KR20160074814A

KR20160074814A - 백색 유기 발광 소자

Info

Publication number: KR20160074814A
Application number: KR1020140183238A
Authority: KR
Inventors: 이재구; 김세일
Original assignee: 삼성디스플레이 주식회사
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2016-06-29
Also published as: US9735396B2; KR102315513B1; US20160181561A1

Abstract

본 명세서의 일 실시예에 따른 백색 유기 발광 소자는, 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하는, 제2 전극; 상기 제1 및 제2 전극 사이에 위치한, 전하 생성 영역; 상기 제1 전극과 상기 전하 생성 영역 사이에 위치하여 제1 컬러를 발광하는, 제1 발광층; 및 상기 제2 전극과 상기 전하 생성 영역 사이에 위치하여 제2 컬러를 발광하는, 제2 발광층; 을 포함하되, 상기 전하 생성 영역은, 정공을 생성하는 정공 생성 영역, 전자를 생성하는 전자 생성 영역, 및 상기 정공 생성 영역 및 상기 전자 생성 영역 사이에 위치하여 상기 정공 및 상기 전자에 의한 공핍 영역의 생성을 방지하는 공핍 방지 영역을 포함할 수 있다.

Description

백색 유기 발광 소자{WHITE ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE}

본 명세서는 백색 유기 발광 소자에 관한 것으로서, 특히 공핍 방지 영역을 포함하는 백색 유기 발광 소자에 관한 것이다.

평판 표시 장치(flat display device)는 크게 발광형과 수광형으로 분류할 수 있다. 발광형으로는 평판 음극선관(flat cathode ray tube)과, 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel)과, 유기 발광 표시 장치 (organic light emitting display, OLED)등이 있다. 유기 발광 표시 장치는 자발광형 표시 장치로서, 시야각이 넓고, 콘트라스트가 우수하고, 응답 속도가 빠르다는 장점을 가지고 있다.

유기 발광 표시 장치는 높은 발광 효율을 갖는 백색 유기 발광 소자를 포함할 수 있다. 백색 유기 발광 소자는 발광층 내에 적색, 녹색 및 청색을 각각 방출하는 복수의 유기 발광 재료를 모두 포함하거나, 또는 서로 보색 관계에 있는 두 유기 발광재료들의 쌍을 포함함으로써 구현될 수 있다.

백색 유기 발광 소자를 사용할 경우, 색의 구현은 컬러 필터를 이용하여 이루어진다. 이 경우, 모든 서브 화소들의 유기 발광층 구조를 동일하게 형성할 수 있기 때문에, 대면적 및 고해상도의 디스플레이 소자를 제조하는 것이 비교적 용이하다.

본 발명의 목적은 백색 유기 발광 소자의 전하 생성 영역 내에 전자 및 정공간의 공핍을 방지하는 공핍 방지 영역을 포함시킴으로써, 백색 유기 발광 소자의 구동 전압 상승을 방지하는 데 있다.

상기 공핍 방지 영역은 다이아몬드형 카본(Diamond Like Carbon) 막을 포함할 수 있다.

상기 다이아몬드형 카본 막의 두께는 0.1 내지 10nm일 수 있다.

상기 제1 및 제2 컬러는 서로 보색 관계에 있는 컬러일 수 있다.

상기 제2 컬러는 상기 제1 컬러의 파장보다 긴 파장을 가질 수 있다.

상기 제1 발광층은 청색 인광 도판트를 포함할 수 있다.

상기 제2 발광층은 황색 인광 도판트를 포함할 수 있다.

상기 제2 발광층은 녹색 인광 도판트를 더 포함할 수 있다.

상기 제2 발광층은 적색 및 녹색 인광 도판트를 포함할 수 있다.

상기 백색 유기 발광 소자는 상기 정공 및 상기 전자를 수송하기 위한 복수의 전하 수송 영역들; 을 더 포함할 수 있다.

상기 복수의 전하 수송 영역들은, 상기 제1 전극 및 상기 제1 발광층 사이에 위치한, 제1 전하 수송 영역; 상기 제1 발광층 및 상기 전하 생성 영역 사이에 위치한, 제2 전하 수송 영역; 상기 전하 생성 영역 및 상기 제2 발광층 사이에 위치한, 제3 전하 수송 영역; 및 상기 제2 발광층 및 상기 제2 전극 사이에 위치한, 제4 전하 수송 영역; 을 포함할 수 있다.

상기 제1 전극은 양극, 상기 제2 전극은 음극일 수 있다. 이 경우, 상기 제1 및 제3 전하 수송 영역은 상기 정공을 수송하는 영역이고, 상기 제2 및 제4 전하 수송 영역은 상기 전자를 수송하는 영역일 수 있다.

상기 제1 전극은 음극, 상기 제2 전극은 양극일 수 있다. 이 경우, 상기 제1 및 제3 전하 수송 영역은 상기 전자를 수송하는 영역이고, 상기 제2 및 제4 전하 수송 영역은 상기 정공을 수송하는 영역일 수 있다.

상기 공핍 방지 영역은, 탄소 나노 튜브 및 그래핀 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 명세서의 다른 실시예에 따른 백색 유기 발광 소자는, 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하는 제2 전극; 상기 제1 및 제2 전극 사이에 위치한, 제1 및 제2 전하 생성 영역; 상기 제1 전극과 상기 제1 전하 생성 영역 사이에 위치하여 제1 컬러를 발광하는, 제1 발광층; 상기 제1 전하 생성 영역과 상기 제2 전하 생성 영역 사이에 위치하여 제2 컬러를 발광하는, 제2 발광층; 및 상기 제2 전하 생성 영역과 상기 제2 전극 사이에 위치하여 제3 컬러를 발광하는, 제3 발광층; 을 포함하되, 상기 제1 및 제2 전하 생성 영역 각각은, 정공을 생성하는 정공 생성 영역, 전자를 생성하는 전자 생성 영역, 및 상기 정공 생성 영역 및 상기 전자 생성 영역 사이에 위치하여 상기 정공 및 상기 전자에 의한 공핍 영역의 생성을 방지하는 공핍 방지 영역을 포함할 수 있다.

상기 제1 내지 제3 컬러는 서로 보색 관계에 있는 컬러일 수 있다.

본 발명의 백색 유기 발광 소자는 전하 생성 영역 내에 공핍 방지 영역을 포함하므로, 전자 및 정공간의 공핍으로 인한 구동 전압의 상승이 방지된다는 효과가 있다.

도 1 및 도 2는 백색 유기 발광 소자의 단면도이다.
도 3은 전하 생성 영역의 단면도이다.
도 4는 도 3의 전하 생성 영역을 포함하지 않는 백색 유기 발광 소자와 상기 전하 생성 영역을 포함하는 백색 유기 발광 소자의 시간에 따른 구동 전압의 변화를 도시한 그래프이다.
도 5는 제1 내지 제3 스택을 포함하는 백색 유기 발광 소자의 단면도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 다수의 표현을 포함한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하고자 한다.

도 1 및 도 2는 백색 유기 발광 소자의 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 백색 유기 발광 소자(10)는 제1 및 제2 전극(100, 500), 제1 및 제2 스택(200, 400), 및 전하 생성 영역(300)을 포함할 수 있다.

제1 전극(100)은 화소 전극 또는 양극일 수 있다. 제1 전극(100)은 투과형 전극, 반투과형 전극 또는 반사형 전극일 수 있다. 제1 전극(100)이 투과형 전극인 경우, 제1 전극(100)은 투명 금속 산화물, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 이루어질 수 있다. 제1 전극(100)이 반투과형 전극 또는 반사형 전극인 경우, 제1 전극(100)은 Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr 또는 금속의 혼합물을 포함할 수 있다.

제1 전극(100)은 투명 금속 산화물 또는 금속으로 이루어진 단일층 또는 복수의 층을 갖는 다층 구조일 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(100)은 ITO, Ag 또는 금속혼합물(예를 들어, Ag와 Mg의 혼합물) 단일층 구조, ITO/Mg 또는 ITO/MgF의 2층 구조 또는 ITO/Ag/ITO의 3층 구조를 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

제2 전극(500)은 공통 전극 또는 음극일 수 있다. 제2 전극(500)은 투과형 전극, 반투과형 전극 또는 반사형 전극일 수 있다. 제2 전극(500)이 투과형 전극인 경우, 제2 전극(500)은 Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Mg, BaF, Ba, Ag 또는 이들의 화합물이나 혼합물(예를 들어, Ag와 Mg의 혼합물)을 포함할 수 있다.

제2 전극(500)은 보조 전극을 포함할 수 있다. 보조 전극은 상기 물질이 발광층을 향하도록 증착하여 형성된 막, 및 상기 막 상에 투명 금속 산화물, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide), Mo, Ti 등을 포함할 수 있다.

제2 전극(500)이 반투과형 전극 또는 반사형 전극인 경우, 제2 전극(500)은 Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Mo, Ti 또는 이들의 화합물이나 혼합물(예를 들어, Ag와 Mg의 혼합물)을 포함할 수 있다. 또는 상기 물질로 형성된 반사막이나 반투과막 및 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 형성된 투명 도전막을 포함하는 복수의 층 구조일 수 있다.

백색 유기 발광 소자(10)가 전면 발광형일 경우, 제1 전극(100)은 반사형 전극이고, 제2 전극(500)은 투과형 전극 또는 반투과형 전극일 수 있다. 백색 유기 발광 소자(10)가 배면 발광형일 경우, 제1 전극(100)은 투과형 전극 또는 반투과형 전극이고, 제2 전극(500)은 반사형 전극일 수 있다.

제1 및 제2 스택(200, 400)은 컬러를 발광하는 발광층(202, 402)을 각각 포함한다. 발광층(202, 402)은 단일 물질로 이루어진 단일층, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층 또는 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.

발광층(202, 402)은 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.

발광층(202, 402)은 통상적으로 사용하는 물질이라면 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, 적색, 녹색, 황녹색, 황색 또는 청색을 발광하는 물질로 이루어질 수 있으며, 형광 물질 또는 인광 물질을 포함할 수 있다. 또한, 발광층(202, 402)은 호스트 및 도펀트를 포함할 수 있다.

호스트는 통상적으로 사용하는 물질이라면 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), CBP(4,4'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl), PVK(poly(n-vinylcabazole)), ADN(9,10-di(naphthalene-2-yl)anthracene), TCTA(4,4',4''-Tris(carbazol-9-yl)-triphenylamine), TPBi(1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazole-2-yl)benzene), TBADN(3-tert-butyl-9,10-di(naphth-2-yl)anthracene), DSA(distyrylarylene), CDBP(4,4′-bis(9-carbazolyl)-2,2′-dimethyl-biphenyl), MADN(2-Methyl-9,10-bis(naphthalen-2-yl)anthracene) 등을 사용될 수 있다.

발광층(202, 402)이 적색을 발광할 때, 발광층(202, 402)은 예를 들어, PBD:Eu(DBM)3(Phen)(tris(dibenzoylmethanato)phenanthoroline europium) 또는 퍼릴렌(Perylene)을 포함하는 형광물질을 포함할 수 있다. 발광층(202, 402)이 적색을 발광할 때, 발광층(202, 402)에 포함되는 도펀트는 예를 들어, PIQIr(acac)(bis(1-phenylisoquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(acac)(bis(1-phenylquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(tris(1-phenylquinoline)iridium) 및 PtOEP(octaethylporphyrin platinum)과 같은 금속 착화합물(metal complex) 또는 유기 금속 착체(organometallic complex)에서 선택할 수 있다.

발광층(202, 402)이 녹색을 발광할 때, 발광층(202, 402)은 예를 들어, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum)을 포함하는 형광물질을 포함할 수 있다. 발광층(202, 402)이 녹색을 발광할 때, 발광층(202, 402)에 포함되는 도펀트는 예를 들어, Ir(ppy)3(fac-tris(2-phenylpyridine)iridium)와 같은 금속 착화합물(metal complex) 또는 유기 금속 착체(organometallic complex)에서 선택할 수 있다.

발광층(202, 402)이 청색을 발광할 때, 발광층(202, 402)은 예를 들어, 스피로-DPVBi(spiro-DPVBi), 스피로-6P(spiro-6P), DSB(distyryl-benzene), DSA(distyryl-arylene), PFO(Polyfluorene)계 고분자 및 PPV(poly(p-phenylene vinylene)계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 형광 물질을 포함할 수 있다. 발광층(202, 402)이 청색을 발광할 때, 발광층(202, 402)에 포함되는 도펀트는 예를 들어, (4,6-F2ppy)2Irpic와 같은 금속 착화합물(metal complex) 또는 유기 금속 착체(organometallic complex)에서 선택할 수 있다.

특히, 본 명세서에서 제1 스택(200)은 제1 컬러를 발광하는 제1 발광층(202)을 포함할 수 있다. 또한, 제2 스택(400)은 제2 컬러를 발광하는 제2 발광층(402)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 및 제2 컬러는 서로 보색 관계에 있을 수 있다. 또한, 제2 컬러는 제1 컬러의 파장보다 긴 파장을 갖는 컬러일 수 있다.

예를 들어, 제1 컬러는 청색, 제2 컬러는 황녹색, 또는 황색일 수 있다. 이 경우, 제1 발광층(202)은 청색 인광 도판트를 포함할 수 있다. 제2 발광층(402)은 단일의 황녹색(yellow-green) 인광 도판트를 포함하거나, 황색 인광 도펀트와 녹색 인광 도펀트를 혼합하여 포함할 수 있다. 또는, 제2 발광층(402)은 적색 인광 도판트와 녹색 인광 도판트를 혼합하여 포함할 수 있다.

이외에도, 백색을 발광할 수 있는 색의 조합으로서 제1 및 제2 컬러가 선택될 수 있으며, 제1 및 제2 발광층(202, 402)은 선택된 제1 및 제2 컬러에 대응하는 인광 도판트들을 각각 포함할 수 있다.

제1 및 제2 스택(200, 400) 각각은 전자 및 정공을 수송하기 위한 복수의 전하 수송 영역들(201, 203, 401, 403)을 추가로 포함할 수 있다. 전하 수송 영역(201, 203, 401, 403)은 정공을 수송하는 정공 수송 영역, 또는 전자를 수송하는 전자 수송 영역일 수 있다.

정공 수송 영역은, 정공 주입층, 정공 수송층, 버퍼층 및 전자 저지층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

정공 수송 영역은 단일 물질로 이루어진 단일층, 복수의 서로 다른 물질들로 이루어진 단일층 또는 복수의 서로 다른 물질들로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.

예를 들어, 정공 수송 영역은, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층의 구조를 갖거나, 차례로 적층된 정공 주입층/정공 수송층, 정공 주입층/정공 수송층/버퍼층, 정공 주입층/버퍼층, 정공 수송층/버퍼층 또는 정공 주입층/정공 수송층/전자 저지층의 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

정공 수송 영역은, 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.

정공 수송 영역이 정공 주입층을 포함할 경우, 정공 수송 영역은 구리프탈로시아닌(copper phthalocyanine) 등의 프탈로시아닌(phthalocyanine) 화합물; DNTPD (N,N'-diphenyl-N,N'-bis-[4-(phenyl-m-tolyl-amino)-phenyl]-biphenyl-4,4'-diamine), m-MTDATA(4,4',4"-tris(3-methylphenylphenylamino) triphenylamine), TDATA(4,4'4"-Tris(N,N-diphenylamino)triphenylamine), 2TNATA(4,4',4"-tris{N,-(2-naphthyl)-N-phenylamino}-triphenylamine), PEDOT/PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/Poly(4-styrenesulfonate)), PANI/DBSA(Polyaniline/Dodecylbenzenesulfonic acid), PANI/CSA(Polyaniline/Camphor sulfonicacid), PANI/PSS((Polyaniline)/Poly(4-styrenesulfonate)) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

정공 수송 영역이 정공 수송층을 포함할 경우, 정공 수송 영역은 N-페닐카바졸, 폴리비닐카바졸 등의 카바졸계 유도체, 플루오렌(fluorine)계 유도체, TPD(N,N'-bis(3-methylphenyl)-N,N'-diphenyl-[1,1-biphenyl]-4,4'-diamine), TCTA(4,4',4"-tris(N-carbazolyl)triphenylamine) 등과 같은 트리페닐아민계 유도체, NPB(N,N'-di(1-naphthyl)-N,N'-diphenylbenzidine), TAPC(4,4′-Cyclohexylidene bis[N,N-bis(4-methylphenyl)benzenamine]) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

정공 수송 영역의 두께는 약 100Å 내지 약 10000Å, 예를 들어, 약 100Å 내지 약 1000Å일 수 있다. 정공 수송 영역이 정공 주입층 및 정공 수송층을 모두 포함하면, 정공 주입층의 두께는 약 100Å 내지 약 10000Å, 예를 들어, 약 100Å 내지 약 1000Å이고, 정공 수송층의 두께는 약 50Å 내지 약 2000Å, 예를 들어 약 100Å 내지 약 1500Å일 수 있다. 정공 수송 영역, 정공 주입층 및 정공 수송층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 정공 수송 특성을 얻을 수 있다.

정공 수송 영역은 앞서 언급한 물질 외에, 도전성 향상을 위하여 전하 생성 물질을 더 포함할 수 있다. 전하 생성 물질은 정공 수송 영역 내에 균일하게 또는 불균일하게 분산되어 있을 수 있다. 전하 생성 물질은 예를 들어, p-도펀트(dopant)일 수 있다. p-도펀트는 퀴논(quinone) 유도체, 금속 산화물 및 시아노(cyano)기 함유 화합물 중 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, p-도펀트의 비제한적인 예로는, TCNQ(Tetracyanoquinodimethane) 및 F4-TCNQ(2,3,5,6-tetrafluoro-tetracyanoquinodimethane) 등과 같은 퀴논 유도체; 텅스텐 산화물 및 몰리브덴 산화물 등과 같은 금속 산화물 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

앞서 언급한 바와 같이, 정공 수송 영역은 정공 주입층 및 정공 수송층 외에, 버퍼층 및 전자 저지층 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 버퍼층은 발광층에서 방출되는 광의 파장에 따른 공진 거리를 보상하여 광 방출 효율을 증가시키는 역할을 수 있다. 버퍼층에 포함되는 물질로는 정공 수송 영역에 포함될 수 있는 물질을 사용할 수 있다. 전자 저지층은 전자 수송 영역으로부터 정공 수송 영역으로의 전자 주입을 방지하는 역할을 한다.

전자 수송 영역은, 정공 저지층, 전자 수송층 및 전자 주입층 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 전자 수송 영역은, 차례로 적층된 전자 수송층/전자 주입층 또는 정공 저지층/전자 수송층/전자 주입층의 구조를 가지거나, 층 중 둘 이상의 층이 혼합된 단일층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

전자 수송 영역은, 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.

전자 수송 영역이 전자 수송층을 포함할 경우, 전자 수송 영역은 Alq3(Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum), TPBi(1,3,5-Tri(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)phenyl), BCP(2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), Bphen(4,7-Diphenyl-1,10-phenanthroline), TAZ(3-(4-Biphenylyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole), NTAZ(4-(Naphthalen-1-yl)-3,5-diphenyl-4H-1,2,4-triazole), tBu-PBD(2-(4-Biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole), BAlq(Bis(2-methyl-8-quinolinolato-N1,O8)-(1,1'-Biphenyl-4-olato)aluminum), Bebq2(berylliumbis(benzoquinolin-10-olate)), ADN(9,10-di(naphthalene-2-yl)anthracene) 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

전자 수송층의 두께는 약 100Å 내지 약 1000Å, 예를 들어 약 150Å 내지 약 500Å일 수 있다. 전자 수송층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 전자 수송 특성을 얻을 수 있다.

전자 수송 영역이 전자 주입층을 포함할 경우, 전자 수송 영역은 LiF, LiQ (Lithium quinolate), Li2O, BaO, NaCl, CsF, Yb와 같은 란타넘족 금속, 또는 RbCl, RbI와 같은 할로겐화 금속 등이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 전자 주입층은 또한 전자 수송 물질과 절연성의 유기 금속염(organo metal salt)이 혼합된 물질로 이루어질 수 있다. 유기 금속염은 에너지 밴드 갭(energy band gap)이 대략 4eV 이상의 물질이 될 수 있다.

예를 들어, 유기 금속염은 금속 아세테이트(metal acetate), 금속 벤조에이트(metal benzoate), 금속 아세토아세테이트(metal acetoacetate), 금속 아세틸아세토네이트(metal acetylacetonate) 또는 금속 스테아레이트(stearate)를 포함할 수 있다.

전자 주입층의 두께는 약 1Å 내지 약 100Å, 약 3Å 내지 약 90Å일 수 있다. 전자 주입층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 전자 주입 특성을 얻을 수 있다.

전자 수송 영역은 상술한 바와 같이, 정공 저지층을 포함할 수 있다. 정공 저지층은 예를 들어, BCP(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) 및 Bphen(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 정공 저지층의 두께는 약 20Å 내지 약 1000Å, 예를 들어 약 30Å 내지 약 300Å일 수 있다. 정공 저지층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 우수한 정공 저지 특성을 얻을 수 있다.

제1 스택(200)은 제1 발광층(202)을 중심으로 양측에 제1 및 제2 전하 수송 영역(201, 203)을 포함할 수 있다. 보다 상세하게는, 제1 스택(200)은 제1 전극(100)과 제1 발광층(202) 사이에 제1 전하 수송 영역(201), 및 제1 발광층(200)과 전하 생성 영역(300) 사이에는 제2 전하 수송 영역(203)을 포함할 수 있다.

제1 전하 수송 영역(201)은 제1 전극(100)으로부터 제공된 정공을 제1 발광층(200)으로 수송하는 정공 수송 영역일 수 있다. 제2 전하 수송 영역(203)은 전하 생성 영역으로부터 제공된 전자를 제1 발광층(200)으로 수송하는 전자 수송 영역일 수 있다.

제2 스택(400)은 제2 발광층(402)을 중심으로 양측에 제3 및 제4 전하 수송 영역(401, 403)을 포함할 수 있다. 보다 상세하게는, 제2 스택(400)은 전하 생성 영역(300)과 제2 발광층(402) 사이에 제3 전하 수송 영역(401), 및 제2 발광층(402)과 제2 전극(500) 사이에 제4 전하 수송 영역(403)을 포함할 수 있다.

제3 전하 수송 영역(401)은 전하 생성 영역(300)으로부터 제공된 정공을 제2 발광층(402)으로 수송하는 정공 수송 영역일 수 있다. 제4 전하 수송 영역(403)은 제2 전극(500)으로부터 제공된 전자를 제2 발광층(402)으로 수송하는 전자 수송 영역일 수 있다.

만일, 제1 전극(100)이 음극, 제2 전극(500)이 양극인 경우, 제1 및 제3 전하 수송 영역(201, 401)은 전자 수송 영역, 제2 및 제4 전하 수송 영역(203, 403)은 정공 수송 영역일 수 있다.

보다 상세하게는, 제1 전하 수송 영역(201)은 제1 전극(100)으로부터 제공된 전자를 제1 발광층(202)으로 수송하는 전자 수송 영역일 수 있다. 제2 전하 수송 영역(203)은 전하 생성 영역(300)으로부터 제공된 정공을 제1 발광층(202)으로 수송하는 정공 수송 영역일 수 있다. 제3 전하 수송 영역(401)은 전하 생성 영역(300)으로부터 제공된 전자를 제2 발광층(402)으로 수송하는 전자 수송 영역일 수 있다. 제4 전하 수송 영역(403)은 제2 전극(500)으로부터 제공된 정공을 제2 발광층(402)으로 수송하는 정공 수송 영역일 수 있다.

즉, 제1 내지 제4 전하 수송 영역(201, 203, 401, 403)의 기능은 제1 및 제2 전극(100, 500)이 양극 또는 음극인지에 따라 결정될 수 있다.

제1 내지 제4 전하 수송 영역(201, 203, 401, 403)은 도 2에 도시한 바와 같이, 단일층으로 형성될 수도 있고, 여러 층으로 나뉘어 형성될 수 있다. 만일, 제1 내지 제4 전하 수송 영역(201, 203, 401, 403)이 각각 단일층으로 형성되는 경우, 복수의 기능별 재료를 혼합하거나 코데포지션하여 형성될 수 있다. 또한, 제1 내지 제4 전하 수송 영역(201, 203, 401, 403)은 해당 스택(200, 400)의 발광층(202, 402)과 일체형으로 형성될 수도 있다.

전하 생성 영역(300)은 전하를 생성하여 제1 및 제2 스택(200, 400)에 전하를 제공한다. 따라서, 전하 생성 영역(300)은 전하 생성 물질을 포함할 수 있다. 전하 생성 영역(300)은 전하를 생성하기 때문에, 전하 생성층(Charge Generation Layer: CGL)이라 지칭될 수 있다. 또는, 전하 생성 영역(300)은 제1 스택(200)과 제2 스택(400)간의 전하 균형 조절 역할을 수행하기 때문에, 중간 연결 층(Intermediate Connector Layer; ICL)이라고도 지칭될 수 있다. 전하 생성 영역(300)에 관한 보다 상세한 설명은 도 3과 관련하여 이하에서 상세히 후술하기로 한다.

도 3은 전하 생성 영역의 단면도이다.

도 3을 참조하면, 전하 생성 영역(300)은 전자를 생성하여 인접한 스택으로 전자를 제공하는 전자 생성 영역(301), 및 정공을 생성하여 인접한 스택으로 정공을 제공하는 정공 생성 영역(303)을 포함할 수 있다.

전하 생성 영역(300) 내에서 전자 생성 영역(301)과 정공 생성 영역(303)이 서로 인접하여 적층되는 경우, 생성된 전자 및 정공의 결합으로 인해 공핍 영역이 형성되게 된다. 이때 전하 생성 영역(300)에 인가되는 전위차가 커지는 경우, 공핍 영역이 확대될 수 있다. 공핍 영역이 확대되면, 백색 유기 발광 소자(10)를 구동하기 위한 구동 전압이 상승한다는 문제점이 발생하게 된다. 따라서, 본 명세서의 백색 유기 발광 소자(10)는 공핍 영역의 형성을 방지하기 위한 공핍 방지 영역(302)을 전자 생성 영역(301)과 정공 생성 영역(303) 사이에 포함한다.

공핍 방지 영역(302)은 공핍 영역의 형성을 방지하기 위한 물질로서, 다이아몬드형 카본 막(Diamond Like Carbon; DLC)을 포함할 수 있다. 이때, 다이아몬드형 카본 막의 두께는 0.1 내지 10nm일 수 있다.

공핍 방지 영역(302)은 공핍 영역 형성을 방지하기 위한 다른 물질로서, 탄소 나노 튜브 및 그래핀과 같은 탄소 동소체를 포함할 수 있다.

제1 전극(100)이 양극, 제2 전극(500)이 음극인 경우, 전하 생성 영역(300)은 본 도면에 도시한 바와 같이, 전자 생성 영역(301)→공핍 방지 영역(302)→정공 생성 영역(303) 순으로 적층되는 구조를 가질 수 있다.

반대로, 제1 전극(100)이 음극, 제2 전극(500)이 양극인 경우, 전하 생성 영역(300)은 정공 생성 영역(303)→공핍 방지 영역(302)→전자 생성 영역(301) 순으로 적층되는 구조를 가질 수 있다.

도 4는 도 3의 전하 생성 영역을 포함하지 않는 백색 유기 발광 소자와 상기 전하 생성 영역을 포함하는 백색 유기 발광 소자의 시간에 따른 구동 전압의 변화를 도시한 그래프이다.

도 4를 참조하면, 공핍 방지 영역을 포함하지 않는 백색 유기 발광 소자는 시간이 흐름에 따라 구동 전압이 상승한다는 것을 알 수 있었다(G1 참조). 이는 정공 및 전자의 결합에 따라 형성된 공핍 영역이 확대되었기 때문이다.

이에 반해, 공핍 방지 영역(302)을 포함하는 백색 유기 발광 소자(10)는 시간이 흐름에 따라 구동 전압이 일정하게 유지된다는 것을 알 수 있었다(G2 참조). 이는 정공 생성 영역(303)과 전자 생성 영역(301) 사이에 공핍 방지 영역(302)을 구비하여 전자와 정공 사이의 결합을 방지함으로써, 공핍 영역의 형성 및 확대를 방지하기 때문이다.

도 5는 제1 내지 제3 스택을 포함하는 백색 유기 발광 소자의 단면도이다. 본 도면의 백색 유기 발광 소자(11)는 도 1 내지 도 4와 관련하여 상술한 내용이 유사하게 적용될 수 있으며, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 5를 참조하면, 백색 유기 발광 소자(11)는 제1 및 제2 전극(100, 500), 제1 내지 제3 스택(200, 400, 600), 및 제1 및 제2 전하 생성 영역(300-1, 300-2)을 포함할 수 있다.

제1 및 제2 전극(100, 500)은 양극 및 음극에 각각 대응할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 제1 전극(100)은 양극, 제2 전극(500)은 음극인 백색 유기 발광 소자(11)를 기준으로 설명하기로 한다.

제1 내지 제3 스택(200, 400, 600)은 각각 서로 다른 컬러를 발광하는 제1 내지 제3 발광층을 포함할 수 있다. 보다 상세하게는, 제1 스택(200)은 제1 컬러를 발광하는 제1 발광층(202), 제2 스택(400)은 제2 컬러를 발광하는 제2 발광층(402), 제3 스택(600)은 제3 컬러를 발광하는 제3 발광층(미도시)을 각각 포함할 수 있다. 이때, 제1 내지 제3 컬러는 서로 보색 관계에 있을 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제3 컬러는 청색, 적색, 녹색에 각각 대응할 수 있다. 따라서, 제1 발광층(202)은 청색 인광 도펀트, 제2 발광층(402)은 적색 인광 도펀트, 제3 발광층은 녹색 인광 도펀트를 각각 포함할 수 있다. 이외에도, 백색을 발광할 수 있는 색의 조합으로서 제1 내지 제3 컬러가 선택될 수 있으며, 제1 내지 제3 발광층은 선택된 제1 내지 제3 컬러에 대응하는 인광 도판트들을 각각 포함할 수 있다.

제1 내지 제3 스택(200, 400, 600)은 각각 복수의 전하 수송 영역들(미도시)을 포함할 수 있다. 전하 수송 영역들은 인접한 전극(100, 500) 및 전하 생성 영역(300-1, 300-2)에 따라 전자 수송 영역 또는 정공 수송 영역일 수 있으며, 이에 관하여는 도 2와 관련하여 상술한 바와 같다.

제1 및 제2 전하 생성 영역(300-1, 300-2)은 전하를 생성하여 제1 내지 제3 스택(200, 400, 600)에 제공한다. 또한, 제1 및 제2 전하 생성 영역(300-1, 300-2)은 제1 스택(100)과 제2 스택(400)간의 전하 균형 조절 역할을 수행한다.

제1 및 제2 전하 생성 영역(300-1, 300-2)은 각각 전자를 생성하는 전자 생성 영역(301) 및 정공을 생성하는 정공 생성 영역(303)을 포함할 수 있다. 나아가, 제1 및 제2 전하 생성 영역(300-1, 300-2)은 각각 전자와 정공의 결합에 따른 공핍 영역의 형성을 방지하기 위한 공핍 방지 영역(302)을 더 포함할 수 있다. 공핍 방지 영역(302)은 다이아몬드형 카본 막을 포함할 수 있다. 또는, 공핍 방지 영역(302)은 탄소 동소체인 탄소 나노 튜브 및 그래핀 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

제1 전하 생성 영역(300-1)은 제1 스택(200)으로 전자를, 제2 스택(400)으로 정공을 제공할 수 있다. 따라서, 제1 전하 생성 영역(300-1)은 전자 생성 영역(301)→공핍 방지 영역(302)→정공 생성 영역(303) 순으로 적층된 구조를 가질 수 있다. 제2 전하 생성 영역(300-2)은 제2 스택(400)으로 전자를, 제3 스택(600)으로 정공을 제공할 수 있다. 따라서, 제2 전하 생성 영역(300-2)은 전자 생성 영역(301)→공핍 방지 영역(302)→정공 생성 영역(303) 순으로 적층된 구조를 가질 수 있다.

만일, 제1 전극(100)이 음극이고, 제2 전극(500)이 양극인 경우, 제1 전하 생성 영역(300-1)은 제1 스택(200)으로 정공을, 제2 스택(400)으로 전자를 제공할 수 있다. 따라서, 제1 전하 생성 영역(300-1)은 정공 생성 영역(303)→공핍 방지 영역(302)→전자 생성 영역(301) 순으로 적층된 구조를 가질 수 있다. 제2 전하 생성 영역(300-2)은 제2 스택(400)으로 정공을, 제3 스택(600)으로 전자를 제공할 수 있다. 따라서, 제2 전하 생성 영역(300-2)은 정공 생성 영역(303)→공핍 방지 영역(302)→전자 생성 영역(301) 순으로 적층된 구조를 가질 수 있다.

설명의 편의를 위하여 각 도면을 나누어 설명하였으나, 각 도면에 서술되어 있는 실시예들을 병합하여 새로운 실시예를 구현하도록 설계하는 것도 가능하다. 또한, 백색 유기 발광 소자는 상술한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상술한 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

또한, 이상에서는 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 명세서는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구 범위에서 청구하는 요지를 벗어남이 없이 당해 명세서가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 명세서의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

10: 백색 유기 발광 소자
100: 제1 전극
200: 제1 스택
201: 제1 전하 수송 영역
202: 제1 발광층
203: 제2 전하 수송 영역
300: 전하 생성 영역
301: 전자 생성 영역
302: 공핍 방지 영역
303: 정공 생성 영역
400: 제2 스택
401: 제3 전하 수송 영역
402: 제2 발광층
403: 제4 전하 수송 영역
500: 제2 전극

Claims

제1 전극;
상기 제1 전극과 대향하는, 제2 전극;
상기 제1 및 제2 전극 사이에 위치한, 전하 생성 영역;
상기 제1 전극과 상기 전하 생성 영역 사이에 위치하여 제1 컬러를 발광하는, 제1 발광층; 및
상기 제2 전극과 상기 전하 생성 영역 사이에 위치하여 제2 컬러를 발광하는, 제2 발광층; 을 포함하되,
상기 전하 생성 영역은,
정공을 생성하는 정공 생성 영역, 전자를 생성하는 전자 생성 영역, 및 상기 정공 생성 영역 및 상기 전자 생성 영역 사이에 위치하여 상기 정공 및 상기 전자에 의한 공핍 영역의 생성을 방지하는 공핍 방지 영역을 포함하는, 백색 유기 발광 소자.
제 1 항에 있어서,
상기 공핍 방지 영역은 다이아몬드형 카본(Diamond Like Carbon) 막을 포함하는, 백색 유기 발광 소자.
제 2 항에 있어서,
상기 다이아몬드형 카본 막의 두께는 0.1 내지 10nm인, 백색 유기 발광 소자.
제 2 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 컬러는 서로 보색 관계에 있는 컬러인, 백색 유기 발광 소자.
제 4 항에 있어서,
상기 제2 컬러는 상기 제1 컬러의 파장보다 긴 파장을 갖는, 백색 유기 발광 소자.
제 5 항에 있어서,
상기 제1 발광층은 청색 인광 도판트를 포함하는, 백색 유기 발광 소자.
제 6 항에 있어서,
상기 제2 발광층은 황색 인광 도판트를 포함하는, 백색 유기 발광 소자.
제 7 항에 있어서,
상기 제2 발광층은 녹색 인광 도판트를 더 포함하는, 백색 유기 발광 소자.
제 6 항에 있어서,
상기 제2 발광층은 적색 및 녹색 인광 도판트를 포함하는, 백색 유기 발광 소자.
제 2 항에 있어서,
상기 정공 및 상기 전자를 수송하기 위한 복수의 전하 수송 영역들; 을 더 포함하는, 백색 유기 발광 소자.
제 10 항에 있어서,
상기 복수의 전하 수송 영역들은,
상기 제1 전극 및 상기 제1 발광층 사이에 위치한, 제1 전하 수송 영역;
상기 제1 발광층 및 상기 전하 생성 영역 사이에 위치한, 제2 전하 수송 영역;
상기 전하 생성 영역 및 상기 제2 발광층 사이에 위치한, 제3 전하 수송 영역; 및
상기 제2 발광층 및 상기 제2 전극 사이에 위치한, 제4 전하 수송 영역; 을 포함하는, 백색 유기 발광 소자.
제 11 항에 있어서,
상기 제1 전극은 양극, 상기 제2 전극은 음극인, 백색 유기 발광 소자.
제 12 항에 있어서,
상기 제1 및 제3 전하 수송 영역은 상기 정공을 수송하는 영역이고,
상기 제2 및 제4 전하 수송 영역은 상기 전자를 수송하는 영역인, 백색 유기 발광 소자.
제 11 항에 있어서,
상기 제1 전극은 음극, 상기 제2 전극은 양극인, 백색 유기 발광 소자.
제 14 항에 있어서,
상기 제1 및 제3 전하 수송 영역은 상기 전자를 수송하는 영역이고,
상기 제2 및 제4 전하 수송 영역은 상기 정공을 수송하는 영역인, 백색 유기 발광 소자.
제 1 항에 있어서,
상기 공핍 방지 영역은, 탄소 나노 튜브 및 그래핀 중 적어도 하나를 포함하는, 백색 유기 발광 소자.
제1 전극;
상기 제1 전극과 대향하는 제2 전극;
상기 제1 및 제2 전극 사이에 위치한, 제1 및 제2 전하 생성 영역;
상기 제1 전극과 상기 제1 전하 생성 영역 사이에 위치하여 제1 컬러를 발광하는, 제1 발광층;
상기 제1 전하 생성 영역과 상기 제2 전하 생성 영역 사이에 위치하여 제2 컬러를 발광하는, 제2 발광층; 및
상기 제2 전하 생성 영역과 상기 제2 전극 사이에 위치하여 제3 컬러를 발광하는, 제3 발광층; 을 포함하되,
상기 제1 및 제2 전하 생성 영역 각각은,
정공을 생성하는 정공 생성 영역, 전자를 생성하는 전자 생성 영역, 및 상기 정공 생성 영역 및 상기 전자 생성 영역 사이에 위치하여 상기 정공 및 상기 전자에 의한 공핍 영역의 생성을 방지하는 공핍 방지 영역을 포함하는, 백색 유기 발광 소자.
제 17 항에 있어서,
상기 공핍 방지 영역은 다이아몬드형 카본(Diamond Like Carbon) 막을 포함하는, 백색 유기 발광 소자.
제 17 항에 있어서,
상기 공핍 방지 영역은, 탄소 나노 튜브 및 그래핀 중 적어도 하나를 포함하는, 백색 유기 발광 소자.
제 17 항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 컬러는 서로 보색 관계에 있는 컬러인, 백색 유기 발광 소자.