KR20100073785A - 유기전계 발광소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하나 또른 서로 다른 모체에 녹색 및 적색 도판트를 도핑한 발광층을 사용하는 유기전계 발광소자에 관한 것으로, 유기전계 발광소자는 애노드 전극; 애노드 전극 상의 정공수송층; 상기 정공수송층 상의 청색 도판트가 도핑된 제 1 발광층; 상기 제 1 발광층 상의 여기자 차단층; 상기 여기자 차단층 상에 위치하고, 적색 및 녹색 도판트가 하나 또는 서로 다른 모체에 도핑된 제 2 발광층; 상기 제 2 발광층 상의 전자수송층; 상기 전자수송층 상의 캐소드 전극;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
유기전계 발광소자, 형광, 인광, 도판트
Description
본 발명은 유기전계 발광소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로 하나 또는 서로 다른 두 개의 모체에 녹색 및 적색 도판트를 도핑한 발광층을 사용하는 유기전계 발광소자에 관한 것이다.
일반적으로, 유기전계 발광소자는 기판 상에 애노드 전극, 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층 및 캐소드 전극을 포함하고, 애노드 전극과 캐소드 전극에 전원의 (+)단자와 (-)단자를 연결하여 전원을 공급함으로써 발광층을 발광시킨다. 애노드 전극과 캐소드 전극에 전원이 공급되면, 정공은 애노드 전극으로부터 정공수송층을 통해 발광층에 공급되고, 전자는 캐소드 전극으로부터 전자수송층을 통해 발광층에 공급된다.정공과 전자가 발광층에서 결합하여 여기자를 형성한 후, 여기자로부터 정공과 전자 사이의 에너지에 해당하는 빛을 발하게 된다. 유기전계 발광소자는 응답속도가 빠르며, 저전압구동으로 자기 발광형이기 때문에 배면광(back light)이 필요없어 경량 박형이 가능하며, 휘도가 뛰어나며 시야각 의존성이 없는 등 여러 가지 장점을 가지고 있다.
유기전계 발광소자를 이용하여 풀 칼라 디스플레이를 제조하는 방법 중 하나는 백색 유기전기발광소자의 백색광과 적색, 녹색 및 청색광을 필터링해 주는 컬러필터를 사용하는 방법이 있다. 이러한 방법은 효율은 떨어지지만 대면적 양산에 있어서 높은 생산성을 갖는다는 장점을 가지고 있다. 백색 발광 특성을 갖는 유기전계 발광소자를 제작하기 위해서는 빛의 삼원색인 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 발광 특성을 갖는 발광물질들을 적층하거나, 서로 보색 관계를 갖는 발광물질들을 적층한다.
도 1은 종래기술의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 개략도이다.
도 1은 직렬형 백색 유기전계 발광소자(tandem white organic electro luminescence display)의 개략적인 단면을 도시한다. 유기전계 발광소자(10)는, 투명한 유리를 사용하는 기판(12), 기판(12) 상에 형성되고 ITO(indium tin oxide)를 사용하는 애노드 전극(anode electrode)(14), 애노드 전극(14) 상의 제 1 발광유닛((16), 제 1 발광유닛(first electro luminescence unit)(16) 상의 유기물질의 중간 연결층(organic intermediate connector)(18), 중간 연결층(18) 상의 제 2 발광유닛(second electro luminescence unit)(20), 및 제 2 발광유닛(20) 상에 형성되고 알루미늄을 사용하는 캐소드 전극(cathode electrode)(22)을 포함한다.
제 1 발광유닛(16)은, 제 1 정공주입층(hole-injecting layer)(16a), 제 2 정공수송층(hole-transporting layer)(16b), 형광 청색(fluorescent blue)의 도판드(dopant)가 도핑된 제 1 발광층(light-emitting layer)(16c), 제 1 전자수송층(electron-transporting layer)(16d), 및 제 1 전자주입층(electron-injecting layer)(16e)으로 구성된다. 제 2 발광유닛(20)은, 제 2 정공수송층(20a), 전자차폐층(electron-blocking layer)(20b), 인광(phosphorescent)의 녹색 및 오렌지색의 도판트가 도핑된 제 2 발광층(light-emitting layer)(20c), 정공차폐층(hole-blocking layer) (20d) 및 제 2 전자주입층(electron-injecting layer)(20e)으로 구성된다.
도 1의 유기전계 발광소자(10)는 제 1 발광유닛(16)의 제 1 발광층(16c)에 형광의 청색 도판트를 도핑하고, 제 2 발광유닛(20)의 제 2 발광층(20c)에 녹색 및 오렌지색의 도판트가 함께 도핑되어 백색을 발광하는 직렬형이고, 제 2 발광유닛(20)에서 하나의 호스트 물질로 구성되는 제 2 발광층(20c)에 녹색과 오렌지색, 두 개의 도판트를 도핑하여 유기전계 발광소자(10)의 전체적인 층수를 줄였다는 것과, 전류효율을 높이기 위하여 적색 대신 오렌지색의 도판트를 사용한다는 점이 특징이다.
그러나, 도 1의 유기전계 발광소자(10)은 효율을 높이기 위하여 적색 대신 오렌지색을 사용하여 백색을 구현하지만, 컬러필터(color filter)를 통과한 후에 적색의 색감이 많이 손실되고, 또한 적색, 녹색 및 청색의 뚜렷한 스펙트럼 데이 터(spectrum data)를 얻지 못한다. 그리고, 청색의 발광은 제 1 발광유닛(16)에 한정되어 일중항 여기자(singlet exiton)의 25% 만을 사용하기 때문에 전력 소모량의 개선에는 한계가 따른다.
도 2는 종래기술의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 개략도이고, 도 3은 종래기술의 제 2 실시예에 따른 에너지 전달의 모식도이다.
도 2의 유기전계 발광소자(30)는 투명한 유리를 사용하는 기판(32), 기판(32) 상에 형성되고 ITO를 사용하는 애노드 전극(34), 애노드 전극(34) 상의 정공수송층(36), 정공수송층(36) 상의 청색의 도판트가 도핑된 제 1 청색 발광층(38), 제 1 청색 발광층(38) 상의 제 1 여기자 차단층(40), 제 1 여기자 차단층(40) 상의 녹색의 도판트가 도핑된 녹색 발광층(42), 녹색 발광층(42) 상에 적층되고 적색의 도판트가 도핑된 적색 발광층(44), 적색 발광층(44) 상의 제 2 여기자 차단층(46), 제 2 여기자 차단층(46) 상의 청색의 도판트가 도핑된 제 2 청색 발광층(48), 제 2 청색 발광층(48) 상의 전자수송층(50), 및 전자수송층(50) 상의 캐소드 전극(52)을 포함하여 구성된다.
도 3은 도 2의 유기전계 발광소자(30)에서 여기자의 형성, 발광 및 전달과정을 도시하는 모식도이다. 도 3은 제 1 및 제 2 청색 발광층(38, 48)의 모체(host material)에서 일중항 및 삼중항의 여기자가 형성되고, 여기자가 형광의 청색 도판 트에 직접 전달되는 과정을 도시한다. 여기자는 일중항과 삼중항이 Xs:Xt의 비율로 모체(host material)에서 형성된다. 여기서 Xs은 0.25이고 Xt는 0.75이다. 제 1 및 제 2 청색 발광층(38, 48)에서 형성된 일중항은 빠르게 청색의 도판트에 전달된다.
인광의 녹색 및 적색 도판트가 도핑된 녹색 및 적색 발광층(42, 44)은 유기전계 발광소자(30)의 중앙부분에 위치하고, 모체가 도핑되지 않은 제 1 및 제 2 여기자 차단층(40, 46)에 의해서, 제 1 및 제 2 청색 발광층(38, 48)과 이격된다. 삼중항의 여기자는 녹색 또는 적색의 발광층(38, 48)으로 효율적으로 확산되고, 낮은 에너지 준위의 녹색 또는 적색의 도판트에 전달되고, 다시 공정과정에 의해서 녹색의 도판트로 전달된다.
도 2는 인광과 형광을 조합하여 일중항 및 삼중항 여기상태를 모두 이용하여 100%에 가까운 내부 양자효율을 얻을 수 있는 백색 유기전계 발광소자(WOLED)를 구현한다. 형광의 청색에서는 일중항 여기상태 만을 이용하여 25%의 내부 양자효율을 얻고, 확산 거리가 긴 삼중항 여기상태를 인광의 녹색과 적색에 전달하여 75%의 내부 양자효율을 얻게 된다. 그러나, 도 2의 유기전계 발광소자(30)는 매우 복잡한 구조를 가진다. 녹색과 적색의 발광층은 서로 다른 모체와 도판트로 구성되고, 정공수송층과 전자수송층과 접하는 면에 각각 2 개의 형광 청색의 일중항 여기상태가 인광부분으로 확산되는 것을 차단하는 여기자 차단층을 포함하여 총 6 개의 층으로 이루어진다. 따라서, 도 2의 백색 유기전계 발광소자(30)은 복잡한 구조로 인해 구 동전압이 높고 이론적인 효율을 얻기 어렵다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 형광의 청색 도판트가 도핑된 제 1 발광층과, 제 1 발광층과 여기자 차단층에 의해 분리되어, 하나 또는 서로 다른 두 개의 모체에 적색 및 녹색의 도판트가 도핑된 제 2 발광층을 형성하여, 일중항 및 삼중항의 여기상태를 모두 이용함으로써 100%의 내부 양자효율을 실현하는 유기전계 발광소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자는, 애노드 전극; 애노드 전극 상의 정공주입층 및 상기 정공주입층 상의 정공수송층; 상기 정공수송층 상의 청색 도판트가 도핑된 제 1 발광층; 상기 제 1 발광층 상의 여기자 차단층; 상기 여기자 차단층 상에 위치하고, 적색 및 녹색 도판트가 도핑된 제 2 발광층; 상기 제 2 발광층 상의 전자수송층; 상기 전자수송층 상의 캐소드 전극;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 유기전계 발광소자에 있어서, 상기 전자수송층과 상기 캐소드 전극 사이에서, 상기 전자수송층 상의 전하생성층; 상기 전하생성층 상의 제 2 정공주입층 및 상기 제 2 정공주입층 상의 제 2 정공수송층; 상기 제 2 정공수송층 상의 청색 도판트가 도핑된 제 3 발광층; 상기 제 3 발광층 상의 제 2 여기자 차단층; 상기 제 2 여기자 차단층 상에 위치하고, 적색 및 녹색 도판트가 하나의 모체에 도핑된 제 4 발광층; 상기 제 4 발광층 상의 제 2 전자수송층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 유기전계 발광소자에 있어서, 상기 제 1 발광층의 상기 청색 도판트의 일중항 및 삼중항의 밴드갭은 상기 제 2 발광층의 상기 적색 및 녹색 도판트의 일중항 및 삼중항의 밴드갭보다 큰 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 유기전계 발광소자에 있어서, 상기 녹색 도판트의 일중항 및 삼중항의 밴드갭은 상기 적색 도판트의 일중항 및 삼중항의 밴드갭보다 큰 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 유기전계 발광소자에 있어서, 상기 제 1 발광층의 모체는 안트라센 유도체이고, 상기 청색 도판트는 파이렌 유도체인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 유기전계 발광소자에 있어서, 상기 제 2 발광층의 상기 녹색 및 상기 적색 도판트는 각각 인듐 착물(indium complex)인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 유기전계 발광소자에 있어서, 상기와 같은 유기전계 발광소자에 있어서, 상기 제 2 발광층의 상기 적색 및 상기 녹색 도판트는 모체에 대하여 각각 0.2% 및 10%의 비율로 도핑되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 유기전계 발광소자에 있어서, 상기 여기자 차단층은 카바졸 유도체인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 유기전계 발광소자에 있어서, 상기 제 2 발광층은 하나의 모체 에 적색 및 녹색 도판트가 도핑된 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 유기전계 발광소자에 있어서, 상기 제 2 발광층은 서로 다른 모체에 각각 적색 및 녹색 도판트가 도핑된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유기전계 발광소자는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 유기전계 발광소자는, 형광의 청색 도판트가 도핑된 제 1 발광층에서는 25% 비율을 가진 일중항의 여기상태를 이용하여 형광의 청색을 발광하고, 제 1 발광층에서 75% 비율을 가진 삼중항의 에너지를 제 1 발광층과 여기자 차단층에 의해 분리되어 있고, 하나의 모체 또는 서로 다른 두 개의 모체에 적색 및 녹색의 도판트가 도핑된 제 2 발광층에 전달하여, 인광의 적색 및 녹색을 발광함으로써 색안정성 및 구동전압을 낮출 수 있다. 인광의 적색 및 녹색 도판트를 하나의 모체에 동시에 도핑함으로써 발광층을 단순화할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 개략도이고, 도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 밴드 다이어그램이고, 도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 에너지 전달의 모식도이다.
제 1 실시예에 따른 백색을 구현하는 유기전계 발광소자(110)는, 도 4 및 도 5와 같이, 기판(112), 기판(112) 상에 형성는 애노드 전극(anode electrode)(114), 애노드 전극(114) 상의 정공주입층(hole-injecting layer)(116), 정공수송층(hole-transporting layer) (118), 형광 청색(fluorescent blue)의 도판드(dopant)가 도핑된 제 1 발광층(light-emitting layer)(120), 여기자 차단층(exiton blocking layer)(122), 녹색 및 적색의 도판트가 하나의 모체에 도핑된 제 2 발광층(124), 전자수송층(electron-transporting layer)(126), 전자주입층(electron-injecting layer) (128), 및 알루미늄을 사용하는 캐소드 전극(130)으로 구성된다. 캐소드 전극(130)과 전자수송층(126) 사이의 전자주입층(128)은 생략할 수 있다.
제 1 실시예에 따른 백색 유기전계 발광소자(110)에서 사용되는 기판(110)은 유리, 플라스틱, 포일 등과 같은 재질로 형성할 수 있고, 백색 유기전계 발광소자(110)의 발광방향(전면발광, 배면발광, 및 양면발광)에 따라 투명 또는 불투명 재질을 사용할 수 있다. 기판(110) 상의 애노드 전극(114)은 ITO, ZTO 및 ITZO 등과 같은 투명한 재질을 사용한다. 애노드 전극(114) 상의 정공주입층(116) 및 정공수송층(118)은 애노드 전극(114)로부터 발생되는 정공의 주입 및 수송을 용이하게 하는 기능을 수행하고, 캐소드 전극(130) 하부의 전자주입층(128) 및 전자수송 층(126)은 캐소드 전극(130)으로부터 발생되는 전자의 주입 및 수송을 용이하게 하는 기능을 수행한다.
정공주입층(116)과 정공수송층(118)은 각각 4,4'-비스[N-[4-{N,N-비스(3-메틸페닐)아미노}페닐]-N-페닐아미노]비페닐](약칭: DNTPD)과 4, 4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐-아미노]-비페닐(약칭:α-NPD)을 사용하고, 전자주입층(128)은 LiF을 사용한다. 전자수송층(126)은 Alq3을 사용한다. 여기자 차단층(122)은 카바졸 유도체, 예를 들면, 4,4'4"-트라이스(카바졸-9-일)트라이페닐아민(약칭: TCTA)을 사용한다. 제 1 발광층(120)의 모체(host material)와 형광의 청색 도판트는 각각 안트라센 유도체, 예를 들면 9,10-디(2-나프틸)안트라센(약칭: ADN)과 파이렌 유도체, 예를 들면, 1,6-비스(디페닐아민)파이렌을 사용한다. 제 2 발광층(124)의 모체로는 녹색의 도판트가 도핑되기에 적당한 모체로써, 모체로는 카바졸을 포함하지 않고 전자를 수송시키는 특성을 가진 물질, 예를 들면 4,4'-N,N'-디카바졸-비페닐(약칭: CBP)을 사용하고, 인광의 녹색 도판트 및 적색 도판트는 각각 인듐착물(indium complex)인 Ir(ppy)3과 Ir(mmapy)3을 사용한다.
제 1 발광층(120)은 정공수송층(118)과 여기자 차단층(122) 사이에 형성되고, 형광의 청색 도판트가 도핑되고, 제 2 발광층(124)은 여기자 차단층(122)과 전자수송층(126) 사이에 형성되고, 하나의 모체(host material)에 녹색 및 적색의 두 개의 도판트가 동시에 도핑되어 2 개의 파장을 얻을 수 있다. 또한, 제 2 발광층(124)은 서로 다른 모체에 각각 녹색 및 적색의 도판트가 동시에 도핑될 수 있다. 다시 말하면, 녹색 및 적색 도판트와 두 개의 모체를 구성하는 소스물질이 동시에 공급되어 제 2 발광층(124)을 형성한다.
제 1 및 제 2 발광층(120, 124)의 유기화합물이 형성하는 여기상태는 일중항 여기상태와 삼중항 여기상태가 있고, 일중항 여기상태에 의한 발광을 형광이라 하고, 삼중항 여기상태에 의한 발광을 인광이라 한다. 유기전계 발광소자(110)에서 여기자의 상태는 일중항 여기상태와 삼중항 여기상태가 0.25:0.75로 존재하며, 형광은 일중항 상태에서 기저상태로 떨어질 때에만 발광이 가능하므로 내부 양자효율이 25%를 넘을 수 없다. 삼중항이 일중항보다 3 배로 형성되기 때문에 인광이 형광보다 높은 효율 특성을 가진다.
제 1 발광층(120)에 도핑되어 있는 형광의 청색 도판트는 일중항의 밴드갭은 제 2 발광층(124)에 도핑되어 있는 인광의 녹색 및 적색 도판트의 일중항의 밴드갭보다 크다. 그리고, 제 2 발광층(124)의 녹색 도판프의 일중항의 밴드캡은 적색 도판트의 일중항의 밴드갭보다 크다. 제 1 발광층(120)의 청색 도판트에서 삼중항의 밴드갭은 제 2 발광층(124)에서 녹색 및 적색 도판트의 삼중항의 밴드갭보다 크다. 녹색 도판트의 삼중항의 밴드갭은 적색 도판트의 삼중항의 밴드갭보다 크다.
제 1 발광층(120)은 청색이 발광하는 특성을 얻을 수 있도록, 높은 일중항 밴드갭을 가지지만, 상대적으로 삼중항의 밴드갭은 작다. 그리고, 제 2 발광층(124)에서 삼중항의 밴드갭이 제 1 발광층(120)의 삼중항의 밴드갭 보다 높을 경우, 제 2 발광층(124)에서 제 1 발광층(120)으로 삼중항 상태로 에너지 전이가 발생할 수 있어 유기전계 발광소자의 수명을 감소시킬 수 있다. 따라서, 제 1 발광층(120)에서 삼중항의 밴드갭은 제 2 발광층(124)의 삼중항의 밴드갭보다 높은 모체와 도판트를 사용한다.
도 6은 유기전계 발광소자(110)에서 여기자의 형성, 발광 및 전달과정을 도시하는 모식도이다. 제 1 발광층(120)의 모체(host material)에서 일중항 및 삼중항의 여기자가 형성되고, 여기자는 청색 도판트에 직접 전달된다. 여기자는 일중항과 삼중항이 0.25:0.75의 비율로 모체(host material)에서 형성된다. 제 1 발광층(120)의 모체에서 형성된 일중항은 빠르게 청색의 도판트에 전달되고, 기저상태로 떨어지면서 형광의 청색을 발광한다. 제 2 발광층(124)의 모체와 녹색 및 적색 도판트의 밴드갭은 제 1 발광층(120)의 모체 및 청색 도판트의 밴드갭보다 낮게 설정되어 있고, 심중항의 에너지가 제 1 발광층(120)에서 여기자 차단층(122)을 지나서 제 2 발광층(124)으로 전이된다.
제 1 발광층(120)에서 발생한 삼중항의 에너지는 적색 도판트보다 높은 비율로 도핑되어 있는 녹색 도판트의 삼중항 여기상태로 일부가 전달되어 인광 녹색을 발광한다. 그리고, 나머지의 심중항 여기자는 녹색의 일중항 여기상태 또는 적색의 삼중한 여기상태로 전달되어 인광 적색을 발광한다. 제 2 발광층(124)에서 발광하는 녹색 및 적색의 비율은, 하나의 모체로 구성된 단일층 또는 서로 다른 두 개의 모체로 구성된 이중층에 녹색 및 적색의 비율에 따라 선택적으로 조절할 수 있다. 다시 말하면, 제 2 발광층(124)에 도핑되어 있는 녹색 및 적색의 도핑비율에 따라 제 1 발광층(120)에서 생성된 75%의 삼중항 여기자를 분할한다.
도 7은 도 4의 유기전계 발광소자(110)의 형광의 청색과 인광의 녹색 및 적색에 대한 전계발광 스펙트럼(electroluminescent spectrum)을 보여준다. 인광의 녹색 및 적색 도판트는 동일한 모체에 도핑되어 있기 때문에, 동일한 모체에 대한 전계발광 스텍트럼을 나타낸다. 녹색 및 적색의 도핑비율에 따라 적색의 효율이 상대적으로 녹색의 효율보다 낮게 나타날 수 있다. 표 1은 유기전계 발광소자의 IVL(전류, 전압, 휘도)을 측정한 데이터이다.
표 1
| 구분 | Volt(V) | Cd/A | Im/W | QE(%) | cd/m2 | CIEx | CIEy |
| 적색 | 3.6 | 9.7 | 8.5 | 8.4 | 969 | .655 | 0.345 |
| 녹색 | 3.9 | 47.1 | 37.7 | 15.2% | 4714 | 0.371 | 0.598 |
| 청색 | 4.8 | 8.7 | 5.6 | 7.2% | 867 | 0.134 | 0.189 |
도 8은 인광의 녹색 및 적색 도판트를 동일한 모체인 제 2 발광층(124)에 도핑하여 황색(Yellow)의 빛을 얻어낸 스펙트럼의 결과이고, 인광의 녹색 및 적색 도판트의 도핑비율에 따라 피크(peak)의 크기가 달라진다. Ph.Red는 제 2 발광 층(124)에 적색 도판트 만을 도핑한 경우이고, 적색광의 피크 만이 나타난다. Ph.Green은 제 2 발광층(124)에 녹색 도판트 만을 도핑한 경우이고, 녹색광의 피크 만이 나타난다. Red+Green(a)는 제 2 발광층(124)의 모체에 대하여, 적색 도판트와 녹색 도판트를 각각 0.2% 및 10%로 도핑한 것으로, 적색광 및 녹색광의 피크가 균일하게 나타난다. Red+Green(b)는 제 2 발광층(124)의 모체에 대하여, 적색 도판트와 녹색 도판트를 각각 0.4% 및 10%로 도핑한 것으로, 적색광의 피크가 녹색광에 비하여 높게 나타난다. 따라서, 적색광 및 녹색광의 피크가 균등하게 나타나는 Red+Green(a)가 최적의 도핑비율임을 알 수 있다.
표 2는 도 8과 같은 Ph.Red, Ph.Green, Red+Green(a) 및 Red+Green(b)의 조건으로 제 2 발광층(124)을 형성한 유기전계 발광소자의 IVL(전류, 전압, 휘도)을 측정한 데이터이다.
표 2
| 구분 | Volt(V) | Cd/A | Im/W | QE(%) | cd/m2 | CIEx | CIEy |
| 적색 | 3.6 | 9.7 | 8.5 | 8.4 | 969 | .655 | 0.345 |
| 녹색 | 3.9 | 47.1 | 37.7 | 15.2% | 4714 | 0.371 | 0.598 |
| 적+녹(a) | 3.4 | 45.5 | 41.8 | 18.4% | 4550 | 0.449 | 0.529 |
| 적+녹(b) | 3.8 | 38.3 | 31.6 | 18.5% | 3829 | 0.506 | 0.478 |
도 9는 도 4의 제 1 실시예의 유기전계 발광소자에서 측정된 스펙트럼 데이타이며, 인광의 적색 및 녹색 도판트가 도핑된 제 2 발광층(124)의 두께에 따라 효율의 차이를 나타낸다. BGR1, BGR2, 및 BGR3는 제 2 발광층(124)의 두께가 각각, 50Å, 70Å, 및 100Å이고, 여기자 차단층(122)의 두께가 250Å인 경우이다, 제 2 발광층(124)의 두께가 50Å인 BRG1이 가장 좋은 효율을 나타낸다. 그리고, 유기전계 발광소자를 구성하는 물질 및 구조에 따라 최적의 효율이 나타내는 제 2 발광층(124)의 두께 범위가 다르다. 도 9에서 여기자 차단층(122)의 두께에 따른 효율을 도시하지 않았지만, 여기자 차단층(122)도 제 2 발광층(124)과 동일하게, 유기전계 발광소자를 구성하는 물질 및 구조에 따라 최적의 효율이 나타내는 두께 범위가 다르다.
표 3은 도 9과 같은 BGR1, BGR2, 및 BGR3의 조건으로 제 2 발광층(124) 및 여기자 차단층(122)을 형성한 유기전계 발광소자의 IVL(전류, 전압, 휘도)을 측정한 데이터이다.
표 3
| 구분 | BGR1 | BGR2 | BGR3 |
| Voltage | 3.4 | 3.6 | 3.7 |
| Cd/A | 34.72 | 34.22 | 31.22 |
| Im/W | 32.1 | 29.8 | 26.5 |
| CIE | (0.344, 0.359) | (0.351, 0.366) | (0.358, 0.378) |
| Power(W) | 85.36 | 89.31 | 103 |
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 개략도이고, 도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 밴드 다이어그램이다. 본 발명의 제 2 실시예는 유기전계 발광소자의 효율을 극대화하기 위하여 두 개의 발광유닛을 적층구조를 형성한다.
제 2 실시예에 따른 백색을 구현하는 유기전계 발광소자(210)는, 도 10 및 도 11과 같이, 기판(212), 기판(212) 상에 형성되는 애노드 전극(anode electrode)(214), 애노드 전극(214) 상의 제 1 발광유닛(first electro luminescence unit)(216), 제 1 발광유닛(216) 상의 유기물질의 전하생성층(charge generation layer)(218), 전하생성층(218) 상의 제 2 발광유닛(second electro luminescence unit)(220), 및 제 2 발광유닛(220) 상에 형성되고 알루미늄을 사용하는 캐소드 전극(cathode electrode)(222)을 포함한다.
제 1 발광유닛(216)은 제 1 정공주입층(hole-injecting layer)(216a), 제 1 정공수송층(hole-transporting layer)(216b), 형광 청색(fluorescent blue)의 도판드(dopant)가 도핑된 제 1 발광층(light-emitting layer)(216c), 제 1 여기자 차단층(first exiton blocking layer)(216d), 녹색 및 적색의 도판트가 하나의 모체에 도핑된 제 2 발광층(216e), 전자수송층(electron-transporting layer)(216f), 전자주입층(electron-injecting layer)(216g)로 구성된다. 제 2 발광유닛(220)은 제 2 정공주입층(220a), 제 2 정공수송층(220b), 형광 청색의 도판드(dopant)가 도핑된 제 3 발광층(220c), 제 2 여기자 차단층(second exiton blocking layer)(220d), 녹색 및 적색의 도판트가 하나의 모체에 도핑된 제 4 발광층(220e), 제 2 전자수송층(220f), 및 제 2 전자주입층(220g)로 구성된다. 제 2 및 제 4 발광층(216e, 220e)은 서로 다른 모체에 각각 녹색 및 적색의 도판트가 동시에 도핑될 수 있다. 다시 말하면, 녹색 및 적색 도판트와 두 개의 모체를 구성하는 소스물질이 동시에 공급되어 제 2 및 제 4 발광층(216e, 220e)을 형성한다.
제 2 실시예에 따른 백색 유기전계 발광소자(210)에서 사용되는 기판(210)은 유리, 플라스틱, 포일 등과 같은 재질로 형성할 수 있고, 백색 유기전계 발광소자(210)의 발광방향(전면발광, 배면발광, 및 양면발광)에 따라 투명 또는 불투명 재질을 사용할 수 있다. 기판(210) 상의 애노드 전극(114)은 ITO, ZTO 및 ITZO 등과 같은 투명한 재질을 사용한다.
제 1 및 제 2 정공주입층(216a, 220a)과 제 1 및 제 2 정공수송층(216b, 220b)은 각각 4,4'-비스[N-[4-{N,N-비스(3-메틸페닐)아미노}페닐]-N-페닐아미노]비페닐](약칭: DNTPD)과 4, 4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐-아미노]-비페닐(약칭:α-NPD)을 사용하고, 제 1 및 제 2 전자주입층(216, 220g)는 LiF을 사용한다. 제 1 및 제 2 전자수송층(216f, 220f)은 Alq3을 사용한다. 제 1 및 제 2 여기자 차단층(216d, 220d)은 카바졸 유도체, 예를 들면, 4,4'4"-트라이스(카바졸-9-일)트라이페닐아민(약칭: TCTA)을 사용한다. 제 1 및 제 3 발광층(216c, 220c)의 모체(host material)와 형광의 청색 도판트는 각각 안트라센 유도체, 예를 들면 9,10-디(2-나프틸)안트라센(약칭: ADN)과 파이렌 유도체, 예를 들면 1,6-비스(디페닐아민)파이렌을 사용한다. 제 2 및 제 4 발광층(216e, 220e)의 모체로는 녹색의 도판트가 도핑되기에 적당한 모체로써, 카바졸을 포함하지 않고 전자를 수송시키는 특성을 가 진 물질, 예를 들면 4,4'-N,N'-디카바졸-비페닐(약칭: CBP)을 사용하고, 인광의 녹색 도판트 및 적색 도판트는 각각 인듐착물(induim complex)인 Ir(ppy)3과 Ir(mmapy)3을 사용한다.
도 12는 도 10과 같은 2 개의 발광유닛을 적층한 유기전계 발광소자의 스펙트럼 데이터이다. 청색의 높은 효율과 단순한 여기자 차단층의 구조를 통해 구동전압을 낮추면서 효율적으로 삼중항 및 일중항을 모두 이용하여 내부양자 효율을 개선하는 구조이고, 높은 청색 효율로 인하여 소비전력이 낮아지는 결과를 보인다.
도 12에서, B//GR은 제 1 발광유닛(216)에서 인광의 녹색 및 적색 도판트가 도핑된 제 2 발광층(216e)과 제 1 여기자 차단층(216d)을 제외하고, 제 2 발광유닛(220)에서 형광의 청색 도판트가 도핑된 제 3 발광층(220e)과 제 2 여기자 차단층(220d)을 제외한 제 1 구조에서 측정된 커브이고, BR//BG는 제 1 발광유닛(216)에서 제 2 발광층(216e)에 적색 도판트를 도핑하고, 제 2 발광유닛(220)에서 제 4 발광층(220e)은 녹색 도판트로 도핑하는 제 2 구조에서 측정된 커브이고, BGR//BGR은 도 10의 유기전계 발광소자의 제 3 구조에서 측정된 커브이다.
제 1 및 제 2 구조는 도 10의 제 3 구조와 비교하기 위하여 상대적으로 만든 구조이고, 도 12는 측정 결과를 나타낸다. 제 1 구조의 특징은 제 1 발광유닛(216) 에서 형광 청색의 일중항 여기상태 만 이용하여 효율을 내기 때문에 제 3 구조와 비교하여 청색의 효율이 낮아지며 제 1 발광유닛(216)의 제 1 발광층(216c)에 인가된 전류의 양이 증가하게 되어 소비 전력이 높은 단점이 있다. 제 2 구조의 특징은, 제 3 구조와 비교하여, 인광 적색과 녹색의 발광 효율이 떨어지는 것을 알 수 있다. 따라서, 제 1 및 제 2 구조에서는 형광 청색의 삼중항 여기 상태를 각각의 인광 적색 층과 녹색 층에 효율적으로 전달하는 데 어려움이 있다는 것을 알 수 있다.
도 10의 제 3 구조의 유기전계 발광소자(210)은 인광 적색과 녹색 도판트를 하나의 모체에 동시에 도핑함으로써, 도 6과 같은 에너지 전달 과정을 통해 효율적으로 발광하는 것을 알 수 있다. 또한, 도 7에서 도시한 것과 같이 상대적으로 낮은 적색 효율은 녹색 도펀트와 함께 도핑하는 방법을 통해 녹색의 삼중항 여기상태로부터 전이되는 에너지를 효율적으로 이용할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 정신 및 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변형 및 변경할 수 있다는 것은 자명한 사실일 것이다.
도 1은 종래기술의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 개략도
도 2는 종래기술의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 개략도
도 3은 종래기술의 제 2 실시예에 따른 에너지 전달의 모식도
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 개략도
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 밴드 다이어그램
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 에너지 전달의 모식도
도 7 내지 도 9는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 스펙트럼
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 개략도
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 밴드 다이어그램.
도 12는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 스펙트럼
Claims (10)
- 애노드 전극;애노드 전극 상의 정공주입층 및 상기 정공주입층 상의 정공수송층;상기 정공수송층 상의 청색 도판트가 도핑된 제 1 발광층;상기 제 1 발광층 상의 여기자 차단층;상기 여기자 차단층 상에 위치하고, 적색 및 녹색 도판트가 도핑된 제 2 발광층;상기 제 2 발광층 상의 전자수송층;상기 전자수송층 상의 캐소드 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 전자수송층과 상기 캐소드 전극 사이에서,상기 전자수송층 상의 전하생성층;상기 전하생성층 상의 제 2 정공주입층 및 상기 제 2 정공주입층 상의 제 2 정공수송층;상기 제 2 정공수송층 상의 청색 도판트가 도핑된 제 3 발광층;상기 제 3 발광층 상의 제 2 여기자 차단층;상기 제 2 여기자 차단층 상에 위치하고, 적색 및 녹색 도판트가 하나의 모체에 도핑된 제 4 발광층;상기 제 4 발광층 상의 제 2 전자수송층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 발광층의 상기 청색 도판트의 일중항 및 삼중항의 밴드갭은 상기 제 2 발광층의 상기 적색 및 녹색 도판트의 일중항 및 삼중항의 밴드갭보다 큰 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자.
- 제 3 항에 있어서,상기 녹색 도판트의 일중항 및 삼중항의 밴드갭은 상기 적색 도판트의 일중항 및 삼중항의 밴드갭보다 큰 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 발광층의 모체는 안트라센 유도체이고, 상기 청색 도판트는 파이렌 유도체인 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 발광층의 상기 녹색 및 상기 적색 도판트는 각각 인듐 착물(indium complex)인 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기와 같은 유기전계 발광소자에 있어서, 상기 제 2 발광층의 상기 적색 및 상기 녹색 도판트는 모체에 대하여 각각 0.2% 및 10%의 비율로 도핑되는 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 여기자 차단층은 카바졸 유도체인 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 발광층은 하나의 모체에 적색 및 녹색 도판트가 도핑된 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 발광층은 서로 다른 모체에 각각 적색 및 녹색 도판트가 도핑된 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자.
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|---|---|---|---|---|
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| US9755171B2 (en) | 2014-11-26 | 2017-09-05 | Samsung Display Co., Ltd. | Organic light-emitting diode including an interlayer to maintain a hole-electron balance in the emitting layer and display panel including the same |
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-
2008
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