KR100835988B1

KR100835988B1 - Ｏｌｅｄ 소자

Info

Publication number: KR100835988B1
Application number: KR1020070054496A
Authority: KR
Inventors: 도이미; 백규하; 이정익; 양용석; 정승묵; 추혜용; 박상희; 황치선
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2006-12-06
Filing date: 2007-06-04
Publication date: 2008-06-09

Abstract

본 발명은 OLED 소자에 관한 것이다. 본 발명에 따른 OLED 소자는 기판; 상기 기판 상에 형성된 애노드; 상기 애노드 상에 형성된 제 1 유기 박막층; 상기 제 1 유기 박막층 상에 형성된 유기 발광층; 상기 유기 발광층 상에 형성된 제 2 유기 박막층; 및 상기 제 2 유기 박막층 상에 형성된 캐소드를 포함하고, 상기 제 1 유기 박막층과 제 2 유기 박막층은 각각 단층 또는 다층으로 구성되고, 제 1 유기 박막층 또는 제 2 유기 박막층의 적어도 일부가 절연체로 도핑 또는 적층된다. 본 발명에 따른 OLED 소자는 유기 박막층에 절연체를 도핑하거나 적층함에 따라 전하의 균형된 주입을 통하여 발광효율을 증가시키며, 동시에 내구성이 우수한 장수명의 소자를 제공한다.

절연체, 리튬 벤조에이트, 유기 박막층

Description

ＯＬＥＤ 소자 {Organic Light Emitting Diode Devices}

도 1은 종래의 OLED 소자의 단면도이다

도 2 내지 도 4는 본 발명의 구현 예들에 따른 OLED 소자의 단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 OLED 소자에서 절연체층 두께 변화에 따른 발광효율의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 6은 본 발명에 따른 OLED 소자에서 절연체 도핑 농도 변화에 따른 발광효율의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 7은 본 발명에 따른 전면 발광 OLED 소자에서 절연체층의 두께 변화에 따른 발광효율의 변화를 나타내는 그래프이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

10 : 기판 20 : 애노드 (Anode)

A : 제 1 유기 박막층 30 : 정공주입층(HIL)

40 : 정공수송층(HTL) 50 : 발광층(EML)

60 : 정공차단층(HBL) B : 제 2 유기 박막층

70 : 전자수송층(ETL) 71 : 도핑된 전자수송층

80 : 전자주입층(EIL) 90 : 캐소드(Cathode)

본 발명은 OLED(Organic light Emitting diode) 소자에 관한 것이다. 보다 상세하게는 애노드와 발광층 및 발광층과 캐소드 사이에 형성되는 유기박막층의 적어도 일부를 절연체로 도핑 또는 적층하여 균형된 전자주입과 정공주입을 통하여 내부효율을 증가시키고 동시에 내구성이 우수한 장수명을 갖는 OLED 소자에 관한 것이다.

종래의 OLED 소자는 발광층이 애노드 및 캐소드 사이에 적층되어 있고, 애노드와 발광층 사이에 제 1 유기 박막층 및 발광층과 캐소드 사이에 제 2 유기 박막층이 적층되어 있는 구조로, 외부에서 전기를 걸면 애노드에서 정공이 제 1 유기 박막층을 통하여 발광층으로 수송되고, 캐소드에서는 전자가 제 2 유기 박막층을 통하여 발광층으로 수송되어 발광층에서 엑시톤을 형성한 뒤에 여기 상태에서 기저 상태로 전이하면서 빛을 방출한다.

도 1은 종래의 일반적인 OLED 소자 구조를 나타내는 단면도이다.

도 1은 기판(10) 상에 애노드(20), 제 1 유기 박막층(A), 발광층(Emission Layer, EML, 50), 제 2 유기 박막층(B) 및 캐소드(90)가 순차적으로 구성된 OLED 소자이다.

제 1 유기 박막층(A)으로는 정공 주입이 우수한 정공주입층(Hole Injection Layer, HIL, 30)과 정공 전달이 우수한 정공수송층(Hole Transport Layer, HTL, 40)이 있으며, 제 2 유기 박막층으로는 정공의 유입을 억제하는 정공차단층(Hole Blocking Layer, HBL, 60), 전자의 주입이 우수한 전자주입층(Electron Injection Layer, EIL, 80)과 전자의 이동도가 우수한 전자수송층(Electro Transport Layer, ETL, 70)이 있고, 이들을 박막으로 제작하여 정공주입과 전자주입이 쉽게 이루어지도록 한다.

이와 같은 종래의 OLED 소자는 양 전극에서 주입된 정공과 전자가 유기 발광층에서 엑시톤을 형성한 후 여기 상태에서 기저 상태로 떨어짐에 따라 발광을 하지만, 정공의 이동도와 전자의 이동도의 차이에 따른 전하의 불균형에 의한 누설전류(leakage current) 형성, 휘도의 불균일, 소자 수명저하 등의 문제점을 안고 있다.

따라서, 발광효율을 증가시키면서 내구성이 강한 장수명을 갖는 OLED 소자에 대한 연구개발이 계속적으로 요구되고 있으며, 이에 따라, 소자의 구조적인 측면에서 및 재료적인 측면에서의 개량을 통하여 OLED 소자를 개선시키고 있다.

본 발명자들은 발광효율을 증가시키고 내구성이 강한 장수명의 OLED 소자에 대한 연구를 진행하면서, OLED 소자를 구성하는 애노드와 발광층 사이의 제 1 유기 박막층 또는 발광층과 캐소드 사이의 제 2 유기 박막층의 적어도 일부를 특정 절연체를 사용하여 적절한 농도 또는 두께로 도핑 또는 적층하는 경우 균형된 전하(정공 또는 전자) 주입을 통하여 내부효율을 증가시키며, 동시에 내구성이 우수한 장 수명을 가진 소자를 제공한다.

본 발명의 기술적 과제는 소자의 발광효율 및 소자의 수명을 향상시킨 OLED 소자를 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은

기판;

상기 기판 상에 형성된 애노드;

상기 애노드 상에 형성된 제 1 유기 박막층;

상기 제 1 유기 박막층 상에 형성된 유기 발광층;

상기 유기 발광층 상에 형성된 제 2 유기 박막층; 및

상기 제 2 유기 박막층 상에 형성된 캐소드를 포함하고,

상기 제 1 유기 박막층과 제 2 유기 박막층은 각각 단층 또는 다층으로 구성되고, 제 1 유기 박막층 또는 제 2 유기 박막층의 적어도 일부가 절연체로 도핑 또는 적층되는 OLED 소자를 제공한다.

본 발명에 따른 OLED 소자는 기판, 애노드, 제 1 유기 박막층, 발광층, 제 2 유기 박막층 및 캐소드로 구성되어 있으며, 여기서 제 1 유기 박막층은 정공주입층 또는 정공수송층일 수 있으며, 제 2 유기 박막층은 정공차단층, 전자수송층 또는 전자주입층일 수 있다. 이들 정공주입층, 정공수송층, 정공차단층, 전자수송층 또는 전자주입층은 모두 포함될 수 있을 뿐만 아니라, 각 층은 또한 생략가능하다.

따라서, 본 발명에 따라 정공주입층, 정공수송층, 정공차단층, 전자수송층 또는 전자주입층 중 어느 하나 이상의 층이 절연체로 도핑되거나, 절연체로 형성될 수 있다. 또한, 제 1 유기 박막층 또는 제 2 유기 박막층의 소정의 위치, 예를 들면, 정공주입층 위, 정공수송층 위, 정공주입층과 정공수송층 사이, 정공차단층 위, 전자수송층 위, 전자주입층 위, 정공차단층과 전자수송층 사이, 또는 전자수송층과 전자주입층 사이 및 등에 절연체 층이 또한 형성될 수도 있다.

상기 절연체는 애노드로부터 정공이 발광층으로 이동하는 것과 캐소드로부터 전자가 발광층으로 이동하는데 장벽 역할을 하여 전하의 흐름을 제어하고, 유기박막층과 전극과의 에너지 장벽을 최소화 하여 전하주입을 쉽게 하므로 구동전압을 낮추어 주고, 또한 전극과 유기박막층 또는 유기박막간의 계면특성의 향상을 가져온다. 이와 같은 절연체로는 다음과 같은 물질이 사용될 수 있다.

1) 쌍극성 특성(strong dipole characteristics)을 갖는 비전도성물질 (nonconductive matrials)을 포함하는 무기절연체 및/또는 유기절연체.

2) 상기 비전도성 물질은 알칼리 산화물, 알칼리 토금속 산화물, 알칼리 불소화물, 알칼리 토금속 불소화물, 금속 또는 비금속 산화물, 음이온을 포함하는 금속 또는 비금속 산화물로 이루어진 군에서 1종 이상 선택.

3) 상기 알칼리 산화물로는 리튬 옥사이드(lithium oxide), 소듐 옥사이드 (sodium oxide), 포타슘 옥사이드 (potassium oxide), 루비듐 옥사이드 (rubidium oxide) 및 세슘 옥사이드 (cesium oxide)로 이루어진 군에서 1종 이상 선택.

4) 상기 알칼리 토금속 산화물로는 마그네슘 옥사이드 (mangesium oxide), 칼슘 옥사이드 (calcium oxide), 스트론튬 옥사이드(strontium oxide) 및 바륨 옥사이드 (barium oxide)로 이루어진 군에서 1종 이상 선택.

5) 상기 알칼리 불소화물로는 리튬 플루오라이드 (lithium fluoride), 소듐 플루오라이드 (sodium fluoride), 포타시움 플루오라이드 (potassium fluoride), 루비듐 플루오라이드 (rubidium fluoride), 및 세슘 플루오라이드 (cesium fluoride)로 이루어진 군에서 1종 이상 선택.

6) 상기 알칼리 토금속 불소화합물로는 마그네슘 플루오라이드 (magnesium fluoride), 칼슘 플루오라이드 (calcium fluoride), 스트론튬 플루오라이드 (strontium fluoride), 및 바륨 플로라이드 (barium fluoride)로 이루어진 군에서 1종 이상 선택.

7) 상기 금속 또는 비금속 산화물로는 알루미늄 옥사이드 (aluminum oxide), 실리콘 옥사이드 (silicon oxide), 티타늄 옥사이드 (titanium oxide), 및 탄탈륨 옥사이드 (tantalum oxide )로 이루어진 군에서 1종 이상 선택.

8) 상기 음이온을 포함하는 금속 또는 비금속 화합물에서, 음이온으로는 아세테이트, 벤조에이트 또는 카보네이트 등을 포함하고, 금속으로는 리튬, 소듐, 포타슘, 루비듐, 세슘 등의 알칼리 금속을 주로 포함한다. 구체적으로, 리튬 아세테이트 (lithium acetate), 소듐 아세테이트 (sodium acetate), 포타슘 아세테이트 (potassium acetate), 루비듐 아세테이트 (rubidium acetate), 세슘 아세테이트 (cesium acetate), 리튬 벤조에이트 (lithium benzoate), 소듐 벤조에이트 (sodium benzoate), 포타슘 벤조에이트(potassium benzoate), 루비듐 벤조에이트 (rubidium benzoate), 세슘 벤조에이트 (cesium benzoate), 리튬 카보네이트 (lithium carbonate), 소듐 카보네이트(sodium benzoate), 포타슘 카보네이트 (potassium benzoate), 루비듐 카보네이트 (rubidium benzoate), 또는 세슘 카보네이트 (cesium benzoate)를 포함한다.

상기 절연체가 적층되는 경우, 절연체의 두께는 0.1 ㎚ 내지 10 ㎚인 것이 바람직하며, 절연체가 도핑되는 경우, 1중량% 내지 50중량%의 범위로 도핑되는 것이 바람직하다.

상기 절연체에 사용되는 물질의 선정, 적절한 두께 조절 및 적절한 도핑 농도를 통하여 애노드로부터 발광층으로 이동하는 정공의 이동과 캐소드로부터 발광층으로 이동하는 전자의 이동을 제어할 수 있기 때문에 발광층에서 정공과 전자의 재결합 확률(recombination probability)을 증가시켜 균형된 전하주입을 통하여 발광효율을 증가시킨다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 OLED 소자의 적층 구조는 첨부되는 도 2 내지 4에 나타난 바와 같은 구조일 수 있다.

즉, 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 OLED 소자는 기판(10)/애노드(20)/정공수송층(40)/발광층(50)/전자수송층(70)/절연체로 형성된 전자주입층(80)/캐소드(90)의 적층 구조를 가질 수 있으며, 도 3을 참조하면, 기판(10)/애노드(20)/정 공수송층(40)/발광층(50)/전자수송층(70)/절연체 도핑된 전자수송층(71)/절연체로 형성된 전자주입층(80)/캐소드(90)의 적층 구조를 가지며, 도 4를 참조하면, 기판(10)/애노드(20)/정공주입층(30)/정공수송층(40)/발광층(50)/전자수송층(70)/절연체로 형성된 전자주입층(80)/캐소드(90)의 적층 구조를 가질 수 있다. 그 외에도 필요에 따라서, 다양한 적층 구조를 가질 수 있다.

이하, 도 4를 참조하여, OLED 소자의 구조 및 각 층에 대해서 상세히 설명한다.

기판(10)은 이 분야에 일반적인 재료를 사용할 수 있으며, 특히 유리, 플라스틱, 고분자 필름 또는 SUS 기판 등이 사용될 수 있다.

애노드(20)는 제 1 유기 박막층을 통하여 발광층(50)에 정공을 주입시키는 역할을 하며, 투명전극 또는 반사전극일 수 있다. 상기 애노드(20)가 투명전극인 경우, ITO(Indium Tin Oxide)막, IZO(Indium Zinc Oxide)막, TO(Tin Oxide)막 또는 ZnO(Zinc Oxide)막일 수 있다. 상기 애노드(20)가 반사전극인 경우, 은(Ag)막, 알루미늄(Al)막, 니켈(Ni)막, 백금(Pt)막, 팔라듐(Pd)막 또는 이들의 합금막 또는 이들의 합금막 상에 ITO, IZO, TO 또는 ZnO의 투과형 산화막이 적층된 구조일 수 있다.

상기 애노드(20)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 기판(10) 상에 이 분야에서 통용되는 일반적인 두께로 형성될 수 있 다.

본 발명에 따른 제 1 유기 박막층(A)는 정공주입층(30), 정공수송층(40) 이 순차적으로 적층된 구조를 예시하고 있으나 반드시 이에 한하지 않고, 상기 정공주입층(30) 및 정공수송층(40) 중 어느 하나의 층을 생략하여 형성할 수 있으며 또한, 복수의 층으로 형성할 수도 있다

상기 애노드(20) 위에 형성되는 정공주입층(30) 및/또는 정공수송층(40)은 발광층(50)으로의 정공의 주입 및 전달을 용이하게 하는 층으로서 다음과 같은 물질들로 형성될 수 있다: 예를 들면, TNATA(4,4',4"-트리스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]-트리페닐-아민), TCTA(4,4',4"-트리스(N-카바졸릴)-트리페닐아민), TDAPB(1,3,5-트리스(4-(2,2-디피리딜아미노)페닐)벤젠), TDATA(4,4',4"-트리스 (N,N-디페닐-아미노)-트리페닐아민)과 같은 저분자재료 또는 PANI(폴리아닐린), PEDOT(폴리(3,4)-에틸렌-디옥시티오펜)과 같은 고분자재료를 사용하여 형성할 수 있다. 또한 CuPc(구리프탈로시아닌)과 같은 금속착물의 완충층을 삽입하여 계면간의 접촉 향상을 통하여 수명을 연장시킬 수도 있다.

또한, 본 발명에 따라, 상기 정공주입층(30) 또는 정공수송층(40)은 상기에서 제시한 절연체로 1 내지 50중량%의 범위 내에서 도핑될 수 있으며, 또한, 0.1㎚ 내지 10㎚의 두께로 적층될 수 있다.

상기 정공주입층(30) 및 정공수송층(40)은 진공증착법, 스핀코팅법 및 잉크-젯(ink-jet)법으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 방법을 이용하여 이 분야에서 통용되는 일반적인 두께로 형성될 수 있다.

상기 유기 발광층(50)은 인광발광층 또는 형광발광층일 수 있다. 발광층(50)이 형광발광층인 경우, 발광층(50)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(spirosexyphenyl)로 이루어진 군에서 발광색에 따라 선택되는 하나의 물질을 포함할 수 있다. 더 나아가서, 발광층(50)은 스티릴아민(styrylamine)계, 페릴렌(pherylene)계 및 DSBP (distyrylbiphenyl)계로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 도펀트 물질을 더 포함할 수 있다.

이와는 달리, 상기 발광층(50)이 인광발광층인 경우, 상기 발광층(50)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. 도판트 물질로서는 Ir, Pt, Tb, 및 Eu로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 중심금속을 갖는 인광유기금속착체를 포함할 수 있다. 바람직하게 인광유기금속착제는 PQIr, PQIr(acac), PQ2Ir(acac), PIQIr(acac) 및 PtOEP로 이루어진 군에서 선택되는 하나일 수 있다.

풀칼라 유기전기발광소자의 경우, 발광층(50)을 형성하는 것은 고정세 마스크를 사용한 진공증착법, 잉크젯 프린트법 또는 레이저 열전사법을 사용하여 수행 할 수 있다. 발광층의 두께는 이 분야에서 통용되는 일반적인 두께로 형성될 수 있다.

상기 발광층(50) 상에 제 2 유기 박막층(B)가 형성된다. 제 2 유기 박막층(B)로는 정공차단층, 전자수송층(70) 및 전자주입층(80)이 순서적으로 적층될 수 있거나, 또한 각 층은 생략가능하다.

정공차단층(hole blocking layer, HBL)이 선택적으로 형성될 수 있으며, 특히 발광층(50)이 형광발광층인 경우 생략될 수 있으며, 소자의 구동과정에 있어 발광층(50)에서 생성된 엑시톤이 확산되는 것을 억제하는 역할을 한다. 이러한 정공차단층은 Balq, BCP, CF-X, TAZ 또는 스피로-TAZ를 사용하여 이 분야에서 통용되는 일반적인 두께로 형성할 수 있다.

상기 발광층(50) 또는 정공차단층(60) 상에 전자수송층(70)이 형성된다. 상기 전자수송층(70)은 발광층(50)으로의 전자의 수송을 쉽게 하는 층으로 예를 들어, PBD, TAZ, spiro-PBD와 같은 고분자재료 또는 Bphen(4,7-디페닐-1,10-페난트롤린), Alq3, BAlq, SAlq와 같은 저분자재료를 사용하여 형성할 수 있다.

상기 전자수송층(70) 상에 전자주입층(80)을 형성할 수 있다. 전자주입층은 발광층(50)으로의 전자의 주입을 용이하게 하는 것으로 예를 들어, Alq3, LiF, 갈륨 혼합물(Ga complex), PBD를 사용하여 형성할 수 있다. 한편, 전자수송층(70)과 전자주입층(80)을 형성하는 것은 진공증착법, 스핀코팅법, 잉크젯 프린트법 또는 레이저 열 전사법등을 사용하여 일반적인 두께로 형성될 수 있다.

한편, 본 발명에 따라 정공차단층(60), 전자수송층(70) 또는 전자주입층(80) 의 적어도 일부는 상기에서 제시한 절연체 물질로 1 내지 50중량%의 범위 내에서 도핑될 수 있으며, 또한 0.1㎚ 내지 10㎚의 두께로 적층될 수 있다. 도 2 및 도 4의 경우, 전자주입층(80)이 절연체로 적층된 경우를 나타내며, 도 3의 경우, 전자수송층(70)이 절연체로 도핑되고, 전자주입층(80)이 절연체로 적층된 경우를 나타내고 있다.

전자 주입 전극으로 사용되는 캐소드(90)는 발광층(50)으로 전자를 주입하며, 주로 일 함수가 낮은 (4.2 eV 이하) 금속 (Ca, Ag, Mg-Ag, Ca/Al, Al, 등) 또는 합금 (Al-Li, Al-Mg, 등)을 사용한다. 한편 투명 캐소드로는 Ag, Ca, Ca/Ag 및 Mg/Ag로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 물질을 이용하여 형성할 수 있다.

상기와 같은 구조를 갖는 OLED 소자에 있어서, 제 1 유기 박막층(A) 또는 제 2 유기 박막층(B)의 적어도 일부가 적합하게 선정된 절연체 물질로 적합한 농도 또는 두께로 도핑 또는 형성되는 경우, 균형된 전자 주입과 정공의 주입을 통하여 내부효율을 증가시키며, 동시에 내구성이 우수한 장수명을 갖는 소자를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 참조하여 보다 상세히 설명하지만, 본 발명이 실시예로 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

먼저, 기판(10) 상에 캐소드(20)인 ITO 전극을 100㎚의 두께로 형성한 다음, 정공수송층(40)으로 NPD를 50㎚의 두께로 형성하였다(제 1 공정). 이어서 정공수송 층(40) 상에, 녹색인광 발광층(50)으로 CBP에 Ir(ppy)3를 8중량% 도핑하여 10㎚의 박막을 형성하였다(제 2 공정). 이어서, 상기 발광층(50) 상에 제 2 유기 박막층으로 전자수송층(70)인 Bphen을 50㎚ 적층시켰다(제 3 공정). 전자수송층(70) 상에 전자주입층(80)으로 각각 유기절연체인 리튬 벤조에이트(“LB”라 칭함)를 0.5㎚, 0.8nm, 1.0nm의 두께로 적층하였다(제 4 공정) 마지막으로 캐소드(90)로 Al을 60 ㎚ 증착하여, OLED 소자를 제작하였다.

상기 실시예 1에 따라 제작된 OLED 소자에서 LB 두께에 따른 발광효율을 평가하여 그 결과를 도 5에 나타내었다.

도 5를 통해 알 수 있는 바와 같이, 유기절연체의 두께가 커짐에 따라 발광효율이 1,000 cd/m²에서 10% 정도 향상됨을 알 수 있다.

실시예 2

먼저, 기판(10) 상에 애노드(20)인 ITO 전극을 100㎚로 형성한 다음, 제 1 유기 박막층의 정공수송층(40)으로 NPD를 50㎚ 두께로 형성하였다(제 1 공정). 상기 정공수송층(40) 상에 녹색 인광발광층(50)으로 CBP에 Ir(ppy)3를 8중량% 도핑하여 10㎚의 박막을 적층하였다(제 2 공정). 상기 발광층(50) 상에 제 2 유기 박막층으로 Bphen을 가지고 전자수송층(70)을 10㎚의 두께로 적층하고, 이어서 유기절연체인 LB를 각각 0중량%, 10중량%, 50중량%의 농도로 도핑하여 Bphen 40㎚ 박막(71)을 적층하였다(제 3 공정). 상기 유기절연체 도핑된 전자수송층(71) 상에 전 자주입층(80)으로 유기절연체인 LB를 1㎚의 두께로 적층하고(제 4 공정), 캐소드(90)로서 Al을 60㎚로 증착하여 OLED 소자를 제작하였다.

상기 실시 예 2에 따라 LB 도핑 농도에 따른 발광효율을 평가하여 그 결과를 도 6에 나타내었다.

도 6을 통해 알 수 있는 바와 같이, 100 cd/㎡ 이하의 낮은 휘도에서는 전자수송층(70)에 절연체를 도핑하고 전자주입층(80)으로 LB를 적층함에 따라 발광효율이 급격히 증가함을 알 수 있으며, 10,000 cd/㎡ 에서 발광효율은 도핑 농도가 커짐에 따라서 34cd/A에서 41 cd/A로 20% 정도 향상되었음을 확인할 수 있다.

실시예 3

먼저, 기판(10) 상에 반사율이 우수한 Ag 애노드(20)를 진공증착법으로 80㎚의 두께로 형성하였다(제 1 공정). 애노드 상에 형성되는 제 1 유기박막층은 다층구조의 박막으로 정공주입층(30)과 정공수송층(40)을 적층하였으며, 정공주입층(30)으로는 m-TDATA을 20㎚로 적층하고, 정공수송층(40)으로 NPD을 30㎚로 적층하였다(제 2 공정). 정공수송층(40) 상에 녹색인광 발광층(50)으로 CBP에 Ir(ppy)3 를 8중량% 도핑하여 10㎚의 박막으로 적층하였다(제 3 공정) 상기 발광층(50) 상에 제 2 유기 박막층으로 Bphen을 사용하여 전자수송층(70)을 50㎚의 두께로 적층하고, 전자주입층(80)으로 각각 유기절연체인 LB를 0nm, 5㎚, 10 nm, 15nm의 두께로 적층하였다(제 4 공정). 이어서, 전자주입층(80) 상에 투명한 캐소드로 Al을 1㎚로, Ag을 15㎚로 적층하여, 전면발광형(Top emission) OLED 소자를 제작하였다.

상기 실시 예 3에 따라 유기절연체로 형성된 전자주입층의 두께에 따른 발광효율을 평가하여 그 결과를 하기 도 7에 나타내었다.

도 7을 통해 알 수 있는 바와 같이, 전자주입층(80)으로 LB를 사용하지 않았을 때 보다 LB를 사용한 경우의 발광 효율이 현저하게 증가하였으며, LB의 두께를 10㎚로 증가시킴에 따라 2배 이상의 발광효율을 증가시켰지만, LB의 두께가 10㎚를 초과하여 증가되는 경우 발광효율이 오히려 떨어지고 있다.

이는 전자 주입층(80)으로 사용된 유기절연층의 두께가 얇은 경우에는 전자주입이 터널링 (tunneling) 현상에 의하여 쉽게 주입되지만 일반적으로 10 nm 이상의 경우에는 오히려 절연체의 두꺼운 장벽으로 전하주입이 어렵기 때문이다.

본 발명에 따른 OLED 소자는 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 일반적으로 OLED 소자에서 정공의 이동도는 전자의 이동도 보다 100 배 정도 크다. 이러한 전하의 이동도 차이는 전하주입의 불균형으로 인하여 누설전류를 증가하여 발광효율은 감소된다. 이에 대하여 본 발명은 양극으로부터 정공이 발광층으로 이동하는 것과 음극으로부터 전자가 발광층으로 이동하는데 장벽(Barrier) 역할을 통하여 전하의 흐름을 제어하는 것으로 누설전류를 최소화 시키며, 이에 따라 소자수명을 증가시킨다.

둘째, 제 1 유기 박막층 및 제 2 유기 박막층에 적합한 절연층의 선정, 적절한 두께 조절, 및 적절한 도핑의 농도를 통하여 정공의 이동과 전자의 이동을 제 어할 수 있으므로 발광층에서 정공과 전자의 재결합 확률(recombination probability)을 증가시켜 균형된 전하주입을 통하여 발광효율을 증가시킨다.

셋째, 제 1 유기 박막층 및 제 2 유기 박막층에 절연체를 도핑하거나 적층하는 경우 애노드와 발광층 사이 또는 캐소드와 발광층 사이에서 박막계면간의 접촉을 향상시켜 열안정성이 우수한 유기박막을 형성하므로 내구성이 향상된 소자를 만들 수 있다.

Claims

기판;

상기 기판 상에 형성된 애노드;

상기 애노드 상에 형성된 제 1 유기 박막층;

상기 제 1 유기 박막층 상에 형성된 유기 발광층;

상기 유기 발광층 상에 형성된 제 2 유기 박막층; 및

상기 제 2 유기 박막층 상에 형성된 캐소드를 포함하고,

상기 제 1 유기 박막층과 제 2 유기 박막층은 각각 단층 또는 다층으로 구성되고, 제 1 유기 박막층 또는 제 2 유기 박막층의 적어도 일부가 절연체로 도핑 또는 적층되는 OLED 소자.
제 1항에 있어서,

상기 적층되는 절연체의 두께가 0.1㎚ 내지 10㎚ 범위인 것을 특징으로 하는 OLED 소자.
제 1항에 있어서,

상기 도핑되는 절연체의 농도가 1중량% 내지 50중량% 범위인 것을 특징으로 하는 OLED 소자.
제 1항에 있어서,

상기 제 1 유기 박막층으로는 정공주입층 또는 정공주입층과 정공수송층인 것을 특징으로 하는 OLED 소자.
제 1항에 있어서,

상기 제 2 유기 박막층으로는 정공차단층, 전자주입층 및 전자수송층으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 OLED 소자.
제 1항에 있어서,

상기 절연체는 쌍극성 특성을 갖는 비전도성물질을 포함하는 무기절연체 또는 유기절연체로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 OLED 소자.
제 6항에 있어서,

상기 비전도성물질은 알칼리 산화물, 알카리 토금속 산화물, 금속 또는 비금 속 산화물, 알칼리 불소화물, 알칼리 토금속 불소화물 및 음이온을 포함하는 금속 또는 비금속 화합물로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 OLED 소자.
제 7항에 있어서,

상기 알칼리 산화물로는 리튬 옥사이드, 소듐 옥사이드, 포타슘 옥사이드, 루비듐 옥사이드 및 세슘 옥사이드로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 OLED 소자.
제 7항에 있어서,

상기 알칼리 토금속 산화물로는 마그네슘 옥사이드, 칼슘 옥사이드, 스트론튬 옥사이드 및 바륨 옥사이드로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 OLED 소자.
제 7항에 있어서,

상기 알칼리 불소화물로는 리튬 플루오라이드, 소듐 플루오라이드, 포타시움 플루오라이드, 루비듐 플루오라이드 및 세슘 플루오라이드로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 OLED 소자.
제 7항에 있어서,

상기 알칼리 토금속 불소화물로는 마그네슘 플루오라이드, 칼슘 플루오라이드, 스트론튬 플루오라이드, 및 바륨 플루오라이드로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 OLED 소자.
제 7항에 있어서,

상기 금속 또는 비금속 산화물로는 알루미늄 옥사이드, 실리콘 옥사이드, 티타늄 옥사이드 및 탄탈륨 옥사이드로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 OLED 소자.
제 7항에 있어서,

상기 음이온을 포함하는 금속 또는 비금속 화합물에서, 음이온으로는 아세테이트, 벤조에이트 및 카보네이트로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 OLED 소자.
제 13항에 있어서,

상기 아세테이트를 포함하는 금속 또는 비금속 화합물로는 리튬 아세테이트, 소듐 아세테이트, 포타슘 아세테이트, 루비듐 아세테이트 및 세슘 아세테이트로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 OLED 소자.
제 13항에 있어서,

상기 벤조에이트를 포함하는 금속 또는 비금속 화합물로는 리튬 벤조에이트, 소듐 벤조에이트, 포타슘 벤조에이트, 루비듐 벤조에이트 및 세슘 벤조에이트로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 OLED 소자.
제 13항에 있어서,

상기 카보네이트를 포함하는 금속 또는 비금속 화합물로는 리튬 카보네이트, 소듐 카보네이트, 포타슘 카보네이트, 루비듐 카보네이트 및 세슘 카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 OLED 소자.