KR101857293B1 - 유기발광다이오드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기발광다이오드를 개시한다. 개시된 본 발명의 유기발광다이오드는, 제1 전극과 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 제 2 전극 사이에 정공주입층, 제1정공수송층, 제2정공수송층, 발광층 및 전자수송층을 포함하는 유기발광층을 구비한 유기발광다이오드에 있어서, 상기 발광층은 두 개의 발광재료가 혼합되어 형성되고, 상기 제1정공수송층은 상기 발광층에 존재하는 캐리어들과 엑시톤들의 전이를 방지하기 위한 높은 T1 전압 레벨을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유기발광다이오드는, 높은 T1 전압 레벨을 갖는 재료를 이용하여 정공수송층을 형성함으로써, 발광층에 존재하는 캐리어(전자, 정공)들과 엑시톤들이 주변층으로 전이되는 것을 방지하여 광효율을 개선한 효과가 있다.

Description

유기발광다이오드{Organic light emitting diode}

본 발명은 유기발광다이오드에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 높은 T1 전압 레벨을 갖는 정공수송층을 형성하여 광효율을 개선한 인광 유기발광다이오드에 관한 것이다.

유기발광다이오드(OLED, organic light emitting diode)는 자발광형 디스플레이로 활용되며, 차세대 친환경, 고효율 조명으로 주목받고 있다. OLED 광원은 지금까지의 광원에 비하여 점광원, 선광원, 면광원의 다양한 형태로 제작이 가능하여 디자인 자유도가 높다. 또한, 발열이 적으며, 다양한 색상을 구현할 수 있고, 디밍이 가능하여 에너지 절감효과가 있다. 이와 같은 잠재적 가능성 때문에 선진국 및 조명 선진회사는 원천기술 확보에 주력하고 있다. OLED는 양극(ITO)과 음극(cathode) 사이에 기능성 박막 형태의 유기물 반도체층이 삽입되어 있는 구조로 양극에서 정공이 주입되며, 음극에서 전자가 주입되어 유기발광층에서 정공과 전자가 결합함으로써 빛이 발생되는 발광소자이다.

도 1은 종래 기술에 따른 유기발광다이오드의 구조를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 일반적으로 유기발광다이오드(OLED)는 제1 전극(10)과 제2 전극(70)을 사이에 두고 유기발광층이 포함된 구조로 형성된다.

상기 유기발광층은 정공주입층(HIL:20), 제1 정공수송층(HTL1: 30), 제2 정공수송층(HTL2: 40), 발광층(EML: 50) 및 전자수송층(ETL: 60)을 포함한다. 상기 전자수송층(ETL:60)에는 전자주입층을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 정공수송층들(30, 40)에는 정공블럭층을 더 포함할 수 있다.

기본적으로 유기발광다이오드는 음극에서 전자, 양극에서 정공이 각각의 수송층의 도움으로 발광층(50)으로 이동하며, 이곳에서 만난 전자와 정공이 결합하여 엑시톤(exciton)을 생성하고, 이러한 엑시톤들이 여기 상태에서 기저상태로 전이하면서 빛을 발생시키는 구조를 취하고 있다. 따라서, 상기 제 1 전극(10)은 양극으로 사용될 수 있고, 제 2 전극(70)은 음극으로 사용될 수 있다. 상기 제 1 전극(10)은 ITO 또는 IZO와 같은 투명성 도전물질로 형성할 수 있고, 제 2 전극(70)은 알루미늄(Al)과 같은 불투명 금속으로 형성할 수 있다.

상기 발광층(50)을 구성하고 있는 유기물에 따라 발광되는 색이 달라지므로, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)을 내는 각각의 유기물질을 이용하여 풀컬러(Full color)를 구현하고 있다.

도 2는 종래 기술에 따른 유기발광다이오드의 유기발광층 영역의 에너지 밴드 갭 구조를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 상기 도 1과 같은 인광 유기발광다이오드(OLED)는 저전압 구동과 고효율 특성을 구현하기 위해 전하 이동도가 우수한 정공수송층을 이중층으로 형성한다.

또한, 전자수송층(ETL)으로부터 발광층(EML)으로 이동한 전자들과 제1 및 제 2 정공수송층들(HTL1, HTL2)로부터 발광층(EML)으로 이동한 정공들이 재결합하여 생성된 엑시톤(Exciton)들이 발광층(EML) 내에만 존재할 수 있도록 두 개의 서로 다른 발광재료를 혼합하여 발광층(EML)을 형성한다.

또한, 도면에 도시된 바와 같이, 제 1 정공수송층(HTL1)은 TPD, NPD, m-MTDATA, 2-TNATA, Spiro-TAD, TCTA와 같은 저분자재료로 형성되는데, 에너지 밴드 갭이 2.67eV~2.8eV, T1 전압 레벨이 2.25eV 이하의 값을 갖는다.

T1 전압 레벨은 일반적으로 인광재료로 제조되는 발광층(EML)에 나타나는 전압 레벨인데, 일반적으로 1중항 발광재료는 형광재료라고도 불리며, 전자와 정공이 결합된 여기 상태에서 기저상태로 돌아가며 광을 생성하는 특성이 있다.

하지만, 인광재료를 사용한 발광층(EML)은 3중항 상태(Triplet state)의 전압 레벨을 갖는데, 이 전압 레벨은 기저상태와 여기 상태의 사이에 위치하여 여기 상태에서 곧바로 기저상태로 가지 않고, 3중항 상태의 전압레벨(T1)을 거쳐 기저 상태로 돌아가기 때문에 광효율이 우수하다.

하지만, 종래 인광 발광다이오드가 광효율 개선을 위해 두 개의 발광재료를 혼합하여 사용하였으나, 제1 정공수송층(HTL1)에 사용되는 물질은 종래와 동일한 물질을 사용하였다. 종래 사용되는 재료로 제조된 제1 정공수송층(HTL1)의 T1 전압 레벨은 2.25eV 이하의 값을 갖기 때문에 발광층(EML)에서 결합한 엑시톤, 전자 또는 정공들이 제2 정공수송층(HTL2)의 에너지 밴드와 제1 정공수송층(HTL1)의 낮은 T1 전압 레벨로 인하여 인접한 수송층들로 전이되어 발광효율이 저하되는 문제가 발생한다.

즉, 종래와 같이 낮은 T1 전압 레벨을 갖는 정공수송층을 그대로 사용할 경우, 발광층의 캐리어(전자, 정공)와 엑시톤들이 발광층을 이탈하여 주변층들로 전이되는 문제가 발생한다.

본 발명은, 높은 T1 전압 레벨을 갖는 재료를 이용하여 정공수송층을 형성함으로써, 발광층에 존재하는 캐리어(전자, 정공)들과 엑시톤들이 주변층으로 전이되는 것을 방지하여 광효율을 개선한 유기발광다이오드를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 종래 기술의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 유기발광다이오드는, 제1 전극과 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 제 2 전극 사이에 정공주입층, 제1정공수송층, 제2정공수송층, 발광층 및 전자수송층을 포함하는 유기발광층을 구비한 유기발광다이오드에 있어서, 상기 발광층은 두 개의 발광재료가 혼합되어 형성되고, 상기 제1정공수송층은 상기 발광층에 존재하는 캐리어들과 엑시톤들의 전이를 방지하기 위한 높은 T1 전압 레벨을 갖는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제1정공수송층은 방향족계의 치환 또는 비치환의 융합 고리를 포함하고, 하나 이상의 헤테로 원자(Hetero atom) 을 포함하는 물질로 형성되고, 상기 헤테로 원자(Hetero atom)는 N, S, O 중 어느 하나로 이루어지며, 상기 제1정공수송층의 물질을 이루는 성분의 분자량은 350 ~ 700인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 정공수송층의 T1 전압 레벨은 2.82eV~3.2eV이고, 상기 제1정공수송층의 정공 이동도는 4.4×10^-5 [m²/Vs] 이상이고, 전자 이동도는 1×10^-7 [m²/Vs]이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 유기발광다이오드는, 높은 T1 전압 레벨을 갖는 재료를 이용하여 정공수송층을 형성함으로써, 발광층에 존재하는 캐리어(전자, 정공)들과 엑시톤들이 주변층으로 전이되는 것을 방지하여 광효율을 개선한 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 유기발광다이오드의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 유기발광다이오드의 유기발광층 영역의 에너지 밴드 갭 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 유기발광다이오드의 유기발광층 영역의 에너지 밴드 갭 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 종래 제1 정공수송층과 본 발명의 제1 정공수송층의 T1 전압 레벨을 비교한 도면이다.
도 5 내지 도 8은 종래 유기발광다이오드와 본 발명의 유기발광다이오드의 특성을 비교한 그래프들이다.

이하, 본 발명의 실시예들은 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 구체적으로 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 유기발광다이오드의 유기발광층 영역의 에너지 밴드 갭 구조를 도시한 도면이고, 도 4는 종래 제1 정공수송층과 본 발명의 제1 정공수송층의 T1 전압 레벨을 비교한 도면이다.

기본적인 구조는 도 1에서 설명한 유기발광다이오드의 구조와 동일하므로, 설명하지 않은 부분은 도 1을 적용한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 인광 유기발광다이오드의 유기발광층은, 발광층(EML)을 중심으로 양측에 전자수송층(ETL), 제1 정공수송층(HTL1) 및 제 2 정공수송층(HTL2)을 포함한다.

본 발명에서는 제 1 정공수송층(HTL1)을 종래 사용하던 재료를 사용하지 않고, 방향족계의 치환 또는 비치환의 융합 고리를 포함하는 구조로써 하나 이상의 헤테로 원자(Hetero atom)를 포함하고, 상기 헤테로 원자(Hetero atom)는 N, S, O 중 어느 하나로 이루어진 물질(재료)을 사용한다.

또한, 제 1 정공수송층(HTL1)에 사용되는 재료의 분자량은 350 ~ 700 사이일 수 있다.

상기와 같은 재료를 사용하여 제조된 본 발명의 제1 정공수송층(HTL1)은 Homo level이 -5,27eV 이하의 값을 갖고, T1 전압 레벨이 2.82eV 이상의 값을 갖는다. 바람직하게는 T1 전압 레벨은 2.82eV~3.2eV일 수 있다. 또한, 본 발명의 제 1 정공수송층(HTL1)의 에너지 밴드 갭은 3.0eV~3.2eV일 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 정공수송층(HTL1)의 정공 이동도는 4.4×10^-5 [m²/Vs]이상이고, 전자 이동도는 1×10^-7 [m²/Vs]이하의 값을 갖는다.

상기 본 발명의 전자수송층(ETL)은 PBD, TAZ, Alq3, BAlq, TPBI, Bepp2와 같은 저분자재료를 사용하여 형성할 수 있다. 그 중 Bepp2와 같이 전자 수송층이 빠른 물질이 적용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 발광층(EML)은 적어도 서로 다른 두 개 이상의 발광재료를 혼합하여 형성할 수 있고, 각각의 발광재료는 전자 이동도 또는 정공 이동도가 빠른 재료를 선택한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 종래 제1 정공수송층(HTL1)의 T1과 본 발명의 제 1 정공수송층(HTL1)의 T1을 비교하면, 본 발명의 제 1 정공수송층(HTL1)의 T1 전압 레벨이 더 높은 것을 볼 수 있다.

종래 일반적으로 사용되어온 TPD, NPD, m-MTDATA, 2-TNATA, Spiro-TAD, TCTA와 같은 저분자재료를 사용하면, T1 전압 레벨이 2.8eV 이하의 값을 갖는다. 하지만, 위에서 설명한 방향족계의 치환 또는 비치환 융합 고리를 포함하는 재료를 사용하면 제1 정공수송층(HTL1)의 T1 전압 레벨이 2.8eV 이상의 값을 갖게 된다(2.8eV~3.2eV).

이와 같이, 본 발명의 유기발광층에 형성되는 제1 정공수송층(HTL1)의 T1 전압 레벨이 높아지면, 발광층(EML)에 존재하는 캐리어들(전자 및 정공)과 엑시톤(Exciton)들이 높은 T1 전압 레벨로 인하여 용이하게 전이되지 않기 때문에 발광 효율이 개선된다.

즉, 종래 기술에서는 광효율 향상을 위해 두 개의 발광물질들을 혼합하여 발광층을 형성하였으나, 정공수송층들은 종래와 같이 낮은 T1 전압 레벨을 가지고 있어, 발광층에만 존재해야할 캐리어들과 엑시톤들이 주위층으로 전이되어 광효율이 저하되는 문제가 있었다.

하지만, 본 발명에서는 이와 같은 문제를 개선하기 위해 정공수송층을 위에서 언급한 높은 T1 전압 레벨을 갖는 재료로 형성함으로써, 발광층에 존재하는 캐리어들과 엑시톤들이 주위층으로 전이되는 것을 방지하였다. 이로 인하여 발광층에서의 광효율을 개선하였다.

도 5 내지 도 8은 종래 유기발광다이오드와 본 발명의 유기발광다이오드의 특성을 비교한 그래프들이다.

도 5 내지 도 8 및 표 1을 함께 참고하면, 종래 제1 정공수송층(HTL1)의 EQE(External Quantum Efficiency)는 22.8%를 나타내지만, 본 발명의 제 1 정공수송층(HTL1)의 EQE는 24.2%를 나타내는 것을 볼 수 있다.(도 5)

즉, 에너지 밴드가 높은 정공수송층에서 더 높은 EQE 특성을 갖는 것을 볼 수 있어, 캐리어의 수가 증가됨을 알 수 있다.

또한, 종래 제1 정공수송층(HTL1)의 T1 전압 레벨과 본 발명의 제1 정공수송층(HTL1)의 T1 전압 레벨은 본 발명의 설명에서도 언급하였듯이, 본 발명의 제1 정공수송층의 T1 전압 레벨이 높다. T1 전압 레벨 역시 EQE 값에 영향을 주어, 본 발명의 제1 정공수송층(HTL1)에서 더 많은 캐리어가 발생됨을 알 수 있다.(도 6)

종래 제1 정공수송층(HTL1)을 적용할 경우, 유기발광다이오드에서 발생되는 광의 밝기는 78.0[Cd/A] 값을 갖지만, 본 발명의 제1 정공수송층(HTL1)을 적용할 경우, 유기발광다이오드에서 발생되는 광의 밝기는 83.2[Cd/A] 값으로 종래보다 훨씬 밝은 휘도를 나타냄을 볼 수 있다.

이것은 도 7 및 도 8에서도 나타나는데, 종래 기술에 따른 제1 정공수송층(HTL1)을 적용할 때보다, 본 발명의 제1 정공수송층(HTL1)을 적용할 때가 광량과 휘도가 더 개선되고 있음을 볼 수 있다.

본 발명에 따른 유기발광다이오드는, 높은 T1 전압 레벨을 갖는 재료를 이용하여 정공수송층을 형성함으로써, 발광층에 존재하는 캐리어(전자, 정공)들과 엑시톤들이 주변층으로 전이되는 것을 방지하여 광효율을 개선한 효과가 있다.

10: 제1 전극 20: 정공주입층
30: 제1 정공수송층 40: 제2 정공수송층
50: 발광층 60: 전자수송층
70: 제2 전극

Claims (6)

1. 제1 전극과 제2 전극; 및
   상기 제1 전극과 제 2 전극 사이에 정공주입층, 제1정공수송층, 제2정공수송층, 발광층 및 전자수송층을 포함하는 유기발광층을 구비한 유기발광다이오드에 있어서,
   상기 발광층은 두 개의 발광재료가 혼합되어 형성되고, 상기 제1정공수송층은 상기 발광층에 존재하는 캐리어들과 엑시톤들의 전이를 방지하기 위하여 2.82eV 이상의 T1 전압 레벨을 갖고,
   상기 제1정공수송층은 방향족계의 치환 또는 비치환의 융합 고리를 포함하고, 하나 이상의 헤테로 원자(Hetero atom)를 포함하는 물질로 형성되고, 상기 헤테로 원자(Hetero atom)는 N, S, O 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 제1정공수송층의 물질을 이루는 성분의 분자량은 350 ~ 700인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 제1정공수송층의 T1 전압 레벨은 2.82eV~3.2eV인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 제1정공수송층의 정공 이동도는 4.4×10^-5 [m²/Vs] 이상이고, 전자 이동도는 1×10^-7 [m²/Vs]이하인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
   

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