KR102378416B1 - 유기 발광 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전하생성층의 도펀트 도핑의 정도를 종래 기술 대비 적게 사용하면서도, 낮은 전압에서 구동이 가능한 유기 발광 소자를 제공한다.
Description
본 발명은 전하생성층의 도펀트 도핑의 정도를 종래 기술 대비 적게 사용하면서도, 낮은 전압에서 구동이 가능한 유기 발광 소자에 관한 것이다.
일반적으로 유기 발광 현상이란 유기 물질을 이용하여 전기 에너지를 빛 에너지로 전환시켜주는 현상을 말한다. 유기 발광 현상을 이용하는 유기 발광 소자는 넓은 시야각, 우수한 콘트라스트, 빠른 응답 시간을 가지며, 휘도, 구동 전압 및 응답 속도 특성이 우수하여 많은 연구가 진행되고 있다.
유기 발광 소자는 일반적으로 양극과 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 유기물 층을 포함하는 구조를 가진다. 상기 유기물 층은 유기 발광 소자의 효율과 안정성을 높이기 위하여 각기 다른 물질로 구성된 다층의 구조로 이루어진 경우가 많으며, 예컨대 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층 등으로 이루어질 수 있다. 이러한 유기 발광 소자의 구조에서 두 전극 사이에 전압을 걸어주게 되면 양극에서는 정공이, 음극에서는 전자가 유기물층에 주입되게 되고, 주입된 정공과 전자가 만났을 때 엑시톤(exciton)이 형성되며, 이 엑시톤이 다시 바닥상태로 떨어질 때 빛이 나게 된다.
한편, stack 구조의 유기 발광 소자는, 서로 다른 색상의 광을 발광하는 각 스택이 정공수송층, 발광층, 전자수송층을 포함한다. 그리고, 각 발광층 내에는 호스트와 도펀트가 포함되어 발광층 내로 유입된 전자와 정공의 결합 작용에 의해 해당 색상이 발광된다. 또한, 각 스택에 서로 다른 색상의 발광층을 포함하여 복수개의 스택을 적층시켜 형성하는데, 이 경우 스택과 스택 사이에 전하생성층(CGL: Charge Generation Layer)을 두어 인접한 스택으로부터 전자를 받거나 또는 정공을 전달한다.
상기와 같이 stack 구조의 유기 발광 소자에 사용되는 전하생성층은, 일반적으로 전하 생성 효율이 좋지 못하기 때문에 생성된 전하의 이동 시 에너지 장벽이 커서 높은 전압에서 작동하게 되며, 고농도의 도핑을 필요로 한다. 그러나, 도핑에 사용되는 억셉터 도펀트는 안정하지 못한 분자 구조와 반응성이 큰 치환기를 가져야 전하를 당겨오는 능력이 높아지기 때문에, 전하생성층 증착시 억셉터 도펀트는 열에 의한 분해가 일어날 가능성이 높다. 따라서, 전하생성층 형성시 가능한 억셉터 도펀트의 사용량을 줄이면서도 전하생성층의 전하 생성 효율을 유지하는 것이 필요하다.
이에, 본 발명에서는 후술할 바와 같이 전하생성층의 억셉터 도펀트 도핑의 정도를 종래 기술 대비 적게 사용하면서도, 낮은 전압에서 구동이 가능한 유기 발광 소자를 제공한다.
본 발명은 구동 전압, 효율 및 수명이 개선된 유기 발광 소자에 관한 것이다.
본 발명은 하기의 유기 발광 소자를 제공한다:
서로 대향된 양극 및 음극; 및 상기 양극과 음극 사이에 전자생성층과 정공생성층으로 구성된 적어도 하나의 전하생성층을 포함하는, 유기 발광 소자에 있어서,
상기 유기 발광 소자는, 생성된 전하의 양이 10-5 내지 102 mA/cm2 범위일 때, 전하 축전량이 Geometric Capacitance 이하의 값을 가지는,
유기 발광 소자.
상술한 유기 발광 소자는, 전하생성층의 억셉터 도펀트 도핑의 정도를 종래 기술 대비 적게 사용하면서도, 낮은 전압에서 구동이 가능하다는 특징이 있다.
도 1은, 기판(1), 양극(2), 전하생성층(3), 및 음극(4)으로 이루어지고, 상기 전하생성층(3)이 전자생성층(31), 및 정공생성층(32)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
도 2는 3개의 스택을 포함하는 유기 발광 소자를 도시한 것으로, 기판(1), 양극(2), 제1 스택(5), 전하생성층(300), 제2 스택(6), 전하생성층(310), 제3 스택(7), 및 음극(4)로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
도 3은, 본 발명의 실시예 및 비교예의 유기 발광 소자의 특성을 나타낸 것이다. 도 3a는 본 발명의 실시예 및 비교예의 유기 발광 소자에서의 전압과 축전량을 측정한 것을 그래프로 나타낸 것이고, 도 3b는 전압과 전류를 측정한 것을 나타낸다.
도 2는 3개의 스택을 포함하는 유기 발광 소자를 도시한 것으로, 기판(1), 양극(2), 제1 스택(5), 전하생성층(300), 제2 스택(6), 전하생성층(310), 제3 스택(7), 및 음극(4)로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
도 3은, 본 발명의 실시예 및 비교예의 유기 발광 소자의 특성을 나타낸 것이다. 도 3a는 본 발명의 실시예 및 비교예의 유기 발광 소자에서의 전압과 축전량을 측정한 것을 그래프로 나타낸 것이고, 도 3b는 전압과 전류를 측정한 것을 나타낸다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 보다 상세히 설명하며, 각 구성 별로 본 발명을 상세히 설명한다.
양극 및 음극
본 발명에서 사용되는 양극 및 음극은, 유기 발광 소자에서 사용되는 전극을 의미한다.
상기 양극 물질로는 통상 유기물 층으로 정공 주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 상기 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 음극 물질로는 통상 유기물층으로 전자 주입이 용이하도록 일함수가 작은 물질인 것이 바람직하다. 상기 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.
전하생성층
본 발명에 따른 유기 발광 소자는, 상기 양극과 음극 사이에 전하생성층을 포함한다.
Stack 구조의 유기 발광 소자는, 서로 다른 색상의 광을 발광하는 각 스택이 정공수송층, 발광층, 전자수송층을 포함하고, 각 스택과 스택 사이에 전하생성층(CGL: Charge Generation Layer)을 두어 인접한 스택으로부터 전자를 받거나 또는 정공을 전달한다. 본 발명에 따른 전하생성층은, 전자생성층과 상기 전자생성층과 접한 정공생성층으로 구성된다.
전하생성층에 전압이 인가되면 특정 전압 이상에서 전하 생성이 시작되는데 생성된 전하가 각 인접한 유기물층으로 이동하기 위해서는 각 층간의 에너지 장벽 이상이 되어야 하고, 그렇지 못한 경우에는 전하생성층 내에 전하가 축전된다. 따라서, 이러한 축전량이 적다는 것은 생성된 전하의 이동이 잘 이루어지는 것을 의미하는 것으로, 유기 발광 소자의 성능이 우수함을 의미한다. 이러한 관점에서, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는, 생성된 전하의 양이 10-5 내지 102 mA/cm2 일 때, 전하 축전량이 geometric capacitance 이하의 값을 가지는 것을 특징으로 한다. 상기 geometric capacitance는 유기 발광 소자의 기본 축전량을 의미하며, 유기 발광 소자의 외부 전계가 없는 상태에서도 일정한 값을 가진다. 따라서, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 외부 전계가 인가되어 생성된 전하의 양이 10-5 내지 102 mA/cm2의 범위에 있는 경우에, 전하가 실질적으로 축전되지 않음을 의미하며, 이를 통하여 낮은 전압에서 높은 전류 효율을 나타낼 수 있다.
상기 전하 축전량은 특히 전하생성층 중에서도 정공생성층에 영향을 받는데, 본 발명에서는 정공생성층에 포함되는 물질을 조절하여 상기의 전하 축전량이 가능하다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는, 생성된 전하의 양이 10-5 내지 102 mA/cm2 일 때, 전하 축전량이 -3 nF 내지 3 nF의 범위를 가진다.
상기 정공생성층은 유기물 호스트와 도펀트를 포함하며, 이는 각각 도너(donor) 및 억셉터(acceptor)라고도 한다. 이에 본 발명에서는 상기 유기물 호스트의 HOMO 에너지 준위의 절대값이 5.1 내지 5.4 eV인 것을 특징으로 한다. 상기와 같은 유기물 호스트를 사용하여 전하의 생성과 생성된 전하가 대향 전극으로 이동할 때의 에너지 장벽을 최소화할 수 있으며, 이를 통하여 분자 구조적으로 불안정한 도펀트를 적게 사용하면서도 낮은 전압에서 유기 발광 소자의 작동이 가능하게 한다.
후술할 실시예와 같이, 유기물 호스트의 HOMO 에너지 준위의 절대값이 상기 범위를 만족하는 경우에는, 그렇지 않은 경우에 비하여 낮은 전압에서도 유기 발광 소자의 작동이 가능함을 확인할 수 있다.
바람직하게는, 상기 유기물 호스트의 HOMO 에너지 준위의 절대값이 5.15 eV 이상, 또는 5.20 eV 이상이고, 5.35 eV 이하이다.
한편, 상기 도펀트는 CN과 플루오로 치환기를 1개 이상을 가지는 방향족 고리 또는 알릴(allyl) 화합물 중에서 선택될 수 있다. 일례로, 상기 도펀트는 하기의 화합물이다.
상기 정공생성층 내에서, 상기 유기물 호스트와 도펀트의 중량비는 90:10 내지 99:1이고, 보다 바람직하게는 95:5 내지 99:1이다. 상기와 같이 도펀트의 사용량이 적음에도 불구하고, 상술한 바와 같이 낮은 전압에서 유기 발광 소자의 작동이 가능하다.
스택
본 발명에 따른 유기 발광 소자는, 상기 양극과 음극 사이에 각각 정공 수송층, 발광층 및 전자 수송층을 포함한, 복수개의 스택을 포함할 수 있으며, 상기 복수개의 스택 사이에 상술한 전하생성층을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 스택의 개수는 2개 또는 3개이고, 보다 바람직하게는 3개이다. 이에 한정되는 것은 아니나, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 백색 유기 발광 소자, 또는 청색 유기 발광 소자일 수 있다. 일례로, 스택의 개수가 3개인 경우 백색 발광 유기 발광 소자가 가능하며, 이를 예로 들어 이하 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 유기 발광 소자가 3개의 스택을 포함하는 경우를 도식적으로 나타낸 것으로, 양극과 음극 사이에 3개의 스택이 포함되고, 각 스택 사이에는 전하생성층이 포함된다. 각 스택은 정공 수송층, 발광층 및 전자 수송층을 포함하며, 각 스택은 서로 상이한 발광 특성을 나타낸다. 이를 위하여 각 스택의 발광층은 구현하고자 하는 발광 특성에 맞추어 호스트와 도펀트를 포함한다. 상기 발광층은 복수의 층이 인접하여 구성될 수 있으며, 일반적으로 발광층은 적색, 녹색, 황녹색, 황색 또는 청색 발광층일 수 있으며, 발광층은 서로 동일하거나 상이한 색을 발광할 수 있다. 또한, 상기 3개의 스택 중 양극에서 음극 방향 쪽으로 청색 발광층, 적색/녹색 발광층 및 청색 발광층을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 유기발광 소자는, 양극, 제1 스택, 전하생성층, 제2 스택, 전하생성층, 제3 스택, 및 음극을 포함한다. 또한, 바람직하게는, 상기 전하생성층은 동일한 소재로 구성될 수 있다.
유기 발광 소자
본 발명에 따른 유기 발광 소자의 구조를 도 1에 예시하였다. 도 1은, 기판(1), 양극(2), 전하생성층(3), 및 음극(4)으로 이루어지고, 상기 전하생성층(3)이 전자생성층(31), 및 정공생성층(32)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
또한, 도 2는 3개의 스택을 포함하는 유기 발광 소자를 도시한 것으로, 기판(1), 양극(2), 제1 스택(5), 전하생성층(300), 제2 스택(6), 전하생성층(310), 제3 스택(7), 및 음극(4)로 이루어지고, 상기 각 전하생성층(300, 310)은 전자생성층과 정공생성층(미도시)으로 이루어진다.
한편, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 상술한 구성을 순차적으로 적층시켜 제조할 수 있다. 이때, 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 양극을 형성하고, 그 위에 상술한 각 층을 형성한 후, 그 위에 음극으로 사용할 수 있는 물질을 증착시켜 제조할 수 있다. 이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 음극 물질부터 상술한 구성의 역순으로 양극 물질까지 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 만들 수 있다(WO 2003/012890). 또한, 발광층은 호스트 및 도펀트를 진공 증착법 뿐만 아니라 용액 도포법에 의하여 형성될 수 있다. 여기서, 용액 도포법이라 함은 스핀 코팅, 딥코팅, 닥터 블레이딩, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 스프레이법, 롤 코팅 등을 의미하지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니나, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 백색 유기 발광 소자, 또는 청색 유기 발광 소자일 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
이하에서 언급되는 HOMO 에너지 준위의 절대값은, 유기 물질을 ITO 위에 1000 Å 두께로 박막 증착하여 RIKEN KEIKI社의 AC3 장비를 사용하여 측정하였다.
1. 전하 생성 소자 측정 데이터
실시예 1
ITO(indium tin oxide)가 1300 Å의 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 세제를 녹인 증류수에 넣고 초음파로 세척하였다. 이때, 세제로는 피셔사(Fischer Co.) 제품을 사용하였으며, 증류수로는 밀러포어사(Millipore Co.) 제품의 필터(Filter)로 2차로 걸러진 증류수를 사용하였다. ITO를 30분간 세척한 후 증류수로 2회 반복하여 초음파 세척을 10분간 진행하였다. 증류수 세척이 끝난 후, 이소프로필알콜, 아세톤, 메탄올의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후 플라즈마 세정기로 수송시켰다. 또한, 산소 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 5분간 세정한 후 진공 증착기로 기판을 수송시켰다.
상기와 같이 준비된 ITO 투명 전극 위에 하기 화합물 ETL1을 진공 증착하여 200 Å 두께의 전자수송층을 형성하였다. 상기 전자수송층 위에, 하기 화합물 ETL2 및 Li(lithium)을 99:1의 중량비로 진공 증착하여 100 Å 두께의 전자생성층을 형성하였다. 상기 전자생성층 위에, 하기 화합물 HTL2 및 화합물 PD를 90:10의 중량비로 진공 증착하여 100 Å 두께의 정공생성층을 형성하였다. 상기 정공생성층 위에, 하기 화합물 HTL1을 진공 증착하여 200 Å 두께의 정공수송층을 형성하였다. 상기 정공수송층 위에, 1,000Å 두께의 알루미늄을 증착하여 음극을 형성하였다.
상기의 과정에서 유기물의 증착속도는 0.4 ~ 0.7 Å/sec를 유지하였고, 음극의 리튬플로라이드는 0.3 Å/sec, 알루미늄은 2 Å/sec의 증착 속도를 유지하였으며, 증착시 진공도는 2×10-7 ~ 5×10-6 torr를 유지하여, 전하 생성 소자를 제작하였다.
비교예 1
상기 실시예 1에서 화합물 HTL2 대신 하기 화합물 HTL1을 사용하여 전하 생성 소자를 제조하였다.
실험예 1
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조한 전하 생성 소자는, 순방향 바이어스(forward bias) 인가 시 전극에서 유기물로 전하 주입은 일어나지 않으며, 전하생성층에서 생성된 전하만 대향 전극으로 이동하게 된다. 따라서, 정공은 정공생성층에서 정공수송층을 거쳐 음극으로 이동하게 되고, 전자는 전자생성층에서 전자수송층을 거쳐 양극으로 이동하게 된다. 따라서, 전하 생성 소자는 외부 전하 주입은 배제할 수 있어, stack 소자 구동시의 전하 생성의 정도를 나타낼 수 있다.
상기 각 전하 생성 소자의 생성된 전하량은 순방향 바이어스(forward bias)에서 전계를 증가시키면서 Sourcemeter keithley2365B를 사용하여 측정하였고, 생성된 전하의 이동시 에너지 장벽에 의한 축전량은 PAIOS 장비로 Impedance 측정으로 확인하였다. 각 결과를 도 1에 나타내었다.
먼저, 측정 정전용량(geometric capacitance)은 전하 생성 소자 기본 축전량으로서 외부 전계가 걸리지 않은 상태에서도 일정한 값을 갖는다. 도 3a는 실시예 1 및 비교예 1의 전압과 축전량을 측정한 것을 나타낸다. 외부에서 전압을 인가하여 전압을 증가시키면 특정 전압 이상에서 전하가 생성되기 시작하는데, 비교예 1은 3 V에서 전하가 생성되기 시작하지만 전하가 대향 전극 방향으로 이동하지 못하고 에너지 장벽에 의하여 일정한 전압까지 축전된다. 이어 에너지 장벽을 넘어 갈 수 있는 임계 전압(3.5 V)에 도달한 후 대향 전극 방향으로 전하가 이동하게 된다.
반면, 실시예 1은 전압 3 V에서 전하 생성이 시작되고 유기 박막 층간의 에너지 장벽이 최소화되어 전하는 축전되지 않고 대향 전극 방향으로 바로 이동하게 되며, 결과적으로 비교예 1 대비 0.5 V 낮은 전압에서 소자 구동이 가능하다.
또한, 도 3b는 실시예 1 및 비교예 1의 소자의 전압과 전류를 측정한 것으로, 실시예 1은 0.5 V 낮은 전압에서 구동이 가능하기 때문에, 동일 전압 4 V에서의 전류량은 비교예 1의 소자에 비하여 4배 정도 높은 결과를 나타내었다.
따라서, 본 발명의 실시예 1의 전하 생성 소자를 White Stack 발광 소자에 적용하게 되면, 전하생성층의 억셉터 도펀트 도핑의 정도를 낮추면서도, 낮은 전압에서 높은 전류 효율 특성이 발현될 수 있음을 확인할 수 있다.
2. White Stack 발광 소자 측정 데이터
실시예 2
ITO(indium tin oxide)가 1300 Å의 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 세제를 녹인 증류수에 넣고 초음파로 세척하였다. 이때, 세제로는 피셔사(Fischer Co.) 제품을 사용하였으며, 증류수로는 밀러포어사(Millipore Co.) 제품의 필터(Filter)로 2차로 걸러진 증류수를 사용하였다. ITO를 30분간 세척한 후 증류수로 2회 반복하여 초음파 세척을 10분간 진행하였다. 증류수 세척이 끝난 후, 이소프로필알콜, 아세톤, 메탄올의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후 플라즈마 세정기로 수송시켰다. 또한, 산소 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 5분간 세정한 후 진공 증착기로 기판을 수송시켰다.
상기와 같이 준비된 ITO 투명 전극 위에 하기 HIL 화합물을 50 Å의 두께로 증착하여 정공주입층을 형성하였다. 상기 정공주입층 상에, 하기 HTL1 화합물을 1600 Å의 두께로 증착하여 제1 정공수송층을 형성하였다. 상기 제1 정공수송층 상에, 하기 HTL2 화합물을 200 Å의 두께로 증착하여 제2 정공수송층을 형성하였다. 상기 제2 정공수송층 위에, 하기 EML1-1 화합물, 및 하기 EML1-2 화합물을 9:1의 중량비로 250Å의 두께로 증착하여 제1 발광층을 형성하였다. 상기 제1 발광층 위에, 하기 화합물 ETL1을 진공 증착하여 200 Å 두께의 제1 전자수송층을 형성하였다. 상기 제1 전자수송층 위에, 하기 화합물 ETL2 및 Li(lithium)을 99:1의 중량비로 진공 증착하여 100 Å 두께의 전자생성층을 형성하였다. 상기 전자생성층 위에, 하기 화합물 HTL2 및 화합물 PD를 95:5의 중량비로 진공 증착하여 100 Å 두께의 정공생성층을 형성하였다. 상기 정공생성층 위에, 하기 화합물 HTL1을 진공 증착하여 200 Å 두께의 제3 정공수송층을 형성하였다. 상기 제3 정공수송층 상에, 하기 EML2-1 화합물 및 하기 EML2-2 화합물을 9:1의 중량비로 300 Å의 두께로 증착하여 제2 발광층을 형성하였다. 상기 제2 발광층 상에, 하기 ETL2’을 350 Å의 두께로 증착하여 제2 전자수송층을 형성하고, 이어 LiF를 10 Å의 두께로 증착하여 제2 전자주입층을 형성하였다. 상기 제2 전자주입층 상에, 1,000Å 두께의 알루미늄을 증착하여 음극을 형성하였다.
상기의 과정에서 유기물의 증착속도는 0.4 ~ 0.7 Å/sec를 유지하였고, 리튬플로라이드는 0.3 Å/sec, 알루미늄은 2 Å/sec의 증착 속도를 유지하였으며, 증착시 진공도는 2×10-7 ~ 5×10-6 torr를 유지하여, 제작하였다.
실시예 3 및 비교예 2 및 3
실시예 2와 동일한 방법으로 제조하되, 정공생성층 제조시 하기 표 1과 같이 변경하여, 유기 발광 소자를 제조하였다. 하기 표 1에서, HTL3 및 HTL1은 하기와 같으며, 하기 표 1의 정공생성층 내 괄호는 중량비를 의미한다.
실험예 2
상기 실시예 2 및 3 및 비교예 2 및 3에서 제조한 White Stack 발광 소자 소자에 하기 표 1과 같은 전류를 인가하였을 때, 구동 전압, 발광 효율, 양자 효율(QE) 및 색좌표를 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
| 전류밀도 | 실시예 2 | 실시예 3 | 비교예 2 | 비교예 3 | |
| 정공생성층 | - | HTL2(95):PD(5) | HTL3(95):PD(5) | HTL1(90):PD(10) | HTL1(95):PD(5) |
| 구동전압(V) | @10 mA/cm2 | 12.42 | 12.41 | 12.53 | 12.92 |
| 발광효율(cd/A) | @10 mA/cm2 | 62.2 | 65.91 | 56.57 | 57.16 |
| 발광효율(lm/W) | @10 mA/cm2 | 15.73 | 16.69 | 14.18 | 13.9 |
| QE(%) | @10 mA/cm2 | 36.86 | 38.84 | 36.72 | 37.33 |
| CIE-x | @10 mA/cm2 | 0.249 | 0.252 | 0.253 | 0.257 |
| CIE-y | @10 mA/cm2 | 0.245 | 0.248 | 0.226 | 0.227 |
| 구동전압(V) | @100 mA/cm2 | 15.56 | 15.55 | 15.62 | 16.14 |
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 비교예 2는 종래에 사용중인 White Stack 소자로 안정하지 못한 분자 구조와 반응성이 큰 치환기를 가진 도펀트를 10%의 고농도로 적용한 것으로, 이는 대량 생산시 장시간 열 에너지에 노출되면 쉽게 분해 되어 초기 대비 생산품 대비 전압 상승과 효율/수명 저하로 인한 제품 불량의 원인이 될 수 있다. 따라서, 도펀트의 사용량을 줄여 가동 시간을 늘여야 하나 비교예 3과 같이 종래 기술에서는 도펀트의 농도를 줄여 5 %로 적용하는 경우에는, 구동 전압이 약 0.5 V 증가하여 제품의 품질이 저감된다.
반면, 본 발명에 따른 실시예 3은 HOMO 절대값 5.4 eV 미만의 도너(화합물 HTL2)에 비교예에서 사용한 억셉터 도펀트(화합물 PD)를 5% 도핑 하였음에도, 비교예 2(억셉터 도핑 10%) 보다 낮은 구동 전압과 높은 전류 효율을 나타내었다. 이는 전하생성층의 생성된 전하량의 증가와 전하 이동시의 에너지 장벽이 종래 기술 대비 개선되어 낮은 전압에서 많은 전하가 이동 가능한 것에 기인한다.
1: 기판 2: 양극
3: 전하생성층 31: 전자생성층
32: 정공생성층 4: 음극
5: 제1 스택 6: 제2 스택
7: 제3 스택 300, 310: 전하생성층
3: 전하생성층 31: 전자생성층
32: 정공생성층 4: 음극
5: 제1 스택 6: 제2 스택
7: 제3 스택 300, 310: 전하생성층
Claims (10)
- 서로 대향된 양극 및 음극; 및 상기 양극과 음극 사이에 전자생성층과 정공생성층으로 구성된 적어도 하나의 전하생성층을 포함하는, 유기 발광 소자에 있어서,
상기 유기 발광 소자는, 생성된 전하의 양이 10-5 내지 102 mA/cm2 범위일 때, 전하 축전량이 Geometric Capacitance 이하의 값을 가지고,
상기 정공생성층은 유기물 호스트와 도펀트를 포함하고,
상기 유기물 호스트의 HOMO 에너지 준위의 절대값이 5.1 내지 5.4 eV인,
유기 발광 소자.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 유기물 호스트의 HOMO 에너지 준위의 절대값이 5.20 내지 5.35 eV인,
유기 발광 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 도펀트는 CN과 플루오로 치환기를 1개 이상을 가지는 방향족 고리 또는 알릴 화합물인,
유기 발광 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 정공생성층 내에서, 상기 유기물 호스트와 도펀트의 중량비는 90:10 내지 99:1인,
유기 발광 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 정공생성층 내에서, 상기 유기물 호스트와 도펀트의 중량비는 95:5 내지 99:1인,
유기 발광 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 양극과 음극 사이에 각각 정공 수송층, 발광층 및 전자 수송층을 포함한, 복수개의 스택을 포함하고,
상기 복수개의 스택 사이에 상기 전하생성층을 포함하는,
유기 발광 소자.
- 제7항에 있어서,
상기 스택의 개수는 2개 또는 3개인,
유기 발광 소자.
- 제7항에 있어서,
상기 유기 발광 소자는, 양극, 제1 스택, 전하생성층, 제2 스택, 전하생성층, 제3 스택, 및 음극을 포함하는,
유기 발광 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 유기 발광 소자는 백색 유기 발광 소자인,
유기 발광 소자.
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