KR100579172B1 - 유기 전자 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기 전자 발광 소자를 공개한다. 그 소자는 정공 주입층과 전자 주입층사이에 정공 수송층, 전자 수송층, 및 발광층이 형성된 유기 전자 발광 소자에 있어서, 전자 주입층이 전자 수송층으로 사용되는 물질에 메탈 카복실레이트를 소정 비율로 혼합한 물질을 사용하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
따라서, 전자 주입층으로 전자 수송층을 형성하기 위하여 사용되는 물질에 메탈 카복실레이트를 혼합한 물질을 사용하여 형성함으로써 공정에서 다루기가 용이하며 전자 주입 효율이 향상될 수 있다.

Description

유기 전자 발광 소자{Organic electro luminescence device}
도1은 일반적인 유기 전자 발광 소자의 실시예의 구조 단면도이다.
도2는 본 발명의 유기 전자 발광 소자의 실시예의 구조 단면도이다.
도3은 본 발명의 유기 전자 발광 소자의 전자 수송층의 물질로 Alq3에 리튬 벤조에이트를 혼합한 경우의 바이어스 전압과 전류 밀도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도4는 본 발명이 유기 전자 발광 소자의 전자 수송층의 물질로 칼륨 벤조에이트, 나트륨 벤조에이트, 칼륨 벤조에이트를 사용한 경우의 바이어스 전압과 전류 밀도의 관계를 나타내는 그래프이다.
본 발명은 유기 전자 발광 소자에 관한 것으로, 특히 유기 전자 발광 소자의 음극에서 유기층으로 전자 주입을 향상시킬 수 있는 유기 전자 발광 소자에 관한 것이다.
유기 전자 발광 소자는 형광성 유기화합물을 전기적으로 여기시켜 발광시키는 자발광형 디스플레이 소자로 낮은 전압에서 구동이 가능하고, 박형 등의 장점을 갖는다. 또한, 광시야각, 빠른 응답 속도 등 액정 디스플레이 소자(LCD)에서 문제로 지적되는 결점을 해결할 수 있는 차세대 디스플레이 소자로서 주목받고 있다.
유기 전자 발광 소자가 차세대 디스플레이 소자로서 주목받는 이유는 다른 디스플레이 소자에 비해 우수한 소자 특성을 가진다는 점, 특히 중형이하에서 TFT-LCD와 동등 또는 그 이상의 화질을 가질 수 있다는 점과 제조 공정이 매우 단순하여 향후 가격 경쟁에서 유리하다는 점을 들 수 있다.
종래의 유기 전자 발광 소자는 유리 기판, 양극, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층, 및 양극으로 이루어져 있다.
이와같이 구성된 유기 전자 발광 소자는 전원이 공급되면 전자가 이동하면서 전류가 흐르게 되는데 음극에서는 전자가 전자 수송층을 통해 발광층으로 이동하고, 양극에서는 정공이 정공 수송층을 통해 발광층으로 이동한다.
발광층에서 만난 전자와 정공은 높은 에너지를 갖는 여기자(Exciton)를 생성하게 되는데, 이때, 여기자가 낮은 에너지로 떨어지면서 빛을 발생하게 된다.
그리고, 정공 주입층은 정공이 정공 수송층으로 주입되기 용이하게 하기 위하여 사용되고, 전자 주입층은 전자가 전자 수송층으로 주입되기 용이하게 하기 위하여 사용된다.
그런데, 종래의 유기 전자 발광 소자의 전자 주입층은 사용되는 물질이 공정에서 다루기가 용이하지 않고 안정성이 저하되는 단점이 있었다.
본 발명의 목적은 공정에서 전자 주입층을 형성하기 용이하고 전자 주입 효 율을 향상시킬 수 있는 유기 전자 발광 소자를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 유기 전자 발광 소자는 정공 주입층과 전자 주입층사이에 정공 수송층, 전자 수송층, 및 발광층이 형성된 유기 전자 발광 소자에 있어서, 상기 전자 주입층이 상기 전자 수송층으로 사용되는 물질에 메탈 카복실레이트를 소정 비율로 혼합한 물질을 사용하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 유기 전자 발광 소자를 설명하기 전에 일반적인 유기 전자 발광 소자를 설명하면 다음과 같다.
도1은 일반적인 유기 전자 발광 소자의 실시예의 구조의 단면도로서, 유리 기판(10), 양극(anode)(12), 정공 주입층(HIL; hole injecting layer)(14), 정공 수송층(HTL; hole transport layer)(16), 발광층(EML)(18), 전자 수송층(ETL; electron transport layer)(20), 및 음극(cathode)(22)으로 이루어진다.
즉, 유리 기판(10)상에 양극(12)과 정공 주입층(14), 정공 수송층(16)이 순서대로 적층되어 있고, 정공 수송층(16)의 상부에 발광층(18), 전자 수송층(20), 및 음극(22)이 차례대로 형성되어 있다.
발광층(EML)은 정공 주입층(14) 또는 정공 수송층(16) 위에 형성되고, 음극(22)은 전자 수송층(20) 위에 형성된다.
도1에서는 음극(22)과 전자 수송층(20)사이에 전자 주입층이 형성되지 않은 구조를 나타내었으나, 음극(22)과 전자 수송층(20)사이에 전자 주입층을 형성하여 구성될 수도 있다.
도1에 나타낸 유기 발광 소자는 우선, 양극(12)으로 투명하고 전도성이 우수한 인듐-틴-옥사이드(IT0), 산화 주석(SnO2), 및 산화 아연(ZnO) 등의 물질을 사용하여 형성한다. 그리고, 정공 주입층(14)으로 구리 프탈로시아닌(CuPc)을 사용하여 형성한다.
정공 수송층(16)은 정공 주입층(14)의 상부에 비스[N-(1-나프틸)-N-페닐]벤지딘(NPB)을 진공증착하여 형성하고, 전자 수송층(20)은 발광층(18)의 상부에 트리스(8-퀴노리놀레이트)알루미늄(Alq3)을 진공증착하여 형성한다. 그리고, 음극(22)은 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag) 등을 사용하여 형성한다.
그런데, 음극(22)을 형성하기 위하여 단일 물질을 사용하게 되면 반응성이 강하기 때문에 그대로 사용하지 않고 알루미늄-리튬, 또는 마그네슘-은 등의 합금 물질을 사용하게 된다. 그러나, 이들 재료들을 합금할 때 재료의 비율을 제어하기가 어렵고 증착시 실제의 비율을 제어하기 어려운 문제가 있다.
리튬 플로라이드(LiF), 세슘 플로라이드(CsF), 산화 스트론튬(SrO), 또는 산화이리튬(Li2O) 등을 5 내지 20Å 정도로 성막하고, 그 상부에 알루미늄(Al)을 형성함으로써 음극(22)을 형성하는 방법을 사용하는 경우도 있다.
그러나, 이 방법의 경우에는 무기물의 높은 성막 온도와 5 내지 20Å 정도의 얇은 막을 균일하게 성막하는데 따른 공정상의 어려움이 있다.
즉, 종래의 유기 전자 발광 소자는 음극(22)으로부터의 전자 주입 효율을 향 상시키기 위하여 다양한 방법을 시도하였으나, 이들 방법 모두 공정에서 다루기가 용이하지 않다는 문제점이 있었다.
도2는 본 발명의 유기 전자 발광 소자의 실시예의 구조의 단면도로서, 도1에 나타낸 음극(22)과 전자 수송층(20)사이에 전자 주입층(24)을 형성한 구조이다.
본 발명에서는 공정에서 다루기가 용이한 전자 주입층(24)을 필수적으로 구비하여 전자 주입 효율을 향상시키고, 이에 따라 발광층(18)내로 주입되는 전자와 정공의 전하 평형을 이룰 수 있으므로 발광 효율이 향상된다.
도2에서 도1에 나타낸 층들과 동일한 물질을 사용하여 동일한 방법으로 형성되고, 전자 주입층(24)은 트리스(8-퀴노리놀레이트)알루미늄(Alq3)과 메탈 카복실레이트(metal caboxylate)를 혼합한 물질을 사용하여 형성된다.
전자 주입층(24)은 전자 수송층(20)을 형성하기 위하여 사용된 트리스(8-퀴노리놀레이트)알루미늄(Alq3)에 메탈 카복실레이트를 0.1 내지 90 중량%로 혼합한 물질을 사용하여 50 내지 2000Å의 두께로 형성된다.
메탈 카복실레이트는 알칼리 또는 알칼리토족에 속한 금속들이 카복실레이트 관능기에 반대 이온으로 작용하는 유기물로서, 예를 들면, 리튬 아세테이트(CH8COOLi), 리튬 벤조에이트(C6H5COOLi), 칼륨 아세테이트(CH 8COOK), 칼륨 벤조에이트(C6H5COOK), 세슘 벤조에이트(C6H5COOCs), 세슘 아세테이트(CH8COOCs), 나트륨 벤조에이트(C6H5COONa), 나트륨 아세테이트(CH8COONa) 등이 있다.
본 발명의 전자 주입층(24)으로 사용되는 물질들은 공정에서 다루기가 용이하며, 전자 주입 효율을 향상시킬 수 있다.
도2에 나타낸 본 발명의 유기 전자 발광 소자의 구조는 일반적인 유기 전자 발광 소자의 다른 실시예의 구조를 나타내는 것이다. 단지, 본 발명의 유기 전자 발광 소자는 도2에 나타낸 바와 같이 전자 주입 효율을 향상시키기 위하여 전자 주입층을 반드시 가져야 한다는 것이다. 그리고, 전자 주입층으로 사용되는 물질로는 전자 수송층으로 사용되는 물질에 메탈 카복실레이트를 혼합한 물질을 사용함으로써 전자 주입 효율을 향상시킬 수 있다는 것이다.
도3은 본 발명의 유기 전자 발광 소자의 전자 수송층의 물질로 Alq3에 리튬 벤조에이트를 혼합한 경우의 바이어스 전압과 전류밀도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도3의 그래프에서, 가로 방향은 바이어스 전압(V)을, 세로 방향은 전류밀도(j(mA/cm2))를 나타내고, A는 Alq3에 리튬 벤조에이트를 0.3% 혼합한 경우, B는 1.5%, C는 20%, D는 40%, E는 80%를 혼합한 경우의 그래프를 각각 나타내는 것이다.
도3의 그래프에서, D로 나타낸 그래프가 낮은 바이어스 전압(V)에서 전류밀도가 증가하는 것으로 전자주입효율이 향상되었음을 나타낸다.
도3의 그래프로부터, Alq3에 리튬 벤조에이트를 0.3%에서 40%까지 혼합하게 되면 혼합 %가 늘어날수록 전하주입이 향상되어 동일 바이어스 전압(V)에서 전류밀 도가 증가되지만, 80%를 혼합하게 되면 전류 밀도가 감소되는 것을 알 수 있다.
도4는 본 발명이 유기 전자 발광 소자의 전자 수송층의 물질로 칼륨 벤조에이트, 나트륨 벤조에이트, 칼륨 벤조에이트를 혼합한 경우의 바이어스 전압과 전류 밀도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도4의 그래프에서, 가로 방향은 바이어스 전압(V)을, 세로 방향은 전류밀도(j(mA/cm2))를 나타내고, X는 Alq3에 리튬 벤조에이트를 20%혼합한 경우, Y는 Alq3에 나트륨 벤조에이트를 20%혼합한 경우, Z는 Alq3에 칼륨 벤조에이트를 혼합한 경우의 그래프를 각각 나타내는 것이다.
도4의 그래프로부터, Alq3에 리튬 벤조에이트를 혼합한 경우보다 나트륨 벤조에이트를 혼합한 경우에 전자 주입 효율이 향상되고, Alq3에 나트륨 벤조에이트를 혼합한 경우보다 칼륨 벤조에이트를 혼합한 경우에 전자 주입 효율이 향상됨을 알 수 있다.
즉, 전자 주입 효율은 벤조에이트에 결합된 메탈의 일함수가 감소할수록 증가하는 경향을 나타낸다. 메탈의 일함수는 칼륨, 나트륨, 리튬의 순서로 증가한다.
아래의 표는 전자 수송층의 물질로 Alq3에 칼륨 벤조에이트를 20% 혼합한 경우, 나트륨 벤조에이트를 20% 혼합한 경우, 및 리튬 벤조에이트를 20% 혼합한 유기 EL에 9V의 바이어스 전압을 인가한 경우의 휘도를 나타내는 것이다.
〔표〕
휘도(cd/m2)
칼륨 벤조에이트 20% 4011
나트륨 벤조에이트 20% 1727
리튬 벤조에이트 20% 1041
상술한 표로부터 알 수 있듯이, 전자 수송층의 물질로 리튬 벤조에이트를 혼합한 경우보다 나트륨 벤조에이트를 혼합한 경우에 휘도가 증가되고, 나트륨 벤조에이트를 혼합한 경우보다 칼륨 벤조에이트를 혼합한 경우에 휘도가 증가되었음을 알 수 있다.
즉, 도4에 나타낸 그래프와 도5에 나타낸 표로부터 알 수 있듯이 Alq3에 칼륨 벤조에이트를 혼합한 경우에 전자 주입 효율 및 휘도가 가장 높아졌음을 알 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 유기 전자 발광 소자는 전자 주입층으로 전자 수송층을 형성하기 위하여 사용되는 물질에 메탈 카복실레이트를 혼합한 물질을 사용하여 형성함으로써 공정에서 다루기가 용이하며 전자 주입 효율이 향상될 수 있다.

Claims (4)

  1. 정공 주입층과 전자 주입층사이에 정공 수송층, 전자 수송층, 및 발광층이 형성된 유기 전자 발광 소자에 있어서,
    상기 전자 주입층은
    상기 전자 수송층으로 사용되는 물질에 메탈 카복실레이트를 소정 비율로 혼합한 물질을 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 전자 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전자 수송층으로 사용되는 물질은
    Alq3인 것을 특징으로 하는 유기 전자 발광 소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전자 주입층으로 사용되는 물질은
    상기 전자 수송층으로 사용되는 물질에 상기 메탈 카복실레이트를 0.1 내지 90 중량%로 혼합한 것을 특징으로 하는 유기 전자 발광 소자.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전자 주입층은
    50 내지 2000Å의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 전자 발광 소자.
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