KR20150111014A - 백색 유기 발광 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 백색 유기 발광 소자는, 서로 대향하여 배치된 제1 전극과 제2 전극 사이에 중간층이 형성되고, 제1 전극과 중간층 사이에, 제1 호스트를 포함하는 제1 발광층과 제2 호스트를 포함하는 제2 발광층으로 구성된 제1 발광부가 배치되고, 중간층과 제2 전극 사이에 제2 발광부가 배치된다. 본 발명의 일 실시예에 따라 제1 발광층과 제2 발광층을 EDR 구조 또는 EHS 구조로 형성함으로써 소자의 발광 효율 및 색재현율을 개선할 수 있는 백색 유기 발광 소자를 제공한다.

Description

백색 유기 발광 소자{White Organic Light Emitting Device}

본 발명은 유기 발광 소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 색재현율 및 발광 효율을 개선할 수 있는 백색 유기 발광 소자를 제공하는 것이다.

유기 발광 소자는 두 개의 전극 사이에 유기 발광층을 형성하고, 두 개의 전극으로부터 각각 전자(electron)와 정공(hole)을 유기 발광층 내로 주입시켜 전자와 정공의 결합에 따른 여기자(exciton)를 생성하고, 생성된 여기자가 여기 상태(excited state)로부터 기저 상태(ground state)로 떨어질 때 광이 발생하는 원리를 이용한 소자이다.

백색 유기 발광 소자는 백색광을 방출하는 유기 발광 소자를 말한다. 보색 관계의 두 개의 발광층을 적층하여 백색광을 방출하는 경우, 백색광이 컬러 필터를 통과하게 되면 각 발광층의 피크 파장 영역과 컬러 필터의 투과 영역의 차이에 의해 원하는 색재현율을 구현하는 데 있어서 어려움이 있을 수 있다. 예를 들어, 청색 발광층과 황색 발광층을 적층하는 경우, 청색 파장 영역과 황색 파장 영역에서 피크 파장이 형성되면서 백색광이 방출되는데, 이 백색광이 각각 적색, 녹색 및 청색 컬러 필터를 통과하게 되면 적색 또는 녹색 파장 영역의 투과도가 청색 대비 낮아지게 되어 색재현율 및 발광 효율이 낮아지게 된다.

1. [백색 유기 발광 소자] (특허출원번호 제 10-2009-0113752호)

따라서, 소자의 높은 색재현율을 구현하기 위해서는 백색광이 컬러 필터를 통과했을 때 상대적으로 투과도가 낮은 파장 영역에 해당하는 색의 발광층을 추가 형성하여 컬러 필터의 투과 영역과 발광층의 피크 파장 영역을 대략 일치시킴으로써 보완할 수 있다. 앞서 언급한 예시에서는, 청색 발광층과 황색 발광층에 적색 또는 녹색 발광층을 추가로 형성함으로써 색재현율을 높일 수 있다.

그러나, 색재현율을 높이기 위해 유기 발광 소자에 포함되는 발광층의 수를 늘리는 경우, 발광층과 발광층 사이의 에너지 레벨(Energy Level) 차이에 의해 오히려 발광 효율 및 색재현율이 감소하게 되는 현상이 발생될 수 있다.

구체적으로 설명하면 다음과 같다. 발광층은 피크 파장에 따라 사용되는 호스트(Host)와 도펀트(Dopant)의 조합이 달라지게 된다. 즉, 발광층의 피크 파장 또는 도펀트의 특성에 따라 정공형 호스트나 전자형 호스트, 또는 그 두 개를 혼합하여 사용함으로써 발광층의 발광 효율을 높일 수 있는 적당한 조합이 구성되는 것이다. 예를 들어, 적색 발광층은 전자형 호스트와 적색 도펀트를 조합하여 빛을 효율적으로 발광시킬 수 있고, 황색 발광층은 전자형 호스트와 정공형 호스트를 황색 도펀트와 함께 사용하여 발광시킬 수도 있다.

문제는, 두 개의 발광층을 직접 접촉하여 배치하는 경우, 각 발광층의 발광 효율을 고려하여 선택된 호스트와 도펀트의 차이로 인해 오히려 발광층의 발광 효율이 감소할 수 있다는 점이다. 다시 말해서, 각 발광층에 최적화된 호스트들 간의 에너지 레벨 차이가 하나의 발광층에서 다른 발광층으로 전달되는 정공 또는 전자의 흐름을 방해하여 각 발광층 내에서 발생하는 정공과 전자의 결합이 영향을 받게 되고, 이는 두 개의 발광층의 피크 파장에서의 발광 세기(Emission Intensity)의 차이를 발생시킨다. 이로 인해서, 백색광이 컬러 필터를 통과하게 되면 상대적으로 투과도가 낮은 파장 영역의 빛이 발생하게 되고, 결과적으로 발광 효율 및 색재현율이 감소하게 되는 것이다.

이에 본 발명의 발명자들은 위에서 언급한 문제점들을 인식하고, 발광층들의 피크 파장에서의 발광 세기의 차이를 줄이는 방안을 고민함으로써 색재현율 및 발광 효율을 향상시킬 수 있는 새로운 구조의 백색 유기 발광 소자를 발명하였다.

본 발명의 일 실시예에 따른 해결 과제는 발광층에 EDR 구조를 적용함으로써, 발광층들의 발광 세기의 차이를 줄일 수 있는 백색 유기 발광 소자를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 다른 해결 과제는 발광층에 EHS 구조를 적용함으로써, 발광 효율 및 수명을 개선할 수 있는 백색 유기 발광 소자를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 다른 해결 과제는 복수의 발광층이 직접 접촉하여 발생하는 이종 계면에 의한 전압 상승을 감소시킴으로써 소비 전력을 개선할 수 있는 백색 유기 발광 소자를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 해결 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 백색 유기 발광 소자는, 서로 대향하여 배치된 제1 전극과 제2 전극 사이에 중간층이 형성되고, 제1 전극과 중간층 사이에, 제1 호스트를 포함하는 제1 발광층과 제2 호스트를 포함하는 제2 발광층으로 구성된 제1 발광부가 배치되고, 중간층과 제2 전극 사이에 제2 발광부가 배치된다. 본 발명의 일 실시예에 따라 제1 발광층과 제2 발광층을 EDR 구조 또는 EHS 구조로 형성함으로써 소자의 발광 효율 및 색재현율을 개선할 수 있는 백색 유기 발광 소자를 제공한다.

기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 따라 발광층들의 피크 파장에서의 발광 세기의 차이를 줄임으로써 색재현율 및 발광 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 소자의 수명 및 발광 효율을 개선시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 이종 계면에 의한 전압 상승을 감소시킴으로써 소비 전력을 개선할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이상에서 해결하고자 하는 과제, 과제 해결 수단, 효과에 기재한 발명의 내용이 청구항의 필수적인 특징을 특정하는 것은 아니므로, 청구항의 권리 범위는 발명의 내용에 기재된 사항에 의하여 제한되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 유기 발광 소자를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, EDR 구조를 적용한 제1 발광부의 에너지 밴드 다이어그램을 나타내는 도면이다.
도 3a와 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, EHS 구조를 적용한 제1 발광부의 에너지 밴드 다이어그램을 나타내는 도면이다.
도 4a와 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 표 1에 따라, 비교예 및 실시예의 발광 세기를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 유기 발광 소자를 나타내는 단면도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.

위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.

제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 유기 발광 소자를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 유기 발광 소자를 나타내는 단면도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 유기 발광 소자(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 애노드(110)와 캐소드(120) 사이에 제1 발광부(140), 제2 발광부(150) 및 중간층(130)이 배치된다.

애노드(110)는 정공을 공급하는 양극으로 TCO(Transparent Conductive Oxide)와 같은 투명 도전 물질인 ITO(Indum Tin Oxide), IZO(Indum Zinc Oxide) 등으로 형성될 수 있다.

캐소드(120)는 전자를 공급하는 음극으로 금속성 물질인 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 마그네슘(Mg) 등으로 형성되거나, 이들의 합금으로 형성될 수 있다.

애노드(110)와 캐소드(120)는 각각 제1 전극 또는 제2 전극으로 지칭될 수 있다.

중간층(130)은 제1 발광부(140)와 제2 발광부(150)의 전하 균형 조절 역할을 하는 층으로, 정공 주입을 돕는 층과 전자 주입을 돕는 층으로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 단일층으로 형성될 수도 있다.

제1 발광부(140)와 제2 발광부(150)는 적어도 하나의 발광층을 포함하며, 백색 유기 발광 소자(100)는 제1 발광부(140)의 빛과 제2 발광부(150)의 빛이 혼합되어 백색광을 방출한다.

제1 발광부(140)는, 제1 발광층(142)과 제2 발광층(144)로 구성되고, 제1 발광층(142)과 제2 발광층(144)은 직접 접촉하게 배치되며, 서로 다른 피크 파장을 갖는다. 제1 발광층(142)과 제2 발광층(144)은 제1 발광부(140)와 제2 발광부(150)의 발광 파장 영역의 조합 및 공진 거리 등을 고려하여 다양하게 선택될 수 있으며, 예를 들어, 적색 발광층, 녹색 발광층, 황색 발광층, 황색-녹색 발광층, 청색 발광층 중 각각 다른 하나일 수 있다. 적색 발광층의 피크 파장 영역은 600 내지 640nm 사이, 녹색 발광층의 피크 파장 영역은 510 내지 540nm 사이에 위치할 수 있다. 또한, 황색 발광층의 피크 파장 영역은 540 내지 570nm 사이, 황색-녹색 발광층의 피크 파장 영역은 510 내지 570nm 사이, 청색 발광층의 피크 파장은 440 내지 470nm 사이에 위치할 수 있다.

다만, 제1 발광층(142)과 제2 발광층(144)이 각각 녹색 발광층과 청색 발광층으로 구성되는 것은 어려울 수 있다. 구체적으로 설명하면, 두 개의 전극 사이에서 발생하는 공진(Micro-cavity) 효과를 고려하였을 때, 청색 발광층의 파장 영역과 녹색 발광층의 파장 영역에 따른 공진 거리가 유사하여 에너지 전이가 쉽게 일어나게 되므로 청색과 녹색 중 적어도 하나의 발광 효율이 감소하는 문제가 발생할 수 있다.

도 1에서는, 제1 발광부(140)가 직접 접촉하게 배치된 제1 발광층(142)과 제2 발광층(144)을 포함하는 것으로 도시하였으나, 제2 발광부(150)가 직접 접촉하게 배치된 두 개의 발광층을 포함할 수도 있다. 또한, 소자 구성에 따라서 제1 발광부(140)와 제2 발광부(150) 모두 두 개의 발광층을 포함할 수도 있다.

도 1에는 도시되지 않았지만, 애노드(110)와 제2 발광부(150) 사이, 제2 발광부(150)와 중간층(130) 사이, 중간층(130)과 제1 발광부(140) 사이, 제1 발광부(140)와 캐소드(120) 사이에는 공통층이 형성될 수 있다. 공통층은 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 주입층, 전자 수송층 중 하나 일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 소자의 구성 및 특성에 따라 선택적으로 배치가 가능하다.

도2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, EDR 구조를 적용한 제1 발광부(140)의 에너지 밴드 다이어그램(Energy Band Diagram)을 나타내는 도면이다. 구체적으로, 제1 발광부(140)의 제1 발광층(142)과 제2 발광층(144)이 EDR(Emission layers-Difference between the energy levels of the emission layers-Reduction; 이하 EDR) 구조로 형성되었을 때의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸다.

EDR 구조는, 발광층-에너지레벨차이-감소 구조로, 두 개의 발광층을 형성할 때 각각의 발광층이 동일한 특성(same type)을 갖는 호스트를 포함하고 있는 경우, 동일한 특성을 갖는 호스트들 간의 에너지 레벨 차이를 줄여서 각 발광층의 피크 파장에서의 발광 세기의 차이를 감소시키기 위한 소자 구조를 말한다. 에너지 레벨은 전자가 결합에 참여할 수 없는 영역에서 에너지가 가장 낮은 영역에 있는 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital; 이하 LUMO)레벨과 전자가 결합에 참여할 수 있는 영역에서 에너지가 가장 높은 영역에 있는 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital; 이하 HOMO)레벨을 포함한다. 도면을 기준으로 봤을 때, 에너지 레벨의 사각형의 상부면이 LUMO레벨, 하부면이 HOMO레벨을 의미하고, 에너지 레벨은 양 또는 음의 값을 가질 수 있다. 또한, HOMO레벨에서 LUMO레벨 방향으로 갈수록 에너지 레벨이 점점 높아지는 것을 의미하고, 반대의 경우는 점점 낮아지는 것을 의미한다.

제1 발광층(142)은 제1 정공형 호스트(H1)와 제1 전자형 호스트(E1) 및 제1 도펀트(D1)를 포함하고, 제2 발광층(144)은 제2 정공형 호스트(H2)와 제2 전자형 호스트(E2) 및 제2 도펀트(D2)를 포함한다.

정공형 호스트는 TCTA [4,4',4''-tris(N-carbazolyl)-triphenylamine], CBP [4,4'-bis(carba zol-9-yl)biphenyl],

NPB [N,N'-bis(1-naphthyl)-N,N'-diphenyl-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine]

중 하나의 물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

전자형 호스트는 TAZ [3-phenyl-4-(1-naphthyl)-5-phenyl-1,2,4-triazole], TPBI [1,3,5-tris(N-phenyl benzimidazole-2-yl)benzene], Balq [bis(8-bydroxyquinaldine)aluminum biphenoxide], Bphen [4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline],

Bebq2 [bis(10-hydroxybenzo[h]quinolinato)beryllium], Alq3 [tris(8-hydroxyquinoline)aluminum] 중 하나의 물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 2를 참고하면, 정공은 제1 발광층(142)의 제1 정공형 호스트(H1)에서 제2 발광층(144)의 제2 정공형 호스트(H2)로 이동하고, 전자는 제2 발광층(144)의 제2 전자형 호스트(E2)에서 제1 발광층(142)의 제1 전자형 호스트(E1)으로 이동하며, 이동된 정공과 전자가 각 발광층에서 결합하여 빛이 발생하게 된다.

정공의 이동에 대해 설명하자면, 애노드(110)로부터 주입된 정공이 제1 발광층(142)을 거쳐 제2 발광층(144)으로 이동하는데, 제1 정공형 호스트(H1)의 HOMO레벨과 제2 정공형 호스트(H2)의 HOMO레벨의 차이(A)가 크면 정공의 이동이 어렵게 된다. 구체적으로, 제2 정공형 호스트(H2)의 HOMO레벨이 제1 정공형 호스트(H1)의 HOMO레벨보다 일정 간격 이상으로 낮게 되면, 장벽(barrier)에 의해 제1 발광층(142)의 정공이 제2 발광층(144)으로 넘어가는 것이 어렵게 된다. 그러면, 제2 발광층(144)은 충분한 정공을 공급받지 못하게 되므로 발광 세기 및 발광 효율은 감소하게 된다. 또한, 전자의 공급이 비슷하다고 했을 때, 제1 발광층(142)은 제2 발광층(144) 대비 정공과 전자의 결합이 많으므로 발광의 세기가 높아질 수는 있으나, 제1 도펀트(D1)에 필요 이상의 결합이 발생하게 되어 제1 발광층(142)의 수명이 감소하게 된다. 종합하면, 제1 정공형 호스트(H1)와 제2 정공형 호스트(H2)의 HOMO레벨 차이로 인해서 제1 발광층(142)과 제2 발광층(144)의 발광 세기에 차이가 발생하고, 원하는 파장의 빛을 충분히 내지 못하므로, 색재현율이 감소하게 된다. 또한, 제1 발광층(142)과 제2 발광층(144)의 수명의 차이로 인해 시간이 지날수록 색 이상 불량이 발생할 가능성이 커지게 된다.

마찬가지로, 전자의 이동에 대해 설명하자면, 캐소드(120)로부터 주입된 전자가 제2 발광층(144)을 거쳐 제1 발광층(142)으로 이동하는데, 제2 전자형 호스트(E2)와 제1 전자형 호스트(E1)의 LUMO 레벨의 차이(B)가 크면 전자의 이동이 어렵게 된다. 구체적으로, 제1 전자형 호스트(E1)의 LUMO레벨이 제2 전자형 호스트(E2)의 LUMO레벨보다 일정 간격 이상으로 높게 되면, 장벽(barrier)에 의해 제2 발광층(144)의 전자가 제1 발광층(142)으로 넘어가는 것이 어렵게 된다. 그러면, 제1 발광층(144)은 충분한 전자를 공급받지 못하게 되므로 발광 세기 및 발광 효율은 감소하게 된다. 또한, 정공의 공급이 비슷하다고 했을 때, 제2 발광층(144)은 제1 발광층(142) 대비 정공과 전자의 결합이 많으므로 발광의 세기가 높아질 수는 있으나, 제2 도펀트(D2)에 필요 이상의 결합이 발생하게 되어 제2 발광층(144)의 수명이 감소하게 된다. 결과적으로, 제1 전자형 호스트(E1)과 제2 전자형 호스트(E2)의 LUMO레벨 차이로 인해서 제1 발광층(142)과 제2 발광층(144)의 발광 세기에 차이가 발생하고, 원하는 파장의 빛을 충분히 내지 못하므로, 색재현율이 감소하게 된다. 또한, 제1 발광층(142)과 제2 발광층(144)의 수명의 차이로 인해 시간이 지날수록 색 이상 불량이 발생할 가능성이 커지게 된다.

물론, 제2 발광층(144)으로 공급되는 정공을 줄이고, 제1 발광층(142)으로 공급되는 전자를 줄여서, 결과적으로 제1 발광층(142)과 제2 발광층(144)의 정공과 전자의 결합 빈도를 비슷하게 하여 발광의 세기를 조절할 수도 있으나, 그렇게 되면 정공과 전자의 결합 양은 전체적으로 감소하므로 제1 발광층(142)과 제2 발광층(144)의 발광 세기와 발광 효율은 전체적으로 하향 될 수 있다.

각 발광층이 포함하고 있는 호스트와 도펀트의 특성에 따라서, 소자에 EDR 구조를 적용하여 정공형 호스트들의 HOMO레벨의 차이 또는 전자형 호스트들의 LUMO레벨의 차이를 선택적으로 줄임으로써, 소자의 색재현율 및 발광 효율도 증가시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 정공과 전자의 흐름을 방해하는 장벽을 낮추므로 이종 계면에서 발생하는 소비 전압도 낮출 수 있다.

제1 정공형 호스트(H1)의 HOMO레벨이 제2 정공형 호스트(H2)의 HOMO레벨보다 낮으면 정공의 이동은 수월하나, 일정 간격 이상으로 낮게 되면 필요 이상으로 정공의 이동이 많아지게 되어 제1 발광층(142)의 효율이 감소하게 되고, 결과적으로 색재현율이 낮아지는 등 앞서 언급한 문제들이 발생할 수 있다. 마찬가지로, 제1 전자형 호스트(E1)의 LUMO레벨이 제2 전자형 호스트(E2)의 LUMO레벨보다 낮으면 전자의 이동은 수월하나, 일정 간격 이상으로 낮게 되면 필요 이상으로 전자의 이동이 많아지므로 앞서 언급한 문제들이 발생할 수 있다.

제1 정공형 호스트(H1)의 HOMO레벨과 제2 정공형 호스트(H2)의 HOMO레벨의 차이(A) 및 제1 전자형 호스트(E1)의 LUMO레벨과 제2 전자형 호스트(E2)의 LUMO레벨의 차이(B)는, 유기 발광 소자의 호스트 및 도펀트 물질의 특성 등을 고려하였을 때, 대략 0.3eV이하로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 제1 발광층(142)과 제2 발광층(144)의 발광 세기의 차이는, 제1 발광층(142)의 발광 세기를 기준으로 했을 때, 대략 30%이하로 형성되는 것이 바람직하다.

제1 전자형 호스트(E1)의 HOMO레벨과 제2 전자형 호스트(E2)의 HOMO레벨 중 적어도 하나를 제1 정공형 호스트(H1)의 HOMO레벨과 제2 정공형 호스트(H2)의 HOMO레벨보다 같거나 높게 형성하여 정공형 호스트들 간의 정공의 이동을 원활하게 할 수 있다. 그리고, 제1 전자형 호스트(E1)의 HOMO레벨과 제2 전자형 호스트(E2)의 HOMO레벨을 제1 도펀트(D1) HOMO레벨과 제2 도펀트(D2)의 HOMO레벨보다는 낮게 형성될 수 있다.

또한, 제1 정공형 호스트(H1)의 LUMO레벨과 제2 정공형 호스트(H2)의 LUMO레벨 중 적어도 하나를 제1 전자형 호스트(E1)의 HOMO레벨과 제2 전자형 호스트(E1)의 HOMO레벨보다 같거나 낮게 형성하여 전자형 호스트들 간의 전자의 이동을 원활하게 할 수 있다. 그리고, 제1 정공형 호스트(H1)의 LUMO레벨과 제2 정공형 호스트(H2)의 LUMO레벨은 제1 도펀트(D1)의 LUMO레벨과 제2 도펀트(D2)의 LUMO레벨보다 높게 형성될 수 있다.

도 2에서 도시된 것처럼, 하나의 발광층이 서로 다른 특성의 두 개의 호스트를 포함하는 경우, 인접한 층들과의 정공 및 전자의 조절이 용이하다는 장점은 있으나, 소자 구성에 따라 하나의 호스트만을 포함할 수도 있다.

도 3a와 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, EHS 구조를 적용한 제1 발광부(140)의 에너지 밴드 다이어그램을 나타내는 도면이다. 구체적으로, 제1 발광부(14)의 제1 발광층(142)과 제2 발광층(144)이 EHS(Emission layers-Hosts of the same type-Same material; 이하 EHS) 구조로 형성되었을 때의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸다.

EHS 구조는, 발광층-동일한 특성 호스트-동일 물질 구조로, 두 개의 발광층을 형성할 때, 각 발광층이 동일한 특성을 갖는 호스트를 포함하고 있는 경우, 동일한 특성을 갖는 호스트들을 동일한 물질로 사용한 소자 구조를 말한다.

도 3a는 제1 발광층(142)과 제2 발광층(144)을 EHS 구조를 적용한 일 실시예로, 제1 발광층(142)의 제1 정공형 호스트(H1)와 제2 발광층(144)의 제2 정공형 호스트(H2)를 동일한 물질로 사용하여 제1 정공형 호스트(H1)의 HOMO레벨과 제2 정공형 호스트(H2)의 HOMO레벨을 동일하게 조정한 것이다.

마찬가지로, 도 3b는 제1 발광층(142)의 제1 전자형 호스트(E1)와 제2 발광층(144)의 제1 전자형 호스트(E2)를 동일한 물질로 사용하여 제1 전자형 호스트(E1)의 LUMO레벨과 제2 전자형 호스트(E2)의 LUMO레벨을 동일하게 조정한 것이다.

이 경우, 제1 발광층(142)에서 제2 발광층(144)으로 넘어가는 정공의 이동 또는 제2 발광층(144)에서 제1 발광층(142)으로 넘어가는 전자의 이동이 수월해지므로 발광층들의 발광 세기는 유사해지고, 색재현율이 증가하게 된다. 즉, 제1 발광층(142)과 제2 발광층(144)의 발광 세기의 차이는, EHS 구조로 형성하지 않았을 때의 제1 발광층(142)과 제2 발광층(144)의 발광 세기의 차이보다 감소할 수 있다. 다시 말하면, 제1 발광층(142)과 제2 발광층(144)의 발광 세기의 차이는, 동일한 특성을 갖는 호스트들을 동일한 물질로 사용하지 않은 경우의 세기의 차이보다 감소할 수 있다. 또한, 수명의 차이가 감소하여 시간의 흐름에 따른 색 이상 불량이 감소할 수 있고, 이종 계면에 의한 차이를 줄여서 소비 전압을 감소시킬 수 있다.

제1 발광층(142)과 제2 발광층(144)의 발광 세기의 차이는, 제1 발광층(142)의 발광 세기를 기준으로 했을 때, 대략 30%이하로 형성될 수 있다.

제1 발광층(142)의 호스트 특성과 제2 발광층(144)의 호스트 특성은 발광층의 파장 영역 및 도펀트 물질과의 조합 등을 고려하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 제1 발광층(142)이 적색 발광층이고, 제2 발광층(144)이 황색-녹색 발광층인 경우, 제1 발광층(142)과 제2 발광층(144)은 각각 정공형 호스트 및 전자형 호스트를 포함할 수 있고, 이때 두 개의 정공형 호스트를 동일한 물질로 적용함으로써 적색 발광층과 황색-녹색 발광층의 발광 세기를 유사하게 하여 색재현율 및 발광 효율을 높일 수 있다.

도 4a와 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 표 1에 따라, 비교예 및 실시예의 발광 세기를 나타내는 그래프이다. 보다 구체적으로, 발광부에 EDR 구조를 적용했을 때와 EHS 구조를 적용했을 때의 결과이다.

표 1은 적색 발광층과 황색-녹색 발광층을 직접 접촉하게 배치하였을 때, 적색 발광층의 정공형 호스트의 HOMO레벨과 황색-녹색 발광층의 정공형 호스트의 HOMO레벨 차이에 따른 소비 전압과 발광 효율을 비교한 내용이다. 적색 발광층은 정공형 호스트와 전자형 호스트 및 도펀트로 구성되었고, 황색-녹색 발광층은 정공형 호스트와 전자형 호스트 및 도펀트로 구성되었다.

		전압 [Volt, V]	EQE
①	비교예1	4.0	24.7
②	비교예2	3.9	24.7
③	비교예3	3.8	24.2
④	실시예1	3.6	25.3
⑤	실시예2	3.8	24.6

비교예 1 내지 비교예 3은 적색 발광층의 정공형 호스트와 황색-녹색 발광층의 정공형 호스트의 HOMO레벨의 차이가 0.3eV 보다 큰 경우에 해당하는 그래프이다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 정공형 호스트들 간의 HOMO레벨 차이가 큰 경우, 피크 파장이 약 615nm일 때의 발광 세기를 기준으로 봤을 때, 피크 파장이 약 540nm일 때의 발광 세기와 피크 파장이 약 610nm일 때의 발광 세기의 차이가 약 40~75% 차이가 나게 된다.

반면에, 실시예 1은 적색 발광층과 황색-녹색 발광층에 EHS 구조를 적용한 구조로, 구체적으로 적색 발광층의 정공형 호스트와 황색-녹색 발광층의 정공형 호스트를 동일한 물질로 사용한 구조이다. 도 4b를 참고했을 때, 피크 파장이 약 540nm일 때의 발광 세기와 피크 파장이 약 610nm일 때의 발광 세기가 거의 유사하므로, 비교예 대비 색재현율이 개선될 것이라는 것은 충분이 예상 가능하다. 또한, 표 1을 참조하면, 비교예 대비 실시예 1의 소비 전압이 약 0.4V~0.2V 정도 감소되었고, EQE(External quantum efficiency; 이하 EQE)는 약 0.6~1.1 정도 증가하였다. EQE는 외부 광 효율로, 빛이 유기 발광 소자 외부로 나갈 때의 발광 효율을 말하고, 도 4a와 도 4b에서는 그래프를 적분한 값, 즉 면적에 해당한다. 비교예 대비 피크 파장이 약 610nm일 때의 발광 세기는 약간 감소하였으나, 소자의 EQE가 증가한 것을 볼 때, 소자의 발광 효율이 증가하였음을 알 수 있다.

실시예 2는 적색 발광층과 황색-녹색 발광층에 EDR 구조를 적용한 구조로, 구체적으로 적색 발광층의 정공형 호스트의 HOMO레벨과 황색-녹색 발광층의 정공형 호스트의 HOMO레벨의 차이가 0.3eV 보다 낮은 경우에 해당하는 그래프이다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 피크 파장이 약 610nm일 때의 발광 세기를 기준으로 봤을 때, 피크 파장이 약 540nm일 때의 발광 세기와 피크 파장이 약 610nm일 때의 발광 세기의 차이가 약 30%인 것을 확인할 수 있고, 비교예 대비 발광 세기의 차이가 감소되어 색재현율이 개선될 것이라는 것은 예상 가능하다. 또한, 표 1을 참조하면, 비교예 대비 실시예 2의 소비 전압이 약 0.2V 감소하였고, EQE는 약 0.4 정도 증가하였다. 실시예 2의 경우, 비교예 중 일부와 소비 전력이 동일하거나, EQE가 약간 감소하는 부분이 있는데, 이는 실험 상의 산포의 오차 범위로 볼 수 있으며, 실험의 전체적인 경향을 파악하였을 때, 앞서 언급한 발광 세기의 차이 감소, 발광 효율 의 증가 및 소비 전압의 감소 등의 효과는 충분히 확인이 가능하다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 유기 발광 소자(500)를 나타내는 단면도이다. 본 실시예를 설명함에 있어 이전 실시예와 동일 또는 대응되는 구성 요소에 대한 설명은 생략하기로 한다. 보다 구체적으로, 본 실시예의 백색 유기 발광 소자(500)를 구성하는 애노드(510), 캐소드(520), 제1 발광부(540), 중간층(530), 제2 발광부(550)는 앞서 도 1을 참조로 설명한 애노드(110), 캐소드(120), 제1 발광부(140), 중간층(130), 제2 발광부(150)에 대응될 수 있다. 즉, 도 5를 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 유기 발광 소자(500)는 제3 발광부(560)와 중간층(532)을 더 포함할 수 있다.

제3 발광부(560)는 적어도 하나의 발광층을 포함하며, 백색 유기 발광 소자(500)는 제1 발광부(540), 제2 발광부(550) 및 제3 발광부(560)의 빛이 혼합되어 백색광을 방출한다. 또한, 제3 발광부(560)는 EDR 구조 또는 EHS 구조를 적용한 직접 접촉하게 배치된 두 개의 발광층을 포함할 수도 있다. 제3 발광부(560)를 추가로 형성함으로써, 포함하는 발광층의 수가 증가하게 되어 백색 유기 발광 소자(500)의 발광 효율이 증가하고, 발광층의 조합으로 색재현율을 개선하는 것이 유리할 수 있다.

중간층(130)은 제1 발광부(540)와 제3 발광부(560)의 전하 균형 조절 역할을 하는 층으로, 정공 주입을 돕는 층과 전자 주입을 돕는 층으로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 단일층으로 형성될 수도 있다.

또한, 제1 발광부(540)과 중간층(532) 사이, 중간층(532)와 제3 발광부(560) 사이, 제3 발광부(560)과 캐소드(520) 사이에는 공통층이 추가로 형성될 수도 있다.

앞서 설명한 실시예는 직접 접촉하게 배치된 두 개의 발광층으로 설명하였으나, 세 개 이상의 발광층으로 확장 적용이 가능할 수 있다. 다시 말해서, 직접 접촉하게 배치된 세 개 이상의 발광층을 형성할 때, 각 발광층이 동일한 특성의 호스트를 포함하는 경우, 호스트들 간의 HOMO레벨의 차이 또는 LUMO레벨의 차이를 줄이거나, 동일한 물질을 사용하여 소자를 구성함으로써 각 발광층의 발광 세기의 차이를 줄이고, 소자의 색재현율 및 발광 효율을 개선하며, 이종 계면에 의한 소비 전압을 감소시킬 수 있다.

상기 제1 발광층과 상기 제2 발광층이 직접 접촉하게 배치될 수 있다.

상기 제1 발광층과 상기 제2 발광층은 각각, 적색 발광층, 녹색 발광층, 황색 발광층, 황색-녹색 발광층, 청색 발광층 중 하나이고, 상기 제1 발광층과 상기 제2 발광층은 서로 다른 층일 수 있다.

상기 제1 발광층이 녹색 발광층인 경우, 상기 제2 발광층은 청색 발광층을 제외한 다른 층일 수 있다.

상기 제1 발광층의 피크 파장에서의 세기와 상기 제2 발광층의 피크 파장에서의 세기의 차이가 상기 제1 발광층과 상기 제2 발광층을 EHS구조로 형성하지 않은 경우의 세기의 차이보다 감소될 수 있다.

상기 제1 발광층의 피크 파장에서의 세기를 기준으로 봤을 때, 상기 제1 발광층의 피크 파장에서의 세기와 상기 제2 발광층의 피크 파장에서의 세기의 차이가 30% 이하일 수 있다.

상기 제1 발광층이 적색 발광층이고, 상기 제2 발광층이 황색-녹색 발광층인 경우, 상기 제1 정공형 호스트와 상기 제2 정공형 호스트는 동일한 물질일 수 있다.

상기 제1 발광층의 제1 호스트와 상기 제2 발광층의 제2 호스트는 정공형 호스트일 수 있다.

상기 제1 발광층의 제1 호스트의 HOMO레벨 및 상기 제2 발광층의 제2 호스트의 HOMO레벨의 차이가 0.3eV 이하일 수 있다.

상기 제1 발광층의 피크 파장에서의 세기를 기준으로 봤을 때, 상기 제1 발광층의 피크 파장에서의 세기와 상기 제2 발광층의 피크 파장에서의 세기의 차이가 30% 이하일 수 있다.

상기 제1 발광층의 제1 호스트와 상기 제2 발광층의 제2 호스트는 전자형 호스트일 수 있다.

상기 제1 발광층의 제1 호스트의 LUMO레벨 및 상기 제2 발광층의 제2 호스트의 LUMO레벨의 차이가 0.3eV 이하일 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100, 500: 백색 유기 발광 소자
110, 510: 애노드
120, 520: 캐소드
130, 530, 532: 중간층
140, 540: 제1 발광부
150, 550: 제2 발광부
560: 제3 발광부
H1: 제1 정공형 호스트
H2: 제2 정공형 호스트
E1: 제1 전자형 호스트
E2: 제2 전자형 호스트
D1: 제1 도펀트
D2: 제2 도펀트
A: 제1 정공형 호스트의 HOMO레벨과 제2 정공형 호스트의 HOMO레벨의 차이
B: 제1 전자형 호스트의 LUMO레벨과 제2 전자형 호스트의 LUMO레벨의 차이

Claims (17)

1. 애노드와 캐소드 사이에 위치하고, 제1 정공형 호스트와 제1 전자형 호스트를 포함하는 제1 발광층과 제2 정공형 호스트와 제2 전자형 호스트를 포함하는 제2 발광층으로 구성된 제1 발광부;및
   상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 위치하고, 적어도 하나의 발광층을 포함하는 제2 발광부;를 포함하되,
   상기 제1 발광층과 상기 제2 발광층은,
   발광층-동일한 특성 호스트-동일 물질(Emission layers-Hosts of the same type-Same material) 구조로 형성된, 백색 유기 발광 소자.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 발광층과 상기 제2 발광층이 직접 접촉하게 배치된, 백색 유기 발광 소자.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 제1 발광층과 상기 제2 발광층은 각각,
   적색 발광층, 녹색 발광층, 황색 발광층, 황색-녹색 발광층, 청색 발광층 중 하나이고, 상기 제1 발광층과 상기 제2 발광층은 서로 다른 층인, 백색 유기 발광 소자.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 제1 발광층이 녹색 발광층인 경우,
   상기 제2 발광층은 청색 발광층을 제외한 다른 층인, 백색 유기 발광 소자.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 제1 발광층의 피크 파장에서의 발광 세기와 상기 제2 발광층의 피크 파장에서의 발광 세기의 차이가 상기 제1 발광층과 상기 제2 발광층을 상기 발광층-동일한 특성 호스트-동일 물질 구조로 형성하지 않은 경우의 발광 세기의 차이보다 감소된, 백색 유기 발광 소자.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 제1 발광층의 피크 파장에서의 발광 세기를 기준으로 봤을 때,
   상기 제1 발광층의 피크 파장에서의 발광 세기와 상기 제2 발광층의 피크 파장에서의 발광 세기의 차이가 30% 이하인, 백색 유기 발광 소자.
7. 제 3항에 있어서,
   상기 제1 발광층이 적색 발광층이고, 상기 제2 발광층이 황색-녹색 발광층인 경우, 상기 제1 정공형 호스트와 상기 제2 정공형 호스트는 동일한 물질인, 백색 유기 발광 소자.
8. 서로 대향하여 배치된 제1 전극 및 제2 전극 사이에 형성된 중간층;
   상기 제1 전극과 상기 중간층 사이에 형성되고, 제1 호스트를 포함하는 제1 발광층과 제2 호스트를 포함하는 제2 발광층으로 구성된 제1 발광부;및
   상기 중간층과 상기 제2 전극 사이에 형성된 제2 발광부;를 포함하되,
   상기 제1 발광층과 상기 제2 발광층은,
   발광층-에너지레벨차이-감소(Emission layers-Difference between the energy levels of the emission layers-Reduction)구조로 형성된, 백색 유기 발광 소자.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 제1 발광층과 상기 제2 발광층이 직접 접촉하게 배치된, 백색 유기 발광 소자.
10. 제 9항에 있어서,
    상기 제1 발광층과 상기 제2 발광층은 각각,
    적색 발광층, 녹색 발광층, 황색 발광층, 황색-녹색 발광층, 청색 발광층 중 하나이고,
    상기 제1 발광층과 상기 제2 발광층은 서로 다른 층인, 백색 유기 발광 소자.
11. 제 10항에 있어서,
    상기 제1 발광층이 녹색 발광층인 경우,
    상기 제2 발광층은 청색 발광층을 제외한 다른 층인, 백색 유기 발광 소자.
12. 제 11항에 있어서,
    상기 제1 발광층의 제1 호스트와 상기 제2 발광층의 제2 호스트는 정공형 호스트인, 백색 유기 발광 소자.
13. 제 12항에 있어서,
    상기 제1 발광층의 제1 호스트의 HOMO레벨 및 상기 제2 발광층의 제2 호스트의 HOMO레벨의 차이가 0.3eV 이하인, 백색 유기 발광 소자.
14. 제 13항에 있어서,
    상기 제1 발광층의 피크 파장에서의 발광 세기를 기준으로 봤을 때,
    상기 제1 발광층의 피크 파장에서의 발광 세기와 상기 제2 발광층의 피크 파장에서의 발광 세기의 차이가 30% 이하인, 백색 유기 발광 소자.
15. 제 11항에 있어서,
    상기 제1 발광층의 제1 호스트와 상기 제2 발광층의 제2 호스트는 전자형 호스트인, 백색 유기 발광 소자.
16. 제 15항에 있어서,
    상기 제1 발광층의 제1 호스트의 LUMO레벨 및 상기 제2 발광층의 제2 호스트의 LUMO레벨의 차이가 0.3eV 이하인, 백색 유기 발광 소자.
17. 제 16항에 있어서,
    상기 제1 발광층의 피크 파장에서의 발광 세기를 기준으로 봤을 때,
    상기 제1 발광층의 피크 파장에서의 발광 세기와 상기 제2 발광층의 피크 파장에서의 발광 세기의 차이가 30% 이하인, 백색 유기 발광 소자.

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