KR100669757B1 - 유기 전계 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제1 전극 및 제2 전극 사이의 발광층에 하나 이상의 인광 도펀트를 포함하는 유기 전계 발광 소자에 있어서, 상기 발광층은 호스트로서 정공 수송 물질과 전자 수송 물질이 혼합되어 있고, 상기 발광층의 상부에 적층되어 있는 청색 발광층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자를 제공한다. 발광층 상부에 청색 발광층의 공통층을 형성함으로써 종래 구조에 비하여 효율 및 수명 특성을 향상시킬 수 있고, 청색 발광 영역에 대한 미세패터닝을 요하지 않아 공정 수를 줄일 수 있다.
공통층, 유기 전계 발광 소자, 인광 발광 물질

Description

유기 전계 발광 소자{Organic electroluminescent device}
도 1은 종래 기술에 따른 유기 전계 발광 소자의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 유기 전계 발광 소자의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3은 종래의 녹색 발광 물질로 인광 발광 물질만을 사용한 경우의 에너지 밴드 다이어그램을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따라 녹색 발광 물질로 인광 발광 물질을 사용하고 청색 발광 물질을 공통층으로 사용한 경우의 에너지 밴드 다이어그램을 나타내는 도면이다.
본 발명은 유기 전계 발광 소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 청색 공통 발광층을 사용하는 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.
일반적으로 유기 전계 발광 소자는 제1 전극 및 제2 전극, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 등의 여러 층으로 구성된다. 유기 전계 발광 소자는 사용하는 재료에 따라 고분자와 저분자로 나뉘어 지는데 저분자 유기 EL(Electroluminescene) 디바이스의 경우에는 진공 증착에 의하여 각 층을 도입하고, 고분자 유기 EL 디바이스의 경우에는 스핀 코팅 공정을 이용하여 발광 소자를 만들 수 있다.
저분자형 유기 전계 발광 소자는 각 층의 기능에 따라 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 정공억제층, 전자주입층 등 다층의 유기막을 증착공정에 의해 적층하고 마지막으로 캐소드 전극을 증착하여 소자를 완성한다.
기존 공정으로 저분자 소자를 제작할 때는 공통층으로 정공 주입층과 정공 수송층까지 공통층으로 증착한 후 새도우 마스크에 의해 R, G, B를 각각 증착하여 패터닝한 후 다시 공통층으로 정공억제층과 전자주입층을 차례로 증착하고 캐소드를 증착한다.
저분자 유기 EL 디바이스의 경우에는 진공 증착에 의하여 각 층을 도입하여 형광 또는 인광 소자를 만들 수 있지만 풀칼라 소자를 만들 경우 마스크를 이용하여 각 층을 증착하기 때문에 양산에 불리한 점이 있다. 이에 대한 특허로는 미국 특허 번호 제6,310,360, 제6,303,238, 제6,097,147호 등이 있다.
한편, 고분자를 이용한 유기 전계 발광 소자는 각각 적색, 녹색, 청색의 고분자를 패터닝해야 하는데 잉크젯 기술이나 레이저 전사법을 이용할 때 효율과 수명 등 발광 특성이 나빠지는 문제점이 있다.
따라서, 유기 전계 발광 소자를 제조하기 위해서는 R, G, B별로 미세 패턴화를 하여야 하기 때문에 어떠한 발광층 형성 공정을 시행하더라도 공정상 제약이 있 게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 유기 전계 발광 소자의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 먼저 기판(10) 위에 애노드 전극(12)을 증착하여 패터닝한다. 상기 애노드 전극(12)은 화소 영역을 정의한다. 그리고 나서, 절연막(14)으로 화소 영역을 정의하고, 유기막으로 정공 주입층(16) 및/또는 정공 수송층(18)을 진공 증착 등의 방법으로 기판 전면에 걸쳐 도포한다. 이러한 정공 주입층(16) 및/또는 정공 수송층(18)은 공통층으로 R, G, B 전 영역에 걸쳐 도포된다. 도포된 정공 주입층(16) 및/또는 정공 수송층(18) 상부에 진공 증착, 스핀 코팅 또는 레이저 열전사법을 사용하여 R(100), G(200), B(300)를 형성한다. 진공 증착법을 이용하는 경우에는 새도우 마스크를 사용하여 R, G, B를 패턴화하고, 레이저 열전사법을 사용하는 경우에는 레이저의 스캐닝에 의해 원하는 부분만 전사하므로 특별히 새도우 마스크를 사용할 필요는 없다.
그리고 나서, 기판 전면에 걸쳐 공통층으로 정공 억제층(20) 및/또는 전자 수송층(22)을 도포하고, 마지막으로 상부 전극으로 캐소드 전극(24)을 적층한다.
이와 같이, 종래 기술의 경우 화소 영역에서 R(100), G(200), B(300)를 형성할 때 최소한 3번의 증착 또는 전사에 의한 패터닝 공정이 필요하고 화소 영역에 R, G, B를 패턴할 때에는 미세한 패턴을 형성하여야 하므로 미스 얼라인이 발생할 여지가 있다는 문제점이 있다. 또한 상기 화소 영역에서 정공의 이동이 전자의 이동보다 빠르게 되어 발광층 상부에 정공의 이동을 방지하는 정공 억제층을 필수적으로 필요로 하기 때문에 하나의 공정이 추가된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 청색 공통층을 발광층의 상부 영역에 도입하고, 이를 위하여 정공 수송형 호스트에 전자수송형 호스트 물질을 첨가한 새로운 구조의 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여,
제1 전극 및 제2 전극 사이의 발광층에 하나 이상의 인광 도펀트를 포함하는 유기 전계 발광 소자에 있어서,
상기 발광층은 호스트로서 정공 수송 물질 및 전자 수송 물질이 혼합되어 있고, 상기 발광층의 상부에 청색 발광층이 공통으로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자를 제공한다.
이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
본 발명의 일구현예에 의하면, 상기 발광층은 적색 발광층 및 녹색 발광층이고, 호스트 물질로 사용되는 정공 수송 물질은 카바졸(carbazol)계 단위인 것이 바람직하다.
상기 카바졸계 화합물은 1,3,5-트리카바졸릴벤젠, 4,4'-비스카바졸릴비페닐, 폴리비닐카바졸, m-비스카바졸릴페닐, 4,4'-비스카바졸릴-2,2'-디메틸비페닐, 4, 4',4"-트리(N-카바졸릴)트리페닐아민, 1,3,5-트리(2-카바졸릴페닐)벤젠, 1,3,5-트리스(2-카바졸릴-5-메톡시페닐)벤젠 및 비스(4-카바졸릴페닐)실란으로 이루어진 군 으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 일구현예에 의하면, 상기 발광층은 적색 발광층 및 녹색 발광층이고, 호스트 물질로 사용되는 전자 수송 물질은 유기 금속 착체, 옥사디아졸계 화합물, 페난트롤린계 화합물, 트리아진계 화합물, 트리아졸계 화합물, 및 스피로 플루오렌계 화합물 중에서 선택된 하나 이상의 화합물인 것이 바람직하다.
상기 유기 금속 착체는 비스(8-하이드록시퀴놀라토)비페녹시 금속, 비스(8-하이드록시퀴놀라토)페녹시 금속, 비스(2-메틸-8-하이드록시퀴놀라토)비페녹시 금속, 비스(2-메틸-8-하이드록시퀴놀라토)페녹시 금속), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)(파라-페닐-페놀라토)금속, 및 비스(2-(2-하이드록시페닐)퀴놀라토) 금속으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이고, 상기 금속은 Al, Zn, Be, 또는 Ga인 것이 바람직하다.
상기 유기 금속 착체는 비스(8-하이드록시퀴놀라토)비페녹시 알루미늄, 비스(8-하이드록시퀴놀라토)페녹시 알루미늄, 비스(2-메틸-8-하이드록시퀴놀라토)비페녹시 알루미늄, 비스(2-메틸-8-하이드록시퀴놀라토)페녹시 알루미늄, 비스(2-(2-하이드록시페닐)퀴놀라토) 아연, 또는 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)(파라-페닐-페놀라토)알루미늄인 것이 더욱 바람직하다.
상기 옥사디아졸계 화합물은 (4-비페닐일)-5-(4-터트부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸이고, 상기 페난트롤린계 화합물은 2,9-디메틸-4,7-디페닐-9,10-페난트롤린이고, 상기 트리아진계 화합물은 2,4,6-트리스(디아릴아미노)-1,3,5-트리아진, 2,4,6-트리스(디페닐아미노)-1,3,5-트리아진, 2,4,6-트리카바졸로-1,3,5-트리아진, 2,4,6-트리스(N-페닐-2-나프틸아미노)-1,3,5-트리아진, 2,4,6-트리스(N-페닐-1-나프틸아미노)-1,3,5-트리아진, 2,4,6-트리스바이페닐-1,3,5-트리아진이고, 상기 트리아졸계 화합물은 3-페닐-4-(1'-나프틸)-5-페닐-1,2,4-트리아졸인 것이 바람직하다.
상기 스피로플루오렌 화합물은 하기의 화학식으로 표시될 수 있다.
Figure 112004052694925-pat00001
상기 식에서, R1, R2, R3, R4는 각각 H이거나, 또는 탄소수 1 내지 22개의 알킬기, 알콕시기, CN기, NO2기, 및 -O-Ar 중에서 선택될 수 있고, 상기 Ar은 페닐, 비페닐, 1-나프틸, 및 2-나프틸 중에서 선택될 수 있고, X는 O, CR2, NR, S, N=N이다.
상기 스피로플루오렌 단위의 비제한적인 예는 페닐스피로플루오렌(phenylspirofluorene), 비페닐스피로플루오렌(biphenylspirofluorene), 및 메틸스피로플루오렌 (methylspirofluorene) 등으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 일구현예에 의하면, 상기 적색 및 녹색 발광층에 사용되는 인광 도펀트는, 비스티에닐피리딘 아세틸아세토네이트 이리듐, 비스(벤조티에닐피리딘) 아세틸아세토네이트 이리듐, 비스(2-페닐벤조티아졸)아세틸아세토네이트 이리듐, 비스(1-페닐이소퀴놀린) 이리듐 아세틸아세토네이트, 트리스(1-페닐이소퀴놀린)이리듐, 및 트리스(2-페닐피리딘)이리듐으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 유기 전계 발광 소자에 사용되는 정공 수송 물질 및 전자 수송 물질의 혼합비는 1:9 내지 9:1인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 2.5:7.5 내지 7.5:2.5이다. 상기 범위를 벗어나는 경우에는 청색공통층과 발광층의 혼색현상이 발생하여 바람직하지 못하다.
상기 적색 발광층(100) 및 녹색 발광층(200)의 두께는 100 내지 800 Å인 것이 바람직하다. 만약 발광층의 두께가 100Å 미만이면, 엑시톤의 재결합 영역이 충분하지 않아 효율이 떨어지고, 800Å을 초과하면 구동전압이 상승하여 바람직하지 못하다. 그러나, 이는 현재 알려진 발광층의 경우에 해당하며, 전하수송능력이 더욱 뛰어난 재료인 경우에는 구동전압 상승이 크지 않아 더 두꺼운 범위도 사용 가능하다.
상기 적색 및 녹색 발광 물질은 진공 증착, 습식코팅, 잉크젯 및 레이저 열전사법으로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 방법으로 형성될 수 있다. 한편, 적색 및 녹색 발광층은 진공 증착법을 사용하는 경우에는 새도우 마스크를 사용하여 미세 패턴화하고, 스핀 코팅 또는 레이저 열전사법을 사용하는 경우에는 새도우 마스크를 사용하여 패턴화할 필요가 없다.
이와 같이, 적색 및 녹색 발광층을 형성한 후 기판 전면에 걸쳐, 공통층으로 청색 발광 물질을 도포하여 청색 발광층(300)을 형성한다.
본 발명의 일구현예에 의하면, 상기 청색 발광층에 사용되는 호스트는 하기의 화학식으로 표시될 수 있다.
Figure 112004052694925-pat00002
R은 수소 또는 탄소수 1 내지 20개의 페닐, 비페닐, 나프틸, 아릴 단위의 유도체로부터 선택되는 치환체이고, X는 나프틸, 비페닐, 페닐나프탈렌, 페닐안트라센의 유도체로부터 선택되는 단위체이다.
바람직하게는 상기 청색 공통 발광층의 호스트 물질로서는 안트라센 디나프탈렌(anthracene dinaphthalene), 안트라센 디비페닐(anthracene dibiphenyl), 안트라센 나프탈렌 비페닐(anthracene naphthalene biphenyl), 및 안트라센 디페닐(anthracene diphenyl) 중에서 선택된 하나 이상인 것이 바람직하다.
상기 청색 발광층의 호스트 물질의 함량은 청색 발광층 총중량 100중량부를 기준으로 하여 80 내지 99 중량부인 것이 바람직하다. 청색 발광층 호스트 물질의 함량이 99 중량부를 초과하는 경우에는 에너지 전달이 되지 않아 발광효율이 저하되어 바람직하지 못하고, 80 중량부를 미만인 경우에는 소광현상에 의해 발광효율이 저하되어 바람직하지 못하다.
상기 청색 발광층에 발광물질로 사용되는 형광 도펀트는 저분자로 DPVBi, 스피로-DPVBi, 스피로-6P, 디스틸벤젠(DSB), 및 디스티릴아릴렌(DSA)로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 물질이거나, DPVBi, 스피로-DPVBi, 스피로-6P, 디스틸벤젠(DSB), 디스티릴아릴렌(DSA)계, 및 디스티릴아릴렌계 삼가 아민으로 이루어진 군에서 선택되는 호스트/도펀트의 2종 이상으로 이루어진 저분자이고, 고분자로는 PFO계 고분자 또는 PPV계 고분자 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
또한 상기 청색 공통 발광층에 사용되는 인광 도펀트는 플루오로페닐피리딘 이리듐 피콜리네이트(fluorophenylpyridine iridium picolinate), 디플루오로페닐피리딘 이리듐 피콜리네이트(difluorophenylpyridine iridium picolinate), 디플루오로 시아노페닐피리딘 이리듐 피콜리네이트(difluoro cyanophenylpyridine iridium picolinate) 등이다.
상기 청색 공통 발광층의 두께는 100 내지 300 Å인 것이 바람직하다. 상기 청색 발광층의 두께가 100 미만인 경우에는 안정성이 저하되어 바람직하지 못하고, 300 을 초과하는 경우에는 구동전압이 상승되어 바람직하지 못하다.
도 3는 종래 기술에 따라서 발광층에서 인광 발광 물질만을 사용한 경우의 에너지 밴드 다이어그램을 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명에 따라 녹색 발광 물질로 인광 발광 물질을 사용하고, 청색 발광 물질을 공통층으로 사용한 경우의 에너지 밴드 다이어그램을 나타내는 도면이다.
인광 발광 소자의 경우에는 발광층(200)의 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital) 값(5.80 eV)이 전자 수송층(22)의 HOMO 값(5.78 eV)보다 더 크기 때문에 정공이 전자 수송층(22)으로 전달되는 경우가 발생되어 발광층에서 전자와 정공이 결합하여 엑시톤을 생하여야 하나 이러한 전자 수송층으로 정공이 전달됨에 따라 색순도가 나빠지는 현상이 발생한다.
따라서, 형광 발광 물질을 발광층으로 사용하는 형광 발광 소자의 경우에는 발광층을 형성한 후 바로 전자 수송층(22)을 도입할 수 있으나, 인광 발광 소자의 경우 발광층(200)의 HOMO보다 큰 HOMO 값을 갖는 정공 억제층이 필요하게 된다. 이를 개선하기 위하여, 종래 기술에서는 정공 억제층(20)을 발광층과 전자 수송층(22) 사이에 도입하여 HOMO 값이 5.92 eV인 정공 억제층(20)은 정공이 전자 수송층(22)으로 전달되는 것을 억제하여 색순도를 높이고자 하였다.
그러나 본 발명에 따르면 새로이 정공 억제층(20)을 도입하지 않으면서 정공이 전자 수송층으로 이동되는 것을 방지하기 위하여 적색(100) 및 녹색(200) 발광층 상부에 청색 발광층(300)을 공통층으로 사용한다. 그 이외에 정공 주입층(16), 정공 수송층(18)은 동일하게 사용한다.
도 4를 참조하면, 녹색 발광층(200)과 전자 수송층(22)의 사이에 청색 발광층(300)이 공통층으로 도입되고, 청색 발광층(300)의 HOMO 값이 5.85 eV로서 녹색 발광층(200)의 HOMO 값이 5.80 eV인 것보다 높기 때문에 정공의 이동을 억제할 수 있으므로 도 3에 도시된 정공 억제층(20)을 도입한 것과 거의 동일한 효과를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다. 상기 기술된 것은 녹색 발광층(200)을 예로 들어 설명하였으나, 적색 발광층(100)의 경우에도 동일한 효과가 나타난다. 또한 전자 수송 물질과 정공 수송 물질의 혼합층을 사용함으로서 발광영역이 정공 수송층 영역으로 이동하게 되어 청색공통층에서의 발광이 억제된다.
이하, 본 발명의 유기 전계 발광 소자의 제조방법을 살펴보면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 유기 전계 발광 소자의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 2를 참조하면, 먼저 하부 기판(10) 상부에 제1전극(12)인 애노드용 물질을 코팅하여 애노드를 형성한다.
상기 기판(10)은 통상적인 유기 전계 발광 소자에서 사용되는 기판을 사용하는데 투명성, 표면 평활성, 취급용이성 및 방수성이 우수한 유리, 유기기판, 또는 투명 플라스틱 기판이 바람직하다.
제1전극인 애노드(12)용 물질은 전면 발광 구조의 경우에는 반사막인 금속막을 사용하고, 배면 발광 구조의 경우에는 투명하고 전도성이 우수한 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO) 등을 사용한다. 그리고 나서, 화소 영역을 정의하는 절연막(14, PDL)을 형성한다. 절연막을 형성한 후 정공 주입층(16) 및/또는 정공 수송층(18)을 기판 전면에 걸쳐 유기막으로 적층한다.
상기 애노드(12) 상부에 정공 주입층(16) 물질을 진공 열증착 또는 스핀코팅하여 정공 주입층(HIL)을 선택적으로 형성한다. 상기 정공 주입층(16) 물질은 특별히 제한되지 않으며, 구리 프탈로시아닌(CuPc) 또는 스타버스트(Starburst)형 아민 류인 TCTA, m-MTDATA, IDE406 (이데미쯔사 재료) 등을 사용할 수 있다.
Figure 112004052694925-pat00003
여기에서 정공 주입층(16)의 두께는 50 내지 1500Å인 것이 바람직하다. 만약 정공 주입층의 두께가 50Å 미만인 경우에는 정공주입 특성이 저하되고, 1500Å을 초과하는 경우에는 구동전압 상승 때문에 바람직하지 못하다.
상기 과정에 따라 형성된 정공 주입층(16) 상부에 정공 수송층(18) 물질을 진공 열증착 또는 스핀 코팅하여 정공 수송층(HTL)을 선택적으로 형성한다. 상기 정공 수송층(16) 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, IDE 320(이데미쯔사 재료) 등이 사용된다.
Figure 112004052694925-pat00004
여기에서 정공 수송층(18)의 두께는 50 내지 1500Å인 것이 바람직하다. 만약 정공 수송층(18)의 두께가 50Å 미만인 경우에는 정공 전달 특성이 저하되며 1500Å를 초과하는 경우에는 구동전압 상승 때문에 바람직하지 못하다.
이어서, 정공 주입층(16) 및/또는 정공 수송층(18)을 형성한 후 화소 영역 중 R(100), G(200) 영역에는 적색 발광 물질과 녹색 발광 물질을 패턴화하여 화소 영역인 발광층(EML)을 형성한다.
상기 발광재료는 2가지 이상의 혼합 호스트 물질을 사용할 수 있다. 상술한 바와 같이 인광 호스트로서 정공 수송 물질 및 전자 수송 물질을 사용하고, 형광 또는 인광 도펀트를 사용하여 발광층(EML)을 형성한다. 상기 발광층 형성 방법은 특별하게 제한되지는 않으나, 진공 증착, 잉크젯 프린팅, 레이저 전사법, 포토리소그래피법(photolithography) 등의 방법을 이용할 수 있다.
발광층의 두께는 100 내지 800Å인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 300 내지 400Å이다. 만약 발광층의 두께가 100Å 미만이면, 효율 및 수명이 저하되고, 800Å을 초과하면 구동전압이 상승하여 바람직하지 못하다.
적색 및 녹색 발광층을 형성한 후, 기판 전면에 걸쳐 공통층으로 청색 발광 물질을 상기 발광층의 상부에 도포하여 청색 발광층(300)을 형성한다. 이와 같이, 청색 발광 물질이 발광층의 상부에 도포되므로, 청색 발광 영역을 별도로 미세 패턴화 할 필요가 없으므로 패턴화 공정이 줄어들고, 또한 청색 발광 물질이 기판 전면에 도포됨에 따라 발광 물질의 열화가 적게 일어나므로 안정성이 기존의 유기 전계 발광 소자에 비하여 우수하게 된다.
도포되는 청색 발광층(300)의 두께는 적색, 녹색, 청색의 색좌표 효율에 따라 최적화가 필요하지만 100 내지 300Å이 바람직하다. 100Å 미만인 경우에는 청색 발광층 효과를 얻을 수 없고, 300Å를 초과하는 경우에는 적색 및 녹색 화소의 구동 전압 상승과 색좌표에 변화가 생기므로 바람직하지 않다.
상기 청색 발광층(300) 위에 진공 증착 방법, 또는 스핀 코팅 방법으로서 전자수송층(ETL)을 형성한다. 전자 수송층(20) 물질은 특별히 제한되지는 않으며 Alq3를 이용할 수 있다. 상기 전자 수송층(20)의 두께는 50 내지 600Å인 것이 바람직하다. 만약 전자 수송층(20)의 두께가 50Å 미만인 경우에는 수명 특성이 저하되며, 600Å를 초과하는 경우에는 구동전압 상승으로 바람직하지 못하다.
또한, 상기 전자 수송층(20) 위에 전자 주입층(EIL)이 선택적으로 적층될 수 있다. 상기 전자 주입층(22) 물질은 특별히 제한되지는 않으며 LiF, NaCl, CsF, Li2O, BaO, Liq 등의 물질을 이용할 수 있다. 상기 전자 주입층(22)의 두께는 1 내지 100Å인 것이 바람직하다. 만약 전자 주입층의 두께가 1Å 미만인 경우에는 효과적인 전자 주입층으로서 역할을 못하여 구동전압이 높고, 100Å를 초과하는 경우에는 절연층으로 작용하여 구동전압이 높아 바람직하지 못하다.
Figure 112004052694925-pat00005
이어서, 상기 전자 주입층(22) 상부에 제2 전극인 캐소드용 금속을 진공열 증착하여 제2 전극인 캐소드(24)를 기판 전면에 걸쳐 도포하고 봉지하면 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.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 제시한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 더욱 잘 이해하기 위하여 제시되는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1 (CBP와 BAlq의 혼합중량비가 9:1인 경우)
패터닝되어 있는 테스트 셀에 정공 주입층(IDE 406, 이데미츠사 제조) 30 nm과 정공 수송층(IDE 320, 이데미츠사 제조)을 30 nm 이하로 적층하고 먼저 인광 발광층의 호스트로 CBP(UDC사 제조) 90중량부와 BAlq 10중량부를, 도펀트로서 Ir(piq)2acac을 10 중량%의 도핑농도로 도핑한 물질을 35 nm 두께로 적층한 후 패터닝하고 그 상부에 청색 형광 발광 물질로 IDE 105(이데미츠사 제조)를 도핑한 IDE 140(이데미츠사 제조)을 10 nm의 두께로 테스트 셀 전면에 걸쳐 적층하였다. 상기 인광 발광층은 레이저 열전사법(LITI)에 의해 적층하여 패터닝하였다. 이후에, 20 nm 두께로 Alq3(신일철화학사 제조)를 전자 수송층으로 적층하고 캐소드를 증착한 후 유리로 봉지하여 테스트 셀을 완성하였다.
실시예 2(CBP와 BAlq의 혼합중량비가 3:1인 경우)
발광층 형성시 CBP의 함량이 75중량부이고, BAlq의 함량이 25중량부인 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.
실시예 3(CBP와 BAlq의 혼합중량비가 1:1인 경우)
발광층 형성시 CBP의 함량이 50중량부이고, BAlq의 함량이 50중량부인 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.
실시예 4(CBP와 BAlq의 혼합중량비가 1:3인 경우)
발광층 형성시 CBP의 함량이 25중량부이고, BAlq의 함량이 75중량부인 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.
실시예 5(CBP와 BAlq의 혼합중량비가 1:9인 경우)
발광층 형성시 CBP의 함량이 10중량부이고, BAlq의 함량이 90중량부인 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.
비교예 1(청색 공통 발광층이 없는 경우)
패터닝되어 있는 테스트 셀에 정공 주입층(IDE 406, 이데미츠사 제조) 30 nm과 정공 수송층(IDE 320, 이데미츠사 제조)을 30 nm 이하로 적층하고 발광층의 호스트로 CBP(UDC사 제조) 100중량부를, 도펀트로서 Ir(piq)2acac을 10 중량%의 도핑농도로 도핑한 물질을 35 nm 두께로 적층한 후 패터닝하였다. 상기 발광층은 레이저 열전사법(LITI)에 의해 적층하여 패터닝하였다. 그리고 나서, 정공 억제층으로 Balq(UDC사 제조)을 공통층으로 기판 전면에 걸쳐 5 nm 두께로 형성하고 그 위에 20 nm 두께로 Alq3(신일철화학사 제조)를 전자 수송층으로 적층하고 캐소드를 증착한 후 유리로 봉지하여 테스트 셀을 완성하였다.
비교예 2(청색 공통 발광층이 없는 경우)
청색 발광층을 형성하지 않고, 발광층의 호스트 물질로서 BAlq 100중량부만을 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 실시하였다.
비교예 3(청색 공통 발광층이 있으며, 호스트 물질로서 CBP만을 사용한 경우)
패터닝되어 있는 테스트 셀에 정공 주입층(IDE 406, 이데미츠사 제조) 30 nm과 정공 수송층(IDE 320, 이데미츠사 제조)을 30 nm 이하로 적층하고 먼저 적색 및 녹색 발광층의 호스트 물질로 CBP(UDC사 제조) 100중량부를, 도펀트로서 Ir(ppy)3을 10 중량%의 도핑농도로 도핑한 물질을 35 nm 두께로 적층한 후 패터닝하고 그 상부에 청색 형광 발광 물질로 IDE 105(이데미츠사 제조)를 도핑한 IDE 140(이데미츠사 제조)을 10 nm의 두께로 테스트 셀 전면에 걸쳐 적층하였다. 상기 인광 발광층은 레이저 열전사법(LITI)에 의해 적층하여 패터닝하였다. 이후에, 20 nm 두께로 Alq3(신일철화학사 제조)를 전자 수송층으로 적층하고 캐소드를 증착한 후 유리로 봉지하여 테스트 셀을 완성하였다.
비교예 4(청색 공통 발광층이 있으며, 호스트 물질로서 BAlq만을 사용한 경우)
청색 공통 발광층을 형성하고, 적색 및 녹색 발광층의 호스트 물질로서 BAlq만을 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일하게 실시하였다.
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 5에 따라 제조된 유기 전계 발광 소자에 있어서, 발광효율, 색좌표 및 수명 특성을 조사하였다. 발광효율은 spectrometer를 이용하여 측정하였고, 수명은 photodiode를 이용하여 평가하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
비교예 1 내지 비교예 4의 유기 전계 발광 소자의 발광효율은 각각 약 3.1cd/A 내지 4.8cd/A이고, 실시예 1 내지 실시예 5의 유기 전계 발광 소자는 발광효율은 5.1cd/A 내지 5.9cd/A로서, 비교예들의 경우에 비하여 효율이 약 30% 개선됨을 확인할 수 있었다.
실시예 1 내지 실시예 4는 본 발명에 따른 발광의 색순도를 나타내고 있다. 비교예 3의 경우에는 색순도가 약간 낮지만, 인광 발광 물질과 정공 억제층을 사용하여 발광의 색순도를 나타내는 비교예 1, 2와 단일 호스트 물질과 함께 공통층을 사용한 비교예 4와 비교할 때 실시예들은 색순도의 차이가 거의 없음을 알 수 있다.
또한, 수명 특성은 최초 발광 휘도가 50%선까지 감소하는 시간으로 나타내는데 실시예 1 내지 실시예 5의 유기 전계 발광 소자는 1000cd/m2에서 400 내지 600시간이고, 비교예 1 내지 비교예 4의 유기 전계 발광 소자는 각각 1000cd/m2에서 80시간 내지 150시간으로 나타나 실시예들은 비교예들의 경우에 비하여 수명 특성이 약 200% 개선됨을 확인할 수 있었다.
효율 (cd/A) 색좌표 수명(h)
실시예 1 5.7 (0.67,0.32) 500
실시예 2 5.9 (0.67,0.32) 600
실시예 3 5.5 (0.67,0.32) 500
실시예 4 5.5 (0.67,0.32) 400
실시예 5 5.1 (0.67,0.32) 350
비교예 1 4.6 (0.67,0.32) 150
비교예 2 4.6 (0.67,0.32) 100
비교예 3 3.5 (0.57,0.34) 80
비교예 4 4.8 (0.67,0.32) 150
이상과 같이 본 발명의 구조를 갖는 유기 전계 발광 소자는 혼합 호스트 물질을 사용하는 인광 발광층 상부에 청색 발광층의 공통층을 형성함으로써 하기와 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 인광 발광 소자에서 정공이 전자 수송층으로 확산되는 것을 막기 위하여 필요한 정공 억제층을 형성하지 않아도 되므로 발광층의 증착 공정을 줄일 수 있다.
둘째, 발광층을 청색 발광 영역에 대한 미세패터닝을 요하지 않아 터닝하여도 가능하므로 전체적으로 공정 수를 줄일 수 있다.
셋째, 혼합 호스트 물질을 사용함으로써 적색 발광층의 경우에도 청색 공통층과의 혼색 현상을 방지할 수 있다.
넷째, 디바이스의 효율이 종래 구조에 비하여 30% 이상 증가시키고, 수명 특성도 200% 향상시키는 효과가 있다.

Claims (18)

  1. 제1 전극 및 제2 전극 사이의 발광층에 하나 이상의 인광 도펀트를 포함하는 유기 전계 발광 소자에 있어서,
    상기 발광층은 호스트로서 정공 수송 물질 및 전자 수송 물질이 혼합되어 있고, 상기 발광층의 상부에 청색 발광층이 공통으로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 발광층은 적색 발광층 또는 녹색 발광층이고, 호스트 물질로 사용되는 정공 수송 물질은 카바졸(carbazol)계 단위를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  3. 제2항에 있어서, 상기 카바졸계 화합물은 1,3,5-트리카바졸릴벤젠, 4,4'-비스카바졸릴비페닐, 폴리비닐카바졸, m-비스카바졸릴페닐, 4,4'-비스카바졸릴-2,2'-디메틸비페닐, 4, 4',4"-트리(N-카바졸릴)트리페닐아민, 1,3,5-트리(2-카바졸릴페닐)벤젠, 1,3,5-트리스(2-카바졸릴-5-메톡시페닐)벤젠 및 비스(4-카바졸릴페닐)실란으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 발광층은 적색 발광층 또는 녹색 발광층이고, 호스트 물질로 사용되는 전자 수송 물질은 유기 금속 착체, 옥사디아졸계 화합물, 페난트롤린계 화합물, 트리아진계 화합물, 트리아졸계 화합물, 및 스피로 플루오렌계 화합물 중에서 선택된 하나 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  5. 제4항에 있어서, 상기 유기 금속 착체가 비스(8-하이드록시퀴놀라토)비페녹시 금속, 비스(8-하이드록시퀴놀라토)페녹시 금속, 비스(2-메틸-8-하이드록시퀴놀라토)비페녹시 금속, 비스(2-메틸-8-하이드록시퀴놀라토)페녹시 금속), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)(파라-페닐-페놀라토)금속, 및 비스(2-(2-하이드록시페닐)퀴놀라토) 금속으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이고, 상기 금속은 Al, Zn, Be, 또는 Ga인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  6. 제4항에 있어서, 상기 유기 금속 착체가 비스(8-하이드록시퀴놀라토)비페녹시 알루미늄, 비스(8-하이드록시퀴놀라토)페녹시 알루미늄, 비스(2-메틸-8-하이드록시퀴놀라토)비페녹시 알루미늄, 비스(2-메틸-8-하이드록시퀴놀라토)페녹시 알루미늄, 비스(2-(2-하이드록시페닐)퀴놀라토) 아연, 또는 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)(파라-페닐-페놀라토)알루미늄인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  7. 제4항에 있어서, 상기 옥사디아졸계 화합물이 (4-비페닐일)-5-(4-터트부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸이고, 상기 페난트롤린계 화합물이 2,9-디메틸-4,7-디페닐-9,10-페난트롤린인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  8. 제4항에 있어서, 상기 트리아진계 화합물이 2,4,6-트리스(디아릴아미노)-1,3,5-트리아진, 2,4,6-트리스(디페닐아미노)-1,3,5-트리아진, 2,4,6-트리카바졸로-1,3,5-트리아진, 2,4,6-트리스(N-페닐-2-나프틸아미노)-1,3,5-트리아진, 2,4,6-트리스(N-페닐-1-나프틸아미노)-1,3,5-트리아진, 및 2,4,6-트리스바이페닐-1,3,5-트리아진 중에서 선택된 하나이고, 상기 트리아졸계 화합물이 3-페닐-4-(1'-나프틸)-5-페닐-1,2,4-트리아졸인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  9. 제4항에 있어서, 상기 스피로플루오렌계 화합물이 페닐스피로플루오렌(phenylspirofluorene), 비페닐스피로플루오렌(biphenylspirofluorene) 및 메틸스피로플루오렌 (methylspirofluorene)으로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  10. 제1항에 있어서, 상기 발광층에서 인광 도펀트가, 비스티에닐피리딘 아세틸아세토네이트 이리듐, 비스(벤조티에닐피리딘)아세틸아세토네이트 이리듐, 비스(2-페닐벤조티아졸)아세틸아세토네이트 이리듐, 비스(1-페닐이소퀴놀린) 이리듐 아세틸아세토네이트, 트리스(1-페닐이소퀴놀린)이리듐, 및 트리스(2-페닐피리딘)이리듐으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  11. 제1항에 있어서, 상기 정공 수송 물질 및 전자 수송 물질의 혼합비가 1:9 내지 9:1인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  12. 제2항에 있어서, 상기 적색 및 녹색 인광 발광층의 두께는 100 내지 800 Å인 유기 전계 발광 소자.
  13. 제2항에 있어서, 상기 적색 및 녹색 인광 발광층은 진공 증착, 습식코팅, 잉크젯 및 레이저 열전사법으로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 방법으로 형성되는 것인 유기 전계 발광 소자.
  14. 제1항에 있어서, 상기 청색 발광층에 사용되는 호스트는 하기의 식으로 표시되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자:
    Figure 112004052694925-pat00006
    상기 식에서, R은 수소 또는 탄소수 1 내지 20개의 페닐, 비페닐, 나프틸, 아릴 단위의 유도체로부터 선택되는 치환체이고, X는 나프틸, 비페닐, 페닐나프탈렌, 페닐안트라센의 유도체로부터 선택되는 단위체이다.
  15. 제14항에 있어서, 상기 청색 발광층의 호스트 물질의 함량은 청색 발광층 총 중량 100중량부를 기준으로 하여 80 내지 99 중량부인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  16. 제1항에 있어서, 상기 청색 발광층에 발광물질로 사용되는 형광 도펀트는 저분자로 DPVBi, 스피로-DPVBi, 스피로-6P, 디스틸벤젠(DSB), 및 디스티릴아릴렌(DSA)로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 물질이거나, DPVBi, 스피로-DPVBi, 스피로-6P, 디스틸벤젠(DSB), 디스티릴아릴렌(DSA)계, 및 디스티릴아릴렌계 삼가 아민으로 이루어진 군에서 선택되는 호스트/도펀트의 2종 이상으로 이루어진 저분자 또는 고분자로는 PFO계 고분자 또는 PPV계 고분자 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  17. 제1항에 있어서, 상기 청색 발광층에 사용되는 인광 도펀트는 플루오로페닐피리딘 이리듐 피콜리네이트(fluorophenylpyridine iridium picolinate), 디플루오로페닐피리딘 이리듐 피콜리네이트(difluorophenylpyridine iridium picolinate), 및 디플루오로 시아노페닐피리딘 이리듐 피콜리네이트(difluoro cyanophenylpyridine iridium picolinate)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  18. 제1항에 있어서, 상기 청색 발광층의 두께는 100 내지 300 Å인 유기 전계 발광 소자.
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