KR100261540B1 - 안정성이 향상된 저전압 구동 유기발광소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 안정성이 향상된 저전압 구동 유기발광소자에 관한 것으로, 상세하게는 양극 전극, 정공수송층, 발광/전자수송층 및 음극을 포함하는 유기발광소자에 있어서, 상기 정공수송층이 유기술폰산으로 도핑된 폴리아닐린과 폴리에테르이미드의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

안정성이 향상된 저전압 구동 유기발광소자
본 발명은 안정성이 향상된 저전압 구동 유기발광소자에 관한 것이다.
종래에는 소자의 저전압 구동을 위해 정공수송층에는 전도성 고분자가 도입된 바 있는데, 전도성 고분자의 전도도를 증가시키기 위해 이 고분자의 산화형태인 염의 형태로 적용되고 있다. 이러한 정공수송층의 제조에는 전도성 고분자 염을 특정 용매에 용해시킨 후 습식법에 따라 기판위에 코팅하는 방법이 사용되고 있다.
그러나 상기 전도성 고분자의 염만으로 제조된 박막은 이 고분자 염의 특성으로 인해 박막의 균일성이 매우 저조하여 이러한 박막이 정공수송층으로 포함된 소자는 안정성이 저하되고 수명을 단축되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 안정성이 향상된 저전압 구동 유기발광소자를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 유기발광소자의 구조를 나타내고,
도 2는 본 발명의 유기발광소자의 인가전압에 따른 전류의 변화를 나타내고,
도 3은 본 발명의 유기발광소자의 인가전압에 따른 전기발광강도의 변화를 나타내고,
도 4는 본 발명의 유기발광소자의 인가전압에 따른 전기발광 스펙트럼을 나타내고,
도 5는 본 발명의 유기발광소자의 인가전압에 따른 517㎚ 파장에서의 전기발광강도를 나타내고,
도 6a, 6b, 6c 및 6d는 본 발명의 유기발광소자의 구동 모습을 나타내는 사진이다.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
a: 유리 기판 b: ITO 양극
c: 정공수송층 d: 발광/전자수송층 e: 음극
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 양극 전극, 정공수송층, 발광/전자수송층 및 음극을 포함하는 유기발광소자에 있어서, 상기 정공수송층이 유기술폰산으로 도핑된 폴리아닐린과 폴리에테르이미드의 혼합물로 이루어진 박막인 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 유기발광소자에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에서의 유기발광소자는 유기술폰산으로 도핑된 폴리아닐린을 폴리에테르이미드에 분산시켜 제조한 용액을 양극 투명 전극에 코팅하고 건조시켜 정공수송층 박막을 형성시킨 다음, 그 위에 전자 전달 및 발광층 역할을 하는 박막을 진공 증착시킨 후, 음극 금속층을 적층하여 제조할 수 있다.
본 발명의 발광소자에서, 양극 투명전극으로는 통상의 ITO(Indium Tin Oxide)-유리 기판을 사용한다.
정공수송층을 형성하는 정공수송 물질로 사용되는 도핑된 폴리아닐린은, 용매존재하에 도핑물질을 하기 구조식(I)의 반복단위를 갖는 폴리아닐린-에머랄딘 베이스(polyaniline-emeraldine base(PANI-EB))에 도핑시켜 제조한다.
Figure kpo00000
상기 용매로는 클로로포름, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 디메틸아세트아미드(DMAc), 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸설폭사이드(DMSO), 테트라하이드로푸란(THF) 등이 있으며, 도핑물질로는 도데실벤젠술폰산(DBSA), 캠포 술폰산(CSA)((+) 및 (-)형), 벤젠술폰산, p-톨루엔술폰산(PTSA), 5-설포살리실산(SSA) 등와 같은 유기술폰산이 있고, 이들의 구조식은 각각 다음과 같다.
Figure kpo00001
Figure kpo00002
Figure kpo00003
Figure kpo00004
Figure kpo00005
Figure kpo00006
본 발명에서는 하기 구조식(II)의 반복단위를 갖는 도데실벤젠술폰산으로 도핑된 폴리아닐린을 정공수송 물질로 사용하는 것이 바람직하다.
Figure kpo00007
본 발명의 발광소자에서, 정공수송 물질을 분산시키는데 사용되는 내열성 고분자인 폴리에테르이미드는 하기 구조식(III)의 반복단위를 가진다.
Figure kpo00008
본 발명에 따르면, 도핑된 폴리아닐린은 폴리에테르이미드에 용매를 사용하여 무게비 20 : 80 내지 50 : 50로 분산된다. 무게비가 20 : 80 미만이면 전도성 및 정공수송능력이 거의 없고, 50 : 50 를 초과하면 도핑된 폴리아닐린만을 사용한 경우와 같으므로 열안정성이 낮아서 바람직하지 않다.
상기 도핑된 폴리아닐린/폴리에테르이미드 혼합물은 0.5 내지 1.0 중량%의 농도로 용매에 분산시키며, 이때 사용되는 용매로는 클로로포름, ( 사용가능한 용매를 알려주십시오 )가 있으며, 클로로포름이 바람직하다.
도핑된 폴리아닐린/폴리에테르이미드 용액은 통상의 방법에 의해 양극 투명전극위에 4,000 내지 6,000 rpm에서 1 내지 2 분 동안 스핀코팅시킨다. 코팅된 박막을 40 내지 90℃에서 30분 이상 건조시켜 정공수송층을 형성시킬 수 있다.
이어서, 상기와 같이 코팅된 기판을 진공 챔버 중에서 0.02 내지 0.03 ㎚/sec의 속도로 전자 전달 및 발광 기능을 가진 유기금속 발광물질을 진공증착시켜 발광/전자수송층을 형성시킨다. 상기 유기금속 발광물질로는 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄(Alq3), 비스(8-퀴놀리나토)아연(II), 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄 등이 있으며, Alq3가 가장 바람직하다.
이어서 상기 발광/전자수송층위에 0.5 내지 1 ㎚/sec의 속도로 금속을 진공증착시켜 최종 금속층의 두께가 300㎚ 이상이 되도록 한다. 이때 금속으로는 알루미늄, 은, 칼슘, 마그네슘, 구리 및 이들 금속들의 합금을 사용할 수 있다.
이와 같이 제작된 유기발광소자의 구조는 도 1과 같이, 유리기판(a), ITO 양극층(b), 정공수송층(c), 발광/전자수송층(d) 및 음극(e)으로 이루어진다.
이하 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명하나, 본 발명의 내용이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
미리 준비한 유리-ITO 기판위에 PANI-DBSA를 PEI에 클로로포를을 사용하여 무게비 50:50(PANI-DBSA:PEI)으로 분산시킨 용액(고형분 약 0.5 중량% 함유)을 5,000 rpm에서 90 초동안 스핀-코팅한 후, 60 ℃에서 1시간 동안 건소시켰다.
이 박막을 진공 챔버에 넣고 Alq3를 5x10-6torr에서 두께 10 ㎚로 진공증착하고, 이어서 Alq3 진공증착 박막에 알루미늄을 5x10-6torr에서 진공증착하여 최종두께 400 ㎚인 유기발광소자를 제작하였다.
상기와 같이 제작한 유기발광소자의 구동시 전압인가에 따른 전류의 변화를 살펴보았으며, 그 결과는 도 2에 나타내었다. 도 2에서 6 volt 미만인 경우에는 전류 주입이 일어나지 않으므로 도시되지 않았다. 도 2에서 보듯이 약 6 volt에서 전기 발광에 필요한 전류가 주입됨을 알 수 있으며, 전압을 인가하자마자 누설전류(leakage current)가 점진적으로 증가하다가 약 6 volt부터 전류가 급격히 증가하는 전형적인 다이오드 특성이 나타났다.
또한, 상기에서 제조한 소자의 구동시 인가 전압에 따른 전기발광강도의 변화를 살펴보았으며, 그 결과는 도 3에 나타내었다. 여기에서 보듯이 인가 전압에 따른 전기발광강도의 변화는 상기한 전압인가에 따른 전류의 변화와 일치하며, 6 volt가 켜짐 전압임을 알 수 있다. 이는 저전압, 고효율 발광소자의 개발에 필수적인 것으로, 전도성 고분자를 사용하지 않는 경우의 켜짐전압 8 volt에 비해 구동전압이 현저하게 저하된 것이다.
상기에서 제조한 소자의 직류전압(6, 7, 8, 및 9 volt)의 인가에 따른 전기발광 스펙트럼의 변화를 살펴보았으며, 그 결과는 도 4에 나타내었다. 여기에서 보듯이 517㎚ 파장에서 최대피크가 관찰되었다. 또한 전압의 증가에 따른 전기발광 스펙트럼의 진동자 세기(oscillator strength; 인가전압별 전기발광 스펙트럼의 면적으로 계산함) 값의 증가는 도 3에서의 발광강도 증가율과 일치하는데, 이로부터 상기 소자는 정공과 전자의 재결합에 의한 발광 과정에서 불필요한 일손실이 적음을 알 수 있다.
또한 직류전압의 인가에 따른 517㎚ 파장에서의 전기발광강도의 변화를 살펴보았으며, 그 결과는 도 5에 나타내었다. 여기에서 보듯이 전압 증가에 따른 전기발광광도의 증가는 도 2와 도 3의 결과와 거의 일치하였는데, 이로부터 상기한 바와 같이 본 발명의 소자는 발광 과정에서 불필요한 일손실을 최소화시켰음을 알 수 있다.
상기와 같이 제작한 소자의 구동 모습을 살펴보기 위하여 전압 6, 7, 8 및 9 volt를 인가한 경우의 전기발광 모습을 관찰하였으며 그 결과는 각각 도 6a, 6b, 6c 및 6d에 나타내었다. 9 volt에서의 발광강도는 1000Cd/㎡ 이상의 절대밝기를 가진다.
본 발명의 유기발광소자는 정공수송층이 도핑된 전도성 고분자를 포함함으로써 구동전압이 저하되고, 가용성 폴리이미드를 사용함으로써 박막의 특성이 향상된다. 따라서 본 발명의 소자는 저전압 구동 소자이며 안정하고 수명이 길다.
본 발명은 유기발광소자 뿐 아니라 전계효과 트랜지스터와 같은 광전자소자 제작에도 활용될 수 있다.

Claims (5)

  1. 양극 전극, 정공수송층, 발광/전자수송층 및 음극을 포함하는 유기발광소자에 있어서, 상기 정공수송층이 유기술폰산으로 도핑된 폴리아닐린과 폴리에테르이미드의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 유기발광소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기술폰산이 도데실벤젠술폰산, 캠포 술폰산, 벤젠술폰산, p-톨루엔술폰산, 및 5-설포살리실산으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리아닐린이 하기 구조식 (I)의 반복단위를 갖는 폴리아닐린이고, 폴리에테르이미드가 하기 구조식 (III)의 반복단위를 갖는 폴리에테르이미드인 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
    화학식 1
    Figure kpo00009
    화학식 9
    Figure kpo00010
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 도핑된 폴리아닐린과 폴리에테르이미드가 20 : 80 내지 50 : 50의 무게비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 정공 수송층이 도핑된 폴리아닐린과 폴리에테르이미드의 혼합물을 0.5 내지 1.0 중량% 농도로 용매에 분산시켜 얻은 용액을 코팅시켜 형성된 것임을 특징으로 하는 유기발광소자.
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