KR101945930B1

KR101945930B1 - 유기 발광 소자

Info

Publication number: KR101945930B1
Application number: KR1020120001552A
Authority: KR
Inventors: 권오현; 신동우; 한결; 김슬옹
Original assignee: 삼성디스플레이 주식회사
Priority date: 2012-01-05
Filing date: 2012-01-05
Publication date: 2019-02-11
Also published as: JP6359800B2; TW201330345A; US9059113B2; TWI568049B; JP2013140961A; US20130175508A1; KR20130080643A; CN103199197A; CN103199197B

Abstract

본 발명의 일 측면에 따라 기판; 상기 기판 위에 있고, 상기 기판과 평행하고 서로 대향하는 제1 전극층 및 제2 전극층; 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층 사이의 발광층으로서, 상기 발광층은 제1 발광 영역, 제2 발광 영역 및 제3 발광 영역을 포함하고, 상기 발광층은 상기 제1 발광 영역, 제2 발광 영역 및 제3 발광 영역 내의 제1 공통 발광층, 상기 제1 공통 발광층과 상기 제2 전극층 사이에 있고 상기 제2 발광 영역 내에 위치한 제2 발광층 및 상기 제1 공통 발광층과 상기 제2 전극층 사이에 있고 상기 제3 발광 영역 내에 위치한 제3 발광층을 포함하며, 상기 제1 공통 발광층은 제1 호스트, 제1 도펀트 및 p형 도펀트를 포함하는 유기 발광 소자를 개시한다.

Description

유기 발광 소자{Organic light emitting device}

본 발명은 유기 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공통 발광층을 사용하는 유기 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

유기 발광 소자는 전압을 걸면 자체가 발광하는 물질을 이용한 소자로서 고휘도, 우수한 콘트라스트, 다색화, 대시야각, 고응답속도 및 저구동전압의 장점을 갖는다.

유기 발광 소자는 유기 발광층이 애노드(anode)와 캐소드(cathode) 사이에 개재된 구조를 하고 있다. 전압을 인가하면 애노드로부터 정공이, 캐소드로부터 전자가 유기 발광층으로 주입된다. 주입된 정공과 전자들은 유기 발광층 내에서 인접한 분자 사이에서 전자 교환을 일으키며 반대 전극으로 이동하여 간다. 그리고 어떤 분자에서 전자와 정공이 재결합한 경우 높은 에너지의 여기 상태(excited state)를 갖는 분자 여기자(exiton)를 형성한다. 분자 여기자가 낮은 에너지의 바닥 상태(ground state)로 돌아오면서 재료 고유의 빛을 방출한다.

유기 발광 소자는 다수의 화소로 구성되며, 각각의 화소들은 적색 발광 영역, 녹색 발광 영역, 청색 발광 영역으로 이루어질 수 있다. 이때 청색 발광층을 공통층으로 형성함으로써 패터닝 공정을 단순화할 수 있다. 한편, 발광층을 호스트, 도펀트 구조로 형성함으로써 외부 양자 효율을 향상시키고 발광 파장을 제어할 수 있다.

그런데 공통층인 청색 발광층이 호스트 및 도펀트를 포함하는 경우 정공 수송도가 느려지는 문제가 있다. 본 발명의 목적은 정공 수송도가 향상된 공통 발광층을 갖는 유기 발광 소자를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따라 기판; 상기 기판 위에 있고, 상기 기판과 평행하고 서로 대향하는 제1 전극층 및 제2 전극층; 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층 사이의 발광층으로서, 상기 발광층은 제1 발광 영역, 제2 발광 영역 및 제3 발광 영역을 포함하고, 상기 발광층은 상기 제1 발광 영역, 제2 발광 영역 및 제3 발광 영역 내의 제1 공통 발광층, 상기 제1 공통 발광층과 상기 제2 전극층 사이에 있고 상기 제2 발광 영역 내에 위치한 제2 발광층 및 상기 제1 공통 발광층과 상기 제2 전극층 사이에 있고 상기 제3 발광 영역 내에 위치한 제3 발광층을 포함하며, 상기 제1 공통 발광층은 제1 호스트, 제1 도펀트 및 p형 도펀트를 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.

상기 p형 도펀트는 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 에너지 레벨이 제1 호스트의 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital) 에너지 레벨과 0.2-1.0eV 범위의 차이를 가질 수 있다.

상기 p형 도펀트는 LUMO 에너지 레벨은 5.5eV 이하일 수 있다.

상기 p형 도펀트는 F4TCNQ(2,3,5,6-tetrafluoro-7,7',8,8'-tetracyanoquinodimethane), TCNQ(7,7',8,8'-tetracyanoquinodimethane), PTCDA(perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic-3,4,9,10-dianhydride), 1,3,2-다이옥사보린 유도체(1,3,2-dioxaborine derivatives), FeCl₃, FeF₃ 또는 SbCl₅ 를 포함할 수 있다.

상기 p형 도펀트의 함량은 상기 제1 공통 발광층의 중량에 대하여 약 0.5 내지 3 중량 % 일 수 있다.

상기 제1 발광 영역은 청색 발광 영역이고, 상기 제2 발광 영역은 적색 발광 영역이고, 상기 제3 발광 영역은 녹색 발광 영역일 수 있다. 상기 제1 공통 발광층은 청색 공통 발광층일 수 있다.

선택적으로, 상기 제1 공통 발광층은 적색 공통 발광층 또는 녹색 공통 발광층일 수 있다.

상기 제1 전극층과 상기 발광층 사이의 정공 주입층 또는 정공 수송층을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 전극층과 상기 발광층 사이의 전자 주입층 또는 전자 수송층을 더 포함할 수 있다.

상기 발광층과 상기 제2 전극층 사이의 공진층을 더 포함할 수 있다. 상기 공진층은 상기 제1 발광 영역, 상기 제2 발광 영역 및 상기 제3 발광 영역의 공진 거리에 따라서 상기 제1 발광 영역, 상기 제2 발광 영역 및 상기 제3 발광 영역에서 다른 두께를 가질 수 있다. 상기 공진층은 전자 수송층일 수 있다.

상기 제1 전극층은 애노드이고, 상기 제2 전극층은 캐소드일 수 있다.

공통 발광층 내에 호스트의 HOMO 에너지 레벨과 가까운 LUMO 에너지 레벨을 갖는 p형 도펀트를 포함시킴에 의하여 공통 발광층의 정공 수송도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 일 구현예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 2는 일 구현예에 따른 공통 발광층의 에너지 레벨 다이어그램이다.
도 3은 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 3의 유기 발광 소자의 정공 전류 밀도 대 전압의 그래프이다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 구현예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 소자(100)의 개략적인 단면도이다. 유기 발광 소자(100)는 적색 발광 영역(R), 녹색 발광 영역(G) 및 청색 발광 영역(B)의 부화소(sub-pixel) 영역을 포함하고 있다. 참조번호 112는 부화소 영역을 한정하는 절연막이다.

유기 발광 소자(100)는 기판(101), 애노드(111), 정공 주입층(121), 정공 수송층(122), 발광층(125), 전자 수송층(127), 전자 주입층(128) 및 캐소드(141)를 포함한다.

기판(101)은 통상적인 유기 발광 소자에서 사용되는 기판을 사용할 수 있는데, 기계적 강도, 열적 안정성, 투명성, 표면 평활성, 취급 용이성 및 방수성이 우수한 유리 기판 또는 투명 플라스틱 기판을 사용할 수 있다. 한편, 기판(101)은 실리콘, 스텐리스 스틸과 같은 불투명한 물질로 형성될 수도 있다.

애노드(111)는 상대적으로 일함수가 높은 물질로 이루어질 수 있다. 애노드(111)는 예를 들면, ITO(인듐 주석 산화물), IZO(인듐 아연 산화물), ZnO(아연 산화물), AZO(Al 도핑된 아연 산화물), In₂O₃(인듐 산화물) 또는 SnO₂(주석 산화물)과 같은 투명한 도전성 산화물로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 애노드(111)는 증착법 또는 스퍼터링법 등을 통하여 형성할 수 있다.

정공 주입층(121)은 예를 들면, 구리프탈로시아닌 등의 프탈로시아닌 화합물, DNTPD (N,N'-diphenyl-N,N'-bis-[4-(phenyl-m-tolyl-amino)-phenyl]-biphenyl-4,4'-diamine: N,N'-디페닐-N,N'-비스-[4-(페닐-m-톨일-아미노)-페닐]-비페닐-4,4'-디아민), m-MTDATA(4,4',4"-tris(3-methylphenylphenylamino) triphenylamine: 4,4',4"-트리스(3-메틸페닐페닐아미노)트리페닐아민), TDATA(4,4'4"-Tris(N,N-diphenylamino)triphenylamine: 4,4',4"-트리스(N,N'-디페닐아미노)트리페닐아민), 2T-NATA(4,4',4"-tris{N,-(2-naphthyl)-N-phenylamino}-triphenylamine: 4,4',4"-트리스{N,-(2-나프틸)-N-페닐아미노}-트리페닐아민), NPB(N,N'-di(-naphthyl)-N,N'-diphenylbenzidine: N,N'-디(-나프틸)-N,N'-디페닐벤지딘), PEDOT/PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/Poly(4-styrenesulfonate):폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(4-스티렌술포네이트)), Pani/DBSA(Polyaniline/Dodecylbenzenesulfonic acid:폴리아닐린/도데실벤젠술폰산), Pani/CSA(Polyaniline/Camphor sulfonicacid:폴리아닐린/캠퍼술폰산) 또는 PANI/PSS (Polyaniline)/Poly(4-styrenesulfonate):폴리아닐린/폴리(4-스티렌술포네이트)) 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

m-MTDATA TDATA 2T-NATA

PEDOT/PSS PANI/DBSA

정공 주입층(121)은 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.

진공 증착법에 의하여 정공 주입층(121)을 형성하는 경우, 그 증착 조건은 정공 주입층(121)의 재료로 사용하는 화합물, 목적으로 하는 정공 주입층(121)의 구조 및 열적 특성 등에 따라 다르지만, 예를 들면, 증착온도 100℃ 내지 500℃, 진공도 10^-8 Torr 내지 10^-3 Torr, 증착 속도 0.01Å/sec 내지 100Å/sec의 범위에서 적절히 선택될 수 있다.

스핀 코팅법에 의하여 정공 주입층(121)을 형성하는 경우, 그 코팅 조건은 정공 주입층(121)의 재료로서 사용하는 화합물, 목적하는 하는 정공 주입층(121)의 구조 및 열적 특성에 따라 상이하지만, 예를 들면, 약 2,000rpm 내지 5,000rpm의 코팅 속도, 코팅 후 용매 제거를 위한 열처리 온도는 약 80℃ 내지 200℃의 온도 범위에서 적절히 선택될 수 있다.

상기 정공 주입층(121)의 두께는 약 100Å 에서 10,000Å, 바람직하게는 100Å 내지 1,000Å일 수 있다. 상기 정공 주입층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압의 저하없이 만족스러운 정도의 정공 주입 특성을 얻을 수 있다.

정공 수송층(122)은 예를 들면, N-페닐카바졸, 폴리비닐카바졸 등의 카바졸 유도체, TPD(N,N'-bis(3-methylphenyl)-N,N'-diphenyl-[1,1-biphenyl]-4,4'-diamine: N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1-비페닐]-4,4'-디아민), NPB(4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenylamino]biphenyl: 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐), TCTA(4,4',4"-tris(N-carbazolyl)triphenylamine: 4,4',4"-트리스(N-카바졸일)트리페닐아민) 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

TPD NPB

TCTA

상기 정공 수송층(122)은 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있는데, 진공 증착법 및 스핀 코팅법에 의하여 정공 수송층(122)을 형성하는 경우, 그 증착 조건 및 코팅 조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 상기 정공 주입층(121)의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택된다.

상기 정공 수송층(122)의 두께는 약 50Å 내지 1,000Å, 바람직하게는 100Å 내지 800Å일 수 있다. 상기 정공 수송층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압의 저하 없이 만족스러운 정도의 정공 수송 특성을 얻을 수 있다.

선택적으로, 상기 정공 주입층(121) 및 정공 수송층(122)은 정공 주입 기능 및 정공 수송 기능을 동시에 갖는 기능층으로 대체될 수 있다.

발광층(125)은 적색 발광층(125R), 녹색 발광층(125G) 및 청색 공통 발광층(125B)으로 이루어져 있다. 본 구현예에서 청색 공통 발광층(125B)은 정공 수송층(122) 위에 적색 발광 영역(R), 녹색 발광 영역(G) 및 청색 발광 영역(B)에 걸쳐 공통층으로서 형성되어 있다. 적색 발광층(125R)은 적색 발광 영역에 패터닝되어 있고, 녹색 발광층(125G)은 녹색 발광 영역에 패터닝되어 있다. 적색 발광층(125R)과 녹색 발광층(125G)은 공통층인 청색 공통 발광층(125B) 위에 위치한다.

청색 공통 발광층(125B)은 청색 호스트, 청색 도펀트 및 p형 도펀트를 포함할 수 있다.

청색 호스트는 예를 들면, Alq₃, CBP(4,4'-N,N'-dicabazole-biphenyl: 4,4'-N,N'-디카바졸-비페닐), PVK(poly(n-vinylcabazole): 폴리(n-비닐카바졸)), ADN(9,10-di(naphthalene-2-yl)anthracene: 9,10-디(나프탈렌-2-일)안트라센), TCTA, TPBI(1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazole-2-yl)benzene: 1,3,5-트리스(N-페닐벤즈이미다졸-2-일)벤젠), TBADN(3-tert-butyl-9,10-di(naphth-2-yl) anthracene: 3-터트-부틸-9,10-디(나프트-2-일) 안트라센), E3, DSA(distyrylarylene: 디스티릴아릴렌) 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

CBP PVK

ADN TPBI TBADN

E3

청색 도펀트로서, F₂Irpic, (F₂ppy)₂Ir(tmd), Ir(dfppz)₃, ter-fluorene(터-플루오렌), DPAVBi(4,4'-bis(4-diphenylaminostyryl)biphenyl: 4,4'-비스(4-디페닐아미노스타릴)비페닐), TBPe(2,5,8,11-tetra-t-butylperylene: 2,5,8,11-테트라-티-부틸 페릴렌) 등을 포함하는 하기의 화합물들을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

F₂Irpic (F₂ppy)₂Ir(tmd) Ir(dfppz)₃

DPAVBi

DPVBi TBPe

p형 도펀트로서, 청색 호스트에 정공을 생성시킴으로써 청색 호스트의 정공 수송도를 향상시킬 수 있는 물질을 사용할 수 있다. 청색 호스트에 정공을 생성시킬 수 있는 p형 도펀트로서 청색 호스트의 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital) 에너지 레벨과 유사한 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 에너지 레벨을 갖고 있는 p형 도펀트를 사용할 수 있다. 예를 들면, p형 도펀트의 LUMO 에너지 레벨은 청색 호스트의 HOMO 에너지 레벨과 0.2-1.0 eV 범위의 차이를 가질 수 있다. 상기 p형 도펀트는 LUMO 에너지 레벨이 청색 호스트의 HOMO 에너지 레벨과 유사하거나 그 보다 낮은 5.5eV 이하이므로 뛰어난 전자 수용 능력을 가질 수 있다.

p형 도펀트로서 예를 들면, F4TCNQ(2,3,5,6-tetrafluoro-7,7',8,8'-tetracyanoquinodimethane), TCNQ(7,7',8,8'-tetracyanoquinodimethane), PTCDA (perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic-3,4,9,10-dianhydride), 1,3,2-다이옥사보린 유도체(1,3,2-dioxaborine derivatives)과 같은 유기 화합물, 요오드, FeCl₃, FeF₃, SbCl₅, 금속 염화물, 금속 불화물과 같은 무기 화합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

F4TCNQ TCNQ

PTCDA

도 2는 청색 공통 발광층(125B)을 구성하는 호스트, 발광 도펀트 및 p형 도펀트의 에너지 레벨의 다이어그램이다. 도 2를 참조하면, 호스트의 HOMO 에너지 레벨이 발광 도펀트의 HOMO 에너지 레벨보다 낮아서 호스트의 HOMO 에너지 레벨의 정공이 발광 도펀트의 HOMO 에너지 레벨로 용이하게 전이될 수 있다. 그에 따라서 발광 도펀트가 호스트의 정공의 트랩 사이트(trap-site)로 작용할 수 있다. 그러나 HOMO 에너지 레벨이 호스트의 HOMO 에너지 레벨보다 매우 낮고, LUMO 에너지 레벨이 호스트의 HOMO 에너지 레벨과 유사한 p형 도펀트의 존재로 말미암아 호스트의 HOMO 에너지 레벨의 전자가 p형 도펀트의 LUMO 에너지 레벨로 전이할 수 있다. 호스트의 HOMO 에너지 레벨의 전자가 p형 도펀트의 LUMO 에너지 레벨로 전이함에 의하여 호스트의 HOMO 에너지 레벨에는 정공이 생성될 수 있어서 호스트의 정공 수송도가 향상될 수 있다.

본 구현예에서 p형 도펀트가 청색 호스트의 정공 수송도를 향상시킴으로써 애노드(111)로부터 주입되고 정공 주입층(121) 및 정공 수송층(122)을 통과한 정공들이 공통층인 청색 공통 발광층(125B)에서 속도가 저하되지 않고 적색 발광층(125R) 또는 녹색 발광층(125G)으로 도달할 수 있다.

적색 발광층(125R)은 적색 호스트 및 적색 도펀트를 포함할 수 있다. 적색 호스트는 청색 호스트와 마찬가지로 Alq₃, CBP, PVK, ADN, TCTA, TPBI, TBADN, E3, DSA 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 적색 도펀트로서 PtOEP, Ir(piq)₃, Btp₂Ir(acac), Ir(piq)₂(acac), Ir(2-phq)₂(acac), Ir(2-phq)₃, Ir(flq)₂(acac), Ir(fliq)₂(acac), DCM, DCJTB 등을 포함하는 하기의 화합물들을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

PtOEP Ir(piq)₃ Btp₂Ir(acac)

Ir(piq)₂(acac) Ir(2-phq)₂(acac) Ir(2-phq)₃

Ir(flq)₂(acac) Ir(fliq)₂(acac)

DCM DCJTB

녹색 발광층(125G)은 녹색 호스트 및 녹색 도펀트를 포함할 수 있다. 녹색 호스트는 청색 호스트와 마찬가지로 Alq₃, CBP, PVK, ADN, TCTA, TPBI, TBADN, E3, DSA 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 녹색 도펀트로서 Ir(ppy)₃(tris(2-phenylpyridine) iridium: 트리스(2-페닐피리딘) 이리듐), Ir(ppy)₂(acac) (Bis(2-phenylpyridine)(Acetylacetonato)iridium(III): 비스(2-페닐피리딘)(아세틸아세토) 이리듐(III)), Ir(mppy)₃ (tris(2-(4-tolyl)phenylpiridine)iridium: 트리스(2-(4-톨일)페닐피리딘) 이리듐), C545T (10-(2-benzothiazolyl)-1,1,7,7-tetramethyl-2,3,6,7-tetrahydro-1H,5H,11H-[1]benzopyrano [6,7,8-ij]-quinolizin-11-one: 10-(2-벤조티아졸일)-1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7,-테트라하이드로-1H,5H,11H-[1]벤조피라노 [6,7,8-ij]-퀴놀리진-11-온) 등을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

Ir(ppy)₃ Ir(mppy)₃ Ir(ppy)₂(acac)

C545T

상기 적색 발광층(125R), 녹색 발광층(125G) 및 청색 공통 발광층(125B)은 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 진공증착법 및 스핀코팅법에 의해 발광층을 형성하는 경우, 그 증착조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택된다. 한편, 호스트 및 도펀트를 포함하는 층을 형성하기 위하여 공증착(codeposition) 방법을 사용할 수 있다.

적색 발광층(125R) 및 녹색 발광층(125G)의 도펀트의 함량 및 청색 공통 발광층(125B)의 청색 도펀트의 함량은 통상적으로 각 발광층의 중량에 대하여 약 0.01 중량 % 내지 약 15 중량 %의 범위에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 청색 공통 발광층(125B)의 p형 도펀트의 함량은 청색 공통 발광층(125B)의 중량에 대하여 약 0.5 중량 % 내지 3 중량 % 일 수 있다. 상기 함량 범위에서 p형 도펀트는 청색 호스트 내에 효과적으로 정공을 생성시킴으로써 청색 호스트의 정공 수송도를 향상시킬 수 있다.

상기 발광층들(125R, 125G, 125B)의 두께는 약 100Å 내지 약 1,000Å일 수 있다.

전자 수송층(127)은 캐소드(131)로부터 주입된 전자를 발광층으로 수송하는 기능하는 층으로서, 예를 들면, Alq₃, BCP(2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline: 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린), Bphen(4,7-Diphenyl-1,10-phenanthroline: 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린), TAZ(3-(4-Biphenylyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole: 3-(4-비페닐릴)-4-페닐-5-터트-부틸페닐-1,2,4-트리아졸), NTAZ(4-(Naphthalen-1-yl)-3,5-diphenyl-4H-1,2,4-triazole: 4-(나프탈렌-1-일)-3,5-디페닐-4H-1,2,4-트리아졸), tBu-PBD(2-(4-Biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole: 2-(4-비페닐릴)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸), BAlq(하기 화학식 참조), Bebq₂(beryllium bis(benzoquinolin-10-olate: 베릴륨 비스(벤조퀴놀리-10-노에이트)), ADN(9,10-di(naphthalene-2-yl)anthrascene: 9,10-디(나프탈렌-2-일)안트라센), 화합물 101, 화합물 102 등과 같은 공지의 재료를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

BAlq BCP

Bphen TAZ

NTAZ tBu-PBD

<화합물 101> <화합물 102>

상기 전자 수송층(127)은 진공증착법, 또는 스핀코팅법, 캐스트법 등을 이용하여 형성될 수 있다. 진공증착법 및 스핀코팅법에 의해 전자 수송층(127)을 형성하는 경우, 그 조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공 주입층(121)의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택된다.

상기 전자 수송층(127)의 두께는 약 100Å 내지 약 1,000Å, 예를 들어 약 150Å 내지 약 500Å일 수 있다. 상기 전자 수송층(127)의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압의 상승없이 만족스러운 정도의 전자 수송 특성을 얻을 수 있다.

또는, 상기 전자 수송층(127)은 전자 수송성 유기 화합물 및 금속-함유 물질을 포함할 수 있다. 상기 금속-함유 물질은 Li 착체를 포함할 수 있다. 상기 Li 착체의 비제한적인 예로는, 리튬 퀴놀레이트(LiQ) 또는 화학식 103 등을 들 수 있다:

LiQ <화학식 103>

또한 전자 수송층(127) 상부에 캐소드(131)으로부터 전자의 주입을 용이하게 하는 기능을 갖는 전자 주입층(128)이 적층될 수 있다. 상기 전자 주입층(128) 형성 재료로는 LiF, NaCl, CsF, Li₂O, BaO 등과 같은 전자주입층 형성 재료로서 공지된 임의의 물질을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 전자주입층의 증착조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공 주입층(121)의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택될 수 있다.

상기 전자 주입층(128)의 두께는 약 1Å 내지 약 100Å, 약 3Å 내지 약 90Å일 수 있다. 상기 전자 주입층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압의 상승없이 만족스러운 정도의 전자 주입 특성을 얻을 수 있다.

선택적으로, 상기 전자 수송층(127) 및 전자 주입층(128)은 전자 수송 기능 및 전자 주입 기능을 동시에 갖는 기능층으로 대체될 수 있다.

캐소드(131)는 낮은 일함수를 갖는 금속, 합금, 전기전도성 화합물 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 구체적인 예로서는 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag)등을 박막으로 형성하여 투과형 전극을 얻을 수 있다. 한편, 전면 발광 소자를 얻기 위하여 ITO, IZO를 이용한 투과형 전극을 형성할 수 있는 등, 다양한 변형이 가능하다.

선택적으로, 유기 발광 소자(100)은 공진 구조(resonance structure)를 가질 수 있으며, 각 발광 영역(R, G, B)의 공진 거리(resonance distance)을 맞추기 위하여 공진층(미도시)을 사용할 수 있다. 공진층은 예를 들면, 각 발광 영역(R, G, B) 별로 전자 수송층(127)의 두께를 달리함으로써 형성되거나 경우에 따라서는 정공 수송층(122)과 같은 다른 층으로 형성되거나 또는 애노드(111)과 캐소드(131) 사이의 별도의 층으로서 형성될 수 있다.

상기 구현예는 공통 발광층으로서 청색 발광층이 사용된 경우를 설명하고 있으나, 선택적으로 공통 발광층으로서 적색 발광층 또는 녹색 발광층이 사용될 수도 있다. 즉, 정공 수송층 위에 적색 발광층이 공통 발광층으로서 형성되고 적색 공통 발광층 위에 녹색 발광층과 청색 발광층이 패터닝되어 있을 수 있다. 또는 정공 수송층 위에 녹색 발광층이 공통 발광층으로서 형성되고 녹색 공통 발광층 위에 적색 발광층과 청색 발광층이 패터닝되어 있을 수 있다.

적색 발광층이 공통 발광층인 경우에는 앞의 구현예에서 청색 발광층에 사용된 p형 도펀트가 적색 발광층 내에 제2 도펀트로서 사용될 수 있다. 마찬가지로 녹색 발광층이 공통 발광층인 경우에는 p형 도펀트가 녹색 발광층 내에 제2 도펀트로서 사용될 수 있다. p형 도펀트가 공통 발광층 내에 사용됨으로써 호스트 내에 정공을 생성시켜서 호스트의 정공 수송도를 향상시킬 수 있다.

본 발명을 따르는 유기 발광 소자는 도 1에 도시된 유기 발광 소자(100)를 예로 들어 설명되었으나, 필요에 따라 적색 발광층(125R) 및 녹색 발광층(125G) 중 어느 하나만 형성되거나, 발광층(125)과 전자 수송층(127) 사이에 정공 저지층이 더 Ω개재되거나 발광층(125)과 정공 수송층(122) 사이에 전자 저지층이 더 개재되거나, 기판 위에 캐소드부터 적층될 수 있는 등, 다양한 변형예가 가능함은 물론이다.

실시예 1

애노드로는 코닝사(Corning)의 15Ω/㎠ (500Å) ITO 유리 기판을 50㎜×50㎜×0.7㎜ 크기로 잘라 이소프로필 알코올과 순수를 이용하여 각각 5분간 초음파 세정한 후 30분간 자외선 오존 세정하여 사용하였다. 상기 ITO 유리 기판 상부에, MTDATA를 진공 증착하여 100Å 두께의 정공 주입층을 형성한 다음, 상기 정공 주입층 상부에 청색 호스트로서 TBADN 94 중량 %, 청색 도펀트로서 DPAVBI 5 중량 % 및 p형 도펀트로서 F4TCNQ 1 중량 % 를 사용하여 400Å 두께의 발광층을 형성하였다. 상기 발광층 상부에 Al을 진공 증착하여 1,200Å 두께의 캐소드를 형성함으로써 유기 발광 소자를 완성하였다.

실시예 2

발광층 내의 TBADN:DPAVBI:F4TCNQ 의 중량비를 94:5:1 대신 93:5:2를 사용하였다는 점을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 완성하였다.

비교예 1

발광층 내의 TBADN:DPAVBI:F4TCNQ 의 중량비를 94:5:1 대신 95:5:0을 사용하였다는 점을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 완성하였다.

비교예 2

발광층 내의 TBADN:DPAVBI:F4TCNQ 의 중량비를 94:5:1 대신 92:5:3을 사용하였다는 점을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 완성하였다.

비교예 3

발광층 내의 TBADN:DPAVBI:F4TCNQ 의 중량비를 94:5:1 대신 90:5:5를 사용하였다는 점을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 완성하였다.

표 1에 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 3의 유기 발광 소자이 구조를 나타내었다.

실시예 1	ITO(500Å)/MTDATA(100Å)/TBADN(94%):DPAVBI(5%):F4TCNQ(1%)(400Å)/Al(1200Å)
실시예 2	ITO(500Å)/MTDATA(100Å)/TBADN(93%):DPAVBI(5%):F4TCNQ(2%)(400Å)/Al(1200Å)
비교예 1	ITO(500Å)/MTDATA(100Å)/TBADN(95%):DPAVBI(5%):F4TCNQ(0%)(400Å)/Al(1200Å)
비교예 2	ITO(500Å)/MTDATA(100Å)/TBADN(92%):DPAVBI(5%):F4TCNQ(3%)(400Å)/Al(1200Å)
비교예 3	ITO(500Å)/MTDATA(100Å)/TBADN(90%):DPAVBI(5%):F4TCNQ(5%)(400Å)/Al(1200Å)

도 3은 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 3의 유기 발광 소자의 정공 전류 밀도 대 전압의 그래프이다. 정공의 전류밀도는 PR650 분광기를 사용하여 측정하였다.

도 3을 참조하면, 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1, 비교예 2 및 비교예 3의 순서로 전류 밀도가 크다. 즉, F4TCNQ 를 2 중량 % 이내로 도핑한 경우(실시예 1, 2)에 F4TCNQ 를 도핑하지 않은 경우(비교예 1)보다 전류 밀도가 증가하였다. 한편, F4TCNQ 를 3 중량 % 도핑한 경우(비교예 2)에 F4TCNQ 를 도핑하지 않은 경우(비교예 1)보다 전류 밀도가 감소하였으며, F4TCNQ 를 5 중량 % 도핑한 경우(비교예 3)에 전류 밀도가 상당히 감소하였다. 이는 F4TCNQ 의 함량이 증가하면 발광 도펀트인 DPAVBI 의 HOMO 에너지 레벨의 전자가 F4TCNQ 의 LUMO 에너지 레벨로 전이되는 확률이 커지고 그에 따라 F4TCNQ 의 HOMO 에너지 레벨이 호스트인 TBADN의 정공의 새로운 트랩 사이트로 작용하기 때문으로 여겨진다.

101: 기판 111: 애노드
121: 정공 주입층 122: 정공 수송층
125R: 적색 발광층 125G: 녹색 발광층
125B: 청색 발광층 127: 전자 수송층
128: 전자 주입층 131: 캐소드

Claims

기판;
상기 기판 위에 있고, 상기 기판과 평행하고 서로 대향하는 제1 전극층 및 제2 전극층;
상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층 사이의 발광층으로서, 상기 발광층은 제1 발광 영역, 제2 발광 영역 및 제3 발광 영역을 포함하고,
상기 발광층은 상기 제1 발광 영역, 제2 발광 영역 및 제3 발광 영역 내의 제1 공통 발광층, 상기 제1 공통 발광층과 상기 제2 전극층 사이에 있고 상기 제2 발광 영역 내에 위치한 제2 발광층 및 상기 제1 공통 발광층과 상기 제2 전극층 사이에 있고 상기 제3 발광 영역 내에 위치한 제3 발광층을 포함하며,
상기 제1 공통 발광층은 제1 호스트, 제1 도펀트 및 p형 도펀트를 포함하는 유기 발광 소자.
제1 항에 있어서,
상기 p형 도펀트는 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 에너지 레벨이 제1 호스트의 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital) 에너지 레벨과 0.2-1.0 eV 범위의 차이를 갖는 유기 발광 소자.
제1 항에 있어서,
상기 p형 도펀트는 LUMO 에너지 레벨은 5.5eV 이하인 유기 발광 소자.
제1 항에 있어서,
상기 p형 도펀트는 F4TCNQ(2,3,5,6-tetrafluoro-7,7',8,8'-tetracyanoquinodimethane), TCNQ(7,7',8,8'-tetracyanoquinodimethane), PTCDA(perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic-3,4,9,10-dianhydride), 1,3,2-다이옥사보린 유도체(1,3,2-dioxaborine derivatives), FeCl₃, FeF₃ 또는 SbCl₅ 를 포함하는 유기 발광 소자.
제1 항에 있어서,
상기 p형 도펀트의 함량은 상기 제1 공통 발광층의 중량에 대하여 약 0.5 내지 3 중량 % 인 유기 발광 소자.
제1 항에 있어서,
상기 제1 발광 영역은 청색 발광 영역이고, 상기 제2 발광 영역은 적색 발광 영역이고, 상기 제3 발광 영역은 녹색 발광 영역인 유기 발광 소자.
제6 항에 있어서,
상기 제1 공통 발광층은 청색 공통 발광층인 유기 발광 소자.
제7 항에 있어서,
상기 제1 호스트는 Alq₃, CBP(4,4'-N,N'-dicabazole-biphenyl: 4,4'-N,N'-디카바졸-비페닐), PVK(poly(n-vinylcabazole): 폴리(n-비닐카바졸)), ADN(9,10-di(naphthalene-2-yl)anthracene: 9,10-디(나프탈렌-2-일)안트라센), TCTA, TPBI(1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazole-2-yl)benzene: 1,3,5-트리스(N-페닐벤즈이미다졸-2-일)벤젠), TBADN(3-tert-butyl-9,10-di(naphth-2-yl) anthracene: 3-터트-부틸-9,10-디(나프트-2-일) 안트라센), E3 또는 DSA(distyrylarylene: 디스티릴아릴렌)을 포함하는 유기 발광 소자.
제7 항에 있어서,
상기 제1 도펀트는 청색 인광 도펀트 또는 청색 형광 도펀트를 포함하는 유기 발광 소자.
제7 항에 있어서,
상기 제1 도펀트는 F₂Irpic, (F₂ppy)₂Ir(tmd), Ir(dfppz)₃, ter-fluorene(터-플루오렌), DPAVBi(4,4'-bis(4-diphenylaminostyryl)biphenyl: 4,4'-비스(4-디페닐아미노스타릴)비페닐) 또는 TBPe(2,5,8,11-tetra-t-butylperylene: 2,5,8,11-테트라-티-부틸 페릴렌)을 포함하는 유기 발광 소자.
제6 항에 있어서,
상기 제1 공통 발광층은 적색 공통 발광층 또는 녹색 공통 발광층인 유기 발광 소자.
제1 항에 있어서,
상기 제1 전극층과 상기 발광층 사이의 정공 주입층 또는 정공 수송층을 더 포함하는 유기 발광 소자.
제1 항에 있어서,
상기 제2 전극층과 상기 발광층 사이의 전자 주입층 또는 전자 수송층을 더 포함하는 유기 발광 소자.
제12 항에 있어서,
상기 정공 주입층 또는 정공 수송층과 상기 발광층 사이의 전자 저지층을 더 포함하는 유기 발광 소자.
제13 항에 있어서,
상기 발광층과 상기 전자 주입층 또는 전자 수송층 사이의 정공 저지층을 더 포함하는 유기 발광 소자.
제1 항에 있어서,
상기 발광층과 상기 제2 전극층 사이의 공진층을 더 포함하는 유기 발광 소자.
제16 항에 있어서,
상기 공진층은 전자 수송층인 유기 발광 소자.
제17 항에 있어서, 상기 공진층은 상기 제1 발광 영역, 상기 제2 발광 영역 및 상기 제3 발광 영역의 공진 거리에 따라서 상기 제1 발광 영역, 상기 제2 발광 영역 및 상기 제3 발광 영역에서 다른 두께를 갖는 유기 발광 소자.
제1 항에 있어서,
상기 제1 전극층은 애노드이고, 상기 제2 전극층은 캐소드인 유기 발광 소자.
제1 항에 있어서,
상기 제1 전극층은 캐소드이고, 상기 제2 전극층은 애노드인 유기 발광 소자.