KR100700498B1 - 유기전계발광소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 과잉전류를 감소시켜 소자의 열화 및 효율저하를 방지할 수 있는 유기전계발광소자에 관한 것이다.
본 발명은 기판; 상기 기판 상에 위치하는 애노드; 상기 애노드 상에 위치하는 제 1 전자수송층; 상기 제 1 전자수송층 상에 위치하는 발광층; 상기 발광층 상에 위치하는 제 1 정공수송층; 상기 제 1 정공수송층 상에 위치하는 캐소드;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
유기전계발광소자, 정공저지층, 전자저지층

Description

유기전계발광소자{Organic Electroluminescence Device}
도 1은 종래 유기전계발광소자의 단면도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 유기전계발광소자의 단면도.
<도면 주요부호에 대한 부호의 설명>
200 : 기판 210 : 애노드
220 : 정공주입층 230 : 제 1 전자수송층
240 : 발광층 250 : 제 1 정공수송층
260 : 전자주입층 270 : 캐소드
본 발명은 유기전계발광소자에 관한 것으로, 보다 자세하게는 과잉전류를 감소시켜 소자의 열화 및 효율저하를 방지할 수 있는 유기전계발광소자에 관한 것이다.
일반적으로, 유기전계발광소자는 전자(electron)주입전극(cathode)과 정공(hole)주입전극(anode)으로부터 각각 전자(electron)와 정공(hole)을 발광층 내부로 주입시켜, 주입된 전자(electron)와 정공(hole)이 결합한 엑시톤(exciton)이 여기 상태로부터 기저 상태로 떨어질 때 발광하는 소자이다.
이러한 원리로 인해 종래의 액정 박막 표시 소자와는 달리 별도의 광원을 필요로 하지 않으므로 소자의 부피와 무게를 줄일 수 있는 장점이 있어 최근 각광받고 있다.
도 1은 종래 유기전계발광소자의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 기판(100)을 제공한다. 상기 기판(100) 상에 애노드(110)를 형성한다. 상기 애노드(110) 상에 정공주입층(120)을 형성하고, 상기 정공주입층(120) 상에 P형 도펀트물질이 혼합된 정공수송층(130)을 형성한다.
이후에, 상기 정공수송층(130) 상에 발광층(140)을 형성하고, 상기 발광층(140) 상에 N형 도펀트물질이 혼합된 전자수송층(150)을 형성한다. 상기 전자수송층(150) 상에 전자주입층(160)을 형성하고, 상기 전자주입층(160) 상에 캐소드(170)를 형성함으로써, 종래 유기전계발광소자를 완성한다.
그러나 상기와 같은 유기전계발광소자는 P형 도펀트물질이 혼합된 정공수송층/발광층/N형 도펀트물질이 혼합된 전자수송층의 구조를 가짐으로써, 정공 및 전자의 이동이 쉬워 소자의 구동전압은 감소되나 과잉전류 주입으로 인하여 소자의 발광 효율과 수명이 감소되고 정류비가 증가하는 문제점이 발생한다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 과잉전류를 감소시켜 소자의 열화 및 효율저하를 방지할 수 있는 유기전계발광소자를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 기판; 상기 기판 상에 위치하는 애노드; 상기 애노드 상에 위치하는 제 1 전자수송층; 상기 제 1 전자수송층 상에 위치하는 발광층; 상기 발광층 상에 위치하는 제 1 정공수송층; 상기 제 1 정공수송층 상에 위치하는 캐소드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자에 의해 달성된다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시 예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다. 또한 도면들에 있어서, 층 및 영역의 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 유기전계발광소자의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 기판(200)을 제공한다. 상기 기판(200)은 플라스틱 또는 절연유리를 사용할 수 있다.
상기 기판(200) 상에 애노드(210)를 형성한다. 상기 애노드(210)는 일함수가 높은 ITO(Indium-tin-oxide), IZO(Indium-zinc doped oxide), SnOx, ZnOx(Zinc oxide), MginOx(Magnesium-indium oxide), CdSnO(Cadmium-tin oxide), VOx(Vanadium oxide), MoOx(Molybdenium oxide), RuOx(Ruthenium oxide) 등의 금속산화물을 사용할 수 있고, 금속으로는 Au, Ag, Ni 등을 사용할 수 있다.
상기 애노드(210)는 스퍼터링(sputtering)법 및 증발(evaporation)법과 같은 기상증착(vapor phase deposition)법, 이온 빔 증착(ion beam deopsition)법, 전자 빔 증착(electron beam deposition)법 또는 레이저 어블레이션(laser ablation)법을 사용하여 수행할 수 있다.
상기 애노드(210) 상에 정공주입층(220)을 형성한다. 상기 정공주입층(220)은 발광층으로의 정공의 주입을 용이하게 하는 층으로서, CuPc(cupper phthalocyanine), TNATA, TCTA, TDAPB, TDATA와 같은 저분자재료 또는 PANI(polyaniline), PEDOT(poly(3,4)-ethylenedioxythiophene)와 같은 고분자재료를 사용할 수 있다.
상기 정공주입층(220)은 진공증착법, 스핀코팅법 또는 잉크-젯(ink-jet)법으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 방법을 이용하여 형성할 수 있다.
또한, 상기 정공주입층(220)은 TCNQ등의 P형 도펀트물질을 혼합하여 형성할 수 있다. 상기 정공주입층(220)에 도펀트물질을 혼합하는 방법은 공증착(Co-depostion)을 사용할 수 있다. 즉, 정공주입층(220)을 이루는 물질을 호스트로 사용하고, 상기 P형 도펀트를 상기 호스트 물질 대비 10:1의 비율로 증착하여 형성할 수 있다.
이어서, 상기 정공주입층(220) 상에 제 1 전자수송층(230)을 형성한다. 상기 제 1 전자수송층(230)은 LUMO 값이 2.9 내지 3.2 eV의 유기물질을 사용할 수 있고 예를 들어, PBD, TAZ, spiro-PBD와 같은 고분자재료 또는 Alq3, BAlq, SAlq와 같은 저분자재료를 사용하여 형성할 수 있다. 이는 전자친화도가 높은 물질을 정공주입층 상에 형성하여 정공의 주입장벽을 크게 함으로써, 정공의 주입을 감소시키는 역할을 한다.
또한, 상기 제 1 전자수송층(230)은 진공증착법, 스핀코팅법 또는 잉크-젯(ink-jet)법으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 방법을 이용하여 형성할 수 있다.
또한, 상기 제 1 전자수송층(230)은 10~25Å의 두께로 형성한다. 이때, 상기 제 1 전자수송층(230)의 두께가 얇은 경우에는 정공주입이 터널링(tunneling)현상에 의하여 쉽게 주입되지만, 일반적으로 30Å 이상의 경우에는 오히려 두꺼운 장벽으로 정공주입이 어려운 특성을 나타낸다. 또한 너무 얇은 박막의 경우 실제 박막이 제대로 이루어지지 않을 수 있다.
상기 제 1 전자수송층(230) 상에 발광층(240)을 형성한다. 상기 발광층(240)은 인광발광층 또는 형광발광층일 수 있다. 상기 발광층(240)이 형광발광층인 경우, 상기 발광층(240)은 Alq3(8-trishydroxyquinoline aluminum), 디스티릴아릴렌(distyrylarylene; DSA), 디스티릴아릴렌 유도체, 디스티릴벤젠(distyrylbenzene; DSB), 디스티릴벤젠 유도체, DPVBi(4,4'-bis(2,2'-diphenyl vinyl) -1,1'-biphenyl), DPVBi 유도체, 스파이로-DPVBi 및 스파이로-6P(spiro-sixphenyl)로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 물질을 포함할 수 있다. 더 나아가서, 상기 발광층 (240)은 스티릴아민(styrylamine)계, 페릴렌(pherylene)계 및 DSBP (distyrylbiphenyl)계로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 도펀트 물질을 더욱 포함할 수 있다.
이와는 달리, 상기 발광층(240)이 인광발광층인 경우, 상기 발광층(240)은 호스트 물질로서 아릴아민계, 카바졸계 및 스피로계로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 물질을 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 호스트 물질은 CBP(4,4 -N,N dicarbazole- biphenyl), CBP 유도체, mCP(N,N -dicarbazolyl-3,5-benzene) mCP 유도체 및 스피로계 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 물질이다. 이에 더하여, 상기 발광층(240)은 도펀트 물질로서 Ir, Pt, Tb, 및 Eu로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 중심 금속을 갖는 인광유기금속착체를 포함할 수 있다. 더욱, 상기 인광유기금속착제는 PQIr, PQIr(acac), PQ2Ir(acac), PIQIr(acac) 및 PtOEP로 이루어진 군에서 선택되는 하나일 수 있다.
풀칼라 유기전계발광소자의 경우, 상기 발광층(240)을 형성하는 것은 고정세 마스크를 사용한 진공증착법, 잉크젯 프린트법 또는 레이저 열전사법을 사용하여 수행할 수 있다.
상기 발광층(240) 상에 제 1 정공수송층(250)을 형성한다. 상기 제 1 정공수송층(250)은 HOMO 값이 5eV 이상의 유기물질을 사용할 수 있고 예를 들어, NPD(N,N'-dinaphthyl-N,N'-diphenyl benzidine), TPD (N,N'-Bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine), s-TAD, MTDATA(4,4',4"-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine)와 같은 저분자재료 또는 PVK와 같은 고분자재료를 사용하여 형성할 수 있다. 이는 정공친화도가 높은 물질을 발광층 상에 형성하여 전자의 주입장벽을 크게 함으로써, 전자의 주입을 감소시키는 역할을 한다.
상기 제 1 정공수송층(250)은 진공증착법, 스핀코팅법 또는 잉크-젯(ink-jet)법으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 방법을 이용하여 형성할 수 있다.
또한, 상기 제 1 정공수송층(250)은 10~25Å의 두께로 형성한다. 이때, 상기 제 1 정공수송층(250)의 두께가 얇은 경우에는 정공주입이 터널링(tunneling)현상에 의하여 쉽게 주입되지만, 일반적으로 30Å 이상의 경우에는 오히려 두꺼운 장벽으로 전자주입이 어려운 특성을 나타낸다. 또한 너무 얇은 박막의 경우 실제 박막이 제대로 형성되지지 않을 수 있다.
이어서, 상기 제 1 정공수송층(250) 상에 전자주입층(260)을 형성한다. 상기 전자주입층(260)은 전자의 주입을 용이하게 하는 층으로 예를 들어, Alq3(tris(8-quinolinolato)aluminum) , LiF(Lithium Fluoride), 갈륨 혼합물(Ga complex), PBD를 사용하여 형성할 수 있다. 상기 전자주입층(260)은 진공증착법, 스핀코팅법 또는 잉크-젯(ink-jet)법으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 방법을 이용하여 형성할 수 있다.
또한, 상기 전자주입층(260)은 Cs, CsF, Ca, CaF, Li등의 N형 도펀트물질을 혼합하여 형성할 수 있다. 상기 전자주입층(260)에 도펀트물질을 혼합하는 방법은 공증착(Co-deposition)을 사용할 수 있다. 즉, 전자주입층(260)을 이루는 물질을 호스트로 사용하고, 상기 N형 도펀트를 상기 호스트 물질 대비 10:1의 비율로 열증착하여 형성할 수 있다.
상기 전자주입층(260) 상에 캐소드(270)를 형성한다. 상기 캐소드(270)는 전면발광구조에서 투명 전극으로 형성할 때에는 일함수가 낮은 도전성의 금속으로 Mg, Ca, Al, Ag 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 물질로 형성하여 빛을 투과할 수 있을 정도의 얇은 두께로 형성하고, 배면발광구조로 형성할 때에는 빛을 반사시킬 수 있을 정도로 두꺼운 반사 전극으로 형성하며, 양면발광구조로 할 때는 투과 전극으로 형성할 수 있다.
상기와 같이, 상기 애노드(210)와 발광층(240) 사이에 제 1 전자수송층(230)을 형성하고, 상기 캐소드(270)와 발광층(240) 사이에 제 1 정공수송층(250)을 형성함으로써, 저전압에서 주입된 정공 및 전자들이 제 1 전자수송층(230) 및 제 1 정공수송층(250)에서 감소되어 소자의 열화 및 효율 저하 등을 방지할 수 있으며, 또한 누설 전류의 증가를 방지할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 실시 예에서는 상기 애노드(210)와 발광층(240) 사이에 정공주입층(220)과 상기 캐소드(270)와 발광층(240) 사이에 전자주입층(260)을 형성하였지만 이와는 달리, 상기 애노드(210)와 발광층(240) 사이에 제 2 정공수송층과 상기 캐소드(270)와 발광층(240) 사이에 제 2 전자수송층이 더 포함될 수 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 유기전계발광소자는 과잉전류를 감소시켜 소자의 열화 및 효율저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 위치하는 애노드;
    상기 애노드 상에 위치하는 제 1 전자수송층;
    상기 제 1 전자수송층 상에 위치하는 발광층;
    상기 발광층 상에 위치하는 제 1 정공수송층;
    상기 제 1 정공수송층 상에 위치하는 캐소드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 애노드와 발광층 사이에 P형 도펀트물질이 혼합된 정공주입층, 제 2 정공수송층 또는 이들의 이중층을 더 포함하고, 상기 발광층과 캐소드 사이에 N형 도펀트물질이 혼합된 전자주입층, 제 2 전자수송층 또는 이들의 이중층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전자수송층 및 제 1 정공수송층은 10~25Å의 두께로 형성되는 것 을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전자수송층은 LUMO 값이 2.9 내지 3.2 eV의 유기물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 정공수송층은 HOMO 값이 5eV 이상의 유기물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
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