KR20140059073A - 유기 발광 소자 - Google Patents

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KR20140059073A
KR20140059073A KR1020120125701A KR20120125701A KR20140059073A KR 20140059073 A KR20140059073 A KR 20140059073A KR 1020120125701 A KR1020120125701 A KR 1020120125701A KR 20120125701 A KR20120125701 A KR 20120125701A KR 20140059073 A KR20140059073 A KR 20140059073A
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이현식
김규석
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

유기 발광 소자가 제공된다.

Description

유기 발광 소자{Organic light emitting diode}
유기 발광 소자에 관한 것이다.
유기 발광 소자(organic light emitting diode)는 자발광형 소자로서 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라, 응답시간이 빠르며, 휘도, 구동전압 및 응답속도 특성이 우수하고 다색화가 가능하다는 장점을 가지고 있다.
일반적인 유기 발광 소자는 기판 상부에 애노드가 형성되어 있고, 이 애노드 상부에 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 캐소드가 순차적으로 형성되어 있는 구조를 가질 수 있다. 여기에서 정공수송층, 발광층 및 전자수송층은 유기화합물로 이루어진 유기 박막들이다.
상술한 바와 같은 구조를 갖는 유기 발광 소자의 구동 원리는 다음과 같다.
상기 애노드 및 캐소드간에 전압을 인가하면, 애노드로부터 주입된 정공은 정공수송층을 경유하여 발광층으로 이동하고, 캐소드로부터 주입된 전자는 전자수송층을 경유하여 발광층으로 이동한다. 상기 정공 및 전자와 같은 캐리어들은 발광층 영역에서 재결합하여 엑시톤(exciton)을 생성한다. 이 엑시톤이 여기 상태에서 기저상태로 변하면서 광이 생성된다.
유기 발광 소자의 발광층 중 도펀트의 도핑 영역을 제어하여, 유기 발광 소자를 저계조 및/또는 저휘도에서 구동시 화면 얼룩이 발생하는 것을 방지하는 것이다.
일 구현예에 따르면, 기판; 상기 기판 상의 제1전극; 상기 제1전극과 대향된 제2전극; 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 개재되고 호스트 및 도펀트를 포함한 발광층; 상기 제1전극과 상기 발광 사이에 개재된 정공 수송 영역; 및 상기 발광층과 상기 제2전극 사이에 개재된 전자 수송 영역;을 포함하고,
상기 발광층은 상기 호스트는 포함하고 상기 도펀트는 비포함한 비-도핑층(non-doping layer) 및 상기 호스트 및 상기 도펀트를 모두 포함한 도핑층(doping layer)을 포함하고,
상기 비-도핑층 및 도핑층은 상기 정공 수송 영역으로부터 차례로 적층되어 있는, 유기 발광 소자가 제공된다.
상기 유기 발광 소자는 발광층 중 도펀트의 도핑 영역이 제어됨으로써, 저계조 및/또는 저휘도에서의 구동시, 얼룩 발생이 방지될 수 있다.
도 1은 일 구현예를 따르는 유기 발광 소자의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 OLED 1 내지 3의 계조-발광 효율 그래프를 각각 나타낸 도면이다.
이하, 상기 유기 발광 소자의 일 구현예를 개략적으로 도시한 도 1을 참조하여 상기 유기 발광 소자를 설명한다.
도 1의 유기 발광 소자는 기판(11), 제1전극(12), 정공 수송 영역(13), 발광층(15), 전자 수송 영역(17) 및 제2전극(19)이 차례로 적층된 구조를 갖는다. 상기 발광층(15)은 호스트 및 도펀트를 포함한다. 상기 발광층(15)은 상기 호스트는 포함하고 상기 도펀트는 비포함한 비-도핑층(non-doping layer)(15a) 및 상기 호스트 및 상기 도펀트를 모두 포함한 도핑층(doping layer)(15b)을 포함하고, 상기 비-도핑층(15a) 및 도핑층(15b)은 상기 정공 수송 영역(13)으로부터 차례로 적층되어 있다.
상기 기판(11)으로는, 통상적인 유기 발광 소자에서 사용되는 기판을 사용할 수 있는데, 기계적 강도, 열적 안정성, 투명성, 표면 평활성, 취급용이성 및 방수성이 우수한 유리 기판 또는 투명 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
상기 제1전극(12)은 기판(11) 상부에 제1전극용 물질을 증착법 또는 스퍼터링법 등을 이용하여 제공함으로써 형성될 수 있다. 상기 제1전극(12)이 애노드일 경우, 정공 주입이 용이하도록 제1전극용 물질은 높은 일함수를 갖는 물질 중에서 선택될 수 있다. 상기 제1전극(12)은 반사형 전극, 반투과형 전극 또는 투과형 전극일 수 있다. 제1전극용 물질로는 투명하고 전도성이 우수한 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO) 등을 이용할 수 있다. 또는, 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag)등을 이용하면, 상기 제1전극(120)을 반사형 전극으로 형성할 수도 있다.
상기 제1전극(12)은 층 또는 2 이상의 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1전극(12)은 ITO/Ag/ITO의 3층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1전극(12) 상부에는 정공 수송 영역(13)이 형성되어 있다. 상기 정공 수송 영역(13)은 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 주입 기능 및 정공 수송 기능을 동시에 갖는 단일층, 버퍼층 및 전자 저지층 중 적어도 하나의 층을 포함할 수 있다.
상기 정공 수송 영역(13)이 정공 주입층을 포함할 경우, 상기 정공 주입층은 상기 제1전극(12) 상부에 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
진공 증착법에 의하여 정공 주입층을 형성하는 경우, 그 증착 조건은 정공 주입층의 재료로서 사용하는 화합물, 목적으로 하는 정공 주입층의 구조 및 열적 특성 등에 따라 다르지만, 예를 들면, 증착온도 약 100 내지 약 500℃, 진공도 약 10-8 내지 약 10-3torr, 증착 속도 약 0.01 내지 약 100Å/sec의 범위에서 선택될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
스핀 코팅법에 의하여 정공 주입층을 형성하는 경우, 그 코팅 조건은 정공 주입층의 재료로서 사용하는 화합물, 목적하는 하는 정공 주입층의 구조 및 열적 특성에 따라 상이하지만, 약 2000rpm 내지 약 5000rpm의 코팅 속도, 코팅 후 용매 제거를 위한 열처리 온도는 약 80℃ 내지 200℃의 온도 범위에서 선택될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
정공 주입 물질로는 공지된 정공 주입 물질을 사용할 수 있는데, 공지된 정공 주입 물질로는, 예를 들면, N,N′-디페닐-N,N′-비스-[4-(페닐-m-톨일-아미노)-페닐]-비페닐-4,4′-디아민(N,N′-diphenyl-N,N′-bis-[4-(phenyl-m-tolyl-amino)-phenyl]-biphenyl-4,4′-diamine: DNTPD), 구리프탈로시아닌 등의 프탈로시아닌 화합물, m-MTDATA [4,4',4''-tris (3-methylphenylphenylamino) triphenylamine], NPB(N,N'-디(1-나프틸)-N,N'-디페닐벤지딘(N,N'-di(1-naphthyl)-N,N'-diphenylbenzidine)), TDATA, 2-TNATA, 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 sulfonicacid:폴리아닐린/캠퍼술폰산) 또는 PANI/PSS (Polyaniline)/Poly(4-styrenesulfonate):폴리아닐린)/폴리(4-스티렌술포네이트))등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
상기 정공 주입층의 두께는 약 100Å 내지 약 10000Å, 예를 들면, 약 100Å 내지 약 1000Å일 수 있다. 상기 정공 주입층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압의 상승없이 만족스러운 정도의 정공 주입 특성을 얻을 수 있다.
상기 정공 수송 영역(13)이 정공 수송층을 포함할 경우, 상기 정공 수송층은 제1전극(12) 또는 정공 주입층 상부에 형성될 수 있다.
상기 정공 수송층은 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 진공 증착법 및 스핀 팅법에 의하여 정공 수송층을 형성하는 경우, 그 증착 조건 및 코팅조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 상기 정공 주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택될 수 있다.
정공 수송 물질로는 공지된 정공 수송 재료로는, 예를 들어, N-페닐카바졸, 폴리비닐카바졸 등의 카바졸 유도체, N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1-비페닐]-4,4'-디아민(TPD), TCTA(4,4',4"-트리스(N-카바졸일)트리페닐아민(4,4',4"-tris(N-carbazolyl)triphenylamine)), NPB(N,N'-디(1-나프틸)-N,N'-디페닐벤지딘(N,N'-di(1-naphthyl)-N,N'-diphenylbenzidine)) 1,1-비스[4-[N,N'-디(p-톨일)아미노]페닐]시클로헥산(1,1- Bis[4-[N,N′-di(p-tolyl)amino]phenyl]cyclohexane : TAPC) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00004
상기 정공 수송층의 두께는 약 50Å 내지 약 2000Å, 예를 들면 약 100Å 내지 약 1500Å일 수 있다. 상기 정공 수송층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 정공 수송 특성을 얻을 수 있다.
한편, 상기 정공 주입층 및 상기 정공 수송층 중 적어도 한 층은 하기 화합물 301 내지 320 중 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
Figure pat00005
Figure pat00006
한편, 상기 정공 수송 영역(13)은 정공 주입 기능 및 정공 수송 기능을 동시에 갖는 단일층을 포함할 수도 있다. 상기 정공 주입 기능 및 정공 수송 기능을 동시에 갖는 단일층은 상술한 바와 같은 정공 주입층 또는 정공 수송층 재료를 포함할 수 있다.
상기 정공 수송 영역(13)은 공진 거리 제공을 위한 버퍼층 및/또는 전자 수송 영역(17)으로부터 전자가 넘어오는 것을 방지하는 전자 저지층 등을 더 포함할 수도 있다.
상기 정공 수송 영역(13)은 도전성 및/또는 정공 이동도 등을 향상시키기 위하여 전하-생성 물질을 더 포함할 수 있다.
상기 전하-생성 물질은 예를 들면, p-도펀트일 수 있다. 상기 p-도펀트는 퀴논 유도체, 금속 산화물 및 시아노기-함유 화합물 중 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 p-도펀트의 비제한적인 예로는, 테트라사이아노퀴논다이메테인(TCNQ) 및 2,3,5,6-테트라플루오로-테트라사이아노-1,4-벤조퀴논다이메테인(F4-TCNQ) 등과 같은 퀴논 유도체; 텅스텐 산화물 및 몰리브덴 산화물 등과 같은 금속 산화물; 및 하기 화합물 390 등과 같은 시아노기-함유 화합물 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
<화합물 390> <F4-TCNQ>
Figure pat00007
Figure pat00008
상기 전하 생성-물질은 상기 정공 수송 영역(13) 중에 균일하게 또는 불균일하게 분산되어 있을 수 있다.
상기 정공 수송 영역(13) 상부에는 발광층(15)이 형성되어 있다.
상기 발광층(15)은 호스트 및 발광층을 포함한다. 상기 발광층은, 상기 호스트는 포함하고 상기 도펀트는 비포함한 비-도핑층(15b) 및 상기 호스트 및 도펀트를 모두 포함한 도핑층(15a)이 정공 수송 영역(13)으로부터 차례로 적층된 구조를 갖는다.
본 명세서 중 "유기 발광 소자를 저계조 및/또는 저휘도 조건 하에서의 구동시킨다"란, "유기 발광 소자를 0.1mA/cm2 이하의 전류 밀도(J) 조건 하에서 구동시킨다"를 의미한다.
도 1의 유기 발광 소자를 0.1mA/cm2 이하의 전류 밀도(J) 조건 하에서 구동시킬 경우, 제1전극(12)으로부터 주입되어 정공 수송 영역(13)을 경유하여 발광층(15)에 도달한 정공과 제2전극(19)으로부터 주입되어 전자 수송 영역(17)을 경유하여 발광층(15)에 도달한 전자는 서로 결합하여 엑시톤을 형성하게 되는, 이 때, 발광층(15)에는, 상술한 바와 같은 엑시톤이 형성되는 엑시톤 재조합 영역(exciton recombination zone)(20)과 엑시톤 비-재조합 영역(도 1의 발광층(15) 중 참조 번호 20으로 표시된 점선 영역을 제외한 나머지 영역)이 존재하게 된다. 도 1의 유기 발광 소자의 경우, 상술한 바와 같은 저계조 및/또는 저휘도 조건 하에서 구동시, 엑시톤 비-재조합 영역 및 엑시톤 재조합 영역(20)은 상기 정공 수송 영역(13)으로부터 차례로 형성될 수 있다.
상술한 바와 같은 저계조 및/또는 저휘도 구동(즉, 0.1mA/cm2 이하의 전류 밀도(J) 조건 하에서의 구동)시, 상기 엑시톤 재조합 영역(20)의 두께(D3)와 상기 발광층(15)의 두께(D1) 간의 비는 20:100 내지 100:100일 수 있는 바, 도 1 중 엑시톤 재조합 영역(20)은 상당히 넓게 형성될 수 있다.
이 때, 상기 도핑층(15b)의 두께(D2)는 상기 엑시톤 재조합 영역(20)의 두께(D3)보다 작을 수 있다.
예를 들어, 상술한 바와 같은 저계조 및/또는 저휘도 구동(즉, 0.1mA/cm2 이하의 전류 밀도(J) 조건 하에서의 구동)시, 상기 도핑층(15b)의 두께(D2)는 상기 엑시톤 재조합 영역(20)의 두께(D3)의 10% 내지 50%일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 도핑층(15b)의 두께(D2)와 상기 발광층(15)의 두께(D1) 간의 비는 1:100 내지 20:100, 예를 들면, 5:100 내지 15:100일 수 있다. 예를 들어, 상기 도핑층(15b)의 두께(D2)와 상기 발광층(15)의 두께(D1) 간의 비는 10:100일 수 있다.
유기 발광 소자의 저계조 및/또는 저휘도 구동(즉, 0.1mA/cm2 이하의 전류 밀도(J) 조건 하에서의 구동)시 생성되는 엑시톤 재조합 영역(20)은 도 1에서 확인할 수 있는 바와 같이 발광층(15)과 전자 수송 영역(17) 간의 계면측에 형성되는 바, 비-도핑층(15a) 및 도핑층(15b)을 도 1에 도시된 바와 같이 적층함으로써(예를 들면, 상기 비-도핑층(15a)의 두께(D2)가 상술한 바와 같은 범위를 만족하도록 적층함으로써), 저계조 및/또는 저휘도 구동시 얼룩 발생이 실질적으로 방지될 수 있다.
유기 발광 소자의 저계조 및/또는 저휘도 구동시 얼룩 발생은, 유기 발광 소자가, 기판(11) 하부의 박막 트랜지스터(TFT)의 구동 전류의 산포에 대하여 민감하기 때문인 것일 수 있다.
예를 들어, 유기 발광 소자의 저계조 및/또는 저휘도 구동시 생성되는 엑시톤 재조합 영역(20)의 두께(D3)보다 도핑층(15b)의 두께 (D2)가 작을 경우, 유기 발광 소자의 저계조 및/또는 저휘도 구동시 발광 효율은 줄어들게 된다. 따라서, 저계조 및/또는 저휘도 구동 영역에서는, 감소된 발광 효율을 보완하여 소정 세기의 휘도를 얻기 위하여, 더 많은 전류 밀도를 소비하게 된다. 이와 같이, 유기 발광 소자가, 상대적으로 많은 전류 밀도를 소비하게 되면, 결과적으로, 박막 트랜지스터(TFT)의 미세한 전류 변화에는 둔감해 지게 된다. 즉, 유기 발광 소자의 저계조 및/또는 저휘도 구동시 생성되는 엑시톤 재조합 영역(20)의 두께(D3)보다 도핑층(15b)의 두께 (D2)가 작게 디자인된 유기 발광 소자를 저계조 및/또는 저휘도 조건에서 구동시킬 경우, 박막 트랜지스터의 미세한 전류 변화에 상관없이, 상기 유기 발광 소자의 모든 화소에서 실질적으로 동일한 휘도의 광이 방출될 수 있게 되므로, 실질적으로 얼룩 발생이 방지될 수 있다.
상술한 바는 후술하는 바와 같은 OLED 1, 2 및 3의 계조-효율 그래프를 나타낸 도 2로부터 확인할 수 있다.
먼저, 하기 표 1과 같은 구조를 갖는 OLED 1, 2 및 3을 제작하였다.

OLED 1
유리 기판 / ITO (제1전극) / PEDOT (정공 주입층, 250Å) / TAPC (정공 수송층, 200Å) / mCP:Firpic (발광층, 200Å) / BCP (전자 수송층, 400Å) / LiF (전자 주입층, 10Å) / Al (제2전극)

(상기 발광층 중 Firpic(도펀트)는 발광층 전체에 고르게 도핑되어 있음)

OLED 2
유리 기판 / ITO (제1전극) / PEDOT (정공 주입층, 250Å) / TAPC (정공 수송층, 200Å) / mCP:Firpic (발광층, 200Å) / BCP (전자 수송층, 400Å) / LiF (전자 주입층, 10Å) / Al (제2전극)

(상기 발광층 중 Firpic(도펀트)는 전자 수송층 하부로부터 20Å(발광층 총 두께의 10%임)만큼의 깊이로 도핑되어 있음)

OLED 3
유리 기판 / ITO (제1전극) / PEDOT (정공 주입층, 250Å) / TAPC (정공 수송층, 200Å) / mCP:Firpic (발광층, 200Å) / BCP (전자 수송층, 400Å) / LiF (전자 주입층, 10Å) / Al (제2전극)

(상기 발광층 중 Firpic(도펀트)는 정공 수송층 상부로부터 20Å(발광층 총 두께의 10%임)만큼의 높이로 도핑되어 있음)
상기 OLED 1 내지 3의 계조-효율 그래프를 나타낸 도 2에 따르면, 상기 도 1에 도시된 바와 같은 비-도핑층(15a) 및 도핑층(15b)을 갖는 OLED 2만이 저계조 구동시 발광 효율이 약 30% 정도 감소하는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 상기 도 1에 도시된 바와 같은 비-도핑층(15a) 및 도핑층(15b)을 갖는 OLED 2만이 저계조 및/또는 저휘도 구동시 얼룩 발생이 실질적으로 방지될 수 있다.
또한, 하기 표 2와 같은 구조를 갖는 OLED 4의 경우, 발광층의 도펀트는 전자 수송층과 발광층 간의 계면측과 정공 수송층과 발광층 간의 계면측 모두에 도핑되어 있다.

OLED 4
유리 기판 / ITO (제1전극) / PEDOT (정공 주입층, 250Å) / TAPC (정공 수송층, 200Å) / mCP:Firpic (발광층, 200Å) / BCP (전자 수송층, 400Å) / LiF (전자 주입층, 10Å) / Al (제2전극)

(상기 발광층 중 Firpic(도펀트)는 전자 수송층 하부로부터 10Å(발광층 총 두께의 5%임)만큼의 깊이로 도핑되어 있고, 정공 수송층 상부로부터 10Å(발광층 총 두께의 5%임)만큼의 높이로 도핑되어 있음)
상기 OLED 4의 경우, 저계조 및/또는 저휘도 구동(즉, 0.1mA/cm2 이하의 전류 밀도(J) 조건 하에서의 구동)시, 엑시톤 재조합 영역이 발광층 전역에 형성되거나, 발광층과 정공 수송층 간의 계면 측에서 엑시톤 재조합 영역이 형성될 경우, 상술한 바와 같은 효율 감소 효과를 얻을 수 없으므로, 저계조 및/또는 저휘도 구동시 여전히 얼룩이 발생할 수 있다.
상기 발광층(15)은 상기 호스트의 증착원 및 도펀트의 증착원을 증착 챔버 내에 장착한 다음, 상기 도펀트의 증착원 중 도펀트 방출구를 개폐기로 폐쇄하여, 먼저, 호스트만을 증착한 다음, 소정 시간 경과 후, 상기 개폐기를 도펀트 방출구로부터 분리하여, 상기 호스트와 도펀트가 공증착되도록 함으로써, 비-도핑층(15a) 및 도핑층(15b)가 차례로 형성되도록 할 수 있다. 이 때, 상기 발광층(15)의 도핑층(15b) 중 도펀트의 함량은, 상기 전자 수송 영역(17)을 향하는 방향(도 1 중 A 방향)을 따라 점진적으로 증가하는 농도 구배를 가질 수 있다.
상기 발광층(15)에 포함되는 호스트 및 도펀트는 공지된 호스트 및 도펀트 중에서 선택될 수 있다.
예를 들어, 상기 호스트는 Alq3, CBP(4,4'-N,N'-디카바졸-비페닐), PVK(폴리(n-비닐카바졸)), 9,10-디(나프탈렌-2-일)안트라센(ADN), TPBI(1,3,5-트리스(N-페닐벤즈이미다졸-2-일)벤젠(1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazole-2-yl)benzene)), TBADN(3-tert-부틸-9,10-디(나프트-2-일) 안트라센), dmCBP(하기 화학식 참조), mCP 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00009
Figure pat00010
Figure pat00011
Figure pat00012
ADN mCP
Figure pat00013
Figure pat00014
상기 발광층은 청색 도펀트, 녹색 도펀트 및/또는 적색 도펀트를 포함할 수 있다.
에를 들어, 청색 도펀트로서는 하기 화합물들 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00015
Figure pat00016
Figure pat00017
DPAVBi
Figure pat00018
TBPe
에를 들어, 적색 도펀트로서는 하기 화합물들 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00019
에를 들어, 녹색 도펀트로서는 하기 화합물들 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또는 녹색 도펀트로서, 하기 C545T를 사용할 수 있다.
Figure pat00020
상기 도핑층(15b) 중 도펀트의 함량은 통상적으로 호스트 약 100 중량부를 기준으로 하여 약 0.01 내지 약 15 중량부의 범위에서 선택될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 발광층(15)의 두께는 약 100Å 내지 약 1000Å, 예를 들면 약 200Å 내지 약 600Å일 수 있다. 상기 발광층(15)의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 우수한 발광 특성을 나타낼 수 있다.
상기 발광층(15) 상부에는 전자 수송 영역(17)이 형성되어 있다. 상기 전자 수송 영역(17)은 제2전극(19)으로부터 주입된 전자가 발광층(15)에 도달하기 위하여 경유하는 영역이다.
상기 전자 수송 영역((17)은 정공 저지층, 전자 수송층, 전자 주입층 및 전자 수송 기능 및 전자 주입 기능을 동시에 갖는 단일층 중 적어도 하나의 층을 포함할 수 있다.
또한, 정공 저지층은, 발광층에 인광 도펀트를 사용할 경우에는 삼중항 여기자 또는 정공이 전자 수송층으로 확산되는 현상을 방지하기 위하여, 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 방법을 이용하여 형성될 수 있는데, 진공증착법 및 스핀코팅법에 의해 정공 저지층을 형성하는 경우, 그 조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공 주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 될 수 있다. 공지의 정공 저지 재료도 사용할 수 있는데, 이의 예로는, 옥사디아졸 유도체나 트리아졸 유도체, 페난트롤린 유도체 등을 들 수 있다. 예를 들면, 하기와 같은 BCP를 정공 저지층 재료로 사용할 수 있다.
Figure pat00021
상기 전자 수송 영역(17)이 전자 수송층을 포함할 경우, 전자 수송층(ETL)을 진공증착법, 또는 스핀코팅법, 캐스트법 등의 다양한 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 진공증착법 및 스핀코팅법에 의해 전자 수송층을 형성하는 경우, 그 조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공 주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택될 수 있다. 상기 전자 수송층 재료로는 전자주입전극(Cathode)로부터 주입된 전자를 안정하게 수송하는 기능을 하는 것으로서 공지의 전자 수송 물질을 이용할 수 있다. 공지의 전자 수송 물질의 예로는, 퀴놀린 유도체, 특히 트리스(8-퀴놀리노레이트)알루미늄(Alq3), TAZ, Balq, 베릴륨 비스(벤조퀴놀리-10-노에이트)(beryllium bis(benzoquinolin-10-olate: Bebq2), AND, BCP 등과 같은 재료를 사용할 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00022
Figure pat00023
<화합물 201> <화합물 202>
Figure pat00024
Figure pat00025
Figure pat00026
BCP
상기 전자 수송층의 두께는 약 100Å 내지 약 1000Å, 예를 들면 약 150Å 내지 약 500Å일 수 있다. 상기 전자 수송층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 전자 수송 특성을 얻을 수 있다.
상기 전자 수송층은 상술한 바와 같은 전자 수송성 유기물 외에, 금속-함유 물질(예를 들면, 리튬 퀴놀레이트)을 더 포함할 수 있다.
상기 전자 수송 영역(17)이 전자 주입층을 포함할 경우, 상기 전자 주입층은 제2전극(19)으로부터 전자의 주입을 용이하게 하는 기능을 가지는 물질(예를 들면, LiF, NaCl, CsF, Li2O, BaO 등)을 이용하여 형성할 수 있다. 상기 전자 주입층의 증착조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공 주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택될 수 있다.
상기 전자 주입층의 두께는 약 1Å 내지 약 100Å, 약 3Å 내지 약 90Å일 수 있다. 상기 전자 주입층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 전자 주입 특성을 얻을 수 있다.
상술한 바와 같은 전자 수송 영역(17) 상부에는 제2전극(19)이 구비되어 있다. 상기 제2전극은 전자 주입 전극인 캐소드(Cathode)일 수 있는데, 이 때, 상기 제2전극 형성용 금속으로는 낮은 일함수를 가지는 금속, 합금, 전기전도성 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 박막으로 형성하여 투과형 전극을 얻을 수 있다. 한편, 전면 발광 소자를 얻기 위하여 ITO, IZO를 이용한 투과형 전극을 형성할 수 있는 등, 다양한 변형이 가능하다.
이상, 상기 유기 발광 소자를 도 1을 참조하여 설명하였으나, 상기 유기 발광 소자가 이에 한정되는 것은 아니다.
11: 기판
12: 제1전극
13: 정공 수송 영역
15: 발광층
15a: 비-도핑층
15b: 도핑층
20: 엑시톤 재조합 영역
17: 전자 수송 영역
19: 제2전극

Claims (16)

  1. 기판; 상기 기판 상의 제1전극; 상기 제1전극과 대향된 제2전극; 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 개재되고 호스트 및 도펀트를 포함한 발광층; 상기 제1전극과 상기 발광 사이에 개재된 정공 수송 영역; 및 상기 발광층과 상기 제2전극 사이에 개재된 전자 수송 영역;을 포함하고,
    상기 발광층은 상기 호스트는 포함하고 상기 도펀트는 비포함한 비-도핑층(non-doping layer) 및 상기 호스트 및 상기 도펀트를 모두 포함한 도핑층(doping layer)을 포함하고,
    상기 비-도핑층 및 도핑층은 상기 정공 수송 영역으로부터 차례로 적층되어 있는, 유기 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유기 발광 소자를 0.1mA/cm2 이하의 전류 밀도(J) 조건 하에서 구동시킬 경우, 상기 발광층 중 상기 정공 수송 영역으로부터 차례로 엑시톤 비-재조합 영역 및 엑시톤 재조합 영역이 형성되고;
    상기 도핑층의 두께는 상기 엑시톤 재조합 영역의 두께보다 작은, 유기 발광 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 엑시톤 재조합 영역의 두께와 상기 발광층의 두께 간의 비는 20:100 내지 100:100인, 유기 발광 소자.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 도핑층의 두께는 상기 엑시톤 재조합 영역의 두께의 10% 내지 50%인, 유기 발광 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 도핑층의 두께와 상기 발광층의 두께 간의 비는 1:100 내지 20:100인, 유기 발광 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 도핑층의 두께와 상기 발광층의 두께 간의 비는 5:100 내지 15:100인, 유기 발광 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 도핑층의 두께와 상기 발광층의 두께 간의 비가 10:100인, 유기 발광 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 발광층의 도핑층 중 도펀트의 함량은 상기 전자 수송 영역을 향하는 방향을 따라 점진적으로 증가하는 농도 구배를 갖는, 유기 발광 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 도펀트가 인광 도펀트 또는 형광 도펀트인, 유기 발광 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 정공 수송 영역이 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 주입 기능 및 정공 수송 기능을 동시에 갖는 단일층, 버퍼층 및 전자 저지층 중 적어도 하나의 층을 포함한, 유기 발광 소자.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 정공 수송 영역이 전하-생성 물질을 포함한, 유기 발광 소자.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 전자 수송 영역이 정공 저지층, 전자 수송층 및 전자 주입층 중 적어도 하나의 층을 포함한, 유기 발광 소자.
  13. 기판; 상기 기판 상의 제1전극; 상기 제1전극과 대향된 제2전극; 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 개재되고 호스트 및 도펀트를 포함한 발광층; 상기 제1전극과 상기 발광 사이에 개재된 정공 수송 영역; 및 상기 발광층과 상기 제2전극 사이에 개재된 전자 수송 영역;을 포함하고,
    상기 발광층은 상기 호스트는 포함하고 상기 도펀트는 비포함한 비-도핑층(non-doping layer) 및 상기 호스트 및 상기 도펀트를 모두 포함한 도핑층(doping layer)을 포함하고,
    상기 비-도핑층 및 도핑층은 상기 정공 수송 영역으로부터 차례로 적층되어 있고,
    0.1mA/cm2 이하의 전류 밀도(J) 조건 하에서 구동시킬 경우, 상기 발광층 중 상기 정공 수송 영역으로부터 차례로 엑시톤 비-재조합 영역 및 엑시톤 재조합 영역이 형성되고;
    상기 도핑층의 두께는 상기 엑시톤 재조합 영역의 두께보다 작은, 유기 발광 소자.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 엑시톤 재조합 영역의 두께와 상기 발광층의 두께 간의 비는 20:100 내지 100:100인, 유기 발광 소자.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 도핑층의 두께는 상기 엑시톤 재조합 영역의 두께의 10% 내지 50%인, 유기 발광 소자.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 도핑층의 두께와 상기 발광층의 두께 간의 비는 1:100 내지 20:100인, 유기 발광 소자.
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