KR20030015870A

KR20030015870A - 효율이 개선된 백색 유기 발광 소자

Info

Publication number: KR20030015870A
Application number: KR1020020048226A
Authority: KR
Inventors: 하트와르투카람키산
Original assignee: 이스트맨 코닥 캄파니
Priority date: 2001-08-15
Filing date: 2002-08-14
Publication date: 2003-02-25
Also published as: EP1286569B1; TW550970B; JP2003086380A; US6627333B2; DE60220484D1; DE60220484T2; US20030068524A1; KR100880064B1; JP4327425B2; CN1407635A; EP1286569A1; CN1244166C

Abstract

본 발명은, 기판; 상기 기판 위에 배치된 애노드; 및 상기 애노드 위에 배치된 정공 주입층을 포함하는, 실질적으로 백색광을 생성하는 유기 발광 다이오드(OLED) 소자에 관한 것이다. 상기 소자는 상기 정공 주입층 위에 배치된 정공 수송층; 상기 정공 수송층 바로 위에 배치되고 청색 발광 화합물로 도핑된 발광층; 및 상기 청색 발광층 위에 배치된 전자 수송층을 추가로 포함한다. 상기 소자는 상기 전자 수송층 위에 배치된 캐쏘드; 및 청색 발광층과 접촉한 층의 전체 또는 부분에 해당하는 영역이 선택적으로 도핑되고, 상기 선택적인 도핑이 스펙트럼의 황색 영역의 빛을 방출하는 화합물에 의해 실시된 정공 수송층, 전자 수송층, 또는 전자 수송층 및 정공 수송층을 추가로 포함한다.

Description

효율이 개선된 백색 유기 발광 소자{WHITE ORGANIC LIGHT-EMITTING DEVICES WITH IMPROVED EFFICIENCY}

본 발명은 백색 광을 생성하는 유기 발광(OLED) 소자에 관한 것이다.

OLED 소자는 기판, 애노드; 유기 화합물로 제조된 정공 수송층, 적당한 도판트를 갖는 유기 발광층, 유기 전자 수송층, 및 캐쏘드를 포함한다. OLED 소자는 낮은 구동 전압, 높은 휘도, 넓은 시야각 및 풀-컬러 평판 발광 디스플레이에 대한 가능성 때문에 매력적이다. 탕(Tang) 등은 이러한 다층 OLED 소자를 미국 특허 제 4,769,292호 및 제 4,885,211호에 기술하였다.

효율적인 백색광 생성 OLED 소자는 LCD 디스플레이에서의 종이처럼 얇은 광원 백라이트, 자동차 도움 라이트 및 사무실 조명과 같은 여러 용도에 저가형 대안으로 고려된다. 백색광을 생성하는 OLED 소자는 밝고, 효율적이고, 일반적으로 약 (0.33, 0.33)의 국제조명위원회(Commission International d'Eclairage; CIE) 색도 좌표를 갖는다. 어떤 경우에도, 본 개시내용에 따르면, 백색광은 사용자에게 백색을 갖는 것으로 인식되는 빛이다.

다음의 특허 및 문헌들은 정공 수송층 및 유기 발광층을 포함하고 한 쌍의 전극 사이에 개재되어 백색광을 방출할 수 있는 유기 OLED 소자의 제조방법을 개시한다.

백색광 생성 OLED 소자는 제이. 시(J. Shi)(미국 특허 제 5,683,823호) 이래로 보고되어 왔으며, 상기 문헌에서는 발광층이 호스트 발광 물질에 균일하게 분산된 적색 및 청색 발광 물질을 포함한다. 상기 소자는 양호한 전기발광 특성을 갖지만, 적색 및 청색 도판트의 농도가 예컨대 호스트 물질의 0.12% 및 0.25%로 매우 작다. 상기 농도는 대규모 제조중에 제어하기 곤란하다.

사토(Sato) 등은 일본 특허 제 07,142,169호에서 백색광을 방출할 수 있는 OLED 소자가 청색 발광층을 정공 수송층 다음에 부착시킨 다음 적색 형광층을 함유하는 영역을 갖는 녹색 발광층을 부착시켜 제조된다는 것을 개시한다.

기도(Kido) 등은 문헌[Science, Vol. 267, p. 1332(1995) 및 APL Vol. 64, p. 815(1994)]에서 백색광 생성 OLED 소자를 보고한다. 상기 소자에서는, 상이한 담체 수송 특성을 가져 각각 청색, 녹색 또는 적색광을 방출하는 세 방출층을 사용하여 백색광을 생성한다.

리트만(Littman) 등은 미국 특허 제 5,405,709호에서 정공-전자 재결합에 반응하여 백색광을 방출할 수 있으며 청록색 내지 적색의 가시광 영역의 형광제를 포함하는 다른 백색 발광 소자를 개시한다.

최근에, 데쉬판드(Deshpande) 등은 문헌[Applied Physics Letters, vol. 75, p. 888(1999)]에서 정공 차단층에 의해 분리된 적색, 청색 및 녹색 발광층을 사용한 백색 OLED 소자를 공개하였다.

그러나, 상기 OLED 소자들은 매우 소량의 도판트 농도를 요하므로, 대규모 제조에서 공정을 제어하기 곤란하다. 또한, 발광 색이 도판트 농도의 작은 변화로 인해 변한다.

본 발명의 목적은 효과적인 백색 발광 유기 소자를 제조하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 간단한 구조를 갖고 제조 환경에서 재생될 수 있는 효율적이고 안정한 백색광 생성 OLED 소자를 제공하는 것이다.

도 1은 종래 기술의 유기 발광 소자를 도시한 것이다.

도 2는 다른 종래 기술의 다층 유기 발광 소자를 도시한 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 백색광 생성 OLED 소자를 도시한 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 백색광 생성 OLED 소자의 다른 구조를 도시한 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 다른 백색광 생성 OLED 소자를 도시한 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 백색광 생성 OLED 소자의 다른 구조를 도시한 것이다.

도 7은 본 발명에 따른 백색광 생성 OLED 소자의 또다른 구조를 도시한 것이다.

도 8은 녹색 발광층의 녹색 도핑 농도의 함수로서 EL 스펙트럼 분포를 나타낸 것이다.

도 9는 녹색 발광층으로의 녹색 도핑의 함수로서 발광 효율의 그래프를 나타낸 것이다.

예기치 않게도, NPB 정공 수송층에는 황색 도판트를, TBADN 호스트 발광층에는 청색 도판트를, Alq 전자 수송층에는 녹색 도판트를 각각 도핑함으로써 높은 발광 효율 및 작동 안정성을 갖는 백색광 생성 OLED 소자를 수득할 수 있다는 것이 밝혀졌다.

상기 목적은, a) 기판; b) 상기 기판 위에 배치된 애노드; c) 상기 애노드 위에 배치된 정공 주입층; d) 상기 정공 주입층 위에 배치된 정공 수송층; e) 상기 정공 수송층 바로 위에 배치되며 청색 발광 화합물로 도핑된 발광층; f) 상기 청색 발광층 위에 배치된 전자 수송층; g) 상기 전자 수송층 위에 배치된 캐쏘드를 포함하고; h) 정공 수송층, 전자 수송층, 또는 전자 수송층과 정공 수송층이 청색 발광층과 접촉하는 층의 전체 또는 일부분에 해당하는 영역에서 스펙트럼의 황색 영역의 빛을 방출하는 화합물에 의해 선택적으로 도핑되고; i) 전자 수송층이 청색 발광층과 접촉한 층의 전체 또는 일부분에 해당하는 영역에서 스펙트럼의 녹색 영역의 빛을 방출하는 화합물에 의해 선택적으로 도핑된, 실질적으로 백색광을 생성하는 유기 발광 다이오드(OLED) 소자에 의해 달성된다.

상기 목적은 또한 a) 기판; b) 상기 기판 위에 배치된 애노드; c) 스펙트럼의 황색 영역의 빛을 방출하도록 루브렌(rubrene) 화합물로 도핑된 정공 수송층; d) 상기 정공 수송층 바로 위에 배치되고 청색 발광 화합물로 도핑된 발광층; e) 상기 청색 발광층 바로 위에 배치되고 스펙트럼의 황색 영역의 빛을 방출하도록 루브렌 화합물로 도핑된 전자 수송층; f) 상기 황색 발광층 바로 위에 배치되고 스펙트럼의 녹색 영역의 빛을 방출하도록 녹색 화합물로 도핑된 전자 수송층; 및 g) 상기 전자 수송층 위에 배치된 캐쏘드를 포함하는, 실질적인 백색광을 생성하는 유기 발광 다이오드(OLED) 소자에 의해 달성된다.

본 발명의 특징 및 이점은 다음과 같다:

1) 백색광 생성용 OLED 소자가 간소화된다.

2) 개별적인 색 성분, 즉 R, G 및 B 색상 각각을 독립적으로 조절할 수 있다.

3) 백색 OLED 소자는 R, G, B 색 필터를 갖는 예비-패턴화된 기판과 함께 사용하여 풀 컬러 소자를 제조할 수 있다.

4) OLED 소자는 청색, 황색 및 녹색 도판트 농도를 쉽게 제어할 수 있다.

5) 본 발명에 따라 제조된 OLED 소자는 높은 재현성으로 제조될 수 있으며 높은 광 효율을 일관되게 제공한다.

6) 본 소자는 높은 작동 안정성을 갖고 또한 낮은 구동 전압을 요한다.

이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명을 설명하는데, 도 1 내지 7의 도면은개별 층이 너무 얇고 여러 요소의 두께차가 너무 커서 일정한 축척으로 나타내거나 편리한 비례 축척으로 나타낼 수 없으므로 부득이 개략적인 구성으로 되어 있다.

OLED의 발광층은 층에서의 전자-정공 재결합의 결과로 전기발광이라 공지된 빛을 생성하는 유기 또는 오가노금속성 물질을 포함한다. 이하, "유기"란 용어는 순수한 유기 물질 및 오가노금속성 물질 둘 다를 포함하도록 사용될 것이다. 도 1에 도시된 종래 기술의 가장 단순한 구성에서, 발광층(140)은 애노드(120)와 캐쏘드(150) 사이에 끼어있다. 발광층은 높은 발광 효율을 갖는 단일 순수 물질일 수 있다. 이 목적으로 잘 알려진 물질은 트리스(8-퀴놀리놀라토-N1,O8)알루미늄(Alq)으로, 탁월한 녹색 전기발광을 생성한다. 또한, 발광층은 더 적은 양의, 통상 도판트라 일컫는 다른 물질을 함유할 수 있으며, 이들의 기능은 EL 효율 또는 방출된 빛의 색상을 변경하는 것이다. 기판(110)은 OLED에 대한 기계적인 지지 및 OLED를 전류원에 연결하는 전기 리드에 대한 기계적인 지지를 제공한다. 층(110) 내지 층(150)은 함께 OLED(100)을 이룬다. 캐쏘드, 또는 애노드 및 기판 둘 다는 전기발광 빛에 대해 투명하여 빛을 볼 수 있게 한다. "투명"이란 용어는 전기발광 빛의 80% 이상을 투과시킬 수 있음을 지칭한다. 상기 구조의 변형에서, 애노드보다는 캐쏘드가 기판 위에 놓인다. 상기 변형에서, 애노드, 또는 캐쏘드 및 기판 둘다가 전기발광 빛에 대해 투명하다. 캐쏘드 및 애노드가 전류원(도시되지 않음)에 연결될 때, 정공은 애노드로부터 주입되고 전자는 캐쏘드로부터 주입되며, 이들은 발광층에서 재결합하여 전기발광 빛을 생성한다.

도 2에 도시된 종래 기술의 더욱 정교한 구조에서, 발광층(250)은 정공 수송층(240)과 전자 수송층(260) 사이에 위치한다. 상기 층들 각각은 주로 유기 물질로 구성된다. 두 수송층은 각각 정공을 애노드(220)로부터, 전자를 캐쏘드(270)로부터 발광층으로 전달한다. 임의의 정공 주입층(230)은 정공이 애노드로부터 정공 수송층으로 주입되는 것을 용이하게 한다. 발광층은 전자-정공 재결합 및 그 결과인 전기발광 빛의 방출의 1차 부위로서 작용한다. 이러한 점에서, 개별 유기층의 기능은 뚜렷하며 따라서 독립적으로 최적화될 수 있다. 따라서, 발광층은 목적하는 EL 색상 및 높은 휘도 효율을 위해 최적화될 수 있다. 발광층은 또한 EL 효율 또는 방출된 빛의 색상을 변경하는 기능을 하는 더 적은 양의 도판트를 함유할 수 있다. 마찬가지로, 정공 수송층 및 전자 수송층은 전하 수송 특성면에 최적화될 수 있다. 기판(210)은 OLED에 대한 기계적 지지 및 OLED를 전류원에 연결하는 전기 리드에 대한 기계적 지지를 제공한다. 층(210) 내지 층(270)은 함께 OLED(200)를 이룬다. 캐쏘드, 또는 애노드 및 기판 둘다는, 전기발광 빛에 대해 투명하다. 상기 구조의 변형에서, 애노드가 아닌 캐쏘드가 기판 위에 놓인다. 상기 변형에서, 애노드, 또는 캐쏘드 및 기판 둘다는 전기발광 빛에 대해 투명하다. 상기 구조의 다른 변형에서, 발광층 및 전자 수송층은 조합되어 양쪽 기능 모두를 수행하는 단일층을 형성할 수 있다. 상기 구조의 또다른 변형에서, 추가적인 정공 주입층을 애노드와 정공 수송층 사이에 삽입할 수 있다. 이 추가적인 층의 기능은 정공이 정공 수송층에 주입되는 것을 용이하게 하는 것이다. 마찬가지로, 정공 수송층이 개별적으로 애노드의 전하 주입 계면 및 정공 수송층의 나머지의 전류 전도 특성을 최적화하도록 선택된 상이한 조성의 둘 이상의 하위층(sublayer)을 포함하는 것이 가능하다.

전위차(도시되지 않음)가 애노드(220)와 캐쏘드(270) 사이에 인가되면, 캐쏘드는 전자를 전자 수송층(260)에 주입하고, 이들은 이 층을 통해 발광층(250)으로 이동한다. 동시에, 정공은 애노드(220)로부터 정공 수송층(240)으로 주입되고, 이들은 이 층을 통해 발광층으로 이동한다. 정공 및 전자는 발광층(250)에서, 종종 정공 수송층과 발광층 사이의 접합점 근처에서 재결합한다. 재결합 과정에서 해방된 에너지의 일부는 전기발광으로서 방출되고, 이는 투명 애노드 또는 캐쏘드 및/또는 기판을 통해 탈출한다.

유기 OLED 소자는 애노드가 캐쏘드보다 높은 전위일 때 전방으로 바이어스되는 다이오드로서 보일 수 있다. 유기 OLED 소자의 애노드 및 캐쏘드는 각각 편리한 통상적인 형태, 예를 들어 탕 등의 미국 특허 제 4,885,211호에 개시된 다양한 형태를 취할 수 있다. 작동 전압은 낮은 일함수의 캐쏘드 및 높은 일함수의 애노드를 사용할 경우 실질적으로 감소될 수 있다. 바람직한 캐쏘드는 4.0eV 미만의 일함수를 갖는 금속과 다른 금속, 바람직하게는 4.0eV 초과의 일함수를 갖는 금속의 조합물로 구성된 것이다. 탕 등의 미국 특허 제 4,885,211호의 Mg:Ag는 하나의 바람직한 캐쏘드 구조를 구성한다. 반슬라이크(VanSlyke) 등의 미국 특허 제 5,059,862호의 Al:Mg 캐쏘드는 다른 바람직한 캐쏘드 구조이다. 헝(Hung) 등의 미국 특허 제 5,776,622호에는 유기 OLED 소자에서 개선된 전자 주입을 위해 LiF/Al 이중층을 사용하는 것이 개시되어 있다. Mg:Ag, Al:Li, Al:Mg 또는 LiF/Al로 제조된 캐쏘드는 불투명하여 캐쏘드를 통해서는 디스플레이가 보이지 않는다. 최근에,일련의 문헌[Gu et al. in APL 68, 2606[1996]; Burrows et al., J. Appl. Phys. 87, 3080(2000); Parthasarathy et al. APL 72, 2138(1998); Parthasarathy et al. APL 76, 2128(2000), Hung et al. APL, 3209(1999)]에서 투명 캐쏘드가 개시되었다. 캐쏘드는 얇은 반투명 금속(약 100Å) 및 상기 금속 정상의 인듐-주석-산화물(ITO)의 조합물을 기본으로 한다. 구리 프탈로시아닌(CuPc)의 유기층도 얇은 금속을 대체하였다.

OLED의 기판(210)은 유리, 석영 또는 플라스틱 물질로 구성될 수 있으며 임의적으로 전기발광 빛으로부터 목적하지 않은 스펙트럼 성분을 제거하기 위한 색 필터층과 같은 추가적인 기능을 하는 추가의 층을 혼입시킬 수 있다.

통상적인 애노드(220)는 전도성 투명 금속 산화물로 형성된다. 인듐 주석 산화물(ITO)은 그 투명성, 양호한 전도성 및 높은 일함수로 인해 애노드 물질로서 광범위하게 사용되었다. 그는 본 발명의 바람직한 애노드 물질이다.

바람직한 실시양태에서, 정공 주입층(230)은 애노드와 정공 수송층 사이에 배치된다. 상기 정공 주입층의 바람직한 물질은 일반 양도된 미국 특허 제 5,208,075호 및 제 6,127,004호에 개시된 바와 같은 불화탄소(CF_x)이다.

본 발명의 정공 수송층에 유용한 물질은 반슬라이크의 미국 특허 제 4,539,507호에 교시된 바와 같은 3급 아민을 포함한다. 이들은 미도핑 정공 수송층의 단독 물질로서, 또는 정공 수송층의 미도핑 하위층으로서 사용될 수 있다. 이들은 도핑된 정공 수송층의 호스트 물질로서, 또는 정공 수송층의 도핑된 하위층으로서 사용될 수 있다. 이러한 부류의 물질이 일반적으로 바람직하다. 가장 바람직한 것은 반슬라이크 등의 미국 특허 제 4,539,507호에 기술된 바와 같은 NPB, 즉 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐이다.

본 발명의 전자 수송층에 유용한 물질은 8-하이드록시퀴놀레이트 음이온을 갖는 금속 착물, 예를 들어 미국 특허 제 4,885,211호에 개시된 바와 같은 것을 포함한다. 상기 물질은 높은 수준의 성능을 나타낼 뿐만 아니라 얇은 층으로 용이하게 가공된다. 이들은 미도핑 전자 수송층의 단독 물질로서 또는 전자 수송층의 미도핑 하위층으로서 사용될 수 있다. 또한, 이들은 도핑된 전자 수송층의 호스트 물질로서 또는 전자 수송층의 도핑된 하위층으로서 사용될 수 있다. 이러한 부류의 물질이 일반적으로 바람직하다. 가장 바람직한 것은 Alq 그 자체(또한 8-퀴놀리놀 또는 8-하이드록시퀴놀린으로 지칭된다)이다. 당해 분야에 공지된 다른 물질이 본 발명의 전자 수송층에 사용될 수 있다. 한 예는 시 등에 의한 미국 특허 제 5,645,948호에 기술된 TPBI이다. 투명 캐쏘드가 사용될 경우, 전자 수송층도 역시 투명한 물질을 사용하는 것이 바람직하다.

발광층의 바람직한 실시양태는 형광 염료로 도핑된 호스트 물질로 이루어진다. 이 방법을 사용하여, 고효율의 EL 소자를 구성할 수 있다. 동시에, EL 소자의 색상을 통상적인 호스트 물질중의 상이한 방출 파장의 형광 염료를 사용하여 조절할 수 있다. 일반 양도된 미국 특허 4,769,292호에서 탕 등은 Alq를 호스트 물질로서 사용한 EL 소자에 대해 상당히 자세하게 이러한 도판트 스킴(scheme)을 기술하였다.

통상적인 발광층용 호스트 물질의 다른 부류는 9,10-비스(4-(2,2-디페닐에테닐)페닐)안트라센과 같은 9,10-디아릴-치환된 안트라센, 및 ADN 및 TBADN을 포함하며, 이들의 구조는 아래에 도시된다. 시 등은 일반 양도된 미국 특허 제 5,935,721호에서 9,10-디-(2-나프틸)안트라센 (ADN) 유도체를 호스트 물질로서 사용한 청색 발광 OLED 소자에 대해 상당히 자세하게 이러한 도판트 스킴을 기술하였다.

본 발명의 청색 발광층을 위한 바람직한 호스트 물질은 하기 화학식 1의 ADN 또는 화학식 2의 3급 부틸 AND(TBADN)을 포함한다:

하기 화학식 3의 페릴렌, 화학식 4의 2,5,8,11-테트라-3급-부틸 페릴렌 및 화학식 5의 공액 벤제노이드는 본 발명의 실시에 사용이 고려되는 청색 형광 도판트이다.

발광층에서 황색 도판트로서 사용하기 바람직한 물질은 루브렌 부류 물질이다. 이들은 다환 벤조이드 다색성(chromophoric) 단위를 함유하는 탄화수소 화합물이다. 하마다(Hamada) 등은 문헌[Applied Phys. Lett. Vol. 75, 1682(1999)]에서 루브렌을 정공 수송층에 도핑하고 DCM2 도판트를 Alq 발광층에 도핑함에 의한 적색 발광 OLED 소자를 보고하였다.

루브렌 부류 물질중 일부 및 그의 이온화 포텐셜을 다음에 보인다.

<루브렌>

발광층용 호스트 물질의 선택은 부분적으로는 목적하는 발광 색 및/또는 색-중성 도판트 이외에 그 층의 도판트로서 사용될 임의의 염료의 선택에 좌우된다. Alq와 같은 8-하이드록시퀴놀레이트의 유도체를 갖는 금속 착물을 포함하는 호스트 물질은 효율적인 녹색 발광을 생성하는데 사용되는 쿠마린 또는 퀴나크리돈 및 적색 발광에 사용되는 DCM 유도체의 염료와 함께 유용하다. 바람직한 녹색 발광 쿠마린은 첸(Chen) 등의 미국 특허 제 6,020,078호에 기술된 바와 같은 C545T이다. 바람직한 녹색 발광 퀴나크리돈은 시 등의 미국 특허 제 5,593,788호에 기술된 바와 같은 CFDMQA이다.

본 발명 및 그의 이점은 다음의 구체적인 실시예에서 추가로 설명된다. "%"는 호스트 물질에 대한 특정한 도판트의 부피%를 가리킨다.

도 3 내지 9는 본 발명에 따라 제조된 백색광 생성 OLED 소자 구조 및 그의 작동의 여러 매개변수의 그래프를 나타낸다. 본 발명 및 그의 이점은 다음의 구체적인 실시예에서 추가로 설명된다.

도 3은 본 발명의 OLED를 도시한다. 이 OLED(300)는 정공 수송층(340)이 황색 도판트로 도핑되고, 발광층(350)이 청색 도판트로 도핑된 점을 제외하고는 도 2에 도시된 종래 기술의 OLED(200)와 유사하다. 전자 수송층은 두 하위층으로 구성된다. 청색 발광층에 인접한 하위층(361)은 녹색 발광 도판트를 함유하며 하위층(362)는 미도핑된다. 추가적인 성분은 기판(310), 애노드(320), 임의의 정공 주입층(330) 및 캐쏘드(370)이다.

도 4는 본 발명의 다른 OLED를 도시한다. 이 OLED(400)는 정공 수송층이 두 층(441 및 442)으로 구성된 점을 제외하고는 종래 기술의 OLED(300)와 유사하다. 청색 발광층에 최근접한 층(442)은 황색 도판트로 도핑되고 층(441)은 미도핑된다. 추가로 층 또는 하위층을 하위분할하는 것은 황색 도핑된 정공 수송층이 청색 발광층(450)에 인접하기만 하다면 본 발명의 범위 내에 있다. 청색 발광층에 인접한 전자 수송층(461)은 녹색 발광 도판트로 도핑되며 층(462)은 미도핑된다. 추가적인 성분은 기판(410), 애노드(420), 임의의 정공 주입층(430) 및 캐쏘드(470)를 포함한다.

도 5는 본 발명의 또다른 OLED를 도시한다. 이 OLED(500)는 전자 수송층이 세 하위층(561, 562 및 563)으로 구성된 점을 제외하고는 OLED(300)와 유사하다. 청색 발광층(550)에 인접한 하위층(561)은 황색 발광 도판트를 함유한다. 하위층(562)은 녹색 발광 도판트를 함유하고 하위층(563)은 미도핑된다. 정공 수송층(540)은 미도핑된다. 추가적인 성분은 기판(510), 애노드(520), 임의의 정공주입층(530) 및 캐쏘드(570)를 포함한다.

도 6은 본 발명의 또다른 OLED를 도시한다. 이 OLED(600)는 정공 수송층(640)이 황색 도판트를 함유하는 점을 제외하고는 OLED(500)와 유사하다. 전자 수송층은 세 하위층(661, 662 및 663)으로 구성된다. 청색 발광층(650)에 인접한 하위층(661)은 황색 발광 도판트를 함유한다. 하위층(662)은 녹색 발광 도판트를 함유하고 하위층(663)은 미도핑된다. 또한, 정공 수송층(640)은 황색 발광 도판트를 함유한다. 따라서 본 발명의 소자 구조는 청색 발광층에 인접한 정공 수송층 및 전자 수송층 둘다에 황색 도판트를 갖는다. 추가적인 성분은 기판(610), 애노드(620), 임의의 정공 주입층(630) 및 캐쏘드(670)를 포함한다.

도 7은 본 발명의 또다른 OLED를 도시한다. 이 OLED(700)는 정공 수송층이 두 하위층(741 및 742)으로 구성되는 점을 제외하고는 OLED(600)와 유사하다. 청색 발광층(750)에 최근접한 하위층(742)은 황색 도판트로 도핑되고, 하위층(741)은 미도핑된다. 전자 수송층은 세 하위층(761, 762 및 763)으로 구성된다. 청색 발광층(750)에 인접한 하위층(761)은 황색 발광 도판트를 함유한다. 하위층(762)은 녹색 발광 도판트를 함유하고 하위층(763)은 미도핑된다. 따라서 OLED(700)의 소자 구조는 OLED 소자(400 및 500)의 본 발명의 특징부를 함유한다. 추가적인 성분은 기판(710), 애노드(720), 임의의 정공 주입층(730) 및 캐쏘드(770)를 포함한다.

정공 수송층의 두께는 20 내지 약 200nm, 바람직하게는 70 내지 150nm이다. 발광층의 두께는 20 내지 약 100nm, 바람직하게는 20 내지 75nm이다. 전자 수송층의 두께는 20 내지 약 100nm, 바람직하게는 20 내지 75nm이다. 정공 수송층이, 황색 도판트를 함유하고 발광층에 인접하게 배치된 하위층을 포함하는 경우, 하위층의 두께는 2 내지 약 200nm, 바람직하게는 10 내지 100nm이다. 정공 수송층이, 황색 도판트가 결여되고 애노드에 인접하게 배치된 하위층(도 4의 하위층(441) 또는 도 6의 하위층(641))을 포함하는 경우, 상기 하위층의 두께는 2 내지 약 200nm, 바람직하게는 10 내지 100nm이다. 유사하게, 전자 수송층이, 황색 도판트를 함유하고 발광층에 인접하게 배치된 하위층을 포함하는 경우, 상기 하위층의 두께는 2 내지 50nm, 바람직하게는 10 내지 35nm이다. 하위층이 녹색 도판트를 함유하는 전자 수송층의 두께는 2 내지 50nm이고, 미도핑 전자 수송층의 두께는 2 내지 50nm, 바람직하게는 20 내지 40nm이다. 캐쏘드층의 두께는 20 내지 200nm, 바람직하게는 50 내지 200nm이다.

실시예

본 발명 및 그의 이점을 하기의 구체적인 실시예에서 추가로 설명한다. 도판트의 농도를 기술할 경우, %는 층 내의 전체 물질에 대한 도판트의 부피%를 나타낸다. 실시예의 결과를 정리한 표를 또한 제공한다.

비교예 1

도 3에 도시된 바와 같은 구조를 따라 OLED 소자를 구성하였다. 80nm ITO로 피복된 기판을 순차적으로 시판 세제 내에서 초음파 처리하고, 탈이온수에서 헹구고, 톨루엔 증기중에서 탈그리스화하였다. 이 기판을 약 1분 동안 산소 플라즈마로 처리하고 플라즈마 보조된 CHF₃의 침착에 의해 1nm 불화탄소층으로 피복하였다.본 발명에 기술된 모든 다른 소자를 제조하는데 동일한 절차를 사용하였다.

상기 기판을 유기층 및 캐쏘드 침착을 위해 침착 챔버 내에 적재하였다.

소자 1은 순차적으로 150nm NPB 정공 수송층(HTL), 2% TBP 청색 도판트를 갖는 TBADN 호스트를 포함하는 20nm 청색 발광층(EML), 35nm Alq 전자 수송층(ETL), 이후 캐쏘드의 일부로서 0.5nm LiF 및 200nm Al을 침착시켜 제조하였다. 상기 순서로 OLED 소자의 침착을 완료하였다.

이어서 OLED 소자를 주위 환경으로부터 보호하기 위해 질소로 채워진 건조 글러브 박스 내에 밀폐 포장하였다. 상기 OLED 소자를 제조하기 위해 사용된 ITO 패턴화된 기판은 여러 도상(icon, 또는 시험 패턴)을 포함하였다. 소자의 각각의 개별적인 도상을 전류 전압 특성 및 전기발광 수율면에서 시험하였다. 상기 소자 1의 휘도 특성을 표 1에 나타낸다. 이 소자는 2.5cd/A의 휘도율 및 CIE_x,y(0.16, 0.20)의 색도 색 좌표를 갖는 청색 발광을 가졌다.

주위 환경에서 캡슐에 싸인 OLED 소자의 작동 안정성은 OLED 소자를 20mA/cm²의 일정한 전류 밀도에서 작동시킬 경우의 구동 전압 및 휘도의 변화를 시간의 함수로서 측정하여 구하였다. 본 발명의 다른 구조를 따라 제조된 백색 OLED 소자는 높은 작동 안정성을 갖는다.

비교예 2

NPB 정공 수송층이 두 하위층, 즉 먼저 120nm NPB는 미도핑되고, 이후 30nm NPB를 3% 루브렌으로 도핑하고, 다음에 20nm 청색 발광층을 침착시킴을 제외하고는소자 1과 동일한 순서를 따라 소자 2를 제조하였다. 150nm NPB 정공 수송층을 3% 루브렌 황색 도판트로 도핑하였다. 이 소자는 0.33,0.35의 CIEx,y 좌표를 가지며 백색 발광을 하였다. 루브렌 도핑된 NPB 정공 수송층의 황색 발광 및 TBP 도핑된 TBADN층으로부터의 청색 발광은 함께 백색 발광을 낸다. 색 좌표 및 휘도 효율은 개별 도판트 농도를 조정하여 추가로 최적화될 수 있다.

비교예 3

소자 3은 도 3과 유사한 구조를 갖는다. 이는 10nm Alq 층을 0.12% C545T 녹색 도판트로 도핑한 다음 25nm 미도핑 Alq를 침착시킴을 제외하고는 소자 2와 동일한 순서를 따라 제조하였다. 상기 소자는 상당히 개선된 휘도율 및 소자 2와 비슷한 CIEx,y 좌표를 갖는다. 또한 주목할만한 것은 도 8에도 도시된 바와 같이 520nm 근방에 녹색 방출 피크가 있다는 것이다. 이 녹색 부분은 소자 2의 스펙트럼에는 없는 것이다. 따라서, Alq 전자 수송층의 녹색 도판트에 의해 효율이 증가된 백색을 생성할 수 있었다. 백색 OLED광을 R, G, B 색 필터와 함께 사용하여 풀 컬러 OLED 소자를 제조하는 경우에는 각 색상의 개별 기여도가 특히 중요하다. 차례로, 풀 컬러 OLED에 대한 개별 R, G, B 기여도는 본 발명을 이용하여 조작할 수 있다.

비교예 4

소자 4는 10nm Alq 층으로의 C545T 농도가 0.25%인 점을 제외하고는 소자 3과 동일한 순서에 따라 제조하였다. 휘도율의 추가적인 증가가 얻어졌다.

비교예 5

소자 5는 10nm Alq 층으로의 C545T 농도가 0.5%인 점을 제외하고는 소자 4와 동일한 순서에 따라 제조하였다. 이 소자는 5.1cd/A의 높은 휘도 효율을 가졌다. CIEx,y 좌표는 0.34,0.42였으며 소자 색상은 약간의 녹색 색조를 띤 백색이었다. 따라서 Alq 전자 수송층의 최적의 녹색 도판트 농도, 정공 수송층의 황색 도판트 농도 및 청색 발광층의 청색 도판트 TBP%로 효율 및 색상을 최적화할 수 있다.

도 8은 소자 2 내지 5의 EL 스펙트럼을 나타내며, 여기서 C545T 도판트 농도는 Alq ETL 층에서 0으로부터 0.5%로 증가하였다. 녹색 방출 영역 근방의 스펙트럼 성분은 Alq 전자 수송층의 녹색 도판트의 농도를 증가시킴에 따라 상당히 증가한다.

도 9는 Alq 전자 수송층으로의 녹색 C545T 도판트%의 함수로서 휘도율을 나타낸 것이다. 다시, 백색 발광 OLED의 색상에 악영향을 미치지 않고 백색 OLED의 휘도 효율이 증가될 수 있다.

비교예 6

소자 6은 도 5와 유사한 구조를 갖는다. 이는 20nm 청색 발광 TBADN+2% TBP를 침착시킨 후 2% 루브렌으로 도핑된 10nm Alq 층을 침착시키고 25nm 미도핑 Alq 층을 침착시키는 점을 제외하고는 소자 1과 동일한 순서를 따라 제조하였다. 이 소자는 0.29, 0.30의 CIEx,y 좌표를 가지며 백색 발광을 한다. 루브렌 도핑된 Alq 전자 수송층으로부터의 황색 발광과 TBP 도핑된 TBADN층의 청색 발광은 함께 백색 발광을 낸다. 색 좌표 및 휘도 효율은 개별 도판트 농도를 조정하여 추가로 최적화될 수 있다.

비교예 7

소자 7은 도 5와 유사한 구조를 가지며 2% 루브렌 도핑된 10nm Alq를 침착시킨 후 0.12% CFDMQA 녹색 도판트로 도핑된 10nm Alq층 및 다음에 15nm 미도핑 Alq층을 침착시키는 점을 제외하고는 소자 6과 동일한 순서에 따라 제조하였다. 이 소자는 0.33, 0.38의 CIEx,y 좌표를 가지며 백색 발광을 갖는다. 이 소자는 소자 6보다 높은 휘도 효율을 갖는다.

비교예 8

소자 8은 도 6과 유사한 구조를 갖는다. 150nm NPB 정공 수송층은 2% 황색 발광 루브렌 도판트로 도핑하였으며 10nm Alq 전자 수송층은 1% 루브렌으로 도핑하였다. 청색 발광층은 20nm TBADN+2% TBP였다. 이 소자는 백색 발광을 하며, 소자 1 및 소자 6과 유사한 효율을 가지지만, 소자 1 및 6보다 훨씬 높은 작동 안정성을 갖는 것으로 밝혀졌다.

비교예 9

소자 9는 도 6과 유사한 구조를 가지며 1% 루브렌으로 도핑된 10nm Alq 이후 0.12% C545T 녹색 도판트로 도핑된 10nm Alq, 이어서 15nm 미도핑 Alq를 침착시킴을 제외하고는 소자 8과 동일한 순서에 따라 침착시켰다. 이 소자는 전체적으로 백색 발광을 가지지만 소자 8보다 증가된 효율을 갖는다. 작동 안정성은 소자 8과 유사하였다.

비교예 10

소자 10은 도 7과 유사한 구조를 가지며 NPB 정공 수송층이 두 하위층을 가짐을 제외하고는 소자 9와 동일한 순서에 따라 침착시켰다. 첫번째 120nm NPB는 미도핑되었으며 이후의 30nm NPB는 2% 루브렌으로 도핑되었다. 이 소자는 전체적으로 백색 발광을 가지며 소자 9와 유사한 효율을 가진다.

백색 OLED 발광은 R, G, B 색 필터를 사용하여 풀 컬러 소자를 제조하는데 사용할 수 있다. 색 필터는 기판 위에 또는 백색 OLED 소자 위에 배치될 수 있다.이 경우, 백색 OLED는 백라이트로서 사용된다. 일반적으로 R, G, B 색 필터는 마이크로리소그래피 패터닝을 사용하여 기판 상에 통합된다. 이러한 풀 컬러광을 생성하는 기술은 풀 컬러를 생성하는데 사용되던 종래의 셰도우 마스킹 기술에 비해 여러 이점을 갖는다. 이 기술은 정밀한 정렬이 필요하지 않아 단가가 저렴하고 제조하기 용이하다, 기판 그 자체는 개별 픽셀을 어드레싱하기 위한 박막 트랜지스터를 함유한다. 탕 및 세이(Hseih)의 미국 특허 제 5,550,066호 및 제 5,684,365호는 둘 다 TFT 기판의 어드레싱 방법을 기술한다. 백색 OLED를 사용한 풀 컬러 소자를 제조하는 다른 기술은 문헌[P.F. Burrows et al., IEEE Trans. Electron Device 44, 1188(1997)에 주어져 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 백색 유기 발광 소자는 구조가 간단하고, 재현성 높게 제조될 수 있으며, 광효율 및 작동 안정성이 높을 뿐만 아니라, 구동 전압이 낮은 등의 이점이 있고, R, G 및 B 색 필터와 함께 풀 컬러 소자를 저렴하고 용이하게 제조하는데 사용될 수 있다.

Claims

a) 기판;

b) 상기 기판 위에 배치된 애노드;

c) 상기 애노드 위에 배치된 정공 주입층;

d) 상기 정공 주입층 위에 배치된 정공 수송층;

e) 상기 정공 수송층 위에 배치되고, 청색 발광 화합물로 도핑된 발광층;

f) 상기 청색 발광층 위에 배치된 전자 수송층;

g) 상기 전자 수송층 위에 배치된 캐쏘드를 포함하고;

h) 정공 수송층이 청색 발광층에 접촉하는 층의 전체 또는 일부분에 해당하는 영역에서 스펙트럼의 황색 영역의 빛을 방출하는 화합물에 의해 선택적으로 도핑되고;

i) 전자 수송층이 청색 발광층에 접촉하는 층의 전체 또는 일부분에 해당하는 영역에서 스펙트럼의 녹색 영역의 빛을 방출하는 화합물에 의해 선택적으로 도핑된,

실질적으로 백색광을 생성하는 유기 발광 다이오드(OLED) 소자.
제 1 항에 있어서,

청색 발광층이 하기 화학식 1 및 2의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 호스트 물질을 포함하는 OLED 소자:

화학식 1

화학식 2
제 1 항에 있어서,

청색 발광층이 하기 화학식 3 내지 5의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 청색 도판트를 포함하는 OLED 소자:

화학식 3

화학식 4

<2,5,8,11-테트라-3급-부틸 페릴렌>

화학식 5

<공액 벤제노이드>
a) 기판;

b) 상기 기판 위에 배치된 애노드;

c) 상기 애노드 위에 배치된 정공 주입층;

d) 상기 정공 주입층 위에 배치된 정공 수송층;

e) 상기 정공 수송층 위에 배치되고 청색 발광 화합물로 도핑된 발광층;

f) 상기 청색 발광층 바로 위에 배치되고, 스펙트럼의 황색 영역의 빛을 방출하는 화합물로 도핑된 전자 수송층;

g) 상기 황색 발광층 바로 위에 배치되고, 스펙트럼의 녹색 영역의 빛을 방출하는 화합물로 도핑된 전자 수송층; 및

h) 상기 전자 수송층 위에 배치된 캐쏘드를 포함하는,

실질적으로 백색광을 생성하는 유기 발광 다이오드 소자.