KR100572654B1 - 유기 전계발광 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발광 영역을 가지고 하기 화학식 1의 디스티릴 화합물을 함유하는 유기층을 포함하는 유기 전계발광 소자에 관한 것이다.
상기 식들에서,
R1, R2, R3 및 R4는 각각 동일하거나 상이한 기이고, 독립적으로 화학식 
의 아릴기 (여기서, R19, R20, R21, R22 및 R23은 각각 동일하거나 상이한 기이고, 수소 원자를 나타내되, 이들 중 적어도 하나가 포화 또는 불포화된 알콕실기, 알킬기, 아미노기 또는 알킬아미노기를 나타냄)를 나타내고,
R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11, R12, R13, R14, R15, R16, R17 및 R18은 동일하거나 상이한 기이되, 이들 중 적어도 하나가 시아노기, 니트로기 또는 할로겐 원자를 나타낸다.
유기 전계발광 소자, 전자 수송층, 발광층, 정공 수송층, 디스티릴 화합물
Description
도 1은 본 발명에 따른 유기 전계발광 소자의 주요 부분에 대한 개략적인 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 다른 형태의 유기 전계발광 소자의 주요 부분에 대한 개략적인 단면도.
도 3는 본 발명에 따른 또다른 형태의 유기 전계발광 소자의 주요 부분에 대한 개략적인 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 또다른 형태의 유기 전계발광 소자의 주요 부분에 대한 개략적인 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 유기 전계발광 소자를 사용하는 전색 평면 디스플레이의 구성도.
도 6은 본 발명의 실시예 1의 유기 전계발광 소자에 대한 발광 분광도.
도 7은 본 발명의 실시예 2의 유기 전계발광 소자에 대한 발광 분광도.
도 8은 본 발명의 실시예 3의 유기 전계발광 소자에 대한 발광 분광도.
도 9는 본 발명의 실시예 5의 유기 전계발광 소자에 대한 발광 분광도.
도 10은 본 발명의 실시예 1의 유기 전계발광 소자의 전압-휘도 특성을 나타내는 그래프.
도 11은 본 발명의 실시예 2의 유기 전계발광 소자의 전압-휘도 특성을 나타내는 그래프.
도 12는 본 발명의 실시예 3의 유기 전계발광 소자의 전압-휘도 특성을 나타내는 그래프.
도 13은 본 발명의 실시예 5의 유기 전계발광 소자의 전압-휘도 특성을 나타내는 그래프.
<도면의 부호에 대한 간단한 설명>
1: 기판 2: 투명 전극 (양극)
3: 음극 4: 보호막
5, 5a, 5b: 유기층 6, 10: 정공 수송층
7, 12: 전자 수송층 8: 전원
11: 발광층 14: 휘도신호 회로
15: 제어회로 20: 발광광
A, B, C, D: 유기 전계발광 소자
본 발명은 발광 영역을 가지는 유기층이 음극과 양극 사이에 존재하는 유기 전계발광 소자 (유기 EL 소자)에 관한 것이다.
경량이고 고효율인 평면 패널 디스플레이는 예를 들어 컴퓨터 및 텔레비젼 수상기의 화상 디스플레이용 등으로 광범위하게 연구 개발되어 왔다.
음극선관 (CRT)은 휘도가 높고 색재현성이 양호하기에, 오늘날 디스플레이용으로 가장 널리 사용되고 있다. 그럼에도 불구하고, 이 관은 부피가 크고, 무거우며 전력 소모가 많다는 문제를 지니고 있다.
고효율의 경량 평면 패널 디스플레이로는 활성 매트릭스 구동형의 액정 디스플레이가 시판되고 있다. 그러나, 액정 디스플레이는 시야각이 좁고, 자연 발생광이 아니기에 주위가 어두운 환경에서는 백 라이트용 전력 소모가 많고, 장차 사용될 것으로 기대되는 고정세도의 고속 비디오 신호에 충분히 반응하지 못하는 문제가 있다. 특히, 액정 디스플레이는 큰 화면으로 제조하기가 곤란하고, 제조 단가가 높다는 문제가 있다.
이의 대체물로서, 발광 다이오드를 사용하는 유형의 디스플레이가 가능할 수 있으나, 이러한 디스플레이도 마찬가지로 제조 단가가 높고, 발광 다이오드의 매트릭스 구조물을 하나의 기판 상에 형성하기가 어렵다는 문제가 있다. 따라서, 음극선관을 대신할 저가 디스플레이의 후보로서 고려할 경우, 상기 유형의 디스플레이는 실용화하기 전에 해결하여야 할 많은 문제들이 있다.
이러한 문제들을 해결할 가능성이 있는 평면 패널 디스플레이로는, 유기 발광 재료를 사용하는 유기 전계발광 소자 (유기 EL 소자)가 최근 주목을 끌고 있다. 특히, 발광 재료로 유기 화합물을 사용할 경우, 자연 발생광을 이용하고, 반응 속도가 높고 시야각에 의존하지 않는 평면 패널 디스플레이를 구현할 것으로 기대된다.
유기 전계발광 소자는 전류를 가하면 빛을 낼 수 있는 발광 재료를 함유하는 유기 박막이 투광성 양극와 금속 음극 사이에 위치하도록 배열된다. 문헌 [Applied Physics Letters, Vol. 51, No. 12, pp. 913-915 (1987), C.W. Tang, S.A. Vanslyke 등]에 발표된 연구 보고서에서는, 정공 수송 재료로 구성된 박막과 전자 수송 재료로 구성된 박막을 유기 박막으로 포함하는 2층 구조인 소자 구조 (단일 헤테로 구조를 가진 유기 EL 소자)를 제시하였다. 이 소자에서, 발광은 각 전극으로부터 유기 막으로 하전된 정공과 전자의 재조합에 의해 발생한다.
또한, 이 소자 구조에서는 정공 수송 재료 또는 전자 수송 재료 중 어느 하나가 발광 재료로 작용한다. 발광은 발광 재료의 기저 상태와 여기 상태간의 에너지 갭에 해당하는 파장 대역에서 일어난다. 이러한 2층 구조를 사용할 경우, 구동 전압을 크게 감소시킬 수 있으면서, 발광 효율도 향상된다.
그 후, 문헌 [Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 27, No. 2, pp. L269-L271 (1988)]에 실린 C. 아다키, S. 도끼따, T. 츠츠이 및 S. 사이또의 연구 보고서에서 제시된 것과 같은, 정공 수송 재료, 발광 재료 및 전자 수송 재료로 구성되는 3층 구조 (이중 헤테로 구조를 가진 유기 EL 소자)가 개발되었다. 나아가, 문헌 [Journal of Applied Physics, Vol. 65, No. 9, pp. 3610-3616 (1989)]에 실린 C.W. 탕, S.A. 반실리케 및 C.H. 첸의 연구 보고서에 따르면, 발광 재료를 전자 수송 재료 중에 포함하는 소자 구조가 개발되었다. 이들 연구를 통해, 낮은 전압에서도 휘도가 높은 발광의 가능성이 증명되었기에, 최근들어 아주 폭 넓은 연구와 개발이 진행중이다.
발광 재료로 사용되는 유기 화합물은 종류의 다양성으로 인해 이론적으로는 이들의 분자 구조를 변화시켜 발광색을 임의로 변화시킬 수 있다는 잇점을 가지는 것으로 여겨진다. 따라서, 적합한 분자 설계를 통해 전색 디스플레이에 필요한 색 순도가 양호한 삼색, 즉 R (적색), G (녹색) 및 B (청색)을 제공하기가 무기 재료를 사용하는 박막 EL 소자에 비해 더 쉬울 수 있다.
그러나, 유기 전계발광 소자들은 여전히 해결할 문제들을 가지고 있다. 특히, 휘도가 높은 안정한 적색 발광 소자의 개발에 어려움이 있다. 현재 보고된 전자 수송 재료로 사용하기 위한 트리스(8-퀴놀리놀)알루미늄 (이하 Alq3로 약칭)에 DCM[4-디시아노메틸렌-6-(p-디메틸아미노스티릴)-2-메틸-4H-피란]을 도핑하여 얻은 적색 발광의 예에서는, 최대 휘도와 신뢰성에 있어서 모두 디스플레이 재료로는 만족스럽지 않다.
T. 츠츠이와 D.U. 김이 인오르가닉 앤드 오르가닉 일렉트로부미네슨스 (Inorganic and Organic Electroluminescence) 회의 (베를린, 1996)에서 발표한 BSB-BCN은 1000 cd/m2 이상의 높은 휘도를 실현시킬 수는 있지만, 전색 디스플레이용 적색으로 사용하기에는 색도가 항상 완벽하지는 않다.
휘도가 높고, 안정하고 색 순도가 높은 적색 발광 소자를 실현시키기 위한 방법이 요구되는 실정이다.
일본 특개평 7-188649호 (특원평 6-148798호)에는, 특수한 형태의 디스티릴 화합물을 유기 전계발광 재료로 사용하는 것이 제시되었다. 그러나, 목적한 발광 색은 청색이지 적색이 아니다.
본 발명의 목적은 높은 휘도와 안정한 적색 발광을 보장하는 유기 전계발광 소자를 제공하는 것이다.
종래 기술의 상기 문제들을 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 본 발명자들은 발광 재료로 특수 형태의 디스티릴 화합물을 사용할 경우, 휘도가 높은 안정한 전색 디스플레이를 실현시키기에 아주 유용하고 신뢰도가 높은 적색 발광 소자를 제공할 수 있다는 것을 발견하였다.
구체적으로는, 본 발명은 발광 영역을 가지고 양극과 음극 사이에 위치하고, 전류를 가함으로써 발광할 수 있는 유기 물질을 필수 성분으로 함유하는 유기층을 포함하는 유기 전계발광 소자로서, 상기 유기층이 하기 화학식 1 또는 2의 디스티릴 화합물을 유기 발광 재료로 함유하는 유기 전계발광 소자를 제공한다.
<화학식 1>
상기 식들에서,
R1, R2, R3 및 R4는 각각 동일하거나 상이한 기이고, 독립적으로 화학식 
의 아릴기 (여기서, R19, R20, R21, R22 및 R23은 각각 동일하거나 상이한 기이고, 수소 원자를 나타내되, 이들 중 적어도 하나가 포화 또는 불포화 알콕실기, 알킬기 (바람직하게는 메틸 또는 삼차 부틸기임), 아미노기 또는 알킬아미노기를 나타냄)를 나타내고,
R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11, R12, R13, R14, R15, R16, R17 및 R18은 동일하거나 상이한 기이되, 이들 중 적어도 하나가 시아노기, 니트로기, 또는 F, Cl, Br 또는 I 등의 할로겐 원자를 나타내고,
R24, R25, R26, R27, R28, R29, R30, R31, R32, R33, R34, R35, R36 및 R37은 동일하거나 상이한 기이고 (수소 원자를 나타내되), 이들 중 적어도 하나가 시아노기, 니트로기, 또는 F, Cl, Br 또는 I 등의 할로겐 원자를 나타낸다.
상기 화학식 1 및(또는) 2의 디스티릴 화합물을 발광 재료로 사용하면 휘도가 높은 안정한 적색 발광을 얻을 수 있을 뿐 아니라, 전기적, 열적 또는 화학적으로 안정성이 우수한 소자를 제공할 수 있다.
바람직한 양태에 대한 설명
이하는 본 발명의 유기 전계발광 소자에 사용된 디스티릴 화합물에 대한 설 명이다.
본 발명의 유기 전계발광 소자에 발광 재료로 사용된 화학식 1의 디스티릴 화합물은 예컨대, 아래 화학식 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f 및 3g 중 적어도 하나의 분자 구조를 가지는 것일 수 있다. 화합물은 모두 알콕시 (또는 알킬) 페닐 또는 치환되지 않은 페닐기(들)를 가진 비스(아미노스티릴)스틸벤 화합물로 구성된다.
도 1 내지 4는 각각 본 발명에 따른 유기 전계발광 소자의 예를 나타내고, 도면 중의 동일한 참조 번호는 각각 동일한 부품 또는 부재를 나타낸다.
도 1은 발광광 (20)이 음극 (3)을 투과하는 투과형 유기 전계발광 소자 A를 나타내며, 발광광 (20)은 보호막 (4)의 측면에서도 관찰될 수 있다. 도 2는 음극 (3)에서 반사된 광을 발광광 (20)으로 얻을 수 있는 반사형 유기 전계발광 소자 B 를 나타낸다.
도면에서, 참조 번호 (1)은 유리, 플라스틱 및 다른 적절한 재료로 제조될 수 있는, 유기 전계발광 소자 제조용 기판을 나타낸다. 유기 전계발광 소자가 다른 종류의 디스플레이 소자와 함께 사용되는 경우, 기판 (1)은 공동으로 사용될 수 있다. 참조 번호 (2)는 투명 전극 (양극)을 나타내며, 여기에는 ITO (산화인듐주석), SnO2 등을 사용할 수 있다.
참조 번호 (5)는 발광 재료로 상기 디스티릴 화합물을 함유하는 유기 발광층을 나타낸다. 발광광 (20)을 얻기 위한 층 구성에 있어서, 발광층 (5)는 지금까지 알려진 다양한 유형의 층 구성을 가질 수 있다. 하기되는 바와 같이, 정공 수송층 또는 전자 수송층 중 어느 하나의 재료가 발광성을 가질 경우, 예를 들어 이들 박막은 적층 구조로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 목적을 만족시키는 범위내에서 전하 수송 성능을 향상시키기 위해, 정공 수송층 및 전자 수송층 중 어느 하나 또는 둘 모두가 복수의 재료로 된 박막의 적층 구조를 가지거나, 또는 복수의 재료의 혼합물로 구성된 박막을 제한없이 사용할 수 있다. 또한, 발광성을 향상시키기 위해, 적어도 하나의 형광 재료를 사용하여 정공 수송층과 전자 수송층의 사이에 형광 재료로 된 박막이 끼어있는 구조를 제공할 수 있다. 별법으로, 적어도 하나의 형광 재료가 정공 수송층 또는 전자 수송층 중 하나에, 또는 이들 모두에 존재하는 또다른 구조를 사용할 수도 있다. 이러한 경우, 발광 효율을 향상시키기 위해 층 구성에 정공 또는 전자의 수송을 제어하기 위한 박막을 포함시킬 수도 있다.
화학식 3a 내지 3g의 디스티릴 화합물은 전자 수송 성능과 정공 수송 성능을 모두 가지며, 소자 구성에서 전자 수송층을 겸하는 발광층 또는 정공 수송층을 겸하는 발광층으로 사용될 수 있다. 또한, 디스티릴 화합물이 전자 수송층과 정공 수송층의 사이에 낀 발광층으로 형성되는 구조를 제공할 수도 있다.
도 1 및 2에서, 참조 번호 (3)은 음극을 나타내고, 전극 재료는 Li, Mg, Ca 등과 같은 활성 금속의 합금 및 Ag, Al, In 등과 같은 금속일 수 있다는 것을 인식할 것이다. 별법으로, 상기 금속으로 된 박막의 적층 구조를 사용할 수도 있다. 투과형 유기 전계발광 소자에서는, 음극 두께를 조절하여 의도한 용도에 필요한 광투과율을 얻을 수 있다. 도면에서, 참조 번호 (4)는 실링/보호막을 나타내며, 유기 전계발광 소자 전체를 실링/보호막으로 완전히 덮을 경우, 소자의 효율이 향상된다. 적절한 재료를 사용하여 기밀성을 보장할 수 있다. 참조 번호 (8)은 전류를 가하기 위한 구동 전원을 나타낸다.
본 발명의 유기 전계발광 소자에서, 유기층은 정공 수송층과 전자 수송층이 적층되고 상기 디스티릴 화합물이 정공 수송층 또는 전자 수송층을 형성하는 재료로 사용된 유기 적층 구조 (단일 헤테로 구조)일 수 있다. 별법으로, 유기층은 정공 수송층, 발광층 및 전자 수송층이 연속적으로 적층되고 발광층이 상기 디스티릴 화합물로 형성된 유기 적층 구조 (이중 헤테로 구조)일 수 있다.
상기 유기 적층 구조를 가지는 유기 전계발광 소자의 예를 나타내었다. 특히, 도 3은 투광성 기판 (1) 상에 투광성 양극 (2), 정공 수송층 (6)과 전자 수송층 (7)으로 구성되는 유기층 (5a), 음극 (3)이 순서대로 연속적으로 적층된 적층 구조를 가지고, 이 적층 구조를 보호막 (4)으로 봉하여 구성되는 단일 헤테로 구조를 가진 유기 전계발광 소자 C를 나타낸다.
도 3에 나타낸 것과 같이 발광층이 생략된 층 구성의 경우에는, 정공 수송층 (6)과 전자 수송층 (7)의 경계면에서 일정 파장을 가진 광 (20)이 발생한다. 이 발광은 기판 (1)의 측면에서 관찰된다.
도 4는 투광성 기판 (1) 상에 투광성 양극 (2), 정공 수송층 (10)과 발광층 (11)과 전자 수송층 (12)로 구성되는 유기층 (5b), 음극 (3)이 순서대로 연속적으로 적층된 적층 구조로 구성되는 이중 헤테로 구조를 가진 유기 전계발광 소자 D를 나타낸다. 이 적층 구조를 보호막 (4)로 봉한다.
도 4에서 나타낸 유기 전계발광 소자 D에서, 양극 (2)와 음극 (3) 사이에 직류 전압을 가할 경우, 양극 (2)이 방출하거나 주입한 정공은 정공 수송층 (10)을 통해 발광층 (11)에 도달하고, 또한 음극 (3)이 주입한 전자는 전자 수송층 (12)을 통해 발광층 (11)에 도달한다. 결국, 전자/정공이 발광층 (11)에서 재결합하여 1중항 여기자를 생성하고, 그에 따라 1중항 여기자로부터 소정의 파장을 가진 빛이 발생한다.
상기 유기 전계발광 소자 C 및 D에서, 기판 (1)로는 예컨대 유리, 플라스틱 등과 같은 광투과성 재료를 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 소자를 다른 종류의 디스플레이 소자와 함께 사용하거나, 도 3 및 4에 나타낸 적층 구조를 매트릭스 형태로 구성하는 경우, 기판은 공동으로 사용될 수 있다. 소자 C 및 D는 모두 투과형 또는 반사형 구조일 수 있다.
양극 (2)은 투명 전극으로 구성되고, ITO (산화인듐주석), SnO2 등이 사용될 수 있다. 양극 (2)과 정공 수송층 (6) (또는 정공 수송층 (10)) 사이에 전하 주입 효율을 개선시킬 목적으로 유기 물질 또는 유기금속 화합물로 제조된 박막을 위치시킬 수 있다. 보호막 (4)이 금속과 같은 도전성 재료로 형성된 경우, 양극 (2)의 측면에 절연막을 설치할 수 있다는 것을 인식할 것이다.
유기 전계발광 소자 C의 유기층 (5a)은 정공 수송층 (6)과 전자 수송층 (7)이 적층된 유기층으로 구성된다. 이들 층의 어느 하나 또는 둘 모두가 상기 디스티릴 화합물을 함유하여 발광성 정공 수송층 (6) 또는 발광성 전자 수송층 (7)을 제공한다. 유기 전계발광 소자 D의 유기층 (5b)은 정공 수송층 (10), 앞서 제시한 디스티릴 화합물을 함유하는 발광층 (11) 및 전자 수송층 (12)을 적층한 유기층으로 구성된다. 층 (5b)은 다른 여러 종류의 적층 구조를 취할 수 있다. 예컨대, 정공 수송층 및 전자 수송층 중 어느 하나 또는 이들 모두가 발광성을 가질 수 있다.
특히, 정공 수송층 (6) 또는 전자 수송층 (7) 및 발광층 (11)이 각각 본 발명에서 사용된 디스티릴 화합물로 제조한 층으로 구성되는 것이 바람직하다. 이들 층은 상기 디스티릴 화합물만으로 형성될 수도 있고, 상기 디스티릴 화합물과 다른 종류의 정공 또는 전자 수송 재료 (예, 방향족 아민, 피라졸린 등)의 공증착에 의해 형성될 수도 있다. 또한, 정공 수송층에서 정공 수송 성능을 향상시키기 위해, 다수의 정공 수송 재료를 적층하여 구성되는 정공 수송층을 형성할 수도 있다.
유기 전계발광 소자 C에서, 발광층은 전자 수송성 발광층 (7)일 수 있다. 이 경우, 전원 (8)에서 가해지는 전압에 따라 정공 수송층 (6) 또는 그의 계면에서 빛이 발생할 수 있다. 또한, 유기 전계발광 소자 D에서, 발광층은 층 (11) 외에 전자 수송층 (12)일 수도 있고 정공 수송층 (10)일 수도 있다. 발광 성능을 향상시키기 위해, 적어도 1종의 형광 물질을 함유하는 발광층 (11)을 정공 수송층과 전자 수송층 사이에 위치시킨 구조를 제공하는 것이 바람직하다. 별법으로, 형광 물질을 정공 수송층 또는 전자 수송층에, 또는 이들 모두에 포함시킬 수도 있다. 이러한 경우, 발광 효율을 개선시키기 위해 층 구성에 정공 또는 전자의 수송을 억제하는 박막 (예컨대, 정공 차단층 또는 여기자 생성층)을 포함시키는 것도 가능하다.
음극 (3)으로는 Li, Mg, Ca 등과 같은 활성 금속의 합금 및 Ag, Al, In 등과 같은 금속 재료를 사용할 수 있다. 별법으로, 이들 금속으로 된 층의 적층 구조를 사용할 수도 있다. 음극의 두께와 합금 또는 금속 종류를 적절히 선택하여 그의 용도에 적합한 유기 전계발광 소자를 제작할 수 있다.
보호막 (4)는 실링막으로 작용하고, 유기 전계발광 소자를 완전히 덮는 구조로 이루어져서, 전하 주입 효율 및 발광 효율을 향상시킨다. 기밀성이 보장된다면, 알루미늄, 금, 크롬 등의 단일 금속 또는 이들의 합금을 포함하는 재료가 이 목적에 적절히 선택될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
상기 각 유기 전계발광 소자에 가하는 전류는 통상 직류이나, 펄스 전류 또는 교류를 사용할 수도 있다. 전류 및 전압의 값은 이들이 소자를 파괴시키지 않 는 범위내에 있는 한 중요하지 않다. 그럼에도 불구하고, 유기 전계발광 소자의 전력 소모와 수명을 고려하여, 가능한 한 전기 에너지를 적게 사용하여 효과적으로 발광시키는 것이 바람직하다.
이어서, 도 5는 본 발명의 유기 전계발광 소자를 사용하는 평면 디스플레이의 구성을 나타낸다. 이 도면에 나타낸 것과 같은, 예를 들어 전색 디스플레이의 경우, 적색 (R), 녹색 (G) 및 청색 (B)의 삼원색을 발광할 수 있는 유기층 (5, 즉 5a, 5b)이 음극 (3)과 양극 (2)의 사이에 위치한다. 음극 (3) 및 양극 (2)은 상호 교차된 스트라이프의 형태로 제공될 수 있으며, 휘도 신호 회로 (14)와 시프트 레지스터가 내장된 제어 회로 (15)에 의해 적절히 선택되고 여기에 신호 전압이 가해진다. 그 결과, 선택된 음극 (3) 및 양극 (2)이 교차하는 위치 (화소)에서 유기층이 빛을 발생시킨다.
특히, 도 5는 예컨대 정공 수송층, 및 적어도 하나의 발광층 및 전자 수송층으로 구성되는 적층체 (5)가 음극 (3)과 양극 (2) 사이에 위치하는 8 x 3 RGB 단순 매트릭스를 나타낸다 (도 3 또는 4를 참조). 음극과 양극은 스트라이프의 형태로 패턴화되고 매트릭스에서 상호 교차되며, 여기에 쉬프트 레지스터가 내장된 제어 회로 (15 및 14)에서 시간대별로 신호 전압이 가해져, 교차된 위치에서 전계발광 또는 발광을 일으킨다. 상기 구성의 EL 소자는 문자/기호용 디스플레이뿐 아니라, 화상 재생 장치로도 사용될 수 있다. 또한, 음극 (3) 및 양극 (2)으로 된 스트라이프형 패턴을 적색 (R), 녹색 (G) 및 청색 (B) 각각에 대해 배치할 수 있기에, 다색 또는 전색형의 고체 상태 평면 패널 디스플레이를 만들 수 있다.
아래의 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하나, 이들로 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
<실시예 1>
본 실시예는 상기 화학식 1의 디스티릴 화합물 중 R1, R2, R3 및 R4가 페닐기를 나타내고 R6이 시아노기를 나타내는 아래 화학식 3a의 화합물을 정공 수송성 발광 재료로 사용하는 단일 헤테로 구조의 유기 전계발광 소자의 제조를 예시한다.
<화학식 3a>
한쪽면에 ITO로 된 두께 100 nm의 양극이 형성된 30 mm x 30 mm 유리 기판을 진공 증착 장치에 두었다. 2.0 mm x 2.0 mm 단위 개구부를 다수 가진 금속 마스크를 증착 마스크로서 기판에 밀착 배치하였다. 10-4 Pa 이하의 진공에서 상기 화학식 3a의 화합물을 진공 증착시켜 예컨대, 두께 50 nm의 정공 수송층 (발광층으로도 작용함)을 형성하였다. 증착 속도는 0.1 nm/초였다.
또한, 전자 수송 재료로는 하기 화학식 4의 Alq3 (트리스(8-퀴놀리놀)알루미늄)을 사용하였고, 정공 수송층에 접하여 증착시켰다. Alq3으로 제조한 전자 수송층의 두께는 예컨대 50 nm였고, 증착 속도는 0.2 nm/초였다.
음극 재료로는 Mg과 Ag로 된 적층막을 사용하였다. 1 nm/초의 증착 속도로 증착된 Mg 및 Ag는 예컨대, 각각 두께 50 nm의 Mg 막 및 두께 150 nm의 Ag 막을 형성하였다. 이러한 방법으로, 실시예 1에서는 도 3에 나타낸 것과 같은 유기 전계발광 소자를 제조하였다.
상기와 같이 제조한 실시예 1의 유기 전계발광 소자에 질소 분위기 하에서 순방향 바이어스 직류 전압을 가하여 소자의 발광 특성을 평가하였다. 발광색은 적색이었고, 분광 측정을 행한 결과, 도 6에 나타낸 바와 같이 660 nm에서 발광 피크를 가지는 스펙트럼을 얻었다. 분광 측정에는 오츠까 일렉트로닉 코. (Otsuka Electronic Co., Ltd.)사에서 제조한 분광기를 사용하였고, 검출기로는 포토다이오드 어레이를 사용하였다. 또한, 전압-휘도 측정을 한 경우, 도 10에 나타낸 것과 같이 8 V에서 4000 cd/m2의 휘도를 얻을 수 있었다.
유기 전계발광 소자를 제조한 후, 질소 분위기 하에 한달 동안 두었으나 열화는 관찰되지 않았다. 또한, 초기 휘도 300 cd/m2에 해당하는 전류값을 일정하게 통전시키는 연속 발광에 의해 강제 열화시킨 결과, 휘도 반감기가 2200 시간이었다.
<실시예 2>
본 실시예는 상기 화학식 1의 디스티릴 화합물 중 R1, R2, R3 및 R4가 각각 페닐기를 나타내고, R6가 시아노기를 나타내는 상기 화학식 3a의 화합물을 전자 수송성 발광 재료로 사용하는 단일 헤테로 구조의 유기 전계발광 소자의 제조를 예시한다.
한쪽면에 ITO로 된 두께 100 nm의 양극이 형성된 30 mm x 30 mm 유리 기판을 진공 증착 장치에 두었다. 2.0 mm x 2.0 mm 단위 개구부를 다수 가진 금속 마스크를 증착 마스크로서 기판에 밀착 배치하였다. 10-4 Pa 이하의 진공에서 하기 화학식 5의 α-NPD (α-나프틸페닐디아민)을 진공 증착시켜 예컨대 두께가 50 nm인 정공 수송층을 형성하였다. 증착 속도는 0.1 nm/초였다.
또한, 전자 수송 재료로 사용된 화학식 3a의 화합물을 정공 수송층에 접하여 진공 증착시켰다. 상기 화학식 3a의 화합물로 구성된 전자 수송층 (또한, 발광층으로도 작용)의 두께는 예컨대 50 nm였고, 증착 속도는 0.2 nm/초였다.
음극 재료로는 Mg와 Ag로 된 적층막을 사용하였다. 특히, Mg 및 Ag를 각각 1 nm/초의 증착 속도로 증착시켜, 예컨대 각각 두께 50 nm의 Mg 막과 두께 150 nm의 Ag 막을 형성하였다. 이러한 방법으로, 도 3에 나타낸 것과 같은 실시예 2의 유기 전계발광 소자를 제조하였다.
상기와 같이 제조한 실시예 2의 유기 전계발광 소자에 질소 분위기 하에서 순방향 바이어스 직류 전압을 가하여 발광 특성을 평가하였다. 발광색은 적색이었고, 실시예 1에서와 같은 분광 측정을 행한 결과, 도 7에 나타낸 바와 같이 660 nm에서 발광 피크를 가지는 스펙트럼을 얻었다. 또한, 전압-휘도 측정을 한 경우, 도 11에 나타낸 것과 같이 8 V에서 3600 cd/m2의 휘도를 얻을 수 있었다.
유기 전계발광 소자를 제조한 후, 질소 분위기 하에 한달 동안 두었으나 열화는 관찰되지 않았다. 또한, 초기 휘도 300 cd/m2에 해당하는 전류값을 일정하게 통전시키는 연속 발광에 의해 강제 열화시킨 결과, 휘도 반감기가 2000 시간이었다.
<실시예 3>
본 실시예는 상기 화학식 1의 디스티릴 화합물 중 R1, R2, R3 및 R4가 각각 페닐기를 나타내고, R6는 시아노기를 나타내는 상기 화학식 3a의 화합물을 발광 재료로 사용하는 이중 헤테로 구조의 유기 전계발광 소자의 제조를 예시한다.
한쪽면에 ITO로 된 두께 100 nm의 양극이 형성된 30 mm x 30 mm 유리 기판을 진공 증착 장치에 두었다. 2.0 mm x 2.0 mm 단위 개구부를 다수 가진 금속 마스크를 증착 마스크로서 기판에 밀착 배치한 다음, 10-4 Pa 이하의 진공에서 상기 화학식 5의 α-NPD (α-나프틸페닐디아민)을 진공 증착시켜 예컨대 두께가 30 nm인 정 공 수송층을 형성하였다. 증착 속도는 0.2 nm/초였다.
또한, 발광 재료로 사용된 상기 화학식 3a의 화합물을 정공 수송층에 접하여 진공 증착시켰다. 상기 화학식 3a의 화합물로 구성된 발광층의 두께는 예컨대 30 nm였고, 증착 속도는 0.2 nm/초였다.
전자 수송 재료로 사용된 상기 화학식 4의 Alq3을 발광층에 접하여 증착시켰다. Alq3 층의 두께는 예컨대 30 nm였고, 증착 속도는 0.2 nm/초였다.
음극 재료로는 Mg와 Ag로 된 적층막을 사용하였다. 특히, Mg 및 Ag를 각각 1 nm/초의 증착 속도로 증착시켜, 예컨대 각각 두께 50 nm의 Mg 막과 두께 150 nm의 Ag 막을 형성하였다. 이러한 방법으로, 도 4에 나타낸 것과 같은 실시예 3의 유기 전계발광 소자를 제조하였다.
상기와 같이 제조한 실시예 3의 유기 전계발광 소자에 질소 분위기 하에서 순방향 바이어스 직류 전압을 가하여 발광 특성을 평가하였다. 발광색은 적색이었고, 분광 측정을 행한 결과, 660 nm에서 발광 피크를 가지는 스펙트럼을 얻었다. 또한, 전압-휘도 측정을 한 경우, 도 12에 나타낸 것과 같이 8 V에서 4800 cd/m2의 휘도를 얻을 수 있었다.
유기 전계발광 소자를 제조한 후, 질소 분위기 하에 한달 동안 두었으나 열화는 관찰되지 않았다. 또한, 초기 휘도 300 cd/m2에 해당하는 전류값을 일정하게 통전시키는 연속 발광에 의해 강제 열화시킨 결과, 휘도 반감기가 3800 시간이었 다.
<실시예 4>
정공 수송 재료로 α-NPD 대신 하기 화학식 6의 TPD (트리페닐디아민 유도체)를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 2에서와 같은 층 구성 및 막 형성 방법을 행하여 유기 전계발광 소자를 제조하였다.
본 실시예의 유기 전계발광 소자는 실시예 2와 같은 적색 발광일 것으로 추정되었다. 분광 측정 결과, 스펙트럼이 실시예 2의 유기 전계발광 소자의 스펙트럼과 일치하는 것으로 밝혀졌다.
<실시예 5>
본 실시예는 상기 화학식 1의 디스티릴 화합물 중 R1 및 R4가 각각 페닐기를 나타내고, R2 및 R3가 각각 4-메톡시페닐기를 나타내고 R6가 시아노기를 나타내는 하기 화학식 3b의 화합물을 정공 수송성 발광 재료로 사용하는 단일 헤테로 구조의 유기 전계발광 소자의 제조를 예시한다.
<화학식 3b>
한쪽면에 ITO로 된 두께 100 nm의 양극이 형성된 30 mm x 30 mm 유리 기판을 진공 증착 장치에 두었다. 2.0 mm x 2.0 mm 단위 개구부를 다수 가진 금속 마스크를 증착 마스크로서 기판에 밀착 배치한 다음, 10-4 Pa 이하의 진공에서 상기 화학식 3b의 화합물을 진공 증착시켜 예컨대 두께가 50 nm인 정공 수송층 (발광층으로도 작용함)을 형성하였다. 증착 속도는 0.1 nm/초였다.
또한, 전자 수송층으로 사용된 상기 화학식 4의 Alq3 (트리스(8-퀴놀리놀)알루미늄)을 정공 수송층에 접하여 진공 증착시켰다. Alq3으로 구성된 전자 수송층의 두께는 예컨대 50 nm였고, 증착 속도는 0.2 nm/초였다.
음극 재료로는 Mg와 Ag로 된 적층막을 사용하였다. 특히, Mg 및 Ag는 1 nm/초의 증착 속도에서 예컨대, 각각 두께 50 nm의 Mg 막과 두께 150 nm의 Ag 막을 형성하였다. 이러한 방법으로, 도 3에 나타낸 것과 같은 실시예 5의 유기 전계발광 소자를 제조하였다.
상기와 같이 제조한 실시예 5의 유기 전계발광 소자에 질소 분위기 하에서 순방향 바이어스 직류 전압을 가하여 발광 특성을 평가하였다. 발광색은 적색이었고, 분광 측정을 행한 결과, 도 9에 나타낸 바와 같이 670 nm에서 발광 피크를 가지는 스펙트럼을 얻었다. 분광 측정에는 오츠까 일렉트로닉 코.사에서 제조한 분 광기를 사용하였고, 검출기로는 포토다이오드 어레이를 사용하였다. 또한, 전압-휘도 측정을 한 경우, 도 13에 나타낸 것과 같이 8 V에서 3400 cd/m2의 휘도를 얻을 수 있었다.
유기 전계발광 소자를 제조한 후, 질소 분위기 하에 한달 동안 두었으나 열화는 관찰되지 않았다. 또한, 초기 휘도 300 cd/m2에 해당하는 전류값을 일정하게 통전시키는 연속 발광에 의해 강제 열화시킨 결과, 휘도 반감기가 1800 시간이었다.
본 발명에 따라, 유기 전계발광 소자의 양극과 음극 사이에 위치한 유기층이 화학식 1 또는 2의 디스티릴 화합물 1종 이상을 함유할 경우, 이 유기 전계발광 소자는 휘도가 높고 안정한 적색 발광을 생성한다.
Claims (8)
- 발광 영역을 가지고 양극과 음극 사이에 위치하며, 전류를 가함으로써 발광할 수 있는 유기 물질을 필수 성분으로 함유하는 유기층을 포함하는 유기 전계발광 소자에 있어서, 이 유기층이 유기 발광 재료로 하기 화학식 1 또는 2의 디스티릴 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.<화학식 1>
<화학식 2>
상기 식들에서,R1, R2, R3 및 R4는 각각 동일하거나 상이한 기이고, 독립적으로 하기 화학식의 아릴기 (여기서, R19, R20, R21, R22 및 R23은 각각 동일하거나 상이한 기이고, 수소 원자를 나타내되, 이들 중 적어도 하나가 포화 또는 불포화 알콕실기, 알킬기, 아미노기 또는 알킬아미노기를 나타냄)를 나타내고,
R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11, R12, R13, R14, R15, R16, R17 및 R18은 동일하거나 상이한 기이되, 이들 중 적어도 하나가 시아노기, 니트로기 또는 할로겐 원자를 나타내고,R24, R25, R26, R27, R28, R29, R30, R31, R32, R33, R34, R35, R36 및 R37은 동일하거나 상이한 기이고 (수소 원자를 나타내되), 이들 중 적어도 하나가 시아노기, 니트로기 또는 할로겐 원자를 나타낸다. - 제1항에 있어서, 상기 유기층이 정공 수송층과 전자 수송층을 적층한 유기 적층 구조를 가지고, 상기 디스티릴 화합물이 상기 정공 수송층의 재료로 사용된 유기 전계발광 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 유기층이 정공 수송층과 전자 수송층을 연속적으로 적층한 유기 적층 구조를 가지고, 상기 디스티릴 화합물이 상기 전자 수송층의 재료로 사용된 유기 전계발광 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 유기층이 정공 수송층, 발광층 및 전자 수송층을 적층한 유기 적층 구조를 가지고, 상기 디스티릴 화합물이 상기 발광층의 재료로 사용된 유기 전계발광 소자.
- 발광 영역을 가지고 양극과 음극 사이에 위치한 유기층을 포함하는 유기 전계발광 소자에 있어서, 이 유기층이 유기 발광 재료로 하기 화학식 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f 및 3g의 디스티릴 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.<화학식 3a>
<화학식 3b>
<화학식 3c>
<화학식 3d>
<화학식 3e>
<화학식 3f>
<화학식 3g>
- 제5항에 있어서, 상기 유기층이 정공 수송층과 전자 수송층을 적층한 유기 적층 구조를 가지고, 상기 디스티릴 화합물이 상기 정공 수송층의 재료로 사용된 유기 전계발광 소자.
- 제5항에 있어서, 상기 유기층이 정공 수송층과 전자 수송층을 연속적으로 적층한 유기 적층 구조를 가지고, 상기 디스티릴 화합물이 상기 전자 수송층의 재료로 사용된 유기 전계발광 소자.
- 제5항에 있어서, 상기 유기층이 정공 수송층, 발광층 및 전자 수송층을 적층한 유기 적층 구조를 가지고, 상기 디스티릴 화합물이 상기 발광층의 재료로 사용된 유기 전계발광 소자.
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