KR102283121B1

KR102283121B1 - 유기 발광 소자

Info

Publication number: KR102283121B1
Application number: KR1020180093611A
Authority: KR
Inventors: 최민우; 전상영; 천민승; 전현수; 김재은
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2018-08-10
Filing date: 2018-08-10
Publication date: 2021-07-28
Also published as: CN110828678B; CN110828678A; KR20200017985A

Abstract

본 명세서는 애노드; 상기 애노드와 대향하여 구비된 캐소드; 상기 애노드와 캐소드 사이에 구비된 제1 발광층; 상기 제1 발광층과 상기 캐소드 사이에 구비된 제2 발광층; 및 상기 애노드와 상기 제1 발광층 사이에 구비되고, 정공수송 물질을 포함하는 정공수송층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 제2 발광층은 상기 제1 발광층 보다 단파장의 빛을 발광하며, 상기 제1 발광층은 제1 호스트, 제2 호스트 및 제1 도펀트를 포함하고, 상기 제2 발광층은 제3 호스트, 제4 호스트 및 제2 도펀트를 포함하며, 상기 제1 호스트 및 제2 호스트 중 어느 하나는 상기 정공수송 물질과 동일하고, 상기 애노드와 상기 정공수송층 사이에 구비된 P형 도핑층을 포함하고, 상기 캐소드와 상기 제2 발광층 사이에 구비된 N형 도핑층을 포함하는 것인 유기 발광 소자에 관한 것이다.

Description

유기 발광 소자 {ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE}

본 명세서는 유기 발광 소자에 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 애노드와 캐소드 및 그 사이에 위치한 유기물층, 예컨대 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층을 포함하는 유기물층을 포함할 수 있다.

유기발광소자는 발광성 유기 화합물에 전류가 흐르면 빛을 내는 전계 발광 현상을 이용한 자체 발광형 소자를 의미하며, 디스플레이, 조명 등 다양한 산업 분야에서 차세대 소재로 관심을 받고 있다.

이와 같은 유기발광소자의 수명 개선 및 구동전압을 낮추어 유기발광소자의 발광효율을 높이기 위한 기술의 개발이 필요하다.

미국 특허 출원 공개 제2004-0251816호

본 명세서는 높은 발광 효율 및/또는 장수명의 유기 발광 소자를 제공한다.

본 명세서의 일 실시상태는 애노드; 상기 애노드와 대향하여 구비된 캐소드; 상기 애노드와 캐소드 사이에 구비된 제1 발광층; 상기 제1 발광층과 상기 캐소드 사이에 구비된 제2 발광층; 및 상기 애노드와 상기 제1 발광층 사이에 구비되고, 정공수송 물질을 포함하는 정공수송층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 제2 발광층은 상기 제1 발광층 보다 단파장의 빛을 발광하며, 상기 제1 발광층은 제1 호스트, 제2 호스트 및 제1 도펀트를 포함하고, 상기 제2 발광층은 제3 호스트, 제4 호스트 및 제2 도펀트를 포함하며, 상기 제1 호스트 및 제2 호스트 중 어느 하나는 상기 정공수송 물질과 동일하고, 상기 애노드와 상기 정공수송층 사이에 구비된 P형 도핑층을 포함하고, 상기 캐소드와 상기 제2 발광층 사이에 구비된 N형 도핑층을 포함하는 것인 유기 발광 소자를 제공한다.

본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자는 전하가 균형을 이루는 전압이나, 전류의 범위가 넓으므로, 넓은 구동 영역에서 유기 발광 소자의 색상차가 없고, 구동 전압이 낮고, 고효율 및/또는 장수명의 효과가 있다.

도 1 및 2는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자를 나타낸 도이다.
도 3은 본 명세서의 실시예 1-1의 유기 발광 소자의 10 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL) 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 4은 본 명세서의 실시예 1-1의 유기 발광 소자의 100 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL) 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 5는 본 명세서의 실시예 1-1의 유기 발광 소자의 10 mA/cm² 및 100 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL) 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 6은 본 명세서의 비교예 1-1의 유기 발광 소자의 10 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL) 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 7은 본 명세서의 비교예 1-1의 유기 발광 소자의 100 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL) 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 8은 본 명세서의 비교예 1-1의 유기 발광 소자의 10 mA/cm² 및 100 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL) 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 9는 본 명세서의 실시예 1-1 및 비교예 1-1의 유기 발광 소자의 10 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL) 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 10은 본 명세서의 실시예 1-1 및 비교예 1-1의 유기 발광 소자의 100 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL) 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 11은 본 명세서의 비교예 2-1의 유기 발광 소자의 10 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL) 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 12은 본 명세서의 비교예 2-1의 유기 발광 소자의 100 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL) 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 13은 본 명세서의 비교예 2-1의 유기 발광 소자의 10 mA/cm² 및 100 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL) 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 14은 본 명세서의 비교예 2-2의 유기 발광 소자의 10 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL) 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 15은 본 명세서의 비교예 2-2의 유기 발광 소자의 100 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL) 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 16은 본 명세서의 비교예 2-2의 유기 발광 소자의 10 mA/cm² 및 100 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL) 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 17은 본 명세서의 비교예 2-3의 유기 발광 소자의 10 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL) 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 18은 본 명세서의 비교예 2-3의 유기 발광 소자의 100 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL) 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 19는 본 명세서의 비교예 2-3의 유기 발광 소자의 10 mA/cm² 및 100 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL) 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 20은 상기 비교예 1-2의 유기 발광 소자의 10 mA/cm² 및 100 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL) 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 21은 상기 실시예 2-1의 유기 발광 소자의 10 mA/cm² 및 100 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL) 스펙트럼을 나타낸 도이다.

이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.

본 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자의 각 발광층은 애노드에서 캐소드 쪽에 가까울수록 단파장의 빛을 발광하여 유기 발광 소자의 목표한 색상의 광원을 만들어 낼 수 있고, 각 발광층에 복수의 호스트를 사용하여, 전하가 균형을 이루는 전압이나, 전류의 범위가 넓으므로, 넓은 구동 영역에서 유기 발광 소자의 색상차가 없고, 구동 전압이 낮고, 고효율의 장수명의 효과가 있다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 정공수송층은 상기 제1 발광층에 접하여 구비된다.

상기 정공수송층이 제1 발광층에 접하여 구비되는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자는 상기 정공수송층의 정공수송 물질이 상기 제1 발광층의 제1 호스트 또는 제2 호스트와 동일하므로, 상기 애노드에서 들어가는 정공이 정공수송층을 거쳐 제1 발광층으로 수송될 때 저항이 최소화되어 정공이 제1 발광층으로 원활하게 수송된다. 또한, 상기 제1 발광층에 정공 수송 능력을 가지는 상기 정공수송 물질과 동일한 물질이 상기 제1 호스트 또는 제2 호스트로 쓰이므로, 상기 제1 발광층으로 들어온 정공의 농도가 증가하여도 제1 발광층 내에서 저항이 증가되는 효과가 억제되어 전하균형 상태를 넓은 구동 영역에 맞춰주어 발광 엑시톤의 생성 영역이 변하지 않아 색좌표의 변화폭이 적으며, 과부하로 인한 전기적인 스트레스를 적게 받아 유기 발광 소자의 수명이 늘어날 수 있다. 다만, 상기 정공수송층의 정공수송 물질과 상이한 호스트를 발광층에 쓰거나, 상기 정공수송층과 상기 제1 발광층 사이에 다른 유기물층이 포함되는 경우, 상기 기재된 효과가 나타나지 않는다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 발광 소자는 상기 캐소드와 상기 제2 발광층 사이에 구비된 제3 발광층을 더 포함하고, 상기 제3 발광층은 제5 호스트, 제6 호스트 및 제3 도펀트를 포함하며, 상기 제3 발광층은 상기 제2 발광층 보다 단파장의 빛을 발광한다.

구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자의 발광층은 2층 또는 3층일 수 있다. 상기 발광층이 2층인 경우, 전술한 적층구조일 수 있으며, 3층인 경우, 애노드; 상기 애노드와 대향하여 구비된 캐소드; 상기 애노드와 캐소드 사이에 구비된 제1 발광층; 상기 제1 발광층과 상기 캐소드 사이에 구비된 제2 발광층; 상기 캐소드와 상기 제2 발광층 사이에 구비된 제3 발광층; 및 상기 애노드와 상기 제1 발광층 사이에 구비되고, 정공수송 물질을 포함하는 정공수송층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 제2 발광층은 상기 제1 발광층 보다 단파장의 빛을 발광하며, 상기 제3 발광층은 상기 제2 발광층 보다 단파장의 빛을 발광하고, 상기 제1 발광층은 제1 호스트, 제2 호스트 및 제1 도펀트를 포함하고, 상기 제2 발광층은 제3 호스트, 제4 호스트 및 제2 도펀트를 포함하며, 상기 제3 발광층은 제5 호스트, 제6 호스트 및 제3 도펀트를 포함하고, 상기 제1 호스트 및 제2 호스트 중 어느 하나는 상기 정공수송 물질과 동일하고, 상기 애노드와 상기 정공수송층 사이에 구비된 P형 도핑층을 포함하고, 상기 캐소드와 상기 제2 발광층 사이에 구비된 N형 도핑층을 포함한다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 호스트: 상기 제2 호스트는 10:90 내지 90:10의 중량비로 포함되며, 상기 제1 호스트 및 제2 호스트: 제1 도펀트는 99:1 내지 90: 10의 중량비로 포함된다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제3 호스트: 상기 제4 호스트는 10:90 내지 90:10 의 중량비로 포함되며, 상기 제3 호스트 및 제4 호스트: 제2 도펀트는 99:1 내지 80: 20의 중량비로 포함된다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제5 호스트: 상기 제6 호스트는 10:90 내지 90:10의 중량비로 포함되며, 상기 제5 호스트 및 제6 호스트: 제3 도펀트는 99:1 내지 80: 20의 중량비로 포함된다.

본 명세서에서, N형이란 매트릭스 물질(유기층의 물질)에서 전자를 빼앗아 올 수 있는 물질로 일반적으로 알칼리 금속 또는 알칼리 금속을 포함하는 알칼리 금속 복합체 등이 주로 사용되나 이에만 한정되는 것은 아니다. 즉, N형이란 매트릭스의 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital) 에너지 준위에 전자를 제공하여 줄 수 있는 특성을 가지는 물질로 정의할 수 있다. 반대로, P형이란 P형 물질만으로 하나의 층을 구성하는 경우는 인접한 캐소드 방향에 위치한 물질의 HOMO(highest occupied molecular orbital)에너지 준위에서 전자를 받아 인접한 캐소드 방향의 물질에 정공이 생성되게 만들어 주는 물질이거나, 임의의 매트릭스에 P형 물질이 도핑되는 경우는 매트릭스 물질의 HOMO에서 전자를 받고 그 만큼 매트릭스의 HOMO에 정공이 생성되게 하는 물질로, 이를 위해서는 P형 물질만으로 층을 형성 할 경우 캐소드 방향에 위치한 물질의 HOMO준위가 P형 물질의 LUMO와 인접할수록 인접층의 HOMO에서 전자를 빼앗아오고 인접층의 HOMO에 정공이 생성되게 하기 쉬우며, 또한 P형이 임의의 매트릭스에 도핑 되는 경우는 P형 물질의 LUMO가 매트릭스의 HOMO와 인접할수록 전자를 빼앗고 매트릭스에 정공이 생성되기 쉽다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 P형 도핑층은 P형 도핑물질을 포함하고, 상기 P형 도핑물질은 LUMO에너지 준위가 4.8eV 이상이다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 P형 도핑층은 P형 도핑물질로 이루어지고, 상기 P형 도핑물질은 LUMO에너지 준위가 4.8eV 이상이다.

상기 P형 도핑물질의 매트릭스의 HOMO에너지 준위와 가까울수록 좋은 효과가 나오며, 일반적으로 애노드의 일함수(Work Function)이 5eV 내지 5.4eV 사이이고, 이에 접하는 P형 도핑층의 매트릭 물질의 HOMO에너지 준위는 전극의 일함수와 상기 제1 발광층을 구성하는 호스트 물질의 HOMO 에너지 준위 사이에 위치하는 정도의 HOMO 에너지 준위를 가지는 것이 일반적이며, 이에 따라 P형 물질은 4.8eV 이상의 LUMO준위를 가지는게 바람직하며, 이보다 낮은 LUMO를 가지게되면, 매트릭스에서 전자를 빼앗아오기 어려워 효과적인 역할을 하기 어렵다.

본 명세서의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 P형 도핑층은 하기 예시하는 정공 주입 물질을 포함할 수 있으나, 이에만 한정 되는 것은 아니다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 P형 도핑물질은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.

[화학식 1]

화학식 1에 있어서,

A1 내지 A3는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 니트릴기, 할로겐기 및 할로 알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되는 아릴기; 또는 니트릴기, 할로겐기 및 할로 알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되는 헤테로고리기이다.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A1 내지 A3는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로, 페닐기; 나프틸기; 피리딘기; 피라진기; 피리미딘기; 퀴놀린기; 또는 이소퀴놀린기이며,

상기 페닐기; 나프틸기; 피리딘기; 피라진기; 피리미딘기; 퀴놀린기; 및 이소퀴놀린기는 니트릴기, 할로겐기 및 할로 알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 치환기로 치환 또는 비치환될 수 있다.

상기 A1 내지 A3가 니트릴기, 할로겐기 및 할로알킬기로 이루어진 군의 전자 흡인성 기를 포함하여, 억셉터의 효과를 더 높일 수 있다.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, A1 내지 A3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 불소 및 니트릴기로 치환된 페닐기이다.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 억셉터 재료는 하기 화학식 1-1로 표시된다.

[화학식 1-1]

본 명세서에 있어서, "에너지 준위"는 에너지 크기를 의미하는 것이다. 따라서 에너지 준위는 해당 에너지 값의 절대값을 의미하는 것으로 해석된다. 예컨대, 에너지 준위가 낮거나 깊다는 것은 진공 준위로부터 마이너스 방향으로 절대값이 커지는 것을 의미한다.

본 명세서에 있어서, HOMO(highest occupied molecular orbital)란, 전자가 결합에 참여할 수 있는 영역에서 가장 에너지가 높은 영역에 있는 분자궤도함수(최고 점유 분자 오비탈)를 의미하고, LUMO(lowest unoccupied molecular orbital)란, 전자가 반결합영역 중 가장 에너지가 낮은 영역에 있는 분자궤도함수(최저 비점유 분자 오비탈)를 의미하고, HOMO 에너지 준위란 진공 준위로부터 HOMO까지의 거리를 의미한다. 또한, LUMO 에너지 준위란 진공 준위로부터 LUMO까지의 거리를 의미한다.

본 명세서에 있어서, HOMO 에너지 준위는 대기하 광전자 분광장치(RIKEN KEIKI Co., Ltd. 제조: AC3)를 이용하여 측정할 수 있고, LUMO 에너지 준위는 photoluminescence(PL)을 통하여 측정된 파장값으로 계산할 수 있다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 P형 도핑층은 상기 P형 도핑물질과 상이한 추가의 화합물을 더 포함하는 혼합층이다. 상기 P형 도핑물질: 추가의 화합물은 1:99 내지 10: 90의 중량비로 포함될 수 있으며, 구체적으로, 0.5:99.5 내지 5:95의 중량비로 포함될 수 있다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 추가의 화합물은 정공수송 물질과 동일한 물질 될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 N형 도핑층은 알칼리 금속; 및 알칼리 금속 복합체 중 1 이상을 포함한다. 상기 N형 도핑층은 추가의 화합물을 더 포함할 수 있으며, 상기 알칼리 금속; 및 알칼리 금속 복합체 중 1 이상: 추가의 화합물은 1:99 내지 10:90의 중량비로 포함될 수 있다.

상기 N형 도핑층이 상기 물질을 포함하는 경우, 캐소드로부터 전자의 추출을 용이하게 할 수 있으며, 매트릭스에 N형 물질이 전자를 제공하여 상기 발광층에 더 많은 양의 전자를 공급하여 유기 발광 소자의 효율이 증가된다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 알칼리 금속은 Li, Na, K 및 Rb, Cs 중 1 이상이다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 알칼리 금속 복합체는 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.

[화학식 2]

상기 화학식 2에 있어서,

A는 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,

곡선은 M을 갖는 5원 또는 6원 고리를 형성하는데 필요한 결합 및 2 또는 3개의 원자를 나타내고, 상기 원자는 1 또는 2 이상의 A의 정의와 동일한 치환기로 치환 또는 비치환되며,

M은 알칼리 금속이다.

본 명세서에 있어서, 상기 알케닐기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 2 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 비닐, 1-프로페닐, 이소프로페닐, 1-부테닐, 2-부테닐, 3-부테닐, 1-펜테닐, 2-펜테닐, 3-펜테닐, 3-메틸-1-부테닐, 1,3-부타디에닐, 알릴, 1-페닐비닐-1-일, 2-페닐비닐-1-일, 2,2-디페닐비닐-1-일, 2-페닐-2-(나프틸-1-일)비닐-1-일, 2,2-비스(디페닐-1-일)비닐-1-일, 스틸베닐기, 스티레닐기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 2는 하기 화학식 2-1 또는 2-2로 표시된다.

[화학식 2-1]

[화학식 2-2]

화학식 2-1 및 2-2에 따르면,

M은 화학식 1에서 정의한 바와 동일하고,

화학식 2-1 및 2-2의 구조는 각각 독립적으로 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되거나, 인접하는 기가 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄화수소고리; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리를 형성한다.

본 명세서에 있어서 치환기의 예시들은 아래에서 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 "치환"이라는 용어는 화합물의 탄소 원자에 결합된 수소 원자가 다른 치환기로 바뀌는 것을 의미하며, 치환되는 위치는 수소 원자가 치환되는 위치 즉, 치환기가 치환 가능한 위치라면 한정하지 않으며, 2 이상 치환되는 경우, 2 이상의 치환기는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.

본 명세서에서 "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 시아노기; 알킬기; 아릴기; 및 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택된 1 이상의 치환기로 치환되었거나, 상기 예시된 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환기로 치환되거나, 또는 어떠한 치환기도 갖지 않는 것을 의미한다. 예컨대, "2 이상의 치환기가 연결된 치환기"는 바이페닐기일 수 있다. 즉, 바이페닐기는 아릴기일 수도 있고, 2개의 페닐기가 연결된 치환기로 해석될 수 있다.

본 명세서에 있어서, 할로겐기는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드가 될 수 있다.

본 명세서에 있어서, 상기 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, n-프로필, 이소프로필, 부틸, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸, sec-부틸, 1-메틸-부틸, 1-에틸-부틸, 펜틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, tert-펜틸, 헥실, n-헥실, 1-메틸펜틸, 2-메틸펜틸, 4-메틸-2-펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸부틸, 헵틸, n-헵틸, 1-메틸헥실, 시클로펜틸메틸, 시클로헥실메틸, 옥틸, n-옥틸, tert-옥틸, 1-메틸헵틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, n-노닐, 2,2-디메틸헵틸, 1-에틸-프로필, 1,1-디메틸-프로필, 이소헥실, 2-메틸펜틸, 4-메틸헥실, 5-메틸헥실 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 명세서에 있어서, 아릴기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 6 내지 30인 것이 바람직하며, 상기 아릴기는 단환식 또는 다환식일 수 있다.

상기 아릴기가 단환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 6 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적으로 단환식 아릴기로는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 아릴기가 다환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나. 탄소수 10 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적으로 다환식 아릴기로는 나프틸기, 안트라센기, 페난트렌기, 트리페닐렌기, 파이렌기, 페날렌기, 페릴렌기, 크라이센기, 플루오렌기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 명세서에 있어서, 상기 플루오렌기는 치환될 수 있으며, 인접한 기들이 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.

상기 플루오렌기가 치환되는 경우,

,

,

,

,

및

등이 될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 명세서에 있어서, "인접한" 기는 해당 치환기가 치환된 원자와 직접 연결된 원자에 치환된 치환기, 해당 치환기와 입체구조적으로 가장 가깝게 위치한 치환기, 또는 해당 치환기가 치환된 원자에 치환된 다른 치환기를 의미할 수 있다. 예컨대, 벤젠고리에서 오르토(ortho)위치로 치환된 2개의 치환기 및 지방족 고리에서 동일 탄소에 치환된 2개의 치환기는 서로 "인접한" 기로 해석될 수 있다.

본 명세서에 있어서, 헤테로아릴기는 탄소가 아닌 원자, 이종원자를 1 이상 포함하는 것으로서, 구체적으로 상기 이종 원자는 O, N, Se 및 S 등으로 이루어진 군에서 선택되는 원자를 1 이상 포함할 수 있다. 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 2 내지 30인 것이 바람직하며, 상기 헤테로아릴기는 단환식 또는 다환식일 수 있다. 헤테로고리기의 예로는 티오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸기, 티아졸기, 옥사졸기, 옥사디아졸기, 피리딜기, 바이피리딜기, 피리미딜기, 트리아진기, 트리아졸기, 아크리딘기, 피리다진기, 피라진기, 퀴놀린기, 퀴나졸린기, 퀴녹살린기, 프탈라진기, 피리도 피리미딜기, 피리도 피라진기, 피라지노 피라진기, 이소퀴놀린기, 인돌기, 카바졸기, 벤즈옥사졸기, 벤즈이미다졸기, 벤조티아졸릴기, 벤조카바졸기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 벤조퓨란기, 디벤조퓨란기, 페난쓰롤린기(phenanthroline), 페난트리딘기, 이소옥사졸기, 티아디아졸기, 및 페노티아진기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 명세서에 있어서, 인접한 기가 서로 결합하여 형성되는 치환 또는 비치환된 고리에서, "고리"는 치환 또는 비치환된 탄화수소고리; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리를 의미한다.

본 명세서에 있어서, 탄화수소고리는 방향족, 지방족 또는 방향족과 지방족의 축합고리일 수 있으며, 상기 1가가 아닌 것을 제외하고 상기 아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다.

본 명세서에 있어서, 헤테로고리는 탄소가 아닌 원자, 이종원자를 1 이상 포함하는 것으로서, 구체적으로 상기 이종 원자는 O, N, Se 및 S 등으로 이루어진 군에서 선택되는 원자를 1 이상 포함할 수 있다. 상기 헤테로고리는 단환 또는 다환일 수 있으며, 방향족, 지방족 또는 방향족과 지방족의 축합고리일 수 있으며, 1가가 아닌 것을 제외하고 상기 헤테로아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 2는 하기 구조 중에서 선택된다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 발광층의 최대 발광 파장은 610nm 내지 780nm이다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 발광층의 최대 발광 파장은 500nm 내지 580nm 이다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제3 발광층의 최대 발광 파장은 480nm 내지 540nm 이다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 발광층은 적색(Red) 발광층이나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 발광층은 황녹색(Yellowish Green) 발광층이나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제3 발광층은 녹색(Green) 발광층이나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 발광층은 제1 호스트, 제2 호스트 및 제1 도펀트를 포함하고, 상기 호스트 및 도펀트는 인광 적색(Red) 호스트 및 도펀트이나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 발광층은 제3 호스트, 제4 호스트 및 제2 도펀트를 포함하고, 상기 호스트 및 도펀트는 인광 황녹색(Yellowish Green) 호스트 및 도펀트이나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제3 발광층은 제5 호스트, 제6 호스트 및 제3 도펀트를 포함하고, 상기 호스트 및 도펀트는 인광 녹색(Green) 호스트 및 도펀트이나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 정공수송 물질은 아민 화합물이 사용될 수 있으며, 구체적으로는 아릴아민 화합물, 헤테로아릴아민 화합물 아릴헤테로아릴아민 화합물 및 이들의 조합한 화합물을 포함할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 정공수송 물질은 하기 구조를 포함할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 발광층의 제1 호스트 및 제2 호스트 중 어느 하나는 상기 정공수송 물질과 동일하다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 호스트는 상기 정공수송 물질과 동일하다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 호스트는 상기 정공수송 물질과 동일하다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 발광층의 제1 호스트 및 제2 호스트 중 상기 정공수송 물질과 상이한 호스트는 카바졸 유도체, 벤조카바졸 유도체, 디벤조카바졸 유도체, 퀴나졸린 유도체, 아릴아민 화합물 및 이들을 조합한 화합물 등이 사용될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 발광층의 제1 호스트 및 제2 호스트 중 상기 정공수송 물질과 상이한 호스트는 하기 구조를 포함할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 발광층의 제3 호스트 및 제 4 호스트는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 트리페닐렌 유도체, 인돌로카바졸 유도체, 카바졸 유도체, 디벤조티오펜 유도체, 디벤조퓨란 유도체, 트리아진 유도체, 인데노카바졸 유도체, 아릴아민 화합물, 아릴헤테로아릴 화합물 및 이들을 조합한 화합물 등이 사용될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 발광층의 제3 호스트 및 제4 호스트는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 하기 구조 중에서 선택될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 발광층의 제3 호스트 및 제 4 호스트는 서로 상이하다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 발광층의 제3 호스트는 트리페닐렌 유도체, 인돌로카바졸 유도체, 카바졸 유도체, 인데노카바졸 유도체, 아릴아민 화합물, 아릴헤테로아릴 화합물 및 이들을 조합한 화합물 등이 사용될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 발광층의 제3 호스트는 하기 구조 중에서 선택될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 발광층의 제 4 호스트는 카바졸 유도체, 디벤조티오펜 유도체, 디벤조퓨란 유도체, 트리아진 유도체, 인데노카바졸 유도체, 및 이들을 조합한 화합물 등이 사용될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 발광층의 제4 호스트는 하기 구조 중에서 선택될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제3 발광층의 제5 호스트 및 제 6 호스트는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 트리페닐렌 유도체, 인돌로카바졸 유도체, 카바졸 유도체, 디벤조티오펜 유도체, 디벤조퓨란 유도체, 트리아진 유도체, 인데노카바졸 유도체, 아릴아민 화합물, 아릴헤테로아릴 화합물 및 이들을 조합한 화합물 등이 사용될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제3 발광층의 제5 호스트 및 제6 호스트는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 하기 구조 중에서 선택될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제3 발광층의 제5 호스트 및 제6 호스트는 서로 상이하다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제3 발광층의 제5 호스트는 트리페닐렌 유도체, 인돌로카바졸 유도체, 카바졸 유도체, 인데노카바졸 유도체, 아릴아민 화합물, 아릴헤테로아릴 화합물 및 이들을 조합한 화합물 등이 사용될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제3 발광층의 제5 호스트는 하기 구조 중에서 선택될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제3 발광층의 제6 호스트는 카바졸 유도체, 디벤조티오펜 유도체, 디벤조퓨란 유도체, 트리아진 유도체, 인데노카바졸 유도체, 및 이들을 조합한 화합물 등이 사용될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제3 발광층의 제6 호스트는 하기 구조 중에서 선택될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 발광층의 제1 도펀트는 이리듐 착체 등 당업계에서 사용되는 재료가 사용될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 발광층의 제1 도펀트는 하기 화합물일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 발광층의 제2 도펀트는 이리듐 착체 등 당업계에서 사용되는 재료가 사용될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 발광층의 제2 도펀트는 하기 화합물일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제3 발광층의 제3 도펀트는 이리듐 착체 등 당업계에서 사용되는 재료가 사용될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제3 발광층의 제3 도펀트는 하기 화합물일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 발광 소자는 백색 유기 발광 소자이다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 발광 소자는 CIE x 및 CIE y 색좌표를 측정하였을 때, 10mA/cm²의 전류를 인가해 발광하는 색좌표와 100mA/cm²의 전류를 인가해 발광하는 색좌표의 차이가 CIE x 및 CIE y 각각 ±0.015 미만이다.

본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자의 CIE x 및 CIE y 색좌표를 측정하였을 때, 10mA/cm²의 전류를 인가해 발광하는 색좌표와 100mA/cm²의 전류를 인가해 발광하는 색좌표의 차이가 CIE x 및 CIE y 각각 ±0.015 미만인 경우, 넓은 구동영역에서의 색상차이가 거의 없는 유기 발광 소자를 구현할 수 있고, 상기 값을 초과하는 경우, 구동영역에 따른 색상차가 크므로, 원하는 색상의 유기 발광 소자를 얻을 수 없다.

본 명세서에 있어서, 상기 색좌표는 당업계에 사용하는 방법을 이용하여 측정할 수 있으며, 구체적으로는 Photo Research사의 PR-650 모델을 사용하여 측정할 수 있으나, 이에만 한정 되는 것이 아니다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 발광 소자는 정공 주입층, 정공 수송층, 전자수송층, 전자주입층, 전자차단층 및 정공 차단층으로 이루어진 군에서 선택되는 1 층 또는 2 층 이상을 더 포함할 수 있다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 발광 소자는 상기 P형 도핑층과 상기 정공수송층 사이에 정공주입층을 추가로 포함할 수 있다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 발광 소자는 상기 N형 도핑층과 상기 제2 발광층 사이에 전자주입층, 전자수송층 및/또는 전자 주입 및 수송층을 추가로 포함할 수 있다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 발광 소자는 상기 N형 도핑층과 상기 제3 발광층 사이에 전자주입층, 전자수송층 및/또는 전자 주입 및 수송층을 추가로 포함할 수 있다.

예컨대, 본 명세서의 유기 발광 소자의 구조는 도 1 및 도 2에 나타난 것과 같은 구조를 가질 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

도 1에는 애노드(101), P형 도핑층(201), 정공수송층(301), 제1 발광층(401), 제2 발광층(402), 전자수송층(501), N형 도핑층(601) 및 캐소드(701)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자가 예시되어 있다.

도 2에는 애노드(101), P형 도핑층(201), 정공수송층(301), 제1 발광층(401), 제2 발광층(402), 제3 발광층(403), 전자수송층(501), N형 도핑층(601) 및 캐소드(701)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자가 예시되어 있다.

상기 도 1 및 도 2는 본 명세서의 실시상태에 따른 예시적인 구조이며, 다른 유기물층을 더 포함할 수 있다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 발광 소자는 전술한 적층구조인 것을 제외하고는 당 기술 분야에서 알려져 있는 재료와 방법으로 제조될 수 있다.

예컨대, 본 명세서의 유기 발광 소자는 기판 상에 애노드, 유기물층 및 캐소드를 순차적으로 적층시킴으로써 제조할 수 있다. 이 때 스퍼터링법(sputtering)이나 전자빔 증발법(e-beam evaporation)과 같은 PVD(physical Vapor Deposition)방법을 이용하여, 기판 상에 금속 또는 전도성을 가지는 금속 산화물 또는 이들의 합금을 증착시켜 애노드를 형성하고, 그 위에 P형 도핑층, 정공 수송층, 제1 발광층, 제2 발광층, 제3 발광층, 전자수송층 및 N형 도핑층을 포함하는 유기물층을 형성한 후, 그 위에 캐소드로 사용할 수 있는 물질을 증착시킴으로써 제조될 수 있다. 이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 캐소드 물질부터 유기물층, 애노드 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 만들 수 있다. 이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 애노드 물질부터 유기물층, 캐소드 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 만들 수 있다.

본 명세서의 유기 발광 소자의 유기물층은 1층 이상의 유기물층이 적층된 다층 구조로 이루어질 수 있다.

상기 유기 발광 소자가 복수개의 유기물층을 포함하는 경우, 상기 유기물층은 동일한 물질 또는 다른 물질로 형성될 수 있다.

상기 애노드 물질로는 통상 유기물층으로 정공 주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 본 발명에서 사용될 수 있는 양극 물질의 구체적인 예로는 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐주석 산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO:Al 또는 SnO₂ : Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDOT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.

상기 캐소드 물질로는 통상 유기물층으로 전자 주입이 용이하도록 일함수가 작은 물질인 것이 바람직하다. 음극 물질의 구체적인 예로는 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 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.

상기 정공 주입 물질로는 전극으로부터 정공을 주입하는 층으로, 정공 주입 물질로는 정공을 수송하는 능력을 가져 양극에서의 정공 주입효과, 발광층 또는 발광재료에 대하여 우수한 정공 주입 효과를 갖고, 발광층에서 생성된 여기자의 전자주입층 또는 전자주입재료에의 이동을 방지하며, 또한, 박막 형성 능력이 우수한 화합물이 바람직하다. 정공 주입 물질의 HOMO(highest occupied molecular orbital)가 양극 물질의 일함수와 주변 유기물층의 HOMO 사이인 것이 바람직하다. 정공 주입 물질의 구체적인 예로는 금속 포피린(porphyrin), 올리고티오펜, 아릴아민 계열의 유기물, 헥사니트릴헥사아자트리페닐렌 계열의 유기물, 퀴나크리돈(quinacridone)계열의 유기물, 페릴렌(perylene) 계열의 유기물, 안트라퀴논 및 폴리아닐린과 폴리티오펜 계열의 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정 되는 것은 아니다.

상기 전자차단층은 전자주입층으로부터 주입된 전자가 발광층을 지나 정공주입층으로 진입하는 것을 방지하여 소자의 수명과 효율을 향상시킬 수 있는 층이고, 필요한 경우에 공지의 재료를 사용하여 발광층과 정공주입층의 사이에 적절한 부분에 형성될 수 있다.

상기 정공수송층은 정공주입층으로부터 정공을 수취하여 발광층까지 정공을 수송하는 층이며, 상기 예시된 물질을 사용할 수 있다.

상기 전자주입층은 전극으로부터 전자를 주입하는 층으로, 전자를 수송하는 능력을 갖고, 음극으로부터의 전자주입 효과, 발광층 또는 발광 재료에 대하여 우수한 전자주입 효과를 가지며, 발광층에서 생성된 여기자의 정공 주입층에의 이동을 방지하고, 또한, 박막형성능력이 우수한 화합물이 바람직하다. 구체적으로는 플루오레논, 안트라퀴노다이메탄, 다이페노퀴논, 티오피란 다이옥사이드, 옥사졸, 옥사다이아졸, 트리아졸, 이미다졸, 페릴렌테트라카복실산, 프레오레닐리덴 메탄, 안트론 등과 그들의 유도체, 금속 착체 화합물 및 함질소 5원환 유도체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.

상기 금속 착체 화합물로서는 8-하이드록시퀴놀리나토 리튬, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)아연, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)구리, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)망간, 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄, 트리스(2-메틸-8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄, 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)갈륨, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)아연, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)클로로갈륨, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(o-크레졸라토)갈륨, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(1-나프톨라토)알루미늄, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(2-나프톨라토)갈륨 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.

상기 정공 차단층은 정공의 음극 도달을 저지하는 층으로, 일반적으로 정공주입층과 동일한 조건으로 형성될 수 있다. 구체적으로 옥사디아졸 유도체나 트리아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, BCP, 알루미늄 착물 (aluminum complex) 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.

본 명세서에 따른 유기 발광 소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.

또한, 본 명세서에 따른 유기 발광 소자는 하부 전극이 애노드이고 상부전극이 캐소드인 정구조(normal type)일 수 있고, 하부전극이 캐소드이고 상부전극이 애노드인 역구조(inverted type)일 수도 있다.

본 명세서의 일 실시상태에 따른 구조는 유기 태양 전지, 유기 감광체, 유기 트랜지스터 등을 비롯한 유기 전자 소자에서도 유기 발광 소자에 적용되는 것과 유사한 원리로 작용할 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 1-1

ITO(인듐주석산화물)가 1300Å 두께로 박막 코팅된 유리 기판 (corning 7059 glass)을, 분산제를 녹인 증류수에 넣고 초음파로 세척하였다. 세제는 Fischer Co.의 제품을 사용하였으며, 증류수는 Millipore Co. 제품의 필터(Filter)로 2차 걸러진 증류수를 사용하였다. ITO를 30 분간 세척한 후, 증류수로 2 회 반복하여 초음파 세척을 10 분간 진행하였다. 증류수 세척이 끝난 후 이소프로필알콜, 아세톤, 메탄올 용제 순서로 초음파 세척을 하고 건조시켰다.

이렇게 준비된 ITO 투명 전극 위에 하기 HT2에 하기 P1을 10 중량% 도핑하여 50 Å의 두께로 열 진공 증착하여 P형 도핑층을 형성하였다. 그 위에 정공을 수송하는 물질인 하기 HT3(100 Å)을 진공증착하여, 정공수송층을 형성하였다. 그 위에 제1 호스트로 하기 HT3(75 Å), 제2 호스트로 하기 RH2(75 Å)에 제1 도펀트로 하기 RD1을 4 중량% 도핑하여 제1 발광층을 형성하였다. 그 위에 제3 호스트로 하기 YGH1(150 Å), 제4 호스트로 하기 YGH2(150 Å)에 제2 도펀트로 하기 YGD1을 10 중량% 도핑하여 제2 발광층을 형성하였다. 상기 제2 발광층 위에 제5 호스트로 하기 GH1(50 Å), 제6 호스트로 하기 GH2(50 Å)에 제3 도펀트로 하기 GD1을 10 중량% 도핑하여 제3 발광층을 형성하였다.

상기 제3 발광층 위에 하기 ET1을 250Å 두께로 전자수송층을 증착한 후, 하기 ET2(100 Å)에 Li를 2 중량% 도핑하여, N형 도핑층을 형성하고, 상기 N형 도핑층 위에, 1000Å 두께로 알루미늄을 증착하여 음극을 형성하였다. 유기발광소자를 제조하였다.

상기의 과정에서 유기물의 증착속도는 1 내지 2Å/sec를 유지하였고, 음극의 알루미늄은 2Å/sec의 증착 속도를 유지하였으며, 증착 시 진공도는 2×10^-7~5×10^-6 torr를 유지하여, 유기 발광 소자를 제작하였다.

[HT1] [HT2] [P1]

[HT3] [RH1] [RH2]

[RD1] [YGH1] [YGH2]

[YGD1] [GH1] [GH2]

[GD1] [NPB]

[ET1] [ET2]

비교예 1-1

상기 실시예 1-1에서 상기 P형 도핑층에 상기 P1을 도핑하지 않고, 상기 제1 호스트로 상기 HT3 대신 상기 RH1을 사용하고, 상기 N형 도핑층에 상기 ET2와 Li 대신 LiF를 10 Å 증착한 것을 제외하고는 상기 실시예 1-1과 동일하게 제조하였다.

비교예 1-2

상기 실시예 1-1에서 상기 제1 호스트로 상기 HT3 대신 상기 RH1을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1-1과 동일하게 제조하였다.

비교예 2-1

이렇게 준비된 ITO 투명 전극 위에 상기 NPB를 100 Å의 두께로 열 진공 증착하여 정공주입층을 형성하였다. 그 위에 정공을 수송하는 물질인 상기 HT1(50 Å)을 진공증착하여, 정공 수송층을 형성하였다. 그 위에 제1 호스트로 상기 RH1(100 Å)에 제1 도펀트로 상기 RD1을 2 중량% 도핑하여 제1 발광층을 형성하였다. 그 위에 제3 호스트로 상기 YGH1(200 Å), 제4 호스트로 상기 YGH2(200 Å)에 제2 도펀트로 상기 YGD1을 10 중량% 도핑하여 제2 발광층을 형성하였다.

상기 제2 발광층 위에 상기 ET1을 350Å 두께로 전자수송층을 증착한 후, LiF(10Å) 증착하여, 전자수송층을 형성하고, 상기 전자수송층 위에, 1000Å 두께로 알루미늄을 증착하여 음극을 형성하였다. 유기발광소자를 제조하였다.

비교예 2-2

상기 비교예 2-1에서 제1 발광층에 제1 호스트로 상기 RH1(100 Å)에 제1 도펀트로 상기 RD1을 2 중량% 도핑하는 대신 상기 제1 호스트로 상기 RH1(50 Å), 제2 호스트로 상기 RH2(50 Å)에 제1 도펀트로 상기 RD1을 2 중량% 도핑한 것을 제외하고, 상기 비교예 2-1와 동일하게 제조하였다.

비교예 2-3

이렇게 준비된 ITO 투명 전극 위에 상기 NPB를 100 Å의 두께로 열 진공 증착하여 정공주입층을 형성하였다. 그 위에 정공을 수송하는 물질인 상기 HT1(100 Å)을 진공증착하여, 정공 수송층을 형성하였다. 그 위에 제1 호스트로 상기 RH1(100 Å), 제2 호스트로 상기 RH2(100 Å)에 제1 도펀트로 상기 RD1을 4 중량% 도핑하여 제1 발광층을 형성하였다. 그 위에 제3 호스트로 상기 GH1(150 Å), 제4 호스트로 상기 GH2(150 Å)에 제2 도펀트로 상기 GD1을 12 중량% 도핑하여 제2 발광층을 형성하였다.

실시예 2-1

이렇게 준비된 ITO 투명 전극 위에 상기 HT2에 상기 P1을 10 중량% 도핑하여 50 Å의 두께로 열 진공 증착하여 P형 도핑층을 형성하였다. 그 위에 정공을 수송하는 물질인 상기 HT1(100 Å)을 진공증착하여, 정공 수송층을 형성하였다. 그 위에 제1 호스트로 상기 HT1(100 Å), 제2 호스트로 상기 RH2(100 Å)에 제1 도펀트로 상기 RD1을 4 중량% 도핑하여 제1 발광층을 형성하였다. 그 위에 제3 호스트로 상기 GH1(150 Å), 제4 호스트로 상기 GH2(150 Å)에 제2 도펀트로 상기 GD1을 12 중량% 도핑하여 제2 발광층을 형성하였다.

상기 제2 발광층 위에 상기 ET1을 350Å 두께로 전자수송층을 증착한 후, LiF(10Å) 증착하여, 전자수송층을 형성하고, 그 위에 상기 ET2(100 Å)에 Li를 2 중량% 도핑하여, N형 도핑층을 형성하고, 상기 N형 도핑층 위에, 1000Å 두께로 알루미늄을 증착하여 음극을 형성하였다. 유기발광소자를 제조하였다.

소자평가

실시예 1-1, 2-1 및 비교예 1-1, 1-2, 2-1 내지 2-3에서 제조된 유기 발광 소자를 1.0×10^-7 torr이상의 진공 챔버에 유기 발광 소자의 유기 화합물을 증발(Evaporation)시켜 실험을 진행하였다. 유기박막의 특성상 대기 중 노출시 유기 박막에 손상 되어 O₂ 10ppm이하, H₂0 10ppm이하 글로브 박스(Glove Box)에서 봉지공정을 진행 후 대기중으로 꺼낸다 봉지 공정까지 마친 유기 발광 소자를 90°C 오븐(Oven)에서 30분간 베이킹(Baking)을 진행하였다. 이 때, 베이킹(Baking)을 통해 유기 박막의 에이징(aging)효과를 볼 수 있어 안정적인 유기 발광 소자를 얻어 낼 수 있다. 베이킹(Baking)이 완료 된 유기 발광 소자를 Photo Research사 PR-655 IVL 계측기를 활용하여 전류-전압-휘도(current-voltage-luminance: IVL) 특성을 측정을 하였으며, 하기 표 1에 결과를 나타내었다.

도 3은 상기 실시예 1-1의 유기 발광 소자의 10 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL)스펙트럼을 나타낸 도이다.

도 4은 상기 실시예 1-1의 유기 발광 소자의 100 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL)스펙트럼을 나타낸 도이다.

도 5는 상기 실시예 1-1의 유기 발광 소자의 10 mA/cm² 및 100 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL) 스펙트럼을 나타낸 도이다. 구체적으로, 상기 도 5는 도 3 및 도 4의 스펙트럼을 결합한 것이다. 상기 도 5에서 상기 실시예 1-1의 유기 발광 소자는 전류밀도에 따른 색상차가 비교예 1-1, 1-2, 2-1 내지 2-3에 비하여 거의 없음을 알 수 있다.

도 20은 상기 비교예 1-2의 유기 발광 소자의 10 mA/cm² 및 100 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL) 스펙트럼을 나타낸 도이다. 구체적으로, 상기 도 20은 상기 실시예 1-1의 유기 발광 소자와 적층구조가 동일하나, 정공수송층의 정공수송 물질과 제1 발광층의 제1 호스트가 서로 상이한 유기 발광 소자이다. 상기 비교예 1-2의 유기 발광 소자는 실시예 1-1의 유기 발광 소자 보다 색상차가 큰 것을 알 수 있다.

도 6은 상기 비교예 1-1의 유기 발광 소자의 10 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL) 스펙트럼을 나타낸 도이다.

도 7은 상기 비교예 1-1의 유기 발광 소자의 100 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL) 스펙트럼을 나타낸 도이다.

도 8은 상기 비교예 1-1의 유기 발광 소자의 10 mA/cm² 및 100 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL) 스펙트럼을 나타낸 도이다. 구체적으로, 상기 도 8은 도 6 및 도 7의 스펙트럼을 결합한 것이다. 상기 도 8에서 상기 비교예 1-1의 유기 발광 소자는 전류밀도에 따른 색상차는 상기 실시예 1-1 보다 큰 것을 알 수 있다.

도 9는 상기 실시예 1-1 및 비교예 1-1의 유기 발광 소자의 10 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL) 스펙트럼을 나타낸 도이다.

도 10은 상기 실시예 1-1 및 비교예 1-1의 유기 발광 소자의 100 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL) 스펙트럼을 나타낸 도이다. 구체적으로 상기 도 9 및 10에 있어서, 실시예 1-1 및 비교예 1-1의 유기 발광 소자는 10 mA/cm²에서는 색상차가 거의 없으나, 100 mA/cm²에서는 색상차가 커짐을 알 수 있다. 따라서, 상기 실시예 1-1의 유기 발광 소자는 상기 비교예 1-1의 유기 발광 소자 보다 전류밀도에 따른 색상차가 없음을 알 수 있다.

도 21은 상기 실시예 2-1의 유기 발광 소자의 10 mA/cm² 및 100 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL) 스펙트럼을 나타낸 도이다. 구체적으로 도 21은 상기 비교예 2-3의 유기 발광 소자와 적층구조가 동일하나, 정공수송층의 정공수송 물질과 제1 발광층의 제1 호스트가 서로 동일하고, P형 도핑층 및 N형 도핑층 포함하는 유기 발광 소자이다. 상기 실시예 2-1의 유기 발광 소자는 2층의 발광층을 포함하고, 제1 발광층의 제1 호스트가 정공수송층의 정공수송물질과 동일하며, P형 및 N형 호스트층을 포함하므로, 동일하게 2층의 발광층을 포함하는 비교예 2-1 내지 2-3의 유기 발광 소자에 비하여 전류밀도에 따른 색상차가 거의 없음을 알 수 있다.

도 11은 상기 비교예 2-1의 유기 발광 소자의 10 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL) 스펙트럼을 나타낸 도이다.

도 12은 상기 비교예 2-1의 유기 발광 소자의 100 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL) 스펙트럼을 나타낸 도이다.

도 13은 상기 비교예 2-1의 유기 발광 소자의 10 mA/cm² 및 100 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL) 스펙트럼을 나타낸 도이다. 구체적으로, 상기 도 13는 도 11 및 도 12의 스펙트럼을 결합한 것이다. 상기 도 13에서 상기 비교예 2-1의 유기 발광 소자는 전류밀도에 따른 색상차는 상기 비교예 2-1과 동일하게 2층의 발광층을 포함하는 상기 실시예 2-1의 유기 발광 소자 및 3층의 발광층을 포함하는 상기 실시예 1-1 보다 큰 것을 알 수 있다.

도 14은 상기 비교예 2-2의 유기 발광 소자의 10 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL) 스펙트럼을 나타낸 도이다.

도 15은 상기 비교예 2-2의 유기 발광 소자의 100 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL) 스펙트럼을 나타낸 도이다.

도 16은 상기 비교예 2-2의 유기 발광 소자의 10 mA/cm² 및 100 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL) 스펙트럼을 나타낸 도이다. 구체적으로, 상기 도 16는 도 14 및 도 15의 스펙트럼을 결합한 것이다. 상기 도 16에서 상기 비교예 2-2의 유기 발광 소자는 전류밀도에 따른 색상차는 상기 비교예 2-2와 동일하게 2층의 발광층을 포함하는 상기 실시예 2-1의 유기 발광 소자 및 3층의 발광층을 포함하는 상기 실시예 1-1 보다 큰 것을 알 수 있다.

도 17은 상기 비교예 2-3의 유기 발광 소자의 10 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL) 스펙트럼을 나타낸 도이다.

도 18은 상기 비교예 2-3의 유기 발광 소자의 100 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL) 스펙트럼을 나타낸 도이다.

도 19는 상기 비교예 2-3의 유기 발광 소자의 10 mA/cm² 및 100 mA/cm² 전류밀도에서의 Electro Luminescence(EL) 스펙트럼을 나타낸 도이다. 구체적으로, 상기 도 19는 도 17 및 도 18의 스펙트럼을 결합한 것이다. 상기 도 19에서 상기 비교예 2-3의 유기 발광 소자는 전류밀도에 따른 색상차는 상기 비교예 2-3과 동일하게 2층의 발광층을 포함하는 상기 실시예 2-1의 유기 발광 소자 및 3층의 발광층을 포함하는 상기 실시예 1-1 보다 큰 것을 알 수 있다.

	측정 전류 밀도 (mA/cm²)	구동 전압 (V)	효율 (Cd/A)	색좌표		ΔCIE(x)	ΔCIE(y)
	측정 전류 밀도 (mA/cm²)	구동 전압 (V)	효율 (Cd/A)	CIE(x)	CIE(y)	ΔCIE(x)	ΔCIE(y)
실시예 1-1	10	4.73	54.70	0.481	0.509	0.008	0.008
실시예 1-1	100	6.81	41.46	0.489	0.501	0.008	0.008
비교예 1-1	10	4.91	57.84	0.477	0.512	0.027	0.025
비교예 1-1	100	6.59	40.24	0.504	0.487	0.027	0.025
비교예 1-2	10	4.91	57.84	0.477	0.512	0.027	0.025
비교예 1-2	100	6.59	40.24	0.504	0.487	0.027	0.025
비교예 2-1	10	3.25	25.53	0.638	0.361	0.037	0.035
비교예 2-1	100	4.42	19.78	0.601	0.396	0.037	0.035
비교예 2-2	10	3.63	56.00	0.515	0.478	0.016	0.015
비교예 2-2	100	5.20	47.26	0.499	0.493	0.016	0.015
비교예 2-3	10	4.22	52.85	0.473	0.511	0.032	0.030
비교예 2-3	100	5.84	35.93	0.505	0.481	0.032	0.030
실시예 2-1	10	3.95	49.88	0.454	0.533	0.01	0.014
실시예 2-1	100	5.51	37.24	0.464	0.519	0.01	0.014

상기 표 1에서, P형 도핑층, N형 도핑층 및 3층의 발광층을 포함하고, 정공수송물질과 동일한 재료를 제1 발광층의 제1 호스트로 사용하는 실시예 1-1의 유기 발광 소자는 P형 도핑층, N형 도핑층을 포함하지 않고, 정공수송물질과 동일한 재료를 제1 발광층의 제1 호스트로 사용하지 않는 비교예 1-1의 유기 발광 소자와 비교하였을 때, 전류 밀도에 따른 색상차이가 없을 알 수 있었다.

또한, 상기 비교예 1-2는 상기 실시예 1-1의 유기 발광 소자와 적층구조가 동일하나, 정공수송층의 정공수송 물질과 제1 발광층의 제1 호스트가 서로 상이한 유기 발광 소자이며, 상기 정공수송 물질과 제1 호스트가 서로 상이하므로, 상기 실시예 1-1과 비교하였을 때, 전류 밀도에 따른 색상차이가 큼을 알 수 있다.

또한, P형 도핑층, N형 도핑층 및 2층의 발광층을 포함하고, 정공수송물질과 동일한 재료를 제1 발광층의 제1 호스트로 사용하는 실시예 2-1의 유기 발광 소자는 P형 도핑층, N형 도핑층을 포함하지 않고, 정공수송물질과 동일한 재료를 제1 발광층의 제1 호스트로 사용하지 않는 비교예 2-3의 유기 발광 소자와 비교하였을 때, 전류 밀도에 따른 색상차이가 없을 알 수 있었다.

또한, 상기 실시예 2-1의 유기 발광 소자는 2층의 발광층을 포함하고, P형 도핑층, N형 도핑층을 포함하지 않고, 제1 발광층의 제1 호스트로 정공수송물질과 동일한 재료를 제1 발광층의 제1 호스트로 사용하지 않으며, 제1 발광층의 호스트를 1종만 사용하는 비교예 2-1, 및 2층의 발광층을 포함하고, P형 도핑층, N형 도핑층을 포함하지 않고, 제1 발광층의 제1 호스트로 정공수송물질과 동일한 재료를 제1 발광층의 제1 호스트로 사용하지 않는 비교예 2-2 의 유기 발광 소자는 전류 밀도에 따른 색상차이가 없음을 알 수 있었다.

따라서, 상기 본원 발명의 유기 발광 소자는 P형 도핑층, N형 도핑층 및 2층 이상의 발광층을 포함하고, 상기 정공수송층의 정공수송 물질과 제1 발광층의 제1 호스트가 서로 동일한 물질을 사용하므로, 상기 실시예 1-1 및 2-1의 유기 발광 소자는 전하가 균형을 이루는 전압이나 전류 범위가 넓으므로, 상기 비교예 1-1, 1-2 및 2-1 내지 2-3의 유기 발광 소자 보다 넓은 구동 영역에서 색상차가 없고, 구동 전압 및/또는 고효율의 효과가 있다.

101: 애노드
201: P형 도핑층
301: 정공수송층
401: 제1 발광층
402: 제2 발광층
403: 제3 발광층
501: 전자수송층
601: N형 도핑층
701: 캐소드

Claims

애노드;
상기 애노드와 대향하여 구비된 캐소드;
상기 애노드와 캐소드 사이에 구비된 제1 발광층;
상기 제1 발광층과 상기 캐소드 사이에 구비된 제2 발광층; 및
상기 애노드와 상기 제1 발광층 사이에 구비되고, 정공수송 물질을 포함하는 정공수송층을 포함하는 유기 발광 소자로서,
상기 제2 발광층은 상기 제1 발광층 보다 단파장의 빛을 발광하며,
상기 제1 발광층은 제1 호스트, 제2 호스트 및 제1 도펀트를 포함하고,
상기 제2 발광층은 제3 호스트, 제4 호스트 및 제2 도펀트를 포함하며,
상기 제1 호스트 및 제2 호스트 중 어느 하나는 상기 정공수송 물질과 동일하고,
상기 애노드와 상기 정공수송층 사이에 구비된 P형 도핑층을 포함하고,
상기 캐소드와 상기 제2 발광층 사이에 구비된 N형 도핑층을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
청구항 1에 있어서, 상기 정공수송층은 상기 제1 발광층에 접하여 구비되는 것인 유기 발광 소자.
청구항 1에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 상기 캐소드와 상기 제2 발광층 사이에 구비된 제3 발광층을 더 포함하고,
상기 제3 발광층은 제5 호스트, 제6 호스트 및 제3 도펀트를 포함하며,
상기 제3 발광층은 상기 제2 발광층 보다 단파장의 빛을 발광하는 것인 유기 발광 소자.
청구항 1에 있어서, 상기 P형 도핑층은 P형 도핑물질을 포함하고, 상기 P형 도핑물질은 LUMO에너지 준위가 4.8eV 이상인 것인 유기 발광 소자.
청구항 1에 있어서, 상기 P형 도핑층은 P형 도핑물질로 이루어지고, 상기 P형 도핑물질은 LUMO에너지 준위가 4.8eV 이상인 것인 유기 발광 소자.
청구항 1에 있어서, 상기 N형 도핑층은 알칼리 금속; 및 알칼리 금속 복합체 중 1 이상을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 발광층의 최대 발광 파장은 610nm 내지 780nm 이고, 상기 제2 발광층의 최대 발광 파장은 500nm 내지 580nm인 것인 유기 발광 소자.
청구항 3에 있어서, 상기 제3 발광층의 최대 발광 파장은 480nm 내지 540nm 인 것인 유기 발광 소자.
청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 CIE x 및 CIE y 색좌표를 측정하였을 때, 10mA/cm²의 전류를 인가해 발광하는 색좌표와 100mA/cm²의 전류를 인가해 발광하는 색좌표의 차이가 CIE x 및 CIE y 각각 ±0.015 미만인 것인 유기 발광 소자.