KR20200010037A - 유기발광소자 - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 애노드; 상기 애노드와 대향하여 구비된 캐소드; 상기 애노드와 캐소드 사이에 구비되고, 각각 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 2개 이상의 발광층; 및 상기 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 2개 이상의 발광층 사이에 구비되고, 파장 500nm 초과에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층을 포함하고, 상기 애노드로부터 가장 인접한 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층의 애노드로부터의 거리가 100nm 내지 200nm이며, 상기 캐소드로부터 가장 인접한 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층의 애노드로부터의 거리가, 상기 애노드로부터 가장 인접한 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층의 애노드로부터의 거리의 3배 내지 4배이고, 상기 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층과 상기 파장 500nm 초과에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층 사이에 각각 N형 전하생성층 및 P형 전하생성층이 구비되며, 상기 N형 전하생성층은 알칼리 금속을 포함하고, 상기 P형 전하생성층은 전자친화도가 4.8 eV 이상인 물질을 포함하는 유기발광소자를 제공한다.

Description

유기발광소자{ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 유기발광소자에 관한 것이다.
최근 디스플레이 분야에 대한 관심 및 수요가 급속도로 높아짐에 따라, 디스플레이 장치의 박형화, 경량화된 디스플레이가 요구되고 있으며, 특히, 박형화, 경량화됨에 따라, 낮은 소비전력 및 장수명의 장치에 대한 개발이 진행되고 있다.
디스플레이 장치 중 유기발광소자는 전력소모가 적고, 박형화가 가능하여 주목받고 있다.
유기발광소자는 2개의 전극 사이에 유기박막을 배치시킨 구조를 가지고 있다. 이와 같은 구조의 유기발광소자에 전압이 인가되면, 2개의 전극으로부터 주입된 전자와 전공이 유기박막에서 결합하여 쌍을 이룬 후 소멸하면서 빛을 발하게 된다. 상기 유기박막은 필요에 따라 단층 또는 다층으로 구성될 수 있으며, 1개의 발광층을 포함하는 단일 발광 유닛의 구조로 이루어질 수도 있으나, 최근에는 복수 개의 발광층을 포함하는 멀티 스택 구조(Multi Stack Structure)를 갖는 유기발광 소자가 많이 개발되고 있다.
그러나, 멀티 스택 구조를 갖는 유기발광소자의 경우, 청색 발광층을 포함하고, 상기 청색 발광층은 수명이 짧기 때문에, 전체 소자의 수명에도 영향을 미친다는 문제점이 있다.
또한 청색 발광층 외의 장파장 발광층은 주로 인광 발광 물질을 사용하므로 효율이 상대적으로 높아 고순도의 백색광이나 원하는 색순도를 만드는데 걸림돌이 되는 문제점이 있다.
한국 공개특허공보 제10-2008-0095244호
본 발명은 효율이 우수하고, 장수명 특성을 갖는 유기발광소자를 제공한다.
본 발명은 애노드; 상기 애노드와 대향하여 구비된 캐소드; 상기 애노드와 캐소드 사이에 구비되고, 각각 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 2개 이상의 발광층; 및 상기 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 2개 이상의 발광층 사이에 구비되고, 파장 500nm 초과에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층을 포함하고, 상기 애노드로부터 가장 인접한 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층의 애노드로부터의 거리가 100nm 내지 200nm 이며, 상기 캐소드로부터 가장 인접한 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층의 애노드로부터의 거리가, 상기 애노드로부터 가장 인접한 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층의 애노드로부터의 거리의 3배 내지 4배이고, 상기 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층과 상기 파장 500nm 초과에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층 사이에 각각 N형 전하생성층 및 P형 전하생성층이 구비되며, 상기 N형 전하생성층은 알칼리 금속을 포함하고, 상기 P형 전하생성층은 전자친화도가 4.8 eV 이상인 물질을 포함하는 유기발광소자를 제공한다.
본 발명의 유기발광소자는 애노드와 캐소드 사이에 각각 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 2개 이상의 발광층; 및 상기 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 2개 이상의 발광층 사이에 구비되고, 파장 500nm 초과에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층을 포함하고, 상기 애노드로부터 가장 인접한 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층의 애노드로부터의 거리가 100nm 내지 200nm 이며, 상기 캐소드로부터 가장 인접한 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층의 애노드로부터의 거리가, 상기 애노드로부터 가장 인접한 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층의 애노드로부터의 거리의 3배 내지 4배가 되도록 형성되고, 상기 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층과 상기 파장 500nm 초과에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층 사이에 각각 N형 전하생성층 및 P형 전하생성층이 구비되며, 상기 N형 전하생성층은 알칼리 금속을 포함하고, 상기 P형 전하생성층은 전자친화도가 4.8 eV 이상인 물질을 포함함에 따라, 낮은 구동전압, 우수한 효율 및 장수명 특성을 갖는다.
또한, 전술한 바와 같이 소자를 구성하면, 장파장 발광에 비해 청색 발광의 효율이 증가하여 상대적으로 청색 발광층이 받는 전기적인 스트레스가 줄어 수명이 개선되며, 청색 발광 효율을 높여 고순도의 백색광을 만드는데 유리해진다. 고순도의 백색광은 컬러 필터를 통과한 빛을 조합하여 원하는 색을 만드는 일반적인 디스플레이 구동 방법에서 색범위가 넒어지고 색순도가 좋은 빛을 만드는데 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시상태애 따른 유기발광소자를 도시한 도이다.
도 2는 비교예 1에서 제조된 유기발광소자의 파장-피크 세기를 도시한 도이다.
도 3은 비교예 2에서 제조된 유기발광소자의 파장-피크 세기를 도시한 도이다.
도 4는 비교예 3에서 제조된 유기발광소자의 파장-피크 세기를 도시한 도이다.
도 5는 비교예 4에서 제조된 유기발광소자의 파장-피크 세기를 도시한 도이다.
도 6은 실시예 1에서 제조된 유기발광소자의 파장-피크 세기를 도시한 도이다.
도 7은 실시예 4에서 제조된 유기발광소자의 파장-피크 세기를 도시한 도이다.
도 8은 실시예 5에서 제조된 유기발광소자의 파장-피크 세기를 도시한 도이다.
도 9는 실시예 13에서 제조된 유기발광소자의 파장-피크 세기를 도시한 도이다.
이하 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
본 발명의 유기발광소자는 애노드와 캐소드 사이에 각각 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 2개 이상의 발광층; 및 상기 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 2개 이상의 발광층 사이에 구비되고, 파장 500nm 초과에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층을 포함하며, 상기 애노드로부터 가장 인접한 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층의 애노드로부터의 거리가 100nm 내지 200nm 이며, 상기 캐소드로부터 가장 인접한 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층의 애노드로부터의 거리가, 상기 애노드로부터 가장 인접한 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층의 애노드로부터의 거리의 3배 내지 4배이고, 상기 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층과 상기 파장 500nm 초과에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층 사이에 각각 N형 전하생성층 및 P형 전하생성층이 구비되며, 상기 N형 전하생성층은 알칼리 금속을 포함하고, 상기 P형 전하생성층은 전자친화도가 4.8 eV 이상인 물질을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 유기발광소자의 구조는 도 1에 나타낸 것과 같은 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 1에 도시된 유기발광소자는 애노드(2) 상에 제1 정공수송층(43), 제1 발광층(42), 제1 전자수송층(41) 순으로 적층된 제1 스택(103); 제1 N형 전하생성층(24); 제1 P형 전하생성층(23); 제2 정공수송층(33), 제2 발광층(32), 제2 전자수송층(31) 순으로 적층된 제2 스택(102); 제2 N형 전하생성층(22); 제2 P형 전하생성층(21); 제3 정공수송층(13), 제3 발광층(12), 제3 전자수송층(11) 순으로 적층된 제3 스택(101) 및 캐소드(1)를 포함한다.
본 발명의 유기발광소자는 애노드로부터 가장 인접한 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층의 애노드로부터의 거리가 100nm 내지 200nm이고, 캐소드로부터 가장 인접한 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층의 애노드로부터의 거리가, 상기 애노드로부터 가장 인접한 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층의 애노드로부터의 거리의 3배 내지 4배이고, 바람직하게는 3배 내지 3.8배일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우, 소자의 효율이 우수하고 수명이 개선되며, 피크 강도(Peak intensity)가 높아 색좌표가 낮아진다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기발광소자는 애노드와 캐소드 사이에 각각 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 2개의 발광층; 및 상기 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 2개의 발광층 사이에 구비되고, 파장 500nm 초과에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층을 포함할 수 있다. 상기 유기발광소자 내에 애노드와 캐소드 사이에 각각 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층이 3개 이상인 경우, 상기 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층 내에 포함되는 물질이 큰 밴드갭을 가지므로, 소자의 구동전압이 상승하고, 소비전력이 높아지게 된다. 따라서, 애노드와 캐소드 사이에 각각 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층이 2개인 경우, 3개인 경우보다, 낮은 구동전압 및 낮은 소비전력을 갖는 유기발광소자를 얻을 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 유기발광소자는 애노드로부터 가장 인접한 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층의 애노드로부터의 거리가 100nm 내지 200nm이다. 상기 캐소드로부터 가장 인접한 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층의 애노드로부터의 거리가, 상기 애노드로부터 가장 인접한 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층의 애노드로부터의 거리의 3배 내지 4배이다.
이때, 애노드로부터 가장 인접한 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층의 애노드로부터의 거리는, 애노드와 인접한 층과의 계면으로부터 애노드로부터 가장 인접한 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층과 애노드 측으로 인접한 층과의 계면까지의 거리를 의미한다.
또한, 캐소드로부터 가장 인접한 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층의 애노드로부터의 거리는, 애노드와 인접한 층과 접하는 계면으로부터 캐소드로부터 가장 인접한 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층과 애노드 측으로 인접한 층과의 계면까지의 거리를 의미한다.
제조된 유기발광소자에서 애노드로부터 가장 인접한 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층의 애노드로부터의 거리, 및 캐소드로부터 가장 인접한 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층의 애노드로부터의 거리는 TOF-SIMS 측정 장비로 측정할 수 있다. 구체적으로, TOF-SIMS는 수 keV 에너지를 가진 일차 이온(Binm+, O2 +, Cs+, Arn +)이 재료의 표면에 충돌함으로써, 재료의 표면으로부터 방출되는 이온화된 입자들의 질량을 분석하여 표면 위에 존재하는 원자와 그 구조적 배열에 대한 정보를 얻을 수 있는 표면분석장비이다. 재료의 표면, 계면 및 내부의 조성을 구성하고 있는 원소 및 분자의 종류를 분석하고 표면의 미량(ppm) 분석이 가능하여, 불순물 연구에 매우 유용하며, 이온의 세기를 조절하며 깊이 방향으로 파고 들어가며(Depth Profiling) 깊이에 따른 물질의 성분을 측정할 수 있어, 특정 깊이에서 각 층에 해당하는 물질의 정보와 비교함으로써, 각 층 간의 거리를 측정할 수 있다.
상기 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층은 청색 발광층일 수 있으며, 단일층 또는 복수층으로 형성될 수 있다.
상기 파장 500nm 초과에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층은 단일층 또는 복수층으로 형성될 수 있으며, 단일층인 경우 적색 발광층 또는 황색-녹색 발광층이고, 복수층인 경우 각각의 층은 적색 발광층 또는 황색-녹색 발광층일 수 있다.
상기 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 가지는 발광층과 상기 파장 500nm 초과에서 최대 발광 피크를 가지는 발광층 사이에 각각 N형 전하생성층 및 P형 전하생성층이 구비된다.
상기 N형 전하생성층(22, 24)은 각각 전자 및 정공을 생성하며, 제1 전자수송층과 제1 P형 전하생성층 사이, 및 제2 전자수송층과 제2 N형 전하생성층 사이에 형성될 수 있다.
상기 N형 전하생성층(22, 24)의 두께는 각각 50Å 내지 300Å 일 수 있으며, 바람직하게는 50Å 내지 250Å일 수 있으며, 상기 N형 전하생성층은 알칼리 금속을 포함하고, 알칼리 금속과 함께 카바졸 유도체, 피리미딘 유도체 등의 화합물과 함께 사용될 수 있으며, 상기 알칼리 금속은 N형 전하생성층의 전체 100 중량부 대비 1 중량부 내지 5 중량부로 포함될 수 있다.
상기 P형 전하생성층(21, 23)은 각각 전자 및 정공을 생성하며, 제2 정공수송층과 제1 N형 전하생성층 사이, 및 제3 정공수송층과 제2 N형 전하생성층 사이에 형성될 수 있다.
상기 P형 전하생성층(21, 23)의 두께는 각각 50Å 내지 300Å 일 수 있으며, 바람직하게는 50Å 내지 250Å일 수 있다.
전술한 바와 같이 N형 전하생성층(22, 24) 및 P형 전하생성층(21, 23)의 각각의 두께는 50Å 이상, 50Å 이상 300Å 이하인 것이 바람직하다. 상기 N형 전하생성층(22, 24) 및 P형 전하생성층(21, 23)의 각각의 두께가 상기 범위를 만족하는 경우, 전하의 전도도가 우수하여 소자 전체의 구동전압이 낮아지는 효과가 있으며, 상기 N형 전하생성층(22, 24) 및 P형 전하생성층(21, 23)의 각각의 두께가 50Å 미만인 경우, 전하생성층으로서의 역할을 효과적으로 나타낼 수 없다는 문제점이 있다.
상기 P형 전하생성층을 형성하기 위한 재료로 전자친화도가 4.8 eV 이상, 바람직하게는 5 eV 이상인 물질을 포함한다. P형 전하생성층 내에 전자친화도가 4.8 eV 이상인 물질을 포함하는 경우, 소자의 구동전압이 낮아지고, 효율 및 수명이 증가하는 이점이 있다. 또한, P형 전하생성층은 전자친화도가 4.8 eV 이상인 물질과 함께, 카바졸 유도체, 아민 유도체 등의 유기 화합물과 혼합하여 포함될 수 있다. 이때, 혼합되는 재료는 전자친화도가 4.8 eV 이상인 물질 100 중량부 대비 0.01 중량부 내지 10 중량부, 바람직하게는 0.01 중량부 내지 5 중량부로 포함될 수 있다.
본 명세서에서 전자친화도(Electron Affinity)란 화합물이 전자와 결합하여 음이온이 될 때 방출되는 에너지를 의미하며, 광전자 방출법, 이동법, 전자 투과법 등으로 당업계에서 사용되는 방법으로 측정할 수 있다.
본 명세서에서 실험적인 측정 방법에 준하고, 양자 역할을 통한 상기 전자친화도(EA)의 계산은 하기 식을 이용하여 계산할 수 있다.
[식]
Figure pat00001
상기 식에서 '
Figure pat00002
'는 기하학(geometry)이 양이온(cation), 음이온(anion) 또는 중성(neutral)으로 최적화된 구조에서 전하(charge)가 0, X+, 또는 X-인 에너지를 의미한다. 즉, 전자친화도는 중성 구조의 가장 안전한 구조의 에너지에서 음이온의 가장 안전한 에너지의 차이를 의미하며, 중성 상태에서 전자 한 개를 추가할 때 방출한 에너지를 의미할 수 있다.
구체적으로, 상기 식의 값은 전자가가 0인 중성 구조와 전자가가 -1인 양이온에 대해서 각각 안정한 구조를 구하고, 에너지를 계산한 후에 위 식에 따라 전자친화도를 구하였다. 구조 최적화와 에너지 계산은 미국 Accelrys社의 양자화학 계산 프로그램인 Dmol3을 통해 BPW91 범함수와 dnd 기저함수를 이용해서 밀도범함수 이론(DFT)으로 계산하였다.
본 발명의 유기발광소자는 유기발광소자의 전체 발광 스펙트럼에서 파장 500nm 이하에서의 최대 발광 피크의 세기는 파장 500nm 초과에서의 최대 발광 피크의 세기보다 1.5배 이상이고, 바람직하게는 2배 이상 3.5배 이하이며, 상기 범위를 만족하는 경우, 상대적으로 수명이 짧은 파장 500nm 이하에서의 발광과 상대적으로 수명이 긴 500nm 초과에서의 발광이 균형을 이루어 소자의 수명이 증가하는 이점이 있다.
본 발명의 유기발광소자에서 상기 발광층들 각각 캐소드 측에 전자수송층이 구비되고, 상기 발광층들 각각 애노드 측에 정공수송층이 구비된다.
상기 정공수송층들 중 애노드로부터 가장 인접한 정공수송층은 애노드와 접하고, 상기 전자수송층들 중 캐소드로부터 가장 인접한 전자수송층은 캐소드와 접할 수 있다.
또한, 상기 정공수송층들 중 애노드로부터 가장 인접한 정공수송층은 애노드와 접하고, 상기 전자수송층들 중 캐소드로부터 가장 인접한 전자수송층은 캐소드와 접하며, 상기 애노드와 가장 인접한 정공수송층 또는 상기 캐소드와 가장 인접한 전자수송층은 2 이상의 물질을 포함할 수 있다. 이 경우, 소자의 구동 전압을 낮추고, 수명이 증가하는 이점이 있다.
상기 정공수송층들 중 애노드로부터 가장 인접한 정공수송층은 애노드와 접하고, 상기 전자수송층들 중 캐소드로부터 가장 인접한 전자수송층은 캐소드와 접하며, 상기 애노드와 가장 인접한 정공수송층 및 상기 캐소드와 가장 인접한 전자수송층은 2 이상의 물질을 포함할 수 있다. 이 경우, 소자의 구동 전압을 낮추고, 수명이 증가하는 이점이 있다.
본 발명의 유기발광소자에 있어서, 상기 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층은 각각 2 이상의 층으로 이루어지거나, 2 이상의 호스트 물질을 포함한다. 이 경우, 소자의 수명이 증가하는 이점이 있다.
본 발명의 유기발광소자에 있어서, 상기 파장 500nm 초과에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층은 2 이상의 층으로 이루어지고, 상기 2 이상의 층 중 1층 이상은 2 이상의 호스트를 포함한다. 이 경우, 소자의 효율 및 수명이 증가하는 이점이 있다.
본 발명에 있어서, 상기 애노드는 정공을 주입하는 전극으로, 애노드 물질로는 유기물층으로 정공 주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 상기 애노드 물질의 구체적인 예로는 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐주석 산화물(ITO, Indium Tin Oxide), 인듐아연 산화물(IZO, Indium Zinc Oxide)과 같은 금속 산화물; ZnO : Al 또는 SnO2 : Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDOT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다. 상기 애노드는 1000Å 내지 2000Å의 두께로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명에 있어서, 상기 캐소드는 전자를 주입하는 전극으로, 캐소드 물질로는 유기물층으로 전자 주입이 용이하도록 일함수가 작은 물질인 것이 바람직하다. 상기 캐소드 물질의 구체적인 예로는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석 및 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; LiF/Al 또는 LiO2/Al과 같은 다층 구조 물질 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다. 상기 캐소드는 1000Å 내지 2000Å의 두께로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명에 있어서, 정공수송층은 정공의 수송을 원활하게 하는 역할을 하는 층으로, 정공수송층 물질로는 양극이나 정공에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 상기 정공수송층 물질의 구체적인 예로는 아릴아민 계열의 유기물, 전도성 고분자, 및 공액 부분과 비공액 부분이 함께 있는 블록 공중합체 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니며, 2 이상의 물질이 포함될 수 있다. 상기 정공수송층은 10Å 내지 2000Å의 두께로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명에 있어서, 전자수송층은 전자의 수송을 원활하게 하는 역할을 하는 층으로, 전자수송층 물질로는 음극으로부터 전자를 잘 주입 받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로서, 전자에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 상기 전자수송층 물질의 구체적인 예로는 아릴아민 계열의 유기물, 카바졸 계열의 유기물, 안트라센 계열의 유기물 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니며, 2 이상의 물질이 포함될 수 있다. 상기 전자수송층은 10Å 내지 1000Å의 두께로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명에 있어서, 상기 발광층은 청색, 녹색, 적색 발광을 할 수 있으며, 인광 물질 또는 형광 물질로 이루어질 수 있으며, 상기 발광층은 호스트 및 도펀트를 포함한다.
발광층의 호스트는 축합 방향족환 유도체 또는 헤테로환 함유 화합물 등이 있다. 구체적으로 축합 방향족환 유도체로는 안트라센 유도체, 피렌 유도체, 나프탈렌 유도체, 펜타센 유도체, 페난트렌 화합물, 플루오란텐 화합물 등이 있고, 헤테로환 함유 화합물로는 카바졸 유도체, 디벤조퓨란 유도체, 래더형 퓨란 화합물, 피리미딘 유도체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
발광층이 적색 발광을 하는 경우, 발광 도펀트로는 PIQIr(acac)(bis(1-phenylisoquinoline)acetylacetonateiridium), PQIr(acac)(bis(1-phenylquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(tris(1-phenylquinoline)iridium), PtOEP(octaethylporphyrin platinum)와 같은 물질이나, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum)와 같은 물질이 사용될 수 있으나, 이에만 한정된 것은 아니다. 발광층이 녹색 발광, 황색-녹색 발광을 하는 경우, 발광 도펀트로는 Ir(ppy)3(fac tris(2-phenylpyridine)iridium)와 같은 물질이나, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum)와 같은 물질이 사용될 수 있으나, 이에만 한정된 것은 아니다. 발광층이 청색 발광을 하는 경우, 발광 도펀트로는 (4,6-F2ppy)2Irpic와 같은 물질이나, spiro-DPVBi, spiro-6P, 디스틸벤젠(DSB), 디스트릴아릴렌(DSA), 피렌 유도체, PFO계 고분자, PPV계 고분자와 같은 물질이 사용될 수 있으나, 이에만 한정된 것은 아니다.
본 발명의 유기발광소자는 통상의 유기발광소자의 제조방법 및 재료에 의하여 제조될 수 있다.
상기 유기발광소자의 제조시 진공 증착법 뿐만 아니라 용액 도포법에 의하여 유기물층으로 형성될 수 있다. 여기서, 용액 도포법이라 함은 스핀 코팅, 딥 코팅, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 스프레이법, 롤 코팅 등을 의미하지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 유기발광소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.
<실시예/비교예>
하기 표 1 내지 표 4에 기재된 재료를 이용하여 ITO(1500Å)/제1 스택/제1 전하생성층/제2 스택/제2 전하생성층/제3 스택/LiF(10Å)/Al(1000Å) 순으로 적층된, 실시예 1 내지 13 및 비교예 1 내지 6의 유기발광소자를 제조하였다.
[표 1]
Figure pat00003
* HTL: 정공수송층 / EML: 발광층 / N-CGL: N형 전하생성층 / P-CGL: P형 전하생성층
[표 2]
Figure pat00004
[표 3]
Figure pat00005
[표 4]
Figure pat00006
[HTL1] [HTL2]
Figure pat00007
Figure pat00008
[P-CGL1(전자친화도: 5.2eV)] [P-CGL2(전자친화도: 5.0eV)]
Figure pat00009
Figure pat00010
[P-CGL3(전자친화도: 2.0eV)]
Figure pat00011
Figure pat00012
[RH1] [YGH1] [YGH2]
Figure pat00013
[RD1] [YGD1] [GD1]
Figure pat00014
Figure pat00015
상기 실시예 1 내지 13 및 비교예 1 내지 6에서 제조한 유기발광소자의 소자 성능을 측정한 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
[표 5]
Figure pat00016
* D(3rd B): 캐소드로부터 가장 인접한 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층의 애노드로부터의 거리
* D(1st B): 애노드로부터 가장 인접한 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층의 애노드로부터의 거리
* I(SW): 전체 발광 스펙트럼에서 파장 500nm 이하에서의 최대 발광 피크의 세기
* I(LW): 전체 발광 스펙트럼에서 파장 500nm 초과에서의 최대 발광 피크의 세기
* Life-Time: 20mA/cm2의 정전류 조건에서 휘도가 초기 휘도 대비 90%로 감소되는데 소요되는 시간
상기 표 5로부터, 본원 실시예 1 내지 13이 비교예 1 내지 6보다 유기발광소자의 수명이 급격하게 증가하는 것을 확인할 수 있다.
구체적으로, 비교예 1 및 2는 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층을 1개만을 포함하는 유기발광소자로, 본원 실시예 1 내지 13보다 전류 효율(cd/A) 및 소자의 수명이 현저하게 낮은 것을 확인할 수 있다.
상기 비교예 3 및 4는 D(3rd B)/D(1st B) 값이 3 내지 4의 범위를 벗어나는 것으로, D(3rd B)/D(1st B) 값이 3 내지 4의 범위를 만족하는 본원 실시예 1 내지 13보다 전류 효율(cd/A) 및 소자의 수명이 현저하게 낮은 것을 확인할 수 있다.
또한, 상기 비교예 5는 P형 전하생성층에 전자친화도가 4.8 eV 이상인 물질을 포함하지 않고, 상기 비교예 6은 N형 전하생성층에 알칼리 금속을 포함하지 않는 것으로, 본원 실시예 1 내지 13보다 전류 효율(cd/A) 및 소자의 수명이 현저하게 낮은 것을 확인할 수 있다.
하기 도 2 내지 9는 각각 비교예 1 내지 4 및 실시예 1, 4, 5 및 13의 파장-피크 세기를 도시한 것으로, 비교예 1 및 2의 실험결과를 도시한 도 2 및 3은 500nm 초과의 장파장의 피크 세기가 500nm 이하의 단파장의 피크 세기보다 현저히 높아, 수명이 짧은 500nm 이하의 단파장의 영향으로 소자의 수명이 짧아지고, 실시예 1, 4 및 5의 실험결과를 도시한 도 6 내지 8은 500nm 이하의 단파장의 피크 세기가 500nm 초과의 장파장의 피크 세기보다 2배 이상 강하므로, 소자의 수명이 현저하게 증가하는 것을 확인할 수 있다.
101: 제3 스택
102: 제2 스택
103: 제1 스택
1: 캐소드
2: 애노드
11: 제3 전자수송층
12: 제3 발광층
13: 제3 정공수송층
21: 제2 P형 전하생성층
22: 제2 N형 전하생성층
31: 제2 전자수송층
32: 제2 발광층
33: 제2 정공수송층
23: 제1 P형 전하생성층
24: 제1 N형 전하생성층
41: 제1 전자수송층
42: 제1 발광층
43: 제1 정공수송층

Claims (7)

  1. 애노드;
    상기 애노드와 대향하여 구비된 캐소드;
    상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 구비되고, 각각 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 2개 이상의 발광층; 및
    상기 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 2개 이상의 발광층 사이에 구비되고, 파장 500nm 초과에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층을 포함하고,
    상기 애노드로부터 가장 인접한 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층의 애노드로부터의 거리가 100nm 내지 200nm이며,
    상기 캐소드로부터 가장 인접한 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층의 애노드로부터의 거리가, 상기 애노드로부터 가장 인접한 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층의 애노드로부터의 거리의 3배 내지 4배이고,
    상기 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층과 상기 파장 500nm 초과에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층 사이에 각각 N형 전하생성층 및 P형 전하생성층이 구비되며,
    상기 N형 전하생성층은 알칼리 금속을 포함하고, 상기 P형 전하생성층은 전자친화도가 4.8 eV 이상인 물질을 포함하는 것인 유기발광소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유기발광소자의 전체 발광 스펙트럼에서 파장 500nm 이하에서의 최대 발광 피크의 세기는 파장 500nm 초과에서의 최대 발광 피크의 세기보다 1.5배 이상인 것인 유기발광소자.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광층들 각각 캐소드 측에 전자수송층이 구비되고, 상기 발광층들 각각 애노드 측에 정공수송층이 구비된 것인 유기발광소자.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 정공수송층들 중 애노드로부터 가장 인접한 정공수송층은 애노드와 접하고, 상기 전자수송층들 중 캐소드로부터 가장 인접한 전자수송층은 캐소드와 접하며, 상기 애노드와 가장 인접한 정공수송층 또는 상기 캐소드와 가장 인접한 전자수송층은 2 이상의 물질을 포함하는 것인 유기발광소자.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 정공수송층들 중 애노드로부터 가장 인접한 정공수송층은 애노드와 접하고, 상기 전자수송층들 중 캐소드로부터 가장 인접한 전자수송층은 캐소드와 접하며, 상기 애노드와 가장 인접한 정공수송층 및 상기 캐소드와 가장 인접한 전자수송층은 2 이상의 물질을 포함하는 것인 유기발광소자.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 파장 500nm 이하에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층은 각각 2 이상의 층으로 이루어지거나, 2 이상의 호스트 물질을 포함하는 것인 유기발광소자.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 파장 500nm 초과에서 최대 발광 피크를 갖는 발광층은 2 이상의 층으로 이루어지고, 상기 2 이상의 층 중 1층 이상은 2 이상의 호스트를 포함하는 것인 유기발광소자.
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