층(5)에 포함되는 인광 호스트는 하기 화학식 1, 화학식 1-1, 화학식 1-2, 화학식 2, 화학식 2-1 및 화학식 2-2 중 어느 하나로 표현되는 단일의 재료로 이루어질 수도 있고, 혹은 추가적으로 전자 전달 특성이나 정공 이동도가 좋은 재료를 더 포함시켜 이루어질 수도 있다. 이 때, 상기 화학식 1, 화학식 1-1, 화학식 1-2, 화학식 2, 화학식 2-1 및 화학식 2-2 중 어느 하나로 표현되는 화합물의 호스트와, 더 포함된 다른 성질의 호스트 중 어느 한쪽이 정공 이동도 대비 높은 전자 이동도를 갖는다.

또한, 상기 화학식 1, 화학식 1-1, 화학식 1-2, 화학식 2, 화학식 2-1 및 화학식 2-2 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 발광층의 호스트로 이용시, 도펀트와 상기 호스트와 다른 성질의 호스트를 더 포함하여 공증착하여 상기 발광층을 형성할 수 있다.

경우에 따라, 상기 화학식 1, 화학식 1-1, 화학식 1-2, 화학식 2, 화학식 2-1 및 화학식 2-2 중 어느 하나로 표현되는 화합물이 발광층의 호스트가 아닌 다른 기능으로서 추가될 수도 있고, 상기 화합물이 유기 발광 소자의 발광층 외에 다른 층에도 포함될 수 있다.

한편, 상기 제 2 전극(8) 상에는 캐핑층(미도시)(capping layer)을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 캐핑층은 유기 발광 소자의 최상부에 위치하며, 하부의 유기층들 및 전극을 보호하며, 광추출 효율을 증가시키거나 색감보정을 위해 구비된다.

본 발명의 유기 발광 소자는 발광층(5)에 포함되는 인광 호스트로서 새로운 구조의 화합물을 설계, 적용하여, 고효율이며 저전압 구동 소자를 구현할 수 있게 한 것이다. 그리고, 화학식 1, 화학식 1-1 및 화학식 1-2은 다음과 같이 표현된다.

[화학식 1-1]

[화학식 1-2]

여기서, R1, R2, R3, R4, R5, R6는 독립적으로 수소 또는 탄소수가 6개 내지 30개의 방향족 고리(aromatic ring)에서 선택되거나 N, O, S, P 중 어느 하나의 원소를 갖는 탄소 수가 4개 내지 28개의 이형 고리(heterocyclic ring)에서 선택되며, R7 및 R8은 벤젠 고리를 포함한다.

상기 R1, R2, R3, R4, R5, R6들은 독립적으로 치환되거나 치환되지 않을 수 있는데, 치환될 경우 알킬(alkyl)기 또는 알릴(allyl)기로 치환될 수 있다.

도 2는 본 발명의 화학식 1로 표현되는 화합물을 나타낸 예이다.

즉, 도 2와 같이, 예를 들어, 화학식 1, 화학식 1-1 및 화학식 1-2 중 어느 하나로 표현되는 화합물은 PHM-01 부터 PHM-12로 예를 들 수 있다.

그러나, 도시된 예는 R1 내지 R8이 수소이거나 방향족 고리 혹은 이형 고리의 한정된 예에 불과한 것으로, 화학식 1, 화학식 1-1 및 화학식 1-2 에 대해 위의 설명된 조건의 범위에서 여러 형태로 치환 가능하다.

또한, 본 발명의 다른 형태의 발광층의 포함되는 호스트의 예로 하기 화학식 2, 화학식 2-1 및 화학식 2-2 로 표현되는 화합물이 있다.

[화학식 2-1]

[화학식 2-2]

여기서, R1, R2, R3, R4, R5, R6는 독립적으로 수소 또는 탄소수가 6개 내지 30개의 방향족 고리에서 선택되거나 N, O, S, P 중 어느 하나의 원소를 갖는 탄소 수가 4개 내지 28개의 이형 고리에서 선택되며, R7 및 R8은 벤젠 고리를 포함한다.

삭제

화학식 2, 화학식 2-1 및 화학식 2-2의 경우에도 상기 R1, R2, R3, R4, R5, R6들은 독립적으로 치환되거나 치환되지 않을 수 있는데, 치환될 경우 알킬(alkyl)기 또는 알릴(allyl)기로 치환될 수 있다.

한편, 도 1의 구조에서, 상기 정공 수송층(4)과 상기 발광층(5) 사이에 상기 발광층(5)에 생성된 여기자 또는 전송된 전자가 상기 정공 수송층(4)으로 유입됨을 방지하는 여기자 저지층(exciton blocking layer)을 더 형성하는 경우가 있는데, 이 때 상기 여기자 저지층에 상술한 화학식 1, 화학식 1-1, 화학식 1-2, 화학식 2, 화학식 2-1 및 화학식 2-2 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 적어도 하나 포함할 수 있다. 이 경우, 발광층은 여기자 저지층과 동일한 재료로 이루어질 수도 있고, 혹은 다른 재료로 이루어질 수도 있을 것이다.

이하 본 발명의 발광층에 이용되는 호스트의 합성 방법을 하기 반응식 1, 2를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 하기 합성 방법은 PHM-01에 대한 것으로, 이는 본 발명의 일예를 예시하는 것일 뿐 본 발명이 하기 설명에 의해 한정되는 것은 아니다.

* 2,4- dibromo -9- phenyl -9H- carbazole (B)의 합성 *

[반응식 1]

(1) 단계 1

2,4-dibromo-2'-nitrobiphenyl (50g, 141mmol) 및 Triethyl phosphite를 Acetone 1.4 L 에 용해 시킨 후 5 시간 180℃ 에서 환류 교반 하였다.

반응이 종결된 후 용매를 제거한 후 디클로로메탄 1L 에 용해 시킨 뒤, 증류수 200 ml로 3회 Washing 후 과량의 Magnesium sulphate로 건조, 여과하고 여액을 감압 농축하였다. 조산물을 실리카겔 컬럼 크로마토그래피(n-Hexane: Dichloromethane = 4 : 1 (v:v))로 정제하여 화합물 A (13.6 g, 수율 30 %)를 수득하였다.

GC-Mass (이론치: 322.89 g/mol, 측정치: 323 g/mol)

(2) 단계 2

상기 <단계 1>에서 얻은 화합물 A(10 g, 31mmol), Bromobenzene ( 5.8 g, 37.2mmol) 및 Pd(Oac)2( 0.21g, 0.93mmol), BINAP( 2.3g, 3.72mmol)과 Pottasium carbonate ( 5.2g, 37.2mmol)을 플라스크에 넣고 질소 분위기 하에 Toluene 0.5 L 에 용해시킨 후 12시간 동안 환류 교반하였다.

물 200 ml 를 첨가 하여 반응을 종결 한 뒤, 디클로로메탄 200 ml로 3회 추출 후 추출액을 과량의 Magnesium sulphate로 건조, 여과하고 여액을 감압 농축하였다. 조 산물을 실리카겔 컬럼 크로마토그래피(n-Hexane: Dichloromethane = 3 : 1 (v:v))로 정제하여 화합물 B ( 6.1 g, 수율 50 %)를 수득하였다.

GC-Mass (이론치: 398.93 g/mol, 측정치: 399 g/mol),

[합성예 1] : 화합물 PHM-01 의 제조

하기 화학 반응식 2의 반응 경로를 거쳐 화합물 PHM-01을 합성하였다

[반응식 2]

상기 <단계 2>에서 얻어진 화합물 B (10 g, 25 mmol), 6-(phenanthren-9-yl)naphthalen-2-ylboronic acid (19.2 g, 55 mmol) 및 Pd(PPh₃)₄ (0.87 g, 4.28 mmol)을 플라스크에 넣고 질소 분위기 하에 Toluene 250mL 에 용해시킨 후 pottasium carbonate (4.14 g, 30 mmol)을 녹인 수용액 50 mL 를 첨가하여 12시간 동안 환류 교반하였다.

반응이 종결된 후 디클로로메탄 100 ml로 3회 추출 후 추출액을 과량의 Magnesium sulphate로 건조, 여과하고 여액을 감압 농축하였다. 조 산물을 실리카겔 컬럼 크로마토그래피(n-Hexane: Dichloromethane = 2 : 1 (v:v))로 정제하여 화합물 PHM-01 (14.8 g, 수율 70 %)을 수득하였다.

GC-Mass (이론치: 847.32 g/mol, 측정치: 847 g/mol)

¹H-NMR (THF-d₈, 500MHz) d (ppm) 7.08 ~ 7.20(m, 4H), 7.4(m,4H), 7.58(m, 4H), 7.82 ~ 7.88(m, 19H), 8.12 ~ 8.19(m, 5H), 8.55(m, 1H), 8.93(m, 4H)

이하, 표 1을 통해 본 발명의 유기 발광 소자의 발광층의 호스트 재료를 상술한 방식으로 합성된 PHM-01(도 2 참조)로 한 실시예 1과, 최근 이용되는 호스트 재료 (HH-1)(화학식 3 참조)로 비교예를 정하여 실험한 결과를 설명한다. 실시예와, 비교예에서 해당 재료로 이루어진 발광층의 두께는 모두 200Å으로 하였고, 전류 밀도는 10mA/cm²로 하고, 도핑량은 동일하게 10%로 일치시켜 실험하였다.

즉, 표 1과 같이, 본 발명의 실시예의 경우 구동 전압이, 비교예의 5.8V에서 4.7V로 감소함을 확인할 수 있었고, 외부 양자 효율(EQE) 역시 비교예의 13.7% 대비 15.5%로 향상됨을 확인할 수 있었다.

또한, 발광층 내의 호스트 성분 변동으로 색좌표(CIE (x, y))가 비교예는 (0.410, 0.581), 실시예는 (0.411, 0.583)으로, 약간의 차이는 있지만 거의 색 변화가 크지 않아, 유사한 발광 특성을 보임을 알 수 있다.

이하, 본 발명의 도 1을 참조하여 상술한 표 1의 실험에서 적용한 본 발명의 유기 발광 소자의 제조 방법에 대해 간략히 살펴본다. 여기서, 실시예와 비교예는 층상 구조가 하기와 동일하며, 단지 발광층의 호스트 재료가 각각 PHM-01과 HH-01로 상이한 것이다.

먼저, 투명한 기판(1) 상에 양극 물질로서 제 1 전극(2)을 형성한다. 양극 물질로는 흔히 ITO(Indium Tin Oxide)가 쓰인다.

이어, 상기 제 1 전극(2) 위에 정공 주입층(3)(HIL: Hole Injection Layer)을 형성한다. 예를 들어, 정공 주입층(3)으로는 주로 DNTPD (N,N′-diphenyl-N,N′-bis-[4-(phenyl-m-tolylamino)-phenyl]-biphenyl-4,4′-diamine)을 10nm 내지 60nm 두께로 형성한다.

이어, 정공수송층(4)(HTL: Hole Transport Layer)을 형성한다. 상기 정공 송층(4)으로는 NPD (4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenylamino]-biphenyl)에 (N,N'-diphenyl-N-naphthyl-N'-biphenyl-1,1'-biphenyl-4,4"-diamine)를 10% 이내로 도핑하여, 약 10nm 내지 150nm 정도 증착하여 형성한다.

이어, 상기 정공 수송층(4) 상에 발광층(5)(EML: organic emitting layer)을 형성한다. 이때 필요에 따라 도펀트를 첨가한다.

예를 들어, 표 1의 실험예서 상기 발광층은 상술한 인광 호스트 재료(실시예의 경우, PHM-01, 비교예의 경우 HH-1)에 YG 도펀트(화학식 4)를 포함하는 발광층으로 약 200Å의 두께로 형성한다. 이는 일예에 한하며 만일, 다른 색상의 발광을 꾀하는 경우, 도펀트 재료에 차이를 둘 수 있다.

이어, 상기 발광층(5) 상에, 전자 수송층(6)(ETL: Electron Transport Layer)과 전자 주입층(7)(EIL: Electron Injection Layer)을 연속적으로 형성한다. 주로 전자 수송층(6) 재료로는 Alq3를 선택하고, 전자 주입층(7)은 LiF를 이용한다. 전자 수송층(6)과 전자 주입층(7)은 각각 약 350Å, 약 10Å으로 하여 연속 증착한다.

이어, 상기 전자 주입층(7) 상에 Al 등의 반사성 금속으로 음극으로서 제 2 전극(8)을 형성한다.

[화학식 4]

이와 같이, 상술한 실험을 통해 비교예 대비 실시예에서 효율이 향상되며, 구동 전압이 낮아짐을 확인할 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.

1: 기판 2: 제 1 전극
3: 정공 주입층 4: 정공 수송층
5: 발광층 6: 전자 수송층
7: 전하 주입층 8: 음극

Claims

서로 대향된 제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에, 차례로 형성된 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층을 갖는 유기 발광 소자에 있어서,
상기 발광층은 하기 화학식 1, 화학식 1-1 및 화학식 1-2 중 어느 하나:
[화학식 1]

[화학식 1-1]

[화학식 1-2]

(R1, R2, R3, R4, R5, R6는 독립적으로 수소 또는 탄소수가 6개 내지 30개의 방향족 고리에서 선택되거나 N, O, S, P 중 어느 하나의 원소를 갖는 탄소 수가 4개 내지 28개의 이형 고리에서 선택되며,
R7 및 R8은 벤젠 고리를 포함한다)
로 표현되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
제 1항에 있어서,
상기 R1, R2, R3, R4, R5, R6 중 적어도 어느 하나는 알킬(alkyl)기 또는 알릴(allyl)기로 치환되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
제 1항에 있어서,
상기 화학식 1, 화학식 1-1 및 화학식 1-2 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 발광층의 호스트로 이용시, 도펀트와 상기 호스트와 다른 성질의 호스트를 더 포함하여 공증착하여 상기 발광층을 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
제 3항에 있어서,
상기 화학식 1, 화학식 1-1 및 화학식 1-2 중 어느 하나로 표현되는 화합물의 호스트와, 더 포함된 다른 성질의 호스트 중 어느 한쪽이 정공 이동도 대비 높은 전자 이동도를 갖는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
제 1항에 있어서,
상기 제 1 전극과 상기 정공 수송층 사이에 정공 주입층과, 상기 제 2 전극과 상기 전자 수송층 사이에 전자 주입층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
제 1항에 있어서,
상기 정공 수송층과 상기 발광층 사이에 여기자 저지층을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
제 6항에 있어서,
상기 여기자 저지층 내에 상기 화학식 1, 화학식 1-1 및 화학식 1-2 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 적어도 하나 포함한 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
서로 대향된 제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에, 차례로 형성된 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층을 갖는 유기 발광 소자에 있어서,
상기 발광층은 하기 화학식 2, 화학식 2-1 및 화학식 2-2 중 어느 하나:
[화학식 2]

[화학식 2-1]

[화학식 2-2]

(R1, R2, R3, R4, R5, R6는 독립적으로 수소 또는 탄소수가 6개 내지 30개의 방향족 고리에서 선택되거나 N, O, S, P 중 어느 하나의 원소를 갖는 탄소 수가 4개 내지 28개의 이형 고리에서 선택되며,
R7 및 R8은 벤젠 고리를 포함한다)
로 표현되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
제 8항에 있어서,
상기 R1, R2, R3, R4, R5, R6 중 적어도 어느 하나는 알킬(alkyl)기 또는 알릴(allyl)기로 치환되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
서로 대향된 제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에, 차례로 형성된 정공 수송층, 여기자 저지층, 발광층, 전자 수송층을 갖는 유기 발광 소자에 있어서,
상기 여기자 저지층은 하기 화학식 1, 화학식 1-1, 화학식 1-2, 화학식 2, 화학식 2-1 및 화학식 2-2 중 어느 하나:
[화학식 1]

[화학식 1-1]

[화학식 1-2]

[화학식 2]

[화학식 2-1]

[화학식 2-2]

(R1, R2, R3, R4, R5, R6는 독립적으로 수소 또는 탄소수가 6개 내지 30개의 방향족 고리에서 선택되거나 N, O, S, P 중 어느 하나의 원소를 갖는 탄소 수가 4개 내지 28개의 이형 고리에서 선택되며,
R7 및 R8은 벤젠 고리를 포함한다)
로 표현되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
제 10항에 있어서,
상기 R1, R2, R3, R4, R5, R6 중 적어도 어느 하나는 알킬(alkyl)기 또는 알릴(allyl)기로 치환되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.