KR101373438B1 - 백색 유기전계발광소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정소자(Liquid Crystal Display)의 백라이트 광원, 총천연색 발광소자, 조명 기구, 신호기 및 신규 디스플레이에 이용되는 백색 유기전계발광소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 청색계 유기 발광 재료에 의해 발생되는 청색광과 황색-적색계의 유기 발광 재료에 의해 발생되는 황색-적색광이 적절하게 연속적인 자연광과 유사한 백색을 발광시키는 유기 전계발광소자에 관한 것이다.

혼합층(Hybrid layer), 백색 유기전계발광소자

Description

백색 유기전계발광소자{White Organic Light-Emitting Device}

도 1은 종래의 3파장 백색 유기전계발광소자의 구조를 나타낸 단면도,

도 2는 또 다른 종래의 3파장 백색 유기전계발광소자의 구조를 나타낸 단면도,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 백색 유기전계발광소자의 구조를 나타낸 단면도,

도 4a 및 4b는 본 발명에 따른 소자를 측정하기 위한 칼라필터 및 어셈블리 모식도,

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 백색 유기전계발광소자의 EL발광 스펙트럼,

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 백색 유기전계발광소자와 칼라필터를 이용한 색재현성을 도시,

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 백색 유기전계발광소자의 EL발광 스펙트럼과 청색재료 만의 EL발광 스펙트럼을 비교한 도이다.

** 도면의 주요부호에 대한 설명**

1: 백색 유기 전계발광소자

10: 기판 11: 양극층

12: 정공 주입층 13: 정공 수송층

14: 발광층 14a: 제1발광층

14b: 제2발광층 14c: 혼합층

15: 전자 수송층 16: 전자 주입층

17: 음극층 20: 칼라필터

본 발명은 백색 유기 전계발광소자에 관한 것이다.

현재 가장 널리 사용되고 있는 액정 디스플레이(LCD)는 비발광형 표시소자로 소비전력이 적고 무게가 가볍지만, 소자 구동 시스템이 복잡하고 응답시간, 콘트라스트 등의 특성이 만족할 만한 수준에 이르지 못하고 있다. 따라서, 최근에 차세대 평판 디스플레이로 주목 받고 있는 유기전계발광소자(Organic Electroluminescence Device)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 유기전계발광소자는 자기발광형 소자로서 액정 디스플레이에 비하여 휘도, 구동전압 및 응답속도 등의 특성이 우수하고 시야각 의존성이 없는 여러 장점을 가지고 있다.

유기 EL 소자의 발광 메커니즘을 살펴보면 다음과 같다. 양극에서 정공 주입층(Hole Injection Layer: HIL)의 가전대(Valance Band 또는 Highest Occupied Molecular Orbital: HOMO)로 주입된 정공은 정공 전달층(Hole Transporting Layer: HTL)을 통하여 발광층(Emitting Layer)으로 진행하고, 동시에 음극에서 전자 주입층(Electron Injection Layer)을 통하여 발광층으로 전자가 이동하여 정공과 결합하여 엑시톤(exciton)을 형성한다. 이 엑시톤이 바닥상태로 떨어지면서 빛을 방출한다.

유기전계발광소자는 광시야각, 고속 응답성, 고 명조대비(contrast)의 특성을 가지므로 텔레비전 영상 디스플레이나 표면 광원의 픽셀로 사용될 수 있고, 얇고 가벼우며 색도가 좋기 때문에 차세대 디스플레이로 각광을 받고 있으며, 또한, 플라스틱 기판을 채용할 경우에는 휘어지는 소자를 제작할 수도 있고, 백색광을 방출하는 소자는 유기 전계 발광 소자의 자체 후광이나 액정 디스플레이의 후광으로 사용될 수도 있다.

종래의 백색 유기전계발광소자의 구조는 도 1에 도시한 바와 같이 투명 기판(100) 위에 인듐 주석 산화물(Indium TinOxide; ITO)을 진공 증착하여 형성되는 양극층(101)과, 상기 양극층(101) 위에 정공 주입층(102), 정공 수송층(103), 발광층(104, 105, 106), 정공 블록층(107), 전자 수송층(108), 전자 주입층(109), 음극층(110) 순으로 진공 증착한 구조를 갖는다.

도 1의 유기전계발광소자는, 음극층(110)으로부터 전자가 주입되고 전자 주 입층(109)과 전자 수송층(108)을 거쳐 발광층(104, 105, 106)으로 전자가 주입되고, 양극층(101)으로부터 주입된 정공은 정공 주입층(102), 정공 수송층(103)을 거쳐 발광층(104, 105, 106)으로 주입되며, 발광층(104, 105, 106)으로 각각 이동한 전자와 정공은 쌍을 이루고 이렇게 형성된 각 발광층의 엑시톤이 재결합하면서 각층에서 청색, 녹색 및 적색의 빛이 방출되고 혼색되어 백색광이 방출된다.

또한, 다른 일반적인 백색 유기전계발광소자는 청록색과 적색 및 청색과 오렌지색의 보색 관계를 이용한 두 가지 발광층을 포함한 헤테로 다층구조나 청색, 녹색, 적색의 삼원색의 발광층을 각각 포함하는 헤테로 다층구조의 혼색을 이용하여 제조되고 있다.

상기의 삼 파장을 이용한 또 다른 예의 구조는 도 2에 도시된 바와 같이 투명 기판(120) 위에 인듐 주석 산화물(IndiumTin Oxide: ITO)을 진공 증착하여 형성되는 양극층(121)과, 상기 양극층(121) 위에 정공 주입층(122), 정공 수송층(123), 녹색 발광층(124), 적색 발광층(125), 청색 발광층(127), 전자 수송층(128), 전자 주입층(129), 음극층(130), 그리고 적색 발광층과 청색발광층의 층간에 버퍼층(126) 순으로 진공 증착한 구조를 갖는다.

그렇지만, 종래에 공지된 백색 유기전계발광소자는 보색관계의 두 파장을 이용하는 LCD BLU(Back Light Unit)에서 요구하는 백색광을 위한 적·녹·청색의 고 른 분포를 얻기 힘들고, 색 좌표의 범위가 짧고 고효율 풀 칼라 디스플레이 응용 백색광원을 만족시키기 어려우며, 또한, 3파장을 이용한 백색 유기 전계 발광소자는 청색에서 녹색으로 또는 녹색에서 적색으로의 에너지 전달에 의해 안정된 삼 파장을 구현하기 어려웠다, 이러한 문제를 해결하기 위해서 도 1에서는 정공 블록층, 도 2에서는 버퍼층 등의 층을 부가적으로 형성하고 있지만, 결과는 만족스럽지 못하고, 구조를 복잡화하는 역기능을 유발하였다.

또한, 종래의 백색 유기전계발광소자는 구동전압이 올라갈수록 청색으로 발광스펙트럼이 이동하여 소자의 수명 및 안정성에 많은 문제가 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로,

단순한 구성으로서, 2 종의 발광층 사이에 혼합층(Hybrid layer)을 포함하여, 자연광에 가까운 백색발광을 유도하는 백색 유기전계발광소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 상기 2종의 발광층의 발광 재료로서는 각각 청색계열의 발광재료와, 황색-적색계열의 발광재료를 포함하며, 발광층 사이의 혼합층(Hybrid layer)을 통해서 넓은 밴드의 발광영역을 나타내고(도면 7) 자연광에 가까운 연속 스펙트럼을 나타내어, 특히, LCD 백라이트 및 총천연색 발광 소자와 조명기구 및 차세대 플렉서블 디스플레이에도 응용을 할 수 있는 백색 유기전계발광소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 양극층, 발광층, 및 음극층을 포함하는 유기전계발광소자에 있어서, 상기 발광층은 제1발광층, 제2발광층 및 그 사이에 상기 제1발광층의 호스트 물질과 제2발광층의 호스트 물질을 혼합 증착하여 형성된 혼합층(Hybrid layer)을 포함하는 백색 유기전계발광소자를 제공한다.

또한, 상기 양극층과 발광층 사이에는 정공 주입층과 정공 수송층이 적어도 하나 형성되고, 상기 발광층과 음극층 사이에는 전자 수송층과 전자 주입층이 적어도 하나 형성되는 것을 특징으로 하는 백색 유기전계발광소자를 제공한다.

또한, 상기 혼합층은 제1발광층 및 제2발광층의 호스트 물질이 각각 1:1의 조성비로 구성되는 것을 특징으로 하는 백색 유기전계발광소자를 제공한다.

또한, 상기 제1발광층과 상기 혼합층의 두께 비율은 1:1 내지 1:4의 범위내인 것을 특징으로 하는 백색 유기전계발광소자를 제공한다.

또한, 상기 혼합층 및 제2발광층의 두께 비율은 3:2 내지 2:4의 범위내인 것을 특징으로 하는 백색 유기전계발광소자를 제공한다.

또한, 상기 제1발광층, 혼합층 및 제2발광층의 총 두께는 30nm 내지 50nm 범위내인 것을 특징으로 하는 백색 유기전계발광소자를 제공한다.

또한, NTSC 색좌표 대비, 칼라필터를 통하여 측정한 색재현성이 70% 이상인 것을 특징으로 하는 백색 유기전계발광소자를 제공한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 백색 유기전계발광소자의 구조를 나타내는 단면도이다.

도시된 바와 같이, 투명 기판(10) 위에 형성된 양극층(11)과, 상기 양극층(11) 위에 정공 주입층(12), 정공 수송층(13), 제1 발광층(14a), 혼합층(14c), 제2 발광층(14b), 전자 수송층(15), 전자 주입층(16), 음극층(17) 순으로 진공 증착한 구조를 갖는다. 상기 구조에서 정공 주입층(12), 정공 수송층(13), 전자 수송층(15), 및 전자 주입층(16)은 발광 효율을 높이기 위해 마련되며, 필요에 따라 일부 또는 전부 생략이 가능하며 본 발명에 포함된다.

본 발명의 양극층(11)은 정공을 주입하는 전극으로서, 상기 정공주입층(12)에 정공을 주입한다. 양극층(11)을 형성하기 위한 재료의 예로는 제한되지 않으나, ITO, IZO, 주석 옥사이드, 아연 옥사이드, 아연 알루미늄 옥사이드, 및 티타늄 니트라이드 등의 금속 옥사이드 또는 금속 니트라이드; 금, 백금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 코발트, 리드, 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈륨, 니오븀 등의 금속; 이러한 금속의 합금 또는 구리 요오드화물의 합금; 폴리아닐린, 폴리티오핀, 폴리피롤, 폴리페닐렌 비닐렌, 폴리(3-메틸티오핀), 및 폴리페닐렌 설파가드 등의 전도성 중합체가 있다. 양극층(11)은 전술한 재료들 중 한가지 타입으로만 형성되거나 또는 복수개의 재료의 혼합물로도 형성될 수 있다. 또한, 동일한 조성 또는 상이한 조성의 복수개의 층으로 구성되는 다층 구조가 형성될 수 있다.

양극층(11)을 형성하기 위한 재료는 홀을 용이하게 주입하기 위해 더 큰 일함수를 갖는 것이 바람직하다. 크롬은 4.5eV의 일함수를 가지며, 니켈은 5.15eV의 일함수를 가지고, 금은 5.1eV의 일함수를 가지고, 팔라듐은 5.55eV의 일함수를 가지며, ITO 는 4.8eV의 일함수를 가지며, 구리는 4.65eV의 일함수를 갖는다. 양극층(11)의 정공주입층(12)과 접촉하는 표면의 일함수는 제한되지 않으나 4eV 이상인 것이 바람직하다.

양극층(11)이 발광층으로부터 광 인출 단부 상에 배치될 때, 인출되는 광에 대한 투과율은 10% 보다 작지 않은 것이 바람직하다. 발광층으로부터 발광된 광이 가시광 영역에 있을 때, ITO는 가시광 영역에서 높은 투과율을 갖기 때문에 양극층(11)을 형성하는데 바람직하다.

본 발명의 정공 주입층(12)은 본 기술분야에서 알려진 재료를 사용할 수 있 으며, 제한되지 않으나 PEDOT/PSS 또는 구리 프탈로시아닌(CuPc), 4,4',4"-트리스(3-메틸페닐페닐아미노)트리페닐아민(m-MTDATA) 등의 물질을 5nm ~ 40nm 두께로 형성한다.

본 발명의 정공 수송층(13)은 본 기술분야에서 알려진 재료를 사용할 수 있으며, 제한되지 않으나 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐-아미노]-바이페닐(NPD)나 N,N'-디페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-1,1'-바이페닐-4,4'-디아민(TPD) 등의 물질을 20~60nm 두께로 형성한다.

본 발명의 제1발광층(14a)과 제2발광층(14b) 중 하나의 층은 청색계 발광층이며, 다른 하나의 층은 황색-적색계 발광층이다. 여기서 황색-적색계 발광층이란 황색과 적색 영역의 발광 스펙트럼이 다른 영역보다 상대적으로 분포되어 발광한다는 것을 의미한다. 본 발명은 상기 제1발광층과 제2발광층에서 발광하는 색의 혼색에 의해 백색을 구현하게 된다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 제1발광층이 청색계 발광층이고, 제2발광층이 황색-적색계 발광층인 경우를 예를 들어 설명한다. 이하의 설명을 통해 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 제1발광층이 황색-적색계 발광층이고 제2발광층이 청색계 발광층인 경우에 대한 설명을 생략하여도 용이하게 이해할 수 있고 본 발명에 포함됨을 알 수 있다.

본 발명의 제1발광층(14a)은 청색계 발광층일 수 있다. 본 기술분야에서 알 려진 청색계 발광층 재료를 사용할 수 있으며, 바람직하기로는 호스트로서는 (4,4'-비스(2,2-디페닐-에텐-1-일)디페닐(DPVBi), 비스(스티릴)아민(DSA)계, 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)(트리페닐실록시)알루미늄(III)(SAlq), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)(파라-페놀라토)알루미늄(III)(BAlq), 비스(살렌)진크(II), 1,3-비스[4-(N,N-디메틸아미노)페닐-1,3,4-옥사디아조릴]벤젠(OXD8), 3-(비페닐-4-일)-5-(4-디메틸아미노)4-(4-에틸페닐)-1,2,4-트리아졸(p-EtTAZ), 3-(4-비페닐)-4-페닐-5-(4-터셔리-부틸페닐)-1,2,4-트리아졸(TAZ), 2,2',7,7'-테트라키스(비-페닐-4-일)-9,9'-스피로플루오렌(Spiro-DPVBI), 트리스(파라-터-페닐-4-일)아민(p-TTA), 5,5-비스(디메지틸보릴)-2,2-비티 오펜(BMB-2T) 및 퍼릴렌(perylene) 등이 가능하고, (4,4'-비스(2,2-디페닐-에텐-1-일)디페닐(DPVBi), 비스(스티릴)아민(DSA)계가 바람직하다. 도펀트로서는 제한되지 않으나 상기의 호스트 재료를 동일하게 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제2발광층(14b)은 황색-적색계 발광층일 수 있다. 본 기술분야에서 알려진 황색-적색계 발광층 재료를 사용할 수 있으며, 제한되지 않으나 호스트로서는 트리스(8-퀴놀리나토)알루미늄(III)(Alq3)이 바람직하다. 도펀트로서는 제한되지 않으나 DCM1(4-디시아노메틸렌-2-메틸-6-(파라-디메틸아미노스틸릴)-4H-피란), DCM2(4-디시아노메틸렌-2-메틸-6-(줄로리딘-4-일-비닐)-4H-피란), DCJT(4-(디시아노메틸렌)-2-메틸-6-(1,1,7,7-테트라메틸줄로리딜-9-에닐)-4H-피란), DCJTB(4-(디시아노메틸렌)-2-터셔리부틸-6-(1,1,7,7-테트라메틸줄로리딜-9-에닐)-4H-피란), DCJTI(4-디시아노메틸렌)-2-아이소프로필-6-(1,1,7,7-테트라메틸줄로리딜-9-에닐)-4H-피란) 및 나일레드(Nile red), 루브렌(Rubrene) 등이 사용 가능하고, DCJTB(4-(디시아노메틸렌)-2-터셔리부틸-6-(1,1,7,7-테트라메틸줄로리딜-9-에닐)-4H-피란), 루브렌(Rubrene)이 바람직하다.

본 발명의 혼합층(14c)은 제1발광층(14a)의 호스트 물질과 제2발광층(14b)의 호스트 물질을 혼합증착하여 형성되는 것을 특징으로 한다. 혼합비로는 제한되지 않으나 1:1의 조성비를 갖도록 혼합 증착을 하는 것이 바람직하다.

상기 혼합층(14c)을 형성하는 재료로서, 제1발광층의 호스트 물질, 즉 청색계 발광층에 사용되어 제1발광층에 사용될 수 있는 호스트 재료라면 제한되지 않고 사용될 수 있다. 제1발광층을 구성하는 재료와 동일한 재료를 사용하거나, 발광영역이 청색계 발광 재료의 흡수 영역을 포함하는 재료의 사용이 가능하고, 제한되지 않으나 (4,4'-비스(2,2-디페닐-에텐-1-일)디페닐(DPVBi), 비스(스티릴)아민(DSA)계가 바람직하다.

또한, 상기 혼합층을 형성하는 재료로서, 제2발광층의 호스트 물질, 즉 황색-적색계 발광층에 사용되어 제2발광층에 사용될 수 있는 호스트 재료라면 제한되지 않고 사용될 수 있다. 제2발광층을 구성하는 재료와 동일한 재료를 사용하거나, 발광영역이 트리스(8-퀴놀리나토)알루미늄(III)(Alq3), Almq3(트리스(4-메틸-8-퀴 노리놀라토)알루미늄(III)) 및 퀴나크리돈 같은, 적색계 발광 재료의 흡수 영역을 포함하는 재료의 사용이 가능하고, 제한되지 않으나 트리스(8-퀴놀리나토)알루미늄(III)(Alq3)이 바람직하다.

상기 제1발광층, 제2발광층 및 혼합층을 형성함에 있어서, 제한되지 않으나 상기 제1발광층과 상기 혼합층의 두께 비율은 1:1 내지 1:4의 범위내인 것이 바람직하다. 또한, 상기 혼합층 및 제2발광층의 두께 비율은 3:2 내지 2:4의 범위내인 것이 바람하다. 또한, 상기 제1발광층, 혼합층, 및 제2발광층의 총 두께는 30nm 내지 50nm 범위내인 것이 바람직하다.

본 발명의 전자 수송층(15)은 본 기술분야에서 알려진 재료를 사용할 수 있으며, 제한되지 않으나 아릴 치환된 옥사디아졸, 아릴-치환된 트리아졸, 아릴-치환된 펜안트롤린, 벤족사졸, 또는 벤즈시아졸 화합물을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 1,3-비스(N,N-t-부틸-페닐)-1,3,4-옥사 디아졸(OXD-7); 3-페닐-4-(1'-나프틸)-5-페닐-1,2,4-트리아졸(TAZ); 2,9-디메틸-4,7-디페닐-펜안트롤린(바소큐프로인 또는 BCP); 비스(2-(2-하이 드록시페닐)-벤족사졸레이트)징크; 또는 비스(2-(2-하이드록시페닐)-벤즈 시아졸레이트)아연; 전자 수송 물질은 (4-비페닐)(4-t-부틸페닐)옥시디아졸 (PDB)과 트리스(8-퀴놀리나토)알루미늄(III)(Alq3)를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 트리스(8-퀴놀리나토)알루미늄(III)(Alq3)가 바람직하다.

본 발명의 전자 주입층(16)과 음극층(17)은 본 기술분야에서 알려진 재료를 사용할 수 있으며, 제한되지 않으나 LiF를 전자 주입층으로 사용하고 Al, Ca, Mg, Ag 등 일함수가 낮은 금속을 음극층(200)으로 사용할 수 있으며, 바람직하게는 Al이 바람직하다.

도 4a 및 4b는 본 발명에 따른 유기 전계발광소자의 평가에 사용한 칼라필터(20) 및 어셈블리의 모식도이다.

도시된 칼라필터는 투명 기판 위에 블랙매트릭스 및 칼라레지스트 수지를 도포, 패터닝하여 제작하며, 본 기술분야에서 칼라필터의 구성 및 재료는 잘 알려져 있으므로 자세한 설명을 생략한다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 더 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 구체적인 예시에 불과하고, 본 발명의 보호범위를 한정하거나 제한하고자 하는 것은 아니다.

[실시예 1]

백색 유기전계발광소자의 제작(WOLED 1)

유리 기판상에 상기의 양극물질(ITO)이 증착되어 있는 기판(아사히 초자 제작)을 단위 소자로 리소그래피를 이용하여 패터닝을 실시한다.

패터닝이 끝난 단위 기판을 아세톤, 세제, 증류수, 이소프로필 알코올로 세 정의 전처리를 실시한다.

세정이 끝난 단위 기판을 UV/O₃ 세정과 플라즈마 처리를 실시한 후 유기 챔버에 이송한다. 플라즈마는 산소(O₂)를 이용하여 실시한다.

상기의 표면처리가 끝난 기판을 유기 챔버 내부에서, EL증착기(브이티에스사)를 사용하여 정공주입층인 CuPc를 10nm의 두께로, 정공수송층인 NPD를 40nm의 두께로, 제1 발광층인 DPVBi를 20nm의 두께로, 혼합층은 제1 발광층 호스트 물질과 제2 발광층 호스트 물질을 동일 부피비로 5nm가 되도록, 제2 발광층의 호스트 물질인 Alq3와 도펀트 물질인 루부렌을 2%의 농도와 10nm의 두께로, 전자수송층인 Alq3을 30nm의 두께가 되도록 증착한다.

유기층의 증착이 끝난 후 메탈챔버로 이송하여, 음극층을 증착한다.

상기의 유기전계발광소자 구성층의 증착이 끝나면, 글로브 박스에서 인캡을 실시하여 소자 제작을 완료한다.

실시예에 사용한 장비는 브이티에스사의 EL증착기를 사용하였다.

[실시예 2]

백색 유기전계발광소자의 제작(WOLED 2)

발광층에 있어서, 제1발광층, 혼합층, 제2발광층을 1:4:4의 두께 비율과 제1발광층, 혼합층, 제2발광층의 전체 두께가 45nm되도록 증착하는 것 이외에 상기 실시예1과 동일한 방법으로 실시하여, 소자를 제작한다.

[실시예 3]

백색 유기전계발광소자의 제작(WOLED 3)

발광층에 있어서, 제1발광층, 혼합층, 제2발광층을 1:1:1의 두께 비율과 제1발광층, 혼합층, 제2발광층의 전체 두께가 30nm되도록 증착하는 것 이외에 상기 실시예1과 동일한 방법으로 실시하여, 소자를 제작한다.

[실시예 4]

백색 유기전계발광소자의 제작(WOLED 4)

발광층에 있어서, 제1발광층, 혼합층, 제2발광층을 2:3:2의 두께 비율과 제1발광층, 혼합층, 제2발광층의 전체 두께가 35nm되도록 증착하는 것 이외에 상기 실시예1과 동일한 방법으로 실시하여, 소자를 제작한다.

[실시예 5]

백색 유기전계발광소자의 제작(WOLED 5)

발광층에 있어서, 제1발광층, 혼합층, 제2발광층을 2:2:3의 두께 비율과 제1발광층, 혼합층, 제2발광층의 전체 두께가 35nm되도록 증착하는 것 이외에 상기 실 시예1과 동일한 방법으로 실시하여, 소자를 제작한다.

[실시예 6]

백색 유기전계발광소자의 제작(WOLED 6)

발광층에 있어서, 제1발광층, 혼합층, 제2발광층을 2:2:4의 두께 비율과 제1발광층, 혼합층, 제2발광층의 전체 두께가 40nm되도록 증착하는 것 이외에 상기 실시예1과 동일한 방법으로 실시하여, 소자를 제작한다.

[실시예 7]

백색 유기전계발광소자의 제작(WOLED 7)

발광층에 있어서, 제1발광층, 혼합층, 제2발광층을 2:4:4의 두께 비율과 제1발광층, 혼합층, 제2발광층의 전체 두께가 50nm되도록 증착하는 것 이외에 상기 실시예1과 동일한 방법으로 실시하여, 소자를 제작한다.

[비교예 1]

상기 실시예 1번과 동일한 방법으로 패터닝 및 전처리를 실시한 후, 이 상부에 CuPc를 진공 증착하여 정공 주입층을 100Å 두께로 형성한다. 이어서, 정공 주입층 위에 NPD를 진공 증착하여 400Å 두께의 정공 수송층을 형성한다. 그 후, 정공 수송층 위에 Alq3를 진공 증착하여 180Å 두께의 녹색 발광층을 형성한다. 이어서, 녹색 발광층 위에 동일한 방법으로 NPD와 루브렌을 동시에 진공 증착하여 120 Å 두께의 적색 발광층을 형성한다. 이 때 NPD의 함량은 97중량%, 루브렌의 함량은 3.0중량%이다. 다음, NPD를 적색 발광층 위에 진공 증착하여 여기자의 분포를 조절할 수 있는 백색 조절층을 형성한다. 형성된 백색 조절층의 두께는 22Å이다. 백색 조절층 위에 DPVBi를 진공 증착하여 청색 발광층을 형성하고, 청색 발광층 위에 Alq3를 진공 증착하여 전자 수송층을 형성한다. 이 때 형성된 두께는 청색 발광층이 180Å, 전자 수송층이 120Å이다. 다음, 전자 수송층 위에 LiF를 진공 증착하여 10Å 두께의 LiF 전자 주입층을 형성하고, 이 LiF 전자 주입층 위에 Al을 진공 증착하여 1000Å 두께로 Al층을 형성함으로써 음극층을 형성한다. 이러한 방법으로 제조된 유기 전계 발광 소자에서는 적색 발광층과 청색 발광층 사이에 백색 조절층을 형성함으로써 나타나는 전자 차단 효과로 인해 일부는 DPVBi로 이루어진 청색 발광층에서 발광하고, 일부는 루브렌이 도핑된 적색 발광층에서 오렌지-레드 발광을 하며, 나머지는 여기자 가둠(Exciton-trapping) 구조에 의해 녹색 발광층에서 녹색 발광에 기여한다.

[비교예 2]

상기의 비교예 1에 있어서, 색순도를 조절하기 위해 백색 조절층의 두께를 17Å으로 변화시킨 것을 제외하고는, 비교예1과 동일한 방법에 따라 유기 전계발광 소자를 제조한다. 따라서 비교예 2는 적색 발광층의 루브린에 의해 옐로우-오렌지 발광에 일부 여기자가 기여하고, 백색 조절층의 두께 변화에 의해 색순도를 조절하여 청색 및 녹색 발광에 나머지 여기자가 기여한다.

[칼라필터의 제작]

50mmX50mmX0.7mm의 지지 기판(투명 기판) 상에, 블랙 매트릭스(BM)의 재료로서 BK0800H(제일모직 제품)을 스핀 코팅하고, 도면 4b의 패턴이 되는 포토 마스크를 통해 자외선 노광시키고, 0.043% 알칼리금속수산화물 수용액으로 현상 후 220℃에서 베이크 하여 블랙 매트릭스(막 두께 1.5μm)의 패턴을 형성하였다.

다음으로 청색 컬러 필터의 재료로서, 구리 프탈로시아닌계 안료를 포함하는 YB-766(동우화인켐 제품)을 스핀 코팅하고, 정사각형(18mmX18mm)의 패턴을 4개 얻을 수 있는 포토 마스크를 통해 BM에 위치 정합하여 자외선 노광시키고, 2.38% TMAH 수용액으로 현상 후, 220℃에서 베이크하여 청색 컬러 필터(막 두께 1.5μm)의 패턴을 형성하였다.

다음으로 녹색 컬러 필터의 재료로서, 브롬화 프탈로시아닌계 아조계 안료를 포함하는 YG-766(동우화인켐 제품)을 스핀 코팅하고, 정사각형(18mmX18mm)의 패턴을 4개 얻을 수 있는 포토 마스크를 통해 BM에 위치 정합하여 자외선 노광시키고, 2.38% TMAH 수용액으로 현상 후, 220℃에서 베이크하여 청색 컬러 필터 옆에 녹색컬러 필터(막 두께 1.5μm)의 패턴을 형성하였다.

다음으로 적색 컬러 필터의 재료로서, 다이케토피롤로피아트계 아조계 안료를 포함하는 YR-766(동우화인켐 제품)을 스핀 코팅하고, 정사각형(18mmX18mm)의 패턴을 4개 얻을 수 있는 포토 마스크를 통해 BM에 위치 정합하여 자외선 노광시키고, 2.38% TMAH 수용액으로 현상 후 220℃에서 베이크하여 청색 컬러 필터와 녹색 컬러 필터 사이에 적색 컬러 필터(막 두께 1.5μm)의 패턴을 형성하였다.

[소자의 평가]

상기의 실시예와 비교예를 통하여 얻은 소자를 측정하였다.

측정장비로는 색도계(미놀타 CS-100A)와, 전원 공급장치 및 지그(맥사이언스 제작)를 사용하여 발광효율과 전력효율 및 색좌표를 측정하였다.

측정은 2.5mA/cm2 에서부터 100mA/cm2까지 2.5mA씩 증가시키며 측정하였고, 결과는 10mA/cm2에서의 결과를 정리하였다.

상기의 측정 결과를 표 1 및 도 5 내지 도 7에 나타내었다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 소자는 자연광에 가까운 백색발광을 하여, 자체 제작한 칼라필터와 어셈블리하여 측정한 결과 NTSC 색좌표와 비교하여, 높은 색재현성(약 70% 이상)을 갖는 특징이 있다.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1발광층과 제2발광층 사이에 혼합층을 형성함으로써, 제1발광층과 제2발광층에 사용한 발광물질 본래의 스펙트럼보다 반치폭이 넓은 스펙트럼을 얻을 수 있으며, 이를 통해 상기의 높은 색재현성 달성이 가능하다.

[표 1]

	층의 두께비 (제1/혼합/제2)	발광효율(cd/A)	전력효율(lm/W)	색좌표(x, y)
실시예 1	4/1/2	2.9	1.1	(0.18, 0.16)
실시예 2	1/4/4	4.2	1.6	(0.32, 0.39)
실시예 3	1/1/1	3.2	1.2	(0.24, 0.26)
실시예 4	2/3/2	3.4	1.6	(0.23, 0.24)
실시예 5	2/2/3	3.2	1.2	(0.23, 0.24)
실시예 6	2/2/4	3.6	1.3	(0.28, 0.29)
실시예 7	2/4/4	4.9	1.4	(0.37, 0.42)
비교예 1		1.7	0.5	(0.39, 0.52)
비교예 2		2.8	0.9	(0.40, 0.53)

본 발명에 따른 소자는 자연광에 가까운 백색발광을 하여, 자체 제작한 칼라필터와 어셈블리하여 측정한 결과 70% 이상의 높은 색재현성을 보여주었다. 70% 이상의 색재현성은 종래의 유기전계발광소자에서는 달성되기 어려운 수치이며, 이는 현재 사용되는 브라운관 텔레비전에서의 색재현성과 동등하다.

또한, 혼합층의 도입을 통하여 제1발광층과 제2발광층에 사용한 발광물질 본래의 스펙트럼보다 반치폭이 넓은 스펙트럼을 얻을 수 있으며(도면 7), 이를 통해 상기의 높은 색재현성 달성이 가능하였다.

또한, 구조를 단순화할 수 있어, 실제 디스플레이에 적용할 때, 공정의 간소화 및 재료의 단순화를 통한 경제적 이점을 살릴 수 있다. 이를 이용하면 신속한 실제의 디스플레이에 적용이 가능하며, 현재 LCD생산라인 등의 인프라를 그대로 사용할 수 있다.

Claims (7)

1. 양극층, 발광층, 및 음극층을 포함하는 유기전계발광소자에 있어서, 상기 발광층은 제1발광층, 제2발광층 및 그 사이에 상기 제1발광층의 호스트 물질과 제2발광층의 호스트 물질을 혼합 증착하여 형성된 혼합층(Hybrid layer)을 포함하고,

   상기 제1발광층의 호스트 물질은 (4,4'-비스(2,2-디페닐-에텐-1-일)디페닐(DPVBi) 또는 비스(스티릴)아민(DSA)계이고, 상기 제2발광층의 호스트 물질은 트리스(8-퀴놀리나토)알루미늄(III)(Alq3)이고,

   상기 제1발광층과 상기 혼합층의 두께 비율은 1:1 내지 1:4의 범위내이고, 상기 혼합층 및 제2발광층의 두께 비율은 3:2 내지 2:4의 범위내인 것을 특징으로 하는 백색 유기전계발광소자.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 혼합층은 제1발광층 및 제2발광층의 호스트 물질이 각각 1:1의 조성비로 구성되는 것을 특징으로 하는 백색 유기전계발광소자.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서, 상기 제1발광층, 혼합층 및 제2발광층의 총 두께는 30nm 내지 50nm 범위내인 것을 특징으로 하는 백색 유기전계발광소자.
7. 삭제

Images