KR102373896B1 - 유기 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 유기 발광 소자는 제1 전극과 제2 전극 사이에 적층되고, 유기 발광층을 각각 포함하는 복수의 발광부들 및 발광부들 사이에 적층되는 전하 생성층을 포함한다. 그리고, 전하 생성층은 인접하는 발광부의 유기 발광층과 직접 접촉하도록 N형 전하 생성층이 배치되고, N형 전하 생성층과 유기 발광층의 HOMO 레벨을 조절함으로써, 색시야각이 향상되고, 유기 발광 소자의 효율 및 수명이 향상될 수 있다.

Description

유기 발광 소자{ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 유기 발광 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다층 발광부 구조의 유기 발광 소자에서, 색시야각, 소자 효율 및 소자 수명을 개선할 수 있는 유기 발광 소자에 관한 것이다.
유기 발광 표시 장치(OLED)는 자체 발광형 표시 장치로서, 액정 표시 장치(LCD)와는 달리 별도의 광원이 필요하지 않아 경량 박형으로 제조 가능하다. 또한, 유기 발광 표시 장치는 저전압 구동에 의해 소비 전력 측면에서 유리할 뿐만 아니라, 색상 구현, 응답 속도, 색시야각, 명암 대비비(contrast ratio; CR)도 우수하여, 차세대 디스플레이로서 연구되고 있다.
유기 발광 표시 장치는 전자와 정공이 결합하여 광을 발광하는 유기 발광층을 포함한다. 일반적으로, 유기 발광 소자는 애노드(anode), 정공 주입층(Hole Injection Layer; HIL), 정공 수송층(Hole Transport Layer; HTL), 유기 발광층(Emitting Layer; EML), 전자 수송층(Electron Transport Layer; ETL) 전자 주입층(Electron Injection Layer; EIL) 및 캐소드(cathode)를 포함한다.
근래에 들어, 유기 발광 소자의 발광 효율 및 수명 향상이라는 기술적 한계를 극복하기 위하여, 복수의 유기 발광층을 적층하여 제조되는 탠덤(tandem) 구조(2-스택 이상의 다층 스택 또는 2개 이상의 다층 발광부)의 유기 발광 표시 장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 구체적으로, 각각의 발광부는 1개의 유기 발광층을 구비하고, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층 및 전자 주입층을 더 포함할 수 있다.
탠덤 구조의 유기 발광 표시 장치에서와 같이, 복수의 발광부가 적층되는 경우, 애노드 및 캐소드에서 발생된 정공 및 전자가 복수의 유기 발광층 각각에 원활하게 전달되기 어려워 유기 발광 소자의 효율이 저하될 수 있다. 따라서, 유기 발광 소자의 효율을 향상시키기 위해, 유기 발광층에 전자와 정공을 효율적으로 공급할 수 있는 전하 생성층이 복수의 발광부 사이에 배치된다.
이하에서는, 종래의 2개의 발광부를 포함하는 탠덤 구조의 유기 발광 소자에 대해 설명한다.
종래의 2개의 발광부를 포함하는 탠덤 구조의 유기 발광 소자는 애노드, 제1 발광부, 전하 생성층, 제2 발광부 및 캐소드가 순차적으로 적층된 구조를 가진다.
제1 발광부는 애노드 상에 배치되어 제1 색의 광을 발광하는 발광부이다. 구체적으로는, 정공 주입층, 제1 정공 수송층, 제1 색의 광을 발광하는 제1 유기 발광층 및 제1 전자 수송층을 포함할 수 있다.
제2 발광부는 전하 생성층 상에 배치되어, 제1 색과는 상이한 제2 색의 광을 발광하는 발광부이다. 구체적으로, 제2 정공 수송층, 제2 색의 광을 발광하는 제2 유기 발광층, 제2 전자 수송층 및 전자 주입층을 포함할 수 있다.
전하 생성층은 제1 발광부와 제2 발광부 사이에 배치되며, 제1 발광부 및 제2 발광부 각각으로 전달되는 전자 및 정공을 균형있게 조절할 수 있다. 구체적으로, 전하 생성층은 제1 발광부로 전자를 전달하는 N형 전하 생성층 및 제2 발광부로 정공을 전달하는 P형 전하 생성층으로 이루어질 수 있다.
탠덤 구조의 유기 발광 소자는 제1 발광부 및 제2 발광부에서 발광하는 광을 혼합하여 백색 광을 발광할 수 있다.
그러나, 종래의 탠덤 구조의 유기 발광 소자에서, 전하 생성층을 구성하는 N형 전하 생성층과 P형 전하 생성층은 별도의 증착 공정으로 형성되고, 각각의 발광부를 구성하는 정공 수송층 및 전자 수송층 등도 별도의 증착 공정으로 형성되기 때문에, 공정수가 증가한다.
이에 따라, 종래의 탠덤 구조의 유기 발광 소자에서는 구성요소로서 여러 층들이 적층되며, 적층된 층들에 의해 유기 발광층들 간의 간격이 멀어지게 된다. 유기 발광층들 간의 간격이 멀어지면, 정면에서의 EL 스팩트럼과 측면에서의 EL 스팩트럼의 차이가 크게 되어, 색시야각에 따른 광학 특성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
한편, 전자 수송층은 유기 발광층과 N형 전하 생성층 사이에 배치되며, N형 전하 생성층으로부터의 전자를 유기 발광층에 공급한다. 그러나, 다층 발광부를 포함하는 유기 발광 소자에서 전자 수송층의 이동도가 빠르지 못한 경우, 저전류 밀도, 즉, 약 0.01 내지 1 mA/cm2의 전류 밀도에서 전자가 N형 전하 생성층에서부터 유기 발광층으로 원활히 이동하지 못하게 된다. 이에 따라, 정공 수송층으로부터 유기 발광층으로 이동된 정공 중 전자와 결합되지 못하고 남아있는 잔여 정공에 의해 유기 발광 소자의 저항이 증가한다. 따라서, 유기 발광 소자의 저항이 증가함에 따라, 유기 발광 소자의 구동 전압이 증가되고, 유기 발광 소자의 수명이 감소하는 문제점이 발생한다.
[관련기술문헌]
1. 백색 유기 발광 소자(특허출원번호 제 10-2007-0053472호)
본 발명의 발명자들은 복수의 발광부들을 포함하는 유기 발광 소자에 있어서, 유기 발광층들 사이의 간격을 줄임으로써 색시야각을 개선할 수 있다는 것을 인식하였다. 이에, 본 발명의 발명자들은 종래의 각 발광부들에 배치되던 유기층들 중 일부를 생략하는 방안을 고려하였고, 특히, 각 발광부들에 배치되는 전자 수송층을 제거함으로써, 색시야각 개선과 함께 유기 발광 소자의 구조 및 제조 공정을 단순화할 수 있음을 인식하였다. 그러나, 단순히 전자 수송층을 제거하는 경우, 유기 발광층에서 전자와 결합해야 할 정공이 유기 발광층에서 곧바로 N형 전하 생성층으로 이동하는 현상이 발생한다. 이에 따라, 유기 발광층에서 원활하게 발광이 이루어지지 않고, 전하 생성층과 같은 다른 층에서 여기자(exiton)가 생성되므로, 유기 발광 소자의 소자 효율 및 수명 등과 같은 유기 발광 소자의 소자 성능이 현저하게 저하됨을 파악하였다. 이에, 본 발명의 발명자들은 복수의 발광부를 포함하는 유기 발광 소자에 있어서, 색시야각을 개선하기 위해 전자 수송층을 제거하여도 유기 발광 소자의 성능을 유지하고, 유기 발광 소자의 수명을 향상시킬 수 있는 새로운 복수의 발광부를 포함하는 유기 발광 소자를 발명하였다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전자 수송층을 제거하여 유기 발광층들 사이의 간격이 감소되고, 이에 따라, 색시야각을 향상시킬 수 있는 복수의 발광부를 포함하는 유기 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 저전류 밀도에서 유기 발광 소자 구동 시 전자가 N형 전하 생성층에서부터 유기 발광층으로 원활히 이동하지 못함에 따라 유기 발광 소자의 저항이 증가되는 것을 억제하여 유기 발광 소자의 수명을 향상시킬 수 있는 복수의 발광부를 포함하는 유기 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자가 제공된다. 유기 발광 소자는 서로 대향하도록 배치되는 제1 전극 및 제2 전극을 포함한다. 유기 발광 소자는 제1 전극과 제2 전극 사이에 적층되고, 유기 발광층을 각각 포함하는 복수의 발광부들 및 발광부들 사이에 전하 생성층을 포함하도록 구성된다. 전하 생성층은 발광부의 유기 발광층과 직접 접촉하도록 배치되는 N형 전하 생성층을 포함하며, 이때, N형 전하 생성층의 HOMO 레벨은 N형 전하 생성층과 접촉하는 유기 발광층의 HOMO 레벨보다 높다. 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자에서는, N형 전하 생성층과 유기 발광층이 직접 접촉하도록 배치되고, N형 전하 생성층과 유기 발광층의 HOMO 레벨이 적절히 조절되어, 색시야각이 향상됨과 동시에 유기 발광 소자의 효율 및 수명이 향상될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, N형 전하 생성층은 N형 전하 생성층과 접촉하는 유기 발광층으로 직접 전자를 전달하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 복수의 발광부들은 적어도 제1 발광부와 제2 발광부를 포함하고, 상기 제1 전극, 상기 제1 발광부, 상기 전하 생성층, 상기 제2 발광부 및 상기 제2 전극으로 배치되며, 상기 N형 전하 생성층은 상기 제1 발광부의 유기 발광층과 직접 접촉하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, N형 전하 생성층이 유기 발광층과 직접 접촉하도록 배치되는 경우는 N형 전하 생성층이 유기 발광층과 직접 접촉하지 않도록 배치되는 경우보다 유기 발광 소자의 수명이나 색시야각이 상대적으로 향상되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, N형 전하 생성층의 HOMO 레벨과 N형 전하 생성층과 접촉하는 유기 발광층의 HOMO 레벨의 차이는 0.2 내지 0.8 eV인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, N형 전하 생성층의 HOMO 레벨은 -5.3 내지 -5.7eV인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, N형 전하 생성층의 LUMO 레벨은 N형 전하 생성층과 접촉하는 유기 발광층의 LUMO 레벨보다 높은 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, N형 전하 생성층의 LUMO 레벨은 -2.6 내지 -3.0eV인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, N형 전하 생성층은 호스트 및 도펀트를 포함하고, 호스트는 하기 [화학식 1]로 표시되는 것을 특징으로 한다.
[화학식 1]
Figure 112015049710865-pat00001
이때, 화학식 1에서, R1 내지 R3은 각각 독립적으로, 치환된 또는 비치환된 C1 ~ C10의 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C1 ~ C18의 아릴기, 수소 또는 할로겐원소이다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, N형 전하 생성층은 호스트 및 도펀트를 포함하고, 도펀트는 N형 전하 생성층의 전체 부피에 대해 2% 내지 10%로 포함되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 전하 생성층은 N형 전하 생성층과 P형 전하 생성층의 접합 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, N형 전하 생성층과 접촉하는 유기 발광층은 청색 광을 발광하는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자가 제공된다. 유기 발광 소자는 서로 대향하도록 배치되는 제1 전극 및 제2 전극을 포함한다. 유기 발광 소자는 제1 전극 상에 배치되고, 제1 유기 발광층을 포함하는 제1 발광부, 제2 유기 발광층을 포함하는 제2 발광부 및 제3 유기 발광층을 포함하는 제3 발광부, 제1 발광부와 제2 발광부 사이에 배치되며, 제1 N형 전하 생성층을 포함하는 제1 전하 생성층 및 제2 발광부와 제3 발광부 사이에 배치되며, 제2 N형 전하 생성층을 포함하는 제2 전하 생성층을 포함한다. 이때, 제1 N형 전하 생성층에서 제1 유기 발광층으로 전자의 흐름이 원활하도록 제1 N형 전하 생성층이 제1 유기 발광층과 직접 접촉하도록 배치되거나, 제2 N형 전하 생성층에서 제2 유기 발광층으로 전자의 흐름이 원활하도록 제2 N형 전하 생성층이 제2 유기 발광층과 직접 접촉하도록 배치된다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자는 3개의 발광부를 포함하는 구조에서 적어도 하나 이상의 N형 전하 생성층과 유기 발광층의 접합면을 형성시킨다. 이로써, 복수의 발광부를 포함하는 구조에서 개선된 색시야각이 달성될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 제1 전하 생성층의 HOMO 레벨과 제1 유기 발광층의 HOMO 레벨의 차이 및 제2 전하 생성층의 HOMO 레벨과 제2 유기 발광층의 HOMO 레벨의 차이 중 적어도 하나는 0.2 내지 0.8 eV인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 N형 전하 생성층이 제1 유기 발광층과 직접 접촉하도록 배치된 경우, 제1 유기 발광층에서 제1 N형 전하 생성층으로의 정공의 흐름이 억제되도록, 제1 N형 전하 생성층이 구성되고, 제2 N형 전하 생성층이 제2 유기 발광층과 직접 접촉하도록 배치된 경우, 제2 유기 발광층에서 제2 N형 전하 생성층으로의 정공의 흐름이 억제되도록, 제2 N형 전하 생성층이 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 N형 전하 생성층이 제1 유기 발광층과 직접 접촉하도록 배치하는 경우는 제1 N형 전하 생성층이 제1 유기 발광층과 직접 접촉하도록 배치하지 않는 경우보다 유기 발광 소자의 수명이나 색시야각이 상대적으로 향상되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제2 N형 전하 생성층이 제2 유기 발광층과 직접 접촉하도록 배치하는 경우는 제2 N형 전하 생성층이 제2 유기 발광층과 직접 접촉하도록 배치하지 않는 경우보다 유기 발광 소자의 수명이나 색시야각이 상대적으로 향상되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 유기 발광층 및 제3 유기 발광층은 청색 광을 발광하고, 제2 유기 발광층은 황녹색 또는 녹색 광을 발광하는 것을 특징으로 한다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명은 복수의 발광부를 포함하는 유기 발광 소자에서, 발광부에 포함된 전자 수송층을 제거하고, 유기 발광층과 N형 전하 생성층을 직접 접촉시킴으로써, 각각의 발광부에 포함되는 유기 발광층 사이의 간격을 감소시켜 색시야각을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 복수의 발광부에 포함되는 유기층의 개수를 감소시켜, 유기 발광 소자의 제조 공정수를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 유기 발광층과 N형 전하 생성층이 직접 접함과 동시에 유기 발광층과 접촉된 N형 전하 생성층의 HOMO 레벨이 유기 발광층의 HOMO 레벨보다 높게 되도록 함으로써, N형 전하 생성층에서 유기 발광층으로의 전자의 흐름이 원활하게 되고, 유기 발광층에서 N형 전하 생성층으로의 정공 흐름이 억제되어 유기 발광 소자의 효율 및 수명을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2는 비교예에 따른 유기 발광 소자에 대한 에너지 밴드 다이어그램을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자에 대한 에너지 밴드 다이어그램을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
소자 또는 층이 다른 소자 또는 층 "위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
본 명세서에서 특정한 층의 LUMO 및 HOMO 레벨이라 함은, 도펀트(dopant) 물질이라고 지칭하지 않는한, 상기 층을 구성하는 호스트(host) 물질의 LUMO 및 HOMO 레벨을 의미한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시에에 따른 유기 발광 소자(100)는 2개의 발광부를 가지는 유기 발광 소자(100)로서, 제1 전극(110), 제1 발광부(120), 전하 생성층(130), 제2 발광부(140) 및 제2 전극(150)을 포함한다.
제1 전극(110)은 정공을 제1 발광부(120)로 공급하는 애노드이다. 제1 전극(110)은 일함수가 높은 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(110)은 틴 옥사이드(Tin Oxide; TO), 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO), 인듐 징크 옥사이드(Indium Zinc Oxide; IZO), 인듐 틴 징크 옥사이드(Indium Tin Zinc Oxide; ITZO) 등과 같은 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 몇몇 실시예에서, 유기 발광 소자(100)가 탑 에미션(top emission) 방식의 유기 발광 표시 장치에 적용되는 경우, 유기 발광 소자(100)는 제1 전극(110) 하부에 은(Ag) 또는 은 합금(Ag alloy)과 같은 반사성이 우수한 물질로 이루어지는 반사층을 포함할 수 있다.
제2 전극(150)은 제2 발광부(140)로 전자를 공급하는 캐소드이다. 제2 전극(150)은 일함수가 낮은 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(150)은 마그네슘(Mg), 은(Ag), 알루미늄(Al), 칼슘(Ca) 등과 같은 불투명 도전성 물질 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어 질수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 몇몇 실시예에서, 유기 발광 소자(100)가 탑 에미션 방식의 유기 발광 표시 장치에 적용되는 경우, 제2 전극(150)은 유기 발광층으로부터 방출된 빛이 투과될 수 있도록 반투과 특성을 가질 수 있으며, 제2 전극(150)은 마그네슘과 은의 합금(Mg:Ag)으로 이루어질 수 있다.
제1 발광부(120)는 제1 전극(110) 상에 적층되어 제1 색의 광을 발광한다. 구체적으로, 제1 발광부(120)는 제1 전극(110) 상에 배치된 정공 주입층(Hole Injection Layer; HIL)(121), 정공 주입층(121) 상에 배치된 제1 정공 수송층(Hole Transport Layer; HTL)(122) 및 제1 정공 수송층(122) 상에 배치된 제1 유기 발광층(Emitting Layer; EML)(123)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자(100)에서는 제1 유기 발광층(123)과 제1 N형 전자 수송층(Electron Transport Layer; ETL)(131)이 직접 접촉하도록 배치되므로, 제1 발광부(120)에 전자 수송층이 포함되지 않는다. 소자의 특성이나 구조에 따라 제1 발광부(120)에 전자 주입층이 포함될 경우, 제1 유기 발광층(123)과 제1 N형 전자 수송층(131)이 직접 접촉하도록 배치되므로, 제1 발광부(120)에 전자 수송층과 전자 주입층이 포함되지 않는다.
정공 주입층(121)은 제1 전극(110)으로부터 제1 유기 발광층(123)으로의 정공의 주입을 원활하게 하는 유기층이다. 제1 정공 주입층(121)은, 예를 들어, HATCN(dipyrazino[2,3-f:2',3'-h]quinoxaline-2,3,6,7,10.11-hexacarbonitrile), CuPc(phthalocyanine), 및 NPD(N,N'-bis(naphthalene-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-2,2'-dimethylbenzidine)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 정공 주입층(121)은 소자의 구조나 특성에 따라 생략될 수 있다.
제1 정공 수송층(122)은 정공 주입층(121)으로부터 제1 유기 발광층(123)으로 정공을 전달하는 유기층이다. 제1 정공 수송층(122)은 정공의 수송을 원활하게 하며, NPD(N,N'-bis(naphthalene-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-2,2'-dimethylbenzidine), TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine), s-TAD(2,2',7,7'-tetrakis(N,N-dimethylamino)-9,9-spirofluorene) 및 MTDATA(4,4',4"-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
제1 유기 발광층(123)은 제1 정공 수송층(122) 상에 배치된다. 제1 유기 발광층(123)은 특정 색의 광을 발광할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 유기 발광층(123)은 적색 광, 녹색 광, 청색 광 또는 황녹색 광을 발광할 수 있는 발광 물질을 포함할 수 있다. 그러나, 이에 제한되지 않고 다른 색의 광을 발광할 수 있는 발광 물질을 포함할 수도 있다.
보다 구체적으로, 제1 유기 발광층(123)이 적색 광을 발광하는 경우, 제1 유기 발광층(123)은, 예를 들어, CBP(4,4'-bis)carbozol-9-yl)biphenyl) 또는 mCP(1,3-bis(carbazol-9-yl)benzene)를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, Ir(piq)3(tris(1-phenylisoquinoline)iridium), Ir(piq)2(acac)(bis(1-phenylisoquinoline)(acetylacetonate)(iridium) 및 PtOEP(octaethylporphine platinum)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 도펀트를 포함하는 인광 물질로 이루어질 수 있고, 이와는 달리 PBD:Eu(DBM)3(Phen) 또는 Perylene을 포함하는 형광 물질로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
또한, 제1 유기 발광층(123)이 녹색 광을 발광하는 경우, 제1 유기 발광층(123)은, 예를 들어, CBP 또는 mCP를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, Ir(ppy)3(tris(2-phenylpyridine)iridium)을 포함하는 Ir complex와 같은 도펀트 물질을 포함하는 인광 물질로 이루어질 수 있고, 이와는 달리 Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum)을 포함하는 형광 물질로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
또한, 제1 유기 발광층(123)이 청색 광을 발광하는 경우, 제1 유기 발광층(123)은, 예를 들어, CBP 또는 mCP를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, FIrPic(bis(3,5-difluoro-2-(2-pyridyl)phenyl-(2-carboxyprdidyl)iridium)을 포함하는 도펀트 물질을 포함하는 인광 물질로 이루어질 수 있다. 또한, spiro-BDAVBi(2,7-bis[4-(diphenylamino)styryl]-9,9'-spirofluorene), 디스틸벤젠(DSB), 디스트릴아릴렌(DSA), PFO계 고분자 및 PPV계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 형광 물질로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
제2 발광부(140)는 제1 발광부(120) 상에 배치되어 제2 색의 광을 발광한다. 구체적으로, 제2 발광부(140)는 제2 정공 수송층(142), 제2 유기 발광층(143), 전자 수송층(144) 및 전자 주입층(145)을 포함한다.
제2 정공 수송층(142)은 P형 전하 생성층(132)으로부터 제2 유기 발광층(143)으로 정공을 전달하는 유기층이다. 제2 정공 수송층(142)은 제1 정공 수송층(122)와 동일한 물질로 이루어질 수 있으며, 구체적인 내용은 제1 정공 수송층(122)에 설명한 바와 동일하므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다.
제2 유기 발광층(143)은 제2 정공 수송층(142) 상에 배치된다. 제2 유기 발광층(143)은 특정 색의 광을 발광할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 유기 발광층(143)은 적색 광, 녹색 광, 청색 광 또는 황녹색 광을 발광할 수 있는 발광 물질을 포함할 수 있다. 그러나, 이에 제한되지 않고 다른 색의 광을 발광할 수 있는 발광 물질을 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 유기 발광 소자(100)가 백색 광을 발광하도록 구성되는 경우, 제1 유기 발광층(123)은 청색 광을 발광하도록 구성되고, 제2 유기 발광층(143)은 황녹색 또는 녹색 광을 발광하도록 구성될 수 있다.
전자 수송층(144)은 제2 유기 발광층(143) 상에 배치된다. 전자 수송층(144)은 전자 주입층(145)으로부터 제2 유기 발광층(143)으로 전자를 전달하는 유기층이다. 전자 수송층(144)의 두께는 전자 수송 특성을 고려하여 조절될 수 있다. 전자 수송층(144)은 Liq(8-hydroxyquinolinolato-lithium), PBD(2-(4-biphenyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4oxadiazole), TAZ(3-(4-biphenyl)4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole), spiro-PBD 및 BAlq(bis(2-methyl-8-quinolinolate)-4-(phenylphenolato)aluminium)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
전자 주입층(Electron Injection Layer; EIL)(145)은 전자 수송층(144) 상에 배치된다. 전자 주입층(145)은 제2 전극(150)으로부터 제2 유기 발광층(143)으로의 전자의 주입을 원활하게 하는 유기층이다. 전자 주입층(145)은 PBD(2-(4-biphenyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4oxadiazole), TAZ(3-(4-biphenyl)4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole), spiro-PBD및 BAlq(bis(2-methyl-8-quinolinolate)-4-(phenylphenolato)aluminium)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 전자 주입층(145)은 소자의 특성이나 구조에 따라 생략될 수도 있다.
전하 생성층(Charge Generation Layer; CGL)(130)은 제1 발광부(120) 및 제2 발광부(140) 사이에 배치된다. 전하 생성층(130)은 제1 유기 발광층(123) 및 제2 유기 발광층(143)의 전하 균형을 조절한다. 전하 생성층(130)은 N형 전하 생성층(N-CGL, 131) 및 P형 전하 생성층(P-CGL, 132)을 포함한다.
N형 전하 생성층(131)은 제1 발광부(120)로 전자를 주입한다. 도 1을 참조하면, N형 전하 생성층(131)은 유기 발광 소자(100)의 색시야각을 향상시키기 위하여 제1 발광부(120)의 제1 유기 발광층(123)과 직접 접촉하여 배치된다.
N형 전하 생성층(131)의 HOMO 레벨(Highest Occupied Molecular Orbitals Level)은 N형 전하 생성층(131)과 접촉하는 제1 유기 발광층(123)의 HOMO 레벨보다 높다. N형 전하 생성층(131)의 HOMO 레벨이 제1 유기 발광층(123)의 HOMO 레벨보다 높은 경우, 제1 유기 발광층(123)과 N형 전하 생성층(131)의 사이에 전자 수송층이 제거되더라도, 유기 발광 소자(100)의 효율 및 수명이 향상될 수 있고, 제1 유기 발광층(123)과 제2 유기 발광층(143) 간의 간격을 줄일 수 있어 색시야각이 개선될 수 있다.
보다 구체적으로, 비교예의 2개의 발광부를 포함하는 유기 발광 소자는 제1 발광부, 전하 생성층, 제2 발광부이 순차적으로 적층된 구조를 가진다. 이때, 각각의 발광부는 일반적으로 정공 수송층, 유기 발광층, 전자 수송층이 순차적으로 적층된 구조를 가진다. 따라서, N형 전하 생성층은 제1 발광부의 전자 수송층과 접촉하도록 배치된다. 비교예의 2개의 발광부를 포함하는 유기 발광 소자에서는 제1 발광부의 유기 발광층과 제2 발광부의 유기 발광층 사이의 간격이 크므로, 색시야각에 따른 광학 특성이 저하되는 문제점이 있다.
구체적으로, 시야각에 따라 유기 발광 표시 장치의 EL 스팩트럼의 세기가 달라지므로, 시야각에 따라 색좌표 값이 변하는 컬러 시프트 현상이 발생한다. EL(Electroluminescence) 스팩트럼은 발광 물질의 PL(Photoluminescence) 스팩트럼과, 전자 수송층 등과 같은 유기층의 두께와 광학적 특성에 따라 변화하는 에미턴스(Emittance) 스펙트럼의 곱으로 표현된다. 제1 발광부의 유기 발광층과 제2 발광부의 유기 발광층 사이에 배치된 유기층의 두께가 증가되면, 제1 발광부의 유기 발광층과 제2 발광부의 유기 발광층 간의 수직 거리와 제1 발광부의 유기 발광층과 제2 발광부의 유기 발광층 간의 경사 거리의 차이도 증가된다. 여기서, 제1 발광부의 유기 발광층과 제2 발광부의 유기 발광층 간의 경사 거리는, 제1 발광부의 유기 발광층 및 제2 발광부의 유기 발광층에 대하여 수직이 아닌 특정 각도(θ) 방향의 거리를 의미한다. 또한, 제1 발광부의 유기 발광층과 제2 발광부의 유기 발광층 간의 수직 거리와 제1 발광부의 유기 발광층과 제2 발광부의 유기 발광층 간의 경사 거리의 차이가 증가되면, 상술한 EL 스팩트럼의 정의에 따라 정면에서의 EL 스팩트럼과 특정 각도(θ)의 시야각에서의 EL 스팩트럼의 차이가 커지게 된다. 따라서, 정면에서의 EL 스팩트럼과 특정 각도(θ)의 시야각에서의 EL 스팩트럼이 최대한 유사하도록, 제1 발광부의 유기 발광층과 제2 발광부의 유기 발광층 사이의 수직 거리를 감소시킬 필요가 있다.
이에 따라, 시야각에 따른 컬러 시프트 현상을 완화하기 위해, 제1 발광부의 유기 발광층과 제2 발광부의 유기 발광층 사이의 유기층을 제거하는 방안이 고려될 수 있다. 유기층 중에서 전자 수송층은 전전류 밀도에서 전하 생성층으로부터의 전자를 유기 발광층으로 원활히 전달하지 못하는 문제가 있었다. 따라서, 유기 발광층에서 광을 발광하지 못하게 되므로 유기 발광 소자의 수명이나 효율이 저하하는 문제가 있었다. 이에 본 발명에서는 유기층 중에서 유기 발광 소자의 수명이나 효율에 영향을 주는 전자 수송층을 제거하는 방안을 고려하였다.
비교예의 유기 발광 소자에서 단순히 발광부에 포함된 전자 수송층을 제거하는 경우, 복수의 발광부에 포함된 복수의 유기 발광층 사이의 간격이 가까워지므로 색시야각은 개선될 수 있다. 그러나, 비교예의 N형 전하 생성층의 HOMO 레벨은 N형 전하 생성층과 접촉하는 유기 발광층의 HOMO 레벨 이하가 되도록 구성되므로, 유기 발광 소자의 효율 및 수명이 저하되는 문제가 발생하였다.
구체적으로, 비교예의 2개의 발광부를 포함하는 유기 발광 소자에서 N형 전하 생성층의 HOMO 레벨은 제1 유기 발광층의 HOMO 레벨 이하이다. 만약, 제1 전하 수송층이 제거되고, 제1 유기 발광층과 N형 전하 생성층이 서로 직접 접촉하도록 배치되면, N형 전하 생성층의 HOMO 레벨이 제1 유기 발광층의 HOMO 레벨 이하이므로, 제1 유기 발광층에서 여기자를 형성해야 하는 정공이 N형 전하 생성층으로 쉽게 이동할 수 있다. 이로 인해, 정공과 전자가 제1 유기 발광층이 아닌 다른 층에서 결합하여 여기자가 형성되는 현상이 발생한다. 여기자가 제1 유기 발광층 이외의 층에서 형성되는 경우, 여기자가 제1 유기 발광층에 에너지를 전달하기 어려워, 발광 효율이 크게 감소되고, 유기 발광 소자의 수명이나 효율을 저하시킨다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자(100)에서는 N형 전하 생성층(131)의 HOMO 레벨이 N형 전하 생성층(131)과 접촉하는 제1 유기 발광층(123)의 HOMO 레벨보다 높게 설정한다. 따라서, 제1 유기 발광층(123)과 N형 전하 생성층(131) 상의 HOMO 레벨 차이에 의해 정공이 제1 유기 발광층(123)에서 N형 전하 생성층(131)으로 이동하기 어려우며 여기자가 제1 유기 발광층(123)에서 형성되므로, 소자의 성능 및 수명을 향상시킬 수 있다. N형 전하 생성층(131)의 HOMO 레벨과 N형 전하 생성층(131)과 접촉하는 제1 유기 발광층(123)의 HOMO 레벨의 차이가 0.2 eV 내지 0.8 eV일 수 있다. N형 전하 생성층(131)과 제1 유기 발광층(123) 사이의 HOMO 레벨 차이가 상술한 범위를 만족하는 경우, 유기 발광 소자의 수명 및 효율이 증가할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자(100)에서 N형 전하 생성층(131)의 HOMO 레벨은, N형 전하 생성층(131)과 제1 유기 발광층(123) 사이의 HOMO 레벨 차이가 0.2 eV 내지 0.8 eV을 만족할 수 있도록, -5.3 내지 -5.7eV인 것이 바람직하다.
또한, N형 전하 생성층(131)의 LUMO 레벨(Lowest Unoccupied Molecular Orbitals level)은 N형 전하 생성층(131)과 접촉하는 제1 유기 발광층(123)의 LUMO 레벨보다 높은 것이 바람직하다. 특히, N형 전하 생성층(131)의 LUMO 레벨은 -2.6 내지 -3.0인 것이 더욱 바람직하다. N형 전하 생성층(131)의 LUMO 레벨이 상술한 범위를 만족하는 경우, N형 전하 생성층(131)에서 제1 유기 발광층(123)으로 전자가 원활하게 전달될 수 있어, 저전류 밀도에서 전자의 이동이 제한받는 현상을 해결할 수 있다. 이로 인해, 유기 발광 소자(100)는 전자 수송층이 없음에도 유기 발광 소자 성능을 가질 수 있으며, 저전류 밀도에서 소자 효율이 향상될 수 있다.
N형 전하 생성층(131)은 N형 도펀트 및 N형 호스트 물질을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, N형 도펀트는 N형 전하 생성층의 전기 전도도를 향상시킨다. N형 도펀트는 주기율표 상의 제1 족 및 제2 족의 금속 또는 전자 주입할 수 있는 유기물 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 구체적으로 N형 도펀트는 알칼리 금속 및 알칼리 토금속 중 어느 하나일 수 있다. 여기서, 알칼리 금속의 예로서는 리튬(Li), 세슘(Cs), 나트륨(Na) 및 칼륨(K) 등을 들수 있으며, 알칼리 토금속의 예로서는 스트론륨(Sr), 바륨(Ba), 라듐(Ra) 및 마그네슘(Mg) 등을 들 수 있다.
N형 전하 생성층(131)의 N형 호스트 물질은 상술한 N형 전하 생성층(131)의 HOMO 레벨 및 LUMO 레벨을 만족시키기 위하여 페난스롤린(phenanthroline) 유도체일 수 있다.
더욱 바람직하게는, N형 전하 생성층(131)의 호스트는 하기 [화학식 1]로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112015049710865-pat00002
이때, 화학식 1에서, R1 내지 R3은 각각 독립적으로, 치환된 또는 비치환된 C1 ~ C10의 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C1 ~ C18의 아릴기, 수소 또는 할로겐원소이다. 예를 들어, R1 내지 R3은 페닐기(phenyl), 나프탈렌기(naphthalenyl), 페난트롤린기(phenanthrolinyl) 또는 피렌기(pyrenyl)의 유도체일 수 있다.
P형 전하 생성층(132)은 제2 발광부(140)로 정공을 주입한다. P형 전하 생성층(132)은 N형 전하 생성층(131) 상에 배치되어 N형 전하 생성층(131)과 접합된 구조를 가진다. P형 전하 생성층(132)은 P형 도펀트 및 P형 호스트 물질을 포함할 수 있다. P형 도펀트는 금속 산화물, 테트라플루오로-테트라시아노퀴노디메탄(F4-TCNQ), HAT-CN(dipyrazino[2,3-f:2',3'-h]quinoxaline-2,3,6,7,10.11-hexacarbonitrile), 헥사아자트리페닐렌 등과 같은 유기물 또는 V2O5, MoOx, WO3 등과 같은 금속 물질로 이루어질 수 있다. P형 호스트 물질은 정공을 전달할 수 있는 물질, 예를 들면, NPD(N,N'-bis(naphthalene-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-2,2'-dimethylbenzidine), TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine) 및 MTDATA(4,4',4"-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자(100)의 효과에 대한 보다 상세한 설명을 위해 도 2 및 도 3을 함께 참조한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자(100)의 효과를 설명하기 위해 2개의 발광부를 포함하는 유기 발광 소자에 있어서, 전자 수송층 및 N형 전하 생성층의 배치와 구성을 달리한 비교예 1, 비교예 2, 실시예 1 및 실시예 2의 유기 발광 소자들을 제조하였다.
도 2는 비교예 1의 유기 발광 소자를 구성하는 일부 층에 대한 에너지 밴드 다이어그램을 나타내는 도면이다. 도 3은 본 발명의 실시예 1 및 2에 따른 유기 발광 소자를 구성하는 일부 층에 대한 에너지 밴드 다이어그램을 나타내는 도면이다. 도 2는 비교예 1의 유기 발광 소자의 제1 유기 발광층(223), 제1 전자 수송층(224), N형 전하 생성층(231), P형 전하 생성층(232), 제2 정공 수송층(242), 제2 유기 발광층(243)의 LUMO 레벨 및 HOMO 레벨을 도시하였다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 제1 유기 발광층(123), N형 전하 생성층(131), P형 전하 생성층(132), 제2 정공 수송층(142) 및 제2 유기 발광층(143)의 LUMO 레벨 및 HOMO 레벨을 도시하였다.
비교예 1은 2개의 발광부가 배치된 유기 발광 소자로서, 제1 전극, 제1 발광부(HIL/HTL 1/EML 1/ETL 1), 전하 생성층(N-CGL 1/P-CGL 1), 제2 발광부(HTL 2/EML 2/ETL 2/EIL) 및 제2 전극이 순차적으로 적층된 구조를 가진다. 비교예 1의 각각의 층은 도 2에 도시된 에너지 밴드 다이어그램을 가진다.
비교예 2는 비교예 1의 유기 발광 소자에서 전자 수송층이 제외된 구조를 가지는 유기 발광 소자로서, 제1 발광부의 전자 수송층(224)을 포함하지 않는 점을 제외하고는 비교예 1과 동일한 구조 및 에너지 밴드 다이어그램을 가진다.
실시예 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 발광부가 배치된 유기 발광 소자로써, 도 1에 도시된 구조를 갖는다. 구체적으로, 제1 전극, 제1 발광부(HIL/HTL 1/EML 1), 전하 생성층(N-CGL 1/P-CGL 1), 제2 발광부(HTL 2/EML 2/ETL/EIL) 및 제2 전극이 순차적으로 적층된 구조를 가진다. 실시예 1의 각각의 층은 도 3에 도시된 에너지 밴드 다이어그램을 가진다. 이때, 실시예 1의 N형 전하 생성층에 포함된 도펀트는 N형 전하 생성층의 전체 부피에 대해 2%인 경우를 도시한 것이다. 여기서 제1 발광부의 정공 주입층(HIL)이나 제2 발광부의 전자 주입층(EIL)은 생략할 수도 있다.
실시예 2는 실시예 1의 유기 발광 소자에서, N형 전하 생성층에 포함된 도펀트가 N형 전하 생성층의 전체 부피에 대해 2.2%인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 구조 및 에너지 밴드 다이어그램을 가진다.
표 1은 전술한 비교예 1, 비교예 2, 실시예 1 및 실시예 2의 유기 발광 소자의 구동 전압(V), 발광 효율(cd/A), T95 수명 및 색시야각 변동 값을 보여주는 표이다. 구동 전압은 전류 밀도가 10mA/cm2에서 측정되었다. T95 수명은 유기 발광 소자의 수명이 95%까지 되는 시간을 의미하는 것으로, 표 1에서는 비교예 1의 T95 수명을 100%로 하여 상대값이 기재되었다. 또한, 색시야각은 0°(정면)에서 측정한 색좌표 값과 60°에서 측정한 색좌표 값의 변화량(△U'V')을 계산하여 평가하였다. 작은 △U'V' 값은 정면에서 측면으로 이동 시 색변화가 작은 것을 의미하므로, △U'V' 값이 작을수록, 우수한 색시야각을 나타낸다.
구분 전압(V) 발광 효율(cd/A) T95 수명(%) 색시야각(△U'V')
비교예 1 10.8 84.0 100% 0.018
비교예 2 9.8 78.4 90% 0.014
실시예 1 10.9 83.4 101% 0.014
실시예 2 10.8 83.9 105% 0.014
비교예 1과 실시예 1 및 2를 비교하면, 전자 수송층이 제거된 실시예 1 및 2가 비교예 1에 비해 색시야각이 향상된 것을 확인할 수 있다. 따라서, 전자 수송층을 제거하고 제1 유기 발광층과 N형 전하 생성층을 직접 접촉하도록 배치하는 경우, 제1 유기 발광층과 제2 유기 발광층 사이의 간격이 감소하여 색시야각이 향상되는 것을 확인할 수 있었다.
이어서, 비교예 2와 실시예 1 및 2를 비교하면, 비교예 2에 비해 실시예 1 및 실시예 2의 발광 효율 및 유기 발광 소자의 수명이 향상됨을 확인할 수 있다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 실시예 1의 N형 전하 생성층의 HOMO 레벨은 -5.5이며, 이는 비교예 1의 N형 전하 생성층의 HOMO 레벨인 -6.1 보다 높다. 따라서, 제1 유기 발광층에 존재하는 정공이 N형 전하 생성층으로 이동하는 현상이 억제된다. 또한, 실시예 1의 N형 전하 생성층의 LUMO 레벨은 -2.6이며, 이는 비교예 1의 N형 전하 생성층의 LUMO 레벨인 -3.0 보다 높다. 따라서, N형 전하 생성층에서 제1 유기 발광층으로 전자가 원활하게 이동할 수 있다. 결국, 정공과 전자가 결합하여 제1 유기 발광층에서 정상적으로 발광할 수 있으므로, 유기 발광 소자의 저항이 증가하고 수명이 저하되는 현상이 방지될 수 있다.
상술한 결과를 종합하여 보면, 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자는 전자 수송층을 제거하고, 제1 유기 발광층과 N형 전하 생성층을 직접 접촉하도록 배치함과 동시에 N형 전하 생성층의 HOMO 레벨이 N형 전하 생성층과 접촉하는 제1 유기 발광층의 HOMO 레벨보다 높게 조절함으로써, 색시야각이 개선될 수 있고, 유기 발광 소자의 효율 및 수명이 향상될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 도 4를 참조하면, 유기 발광 소자(400)는 제1 전극(110), 제1 발광부(120), 제1 전하 생성층(430), 제2 발광부(440), 제2 전하 생성층(450), 제3 발광부(460) 및 제2 전극(150)을 포함한다. 도 4에 도시된 유기 발광 소자(400)는 도 1에 도시된 유기 발광 소자(100)와 비교하여, 제2 전하 생성층(450), 제3 발광부(460)이 더 추가되고, 제2 발광부(440)의 구조 및 유기 발광층(123, 443, 463)의 구성만이 상이할 뿐이므로, 나머지 중복되는 구성요소에 대해서는 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 이하에서는 유기 발광 소자(400)가 3개의 발광부의 조합에 의해서 백색 광을 발광하는 유기 발광 소자인 것으로 가정하여 설명한다.
제1 유기 발광층(123)은 제1 색의 광을 발광하는 유기 발광층이다. 상술한 바와 같이 유기 발광 소자(400)가 백색 광을 발광하는 유기 발광 소자인 경우, 제1 유기 발광층(123)은, 예를 들어, 청색 광을 발광할 수 있다. 본 명세서에서, 청색 광은 440㎚ 내지 480㎚의 피크 파장(peak wavelength)을 갖는 광으로 정의될 수 있다. 그리고, 제1 유기 발광층(123)은 청색(Blue) 발광층, 스카이 블루(Sky Blue) 발광층, 진청색(Deep Blue) 발광층 중 하나일 수 있다.
제2 발광부(440)는 제1 전하 생성층(430) 상에 배치된다. 제2 발광부(440)는 제2 정공 수송층(442) 및 제2 유기 발광층(443)을 포함한다. 제2 정공 수송층(442)은 도 1에 도시된 유기 발광 소자(100)의 제2 정공 수송층(142)과 동일하므로 중복 설명은 생략한다.
제2 유기 발광층(443)은 제2 색의 광을 발광하는 유기 발광층이다. 상술한 바와 같이 유기 발광 소자(400)가 백색 광을 발광하는 유기 발광 소자인 경우, 제2 유기 발광층(443)은, 예를 들어, 황녹색(Yellow-Green) 또는 녹색(Green) 광을 발광할 수 있다. 본 명세서에서, 황녹색 또는 녹색 광은 510㎚ 내지 590㎚의 피크 파장을 갖는 광으로 정의될 수 있다.
제2 발광부(440) 상에 제2 전하 생성층(450)이 배치되므로, 제2 발광부(440)는 전자 수송층 및 전자 주입층을 포함하지 않는다. 또는, 제2 발광부(440)에 전자 주입층이 포함되지 않는 경우에는 제2 발광부(440) 상에 제2 전하 생성층(450)이 배치되므로, 제2 발광부(440)는 전자 수송층을 포함하지 않는다.
제2 전하 생성층(450)은 제2 발광부(440) 상에 배치된다. 제2 전하 생성층(450)은 제2 N형 전하 생성층(451) 및 제2 P형 전하 생성층(452)를 포함한다. 제2 N형 전하 생성층(451)은 제2 유기 발광층(443)으로 전자를 주입시키고, 제2 P형 전하 생성층(452)은 제3 유기 발광층(463)로 정공을 주입시킨다. 제2 전하 생성층(450), 제2 N형 전하 생성층(451) 및 제2 P형 전하 생성층(452)은 도 1의 N형 전하 생성층(131) 및 P형 전하 생성층(132)와 동일하므로 중복 설명은 생략한다.
제3 발광부(460)는 제2 전하 생성층(450) 상에 배치된다. 제3 발광부(460)는 제3 정공 수송층(462), 제3 유기 발광층(463), 전자 수송층(464) 및 전자 주입층(465)을 포함한다. 제3 정공 수송층(462), 전자 수송층(464) 및 전자 주입층(465)은 도 1의 제2 정공 수송층(142), 전자 수송층(144) 및 전자 주입층(145)와 동일하므로 중복 설명은 생략한다. 또는, 전자 주입층(465)은 생략할 수도 있다.
제3 유기 발광층(463)은 제3 색의 광을 발광하는 유기 발광층이다. 예를 들어, 제3 유기 발광층(463)은 백색 광을 발광하는 유기 발광 소자에 적용되기 위해, 적색 광 또는 청색 광을 발광한다. 적색 광은 600㎚ 내지 650㎚의 피크 파장을 갖는 광일 수 있다. 또는, 제3 유기 발광층(463)은 청색(Blue) 발광층, 스카이 블루(Sky Blue) 발광층, 진청색(Deep Blue) 발광층 중 하나일 수 있다. 이와 같은 제3 유기 발광층은 440㎚ 내지 480㎚의 피크 파장(peak wavelength)을 갖는 광을 발광할 수 있다.
도 4의 유기 발광 소자(400)에서는 제1 발광부(120)와 제2 발광부(440) 사이에 제1 전하 생성층(430)이 배치되고, 제2 발광부(440)와 제3 발광부(460) 사이에 제2 전하 생성층(450)이 배치된다. 제1 전하 생성층(430)은 제1 N형 전하 생성층(431) 및 제1 P형 전하 생성층(432)를 포함하고, 제1 N형 전하 생성층(431)은 제1 유기 발광층(123)과 직접 접촉하여 배치된다. 마찬가지로, 제2 전하 생성층(450)은 제2 N형 전하 생성층(451) 및 제2 P형 전하 생성층(452)를 포함하고, 제2 N형 전하 생성층(451)은 제2 유기 발광층(443)과 직접 접촉하여 배치된다.
또한, 도 4의 유기 발광 소자(400)에서는 제1 N형 전하 생성층(431)의 HOMO 레벨이 제1 N형 전하 생성층(431)과 접촉하는 제1 유기 발광층(123)의 HOMO 레벨보다 높으며, 보다 바람직하게는 제1 N형 전하 생성층(431)의 HOMO 레벨과 제1 N형 전하 생성층(431)과 접촉하는 제1 유기 발광층(123)의 HOMO 레벨의 차이가 0.2 내지 0.8 eV일 수 있다. 또한, 제2 N형 전하 생성층(451)의 HOMO 레벨이 제2 N형 전하 생성층(451)과 접촉하는 제2 유기 발광층(443)의 HOMO 레벨보다 높으며, 보다 바람직하게는 제2 N형 전하 생성층(451)의 HOMO 레벨과 제2 N형 전하 생성층(451)과 접촉하는 제2 유기 발광층(443)의 HOMO 레벨의 차이가 0.2 내지 0.8 eV일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자(400)에서는 제1 유기 발광층(123)과 제1 N형 전하 생성층(431)이 직접 접촉하도록 배치됨으로써, 제1 유기 발광층(123)과 제2 유기 발광층(443) 사이의 간격이 감소된다. 또한, 제2 유기 발광층(443)과 제2 N형 전하 생성층(451)이 직접 접촉하도록 배치됨으로써, 제1 유기 발광층(443)과 제2 유기 발광층(463) 사이의 간격이 감소된다. 이에 따라, 유기 발광 소자의 색시야각이 개선될 수 있다. 또한, 서로 접촉하는 유기 발광층과 N형 전하 생성층 사이의 HOMO 레벨이 상술한 조건을 만족하는 경우, 정공과 전자가 각각의 유기 발광층에서 원활히 결합할 수 있게 되므로, 유기 발광 소자의 효율 및 수명을 개선할 수 있다.
도 4에서는 제1 유기 발광층(123)과 제1 N형 전하 생성층(431)이 직접 접촉하도록 배치되고, 제2 유기 발광층(443)과 제2 N형 전하 생성층(451)이 직접 접촉하도록 배치된 것으로 도시되었으나, 몇몇 실시예에서, 제1 유기 발광층(123)과 제1 N형 전하 생성층(431)만이 직접 접촉하도록 배치되거나, 제2 유기 발광층(443)과 제2 N형 전하 생성층(451)만이 직접 접촉하도록 배치될 수도 있다. 즉, 제1 N형 전하 생성층(431) 및 제2 N형 전하 생성층(451) 중 하나만이 인접하는 발광부의 유기 발광층과 직접 접촉하여 배치될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 400: 유기 발광 소자
110: 제1 전극
120: 제1 발광부
121: 정공 주입층
122: 제1 정공 수송층
123: 제1 유기 발광층
130: 전하 생성층
131: N형 전하 생성층
132: P형 전하 생성층
140, 440: 제2 발광부
142, 442: 제2 정공 수송층
143, 443: 제2 유기 발광층
144, 464: 전자 수송층
145, 465: 전자 주입층
150: 제2 전극
430: 제1 전하 생성층
431: 제1 N형 전하 생성층
432: 제1 P형 전하 생성층
450: 제2 전하 생성층
451: 제2 N형 전하 생성층
452: 제2 P형 전하 생성층
460: 제3 발광부
462: 제3 정공 수송층
463: 제3 유기 발광층

Claims (18)

  1. 서로 대향하도록 배치되는 제1 전극 및 제2 전극;
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 적층되고, 유기 발광층을 각각 포함하는 복수의 발광부들; 및
    상기 발광부들 사이에 전하 생성층을 포함하고,
    상기 전하 생성층은 발광부의 유기 발광층과 직접 접촉하도록 배치되는 N형 전하 생성층을 포함하며,
    상기 N형 전하 생성층의 HOMO 레벨(Highest Occupied Molecular Orbitals Level)은 상기 N형 전하 생성층과 접촉하는 유기 발광층의 HOMO 레벨보다 높은 것을 특징으로 하는, 유기 발광 소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 N형 전하 생성층은 상기 N형 전하 생성층과 접촉하는 유기 발광층으로 직접 전자를 전달하는 것을 특징으로 하는, 유기 발광 소자.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 발광부들은 적어도 제1 발광부와 제2 발광부를 포함하고,
    상기 제1 전극, 상기 제1 발광부, 상기 전하 생성층, 상기 제2 발광부 및 상기 제2 전극으로 배치되며,
    상기 N형 전하 생성층은 상기 제1 발광부의 유기 발광층과 직접 접촉하는 것을 특징으로 하는, 유기 발광 소자.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 N형 전하 생성층이 상기 유기 발광층과 직접 접촉하도록 배치되는 경우는 상기 N형 전하 생성층이 상기 유기 발광층과 직접 접촉하지 않도록 배치되는 경우보다 유기 발광 소자의 수명이나 색시야각이 상대적으로 향상되는 것을 특징으로 하는, 유기 발광 소자.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 N형 전하 생성층의 HOMO 레벨과 상기 N형 전하 생성층과 접촉하는 유기 발광층의 HOMO 레벨의 차이는 0.2 내지 0.8 eV인 것을 특징으로 하는, 유기 발광 소자.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 N형 전하 생성층의 HOMO 레벨은 -5.3 내지 -5.7eV인 것을 특징으로 하는, 유기 발광 소자.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 N형 전하 생성층의 LUMO 레벨(Lowest Unoccupied Molecular Orbitals Level) 은 상기 N형 전하 생성층과 접촉하는 유기 발광층의 LUMO 레벨보다 높은 것을 특징으로 하는, 유기 발광 소자.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 N형 전하 생성층의 LUMO 레벨은 -2.6 내지 -3.0eV인 것을 특징으로 하는, 유기 발광 소자.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 N형 전하 생성층은 호스트 및 도펀트를 포함하고,
    상기 호스트는 하기 [화학식 1]로 표시되는 것을 특징으로 하는, 유기 발광 소자.
    [화학식 1]
    Figure 112015049710865-pat00003

    상기 화학식 1에서, 상기 R1 내지 R3은 각각 독립적으로, 치환된 또는 비치환된 C1 ~ C10의 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C1 ~ C18의 아릴기, 수소 또는 할로겐 원소이다.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 N형 전하 생성층은 호스트 및 도펀트를 포함하고,
    상기 도펀트는 상기 N형 전하 생성층의 전체 부피에 대해 2% 내지 10%로 포함되는 것을 특징으로 하는, 유기 발광 소자.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 전하 생성층은 N형 전하 생성층과 P형 전하 생성층의 접합 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는, 유기 발광 소자.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 N형 전하 생성층과 접촉하는 유기 발광층은 청색 광을 발광하는 것을 특징으로 하는, 유기 발광 소자.
  13. 서로 대향하도록 배치되는 제1 전극 및 제2 전극;
    상기 제1 전극 상에 배치되고, 제1 유기 발광층을 포함하는 제1 발광부, 제2 유기 발광층을 포함하는 제2 발광부 및 제3 유기 발광층을 포함하는 제3 발광부;
    상기 제1 발광부와 상기 제2 발광부 사이에 배치되며, 제1 N형 전하 생성층을 포함하는 제1 전하 생성층; 및
    상기 제2 발광부와 상기 제3 발광부 사이에 배치되며, 제2 N형 전하 생성층을 포함하는 제2 전하 생성층을 포함하고,
    상기 제1 N형 전하 생성층에서 상기 제1 유기 발광층으로 전자의 흐름이 원활하도록 상기 제1 N형 전하 생성층이 상기 제1 유기 발광층과 직접 접촉하도록 배치되거나, 상기 제2 N형 전하 생성층에서 상기 제2 유기 발광층으로 전자의 흐름이 원활하도록 상기 제2 N형 전하 생성층이 상기 제2 유기 발광층과 직접 접촉하도록 배치되고,
    상기 제1 전하 생성층의 HOMO 레벨과 상기 제1 유기 발광층의 HOMO 레벨의 차이 및 상기 제2 전하 생성층의 HOMO 레벨과 상기 제2 유기 발광층의 HOMO 레벨의 차이 중 적어도 하나는 0.2 내지 0.8 eV인 것을 특징으로 하는, 유기 발광 소자.
  14. 삭제
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 N형 전하 생성층이 상기 제1 유기 발광층과 직접 접촉하도록 배치된 경우, 상기 제1 유기 발광층에서 상기 제1 N형 전하 생성층으로의 정공의 흐름이 억제되도록, 상기 제1 N형 전하 생성층이 구성되고,
    상기 제2 N형 전하 생성층이 상기 제2 유기 발광층과 직접 접촉하도록 배치된 경우, 상기 제2 유기 발광층에서 상기 제2 N형 전하 생성층으로의 정공의 흐름이 억제되도록, 상기 제2 N형 전하 생성층이 구성된 것을 특징으로 하는, 유기 발광 소자.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 N형 전하 생성층이 상기 제1 유기 발광층과 직접 접촉하도록 배치하는 경우는 상기 제1 N형 전하 생성층이 상기 제1 유기 발광층과 직접 접촉하도록 배치하지 않는 경우보다 유기 발광 소자의 수명이나 색시야각이 상대적으로 향상되는 것을 특징으로 하는, 유기 발광 소자.
  17. 제13 항에 있어서,
    상기 제2 N형 전하 생성층이 상기 제2 유기 발광층과 직접 접촉하도록 배치하는 경우는 상기 제2 N형 전하 생성층이 상기 제2 유기 발광층과 직접 접촉하도록 배치하지 않는 경우보다 유기 발광 소자의 수명이나 색시야각이 상대적으로 향상되는 것을 특징으로 하는, 유기 발광 소자.
  18. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 유기 발광층 및 제3 유기 발광층은 청색 광을 발광하고, 상기 제2 유기 발광층은 황녹색 또는 녹색 광을 발광하는 것을 특징으로 하는, 유기 발광 소자.
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