KR100320455B1 - 유기이엘(el)소자 - Google Patents

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KR100320455B1
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Abstract

유기 EL 소자(Organic Electroluminescent Device)에 관한 것으로, 유기적층막과 제 2 전극 사이에 제 1 층과 제 2 층으로 이루어진 2중층이나 또는 이들 제 1 층과 제 2 층이 혼합된 혼합층을 형성함으로써, 높은 효율과 동시에 긴 수명을 갖는다. 여기서, 제 1층은 하기 화학식 1의 구조를 갖는 화합물로 이루어지거나 적어도 하나의 포르피리닉 화합물로 이루어지고, 제 2층은 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 이들의 화합물 중 적어도 하나로 이루어진다.
화학식 1

Description

유기 이엘(ＥＬ) 소자{Organic Electroluminescent Device}
본 발명은 디스플레이 소자에 관한 것으로, 특히 유기 EL 소자에 관한 것이다.
최근 표시장치의 대형화에 따라 공간 점유가 적은 평면표시소자의 요구가 증대되고 있는데, 이러한 평면표시소자중 하나로서 전계발광소자가 주목되고 있다.
이 전계발광소자는 사용하는 재료에 따라 무기전계발광소자와 유기 EL 소자로 크게 나뉘어진다.
무기전계발광소자는 일반적으로 발광부에 높은 전계를 인가하고 전자를 이 높은 전계중에서 가속하여 발광 중심으로 충돌시켜 이에 의해 발광 중심을 여기함으로써 발광하는 소자이다.
또한, 유기 EL 소자는 전자주입전극(cathode)과 정공주입전극(anode)으로부터 각각 전자와 정공을 발광부내로 주입시켜 주입된 전자와 홀이 결합하여 생성된 엑시톤(exciton)이 여기상태로부터 기저상태로 떨어질 때 발광하는 소자이다.
상기와 같은 동작원리를 갖는 무기전계발광소자는 높은 전계가 필요하기 때문에 구동전압으로서 100∼200V의 높은 전압을 필요로 하는 반면에 유기 EL 소자는 5∼20V정도의 낮은 전압으로 구동할 수 있다는 장점이 있어 연구가 활발하게 진행되고 있다.
또한, 유기 EL 소자는 넓은 시야각, 고속 응답성, 고 콘트라스트(contrast) 등의 뛰어난 특징을 갖고 있으므로 그래픽 디스플레이의 픽셀(pixel), 텔레비젼 영상 디스플레이나 표면광원(surface light source)의 픽셀로서 사용될 수 있으며, 얇고 가벼우며 색감이 좋기 때문에 차세대 평면 디스플레이에 적합한 소자이다.
이러한 용도를 갖는 유기 EL 소자의 구조를 살펴보면, 도 1에 도시된 바와 같이, 투명기판(1)위에 형성되는 양극(2)과, 양극(2)위에 형성되는 정공주입층(HIL : hole injecting layer)(3) 및 정공수송층(HTL : hole transport layer)(4)과, 정공수송층(4)위에 형성되는 발광층(5)과, 발광층(5)위에 형성되는 전자수송층(ETL : electron transport layer)(6) 및 전자주입층(EIL : electron injecting layer)(7)과, 전자주입층(7)위에 형성되는 음극(8)으로 이루어진다.
여기서, 정공주입층(3), 정공수송층(4), 전자수송층(6), 전자주입층(7) 중 하나 또는 그 이상이 생략될 수도 있다.
이와 같이 형성된 유기 EL 소자의 음극(8)은 전자수송층(6) 또는 전자주입층(7)을 통해 발광층(5)에 전자를 주입시켜 주고, 양극(2)은 정공주입층(3) 또는 정공수송층(4)을 통해 발광층(5)에 정공을 주입시켜 줌으로써 발광층(5)에서 전자-정공이 쌍을 이루고 있다가 소멸되면서 에너지를 방사함으로써 빛이 방출된다.
대부분의 유기 EL 소자의 경우 정공주입보다는 전자주입이 훨씬 어려우며, 일반적으로 음극의 일함수(work function)가 작을수록 전자주입이 용이해지는 것으로 알려져 있다.
그러나, 일반적으로 일함수가 작은 물질들은 반응성이 뛰어나기 때문에 전극으로 사용하는데 어려움이 많다.
따라서, Mg:Ag 및 Al:Li와 같이 하나 이상의 안정한 금속들을 합금형태로 만들어 음극으로 사용하는 경우가 많다.
그러나, 이러한 합금은 알루미늄에 비해 안정성이 떨어지며 제조 비용이 많이 들고 균일하게 증착하기가 어렵다.
Mg:Ag나 Al:Li 같이 일함수가 낮은 물질을 전극으로 사용하는 경우, 더욱 치명적인 문제점은 Mg이온이나 Li이온이 유기막으로 확산되어 픽셀(pixel)간의 크로스-토크(cross-talk) 또는 누설전류가 자주 발생한다는 것이다.
하지만, 상기 문제들은 음극 물질을 알루미늄으로 사용하여 다소 경감시킬수 있지만 알루미늄은 전자주입 능력(electron injecting capability)이 빈약하여 이를 개선시킬 수 있는 방법이 필요하였다.
그러므로, 최근에는 이 전자주입 능력을 향상시키기 위해 알루미늄 전극과 발광층 사이나 또는 알루미늄 전극과 전자수송층 사이에 LiF, MgF2, Li2O와 같은 절연물질을 아주 얇은(약 0.3∼1.0nm) 초박막으로 입힌 예가 보고되었다.[IEEE Transactions on Electronic Devices, Vol. 44, No. 8, p 1245-1248(1997)]
이 경우는 Li2O가 일함수가 매우 낮은 절연체라는 점이 특징이라 하겠다.
일반적으로 알칼리 금속(alkaline metal)은 그 자체가 일함수가 낮으며, 산화될 경우 더 낮아지는 것으로 알려져 있다.
예를 들면, Cs의 일함수는 2.1eV이지만 Cs2O의 일함수는 약 1eV로 감소한다.
그리고, 전자 주입 장벽을 낮추기 위해 절연 버퍼층 형태로 Li2O, LiBO2, NaCl, KCl, K2SiO3, RbCl, Cs2O와 같은 여러 알칼리 금속 화합물들이 사용되어 왔었다.
그러나, 상기와 같은 개선점에도 불구하고 절연 버퍼층의 도입은 새로운 문제들을 드러내었다.
즉, 유기적층막과 알루미늄 사이의 접착력이 좋지 않았으며, 소자의 수명이 감소되었다.
실험결과, 물질간의 특성 차이로 인해 버퍼층과 알루미늄과의 계면, 버퍼층과 유기적층막과의 계면에서 접착력이 좋지 않은 것으로 드러났다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 새로운 물질을 유기적층막과 음극 사이에 삽입하여 소자의 발광 효율과 수명을 크게 증가시킬 수 있는 유기 EL 소자를 제공하는데 있다.
도 1 은 일반적인 유기 EL 소자를 보여주는 구조단면도이며,
도 2는 본 발명에 따른 유기 EL 소자를 보여주는 구조단면도이다.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
21 : 투명 기판 22 : 양극
23 : 유기적층막 24 : 음극
25 : 보호막 26 : 제1 층
27 : 제2 층
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 유기 EL 소자는 제1 전극과 제2 전극 사이에 적어도 하나의 유기전계발광층을 포함하는 유기 EL 소자에 있어서, 하기 화학식 1의 물질로 이루어진 제 1층이 포함되는 것을 특징으로 한다.
화학식 1
상기 R1내지 R4는 수소, 알킬기(탄소수 1-5), 알콕시기(탄소수 1-5), 아릴기, 아릴옥실기 및 할로겐기로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질이며, 상기 A는 수소, 알킬기(탄소수 1-5) 및 아릴기로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질이다.
상기 화학식 1의 물질중 바람직하게는, 상기 R1내지 R4는 각각 수소, 알킬기(탄소수 1-5), 알콕시(탄소수 1-5)기, 페녹실기, 페닐기, 나프틸기, F, Cl 및 Br로 이루어지는 군으로부터 선택되는 물질이며,상기 A는 메틸기, 에틸기, 페닐기 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질이다.
또한, 더욱 바람직하게는 상기 R1이 알킬기(탄소수 1-5), 알콕시기(탄소수 1-5), 페녹실기 및 페닐기로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질이며, 상기 R2, R3, R4및 A가 각각 수소임을 특징으로 하는 물질이 유기 EL 소자에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 화학식 1을 갖는 화합물로서 상기 R1과 R2, R2와 R3및 R3와 R4중 하나 이상이 상호 연결되어 오각형 또는 육각형의 컨쥬게이티드 사이클릭 링이 되는 화합물이 선택될 수 있다. 이때 링의 골격은 C, N 및 S중에서 선택될 수 있다.
본 발명의 다른 특징은, 상기 제 2 전극과 상기 화학식 1의 물질로 이루어진 제 1층의 사이에 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 이들의 화합물 중 적어도 하나로 이루어진 제 2층이 형성되어 있는 유기 EL 소자를 제공한다.
이때, 상기 제 2 전극은 알루미늄으로 형성될 수 있으며, 상기 제 2층으로써, 바람직하게는 Li2O로 이루어진 층이 선택될 수 있다. 상기 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 이들의 화합물 중 적어도 하나로 이루어진 제 2층의 두께는 0.2nm ∼ 3nm일 수 있으며, 상기 화학식 1의 물질로 이루어진 제 1층의 두께는 0.5nm ∼ 50nm일 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 특징은 상기 제 1층이, 상기 화학식 1의 물질이외에도 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 이들의 화합물 중 적어도 하나의 물질이 동시-증착(co-deposition)된 형태로 더욱 포함되어 있는 혼합층의 형태로 존재하는 유기 EL 소자를 제공하는 데 있다.
상기 혼합층에서 화학식 1의 물질과 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 이들의 화합물 중 적어도 하나의 물질 사이의 혼합 비율은 위치의 함수로서 고정되거나 변화될 수 있다. 또한, 상기 혼합층의 두께는 0.5nm ∼ 10nm내에서 선택될 수 있으며, 상기 제 2 전극은 알루미늄으로 형성될 수 있다. 한편, 상기 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 이들의 화합물 중 적어도 하나의 물질로서 Li2O가 사용될 수 있다.
한편, 본 발명은 기판 위에 제1 전극, 상기 제1 전극 위에 적어도 하나의 유기층이 적층된 유기전계발광층, 상기 유기전계발광층 위에 형성되고, 적어도 하나의 포르피리닉 화합물(porphyrinic compound)로 이루어진 제 1층을 포함하는 버퍼층, 및 상기 버퍼층 위에 형성된 제2 전극을 포함하는 유기 EL 소자를 제공한다.
상기 포르피리닉 화합물은 하기 화학식 2의 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
화학식 2
상기 A는 -N= 또는 -C(R)=이며, 이때 R은 H, 알킬기, 알콕시기, 아랄킬기, 알카릴기, 아릴기 및 헤테로시클릭기로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질이며, 상기 M은 주기율표의 ⅠA족, ⅡA족, ⅢA족, ⅣA족, 3주기, 4주기, 5주기 및 6주기 그룹의 원소로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질이며, 상기 Y는 알콕시기, 페녹실기, 알킬아미노기, 아릴아미노기, 알킬포스핀기, 아릴포스핀기, 알킬설퍼기 및 아릴설퍼기로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질이거나, 주기율표의 ⅥA 및 ⅦA 족의 원소로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질이며, 상기 n은 0, 1, 2 중 하나인 정수이며, 그리고 상기 B1내지 B8은 각각 수소, 알킬기, 아릴기, 알콕시기, 아릴옥시알킬기, 히드록시기, 히드록시알킬기, 아랄킬기, 알킬아미노기, 아릴아미노기, 알킬티올기, 아릴티올기, 니트로알킬기, 알킬카르보닐기, 알콕시카르보닐기, 페닐기, 아미노기, 시아닐기, 나프틸기, 알카릴기, 할로겐기 및 헤테로시클릭기로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질이거나, 상기 B1과 B2, B3과 B4, B5와 B6및 B7과 B8중 하나이상이 각각 상호 연결되어 불포화 또는 포화된 오각형, 육각형 및 칠각형 링 중 어느 하나를 형성할 수 있다.
상기 화학식 2의 물질에서, 바람직하게는 상기 M이 2Li, 2Na, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Pt, Cu, 2Ag, Zn, Pd, Al, Ga, In, Si, Sn, Pb, 2H 및 TiO로 이루어진 군으로부터 선택된 물질일 수 있으며, 또한 상기 화학식 2의 Y는 O, F, Cl, Br, 알콕시기(탄소수 1∼10) 및 페녹실기로 이루어진 군으로부터 선택된 물질일 수 있다.
또한 상기 화학식 2의 물질로서, 바람직하게는 상기 B1과 B2, B3과 B4, B5와 B6및 B7과 B8중 하나이상이 각각 상호 연결되어 불포화 또는 포화된 오각형, 육각형 및 칠각형 링 중 어느 하나가 되는 상기 링의 골격이 C, N, S 및 O중 선택되는 원소로 이루어질 수 있으며, 상기 불포화 또는 포화된 오각형, 육각형 또는 칠각형 링이 수소, 알킬기, 아릴기, 알콕시기, 아릴옥시알킬기, 히드록시기, 히드록시알킬기, 아랄킬기, 알킬아미노기, 아릴아미노기, 알킬티올기, 아릴티올기, 니트로알킬기, 알킬카르보닐기, 알콕시카르보닐기, 페닐기, 아미노기, 시아닐기, 나프틸기, 알카릴기, 할로겐기 및 헤테로시클릭기로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하여 형성될 수 있다. 이 경우, 하기의 화학식 3 또는 화학식 4의 구조를 갖는 화합물이 선택될 수 있다.
화학식 3 화학식 4
상기 A는 -N= 또는 -C(R)=이며, 이때 R은 H, 알킬기, 알콕시기, 아랄킬기, 알카릴기, 아릴기 및 헤테로시클릭기로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질이며, 상기 M은 주기율표의 ⅠA족, ⅡA족, ⅢA족, ⅣA족, 3주기, 4주기, 5주기 및 6주기그룹의 원소로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질이며, 상기 Y는 알콕시기, 페녹실기, 알킬아미노기, 아릴아미노기, 알킬포스핀기, 아릴포스핀기, 알킬설퍼기 및 아릴설퍼기로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질이거나, 주기율표의 ⅥA 및 ⅦA 족의 원소로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질이며, 상기 n은 0, 1, 2 중 하나인 정수이며, 그리고 상기 X1내지 X8은 각각 수소, 알킬기, 아릴기, 알콕시기, 아릴옥시알킬기, 히드록시기, 히드록시알킬기, 아랄킬기, 알킬아미노기, 아릴아미노기, 알킬티올기, 아릴티올기, 니트로알킬기, 알킬카르보닐기, 알콕시카르보닐기, 페닐기, 아미노기, 시아닐기, 나프틸기, 알카릴기, 할로겐기 및 헤테로시클릭기로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질이다. 이때, 상기 화학식 3 및 4의 M은 바람직하게는 2Li, 2Na, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Pt, Cu, 2Ag, Zn, Pd, Al, Ga, In, Si, Sn, Pb, 2H 및 TiO로 이루어진 군으로부터 선택된 물질일 수 있으며, 상기 화학식 3 및 4의 Y는 O, F, Cl, Br, 알콕시기(탄소수 1∼10) 및 페녹실기로 이루어진 군으로부터 선택된 물질일 수 있다. 또한 더욱 바람직하게는 상기 포르피리닉 화합물이 하기의 화학식 5와 화학식 6의 구조를 갖는 물질들 중 적어도 하나일 수 있다.
화학식 5 화학식 6
이때, 상기 M은 Co, AlCl, Cu, 2Li, Fe, Pb, Mg, SiCl2, 2Na, Sn, Zn, Ni, Mn, VO, 2Ag, MnCl, SnCl2및 TiO로 이루어진 군으로부터 선택된 물질이다.
본 발명은 또한 상기 버퍼층이 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 이들의 화합물 중 적어도 하나로 이루어진 제 2층을 더 포함하는 유기 EL 소자를 제공한다. 이때, 상기 제 2 전극은 알루미늄으로 형성되어 있을 수 있으며, 상기 제 2층은 Li2O로 형성될 수 있다. 또한, 상기 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 이들의 화합물 중 적어도 하나로 이루어진 제 2층의 두께는 0.2nm ∼ 3nm내에서 선택될 수 있으며, 상기 포르피리닉 화합물로 이루어진 제 1층의 두께는 0.5nm ∼ 50nm내에서 선택될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 버퍼층이 상기 포르피리닉 화합물과, 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 이들의 화합물 중 적어도 하나가 동시 증착(co-deposition)된 형태로 이루어진 혼합층인 유기 EL 소자를 제공한다. 이때, 상기 혼합층에서 포르피리닉 화합물과 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 이들의 화합물 중 적어도 하나의 물질사이의 혼합 비율은 위치의 함수로서 고정되거나 변화될 수 있으며, 상기 혼합층의 두께는 0.5nm ∼ 10nm내에서 선택될 수 있다. 상기 제 2 전극은 알루미늄으로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 이들의 화합물중 적어도 하나의 물질로서 Li2O가 선택될 수 있다.
상기와 같은 특징을 갖는 유기 EL 소자를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 유기 EL 소자를 보여주는 구조단면도로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 유기 EL 소자는 투명 기판(21), 양극(22), 유기적층막(정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층으로 이루어짐)(23), 음극(24)을 갖는 적층판 구조(laminated structure)와, 적층판 구조 위에 형성되는 보호막(25), 그리고 적층판 구조의 유기적층막(23)과 음극(24)사이에 전자 주입과 접착력을 개선시키기 위해 제 1층(26)과 제 1 층(27)이 적층되어 형성된다.
여기서, 제 1층(26) 및 제 2층(27)으로 사용되는 물질은 앞서 언급한 바와 같다.
한편, 전자 주입을 향상시키기 위하여 제 2층(27)의 물질은 Li, Cs, Li2O, LiF 등과 같은 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 이들의 화합물 중 적어도 하나로 이루어진다.
그리고, 음극(24)은 Al 등과 같은 금속 또는 그들의 합금으로 이루어진다.
이와 같이, 본 발명에서는 유기적층막(23)과 음극(24) 사이에 상기와 같은물질로 이루어진 제 1층(26)과 제 2층(27)을 적층하여 소자의 발광 효율을 향상시킴과 동시에 수명을 크게 증가시킨다.
여기서, 제 1 층(26)과 제 2 층(27)의 두께는 각각 약 0.5nm ∼ 50nm와 0.2nm ∼ 3nm이다.
이와 같은 구조를 갖는 본 발명의 유기 EL 소자의 특성을 알아보기 위해 본 발명에 따른 소자와 종래 기술에 따른 소자를 비교 분석하였다.
여기서, 소자 A 및 소자 B는 종래 기술에 따른 유기 EL 소자이고, 소자 C 및 소자 D는 본 발명에 따른 유기 EL 소자이다.
먼저, 녹색 빛을 발광하는 기본적인 소자 구조는 (1)150nm의 두께를 가지며 ITO(Indium Tin Oxide)로 이루어진 양극, (2)약 10nm ∼ 20nm의 두께를 가지고 CuPc(copper phthalocyanine)으로 이루어진 버퍼층, (3)약 30nm ∼ 50nm의 두께를 가지고 N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine (TPD)으로 이루어지는 정공수송층, (4)40nm ∼ 60nm의 두께를 가지고 tris(8-hydroxy-quinolate)알루미늄(Alq3)으로 이루어진 발광층이다.
소자 A는 유기적층막 상에 직접 알루미늄 음극을 형성한 구조(소자 구조 : ITO/CuPc/TPD/Alq3/Al)이고, 소자 B는 유기적층막과 음극 사이에 약 1nm 두께를 갖는 Li2O로 이루어진 제 2층을 삽입한 구조(소자 구조 : ITO/CuPc/TPD/Alq3/Li2O(1nm)/Al)이다.
그리고, 소자 C는 ITO/CuPc/TPD/Alq3/CuPc(2nm)/Li2O(1nm)/Al이고, 소자 D는 ITO/CuPc/TPD/Alq3/Li2O(1nm)/CuPc(2nm)/Al이다.
즉, 소자 C와 소자 D는 Li2O(1nm)와 CuPc(2nm)의 적층 순서가 반대이다.
마지막으로, 모든 소자는 불활성 가스 안에서 인캡슐레이션(encapsulation)시킨다.
상기 4종류의 소자에 각각 동일하게 전류밀도 3mA/㎠를 흘렸을 때, 소자의 음극과 양극에 걸리는 전압, 휘도 및 수명은 하기 표 1과 같다.
전압(V) 휘도(cd/㎡) 수명
소자 A 6 50 짧다(1시간 이하)
소자 B 6 100 짧다(1시간 이하)
소자 C 6 150 길다(2000시간 이상)
소자 D 8 130 중간(약 100시간)
여기서, 상기 표 1에 인용된 수명은 휘도가 처음값의 반으로 떨어질 때의 시간을 의미한다.
이처럼 표 1과 같이 종래 구조인 소자 A 및 소자 B보다는 본 발명인 소자 C 및 소자 D의 휘도가 향상되고, 특히 수명이 크게 증가함을 알 수 있다.
이처럼 수명이 증가되는 이유는 다음과 같다.
Li2O의 경우는 Alq3와 Al과의 접착력이 좋지 않을 뿐만 아니라 1nm 두께를 갖는 Li2O층은 완전히 균일한 층이 아니라 오히려 섬(island)모양의 구조를 갖는다.
그러나, 소자 C처럼 Alq3와 Li2O 사이에 CuPc층이 있게 되면, CuPc층의 일부분이 Li2O층 내의 열린 공간을 통해 Al층과 직접 접촉하게 된다.
이러한 현상이 유기막과 금속과의 계면에서 접착력을 증가시키고 소자의 수명을 증가시키다.
즉, CuPc층의 copper 이온이 CuPc와 Al 사이를 상대적으로 강하게 묶어(bonding)준다.
또한, 표 1에서 보는 바와 같이, 소자 D는 소자 C에 비해 구동전압이 더 높음을 알 수 있다.
그 이유는 Li2O과 Al 사이에 CuPc가 존재하므로 전자 주입 장벽이 높아지기 때문이다.
그로 인한 전기적, 열적 스트레스의 증가로 수명이 소자 C에 비해 단축된다.
한편, 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이 제 1 층(26)과 제 2 층(27)으로 이루어진 2중층 대신에 유기적층막과 음극 사이에 제 1 층과 제 2 층을 혼합한 혼합층을 사용할 수도 있다.
이 혼합층은 (1)알칼리 금속, 알칼리 토금속, 이들의 화합물 중 적어도 하나와 (2)상기 화학식 1을 갖는 화합물 또는 상기 포르피리닉 화합물 중 적어도 하나를 동시-증착(co-deposition)하여 형성된다.
이 혼합층은 접착력을 향상시키기는 하지만 전자 주입이 다소 잘 이루어지지 않는다.
그리고 혼합층에서, 이 두 그룹의 물질들 사이의 혼합 비율은 위치의 함수로서 고정되거나 변화된다.
그 중에서도 혼합비율은 (1)알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 이들의 화합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 물질이 유기적층막과의 계면에서는 거의 0%, 음극으로 갈수록 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 등의 농도가 점진적으로 증가하며, (2)상기 화학식 1을 갖는 물질 또는 상기 포르피리닉 화합물 중 적어도 어느 한 물질이 음극과의 계면에서는 0%이고 유기적층막으로 갈수록 포르피리닉 화합물 등의 농도가 증가하는 구조를 가지는 것이 가장 적합하다.
이 혼합층의 두께는 약 0.5 ∼10nm이다.
본 발명에 따른 유기 EL 소자에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.
제 1 층과 제 2 층으로 이루어진 2중층이나 또는 이 두 층을 혼합한 혼합층을 유기적층막과 음극 사이에 형성하여 휘도 뿐만 아니라 소자의 수명을 크게 증가시킨다.

Claims (19)

  1. 기판 위에 제1 전극,
    상기 제 1 전극위에 적어도 하나의 유기층이 적층된 유기전계발광층,
    상기 유기전계발광층 위에 형성되고, 적어도 하나의 포르피리닉 화합물(porphyrinic compound)로 이루어진 제 1층을 포함하는 버퍼층, 및
    상기 버퍼층 위에 형성된 제2 전극을 포함하는 유기 EL 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 포르피리닉 화합물은 하기 화학식 2의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자:
    화학식 2
    상기 A는 -N= 또는 -C(R)=이며, 이때 R은 H, 알킬기, 알콕시기, 아랄킬기, 알카릴기, 아릴기 및 헤테로시클릭기로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질이며;
    상기 M은 주기율표의 ⅠA족, ⅡA족, ⅢA족, ⅣA족, 3주기, 4주기, 5주기 및 6주기 그룹의 원소로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질이며;
    상기 Y는 알콕시기, 페녹실기, 알킬아미노기, 아릴아미노기, 알킬포스핀기, 아릴포스핀기, 알킬설퍼기 및 아릴설퍼기로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질이거나, 주기율표의 ⅥA 및 ⅦA 족의 원소로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질이며;
    상기 n은 0, 1, 2 중 하나인 정수; 그리고,
    상기 B1내지 B8은 각각 수소, 알킬기, 아릴기, 알콕시기, 아릴옥시알킬기, 히드록시기, 히드록시알킬기, 아랄킬기, 알킬아미노기, 아릴아미노기, 알킬티올기, 아릴티올기, 니트로알킬기, 알킬카르보닐기, 알콕시카르보닐기, 페닐기, 아미노기, 시아닐기, 나프틸기, 알카릴기, 할로겐기 및 헤테로시클릭기로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질이거나, 상기 B1과 B2, B3와 B4, B5와 B6 및 B7과 B8중 하나이상이 각각 상호 연결되어 불포화 또는 포화된 오각형, 육각형 또는 칠각형 링을 형성하는 물질.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 B1과 B2, B3와 B4, B5와 B6 및 B7과 B8중 하나이상이 각각 상호 연결된 불포화 또는 포화된 오각형, 육각형 또는 칠각형 링의 골격이 C, N, S 및 O중 선택되는 원소로 되어 있음을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 B1과 B2, B3와 B4, B5와 B6 및 B7과 B8 중 하나이상이 각각 상호 연결된 불포화 또는 포화된 오각형, 육각형 또는 칠각형 링이 알킬기, 아릴기, 알콕시기, 아릴옥시알킬기, 히드록시기, 히드록시알킬기, 아랄킬기, 알킬아미노기, 아릴아미노기, 니트로알킬기, 알킬카르보닐기, 알콕시카르보닐기, 페닐기, 아미노기, 시아닐기, 나프틸기, 알카릴기, 할로겐기 및 헤테로시클릭기로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함함을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 화학식 2의 M은 2Li, 2Na, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Pt, Cu, 2Ag, Zn, Pd, Al, Ga, In, Si, Sn, Pb, 2H 및 TiO로 이루어진 군으로부터 선택된 물질임을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 화학식 2의 Y는 O, F, Cl, Br, 알콕시기(탄소수 1∼10) 및 페녹실기로 이루어진 군으로부터 선택된 물질임을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 포르피리닉 화합물은 하기의 화학식 3 또는 화학식 4의 구조를 갖는물질로 이루어짐을 특징으로 하는 유기 EL 소자:
    화학식 3 화학식 4
    상기 A는 -N= 또는 -C(R)=이며, 이때 R은 H, 알킬기, 알콕시기, 아랄킬기, 알카릴기, 아릴기 및 헤테로시클릭기로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질이며;
    상기 M은 주기율표의 ⅠA족, ⅡA족, ⅢA족, ⅣA족, 3주기, 4주기, 5주기 및 6주기 그룹의 원소로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질이며;
    상기 Y는 알콕시기, 페녹실기, 알킬아미노기, 아릴아미노기, 알킬포스핀기, 아릴포스핀기, 알킬설퍼기 및 아릴설퍼기로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질이거나, 주기율표의 ⅥA 및 ⅦA 족의 원소로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질이며;
    상기 n은 0, 1, 2 중 하나인 정수; 그리고,
    상기 X1내지 X8은 각각 수소, 알킬기, 아릴기, 알콕시기, 아릴옥시알킬기, 히드록시기, 히드록시알킬기, 아랄킬기, 알킬아미노기, 아릴아미노기, 알킬티올기, 아릴티올기, 니트로알킬기, 알킬카르보닐기, 알콕시카르보닐기, 페닐기, 아미노기,시아닐기, 나프틸기, 알카릴기, 할로겐기 및 헤테로시클릭기로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 화학식 3 및 4의 M은 2Li, 2Na, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Pt, Cu, 2Ag, Zn, Pd, Al, Ga, In, Si, Sn, Pb, 2H 및 TiO로 이루어진 군으로부터 선택된 물질임을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 화학식 3 및 4의 Y는 O, F, Cl, Br, 알콕시기(탄소수 1∼10) 및 페녹실기로 이루어진 군으로부터 선택된 물질임을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 포르피리닉 화합물은 하기의 화학식 5와 화학식 6의 구조를 갖는 물질들 중 적어도 하나임을 특징으로 하는 유기 EL 소자:
    화학식 5 화학식 6
    상기 M은 Co, AlCl, Cu, 2Li, Fe, Pb, Mg, SiCl2, 2Na, Sn, Zn, Ni, Mn, VO, 2Ag, MnCl, SnCl2및 TiO로 이루어진 군으로부터 선택된 물질.
  11. 제 1항 내지 제 10항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 버퍼층은 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 이들의 화합물 중 적어도 하나로 이루어진 제 2층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제 2 전극은 알루미늄으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 제 2층이 Li2O로 형성됨을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 제 2층의 두께는 0.2nm ∼ 3nm 이고, 상기 제 1층의 두께는 0.5nm ∼ 50nm인 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  15. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 버퍼층은 상기 포르피리닉 화합물과, 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 이들의 화합물중 적어도 하나가 동시 증착(co-deposition)된 형태로 이루어진 혼합층인 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 혼합층에서 혼합 비율은 위치의 함수로서 고정되거나 변화되는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  17. 제 15항에 있어서, 상기 혼합층의 두께는 0.5nm ∼ 10nm인 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  18. 제 15항에 있어서, 상기 제 2 전극은 알루미늄으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  19. 제 15항에 있어서, 상기 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 이들의 화합물중 적어도 하나의 물질이 Li2O로 형성됨을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
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