KR20130069235A

KR20130069235A - 유기 발광 소자

Info

Publication number: KR20130069235A
Application number: KR1020110136862A
Authority: KR
Inventors: 서정대; 한창욱; 탁윤흥; 김효석; 전은주; 강혜승
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2013-06-26
Also published as: CN103165818B; KR101535824B1; US9431614B2; US20130153867A1; CN103165818A

Abstract

본 발명은 본 발명은 전하 생성층에 새로운 재료를 적용하여 소자의 효율 및 구동 전압 특성을 향상시킨 유기 발광 소자에 관한 것으로, 전하 생성층은 하기 화학식의 화합물을 포함하는 것에 그 특징이 있다.

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여기서, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8은 독립적으로 탄소 수가 6개 내지 20개를 갖는 방향족 그룹에서 선택되며, R9 및 R10은 독립적으로 수소 또는 탄소 수가 6개 내지 20개인 방향족 그룹 또는 N, S, P 중 1개 이상의 원소를 갖고 이와 연결된 탄소 수가 3개 내지 17개인 이형 고리 화합물 중 선택된다.

Description

유기 발광 소자 {Organic Light Emitting Device}

본 발명은 유기 발광 소자에 관한 것으로 특히, 본 발명은 전하 생성층에 새로운 재료를 적용하여 소자의 효율 및 구동 전압 특성을 향상시킨 유기 발광 소자에 관한 것이다.

최근 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 전기적 정보신호를 시각적으로 표현하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 여러 가지 다양한 평판 표시장치(Flat Display Device)가 개발되어 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube : CRT)을 빠르게 대체하고 있다.

이 같은 평판 표시장치의 구체적인 예로는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 플라즈마 표시장치(Plasma Display Panel device: PDP), 전계방출 표시장치(Field Emission Display device: FED), 유기 발광 표시장치(Organic Light Emitting Device: OLED) 등을 들 수 있다.

이 중, 별도의 광원을 요구하지 않으며 장치의 컴팩트화 및 선명한 컬러 표시를 위해 유기 발광 표시 장치가 경쟁력 있는 어플리케이션(application)으로 고려되고 있다.

이러한 유기 발광 표시 장치는 유기 발광층의 형성이 필수적인데, 종래 그 형성을 위해 새도우 마스크(shadow mask)를 이용한 증착 방법이 이용되었다.

그러나, 새도우 마스크는 대면적의 경우, 그 하중 때문에 쳐짐 현상이 발생하고, 이로 인해 여러번 이용이 힘들고 유기 발광층 패턴 형성에 불량이 발생하기 때문에, 대안적 방법이 요구되었다.

이러한 새도우 마스크를 대체하여 여러 방법이 제시되었던 그 중 하나로서 탠덤(tandem) 방식의 유기 발광 소자(이하, '탠덤형 유기 발광 소자'라 함)라 하며, 이하, 탠덤형 유기 발광 소자에 대해 설명하면 다음과 같다.

탠덤형 유기 발광 소자는, 발광 다이오드 형성시 양극과 음극 사이의 각 층을 마스크 없이 증착시키는 것으로, 유기 발광층을 포함한 유기막들의 형성을 차례로 그 성분을 달리하여 진공 상태에서 증착하는 것을 특징으로 한다.

한편, 탠덤형 유기 발광 소자로서 백색을 구현하기 위해서는 둘 이상의 발광층으로부터 나오는 광을 혼합하여 백색을 나타내는 방식이 고려된다. 이 경우, 탠덤형 유기 발광 소자는 양극과 음극 사이에 복수의 색상의 광을 발광하는 서로 다른 발광층을 구비하는 것으로, 각각의 발광층 사이에 전하 생성층(CGL: Charge Generation Layer)이 구비되어, 각 발광층을 기본 구조로 하여 스택을 구분한다.

이러한 탠덤형 유기 발광 소자는, 한 물질을 사용하여 빛을 내는 것이 아니라, 파장별로 각각의 PL 피크(Photoluminescence Peak)가 상이한 발광 재료를 포함하는 복수개의 발광층이 소자 내 다른 위치에서 발광하며, 조합되어 빛이 발생된다.

탠덤형 유기 발광 소자에서는 전하 생성층을 서로 다른 스택 사이에 포함하고 있다. 그리고, 상기 전하 생성층은 인접한 스택으로 전자 또는 정공의 전달을 수행하고 있다. 그리고, 전하 생성층의 재료로 HAT-CN 또는 MoO₃ 등의 재료를 이용하고 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 탠덤형 유기 발광 소자는 다음과 같은 문제점이 있다.

탠덤형 소자에서는 전하 생성층을 서로 다른 스택 사이에 포함하고 있다. 그리고, 상기 전하 생성층은 인접한 스택으로 전자 또는 정공의 전달을 수행하고 있다. 그런데, 탠덤형 소자에서 현재 적용하는 재료로 전하 생성층을 형성시 전하 생성층과 인접한 스택의 계면 특성이 좋지 않아 인접한 스택과 전하 생성층간 전자 또는 정공의 전달이 불가한 경우가 있고, 이 경우, 인접한 인광 스택 또는 형광 스택에서 발광이 정상적으로 이루어지지 못하는 문제가 발생한다. 이에 따라, 구동 전압 특성 저하와 효율 감소의 문제가 있으며, 이는 결과적으로 탠덤형 유기 발광 소자의 수명을 저하시키는 원인이 된다.

따라서, 전하 생성층의 정공 또는 전자가 인접 스택으로의 주입을 방해하는 원인을 밝히고자 하는 연구가 이루어지고 있다. 최근, 전하 생성층을 이루는 재료를 변경하여 이러한 문제점을 해결하고자하는 연구가 진행되고 있다.

즉, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 전하 생성층에 새로운 재료를 적용하여 소자의 효율 및 구동 전압 특성을 향상시킨 유기 발광 소자를 제공하는 데, 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유기 발광 소자는 서로 이격하며 대향된 제 1 전극과 제 2 전극; 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 형성되며, 각각 발광층을 포함하는 복수개의 스택; 및 인접한 스택을 연결하는 전하 생성층을 포함하는 탠덤형 유기 발광 소자에 있어서, 상기 전하 생성층은 적어도 전자 끌기(electron-withdrawing) 치환기를 갖는 제 1 유기물과, 정공을 주입할 수 있는 기능을 갖는 제 2 유기물을 포함하는 것에 그 특징이 있다.

상기 제 1 유기물은 CN, NO₂, F 중 한 개 이상의 치환기를 갖고, 상기 제 2 유기물은 3차 아민(amine)의 치환기를 갖는 축합 방향족 그룹(Fused Aromatic Group)을 갖는다.

그리고, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유기 발광 소자는 서로 이격하며 대향된 제 1 전극과 제 2 전극;과, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 형성되며, 각각 발광층을 포함하는 복수개의 스택; 및 인접한 스택을 연결하는 전하 생성층을 포함하는 탠덤형 유기 발광 소자에 있어서, 상기 전하 생성층은 하기 화학식 1 내지 3 중 적어도 하나의 화합물을 포함하는 것에 그 특징이 있다.

화학식 1 내지 3 은 각각 다음과 같다.

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그리고, 화학식 1 내지 3 에서, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8은 독립적으로 탄소 수가 6개 내지 20개를 갖는 방향족 그룹에서 선택되며, R9 및 R10은 독립적으로 수소 또는 탄소 수가 6개 내지 20개인 방향족 그룹 또는 N, S, P 중 1개 이상의 원소를 갖고 이와 연결된 탄소 수가 3개 내지 17개인 이형 고리 화합물 중 선택된다.

여기서, 상기 R1 내지 R8은 독립적으로 알킬기나 할로겐으로 치환되는 방향족 그룹에서 선택될 수 있다. 이 경우, 상기 알킬기는 탄소 수 1개 내지 6개 중에서 선택될 수 있다.

또한, 상기 할로겐은 F, Cl, Br, I일 수 있다.

또한, 상기 전하 생성층에 포함되는 상기 화학식 1 내지 3 중 적어도 하나의 화합물의 부피비는 상기 전하 생성층 전체 부피의 20% 내지 50%인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 전하 생성층의 두께는 100Å 내지 250Å인 것이 바람직하다.

상기 전하 생성층에 전하를 생성할 수 있는 유기 물질을 더 포함할 수 있다. 이 때, 더 포함된 유기 물질은 HAT-CN일 수 있다.

또한, 상기 스택은 발광층 상하로 공통층을 구비하며, 상기 전하 생성층과 인접한 공통층에는 상기 전하 생성층으로부터 전자의 주입을 돕는 n형의 유기물층이 더 포함될 수 있다.

경우에 따라, 상기 스택의 제 1 공통층은 상기 화학식 1 내지 3 중 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 상술한 화합물은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 차례로 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층을 갖는 유기 발광 소자에 있어서, 정공 수송층의 재료로 이용될 수도 있다.

상기와 같은 본 발명의 유기 발광 소자는 다음과 같은 효과가 있다.

새로운 전하 생성을 용이하게 하는 재료를 이용하여, 전하 생성층을 형성하여, 인접한 제 1 스택으로 용이한 전자 주입과 인접한 제 2 스택으로 정공 주입의 안정성을 가져와 구동 전압의 감소와 효율의 증가를 가져 올 수 있다.

도 1은 본 발명의 유기 발광 소자를 나타낸 단면도
도 2는 도 1의 하나의 스택을 나타낸 단면도
도 3은 본 발명의 전하 생성층에 포함되는 화학식 1로 표현되는 화합물
도 4는 본 발명의 전하 생성층에 포함되는 화학식 2로 표현되는 화합물
도 5는 본 발명의 전하 생성층에 포함되는 화학식 3으로 표현되는 화합물
도 6은 본 발명의 전하 생성층에 포함되는 화학식 1 또는 2로 표현되는 화합물
도 7은 본 발명과 비교예의 전하 생성층 적용시 구동 전압 대 전류 밀도를 나타낸 그래프
도 8은 본 발명과 비교예의 전하 생성층 적용시 휘도 대비 효율을 나타낸 그래프

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 유기 발광 소자를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 탠덤형 유기 발광 소자를 나타낸 단면도이며, 도 2는 도 1의 하나의 스택을 나타낸 단면도이다.

도 1과 같이, 본 발명의 탠덤형 유기 발광 소자는 서로 대향된 제 1 전극(100)과 제 2 전극(200)과, 상기 제 1 전극(100)과 제 2 전극(200) 사이에 형성된 복수개의 스택(110a, 110b, ...., 110n)과, 상기 인접한 스택(110a, 110b, ..., 110n) 사이에 위치하는 전하 생성층(120a, 120b, ...)을 포함하여 이루어진다.

상기 제 1 전극(100)과 제 2 전극(200)은 도시된 바와 같이, 양극과 음극일 수 있으며, 혹은 반전되어 제 1 전극(100)이 음극, 제 2 전극(200)이 양극일 수 있다. 제 1 전극(100) 하부에는 박막 트랜지스터 어레이가 형성된 기판(미도시)이 위치하며, 상기 박막 트랜지스터 어레이의 일 화소에 형성된 박막 트랜지스터와 상기 제 1 전극(100)이 접속된다.

탠덤형 유기 발광 소자에 있어서, 스택은 최소 2개이며 전하 생성층을 스택 사이에 개재하여 스택의 수를 늘려 구성할 수 있다.

여기서, 상기 스택 각각은 도 2와 같이, 중앙에 소정 색을 발광하는 발광층(15)와 상기 발광층(15) 하부에 제 1 공통층(11)과, 상기 발광층(15) 상부에 제 2 공통층(12)을 포함하여 이루어진다.

그리고, 상기 제 1 공통층(11)은 정공 주입층 또는/및 정공 수송층을 포함할 수 있으며, 상기 제 2 공통층(12)은 전자 수송층 또는/및 전자 주입층을 포함할 수 있다. 또한, 이들 정공 주입층과 정공 수송층은 하나의 층으로 형성될 수도 있고, 각 층이 복수개의 층으로 나누어 형성될 수도 있다. 마찬가지로, 전자 수송층과 전자 주입층은 하나의 층으로 형성될 수도 있고, 각 층이 복수개의 층으로 나누어 형성될 수도 있다.

또한, 상기 제 2 공통층(12)에 포함된 전자 주입층은 상기 전하 생성층에서 전달되는 전자의 주입 효율을 높이도록 n형 유기물 반도체층을 전하 생성층에 인접하여 구성할 수 있다.

한편, 상기 각 스택은 서로 다른 색상의 광을 발광하는 발광층을 포함하는 것으로 일 예로, 청색 발광층을 포함하는 제 1 스택과 옐로우 그린 또는 황색 또는 적색/녹색 발광층을 포함하는 제 2 스택을 적층시켜 탠덤형 백색 유기 발광 소자를 구현하는 예가 있다. 그리고, 이러한 탠덤형 백색 유기 발광 소자에 있어서, 상기 제 1 스택과 제 2 스택은 각각 제 1 공통층(정공 주입층, 정공 수송층), 발광층, 제 2 공통층(전자 수송층, 전자 주입층)의 적층 구조를 갖는다.

인접한 2개의 스택을 연결하는 전하 생성층(CGL: Charge Generation Layer)은 소자를 형성하는데 있어, 기본적으로 전하(charge)를 생성을 할 수 있는 유기 및 무기 물질과 전하 생성을 용이하게 도와주는 유기 물질을 포함하여 구성된다.

최근 알려진 전하 생성층 재료로는 단일의 HAT-CN나 혹은 무기물로서 MoO₃를 NPD에 도핑하여 적용하는 예가 알려져 있다. 하지만 전하 생성층과 인접한 스택간 계면 특성이 좋지 않아 구동 전압 상승과 효율과 수명이 저감되는 문제가 있었다.

본 발명의 탠덤형 유기 발광 소자에 있어서는, 상기 전하 생성을 용이하게 도와주는 유기 물질로 제안된 것으로, 상기 전하 생성층은 적어도 전자 끌기(electron-withdrawing) 치환기를 갖는 제 1 유기물과, 정공을 주입할 수 있는 기능을 갖는 제 2 유기물을 포함하는 것에 그 특징이 있다.

그리고, 상기 제 2 유기물은 하기의 화학식 1, 2, 3 중에서 선택되는 것이다.

여기서, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8은 독립적으로 탄소 수가 6개 내지 20개를 갖는 방향족 그룹에서 선택될 수 있다.

또한, 상기 R1 내지 R8은 독립적으로 알킬기나 할로겐으로 치환되는 방향족 그룹에서 선택될 수도 있다. 이 경우, 상기 알킬기는 탄소 수 1개 내지 6개 중에서 선택될 수 있다. 그리고, 상기 할로겐은 F, Cl, Br, I일 수 있다.

도 3은 본 발명의 전하 생성층에 포함되는 화학식 1로 표현되는 화합물이다.

도 3과 같이, 상술한 화학식 1로 표현되는 화합물은 CH-01 내지 CH-09와 같다. 그러나, 도시된 예는 R1 내지 R8이 치환될 수 있는 방향족 고리의 한정된 예에 불과한 것으로, 탄소 수 6 내지 20의 범위에서 여러 형태로 치환 가능하다.

여기서, R1, R2, R3, R4는 독립적으로 탄소 수가 6개 내지 20개를 갖는 방향족 그룹에서 선택될 수 있고, R9 및 R10은 독립적으로 수소 또는 탄소 수가 6개 내지 20개인 방향족 그룹 혹은 N, S, P 중 1개 이상의 원소를 갖고 이와 연결된 탄소 수가 3개 내지 17개인 이형 고리 화합물 중 선택될 수 있다.

경우에 따라, R1, R2, R3, R4는 독립적으로 알킬기나 할로겐으로 치환되는 방향족 그룹에서 선택될 수 있다. 이 경우, 상기 알킬기는 탄소 수 1개 내지 6개 중에서 선택될 수 있다. 또한, 상기 할로겐은 F, Cl, Br, I일 수 있다.

도 4는 본 발명의 전하 생성층에 포함되는 화학식 2로 표현되는 화합물이다.

도 4와 같이, 상술한 화학식 2로 표현되는 화합물은 CH-10 내지 CH-17와 같다. 그러나, 도시된 예는 R1 내지 R4이 치환될 수 있는 방향족 고리 및 R9, R10이 치환될 수 있는 방향족 고리 또는 이형 고리의 한정된 예에 불과한 것으로, 화학식 2에 대해 위의 설명된 조건의 범위에서 여러 형태로 치환 가능하다.

여기서, R1, R2, R3, R4은 독립적으로 탄소 수가 6개 내지 20개를 갖는 방향족 그룹에서 선택될 수 있고, R9 및 R10은 독립적으로 수소 또는 탄소 수가 6개 내지 20개인 방향족 그룹 혹은 N, S, P 중 1개 이상의 원소를 갖고 이와 연결된 탄소 수가 3개 내지 17개인 이형 고리 화합물 중 선택될 수 있다.

도 5는 본 발명의 전하 생성층에 포함되는 화학식 3으로 표현되는 화합물이다.

도 5와 같이, 상술한 화학식 3으로 표현되는 화합물은 CH-18 내지 CH-21과 같다. 그러나, 도시된 예는 R1 내지 R4이 치환될 수 있는 방향족 고리 및 R9, R10이 치환될 수 있는 방향족 고리 또는 이형 고리의 한정된 예에 불과한 것으로, 화학식 2에 대해 위의 설명된 조건의 범위에서 여러 형태로 치환 가능하다.

도 6은 본 발명의 전하 생성층에 포함되는 화학식 1 또는 2로 표현되는 화합물이다.

도 6의 CH-22 내지 CH-24는 화학식 1로 표현되는 화합물의 추가적인 예이며, CH-25 내지 CH-36은 화학식 2로 표현되는 화합물의 추가적인 예이다.

한편, 상기 전하 생성층에 포함되는 상기 화학식 1 내지 3 의 화합물이 상기 전하 생성층을 형성하는 전체 유기물 재료에서 차지하는 부피는 약 20% 내지 50%로 한다.

상기 화학식 1 내지 3의 화합물은 대략적으로 p형 반도체의 성격을 갖는 것으로, 스택의 하부 공통층인 제 1 공통층으로 정공 주입량을 늘려주는 기능을 갖는다.

또한, 상기 전하 생성층 내에 상기 화학식 1 내지 3의 화합물 외로 상기 전하 생성층에 전하를 생성할 수 있는 유기 물질을 더 포함할 수 있다. 일예로, 더 포함된 유기 물질은 제 1 유기물(전자 끌기 치환기를 갖는) HAT-CN(화학식 4)일 수 있다. 이와 같이, 전하 생성층을 이루는 물질을 전하 생성하는 유기 물질과 전하 생성을 도와주는 물질(화학식 1 내지 3 참조)의 혼합하여 형성함으로써, 상기 전하 생성층에서 정공의 생성량을 극대화하고 전하 생성층과 상부 스택의 제 1 공통층의 계면에서 생성되는 전하를 벌크(bulk) 특성에서 전하 생성이 일어나도록 하여 구동 전압의 저하와 효율 향상을 얻을 수 있게 한 것이다.

또한, 상기 스택은 발광층 상하로 공통층을 구비하며, 상기 전하 생성층과 인접한 하부 스택의 제 2 공통층에는 상기 전하 생성층으로부터 전자의 주입을 돕는 n형의 유기물층이 더 포함될 수 있다. 이 경우, n형의 유기물층에는 낮은 일함수(work-function)을 갖는 무기 화합물을 더 포함할 수 있다.

그리고, 경우에 따라, 본 발명의 상술한 화학식 1 내지 3으로 표현되는 화합물은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 차례로 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층을 갖는 유기 발광 소자에 있어서, 정공 수송층의 재료로 이용될 수도 있다.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

- 실시예 적용이 재료 CH-02재료의 제조 방법은 하기와 같이 진행을 한다.

1) 브롬이 치환된 Pyrene 재료

[반응식 1]

건조된 2구 플라스크에 파이렌(pyrene)(20g)을 넣고 여기에 나이트로벤젠(1000ml)를 넣은 후 파이렌을 완전히 녹인다. 그리고 배스(bath)의 온도를 130℃를 유지하면서 교반을 한다. 교반을 하며 브롬을 천천히 적하하고 이것을 bath 130℃에서 15시간 교반을 하면 중간 재료 1,3,6,8-테트라브로모파이렌(1,3,6,8-tetrabromopyrene)(32g)을 얻을 수 있다.

2) CH-02 재료

[반응식 2]

잘 건조된 2구 플라스크에 1,3,6,8-테트라브로모파이렌(1,3,6,8-tetrabromopyrene)(6g), 페닐나프틸아민(10g), 팔라듐아세테이트(0.6g), BINAP(1.2g), NaOtBu(15g)를 넣은후 여기에 톨루엔(100ml)를 가지고 용해를 시킨다. 그런 후 이것을 130℃의 배스(bath)에서 24시간을 교반하게 되면 노란색의 결정이 생성된다. 이것을 재결정과 정제과정을 거쳐 본 발명의 화합물인 CH-02의 물질(1,3,6,8-tetra-(Phenyl-2-naphthyllamino)pyrene)을 얻을 수 있다.

한편, 본 발명의 발명자들은 상술한 화학식 1 내지 3에 따른 전하 생성층의 재료와 HAT-CN를 그 부피비를 다르게 혼합하여, HAT-CN을 단독으로 전하 생성층의 재료로 한 경우에 대비된 구동 전압과 효율 개선을 실험을 통해 확인하였다.

도 7은 본 발명과 비교예의 전하 생성층 적용시 구동 전압 대 전류 밀도를 나타낸 그래프이다.

도 7과 같이, 화학식 1로 표현되는 CH-02(도 3 참조)를 그 부피를 30%로 하고, 나머지 유기물로 HAT-CN으로 하여 전하 생성층(CGL)을 형성한 경우(표 1의 실시예 1 참조), 상대적으로 전하 생성층을 모두 HAT-CN로 하여 형성한 경우(비교예) 대비 구동 전압 대비 전류 밀도가 높음을 확인할 수 있다. 특히, 전압의 크기가 커질수록 전류 밀도 상승 효과가 큼을 관찰할 수 있다.

여기서, 실시예 1과 비교예 모두 전하 생성층의 두께는 100Å로 하였다.

도 8은 본 발명과 비교예의 전하 생성층 적용시 휘도 대비 효율을 나타낸 그래프이다.

도 8과 같이, 상기 실시예 1의 경우 비교예 대비 휘도에 대한 효율이 높음을 확인할 수 있고, 특히, 저휘도에서 실시예 1의 효율이 상대적으로 비교예 대비 더 좋음을 확인할 수 있다.

표 1은 상기 전하 생성층의 재료를 각각 실시예 1 내지 실시예 4와 같이, 포함되는 유기물의 성분을 다른 화학식으로 표현되는 화합물을 사용하거나 혹은 다른 부피비 또는 두께를 적용하여 실험한 예를 나타낸 것이다. 실험에서 공통적으로 전류 밀도는 10mA/cm²로 하였다.

여기서, 실시예 1은 전하 생성층 내에 CH-02를 유기물 2로 하여, 부피비를 30%로 하고, 유기물 1로서 HAT-CN은 70%로 하였고, 전하 생성층 두께는 100Å로 적용하였다. 이 경우, 구동 전압이 8.05V, 외부 양자 효율(EQE)은 28.3%인 것을 확인하였다. 이 경우, CIE(x,y)는 0.332, 0.321로 비교예(전하 생성층 전체를 HAT-CN으로 한 경우)와 색좌표와 거의 동일하였다. 따라서, 실시예 1의 경우, 비교예 대비 구동 전압이 낮아지고, 외부 양자 효율을 상승함을 확인할 수 있다.

여기서, 실시예 2는 전하 생성층 내에 CH-02를 유기물 2로 하여, 부피비를 50%로 하고, 유기물 1로서 HAT-CN은 50%로 하였고, 전하 생성층 두께는 100Å로 적용하였다. 이 경우, 구동 전압이 8.12V, 외부 양자 효율(EQE)은 28.5%인 것을 확인하였다. 이 경우, CIE(x,y)는 0.332, 0.325로 비교예(전하 생성층 전체를 HAT-CN으로 한 경우)와 색좌표와 거의 동일하였다. 따라서, 실시예 2의 경우, 비교예 대비 구동 전압이 낮아지고, 외부 양자 효율을 상승함을 확인할 수 있다.

여기서, 실시예 3은 전하 생성층 내에 CH-14(도 4 참조)를 유기물 2로 하여, 부피비를 30%로 하고, 유기물 1로서 HAT-CN은 70%로 하였고, 전하 생성층 두께는 100Å로 적용하였다. 이 경우, 구동 전압이 8.09V, 외부 양자 효율(EQE)은 28.1%인 것을 확인하였다. 이 경우, CIE(x,y)는 0.332, 0.323로 비교예(전하 생성층 전체를 HAT-CN으로 한 경우)와 색좌표와 거의 동일하였다. 따라서, 실시예 3의 경우, 비교예 대비 구동 전압이 낮아지고, 외부 양자 효율을 상승함을 확인할 수 있다.

여기서, 실시예 4는 전하 생성층 내에 CH-14를 유기물 2로 하여, 부피비를 30%로 하고, 유기물 1로서 HAT-CN은 70%로 하였고, 전하 생성층 두께는 150Å로 적용하였다. 이 경우, 구동 전압이 8.13V, 외부 양자 효율(EQE)은 28.0%인 것을 확인하였다. 이 경우, CIE(x,y)는 0.332, 0.322로 비교예(전하 생성층 전체를 HAT-CN으로 한 경우)와 색좌표와 거의 동일하였다. 따라서, 실시예 4의 경우, 비교예 대비 구동 전압이 낮아지고, 외부 양자 효율을 상승함을 확인할 수 있다.

어느 실시예에서나 비교예 대비 구동 전압이 하강함을 확인할 수 있었고, 외부 양자 효율에 대해서는 실시예 4를 제외하고는 모두 비교예보다 높은 효율을 보임을 알 수 있다. 실시예 4의 경우, 비교예 대비 구동 전압 감소의 효과가 크기 때문에, 실시예 4의 경우에도 동일 구동 전압에 대한 전류 밀도가 비교예 대비 높을 것이며, 휘도에 대한 효율도 높을 것으로 예상된다.

이와 같이, 본 발명의 화학식 1 내지 3 중 적어도 어느 하나의 화합물을 이용하여 전하 생성층을 형성시 구동 전압 하강과 효율 상승의 효과가 기대되며, 이로써, 결과적으로 탠덤형 유기 발광 소자의 수명 개선이 예상된다.

위의 실시예 1 내지 4와 비교예에 대해 실험예는 도 1 및 도 2의 구조를 통해 설명된다. 하기 실험예는 2스택으로 탠덤형 유기 발광 소자를 구현한 예이다. 실험예에는 상기 전하 생성층의 성분에 따라 실시예와 비교예로 나뉘며, 나머지 층은 실시예와 비교예에서 동일 재료, 동일 두께로 하여 실험하였다.

[실험예]

이러한 실시예 1 내지 4는 전하 생성층으로서 CH-02 및 CH-14에 한한 것이나, 전하 생성층으로서 상술한 화학식 1 내지 3이 표현하는 다른 화학식의 화합물로 변경 가능하다. 또한, 전하 생성층 외에 스택의 발광층, 공통층들의 재료는 이에 한정되지 않고, 해당 층의 기능성을 유지한다면 다른 재료로 변경이 가능하다 할 것이다.

먼저, 투명한 기판(미도시) 상에 매트릭스 상의 각 화소에 배치되는 박막 트랜지스터(미도시)를 포함하는 박막 트랜지스터 어레이를 형성한다.

이어, 도 1과 같이, 상기 박막 트랜지스터와 접속되도록 하여, 양극 물질로서 제 1 전극(100)을 형성한다. 양극 물질로는 흔히 ITO(Indium Tin Oxide)가 쓰인다.

이어, 도 2와 같이, 상기 제 1 전극(100) 위에 제 1 스택(110a)으로서 제 1 공통층(11) 을 형성한다. 상기 제 1 공통층(11)은 정공 주입층으로 HAT-CN (화학식 4)을 50 Å, 정공 수송층으로서 NPD (화학식 5) (4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenylamino]-biphenyl)에 (N,N'-diphenyl-N-naphthyl-N'-biphenyl-1,1'-biphenyl-4,4"-diamine)를 1250Å, TCTA (화학식 6)를 200Å 연속하여 증착한 것이다.

이어, 상기 제 1 공통층(11) 상에 제 1 발광층(15)을 형성한다. 상기 제 1 발광층(15)은 ADN (화학식 7)에 tBu-Perylene (화학식 8)을 포함하여 약 250Å의 두께로 형성한다.

이어, 상기 제 1 발광층(15) 상에 제 2 공통층(12)을 형성한다. 상기 제 2 공통층(12)은 전자 수송층으로 LGC ETL(화학식 9)로 약 250Å의 두께, 전자 주입층으로 약 BPhen(화학식 10)을 100Å로 차례로 형성한다. 상기 제 2 공통층(12)의 상기 전자 주입층에는 전자 주입을 돕기 위해 리튬을 소량 도핑하였다. 이 경우, 전자 주입층은 일종의 n형 유기물 반도체층의 역할을 한다.

그리고 여기서, 상기 제 1 공통층(11), 제 1 발광층(15) 및 제 2 공통층(12)을 합한 하나의 유닛을 제 1 스택이라 한다.

이어, 전하 생성층(120a)으로서, 상기 실시예 1 내지 4에서는 CH-02 또는 CH-14를 약 100Å의 두께 또는 150Å의 두께로 형성하고, 비교예에서는 HAT-CN(화학식 4)를 약 100Å의 두께로 형성한다.

이어, 상기 전하 생성층(120a) 상에 제 2 스택(110b)으로서, 제 3 공통층(도 2의 11 참조), 제 2 발광층(도 2의 15 참조) 및 제 4 공통층(도 2의 12 참조)을 연속 증착한다. 상기 2 스택(110b)의 제 3 공통층과 제 4 공통층은 하기와 같이, 상술한 제 1 스택의 제 1 공통층과 제 2 공통층과 동일 재료를 이용할 수 있으며, 그 두께를 달리 할 수 있다.

여기서, 상기 제 3 공통층은 NPD 를 450Å, TCTA를 200Å의 두께로 연속 증착한다.

이어, 제 2 발광층을 상기 제 3 공통층 상에 형성한다. 상기 제 2 발광층은 BAlq(화학식 11)에 YG 도펀트(화학식 12)를 포함하는 발광층으로 약 300Å의 두께로 형성한다.

이어, 상기 제 2 발광층 상에, 제 4 공통층(도 2의 12 참조)을 형성한다. 상기 제 4 공통층(180)은 LGC ETL을 약 350Å, LiF를 약 10Å으로 하여 연속 증착한다.

이어, 상기 제 4 공통층 상에 Al 등의 반사성 금속으로 음극으로서 제 2 전극(200)을 형성한다.

또한, 상술한 설명에서, 상기 화학식 1 내지 3으로 표현되는 화합물은 정공 주입을 용이하게 하는 관점에서 스택의 제 1 공통층, 예를 들어, 정공 주입 재료로도 이용될 수 있을 것이다.

한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

11: 제 1 공통층 12: 제 2 공통층
15: 발광층 100: 제 1 전극
110a: 제 1 스택 120a: 전하 생성층

Claims

서로 이격하며 대향된 제 1 전극과 제 2 전극;
상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 형성되며, 각각 발광층을 포함하는 복수개의 스택; 및
인접한 스택을 연결하는 전하 생성층을 포함하는 유기 발광 소자에 있어서,
상기 전하 생성층은 적어도 전자 끌기(electron-withdrawing) 치환기를 갖는 제 1 유기물과, 정공을 주입할 수 있는 기능을 갖는 제 2 유기물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
제 1항에 있어서,
상기 제 1 유기물은 CN, NO₂, F 중 한 개 이상의 치환기를 갖고,
상기 제 2 유기물은 3차 아민(amine)의 치환기를 갖는 축합 방향족 그룹(Fused Aromatic Group)을 갖는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
서로 이격하며 대향된 제 1 전극과 제 2 전극;
상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 형성되며, 각각 발광층을 포함하는 복수개의 스택; 및
인접한 스택을 연결하는 전하 생성층을 포함하는 유기 발광 소자에 있어서,
하기 화학식 1 내지 3 중 적어도 하나의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자:
[화학식 1] [화학식 2] [화학식 3]

,
,

(화학식 1 내지 3 에서, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8은 독립적으로 탄소 수가 6개 내지 20개를 갖는 방향족 그룹에서 선택되며,
R9 및 R10은 독립적으로 수소 또는 탄소 수가 6개 내지 20개인 방향족 그룹 또는 N, S, P 중 1개 이상의 원소를 가지며 탄소 수가 3개 내지 17개인 이형 고리 화합물 중 선택된다).
제 3항에 있어서,
상기 R1 내지 R8은 독립적으로 알킬기나 할로겐으로 치환되는 방향족 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
제 4항에 있어서,
상기 알킬기는 탄소 수 1개 내지 6개 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
제 4항에 있어서,
상기 할로겐은 F, Cl, Br, I인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
제 3항에 있어서,
상기 전하 생성층에 포함되는 상기 화학식 1 내지 3 중 적어도 하나의 화합물의 부피비는 상기 전하 생성층 전체 부피의 20% 내지 50%인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
제 3항에 있어서,
상기 전하 생성층의 두께는 100Å 내지 250Å인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
제 7항에 있어서,
상기 전하 생성층에 전하를 생성할 수 있는 유기 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
제 9항에 있어서,
상기 전하를 생성할 수 있는 유기 물질은 HAT-CN인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
제 3항에 있어서,
상기 스택은 발광층 상하로 제 1 공통층과 제 2 공통층을 구비하며, 상기 전하 생성층과 인접한 제 2 공통층에는 상기 전하 생성층으로부터 전자의 주입을 돕는 n형의 유기물층이 더 포함된 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
제 11항에 있어서,
상기 스택의 제 1 공통층은 상기 화학식 1 내지 3 중 적어도 하나의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
제 1 전극과 제 2 전극 사이에 차례로 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층을 갖는 유기 발광 소자에 있어서,
상기 정공 주입층은 하기 화학식 1 내지 3 중 적어도 하나의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자:
[화학식 1] [화학식 2] [화학식 3]

,
,

(화학식 1 내지 3 에서, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8은 독립적으로 탄소 수가 6개 내지 20개를 갖는 방향족 그룹에서 선택되며,
R9 및 R10은 독립적으로 수소 또는 탄소 수가 6개 내지 20개인 방향족 그룹 또는 N, S, P 중 1개 이상의 원소를 가지며 탄소 수가 3개 내지 17개인 이형 고리 화합물 중 선택된다).