KR100669673B1

KR100669673B1 - 유기 전자발광소자

Info

Publication number: KR100669673B1
Application number: KR1020000008175A
Authority: KR
Inventors: 유한성; 이정현; 권순기; 신동철; 김윤희
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2000-02-21
Filing date: 2000-02-21
Publication date: 2007-01-16
Also published as: KR20010082820A

Abstract

본 발명은 화학식 1로 표시되는 발광 화합물과 이를 발색 재료로서 채용하고 있는 유기 전자발광소자를 제공한다.

<화학식 1>

상기식중, L₁, L₂, L₃, L₄, L₅, L₆은 서로에 관계없이 아릴기중에서 선택되고,

R₁, R₂, R₃, R₄, R₅, R₆, R₇, R₈, R₉, R₁₀, R₁₁및 R₁₂는 서로에 관계없이 수소 및 메틸기로 이루어진 군으로부터 선택된다. 본 발명에 따른 화학식 1의 발광 화합물은 적색 도펀트와 함께 사용되는 경우 적색 발광 재료로서 발광 효율이 우수하며, 표시소자의 발색재료로서 유용하다. 또한, 본 발명에 따른 유기 전자발광소자는 화학식 1의 발광 화합물을 이용하여 발광층 등과 같은 유기막을 형성하며, 통상적인 적색 발광 화합물을 사용한 경우와 비교하여 발광 효율과 휘도 특성이 개선된다.

Description

유기 전자발광소자{Organic electroluminescence device}

본 발명은 유기 전자발광소자에 관한 것으로서, 보다 상세하기로는 색순도와 발광효율 특성이 개선된 발광 화합물과 이를 발색 재료로서 채용하고 있는 유기 전자발광소자에 관한 것이다.

전자발광소자(electroluminescence device: EL device)는 자발 발광형 표시 소자로서 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라 응답시간이 빠르다는 장점을 가지고 있다.

EL 소자는 발광층(emitter layer) 형성용 재료에 따라 무기 EL 소자와 유기 EL 소자로 구분된다. 여기에서 유기 EL 소자는 무기 EL 소자에 비하여 휘도, 구동전압 및 응답속도 특성이 우수하고 다색화가 가능하다는 장점을 가지고 있다.

일반적인 유기 EL 소자는, 기판 상부에 애노드(anode)가 형성되어 있고, 이 애노드 상부에 홀 수송층, 발광층, 전자 수송층 및 캐소드가 순차적으로 형성되어 있는 구조를 가지고 있다. 여기에서 홀 수송층, 발광층 및 전자수송층은 유기 화합물로 이루어진 유기박막들이다.

상술한 바와 같은 구조를 갖는 유기 EL 소자의 구동원리는 다음과 같다.

상기 애노드 및 캐소드간에 전압을 인가하면 애노드로부터 주입된 홀은 홀 수송층을 경유하여 발광층에 이동된다. 한편, 전자는 캐소드로부터 전자 수송층을 경유하여 발광층에 주입되고, 발광층 영역에서 캐리어들이 재결합하여 엑시톤(exciton)을 생성한다. 이 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 변화되고, 이로 인하여 발광층의 형광성 분자가 발광함으로써 화상이 형성된다.

한편, 1987년 이스트만 코닥(Eastman Kodak)사에서는 발광층 형성용 재료로서 저분자인 방향족 디아민과 알루미늄 착체를 이용하고 있는 유기 전자발광소자를 개발하였다(Appl. Phys. Lett. 51 , 913, 1987)

이밖에도, 발광층 형성용 재료로서 폴리(p-페닐렌비닐렌)(PPV), 폴리(2-메톡시-5-(2'-에틸헥실옥시)-1,4-페닐렌비닐렌) 등과 같은 고분자를 사용하고 있는 유기 전자발광소자가 발표되었다(Nature, 347 , 539, 1990 & Appl. Phys. Lett. 58 , 1982, 1991).

그런데, 상기 고분자중 PPV는 유기용매에 대한 용해도 특성이 불량하여 스핀코팅법에 의한 막형성시 많은 어려움이 있다. 이러한 문제점을 해결시키기 위하여 PPV에 유기용매에 대한 용해도 특성을 개선시킬 수 있는 작용기를 도입시킨 가용성 PPV이 개발되었다. PPV 또는 그 유도체들을 발광층 재료로 채용하고 있는 유기 전자발광소자는 녹색에서 오렌지색까지의 색깔을 구현한다.

한편, 적색을 구현하기 위한 방법으로는, 유로피움(europium)을 포함하는 화합물을 사용하거나 Alq3를 적색 도펀트에 도핑하는 방법을 사용하였다.

그런데, 유로피움을 함유한 화합물을 이용하는 전자 방법에 따르면, 휘도 특성이 충분치 않다. 그리고 후자 방법에 따르면, 색순도는 우수하지만, 발광효율 특성이 만족스럽지 않다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하여 색순도와 발광효율 특성이 개선되고 적색을 구현할 수 있는 발광 화합물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 기술적 과제는 상기 화합물을 발색재료로서 채용하고 있는 표시소자를 제공하는 것이다.

상기 첫번째 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는, 화학식 1로 표시되는 발광 화합물을 제공한다.

<화학식 1>

R₁, R₂, R₃, R₄, R₅, R₆, R₇, R₈, R₉, R₁₀, R₁₁및 R₁₂는 서로에 관계없이 수소, 메틸기로 이루어진 군으로부터 선택된다.

상기 발광 화합물은 적색 도펀트와 함께 사용되어 적색 발광 재료로 이용가능하다. 여기에서 적색 도펀트로는 특별히 제한되지는 않으며, 구체적인 예로는 하기 구조식의 DCM2, DCM, 나일-레드(Nile-Red) 등이 있다.

상기 화학식 1의 발광 화합물과 적색 도펀트의 혼합중량비는 90:10 내지 99.99:0.01인 것이 바람직하다. 여기에서 화학식 1의 발광 화합물에 대한 적색 도펀트의 함량이 상기 범위를 초과하는 경우에는 발광효율이 낮고, 적색 도펀트의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 칼라튜닝(color tuning)이 힘들어 바람직하지 못하다.

본 발명의 두번째 과제는 상기 발광 화합물을 발색재료로서 채용하고 있는 것을 특징으로 하는 표시소자에 의하여 이루어진다. 이러한 본 발명의 바람직한 일면으로서, 상기 발광 화합물을 발색재료로서 채용하고 있는 유기 전자발광소자를 들 수 있다.

즉, 본 발명의 두번째 과제는 또한, 한 쌍의 전극사이에 구비되어 있는 유기 막을 포함하고 있는 유기 전자발광소자에 있어서,

상기 유기막이 화학식 1의 발광 화합물을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 유기 전자발광소자에 의하여 이루어진다.

<화학식 1>

상기식중, L₁, L₂, L₃, L₄, L₅, L₆은 서로에 관계없이 아릴기중에서 선택되고,
R₁, R₂, R₃, R₄, R₅, R₆, R₇, R₈, R₉, R₁₀, R₁₁및 R₁₂는 서로에 관계없이 수소 및 메틸기로 이루어진 군으로부터 선택되거나 또는

L₁, L₃, L₅는 수소이고, L₂, L₄, L₆은 모두 나프탈렌기이고, R₁, R₂, R₃, R₄, R₅, R₆, R₇, R₈, R₉, R₁₀, R₁₁및 R₁₂는 모두 수소이다.

삭제

바람직하게는, 본 발명에 따른 화학식 1의 발광 화합물은, L₁, L₂, L₃, L₄, L₅, L₆은 모두 페닐기이고, R₁, R₂, R₃, R₄, R₅, R₆, R₇, R₈, R₉, R₁₀, R ₁₁및 R₁₂는 모두 수소인 화학식 2의 화합물, L₁, L₃, L₅는 수소이고, L₂, L₄, L₆은 모두 나프탈렌기이고, R₁, R₂, R₃, R₄, R₅, R₆, R₇, R₈, R₉, R₁₀, R₁₁및 R₁₂는 모두 수소인 화학식 3의 화합물 또는 L₁, L₂, L₃, L₄, L₅, L₆은 모두 페닐기이고, R₁, R₂, R₃, R₅, R₆, R₇, R₉, R₁₀, R₁₁은 모두 수소이고, R₄, R₈ 및 R₁₂는 모두 메틸기인 화학식 4의 화합물이다.

이하, 본 발명에 따른 유기 전자발광소자의 제조방법을 살펴보기로 한다.

먼저, 기판 상부에 애노드 전극용 물질을 코팅한다. 여기에서 기판으로는 통상적인 유기 EL 소자에서 사용되는 기판을 사용하는데, 투명성, 표면평활성, 취급용이성 및 방수성이 우수한 유리기판 또는 투명 플라스틱 기판이 바람직하다. 그리고 애노드 전극용 물질으로는 투명하고 전도성이 우수한 산화인듐주석(ITO), 산화주석(SnO₂), 산화아연(ZnO) 등을 사용한다.

상기 애노드 전극 상부에 홀수송층 형성용 물질을 진공증착 또는 스핀코팅하여 홀수송층을 형성한다. 이 홀수송층 상부에 화학식 1의 발광 화합물을 진공증착하여 발광층을 형성한다.

상기 홀수송층 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'-di(naphthalene-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine: α-NPD} 등이 사용된다.

상기 발광층 상부에 캐소드 형성용 금속을 진공증착하여 캐소드를 형성함으로써 유기 EL 소자가 완성된다. 여기에서 캐소드 형성용 금속으로는 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag) 등이 이용된다.

상기 발광층 상부에는 캐소드를 형성하기 이전에 전자수송층을 형성하기도 한다. 이 전자수송층은 통상적인 전자수송층 형성용 물질을 사용한다.

본 발명의 유기 전자발광소자는 애노드, 홀수송층, 발광층, 전자수송층 및 캐소드중에서 선택된 2개의 층사이에 특성 향상을 위한 중간층을 더 형성하는 것이 가능하다. 예를 들어, 애노드와 홀수송층 사이에 홀주입층(hole injection layer: HIL)을 더 형성할 수 있는데, 이와 같이 홀주입층을 형성하면 홀수송층(예: α-NPD)과 애노드(ITO)간의 접착력을 향상시키는 동시에 애노드로부터 홀수송층으로 홀이 주입되는 것을 도와주게 된다.

상기 홀주입층 형성물질은 특별히 제한되지 않으나, 하기 구조식의 CuPc, m-MTDATA, I-TNATA 등이 사용된다.

유기 전자발광소자는 상술한 바와 같은 순서 즉, 애노드/홀수송층/발광층/전자수송층/캐소드 순으로 제조하여도 되고, 그 반대의 순서 즉, 캐소드/전자수송층/발광층/홀수송층/애노드 순으로도 제조하여도 무방하다.

이하, 본 발명을 구체적인 실시예를 들어 상세히 설명하기로 하되, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

유리 기판상에 ITO 전극을 형성한 다음, 이 상부에 m-MTDATA를 진공증착하여 홀주입층을 400Å 두께로 형성하였다.

이어서, 상기 홀주입층 상부에 α-NPD를 진공증착하여 100Å 두께의 홀수송층을 형성하였다.

상기 홀수송층 상부에 화학식 2의 화합물을 진공증착하여 600Å 두께의 발광층을 형성하였다.

그 후, 상기 발광층 상부에 Al:Li 합금을 진공증착하여 1500Å 두께의 알루미늄·리튬 전극을 형성함으로써 유기 전자발광소자를 제조하였다.

실시예 2

상기 홀수송층 상부에, 1:99 중량비의 DCM2와 화학식 2로 표시되는 화합물을 함께 진공증착하여 300Å 두께의 발광층을 형성하였다.

그 후, 상기 발광층 상부에 화학식 2의 화합물을 진공증착하여 300Å 두께의 전자수송층을 형성하였다.

그 후, 상기 전자수송층 상부에 Al:Li 합금을 진공증착하여 1500Å 두께의 알루미늄·리튬 전극을 형성함으로써 유기 전자발광소자를 제조하였다.

실시예 3

이어서, 상기 홀주입층 상부에 α-NPD를 진공증착하여 100Å 두께의 홀수송층을 형성하였다. 이 홀 수송층 상부에 1:99 중량비의 DCM2와 화학식 2로 표시되는 화합물을 함께 진공증착하여 300Å 두께의 발광층을 형성하였다.

그 후, 상기 발광층 상부에 화학식 5의 화합물(Alq3)을 진공증착하여 300Å 두께의 전자수송층을 형성하였다. 이 전자수송층 상부에 Al:Li 합금을 진공증착하여 1500Å 두께의 알루미늄·리튬 전극을 형성함으로써 유기 전자발광소자를 제조하였다.

<화학식 5>

실시예 4

화학식 2의 화합물 대신 화학식 3의 화합물을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 유기 전자발광소자를 제조하였다.

실시예 5

화학식 2의 화합물 대신 화학식 3의 화합물을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방법에 따라 실시하여 유기 전자발광소자를 제조하였다.

실시예 6

화학식 2의 화합물 대신 화학식 3의 화합물을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 3과 동일한 방법에 따라 실시하여 유기 전자발광소자를 제조하였다.

실시예 7

화학식 2의 화합물 대신 화학식 4의 화합물을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 유기 전자발광소자를 제조하였다.

실시예 8

화학식 2의 화합물 대신 화학식 4의 화합물을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방법에 따라 실시하여 유기 전자발광소자를 제조하였다.

실시예 9

화학식 2의 화합물 대신 화학식 4의 화합물을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 3과 동일한 방법에 따라 실시하여 유기 전자발광소자를 제조하였다.

비교예

화학식 2의 화합물 대신 화학식 5의 화합물을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 3과 동일한 방법에 따라 실시하여 유기 전자발광소자를 제조하였다.

상기 실시예 1-9 및 비교예에 따라 제조된 유기 전자발광소자에 있어서, 구동개시전압, 최대발광휘도, 발광효율 및 칼라 특성을 평가하였고, 그 결과는 하기 표 1과 같다.

구분	구동개시전압(V)	최대발광휘도 (cd/㎡)	발광효율 (cd/A)	칼라(nm)
실시예 1	4	10000	3.0	옐로우-오렌지 (580)
실시예 2	3	15000	3.5	레드 (620)
실시예 3	3	15000	3.4	레드 (620)
실시예 4	4	12000	3.2	옐로우-오렌지 (580)
실시예 5	3	18000	3.8	레드 (620)
실시예 6	3	17000	3.6	레드 (620)
실시예 7	4	12000	3.0	옐로우-오렌지 (580)
실시예 8	3	17000	3.7	레드 (620)
실시예 9	3	15000	3.5	레드 (620)
비교예	4	13000	2.5	오렌지 ( )

상기 표 1로부터, 비교예에 따른 유기 전자발광소자는 오렌지를 구현할 수 있는 반면, 실시예 1, 4 및 7에 따른 유기 전자발광소자는 옐로우-오렌지의 혼합색을 구현할 수 있었으며, 실시예 2, 3, 5, 6, 8 및 9에 따라 제조된 유기 전자발광소자는 적색을 구현할 수 있었다.

또한, 실시예 1-9에 따라 제조된 유기 전자발광소자의 색순도와 발광효율 특성은 통상적인 적색 발광 재료인 화학식 5의 화합물을 사용한 경우(비교예)에 비하여 향상됨을 확인할 수 있었다.

본 발명에 따른 화학식 1의 발광 화합물은 옐로우-오렌지의 혼합색 발광 재료이며, 이를 적색 도펀트와 함께 사용하면 적색 발광 재료로 이용가능하여 표시소 자의 발색재료로 매우 유용하다.

또한, 본 발명에 따른 유기 전자발광소자는 화학식 1의 발광 화합물을 이용하여 발광층 등과 같은 유기막을 형성하며, 통상적인 적색 발광 화합물을 사용한 경우와 비교하여 색순도, 발광 효율 및 휘도 특성이 개선된다.

Claims

하기 화학식 2 내지 4중에서 선택된 하나로 표시되는 발광 화합물

[화학식 2]

[화학식 3]

[화학식 4]
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서, 적색 도펀트가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 발광 화합물.
제5항에 있어서, 상기 적색 도펀트가 하기 구조식의 DCM2, DCM 및 나일-레드(Nile-Red)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 발광 화합물.
한 쌍의 전극사이에 구비되어 있는 유기막을 포함하고 있는 유기 전자발광소자에 있어서,

상기 유기막이 하기 화학식 2 내지 4중에서 선택된 하나로 표시되는 발광 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전자발광소자.

[화학식 2]

[화학식 3]

[화학식 4]
삭제
삭제
삭제
제7항에 있어서, 상기 유기막이 적색 도펀트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전자발광소자.
제11항에 있어서, 상기 적색 도펀트가 하기 구조식의 DCM2, DCM 및 나일-레드(Nile-Red)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 유기 전자 발광소자.
제1항, 제5항 또는 제6항에 따른 발광 화합물을 발색재료로서 채용하고 있는 것을 특징으로 하는 표시소자.