KR102053443B1 - 유기전계발광소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계발광소자는 제1 내지 제3 발광부가 정의된 기판, 상기 제1 내지 제3 발광부 상에 각각 위치하는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 위치하는 정공수송층, 상기 정공수송층 상에 위치하며, 상기 제1 발광부 상에 위치하는 제1 발광층 및 상기 제2 발광부 상에 위치하는 제2 발광층, 상기 제1 발광층, 제2 발광층 및 상기 제3 발광부 상에 위치하며, 정공과 전자를 전달하는 홀연결층, 상기 홀연결층 상에 위치하며, 상기 제1 내지 제3 발광부 전체에 위치하는 제3 발광층, 상기 제3 발광층 상에 위치하는 전자주입층, 및 상기 전자주입층 상에 위치하는 제2 전극을 포함하며, 상기 정공수송층은 적어도 둘 이상의 물질을 포함하고, 상기 홀연결층은 양극성 물질과 전자수송물질을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

유기전계발광소자{ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 유기전계발광소자에 관한 것으로, 보다 자세하게는 발광층들 사이에 홀연결층을 포함하는 유기전계발광소자에 관한 것이다.
유기전계발광소자(organic light emitting device, 이하 OLED)는 인가된 전위에 반응하여 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 매우 효과적인 OLED를 설명하고 있다.
또한, 문헌[Adachi et al., "Electroluminescence in Organic Flims with Three-Layer Structure", Japanese Journal of Applied Physics, 27, L269(1988)] 및 문헌[Tang et al., "Electroluminescence of Doped Organic Thin Films", Journal of Applied Physics, 65, 3610(1989)]에 개시된 바와 같이, HTL과 ETL 사이에 유기 발광층(light emitting layer, 이하 LEL)을 함유하는 3개의 층의 OLED가 존재한다. 일반적으로, LEL은 게스트 물질로 도핑된 호스트 물질로 구성된다. 또한, 디바이스 안에 정공주입층(hole injection layer, 이하, HIL), 및/또는 전자주입층(electron injection layer, 이하, EIL), 및/또는 전자차단층(electron blocking layer, EBL), 및/또는 정공차단층(hole blocking layer, HBL)과 같은 부가적인 기능 층을 함유하는 그 밖의 다층 OLED가 존재한다. 동시에, 다양한 유형의 EL 물질이 합성되어 OLED에서 사용된다. 이러한 신규한 구조 및 신규한 물질은 디바이스 성능을 더욱 증진시킨다.
한편, 발표문헌 [Tomoyuki. Higo et al. “A High-Performance Hybrid OLED Device Assisted by Evaporated Common Organic Layers” IDW ‘ 311 (2010)에서 용액형(Soluble) 대면적 공정을 위한 Soluble Hybrid OLED 소자를 개시한다. 도 1을 참조하면, 대면적 공정을 위하여 양극 상에 HIL, HTL, LEL(R, G)는 Soluble 공정으로 패터닝하고 홀연결층(hole connecting layer), 블루 공통층(Blue), ETL, EIL 및 음극은 마스크 없이 진공열증착법(Vacuum Thermal Evaporation, VTE)으로 진행한다.
그러나, OLED 소자의 수명 최적화 및 색좌표 개선을 위하여 R, G, B 소자 각각의 전하 균형(Charge Balance)의 최적화가 필요하나 HTL, 홀연결층, 블루 공통층, ETL 및 EIL을 공통으로 사용하여야 하는 상기의 구조에서 구현이 쉽지 않다. 만약, 전하 균형이 최적화되지 않을 경우 전하가 어느 한 계면에 축적되어 여기자 퀀칭(Exciton quenching)이 일어나게 되고 이는 소자의 안정성에 문제를 야기한다. 현재 양극성(Bipolar) 홀연결층 구조의 Red, Green Soluble Hybrid OLED소자는 정공이 발광층과 홀연결층의 계면에서 축적되어 있어 전하 축적현상이 유발되어 수명에 악영향을 주고 홀연결층에서 발광된 딥 블루(Deep Blue) 파장으로 인해 색특성 또한 저하시키는 문제가 있다.
본 발명은 전자 타입의 홀연결층 및 높은 △T1 레벨을 가진 정공수송층을 형성하여, R, G 소자의 재결합영역을 최적화하여 용액형 하이브리드 유기전계발광소자의 수명 특성을 향상시킬 수 있는 유기전계발광소자를 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계발광소자는 제1 내지 제3 발광부가 정의된 기판, 상기 제1 내지 제3 발광부 상에 각각 위치하는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 위치하는 정공수송층, 상기 정공수송층 상에 위치하며, 상기 제1 발광부 상에 위치하는 제1 발광층 및 상기 제2 발광부 상에 위치하는 제2 발광층, 상기 제1 발광층, 제2 발광층 및 상기 제3 발광부 상에 위치하며, 정공과 전자를 전달하는 홀연결층, 상기 홀연결층 상에 위치하며, 상기 제1 내지 제3 발광부 전체에 위치하는 제3 발광층, 상기 제3 발광층 상에 위치하는 전자주입층, 및 상기 전자주입층 상에 위치하는 제2 전극을 포함하며, 상기 홀연결층은 양극성 물질과 전자수송물질을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 정공수송층은 제1 정공수송물질과 제2 정공수송물질을 포함하며, 상기 제2 정공수송물질의 정공 이동도는 상기 제1 정공수송물질의 정공 이동도와 동등하거나 그 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 제1 정공수송물질의 △T1 레벨이 1.6 내지 2.2이고, 상기 제2 정공수송물질의 △T1 레벨은 2.0 내지 2.7인 것을 특징으로 한다.
상기 제1 정공수송물질의 정공 이동도는 1.0E-04 내지 5.0E-01 ㎠/Vs인 것을 특징으로 한다.
상기 양극성 물질은 HOMO 레벨이 -5.3 내지 -6.3eV이고 LUMO 레벨이 -2.2 내지 -3.2eV이고, 전자 이동도는 1.0E-09 내지 1.0E-05㎠/Vs 이며, 정공 이동도는 5.0E-05 내지 5.0E-03 ㎠/Vs인 것을 특징으로 한다.
상기 전자수송물질은 상기 양극성 물질보다 HOMO 레벨 및 LUMO 레벨이 낮은 것을 특징으로 한다.
상기 정공수송층은 상기 제1 및 제2 발광부에 위치하는 제1 정공수송층 및 상기 제3 발광부에 위치하는 제2 정공수송층으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 제1 정공수송층은 제1 정공수송물질과 제2 정공수송물질로 이루어지고, 상기 제2 정공수송층은 상기 제1 정공수송물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 제2 정공수송물질의 정공 이동도는 상기 제1 정공수송물질의 정공 이동도와 동등하거나 그 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 제1 정공수송물질의 △T1 레벨이 1.6 내지 2.2이고, 상기 제2 정공수송물질의 △T1 레벨은 2.0 내지 2.7인 것을 특징으로 한다.
상기 제1 정공수송물질의 정공 이동도는 1.0E-04 내지 5.0E-01 ㎠/Vs인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기전계발광소자는 정공수송층의 △T1 레벨을 높이고 정공의 이동 특성을 떨어뜨려, 발광층과 홀연결층의 계면에 위치하고 있는 적색 및 녹색 발광층의 재결합 영역을 발광층의 중앙으로 이동시킬 수 있다. 또한, 양극성 물질보다 HOMO 및 LUMO 레벨이 낮은 전자수송물질을 포함하는 홀연결층을 형성함으로써, 청색 발광층으로부터 홀연결층에 주입되는 전자의 에너지 갭을 줄여 전자의 주입을 용이하게 한다. 따라서, 본 발명의 유기전계발광소자는 적색, 녹색 발광층의 재결합 영역을 발광층의 중앙으로 이동시켜 소자의 발광 효율, 수명 및 색좌표를 개선할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래 유기전계발광소자를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계발광소자를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계발광소자의 에너지밴드 다이어그램.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기전계발광소자를 나타낸 도면.
도 5a는 본 발명의 비교예에 따라 제조된 유기전계발광소자의 녹색 스펙트럼이고, 도 5b는 본 발명의 비교예에 따라 제조된 유기전계발광소자의 적색 스펙트럼.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 유기전계발광소자의 녹색 스펙트럼이고, 도 6b는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 유기전계발광소자의 적색 스펙트럼.
도 7은 본 발명의 비교예 및 실시예에 따라 제조된 유기전계발광소자의 수명을 나타낸 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예들을 자세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계발광소자를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계발광소자의 에너지밴드 다이어그램이며, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기전계발광소자를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계발광소자(100)는 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 발광부(105R), 녹색을 방출하는 녹색 발광부(105G) 및 청색을 방출하는 청색 발광부(105B)로 구성되어 풀 컬러를 구현한다. 본 발명의 유기전계발광소자(100)는 기판(110) 상에 제1 전극(130)과 제2 전극(190) 사이에 제1 발광층(150R), 제2 발광층(150G) 및 제3 발광층(150B)을 포함한다.
보다 자세하게는, 상기 기판(110)은 빛이 투과할 수 있는 투명한 유리, 플라스틱 또는 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 상기 기판(110) 상에 제1 전극(120R, 120G, 120B)이 위치하되, 적색 발광부(105R), 녹색 발광부(105G) 및 청색 발광부(150B)에 각각 위치한다. 제1 전극(120R, 120G, 120B)은 일함수가 높은 투명한 애노드 전극으로, ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 또는 ZnO(Zinc Oxide) 중 어느 하나로 이루어진다. 제2 전극(190)은 일함수가 낮은 캐소드 전극으로, 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 은(Ag), 칼슘(Ca) 등의 금속으로 이루어진다.
상기 각 적색, 녹색 및 청색 발광부(105R, 105G, 105B)는 하나의 발광소자 단위를 이룬다. 적색 발광부(105R)에는 적색을 발광하는 제1 발광층(150R)을 포함하고, 녹색 발광부(105G)는 녹색을 발광하는 제2 발광층(150G)을 포함한다. 또한, 적색, 녹색 및 청색 발광부(105R, 105G, 105B)에는 공통적으로 청색을 발광하는 제3 발광층(150B)이 형성된다.
제1 발광층(150R)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(150G)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.
상기 적색 발광부(105R)와 녹색 발광부(105G)의 제1 발광층(150R) 및 제2 발광층(150G) 상부와 함께 청색 발광부(105B)에 제3 발광층(150B)이 위치한다. 제3 발광층(150B)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.
여기서, 상기 적색 발광부(105R)의 제1 발광층(150R), 녹색 발광부(105G)의 제2 발광층(150G) 상에 제3 발광층(150B)이 위치하고, 청색 발광부(105B)에도 공통적으로 제3 발광층(150B)이 위치한다. 청색 발광부(105B)의 제3 발광층(150B)은 호스트의 에너지가 도펀트로 전이되어 청색 빛을 발광하지만, 적색 및 녹색 발광부(105R, 105G)에서의 제3 발광층(150B)은 호스트의 에너지가 도펀트로 전이되지 않고 에너지 준위 차가 더 적은 제1 발광층(150R) 및 제2 발광층(150G)의 도펀트로 전이되어 제3 발광층(150B)은 발광하지 않고 에너지를 전달하는 역할을 하게 된다.
한편, 각 적색 발광부(105R)의 제1 전극(120R)과 제1 발광층(150R) 사이, 녹색 발광부(105G)의 제1 전극(120G)과 제2 발광층(150G) 사이 및 청색 발광부(105B)의 제1 전극(120B))과 제3 발광층(150B) 사이에 정공주입층(130)이 위치한다. 정공주입층(Hole Injection Layer ; HIL)(130)은 상기 제1 전극(120R, 120G, 120B)으로부터 제1 내지 제3 발광층(150R, 150G, 150B))으로 정공의 주입을 원활하게 하는 역할을 할 수 있으며, 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.
그리고, 적색 발광부(105R), 녹색 발광부(105G) 및 청색 발광부(105B)의 제3 발광층(150B) 상에 전자수송층(170)과 전자주입층(180)을 더 포함한다. 전자수송층(Electron Transport Layer ; ETL)(170)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. 또한, 전자주입층(180)은 전자의 주입을 원활하게 하는 역할을 하며, LiF, Li, Ba 및 BaF2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
한편, 본 발명의 유기전계발광소자(100)는 정공주입층(130)과 발광층들(150R, 150G, 150B) 사이에 정공수송층(140)을 더 포함한다. 정공수송층(140)은 제1 전극(120R, 120G, 120B)들로부터 각 발광층들로 정공을 전달하기 위한 것으로, 적어도 둘 이상의 물질들을 포함한다. 예를 들어, 정공수송층(140)은 제1 정공수송물질과 제2 정공수송물질을 포함한다. 제2 정공수송물질은 제1 정공수송물질보다 △T1 레벨이 높으며, △T1 레벨이 2.0 내지 2.7eV의 범위로 이루어진다. 따라서, 발광층의 삼중항 에너지 레벨이 정공수송층(140)보다 낮아 발광층에서 정공수송층(140)으로 에너지가 전이되는 것을 방지한다.
상기 제2 정공수송물질은 2.0 내지 2.7eV의 △T1 레벨을 가지는 것으로, 예를 들어, 카바졸(Carbazole) 계열, 아릴실란(Aryl silane)계열, 포스핀 옥사이드 (Phosphine oxide)계열 등으로 이루어진다. 또한 제2 정공수송물질은 높은 유리 전이온도(Tg)를 가지고 있어 정공수송층(140)과 발광층의 가교 시 높은 열적 안정성으로 라디칼(radical)을 형성하고, 이를 통해 정공수송층(140)과의 가교를 형성한다. 또한, 가교 특성을 향상시키기 위해 △T1 레벨을 가지는 정공수송층(140)의 유리 전이온도(Tg)는 100 내지 250℃로 이루어진다.
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.
따라서, 본 발명의 정공수송층(140)은 기존 정공수송층의 △T1 레벨을 높이고 정공의 이동 특성을 떨어뜨려, 발광층과 홀연결층의 계면에 위치하고 있는 적색(Red) 및 녹색(Green)의 발광층의 재결합 영역을 각 발광층의 중앙으로 이동시킴으로써 소자의 수명 및 색좌표를 개선할 수 있는 이점이 있다.
한편, 본 발명에서는 제1 발광층(150R), 제2 발광층(150G) 및 청색 발광부(105B)의 정공수송층(140)과 제3 발광층(150B) 사이에 홀연결층(160)을 더 포함한다. 홀연결층(160)은 청색을 발광하는 제3 발광층(150B)을 공통층으로 사용할 때 청색의 효율 및 색좌표 특성을 향상시키기 위한 것으로, 제3 발광층(150B)에서 전자를 적색의 제1 발광층(150R)과 녹색의 제2 발광층(150G)으로 효과적으로 주입하여 소자의 수명을 향상시킨다.
홀연결층(160)은 제1 발광층(150R), 제2 발광층(150G) 및 제3 발광층(150B)으로 각각 전자와 정공을 주입, 이동시켜야 하기 때문에 기본적으로 양극성(bipolar) 특성을 가지고 있다. 제1 발광층(150R)과 제2 발광층(150G)의 경우 정공이 상대적으로 빨라 제1 발광층(150R) 및 제2 발광층(150G)과 홀연결층(160) 계면에 축적되고 있다. 이는 엑시톤 퀀칭(Exciton quenching) 현상으로 인한 소자의 안정성 문제를 야기하고 홀연결층(160)의 피크(Peak) 발광으로 인한 색순도 저하의 문제를 발생시킨다.
이에 본 발명에서는 홀연결층(160)보다 낮은 HOMO(Hightest Occupied Molecular Orbital) 및 LUMO(Lowest Unoccupied molecular Orbital)를 가지는 전자수송물질을 공증착하여 홀연결층의 정공블록(Hole Block) 및 전자주입(Electron Injection) 특성을 증가시켜, 제1 발광층(150R) 및 제2 발광층(150G)의 재결합영역을 최적화함으로써 소자의 수명특성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
홀연결층(160)은 전자와 정공을 전달시킬 수 있는 양극성 물질과 전자수송물질을 포함한다. 양극성 물질은 HOMO 레벨이 -5.3 내지 -6.3eV이고 LUMO 레벨이 -2.2 내지 -3.2eV 범위로 이루어지고, 전자수송물질은 양극성 물질보다 HOMO 레벨과 LUMO 레벨이 낮은 물질로 이루어진다. 또한, 양극성 물질의 전자 이동도는 1.0E-09 내지 1.0E-05㎠/Vs 이며, 정공 이동도는 5.0E-05 내지 5.0E-03 ㎠/Vs으로 이루어지고 전자수송물질은 양극성 물질의 전자 이동도 및 정공 이동도와 동등하거나 그 이하인 물질로 이루어진다. 이는 정공수송물질을 이루는 재료가 HOMO 레벨과 LUMO 레벨이 양극성 물질보다 낮게 이루어짐으로써, 제3 발광층(150B)에서 제1 발광층(150R) 및 제2 발광층(150G)으로 전달되는 전자의 이동을 용이하게 한다.
홀연결층(160)의 두께는 50 내지 10000Å로 이루어진다. 이는 전자주입층(180)과 정공수송층(140) 간의 전하 균형도를 최적화 하기 위한 두께 비율로 제1 및 제2 발광층(150R, 150G)과 홀연결층(160)의 계면에서 발광을 유도하기 위한 두께로 한정한다. 또한, 홀연결층(160)은 진공 증착법으로 형성되되 양극성 물질과 전자수송물질을 공증착(co-evaporation)하여 형성한다.
도 3을 참조하면, 전술한 바와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계발광소자는 제1 정공수송물질(HTM1)과 제2 정공수송물질(HTM2)을 포함하는 정공수송층(140), 제1 또는 제2 발광층(여기서는 제1 발광층을 예로 설명함, 150R), 양극성 물질(HCL1)과 전자수송물질(HCL2)을 포함하는 홀연결층(160) 및 제3 발광층(150B)을 포함한다. 정공수송층(140)은 제1 정공수송물질(HTM1)보다 △T1 레벨이 높은 제2 정공수송물질(HTM2)을 포함함으로써, 제1 발광층(150R)의 △T1 레벨이 정공수송층(140)보다 낮아 제1 발광층(150R)에서 정공수송층(140)으로 에너지가 전이되는 것을 방지한다. 또한, 정공수송층(140)의 제2 정공수송물질(HTM2)의 정공 이동도가 제1 정공수송물질(HTM1)보다 낮기 때문에 정공의 이동도를 조절할 수 있다.
홀연결층(160)은 양극성 물질(HCL1)보다 HOMO 및 LUMO 레벨이 낮은 전자수송물질(HCL2)을 포함함으로써, 제3 발광층(150B)으로부터 홀연결층(160)에 주입되는 전자의 에너지 갭(gap)을 줄여 전자의 주입을 용이하게 한다. 따라서, 본 발명의 유기전계발광소자는 적색, 녹색의 제1 및 제2 발광층(150R, 150G)의 재결합 영역(Recombination zone)을 발광층의 중앙으로 이동시켜 발광 효율 및 색특성을 개선시킬 수 있는 효과가 있다.
전술한 정공주입층(130), 정공수송층(140), 제1 및 제2 발광층(150R, 150G)은 모두 용액 도포법으로 형성되며 예를 들어, 스핀 코팅, 딥코팅, 잉크젯 프린팅 등을 사용할 수 있다.
한편, 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기전계발광소자는 적색 및 녹색 발광부(105R, 105G)에 제1 정공수송층(142)이 위치하고, 청색 발광부(105B)에 제2 정공수송층(145)이 위치한다. 제1 정공수송층(142)과 제2 정공수송층(145)은 서로 다른 물질로 이루어진다. 제1 정공수송층(142)은 전술한 도 2의 정공수송층(140)과 동일한 구성으로 이루어지는 것으로, 제1 정공수송물질과 제2 정공수송물질로 이루어진다. 그리고, 제2 정공수송층(145)은 제1 정공수송물질로만 이루어진다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 유기전계발광소자는 적색 및 녹색 발광부(105R, 105G)에 제1 정공수송층(142)이 위치하고, 청색 발광부(105B)에 제2 정공수송층(145)이 위치한다. 이에 따라, 적색 및 녹색 발광부(105R, 105G)에서는 재결합영역이 제1 및 제2 발광층(150R, 150G) 내부로 이동될 수 있다. 반면, 청색 발광부(105B)에서는 제2 정공수송물질이 없는 제2 정공수송층(145)이 위치한다. 즉, 제1 전극(120B)으로부터 주입된 정공의 이동도가 제2 정공수송층(145)에서 저하되지 않고 제3 발광층(150B)으로 용이하게 주입될 수 있다. 따라서, 청색 발광부(105B)에서 정공과 전자의 재결합영역이 홀연결층(160)으로 치우치지 않고 청색 발광부(105B) 내로 위치하게 할 수 있는 이점이 있다. 이와 같이, 구성 물질이 서로 상이한 제1 정공수송층(142)과 제2 정공수송층(145)은 용액 도포법으로 형성되기 때문에 각 발광부(105R, 105G, 105B)에 다른 정공수송층을 형성할 수 있다.
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>
면저항이 30Ω이고 1.08mm 두께를 가지며 광투과율이 80% 이상인 ITO 유리 2cmx2cm의 크기로 자른후 식각 액을 이용하여 ITO 층을 일부분 제거하였다. 또한 ITO 유리를 Acetone/Methanol/IPA 순으로 각각 15분씩 초음파 세정기로 세척 한 후 이온수로 세척하교 230℃조건에서 30분간 어닐링을 통하여 건조하였다. 정공주입층으로 CuPc를 50Å의 두께로 형성하고 정공수송층으로 NPD를 700Å의 두께로 형성하며, 적색 발광층으로 호스트 CBP에 도펀트 Ir(Mnpy)3를 혼합하여 300Å의 두께로 형성하고, 녹색 발광층으로 호스트 CBP에 도펀트 Ir(ppy)3를 혼합하여 300Å의 두께로 형성하였다. 전술한 정공주입층, 정공수송층, 적색 발광층 및 녹색 발광층들은 각각 스핀코팅을 하여 110℃에서 1시간 건조시켜 형성하였다. 녹색 발광층까지 용액 공정을 통하여 코팅한 후, 고 진공하에서 홀연결층으로 HOMO 레벨이 -5.3 내지 -6.3eV이고 LUMO 레벨이 -2.2 내지 -3.2eV을 가지는 재료를 200Å의 두께로 형성하고 청색 공통 발광층으로 호스트 CBP에 도펀트 spiro-DPVBi를 혼합하여 300Å의 두께로 형성하였다. 전자수송층으로 Alq3를 200Å의 두께로 형성하였고, 전자주입층으로 LiF를 10Å의 두께로 형성하였고, 제 2 전극으로 Al을 1000Å의 두께로 형성하여 청색, 녹색 및 적색 유기전계발광소자를 제작하였다.
<실시예>
정공수송층으로 △T1 레벨이 1.6 내지 2.2의 범위인 제1 정공수송물질과 △T1 레벨이 2.0 내지 2.7의 범위인 제2 정공수송물질을 혼합하여 700Å의 두께로 형성하였고, 홀연결층으로 HOMO 레벨이 -5.3 내지 -6.3eV이고 LUMO 레벨이 -2.2 내지 -3.2eV인 양극성 물질과, 양극성 물질보다 HOMO 및 LUMO 레벨이 낮은 전자수송물질을 혼합하여 200Å의 두께로 형성한 것만을 달리하여, 전술한 비교예와 동일한 공정 조건 하에 청색, 녹색 및 적색 유기전계발광소자를 제작하였다.
전술한 비교예 및 실시예에 따라 제작된 유기전계발광소자의 녹색 스펙트럼과 적색 스펙트럼을 각각 측정하여, 도 5a 내지 6b에 나타내었다. 여기서, 도 5a는 비교예의 녹색 스펙트럼이고, 도 5b는 비교예의 적색 스펙트럼이며, 도 6a는 실시예의 녹색 스펙트럼이고 도 6b는 실시예의 적색 스펙트럼을 나타낸다. 또한, 비교예 및 실시예에 따라 제작된 유기전계발광소자의 녹색 및 적색 소자의 구동전압, 양자효율, 발광효율, 색좌표 및 수명을 측정하여 하기 표 1에 나타내었고, 수명 특성은 도 7에 그래프로 나타내었다.
# 색 구동전압(V) 양자효율
(%)		 발광효율
(Cd/A)		 색좌표 수명(T95)
CIE_x CIE_y
비교예
 녹색 4.1 16.6 61.7 0.325 0.621 2.3
적색 4.7 9.2 11.2 0.645 0.354 5.8
실시예
 녹색 4.7 18.1 67.5 0.334 0.624 9.8
적색 5.0 12.7 15.2 0.646 0.353 13.1
상기 표 1 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 제작된 유기전계발광소자는 비교예보다 양자효율, 발광효율, 색좌표 및 수명이 향상된 것을 확인하였다. 또한, 도 5a에 나타난 비교예의 녹색 스펙트럼은 약 460nm 파장 부근에서 홀연결층의 피크(peak)가 나타났으나, 도 6a에 나타난 실시예의 녹색 스펙트럼은 홀연결층의 피크가 나타나지 않았다. 즉, 비교예와 같이 홀연결층의 피크가 나타난다는 것은 발광 재결합영역이 발광층과 홀연결층의 계면에서 나타나는 것을 의미한다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 유기전계발광소자는 재결합영역이 발광층 내부로 이동되었다는 것을 나타내며, 이에 따라 색좌표의 향상으로 나타났음을 확인하였다.
상기와 같이, 본 발명의 유기전계발광소자는 정공수송층의 △T1 레벨을 높이고 정공의 이동 특성을 떨어뜨려, 발광층과 홀연결층의 계면에 위치하고 있는 적색 및 녹색 발광층의 재결합 영역을 발광층의 중앙으로 이동시킬 수 있다. 또한, 양극성 물질보다 HOMO 및 LUMO 레벨이 낮은 전자수송물질을 포함하는 홀연결층을 형성함으로써, 청색 발광층으로부터 홀연결층에 주입되는 전자의 에너지 갭을 줄여 전자의 주입을 용이하게 한다. 따라서, 본 발명의 유기전계발광소자는 적색, 녹색 발광층의 재결합 영역을 발광층의 중앙으로 이동시켜 소자의 발광 효율, 수명 및 색좌표를 개선할 수 있는 이점이 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.
100 : 유기전계발광소자 110 : 기판
120R, 120G, 120B : 제1 전극 130 : 정공주입층
140 : 정공수송층 150R : 제1 발광층
150G : 제2 발광층 150B : 제3 발광층
160 : 홀연결층 170 : 전자수송층
180 : 전자주입층 190 : 제2 전극

Claims (11)

  1. 제1 내지 제3 발광부가 정의된 기판;
    상기 제1 내지 제3 발광부 상에 각각 위치하는 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 위치하는 정공수송층;
    상기 정공수송층 상에 위치하며, 상기 제1 발광부 상에 위치하는 제1 발광층 및 상기 제2 발광부 상에 위치하는 제2 발광층;
    상기 제1 발광층, 제2 발광층 및 상기 제3 발광부 상에 위치하며, 정공과 전자를 전달하는 홀연결층;
    상기 홀연결층 상에 위치하며, 상기 제1 내지 제3 발광부 전체에 위치하는 제3 발광층;
    상기 제3 발광층 상에 위치하는 전자주입층; 및
    상기 전자주입층 상에 위치하는 제2 전극을 포함하며,
    상기 정공수송층은 제1 정공수송물질과 제2 정공수송물질을 포함하고,
    상기 제2 정공수송물질의 △T1 레벨은 상기 제1 정공수송물질의 △T1 레벨보다 높으며, 제2 정공수송물질의 정공 이동도는 상기 제1 정공수송물질의 정공 이동도와 동등하거나 그 이하이고,
    상기 홀연결층은 양극성 물질과 전자수송물질을 포함하며,
    상기 전자수송물질의 HOMO 레벨 및 LUMO 레벨은 상기 양극성 물질의 HOMO 레벨 및 LUMO 레벨보다 낮으며, 상기 전자수송물질의 전자 이동도 및 정공 이동도는 상기 양극성 물질의 전자 이동도 및 정공 이동도와 동등하거나 그 이하인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 정공수송물질의 △T1 레벨이 1.6 내지 2.2이고, 상기 제2 정공수송물질의 △T1 레벨은 2.0 내지 2.7인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 정공수송물질의 정공 이동도는 1.0E-04 내지 5.0E-01 ㎠/Vs인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 양극성 물질은 HOMO 레벨이 -5.3 내지 -6.3eV이고 LUMO 레벨이 -2.2 내지 -3.2eV이고, 전자 이동도는 1.0E-09 내지 1.0E-05㎠/Vs 이며, 정공 이동도는 5.0E-05 내지 5.0E-03 ㎠/Vs인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 정공수송층은 상기 제1 및 제2 발광부에 위치하는 제1 정공수송층 및 상기 제3 발광부에 위치하는 제2 정공수송층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 정공수송층은 제1 정공수송물질과 제2 정공수송물질로 이루어지고, 상기 제2 정공수송층은 상기 제1 정공수송물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 정공수송물질의 정공 이동도는 상기 제1 정공수송물질의 정공 이동도와 동등하거나 그 이하인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 정공수송물질의 △T1 레벨이 1.6 내지 2.2이고, 상기 제2 정공수송물질의 △T1 레벨은 2.0 내지 2.7인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 정공수송물질의 정공 이동도는 1.0E-04 내지 5.0E-01 ㎠/Vs인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
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