KR20180017901A - 다층 구조의 전자 차단층 및 p-도핑층을 포함하는 유기 발광 소자 - Google Patents
다층 구조의 전자 차단층 및 p-도핑층을 포함하는 유기 발광 소자 Download PDFInfo
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Abstract
유기 발광 소자가 개시된다. 개시된 유기 발광 소자는 제1 전극층과, 상기 제1 전극층 상에 마련된 정공 주입층과, 상기 정공 주입층 상에 마련된 정공 수송층과, 상기 정공 수송층 상에 마련되는 것으로, 복수개의 층을 포함하는 전자 차단층과, 상기 전자 차단층 상에 마련된 발광층과, 상기 발광층 상에 마련된 전자 수송층과, 상기 전자 수송층 상에 마련된 전자 주입층과, 상기 전자 주입층 상에 마련된 제2 전극층을 포함하며, 상기 전자 차단층의 HOMO(highest occupied molecular orbital) 값은 상기 정공 수송층의 HOMO 값보다 낮으며, 상기 발광층의 HOMO 값은 상기 전자 차단층의 HOMO 값보다 낮다.
또한, 정공 수송층으로부터 발광층으로의 효과적인 정공 주입을 위한 복수개의 전자 차단층의 캐스케이드(cascade) 구조가 개시된다. 유기 발광소자의 효율 및 수명을 최적화 하기 위해, P-도핑층이 전자 차단층 내부에 두께 및 발광층과의 거리가 조절되어 삽입된다.
또한, 정공 수송층으로부터 발광층으로의 효과적인 정공 주입을 위한 복수개의 전자 차단층의 캐스케이드(cascade) 구조가 개시된다. 유기 발광소자의 효율 및 수명을 최적화 하기 위해, P-도핑층이 전자 차단층 내부에 두께 및 발광층과의 거리가 조절되어 삽입된다.
Description
유기 발광 소자에 관한 것으로, 상세하게는 정공 수송층 및 발광층 사이에 마련되는 다층 구조의 전자 차단층을 포함하는 유기 발광 소자에 관한 것이다.
유기 발광 소자(organic light emitting device)는 자발광형 소자로서 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라, 응답시간이 빠르며, 휘도, 구동전압 및 응답속도 특성이 우수하고 다색화가 가능하다는 장점을 가지고 있어 널리 주목 받고 있다.
일반적인 유기 발광 소자는 기판 상부에 애노드(anode)가 형성되어 있고, 애노드 상부에 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 및 캐소드(cathode)가 순차적으로 형성된 구조를 가진다. 정공 수송층, 발광층 및 전자 수송층은 대개 유기화합물로 이루어진 유기 박막층들이다.
유기 발광 소자의 구동 원리는 다음과 같다. 애노드 및 캐소드 간에 전압을 인가하면, 애노드로부터 주입된 정공은 정공 수송층을 경유하여 발광층으로 이동하고, 캐소드로부터 주입된 전자는 전자 수송층을 경유하여 발광층으로 이동한다. 발광층으로 이동된 정공 및 전자(캐리어)는 발광층 영역에서 재결합하여 엑시톤(exciton)을 생성하고 이 엑시톤이 여기 상태에서 기저 상태로 변하면서 광이 생성된다.
예시적인 실시예는 다층 구조의 전자 차단층을 정공 수송층 및 발광층 사이에 마련함으로써, 정공 수송층, 전자 차단층 및 발광층의 HOMO(highest occupied molecular orbital) 값이 차례로 낮아지는 캐스케이드(cascade) 구조를 갖는 유기 발광 소자를 제공한다.
예시적인 실시예는 다층 구조의 전자 차단층에 삽입된 P-도핑층을 포함함으로써, 전자 차단층 및 정공 수송층으로 유입되는 여기자(exciton) 및 전자가 효과적으로 제어되는 유기 발광 소자를 제공한다.
예시적인 실시예는 다층 구조의 전자 차단층에 삽입된 P-도핑층의 위치를 변화시킴으로써, 효율 및 수명의 성능이 최적화된 유기 발광 소자를 제공한다.
일 측면에 있어서,
제1 전극층; 상기 제1 전극층 상에 마련된 정공 주입층; 상기 정공 주입층 상에 마련된 정공 수송층; 상기 정공 수송층 상에 마련되는 것으로, 복수개의 층을 포함하는 전자 차단층; 상기 전자 차단층 상에 마련된 발광층; 상기 발광층 상에 마련된 전자 수송층; 상기 전자 수송층 상에 마련된 전자 주입층; 및 상기 전자 주입층 상에 마련된 제2 전극층;을 포함하며, 상기 전자 차단층의 HOMO(highest occupied molecular orbital) 값은 상기 정공 수송층의 HOMO 값보다 낮으며, 상기 발광층의 HOMO 값은 상기 전자 차단층의 HOMO 값보다 낮은 유기 발광 소자가 개시된다.
상기 전자 차단층은, 상기 정공 수송층 상에 마련된 제1 전자 차단층; 및 상기 제1 전자 차단층 상에 마련된 제2 전자 차단층을 포함하며, 상기 제2 전자 차단층의 HOMO 값은 상기 제2 전자 차단층의 HOMO 값보다 낮을 수 있다.
상기 정공 수송층 및 상기 제1 전자 차단층 사이에 마련된 P-도핑층;을 포함할 수 있다.
상기 전자 차단층의 두께는 25Å 내지 300Å일 수 있다.
상기 P-도핑층의 두께는 상기 전자 차단층 두께의 4분의 1 이하일 수 있다.
상기 P-도핑층의 두께는 5Å 내지 75Å일 수 있다
상기 전자 차단층에 삽입된 P-도핑층;을 포함할 수 있다.
상기 전자 차단층의 두께는 25Å 내지 300Å일 수 있다.
상기 P-도핑층의 두께는 상기 전자 차단층 두께의 4분의 1 이하일 수 있다.
상기 P-도핑층의 두께는 5Å 내지 75Å일 수 있다.
상기 P-도핑층은 상기 발광층 측에 위치한 제1면 및 상기 정공 수송층 측에 위치한 제2면을 포함하며, 상기 발광층으로부터 상기 제1면까지의 거리는 상기 전자 차단층의 두께 이하일 수 있다.
상기 P-도핑층은 상기 발광층과 접촉할 수 있다.
상기 P-도핑층의 두께는 상기 전자 차단층 두께의 4분의 1 이상 상기 전자 차단층의 두께 이하일 수 있다.
상기 P-도핑층은 상기 정공 수송층과 접촉할 수 있다.
상기 P-도핑층은 상기 발광층 측에 위치한 제1면 및 상기 정공 수송층 측에 위치한 제2면을 포함하며, 상기 발광층으로부터 상기 제1면까지의 거리는 상기 전자 차단층의 두께 이하일 수 있다.
상기 P-도핑층은 상기 발광층과 접촉할 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 유기 발광 소자는 정공 수송층, 전자 차단층 및 발광층의 HOMO 값이 차례로 증가하는 구조를 통해 유기 발광 소자의 수명을 향상시킬 수 있다.
또한, 예시적인 실시예에 따른 유기 발광 소자는 다층 구조의 전자 차단층에 삽입된 P-도핑층 및 P-도핑층의 위치 변화를 통해 효율 및 수명의 최적점을 찾을 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 유기 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 2a는 예시적인 실시예에 따른 유기 발광 소자에서 서로 다른 위치에 P-도핑층이 삽입된 것을 도시한 단면도이다.
도 2b는 도 2a의 P-도핑층의 위치에 따른 유기 발광 소자의 상대 효율 및 상대 수명을 도시한 그래프이다.
도 3a는 예시적인 실시예에 따른 유기 발광 소자에서 서로 다른 두께의 P-도핑층이 삽입된 것을 도시한 단면도이다.
도 3b는 도 3a의 P-도핑층의 두께에 따른 유기 발광 소자의 상대 효율 및 상대 수명을 도시한 그래프이다.
도 2a는 예시적인 실시예에 따른 유기 발광 소자에서 서로 다른 위치에 P-도핑층이 삽입된 것을 도시한 단면도이다.
도 2b는 도 2a의 P-도핑층의 위치에 따른 유기 발광 소자의 상대 효율 및 상대 수명을 도시한 그래프이다.
도 3a는 예시적인 실시예에 따른 유기 발광 소자에서 서로 다른 두께의 P-도핑층이 삽입된 것을 도시한 단면도이다.
도 3b는 도 3a의 P-도핑층의 두께에 따른 유기 발광 소자의 상대 효율 및 상대 수명을 도시한 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 유기 발광 소자(100)를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 유기 발광 소자(100)는 제1 전극층(10), 정공 주입층(20), 정공 수송층(30), 전자 차단층(45), 발광층(60), 전자 수송층(70), 전자 주입층(80) 및 제2 전극층(90)을 포함한다.
제1 전극층(10)은 애노드(anode) 전극이 될 수 있으며, 제1 전극층(10)은 정공을 공급할 수 있다. 상세하게는 제1 전극층(10)과 연결되는 박막 트랜지스터(미도시)로부터 전기 신호를 공급받아 정공 주입층(20)으로 정공을 공급할 수 있다.
제1 전극층(10)은 정공을 공급할 수 있도록, 일함수(work function)가 낮은 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 일함수가 낮으면서, 전도성이 있는 전도성 산화물을 포함할 수 있다. 상기 전도성 산화물은 대부분 투명한 물질이며, 예를 들어, 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, ITO), 인듐 아연 산화물(Indium Zinc Oxide, IZO) 및 인듐 주석 아연 산화물(Indium Tin Zinc Oxide, ITZO) 등을 포함할 수 있다.
정공 주입층(20)은 제1 전극층(10) 상에 마련될 수 있다. 정공 주입층(20)은 제1 전극층(10)으로부터 유입된 정공을 정공 수송층(30)으로 전달할 수 있다. 정공 주입층(20)은 아릴아민 염기 계열(Arylamine Base)인 NATA, 2T-NATA, NPNPB와, P 도펀트(P-doped System)인 F4-TCNQ, PPDN 중 적어도 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
정공 수송층(30)은 정공 주입층(20) 상에 마련될 수 있다. 정공 수송층(30)은 정공 주입층(20)으로부터 공급받은 정공을 발광층(60)으로 전달할 수 있다. 정공 수송층(30)은 정공 이동도가 전자 이동도보다 약 수배 정도 큰 정공 수송물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 정공 수송층(30)은 TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine), PPD, TTBND, FFD, p-dmDPS, TAPC와, 스탈버스트 아로메틱 아민 계열(Starbust aromatic amine)인 TCTA, PTDATA, TDAPB, TDBA, 4-a, TCTA와, 스피로 및 래더 타입 물질인(Spiro and Ladder Type) Spiro-TPD, Spiro-mTTB, Spiro-2와, NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenyl benzidine), s-TAD 및 MTDATA(4,4',4"-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine) 중 적어도 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
정공 수송층(30) 상에는 복수개의 층을 포함하는 전자 차단층(45)이 마련될 수 있다. 전자 차단층(45)은 제2 전극층(90)으로부터 전달된 전자 중 발광층(60)에서 정공과 결합하지 못하고 남은 잉여 전자가 발광층(60)을 지나 제1 전극층(10) 방향으로 이동하는 것을 차단할 수 있다. 또한, 전자 차단층(45)의 HOMO(highest occupied molecular orbital; 최고 준위 점유 분자 궤도) 값은 정공 수송층(30)의 HOMO 값보다 낮을 수 있다.
전자 차단층(45)은 제1 전자 차단층(40) 및 제2 전자 차단층(50)을 포함할 수 있다. 제1 전자 차단층(40)은 정공 수송층(30) 상에 마련될 수 있으며, 제2 전자 차단층(50)은 제1 전자 차단층(40) 상에 마련될 수 있다. 제2 전자 차단층(50)의 HOMO 값은 제1 전자 차단층(40)의 HOMO 값보다 낮을 수 있다. 또한, 제1 전자 차단층(40) 및 제2 전자 차단층(50)은 서로 동일한 두께를 가질 수 있다. 전자 차단층(45)의 두께는 약 25Å 보다 크고 약 300Å 보다 작을 수 있다.
전자 차단층(45)은 Tris(phenyloyrazole)Iriium, 9,9-bis [4-(N,N-bis-biphenyl-4-ylamino)phenyl]-9H-fluorene (BPAPF) Bis[4-(p, p-ditolylamino)phenyl]diphenylsilane, NPD (4,4'-bis[N-(1-napthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl), mCP (N,N'-dicarbazolyl-3,5-benzene), MPMP (bis[4-(N,N-diethylamino)-2-methylphenyl](4-methylphenyl)methane) 중 적어도 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 전자 차단층(45)은 무기 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 차단층(45)은 LiF, NaF, KF, RbF, CsF, FrF, MgF2, CaF2, SrF2, BaF2, LiCl, NaCl, KCl, RbCl, CsCl, FrCl 등의 할라이드 화합물과 Li2O, Li2O2, Na2O, K2O, Rb2O, Rb2O2, Cs2O, Cs2O2, LiAlO2, LiBO2, LiTaO3, LiNbO3, LiWO4, Li2CO, NaWO4, KAlO2, K2SiO3, B2O5, Al2O3, SiO2 등의 산화물 중 적어도 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
전자 차단층(45)은 정공 수송층(30)과 발광층(60)의 직접적인 접촉을 차단하는 완충층의 역할을 하며, 전자가 정공 수송층(30)으로 유입되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다. 즉, 전자 차단층(45)은 전자의 주입, 이동 및 정공과의 결합을 조절하여 유기 발광 소자(100)의 효율 및 수명을 향상시킬 수 있다.
발광층(60)은 전자 차단층(45) 상에 마련될 수 있다. 발광층(60)은 발광층(60)이 포함하는 물질에 따라 방출되는 빛의 파장이 달라질 수 있다. 제1 전극층(10)으로부터 전달되는 정공과 제2 전극층(90)으로부터 전달되는 전자가 발광층(60)에서 만나 여기자(exciton)를 형성한 후, 기저 상태로 떨어지면서 빛을 방출한다. 발광층(60)에서 방출되는 빛은 발광층(60)이 포함하는 물질의 밴드 갭(band gap)에 따라 달라질 수 있다.
또한, 발광층(60)의 HOMO 값은 전자 차단층(45)의 HOMO 값보다 낮을 수 있다. 따라서, 예시적인 실시예에 따른 유기 발광 소자(100)는 정공 수송층(30), 전자 차단층(45) 및 발광층(60)의 HOMO 값이 순차로 낮아지는 캐스케이드(cascade) 구조를 가질 수 있다.
전자 수송층(70)은 발광층(160) 상에 마련될 수 있다. 전자 수송층(70)은 전자와 정공이 발광층(60)에서 만나 빛을 방출할 수 있도록 전자의 이동 속도를 조절할 수 있다. 전자 수송층(70)은 다른 물질보다 전자의 이동 속도가 수배 더 큰 물질을 포함할 수 있다. 전자 수송층(70)은 예를 들어, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), PBD, TAZ, spiro-PBD, BAlq 및 SAlq 중 적어도 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
전자 주입층(80)은 전자 수송층(70) 상에 마련될 수 있으며, 제2 전극층(90)으로부터 유입된 전자를 전자 수송층(70)으로 전달할 수 있다.
제2 전극층(90)은 전자 주입층(80) 상에 마련될 수 있다. 제2 전극층(90)은 캐소드(cathode) 전극이 될 수 있으며, 제2 전극층(90)은 발광층(60)에 전자를 공급할 수 있다. 제2 전극층(90)은 모든 픽셀에 동일한 전압을 인가하기 때문에, 일종의 공통전극일 수 있다. 따라서, 패터닝되지 않고 기판 전면을 덮는 단일층으로 형성될 수 있다. 또한, 저항의 증가로 인한 구동 상의 문제를 방지하기 위해 제2 전극층(90)의 상부 또는 하부에 보조 전극을 연결하여 저항을 감소시킬 수 있다.
제2 전극층(90)은 전자를 공급할 수 있도록 전기 전도도가 높고 일함수(work function)가 높은 은(Ag), 알루미늄(Al) 및 몰리브덴(Mo), 또는 은(Ag)과 마그네슘(Mg)의 합금을 비롯한 상기 물질들의 합금 등을 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 제2 전극층(90)은 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼슘(Ca) 등 일함수가 높은 금속을 포함할 수 있다.
제2 전극층(90)은 진공 증착, 전자빔 증착 또는 스퍼터링 증착법으로 형성될 수 있다. 또한, 상부 발광 방식의 경우, 발광층(60)에서 방출된 광이 제2 전극층(90)을 투과해야 하기 때문에, 수백 옴스트롱(Å) 이하의 두께로 형성될 수 있다.
도 2a는 예시적인 실시예에 따른 유기 발광 소자(100)에서 서로 다른 위치에 P-도핑층(55a, 55b, 55c, 55d, 55e)이 삽입된 것을 도시한 단면도이고, 도 2b는 도 2a의 P-도핑층(55a, 55b, 55c, 55d, 55e)의 위치에 따른 유기 발광 소자(100)의 상대 효율 및 상대 수명을 도시한 그래프이다.
도 2a를 참조하면, 전자 차단층(45)의 두께는 약 25Å 보다 크고 약 300Å 보다 작을 수 있으며, 제1 전자 차단층(40)과 제2 전자 차단층(50)의 두께는 동일하게 형성될 수 있다. 또한, 제2 전자 차단층(50)의 HOMO 값은 제1 전자 차단층(40)의 HOMO 값보다 낮을 수 있다.
P-도핑층(55a, 55b, 55c, 55d, 55e)의 두께는 전자 차단층(45) 두께의 4분의 1 이하가 될 수 있다. 예를 들어, P-도핑층(55a, 55b, 55c, 55d, 55e)의 두께는 약 5Å 보다 크고 약 75Å 보다 작을 수 있다. 또한, P-도핑층(55a, 55b, 55c, 55d, 55e)은 유기 발광 소자(100)의 작동 시 정공을 수송하는 기능 및 역 바이어스 상태 하에 전자를 차단하는 기능을 제공할 수 있다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 제1 실시예(Ⅰ)에서 P-도핑층(55a)은 유기 발광 소자(100)의 정공 수송층(30) 및 제1 전자 차단층(40) 사이에 마련된다. 제1 실시예(Ⅰ)에서, 전자 차단층(45)의 두께는 약 100Å가 될 수 있으며, 제1 전자 차단층(40) 및 제2 전자 차단층(50)의 두께는 약 50Å가 될 수 있다. 또한, P-도핑층(55a)의 두께는 약 25Å이 될 수 있다. 발광층(60)으로부터 P-도핑층(55a)의 발광층(60) 측에 위치한 면까지의 거리(L1)는 약 100Å가 될 수 있다. 이때, 제1 실시예(Ⅰ)에 따른 유기 발광 소자는 91%의 상대 효율과 159%의 상대 수명을 나타내었다. 상대 효율 및 상대 수명은 P-도핑층(55a, 55b, 55c, 55d, 55e)이 삽입되어 있지 않는 유기 발광 소자와 비교하였을 때의 효율 및 수명을 나타낸 것이다.
제2 실시예(Ⅱ)에서 P-도핑층(55b)은 제1 전자 차단층(40)에 삽입된다. 제2 실시예(Ⅱ)에서, 전자 차단층(45)의 두께는 약 100Å가 될 수 있으며, 제1 전자 차단층(40) 및 제2 전자 차단층(50)의 두께는 약 50Å가 될 수 있다. 또한, P-도핑층(55b)의 두께는 약 25Å이 될 수 있다. 발광층(60)으로부터 P-도핑층(55b)의 발광층(60) 측에 위치한 면까지의 거리(L2)는 약 75Å가 될 수 있다. 이때, 제2 실시예(Ⅱ)에 따른 유기 발광 소자는 95%의 상대 효율과 124%의 상대 수명을 나타내었다.
제3 실시예(Ⅲ)에서 P-도핑층(55c)은 제1 전자 차단층(40)에 삽입된다. 제 제3 실시예(Ⅲ)에서, 전자 차단층(45)의 두께는 약 100Å가 될 수 있으며, 제1 전자 차단층(40) 및 제2 전자 차단층(50)의 두께는 약 50Å가 될 수 있다. 또한, P-도핑층(55c)의 두께는 약 25Å이 될 수 있다. 발광층(60)으로부터 P-도핑층(55c)의 발광층(60) 측에 위치한 면까지의 거리(L3)는 약 50Å가 될 수 있다. 이때, 제3 실시예(Ⅲ)에 따른 유기 발광 소자는 92%의 상대 효율과 107%의 상대 수명을 나타내었다.
제4 실시예(Ⅳ)에서 P-도핑층(55d)은 제2 전자 차단층(50)에 삽입된다. 제4 실시예(Ⅳ)에서, 전자 차단층(45)의 두께는 약 100Å가 될 수 있으며, 제1 전자 차단층(40) 및 제2 전자 차단층(50)의 두께는 약 50Å가 될 수 있다. 또한, P-도핑층(55d)의 두께는 약 25Å이 될 수 있다. 발광층(60)으로부터 P-도핑층(55d)의 발광층(60) 측에 위치한 면까지의 거리(L4)는 약 50Å가 될 수 있다. 이때, 제4 실시예(Ⅳ)에 따른 유기 발광 소자는 70%의 상대 효율과 146%의 상대 수명을 나타내었다.
제5 실시예(Ⅴ)에서 P-도핑층(55e)은 제2 전자 차단층(50)에 삽입된다. 제5 실시예(Ⅴ)에서, 전자 차단층(45)의 두께는 약 100Å가 될 수 있으며, 제1 전자 차단층(40) 및 제2 전자 차단층(50)의 두께는 약 50Å가 될 수 있다. 또한, P-도핑층(55e)의 두께는 약 25Å이 될 수 있다. 발광층(60) 및 P-도핑층(55e)은 서로 접촉될 수 있다. 이때, 제4 실시예(Ⅳ)에 따른 유기 발광 소자는 49%의 상대 효율과 182%의 상대 수명을 나타내었다.
위 실시예들에서는 전자 차단층(45)의 앞단 및 내부에 P-도핑층(55a, 55b, 55c, 55d, 55e)을 삽입하여, 발광층(60) 및 P-도핑층(55a, 55b, 55c, 55d, 55e) 간의 거리에 따른 유기 발광 소자의 상대 효율 및 상대 수명을 측정하였다. P-도핑층과 발광층(60) 간의 거리가 가까우면, 여기자(exciton)의 퀀칭(quenching)에 의한 효율 저하가 크게 발생할 수 있다. P-도핑층과 발광층(60) 간의 거리가 증가할수록 유기 발광 소자의 효율은 증가하고 수명은 감소하는 현상이 발생하다가, 일정 거리 이상에서는 효율은 유지하면서 수명이 증가되는 특성을 나타낸다. 따라서, 여기자(exciton)의 퀀칭(quenching)에 의한 효율 저하를 최소화 하면서 발광층 내의 과잉 전자를 줄여, 유기 발광 소자의 효율 및 수명을 극대화 할 수 있는 최적의 거리를 발견할 수 있다. 예시적인 실시예에 따른 유기 발광 소자는 전자 차단층 또는 정공 수송층에 삽입되는 P-도핑층의 위치를 변화시킴으로써, 유기 발광 소자의 효율 및 수명의 성능을 최적화 시킬 수 있다.
도 3a는 예시적인 실시예에 따른 유기 발광 소자(100)에서 서로 다른 두께의 P-도핑층(55f, 55g, 55h, 55i)이 삽입된 것을 도시한 단면도이고, 도 3b는 도 3a의 P-도핑층(55f, 55g, 55h, 55i)의 두께에 따른 유기 발광 소자(100)의 상대 효율 및 상대 수명을 도시한 그래프이다.
도 3a를 참조하면, 전자 차단층(45)의 두께는 약 25Å 보다 크고 약 300Å 보다 작을 수 있으며, 제1 전자 차단층(40)과 제2 전자 차단층(50)의 두께는 동일하게 형성될 수 있다. 또한, 제2 전자 차단층(50)의 HOMO 값은 제1 전자 차단층(40)의 HOMO 값보다 낮을 수 있다.
P-도핑층(55f, 55g, 55h, 55i)의 두께는 전자 차단층(45) 두께의 4분의 1 보다 크고, 전자 차단층(45)의 두께보다는 작을 수 있다. 예를 들어, P-도핑층(55a, 55b, 55c, 55d, 55e)의 두께는 약 5Å 보다 크고 약 300Å 보다 작을 수 있다. 또한, P-도핑층(55f, 55g, 55h, 55i)은 유기 발광 소자(100)의 작동 시 정공을 수송하는 기능 및 역 바이어스 상태 하에 전자를 차단하는 기능을 제공할 수 있다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 제6 실시예(Ⅵ)에서 P-도핑층(55f)은 제1 전자 차단층(40)에 삽입되며, P-도핑층(55f)은 정공 수송층(30)에 접촉될 수 있다. 제6 실시예(Ⅵ)에서, 전자 차단층(45)의 두께는 약 100Å가 될 수 있으며, 제1 전자 차단층(40) 및 제2 전자 차단층(50)의 두께는 약 50Å가 될 수 있다. 또한, P-도핑층(55f)의 두께는 약 25Å이 될 수 있다. 발광층(60)으로부터 P-도핑층(55f)의 발광층(60) 측에 위치한 면까지의 거리(L6)는 약 75Å가 될 수 있다. 이때, 제6 실시예(Ⅵ)에 따른 유기 발광 소자는 84%의 상대 효율과 153%의 상대 수명을 나타내었다. 상대 효율 및 상대 수명은 P-도핑층(55f, 55g, 55h, 55i)이 삽입되어 있지 않는 유기 발광 소자와 비교하였을 때의 효율 및 수명을 나타낸 것이다.
제7 실시예(Ⅶ)에서 P-도핑층(55g)은 제1 전자 차단층(40)에 삽입되며, P-도핑층(55g)은 정공 수송층(30)에 접촉될 수 있다. 제7 실시예(Ⅶ)에서, 전자 차단층(45)의 두께는 약 100Å가 될 수 있으며, 제1 전자 차단층(40) 및 제2 전자 차단층(50)의 두께는 약 50Å가 될 수 있다. 또한, P-도핑층(55g)의 두께는 약 50Å이 될 수 있다. 발광층(60)으로부터 P-도핑층(55g)의 발광층(60) 측에 위치한 면까지의 거리(L7)는 약 50Å가 될 수 있다. 이때, 제7 실시예(Ⅶ)에 따른 유기 발광 소자는 78%의 상대 효율과 162%의 상대 수명을 나타내었다.
제8 실시예(Ⅷ)에서 P-도핑층(55h)은 제1 전자 차단층(40) 및 제2 전자 차단층(50)에 걸쳐서 삽입되며, P-도핑층(55h)은 정공 수송층(30)에 접촉될 수 있다. 제8 실시예(Ⅷ)에서, 전자 차단층(45)의 두께는 약 100Å가 될 수 있으며, 제1 전자 차단층(40) 및 제2 전자 차단층(50)의 두께는 약 50Å가 될 수 있다. 또한, P-도핑층(55h)의 두께는 약 75Å이 될 수 있다. 발광층(60)으로부터 P-도핑층(55h)의 발광층(60) 측에 위치한 면까지의 거리(L8)는 약 25Å가 될 수 있다. 이때, 제8 실시예(Ⅷ)에 따른 유기 발광 소자는 58%의 상대 효율과 139%의 상대 수명을 나타내었다.
제9 실시예(Ⅸ)에서 P-도핑층(55i)은 제1 전자 차단층(40) 및 제2 전자 차단층(50)에 걸쳐서 삽입되며, P-도핑층(55i)은 정공 수송층(30)에 접촉될 수 있다. 제9 실시예(Ⅸ)에서, 전자 차단층(45)의 두께는 약 100Å가 될 수 있으며, 제1 전자 차단층(40) 및 제2 전자 차단층(50)의 두께는 약 50Å가 될 수 있다. 또한, P-도핑층(55i)의 두께는 약 100Å이 될 수 있다. P-도핑층(55i)은 정공 수송층(30) 및 발광층(60)과 동시에 접촉될 수 있다. 이때, 제9 실시예(Ⅸ)에 따른 유기 발광 소자는 35%의 상대 효율과 175%의 상대 수명을 나타내었다.
위 실시예들에서는 정공 수송층(30)과 접촉되도록 삽입되는 P-도핑층(55f, 55g, 55h, 55i)의 두께를 변화시키면서 유기 발광 소자의 상대 효율 및 상대 수명을 측정하였다. 이 경우에서도, 여기자(exciton)의 퀀칭(quenching)에 의한 효율 저하를 최소화 하면서 발광층 내의 과잉 전자를 줄여, 유기 발광 소자의 효율 및 수명을 극대화 할 수 있는 P-도핑층의 두께를 발견할 수 있다. 예시적인 실시예에 따른 유기 발광 소자는 전자 차단층에 삽입되는 P-도핑층의 두께를 변화시킴으로써, 유기 발광 소자의 효율 및 수명의 성능을 최적화 시킬 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 … 제1 전극층
20 … 정공 주입층
30 … 정공 수송층
40 … 제1 전자 차단층
45 … 전자 차단층
50 … 제2 전자 차단층
60 … 발광층
70 … 전자 수송층
80 … 전자 주입층
90 … 제2 전극
100 … 유기 발광 소자
55a, 55b, 55c, 55d, 55e, 55f, 55g, 55h, 55i … P-도핑층
20 … 정공 주입층
30 … 정공 수송층
40 … 제1 전자 차단층
45 … 전자 차단층
50 … 제2 전자 차단층
60 … 발광층
70 … 전자 수송층
80 … 전자 주입층
90 … 제2 전극
100 … 유기 발광 소자
55a, 55b, 55c, 55d, 55e, 55f, 55g, 55h, 55i … P-도핑층
Claims (16)
- 제1 전극층;
상기 제1 전극층 상에 마련된 정공 주입층;
상기 정공 주입층 상에 마련된 정공 수송층;
상기 정공 수송층 상에 마련되는 것으로, 복수개의 층을 포함하는 전자 차단층;
상기 전자 차단층 상에 마련된 발광층;
상기 발광층 상에 마련된 전자 수송층;
상기 전자 수송층 상에 마련된 전자 주입층; 및
상기 전자 주입층 상에 마련된 제2 전극층;을 포함하며,
상기 전자 차단층의 HOMO(highest occupied molecular orbital) 값은 상기 정공 수송층의 HOMO 값보다 낮으며, 상기 발광층의 HOMO 값은 상기 전자 차단층의 HOMO 값보다 낮은 유기 발광 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 전자 차단층은,
상기 정공 수송층 상에 마련된 제1 전자 차단층; 및
상기 제1 전자 차단층 상에 마련된 제2 전자 차단층을 포함하며,
상기 제2 전자 차단층의 HOMO 값은 상기 제2 전자 차단층의 HOMO 값보다 낮은 유기 발광 소자. - 제 2 항에 있어서,
상기 정공 수송층 및 상기 제1 전자 차단층 사이에 마련된 P-도핑층;을 포함하는 유기 발광 소자. - 제 3 항에 있어서,
상기 전자 차단층의 두께는 25Å 내지 300Å인 유기 발광 소자. - 제 4 항에 있어서,
상기 P-도핑층의 두께는 상기 전자 차단층 두께의 4분의 1 이하인 유기 발광 소자. - 제 5 항에 있어서,
상기 P-도핑층의 두께는 5Å 내지 75Å인 유기 발광 소자. - 제 2 항에 있어서,
상기 전자 차단층에 삽입된 P-도핑층;을 포함하는 유기 발광 소자. - 제 7 항에 있어서,
상기 전자 차단층의 두께는 25Å 내지 300Å인 유기 발광 소자. - 제 8 항에 있어서,
상기 P-도핑층의 두께는 상기 전자 차단층 두께의 4분의 1 이하인 유기 발광 소자. - 제 9 항에 있어서,
상기 P-도핑층의 두께는 5Å 내지 75Å인 유기 발광 소자. - 제 9 항에 있어서,
상기 P-도핑층은 상기 발광층 측에 위치한 제1면 및 상기 정공 수송층 측에 위치한 제2면을 포함하며,
상기 발광층으로부터 상기 제1면까지의 거리는 상기 전자 차단층의 두께 이하인 유기 발광 소자. - 제 11 항에 있어서,
상기 P-도핑층은 상기 발광층과 접촉하는 유기 발광 소자. - 제 8 항에 있어서,
상기 P-도핑층의 두께는 상기 전자 차단층 두께의 4분의 1 이상 상기 전자 차단층의 두께 이하인 유기 발광 소자. - 제 13 항에 있어서,
상기 P-도핑층은 상기 정공 수송층과 접촉하는 유기 발광 소자. - 제 14 항에 있어서,
상기 P-도핑층은 상기 발광층 측에 위치한 제1면 및 상기 정공 수송층 측에 위치한 제2면을 포함하며,
상기 발광층으로부터 상기 제1면까지의 거리는 상기 전자 차단층의 두께 이하인 유기 발광 소자. - 제 15 항에 있어서,
상기 P-도핑층은 상기 발광층과 접촉하는 유기 발광 소자.
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