KR20170079888A - 유기 발광 소자 - Google Patents

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KR20170079888A
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Abstract

본 발명은 발광 효율 및 구동 전압이 보다 개선된 유기 발광 소자를 제공한다. 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자는 리컴비네이션 존이, 유기 발광층 내부에서도 전자 수송층과 가까운 방향의 계면에 치우쳐서 형성되는 현상을 최소화하여, 엑시톤이 손실되지 않고 발광에 기여하는 확률을 증가시킴으로써 발광 효율이 증대된다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자는 전자 수송층과 유기 발광층 사이에서의 전자 이동 경로에 전자의 에너지 장벽을 최소화함으로써, 구동 전압이 개선된다.

Description

유기 발광 소자{ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE}
본 발명은 유기 발광 소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 리컴비네이션 존의 형성 위치를 최적하여 발광 효율과 구동 전압이 보다 개선된 유기 발광 소자에 관한 것이다.
최근 정보화 시대로 접어듦에 따라 전기적 정보신호를 시각적으로 표현하는 디스플레이(Display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 여러 가지 다양한 표시 장치(Display Device)가 개발되고 있다.
이와 같은 표시 장치의 구체적인 예로는 액정표시 장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 플라즈마 표시 장치(Plasma Display Panel device: PDP), 전계방출 표시 장치(Field Emission Display device: FED), 유기 발광 표시 장치(Organic Light Emitting Device: OLED) 등을 들 수 있다.
특히, 유기 발광 표시 장치는 유기 발광 소자라는 자발광 소자를 이용함으로써, 다른 표시 장치에 비해 응답속도가 빠르고, 발광 효율, 구동 전압, 명암대비비, 색재현율, 휘도 및 시야각이 우수한 장점이 있다.
이러한 유기 발광 소자는, 조명으로도 사용될 수 있어 최근에 조명 업계에서도 새로운 광원으로서 주목하고 있다.
유기 발광 소자는 두 개의 전극 사이에 유기 발광층이 배치되는 기본 구조를 가진다. 두 개의 전극으로부터 각각 전자(Electron)와 정공(Hole)이 유기 발광층 내로 주입되고, 유기 발광층에서 전자와 정공이 결합하여 여기자(Exciton)가 생성된다. 생성된 여기자가 여기 상태(Excited state)로부터 기저 상태(Ground state)로 떨어질 때, 유기 발광 소자로부터 광이 발생한다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
1. [백색 유기 발광 소자] (특허출원번호 제 10-2009-0092596호)
픽셀 하나는 복수의 서브 픽셀들로 구성될 수 있다. 그리고 복수의 서브 픽셀들은 적색광을 방출하는 적색(R) 유기 발광 소자, 녹색광을 방출하는 녹색(G) 유기 발광 소자 및 청색광을 방출하는 청색(B) 유기 발광 소자를 각각 포함할 수 있다. 이로써 풀컬러(Full-color)가 구현되는 픽셀이 구성될 수 있다. 각각의 적색, 녹색 및 청색 유기 발광 소자는 양극에서 유기 발광층으로 정공이 주입되고, 음극에서 유기 발광층으로 전자가 주입되도록 구성되는데, 이 때 유기 발광층에서 전자과 정공이 만나는 영역인 리컴비네이션 존(Recombination zone)의 형성 위치는 내부 양자 발광 효율(Internal Quantum Efficiency, IQE)과 직결된다. 그런데, 리컴비네이션 존의 형성 위치를 최적화 함에 있어서, 유기 발광 소자의 발광 효율 측면뿐만 아니라 보강 간섭에 의한 광 증폭 조건과 관련되는 이른바 아웃 커플링(Out-coupling) 측면도 함께 고려될 필요가 있을 수 있다. 아웃 커플링이 최대로 발생될 수 있는 유기 발광 소자의 구조에서의 유기 발광층의 최적 배치가 정해질 수 있고, 이는 외부 양자 발광 효율(External Quantum Efficiency, EQE)와 관련된다. 이러한 여러 측면을 함께 고려하여 리컴비네이션 존의 형성 위치를 최적화 하는 것은 유기 발광 소자를 제작함에 있어서 중요한 과제이다.
본 발명의 실시예에 따른 해결 과제는 전자의 이동 경로에서, 전자가 극복하여야 하는 에너지 장벽을 최소화함으로써 구동 전압이 개선된 유기 발광 소자를 제공하는 것이다
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 해결 과제는 유기 발광층이, 보강 간섭에 의한 광 증폭 조건을 만족하면서도 리컴비네이션 존을 포함함으로써, 발광 효율이 개선된 유기 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 해결 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자는 리컴비네이션 존이, 유기 발광층 내부에서도 전자 수송층과 가까운 방향의 계면에 치우쳐서 형성되는 현상이 최소화된다. 이로써 엑시톤이 손실되지 않고 발광에 기여하는 확률이 증가함에 따라 발광 효율이 향상된 유기 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자는 전자 수송층과 유기 발광층 사이에서의 전자 이동 경로에 전자의 에너지 장벽이 최소화된다. 이로써 구동 전압이 개선된 유기 발광 소자를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자는 서로 대향하여 이격된 양극 및 음극; 호스트 물질에 도펀트 물질이 도핑된 유기 발광층; 유기 발광층과 음극 사이에 위치하고 유기 발광층과 계면을 형성하는 전자 조절층; 및 전자 조절층과 음극 사이에 위치하고, 전자 조절층과 계면을 형성하고, 전자 조절층의 전자 이동도보다 더 작은 전자 이동도를 가지고, 전자 조절층의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값보다 작거나 같은 LUMO 에너지 레벨의 절댓값을 가지는 전자 수송층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 관한 구체적인 사항들은 발명의 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 의해, 전자의 이동 경로에서 전자가 극복하여야 하는 에너지 장벽을 최소화함으로써 구동 전압이 개선된 유기 발광 소자를 제공할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 의해, 유기 발광층이, 보강 간섭에 의한 광 증폭 조건을 만족하면서도 리컴비네이션 존을 포함함으로써, 발광 효율이 개선된 유기 발광 소자를 제공할 수 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 1a는 본 발명의 실시예 1에 따른 유기 발광 소자(1000)의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 1b는 본 발명의 실시예 1에 따른 제1 발광유닛(1100)에서 전자의 이동 경로에 해당하는 각 층의 LUMO 에너지 레벨을 나타낸 LUMO 에너지 다이어그램이다.
도 2a는 본 발명의 실시예 2에 따른 유기 발광 소자(2000)의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2b는 본 발명의 실시예 2에 따른 제1 발광유닛(2100)에서 전자의 이동 경로에 해당하는 각 층의 LUMO 에너지 레벨을 나타낸 LUMO 에너지 다이어그램이다.
도 3a는 본 발명의 실시예 3에 따른 유기 발광 소자(3000)의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3b는 본 발명의 실시예 3에 따른 제1 발광유닛(3100)에서 전자의 이동 경로에 해당하는 각 층의 LUMO 에너지 레벨을 나타낸 LUMO 에너지 다이어그램이다.
도 4a는 본 발명의 실시예 4에 따른 유기 발광 소자(4000)의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3b는 본 발명의 실시예 4에 따른 제1 발광유닛(4100)에서 전자의 이동 경로에 해당하는 각 층의 LUMO 에너지 레벨을 나타낸 LUMO 에너지 다이어그램이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 다양한 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 다양한 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 다양한 실시예는 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.
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 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 다양한 실시예의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 다양한 실시예가 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
본 명세서에서 어떠한 층의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbitals Level) 에너지 레벨 및 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbitals Level) 에너지 레벨이라 함은, 해당 층에 도핑된 도펀트(Dopant) 물질의 LUMO 에너지 레벨 및 HOMO 에너지 레벨이라고 지칭하지 않는 한, 해당 층의 대부분의 중량비를 차지하는 물질, 예를 들어 호스트(Host) 물질의 LUMO 에너지 레벨 및 HOMO 에너지 레벨을 의미한다.
본 명세서에서 HOMO 에너지 레벨이란, 전극 전위값을 알고 있는 기준 전극에 대한, 상대적인 전위값으로부터 에너지 준위를 결정하는, CV(Cyclic Voltqammetry) 법으로 측정한 에너지 레벨일 수 있다. 예를 들어, 산화 전위값 및 환원 전위값을 아는 Ferrocene을 기준 전극으로 하여 어떠한 물질의 HOMO 에너지 레벨을 측정할 수 있다.
본 명세서에서 '도핑된'이란, 어떤 층의 대부분의 중량비를 차지하는 물질에, 대부분의 중량비를 중량비를 차지하는 물질과 다른 물성(서로 다른 물성이란, 예를 들어, N-타입과 P-타입, 유기물질과 무기물질)을 가지는 물질이 중량비 10 % 미만으로 첨가가 되어 있음을 의미한다. 달리 말하면, '도핑된'층이란, 어떤 층의 호스트 물질과 도펀트 물질을 중량비의 비중을 고려하여 분별해 낼 수 있는 층을 의미한다. 그리고 '비도핑된'이란, 도핑된'에 해당하는 경우 이외의 모든 경우를 칭한다. 예를 들어, 어떤 층이 단일 물질로 구성되었거나, 서로 성질이 동일 유사한 물질들이 혼합되어 구성되는 경우, 그 층은'비도핑된'층에 포함된다. 예를 들어, 어떤 층을 구성하는 물질들 중 적어도 하나가 P-타입이고, 그 층을 구성하는 물질 모두가 N-타입이 아니라면, 그 층은 '비도핑된'층에 포함된다. 예를 들어, 어떤 층을 구성하는 물질들 중 적어도 하나가 유기 물질이고, 그 층을 구성하는 물질 모두가 무기 물질은 아니라면, 그 층은 '비도핑된'층에 포함된다. 예를 들어, 어떤 층을 구성하는 물질들이 모두 유기 물질인데, 그 층을 구성하는 물질들 중 적어도 어느 하나가 N-타입이고 또 다른 적어도 어느 하나가 P-타입인 경우에, N-타입인 물질이 중량비 10 % 미만이거나 또는 P-타입인 물질이 중량비 10% 미만인 경우에 '도핑된'층에 포함된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1a는 본 발명의 실시예 1에 따른 유기 발광 소자(1000)의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 1a를 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 유기 발광 소자(1000)는 서로 대향하여 이격된 양극(AD)과 음극(CT) 사이에, 제1 정공 주입층(1120), 제1 정공 수송층(1130), 제1 유기 발광층(1140), 제1 전자 조절층(1150) 및 제1 전자 수송층(1160)을 포함하는 제1 발광유닛(1100)을 포함한다.
양극(AD)과 음극(CT)에 의해, 실시예 1의 유기 발광 소자(1000)에 전기장이 형성된다. 양극(AD)은 실시예 1의 유기 발광 소자(1000)에 정공을 공급하는 애노드(Anode)이다. 양극(AD)은 일함수가 높은 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 양극(AD)은 틴 옥사이드(Tin Oxide; TO), 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO), 인듐 징크 옥사이드(Indium Zinc Oxide; IZO), 인듐 틴 징크 옥사이드(Indium Tin Zinc Oxide; ITZO) 등과 같은 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 실시예 1의 유기 발광 소자(1000)가 음극(CT) 방향으로 광이 방출하는, 이른바 탑 에미션(Top-emission) 방식의 유기 발광 장치에 적용되는 경우, 유기 발광 소자(1000)는 양극(AD)에 은(Ag) 또는 은 합금(Ag alloy)과 같은 반사성이 우수한 물질로 이루어지는 반사층을 더 포함할 수 있다. 즉, 양극(AD)은 제1 유기 발광층(1140)에서 발생한 광을 반사할 수 있다.
음극(CT)은 실시예 1의 유기 발광 소자(1000)에 전자를 공급하는 캐소드(Cathod)이다. 음극(CT)은 일함수가 낮은 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 음극(CT)은 TCO(Transparent Conductive Oxide)와 같은 투명 도전 물질일 수 있다. 예를 들어, 음극(CT)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide) 등으로 이루어질 수 있다. 또는, 음극(CT)은 마그네슘(Mg), 은(Ag), 알루미늄(Al), 칼슘(Ca) 등과 같은 불투명 도전성 금속 및 이들의 합금으로 이루어진 군 중 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 음극(CT)은 마그네슘(Mg)과 은(Ag)의 합금(Mg:Ag)으로 이루어질 수 있다. 또는, 음극(CT)은 TCO(Transparent Conductive Oxide), ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide)와 금속성 물질인 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 마그네슘(Mg) 등의 두 개의 층으로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 실시예 1의 유기 발광 소자(1000)가 탑 에미션(Top-emission) 방식의 유기 발광 장치에 적용되는 경우, 유기 발광 소자 내부에서 발생된 광이 음극(CT)을 통과하여 외부로 출사될 수 있도록, 음극(CT)은 투명성 또는 반투과성을 가질 수 있다.
제1 정공 주입층(1120)은 양극(AD)와 음극(CT) 사이에 전기장이 형성되면, 제1 정공 수송층(1130)으로 정공을 공급한다. 제1 정공 주입층(1120)은 제1 정공 주입 물질로 구성된다. 예를 들어, 제1 정공 주입 물질은 HATCN(2,4,5,8,9,11-hexaazatriphenylene-hexanitrile)(dipyrazino[2,3-f:2’,3’-h)quinoxaline-2,3,6,7,10.11-hexacarbonitrile), PEDOT(poly(3,4)-ethylenedioxythiophene), PANI(polyaniline), NPD(N,N’-bis(naphthalene-1-yl)-N,N’-bis(phenyl)-2,2’-dimethylbenzidine), MTDATA(4,4',4"-tris(3-methylphenylphenylamino)triphenylamine), CuPc(copper phthalocyanine), PEDOT/PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiphene, polystyrene sulfonate) 등으로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
제1 정공 수송층(1130)은 공급받은 정공을 제1 유기 발광층(1140)으로 전달한다. 제1 정공 수송층(1130)은 제1 정공 수송 물질로 구성된다. 양이온화 됨으로써(즉, 전자를 잃음으로써) 전기화학적으로 안정화되는 물질이 제1 정공 수송 물질일 수 있다. 또는, 안정한 라디칼 양이온을 생성하는 물질이 제1 정공 수송 물질일 수 있다. 또는, 방향족 아민(Aromatic Amine)을 포함함으로써, 양이온화 되기에 용이한 물질이 제1 정공 수송 물질일 수 있다. 예를 들어, 제1 정공 수송 물질은, NPD(N,N'-bis(naphthalene-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-2,2'-dimethylbenzidine), TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine), spiro-TAD(2,2',7,7'-tetrakis(N,N-dimethylamino)-9,9-spirofluorene) 및 MTDATA(4,4',4-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine) 중 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
제1 유기 발광층(1140)은 제1 정공 수송층(1130)과 제1 전자 수송층(1160) 사이에 배치된다. 유기 발광 소자(1000)는 제1 유기 발광층(1140) 내에서 정공-전자 결합에 의한 엑시톤이 형성되도록, 구성된다. 제1 유기 발광층(1140)은 일정한 색의 광을 발광할 수 있는 물질을 포함한다. 제1 유기 발광층(1140)은 호스트-도펀트 시스템(Host-Dopant system) 즉, 큰 중량비를 차지하는 제1 호스트 물질에 발광에 기여하는 제1 도펀트 물질이 2 % 이상 20 % 이하(즉, 소량)의 중량비를 차지하도록 도핑된 시스템을 가질 수 있다. 제1 유기 발광층(1140)은 적색광을 발광할 수도 있고, 녹색광을 발광할 수도 있고, 청색광을 발광할 수도 있고, 황색-녹색 광을 발광할 수도 있으나 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 제1 유기 발광층(1140)은 제1 적색 유기 발광층, 제1 녹색 유기 발광층 및 제1 청색 유기 발광층을 포함할 수 있다. 이로써, 양극(AD)와 음극(CT) 사이에 제1 적색 유기 발광층이 위치하는 부분을 적색 서브 유기 발광 소자(1000_R)라고 할 수 있다. 그리고, 양극(AD)와 음극(CT) 사이에 제1 녹색 유기 발광층이 위치하는 부분을 녹색 서브 유기 발광 소자(1000_G)라고 할 수 있다. 그리고, 양극(AD)와 음극(CT) 사이에 제1 청색 유기 발광층이 위치하는 부분을 청색 서브 유기 발광 소자(1000_B)라고 할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예 1에 따른 유기 발광 소자(1000)는 적색 서브 유기 발광 소자(1000_R), 녹색 서브 유기 발광 소자(1000_G) 및 청색 서브 유기 발광 소자(1000_B)를 포함함으로써 풀-컬러를 구현할 수 있다.
본 발명의 실시예 1에 따른 유기 발광 소자(1000)는 아웃 커플링 효과에 의해 외부 양자 효율을 증대시키기 위하여, (1) 적색 서브 유기 발광 소자(1000_R)는, 그로부터 방출되는 적색광의 보강 간섭을 위한 소자 두께를 가지고, (2) 녹색 서브 유기 발광 소자(1000_G)는, 그로부터 방출되는 녹색광의 보강 간섭을 위한 소자 두께를 가지고, (1) 청색 서브 유기 발광 소자(1000_B)는, 그로부터 방출되는 청색광의 보강 간섭을 위한 소자 두께를 가질 수 있다. 이에 따라, 적색 서브 유기 발광 소자(1000_R)의 두께보다 녹색 서브 유기 발광 소자(1000_G)의 두께가 더 얇고, 녹색 서브 유기 발광 소자(1000_G)의 두께보다 청색 서브 유기 발광 소자(1000_B)의 두께가 더 얇음으로써, 본 발명의 실시예 1에 따른 유기 발광 소자(1000)는, 적색 서브 유기 발광 소자(1000_R), 녹색 서브 유기 발광 소자(1000_G) 및 청색 서브 유기 발광 소자(1000_B) 중 청색 서브 유기 발광 소자(1000_B)의 두께가 가장 얇을 수 있다.
제1 적색 유기 발광층(1141)이 적색광을 발광하는 경우, 제1 적색 유기 발광층(1141)에 포함된 호스트 물질은 적색 호스트 물질이다. 적색 호스트 물질은, MADN(2-methyl-9,10-di(2-naphthyl) anthracene)과 같은 안트라센(Anthracene) 유도체 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 또한, 후술할 제1 전자 수송층(1160) 사용되는 물질이 적색 호스트 물질로 사용될 수도 있다. 이 때, 적색 호스트 물질은 NPD(N,N'-bis(naphthalene-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-2,2'-dimethylbenzidine), TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine), spiro-TAD(2,2',7,7'-tetrakis(N,N-dimethylamino)-9,9-spirofluorene), MTDATA(4,4',4-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine), Alq3(Tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), Liq(8-hydroxyquinolinolato-lithium), PBD(2-(4-biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4oxadiazole), TAZ(3-(4-biphenyl)4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole), spiro-PBD, 및 BAlq(bis(2-methyl-8-quinolinolate)-4-(phenylphenolato)aluminium), SAlq, TPBi(2,2',2-(1,3,5-benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole), 옥사디아졸(Oxadiazole) 유도체, 트리아졸(Triazole) 유도체, 페난트롤린(Phenanthroline) 유도체, 벤즈옥사졸(Benzoxazole) 유도체 또는 벤즈티아졸(Benzthiazole) 유도체 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
적색 호스트 물질에 적색 도펀트 물질이 도핑될 수 있다. 이 때 적색 도펀트 물질은, Ir(ppy)3 (Tris(2-phenylpyridine)iridium), PIQIr(acac)(bis(1-phenylisoquinoline) acetylacetonate iridium), PQIr(acac)(bis(1-phenylquinoline) acetylacetonate iridium), PQIr(Tris(1-phenylquinoline) iridium) Ir(piq)3(Tris(1-phenylisoquinoline)iridium), Ir(piq)2(acac)(bis(1-phenylisoquinoline)(acetylacetonate)iridium)와 같은 이리듐(Ir) 리간드 착물, PtOEP(Octaethylporphyrinporphine platinum) PBD:Eu(DBM)3(Phen), DCJTB(4-(dicyanomethylene)-2-tert-butyl-6-(1,1,7,7-tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H) 와 같은 피란(Pyran) 유도체, 보론(Boron) 유도체 또는 페릴렌(Perylene) 유도체 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
제1 녹색 유기 발광층(1142)이 녹색광을 발광하는 경우, 제1 녹색 유기 발광층(1142)에 포함된 호스트 물질은 녹색 호스트 물질이다. 녹색 호스트 물질은, TBSA(9,10-bis[(2",7"-di-t-butyl)-9',9"-spirobifluorenyl]anthracene), ADN(9,10-di(naphth-2-yl)anthracene)과 같은 안트라센(Anthracene) 유도체 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 또한, 후술할 제1 전자 수송층(1160) 사용되는 물질이 녹색 호스트 물질로 사용될 수도 있다. 이 때, 녹색 호스트 물질은 NPD(N,N'-bis(naphthalene-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-2,2'-dimethylbenzidine), TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine), spiro-TAD(2,2',7,7'-tetrakis(N,N-dimethylamino)-9,9-spirofluorene), MTDATA(4,4',4-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine), Alq3(Tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), Liq(8-hydroxyquinolinolato-lithium), PBD(2-(4-biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4oxadiazole), TAZ(3-(4-biphenyl)4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole), spiro-PBD, 및 BAlq(bis(2-methyl-8-quinolinolate)-4-(phenylphenolato)aluminium), SAlq, TPBi(2,2',2-(1,3,5-benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole), 옥사디아졸(Oxadiazole) 유도체, 트리아졸(Triazole) 유도체, 페난트롤린(Phenanthroline) 유도체, 벤즈옥사졸(Benzoxazole) 유도체 또는 벤즈티아졸(Benzthiazole) 유도체 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
녹색 호스트 물질에 녹색 도펀트 물질이 도핑될 수 있다. 이 때 녹색 도펀트 물질은, Ir(ppy)3(Tris(2-phenylpyridine)iridium)을 포함하는 이리듐(Ir) 리간드 착물, 또는 Alq3(Tris(8-hydroxyquinolino)aluminum)중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
제1 청색 유기 발광층(1143)이 청색광을 발광하는 경우, 제1 청색 유기 발광층(1143)에 포함된 호스트 물질은 청색 호스트 물질이다. 청색 호스트 물질은, TBSA (9,10-bis[(2",7"-di-t-butyl)-9',9"-spirobifluorenyl]anthracene), , Alq3(Tris(8-hydroxy-quinolino)aluminum), ADN(9,10-di(naphth-2-yl)anthracene)와 같은 안트라센(anthracene) 유도체, BSBF(2-(9,9-spirofluoren-2-yl)-9,9-spirofluorene), CBP (4,4'-bis(carbazol-9-yl)biphenyl), spiro-CBP(2,2',7,7'-tetrakis(carbazol-9-yl)-9,9'-spirobifluorene), mCP 및 TcTa (4,4',4-tris(carbazoyl-9-yl)triphenylamine) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
청색 호스트 물질에 청색 도펀트 물질이 도핑될 수 있다. 청색 도펀트 물질은 인광 물질이거나 형광 물질일 수 있다. 이 때 청색 도펀트 물질은, 아릴 아민계 화합물이 치환된 파이렌(Pyrene), FIrPic(bis(3,5-difluoro-2-(2-pyridyl)phenyl-(2-carboxyprdidyl)iridium), Ir(ppy)3 (Tris(2-phenylpyridine)iridium)을 포함하는 이리듐(Ir) 리간드 착물, spiro-DPVBi, spiro-6P, spiro-BDAVBi(2,7-bis[4-(diphenylamino)styryl]-9,9'-spirofluorene), 디스틸벤젠(distyryl benzene, DSB), 디스트릴아릴렌(distyryl arylene, DSA), 폴리플루오렌(polyfluorene, PFO)계 고분자 및 폴리파라페닐렌비닐렌(poly(p-phenylene vinylene), PPV)계 고분자 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
제1 전자 조절층(1150)은 제1 유기 발광층(1140)과 음극(CT) 사이에 위치하고, 제1 유기 발광층(1140)의 일 면과 직접 접함으로써, 계면을 형성한다. 제1 전자 조절층(1150)은 제1 전자 조절 물질로 구성된다. 음이온화 됨으로써(즉, 전자를 얻음으로써) 전기화학적으로 안정화되는 물질이 제1 전자 조절 물질일 수 있다. 또는, 안정한 라디칼 음이온을 생성하는 물질이 제1 전자 조절 물질일 수 있다. 또는, 헤테로사이클릭 링(Heterocyclic Ring)을 포함함으로써, Hetero 원자에 의해 음이온화되기에 용이한 물질이 제1 전자 조절 물질일 수 있다. 예를 들어, 제1 전자 조절 물질은, Alq3(Tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), Liq(8-hydroxyquinolinolato-lithium), PBD(2-(4-biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4oxadiazole), TAZ(3-(4-biphenyl)4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole), spiro-PBD, 및 BAlq(bis(2-methyl-8-quinolinolate)-4-(phenylphenolato)aluminium), SAlq, TPBi(2,2',2-(1,3,5-benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole), 옥사디아졸(Oxadiazole), 트리아졸(Triazole), 페난트롤린(Phenanthroline), 벤족사졸(Benzoxazole) 또는 벤즈티아졸(Benzthiazole) 중 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 제1 전자 조절층(1150)은, LUMO 에너지 레벨이 -2.38 eV 인 제1 전자 조절 물질을 포함하면서, 전자 이동도가 1.01*10-4 cm2/V·s 일 수 있다. 또는, 제1 전자 조절층(1150)은, LUMO 에너지 레벨이 -2.45 eV 인 제1 전자 조절 물질을 포함하면서, 전자 이동도가 3.80*10-4 cm2/V·s 일 수 있다. 또는, 제1 전자 조절층(1150)은, LUMO 에너지 레벨이 -2.95 eV인 제1 전자 조절 물질을 포함하면서, 전자 이동도가 1.51*10-5 cm2/V·s 일 수 있다.
제1 전자 수송층(1160)은 음극(CT)으로부터 전자를 공급받는다. 그리고 제1 전자 수송층(1160)은 공급받은 전자를 제1 유기 발광층(1140)으로 전달한다. 제1 전자 수송층(1160)은 제1 전자 수송 물질로 구성된다. 음이온화 됨으로써(즉, 전자를 얻음으로써) 전기화학적으로 안정화되는 물질이 제1 전자 수송 물질일 수 있다. 또는, 안정한 라디칼 음이온을 생성하는 물질이 제1 전자 수송 물질일 수 있다. 또는, 헤테로사이클릭 링(Heterocyclic Ring)을 포함함으로써, Hetero 원자에 의해 음이온화되기에 용이한 물질이 제1 전자 수송 물질일 수 있다. 제1 전자 수송층(1160)은 복수의 제1 전자 수송 물질들이 혼합되어 구성될 수도 있다. 예를 들어, 제1 전자 수송 물질은, Alq3(Tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), Liq(8-hydroxyquinolinolato-lithium), PBD(2-(4-biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4oxadiazole), TAZ(3-(4-biphenyl)4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole), spiro-PBD, 및 BAlq(bis(2-methyl-8-quinolinolate)-4-(phenylphenolato)aluminium), SAlq, TPBi(2,2',2-(1,3,5-benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole), 옥사디아졸(Oxadiazole), 트리아졸(Triazole), 페난트롤린(Phenanthroline), 벤족사졸(Benzoxazole) 또는 벤즈티아졸(Benzthiazole) 중 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 실시예 1에 따른 유기 발광 소자(1000)는, 전자가 제1 전자 수송층(1160)에서 이동하는 속도보다 제1 전자 조절층(1150)에서 이동하는 속도가 더 빠르도록 구성된다. 이를 위하여, 제1 전자 수송층(1160)을 구성하는 제1 전자 수송 물질과, 제1 전자 조절층(1150)을 구성하는 제1 전자 조절 물질은 서로 다르다. 또는, 제1 전자 수송층(1160)을 구성하는 복수의 제1 전자 수송 물질들의 조합과, 제1 전자 조절층(1150)을 구성하는 복수의 제1 전자 조절 물질들의 조합은 서로 다르다. 그리고, 제1 전자 수송층(1160)의 전자 이동도는 제1 전자 조절층(1150)의 전자 이동도보다 작다. 예를 들어, 제1 전자 수송 물질의 전자 이동도는 제1 전자 조절 물질의 전자 이동도보다 작다.
일반적으로 유기 발광 소자를 설계함에 있어 아웃 커플링 효과를 통해 발광 효율을 극대화하고자 할 경우에는, 유기 발광층이 유기 발광 소자 내부의 어느 위치에 배치되는지가 관건이다. 이에, 보강 간섭의 광학적 조건을 고려하여 유기 발광 소자를 설계한다. 이 때, 유기 발광층으로부터 양극까지의 거리와, 유기 발광층으로부터 음극까지의 거리가 서로 다르게 된다. 예를 들어, 유기 발광층으로부터 양극까지의 거리가 유기 발광층으로부터 음극까지의 거리보다 더 길 수 있다. 또한, 적색광, 녹색광 및 척색광은 각기 광의 파장이 서로 다르기 때문에, 보강 간섭의 광학적 조건 역시 서로 다르다. 따라서 유기 발광 소자가 적색 서브 유기 발광 소자, 녹색 서브 유기 발광 소자 및 청색 서브 유기 발광 소자를 포함하는 경우에, 적색 유기 발광층에서부터 양극까지의 거리와, 녹색 유기 발광층에서부터 양극까지의 거리와, 청색 유기 발광층에서부터 양극까지의 거리는 서로 다르다. 구체적으로는, (1) 청색 서브 유기 발광 소자의 두께가, 적색 서브 유기 발광 소자의 두꼐와 녹색 서브 유기 발광 소자의 두께보다 얇고, (2) 청색 유기 발광층으로부터 양극까지의 거리가, 적색 유기 발광층으로부터 양극까지의 거리 또는 녹색 유기 발광층으로부터 양극까지의 거리보다 짧다.
청색 유기 발광층으로부터 양극까지의 거리가 짧다는 것은, 정공이 청색 유기 발광층으로 도달하는 시간이 짧게 걸린다는 것을 의미한다. 즉, 청색 유기 발광층에서 양극까지의 거리가 짧음에 따라 정공이 청색 유기 발광층에 빠르게 도달한다. 이에 따라, 리컴비네이션 존이 청색 유기 발광층 내부에서도 중앙이 아니라, 음극 방향으로 치우쳐서 형성되거나 청색 유기 발광층의 음극 방향의 계면에 걸쳐 형성되는 현상이 발생할 수 있다. 유기 발광 소자에서 리컴비네이션 존이 청색 유기 발광층 내부로부터 약간 비껴 형성됨으로써, 엑시톤의 일부가 빛에너지로 전환되지 못하고 열에너지로 전환됨에 따라 발광에 기여하지 못한다. 이로써 유기 발광 소자의 발광 효율이 저하된다.
전술한 현상을 보완하기 위하여, 본 발명의 발명자들은 리컴비네이션 존의 형성 영역을 음극 방향으로부터 양극 방향으로 끌어당겨 주는 것이 필요함을 인식하였다. 따라서, 본 발명의 실시예 1의 유기 발광 소자(1000)는 정공이 제1 유기 발광층(1140)에 빨리 도달하는 만큼, 전자 역시 제1 유기 발광층(1140)에 빨리 도달하도록 구성된다. 구체적으로, 본 발명의 실시예 1에 따른 유기 발광 소자(1000)는, 제1 전자 수송층(1160)의 전자 이동도보다 높은 전자 이동도를 가지는 제1 전자 조절층(1150)이 제1 유기 발광층(1140)과 제1 전자 수송층(1160) 사이에 배치된다. 제1 전자 조절층(1150)이 일종의 부스터 역할을 함으로써, 전자가 제1 유기 발광층(1140)에 보다 빨리 도달하게 된다. 따라서, 전자와 정공이 결합하여 형성되는 영역인 리컴비네이션 존이 제1 유기 발광층(1140) 내부에 온전하게 위치할 수 있고, 엑시톤에 의한 광에너지 발생이 보다 효과적으로 이루어질 수 있다.
전술한 효과는 특히 청색 서브 유기 발광 소자(1000_B)에서 극대화되는데, 적색 서브 유기 발광 소자(1000_R)나 녹색 서브 유기 발광 소자(1000_G)는 청색 서브 유기 발광 소자(1000_B)보다 상대적으로 두껍기 때문에, 제1 전자 조절층(1150)이 충분히 얇다면, 제1 전자 조절층(1150)으로써 청색 서브 유기 발광 소자(1000_B)의 리컴비네이션 존을 최적화 하여도 적색 서브 유기 발광 소자(1000_R)나 녹색 서브 유기 발광 소자(1000_G)에는 큰 영향을 미치지 않는다. 따라서, 실시예 1의 유기 발광 소자(1000)는 제1 유기 발광층(1140)의 일면 전체가 제1 전자 조절층(1150)이 서로 직접 접하여 계면을 형성한다. 달리 말하여, 제1 적색 유기 발광층(1141), 제1 녹색 유기 발광층(1142) 및 제1 청색 유기 발광층(1143)이 모두 제1 전자 조절층(1150)과 계면을 형성한다. 이로써, 적색 서브 유기 발광 소자(1000_R), 녹색 서브 유기 발광 소자(1000_G) 및 청색 서브 유기 발광 소자(1000_B) 중 일부 서브 유기 발광 소자에서만 제1 전자 조절층(1150)과의 계면이 존재하도록 제작할 필요가 없다. 따라서, 제1 전자 조절층(1150)의 형성을 위하여 미세 패턴의 마스크(Fine metal mask)를 사용할 필요가 없다. 결국, 본 발명의 실시예 1의 유기 발광 소자(1000)는 서브 유기 발광 소자 단위로 정렬(Align)을 맞추어 주어야 하는 어려움이 제거되어 비교적 손쉬운 공정으로 제작할 수 있다.
청색 서브 유기 발광 소자(1000_B)에서의 리컴비네이션 존의 최적화를 고려하여 제1 전자 조절층(1150)을 배치함에 있어 적색 서브 유기 발광 소자(1000_R)나 녹색 서브 유기 발광 소자(1000_G)에는 큰 영향을 미치지 않도록, 예를 들어, 제1 전자 조절층(1150)의 두께를 청색 서브 유기 발광 소자(1000_B)의 두께의 3% 초과 5% 미만이 되도록 구성할 수 있다. 제1 전자 조절층(1150)의 두께가 청색 서브 유기 발광 소자(1000_B)의 두께의 3% 이하인 경우에는, 전술한 효과가 청색 서브 유기 발광 소자(1000_B)에 발생하지 않는다. 따라서, 제1 전자 조절층(1150)의 두께는 적어도 청색 서브 유기 발광 소자(1000_B)의 두께의 3% 초과의 값을 가질 수 있다. 그리고, 제1 전자 조절층(1150)의 두께가 청색 서브 유기 발광 소자(1000_B)의 두께의 5% 이상인 경우에는, 적색 서브 유기 발광 소자(1000_R) 및 녹색 서브 유기 발광 소자(1000_G)의 각 리컴비네이션 존의 위치가 최적 위치로부터 변동이 발생하여 발광 효율이 저하될 수 있다. 구체적으로, 제1 전자 조절층(1150)의 두께가 청색 서브 유기 발광 소자(1000_B)의 두께의 5% 이상이 되지 않으면, 제1 적색 유기 발광층(1141)에서부터 음극(CT)까지의 거리가 제1 전자 조절층(1150)에 의해 약간 증가하더라도, 제1 적색 유기 발광층(1141) 내부에 형성되는 리컴비네이션 존의 위치가 변동되지는 않는다. 또는, 제1 전자 조절층(1150)의 두께가 청색 서브 유기 발광 소자(1000_B)의 두께의 5% 이상이 되지 않으면, 제1 적색 유기 발광층(1141)에서부터 음극(CT)까지의 거리가 제1 전자 조절층(1150)의 추가에도 불구하고 증가하지는 않으나 제1 전자 조절층(1150)의 빠른 전자 이동도에 의해 전자가 보다 빨리 제1 적색 유기 발광층(1141)에 도달한다 하더라도, 제1 적색 유기 발광층(1141) 내부에 형성되는 리컴비네이션 존의 위치가 변동되지는 않는다. 그런데, 제1 전자 조절층(1150)의 두께가 청색 서브 유기 발광 소자(1000_B)의 두께의 5% 이상이 되면, 제1 청색 유기 발광층(1143) 내부에 형성되는 리컴비네이션 존의 위치뿐만 아니라, 제1 적색 유기 발광층(1141) 내부에 형성되는 리컴비네이션 존의 위치마저도 변동된다. 이로 인해 유기 발광 소자(1000)의 발광 효율이 저감될 수 있고, 열에너지로 전환되는 엑시톤의 양이 증가하여 계면 열화가 가속될 수 있고, 구동 전압도 증가할 수 있다. 따라서, 제1 전자 조절층(1150)의 두께는 적어도 청색 서브 유기 발광 소자(1000_B)의 두께의 5% 미만의 값을 가질 수 있다.
다음에서 도 1b를 참조하여 제1 유기 발광층(1140), 제1 전자 조절층(1150) 및 제1 전자 수송층(1160)의 관계에 대해서 후술한다.
도 1b는 본 발명의 실시예 1에 따른 제1 발광유닛(1100)에서, 전자의 이동 경로에 해당하는 각 층의 LUMO 에너지 레벨을 나타낸 LUMO 에너지 다이어그램이다. 본 발명의 실시예 1에 따른 유기 발광 소자(1000)는, 제1 전자 수송층(1160)에서 제1 유기 발광층(1140)으로 전자가 이동할 때 전자의 에너지 장벽이 최소화되도록 설계된다. 구체적으로, 제1 유기 발광층(1140)과 제1 전자 조절층(1150)이 서로 접하여 계면을 형성하는 경우, 제1 전자 조절층(1150)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값은 제1 유기 발광층(1140)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값보다 작다. 그리고, 제1 전자 조절층(1150)과 제1 전자 수송층(1160)이 서로 접하여 계면을 형성하는 경우, 제1 전자 수송층(1160)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값은 제1 전자 조절층(1150)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값보다 작거나 같다. 즉, 제1 전자 수송층(1160)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값은 제1 전자 조절층(1150)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값보다 작거나 같고, 제1 전자 조절층(1150)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값은 제1 유기 발광층(1140)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값보다 작다. 이 때, 제1 유기 발광층(1140)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값이란, 제1 유기 발광층(1140)에 포함되는 호스트 물질의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값일 수 있다.
유기 발광 소자에 전기장이 가해지면, 전자는 유기 발광 소자의 LUMO 에너지 레벨을 따라 이동한다. 이 때, 전자는 LUMO 에너지 레벨이 더 높은 곳에서 LUMO 에너지 레벨이 더 낮은 곳으로 이동하는 경우가, 그 반대 방향으로 이동하는 경우 대비하여 보다 용이하다. 즉, 전자는 LUMO 에너지 레벨의 절댓값이 더 작은 곳에서 LUMO 에너지 레벨의 절댓값이 더 큰 곳으로 이동하는 것이, 그 반대로 이동하는 것보다 용이하다. 예를 들어, 전자가 LUMO 에너지 레벨이 더 높은 곳에서 LUMO 에너지 레벨이 더 낮은 곳으로 이동할 때에는 에너지 장벽이 없다고 볼 수 있다. 가능한 이러한 에너지 장벽을 줄이는 것이 (1) 전자 이동의 원활성의 측면에서, 그리고 (2) 계면 열화 요인인, 계면 발열의 감소 측면에서 유리하다.
제1 유기 발광층(1140)의 복수의 호스트 물질들(즉, 적색 호스트 물질, 녹색 호스트 물질 및 청색 호스트 물질들)의 각 LUMO 에너지 레벨의 절댓값은 모두, 제1 전자 조절층(1150)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값보다 큼으로써, 전자가 제1 전자 조절층(1150)으로부터 제1 유기 발광층(1140)으로 원활하게 이동할 수 있다. 그리고, 제1 전자 조절층(1150)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값은 제1 전자 수송층(1160)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값보다 크거나 같음으로써, 전자가 제1 전자 수송층(1160)으로부터 제1 전자 조절층(1150)으로 원활하게 이동할 수 있다.
달리 말하여, 제1 유기 발광층(1140)의 LUMO 에너지 레벨, 제1 전자 조절층(1150)의 LUMO 에너지 레벨 및 제1 전자 수송층(1160)의 LUMO 에너지 레벨 중 제1 유기 발광층(1140)의 LUMO 에너지 레벨이 가장 낮고, 제1 전자 수송층(1160)의 LUMO 에너지 레벨이 가장 높을 수 있다. 이는 제1 유기 발광층(1140), 제1 전자 조절층(1150) 및 제1 전자 수송층(1160)이 반드시 서로 직접 접하여 계면을 형성하는 경우로 제한되지 않는다. 이로써, 실시예 1에 따른 유기 발광 소자(1000)는 제1 전자 수송층(1160)에서 제1 유기 발광층(1140)으로 전자가 이동함에 있어서 극복하여야 하는 에너지 장벽이 최소화된다. 에너지 장벽을 극복하는데 어려움 없이 전자가 제1 유기 발광층(1140)으로 이동함으로써, 유기 발광 소자(1000)의 구동 전압을 낮출 수 있다.
다음의 표 1을 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 유기 발광 소자(1000)는, 제1 전자 조절층(1150)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값이 제1 유기 발광층(1140)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값보다 제1 전자 수송층(1160)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값과 더 가깝도록 구성될 수 있다.
구동 전압 (V) 비교예
대비 발광 효율
변동율 (%)		 제1 전자 조절층 전자 이동도
(cm2/V·s)		 제1 유기 발광층
LUMO
( - eV )		 제1 전자 조절층
LUMO
( - eV )		 제1 전자 수송층
LUMO
( - eV )
비교예 4.5 V 100 % - 3.0 - 2.24
실시예1_1 4.4 V 110 % 1.01*10-4 3.0 2.38 2.24
실시예1_2 4.4 V 105 % 3.80*10-4 3.0 2.45 2.24
비교예는 제1 전자 조절층(1150)이 삽입되지 않은 일반적인 유기 발광 소자이고, 실시예 1_1과 실시예 1_2는 제1 전자 조절층(1150)이 삽입된 유기 발광 소자(1000)이다. 실시예 1_1과 실시예 1_2는 제1 전자 조절층(1150)의 구성을 제외하고는 모두 동일하다. 즉 즉, 실시예 1_1의 제1 전자 조절층(1150)은, LUMO 에너지 레벨이 -2.38 eV 인 제1 전자 조절 물질을 포함하면서, 전자 이동도가 1.01*10-4 cm2/V·s 이다. 또한, 실시예 1_2의 제1 전자 조절층(1150)은, LUMO 에너지 레벨이 -2.45 eV 인 제1 전자 조절 물질을 포함하면서, 전자 이동도가 3.80*10-4 cm2/V·s 이다. 다시 말해, 실시예 1_1과 실시예 1_2는 모두 제1 전자 수송층(1160)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값은 제1 전자 조절층(1150)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값보다 작거나 같고, 제1 전자 조절층(1150)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값은 제1 유기 발광층(1140)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값보다 작은 경우에 해당한다. 실시예 1_1과 실시예 1_2는 모두 비교예에 비하여 구동 전압 및 발광 효율이 개선되었음을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 1_1의 제1 전자 조절층(1150)의 전자 이동도가, 실시예 1_2의 제1 전자 조절층(1150)의 전자 이동도에 비하여 약간 작음에도 불구하고, 실시예 1_1의 발광 효율이 실시예 1_2 대비하여 더 우수한 것을 알 수 있다. 제1 전자 조절층(1150)의 LUMO 에너지 레벨이 실시예 1_2의 제1 전자 조절층(1150)의 LUMO 에너지 레벨보다 더 제1 전자 수송층의 LUMO 에너지 레벨에 가깝게 구성됨에 따라, 제1 유기 발광층(1140)에 도달한 전자가 제1 전자 조절층(1150)으로 역행할 확률이 줄어들기 때문이다. 따라서, 본 발명의 실시예 1에 따른 유기 발광 소자(1000)는 제1 전자 조절층(1150)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값이 제1 유기 발광층(1140)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값보다 제1 전자 수송층(1160)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값과 더 가까울 수 있으며, 이로써 보다 우수한 전광 특성을 가진다.
도 2a는 본 발명의 실시예 2에 따른 유기 발광 소자(2000)의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 2a를 참조하면, 본 발명의 실시예 2에 따른 유기 발광 소자(2000)는 서로 대향하여 이격된 양극(AD)과 음극(CT) 사이에, 제1 정공 주입층(2120), 제1 정공 수송층(2130), 제1 유기 발광층(2140), 제1 전자 조절층(2150) 및 제1 전자 수송층(2160)을 포함하는 제1 발광유닛(2100)을 포함한다.
도 2a의 본 발명의 실시예 2에 따른 유기 발광 소자(2000)의 구성 요소들에는, 도 1a의 본 발명의 실시예 1에 따른 유기 발광 소자(1000)의 구성 요소들에 대한 설명이 동일하게 적용될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예 1에 따른 유기 발광 소자(1000)의 양극(AD), 음극(CT), 제1 정공 주입층(1120), 제1 정공 수송층(1130), 제1 유기 발광층(1140), 제1 적색 유기 발광층(1141), 제1 녹색 유기 발광층(1142), 제1 청색 유기 발광층(1143), 제1 전자 조절층(1150), 제1 전자 수송층(1160)에 대한 전술한 설명은, 각각 본 발명의 실시예 2에 따른 유기 발광 소자(2000)의 양극(AD), 음극(CT), 제1 정공 주입층(2120), 제1 정공 수송층(2130), 제1 유기 발광층(2140), 제1 적색 유기 발광층(2141), 제1 녹색 유기 발광층(2142), 제1 청색 유기 발광층(2143), 제1 전자 조절층(2150), 제1 전자 수송층(2160)에 대한 설명으로 적용된다. 따라서, 본 발명의 실시예 2에 따른 유기 발광 소자(2000)를 설명함에 있어, 전술한 설명과 중복되는 설명은 생략하고, 변형되거나 추가되는 부분에 대한 설명을 후술한다.
본 발명의 실시예 2에 따른 유기 발광 소자(2000)는, 제1 전자 수송층(2160)의 전자 이동도보다 높은 전자 이동도를 가지는 제1 전자 조절층(2150)이 제1 청색 유기 발광층(2143)과 제1 전자 수송층(2160) 사이에 배치된다. 청색 서브 유기 발광 소자(2000_B)에서 제1 전자 조절층(2150)이 일종의 부스터 역할을 함으로써, 전자가 제1 청색 유기 발광층(2140)에 보다 빨리 도달하게 된다. 따라서, 전자와 정공이 결합하여 형성되는 영역인 리컴비네이션 존이 제1 청색 유기 발광층(2143) 내부에 온전하게 위치할 수 있고, 엑시톤에 의한 광에너지 발생이 보다 효과적으로 이루어질 수 있다.
전술한 효과는 특히 소자의 두께가 얇은 청색 서브 유기 발광 소자(2000_B)에서 극대화된다. 따라서, 적색 서브 유기 발광 소자(2000_R)나 녹색 서브 유기 발광 소자(2000_G)에 영향을 미치지 않도록, 청색 서브 유기 발광 소자(2000_B)에만 제1 전자 조절층(2160)이 배치될 수 있다. 달리 말하여, 실시예 2의 유기 발광 소자(2000)는 제1 유기 발광층(2140)의 일면 중, 제1 청색 유기 발광층(2143)에 해당하는 일면만이, 제1 전자 조절층(2150)과 서로 직접 접하여 계면을 형성한다. 이로써, 제1 전자 조절층(2160)이 청색 서브 유기 발광 소자(2000_B)에 포함됨으로써 청색 서브 유기 발광 소자(2000_B)의 리컴비네이션 존을 최적화 하여도, 적색 서브 유기 발광 소자(2000_R)나 녹색 서브 유기 발광 소자(2000_G)에는 아무런 영향을 미치지 않는다. 즉, 제1 적색 유기 발광층(2141), 제1 녹색 유기 발광층(2142) 및 제1 청색 유기 발광층(2143) 중에서 제1 청색 유기 발광층(2143) 만이 제1 전자 조절층(2150)과 계면을 형성한다. 이로써, 적색 서브 유기 발광 소자(2000_R) 및 녹색 서브 유기 발광 소자(2000_G)의 리컴비네이션 존의 형성을 고려할 필요 없이, 오로지 청색 서브 유기 발광 소자(2000_B)의 리컴비네이션 존의 형성만을 고려하여 제1 전자 조절층(2150)을 구성할 수 있다.
청색 서브 유기 발광 소자(2000_B)에서의 리컴비네이션 존의 최적화를 고려하여 제1 전자 조절층(2150)을 배치함에 있어, 제1 전자 조절층(2150)의 두께를 청색 서브 유기 발광 소자(2000_B)의 두께의 3% 초과 5% 미만이 되도록 구성할 수 있다. 제1 전자 조절층(2150)의 두께가 청색 서브 유기 발광 소자(2000_B)의 두께의 3% 이하인 경우에는, 전술한 효과가 청색 서브 유기 발광 소자(2000_B)에 발생하지 않는다. 따라서, 제1 전자 조절층(2150)의 두께는 적어도 청색 서브 유기 발광 소자(2000_B)의 두께의 3% 초과의 값을 가질 수 있다. 그리고, 제1 전자 조절층(2150)의 두께가 청색 서브 유기 발광 소자(2000_B)의 두께의 5% 이상인 경우에는, 오히려 리컴비네이션 존이 제1 청색 유기 발광층(2143) 내부에서 양극 방향으로 치우쳐서 형성되거나, 제1 청색 유기 발광층(2143)의 양극 방향에서의 계면에 걸쳐서 형성될 수 있다. 이로 인해 유기 발광 소자(2000)의 발광 효율이 저감될 수 있고, 열에너지로 전환되는 엑시톤의 양이 증가하여 계면 열화가 가속될 수 있고, 구동 전압도 증가할 수 있다. 따라서, 제1 전자 조절층(2150)의 두께는 적어도 청색 서브 유기 발광 소자(2000_B)의 두께의 5% 미만의 값을 가질 수 있다.
다음에서 도 2b를 참조하여 제1 청색 유기 발광층(2143), 제1 전자 조절층(2150) 및 제1 전자 수송층(2160)의 관계에 대해서 후술한다.
도 2b는 본 발명의 실시예 2에 따른 제1 발광유닛(2100)에서, 전자의 이동 경로에 해당하는 각 층의 LUMO 에너지 레벨을 나타낸 LUMO 에너지 다이어그램이다. 본 발명의 실시예 2에 따른 유기 발광 소자(2000)는, 제1 전자 수송층(2160)에서 제1 청색 유기 발광층(2143)으로 전자가 이동할 때 전자의 에너지 장벽이 최소화되도록 설계된다. 구체적으로, 제1 청색 유기 발광층(2143)과 제1 전자 조절층(2150)이 서로 접하여 계면을 형성하는 경우, 제1 전자 조절층(2150)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값은 제1 청색 유기 발광층(2143)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값보다 작다. 그리고, 제1 전자 조절층(2150)과 제1 전자 수송층(2160)이 서로 접하여 계면을 형성하는 경우, 제1 전자 수송층(2160)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값은 제1 전자 조절층(2150)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값보다 작거나 같다. 즉, 제1 전자 수송층(2160)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값은 제1 전자 조절층(2150)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값보다 작거나 같고, 제1 전자 조절층(2150)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값은 제1 청색 유기 발광층(2143)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값보다 작다. 이 때, 제1 청색 유기 발광층(2143)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값이란, 제1 청색 유기 발광층(2143)에 포함되는 호스트 물질의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값일 수 있다.
제1 청색 유기 발광층(2143)의 청색 호스트 물질의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값은 제1 전자 조절층(2150)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값보다 큼으로써, 전자가 제1 전자 조절층(2150)으로부터 제1 청색 유기 발광층(2143)으로 원활하게 이동할 수 있다. 그리고, 제1 전자 조절층(2150)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값은 제1 전자 수송층(2160)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값보다 크거나 같음으로써, 전자가 제1 전자 수송층(2160)으로부터 제1 전자 조절층(2150)으로 원활하게 이동할 수 있다.
달리 말하여, 제1 청색 유기 발광층(2143)의 LUMO 에너지 레벨, 제1 전자 조절층(2150)의 LUMO 에너지 레벨 및 제1 전자 수송층(2160)의 LUMO 에너지 레벨 중 제1 청색 유기 발광층(2143)의 LUMO 에너지 레벨이 가장 낮고, 제1 전자 수송층(2160)의 LUMO 에너지 레벨이 가장 높을 수 있다. 이는 제1 청색 유기 발광층(2143), 제1 전자 조절층(2150) 및 제1 전자 수송층(2160)이 반드시 서로 직접 접하여 계면을 형성하는 경우로 제한되지 않는다. 이로써, 실시예 2에 따른 유기 발광 소자(2000)는 제1 전자 수송층(2160)에서 제1 청색 유기 발광층(2143)으로 전자가 이동함에 있어서 극복하여야 하는 에너지 장벽이 최소화된다. 에너지 장벽을 극복하는데 어려움 없이 전자가 제1 청색 유기 발광층(2143)으로 이동함으로써, 유기 발광 소자(2000)의 구동 전압을 낮출 수 있다.
도 3a는 본 발명의 실시예 3에 따른 유기 발광 소자(3000)의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 3a를 참조하면, 본 발명의 실시예 3에 따른 유기 발광 소자(3000)는 서로 대향하여 이격된 양극(AD)과 음극(CT) 사이에 제1 발광유닛(3100)과 제2 발광유닛(3200)을 포함한다. 제1 발광유닛(3100)은 제1 정공 주입층(3120), 제1 정공 수송층(3130), 제1 유기 발광층(3140), 제1 전자 조절층(3150) 및 제1 전자 수송층(3160)을 포함한다. 이 때, 제1 유기 발광층(3140)은 제1 적색 유기 발광층(3141), 제1 녹색 유기 발광층(3142), 제1 청색 유기 발광층(3143)을 포함한다. 그리고, 제2 발광유닛(3200)은 제2 정공 주입층(3220), 제2 정공 수송층(3230), 제2 유기 발광층(3240), 및 제2 전자 수송층(3260)을 포함한다. 이 때, 제2 유기 발광층(3240)은 제2 적색 유기 발광층(3241), 제2 녹색 유기 발광층(3242), 제2 청색 유기 발광층(3243)을 포함한다. 즉, 본 발명의 실시예 3에 따른 유기 발광 소자(3000)는 두 층 이상의 유기 발광층들(2140, 3240)이 적층돈 구조를 가진다.
도 3a의 본 발명의 실시예 3에 따른 유기 발광 소자(3000)는 도 1a의 본 발명의 실시예 1에 따른 유기 발광 소자(1000)의 변형 실시예이다. 즉, 도 3a의 실시예 3에 따른 유기 발광 소자(3000)는, 도 1a의 실시예 1에 따른 유기 발광 소자(1000)에 제2 발광유닛(3200)이 추가로 적층된 실시예이다.
실시예 3의 유기 발광 소자(3000)는 편의상 두 개의 발광유닛, 즉, 제1 발광유닛(3100)과 제2 발광유닛(3200)을 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 이에 제한되지 않으며, 세 개 이상의 발광유닛을 포함할 수 있다. 이 때, 제1 발광유닛(3100)은 실시예 1의 제1 발광유닛(1100)에 P-타입 전하 생성층(3110)이 추가된 발광유닛이다. 그리고, 제2 발광유닛(3200)은 실시예 1의 제1 발광유닛(1100)에 N-타입 전하 생성층(3270)이 추가되고 제1 전자 조절층(1150)이 삭제된 것이다. 따라서, 도 3a의 본 발명의 실시예 3에 따른 제1 발광유닛(3100)의 구성 요소들에는, 도 1a의 본 발명의 실시예 1에 따른 제1 발광유닛(1100)의 구성 요소들에 대한 설명이 동일하게 적용될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예 1에 따른 유기 발광 소자(1000)의 양극(AD), 음극(CT), 제1 정공 주입층(1120), 제1 정공 수송층(1130), 제1 유기 발광층(1140), 제1 적색 유기 발광층(1141), 제1 녹색 유기 발광층(1142), 제1 청색 유기 발광층(1143), 제1 전자 조절층(1150), 제1 전자 수송층(1160)에 대한 전술한 설명은, 각각 본 발명의 실시예 3에 따른 유기 발광 소자(3000)의 양극(AD), 음극(CT), 제1 정공 주입층(3120), 제1 정공 수송층(3130), 제1 유기 발광층(3140), 제1 적색 유기 발광층(3141), 제1 녹색 유기 발광층(3142), 제1 청색 유기 발광층(3143), 제1 전자 조절층(3150), 제1 전자 수송층(3160)에 대한 설명으로 적용된다. 그리고, 도 3a의 본 발명의 실시예 3에 따른 제2 발광유닛(3200)의 구성 요소들에는, 도 1a의 본 발명의 실시예 1에 따른 제1 발광유닛(1100)의 구성 요소들에 대한 설명이 동일하게 적용될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예 1에 따른 유기 발광 소자(1000)의 제1 정공 주입층(1120), 제1 정공 수송층(1130), 제1 유기 발광층(1140), 제1 적색 유기 발광층(1141), 제1 녹색 유기 발광층(1142), 제1 청색 유기 발광층(1143), 제1 전자 수송층(1160)에 대한 전술한 설명은, 각각 본 발명의 실시예 3에 따른 유기 발광 소자(3000)의 제2 정공 주입층(3220), 제2 정공 수송층(3230), 제2 유기 발광층(3240), 제2 적색 유기 발광층(3241), 제2 녹색 유기 발광층(3242), 제2 청색 유기 발광층(3243), 제2 전자 수송층(3260)에 대한 설명으로 적용된다. 따라서, 본 발명의 실시예 3에 따른 유기 발광 소자(3000)를 설명함에 있어, 전술한 설명과 중복되는 설명은 생략하고, P-타입 전하 생성층(3110)과 N-타입 전하 생성층(3270)과 같이 변형되거나 추가되는 부분에 대한 설명을 후술한다.
N-타입 전하 생성층(3270)은 제1 발광유닛(3100)의 제1 유기 발광층(3140)으로 전자를 주입한다. N-타입 전하 생성층(3270)은 N-타입 도펀트 물질 및 N-타입 호스트 물질을 포함할 수 있다. N-타입 도펀트 물질은 주기율표 상의 제1 족 및 제2 족의 금속 또는 전자 주입할 수 있는 유기물 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 예를 들어, N-타입 도펀트 물질은 알칼리 금속 및 알칼리 토금속 중 어느 하나일 수 있다. 즉, N-타입 전하 생성층은 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 또는 세슘(Cs)과 같은 알칼리 금속, 또는 마그네슘(Mg), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 또는 라듐(Ra)과 같은 알칼리 토금속으로 도핑된 유기층으로 이루어질 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. N-타입 호스트 물질은, 전자를 전달할 수 있는 물질, 예를 들어, Alq3(Tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), Liq(8-hydroxyquinolinolato-lithium), PBD(2-(4-biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4oxadiazole), TAZ(3-(4-biphenyl)4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole), spiro-PBD, 및 BAlq(bis(2-methyl-8-quinolinolate)-4-(phenylphenolato)aluminium), SAlq, TPBi(2,2’,2-(1,3,5-benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole), 옥사디아졸(Oxadiazole), 트리아졸(Triazole), 페난트롤린(Phenanthroline), 벤족사졸(Benzoxazole) 또는 벤즈티아졸(Benzthiazole) 중 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
P-타입 전하 생성층(3110)은 제2 발광유닛(3200)의 제2 유기 발광층(3240)으로 정공을 주입한다. P-타입 전하 생성층(3110)은 P-타입 도펀트 물질 및 P-타입 호스트 물질을 포함할 수 있다. P-타입 전하 생성층(3110)은 N-타입 전하 생성층(3270)과 계면을 형성한다. 즉, P-타입 전하 생성층(3110)은 N-타입 전하 생성층(3270)과 접합된 구조를 가진다. P-타입 도펀트 물질은 금속 산화물, 테트라플루오로-테트라시아노퀴노디메탄(F4-TCNQ), HAT-CN(Hexaazatriphenylene-hexacarbonitrile), 헥사아자트리페닐렌(Hexaazatriphenylene) 등과 같은 유기물 또는 V2O5, MoOx, WO3 등과 같은 산화 금속 물질로 이루어질 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. P-타입 호스트 물질은, 정공을 전달할 수 있는 물질, 예를 들어, NPD(N,N'-bis(naphthalene-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-2,2'-dimethylbenzidine), TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine) 및 MTDATA(4,4',4-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine) 중 어느 하나 이상을 포함하는 물질로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
실시예 1의 유기 발광 소자(1000)에서의 제1 전자 조절층(1150)과 마찬가지로, 본 발명의 실시예 3의 유기 발광 소자(3000)의 제1 전자 조절층(3150) 역시, 일종의 부스터 역할을 한다. 이로써, 전자가 제1 유기 발광층(3140)에 보다 빨리 도달하게 된다. 따라서, 전자와 정공이 결합하여 형성되는 영역인 리컴비네이션 존이 제1 유기 발광층(3140) 내부에 온전하게 위치할 수 있고, 엑시톤에 의한 광에너지 발생이 보다 효과적으로 이루어질 수 있다.
전술한 효과는 특히 청색 서브 유기 발광 소자(3000_B)에서 극대화되는데, 적색 서브 유기 발광 소자(3000_R)나 녹색 서브 유기 발광 소자(3000_G)는 청색 서브 유기 발광 소자(3000_B)보다 상대적으로 두껍기 때문에, 제1 전자 조절층(3150)이 충분히 얇다면, 제1 전자 조절층(3150)으로써 청색 서브 유기 발광 소자(3000_B)의 리컴비네이션 존을 최적화 하여도 적색 서브 유기 발광 소자(3000_R)나 녹색 서브 유기 발광 소자(3000_G)에는 큰 영향을 미치지 않는다. 따라서, 실시예 3의 유기 발광 소자(3000)는 제1 유기 발광층(3140)의 일면 전체가 제1 전자 조절층(3150)이 서로 직접 접하여 계면을 형성한다. 달리 말하여, 제1 적색 유기 발광층(3141), 제1 녹색 유기 발광층(3142) 및 제1 청색 유기 발광층(3143)이 모두 제1 전자 조절층(3150)과 계면을 형성한다. 이로써, 적색 서브 유기 발광 소자(3000_R), 녹색 서브 유기 발광 소자(3000_G) 및 청색 서브 유기 발광 소자(3000_B) 중 일부 서브 유기 발광 소자에서만 제1 전자 조절층(3150)과의 계면이 존재하도록 제작할 필요가 없다. 따라서, 제1 전자 조절층(3150)의 형성을 위하여 미세 패턴의 마스크(Fine metal mask)를 사용할 필요가 없다. 결국, 본 발명의 실시예 3의 유기 발광 소자(3000)는 서브 유기 발광 소자 단위로 정렬(Align)을 맞추어 주어야 하는 어려움이 제거되어 비교적 손쉬운 공정으로 제작할 수 있다.
본 발명의 실시예 3에 따른 유기 발광 소자(3000)는 보강 간섭의 광학적 조건을 고려하여 제1 유기 발광층(3140) 및 제2 유기 발광층(3240)의 위치가 결정될 수 있다. 이에 따라, 제1 발광유닛(3100)의 두께가 나머지 제2 발광유닛(3200)의 두께에 비하여 상대적으로 얇은 두께를 가지도록 구성될 수 있다. 제2 발광유닛(3200)에 비해 두께가 얇은 제1 발광유닛(3100)은, P-타입 전하 생성층(3110)으로부터 제1 유기 발광층(3140)까지의 거리가 충분히 길지 못하여 정공이 다소 빨리 제1 유기 발광층(3140)에 도달하게 된다. 이를 보완하기 위하여 부스터 역할을 하는 제1 전자 조절층(3150)을 제1 발광유닛(3110)에 배치한다. 이 때, 제2 발광유닛(3200)에 비해 두께가 얇은 제1 발광유닛(3100)은 제2 발광유닛(3200)보다 더 음극(CT)에 가까운 발광유닛일 수 있다. 달리 말하여, 복수의 유기 발광층들(3140, 3240) 중에서, 음극과 가장 가까운 유기 발광층이 제1 전자 조절층(3150)과 계면을 형성하는 유기 발광층일 수 있다. 즉, 제1 유기 발광층(3140)이 음극과 가장 가까운 유기 발광층이면서 제1 전자 조절층(3150)과 계면을 형성하는 유기 발광층일 수 있다.
이로써, 제1 발광유닛(3100)의 리컴비네이션 존이 제1 유기 발광층(3140)을 약간 비껴나 형성되는 문제를 최소화할 수 있다. 즉, 상대적으로 얇은 두께를 가지는 제1 발광유닛(3100)이 제1 전자 조절층(3150)을 포함함으로써, 전자와 정공이 제1 유기 발광층(3140) 내부에서 엑시톤이 형성되는 확률을 증가시킬 수 있다. 엑시톤의 형성 위치가 최적화되기 때문에, 열에너지로 무용하게 소실되는 엑시톤이 최소화되고 오히려 엑시톤의 빛에너지로의 전환이 최대치로 끌어올려 짐으로써, 유기 발광 소자(3000)의 발광 효율이 개선될 수 있다.
다음에서 도 3b를 참조하여 제1 유기 발광층(3140), 제1 전자 조절층(3150) 및 제1 전자 수송층(3160)의 관계에 대해서 후술한다.
도 3b는 본 발명의 실시예 3에 따른 제1 발광유닛(3100)에서, 전자의 이동 경로에 해당하는 각 층의 LUMO 에너지 레벨을 나타낸 LUMO 에너지 다이어그램이다. 본 발명의 실시예 3에 따른 유기 발광 소자(3000)는, 제1 전자 수송층(3160)에서 제1 유기 발광층(3140)으로 전자가 이동할 때 전자의 에너지 장벽이 최소화되도록 설계된다. 구체적으로, 제1 유기 발광층(3140)과 제1 전자 조절층(3150)이 서로 접하여 계면을 형성하는 경우, 제1 전자 조절층(3150)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값은 제1 유기 발광층(3140)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값보다 작다. 그리고, 제1 전자 조절층(3150)과 제1 전자 수송층(3160)이 서로 접하여 계면을 형성하는 경우, 제1 전자 수송층(3160)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값은 제1 전자 조절층(3150)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값보다 작거나 같다. 즉, 제1 전자 수송층(3160)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값은 제1 전자 조절층(3150)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값보다 작거나 같고, 제1 전자 조절층(3150)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값은 제1 유기 발광층(3140)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값보다 작다. 이 때, 제1 유기 발광층(3140)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값이란, 제1 유기 발광층(3140)에 포함되는 호스트 물질의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값일 수 있다.
유기 발광 소자에 전기장이 가해지면, 전자는 유기 발광 소자의 LUMO 에너지 레벨을 따라 이동한다. 이 때, 전자는 LUMO 에너지 레벨이 더 높은 곳에서 LUMO 에너지 레벨이 더 낮은 곳으로 이동하는 경우가, 그 반대 방향으로 이동하는 경우 대비하여 보다 용이하다. 즉, 전자는 LUMO 에너지 레벨의 절댓값이 더 작은 곳에서 LUMO 에너지 레벨의 절댓값이 더 큰 곳으로 이동하는 것이, 그 반대로 이동하는 것보다 용이하다. 예를 들어, 전자가 LUMO 에너지 레벨이 더 높은 곳에서 LUMO 에너지 레벨이 더 낮은 곳으로 이동할 때에는 에너지 장벽이 없다고 볼 수 있다. 가능한 이러한 에너지 장벽을 줄이는 것이 (3) 전자 이동의 원활성의 측면에서, 그리고 (2) 계면 열화 요인인, 계면 발열의 감소 측면에서 유리하다.
제1 유기 발광층(3140)의 복수의 호스트 물질들(즉, 적색 호스트 물질, 녹색 호스트 물질 및 청색 호스트 물질들)의 각 LUMO 에너지 레벨의 절댓값은 모두, 제1 전자 조절층(3150)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값보다 큼으로써, 전자가 제1 전자 조절층(3150)으로부터 제1 유기 발광층(3140)으로 원활하게 이동할 수 있다. 그리고, 제1 전자 조절층(3150)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값은 제1 전자 수송층(3160)의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값보다 크거나 같음으로써, 전자가 제1 전자 수송층(3160)으로부터 제1 전자 조절층(3150)으로 원활하게 이동할 수 있다.
달리 말하여, 제1 유기 발광층(3140)의 LUMO 에너지 레벨, 제1 전자 조절층(3150)의 LUMO 에너지 레벨 및 제1 전자 수송층(3160)의 LUMO 에너지 레벨 중 제1 유기 발광층(3140)의 LUMO 에너지 레벨이 가장 낮고, 제1 전자 수송층(3160)의 LUMO 에너지 레벨이 가장 높을 수 있다. 이는 제1 유기 발광층(3140), 제1 전자 조절층(3150) 및 제1 전자 수송층(3160)이 반드시 서로 직접 접하여 계면을 형성하는 경우로 제한되지 않는다. 이로써, 실시예 3에 따른 유기 발광 소자(3000)는 제1 전자 수송층(3160)에서 제1 유기 발광층(3140)으로 전자가 이동함에 있어서 극복하여야 하는 에너지 장벽이 최소화된다. 에너지 장벽을 극복하는데 어려움 없이 전자가 제1 유기 발광층(3140)으로 이동함으로써, 유기 발광 소자(3000)의 구동 전압을 낮출 수 있다.
도 4a는 본 발명의 실시예 4에 따른 유기 발광 소자(4000)의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 4a를 참조하면, 본 발명의 실시예 4에 따른 유기 발광 소자(4000)는 서로 대향하여 이격된 양극(AD)과 음극(CT) 사이에 제1 발광유닛(4100)과 제2 발광유닛(4200)을 포함한다. 제1 발광유닛(4100)은 제1 정공 주입층(4120), 제1 정공 수송층(4130), 제1 유기 발광층(4140), 제1 전자 조절층(4150) 및 제1 전자 수송층(4160)을 포함한다. 이 때, 제1 유기 발광층(4140)은 제1 적색 유기 발광층(4141), 제1 녹색 유기 발광층(4142), 제1 청색 유기 발광층(4143)을 포함한다. 그리고, 제2 발광유닛(4200)은 제2 정공 주입층(4220), 제2 정공 수송층(4230), 제2 유기 발광층(4240), 및 제2 전자 수송층(4260)을 포함한다. 이 때, 제2 유기 발광층(4240)은 제2 적색 유기 발광층(4241), 제2 녹색 유기 발광층(4242), 제2 청색 유기 발광층(4243)을 포함한다.
도 4a의 본 발명의 실시예 4에 따른 유기 발광 소자(4000)는, 도 2a의 본 발명의 실시예 2에 따른 유기 발광 소자(2000)의 변형 실시예이면서, 도 3a의 본 발명의 실시예 3에 따른 유기 발광 소자(3000)의 변형 실시예이다. 즉, 도 4a의 실시예 4에 따른 유기 발광 소자(4000)는, 도 2a의 실시예 2에 따른 유기 발광 소자(2000)에 제2 발광유닛(4200)이 추가로 적층된 실시예이다. 즉, 도 4a의 실시예 4에 따른 유기 발광 소자(4000)는, 도 3a의 실시예 3에 따른 유기 발광 소자(3000)와 마찬가지로, 복수의 발광유닛이 적층되어 있는 유기 발광 소자(4000)이다. 따라서, 도 4a의 본 발명의 실시예 4에 따른 유기 발광 소자(4000)에도, 실시예 3의 유기 발광 소자(3000)와 마찬가지로, 전하 생성층(4110, 4270)이 도입된다.
실시예 4의 유기 발광 소자(4000)는 편의상 두 개의 발광유닛, 즉, 제1 발광유닛(4100)과 제2 발광유닛(4200)을 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 이에 제한되지 않으며, 세 개 이상의 발광유닛을 포함할 수 있다. 이 때, 제1 발광유닛(4100)은 실시예 2의 제1 발광유닛(2100)에 P-타입 전하 생성층(4110)이 추가된 발광유닛이다. 그리고, 제2 발광유닛(4200)은 실시예 2의 제1 발광유닛(2100)에 N-타입 전하 생성층(4270)이 추가되고 제1 전자 조절층(2150)이 삭제된 것이다. 따라서, 도 4a의 본 발명의 실시예 4에 따른 제1 발광유닛(4100)의 구성 요소들에는, 도 2a의 본 발명의 실시예 2에 따른 제1 발광유닛(2100)의 구성 요소들에 대한 설명이 동일하게 적용될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예 2에 따른 유기 발광 소자(2000)의 양극(AD), 음극(CT), 제1 정공 주입층(2120), 제1 정공 수송층(2130), 제1 유기 발광층(2140), 제1 적색 유기 발광층(2141), 제1 녹색 유기 발광층(2142), 제1 청색 유기 발광층(2143), 제1 전자 조절층(2150), 제1 전자 수송층(2160)에 대한 전술한 설명은, 각각 본 발명의 실시예 4에 따른 유기 발광 소자(4000)의 양극(AD), 음극(CT), 제1 정공 주입층(4120), 제1 정공 수송층(4130), 제1 유기 발광층(4140), 제1 적색 유기 발광층(4141), 제1 녹색 유기 발광층(4142), 제1 청색 유기 발광층(4143), 제1 전자 조절층(4150), 제1 전자 수송층(4160)에 대한 설명으로 적용된다. 그리고, 도 4a의 본 발명의 실시예 4에 따른 제2 발광유닛(4200)의 구성 요소들에는, 도 2a의 본 발명의 실시예 2에 따른 제1 발광유닛(2100)의 구성 요소들에 대한 설명이 동일하게 적용될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예 2에 따른 유기 발광 소자(2000)의 제1 정공 주입층(2120), 제1 정공 수송층(2130), 제1 유기 발광층(2140), 제1 적색 유기 발광층(2141), 제1 녹색 유기 발광층(2142), 제1 청색 유기 발광층(2143), 제1 전자 수송층(2160)에 대한 전술한 설명은, 각각 본 발명의 실시예 4에 따른 유기 발광 소자(4000)의 제2 정공 주입층(4220), 제2 정공 수송층(4230), 제2 유기 발광층(4240), 제2 적색 유기 발광층(4241), 제2 녹색 유기 발광층(4242), 제2 청색 유기 발광층(4243), 제2 전자 수송층(4260)에 대한 설명으로 적용된다. 그리고, 도 4a의 본 발명의 실시예 4에 따른 P-타입 전하 생성층(4110)과 N-타입 전하 생성층(4270)에는 각각 도 3a의 본 발명의 실시예 3에 따른 P-타입 전하 생성층(3110)과 N-타입 전하 생성층(3270)에 대한 설명이 동일하게 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예 4에 따른 유기 발광 소자(4000)를 설명함에 있어, 전술한 설명과 중복되는 설명은 생략하고, 변형되거나 추가되는 부분에 대한 설명을 후술한다.
실시예 2의 유기 발광 소자(2000)에서의 제1 전자 조절층(2150)과 마찬가지로, 본 발명의 실시예 4에 따른 유기 발광 소자(4000)의 제1 전자 조절층(4150) 역시, 일종의 부스터 역할을 한다. 이로써, 전자가 제1 청색 유기 발광층(4143)에 보다 빨리 도달하게 된다. 따라서, 전자와 정공이 결합하여 형성되는 영역인 리컴비네이션 존이 제1 청색 유기 발광층(4143) 내부에 온전하게 위치할 수 있고, 엑시톤에 의한 광에너지 발생이 보다 효과적으로 이루어질 수 있다.
전술한 효과는 특히 소자의 두께가 얇은 청색 서브 유기 발광 소자(4000_B)에서 극대화된다. 따라서, 적색 서브 유기 발광 소자(4000_R)나 녹색 서브 유기 발광 소자(4000_G)에 영향을 미치지 않도록, 청색 서브 유기 발광 소자(4000_B)에만 제1 전자 조절층(4160)이 배치될 수 있다. 달리 말하여, 실시예 4의 유기 발광 소자(4000)는 제1 유기 발광층(4140)의 일면 중, 제1 청색 유기 발광층(4143)에 해당하는 일면만이, 제1 전자 조절층(4150)과 서로 직접 접하여 계면을 형성한다. 이로써, 제1 전자 조절층(4160)이 청색 서브 유기 발광 소자(4000_B)에 포함됨으로써 청색 서브 유기 발광 소자(4000_B)의 리컴비네이션 존을 최적화 하여도, 적색 서브 유기 발광 소자(4000_R)나 녹색 서브 유기 발광 소자(4000_G)에는 아무런 영향을 미치지 않는다. 즉, 제1 적색 유기 발광층(4141), 제1 녹색 유기 발광층(4142) 및 제1 청색 유기 발광층(4143) 중에서 제1 청색 유기 발광층(4143) 만이 제1 전자 조절층(4150)과 계면을 형성한다. 이로써, 적색 서브 유기 발광 소자(4000_R) 및 녹색 서브 유기 발광 소자(4000_G)의 리컴비네이션 존의 형성을 고려할 필요 없이, 오로지 청색 서브 유기 발광 소자(4000_B)의 리컴비네이션 존의 형성만을 고려하여 제1 전자 조절층(4150)을 구성할 수 있다.
또한, 실시예 3의 유기 발광 소자(3000)와 마찬가지로, 본 발명의 실시예 4에 따른 유기 발광 소자(4000)도 역시, 보강 간섭의 광학적 조건을 고려하여 제1 유기 발광층(4140) 및 제2 유기 발광층(4240)의 위치가 결정될 수 있다. 이에 따라, 제1 발광유닛(4100)의 두께가 나머지 제2 발광유닛(4200)의 두께에 비하여 상대적으로 얇은 두께를 가지도록 구성될 수 있다. 제2 발광유닛(4200)에 비해 두께가 얇은 제1 발광유닛(4100)은, P-타입 전하 생성층(4110)으로부터 제1 유기 발광층(4140)까지의 거리가 충분히 길지 못하여 정공이 다소 빨리 제1 유기 발광층(4140)에 도달하게 된다. 이를 보완하기 위하여 부스터 역할을 하는 제1 전자 조절층(4150)을 제1 발광유닛(4110)에 배치한다. 이 때, 제2 발광유닛(4200)에 비해 두께가 얇은 제1 발광유닛(4100)은 제2 발광유닛(4200)보다 더 음극(CT)에 가까운 발광유닛일 수 있다. 달리 말하여, 복수의 유기 발광층들(4140, 4240) 중에서, 음극과 가장 가까운 유기 발광층이 제1 전자 조절층(4150)과 계면을 형성하는 유기 발광층일 수 있다. 즉, 제1 유기 발광층(4140)이 음극과 가장 가까운 유기 발광층이면서 제1 전자 조절층(4150)과 계면을 형성하는 유기 발광층일 수 있다.
이로써, 제1 발광유닛(4100)의 리컴비네이션 존이 제1 유기 발광층(4140)을 약간 비껴나 형성되는 문제를 최소화할 수 있다. 즉, 상대적으로 얇은 두께를 가지는 제1 발광유닛(4100)이 제1 전자 조절층(4150)을 포함함으로써, 전자와 정공이 제1 유기 발광층(4140) 내부에서 엑시톤이 형성되는 확률을 증가시킬 수 있다. 엑시톤의 형성 위치가 최적화되기 때문에, 열에너지로 무용하게 소실되는 엑시톤이 최소화되고 오히려 엑시톤의 빛에너지로의 전환이 최대치로 끌어올려 짐으로써, 유기 발광 소자(4000)의 발광 효율이 개선될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 유기 발광 소자를 다시 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자는 서로 대향하여 이격된 양극 및 음극; 호스트 물질에 도펀트 물질이 도핑된 유기 발광층; 상기 유기 발광층과 상기 음극 사이에 위치하고 상기 유기 발광층과 계면을 형성하는 전자 조절층; 및 상기 전자 조절층과 상기 음극 사이에 위치하고, 상기 전자 조절층과 계면을 형성하고, 상기 전자 조절층의 전자 이동도보다 더 작은 전자 이동도를 가지고, 상기 전자 조절층의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값보다 작거나 같은 LUMO 에너지 레벨의 절댓값을 가지는 전자 수송층을 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자에서 유기 발광층에서, 상기 유기 발광 소자는 청색광을 방출하도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자에서 유기 발광층은 청색 도펀트 물질을 포함하고, 상기 전자 조절층의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값은 상기 호스트 물질의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값보다 작을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자에서 상기 청색 도펀트 물질은 형광 도펀트 물질일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자에서 전자 조절층의 두께는, 상기 유기 발광 소자의 전체 두께의 3% 초과 5% 미만일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자에서 상기 유기 발광층은 적색 유기 발광층, 녹색 유기 발광층 및 청색 유기 발광층을 포함하고, 상기 양극과 상기 음극 사이에 상기 적색 유기 발광층이 위치하는 부분을 적색 서브 유기 발광 소자라 하고, 상기 양극과 상기 음극 사이에 상기 녹색 유기 발광층이 위치하는 부분을 녹색 서브 유기 발광 소자라 하고, 상기 양극과 상기 음극 사이에 상기 청색 유기 발광층이 위치하는 부분을 청색 서브 유기 발광 소자라고 할 때, 상기 적색 서브 유기 발광 소자의 두께, 녹색 서브 유기 발광 소자의 두께 및 상기 청색 서브 유기 발광 소자의 두께 중 상기 청색 서브 유기 발광 소자의 두께가 가장 얇을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자에서 상기 적색 유기 발광층, 상기 녹색 유기 발광층 및 상기 청색 유기 발광층 중, 상기 청색 유기 발광층만 상기 전자 조절층과 계면을 형성하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자에서 상기 청색 유기 발광층에 포함된 호스트 물질은 청색 호스트 물질이고, 상기 청색 호스트 물질의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값은 상기 전자 조절층의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값보다 클 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자에서 상기 적색 유기 발광층, 상기 녹색 유기 발광층 및 상기 청색 유기 발광층이 모두 상기 전자 조절층과 계면을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자에서 상기 적색 유기 발광층에 포함된 호스트 물질은 적색 호스트 물질이고, 상기 녹색 유기 발광층에 포함된 호스트 물질은 녹색 호스트 물질이고, 상기 청색 유기 발광층에 포함된 호스트 물질은 청색 호스트 물질이고, 상기 적색 호스트 물질의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값, 상기 녹색 호스트 물질의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값 및 상기 청색 호스트 물질의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값은 모두 상기 전자 조절층의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값보다 클 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자는 두 층 이상의 상기 유기 발광층들이 적층된 구조를 가지고, 두 층 이상의 상기 유기 발광층들 중에서 상기 음극과 가장 가까운 상기 유기 발광층이 상기 전자 조절층과 계면을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자에서 상기 전자 수송층의 두께는 상기 전자 조절층의 두께보다 더 두꺼울 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자는 음극 방향으로 광이 방출되는, 탑 에미션(Top-emission) 구조일 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 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 다양한 실시예는 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 다양한 실시예는 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.
AD: 양극 CT: 음극
1000: 유기 발광 소자 1000_R: 적색 서브 유기 발광 소자
1000_G: 녹색 서브 유기 발광 소자 1000_B: 청색 서브 유기 발광 소자
1100: 제1 발광유닛
1120: 제1 정공 주입층 1130: 제1 정공 수송층
1140: 제1 유기 발광층 1141: 제1 적색 유기 발광층
1142: 제1 녹색 유기 발광층 1143: 제1 청색 유기 발광층
1150: 제1 전자 조절층 1160: 제1 전자 수송층
2000: 유기 발광 소자 2000_R: 적색 서브 유기 발광 소자
2000_G: 녹색 서브 유기 발광 소자 2000_B: 청색 서브 유기 발광 소자
2100: 제1 발광유닛
2120: 제1 정공 주입층 2130: 제1 정공 수송층
2140: 제1 유기 발광층 2141: 제1 적색 유기 발광층
2142: 제1 녹색 유기 발광층 2143: 제1 청색 유기 발광층
2150: 제1 전자 조절층 2160: 제1 전자 수송층
3000: 유기 발광 소자 3000_R: 적색 서브 유기 발광 소자
3000_G: 녹색 서브 유기 발광 소자 3000_B: 청색 서브 유기 발광 소자
3100: 제1 발광유닛
3110: P-타입 전하 생성층 3130: 제1 정공 수송층
3140: 제1 유기 발광층 3141: 제1 적색 유기 발광층
3142: 제1 녹색 유기 발광층 3143: 제1 청색 유기 발광층
3150: 제1 전자 조절층 3160: 제1 전자 수송층
3200: 제2 발광유닛
3230: 제2 정공 수송층 3240: 제2 유기 발광층
3241: 제2 적색 유기 발광층 3242: 제2 녹색 유기 발광층
3243: 제2 청색 유기 발광층 3260: 제2 전자 수송층
3270: N-타입 전하 생성층
4000: 유기 발광 소자 4000_R: 적색 서브 유기 발광 소자
4000_G: 녹색 서브 유기 발광 소자 4000_B: 청색 서브 유기 발광 소자
4100: 제1 발광유닛
4110: P-타입 전하 생성층 4130: 제1 정공 수송층
4140: 제1 유기 발광층 4141: 제1 적색 유기 발광층
4142: 제1 녹색 유기 발광층 4143: 제1 청색 유기 발광층
4150: 제1 전자 조절층 4160: 제1 전자 수송층
4200: 제2 발광유닛
4230: 제2 정공 수송층 4240: 제2 유기 발광층
4241: 제2 적색 유기 발광층 4242: 제2 녹색 유기 발광층
4243: 제2 청색 유기 발광층 4260: 제2 전자 수송층
4270: N-타입 전하 생성층

Claims (13)

  1. 서로 대향하여 이격된 양극 및 음극;
    호스트 물질에 도펀트 물질이 도핑된 유기 발광층;
    상기 유기 발광층과 상기 음극 사이에 위치하고 상기 유기 발광층과 계면을 형성하는 전자 조절층; 및
    상기 전자 조절층과 상기 음극 사이에 위치하고, 상기 전자 조절층과 계면을 형성하고, 상기 전자 조절층의 전자 이동도보다 더 작은 전자 이동도를 가지고, 상기 전자 조절층의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값보다 작거나 같은 LUMO 에너지 레벨의 절댓값을 가지는 전자 수송층을 포함하는 유기 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유기 발광 소자는 청색광을 방출하도록 구성된 유기 발광 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유기 발광층은 청색 도펀트 물질을 포함하고,
    상기 전자 조절층의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값은 상기 호스트 물질의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값보다 작은 유기 발광 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 청색 도펀트 물질은 형광 도펀트 물질인 유기 발광 소자.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 전자 조절층의 두께는, 상기 유기 발광 소자의 전체 두께의 3% 초과 5% 미만인 유기 발광 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유기 발광층은 적색 유기 발광층, 녹색 유기 발광층 및 청색 유기 발광층을 포함하고,
    상기 양극과 상기 음극 사이에 상기 적색 유기 발광층이 위치하는 부분을 적색 서브 유기 발광 소자라 하고, 상기 양극과 상기 음극 사이에 상기 녹색 유기 발광층이 위치하는 부분을 녹색 서브 유기 발광 소자라 하고, 상기 양극과 상기 음극 사이에 상기 청색 유기 발광층이 위치하는 부분을 청색 서브 유기 발광 소자라고 할 때,
    상기 적색 서브 유기 발광 소자의 두께, 녹색 서브 유기 발광 소자의 두께 및 상기 청색 서브 유기 발광 소자의 두께 중 상기 청색 서브 유기 발광 소자의 두께가 가장 얇은 유기 발광 소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 적색 유기 발광층, 상기 녹색 유기 발광층 및 상기 청색 유기 발광층 중에서 상기 청색 유기 발광층만 상기 전자 조절층과 계면을 형성하는 유기 발광 소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 청색 유기 발광층에 포함된 호스트 물질은 청색 호스트 물질이고,
    상기 청색 호스트 물질의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값은 상기 전자 조절층의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값보다 큰 유기 발광 소자.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 적색 유기 발광층, 상기 녹색 유기 발광층 및 상기 청색 유기 발광층이 모두 상기 전자 조절층과 계면을 형성하는 유기 발광 소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 적색 유기 발광층에 포함된 호스트 물질은 적색 호스트 물질이고, 상기 녹색 유기 발광층에 포함된 호스트 물질은 녹색 호스트 물질이고, 상기 청색 유기 발광층에 포함된 호스트 물질은 청색 호스트 물질이고,
    상기 적색 호스트 물질의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값, 상기 녹색 호스트 물질의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값 및 상기 청색 호스트 물질의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값은 모두 상기 전자 조절층의 LUMO 에너지 레벨의 절댓값보다 큰 유기 발광 소자.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 유기 발광 소자는 두 층 이상의 상기 유기 발광층들이 적층된 구조를 가지고,
    두 층 이상의 상기 유기 발광층들 중에서 상기 음극과 가장 가까운 상기 유기 발광층이 상기 전자 조절층과 계면을 형성하는 유기 발광 소자.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 전자 수송층의 두께는 상기 전자 조절층의 두께보다 더 두꺼운 유기 발광 소자.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 유기 발광 소자는 상기 음극 방향으로 광이 방출되는, 탑 에미션(Top-emission) 구조인 유기 발광 소자.
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