KR20110125861A - 유기 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

제1전극, 복수개의 정공수송층, 복수개의 중간층, 발광층, 복수개의 전자수송층 및 제2전극을 포함하는 유기 발광 소자가 개시된다. 상기 발광층은 호스트, 발광 도펀트 및 보조도펀트를 포함하고, 상기 호스트 및 보조 도펀트는 서로 다른 캐리어 수송 특성을 갖는다.

Description

유기 발광 소자{Organic light emitting device}
유기 발광 소자에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 발광효율 및 구동전압이 개선된 유기 발광 소자에 관한 것이다.
유기 발광 소자는 전하 주입형의 발광 소자이고, 애노드에서 주입된 전자와 캐소드에서 주입된 정공이 발광층과 캐리어 수송층과의 계면이나 발광층내에서 재결합하면서 빛이 발생하는 현상을 이용한 자발발광형 디스플레이 장치이다.
유기 발광 소자의 발광효율을 개선하기 위해서는 발광층에 주입되는 전자와 정공의 밸런스를 잘 조절해야 한다.
발광층에 주입되는 전자와 정공의 개수의 대소에 따라 발광 사이트가 이동한다. 예를 들어 정공이 전자보다 과다한 경우에는 발광층에서 전자수송층에 가까운 영역으로 발광 사이트가 이동하고, 전자가 정공보다 과다한 경우에는 발광 사이트가 발광층에서 정공 수송층에 가까운 영역으로 발광 사이트가 이동한다. 이와 같이 발광 사이트가 이동하게 되면 유기 발광 소자의 효율, 수명 등의 특성이 달라진다.
발광층에 주입되는 전자와 정공의 전하 밸런스를 조절하는 방법으로는 정공수송층과 전자수송층의 재료를 변화시키는 방법이 주로 이용된다.
그러나 이 방법에 따르면 캐리어 밸런스의 조절이 만족할 만한 수준에 도달하지 못하여 개선의 여지가 많다.
발광층에 주입된 캐리어 밸런스가 효율적으로 이루어져 발광효율이 개선되고 수명 특성이 향상될 뿐만 아니라 이미지 스티킹(image sticking)과 블랙이 뜨는 현상이 해결되어 화상 품질이 개선된 유기 발광 소자가 제시된다.
본 발명의 한 측면에 따라 제1전극, 복수개의 정공수송층, 복수개의 중간층, 발광층, 복수개의 전자수송층 및 제2전극을 포함하며, 제2전극을 포함하며,
상기 발광층이 호스트, 발광 도펀트 및 보조도펀트를 포함하고,
상기 호스트 및 보조 도펀트는 서로 다른 캐리어 수송 특성을 갖고 있고,
상기 발광층이 적색 발광층, 청색 발광층 및 녹색 발광층중에서 선택된 하나 이상인 유기 발광 소자가 제공된다.
본 발명의 일구현예에 따른 유기 발광 소자는 발광효율 및 수명이 향상될 뿐만 아니라 이미지 스티킹과 블랙이 뜨는 문제를 해결할 수 있게 되어 화상 품질이 개선된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 소자의 단면을 나타낸 도면이다.
제1전극, 복수개의 정공수송층, 복수개의 중간층, 발광층, 복수개의 전자수송층 및 제2전극을 포함하는 유기 발광 소자가 제공된다.
상기 복수개의 정공수송층과 복수개의 중간층은 예를 들어 제1정공수송층, 중간층, 제2정공수송층, 중간층 및 제3정공수송층이 순차적으로 적층된 적층 구조를 가질 수 있다.
상기 발광층은 호스트, 발광 도펀트 및 보조도펀트를 포함하고, 상기 호스트 및 보조 도펀트는 서로 다른 캐리어 수송 특성을 갖는다.
본 발명의 일구현예에 따른 유기 발광 소자는 발광층을 구성하는 호스트가 전자 수송 특성을 갖는 물질을 사용하면 보조 도펀트는 정공 수송 특성을 갖는 것을 사용하고, 만약 호스트가 정공 수송 특성을 갖는 물질인 경우에는 보조도펀트는 호스트와 상이한 캐리어 수송 특성인 전자 수송 특성을 갖는 물질을 사용한다. 이러한 조성을 발광층을 구비하면 캐리어 밸런스 조절이 매우 용이해진다.
상기 발광층의 보조도펀트는 방향족 아민, 축합 다환 방향족 화합물중에서 선택된 것을 사용한다.
상기 발광층을 구성하는 발광 도펀트는 인광재료이며, 1nit일 때의 발광 효율이 1000nit일 때의 발광효율의 차이 (cd/A @ 1nit / cd/A @ 1000nit)가 1.0 이상인 물질이다.
상기 발광층은 적색 발광층, 청색 발광층 및 녹색 발광층을 포함한다.
상기 적색 발광층에서 호스트는 비스{2-(2-하이드록시페닐)벤조티아졸레이트}아연 {Bis(2-(2-hydroxyphenyl) benzothiazolato) zinc (Zn(BTZ)2)}, 비스-(2-메틸-8-퀴놀리노에이트)-4-(페닐페노에이트)알루미늄{Bis-(2-methyl-8-quinolinolate)-4-(phenylphenolate)aluminium}로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이고, 발광 도펀트는 이리듐 착체 및 백금 착체(Platinum complex)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용한다.
상기 이리듐 착체로는 트리스(2-페닐이소퀴놀린) 이리듐, 트리스(2-페닐피리디나토)이리듐 {Tris(2-phenylpyridinato)iridium} 등을 사용한다.
상기 적색 발광층에서 보조 도펀트는 페닐아민 유도체를 사용한다.
상기 페닐 아민 유도체의 예로는, N,N'-디페닐-N,N'-디(1-나프틸)-1,1'-비페닐-4,4'-디아민, N,N'-디페닐-N,N'-디(3-메틸페닐)-1,1'-비페닐-4,4'-디아민으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
상기 청색 발광층에서 호스트는 안트라센 유도체, 카바졸계 화합물중에서 선택된 하나 이상이고, 발광 도펀트는, 2,5,8,11-테트라터셔리부틸페닐렌 및 스티릴(styryl) 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이고, 보조도펀트는 페닐아민 유도체를 사용한다.
상기 페닐아민 유도체의 예로는, N,N'-디페닐-N,N'-디(1-나프틸)-1,1'-비페닐-4,4'-디아민, N,N'-디페닐-N,N'-디(3-메틸페닐)-1,1'-비페닐-4,4'-디아민으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
상기 녹색 발광층에서 호스트는 안트라센 유도체 및 카바졸계 화합물중에서 선택된 하나 이상을 사용하고, 발광 도펀트로는, 이리듐 착체 및 안트라센 유도체중에서 선택된 하나 이상을 사용한다. 그리고 녹색 발광층에서 보조도펀트로는 페닐 아민 유도체를 사용한다.
상기 이리듐 착체로는 트리스(2-페닐이소퀴놀린) 이리듐, 트리스(2-페닐피리디나토)이리듐 {Tris(2-phenylpyridinato)iridium} 등을 사용한다.
상기 청색 발광층 및 녹색 발광층에서 호스트로서 이용가능한 안트라센 유도체로는, 9,10-(2-디나프틸)안트라센(ADN) 등을 사용하고, 상기 카바졸계 화합물로는 4,4'-(카바졸-9-일) 비페닐(CBP) 등을 사용한다.
상기 청색, 및 녹색 발광층에서 발광 도펀트의 함량은 호스트 100 중량부를 기준으로 하여 0.1 내지 49 중량부, 예를 들어 1 내지 25 중량부이고 상기 보조 도펀트의 함량은 호스트 100 중량부를 기준으로 하여 0.1 내지 49 중량부, 예를 들어 1 내지 40 중량부이다.
상기 적색 발광층에서 발광 도펀트의 함량은 호스트 100 중량부를 기준으로 하여 0.1 내지 49 중량부, 예를 들어 0.3 내지 25 중량부이고 상기 보조 도펀트의 함량은 호스트 100 중량부를 기준으로 하여 0.1 내지 49 중량부, 예를 들어 5 내지 30 중량부이다.
상기 청색, 녹색 및 적색 발광층에서 발광 도펀트 및 보조도펀트의 함량이 상기 범위일 때, 발광효율이 우수하다.
본 발명의 일구현예에 따른 유기 발광 소자는 제1정공수송층, 제2정공수송층 및 제3정공수송층을 포함하는 복수개의 정공 수송층을 구비함으로써 정공 수송 특성이 강한 구조를 갖는다.
상기 제1정공수송층, 제2정공 수송층 및 제3정공수송층은 서로 독립적으로 N,N'-디페닐-N,N'-디(1-나프틸)-1,1'-비페닐-4,4'-디아민, N,N'-디페닐-N,N'-디(3-메틸페닐)-1,1'-비페닐-4,4'-디아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 정공수송재료로 이루어진다.
상기 중간층은 복수개의 정공수송층 사이에 형성되어 전하발생 기능을 수행한다.
상기 중간층을 형성하는 물질로는, 1,4,5,8,9,12-헥사아자트리페닐렌헥사니트릴(1,4,5,8,9,12-Hexaazatriphenylenehexanitrile), 테트라시아노퀴노디메탄(Tetracyanoquinodimethane: TCNQ)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용한다.
상기 제3정공수송층과 발광층 사이에는 N,N'-디페닐-N,N'-디(1-나프틸)-1,1'-비페닐-4,4'-디아민, N,N'-디페닐-N,N'-디(3-메틸페닐)-1,1'-비페닐-4,4'-디아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함하는 제4정공수송층이 더 형성될 수 있다. 이와 같이 제4정공 수송층을 형성하면 발광층에 대한 정공 주입 능력이 개선된다.
본 발명의 일구헌예에 따른 유기 발광 소자에서 전자수송층은 제1전자수송재료를 포함하는 제1전자수송층과, 제2전자수송재료와 하기 화학식 1의 금속 화합물을 포함하는 제2전자수송층중에서 선택된 하나 이상을 구비한다. 여기에서 제2전자수송층은 상술한 조성으로 말미암아 전자 수송성이 매우 강한 특성을 갖고 있다.
[화학식 1]
XaYb
X는 알칼리 금속, 알칼리 토금속 또는 전이금속이고,
Y는 7족 원소 또는 C1- C20 유기 그룹이고,
a는 1 내지 3의 정수이고,
b는 1 내지 3의 정수이다.
상기 화학식 1의 금속 화합물의 구체적인 예로서, 리튬 퀴놀레이트, 나트륨 퀴놀레이트, 리튬 아세토아세테이트, 마그네슘 아세토아세테이트, 리튬 플루오라이드, 세슘 플루오라이드, 나트륨 플루오라이드로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이 있다.
상기 유기 발광 소자는 별도의 전자 주입층을 필요로 하지 않으면서 전자 주입이 보다 용이해진다.
상기 제1전자 수송 물질로는 하기 화학식 2로 표시되는 비스(10-하이드록세벤조[h]퀴놀리나토베릴륨(Bebq2), 그 유도체, 8-하이드록시퀴놀린 아연(Znq2) 또는 (8-하이드록시퀴놀린)알루미늄(Alq3)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이다.
[화학식 2]
Figure pat00001
상기 제2전자수송 물질은 제1전자수송물질과 동일하게 전자 이동도가 10-8 cm/V 이상인 전자 수송 물질로 이루어지며, 제1전자수송물질과 동일한 조성 또는 상이한 재료로 선택할 수 있다. 그 중에서 제1전자수송물질과 제2전자수송물질이 동일한 재료로 구성되는 경우가, 전하 이동도측면에서 보다 더 바람직하다.
상기 제2전자수송층에서 화학식 1로 표시되는 금속 화합물의 함량은 제2전자 수송 물질 100 중량부를 기준으로 하여 40 내지 80 중량부, 특히 50 내지 75 중량부인 것이 바람직하다. 만약 화학식 1의 금속 화합물의 함량이 상기 범위를 벗어나면 전자 수송 특성을 향상시키는 효과가 미미하여 바람직하지 못하다.
상기 제1전자수송층과 제2전자수송층의 두께비는 1:1 내지 2:1인 것이 바람직하다.
또한 상기 유기 발광 소자는 금속 반사막을 더 포함할 수 있다. 상기 금속 반사막은 은(Ag), 알루미늄(Al)중에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함한다.
이와 같이 금속 반사막을 더 구비하는 경우에는 전면 발광형 유기 발광 소자를 제작할 수 있다.
유기 발광 소자중 액티브형 유기 발광 소자는 휴대 전화 등과 같은 휴대용 기기에 탑재되는 데 이용되기 위해서는 소비전력이 줄어들어야 하고, 이미지 이미지 스티킹 (image sticking) 현상 및 블랙이 뜨는 현상이 해결되어야 한다.
소비 전력은 발광 특성면에서 보면, 발광 효율과 구동전압에 의하여 결정된다. 즉 소비전력을 절감하기 위해서는 높은 발광 효율과 낮은 구동전압이 요구된다.
이미지 스티킹은 일부의 화상이 화면에 새겨진 형상으로서 이는 유기 발광 소자의 수명과 관련된다. 이미지 스티킹 현상을 개선하기 위해서는 초기의 휘도 열화를 막는 것이 필요하다.
블랙이 뜨는 현상은 화면을 블랙 화면으로 한 경우, 암실에서 보면 특정색만 발광하는 것을 말하며, 이러한 현상이 일어나면 화상 품질이 저하된다.
본 발명의 일구현예에 따른 유기 발광 소자는 상술한 문제점을 해결하여 소비전력이 줄어들고, 이미지 스티킹 및 블랙이 뜨는 현상을 해결할 수 있으므로 그 적용 범위가 매우 광범위하다.
본 발명의 일구현예에 따른 유기 발광 소자는 도 1-2과 같은 적층 구조로 나타난다.
도 1을 참조하여, 기판(미도시)상에 금속 반사막을 형성하고 그 상부에 제1전극, 제1정공수송층, 중간층, 제2정공수송층, 중간층, 제3정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층, 제2전극이 순차적으로 형성되어 있다.
도 2를 참조하여 제3정공수송층과 발광층 사이에 제4정공수송층이 더 형성된 것을 제외하고는, 도 1의 유기 발광 소자와 동일하다.
상기 전자수송층은 제1전자수송재료로 이루어진 제1전자수송층, 제2전자수송재료와 화학식1의 금속 화합물을 포함하는 제2전자수송층와 같은 1층 구조 또는
제1전자수송재료로 이루어진 제1전자수송층과 제2전자수송재료와 화학식1의 금속 화합물을 포함하는 제2전자수송층을 구비하는 2층 구조를 가질 수 있다.
이하, 본 발명의 일구현예에 따른 유기 발광 소자의 제조방법을 설명하면 다음과 같다. 대표적인 일예로서 도 1 및 2의 유기 발광 소자의 제조방법을 설명하기로 한다.
먼저 도 1의 경우에는 기판 (미도시) 상부에 반사막을 형성한다. 이 때 금속 반사막을 형성 재료로는 은(Ag), 알루미늄(Al)중에서 선택된 하나 이상을 사용하며, 반사막의 두께는 100 내지 5000Å인 것이 바람직하다. 만약 반사막의 두께가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 공정성 등이 저하되어 바람직하지 못하다.
이어서, 상기 금속 반사막 상부에 패터닝된 제1전극을 형성한다. 여기에서 상기 기판은 통상적인 유기 전계 발광 소자에서 사용되는 기판을 사용하는데, 투명성, 표면 평탄성, 취급 용이성 및 방수성이 우수한 유리 기판 또는 투명 플라스틱 기판이 바람직하다. 그리고 상기 기판의 두께는 0.3 내지 1.1 mm인 것이 바람직하다.
상기 제1전극은 투명하고 전도성이 우수한 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO) 등을 사용하여 형성한다.
상기 제1전극 상부에 복수개의 정공수송층 및 복수개의 중간층을 형성할 수 있다.
상술한 복수개의 정공수송층 및 복수개의 중간층 형성시 예를 들어 기판의 전체 영역을 이동하는 형태를 갖는 무빙소스(moving source)를 이용한다.
일구현예에 의하면 상기 제1전극 상부에 제1정공수송재료를 이용하여 제1정공수송층을 형성하고, 그 상부에 중간층 형성물질을 이용하여 증착하여 중간층을 형성한다.
상기 중간층 상부에 제2정공수송층 재료를 이용하여 제2정공수송층을 형성하고, 그 상부에 중간층 형성물질을 이용하여 중간층을 적층한다.
상기 중간층의 두께는 0.1 내지 100nm, 예를 들어 1 내지 20nm이다.
상기 중간층 상부에 제3정공수송재료를 이용하여 제3정공수송층을 형성한다.
그 후, 상기 제3정공수송층 상부에 발광층 형성재료인 호스트, 발광 도펀트 및 보조 도펀트를 증착하여 발광층을 형성한다. 여기에서 발광층 형성방법으로는 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 방법을 사용할 수 있다.
상기 발광층 상부에 전자수송물질을 이용하여 전자수송층을 형성한다. 이 전자수송층은 제1전자수송재료를 포함하는 단층 구조를 가질 수도 있고, 제1전자수송재료와 상기 화학식 1의 금속 화합물을 이용한 제2전자수송층과 제1전자수송재료를 포함하는 제1전자수송층으로 이루어진 2층 구조를 가질 수도 있다. 도 1을 참조하여, 본 발명의 일구현예에 따른 전자수송층은, 제1전자수송층과 제2전자수송층을 구비한 2층 구조를 갖는다.
본 발명에서 전자수송층은 진공증착법에 의하여 형성한다.
상기 전자 수송층의 두께는 150 내지 600Å인 것이 바람직하다. 만약 전자 수송층의 두께가 150Å 미만인 경우에는 전자 수송 능력이 저하되고, 600Å를 초과하는 경우에는 구동 전압 상승으로 바람직하지 못하다.
상기 정공수송층 상부에 전자주입물질을 이용하여 전자주입층을 형성한다. 또한 전자 주입층을 형성하지 않고서도 전자 주입 능력이 우수하지만 전자수송층 상부에 캐소드로부터 전자의 주입을 용이하게 하는 기능을 가지는 물질인 전자주입층을 적층하는 경우 전자 주입 능력이 훨씬 더 개선된다.
상기 발광층의 두께는 10nm 내지 500nm, 바람직하게는 50nm 내지 120nm인 것이 바람직하다. 이 중에서도, 특히 청색 발광층의 두께는 70nm일 수 있다. 만약 발광층의 두께가 10nm 미만인 경우에는 누설전류가 증가하여 효율이 감소하고 수명이 감소하며, 500nm를 초과하는 경우에는 구동전압 상승폭이 높아져서 바람직하지 못하다.
정공수송층은 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 방법에 의해 형성할 수 있지만, 균일한 막질을 얻기 쉽고, 또한 핀 홀이 발생하기 어렵다는 등의 점에서 진공증착법에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 진공증착법에 의해 정공수송층 및 중간층을 형성하는 경우, 그 증착조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공수송층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택된다.
또한 정공수송층의 두께는 5 내지 100nm범위인 것이 바람직하다.
상기 전자주입물질은 LiF, NaCl, CsF, Li2O, BaO, LiQ(리튬 퀴놀레이트) 등의 물질을 이용할 수 있다. 상기 전자수송층, 전자주입층의 증착조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택된다.
상기 전자주입층의 두께범위는 1 내지 8nm인 것이 바람직하다.
상기 전자주입층 상부에 제2전극인 캐소드 형성용 금속을 진공증착법이나 스퍼터링법 등의 방법에 의해 캐소드(Cathode)를 형성한다. 여기에서 캐소드 형성용 금속으로는 낮은 일함수를 가지는 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 구체적인 예로서는 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag) 등을 들 수 있다. 또한 전면 발광소자를 얻기 위하여 ITO, IZO를 사용한 투과형 캐소드를 사용할 수도 있다.
먼저 기판 상부에 제1전극과 정공주입물질을 증착 또는 스핀코팅하여 순차적으로 형성한다.
여기에서 상기 정공 주입 물질로는 미국 특허 제4,356,429호에 개시된 구리프탈로시아닌 등의 프탈로시아닌 화합물 또는 Advanced Material, 6, p.677(1994)에 기재되어 있는 스타버스트형 아민 유도체류인 TCTA, m-MTDATA, m-MTDAPB 등을 사용할 수 있다.
상기 정공 주입층의 두께는 2 nm 내지 100 nm이다. 이 중, 10nm의 두께를 이용할 수 있다. 상기 정공 주입층의 두께가 3 nm 미만인 경우, 너무 얇아서 정공 주입이 제대로 되지 않는다는 문제점이 있고, 상기 정공 주입층의 두께가 1,000 nm를 초과하는 경우 전도도가 저하될 수 있다.
상기 과정에 따라 형성된 정공주입층 상부에 도 1과 동일한 재료 및 방법을 사용하여 중간층을 형성하고, 그 상부에 보조 정공 주입 물질을 증착 또는 스핀코팅하여 보조 정공주입층을 형성한다.
상기 보조 정공 주입 물질은 N,N'-디페닐-N,N'-디(1-나프틸)-1,1'-비페닐-4,4'-디아민, N,N'-디페닐-N,N'-디(3-메틸페닐)-1,1'-비페닐-4,4'-디아민 등을 이용한다. 그리고 상기 보조 정공 주입층의 두께는 2nm 내지 100nm이다.
이어서 상기 보조 정공주입층 상부에 도 1과 마찬가지로 정공수송층, 발광층을 형성한다.
그 후, 상기 발광층 상부에 제1전자수송재료를 진공증착하여 제1전자수송층을 형성하고 그 상부에 제2전자수송재료와 화학식 1의 금속 화합물을 진공증착하여 제2전자수송층을 형성한다.
상기 제1전자수송층의 두께는 1 내지 20nm이고, 상기 제2전자수송층의 두께는 10 내지 50nm이다.
상기 제2전자수송층 상부에 도 1과 마찬가지로 제2전극을 형성함으로써 유기 발광 소자가 완성된다.
도 2의 유기 발광 소자는 도 1의 경우와 동일한 방법에 따라 실시하여 제작가능하다.
이하, 하기 실시예를 들어 보다 상세하게 설명하기로 하되, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
유리기판에 두께 100nm의 은(Ag)막과 두께 7nm의 ITO막을 순차적으로 형성하고, 이 유리 기판을 증류수 세척을 실시한 다음, 이소프로필 알코올과 순수 물 속에서 각 5 분 동안 초음파 세정한 후, 진공오븐에서 1시간 건조하였다.
상기 ITO막 상부에 NPB (N,N'-diphenyl-N,N'-di(1-naphthyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine)를 증착하여 두께 34nm의 제1정공수송층을 형성하고, 그 상부에 중간층 형성물질인 1,4,5,8,9,12-Hexaazatriphenylenehexanitrile(약칭:　HAT-CN6)을 증착하여 중간층을 5nm로 형성하였다.
상기 중간층 상부에 NPB를 증착하여 두께 68nm의 제2정공수송층을 형성하고, 그 상부에 HAT-CN6을 증착하여 중간층을 5nm로 형성하고, 이 중간층 상부에 NPB를 증착하여 제3정공수송층을 34nm 두께로 형성하였다.
이어서, 상기 제3정공수송층 상부에, 호스트인 Bis(2-(2-hydroxyphenyl) benzothiazolato) zinc (Zn(BTZ)2) 62 중량부와, 발광 도펀트인 트리스(2-페닐이소퀴놀린)이리듐 8중량부와, 보조도펀트인 N,N'-디페닐- N,N'-디(1-나프틸)-1,1'-비페닐-4,4'-디아민 30 중량부를 이용하여 적색 발광층을 40nm로 형성하였다.
상기 적색 발광층 상부에 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린 (BCP)을 이용하여 제1전자수송층을 10nm로 형성하였다. 제1전자수송층 상부에 BCP 50 중량부와 리튬 퀴놀레이트 (LiQ) 50 중량부를 이용하여 제2전자수송층을 30nm로 형성하였다.
상기 제2전자수송층 상부에 LiF를 진공 증착하여 전자주입층을 0.5nm로 형성하였다.
상기 전자주입층 상부에 MgAg를 증착하여 캐소드를 형성하여 유기 발광 소자를 완성하였다.
실시예 2
적색 발광층 대신 하기 방법에 따라 녹색 발광층을 형성한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 유기 발광 소자를 완성하였다.
녹색 발광층은 호스트인 4,4'-Bis(carbazol-9-yl) biphenyl (CBP) 88 중량부와, 발광 도펀트인 트리스(2-페닐피리디나토)이리듐 {Tris(2-phenylpyridinato)iridium} 10 중량부와, 보조도펀트인 NPB(N,N'-diphenyl-N,N'-di(1-naphthyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine) 2 중량부를 이용하여 두께 20nm로 형성하였다.
실시예 3
유리기판에 두께 100nm의 은(Ag)막과 두께 7nm의 ITO막을 순차적으로 형성하고, 이 유리 기판을 증류수 세척을 실시한 다음, 이소프로필 알코올과 순수 물 속에서 각 5 분 동안 초음파 세정한 후, 진공오븐에서 1시간 건조하였다.
상기 ITO막 상부에 NPB (N,N'-diphenyl-N,N'-di(1-naphthyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine)를 증착하여 두께 34nm의 제1정공수송층을 형성하고, 그 상부에 중간층 형성물질인 1,4,5,8,9,12-Hexaazatriphenylenehexanitrile(약칭:　HAT-CN6)을 증착하여 중간층을 5nm로 형성하였다.
상기 중간층 상부에 NPB를 증착하여 두께 68nm의 제2정공수송층을 형성하고, 그 상부에 HAT-CN6을 증착하여 중간층을 5nm로 형성하고, 이 중간층 상부에 NPB를 증착하여 제3정공수송층을 34nm 두께로 형성하였다.
상기 제3정공수송층 상부에 하기 방법에 따라 청색 발광층을 형성하였다.
발광층 형성시 호스트인 9,10-(2-디나프틸)안트라센(ADN) 95.5 중량부와, 발광 도펀트인 2,5,8,11-테트라터셔리부틸페닐렌 3 중량부와 보조도펀트인 NPB 1. 5 중량부를 이용하여 청색 발광층을 20nm로 형성하였다.
상기 발광층 상부에 2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (약칭　BCP)을 증착하여 5nm의 제1전자수송층을 형성하였고, 그 상부에 BCP(50 중량부)와 리튬 퀴놀레이트(LiQ) 50 중량부를 증착하여 25nm 두께의 제2전자수송층을 형성하였다.
상기 제2전자수송층 상부에 LiF를 진공 증착하여 전자주입층을 0.5nm로 형성하였다.
상기 전자주입층 상부에 MgAg를 증착하여 캐소드를 형성하여 유기 발광 소자를 완성하였다.
실시예 　4
제3　정공수송층　상부에　하기　방법에　따라　청색 발광층을　형성한 것을 제외하고는, 실시예 3과 동일한 방법에 따라 실시하여 유기 발광 소자를 형성하였다.
호스트인　ADN 96　중량부와,　발광　도펀트인　2,5,8,11-테트라터셔리부틸페닐렌 3　중량부와,　보조도펀트인　NPB　1중량부를 이용하여 청색 발광층을　20nm로　형성하였다.
상기　발광층　상부에　2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (약칭　BCP)을 증착하여 5nm의 제1전자수송층을 형성하였고, 그 상부에 BCP(50　중량부)와　리튬　퀴놀레이트(LiQ)　50　중량부를　증착하여　30nm　두께의　제2전자수송층을　형성하였다.
상기 제2전자수송층 상부에 LiF를 진공 증착하여 전자주입층을 0.5nm로 형성하였다.
상기 전자주입층 상부에 MgAg를 증착하여 캐소드를 형성하여 유기 발광 소자를 완성하였다.
실시예 　5
BCP(60　중량부)와　리튬　퀴놀레이트(LiQ)　40　중량부를　증착하여　30nm　두께의　제2전자수송층을　형성한 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일한 방법에 따라 실시하여 유기 발광 소자를 완성하였다.
실시예 6
제2정공수송층 및 제3정공수송층 형성시 NPB 대신 TPD(N,N'-디페닐-N,N'-디(3-메틸페닐)-1,1'-비페닐-4,4'-디아민)을 이용한 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일한 방법에 따라 실시하여 유기 발광 소자를 완성하였다.
실시예 7
발광층 형성시 호스트인 ADN 87 중량부와, 발광도펀트인 2,5,8,11-테트라터셔리부틸페닐렌 3 중량부와 보조도펀트인 NPB 10 중량부를 이용하여 발광층을 20nm로 형성한 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일한 방법에 따라 실시하여 유기 발광 소자를 완성하였다.
실시예 　8
발광층　형성시　호스트인　ADN　96.5　중량부와,　발광　도펀트인　2,5,8,11-테트라터셔리부틸페닐렌 3중량부와,　보조도펀트인　NPB　0.5　중량부를　이용하여　발광층을　20nm로　형성한　것을　제외하고는,　실시예　4와　동일한　방법에　따라　실시하여 유기 발광 소자를 완성하였다.　
비교예 　1
ITO막　상부에　NPB를　증착하여　두께　146nm의　정공수송층을　형성하였다.　
이어서,　상기　정공수송층　상부에,　호스트인　Zn(BTZ)2　62　중량부와,　발광　도펀트인　트리스(2-페닐이소퀴놀린)이리듐　8중량부와,　보조도펀트인　N,N’-디페닐-　N,N’-디(1-나프틸)-1,1’-비페닐-4,4’-디아민30　중량부를　이용하여　적색　발광층을　40nm로　형성하였다.　
상기　적색 발광층　상부에　2,9-디메틸(Dimethyl)-4,7-디페닐(diphenyl)-1,10-페난트롤린(phenanthroline)　(약칭BCP)　50중량부와　리튬　퀴놀레이트　50　중량부를　이용하여　전자수송층을　30nm로　형성하였다.
상기　전자수송층　상부에　LiF를 진공 증착하여 전자주입층을0.5nm로　형성하였다.
상기　전자주입층　상부에　MgAg를　증착하여　캐소드를　형성하여　유기　발광　소자를　완성하였다.
비교예 　2
ITO막 상부에 제1정공　수송층과 중간층, 제2정공수송층과 중간층 및 제3정공수송층을 순차적으로 적층하는 대신, ITO막 상부에 NPB(146nm)로 된 단층의 정공수송층을 형성한 것을 제외하고는, 실시예　2와　동일하게 실시하여 유기 발광 소자를 완성하였다.
비교예 　3
ITO막 상부에 제1정공　수송층과 중간층, 제2정공수송층과 중간층 및 제3정공수송층을 순차적으로 적층하는 대신, ITO막 상부에 NPB(146nm)로 된 단층의 정공수송층을 형성한 것을 제외하고는, 실시예　3과 동일하게 실시하여 유기　발광　소자를　완성하였다.
비교예 　4
ITO막 상부에 제1정공　수송층과 중간층, 제2정공수송층과 중간층 및 제3정공수송층을 순차적으로 적층하는 대신, ITO막 상부에 NPB(146nm)로 된 단층의 정공수송층을 형성한 것을 제외하고는, 실시예　4와　동일하게 실시하여 유기　발광　소자를　완성하였다.
비교예 　5
ITO막 상부에 제1정공　수송층과 중간층, 제2정공수송층과 중간층 및 제3정공수송층을 순차적으로 적층하는 대신, ITO막 상부에 NPB(146nm)로 된 단층의 정공수송층을 형성한 것을 제외하고는, 실시예　5와　동일하게 실시하여 유기 발광 소자를 완성하였다.
비교예 　6
ITO막 상부에 제1정공　수송층과 중간층, 제2정공수송층과 중간층 및 제3정공수송층을 순차적으로 적층하는 대신, ITO막 상부에 TPD(146nm)로 된 단층의 정공수송층을 형성한 것을 제외하고는, 실시예 6과 동일하게 실시하여 유기 발광 소자를 완성하였다.
상기 실시예 1-8 및 비교예 1-6에 따른 전면발광형 유기 발광 소자에 있어서, 구동전압, 전류밀도, 발광효율 및 색좌표 특성을 조사하였고, 그 결과는 하기 표 1과 같다.
구분 전압 (V) 전류밀도(mA/cm2) 발광효율 (cd/A) CIE (x, y)
실시예 1 4.5 6.0 23 (0.682,0.316)
실시예 2 5.3 5.1 48 (0.244,0.771)
실시예 3 5.1 12.0 4.8 (0.133,0.074)
실시예 4 4.3 11.0 5.2 (0.133,0.075)
실시예 5 5.6 14.8 4.5 (0.133,0.074)
실시예 6 4.4 11.5 5.0 (0.133,0.074)
실시예 7 4.1 18.2 3.9 (0.134,0.075)
실시예 8 4.4 11.3 5.1 (0.133,0.074)
비교예 1 4.7 10.2 13 (0.651,0.349)
비교예 2 5.4 8.2 30 (0.351,0.650)
비교예 3 5.2 19.1 3.0 (0.130,0.150)
비교예 4 4.4 17.6 3.3 (0.130,0.150)
비교예 5 5.8 23.7 2.8 (0.130,0.150)
비교예 6 4.6 18.4 3.1 (0.130,0.150)
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1-6의 유기 발광 소자는 각각 비교예 1-6의 경우에 대비되며, 실시예 1-6의 유기 발광 소자는 각각 비교예 1-6의 경우와 비하여 구동전압, 전류밀도, 발광효율 및 색좌표 특성이 개선된다는 것을 알 수 있었다.
또한 상기 표 1로부터 알 수 있듯이, 실시예 7-8의 유기 발광 소자는 실시예 1-6의 경우와 동등한 수준의 구동전압, 전류밀도, 발광 효율 및 색좌표 특성을 나타냈다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (18)

  1. 제1전극, 복수개의 정공수송층, 복수개의 중간층, 발광층, 복수개의 전자수송층 및 제2전극을 포함하며,
    상기 발광층이 호스트, 발광 도펀트 및 보조도펀트를 포함하고,
    상기 호스트 및 보조 도펀트는 서로 다른 캐리어 수송 특성을 갖고 있고,
    상기 발광층이 적색 발광층, 청색 발광층 및 녹색 발광층중에서 선택된 하나 이상인 유기 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적색 발광층에서 호스트는,
    비스{2-(2-하이드록시페닐)벤조티아졸레이트}아연 및 비스-(2-메틸-8-퀴놀리노에이트)-4-(페닐페노에이트)알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 적색 발광층에서 발광 도펀트는 이리듐 착체 및 백금 착체중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 적색, 청색 및 녹색 발광층에서 보조 도펀트는 페닐아민 유도체인 유기 발광 소자.
  5. 제1항에 있어서, 상기 청색 및 녹색 발광층에서 호스트는 안트라센 유도체 및 카바졸계 화합물중에서 선택된 하나 이상인 유기 발광 소자.
  6. 제1항에 있어서, 상기 청색 발광층에서 발광 도펀트는 2,5,8,11-테트라터셔리부틸페닐렌 및 스티릴 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 유기 발광 소자.
  7. 제1항에 있어서, 상기 녹색 발광층에서 발광 도펀트는 이리듐 착체 및 안트라센 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 유기 발광 소자.
  8. 제1항에 있어서, 상기 발광층에서 발광 도펀트의 함량은 호스트 100 중량부를 기준으로 하여 0.1 내지 49 중량부이고,
    상기 보조 도펀트의 함량은 호스트 100 중량부를 기준으로 하여 0.1 내지 49 중량부인 유기 발광 소자.
  9. 제1항에 있어서, 상기 전자수송층은,
    제1전자수송재료를 포함하는 제1전자수송층; 및
    제2전자수송재료와 하기 화학식 1의 금속 화합물을 포함하는 제2전자수송층중에서 선택된 하나 이상인 유기 발광 소자.
    [화학식 1]
    XaYb
    X는 알칼리 금속, 알칼리 토금속 또는 전이금속이고,
    Y는 7족 원소 또는 C1- C20 유기 그룹이고,
    a는 1 내지 3의 정수이고,
    b는 1 내지 3의 정수이다.
  10. 제9항에 있어서, 상기 화학식 1의 금속 화합물이 리튬 퀴놀레이트, 나트륨 퀴놀레이트, 리튬 아세토아세테이트, 마그네슘 아세토아세테이트, 리튬 플루오라이드, 세슘 플루오라이드, 나트륨 플루오라이드로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 유기 발광 소자.
  11. 제9항에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 금속 화합물의 함량이 전자 수송층 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 20 내지 60 중량부인 유기 발광 소자.
  12. 제9항에 있어서, 상기 제1전자 수송 물질 및 제2전자 수송 물질은 서로 독립적으로
    하기 화학식 2로 표시되는 비스(10-하이드록세벤조[h]퀴놀리나토베릴륨(Bebq2), 그 유도체, 8-하이드록시퀴놀린 아연(Znq2) 또는 (8-하이드록시퀴놀린)알루미늄(Alq3)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 유기 발광 소자.
    [화학식 2]
    Figure pat00002
  13. 제9항에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 금속 화합물의 함량이 전자 수송층 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 20 내지 60 중량부인 유기 발광 소자.
  14. 제1항에 있어서, 상기 정공수송층은,
    N,N'-디페닐-N,N'-디(1-나프틸)-1,1'-비페닐-4,4'-디아민 및 N,N'-디페닐-N,N'-디(3-메틸페닐)-1,1'-비페닐-4,4'-디아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 유기 발광 소자.
  15. 제1항에 있어서, 상기 중간층이 1,4,5,8,9,12-헥사아자트리페닐렌헥사니트릴 및 테트라시아노퀴노디메탄(TCNQ)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 유기 발광 소자.
  16. 제1항에 있어서, 금속 반사막이 더 포함되는 유기 발광 소자.
  17. 제16항에 있어서, 상기 금속 반사막이 은(Ag), 알루미늄(Al)중에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 유기 발광 소자.
  18. 제1항에 있어서, 전자주입층이 더 포함되는 유기 발광 소자.
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