KR101465029B1

KR101465029B1 - 전하 수송층 도핑 유기 발광 다이오드

Info

Publication number: KR101465029B1
Application number: KR1020130018891A
Authority: KR
Inventors: 김우영; 김남호; 윤주안; 김유현; 문창범
Original assignee: 호서대학교 산학협력단
Priority date: 2013-02-21
Filing date: 2013-02-21
Publication date: 2014-12-02
Also published as: KR20140105628A

Abstract

본 발명의 전하 수송층 도핑 유기 발광 다이오드는, 기판; 상기 기판상에 형성되는 양극층; 상기 양극층상에 형성되어 상기 양극층으로부터 들어오는 정공을 주입시키는 정공 주입층; 상기 정공 주입층에서 주입된 정공을 발광층으로 수송시키는 발광 도판트가 첨가된 정공 수송층; 상기 정공 수송층상에 형성되며 발광 도판트가 첨가된 발광층; 상기 발광층의 최상부에 형성되며 주입된 전자를 상기 발광층으로 수송시키는 발광 도판트가 첨가된 전자 수송층; 상기 전자 수송층으로 전자를 주입시키는 전자 주입층; 및 상기 전자 주입층 상측에 형성된 음극층을 포함한다. 본 발명에 의하면, 특정 목적에 따른 유기 발광 다이오드(OLED) 소자 구조 설계가 아닌 이미 발표된 기존의 유기 발광 다이오드(OLED) 구조에도 적용하여 소자 효율을 높일 수 있는 방법으로써 작은 색특성 변화와 발광 특성 개선의 효과를 얻을 수 있다.

Description

전하 수송층 도핑 유기 발광 다이오드{ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE FOR ELECTRON TRANSPORT LAYER DOPING}

본 발명은 전하 수송층 도핑 유기 발광 다이오드(OLED)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발광층을 포함한 전하 수송층에 발광 도판트를 첨가하여 유기 발광 다이오드(OLED)의 특성을 개선한 전하 수송층 도핑 유기 발광 다이오드에 관한 것이다.

최근 몇 년간 유기 발광 다이오드(OLED: Organic Light-emitting Diodes)는 낮은 소비전력, 유연한(flexible) 기판에 적용 가능성, 높은 색재현 지수, 높은 대조비, 넓은 시야각 등의 다양한 장점으로 인하여 조명 산업 및 디스플레이 산업에서 각광을 받고 있다.

유기 발광 다이오드(OLED)는 소자구조의 측면에서 유기반도체 특성을 가지는 유기박막의 적층형태로 구성되는데, 유기반도체는 특성상 전자의 주입 및 이동도가 정공의 주입 및 이동도보다 현저하게 떨어지는 특성을 가지고 있다. 이러한 이유로 유기 발광 다이오드(OLED) 소자의 전체적인 밸런스를 보면 전자수송층의 전자의 주입 및 이동도의 특성에 따른 정공과 전자의 균형이 맞지 않기 때문에 누설 전류 및 유기분자내의 과도한 라디칼로 유기 발광 다이오드(OLED)의 특성이 감소하는 경향이 있다.

또한, 하기의 선행기술문헌에서는 발광층(EML)에 도판트를 도핑하여 효율을 높이거나 색좌표 특성을 원하는 방향으로 조절하는 방식으로 소자의 특성 향상이나 조절할 수 있었으나 발광 도판트 도핑을 발광층으로 제한하여 사용하는 방법이었으며, 이는 물질 특성상의 구현할 수 있는 효율 이 외에 더 이상 효율을 개선할 수 없는 문제점이 있었다.

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본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 기존의 전하 밸런스 향상 수단인 수송층 두께 조절이나 비발광 유기 물질 또는 금속의 혼합을 통한 유기 발광 다이오드(OLED) 소자 특성 향상이 아닌 발광 도판트 첨가를 통하여 발광층에서 개선할 수 없는 제한적인 효율 특성 부분들을 개선할 수 있도록 한 전하 수송층 도핑 유기 발광 다이오드를 제공함을 목적으로 한다.

또한, 조명기술 뿐만 아니라 액정표시장치(LCD)의 백라이트(backlight)를 대체할 수 있는 유기 발광 다이오드(OLED)의 효율 개선을 위한 혼합 전자수송층 구조를 제공함으로써 일반적인 단일 전자 수송층을 갖는 유기 발광 다이오드(OLED)에서의 소자 특성을 개선한 혼합된 전자 수송층을 갖는 유기 발광 다이오드(OLED)를 개발하여 높은 효율과 저전압에서의 소자구동 등 좋은 전기적, 광학적 특성을 보이는 전하 수송층 도핑 유기 발광 다이오드를 제공함을 목적으로 한다.

또한, 유기 발광 다이오드(OLED)의 여러 기능층 들 중에 전하 수송층을 발광 도판트와 혼합하여 재료 자체가 가지는 전하 이동도의 한계를 혼합된 유기재료의 전자 이동도 특성 및 발광층성의 조화로 보완하여 유기 발광 다이오드(OLED) 장치의 전자, 정공의 균형이 최적화된 전하 수송층 도핑 유기 발광 다이오드를 제공함을 목적으로 한다.

또한, 혼합 전하 수송층의 개선으로 특정 목적으로 제작되는 유기 발광 다이오드(OLED) 장치 특성 개선이 아닌 일반적인 유기 발광 다이오드(OLED) 장치의 특성 개선에 범용적으로 적용할 수 있도록 한 전하 수송층 도핑 유기 발광 다이오드를 제공함을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전하 수송층 도핑 유기 발광 다이오드의 일 측면에 따르면, 기판; 상기 기판상에 형성되는 양극층; 상기 양극층상에 형성되어 상기 양극층으로부터 들어오는 정공을 주입시키는 정공 주입층; 상기 정공 주입층에서 주입된 정공을 발광층으로 수송시키는 발광 도판트가 첨가된 정공 수송층; 상기 정공 수송층상에 형성되며 발광 도판트가 첨가된 발광층; 상기 발광층의 최상부에 형성되며 주입된 전자를 상기 발광층으로 수송시키는 발광 도판트가 첨가된 전자 수송층; 상기 전자 수송층으로 전자를 주입시키는 전자 주입층; 및 상기 전자 주입층 상측에 형성된 음극층을 포함한다.

본 발명에 의하면, 특정 목적에 따른 유기 발광 다이오드(OLED) 소자 구조 설계가 아닌 이미 발표된 기존의 유기 발광 다이오드(OLED) 구조에도 적용하여 소자 효율을 높일 수 있는 방법으로써 작은 색특성 변화와 발광 특성 개선의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 유기 발광 다이오드(OLED)의 전하 수송층에 발광 도판트를 도핑함으로써 소자 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 전하 수송층(Hole Transport Layer, Electron Transport Layer)로의 발광 도판트 도핑으로 엑시톤 형성 지역의 확대와 소자 내 전하 밸런스 향상으로 발광 특성을 개선할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 단일 발광층을 가지는 유기발광 다이오드의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 발광층에 발광 도판트를 첨가하여 발광하는 유기발광 다이오드의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 도 2에서 발광층을 포함한 전하 수송층에 발광 도판트를 첨가한 유기발광 다이오드의 구성을 개략적으로 도시한 도면.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 일반적인 단일 발광층을 가지는 유기발광 다이오드의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 발광층에 발광 도판트를 첨가하여 발광하는 유기발광 다이오드의 구성을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 3은 도 2에서 발광층을 포함한 전하 수송층에 발광 도판트를 첨가한 유기발광 다이오드의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 백색 유기발광 다이오드는 투명 전극기판(미도시됨)과, 양극층(anode)(10)과, 정공 주입층(미도시됨)과, 정공 수송층(30)과, 발광층(50)과, 전자 수송층(70)과, 전자 주입층(90)과, 음극층(cathode)(110)을 포함한다.

이하에서 설명하는 백색 유기발광 다이오드의 구성은 종래 알려진 구조와 발광층을 제외하고는 큰 차이가 없으므로, 중복 설명은 최대한 생략하고, 본 발명의 특징인 발광층의 구성을 중심으로 설명한다.

도 2에 도시된 단면도의 발광층(40)은 본 발명의 내용을 적용한 것으로써 발광층(40)에 적용하는 도판트(dopant)에 따라 발광색 및 특성을 개선하는데 사용할수 있다. 발광층(40)의 총 두께는 바람직하게는 300Å이다.

도 3에 도시된 단면도의 발광층(40)은 본 발명의 내용을 적용한 것으로써 발광층(40)과 정공 수송층(20) 및 전자 수송층(60)에 일정 두께까지 도판트를 첨가한 청색 유기발광 소자 구조이며, 발광층(40)의 두께는 바람직하게는 300Å이며, 수송층에 도판트가 도핑되는 두께는 바람직하게 100Å이다.

이와 같이, 본 발명에 의한 발광층(40)은 정공 수송층(Hole Transfer Layer)(20)과, 전자 수송층(Electron Transfer Layer)(60)의 사이에 위치하게 된다. 이러한 발광층(40)은 바람직하게는 300Å의 두께로 적색, 황색, 청색 또는 백색 발광영역으로 구성되며, 각 수송층은 주로 유기 물질로 구성된다. 정공 수송층(20)은 정공을 양극층(Anode)(10)에서 발광층(40)으로 전달하며, 전자 수송층(60)은 전자를 음극층(Cathode)(110)에서 발광층(40)으로 전달한다.

보다 구체적으로 본 발명의 내용을 적용한 백색 유기발광소자(WOLED)의 발광층은 각 발광영역을 구성시에 동일한 호스트(host) 물질을 사용하고 서로 다른 도판트(dopant)를 이용하여 제작함으로써 각각의 발광 영역간의 에너지 전이를 좀 더 수월하게 하여 제작될 수 있으며, 각 발광영역의 호스트(host) 물질을 다르게 사용함으로써 각 호스트(host) 물질간에 상호 보완적인 역할을 하게 유도하여 제작될 수 있다.

즉, 본 발명의 단일 발광층 유기발광 다이오드는 발광층의 발광영역의 호스트(host)를 조절함으로써 발광영역간의 에너지 전이를 수월하게 하거나, 다른 특성의 호스트(host)를 사용함으로써 각 발광영역간의 상호 보완적인 역할을 한다.

또한, 본 발명의 단일 발광층 유기발광 다이오드는 발광층과 발광 도판트가 첨가된 전자 수송층 간에는 전자와 정공의 재결합 영역을 발광층으로 제한하는 정공 방지층을 더 포함할 수 있으며, 전자 수송층 및 정공 방지층 기능을 하는 물질을 이용하여 제작될 수 있다.

임의의 정공 주입층(Hole Injection Layer)은 정공이 양극(Anode)으로부터 정공 수송층(20)으로 주입되는 것을 용이하게 한다. 이와 마찬가지로 전자 주입층(Electron Injection Layer)(90)은 전자가 음극(Cathode)로부터 전자 주입층(90)으로 주입되는 것을 용이하게 한다. 그 결과 발광층(40)으로의 정공 및 전자의 이동이 좀 더 원활하게 이루어지게 되어 전자-정공 재결합 및 그 결과인 발광층(40)의 각 색영역에서의 발광이 발생되게 된다.

본 발명에 의한 백색 유기발광 다이오드는 기판과 상기 기판상에 음극 및 양극을 포함하는 전자, 정공 주입 및 이동층 등의 기능층 및 전자, 정공을 주입받아 빛을 생성하는 발광층을 포함한다. 발광층은 단일층으로 구성되어 있으며 발광층을 구성하고 있는 각 층이 서로 다른 특성을 갖는다. 해당 전하 수송층은 발광 도판트를 첨가하여 전하 균형을 맞추거나 발광 현상을 끌어올림으로써 효율 향상을 갖고 발광층, 수송층 및 그 이외의 기능층을 공유하는 구조를 가진다.

보다 구체적으로 본 발명의 유기발광 다이오드는 기판과, 기판상에 형성되는 양극층(10)과, 양극층(10)상에 형성되어 양극층(10)으로부터 들어오는 정공을 주입시키는 정공 주입층(미도시됨)과, 정공 주입층에서 주입된 정공을 발광층으로 수송시키는 발광 도판트가 첨가된 정공 수송층(20)과, 정공 수송층(20)상에 형성되며 발광 도판트가 첨가된 발광층(40)과, 발광층(40)의 최상부에 형성되며 주입된 전자를 발광층(40)으로 수송시키는 발광 도판트가 첨가된 전자 수송(60)층과, 전자 수송층(60)으로 전자를 주입시키는 전자 주입층(90) 및 전자 주입층(90) 상측에 형성된 음극층(110)을 포함한다.

이와 같이 본 발명에서는 최적화된 발광층 구조에서 전하 수송층에 발광층에서 사용된 도판트를 첨가하여 발광 특성을 높이며 전류밀도와 효율을 향상시킨다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10: 양극층
20 : 정공 수송층
40 : 발광층
60 : 전자 수송층
90 : 전자 주입층
110 : 음극층

Claims

전하 수송층 도핑 유기 발광 다이오드로서,
기판;
상기 기판상에 형성되는 양극층;
상기 양극층상에 형성되어 상기 양극층으로부터 들어오는 정공을 주입시키는 정공 주입층;
상기 정공 주입층에서 주입된 정공을 발광층으로 수송시키는 발광 도판트가 첨가된 정공 수송층;
상기 정공 수송층상에 형성되며 발광 도판트가 첨가된 발광층;
상기 발광층의 최상부에 형성되며 주입된 전자를 상기 발광층으로 수송시키는 발광 도판트가 첨가된 전자 수송층;
상기 전자 수송층으로 전자를 주입시키는 전자 주입층; 및
상기 전자 주입층 상측에 형성된 음극층을 포함하고,
상기 발광층은 300Å의 두께로 적색, 황색, 청색 또는 백색 발광영역으로 구성되며, 상기 발광층은 상기 발광층의 발광영역의 호스트(host)를 조절함으로써 발광영역간의 에너지 전이를 수월하게 하거나, 다른 특성의 호스트(host)를 사용함으로써 각 발광영역간의 상호 보완적인 역할을 하고, 상기 정공 수송층과 상기 전자 수송층은 상기 발광 도판트가 첨가되어 전하 균형을 맞추거나 발광 현상을 끌어올려 효율이 향상되는 전하 수송층 도핑 유기 발광 다이오드.
청구항 1에 있어서,
상기 발광층과 상기 발광 도판트가 첨가된 전자 수송층간에는 전자와 정공의 재결합 영역을 상기 발광층으로 제한하는 정공 방지층이 더 포함되는
것을 특징으로 하는 전하 수송층 도핑 유기 발광 다이오드.
청구항 2에 있어서,
상기 전하 수송층 도핑 유기 발광 다이오드는 상기 전자 수송층 및 상기 정공 방지층 기능을 하는 물질을 이용하여 제작된
것을 특징으로 하는 전하 수송층 도핑 유기 발광 다이오드.
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