KR20080086994A - 서로 적층된 다수의 유기 전계발광 유닛을 구비한 유기발광 소자 - Google Patents

서로 적층된 다수의 유기 전계발광 유닛을 구비한 유기발광 소자 Download PDF

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앙스가르 베르너
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Abstract

본 발명은 유기 발광 소자에 관한 것으로서, 애노드(2); 캐소드(4); 및 상기 애노드(2)와 상기 캐소드(4) 사이에 스택 또는 반전 스택으로 상호 제공되는 다수의 유기 전계발광 유닛들(3.1, ..., 3.m; m ≥ 2)을 포함하며, 상기 유기 전계발광 유닛들(3.1, ..., 3.m) 각각은 전계 발광 존을 포함하고, 상기 유기 전계발광 유닛들(3.2, ..., 3.m) 중 적어도 일부는 p-형 도핑된 홀-수송층 및/또는 n-형 도핑된 전자-수송층을 포함한다.

Description

서로 적층된 다수의 유기 전계발광 유닛을 구비한 유기 발광 소자{AN ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE WITH A PLURALITY OF ORGANIC ELECTROLUMINESCENT UNITS STACKED UPON EACH OTHER}
본 발명은 서로 적층된 다수의 유기 전기장 발광 유닛들을 구비한 유기 발광 소자에 관한 것이다.
유기 전계발광(electroluminescent; EL) 소자는 디스플레이 또는 광원 분야에서의 응용에 관심이 증가되고 있다. 이러한 유기 발광 소자 또는 유기 발광 다이오드(OLED)는 전자 소자로서, 전기 전위가 인가되면 발광한다.
이러한 OLED의 구조는 애노드, 유기 전계발광 매체 및 캐소드를 차례로 포함한다. 애노드와 캐소드 사이에 위치하는 전계발광 매체는 일반적으로 유기 홀-수송층(HTL) 및 전자-수송층(ETL)로 구성된다. 그 후 전자와 홀이 결합하여 여기자(exciton)를 형성하는 HTL과 ETL 간의 경계 근처에서 광을 방출한다. 이러한 층 구조는 Tang 등에 의해 "Organic Electroluminescent Diodes", Applied Physics Letters, 51, 913 (1987) 및 공동으로 양수된 US-A-4,769,292에서 사용되었으며, 처음으로 고효율 OLED를 실연하였다.
그 후로부터, 여러 대안적인 유기층 구조들이 개시되었다. 상기와 같은 HTL 과 ETL 사이에 유기 발광층(EML)을 포함하는 3층 OLED의 일 예는 Adachi 등에 의해 "Electroluminescence in Organic Films with Three-Layer Structure", Japanese Journal of Applied Physics, 27, L269 (1988)에서 개시되었고, 또한 Tang 등에 의해 "Electroluminescence of Doped Organic Thin Films", Journal of Applied Physics, 65, 3610 (1989)에서도 개시되었다. EML은 게스트 물질(guest material)로 도핑된 호스트 물질(host material)로 구성될 수 있지만, 순수한 발광층들이 단일 물질로부터 형성될 수도 있다. 게다가 EML은 둘 이상의 서브층들을 포함할 수 있다. 그리고 층 구조는 HTL / EML / ETL로 표시된다. 추가 개발은 다층 OLED를 제시하는데, 이는 EML과 HTL 및/또는 ETL 사이에 홀-주입층(HIL) 및/또는 전자-주입층(EIL) 및/또는 홀-차단층(HBL) 및/또는 전자-차단층(EBL) 및/또는 다른 타입의 증간층들을 각각 추가로 포함한다. 이러한 개발은 중간층이 여기자 및 전하 캐리어를 발광 존(emission zone) 내에 한정시키고 발광 영역(emissive region)과 수송층들의 경계에서의 소멸(quenching)을 최소화시킴으로써 소자 성능을 추가로 향상시킨다. 또한 이들은 수송층들에서 발광 존으로의 주입 배리어(injection barrier)를 감소시켜, 전계발광 소자의 동작 전압을 감소시킬 수도 있다.
OLED 성능의 추가 향상은 EP 0 498 979 A1에 개시된 도핑된 전하 캐리어 수송층들의 사용에 의해 달성될 수 있다.
이러한 목적으로, ETL은 알칼리 금속과 같은 전자 공여체(electron donor)로 도핑되며, HTL은 F4-TCNQ와 같은 전자 수용체(electron acceptor)로 도핑된다. 도핑된 수송층들을 사용하는 OLED는 일반적으로 PIN-OLED로 알려져 있다. 이들은 극 히 낮은 동작 전압을 특징으로 하며, 흔히 방출된 광의 파장만큼 열역학적 제한 세트(thermodynamic limit set)에 근사하게 된다.
예컨대 작동 수명 또는 전류 효율성과 같은 OLED의 성능을 추가로 향상시키기 위해서, 적층형(stacked) 또는 캐스케이드형(cascaded) OLED 구조가 제안되었으며, 여기서 몇몇의 개별 OLED는 수직으로 적층된다. 일반적으로 이러한 적층형 유기 전계발광 소자에서 OLED 성능의 향상은, 개별 OLED들은 일렬로 연결됨에 따른, 증가된 동작 전압과 결합된 동작 전류 밀도의 전체적인 감소에 기인한다. 이러한 설계는 유기층들에 주입되고 수송되는 전류가 감소되기 때문에 유기층들의 응력을 더 낮춘다.
추가적으로, 한 소자 내의 몇몇의 OLED 유닛들의 적층은, 예컨대 백색 발광 소자를 만들기 위해서, 한 소자에서 여러 색들을 혼합할 수 있게 한다.
이러한 적층형 또는 캐스케이드형 유기 전계발광 소자들의 실현은 예컨대 수직으로 적층된 몇몇의 OLED들에 의해 달성될 수 있으며, 이 OLED 각각은 전원에 독립적으로 연결되며, 따라서 동일한 색의 광 또는 다른 색의 광을 독립적으로 방출할 수 있다. 이러한 설계는 증가된 집적 밀도(integrated density)를 갖는 풀 컬러 디스플레이(full color display) 또는 다른 발광 소자들에 사용되도록 제안되었다(참고 US-A-5,703,436, US-A-6,274,980).
적층형 소자 내에 개별 OLED들 각각을 연결시켜야 한다는 필요를 피하기 위해, 대안적인 설계들이 제안되었으며, 여기서 몇몇의 OLED들은 각 OLED를 유닛 스택(unit stack)에 개별적으로 어드레싱(addressing)하지 않고 수직으로 적층된다. 이것은 예컨대 금속, 금속 합금 또는 투명 도전성 산화물들과 같은 물질들로 구성된, 0.1 Ωcm 미만의 전기 저항을 갖는 중간 도전층을 개별 OLED들 사이에 위치시킴으로써 달성된다(참고 US-A-6,107,734, US-A-6,337,492).
대안적으로 도전성 중간층들을 사용하는 대신에, 비-도전성 전하 발생층들을 사용하는 것이 공보 US 2003/0189401 A1에 개시되었다.
게다가, 각 층이 10 Ωcm 보다 높은 저항률을 갖는 n-형 도핑된 유기층과 p-형 도핑된 유기층에 의해 형성된 연결 유닛(connecting unit)을 개별 OLED들 사이에 사용하는 레이아웃(layout)은 공보 EP 1 478 025 A2에 개시되었다. 그러나 이러한 방법은 개별 OLED 유닛들 사이에 얇은 층이 될 p-n-정션을 연결 유닛들 각각 내에 형성하는 2개의 추가 층을 필요로 한다. 가장 간단한 경우에, 연결 유닛들에 의해 적층되는 단일 OLED 유닛들 각각은 홀-수송층, 및 전자-수송층을 포함하는 2개의 층 구조로 이뤄진다.
공보 EP 1 339 112 A2는 적층형 전계발광 유닛들을 구비한 유기 전계발광 소자를 개시한다. 적층형 유기 전계발광 소자는 애노드, 캐소드, 애노드와 캐소드 사이에 위치되는 다수의 유기 전계발광 유닛들, 및 각각의 인접하는 유기 전계발광 유닛 사이에 배치된 도핑된 유기 커넥터들을 포함한다.
상술된 모든 방법은 개별 OLED들 사이에 적어도 하나의 추가층을 도입하여 적층형 유기 전계발광 소자를 형성할 것을 요구한다. 따라서 종래 기술에서는 소자의 제조 시 추가적인 공정 단계들이 필요하며, 따라서 높은 제조비용과 낮은 생산율을 야기한다. 많은 경우에, 추가 중간층 또는 중간층들은 개별 OLED 유닛들에 사용되지 않고 소자의 캐소드 또는 애노드로도 사용되지 않는 하나 이상의 물질들로 이뤄지며, 이것은 제조 공정 안에 하나 이상의 추가 물질들을 도입하는 것을 필수적으로 만든다. 게다가 예컨대 금속 또는 다른 중간층들과 같은 추가층들을 OLED 소자의 층 구조 안으로 도입하는 것은 흡수로 인한 추가적인 광 손실을 야기할 수도 있다.
추가적으로, 만약 적당한 중간층이 적층형 유닛들로 이루어진 개별 OLED들 사이에 도입된다면, OLED 소자들의 적층은 소자 효율의 상당한 손실 없이도 달성될 수 있다는 것이 일반적으로 받아들여진다. 따라서 이러한 중간층들의 현저한 결점들은 필수적인 것으로 받아들여진다.
본 발명의 목적은 다수의 적층형 유기 전계발광 유닛들을 구비한 개선된 발광 소자를 제공하는 것이며, 이는 간단한 제조 공정에 의해 제조될 수 있다. 추가적으로 제조비용도 감소될 것이다.
이러한 목적은 청구항 제1항에 따른 다수의 적층형 유기 전계발광 유닛들을 갖는 발광 소자에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 발전은 종속항들에 개시된다.
본 발명에 따라서, 유기 발광 소자가 제공되며, 이는 애노드; 캐소드; 및 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 스택(stack) 또는 반전 스택(inverted stack)으로 상호 제공되는 다수의 유기 전계　발광 유닛들 - 상기 유기 전계　발광 유닛들의 각각은 전계　발광 존을 포함함 - 을 포함하며,
m > 2 인 경우:
- 애노드 또는 캐소드에 인접하지 않은 적어도 하나의 유기 전계발광 유닛들은 단일 p-형 도핑된 홀-수송층(HTL), 및 단일 n-형 도핑된 전자-수송층(ETL)을 포함하며, 전계발광 존(EML)은 상기 단일 p-형 도핑된 홀-수송층(HTL)과 상기 단일 n-형 도핑된 전자-수송층(ETL) 사이에 형성되고;
- 상기 스택 또는 반전 스택에서, 제 k (2 ≤ k ≤ m-2) 유기 전계발광 유닛의 단일 n-형 도핑된 전자-수송층(ETL)에 이어 제 (k+1) 유기 전계발광 유닛의 단일 p-형 도핑된 홀-수송층(HTL)이 직접 뒤따라, 제 k 유기 전계발광 유닛(3.k)의 단일 n-형 도핑된 전자-수송층(ETL)과 제 (k+1) 유기 전계발광 유닛의 단일 p-형 도핑된 홀-수송층(HTL)의 직접 접촉을 제공하고;
- 제 1 유기 전계발광 유닛은 제 2 유기 전계발광 유닛의 단일 p-형 도핑된 홀-수송층(HTL)과 접촉하는 단일 n-형 도핑된 전자-수송층(ETL)을 포함하며, 제 m 유기 전계발광 유닛은 제 (m-1) 유기 전계발광 유닛의 단일 n-형 도핑된 전자-수송층(ETL)과 접촉하는 단일 p-형 도핑된 홀-수송층(HTL)을 포함하고;
m = 2인 경우:
- 제 1 전계발광 유닛은 단일 n-형 도핑된 전자-수송층(ETL)을 포함하고;
- 제 2 전계발광 유닛은 단일 p-형 도핑된 홀-수송층(HTL)을 포함하고;
- 제 1 전계발광 유닛의 상기 단일 n-형 도핑된 전자-수송층(ETL)은 제 2 전계발광 유닛의 상기 단일 p-형 도핑된 홀-수송층(HTL)과 접촉한다.
종래 기술과는 다르게, 인접 유기 전계발광 유닛들 사이에 제공되는 중간층이 없다. 개별 OLED 유닛들로 언급되는 개별 유기 전계발광 유닛들의 스택에서 단일 n-형 도핑된 ETL이 인접 OLED 유닛의 p-형 도핑된 HTL과 직접 접촉하게 되어 인접 OLED 유닛들 사이의 경계에서 p-n-정션을 직접 형성한다면, 이러한 중간층들은 생략될 수 있다는 것이 발견되었다.
본 발명은 임의 종류의 중간층이 개별 OLED들 사이에 도입되는 것을 생략할 수 있는 적층형 유기 발광 소자들의 제조를 가능하게 한다. 제조 공정에 추가적인 물질 증착 단계들이 도입될 필요가 없고, 따라서 소자 내의 층들의 전체 개수와 소자 내에 사용되는 물질들의 개수를 감소시키기 때문에, 본 발명은 적층형 OLED 소자들의 저렴한 제조를 가능하게 할 것이다.
바람직한 실시예에서, p-형 도핑된 HTL에서의 고정화(fixation)는 n-형 도핑된 ETL로의 이동을 막는 p-도펀트의 높은 분자 질량(300 g/mol)에 의해 보장된다. n-형 도핑된 ETL의 경우에, 바람직한 실시예에서, n-도펀트의 고정화는, 예컨대 BPhen 또는 유사 물질과 같은 매트릭스 물질(matrix material)과 예컨대 Cs 또는 임의의 다른 알칼리 금속과 같은 도펀트 간의 복합체(complex) 형성에 의하거나, 또는 대안적으로 높은 분자 질량(300 g/mol)을 갖는 n-도펀트를 사용함으로써 보장된다. 그러나 언급된 두 원리는 일반적으로 HTL과 ETL 모두에 적용될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 기저 전극과 기저 전극에 인접한 전계발광 유닛의 접촉 영역 및 상부 전극에 인접한 전계발광 유닛과 상부 전극의 접촉 영역은 유기층들과 도전성 전극들의 경계에 최적화하기 위해서 상이한 방식으로 형성될 수도 있다. 예를 들면 ITO 전극의 상부 상의 탄소 불화물 중간층(CFx)은 인접하는 홀 수송층과의 경계의 안정성을 향상시킬 수 있다고 알려져 있다. 다른 예로써, LiF 또는 낮은 일함수 물질은 상부 전극에서 인접 전자 수송층으로의 주입을 향상시킬 수 있다. 이러한 유리한 중간층들은 본 발명과 결합하여 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 적층형 유기 전계발광 유닛들은 다음 층들 중 적어도 하나를 포함한다: 홀-주입층(HIL), 전자-주입층(EIL), 상기 p-형 도핑된 홀-수송층과 상기 전계발광 존 사이의 중간층, 및 상기 n-형 도핑된 전자-수송층과 상기 전계발광 존 사이의 추가 중간층.
간단한 예에서, 전계발광 유닛은 p-HTL/EML/n-ETL로 표시될 것이다. 그러나 전계발광 유닛들은 본 기술분야에 공지된, 예컨대 p-HTL/EBL 또는 HIL/EML/n-ETL, 또는 p-HTL/EML/HBL 또는 EIL/n-ETL 또는 임의의 다른 다층 구조와 같은 다층 구조로 이뤄질 수도 있으며, 이것은 상술된 바와 같이 인접 전계발광 유닛들의 n-ETL과 p-PTL을 스택에서 직접 접촉하도록 할 수 있다.
본 기술분야에 공지된 EML을 위한 많은 유기 다층 구조들이 존재하며, 이것은 유기 발광 소자의 유기 전계발광 유닛들 내에서 발광층으로 사용될 수 있다. 발광 존 내의 층 구조는 하나 이상의 유기 호스트 물질들 및 하나 이상의 형광성 또는 인광성 전계발광 에미터 물질들을 포함하는 하나 이상의 연속하는 층들로 구성될 수도 있다. 그럼에도 불구하고, EML의 층들 중 하나 이상은 형광성 또는 인광성 전계발광 에미터 물질들을 포함하지 않을 수 있다. EML은 작은 유기 분자들, 즉 예컨대 승화 또는 증발에 의해 진공 증착될 수 있을 정도로 충분히 작은 분자들로 형성될 수 있으며, 또는 유기 중합체들로 형성될 수도 있다. 유기 발광 소자의 유기 전계발광 유닛들 내의 상이한 EML들은 상이한 물질들로 이루어질 수 있다.
유기 발광 소자의 바람직한 실시예에서, 상기 유기 전계발광 유닛들 중 적어도 하나에 대해, p-형 도핑된 홀-수송층(HTL)과 n-형 도핑된 전자-수송층(ETL)은 p-형 도핑된 홀-수송층(HTL)과 n-형 도핑된 전자-수송층(ETL)과 동일한 물질인 매트릭스 물질로 이루어질 수 있으며, p-형 도핑된 홀-수송층(HTL)의 경우 매트릭스 물질은 p-도핑되고, n-형 도핑된 전자-수송층(ETL)의 경우 매트릭스 물질은 n-도핑된다. 사용될 수 있는 매트릭스 물질들은 예컨대 Harada 등의 Phys. Rev. Lett. 94, 036601 (2005)로부터 상기와 같이 공지되어 있다.
본 발명은 여러 실시예들을 참조로 예시적으로 아래에 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 다수의 적층형 유기 전계발광 유닛들을 구비한 발광 소자의 개념적인 단면도이다.
도 2는 개별 유기 전계발광 유닛의 개념적인 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 발광 소자와 기준 소자의 휘도에 대한 전력 효율을 도시하는 그래프이다.
도 1을 참조하면, 다수의 적층형 유기 전계발광 유닛들을 구비한 유기 발광 소자(10)는 기판(1) 상에 제공된 애노드(2), 캐소드(4), 및 OLED 유닛들로 언급될 수도 있는 m개의 유기 전계발광 유닛들(EL 유닛들)(3.1, ..., 3.m)(m ≥ 2)을 포함한다. 유기 전계발광 유닛들(3.1, ..., 3.m)은 상호 직접 적층되어 유기 전계발광 유닛들의 캐스케이드/스택을 형성한다.
대안적인 실시예(도시되지 않음)에서, 캐소드가 기판 상에 제공되고, 애노드는 상부 전극으로써 제공된다.
도 2는 개별 유기 전계발광 유닛의 개념적인 단면도이다. 각각의 개별 전계발광 유닛/OLED 유닛은 적어도 p-형 도핑된 홀-수송층(HTL)(20), 전계발광 층 또는 존(EML)(21), 및 n-형 도핑된 전자-수송층(ETL)(22)을 포함한다. n-형 도핑된 전자-수송층(22)은 공여체-타입의 물질(donor-type substance)로 도핑된 유기 주 물질로 구성되며, p-형 도핑된 홀-수송층(20)은 수용체-타입의 물질(acceptor-type substance)로 도핑된 유기 주 물질로 구성된다. 바람직하게, 도펀트 물질은 높은 분자 질량 물질( > 300 g/mol)이고/이거나, n-형 도핑의 경우 알칼리 금속이다.
Cs 또는 알칼리 금속 도핑 또는 알칼리 금속 화합물들에 의한 도핑의 경우, 도핑 비율은 모든 Cs 또는 알칼리 금속 분자들이 매트릭스 분자들과 복합체(complex)를 형성할 수 있을 만큼 낮을 것이며, 바람직하게는 분자 비가 1:3(Cs 대 매트릭스) 미만이다. 300 g/mol 보다 큰 M을 갖는 도펀트 분자에 의한 n-도핑의 경우, 도펀트의 기상 이온화 퍼텐셜(gas phase ionization potential)은 4.0 eV 미만일 것이며, 보다 바람직하게는 3.8 eV 미만이다.
OLED 유닛들은 EML과 HTL 및/또는 ETL 사이에 추가적인 홀-주입층(들)(HIL) 및/또는 전자-주입층(들)(EIL) 및/또는 홀-차단층(들)(HBL) 및/또는 전자-차단층(들)(EBL) 및/또는 다른 타입(들)의 중간층들을 더 포함할 수 있다. 이러한 중간층들은 수송층들과 발광 존 의 경계에서의 엑시플렉스(exciplex) 형성을 억압하는 기능을 할 수 있으며, 또는 여기자들이 생성되는 것을 억제하는 기능을 할 수 있다. 바람직하게 이들은 더 높은 홀(또는 전자) 이동성 및 전자(또는 홀) 차단 작용을 (각각) 나타낸다. 이러한 중간층들의 두께는 통상적으로 약 1 내지 20 nm의 범위이다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자의 전계발광 유닛들에서 발광층으로 사용될 수 있는 본 기술분야에 공지된 EML을 위한 많은 유기 다층 구조들이 존재한다. 전계발광 유닛들 내의 층 구조는 하나 이상의 유기 호스트 물질들 및 하나 이상의 형광성 또는 인광성 전계발광 에미터 물질들을 포함하는 하나 이상의 연속하는 층들로 이루어질 수 있다. EML은 작은 유기 분자들 또는 유기 중합체들로 형성될 수 있다. 유기 발광 소자(10)의 EL 유닛들 내의 여러 EML들은 상이한 물질들로 만들어질 수 있다.
본 발명의 실시예는 아래에 주어지며, 이는 다수 유닛들이 캐스케이드로 연결된 소자의 일반적인 경우를 도시한다. m개(m ≥ 2)의 EL 유닛들을 구비한 유기 발광 소자(10)는 다음으로 구성된다:
1. 기판(1),
2. 하부 전극(2), 예컨대 홀 주입 애노드,
3.1. 제 1 EL 유닛,
3.2. 제 2 EL 유닛,
...
3.m. 제 m EL 유닛,
4. 상부 전극(4), 예컨대 전자 주입 캐소드,
여기서, 각 전계발광 유닛은 적어도 다음의 층들을 포함한다: 하부 전극(도 1에서 애노드(2))에 인접한 p-형 도핑된 홀-수송층(HTL), 상부 전극(도 1에서 캐소드(4))에 인접한 n-형 도핑된 전자-수송층(ETL) 및 이들 사이의 전계발광층(EML)(참고 도 2).
일반적으로 스택 내의 캐소드와 애노드의 위치와 관계없이, 전계발광 유닛들 각각에서 p-형 도핑된 홀-수송층은 애노드에 근접하며, n-형 도핑된 전자-수송층은 캐소드에 근접한다. 제 k 전계발광 유닛(1 ≤ k < m)의 n-형 도핑된 전자-수송층은 어떠한 중간층도 없이 제 (k+1) 전계발광 유닛의 p-형 도핑된 홀-수송층과 직접 연결된다. 전계발광 유닛들 내에서, 전자 또는 홀 차단층(EBL, HBL) 또는 중간층들과 같은 하나 이상의 추가 층들은 효율성을 증가시키기 위해 p-형 도핑된 홀-수송층(HTL)과 n-형 도핑된 전자-수송층(ETL) 사이에서 사용될 수 있다.
다음의 예시들은 본 발명의 추가 이해를 위해 제시된다. 물질들은 층 셋업(setup)을 설명하는 예시적인 물질이다.
유기층들 및 금속은 진공 차단 없이 10-7 mbar 표준 압력(base pressure)의 초고진공 시스템에서, 패턴닝되고 사전-세정된 인듐 주석 산화물(ITO)로 코딩된 유리 기판 위에 열증착(thermal evaporation)에 의해 증착된다. 증착 속도와 증착된 층의 두께는 두께 모니터를 사용하여 제어된다.
예시 1 (기준)
1) 2-(6-Dicyanomethylene-1,3,4,5,7,8-hexafluoro-6H-naphtalen-2-ylidene)-malononitrile로 도핑된 45nm의 2,2',7,7'-Tetrakis-(N,N-di-methylphenylamino)-9,9'-spirobifluoren (p-HTL);
2) fac-tris(2-phenylpyridine) iridium으로 도핑된 20nm의 4,4',4''-tris(N-carbazolyl)-triphenylamine;
3) fac-tris(2-phenylpyridine) iridium으로 도핑된 10nm의 1,3,5-tri(phenyl-2-benzimidazole)-benzene;
4) Cs로 도핑된 40nm의 Bathophenantroline (n-ETL); 및
5) 반사 캐소드로써, 100nm의 알루미늄.
EML은 층들(2) 및 3))으로 이루어진다. 이것은 1000 cd/m2의 휘도에서 0.29/0.64의 색 좌표를 갖는 녹색 인광성 PIN OLED이다. p-형 도핑된 홀-수송층과 n-형 도핑된 전자-수송층이 없는 경우보다 훨씬 낮은 4.15 V의 동작 전압에서 이 휘도가 달성된다. 1000 cd/m2의 휘도에서 소자의 전류 효율은 51.3 cd/A이다. 이 휘도에서의 전력 효율은 38.8 lm/W이다.
예시 2 (적층형 전계발광 유닛들)
1) 2-(6-Dicyanomethylene-1,3,4,5,7,8-hexafluoro-6H-naphtalen-2- ylidene)-malononitrile로 도핑된 45nm의 2,2',7,7'-Tetrakis-(N,N-di-methylphenylamino)-9,9'-spirobifluoren (p-HTL);
2) fac-tris(2-phenylpyridine) iridium으로 도핑된 20nm의 4,4',4''-tris(N-carbazolyl)-triphenylamine;
3) fac-tris(2-phenylpyridine) iridium으로 도핑된 10nm의 1,3,5-tri(phenyl-2-benzimidazole)-benzene;
4) Cs로 도핑된 40nm의 Bathophenantroline (n-ETL);
(제 1 전계발광 유닛)
5) 2-(6-Dicyanomethylene-1,3,4,5,7,8-hexafluoro-6H-naphtalen-2-ylidene)-malononitrile로 도핑된 95nm의 2,2',7,7'-Tetrakis-(N,N-di-methylphenylamino)-9,9'-spirobifluoren (p-HTL);
6) fac-tris(2-phenylpyridine) iridium으로 도핑된 20nm의 4,4',4''-tris(N-carbazolyl)-triphenylamine;
7) fac-tris(2-phenylpyridine) iridium으로 도핑된 10nm의 1,3,5-tri(phenyl-2-benzimidazole)-benzene;
8) Cs로 도핑된 40nm의 Bathophenantroline (n-ETL);
(제 2 전계발광 유닛)
9) 반사 캐소드로써, 100nm의 알루미늄.
EML은 각각 층들(2), 3) 및 6), 7))에 의해 제공된다. 이것은 2개의 PUN OLED 유닛으로 구성되고 1000 cd/m2의 휘도에서 0.32/0.63의 색좌표를 갖는 적층형 녹색 인광성 PIN OLED이다. 9.2V의 동작 전압에서 이 휘도가 달성된다. 1000 cd/m2의 휘도에서 소자의 전류 효율은 116.6 cd/A이고 이 휘도에서의 전력 효율은 39.7 lm/W이다.
적층형 녹색 PIN OLED의 동작 전압은 비적층형(non stacked) 기준 소자의 동작 전압 보다 2배 이상으로 높지만, 전류 효율은 2배 이상 만큼 증가된다. 도 3의 휘도에 대한 전력 효율의 그래프는 비적층형 녹색 PIN 기준 OLED 소자와 적층형 녹색 PIN OLED가 동일한 휘도 레벨에서 유사한 전력 효율을 달성한다는 것을 나타낸다.
2개의 PIN OLED 유닛들을 직접 적층함으로써, 캐스케이드형 OLED 소자들의 전력 효율이 비적층형 소자들의 전력 효율과 동일하게 달성될 수 있다는 것을 설명하였다. 종래 기술에서는 필수적인 것으로 생각되었던 적층형 OLED 유닛들 사이의 추가층 없이도 구현된다.
본 명세서, 청구범위 및/또는 도면에 개시된 특징들은 본 발명을 다양한 실시예들로 실현하기 위한 자료일 수 있으며, 독립적으로 이들의 다양한 조합으로 실시될 수 있다.

Claims (8)

  1. 유기 발광 소자로서,
    - 애노드(2);
    - 캐소드(4); 및
    - 상기 애노드(2)와 상기 캐소드(4) 사이에 스택(stack) 또는 반전 스택(inverted stack)으로 상호 제공된 다수의 유기 전계발광 유닛들(3.1, ..., 3.m; m = 2, 3, …) - 상기 유기 전계발광 유닛들 각각은 2개의 단일 도핑된 수송층들, 즉 단일 p-형 도핑된 홀-수송층(HTL)과 단일 n-형 도핑된 전자-수송층(ETL), 및 상기 단일 p-형 도핑된 홀-수송층(HTL)과 상기 단일 n-형 도핑된 전자-수송층(ETL) 사이에 형성된 전계발광 존(EML)을 포함함 -
    을 포함하며,
    - 상기 제 1 유기 전계발광 유닛(3.1)의 경우, 상기 단일 p-형 도핑된 홀-수송층(HTL)은 상기 애노드(2)와 직접 접촉하며;
    - 상기 제 m 유기 전계발광 유닛(3.m)의 경우, 상기 단일 n-형 도핑된 전자-수송층(ETL)은 상기 캐소드(4)와 직접 접촉하며;
    - 상기 모든 유기 전계발광 유닛들(3.1, ..., 3.m)에 대해, 서로 인접하고 2개의 인접 유기 전계발광 유닛들로 제공되는, 상기 스택 또는 반전 스택 내의 인접하는 단일 도핑된 수송층들은 직접 접촉하여, 상기 2개의 인접 유기 전계발광 유닛들 중 하나로 제공되는 인접하는 단일 p-형 도핑된 홀-수송층(HTL)과 상기 2개의 인접 유기 전계발광 유닛들 중 다른 하나로 제공되는 인접하는 단일 n-형 도핑된 전자-수송층(ETL) 사이에 p-n-정션을 형성하는, 유기 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유기 전계발광 유닛들(3.1, ..., 3.m) 중 적어도 하나는 홀-주입층(HIL), 전자-주입층(EIL), 및 상기 단일 p-형 도핑된 홀-수송층과 상기 전계발광 존 사이의 중간층, 및 상기 단일 n-형 도핑된 전자-수송층과 상기 전계발광 존 사이의 추가 중간층 중 적어도 하나의 층을 포함하며, 상기 적어도 하나의 층은 상기 단일 p-형 도핑된 홀-수송층(HTL)과 상기 단일 n-형 도핑된 전자-수송층(ETL) 사이에 제공되는, 유기 발광 소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유기 전계발광 유닛들(3.1, ..., 3.m) 중 적어도 하나에 대해, 상기 전계발광 존은 유기층들의 다층 구조에 의해 형성되는, 유기 발광 소자.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유기 전계발광 유닛들(3.1, ..., 3.m) 중 적어도 하나에 대해, 상기 단일 p-형 도핑된 홀-수송층은 높은 분자 질량, 바람직하게는 약 300 g/mol 보다 큰 질량을 갖는 수용체 도펀트(acceptor dopant)로 도핑되는, 유기 발광 소자.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유기 전계발광 유닛들(3.1, ..., 3.m) 중 적어도 하나에 대해, 상기 단일 n-형 도핑된 전자-수송층은 높은 분자 질량, 바람직하게는 300 g/mol 보다 큰 질량을 갖는 공여체 도펀트(donator dopant)로 도핑되는, 유기 발광 소자.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유기 전계발광 유닛들(3.1, ..., 3.m) 중 적어도 하나에 대해, 상기 단일 n-형 도핑된 전자-수송층은 알칼리 금속 또는 알칼리 금속 화합물로 도핑되고, 매트릭스 물질(matrix material)에 대한 상기 알칼리 금속 또는 상기 알칼리 금속 화합물의 분자 비는 1:3 미만인, 유기 발광 소자.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유기 전계발광 유닛들(3.1, ..., 3.m) 중 적어도 하나에 대해, 상기 전계발광 존은 작은 분자(small molecule)들로 이루어진 물질 또는 유기 중합체들로 형성되는, 유기 발광 소자.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유기 전계발광 유닛들(3.1, ..., 3.m) 중 적어도 하나에 대해, 상기 단일 p-형 도핑된 홀-수송층(HTL) 및 상기 단일 n-형 도핑된 전자-수송층(ETL)은, 상기 단일 p-형 도핑된 홀-수송층(HTL)과 상기 단일 n-형 도핑된 전자-수송층(ETL)에 대해 동일한 물질인 매트릭스 물질(matrix material)로 만들어지며, 상기 단일 p-형 도핑된 홀-수송층(HTL)의 경우 상기 매트릭스 물질은 p-도핑되며, 상기 단일 n-형 도핑된 전자-수송층(ETL)의 경우 상기 매트릭스 물질은 n-도핑되는, 유기 발광 소자.
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