KR101057516B1 - 유기발광소자 및 이의 제조방법 - Google Patents

유기발광소자 및 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101057516B1
KR101057516B1 KR1020100023909A KR20100023909A KR101057516B1 KR 101057516 B1 KR101057516 B1 KR 101057516B1 KR 1020100023909 A KR1020100023909 A KR 1020100023909A KR 20100023909 A KR20100023909 A KR 20100023909A KR 101057516 B1 KR101057516 B1 KR 101057516B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
organic material
material layer
light emitting
organic
Prior art date
Application number
KR1020100023909A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20100105481A (ko
Inventor
주문규
노정권
김종석
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Publication of KR20100105481A publication Critical patent/KR20100105481A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101057516B1 publication Critical patent/KR101057516B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/657—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons
    • H10K85/6572—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons comprising only nitrogen in the heteroaromatic polycondensed ring system, e.g. phenanthroline or carbazole
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D471/00—Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, at least one ring being a six-membered ring with one nitrogen atom, not provided for by groups C07D451/00 - C07D463/00
    • C07D471/22—Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, at least one ring being a six-membered ring with one nitrogen atom, not provided for by groups C07D451/00 - C07D463/00 in which the condensed systems contains four or more hetero rings
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/11—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/14—Carrier transporting layers
    • H10K50/15—Hole transporting layers
    • H10K50/155—Hole transporting layers comprising dopants
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/14—Carrier transporting layers
    • H10K50/16—Electron transporting layers
    • H10K50/165—Electron transporting layers comprising dopants
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/17—Carrier injection layers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/17—Carrier injection layers
    • H10K50/171—Electron injection layers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/30—Coordination compounds
    • H10K85/321—Metal complexes comprising a group IIIA element, e.g. Tris (8-hydroxyquinoline) gallium [Gaq3]
    • H10K85/324—Metal complexes comprising a group IIIA element, e.g. Tris (8-hydroxyquinoline) gallium [Gaq3] comprising aluminium, e.g. Alq3
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/30—Coordination compounds
    • H10K85/341—Transition metal complexes, e.g. Ru(II)polypyridine complexes
    • H10K85/342—Transition metal complexes, e.g. Ru(II)polypyridine complexes comprising iridium
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/631—Amine compounds having at least two aryl rest on at least one amine-nitrogen atom, e.g. triphenylamine
    • H10K85/636—Amine compounds having at least two aryl rest on at least one amine-nitrogen atom, e.g. triphenylamine comprising heteroaromatic hydrocarbons as substituents on the nitrogen atom
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K2101/00—Properties of the organic materials covered by group H10K85/00
    • H10K2101/40—Interrelation of parameters between multiple constituent active layers or sublayers, e.g. HOMO values in adjacent layers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K2102/00—Constructional details relating to the organic devices covered by this subclass
    • H10K2102/301—Details of OLEDs
    • H10K2102/302—Details of OLEDs of OLED structures
    • H10K2102/3023—Direction of light emission
    • H10K2102/3031—Two-side emission, e.g. transparent OLEDs [TOLED]

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)

Abstract

본 발명은, 제1 전극; 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 발광층을 포함하는 유기발광소자에 있어서, 상기 유기발광소자는 상기 제1 전극과 접하는 제1의 유기물층 및 상기 제2 전극과 접하는 제2의 유기물층을 더 포함하고, 상기 제1 및 제2의 유기물층은 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하며, 상기 제2 전극에 접하는 제2의 유기물층과 발광층 사이에 n-형 도펀트를 포함하는 제3의 유기물층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자 및 이의 제조방법을 제공한다.

Description

유기발광소자 및 이의 제조방법{ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
본 발명은, 유기발광소자 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 양극과 음극의 재료로서 다양한 일함수를 갖는 재료를 사용할 수 있고 상부 전극 형성시 유기물층의 손상을 방지할 수 있는 유기발광소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 출원은 2009년03월17일에 한국특허청에 제출된 한국특허출원 제10-2009-0022810호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
유기 발광 소자(OLED)는 통상 두 개의 전극(양극 및 음극) 및 이들 전극 사이에 위치하는 한 층 이상의 유기물층으로 구성된다. 이와 같은 구조의 유기 발광 소자에 있어서, 두 개의 전극 사이에 전압을 인가하면, 양극으로부터는 정공이, 음극으로부터는 전자가 각각 유기물층으로 유입되고, 이들이 재결합하여 여기자를 형성하며, 이 여기자가 다시 기저 상태로 떨어지면서 에너지 차이에 해당하는 광자를 방출하게 된다. 이와 같은 원리에 의하여 유기 발광 소자는 가시 광선을 발생하며, 이를 이용하여 정보 표시 소자 또는 조명 소자를 제조할 수 있다.
그런데, 유기 발광 소자의 제조 공정에서 유기물층 상에 위치하는 전극을 투명성을 갖는 IZO 또는 ITO와 같은 전도성 산화막으로 형성하는 경우, 저항체 가열 증착(resistive heating evaporation) 방법을 이용하면 열에 의한 증발 과정 중 열적 분해 등에 의하여 산화물의 고유의 화학 조성비가 와해되어 전기 전도성 및 가시광선 투과성 등의 특성을 잃는다. 따라서, 상기 전도성 산화막의 증착시에는 저항체 가열 증착 방법을 이용할 수 없고, 대부분의 경우 플라즈마를 사용한 스퍼터링과 같은 방법을 사용하고 있다.
그러나, 유기물층 위에 스퍼터링과 같은 방법으로 전극을 형성하는 경우, 스퍼터링 공정에서 사용하는 플라즈마에 존재하는 전기적 전하 입자 등으로 인하여 유기물층이 손상될 수 있다.
이에, 양호한 유기 발광 소자를 제작하기 위해서는 유기물층 상에 스퍼터링과 같은 방법에 의한 전극 형성시 발생할 수 있는 유기물층의 손상을 제거하거나 최소화하여야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 양극과 음극의 재료로서 다양한 일함수를 갖는 재료를 사용할 수 있고 상부 전극 형성시 유기물층의 손상을 방지할 수 있어, 양극과 음극을 모두 높은 일함수를 갖는 재료로 형성하여 양면 발광할 수 있는 유기발광소자 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은, 제1 전극; 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 발광층을 포함하는 유기발광소자에 있어서, 상기 유기발광소자는 상기 제1 전극과 접하는 제1의 유기물층 및 상기 제2 전극과 접하는 제2의 유기물층을 더 포함하고, 상기 제1 및 제2의 유기물층은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하며, 상기 제2 전극에 접하는 제2의 유기물층과 발광층 사이에 n-형 도펀트를 포함하는 제3의 유기물층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자를 제공한다:
Figure 112010016995612-pat00001
상기 화학식 1에 있어서, R1 내지 R6은 각각 수소, 할로겐 원자, 니트릴(-CN), 니트로(-NO2), 술포닐(-SO2R), 술폭사이드(-SOR), 술폰아미드(-SO2NR), 술포네이트(-SO3R), 트리플루오로메틸(-CF3), 에스테르(-COOR), 아미드(-CONHR 또는 -CONRR'), 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄의 C1-C12 알콕시, 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄 C1-C12의 알킬, 치환 또는 비치환된 방향족 또는 비방향족의 헤테로 고리, 치환 또는 비치환된 아릴, 치환 또는 비치환된 모노- 또는 디-아릴아민, 및 치환 또는 비치환된 아랄킬아민으로 구성된 군에서 선택되며, 상기 R 및 R'는 각각 치환 또는 비치환된 C1-C60의 알킬, 치환 또는 비치환된 아릴 및 치환 또는 비치환된 5-7원 헤테로 고리로 이루어진 군에서 선택된다.
본 발명은, 제1 전극을 형성하는 단계; 상기 제1 전극과 접하고 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 제1의 유기물층을 형성하는 단계; 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 제1의 유기물층 상에 발광층을 형성하는 단계; 상기 발광층 상에 n-형 도펀트를 포함하는 제3의 유기물층을 형성하는 단계; 상기 n-형 도펀트를 포함하는 제3의 유기물층 상에 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 제2의 유기물층을 형성하는 단계; 및 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 제2의 유기물층에 접하도록 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 유기발광소자의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 유기발광소자의 양극과 음극의 재료로서 다양한 일함수를 갖는 재료를 사용할 수 있고 상부 전극 형성시 유기물층의 손상을 방지할 수 있다. 따라서, 양극과 음극을 모두 높은 일함수를 갖는 재료로 형성하여 양면 발광할 수 있는 유기발광소자를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시상태에 따른 유기발광소자를 구성하는 층들의 에너지 관계를 예시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시상태에 따른 유기발광소자의 적층구조를 예시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시상태에 따른 실시예 1(Device 2)과 비교예 2(Device 1)의 전압-전류밀도 특성을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일실시상태에 따른 실시예 1(Device 2)과 비교예 2(Device 1)의 특성 중 제1 전극 방향에서의 전류밀도-효율의 특성을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시상태에 따는 실시예 1(Device 2)과 비교예 2(Device 1)의 특성 중 제2 전극 방향에서의 전류밀도-효율의 특성을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시상태에 따는 실시예 1(Device 2)과 비교예 2(Device 1)의 특성 중 제1 전극 및 제2 전극 양 방향에서의 전류밀도-효율의 값을 합산하여 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시상태에 따른 비교예 1(Device 4)의 전압-전류밀도 특성을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일실시상태에 따른 실시예 1(Device 2)와 실시예 2(Device 3)의 전압-전류밀도 특성을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일실시상태에 따른 실시예 1(Device 2)와 실시예 2(Device 3)의 특성 중 제1 전극 방향에서의 전류밀도-효율의 특성을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 10는 본 발명의 일실시상태에 따른 실시예 1(Device 2)와 실시예 2(Device 3)의 특성 중 제2 전극 방향에서의 전류밀도-효율의 특성을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일실시상태에 따른 실시예 1(Device 2)와 실시예 2(Device 3)의 특성 중 제1 전극 및 제2 전극 양 방향에서의 전류밀도-효율의 특성을 비교하여 나타낸 그래프이다.
본 발명에 따른 유기발광소자는, 제1 전극; 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 발광층을 포함하는 유기발광소자에 있어서, 상기 유기발광소자는 상기 제1 전극과 접하는 제1의 유기물층 및 상기 제2 전극과 접하는 제2의 유기물층을 더 포함하고, 상기 제1 및 제2의 유기물층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하며, 상기 제2 전극에 접하는 제2의 유기물층과 발광층 사이에 n-형 도펀트를 포함하는 제3의 유기물층을 포함한다.
여기서, 상기 제1 및 제2의 유기물층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하며, 상기 유기물층들은 동일한 물질로 형성될 수도 있다. 상기 제1 전극에 접하는 제1의 유기물층과 상기 제2 전극에 접하는 제2의 유기물층으로 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 유기물층을 이용함으로써, 종래에 비하여 구동전압을 더욱 낮추고, 전류 효율을 더욱 높일 수 있다. 또한, 상기 제1 전극에 접하는 제1의 유기물층과 상기 제2 전극에 접하는 제2의 유기물층을 동일한 물질로 사용하는 경우, 제1 전극과 제1 전극에 접하는 제1의 유기물층의 계면 및/또는 제2 전극에 접하는 제2의 유기물층과 n-형 도판트를 포함하는 제3의 유기물층의 계면에 다양한 기능성 물질들로 이루어진 유기물층을 적용할 수 있으며, 이와 같이 기능성 물질층을 추가로 포함하는 경우 전압의 감소, 효율의 증가, 전극 저항의 감소 등의 효과를 기대할 수 있다. 상기 기능성 물질층이 제1 전극과 제1 전극에 접하는 제1의 유기물층의 계면에 위치하는 경우, 이들은 금속 또는 이의 합금의 박막 또는 금속 산화물층인 것이 바람직하다. 상기 기능성 물질층이 제2 전극에 접하는 제2의 유기물층과 n-형 도판트를 포함하는 제3의 유기물층의 계면에 위치하는 경우, 이들은 금속산화물층 또는 금속염층인 것이 바람직하다.
상기 화학식 1의 화합물의 예시적인 화합물은 하기 화학식 1-1 내지 1-6의 화합물을 포함한다.
[화학식 1-1]
Figure 112010016995612-pat00002
[화학식 1-2]
Figure 112010016995612-pat00003
[화학식 1-3]
Figure 112010016995612-pat00004
[화학식 1-4]
Figure 112010016995612-pat00005
[화학식 1-5]
Figure 112010016995612-pat00006
[화학식 1-6]
Figure 112010016995612-pat00007
본 발명에서는, 제1 전극 및 제2 전극 각각에 접하는 제1 및 제2의 유기물층에 의해 상기 제1 전극 및 제2 전극을 모두 다양한 일함수를 갖는 물질로도 형성할 수 있다. 예컨대, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 모두 페르미 에너지 준위가 2eV 내지 6eV인 물질, 특히 2eV 내지 4eV인 물질까지 사용할 수 있다. 전극 재료로는 금속, 금속 산화물 및 도전성 폴리머로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 포함할 수 있다. 구체적으로, 전극 재료로는 탄소, 세슘, 칼륨, 리튬, 칼슘, 나트륨, 마그네슘, 니르코늄, 인듐, 알루미늄, 은, 탄탈, 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 철, 텅스텐, 몰리브덴, 니켈, 금, 기타 금속 및 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 주석 산화물, 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물 및 기타 이와 유사한 금속 산화물; ZnO:Al 및 SnO2:Sb와 같은 산화물과 금속의 혼합물 등이 있다. 본 발명에 따른 유기발광소자에 있어서, 제1 전극이 투명 물질로 형성된 경우 후면 발광형일 수 있고, 제2 전극이 투명 물질로 형성된 경우 전면 발광형일 수 있으며, 제1 및 제2 전극이 모두 투명 물질로 형성된 경우 양면 발광형일 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 모두 일함수가 높은 재료로 형성할 수도 있으며, 이 경우 일함수가 높은 투명 재료를 이용하여 양면 발광 소자를 제조할 수도 있다. 예컨대, 제1 전극 및 제2 전극은, 각각 인듐아연산화물 (IZO: Indium Zinc Oxide) 및 아연 산화물 (ZnO) 중 선택된 1종 이상의 투명금속산화물 (Transparent Conducting Oxide)로 형성될 수 있다.
상기 제1 전극은 상기 제1 전극에 접하는 제1의 유기물층과의 계면에서 금속 또는 이의 합금의 박막 또는 금속 산화물층을 추가로 포함할 수 있다.
상기와 같은 금속 또는 이의 합금의 박막 또는 금속 산화물층을 추가로 포함하는 경우, 전하의 이동도 (career mobility) 및 전기 전도도를 증가시킬 수 있으므로, 소자의 문턱 전압 및 동작 전압을 낮추어 주는 효과를 제공할 수 있다. 또한, 유기발광소자를 대면적화시켜 제작하는 경우 인듐아연산화물과 같은 금속산화물로 이루어진 투명 전극을 제1 전극으로 사용하면 전극 저항을 줄일 수 있기 때문에 소자의 발광 부분의 빛을 보다 균일하게 얻을 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
상기 제1 전극에 포함되는 추가의 층의 재료로는 구체적으로 알루미늄 (Al), 은(Ag), 아연(Zn), 니오븀(Nb), 지르코늄(Zr), 주석(Sn), 탄탈륨(Ta), 바나듐(V), 수은(Hg), 갈륨(Ga), 인듐(In), 카드뮴(Cd), 붕소(B) 하프늄(Hf), 란타늄(La), 티타늄(Ti), 칼슘 (Ca), 마그네슘 (Mg) 및 이들 중에서 선택되는 금속과 네오디뮴(Nd) 또는 팔라듐(Pd)의 합금 등이 있으며, Li2O, Na2O, Rb2O, Cs2O, MgO, CaO 등의 금속 산화물 등도 포함하나, 이들에만 한정하는 것은 아니다.
상기 금속 또는 이의 합금의 박막 또는 금속산화물층을 추가로 포함하는 경우에는 그 두께를 가시 광선 영역의 파장의 투과도 및 전기 전도도를 고려하여 조절할 수 있으며, 그 두께가 1Å 내지 300Å인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 전극에 접하는 제1의 유기물층은 p-형 유기물층과 접하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 화학식 1의 화합물은 n-형 유기물이므로, 제1 전극에 접하는 제1의 유기물층과 상기 p-형 유기물층의 사이에서 NP 접합 구조가 형성될 수 있다. 상기 제1 전극에 접하는 제1의 유기물층의 LUMO 준위와 p-형 유기물층의 HOMO 준위 사이의 에너지 준위 차이가 감소되도록 조절되는 것이 바람직하다. 상기 제1 전극에 접하는 제1의 유기물층의 LUMO 에너지 준위와 상기 p-형 유기물층의 HOMO 에너지 준위의 에너지 차는 1eV 이하인 것이 바람직하고, 약 0.5eV 이하인 것이 더욱 바람직하다. 이 에너지 차는 물질 선택의 관점에서는 -1eV 이상 1eV 이하인 것이 바람직하며, 약 0.01 내지 1eV인 것이 더욱 바람직할 수 있다.
상기와 같은 수치 범위 내에서 에너지 준위가 선택되는 경우, 정공이 상기 제1 전극에 접하는 유기물층의 LUMO 에너지 준위를 통하여 상기 p-형 유기물층의 HOMO 에너지 준위로 용이하게 주입된다. 상기 p-형 유기물층의 HOMO 에너지 준위와 상기 제1 전극에 접하는 유기물층의 LUMO 에너지 준위의 에너지 차가 1eV 보다 크면, 상기 p-형 유기물층과 상기 제1 전극에 접하는 제1의 유기물층 사이의 NP 접합이 용이하게 발생하지 않아서 정공주입을 위한 구동전압이 상승한다. 즉, 본 발명에 있어서, NP 접합이란 n-형 유기물층과 p-형 유기물층이 물리적으로 접하는 것뿐만 아니라, 전술한 에너지 관계를 만족하여야 한다.
NP 접합이 형성되면, 외부 전압이나 광원에 의하여 정공 또는 전자가 용이하게 형성된다. 즉, NP 접합에 의하여 p-형 유기물층 내에서 정공이, 제1 전극에 접하는 제1의 유기물층 내에서 전자가 용이하게 형성되는 것이다. 상기 NP 접합에서 정공과 전자가 동시에 발생되므로, 전자는 제1 전극에 접하는 제1의 유기물층을 통하여 제1 전극 방향으로 수송되며 정공은 p-형 유기물층 방향으로 수송된다. 따라서, 상기 에너지 차이 범위 내에서 정공 또는 전자가 용이하게 발생하고, 이에 따라 전하의 농도가 증가되어 소자의 구동전압 상승을 낮출 수 있다. 상기 p-형 유기물층은 정공수송층 또는 p-형 발광층일 수 있다.
상기 p-형 유기물층이 정공수송층인 경우, 상기 제1 전극에 접하는 제1의 유기물층과 상기 발광층 사이에 위치할 수 있다. 여기서, 상기 정공수송층의 HOMO(highest occupied molecular orbital) 에너지 준위가 5eV 이상인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 5eV 이상 6eV 이하인 것이 더욱 바람직하다. 5eV 이상인 경우, 상기 정공주입층과의 효과적인 전하 발생을 제공할 수 있다.
상기 발광층은, 정공수송층과 전자수송층으로부터 정공과 전자를 각각 수송받아 결합시킴으로써 가시광선 영역의 빛을 낼 수 있는 물질로서, 형광이나 인광에 대한 양자효율이 좋은 물질로 형성할 수 있다. 구체적인 예로는 8-히드록시-퀴놀린 알루미늄 착물 (Alq3); 카르바졸 계열 화합물; 이량체화 스티릴(dimerized styryl) 화합물; BAlq; 10-히드록시벤조 퀴놀린-금속 화합물; 벤족사졸, 벤즈티아졸 및 벤즈이미다졸 계열의 화합물; 폴리(p-페닐렌비닐렌)(PPV) 계열의 고분자; 스피로(spiro) 화합물; 폴리플루오렌, 루브렌 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 유기발광소자는, 상기 제2 전극에 접하는 제2의 유기물층으로서 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 유기물층을 포함하며, 또한 상기 제2 전극에 접하는 제2의 유기물층과 발광층 사이에 위치한 n-형 도펀트를 포함하는 제3의 유기물층을 포함한다.
상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 상기 제2 전극에 접하는 제2의 유기물층은 상기 n-형 도펀트를 포함하는 제3의 유기물층과 제2 전극 사이에서 커넥터(connecter) 역할을 하는 동시에, 제2 전극을 다양한 일함수를 가지는 재료로 형성할 수 있도록 한다. 따라서, 상기 제2 전극에 접하는 제2의 유기물층에 의하여 상기 제2 전극을 높은 일함수를 갖는 재료, 예컨대 ITO, IZO와 같은 투명 금속산화물로 형성할 수도 있다. 또한, 상기 제2 전극에 접하는 제2의 유기물층은 제2 전극을 스퍼터링, 레이저를 이용한 물리적 증착방법(physical vapor deposition; PVD), 이온빔을 사용한 증착방법(ion beam assisted deposition)과 같은 전하 또는 높은 운동 에너지를 갖는 입자를 동반함으로써 유기물층에 손상을 줄 수 있는 박막 형성 기술을 이용하여 형성하는 경우에도 버퍼층 역할을 함으로써 유기물층의 손상을 방지할 수 있다. 특히, 제2 전극을 투명 전극으로 형성하는 경우 스퍼터링 공정이 많이 사용되는데, 이 경우 일반적인 유기물들은 공정 중 손상을 받게 되나, 상기 화학식 1의 화합물은 높은 결정성을 가지므로 유기물층의 손상 없이 투명한 제2 전극을 효과적으로 구성할 수 있다.
상기 n-형 도펀트를 포함하는 제3의 유기물층은 그 두께가 1Å 내지 50Å인 것이 바람직하다. 상기 n-형 도펀트를 포함하는 제3의 유기물층의 두께가 50Å 초과인 경우 가시광선을 흡수하여 발광 효율을 저하시킬 수 있으며, 1Å 미만인 경우에는 박막의 균일도를 떨어뜨릴 수 있어 효과적인 전자 주입을 어렵게 할 수 있다.
상기 n-형 도펀트를 포함하는 제3의 유기물층 중 n-형 도펀트는 유기물 또는 무기물일 수 있다. 상기 n-형 도펀트가 무기물인 경우, 알칼리금속, 예컨대 Li, Na, K, Rb, Cs 또는 Fr; 알칼리 토금속, 예컨대 Be, Mg, Ca, Sr, Ba 또는 Ra; 희토류 금속, 예컨대 La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Th, Dy, Ho, Er, Em, Gd, Yb, Lu, Y 또는 Mn; 또는 상기 금속들 중 1 이상의 금속을 포함하는 금속 화합물을 포함할 수 있다. 또는, 상기 n-형 도펀트는 시클로펜타디엔, 시클로헵타트리엔, 6원 헤테로고리 또는 이들 고리가 포함된 축합고리를 포함하는 물질일 수도 있다.
여기서, 상기 n-형 도펀트는, 상기 n-형 도펀트를 포함하는 유기물층 재료의 총 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%일 수 있다. 상기 n-형 도펀트를 상기 중량%의 범위에서 사용하는 경우에는 효과적인 전자주입을 용이하게 하는 동시에 광의 흡수를 최소화 할 수 있다는 장점이 있다. 본 발명에 있어서, n-형 도펀트를 도핑하는 방법은 당 기술 분야에 알려져 있는 방법을 이용할 수 있으며, 본 발명의 범위가 특정 방법에 의하여 한정되는 것은 아니다.
상기 n-형 도펀트를 포함하는 제3의 유기물층 중 도핑되는 물질, 즉 호스트 재료로는 전자 주입 또는 수송 물질이 사용될 수 있다. 예컨대, 상기 호스트 재료로는 이미다졸기, 옥사졸기 및 티아졸기로부터 선택되는 작용기를 갖는 화합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 이미다졸기, 옥사졸기 및 티아졸기로부터 선택되는 작용기를 갖는 화합물의 구체적인 예로는 하기 화학식 2 또는 3의 화합물의 화합물이 있다:
Figure 112010016995612-pat00008
상기 화학식 2에 있어서, R1 내지 R4는 서로 동일하거나 다를 수 있으며, 각각 독립적으로 수소원자; 할로겐 원자, 아미노기, 니트릴기, 니트로기, C1~C30의 알킬기, C2~C30의 알케닐기, C1~C30의 알콕시기, C3~C30의 시클로알킬기, C3~C30의 헤테로시클로알킬기, C5~C30의 아릴기 및 C2~C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 기로 치환된 또는 비치환된 C1~C30의 알킬기; 할로겐 원자, 아미노기, 니트릴기, 니트로기, C1~C30의 알킬기, C2~C30의 알케닐기, C1~C30의 알콕시기, C3~C30의 시클로알킬기, C3~C30의 헤테로시클로알킬기, C5~C30의 아릴기 및 C2~C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 기로 치환된 또는 비치환된 C3~C30의 시클로알킬기; 할로겐 원자, 아미노기, 니트릴기, 니트로기, C1~C30의 알킬기, C2~C30의 알케닐기, C1~C30의 알콕시기, C3~C30의 시클로알킬기, C3~C30의 헤테로시클로알킬기, C5~C30의 아릴기 및 C2~C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 기로 치환된 또는 비치환된 C5~C30의 아릴기; 또는 할로겐 원자, 아미노기, 니트릴기, 니트로기, C1~C30의 알킬기, C2~C30의 알케닐기, C1~C30의 알콕시기, C3~C30의 시클로알킬기, C3~C30의 헤테로시클로알킬기, C5~C30의 아릴기 및 C2~C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 기로 치환된 또는 비치환된 C2~C30의 헤테로아릴기이고, 서로 인접하는 기와 지방족, 방향족, 지방족헤테로 또는 방향족헤테로의 축합 고리를 형성하거나 스피로 결합을 이룰 수 있고; Ar1은 수소원자, 치환 또는 비치환의 방향족 고리 또는 치환 또는 비치환의 방향족 헤테로 고리이며; X는 O, S 또는 NRa이고; Ra는 수소, C1-C7의 지방족 탄화수소, 방향족 고리 또는 방향족 헤테로 고리이고,
Figure 112010016995612-pat00009
상기 화학식 3에 있어서, X는 O, S, NRb 또는 C1-C7의 2가 탄화수소기이고; A, D및 Rb는 각각 수소원자, 니트릴기(-CN), 니트로기(-NO2), C1-C24의 알킬, C5-C20의 방향족 고리 또는 헤테로 원자를 포함하는 치환된 방향족 고리, 할로겐, 또는 인접 고리와 융합 고리를 형성할 수 있는 알킬렌 또는 헤테로 원자를 포함하는 알킬렌이며; A와 D는 연결되어 방향족 또는 헤테로 방향족고리를 형성할 수 있고; B는 n이 2 이상인 경우 연결 유니트로서 다수의 헤테로 고리를 공액 또는 비공액되도록 연결하는 치환 또는 비치환된 알킬렌 또는 아릴렌이며, n이 1인 경우 치환 또는 비치환된 알킬 또는 아릴이고; n은 1 내지 8의 정수이다.
상기 화학식 2의 화합물의 예로는 한국 특허 공개 제2003-0067773호에 공지되어 있는 화합물을 포함하며, 상기 화학식 3의 화합물의 예로는 미국 특허 제5,645,948호에 기재된 화합물과 WO05/097756호에 기재된 화합물을 포함한다. 상기 문헌들은 그 내용 전부가 본 명세서에 포함된다.
구체적으로, 상기 화학식 2의 화합물에는 하기 화학식 4의 화합물도 포함된다:
Figure 112010016995612-pat00010
상기 화학식 4에 있어서, R5 내지 R7은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소원자, C1-C20의 지방족 탄화수소, 방향족 고리, 방향족 헤테로 고리 또는 지방족 또는 방향족 축합고리이며; Ar은 직접 결합, 방향족 고리 또는 방향족 헤테로 고리이며; X는 O, S 또는 NRa이며; Ra는 수소원자, C1-C7의 지방족 탄화수소, 방향족 고리 또는 방향족 헤테로 고리이고; 단 R5 및 R6이 동시에 수소인 경우는 제외된다.
또한, 상기 화학식 3의 화합물에는 하기 화학식 5의 화합물도 포함된다:
Figure 112010016995612-pat00011
상기 화학식 5에 있어서, Z는 O, S 또는 NRb이며; R8 및 Rb는 수소원자, C1-C24의 알킬, C5-C20의 방향족 고리 또는 헤테로 원자를 포함하는 치환된 방향족 고리, 할로겐, 또는 벤자졸 고리와 융합 고리를 형성할 수 있는 알킬렌 또는 헤테로 원자를 포함하는 알킬렌이고; B는 n이 2 이상인 경우 연결 유니트로서 다수의 벤자졸들을 공액 또는 비공액되도록 연결하는 알킬렌, 아릴렌, 치환된 알킬렌, 또는 치환된 아릴렌이며, n이 1인 경우 치환 또는 비치환된 알킬 또는 아릴이고; n은 1 내지 8의 정수이다.
바람직한 화합물로서 이미다졸기를 갖는 화합물로는 하기 구조의 화합물들이 있다:
Figure 112010016995612-pat00012
상기 n-형 도펀트를 포함하는 유기물층은 n-형 도핑에 의하여 상기 제2 전극에 접하는 유기물층과의 에너지 배리어(barrier)를 낮춤으로써 전자 주입 특성을 향상시킬 수 있다. 상기 n-형 도펀트를 포함하는 제3의 유기물층의 LUMO(Lowest unoccupied molecular orbital) 준위는 상기 제2 전극에 접하는 제2의 유기물층의 LUMO 준위와의 차가 4eV 이하인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 2eV 내지 3eV인 것이 더욱 바람직하다. 4eV를 초과하는 유기물층을 사용하였을 경우 제2 전극에 접하는 유기물층과의 에너지 배리어가 높아져 전자 주입 특성이 저하될 수 있다. 효과적인 전자 주입이 용이하지 않게 될 경우 소자의 구동 전압을 상승시키는 결과를 초래할 수 있다
상기 n-형 도펀트를 포함하는 제3의 유기물층과 상기 제2 전극에 접하는 제2의 유기물층 사이에 금속산화물층 또는 금속염층을 추가로 포함할 수 있다.
상기와 같은 금속산화물층 또는 금속염층은, 상기 제2 전극층에 접하는 제2의 유기물층으로부터 상기 n-형 도판트를 포함하는 제3의 유기물층으로의 전자 주입 과정에서, n-형 도판트를 포함하는 제3의 유기물층의 HOMO 에너지 레벨로부터 제2 전극에 접하는 제2의 유기물층으로 전달될 수 있는 정공을 효과적으로 막아주는 역할을 할 수 있다. 이에 의하여 전자-정공간의 소멸 현상을 최소화하고, n-형 도판트를 포함하는 제3의 유기물층으로의 전자의 주입을 용이하게 하여, 소자의 효율을 증가시키는 효과를 기대할 수 있다.
구체적인 금속 산화물의 예로는 Li2O, Na2O, Rb2O, Cs2O, MgO, CaO 등이 있으며, 금속염은 LiF, NaF, KF, RbF, CsF, MgF2, CaF2, SrF2, BaF2, LiCl, NaCl, KCl, RbCl, CsCl, MgCl2, CaCl2, SrCl2, BaCl2 등을 예로 들 수 있으나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 금속산화물 또는 금속염층을 포함하는 경우, 그 두께는 0.5Å 내지 50Å인 것이 바람직하며, 1Å 내지 20Å 두께로 구성하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 금속산화물 또는 금속염층의 두께가 지나치게 두꺼운 경우 소자의 구동 전압을 증가시키는 결과를 초래할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 n-형 도펀트를 포함하는 제3의 유기물층과 발광층 사이에 추가의 유기물층을 포함할 수 있으며, 상기 추가의 유기물층은 전자수송재료로서 형성할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 유기발광소자의 일 실시상태를 나타낸 것이다. 도 2에 따른 유기발광소자는 기판 상에, 제1 전극으로서 투명 양극(Anode), 제1 전극에 접하는 제1의 유기물층으로서 화학식 1의 화합물을 포함하는 유기물층, 정공수송층(HTL)으로서 p-형 유기물층, 발광층(EML), n-형 도펀트를 포함하는 유기물층, 제2 전극에 접하는 유기물층으로서 화학식 1의 화합물을 포함하는 유기물층, 및 제2 전극으로서 투명 음극(Cathod)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 그러나, 본 발명의 범위가 이 구조에만 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 유기발광소자는, 제1 전극이 양극으로서 하부전극이고, 제2 전극이 음극으로서 상부전극인 노말(normal) 구조인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 유기발광소자의 제조방법은 제1 전극을 형성하는 단계; 상기 제1 전극과 접하고 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 제1의 유기물층을 형성하는 단계; 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 제1의 유기물층 상에 발광층을 형성하는 단계; 상기 발광층 상에 n-형 도펀트를 포함하는 제3의 유기물층을 형성하는 단계; 상기 n-형 도펀트를 포함하는 제3의 유기물층 상에 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 제2의 유기물층을 형성하는 단계; 및 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 제2의 유기물층에 접하도록 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 제1 전극에 접하는 제1의 유기물층과 상기 발광층 사이에 상기 제1 전극에 접하는 제1의 유기물층과 접하는 p-형 유기물층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명의 다양한 실시상태 및 특징을 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명의 다양한 실시상태 및 특징을 예시하기 위한 것에 불과하며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
기판상에 IZO를 스퍼터링의 방법으로 1000Å 두께의 투명 양극(제1 전극)을 형성하고, 그 위에 HAT을 열 진공 증착하여 두께가 500Å인 정공 주입층을 형성하고, 그 위에 하기 화학식의 NPB를 진공증착하여 두께가 400Å인 정공수송층을 형성하였다.
그리고 하기 화학식의 CBP에 하기 화학식의 Ir(ppy)3를 10중량%로 도핑하고, 도핑된 유기층으로 두께가 300Å인 발광층을 구성하였다.
그리고, 그 위에 하기 화학식의 정공차단층 재료인 BAlq를 50Å의 두께로 형성하였다.
그 위에 하기 화학식의 전자 수송 재료를 150Å의 두께로 형성하고, 그 위에 하기 화학식의 전자 수송 재료에 Ca을 10중량% 도핑하여, 도핑된 전자수송층을 두께 50Å으로 형성하였다.
그 위에 제2 전극 형성 시 스퍼터링에 의한 손상을 막기 위해 결정성이 높은 HAT을 500Å 두께로 형성하였다(상기 Ca를 포함하는 유기물층의 LUMO 준위와 상기 제2전극에 접하는 HAT을 포함하는 유기물층의 LUMO 준위의 차는 3.6eV이었다).
마지막으로 양면 발광의 투명 소자를 제작하기 위해 IZO를 스퍼터링의 방법으로 1750Å 두께로 음극(제2 전극)을 형성하였다.
Figure 112010016995612-pat00013
Figure 112010016995612-pat00014
Figure 112010016995612-pat00015
상기의 과정에서 유기물의 증착 속도는 0.5 내지 1.0Å/sec로 유지하였고, 증착시 진공도는 2 x 10-7 내지 2 x 10-8 torr 정도로 유지하였다.
실시예 1에서 제조한 유기 발광 소자에 0.2 mA/cm2의 간격으로 순차적으로 전압을 인가하여, 각각의 전압, 휘도 및 스펙트럼의 결과를 측정하였다. (Device2)
<비교예 1>
기판상에 IZO를 스퍼터링의 방법으로 1000Å 두께의 투명 양극(제1 전극)을 형성하고, 그 위에 HAT을 열 진공 증착하여 두께 500Å 정공주입층을 형성하고, 그 위에 하기 화학식의 NPB를 진공 증착 하여 두께 400Å 정공수송층을 형성하였다.
그리고 상기 화학식의 CBP에 상기 화학식의 Ir(ppy)3를 10중량%로 도핑하고, 도핑된 유기층으로 두께 300Å인 발광층을 구성하였고, 그 위에 정공차단층 재료인 상기 화학식의 BAlq를 50Å의 두께로 형성하였다.
그 위에 상기 실시예 1에서 사용한 전자 수송 재료를 200Å의 두께로 형성하여, n-도핑된 유기물층을 구성하지 않고, HAT을 500Å 두께로 형성하였다. 마지막으로 양면 발광의 투명 소자를 제작하기 위해 IZO를 스퍼터링의 방법으로 1750Å 두께로 음극(제2 전극)을 형성하였다.
상기의 과정에서 유기물의 증착 속도는 0.5 내지 1.0Å/sec로 유지하였고, 증착 시 진공도는 2 x 10-7 내지 2 x 10-8 torr 정도로 유지하였다.
본 비교예의 결과 n-도핑된 유기물층을 구성하지 않은 소자에서는 소자의 구동이 제대로 이루어지지 않았다. 실험 결과를 하기 표 1 및 도 7에 전류밀도-전압의 그래프로 나타내었다. (Device 4) 도 7에서의 보여지는 결과는 전자가 HAT층으로부터 전자 수송층으로 전달되지 못하고, 정공만 전자수송층으로부터 HAT층으로 전달되는 형태를 보이는 것으로, 이는 전자의 효과적인 주입이 없이 정공의 이동만으로 이루어지는 소자라 할 수 있다. 이 소자에서는 발광층에서 전자-정공간의 재결합이 이루어지지 않기 때문에 소자의 발광은 관찰되지 않는다.
<비교예 2>
기판상에 IZO를 스퍼터링의 방법으로 1000Å 두께의 투명 양극(제1 전극)을 형성하고, 그 위에 HAT을 열 진공 증착하여 두께가 500Å인 정공주입층을 형성하고, 그 위에 상기 화학식의 NPB를 진공 증착하여 두께가 400Å인 정공수송층을 형성하였다.
그리고 상기 화학식의 CBP에 상기 화학식의 Ir(ppy)3를 10중량%로 도핑하고, 도핑된 유기층으로 두께 300Å의 발광층을 구성하였고, 그 위에 정공차단층 재료인 상기 화학식의 BAlq를 50Å 두께로 형성하였다.
그 위에 상기 실시예 1에서 사용한 전자 수송 재료를 150Å의 두께로 형성하고, 상기 전자 수송 재료에 Ca을 10% 도핑하여 50Å 두께로 형성하였다. 다만, 그 위에 HAT층을 형성하지 않았다. 마지막으로 양면 발광의 투명 소자를 제작하기 위해 IZO를 스퍼터링의 방법으로 1750Å 두께로 음극(제2 전극)을 형성하였다.
상기의 과정에서 유기물의 증착 속도는 0.5 내지 1.0Å/sec로 유지하였고, 증착 시 진공도는 2 x 10-7 내지 2 x 10-8 torr 정도로 유지하였다. (Device 1)
본 비교예 2의 결과를 실시예의 결과와 비교하여 하기 표 1 및 도 3, 4, 5, 6에 나타내었다.
도 3에 보여지는 결과처럼, 본 비교예 2와 같이 HAT층을 구성하지 않았을 경우(Device 1)는 실시예와 같이 HAT을 구성하였을 경우(Device 2)와 비교하였을 때 누설전류의 정도가 확연히 커짐을 볼 수 있다. 이는 스퍼터링 공정에서 HAT층을 사용하지 않을 시 소자의 데미지가 있다는 것을 보여주는 예라 할 수 있다.
<비교예 3>
기판상에 IZO를 스퍼터링의 방법으로 1000Å 두께의 투명 양극(제1 전극)을 형성하고, 그 위에 HAT을 구성하지 않고, 바로 상기 화학식의 NPB를 진공 증착하여 두께가 900Å인 정공수송층을 형성하였다.
그리고 상기 화학식의 CBP에 상기 화학식의 Ir(ppy)3를 10중량%로 도핑하고, 도핑된 유기층으로 두께 300Å의 발광층을 구성하였고, 그 위에 정공차단층 재료인 상기 화학식의 BAlq를 50Å의 두께로 형성하였다.
그 위에 상기 실시예 1에서 사용한 전자 수송 재료를 150Å의 두께로 형성하고, 상기 전자 수송 재료에 Ca을 10% 도핑하여 50Å의 두께로 형성하였다. 다만, 그 위에 HAT층을 형성하지 않았다. 마지막으로 양면 발광의 투명 소자를 제작하기 위해 IZO를 스퍼터링의 방법으로 1750Å 두께로 음극(제2 전극)을 형성하였다.
상기의 과정에서 유기물의 증착 속도는 0.5 내지 1.0Å/sec로 유지하였고, 증착 시 진공도는 2 x 10-7 내지 2 x 10-8 torr 정도로 유지하였다.
본 비교예의 결과는 하기 표 1에 간략히 나타내었다. 표 1은 1mA/cm2의 전류 밀도에서의 소자 특성을 정리한 것이다. 표 1의 결과에서 보여지는 것처럼 양극(제1전극)에 HAT이 구성되지 않았을 시 소자의 구동 전압이 상승하고, 효율이 떨어지는 특성을 보인다.
<실시예 2>
기판상에 IZO를 스퍼터링의 방법으로 1000Å 두께의 투명 양극(제1 전극)을 형성하고, 그 위에 HAT을 열 진공 증착하여 두께가 500Å 정공주입층을 형성하고, 그 위에 상기 화학식의 NPB를 진공증착하여 두께가 400Å 정공수송층을 형성하였다.
그리고 상기 화학식의 CBP에 상기 화학식의 Ir(ppy)3를 10중량%로 도핑하여 두께가 300Å인 발광층을 구성하였고, 그 위에 정공차단층 재료인 BAlq를 50Å의 두께로 형성하였다.
그 위에 상기 실시예 1에서 사용한 전자 수송 재료를 150Å의 두께로 형성하고, 그 위에 상기 실시예 1에서 사용한 전자 수송 재료에 Ca을 10중량% 도핑하여, 도핑된 전자수송층을 두께 50Å으로 형성하였다. 그 위에 금속염인 LiF를 15Å을 증착하고, 그 위에 제 2 전극 형성시 스퍼터링에 의한 손상을 막기 위해 결정성이 높은 HAT을 500Å 두께로 형성하였다.
마지막으로 양면 발광의 투명 소자를 제작하기 위해 IZO를 스퍼터링의 방법으로 1750Å 두께로 음극(제2 전극)을 형성하였다.
상기의 과정에서 유기물의 증착 속도는 0.5 내지 1.0Å/sec로 유지 하였고, 증착시 진공도는 2 x 10-7 내지 2 x 10-8 torr 정도로 유지하였다.
실시예 2에서 제조한 유기 발광 소자에 0.2 mA/cm2의 간격으로 순차적으로 전압을 인가하여, 각각의 전압, 휘도 및 스펙트럼의 결과를 측정하였다. (Device 3)
본 실시예 2의 결과는 하기 표 1 및 도 8, 9, 10, 11에 실시예 1과 비교하여 나타내었다. 전압은 실시예 1과 비교하여 높아지는 경향을 보였으나, 도 9, 10, 11에 보여지는 바대로 효과적인 정공의 차단으로 효율이 개선됨을 볼 수 있다.
<실시예 3>
기판상에 IZO를 스퍼터링의 방법으로 1000Å 두께의 투명 양극(제1 전극)을 형성하고, 그 위에 Ag를 200Å 두께로 증착하였다. 증착 된 Ag 위에 HAT을 열 진공 증착하여 두께가 500Å인 정공주입층을 형성하고, 그 위에 상기 화학식의 NPB를 진공증착하여 두께가 400Å인 정공수송층을 형성하였다.
그리고 상기 화학식의 CBP에 상기 화학식의 Ir(ppy)3를 10중량%로 도핑하여 두께가 300Å인 발광층을 구성하였고, 그 위에 정공차단층 재료인 BAlq를 50Å의 두께로 형성하였다.
그 위에 상기 실시예 1에서 사용한 전자 수송 재료를 150Å의 두께로 형성하고, 그 위에 상기 실시예 1에서 사용한 전자 수송 재료에 Ca을 10중량% 도핑하여, 도핑된 전자수송층을 두께 50Å으로 형성하였다. 그 위에 금속염인 LiF를 15Å을 증착하고, 그 위에 제 2 전극 형성시 스퍼터링에 의한 손상을 막기 위해 결정성이 높은 HAT을 500Å 두께로 형성하였다.
마지막으로 양면 발광의 투명 소자를 제작하기 위해 IZO를 스퍼터링의 방법으로 1750Å 두께로 음극(제2 전극)을 형성하였다.
상기의 과정에서 유기물의 증착 속도는 0.5 내지 1.0Å/sec로 유지하였고, 증착시 진공도는 2 x 10-7 내지 2 x 10-8 torr 정도로 유지하였다.
본 실시예 3은 양극(제1전극)과 접해있는 HAT층과 양극 사이에 금속 박막을 형성한 실험으로써, 그 결과는 하기 표 1에 간략히 비교하여 나타내었다. 표 1에서 나타낸 바와 같이, 금속 박막층을 추가하여 소자를 제작하면 금속 박막층의 투과도 저하로 효율이 다소 떨어질 수는 있으나, 소자의 구동 전압을 떨어뜨릴 수 있다는 장점이 있다.
@1mA/cm2 구동전압(V) 전류효율(cd/A)
(Bottom방향)		 전류효율(cd/A)
(Top방향)
실시예 1 (Device2) 9 21 10
비교예 1 (Device4) - - -
비교예 2 (Device1) 7 21 -
비교예 3 (Device5) 15 16 8
실시예 2 (Device3) 12 23 11
실시예 3 (Device6) 8 11 12

Claims (19)

  1. 제1 전극; 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 발광층을 포함하는 유기발광소자에 있어서,
    상기 유기발광소자는 상기 제1 전극과 접하는 제1의 유기물층 및 상기 제2 전극과 접하는 제2의 유기물층을 더 포함하고,
    상기 제1 및 제2의 유기물층은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하며,
    상기 제2 전극에 접하는 제2의 유기물층과 발광층 사이에 n-형 도펀트를 포함하는 제3의 유기물층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자:
    [화학식 1]
    Figure 112010016995612-pat00016

    상기 화학식 1에 있어서, R1 내지 R6은 각각 수소, 할로겐 원자, 니트릴(-CN), 니트로(-NO2), 술포닐(-SO2R), 술폭사이드(-SOR), 술폰아미드(-SO2NR), 술포네이트(-SO3R), 트리플루오로메틸(-CF3), 에스테르(-COOR), 아미드(-CONHR 또는 -CONRR'), 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄의 C1-C12 알콕시, 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄 C1-C12의 알킬, 치환 또는 비치환된 방향족 또는 비방향족의 헤테로 고리, 치환 또는 비치환된 아릴, 치환 또는 비치환된 모노- 또는 디-아릴아민, 및 치환 또는 비치환된 아랄킬아민으로 구성된 군에서 선택되며, 상기 R 및 R'는 각각 치환 또는 비치환된 C1-C60의 알킬, 치환 또는 비치환된 아릴 및 치환 또는 비치환된 5-7원 헤테로 고리로 이루어진 군에서 선택된다.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 및 제2의 유기물층은 동일한 물질인 것인 유기발광소자.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 n-형 도펀트를 포함하는 제3의 유기물층의 n-형 도펀트는 알카리 금속, 알카리 토금속, 희토류 금속, 금속 화합물, 시클로펜타디엔, 시클로헵타트리엔, 6원 헤테로 고리 및 이들 고리가 포함된 축합고리를 포함하는 물질 중에서 선택되는 것을 포함하는 것인 유기발광소자.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 n-형 도펀트를 포함하는 제3의 유기물층 중의 n-형 도펀트의 함량은 1 내지 50 중량%인 것인 유기발광소자.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 n-형 도펀트를 포함하는 제3의 유기물층은 이미다졸기, 옥사졸기 및 티아졸기로부터 선택되는 작용기를 갖는 화합물을 포함하는 것인 유기발광소자.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 n-형 도펀트를 포함하는 제3의 유기물층의 LUMO(Lowest unoccupied molecular orbital) 준위는 상기 제2 전극에 접하는 제2의 유기물층의 LUMO 준위와의 에너지 차가 4eV 이하인 것인 유기발광소자.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 제1의 유기물층과 상기 발광층 사이에 상기 제1의 유기물층과 접하는 p-형 유기물층을 더 포함하는 것인 유기발광소자.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 p-형 유기물층의 HOMO(highest occupied molecular orbital) 준위가 5eV 이상인 것인 유기발광소자.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 각각 일함수가 2eV 내지 6eV 인 물질을 포함하는 것인 유기발광소자.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 서로 같거나 상이한 금속 산화물로 이루어진 것인 유기발광소자.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 동일한 물질로 형성된 것인 유기발광소자.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나는 투명 물질을 포함하는 것인 유기발광소자.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 전극이 양극으로 하부 전극이고, 상기 제2 전극이 음극으로 상부전극인 노말(normal) 구조인 유기발광소자.
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 제1 전극에 접하는 제1의 유기물층의 계면에 금속 또는 이의 합금의 박막 또는 금속 산화물층을 추가로 포함하는 것인 유기발광소자.
  15. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 전극에 접하는 제2의 유기물층과 상기 n-형 도판트를 포함하는 제3의 유기물층의 계면에 금속산화물층 또는 금속염층을 추가로 포함하는 것인 유기발광소자.
  16. 제1 전극을 형성하는 단계;
    상기 제1 전극과 접하고 하기 화학식 1의 화합물을 포함하는 제1의 유기물층을 형성하는 단계;
    상기 제1의 유기물층 상에 발광층을 형성하는 단계;
    상기 발광층 상에 n-형 도펀트를 포함하는 제3의 유기물층을 형성하는 단계;
    상기 제3의 유기물층 상에 하기 화학식 1의 화합물을 포함하는 제2의 유기물층을 형성하는 단계; 및
    상기 제2의 유기물층에 접하도록 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 청구항 1 내지 13 중 어느 하나의 항에 따른 유기발광소자의 제조방법:
    [화학식 1]
    Figure 112010016995612-pat00017

    상기 화학식 1에 있어서, R1 내지 R6은 각각 수소, 할로겐 원자, 니트릴(-CN), 니트로(-NO2), 술포닐(-SO2R), 술폭사이드(-SOR), 술폰아미드(-SO2NR), 술포네이트(-SO3R), 트리플루오로메틸(-CF3), 에스테르(-COOR), 아미드(-CONHR 또는 -CONRR'), 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄의 C1-C12 알콕시, 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄 C1-C12의 알킬, 치환 또는 비치환된 방향족 또는 비방향족의 헤테로 고리, 치환 또는 비치환된 아릴, 치환 또는 비치환된 모노- 또는 디-아릴아민, 및 치환 또는 비치환된 아랄킬아민으로 구성된 군에서 선택되며, 상기 R 및 R'는 각각 치환 또는 비치환된 C1-C60의 알킬, 치환 또는 비치환된 아릴 및 치환 또는 비치환된 5-7원 헤테로 고리로 이루어진 군에서 선택된다.
  17. 청구항 16에 있어서, 상기 제1의 유기물층과 상기 발광층 사이에 상기 제1의 유기물층에 접하는 p-형 유기물층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것인 유기발광소자의 제조방법.
  18. 청구항 16에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 제1 전극에 접하는 제1의 유기물층의 계면에 금속 또는 이의 합금의 박막 또는 금속 산화물층을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것인 유기발광소자의 제조방법.
  19. 청구항 16에 있어서, 상기 제2 전극에 접하는 제2의 유기물층과 상기 n-형 도판트를 포함하는 제3의 유기물층의 계면에 금속산화물층 또는 금속염층을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것인 유기발광소자의 제조방법.
KR1020100023909A 2009-03-17 2010-03-17 유기발광소자 및 이의 제조방법 KR101057516B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20090022810 2009-03-17
KR1020090022810 2009-03-17

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100105481A KR20100105481A (ko) 2010-09-29
KR101057516B1 true KR101057516B1 (ko) 2011-08-17

Family

ID=42740126

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100023909A KR101057516B1 (ko) 2009-03-17 2010-03-17 유기발광소자 및 이의 제조방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20120007071A1 (ko)
JP (1) JP2012521087A (ko)
KR (1) KR101057516B1 (ko)
CN (1) CN102414295B (ko)
WO (1) WO2010107249A2 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101433524B1 (ko) 2012-05-25 2014-08-22 주식회사 엘지화학 유기발광소자 및 이의 제조방법
KR101734369B1 (ko) * 2013-09-30 2017-05-24 엘지디스플레이 주식회사 유기 전자소자

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101351512B1 (ko) * 2010-10-25 2014-01-16 엘지디스플레이 주식회사 유기전계 발광소자 및 그의 제조방법
KR101223615B1 (ko) * 2010-12-31 2013-01-17 서울대학교 산학협력단 인버티드 유기 발광 소자 및 이를 포함하는 평판 표시 장치
CN104335379B (zh) * 2012-05-31 2016-12-21 乐金显示有限公司 有机电致发光器件、包含该有机电致发光器件的显示器和照明设备
EP2752903B1 (en) * 2012-05-31 2020-07-01 LG Display Co., Ltd. Organic electroluminescent device
WO2013180543A1 (ko) * 2012-05-31 2013-12-05 주식회사 엘지화학 유기전계발광소자
EP2752905B1 (en) 2012-05-31 2019-02-20 LG Display Co., Ltd. Stacked organic light emitting diode
WO2013180503A1 (ko) * 2012-05-31 2013-12-05 주식회사 엘지화학 유기발광소자
JP6163544B2 (ja) * 2012-05-31 2017-07-12 エルジー ディスプレイ カンパニー リミテッド 有機発光素子およびその製造方法
JP6134786B2 (ja) * 2012-05-31 2017-05-24 エルジー ディスプレイ カンパニー リミテッド 有機電界発光素子
JP5994551B2 (ja) * 2012-10-10 2016-09-21 コニカミノルタ株式会社 エレクトロルミネッセンスデバイス
CN105474422B (zh) * 2013-09-17 2018-02-09 乐金显示有限公司 有机发光元件

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070092755A1 (en) 2005-10-26 2007-04-26 Eastman Kodak Company Organic element for low voltage electroluminescent devices
JP2007230974A (ja) 2006-03-03 2007-09-13 Idemitsu Kosan Co Ltd 有機エレクトロルミネッセンス素子及び有機エレクトロルミネッセンス素子用材料

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7560175B2 (en) * 1999-12-31 2009-07-14 Lg Chem, Ltd. Electroluminescent devices with low work function anode
KR100769946B1 (ko) * 2003-01-15 2007-10-25 주식회사 엘지화학 저 전압에서 구동되는 유기 발광 소자
US8951645B2 (en) * 2004-04-09 2015-02-10 Lg Chem, Ltd. Stacked organic light emitting device having high efficiency and high brightness
EP1745519B1 (en) * 2004-05-11 2018-07-25 LG Display Co., Ltd. Organic electronic device
US7504163B2 (en) * 2004-07-12 2009-03-17 Eastman Kodak Company Hole-trapping materials for improved OLED efficiency
JP2006294895A (ja) * 2005-04-12 2006-10-26 Sony Corp 有機電界発光素子
US7629741B2 (en) * 2005-05-06 2009-12-08 Eastman Kodak Company OLED electron-injecting layer
TWI321968B (en) * 2005-07-15 2010-03-11 Lg Chemical Ltd Organic light meitting device and method for manufacturing the same
KR100890862B1 (ko) * 2005-11-07 2009-03-27 주식회사 엘지화학 유기 발광 소자 및 이의 제조 방법
US9028974B2 (en) * 2006-03-07 2015-05-12 Lg Chem, Ltd. OLED and fabricating method of the same
US7719180B2 (en) * 2007-10-16 2010-05-18 Global Oled Technology Llc Inverted OLED device with improved efficiency
JPWO2010073348A1 (ja) * 2008-12-25 2012-05-31 富士電機株式会社 陰極バッファ層を有する有機ｅｌ素子

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070092755A1 (en) 2005-10-26 2007-04-26 Eastman Kodak Company Organic element for low voltage electroluminescent devices
JP2007230974A (ja) 2006-03-03 2007-09-13 Idemitsu Kosan Co Ltd 有機エレクトロルミネッセンス素子及び有機エレクトロルミネッセンス素子用材料

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101433524B1 (ko) 2012-05-25 2014-08-22 주식회사 엘지화학 유기발광소자 및 이의 제조방법
KR101734369B1 (ko) * 2013-09-30 2017-05-24 엘지디스플레이 주식회사 유기 전자소자

Also Published As

Publication number Publication date
CN102414295A (zh) 2012-04-11
KR20100105481A (ko) 2010-09-29
CN102414295B (zh) 2014-07-23
US20120007071A1 (en) 2012-01-12
WO2010107249A3 (ko) 2010-12-23
WO2010107249A2 (ko) 2010-09-23
JP2012521087A (ja) 2012-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101057516B1 (ko) 유기발광소자 및 이의 제조방법
TWI389596B (zh) 有機電致發光元件及其製備方法
EP2752907B1 (en) Organic light emitting diode
JP5912977B2 (ja) バッファ層を含む有機発光素子およびその製作方法
KR101069520B1 (ko) 유기발광소자 및 이의 제조방법
KR101419810B1 (ko) 엑시플렉스를 형성하는 공동 호스트를 포함하는 유기 발광 소자
KR101927941B1 (ko) 다층 구조의 정공수송층을 포함하는 유기 발광 소자 및 이를 포함하는 평판 표시 장치
KR20100108507A (ko) 음극 버퍼층을 가지는 유기 ｅｌ 소자
KR101433524B1 (ko) 유기발광소자 및 이의 제조방법
JP2009277791A (ja) 有機ｅｌ素子
KR101223615B1 (ko) 인버티드 유기 발광 소자 및 이를 포함하는 평판 표시 장치
KR101419809B1 (ko) 인버티드 유기 발광 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치
US20120007064A1 (en) Organic electroluminescent device and method for preparing the same
KR101789069B1 (ko) 유기 발광 소자
KR20210104788A (ko) 유기 발광 디바이스, 이를 제작하는 방법, 및 여기에서 사용하기 위한 조성물
KR101258610B1 (ko) 인버티드 유기 발광 소자 및 이를 포함하는 평판 표시 장치
KR101556433B1 (ko) 유기발광소자 및 이의 제조 방법
KR101367465B1 (ko) 유기 발광 소자 및 이의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140716

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150716

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160712

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190723

Year of fee payment: 9