KR20230006879A - 유기 전계발광소자 및 디스플레이 장치 - Google Patents

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궈멍 리
자오양 시
샤오위 가오
멍전 리
레이 쑨
차오 쉬
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쿤산 뉴 플랫 패널 디스플레이 테크놀로지 센터 씨오., 엘티디.
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Abstract

본 출원은 유기 전계발광소자 및 디스플레이 장치에 관한 것이다. 상기 유기 전계발광소자는 제1 전극, 제2 전극 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치하는 유기층을 포함하고; 여기서 유기층은 발광층을 포함하며, 상기 발광층은 호스트 재료, 열 활성화 지연 형광 증감제 및 형광 염료를 포함하고; 여기서, 호스트 재료와 열 활성화 지연 형광 증감제의 에너지 준위 관계는 LUMO호스트≥LUMO증감제, HOMO증감제≥HOMO호스트이며, 바람직하게는, LUMO염료＞LUMO증감제＞HOMO염료＞HOMO증감제이거나, 또는, LUMO증감제>LUMO염료>HOMO증감제>HOMO염료이다.

Description

유기 전계발광소자 및 디스플레이 장치
본 출원은 유기 전계발광 기술분야에 관한 것이며, 특히 유기 전계발광소자 및 디스플레이 장치에 관한 것이다.
열 활성화 증감 형광(TASF)은 열 활성화 지연 형광(TADF) 재료를 증감제로 사용시, 호스트 재료의 에너지가 TADF 재료로 전달된 후 역계간전이(RISC) 과정을 통해 트리플릿 에너지가 싱글릿으로 되돌아간 후, 나아가 에너지를 형광을 도핑한 염료에게 전달하여 발광하게 하며, 이는 호스트에서 염료 분자로의 완전한 에너지 전달을 실현할 수 있으므로, 기존의 형광 도핑 염료도 내부 양자 효율 한계인 25%를 돌파할 수 있다.
그러나 TASF 발광소자는, 염료 캐리어 포획이 심각한 문제가 종종 존재하고, 소자의 작동전압이 비교적 높으며, 수명이 비교적 낮다.
본 출원은 소자의 작동전압을 감소시키고, 소자의 수명을 연장하며, 소자 효율 롤오프의 문제를 개선할 수 있는 유기 전계발광소자를 제공한다. 본 출원은 이러한 유기 전계발광소자를 포함하는 디스플레이 장치도 제공한다.
제1 측면에서, 본 출원은 유기 전계발광소자를 제공하고, 상기 유기 전계발광소자는 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치하는 유기층을 포함하고;
여기서, 상기 유기층은 발광층을 포함하며, 상기 발광층은 호스트 재료, 열 활성화 지연 형광 증감제 및 형광 염료를 포함하고;
여기서, 상기 호스트 재료와 열 활성화 지연 형광 증감제의 에너지 준위 관계는 LUMO호스트≥LUMO증감제>HOMO증감제≥HOMO호스트이다.
바람직하게는, 상기 호스트 재료와 상기 열 활성화 지연 형광 증감제의 에너지 준위 관계는 LUMO호스트>LUMO증감제>HOMO증감제>HOMO호스트이다.
바람직하게는, 1eV>|LUMO호스트-LUMO증감제|>0.1eV이다.
바람직하게는, 1eV>|HOMO증감제-HOMO호스트|>0.1eV이다.
바람직하게는, 상기 열 활성화 지연 형광 증감제와 상기 형광 염료의 에너지 준위 관계는 LUMO염료>LUMO증감제>HOMO염료>HOMO증감제, 또는 LUMO증감제>LUMO염료>HOMO증감제>HOMO염료이다.
바람직하게는, 상기 열 활성화 지연 형광 증감제와 상기 형광 염료의 에너지 준위 관계는 LUMO염료>LUMO증감제>HOMO염료>HOMO증감제이며, 또한 1eV>|LUMO증감제-LUMO염료|>0.1eV이다.
또는, 상기 열 활성화 지연 형광 증감제와 형광 염료의 에너지 준위 관계는 LUMO증감제>LUMO염료>HOMO증감제>HOMO염료이며, 또한 1eV>|HOMO염료-HOMO증감제|>0.1eV이다.
바람직하게는, 상기 호스트 재료와 상기 형광 염료의 에너지 준위 관계는 LUMO염료>LUMO호스트>HOMO염료>HOMO호스트, 또는 LUMO호스트>LUMO염료>HOMO호스트>HOMO염료이다.
바람직하게는, 상기 호스트 재료와 상기 형광 염료의 에너지 준위 관계는 LUMO염료>LUMO호스트>HOMO염료>HOMO호스트이며, 또한 1eV>|LUMO호스트-LUMO염료|>0.1eV이고;
또는, 상기 호스트 재료와 상기 형광 염료의 에너지 준위 관계는 LUMO호스트>LUMO염료>HOMO호스트>HOMO염료이며, 또한 1eV>|HOMO염료-HOMO호스트|>0.1eV이다.
바람직하게는, 상기 형광 염료는 화합물 F-1 내지 F-30 중의 어느 1종으로부터 선택된다.
바람직하게는, 상기 열 활성화 지연 형광 증감제는 화합물 TDE1 내지 TDE45 중의 어느 1종 또는 적어도 2종의 조합으로부터 선택된다.
바람직하게는, 상기 호스트 재료는 화합물 TDH-1 내지 TDH-30 중의 어느 1종 또는 적어도 2종의 조합으로부터 선택된다.
제2 측면에서, 본 출원은 디스플레이 장치를 제공하고, 상기 디스플레이 장치는 제1 측면에 따른 유기 전계발광소자를 포함한다.
종래 기술과 비교하여, 본 출원은 다음과 같은 유익한 효과를 갖는다:
본 출원은 신규한 유기 전계발광소자를 제공하였고, 호스트 재료와 증감제의 에너지 준위 관계를 최적화시키는 것을 통해, 호스트 재료의 LUMO 에너지 준위에서 HOMO 에너지 준위까지의 범위가 증감제의 LUMO 에너지 준위에서 HOMO 에너지 준위까지의 범위를 완전히 커버하게 함으로써, 이러한 에너지 준위 매칭 방식을 통해, 에너지가 호스트 재료에서 증감제로 완전히 전달되게 한다. 본 출원의 기술방안을 채택함으로써, 소자의 작동전압을 효과적으로 감소시킬 수 있고 소자의 수명을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 출원의 일 구체적인 실시방식에 따른 호스트 재료, 증감제 및 염료의 에너지 준위 관계도이다.
도 2는 본 출원의 일 구체적인 실시방식에 따른 호스트 재료, 증감제 및 염료의 에너지 준위 관계도이다.
도 3은 본 출원의 실시예 2에 따른 호스트 재료, 증감제 및 염료의 에너지 준위 관계도이다.
도 4는 비교예 1에 따른 호스트 재료, 증감제 및 염료의 에너지 준위 관계도이다.
도 5는 본 출원의 실시예 1에서 제공하는 유기 전계발광소자의 구조 개략도이다.
도 6은 본 출원의 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 휘도-전압 곡선도이다.
본 출원의 이해를 용이하게 하기 위해, 본 출원은 다음과 같은 실시예를 나열한다. 설명되는 실시예는 본 출원의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 출원에 대한 구체적인 제한으로 간주되지 안음을 당업자는 이해해야 한다.
현재, TASF 발광소자에는 염료 캐리어 포획이 심각한 문제가 종종 존재하여 소자의 작동전압이 비교적 높고, 효율 롤오프가 심각하며 또한 수명이 비교적 낮은 문제를 초래한다. 출원인은 연구를 통해 이러한 현상을 초래하는 주요 원인 중 하나가 소자 발광층의 에너지 준위의 매칭이 불일치하고, 호스트 재료, 증감제 및 염료 삼자의 에너지 전달 방식에 문제가 존재한다는 것을 발견하였다.
이를 위해, 본 출원은 유기 전계발광소자를 제공하고, 상기 유기 전계발광소자는 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치하는 유기층을 포함하고;
여기서, 상기 유기층은 발광층(EML)을 포함하며, 상기 발광층은 호스트 재료, 열 활성화 지연 형광 증감제 및 형광 염료를 포함하고;
여기서, 상기 호스트 재료와 열 활성화 지연 형광 증감제의 에너지 준위 관계는 LUMO호스트≥LUMO증감제>HOMO증감제≥HOMO호스트이다.
본 출원에서, LUMO호스트는 호스트 재료의 LUMO 에너지 준위를 나타내고, HOMO증감제는 증감제의 HOMO 에너지 준위를 나타내며, 여기서 LUMO 에너지 준위는 분자의 최저 빈 궤도의 에너지 준위를 나타내고, HOMO 에너지 준위는 분자의 최고 점유 궤도 에너지 준위를 나타내며, 본 문서에 언급된 동일한 표현 방법은 모두 동일한 의미를 가지며, 더 이상 일일이 반복하여 설명하지 않는다.
본 출원은 신규한 유기 전계발광소자를 제공하였고, 호스트 재료와 증감제의 에너지 준위 관계를 최적화시키는 것을 통해, 호스트 재료의 LUMO 에너지 준위에서 HOMO 에너지 준위까지의 범위가 증감제의 LUMO 에너지 준위에서 HOMO 에너지 준위까지의 범위를 완전히 커버하게 함으로써, 이러한 에너지 준위 매칭 방식을 통해, 에너지가 호스트 재료에서 증감제로 완전히 전달되게 한다. 본 출원의 기술방안을 채택함으로써, 소자의 작동전압을 효과적으로 감소시킬 수 있고 소자의 수명을 향상시킬 수 있다.
하나의 선택가능한 실시방식에서, 호스트 재료와 열 활성화 지연 형광 증감제의 에너지 준위 관계는 LUMO호스트>LUMO증감제>HOMO증감제>HOMO호스트이다.
추가적으로, 하나의 선택가능한 실시방식에서, 1eV>|LUMO호스트-LUMO증감제|>0.1eV이고, 바람직하게는 호스트 재료와 증감제의 LUMO 에너지 준위 차이의 절대값은 0.2eV, 0.3eV, 0.4eV, 0.5eV, 0.6eV, 0.7eV, 0.8eV, 0.9eV 등이다.
본 출원에서, 호스트 재료와 증감제의 LUMO 에너지 준위 차이의 절대값이 상기 범위 이내인 것이 바람직하며, 에너지 준위 차이의 절대값이 0.1eV보다 클 때, 호스트 재료의 에너지가 호스트 재료에서 증감제로 더 잘 전달될 수 있도록 한다. 에너지 준위 차이의 절대값이 1eV보다 클 경우, 심각한 에너지 전달 손실을 초래하므로, 에너지 준위 차이의 절대값은 1eV 미만인 것이 바람직하다.
하나의 선택가능한 실시방식에서, 1eV>|HOMO증감제-HOMO호스트|>0.1eV이고, 바람직하게는 호스트 재료와 증감제의 HOMO 에너지 준위 차이의 절대값은 0.2eV, 0.3eV, 0.4eV, 0.5eV, 0.6eV, 0.7eV, 0.8eV, 0.9eV 등이다.
본 출원에서, 호스트 재료와 증감제의 HOMO 에너지 준위 차이의 절대값이 상기 범위 이내인 것이 바람직하며, 에너지 준위 차이의 절대값이 0.1eV보다 클 때, 호스트 재료의 에너지가 호스트 재료에서 증감제로 더 잘 전달될 수 있도록 한다. 에너지 준위 차이의 절대값이 1eV보다 클 경우, 심각한 에너지 전달 손실을 초래하므로, 에너지 준위 차이의 절대값은 1eV 미만인 것이 바람직하다.
하나의 선택가능한 실시방식에서, 상기 열 활성화 지연 형광 증감제와 형광 염료의 에너지 준위 관계는 LUMO염료>LUMO증감제>HOMO염료>HOMO증감제, 또는, LUMO증감제>LUMO염료>HOMO증감제>HOMO염료이다.
본 출원의 바람직한 기술방안에서, 상기 에너지 준위 관계를 갖도록 염료 및 증감제를 추가로 최적화하며, 이로써 염료의 에너지 준위가 호스트와 증감제 에너지 준위에 의해 동시에 코팅되지 않게 되므로, 소자에 캐리어 포획이 발생하는 것을 방지하며, 또한 엑시톤(exciton)이 모두 염료 위에서 재결합되어 소자의 작동전압이 증가되고, 수명이 단축되는 문제를 방지하여 소자의 성능을 추가로 향상시켰다.
하나의 선택가능한 실시방식에서, 호스트 재료, 증감제 및 염료의 LUMO 에너지 준위와 HOMO 에너지 준위의 관계는 도 1에서 나타낸 바와 같고, 호스트 재료의 LUMO 에너지 준위에서 HOMO 에너지 준위까지의 에너지 준위 범위는 증감제의 LUMO 에너지 준위에서 HOMO 에너지 준위까지의 에너지 준위 범위를 커버한다. 아울러, 염료의 LUMO 에너지 준위에서 HOMO 에너지 준위까지의 에너지 준위 범위는 증감제의 LUMO 에너지 준위에서 HOMO 에너지 준위까지의 에너지 준위 범위에 커버되지 않고, 양자는 서로 엇갈리며, 즉 LUMO염료>LUMO증감제>HOMO염료>HOMO증감제이다. 해당 설정은 에너지가 호스트 재료에서 증감제로 완전히 전달되게 할 수 있을 뿐만 아니라, 소자에서 캐리어 포획이 발생하고 엑시톤이 모두 염료 위에서 재결합되는 문제를 방지하여, 소자의 작동전압을 효과적으로 감소시킬 수 있으며, 소자의 수명을 향상시킬 수 있다. 도면에서 직사각형의 길이는 구체적인 에너지 준위의 크기를 나타내는 것이 아니며, 상이한 재료의 에너지 준위 사이의 크기 관계만 나타낸다.
하나의 선택가능한 실시방식에서, 호스트 재료, 증감제 및 염료의 LUMO 에너지 준위와 HOMO 에너지 준위의 관계는 도 2에서 나타낸 바와 같고, 호스트 재료의 LUMO 에너지 준위에서 HOMO 에너지 준위까지의 에너지 준위 범위는 증감제의 LUMO 에너지 준위에서 HOMO 에너지 준위까지의 에너지 준위 범위를 커버한다. 아울러, 염료의 LUMO 에너지 준위에서 HOMO 에너지 준위까지의 에너지 준위 범위는 증감제의 LUMO 에너지 준위에서 HOMO 에너지 준위까지의 에너지 준위 범위에 커버되지 않으며, 즉 LUMO증감제>LUMO염료>HOMO증감제>HOMO염료이다. 이러한 설정을 사용함으로써, 에너지가 호스트 재료에서 증감제로 완전히 전달되게 할 수 있을 뿐만 아니라, 소자에서 캐리어 포획이 발생하고 엑시톤이 모두 염료 위에서 재결합되는 문제를 방지하여, 소자의 작동전압을 효과적으로 감소시킬 수 있으며, 소자의 수명을 향상시킬 수 있다.
하나의 선택가능한 실시방식에서, 상기 열 활성화 지연 형광 증감제와 형광 염료의 에너지 준위 관계는 LUMO염료>LUMO증감제>HOMO염료>HOMO증감제이며, 또한 1eV>|LUMO증감제-LUMO염료|>0.1eV이고, 바람직하게는 형광 염료와 증감제의 LUMO 에너지 준위 차이의 절대값은 0.2eV, 0.3eV, 0.4eV, 0.5eV, 0.6eV, 0.7eV, 0.8eV, 0.9eV 등이다.
다른 하나의 선택가능한 실시방식에서, 상기 열 활성화 지연 형광 증감제와 형광 염료의 에너지 준위 관계는 LUMO증감제>LUMO염료>HOMO증감제>HOMO염료이며, 또한 1eV>|LUMO염료-LUMO증감제|>0.1eV이고, 바람직하게는 형광 염료와 증감제의 HOMO 에너지 준위 차이의 절대값은 0.2eV, 0.3eV, 0.4eV, 0.5eV, 0.6eV, 0.7eV, 0.8eV, 0.9eV 등이다.
본 출원에서는 형광 염료와 증감제의 LUMO 에너지 준위 차이의 절대값 또는 HOMO 에너지 준위 차이의 절대값이 상기 범위 내인 것이 바람직하며, 해당 범위 내에서, 캐리어 포획 문제를 추가로 개선할 수 있으므로, 소자의 성능을 향상시킨다.
하나의 선택가능한 실시방식에서, 상기 호스트 재료와 형광 염료의 에너지 준위 관계는 LUMO염료>LUMO호스트>HOMO염료>HOMO호스트, 또는, LUMO호스트>LUMO염료>HOMO호스트>HOMO염료이다.
본 출원의 바람직한 기술방안에서, 상기 에너지 준위 관계를 갖도록 염료 및 증감제를 추가로 최적화하며, 이로써 염료의 LUMO 에너지 준위에서 HOMO 에너지 준위까지의 에너지 준위 범위가 증감제의 LUMO 에너지 준위에서 HOMO 에너지 준위까지의 에너지 준위 범위에 포함되지 않도록 할 수 있을 뿐만 아니라, 호스트의 LUMO 에너지 준위에서 HOMO 에너지 준위까지의 에너지 준위 범위에도 포함되지 않도록 할 수 있으므로, 소자에 캐리어 포획이 발생하는 문제 및 엑시톤이 모두 염료 위에서 재결합되어 소자의 작동전압이 증가되고, 소자의 수명이 단축되는 문제를 초래하는 것을 추가로 방지하여 소자의 성능을 더욱더 향상시킨다.
하나의 선택가능한 실시방식에서, 상기 호스트 재료와 형광 염료의 에너지 준위 관계는 LUMO염료>LUMO호스트>HOMO염료>HOMO호스트, 또한 1eV>|LUMO호스트-LUMO염료|>0.1eV이며, 바람직하게는 형광 염료와 호스트 재료의 LUMO 에너지 준위 차이의 절대값은 0.2eV, 0.3eV, 0.4eV, 0.5eV, 0.6eV, 0.7eV, 0.8eV, 0.9eV 등이다.
다른 하나의 선택가능한 실시방식에서, 상기 호스트 재료와 형광 염료의 에너지 준위 관계는 LUMO호스트>LUMO염료>HOMO호스트>HOMO염료, 또한 1eV>|HOMO염료-HOMO호스트|>0.1eV이며, 바람직하게는 형광 염료와 호스트 재료의 HOMO 에너지 준위 차이의 절대값은 0.2eV, 0.3eV, 0.4eV, 0.5eV, 0.6eV, 0.7eV, 0.8eV, 0.9eV 등이다.
본 출원에서는 형광 염료와 호스트 재료의 LUMO 에너지 준위 차이의 절대값 또는 HOMO 에너지 준위 차이의 절대값이 상기 범위 내인 것이 바람직하며, 해당 범위 내에서, 캐리어 포획 문제를 추가로 개선할 수 있으므로, 소자의 성능을 향상시킨다.
하나의 선택가능한 실시방식에서, 호스트 재료, 열 활성화 지연 형광 증감제 및 형광 염료의 에너지 준위 관계는 LUMO호스트>LUMO증감제>HOMO증감제>HOMO호스트, LUMO염료>LUMO증감제>HOMO염료>HOMO증감제, LUMO염료>LUMO호스트>HOMO염료>HOMO호스트이다.
하나의 선택가능한 실시방식에서, 호스트 재료, 열 활성화 지연 형광 증감제 및 형광 염료의 에너지 준위 관계는 LUMO호스트>LUMO증감제>HOMO증감제>HOMO호스트, LUMO증감제>LUMO염료>HOMO증감제>HOMO염료, LUMO호스트>LUMO염료>HOMO호스트>HOMO염료이다.
하나의 선택가능한 실시방식에서, 상기 형광 염료는 화합물 F-1 내지 F-30 중의 어느 1종으로부터 선택된다:
Figure pct00001
하나의 선택가능한 실시방식에서, 상기 열 활성화 지연 형광 증감제는 화합물 TDE1 내지 TDE45 중의 1종 또는 적어도 2종의 조합(예를 들어 TDE1과 TDE6의 조합, 또는 TDE6, TDE32 및 TDE23의 조합)으로부터 선택된다:
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
하나의 선택가능한 실시방식에서, 호스트 재료는 화합물 TDH-1 내지 TDH-30 중의 어느 1종 또는 적어도 2종의 조합(예를 들어 TDH-3과 TDH-20의 조합, 또는 TDH-32, TDH-20 및 TDH-5의 조합)으로부터 선택된다:
Figure pct00005
본 출원에서, 절대값의 비교라고 달리 명시하지 않는 한, 에너지 준위의 크기 관계는 실제 수치의 크기 관계를 나타내며, 예를 들어 수치가 -1.7eV인 LUMO 에너지 준위는 수치가 -2.2eV인 LUMO 에너지 준위보다 높은 것으로 간주하며, 즉 LUMO 에너지 준위 중 -1.7eV>-2.2eV이고, 이는 또한 수치가 -1.7eV인 LUMO 에너지 준위는 수치가 -2.2eV인 LUMO 에너지 준위보다 얕다고 할 수 있다.
예를 들어 수치가 -4.9eV인 HOMO 에너지 준위는 수치가 -5.5eV인 HOMO 에너지 준위보다 높은 것으로 간주하며, 즉 HOMO 에너지 준위 중 -4.9eV>-5.5eV이고, 이는 또한 수치가 -4.9eV인 HOMO 에너지 준위가 수치가 -5.5V인 HOMO 에너지 준위보다 얕다고 할 수 있다.
하나의 선택가능한 실시방식에서, 상기 염료의 질량은 상기 발광층의 총 질량의 0.1wt%-20wt%(도핑 농도로 약칭할 수 있음)를 차지하며, 예를 들어, 바람직하게는 2wt%, 4wt%, 6wt%, 8wt%, 10wt%, 12wt%, 14wt%, 15wt%, 16wt%, 18wt%, 20wt% 등이다. 염료 도핑 농도가 너무 높으면 염료에 명백한 캐리어 포획 상황을 초래하고, 또한 염료 자체의 응집 및 소광을 쉽게 일으키므로, 소자의 수명 및 전압에 영향을 미친다. 염료 도핑 농도가 너무 낮으면 호스트와 증감제에서 염료로의 에너지 전달이 불완전하게 되어 소자의 효율 및 수명에 영향을 미친다. 본 출원의 바람직한 염료의 특정 도핑 농도를 사용하면, 호스트 및 증감제에서 염료로의 완전한 에너지 전달을 보장할 수 있으며, 아울러 염료에 명백한 캐리어 포획 상황이 나타나는 것을 방지할 수 있어 소자의 성능을 개선하는데 더 유리하다.
하나의 선택가능한 실시방식에서, 상기 발광층의 두께는 1nm-100nm이며, 예를 들어 바람직하게는 10nm, 20nm, 30nm, 40nm, 50nm, 60nm, 70nm, 80nm, 90nm 등이다.
본 출원은 발광층의 두께를 최적화함으로써 엑시톤의 재결합 위치를 조절하여 소자의 발광층에서 엑시톤이 더 잘 재결합될 수 있게 하여 소자의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
하나의 선택가능한 실시방식에서, 상기 유기층은 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 차단층, 전자 수송층 또는 전자 주입층 중의 어느 1종 또는 적어도 2종의 조합을 더 포함한다.
이하, 본 출원의 정공 수송 영역, 전자 수송 영역 및 음극에 대해 소개한다.
정공 수송 영역은 양극과 발광층 사이에 위치한다. 정공 수송 영역은 1종의 화합물만을 함유하는 단층 정공 수송층 및 여러 가지의 화합물을 함유하는 단층 정공 수송층을 포함하는 단층 구조의 정공 수송층(HTL)일 수 있다. 정공 수송 영역은 또한 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL) 및 전자 차단층(EBL) 중의 적어도 2층을 포함하는 다층 구조일 수 있으며, 여기서 HIL은 양극과 HTL 사이에 위치하며, EBL는 HTL과 발광층 사이에 위치한다.
정공 수송 영역의 재료는 CuPc와 같은 프탈로시아닌 유도체, 폴리페닐렌에틸렌(Polyphenylene ethylene), 폴리아니린/도데실벤젠설폰산(Pani/DBSA), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(4-스티렌설포네이트)(PEDOT/PSS), 폴리아닐린/캄포설폰산(Pani/CSA), 폴리아닐린/폴리(4-스티렌설포네이트)(Pani/PSS), 방향족 아민 유도체와 같은 전기 전도성 고분자 또는 전기 전도성 도펀트를 함유하는 고분자로부터 선택할 수 있지만 이에 한정되지 않으며, 여기서 방향족 아민 유도체는 이하 HT-1 내지 HT-51에서 나타낸 바와 같은 화합물; 또는 이들의 임의의 조합(예를 들어 HT-3 및 HT-23의 조합, 또는 HT-6, HT-5 및 HT-12의 조합)과 같다.
Figure pct00006
Figure pct00007
Figure pct00008
하나의 선택가능한 실시방식에서, 상기 전자 차단의 재료는 또한 화합물 EB-1 내지 EB-13 중의 어느 1종 또는 적어도 2종의 조합(예를 들어 EB-3 및 EB-2의 조합, 또는 EB -6, EB-8 및 EB-13의 조합)으로부터 선택될 수 있다:
Figure pct00009
정공 주입층은 양극과 정공 수송층 사이에 위치한다. 정공 주입층은 단일 화합물 재료일 수 있고, 또는 여러 가지 화합물의 조합일 수 있다. 예를 들어, 정공 주입층은 상기 HT-1 내지 HT-34의 1종 또는 여러 가지 화합물을 사용하거나, 하기 HI-1 내지 HI-3 중의 1종 또는 적어도 2종의 조합을 사용할 수 있고; 또한 HT-1 내지 HT-34의 1종 또는 적어도 2종의 조합에 하기 HI-1 내지 HI-3 중의 1종 또는 적어도 2종의 조합(예를 들어, HI-1 및 HI-2의 조합 등)을 도핑하여 사용할 수 있다.
Figure pct00010
전자 수송 영역은 1종의 화합물만을 함유하는 단층 전자 수송층 및 여러 가지의 화합물을 함유하는 단층 전자 수송층을 포함하는 단층 구조의 전자 수송층일 수 있다. 전자 수송 영역은 또한 전자 주입층(EIL), 전자 수송층(ETL) 및 정공 차단층(HBL) 중의 적어도 2층을 포함하는 다층 구조일 수 있다.
하나의 선택가능한 실시방식에서, 상기 전자 수송의 재료는 화합물 ET-1 내지 ET-65의 중의 어느 1종 또는 적어도 2종의 조합(예를 들어 ET-1 및 ET-2의 조합, ET-5, ET-10 및 ET-16의 조합, ET-3, ET-30, ET-27 및 ET-57의 조합 등)으로부터 선택될 수 있다:
Figure pct00011
Figure pct00012
Figure pct00013
정공 차단층(HBL)은 전자 수송층과 발광층 사이에 위치한다. 정공 차단층은 상기 ET-1 내지 ET-65의 1종 또는 여러 가지 화합물(예를 들어 ET-4와 ET-7의 조합, ET-6, ET-14와 ET-18의 조합, ET-20, ET-50, ET-3과 ET-59의 조합 등)을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
하나의 선택가능한 실시방식에서, 정공 차단층의 재료는 화합물 HB-1 내지 HB-6 중의 어느 1종 또는 적어도 2종의 조합(예를 들어 HB-1과 HB-2의 조합, HB-5, HB-6과 HB-4의 조합, HB-1, HB-3, HB-4와 HB-6의 조합 등)으로부터 선택될 수 있다:
Figure pct00014
하나의 선택가능한 실시방식에서, 상기 전자 주입층 중의 전자 주입 재료는 화합물 Liq, LiF, NaCl, CsF, Li2O, Cs2CO3, BaO, Na, Li, Ca, Mg, Ag, Yb 중의 어느 1종 또는 적어도 2종의 조합을 포함한다.
하나의 선택가능한 실시방식에서, 제1 전극의 하부 또는 제2 전극 위에 기판을 사용할 수 있다. 기판은 모두 우수한 기계적 강도, 열안정성, 방수성 및 투명도를 구비하는 유리 또는 고분자 재료이다. 또한, 디스플레이용 기판의 위에는 박막 트랜지스터(TFT)가 구비될 수 있다.
하나의 선택가능한 실시방식에서, 제1 전극은 기판 위에 제1 전극으로 사용되는 재료를 스퍼터링(sputtering) 또는 증착(deposition)하여 형성될 수 있다. 제1 전극이 양극으로 사용되는 경우, 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 주석 이산화물(SnO2), 아연 산화물(ZnO) 등 산화물 투명 전기 전도성 재료 및 이들의 임의의 조합을 사용할 수 있다. 제1전극을 음극으로 사용하는 경우, 마그네슘(Mg), 은(Ag), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag) 등 금속 또는 합금 및 이들 사이의 임의의 조합을 사용할 수 있다.
소자는 음극 위에 소자의 효율을 개선하고, 광학 마이크로 캐비티(optical micro-cavity)를 조절하는 등 작용을 하는 광추출층(CPL 층)을 증착(evaporation)할 수 있다.
상기 각 층의 두께는 본 분야에서의 이들의 통상적인 두께를 사용할 수 있다.
본 출원은 해당 유기 전계발광소자의 제조방법을 더 제공하고, 상기 유기 전계발광소자의 제조방법은 기판 위에 양극, 정공 수송 영역, 발광층, 전자 수송 영역 및 음극을 순차적으로 증착한 후 패키징하는 단계를 포함한다. 여기서, 발광층을 제조시, 다중 소스 공증착(multi-source co-evaporation)의 방법을 사용한다. 또한, 양극, 정공 수송 영역, 전자 수송 영역 및 음극의 증착 방식은 본 분야의 종래의 방식과 동일하다.
본 출원의 일 실시예는 상기와 같이 제공하는 유기 전계발광소자를 포함하는 디스플레이 장치를 더 제공한다. 해당 디스플레이 장치는 구체적으로 OLED 모니터 등 디스플레이 장치, 및 해당 디스플레이 장치를 포함하는 TV, 디지털 카메라, 휴대폰 및 태블릿 컴퓨터 등 디스플레이 기능을 갖는 임의의 제품 또는 부품일 수 있다. 해당 디스플레이 장치 및 상기 유기 전계발광소자는 종래 기술에 비해 동일한 장점을 구비하며, 여기서 반복하여 설명하지 않는다.
이하, 구체적인 실시예를 통하여 본 출원의 유기 전계발광소자에 대해 추가로 소개한다.
실시예 1-11, 비교예 1
상기 실시예 및 비교예는 각각 유기 전계발광소자를 제공하며, 그 제조방법은 다음과 같다:
(1) ITO 투명 전기 전도층이 코팅된 유리판을 시판 세정제로 초음파 처리하고, 탈이온수에서 세척하고, 아세톤:에탄올 혼합 용매에서 초음파 탈지하고, 수분이 완전히 제거될 때까지 깨끗한 환경에서 베이킹하고, 자외선과 오존을 사용하여 세정하며 저에너지 양이온 빔으로 표면에 충격을 가하고;
(2) 상기 양극을 구비한 유리 기판을 진공 챔버에 넣고, 1×10-5Pa 미만이 될 때까지 진공화(vacuumize)하고, 상술한 양극층 필름 위에 정공 주입층으로서 HI-3을 진공증착하며, 진공증착 속도는 0.1nm/s이고, 진공증착 막의 두께는 2nm이며;
(3) 정공 주입층 위에 정공 수송층 HT-28을 진공증착하며, 진공증착 속도는 0.1nm/s이고, 진공증착 막의 총 두께는 30nm이며;
(4) 정공 수송층 위에 전자 차단층 EB-12를 진공증착하며, 진공증착 속도는 0.1nm/s이고, 진공증착 막의 총 두께는 5nm이며;
(5) 전자 차단층 위에 발광층을 진공증착하며, 발광층은 호스트 재료, 증감제 및 형광 염료를 포함하고, 다중 소스 공증착법을 사용하며, 증감제의 도핑 농도는 30wt%이고, 형광 염료의 도핑 농도는 2wt%이며, 진공증착 속도는 0.1nm/s이고, 진공증착 막의 두께는 30nm이다.
(6) 발광층 위에 정공 차단층으로서 HB-5를 진공증착하며, 진공증착 속도는 0.1nm/s이고, 진공증착 막의 총 두께는 5 nm이며;
(7) 정공 차단층 위에 전자 수송층으로서 ET-60 및 ET-57을 진공증착하며, 비율은 1:1이고, 진공증착 속도는 0.1nm/s이며, 진공증착 막의 총 두께는 25 nm이고;
(8) 전자 수송층 위에 전자 주입층으로서 두께가 1nm인 Liq를 진공증착하고, 두께가 150nm인 Al층을 소자의 음극으로 한다.
상기 실시예 및 비교예에서 제공하는 유기 전계발광소자의 구조는 도 5에서 도시된 바와 같이, 아래에서 위로의 순서로, 양극, 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL), 전자 차단층(EBL), 발광층(EML), 정공 차단층(HBL), 전자 수송층(ETL), 전자 주입층(EIL) 및 음극을 순차적으로 포함한다.
상기 실시예와 비교예 사이의 차이점은 단지 호스트 재료, 증감제, 염료의 종류에 있으며, 구체적으로는 표 2에서 나타낸 바와 같다.
재료 성능 테스트:
표 1의 호스트 재료, 증감제 및 염료에 대해 HOMO 에너지 준위와 LUMO 에너지 준위를 각각 테스트하며, 테스트 방법은 다음과 같다:
전기화학적 순환 전압전류법을 사용하여 재료의 HOMO 에너지 준위와 LUMO 에너지 준위를 테스트하며, 테스트 설비는 Princeton VerSTAT3이다.
Figure pct00015
소자 성능 테스트:
Photo Research 회사의 PR 750형 광 복사계(Crookes radiometer), ST-86LA형 휘도계(Beijing Normal University photoelectric Technology Co., Ltd.) 및 Keithley 4200 테스트 시스템을 사용하여 실시예 및 비교예에서 제조된 유기 전계발광소자의 작동전압 및 전류 효율을 측정한다. 구체적으로, 초당 0.1V의 속도로 전압을 증가하고, 유기 전계발광소자가 목표 휘도일 때의 전압, 즉 휘도에 대응되는 작동전압(V)을 측정하며, 이때의 전류 밀도도 함께 측정하고; 휘도와 전류 밀도의 비율은 소자가 해당 휘도에서의 전류 효율(cd/A)이며;
휘도계를 사용하여 1000cd/m2의 휘도에서 일정한 전류를 유지하며 유기 전계발광소자의 휘도가 800cd/m2로 떨어지는 시간을 측정하고, 이를 해당 소자의 LT80 수명이라고 하고, 단위는 시간이다.
상기 테스트 결과는 표 2에서 나타낸 바와 같다.
Figure pct00016
표 2로부터 알 수 있듯이, 본 출원에서 호스트 재료와 증감제의 에너지 준위를 최적화함으로써, 호스트 재료의 LUMO 에너지 준위에서 HOMO 에너지 준위까지의 에너지 준위 범위가 증감제의 LUMO 에너지 준위에서 HOMO 에너지 준위까지의 에너지 준위 범위를 완전히 커버하게 함으로써, 소자의 수명을 효과적으로 개선하고 작동전압을 낮출 수 있다. 그러나 비교예 1의 호스트 재료, 증감제 및 염료 사이의 에너지 준위 관계는 도 4에서 나타낸 바와 같이, 호스트 재료의 LUMO 에너지 준위에서 HOMO 에너지 준위까지의 에너지 준위 범위와 증감제의 LUMO 에너지 준위에서 HOMO 에너지 준위까지의 에너지 준위 범위는 서로 엇갈리며, 실시예에 비해, 해당 소자의 성능은 현저히 떨어진다.
실시예 2와 실시예 1의 유일한 차이점은, 염료의 LUMO 에너지 준위부터 HOMO 에너지 준위까지의 에너지 준위 범위가 증감제의 LUMO 에너지 준위부터 HOMO 에너지 준위까지의 에너지 준위 범위에 포함된다는 점이며, 도 3에서 나타낸 바와 같이, 실시예 1에 비해, 소자의 성능은 현저히 떨어지며, 이로부터 본 출원은 염료 및 증감제의 에너지 준위 범위를 최적화함으로써, 염료의 LUMO 에너지 준위에서 HOMO 에너지 준위까지의 에너지 준위 범위가 호스트와 증감제의 LUMO 에너지 준위에서 HOMO 에너지 준위까지의 에너지 준위 범위에 동시에 포함되지 않도록 함으로써, 소자의 성능을 추가로 개선할 수 있음을 증명한다.
도 6은 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 휘도-전압 곡선도이며, 도면은 동일한 휘도 조건에서, 전압값에 대해, 비교예 1>실시예 2>실시예 5임을 나타내며, 이는 상기 결론을 추가로 검증해준다.
본 출원은 상술한 실시예를 통해 본 출원의 상세한 방법을 설명하고 있으나, 본 출원은 상술한 상세한 방법에 한정되지 않으며, 즉 본 출원은 반드시 상술한 상세한 방법에 의존해야만 실시할 수 있다는 것을 의미하지 않음을 본 출원인은 선언한다. 당업자는 본 출원에 대한 어떠한 개선, 본 출원의 제품의 각 원료의 동등한 대체 및 보조 성분의 추가, 구체적인 방식의 선택 등은 모두 본 출원의 보호 범위 및 개시 범위에 속한다는 것을 이해해야 한다.

Claims (12)

  1. 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치하는 유기층을 포함하는 유기 전계발광소자에 있어서,
    상기 유기층은 발광층을 포함하며, 상기 발광층은 호스트 재료, 열 활성화 지연 형광 증감제 및 형광 염료를 포함하고;
    상기 호스트 재료와 상기 열 활성화 지연 형광 증감제의 에너지 준위 관계는 LUMO호스트≥LUMO증감제>HOMO증감제≥HOMO호스트인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 호스트 재료와 상기 열 활성화 지연 형광 증감제의 에너지 준위 관계는 LUMO호스트>LUMO증감제>HOMO증감제>HOMO호스트인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    1eV＞|LUMO호스트-LUMO증감제|＞0.1eV인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광소자.
  4. 제 2항 또는 제 3 항에 있어서,
    1eV＞|HOMO증감제-HOMO호스트|＞0.1eV인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광소자.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 활성화 지연 형광 증감제와 상기 형광 염료의 에너지 준위 관계는 LUMO염료>LUMO증감제>HOMO염료>HOMO증감제, 또는, LUMO증감제>LUMO염료>HOMO증감제>HOMO염료인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광소자.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 열 활성화 지연 형광 증감제와 상기 형광 염료의 에너지 준위 관계는 LUMO염료>LUMO증감제>HOMO염료>HOMO증감제이고, 또한 1eV>|LUMO증감제-LUMO염료|>0.1eV이며;
    또는, 상기 열 활성화 지연 형광 증감제와 상기 형광 염료의 에너지 준위 관계는 LUMO증감제>LUMO염료>HOMO증감제>HOMO염료이고, 또한 1eV>|HOMO염료-HOMO증감제|>0.1eV인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광소자.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 호스트 재료와 형광 염료의 에너지 준위 관계는 LUMO염료>LUMO호스트>HOMO염료>HOMO호스트, 또는, LUMO호스트>LUMO염료>HOMO호스트>HOMO염료인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광소자.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 호스트 재료와 상기 형광 염료의 에너지 준위 관계는 LUMO염료>LUMO호스트>HOMO염료>HOMO호스트이고, 또한 1eV>|LUMO호스트-LUMO염료|>0.1eV이며;
    또는, 상기 호스트 재료와 상기 형광 염료의 에너지 준위 관계는 LUMO호스트>LUMO염료>HOMO호스트>HOMO염료이고, 또한 1eV>|HOMO염료-HOMO호스트|>0.1eV인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광소자.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 형광 염료는 화합물 F-1 내지 F-30 중의 어느 1종으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광소자:
    Figure pct00017

    Figure pct00018
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 활성화 지연 형광 증감제는 화합물 TDE1 내지 TDE45 중의 1종 또는 적어도 2종의 조합으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광소자:
    Figure pct00019

    Figure pct00020

    Figure pct00021
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 호스트 재료는 화합물 TDH-1 내지 TDH-30 중의 어느 1종 또는 적어도 2종의 조합으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광소자:
    Figure pct00022
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 유기 전계발광소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
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