KR20170053798A - 유기 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

유기 발광 소자는 서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극, 제1 전극 상에 배치되는 제1 발광 유닛, 제1 발광 유닛 상에 배치되고 복수의 유기층을 포함한 전하 생성층 및 전하 생성층 상에 배치되는 제2 발광 유닛을 포함하며, 전하 생성층을 구성하는 복수의 유기층은 제1 발광 유닛 및 제2 발광 유닛에 인접하여 각각 배치되는 제1 유기층 및 제2 유기층과 제1 유기층 및 제2 유기층 사이에 배치되는 제3 유기층을 포함하고, 제1 유기층 및 제2 유기층은 p형층 또는 정공 수송층 중 어느 하나이고, 제3 유기층은 p형층 또는 정공 수송층 중 다른 하나인 것으로, 전압 인가 방향에 따라 제1 발광 유닛 또는 제2 발광 유닛을 동작하여 색변환이 가능하도록 할 수 있다.

Description

유기 발광 소자{ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE}
본 발명은 유기 발광 소자에 대한 발명으로, 보다 상세하게는 복수의 발광 유닛을 포함하는 유기 발광 소자에 대한 것이다.
유기발광 소자(ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE)는 자발광형 소자로서 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수하다. 또한, 유기발광 소자는 응답시간이 빠르며, 휘도가 높고 구동전압이 낮은 장점을 가진다.
일반적으로 유기발광 소자는 애노드, 애노드 상에 순차적으로 배치된 정공 수송층, 발광층, 전자수송층 및 캐소드를 포함한다. 여기에서 정공 수송층, 발광층 및 전자수송층은 유기화합물로 이루어진 유기 박막들이다.
한편, 종래의 유기 발광 소자에서 복수의 발광층을 포함하도록 구성된 구조가 제시되고 있다. 하지만, 하나의 소자 내에서 복수의 발광층이 적층된 경우 단색의 빛만 발광할 수 있으며, 하나의 소자 내에서 색 변환이 어려운 한계가 있다.
본 발명의 목적은 적층된 복수의 발광 유닛을 포함하여 단일 소자 내에서 색 변환이 가능하도록 하는 유기 발광 소자를 제공하는 것이다.
일 실시예는 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 배치되는 제1 발광 유닛; 상기 제1 발광 유닛 상에 배치되고 복수의 유기층을 포함한 전하 생성층; 상기 전하 생성층 상에 배치되는 제2 발광 유닛; 및 상기 제2 발광 유닛 상에 배치된 제2 전극; 을 포함하고, 상기 전하 생성층의 상기 복수의 유기층은 상기 제1 발광 유닛 및 상기 제2 발광 유닛에 인접하여 각각 배치되는 제1 유기층 및 제2 유기층과 상기 제1 유기층 및 상기 제2 유기층 사이에 배치되는 제3 유기층을 포함하고, 상기 제1 유기층 및 상기 제2 유기층은 p형층 또는 정공 수송층 중 어느 하나이고, 상기 제3 유기층은 상기 p형층 또는 상기 정공 수송층 중 다른 하나인 유기 발광 소자를 제공한다.
일 실시예에서 상기 제1 유기층과 상기 제2 유기층은 상기 p형층이고, 상기 제3 유기층은 상기 정공 수송층일 수 있다.
상기 전하 생성층은 적어도 하나의 n형층을 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 n형층은 상기 제1 유기층과 상기 제1 발광 유닛의 사이 또는 상기 제2 유기층과 상기 제2 발광 유닛의 사이에 배치될 수 있다.
상기 제1 발광 유닛은 상기 제1 전극 상에 배치되는 제1 정공 제어부, 상기 제1 정공 제어부 상에 배치된 제1 발광부 및 상기 제1 발광부 상에 배치된 제1 전자 제어부; 를 포함하며, 상기 제2 발광 유닛은 상기 전하 생성층 상에 배치된 제2 전자 제어부, 상기 제2 전자 제어부 상에 배치된 제2 발광부 및 상기 제2 발광부 상에 배치된 제2 정공 제어부; 를 포함할 수 있다.
상기 제1 정공 제어부 또는 상기 제2 정공 제어부는 정공 수송부 및 정공 주입부를 포함할 수 있다.
상기 정공 수송층과 상기 정공 수송부는 동일한 정공 전달 재료를 포함할 수 있다.
상기 제1 발광부와 상기 제2 발광부는 서로 다른 파장의 광을 방출할 수 있다.
상기 제1 발광부 및 상기 제2 발광부 중 적어도 하나는 복수의 발광층을 포함할 수 있다.
일 실시예에서 상기 제1 유기층과 상기 제2 유기층은 상기 정공 수송층이고, 상기 제3 유기층은 상기 p형층일 수 있다.
상기 전하 생성층은 상기 p형층인 제4 유기층 및 n형층인 제5 유기층을 더 포함할 수 있다.
상기 제5 유기층은 상기 전하 생성층의 중심층이고, 상기 제5 유기층과 상기 제1 유기층 사이에 제3 유기층이 배치되고, 상기 제5 유기층과 상기 제2 유기층 사이에 제4 유기층이 배치될 수 있다.
상기 제1 발광 유닛은 상기 제1 전극 상에 배치된 제1 전자 제어부 및 상기 제1 전자 제어부 상에 배치된 제1 발광부; 를 포함하고, 상기 제2 발광 유닛은 상기 전하 생성층 상에 배치된 제2 발광부 및 상기 제2 발광부 상에 배치된 제2 전자 제어부; 를 포함할 수 있다.
상기 제1 발광 유닛은 상기 제1 발광부 상에 제1 정공 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 발광 유닛은 상기 전하 생성층과 상기 제2 발광부 사이에 제2 정공 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 정공 제어부와 상기 제2 정공 제어부는 정공 수송부일 수 있다.
상기 제1 발광부와 상기 제2 발광부는 서로 다른 파장의 광을 방출할 수 있다.
상기 p형층은 전이 금속 산화물을 포함하고, 상기 전이 금속 산화물은 V2O5, WO3, MoO3, ReO3, Fe3O4, MnO2, CoO2, 및 TiO2 로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
상기 제1 전극에 제1 전압이 인가되고 상기 제2 전극에 상기 제1 전압과 다른 제2 전압이 인가되며, 상기 제1 발광 유닛 또는 상기 제2 발광 유닛 중 어느 하나가 발광할 수 있다.
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 중 어느 하나는 반사 전극일 수 있다.
상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 투명 전극 또는 반투명 전극일 수 있다.
일 실시예의 유기 발광 소자는 전하 생성층의 양측으로 각각 배치되는 발광 유닛에 전하가 방출될 수 있도록 하는 전하 생성층의 적층 구조를 제공하였다. 이에 따라, 유기 발광 소자에 제공되는 전압의 인가 방향에 따라 선택적으로 적층된 발광 유닛 중 하나를 동작시킬 수 있다.
또한. 발광 유닛을 선택적으로 동작시킴으로써 하나의 소자 내에서 색 변환이 가능한 유기 발광 소자를 제공할 수 있다.
도 1 내지 도 4는 일 실시예의 유기 발광 소자를 나타낸 단면도이고,
도 5는 일 실시예의 유기 발광 소자에서 전압 인가에 따른 전류밀도를 나타낸 그래프이고,
도 6은 일 실시예의 유기 발광 소자에서의 전류효율을 나타낸 그래프이고,
도 7은 일 실시예의 유기 발광 소자에서의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이고,
도 8은 일 실시예의 유기 발광 소자에서의 색좌표를 나타낸 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 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.
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, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 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, 복수의 표현을 포함한다.
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.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자에 대한 단면도이다. 일 실시예의 유기 발광 소자는 순차적으로 적층된 적층형 유기 발광 소자일 수 있다. 도면을 참조하면 유기 발광 소자는 제1 전극(101), 제1 전극 상에 배치된 제1 발광 유닛(EU-1), 제1 발광 유닛 상에 배치된 전하 생성층(CGL), 전하 생성층 상에 배치된 제2 발광 유닛(EU-2) 및 제2 발광 유닛 상에 배치된 제2 전극(102)을 포함할 수 있다. 즉, 유기 발광 소자는 서로 대향하여 배치되는 제1 전극(101)과 제2 전극(102), 제1 전극과 제2 전극 사이에서 제1 발광 유닛(EU-1), 전하 생성층(CGL) 및 제2 발광 유닛(EU-2)이 순차적으로 적층되어 배치된 구조일 수 있다.
제1 전극(101) 또는 제2 전극(102)은 금속 합금 또는 도전성 화합물로 형성될 수 있다. 또한 제1 전극 또는 제2 전극은 투과형 전극, 반투과형 전극 또는 반사형 전극일 수 있다. 제1 전극 또는 제2 전극이 투과형 전극인 경우 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.
또한, 제1 전극(101) 또는 제2 전극(102)은 반투과형 전극 또는 반사형 전극일 수 있다. 제1 전극 또는 제2 전극은 예를 들어, Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr 또는 이들의 혼합물을 포함하여 형성될 수 있다. 한편, 제1 전극 또는 제2 전극은 Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, BaF, Ba, Ag/Mg 등의 화합물 또는 이들의 혼합물을 포함한 층일 수 있다. 하지만, 제1 전극 또는 제2 전극을 구성하는 물질은 상술한 예시 물질에 한정되지 않는다.
한편, 일 실시예의 유기 발광 소자에서 동작 형태에 따라 제1 전극과 제2 전극은 정공을 주입하는 애노드(anode) 일 수 있다. 또한, 이와 달리 제1 전극과 제2 전극은 전자를 주입하는 캐소드(cathode)일 수 있다.
예를 들어, 도 1에 도시된 일 실시예에서 제1 전극과 제2 전극은 애노드일 수 있다.
또한, 제1 전극 또는 제2 전극은 복수의 층으로 구성될 수 있다. 제1 전극 또는 제2 전극은 스퍼터링법 또는 진공 증착법 등을 이용하여 제공될 수 있다. 제1 전극 또는 제2 전극은 각각 30nm 내지 300nm의 두께로 형성될 수 있다.
도 1에 도시된 실시예에서, 예를 들어 제1 전극(101)이 투명 전극이고 제2 전극(102)이 반사전극일 경우 유기 발광 소자는 배면 발광(Bottom emission)형일 수 있다. 하지만, 실시예는 이에 한정 하지 않는다. 제1 전극과 제2 전극이 모두 투명 전극일 경우 유기 발광 소자는 제1 전극 측과 제2 전극 측으로 모두 발광하는 양면 발광형일 수 있으며, 제1 전극이 반사 전극이고 제2 전극이 투명 전극인 경우에는 전면 발광(Top emission)형일 수 있다.
제1 전극(101)과 제2 전극(102)은 외부 전원 공급부(미도시)와 연결될 수 있다. 전원 공급부에 의하여 유기 발광 소자의 각 전극으로 인가되는 전압 차이에 의하여 제1 전극에서 제2 전극 방향으로 순방향의 전압이 인가되거나 제2 전극에서 제1 전극 방향으로 역방향의 전압이 인가될 수 있다. 전압 인가 방향에 따른 유기 발광 소자의 동작에 대하여는 이후에 다시 설명한다.
제1 전극(101)과 대향하는 제2 전극(102) 사이에 전하 생성층(CGL)이 배치된다. 전하 생성층(CGL)은 복수의 유기층을 포함한다. 도 1의 실시예에서 전하 생성층(CGL)은 제1 발광 유닛(EU-1)과 인접하여 배치된 제1 유기층, 제2 발광 유닛과 인접하여 배치된 제2 유기층 및 제1 유기층과 제2 유기층 사이에 배치된 제3 유기층이 적층된 구조일 수 있다.
도 1에서 제1 유기층과 제2 유기층은 p형층(PL-1, PL-2)이고 제1 유기층과 제2 유기층 사이에 배치된 제3 유기층은 정공 수송층(HTL)일 수 있다. 즉, 도 1에서 전하 생성층(CGL)은 p형층(PL-1), 정공 수송층(HTL), p형층(PL-2)의 순서로 적층된 구조를 가질 수 있다. 따라서 전하 생성층(CGL)은 중심이 되는 정공 수송층(HTL)을 기준으로 양측으로 각각 p형층(PL-1, PL-2)이 적층된 대칭구조로 제공될 수 있다.
p형층(PL-1, PL-2)은 p형 유기물층일 수 있다. p형층은 전이 금속 산화물로 구성되거나 또는 p형 도펀트로 도핑된 물질로 구성된 층일 수 있다.
p형층을 구성하는 전이 금속 산화물은 V2O5, WO3, MoO3, ReO3, Fe3O4, MnO2, CoO2, 및 TiO2 로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서 제1 유기층(PL-1) 또는 제2 유기층(PL-2)은 전이금속 산화물인 MoO3를 포함하여 형성된 층일 수 있다.
전이 금속 산화물로 형성된 p형층(PL-1, PL-2)은 1nm 이상 10nm 이하의 두께로 제공될 수 있다. p형층의 두께가 1nm 미만일 경우 전기적 단락의 문제가 발생할 수 있으며, 전자와 정공의 생성 효율이 감소될 수 있다. 또한, 10nm 보다 두껍게 형성될 경우 유기층의 두께의 영향으로 소자의 발광 효율이 감소될 수 있다.
정공 수송층(HTL)은 정공 전달물질을 포함하여 제공될 수 있으며, 정공 전달 물질로는 TCTA, TAPC 또는 TPD 등이 사용될 수 있다. 정공 수송층(HTL)은 5 nm 이상 20nm이하로 제공될 수 있다. 정공 수송층(HTL)의 두께가 5nm 보다 작을 경우 전기적 단락이 일어날 수 있으며 또는 전자와 정공이 생성 효율이 감소될 수 있다. 이와 비교하여 정공 수송층의 두께가 20nm 보다 크면 유기층의 두께의 영향으로 일 방향으로 발광 하는 유기 소자에서의 발광 효율이 감소될 수 있다. 또한, 전하 생성층의 정공 수송층(HTL)은 후술하는 발광 유닛에서의 정공 수송부와 동일한 물질로 구성될 수도 있다.
전하 생성층(CGL)은 양 측에 배치되는 발광 유닛(EU-1 EU-2)으로 정공 또는 전자를 전달하는 역할을 할 수 있다. 즉, 전하 생성층(CGL)은 발광 유닛에 전자를 공급하거나 또는 정공을 공급하는 기능을 할 수 있다.
전하 생성층(CGL)의 p형층(PL-1, PL-2)과 정공 수송층(HTL)의 계면에서는 에너지 레벨의 차이에 의하여 전자와 정공의 분리가 일어나게 된다. 예를 들어, 제1 전극(101)이 제2 전극(102)에 비하여 상대적으로 높은 전압을 갖는 경우 전류가 제1 전극(101)에서 제2 전극(102) 방향으로 순방향으로 흐르게 되고 이때, 전하 생성층(CGL)에서는 전자를 제1 발광 유닛(EU-1)측으로 제공하게 된다.
즉, 유기 발광 소자에 순방향의 전압이 인가되는 경우 전하 생성층(CGL)에서 제1 유기층에 해당하는 p형층(PL-1)이 중심층인 정공 수송층(HTL)에 비하여 상대적으로 높은 전압 레벨을 갖게 된다. 이때 제1 유기층인 p형층(PL-1)과 정공 수송층(HTL)의 계면에서 전자와 정공의 분리가 일어나게 되며 전자가 제1 발광 유닛(EU-1)으로 전달되게 된다.
한편, 순방향의 전압이 인가되는 경우 전하 생성층(CGL)의 제2 유기층에 해당하는 p형층(PL-2)과 정공 수송층(HTL) 사이에서는 정공 수송층(HTL)이 상대적으로 높은 전압 레벨을 갖게 된다. 이러한 경우 제2 유기층인 p형층(PL-2)과 정공 수송층(HTL) 계면에서는 정공과 전자의 분리현상이 일어나지 않게 된다. 따라서 제2 발광 유닛(EU-2) 측으로는 전자 전달이 이루어지지 않는다. 따라서, 제1 전극(101)에서 제2 전극 방향(102)으로의 순방향 전압이 인가될 경우 제1 발광 유닛(EU-1)은 동작하며, 제2 발광 유닛(EU-2)은 동작하지 않게 된다.
한편, 이와 달리 제2 전극(102)에서 제1 전극(101) 방향으로 전류가 흐르는 역방향 전압이 인가되는 경우에는 상술한 원리와 동일한 이유로 제2 발광 유닛(EU-2)이 동작하고 제1 발광 유닛(EU-1)은 동작 되지 않는다. 예를 들어, 제2 전극(102)이 제1 전극(101)에 비하여 상대적으로 높은 전압 레벨을 갖는 경우 제2 전극(102)에서 제1 전극(101) 방향으로 전류가 흐르며, 이때 전하 생성층(CGL)에서는 제2 발광 유닛(EU-2) 측으로 전하를 공급하게 된다.
즉, 전하 생성층(CGL)에서 제2 유기층에 해당하는 p형층(PL-2)이 중심층인 정공 수송층(HTL)에 비하여 상대적으로 높은 전압 레벨을 갖게 되며 이때 제2 유기층인 p형층(PL-2)과 정공 수송층(HTL)의 계면에서 전자와 정공의 분리가 일어나게 되며 전자가 제2 발광 유닛(EU-2)으로 전달되게 된다.
한편, 역방향의 전압이 인가된 경우 제1 유기층에 해당하는 p형층(PL-1)과 정공 수송층(HTL) 사이에서는 정공 수송층(HTL)이 상대적으로 높은 전압 레벨을 갖게 되어 제1 유기층인 p형층(PL-1)과 정공 수송층(HTL) 계면에서는 정공과 전자의 분리현상이 일어나지 않게 된다. 따라서 제1 발광 유닛(EU-1) 측으로는 전자 전달이 이루어지지 않는다. 따라서, 제2 전극(102)에서 제1 전극(101) 방향으로의 역방향 전압이 인가될 경우 제2 발광 유닛(EU-2)은 동작하며, 제1 발광 유닛(EU-1)은 동작하지 않게 된다.
제1 발광 유닛(EU-1) 또는 제2 발광 유닛(EU-2)은 각각 정공 제어부(HL-1, HL-2), 발광부(EML-1, EML-2) 및 전자 제어부(EL-1, EL-2)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 1을 참조하면, 제1 발광 유닛(EU-1)은 제1 전극(101)을 기준으로 순차적으로 제1 정공 제어부(HL-1), 제1 발광부(EML-1) 및 제1 전자 제어부(EL-1)가 적층된 구조일 수 있다.
또한, 제2 발광 유닛(EU-2)은 전하 생성층(CGL)으로부터 순차적으로 제2 전자 제어부(EL-2), 제2 발광부(EML-2) 및 제2 정공 제어부(HL-2)가 적층된 구조일 수 있다. 예를 들어, 제1 발광 유닛(EU-1)과 제2 발광 유닛(EU-2)은 전하 생성층(CGL)을 기준으로 하여 양측으로 동일한 기능을 갖는 층들이 배치되도록 대칭적으로 제공될 수 있다. 한편, 대칭적인 구조라고 할 때, 전하 생성층(CGL)을 기준으로 동일한 기능을 갖는 층들이 양측으로 대칭되도록 배치된다는 의미이며, 대칭되는 제1 발광 유닛(EU-1)과 제2 발광 유닛(EU-2)의 각각의 층들이 동일한 물질로 구성되거나 동일한 두께 값을 갖는 것으로 한정되는 것은 아니다.
이하에서는 제1 발광 유닛(EU-1)에 포함되는 제1 정공 제어부(HL-1), 제1 발광부(EML-1) 및 제1 전자 제어부(EL-1)에 대하여 설명한다. 한편, 제2 발광 유닛(EU-2)에 포함된 제2 정공 제어부(HL-2), 제2 발광부(EML-2) 및 제2 전자 제어부(EL-2)에 대하여서는 제1 발광 유닛에 대한 설명과 동일한 부분은 생략하며 차이점에 대해서만 설명한다.
제1 정공 제어부(HL-1)는 정공 주입부(HIR-1) 및 정공 수송부(HTR-1)를 포함하여 복수의 층으로 구성될 수 있다. 또한, 제1 정공 제어부(HL-1)는 정공 버퍼층 및 전자 저지층 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
제1 정공 제어부(HL-1)는 단일 물질로 이루어진 단일층, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층 또는 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층의 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 제1 정공 제어부(HL-1)는, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층의 구조를 갖거나, 제1 전극(101)으로부터 차례로 적층된 정공 주입부/정공 수송부, 정공 주입부/정공 수송부/정공 버퍼층, 정공 주입부/정공 버퍼층, 정공 수송부/정공 버퍼층 또는 정공 주입부/정공 수송부/전자 저지층의 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 정공 제어부(HL-1)는 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. 하지만, 정공 제어부의 형성 방법은 이에 한정하지 않으며 해당 기술분야에 알려진 일반적인 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
제1 정공 제어부(HL-1)가 정공 주입부(HIR-1)를 포함할 경우, 제1 정공 제어부(HL-1)는 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.
제1 정공 제어부(HL-1)가 정공 수송부(HTR-1)를 포함할 경우, 제1 정공 제어부(HL-1)는 N-페닐카바졸, 폴리비닐카바졸 등의 카바졸계 유도체, 플루오렌(fluorene)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.
제1 정공 제어부(HL-1)에서 정공 주입부(HIR-1)의 두께는 예를 들어, 1nm 내지 100nm 일 수 있다. 또한, 정공 수송부(HTR-1)의 두께는 예를 들어 5nm 내지 100nm일 수 있다. 제1 정공 제어부(HL-1)에서 정공 주입부(HIR-1) 및 정공 수송부(HTR-1)의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 정공 수송 특성을 얻을 수 있다.
제1 정공 제어부(HL-1)는 앞서 예시적으로 언급한 물질 외에, 도전성 향상을 위하여 전하 생성 물질을 더 포함할 수 있다. 전하 생성 물질은 제1 정공 제어부(HL-1) 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, 예시된 화합물에 한정되는 것은 아니다.
제1 발광 유닛(EU-1)에서 제1 정공 제어부(HL-1) 상에 제1 발광부(EML-1)가 배치될 수 있다. 제1 발광부(EML-1)는 단일층 또는 2개 이상의 복수의 층으로 구성될 수 있다. 제1 발광부(EML-1)는 적어도 하나의 호스트 물질과 적어도 하나의 도펀트 물질을 포함하여 구성될 수 있다. 발광부의 도펀트는 적색, 녹색 또는 청색 도펀트 일 수 있으나 도펀트의 종류가 이에 한정되는 것은 아니다.
적색 도펀트로는 Bt2Ir(acac) 또는 Ir(piq)3 등을 사용할 수 있으나, 실시예는 이에 한정되지 않는다. 또한, 녹색 도펀트는 Ir(ppy)3, Ir(ppy)2(acac), Ir(mppy)3 등을 사용할 수 있으며, 청색 도펀트는 FIrpic 또는 DPAVBi 등을 사용할 수 있으나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
발광부의 호스트 물질로는 CBP, mCP, TCTA, TPBI, Alq3 등이 사용될 수 있다. 또한, 발광부는 5nm 이상 100nm 이하의 두께로 제공될 수 있다.
제1 발광부(EML-1) 상에는 제1 전자 제어부(EL-1)가 배치된다. 제1 전자 제어부(EL-1)가 전자 수송층을 포함할 경우, 제1 전자 제어부(EL-1)는 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, 전자 제어부(EL-1)를 구성하는 재료가 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 전자 제어부(EL-1)의 두께는 약 10nm 내지 약 100nm, 예를 들어 약 45nm 내지 약 55nm일 수 있다. 제1 전자 제어부(EL-1)의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 전자 수송 특성을 얻을 수 있다.
제1 전자 제어부(EL-1)가 전자 주입층을 포함할 경우, 제1 전자 제어부(EL-1)는 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. 제1 전자 제어부(EL-1)는 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.
제1 전자 제어부(EL-1)는 앞서 언급한 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.
제2 발광 유닛(EU-2)은 전하 생성층(CGL)을 기준으로 제2 전자 제어부(EL-2), 제2 발광부(EML-2) 및 제2 정공 제어부(HL-2)의 순서로 적층되어 제공될 수 있다. 제2 발광 유닛(EU-2)을 구성하는 제2 정공 제어부(HL-2), 제2 발광부(EML-2) 및 제2 전자 제어부(EL-2)는 상술한 제1 발광 유닛의 제1 정공 제어부(HL-1), 제1 발광부(EML-1) 및 제1 전자 제어부(EL-1)에 대한 내용으로 설명될 수 있다.
다만, 일 실시예에서 제1 정공 제어부(HL-1)와 제2 정공 제어부(HL-2)는 서로 다른 정공 제어물질로 구성되거나 또는 서로 다른 적층 구조를 가질 수 있다. 한편, 유기 발광 소자가 후면 발광형인 경우에는 유기 발광 소자의 광효율을 증가시키기 위하여 제2 정공 제어부(HL-2)는 제1 정공 제어부(HL-1)에 비하여 얇은 두께를 갖도록 제공될 수 있다.
제2 전자 제어부(EL-2)는 제1 전자 제어부(EL-1)와 동일하게 구성될 수 있다. 하지만, 실시예는 이에 한정되지 않으며 제2 전자 제어부(EL-2)는 제1 전자 제어부(EL-1)와 다른 전자 전달물질로 구성되거나 또는 서로 다른 적층 구조를 가질 수 있다. 한편, 예를 들어 유기 발광 소자가 후면 발광형인 경우 유기 발광 소자의 광효율을 증가시키기 위하여 제2 전자 제어부(EL-2)는 제1 전자 제어부(EL-1)에 비하여 얇은 두께를 갖도록 제공될 수 있다.
또한, 제2 발광부(EML-2)는 단일층 또는 2개 이상의 복수의 층으로 구성될 수 있다. 제2 발광부(EML-2)는 적어도 하나의 호스트 물질과 적어도 하나의 도펀트 물질을 포함하여 구성될 수 있다. 제2 발광부(EML-2)에 포함된 도펀트는 적색, 녹색 또는 청색 도펀트 일 수 있다. 한편, 제1 발광부(EML-1)와 제2 발광부(EML-2)는 서로 다른 색의 도펀트 물질로 도핑된 층일 수 있다. 즉, 제1 발광부(EML-1)와 제2 발광부(EML-2)는 서로 다른 파장 영역의 광을 방출하는 것일 수 있다.
따라서, 상술한 일 실시예의 전하 생성층(CGL)의 구조적 특징에 의하여 제1 전극(101) 및 제2 전극(102) 사이에 순방향 전압이 인가되는 경우와 역방향 전압이 인가되는 경우에 서로 다른 파장 영역의 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 제1 발광부(EML-1)가 녹색 도펀트가 도핑된 층이고, 제2 발광부(EML-2)가 적색 도펀트가 도핑된 층인 경우, 순방향 전압이 인가되는 경우 유기 발광 소자는 녹색광을 방출한다.
이와 달리 역방향 전압이 인가된 경우 유기 발광 소자는 적색광을 방출하게 된다. 하지만, 실시예는 이에 한정되지 않으며, 제1 발광부(EML-1)와 제2 발광부(EML-2)를 구성하는 재료에 따라 서로 동일한 색의 광을 방출할 수 있으며, 예시적으로 나열된 색과 다른 색의 광이 방출될 수도 있다.
일 실시예의 유기 발광 소자의 경우 제1 발광 유닛과 제2 발광 유닛 사이에 전하 생성층을 배치하여 전압 인가 방향에 따라 제1 발광 유닛 또는 제2 발광 유닛을 동작시켜 색변환이 가능하도록 할 수 있다. 이때, 전하 생성층은 정공 수송층을 기준으로 양측으로 p형층이 배치된 대칭된 구조일 수 있다. 또한, 제1 발광 유닛과 제2 발광 유닛의 적층 구조는 전하 생성층을 기준으로 대칭될 수 있다.
도 2 내지 도 4는 일 실시예의 유기 발광 소자를 나타낸 단면도이다. 이하 도 2 내지 도 4에 대한 설명에서는 도 1과 중복되는 내용은 다시 설명하지 않으며, 차이점에 대해서만 설명한다.
도 2는 일 실시예의 유기 발광 소자의 단면도를 나타낸 것이다. 도 2의 유기 발광 소자의 실시예는 도 1과 비교하여 전하 생성층(CGL)에 적어도 하나의 n형층(NL)을 더 포함한 것일 수 있다. n형층(NL)은 제1 발광 유닛(EU-1)과 제1 유기층사이 또는 제2 발광 유닛(EU-2)과 제2 유기층사이 중 적어도 하나에 배치될 수 있다. 도 2에서는 제1 발광 유닛(EU-1) 및 제2 발광 유닛(EU-2)에 인접한 전하 생성층(CGL)의 양측에 n형층(NL)을 포함하는 경우를 도시하고 있다.
즉, n형층(NL)은 전하 생성층(CGL)의 중심층이 되는 정공 수송층(HTL)을 기준으로 제1 발광 유닛(EU-1) 및 제2 발광 유닛(EU-2) 측으로 각각 인접하여 대칭적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 전하 생성층은 n형층(NL), p형층(PL-1), 정공 수송층(HTL), p형층(PL-2) 및 n형층(NL)의 순서로 적층된 구조의 복수의 유기층 구조일 수 있다.
n형층(NL)은 적어도 하나의 호스트 재료와 적어도 하나의 n형 도펀트를 포함할 수 있다. n형 도펀트 물질로는 알칼리 금속과 알칼리 토금속의 나이트레이트(nitrate) 계열 화합물, 카보네이트(carbonate) 계열 화합물, 포스페이트(phosphate) 계열 화합물 또는 퀴놀레이트(quinolate) 계열 화합물이 사용될 수 있다. 예를 들어, n형 도펀트로는 Li2CO3, Liq, LiN3, Rb2CO3, AgNO3, Ba(NO3)2, Mn(NO3)2, Zn(NO3)2, CsNO3, Cs2CO3, CsF 및 CsN3로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나가 사용될 수 있다.
전하 생성층(CGL)에 포함되는 n형층(NL)은 전하 생성층(CGL)으로부터 제1 발광 유닛(EU-1) 또는 제2 발광 유닛(EU-2)으로 전자 전달을 용이하게 할 수 있다. 즉, n형층(NL)은 유기 발광 소자의 동작 형태에 따라 생성된 전자를 제1 발광 유닛(EU-1) 또는 제2 발광 유닛(EU-2)으로 전달을 용이하게 하는 전자 수송층의 기능을 함으로써 유기 발광 소자의 효율을 증가시킬 수 있다. 한편, 도 2의 실시예와 같이 전하 생성층에 n형층을 더 포함하는 경우 제1 발광 유닛과 제2 발광 유닛에서 전자 제어부(ETL-1, ETL-2)가 생략될 수도 있다.
도 2에 도시된 일 실시예의 유기 발광 소자의 경우 전하 생성층(CGL)을 정공 수송층(HTL)을 기준으로 양측이 대칭되도록 제공할 수 있다. 즉, 전하 생성층(CGL)은 n형층(NL) / p형층(PL-1) / 정공 수송층(HTL) / p형층(PL-2) / n형층(NL)의 대칭 구조를 가짐으로써 전압의 인가 방향에 따라 선택적으로 제1 발광 유닛(EU-1) 또는 제2 발광 유닛(EU-2)이 동작되도록 할 수 있다. 따라서, 전하 생성층(CGL)의 구조적 특징에 의하여 용이하게 색 변환이 가능한 유기 발광 소자를 제공할 수 있다.
한편, 도 2의 실시예에서는 제1 발광 유닛(EU-1)의 제1 발광부(EML-1)는 복수의 발광층을 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 제1 발광 유닛(EU-1)은 두 개의 발광층(EML-11, EML-12)을 포함할 수 있다. 두 개의 발광층(EML-11, EML-12)은 동일한 파장 영역의 색을 발광하는 발광층일 수 있다. 예를 들어, 두 개의 발광층에서 호스트 물질은 서로 다르고 동일한 발광 도펀트를 사용하여 동일한 색상의 광을 방출할 수 있다.
하지만, 실시예는 이에 한정하지 않으며, 제1 발광부(EML-1)는 서로 다른 파장의 광을 방출하는 복수의 층으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 두 개의 발광층(EML-11, EML-12)은 서로 다른 발광 도펀트를 포함하도록 제공될 수 있다. 또한, 제1 발광부(EML-1)의 복수의 발광층 중 일부는 생략될 수 있으며 단일의 발광층으로 제공될 수 있다.
도 3에 도시된 일 실시예의 유기 발광 소자는 서로 마주보는 제1 전극(101)과 제2 전극(102), 제1 전극 상에 배치된 제1 발광 유닛(EU-1), 제1 발광 유닛 상에 배치된 전하 생성층(CGL) 및 전하 생성층 상에 배치된 제2 발광 유닛(EU-2)을 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 실시예에서 전하 생성층(CGL)은 복수의 유기층을 포함하며, 제1 발광 유닛(EU-1)과 인접한 제1 유기층과 제2 발광 유닛(EU-2)과 인접한 제2 유기층은 각각 정공 수송층(HTL-1, HTL-2)이고, 제1 유기층과 제2 유기층 사이에 배치된 제3 유기층은 p형층(PL)일 수 있다. 따라서, 전하 생성층(CGL)은 정공 수송층(HTL-1), p형층(PL) 및 정공 수송층(HTL-2)의 순서로 적층된 구조를 가질 수 있다.
도 3의 실시예에서 제1 전극(101)과 전하 생성층(CGL) 사이에 배치된 제1 발광 유닛(EU-1)은 제1 전극(101)에 인접한 것으로부터 제1 전자 제어부(EL-1), 제1 발광부(EML-1) 및 제1 정공 제어부(HL-1)의 순서로 적층된 구조를 가질 수 있다. 한편, 제2 발광 유닛(EU-2)은 전하 생성층(CGL)에 인접한 것으로부터 제2 정공 제어부(HL-2), 제2 발광부(EML-2) 및 제2 전자 제어부(EL-2)의 순서로 적층된 구조를 가질 수 있다. 또한, 도 3에 도시된 일 실시예에서 제1 전극(101) 또는 제2 전극(102)은 전자를 공급하는 전극인 캐소드일 수 있다.
한편, 도 3 내지 도 4의 실시예에서 제1 발광 유닛(EU-1) 또는 제2 발광 유닛(EU-2)에서 정공 제어부(HL-1, HL-2)가 생략될 수도 있다. 즉, 제1 발광 유닛(EU-1)은 제1 전극(101)에 인접한 측으로부터 제1 전자 제어부(EL-1), 제1 발광부(EML-1)를 포함하여 제공되거나 추가적으로 제1 정공 제어부(HL-1)를 포함하여 제공될 수 있다. 또한, 제2 발광 유닛(EU-2)은 전하 생성층(CGL) 상에 배치된 제2 발광부(EML-2) 및 제2 발광부 상에 배치된 제2 전자 제어부(EL-2)를 포함하여 제공되거나, 전하 생성층(CGL)과 제2 발광부(EML-2) 사이에 저2 정공 제어부(HL-2)를 더 포함하도록 제공될 수 있다.
전하 생성층(CGL)은 양 측에 배치되는 발광 유닛으로 정공 또는 전자를 전달하는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 도 3의 실시예에서 전하 생성층(CGL)은 양측의 발광 유닛에 정공을 공급하는 기능을 하는 것일 수 있다.
전하 생성층(CGL)의 p형층(PL)과 정공 수송층(HTL-1, HTL-2)의 계면에서는 에너지 레벨의 차이에 의하여 전자와 정공의 분리가 일어나게 된다. 예를 들어, 제1 전극(101)이 제2 전극(102)에 비하여 상대적으로 높은 전압을 갖는 경우 전류가 제1 전극에서 제2 전극 방향으로 순방향으로 흐르게 되고 이때, 전하 생성층(CGL)에서는 정공을 제2 발광 유닛(EU-2) 측으로 제공하게 된다.
즉, 순방향 전압이 인가되는 경우 전하 생성층(CGL)에서 제3 유기층인 p형층(PL)이 제2 발광 유닛(EU-2)에 인접하여 배치된 제2 유기층인 정공 수송층(HTL-2)에 비하여 상대적으로 높은 전압 레벨을 갖게 된다. 이때 p형층(PL)과 제2 유기층인 정공 수송층(HTL-2)의 계면에서 전자와 정공의 분리가 일어나게 되며 정공이 제2 발광 유닛(EU-2)으로 전달되게 된다.
한편, 순방향 전압이 인가되는 경우 제1 유기층에 해당하는 정공 수송층(HTL-1)과 p형층(PL) 사이에서는 정공 수송층(HTL-1)이 상대적으로 높은 전압 레벨을 갖게 되어 p형층(PL)과 제1 유기층인 정공 수송층(HTL-1) 계면에서는 정공과 전자의 분리현상이 일어나지 않게 된다. 따라서 제1 발광 유닛(EU-1) 측으로는 정공 전달이 이루어지지 않는다. 따라서, 제1 전극(101)에서 제2 전극(102) 방향으로의 순방향 전압이 인가될 경우 제2 발광 유닛(EU-2)은 동작하며, 제1 발광 유닛(EU-1)은 동작하지 않게 된다.
한편, 이와 달리 제2 전극(102)에서 제1 전극(101) 방향으로 전류가 흐르는 역방향 전압이 인가되는 경우에는 상술한 원리와 동일한 이유로 제1 발광 유닛(EU-1)이 동작하고 제2 발광 유닛(EU-2)은 동작되지 않는다. 예를 들어, 제2 전극(102)이 제1 전극(101)에 비하여 상대적으로 높은 전압 레벨을 갖는 경우 제2 전극(102)에서 제1 전극(101) 방향으로 전류가 흐르며, 이때 전하 생성층(CGL)에서는 제1 발광 유닛(EU-1) 측으로 전하를 공급하게 된다.
즉, 역방향 전압이 인가된 경우 전하 생성층(CGL)에서 중심층인 p형층(PL)이 제1 유기층에 해당하는 정공 수송층(HTL-1)에 비하여 상대적으로 높은 전압 레벨을 갖게 된다. 이때 제1 유기층인 정공 수송층(HTL-1)과 p형층(PL)과의 계면에서 전자와 정공의 분리가 일어나게 되며 정공이 제1 발광 유닛(EU-1)으로 전달되게 된다. 한편, 이 경우 제2 유기층에 해당하는 정공 수송층(HTL-2)과 중심층인 p형층(PL) 사이에서는 정공 수송층(HTL-2)이 상대적으로 높은 전압 레벨을 갖게 된다. 따라서 제2 유기층인 정공 수송층(HTL-2)과 p형층(PL)의 계면에서는 정공과 전자의 분리현상이 일어나지 않게 된다. 이 경우 제2 발광 유닛(EU-2) 측으로는 정공 전달이 이루어지지 않는다. 따라서, 제2 전극(102)에서 제1 전극(101) 방향으로의 역방향 전압이 인가될 경우 제1 발광 유닛(EU-1)은 동작하며, 제2 발광 유닛(EU-2)은 동작하지 않게 된다.
한편, 제1 발광 유닛(EU-1)과 제2 발광 유닛(EU-2)이 각각 서로 다른 파장 영역의 광을 방출하는 발광부를 갖는 경우 인가되는 전압 방향에 따라 하나의 유기 발광 소자에서 색 변환을 할 수 있다.
도 4는 일 실시예의 유기 발광 소자의 단면도를 나타낸 것으로 도 3의 실시예에서 전하 생성층(CGL)에 제4 유기층으로 p형층(PL-2)을 더 포함하고, 제5 유기층으로 n형층(NL)을 더 포함한 것이다.
도 4의 전하 생성층은 중심층으로 n형층(NL)인 제5 유기층으로 포함하고, 제5 유기층을 기준으로 하여 양측으로 대칭되도록 p형층(PL-1, PL-2)과 정공 수송층(HTL-1, HTL-2)을 각각 배치할 수 있다. 즉, 전하 생성층(CGL)은 제1 발광 유닛(EU-1)에 인접한 것으로부터 정공 수송층(HTL-1), p형층(PL-1), n형층(NL), p형층(PL-2) 및 정공 수송층(HTL-2)의 순서로 적층된 구조를 가질 수 있다.
n형층(NL)은 도 2에 대한 설명에서 상술한 바와 같이 적어도 하나의 호스트 재료와 적어도 하나의 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 예를 들어, n형 도펀트로는 Li2CO3, Liq, LiN3, Rb2CO3, AgNO3, Ba(NO3)2, Mn(NO3)2, Zn(NO3)2, CsNO3, Cs2CO3, CsF 및 CsN3로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나가 사용될 수 있다.
전하 생성층(CGL)에 포함되는 n형층(NL)은 전하 생성층의 p형층과 정공 수송층의 계면에서 분리된 전자를 발광 소자의 외부로 용이하게 배출되도록 할 수 있다. 예를 들어, 도 4의 일 실시예에서 전하 생성층(CGL)에서 p형층와 정공 수송층의 계면에서의 전자와 정공의 분리 현상에 의하여 분리된 전자는 제1 발광 유닛 또는 제2 발광 유닛의 동작에 기여를 하지 않고 발광 소자 내에 남아 소자의 수명을 단축 시킬 수 있다. 따라서 전하 생성층(CGL)에 n형층(NL)을 더 포함함으로써 전하 생성층에서 발생한 전자를 발광 소자의 외부로 효과적으로 전달되도록 할 수 있다.
도 3 내지 도 4에 도시된 일 실시예의 유기 발광 소자의 경우 제1 발광 유닛과 제2 발광 유닛 사이에 전하 생성층을 포함하여 전압 인가 방향에 따라 선택적으로 제1 발광 유닛(EU-1) 또는 제2 발광 유닛(EU-2)이 동작하도록 할 수 있다.
도 3 내지 도 4의 실시예에서 전하 생성층(CGL)의 경우 정공 수송층(HTL-1)/p형층(PL)/정공 수송층(HTL-2) 또는 정공 수송층(HTL-1)/p형층(PL-1)/n형층(NL)/p형층(PL-2)/정공 수송층(HTL-2)의 대칭적인 구조를 가짐으로써 전압 인가 방향에 따라 발광 유닛 중 어느 하나가 선택적으로 동작되도록 할 수 있다. 특히, 제1 발광 유닛과 제2 발광 유닛이 서로 다른 파장 영역의 광을 방출하는 발광부를 갖는 경우 전압 인가 방향을 조절함으로써 용이하게 하나의 발광 소자 내에서 색변환을 할 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 4의 일 실시예에서 제1 발광 유닛 및 제2 발광 유닛은 전하 생성층을 기준으로 양측이 대칭되는 층 구조를 갖도록 구성될 수 있다.
[실시예]
이하에서는 도 2에서 도시된 적층 구조를 갖는 일 실시예의 유기 발광 소자의 제조 방법 및 실시예의 제조 방법에 의하여 제공된 유기 발광 소자의 특성에 대하여 구체적으로 설명한다. 하지만, 실시예에서 설명되는 유기 발광 소자는 하나의 예시이며, 실시형태들의 범위를 한정하는 것은 아니다.
<유기 발광 소자의 제조>
제1 전극으로서 ITO를 증착 하였다. ITO 전극 상에 제1 발광 유닛을 아래의 순서로 적층하여 형성하였다. 정공 주입부로 폴리(3, 4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(4-스티렌설포네이트(sulfonate))(PEDOT/PSS), 정공 수송부로 TAPC를 형성하였다. 제1 발광부로는 녹색 도펀트가 도핑된 층을 두 개의 층으로 형성하였다. 구체적으로 TCTA호스트에 Ir(ppy)3 녹색 도펀트를 도핑한 층을 형성하고 CBP호스트에 Ir(ppy)3 녹색 도펀트를 도핑한 층을 형성하였다. 제1 발광부 상에는 제1 전자 제어부로서 TPBi로 전자 수송층을 형성하였다.
제1 발광 유닛 상에는 전하 생성층을 형성하였다. 전하 생성층은 BCP 호스트에 Li3N 이 도핑된 n형층, MoO3, TAPC, MoO3, BCP 호스트에 Li3N 이 도핑된 n형층의 순서로 적층하여 형성하였다.
전하 생성층 상에는 제2 발광 유닛을 형성하였다. 제2 발광 유닛은 전자 제어부로 TPBi, 제2 발광부로 CBP 호스트에 Bt2Ir(acac) 도펀트를 사용하였고, 정공 수송부로 TCTA, 정공 주입부로 MoO3를 증착하여 형성하였다. 제2 발광 유닛 상에는 제2전극으로 Ag를 증착하였다.
<유기 발광 소자의 평가>
상술한 방법으로 제조된 일 실시예의 유기 발광 소자에 대하여 Keithley 236 소스 장비와 CS2000스펙트로미터를 이용하여 유기 발광 소자의 동작 확인 및 발광 특성을 확인하였다.
도 5는 일 실시예의 유기 발광 소자에서 순방향 전압(Forward bias)이 인가되는 경우와 역방향 전압(Reverse bias)이 인가되는 경우에서의 전압 인가에 따른 전류 밀도(Current density)를 나타낸 그래프이다. 도 6은 일 실시예의 유기 발광 소자에 대하여 전류 밀도에 대한 전류 효율(Current efficiency)을 나타낸 그래프이다. 도 5 내지 도 6의 결과를 참조하면 순방향 전압 인가와 역방향 전압 인가의 경우 모두 발광 소자가 동작하는 것을 확인할 수 있다.
도 7은 일 실시예의 유기 발광 소자에서 순방향 전압(Forward bias)이 인가되는 경우와 역방향 전압(Reverse bias)이 인가되는 경우에서의 유기 발광 소자에서 방출되는 광의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 도 8은 순방향 및 역방향 전압 인가시의 유기 발광 소자에서 방출되는 빛의 색 좌표를 표시한 것이다.
도 7을 참조하면 순방향의 전압이 인가된 경우 발광 피크는 550nm 내지 600nm에서 최대값을 갖는 것으로부터 녹색광을 방출하는 제1 발광 유닛이 동작하는 것을 알 수 있다. 또한 역방향의 전압이 인가된 경우는 발광 피크가 순방향의 전압이 인가된 경우에 비하여 장파장 쪽으로 이동되어 나타난다. 이때의 발광 피크는 580nm 내지 650nm에서 최대값을 나타내는 것으로부터 제2 발광 유닛이 동작하는 것을 알 수 있다.
도 8은 순방향 전압 인가시와 역방향 전압 인가시에 각각 방출된 빛의 색좌표를 표시한 것이다. P1은 순방향 전압 인가시의 방출된 빛의 색 좌표로 (0.387, 0.590)좌표값을 나타내어 녹색광이 방출된 것을 확인할 수 있다. 또한, P2는 역방향 전압 인가시의 방출된 빛의 색좌표로 (0.533, 0.465)의 좌표값을 나타내어 오렌지적색광이 방출된 것을 확인할 수 있다.
일 실시예의 유기 발광 소자는 하나의 발광 소자에서 복수의 발광 유닛을 포함하고 복수의 발광 유닛 사이에 전하 생성층을 배치하여 전압 인가 방향에 따라 복수의 발광 유닛 중 하나의 발광 유닛이 동작하도록 할 수 있다. 따라서, 복수의 발광 유닛에서 방출되는 빛의 파장 영역을 달리하도록 발광부를 구성하는 경우 유기 발광 소자에 공급하는 전압의 인가 방향을 달리함으로써 색 변환이 가능하도록 할 수 있다.
따라서, 일 실시예의 유기 발광 소자는 적층된 발광 유닛 사이에 각각의 발광 유닛으로 전자 또는 정공을 공급하는 전하 생성층을 배치함으로써 전압의 인가 방향을 변경함으로써 용이하게 하나의 소자에서 색 변환이 가능하도록 할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
101: 제1 전극 102 : 제2 전극
EU-1 : 제1 발광 유닛 EU-2 : 제2 발광 유닛
CGL : 전하 생성층

Claims (20)

  1. 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 배치되는 제1 발광 유닛;
    상기 제1 발광 유닛 상에 배치되고 복수의 유기층을 포함한 전하 생성층;
    상기 전하 생성층 상에 배치되는 제2 발광 유닛; 및
    상기 제2 발광 유닛 상에 배치된 제2 전극; 을 포함하고,
    상기 전하 생성층의 상기 복수의 유기층은
    상기 제1 발광 유닛 및 상기 제2 발광 유닛에 인접하여 각각 배치되는 제1 유기층 및 제2 유기층과
    상기 제1 유기층 및 상기 제2 유기층 사이에 배치되는 제3 유기층을 포함하고,
    상기 제1 유기층 및 상기 제2 유기층은 p형층 또는 정공 수송층 중 어느 하나이고,
    상기 제3 유기층은 상기 p형층 또는 상기 정공 수송층 중 다른 하나인 유기 발광 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 유기층과 상기 제2 유기층은 상기 p형층이고,
    상기 제3 유기층은 상기 정공 수송층인 유기 발광 소자.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 전하 생성층은 적어도 하나의 n형층을 더 포함하고,
    상기 적어도 하나의 n형층은 상기 제1 유기층과 상기 제1 발광 유닛의 사이 또는 상기 제2 유기층과 상기 제2 발광 유닛의 사이에 배치된 유기 발광 소자.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 발광 유닛은 상기 제1 전극 상에 배치되는 제1 정공 제어부, 상기 제1 정공 제어부 상에 배치된 제1 발광부 및 상기 제1 발광부 상에 배치된 제1 전자 제어부; 를 포함하며,
    상기 제2 발광 유닛은 상기 전하 생성층 상에 배치된 제2 전자 제어부, 상기 제2 전자 제어부 상에 배치된 제2 발광부 및 상기 제2 발광부 상에 배치된 제2 정공 제어부; 를 포함하는 유기 발광 소자.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제1 정공 제어부 또는 상기 제2 정공 제어부는 정공 수송부 및 정공 주입부를 포함하는 유기 발광 소자.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 정공 수송층과 상기 정공 수송부는 동일한 정공 전달 재료를 포함한 유기 발광 소자.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 제1 발광부와 상기 제2 발광부는 서로 다른 파장의 광을 방출하는 유기 발광 소자.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제1 발광부 및 상기 제2 발광부 중 적어도 하나는 복수의 발광층을 포함하는 유기 발광 소자.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 유기층과 상기 제2 유기층은 상기 정공 수송층이고,
    상기 제3 유기층은 상기 p형층인 유기 발광 소자.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 전하 생성층은 상기 p형층인 제 4유기층 및 n형층인 제 5유기층을 더 포함하는 유기 발광 소자.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제 5유기층은 상기 전하 생성층의 중심층이고,
    상기 제 5유기층과 상기 제1 유기층 사이에 제3 유기층이 배치되고,
    상기 제 5유기층과 상기 제2 유기층 사이에 제4 유기층이 배치된 유기 발광 소자.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 제1 발광 유닛은 상기 제1 전극 상에 배치된 제1 전자 제어부 및 상기 제1 전자 제어부 상에 배치된 제1 발광부; 를 포함하고,
    상기 제2 발광 유닛은 상기 전하 생성층 상에 배치된 제2 발광부 및 상기 제2 발광부 상에 배치된 제2 전자 제어부; 를 포함하는 유기 발광 소자.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제1 발광 유닛은 상기 제1 발광부 상에 제1 정공 제어부를 더 포함하는 유기 발광 소자.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제2 발광 유닛은 상기 전하 생성층과 상기 제2 발광부 사이에 제2 정공 제어부를 더 포함하는 유기 발광 소자.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 제1 정공 제어부와 상기 제2 정공 제어부는 정공 수송부인 유기 발광 소자.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 제1 발광부와 상기 제2 발광부는 서로 다른 파장의 광을 방출하는 유기 발광 소자.
  17. 제 1항에 있어서,
    상기 p형층은 전이 금속 산화물을 포함하고,
    상기 전이 금속 산화물은 V2O5, WO3, MoO3, ReO3, Fe3O4, MnO2, CoO2, 및 TiO2 로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인 유기 발광 소자.
  18. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 전극에 제1 전압이 인가되고 상기 제2 전극에 상기 제1 전압과 다른 제2 전압이 인가되며,
    상기 제1 발광 유닛 또는 상기 제2 발광 유닛 중 어느 하나가 발광 하는 유기 발광 소자.
  19. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 중 어느 하나는 반사 전극인 유기 발광 소자
  20. 제 1항에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 투명 전극 또는 반투명전극인 유기 발광 소자.
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