KR20120072815A - 백색 유기 발광 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 형광 유닛과 인광 유닛의 스택 구조에서, 청색 발광 유닛에 2 피크를 갖는 청색 발광층을 적용하여 시야각과 효율을 개선한 백색 유기 발광 소자에 관한 것으로, 기판 상에 서로 대향된 양극과 음극;과, 상기 양극과 음극 사이에 형성된 전하 생성층;과, 상기 양극과 전하 생성층 사이에, 2개의 발광 피크를 갖는 청색 발광층을 포함하는 제 1 스택; 및 상기 전하 생성층과 음극 사이에 인광 발광층을 포함하는 제 2 스택을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

백색 유기 발광 소자 {White Organic Emitting Device}

본 발명은 유기 발광 소자에 관한 것으로 특히, 청색 발광 유닛과 인광 유닛의 스택 구조에서, 청색 발광 유닛에 2 피크를 갖는 청색 발광층을 적용하여 시야각과 효율을 개선한 백색 유기 발광 소자에 관한 것이다.

최근 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 전기적 정보신호를 시각적으로 표현하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 여러 가지 다양한 평판 표시장치(Flat Display Device)가 개발되어 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube : CRT)을 빠르게 대체하고 있다.

이 같은 평판 표시장치의 구체적인 예로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 플라즈마표시장치(Plasma Display Panel device: PDP), 전계방출표시장치(Field Emission Display device: FED), 유기 발광 표시 장치(Organic Light Emitting Device: OLED) 등을 들 수 있다.

이 중, 별도의 광원을 요구하지 않으며 장치의 컴팩트화 및 선명한 컬러 표시를 위해 유기 발광 표시 장치가 경쟁력 있는 어플리케이션으로 고려되고 있다.

이러한 유기 발광 표시 장치는 유기 발광층의 형성이 필수적인데, 종래 그 형성을 위해 새도우 마스크(shadow mask)를 이용한 증착 방법이 이용되었다.

그러나, 새도우 마스크는 대면적의 경우, 그 하중 때문에 쳐짐 현상이 발생하고, 이로 인해 여러번 이용이 힘들고 유기 발광층 패턴 형성에 불량이 발생하기 때문에, 대안적 방법이 요구되었다.

이러한 새도우 마스크를 대체하여 여러 방법이 제시되었던 그 중 하나로서 백색 유기 발광 표시 장치가 있다.

이하, 백색 유기 발광 표시 장치에 대해 설명하면 다음과 같다.

백색 유기 발광 표시 장치는, 발광 다이오드 형성시 양극과 음극 사이의 각 층을 마스크 없이 증착시키는 것으로, 유기발광층을 포함한 유기막들의 형성을 차례로 그 성분을 달리하여 진공 상태에서 증착하는 것을 특징으로 한다.

상기 백색 유기 발광 표시 장치는, 박형 광원, 액정표시장치의 백라이트 또는 컬러 필터를 채용한 풀컬러 표시 장치에 쓰일 수 있는 등 여러 용도를 가지고 있는 소자이다.

이러한 백색 유기 발광 소자는 수명과 소비 전력 측면을 고려했을 때, 적층되어 이루어진 발광층이 모두 형광 구조이거나 혹은 형광 유닛과 발광 유닛의 스택 구조로 이루어진 구조를 이용하였다. 이 두 구조에서 공통적인 점은 일중항 여기자(singlet exciton)만을 이용하는 청색 형광층의 사용이다.

근래의 기술 수준에서의 청색 인광층의 효율은 만족할만한 수준에 이르렀지만, 수명 측면에서 아직까지 개선이 시급한 상황이다. 이런 이유로 청색 형광층이 적용된 백색 유기 발광 소자가 주로 개발되고 있다. 그러나, 수명, 소비전력 개선에는 위에서 언급된 청색 형광의 효율 문제로 인하여 제한적이다. 특히, 이를 해결하기 위해서는 내부 양자 효율이 25 %로 제한적인 청색 형광층의 효율과 수명을 개선하는 방법이 필요하다.

또한, 청색 형광은 나머지 색상의 인광 재료보다 효율이 낮기 때문에, 청색 형광층을 포함한 청색 발광 유닛과 인광 유닛이 적층된 2 스택 백색 유기 발광 소자에 있어서, 발광색에 따른 효율 차에 의해 시야각에 따라 백색 유기 발광 소자의 색변화가 커지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 청색 발광 유닛과 인광 유닛의 스택 구조에서, 청색 발광 유닛에 2 피크를 갖는 청색 발광층을 적용하여 시야각과 효율을 개선한 백색 유기 발광 소자를 제공하는 데, 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 백색 유기 발광 소자는 기판 상에 서로 대향된 양극과 음극;과, 상기 양극과 음극 사이에 형성된 전하 생성층;과, 상기 양극과 전하 생성층 사이에, 2개의 발광 피크를 갖는 청색 발광층을 포함하는 제 1 스택; 및 상기 전하 생성층과 음극 사이에 인광 발광층을 포함하는 제 2 스택을 포함하는 것에 그 특징이 있다.

상기 청색 발광층의 2개의 발광 피크 중 제 1 발광 피크는 430nm 내지 470nm이며, 제 2 발광 피크는 470nm 내지 490nm이고, 상기 제 1 발광 피크와 제 2 발광 피크 차는 1nm 내지 40nm이다.

상기 청색 발광층은 형광 발광 물질을 포함한다.

그리고, 상기 인광 발광층은 하나의 호스트에 인광 적색과 녹색 도펀트를 함께 도핑한 발광층이거나, 하나의 호스트에 옐로우그린(yellow-green) 도펀트를 도핑한 발광층일 수 있다.

또한, 상기 양극과 청색 발광층 사이, 상기 청색 발광층과 전하 생성층 사이, 상기 전하 생성층과 인광 발광층 사이 및 상기 인광 발광층과 음극 사이에는, 제 1 내지 제 4 공통층이 차례로 형성될 수 있다.

여기서, 상기 제 1 공통층 및 제 2 공통층은 상기 청색 발광층의 호스트보다 삼중항 에너지 준위가 높고, 상기 제 3 공통층은 상기 인광 발광층의 호스트보다 삼중항 에너지 준위가 높다.

그리고, 상기 제 2 공통층은 제 1, 제 2 전자 수송층을 포함하며, 상기 제 1 전자 수송층은 상기 청색 발광층보다 높은 삼중항 에너지 준위를 갖고, 상기 청색 발광층으로의 알칼리 금속 확산을 최소화하는 재료에서 선택하며, 상기 제 2 전자 수송층은 알칼리 금속의 도핑을 통한 전자 주입이 가능한 bphen 계열의 유기물 재료에서 선택하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제 1 공통층과 제 3 공통층은 각각 상기 청색 발광층과 인광 발생층에 최인접하여 제 1 정공 수송층과 제 2 정공 수송층을 구비한다. 여기서, 상기 제 1 정공 수송층 및 제 1 전자 수송층은 상기 청색 발광층의 호스트보다 0.01eV 내지 1.0eV 삼중항 에너지 준위가 높고, 상기 제 2 정공 수송층은 상기 인광 발광층의 호스트보다 0.01eV 내지 1.0eV 삼중항 에너지 준위가 높은 것이 바람직하다.

그리고, 상기 알칼리 금속은 Li인 것이 바람직하다.

한편, 상기 전하 생성층은 상기 제 1 스택에 인접하여 N형 전하 생성층과, 상기 제 2 스택에 인접하여 P형 전하 생성층을 포함한다. 그리고, 상기 N형 전하 생성층과 P형 전하 생성층 사이에는 버퍼층이 더 포함될 수 있다.

또한, 상기 기판 상부에서 상기 음극 하부까지의 총 두께를 3000Å~3400Å로 하며, 상기 청색 발광층과 상기 음극 사이의 거리를 1600Å~2000Å로 하고, 상기 인광 발광층과 상기 음극 사이의 거리를 200Å~600Å로 할 수 있다. 혹은, 상기 기판 상부에서 상기 음극 하부까지의 총 두께를 4000~4500Å로 하며, 상기 청색 발광층과 상기 음극 사이의 거리를 1600~2000Å이며, 상기 인광 발광층과 음극 전극 사이의 거리를 200~600Å로 할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 백색 유기 발광 소자는 다음과 같은 효과가 있다.

2피크의 청색 형광 유닛을 적용하여 탠덤 소자를 구현한 경우, 시야각에 따라 청색 영역의 발광 피크의 위치가 인광 유닛의 발광 피크의 유사한 정도로 감소하여 백색의 색변화가 작아진다.

따라서, 시야각의 변화에 따라 시감 저하의 정도가 방지될 수 있다.

도 1은 본 발명의 백색 유기 발광 소자를 나타낸 단면도
도 2는 도 1에 적용되는 형광 유닛의 파장에 따른 광세기를 나타낸 그래프
도 3a 및 도 3b는 형광 유닛을 각각 1피크와 2피크의 파장을 갖는 청색 발광층을 포함하여 구성시를 나타낸 단면도
도 4는 도 3a 및 도 3b에 대한 휘도에 따른 양자효율을 나타낸 그래프
도 5a 및 도 5b는 비교예와 본 발명의 백색 유기 발광 소자의 실험예의 구성을 나타낸 단면도
도 6은 도 5a 및 도 5b에 대한 파장에 따른 광세기를 나타낸 그래프
도 7a 및 도 7b는 비교예와 본 발명의 백색 유기 발광 소자의 실험예를 적용시 파장 대 광세기를 파장대 광세기 특성을 나타낸 그래프
도 8은 비교예와 본 발명의 백색 유기 발광 소자의 실험예에 있어서, 시야각에 따른 Δu'v'를 나타낸 그래프

이하, 본 발명의 일 실시예가 도시된 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 백색 유기 발광 소자를 더욱 완전하게 개시한다.

그러나, 본 발명은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에서 상술한 실시예들에 한정하는 것으로서 해석되어서는 아니 된다. 오히려, 이 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 도면에서, 층들 및 영역들의 크기 및 상대적 크기는 명확성을 위하여 과장될 수 있다.

도 1은 본 발명의 백색 유기 발광 소자를 나타낸 단면도이며, 도 2는 도 1에 적용되는 형광 유닛의 파장에 따른 광세기를 나타낸 그래프이다.

도 1과 같이, 본 발명의 백색 유기 발광 소자는 기판(50) 상에 서로 대향된 양극(100)과 음극(140)과, 상기 양극(100)과 음극(140) 사이에 형성된 전하 생성층(120)과, 상기 양극(100)과 전하 생성층(120) 사이에, 2개의 발광 피크를 갖는 청색 발광층(110)을 포함하는 제 1 스택 및 상기 전하 생성층(120)과 음극(140) 사이에 인광 발광층(130)을 포함하는 제 2 스택을 포함한다.

도 2에서는 상기 청색 발광층(110)의 발광 피크를 제 1 피크를 458nm로, 제 2 발광 피크를 480nm로 하여 나타내었다. 그러나, 반드시 이에 한정된 것은 아니라, 제 1 발광 피크는 430nm 내지 470nm이며, 제 2 발광 피크는 470nm 내지 490nm의 범위로 적용하면 가능하다 할 것이다. 이 때, 상기 제 1 발광 피크와 제 2 발광 피크 차는 1nm 내지 40nm이다.

이와 같이, 제 1 스택 내의 청색 발광층이 제 1, 제 2 발광 피크의 범위 내에 있으면 시야각에 따른 제 2 스택의 인광 효율 감소 폭에 가깝게 청색 발광 효율이 감소되어 시야각이 변화하더라도 색변화가 청색 발광과 인광 발광에서 유사한 수준으로 발생하여 화질 저하를 시인할 수 없게 된다.

상기 청색 발광층(110)은 형광 발광 물질 또는 인광 발광 물질 어느 것으로도 이루어질 수 있으며, 이 경우, 청색 발광층(110)은 하나의 호스트에 청색 형광 또는 청색 인광 성분의 도펀트가 포함된 것이다.

이하의 실험에서는 상기 청색 발광층(110)이 형광 발광 물질을 이용한 예로 든 것이다.

그리고, 상기 인광 발광층(130)은, 하부 제 1 스택의 청색 발광층과 더불어 백색 발광을 하는 재료로, 하나의 호스트에 인광의 적색 도펀트과 녹색 도펀트를 함께 도핑한 발광층이거나, 하나의 호스트에 옐로우그린(yellow-green) 도펀트를 도핑한 발광층일 수 있다. 경우에 따라 이와 다른 발광 색상의 조합으로도 이용될 수 있을 것이다.

상기 양극(100)은 투명 도전 물질로 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 재료로 형성한다.

상기 음극(140)은 알루미늄과 반사성 금속 재질로 금(Au), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 구리(Cu) 등의 금속으로 형성한다. 이러한 구조를 통해 바텀 에미션 방식으로 제 1 스택에서의 청색광과 제 2 스택에서의 "적색광+녹색광" 또는 "옐로우그린" 광이 혼합되어 백색 발광이 구현된다.

또한, 상기 양극(100)과 청색 발광층(110) 사이, 상기 청색 발광층(110)과 전하 생성층(120) 사이, 상기 전하 생성층(120)과 인광 발광층(130) 사이 및 상기 인광 발광층(130)과 음극(140) 사이에는, 제 1 내지 제 4 공통층(105, 115, 125, 135)이 차례로 형성된다.

여기서, 상기 제 1 공통층(105)은 하부에서부터 차례로 형성되는 제 1 정공 주입층(HIL: Hole Injection Layer) 및 제 1 정공 수송층(HTL: Hole Transport Layer)일 수 있다. 상기 제 1 공통층(105)으로 제 1 정공 수송층 한 층만 형성될 수도 있다.

상기 제 1 공통층(105)은 상기 청색 발광층(110)의 호스트보다 삼중항 에너지 준위가 높게 설정하는 것이 바람직하다. 이는 청색 발광층(110)의 여기자(exciton)를 인접한 제 1 정공 수송층으로 들어가게 하지 않고 청색 발광층 내에 가두어, 이를 발광에 이용하기 위함이다. 이 경우, 상기 공통층(105)의 제 1 정공 수송층의 삼중항 에너지 준위(triplet energy state)는 상기 청색층의 호스트보다 0.01eV 내지 1.0eV 삼중항 에너지 준위가 높게 설정하는 것이 바람직하다.

마찬가지로, 상기 제 3 공통층(125)은 제 2 정공 주입층 및 제 2 정공 수송층을 포함하는 것으로, 특히 제 2 정공 수송층은 상기 인광 발광층(130)의 호스트보다 삼중항 에너지 준위가 높은 것이 바람직하며, 상기 제 2 정공 수송층의 삼중항 에너지 준위는 상기 인광 발광층(130)의 호스트의 삼중항 에너지 준위보다 0.01eV 내지 1.0eV 높은 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제 2 공통층(115)은 하부에서부터 차례로 형성되는 제 1, 제 2 전자 수송층을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제 1 전자 수송층은 상기 청색 발광층(110)보다 높은 삼중항 에너지 준위를 갖고, 상기 청색 발광층(110)으로의 알칼리 금속 확산을 최소화하는 재료에서 선택하며, 상기 제 2 전자 수송층은 알칼리 금속의 도핑을 통한 전자 주입이 가능한 bphen 계열의 유기물 재료에서 선택하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 알칼리 금속은 Li일 수 있다.

그리고, 상기 제 4 공통층(135)은 제 3 전자 수송층을 포함한다. 경우에 따라 제 2 공통층(115)와 동일한 구성을 채택할 수도 있다.

또한, 상기 제 4 공통층(135)에는 상기 음극(140)에 인접하여 전자 주입층을 더 포함하기도 한다.

한편, 상기 전하 생성층(CGL: Charge Generation Layer)(120)은 상기 제 1 스택에 인접하여 N형 전하 생성층(120a)과, 상기 제 2 스택에 인접하여 P형 전하 생성층(120b)을 포함한다. 그리고, 상기 N형 전하 생성층(120a)과 P형 전하 생성층(120b) 사이에는 버퍼층이 더 포함될 수 있다.

여기서, 전하 생성층(120)은 제 1 스택과 제 2 스택 사이에서 전하 균형 조절을 하는 것으로, 경우에 따라 단일층으로 형성될 수도 있다. 제 1 스택에 인접한 상기 N형 전하 생성층(120a)은 제 1 스택의 전자 주입층 기능을 하며, P형 전하 생성층(120b)은 제 2 스택의 정공 주입 기능을 한다.

한편, 본 발명의 백색 유기 발광 소자의 제 1 스택에 포함되는 청색 발광층을 2 피크 발광 재료를 이용하는 이유를 설명한다.

하부의 청색 유닛과 상부의 인광 유닛의 2스택 백색 유기 발광 소자에서는, 청색 유닛에 구비된 청색 발광층의 광발광(PL:Photoluminescence)의 피크와 백색 유기 발광 소자 구조 내부의 유기물 적층체의 발광 피크(emittance peak)의 곱으로 발광 소자의 효율이 결정된다.

그런데, 정면(시야각 0°)에서부터 점점 시야각이 커지게 되면 발광 피크가 쉬프트하여, 청색 광발광 피크와, 적색 및 녹색 인광 광발광 피크가 서로 겹쳐지는 면적이 달라지게 된다. 겹쳐지는 면적이 줄어들게 되면 효율이 감소하게 되며, 감소하는 비율이 서로 달라지면 시야각 특성이 안 좋은 결과를 보여주게 된다. 특히, 시야각이 커지면 발광 효율이 낮은 청색 파장에서 광피크가 낮아지는 특성을 보였고, 이를 통해 청색을 제외한 다른 색상의 시감이 더 눈에 두드러지는 경향을 보이게 된다.

이러한 시야각 변화에 따른 화질 저하를 개선하기 위해 청색 발광 유닛에 이용하는 청색 발광층의 재료를 2피크 청색 특성을 갖는 것을 이용하여 도 2와 같이, 제 1 피크는 일반 청색 피크보다는 낮은 파장에서 선택하고, 제 2 피크는 이보다 높은 파장에서 선택하여, 청색의 스펙트럼이 좀 더 넓게 분포하도록 한 것이다. 이로써 시야각 변화에 따라 청색 파장의 광피크 변화를 작게 함으로써, 청색의 발광 효율 감소와 인광의 발광 효율 감소를 유사한 정도로 유지하는 것이다. 이로써, 디스플레이되는 백색의 색좌표 변화를 줄인 것으로 시청자는 시야각이 변화하여도 특정 색감이 부족하여 타색상이 두드러지게 느껴지는 시감 저하를 방지한 것이다.

한편, 본 발명의 백색 유기 발광 소자는 삼중항 소멸(TTA:Triplet-triplet-Annihilation, 이하 TTA)를 이용한 고효율 장수명 소자이다.

이 경우, 소자의 제한적인 내부 양자 효율(IQE) 25%이지만 TTA를 통한 지연 형광(delayed fluorescence)의 기여로 이론적으로 약 50%까지 향상시킨 것이다.

TTA를 통한 효율 기여를 위해서는 각 발광층(청색 발광층 및 인광 발광층) 내에서 TTA(Triplet-triplet annihilation)의 효율이 잘 일어날 수 있도록 소자 구조의 디자인이 필요하다.

이에 따라 TTA 기여를 위해 상기 각 발광층에 인접한 최인접한 제 1, 제 3 공통층(특히, 정공 수송층(HTL))과 제 2, 제 4 공통층(전자 수송층(ETL))의 선택이 중요하다. 즉, 삼중항 여기자(triplet exciton)를 각 발광층 내에 효과적으로 가두기 위해, 제 1, 제 2 공통층의 삼중항 에너지가 상기 각 발광층의 호스트 삼중항 에너지보다 높아야 한다.

이 경우, 이들 정공 수송층은 각 발광층의 호스트 대비 높은 삼중항 에너지 특성과 정공 주입층과의 HOMO(High Occupied Molecular Orbital) 레벨을 고려한다.

그리고, 이들 전자 수송층은 각 발 광층의 호스트 대비 높은 삼중항 에너지 특성과 홀 블락킹 특성을 고려한다.

각 발광층의 호스트(host)와 도펀트 각각의 ΔEst(일중항과 삼중항간 교환 에너지)가 작아야 TTA 현상을 통한 삼중항(triplet)의 일중항(singlet)으로의 전이가 용이하다.

상술한 조건이 만족한 상태에서 상기 제 1, 제 2 공통층들의 캐리어 이동도(carrier mobility)를 최적화하면 고효율 발광 소자를 얻을 수 있다.

한편, 상술한 백색 유기 발광 소자에서 각 층의 두께는 다음과 같이 고려된다.

예를 들어, 도 1을 기준으로 상기 기판(50) 상부에서 상기 음극(140) 하부까지의 총 두께를 3000Å~3400Å로 하며, 상기 청색 발광층(110)과 상기 음극(140) 사이의 거리를 1600Å~2000Å로 하고, 상기 인광 발광층(130)과 상기 음극(140) 사이의 거리를 200Å~600Å로 할 수 있다. 이 경우, 양극(100)의 두께는 약 300~1000Å으로 한 것으로 바람직하게는 500Å로 할 수 있다. 이러한 두께에서 중요한 의미를 갖는 것으로, 제 1 공통층(105)인 것으로, 상당히 얇게 하였을 때 백색 유기 발광 소자의 유기물 적층체로 발광 효율이 높은 것으로 관찰되었다.

혹은, 상기 기판 상부에서 상기 음극 하부까지의 총 두께를 4000~4500Å로 하며, 상기 청색 발광층과 상기 음극 사이의 거리를 1600~2000Å이며, 상기 인광 발광층과 음극 전극 사이의 거리를 200~600Å로 할 수도 있다. 이 경우에도 양극(100)의 두께는 상술한 바와 동일하게 적용하며, 이는 상기 제 1 공통층(105)의 두께를 타층 대비 두껍게 하였을 때 발광 효율이 높은 것으로 의미가 있는 것이다.

이하에서는 하나의 피크를 갖는 청색 발광 재료와 본 발명의 2 피크를 갖는 청색 발광 재료를 이용하여 실험한 예에 대해 설명한다.

도 3a 및 도 3b는 형광 유닛을 각각 1피크와 2피크의 파장을 갖는 청색 발광층을 포함하여 구성시를 나타낸 단면도이며, 도 4는 도 3a 및 도 3b에 대한 휘도에 따른 양자효율을 나타낸 그래프이다.

도 3a 및 도 3b는 각각 백색 유기 발광 소자의 청색 발광 유닛을 나타낸 것으로, B1은 청색 발광층(250)의 재료적 특성이 1 피크인 것을, B2는 청색 발광층(150)의 재료적 특성이 2피크인지의 차이를 갖는 것을 나타낸다.

장치 B1, B2은 각각 기판(70, 50) 상에 서로 대향된 양극(200, 100) 및 음극(280, 180)과, 양극(200, 100)과 음극(280, 180) 사이에 차례로 형성된 제 1 공통층(245, 145)과 청색 발광층(250, 150) 및 제 2 공통층(255, 155)을 포함한다.

장치 B1, B2는 상기 청색 발광층(250, 150)의 피크가 1 피크인지 2 피크인지를 제외하고 동일한 구성 및 특성을 갖는다.

도 4와 같이, 2피크 청색 발광을 갖는 장치 B2에서, 외부 양자 효율(EQE: External Quantum Efficincy)이 1피크 청색 발광을 갖는 장치 B1보다 향상되었음을 알 수 있다. 특히, 저휘도 영역대인 0~3000 [Cd/m2]에서, 상대적으로 외부 양자 효율이 향상됨을 알 수 있다.

장치	청색 발광특성	Volt (V)	Cd/A	QE(%)	CIEx	CIEy	λp(nm)
B1	1 피크	3.7	10.0	9.9	0.127	0.152	464
B2	2 피크	3.6	11.5	10.7	0.140	0.155	456, 480

또한, 표 1에서 장치 B2의 구조가 구동 전압 소모가 적은 반면 휘도, 양자 효율 및 색좌표가 개선됨을 확인할 수 있다.

이하에서는 상술한 B1, B2를 제 1 스택으로 각각 적용하여 백색 유기 발광 소자를 적용한 예에 대해 설명한다.

도 5a 및 도 5b는 비교예와 본 발명의 백색 유기 발광 소자의 실험예의 구성을 나타낸 단면도이며, 도 6은 도 5a 및 도 5b에 대한 파장에 따른 광세기를 나타낸 그래프이다.

도 5b는 상술한 도 1의 구조를 따른 것으로, 여기서 제 2 스택의 인광 발광층이 하나의 호스트에 인광 적색과 녹색 도펀트를 함께 도핑한 발광층인 점을 특징으로 하며, 청색 발광층이 2 피크 특성을 갖는 재료인 점을 특징으로 한다. 도 5a는 도 5b와 비교하여 청색 발광층이 1 피크 특성을 갖는 점을 차이로 한다. 각각 도 5a의 구조를 A1, 도 5b의 구조를 A2라 한다.

도 6과 같이, A1 구조 대비 A2 구조에서 청색 파장에서, 최고 광 세기(intensity)는 낮지만, 청색 파장에서 2피크가 발생하여 좀 더 넓은 스펙트럼으로 나타나고 있음을 확인할 수 있다.

장치	Volt(V)	Cd/A	QE(%)	CIEx	CIEy
A1	7.1	49.4	28.0	0.308	0.316
A2	7.0	54.7	31.3	0.314	0.315

한편, 장치 A1, A2는 앞서 설명한 장치 B1, B2에 비해 2스택 구조로 구동 전압과 발생된 휘도, 양자 효율이 상대적으로 모두 높아져 있다.

또한, 표 2에서는 2피크를 갖는 청색 발광층을 포함한 백색 유기 발광 소자 A2에서, 구동 전압이 낮은 반면, 휘도, 양자 효율, CIE 좌표계가 모두 좋아짐을 확인할 수 있다.

이하, 상술한 장치 A1, A2에서 실제 시야각별 파장별 광 세기변화를 살펴본다.

도 7a 및 도 7b는 비교예와 본 발명의 백색 유기 발광 소자의 실험예를 적용시 파장 대 광세기를 파장대 광세기 특성을 나타낸 그래프이다.

도 7a와 같이, 1피크를 갖는 청색 발광층을 갖는 백색 유기 발광 소자에서는, 특히 청색 파장대에서 시야각이 커질수록 현저하게 광세기가 줄어듦을 확인할 수 있다. 이 때, 상대적으로 나머지 파장대에서는 광세기 변화가 크지 않다.

이러한 시야각 변화에 따라 청색 파장대의 발광 세기의 변화가 큰 것은, 시야각에 따라 이동하는 발광 피크가 FWHM(반치폭: Full width at half maximum)이 작은 청색 파장대의 PL 면적이 크게 감소하면서 발광 효율이 감소하기 때문이다.

반면, 도 7b와 같이, 2피크를 갖는 청색 발광층을 갖는 백색 유기 발광 소자에서는, 특히 시야각이 커지더라도 청색 파장대나 나머지 파장대에서 유사한 수준으로 광세기가 줄어듦을 확인할 수 있다.

즉, 장치 A2 소자를 적용하여 좀 더 반치폭이 큰 2피크 청색 유닛으로 인하여 시야각에 따라 발광 피크가 변하여도 겹쳐지는 면적의 감소율이 작아지면서 발광 효율 감소가 작아진다.

상술한 비교예와 실험예는 정면에서 바라보는 0°에서 점차 15°, 30°, 45°, 60°에서 기울여 바라보며 측정한 것으로, 시야각에 변화에 따라 파장대별 변화 폭이 적다는 것은 균일하게 파장대별로 광세기가 줄어들어 시야각 변화에 따른 특정 색상의 시감 저하가 없다는 점을 의미하는 것이다.

도 8은 비교예와 본 발명의 백색 유기 발광 소자의 실험예에 있어서, 시야각에 따른 Δu'v'를 나타낸 그래프이다.

도 8과 같이, 장치 A1와 장치 A2의 시야각에 따른 Δu'v' 결과를 살펴보면, 시야각이 30도 이후에서 장치 A2의 시야각 개선 효과가 현저함을 알 수 있다.

특히, 60도의 경우에는 1피크 갖는 A1 대비 2피크를 갖는 A2에서, 0.046에서 0.025로 개선된 결과가 나타남을 알 수 있다.

이는 청색 파장대에서도 인광의 효율 감소과 비슷해지면서 백색의 색좌표 변화가 줄어드는 결과를 얻게 된다.

즉, 본 발명의 백색 유기 발광 소자에서는 2 피크의 브로드한 청색 유닛을 적용하여 시야각에 따른 인광의 효율 감소 폭에 가까운 청색 효율을 감소시켜서 탠덤(tandem)형 백색 유기 발광 소자의 시야각을 개선한다.

한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

50: 기판 100: 양극
105: 제 1 공통층 110: 청색 발광층
115: 제 2 공통층 120: 전하 생성층
125: 제 3 공통층 130: 인광 발광층
135: 제 4 공통층 140: 음극

Claims (15)

1. 기판 상에 서로 대향된 양극과 음극;
   상기 양극과 음극 사이에 형성된 전하 생성층;
   상기 양극과 전하 생성층 사이에, 2개의 발광 피크를 갖는 청색 발광층을 포함하는 제 1 스택; 및
   상기 전하 생성층과 음극 사이에 인광 발광층을 포함하는 제 2 스택을 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 청색 발광층의 2개의 발광 피크 중 제 1 발광 피크는 430nm 내지 470nm이며, 제 2 발광 피크는 470nm 내지 490nm이고, 상기 제 1 발광 피크와 제 2 발광 피크 차는 1nm 내지 40nm인 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 청색 발광층은 형광 발광 물질을 포함한 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 인광 발광층은 하나의 호스트에 인광 적색과 녹색 도펀트를 함께 도핑한 발광층인 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 인광 발광층은, 하나의 호스트에 옐로우그린(yellow-green) 도펀트를 도핑한 발광층인 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 양극과 청색 발광층 사이, 상기 청색 발광층과 전하 생성층 사이, 상기 전하 생성층과 인광 발광층 사이 및 상기 인광 발광층과 음극 사이에는, 제 1 내지 제 4 공통층이 차례로 형성되는 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 제 1 공통층 및 제 2 공통층은 상기 청색 발광층의 호스트보다 삼중항 에너지 준위가 높고, 상기 제 3 공통층은 상기 인광 발광층의 호스트보다 삼중항 에너지 준위가 높은 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 제 2 공통층은 제 1, 제 2 전자 수송층을 포함하며,
   상기 제 1 전자 수송층은 상기 청색 발광층보다 높은 삼중항 에너지 준위를 갖고, 상기 청색 발광층으로의 알칼리 금속 확산을 최소화하는 재료에서 선택하며,
   상기 제 2 전자 수송층은 알칼리 금속의 도핑을 통한 전자 주입이 가능한 bphen 계열의 유기물 재료에서 선택하는 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 제 1 공통층과 제 3 공통층은 각각 상기 청색 발광층과 인광 발생층에 최인접하여 제 1 정공 수송층과 제 2 정공 수송층을 구비하는 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
10. 제 9항에 있어서,
    상기 제 1 정공 수송층 및 제 1 전자 수송층은 상기 청색 발광층의 호스트보다 0.01eV 내지 1.0eV 삼중항 에너지 준위가 높고,
    상기 제 2 정공 수송층은 상기 인광 발광층의 호스트보다 0.01eV 내지 1.0eV 삼중항 에너지 준위가 높은 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
11. 제 8항에 있어서,
    상기 알칼리 금속은 Li인 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
12. 제 1항에 있어서,
    상기 전하 생성층은 상기 제 1 스택에 인접하여 N형 전하 생성층과, 상기 제 2 스택에 인접하여 P형 전하 생성층을 포함한 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
13. 제 12항에 있어서,
    상기 N형 전하 생성층과 P형 전하 생성층 사이에는 버퍼층이 더 포함된 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
14. 제 1항에 있어서,
    상기 기판 상부에서 상기 음극 하부까지의 총 두께를 3000Å~3400Å로 하며, 상기 청색 발광층과 상기 음극 사이의 거리를 1600Å~2000Å로 하고, 상기 인광 발광층과 상기 음극 사이의 거리를 200Å~600Å로 하는 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
15. 제 1항에 있어서,
    상기 기판 상부에서 상기 음극 하부까지의 총 두께를 4000~4500Å로 하며, 상기 청색 발광층과 상기 음극 사이의 거리를 1600~2000Å이며, 상기 인광 발광층과 음극 전극 사이의 거리를 200~600Å로 하는 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
    

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