KR102083434B1

KR102083434B1 - 유기 발광 장치 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR102083434B1
Application number: KR1020130106224A
Authority: KR
Inventors: 오언석; 김솔지; 이민성; 최보미
Original assignee: 삼성디스플레이 주식회사
Priority date: 2013-09-04
Filing date: 2013-09-04
Publication date: 2020-03-03
Anticipated expiration: 2033-09-04
Also published as: KR20150027595A; US20150060794A1

Abstract

본 발명의 유기 발광 장치는 애노드, 캐소드, 그리고 애노드와 캐소드 사이에 유기층을 포함하고, 상기 유기층은 발광층 및 전자 수송층, 그리고 이들 사이에 보조층을 포함하고, 상기 보조층은 상기 전자 수송층보다 HOMO 레벨이 0.3 eV 이상 높다. 보조층과 전자 수송층 간의 HOMO 레벨의 갭에 의해 정공이 전자 수송층 내로 쌓이게 되는 것이 감소되거나 막아줌으로써 유기 발광 장치의 수명을 증가시킬 수 있다.

Description

유기 발광 장치 및 그 제조 방법{ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 유기 발광 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

모니터, 텔레비전 등의 표시 장치에 대한 경량화 및 박형화가 요구됨에 따라 종래의 음극선관(CRT) 표시 장치는 점점 자취를 감추고 있고 평판 표시 장치(FPD)가 그 자리를 대체하면서 동시에 모바일 기기(mobile devices)로 응용 분야를 넓혀가고 있다. 평판 표시 장치 중 액정 표시 장치(LCD)는 현재 가장 널리 사용되고 있는데, 액정 표시 장치는 수광형 표시 장치이므로 백라이트(backlight) 같은 별도의 광원이 필요할 뿐만 아니라, 응답 속도, 시야각 등에서 한계가 있다.

최근 이러한 한계를 극복할 수 있는 표시 장치로서, 자발광형 표시 장치이고 시야각이 넓으며 명암비가 우수할 뿐만 아니라 응답 시간이 빠르다는 장점을 가진 유기 발광 장치(OLED)가 주목을 받고 있다.

유기 발광 장치는 서로 마주하는 두 전극과 이들 전극 사이에 개재되어 있는 유기층을 포함한다. 유기 발광 장치는 애노드(anode)으로부터 주입된 정공(hole)과 캐소드(cathode)으로부터 주입된 전자(electron)가 발광층에서 만나 여기자 (exciton)를 생성하고, 여기자가 발광 소멸을 하게 되면 광이 발생하게 된다. 유기 발광 장치는 표시 장치 및 조명 장치를 포함하는 다양한 분야에 응용될 수 있다.

유기 발광 장치에서 수명 감소의 원인은 여러 가지로 알려져 있다. 그 중 하나는 유기 발광 장치의 구동 시 정공이 전자 수송층 내에 축적되면서 전자 수송층이 자신의 특성을 잃게 되는 것이다.

본 발명의 목적은 수명을 늘릴 수 있는 유기 발광 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 또한 정공의 전자 수송층 내로 들어가서 쌓이는 것을 감소시킬 수 있는 구조를 가진 유기 발광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 장치는 애노드, 캐소드, 그리고 애노드와 캐소드 사이에 유기층을 포함하고, 상기 유기층은 발광층 및 전자 수송층, 그리고 이들 사이에 보조층을 포함하고, 상기 보조층은 상기 전자 수송층보다 HOMO 레벨이 0.3 eV 이상 높다.

상기 보조층은 26DCzPPy (2,6-bis(3-(9H-carbazol-9-yl)phenyl)pyridine) 및/또는 CBzCBI (9-phenyl-3-(4-(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)phenyl)-9H-carbazole)을 포함할 수 있다.

상기 보조층은 하나 이상의 도펀트가 5~95%의 비율로 도핑될 수 있다.

상기 도펀트는 TPBi (2,2',2"-(1,3,5-benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole)), Liq (8-hydroxyquinolinolato-lithium), NBphen (2,9-bis(naphthalen-2-yl)-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), 2-NPIP (1-methyl-2-(4-(naphthalen-2-yl)phenyl)-1H-imidazo[4,5f] [1,10]phenanthroline) 및 TmPPPyTz (2,4,6-tris(3'-(pyridin-3-yl)biphenyl-3-yl)-1,3,5-triazine)으로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다.

상기 유기층은 상기 애노드와 상기 발광층 사이에 정공 주입층 및 정공 수송층을 더 포함할 수 있다.

상기 유기층은 상기 캐소드와 상기 전자 수송층 사이에 전자 주입층을 더 포함할 수 있다.

상기 보조층은 상기 전자 수송층보다 LUMO 레벨이 높을 수 있고, 상기 보조층은 상기 발광층보다 LUMO 레벨이 낮을 수 있다.

본 발명의 일 측면에 있어서, 상기 보조층은 상기 전자 수송층보다 정공 이동도(hole mobility)가 느린 재료로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 장치를 제조하는 방법은, 기판 위에 애노드를 적층하는 단계; 상기 애노드 위에 정공 주입층 및 정공 수송층을 적층하는 단계; 상기 정공 수송층 위에 발광층을 적층하는 단계; 상기 발광층 위에 보조층을 적층하는 단계; 상기 보조층 위에 전자 수송층을 적층하는 단계; 및 상기 전자 수송층 위에 캐소드를 적층하는 단계;를 포함하고, 상기 보조층은 상기 전자 수송층보다 HOMO 레벨이 0.3 eV 이상 높다.

상기 보조층은 상기 전자 수송층의 적층 전에 별개의 층으로 적층될 수 있다.

상기 보조층은 상기 전자 수송층의 적층 시 초기에 도펀트를 도핑하여 전자 수송층의 일부가 보조층을 형성할 수 있다.

상기 방법은 상기 캐소드를 적층하는 단계 전에 전자 주입층을 적층하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따라서, 보조층과 전자 수송층 간의 HOMO 레벨의 갭에 의해 정공이 전자 수송층 내로 쌓이게 되는 것이 감소되거나 막아줌으로써 유기 발광 장치의 수명을 증가시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 장치의 적층 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 유기 발광 장치와 도 1의 실시예에 따른 유기 발광 장치에서 특정 층 간의 HOMO 레벨 관계를 나타내는 도면이다.
도 3은 종래 기술에 따른 유기 발광 장치에서 층들 간의 에너지 레벨 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실험예 1에 따른 유기 발광 장치에서 층들 간의 에너지 레벨 관계를 나타내는 도면이다.
도 5 내지 도 9는 종래 기술에 따른 유기 발광 장치와 본 발명의 실험예들에 따른 유기 발광 장치의 수명을 나타내는 도면이다.

첨부한 도면을 참고로 하여, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 장치의 적층 구조를 나타내는 단면도이다.

도 1을 참고하면, 본 실시예에 따른 유기 발광 장치는 애노드(100)와 캐소드(300)로 이루어진 한 쌍의 전극 사이에 유기층(200)을 포함한다. 기판(도시되지 않음)은 애노드(100) 측에 배치될 수도 있고 캐소드(300) 측에 배치될 수도 있다. 기판은 유리, 고분자 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

애노드(100)는 높은 투과율, 낮은 면저항(sheet resistance) 및 양호한 제조 가공성을 가지는 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 산화인듐주석(indium tin oxide, ITO), 산화인듐아연(indium zinc oxide, IZO) 등의 투명 전도성 물질로 이루어질 수 있다. 또한 유기 발광 장치의 발광 방향에 따라 투명 전도성막 위에 도전성 반사막과 추가 투명 전도성막을 더 포함할 수도 있다. 반사막은 발광 효율을 높이면서 전기 전도도(electrical conductivity)를 개선하는 기능을 수행하며, 일 예로 알루미늄(Al), 알루미늄-합금(Al-alloy), 은(Ag), 은-합금(Ag-alloy), 금(Au), 금-합금(Au-alloy) 등으로 이루어질 수 있다. 추가 투명 전도성막은 반사막의 산화를 억제하고, ITO 또는 IZO로 이루어질 수 있다.

캐소드(300)는 애노드(100)와 마찬가지로 투명 전도성 물질, 예컨대, 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화주석(SnO) 또는 산화아연(ZnO)으로 이루어질 수 있다. 다른 한편으로, 캐소드(300)는 투명 또는 반사성의 금속 박막, 일례로 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag), 칼슘(Ca)-알루미늄(Al) 등으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

애노드(100)와 캐소드(300)는 유기 발광 장치에 역방향 바이어스가 인가되었을 때 전자와 정공을 유기층(200)으로 주입하지 않는 물질로 이루어질 수 있다.

유기층(200)은 정공 주입층(210), 정공 수송층(220), 발광층(230), 보조층(240), 전자 수송층(250) 및 전자 주입층(260)을 포함할 수 있다.

정공 주입층(210) 및 정공 수송층(220)은 애노드(100)과 발광층(230) 사이에 배치되어 있으며, 정공이 애노드(100)로부터 발광층(230)으로 용이하게 전달되도록 한다. 정공 주입층(210)과 정공 수송층(220)은 분리된 층으로 형성될 수도 있고 하나의 층으로 형성될 수 있다.

정공 주입층(210)은 공지된 정공 주입 물질로 이루질 수 있다. 그러한 물질로서, 예컨대, 그리프탈로시아닌 등의 프탈로시아닌 화합물, m-MTDATA (4,4',4"-tris(3-methylphenylphenylamino)triphenylamine), NPB (N,N'-디(1-나프틸)-N,N'-디페닐벤지딘(N,N'-di(1-naphthyl)-N,N'-diphenylbenzidine), TDATA, 2T-NATA, Pani/DBSA (Polyaniline/Dodecylbenzenesulfonic acid:폴리아닐린/도데실벤젠술폰산), PEDOT/PSS (Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/Poly(4-styrenesulfonate):폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(4-스티렌술포네이트)), Pani/CSA (Polyaniline/Camphor sulfonicacid:폴리아닐린/캠퍼술폰산) 또는 PANI/PSS (Polyaniline)/Poly(4-styrenesulfonate):(폴리아닐린)/폴리(4-스티렌술포네이트)) 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 정공 수송층(220)은 공지된 정공 수송 물질로 이루어질 수 있다. 예컨대, N-페닐카바졸 및 폴리비닐카바졸 등의 카바졸 유도체, 또는 NPB 및 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1-비페닐]-4,4'-디아민 (TPD) 등의 방향족 축합환을 갖는 아민 유도체 등으로 이루질 수 있다.

발광층(230)은 적색(red), 녹색(green) 또는 청색(blue)을 내는 유기 물질로 이루어질 수 있다.

발광층(230)이 적색을 내는 유기 물질로 이루어지는 경우, DCM1 (4-(Dicyanomethylene)-2-methyl-6-(p-dimethylaminostyryl)-4H-pyran), DCM2 (2-methyl-6-[2-(2,3,6,7-tetrahydro-1H,5H-benzo[ij]quinolizin-9-yl)ethenyl]-4H-pyran-4-ylidene]propane dinitrile), Eu(thenoyltrifluoroacetone)3 ((Eu(TTA)3) 또는 부틸-6-(1,1,7,7-테트라메틸 줄로리딜-9-에닐)-4H-피란) (butyl-6-(1,1,7,7-tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H-pyran: DCJTB)이 사용될 수 있다. 다른 한편으로, 적색을 내는 유기 물질로 Alq₃에 DCJTB와 같은 도펀트가 도핑된 물질 또는 Alq₃와 루브렌이 공증착(co-deposition)되고 도펀트가 도핑된 물질이 사용될 수도 있다. 또 다른 한편으로, 적색을 내는 유기 물질로 4,4'-N,N'-디카바졸-비페닐(4,4'-N-N'-dicarbazole-biphenyl) (CBP)에 BtpIr 또는 Ir(piq)₃ 같은 도펀트가 도핑된 물질이 사용될 수 있다.

발광층(230)이 녹색을 내는 유기 물질로 이루어지는 경우, 쿠마린 6(Coumarin 6), C545T, 퀴나크리돈(Quinacridone) 또는 Ir(ppy)₃이 사용될 수 있다. 다른 한편으로, 녹색을 내는 유기 물질로 CBP (4,4'-Bis(carbazol-9-yl)biphenyl)에 Ir(ppy)₃ 도펀트가 도핑된 물질이 사용될 수도 있고, 호스트로서 Alq₃에 쿠마린계 도펀트가 도핑된 물질이 사용될 수도 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이때, 쿠마린계 도펀트로 C314S, C343S, C7, C7S, C6, C6S, C314T 또는 C545T가 사용될 수 있다.

발광층(230)이 청색을 내는 유기 물질로 이루어지는 경우, 옥사디아졸 다이머 염료(oxadiazole dimer dyes)(Bis-DAPOXP), 스피로 화합물(spiro compounds)(Spiro-DPVBi, Spiro-6P), 트리아릴아민 화합물(triarylamine compounds), 비스(스티릴)아민(bis(styryl)amine)(DPVBi, DSA), Flr(pic), CzTT, 안트라센(Anthracene), TPB, PPCP, DST, TPA, OXD-4, BBOT, AZM-Zn 또는 나프탈렌 모이어티를 함유하고 있는 방향족 탄화수소 화합물인 BH-013X (Idemitsu社 제품명) 등이 다양하게 사용될 수 있다. 다른 한편으로, 청색을 내는 유기 물질로 IDE140, IDE105 (모두 Idemitsu社 제품명) 같은 도펀트가 도핑된 물질이 사용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또 다른 한편으로, ADN　(9,10-di(naphth-2-yl)anthracene) 같은 호스트에 DPASN ((E)-6-(4-(diphenylamino)styryl)-N,N-diphenylnaphthalen-2-amine) 같은 도펀트가 도핑된 물질이 사용될 수 있다.

발광층(230) 위에는 보조층(240)과 전자 수송층(250)이 배치되어 있다. 종래 기술에 따른 유기 발광 장치와 달리, 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 장치는 발광층(230)과 전자 수송층(250) 사이에 보조층(240)이 형성된 구조를 갖는다. 보조층(240)은 정공이 전자 수송층(250) 내로 쌓이게 되는 것을 막아주는 역할을 할 수 있다.

전자 수송층(250) 전자가 캐소드(300)으로부터 발광층(230)으로 용이하게 주입되도록 한다. 이러한 전자 수송층(250)은 공지된 전자 수송 물질로 이루어질 수 있다. 그러한 물질은 퀴놀린 유도체, 특히 알루미늄 트리스(8-하이드록시퀴놀린)(aluminium tris(8-hydroxyquinoline)(Alq₃), TAZ, 또는 Balq 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 한편으로, 전자 수송층(250)은 Li, Cs, Mg, LiF, CsF, MgF₂, NaF, KF, BaF₂, CaF₂, Li₂O, BaO, Cs₂CO₃, Cs₂O, CaO, MgO 또는 리튬 퀴놀레이트(lithium quinolate)로 이루어질 수 있다.

보조층(240)을 이루는 물질은 보조층(240)이 존재할 경우 보조층(240)과 전자 수송층(250) 간의 HOMO 레벨 갭을 보조층이 존재하지 않을 경우 발광층(230)과 전자 수송층(250) 간의 HOMO 레벨 갭보다 크게 할 수 있는 물질이라면 제한이 없다. 단, 여기서 보조층(240)의 HOMO 레벨은 전자 수송층(250)의 HOMO 레벨보다 높아야 한다. 예컨대, 보조층(240)의 HOMO 레벨은 전자 수송층(250)의 HOMO 레벨보다 약 0.3 eV 이상 높을 수 있다.

보조층(240)은 예컨대 26DCzPPy (2,6-bis(3-(9H-carbazol-9-yl)phenyl)pyridine), CBzCBI (9-phenyl-3-(4-(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)phenyl)-9H-carbazole) 같은 물질로 이루어질 수 있다. 다른 한편으로, 보조층(240)은 적어도 하나 이상의 도펀트를 포함할 수 있다. 그러한 도펀트의 예로는 TPBi (2,2',2"-(1,3,5-benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole), Liq (8-hydroxyquinolinolato-lithium), NBphen (2,9-bis(naphthalen-2-yl)-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), 2-NPIP (1-methyl-2-(4-(naphthalen-2-yl)phenyl)-1H-imidazo[4,5f] [1,10]phenanthroline), TmPPPyTz (2,4,6-tris(3'-(pyridin-3-yl)biphenyl-3-yl)-1,3,5-triazine) 등을 포함할 수 있지만 이제 제한되는 것은 아니다.

상기 보조층(240)은 26DCzPPy, CBzCBI 같은 물질만을 적층하여 형성되거나, 그러한 물질의 도핑 시 상기 도펀트를 도핑함으로써 형성될 수 있다. 다른 한편으로, 발광층(230) 바로 위에 전자 수송층(250)의 적층 시 적층 초기에 상기 도펀트를 도핑하여, 발광층(230)과 접하는 전자 수송층(250)의 일부가 보조층(240)을 형성할 수도 있다. 상기 도펀트는 예컨대 약 5~95%의 비율로 사용될 수 있다.

보조층(240)의 LUMO 레벨은 발광층(230)의 LUMO 레벨과 전자 수송층(250)의 LUMO 레벨 사이에 있는 것이 바람직하지만, 발광층(230)의 LUMO 레벨보다 높을 수도 있고 전자 수송층(250)의 LUMO 레벨보다 낮을 수도 있다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 보조층(240)은 전자 수송층(250)보다 정공 이동도가 낮을 수 있다. 정공 이동도가 낮은 보조층(240)에 의해 정공이 발광층(230)으로부터 전자 수송층(250)으로 들어오는 속도가 늦춰질 수 있으므로, 전자 수송층(250)에 정공이 쌓이게 되는 속도를 늦춰줌으로써 유기 발광 장치의 수명을 증가시킬 수 있다.

한편, 전자 수송층(250)과 캐소드(300) 사이에 전자가 제2 전극(300)으로부터 발광층(230)으로 좀 더 용이하게 주입하도록 하기 위하여 전자 주입층(260)이 배치될 수 있고, 전자 주입층(260)은 실시예에 따라서는 생략될 수도 있다. 이러한 전자 주입층(260)은 공지된 전자 주입 물질로 이루어져 있을 수 있다. 그러한 물질은 플루오르화리튬(litium fluoride), 리튬퀴놀레이트(lithium quinolate, Liq), 옥사디아졸(oxadiazole), 트리아졸(triazole), 트리아진(triazine) 등이 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 2는 종래 기술에 따른 유기 발광 장치와 도 1의 실시예에 따른 유기 발광 장치에서 특정 층 간의 HOMO 레벨 관계를 나타내는 도면이다.

도 2에서 좌측 도면(A)은 종래 기술에 따른 유기 발광 장치에 관한 것으로, 발광층(230) 바로 위에 전자 수송층(250)이 적층된 구조를 가진다. 이러한 구조에서, 발광층(230)과 전자 수송층(250) 간의 HOMO 레벨의 갭(Ga)은 보통은 약 0.2 eV 이하, 예컨대 0.1~0.2 eV 이고, 거의 갭이 존재하지 않을 수도 있다. 이러한 HOMO 레벨의 갭(Ga)에서는 유기 발광 장치의 구동 시 정공이 발광층(230)으로부터 전자 수송층(250)으로 많이 넘어가서 전자 수송층(250) 내로 쌓이게 되어, 전자 수송층(250)이 전자 수송층으로서의 특성을 잃게 됨으로써 유기 발광 장치의 수명이 단축되는 것으로 믿어진다.

도 3에서 우측 도면(B)은 도 1의 유기 발광 장치에 관한 것으로, 발광층(230)과 전자 수송층(250) 사이에 본 발명에 따른 보조층(240)이 적층된 구조를 가진다. 상기 보조층(240)과 전자 수송층(250) 간의 HOMO 레벨의 갭(Gb)은 전술한 HOMO 레벨의 갭(Ga)보다 크고, 바람직하게는 약 0.3 eV 일 수 있다. 상기 보조층(240)으로 인해 증가된 HOMO 레벨의 갭(Gb)으로 인해, 정공이 발광층(230)으로부터 전자 수송층(250) 내로 쌓이게 되는 것을 감소시키거나 막아줄 수 있다. 이러한 측면에서, HOMO 레벨의 갭(Gb)은 클수록 유리하지만, 그 대신 유기 발광 장치의 전기적 특성이 나빠질 수 있다. 따라서 상기 갭(Gb)은 약 0.5 eV 이하일 수 있지만, 이것은 예시적인 것이고, 이에 의해 상한이 제한되는 것은 아니다.

발광층(230)과 보조층(240) 간의 HOMO 레벨은 발광층(230) 측이 약간 높은 것이 바람직하지만, 보조층(240) 측이 약간 높거나 또는 양측이 거의 서로 동일할 수도 있다.

이하에서는 실험예를 통하여 본 발명을 설명한다.

실험예 1

ITO로 애노드 전극을 형성한 후, 그 위에 2T-NATA로 정공 주입층을 형성하고, 그 위에 NPB로 정공 수송층을 형성하였다. 정공 수송층 위에 ADN:DPASN으로 청색 발광층(EML)을 형성하고, 그 위에 CBzCBI로 보조층(AL)을 형성하였다. 보조층 위에 TPBi:Liq로 전자 수송층(ETL)을 형성하고, 그 위에 보조층 위에 Al로 캐소드를 형성하여 유기 발광 장치를 제조하였다.

실험예 2

보조층을 26DCzPPy을 사용하여 형성한 것을 제외하고는 실험예 1과 동일한 방법으로 유기 발광 장치를 제조하였다.

실험예 3

보조층을 CBzCBI:Liq을 사용하여 형성한 것을 제외하고는 실험예 1과 동일한 방법으로 유기 발광 장치를 제조하였다.

실험예 4

보조층을 CBzCBI:TPBi을 사용하여 형성한 것을 제외하고는 실험예 1과 동일한 방법으로 유기 발광 장치를 제조하였다.

비교예

발광층과 전자 수송층 사이에 보조층을 형성하지 않은 것을 제외하고는 실험예 1과 동일한 방법으로 유기 발광 장치를 제조하였다.

비교예와 실험예 1에 따른 유기 발광 장치의 층들 간의 에너지 레벨을 자외선 광전자 분광(ultraviolet photoelectron spectroscopy, UPS)와 UV-visible을 사용하여 측정하고, 도 3에 비교예의 유기 발광 장치에 대한 에너지 레벨 관계를 나타내고, 도 4에 실험예 1의 유기 발광 장치에 대한 에너지 레벨 관계를 나타내었다.

도 3에서 발광층(EML)과 전자 수송층(ETL)의 HOMO 레벨을 보면, 발광층의 HOMO 레벨은 전자 수송층의 HOMO 레벨보다 0.14 eV 높고, 발광층의 LUMO 레벨은 전자 수송층의 LUMO 레벨보다 0.32 eV 높다. 따라서 이들 사이의 HOMO 레벨의 갭은 0.14 eV이다.

도 4에서는 발광층(EML)과 전자 수송층(ETL) 사이에 보조층(AL)이 존재하고, 보조층의 HOMO 레벨은 전자 수송층의 HOMO 레벨보다 0.42 eV 높다. 이와 같이 HOMO 레벨의 갭이 증가함에 따라 정공이 전자 수송층으로 넘어가는 것이 어려워져 전자 수송층 내에 정공이 쌓이게 되는 것이 감소되거나 실질적으로 방지될 수 있다.

도 4에서 발광층과 보조층의 에너지 관계를 보면, 전자의 HOMO 레벨이 후자의 HOMO 레벨보다 0.03 eV 낮지만 큰 차이는 없다. LUMO 레벨에 있어서, 발광층은 보조층보다 0.2 eV 높고, 전자 수송층은 보조층보다 0.37 eV 낮은 것으로 나타났다.

도 5 내지 도 9는 본 발명의 전술한 실험예들에 따라 제조된 유기 발광 장치와 종래 기술인 비교예에 따라 제조된 유기 발광 장치의 수명 즉, 구동 시간에 따른 휘도 저하를 보여주는 도면이다. 각각의 도면에서 비교예의 유기 발광 장치에 대해서는 (a)로 표시하였고, 본 발명의 각 실험예의 유기 발광 장치에 대해서는 (b)로 표시하였다.

먼저, 도 5와 도 6을 참조하면 이들 도면은 보조층으로 CBzCBI를 사용한 실험예 1이 유기 발광 장치의 동작 시간에 따른 휘도 저하를 비교예의 유기 발광 장치에 대한 것과 함께 그래프로 나타낸다. 여기서 도 5는 상온에서 구동한 경우이고, 도 6은 고온(50 ℃)에서 구동한 경우이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상온에서 약 300 시간을 구동했을 때, 비교예의 유기 발광 장치(a)는 휘도가 100%에서 약 96%로 약 4% 감소하였지만, 실험예 1의 유기 발광 장치(b)는 휘도가 100%에서 약 98%로 약 2% 감소하였다. 또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 고온에서 약 400 시간 구동했을 때, 비교예의 유기 발광 장치(a)는 휘도가 약 91%로 약 9% 감소하였지만, 실험예 1의 유기 발광 장치(b)는 휘도가 약 95.5%로 약 4.5% 감소하였다. 따라서 실험예 1에 따른 유기 발광 장치(b)는 비교예의 유기 발광 장치(a)보다 상온은 물론 고온에서도 수명이 약 2배 이상 증가하였음을 확인할 수 있다.

도 7은 보조층으로 26DCzPPy을 사용한 실험예 2에 따른 유기 발광 장치(b)의 수명 증가를 보여주는 그래프로서, 비교예에 따른 유기 발광 장치(a)와 함께 상온에서 구동하여 측정하였다. 약 300 시간 구동 시 비교예의 유기 발광 장치(a)는 거의 94%까지 휘도가 떨어진 반면에, 실험예 2에 따른 유기 발광 장치(a)는 96%를 넘어서 이들 사이의 휘도차가 약 2.5% 차이가 났고, 그러한 휘도차는 구동 시간이 증가함에 따라 점점 더 벌어지는 것을 알 수 있다.

도 8과 도 9는 각각 보조층을 형성하는데 CBzCBI에 Liq를 공증착한 실험예 3에 따른 유기 발광 장치(b)와 CBzCBI에 TPBi을 공증착한 실험예 4에 따른 유기 발광 장치(b)를 50℃의 고온에서 구동한 결과를 보여준다. 각각의 도면에서 (a) 성분은 전술한 경우와 마찬가지로 비교예에 따른 유기 발광 장치에 대한 것이며, 이것 또한 50℃에서 구동한 결과를 보여준다.

도 8과 도 9에서 모두 확인되듯이, 처음 100%의 휘도가 90%의 휘도까지 감소하는데 걸리는 시간이 본 발명의 실험예 3, 4에 따른 유기 발광 장치(b)가 비교예에 따른 유기 발광 장치(a)보다 두 배 또는 그 이상 긴 것을 확인할 수 있다.

이들 시험 결과로부터, 발광층과 전자 수송층 사이에 보조층의 형성하여 HOMO 레벨의 갭을 증가시키면 유기 발광 장치의 수명을 획기적으로 증가시킬 수 있음을 알 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 통상의 기술자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

100: 애노드 200: 유기층
210: 정공 주입층 220: 정공 수송층
230: 발광층 240: 전자 수송층
250: 보조층 260: 전자 주입층
300: 캐소드

Claims

애노드, 캐소드, 그리고 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 유기층을 포함하며,
상기 유기층은 발광층 및 전자 수송층, 그리고 상기 발광층과 상기 전자 수송층 사이에 보조층을 포함하고,
상기 보조층은 26DCzPPy (2,6-bis(3-(9H-carbazol-9-yl)phenyl)pyridine) 또는 CBzCBI (9-phenyl-3-(4-(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)phenyl)-9H-carbazole)으로 이루어지고,
상기 보조층은 상기 전자 수송층보다 HOMO 레벨이 0.3 eV 이상 높은 유기 발광 장치.
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제1항에서,
상기 유기층은 상기 애노드와 상기 발광층 사이에 정공 주입층 및 정공 수송층을 더 포함하는 유기 발광 장치.
제5항에서,
상기 유기층은 상기 캐소드와 상기 전자 수송층 사이에 전자 주입층을 더 포함하는 유기 발광 장치.
제1항에서,
상기 보조층은 상기 전자 수송층보다 LUMO 레벨이 높은 유기 발광 장치.
제1항에서,
상기 보조층은 상기 발광층보다 LUMO 레벨이 낮은 유기 발광 장치.
제1항에서,
상기 보조층은 상기 발광층보다 정공 이동도가 낮은 유기 발광 장치.
기판 위에 애노드를 적층하는 단계;
상기 애노드 위에 정공 주입층 및 정공 수송층을 적층하는 단계;
상기 정공 수송층 위에 발광층을 적층하는 단계;
상기 발광층 위에 보조층을 적층하는 단계;
상기 보조층 위에 전자 수송층을 적층하는 단계; 및
상기 전자 수송층 위에 캐소드를 적층하는 단계;
를 포함하며,
상기 보조층은 26DCzPPy (2,6-bis(3-(9H-carbazol-9-yl)phenyl)pyridine) 또는 CBzCBI (9-phenyl-3-(4-(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)phenyl)-9H-carbazole)으로 이루어지고,
상기 보조층은 상기 전자 수송층보다 HOMO 레벨이 0.3 eV 이상 높은 유기 발광 장치의 제조 방법.
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제10항에서,
상기 캐소드를 적층하는 단계 전에 전자 주입층을 적층하는 단계를 더 포함하는 유기 발광 장치의 제조 방법.