KR100277485B1 - 색조정이가능한유기전기발광소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 색 조정이 가능한 유기전기발광소자에 관한 것으로, 양극 투명전극, 정공수송층, 유기발광/전자수송층 및 전자주입전극을 포함하는 유기전기발광소자에 있어서, 상기 정공수송층이 트리페닐아민을 도데실벤젠설폰산 또는 캠포설폰산으로 도핑시켜 제조된 트리페닐아민염 및 폴리(에테르 이미드)로 이루어지고, 상기 유기발광/전자수송층이 트리스(8-하이드록시퀴놀리놀라토) 알루미늄으로 이루어진 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 유기전기발광소자는 폴리(에테르 이미드)와 트리페닐아민염의 혼합 중량비를 조절함으로써 발광빛을 녹색에서 황색으로 변화시킬 수 있다.

Description

색조정이 가능한 유기전기발광소자{ORGANIC LIGHT-EMITTING DIODE CAPABLE OF COLOR TUNING}
본 발명은 색조정이 가능한 유기전기발광소자에 관한 것이다.
유기물질을 사용한 발광소자(light-emitting device: LED)를 개발하는데 있어 색조정(color tuning)을 위하여 특정 빛깔을 발하는 발광체 합성을 시도해왔다. 이 경우, 특정물질을 공중합상태 또는 유도체 상태로 합성하여 특정 빛깔의 유기 발광체를 얻을 수 있다. 그러나, 유기전기발광소자는 일반적으로 다층박막으로 제작되기 때문에 상기와 같이 제조된 특정 빛깔의 유기 발광체를 사용하여 발광시키면, 각 층과의 띠어울림 및 각 층의 전하이동도(charge carrier mobility)에 따라 전기발광 특성이 달라지므로 실제로 원하는 발색을 얻기 어려운 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 정공수송체로 사용되는 물질 및 조성을 조절함으로써 녹색빛을 발하는 발광층과의 이성접합(heterojunction)을 통한 밴드 매칭(band matching)을 통하여 발광색을 녹색에서 황색으로 변화시킨 유기발광소자를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유기전기발광소자의 구조를 나타내고;
도 2는 폴리(에테르 이미드)와 트리페닐아민염과의 혼합 중량비에 따른 전기발광스펙트럼을 나타내고(도 2a: 95:5, 도 2b: 90:10);
도 3은 폴리(에테르 이미드)와 트리페닐아민염과의 혼합 중량비에 따른 전압-전기발광 특성을 나타내며(도 3a: 95:5, 도 3b: 90:10);
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유기전기발광소자의 발광 사진이다(4a: 11볼트, 4b: 12볼트, 4c: 13볼트, 4d: 14볼트).
*<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 평판 유리 2 : ITO층
3 : 정공수송물질/폴리이미드 박막 4 : 발광 및 전자수송층
5 : 음극금속전극
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 양극 투명전극, 정공수송층, 유기발광/전자수송층 및 전자주입전극을 포함하는 유기전기발광소자에 있어서, 상기 정공수송층이 트리페닐아민을 도데실벤젠설폰산 또는 캠포설폰산으로 도핑시켜 제조된 트리페닐아민염 및 폴리(에테르 이미드)로 이루어지고, 상기 유기발광/전자수송층이 트리스(8-하이드록시퀴놀리놀라토) 알루미늄으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 유기전기발광소자를 제공한다.
이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 유기전기발광소자는 다음과 같이 네가지의 구성요소를 포함한다. 첫째는 ITO(Indium Tin Oxide)-유리를 적절한 모양으로 에칭하여 제작한 양극 투명전극 기판이다. 둘째는 고분자 호스트물질에 게스트인 정공수송물질이 분산되어 있는 정공전달층이다. 셋째는 유기 발광 및 전자수송 역할을 동시에 하는 물질을 증착시켜 제조한 유기발광/전자수송층이다. 넷째는 금속 전극을 증착하여 제조한 전자주입전극이다.
유기전기 발광소자의 정공수송층의 제조시에는 안정성을 유지하기 위하여 고분자를 호스트(Host)로 하는 호스트-게스트(Host-Guest) 구조를 사용하고 있다. 일반적으로는, 호스트 물질로는 열적, 구조적 안정성을 가지는 고분자(예, 폴리이미드)를 매트릭스로 사용하고, 정공수송물질을 게스트로 사용하여 혼합하여 습식공정(예, 스핀 코팅 등)을 통하여 정공수송층을 제작할 수 있다.
본 발명의 특징은 상기 정공수송층에 호스트로서 하기 화학식 1의 반복단위를 갖는 가용성 폴리(에테르 이미드)를 사용하고, 정공전달물질로서 트리페닐아민염을 사용하는데 있다. 이때, 트리페닐아민염 형태는 내부에 새로운 띠가 생성되므로 이성접합에 의한 다이오드 형태의 밴드 매칭에서 에너지 차이(energy gap)의 변화를 발생시키고, 동시에 라디칼 양이온이 발생되어 정공수송층이 p-형 박막의 특성을 부여함으로서 p-n 접합 형태의 소자구조를 이루게 된다.
Figure pat00001
상기 폴리(에테르이미드)의 유리전이 온도는 250℃이상, 분자량은 30,000 이상인 것이 바람직하다.
정공수송 물질로는 트리페닐아민염이 사용될 수 있는데, 특히, 하기 화학식 2의 도데실벤젠설폰산(DBSA), 캠포설폰산(CSA) 등으로 도핑된 트리페닐아민염이 바람직하다. 여기서 도핑물질은 완전 도포된(full doped) 상태이다.
Figure pat00002
상기 폴리(에테르 이미드)와 트리페닐아민염은 중량비가 95:5 내지 50:50가 되도록 혼합한다. 혼합물을 0.5 내지 2 중량%의 농도로 용매에 분산시켜 코팅 용액을 제조한다. 이때 용매로는 클로로포름, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 디메틸아세트아미드(DMAC) 등이 사용될 수 있으며, 이중 클로로포름이 바람직하다.
폴리이미드에 분산시킨 정공수송물질 용액을 ITO-유리 투명전극 위에 3000 내지 6000 rpm으로 1 내지 3 분 동안 스핀코팅시키고, 50 내지 80 ℃에서 30분 내지 1 시간 동안 건조시켜 정공수송층을 제조한다.
본 발명의 유기발광/전자수송층은 하기 화학식 3의 트리스(8-하이드록시퀴놀리놀라토) 알루미늄(Alq3)을 진공증착시켜 제조할 수 있다.
Figure pat00003
상기 유기발광층이 코팅된 기판을 진공 챔버에 넣고, 유기 박막 위에 알루미늄 등의 음극 금속을 증착하여 유기전기발광소자를 제조한다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 단 본 발명의 범위가 하기 실시예만으로 한정되는 것은 아니다.
실시예
먼저, 폴리(에테르 이미드)와 DBSA가 도핑된 트리페닐아민염을 90:10의 중량비로 혼합하였다. 상기 혼합물의 농도가 0.5 중량%가 되도록 클로로포름에 용해시켜 제조된 용액을 ITO-유리 투명전극 위에 5000 rpm 으로 90초 동안 스핀코팅시키고, 60℃에서 1 시간 동안 건조시켜 정공수송층을 제조하였다.
상기 정공수송층 위에 트리스(8-하이드록시퀴놀리놀라토) 알루미늄을 진공증착한 후, 유기박막위에 음극인 알루미늄 전극을 진공증착하였다. 상기와 같이 제조한 본 발명의 유기전기발광소자의 구조를 도 1에 나타내었다.
도 2는 폴리(에테르 이미드)와 트리페닐아민염과의 혼합 중량비에 따른 전기발광스펙트럼을 나타낸다(도 2a: 95:5, 도 2b: 90:10). 전압에 증가함에 따라 전기발광스펙트럼의 진동자 강도(oscillator strength, 인가전압별 전기발광스펙트럼의 면적으로 계산할 수 있음) 값이 증가함을 확인할 수 있었으며 이는 정공-전자의 재결합이 활발하게 이루어진다는 것을 나타낸다. 혼합비에 따른 발광특성의 경우 도면 2b의 90:10인 경우가 최상의 특성을 갖고 있으며, 발광 파장 영역은 450㎚ 내지 700㎚이고, 피크 위치는 540 및 655㎚였다.
도 3은 폴리(에테르 이미드)와 트리페닐아민염과의 혼합 중량비에 따른 전압-전기발광 특성을 나타내며(도 3a: 95:5, 도 3b: 90:10), 약 11V에서 전기발광에 필요한 전류가 주입되면서 정공-전자 재결합에 의한 전기 발광 현상이 이루어짐을 보이고 있으며 이는 전형적인 발광 다이오드 특성을 나타내고 있는데, 이는 저전압, 고효율의 발광소자 개발에 필수적이다. 여기서, 혼합비 90:10의 경우가 인가전압에 따른 발광특성이 우수함을 알 수 있다.
도 4는 폴리(에테르 이미드)와 트리페닐아민염과의 혼합 중량비가 90:10인 경우의 인가전압별 발광소자의 발광현상을 비디오 촬영한 도면으로서 발광된 빛은 황색이었다(4a: 11볼트, 4b: 12볼트, 4c: 13볼트, 4d: 14볼트). 여기서, 14V에서 700 Cd/㎡ 이상의 절대 밝기를 나타내었다.
본 발명의 유기전기발광소자는 정공수송층이 고분자 매트릭스에 분산된 트리페닐아민염으로 이루어짐으로써, 특정 빛깔의 유기발광체를 새로 합성하지 않아도 기존의 발광체를 이용하여 적색에서 청색까지 다양한 빛깔의 유기발광소자를 제작할 수 있다. 또한, 본 발명의 유기발광소자는 다양한 광전자 소자 개발에 사용가능하다.

Claims (2)

  1. 양극 투명전극, 정공수송층, 유기발광/전자수송층 및 전자주입전극을 포함하는 유기전기발광소자에 있어서, 상기 정공수송층이 트리페닐아민을 도데실벤젠설폰산 또는 캠포설폰산으로 도핑시켜 제조된 트리페닐아민염 및 폴리(에테르 이미드)로 이루어지고, 상기 유기발광/전자수송층이 트리스(8-하이드록시퀴놀리놀라토) 알루미늄으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 유기전기발광소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 정공수송층이, 폴리(에테르 이미드) 및 트리페닐아민염을 95:5 내지 50:50의 중량비로 혼합하고, 제조된 혼합물을 유기용매에 0.5 내지 2 중량%의 농도로 용해시켜 코팅 용액을 얻고, 제조된 코팅 용액을 양극투명전극상에 코팅시켜 제조된 것임을 특징으로 하는 유기전기발광소자.
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