KR101118808B1

KR101118808B1 - 긴 수명의 인광 유기 발광 소자(ｏｌｅｄ) 구조체

Info

Publication number: KR101118808B1
Application number: KR1020097015862A
Authority: KR
Inventors: 바딤 아다모비치; 마이클 스튜어트 위버; 브라이언 댄드레이드
Original assignee: 유니버셜 디스플레이 코포레이션
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2007-12-28
Publication date: 2012-03-22
Also published as: JP2010515255A; US8866377B2; JP5968862B2; CN104835914A; WO2009030981A3; TW201438315A; US20110057171A1; WO2009030981A2; CN104835914B; JP2016181725A; KR20090106566A; TW200901530A; EP2097938B1; JP2014041846A; TWI605625B; TWI481089B; EP2097938A2; JP6219453B2

Abstract

본 발명은 내부 경계면을 갖는 방출층을 구비한 유기 발광 소자에 관한 것이다. 제2 유기층의 제2 인광 물질의 농도는 제1 유기층의 제1 인광 물질의 농도와 상이하다. 제1 및 제2 유기층의 물질은 동일하거나 상이할 수 있다. 이러한 방출층내 경계면 외에, 상기 소자는 캐소드로부터 방출층을 퉁과하여 방출층의 애노드 측에서 유기층을 손상시키는 전자 또는 엑시톤과 관련될 수 있는 실패 메카니즘을 완화하기 위하여 고안된 하나 이상의 특징을 가진다. 또한, 상기 개시한 바와 같은 방출층내 경계면 및 상기 경계면의 적어도 한 쪽에 저에너지 방출 물질을 갖는 소자가 제공된다.

Description

긴 수명의 인광 유기 발광 소자(ＯＬＥＤ) 구조체{LONG LIFETIME PHOSPHORESCENT ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE(OLED) STRUCTURES}

본 출원은 그 전체 내용이 참조 문헌으로 인용된 2006년 12월 28일 출원된 미국 가출원 60/877,696호 및 2007년 2월 8일자 출원된 미국 가출원 60/900,624호를 우선권으로 주장한다.

청구되는 본 발명은 산학 공동 연구 협정에 따라 당사자인 미시건 대학, 프린스턴 대학, 서던 캘리포니아 대학의 평의원 및 유니버셜 디스플레이 코포레이션 중 1인 이상에 의하여, 이들을 대신하여 및/또는 이들과 연계하여 이루어졌다. 상기 협정은 청구된 발명이 이루어진 날짜 또는 그 이전에 효력이 있으며 청구된 발명은 상기 협정의 범위 내에서 수행된 활동의 결과로서 이루어졌다.

기술 분야

본 발명은 유기 발광 소자(OLED)에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 수명을 증가시킬 수 있는 특별한 구조를 갖는 OLED에 관한 것이다.

유기 물질을 이용하는 광전자 소자는 많은 이유에서 점점 요망되고 있다. 이러한 소자를 제조하기 위하여 사용되는 물질은 다수가 비교적 저렴하므로, 유기 광전자 소자는 무기 소자에 비하여 비용면으로 유리할 수 있다. 또한, 가요성과 같은 유기 물질 고유의 특성으로 인하여 유기 물질은 가요성 기판의 제조와 같은 특정한 용도에 매우 적합할 수 있다. 유기 광전자 소자의 예에는 유기 발광 소자(OLED), 유기 광트랜지스터, 유기 광전지 및 유기 광검출기가 포함된다. OLED의 경우, 유기 물질은 종래의 물질에 비하여 성능 이점을 가질 수 있다. 예컨대, 유기 발광층이 광을 방출하는 파장을 적절한 도펀트를 사용하여 일반적으로 용이하게 조정할 수 있다.

OLED는 소자에 전압이 인가될 때 광을 방출하는 유기 박막을 사용한다. OLED는 평면 패널 디스플레이, 조명 및 역광 조명과 같은 용도에서의 사용을 위해 점점 주목받는 기술이 되고 있다. 일부 OLED 물질 및 구성은 그 전체 내용이 본원에 참고 문헌으로 인용되어 있는 미국 특허 5,844,363호, 6,303,238호 및 5,707,745호에 개시되어 있다.

인광 발광 분자에 대한 하나의 용도는 전색 디스플레이이다. 이러한 디스플레이에 대한 산업 표준에 의하면 "포화" 색으로서 언급되는 특정 색을 방출하도록 제조된 픽셀이 요구된다. 특히, 이들 표준은 포화된 적색, 녹색 및 청색 픽셀을 요구한다. 컬러는 당업계에 널리 공지된 CIE 색좌표를 사용하여 측정할 수 있다.

녹색 발광 분자의 일례는 하기 화학식 I의 구조를 갖는 Ir(ppy)₃라 지칭되는 트리스(2-페닐피리딘) 이리듐이다:

여기서 그리고 이하의 도면에서, 질소로부터 금속(여기서는, Ir)의 배위 결합은 직선으로 표시된다.

본원에서 사용될 때, 용어 "유기"는 유기 광전자 소자의 제조에 사용될 수 있는 소분자 유기 물질 뿐만 아니라 고분자 물질을 포함한다. "소분자"는 중합체가 아닌 임의의 유기 물질을 의미하며 "소분자"는 실제로 매우 클 수 있다. 소분자는 어떤 경우 반복 단위를 포함할 수 있다. 예컨대, 치환기로서 장쇄 알킬기를 사용하는 것이 분자를 "소분자" 부류에서 제외시키는 것은 아니다. 소분자는 예컨대 중합체 주쇄의 현수기로서 또는 주쇄의 일부로서 중합체에 포함될 수도 있다. 소분자는 또한 코어 부분 상에 형성된 일련의 화학 외피로 이루어지는 덴드리머의 코어 부분의 역할을 할 수도 있다. 덴드리머의 코어 부분은 형광 또는 인광 소분자 에미터일 수 있다. 덴드리머는 "소분자"일 수 있으며 OLED 분야에서 현재 사용되는 모든 덴드리머는 소분자인 것으로 사료되어진다.

본원에서 사용될 때, "정상부"는 기판으로부터 가장 멀리 떨어짐을 의미하는 반면, "바닥부"는 기판에 가장 가까움을 의미한다. 제1 층이 제2 층 "상에 배치된"으로 개시되는 경우, 제1 층은 기판으로부터 더 떨어져 배치된다. 제1 층이 제2 층과 "접촉"한다고 명시되지 않는 한 제1 층 및 제2 층 사이에는 다른 층들이 있을 수 있다. 예컨대, 캐소드와 애노드 사이에 여러 유기 층들이 존재할지라도 캐소드는 애노드 "상에 배치"된다고 개시될 수 있다.

본원에서 사용될 때, "용액 처리 가능한"이란 용액 또는 현탁액 형태의 액체 매질에 용해, 분산 또는 운반 및/또는 상기 액체 매질로부터 침착될 수 있음을 의 미한다.

리간드는 발광 물질의 광활성 특성에 기여한다고 판단되는 경우 "광활성"을 의미한다.

제1 에너지 준위(HOMO 또는 LUMO)는 종래의 에너지 준위 다이어그램에서 더 낮은 경우 제2 에너지 준위보다 "작은" 또는 "낮은" 것으로 고려되는데, 이것은 제1 에너지 준위가 제2 에너지 준위보다 더 마이너스의 값을 가짐을 의미한다. 제1 에너지 준위(HOMO 또는 LUMO)는 종래의 에너지 준위 다이어그램에서 더 높은 경우 제2 에너지 준위보다 "높은" 것으로 고려되는데, 이것은 제1 에너지 준위가 제2 에너지 준위보다 덜 마이너스의 값을 가짐을 의미한다. 예컨대, CBP의 HOMO는 -5.32 eV이고 TPBI의 HOMO는 -5.70 eV이므로, CBP의 HOMO는 TPBI의 HOMO보다 0.38 eV "더 높다". 마찬가지로, mCP의 LUMO는 -0.77 eV이고 CBP의 LUMO는 -1.23 eV이므로, mCP의 LUMO는 CBP의 LUMO보다 0.46 eV "더 높다". 상기 값은 미국 캘리포니아주 어빈 소재의 Wavefunction Inc에서 입수할 수 있는 Spartan 02 소프트웨어 패키지를 사용하여 B3LYP/6-3 IG* 준위에서 실시되는 밀도 범함수 계산을 이용하여 측정하였다. Ir(ppy)₃과 같은 중금속을 함유하는 화학종에 대하여 유사 전위 옵션을 사용할 수 있다. 유기 및 무기 화합물의 에너지를 정량적으로 예측할 수 있는 밀도 범함수 계산은 문헌에서 입증되었다.

OLED에 대한 더 상세한 사항 및 상기 개시한 정의는 그 전체 내용이 본원에 인용되어 있는 미국 특허 7,279,704호에 찾아볼 수 있다.

본원에서 사용될 때, 유기 발광 소자에서 층에 적용되는 바와 같은 하나 이상의 물질로 "실질적으로 이루어지는"이란 개시된 물질 외에 존재하는 물질이 있을 수 있으나 임의의 이러한 추가 물질은 (불순물과 같이) 소량으로만 존재하고 소자의 전자 특성 또는 방출성에 유의적으로 영향을 주지 않는다는, 즉, 이들은 정공 또는 전자의 운반 또는 트랩핑에 유의적으로 기여하지 않으며, 재조합 위치를 변환시키지 않고, 엑시톤 붕괴, 방출 등에 유의적으로 기여 또는 관여하지 않는다는 의미이다.

달리 명시하지 않는 한, 본원에 개시된 각종 층에서 유기 화합물의 백분율은 중량%이다.

공동 저자로서 Samuel을 포함하는 이하의 두 참고 문헌은 도핑된 방출층이 ITO와 직접 접촉하는 용액 처리 가능한 인광 OLED를 개시한다. E.E.Namdas, T.D.Anthopoulos, LD. W. Samuel, Applied physics letters 86, 161104(2005). T.D.Anthopoulos, M.J.Frampton, E.B.Namdas, P.L.Burn, LD. W. Samuel, Adv. Mater. 2004, 16, 6호, 3월 18, 557-560 페이지.

발명의 개요

제1 측면에서는, 방출층에 경계면을 갖는 유기 발광 소자가 제공된다. 상기 소자는 애노드, 캐소드 및 상기 애노드와 캐소드 사이에 배치된 방출층을 구비한다. 상기 방출층은 제1 인광 물질 및 제1 비방출 물질을 포함하는 제1 유기층을 포함한다. 제1 유기층 내 제1 인광 물질의 농도는 10～90 중량%이고, 제1 유기층 내 제1 비방출 물질의 농도는 10～90 중량%이다. 상기 방출층은 제2 인광 물질 및 제2 비방출 물질을 포함하는 제2 유기층을 더 포함한다. 제2 층 내 제2 인광 물질의 농도는 3～25 중량%이고, 제2 유기층 내 제2 비방출 물질의 농도는 75～97 중량%이다. 제2 유기층 내 제2 인광 물질의 농도는 제1 유기층 내 제1 인광 물질의 농도보다 낮은데, 바람직하게는 5 중량% 이상 더 낮고 더 바람직하게는 10 중량% 이상 더 낮다. 제1 비방출 물질 및 제2 비방출 물질은 동일한 물질 또는 상이한 물질일 수 있으며, 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질은 동일한 물질 또는 상이한 물질일 수 있다. 따라서, (1) 제1 및 제2 유기층 둘다에 동일한 인광 물질, 제1 및 제2 유기층 둘다에 동일한 비방출 물질; (2) 제1 및 제2 유기층에 상이한 인광 물질, 제1 및 제2 유기층 둘다에 동일한 비방출 물질; (3) 제1 및 제2 유기층 둘다에 동일한 인광 물질, 제1 및 제2 유기층에 상이한 비방출 물질; 및 (4) 제1 및 제2 유기층에 상이한 인광 물질, 제1 및 제2 유기층에 상이한 비방출 물질의 4가지 조합이 존재한다. 각 조합에는 이점이 있다. 제1 유기층은 실질적으로 제1 인광 물질 및 제1 비방출 물질로 이루어질 수 있고 제2 유기층은 실질적으로 제1 유기층의 제1 인광 물질 및 제1 비방출 물질로 이루어질 수 있다. 제1 측면을 이용한 사용에서 개별적으로 또는 조합적으로 소자에서의 손상을 완화하고 소자 수명을 연장시키는 소자 아키텍처도 또한 제공된다.

제1 유기층, 제2 유기층 또는 둘다는 농도가 0.1～12 중량%인 저에너지 방출 물질을 임의로 더 포함할 수 있다.

제2 측면에서는, 손상을 완화시키기 위한 아키텍처가 제공된다. 제1 유기층 및 애노드 사이의 모든 유기층은 정공 이동도 및 전자 이동도를 갖되, 정공 이동도가 전자 이동도의 2배 이상, 바람직하게는 10배 이상, 더 바람직하게는 100배 이상 더 크다.

제3 측면에서는, 손상을 완화시키기 위한 또다른 아키텍처가 제공된다. 제1 유기층 및 애노드 사이의 모든 유기층은 트리아릴아민, 나프틸, 트리(N-카르바졸릴)트리페닐아민, 테트라아릴아민 및 카르바졸로 구성된 군에서 선택되는 기를 갖는 임의의 물질을 포함하지 않는다.

제4 측면에서는, 손상을 완화시키기 위한 또다른 아키텍처가 제공된다. 제1 유기층 및 애노드 사이에는 유기층이 존재하지 않는다.

제5 측면에서는, 손상을 완화시키기 위한 또다른 아키텍처가 제공된다. 제1 유기층 및 애노드 사이에 배치되는 제3 유기층이 제공된다. 상기 제3 유기층은 실질적으로 제1 인광 물질로 이루어진다. 상기 제3 유기층은 제1 유기층 및 애노드 사이의 유일한 층이도록 제1 유기층 및 애노드와 직접 접촉한다.

제6 측면에서는, 손상을 완화시키기 위한 또다른 아키텍처가 제공된다. 상기 소자는 3 이하의 상이한 유기 물질을 포함하여 손상되는 물질의 수를 최소화한다.

제7 측면에서는, 손상을 완화시키기 위한 또다른 아키텍처가 제공된다. 상기 소자는 4 이하의 상이한 유기 물질을 포함하며, 상기 유기 물질 중 하나는 소자에서 방출층 및 캐소드 사이에서만 존재하는 전자 운반 물질이다. 물질 수를 제한하면 손상되는 물질의 수가 최소화된다.

제8 측면에서는, 손상을 완화시키기 위한 또다른 아키텍처가 제공된다. 제1 유기층 및 애노드 사이의 모든 유기층은 실질적으로 유기금속 물질로 이루어진다.

제9 측면에서는, 손상을 완화시키기 위한 또다른 아키텍처가 제공된다. 제1 유기층 및 애노드 사이의 모든 유기층은 10 mA/cm²의 전류에서 층 두께가 10 nm 증가할 때 전압이 0.1 V 이하 상승되도록 충분히 큰 정공 전도도를 가진다.

제10 측면에서는, 손상을 완화시키기 위한 또다른 아키텍처가 제공된다. 제1 비방출 물질은 2.7 eV 이상의 삼중선 에너지(triplet energy)를 가진다.

제11 측면에서, 다양한 손상 완화 아키텍처를 포함하거나 포함하지 않는, 제1 측면에서 사용될 수 있는 저에너지 방출 물질이 제공된다. 상기 저에너지 방출 물질은 형광 방출 물질, 인광 물질 또는 다수의 저에너지 방출 물질이 존재하는 경우 상기 둘의 조합일 수 있다. 저에너지 방출 물질의 농도는 0.1～12 중량%일 수 있으며, 저에너지 방출 물질은 제1 유기층에만, 제2 유기층에만 또는 두 층 모두에 존재할 수 있다. 저에너지 방출 물질을 포함하는 유기층은 실질적으로 인광 물질, 비방출 물질 및 저에너지 방출 물질로 이루어질 수 있다.

제12 측면에서는, 제1 측면의 소자와 유사한 소자가 제공되지만, 여기서는 반대로 제2 유기층 내 인광 물질의 농도가 제1 유기층 내 인광 물질의 농도보다 더 높다. 상기 제1 유기층 내 제1 인광 물질의 농도는 3～25 중량%이고, 상기 제1 유기층 내 제1 비방출 물질의 농도는 75～97 중량%이다. 상기 제2 층 내 인광 물질의 농도는 10～90 중량%이고, 상기 제2 유기층 내 비방출 물질의 농도는 10～90 중량%이다. 상기 개시된 바와 같은 여러 다른 측면을 제12 측면에 관련하여 사용할 수 있다.

여러 측면에서, 제1 유기층은 실질적으로 제1 인광 물질 및 제1 비방출 물질로 이루어질 수 있고, 제2 유기층은 실질적으로 제1 유기층의 제2 인광 물질 및 제2 비방출 물질로 이루어질 수 있다.

여러 측면에서, 제1 및 제2 유기층의 전체 두께는 바람직하게는 400Å 이상이다. 제1 유기층의 두께는 바람직하게는 50Å 이상이며 제2 유기층의 두께는 바람직하게는 50Å 이상이다.

여러 측면에서, 제1 인광 물질은 바람직하게는 제1 비방출 물질의 최고 점유 분자 오비탈보다 0.3 eV 이상 더 높은 최고 점유 분자 오비탈을 가지며, 제2 인광 물질은 바람직하게는 제1 비방출 물질의 제2 점유 분자 오비탈보다 0.3 eV 이상 더 높은 최고 점유 분자 오비탈을 가진다.

여러 측면에서, 제4 유기층은 제2 유기층 및 캐소드 사이에 배치되도록 제공될 수 있다. 제4 유기층은 실질적으로 제2 비방출 물질로 이루어지고 제2 유기층과 직접 접촉한다.

여러 측면에서, 제4 유기층은 제2 유기층 및 캐소드 사이에 배치되도록 제공될 수 있다. 제4 유기층은 실질적으로 제2 인광 물질의 삼중선 에너지보다 0.1 eV 이상 더 큰 삼중선 에너지를 갖는 물질로 이루어지며, 제2 유기층과 직접 접촉한다.

여러 측면에서, 제1 비방출 물질은 트리페닐렌, 카르바졸, 디벤조티오펜 및 카르바졸과 커플링된 디벤조티오펜으로 구성된 군에서 선택된 기를 갖는 물질로부터 선택될 수 있다.

여러 측면에서, 제1 유기층은 제2 유기층과 직접 접촉할 수 있다.

도면의 간단한 설명

도 1은 유기 발광 소자를 도시한 것이다.

도 2는 별도의 전자 운반층을 갖지 않는 역구조 유기 발광 소자를 도시한 것이다.

도 3은 인광 물질 및 비방출 물질의 농도가 상이한 제1 및 제2 유기층 그리고 제1 유기층과 애노드 사이에 특정한 전하 캐리어 이동도 특성을 갖는 유기층들을 갖는 유기 발광 소자를 도시한 것이다.

도 4는 인광 물질 및 비방출 물질의 농도가 상이한 제1 및 제2 유기층을 가지며 제1 유기층과 애노드 사이에 유기층이 없는 유기 발광 소자를 도시한 것이다.

도 5는 3종의 유기 물질만을 갖는 유기 발광 소자를 도시한 것이다.

도 6은 도 3의 유기 발광 소자와 유사하지만 다수의 인광 물질을 포함하는 유기 발광 소자를 도시한 것이다.

도 7은 인광 물질 및 비방출 물질의 농도가 상이한 제1 및 제2 유기층 그리고 제1 유기층과 캐소드 사이에 특정한 전하 캐리어 이동도 특성을 갖는 유기층들을 갖는 유기 발광 소자를 도시한 것이다.

도 8은 일반적인 인광 OLED 구조체를 도시한 것이다.

도 9는 인광 물질 및 비방출 물질의 농도가 상이한 제1 및 제2 유기층을 갖는, 제조되고 시험된 특정한 유기 발광 소자를 도시한 것이다.

도 10은 제조되고 시험된 특정한 유기 발광 소자를 도시한 것이다.

도 11은 도 10의 소자에 대하여 전류 밀도 대 전압의 플롯을 도시한 것이다.

도 12는 도 10의 소자에 대하여 외부 양자 효율(EQE) 대 전류 밀도의 플롯을 도시한 것이다.

도 13은 도 10의 소자에 대하여 정규화 강도(임의 단위) 대 시간의 플롯을 도시한 것이다.

도 14는 도 10의 소자에 대하여 정규화 전계발광 강도 대 파장의 플롯을 도시한 것이다.

도 15는 제조되고 시험된 특정한 유기 발광 소자를 도시한 것이다.

도 16은 도 15의 소자에 대하여 전류 밀도 대 전압의 플롯을 도시한 것이다.

도 17는 도 15의 소자에 대하여 외부 양자 효율(EQE) 대 전류 밀도의 플롯을 도시한 것이다.

도 18은 도 15의 소자에 대하여 정규화 강도(임의 단위) 대 시간의 플롯을 도시한 것이다.

도 19는 도 15의 소자에 대하여 정규화 전계발광 강도 대 파장의 플롯을 도시한 것이다.

도 20은 여러 소자 구조체에 대하여 정규화 휘도 대 시간의 플롯을 도시한 것이다.

도 21은 인광 물질 및 비방출 물질의 농도가 상이한 제1 및 제2 유기층을 갖는, 표 2의 매개변수를 사용하여 제조된 유기 발광 소자를 도시한 것이다.

도 22는 인광 물질 및 비방출 물질의 농도가 상이한 제1 및 제2 유기층을 갖는, 표 4의 매개변수를 사용하여 제조된 유기 발광 소자를 도시한 것이다.

도 23은 표 4의 매개변수를 사용하여 도 22에 따라 제조된 소자에 대한 정규화 전계발광 강도 대 파장의 플롯을 도시한 것이다.

도 24는 표 4의 매개변수를 사용하여 도 22에 따라 제조된 소자에 대한 발광 효율 대 휘도의 플롯을 도시한 것이다.

도 25는 표 4의 매개변수를 사용하여 도 22에 따라 제조된 소자에 대한 외부 양자 효율 대 휘도의 플롯을 도시한 것이다.

도 26은 표 4의 매개변수를 사용하여 도 22에 따라 제조된 소자에 대한 전류 밀도 대 전압의 플롯을 도시한 것이다.

도 27은 표 4의 매개변수를 사용하여 도 22에 따라 제조된 소자에 대한 휘도 대 전압의 플롯을 도시한 것이다.

도 28은 표 4의 매개변수를 사용하여 도 22에 따라 제조된 소자에 대한 정규화 휘도 대 시간의 플롯을 도시한 것이다.

도 29는 인광 물질 및 비방출 물질의 농도가 상이한 제1 및 제2 유기층을 갖는, 표 6의 매개변수를 사용하여 제조된 유기 발광 소자를 도시한 것으로, 일부 소자는 NPD층을 포함하며 일부는 NPD층을 포함하지 않는다.

도 30은 NPD층을 포함하지 않는 유기 발광 소자를 도시한 것이다.

도 31은 NPD층을 포함하는 유기 발광 소자를 도시한 것이다.

도 32는 도 30 및 도 31의 소자에 대하여 외부 양자 효율 대 휘도의 플롯을 도시한 것이다.

도 33은 도 30 및 도 31의 소자에 대하여 전력 효율 대 휘도의 플롯을 도시한 것이다.

도 34는 도 30 및 도 31의 소자에 대하여 휘도 대 전압의 플롯을 도시한 것이다.

도 35는 도 30 및 도 31의 소자에 대하여 전계발광 강도 대 파장의 플롯을 도시한 것이다.

도 36은 여러 초기 휘도에서 도 30의 소자에 대하여 정규화 휘도 대 시간의 플롯을 도시한 것이다.

도 37은 여러 초기 휘도에서 도 31의 소자에 대하여 정규화 휘도 대 시간의 플롯을 도시한 것이다.

도 38은 NPD 및 BAlq 모두로부터 방출하는 유기 발광 소자를 도시한 것이다.

도 39는 도 38의 소자에 대하여 외부 양자 효율 대 휘도의 플롯을 도시한 것이다.

도 40은 도 38의 소자에 대하여 전력 효율 대 휘도의 플롯을 도시한 것이다.

도 41은 도 38의 소자에 대하여 휘도 대 전압의 플롯을 도시한 것이다.

도 42는 도 38의 소자에 대하여 전계발광 강도(임의 단위) 대 파장의 플롯을 도시한 것이다.

도 43은 도 38의 소자에 대하여 정규화 휘도 대 시간의 플롯을 도시한 것이다.

도 44는 Alq로부터만 발광하는 유기 발광 소자를 도시한 것이다.

도 45는 도 44의 소자에 대하여 외부 양자 효율 대 휘도의 플롯을 도시한 것이다.

도 46은 도 44의 소자에 대하여 전력 효율 대 휘도의 플롯을 도시한 것이다.

도 47은 도 44의 소자에 대하여 휘도 대 전압의 플롯을 도시한 것이다.

도 48은 도 44의 소자에 대하여 전계발광 강도(임의 단위) 대 파장의 플롯을 도시한 것이다.

도 49는 도 44의 소자에 대하여 정규화 휘도 대 시간의 플롯을 도시한 것이다.

도 50은 방출층과 애노드 사이에 정공 전도도가 높은 하나의 층 및 상기 방출층에서 비발광 호스트로서 사용되는 것과 동일한 물질로 된 정공 차단층을 갖는 유기 발광 소자를 도시한 것이다.

도 51은 도 50의 소자에 대하여 정규화 휘도 대 시간의 플롯을 도시한 것이다.

도 52는 도 50의 소자에 대하여 외부 양자 효율 대 휘도의 플롯을 도시한 것이다.

도 53은 도 50의 소자에 대하여 전력 효율 대 휘도의 플롯을 도시한 것이다.

도 54는 도 50의 소자에 대하여 휘도 대 전압의 플롯을 도시한 것이다.

도 55는 도 50의 소자에 대하여 EL 강도 대 파장의 플롯을 도시한 것이다.

도 56은 방출층 및 애노드 사이에 정공 전도도가 높은 하나의 층, 상기 방출층에서 비방출 호스트로 사용되는 것과 동일한 물질로 된 정공 차단층, 및 인광 물질과 비방출 물질의 농도가 상이한 제1 및 제2 유기층을 갖는 방출층을 구비한 유기 발광 소자를 도시한 것으로, 여기서 제2 유기층에서 인광 물질의 농도는 달라질 수 있다.

도 57은 도 56의 소자에 대하여 정규화 휘도 대 시간의 플롯을 도시한 것이다.

도 58은 도 56의 소자에 대하여 외부 양자 효율 대 휘도의 플롯을 도시한 것이다.

도 59는 도 56의 소자에 대하여 전력 효율 대 휘도의 플롯을 도시한 것이다.

도 60은 도 56의 소자에 대하여 휘도 대 전압의 플롯을 도시한 것이다.

도 61은 도 56의 소자에 대하여 EL 강도 대 파장의 플롯을 도시한 것이다.

도 62는 방출층 및 애노드 사이에 정공 전도도가 높은 하나의 층, 상기 방출층에서 비방출 호스트로 사용되는 것과 동일한 물질로 된 정공 차단층, 및 제1 및 제2 유기 방출층에서 인광 물질이 상이한 제1 및 제2 유기층을 갖는 방출층을 구비한 유기 발광 소자를 도시한 것으로, 여기서 제2 유기 방출층에서 인광 물질의 농도는 달라질 수 있다.

도 63은 도 62의 소자에 대하여 외부 양자 효율 대 휘도의 플롯을 도시한 것이다.

도 64는 도 62의 소자에 대하여 전력 효율 대 휘도의 플롯을 도시한 것이다.

도 65는 도 62의 소자에 대하여 휘도 대 전압의 플롯을 도시한 것이다.

도 66은 도 62의 소자에 대하여 EL 강도 대 파장의 플롯을 도시한 것이다.

상세한 설명

일반적으로, OLED는 애노드 및 캐소드 사이에 배치되어 이들과 전기적으로 연결된 1 이상의 유기층을 포함한다. 전류가 인가될 때, 애노드는 유기층(들)에 정공을 주입하고 캐소드는 전자를 주입한다. 주입된 정공 및 전자는 각각 반대로 하전된 전극을 향하여 이동한다. 전자 및 정공이 동일한 분자 상에 편재되는 경우, 여기 에너지 상태의 편재된 전자-정공 쌍인 "엑시톤"이 형성된다. 엑시톤이 광방출 메카니즘을 통하여 완화될 때 광이 방출된다. 일부 경우, 엑시톤은 엑시머 또는 엑시플렉스 상에 편재될 수 있다. 열이완과 같은 비방사 메카니즘도 일어날 수 있으나 일반적으로 바람직하지 않은 것으로 고려된다.

초기 OLED는 그 전체 내용이 참고 문헌으로 인용되어 있는 예컨대 미국 특허 4,769,292호에 개시된 바와 같이 단일선 상태로부터 광을 방출하는("형광") 방출 분자를 사용하였다. 형광 방출은 일반적으로 10 미만의 나노초의 시간 틀에서 일어난다.

더 최근에는, 삼중선 상태로부터 광을 방출하는("인광") 방출 물질을 갖는 OLED가 입증되었다. 그 전체 내용이 참고 문헌으로 인용된 문헌[Baldo et al, "Highly Efficient Phosphorescent Emission from Organic Electroluminescent Devices," Nature, 395권, 151-154, 1998;("Baldo-I") 및 Baldo et al., "Very high-efficiency green organic light-emitting devices based on electrophosphorescence," Appl. Phys. Lett., 75권, 3호, 4-6(1999)("Baldo-II")]. 인광은 참고 문헌으로 인용되어 있는 미국 특허 7,279,704호 5～6 칼럼에 더 상세히 개시된다.

도 1은 유기 발광 소자(100)를 도시한 것이다. 도면은 반드시 실제 규모로 도시된 것은 아니다. 소자(100)는 기판(110), 애노드(115), 정공 주입층(120), 정공 운반층(125), 전자 차단층(130), 방출층(135), 정공 차단층(140), 전자 운반층(145), 전자 주입층(150), 보호층(155) 및 캐소드(160)를 포함할 수 있다. 캐소드(160)는 제1 전도층(162) 및 제2 전도층(164)을 갖는 복합 캐소드이다. 소자(100)는 개시된 층들을 순서대로 증착하여 제조할 수 있다. 이들 여러 층들의 특성 및 기능 그리고 실시예 물질은 참고 문헌으로 인용되어 있는 미국 특허 7,279,704호 6～10 칼럼에 더 상세히 개시된다.

이들 층 각각에 대하여 더 많은 예가 이용될 수 있다. 예컨대, 그 전체가 참고 문헌으로 인용되어 있는 미국 특허 5,844,363호에는 가요성의 투명한 기판-애노드 조합이 개시된다. p-도핑 정공 운반층의 예는 그 전체가 참고 문헌으로 인용되어 있는 미국 특허 출원 공개공보 2003/0230980호에 개시된 바와 같은 50:1 몰비로 F₄-TCNQ로 도핑된 m-MTDATA이다. 방출 물질 및 호스트 물질의 예는 그 전체가 참고 문헌으로 인용되어 있는 Thompson et al의 미국 특허 6,303,238호에 개시되어 있다. n-도핑 전자 운반층의 예는 그 전체가 참고 문헌으로 인용되어 있는 미국 특허 출원 공개공보 2003/0230980호에 개시된 바와 같이 1:1의 몰비로 Li로 도핑된 BPhen이다. 그 전체가 참고 문헌으로 인용되어 있는 미국 특허 5,703,436호 및 5,707,745호는 투명한 전기 전도성 스퍼터 증착 ITO 층이 위에 있는 Mg:Ag와 같은 금속 박층을 갖는 복합 캐소드를 포함한 캐소드의 예를 개시한다. 차단층에 대한 이론 및 용도는 그 전체가 참고 문헌으로 인용되어 있는 미국 특허 6,097,147호 및 미국 특허 출원 공개공보 2003/0230980호에 더 상세히 개시되어 있다. 주입층의 예는 그 전체가 참고 문헌으로 인용되어 있는 미국 특허 출원 공개공보 2004/0174116호에 제공된다. 보호층에 대한 개시는 그 전체가 참고 문헌으로 인용되어 있는 미국 특허 출원 공개공보 2004/0174116호에서 찾아볼 수 있다.

도 2는 역구조 OLED(200)를 도시한 것이다. 상기 소자는 기판(210), 캐소드(215), 방출층(220), 정공 운반층(225) 및 애노드(230)를 포함한다. 소자(200)는 상기 개시된 층들을 순서대로 증착하여 제조할 수 있다. 가장 통상적인 OLED 구성은 애노드 상에 캐소드를 배치하므로, 애노드(230) 아래에 캐소드(215)가 배치된 소자(200)는 "역구조" OLED라 일컬을 수 있다. 소자(100)와 관련하여 개시된 물질과 유사한 물질을 소자(200)의 상응하는 층에 사용할 수 있다. 도 2는 소자(100) 구조로부터 일부 층을 생략할 수 있는 방법의 일례를 제공한다.

도 1 및 2에 예시된 단순 층상 구조는 비제한적 실시예로 제공되며, 본 발명의 실시양태는 매우 다양한 다른 구조와 관련하여 사용될 수 있는 것으로 이해된다. 개시된 구체적인 물질 및 구조는 사실상 예시적이며 다른 물질 및 구조가 사용될 수 있다. 개시된 여러 층을 상이한 방식으로 조합하여 기능적 OLED를 얻거나 또는 디자인, 성능 및 비용 요소를 기초로 하여 층을 전체적으로 생략할 수 있다. 구체적으로 개시되지 않은 다른 층들도 또한 포함될 수 있다. 구체적으로 개시되는 물질 이외의 물질을 사용할 수 있다. 본원에 제공된 다수의 실시예는 여러 층이 단일 물질을 포함하는 것으로 개시하나, 호스트 및 도펀트의 혼합물과 같은 물질의 조합 또는 더 일반적으로 혼합물을 사용할 수 있는 것으로 이해된다. 또한, 상기 층들은 여러 하위층을 가질 수 있다. 본원에서 여러 층에 주어지는 이름은 엄격하게 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 예컨대, 소자(200)에서, 정공 운반층(225)은 정공을 운반하고 정공을 방출층(220)으로 주입하므로, 정공 운반층 또는 정공 주입층으로 개시될 수 있다. 일 실시양태에서, OLED는 캐소드 및 애노드 사이에 배치된 "유기층"을 갖는 것으로 개시될 수 있다. 이 유기층은 하나의 층을 포함하거나 또는 예컨대 도 1 및 2에 대하여 개시되는 바와 같이 상이한 유기 물질로 된 다수의 층을 더 포함할 수 있다.

그 전체가 참고 문헌으로 인용되어 있는 Friend 등의 미국 특허 5,247,190호에 개시된 바와 같이, 고분자 물질(PLED)을 포함하는 OLED와 같이, 구체적으로 개시되지 않은 구조 및 물질도 사용될 수 있다. 추가의 실시예로서 단일 유기 층을 갖는 OLED를 사용할 수 있다. OLED는 예컨대 그 전체가 참고 문헌으로 인용되어 있는 Forrest 등의 미국 특허 No. 5,707,745호에 개시된 바와 같이 스택될 수 있다. OLED 구조는 도 1 및 2에 도시된 단순 층상 구조에서 벗어날 수 있다. 예컨대, 기판은 그 전체가 참고 문헌으로 인용되어 있는 Forrest 등의 미국 특허 6,091,195호에 개시된 메사 구조 및/또는 Bulovic 등의 미국 특허 5,834,893호에 개시된 바와 같은 피트 구조와 같이 아웃-커플링을 개선하기 위하여 각진 반사 표면을 포함할 수 있다.

달리 언급되지 않는 한, 다양한 실시양태의 임의의 층들을 임의의 적당한 방법으로 증착할 수 있다. 유기층에서, 바람직한 방법은 그 전체가 참고 문헌으로 인용되어 있는 미국 특허 6,013,982호 및 6,087,196호에 개시된 바와 같은 열증발, 잉크젯, 그 전체가 참고 문헌으로 인용되어 있는 Forrest 등의 미국 특허 6,337,102호에 개시된 바와 같은 유기 증기상 증착(OVPD) 및 그 전체가 참고 문헌으로 인용되어 있는 미국 특허 출원 10/233,470호에 개시된 바와 같은 유기 증기 젯 프린팅(OVJP)에 의한 증착을 포함한다. 다른 적당한 증착 방법은 스핀 코팅 및 다른 용액 베이스 공정을 포함한다. 용액 베이스 공정은 바람직하게는 질소 또는 비활성 분위기에서 실시한다. 다른 층에서, 바람직한 방법은 열 증발을 포함한다. 바람직한 패터닝 방법은 마스크를 통한 증착, 그 전체가 참고 문헌으로 인용되어 있는 미국 특허 6,294,398호 및 6,468,819호에 개시된 바와 같은 저온 용접 및 잉크젯 및 OVJD와 같은 증착법의 일부와 관련된 패터닝을 포함한다. 다른 방법도 사용될 수 있다. 증착시킬 물질이 특정 증착 방법과 상용될 수 있도록 이것을 개질할 수 있다. 용액 공정을 거치는 능력을 증대시키기 위하여 예컨대 바람직하게는 3 이상의 탄소를 함유하고 분지되거나 또는 비분지된 알킬 및 아릴 기와 같은 치환기가 소분자에 사용될 수 있다. 20개 이상의 탄소를 갖는 치환기를 사용할 수 있으며 3～20개의 탄소가 바람직한 범위이다. 비대칭 물질은 재결정화에 대한 경향이 더 낮을 수 있으므로 비대칭 구조를 갖는 물질은 대칭 구조를 갖는 물질보다 용액 가공성이 더 양호할 수 있다. 소분자가 용액 공정을 거치는 능력을 증대시키기 위하여 덴드리머 치환기를 사용할 수 있다.

본 발명의 실시양태에 따라 제조된 소자는 평판 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 텔레비젼, 빌보드, 내부 또는 외부 조명 및/또는 시그널링용 라이트, 헤드업 디스플레이, 완전 투명 디스플레이, 플렉시블 디스플레이, 레이저 프린터, 전화, 휴대폰, 개인용 정보 단말기(PDA), 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라, 캠코더, 뷰파인더, 마이크로 디스플레이, 차량, 대형 벽, 시어터 또는 스타디움 스크린 또는 사인을 비롯한 매우 다양한 소비자 제품에 포함될 수 있다. 패시브 매트릭스 및 액티브 매트릭스를 비롯한 각종 제어 메카니즘을 사용하여 본 발명에 따라 제조되는 소자를 제어할 수 있다. 다수의 소자는 18～30℃와 같이 인간에게 쾌적한 온도 범위에서, 더 바람직하게는 실온(20～25℃)에서 사용하도록 의도된다.

본원에 개시된 물질 및 구조는 OLED 이외의 소자에 적용될 수 있다. 예컨대, 유기 태양 전지 및 유기 광검출기와 같은 다른 광전자 소자가 상기 물질 및 구조를 사용할 수 있다. 더 일반적으로, 유기 트랜지스터와 같은 유기 소자가 상기 물질 및 구조를 사용할 수 있다.

용어 할로, 할로겐, 알킬, 시클로알킬, 알케닐, 알키닐, 아릴킬, 헤테로시클릭 기, 아릴, 방향족 기 및 헤테로아릴은 당업계에 공지되어 있으며 본원에 참고 문헌으로 인용된 미국 7,279,704호 31-32 칼럼에 정의되어 있다.

본원에서 사용될 때, 이하의 화합물은 이하의 구조를 가진다:

도 8은 일반적인 인광 OLED 구조를 도시한 것이다. 일부 측면에서는, 인광 OLED에 대한 신규한 아키텍처가 개시된다. 도 9는 단순화된 소자 아키텍쳐를 도시한 것으로, 이것은 정공 주입층(HIL) 및 차단층(BL) 사이에 두꺼운 방출층(EML)을 포함한다. 인광 OLED에서 NPD HTL이 화합물 B:화합물 A 도핑층으로 대체되는 경우 이것은 신규한 녹색 인광 OLED의 수명을 매우 연장시키는 것으로 입증되었다. 녹색 소자는 6O0Å 화합물 B:화합물 A 15% EML을 사용하여 44 cd/A의 효율 및 1000 nit에서 65,000 시간의 80% 수명을 갖는 것으로 입증되었는데, 실시예 1과 비교 실시예 2를 비교한 표 2를 참조하기 바란다. 이러한 소자에서, 6O0Å 화합물 B:화합물 A 층은 전자 운반능 및 정공 운반능을 모두 제공한다. 화합물 B는 매우 안정한 매트릭스를 제공한다. 화합물 A는 정공 운반 도펀트로서 제공되는데, 그 이유는 화합물 B는 우선적으로 전자 운반 특성을 갖기 때문이다. 도핑된 화합물 B:화합물 A 층은 또한 적색 및 청색 구조체를 위한 HTL로서 사용될 수도 있다. 화합물 B:화합물 A는 도핑된 HTL의 개념을 입증하는 일례이다. 또한 화합물 A가 정공 주입층으로 사용될 수 있고, 화합물 B는 방출층 및 전자 운반층(존재할 경우) 및 이어지는 캐소드 사이에서 층으로 기능할 수 있다.

본원에 개시된 일부 특징은 인광 OLED 안정성을 유의적으로 개선시킬 수 있다. 이것은 원래 호스트로서 설계되었고 현재 효과적인 BL(블록층) 및 HTL(정공 운반층)인 것으로 입증된 물질(화합물 B)의 이용을 포함한다.

이하의 참조 문헌[Vadim Adamovich, Novel materials and techniques of fabrication for Organic light emitting diodes. PhD, Thesis. 2003년 11월 25일 출판; Peter Mackenzie, Vadim Adamovich, Yeh Tung, Michael S.Weaver. EML ON ITO OLED DEVICES, 가출원 60/763,189호; 미국 특허 7,022,421호; 미국 특허 7,078,113호; 미국 특허 출원 2006/0280965호]은 그 전체 내용이 참고 문헌으로 인용된다.

CBP 호스트, HPT 차단층(BL) 및 NPD 정공 운반층(HTL) 물질의 낮은 안정성은 안정하고 수명이 긴 녹색 인광 OLED의 구현에 상당한 장애가 된다. 녹색 인광 OLED에서 방출층, BL 및 HTL에 예컨대 화합물 B와 같은 더 안정한 물질의 사용으로 녹색 인광 OLED 수명의 약 10배 개선시킬 수 있었다. 녹색 소자에서 NPD HTL을 화합물 A로 도핑된 화합물 B의 층으로 대체하면 소자 수명이 극적으로 개선된다. 상기 개념은 청색 소자에도 적용 가능하다.

화합물 B는 매우 안정한 호스트 물질이다. 소자 내 여러 층에서 호스트, 차단층 및 정공 운반층의 성분으로서 사용되는 화합물 B에 의한 녹색 구조 및 성능이 개시된다. 표 1은 녹색 인광 OLED 안정성의 개선에 대한 소자 데이터를 나타낸다. 도 8은 표 1로부터의 층 구조를 도시한 일반적인 소자 구조를 도시한 것이다.

[표 1]

소자 구조에서 신규한 물질로 인한 녹색 인광 OLED 성능의 개선

표 1에 의하면, 소자에 여러 층으로서 화합물 B 안정한 물질을 도입하면 소자의 수명이 현저히 개선된다. 이론의 제한을 받으려는 의도는 아니나, HTL 대체는 소자를 개선시킨다. 이것은 녹색 소자에서 특히 중요할 수 있다고 생각된다. NPD는 적색 소자와 같은 다른 소자에서처럼 녹색 소자에서는 안정하지 못하다. 역시, 이론의 제한을 받으려는 의도는 아니나, NPD는 방출층을 통하여 누출되는 전자 및(또는) 인광 엑시톤에 의하여 구배될 수 있다고 생각된다. 표 1에 나타난 바와 같이, NPD HTL을 더 안정한 화합물 B: 화합물 A 층으로 교체하였더니 소자 수명이 펙터 4 만큼 개선되었다. 화합물 A 및 화합물 B를 모두 포함하는 층에서 화합물 B는 전자를 운반하고 화합물 A 도펀트는 정공을 운반한다. NPD를 대체하면 녹색 소자의 수명이 적색 소자의 수명(> 100,00O 시간)과 비슷해진다. 도핑된 HTL의 동일한 개념을 다른 물질을 사용하여 이용할 수 있고 적색 및 청색 인광 OLED에 적용할 수 있다.

고려될 수 있는 다른 소자 아키텍처는 HIL이 100% p형 도펀트, 예컨대 화합물 A이고 이어서 애노드로부터 더 관찰되는 바와 같은 다음 호스트 물질, 예컨대 화합물 B를 도입한 구배 구조를 포함한다. 도펀트 및 호스트의 농도(0～100%)를 달리한 다수의 층을 애노드 및 BL 또는 ETL 사이에 사용할 수도 있다.

화합물 B는 적색 및 청색-녹색 에미터를 위한 호스트로서 사용될 수도 있다.

화합물 B는 적색, 녹색, 청색 또는 백색 소자 또는 임의의 다른 색 소자에서 BL로서 사용될 수도 있다.

600Å 화합물 B: 화합물 A 층 및 화합물 B를 차단제로서 포함하는 소자는 상이한 HIL(CuPc, 화합물 A 및 무 HIL) 상에서 성장시켰다.

화합물 B:화합물 A 도핑된 HTL을 포함하는 특정 소자 예는 표 2에 요약되어 있다. 도 21은 표 2에 개시된 소자의 구조를 제공한다.

[표 2]

소자에서 NPD HTL이 대체될 경우 소자 성능 비교

NPD를 안정한 도핑된 HTL(화합물 B:화합물 A)로 대체하면 녹색 소자 수명이 유의적으로 증대된다. 실험 결과는 표 1 및 2 그리고 관련 도면에 나타나 있다. 물질의 혼합으로 인하여 전자 운반능 및 정공 운반능을 모두 갖는, 600Å의 화합물 B: 화합물 A 15% 층을 포함하는 소자를 각종 HIL(CuPc, 화합물 A 및 무 HIL)(각각 표 2의 실시예 2,1 및 3) 상에서 성장시켰다. 300Å NPD HTL 및 300Å 화합물 B:화합물 A 15% EML을 갖는 동일한 소자 구조체는 비교 실시예로서 나타나 있다. NPD를 포함하지 않는 소자는 NPD HTL을 포함하는 소자보다 훨씬 더 안정하다. 이 소자에서는 화합물 B 호스트(매트릭스) 및 화합물 A(정공 운반 도펀트 및 방출 도펀트)를 한 층에 사용한다.

높은 소자 효율 및 낮은 작동 전압과 더불어 긴 수명을 갖는, 표 2에 나타낸 특정 실험에서 측정한 소자에 대한 우수한 성능 및 최량의 성능은 표 2에서 실시예 5이다. 실시예 5의 구조는 도 9에 도시된다. 이 소자는 3종의 유기 물질만을 가진다. 이 소자의 HIL, EML 및 BL은 100% 화합물 A로부터 ITO(정공 주입 경계면)까지 및 100% 화합물 B로부터 Alq ETL(전자 주입 경계면)까지 구배 농도를 갖는 화합물 A: 화합물 B 층으로서 고려될 수 있다.

표 1 및 2의 소자는 우수한 소자 성능과 관련된 몇가지 점을 나타낸다.

o 도핑된 HTL(안정한 매트릭스(정공 운반성일 필요 없음) 및 정공 운반 도펀트)(또한 잠재적으로 ETL)의 사용

o HTL 및 방출층에 대하여 동일한 물질(호스트 및 도펀트)의 사용

o 방출성 인광 녹색 도펀트와 정공 운반 도펀트로서 및 정공 주입층으로서 동일한 물질(화합물 A 예)의 사용

o EML에서 호스트로서, HTL에서 매트릭스로서, 소자에서 방출층으로서 동일한 물질(예, 화합물 B)의 사용

o 소자에 오직 3종의 물질(예, 화합물 A, 화합물 B, Alq)

o 안정성이 높은 녹색 인광 구조(1000 nits에서 수명 300,00Oh 이상).

또한, 단독으로 또는 조합하여 사용될 수 있는 이하의 바람직한 아키텍처를 갖는 소자 아키텍처가 개시된다.

트리페닐렌 화합물, 예컨대 화합물 B와 같은 안정한 호스트의 이용

1. PHOLED에 대한 호스트로서 트리페닐렌 화합물

2. PHOLED에서 차단층 또는 임피던스층으로서 트리페닐렌 화합물

3. 동일한 OLED에서 호스트 및 차단층으로서 트리페닐렌 화합물

4. 동일한 OLED에서 호스트 및 HTL 성분으로서 트리페닐렌 화합물

5. 동일한 OLED에서 HTL 및 차단층의 성분으로서 트리페닐렌 화합물

6. 동일한 소자, 예컨대 3 성분 소자에서 HTL, 호스트 및 차단층의 성분으로서 트리페닐렌 화합물

7. 전자 운반층을 포함하거나 포함하지 않는 아키텍처 1-6

8. 특정 트리페닐렌 화합물로서 화합물 B를 사용하는 아키텍처 1-7

9. 안정한 호스트로서 트리페닐렌 화합물 대신 카르바졸 화합물을 사용하는 상기 아키텍처 1-7

10. 특정 카르바졸 화합물로서 mCBP 또는 화합물 R을 사용하는 아키텍처 9.

트리페닐렌 화합물 또는 카르바졸 화합물인 안정한 호스트 물질을 사용하여 소자를 제조할 수 있다. 소자는 오직 3종 또는 2종의 유기 성분을 포함할 수 있으며, 상이한 농도의 동일한 물질을 갖는 층을 포함할 수 있다. 표 3은 이러한 소자의 예를 도시한다. 표 3의 소자의 구조는 도 8에 도시된다. HTL 및 ETL에 관하여 이들 층은 모두 다수의 구조체, 특히 HTL 및 ETL이 동일한 물질이나 농도가 상이한 구조체에서 방출하는 것으로 믿어진다는 점에서 도 8에서의 표시는 다소 융통적이다. 표 3의 소자 1 및 2는 실제로 제조되었으나, 소자 3 및 4는 제조된 것이 아니라 예시적 목적으로 포함된 것이다. 화합물 S는 방출층에서 전자를 운반할 수 있는 인광 분자의 예라고 사료되어진다.

[표 3]

상이한 층에 상이한 농도의 동일한 물질을 베이스로하는 "3 성분" 및 "2 성분" 인광 OLED 구조의 예

상기 소자는 평판 디스플레이 및 조명 용도에서 적용된다. 우수하다고 증명된 소자는 고효율 인광 OLED에서 긴 수명을 가능하게 하는 이점이 있다. 특정 제조 장비는 필요하지 않으며, 소자는 업계에 공지된 방법으로 제조될 수 있다. 섀도우 마스킹은 통상의 층이 병렬 RGB 적용예의 경우에 사용될 수 있는지 여부에 따라 고려될 수 있다.

도 3은 인광 물질 및 비방출 물질의 농도가 상이한 제1 및 제2 유기층 그리고 제1 유기층 및 애노드 사이에 특정한 전하 캐리어 이동도 특성을 갖는 유기층들을 구비한 유기 발광 소자를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 도 3의 소자는 기판(310), 애노드(315), 제3 유기층(320), 제1 유기층(330) 및 제2 유기층(340)을 갖는 방출층, 정공 차단층(350), 전자 운반층(360) 및 캐소드(370)를 포함한다. 정공 차단층(350) 및 전자 운반층(360)은 선택적이다. 도 3의 소자 및 본원에 도시된 다른 다양한 소자는 다수의 소자에서 통상적인 바와 같이 애노드가 기판에 인접하게 도시되어 있으나 상기 소자는 기판에 인접한 캐소드도 또한 가질 수 있다.

제1 유기층(330)은 애노드 및 캐소드 사이에 배치되며, 인광 물질 및 비방출 물질을 포함한다. 제1 유기층에서 인광 물질의 농도는 10～90 중량%이다. 제1 유기층에서 비방출 물질의 농도는 10～90 중량%이다. 제2 유기층(340)은 제1 유기층과 캐소드 사이에 배치된다. 제2 유기층(340)은 바람직하게는 제1 유기층(330)과 직접 접촉하지만, 제1 및 제2 유기층(330 및 340) 사이에 전자 및 정공을 모두 운반할 수 있는 얇은 유기층이 더 있을 수 있다. 제2 유기층은 또한 인광 물질 및 비방출 물질을 포함한다. 제2 층에서 인광 물질의 농도는 3～25 중량%이다. 제2 유기층에서 비방출 물질의 농도는 75～97 중량%이다. 제2 유기층에서 인광 물질의 농도는 제1 유기층에서 인광 물질의 농도보다 낮다. 제1 및 제2 유기층(330 및 340)에서 인광 물질의 농도가 상이하므로, 이들 층 사이에는 "경계면"이 존재한다. 일 측면에서, 제1 및 제2 유기층(330 및 340)은 인광 물질 및 비방출 물질만을 포함한다. 이것은 물질의 수의 최소화로 제조가 간소화되며 추가 물질과 연관될 수 있는 실패 메카니즘이 회피되므로 바람직하다.

도 3 및 다른 도면들은 "인광" 물질 및 "비방출" 물질을 포함하는 유기층을 도시한 것이다.

본원에서 사용될 때, "인광" 물질은 실온, 예컨대 약 18～25℃에서 삼중선 여기 상태로부터 광을 방출할 수 있는 물질이다. 그러나, 임의의 소정 인광 물질은 특정 층 또는 특정 소자에서 광을 방출하거나 또는 방출하지 않을 수 있다. 본원에 개시된 다수의 아키텍처에서, 인광 물질은 광을 방출한다. 그러나, 다른 아키텍처에서, 인광 물질은 광을 방출하지 않고 인광 또는 형광일 수 있는 다른 분자에 엑시톤을 전달하여, 이것이 추후 광을 방출한다. 광을 방출할 수 없을지라도 실온에서 삼중선 여기 상태로부터의 발광능은 삼중선이 분자 상에서 효율적으로 형성되어 다른 분자로 이동할 수 있게 하는 강한 스핀 오비트 커플링 및 계간 전이와 같은 다른 특성과 상관관계가 있으므로 상기 물질의 인광성은 여전히 이들 소자에서 하나의 역할을 한다. 또한, 다수의 인광 물질도 또한 양호한 정공 운반체이다. 본 출원에서 정의되는 바와 같은 용어 "인광"의 정의는 일반적으로 업계에서의 사용과 일치하지만 상기 용어가 다른 방식으로 사용될 수 있는 다른 용례에까지 확장되는 것으로 의도되지 않는다.

본원에서 사용될 때, "비방출" 물질은 상기 물질이 "비방출성"으로 표시되는 소자에서 광을 방출하지 않는다. 그러나, 비방출 물질은 소자에서 반드시 전기적으로 불활성인 것은 아니며 흔히 전하 운반, 가장 흔하게는 전자 운반에 관여할 수 있다. 상기 물질은 다른 상황, 예컨대 용액 또는 다른 소자에서는 방출성일 수 있다. 일반적으로, "비방출" 물질이 이것이 비방출 물질로서 포함되는 소자 이외의 상황에서 광을 방출할 수 있는 경우, 특정 소자에서의 고체 상태를 고려하면 상기 물질은 이 소자에서 광을 방출하지 않는다. 예컨대, "비발광" 물질은 비방출 물질의 삼중선 에너지보다 0.1 eV 이상 더 낮은 삼중선 에너지를 갖는 인광 물질로 도핑될 수 있어, 비방출 물질에서 형성되는 임의의 삼중선은 발광하기 보다는 인광 물질로 전달된다.

본 발명의 측면들이 어떻게 작용하는가에 대하여 임의의 이론에 한정되는 것은 아니나, 다수의 OLED에서, 전자 및 정공 이동도가 경계면의 어느 쪽에서 상이할 수 있고 전자 및 정공이 경계면을 횡단하는 것이 곤란할 수 있으므로, 소자의 경계면 또는 경계면 근처 어딘가에서 재조합이 일어난다고 믿어진다. 방출층이 임의의 내부 경계면을 포함하지 않는 경우, 재조합은 방출층과 비방출층의 경계면에서 또는 경계면 근처에서 일어나기 쉬울 수 있다. 따라서, 엑시톤 및 양 유형의 전하 캐리어는 해당 비방출층 근처에 유의적인 농도로 존재한다. 비방출층이 엑시톤 및/또는 전하 캐리어로부터 손상될 수 있는 경우, 소자 수명은 악영향을 받을 수 있다. 또한, 비방출층이 재조합 구역에 가까우면 엑시톤에 대한 비방출 붕괴 경로를 제공할 수 있어 소자 효율에 악영향을 줄 수 있다.

또한, 다수의 인광 소자에서, 인광 물질은 방출층에서 정공의 운반을 담당하고 비발출 호스트 물질은 전자의 운반을 담당하는 것으로 사료된다. 제1 유기층(330) 및 제2 유기층(340) 사이에서 인광 물질의 농도 변화로 전자 이동도를 제2 유기층(340)에서보다 제1 유기층(330)에서 더 높게 그리고 정공 이동도를 제1 유기층(330)에서보다 제2 유기층(340)에서 더 높게 할 수 있다고 사료되어진다. 따라서, 전자 및 정공의 재조합이 제1 유기층(330) 및 제2 유기층(340) 사이의 경계면에서 또는 그 근처에서 일어날 수 있다. 제2 유기층(340)에서 인광 물질의 농도는 제1 유기층(330)에서의 농도보다 바람직하게는 5 중량% 이상 더 낮고, 더 바람직하게는 10 중량% 이상 더 낮다. 제1 유기층(330) 및 제2 유기층(340)은 함께 소자의 방출층을 형성할 수 있다. 재조합은 제1 및 제2 유기층(330 및 340) 사이의 경계면에서 또는 그 근처에서, 즉 방출층 내부의 경계면에서 일어나므로, 비방출층과의 경계면 근처에서의 재조합에 의하여 야기되는 문제를 회피할 수 있다. 이 문단에 개시된 이유는 내부 경계면, 즉 제1 유기층과 제2 유기층 사이의 경계면을 갖는 방출층을 구비한 본원에 개시된 각종 소자에 적용된다.

제1 유기층(330) 및 제2 유기층(340)의 인광 물질은 동일한 물질이거나 또는 상이한 인광 물질일 수 있다. 제1 유기층(330) 및 제2 유기층(340)의 비방출 물질은 동일한 물질이거나 또는 상이한 물질일 수 있다. 따라서, (1) 제1 및 제2 유기층 둘다에 동일한 인광 물질, 제1 및 제2 유기층 둘다에 동일한 비방출 물질; (2) 제1 및 제2 유기층에 상이한 인광 물질, 제1 및 제2 유기층 둘다에 동일한 비방출 물질; (3) 제1 및 제2 유기층 둘다에 동일한 인광 물질, 제1 및 제2 유기층에 상이한 비방출 물질; 및 (4) 제1 및 제2 유기층에 상이한 인광 물질, 제1 및 제2 유기층에 상이한 비방출 물질의 4가지 조합이 존재한다. 각 조합에는 이점이 있다.

제1 유기층(330) 및 제2 유기층(340) 모두에서 동일한 비방출 물질을 사용하는 것은 소자에서 물질수를 감소시킴으로써 제조를 간소화한다. 또한, 새로운 물질은 각각 새로운 실패 메카니즘을 도입할 수 있으므로, 다수의 층에서 동일한 물질을 사용하는 것은 실패 메카니즘을 감소시킬 수 있다. 동일한 비방출 물질을 사용하는 것은 또한 소자에서의 재조합 구역 확산에 도움이 되는데, 이것은 경계면에서 비방출 물질의 농도를 조절함으로써 제1 유기층(330) 및 제2 유기층(340) 사이의 경계면에서 재조합이 일어나는 것을 가능하게 하면서 소자 수명을 연장시키는 데도 도움이 된다.

그러나, 제1 유기층(330) 및 제2 유기층(340)에 상이한 비방출 물질을 사용하는 것도 유리하다. 상이한 물질은 상이한 전하 운반 특성을 가질 수 있다. 비방출 물질이 주로 특정 전하 캐리어(가장 흔하게는 전자)의 운반을 담당하는 경우 제1 유기층(330) 및 제2 유기층(340)에서 상이한 비방출 물질을 사용하면 소자에서 재조합이 일어나는 장소를 제어하는 것이 더 용이할 수 있다. 구체적으로는, 제1 유기층(330) 및 제2 유기층(340)에 대하여 상이한 비방출 물질을 선택함으로써, 제1 유기층(330) 및 제2 유기층(340) 사이의 경계면 근처에서 전하 캐리어의 구배를 발생시키는 것이 더 용이할 수 있는데, 그 이유는 비방출 물질의 농도 외에 비방출 물질의 차이를 이러한 목적에 이용할 수 있기 때문이다.

제1 유기층(330) 및 제2 유기층(340) 모두에서 동일한 인광 물질을 상이한 농도로 사용하는 것은 동일한 비방출 물질을 사용하는 것에 대하여 상기 개시한 것과 동일한 이점을 다수 가진다. 물질이 적을수록 실패 메카니즘도 적을 수 있다. 농도를 상이하게 하면 제1 유기층(330) 및 제2 유기층(340) 사이의 경계면 근처에서 재조합이 일어나는 것을 제어할 수 있는 반면, 동일한 인광 물질을 사용하면 재조합 구역을 상대적으로 넓힐 수 있다.

제1 유기층(330) 및 제2 유기층(340) 모두에서 상이한 인광 물질을 상이한 농도로 사용하는 것은 상이한 비방출 물질을 사용하는 것에 대하여 상기 개시한 바와 같은 이점을 다수 가진다. 상이한 물질의 사용은 재조합이 일어나는 장소를 제어하는 데 사용될 수 있는 추가의 파라미터를 더할 수 있다.

또한, 인광 물질은 소자에서 광을 방출하거나 방출하지 않을 수 있다. 아마도 포화 방출을 요하는 디스플레이 소자에서의 사용을 위한 고효율의 포화 방출이 바람직한 경우, 제1 유기층(330) 및 제2 유기층(340) 모두에서 방출 물질로서 동일한 인광 물질을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 인광 물질(들)이 전하를 운반하지만 방출하지 않는 구성에서는, "저에너지" 물질로서 개시되는 추가의 물질이 제1 유기층(330) 및 제2 유기층(340)에 첨가되어 광을 방출할 수 있다. "저에너지"란 저에너지 방출 물질의 방출 스펙트럼의 피크가 동일한 층에서 인광 물질의 방출 스펙트럼의 피크보다 20 nm 이상 더 높음을 의미한다. 더 높은 파장은 더 낮은 에너지에 상응한다. 엑시톤은 다양한 메카니즘을 통하여 저에너지 방출 물질에 존재할 수 있으며 엑시톤이 저에너지 방출 물질에 도달하는 방법은 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 예컨대, 엑시톤이 인광 물질에서 형성되어 저에너지 방출 물질로 이동되거나 또는 엑시톤이 저에너지 방출 물질 상에서 직접 형성될 수 있다. 한 구성에서, 저에너지 방출 물질은 인광 물질 상에 삼중선으로서 형성되는 엑시톤을 비롯한 인광 물질로부터의 엑시톤을 수용하는 형광 물질일 수 있다.

그러나, 더 적은 포화 방출, 아마도 일반 조명 목적의 백색 방출이 바람직한 경우, 동일한 소자에서 방출하는 다수의 분자를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 이를 위하여, 소자에 다수의 방출 물질이 존재하도록, 상이한 인광 물질을 제1 유기층(330) 및 제2 유기층(340)에서 이들 층에서의 에미터로서 사용할 수 있다. 제1 유기층(330) 및 제2 유기층(340) 중 하나 또는 둘다에 "저에너지" 물질로서 개시된 추가의 물질 또는 물질들을 첨가할 수 있다. 다수의 물질로부터의 방출이 바람직한 경우, 제1 유기층(330) 및 제2 유기층(340) 둘다에 상이한 저에너지 방출 물질을 사용할 수 있거나 또는 제1 유기층(330) 및 제2 유기층(340) 중 하나에 저에너지 방출 물질을 사용하는 한편 인광 물질을 제1 유기층(330) 및 제2 유기층(340) 중 다른 하나에 사용할 수 있다.

그러나, 사이에 경계면을 갖는 제1 및 제2 유기층을 갖는 방출층을 구비한 소자는 여전히 수명을 단축시킬 수 있다. 다수의 인광 유기 발광 소자에서의 주요 실패 메카니즘은 전자가 캐소드로부터 방출층을 거쳐 방출층의 애노드 측에 있는 유기층으로 통과하는 것을 포함하는 것으로 사료되어진다. OLED의 애노드 측에 사용되는 다수의 유기 물질은 이러한 전자로부터의 손상에 취약한 것으로 사료되어진다. 도 44～50 및 관련 텍스트는 소자 수명 단축에서 통상의 정공 운반 물질인 NPD의 역할을 보여준다. 제1 및 제2 유기층(330 및 340)을 갖는 방출층을 사용하면 유리하게도 방출층 내 경계면에서 재조합이 일어날 수 있다. 따라서, 비방출층에 도달하는 엑시톤의 수 및 전체 방출층을 가로질러 다른측(전자는 방출층의 애노드 측에 도달하고 정공은 방출층의 캐소드측에 도달함)에 도달하는 전하 캐리어의 수가 감소될 수 있다. 그러나, 엑시톤 및/또는 전하 캐리어가 비방출층에 도달하여 이를 손상시킴으로써 소자 수명에 악영향을 줄 수 있으므로 재조합 구역을 분산시키는 것이 바람직한데, 이것은 본원에 개시된 소자 아키텍처에 의하여 가능하다. 통상의 실패 메카니즘은 전자가 방출층을 가로질러 방출층의 애노드측에 도달하여 인접 비방출층을 손상시키는 것을 포함하는 것으로 사료되어진다.

방출층의 애노드 측 상의 유기 물질을 손상시키는 전자에 의하여 야기되는 소자 수명의 단축 및 손상을 회피하는 한 방법은 방출층의 애노드 측에만 전자 이동도보다 유의적으로 더 높은 정공 이동도를 갖는 물질을 사용하는 것이다. 그 차이는 상기 층에서 대다수의 전하 캐리어가 하나의 유형이기에 충분히 유의적이어야 한다. 도 3을 참조하면, 제3 유기층(320)은 방출층, 즉 제1 및/또는 제2 유기층(330 및 340)의 애노드 측 상에 있다. 제3 유기층(320)이 점유하는 위치에 1 이상의 유기층이 존재할 수 있다. 방출층 및 애노드 사이의 각 유기층은 단일의 유기 물질 또는 다수의 유기 물질을 포함할 수 있다. 단일 물질 층에서, 이것은 각 층의 물질이 상기 층의 전자 이동도보다 유의적으로 더 높은 정공 이동도를 가짐을 의미한다. 다수의 물질을 포함하는 층에서, 이것은 그 층의 정공 이동도가 그 층의 전자 이동도보다 유의적으로 더 높음을 의미한다. "층"의 정공 이동도는 특히 그 층의 정공 운반을 주로 담당하는 그 층의 물질이 유의적인 양으로 존재하는 경우 상기 물질의 정공 이동도와 강한 상관관계가 있다. 전자 및 정공 이동도는 비행 시간, 암전류 주입 및 어드미턴스 분광법을 비롯한 다양한 방법으로 측정할 수 있다. 유의적으로 더 높다는 것은 정공 이동도가 전자 이동도의 2배 이상, 바람직하게는 10배 이상, 가장 바람직하게는 100배 이상임을 의미한다.

NPD가 종래로부터 정공 운반층(HTL)으로서 사용되며 흔히 EML과 접촉한다. 그러나, So 등은 NPD가 그 정공 이동도(~5 x lO^-4 cm² V^-1 s^-1)와 비슷한 전자 이동도를 갖는다고 보고한다. 문헌[So et al., 'Bipolar Carrier Transport in Organic Small Molecules for OLED,' Proceedings of the Society for Information Display. 38, 1497(2007)] 참조. 이것은 전자가 종래 구조에서 NPD에 의하여 용이하게 운반될 수 있음을 시사한다. 이것은 2가지의 잠재적으로 바람직하지 않은 상황을 가능하게 한다. 첫째, 전자 및 정공이 NPD에서 재조합될 수 있다. NPD는 안정한 정공 운반층일 수 있으나 방출이 비효율적이므로 NPD 방출을 보이는 소자는 작동적으로 안정하다고 예상되지 않으므로 NPD는 이러한 목적으로 소자에 포함되지 않았다. 예컨대, NPD 및 BAlq 방출을 갖는 소자가 도 38에 도시되어 있다. 도 43에 도시된 이러한 소자의 수명(LT50)은, 소자가 20 mA/cm²의 일정한 전류에서 구동되는 경우 300 시간 미만이다. 비교를 위하여, Alq 방출만을 갖는 유사한 소자(도 44 참조)는 훨씬 더 긴 수명을 가진다. Alq 방출 소자의 휘도는 40 mA/cm²의 연속 구동 전류에 대하여 300 시간 후 그 초기값의 약 86%(도 49 참조)로 떨어진다. 두번째로, NPD는 전자에 대하여 본래 불안정할 수 있다. NPD가 소자 정공에서만은 안정하다고 믿어지는 충분한 증거가 있으나 전자에 대한 안정성은 확립되어 있지 않다.

바람직한 측면에서, 제3 유기층(320)은 제1 유기층(330) 및 애노드(315) 사이에 배치된 단일 유기층이다. 즉 제3 유기층(320)은 제1 유기층(330) 및 애노드(315)와 직접 접촉한다. 또한 이 바람직한 측면에서, 제3 유기층(320)은 제1 유기층(330)의 인광 물질만을 포함한다. 일반적으로, 전자는 소자의 방출층에 존재하고, 소자의 방출 물질은 방출층 내의 전자에 노출된다. 따라서, 적합하게 긴 수명을 갖는 소자에 사용되는 대부분의 인광 방출 분자는 전자로부터의 손상에 대한 내성이 있다. 따라서, 제1 유기층(330) 및 애노드(315) 사이에 유일의 유기 물질로서, 즉 정공 운반 분자로서 추가의 역할을 하는 제1 및 제2 유기층(330 및 340)의 인광 물질을 사용하면 방출층의 애노드 측 상의 유기층에 대한 전자 손상과 관련된 실패 메카니즘이 회피되는 소자를 얻을 수 있다.

방출층의 애노드 측 상의 유기 물질을 손상시키는 전자에 의하여 야기되는 소자 수명의 단축 및 손상을 회피하는 한 방법은 전자로 인하여 손상될 수 있는 부류의 물질을 방출층의 애노드 측 상에 사용하지 않는 것이다. 방출층의 애노드 측 상에 통상적으로 사용되는 다수의 물질은 이러한 손상에 민감하다고 믿어진다. NPD는 이러한 물질의 일례이다. 더 일반적으로, 방출층의 애노드 측 상에서 회피하는 것이 유리할 수 있는 물질은 트리아릴아민, 나프틸, 트리(N-카르바조일)트리페닐아민, 테트라아릴아민 및 카르바졸에서 선택되는 기를 갖는 분자를 포함한다.

방출층의 애노드 측 상의 유기 물질을 손상시키는 전자에 의하여 야기되는 소자 수명의 단축 및 손상을 회피하는 한 방법은 방출층의 애노드 측 상에 정공 전도도가 높은 물질을 사용하는 것이다. 정공 전도도가 높으면 방출층의 애노드 측에 도달하는 전자의 수를 최소화하기에 충분한 속도로 정공이 방출층으로 주입될 수 있다. OLED에서, 층의 전도도의 유용한 측정은 특정 층을 더 두껍게 함에 의한 소자에서 야기되는 전압 상승이다. 구체적으로, 상이한 소자에서 상이한 두께를 갖는, 전도도가 측정되는 특정 층을 갖는다는 하나의 차이를 제외하고 몇몇 동일한 소자가 제조될 수 있다, 상기 소자들은 동일하므로, 특정 층의 두께 증가로 야기되는 전압 차는 여러 경계면 및 전도도가 측정되는 층 이외의 층으로 인한 전압 차와 분리될 수 있다. 정공 전도도는 구체적으로 가변적 두께의 층이 소자내 다른 층을 기초로 전자가 다량으로 도달하지 않고 정공이 주로 전하 캐리어인 위치에서 소자내에 위치되는 소자에서 이러한 측정을 실시함으로써 측정할 수 있다. 전도도에 영향을 주는 캐리어 전도도와 같은 파라미터는 전류의 함수일 수 있으나 그 의존도는 크지 않다고 사료되어진다. 이러한 요인을 제어하기 위하여, 특정 전류 밀도에서 측정을 실시할 수 있다. 10 mA/cm²는 본원에 개시된 측정을 위해 사용된 적당한 전류 밀도이다. NPD의 정공 전도도는 이러한 방식으로 측정되었고, 10 mA/cm²의 전류에서 소자에 걸친 전압은 NPD 두께가 10 nm 증가될 때마다 0.6 V 증가하는 것으로 입증되었다. LG 101™(한국 LG에서 입수 가능)의 정공 전도도는 유사한 방식으로 측정하였으며, 10 mA/cm²의 전류에서 소자에 걸친 전압은 LG101 두께가 10 nm 증가할 때마다 0.5 V 미만으로 증가하는 것이 입증되었다. 이러한 측정은 매우 다양한 소자 구조체에 걸쳐 반복할 수 있다. 방출층 및 애노드 사이에, 층 두께가 10 nm 증가할 때마다 소자에 걸친 전압이 0.1 V 이하 상승하는 층들만을 갖는 소자는 방출층의 애노드 측 상의 유기 층에 대한 손상을 최소화할 수 있어 바람직하다. LG101 층은 이러한 층의 일례이다.

방출층의 애노드 측 상의 유기 물질을 손상시키는 전자에 의하여 야기되는 수명 단축 및 손상을 회피하는 한 방법은 방출층의 애노드 측에 유기금속 물질만을 사용하는 것이다. 유기금속 물질, 특히 유기 발광 소자에서 인광 에미터로서 사용되는 것으로 공지된 물질이 NPD와 같이 정공 운반층에 통상적으로 사용되는 특정 물질보다 전자로부터의 손상에 일반적으로 더 내성이 있는 것으로 사료되어진다. 실제로, 에미터로서 사용되는 유기금속 물질은 소자의 방출층(들)에서 전자가 비교적 풍부한 환경에 노출된다. 전자가 비교적 없는 소자의 애노드 측에서 이러한 물질을 사용하면 유의적인 전자 손상이 일어나지 않는다. 또한, 유기 발광 소자에서 에미터로서 사용되는 다수의 유기금속 물질은 양호한 정공 운반체이며 많은 경우 유기 발광 소자의 방출층에서 정공 운반을 담당하는 것으로 믿어진다.

방출층의 애노드 측 상의 유기 물질을 손상시키는 전자에 의하여 야기되는 수명 단축 및 손상을 회피하는 한 방법은 제1 유기층(330)과 같은 제1 비방출 물질(즉, 제1 유기층의 비방출 물질)에 대하여 고 삼중선 에너지 물질을 사용하는 것이다. 소자 수명을 감소시키는 하나의 손상 메카니즘은 방출층의 애노드 측에 도달하여 방출층의 애노드 측 상의 유기 물질을 손상시키는 삼중선을 수반할 수 있는 것으로 믿어진다. 방출층 내부에 경계면을 갖는 소자 아키텍처에서, 재조합(즉, 삼중선 형성을 포함하는 엑시톤 형성)은 이 경계면 또는 그 근처에서 일어나는 것으로 믿어진다. 방출층 내의 각종 물질의 상대적 삼중선 에너지에 따라, 삼중선은 인광 물질 뿐만 아니라 비방출 물질에도 존재할 수 있다. 제1 유기층의 비방출 물질에 대하여 고 삼중선 에너지 물질을 선택함으로써, 다른 물질로부터 비방출 물질로 이동될 수 있는 및/또는 형성될 수 있는 삼중선의 수가 감소될 수 있다. 또한, 이것은 이러한 비방출 물질 상에 존재하는 임의의 삼중선이 저 삼중선 에너지를 갖는 방출층내 다른 분자로 이동하는 것이 에너지면에서 바람직하다. 제1 유기층은 방출층 내부에 그러나 애노드 측 상에 있으므로, 인광 물질의 농도는 제2 유기층에서보다 더 높아, 삼중선이 제1 유기층의 비방출 물질로부터 전달될 수 있는 부위를 더 많이 제공한다. 따라서, 제1 비방출 물질에 고 삼중선 에너지 물질을 사용하는 것은 방출층의 애노드 측에 도달하는 엑시톤의 수를 감소시킬 수 있다. 이 맥락에서, "고" 삼중선 에너지 물질은 2.7 eV 이상의 삼중선 에너지를 갖는 물질이다.

높은 소자 수명을 얻는 또다른 방법은 트리페닐렌, 카르바졸, 금속 퀴놀레이트, 디벤조티오펜 및 카르바졸과 커플링된 디벤조티오펜으로 구성된 군에서 선택되는 기를 함유하는 물질을 제1 유기층의 비방출 물질로 사용하는 것이다. 이들 물질은 방출층의 애노드 측에서 유기 물질을 손상시키는 전자에 의하여 야기되는 수명 단축 및 손상을 회피하는 다른 방법과 함께 사용될 경우 가장 유용하다.

소자 수명은 청색 방출 인광 소자, 즉 440 nm 내지 500 nm의 파장에서 피크를 갖는 방출 스펙트럼을 갖는 인광 물질을 갖는 소자에 특히 중요한 문제이다. 이것은 청색 광자가 가시광선 스펙트럼에서 최고 에너지 광자여서 청색 발광 유기 분자는 이에 상응하여 일반적으로 더 높은 삼중선 및/또는 단일선 에너지를 가지기 때문이다. 따라서, 청색 방출 소자에서는 많은 물질이 다른 소자보다 더 높은 에너지 엑시톤 및/또는 전하 캐리어에 노출될 수 있다. 또한, 소자에서의 적당한 전하 운반을 확보하기 위하여 청색 소자에서의 사용에 이용할 수 있는 물질의 선택은 최고 점유 분자 오비탈, 최저 점유 분자 오비탈, 밴드갭 등과 관련된 구체적인 특성에 대한 제한으로 인하여 한정될 수 있는 반면, 더 낮은 에너지의 광자를 방출하는 소자에 대한 제한은 더 완화될 수 있다. 청색 소자를 위한 물질의 선택은 제한되므로, 녹색 또는 적색을 방출하는 소자를 위해 사용되는 더 바람직한 물질의 일부는 청색 발광 소자에 대해서는 실용적인 선택이 아닐 수 있다. 소자 수명은 또한 녹색 방출 소자, 즉 500 nm 내지 530 nm의 파장에서 피크를 갖는 방출 스펙트럼을 갖는 인광 물질을 포함한 소자에서도 중요하다. 청색 소자에 대하여 개시된 동일한 문제 중 일부가 녹색 소자에 작용되지만 정도는 덜하다. 따라서, 본원에 개시된 특징 중 다수가 이들 파장을 갖는 소자(특히 청색)에서 사용하기에 특히 적당하다. 그러나, 상기 특징들은 임의의 색을 방출하는 소자에서 이용될 수 있다.

바람직하게는, 제1 유기층(330) 및 제2 유기층(340)의 전체 두께는 400Å 이상이고, 제1 유기층(330)의 두께는 50Å 이상이며, 제2 유기층(340)의 두께는 50Å 이상이다. 이들 두께에서, 제1 및 제2 유기층(330 및 340)의 두께는 넓은 재조합 구역을 허용하기에 충분히 크다. 또한, 각 층의 최소 두께는 제1 및 제2 유기층(330 및 340) 사이의 경계면(여기 또는 그 근처에서 많은 재조합이 일어날 수 있음)이 다른 물질을 함유할 수 있는 다른층으로부터 50Å 이상 떨어져 있음을 의미한다. 따라서, 이러한 다른 물질에 의하여 야기되는 임의의 소자 수명 문제가 감소될 수 있다.

바람직하게는, 인광 물질의 최고 점유 분자 오비탈은 비방출 물질의 최고 점유 분자 오비탈보다 0.3 eV 이상 더 높다. 따라서, 제1 및 제2 유기층(330 및 340)에서 정공 운반은 주로 인광 물질에서 일어나기 쉽다. 따라서, 제1 및 제2 유기층(330 및 340) 간의 인광 물질 농도 차로 인하여 두 층의 정공 운반 특성에서 유의적인 차이가 발생하기 쉬워 두 층 간 경계면 또는 경계면 근처에서 재조합이 일어난다.

정공 차단층(350)이 존재하는 경우, 상기 층을 위한 바람직한 물질 선택이 몇가지 존재한다. 본 발명의 측면들이 왜 작용하는지에 관하여 임의의 이론에 한정되려는 의도는 아니나, 정공 차단층(350)의 목적은 정공이 제2 유기층(340)으로부터 정공 차단층(350)으로 이동하는 것을 방지하는 것이다. 정공 차단층(350)은 제2 유기층(340) 및 캐소드(360) 사이에 배치되며 제2 유기층(340)과 직접 접촉한다. 층(350)은 "제4" 유기층으로서 언급될 수도 있다.

정공이 정공 차단층(350)으로 이동하는 것을 방지하는 한 방법은 정공 차단층(350)에 제1 및 제2 유기층(330 및 340)의 비방출 물질을 사용하는 것이다. 제1 및 제2 유기층(330 및 340)의 인광 물질은 정공 차단층(350)에 존재하지 않고 제1 및 제2 유기층(330 및 340)에서 정공 운반을 담당하므로, 정공은 정공 차단층(350)에 유입될 수 없다. 이것은 특히 상기 개시한 바와 같이 인광 물질의 최고 점유 분자 오비탈이 비방출 물질의 최고 점유 분자 오비탈보다 0.3 eV 이상 더 높은 경우 그러하다. 정공 차단층(350)에서 특정의 비방출 물질을 사용하는 것이 몇가지 이유에서 바람직하다. 첫째, 상기 물질은 제1 및 제2 유기층(330 및 340)에 이미 존재하므로, 정공 차단층(350)에서 이러한 물질을 사용하는 것으로 소자의 실패 메카니즘과 관련된 임의의 추가 물질을 도입하지 않는다. 두번째로, 다수의 소자에서, 방출층의 비방출 물질은 주로 방출층에서 전자 운반을 담당하므로, 방출층의 캐소드 측으로부터 전자를 운반하여 이것을 방출층으로 주입하는 물질의 사용으로 인하여 야기되는 임의의 문제가 없다고 믿어진다. 또한, 상이한 물질의 수를 최소로 유지함으로써 제조가 단순화된다. 바람직하게는, 정공 차단층은 제1 및 제2 유기층 (330 및 340)의 비방출 물질만을 포함하며 소자 특성에 영향을 주지 않는 소량의 불순물을 함유할 수 있다. 그러나, 제2 유기층(340)의 인광 물질보다 최고 점유 분자 오비탈이 0.3 eV 이상 더 높은 물질과 같은 다른 물질도 정공 차단층(350)에 사용될 수 있다.

층(350)은 또한 엑시톤이 제2 유기층(340)을 떠나는 것을 차단하는 역할을 할 수 있다. 바람직하게는, 층(350)은 방출 도펀트의 삼중선 에너지보다 0.1 eV 이상 더 높은 삼중선 에너지를 갖는 물질만을 포함한다.

방출층의 애노드 측에서 유기 물질을 손상시키는 전자에 의하여 야기되는 수명 단축 및 손상을 회피하는 또다른 방법은 방출층의 애노드측에 임의의 유기 물질을 사용하는 것을 단순히 회피하는 것이다. 도 4는 인광 물질 및 비방출 물질의 농도가 상이한 제1 및 제2 유기층을 갖는 방출층을 구비하고 제1 유기층 및 애노드 사이에 유기층을 갖지 않는 유기 발광 소자를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 도 4의 소자는 기판(410), 애노드(415), 제1 유기층(430) 및 제2 유기층(440)을 갖는 방출층, 정공 차단층(450), 전자 운반층(460) 및 캐소드(470)를 포함한다. 정공 차단층(450) 및 전자 운반층(460)은 선택적이다.

제1 유기층(430)은 애노드 및 캐소드 사이에 배치되며 인광 물질 및 비방출 물질을 포함한다. 제1 유기층 내 인광 물질의 농도는 10～90 중량%이다. 제1 유기층 내 비방출 물질의 농도는 10～90 중량%이다. 제2 유기층(440)은 제1 유기층 및 캐소드 사이에 배치되며 제1 유기층(430)과 직접 접촉한다. 제2 유기층은 제1 유기층의 인광 물질 및 비방출 물질을 포함한다. 제2 층 내 인광 물질의 농도는 3～25 중량%이다. 제2 유기층 내 비방출 물질의 농도는 75～97 중량%이다. 제2 유기층 내 인광 물질의 농도는 제1 유기층 내 인광 물질의 농도보다 낮다. 일 측면에서, 제1 및 제2 유기층(430 및 440)은 인광 물질 및 비방출 물질만을 포함한다.

도 4의 소자는 긴 수명 소자를 얻기 위한 특징 조합을 이용한다. 애노드-방출층 경계면 및 특히 상기 경계면 또는 경계면 근처에서의 재조합에 의하여 야기되는 문제로 인하여, 단순히 애노드 및 방출층 사이에서 임의의 유기층의 사용을 회피하는 것으로 양호한 소자를 얻기는 쉽지 없다. 그러나, 도 4의 소자는 또한 상이한 농도의 인광성 방출 도펀트를 포함하는 상이한 층을 포함한다. 도 3의 소자에 있어서, 방출층내 경계면에서 일어나는 제1 유기층(430) 및 제2 유기층(440) 사이에서의 인광 물질의 농도 변화로 인하여 전자 이동도는 제2 유기층(440)에서보다 제1 유기층(430)에서 더 높아지고 정공 이동도는 제1 유기층(430)에서보다 제2 유기층(440)에서 더 높아진다고 믿어진다. 따라서, 전자 및 정공의 재조합이 제1 유기층(430) 및 제2 유기층(440) 사이의 경계면 또는 경계면 근처에서 일어날 수 있다. 따라서, 도 4의 소자는 방출층이 애노드와 접촉하고 있는 선행 기술 소자에서 발생할 수 있었던 문제가 회피된다. 도 4의 소자는 또한 전자에 의하여 손상되는 임의의 이러한 유기 물질이 없기 때문에 방출층 및 애노드 사이의 유기 물질에 대한 전자 손상에 의하여 야기되는 선행 기술 소자에서 발생할 수 있었던 문제가 회피된다.

도 5는 3종의 유기 물질만을 포함하는 유기 발광 소자를 도시한 것이다. 예시된 바와 같이, 도 5의 소자는 기판(510), 애노드(515), 제3 유기층(520), 제1 유기층(530) 및 제2 유기층(540)을 갖는 방출층, 정공 차단층(550), 전자 운반층(560) 및 캐소드(570)를 포함한다.

제1 유기층(530)은 애노드 및 캐소드 사이에 배치되며 인광 물질 및 비방출 물질을 포함한다. 제1 유기층 내 인광 물질의 농도는 10～90 중량%이다. 제1 유기층 내 비방출 물질의 농도는 10～90 중량%이다. 제2 유기층(540)은 제1 유기층 및 캐소드 사이에 배치되며 제1 유기층(530)과 직접 접촉한다. 제2 유기층은 제1 유기층의 인광 물질 및 비방출 물질을 포함한다. 제2 층 내 인광 물질의 농도는 3～25 중량%이다. 제2 유기층 내 비방출 물질의 농도는 75～97 중량%이다. 제2 유기층 내 인광 물질의 농도는 제1 유기층 내 인광 물질의 농도보다 낮다. 제1 및 제2 유기층(530 및 540)은 인광 물질 및 비방출 물질만을 포함한다.

제3 유기층(520)은 제1 유기층(530)의 인광 물질만을 포함하며 제1 유기층(530)과 직접 접촉한다. 제3 유기층(520)에서, 인광 물질은 실질적으로 발광하기 보다는 오히려 애노드(515)로부터 정공을 운반하고 제1 유기층(530)으로 정공을 주입하는 역할을 할 수 있다.

정공 차단층(550)은 제1 유기층(530)의 비방출 물질만을 포함한다. 본 발명의 측면이 어떻게 작용하는지에 대하여 임의의 이론에 제한되는 것은 아니나, 제1 및 제2 층(530 및 540)에서의 정공 운반은 인광 물질에서 일어나며 이러한 운반은 비방출 물질에서는 일어나지 않는 것으로 사료되어진다. 따라서, 정공 차단층(550)은 제2 유기층(540)으로부터 정공을 운반할 수 없으며 정공 차단층으로 작용한다.

따라서, 제3 유기층(520), 제1 유기층(530), 제2 유기층(540) 및 제3 유기층(550) 사이에는 2종의 유기 물질만이 사용된다. 도 5의 소자에서 제3 유기 물질은 전자 운반층(560) 내에 유일의 물질로서 존재하는 전자 운반 물질이다.

본원에 예시된 소자의 다수는 실시될 때 본 발명의 측면에 존재하거나 존재하지 않을 수 있는 다양한 층을 가지나, 도 5에 예시된 특정 소자는 추가도 제외도 없는 정확히 도시된 대로의 층들을 갖도록 의도되며 오직 3종의 유기 물질을 포함하도록 의도된다. 따라서, 추가의 층 및 추가의 유기 물질과 관련된 손상 메카니즘이 회피될 수 있다. 인광 물질은 소자의 발광 물질이다.

상이한 측면에서, 도 5의 소자는 제한된 방식으로 4종의 유기 물질만을 함유하도록 제4 유기 물질을 포함하도록 변형될 수 있으며, 유기 물질 중 하나는 소자에서 방출층 및 캐소드 사이에서만 존재하는 전자 운반 물질이다. 이러한 측면에 의하면 소자 내에 존재하는 임의의 정공 운반층, 정공 주입층 및/또는 차단층에 더하여 소자의 방출층에 3종의 유기 물질이 존재할 수 있다. 예컨대, 상기 소자는 방출층에 두 상이한 인광 물질 및 하나의 비방출 물질을 포함하거나, 방출층에 하나의 인광 물질 및 두 상이한 비방출 물질을 포함하거나 또는 인광 물질, 비방출 물질 및 저에너지 방출 물질을 포함할 수 있다.

도 6은 도 3의 유기 발광 소자와 유사하나 다수의 인광 물질을 포함하는 유기 발광 소자를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 도 6의 소자는 기판(610), 애노드(615), 제3 유기층(620), 제1 유기층(630) 및 제2 유기층(640)을 갖는 방출층, 정공 차단층(650), 전자 운반층(660) 및 캐소드(670)를 포함한다. 제3 유기층(620), 정공 차단층(650) 및 전자 운반층(660)은 선택적이다.

제1 유기층(630)은 애노드 및 캐소드 사이에 배치되며 제1 인광 물질 및 비방출 물질을 포함한다. 제1 유기층 내 제1 인광 물질의 농도는 3～50 중량%이다. 제1 유기층 내 비방출 물질의 농도는 10～97 중량%이다. 제2 유기층(640)은 제1 유기층(630) 및 캐소드 사이에 배치되며 제1 유기층(530)과 직접 접촉한다. 제2 유기층(640)은 제1 유기층의 제1 인광 물질 및 비방출 물질을 포함한다. 제2 층 내 제1 인광 물질의 농도는 3～25 중량%이다. 제2 유기층 내 비방출 물질의 농도는 10～90 중량%이다. 제2 유기층 내 제1 인광 물질의 농도는 제1 유기층 내 인광 물질의 농도보다 낮다.

제1 유기층(630), 제2 유기층(640) 또는 둘다는 0.1～12 중량%의 농도로 존재하는 저에너지 방출 물질을 포함한다. 저에너지 방출 물질은 형광 방출 물질일 수 있다. 저에너지 방출 물질이 형광인 경우, 소자는 인광 감지 형광 방출을 보일 수 있다. 즉, 에너지가 제1 인광 물질의 삼중선으로부터 형광 방출 물질로 이동될 수 있다.

제1 유기층(630) 및 제2 유기층(640) 모두 0.1～12 중량%의 농도로 존재하는 저에너지 방출 물질을 포함할 수 있다. 또는, 제1 유기층(630)만이 0.1～12 중량%의 농도로 존재하는 저에너지 방출 물질을 포함할 수 있고, 반면 제2 유기층(640)은 저에너지 방출 물질을 포함하지 않는다. 또는, 제2 유기층(640)만이 0.1～12 중량%의 농도로 존재하는 저에너지 방출 물질을 포함할 수 있고, 반면 제1 유기층(630)은 저에너지 방출 물질을 포함하지 않는다.

일 측면에서, 제1 유기층(630)은 제1 인광 물질 및 비방출 물질만을 포함하며, 제2 유기층(640)은 제1 인광 물질, 비방출 물질 및 저에너지 방출 물질만을 포함한다. 이러한 특정 측면에서, 임의의 소정 층에서 모든 물질의 백분율의 합은 100%이므로, 제1 유기층에서 비방출 물질의 농도는 50～97 중량%이고, 제2 유기층에서 비방출 물질의 농도는 63～90 중량%이다.

도 6의 소자에서 제1 인광 물질 및 저에너지 방출 물질은 모두 방출될 수 있다. 예컨대, 제1 인광 물질이 제1 유기층(630)에 존재하는 유일의 방출 물질인 경우, 이것은 상기 층으로부터 방출될 수 있다. 제1 인광 물질 및 저에너지 방출 물질이 제2 유기층(640)에 존재하고 저에너지 방출 물질이 제1 인광 물질보다 낮은 삼중선 에너지를 갖는 인광성일 경우, 제2 인광 물질로부터의 방출이 제2 유기층(640)에서 유리할 수 있다. 그러나, 제2 유기층(640) 내 제1 및 제2 인광 물질의 농도에 따라, 여전히 제2 유기층(640) 내 제1 인광 물질로부터 약간의 방출이 있을 수 있다. 어떤 경우이든, 제1 인광 물질은 제1 유기층(630)으로부터 방출될 수 있다. 따라서, 도 6의 소자는, 소자에 대하여 광범위한 전체 방출이 달성될 수 있도록, 상이한 방출 스펙트럼을 갖는 다수의 방출 물질을 가질 수 있다. 이러한 방출 스펙트럼은 일반 조명과 같은 특정 용도에 바람직하다.

도 7은 인광 물질 및 비방출 물질의 농도가 상이한 제1 및 제2 유기층을 갖는 방출층 및 제1 유기층과 캐소드 사이에 특정의 전하 캐리어 이동도 특성을 갖는 유기층들을 구비한 유기 발광 소자를 도시한 것이다. 도 7의 소자는 도 3에 개시된 것과 유사하지만 인광 물질이 방출층에서 주로 전자 운반을 담당하고 정공 운반을 담당하지 않는 소자에 적용되는 바와 같은 개념을 적용한다. 전자가 인광 물질로 운반되는 경우 가장 통상적인 인광 소자는 방출층을 포함하지 않으나, 화합물 S는 전자를 방출층에 운반할 수 있는 인광 분자의 일례인 것으로 믿어진다. 도시된 바와 같이, 도 7의 소자는 기판(710), 애노드(715), 제3 유기층(720), 제1 유기층(730), 제2 유기층(740), 정공 차단층(750), 전자 운반층(760) 및 캐소드(770)를 포함한다. 제3 유기층(720), 정공 차단층(750) 및 전자 운반층(760)은 선택적이다.

제1 유기층(730)은 애노드 및 캐소드 사이에 배치되며 인광 물질 및 비방출 물질을 포함한다. 제1 유기층 내 인광 물질의 농도는 3～50 중량%이다. 제1 유기층 내 비방출 물질의 농도는 75～97 중량%이다. 제2 유기층(740)은 제1 유기층 및 캐소드 사이에 배치되며 제1 유기층(730)과 직접 접촉한다. 제2 유기층(740)은 제1 유기층의 인광 물질 및 비방출 물질을 포함한다. 제2 유기층 내 인광 물질의 농도는 10～90 중량%이다. 제2 유기층 내 비방출 물질의 농도는 10～90 중량%이다. 제2 유기층 내 인광 물질의 농도는 제1 유기층 내 인광 물질의 농도보다 높다.

도 7의 소자는 도 3의 소자와 유사하지만 인광 방출성 도펀트가 전자 운반은 담당하나 정공 운반은 담당하지 않는 물질 조합에 의도된다는 점에서 상이한 원리로 작동된다. 따라서 제1 유기층(730)보다 캐소드(770)에 더 가까운 제2 유기층(740)은 제1 유기층(730)보다 더 고농도의 전자 운반 인광 물질을 함유한다. 따라서, 전자 이동도는 제2 유기층(740)에 비하여 제1 유기층(730)에서 떨어지므로, 제1 유기층(730)과 제2 유기층(740) 사이의 경계면 또는 경계면 근처에서 재조합이 일어날 수 있다.

도 8은 표 1 및 3의 매개변수를 사용하여 제조한 유기 발광 소자를 도시한 것이다.

도 10은 제조되고 시험된 특정한 유기 발광 소자를 도시한 것이다. 도 10의 소자는 4종의 유기 물질인 화합물 A, 화합물 F, mCBP 및 Alq만을 포함한다. 구체적으로, 도 10의 소자는 순서대로 ITO 애노드, 10 nm 두께의 화합물 A의 정공 주입층, 60 nm 두께의 15% 화합물 F로 도핑된 mCBP의 방출층, 5 nm 두께의 mCBP의 정공 차단층, 20 nm 두께의 Alq의 전자 운반층, 0.5 nm 두께의 LiF의 무기 전자 주입층 및 100 nm 두께의 Al 캐소드를 포함한다.

도 15는 제조되고 시험된 특정한 유기 발광 소자를 도시한 것이다. 도 15의 소자는 3종의 유기 물질인 화합물 F, mCBP 및 Alq만을 포함한다. 구체적으로, 도 15의 소자는 순서대로 ITO 애노드, 화합물 F의 10 nm 두께 정공 주입층, 15% 화합물 F로 도핑된 mCBP의 60 nm 두께 방출층, mCBP의 5 nm 두께 정공 차단층, Alq의 20 nm 두께 전자 운반층, LiF의 0.5 nm 두께 무기 전자 주입층 및 100 nm 두께의 Al 캐소드를 포함한다. 정공 주입층용으로 화합물 A 대신 화합물 F를 사용하는 것을 제외하고, 도 15의 소자는 도 10의 소자와 유사하다. 특히, 화합물 F는 도 15의 소자에서 방출 물질이기도 하다.

도 15의 소자 및 도 16～19에 플롯된 실험 결과는 도 15의 소자가 도 10의 소자와 유사한 측정 결과를 가짐을 나타낸다. 이것은 화합물 F가 화합물 A와 유사한 양호한 정공 운반체라는 증거이다. 화합물 F가 화합물 A에 필적하는 정공 운반 특성을 갖지 않았다면, 화합물 F는 정공을 더 적게 운반할 수 있으므로 도 15의 소자는 도 10의 소자보다 더 불량한 성능을 보일 것으로 예상되었을 것이다.

도 22는 인광 물질 및 비방출 물질의 농도가 상이한 제1 및 제2 유기층을 갖는, 표 4의 매개변수를 사용하여 제조된 유기 발광 소자를 도시한 것이다. 표 5는 표 4의 소자에 대한 소자 성능을 나타낸다.

[표 4]

[표 5]

도 29는 인광 물질 및 비방출 물질의 농도가 상이한 제1 및 제2 유기층을 갖는, 표 6의 매개변수를 사용하여 제조된 유기 발광 소자를 도시한 것으로, 일부 소자는 NPD층을 포함하며 일부는 NPD층을 포함하지 않는다. 표 6의 데이터는 정공 주입층 및 방출층 사이에 NPD의 100Å 층의 도입이 적색 발광 소자의 수명을 감소시킴을 나타낸다.

[표 6]

도 31은 NPD층을 포함하는 유기 발광 소자를 도시한 것이다.

도 50은 방출층과 애노드 사이에 정공 전도도가 높은 하나의 층 및 방출층에서 비발광 호스트로서 사용되는 것과 동일한 물질로 된 정공 차단층을 갖는 유기 발광 소자를 도시한 것이다. 도 50의 소자는 LG101의 10 nm 두께 정공 주입층, 15 중량% 화합물 H로 도핑된 화합물 J의 60 nm 두께 제1 유기 방출층, 화합물 J의 25 nm 두께 정공 차단층, Alq의 20 nm 두께 전자 운반층 및 LiF/Al 캐소드를 포함한다.

도 56은 방출층 및 애노드 사이에 정공 전도도가 높은 하나의 층, 상기 방출층에서 비방출 호스트로 사용되는 것과 동일한 물질로 된 정공 차단층, 및 인광 물질과 비방출 물질의 농도가 상이한 제1 및 제2 유기층을 갖는 방출층을 구비한 유기 발광 소자를 도시한 것으로, 여기서 제2 유기층에서 인광 물질의 농도는 달라질 수 있다. 도 56의 소자는 LG101의 10 nm 두께 정공 주입층, 30 중량% 화합물 H로 도핑된 화합물 J의 30 nm 두께 제1 유기 방출층, X 중량% 화합물 H로 도핑된 화합물 J의 30 nm 두께 제2 유기 방출층, 화합물 J의 25 nm 두께 정공 차단층, Alq의 20 nm 두께 전자 운반층 및 LiF/Al 캐소드를 포함한다. X는 제조된 소자에서 10 중량% 내지 18 중량% 로 변화되는데 도 57의 범례에 나타낸 바와 같이 소자들에서 X는 10, 14 및 18 중량%이다. 도 56의 소자는 도 50의 소자와 매우 유사한데, 도 56의 소자에서는 도펀트 H의 농도 단계가 존재하지만 도 50의 소자에서는 존재하지 않는 것이 상이하다.

도 56의 소자는 도 50의 소자에 비교될 수 있다. 소자 아키텍처 면에서, 방출층에서 도 56의 소자는 화합물 H의 농도에 단계가 있지만 도 50의 소자는 그러하지 않다는 것을 제외하고 상기 소자들은 유사하다. 이들 두 소자에 대하여 측정한 결과는 도 56의 소자가 도펀트 농도의 단계에 의하여 더 낮은 작동 전압을 갖는 것이 가능함을 보여준다. 도 56의 소자는 또한 도 50의 소자보다 더 양호한 청색 CIE 색좌표를 가진다. 더 양호한 CIE 색좌표는 30% 화합물 H로 도핑된 층에서 정공 전도도 증가로 인하여 도 56의 소자에서 캐소드에 더 가까운 재조합에서 유래한 광학 효과로 인한 것으로 생각된다. 도 56의 소자는 또한 도 50의 소자보다 더 높은 외부 양자 효율을 보인다. 도 56의 소자에서 효율이 더 높은 것은 재조합 장소에서 전자 및 정공 밸런스가 더 양호하고 도펀트 농도에서의 단계로 인하여 재조합이 더 확산되기 때문인 것으로 믿어진다. 또한, 재조합은 경계면에서 흔히 발생하며, 도 56의 소자는 농도 단계로 인하여 광을 방출할 수 있는 층을 포함하는 3개의 경계면을 포함하는 반면 도 50의 소자는 이러한 경계면을 2개만 구비한다.

도 62는 방출층 및 애노드 사이에 정공 전도도가 높은 하나의 층, 상기 방출층에서 비방출 호스트로 사용되는 것과 동일한 물질로 된 정공 차단층, 및 인광 물질이 상이한 제1 및 제2 유기층을 갖는 방출층을 구비한 유기 발광 소자를 도시한 것으로, 여기서 제2 유기층에서 인광 물질의 농도는 달라질 수 있다. 도 62의 소자는 LG101의 10 nm 두께 정공 주입층, 30 중량% 화합물 A로 도핑된 화합물 J의 30 nm 두께 제1 유기 방출층, X 중량% 화합물 H로 도핑된 화합물 J의 30 nm 두께 제2 유기 방출층, 화합물 J의 25 nm 두께 정공 차단층, Alq의 20 nm 두께 전자 운반층 및 LiF/Al 캐소드를 포함한다. X는 제조된 소자에서 10 중량% 내지 18 중량% 로 변화되는데 도 57의 범례에 나타낸 바와 같이 소자들에서 X는 10, 14 및 18 중량%이다. 도 62의 소자는 도 56의 소자와 매우 유사한데, 도 62의 소자는 제1 및 제2 유기 방출층에 상이한 인광 방출 물질을 사용하지만 도 56의 소자는 양 층에 동일한 인광 물질을 사용하는 것이 상이하다. 인광 물질의 농도는 도 62의 소자에 비하여 도 56의 소자에서 동일하다.

도 62의 소자는 도 56의 소자에 비교될 수 있다. 소자 아키텍처 면에서, 방출층에서, 도 62의 소자는 인광 에미터 화합물 A로 도핑된 방출층 및 인광 에미터 화합물 H로 도핑된 또다른 방출층을 갖는 반면, 도 56의 소자는 인광 에미터 화합물 H만을 갖는 것을 제외하고 상기 소자들은 유사하다. 두 소자 모두 도펀트 농도에서 단계를 가지며, 실제 도펀트가 상이한 층들에서도 유시한 농도를 가진다. 이들 두 소자의 아키텍처의 비교로부터 몇가지 점을 이해할 수 있다. 첫째, 도 62의 소자는 화합물 A 및 화합물 H 둘다로부터의 방출 조합인 광역 방출 스펙트럼을 보인다. 따라서, 따라서, 도 56의 소자는 30% 화합물 H로 도핑된 층 및 더 적은 농도의 화합물 H로 도핑된 층 둘다로부터 방출함을 추론할 수 있다. 도 58 내지 도 63에 비하여, 도 62의 소자는 도 56의 소자보다 전하 균형이 더 양호함을 알 수 있는데, 이것은 도 56 소자에서의 2 크리 자리수에 비하여 도 62 소자에서는 3 크리 자리수에 걸쳐 외부 양자 효율이 비교적 평평하다는 것에 의해 명백하다.

두 상이한 도핑된 방출층을 갖는 다수의 소자가 제조되었는데, 여기서 상기 소자들은 NPD와 같은 물질을 사용하는 정공 운반층을 포함하지 않는다. 표 7은 이들 소자의 구조를 나타낸다. 도 8은 이들 소자에 대하여 측정한 실험 결과를 나타낸다. 일반적으로, 상기 소자는 ITO 애노드, LG101의 정공 주입층, 및 사이에 경계면이 존재하는 제1 유기층과 제2 유기층을 갖는 방출층을 구비하였다. 상기 소자 중 일부는 정공 차단층을 구비하였다. 상기 소자 모두 LG101과 동일한 공급원으로부터 입수할 수 있는 LG201의 전자 운반층 및 LiF/Al 캐소드를 구비하였다. 소자 1, 2 및 4는 제1 및 제2 유기층에 동일한 비방출 물질을 포함하나, 상이한 인광 물질을 포함한다. 소자 5～8은 상이한 비방출 물질 및 상이한 인광 물질을 갖는 제1 및 제2 유기층을 구비한다. 소자 9, 11 및 12는 상이한 비방출 물질 및 상이한 인광 물질을 갖는 제1 및 제2 유기층을 구비하는데, 여기서 제1 유기층은 방출 물질을 더 포함한다. 소자 13～22는 동일한 비방출 물질 및 상이한 인광 물질을 갖는 제1 및 제2 유기층을 구비하는데, 여기서 제1 유기층은 저에너지 방출 물질을 더 포함한다. 소자 1, 2, 4, 5～8, 9, 11, 12 및 13～22 모두, 사이에 경계면을 갖는 제1 유기층과 제2 유기층을 구비한 방출층을 포함한다. 이들 소자 대부분에서, 인광 물질의 농도는 제1(애노드에 더 가까운) 유기층에서 더 높다. 그러나, 소자 8 및 9에서 인광 물질의 농도는 제2 유기층에서 더 높다. 소자 3의 방출층은 각각 비방출 물질 및 인광 물질을 가지며 사이에 경계면을 갖는 제1 및 제2 유기층을 포함하지 않는다. 소자 10의 방출층도 그러한데, 그 이유는 화합물 B가 소자 10에서 비방출성이고 소자 10은 각각 비방출 물질 및 인광 물질을 갖는 제1 및 제2 유기층을 포함하지 않기 때문이다.

[표 7]

[표 8]

표 9는 제1 유기층 및 제2 유기층 사이에 경계면을 갖는 방출층을 구비한 일부 소자에 대하여 측정한 실험 결과 및 소자 구조를 나타내는데, 여기서 호스트 및 도펀트, 즉 비방출 물질은 두 층 모두에서 동일한 물질이며, 인광 물질은 두 층 모두에서 동일한 물질이지만 농도가 상이하다. 표 9의 소자들은 모두 화합물 A의 100 Å 정공 주입층, 구체적인 소자에 따라 상이한 물질의 100Å 정공 차단층("BL"), 400Å 전자 운반층 및 LiF/Al 캐소드를 구비하였다. 방출층은 사이에 경계면을 갖는 제1 유기층 및 제2 유기층을 포함하였는데, 여기서 제1 유기층은 70 중량% 농도의 비방출 물질(표 9에서 "호스트") 및 30 중량% 농도의 인광 물질(표 9에서 "도펀트")로 이루어진 300Å이었고, 제2 유기층은 90 중량% 농도의 동일한 비방출 물질(표 9에서 "호스트") 및 10 중량% 농도의 동일한 인광 물질(표 9에서 "도펀트")로 이루어진 300Å이었다. 각 소자에 대한 특정 호스트 및 도펀트는 표 9에 명시되어 있다. 따라서, 표 9의 소자에 대한 일반적인 소자 구조는 ITO(1200Å)/화합물 A(100Å)/호스트(70 중량%):도펀트(30 중량%)(300Å)/호스트(90 중량%):도펀트(10 중량%)(300Å)/BL(100Å)/Alq³(400Å)/LiF/Al이었다.

[표 9]

본원에 개시된 여러 실시양태는 단지 예시이며 본 발명의 범위를 제한하려는 의도가 아님을 이해하여야 한다. 예컨대, 본원에 개시된 다수의 물질 및 구조는 본 발명의 사상으로부터 일탈하지 않는 한 다른 물질 및 구조로 대체될 수 있다. 따라서, 청구되는 본 발명은 당업자에게 명백한 바와 같이 본원에 개시된 바람직한 실시양태 및 특정 실시예로부터의 변형을 포함할 수 있다. 본 발명이 왜 작용하는지에 관한 여러 이론은 제한적인 의도가 아닌 것으로 이해된다.

Claims

애노드, 캐소드, 애노드와 캐소드 사이에 배치된 방출층을 포함하는 유기 발광 소자로서,

상기 방출층은 제1 인광 물질과 제1 비방출 물질을 포함하는 제1 유기층 및 제2 인광 물질과 제2 비방출 물질을 포함하는 제2 유기층을 더 포함하며,

상기 제1 유기층 내 제1 인광 물질의 농도는 10～90 중량%이고, 상기 제1 유기층 내 제1 비방출 물질의 농도는 10～90 중량%이며, 상기 제2 층 내 제2 인광 물질의 농도는 3～25 중량%이고, 상기 제2 유기층 내 제2 비방출 물질의 농도는 75～97 중량%이며;

제2 유기층은 제1 유기층과 캐소드 사이에 위치하고;

제2 유기층 내 제2 인광 물질의 농도는 제1 유기층 내 제1 인광 물질의 농도보다 낮고;

제1 비방출 물질 및 제2 비방출 물질은 동일한 물질이거나 또는 상이한 물질일 수 있고, 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질은 동일한 물질이거나 또는 상이한 물질일 수 있으며;

제1 유기층 및 애노드 사이의 모든 유기층은 정공 이동도 및 전자 이동도를 갖되 정공 이동도가 전자 이동도보다 2배 이상 큰 것인 유기 발광 소자.
제1항에 있어서, 상기 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질이 동일한 물질이고, 상기 제1 비방출 물질 및 제2 비방출 물질이 동일한 물질인 것인 유기 발광 소자.
제1항에 있어서, 상기 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질이 상이한 물질이고, 상기 제1 비방출 물질 및 제2 비방출 물질이 동일한 물질인 것인 유기 발광 소자.
제1항에 있어서, 상기 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질이 상이한 물질이고, 상기 제1 비방출 물질 및 제2 비방출 물질이 상이한 물질인 것인 유기 발광 소자.
제1항에 있어서, 상기 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질이 동일한 물질이고, 상기 제1 비방출 물질 및 제2 비방출 물질이 상이한 물질인 것인 유기 발광 소자.
제1항에 있어서, 상기 제1 유기층, 제2 유기층 또는 둘다는 농도가 0.1～12 중량%인 저에너지 방출 물질을 더 포함하는 것인 유기 발광 소자.
제1항에 있어서, 상기 제1 유기층 및 애노드 사이에 유기층이 존재하지 않는 것인 유기 발광 소자.
제1항에 있어서, 제1 유기층 및 애노드 사이에는 적어도 제3 유기층이 존재하고 제1 유기층 및 애노드 사이의 모든 유기층은 정공 이동도 및 전자 이동도를 갖되 정공 이동도가 전자 이동도보다 10배 이상 큰 것인 유기 발광 소자.
제1항에 있어서, 제1 유기층 및 애노드 사이에는 적어도 제3 유기층이 존재하고 제1 유기층 및 애노드 사이의 모든 유기층은 정공 이동도 및 전자 이동도를 갖되 정공 이동도가 전자 이동도보다 100배 이상 큰 것인 유기 발광 소자.
제1항에 있어서, 제2 유기층 내의 제2 인광 물질의 농도는 제1 유기층 내의 제1 인광 물질의 농도보다 5 중량% 이상 더 낮은 것인 유기 발광 소자.
제1항에 있어서, 제2 유기층 내의 제2 인광 물질의 농도는 제1 유기층 내의 제1 인광 물질의 농도보다 10 중량% 이상 더 낮은 것인 유기 발광 소자.
제1항에 있어서, 상기 제1 유기층은 실질적으로 제1 인광 물질 및 제1 비방출 물질로 이루어지고, 제2 유기층은 실질적으로 제2 인광 물질 및 제2 비방출 물질로 이루어지는 것인 유기 발광 소자.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 유기층의 전체 두께는 400Å 이상이고, 제1 유기층의 두께는 50Å 이상이며 제2 유기층의 두께는 50Å 이상인 것인 유기 발광 소자.
제1항에 있어서, 제1 인광 물질은 제1 비방출 물질의 최고 점유 분자 오비탈보다 0.3 eV 이상 더 높은 최고 점유 분자 오비탈을 가지며 제2 인광 물질은 제1 비방출 물질의 제2 점유 분자 오비탈보다 0.3 eV 이상 더 높은 최고 점유 분자 오비탈을 갖는 것인 유기 발광 소자.
제1항에 있어서, 상기 제1 유기층 및 애노드 사이에 배치된 제3 유기층을 더 포함하고 상기 제3 유기층은 실질적으로 제1 인광 물질로 이루어지며 상기 제1 유기층 및 애노드와 직접 접촉하는 것인 유기 발광 소자.
제1항에 있어서, 상기 제2 유기층 및 캐소드 사이에 배치된 제4 유기층을 더 포함하고 상기 제4 유기층은 실질적으로 제2 비방출 물질로 이루어지며 상기 제2 유기층과 직접 접촉하는 것인 유기 발광 소자.
제1항에 있어서, 상기 제2 유기층 및 캐소드 사이에 배치된 제4 유기층을 더 포함하고 상기 제4 유기층은 실질적으로 상기 제2 인광 물질의 삼중선 에너지(triplet energy)보다 0.1 eV 이상 더 큰 삼중선 에너지를 갖는 물질로 이루어지며 상기 제2 유기층과 직접 접촉하는 것인 유기 발광 소자.
제1항에 있어서, 상기 제1 비방출 물질은 트리페닐렌, 카르바졸, 디벤조티오펜 및 카르바졸과 커플링된 디벤조티오펜으로 구성된 군에서 선택되는 기를 함유하는 물질에서 선택되는 것인 유기 발광 소자.
제1항에 있어서, 3 이하의 상이한 유기 물질을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
제1항에 있어서, 4 이하의 상이한 유기 물질을 포함하며 유기 물질 중 하나는 소자 내에 방출층 및 캐소드 사이에서만 존재하는 전자 운반 물질인 것인 유기 발광 소자.
제1항에 있어서, 상기 제1 유기층은 상기 제2 유기층과 직접 접촉하는 것인 유기 발광 소자.
애노드, 캐소드, 애노드와 캐소드 사이에 배치된 방출층을 포함하는 유기 발광 소자로서,

상기 방출층은 제1 인광 물질과 제1 비방출 물질을 포함하는 제1 유기층 및 제2 인광 물질과 제2 비방출 물질을 포함하는 제2 유기층을 더 포함하며,

상기 제1 유기층 내 제1 인광 물질의 농도는 10～90 중량%이고, 상기 제1 유기층 내 제1 비방출 물질의 농도는 10～90 중량%이며, 상기 제2 층 내 제2 인광 물질의 농도는 3～25 중량%이고, 상기 제2 유기층 내 제2 비방출 물질의 농도는 75～97 중량%이며;

제2 유기층은 제1 유기층과 캐소드 사이에 위치하고;

제2 유기층 내 제2 인광 물질의 농도는 제1 유기층 내 제1 인광 물질의 농도보다 낮고;

제1 비방출 물질 및 제2 비방출 물질은 동일한 물질이거나 또는 상이한 물질일 수 있고, 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질은 동일한 물질이거나 또는 상이한 물질일 수 있으며;

제1 유기층 및 애노드 사이의 모든 유기층은 트리아릴아민, 나프틸, 트리(N-카르바졸릴)트리페닐아민, 테트라아릴아민 및 카르바졸로 구성된 군에서 선택되는 기를 함유하는 임의의 물질을 포함하지 않는 것인 유기 발광 소자.
제22항에 있어서, 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질이 동일한 물질이고, 제1 비방출 물질 및 제2 비방출 물질이 동일한 물질인 것인 유기 발광 소자.
제22항에 있어서, 상기 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질이 상이한 물질이고, 상기 제1 비방출 물질 및 제2 비방출 물질이 동일한 물질인 것인 유기 발광 소자.
제22항에 있어서, 상기 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질이 상이한 물질이고, 상기 제1 비방출 물질 및 제2 비방출 물질이 상이한 물질인 것인 유기 발광 소자.
제22항에 있어서, 상기 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질이 동일한 물질이고, 상기 제1 비방출 물질 및 제2 비방출 물질이 상이한 물질인 것인 유기 발광 소자.
제22항에 있어서, 상기 제1 유기층, 제2 유기층 또는 둘다는 농도가 0.1～12 중량%인 저에너지 방출 물질을 더 포함하는 것인 유기 발광 소자.
제22항에 있어서, 상기 제1 유기층 및 애노드 사이에 유기층이 존재하지 않는 것인 유기 발광 소자.
제22항에 있어서, 상기 제1 유기층은 실질적으로 제1 인광 물질 및 제1 비방출 물질로 이루어지고, 제2 유기층은 실질적으로 제2 인광 물질 및 제2 비방출 물질로 이루어지는 것인 유기 발광 소자.
애노드, 캐소드, 애노드와 캐소드 사이에 배치된 방출층을 포함하는 유기 발광 소자로서,

상기 방출층은 제1 인광 물질과 제1 비방출 물질을 포함하는 제1 유기층, 제2 인광 물질과 제2 비방출 물질을 포함하는 제2 유기층 및 제1 유기층과 애노드 사이에 배치된 제3 유기층을 더 포함하며,

상기 제1 유기층 내 제1 인광 물질의 농도는 10～90 중량%이고, 상기 제1 유기층 내 제1 비방출 물질의 농도는 10～90 중량%이며, 상기 제2 층 내 제2 인광 물질의 농도는 3～25 중량%이고, 상기 제2 유기층 내 제2 비방출 물질의 농도는 75～97 중량%이며,

제2 유기층은 제1 유기층과 캐소드 사이에 위치하고;

제3 유기층은 실질적으로 제1 인광 물질로 이루어지고 제1 유기층 및 애노드와 직접 접촉하며;

제2 유기층 내 제2 인광 물질의 농도는 제1 유기층 내 제1 인광 물질의 농도보다 낮고;

제1 비방출 물질 및 제2 비방출 물질은 동일한 물질이거나 또는 상이한 물질일 수 있고, 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질은 동일한 물질이거나 또는 상이한 물질일 수 있는 것인 유기 발광 소자.
제30항에 있어서, 상기 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질이 동일한 물질이고, 상기 제1 비방출 물질 및 제2 비방출 물질이 동일한 물질인 것인 유기 발광 소자.
제30항에 있어서, 상기 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질이 상이한 물질이고, 상기 제1 비방출 물질 및 제2 비방출 물질이 동일한 물질인 것인 유기 발광 소자.
제30항에 있어서, 상기 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질이 상이한 물질이고, 상기 제1 비방출 물질 및 제2 비방출 물질이 상이한 물질인 것인 유기 발광 소자.
제30항에 있어서, 상기 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질이 동일한 물질이고, 상기 제1 비방출 물질 및 제2 비방출 물질이 상이한 물질인 것인 유기 발광 소자.
제30항에 있어서, 상기 제1 유기층, 제2 유기층 또는 둘다는 농도가 0.1～12 중량%인 저에너지 방출 물질을 더 포함하는 것인 유기 발광 소자.
제30항에 있어서, 상기 제1 유기층은 실질적으로 제1 인광 물질 및 제1 비방출 물질로 이루어지고, 제2 유기층은 실질적으로 제1 인광 물질 및 제1 비방출 물질로 이루어지는 것인 유기 발광 소자.
제30항에 있어서, 3 이하의 상이한 유기 물질을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
제30항에 있어서, 4 이하의 상이한 유기 물질을 포함하며 유기 물질 중 하나는 소자 내에 방출층 및 캐소드 사이에서만 존재하는 전자 운반 물질인 것인 유기 발광 소자.
애노드, 캐소드, 애노드와 캐소드 사이에 배치된 방출층을 포함하는 유기 발광 소자로서,

상기 방출층은 제1 인광 물질과 제1 비방출 물질을 포함하는 제1 유기층 및 제2 인광 물질과 제2 비방출 물질을 포함하는 제2 유기층을 더 포함하며,

상기 제1 유기층 내 제1 인광 물질의 농도는 10～90 중량%이고, 상기 제1 유기층 내 제1 비방출 물질의 농도는 10～90 중량%이며, 상기 제2 층 내 제2 인광 물질의 농도는 3～25 중량%이고, 상기 제2 유기층 내 제2 비방출 물질의 농도는 75～97 중량%이며;

제2 유기층은 제1 유기층과 캐소드 사이에 위치하고;

제2 유기층 내 제2 인광 물질의 농도는 제1 유기층 내 제1 인광 물질의 농도보다 낮고;

제1 비방출 물질 및 제2 비방출 물질은 동일한 물질이거나 또는 상이한 물질일 수 있고, 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질은 동일한 물질이거나 또는 상이한 물질일 수 있으며;

제1 유기층 및 애노드 사이의 모든 유기층은 실질적으로 유기금속 물질로 이루어지는 것인 유기 발광 소자.
제39항에 있어서, 상기 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질이 동일한 물질이고, 상기 제1 비방출 물질 및 제2 비방출 물질이 동일한 물질인 것인 유기 발광 소자.
제39항에 있어서, 상기 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질이 상이한 물질이고, 상기 제1 비방출 물질 및 제2 비방출 물질이 동일한 물질인 것인 유기 발광 소자.
제39항에 있어서, 상기 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질이 상이한 물질이고, 상기 제1 비방출 물질 및 제2 비방출 물질이 상이한 물질인 것인 유기 발광 소자.
제39항에 있어서, 상기 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질이 동일한 물질이고, 상기 제1 비방출 물질 및 제2 비방출 물질이 상이한 물질인 것인 유기 발광 소자.
제39항에 있어서, 상기 제1 유기층, 제2 유기층 또는 둘다는 농도가 0.1～12 중량%인 저에너지 방출 물질을 더 포함하는 것인 유기 발광 소자.
애노드, 캐소드, 애노드와 캐소드 사이에 배치된 방출층을 포함하는 유기 발광 소자로서,

상기 방출층은 제1 인광 물질과 제1 비방출 물질을 포함하는 제1 유기층 및 제2 인광 물질과 제2 비방출 물질을 포함하는 제2 유기층을 더 포함하며,

상기 제1 유기층 내 제1 인광 물질의 농도는 10～90 중량%이고, 상기 제1 유기층 내 제1 비방출 물질의 농도는 10～90 중량%이며, 상기 제2 층 내 제2 인광 물질의 농도는 3～25 중량%이고, 상기 제2 유기층 내 제2 비방출 물질의 농도는 75～97 중량%이며;

제2 유기층은 제1 유기층과 캐소드 사이에 위치하고;

제2 유기층 내 제2 인광 물질의 농도는 제1 유기층 내 제1 인광 물질의 농도보다 낮고;

제1 비방출 물질 및 제2 비방출 물질은 동일한 물질이거나 또는 상이한 물질일 수 있고, 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질은 동일한 물질이거나 또는 상이한 물질일 수 있으며;

제1 유기층 및 애노드 사이의 모든 유기층은 10 mA/cm²의 전류에서 층 두께가 10 nm 증가될 때 전압이 0.1 V 이하 상승되도록 하는 정공 전도도를 갖는 것인 유기 발광 소자.
제45항에 있어서, 상기 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질이 동일한 물질이고, 상기 제1 비방출 물질 및 제2 비방출 물질이 동일한 물질인 것인 유기 발광 소자.
제45항에 있어서, 상기 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질이 상이한 물질이고, 상기 제1 비방출 물질 및 제2 비방출 물질이 동일한 물질인 것인 유기 발광 소자.
제45항에 있어서, 상기 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질이 상이한 물질이고, 상기 제1 비방출 물질 및 제2 비방출 물질이 상이한 물질인 것인 유기 발광 소자.
제45항에 있어서, 상기 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질이 동일한 물질이고, 상기 제1 비방출 물질 및 제2 비방출 물질이 상이한 물질인 것인 유기 발광 소자.
제45항에 있어서, 상기 제1 유기층, 제2 유기층 또는 둘다는 농도가 0.1～12 중량%인 저에너지 방출 물질을 더 포함하는 것인 유기 발광 소자.
애노드, 캐소드, 애노드와 캐소드 사이에 배치된 방출층을 포함하는 유기 발광 소자로서,

상기 방출층은 제1 인광 물질과 제1 비방출 물질을 포함하는 제1 유기층 및 제2 인광 물질과 제2 비방출 물질을 포함하는 제2 유기층을 더 포함하며,

상기 제1 유기층 내 제1 인광 물질의 농도는 10～90 중량%이고, 상기 제1 유기층 내 제1 비방출 물질의 농도는 10～90 중량%이며, 상기 제2 층 내 제2 인광 물질의 농도는 3～25 중량%이고, 상기 제2 유기층 내 제2 비방출 물질의 농도는 75～97 중량%이며;

제2 유기층은 제1 유기층과 캐소드 사이에 위치하고;

제2 유기층 내 제2 인광 물질의 농도는 제1 유기층 내 제1 인광 물질의 농도보다 낮고;

제1 비방출 물질 및 제2 비방출 물질은 동일한 물질이거나 또는 상이한 물질일 수 있고, 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질은 동일한 물질이거나 또는 상이한 물질일 수 있으며;

제1 비방출 물질은 2.7 eV 이상의 삼중선 에너지를 갖는 것인 유기 발광 소자.
제51항에 있어서, 상기 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질이 동일한 물질이고, 상기 제1 비방출 물질 및 제2 비방출 물질이 동일한 물질인 것인 유기 발광 소자.
제51항에 있어서, 상기 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질이 상이한 물질이고, 상기 제1 비방출 물질 및 제2 비방출 물질이 동일한 물질인 것인 유기 발광 소자.
제51항에 있어서, 상기 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질이 상이한 물질이고, 상기 제1 비방출 물질 및 제2 비방출 물질이 상이한 물질인 것인 유기 발광 소자.
제51항에 있어서, 상기 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질이 동일한 물질이고, 상기 제1 비방출 물질 및 제2 비방출 물질이 상이한 물질인 것인 유기 발광 소자.
제51항에 있어서, 상기 제1 유기층, 제2 유기층 또는 둘다는 농도가 0.1～12 중량%인 저에너지 방출 물질을 더 포함하는 것인 유기 발광 소자.
애노드, 캐소드, 애노드와 캐소드 사이에 배치된 방출층을 포함하는 유기 발광 소자로서,

상기 방출층은 제1 인광 물질과 제1 비방출 물질을 포함하는 제1 유기층 및 제2 인광 물질과 제2 비방출 물질을 포함하는 제2 유기층을 더 포함하며,

상기 제1 유기층 내 제1 인광 물질의 농도는 10～90 중량%이고, 상기 제1 유기층 내 제1 비방출 물질의 농도는 10～90 중량%이며, 상기 제2 층 내 제2 인광 물질의 농도는 3～25 중량%이고, 상기 제2 유기층 내 제2 비방출 물질의 농도는 75～97 중량%이며;

제2 유기층은 제1 유기층과 캐소드 사이에 위치하고;

제2 유기층 내 제2 인광 물질의 농도는 제1 유기층 내 제1 인광 물질의 농도보다 낮고;

제1 비방출 물질 및 제2 비방출 물질은 동일한 물질이거나 또는 상이한 물질일 수 있고, 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질은 동일한 물질이거나 또는 상이한 물질일 수 있으며;

제1 유기층, 제2 유기층 또는 둘다는 농도가 0.1～12 중량%인 저에너지 방출 물질을 더 포함하는 것인 유기 발광 소자.
제57항에 있어서, 상기 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질이 동일한 물질이고, 상기 제1 비방출 물질 및 제2 비방출 물질이 동일한 물질인 것인 유기 발광 소자.
제57항에 있어서, 상기 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질이 상이한 물질이고, 상기 제1 비방출 물질 및 제2 비방출 물질이 동일한 물질인 것인 유기 발광 소자.
제57항에 있어서, 상기 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질이 상이한 물질이고, 상기 제1 비방출 물질 및 제2 비방출 물질이 상이한 물질인 것인 유기 발광 소자.
제57항에 있어서, 상기 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질이 동일한 물질이고, 상기 제1 비방출 물질 및 제2 비방출 물질이 상이한 물질인 것인 유기 발광 소자.
제57항에 있어서, 저에너지 방출 물질은 형광 방출 물질인 것인 소자.
제57항에 있어서, 저에너지 방출 물질은 인광 물질인 것인 소자.
제57항에 있어서, 상기 제1 유기층 및 제2 유기층은 모두 저에너지 방출 물질을 더 포함하며 제1 유기층 및 제2 유기층 내의 저에너지 방출 물질의 농도는 0.1～12 중량%인 것인 유기 발광 소자.
제57항에 있어서, 상기 제1 유기층은 저에너지 방출 물질을 더 포함하며 제1 유기층 내의 저에너지 방출 물질의 농도는 0.1～12 중량%이고 제2 유기층 내에는 저에너지 방출 물질이 존재하지 않는 것인 유기 발광 소자.
제57항에 있어서, 상기 제2 유기층은 저에너지 방출 물질을 더 포함하며 제2 유기층 내의 저에너지 방출 물질의 농도는 0.1～12 중량%이고 제1 유기층 내에는 저에너지 방출 물질이 존재하지 않는 것인 유기 발광 소자.
제57항에 있어서, 상기 제1 및 제2 유기층은 실질적으로 제1 인광 물질, 비방출 물질 및 저에너지 방출 물질로 이루어지는 것인 유기 발광 소자.
애노드, 캐소드, 애노드와 캐소드 사이에 배치된 제1 유기층, 제1 유기층과 캐소드 사이에 배치된 제2 유기층을 포함하는 유기 발광 소자로서,

상기 제1 유기층은 제1 인광 물질 및 제1 비방출 물질을 포함하며, 상기 제1 유기층 내 제1 인광 물질의 농도는 3～25 중량%이고, 상기 제1 유기층 내 제1 비방출 물질의 농도는 75～97중량%이며,

상기 제2 유기층은 제2 인광 물질 및 제2 비방출 물질을 포함하며, 제1 유기층과 직접 접촉하고, 상기 제2 층 내 제2 인광 물질의 농도는 10～90 중량%이고, 상기 제2 유기층 내 제2 비방출 물질의 농도는 10～90중량%이며,

제2 유기층 내 제2 인광 물질의 농도는 제1 유기층 내 제1 인광 물질의 농도보다 더 높으며,

제1 비방출 물질과 제2 비방출 물질은 상이한 물질인 것인 유기 발광 소자.
제68항에 있어서, 상기 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질이 동일한 물질인 것인 유기 발광 소자.
제68항에 있어서, 상기 제1 인광 물질 및 제2 인광 물질이 상이한 물질인 것인 유기 발광 소자.
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제68항에 있어서, 상기 제1 유기층, 제2 유기층 또는 둘다는 농도가 0.1～12 중량%인 저에너지 방출 물질을 더 포함하는 것인 유기 발광 소자.