KR100972289B1

KR100972289B1 - 유기 ｅｌ 소자 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR100972289B1
Application number: KR1020030098982A
Authority: KR
Inventors: 정복현; 이주철; 박재용
Original assignee: 사천홍시현시기건유한공사
Priority date: 2003-12-29
Filing date: 2003-12-29
Publication date: 2010-07-23
Also published as: KR20050067945A

Abstract

본 발명은 유기 전자 발광(Electroluminescent; 이하“EL”이라 칭함) 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일정량의 폴리사이클릭 방향족 탄화수소가 도핑된 알루미늄트리스(8-하이드록시퀴놀린) (aluminum tris(8-hydroxyquinoline))을 전자 수송층으로 사용하여 전자 전달 효과를 향상시킨 유기 EL 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

유기 ＥＬ 소자 및 그의 제조 방법{Organic Electroluminescent Device and Manufacturing Method Thereof}

도 1은 도 1은 일반적인 유기 EL 소자의 기본 구성에 대한 계략도.

도 2는 본 발명의 전자 수송층을 포함하는 유기 EL 소자의 구성에 대한 계략도.

< 도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명 >

10, 20 : 기판 11, 21 : 양전극

13, 23 : 정공 주입층/정공 수송층 15, 25 : 유기 발광층

17 : Alq₃의 전자 수송층 19, 29 : 전자 주입층

27 : 폴리사이클릭 방향족 탄화수소가 도핑된 Alq₃의 전자 수송층

111, 121 : 금속 음전극

본 발명은 유기 전자 발광(Electroluminescent; 이하“EL”이라 칭함) 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일정량의 폴리사이클릭 방향족 탄화수소가 도핑된 알루미늄트리스(8-하이드록시퀴놀린) (aluminum tris(8-hydroxyquinoline);이하“Alq₃”라 칭함)을 전자 수송층(electron transporting layer; 이하"ETL"이라 칭함)으로 사용하여 전자 수송 효과를 향상시킨 유기 EL 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 유기 EL 이란, 장치를 통과하는 전류에 반응하여 광반사를 일으키는 유기 발광 다이오드 (organic light emitting diode; OLED)를 말하며, 통상적으로는 유리 기판 위에 투명 양극층(transparent anode; 이하 "ITO층"이라 칭함)과 정공 주입층/정공 수송층 (hole injection layer/hole transporting layer; 이하 "HIL/HTL"이라 칭함"), 유기 발광층(organic light emitting layer), 전자 수송층/전자 주입층(electron injection layer; 이하"EIL"이라 칭함) 및 금속 음극층(cathode)등의 구조로 형성되어 있다.

그리고, 상기 양극 및 음극층에 전압을 걸어 줌으로써, 주입되는 전자와 정공이 재결합(recombination)하여 들뜬 상태가 된 다음 다시 바닥상태로 에너지 전이되는 과정에서 빛이 발생되는 원리로 되어 있다.

이하, 첨부 도면 1 은 일반적인 유기 EL 소자의 기본 구성을 설명하기 위한 계략도이다.

먼저, 석영 등의 투명 재질로 형성된 투명 기판 (10) 상에 양전극(11)이 형성되어 있고, 그 상부에 HIL/HTL(13)이 형성되어 있으며, 그 상부에 유기 발광층(15)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 유기 발광층 상부에 ETL(17)이 형성되 어 있고, 그 상부에 EIL(19)과 금속 음전극(111)이 형성되어 있다.

상기 유기 EL 소자를 구성하는 양전극(11)은 일 함수가 커서 정공 주입이 용이하고, 가시 광선 범위에서 투명한 특성을 가지는 인디움 틴 옥사이드(indium tin oxide; ITO) 및 인디움 아연 옥사이드(indium zinc oxide; IZO)등과 같은 금속 산화막으로 형성한다.

상기 양전극 상부에 형성된 HIL/HTL에서 HIL은 소자 내에 정공의 주입이 원활하도록 하기 위해 쿠퍼 프탈로시아나인(copper phthalocyanine; CuPC) 또는 4,4,4-트리(3-메틸페닐-페닐아미노)트리페닐아민 (4,4',4"-Tris(3-methylphenyl -phenylamino)-triphenylamine ; m-MTDATA) 등으로 형성하며, HTL은 양전극으로부터 주입된 정공을 발광층을 수송하기 위해 α-NPD 또는 TPD(N,N'-dipheny-N,N'-bis(3-methyl phenyl)-1,1'-diphenyl-4,4'-diamine 등을 사용한다.

또한, 상기 유기 발광층(15)에서는 음전극과 양전극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광이 일어나는데, 발광층에 적용되는 상기 유기 물질의 고유 파장 및 호스트(host)와 주입물(dopant)의 구성비를 조절하면 원하는 소자의 발광 특성에 따라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있다. 예를 들면, 적색 (red) 의 경우 DCJTB(4-dicyanomethylene-6-cp-julolidinostyryl-2-tert-butyl-4H-pyran)을 이용하고, 녹색 (green)의 경우 PPV(poly(phenylene vinylene))을 이용하며, 청색 (blue)의 경우 PPP, PF, PFV 및 spiro-PF 등으로 형성한다.

그러면, 상기 발광층으로 양전극에서 정공이 이동하고, 금속 전극의 음전극에서 전자가 주입되어, 이동하면서 여기자(exciton)를 형성하고, 상기 여기자로부 터 특정한 파장의 색이 발생된다.

또한, 상기 ETL(17)은 음전극으로부터 공급되는 전자를 원활하게 수송하는 것으로, 1,2,4-트리아졸(1,2,4-triazole)이나 전자 수송체로서의 특성을 가지는 Alq₃으로 형성하여 음전극으로부터 공급되는 전자가 원활하게 수송되도록 한다.

상기 음전극은 일 함수가 낮은 마그네슘이나, 칼슘등의 금속을 이용하거나, 일 함수는 높지만 공정 시 안정되고 증착이 용이한 알루미늄 등의 금속을 이용하여 형성한다.

이때, 상기 ETL 형성 물질인 Alq₃은 하기 식 1과 같이 Al과 세 개의 8-하이드록시 퀴놀레이트(8-hydroxy-quinolate)가 결합된 안정한 구조이기는 하지만, HTL의 이동도에 비하여 1/100 정도의 낮은 속도를 갖는다.

그래서, 상기 Alq₃만을 이용하여 전자 수송층을 형성하면, 정공의 이동도에 비해 전자 이동도가 낮기 때문에, 발광 영역에서의 정공과 전자가 결합(recombination) 되는 반응되는 것이 낮아져서 소자의 효율이 낮아진다.

[식 1]

그러므로, 안정한 구조를 가지면서, 높은 전자 이동도를 얻을 수 있는 전자 수송층 형성 물질의 개발이 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 일정량의 폴리사이클릭 방향족 탄화수소가 도핑된 Alq₃을 이용하여 전자 수송층을 형성함으로써, 전자 전달 효과가 높은 유기 EL 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 일정량의 폴리사이클릭 방향족 탄화수소가 Alq₃에 도핑되도록 Alq₃과 폴리사이클릭 방향족 탄화수소를 함께 증착하여 형성한 ETL을 포함하는 유기 EL 소자 및 이의 제조방법을 제공한다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에서는

기판;

상기 기판 상부에 형성된 양극층;

상기 양극층 상부에 순차적으로 형성된 HIL/HTL;

상기 정공 수송층 상부에 형성된 발광층;

상기 발광층 상부에 순차적으로 형성된 ETL/EIL; 및

상기 EIL 상부에 형성된 음극층을 포함하는 유기 EL 소자에 있어서,

상기 ETL은 일정량의 폴리사이클릭 방향족 탄화수소가 도핑된 Alq₃으로 이루어진 유기 EL 소자를 제공한다.

이때, 상기 폴리사이클릭 방향족 탄화수소로는 루브렌(rubrene), 1,4,5,12-헥사페닐안트라센, 2,4,9,10-테트라페닐안트라센, 1,2,3,4-테트라페닐나프타렌, 3,4-디페닐페릴렌, 2,3,6,11-테트라페닐트리페닐렌, 6,6,13,13-테트라페닐-6,13-디하이드로펜타센, 헥사페닐벤젠, 코로넨(coronene), 펜타센(pentacene) 및 6,13-디페닐펜타센 등이 있으며, 가장 바람직하게는 하기 식 2의 루브렌을 사용한다.

[식 2]

또한, 상기 ETL은 주재료로 Alq₃ 대신 하기 식 3의 BAlq(bis(8-bydroxyquinaldine)aluminum biphenoxide) 및 하기 식 4의 Bebq2(bis(10-hydroxybenzo[h]qunolinato berylium)를 이용할 수 도 있다.

[식 3]

[식 4]

또한, 본 발명에서는 폴리사이클릭 방향족 탄화수소와 상기 Alq₃을 동시에 증착시켜 본 발명의 ETL을 포함하는 유기 EL 소자를 제조하는 방법을 제공한다.

이때, 상기 증착 조건은 열증착법을 이용하여 도시에 열을 가하여 증착하는데, 이때 폴리사이클릭 방향족 탄화수소는 Alq₃총 중량에 대해 1 : 0.5wt% 내지 30wt%, 바람직하게는 1 : 0.5wt% 내지 20wt%의 양으로 도핑 공정을 수행한다.

또한, Alq₃ 대신 BAlq 또는 Bebp₂를 사용하는 경우에도 폴리사이클릭 방향족 탄화수소는 각 물질의 총 중량에 대해 1 : 0.5wt% 내지 30 wt%, 바람직하게는 1 : 0.5wt% 내지 20 wt%의 양으로 도핑공정을 수행한다.

상기와 같이 폴리사이클릭 방향족 탄화수소가 도핑된 Alq₃으로 ETL을 형성하는 경우, 기체(amorphous) 상태인 Alq₃ 층만이 증착 되었을 때 생길 수 있는 빈 공간에 폴리사이클릭 방향족 탄화수소가 채워져 전자 수송 경로를 만들어 주므로, 전자 전달 속도가 증가된 유기 EL 소자를 제조할 수 있다.

도 2는 본 발명의 폴리사이클릭 탄화수소가 도핑된 Alq₃으로 형성된 ETL을 포함하는 유기 EL 소자의 구성을 설명하기 위한 개략도이다.

먼저, 소정의 기판(20) 상부에 양전극(21)을 형성하고, 그 상부에 HIL/HTL(23)을 형성한다.

그 후, HIL/HTL(23) 상부에 유기 발광층(25)을 형성한다.

그리고, 유기 발광층(25) 상부에 폴리사이클릭 방향족 탄화수소와 상기 Alq₃을 동시에 증착시켜 ETL(27)을 형성한 다음, 그 상부에 EIL(29) 및 음전극(121)을 순차적으로 형성한다.

이때, 상기 본 발명의 유기 EL 소자를 구성하는 음전극, HIL/HTL, 발광층, EIL 등은 일반적인 물질을 이용하여 형성한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 유기 EL 소자를 이루는 ETL층은 일정량의 폴리사이클릭 방향족 탄화수소와 Alq₃를 동시에 증착시켜 형성하므로, 높은 전자 이동도를 얻을 수 있고, 그로 인해 정공의 이동도와 전자 이동도가 같아 정공과 전자의 결합 반응이 향상되어 유기 EL 소자의 효율을 향상시킬 수 있다.

Claims

기판;

상기 기판 상부에 형성된 양극층;

상기 양극층 상부에 순차적으로 형성된 정공 주입층/정공 수송층;

상기 정공 수송층 상부에 형성된 발광층;

상기 발광층 상부에 순차적으로 형성된 전자 수송층/전자 주입층; 및

상기 전자 주입층 상부에 형성된 음극층을 포함하는 유기 EL 소자에 있어서,

상기 전자 수송층은 폴리사이클릭 방향족 탄화수소가 도핑된 Alq₃으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 전자 발광(Electroluminescent; 이하“EL”이라 칭함) 소자
제 1 항에 있어서,

상기 폴리사이클릭 방향족 탄화수소는 루브렌(rubrene), 1,4,5,12-헥사페닐안트라센, 2,4,9,10-테트라페닐안트라센, 1,2,3,4-테트라페닐나프타렌, 3,4-디페닐페릴렌, 2,3,6,11-테트라페닐트리페닐렌, 6,6,13,13-테트라페닐-6,13-디하이드로펜타센, 헥사페닐벤젠, 코로넨(coronene), 펜타센(pentacene) 및 6,13-디페닐펜타센으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
제 1 항에 있어서,

상기 폴리사이클릭 방향족 탄화수소는 Alq₃총 중량에 대해 0.5wt% 내지 30wt%를 이용하여 도핑하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
제 1 항에 있어서,

상기 전자 수송층은 폴리사이클릭 방향족 탄화수소가 도핑된 BAlq (bis(8-bydroxyquinaldine)aluminum biphenoxide) 또는 Bebq2 (bis(10-hydroxybenzo[h]qunolinato berylium)로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
제 4 항에 있어서,

상기 폴리사이클릭 방향족 탄화수소는 BAlq 총 중량에 대해 0.5wt% 내지 30wt%를 이용하여 도핑하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
제 4 항에 있어서,

상기 폴리사이클릭 방향족 탄화수소는 Bebq₂총 중량에 대해 0.5wt% 내지 20wt%를 이용하여 도핑하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.