KR101739131B1 - 유기전계발광소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 유기전계발광소자는 애노드 전극, 상기 애노드 전극 상에 위치하는 발광층, 상기 발광층 상에 위치하는 전자수송층, 상기 전자수송층 상에 위치하며, 정공수송물질과 무기물을 포함하는 전자주입층 및 상기 전자주입층 상에 위치하는 캐소드 전극을 포함할 수 있다.

Description

유기전계발광소자{Organic Light Emitting Diode Device}
본 발명은 유기전계발광소자에 관한 것으로, 보다 자세하게는 정공수송물질과 무기물이 혼합된 전자주입층을 포함하는 유기전계발광소자에 관한 것이다.
최근, 평판표시장치(FPD: Flat Panel Display)는 멀티미디어의 발달과 함께 그 중요성이 증대되고 있다. 이에 부응하여 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display: LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel: PDP), 전계방출표시장치(Field Emission Display: FED), 유기전계발광소자(Organic Light Emitting Device) 등과 같은 여러 가지의 평면형 디스플레이가 실용화되고 있다.
특히, 유기전계발광소자는 응답속도가 1ms 이하로서 고속의 응답속도를 가지며, 소비 전력이 낮고 자체 발광이다. 또한, 시야각에 문제가 없어서 장치의 크기에 상관없이 동화상 표시 매체로서 장점이 있다. 또한, 저온 제작이 가능하고, 기존의 반도체 공정 기술을 바탕으로 제조 공정이 간단하므로 향후 차세대 평판 표시 장치로 주목받고 있다.
유기전계발광소자는 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 발광층을 포함하고 있어 애노드 전극으로부터 공급받는 정공과 캐소드 전극으로부터 받은 전자가 발광층 내에서 결합하여 정공-전자쌍인 여기자(exciton)를 형성하고 다시 여기자가 바닥상태로 돌아오면서 발생하는 에너지에 의해 발광하게 된다.
애노드 전극과 캐소드 전극 사이에는 발광층으로의 전자와 정공의 주입과 이동을 돕도록 정공주입층, 정공수송층, 전자수송층 및 전자주입층을 포함할 수 있다.
이 중, 정공주입층, 정공수송층 및 전자수송층은 유기물로 이루어지고 전자주입층은 무기물로 이루어지게 되는데, 무기물과 유기물의 계면에서 열화가 발생하여 유기전계발광소자의 발광효율이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 전자수송층과 전자주입층의 계면에서 열화가 발생하는 것을 방지할 수 있는 유기전계발광소자를 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기전계발광소자는 애노드 전극, 상기 애노드 전극 상에 위치하는 발광층, 상기 발광층 상에 위치하는 전자수송층, 상기 전자수송층 상에 위치하며, 정공수송물질과 무기물을 포함하는 전자주입층 및 상기 전자주입층 상에 위치하는 캐소드 전극을 포함할 수 있다.
상기 애노드 전극과 상기 발광층 사이에 위치하는 정공주입층 및 정공수송층을 더 포함할 수 있다.
상기 전자주입층은 정공수송물질과 무기물의 혼합비가 1:1 내지 5:1일 수 있다.
상기 전자주입층의 두께는 10 내지 30Å일 수 있다.
상기 전자주입층의 무기물은 금속할라이드 화합물일 수 있다.
상기 금속할라이드 화합물은 무기물은 MgF2, LiF, NaF, KF, RbF, CsF, FrF 및 CaF2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 정공수송물질은 NPD, TPD, s-TAD 및 MTDATA로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 유기전계발광소자는 정공수송물질과 무기물의 혼합으로 이루어진 전자주입층을 형성함으로써, 전자주입층과 전자수송층 사이의 계면 특성을 향상시켜 유기전계발광소자의 수명을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기전계발광소자를 나타낸 도면.
도 2는 유기전계발광소자의 발광강도에 따른 수명을 나타낸 도면.
도 3은 유기전계발광소자의 전압변화량에 따른 수명을 나타낸 도면.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예들을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기전계발광소자를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기전계발광소자(100)는 기판(110), 애노드 전극(120), 정공주입층(130), 정공수송층(140), 발광층(150), 전자수송층(160), 전자주입층(170) 및 캐소드 전극(180)을 포함할 수 있다.
상기 기판(110)은 유리, 플라스틱 또는 금속으로 이루어질 수 있으며, 반도체층, 게이트 전극, 소오스 전극 및 드레인 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 애노드 전극(120)은 투명한 전극 또는 반사 전극일 수 있다. 애노드 전극(120)이 투명한 전극인 경우에 애노드 전극(120)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 또는 ZnO(Zinc Oxide) 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 애노드 전극(120)이 반사 전극일 경우에 애노드 전극(120)은 ITO, IZO 또는 ZnO 중 어느 하나로 이루어진 층 하부에 알루미늄(Al), 은(Ag) 또는 니켈(Ni) 중 어느 하나로 이루어진 반사층을 더 포함할 수 있고, 이와 더불어, ITO, IZO 또는 ZnO 중 어느 하나로 이루어진 두 개의 층 사이에 상기 반사층을 포함할 수 있다.
애노드 전극(120)은 스퍼터링법(Sputtering), 증발법(Evaporation), 기상증착법(Vapor Phase Deposition) 또는 전자빔증착법(Electron Beam Deposition)을 사용하여 형성할 수 있다.
상기 정공주입층(130)은 애노드 전극(120)으로부터 발광층(150)으로 정공의 주입을 원활하게 하는 역할을 할 수 있으며, CuPc(cupper phthalocyanine), PEDOT(poly(3,4)-ethylenedioxythiophene), PANI(polyaniline) 및 NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenyl benzidine)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
정공주입층(130)은 증발법 또는 스핀코팅법을 이용하여 형성할 수 있으며, 정공주입층(130)의 두께는 1 내지 150nm일 수 있다.
상기 정공수송층(140)은 정공의 수송을 원활하게 하는 역할을 하며, NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenyl benzidine), TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine), s-TAD 및 MTDATA(4,4',4"-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
정공수송층(140)은 증발법 또는 스핀코팅법을 이용하여 형성할 수 있으며, 정공수송층(140)의 두께는 5 내지 150nm일 수 있다.
상기 발광층(150)은 적색, 녹색 및 청색을 발광하는 물질로 이루어질 수 있으며, 인광 또는 형광물질을 이용하여 형성할 수 있다.
발광층(150)이 적색인 경우, CBP(carbazole biphenyl) 또는 mCP(1,3-bis(carbazol-9-yl)를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, PIQIr(acac)(bis(1-phenylisoquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(acac)(bis(1-phenylquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(tris(1-phenylquinoline)iridium) 및 PtOEP(octaethylporphyrin platinum)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 도펀트를 포함하는 인광물질로 이루어질 수 있고, 이와는 달리 PBD:Eu(DBM)3(Phen) 또는 Perylene을 포함하는 형광물질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
발광층(150)이 녹색인 경우, CBP 또는 mCP를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, Ir(ppy)3(fac tris(2-phenylpyridine)iridium)을 포함하는 도펀트 물질을 포함하는 인광물질로 이루어질 수 있고, 이와는 달리, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum)을 포함하는 형광물질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
발광층(150)이 청색인 경우, CBP 또는 mCP를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, (4,6-F2ppy)2Irpic을 포함하는 도펀트 물질을 포함하는 인광물질로 이루어질 수 있고, 이와는 달리, spiro-DPVBi, spiro-6P, 디스틸벤젠(DSB), 디스트릴아릴렌(DSA), PFO계 고분자 및 PPV계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 형광물질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 전자수송층(160)은 전자의 수송을 원활하게 하는 역할을 하며, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), PBD, TAZ, spiro-PBD, BAlq 및 SAlq로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
전자수송층(160)은 증발법 또는 스핀코팅법을 이용하여 형성할 수 있으며, 전자수송층(160)의 두께는 1 내지 50nm일 수 있다.
또한, 전자수송층(160)은 애노드 전극(120)으로부터 주입된 정공이 발광층(150)을 통과하여 캐소드 전극(180)으로 이동하는 것을 방지하는 역할도 할 수 있다. 즉, 정공저지층의 역할을 하여 발광층(150)에서 정공과 전자의 결합을 효율적이게 하는 역할을 하게 된다.
한편, 본 발명의 전자주입층(170)은 전자의 주입을 원활하게 하는 역할을 하며, 정공수송물질과 무기물의 혼합으로 이루어질 수 있다.
여기서, 정공수송물질은 정공을 수송하는 특성을 가진 물질일 수 있으며, 정공수송층(140)의 재료들로 이루어질 수 있다. 정공수송물질은 예를 들어, NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenyl benzidine), TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine), s-TAD 및 MTDATA(4,4',4"-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 무기물은 금속할라이드 화합물일 수 있으며, 예를 들어 MgF2, LiF, NaF, KF, RbF, CsF, FrF 및 CaF2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
여기서, 정공수송물질은 무기물인 전자주입층(170) 내에서 유기물인 전자수송층과의 계면 특성을 향상시키는 역할을 하며, 무기물은 본래의 전자주입층(170)의 역할을 할 수 있다.
상기 전자주입층(170)은 정공수송물질과 무기물의 공증착법으로 형성할 수 있다. 이때, 정공수송물질과 무기물의 혼합비는 1:1 내지 5:1일 수 있다. 여기서, 정공수송물질과 무기물의 혼합비는 1:1 이상이면, 전자주입층(170)과 전자수송층(160) 사이의 계면 특성을 향상시켜 소자의 열화를 방지할 수 있고, 정공수송물질과 무기물의 혼합비는 5:1 이하이면, 소자의 발광효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 전자주입층(170)은 10 내지 30Å의 두께로 이루어질 수 있다. 여기서, 전자주입층(170)의 두께가 10Å 이상이면, 전자주입층(170)과 전자수송층(160) 사이의 계면 특성을 향상시켜 소자의 열화를 방지할 수 있고, 전자주입층(170)의 두께가 30Å 이하이면, 소자의 발광효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
상기 캐소드 전극(180)은 일함수가 낮은 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 알루미늄(Al), 은(Ag) 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 여기서, 캐소드 전극(180)은 유기전계발광소자가 전면 또는 양면발광구조일 경우, 빛을 투과할 수 있을 정도로 얇은 두께로 형성할 수 있으며, 유기전계발광소자가 배면발광구조일 경우, 빛을 반사시킬 수 있을 정도로 두껍게 형성할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기전계발광소자는 정공수송물질과 무기물의 혼합으로 이루어진 전자주입층을 형성함으로써, 전자주입층과 전자수송층 사이의 계면 특성을 향상시켜 유기전계발광소자의 수명을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
이하, 본 발명의 전자주입층을 포함하는 유기전계발광소자에 관하여 하기 실시예에서 상술하기로 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
유리 기판 상에 발광 면적이 3mm×3mm 크기가 되도록 패터닝한 후 세정하였다. 기판 상에 애노드 전극인 ITO를 500Å의 두께로 성막하고, 정공주입층인 CuPc를 1000Å의 두께로 성막하고, 정공수송층인 NPD를 1000Å의 두께로 성막하고, 청색 발광층으로 호스트인 CBP와 도펀트인 (4,6-F2ppy)2Irpic을(도펀트의 도핑 농도 2 중량부) 300Å의 두께로 성막하였다. 그 다음 전자수송층인 spiro-PBD를 200Å의 두께로 성막하고, LiF와 NPD를 공증착하여 10Å의 두께로 전자주입층을 형성하고, 캐소드 전극인 Al을 1000Å의 두께로 성막하여 유기전계발광소자를 제작하였다.
비교예
전자주입층을 LiF로만 형성한 것을 제외하고, 전술한 실시예와 동일한 공정 조건 하에 유기전계발광소자를 제작하였다.
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 유기전계발광소자의 구동전압, 발광효율 및 색좌표를 측정하여 하기 표 1에 나타내었고, 발광강도에 따른 수명을 측정하여 도 2에 나타내었으며, 전압변화량에 따른 수명을 측정하여 도 3에 나타내었다.

구동전압(V)
 발광효율 색좌표
cd/A lm/W CIE_x CIE_y
비교예 3.6 6.6 5.7 0.149 0.081
실시예 3.6 6.8 5.9 0.147 0.084
표 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 유기전계발광소자는 비교예에 비해 발광효율이 다소 상승되며, 동등 색좌표 수준을 나타내는 것을 알 수 있다.
그리고, 유기전계발광소자의 수명을 측정한 도 2 및 도 3을 살펴보면, 비교예에 비해 실시예에 따른 유기전계발광소자의 수명이 향상된 것을 알 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기전계발광소자는 정공수송물질과 무기물의 혼합으로 이루어진 전자주입층을 형성함으로써, 전자주입층과 전자수송층 사이의 계면 특성을 향상시켜 유기전계발광소자의 수명을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
따라서, 수명 특성이 향상되고 이에 따라 신뢰성이 우수한 유기전계발광소자를 제공할 수 있는 이점이 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (7)

  1. 애노드 전극;
    상기 애노드 전극 상에 위치하는 발광층;
    상기 발광층 상에 위치하는 전자수송층;
    상기 전자수송층 상에 위치하며, 정공수송물질과 무기물을 포함하는 전자주입층; 및
    상기 전자주입층 상에 위치하는 캐소드 전극을 포함하며,
    상기 정공수송물질은 NPD, TPD, s-TAD 및 MTDATA로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상이고,
    상기 전자주입층은 상기 정공수송물질과 상기 무기물의 혼합비가 1:1 내지 5:1인 유기전계발광소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 애노드 전극과 상기 발광층 사이에 위치하는 정공주입층 및 정공수송층을 더 포함하는 유기전계발광소자.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전자주입층의 두께는 10 내지 30Å인 유기전계발광소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 전자주입층의 무기물은 금속할라이드 화합물인 유기전계발광소자.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 금속할라이드 화합물은 무기물은 MgF2, LiF, NaF, KF, RbF, CsF, FrF 및 CaF2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 유기전계발광소자.
  7. 삭제
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