KR100906782B1 - 유기 발광 소자 - Google Patents

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김장주
임동석
이재현
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재단법인서울대학교산학협력재단
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Abstract

전극과 유기막의 에너지 장벽을 감소하고 유기 발광 소자의 전기적 특성을 향상하도록, 본 발명은 기판, 상기 기판 상에 형성된 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 형성된 제2 전극 및 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 개재하고 유기 발광층 및 정공 주입층을 구비하는 중간층을 포함하고, 상기 정공 주입층은 상기 제1 전극과 접하며 요오드화 구리(CuI)를 함유하는 유기 발광 소자를 제공한다.

Description

유기 발광 소자{Organic light emitting device}
본 발명은 유기 발광 소자에 관한 것으로 전극과 유기막의 에너지 장벽을 감소하고 전기적 특성을 향상할 수 있는 유기 발광 소자에 관한 것이다.
근래에 디스플레이 장치는 휴대가 가능한 박형의 평판 표시 장치로 대체되는 추세이다. 평판 디스플레이 장치 중에서도 전계 발광 표시장치는 자발광형 디스플레이 장치로서 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐 만 아니라 응답속도가 빠르다는 장점을 가지고 있어서 차세대 디스플레이 장치로 주목 받고 있다. 또한 발광층의 형성 물질이 유기물로 구성되는 유기 발광 표시 장치는 무기 발광 표시 장치에 비해 휘도, 구동 전압 및 응답속도 특성이 우수하고 다색화가 가능하다는 점을 가지고 있다.
유기 발광 표시 장치는 유기 발광 소자를 포함하고 있다. 유기 발광 소자는 애노드 전극, 캐소우드 전극 및 양 전극 사이에 배치되는 중간층을 포함한다. 중간층은 유기 발광층 및 기타 유기물을 구비한다. 유기 발광 소자는 전극을 통하여 전압을 인가하여 유기 발광층에서 가시광을 발광하게 된다. 효과적인 발광을 위하여 전극과 유기막간의 에너지 장벽이 중요하다. 종래의 유기 발광 소자는 유기막과 전 극간의 에너지 장벽이 높아서 유기 발광 소자의 효율이 낮았다.
본 발명은 전극과 유기막의 에너지 장벽을 감소하고 유기막의 계면 특성을 향상하여 전기적 특성이 향상된 유기 발광 소자를 제공할 수 있다.
본 발명은 기판, 상기 기판 상에 형성된 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 형성된 제2 전극 및 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 개재하고 유기 발광층 및 정공 주입층을 구비하는 중간층을 포함하고, 상기 정공 주입층은 상기 제1 전극과 접하며 요오드화 구리(CuI)를 함유하는 유기 발광 소자를 개시한다.
본 발명에 있어서 상기 요오드화 구리(CuI)는 제1 전극과 접하도록 상기 정공 주입층에 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서 상기 정공 주입층은 요오드화 구리(CuI)를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서 상기 정공 주입층과 상기 유기 발광층 사이에 개재하는 정공 수송층 또는 확산 방지층을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서 상기 정공 주입층은 요오드화 구리(CuI)가 도핑된 NPB를 포함할 수 있다.
본 발명에 관한 유기 발광 소자는 전극과 유기막의 에너지 장벽을 감소할 수 있어 전기적 특성이 향상된 유기 발광 소자를 제공할 수 있다.
이하 첨부된 도면들에 도시된 본 발명에 관한 실시예를 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 유기 발광 소자를 도시한 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 관한 유기 발광 소자(100)는 기판(110), 제1 전극(120), 제2 전극(130) 및 중간층(140)을 포함한다.
기판(110)은 SiO2를 주성분으로 하는 재질로 이루어질 수 있다. 기판(110)은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 투명한 플라스틱 재로 형성할 수도 있다. 플라스틱 기판은 절연성 유기물로 형성할 수 있는데 폴리에테르술폰(PES, polyethersulphone), 폴리아크릴레이트(PAR, polyacrylate), 폴리에테르 이미드(PEI, polyetherimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN, polyethyelenen napthalate), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(PET, polyethyeleneterepthalate), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide: PPS), 폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(PC), 셀룰로오스 트리 아세테이트(TAC), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propinonate: CAP)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 유기물로 이루어질 수 있다.
기판(110)은 이에 한정되지 않고 금속으로 형성할 수 있고, 제1 전극(120)을 형성하기에 앞서 기판(110)상에 박막 트랜지스터를 형성할 수 있다. 물론 본 실시예의 유기 발광 소자(100)의 제조 방법은 능동형 유기 발광 소자 뿐 아니라 수동형 유기 발광 소자의 제조방법에도 적용이 가능할 수 있다. 또한 기판(110)과 제1 전극(120)의 사이에는 기판(110)의 평활성과 불순 원소의 침투를 차단하기 위하여 버퍼층(미도시)을 형성할 수 있다.
기판(110)상에 제1 전극(120)을 형성한다. 제1 전극(120)은 투명 전극 또는 반사 전극으로 형성할 수 있다. 투명 전극으로 형성할 때는 ITO, IZO, ZnO 또는 In2O3로 형성할 수 있고, 반사전극으로 형성할 때에는 Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr 및 이들의 화합물 등으로 반사막을 형성할 수 있다. 혹은 반사막 위에 ITO, IZO, ZnO 또는 In2O3로 막을 다시 형성함으로써 형성할 수 있다.
제1 전극(120)상에 중간층(140)을 형성한다. 중간층(140)상에는 제2 전극(130)을 형성한다.
제2 전극(130)은 투명전극 또는 반사전극으로 형성할 수 있는데, 투명전극으로 형성할 때는 Li, Ca, Yb, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Ag, Mg 및 이들의 화합물이 중간층을 향하도록 증착할 수 있다. 그 위에 ITO, IZO, ZnO 또는 In2O3 등의 투명한 도전성 물질로 보조 전극이나 버스 전극 라인을 형성함으로써 제2 전극(130)을 형성할 수 있다. 반사형 전극으로 형성할 때에는 Li, Ca, Yb, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Ag, Mg 및 이들의 화합물을 증착하여 형성할 수 있다.
제1 전극(120)과 제2 전극(130)사이에 개재하는 중간층(140)은 정공 주입층(141) 및 유기 발광층(143) 을 구비한다.
유기 발광층(143)은 제1 전극(120)과 제2 전극(130)의 전기적 구동에 의해 발광한다. 유기 발광층(143)은 저분자 또는 고분자 유기물을 사용할 수 있다.
제1 전극(120)상에 정공 주입층(141)을 형성한다. 정공 주입층(141)은 N, N-디(나프탈렌-1-일)-N, N'-디페닐-벤지딘 (N, N'-Di(naphthalene-1-yl)-N, N'-diphenyl-benzidine: NPB)를 포함한다. 또한 정공 주입층(141)은 1,1-Bis-(4-bis(4-tolyl)-aminophenyl)cyclohexene(TAPC)를 포함할 수도 있고 정공 주입 물질이면 그 재료에 제한을 받지 않는다.
정공 주입층(141)은 요오드화 구리(CuI)를 포함한다. 정공 주입층(141)은 NPB 또는 TAPC에 요오드화 구리(CuI)를 열증착과 같은 증착 방법을 이용하거나 이온 주입과 같은 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 도 2에 이러한 것이 도시되어 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉 정공 주입층(141)이 요오드화 구리(CuI)를 함유하도록 다양한 방법을 이용할 수 있다.
도 2는 도 1의 A의 확대도이다. 도 2를 참조하면 정공 주입층(141)은 제1 층(141a) 및 제2 층(141b)을 포함한다. 제1 층(141a)은 제1 전극(120)과 접하고 요오드화 구리(CuI)를 포함한다. 제2 층(141b)은 제1 층(141a)상에 형성된다.
도 3은 도 1의 유기 발광 소자(100)의 전압의 변화에 따른 전류 밀도를 측정한 그래프이다. 실험을 위하여 정공 주입층(141)의 제1 층(141a)은 요오드화 구리(CuI)를 포함하고, 제2 층(141b)은 NPB를 포함하도록 형성하였다. 즉 정공 주입층(141)은 제1 전극(120)방향에는 요오드화 구리(CuI)가 존재하고 그 반대 방향에는 NPB가 존재하도록 형성된다. 도 2에 도시한 것과 같이 제1 층(141a)의 두께는 t로 정의한다.
도 3의 (a)는 정공 주입층(141)의 제1 층(141a)층의 두께(t)가 2nm가 되도록 형성된 유기 발광 소자, (b)는 정공 주입층(141)의 제1 층(141a)층의 두께(t)가 4nm가 되도록 형성된 유기 발광 소자, (c)는 정공 주입층(141)에 제1 층(141a)이 포함되지 않은 유기 발광 소자 즉 요오드화 구리(CuI)가 포함되지 않은 구조를 나타낸다.
도 3을 참조하면 정공 주입층(141)에 제1 층(141a)이 포함되지 않은 (c)가 (a) 및 (b)에 비하여 전류 밀도가 현저하게 낮은 것을 도시하고 있다. 이를 통하여 정공 주입층(141)에 요오드화 구리(CuI)가 포함되었을 때 전압에 따른 전류밀도 특성이 향상됨을 알 수 있다.
도 4는 도 1의 유기 발광 소자의 전압의 변화에 따른 휘도를 측정한 그래프이다. (a)는 정공 주입층(141)의 제1 층(141a)층의 두께(t)가 2nm가 되도록 형성된 유기 발광 소자, (b)는 정공 주입층(141)의 제1 층(141a)층의 두께(t)가 4nm가 되도록 형성된 유기 발광 소자, (c)는 정공 주입층(141)에 제1 층(141a)이 포함되지 않은 유기 발광 소자 즉 요오드화 구리(CuI)가 포함되지 않은 구조를 나타낸다.
도 4를 참조하면 정공 주입층(141)에 제1 층(141a)이 포함되지 않은 (c)가 (a) 및 (b)에 비하여 휘도가 현저하게 낮은 것을 도시하고 있다. 이를 통하여 정공 주입층(141)에 요오드화 구리(CuI)가 포함 되었을 때 전압에 따른 휘도 특성이 향상됨을 알 수 있다. 이를 통하여 정공 주입층(141)에 요오드화 구리(CuI)를 사용 하여 유기 발광 소자의 휘도가 증가됨을 알 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 정공 주입층(141)은 제1 전극(120)방향에 요오 드화 구리를 포함하는 제1 층(141a)을 포함한다. 이를 통하여 제1 전극(120)과 정공 주입층(141)간에 표면 쌍극자(surface dipole)를 형성함으로 전극의 페르미 에너지 준위를 낮추어 정공 주입 장벽을 줄여 소자로의 정공 주입을 용의하게 한다. 이를 통하여 유기 발광 소자(100)의 전류 밀도, 휘도, 효율 및 수명 등 전기적 특성이 향상한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 관한 유기 발광 소자를 도시한 개략적인 단면도이다. 설명의 편의를 위하여 전술한 실시예와 상이한 점을 중심으로 설명하기로 한다.
본 실시예의 유기 발광 소자(200)는 기판(210), 제1 전극(220), 중간층(240) 및 제2 전극(230)을 포함한다.
기판(210)상에 제1 전극(220)을 형성한다. 제1 전극(220)상에 중간층(240)이 형성된다. 중간층(240)은 정공 주입층(241), 정공 전달층(242) 및 유기 발광층(243), 확산 방지층(244) 및 전자 전달층(245)을 포함한다.
제1 전극(220)상에 정공 주입층(241)이 형성된다. 정공 주입층(241)은 N, N-디(나프탈렌-1-일)-N, N'-디페닐-벤지딘 (N, N'-Di(naphthalene-1-yl)-N, N'-diphenyl-benzidine: NPB)를 포함한다. 또한 정공 주입층(241)은 1,1-Bis-(4-bis(4-tolyl)-aminophenyl)cyclohexene(TAPC)를 포함할 수도 있고 그 재료에 재한을 받지 않는다.
정공 주입층(241)은 요오드화 구리(CuI)를 포함한다. 정공 주입층(141)은 NPB 또는 TAPC에 요오드화 구리(CuI)를 열증착과 같은 증착 방법을 이용하거나 이 온 주입과 같은 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉 정공 주입층(141)이 요오드화 구리(CuI)를 함유하도록 다양한 방법을 이용할 수 있다.
도시하지 않았으나 도 2와 마찬가지로 정공 주입층(241)은 제1 층 및 제2 층을 포함한다. 제1 층은 제1 전극(220)과 접하고 요오드화 구리를 포함한다. 제2 층은 제1 층상에 형성된다.
정공 주입층(241)상에 정공 전달층(242)이 형성된다. 정공 전달층(242)은 구리 프탈로시아닌(Copper phthalocyanine: CuPc) 또는 스타버스트(Starburst)형 아민류인 TCTA 또는 TAPC, m-MTDATA, Pani/DBSA(Polyaniline/Dodecylbenzenesulfonic acid:폴리아닐린/도데실벤젠술폰산) 또는 PEDOT/PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/Poly(4-styrenesulfonate):폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(4-스티렌술포네이트)) 등이 포함되나, 이에 한정되는 것은 아니다.
정공 전달층(242)은 여기자(exciton)의 켄칭(quenching)으로 인한 효율감소를 방지한다. 통상적으로 전자의 이동도보다 정공의 이동도가 크므로 정공의 이동도를 감소하여 발광층에서 정공과 전자의 결합을 극대화하는 목적으로 정공 전달층(242)이 형성된다.
정공 전달층(242)상에 유기 발광층(243)이 형성된다. 유기 발광층(243)상에 제2 전극(230)이 형성된다.
유기 발광층(243)과 제2 전극(230)사이에 확산 방지층(244)이 형성될 수 있다. 확산 방지층(244)은 정공의 이동도를 감소시켜 유기 발광층(243)에서 전자와 정공의 결합율을 증대한다. 확산 방지층(244)은 2,9-dimethyl- 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline(BCP)를 포함할 수 있다. BCP는 HOMO 에너지 준위가 매우 낮아 정공이 유기 발광층(243)을 통과하지 않고 전자와 결합하는 확률을 증가한다.
또한 확산 방지층(243)은 정공 수송층(242)과 동일한 물질로 형성이 가능하고 또한 spiro-TAD, TAZ, Ir(ppz)3등을 이용하여 형성할 수도 있다.
확산 방지층(244)상에 전자 주입층(245)을 형성한다. 전자 주입층(245)은 알칼리 금속 또는 알칼리 금속 화합물을 함유할 수 있다. 전자 주입층(245)은 Li, Cs, CsCO3 및 RbCO3 로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나를 포함하도록 형성할 수 있다. 이를 통하여 유기 발광 소자(200) 전체의 저항을 감소시켜 추가적인 구동 전압을 감소한다.
확산 방지층(244)과 전자 주입층(245)사이에 전자 전달층(미도시)이 형성될 수 있다. 전자 전달층(미도시)은 전자 전달 물질 중에서 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어 전자 전달층(미도시)은 Alq3를 포함할 수 있다.
전자 주입층(245)상에 제2 전극(230)이 형성된다.
기타 각 부재들은 전술한 실시예에서와 유사하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 유기 발광 소자를 도시한 단면도이고, 이하에서는 전술한 실시예와 상이한 점을 중심으로 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 관한 유기 발광 소자(300)은 기판(310), 제1 전극(320), 제2 전극(330) 및 중간층(340)을 포함한다.
기판(310)은 SiO2를 주성분으로 하는 재질로 이루어질 수 있다. 기판(310)은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 투명한 플라스틱 재로 형성할 수도 있다. 플라스틱 기판은 절연성 유기물로 형성할 수 있는데 폴리에테르술폰(PES, polyethersulphone), 폴리아크릴레이트(PAR, polyacrylate), 폴리에테르 이미드(PEI, polyetherimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN, polyethyelenen napthalate), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(PET, polyethyeleneterepthalate), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide: PPS), 폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(PC), 셀룰로오스 트리 아세테이트(TAC), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propinonate: CAP)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 유기물로 이루어질 수 있다.
기판(310)은 이에 한정되지 않고 금속으로 형성할 수 있고, 제1 전극(320)을 형성하기에 앞서 기판(310)상에 박막 트랜지스터를 형성할 수 있다. 물론 본 실시예의 유기 발광 소자의 제조 방법은 능동형 유기 발광 소자 뿐 아니라 수동형 유기 발광 소자의 제조방법에도 적용이 가능할 수 있다.
또한 기판(310)의 상면에는 기판(310)의 평활성과 불순 원소의 침투를 차단하기 위하여 버퍼층(미도시)을 형성할 수 있다.
기판(310)상에 제1 전극(320)을 형성한다. 제1 전극(320)은 투명 전극 또는 반사 전극으로 형성할 수 있다. 투명 전극으로 형성할 때는 ITO, IZO, ZnO 또는 In2O3로 형성할 수 있고, 반사전극으로 형성할 때에는 Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr 및 이들의 화합물 등으로 반사막을 형성할 수 있다. 혹은 반사막 위에 ITO, IZO, ZnO 또는 In2O3로 막을 다시 형성함으로써 형성할 수 있다.
제1 전극(320)상에 중간층(340)을 형성한다. 중간층(340)상에는 제2 전극(330)을 형성한다.
제2 전극(330)은 투명전극 또는 반사전극으로 형성할 수 있는데, 투명전극으로 형성할 때는 Li, Ca, Yb, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Ag, Mg 및 이들의 화합물이 중간층을 향하도록 증착할 수 있다. 그 위에 ITO, IZO, ZnO 또는 In2O3 등의 투명한 도전성 물질로 보조 전극이나 버스 전극 라인을 형성함으로써 제2 전극(330)을 형성할 수 있다. 반사형 전극으로 형성할 때에는 Li, Ca, Yb, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Ag, Mg 및 이들의 화합물을 증착하여 형성할 수 있다.
제1 전극(320)과 제2 전극(330)사이에 개재하는 중간층(340)은 정공 주입층(341) 및 유기 발광층(343)을 구비한다.
유기 발광층(343)은 제1 전극(320)과 제2 전극(330)의 전기적 구동에 의해 발광한다. 유기 발광층(340)은 저분자 또는 고분자 유기물을 사용할 수 있다.
제1 전극(320)상에 정공 주입층(341)을 형성한다. 정공 주입층(341)은 N, N-디(나프탈렌-1-일)-N, N'-디페닐-벤지딘 (N, N'-Di(naphthalene-1-yl)-N, N'-diphenyl-benzidine: NPB)를 포함한다. 또한 정공 주입층(341)은 1,1-Bis-(4-bis(4-tolyl)-aminophenyl)cyclohexene(TAPC)를 포함할 수도 있고 그 재료에 재한을 받지 않는다.
정공 주입층(341)은 요오드화 구리(CuI)를 포함한다. 이온 주입 등의 방법으로 정공 주입층(341)이 요오드화 구리(CuI)를 함유하도록 할 수 있다. 또한 본 발명은 이에 한정되지 않고 열증착과 같은 증착 방법으로도 정공 주입층(341)을 형성할 수 있다. 정공 주입층(341)이 요오드화 구리(CuI)를 함유하도록 기타 다양한 방법을 이용할 수 있다.
정공 주입층(341)은 요오드화 구리(CuI)를 1 내지 40wt% 포함할 수 있다.
요오드화 구리(CuI)를 적게 함유 하면 요오드화 구리(CuI)에 의한 정공의 농도의 증가 효과가 미약하므로 1wt%이상 함유하도록 한다. 그러나 정공 주입층(341)이 요오드화 구리(CuI)를 지나치게 많이 함유하면 NPB등과 같은 물질 자체의 물성을 잃어버리고 여기자의 켄칭을 유발하여 요오드화 구리(CuI)로 인한 전하 전달 효과가 감소한다. 그러므로 정공 주입층(341)은 요오드화 구리(CuI)를 40wt%이하로 함유 하도록 한다.
도 7은 도 6의 유기 발광 소자(341)의 파장의 변화에 따른 흡광도를 측정한 그래프이다. (a)는 NPB를 포함하는 정공 주입층(341)에 요오드화 구리(CuI)가 도핑되지 않은 유기 발광 소자, (b)는 NPB를 포함하는 정공 주입층(341)에 요오드화 구리(CuI)가 20wt%도핑된 유기 발광 소자 (c)는 요오드화 구리(CuI)100wt% 즉 정공 주입층(341)을 요오드화 구리로만 형성한 구조를 나타낸다.
도 7을 참조하면 (b)는 506 나노미터 부근과 1430 나노미터 부근의 파장대에서 (a)와 (c)에서는 보이지 않는 피크가 형성되어 있다. 즉 이러한 파장대에서 흡광도가 증가하여 (a) 및 (c)와 구별되는 특징을 갖고 있다. 이는 요오드화 구 리(CuI)의 함유로 정공 주입층(341)에 전하 전달 콤플렉스(charge transfer complex)가 형성되었음을 의미한다. 이를 통하여 요오드화 구리(CuI)의 도핑에 따라 변하는 정공 주입층(341)의 구성을 간접적으로 용이하게 파악할 수 있다.
도 8은 도 6의 유기 발광 소자(300)의 전압의 변화에 따른 전류 밀도를 측정한 그래프이다. (a)는 NPB를 포함하는 정공 주입층(341)에 요오드화 구리(CuI)가 10wt%도핑된 유기 발광 소자, (b)는 NPB를 포함하는 정공 주입층(341)에 요오드화 구리(CuI)가 20wt%도핑된 유기 발광 소자, (c)는 NPB를 포함하는 정공 주입층(341)에 요오드화 구리(CuI)가 25wt%도핑된 유기 발광 소자, (d)는 NPB를 포함하는 정공 주입층(341)에 요오드화 구리(CuI)가 도핑되지 않은 유기 발광 소자를 나타낸다.
도 8을 참조하면 NPB를 포함하는 정공 주입층(341)에 요오드화 구리(CuI)가 도핑 되었을 때 전압에 따른 전류밀도 특성이 향상됨을 알 수 있다.
NPB의 이온화 에너지는 5.1eV 내지 5.6eV이다. 요오드화 구리(CuI)는 강한 p-type 의 화합물로써 정공 주입층(341)에서의 전하의 이동을 용이하게 한다. 결과적으로 NPB내에 정공 농도를 크게 증가시킬 수 있다. 이는 일종의 전하 이동 콤플렉스(charge transfer complex)를 형성하기 때문이다.
도 9는 도 6의 유기 발광 소자의 전압의 변화에 따른 휘도를 측정한 그래프이다. (a)는 NPB를 포함하는 정공 주입층(341)에 요오드화 구리(CuI)가 10wt%도핑된 유기 발광 소자, (b)는 NPB를 포함하는 정공 주입층(341)에 요오드화 구리(CuI)가 20wt%도핑된 유기 발광 소자, (c)는 NPB를 포함하는 정공 주입층(341)에 요오드화 구리(CuI)가 25wt%도핑된 유기 발광 소자, (d)는 NPB를 포함하는 정공 주입 층(341)에 요오드화 구리(CuI)가 도핑되지 않은 유기 발광 소자를 나타낸다.
도 9를 참조하면 NPB를 포함하는 정공 주입층(341)에 요오드화 구리(CuI)가 도핑 되었을 때 전압에 따른 휘도 특성이 향상됨을 알 수 있다. 또한 유기 발광 소자의 구동전압이 요오드화 구리(CuI)를 도핑함으로 인하여 감소하는 특성을 보인다. 이를 통하여 정공 주입층(341)에 요오드화 구리(CuI)를 도핑 하여 유기 발광 소자의 휘도를 증가할 수 있다.
도 10은 도 6의 유기 발광 소자의 전류 밀도의 변화에 따른 발광 효율을 측정한 그래프이다. (a)는 NPB를 포함하는 정공 주입층(341)에 요오드화 구리(CuI)가 10wt%도핑된 유기 발광 소자, (b)는 NPB를 포함하는 정공 주입층(341)에 요오드화 구리(CuI)가 20wt%도핑된 유기 발광 소자, (c)는 NPB를 포함하는 정공 주입층(341)에 요오드화 구리(CuI)가 25wt%도핑된 유기 발광 소자를 나타낸다.
도 10을 참조하면 NPB를 포함하는 정공 주입층(341)에 요오드화 구리(CuI)가 도핑될 때, 특히 (b) 즉 NPB를 포함하는 정공 주입층(341)에 요오드화 구리(CuI)가 20wt%도핑된 유기 발광 소자가 가장 높은 전류 밀도에 따른 발광 효율 특성을 보임을 알 수 있다.
예를 들면 요오드화 구리(CuI)가 도핑되지 않은 유기 발광 소자의 경우 0.14mA/cm2의 전류밀도에서 0cd/A의 발광 효율값을 가지나 요오드화 구리(CuI)가 20wt% 도핑된 유기 발광 소자는 0.14mA/cm2의 전류밀도에서 69cd/A의 발광 효율값을 갖는다. 즉 본 발명의 정공 주입층은 NPB에 요오드화 구리(CuI)가 도핑 되어 높은 발광 효율값을 갖게 된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 정공 주입층(341)은 NPB를 포함하고 요오드화 구리(CuI)가 도핑 되어 있다. 이를 통하여 제1 전극(320)과 정공 주입층(341) 간에 에너지 장벽이 감소하여 정공의 주입이 용이하게 될 수 있다. 이를 통하여 유기 발광 소자의 효율 및 전기적 특성이 향상한다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 유기 발광 소자를 도시한 개략적인 단면도이다. 설명의 편의를 위하여 전술한 실시예와 상이한 점을 중심으로 설명하기로 한다.
본 실시예의 유기 발광 소자(400)은 기판(410), 제1 전극(420), 중간층(440) 및 제2 전극(430)을 포함한다.
기판(410)상에 제1 전극(420)을 형성한다. 제1 전극(420)상에 중간층(440)이 형성된다. 중간층(440)은 정공 주입층(441), 정공 전달층(442), 유기 발광층(443), 확산 방지층(444) 및 전자 전달층(445)을 포함한다.
제1 전극(420)상에 정공 주입층(441)이 형성된다. 정공 주입층(441)은 N, N-디(나프탈렌-1-일)-N, N'-디페닐-벤지딘 (N, N'-Di(naphthalene-1-yl)-N, N'-diphenyl-benzidine: NPB)를 포함한다. 또한 정공 주입층(441)은 1,1-Bis-(4-bis(4-tolyl)-aminophenyl)cyclohexene(TAPC)를 포함할 수도 있고 그 재료에 재한을 받지 않는다.
정공 주입층(441)은 요오드화 구리(CuI)를 포함한다. 정공 주입층(441)은 NPB 또는 TAPC에 요오드화 구리(CuI)를 도핑하여 형성할 수 있다. 또한 본 발명은 이에 한정되지 않고 열증착과 같은 증착 방법으로도 정공 주입층(341)을 형성할 수 있다. 정공 주입층(441)이 요오드화 구리(CuI)를 함유하도록 기타 다양한 방법을 이용할 수 있다.
정공 주입층(441)상에 정공 전달층(442)이 형성된다. 정공 전달층(442)은 구리 프탈로시아닌(Copper phthalocyanine: CuPc) 또는 스타버스트(Starburst)형 아민류인 TCTA 또는 TAPC, m-MTDATA, Pani/DBSA(Polyaniline/Dodecylbenzenesulfonic acid:폴리아닐린/도데실벤젠술폰산) 또는 PEDOT/PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/Poly(4-styrenesulfonate):폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(4-스티렌술포네이트)) 등이 포함되나, 이에 한정되는 것은 아니다.
정공 전달층(442)은 여기자(exciton)의 켄칭(quenching)으로 인한 효율감소를 방지한다. 통상적으로 전자의 이동도보다 정공의 이동도가 크므로 정공의 이동도를 감소하여 발광층에서 정공과 전자의 결합을 극대화하는 목적으로 정공 전달층(442)이 형성된다.
정공 전달층(442)상에 유기 발광층(443)이 형성된다. 유기 발광층(443)상에 제2 전극(430)이 형성된다.
유기 발광층(443)상에 확산 방지층(444)이 형성될 수 있다. 확산 방지층(444)은 정공의 이동도를 감소시켜 유기 발광층(443)에서 전자와 정공의 결합율을 증대한다. 확산 방지층(444)은 2,9-dimethyl- 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline(BCP)를 포함할 수 있다. BCP는 HOMO 에너지 준위가 매우 낮아 정공이 유기 발광층(443)을 통과하지 않고 전자와 결합하는 확률을 증가한다.
또한 확산 방지층(444)은 정공 수송층(442)과 동일한 물질로 형성이 가능하 고 또한 spiro-TAD, TAZ, Ir(ppz)3등을 이용하여 형성할 수도 있다.
확산 방지층(444)상에 전자 주입층(445)을 형성한다. 전자 주입층(445)은 알칼리 금속 또는 알칼리 금속 화합물을 함유할 수 있다. 전자 주입층(445)은 Li, Cs, CsCO3 및 RbCO3 로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나를 포함하도록 형성할 수 있다. 이를 통하여 유기 발광 소자(400) 전체의 저항을 감소시켜 추가적인 구동 전압을 감소한다.
확산 방지층(444)과 전자 주입층(445)사이에 전자 전달층(미도시)이 형성될 수 있다. 전자 전달층(미도시)은 전자 전달 물질 중에서 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어 전자 전달층(미도시)은 Alq3를 포함할 수 있다.
전자 주입층(445)상에 제2 전극(430)이 형성된다. 기타 각 부재들은 전술한 실시예에서와 유사하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
전술한 본 발명의 실시예들에서 유기 발광 소자(100, 200, 300, 400)는 밀봉 부재(미도시)를 포함할 수 있다. 밀봉 부재(미도시)는 외부의 수분이나 산소 등으로부터 유기 발광 소자를 보호하기 위해 형성한다. 전면 발광형 구조에서는 밀봉 부재(미도시)는 투명한 재질로 이루어진다. 이를 위해 글라스 기판, 플라스틱 기판 또는 유기물과 무기물의 복수의 중첩된 구조일 수도 있다.
도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 유기 발광 소자를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1의 A의 확대도이다.
도 3은 도 1의 유기 발광 소자의 전압의 변화에 따른 전류 밀도를 측정한 그래프이다.
도 4는 도 1의 유기 발광 소자의 전압의 변화에 따른 휘도를 측정한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 관한 유기 발광 소자를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 유기 발광 소자를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 7은 도 6의 유기 발광 소자의 파장의 변화에 따른 흡광도를 측정한 그래프이다.
도 8은 도 6의 유기 발광 소자의 전압의 변화에 따른 전류 밀도를 측정한 그래프이다.
도 9는 도 6의 유기 발광 소자의 전압의 변화에 따른 휘도를 측정한 그래프이다.
도 10은 도 6의 유기 발광 소자의 전류 밀도의 변화에 따른 발광 효율을 측정한 그래프이다.
도 11은 본 발며의 또 다른 실시예에 관한 유기 발광 소자를 도시한 개략적인 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>
100, 200, 300, 400: 유기 발광 소자
110, 210, 310, 410: 기판
120, 220, 320, 420: 제1 전극
140, 240, 340, 440: 중간층
141, 241, 341, 441: 정공 주입층
143, 243, 343, 443: 유기 발광층
130, 230, 330, 430: 제2 전극

Claims (7)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성된 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 형성된 제2 전극; 및
    상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 개재하고 유기 발광층 및 정공 주입층을 구비하는 중간층을 포함하고, 상기 정공 주입층은 상기 제1 전극과 접하며 요오드화 구리(CuI)를 함유하는 유기 발광 소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 요오드화 구리(CuI)는 제1 전극과 접하도록 상기 정공 주입층에 형성된 유기 발광 소자.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 정공 주입층은 요오드화 구리(CuI)를 1 내지 40wt%를 포함하는 유기 발광 소자.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 정공 주입층과 상기 유기 발광층 사이에 개재하는 정공 수송층 또는 확산 방지층을 더 포함하는 유기 발광 소자.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 정공 주입층은 요오드화 구리(CuI)가 도핑된 NPB를 포함하는 유기 발광 소자.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 유기 발광층과 제2 전극 사이에 개재하는 전자 주입층을 더 포함하고,
    상기 전자 주입층은 알칼리 금속을 함유하는 유기 발광 소자.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 전자 주입층은 Li, Cs, CsCO3 및 RbCO3로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나를 포함하는 유기 발광 소자.
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