KR100637178B1 - 유기 전계 발광 소자 - Google Patents

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KR100637178B1
KR100637178B1 KR1020040081114A KR20040081114A KR100637178B1 KR 100637178 B1 KR100637178 B1 KR 100637178B1 KR 1020040081114 A KR1020040081114 A KR 1020040081114A KR 20040081114 A KR20040081114 A KR 20040081114A KR 100637178 B1 KR100637178 B1 KR 100637178B1
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Abstract

본 발명은 기판; 상기 기판상에 형성된 제1전극; 상기 제1전극 상부에 형성된 정공 주입층; 상기 정공 주입층 상부에 형성된 정공 수송층; 정공 수송층 상부에 형성된 발광층; 상기 발광층 상부에 형성된 전자 수송층; 전자 수송층 상부에 형성된 전자 주입층; 및 상기 전자 주입층 상부에 형성된 제2전극을 구비하며, 상기 제1전극과 정공 주입층 사이에 버퍼층으로 탄소계 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자를 제공한다. 본 발명의 유기 전계 발광 소자는 i) 풀러렌 등과 같은 탄소계 화합물로 된 버퍼층을 제1전극과 정공 주입층 사이에, 정공 주입층과 정공 수송층 사이 및/또는 제1전극과 정공 수송층 사이에 형성하거나, ii) 제1전극과 정공 주입층, 제1전극과 정공 수송층, 및/또는 정공주입층과 정공수송층 사이에 형성된 버퍼층을 가지며 동시에 상기 탄소계 화합물을 정공 주입층 및/또는 정공 수송층에 도핑하거나, iii) 전자 수송층 형성시 탄소계 화합물을 도핑하거나 iv) 제1전극과 정공 주입층, 제1전극과 정공 수송층, 및/또는 정공주입층과 정공수송층 사이에 형성된 버퍼층을 가지며 동시에 전자 수송층 형성시 탄소계 화합물을 도핑하여 청색, 녹색 및 적색 모두의 경우에서 색좌표 특성에 거의 영향을 주지 않으면서 구동 전압이 강하되고 수명 특성은 향상된다.

Description

유기 전계 발광 소자{Organic electroluminescence device}
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 유기 전계 발광 소자의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 5는 본 발명에서 사용되는 C60 풀러렌의 구조를 나타낸 것이다.
<도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명>
10… 제1전극 14… 버퍼층
11… 정공주입층 12… 발광층
본 발명은 유기 전계 발광 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하기로는 수명과 소비 전력 특성이 개선된 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.
유기 전계 발광 소자는 애노드와 캐소드 사이에 삽입되어 있는 유기막에 전류를 인가시, 유기막에서 전자와 정공이 결합하면서 빛이 발생하는 현상을 이용한 자발광형 디스플레이 장치로서, 고화질, 빠른 응답 속도 및 광시야각의 특성을 갖는 경량 박형의 정보 표시 장치 구현을 가능하게 하는 장점을 갖는다. 이러한 유기 전계 발광 소자는 모바일폰뿐만 아니라, 기타 고품위의 정보 표시 장치에까지 그 응용 영역이 확장되고 있다.
유기 전계 발광 표시 소자의 급성장은 학술적 측면 뿐 아니라 산업 기술 측면에서 박막 트랜지스터 액정표시소자 (TFT-LCD)와 같은 정보 표시 소자와의 경쟁이 불가피하게 되었고, 이를 위하여 기존의 유기 전계 발광 표시 소자는 양적, 질적 성장을 저해하는 가장 큰 요인으로 남아 있는 소자의 효율 및 수명 향상 그리고 소비 전력 절감이라는 기술적 한계를 극복해야 하는 난국에 직면해 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 문제점을 해결하면서 발광 재료의 종류에 무관하게 구동 전압 강하를 통하여 소비 전력이 절감되고 수명이 향상된 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는,
기판;
상기 기판상에 형성된 제1전극;
상기 제1전극 상부에 형성된 정공 주입층;
상기 정공 주입층 상부에 형성된 발광층; 및
상기 발광층 상부에 형성된 제2전극을 구비하며,
상기 제1전극과 정공 주입층 사이에 버퍼층으로 탄소계 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자를 제공한다.
상기 정공 주입층과 발광층 사이에 정공 수송층이 더 형성되고, 상기 정공 주입층과 정공 수송층 사이에 탄소계 화합물을 포함하는 버퍼층이 더 형성되기도 한다. 또한 상기 제1전극과 정공 주입층 사이에 탄소계 화합물 버퍼층을 형성함과 동시에 정공 주입층에 상기 탄소계 화합물의 도핑을 포함한다.
상기 정공 주입층과 정공 수송층 중에서 선택된 하나 이상이 탄소계 화합물이 포함할 수 있고 상기 탄소계 화합물의 함량이 각 층 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 0.005 내지 99.95 중량부이다.
상기 발광층과 제2전극 사이에는 정공블로킹, 전자 수송층 및 전주 주입층 중에서 선택된 하나 이상이 더 포함될 수 있다.
본 발명의 기술적 과제는 또한 기판;
상기 기판상에 형성된 제1전극;
상기 제1전극 상부에 형성된 정공 수송층;
상기 정공 수송층 상부에 형성된 발광층; 및
상기 발광층 상부에 형성된 제2전극을 구비하며,
상기 제1전극과 정공 수송층 사이에 탄소계 화합물을 포함하는 버퍼층이 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자에 의하여 이루어진다.
상기 발광층과 제2전극 사이에는 정공 블로킹층, 전자 주입층 및 전자 수송층 중에서 선택된 하나 이상이 더 포함될 수 있다.
본 발명의 기술적 과제는 또한 기판;
상기 기판상에 형성된 제1전극;
상기 제1전극 상부에 형성된 정공 주입층;
상기 정공 주입층 상부에 형성된 정공 수송층;
상기 정공 수송층 상부에 형성된 발광층;
상기 발광층 상부에 형성된 전자 수송층; 및
상기 전자 수송층 상부에 형성된 제2전극을 구비하며,
상기 전자 수송층이 전자 수송물질과 탄소계 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자에 의하여 이루어진다.
상기 전자 수송층과 제2전극 사이에 전자 주입층 및 정공 블로킹층 중에서 선택된 하나 이상이 더 포함될 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 유기 전계 발광 소자는 이를 구성하는 막의 계면 특성을 조절하기 위하여 풀러렌 등과 같은 탄소계 화합물로 된 버퍼층을 제1전극과 정공 주입층 사이에, 정공 주입층과 정공 수송층 사이 및/또는 제1전극과 정공 수송층에 형성한다. 또는 제1전극과 정공 주입층, 제1전극과 정공 수송층 및/또는 정공 주입층과 정공 수송층 사이에 탄소계 화합물의 버퍼층을 형성함과 동시에 정공 주입층 및/또는 정공 수송층에 상기 탄소계 화합물을 도핑한다. 또는 전자 수송층 형성시 탄소계 화합물을 도핑하거나 또는 제1전극과 정공 주입층 및/또는 제1전극과 정공 수송층 사이에 탄소계 화합물의 버퍼층을 형성함과 동시에 전자 수송층에 탄소계 화합물을 도핑한다.
상기 탄소계 화합물은 특별하게 제한되지는 않으나, 탄소 동소체이며 탄소수는 60 내지 500의 탄소 재료로서, 금속을 포함하는 탄소계 화합물 즉, 탄소계 착화 합물도 포함한다. 본 발명에서 사용하는 탄소계 화합물의 예로서, 풀러렌(fullerene), 금속을 포함하는 풀러렌계 착화합물, 탄소 나노 튜브, 탄소 섬유(carbon fiber), 카본 블랙, 흑연, 카르빈(carbine), MgC60, CaC60, SrC60로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용하며, 그 중에서도 풀러렌을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 풀러렌은 버키 볼(Bucky ball)이라고 불리기도 하며, 진공 장치 속에서 강력한 레이저를 흑연에 쪼일 때 탄소들이 흑연 표면에서 떨어져 나와 새로운 결합을 이루며 만들어진다. 대표적으로는 탄소 원자 60개(C60)로 이루어진 C60 분자가 있고 이외에 C70, C76, C84 등이 있다.
상기한 탄소계 화합물을 이용한 버퍼층 형성시 비제한적인 예로서 증착법 등을 사용할 수 있다. 그리고 이러한 버퍼층의 두께는 1 내지 1000Å인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 50 내지 80Å이다. 만약 버퍼층의 두께가 1Å 미만이면, 유기 전계 발광 소자의 특성 향상 효과가 미미하고, 1000Å을 초과하면 수명, 컨트라스트, PM의 경우 화소 숏트 억제 등 유기 전계 발광 소자의 특성 향상 측면에서는 바람직하나, 구동 전압의 강하 폭은 포화되거나 전압 이득 폭이 감소한다.
상기한 바와 같은 버퍼층을 형성하면, 박막 상태에서 모폴로지 변화가 거의 없고, 유기 전계 발광 소자의 색좌표 특성에는 영향을 주지 않는다. 애노드에 사용되는 ITO와 정공 주입층간의 계면 에너지 밴드 갭을 변형하여 ITO로부터 유기층에 정공 주입이 더욱 용이하게 되어 구동 전압을 낮추는 것이 가능해진다. 또한 애노드로 사용되는 ITO와 정공 주입층 계면에 안정한 버퍼층으로 작용하여 유기 전계 발광 소자의 장수명화가 가능해진다.
또한 탄소계 화합물은 애노드로 사용되는 ITO와 정공 주입층 계면에 버퍼층으로 사용됨과 동시에 정공 주입층 및/또는 정공 수송층이나 전자 수송층 안에 도핑되기도 한다. 이때 탄소계 화합물의 함량은 정공 주입층, 정공 수송층 또는 전자 수송층 각각에 대하여 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 0.005 내지 99.95 중량부의 범위이다. 탄소계 화합물의 함량이 상기 범위를 벗어나면 유기 전계 발광 소자의 특성면에서 바람직하지 못하다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 바람직한 일실시 예들에 따른 유기 EL 소자의 적층 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 제1전극(10) 상부에 정공 주입층(11)이 적층되고, 상기 정공 주입층(11) 상부에 발광층(12)과 제2전극(13)이 순차적으로 적층된다. 여기에서 상기 제1전극(10)과 정공 주입층(11) 사이에는 탄소계 화합물을 포함하는 버퍼층(14)이 형성된다. 또한 상기 정공 주입층(11)에 탄소계 화합물이 도핑될 수 있다.
도 2의 유기 EL 소자는 제1전극(10) 상부에 정공 주입층(11)과 정공 수송층(16)이 순차적으로 적층되고, 상기 정공 수송층(16) 상부에 발광층(12)과 제2전극(13)이 순차적으로 적층되며, 상기 정공 주입층(11)과 정공 수송층(16) 사이에는 탄소계 화합물을 포함하는 버퍼층(14)이 형성된다.
도 3의 유기 전계 발광 소자는 도 1의 유기 전계 발광 소자에서 정공 주입층 (11)과 발광층(12) 사이에 정공 수송층(16)이 개재된 적층 구조를 갖는다.
도 4의 유기 전계 발광 소자의 도 3의 유기 전계 발광 소자에서 발광층(12) 과 제2전극(13) 사이에 전자 수송층(17)과 전자 주입층(18)이 순차적으로 적층된 구조를 갖고 있다. 이 때 상기 정공 주입층(11) 및/또는 정공 수송층(16)이나 전자 수송층(17)에 탄소계 화합물이 도핑될 수 있다.
이밖에도 도면에는 도시되어 있지 않으나 정공 블로킹이 더 적층되는 것도 가능하며 이밖에도 층간의 계면 특성을 개선하기 위한 중간층을 더 형성하는 것도 가능하다.
이하, 본 발명의 유기 전계 발광 소자의 제조방법을 살펴보기로 하되, 편의상 본 발명의 일실시 예인 도 4의 유기 전계 발광 소자의 제조방법을 예로 들어 설명하기로 한다.
먼저, 기판 (미도시) 상부에 패터닝된 제1전극(10)을 형성한다. 여기에서 상기 기판은 통상적인 유기 전계 발광 소자에서 사용되는 기판을 사용하는데, 투명성, 표면 평활성, 취급 용이성 및 방수성이 우수한 유리 기판 또는 투명 플라스틱 기판이 바람직하다. 그리고 상기 기판의 두께는 0.3 내지 1.1 mm인 것이 바람직하다.
상기 제1전극(10)의 형성 재료로는 정공 주입이 용이한 전도성 금속 또는 그 산화물로 이루어지며, 구체적인 예로서, ITO(Iindium Tin Oxide), IZO(Iindium Zinc Oxide), 니켈(Ni), 백금(Pt), 금(Au), 이리듐(Ir) 등을 사용한다.
상기 제1전극(10)이 형성된 기판을 세정한 다음, UV/ 오존 처리를 실시한다. 이때 세정 방법으로는 이소프로판올(IPA), 아세톤 등의 유기용매를 이용한다.
세정된 기판의 제1전극(10) 상부에 탄소계 화합물을 증착하여 버퍼층(14)을 1 내지 1000Å 두께로 형성한다.
이어서, 상기 버퍼층(14) 상부에 정공 주입 물질을 진공 열증착, 또는 스핀 코팅하여 정공 주입층(11)을 형성한다. 이와 같이 정공 주입층을 형성하면, 제1전극과 발광층의 접촉 저항을 감소시키는 동시에, 발광층에 대한 제1전극의 정공 수송 능력이 향상되어 소자의 구동 전압과 수명 특성이 전반적으로 개선되는 효과를 얻을 수 있다.
상기 정공 주입층(11)의 두께는 300 내지 1500Å인 것이 바람직하다. 만약 정공 주입층의 두께가 300Å 미만인 경우에는 수명이 짧아지고, 유기 EL 소자의 신뢰성이 나빠지며, 특히 PM 유기 EL의 경우에는 화소 숏트를 일으킬 수 있고, 1500Å을 초과하는 경우에는 구동 전압 상승 때문에 바람직하지 못하다.
상기 정공 주입 물질로는 특별히 제한되지 않으며 구리 프탈로시아닌(CuPc) 또는 스타버스트(Starburst)형 아민류인 TCTA, m-MTDATA, IDE406 (이데미쯔사 재료) 등을 정공 주입층으로 사용할 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112004046123598-pat00001
상기 과정에 따라 형성된 정공 주입층(11) 상부에 정공 수송 물질을 진공 열증착 또는 스핀 코팅하여 정공 수송층(16)을 형성한다. 상기 정공 수송 물질은 특별히 제한되지는 않으며, N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1-비페닐]-4,4' 디아민(TPD), N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐 벤지딘,N,N'-디(나프탈렌-1-일) -N,N'-diphenyl-benzidine :α-NPD), IDE320(이데미쯔사 재료) 등이 사용된다. 여기에서 정공 수송층의 두께는 100 내지 400Å인 것이 바람직하다. 만약 정공 수송층의 두께가 100Å 미만인 경우에는 너무 얇아서 정공 수송 능력이 저하되고, 400Å를 초과하는 경우에는 구동 전압 상승 때문에 바람직하지 못하다.
[화학식 4]
Figure 112004046123598-pat00002
이어서 상기 정공 수송층(16) 상부에 발광층(12)을 형성한다.
상기 발광층 재료는 통상적으로 사용되는 것을 사용하며, 특별히 제한되지는 않으며, 구체적인 예로서 알루미늄 착물(예: Alq3(트리스(8-퀴놀리놀라토)-알루미늄 (tris(8-quinolinolato)-aluminium), BAlq, SAlq, Almq3, 갈륨 착물(예: Gaq'2OPiv, Gaq'2OAc, 2(Gaq'2)), 플루오렌(fluorene)계 고분자, 폴리파라페닐렌 비닐렌 또는 그 유도체, 비페닐 유도체, 스피로 폴리플루오렌(spiro polyfluorne)계 고분자 등을 이용한다.
Figure 112004046123598-pat00003
Figure 112004046123598-pat00004
Alq3 BAlq
Figure 112004046123598-pat00005
Figure 112004046123598-pat00006
SAlq Almq3
Figure 112004046123598-pat00007
Figure 112004046123598-pat00008
Figure 112004046123598-pat00009
Gaq'2OPiv Gaq'2OAc, 2(Gaq'2)
본 발명에 있어서, 상기 발광층(12)의 두께는 300 내지 500Å인 것이 바람직하다. 만약 발광층의 두께는 150 내지 600Å의 경우가 가장 바람직하다. ETL의 두께가 두꺼울수록 구동 전압이 상승하는 단점 때문에 600Å을 초과하면 적용하기 힘들다.
도 4에는 나타나 있지 않으나 상기 발광층(12) 위에 정공 블로킹 물질을 진공 증착, 또는 스핀 코팅하여 정공 블로킹층을 선택적으로 형성하기도 한다. 이 때 사용하는 정공 블로킹 물질은 특별히 제한되지는 않으나 전자 수송 능력을 가지면서 발광 화합물 보다 높은 이온화 퍼텐셜을 가져야 하며 대표적으로 Balq, BCP, TPBI 등이 사용된다. 만약 정공 블로킹층의 두께는 30 내지 70Å인 것이 바람직하다. 만약 정공 블로킹층의 두께가 30Å 미만인 경우에는 정공 블로킹 특성을 잘 구 현하지 못하고, 70Å를 초과하는 경우에는 구동 전압 상승으로 바람직하지 못하다.
Figure 112004046123598-pat00010
Figure 112004046123598-pat00011
Figure 112004046123598-pat00012
상기 정공 블로킹층 위에 전자 수송 물질을 진공 증착 또는 스핀 코팅하여 전자 수송층(17)을 형성한다. 전자 수송 물질로는 특별히 제한되지는 않으며 Alq3를 이용할 수 있다.
본 발명에서는 애노드와 정공 주입층 사이에 형성된 탄소계 화합물의 버퍼층(14)과 함께 정공 주입층(11) 및/또는 정공 수송층(16)이나 전자 수송층(17)에 탄소계 화합물이 도핑될 수 있다.
즉 애노드와 정공 주입층 사이에 탄소계 화합물의 버퍼층(14)을 형성하고, 정공 주입층 및/또는 정공 수송층이나 전자 수송층 형성시, 상기 탄소 화합물을 정공 주입 물질 및/또는 정공 수송 물질과 함께 진공 열증착 법으로 공증착 하여 형성할 수 있다. 이때 탄소계 화합물의 함량은 정공 주입층, 정공 수송층 또는 전자 수송층 각각에 대하여 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 0.005 내지 99.95 중량부이다. 만약 탄소계 화합물의 함량이 0.005 중량부 미만인 경우에는 유기 전계 발광 소자의 특성 향상에 미치는 효과가 미미하여 바람직하지 못하다.
상기 전자 수송층(17)의 경우 두께는 150 내지 600Å인 것이 바람직하다. 만약 전자 수송층의 두께가 150Å 미만인 경우에는 전자 수송 능력이 저하되고, 600Å를 초과하는 경우에는 구동 전압 상승으로 바람직하지 못하다.
또한 상기 전자 수송층(17) 위에 전자 주입층(18)이 적층될 수 있다. 상기 전자 주입층 형성 재료로서는 LiF, NaCl, CsF, Li2O, BaO, Liq 등의 물질을 이용할 수 있다. 상기 전자 주입층의 두께는 5 내지 20Å인 것이 바람직하다. 만약 전자 주입층의 두께가 5Å 미만인 경우에는 효과적인 전자 주입층으로서의 역할을 하지 못하며, 20Å을 초과하는 경우에는 구동 전압이 높아 바람직하지 못하다.
Figure 112004046123598-pat00013
이어서, 상기 전자 주입층 상부에 제2전극인 캐소드용 금속을 진공 열 증착하여 제2전극(13)인 캐소드를 형성함으로써 유기 전계 발광 소자가 완성된다.
상기 캐소드 금속으로는 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag) 등이 이용된다.
본 발명의 유기 전계 발광 소자는 애노드, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층, 캐소드의 필요에 따라 한 층 또는 두 층의 중간층을 더 형성하는 것도 가능하다. 그 외에도 필요에 따라 전자 블로킹층을 형성할 수도 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시 예를 들어 설명하기로 하되, 본 발명이 하기 실시 예로만 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
애노드로서 코닝(corning)사의 15Ω/cm2 (1200Å) ITO 유리 기판을 50mm x 50mm x 0.7mm 크기로 잘라서 이소프로필 알코올과 순수 물 속에서 각 5 분 동안 초음파 세정한 후, 30분 동안 UV, 오존 세정하여 사용하였다. 유기 전계 발광 소자 제작시 상기 세정 과정을 거친 ITO 유리 기판은 0.1 mtorr이하의 진공에서 9분간 플라즈마 처리 되었다.
상기 기판 상부에 벅민스터 플러렌을 진공 열증착하여 버퍼층을 10Å 두께로 형성한 다음, 이 버퍼층 상부에 IDE406(이데미츠사)을 진공 열증착하여 정공 주입층을 700Å 두께로 형성하였다. 이어서 상기 정공 주입층 상부에 NPD를 150Å의 두께로 진공 열증착하여 정공 수송층을 형성하였다.
상기 정공 수송층 상부에 IDE 140(이데미츠사)을 진공 열증착하여 약 300Å 의 두께로 청색 발광층을 형성하였다. 이어서, 상기 발광층 상부에 전자 수송 물질 인 Alq3를 증착하여 250Å 두께의 전자 수송층을 형성하였다.
상기 전자 수송층 상부에 LiF 10Å (전자 주입층)과 Al 800Å (캐소드)을 순차적으로 진공 열증착하여 LiF/Al 전극을 형성하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.
실시예 2-6
버퍼층의 두께가 20, 35, 50, 65, 80Å로 변화된 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.
실시예 7
애노드로서 코닝(corning)사의 15Ω/cm2 (1200Å) ITO 유리 기판을 50mm x 50mm x 0.7mm 크기로 잘라서 이소프로필 알코올과 순수 물 속에서 각 5 분 동안 초음파 세정한 후, 30분 동안 UV, 오존 세정하여 사용하였다. 유기 전계 발광 소자 제작시 상기 세정 과정을 거친 ITO 유리 기판은 0.1 mtorr이하의 진공에서 9분간 플라즈마 처리 되었다.
상기 기판 상부에 벅민스터 플러렌을 진공 열증착하여 버퍼층을 50Å 두께로 형성한 다음, 이 버퍼층 상부에 IDE406(이데미츠사)을 진공 열증착하여 정공 주입층을 700Å 두께로 형성하였다. 이어서 상기 정공 주입층 상부에 NPD를 150Å의 두께로 진공 증착하여 정공 수송층을 형성하였다.
상기 정공 수송층 상부에 C545T가 도핑된 Alq3를 증착하여 약 350Å의 두께로 녹색 발광층을 형성하였다. 이어서, 상기 발광층 상부에 전자 수송 물질인 Alq3 를 증착하여 250Å 두께의 전자 수송층을 형성하였다.
상기 전자 수송층 상부에 LiF 10Å (전자 주입층)과 Al 1000Å (캐소드)을 순차적으로 진공 증착하여 LiF/Al 전극을 형성하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.
실시예 8-9
버퍼층의 두께가 65, 80Å로 변화된 것을 제외하고는, 실시예 7과 동일한 방법에 따라 실시하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.
실시예 10
애노드로서 코닝(corning)사의 15Ω/cm2 (1200Å) ITO 유리 기판을 50mm x 50mm x 0.7mm 크기로 잘라서 이소프로필 알코올과 순수 물 속에서 각 5 분 동안 초음파 세정한 후, 30분 동안 UV, 오존 세정하여 사용하였다. 유기 전계 발광 소자 제작시 상기 세정 과정을 거친 ITO 유리 기판은 0.1 mtorr이하의 진공에서 9분간 플라즈마 처리 되었다.
상기 기판 상부에 벅민스터 플러렌을 진공 증착하여 버퍼층을 50Å 두께로 형성한 다음, 이 버퍼층 상부에 IDE406(이데미츠사)을 진공 열증착하여 정공 주입층을 700Å 두께로 형성하였다. 이어서 상기 정공 주입층 상부에 NPD를 150Å의 두께로 진공 증착하여 정공 수송층을 형성하였다.
상기 정공 수송층 상부에 DCJTB가 도핑된 Alq3를 증착하여 약 350Å의 두께로 적색 발광층을 형성하였다. 이어서, 상기 발광층 상부에 전자 수송 물질인 Alq3 를 증착하여 250Å 두께의 전자 수송층을 형성하였다.
상기 전자 수송층 상부에 LiF 10Å (전자 주입층)과 Al 1000Å (캐소드)을 순차적으로 진공 증착하여 LiF/Al 전극을 형성하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.
실시예 11-12
버퍼층의 두께가 65, 80Å로 변화된 것을 제외하고는, 실시 예 10과 동일한 방법에 따라 실시하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.
비교예 1
버퍼층을 형성하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.
비교예 2
버퍼층을 형성하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 7과 동일한 방법에 따라 실시하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.
비교예 3
버퍼층을 형성하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 10과 동일한 방법에 따라 실시하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.
상기 실시 예 7-9 및 비교 예 1에 따라 제조된 유기 전계 발광 소자의 구동 전압, 효율 및 반감수명 특성은 하기의 방법에 따라 조사하였고, 그 결과는 하기 표 1과 같다.
1) 초기 특성
BM5A(Topcon사)로 휘도를 측정하였으며, Keithley의 238 HIGH CURRENT SOURCE MEASURE UNIT로 구동 전압을 측정하였다. 소자의 인가 전류 밀도는 직류(DC) 10 내지 100mA/cm2까지 10mA/cm2씩 향상시키면서 진행하였으며, 동일한 소자 구조에서 9개 이상의 포인트(point)에서 평가하였다. 재현성 실험은 9번 이상 실시하였으며, 초기특성 편차는 5%이내에 포함되는 우수한 재현성을 보였다.
2) 반감 수명
반감수명은 DC 50mA/cm2의 동일 전류밀도 인가시 소자의 휘도가 초기값의 50%까지 감소되는 시간을 조사하여 평가하였다. 동일한 소자구조에서 3개 이상의 소자로 수명의 재현성을 확인하였다.
[표 1]
비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6
버퍼층 두께 (Å) 0 10 20 35 50 65 80
구동전압 (V) 9.06 7.76 7.39 7.22 7.13 6.99 6.9
효율 (cd/A) 10.48 9.64 9.48 9.56 9.93 9.56 9.61
반감 수명 (h) 600 800 750 750 850 940 800
상기 표 1을 참조해볼 때, 실시 예 1-6의 유기 전계 발광 소자는 비교 예 1의 경우와 비교하여 (효율은 동등 수준임에도 불구하고 구동 전압이 80 % 수준으로 강하되며, 수명은 50 % 이상 향상됨)을 알 수 있었다.
또한, 상기 실시 예 7-9 및 비교 예 2에 따라 제조된 유기 전계 발광 소자에 있어서, 구동 전압, 효율 및 반감 수명을 측정하였고, 그 결과는 하기 표 2와 같다.
[표 2]
비교예 2 실시예 7 실시예 8 실시예 9
버퍼층 두께 (Å) 0 50 65 80
구동전압 (V) 9.6 7.6 7.52 7.61
효율 (cd/A) 23.66 21.59 21.95 22.06
반감수명 (h) 650 750 820 720
상기 표 2를 참조하여, (효율은 동등 수준임에도 불구하고 구동 전압이 80 % 수준으로 강하되며, 수명은 25 % 이상 향상됨)을 알 수 있었다.
상기 실시예 10-12 및 비교예 3에 따라 제조된 유기 전계 발광 소자에 있어서, 구동 전압, 효율 및 반감 수명을 측정하였고, 그 결과는 하기 표 3과 같다.
[표 3]
비교예 3 실시예 10 실시예 11 실시예 12
버퍼층 두께 (Å) 0 50 65 80
구동전압 (V) 7.61 5.78 5.72 5.77
효율 (cd/A) 5.62 5.16 5.65 4.98
반감수명 (h) 1500 1800 1800 1500
상기 표 3을 참조하여, 실시예 7-9의 유기 전계 발광 소자는 비교예 3의 경우와 비교하여 효율은 동등 수준임에도 불구하고 구동 전압이 80 % 수준으로 강하되며, 수명은 20 % 이상 향상됨을 알 수 있었다.
본 발명의 유기 전계 발광 소자는 i) 풀러렌 등과 같은 탄소계 화합물로 된 버퍼층을 제1전극과 정공 주입층 사이에, 정공 주입층과 정공 수송층 사이 및/또는 제1전극과 정공 수송층 사이에 형성하거나, ii) 제1전극과 정공 주입층, 제1전극과 정공 수송층, 및/또는 정공주입층과 정공수송층 사이에 형성된 버퍼층을 가지며 동시에 상기 탄소계 화합물을 정공 주입층 및/또는 정공 수송층에 도핑하거나, iii) 전자 수송층 형성시 탄소계 화합물을 도핑하거나 iv) 제1전극과 정공 주입층, 제1 전극과 정공 수송층, 및/또는 정공주입층과 정공수송층 사이에 형성된 버퍼층을 가지며 동시에 전자 수송층 형성시 탄소계 화합물을 도핑하여 청색, 녹색 및 적색 모두의 경우에서 색좌표 특성에 거의 영향을 주지 않으면서 구동 전압이 강하되고 수명 특성은 향상된다.

Claims (30)

  1. 기판;
    상기 기판상에 형성된 제1전극;
    상기 제1전극 상부에 형성된 정공 주입층;
    상기 정공 주입층 상부에 형성된 발광층; 및
    상기 발광층 상부에 형성된 제2전극을 구비하며,
    상기 제1전극과 정공 주입층 사이에 탄소계 화합물의 버퍼층을 포함하며,
    상기 탄소계 화합물이 풀러렌(fullerene), 금속을 포함하는 풀러렌계 착화합물, 탄소 나노 튜브, 탄소 섬유(carbon fiber), 카본 블랙, 흑연, 카르빈(carbine), MgC60, CaC60, SrC60로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 정공 주입층과 발광층 사이에 정공 수송층이 더 형성 되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  4. 제3항에 있어서, 상기 정공 주입층과 정공 수송층 사이에 탄소계 화합물을 포함하는 버퍼층이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  5. 제4항에 있어서, 상기 탄소계 화합물이 풀러렌(fullerene), 금속을 포함하는 풀러렌계 착화합물, 탄소 나노 튜브, 탄소 섬유(carbon fiber), 카본 블랙, 흑연, 카르빈(carbine), MgC60, CaC60, SrC60로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  6. 제1항에 있어서, 상기 버퍼층의 두께는 1 내지 1000Å인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  7. 제1항에 있어서, 상기 발광층과 제2전극 사이에 정공 블로킹, 전자 수송층 및 전주 주입층 중에서 선택된 하나 이상이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  8. 제3항에 있어서, 상기 정공 주입층과 정공 수송층 중에서 선택된 하나 이상이 탄소계 화합물이 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  9. 제8항에 있어서, 상기 탄소계 화합물의 함량이 각 층 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 0.005 내지 99.95 중량부인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  10. 기판;
    상기 기판상에 형성된 제1전극;
    상기 제1전극 상부에 형성된 정공 수송층;
    상기 정공 수송층 상부에 형성된 발광층; 및
    상기 발광층 상부에 형성된 제2전극을 구비하며,
    상기 제1전극과 정공 수송층 사이에 탄소계 화합물을 포함하는 버퍼층이 포함하며,
    상기 탄소계 화합물이 풀러렌(fullerene), 금속을 포함하는 풀러렌계 착화합물, 탄소 나노 튜브, 탄소 섬유(carbon fiber), 카본 블랙, 흑연, 카르빈(carbine), MgC60, CaC60, SrC60로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1전극과 버퍼층 사이에 정공 주입층이 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  12. 제11항에 있어서, 상기 정공 주입층과 정공 수송층중에서 선택된 하나 이상이 탄소계 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  13. 제12항에 있어서, 상기 탄소계 화합물의 함량이 각 층 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 0.005 내지 99.95 중량부인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소 자.
  14. 제10항에 있어서, 상기 발광층과 제2전극 사이에 정공 블로킹층, 전자 주입층 및 전자 수송층 중에서 선택된 하나 이상이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  15. 제10항에 있어서, 상기 버퍼층의 두께는 1 내지 1000Å인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  16. 기판;
    상기 기판상에 형성된 제1전극;
    상기 제1전극 상부에 형성된 정공 주입층;
    상기 정공 주입층 상부에 형성된 정공 수송층;
    상기 정공 수송층 상부에 형성된 발광층; 및
    상기 발광층 상부에 형성된 제2전극을 구비하며,
    상기 정공 주입층과 정공 수송층 사이에 탄소계 화합물을 포함하는 버퍼층이 포함하며,
    상기 탄소계 화합물이 풀러렌(fullerene), 금속을 포함하는 풀러렌계 착화합물, 탄소 나노 튜브, 탄소 섬유(carbon fiber), 카본 블랙, 흑연, 카르빈(carbine), MgC60, CaC60, SrC60로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  17. 삭제
  18. 제16항에 있어서, 상기 버퍼층의 두께는 1 내지 1000Å인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  19. 제16항에 있어서, 상기 정공 주입층과 정공 수송층 중에서 선택된 하나 이상이 탄소계 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  20. 제19항에 있어서, 상기 탄소계 화합물의 함량이 각 층 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 0.005 내지 99.95 중량부인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  21. 제16항에 있어서, 상기 발광층과 제2전극 사이에 정공 블로킹층, 전자 주입층 및 전자 수송층 중에서 선택된 하나 이상이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  22. 기판;
    상기 기판상에 형성된 제1전극;
    상기 제1전극 상부에 형성된 발광층; 및
    상기 발광층 상부에 형성된 전자 수송층; 및
    상기 전자 수송층 상부에 형성된 제2전극을 구비하며,
    상기 전자 수송층이 전자 수송물질과 탄소계 화합물을 포함하며,
    상기 탄소계 화합물이 풀러렌(fullerene), 금속을 포함하는 풀러렌계 착화합물, 탄소 나노 튜브, 탄소 섬유(carbon fiber), 카본 블랙, 흑연, 카르빈(carbine), MgC60, CaC60, SrC60로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  23. 삭제
  24. 제22항에 있어서, 상기 탄소계 화합물의 함량이 전자 수송층 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 0.005 내지 99.95 중량부인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  25. 제22항에 있어서, 상기 제1전극과 발광층 사이에 정공 주입층, 정공 수송층 중에서 선택된 하나이상이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  26. 제25항에 있어서, 상기 제1전극과 정공 주입층 사이에 탄소계 화합물을 포함하는 버퍼층을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  27. 제25항에 있어서, 상기 제1전극과 정공 수송층 사이에 탄소계 화합물을 포함하는 버퍼층을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  28. 제25항에 있어서, 상기 정공 주입층과 정공 수송층 사이에 탄소계 화합물을 포함하는 버퍼층을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  29. 제22항에 있어서, 상기 전자 수송층과 제2전극 사이에 전자 주입층 및 정공 블로킹층 중에서 선택된 하나 이상이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  30. 제22항에 있어서, 상기 버퍼층의 두께는 1 내지 1000Å인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
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