KR20130074129A

KR20130074129A - 수명이 향상된 유기발광소자 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20130074129A
Application number: KR20110142014A
Authority: KR
Inventors: 윤진영; 이창호; 신대엽; 손영목; 오일수; 고희주; 조세진; 이보라; 이연우; 김범준; 이중근; 송영우
Original assignee: 삼성디스플레이 주식회사
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2013-07-04
Also published as: US20130161590A1; CN103178212A; US9515280B2; JP2013135237A; CN103178212B; KR101402526B1; TW201327963A; EP2610937B1; EP2610937A1

Abstract

본 발명은 발광층에 전자 트랩성 물질을 도입하여, 발광특성 및 구동특성을 향상시키면서도 수명이 연장되도록 한 유기발광소자 및 그 제조방법에 대한 것이다.

Description

수명이 향상된 유기발광소자 및 그 제조방법{ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE WITH ENHANCED LIFESPAN}

본 발명은 수명이 향상된 유기발광소자 및 그 제조방법에 대한 것으로서, 특히 발광층에 전자트랩성 물질(electron trap material)을 도입하여, 발광특성 및 구동특성에 손상을 끼치지 않으면서도 수명이 연장될 수 있는 유기발광소자 및 그 제조방법에 대한 것이다.

최근 디스플레이 분야에서 유기발광소자가 각광받고 있는데, 이러한 유기발광소자는 전자(electron)와 정공(hole)이 결합하여 발광 소멸할 때 발생하는 빛을 이용하는 소자의 한 종류이다.

상기 유기발광소자는 기본적으로 정공을 주입하기 위한 전극, 전자를 주입하기 위한 전극 및 발광층을 포함하며, 상기 정공을 주입하기 위한 전극인 양극과 전자를 주입하기 위한 전극인 음극 사이에 발광층이 적층되어 있는 구조를 가진다. 구체적으로, 유기발광소자의 음극에서는 전자가 주입되고 양극에서는 정공이 주입되어, 이들 전하가 외부 전기장에 의해 서로 반대 방향으로 이동한 후 발광층에서 결합하여 발광 소멸하면서 빛을 낸다. 이러한 유기발광소자에서 발광층은 단분자 유기물이나 고분자(polymer)에 의해 형성된다.

도 1은 유기발광소자의 개념을 설명하기 위한 개략도이다.

도 1을 참조하면, 유기발광소자는 기본적으로 기판(10)위에 제 1 전극(20)이 형성되어 있고, 상기 제 1 전극 위에 유기층(30)이 배치되어 있으며, 상기 유기층 위에는 제 2 전극(40)이 배치되어 있는 구조를 가진다. 여기서, 제 1 전극(20)과 제 2 전극(40) 사이에 유기층(30)이 배치되어 있으며, 상기 유기층(30)에는 정공과 전자가 결합하여 발광소멸하는 발광층이 포함되어 있다. 상기 제 1 전극과 제 2 전극 중 하나는 정공을 주입하기 위한 양극이며, 다른 하나는 전자를 주입하기 위한 음극이다.

도 2는 상기 유기발광소자의 유기층(30)이 다층의 적층구조를 갖는 것을 예시한다. 상기 유기층(30)은 양극에서부터 차례로 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층이 된다. 제 1 전극이 양극이고 제 2 전극이 음극이라면, 제 1 전극(20)에서부터 차례로, 정공주입층(31), 정공수송층(32), 발광층(33), 전자수송층(34) 및 전자주입층(35)이 될 것이다. 반면, 제 1 전극이 음극이고 제 2 전극이 양극이라면, 제 1 전극(20)에서부터 차례로 전자주입층(31), 전자수송층(32), 발광층(33), 정공수송층(34) 및 정공주입층(35)이 될 것이다. 참고로, 상기 전자주입층은 유기물이 아닌 금속원소 또는 이들의 화합물로 구성되는 경우도 많아 유기층에 포함시키지 않고 별도의 층으로 구분하기도 한다.

이러한 유기발광소자는 적색(레드), 녹색(그린), 청색(블루) 화소 등의 복수의 화소를 포함하며, 이들 화소가 종합되어 풀 컬러를 표현할 수 있다. 상기 유기발광소자의 화소는 발광재료에 의하여 형성되는데, 상기 발광재료는 종류에 따라 그 수명이 각각 다르다. 상기 적색, 녹색, 청색을 내는 발광재료 중 발광수명이 짧은 재료로 된 화소는 시간이 지남에 따라 원래 색 좌표의 색을 낼 수 없게 되어, 상기 적색, 녹색, 청색 고유의 색을 나타내는 데에 어려움이 있을 뿐 아니라, 상기 색들을 조합하여 원하는 다른 색을 얻고자 하는 경우에도 상기 발광수명이 짧은 화소로 인하여 원하는 색을 나타낼 수 없는 경우가 생긴다.

따라서, 상기 발광재료 및 이를 이용하는 유기발광소자의 수명을 늘리기 위하여 여러 가지 구조 및 재료에 대한 연구가 있었으나, 발광재료의 수명이 좋아지면 다른 특성이 떨어지는 문제점 등이 생기고 있다.

따라서 발광효율 및 구동특성은 유지하면서도 수명을 증가시킬 수 있는 발광재료 및 소자구조의 개발이 필요하다.

이에, 본 발명에서는 발광효율 및 구동특성이 양호하게 유지되면서도 수명을 연장시킬 수 있는 유기발광소자를 제공하고자 한다.

본 발명은 발광층에 전자트랩성 물질을 도입하여 유기발광소자의 수명을 향상시키는 것을 목적으로 한다. 또한 본 발명에서는 발광층에 전자트랩성 물질을 도입하여 유기발광소자를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 기판; 상기 기판상에 형성된 제 1 전극; 상기 제 1 전극상에 형성된 유기 발광층; 및 상기 유기 발광층상에 형성된 제 2 전극;을 포함하는 유기발광소자로서, 상기 유기 발광층은 호스트(host), 도펀트(dopant) 및 전자트랩성 물질(electron trap material)을 포함하고, 상기 전자트랩성 물질의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 및 HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) 레벨은 각각 상기 호스트의 LUMO 및 HOMO 레벨보다 낮은 유기발광소자를 제공한다.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 제 1 전극과 상기 유기 발광층 사이에는 정공주입층 및 정공수송층 중 적어도 하나가 배치될 수 있다. 또한, 상기 유기 발광층과 상기 제 2 전극 사이에는 전자수송층 및 전자주입층 중 적어도 하나가 배치될 수도 있다.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 호스트는 형광 발광형 호스트이다.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 전자트랩성 물질의 LUMO 레벨과 HOMO 레벨은, 상기 호스트의 LUMO 레벨과 HOMO 레벨에 비하여 각각 0.1~0.5eV 만큼 낮다. 본 발명의 다른 일례에 따르면, 상기 전자트랩성 물질의 LUMO 레벨과 HOMO 레벨은, 상기 호스트의 LUMO 레벨과 HOMO 레벨에 비하여 각각 0.1~0.3eV 만큼 낮을 수도 있다.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 전자트랩성 물질은 하기 화학식 1로 표현되는 화합물인 것이 가능하다.

[화학식 1]

여기서, 상기 X는 방향족 탄화수소이며, 상기 R1, R2, R3, R4, R5, 및 R6는 각각, H, [EW], R 및 R-[EW] 중에서 선택된 어느 하나이다. 여기서, 상기 H는 수소를 나타내며, 상기 [EW]는 전자 끄는 기(electron withdrawing group)를 나타내며, 상기 R은 방향족 화합물을 나타낸다. 이 때, 상기 R1 내지 R6가 모두 수소(H)인 경우는 제외된다.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 유기 발광층에는, 상기 호스트의 중량 100 중량부에 대하여, 도펀트는 1~25 중량부, 전자트랩성 물질은 1~50 중량부만큼 포함될 수 있다.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 도펀트와 상기 전자트랩성 물질의 함량비는 중량비로 1:1~2 (도펀트: 전자트랩성 물질)인 것이 가능하다.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 전자트랩성 물질의 발광파장은 상기 도펀트의 발광파장보다 단파장이다. 즉, 상기 전자트랩성 물질의 발광파장은 상기 도펀트의 발광파장보다 파장이 짧다.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 유기 발광층은, 호스트 재료, 도펀트 재료 및 전자트랩성 물질의 공증착에 의하여 형성된 것이다.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 도펀트의 LUMO 및 HOMO 레벨은 각각 상기 호스트의 LUMO 및 HOMO 레벨보다 높을 수 있다. 예컨대, 상기 도펀트의 LUMO 및 HOMO 레벨은 각각 상기 호스트의 LUMO 및 HOMO 레벨보다 각각 0.1~0.5eV 만큼 높다.

본 발명은 또한, 상기와 같은 유기발광소자의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 유기발광소자의 제조방법은, 기판상에 제 1 전극을 형성하는 단계; 상기 제 1 전극상에, 호스트, 도펀트 및 전자트랩성 물질을 포함하는 발광층을 형성하는 단계; 및 상기 발광층상에 제 2 전극을 형성하는 단계;를 포함하는데, 여기서, 상기 전자트랩성 물질은 LUMO 레벨과 HOMO 레벨이 각각 상기 호스트의 LUMO 레벨과 HOMO 레벨보다 낮은 물질이며, 상기 발광층을 형성하는 단계에서는, 호스트 재료, 상기 도펀트 재료 및 상기 전자트랩성 물질을 이용하여 증착하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 증착단계에서는, 상기 호스트 재료, 상기 도펀트 재료 및 상기 전자트랩성 물질을 동시에 증착한다.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 증착단계는 챔버 내에서 이루어질 수 있는데, 상기 호스트 재료, 상기 도펀트 재료 및 전자트랩성 물질은 각각 증착재료 용기에 담긴 상태로 상기 챔버로 유입된다. 특히, 상기 도펀트 재료와 상기 전자트랩성 물질은 단일의 증착재료 용기 내에 혼합되어 있는 상태로 상기 챔버로 유입될 수 있다.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 제 1 전극을 형성하는 단계 후 상기 발광층을 형성하는 단계 이전에, 정공주입층을 형성하는 단계 및 정공수송층을 형성하는 단계 중 적어도 하나를 더 실시할 수 있다.

또한, 상기 발광층을 형성하는 단계 후 상기 제 2 전극을 형성하는 단계 이전에, 전자수송층을 형성하는 단계 및 전자주입층을 형성하는 단계 중 적어도 하나를 더 실시할 수도 있다.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 전자트랩성 물질의 LUMO 레벨과 HOMO 레벨은, 상기 호스트의 LUMO 레벨과 HOMO 레벨에 비하여 각각 0.1~0.5eV 만큼 낮다. 본 발명의 다른 일례에 따르면, 상기 전자트랩성 물질의 LUMO 레벨과 HOMO 레벨은, 상기 호스트의 LUMO 레벨과 HOMO 레벨에 비하여 각각 0.1~0.3eV 만큼 낮다.

본 발명은 또한, 기판; 상기 기판상에 형성된 제 1 전극; 상기 제 1 전극 상에 형성된 정공층; 상기 정공층상에 형성되며, 유기발광물질 및 전자트랩성 물질을 포함하는 발광층; 상기 발광층상에 형성된 전자층; 및 상기 전자층상에 형성된 제 2 전극;을 포함하며, 상기 전자트랩성 물질의 LUMO 및 HOMO 레벨은 각각 상기 유기발광물질의 LUMO 및 HOMO 레벨보다 낮은 유기발광소자를 제공한다.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 정공층은 정공주입층 및 정공수송층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전자층은 전자수송층 및 전자주입층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 전자트랩성 물질의 LUMO 레벨과 HOMO 레벨은, 상기 유기발광물질의 LUMO 레벨과 HOMO 레벨에 비하여 각각 0.1~0.5eV 만큼 낮다.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 전자트랩성 물질의 발광파장은 상기 유기발광물질의 발광파장보다 단파장이다.

본 발명에 따르면 발광층에 전자 트랩성 물질을 도입하여 유기발광소자의 발광효율을 향상시킴과 아울러 수명을 연장시킬 수 있다.

구체적으로, 본 발명에 따른 유기발광소자는 발광층에 전자트랩성 물질을 포함하여 전자가 발광층에 머무는 것이 용이하게 하되 전자가 정공수송층(HTL)과 발광층(EML)의 계면(HTL/EML계면)에 집중되지 않고 발광층 내에 고루 분포되도록 하여 발광효율이 향상시키고, 아울러 특정 부위에서 소자가 손상되는 것을 방지하여 수명을 연장시킨다. 또한, 본 발명의 경우, 발광층(EML)에 전자트랩성 물질을 비교적 소량 도핑하는 것에 의하여 발광효율을 향상시킬 수 있기 때문에, 기존의 공정 및 장비를 그대로 적용하여도 유기발광소자를 제조할 수 있다.

이러한 점에 있어서 본 발명은, 발광층(EML)과 정공전달층(HTL) 사이에 별도의 전자차단층(electron blocking layer; EBL)을 형성하여 발광층에서 정공수송층으로 전자가 넘어가는 것을 막아 발광층과 정공수송층의 계면에서 주된 발광이 일어나도록 하는 구조와 구별된다. 또한 상기와 같이 전자차단층을 도입하는 경우 전자차단층(EBL)을 별개로 더 형성해야 하기 때문에 공정 및 장비가 추가되지만, 본 발명에 의할 경우 종래의 공정 및 장비를 그대로 적용할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 통상적인 유기발광소자의 구조를 일반화하여 표현한 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 유기발광소자에서, 유기층의 구조를 보다 상세히 표현한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일례에 따른 유기발광소자의 구조를 도식적으로 표현한 것이다.
도 4는 본 발명의 일례에 따른 유기발광소자에서, 호스트, 도펀트, 전자트랩성 물질의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)레벨과 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital) 레벨을 도식적으로 표현한 것이다.
도 5는 본 발명의 일례에 따른 유기발광소자와 비교예로서 종래의 유기발광소자에 대하여 발광수명을 측정한 것을 그래프로 나타낸 것이다.

이하, 구체적인 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 하기 설명하는 실시예나 도면들로 한정되는 것은 아니다.

참고로, 상기 도면에서는, 이해를 돕기 위하여 각 구성요소와 그 형상 등이 간략하게 그려지거나 또는 과장되어 그려지기도 하였다. 도면 상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.

또한, 어떤 층이나 구성요소가 다른 층이나 또는 구성요소의 '상'에 있다라고 기재되는 경우에는, 상기 어떤 층이나 구성요소가 상기 다른 층이나 구성요소와 직접 접촉하여 배치된 경우 뿐만 아니라, 그 사이에 제3의 층이 개재되어 배치된 경우까지 모두 포함하는 의미이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광소자를 도식적으로 표현하고 있다.

본 발명에 따른 유기발광소자는 기판(100), 상기 기판상에 형성된 제 1 전극(200), 제 2 전극(400) 및 상기 제 1 전극(200)과 제 2 전극(400) 개재된 유기층(300)을 포함한다. 상기 유기층(300)에는 발광층(330; emitting layer, EML), 즉 유기 발광층이 배치되어 있다.

도 3에 개시된 예에서는, 상기 제 1 전극(200)과 상기 유기 발광층(330) 사이에 정공주입층(310; HIL)과 정공수송층(320; HTL)이 형성되어 있다. 상기 정공주입층(Hole Injection Layer)와 정공수송층(Hole Transport Layer) 중 어느 하나만 형성되는 것도 가능하다. 또한, 도 3에서 보면, 상기 유기 발광층(330)과 상기 제 2 전극(400) 사이에는 전자수송층(340; ETL)과 전자주입층(EIL)이 형성되어 있다. 전자수송층(Electron Transport Layer)과 전자주입층(Electron Injection Layer) 중 어느 하나만 형성되는 것도 가능함은 물론이다.

구체적으로, 상기 기판(100)은, 유기발광소자에서 통상적으로 사용되는 기판을 임의로 선택하여 사용할 수 있다. 상기 기판의 예로서, 기계적 강도, 열적 안정성, 투명성, 표면 평활성, 취급용이성 및 방수성이 우수한 유리 기판 또는 투명 플라스틱 기판을 이용할 수 있다. 도 3에는 도시되어 있지 않으나, 상기 기판(100)과 제 1 전극(200) 사이에는 평탄화막, 절연층 등이 필요에 따라 더 구비될 수 있다.

기판(100) 상부에는 제 1 전극(200)이 형성되어 있다. 상기 제 1 전극은 레드, 그린, 블루의 부화소(R, G, B sub pixel) 별로 패터닝될 수 있다. 본 실시예에서 상기 제 1 전극은 애노드, 즉 양극이다.

상기 제 1 전극(200)은 투명 전극, 반투명 전극 또는 반사 전극인 것이 가능한데, 예를 들어, 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화주석(SnO₂), 산화아연(ZnO) 등을 이용하여 형성될 수 있다. 또한, 서로 다른 2 이상의 물질을 이용하여 2 층 이상의 구조를 가질 수 있는 등, 다양한 변형이 가능하다. 상기 제 1 전극의 형성재료 및 구조가 상기에만 한정되는 것은 아니다.

상기 정공주입층(310; HIL)은 유기층의 하나로서 진공열 증착, 또는 스핀 코팅 등에 의하여 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 정공주입층을 형성하는 물질은 공지된 정공주입재료 중에서 선택될 수 있다. 예를 들면, 구리프탈로시아닌 등의 프탈로시아닌 화합물 또는 스타버스트형 아민 유도체류인 TCTA, m-MTDATA, m-MTDAPB, 용해성이 있는 전도성 고분자인 Pani/DBSA (Polyaniline/ Dodecylbenzenesulfonic acid:폴리아닐린/도데실벤젠술폰산), PEDOT/PSS (Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/ Poly(4-styrenesulfonate):폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(4-스티렌술포네이트)), Pani/CSA (Polyaniline/Camphor sulfonic acid:폴리아닐린/캠퍼술폰산) 또는 PANI/PSS(Polyaniline)/Poly (4-styrene- sulfonate):폴리아닐린)/폴리(4-스티렌술포네이트)) 등을 사용할 수 있다. 정공주입재료가 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 정공주입재료 중 상기 TCTA 및 m-MTDATA를 각각 하기 화학식 2 및 3에 예시한다.

[화학식 2]

[화학식 3]

상기 정공주입층(310; HIL)상부에는 정공수송층(320; HTL)이 배치된다. 상기 정공수송층도 유기층의 하나로서, 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다. 예컨대, 균일한 막질을 얻기 쉽고, 또한 핀 홀이 용이하게 발생하지 않는다는 등의 점에서 진공증착법을 적용할 수 있다. 진공증착법에 의하여 상기 정공수송층(320)을 형성하는 경우, 그 증착조건 및 코팅조건은 사용하는 화합물에 따라 상이하나, 일반적으로 정공주입층 형성과 거의 동일한 조건범위에서 선택될 수 있다.

상기 정공수송층(320)을 형성하는 물질은 특별히 제한되지는 않으며, N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1-비페닐]-4,4'-디아민(TPD), N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐 벤지딘(α-NPD)등이 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 유기발광소자에서, 상기 유기 발광층(330)은 호스트(host), 도펀트(dopant) 및 전자트랩성 물질(electron trap material)을 포함한다.

본 발명에서 상기 발광층은 호스트에 발광 도펀트가 부가되어 발광되는 메카니즘이다. 먼저, 상기 호스트의 재료로는 형광호스트와 인광호스트가 있다.

형광 발광형 호스트의 재료로는 트리스(8-히드록시-퀴놀리나토)알루미늄 (Alq3), 9,10-디(나프티-2-일)안트라센 (AND), 3-Tert-부틸-9,10-디(나프티-2-일)안트라센 (TBADN), 4,4'-비스(2,2-디페닐-에텐-1-일)-4,4'-디메틸페닐 (DPVBi), 4,4'-비스Bis(2,2-디페닐-에텐-1-일)-4,4'-디메틸페닐 (p-DMDPVBi), Tert(9,9-디아릴플루오렌)s (TDAF), 2-(9,9'-스피로비플루오렌-2-일)-9,9'-스피로비플루오렌 (BSDF), 2,7-비스(9,9'-스피로비플루오렌-2-일)-9,9'-스피로비플루오렌 (TSDF), 비스(9,9-디아릴플루오렌)s (BDAF), 4,4'-비스(2,2-디페닐-에텐-1-일)-4,4'-디-(tert-부틸)페닐 (p-TDPVBi), 2-메틸-9,10-디-(2-나프틸)안트라센(2-methyl-9,10-di-(2-naphthyl) anthracene) (MADN) 등이 있다.

또한, 인광 발광형 호스트의 재료로는 1,3-비스(카바졸-9-일)벤젠 (mCP), 1,3,5-트리스(카바졸-9-일)벤젠 (tCP), 4,4',4"-트리스(카바졸-9-일)트리페닐아민 (TcTa), 4,4'-비스(카바졸-9-일)비페닐 (CBP), 4,4'-비스Bis(9-카바졸일)-2,2'-디메틸-비페닐 (CBDP), 4,4'-비스(카바졸-9-일)-9,9-디메틸-플루오렌 (DMFL-CBP), 4,4'-비스(카바졸-9-일)-9,9-비스bis(9-페닐-9H-카바졸)플루오렌 (FL-4CBP), 4,4'-비스(카바졸-9-일)-9,9-디-톨일-플루오렌 (DPFL-CBP), 9,9-비스(9-페닐-9H-카바졸)플루오렌 (FL-2CBP) 등이 있다.

본 발명에서는 특히 형광 발광형 호스트 재료를 포함하는 발광층에 전자트랩성 물질을 도입함으로써 소자의 수명을 향상시키는데 현저한 효과를 볼 수 있다.

상기 도펀트로는 유기발광소자의 발광재료로 사용되는 물질을 적용할 수 있다. 상기 도펀트 재료로는 발광특성을 나타낼 수 있는 물질이라면 특별히 제한되지는 않는다. 이러한 도펀트 발광재료는 레드 발광용, 그린 발광용, 블루 발광용으로 구분될 수 있다.

레드 발광용 도펀트 재료로는 테트라페닐나프타센 (Tetraphenylnaphthacene) (루브린: Rubrene), 트리스(1-페닐이소퀴놀린)이리듐(III) (Ir(piq)₃), 비스(2-벤조[b]티오펜-2-일-피리딘) (아세틸아세토네이트)이리듐(III) (Ir(btp)₂(acac)), 트리스(디벤조일메탄)펜안트롤린 유로퓸(III) (Eu(dbm)₃(phen)), 트리스[4,4'-디-tert-부틸-(2,2')-비피리딘]루테늄(III)착물(Ru(dtb-bpy)₃*2(PF₆)), DCM1, DCM2, Eu (삼불화테노일아세톤: thenoyltrifluoroacetone)3 (Eu(TTA)3, 부틸-6-(1,1,7,7-테트라메틸 줄로리딜-9-에닐)-4H-피란) (butyl-6-(1,1,7,7-tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H- pyran: DCJTB) 등이 있다.

또한, 그린 발광용 도펀트 재료로는 3-(2-벤조티아졸일)-7-(디에틸아미노)쿠마린 (Coumarin 6) 2,3,6,7-테트라히드로-1,1,7,7,-테트라메틸-1H,5H,11H-10-(2-벤조티아졸일)퀴놀리지노-[9,9a,1gh]쿠마린 (C545T), N,N'-디메틸-퀸아크리돈 (DMQA), 트리스(2-페닐피리딘)이리듐(III) (Ir(ppy)₃) 등이 있다.

또한, 블루 발광용 도펀트 재료로는 옥사디아졸 다이머 염료 (oxadiazole dimer dyes (Bis-DAPOXP)), 스피로 화합물 (spiro compounds) (Spiro-DPVBi, Spiro-6P), 트리아릴아민 화합물 (triarylamine compounds), 비스(스티릴)아민 (bis(styryl)amine)(DPVBi, DSA), 4,4'-비스(9-에틸-3-카바조비닐렌)-1,1'-비페닐 (BCzVBi), 페릴렌 (perylene), 2,5,8,11-테트라-tert-부틸페릴렌 (TPBe), 9H-카바졸-3,3'-(1,4-페닐렌-디-2,1-에텐-디일)비스[9-에틸-(9C)] (BCzVB), 4,4-비스[4-(디-p-톨일아미노)스티릴]비페닐 (DPAVBi), 4-(디-p-톨일아미노)-4'-[(디-p-톨일아미노)스티릴]스틸벤 (DPAVB), 4,4'-비스[4-(디페닐아미노)스티릴]비페닐 (BDAVBi), 비스(3,5-디플루오로-2-(2-피리딜)페닐-(2-카르복시피리딜)이리듐III (FIrPic), DPVBi 등이 있다.

상기 재료 외에도, 페닐렌 (phenylene)계, 페닐렌 비닐렌 (phenylene vinylene)계, 티오펜 (thiophene)계, 플루오렌 (fluorene)계 및 스피로플루오렌 (spiro-fluorene)계 고분자 등과 같은 고분자와 질소를 포함하는 방향족 화합물 등을 발광용 도펀트 재료로 사용할 수 있다. 하지만, 상기 발광용 도펀트 재료가 상기 설명한 것에만 한정되는 것은 아니다.

상기 도펀트 재료는 호스트로 사용되는 재료와 호환성이 좋은 재료를 선택하는 것이 좋을 것이다.

구체적으로, 상기 도펀트로는 LUMO 및 HOMO 레벨이 상기 호스트의 LUMO 및 HOMO 레벨보다 더 높은 물질을 사용할 수 있다. 예컨대, 도펀트 재료로서, LUMO 및 HOMO 레벨이 각각 상기 호스트의 LUMO 및 HOMO 레벨보다 각각 0.1~0.5eV 만큼 재료를 선택하여 사용할 수 있다

본 발명에 따른 발광층에는 호스트와 도펀트외에 전자트랩성 물질이 사용된다.

상기 전자트랩성 물질의 LUMO 레벨 및 HOMO 레벨은 각각 상기 호스트의 LUMO 및 HOMO 레벨보다 낮다. 구체적으로, 상기 전자트랩성 물질로는 LUMO 레벨과 HOMO 레벨이 상기 호스트의 LUMO 레벨과 HOMO 레벨에 비하여 각각 0.1~0.5eV 만큼 낮은 재료를 사용한다. 한편, 상기 호스트와 비교하여 LUMO 레벨과 HOMO 레벨이 0.1~0.3eV 만큼 낮은 물질을 상기 전자트랩성 물질로 사용할 수도 있다.

상기와 같이 전자트랩성 물질의 LUMO 및 HOMO 레벨이 호스트의 LUMO 및 HOMO 레벨과 비교하여 0.1eV 이상 아래로 내려올 경우 전자트랩(electron trap) 역할을 효율적으로 수행할 수 있다.

본 발명에서는 상기 전자트랩성 물질로서 상기 호스트보다 낮은 여기 상태(Lowest Unoccupied Molecular Orbital: LUMO)의 레벨을 갖는 물질을 사용한다. 즉, 본 발명에서는 상기와 같은 전자트랩성 물질을 유기발광소자의 발광층에 도입하여 상기 전자트랩성 물질이 발광층으로 유입된 과잉 전자를 트랩(trap)하도록 한다.

구체적으로, 상기 전자트랩성 물질은 발광층으로 유입된 과잉 전자가 정공 주입층으로 이동하는 것을 최대한 방지하여, 유기발광소자의 수명 저하를 억제할 수 있게 된다. 본 발명에서와 같이 발광층에 도입된 전자트랩성 물질이 전자 트랩 역할을 하는 경우 유기발광소자의 발광 화소부의 수명이 연장될 수 있다.

상기 전자트랩성 물질의 LUMO 레벨과 HOMO 레벨과 상기 호스트의 LUMO 레벨과 HOMO 레벨의 차이가 0.1eV 미만인 경우 전자트랩성 물질이 전자트랩 역할이 미미하고, 반면, 그 차이가 0.5eV를 초과하는 경우에는 전자트랩이 과도하게 발생하여 발광에 장애가 될 수도 있다. 따라서 상기 전자트랩성 물질과 호스트의 LUMO 레벨과 HOMO 레벨을 상기와 같이 조정한다.

본 발명에 의한 전자트랩성 물질을 사용할 경우, 특히 블루 화소의 수명을 연장하는 효과가 우수하다. 종래 블루화소의 수명을 늘리기 위해 2개의 도펀트를 사용하는 경우가 있었는데, 이 경우 효율이 저하되는 단점이 있었다. 그러나 본 발명에서와 같이 발광층에 전자트랩성 물질을 도입함으로써, 기존 소자 대비 구동특성 및 효율은 동등 이상으로 유지하면서 수명은 2~3배 이상 증가시킬 수 있다.

이러한 전자트랩성 물질로는 하기 화학식 1로 표현되는 화합물을 사용할 수 있다.

[화학식 1]

상기 화학식 1에서, 상기 X는 방향족 탄화수소이다. 구체적으로 상기 X는, 벤젠(benzene), 나프탈렌(naphthalene), 안트라센(anthracene), 피렌(pyrene), 페릴린(perylene), 트리페닐린(triphenylene), 펜타트렌(penanthrene), 크리센(chrysene), 플루오렌(fluorene) 및 스피로플루오렌(spirofluorene)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 R1, R2, R3, R4, R5, 및 R6는 각각, H, [EW], R 및 R-[EW] 중 어느 하나를 타나낸다.

여기서, 상기 H는 수소를 나타낸다. 다만 R1 내지 R6가 모두 수소(H)인 경우는 제외된다.

상기 [EW]는 전자 끄는 기(electron withdrawing group)를 나타낸다. 구체적으로 상기 [EW]는, 피리딘(pyridine), 피리미딘(pyrimidine), 트리아진(triazine), 시아노기(cyano group), 트리아졸(triazole), 트리아진(triazine), 옥사진(oxazine), 옥사졸(oxazole), 옥사디아졸(oxadiazole) 옥사디아진(oxadiazine) 및 할로겐(halogen) 중에서 선택될 수 있다. 여기서 상기 할로겐은 염소(Cl), 플루오르(F), 브롬(Br) 및 요오드(I)를 포함한다.

상기 R은 방향족 화합물을 나타낸다. 구체적으로 상기 R은 C5~C40의 방향족 고리(aromatic ring), C5~C40의 아릴아민(arylamine), C4~C40의 헤테로 방향족기(heteroaromatic group) 및 카바졸(carbazole) 중에서 선택될 수 있다. 본 발명의 일례에 따르면, 상기 R은 C5~C20의 방향족 고리(aromatic ring), C5~C20의 아릴아민(arylamine), C4~C20의 헤테로방향족기(heteroaromatic group) 및 카바졸(carbazole) 중에서 선택되는 것이 가능하다.

상기 R-[EW]는 상기 방향족 화합물(R)에 치환기로서 상기 전자 끄는 기(EW)가 치환되어 있는 것을 나타낸다. 여기서 R과 [EW]는 상기 설명한 바와 같다.

상기 화학식 1로 표현되는 전자트랩성 물질은, 구체적으로 하기 화학식 4 내지 화학식 13으로 표현되는 화합물을 포함한다.

[화학식 4]

[화학식 5]

[화학식 6]

[화학식 7]

[화학식 8]

[화학식 9]

[화학식 10]

[화학식 11]

[화학식 12]

[화학식 13]

구체적으로, 상기 전자트랩성 물질로서 예를 들어, 하기 화학식 14 내지 화학식 38로 표현되는 물질들이 있다.

[화학식 14]

[화학식 15]

[화학식 16]

[화학식 17]

[화학식 18]

[화학식 19]

[화학식 20]

[화학식 21]

[화학식 22]

[화학식 23]

[화학식 24]

[화학식 25]

[화학식 26]

[화학식 27]

[화학식 28]

[화학식 29]

[화학식 30]

[화학식 31]

[화학식 32]

[화학식 33]

[화학식 34]

[화학식 35]

[화학식 36]

[화학식 37]

[화학식 38]

전자트랩성 물질이 상기 화학식으로 표시되는 물질로 한정되는 것은 아님은 문론이다.

한편, 전자트랩성 물질들 중, 상기 화학식 14 내지 화학식 18로 표현되는 전자트랩성 물질들의 HOMO 레벨과 LUMO 레벨 및 싱글렛(singlet) 발광 파장은 아래 표 1과 같다.

구분	HOMO (eV)	LUMO (eV)	Singlet 파장 (nm)
화학식 14	-5.51	-2.19	416
화학식 15	-5.32	-2.06	437
화학식 16	-5.29	-1.93	412
화학식 17	-5.21	-2.07	448
화학식 18	-5.37	-2.15	429
Host	-5.10	-1.65	398

상기 표 1에서는 화학식 14 내지 화학식 18로 표현되는 전자트랩성 물질의 HOMO 레벨, LUMO 레벨 및 싱글렛 발광 파장만을 예시하고 있지만, 다른 전자트랩성 물질들의 HOMO 레벨, LUMO 레벨 및 싱글렛 발광 파장도 용이하게 구해질 수 있다.

아울러, 호스트 물질 및 도펀트의 HOMO 레벨, LUMO 레벨 및 싱글렛 발광 파장도 구해질 수 있다.

이와 같이, 각각의 물질들의 HOMO 레벨, LUMO 레벨 등이 구해질 수 있는 바, 당업자라면 필요에 따라 적정한 호스트 물질 및 도펀트를 선택하고, 전자트랩성 물질로서 상기 호스트 물질에 비하여 소정의 값만큼 LUMO 및 HOMO 레벨보다 낮은 물질을 선택할 수 있다. 반대로 전자트랩성 물질을 먼저 선택하는 경우에는, 상기 전자트랩성 물질보다 소정의 값만큼 LUMO 및 HOMO 레벨보다 높은 호스트 물질을 선택할 수도 있을 것이다.

예컨대, 상기 전자트랩성 물질의 LUMO 레벨과 HOMO 레벨이 상기 호스트 물질보다 0.1~0.5eV 만큼 낮도록 호스트 재료와 전자트랩성 물질을 선택하여 조합하는 것은 당업자라면 필요에 따라 용이하게 수행할 수 있을 것이다.

상기 발광층(330)에는, 상기 전자트랩성 물질의 LUMO 및 HOMO 레벨을 조정하기 위한 다른 재료를 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 발광층에 알칼리 금속을 더 포함할 수도 있다.

상기 유기 발광층에서, 상기 호스트의 중량 100 중량부에 대하여, 도펀트는 1~25 중량부, 전자트랩성 물질은 1~50 중량부만큼 포함될 수 있다.

또한 상기 도펀트와 상기 전자트랩성 물질의 함량비는 중량비로 1:1~2 (도펀트: 전자트랩성 물질)로 조정할 수 있다. 상기와 같이, 전자트랩성 물질의 함량이 도펀트의 양에 비하여 1 내지 2배 정도의 양일 때 전자 트랩 효과가 우수하여 소자수명의 향상에 효과가 있다.

한편, 도펀트의 양이 너무 적으면 발광효율이 떨어지게 되고, 도펀트의 양이 너무 많으면 전자트랩에 의한 소자수명 연장의 효과가 크지 않기 때문에, 호스트, 도펀트, 전자트랩성 물질의 함량을 상기와 같이 조정한다.

필요에 따라 상기 호스트, 도펀트, 전자트랩성 물질의 함량을 임의로 조정할 수 있다.

한편, 상기 전자트랩성 물질은 발광층의 발광에 영향을 미치지 않는 것이 바람직하다. 상기 전자트랩성 물질은 발광층의 발광에 영향을 미치게 되면 색좌표 값에 변화가 생길 수가 있게 되어 전체적으로 원하는 발광을 내는 것이 용이하지 않게 될 우려가 있다. 이에, 도펀트의 발광파장보다 전자트랩성 물질의 발광파장이 단파장이 되도록 상기 도펀트와 상기 전자트랩성 물질을 선택한다. 즉, 도펀트와 상기 전자트랩성 물질을 선택할 때, 전자트랩성 물질의 발광파장이 상기 도펀트의 발광파장보다 파장이 짧게 되도록 선택을 한다. 상기와 같이 전자트랩성 물질의 발광파장이 상기 도펀트의 발광파장보다 단파장이 되면 상기 전자트랩성 물질은 발광층의 발광에 영향을 미치지 않게 된다.

발광층 형성방법으로는 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 방법을 적용할 수 있다

본 실시예에서 상기 유기 발광층은 상기 호스트 재료, 상기 도펀트 재료 및 전자트랩성 물질의 공증착에 의하여 형성된다. 그렇기 때문에, 상기 발광층 형성과정이 매우 단순화되어 발광층의 제조가 용이해진다. 그 결과, 유기발광소자의 제조과정 역시 단순화되어 그 제조가 용이해질 수 있다.

본 발명에서와 같이 발광층 내에 전자트랩성 물질을 도입하는 것은, 발광층과 양극 또는 음극 사이에 별도의 전자차단층(electron blocking layer; EBL)을 형성하는 구조와 구별된다. 예컨대, 발광층과 정공수송층 사이에 전자차단층을 형성하는 구조의 경우, 주된 발광계면인 정공수송층(HTL)과 발광층(EML)의 계면에서 전자가 정공수송층(HTL)으로 넘어가는 것을 막아 발광층 내에서의 여기자 형성이 유리하도록 하여 효율이 상승하도록 하는 것이다. 반면, 본 발명에서의 전자트랩성 물질의 역할은 발광층 내에서 전자의 분포가 고르게 되도록 하여 전자가 정공주입층(HTL)과 발광층(EML)의 계면(HTL/EML계면)에 집중되지 않도록 하여 발광효율을 향상시킴과 아울러 소자의 수명이 상승되도록 한다.

또한 공정의 측면에서, 상기와 같은 전자차단층(EBL)을 도입하는 경우 별개의 층(EBL)을 더 포함하는 구조가 되어 공정 및 장비가 추가된다. 반면 본 발명의 경우 발광층(EML)에 전자트랩성 물질을 비교적 소량 도핑함으로써 상기와 같은 효과를 달성할 수 있는 바, 기존의 공정 및 장비를 그대로 적용할 수 있다는 장점이 있다.

상기 발광층(330) 상부에는 전자 수송층(340)이 형성된다. 전자수송층은 주입된 전자의 수송 능력이 큰 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 이와 같은 전자 수송층 재료로는 퀴놀린 유도체, 특히 트리스(8-퀴놀리노레이트)알루미늄(Alq3), TAZ, Balq 등과 같은 공지의 재료를 사용할 수 있다. 전자수송층 재료의 일 예로 하기 화학식 39로 표시되는 비스(10-하이드록세벤조[h]퀴놀리나토베릴륨(Bebq2) 및 그 유도체 등을 사용할 수도 있다. 아울러, 상기 전자수송층 재료에 금속 산화물을 함께 포함할 수 있다. 금속 산화물로는 알칼리 금속, 알칼리토금속, 전이금속 등의 산화물일 수 있다.

[화학식 39]

상기 전자수송층 재료가 상기 설명한 것에만 한정되는 것은 아니다.

상기 전자수송층(340) 상에는 전자주입층(350)이 배치되어 있다. 전자주입층(350)은 제 2 전극(400)으로부터 전자의 주입을 용이하게 하는 기능을 하는 것으로, 필요에 따라 생략할 수도 있다. 이러한 전자 주입층은 LiF, NaCl, CsF, Li₂O, BaO 등의 물질을 이용하여 형성할 수 있다.

상기 전자수송층(340) 및 전자주입층(350)도 진공증착법, 또는 스핀코팅법, 캐스트법 등의 방법에 따라 적층하여 형성할 수 있으며, 각각의 증착조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위에서 선택될 수 있다.

이어, 상기 전자주입층(350) 상부에 음극으로서 제 2 전극(400)이 형성된다. 상기 제 2 전극은 낮은 일함수를 가지는 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 및 이들의 혼합물에 의하여 형성될 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 재료를 사용할 수도 있다.

상기와 같은, 제 2 전극은 진공증착법이나 스퍼터링법 등의 방법에 의해 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 유기발광소자의 제조방법은, 기판상에 제 1 전극을 형성하는 단계, 상기 제 1 전극상에, 호스트, 도펀트 및 전자트랩성 물질을 포함하는 발광층을 형성하는 단계 및 상기 발광층상에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 발광층을 형성하는 단계에서는, 호스트 재료, 상기 도펀트 재료 및 전자트랩성 물질을 이용하여 증착을 실시할 수 있다.

상기 증착단계는 챔버 내에서 이루어질 수 있는데, 상기 호스트 재료, 상기 도펀트 재료 및 전자트랩성 물질은 각각 증착재료 용기에 담긴 상태로 상기 챔버로 유입된다. 본 실시예에 따른 상기 증착단계에서는, 상기 호스트 재료, 상기 도펀트 재료 및 전자트랩성 물질을 동시에 한꺼번에 증착한다. 즉 공증착이 이루어진다.

상기와 같이 공증착이 가능하기 때문에, 본 발명에 따른 유기발광소자의 제조과정에서 상기 발광층 형성과정이 매우 단순화되어 발광층의 제조가 용이해지고, 그 결과, 유기발광소자의 제조과정 역시 단순화되고 용이해진다.

특히, 상기 도펀트 재료와 전자트랩성 물질의 증착온도가 비슷할 경우에는 상기 도펀트 재료와 전자트랩성 물질은 단일의 공통 용기 내에 혼합되어 있는 상태로 상기 챔버로 유입되어, 하나의 용기를 이용하여 도펀트와 전자트랩성 물질이 증착될 수 있다. 그 결과, 증착 장비가 보다 단순해질 수 있고 증착도 보다 용이하게 이루어질 수 있다. 한편, 상기와 같이 공통 용기를 사용하기 위해서는 도펀트 재료와 전자트랩성 물질의 증착온도가 비슷한 재료를 선택하는 것이 필요하다.

한편, 정공주입층 및 정공수송층 중 적어도 하나를 더 형성하고자 하는 경우에는, 상기 제 1 전극을 형성하는 단계 후 상기 발광층을 형성하는 단계 이전에, 정공주입층을 형성하는 단계 및 정공수송층을 형성하는 단계 중 적어도 하나를 더 실시할 수 있다.

또한, 전자수송층 및 전자주입층 중 적어도 하나를 더 형성하고자 하는 경우에는 상기 발광층을 형성하는 단계 후 상기 제 2 전극을 형성하는 단계 이전에, 전자수송층을 형성하는 단계 및 전자주입층을 형성하는 단계 중 적어도 하나를 더 실시할 수도 있다.

상기 전자트랩성 물질로는, LUMO 레벨과 HOMO 레벨이 각각 상기 호스트의 LUMO 레벨과 HOMO 레벨보다 낮은 물질을 선택한다. 구체적으로, 상기 전자트랩성 물질로서, LUMO 레벨과 HOMO 레벨이 상기 호스트의 LUMO 레벨과 HOMO 레벨에 비하여 각각 0.1~0.5eV 만큼 낮은 물질을 선택할 수 있다. 다른 일례에 따르면, 상기 전자트랩성 물질로는, LUMO 레벨과 HOMO 레벨이 상기 호스트의 LUMO 레벨과 HOMO 레벨에 비하여 각각 0.1~0.3eV 만큼 낮은 물질을 선택할 수도 있다.

본 발명은 또한, 기판(100), 상기 기판상에 형성된 제 1 전극(200), 상기 제 1 전극 상에 형성된 정공층(310, 320), 상기 정공층상에 형성되며, 유기발광물질 및 전자트랩성 물질을 포함하는 발광층(330), 상기 발광층상에 형성된 전자층(340, 350), 및 상기 전자층상에 형성된 제 2 전극(400)을 포함하며, 상기 전자트랩성 물질의 LUMO 및 HOMO 레벨은 각각 상기 유기발광물질의 LUMO 및 HOMO 레벨보다 낮은 유기발광소자를 제공한다.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 정공층은 정공주입층(310) 및 정공수송층(320) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전자층은 전자수송층(340) 및 전자주입층(350) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 발명의 일례에 따르면, 상기 전자트랩성 물질의 LUMO 레벨과 HOMO 레벨은, 상기 유기발광물질의 LUMO 레벨과 HOMO 레벨에 비하여 각각 0.1~0.5eV 만큼 낮다. 본 발명의 일례에 따르면, 상기 전자트랩성 물질의 발광파장은 상기 유기발광물질의 발광파장보다 단파장이다.

<실험예의 제조>

다음과 같은 구조를 갖는 유기 발광 소자를 제작하였다.

제1 전극, 즉 양극으로 코닝(Corning)사의 15Ω/cm² (1200Å) ITO 유리 기판을 50mm × 50mm × 0.7mm의 크기로 잘라서 이소프로필 알코올과 순수(pure water) 속에서 각각 5분 동안 초음파 세정한 후, 30분 동안 자외선을 조사하고 오존(O₃)에 노출시켜 세정한 후, 상기 유리 기판을 진공증착장치에 장착하였다.

상기 유리 기판 상부에, 먼저 정공 주입층으로서 m-MTDATA을 진공 증착하여 500Å의 두께로 형성하였다. 이어서 정공수송층으로서 상기 정공주입층 상부에 NPD를 진공 증착하여 200Å의 두께로 형성하였다.

이어서, 형광 호스트로서 2-methyl-9,10-di-(2-naphthyl)anthracene (MADN), 도펀트로서 DPVBi 및 전자트랩성 물질로서 상기 화학식 15로 표현되는 물질을 이용하여 400Å의 두께로 발광층을 형성하였다. 이 때 상기 호스트 100 중량부에 대하여 도펀트는 2 중량부, 전자트랩성 물질은 4 중량부 만큼 사용하였다.

그리고, 전자 수송층으로 Alq3을 300Å의 두께로 증착한 후, 이 전자 수송층 상부에 전자 주입층으로 LiF를 5Å의 두께로 증착하였다. 이후, 제2 전극으로 캐소드 전극을 Al를 사용하여 1000Å의 두께로 진공 증착함으로써 유기 발광 소자를 제조하였다.

<비교예의 제조>

상기 실험예에서 발광층을 형성할 때, 전자트랩성 물질인 화학식 15로 표현되는 화합물을 사용하지 않는 것을 제외하고 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 완성하였다. 이를 비교예로 사용하였다.

<평가예> 수명 특성 평가

상기 실험예와 비교예의 휘도를 PR650(Spectroscan spectrometer, PHOTO RESEARCH INC. 사 제품임)을 이용하여 시간에 따라 평가하여, 그 결과를 도 5에 나타내었다. 도 5는 시간 대비 휘도를 나타낸 것으로, 최초의 유기 발광 소자의 휘도를 100%로 하였을 때, 이에 대한 시간별 휘도의 비율을 나타내었다.

도 5에 따르면, 제품 적용을 위한 휘도 신뢰성 기준을 97%라고 한다면 실험예에 따른 유기발광소자는 약 110시간의 수명을 가지나, 비교예에 따른 유기 발광 소자는 약 45시간의 수명을 가짐을 확인할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 우수한 수명 특성을 갖는 것임을 알 수 있다.

이상 본 발명에 대하여 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명에 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10: 기판 20: 제 1 전극
30: 유기층 40: 제 2 전극(40)
100: 기판 200: 제 1 전극 (음극)
300: 유기층 310: 정공주입층
320: 정공수송층 330: 발광층
340: 전자수송층 350: 전자주입층
400: 제 2 전극

Claims

기판;
상기 기판상에 형성된 제 1 전극;
상기 제 1 전극상에 형성된 유기 발광층; 및
상기 유기 발광층상에 형성된 제 2 전극;을 포함하며,
상기 유기 발광층은 호스트, 도펀트 및 전자트랩성 물질을 포함하고,
상기 전자트랩성 물질의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 및 HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) 레벨은 각각 상기 호스트의 LUMO 및 HOMO 레벨보다 낮은 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
제 1항에 있어서, 상기 제 1 전극과 상기 유기 발광층 사이에는 정공주입층 및 정공수송층 중 적어도 하나가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
제 1항에 있어서, 상기 유기 발광층과 상기 제 2 전극 사이에는 전자수송층 및 전자주입층 중 적어도 하나가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
제 1항에 있어서, 상기 호스트는 형광 발광형 호스트인 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
제 1항에 있어서, 상기 전자트랩성 물질의 LUMO 레벨과 HOMO 레벨은, 상기 호스트의 LUMO 레벨과 HOMO 레벨에 비하여 각각 0.1~0.5eV 만큼 낮은 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
제 1항에 있어서, 상기 전자트랩성 물질의 LUMO 레벨과 HOMO 레벨은, 상기 호스트의 LUMO 레벨과 HOMO 레벨에 비하여 각각 0.1~0.3eV 만큼 낮은 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
제 1항에 있어서, 상기 전자트랩성 물질은 하기 화학식 1로 표현되는 것임을 특징으로 하는 유기발광소자:
[화학식 1]

여기서, 상기 X는 방향족 탄화수소이며,
상기 R1, R2, R3, R4, R5, 및 R6는 각각, H, [EW], R, R-[EW] 중 어느 하나로 표현되는데,
여기서, 상기 H는 수소를 나타내며,
상기 [EW]는 전자 끄는 기(electron withdrawing group)를 나타내며,
상기 R은 방향족 화합물을 나타내며,
다만, R1 내지 R6가 모두 수소(H)인 경우는 제외된다.
제 1항에 있어서, 상기 유기 발광층에는, 상기 호스트의 중량 100 중량부에 대하여, 도펀트는 1~25 중량부, 전자트랩성 물질은 1~50 중량부만큼 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
제 1항에 있어서, 상기 도펀트와 상기 전자트랩성 물질의 함량비는 중량비로 1:1~2 (도펀트: 전자트랩성 물질)인 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
제 1항에 있어서, 상기 전자트랩성 물질의 발광파장은 상기 도펀트의 발광파장보다 단파장인 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
제 1항에 있어서, 상기 유기 발광층은, 호스트 재료, 상기 도펀트 재료 및 전자트랩성 물질의 공증착에 의하여 형성된 것임을 특징으로 하는 유기발광소자.
제 1항에 있어서, 상기 도펀트의 LUMO 및 HOMO 레벨은 각각 상기 호스트의 LUMO 및 HOMO 레벨보다 높은 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
제 1항에 있어서, 상기 도펀트의 LUMO 및 HOMO 레벨은 각각 상기 호스트의 LUMO 및 HOMO 레벨보다 각각 0.1~0.5eV 만큼 높은 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
기판상에 제 1 전극을 형성하는 단계;
상기 제 1 전극상에, 호스트, 도펀트 및 전자트랩성 물질을 포함하는 발광층을 형성하는 단계; 및
상기 발광층상에 제 2 전극을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 전자트랩성 물질은 LUMO 레벨과 HOMO 레벨이 각각 상기 호스트의 LUMO 레벨과 HOMO 레벨보다 낮은 물질이며,
상기 발광층을 형성하는 단계에서는, 호스트 재료, 도펀트 재료 및 상기 전자트랩성 물질용 증착소스를 이용하여 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자의 제조방법.
제 14항에 있어서, 상기 증착단계에서는, 상기 호스트 재료, 상기 도펀트 재료 및 상기 전자트랩성 물질을 동시에 증착하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자의 제조방법.
제 14항에 있어서, 상기 증착단계는 챔버 내에서 이루어지며,
상기 호스트 재료, 상기 도펀트 재료 및 전자트랩성 물질은 각각 증착재료 용기에 담긴 상태로 상기 챔버로 유입되는 것을 특징으로 하는 유기발광소자의 제조방법.
제 16항에 있어서, 상기 도펀트 재료와 전자트랩성 물질은 단일의 증착재료 용기 내에 혼합되어 있는 상태로 상기 챔버로 유입되는 것을 특징으로 하는 유기발광소자의 제조방법.
제 14항에 있어서, 상기 제 1 전극을 형성하는 단계 후 상기 발광층을 형성하는 단계 이전에,
정공주입층을 형성하는 단계 및 정공수송층을 형성하는 단계 중 적어도 하나를 더 포함하는 특징으로 하는 유기발광소자의 제조방법.
제 14항에 있어서, 상기 발광층을 형성하는 단계 후 상기 제 2 전극을 형성하는 단계 이전에,
전자수송층을 형성하는 단계 및 전자주입층을 형성하는 단계 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자의 제조방법.
제 14항에 있어서, 상기 전자트랩성 물질의 LUMO 레벨과 HOMO 레벨은, 상기 호스트의 LUMO 레벨과 HOMO 레벨에 비하여 각각 0.1~0.5eV 만큼 낮은 것을 특징으로 하는 유기발광소자의 제조방법.
제 14항에 있어서, 상기 전자트랩성 물질의 LUMO 레벨과 HOMO 레벨은, 상기 호스트의 LUMO 레벨과 HOMO 레벨에 비하여 각각 0.1~0.3eV 만큼 낮은 것을 특징으로 하는 유기발광소자의 제조방법.
기판;
상기 기판상에 형성된 제 1 전극;
상기 제 1 전극 상에 형성된 정공층;
상기 정공층상에 형성되며, 유기발광물질 및 전자트랩성 물질을 포함하는 발광층;
상기 발광층상에 형성된 전자층; 및
상기 전자층상에 형성된 제 2 전극;을 포함하며,
상기 전자트랩성 물질의 LUMO 및 HOMO 레벨은 각각 상기 유기발광물질의 LUMO 및 HOMO 레벨보다 낮은 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
제 22항에 있어서, 상기 정공층은 정공주입층 및 정공수송층 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
제 22항에 있어서, 상기 전자층은 전자수송층 및 전자주입층 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
제 22항에 있어서, 상기 전자트랩성 물질의 LUMO 레벨과 HOMO 레벨은, 상기 유기발광물질의 LUMO 레벨과 HOMO 레벨에 비하여 각각 0.1~0.5eV 만큼 낮은 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
제 22항에 있어서, 상기 전자트랩성 물질의 발광파장은 상기 유기발광물질의 발광파장보다 단파장인 것을 특징으로 하는 유기발광소자.