KR20210014590A - 신규한 유기 발광 디바이스 - Google Patents

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KR20210014590A
KR20210014590A KR1020200093944A KR20200093944A KR20210014590A KR 20210014590 A KR20210014590 A KR 20210014590A KR 1020200093944 A KR1020200093944 A KR 1020200093944A KR 20200093944 A KR20200093944 A KR 20200093944A KR 20210014590 A KR20210014590 A KR 20210014590A
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KR1020200093944A
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바딤 아다모비치
마이클 스튜어트 웨버
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유니버셜 디스플레이 코포레이션
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Abstract

본 발명은 OLED 디바이스 및 대칭 발광층 아키텍쳐를 포함하는 OLED 디바이스용 스택에 관한 것이다. 한 실시양태에서, 본 발명은 3개의 층을 갖는 발광 스택에 관한 것으로, 여기서 상부층 및 하부층은 동일하거나 유사한 색상 영역에서 광을 방출하고, 중간층은 다른 2개의 층과 상이한 색상 영역에서 광을 방출한다. 이러한 실시양태에서, 3개의 층은 그 사이에 다른 층이 없이 서로 접촉한다. 본 발명의 대칭 발광층 아키텍쳐는 OLED 디바이스의 색상 안정성을 개선하기 위해 사용될 수 있다.

Description

신규한 유기 발광 디바이스{NOVEL ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE}
관련 출원의 교차-참조
본 출원은 2019년 7월 29일에 출원한 미국 가출원 제62/879,606호에 대한 우선권을 주장하며, 이의 전체 내용은 참조로 본원에 포함된다.
본 발명의 기술분야
본 발명은 유기 발광 다이오드용 발광층 스택 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것이다.
유기 물질을 사용하는 광전자 디바이스는 여러 이유로 인하여 점차로 중요해지고 있다. 이와 같은 디바이스를 제조하는데 사용되는 다수의 물질들은 비교적 저렴하기 때문에, 유기 광전자 디바이스는 무기 디바이스에 비하여 비용 이점면에서 잠재성을 갖는다. 또한, 유기 물질의 고유한 특성, 예컨대 이의 가요성은 그 유기 물질이 가요성 기판 상에서의 제작과 같은 특정 적용예에 매우 적합하게 할 수 있다. 유기 광전자 디바이스의 예로는 유기 발광 다이오드/디바이스(OLED), 유기 광트랜지스터, 유기 광전지 및 유기 광검출기를 들 수 있다. OLED의 경우, 유기 물질은 통상의 물질에 비하여 성능 면에서의 이점을 가질 수 있다.
OLED는 디바이스에 전압을 인가할 때 광을 방출하는 유기 박막을 사용한다. OLED는 평면 패널 디스플레이, 조명 및 백라이팅과 같은 적용예의 용도에 있어 점차로 중요해지는 기술이다. 다수의 OLED 물질 및 구조는 미국특허 5,844,363, 6,303,238, 및 5,707,745에 기재되어 있으며, 이는 그 전문이 본원에 참조로 포함되어 있다.
인광 방출 분자에 대한 하나의 적용예는 풀 컬러 디스플레이이다. 이러한 디스플레이에 대한 산업적 기준은 "포화" 색상으로 지칭되는 특정 색상을 방출하도록 조정된 픽셀을 필요로 한다. 특히, 이러한 기준은 포화 적색, 녹색 및 청색 픽셀을 필요로 한다. 색상은 당업계에 주지된 CIE 좌표를 사용하여 측정될 수 있다.
녹색 방출 분자의 한 예는 Ir(ppy)3으로 표시되는 트리스(2-페닐피리딘) 이리듐이고, 이것은 다음 구조를 갖는다:
Figure pat00001
본 명세서에서, 및 이후의 도면에서, 본 발명자들은 질소에서 금속(여기서, Ir)으로의 배위 결합(dative bond)을 직선으로 묘사한다.
본원에서 사용한 바와 같이, 용어 "유기"는 유기 광전자 디바이스를 제작하는 데 사용될 수 있는 고분자 물질뿐 아니라, 소분자 유기 물질도 포함한다. "소분자"는 중합체가 아닌 임의의 유기 물질을 지칭하며, "소분자"는 실제로 꽤 클 수도 있다. 소분자는 일부의 상황에서는 반복 단위를 포함할 수 있다. 예를 들면, 치환기로서 장쇄 알킬기를 사용하는 것은 "소분자" 유형으로부터 분자를 제외시키지 않는다. 소분자는 또한 예를 들면 중합체 주쇄 상에서의 펜던트 기로서 또는 주쇄의 일부로서 중합체에 혼입될 수 있다. 소분자는 또한 코어 모이어티 상에 생성된 일련의 화학적 셸로 이루어진 덴드리머의 코어 모이어티로서 작용할 수 있다. 덴드리머의 코어 모이어티는 형광 또는 인광 소분자 이미터일 수 있다. 덴드리머는 "소분자"일 수 있으며, OLED 분야에서 현재 사용되는 모든 덴드리머는 소분자인 것으로 여겨진다.
본원에서 사용한 바와 같이, "상단부"는 기판으로부터 가장 멀리 떨어졌다는 것을 의미하며, "하단부"는 기판에 가장 근접하다는 것을 의미한다. 제1층이 제2층의 "상부에 배치되는" 것으로 기재되는 경우, 제1층은 기판으로부터 멀리 떨어져 배치된다. 제1층이 제2층과 "접촉되어 있는" 것으로 명시되지 않는다면 제1층과 제2층 사이에는 다른 층이 존재할 수 있다. 예를 들면, 캐소드와 애노드의 사이에 다양한 유기층이 존재한다고 해도, 캐소드는 애노드의 "상부에 배치되는" 것으로 기재될 수 있다.
본원에서 사용한 바와 같이, "용액 가공성"은 용액 또는 현탁액 형태로 액체 매체에 용해, 분산 또는 수송될 수 있고/있거나 액체 매체로부터 증착될 수 있다는 것을 의미한다.
리간드가 발광 물질의 광활성 특성에 직접적으로 기여하는 것으로 여겨지는 경우, 리간드는 "광활성"으로서 지칭될 수 있다. 보조적 리간드가 광활성 리간드의 특성을 변경시킬 수 있을지라도, 리간드가 발광 물질의 광활성 특성에 기여하지 않는 것으로 여겨지는 경우, 리간드는 "보조적"인 것으로 지칭될 수 있다.
본원에서 사용한 바와 같이, 그리고 일반적으로 당업자가 이해하고 있는 바와 같이, 제1 에너지 준위가 진공 에너지 준위에 더 근접하는 경우, 제1 "최고 점유 분자 궤도"(HOMO) 또는 "최저 비점유 분자 궤도"(LUMO) 에너지 준위는 제2 HOMO 또는 LUMO 에너지 준위보다 "더 크거나" 또는 "더 높다". 이온화 전위(IP)가 진공 준위에 대하여 음의 에너지로서 측정되므로, 더 높은 HOMO 에너지 준위는 더 작은 절댓값을 갖는 IP(더 적게 음성인 IP)에 해당한다. 마찬가지로, 더 높은 LUMO 에너지 준위는 절댓값이 더 작은 전자 친화도(EA)(더 적게 음성인 EA)에 해당한다. 상단부에서 진공 준위를 갖는 통상의 에너지 준위 다이아그램에서, 물질의 LUMO 에너지 준위는 동일한 물질의 HOMO 에너지 준위보다 더 높다. "더 높은" HOMO 또는 LUMO 에너지 준위는 "더 낮은" HOMO 또는 LUMO 에너지 준위보다 상기 다이아그램의 상단부에 더 근접하게 나타난다. 유사하게, "보다 깊은" HOMO 또는 LUMO는 진공 에너지 준위로부터 멀어지는 에너지 준위, 즉 보다 큰 절대값을 갖는 에너지 준위(예를 들어, 에너지 준위 다이어그램에 도시된 바와 같이 일반적으로 보다 음의 값의 에너지 준위)를 지칭한다.
본원에서 사용한 바와 같이, 그리고 일반적으로 당업자가 이해하는 바와 같이, 제1 일함수의 절댓값이 더 클 경우, 제1 일함수는 제2 일함수보다 "더 크거나" 또는 "더 높다". 일함수는 일반적으로 진공 준위에 대하여 음의 수로서 측정되므로, 이는 "더 높은" 일함수가 더 음성임을 의미한다. 상단부에서 진공 준위를 갖는 통상의 에너지 준위 다이아그램에서, "더 높은" 일함수는 진공 준위로부터 아래 방향으로 더 먼 것으로서 예시된다. 따라서, HOMO 및 LUMO 에너지 준위의 정의는 일함수와는 상이한 관례를 따른다.
OLED에 대한 더욱 상세한 내용 및 전술한 정의는, 미국특허 제7,279,704호에서 찾을 수 있으며, 이의 전문은 인용에 의해 본원에 포함된다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "적색" 층, 물질, 영역 또는 디바이스는 약 580-700 nm 범위의 피크 파장을 갖는 발광 스펙트럼을 갖는 것을 지칭하고; "녹색" 층, 물질, 영역 또는 디바이스는 약 500-600 nm 범위의 피크 파장을 갖는 발광 스펙트럼을 갖는 것을 지칭하고; "청색" 층, 물질 또는 디바이스는 약 400-500 nm 범위의 피크 파장을 갖는 발광 스펙트럼을 갖는 것을 지칭하고; "황색" 층, 물질, 영역 또는 디바이스는 약 540-600 nm 범위의 피크 파장을 갖는 발광 스펙트럼을 갖는 것을 지칭한다. 일부 배열에서, 별도의 층, 물질, 영역 또는 디바이스는 별도의 "심청색" 및 "담청색" 광 성분을 제공할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 별개의 "담청색" 및 "심청색" 광 성분을 제공하는 배열에서, "심청색" 성분은 "심청색" 성분의 피크 방출 파장보다 적어도 약 4 nm 이상 더 작은 피크 방출 파장을 갖는 것을 지칭한다. 전형적으로, "담청색" 성분은 약 465-500 nm 범위의 피크 방출 파장을 가지며, "심청색" 성분은 약 400-470 nm 범위의 피크 방출 파장을 갖지만, 이들 범위는 일부 실시양태에서 변할 수 있다.
관련 기술 분야에 공지된 많은 OLED는 다수의 발광층을 포함한다. 예를 들어, 백색 OLED는 2 내지 3개의 발광층을 포함할 수 있다. 이러한 디바이스는 다양한 구동 조건에서 색상 안정성을 달성하기 위해 발광층의 계면에서 재조합 대역을 피닝 다운(pinning down)함으로써 최적화될 수 있다. 그러나, 최적화된 구조에서도 다층 OLED 디바이스는 다른 구동 전류에 따라 변하는 색상을 계속 나타낼 수 있다. 이것은 디바이스의 색상 안정성이 개선되어야 함을 나타낸다.
따라서, 색상 안정성이 개선된 복수의 발광층을 갖는 OLED 디바이스에 대한 관련 기술 분야에서의 필요성이 존재한다. 본 발명은 관련 기술 분야의 이러한 필요성을 해소시킨다.
본 발명의 요약
개시된 주제의 일부 측면에 따르면, 제1 전극; 상기 제1 전극 위에 배치된 제1 발광 스택; 및 상기 제1 발광 스택 위에 배치된 제2 전극을 포함하는 유기 발광 디바이스가 제공되고; 상기 제1 발광 스택은 상기 제1 전극 측면과 접촉하고 제1 전극 측면으로부터 순차적으로 존재하는 N개의 발광층으로 이루어지고; 여기서 N은 적어도 3의 정수이며; 상기 제1 전극에 가장 가까운 제1 발광 스택 내의 제1 발광층 및 제2 전극에 가장 가까운 제1 발광 스택 내의 N번째 발광층은 동일한 색상 영역에서 광을 방출하고, 제1 및 N번째 발광층 이외의 다른 제1 발광 스택 내의 적어도 하나의 발광층은 제1 및 N번째 발광층과 상이한 색상 영역에서 광을 방출한다. 한 실시양태에서, 제1 발광층의 방출 피크와 N번째 발광층의 방출 피크 사이의 차이는 약 10 nm 미만이다. 한 실시양태에서, 제1 및 N번째 발광층의 방출 피크와 임의의 다른 발광층의 방출 피크 사이의 차이는 약 10 nm 초과이다. 한 실시양태에서, 제1 및 N번째 발광층은 적색 발광층이다. 한 실시양태에서, 제1 및 N번째 발광층 이외의 다른 제1 발광 스택 내의 적어도 하나의 발광층은 녹색 발광층이다. 한 실시양태에서, 제1 및 N번째 발광층은 녹색 발광층이다. 하나의 상기 실시양태에서, 제1 및 N번째 발광층 이외의 다른 제1 발광 스택 내의 적어도 하나의 발광층은 적색 발광층이다. 한 실시양태에서, 제1 및 N번째 발광층은 황색 발광층이다. 하나의 상기 실시양태에서, 제1 및 N번째 발광층 이외의 다른 제1 발광 스택 내의 적어도 하나의 발광층은 청색 발광층이다. 한 실시양태에서, 제1 및 N번째 발광층은 청색 발광층이다. 하나의 상기 실시양태에서, 제1 및 N번째 발광층 이외의 다른 제1 발광 스택 내의 적어도 하나의 발광층은 황색 발광층이다.
한 실시양태에서, 디바이스는 백색광을 방출한다. 한 실시양태에서, 제1 발광 스택 내의 각각의 발광층은 적어도 하나의 호스트 물질 및 적어도 하나의 발광 도펀트를 포함한다. 한 실시양태에서, 제1 발광층 내의 적어도 하나의 발광 도펀트의 조성은 N번째 발광층 내의 적어도 하나의 발광 도펀트의 조성과 동일하다. 한 실시양태에서, 제1 발광층 내의 적어도 하나의 발광 도펀트의 조성 및 도핑 농도는 N번째 발광층 내의 적어도 하나의 발광 도펀트의 조성 및 도핑 농도와 동일하다. 한 실시양태에서, 제1 및 N번째 발광층의 조성, 도핑 농도 및 두께는 동일하다. 한 실시양태에서, 제1 발광 스택 내의 각각의 발광층 내의 적어도 하나의 발광 도펀트는 인광 방출 도펀트이다. 한 실시양태에서, 인광 도펀트는 이리듐 착물이다. 한 실시양태에서, 제1 발광 스택 내의 적어도 하나의 발광층은 인광 도펀트를 포함하고, 제1 발광 스택 내의 적어도 하나의 발광층은 형광 도펀트를 포함한다. 한 실시양태에서, 적어도 하나의 발광층이 황색 발광층이고 적어도 하나의 발광층이 청색 발광층인 경우, 적어도 하나의 황색 발광층은 인광 도펀트를 포함하고, 적어도 하나의 청색 발광층은 인광 도펀트를 포함한다. 한 실시양태에서, 적어도 하나의 발광층이 황색 발광층이고 적어도 하나의 발광층이 청색 발광층인 경우, 적어도 하나의 황색 발광층은 인광 도펀트를 포함하고 적어도 하나의 청색 발광층은 형광 도펀트를 포함한다. 한 실시양태에서, N은 3 또는 4이다. 한 실시양태에서, 제1 발광 스택으로부터 방출된 광의 각각의 1931 CIE (x, y) 색 좌표의 변화는 약 2 mA/cm2 내지 80 mA/cm2의 범위 내의 임의의 전류 밀도 변화에 대해 0.02 이하이다. 한 실시양태에서, 제1 발광 스택으로부터 방출된 광의 각각의 1931 CIE (x, y) 색 좌표의 변화는 약 800 cd/m2 내지 30,000 cd/m2의 범위 내의 임의의 휘도 변화에 대해 0.02 이하이다. 한 실시양태에서, 제1 발광 스택으로부터 방출된 광의 △uv 값은 디바이스가 그의 초기 휘도의 70%(LT70)로 노화될 때 0.02 미만이다. 한 실시양태에서, 디바이스는 또한 제1 전극과 제2 전극 사이에 제2 발광 스택을 포함하고, 여기서 제2 발광 스택은 제1 발광 스택과 접촉하지 않는다. 한 실시양태에서, 제2 발광 스택은 제1 전극 측면과 접촉하고 제1 전극 측면으로부터 순차적으로 존재하는 M개의 발광층을 가지며; M은 3 이상의 정수이며; 제1 전극에 가장 가까운 제2 발광 스택의 제1 발광층 및 제2 전극에 가장 가까운 제2 발광 스택의 M번째 발광층은 동일한 색상 영역에서 광을 방출하고, 제1 및 M번째 발광 스택층 이외의 다른 제2 발광 스택 내의 적어도 하나의 발광층은 제2 발광 스택 내의 제1 및 M번째 층과 상이한 색상 영역에서 광을 방출한다. 한 실시양태에서, 디바이스는 제1 발광 스택과 제2 발광 스택 사이에 배치된 전하 생성층(CGL)을 추가로 포함한다. 한 실시양태에서, 제2 발광 스택 내의 제1 및 M번째 층은 제1 발광 스택 내의 제1 및 N번째 층과 동일한 색상 영역에서 광을 방출한다. 한 실시양태에서, 제1 발광 스택 내의 제1 및 N번째 층 및 제2 발광 스택 내의 제1 및 M번째 층은 청색 발광층이다. 한 실시양태에서, 제1 발광 스택 내의 제1 및 N번째 층 및 제2 발광 스택 내의 제1 및 M번째 층은 황색 발광층이다. 한 실시양태에서, 제1 발광 스택 내의 제1 및 N번째 층 및 제2 발광 스택 내의 제1 및 M번째 층은 적색 발광층이다. 한 실시양태에서, 제1 발광 스택 내의 제1 및 N번째 층 및 제2 발광 스택 내의 제1 및 M번째 층은 녹색 발광층이다. 한 실시양태에서, 디바이스는 제1 발광 스택과 접촉하지 않는 적어도 하나의 발광층을 제1 전극과 제2 전극 사이에 포함하고, 상기 층은 형광 청색 도펀트를 포함한다. 한 실시양태에서, 제2 발광 스택으로부터 방출된 광의 각각의 1931 CIE (x, y) 색 좌표의 변화는 약 2 mA/cm2 내지 80 mA/cm2의 범위 내의 임의의 전류 밀도 변화에 대해 0.02 이하이다. 한 실시양태에서, 제2 발광 스택으로부터 방출된 광의 각각의 1931 CIE (x, y) 색 좌표의 변화는 약 800 cd/m2 내지 30,000 cd/m2의 범위 내의 임의의 휘도 변화에 대해 0.02 이하이다. 한 실시양태에서, 제2 발광 스택으로부터 방출된 광의 △uv 값은 스택이 그의 초기 휘도의 70%(LT70)로 노화될 때 0.02 미만이다.
개시된 주제의 일부 측면에 따르면, 제1 전극; 제2 전극; 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 적어도 하나의 발광층 스택을 포함하는 유기 발광 디바이스의 또 다른 실시양태가 제공되고; 상기 적어도 하나의 발광층 스택은 상부 발광층, R개의 중간 발광층 및 하부 발광층을 서로 접촉한 상태로 순차적으로 가지며; 여기서 R은 적어도 1의 정수이며; 각각의 발광층은 적어도 하나의 호스트 물질 및 적어도 하나의 발광 도펀트를 포함하고; 상기 상부 및 하부 발광층에서의 적어도 하나의 발광 도펀트는 동일하다. 한 실시양태에서, R개의 중간 발광층 중 적어도 하나에서 적어도 하나의 발광 도펀트는 상부 및 하부 발광층 둘 모두에서의 적어도 하나의 발광 도펀트와 상이하다. 한 실시양태에서, R은 1이다. 한 실시양태에서, 상부 및 하부 발광층에서 적어도 하나의 발광 도펀트는 적색 발광 도펀트이다. 한 실시양태에서, R개의 중간 발광층 중 적어도 하나에서 적어도 하나의 발광 도펀트는 녹색 발광 도펀트이다. 한 실시양태에서, 상부 및 하부 발광층에서 적어도 하나의 발광 도펀트는 녹색 발광 도펀트이다. 한 실시양태에서, R개의 중간 발광층 중 적어도 하나에서 적어도 하나의 발광 도펀트는 적색 발광 도펀트이다. 한 실시양태에서, 상부 및 하부 발광층에서 적어도 하나의 발광 도펀트는 황색 발광 도펀트이다. 한 실시양태에서, R개의 중간 발광층 중 적어도 하나에서 적어도 하나의 발광 도펀트는 청색 발광 도펀트이다. 한 실시양태에서, 상부 및 하부 발광층에서 적어도 하나의 발광 도펀트는 청색 발광 도펀트이다. 한 실시양태에서, R개의 중간 발광층 중 적어도 하나에서 적어도 하나의 발광 도펀트는 황색 발광 도펀트이다.
개시된 주제의 일부 측면에 따르면, 상부 발광층; 하부 발광층; 및 S개의 중간 발광층을 포함하는, 유기 발광 디바이스를 위한 발광 스택이 제공되고; 여기서, S는 적어도 1의 정수이고; 상부 발광층, S개의 중간 발광층 및 하부 발광층은 서로 접촉하고 순차적으로 존재하며; 상기 상부 및 하부 발광층은 동일한 색상 영역에서 광을 방출하고, S개의 중간 발광층의 적어도 하나의 층은 상부 및 하부 발광층과 상이한 색상 영역에서 광을 방출한다. 한 실시양태에서, 각각의 발광층은 적어도 하나의 호스트 물질 및 적어도 하나의 발광 도펀트를 포함한다. 한 실시양태에서, 상부 및 하부 발광층에서 적어도 하나의 발광 도펀트는 적색 발광 도펀트이다. 한 실시양태에서, S개의 중간 발광층 중 적어도 하나에서 적어도 하나의 발광 도펀트는 녹색 발광 도펀트이다. 한 실시양태에서, 상부 및 하부 발광층에서 적어도 하나의 발광 도펀트는 녹색 발광 도펀트이다. 한 실시양태에서, S개의 중간 발광층 중 적어도 하나에서 적어도 하나의 발광 도펀트는 적색 발광 도펀트이다. 한 실시양태에서, 상부 및 하부 발광층에서의 적어도 하나의 발광 도펀트는 황색 발광 도펀트이다. 한 실시양태에서, S개의 중간 발광층 중 적어도 하나에서 적어도 하나의 발광 도펀트는 청색 발광 도펀트이다. 한 실시양태에서, 상부 및 하부 발광층에서 적어도 하나의 발광 도펀트는 청색 발광 도펀트이다. 한 실시양태에서, S개의 중간 발광층 중 적어도 하나에서 적어도 하나의 발광 도펀트는 황색 발광 도펀트이다.
개시된 주제의 일부 측면에 따르면, 제1 전극; 상기 제1 전극 위에 배치된 제1 발광 스택; 및 상기 제1 발광 스택 위에 배치된 제2 전극을 포함하는 유기 발광 디바이스가 제공되고, 여기서 제1 발광 스택은 상기 제1 전극 측면과 접촉하고 제1 전극 측면으로부터 순차적으로 존재하는 N개의 발광층으로 이루어지고; 여기서 N은 적어도 3의 정수이며; 상기 제1 전극에 가장 가까운 제1 발광 스택 내의 제1 발광층 및 제2 전극에 가장 가까운 제1 발광 스택 내의 N번째 발광층은 동일한 색상 영역에서 광을 방출하고, 제1 및 N번째 발광층 이외의 다른 제1 발광 스택 내의 적어도 하나의 발광층은 제1 및 N번째 발광층과 상이한 색상 영역에서 광을 방출하고, 제1 발광층과 N번째 발광층 사이의 적어도 하나의 발광층은 제1 발광층 두께의 적어도 2배의 두께를 갖는다. 제1 발광층과 N번째 발광층 사이의 적어도 하나의 발광층은 제1 발광층 두께의 적어도 3배의 두께를 가질 수 있다. 제1 발광층과 N번째 발광층 사이의 적어도 하나의 발광층은 제1 발광층 두께의 적어도 5배의 두께를 가질 수 있다. 제1 발광층과 N번째 발광층 사이의 적어도 하나의 발광층은 제1 발광층 두께의 적어도 2배, 제1 발광층 두께의 10배 이하인 두께를 가질 수 있다. 제1 발광층의 방출 피크와 N번째 발광층의 방출 피크 사이의 차이는 약 10 nm 미만일 수 있다. 제1 및 N번째 발광층의 방출 피크와 임의의 다른 발광층의 방출 피크 사이의 차이는 약 10 nm 초과일 수 있다. 제1 및 N번째 발광층은 적색 발광층일 수 있고, 제1 및 N번째 발광층 이외의 다른 제1 발광 스택 내의 적어도 하나의 발광층은 녹색 발광층일 수 있다. 대안적으로, 제1 및 N번째 발광층은 녹색 발광층일 수 있고, 제1 및 N번째 발광층 이외의 다른 제1 발광 스택 내의 적어도 하나의 발광층은 적색 발광층일 수 있다. 또 다른 대안으로서, 제1 및 N번째 발광층은 황색 발광층일 수 있고, 제1 및 N번째 발광층 이외의 다른 제1 발광 스택 내의 적어도 하나의 발광층은 청색 발광층일 수 있다. 대안적으로, 제1 및 N번째 발광층은 청색 발광층일 수 있고, 제1 및 N번째 발광층 이외의 다른 제1 발광 스택 내의 적어도 하나의 발광층은 황색 발광층일 수 있다. 제1 발광 스택 내의 발광층은 적어도 하나의 호스트 물질 및 적어도 하나의 발광 도펀트를 포함할 수 있고, 제1 발광층 내의 적어도 하나의 발광 도펀트의 조성은 N번째 발광층 내의 적어도 하나의 발광 도펀트의 조성과 동일할 수 있다. 제1 발광 스택 내의 각각의 발광층 내의 적어도 하나의 발광 도펀트는 인광 방출 도펀트일 수 있다. 제1 발광 스택 내의 적어도 하나의 발광층은 인광 도펀트를 포함할 수 있고, 제1 발광 스택 내의 적어도 하나의 발광층은 형광 도펀트를 포함할 수 있다. 제1 발광 스택으로부터 방출된 광의 각각의 1931 CIE (x, y) 색 좌표의 변화는 약 2 mA/cm2 내지 80 mA/cm2의 범위 내의 임의의 전류 밀도 변화에 대해 0.02 이하일 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 제1 발광 스택으로부터 방출된 광의 각각의 1931 CIE (x, y) 색 좌표의 변화는 약 800 cd/m2 내지 30,000 cd/m2의 범위 내의 임의의 휘도 변화에 대해 0.02 이하일 수 있다. 제1 발광 스택으로부터 방출된 광의 △uv 값은 디바이스가 그의 초기 휘도의 70%(LT70)로 노화될 때 0.02 미만일 수 있다. 디바이스는 또한 제1 전극과 제2 전극 사이에 제2 발광 스택을 포함할 수 있고, 여기서 제2 발광 스택은 제1 발광 스택과 접촉하지 않고, 제2 발광 스택은 제1 전극 측면과 접촉하고 제1 전극 측면으로부터 순차적으로 존재하는 M개의 발광층을 가지며; M은 3 이상의 정수이며; 제1 전극에 가장 가까운 제2 발광 스택의 제1 발광층 및 제2 전극에 가장 가까운 제2 발광 스택의 M번째 발광층은 동일한 색상 영역에서 광을 방출하고, 제1 및 M번째 발광층 이외의 다른 제2 발광 스택 내의 적어도 하나의 발광층은 제2 발광 스택 내의 제1 및 M번째 층과 상이한 색상 영역에서 광을 방출한다. 디바이스는 제1 발광 스택과 제2 발광 스택 사이에 배치된 전하 생성층(CGL)을 추가로 포함할 수 있다. 디바이스는 제1 발광 스택과 접촉하지 않는 적어도 하나의 발광층을 제1 전극과 제2 전극 사이에 포함할 수 있고, 상기 층은 형광 청색 도펀트를 포함할 수 있다.
개시된 주제의 일부 측면에 따르면, 제1 전극; 상기 제1 전극 위에 배치된 정공 수송층; 및 제1 전극 위에 배치된 발광 스택을 포함하는 유기 발광 디바이스가 제공된다. 발광 스택은 제1 색상의 제1 이미터를 포함하는 제1 발광층; 상기 제1 발광층과 직접 물리적으로 접촉하고 제1 색상과 상이한 제2 색상의 제2 이미터를 포함하는 제2 발광층; 및 상기 제2 발광층과 직접 물리적으로 접촉하고 제1 이미터와는 상이한, 제1 색상의 제3 이미터를 포함하는 제3 발광층을 포함할 수 있다. 디바이스는 발광 스택 위에 배치된 전자 수송층 및 발광 스택 위에 배치된 제2 전극을 추가로 포함할 수 있다. 제1 발광층은 제1 피크 파장을 갖는 광을 방출할 수 있고, 제3 발광층은 제1 피크 파장의 5-10 nm 이하 내의 제2 피크 파장을 갖는 광을 방출한다. 제1 및 제3 이미터는 적색 발광 물질을 포함할 수 있다. 제1 이미터는 제3 이미터의 HOMO 에너지 준위보다 적어도 0.1-0.5 eV 더 깊은 HOMO 에너지 준위를 가질 수 있다. 제1 이미터는 제3 이미터의 HOMO 에너지 준위보다 적어도 0.1-0.5 eV 더 얕은 HOMO 에너지 준위를 가질 수 있다. 제1 이미터는 제3 이미터의 LUMO보다 적어도 0.1-0.5 ev 더 깊은 LUMO 에너지 준위를 가질 수 있다. 제1 이미터는 제3 이미터의 LUMO 에너지 준위보다 적어도 0.1-0.5 eV 더 얕은 LUMO 에너지 준위를 가질 수 있다. 제1 발광층은 제1 호스트 물질을 포함할 수 있고, 제2 발광층은 제2 호스트 물질을 포함할 수 있고, 제3 발광층은 제3 호스트 물질을 포함할 수 있다. 제1 호스트 물질은 제3 호스트 물질와 동일하거나 상이할 수 있다. 제1 발광층 및 제3 발광층 중 적어도 하나는 제2 이미터를 포함하는 공동 호스트(co-host) 물질을 포함할 수 있다. 제1 호스트 물질은 제3 호스트 물질의 HOMO 에너지 준위보다 적어도 0.1-1.5 eV 더 얕은 HOMO 에너지 준위를 가질 수 있다. 제1 호스트 물질은 제3 호스트 물질의 HOMO 에너지 준위보다 적어도 0.1-0.5 eV 더 깊은 HOMO 에너지 준위를 가질 수 있다. 제1 호스트 물질은 제3 호스트 물질의 LUMO 에너지 준위보다 적어도 0.1-0.5 eV 더 얕은 LUMO 에너지 준위를 가질 수 있다. 제1 호스트 물질은 제3 호스트 물질의 LUMO 에너지 준위보다 적어도 0.1-0.5 eV 더 깊은 LUMO 에너지 준위를 가질 수 있다. 제1 및 제3 호스트 물질 중 둘 모두 또는 어느 하나는 정공 수송 공동 호스트 물질 및 전자 수송 공동 호스트 물질일 수 있다. 제1 호스트 물질 내의 정공 수송 공동 호스트 물질의 농도는 제3 호스트 물질 내의 정공 수송 공동 호스트 물질 농도의 1.5배일 수 있다. 제2 호스트 물질은 정공 수송 공동 호스트 물질 및 전자 수송 공동 호스트 물질을 포함할 수 있다. 제3 발광층은 제1 발광층 두께의 적어도 2배의 두께를 가질 수 있다. 제2 발광층은 제3 발광층 두께의 적어도 2배의 두께를 가질 수 있다. 제1 및 제3 발광층은 동일한 두께 또는 상이한 두께를 가질 수 있다. 제1 발광층과 제3 발광층 사이에 배치된 적어도 하나의 발광층은 제1 발광층 두께의 적어도 2배의 두께를 가질 수 있다.
한 실시양태에서, 디바이스는 소비자 제품, 유기 발광 디바이스 및/또는 조명 패널일 수 있다. 한 실시양태에서, 디바이스는 터치스크린, 평면 패널 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 의료용 모니터, 텔레비전, 광고판, 일반 조명 장치, 신호등, 헤드업 디스플레이, 완전 투명 디스플레이, 플렉시블 디스플레이, 레이저 프린터, 전화기, 휴대폰, 개인용 정보 단말기(PDA), 랩톱 컴퓨터, 디지털 카메라, 캠코더, 뷰파인더, 마이크로디스플레이, 차량, 대면적 월, 극장, 스타디움 스크린 및 간판으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 제품에 포함될 수 있다.
도 1은 유기 발광 디바이스를 도시한다.
도 2는 별도의 전자 수송층을 갖지 않는 역구조 유기 발광 디바이스를 도시한다.
도 3a 내지 3d를 포함하는 도 3은 일련의 4개의 OLED 디바이스를 도시한 것이다. 도 3a: 2개의 발광층(EML)(즉, 적색 하부 EML 및 녹색 상부 EML)을 갖는 참조 OLED 디바이스. 도 3b: 2개의 발광층(즉, 녹색 하부 EML 및 적색 상부 EML)을 갖는 참조 OLED 디바이스. 도 3c: 우수한 색상 안정성을 위한 3개의 발광층 스택 (즉, 적색 하부 EML, 녹색 EML, 이어서 상부의 또 다른 유사한 적색 EML)을 갖는 본 발명의 한 실시양태에 따른 디바이스. 도 3d: 우수한 색상 안정성을 위한 3개의 발광층 스택을 갖는 본 발명의 한 실시양태에 따른 일반적인 아키텍쳐(architecture). 한 실시양태에서, EML #1 및 EML #2는 상이한 색상이고, EML #1 및 EML #3은 방출 피크에서 10 nm 미만의 차이를 갖는 유사한 색상이다. 예를 들어, 3개의 EML로 이루어진 스택은 전체적인 황색 방출을 위한 적색-녹색-적색 스택이거나, 또는 백색 OLED(WOLED)를 위한 황색-청색-적색 스택일 수 있다.
도 4는 하부 EML A, 상부 EML A' 및 (EML B 내지 EML X) 사이에 2개 이상의 중간 발광층을 갖는 발광층 스택을 도시한 것이다. EML A 및 EMLA'는 같은 색상 영역에서 광을 방출한다. 중간 발광층의 적어도 하나는 EML A 및 A'와 상이한 색상 영역에서 광을 방출한다.
도 5a 내지 5d를 포함하는 도 5는 본 발명의 실시양태에 따른 몇개의 색상 안정된 백색 OLED 아키텍쳐를 도시한 것이다. 도 5a: B-Y-B 또는 Y-B-Y EML 스택을 갖는 단일 스택 백색 OLED. 또한, Y는 R 및 G EML로 대체될 수도 있다. 도 5b: 탠덤 아키텍쳐는 B-Y-B 또는 Y-B-Y EML 스택을 갖는 2개 이상의 백색 OLED 스택을 가질 수 있다. 또한, Y EML은 R/G EML일 수도 있다. 도 5c 및 5d: 하나 이상의 하이브리드 청색 스택 및 하나 이상의 인광성 RG 스택을 포함하는 탠덤 아키텍쳐. 인광성 RG 스택은 R-G-R 또는 G-R-G EML 스택을 가질 수 있다.
도 6a 내지 6c를 포함하는 도 6은 RG 스택을 갖는 참조 OLED 디바이스(도 6a). GR 스택을 갖는 참조 디바이스(도 6b); 및 RGR 스택을 갖는 본 발명의 한 실시양태에 따른 OLED 디바이스(도 6c)에 대해 전류 밀도가 1 mA/cm2에서 80 mA/cm2로 변할 때 비노화된 디바이스의 정규화된 EL 스펙트럼 데이터를 보여준다.
도 7a 내지 7c를 포함하는 도 7은 RG 스택을 갖는 참조 OLED(도 7a). GR 스택을 갖는 참조 디바이스(도 7b); 및 RGR 스택을 갖는 본 발명의 한 실시양태에 따른 OLED 디바이스(도 7c)에서 전류 밀도가 1 mA/cm2에서 80 mA/cm2로 변할 때 노화된 디바이스의 정규화된 EL 스펙트럼 데이터를 보여준다.
도 8은 다양한 EML 두께를 갖는 디바이스에 대한 전계 발광 스펙트럼의 예를 도시한 것이다.
도 9는 R1 얕은 HOMO 적색(RDs) 및 R3 깊은 HOMO 적색(RDd) 이미터를 갖는 R/G/R 구조를 갖는 디바이스를 도시한 것이다. 상기 RDs/G/RDd 디바이스 구성에서, 정공은 EML 3까지 완전히 자유롭게 움직이고, 여기서 구멍은 RDd 깊은 적색 이미터에 의해 포획됨으로써 색상 안정성을 조정하기 위해 상기 구성을 사용할 수 있게 된다.
도 10은 R1 깊은 HOMO 적색(RDd) 및 R3 얕은 HOMO 적색(RDs) 이미터를 갖는 예시적인 R/G/R 디바이스 구조를 도시한 것이다. 상기 RDd/G/RDs 디바이스 구성에서, 제1 EML에서 RD에 의해 정공이 방해받게 된다. EML1을 떠나면, 정공은 EML2 및 EML 3을 통해 완전히 자유롭게 움직인다. 상기 구성을 사용함으로써 색상 안정성을 조정할 수 있다.
도 11은 R1 얕은 HOMO 적색(RDs) 및 R3 깊은 HOMO 적색(RDd) 이미터를 갖는 예시적인 R/G/R 디바이스 구조를 도시한 것이다. RDs/G/RDd 디바이스 구성에서, 정공은 EML 3을 통해 자유롭게 움직이고, 여기서 구멍은 깊은 적색 이미터(RDd)에 의해 포획된다. 상기 구성을 사용하여 색상 안정성을 조정할 수 있다.
도 12는 R1 얕은 HOMO 적색(RDd) 및 R3 얕은 HOMO 적색(RDs) 이미터를 갖는 예시적인 R/G/R 구조를 도시한 것이다. 상기 RDd/G/RDs 디바이스 구성에서, 제1 EML에서 RD에 의해 정공이 방해받는다. EML1을 떠나면, 정공은 EML2 및 EML 3을 통해 자유롭게 움직인다. 상기 구성을 사용하여 색상 안정성을 조정할 수 있다.
도 13은 얕은 HOMO 적색 호스트를 갖는 R1 얕은 HOMO 적색 이미터 및 깊은 HOMO 적색 호스트를 갖는 R3 깊은 HOMO 적색 이미터를 갖는 예시적인 R/G/R 디바이스 구조를 도시한 것이다. 상기 구성을 사용하여 색상 안정성을 조정할 수 있다.
도 14는 본 명세서에서 개시되는 실시양태에 따른 예시적인 디바이스 구조를 도시한 것이다.
도 15는 몇개의 비교 디바이스 및 본 명세서에서 개시되는 실시양태에 따라 제조된 디바이스의 정규화된 휘도를 도시한 것이다.
일반적으로, OLED는 애노드와 캐소드 사이에 배치되어 이에 전기 접속되는 하나 이상의 유기층을 포함한다. 전류가 인가되면, 애노드는 유기층(들)에 정공을 주입하고, 캐소드는 전자를 주입한다. 주입된 정공 및 전자는 각각 반대로 하전된 전극을 향하여 이동한다. 전자와 정공이 동일한 분자상에 편재화될 경우, 여기된 에너지 상태를 갖는 편재화된 전자-정공 쌍인 "엑시톤"이 생성된다. 엑시톤이 광방출 메카니즘을 통해 이완될 경우 광이 방출된다. 일부의 경우에서, 엑시톤은 엑시머 또는 엑시플렉스 상에 편재화될 수 있다. 비-방사 메카니즘, 예컨대 열 이완이 또한 발생할 수 있으나, 일반적으로 바람직하지 않은 것으로 간주된다.
초기 OLED는 예를 들면 미국특허 제4,769,292호에 개시된 바와 같은 단일항 상태로부터 광("형광")을 방출하는 발광 분자를 사용하였으며, 상기 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. 형광 방출은 일반적으로 10 나노초 미만의 시간 프레임으로 발생한다.
보다 최근에는, 삼중항 상태로부터의 광("인광")을 방출하는 발광 물질을 갖는 OLED가 제시되었다. 문헌[Baldo et al., "Highly Efficient Phosphorescent Emission from Organic Electroluminescent Devices," Nature, vol. 395, 151-154, 1998; ("Baldo-I")] 및 문헌[Baldo et al., "Very high-efficiency green organic light-emitting devices based on electrophosphorescence," Appl. Phys. Lett., vol. 75, No. 3, 4-6 (1999) ("Baldo-II")]은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. 인광은 인용에 의해 포함되는 미국특허 제7,279,704호의 컬럼 5-6에 보다 구체적으로 기재되어 있다.
도 1은 유기 발광 디바이스(100)를 나타낸다. 도면은 반드시 축척에 의하여 도시하지는 않았다. 디바이스(100)는 기판(110), 애노드(115), 정공 주입층(120), 정공 수송층(125), 전자 차단층(130), 발광층(135), 정공 차단층(140), 전자 수송층(145), 전자 주입층(150), 보호층(155), 캐소드(160) 및 배리어층(170)을 포함할 수 있다. 캐소드(160)는 제1 전도층(162) 및 제2 전도층(164)을 갖는 화합물 캐소드이다. 디바이스(100)는 기재된 순서로 층을 증착시켜 제작될 수 있다. 이들 다양한 층뿐 아니라, 예시 물질의 특성 및 기능은 인용에 의해 포함되는 미국특허 제7,279,704호의 컬럼 6-10에 보다 구체적으로 기재되어 있다.
이들 층 각각에 대한 더 많은 예도 이용 가능하다. 예를 들면 가요성이고 투명한 기판-애노드 조합이 미국특허 제5,844,363호에 개시되어 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. p-도핑된 정공 수송층의 한 예는 미국특허출원 공개공보 제2003/0230980호에 개시된 바와 같이, 50:1의 몰비로 m-MTDATA가 F4-TCNQ로 도핑된 것이 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. 발광 및 호스트 물질의 예는 미국특허 제6,303,238호(Thompson 등)에 개시되어 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. n-도핑된 전자 수송층의 예는 미국특허출원 공개공보 제2003/0230980호에 개시된 바와 같이, 1:1의 몰비로 Li로 도핑된 BPhen이고, 이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. 그 전문이 인용에 의해 포함되는 미국특허 제5,703,436호 및 제5,707,745호에는, 적층된 투명, 전기전도성 스퍼터-증착된 ITO 층을 갖는 Mg:Ag와 같은 금속의 박층을 갖는 화합물 캐소드를 비롯한 캐소드의 예가 개시되어 있다. 차단층의 이론 및 용도는 미국특허 제6,097,147호 및 미국특허출원 공개공보 제2003/0230980호에 보다 구체적으로 기재되어 있으며, 이들 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. 주입층의 예는 미국특허출원 공개공보 제2004/0174116호에 제공되어 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. 보호층의 설명은 미국특허출원 공개공보 제2004/0174116호에서 찾아볼 수 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다.
도 2는 역구조 OLED(200)를 나타낸다. 디바이스는 기판(210), 캐소드(215), 발광층(220), 정공 수송층(225) 및 애노드(230)를 포함한다. 디바이스(200)는 기재된 순서로 층을 증착시켜 제작될 수 있다. 가장 흔한 OLED 구성이 애노드의 위에 캐소드가 배치되어 있는 것이고, 디바이스(200)는 애노드(230)의 아래에 배치된 캐소드(215)를 갖고 있으므로, 디바이스(200)는 "역구조" OLED로 지칭될 수 있다. 디바이스(100)에 관하여 기재된 것과 유사한 물질이 디바이스(200)의 해당 층에 사용될 수 있다. 도 2는 디바이스(100)의 구조로부터 일부 층이 어떻게 생략될 수 있는지의 일례를 제공한다.
도 1 및 도 2에 도시된 단순 적층된 구조는 비제한적인 예로서 제공되며, 본 개시내용의 실시양태는 다양한 다른 구조와 관련하여 사용될 수 있는 것으로 이해된다. 기재된 특정한 물질 및 구조는 사실상 예시를 위한 것이며, 다른 물질 및 구조도 사용될 수 있다. 기능성 OLED는 기재된 다양한 층을 상이한 방식으로 조합하여 달성될 수 있거나, 또는 층은 디자인, 성능 및 비용 요인에 기초하여 전적으로 생략될 수 있다. 구체적으로 기재되지 않은 기타의 층도 또한 포함될 수 있다. 구체적으로 기재된 물질과 다른 물질을 사용할 수 있다. 본원에 제공된 다수의 예가 단일 물질을 포함하는 것으로 다양한 층을 기재하기는 하나, 물질의 조합, 예컨대 호스트와 도펀트의 혼합물, 또는 보다 일반적으로 혼합물을 사용할 수 있는 것으로 이해된다. 또한, 층은 다양한 하부층을 가질 수 있다. 본원에서 다양한 층에 제시된 명칭은 엄격하게 제한하고자 하는 것은 아니다. 예를 들면, 디바이스(200)에서, 정공 수송층(225)은 정공을 수송하고 정공을 발광층(220)에 주입하며, 정공 수송층 또는 정공 주입층으로서 기재될 수 있다. 한 실시양태에서, OLED는 캐소드와 애노드 사이에 배치된 "유기층"을 갖는 것으로 기재될 수 있다. 이러한 유기층은 단일층을 포함할 수 있거나, 또는 예를 들어 도 1, 2 및 3과 관련하여 설명되는 바와 같이 상이한 유기 물질의 다중층을 추가로 포함할 수 있다.
구체적으로 기재하지 않은 구조 및 물질, 예컨대 미국특허 제5,247,190호(Friend 등)에 개시된 바와 같은 중합체 물질을 포함하는 OLED(PLED)를 또한 사용할 수 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. 추가의 예로서, 단일 유기층을 갖는 OLED를 사용할 수 있다. OLED는 예를 들면 미국특허 제5,707,745호(Forrest 등)에 기재된 바와 같이 적층될 수 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 본원에 포함된다. OLED 구조는 도 1 및 도 2에 도시된 단순 적층된 구조로부터 벗어날 수 있다. 예를 들면, 기판은 미국특허 제6,091,195호(Forrest 등)에 기재된 바와 같은 메사형(mesa) 구조 및/또는 미국특허 제5,834,893호(Bulovic 등)에 기재된 피트형(pit) 구조와 같은 아웃-커플링(out-coupling)을 개선시키기 위한 각진 반사면을 포함할 수 있으며, 이들 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 본원에 포함된다.
반대의 의미로 명시하지 않는 한, 다양한 실시양태의 임의의 층은 임의의 적합한 방법에 의하여 증착될 수 있다. 유기층의 경우, 바람직한 방법으로는 미국특허 제6,013,982호 및 제6,087,196호(이 특허 문헌들은 그 전문이 인용에 의해 포함됨)에 기재된 바와 같은 열 증발, 잉크-제트, 미국특허 제6,337,102호(Forrest 등)(이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함됨)에 기재된 바와 같은 유기 기상 증착(OVPD) 및 미국특허 제7,431,968호(이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함됨)에 기재된 바와 같은 유기 증기 제트 프린팅(OVJP)에 의한 증착을 들 수 있다. 기타의 적합한 증착 방법은 스핀 코팅 및 기타의 용액 기반 공정을 포함한다. 용액 기반 공정은 질소 또는 불활성 분위기 중에서 실시되는 것이 바람직하다. 기타의 층의 경우, 바람직한 방법은 열 증발을 포함한다. 바람직한 패턴 형성 방법은 마스크를 통한 증착, 미국특허 제6,294,398호 및 제6,468,819호(이 특허 문헌들은 그 전문이 인용에 의해 포함됨)에 기재된 바와 같은 냉간 용접 및 잉크-제트 및 유기 증기 제트 프린팅(OVJP)과 같은 일부 증착 방법과 관련된 패턴 형성을 포함한다. 다른 방법들도 또한 사용될 수 있다. 증착시키고자 하는 물질은 특정한 증착 방법과 상용성을 갖도록 변형될 수 있다. 예를 들면, 분지형 또는 비분지형, 바람직하게는 3개 이상의 탄소를 포함하는 알킬 및 아릴기와 같은 치환기는 소분자에 사용되어 이의 용액 가공 처리 능력을 향상시킬 수 있다. 20개 이상의 탄소를 갖는 치환기를 사용할 수 있으며, 3개 내지 20개의 탄소가 바람직한 범위이다. 비대칭 물질은 더 낮은 재결정화 경향성을 가질 수 있기 때문에, 비대칭 구조를 갖는 물질은 대칭 구조를 갖는 물질보다 더 우수한 용액 가공성을 가질 수 있다. 덴드리머 치환기를 사용하여 소분자의 용액 가공 처리 능력을 향상시킬 수 있다.
본 개시내용의 실시양태에 따라 제작된 디바이스는 배리어층을 임의로 더 포함할 수 있다. 배리어층의 한 목적은 전극 및 유기층이 수분, 증기 및/또는 기체 등을 포함하는 환경에서 유해한 종에 대한 노출로 인하여 손상되지 않도록 보호하는 것이다. 배리어층은 엣지를 포함하는 디바이스의 임의의 기타 부분의 위에서, 전극 또는, 기판의 위에서, 아래에서 또는 옆에서 증착될 수 있다. 배리어층은 단일층 또는 다중층을 포함할 수 있다. 배리어층은 다양한 공지의 화학 기상 증착 기법에 의하여 형성될 수 있으며 복수의 상을 갖는 조성뿐 아니라 단일 상을 갖는 조성을 포함할 수 있다. 임의의 적합한 물질 또는 물질의 조합을 배리어층에 사용할 수 있다. 배리어층은 무기 또는 유기 화합물 또는 둘 다를 포함할 수 있다. 바람직한 배리어층은 미국특허 제7,968,146호, PCT 특허출원번호 PCT/US2007/023098 및 PCT/US2009/042829에 기재된 바와 같은 중합체 물질 및 비-중합체 물질의 혼합물을 포함하며, 이들 문헌은 그 전문이 인용에 의해 본원에 포함된다. "혼합물"로 간주되기 위해, 배리어층을 포함하는 전술한 중합체 및 비-중합체 물질은 동일한 반응 조건 하에서 및/또는 동일한 시간에 증착되어야만 한다. 중합체 대 비-중합체 물질의 중량비는 95:5 내지 5:95 범위 내일 수 있다. 중합체 및 비-중합체 물질은 동일한 전구체 물질로부터 생성될 수 있다. 한 예에서, 중합체 및 비-중합체 물질의 혼합물은 본질적으로 중합체 규소 및 무기 규소로 이루어진다.
본 개시내용의 실시양태에 따라 제작된 디바이스는 다양한 전자 제품 또는 중간 부품 내에 포함될 수 있는 광범위하게 다양한 전자 부품 모듈(또는 유닛) 내에 포함될 수 있다. 이러한 전자 제품 또는 중간 부품의 예는 최종 소비자 제품 생산자에 의해 사용될 수 있는 디스플레이 스크린, 발광 디바이스, 예컨대 개별 광원 디바이스 또는 조명 패널 등을 포함한다. 이러한 전자 부품 모듈은 임의로 구동 전자 디바이스 및/또는 동력원(들)을 포함할 수 있다. 본 개시내용의 실시양태에 따라 제작된 디바이스는 하나 이상의 전자 부품 모듈(또는 유닛)을 그 안에 포함하는 광범위하게 다양한 소비자 제품 내에 포함될 수 있다. OLED 내 유기층에 본 개시내용의 화합물을 포함하는 OLED를 포함하는 소비자 제품이 개시된다. 이러한 소비자 제품은 하나 이상의 광원(들) 및/또는 하나 이상의 어떤 종류의 영상 디스플레이를 포함하는 임의 종류의 제품을 포함할 것이다. 이러한 소비자 제품의 몇몇 예로는 평면 패널 디스플레이, 곡면 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 의료용 모니터, 텔레비젼, 광고판, 실내 또는 실외 조명 및/또는 신호용 라이트, 헤드업 디스플레이, 완전 또는 부분 투명 디스플레이, 플렉시블 디스플레이, 롤러블 디스플레이, 폴더블 디스플레이, 스트레처블 디스플레이, 레이저 프린터, 전화기, 휴대폰, 태블릿, 패블릿, 개인용 정보 단말기(PDA), 웨어러블 디바이스, 랩톱 컴퓨터, 디지털 카메라, 캠코더, 뷰파인더, 마이크로 디스플레이(대각선이 2인치 미만인 디스플레이), 3D 디스플레이, 가상 현실 또는 증강 현실 디스플레이, 차량, 함께 타일링된 다중 디스플레이를 포함하는 비디오 월, 극장 또는 스타디움 스크린, 광요법 디바이스, 및 간판이 있다. 패시브 매트릭스 및 액티브 매트릭스를 비롯한 다양한 조절 메카니즘을 사용하여 본 개시내용에 따라 제작된 디바이스를 조절할 수 있다. 다수의 디바이스는 사람에게 안락감을 주는 온도 범위, 예컨대 18℃ 내지 30℃, 더욱 바람직하게는 실온(20℃ 내지 25℃)에서 사용하고자 하지만, 상기 온도 범위 밖의 온도, 예컨대 -40℃ 내지 +80℃에서도 사용될 수 있다.
관련 기술 분야에 공지된 많은 유기 발광 다이오드(OLED)는 다수의 발광층을 포함한다. 예를 들어, 백색 OLED는 2 내지 3개의 발광층을 포함할 수 있거나, 하이브리드 백색 OLED의 황색 스택은 2 또는 3개의 적색 및 녹색 발광층을 포함할 수 있다. 따라서, 이러한 디바이스의 최적화는 전형적으로 전하 균형 및 발광층의 계면에서 재조합 대역을 "피닝 다운"하거나 제한하는 것을 필요로 한다. 그러나, 최적화된 구조에서도, 디바이스가 다양한 전류로 구동될 때 색상이 여전히 변할 수 있다. 이것은 디바이스의 색상 안정성이 개선되어야 함을 나타낸다.
3개의 발광층 사이에 임의의 다른 층이 없는 상태로 서로 인접하는 3개의 발광층을 포함하는 발광 스택이 본 명세서에서 설명된다. 한 실시양태에서, 하부 발광층 및 상부 발광층은 2개의 동일하거나 실질적으로 유사한 색상의 광을 방출하는 반면, 중간 발광층은 하부 및 상부 층과는 상이한 색의 광을 방출한다. 이러한 실시양태에서, 구동 조건의 변화 동안 최소의 색상 변화가 달성될 수 있다.
본 명세서에서 고려되는 바와 같이, 발광 스택의 대칭 디자인은 OLED의 색상 안정성에 상당히 유리할 수 있다. 이 현저하게 개선된 구조는 발광층의 계면에 피닝 다운된 재조합 대역을 갖는다. 구조의 대칭성으로 인해, 구동 조건의 변화로 인한 재조합 대역의 경미한 이동은 디바이스의 방출 특성을 변화시키지 않을 것이다. 따라서, 발광 스택은 하부 방출, 하부 방출 미세 공동 및 상부 방출 미세 공동 구조에 사용될 수 있는 색상이 매우 안정적인 다층 구조이다. 스택은 또한 OLED에서 하나 이상의 다른 발광 스택과 함께 단일 성분(예를 들어, 황색 성분)으로서 사용되어, 색상 안정된 OLED 디바이스(예를 들어, 탠덤 또는 적층된 백색 OLED에서 청색 스택을 갖는 황색 스택)를 만들 수 있다. 이제 도 3을 참조하여 설명하면, 일련의 OLED 디바이스 아키텍쳐가 도시되어 있다. 한 실시양태에서, 도 3c 및 3d에 도시된 바와 같은 디바이스 (300)은 상부 발광층 (310), 중간 발광층 (320) 및 하부 발광층 (330)을 포함하는 발광층 스택을 포함한다. 상부 발광층 (310)은 하부 발광층 (330)과 동일하거나 유사한 색상의 광(즉, 도 3c의 적색광 (R))을 방출하고, 중간 발광층 (320)은 발광층 (310) 및 (330)과 상이한 색의 광(즉, 도 3c의 녹색광 (G))을 방출한다. 또한, 발광층 (310, 320, 330)은 서로 인접하거나 또는 서로 접촉하고 있으며, 발광층 (310), (320), 및 (330) 사이에 다른 층은 존재하지 않는다. 따라서, 재조합 대역은 대칭층 아키텍쳐로 인해 제한된다. 이와 반대로, 도 3a 및 3b에 도시된 종래 기술의 비교 디바이스는 단지 2개의 발광층만을 가지며, 여기서 2개의 발광층은 서로 상이한 색상의 광을 방출한다. 이러한 종래 기술의 디바이스 아키텍쳐에서, 재조합 대역은 발광 스택의 한 측면에서 다른 측면으로 이동할 수 있으며, 이것은 본 발명의 대칭적 스택 아키텍쳐에 비해 전류가 변할 때 보다 높은 색상 변화를 초래할 수 있다. 그러나, 디바이스 (300)에 도시된 아키텍쳐는 이러한 종래 기술 아키텍쳐에 비해 예상치 못한 현저한 개선을 나타낸다.
본 개시내용 전반에 걸쳐, 본 발명의 발광 스택의 상부 발광층 및 하부 발광층은 동일하거나 유사한 색상을 가는 것, 동일한 색상의 광을 방출하는 것, 동일한 색상 영역에서 광을 방출하는 것 등으로 지칭된다. 이들 용어 또는 문구는 본 명세서에서 상호 교환 가능하게 사용되며, 일반적으로 동일하거나 실질적으로 유사한 방출 피크를 갖는 광을 방출하는 층을 지칭한다. 예를 들어, 한 실시양태에서, 2개의 층에서 방출 피크의 차이가 10 nm 미만인 경우, 2개의 발광층은 동일한 색상을 방출하는 것으로 간주된다. 다른 실시양태에서, 2개의 층에서 방출 피크의 차이가 5 nm, 8 nm, 11 nm, 12 nm, 13 nm, 14 nm, 15 nm, 20 nm, 25 nm, 30 nm, 40 nm 또는 50 nm 미만인 경우, 2개의 발광층은 동일한 색상을 방출하는 것으로 간주된다. 그러나, 본 명세서에서 설명되는 발광층은 상기 열거된 특정 방출 피크 기준값으로 제한되지 않으며, 2개의 층에서 방출 피크의 차이는 관련 기술 분야의 통상의 기술자가 동일하거나 유사한 색상을 방출하는 층을 나타내는 것으로 고려할 수 있는 임의의 차이일 수 있다. 또한, 층들이 동일하거나 유사한 색상을 갖는지 여부를 정량하는 임의의 방법 또는 기술이 사용될 수 있고, 3개의 발광층의 광 출력은 상기 측정에 따라 유도될 수 있는 것으로 본 명세서에서 고려된다. 따라서, 본 명세서에서 설명되는 발광층 스택은 동일하거나 유사한 색상을 갖는 것으로서 층을 분류하기 위해 방출 피크를 사용하는 것으로 제한되지 않으며, 관련 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 이해되는 바와 같이, 임의의 다른 방법 또는 측정이 발광층으로부터 방출된 광의 색상을 정량하기 위해 사용될 수 있다.
예를 들어, 단일 발광층으로 각각 성장한 두 디바이스의 1931 CIE (x, y) 색 좌표를 비교하여 동일하거나 유사한 색상을 정의할 수 있다. 2개의 디바이스는 하나의 디바이스가 상부 발광층에 상응하는 발광층(즉, 본 명세서에서 설명되는 아키텍쳐를 갖는 OLED 디바이스에 사용되는 상부 발광층과 동일한 조성 및 두께)을 갖는 것을 제외하고는 동일한 구조로 제조되고, 다른 디바이스는 하부 발광층에 상응하는 발광층을 갖는다. 이들 2개의 디바이스가 1931 CIE x 및 1931 CIE y 좌표를 갖는 광을 서로 0.05, 바람직하게는 0.03, 또는 보다 바람직하게는 0.01 차이 내에서 방출하는 경우, 발광 스택에 설명된 상부 및 하부 발광층은 본 개시내용의 목적을 위해 동일한 색상 영역에서 광을 방출한다.
상기 설명한 바와 같이, 본 발명은 재조합 대역을 3개의 층 사이의 계면으로 한정하는 대칭 구조를 갖는 3층 발광 스택에 관한 것이다. 층들이 OLED 디바이스로 제조될 때, 상부 및 하부 층의 색상이 서로 적절하게 유사하지만 중간층의 색상과 충분히 상이하여, 디바이스가 상기 대칭 구조가 없는 다른 디바이스에 비해 향상된 색상 안정성을 나타낸다면, 3개의 층은 각각 임의의 색상이거나 임의의 방출 피크를 가질 수 있다. 따라서, 3개의 층의 특성 또는 조성은 본 명세서에서 개시되는 특정 실시양태와 상이할 수 있다.
또한, 임의의 색상의 발광층이 스택에 사용될 수 있으며, 색상은 본 명세서에서 개시되는 임의의 특정 색상으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 3c 및 3d에 도시된 스택은 적색-녹색-적색, 녹색-적색-녹색, 청색-황색-청색, 황색-청색-황색, 녹색-황색-녹색, 황색-녹색-황색, 심청색-담청색-심청색, 담청색-심청색-담청색, 황색-적색-황색 또는 적색-황색-적색의 색상 구성을 갖는 상부-중간-하부층을 포함할 수 있지만, 관련 기술 분야의 통상의 기술자라면 이해할 수 있는 임의의 다른 색상을 사용할 수 있다. 이와 유사하게, 본 발명의 발광 스택을 포함하는 OLED 디바이스로부터 방출된 광의 색상은 백색광, 적색광, 녹색광, 황색광 또는 청색광을 포함하지만 이로 제한되지 않는 임의의 색상일 수 있다. 따라서, OLED 디바이스에 대해 원하는 바에 따라 임의의 색상 구성이 스택에 사용될 수 있다.
이제 도 4를 참조하여 설명하면, 한 실시양태에서, 스택 (400)은 중간 발광층 (321) 및 (322)과 같은 2개 이상의 중간 발광층을 포함하는 중간 발광층 영역 (320)을 포함할 수 있다. 중간 발광층 (321), (322) 등은 중간 발광층 영역 (320) 내의 다른 층과 비교할 때 각각 동일한 색상 영역 또는 상이한 색상 영역에서의 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 중간 발광층 (321)은 적색 광을 방출할 수 있는 반면, 중간 발광층 (322)는 녹색 광을 방출할 수 있다. 그러나, 중간 발광층 영역 (320) 내의 적어도 하나의 중간 발광층은 상부(또는 제1) 발광층 (310) 및 하부(또는 N번째) 발광층 (320)과 상이한 색상 영역에서의 광을 방출할 것이다. 따라서, 전체적으로 중간 발광층 영역 (320)은 전형적으로 상부 발광층 (310) 및 하부 발광층 (330)과는 상이한 색상의 광을 방출하는 것이 고려된다. 또한, 발광층만이 스택 (400)에 포함되며, 즉, 비발광층은 발광층 (310), (320) 및 (330) 사이에, 또는 각각의 중간 발광층 (321), (322) 사이에 포함되지 않는다. 중간 발광층 영역 (320)은 임의의 수의 중간 발광층을 포함할 수 있다. 한 실시양태에서, 중간 발광층 영역은 2개의 중간 발광층을 갖는다. 다른 실시양태에서, 중간 발광층 영역은 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10개 또는 그 초과의 중간 발광층을 가질 수 있다. 스택 (400)은 관련 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 이해되는 바와 같이 OLED 디바이스의 임의의 실시양태에서 사용될 수 있다. 한 실시양태에서, 스택 (400)은 OLED 디바이스에서 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 N개의 발광층을 갖는 발광 스택이고, 여기서 제1(상부) 발광층은 제1 전극에 가장 가까운 발광층이며, N번째(하부) 발광층은 제2 전극에 가장 가까운 발광층이고, 스택은 제1 발광층과 N번째 발광층 사이에 하나 이상의 중간 발광층을 갖는다.
이제 도 5를 참조하여 설명하면, 일련의 OLED 아키텍쳐가 도시되어 있다. 도 5a의 OLED는 하나의 대칭 발광 스택을 포함하는 반면, 도 5b, 5c 및 5d의 OLED는 2개의 발광 스택을 포함하고, 즉, 이들은 탠덤 디바이스이다. 도 5b의 OLED는 2개의 대칭 발광 스택을 포함한다. 도 5c 및 도 5d의 OLED는 하나의 대칭 발광 발광 스택 및 하이브리드 청색 발광 스택(FI-B EML)인 제2 스택을 포함한다. 본 명세서에서 언급되는 바와 같이, 하이브리드 청색 발광 스택 또는 층은 형광 및 인광 청색 도펀트를 모두 포함하는 발광 스택 또는 층이다. 본 명세서에서 고려되는 디바이스는 단일 대칭 발광 스택을 갖는 것으로 제한되지 않으며, 2개 이상의 대칭 발광 스택을 갖는 디바이스를 포함할 수 있다. 또한, 다중 스택 디바이스는 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 대칭 아키텍쳐를 갖는 하나 이상의 스택을 포함할 수 있으며, 또한 하나 이상의 다른 유형의 스택 또는 발광층, 즉 관련 기술 분야에 공지된 다른 스택 또는 발광층을 포함할 수 있다. 다시 말해서, 본 발명은 본 명세서에서 설명되는 대칭형 발광 스택만을 포함하는 디바이스로 제한되지 않는다. 한 실시양태에서, 도 5b-5d에 도시된 바와 같이, 2개 이상의 스택을 갖는 디바이스는 2개의 스택 사이에 전하 생성층(CGL)을 포함할 수 있다. 한 실시양태에서, CGL 층은 2개의 스택 중 하나 또는 둘 모두와 접촉할 수 있다.
상기 언급한 바와 같이, 이들 대칭 발광 스택은 관련 기술 분야에 공지된 다른 유형의 스택에 비해 현저히 개선된 색상 안정성을 나타낸다. 본 개시내용의 목적을 위해, 용어 "색상 안정"은 일반적으로 발광 스택이 사용 기간 후에 또는 스택이 특정 조건에 노출된 후에 스택으로부터 방출되는 광의 색상의 변화를 나타내지 않는 경우를 지칭한다. 한 실시양태에서, 스택은 스택을 포함하는 디바이스의 구동 전류가 변경될 때, 즉 증가 또는 감소될 때, 다른 공지된 스택과 비교하여 더 우수한 색상 안정성을 나타낸다. 한 실시양태에서, 스택의 색상은 약 2 mA/cm2 내지 약 80 mA/cm2의 구동 전류 밀도 범위 또는 800 cd/m2로부터 30,000 cd/m2로의 휘도 변화 내에서 안정하다. 스택의 1931 CIE x 및 1931 CIE y 좌표가 각각 상기 전류 밀도 또는 휘도 범위 내에서 0.02 미만, 바람직하게는 0.01 미만으로 변하고, △uv = √(Δu'2 + Δv'2)가 0.02 미만, 바람직하게는 0.01 미만, 보다 바람직하게는 0.007 미만인 경우, 이것은 다양한 전류 밀도 또는 휘도에서 색 안정성 스택으로서 정의된다. 또는, 전류 밀도가 10 mA/cm2로부터 50 mA/cm2로 변하거나 휘도가 4,000 cd/m2로부터 20,000 cd/m2로 변할 때, 1931 CIE x 및 1931 CIE y 좌표가 각각 0.02 미만, 바람직하게는 0.01 미만, 보다 바람직하게는 0.007 미만으로 변하고 △uv가 0.02 미만, 바람직하게는 0.01 미만, 보다 바람직하게는 0.007 미만이면, 이것은 다양한 전류 밀도 또는 휘도에서 색 안정성 스택으로서 정의된다. 또는, 전류 밀도가 10 mA/cm2로부터 20 mA/cm2로 변하거나 휘도가 4,000 cd/m2로부터 10,000 cd/m2로 변할 때, 1931 CIE x 및 1931 CIE y 좌표가 각각 0.02 미만, 바람직하게는 0.01 미만, 보다 바람직하게는 0.007 미만으로 변하고 △uv가 0.02 미만, 바람직하게는 0.01 미만, 보다 바람직하게는 0.007 미만이면, 이것은 다양한 전류 밀도 또는 휘도에서 색 안정성 스택으로서 정의된다. 본 명세서에서 언급되는 바와 같이, △uv는 흑체 곡선으로부터의 조명 장치 색도의 CIE 1976 (L*, u*, v*) 색 공간 색도 다이어그램에서의 최소 거리를 지칭한다. 즉, △uv는 동등한 상관되는 색 온도의 흑체 복사체(blackbody radiator)와 조명 장치 사이의 색도 차이의 측정치이다. 이것은 △uv = √(Δu'2 + Δv'2) = √((u1' - u2')2 + (v1' - v2')2)로 정량할 수 있고, 여기서 (u1', v1')는 조명 장치의 좌표이고, (u2', v2')는 CIE 1976 (L*, u*, v*) 색 공간 색도 다이어그램에서 조명 장치로부터의 최소 거리에서의 흑체 곡선의 좌표이다.
또 다른 실시양태에서, 스택은 노화 후, 예를 들어 스택을 포함하는 디바이스가 일정 기간 동안 가열 및/또는 광에 노출된 후 개선된 색상 안정성을 나타낸다. 예를 들어, 스택이 그의 초기 휘도의 70%(LT70)로 노화될 때, △uv는 0.007 미만이며, 노화 과정 동안 스택의 색상은 안정적이다. 또는, 스택이 그의 초기 휘도의 90%(LT90)로 노화될 때, △uv는 0.007 미만, 바람직하게는 0.005 미만, 보다 바람직하게는 0.003 미만이며, 노화 과정 동안 스택의 색상은 안정적이다. 또는, 스택이 그의 초기 휘도의 95%(LT95)로 노화될 때, △uv는 0.007 미만, 바람직하게는 0.005 미만, 보다 바람직하게는 0.003 미만이며, 노화 과정 동안 스택의 색상은 안정적이다. 디바이스 또는 스택으로부터 방출된 광의 색상은 관련 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 이해되는 바와 같이 일정 기간 동안 색상 특성에 통계적으로 유의한 변화가 없다면 안정한 것으로 간주될 수 있다.
상기 설명한 바와 같이, 한 실시양태에서, OLED 디바이스는 본 명세서에서 설명되는 대칭 발광 스택 이외의 다른 유형의 추가의 발광 스택을 포함할 수 있다. 이러한 실시양태에서, 하나 이상의 대칭 발광 스택은 본 명세서에서 설명되는 아키텍쳐의 색상 안정화 효과를 나타내는 반면, 다른 스택 유형은 더 낮은 색상 안정성을 나타낼 수 있는 것으로 고려된다. 따라서, 전체적으로 상기 디바이스는 다른 스택 유형에서의 색상 안정성의 잠재적인 결여의 결과로서 본 명세서에서 정의되는 바와 같은 "색상 안정성"이 아닐 수 있다.
본 명세서에서 스택 내의 각각의 발광층은 하나 이상의 방출 도펀트 및 하나 이상의 호스트 물질을 포함하는 것으로 고려된다. 한 실시양태에서, 동일한 도펀트가 제1(상부) 및 제3(하부) 발광층에 사용되어, 2개의 층이 동일한 색상의 광을 방출할 수 있다. 그러나, 또 다른 실시양태에서, 상이한 도펀트가 상부층 및 하부층에 사용되더라도 이들 층은 동일한 색상 영역에서 광을 방출할 수 있고, 스택은 본 명세서에서 설명되는 아키텍쳐의 결과로서 관련 기술 분야의 다른 스택에 비해 개선된 색상 안정성을 여전히 나타낼 수 있다.
실험
제1 예에서, 그 사이에 임의의 다른 층이 존재하지 않는 상태로 서로 인접하는 3개의 발광층을 포함하는 OLED 디바이스를 제조하였다. 하부 발광층 및 상부 발광층은 2개의 유사한 색상을 포함한다. 이러한 경우에, 디바이스가 달성된 전하 균형 및 발광층의 계면에서 피닝 다운된 재조합 대역에 의해 최적화될 때, 구동 조건의 변화 동안 최소의 색상 변화가 달성될 수 있다.
본 발명의 예시적인 디바이스의 색상 안정성을 2층 스택 아키텍쳐를 갖는 OLED 디바이스와 비교하기 위해, 적색 및 녹색 발광층을 스택에 적용하고, 3개의 구조, 즉 RGR 스택, RG 스택 및 GR 스택을 성장시켰다. RGR 스택, RG 스택 및 GR 스택 디바이스는 표 1에 도시된 바와 같이 거의 동일한 1931 CIE 색 좌표를 가졌다. 이들 디바이스는 또한도 3에 도시된 것과 유사한 아키텍쳐를 가졌지만, 층 두께 및 도핑 농도는 약간의 변화가 있었다. RGR 스택은 도 3c의 3층 대칭 스택과 대등하다. 다른 2개의 스택은 도 3a 및 3b의 모식도와 대등한 참조 스택이다.
표 1. 구동 전류 밀도가 2 mA/cm2로부터 80 mA/cm2로 변할 때 RG 스택, GR 스택 및 RGR 스택에서 비노화된 디바이스의 색상 변화 데이터.
Figure pat00002
모든 디바이스는 열 증발에 의해 고진공(> 10-7 Torr)에서 제조되었다. 애노드 전극은 ~800 Å의 인듐 주석 산화물(ITO)이었다. 캐소드는 전자 주입층(EIL)으로서 10 Å의 Liq, 이어서 1,000 Å의 Al로 구성되었다. 모든 디바이스를 제조 직후에 질소 글러브 박스(<1 ppm의 H2O 및 O2)에서 에폭시 수지로 밀봉된 유리 뚜껑으로 캡슐화하고, 수분 게터(moisture getter)를 패키지 내에 포함시켰다. RGR 스택 디바이스의 예는 순차적으로 ITO 표면으로부터, 정공 주입층(HIL)으로서의 100 Å의 LG101(LG Chem에서 구입), 정공 수송층(HTL)으로서의 550 Å의 화합물 A, 전자 차단층(EBL)으로서의 50 Å의 화합물 B, 3개의 발광층(EML), 이어서 정공 차단층으로서의 75 Å의 화합물 C 및 전자 수송층(ETL)으로서의 350 Å의 공동 증착된 Liq:LG201(LG Chem에서 구입)으로 이루어진 유기 스택을 가졌다. RGR 스택은 호스트로서의 화합물 C 및 공동 호스트로서의 24% 화합물 D 및 적색 이미터로서의 1% 화합물 E를 갖는 25 Å의 적색 발광층(EML), 호스트로서의 화합물 F 및 녹색 이미터로서의 15% 화합물 G를 갖는 250 Å의 녹색 EML, 및 호스트로서의 화합물 C 및 공동 호스트로서의 24% 화합물 D 및 적색 이미터로서의 1% 화합물 E를 갖는 제3의 25 Å의 적색 EML을 함유한다. RG 및 GR 스택에서 RGR 스택과 본질적으로 동일한 색상을 달성하기 위해, 두께 및 도핑 농도를 약간 변경하면서 RG 스택 및 GR 스택을 제조하였다. RG 스택은 호스트로서의 화합물 C 및 공동 호스트로서의 24% 화합물 D 및 적색 이미터로서의 2% 화합물 E를 갖는 25 Å의 적색 발광층(EML) 및 호스트로서의 화합물 F 및 녹색 이미터로서의 10%화합물 G를 갖는 250 Å의 녹색 EML을 함유하였다. GR 스택은 호스트로서의 화합물 F 및 녹색 이미터로서의 26% 화합물 G를 갖는 250 Å의 녹색 EML, 및 호스트로서의 화합물 C 및 공동 호스트로서의 24% 화합물 D 및 적색 이미터로서의 2% 화합물 E를 갖는 제3의 25 Å의 적색 EML을 함유하였다.
디바이스 제조에 사용되는 화합물은 다음 구조를 갖는다:
화합물 A:
Figure pat00003
화합물 B:
Figure pat00004
화합물 C:
Figure pat00005
화합물 D:
Figure pat00006
화합물 E:
Figure pat00007
화합물 F:
Figure pat00008
화합물 G:
Figure pat00009
이들 3개의 디바이스의 색상 안정성을 평가하기 위해, 다양한 전류 입력에서 EL 스펙트럼을 측정하였다. 도 6은 RG 스택 디바이스(도 6a), GR 스택 디바이스(도 6b) 및 RGR 스택 디바이스(도 6c)에 대해 전류 밀도가 2 mA/cm2에서 80 mA/cm2로 변할 때의 EL 스펙트럼 데이터를 도시한 것이다. 각각의 전류 밀도/휘도에서의 1931 CIE 좌표는 표 1에 제시되어 있다. 넓은 범위의 휘도에 걸친 1931 CIE (x, y) 좌표의 변화가 계산되었다. CIE 1976 (u', v') 다이어그램에서 80 mA/cm2와 1 mA/cm2 사이의 △uv = √(Δu'2 + Δv'2) 색상 차이도 계산되었다.
이어서, 3개의 디바이스 모두를 실온에서 80 mA/cm2의 일정한 전류에서 노화시키고, 다양한 전류 입력에서 EL 스펙트럼을 다시 측정하였다. 도 7은 RG 스택 디바이스(도 7a), GR 스택 디바이스(도 7b) 및 RGR 스택 디바이스(도 7c)에 대해 전류 밀도가 2 mA/cm2에서 80 mA/cm2로 변할 때의 EL 스펙트럼 데이터를 도시한 것이다. 표 2는 노화된 디바이스의 각각의 전류 밀도/휘도에서의 1931 CIE 좌표를 보여준다.
표 2. 구동 전류 밀도가 2 mA/cm2로부터 80 mA/cm2로 변할 때, RG 스택, GR 스택 및 RGR 스택에서 노화된 디바이스의 색상 변화 데이터.
Figure pat00010
디바이스의 노화 동안의 색상 변화도 비교되었다. RG, GR 및 RGR 디바이스의 노화된 디바이스 데이터와 비교한 비노화된 디바이스 데이터를 표 3에 제시한다.
표 3. 구동 전류 밀도가 10 mA/cm2일 때, RG 스택, GR 스택 및 RGR 스택의 노화 과정 동안 색상 변화 데이터.
Figure pat00011
입력 전류 밀도가 2 mA/cm2로부터 80 mA/cm2로 변할 때, 모든 3개의 구조의 CIE (x, y)의 1931 좌표는 그에 따라 변한다. 그러나, 디바이스가 노화된 디바이스인지 또는 노화되지 않은 디바이스인지에 관계없이, RGR 스택의 1931 CIE 좌표 변동은 2개의 참조 스택과 비교하여 최소이다. 1976 색 좌표로 변환할 때, 1 mA/cm2와 80 mA/cm2 사이의 색상 차이를 정량하는 RGR 스택의 △uv 값도 3개의 디바이스 아키텍쳐 중 최소이었다. RGR 스택의 노화 동안의 색상 안정성은 다른 2개의 참조 구조보다 우수하였다.
이론에 매이기를 원하지 않지만, 다양한 휘도 수준에서 예시적인 디바이스의 이러한 우수한 색상 안정성은 3층 스택 아키텍쳐에서 발광층의 대칭 디바이스 아키텍쳐에 기인한 것이다. 구동 전류/전기장이 작은 경우, 재조합 대역은 정공 수송 호스트 환경으로 인해 ETL 측에 더 가깝다. 전류/전기장이 증가하면, 더 많은 전자가 HTL 측을 향해 수송되므로, 재조합 대역이 넓어지고, HTL 측을 향해 이동한다. 구체적으로, RG 스택의 경우, 더 높은 구동 전류에서 색상이 적색으로 변화되고, GR 스택의 경우 더 높은 전류에서 색상이 녹색으로 변화된다. RGR 스택의 경우, 전류/전기장이 증가하면 재조합 대역이 GR 계면으로부터 RG 계면을 향해 이동한다. 2개의 적색 EML은 유사한 방출을 갖기 때문에, RGR 스택의 전체 방출은 다양한 구동 전류/인가된 전기장에서 상당히 안정적으로 유지된다. 디바이스가 보다 전자 우세한 호스트 시스템으로 설계되면, 전류/전기장이 증가할 때 재조합 대역 이동이 반대 방향을 향할 수 있다. 그러나, RGR의 색상 안정성은 대칭 디자인으로 인해 상기 실험에서 분석된 모든 아키텍쳐 중에서 여전히 가장 우수할 것이다. 백색 스택에 대해 BYB와 같은 X-Y-X 스택에도 유사한 메커니즘을 적용할 수 있다.
다른 한편으로, 녹색 및 적색 EML은 서로 인접하기 때문에, G에서 R EML로의 에너지 전달이 있을 수 있으며, 이것은 다양한 구동 전류 동안과 노화 과정 동안 둘 모두에서 색 안정성에 영향을 미친다. 예를 들어, RG 스택에서, 재조합 대역은 낮은 구동 전류에서 ETL 측에 가깝다. 전류가 증가하면, 재조합 대역이 넓어지고, HTL 측으로 이동하여 RG 계면에 가까워지므로, 녹색에서 적색으로의 에너지 전달이 향상된다. 따라서, 에너지 전달은 RG 및 GR 스택에서 더 크게 영향을 받았다. RGR 스택에서, 재조합 대역은 하나의 계면에서 또 다른 계면로 이동하고, 따라서 다양한 구동 조건에서의 에너지 전달이 유사하여 보다 우수한 색상 안정성을 유도한다. 이것은 또한 노화 동안 색상 안정성에 적용될 수 있다. 재조합 대역은 노화 과정 동안 이동될 수 있다. RGR 스택에서는, 대칭 아키텍쳐로 인해 전체 노화 과정에 걸쳐서 보다 우수한 에너지 전달이 가능할 것이고, 이것은 녹색 및 적색 노화를 동일한 속도로 유도할 것이다. 따라서, RGR 스택의 노화 동안의 색상 안정성은 또한 RG 스택 및 GR 스택보다 우수하다. 또한, 다른 X-Y-X 대칭 아키텍쳐에도 동일한 메커니즘이 적용될 수 있다.
보다 일반적으로, 발광 스택 내의 중간 발광층 중 적어도 하나가 제1 발광층보다 더 큰 두께를 갖는 것이 바람직할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 예를 들어, 상기 개시된 RGR 스택은 250 Å 녹색 EML을 둘러싸는 25 Å 적색 EML 층을 포함하여, 이들 층의 10배의 두께 차이를 생성한다. 보다 일반적으로, 다양한 실시양태에서, 발광 스택이 N개의(전형적으로 3개 이상의) 발광층을 포함하는 경우에, 적어도 하나의 중간 발광층이 제1 및/또는 N번째 발광층의 두께의 2 내지 10배 또는 그 초과의 두께를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 발광 스택은 T의 두께를 갖는 제1 및/또는 N번째 발광층, 및 2T, 3T, 4T, 5T, 6T, 7T, 8T, 9T, 10T 또는 그 초과의 두께, 또는 임의의 사이에 있는 상대적인 두께를 갖는, 제1 발광층과 N번째 발광층 사이에 배치된 적어도 하나의 중간 발광층을 포함할 수 있다.
디바이스 안정성에 대한 발광층 두께의 영향을 추가로 결정하고 정의하기 위해, 앞서 개시된 바와 같이 X/Y/X' 형태의 EML을 갖는 일반적인 디바이스 구조에 대해 추가의 실험을 수행하였다. EML Y 대 X의 두께의 비는 2:1, 5:1, 10:1로 변하고, EML Y 대 X'의 두께의 비는 2:1, 5:1, 10:1로 변하였다. 실시예 적색/녹색/적색 디바이스는 상기 설명한 디바이스 제조 프로토콜 및 디바이스 물질에 따라 제조되었다. 디바이스의 일반 구조는 표 4에 제시된다.
표 4: 적색 EML 두께 변화에 대한 디바이스 층 물질 및 두께
Figure pat00012
디바이스 층 두께는 표 5에 제시되고, 디바이스 성능(CIE 및 색상 안정성 대 휘도 변화)은 표 6에 제시된다.
표 5: 디바이스 실시예 R/G/R' 적색 EML 두께 변화
Figure pat00013
표 6: 적색 EML 두께 변화에 대한 디바이스 성능 및 색상 안정성
Figure pat00014
실험 디바이스 실시예 4 내지 12의 EL 스펙트럼이 도 18에 도시되어 있다.
표 6의 데이터로부터 알 수 있는 바와 같이, 전류 밀도에 대한 색 안정성은 녹색층 및 두 적색층의 두께에 크게 의존한다. 따라서, 녹색 및 적색 EML의 두께의 비는 이전에 개시된 바와 같이 R/G/R' 디바이스의 색상 안정성을 조정하기 위해 사용될 수 있다. 일반적으로, EML R1이 얇으면 얇을수록 디바이스의 색상 안정성이 더 향상되며, EML R3의 방출에 의해 추가의 적색 방출이 보상되며, 상기 디바이스의 적색/녹색 방출비는 보다 두꺼운 R1 적색 EML 디바이스와 동일하게 조정될 수 있다(도 8의 EL 스펙트럼에 의해 제시되는 바와 같이). 여기서 제시된 실시예는 R1 및 R3 EML 층에서 상이한 적색 이미터 RDD 및 RDS를 갖지만, 보다 일반적으로 본 명세서에서 개시되는 실시양태는 2개의 층에서 상이한 이미터로 제한되지 않으며, 대안적으로 또는 추가로, R1 및 R3 EML에서 동일한 이미터를 포함할 수 있다.
동일하거나 상이한 CIE를 갖지만 상이한 HOMO 수준을 갖는 상이한 이미터, 예를 들어 적색 발광 물질의 위치는 디바이스의 색상 안정성에 영향을 미칠 수 있음이 또한 밝혀졌다. 이것은 본 명세서에서 개시되는 바와 같은 RGR 구조의 R1 또는 R3 발광층에 대해, 특히 구동 전류의 함수로서 특히 적색/녹색 피크 비에 대해 특히 사실일 수 있다. 따라서, 일부 실시양태에서, 하나 이상의 발광 물질은 원하는 색상 범위 및 안정성을 달성하기 위해 유사한 (또는 상이한) CIE 값을 갖지만 상이한 에너지 준위를 갖도록 선택될 수 있다.
색상 안정성의 다중 EML 구조에 대한 몇 가지 실시예가 본 명세서에서 개시된다. 이러한 몇몇 실시예의 개략적인 HOMO-LUMO 수준 다이어그램이 도 9, 10, 11, 12 및 13에 도시되어 있다. 색상 안정성의 다중 EML 구조를 구축하기 위해 사용될 수 있는 물질의 에너지 준위 및 기능은 표 7에 제시되어 있다.
표 7: 색상 안정성의 다색 디바이스에 대한 EML 물질의 HOMO 및 LUMO 수준
Figure pat00015
휘도에 대한 다양한 색상 안정성을 갖는 3개의 EML R/G/R 구조에 대한 상기 실시예의 표 및 도면의 약어는 다음을 참조한다:
EML 1 - HTL에 가까운 적색 EML(R EML이라고도 함)
EML 2 - 중간의 녹색 EML
EML 3 - ETL에 가까운 적색 EML(R' EML이라고도 함)
디바이스 EML의 호스트는 단일 호스트일 수 있거나 또는 하나 초과의 성분
(일반적으로 정공 수송체 및 전자 수송체 성분)를 포함할 수 있다.
RH 1-1 EML1의 제1 성분 또는 적색 호스트
RH 1-2 EML1의 제2 성분 또는 적색 호스트
RH-1-3 EML1의 보다 얕은 HOMO를 갖는 적색 호스트의 제1 성분
RH-1 적색 EML1의 단일 적색 호스트
GH 2-1 EML2의 제1 성분 또는 녹색 호스트
GH 2-2 EML2의 제2 성분 또는 녹색 호스트
RH 3-1 EML3의 제1 성분 또는 적색 호스트
RH 3-2 EML3의 제2 성분 또는 적색 호스트
RH3 - EML3의 단일 적색 호스트
RDs - -5.2 eV보다 얕은 HOMO를 갖는 얕은 HOMO 적색 이미터
RDd - -5.2 eV보다 깊은 HOMO를 갖는 깊은 HOMO 적색 이미터
GD2 - 녹색 이미터
이들 실시예에서, "깊은 HOMO" 적색 이미터는 -5.2 eV보다 더 깊은 HOMO를 지칭하고, "얕은 HOMO" 적색 이미터는 -5.2 eV보다 더 얕은 HOMO를 지칭한다.
한 실시양태에서, 얕은 HOMO 적색 이미터(RDs)가 적색 EML R에 위치하고(HTL에 가깝게) 깊은 HOMO 적색 이미터(RDd)가 적색 EML R'에 위치하면(ETL에 가깝게), HOMO 구성은 적색 EML R(HTL에 더 가까운)을 통한 정공 수송, 녹색 EML 및 적색 EML R'(ETL 옆의)에서의 정공 차단에 더 유리할 수 있다. 도시된 예시적인 RDs/G/RDd 디바이스 구성에서, 정공은 ETL 옆의 적색 EML R'까지 완전히 자유롭게 이동할 수 있으며, 여기서 RDd 깊은 적색 이미터에 의해 차단된다. 이러한 구성은 색상 안정성을 조정하기 위해 사용될 수 있다. 이 구성을 갖는 디바이스의 개략적인 에너지 준위 다이어그램이 도 9 및 11에 도시되어 있다. 실시예 사이의 차이는 적색 EML에서의 호스트 물질의 차이(예를 들어, 이중 호스트 대 단일 호스트) 때문이다.
한 실시양태에서, 깊은 HOMO 적색 이미터(RDd)는 적색 EML R(HTL에 근접)에 위치하고 얕은 HOMO 적색 이미터(RDs)는 적색 EML R'(ETL에 근접)에 위치한다. 이러한 구성은 제1 EML에서 RDd에 의해 방해되는 정공에 보다 유리할 수 있는 HOMO 수준 배열을 제공할 수 있다. EML R(HTL에 더 가까운)을 떠날 때, 정공은 EML2 및 EML3(ETL에 더 가까운)을 통해 자유롭게 이동할 수 있다. 따라서, 이 구성은 또한 디바이스의 색상 안정성을 조정하기 위해 사용될 수 있다.
이러한 구성을 갖는 디바이스의 개략적인 에너지 준위 다이어그램이 도 10 및 12에 도시되어 있다. 실시예 사이의 차이는 적색 EML에서의 상이한 호스트 물질(예를 들어, 이중 호스트 대 단일 호스트) 때문이다.
호스트 분자의 HOMO 및 LUMO 수준이 주로 전하를 수송하는 것인 경우, 인접 층들 사이의 HOMO 및 LUMO의 차이는 디바이스를 통해 흐르는 전류와 함께 재조합 대역의 이동을 방지하기 위해 하나 이상의 EML 내에 전하를 "잠그는" EML 구성을 선택함으로써 색상 안정성 구조의 설계에 사용될 수 있다. 이것은 더 얕은 HOMO 전하 수송 물질로부터 더 깊은 HOMO 전하 수송 물질로의 정공 주입에 대한 장벽을 제공할 수 있고, 휘도 증가와 함께 재조합 대역의 확산을 방지함으로써, R/G 방출 피크의 비라는 측면에서 디바이스의 색상 안정성을 조정하는 메커니즘을 제공할 수 있다.
앞에서 개시된 바와 같이, 본 명세서에서 개시되는 바와 같은 디바이스는 R(HTL에 더 가까운 적색 EML) 및 R'(ETL에 더 가까운 적색 EML)에 다양한 호스트를 포함하는 R/G/R' 배열을 갖는 EML 구조를 가질 수 있다. 이것은 본 명세서에 개시되는 보다 일반화된 X/Y/X' 구조의 특정 예로서 이해될 수 있다. 한 실시양태에서, R 적색 EML(HTL에 더 가까운) 내의 호스트는 정공 수송을 제공하기 위해 보다 얕은 HOMO를 갖도록 선택될 수 있는 반면, R' 호스트(ETL에 더 가까운 적색 EML)는 상기 EML을 통과하지 못하도록 정공을 차단하기 위해 보다 깊은 HOMO를 갖도록 선택될 수 있다. 이러한 구성은 색상 안정성 조정에 유리할 수 있고, 동일하거나 상이한 HOMO 수준을 갖는 적색 이미터와 조합하여 사용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 가장 유리한 구조는 R EML(HTL 옆의 적색 EML)이 얕은 HOMO 호스트 및 얕은 HOMO 이미터를 포함하고, R' EML(ETL 옆의 적색 EML)이 깊은 HOMO 호스트 및 깊은 HOMO 이미터를 사용하는 것으로 밝혀졌다. 이러한 디바이스의 개략적인 에너지 준위 다이어그램이 도 13에 도시되어 있다.
한 실시양태에서, R 적색 EML(HTL에 가까운) 및 R' 적색 EML(ETL에 가까운) 내의 정공 수송 공동 호스트의 농도는 상이할 수 있다. 예를 들어, R 적색 EML(HTL에 가까운)은 R 적색 EML(HTL 옆의) 및 녹색 EML(들)을 통한 정공 수송을 제공하기 위해 더 높은 농도를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 이와 유사하게, R' 적색 EML(ETL에 가까운)에서, 정공 수송 공동 호스트의 농도는 상기 EML을 통한 정공 수송을 방지하기 위해 더 낮을 수 있으며, 이에 의해 재조합 대역의 이동을 방지하고 디바이스의 색상 안정성을 보다 잘 제어할 수 있게 된다.
보다 일반적으로, 본 명세서에서 이전에 개시된 다양한 실시양태 및 배열을 고려하면, R 적색 EML(HTL 옆의) 및 R' 적색 EML(ETL 옆의)에서 호스트 변형, 호스트 조성, 이미터 에너지 준위를 임의로 조합하여 사용함으로써 EML(들)을 통한 전하 수송을 변경하고, 이에 의해 구동 전류 및 노화에 대한 디바이스의 색상 안정성을 조정할 수 있다.
또한, 이전에 개시된 실시예 및 본 명세서에 제공되는 실험 데이터가 예시 및 이해의 용이성을 위해 R/G/R' 구조를 사용하지만, 본 명세서에 개시되는 실시양태는 적색 및 녹색 발광 물질 또는 층으로 제한되지 않는다. 본 명세서에 개시되는 실시양태의 범위 및 내용은 단지 R/G/R 타입 구조로 제한되지 않고, 2가지 색상의 발광층을 사용하는 다양한 다른 배열을 포함하지만, 동일한 색상의 발광층 사이에 구조적, 조성 또는 에너지 준위의 차이를 가질 수 있다. 즉, 본 명세서에 개시되는 실시양태는 보다 일반적으로 X/Y/X' 구조에 관한 것이며, 여기서 X 및 Y는 적색, 녹색, 청색, 황색 또는 다른 색상을 포함하는 상이한 색상을 나타낼 수 있다. Y 및 X는 유사한 색상이지만 상이한 이미터 및 호스트 물질을 사용하거나, 상이한 색상일 수 있다. 이와 유사하게, X 및 Y는 유사하거나 상이한 HOMO-LUMO 수준을 가질 수 있다. Y 발광층은 하나 초과의 EML을 포함할 수 있다. X 및 X' 층은 동일한 색상의 발광 스펙트럼을 가질 수 있지만, 동일한 발광 스펙트럼을 갖지 않을 수 있다. 예를 들어, 층은 1 nm, 2 nm, 5 nm, 10 nm 또는 서로 개재하는 임의의 값 내의 피크 파장을 포함하는 발광 스펙트럼을 가질 수 있다. 이와 유사하게, X 및 X' 층에 대해 여전히 동일한 색상의 범위 내에 있지만 피크 파장은 더 멀어질 수 있다.
한 실시양태에서, 본 명세서에서 개시되는 OLED는 X/Y/X' 구조를 갖는 발광층을 포함할 수 있다. X EML 이미터 HOMO는 X' EML 이미터 HOMO보다 깊을 수 있다. 구체적으로, X EML 발광 물질 HOMO가 X' EML 발광 물질 HOMO보다 0.1, 0.2 또는 0.3 eV 더 깊은 것이 바람직할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, X 이미터 LUMO는 X' EML 이미터 LUMO보다 더 깊을 수 있고, 구체적으로 0.1, 0.2 또는 0.3 eV 더 깊을 수 있다. 일부 실시양태에서, X 및 X'는 이전에 개시된 바와 같이 적색 EML일 수 있다.
대안적으로 또는 추가로, 한 실시양태에서 X/Y/X' 구조는 X 호스트 HOMO가 X' 호스트 HOMO보다 더 얕은 X 및 X' EML 호스트 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, X EML 호스트 HOMO는 X' EML 호스트의 HOMO보다 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 또는 0.5 eV 또는 그 초과로 더 얕거나, 바람직하게는 0.1-0.3 eV 더 얕을 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, X EML 호스트 LUMO는 X' EML 호스트 LUMO보다 더 얕을 수 있고, 구체적으로 X' EML 호스트 LUMO보다 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 또는 0.5 eV 또는 그 초과로 더 얕거나, 바람직하게는 0.1-0.3 eV 더 얕을 수 있다. 또 다른 실시양태에서, X 및 X' 호스트 HOMO 및/또는 LUMO는 반대의 관계를 가질 수 있고, 즉, X' 호스트 HOMO 및/또는 LUMO는 상응하는 X 호스트 HOMO 및/또는 LUMO보다 더 얕을 수 있고, 구체적으로 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 또는 0.5 eV 또는 그 초과로 더 얕거나, 바람직하게는 0.1-0.3 eV 더 얕을 수 있다.
한 실시양태에서, X/Y/X' 구조는 X EML이 X' 이미터에서의 HOMO 및 LUMO 수준보다 더 얕은 HOMO 및 LUMO 수준을 갖는 이미터를 포함하는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, X EML HOMO 및/또는 LUMO 수준은 X' EML의 상응하는 HOMO 및/또는 LUMO보다 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 또는 0.5 eV 또는 그 초과로 더 얕거나, 바람직하게는 0.1-0.3 eV 더 얕을 수 있다.
상기 개시된 바와 같이, 본 명세서에 개시된 바와 같은 X/Y/X' 구조의 다른 속성은 호스트 물질의 존재 및/또는 상대적인 농도와 같은 색상 안정성과 같은 디바이스의 속성을 조정하기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 또는 상기 개시된 특징에 더하여, 한 실시양태에서, 본 명세서에서 개시된 X/Y/X' 구조는 정공 수송 및 전자 수송 공동 호스트를 포함하는 이중 호스트 물질을 함유하는 적색 EML과 같은 EML을 포함할 수 있다. X EML 내의 정공 수송 공동 호스트 농도는 X' EML 내의 정공 수송 공동 호스트 농도의 1.5x, 3x, 5x, 10x, 또는 상기 농도보다 더 높은 임의의 중간 비율일 수 있다. 보다 일반적으로, X, Y 및 X' EML 각각은 정공 수송 공동 호스트 물질 및/또는 전자 수송 공동 호스트 물질과 같은 하나 이상의 공동 호스트 물질을 포함할 수 있다. 이들 물질의 상대적인 농도는 본 명세서에서 개시된 바와 같은 EML의 임의의 조합에 대해 R 및 R' EML과 관련하여 본 명세서에 개시된 바와 같은 디바이스의 속성을 조정하기 위해 사용될 수 있다.
디바이스의 속성을 조정하기 위해 사용될 수 있는 또 다른 인자는 층의 상대적인 두께이다. 따라서, 대안적으로 또는 이전에 개시된 특징들에 추가로, X/Y/X' 구조에서 X EML 두께는 Y EML의 두께보다 2x, 3x, 5x, 10x 또는 그 초과로 더 얇을 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, X' EML 두께는 Y EML의 두께보다 2x, 3x, 5x, 10x 또는 그 초과로 더 얇을 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, X 및 X' EML은 동일하거나 상이한 두께를 가질 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 다양한 EML 및 구조는 별개의 분리된 층을 포함하지만, 이들 층은 유사하거나 동일한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, X 및 X' EML은 하나 이상의 동일한 물질, 예를 들어 동일한 호스트 물질, 동일하거나 유사한 공동 호스트 물질, 또는 다른 EML에서 공동 호스트 역할을 하는, 한 EML 내의 발광 물질을 포함할 수 있다. 구체적인 예로서, X 및 X' EML 호스트 물질은 동일할 수 있고, 각각의 EML에서 하나 이상의 상이한 이미터가 존재할 수 있다. 또 다른 예로서, Y EML 내의 발광 물질은 X 및/또는 X' EML에서 공동 호스트로서 사용될 수 있으며, 각각의 경우에 적절한 기능을 제공한다. 즉, 이러한 배열에서, 동일한 물질이 각각의 층에서 상이한 기능을 수행할 수 있다.
본 명세서에 개시되는 다양한 특징을 설명하기 위해, 디바이스 실시예는 고진공(<10-7 Torr) 열 증발에 의해 제조하였다. 애노드 전극은 750 Å의 인듐 주석 산화물(ITO)이었다. 캐소드는 전자 주입층(EIL)으로서 10 Å의 Liq, 이어서 1,000 Å의 Al로 구성되었다. 모든 디바이스를 제조 직후에 질소 글러브 박스(<1 ppm의 H2O 및 O2)에서 에폭시 수지로 밀봉된 유리 뚜껑으로 캡슐화하고, 수분 게터를 패키지 내에 포함시켰다. 디바이스의 유기 스택의 예는 순차적으로 ITO 표면으로부터, 정공 주입층(HIL)으로서의 100 Å의 HATCN; 정공 수송층(HTL)으로서의 400 Å의 HTM; 전자 차단층으로서의 50 Å의 EBM으로 이루어졌다. 디바이스는 다음과 같은 3개의 발광층 R1/G2/R3을 포함하였다: (2:1)의 비율의 전자 수송 호스트 EH1 또는 EH2 및 정공 수송 호스트 HH1, 및 적색 이미터 RDS 또는 RDD 2.5%를 포함하는 100 Å의 적색 발광층 R1(EML R1), (3:2)의 비율의 정공 수송 호스트 HH2 및 전자 수송 호스트 EH1, 및 녹색 이미터 GD2 10%를 포함하는 350 Å의 녹색 발광층 G2, 및 적색 이미터 RDS 또는 RDD로 2.5% 농도로 도핑된 전자 수송 호스트 EH1을 포함하는 50 Å의 제3 적색 EML R3. 350 Å의 Liq:ETM(2:1) 층이 전자 수송층(ETL)으로서 사용되었다. 도 14는 개략적인 디바이스 구조를 도시한 것이다. 표 8은 디바이스의 층 두께 및 물질을 보여준다.
표 8: 실시예 디바이스의 층 물질 및 두께
Figure pat00016
디바이스 물질의 화학적 구조는 아래에 제시된다.
Figure pat00017
제조시에, 디바이스의 EL 및 디바이스의 JVL을 측정하였다. 또한, 디바이스의 EL 스펙트럼은 휘도 변화에 따른 색상 안정성을 시험하기 위해서 1 mA/cm2, 10 mA/cm2 및 100 mA/cm2의 다수의 전류 밀도에서 측정하였다.
제조된 디바이스는 이중 피크 적녹색 방출을 나타내었다. 10 mA/cm2에서 측정된 제조된 디바이스 실시예의 EL 스펙트럼은 도 10에 도시되어 있다. 휘도 변화를 갖는 디바이스 발광층 내의 재조합 대역 이동으로 인해, 적색 및 녹색 피크의 비율이 변경되어, 색 좌표 1931 CIE x,y 또는 1976 u'v'도 변경되었다. 디바이스 색 좌표의 변화가 적을수록 디바이스의 색상 안정성이 향상된다. 각각의 디바이스의 색상 안정성은 100 및 1 mA/cm2에서 측정한 델타 u'v'로 정의되었다.
Figure pat00018
여기서, EL의 u,v - 1976 색 좌표는 100 mA/cm2에서 측정되고, EL의 u'v' 1976 색 좌표는 1 mA/cm2에서 측정된다.
디바이스 실시예의 EML 구조가 표 9에 제시되고, 다수의 전류 밀도에서 측정된 디바이스의 색 좌표 및 색상 안정성 데이터가 표 10에 요약되어 있다. 도 15는 디바이스에 대한 정규화된 EL 강도를 도시한 것이다.
표 9: 디바이스 실시예의 R/G/R' 적색 EML 조성
Figure pat00019
표 10: 디바이스 실시예의 성능 및 색상 안정성
Figure pat00020
상기 개시된 바와 같이, EML을 통한 전하 수송과 관련된 디바이스 색상 안정성을 이해하기 위해서는 물질의 HOMO 및 LUMO 에너지 준위를 고려하는 것이 유용하다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 반대로 지시되지 않는 한, 층 또는 물질의 관련 에너지 준위는 용액 순환 전압 전류법(solution cyclic voltammetry) 및 시차 펄스 전압 전류법(differential pulsed voltammetry)에 의해 결정되었다. 지지 전해질로서 무수 디메틸포름아미드 용매 및 테트라부틸암모늄 헥사플루오로포스페이트를 사용하는 CH 기기 모델 6201B 포텐시오스타트(potentiostat)를 사용하여 측정을 수행하였다. 유리질 탄소 및 백금 및 은 와이어가 각각 작동, 상대 및 기준 전극으로 사용되었다. 전기화학적 전위는 시차 펄스 전압 전류법에 의해 피크 전위차를 측정함으로써 내부 페로센-페로세늄 레독스 커플(Fc/Fc+)과 비교하였다. 상응하는 가장 높은 점유된 분자 궤도(HOMO) 에너지 및 가장 낮은 비점유된 분자 궤도(LUMO) 에너지는 양이온 및 음이온 레독스 전위를 페로센(4.8 eV vs. 진공)과 비교함으로써 결정되었다.
HOMO = - (CV ox) - 4.8 (eV)
LUMO = - (CV red) - 4.8 (eV)
표 11은 디바이스 실시예 실험에 사용된 EML 물질의 디바이스에서의 에너지 준위 및 기능을 나타낸다.
깊고 얕은 HOMO 및 LUMO 수준을 갖는 2개의 적색 이미터 RDS 및 RDD가 실험에 사용되었다. 두 이미터는 유사한 채도(color saturation)를 갖지만 상이한 에너지 준위를 갖는다(표 12 참조). 디바이스의 적색 EML에서, 상기 두 이미터는 HOMO 및 LUMO 수준 에너지가 상이하기 때문에 상이한 전하 수송 특성을 보였으며, 이것은 색상 안정성 조정을 위해 사용될 수 있다.
표 11: 디바이스 실시예 실험에서 사용된 EML 물질의 에너지 준위 및 기능
Figure pat00021
표 12: 적색 이미터 RDS 및 RDD의 EL 스펙트럼 데이터 및 에너지 준위
Figure pat00022
깊은 HOMO 및 얕은 HOMO를 갖는 2개의 적색 전자 수송 호스트 EH1 및 EH2(표 11 참조)는 또한 상이한 전하 수송 특성을 가지며, R/G/R 구조의 색상 안정성을 조정하기 위해 사용되었다.
디바이스 구조 변화에 기인한 색상 안정성의 차이를 나타내기 위해 디바이스 구조의 5가지 실시예가 제조되었다. 비교예 CE1 및 CE2는 두 EML(EML R1 및 EML R3) 모두에서 동일한 적색 이미터를 갖는 구조를 보여준다. 실시예 1 및 실시예 2는 EML R1 및 R3에서 상이한 적색 이미터 RDS 및 RDD를 갖는 구조를 제시한다. 실시예 3은 상이한 적색 이미터 이외에, EMLS R1 및 R3에서 상이한 전자 수송 호스트를 보여준다. 녹색 EML은 모든 구조에서 동일하였다.
표 11은 디바이스 실시예 실험에서 사용된 EML 물질의 디바이스에서의 에너지 준위 및 기능을 보여준다.
실험 데이터는 여기에 제공되는 디바이스 에너지 준위 다이어그램을 이용한 전하 수송 설명과 일치한다(도 9, 11, 13). 표 10을 다시 참조하면, 바람직한 구성(실시예 3)에서, EML R1에서 호스트 및 이미터의 얕은 HOMO는 EML R1에서 G2 및 R3을 통한 정공 수송을 용이하게 하고, EML R3에서 호스트 및 이미터의 깊은 HOMO는 녹색 EML G2로부터 추가의 정공 수송을 방지하고, 재조합 대역이 이동하는 것을 막고, 따라서 R/G/R 구조의 색상 안정성을 크게 개선한다.
상기 개시된 바와 같이, 발광층 구조에서 다양한 층의 상대적인 두께는 디바이스 안정성을 조정하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 구성은 본 명세서에서 개시된 이미터 및/또는 호스트 HOMO/LUMO 배열 중 임의의 것과 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 바와 같은 X/Y/X' 구조를 갖는 디바이스에서, 중간 발광층 Y는 하나 이상의 X, X' 외부 발광층의 두께의 2-10배의 두께를 가질 수 있다. 또한, X, Y 및 X' 발광층은 본 명세서에서 개시된 임의의 HOMO 및/또는 LUMO 관계를 갖는 이미터 및/또는 호스트를 포함할 수 있다.
본원에 기술된 다양한 실시양태는 단지 예시이며, 본 발명의 범위를 한정하려는 것이 아님을 이해해야 한다. 예를 들어, 본원에 기술된 다수의 물질 및 구조는 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않으면서 다른 물질 및 구조로 대체될 수 있다. 따라서, 특허 청구된 본 발명은 당업자에게 명백한 바와 같이, 본원에 기술된 특정 실시예 및 바람직한 실시양태로부터 유래하는 변형예를 포함할 수도 있다. 본 발명이 왜 효과가 있는지에 관한 다양한 이론을 한정하려는 의도는 없음을 이해하여야 한다.

Claims (15)

  1. 유기 발광 디바이스로서,
    제1 전극;
    제1 전극 위에 배치된 정공 수송층;
    제1 전극 위에 배치된 발광 스택으로서,
    제1 색상의 제1 이미터를 포함하는 제1 발광층;
    제1 발광층과 직접 물리적으로 접촉하고 제1 색상과 상이한 제2 색상의 제2 이미터를 포함하는 제2 발광층; 및
    제2 발광층과 직접 물리적으로 접촉하고 제1 이미터와는 상이한, 제1 색상의 제3 이미터를 포함하는 제3 발광층
    을 포함하는 발광 스택;
    발광 스택 위에 배치된 전자 수송층; 및
    발광 스택 위에 배치된 제2 전극
    을 포함하는 유기 발광 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 제1 발광층이 제1 피크 파장을 갖는 광을 방출하고, 제3 발광층이 제1 피크 파장의 10 nm 이하 내의 제2 피크 파장을 갖는 광을 방출하는 것인 유기 발광 디바이스.
  3. 제1항에 있어서, 제1 이미터가 제3 이미터의 HOMO 에너지 준위보다 적어도 0.1 eV 더 깊거나 더 얕은 HOMO 에너지 준위를 갖고/갖거나, 제1 이미터가 제3 이미터의 LUMO 에너지 준위보다 적어도 0.1 eV 더 얕은 LUMO 에너지 준위를 갖는 것인 유기 발광 디바이스.
  4. 제1항에 있어서, 제1 발광층이 제1 호스트 물질을 포함하고, 제2 발광층이 제2 호스트 물질을 포함하고, 제3 발광층이 제3 호스트 물질을 포함하는 것인 유기 발광 디바이스.
  5. 제4항에 있어서, 제1 호스트 물질이 제3 호스트 물질과 동일한 물질인 유기 발광 디바이스.
  6. 제4항에 있어서, 제1 발광층 및 제3 발광층 중 적어도 하나가 제2 이미터를 포함하는 공동 호스트 물질을 포함하는 것인 유기 발광 디바이스.
  7. 제4항에 있어서, 제1 호스트 물질이 제3 호스트 물질의 HOMO 에너지 준위보다 적어도 0.1 eV 더 얕거나 더 깊은 HOMO 에너지 준위를 갖는 것인 유기 발광 디바이스.
  8. 제4항에 있어서, 제1 호스트 물질이 제3 호스트 물질의 LUMO 에너지 준위보다 적어도 0.1 eV 더 얕거나 더 깊은 LUMO 에너지 준위를 갖는 것인 유기 발광 디바이스.
  9. 제4항에 있어서, 각각의 제1 및 제3 호스트 물질이 정공 수송 공동 호스트 물질 및 전자 수송 공동 호스트 물질을 포함하는 것인 유기 발광 디바이스.
  10. 제4항에 있어서, 제2 호스트 물질이 정공 수송 공동 호스트 물질 및 전자 수송 공동 호스트 물질을 포함하는 것인 유기 발광 디바이스.
  11. 제1항에 있어서, 제3 발광층의 두께가 제1 발광층의 두께의 적어도 2배인 유기 발광 디바이스.
  12. 제1항에 있어서, 제2 발광층의 두께가 제3 발광층의 두께의 적어도 2배인 유기 발광 디바이스.
  13. 제1항에 있어서, 제1 및 제3 발광층이 동일한 두께를 갖는 것인 유기 발광 디바이스.
  14. 제1항에 있어서, 제1 및 제3 발광층이 상이한 두께를 갖는 것인 유기 발광 디바이스.
  15. 제1항에 있어서, 제1 발광층과 제3 발광층 사이에 배치된 적어도 하나의 발광층의 두께가 제1 발광층 두께의 적어도 2배인 유기 발광 디바이스.
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