KR20210155532A - 유기 발광 소자 - Google Patents

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KR20210155532A
KR20210155532A KR1020200072859A KR20200072859A KR20210155532A KR 20210155532 A KR20210155532 A KR 20210155532A KR 1020200072859 A KR1020200072859 A KR 1020200072859A KR 20200072859 A KR20200072859 A KR 20200072859A KR 20210155532 A KR20210155532 A KR 20210155532A
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organic light
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전상영
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전현수
김재은
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 명세서는 애노드; 캐소드; 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 구비된 발광층; 및 상기 애노드와 상기 발광층 사이에 구비되고 p형 도펀트를 포함하는 제1 유기물층, 및 p형 도펀트를 포함하는 제2 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 제1 유기물층은 상기 애노드에 접하여 구비되며, 상기 제2 유기물층은 상기 발광층에 접하여 구비되는 것인 유기 발광 소자에 관한 것이다

Description

유기 발광 소자 {ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE}
본 명세서는 유기 발광 소자에 관한 것이다.
유기발광현상은 특정 유기 분자의 내부 프로세스에 의하여 전류가 가시광으로 전환되는 예의 하나이다. 유기발광현상의 원리는 다음과 같다. 양극과 음극 사이에 유기물 층을 위치시켰을 때 두 전극을 통하여 특정 유기 분자의 내부 사이에 전압을 걸어주게 되면 음극과 양극으로부터 각각 전자와 정공이 유기물 층으로 주입된다. 유기물 층으로 주입된 전자와 정공은 재결합하여 엑시톤(exciton)을 형성하고, 이 엑시톤이 다시 바닥 상태로 떨어지면서 빛이 나게 된다. 이러한 원리를 이용하는 유기발광소자는 일반적으로 애노드와 캐소드 및 그 사이에 위치한 유기물층, 예컨대 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층을 포함하는 유기물층을 포함할 수 있다.
유기발광소자는 발광성 유기 화합물에 전류가 흐르면 빛을 내는 전계 발광 현상을 이용한 자체 발광형 소자를 의미하며, 디스플레이, 조명 등 다양한 산업 분야에서 차세대 소재로 관심을 받고 있다.
이와 같은 유기발광소자의 수명 개선 및 구동전압을 낮추어 유기발광소자의 발광효율을 높이기 위한 기술의 개발이 필요하다.
미국 특허 출원 공개 제2004-0251816호
본 명세서는 유기 발광 소자를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태는 애노드; 캐소드; 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 구비된 발광층; 및 상기 애노드와 상기 발광층 사이에 구비되고 p형 도펀트를 포함하는 제1 유기물층, 및 p형 도펀트를 포함하는 제2 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 제1 유기물층은 상기 애노드에 접하여 구비되며, 상기 제2 유기물층은 상기 발광층에 접하여 구비되는 것인 유기 발광 소자를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자는 발광층 내에서 전자와 정공의 차지 밸런스(charge balance)를 조절하여 저전압, 고효율 및 장수명의 효과가 있다.
도 1 내지 3은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자를 나타낸 도이다.
도 4는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 실시예 1 내지 4, 비교예 1 및 2의 시간에 따른 유기 발광 소자의 수명 및 시간에 따른 구동전압을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 상기 '층'은 본 기술분야에 주로 사용되는 '필름'과 호환되는 의미이며, 목적하는 영역을 덮는 코팅을 의미한다. 상기 '층'의 크기는 한정되지 않으며, 각각의 '층'은 그 크기가 같거나 상이할 수 있다. 일 실시상태에 따르면, '층'의 크기는 전체 소자와 같을 수 있고, 특정 기능성 영역의 크기에 해당할 수 있으며, 단일 서브픽셀(sub-pixel)만큼 작을 수도 있다.
본 명세서에 있어서, 특정한 A 물질이 B층에 포함된다는 의미는 i) 1종 이상의 A 물질이 하나의 B층에 포함되는 것과 ii) B층이 1층 이상으로 구성되고, A 물질이 다층의 B층 중 1층 이상에 포함되는 것을 모두 포함한다.
본 명세서에 있어서, 특정한 A 물질이 C층 또는 D층에 포함된다는 의미는 i) 1층 이상의 C층 중 1층 이상에 포함되거나, ii) 1층 이상의 D층 중 1층 이상에 포함되거나, iii) 1층 이상의 C층 및 1층 이상의 D층에 각각 포함되는 것을 모두 의미하는 것이다.
본 명세서에 있어서, "또는"은 포괄적인 '또는'을 말하며 배타적인 '또는'을 말하는 것은 아니다. 예컨대, 조건 A 또는 B는 하기 중 어느 하나에 의해 만족된다: A는 참(또는 존재함)이고 B는 거짓(또는 존재하지 않음), A는 거짓(또는 존재하지 않음)이고 B는 참(또는 존재함), A 및 B 모두가 참(또는 존재함).
본 명세서에서 달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서에서 설명되는 것과 유사하거나 등가인 방법 및 재료가 본 발명의 실시 형태의 실시 또는 시험에서 사용될 수 있지만, 적합한 방법 및 재료가 후술된다. 본 명세서에서 언급되는 모든 간행물, 특허 출원, 특허 및 다른 참고 문헌은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되며, 상충되는 경우 특정 어구(passage)가 언급되지 않으면, 정의를 비롯한 본 명세서가 우선할 것이다. 게다가, 재료, 방법, 및 실시예는 단지 예시적인 것이며 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태는 애노드; 캐소드; 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 구비된 발광층; 및 상기 애노드와 상기 발광층 사이에 구비되고 p형 도펀트를 포함하는 제1 유기물층, 및 p형 도펀트를 포함하는 제2 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 제1 유기물층은 상기 애노드에 접하여 구비되며, 상기 제2 유기물층은 상기 발광층에 접하여 구비되는 것인 유기 발광 소자를 제공한다.
종래의 유기 발광 소자는 애노드와 발광층 사이에 2층 이상의 유기물층을 포함하나, 애노드와 접하는 유기물층만 p형 도펀트를 포함하는 유기 발광 소자이다. 따라서, 종래의 유기 발광 소자는 발광존이 발광층 내에 고르게 분포하지 않고, 발광층에 접하고 p형 도펀트를 포함하지 않는 유기물층인 정공수송층 쪽 즉, 애노드 쪽으로 편향되어 있어 전자와 정공의 차지 밸런스(charge balance)가 맞지 않아 구동전압이 높고 수명이 짧은 단점이 있다.
본 명세서에서 발광존은 전자수송층으로부터 전달된 전자와 정공수송층으로부터 전달된 정공이 발광층에서 상호 작용에 의해 엑시톤 분포가 최대인 점을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자는 애노드와 상기 발광층 사이에 구비되고 p형 도펀트를 포함하는 제1 유기물층, 및 p형 도펀트를 포함하는 제2 유기물층을 포함하고, 상기 제1 유기물층은 상기 애노드에 접하여 구비되며, 특히, 상기 p형 도펀트를 포함하는 제2 유기물층은 상기 발광층에 접하여 구비되므로, 전자가 발광층으로 이동하는 속도와 정공이 발광층으로 이동하는 속도의 균형을 맞추어 발광층 내의 전자와 정공의 차지 밸런스(charge balance)를 조절하여 발광존이 편향되지 않으므로, 전자 수송층 및 정공수송층에 데미지를 감소시켜 저전압, 고효율 및 장수명의 효과가 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 유기물층 및 제2 유기물층 사이에 구비되는 정공수송층을 포함한다.
본 명세서에 따르면, 상기 정공수송층은 p형 도펀트를 포함하지 않는다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 유기물층은 제1 p형 도펀트 및 제1 호스트를 포함하고, 제2 유기물층은 제2 p형 도펀트 및 제2 호스트를 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 유기물층은 제1 정공가속층이고, 상기 제2 유기물층은 제2 정공가송측이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 유기물층은 제1 정공주입층이고, 상기 제2 유기물층은 제2 정공주입층이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 유기물층은 제1 정공주입층; 또는 제1 정공가속층이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 유기물층은 제2 정공주입층; 또는 제2 정공가속층이다.
본 명세서에서 정공주입층은 전극으로부터 정공을 수취하는 층으로, 애노드로부터 정공 수취 효과 및 발광층 또는 발광 재료에 대하여 우수한 정공 주입 효과를 갖고, 발광층에서 생성된 엑시톤의 전자 주입층 또는 전자 주입 재료에의 이동을 방지하는 층을 의미한다.
본 명세서에서 정공가속층(hole acceleration layer; HAL)은 전자와 정공이 발광층 내에서 차지 밸런스(charge balance)를 조절할 수 있도록 정공이 발광층으로 이동하는 속도를 조절하는 층을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 정공수송층은 제1 유기물층에 접하여 구비된다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 유기물층은 애노드 및 정공수송층에 접하여 구비된다.
상기 정공수송층이 제1 유기물층에 접하여 구비되는 경우, 제1 유기물층으로부터 정공수송층으로 정공 주입효과가 개선되어 정공이 정공수송층으로 원활하게 이동할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 정공수송층은 정공수송물질을 포함하고, 상기 제1 유기물층은 제1 p형 도펀트 및 제1 호스트를 포함하며, 상기 정공수송물질 및 제1 호스트는 서로 동일하다.
상기 정공수송물질 및 제1 호스트가 동일하므로, 정공수송층으로 들어온 정공의 농도가 증가하여도 상기 정공수송층 내에서 저항이 증가되는 효과를 억제하여 발광층 쪽으로 유입되는 정공 농도를 일정하게 유지될 수 있다. 다만, 상기 정공수송층의 정공수송층물질과 상기 제1 유기물층의 제1 호스트가 상이한 경우, 상기 기재된 효과가 나타나지 않는다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 p형 도펀트 및 상기 제2 p형 도펀트는 서로 동일하다. 상기 제1 p형 도펀트 및 상기 제2 p형 도펀트가 서로 동일하므로, 이를 포함하는 소자의 공정성 측면에서 효과가 있으며, 전자수송층에서 전자가 발광층으로 이동하는 속도에 맞추어 상기 제1 유기물층 및 제2 유기물층를 통하여 정공이 발광층으로 이동하는 속도 및 정공의 농도를 적절하게 제어하여, 상기 발광층에서의 전자와 정공의 차지 밸런스를 조절할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 p형 도펀트 및 상기 제2 p형 도펀트는 서로 상이하다. 상기 제1 p형 도펀트 및 상기 제2 p형 도펀트가 서로 상이할 경우, 소자의 공정성 측면을 제외하고는 상기 제1 p형 도펀트 및 상기 제2 p형 도펀트가 서로 동일한 경우의 효과를 가진다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 유기물층은 제1 p형 도펀트 및 제1 호스트를 포함하고, 상기 제1 p형 도펀트 : 제1 호스트는 0.1: 99.9 내지 10: 90의 중량비로 포함된다. 구체적으로, 상기 제1 p형 도펀트 : 제1 호스트는 1: 99 내지 10: 90의 중량비로 포함된다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 유기물층은 제2 p형 도펀트 및 제2 호스트를 포함하고, 상기 제2 p형 도펀트 : 제2 호스트는 0.1: 99.9 내지 10: 90의 중량비로 포함된다. 구체적으로, 상기 제2 p형 도펀트 : 제2 호스트는 1: 99 내지 10: 90의 중량비로 포함된다.
상기 제1 p형 도펀트 및 제1 호스트, 상기 제2 p형 도펀트 및 제2 호스트를 상기 중량비 범위로 포함하는 경우, 제1 유기물층 및 제2 유기물층에서의 정공이 발광층으로 이동하는 속도 및 정공의 농도를 적절하게 제어하여, 상기 발광층에서의 전자와 정공의 차지 밸런스를 조절할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 호스트 및 제2 호스트는 서로 동일하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 호스트 및 제2 호스트는 서로 상이하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 호스트의 밴드갭과 제2 호스트의 밴드갭 차이는 0eV이상 0.3eV이하이다. 구체적으로, 상기 제1 호스트의 밴드갭과 제2 호스트의 밴드갭 차이는 0.1eV이상 0.3eV이하이다.
상기 제1 호스트의 밴드갭과 제2 호스트의 밴드갭 차이가 상기 범위 이므로이므로, 상기 발광층으로의 정공이동을 원활하게 하여 높은 효율의 소자를 구현 할 수 있으며, 높은농도의 정공이 발광층으로 이동하여도 발광층과 접하는 상기 제2 유기물층이 열화를 일으키지 않아 저전압, 고효율 및 장수명의 유기 발광 소자를 구현할 수 있다. 또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 제1 호스트 및 제2 호스트가 서로 동일 또는 상이하여도 전술한 효과가 발생할 수 있다.
본 명세서에 있어서, "에너지 준위"는 에너지 크기를 의미하는 것이다. 따라서 에너지 준위는 해당 에너지 값의 절대값을 의미하는 것으로 해석된다. 예컨대, 에너지 준위가 낮거나 깊다는 것은 진공 준위로부터 마이너스 방향으로 절대값이 커지는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, HOMO(highest occupied molecular orbital)란, 전자가 결합에 참여할 수 있는 영역에서 가장 에너지가 높은 영역에 있는 분자궤도함수(최고 점유 분자 오비탈)를 의미하고, LUMO(lowest unoccupied molecular orbital)란, 전자가 반결합영역 중 가장 에너지가 낮은 영역에 있는 분자궤도함수(최저 비점유 분자 오비탈)를 의미하고, HOMO 에너지 준위란 진공 준위로부터 HOMO까지의 거리를 의미한다. 또한, LUMO 에너지 준위란 진공 준위로부터 LUMO까지의 거리를 의미한다.
본 명세서에 있어서, HOMO 에너지 준위는 대기하 광전자 분광장치(RIKEN KEIKI Co., Ltd. 제조: AC3)를 이용하여 측정할 수 있고, LUMO 에너지 준위는 photoluminescence(PL)을 통하여 측정된 파장값으로 계산할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 밴드갭(band gap)은 HOMO 에너지 준위와 LUMO 에너지 준위의 차이를 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 p형 도펀트 및 상기 제2 p형 도펀트는 하기 화학식 A로 표시된다.
[화학식 A]
Figure pat00001
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 호스트는 하기 화학식 1로 표시된다.
[화학식 1]
Figure pat00002
상기 화학식 1에 있어서,
R1 내지 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이며,
Ar1 및 Ar2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이며,
L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 치환 또는 비치환된 알킬렌기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴렌기이며,
r3는 1 내지 4의 정수이며,
r4는 1 내지 3의 정수이고,
상기 r3가 2 이상인 경우, 상기 2 이상의 R3는 서로 같거나 상이하며,
상기 r4가 2 이상인 경우, 상기 2 이상의 R4는 서로 같거나 상이하다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본 명세서에서 치환기의 예시들은 아래에서 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서,
Figure pat00003
는 연결되는 부위를 의미한다.
상기 "치환"이라는 용어는 화합물의 탄소 원자에 결합된 수소 원자가 다른 치환기로 바뀌는 것을 의미하며, 치환되는 위치는 수소 원자가 치환되는 위치 즉, 치환기가 치환 가능한 위치라면 한정하지 않으며, 2 이상 치환되는 경우, 2 이상의 치환기는 서로 같거나 상이할 수 있다.
본 명세서에서 "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 시아노기; 알킬기; 시클로알킬기; 알콕시기; 실릴기; 아릴기; 및 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 이상의 치환기로 치환되었거나, 상기 예시된 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환기로 치환되거나, 또는 어떠한 치환기도 갖지 않는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 2 이상의 치환기가 연결된다는 것은 어느 하나의 치환기의 수소가 다른 치환기와 연결된 것을 말한다. 예컨대, 2개의 치환기가 연결되는 것은 페닐기와 나프틸기가 연결되어
Figure pat00004
또는
Figure pat00005
의 치환기가 될 수 있다. 또한, 3개의 치환기가 연결되는 것은 (치환기 1)-(치환기 2)-(치환기 3)이 연속하여 연결되는 것뿐만 아니라, (치환기 1)에 (치환기 2) 및 (치환기 3)이 연결되는 것도 포함한다. 예컨대, 페닐기, 나프틸기 및 이소프로필기가 연결되어,
Figure pat00006
,
Figure pat00007
또는
Figure pat00008
의 치환기가 될 수 있다. 4 이상의 치환기가 연결되는 것에도 전술한 정의가 동일하게 적용된다.
본 명세서에 있어서, 할로겐기의 예로는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드가 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, n-프로필, 이소프로필, 부틸, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸, sec-부틸, 1-메틸-부틸, 1-에틸-부틸, 펜틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, tert-펜틸, 헥실, n-헥실, 1-메틸펜틸, 2-메틸펜틸, 4-메틸-2-펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸부틸, 헵틸, n-헵틸, 1-메틸헥실, 시클로펜틸메틸, 시클로헥실메틸, 옥틸, n-옥틸, tert-옥틸, 1-메틸헵틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, n-노닐, 2,2-디메틸헵틸, 1-에틸-프로필, 1,1-디메틸-프로필, 이소헥실, 2-메틸펜틸, 4-메틸헥실, 5-메틸헥실 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 시클로알킬기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 3 내지 30인 것이 바람직하며, 구체적으로 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 3-메틸시클로펜틸, 2,3-디메틸시클로펜틸, 시클로헥실, 3-메틸시클로헥실, 4-메틸시클로헥실, 2,3-디메틸시클로헥실, 3,4,5-트리메틸시클로헥실, 4-tert-부틸시클로헥실, 시클로헵틸, 시클로옥틸, 아다만틸기, 바이시클로[2.2.1]옥틸기, 노보닐기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 알콕시기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄일 수 있다. 알콕시기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적으로, 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소프로폭시, n-부톡시, 이소부톡시, tert-부톡시, sec-부톡시, n-펜틸옥시, 네오펜틸옥시, 이소펜틸옥시, n-헥실옥시, 3,3-디메틸부틸옥시, 2-에틸부틸옥시, n-옥틸옥시, n-노닐옥시, n-데실옥시, 벤질옥시, p-메틸벤질옥시 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 아릴기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 6 내지 30인 것이 바람직하며, 상기 아릴기는 단환식 또는 다환식일 수 있다.
상기 아릴기가 단환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 6 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적으로 단환식 아릴기로는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 아릴기가 다환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나. 탄소수 10 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적으로 다환식 아릴기로는 나프틸기, 안트라센기, 페난트렌기, 트리페닐렌기, 파이렌기, 페날렌기, 페릴렌기, 크라이센기, 플루오렌기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 플루오렌기는 치환될 수 있으며, 인접한 기들이 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
상기 플루오렌기가 치환되는 경우,
Figure pat00009
,
Figure pat00010
,
Figure pat00011
,
Figure pat00012
,
Figure pat00013
,
Figure pat00014
,
Figure pat00015
및
Figure pat00016
등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, "인접한" 기는 해당 치환기가 치환된 원자와 직접 연결된 원자에 치환된 치환기, 해당 치환기와 입체구조적으로 가장 가깝게 위치한 치환기, 또는 해당 치환기가 치환된 원자에 치환된 다른 치환기를 의미할 수 있다. 예컨대, 벤젠고리에서 오르토(ortho)위치로 치환된 2개의 치환기 및 지방족 고리에서 동일 탄소에 치환된 2개의 치환기는 서로 "인접한" 기로 해석될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 헤테로아릴기는 탄소가 아닌 원자, 이종원자를 1 이상 포함하는 것으로서, 구체적으로 상기 이종 원자는 O, N, Se 및 S 등으로 이루어진 군에서 선택되는 원자를 1 이상 포함할 수 있으며, 헤테로아릴기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 2 내지 30인 것이 바람직하며, 상기 헤테로고리기는 단환식 또는 다환식일 수 있다. 헤테로고리기의 예로는 티오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸기, 티아졸기, 옥사졸기, 옥사디아졸기, 피리딘기, 바이피리딘기, 피리미딘기, 트리아진기, 트리아졸기, 아크리딘기, 피리다진기, 피라진기, 퀴놀린기, 퀴나졸린기, 퀴녹살린기, 프탈라진기, 피리도 피리미딘기, 피리도 피라진기, 피라지노 피라진기, 이소퀴놀린기, 인돌기, 카바졸기, 벤즈옥사졸기, 벤즈이미다졸기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 벤조퓨란기, 페난트리딘기(phenanthridine), 페난쓰롤린기(phenanthroline), 이소옥사졸기, 티아디아졸기, 디벤조퓨란기, 디벤조실롤기, 페노크산틴기(phenoxathiine), 및 페녹사진기(phenoxazine), 페노티아진기(phenothiazine) 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서 있어서, 상기 실릴기는 알킬실릴기, 아릴실릴기, 알킬아릴실릴기; 헤테로아릴실릴기 등일 수 있다. 상기 알킬실릴기 중 알킬기는 전술한 알킬기의 예시가 적용될 수 있고, 상기 아릴실릴기 중 아릴기는 전술한 아릴기의 예시가 적용될 수 있으며, 상기 알킬아릴실릴기 중의 알킬기 및 아릴기는 상기 알킬기 및 아릴기의 예시가 적용될 수 있고, 상기 헤테로아릴실릴기 중 헤테로아릴기는 상기 헤테로고리기의 예시가 적용될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 호스트는 하기 화학식 2 또는 3으로 표시된다.
[화학식 2]
Figure pat00017
[화학식 3]
Figure pat00018
상기 화학식 2 및 3에 있어서,
R1 내지 R4, r3, r4, L1, L2, Ar1 및 Ar2는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1 내지 1-4 중 어느 하나로 표시된다.
[화학식 1-1]
Figure pat00019
[화학식 1-2]
Figure pat00020
[화학식 1-3]
Figure pat00021
[화학식 1-4]
Figure pat00022
상기 화학식 1-1 내지 1-4에 있어서,
R1 내지 R4, r3, r4, L1, L2 및 Ar1의 정의는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하며,
n은 0 내지 2의 정수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R1 및 R2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 30의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기; 또는 탄소수 6 내지 30의 단환 또는 다환의 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R1 및 R2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 20의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기; 또는 탄소수 6 내지 20의 단환 또는 다환의 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R1 및 R2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기; 또는 탄소수 6 내지 10의 단환 또는 다환의 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R1 및 R2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 메틸기; 또는 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R1 및 R2는 메틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R1 및 R2는 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R3 및 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 탄소수 6 내지 30의 단환 또는 다환의 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R3 및 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 탄소수 6 내지 20의 단환 또는 다환의 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R3 및 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 탄소수 6 내지 10의 단환 또는 다환의 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R3 및 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R3 및 R4는 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R4는 수소; 또는 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 또는 탄소수 6 내지 30의 단환 또는 다환의 아릴렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 또는 탄소수 6 내지 20의 단환 또는 다환의 아릴렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 페닐렌기; 바이페닐릴렌기; 또는 터페닐릴렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 Ar1 및 Ar2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 30의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기; 탄소수 3 내지 30의 단환 또는 다환의 시클로알킬기; 또는 탄소수 1 내지 30의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기, 또는 탄소수 6 내지 30의 단환 또는 다환의 아릴기로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 단환 또는 다환의 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 Ar1 및 Ar2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 터부틸기; 아다만틸기; 페닐기; 바이페닐기; 터페닐기; 나프틸기; 메틸기, 또는 페닐기로 치환 또는 비치환된 플루오렌기; 스피로비플루오렌기; 페난트렌기; 또는 트리페닐렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1은 하기 화합물 중에서 선택되는 어느 하나이다.
Figure pat00023
Figure pat00024
Figure pat00025
Figure pat00026
Figure pat00027
.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 호스트는 디아민유도체 화합물이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 호스트는 하기 화학식 B로 표시된다.
[화학식 B]
Figure pat00028
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 발광층은 호스트 및 도펀트를 포함하고, 상기 발광층은 인광발광을 하는 층이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 호스트는 P형 호스트 및 N형 호스트를 포함한다.
본 명세서에서, N형이란 매트릭스 물질(유기층의 물질)에서 전자를 빼앗아 올 수 있는 물질로 일반적으로 알칼리 금속 또는 알칼리 금속을 포함하는 알칼리 금속 복합체 등이 주로 사용되나 이에만 한정되는 것은 아니다. 즉, N형이란 매트릭스의 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital) 에너지 준위에 전자를 제공하여 줄 수 있는 특성을 가지는 물질로 정의할 수 있다. 반대로, P형이란 P형 물질만으로 하나의 층을 구성하는 경우는 인접한 캐소드 방향에 위치한 물질의 HOMO(highest occupied molecular orbital)에너지 준위에서 전자를 받아 인접한 캐소드 방향의 물질에 정공이 생성되게 만들어 주는 물질이거나, 임의의 매트릭스에 P형 물질이 도핑되는 경우는 매트릭스 물질의 HOMO에서 전자를 받고 그 만큼 매트릭스의 HOMO에 정공이 생성되게 하는 물질로, 이를 위해서는 P형 물질만으로 층을 형성 할 경우 캐소드 방향에 위치한 물질의 HOMO준위가 P형 물질의 LUMO와 인접할수록 인접층의 HOMO에서 전자를 빼앗아오고 인접층의 HOMO에 정공이 생성되게 하기 쉬우며, 또한 P형이 임의의 매트릭스에 도핑 되는 경우는 P형 물질의 LUMO가 매트릭스의 HOMO와 인접할수록 전자를 빼앗고 매트릭스에 정공이 생성되기 쉽다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 발광층은 호스트 및 도펀트를 포함하고, 상기 호스트는 인광성 호스트를 포함하고, 상기 도펀트는 인광성 도펀트를 포함한다. 상기 인광성 도펀트는 금속 착체를 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 인광성 호스트는 축합 및/또는 비축합 방향족환 유도체 또는 헤테로환 함유 화합물 등이 있다. 구체적으로, 축합 방향족환 유도체로는 안트라센 유도체, 피렌 유도체, 나프탈렌 유도체, 펜타센 유도체, 페난트렌 화합물, 플루오란텐 화합물 등이 있고, 헤테로환 함유 화합물로는 디벤조퓨란 유도체, 카바졸 유도체, 래더형 퓨란 화합물, 피리미딘 유도체 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속 착체는 이리듐계 착제, 백금계 착체 및 팔라듐계 착체 중 1 이상일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 도펀트는 하기 예시하는 화합물 중에서 선택되는 1 이상일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00029
Figure pat00030
Figure pat00031
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 발광층은 호스트 및 도펀트를 99:1 내지 1:99의 중량비로 포함한다. 구체적으로 99:1 내지 50:50의 중량비, 더욱더 구체적으로는 99:1 내지 70:30의 중량비, 더욱더 구체적으로는 99:1 내지 90:10의 중량비로 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 발광층은 호스트 및 도펀트를 99:1 내지 94:6의 중량비로 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 발광 소자는 상기 발광층과 상기 캐소드 사이에 정공차단층, 전자수송층, 전자주입층, 전자 주입 및 수송층으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1층 이상을 포함한다.
예컨대, 본 명세서의 유기 발광 소자의 구조는 도 1 내지 3에 나타난 것과 같은 구조를 가질 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 애노드(1), 제1 유기물층(2), 제2 유기물층(3), 발광층(4), 및 캐소드(5)가 순차적으로 적층된 유기 발광 소자가 예시되어 있다.
도 2에는 애노드(1), 제1 유기물층(2), 정공수송층(6), 제2 유기물층(3), 발광층(4), 및 캐소드(5)가 순차적으로 적층된 유기 발광 소자가 예시되어 있다.
도 3에는 애노드(1), 제1 유기물층(2), 정공수송층(6), 제2 유기물층(3), 발광층(4), 정공차단층(7), 전자수송층(8), 전자주입층(9) 및 캐소드(5)가 순차적으로 적층된 유기 발광 소자가 예시되어 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 발광 소자는 전술한 적층구조인 것을 제외하고는 당 기술 분야에서 알려져 있는 재료와 방법으로 제조될 수 있다.
예컨대, 본 명세서의 유기 발광 소자는 기판 상에 애노드, 유기물층 및 캐소드를 순차적으로 적층시킴으로써 제조할 수 있다. 이 때 스퍼터링법(sputtering)이나 전자빔 증발법(e-beam evaporation)과 같은 PVD(physical Vapor Deposition)방법을 이용하여, 금속 또는 전도성을 가지는 금속 산화물 또는 이들의 합금을 증착시켜 애노드를 형성하고, 그 위에 제1 유기물층, 정공수송층, 제2 유기물층, 발광층, 정공차단층, 전자수송층, 전자주입층을 포함하는 유기물층을 형성한 후, 그 위에 캐소드로 사용할 수 있는 물질을 증착시킴으로써 제조될 수 있다. 이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 캐소드 물질부터 유기물층, 애노드 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 만들 수 있다. 이와 같은 방법 외에도, 애노드 물질부터 유기물층, 캐소드 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 만들 수 있다.
또한, 상기 제1 유기물층 및 제2 유기물층은 유기 발광 소자의 제조시 진공 증착법 뿐만 아니라 용액 도포법에 의하여 유기물층으로 형성될 수 있다. 여기서, 용액 도포법이라 함은 스핀 코팅, 딥코팅, 닥터 블레이딩, 잉크젯프린팅, 스크린 프린팅, 스프레이법, 롤 코팅 등을 의미하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 캐소드로부터 유기물층, 애노드를 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 만들 수도 있다 (국제 특허 출원 공개 제 2003/012890호). 다만, 제조 방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 유기 발광 소자가 복수개의 유기물층을 포함하는 경우, 상기 유기물층은 동일한 물질 또는 다른 물질로 형성될 수 있다.
상기 애노드 물질로는 통상 유기물층으로 정공 주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 예를 들어, 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐주석 산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO:Al 또는 SnO2 : Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDOT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 캐소드 물질로는 통상 유기물층으로 전자 주입이 용이하도록 일함수가 작은 물질인 것이 바람직하다. 예를 들어, 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석 및 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; LiF/Al 또는 LiO2/Al과 같은 다층 구조 물질 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전자 수송층은 전자 주입층으로부터 전자를 수취하여 발광층까지 전자를 수송하는 층이다. 전자 수송 물질로는 제2 전극으로부터 전자를 잘 주입 받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로서, 전자에 대한 이동성이 큰 물질이 바람직하다. 구체적인 예로는, 8-히드록시퀴놀린의 Al착물; Alq3를 포함한 착물; 유기 라디칼 화합물; 히드록시플라본-금속 착물; 트리아진 유도체; LiQ 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 전자 수송층은 종래기술에 따라 사용된 바와 같이, 임의의 원하는 애노드 물질과 함께 사용할 수 있다. 특히, 적절한 애노드가 낮은 일함수를 가지며, 알루미늄층 또는 실버층이 뒤따르는 통상적인 물질이다. 구체적으로, 세슘, 바륨, 칼슘, 이테르븀 및 사마륨 등이 있고, 각 경우 알루미늄층 또는 실버층이 뒤따른다.
상기 전자 주입층은 전극으로부터 전자를 주입하는 층이다. 전자 주입물로는 전자를 수송하는 능력이 우수하고, 캐소드로부터의 전자 주입 효과, 발광층 또는 발광 재료에 대하여 우수한 전자주입 효과를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 발광층에서 생성된 여기자가 정공 주입층으로 이동하는 것을 방지하고, 박막 형성 능력이 우수한 물질이 바람직하다. 구체적으로는, 플루오레논, 안트라퀴노다이메탄, 다이페노퀴논, 티오피란 다이옥사이드, 옥사졸, 옥사다이아졸, 트리아졸, 트리아진, 이미다졸, 페릴렌테트라카복실산, 프레오레닐리덴 메탄, 안트론 등과 그들의 유도체, 금속 착체 화합물 및 함질소 5원환 유도체, 상기 예 중 2 이상의 혼합물 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 금속 착체 화합물로는 8-하이드록시퀴놀리나토 리튬, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)아연, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)구리, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)망간, 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄, 트리스(2-메틸-8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄, 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)갈륨, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)아연, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)클로로갈륨, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(o-크레졸라토)갈륨, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(1-나프톨라토)알루미늄, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(2-나프톨라토)갈륨 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전자 차단층은 전자 주입층으로부터 주입된 전자가 발광층을 지나 정공 주입층으로 진입하는 것을 방지하여 소자의 수명과 효율을 향상시킬 수 있는 층이다. 공지된 재료는 제한 없이 사용 가능하며, 발광층과 정공 주입층 사이에, 또는 발광층과 정공 주입 및 정공 수송을 동시에 하는 층 사이에 형성될 수 있다.
상기 정공 차단층은 정공이 발광층을 지나 음극으로 도달을 저지하는 층으로, 일반적으로 전자 주입층과 동일한 조건으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 옥사디아졸 유도체나 트리아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, 알루미늄 착물 (aluminum complex), 피리딘, 피리미딘 또는 트리아진 유도체 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 따른 유기 발광 소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.
또한, 본 명세서에 따른 유기 발광 소자는 하부 전극이 애노드이고 상부전극이 캐소드인 정구조(normal type)일 수 있고, 하부전극이 캐소드이고 상부전극이 애노드인 역구조(inverted type)일 수도 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 구조는 유기 태양 전지, 유기 감광체, 유기 트랜지스터 등을 비롯한 유기 전자 소자에서도 유기 발광 소자에 적용되는 것과 유사한 원리로 작용할 수 있다.
이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
실시예 1
ITO(인듐주석산화물)가 1300Å두께로 박막 코팅된 유리 기판 (corning 7059 glass)을, 분산제를 녹인 증류수에 넣고 초음파로 세척하였다. 세제는 Fischer Co.의 제품을 사용하였으며, 증류수는 Millipore Co. 제품의 필터(Filter)로 2차 걸러진 증류수를 사용하였다. ITO를 30 분간 세척한 후, 증류수로 2 회 반복하여 초음파 세척을 10 분간 진행하였다. 증류수 세척이 끝난 후 이소프로필알콜, 아세톤, 메탄올 용제 순서로 초음파 세척을 하고 건조시켰다.
이렇게 준비된 ITO 투명 전극 위에 하기 HAL1에 하기 P1을 2 중량% 도핑하여 100Å의 두께로 열 진공 증착하여 제1 유기물층을 형성하였다. 그 위에 정공을 수송하는 물질인 하기 HAL1(1150 Å)을 진공증착하여, 정공수송층을 형성하였다.
그 위에 하기 HAL2에 하기 P1을 1 중량% 도핑하여 450Å의 두께로 열 진공 증착하여 제2 유기물층을 형성하였다. 그 위에 하기 P-Host(175 Å), 하기 N-Host(175Å)에 도펀트로 하기 GD을 6 중량% 도핑하여 발광층을 형성하였다. 발광층 하기 HBL을 50 Å 두께로 증착하여 정공차단층을 형성한 후, 하기 ETL(150 Å) 및 하기 LiQ 150Å을 증착하여 전자 수송층을 형성하였다. 그 위에 LiQ를 15 Å 두께로 증착하여 전자주입층을 형성하였고, 상기 전자주입층 위에 1000Å두께로 알루미늄을 증착하여 음극을 형성하였다. 유기발광소자를 제조하였다.
상기의 과정에서 유기물의 증착속도는 1 내지 2Å/sec를 유지하였고, 음극의 알루미늄은 2Å/sec의 증착 속도를 유지하였으며, 증착 시 진공도는 2×10-7 ~5×10-6 torr를 유지하여, 유기 발광 소자를 제작하였다.
Figure pat00032
Figure pat00033
실시예 2
상기 실시예 1에서 상기 제2 유기물층의 p형 도펀트를 2 중량%로 도핑하는 것을 제외하고는 동일하게 유기 발광 소자를 제작하였다.
실시예 3
상기 실시예 1에서 상기 제2 유기물층의 p형 도펀트를 3 중량%로 도핑하는 것을 제외하고는 동일하게 유기 발광 소자를 제작하였다.
실시예 4
상기 실시예 1에서 상기 제2 유기물층의 p형 도펀트를 4 중량%로 도핑하는 것을 제외하고는 동일하게 유기 발광 소자를 제작하였다.
상기 실시예 1 내지 4에 사용되는 HAL1 및 HAL2는 밴드갭은 하기 표 1과 같고 전술한 방법으로 계산하였다.
HAL1 HAL2
밴드갭(eV) 3.07 3.30
상기 밴드갭의 차이는 0.3eV 이하의 값을 갖는 것을 알 수 있다.
비교예 1
ITO(인듐주석산화물)가 1300Å두께로 박막 코팅된 유리 기판 (corning 7059 glass)을, 분산제를 녹인 증류수에 넣고 초음파로 세척하였다. 세제는 Fischer Co.의 제품을 사용하였으며, 증류수는 Millipore Co. 제품의 필터(Filter)로 2차 걸러진 증류수를 사용하였다. ITO를 30 분간 세척한 후, 증류수로 2 회 반복하여 초음파 세척을 10 분간 진행하였다. 증류수 세척이 끝난 후 이소프로필알콜, 아세톤, 메탄올 용제 순서로 초음파 세척을 하고 건조시켰다.
이렇게 준비된 ITO 투명 전극 위에 상기 HAL1을 100Å의 두께로 열 진공 증착하여 제1 유기물층을 형성하였다. 그 위에 정공을 수송하는 물질인 상기 HAL1(1150 Å)을 진공증착하여, 정공수송층을 형성하였다.
그 위에 상기 HAL2을 300Å의 두께로 열 진공 증착하여 제2 유기물층을 형성하였다. 그 위에 상기 EBL을 150 Å두께로 증착하여 전자차단층을 형성하였다. 그 위에 상기 P-Host(175 Å), 상기 N-Host(175 Å)에 도펀트로 상기 GD을 6 중량% 도핑하여 발광층을 형성하였다. 발광층 상기 HBL을 50 Å두께로 증착하여 정공차단층을 형성한 후, 상기 ETL(150 Å) 및 상기 LiQ 150Å을 증착하여 전자 수송층을 형성하였다. 그 위에 상기 LiQ를 15 Å 두께로 증착하여 전자주입층을 형성하였고, 상기 전자주입층 위에 1000Å두께로 알루미늄을 증착하여 음극을 형성하였다. 유기발광소자를 제조하였다.
상기의 과정에서 유기물의 증착속도는 1 내지 2Å/sec를 유지하였고, 음극의 알루미늄은 2Å/sec의 증착 속도를 유지하였으며, 증착 시 진공도는 2×10-7 ~5×10-6 torr를 유지하여, 유기 발광 소자를 제작하였다.
비교예 2
ITO(인듐주석산화물)가 1300Å두께로 박막 코팅된 유리 기판 (corning 7059 glass)을, 분산제를 녹인 증류수에 넣고 초음파로 세척하였다. 세제는 Fischer Co.의 제품을 사용하였으며, 증류수는 Millipore Co. 제품의 필터(Filter)로 2차 걸러진 증류수를 사용하였다. ITO를 30 분간 세척한 후, 증류수로 2 회 반복하여 초음파 세척을 10 분간 진행하였다. 증류수 세척이 끝난 후 이소프로필알콜, 아세톤, 메탄올 용제 순서로 초음파 세척을 하고 건조시켰다.
이렇게 준비된 ITO 투명 전극 위에 상기 HAL1에 상기 P1을 2 중량% 도핑하여 100Å의 두께로 열 진공 증착하여 제1 유기물층을 형성하였다. 그 위에 정공을 수송하는 물질인 상기 HAL1(1150 Å)을 진공증착하여, 정공수송층을 형성하였다.
그 위에 상기 HAL2을 450Å의 두께로 열 진공 증착하여 제2 유기물층을 형성하였다. 그 위에 상기 P-Host(175 Å), 상기 N-Host(175 Å)에 도펀트로 상기 GD을 6 중량% 도핑하여 발광층을 형성하였다. 발광층 상기 HBL을 50 Å두께로 증착하여 정공차단층을 형성한 후, 상기 ETL(150 Å) 및 상기 LiQ 150Å을 증착하여 전자 수송층을 형성하였다. 그 위에 상기 LiQ를 15 Å 두께로 증착하여 전자주입층을 형성하였고, 상기 전자주입층 위에 1000Å두께로 알루미늄을 증착하여 음극을 형성하였다. 유기발광소자를 제조하였다.
상기의 과정에서 유기물의 증착속도는 1 내지 2Å/sec를 유지하였고, 음극의 알루미늄은 2Å/sec의 증착 속도를 유지하였으며, 증착 시 진공도는 2×10-7 ~5×10-6 torr를 유지하여, 유기 발광 소자를 제작하였다.
소자평가
1.0×10-7 torr이하의 진공 챔버에서에 유기 화합물을을 증발건조(Evaporation)하여 실험을 진행한다. O2 10ppm, H2O 10ppm 이하 글로브 박스(Glove Box)에서 봉지 공정까지 완료 후, 110°C 오븐에서 40min 베이킹(baking)을 진행하였다. 이때 베이킹을 통해 유기박막의 에이징(aging)효과를 볼 수 있어 안정적인 유기 발광 소자를 얻어 낼 수 있다. 베이킹(Baking)이 완료 된 유기 발광 소자를 Photo Research사 PR-655 IVL 계측기를 활용하여 전류-전압-휘도(current-voltage-luminance: IVL) 특성을 측정을 하였으며, 구동 전압은 Power source_2635B(Keithley社)의 제품을 이용하여 10mA/cm2전류밀도 측정하였으며, 전류 밀도 10 mA/㎠에 있어서 양자효율을 측정하였고, McScience社 M6000 제품을 통하여, 전류밀도 20mA/cm2 조건으로 유기 발광 소자의 포토 다이오드(Photo Diode)방식으로 수명(Life Time)을 측정하여, 하기 표 2 및 도 4에 나타내었다.
도 4는 상기 실시예 1 내지 4, 비교예 1 및 2의 시간에 따른 유기 발광 소자의 수명 및 시간에 따른 구동전압을 나타낸 그래프이다.
하기 표 2에서, Delta Voltage는 일정 전류를 유기 발광 소자에 주입하였을 때, 시간의 경과에 따른 구동전압의 상승을 의미하며, 시간에 따른 전압 상승이 적은 것이 우수한 효과의 유기 발광 소자임을 의미한다.
구동전압
(V)		 양자효율
(cd/A)		 CIE-x CIE-y Life Time_T95
(Hour)		 Delta Voltage
(V)
비교예1 4.08 46.68 0.362 0.609 278.47 0.025
비교예2 4.08 46.48 0.361 0.611 233.98 0.031
실시예 1 3.64 46.68 0.360 0.611 347.65 0.009
실시예 2 3.50 47.01 0.360 0.611 368.03 0.007
실시예 3 3.44 47.06 0.360 0.611 406.83 0.009
실시예 4 3.42 47.64 0.360 0.611 431.55 0.015
상기 표 2 및 도 4에 의하면, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자는 애노드와 상기 발광층 사이에 구비되고 p형 도펀트를 포함하는 제1 유기물층, 및 p형 도펀트를 포함하는 제2 유기물층을 포함하고, 상기 제1 유기물층은 상기 애노드에 접하여 구비되며, 특히, 상기 p형 도펀트를 포함하는 제2 유기물층은 상기 발광층에 접하여 구비되므로, 전자가 발광층으로 이동하는 속도와 정공이 발광층으로 이동하는 속도의 균형을 맞추어 발광층 내의 전자와 정공의 차지 밸런스(charge balance)를 조절하여 발광존이 편향되지 않으므로, 전자 수송층 및 정공수송층에 데미지를 감소시켜 고효율, 저전압 및/또는 장수명의 효과가 있었다.
구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자인 실시예 1 내지 4는 제1 유기물층 및 제2 유기물층에 p형 도펀트를 포함하지 않는 유기 발광 소자인 비교예 1 및 제1 유기물층에만 p형 도펀트를 포함하는 유기 발광 소자인 비교예 2 보다 Delta Voltage가 낮고, 구동 전압 및 수명이 우수함을 알 수 있었다.
1: 애노드
2: 제1 유기물층
3: 제2 유기물층
4: 발광층
5: 캐소드
6: 정공수송층
7: 정공차단층
8: 전자수송층
9: 전자주입층

Claims (15)

  1. 애노드;
    캐소드;
    상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 구비된 발광층; 및
    상기 애노드와 상기 발광층 사이에 구비되고 p형 도펀트를 포함하는 제1 유기물층, 및 p형 도펀트를 포함하는 제2 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서,
    상기 제1 유기물층은 상기 애노드에 접하여 구비되며,
    상기 제2 유기물층은 상기 발광층에 접하여 구비되는 것인 유기 발광 소자.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 유기물층 및 상기 제2 유기물층 사이에 구비되는 정공수송층을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 유기물층은 제1 p형 도펀트 및 제1 호스트를 포함하고, 제2 유기물층은 제2 p형 도펀트 및 제2 호스트를 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 유기물층은 제1 정공가속층이고, 상기 제2 유기물층은 제2 정공가속층인 것인 유기 발광 소자.
  5. 청구항 2에 있어서, 상기 정공수송층은 상기 제1 유기물층에 접하여 구비되는 것인 유기 발광 소자.
  6. 청구항 2에 있어서, 상기 정공수송층은 정공수송물질을 포함하고, 상기 제1 유기물층은 제1 p형 도펀트 및 제1 호스트를 포함하며, 상기 정공수송물질 및 제1 호스트는 서로 동일한 것인 유기 발광 소자.
  7. 청구항 3에 있어서, 상기 제1 p형 도펀트 및 제2 p형 도펀트는 서로 동일한 것인 유기 발광 소자.
  8. 청구항 3에 있어서, 상기 제1 유기물층은 제1 p형 도펀트 및 제1 호스트를 포함하고, 상기 제1 p형 도펀트 : 제1 호스트는 0.1: 99.9 내지 10: 90의 중량비로 포함되는 것인 유기 발광 소자.
  9. 청구항 3에 있어서, 상기 제2 유기물층은 제2 p형 도펀트 및 제2 호스트를 포함하고, 상기 제2 p형 도펀트 : 제2 호스트는 0.1: 99.9 내지 10: 90의 중량비로 포함되는 것인 유기 발광 소자.
  10. 청구항 3에 있어서, 상기 제1 호스트의 밴드갭과 제2 호스트의 밴드갭 차이는 0eV 이상 0.3eV이하인 것인 유기 발광 소자.
  11. 청구항 3에 있어서, 상기 제2 호스트는 하기 화학식 1로 표시되는 것인 유기 발광 소자:
    [화학식 1]
    Figure pat00034

    상기 화학식 1에 있어서,
    R1 내지 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이며,
    Ar1 및 Ar2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이며,
    L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 치환 또는 비치환된 알킬렌기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴렌기이며,
    r3는 1 내지 4의 정수이며,
    r4는 1 내지 3의 정수이고,
    상기 r3가 2 이상인 경우, 상기 2 이상의 R3는 서로 같거나 상이하며,
    상기 r4가 2 이상인 경우, 상기 2 이상의 R4는 서로 같거나 상이하다.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1 내지 1-4 중 어느 하나로 표시되는 것인 유기 발광 소자:
    [화학식 1-1]
    Figure pat00035

    [화학식 1-2]
    Figure pat00036

    [화학식 1-3]
    Figure pat00037

    [화학식 1-4]
    Figure pat00038

    상기 화학식 1-1 내지 1-4에 있어서,
    R1 내지 R4, r3, r4, L1, L2 및 Ar1의 정의는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하며,
    n은 0 내지 2의 정수이다.
  13. 청구항 11에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화합물 중에서 선택되는 어느 하나인 것인 유기 발광 소자:
    Figure pat00039

    Figure pat00040

    Figure pat00041

    Figure pat00042

    Figure pat00043
    .
  14. 청구항 3에 있어서, 상기 제1 호스트는 디아민유도체 화합물인 것인 유기 발광 소자.
  15. 청구항 1에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 상기 발광층과 상기 캐소드 사이에 정공차단층, 전자수송층, 전자주입층, 전자 주입 및 수송층으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1층 이상을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
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