KR20050039674A - 백색 유기 전자 발광 소자 - Google Patents

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요코야마메이소
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펜탁스 가부시키가이샤
유겐가이샤 아이티씨
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Abstract

백색 유기 EL 소자는 기판상의 애노드와 캐소드간 유기층을 구비한다. 유기층은 적어도 청색 발광층, 적색 발광층, 및 녹색 발광층을 구비한다. 적색 발광층은 황색 도펀트 색소(14b)와 적색 도펀트 색소(14c) 중 하나 이상으로 도핑된 청색 발광 화합물을 함유한다. 전압이 애노드와 캐소드간에 인가될 경우, 각각의 발광층은 각각 청색, 적색, 및 녹색광을 방출하므로, 백색 유기 EL 소자(20)는 백색광을 방출한다.

Description

백색 유기 전자 발광 소자{WHITE ORGANIC ELECTROLUMINESCENT DEVICE}
본 발명은 백색광을 방출하는 유기 전자 발광 소자에 관한 것이다.
종래에, 유기 전자 발광 소자를 사용하여 전(full) 칼라 이미지를 표시하는 몇 가지 방법들이 공지되어 있다. 이들 방법중 하나에서, 백색 유기 전자 발광 소자(이하 "백색 유기 EL 소자)는 백색광을 방출한 다음, 백색광은 적색, 녹색, 및 청색광을 얻도록 RGB 컬러 필터에 의해 필터된다.
상술한 방법에 사용된 백색 유기 EL 소자는 예컨대 일본 특허 3451680호에 개시되어 있다. 이 참조문헌은 청색 발광층, 녹색 발광층, 및 적색 발광층으로 구성된 발광층을 구비한 백색 유기 EL 소자를 개시하고 있다. 이 참조문헌에서, 청색 발광층은 적색 도펀트 색소로 도핑된 녹색 발광 화합물로 구성된다. 전압이 백색 유기 EL 소자에 인가될 경우, 각 발광층은 각각의 컬러광을 방출한다. 이 때문에, 백색 유기 EL 소자는 백색광을 방출할 수 있다.
이들 백색 유기 EL 소자는 많은 분야, 예컨대 텔레비젼 디스플레이, 디지털 카메라 디스플레이, 등등에 사용될 것으로 기대된다. 상기 소자가 디스플레이로 사용되는 경우, 광도를 조절할 필요가 있다.
그러나, 이 참조문헌에 개시된 백색 유기 EL 소자에서, 광도를 조절하기 위해 소자에 인가된 전압이 변화되는 경우, EL 소자의 광 색도도 역시 변화된다. 즉, 이 참조문헌에 개시된 EL 소자의 백색광 색 밸런스는 인가 전압에 따라 변화된다.
따라서, 본 발명의 목적은 높은 색순도를 갖고 백색광을 방출할 수 있는 백색 유기 EL 소자를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 유기 EL 소자에 인가된 전압에 따라 변화되지 않고 색 밸런스를 갖는 백색광을 방출할 수 있는 백색 유기 EL 소자를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 백색광을 방출하고, 기판(ITO로 코팅된 유리)상의 애노드와 캐소드 사이에 유기층으로 이루어진 유기 전자 발광 소자가 제공된다. 유기층은 적어도 청색광을 발광하기 위한 제 1 청색 발광층, 녹색광을 발광하기 위한 제 1 녹색 발광층, 및 적색광을 발광하기 위한 제 1 적색 발광층을 구비한다. 적색 방출층은 황색 도펀트 색소와 적색 도펀트 색소 중 하나 이상으로 도핑된 청색 방출 화합물을 함유한다.
바람직하게도, 청색 방출 화합물은 정공 이동 화합물이다. 바람직하게도, 유기층은 애노드로부터 적색 방출층, 제 1 청색 방출층, 및 제 1 녹색 방출층의 순서로 구성되어 있다.
적색 방출층이 황색 도펀트 색소와 적색 도펀트 색소 모두를 함유할 경우, 황색 도펀트 색소의 함유량은 적색 도펀트 색소의 함유량보다 더 많을 수 있다.
유기층은 애노드로부터 제 1 청색 방출층, 적색 방출층, 및 제 1 녹색 방출층의 순서로 구성될 수 있다.
유기층은 적색 방출층과 제 1 녹색 방출층 사이에 제 2 청색 방출층을 구비한다.
유기층은 제 2 청색 방출층의 애노드 측상에 제 2 방출층을 구비할 수 있다.
바람직하게도, 유기층은 애노드에 가장 가까운 측상에 정공 주입층을 갖는데, 상기 정공 주입층은 CuPc와 MTDATA을 함유한다.
본 발명에 따르면, 광을 방출하기 위해 유기 전자 발광소자는 애노드와 기판상의 캐소드 사이에 광을 방출하는 유기층을 포함한다. 유기층은 애노드에 가장 가까운 측상에 정공 주입층을 구비하며, 상기 정공 주입층은 CuPc와 MTDATA을 함유한다.
이 경우에, 상기 정공 주입층은 CuPc를 함유하는 제 1 정공 주입층과 MTDATA을 함유하는 제 2 정공 주입층을 구비할 수 있다. 더욱이, 상기 정공 주입층은 CuPc와 MTDATA의 혼합물을 함유할 수도 있다.
본 발명의 목적 및 장점은 첨부 도면을 참조하여 이하의 설명으로부터 더 용이하게 이해될 수 있을 것이다.
이하, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참조하여 기술될 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예가 적용되는 백색 유기 EL소자를 나타낸다. 백색 유기 EL소자(20)는 베이스 부재(기판)(10), 베이스 부재(10)상에 형성된 애노드(11), 애노드(11)상에 형성된 유기층(21), 유기층(21)상에 형성된 전자 주입층(17), 및 전자 주입층(17)상에 형성된 캐소드(18)를 구비한다.
베이스 부재(기판)(10)는 광 투과 특성을 갖는 유리 물질로 형성된다. 애노드(11)는 ITO(indium tin oxide)을 함유한 반투명층이다. 애노드(11)의 두께는 대략 100㎚이다. 애노드(11)에 위치한 유기층(21)은 후술되는 바와 같이 백색광을 방출한다. 백색광은 애노드(11)과 베이스 부재(10)을 통해 EL 소자(20) 외부로 방출된다.
유기층(21)은 애노드(11)로부터, 정공 주입층(19), 정공 이동층(12), 청색 방출층(13), 적색 방출층(15), 녹색 방출층(16), 및 전자 이동층(25)의 순서로 구성되어 있다. 각각의 층은 인접한 층상에 밀접하게 적층된다. 정공 주입층(19)과 전자 이동층(25)중 하나 이상은 생략될 수 있다.
정공 주입층(19)는 화학식[4]에 도시된 바와 같이 MTDATA[4,4′,4″-tris(3-메틸-페닐-페닐-아미노)트리페닐아민]를 함유한다. 정공 주입층(19)의 두께는 대략 10㎚ 내지 60㎚인데, 15㎚가 바람직하다. 정공 주입층(19)은 애노드(11)에서 주입된 정공을 유기층(21)으로 효과적으로 받아들일 수 있다. 더욱이, 정공 주입층(19)은 화학식[4-2]에 도시된 바와 같이 AlF₃, HfO₃, Ta₂O5 또는 CuPc(구리 프탈로시아닌)으로 형성될 수 있고, CuPc와 MTDATA의 혼합물로 형성될 수 있다. 정공 주입층(19)이 CuPc, MTDATA, 또는 이들의 혼합물 등의 유기 화합물로 형성될 경우에, 정공 주입층(19)의 두께는 대략 10㎚에서 80㎚까지가 바람직하다. 정공 주입층(19)이 CuPc와 MTDATA의 혼합물로 형성될 경우에, CuPc과 MTDATA간 중량비는 1:1에서 1.5:1까지의 범위가 된다.
정공 이동층(12)은 구조식 [5]을 바람직하게 만족하는 전공 이동 화합물을 함유한다.
구조식 [5]에서 R¹,R²,R³, 및 R⁴는 아릴기이다. 더욱이, 아릴기는 이 명세서에서 알킬로 치환된 아릴기를 포함한다. R¹,R²,R³, 및 R⁴ 는 같은 아릴기나 다른 아릴기일 수 있다. 더욱이, 정공 수송 화합물은 구조식 [6]이나 구조식 [7] 중 어느 하나를 바람직하게 만족한다.
구조식 [6] 또는 구조식 [7] 에서, R¹,R²,R³, 및 R⁴는 수소 원자나 1개 내지 3개의 탄소원자를 갖는 알킬기이다. R¹,R²,R³, 및 R⁴ 는 같은 알킬기 또는 다른 알킬기일 수 있다. R¹,R²,R³, 및 R⁴는 벤젠 또는 나프탈렌 분자구조상에 선택적인 위치에서 각각 치환된다. 특히 바람직하게는, 정공 이동층 화합물은 화학식[8]에 도시된 바와 같이 NPB[N,N′-디(나프탈렌-1-y1)-N,N′-디페닐-벤지딘]이거나 화학식[9]에 도시된 바와 같이 TPD[N,NO-디페닐-,NO-bis(3-메틸페닐)-1,10-디페닐-4,40-디아민]이다. 전공 이동층(12)은 상술한 화합물의 2종 이상의 화합물을 함유할 수 있다. 전공 이동층(12)의 두께는 대략 20㎚ 내지 100㎚이지만, 대략 40㎚ 내지 90㎚가 바람직하다. 전공 이동층(12)은 애노드(11)에서 주입된 정공을 방출층(13,15, 및 16)으로 효율적으로 이동시킨다.
청색 방출층(13)은 호스트 화합물로써 청색 방출 화합물을 함유하고 청색 도펀트 색소(14a)로 도핑된다. 즉, 청색 방출층(13)은 청색 방출 화합물안으로 균일하게 분산된 청색 도펀트 색소(14a)와 청색 방출 화합물로 형성된다. 청색 방출층(13)의 두께는 대략 10㎚ 내지 30㎚이고, 대략 15㎚ 내지 20㎚가 바람직하다.
청색 방출층(13)의 청색 방출 화합물은, 예컨대 안트라센 유도체 또는 스티릴 유도체이다. 스트릴 유도체는 바람직하게 구조식 [10]을 만족한다.
구조식 [10]에서 R¹,R²,R³,R⁴,R5 , 및 R 6은 수소 원자 또는 아릴기(바람직하게는 페닐기)이다. R¹,R², 및 R³중 하나 이상은 아릴기(바람직하게는 페닐기), 및 R¹,R², 및 R³의 두 개는 아릴기가 바람직하다. R⁴,R 5 , 및 R6 중 하나 이상은 아릴기(바람직하게는 페닐기)이고, R⁴,R5, 및 R6의 두 개는 아릴기(바람직하게는 페닐기)가 바람직하다. 더욱이, R¹,R²,R³,R⁴,R5 , 및 R6은 같은 아릴기나 다른 아릴기일 수 있다.
스티릴 유도체는, 예컨대 화학식[11]에 도시된 바와 같이 DPVBi[1,4-bis(2,2-디페닐비닐)비페닐]이거나 ADSO82[4,4′-bis(디페닐비닐렌)-비페닐]이다. 안트라센 유도체는, 예컨대 구조식 [12]에 도시된 바와 같이 β-ADN[9,10-디(2-나프틸)안트라센]이거나 구조식 [13]에 도시된 바와 같이 TBADN[2-t-부틸-9,10-di(2-나프틸)안트라센]이 바람직하다. 이 실시형태에서, 상술된 화합물 종류의 2이상의 혼합물은 청색 방출 화합물로서 이용될 수 있지만, DPVBi 또는 ADSO82는 단지 청색 방출 화합물로서 이용될 수 있다.
청색 도펀트 색소(14a)는 화학식[14]에서 도시된 바와 같이 페릴렌 유도체 또는 Pe(페릴렌)이다. 페릴렌 유도체는 1이상의 알킬기가 선택적인 위치상에 치환된 페릴렌 화학구조를 갖는다. 상기 페릴렌 유도체는 화학식[15]에 도시된 바와 같이 TBPe[Tetra(t-부틸)페릴렌]인 것이 바람직하다. 2종 이상의 화합물의 혼합물은 청색 도펀트 색소(14a)로서 이용될 수 있다. 청색 방출층(13)은 청색 도펀트 색소(14a)로 도핑될 수 없다. 더욱이, 청색 도펀트 색소(14a)의 함유량은 청색 방출층(13)의 청색 방출 화합물(호스트 화합물)에 관하여, 2 내지 4 중량퍼센트(바람직하게는 3 중량 퍼센트)이다.
적색 방출층(15)는 호스트 화합물로서 청색 방출 화합물을 함유하며 황색 도펀트 색소(14b)와 적색 도펀트 색소(14c)로 도핑된다. 즉, 적색 방출층(15)은 청색 방출 화합물, 및 이 청색 방출 화합물으로 분산되는 황색 도펀트(14b)와 적색 도펀트 색소(14c)로 형성된다.
황색 도펀트 색소(14b)의 중량 함유량은 적색 방출층(15)의 적색 도펀트 색소(14c)의 중량 함유량보다 더 크다. 황색 도펀트(14b)와 적색 도펀트 색소(14c) 사이의 중량비는 1.8:1 내지 2.2:1의 범위이고, 대략 2:1 이 바람직하다. 황색 도펀트(14b)와 적색 도펀트 색소(14c)의 전체 중량 함유량은 0.1 내지 2 중량 퍼센트이며, 0.1 내지 1.5 중량 퍼센트이며, 바람직하게는 0.1 내지 1.5 중량 퍼센트이고, 더 바람직하게는 적색 방출층(15)의 청색 방출 화합물에 관하여 대략 1 중량 퍼센트이다. 적색 방출층(15)의 두께는 대략 5㎚내지 30㎚가 바람직하며, 대략 10㎚에서 20㎚가 더 바람직하다.
더욱이, 적색 방출층(15)은 황색 도펀트 색소(14b)와 적색 도펀트 색소(14c)를 함유할 필요는 없다. 즉, 방출층(15)은 황색 도펀트 색소(14b)와 적색 도펀트 색소(14c) 중 하나만을 함유할 수 있다. 이 경우에, 황색 도펀트 색소(14b) 또는 적색 도펀트 색소(14c)의 함유량은 적색 방출층(15)의 청색 방출 화합물(호스트 화합물)에 관하여 0.5 내지 1.5 중량 퍼센트, 바람직하게는 대략 1 중량 퍼센트이다.
적색 방출층(15)의 호스트 화합물은 상술한 바와 같이 청색 방출 화합물로부터 선택된다. 즉, 적색 방출층(15)의 호스트 화합물은, 예컨대 스티릴 유도체 또는 안트라센 유도체이다. 스티릴 유도체는 바람직하게는 구조식 [10]을 만족하는 화합물이며, 화학식[11]에 도시된 바와 같이 DPVBi이거나 상술한 바와 같이 ADS082가 바람직하다. 안트라센 유도체는, 예컨대 화학식[12]에 도시된 바와 같이 β-ADN이거나 구조식 [13]에서 도시된 바와 같이 TBADN이 바람직하다. 상술한 화합물 2종 이상의 혼합물은 적색 방출층(15)의 호스트 화합물로서 이용될 수 있지만, DPVBi이나 ADS082 중의 하나만이 호스트 화합물로서 바람직하게 이용된다. 더 바람직하게도, 적색 방출층(15)의 호스트 화합물은 청색 방출층(13)의 호스트 화합물과 같다.
황색 도펀트 색소(14b)는, 예컨대 아릴(예컨대 페닐)기(바람직하게는 2 내지 6 아릴기)가 선택 위치상에 치환되는 나프탈렌 화학구조를 갖는 화합물이다. 황색 도펀트 색소(14b)는, 예컨대 구조식 [16]에서 도시된 바와 같이 루브렌이다.
적색 도펀트 색소(14c)는, 예컨대 구조식 [17]을 만족하는 화합물이다.
구조식 [17]에서 R¹,R²,R³,R⁴, 및 R5 는 수소 원자 또는 1 내지 6 탄소 원자를 갖는 알킬기이다. R¹,R²,R³,R⁴, 및 R5 는 같은 알킬기나 다른 알킬기일 수 있다. 적색 도펀트 색소(14c)는 화학식[18]에 도시된 바와 같이 DCM2{4-디시아노메틸렌-2-메틸-6-(2-(2,3,6,7-테트라-수소-1H,-5H-벤조)[ij]퀴놀리진-8-y1)-4H-피란}이거나 구조식 [19]에 도시된 바와 같이 DCJTB[4-(디시아노메틸렌)-2-t-부틸-6-(1,1,7,7-테트라메틸주로리딜-9-에닐)-4H-피란] 등이다. 더욱이, 적색 도펀트 색소(14c)는 구조식 [20]에 도시된 바와 같이 로다민6G일 수 있거나, 구조식 [21]에 도시된 바와 같이 DCM일 수 있다. 또한, 상술한 화합물의 2종 이상의 혼합물은 적색 도펀트 색소(14c)로서 이용될 수 있다. 바람직하게는, DCJTB 및 DCM2 중 하나만이 적색 도펀트 색소(14c)로서 이용될 수 있다.
황색 도펀트 색소(14b)의 에너지 밴드 갭과 적색 도펀트 색소(14c)의 에너지 밴드 갭은 청색 방출 화합물의 에너지 밴드 갭 보다 더 작다. 더욱이, 에너지 밴드 갭은 HOMO(최상위 피점 분자 궤도) 에너지 레벨과 LUMO(최하위 비피점 분자 궤도) 에너지 레벨간 차이이다.
녹색 방출층(16)은 알킬레이트 화합물, 예컨대 바람직하게는 화학식[22]에 도시된 바와 같이 Alq3(트리스-(8-하이드로옥시-퀴놀린)알루미늄)인 녹색 방출 화합물을 함유한다. 물론, 녹색 방출층(16)은 다른 유기 화합물로 형성될 수 있다. 또, 녹색 방출층(16)은 녹색 도펀트 색소로 도핑된 유기 화합물(예컨대 Alq3)을 함유할 수 있다. 녹색 도펀트 색소는 화학식[23-1]에 도시된 바와 같이 쿠마린6 또는 화학식[23-2]에 도시된 바와 같이 C545T{10-(1,3-벤조티아졸-2-y1)-1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H,11H-피라노[2,3-f]피리도[3,2,1-ij]퀴놀린-11-one}이다. 녹색 방출층(16)의 두께는 대략 10㎚내지 50㎚가 바람직하며, 대략 25㎚가 더 바람직하다.
전자 이동층(25)은 녹색 방출층(16)과 비슷한 알킬레이트 화합물, 예컨대 Alq3를 함유한다. 그러나, 전자 이동층(25)은 다른 화합물로 형성될 수 있다. 전자 이동층(25)의 두께는 대략 20㎚내지 50㎚이며, 대략 25㎚가 바람직하다.
유기층(21)이 삽입되는 애노드(11)와 캐소드(18)는 배터리(22)에 연결된다. 캐소드(18)는 알루미늄으로 형성된다. 전자 주입층(17)은 캐소드(18)와 유기층(21) 사이에 형성된다. 전자 주입층(17)은 캐소드(18)에서 유기층(21)으로 용이하게 받아들일 수 있다. 전자 주입층(17)은 Al:Li(알루미늄-리튬) 또는 LiF(리튬 플로라이드)으로 형성된다. 전자 주입층(17)의 두께는 대략 0.7㎚이다.
애노드(11)의 각 층, 유기층(21), 전자 주입층(17), 및 캐소드(18)는 증착, 예컨대 화학 증착(CVD) 및 물리 증착(PVD)에 의해 베이스 멤버(10)에 순차적으로 형성된다. 또, 도펀트 색소와 청색 방출 화합물(호스트 화합물)은 청색 방출층(13)과 적색 방출층(16)을 형성하기 위해 동시에 증착된다.
전압이 배터리(22)로부터 애노드(11)와 캐소드(18) 사이에 인가될 경우, 정공은 애노드(11)로부터 주입되고, 전자는 캐소드(18)로부터 주입된다. 애노드(11)로부터 주입된 정공은 정공 주입층(19)에 의해 얻어지며, 이 후 정공 이동층(12)에 의해 청색, 적색, 및 녹색 방출층(13, 15, 16)으로 이동된다. 반면에, 캐소드(18)로부터 주입된 전자는 전자 주입층(17)에 의해 얻어지며, 이 후 전자 이동층(25)에 의해 청색, 적색, 및 녹색 방출층(13, 15, 16)으로 이동된다. 정공과 전자가 재결합된 후, 각 방출층(13, 15, 16)의 경계면에서 여기를 형성한다.
이들 전자가 분산된 후, 청색 방출층(13)에서 청색광을 방출한다. 적색 방출층(15)에서의 여기 에너지는 청색 방출 화합물에서 황색 도펀트 색소(14b)로 이동되는데, 왜냐하면 황색 도펀트 색소(14b)의 여기된 상태에서의 에너지 레벨이 청색 방출 화합물의 여기된 상태에서의 에너지 레벨보다 더 작기 때문이다. 그다음, 황색 도펀트 색소(14b)에서의 에너지는 적색 도펀트 색소(14c)로 이동되는데, 왜냐하면 적색 도펀트 색소(14c)의 여기된 상태에서의 에너지 레벨이 황색 도펀트 색소(14b)의 여기된 상태에서의 에너지 레벨보다 더 작기 때문이다. 이 때문에, 높은 색순도를 갖는 적색광이 적색 방출층(15)에서 생성된다. 녹색광은 여기에 의해 녹색 방출층(16)에서 생성된다. 청색, 적색, 및 녹색광은 각각의 방출층에서 생성되고, 따라서 EL 소자(20)는 백색광을 방출한다. 더욱이, 전자 이동층(25)은 녹색 방출 화합물(Alq3)을 함유하지만, 정공과 전자는 이 층에서 재결합 되지 않아서 전자 이동층(25)은 광을 방출하지 않는다.
도 2는 제 2 실시형태의 백색 유기 EL 소자를 나타낸다. 제 2 실시형태의 상기 EL 소자는 유기층(21)에서의 층 순서를 제외하고는 제 1 실시형태의 것과 동일한 구조를 갖는다.
제 2 실시형태에서, 유기층(21)은 애노드(11)로부터 정공 주입층(19), 정공 이동층(12), 적색 방출층(15), 청색 방출층(13), 녹색 방출층(16), 및 전자 이동층(25)의 순서로 구성된다. 더욱이, 유기층(21)에서의 각 층의 구조는 제 1 실시형태의 것과 동일하다. 따라서, 유기층(21)에서의 각 층의 구조에 대한 설명은 생략된다.
도 3은 제 3 실시형태의 백색 유기 EL 소자를 나타낸다. 제 1 실시형태와 제 3 실시형태와의 차이점은 유기층(21)은 두 개의 청색 방출층을 갖는다는 것이다. 즉, 제 3 실시형태의 유기층(21)은 제 1 청색 방출층(13a)과 제 2 청색 방출층(13b)를 갖는다.
제 3 실시형태에서, 유기층(21)은 애노드(11)측으로부터 정공 주입층(19), 정공 이동층(12), 제 1 청색 방출층(13a), 적색 방출층(15), 제 2 청색 방출층(13b), 녹색 방출층(16), 및 전자 이동층(25)의 순서로 구성된다.
제 1 청색 방출층(13a)과 제 2 청색 방출층(13b)은 제 1 실시형태의 청색 방출층과 같은 구조를 가지므로, 상기 층(13a)과 층(13b)은 제 1 실시형태에서와 같은 방식으로 청색 도펀트 색소로 도핑된 청색 방출층 화합물을 함유한다. 제 1 및 제 2 방출층(13a,13b)은 같거나 다른 청색 도펀트 색소로 도핑되는 같거나 다른 청색 방출 화합물을 함유할 수 있다.
이 실시형태에서, 제 1 및 제 2 방출층(13a,13b)의 두께는 각각 대략 5㎚내지 15㎚인 것이 바람직하다. 층(13a,13b,15)은 대략 50㎚이하인 것이 바람직하다. 이 실시형태의 다른 구조는 제 1 실시형태에서의 것과 동일하므로, 설명은 생략된다.
도 4는 제 4 실시형태의 백색 유기 EL 소자를 보여준다. 제 3 실시형태와 제 4 실시형태와의 차이점은 유기층(21)이 제 1 녹색 방출층(16a)과 제 2 녹색 방출층(16b)을 갖는다는 것이다.
제 4 실시형태에서, 유기층(21)은 애노드(11) 측으로부터 정공 주입층(19), 정공 이동층(12), 제 1 청색 방출층(13a), 제 2 녹색 방출층(16b), 적색 방출층(15), 제 2 청색 방출층(13b), 제 1 녹색 방출층(16a), 및 전자 이동층(25)의 순서로 구성된다.
제 2 녹색 방출층(16b)은 호스트 화합물로서 청색 방출 화합물을 함유하고, 녹색 펀트 색소(14d)로 도핑된다. 즉, 제 2 녹색 방출층(16b)은 청색 방출 화합물, 및 이 청색 방출 화합물로 분산되는 녹색 도펀트 색소(14d)로 형성된다.
제 2 녹색 방출층(16b)의 청색 방출 화합물로서 사용되는 화합물은 상술된 바와 같이 제 1 실시형태에서 청색 방출층(13)의 청색 방출 화합물로서 사용된 화합물과 비슷하다.
제 2 녹색 방출층(16b)의 호스트 화합물은 제 1 및/또는 제 2 청색 방출층(13a,13b)의 호스트 화합물과 같거나 제 1 및/또는 제 2 청색 방출층(13a,13b)의 호스트 화합물과 다를 수 있다.
녹색 도펀트 색소(14d)는, 예컨대 화학식[23-1]에서 도시된 바와 같이 쿠마린6 또는 화학식[23-2]에서 도시된 바와 같이 C545T이다. 제 1 녹색 방출층(16a)의 구조는 제 1 실시형태에서의 녹색 방출층의 구조와 같다.
바람직하게는, 제 1 및 제 2 청색 방출층(13a,13b), 제 2 녹색 방출층(16b), 및 적색 방출층(15)의 두께가 각각 대략 5㎚ 내지 15㎚이며, 대략 5㎚ 내지 10㎚가 더 바람직하다. 층(13a,13b,16b,15)의 전체 두께는 50㎚ 이하인 것이 바람직하다. 더욱이, 제 4 실시형태에서의 다른 구조는 제 3 실시형태에서의 구조와 같으므로, 이들의 설명은 생략된다.
더욱이, 제 1 청색 방출층(13a), 제 2 녹색 방출층(16b), 적색 방출층(15), 및 제 2 청색 방출층(13b)의 층 순서는 제 4 실시형태에서 변경될 수 있다. 예컨대, 유기층(21)은 애노드(11)측으로부터 제 1 청색 방출층(13a), 적색 방출층(15), 제 2 녹색 방출층(16b), 및 제 2 청색 방출층(13b)의 순서로 구성될 수 있다.
더욱이, 정공 주입층(19)과 전자 이동층(25) 중 하나 이상은 제 1 실시형태와 비슷한 제 2, 제 3, 및 제 4 실시형태에서 생략될 수 있다.
도 5는 제 5 실시형태의 백색 유기 EL 소자를 나타낸다. 제 5 실시형태의 백색 유기 EL 소자(40)는 베이스 부재(10), 베이스 부재(10)상에 형성된 애노드(11), 애노드(11)상에 형성된 유기층(21), 유기층(21)상에 형성된 전자 주입층(17), 및 전자 주입층(17)상에 형성된 캐소드(18)를 구비한다. 베이스 부재(10)와 애노드(11)는 제 1 실시형태에서의 베이스 부재와 애노드의 구조와 동일하다. 유기층(21)이 방출하는 백색광은 애노드(11)와 베이스 부재(10)를 통해 EL 소자(20) 외부로 통과한다.
유기층(21)은 애노드(11)측으로부터 정공 주입층(19), 적색 방출층(35), 청색 방출층(13), 및 녹색 방출층(16)의 순서로 구성된다.
정공 주입층(19)은, 예컨대 화학식[4]에 도시된 바와 같이 제 1 실시예와 비슷한 MTDATA를 함유한다. 정공 주입층(19)은 화학식[4-2]에 도시된 바와 같이 AlF3, HfO3, TaO5, 또는 CuPc(구리 프탈로시아닌)으로 형성되고, CuPc와 MTDATA의 혼합물로 형성될 수 있다. 정공 주입층(19)이 AlF3, HfO3, Ta2O5 등과 같은 비유기 화합물로 형성될 경우, 정공 주입층(19)의 두께는 5㎚ 이하이다. 정공 주입층(19)이 CuPc, MTDATA, 또는 이들의 혼합물과 같은 유기 화합물로 형성될 경우, 정공 주입층(19)의 두께는 대략 10㎚ 내지 80㎚가 바람직하다. 정공 주입층(19)이 CuPc와 MTDATA의 혼합물로 형성될 경우, CuPc와 MTDATA간 중량비는 1:1 내지 1.5:1의 범위이다.
적색 방출층(35)은 호스트 화합물로서 정공 이동 화합물을 함유하고 황색 도펀트 색소(14b)와 적색 도펀트 색소(14c)로 도핑된다. 즉, 적색 방출층(35)은 정공 이동 화합물, 및 이 정공 이동 화합물로 균일하게 분산된 황색 도펀트 색소(14b) 및 적색 도펀트 색소(14c)로 형성된다. 이 실시예에 있어 정공 이동 화합물의 PL 스펙트럼의 피크 파장은 청색 파장 대역(400-500㎚)에 나타나므로, 정공 이동 화합물은 청색 방출 화합물이다.
적색 방출층(35)에서 호스트 화합물로서 사용된 정공 이동 화합물은, 예컨대 구조식 [5]을 만족하고, 바람직하게는 구조식 [6] 또는 구조식 [7] 중 어느 하나를 만족하는 화합물이다. 정공 수송 화합물은 바람직하게는 화학식[8]에 도시된 바와 같이 NPB[N,N′-디(나프탈렌-1-yl)-N,N′-디페닐-벤지딘]이거나, 화학식[9]에 도시된 바와 같이 TPD[N,NO-디페닐-,NO-bis(3-메틸페닐)-1,10-디페닐-4,40-디아민]이다. 적색 방출층(35)은 상술한 화합물의 2종 이상의 혼합물을 함유한다. 그러나, 바람직하게는 NPB와 TPD 중 하나만이 적색 방출층(35)의 정공 수송 화합물로서 사용된다. 적색 방출층(35)의 두께는 대략 20㎚ 내지 60㎚이며, 40㎚가 바람직하다.
적색 방출층(35)에서, 황색 도펀트 색소(14b)의 중량 함유량은 적색 방출층(35)에서 적색 도펀트 색소(14c)의 중량 함유량보다 더 크다. 황색 도펀트 색소(14b)와 적색 도펀트 색소(14c)간 중량비는 대략 1.8:1 내지 2.2:1의 범위이며, 바람직하게는 대략 2:1이다.
바람직하게는, 황색 도펀트 색소(14b)는 제 1 실시형태와 같은 나프타센 유도체이다. 나프타센 유도체는 아릴(바람직하게는 페닐)기(바람직하게는 2 내지 6 아릴기)가 선택 위치상에 치환되는 나프타센 분자구조를 갖는다. 황색 도펀트 색소(14b)는, 예컨대 화학식[16]에 도시된 바와 같이 루브렌이다. 적색 도펀트 색소(14c)는, 예컨대 바람직하게는 화학식[17]을 만족하는 화합물이며, 더 바람직하게는 구조식 [18]에 도시된 바와 같이 DCM2 또는 구조식 [19]에 도시된 바와 같이 DCJTB이다. 그러나, 적색 도펀트 색소(14c)는 화학식[20]에 도시된 바와 같이 로다민 6G이거나 화학식[21]에 도시된 바와 같이 DCM일 수 있다. 더욱이, 상술한 화합물의 2종 이상의 혼합물은 적색 도펀트 색소(14c)로서 사용될 수 있다. 바람직하게는, DCJTB와 DCM2 중 하나만이 적색 도펀트 색소(14c)로서 사용된다. 황색 도펀트 색소(14b)와 적색 도펀트 색소(14c)의 전체 중량 함유량은 적색 방출층(35)의 정공 수송 화합물(호스트 화합물)에 관하여 0.1 내지 2 중량 퍼센트이다. 황색 도펀트 색소(14b)는 0.5 내지 1.5 중량 퍼센트(바람직하게는 1 중량 퍼센트)이고, 적색 도펀트 색소(14c)는 적색 방출층(35)의 정공 이동 화합물(호스트 화합물)에 관하여 0.25 내지 0.75 중량 퍼센트(바람직하게는 0.5 중량 퍼센트)이다.
청색 방출층(13)은 호스트 화합물로서 청색 방출 화합물은 함유하고 청색 도펀트 색소(14a)로 도핑된다. 즉, 청색 방출층(13)은 청색 방출 화합물, 및 이 청색 방출 화합물으로 분산되는 청색 도펀트 색소(14a)로 형성된다. 청색 방출층(13)의 청색 방출 화합물은, 예컨대 안트라센 유도체 또는 스티릴 유도체이다. 바람직하게, 스티릴 유도체는 제 1 실시형태와 같은 구조식 [10]을 만족한다. 스티릴 유도체는, 예컨대 구조식 [12]에 도시된 바와 같이 DPVBi[1,4-bis(2,2-디페닐비닐)비페닐)이거나 ADSO82[4,4′-bis(디페닐비닐렌)-비페닐]이 바람직하다. 안트라센 유도체는 화학식[12]에 도시된 바와 같이 β-ADN[9,10-디(2-나프틸)안트라센]이거나 화학식[13]에 도시된 바와 같이 TBADN[2-t-부틸-9,10-di(2-나프틸)안트라센]이 바람직하다. 이 실시예에서, 상술한 화합물의 2종 이상의 혼합물은 청색 방출 화합물로서 사용될 수 있지만, DPVBi 또는 ADSO82 중 하나만이 청색 방출 화합물로서 사용되는 것이 바람직하다.
청색 도펀트 색소(14a)는 화학식[14]에 도시된 바와 같이 제 1 실시예와 같은 페릴린 유도체 또는 Pe(페릴린)이다. 페릴린 유도체는 화학식[15]에 도시된 바와 같이 제 1 실시형태와 같은 TBPe[테트라(t-부틸)페릴린]이다. 상기 화합물의 혼합물은 청색 도펀트 색소(14a)로서 사용될 수 있다.
청색 방출층(13)의 두께는 대략 10㎚ 내지 30㎚이며, 20㎚가 더 바람직하다. 청색 도펀트 색소(14a)의 함유량은 청색 방출층(13)의 청색 방출 화합물(호스트 화합물)에 관하여 2 내지 4 중량 퍼센트, 바람직하게는 3 중량 퍼센트이다. 더욱이, 청색 방출층(13)은 청색 도펀트 색소(14a)로 도핑될 필요는 없다.
녹색 방출층(16)은, 바람직하게는 알킬레이트 화합물, 및 예컨대 화학식[22]에 도시된 바와 같이 Alq3[트리스-(8-하이드로옥시-퀴놀린)알루미늄]인 녹색 방출 화합물을 함유한다. 물론, 녹색 방출층은 다른 유기 화합물로 형성될 수 있다. 녹색 방출층(16)의 두께는 대략 10㎚ 내지 30㎚이며, 20㎚가 바람직하다.
상술한 바와 같이, 적색 방출층(35)의 두께는 녹색 방출층(16) 또는 청색 방출층(13) 중 어느 하나의 두께보다 더 크며, 청색 방출층(13) 또는 녹색 방출층(16) 중 어느하나의 두께에 대략 두배인 것이 바람직하다.
더욱이, 녹색 방출층(16)은 녹색 도펀트 색소로 도핑된 유기 화합물(예컨대 Alq3)을 함유할 수 있다. 녹색 도펀트 색소는 화학식 [23-1] 또는 [23-2]에 도시된 바와 같이 쿠마린 6 또는 C545T 등 이다.
유기층(21)이 삽입된 애노드(11)와 캐소드(18)는 배터리(22)에 연결된다. 전자 주입층(17)은 캐소드(18)와 유기층(21) 사이에 형성된다.
전압이 배터리(22)에 의해 애노드(11)와 캐소드(18) 사이에 인가될 경우, 정공은 애노드(11)로부터 주입되고 전자는 캐소드(18)로부터 주입된다. 애노드(11)로부터 주입된 정공은 정공 주입층(19)에 의해 적색 방출층(35)으로 들어간다. 적색 방출층(35)은 정공 이동층의 역할을 하므로, 적색 방출층(35)으로 들어간 정공은 적색 방출층(35)에 의해 청색 방출층(13) 및 녹색 방출층(16)으로 이동된다. 반면에, 캐소드(18)로부터 주입된 전자는 전자 주입층(17)에 의해 얻어지며, 이 후 적색, 청색, 및 녹색 방출층(35, 13, 및 16)으로 이동된다. 전자와 홀이 재결합된 후, 각각의 방출층(13, 15, 및 16)에서 각각 포획된 경계면에서 여기를 형성한다.
적색 방출층(35)에서의 여기 에너지는 NPB(청색 방출 화합물)에서 황색 도펀트 색소(14b)로 이동되는데, 왜냐하면 황색 도펀트 색소(14b)의 여기된 상태에서의 에너지 레벨은 청색 방출 화합물의 여기된 상태에서의 에너지 레벨보다 낮기 때문이다. 그 다음, 황색 도펀트 색소(14b)의 에너지는 적색 도펀트 색소(14c)로 이동되는데, 적색 도펀트 색소(14c)의 여기된 상태에서의 에너지 레벨은 황색 도펀트 색소(14b)의 여기된 상태의 에너지보다 더 낮기 때문이다. 이 때문에, 높은 색순도를 갖는 적색광은 적색 방출층(35)에서 발생된다. 청색광과 녹색광은 여기에 의해 청색 방출층(13)과 녹색 방출층(16)에서 각각 생성된다. 각각의 방출층에서 생성된 청색광, 적색광, 및 녹색광이 혼합되어, EL 소자(20)는 백색광을 방출한다.
상술한 바와 같이, 적색 방출층(35)은 적색 도펀트 색소(14c) 뿐만 아니라 황색 도펀트 색소(14b)로 도핑되므로, 적색 방출층(35)은 높은 색순도를 갖는 선명한 적색광을 방출할 수 있다. 이 때문에, 백색 유기 EL 소자(20)는 높은 색순도를 갖는 백색광을 방출할 수 있다.
제 5 실시형태에서, 적색 방출층(35)은 가장 우수한 정공 이동 특성을 갖는 청색 방출 화합물(NPE)로 형성된다. 즉, 제 5 실시형태에서, 유기층(21)은 정공 이동층을 가질 필요가 없다; 따라서, 백색 유기 EL 소자는 더 간단한 구조에 의해 얻어질 수 있다. 물론, 정공 이동층은 제 1 실시형태와 비슷한 방법으로 적색 방출층(35)과 정공 주입층(19) 사이에 형성될 수 있다.
더욱이, 후술되는 바와 같이 인가전압이 변화되는 경우, 백색 유기 EL 소자(40)의 컬러 밸런스는 동일하다.
더욱이, 적색 방출층(35)은 적색 도펀트 색소(14b) 또는 황색 도펀트 색소(14c) 중 어느 하나만으로 도핑될 수 있다. 이 경우에, 적색 도펀트 색소(14b) 또는 황색 도펀트 색소(14c)의 함유량은 호스트 화합물에 관하여 0.5 내지 2.0 중량 퍼센트이며, 1 중량 퍼센트가 바람직하다.
물론, 상술한 화합물 이외의 화합물은 상기 실시형태에서의 백색 유기 EL 소자를 구성하는 각 층의 화합물로서 사용될 수 있다.
도 6은 제 6 실시형태의 백색 유기 EL 소자를 나타낸다. 제 6 실시형태의 백색 유기 EL 소자(40)는 정공 주입층(19)을 제외하고는 제 5 실시형태의 것과 동일하다. 따라서, 제 6 실시형태의 유기층(21)은 정공 주입층(19)을 제외하고는 제 5 실시형태의 것과 동일하다.
제 6 실시형태에서, 정공 주입층(정공 버퍼층)(19)은 제 1 정공 주입층(19a)과 제 2 정공 주입층(19b)으로 구성된다. 제 1 정공 주입층(19a)과 제 2 정공 주입층(19b)은 애노드(11)측으로부터 순차적으로 형성되어 있다. 제 1 정공 주입층(19a)은 화학식[4-2]에서 도시된 바와 같이 CuPc을 함유하고, 제 2 정공 주입층(19b)은 화학식[4]에서 도시된 바와 같이 MTDATA를 함유한다.
제 2 정공 주입층(19b)의 두께는 제 1 정공 주입층의 두께보다 더 크며, 대략 12㎚ 내지 18㎚ 이다. 제 1 정공 주입층(19a)의 두께는 대략 2㎚ 내지 대략 8㎚ 이다.
제 6 실시형태에서, CuPc와 MTDATA으로 정공 주입층(19)을 형성하기 때문에, 방출층(35, 13, 및 16)으로 주입된 정공은 감소될 수 있다. 따라서, 각각의 방출층에서, 정공의 수가 전자의 수와 균형이 이루어져, 백색 유기 EL 소자(40)의 발광 효율이 증가될 수 있다.
제 6 실시형태에서, 정공 주입층(19)만이 CuPc와 MTDATA에 의해 형성될 경우, 정공 주입층(19)은 제 5 실시형태와 비슷한 단일층으로 구성될 수 있다. 즉, 정공 주입층(19)은 CuPc와 MTDATA의 혼합물로 형성될 수 있다. 이 경우에, CuPc와 MTDATA간 중량비는, 예컨대 1:1 내지 1.5:1의 범위이고, 정공 주입층(19)의 두께는 제 5 실시형태와 같은 대략 10㎚ 내지 80㎚이다.
더욱이, 정공 주입층(19)을 제외한 유기층(21)의 구조는 상술한 바와 같은 구조에 제한되지 않으며, 상술한 구조이외의 다른 구조를 사용하여 형성될 수 있다.
제 1 내지 제 6 실시형태에서, 베이스 부재(10)는 상술한 바와 같이 상기 실시형태의 애노드(11) 측상에 형성된다. 또한, 베이스 부재(10)는 상기 실시형태의 캐소드(18) 측상에 형성될 수 있다. 더욱이, 캐소드(18)는 광 투과성의 화합물로 형성될 수 있고, 백색광은 캐소드(18)를 통해 이동될 수 있다. 또, 베이스 부재(10)는 유리 이외의 다른 물질, 예컨대 수지로 형성될 수 있다.
[실시예]
본 발명은 이 발명의 실시예 뿐만 아니라 비교예를 참조해서 설명될 것이다. 본 발명은 이들 실시예에 의한 어떤 방식에 제한되지 않음을 주목해라.
[실시예 1]
실시예 1은 제 1 실시형태에 대응한다. 그러나, 실시예 1에서, 유기층(21)은 정공 주입층(19)과 전자 이동층(25)을 갖지 않는다. 더욱이, 적색 방출층(15)은 적색 도펀트 색소(14c)만으로 도핑되고, 청색 방출층(13)은 청색 도펀트 색소(14a)로 도핑되지 않는다. 즉, 실시예 1의 백색 유기 EL 소자는 후술되는 바와 같이 제조된다. 먼저, 광을 통과시킬 수 있는 유리판이 베이스 부재(10)로서 준비되고, ITO는 100㎚의 두께를 갖는 애노드(11)가 형성되도록 유리판상에 증착된다. 그 다음, 화학식[8]에 도시된 바와 같은 NPB는 90㎚의 두께를 갖는 정공 이동층(12)이 형성되도록 애노드(11)상에 증착된다. ADSO82[4,4′-bis(디페닐-비닐렌)비페닐], 즉 청색 방출 화합물은 20㎚의 두께를 갖는 청색 방출층(13)이 형성되도록 정공 이동층(12)상에 증착된다. 이어서, 화학식[19]에 도시된 바와 같은 ADSO82와 DCJTBS는 청색 방출층(15)상에 동시에 증착되어서, 10㎚의 두께를 갖는 적색 방출층(15)이 형성된다. 화학식[22]에 도시된 바와 같은 Alq3는 25㎚의 두께를 갖는 녹색 방출층(16)이 형성되도록 적색 방출층상에 증착된다. 그 다음, LiF는 0.7㎚의 두께를 갖는 전자 주입층(17)이 형성되도록 녹색 방출층상에 증착된다. 알루미늄은 캐소드(18)가 형성되도록 전자 주입층(17)상에 증착되며, 상기 공정으로 인해 백색 유기 EL 소자(20)가 얻어진다. 또한, 실시예 1에서의 증착은 PVD의 진공 증착이다.
[실시예 2]
실시예 2는 제 2 실시형태에 대응한다. 실시예 2는 청색 방출층(113)과 적색 방출층(15)의 층순서가 반대로 된것을 제외하고는 실시예 1의 것과 같은 구조를 갖는다. 즉, 적색 방출층(15), 청색 방출층(13), 및 녹색 방출층(16)은 실시예 2의 백색 유기 EL 소자(20)에서 애노드(11)측으로 순차적으로 형성되어 있다.
[실시예 3]
실시예 3은 제 2 실시형태에 대응한다. 실시예 3은 정공 이동층(11)의 두께를 제외하고는 실시예 2의 것과 같은 구조를 갖는다. 실시예 3에서, 정공 이동층(12)의 두께는 40㎚이다.
[실시예 4]
실시예 4는 제 3 실시형태에 대응한다. 실시예 4에서, 유기층(21)은 정공 주입층(19)과 전자 이동층(25)을 갖지 않으며, 적색 방출층(15)은 적색 도펀트 색소(14c)만으로 도핑되고, 제 1 및 제 2 청색 방출층(13a,13b)은 청색 도펀트 색소(14a)로 도핑되지 않는다.
즉, 실시예 4의 백색 유기 EL 소자는 후술되는 바와 같이 제조된다. 먼저, 베이스 부재(10), 애노드(11), 및 정공 이동층(12)은 실시예 1과 같은 방법으로 형성된다. 그 다음, 5㎚의 두께를 갖는 제 1 청색 방출층(13a)은 정공 이동층(12)상에서 ADS082으로 형성된다. 이어서, 10㎚의 두께를 갖는 적색 방출층(15)은 제 1 청색 방출층(13a)상에서 화학식[19]에 도시된 바와 같이 ADS082와 DCJTB으로 형성된다. 15㎚의 두께를 갖는 제 2 청색 방출층(13b)은 적색 방출층(15)상에 ADS082으로 형성된다. 녹색 방출층(16), 전자 주입층(17), 및 캐소드(18)는 실시예 1과 같은 방식으로 제 2 청색층(13b)상에 형성되고, 상기 공정으로 인해 백색 유기 EL 소자(20)가 얻어진다.
[실시예 5-6]
실시예 5, 6은 제 3 실시형태에 대응한다. 실시예 5, 6은 제 1, 제 2 청색 방출층(13a,13b), 및 적색 방출층(15)의 두께를 제외하고는 실시예 4의 것과 같은 구조를 갖는다.
즉, 실시예 5에서 제 1 청색 방출층(13a), 적색 방출층(15), 및 제 2 청색 방출층(13b)의 두께는 각각 10㎚, 10㎚, 및 10㎚이다.
실시예 6에서, 제 1 청색 방출층(13a), 적색 방출층(15), 및 제 2 청색 방출층(13b)의 두께는 각각 15㎚, 10㎚, 및 5㎚이다.
[실시예 7]
실시예 7은 제 4 실시형태에 대응한다. 그러나, 실시예 7에서 유기층(21)은 정공 주입층(19)과 전자 이동층(25)을 갖지 않으며, 적색 방출층(15)은 적색 도펀트 색소(14c)만으로 도핑되고, 제 1 및 제 2 청색 방출층(13a,13b)은 청색 도펀트 색소(14a)로 도핑되지 않는다.
즉, 실시예 7의 백색 유기 EL 소자는 후술되는 바와 같이 제조된다. 먼저 베이스 부재(10), 애노드(11), 및 정공 이동층(12)은 실시예 1과 같은 방식으로 형성된다. 그 다음, 10㎚의 두께를 갖는 제 1 청색 방출층(13a)은 정공 이동층(12)상에서 ADS082로 형성된다. 5㎚의 두께를 갖는 제 2 녹색 방출층(16b)은 제 1 청색 방출층(13a)상에서 ADS082와 쿠마린 6으로 형성된다. 5㎚의 두께를 갖는 적색 방출층(15)은 제 2 녹색 방출층(16b)상에서 ADS082와 DCJTB로 형성된다. 이어서, 10㎚의 두께를 갖는 제 2 청색 방출층(13b)은 적색 방출층(15)상에서 ADS082로 형성된다. 그 다음, 25㎚의 두께를 갖는 제 1 녹색 방출층(16a)은 제 2 청색 방출층(13b)상에서 Alq3로 형성된다. 그 후, 전자 주입층(17)과 캐소드(18)는 실시예 1과 같은 방식으로 제 1 녹색 방출층(16a)상에서 형성되고, 상기 공정으로 인해 백색 유기 EL 소자(20)가 얻어진다.
[실시예 8]
실시예 8은 제 4 실시형태에 대응한다. 실시예 8은 제 1 청색 방출층(13a), 제 2 녹색 방출층(16b), 및 적색 방출층(15)의 두께와 층 순서가 변화된 것을 제외하고는 실시예 7의 구조와 같다.
실시예 8에서, 5㎚의 두께를 갖는 제 1 청색 방출층(13a), 5㎚의 두께를 갖는 적색 방출층(13a), 5㎚의 두께를 갖는 제 2 녹색 발광층(16b), 및 10㎚의 두께를 갖는 제 2 청색 방출층(13b)은 정공 이동층(12)상에 순차적으로 형성되어 있다.
[실시예 9]
실시예 9는 정공 이동층(12)과 녹색 방출층(16)을 제외하고는 실시예 6의 구조와 같다. 즉, 실시예 9에서 40㎚의 두께를 갖는 정공 이동층(12)은 화학식[9]에서 도시된 바와 같이 TPD로 형성된다. 더욱이, 녹색 방출층(16)의 두께는 20㎚이다.
더욱이, 적색 도펀트 색소(14c)의 함유량은 실시예 1 내지 9에서 적색 방출층(15)을 형성한 청색 방출 화합물(호스트 화합물)에 관하여 2 중량 퍼센트이다. 반면에, 녹색 도펀트 색소(14d)의 함유량은 제 1 녹색 방출층(16a)을 형성한 청색 방출 화합물(호스트 화합물)에 관하여 1 중량 퍼센트이다.
[실시예 10]
실시예 10은 제 4 실시형태에 대응한다. 실시예(10)의 백색 유기 EL 소자(40)는 황색 도펀트 색소(14b)와 적색 도펀트 색소(14c)로 도핑된 적색 방출층을 갖는다.
즉, 실시예 10의 백색 유기 EL 소자는 후술되는 바와 같이 제조된다. 먼저, 베이스 부재(10)와 애노드(11)는 실시예 1과 같은 방식으로 형성된다. 그 다음, 60㎚의 두께를 갖는 정공 주입층(19)은 MTDATA로 형성된다. 40㎚의 두께를 갖는 적색 방출층(35)은 정공 주입층(19)상에 NPB, 루브렌, 및 DCJTB로 형성된다. 20㎚의 두께를 갖는 청색 방출층(13)은 적색 방출층(13)상에 DPVBi와 TPBe에 의해 형성된다. 이어서, 20㎚의 두께를 갖는 녹색 방출층(16)은 청색 방출층(13)상에 Alq3로 형성된다. 전자 주입층(17)과 캐소드(18)는 실시예 1과 같은 방식으로 녹색 방출층(16)상에서 순차적으로 형성되고, 상기 공정으로 인해 백색 유기 EL 소자(40)가 얻어진다.
실시예 10에서, TBPe의 함유량은 청색 방출층(13)을 형성한 DPVBi(청색 방출 화합물)에 관하여 3 중량 퍼센트이다. 더욱이, 루브렌과 DCJTB의 함유량은 적색 방출층(35)을 형성한 NPB(청색 방출 화합물)에 관하여 각각 1 중량 퍼센트, 및 0.5 중량 퍼센트이다.
[실시예 11]
실시예 11은 적색 방출층(35)이 황색 도펀트 색소(14b)만으로 도핑되는 것을 제외하고는 실시예 10과 같은 구조이다. 즉, 적색 방출층(35)은 NPB과 루브렌으로 형성된다. 루브렌의 함유량은 적색 방출층(35)를 형성한 NPB(청색 방출 화합물)에 관하여 1 중량 퍼센트이다.
[실시예 12]
실시예 12는 루브렌의 함유량과 층의 두께를 제외하고는 실시예 11과 같은 구조이다. 즉, 루브렌의 함유량은 실시예 12에서 적색 방출층(35)을 형성한 NPB에 관하여 2 중량 퍼센트이다. 더욱이, 정공 주입층(19), 적색 방출층(35), 청색 방출층(13), 및 녹색 방출층(16)의 두께는 각각 30㎚, 40㎚, 20㎚, 20㎚이다.
[실시예 13]
실시예 13은 정공 주입층(19)를 제외하고는 실시예 12와 같은 구조이다. 정공 주입층(19)은 실시예 12에서 화학식[4]에서 도시된 바와 같이 MTDATA로 형성되지만, 실시예 13에서 화학식[4-2]에서 도시된 바와 같이 CuPc로 형성된다.
[실시예 14]
실시예 14는 제 6 실시형태에 대응한다. 실시예 14는 정공 주입층(19)을 제외하고는 실시예 12와 같은 구조이다. 정공 주입층(19)은 실시예 14에서 MTDATA와CuPc의 혼합물로 형성된다. MTDATA와 CuPc간 중량비는 1.2:1이다. 더욱이, MTDATA와 CuPc는 실시예 14에서 정공 주입층을 형성하기 위해 동시에 증착된다.
[실시예 15]
실시예 15는 제 6 실시형태에 대응한다. 실시예 15는 정공 주입층(19)과 루브렌의 함유량을 제외하고는 실시예 11과 같은 구조이다. 실시예 15에서, 정공 주입층(19)는 애노드(11)로부터 제 1 정공 주입층(19a)과 정공 주입층(19b)을 순차적으로 갖는다. 제 1 정공 주입층(19a)은 CuPc로 형성되고 제 2 정공 주입층(19b)은 MTDATA로 형성된다. 제 1 정공 주입층(19a)과 제 2 정공 주입층(19b)은 각각 5㎚, 및 15㎚의 두께를 갖는다. 더욱이, 루브렌의 함유량은 적색 방출층(35)을 형성한 NPB에 관하여 2 중량 퍼센트이다.
[비교예 1]
비교예 1의 백색 유기 EL 소자는 후술되는 바와 같이 제조되어 상기 실시예의 효과를 나타낸다. 먼저, 베이스 부재(10), 애노드(11), 및 정공 주입층(19)은 실시예 10과 같은 방식으로 형성된다. 그 다음, 20㎚의 두께를 갖는 정공 이동층은 정공 주입층상에 NPB로 형성된다. 그 후, 10㎚의 두께를 갖는 청색 방출층은 정공 이동층상에 DPVBi와 TBPe로 형성된다. 그 다음, 10㎚의 두께를 갖는 적색 방출층은 청색 방출층상에 루브렌과 Alq3로 형성된다. 이 후, 20㎚의 두께를 갖는 녹색 발광층은 적색 발광층상에 Alq3로 형성된다. 전자 주입층과 캐소드는 실시예 1과 같은 방식으로 녹색 방출층상에 형성되고, 상기 공정으로 인해 비교예 1의 백색 유기 EL 소자가 얻어진다.
비교예 1에서, TBPe의 함유량은 청색 발광층을 형성한 DPVBi(청색 방출 화합물)에 관하여 3 중량 퍼센트이다. 더욱이, 루브렌의 함유량은 적색 방출층을 형성한 Alq3에 관하여 1 중량 퍼센트이다.
더욱이, 실시예 2-14와 비교예 1의 EL 소자의 각 층은 실시예 1과 같은 방식으로 증착에 의해 형성된다.
도 7-24는 인가전압이 4, 6, 8, 및 10V일 경우, EL(전자 발광) 실시예 1-9의 스펙트럼과 색도 좌표를 나타낸다.
도 8에 도시된 바와 같이, 실시예 1의 백색 유기 EL 소자는 거의 백색광(인가전압이 10V를 제외하고는)을 방출한다. 색도의 차이는, 인가전압이 4V에서 8V의 범위에서 변할 경우, 매우 작다.
도 9-12에 도시된 바와 같이, 실시예 2와 3에서 색도의 차이는, 인가전압이 4V에서 10V의 범위에서 변할 경우, 매우 작다. 그러나, 색도 좌표에 나타낸 바와 같이, 실시예 2와 3의 백색 유기 EL 소자의 방출광은 황색광에 근접한다.
도 7-12에 도시된 바와 같이, 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태에서 인가 전압이 변화되는 경우, 백색 유기 EL 소자가 방출하는 광의 색 밸런스는 변화되지 않는다. 더욱이, 청색 방출층, 적색 방출층, 및 녹색 방출층이 애노드측으로부터 순차적으로 형성되는 경우, 고순도의 백색광이 얻어진다.
도 13-18은 실시예 4, 5, 및 6의 EL 스펙트럼과 색도 좌표를 나타낸다. 실시예 4, 5, 및 6의 결과에서 볼 수 있듯이, 상기 소자가 두 개의 청색 방출층을 가질 경우, 백색 유기 EL 소자는 또한 거의 백색광을 방출한다. 더욱이, 인가전압이 변화되는 경우, 실시예 1, 2, 및 3과 비슷한 실시예 4, 5, 및 6에서 색도는 변화되지 않는다.
도 19-22는 실시예 7 및 실시예 8의 EL 스펙트럼과 색도 좌표를 각각 나타낸다. 소자가 두개의 청색 방출층 사이에 녹색 방출층을 가질 경우, 실시예 7, 8의 결과에서 볼 수 있듯이 백색 유기 EL 소자는 EL 거의 백색광을 방출한다. 인가 전압이 변화되는 경우, 실시예 1-6과 비슷한 실시예 7, 8에서 색도는 변화되지 않는다.
도 23과 도 24는 실시예 9의 EL 스펙트럼과 색도 좌표를 나타낸다. 정공 이동층이 NPB에서 TPD로 바뀔 경우, 백색 유기 EL 소자는 인가 전압에 따라 칼라 발란스가 바뀌지 않는 백색광을 방출한다.
도 25, 26, 및 27은 인가 전압이 4V 내지 9V 범위에서 변화되는 경우, 실시예 10, 11, 및 비교 실시예 1의 EL 스펙트럼을 나타낸다. 도 25, 26, 및 27의 EL 스펙트럼은 정규화된 스펙트럼이다. 각각의 전압(4-9V)으로 측정된 가장 큰 웨이브 피크의 EL 강도가 1.0으로 조정되어, 정규화된 스펙트럼이 얻어진다.
도 25, 26에 도시된 바와 같이, 인가 전압이 4V 내지 8V에서 변화되는 경우, 정규화된 스펙트럼은 실시예 10 ,11의 것과 거의 같다. 즉, 인가 전압이 변화되는 경우, 도 10 , 11에서의 색 밸런스는 변화되지 않는다. 더욱이, 도 28에서의 색도 좌표는 도 10에서의 인가 전압과 색도간 관계를 나타내므로, 또한 이 도면과 마찬가지로 인가 전압에 따라서 도 10에서의 색 밸런스는 변화되지 않는다.
반면에, 인가 전압이 증가됨에 따라, 비교 실시예 1의 정규화된 스펙트럼에서의 580㎚ 주위의 피크치 EL 강도가 떨어진다. 즉, 상기 인가 전압이 5V 내지 9V에서 증가될 경우, 황색광 및 적색광의 강도는 감소하고 EL 소자가 방출하는 광의 색 밸런스는 비교예 1에서 변화된다.
도 29 및 30은 실시예 10 및 실시예 11과 비교예 1에서 애노드와 캐소드에 인가된 전압과 전류 밀도간 관계를 나타낸다. 도 31 및 32는 전류 밀도와 발광 효율간 관계를 나타낸다. 도 31, 32에 도시된 바와 같이 실시예 1, 2의 EL 소자의 발광 효율은 비교예 1의 발광 효율보다 훨씬 더 좋다. 더욱이, 전압 4, 6, 및 8V에서 측정된 실시예 10의 EL 소자의 발광 효율은 각각 31, 886, 7352 cd/㎡이다. 따라서, 제 5 실시형태의 EL 소자는 고전압에서 높은 발광 효율의 광을 방출한다.
도 33은 동일 전압 9V가 EL 소자에 인가될 경우, 실시예 12-14에서의 전자 발광(EL) 스펙트럼을 나타낸다. 도 34는 실시예 12-14에서의 전류 밀도와 발광간 관계를 나타낸다.
도 33 및 34에서 도시된 바와 같이, CuPc가 정공 주입층(19)으로 사용될 경우, 발광 효율은 MTDATA가 같은 목적에 사용된 경우보다 더 좋다. 더욱이, CuPc와 MTDATA의 혼합물이 정공 주입층(19)으로 사용될 경우, 발광 효율이 크게 증가한다는 것은 놀라운 일이다.
도 35는 실시예 12, 13, 및 15에서의 전류 밀도와 발광 효율간 관계를 나타낸다. 도 35에 도시된 바와 같이, 정공 주입층(19)이 CuPc 또는 MTDATA만으로 구성되는 경우에 비해, 정공 주입층(19)이 CuPc와 MTDATA로 구성되는 경우, 발광 효율은 크게 증가된다.
본 발명의 실시형태가 첨부 도면을 참조하여 본원에서 기술되었지만, 상기 발명의 범위를 벗어남이 없이 당업자에 의해 분명히 많은 수정과 변경이 이루어질 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 백색 유기 전자 발광 소자는 높은 색순도를 갖고 백색광을 방출할 수 있고, 유기 EL 소자에 인가된 전압에 따라 변화되지 않고 색 밸런스를 갖는 백색광을 방출할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태의 유기 EL 소자를 나타내는 투시도이며,
도 2는 본 발명의 제 2 실시형태의 유기 EL 소자를 나타내는 투시도이며,
도 3은 본 발명의 제 3 실시형태의 유기 EL 소자를 나타내는 투시도이며,
도 4는 본 발명의 제 4 실시형태의 유기 EL 소자를 나타내는 투시도이며,
도 5는 본 발명의 제 5 실시형태의 유기 EL 소자를 나타내는 투시도이며,
도 6은 본 발명의 제 6 실시형태의 유기 EL 소자를 나타내는 투시도이며,
도 7은 실시예 1에서 측정된 전자 발광의 스펙트럼의 도면이며,
도 8은 실시예 1에서 색도 좌표의 도면이며,
도 9는 실시예 2에서 측정된 전자 발광의 스펙트럼의 도면이며,
도 10은 실시예 2에서 색도 좌표의 도면이며,
도 11은 실시예 3에서 측정된 전자 발광의 스펙트럼의 도면이며,
도 12는 실시예 3에서 색도 좌표의 도면이며,
도 13은 실시예 4에서 측정된 전자 발광의 스펙트럼의 도면이며,
도 14는 실시예 4에서 색도 좌표의 도면이며,
도 15는 실시예 5에서 측정된 전자 발광의 스펙트럼의 도면이며,
도 16은 실시예 5에서 색도 좌표의 도면이며,
도 17은 실시예 6에서 측정된 전자 발광의 스펙트럼의 도면이며,
도 18은 실시예 6에서 색도 좌표의 도면이며,
도 19는 실시예 7에서 측정된 전자 발광의 스펙트럼의 도면이며,
도 20은 실시예 7에서 색도 좌표의 도면이며,
도 21은 실시예 8에서 측정된 전자 발광의 스펙트럼의 도면이며,
도 22는 실시예 8에서 색도 좌표의 도면이며,
도 23은 실시예 9에서 측정된 전자 발광의 스펙트럼의 도면이며,
도 24는 실시예 9에서 색도 좌표의 도면이며,
도 25는 실시예 10에서 측정된 전자 발광의 스펙트럼의 도면이며,
도 26은 실시예 11에서 측정된 전자 발광의 스펙트럼의 도면이며,
도 27은 비교예 1에서 측정된 전자 발광의 스펙트럼의 도면이며,
도 28은 실시예 10에서 색도 좌표의 도면이며,
도 29는 실시예 10에서 인가된 전압과 전류 세기간 관계를 보이는 그래프이며,
도 30은 실시예 11과 비교예 1에서의 인가된 전압과 전류 세기간의 관계를 보이는 그래프이며,
도 31은 실시예 10의 전류 세기와 발광 효율간 관계를 보이는 그래프이며,
도 32는 실시예 11과 비교예 1에서의 전류 세기와 발광 효율간 관계를 보이는 그래프이며,
도 33은 실시예 12, 13, 및 14에서 측정된 전자 발광의 스펙트럼의 도면이며.
도 34는 실시예 12, 13, 및 14 의 전류세기와 발광효율간 관계를 보이는 그래프이고,
도 35는 실시예 12, 13, 및 14의 전류세기와 발광효율간 관계를 보이는 그래프이다.

Claims (19)

  1. 백색광을 방출하는 유기 전자 발광 소자에 있어서,
    기판상의 캐소드와 애노드 사이의 유기층으로서,
    적어도 청색광을 방출하는 제 1 청색 방출층, 녹색광을 방출하는 제 1 녹색 방출층, 및 적색광을 방출하고 황색 도펀트 색소와 적색 도펀트 색소 중 하나 이상으로 도핑된 청색 방출 화합물을 함유하는 적색 방출층을 갖는 유기층을 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 유기 전자 발광 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 청색 방출 화합물은 정공 이동 화합물인 것을 특징으로 하는 백색 유기 전자 발광 소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 정공 이동 화합물은 구조식 [1]을 만족하며; 또한 상기 구조식의 R¹,R²,R³, 및 R⁴는 아릴기인 것을 특징으로 하는 백색 유기 전자 발광 소자.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 정공 이동 화합물은 NPB인 것을 특징으로 하는 백색 유기 전자 발광 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기층은 상기 애노드로부터 상기 적색 방출층, 상기 제 1 청색 방출층, 및 상기 제 1 녹색 방출층의 순서로 구성되는 것을 특징으로 하는 백색 유기 전자 발광 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 적색 방출층은 상기 적색 도펀트 색소, 상기 적색 도펀트 색소를 함유하고, 상기 적색 도펀트 색소는 구조식 [2]를 만족하는 것을 특징으로 하는 백색 유기 전자 발광 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 적색 방출층은 상기 황색 도펀트 색소 및 상기 적색 도펀트 색소를 함유하는 것을 특징으로 하는 백색 유기 전자 발광 소자.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 황색 도펀트 색소의 함유량은 상기 적색 도펀트 색소의 함유량보다 더 큰 것을 특징으로 하는 백색 유기 전자 발광 소자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 황색 도펀트 색소와 상기 적색 도펀트 색소간 중량비는 1.8:1 내지 2.2:1의 범위인 것을 특징으로 하는 백색 유기 전자 발광 소자.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 황색 도펀트 색소 및 상기 적색 도펀트 색소의 전체 중량은 상기 청색 방출 화합물의 무게에 관하여 2 중량 퍼센트 이하인 것을 특징으로 하는 백색 유기 전자 발광 소자.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 청색 방출층은 청색 도펀트 색소를 함유하는 것을 특징으로 하는 백색 유기 전자 발광 소자.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 청색 방출 화합물은 구조식 [3]을 만족하며; 또한, 구조식의 R¹,R²,R³, R⁴,R5 ,및 R6 는 수소 원자 또는 아릴기이며; R ¹,R², 및 R³ 중 하나 이상은 아릴기이고 R⁴,R5 ,및 R6 중 하나 이상은 아릴기(13)인 것을 특징으로 하는 백색 유기 전자 발광 소자.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기층은 상기 애노드측으로부터 상기 제 1 청색 방출층, 상기 적색 방출층, 및 상기 제 1 녹색 방출층의 순서로 구성되는 것을 특징으로 하는 백색 유기 전자 발광 소자.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 유기층은 상기 적색 방출층과 상기 제 1 녹색 방출층 사이에 제 2 청색 방출층을 갖는 것을 특징으로 하는 백색 유기 전자 발광 소자.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 유기층은 상기 제 2 청색 방출층의 상기 애노드측상에 제 2 녹색 방출층을 갖는 것을 특징으로 하는 백색 유기 전자 발광 소자.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기층은 상기 애노드에 가장 가까운 측에 정공 주입층을 갖고, 상기 정공 주입층은 CuPc 또는 MTDATA를 함유하는 것을 특징으로 하는 백색 유기 전자 발광 소자.
  17. 광을 방출하는 유기 전자 발광 소자에 있어서,
    기판상에 캐소드와 애노드 사이에 상기 광을 방출하는 유기층으로서, 상기 애노드에 가장 가까운 측에 정공 주입층을 갖는 상기 유기층을 포함하며, 상기 정공 주입층은 CuPc 또는 MTDATA를 함유하는 것을 특징으로 하는 유기 전자 발광 소자.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 정공 주입층은 CuPc를 함유하는 제 1 정공 주입층과 MTDATA를 함유하는 제 2 정공 주입층을 갖는 것을 특징으로 하는 유기 전자 발광 소자.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 정공 주입층은 CuPc 또는 MTDATA의 혼합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 유기 전자 발광 소자.
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