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KR20160043891A - 유기전계발광소자 - Google Patents

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KR20160043891A
KR20160043891A KR1020150092499A KR20150092499A KR20160043891A KR 20160043891 A KR20160043891 A KR 20160043891A KR 1020150092499 A KR1020150092499 A KR 1020150092499A KR 20150092499 A KR20150092499 A KR 20150092499A KR 20160043891 A KR20160043891 A KR 20160043891A
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layer
electron
electron transporting
light emitting
transporting material
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전성수
허정행
김세웅
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엘지디스플레이 주식회사
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1204—Optical Diode
    • H01L2924/12044—OLED

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  • Electroluminescent Light Sources (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계발광소자는 양극과 음극 사이에 있으며, 발광층 및 전자수송층을 포함하는 유기전계발광소자에 있어서, 상기 전자수송층은 상기 발광층에서 상기 전자수송층으로 정공의 이동을 막는 제1 전자수송물질 및 상기 발광층으로 전자의 이동을 돕는 제2 전자수송물질을 포함하며, 상기 제1 전자수송물질은 상기 제2 전자수송물질보다 삼중항 여기에너지 레벨이 높고 전자 이동도는 낮은 것을 특징으로 한다.

Description

유기전계발광소자{ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 유기전계발광소자에 관한 것으로, 보다 자세하게는 구동전압을 감소시키고 발광효율을 향상시킬 수 있는 유기전계발광소자에 관한 것이다.
다양한 정보를 화면으로 구현해 주는 영상표시장치는 정보 통신 시대의 핵심 기술로 더 얇고 더 가볍고 휴대가 가능하면서도 고성능의 방향으로 발전하고 있다. 근래 정보화 사회의 발전과 더불어, 표시장치에 대한 다양한 형태의 요구가 증대되면서, LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), FED(Field Emission Display), OLED(Organic Light Emitting Diode)등 표시장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이 중 유기전계발광소자는 양극과 음극 사이에 형성된 유기 발광층에 전하를 주입하면 전자와 정공이 쌍을 이룬 후 소멸하면서 빛을 내는 소자이다. 유기전계발광소자는 플라스틱 같은 플렉서블(flexible) 투명 기판 위에도 형성할 수 있을 뿐 아니라, 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel)이나 무기 전계발광(EL) 디스플레이에 비해 낮은 전압에서 구동이 가능하고 전력 소모가 비교적 적으며, 색감이 뛰어나다는 장점이 있다. 특히, 백색을 구현하는 유기전계발광소자는 조명뿐만 아니라 박형 광원, 액정표시장치의 백라이트 또는 컬러필터를 채용한 풀컬러 표시 장치에 쓰이는 등 여러 용도로 이용되고 있는 소자이다.
유기전계발광소자는 양극, 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층 및 음극이 순차적으로 적층된 구조로 이루어질 수 있다. 따라서, 양극으로부터 공급받는 정공과 음극으로부터 받은 전자가 발광층 내에서 결합하여 정공-전자 쌍인 여기자(exciton)를 형성하고 다시 여기자가 바닥상태로 돌아오면서 발생하는 에너지에 의해 발광하게 된다.
그러나, 종래 유기전계발광소자 중 전자수송층이 높은 삼중항 여기에너지 레벨을 가지는 경우, 전자 주입 능력이 낮고 낮은 전자 이동도로 인하여 구동전압이 상승하게 된다. 또한, 전자수송층이 높은 전자 주입 능력과 전자 친화도를 가지는 경우, 높은 전자 이동도로 인하여 차지 밸런스(Charge Balance)가 무너져 수명과 효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 구동전압을 감소시키고 발광효율을 향상시킬 수 있는 유기전계발광소자를 제공한다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계발광소자는 양극과 음극 사이에 있으며, 발광층 및 전자수송층을 포함하는 유기전계발광소자에 있어서, 상기 전자수송층은 상기 발광층에서 상기 전자수송층으로 정공의 이동을 막는 제1 전자수송물질 및 상기 발광층으로 전자의 이동을 돕는 제2 전자수송물질을 포함하며, 상기 제1 전자수송물질은 상기 제2 전자수송물질보다 삼중항 여기에너지 레벨이 높고 전자 이동도는 낮은 것을 특징으로 한다.
상기 전자수송층은 단일층인 것을 특징으로 한다.
상기 전자수송층은 제1층, 혼합층 및 제2 층이 적층된 3층을 포함하는 단일층으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 제1층은 상기 제1 전자수송물질을 포함하고, 상기 혼합층은 상기 제1 전자수송물질과 상기 제2 전자수송물질을 포함하고, 상기 제2 층은 상기 제2 전자수송물질을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 전자수송물질의 삼중항 여기에너지 레벨은 2.6 내지 2.8 eV이고, 상기 제2 전자수송물질의 삼중항 여기에너지 레벨은 1.6 내지 2.0 eV인 것을 특징으로 한다.
상기 제2 전자수송물질의 전자 이동도는 1×10-3 내지 1×10-5 ㎠/Vs인 것을 특징으로 한다.
상기 제1 전자수송물질과 상기 제2 전자수송물질의 합에 대해 상기 제1 전자수송물질은 30 내지 50%의 비율로 구성하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 전자수송물질의 비율은 상기 제2 전자수송물질의 비율보다 같거나 작은 것을 특징으로 한다.
상기 전자수송층의 두께는 50 내지 450Å인 것을 특징으로 한다.
상기 제1 층 및 상기 제2 층의 각각의 두께는 상기 혼합층의 두께 대비 25 내지 100%이고, 상기 혼합층의 두께는 150 내지 200 Å인 것을 특징으로 한다.
상기 제1 전자수송물질은 상기 발광층에 가깝게 위치하여, 상기 발광층에서 상기 전자수송층으로 상기 정공의 이동을 막는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 전자수송물질은 상기 음극에 가깝게 위치하여, 상기 발광층으로의 상기 전자의 이동을 돕는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 전자수송물질과 상기 제2 전자수송물질에 의해 상기 발광층의 전하 균형을 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계발광소자는 양극과 음극 사이에 위치하는 적어도 하나 이상의 발광부, 및 상기 적어도 하나 이상의 발광부와 상기 음극 사이에 위치하는 전자수송층을 포함하며, 상기 전자수송층은 제1 전자수송물질 및 제2 전자수송물질을 포함하는 단일층으로 구성한 것을 특징으로 한다.
상기 단일층은 제1 전자수송물질을 포함하는 제1층, 상기 제1 전자수송물질과 제2 전자수송물질을 포함하는 혼합층 및 상기 제2 전자수송물질을 포함하는 제2 층이 적층된 3층으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 제1 전자수송물질과 상기 제2 전자수송물질의 삼중항 여기에너지 레벨 또는 전자이동도가 서로 다른 것을 특징으로 한다.
상기 제1 전자수송물질의 삼중항 여기 에너지 레벨은 상기 제2 전자수송물질의 삼중항 여기 에너지 레벨보다 높은 것을 특징으로 한다.
상기 제1 전자수송물질의 삼중항 여기에너지 레벨은 2.6 내지 2.8 eV이고, 상기 제2 전자수송물질의 삼중항 여기에너지 레벨은 1.6 내지 2.0 eV인 것을 특징으로 한다.
상기 제1 전자수송물질의 전자이동도는 상기 제2 전자수송물질의 전자이동도보다 낮은 것을 특징으로 한다.
상기 제2 전자수송물질의 전자 이동도는 1×10-3 내지 1×10-5 ㎠/Vs인 것을 특징으로 한다.
상기 제1 전자수송물질과 상기 제2 전자수송물질의 합에 대해 상기 제1 전자수송물질은 30 내지 50%의 비율로 구성하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 전자수송물질의 비율은 상기 제2 전자수송물질의 비율보다 같거나 작은 것을 특징으로 한다.
상기 전자수송층의 두께는 50 내지 450Å인 것을 특징으로 한다.
상기 제1 층 및 상기 제2 층의 각각의 두께는 상기 혼합층의 두께 대비 25 내지 100%이고, 상기 혼합층의 두께는 150 내지 200 Å인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기전계발광소자는 높은 삼중항 여기에너지 레벨을 가지는 제1 전자수송물질과 높은 전자 이동도를 가지는 제2 전자수송물질을 포함하는 전자수송층을 형성함으로써, 전자수송층 내에 여러 에너지 레벨을 형성시켜 인접한 층으로부터 넘어오는 전하들의 장벽을 줄여 구동전압을 낮출 수 있는 이점이 있다.
또한, 높은 삼중항 여기에너지 레벨을 가지는 제1 전자수송물질을 포함하는 제1 층을 구비하여 소자의 효율을 증가시키고, 높은 전자 이동도를 가지는 제2 전자수송물질을 포함하는 제2 층을 구비하여 전자의 이동을 더욱 용이하게 하여 구동전압을 낮출 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기전계발광소자를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기전계발광소자를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 유기전계발광소자를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계발광소자의 에너지 밴드 다이어그램.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 유기전계발광소자를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 유기전계발광소자를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 유기전계발광소자를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 유기전계발광소자의 에너지 밴드 다이어그램.
도 9는 본 발명의 유기전계발광소자의 전자수송층을 제조하는 공증착법을 모식화한 도면.
도 10은 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 소자의 구동전압에 따른 전류밀도를 나타낸 그래프.
도 11은 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 소자의 휘도에 따른 효율을 나타낸 그래프.
도 12는 본 발명의 실시예 2에 따라 전자수송층의 재료 혼합 비율이 각각 7:3과 3:7로 제조된 소자의 파장에 따른 발광세기를 나타낸 그래프.
도 13은 본 발명의 실시예 2에 따라 전자수송층의 재료 혼합 비율이 각각 1:1과 3:7로 제조된 소자의 파장에 따른 발광세기를 나타낸 그래프.
도 14는 본 발명의 실시예 3에 따라 제조된 유기전계발광소자의 구동전압에 따른 전류밀도를 나타낸 그래프.
도 15는 본 발명의 실시예 3에 따라 제조된 유기전계발광소자의 휘도에 따른 효율을 나타낸 그래프.
도 16은 본 발명의 실시예 3에 따라 제조된 유기전계발광소자의 파장에 따른 발광세기를 나타낸 그래프.
도 17은 본 발명의 실시예 4 및 5에 따라 제조된 유기전계발광소자의 구동전압에 따른 전류밀도를 나타낸 그래프.
도 18은 본 발명의 실시예 4 및 5에 따라 제조된 유기전계발광소자의 휘도에 따른 효율을 나타낸 그래프.
도 19는 본 발명의 실시예 4 및 5에 따라 제조된 유기전계발광소자의 파장에 따른 강도를 나타낸 그래프.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예들을 자세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기전계발광소자를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기전계발광소자(10)는 양극(20), 정공주입층(30), 정공수송층(40), 발광층(50), 전자수송층(60), 전자주입층(70) 및 음극(80)을 포함할 수 있다.
상기 양극(20)은 정공을 주입하는 전극으로 일함수가 높은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 또는 ZnO(Zinc Oxide) 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 상기 양극(20)이 반사 전극일 경우에 양극(20)은 ITO, IZO 또는 ZnO 중 어느 하나로 이루어진 층 하부에 알루미늄(Al), 은(Ag) 또는 니켈(Ni) 중 어느 하나로 이루어진 반사층을 더 포함할 수 있다.
상기 정공주입층(30)은 양극(20)으로부터 발광층(50)으로 정공의 주입을 원활하게 하는 역할을 할 수 있다. 정공주입층(30)은 CuPc(copper phthalocyanine), PEDOT(poly(3,4)-ethylenedioxythiophene), PANI(polyaniline) 및 NPD(N,N-bis(naphthalene-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-2,2'-dimethylbenzidine)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 정공주입층(30)의 두께는 1 내지 150nm일 수 있다. 여기서, 상기 정공주입층(30)의 두께가 1nm 이상이면, 정공 주입 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다. 정공주입층(30)의 두께가 150nm 이하이면, 정공주입층(30)의 두께가 너무 두꺼워 정공의 이동을 향상시키기 위해 구동전압이 상승되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다. 상기 정공주입층(30)이나 전자주입층(70)은 소자의 구조나 특성에 따라 유기전계발광소자의 구성에 포함되지 않을 수도 있다.
상기 정공수송층(40)은 정공의 수송을 원활하게 하는 역할을 하며, NPD(N,N-bis(naphthalene-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-2,2'-dimethylbenzidine), TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine), spiro-TAD(2,2',7,7'-tetrakis(N,N-diphenylamino)-9,9-spirofluorene) 및 MTDATA(4,4',4"-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenylamino)-triphenylamine)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 정공수송층(40)의 두께는 1 내지 150nm일 수 있다. 여기서, 상기 정공수송층(40)의 두께가 1nm 이상이면, 정공 수송 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다. 상기 정공수송층(40)의 두께가 150nm 이하이면, 정공수송층(40)의 두께가 너무 두꺼워 정공의 이동을 향상시키기 위해 구동전압이 상승되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
상기 발광층(50)은 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)을 발광할 수 있으며, 인광 물질 또는 형광 물질로 이루어질 수 있다.
발광층(50)이 적색인 경우, CBP(4,4'-bis(carbazol-9-yl)biphenyl) 등의 호스트 물질을 포함하며, Ir(PIQ)2(acac)(bis(1-phenylisoquinoline)acetylacetonate iridium(Ⅲ)), Ir(PIQ)3(tris(1-phenylquinoline)iridium(Ⅲ)) 및 PtOEP(octaethylporphine platinum)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 도펀트를 포함하는 인광물질로 이루어질 수 있고, 이와는 달리 PBD:Eu(DBM)3(Phen) 또는 Perylene을 포함하는 형광물질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
발광층(50)이 녹색인 경우, CBP(4,4'-bis(carbazol-9-yl)biphenyl) 등의 호스트 물질을 포함하며, 이리듐(iridium) 계열을 포함하는 도펀트 물질을 포함하는 인광물질로 이루어질 수 있고, 이와는 달리, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum)을 포함하는 형광물질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
발광층(50)이 청색인 경우, CBP(4,4'-bis(carbazol-9-yl)biphenyl) 등의 호스트 물질을 포함하며, 이리듐(iridium) 계열을 포함하는 도펀트 물질을 포함하는 인광물질로 이루어질 수 있고, 이와는 달리, spiro-BDAVBi(2,7-bis)4-diphenylamino)styryl)-9,9-spirofluorene), spiro-CBP(2,2',7,7'-tetrakis(carbozol-9-yl)-9,9-spirofluorene), 디스틸벤젠(DSB), 디스트릴아릴렌(DSA), PFO계 고분자 및 PPV계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 형광물질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 전자수송층(60)은 전자의 수송을 원활하게 하는 역할을 하는 것으로, 유기전계발광소자의 수명이나 효율에 영향을 미치게 된다. 이에 본 발명의 발명자들은 전자수송층의 특성을 개선하여 유기전계발광소자의 수명이나 효율을 향상시키기 위해서 여러 실험을 하였다. 구동전압을 감소시키기 위해서 전자수송층을 삼중항 여기에너지 레벨이 높은 하나의 층으로 구성할 경우, 낮은 전자이동도로 인하여 전자 주입이 원활하지 않아서 구동전압이 증가함을 알 수 있었다. 그리고 전자이동도가 높은 하나의 층으로 구성할 경우, 전자 주입은 원활하나 발광층 내에서 전자와 정공의 균형이 깨져서 수명이 저하된다는 것을 알 수 있었다. 이에 전자수송층을 두 개의 층으로 구성할 경우, 소자의 두께가 증가하므로 구동전압은 증가하였다. 이에 본 발명의 발명자들은 전자수송층에 포함되는 재료를 두 개로 혼합하여 전자수송층을 단일층으로 구성하고, 전자수송층에 포함되는 두 개의 재료의 특성, 두 개의 재료의 두께나 혼합비율에 따라 유기전계발광소자의 효율을 향상시키고, 구동전압을 감소시킬 수 있는 새로운 구조의 유기전계발광소자의 구조를 발명하게 되었다.
상기 전자수송층(60)은 제1 전자수송물질과 제2 전자수송물질을 포함한다. 제1 전자수송물질은 제2 전자수송물질보다 삼중항 여기에너지 레벨(T1 Level)이 높고 전자 이동도는 낮은 특징을 가진다. 그리고, 제2 전자수송물질은 제1 전자수송물질보다 삼중항 여기에너지 레벨(T1 Level)이 낮고 전자 이동도는 높은 특징을 가진다. 상기 제1 전자수송물질과 상기 제2 전자수송물질은 공증착(co-deposition)하여 구성할 수 있다.
보다 자세하게, 제1 전자수송물질은 삼중항 여기에너지 레벨(T1 Level)이 높은 특징을 가짐으로써, 발광층으로부터 정공이 넘어오는 것을 블록하고 발광층에서 전자와 정공의 균형을 유지하여 차지 밸런스(charge balance)를 맞춰주는 역할을 할 수 있다. 따라서, 제1 전자수송물질은 발광층(50)에 인접하게 위치하여 상기 발광층(50)에서 상기 전자수송층(60)으로 정공의 이동을 막을 수 있다. 상기 삼중항 여기에너지 레벨(T1 Level)이 2.6 내지 2.8 eV이다. 또한, 제1 전자수송물질은 HOMO 레벨(HOMO Level)이 -5.9 내지 -6.3 eV이며 LUMO 레벨(LUMO Level)이 -2.4 내지 -2.8 eV를 가진다. 상기 삼중항 여기에너지 레벨, HOMO 레벨 및 LUMO 레벨을 가지는 제1 전자수송물질로는 카바졸(carbazole) 화합물, 옥사디아졸(oxadiazole) 화합물, 트리아졸(triazole) 화합물 등의 화합물일 수 있으며 예를 들어 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서, A1 내지 A13은 각각 독립적으로 치환되거나 치환되지 않은 탄소수 6 내지 50개의 방향족 환(Aromatic Ring)이거나, 적어도 하나는 치환되거나 치환되지 않은 탄소수 5 내지 49개의 S, N 및 O를 포함하는 헤테로고리 환(Heterocyclic Ring) 중에서 선택된다.
제2 전자수송물질은 전자 이동도가 높은 특성을 가짐으로써, 전자의 주입을 향상시키고 소자의 구동전압을 낮추는 역할을 할 수 있다. 상기 전자 이동도(electron mobility)는 1×10-3 내지 1×10-5 ㎠/Vs이다. 또한, 제2 전자수송물질은 HOMO 레벨이 -5.8 내지 -6.2 eV이며 LUMO 레벨이 -2.8 내지 -3.2 eV이고 삼중항 여기에너지 레벨이 1.6 내지 2.0 eV이다. 제2 전자수송물질은 퀴놀린(quinoline) 화합물, 안트라센(anthracene) 화합물 등이며 예를 들어, 하기 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00002
상기 화학식 2에서, A1 내지 A10은 각각 독립적으로 치환되거나 치환되지 않은 탄소수 6 내지 50의 방향족 환(Aromatic ring)이거나, 적어도 하나는 치환되거나 치환되지 않은 탄소수 5 내지 49개의 S, N 및 O를 포함하고 있는 헤테로고리 환(Heterocyclic Ring) 중에서 선택된다.
본 발명은 서로 다른 특성을 가지는 물질을 포함하는 전자수송층을 구비함으로써, 전자수송층 내에 여러 에너지 레벨을 형성시켜 인접한 층으로부터 넘어오는 전하들의 장벽(barrier)을 줄여준다. 이에 따라, 발광층으로의 전하의 이동이 용이하여 발광층에서의 전하 균형을 유지할 수 있으며, 구동전압을 낮출 수 있는 효과가 있다. 특히, 본 발명에서는 높은 삼중항 여기에너지 레벨(T1 Level)을 가지는 제1 전자수송물질을 포함하여 소자의 효율을 증가시킨다. 그리고, 높은 전자 이동도를 가지는 제2 전자수송물질을 포함하여, 전자의 이동을 더욱 용이하게 하여 구동전압을 낮출 수 있는 효과가 있다.
유기전계발광소자의 구동전압을 낮추고 효율을 향상시키기 위해, 본 발명의 전자수송층(60)은 제1 전자수송물질과 제2 전자수송물질이 포함된다. 여기서, 전자수송층(60)은 제1 전자수송물질과 제2 전자수송물질의 합에 대해 제1 전자수송물질이 30 내지 50%의 비율을 차지한다. 제1 전자수송물질과 제2 전자수송물질의 합에 대해 제1 전자수송물질의 비율이 30% 미만이면 소자의 차지 밸런스가 맞지 않아 효율이 저하된다. 제1 전자수송물질과 제2 전자수송물질의 합에 대해 제1 전자수송물질의 비율이 50% 초과하면 전자의 이동이 원활하지 않아 소자의 구동전압이 증가되고 효율이 저하된다.
또한, 상기 전자수송층(60)은 제1 전자수송물질과 제2 전자수송물질이 포함된 단일층으로 이루어지며, 50 내지 450Å의 두께로 이루어진다. 여기서, 전자수송층(60)의 두께가 50Å 미만이면 전자수송층으로의 작용을 하지 못하게 되고, 전자수송층(60)의 두께가 450Å 초과하면 전자수송층의 두께가 두꺼워져 구동전압이 상승하고 소자의 캐비티 효과를 최대화할 수 없게 된다.
한편, 전자주입층(70)은 전자의 주입을 원활하게 하는 역할을 하며, Alq3(tris(8-hydroxy quinolinato)aluminum), PBD(2-(4-biphenyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole), TAZ(3-(4-biphenyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole), 및 BAlq(Bis(2-methyl-8-quinolinolate)-4-(phenylphenolato)aluminum)를 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 반면, 전자주입층(70)은 금속화합물로 이루어질 수 있으며, 금속화합물은 예를 들어 LiQ, LiF, NaF, KF, RbF, CsF, FrF, BeF2, MgF2, CaF2, SrF2, BaF2 및 RaF2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 전자주입층(70)의 두께는 1 내지 50nm일 수 있다. 여기서, 상기 전자주입층(70)의 두께가 1nm 이상이면, 전자 주입 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 전자주입층(70)의 두께가 50nm 이하이면, 전자주입층(70)의 두께가 너무 두꺼워 전자의 이동을 향상시키기 위한 구동전압의 상승을 방지할 수 있다. 상기 전자주입층(70)은 소자의 구조나 특성에 따라 유기전계발광소자의 구성에 포함되지 않을 수도 있다.
상기 음극(80)은 전자 주입 전극으로, 일함수가 낮은 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 알루미늄(Al), 은(Ag) 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 여기서, 음극(80)은 유기전계발광소자가 전면 또는 양면발광구조일 경우, 빛을 투과할 수 있을 정도로 얇은 두께로 형성할 수 있으며, 유기전계발광소자가 배면발광구조일 경우, 빛을 반사시킬 수 있을 정도로 두껍게 형성할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 유기전계발광소자는 높은 삼중항 여기에너지 레벨을 가지는 제1 전자수송물질과 높은 전자 이동도를 가지는 제2 전자수송물질을 포함하는 전자수송층을 형성함으로써, 전자수송층 내에 여러 에너지 레벨을 형성시켜 인접한 층으로부터 넘어오는 전하들의 장벽을 줄여 구동전압을 낮출 수 있는 이점이 있다. 또한, 전자수송층은 높은 삼중항 여기에너지 레벨을 가지는 제1 전자수송물질을 포함하여 소자의 효율을 증가시키고, 높은 전자 이동도를 가지는 제2 전자수송물질을 포함하여 전자의 이동을 더욱 용이하게 하여 구동전압을 낮출 수 있는 이점이 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기전계발광소자를 나타낸 도면이다. 하기에서는 전술한 제1 실시예와 동일한 구성요소에 대한 설명은 간략히 하기로 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기전계발광소자(100)는 양극(110)과 음극(220) 사이에 위치하는 발광부들(ST1, ST2) 및 발광부들(ST1, ST2) 사이에 위치하는 전하생성층(160)을 포함한다.
보다 자세하게, 제1 발광부(ST1)는 하나의 발광소자 단위를 이루는 것으로, 제1 발광층(140)을 포함한다. 제1 발광층(140)은 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나의 색을 발광할 수 있으며, 본 실시예에서는 청색(blue)을 발광하는 청색 발광층일 수 있다. 상기 청색을 발광하는 발광층은 청색(blue) 발광층, 진청색(Dark Blue) 발광층, 또는 스카이 블루(Sky Blue) 발광층 중 하나일 수 있다. 상기 제1 발광부(ST1)는 양극(110) 상에 제1 정공주입층(120), 제1 정공수송층(130)을 더 포함한다. 그리고, 제1 발광부(ST1)는 제1 발광층(140) 상에 제1 전자수송층(150)을 더 포함한다. 그리고 제1 전자수송층(150) 위에는 전자주입층이 더 포함될 수 있다. 따라서, 양극(110) 상에 제1 정공주입층(120), 제1 정공수송층(130), 제1 발광층(140) 및 제1 전자수송층(150)을 포함하는 제1 발광부(ST1)를 구성한다. 상기 제1 정공주입층(120), 전자주입층은 소자의 구조나 특성에 따라 제1 발광부(ST1)의 구성에 포함되지 않을 수도 있다.
상기 제1 발광부(ST1) 상에 제2 발광층(190)을 포함하는 제2 발광부(ST2)가 위치한다. 제2 발광층(190)은 적색, 녹색 및 청색 중 하나의 색을 발광할 수 있으며, 예를 들어 본 실시예에서는 옐로그린(yellow-green) 발광층 또는 그린(green) 발광층일 수 있다. 옐로그린 발광층은 노란색(yellow)을 발광하는 발광층 또는 옐로그린 발광층과 그린(green)을 발광하는 발광층의 다층 구조로 이루어질 수 있다. 상기 제2 발광부(ST2)는 제2 정공주입층(170) 및 제2 정공수송층(180)을 더 포함하고, 제2 발광층(190) 상에 제2 전자수송층(200) 및 전자주입층(210)을 더 포함한다. 따라서, 제1 발광부(ST1) 상에 제2 정공주입층(170), 제2 정공수송층(180), 옐로그린 발광층(190), 제2 전자수송층(200) 및 전자주입층(210)을 포함하는 제2 발광부(ST2)를 구성한다. 상기 제2 정공주입층(170), 전자주입층(210)은 소자의 구조나 특성에 따라 제2 발광부(ST2)의 구성에 포함되지 않을 수 있다.
상기 제1 발광부(ST1)와 상기 제2 발광부(ST2) 사이에는 전하생성층(160)이 위치한다. 전하생성층(160)은 N형 전하생성층(160N)과 P형 전하생성층(160P)이 접합된 PN접합 전하생성층으로, 전하를 생성하거나 정공 및 전자로 분리하여 상기 각 발광층에 전하를 주입한다. 즉, N형 전하생성층(160N)은 양극에 인접한 제1 발광층(140)에 전자를 공급하고, 상기 P형 전하생성층(160P)은 제2 발광층(190)에 정공을 공급함으로써, 다수의 발광층을 구비하는 유기전계발광소자의 발광 효율을 더욱 증대시킬 수 있으며, 구동 전압도 낮출 수 있다.
여기서, N형 전하생성층(160N)은 금속 또는 N형이 도핑된 유기물질로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 금속은 Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, La, Ce, Sm, Eu, Tb, Dy 및 Yb로 이루어진 군에서 선택된 하나의 물질일 수 있다. 예를 들면, 상기 N형 도펀트는 알칼리 금속, 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토금속 또는 알칼리 토금속 화합물일 수 있다. 자세하게는 상기 N형 도펀트는 Li, Be, Cs, K, Rb, Mg, Na, Ca, Sr, Eu, Fr, Ba, Ra 및 Yb로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있다. 상기 호스트 물질은 예를 들어, Alq3(tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum), 트리아진(triazine) 유도체, 벤즈아졸(benzazole) 유도체 및 실롤(silole) 유도체로 이루어진 군에서 선택된 하나의 물질일 수 있다.
한편, P형 전하생성층(160P)은 금속 또는 P형이 도핑된 유기물질로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 금속은 Al, Cu, Fe, Pb, Zn, Au, Pt, W, In, Mo, Ni 및 Ti로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 합금으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 P형이 도핑된 유기물질에 사용되는 P형 도펀트와 호스트의 물질은 통상적으로 사용되는 물질을 이용할 수 있다. 예를 들면, 상기 P형 도펀트는 F4-TCNQ(2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyano-quinodimethane), 요오드, FeCl3, FeF3 및 SbCl5으로 이루어진 군에서 선택된 하나의 물질일 수 있다. 또한, 상기 호스트는 NPB(N,N'-bis(naphthaen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidine), TPD(N,N'-bis(3-methylphenyl)N,N'-bis(phenyl)-benzidine) 및 TNB(N,N,N',N'-tetra-naphthalenyl-benzidine)로 이루어진 군에서 선택된 하나의 물질일 수 있다.
제2 발광부(ST2) 상에는 음극(220)이 위치한다. 상기 음극(220)은 전자 주입 전극으로, 일함수가 낮은 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 알루미늄(Al), 은(Ag) 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 여기서, 음극(220)은 유기전계발광소자가 전면 또는 양면발광구조일 경우, 빛을 투과할 수 있을 정도로 얇은 두께로 형성할 수 있으며, 유기전계발광소자가 배면발광구조일 경우, 빛을 반사시킬 수 있을 정도로 두껍게 형성할 수 있다.
한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기전계발광소자(100) 중 제1 발광부(ST1)에 위치한 제1 전자수송층(150)은 전자의 수송을 원활하게 하는 역할을 한다. 보다 자세하게, 제1 전자수송층(150)은 제1 전자수송물질과 제2 전자수송물질을 포함한다. 제1 전자수송물질은 정공이 넘어오는 것을 블록하고 차지 밸런스를 맞춰주는 역할을 하는 것으로, 삼중항 여기에너지 레벨(T1 Level)이 2.6 내지 2.8 eV이다. 또한, 제1 전자수송물질은 HOMO 레벨(HOMO Level)이 -5.9 내지 -6.3 eV이며 LUMO 레벨(LUMO Level)이 -2.4 내지 -2.8 eV를 가진다. 제2 전자수송물질은 전자의 주입을 향상시키고 소자의 구동전압을 낮추는 역할을 하는 것으로, 전자 이동도(electron mobility)가 1×10-3 내지 1×10-5 ㎠/Vs 범위일 수 있다. 또한, 제2 전자수송물질은 HOMO 레벨이 -5.8 내지 -6.2 eV이며 LUMO 레벨이 -2.8 내지 -3.2 eV이고 삼중항 여기에너지 레벨(T1 Level)이 1.6 내지 2.0 eV이다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 유기전계발광소자는 높은 삼중항 여기에너지 레벨(T1 Level)을 가지는 제1 전자수송물질과 높은 전자 이동도를 가지는 제2 전자수송물질을 포함하는 전자수송층을 구성함으로써, 전자수송층 내에 여러 에너지 레벨을 형성시켜 인접한 층으로부터 넘어오는 전하들의 장벽을 줄여 구동전압을 낮출 수 있다. 또한, 높은 삼중항 여기에너지 레벨(T1 Level)을 가지는 제1 전자수송물질을 포함하여 소자의 효율을 향상시키고, 높은 전자 이동도를 가지는 제2 전자수송물질을 포함하여 전자의 이동을 더욱 용이하게 하여 구동전압을 낮출 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 유기전계발광소자를 나타낸 도면이다. 하기에서는 전술한 제2 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 붙여 그 설명을 생략하기로 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 유기전계발광소자(100)는 양극(110)과 음극(220) 사이에 위치하는 복수의 발광부들(ST1, ST2, ST3) 및 복수의 발광부들(ST1, ST2, ST3) 사이에 위치하는 제1 전하생성층(160)과 제2 전하생성층(230)을 포함한다. 본 실시예에서는 양극(110)과 음극(220) 사이에 3개의 발광부들이 위치하는 것으로 도시하고 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며 양극(110)과 음극(220) 사이에 4개 또는 그 이상의 발광부들을 포함할 수도 있다.
보다 자세하게, 제1 발광부(ST1)는 하나의 발광소자 단위를 이루는 것으로, 제1 발광층(140)을 포함한다. 제1 발광층(140)은 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나의 색을 발광할 수 있으며, 본 실시예에서는 청색(blue)을 발광하는 청색 발광층일 수 있다. 상기 청색을 발광하는 발광층은 청색(blue) 발광층, 진청색(Dark Blue) 발광층, 또는 스카이 블루(Sky Blue) 발광층 중 하나일 수 있다.
상기 제1 발광부(ST1)는 양극(110) 상에 제1 정공주입층(120), 제1 정공수송층(130)을 더 포함한다. 그리고, 제1 발광부(ST1)는 제1 발광층(140) 상에 제1 전자수송층(150)을 더 포함한다. 따라서, 양극(110) 상에 제1 정공주입층(120), 제1 정공수송층(130), 제1 발광층(140) 및 제1 전자수송층(150)을 포함하는 제1 발광부(ST1)를 구성한다. 그리고 제1 전자수송층(150) 상에 전자주입층을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 정공주입층(120)과 전자주입층은 소자의 구조나 특성에 따라 제1 발광부(ST1)의 구성에 포함되지 않을 수 있다.
상기 제1 발광부(ST1) 상에 제2 발광부(ST2)가 위치한다. 제2 발광부(ST2)는 제2 발광층(190)을 포함한다. 제2 발광층(190)은 적색, 녹색 및 청색 중 하나의 색을 발광할 수 있으며, 예를 들어 본 실시예에서는 옐로그린(yellow-green) 발광층 또는 그린(green) 발광층일 수 있다. 옐로그린 발광층은 노란색(yellow)을 발광하는 발광층 또는 옐로그린 발광층과 그린(green)을 발광하는 발광층의 다층 구조로 이루어질 수 있다. 상기 제2 발광부(ST2)는 제1 전하생성층(160)과 상기 제2 발광층(190) 사이에 제2 정공주입층(170) 및 제2 정공수송층(180)을 더 포함하고, 제2 발광층(190) 상에 제2 전자수송층(200)을 더 포함한다. 그리고, 제2 전자수송층(200) 위에 전자주입층을 더 포함할 수 있다. 따라서, 제1 전하생성층(160) 상에 제2 정공주입층(170), 제2 정공수송층(180), 제2 발광층(190) 및 제2 전자수송층(200)을 포함하는 제2 발광부(ST2)를 구성한다. 상기 제2 정공주입층(170), 전자주입층은 소자의 구조나 특성에 따라 제2 발광부(ST2)의 구성에 포함되지 않을 수 있다.
상기 제1 발광부(ST1)와 상기 제2 발광부(ST2) 사이에 제1 전하생성층(160)이 위치한다. 제1 전하생성층(160)은 N형 전하생성층(160N)과 P형 전하생성층(160P)이 접합된 PN접합 전하생성층으로, 전하를 생성하거나 정공 및 전자로 분리하여 상기 각 발광층에 전하를 주입한다.
그리고, 상기 제2 발광부(ST2) 상에 제3 발광층(250)을 포함하는 제3 발광부(ST3)가 위치한다. 제3 발광층(250)은 적색, 녹색 및 청색 중 하나의 색을 발광할 수 있으며, 예를 들어 본 실시예에서는 청색(blue)을 발광하는 청색 발광층일 수 있다. 상기 청색을 발광하는 발광층은 청색(blue) 발광층, 진청색(Dark Blue) 발광층, 또는 스카이 블루(Sky Blue) 발광층 중 하나일 수 있다. 상기 제3 발광부(ST3)는 제2 전하생성층(230)과 상기 제3 발광층(250) 사이에 제3 정공수송층(240)을 더 포함하고, 제3 발광층(250) 상에 제3 전자수송층(260)과 전자주입층(210)을 더 포함한다. 따라서, 제2 전하생성층(230) 상에 제3 정공수송층(240), 제3 발광층(250), 제3 전자수송층(260) 및 전자주입층(210)을 포함하는 제3 발광부(ST3)를 구성한다. 제3 발광부(ST3) 상에는 음극(220)이 구비되어 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기전계발광소자를 구성한다. 상기 제3 정공수송층(240), 전자주입층(210)은 소자의 구조나 특성에 따라 제3 발광부(ST3)의 구성에 포함되지 않을 수 있다.
상기 제2 발광부(ST2)와 상기 제3 발광부(ST3) 사이에 제2 전하생성층(230)이 위치한다. 제2 전하생성층(230)은 N형 전하생성층(230N)과 P형 전하생성층(230P)이 접합된 PN접합 전하생성층으로, 전하를 생성하거나 정공 및 전자로 분리하여 상기 각 발광층에 전하를 주입한다.
한편, 본 발명의 제3 실시예에 따른 유기전계발광소자(100) 중 제3 발광부(ST3)에 위치한 제3 전자수송층(260)은 전자의 수송을 원활하게 하는 역할을 한다. 보다 자세하게, 제3 전자수송층(260)은 제1 전자수송물질과 제2 전자수송물질을 포함한다. 제1 전자수송물질은 정공이 넘어오는 것을 블록하고 차지 밸런스를 맞춰주는 역할을 하는 것으로, 삼중항 여기에너지 레벨(T1 Level)이 2.6 내지 2.8 eV이다. 또한, 제1 전자수송물질은 HOMO 레벨(HOMO Level)이 -5.9 내지 -6.3 eV이며 LUMO 레벨(LUMO Level)이 -2.4 내지 -2.8 eV를 가진다. 제2 전자수송물질은 전자의 주입을 향상시키고 소자의 구동전압을 낮추는 역할을 하는 것으로, 전자 이동도(electron mobility)가 1×10-3 내지 1×10-5 ㎠/Vs 범위일 수 있다. 또한, 제2 전자수송물질은 HOMO 레벨이 -5.8 내지 -6.2 eV이며 LUMO 레벨이 -2.8 내지 -3.2 eV이고 삼중항 여기에너지 레벨(T1 Level)이 1.6 내지 2.0 eV이다.
또한, 본 발명의 제3 실시예에 따른 유기전계발광소자(100)는 제3 발광부(ST3)의 제3 전자수송층(260) 이외에 제1 발광부(ST1)의 제1 전자수송층(150)을 전술한 제3 전자수송층(260)과 동일하게 구성할 수 있다. 즉, 제1 발광부(ST1)의 제1 전자수송층(150)은 전술한 제1 전자수송물질과 제2 전자수송물질을 포함될 수 있다. 본 발명의 제1 전자수송물질과 제2 전자수송물질을 포함하는 전자수송층은 청색을 발광하는 발광부라면 어느 발광부에도 적용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 유기전계발광소자는 높은 삼중항 여기에너지 레벨을 가지는 제1 전자수송물질과 높은 전자 이동도를 가지는 제2 전자수송물질을 포함하는 전자수송층을 형성함으로써, 전자수송층 내에 여러 에너지 레벨을 형성시켜 인접한 층으로부터 넘어오는 전하들의 장벽을 줄여 구동전압을 낮출 수 있다. 또한, 높은 삼중항 여기에너지 레벨을 가지는 제1 전자수송물질을 포함하여 소자의 효율을 증가시키고, 높은 전자 이동도를 가지는 제2 전자수송물질을 포함하여 전자의 이동을 더욱 용이하게 하여 구동전압을 낮출 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계발광소자의 에너지 밴드 다이어그램이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 유기전계발광소자는 정공수송층(HTL), 호스트(Host)와 도펀트(Dopant)를 포함하는 발광층(EML), 전자수송층(Mixed ETL) 및 전자주입층(EIL)을 포함한다. 전자수송층(Mixed ETL)은 제1 전자수송물질과 제2 전자수송물질이 혼합된 전자수송층이다. 상기 전자수송층(Mixed ETL)은 높은 삼중항 여기에너지 레벨을 가지는 제1 전자수송물질이 하나의 밴드갭을 형성하고, 높은 전자 이동도를 가지는 제2 전자수송물질이 또 하나의 밴드갭을 형성하게 된다. 따라서, 밴드갭이 서로 다른 두 물질이 섞여, 인접한 전자주입층(EIL)이나 음극으로부터 넘어오는 캐리어들이 이동하기 위한 장벽을 줄여줌으로써, 발광층(EML)으로의 캐리어들의 이동을 용이하게 할 수 있다. 또한, 높은 삼중항 여기에너지 레벨(T1 Level)을 가지는 제1 전자수송물질로 인해 정공이 발광층(EML)에서 전자수송층(Mixed ETL)으로 넘어오는 것을 막아 발광층(EML)의 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 높은 전자 이동도를 가지는 제2 전자수송물질로 인해 발광층(EML)으로의 전자의 주입 능력이 향상되어 소자의 구동전압을 낮출 수 있다.
그리고, 본 발명의 유기전계발광소자의 전자수송층은 제1 층, 혼합층 및 제2 층의 3층 구조로 이루어질 수 있다. 하기에서는 전자수송층이 전술한 3층 구조로 이루어진 실시예들을 개시한다. 다만, 전술한 제1 내지 제3 실시예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙여 이해가 용이하도록 하고 설명을 간략히 한다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 유기전계발광소자를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 유기전계발광소자(10)는 양극(20), 정공주입층(30), 정공수송층(40), 발광층(50), 전자수송층(60), 전자주입층(70) 및 음극(80)을 포함할 수 있다.
상기 양극(20)은 발광층(50)에 정공을 주입하는 전극이고, 상기 정공주입층(30)과 정공수송층(40)은 양극(20)으로부터 발광층(50)으로 정공의 주입을 원활하게 하는 역할을 한다. 정공주입층(30) 또는 정공수송층(40)은 소자의 구조나 특성에 따라 유기전계발광소자의 구성에 포함되지 않을 수도 있다. 상기 발광층(50)은 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)을 발광할 수 있으며, 인광 물질 또는 형광 물질로 이루어질 수 있다. 발광층(50) 상에 전자수송층(60)이 위치하고, 전자수송층(60) 상에 전자주입층(70)이 위치하여 전자의 주입을 원활하게 하는 역할을 한다. 전자주입층(70) 상에 전자를 주입하는 전극인 음극(80)이 위치한다.
한편, 전자수송층(60)은 전자의 수송을 원활하게 하는 역할을 하는 것으로, 유기전계발광소자의 수명이나 효율에 영향을 미치게 된다. 이에 본 발명의 발명자들은 전자수송층의 특성을 개선하여 유기전계발광소자의 수명이나 효율을 향상시키기 위해서 여러 실험을 하였다. 구동전압을 감소시키기 위해서 삼중항 여기에너지 레벨이 높은 하나의 층으로 형성할 경우, 낮은 전자 이동도로 인하여 전자 주입이 원활하지 않아서 구동전압이 증가함을 알 수 있었다. 그리고 전자이동도가 높은 하나의 층으로 구성할 경우, 전자 주입은 원활하나 전자와 정공의 균형이 깨져서 수명이 저하된다는 것을 알 수 있었다. 이에 전자수송층을 두 개의 층으로 구성할 경우, 소자의 두께가 증가하므로 구동전압은 증가하였다. 이에 본 발명의 발명자들은 전자수송층의 두께의 증가 없이 제1 전자수송물질의 제1 층, 제2 전자수송물질의 제2 층, 및 이들 사이에 제1 전자수송물질과 제2 전자수송물질이 혼합된 혼합층으로 이루어진 3층으로 구성하였다. 그리고, 전자수송층에 포함되는 제1 전자수송물질과 제2 전자수송물질의 특성, 두께, 혼합층의 두께, 혼합비율에 따라 유기전계발광소자의 효율을 향상시키고, 구동전압을 감소시킬 수 있는 새로운 구조의 유기전계발광소자의 구조를 발명하게 되었다.
상기 전자수송층(60)은 발광층(50)에 인접한 제1 층(61), 제1 층(61) 상에 위치한 혼합층(62) 및 혼합층(62) 상에 위치한 제2 층(63)을 포함한다. 제1 층(61)은 제1 전자수송물질을 포함하는 층으로, 발광층(50)과 혼합층(62) 사이를 완충(buffer)하는 역할을 한다. 제1 층(61)에 포함되는 제1 전자수송물질은 제2 전자수송물질보다 삼중항 여기에너지 레벨(T1 Level)이 높고 전자 이동도는 낮은 특징을 가진다. 제2 층(63)은 제2 전자수송물질을 포함하는 층으로, 전자주입층(70)이나 음극(80)과 혼합층(62) 사이를 완충하는 역할을 한다. 제2 층(63)에 포함되는 제2 전자수송물질은 제1 전자수송물질보다 삼중항 여기에너지 레벨(T1 Level)이 낮고 전자 이동도는 높은 특징을 가진다. 혼합층(62)은 제1 층(61)과 제2 층(63) 사이에 위치하여 제1 전자수송물질과 제2 전자수송물질이 혼합된 층이다. 혼합층(62)은 발광층(50)으로의 전하 이동을 용이하게 하는 역할을 한다.
보다 자세하게, 전자수송층(60)의 제1 층(61)은 발광층(60)에 인접하게 위치한다. 제1 층(61)은 삼중항 여기에너지 레벨(T1 Level)이 높은 특징을 가지는 제1 전자수송물질을 포함함으로써, 정공수송층(40)으로부터 정공이 넘어오는 것을 블록하고 발광층(50)에서 전자와 정공의 균형을 유지하여 차지 밸런스(charge balance)를 맞춰주는 역할을 할 수 있다. 따라서, 전자수송층(60)의 제1 층(61)은 발광층(50)에 인접하게 위치하여 상기 발광층(50)에서 상기 전자수송층(60)으로 정공의 이동을 막을 수 있다. 제1 전자수송물질은 삼중항 여기에너지 레벨(T1 Level)이 2.6 내지 2.8 eV이다. 또한, 제1 전자수송물질은 HOMO 레벨이 -5.9 내지 -6.3 eV이며 LUMO 레벨(LUMO Level)이 -2.4 내지 -2.8 eV를 가진다. 상기 삼중항 여기에너지 레벨, HOMO 레벨 및 LUMO 레벨을 가지는 제1 전자수송물질로는 카바졸(carbazole) 화합물, 옥사디아졸(oxadiazole) 화합물, 트리아졸(triazole) 화합물 등의 화합물일 수 있으며 예를 들어 전술한 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.
전자수송층(60)의 제2 층(63)은 전자주입층(70) 또는 음극(80)에 인접하게 위치한다. 제2 층(63)은 전자 이동도가 높은 특성을 가지는 제2 전자수송물질을 포함함으로써, 전자주입층(70) 또는 음극(80)으로부터 주입되는 전자의 주입을 향상시키고 소자의 구동전압을 낮추는 역할을 할 수 있다. 따라서, 전자수송층(60)의 제2 층(63)은 전자주입층(70) 또는 음극(80)에 인접하게 위치하여, 상기 발광층(50)으로 전자의 이동을 도울 수 있다. 제2 전자수송물질은 전자 이동도(electron mobility)가 1×10-3 내지 1×10-5 ㎠/Vs 범위일 수 있다. 또한, 제2 전자수송물질은 HOMO 레벨이 -5.8 내지 -6.2 eV이며 LUMO 레벨이 -2.8 내지 -3.2 eV이고 삼중항 여기에너지 레벨이 1.6 내지 2.0 eV이다. 제2 전자수송물질은 퀴놀린(quinoline) 화합물, 안트라센(anthracene) 화합물 등이며 예를 들어, 전술한 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있다.
전자수송층(60)의 혼합층(62)은 제1 층(61)과 제2 층(62) 사이에 위치하며, 전술한 제1 전자수송물질과 제2 전자수송물질이 혼합된 층이다. 혼합층(62)은 제1 전자수송물질을 포함하여, 정공수송층(40)으로부터 정공이 넘어오는 것을 블록하고 발광층(50)에서 전자와 정공의 균형을 유지하여 차지 밸런스를 맞춰준다. 또한, 혼합층(62)은 제2 전자수송물질을 포함하며, 전자의 주입을 향상시키고 소자의 구동전압을 낮춘다.
본 발명의 전자수송층(60)은 제1 전자수송물질로 이루어진 제1 층(61), 제1 전자수송물질과 제2 전자수송물질의 혼합으로 이루어진 혼합층(62) 및 제2 전자수송물질로 이루어진 제2 층(63)을 포함함으로써, 전자수송층(60) 내에 여러 에너지 레벨을 형성시켜 인접한 층으로부터 넘어오는 전하들의 장벽(barrier)을 줄여준다. 이에 따라, 발광층(50)으로의 전자의 이동이 용이하여 구동전압을 낮출 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 전자수송층(60)은 높은 삼중항 여기에너지 레벨(T1 Level)을 가지는 제1 전자수송물질을 포함하는 제1 층(61)을 구비하여, 혼합층(62)에서 발광층(50)에 도달하는 소자의 효율을 증가시킨다. 그리고 높은 전자 이동도를 가지는 제2 전자수송물질을 포함하는 제2 층(63)을 구비하여, 전자의 이동을 더욱 용이하게 하여 구동전압을 낮출 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 전자수송층(60)의 혼합층(62)은 제1 전자수송물질과 제2 전자수송물질이 혼합된다. 여기서, 전자수송층(60)은 제1 전자수송물질과 제2 전자수송물질의 합에 대해 제1 전자수송물질이 30 내지 50%의 비율을 차지한다. 제1 전자수송물질과 제2 전자수송물질의 합에 대해 제1 전자수송물질의 비율이 30% 미만이면 소자의 차지 밸런스가 맞지 않아 효율이 저하되고, 제1 전자수송물질과 제2 전자수송물질의 합에 대해 제1 전자수송물질의 비율이 50% 초과하면 전자의 이동이 원활하지 않아 소자의 구동전압이 증가되고 효율이 저하된다.
한편, 본 발명의 제4 실시예에서의 전자수송층(60)은 전술한 제1 내지 제3 실시예의 전자수송층(60)에서 혼합층(62)에 추가적으로 제1 층(61)과 제2 층(63)을 더 구비하나, 전자수송층(60)의 전체 두께는 증가되지 않는다.
따라서, 전자수송층(60)은 3층으로 이루어지며, 3층의 전체 두께는 50 내지 450Å으로 이루어진다. 여기서, 전자수송층(60)의 전체 두께가 50Å 미만이면 전자수송층으로의 작용을 하지 못하게 되고, 전자수송층(60)의 전체 두께가 450Å 초과하면 전자수송층의 두께가 두꺼워져 구동전압이 상승하고 소자의 캐비티 효과를 최대화할 수 없게 된다.
또한, 전자수송층(60)에서 제1 층(61)의 두께는 혼합층(62)의 두께에 대해 25% 이상 100% 이하로 이루어진다. 여기서, 제1 층(61)의 두께가 혼합층(62)의 두께에 대해 25% 이상이면 정공수송층으로부터 정공이 넘어오는 것을 블록하여 발광층의 차지 밸런스를 맞춰서 소자의 효율을 향상시킬 수 있고, 제1 층(61)의 두께가 혼합층(62)의 두께에 대해 100% 이하이면 혼합층(62)의 두께가 상대적으로 얇아지는 것을 방지하여 소자의 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
그리고 전자수송층(60)에서 제2 층(63)의 두께는 혼합층(62)의 두께에 대해 25% 이상 100% 이하로 이루어진다. 여기서, 제2 층(63)의 두께가 혼합층(62)의 두께에 대해 25% 이상이면 전자주입층(70) 또는 음극(80)으로부터 전자가 넘어오는 전하 장벽을 줄여 소자의 효율을 향상시킬 수 있다. 제2 층(63)의 두께가 혼합층(62)의 두께에 대해 100% 이하이면 혼합층(62)의 두께가 상대적으로 얇아지는 것을 방지하여 소자의 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 유기전계발광소자는 높은 삼중항 여기에너지 레벨을 가지는 제1 전자수송물질과 높은 전자 이동도를 가지는 제2 전자수송물질을 포함하는 전자수송층을 형성함으로써, 전자수송층 내에 여러 에너지 레벨을 형성시켜 인접한 층으로부터 넘어오는 전하들의 장벽을 줄여 구동전압을 낮출 수 있는 이점이 있다. 또한, 높은 삼중항 여기에너지 레벨을 가지는 제1 전자수송물질을 포함하는 제1 층을 구비하여 소자의 효율을 향상시키고, 높은 전자 이동도를 가지는 제2 전자수송물질을 포함하는 제2 층을 구비하여 전자의 이동을 더욱 용이하게 하여 구동전압을 낮출 수 있는 이점이 있다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 유기전계발광소자를 나타낸 도면이다. 하기에서는 전술한 제2 실시예와 동일한 구성요소에 대한 설명은 간략히 하기로 한다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 유기전계발광소자(100)는 양극(110)과 음극(220) 사이에 위치하는 발광부들(ST1, ST2) 및 발광부들(ST1, ST2) 사이에 위치하는 전하생성층(160)을 포함한다.
보다 자세하게, 제1 발광부(ST1)는 하나의 발광소자 단위를 이루는 것으로, 제1 발광층(140)을 포함한다. 제1 발광층(140)은 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나의 색을 발광할 수 있으며, 본 실시예에서는 청색(blue)을 발광하는 청색 발광층일 수 있다. 상기 청색을 발광하는 발광층은 청색(blue) 발광층, 진청색(Dark Blue) 발광층, 또는 스카이 블루(Sky Blue) 발광층 중 하나일 수 있다. 상기 제1 발광부(ST1)는 양극(110)과 제1 발광층(140) 사이에 제1 정공주입층(120), 제1 정공수송층(130)을 더 포함한다. 그리고, 제1 발광부(ST1)는 제1 발광층(140) 상에 제1 전자수송층(150)을 더 포함한다. 제1 전자수송층(150) 상에 전자주입층이 더 포함될 수 있다. 따라서, 양극(110) 상에 제1 정공주입층(120), 제1 정공수송층(130), 제1 발광층(140) 및 제1 전자수송층(150)을 포함하는 제1 발광부(ST1)를 구성한다. 상기 제1 정공주입층(120)과 전자주입층은 소자의 구조나 특성에 따라 제1 발광부(ST1)의 구성에 포함되지 않을 수도 있다.
그리고, 상기 제1 발광부(ST1) 상에 제2 발광층(190)을 포함하는 제2 발광부(ST2)가 위치한다. 제2 발광층(190)은 적색, 녹색 및 청색 중 하나의 색을 발광할 수 있으며, 예를 들어 본 실시예에서는 옐로그린(yellow-green) 발광층 또는 그린(green) 발광층일 수 있다. 옐로그린 발광층은 노란색(yellow)을 발광하는 발광층 또는 옐로그린 발광층과 그린(green)을 발광하는 발광층의 다층 구조로 이루어질 수 있다. 상기 제2 발광부(ST2)는 제2 정공주입층(170) 및 제2 정공수송층(180)을 더 포함하고, 제2 발광층(190) 상에 제2 전자수송층(200) 및 전자주입층(210)을 더 포함한다. 따라서, 상기 제1 발광부(ST1) 상에 제2 정공주입층(170), 제2 정공수송층(180), 옐로그린 발광층(190), 제2 전자수송층(200) 및 전자주입층(210)을 포함하는 제2 발광부(ST2)를 구성한다. 상기 제2 정공주입층(170), 전자주입층(210)은 소자의 구조나 특성에 따라 제2 발광부(ST2)의 구성에 포함되지 않을 수 있다.
상기 제1 발광부(ST1)와 상기 제2 발광부(ST2) 사이에 전하생성층(160)이 위치한다. 전하생성층(160)은 N형 전하생성층(160N)과 P형 전하생성층(160P)이 접합된 PN접합 전하생성층으로, 전하를 생성하거나 정공 및 전자로 분리하여 상기 각 발광층에 전하를 주입한다. 즉, N형 전하생성층(160N)은 양극에 인접한 제1 발광층(140)에 전자를 공급하고, 상기 P형 전하생성층(160P)은 제2 발광부(ST2)의 제2 발광층(190)에 정공을 공급함으로써, 다수의 발광층을 구비하는 유기전계발광소자의 발광 효율을 더욱 증대시킬수 있으며, 구동 전압도 낮출 수 있다. 그리고, 제2 발광부(ST2) 상에 음극(220)이 위치한다.
그리고, 본 발명의 제5 실시예에 따른 유기전계발광소자(100) 중 제1 발광부(ST1)에 위치한 제1 전자수송층(150)은 전자의 수송을 원활하게 하는 역할을 한다. 제1 전자수송층(150)은 제1 발광층(140)에 인접한 제1 층(151), 제1 층(151) 상에 위치한 혼합층(152) 및 혼합층(152) 상에 위치한 제2 층(153)을 포함한다. 제1 층(151)은 삼중항 여기에너지 레벨(T1 Level)이 높은 특징을 가지는 제1 전자수송물질은 포함함으로써, 정공수송층(130)으로부터 정공이 넘어오는 것을 블록하고 제1 발광층(140)에서 전자와 정공의 균형을 유지하여 차지 밸런스(charge balance)를 맞춰주는 역할을 할 수 있다. 제1 전자수송물질은 삼중항 여기에너지 레벨(T1 Level)이 2.6 내지 2.8 eV이다. 또한, 제1 전자수송물질은 HOMO 레벨이 -5.9 내지 -6.3 eV이며 LUMO 레벨(LUMO Level)이 -2.4 내지 -2.8 eV를 가진다. 제2 층(153)은 전자 이동도가 높은 특성을 가지는 제2 전자수송물질을 포함함으로써, 음극(220)으로부터 주입되는 전자의 주입을 향상시키고 소자의 구동전압을 낮추는 역할을 할 수 있다. 제2 전자수송물질은 전자 이동도(electron mobility)가 1×10-3 내지 1×10-5 ㎠/Vs 범위일 수 있다. 또한, 제2 전자수송물질은 HOMO 레벨이 -5.8 내지 -6.2 eV이며 LUMO 레벨이 -2.8 내지 -3.2 eV이고 삼중항 여기에너지 레벨이 1.6 내지 2.0 eV이다. 혼합층(152)은 제1 층(151)과 제2 층(153) 사이에 위치하며, 전술한 제1 전자수송물질과 제2 전자수송물질이 혼합된 층이다. 혼합층(152)은 제1 전자수송물질을 포함하여, 제1 발광층(140)으로부터 정공이 넘어오는 것을 블록하고 제1 발광층(140)에서 전자와 정공의 균형을 유지하여 차지 밸런스를 맞춰줄 수 있다. 또한, 혼합층(152)은 제2 전자수송물질을 포함하며, 전자의 주입을 향상시키고 소자의 구동전압을 낮출 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 유기전계발광소자는 높은 삼중항 여기에너지 레벨을 가지는 제1 전자수송물질과 높은 전자 이동도를 가지는 제2 전자수송물질을 포함하는 전자수송층을 형성함으로써, 전자수송층 내에 여러 에너지 레벨을 형성시켜 인접한 층으로부터 넘어오는 전하들의 장벽을 줄여 구동전압을 낮출 수 있는 이점이 있다. 또한, 높은 삼중항 여기에너지 레벨을 가지는 제1 전자수송물질을 포함하는 제1 층을 구비하여 소자의 효율을 증가시키고, 높은 전자 이동도를 가지는 제2 전자수송물질을 포함하는 제2 층을 구비하여 전자의 이동을 더욱 용이하게 하여 구동전압을 낮출 수 있는 이점이 있다.
도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 유기전계발광소자를 나타낸 도면이다. 하기에서는 전술한 제5 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 붙여 그 설명을 생략하기로 한다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 유기전계발광소자(100)는 양극(110)과 음극(220) 사이에 위치하는 복수의 발광부들(ST1, ST2, ST3) 및 복수의 발광부들(ST1, ST2, ST3) 사이에 위치하는 제1 전하생성층(160)과 제2 전하생성층(230)을 포함한다. 본 실시예에서는 양극(110)과 음극(220) 사이에 3개의 발광부들이 위치하는 것으로 도시하고 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며 양극(110)과 음극(220) 사이에 4개 또는 그 이상의 발광부들을 포함할 수도 있다.
보다 자세하게, 제1 발광부(ST1)는 하나의 발광소자 단위를 이루는 것으로, 제1 발광층(140)을 포함한다. 제1 발광층(140)은 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나의 색을 발광할 수 있으며, 본 실시예에서는 청색(blue)을 발광하는 청색 발광층일 수 있다. 상기 청색을 발광하는 발광층은 청색(blue) 발광층, 진청색(Dark Blue) 발광층, 또는 스카이 블루(Sky Blue) 발광층 중 하나일 수 있다.
상기 제1 발광부(ST1)는 양극(110)과 제1 발광층(140) 사이에 제1 정공주입층(120), 제1 정공수송층(130)을 더 포함한다. 그리고, 제1 발광부(ST1)는 제1 발광층(140) 상에 제1 전자수송층(150)을 더 포함한다. 상기 제1 전자수송층(150) 상에 전자주입층이 더 포함될 수 있다. 따라서, 양극(110) 상에 제1 정공주입층(120), 제1 정공수송층(130), 제1 발광층(140) 및 제1 전자수송층(150)을 포함하는 제1 발광부(ST1)를 구성한다. 상기 제1 정공주입층(120)과 전자수송층은 소자의 구조나 특성에 따라 제1 발광부(ST1)의 구성에 포함되지 않을 수 있다.
그리고, 상기 제1 발광부(ST1) 상에 제2 발광층(190)을 포함하는 제2 발광부(ST2)가 위치한다. 제2 발광층(190)은 적색, 녹색 및 청색 중 하나의 색을 발광할 수 있으며, 예를 들어 본 실시예에서는 옐로그린(yellow-green)또는 그린(green) 발광층일 수 있다. 옐로그린 발광층은 노란색(yellow)을 발광하는 발광층 또는 옐로그린 발광층과 그린(green)을 발광하는 발광층의 다층 구조로 이루어질 수 있다. 상기 제2 발광부(ST2)는 제1 전하생성층(160)과 상기 제2 발광층(190) 사이에 제2 정공주입층(170) 및 제2 정공수송층(180)을 더 포함하고, 제2 발광층(190) 상에 제2 전자수송층(200)을 더 포함한다. 그리고, 제2 전자수송층(200) 위에 전자주입층이 더 포함될 수 있다. 따라서, 제1 발광부(ST1) 상에 제2 정공주입층(170), 제2 정공수송층(180), 제2 발광층(190) 및 제2 전자수송층(200)을 포함하는 제2 발광부(ST2)를 구성한다. 상기 제2 정공주입층(170) 및 전자주입층은 소자의 구조나 특성에 따라 제2 발광부(ST2)의 구성에 포함되지 않을 수 있다.
상기 제1 발광부(ST1)와 상기 제2 발광부(ST2) 사이에 제1 전하생성층(160)이 위치한다. 제1 전하생성층(160)은 N형 전하생성층(160N)과 P형 전하생성층(160P)이 접합된 PN접합 전하생성층으로, 전하를 생성하거나 정공 및 전자로 분리하여 상기 각 발광층에 전하를 주입한다.
그리고, 상기 제2 발광부(ST2) 상에 제3 발광층(250)을 포함하는 제3 발광부(ST3)가 위치한다. 제3 발광층(250)은 적색, 녹색 및 청색 중 하나의 색을 발광할 수 있으며, 예를 들어 본 실시예에서는 청색(blue)을 발광하는 청색 발광층일 수 있다. 상기 청색을 발광하는 발광층은 청색(blue) 발광층, 진청색(Dark Blue) 발광층, 또는 스카이 블루(Sky Blue) 발광층 중 하나일 수 있다. 상기 제3 발광부(ST3)는 제2 전하생성층(230)과 상기 제3 발광층(250) 사이에 제3 정공수송층(240)을 더 포함하고, 제3 발광층(250) 상에 제3 전자수송층(260)과 전자주입층(210)을 더 포함한다. 그리고, 제3 정공수송층(240) 아래에 정공주입층이 더 포함될 수 있다. 따라서, 제2 전하생성층(230) 상에 제3 정공수송층(240), 제3 발광층(250), 제3 전자수송층(260) 및 전자주입층(210)을 포함하는 제3 발광부(ST3)를 구성한다. 제3 발광부(ST3) 상에는 음극(220)이 구비되어 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기전계발광소자를 구성한다. 상기 정공주입층, 전자주입층(210)은 소자의 구조나 특성에 따라 제3 발광부(ST3)의 구성에 포함되지 않을 수 있다.
그리고, 본 발명의 제6 실시예에 따른 유기전계발광소자(100) 중 제3 발광부(ST3)에 위치한 제3 전자수송층(260)은 전자의 수송을 원활하게 하는 역할을 한다. 제3 전자수송층(260)은 제3 발광층(250)에 인접한 제1 층(261), 제1 층(261) 상에 위치한 혼합층(262) 및 혼합층(262) 상에 위치한 제2 층(263)을 포함한다. 제1 층(261)은 삼중항 여기에너지 레벨(T1 Level)이 높은 특징을 가지는 제1 전자수송물질은 포함함으로써, 정공수송층으로부터 정공이 넘어오는 것을 블록하고 발광층에서 전자와 정공의 균형을 유지하여 차지 밸런스를 맞춰주는 역할을 할 수 있다. 제1 전자수송물질은 삼중항 여기에너지 레벨(T1 Level)이 2.6 내지 2.8 eV이다. 또한, 제1 전자수송물질은 HOMO 레벨이 -5.9 내지 -6.3 eV이며 LUMO 레벨(LUMO Level)이 -2.4 내지 -2.8 eV를 가진다. 제2 층(263)은 전자 이동도가 높은 특성을 가지는 제2 전자수송물질을 포함함으로써, 음극(220)으로부터 주입되는 전자의 주입을 향상시키고 소자의 구동전압을 낮추는 역할을 할 수 있다. 제2 전자수송물질은 전자 이동도(electron mobility)가 1×10-3 내지 1×10-5 ㎠/Vs 범위일 수 있다. 또한, 제2 전자수송물질은 HOMO 레벨이 -5.8 내지 -6.2 eV이며 LUMO 레벨이 -2.8 내지 -3.2 eV이고 삼중항 여기에너지 레벨이 1.6 내지 2.0 eV이다. 혼합층(262)은 제1 층(261)과 제2 층(262) 사이에 위치하며, 전술한 제1 전자수송물질과 제2 전자수송물질이 혼합된 층이다. 혼합층(262)은 제1 전자수송물질을 포함하여, 제3 발광층(250)으로부터 정공이 넘어오는 것을 블록하고 제3 발광층(250)에서 전자와 정공의 균형을 유지하여 차지 밸런스를 맞춰줄 수 있다. 또한, 혼합층(262)은 제2 전자수송물질을 포함하며, 전자의 주입을 향상시키고 소자의 구동전압을 낮출 수 있다.
또한, 본 발명의 제6 실시예에 따른 유기전계발광소자(100)는 제3 발광부(ST3)의 제3 전자수송층(260) 이외에 제1 발광부(ST1)의 제1 전자수송층(150)을 전술한 제3 전자수송층(260)과 동일하게 구성할 수 있다. 즉, 제1 발광부(ST1)의 제1 전자수송층(150)은 제1 전자수송물질을 포함하는 제1 층, 제1 전자수송물질과 제2 전자수송물질이 혼합된 혼합층 및 제2 전자수송물질을 포함하는 제2 층을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제1 전자수송층(150)은 제1 층, 혼합층 및 제2 층을 포함하는 단일층일 수 있다. 본 발명의 제1 전자수송물질과 제2 전자수송물질을 포함하는 3층 구조의 전자수송층은 청색을 발광하는 발광부라면 어느 발광부에도 적용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 유기전계발광소자는 높은 삼중항 여기에너지 레벨을 가지는 제1 전자수송물질과 높은 전자 이동도를 가지는 제2 전자수송물질을 포함하는 전자수송층을 형성함으로써, 전자수송층 내에 여러 에너지 레벨을 형성시켜 인접한 층으로부터 넘어오는 전하들의 장벽을 줄여 구동전압을 낮출 수 있는 이점이 있다. 또한, 높은 삼중항 여기에너지 레벨을 가지는 제1 전자수송물질을 포함하는 제1 층을 구비하여 소자의 효율을 증가시키고, 높은 전자 이동도를 가지는 제2 전자수송물질을 포함하는 제2 층을 구비하여 전자의 이동을 더욱 용이하게 하여 구동전압을 낮출 수 있는 이점이 있다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 유기전계발광소자의 에너지 밴드 다이어그램이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 유기전계발광소자는 호스트(Host)와 도펀트(Dopant)를 포함하는 발광층(EML), 전자수송층(ETL) 및 전자주입층(EIL)을 포함한다. 전자수송층(ETL)은 제1 전자수송물질을 포함하는 제1 층(ETL1)과 제2 전자수송물질을 포함하는 제2 층(ETL2) 및 제1 전자수송물질과 제2 전자수송물질이 혼합된 혼합층(Mixed ETL)을 포함한다.
제1 층(ETL1)에서 높은 삼중항 여기에너지 레벨을 가지는 제1 전자수송물질이 하나의 밴드갭을 형성하고, 제2 층(ETL2)에서 높은 전자 이동도를 가지는 제2 전자수송물질이 또 하나의 밴드갭을 형성한다. 혼합층(Mixed ETL)에서는 제1 전자수송물질과 제2 전자수송물질이 각각 밴드갭들을 형성한다. 인접한 전자주입층(EIL) 또는 음극으로부터 주입되는 캐리어(Carrier)들은 제2 층(ETL2)의 제2 전자수송물질의 밴드갭을 넘어 제2 층(ETL2)으로 쉽게 이동할 수 있다. 제2 층(ETL2)에 도달한 캐리어들은 혼합층(Mixed ETL)에서 형성된 동일한 제2 전자수송물질의 밴드갭을 타고 혼합층(Mixed ETL)으로 쉽게 이동하거나, 혼합층(Mixed ETL)에서 형성된 제1 전자수송물질의 밴드갭을 넘어 혼합층(Mixed ETL)으로 이동할 수 있다. 그리고 혼합층(Mixed ETL)에 도달한 캐리어들 중 제2 전자수송물질의 밴드갭에 존재하는 캐리어들은 제1 층(ETL1)에서 형성된 제1 전자수송물질의 밴드갭을 넘어 제1 층(ETL1)으로 이동하거나, 제1 전자수송물질의 밴드갭에 존재하는 캐리어들은 동일한 제1 전자수송물질의 밴드갭을 타고 제1 층(ETL1)으로 쉽게 이동할 수 있다. 즉, 제1 층(ETL1), 혼합층(Mixed ETL) 및 제2 층(ETL2)을 포함하는 전자수송층을 구비함으로써, 전자주입층 또는 음극으로부터 발광층으로 이동하는 캐리어들의 장벽을 줄여주어 캐리어의 이동을 원활하게 할 수 있다. 또한, 높은 삼중항 여기에너지 레벨(T1 Level)을 가지는 제1 전자수송물질로 인해 정공이 발광층(EML)에서 전자수송층(ETL)으로 넘어오는 것을 막아 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 높은 전자 이동도를 가지는 제2 전자수송물질로 인해 전자의 주입 능력이 향상되어 소자의 구동전압을 낮출 수 있다.
도 9는 본 발명의 유기전계발광소자의 전자수송층을 제조하는 공증착법을 모식화한 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 유기전계발광소자의 전자수송층은 공증착법(co-deposition method)으로 형성된다. 보다 자세하게, 제1 전자수송물질(ETL1)이 구비된 제1 증착원(S_ETL1)과 제2 전자수송물질(ETL2)이 구비된 제2 증착원(S_ETL2)이 챔버의 바닥에 구비되고, 발광층면이 증착원들을 향하도록 장착된 기판이 챔버의 상부에 구비된다. 기판이 챔버의 일 방향으로 이동하면 제1 증착원(S_ETL1)과 제2 증착원(S_ETL2)이 제1 전자수송물질과 제2 전자수송물질의 증착을 시작한다. 기판의 이동에 따라, 제1 증착원(S_ETL1)에서 증발되는 제1 전자수송물질(ETL1)이 기판에 증착되어 제1 층이 형성되고, 다음으로 제1 전자수송물질(ETL1)과 제2 전자수송물질(ETL2)이 동시에 증착되어 혼합층이 형성되고, 마지막으로 제2 증착원(S_ETL2)에서 증발되는 제2 전자수송물질(ETL2)이 증착되어 제2 층이 형성된다. 따라서, 본 발명의 제4 내지 제6 실시예에 따른 전자수송층이 제조된다.
반면, 제1 증착원(S_ETL1)과 제2 증착원(S_ETL2)의 간격을 줄이면, 기판에 제1 전자수송물질과 제2 전자수송물질이 모두 동시에 증착되도록 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 전자수송층이 제조될 수 있다. 그러므로, 본 발명에서는 증착원들의 간격을 조절하여 전자수송층을 다양한 구조로 형성할 수 있다.
이하, 본 발명의 유기전계발광소자를 제작한 실시예를 개시한다. 하기 전자수송층의 재료 등이 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
실험 1 : 전자수송층의 단일 재료 대비 혼합 재료에 따른 소자의 특성
<비교예 1>
기판 상에 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 건자주입층, 음극을 포함하는 소자를 구성하였다. 상기 발광층으로 청색 발광층으로 구성하고, 상기 전자수송층으로 옥사디아졸 화합물을 형성하였다. 상기 소자는 모노 소자로 구성하여 실험하였다.
<비교예 2>
전술한 비교예 1과 동일한 구성으로, 퀴놀린 화합물로 전자수송층을 형성하여 소자를 구성하였다.
<실시예 1>
전술한 비교예 1과 동일한 구성으로, 옥사디아졸 화합물과 퀴놀린 화합물을 혼합하여 전자수송층을 형성하여 소자를 구성하였다.
상기 비교예 1 및 실시예 1에서 전자수송층의 재료 등이 본 발명의 내용을 제한하는 것은 아니다.
전술한 비교예 1과 실시예 1에 따라 제조된 소자의 구동전압 및 발광효율을 하기 표 1에 나타내었고, 비교예 2와 실시예 1에 따라 제조된 소자의 구동전압 및 발광효율을 하기 표 2에 나타내었다. 하기 표 1에서는 비교예 1의 결과값을 100%로 보고 그에 따른 실시예 1의 결과값을 퍼센트로 표시하였고, 표 2에서는 비교예 2의 결과값을 100%로 보고 그에 따른 실시예 1의 결과값을 퍼센트로 표시하였다.
비교예 1 실시예 1
구동전압(V) 100% 58%
발광효율 100% 172%
비교예 2 실시예 1
구동전압(V) 100% 110%
발광효율 100% 121%
상기 표 1을 참조하면, 높은 삼중항 여기에너지 레벨을 가지는 재료로만 형성된 전자수송층을 구비한 비교예 1에 비해, 전하 이동도가 높은 재료가 더 혼합된 실시예 1의 소자가 구동전압이 낮아지고 발광효율이 72% 향상되었다. 또한, 상기 표 2를 참조하면, 높은 전하 이동도를 가지는 재료로만 형성된 전자수송층을 구비한 비교예 2에 비해, 높은 삼중항 여기에너지 레벨을 가지는 재료가 더 혼합된 실시예 1의 소자는 구동전압이 다소 상승하였지만 발광효율이 21% 향상되었다.
실험 2 : 전자수송층의 재료 비율에 따른 소자의 특성
<실시예 2>
전술한 실시예 1과 동일한 공정 조건 하에, 옥사디아졸 화합물과 퀴놀린 화합물을 7:3, 1:1, 3:7의 비율로 각각 다르게 혼합하여 전자수송층을 형성하여 소자를 제조하였다.
상기 실시예 2에서 전자수송층의 재료가 본 발명의 내용을 제한하는 것은 아니다.
전술한 실시예 2에 따라 전자수송층의 재료 혼합 비율에 따른 소자의 구동전압과 발광효율을 하기 표 3에 나타내었다. 또한, 구동전압에 따른 전류밀도를 측정하여 도 10에 나타내었고, 휘도에 따른 효율을 측정하여 도 11에 나타내었다. 또한, 실시예 2에 따라 전자수송층의 재료 혼합 비율이 각각 7:3과 3:7로 제조된 소자의 파장에 따른 발광세기를 측정하여 도 12에 나타내었고, 실시예 2에 따라 전자수송층의 재료 혼합 비율이 각각 1:1과 3:7로 제조된 소자의 파장에 따른 발광세기를 측정하여 도 13에 나타내었다. 하기 표 3에서는 1:1의 비율로 혼합된 소자의 결과값을 100%로 보고 그에 따른 7:3 및 3:7의 비율로 혼합된 소자의 결과값을 퍼센트로 표시하였다.

 전자수송층의 혼합 비율
7:3 1:1 3:7
구동전압(V) 141.3 100.0 89.1
발광효율 70.9 100.0 100.0
도 10 및 도 11, 상기 표 3을 참조하면, 발광효율은 1:1과 3:7의 혼합 비율이 동등하게 나타났고, 구동전압은 7:3의 혼합 비율에서 가장 낮게 나타났으며, 특히, 7:3의 혼합 비율에서 높은 구동전압과 낮은 발광효율을 나타냈다. 이를 통해, 저전압 및 고효율의 소자를 구현하기 위해, 전자 이동도가 높은 재료의 비율이 높은 삼중항 여기에너지 레벨을 가지는 재료 대비 1 이상의 비율로 혼합되어야 함을 알 수 있다.
그리고, 도 12 및 도 13에 나타낸 바와 같이, 청색을 발광하는 440nm 내지 480nm의 파장에서 3:7의 혼합 비율이 7:3의 혼합 비율보다 발광세기가 증가하였음을 알 수 있다. 따라서, 전자 이동도가 높은 재료의 비율이 높은 경우가 삼중항 여기에너지 레벨이 높은 재료의 경우보다 발광세기가 증가함을 알 수 있다.
실험 3: 전자수송층의 두께에 따른 유기전계발광소자의 특성
<실시예 3>
기판 상에 청색 발광층을 포함하는 제1 발광부, 전하생성층, 노란색 발광층을 포함하는 제2 발광부, 전하생성층 및 청색 발광층을 포함하는 제3 발광부를 형성하고, 음극을 형성하여 유기전계발광소자를 제조하였다. 여기서, 제3 발광부에 포함된 전자수송층은 옥사디아졸과 퀴놀린 화합물을 3:2로 혼합하여 250Å의 두께로 형성하였다.
상기 실시예 3에서 전자수송층의 재료나 발광층의 구성이 본 발명의 내용을 제한하는 것은 아니다.
전술한 실시예 3에 따른 유기전계발광소자에서 전자수송층의 두께를 250 및 300Å으로 달리하여, 각각 유기전계발광소자를 제작하고 이들의 구동전압과 발광효율을 측정하여 하기 표 4에 나타내었다. 또한, 구동전압에 따른 전류밀도를 측정하여 도 14에 나타내었고, 휘도에 따른 효율을 측정하여 도 15에 나타내었고, 파장에 따른 발광세기를 측정하여 도 16에 나타내었다. 하기 표 4에서는 전자수송층이 300Å의 두께로 형성된 소자의 결과값을 100%로 나타내었고 그에 따른 250Å의 두께로 형성된 소자의 결과값을 퍼센트로 표시하였다.

 전자수송층의 두께 (Å)
250 300
구동전압(V) 94.3 100.0
발광효율 97.4 100.0
도 14 및 도 15, 상기 표 4를 참조하면, 전자수송층의 두께가 300Å에서 250Å으로 감소함에 따라, 구동전압이 감소하였고 발광효율이 다소 감소하였다. 이를 통해, 전자수송층의 두께가 얇아지면 구동전압 측면에서 우수한 것을 확인하였다.
그리고 도 16에 나타낸 바와 같이, 청색을 발광하는 440nm 내지 480nm의 파장과 황색-녹색을 발광하는 510nm 내지 590nm의 파장에서 300Å으로 형성한 경우가 250 Å으로 형성한 경우보다 발광세기가 증가하였음을 알 수 있다.
실험 4: 전자수송층의 혼합 재료에 따른 유기전계발광소자의 특성
<실시예 4>
전술한 실시예 3과 동일한 구성으로, 전자수송층으로 옥사디아졸 화합물과 퀴놀린 화합물을 1:1로 혼합하여 유기전계발광소자를 제작하였다.
<실시예 5>
전술한 실시예 4와 동일한 구성으로, 전자수송층으로 카바졸 화합물과 퀴놀린 화합물을 1:1로 혼합하여 유기전계발광소자를 제작하였다.
상기 실시예 4 및 실시예 5에서 전자수송층의 재료나 발광층의 구성이 본 발명의 내용을 제한하는 것은 아니다.
전술한 실시예 4 및 5에 따라 제조된 유기전계발광소자의 구동전압, R, G, B, W 색의 수명, 발광효율 및 양자효율을 측정하여 하기 표 5에 나타내었다. 또한, 구동전압에 따른 전류밀도를 측정하여 도 17에 나타내었고, 휘도에 따른 효율을 측정하여 도 18에 나타내었고, 파장에 따른 발광세기를 측정하여 도 19에 나타내었다. 하기 표 5에서는 실시예 4의 소자 결과값을 100%로 나타내었고 그에 따른 실시예 5의 소자 결과값을 퍼센트로 표시하였다.
실시예 4 실시예 5
구동전압(%)
 Vpeak 100 97.7
V(10mA/㎠) 100 98.3

수명(T95)(%)

 R 100 101.6
G 100 98.7
B 100 72.5
W 100 94.0
특성(%)
 발광효율(Cd/A) 100 100.2
양자효율(%) 100 100.3
도 17 및 도 18, 상기 표 5를 참조하면, 비슷한 특성을 가진 재료를 사용한 실시예 4와 5에 따른 소자는 수명 및 효율이 동등 수준을 나타내었다.
그리고 도 19에 나타낸 바와 같이, 청색을 발광하는 440nm 내지 480nm의 파장과 황색-녹색을 발광하는 510nm 내지 590nm의 파장에서 발광세기가 동등한 수준임을 알 수 있다.
실험 5: 전자수송층의 각 층의 두께에 따른 유기전계발광소자의 특성
<실시예 6>
전술한 실시예 2와 동일한 구성으로, 전자수송층으로 옥사디아졸 화합물과 퀴놀린 화합물을 1:1로 혼합하여 유기전계발광소자를 제작하였다.
<실시예 7>
전술한 실시예 6과 동일한 구성으로, 전자수송층의 제1 층으로 옥사디아졸 화합물을 50Å의 두께로 형성하고, 전자수송층의 혼합층으로 옥사디아졸과 퀴놀린 화합물을 1:1로 혼합하여 200Å의 두께로 형성하고, 전자수송층의 제2 층으로 퀴놀린 화합물을 50Å의 두께로 형성하여 유기전계발광소자를 제작하였다.
<실시예 8>
전술한 실시예 7과 동일한 구성으로, 전자수송층의 제1 층으로 옥사디아졸 화합물을 100Å의 두께로 형성하고, 전자수송층의 혼합층으로 옥사디아졸과 퀴놀린 화합물을 1:1로 혼합하여 100Å의 두께로 형성하고, 전자수송층의 제2 층으로 퀴놀린 화합물을 100Å의 두께로 형성하여 유기전계발광소자를 제작하였다.
<실시예 9>
전술한 실시예 7과 동일한 구성으로, 전자수송층의 제1 층으로 옥사디아졸 화합물을 50Å의 두께로 형성하고, 전자수송층의 혼합층으로 옥사디아졸과 퀴놀린 화합물을 1:1로 혼합하여 150Å의 두께로 형성하고, 전자수송층의 제2 층으로 퀴놀린 화합물을 100Å의 두께로 형성하여 유기전계발광소자를 제작하였다.
<실시예 10>
전술한 실시예 7과 동일한 구성으로, 전자수송층의 제1 층으로 옥사디아졸 화합물을 100Å의 두께로 형성하고, 전자수송층의 혼합층으로 옥사디아졸과 퀴놀린 화합물을 1:1로 혼합하여 150Å의 두께로 형성하고, 전자수송층의 제2 층으로 퀴놀린 화합물을 50Å의 두께로 형성하여 유기전계발광소자를 제작하였다.
전술한 실시예 6 및 10에 따라 제조된 유기전계발광소자의 구동전압, 발광효율 및 수명을 측정하여 하기 표 6에 나타내었다. 하기 표 6에서는 실시예 6의 소자 결과값을 100%로 나타내었고 그에 따른 실시예 7 내지 10의 소자 결과값을 퍼센트로 표시하였다.
실시예 6 실시예 7 실시예 8 실시예 9 실시예 10
구동전압(%) 100 95 100 91 98
효율(%) 100 103 95 105 104
수명(%) 100 102 90 118 105
상기 표 6을 참조하면, 300Å의 단일층으로 혼합된 전자수송층을 형성한 실시예 6에 비해, 50Å의 제1 층, 200Å의 혼합층 및 50Å의 제2 층으로 전자수송층을 형성한 실시예 7은 구동전압이 5% 감소하였고 효율이 3% 증가하였고 수명이 2% 증가하였다. 100Å의 제1 층, 100Å의 혼합층 및 100Å의 제2 층으로 전자수송층을 형성한 실시예 8은 구동전압이 동등하였고 효율이 5% 감소하였고 수명이 10% 감소하였다. 50Å의 제1 층, 150Å의 혼합층 및 100Å의 제2 층으로 전자수송층을 형성한 실시예 9는 구동전압이 9% 감소하였고, 효율이 5% 증가하였고 수명이 18% 증가하였다. 100Å의 제1 층, 150Å의 혼합층 및 50Å의 제2 층으로 전자수송층을 형성한 실시예 10은 구동전압이 2% 감소하였고 효율이 4% 증가하였고 수명이 5% 증가하였다.
실시예 8을 제외하고는 실시예 6에 비해 구동전압이 감소하였고 실시예 7, 실시예 9 및 실시예 10의 효율과 수명이 증가하였다. 이 결과를 통해 전자수송층의 혼합층이 100Å 이하면 소자의 효율과 수명이 감소되었고, 전자수송층의 혼합층이 150Å 이상이 바람직한 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 9가 우수한 효과를 나타내어, 50Å의 제1 층, 150Å의 혼합층 및 100Å의 제2 층으로 이루어진 전자수송층이 가장 바람직한 것을 알 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 유기전계발광소자는 높은 삼중항 여기에너지 레벨을 가지는 제1 전자수송물질과 높은 전자 이동도를 가지는 제2 전자수송물질을 포함하는 전자수송층을 형성함으로써, 전자수송층 내에 여러 에너지 레벨을 형성시켜 인접한 층으로부터 넘어오는 전하들의 장벽을 줄여 구동전압을 낮출 수 있는 이점이 있다. 또한, 높은 삼중항 여기에너지 레벨을 가지는 제1 전자수송물질을 포함하는 제1 층을 구비하여 소자의 효율을 증가시키고, 높은 전자 이동도를 가지는 제2 전자수송물질을 포함하는 제2 층을 구비하여 전자의 이동을 더욱 용이하게 하여 구동전압을 낮출 수 있는 이점이 있다.
또한, 높은 전자이동도를 가지는 제2 전자수송물질의 비율이 높은 삼중항 여기에너지 레벨을 가지는 제1 전자수송물질의 비율보다 같거나 크게 구성함으로써 구동전압을 낮출 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 유기전계발광소자 20 : 양극
30 : 정공주입층 40 : 정공수송층
50 : 발광층 60 : 전자수송층
70 : 전자주입층 80 : 음극

Claims (24)

  1. 양극과 음극 사이에 있으며, 발광층 및 전자수송층을 포함하는 유기전계발광소자에 있어서,
    상기 전자수송층은 상기 발광층에서 상기 전자수송층으로 정공의 이동을 막는 제1 전자수송물질 및 상기 발광층으로 전자의 이동을 돕는 제2 전자수송물질을 포함하며, 상기 제1 전자수송물질은 상기 제2 전자수송물질보다 삼중항 여기에너지 레벨이 높고 전자 이동도는 낮은 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전자수송층은 단일층인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 전자수송층은 제1층, 혼합층 및 제2 층이 적층된 3층을 포함하는 단일층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1층은 상기 제1 전자수송물질을 포함하고, 상기 혼합층은 상기 제1 전자수송물질과 상기 제2 전자수송물질을 포함하고, 상기 제2 층은 상기 제2 전자수송물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  5. 제2 항 또는 제4 항에 있어서,
    상기 제1 전자수송물질의 삼중항 여기에너지 레벨은 2.6 내지 2.8 eV이고, 상기 제2 전자수송물질의 삼중항 여기에너지 레벨은 1.6 내지 2.0 eV인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  6. 제2 항 또는 제4 항에 있어서,
    상기 제2 전자수송물질의 전자 이동도는 1×10-3 내지 1×10-5 ㎠/Vs 범위인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  7. 제2 항 또는 제4 항에 있어서,
    상기 제1 전자수송물질과 상기 제2 전자수송물질의 합에 대해 상기 제1 전자수송물질은 30 내지 50%의 비율로 구성하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  8. 제2 항 또는 제4 항에 있어서,
    상기 제1 전자수송물질의 비율은 상기 제2 전자수송물질의 비율보다 같거나 작은 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 전자수송층의 두께는 50 내지 450Å인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  10. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 층 및 상기 제2 층의 각각의 두께는 상기 혼합층의 두께 대비 25 내지 100%이고, 상기 혼합층의 두께는 150 내지 200 Å인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전자수송물질은 상기 발광층에 가깝게 위치하여, 상기 발광층에서 상기 전자수송층으로 상기 정공의 이동을 막는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 전자수송물질은 상기 음극에 가깝게 위치하여, 상기 발광층으로의 상기 전자의 이동을 돕는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전자수송물질과 상기 제2 전자수송물질에 의해 상기 발광층의 전하 균형을 조절하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  14. 양극과 음극 사이에 위치하는 적어도 하나 이상의 발광부; 및
    상기 적어도 하나 이상의 발광부와 상기 음극 사이에 위치하는 전자수송층을 포함하며,
    상기 전자수송층은 제1 전자수송물질 및 제2 전자수송물질을 포함하는 단일층으로 구성한 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 단일층은 제1 전자수송물질을 포함하는 제1층, 상기 제1 전자수송물질과 제2 전자수송물질을 포함하는 혼합층 및 상기 제2 전자수송물질을 포함하는 제2 층이 적층된 3층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 전자수송물질과 상기 제2 전자수송물질의 삼중항 여기에너지 레벨 또는 전자이동도가 서로 다른 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 전자수송물질의 삼중항 여기 에너지 레벨은 상기 제2 전자수송물질의 삼중항 여기 에너지 레벨보다 높은 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 전자수송물질의 삼중항 여기에너지 레벨은 2.6 내지 2.8 eV이고, 상기 제2 전자수송물질의 삼중항 여기에너지 레벨은 1.6 내지 2.0 eV인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  19. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 전자수송물질의 전자이동도는 상기 제2 전자수송물질의 전자이동도보다 낮은 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 제2 전자수송물질의 전자 이동도는 1×10-3 내지 1×10-5 ㎠/Vs 범위인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  21. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 전자수송물질과 상기 제2 전자수송물질의 합에 대해 상기 제1 전자수송물질은 30 내지 50%의 비율로 구성하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  22. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 전자수송물질의 비율은 상기 제2 전자수송물질의 비율보다 같거나 작은 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  23. 제15 항에 있어서,
    상기 전자수송층의 두께는 50 내지 450Å인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  24. 제23 항에 있어서,
    상기 제1 층 및 상기 제2 층의 각각의 두께는 상기 혼합층의 두께 대비 25 내지 100%이고, 상기 혼합층의 두께는 150 내지 200 Å인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
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