KR102039452B1 - 에너지 장벽을 이용한 다중 도핑 고연색 단일 발광층의 백색 유기 발광 다이오드 - Google Patents

에너지 장벽을 이용한 다중 도핑 고연색 단일 발광층의 백색 유기 발광 다이오드 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에너지 장벽을 이용한 다중 도핑 고연색 단일 발광층의 백색 유기 발광 다이오드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단일의 발광층의 호스트에 중앙을 수직으로 구획하는 에너지 장벽 인터페이스층이 구비되며, 상기 에너지 장벽 인터페이스층을 기준으로 좌우로 다수의 도펀트를 형성함으로써, 단일 발광층 내의 얇은 인터페이스 층을 이용해 서로 다른 도펀트에게 포톤 에너지를 골고루 분배시켜 고연색 지수 값을 구현할 수 있는 에너지 장벽을 이용한 다중 도핑 고연색 단일 발광층의 백색 유기 발광 다이오드에 관한 것이다.

Description

에너지 장벽을 이용한 다중 도핑 고연색 단일 발광층의 백색 유기 발광 다이오드{White Organic Light-Emitting Diodes}
본 발명은 에너지 장벽을 이용한 다중 도핑 고연색 단일 발광층의 백색 유기 발광 다이오드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단일의 발광층의 호스트에 중앙을 수직으로 구획하는 에너지 장벽 인터페이스층이 구비되며, 상기 에너지 장벽 인터페이스층을 기준으로 좌우로 다수의 도펀트를 형성함으로써, 단일 발광층 내의 얇은 인터페이스 층을 이용해 서로 다른 도펀트에게 포톤 에너지를 골고루 분배시켜 고연색 지수 값을 구현할 수 있는 에너지 장벽을 이용한 다중 도핑 고연색 단일 발광층의 백색 유기 발광 다이오드에 관한 것이다.
유기발광 다이오드에 사용되는 유기 발광재료들은 기본적으로 반치폭이 좁아 (평균 75 nm) 가시광선 대략 400 nm (380-780 nm) 되는 파장대역을 모두 덮기 위해서는 보다 많은 유기 발광재료들이 필요로 된다.
일반적으로, 여러 유기 발광재료들을 사용하기 위해서 적용될 수 있는 구조는 단일 발광층과 다중 발광층 두 가지의 구조로 나누어진다.
상기 단일 발광층에 서로 다른 에미터들이 다중 도핑이 될 경우, 포톤 에너지를 단일 발광층 구조에서 골고루 여러 에미터들에게 분배시키는 것은 어려운 점이 있어 여러 유기 발광재료들을 많이 사용하기 위해서 다중 발광층 구조와 같이 서로 다른 호스트 물질을 이용해 발광색의 파장을 구별하는 구조 또는 텐덤 구조와 같이 각각의 발광층들을 완전히 물리적으로 분리시켜놓는 등의 복잡한 구조를 선택해야 하는 필요성이 있다.
이와 같은 복잡한 구조를 갖는 다중 발광층 구조나 텐덤 구조는 그 제조 방법이 어려울 뿐만 아니라, 특히, 제조 시간이 많이 소요되어 생산적 측면에서 효율성의 저하를 초래하는 문제점이 있었다.
본 발명의 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 단일 발광층 내에 다중 도핑이 된 서로 다른 에미터들에게 포톤 에너지를 고루 적절히 분배시킬수 있도록 얇은 인터페이스 층을 이용하여 서로 다른 보다 많은 에미터들에게 균형있는 발광을 할 수 있도록 하여 고연색 지수값을 갖도록 하는 에너지 장벽을 이용한 다중 도핑 고연색 단일 발광층의 백색 유기 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 단일 발광층 내의 얇은 인터페이스 층을 이용해 서로 다른 도펀트에게 포톤 에너지를 골고루 분배시켜 연색지수 100에 가까운 고연색 지수 값을 제공하여 스마트폰과 텔레비젼과 같은 디스플레이 산업과 조명산업에 특히 유용하게 응용할 수 있는 에너지 장벽을 이용한 다중 도핑 고연색 단일 발광층의 백색 유기 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 에너지 장벽을 이용한 다중 도핑 고연색 단일 발광층의 백색 유기 발광 다이오드는 기판; 상기 기판상에 형성되는 양극층; 상기 양극층 상에 형성되어 상기 양극층으로부터 들어오는 정공을 주입시키는 정공주입층; 주입된 정공을 발광층으로 수송시키는 정공수송층; 상기 정공수송층 상에 형성되며, 단일의 호스트에 중앙을 수직으로 구획하는 에너지 장벽 인터페이스층과 다수의 도펀트를 갖는 단일의 발광층: 상기 단일의 발광층 상에 형성되며 주입된 전자를 상기 발광층으로 수송시키는 전자수송층; 상기 전자수송층으로 전자를 주입시키는 전자주입층; 및 상기 전자주입층 상측에 형성된 음극층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 다수의 도펀트는 상기 단일의 호스트를 수직으로 구획하는 상기 에너지 장벽 인터페이스 층의 좌우로 각각 3개의 도펀트로 형성됨이 바람직하다.
또한, 상기 에너지 장벽 인터페이스층은 일정 에너지 장벽을 갖는 층으로 형성되어 상기 단일의 호스트내에서 전자와 정공의 재결합 지역을 형성함이 바람직하다.
또한, 상기 6개의 도펀트는 각각 다른 파장대를 갖도록 도핑됨이 바람직하다.
또한, 상기 6개의 도펀트는 400 nm의 폭인 380-780 nm의 파장 대역에 걸쳐 다르게 형성됨이 바람직하다.
또한, 상기 기판은 유리 또는 유연성이 있는 플라스틱으로 형성됨이 바람직하다.
또한, 상기 상기 정공 수송층은 PEDOT:PSS, PVK(poly(9-vinylcarbazole), TFB(poly(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-(4,4'(N-(4-secbutylphenyl))diphenylamine)), CuPc(Copper Phthalocyanine) 또는 a-NPD(N,N'-diphenyl-N,N'-bis(1-naphthyl)-1,1'biphenyl-4,4'-diamine), TPD(N,N'-Bis-(3-methylphenyl)-N,N'-Bis-phenyl(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine) 중에서 어느 하나를 이용하여 액상으로 용해하여 형성됨이 바람직하다.
또한, 상기 유연성 기판은, PET(polyethylene terephthalate), PES (polyester), PT(polythiophene), PI(polyimide) 중에서 어느 하나인 플라스틱으로 형성되거나, 알루미늄 포일(aluminum foil), 또는 스테인리스 스틸 포일(stainless steel foil)인 유연한 재료로 형성됨이 바람직하다.
또한, 상기 단일의 발광층은 PPV(poly(p-phenylenevinylene)), PPP(poly(p-phenylene)), PT (polythiophene), PF(polyfluorene), PFO(poly(9.9-dioctylfluorene), PVK (poly(9-vinylcarbazole)) 중 어느 하나와 그 유도체인 고분자 재료로 형성되거나, Al 착화합물 계열인 Alq3 (Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminium), Ir 착화합물 계열인 Ir(ppy)3(fac-tris(2-phenylpyridinato) iridium (III)), 또는 Pt 착화합물 계열인 PtOEP(2,3,7,8,12,13,17,18-octaethyl- 12H, 23H-porphyrine platinum (II))인 금속 착화합물을 포함하는 저분자 재료로 형성됨이 바람직하다.
또한, 상기 단일의 발광층은 고분자인 PVK(poly(9-vinylcarbazole))에 저분자 인광재료가 첨가됨이 바람직하다.
또한, 상기 전자 수송층은 상기 전자 주입층에 주입된 전자를 상기 단일의 발광층으로 이동시키고, 상기 정공 수송층으로부터 상기 단일의 발광층을 통해 수송된 정공을 차단함이 바람직하다.
또한, 상기 전자 주입층은 알칼리 금속이나 알칼리 토금속의 양이온과 음이온을 포함하는 이온성 계면활성제, 또는 전해질을 극성 용매나 비극성 용매에 용해시킨 용액을 이용하여 이를 액상으로 코팅하여 형성됨이 바람직하다.
또한, 상기 전자 주입층은 알칼리 금속이나 알칼리 토금속 이온 및 이들의 염을 포함하거나 또는 암모늄이온과 같은 유기 양이온을 포함하는 유기재료를 이온기로 가지고 있는 이온성 고분자 재료를 이용하여 형성됨이 바람직하다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 에너지 장벽을 이용한 다중 도핑 고연색 단일 발광층의 백색 유기 발광 다이오드에 의하면, 백색 유기 발광 다이오드가 가질 수 있는 가장 단순한 구조인 단일 발광층 내에 다중 도핑이 된 서로 다른 에미터들에게 포톤 에너지를 고루 적절히 분배시킬수 있도록 얇은 인터페이스 층을 이용하여 서로 다른 보다 많은 에미터들에게 균형있는 발광을 할 수 있도록 하여 100에 가까운 고연색 지수값을 갖는 유기 발광 다이오드를 구현할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 단일 발광층의 구조를 나타내는 개략 구성도이다.
도 3a 내지 도 3c는 단일의 발광층내에서 각각 개별 6 도펀트, 3 도펀트의 쌍, 그리고 본 발명에 따른 모든 6 도펀트의 발광 스펙트럼을 비교한 그래프도이다.
본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안된다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다", "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 단일 발광층의 구조를 나타내는 개략 구성도이다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 장벽을 이용한 다중 도핑 고연색 단일 발광층의 백색 유기 발광 다이오드(100)는 기판(10), 양극층(anode)(20), 정공 주입층(HIL; Hole injcetion layer)(30), 정공 수송층(HTL: Hole transprot layer)(40), 발광층(emissive layer)(50), 전자 수송층(Electron tranport layer)(60), 전자 주입층(Electron injection layer)(70), 음극(Cathode)(80)의 순서로 포함하여 이루어진다.
상기 기판(10)은 유리 또는 유연성이 있는 플라스틱으로 형성된다. 기판이 유연성이 있는 플라스틱일 경우, PET(polyethylene terephthalate), PES (polyester), PT(polythiophene), PI(polyimide) 중에서 어느 하나인 플라스틱으로 형성되거나, 알루미늄 포일(aluminum foil), 또는 스테인리스 스틸 포일(stainless steel foil)인 유연한 재료로 형성되어 유연성을 가진다. 여기서, 유연성이 있는 플라스틱으로 형성된 기판은 기판상에 소정의 층들을 롤투롤 인쇄(roll to roll printing)를 이용하여 형성하는 경우에 이용됨이 바람직하다.
상기 양극(20)은 기판 상에 형성되고, 전도성 고분자 물질, SWCNT(single-walled carbon nanotubes) 또는 MWCNT(multi-walled carbon nanotubes)로 구성되어, 정공을 발생시킨다. 한편, 양극(20)의 경우 ITO(indium tin oxide)라는 금속 산화물을 대부분 이용한다. 그러나, 인듐은 지구상에 매장량이 적어 고가인 희귀금속이며, 진공에서 스퍼터링(sputtering)하여 적층된다. 따라서, 상기 양극(10)을 용액 및 인쇄 공정을 통하여 형성하기 위해서는, 전극재료가 액체상(solution)이거나 인쇄 가능한 페이스트(paste) 형태가 바람직하다. ITO는 졸-겔(solgel) 합성법 또는 스프레이 분해(spray pyrolysis)를 통하여 액체로 만들 수 있다.
상기 정공 주입층(30)은 상기 양극층(10) 및 상기 나노 입자 층상에 형성되어 상기 양극층(10)으로부터 들어오는 정공을 주입시키는 역할을 수행한다.
즉, 상기 정공 주입층(30)은 정공이 양극층(20)로부터 정공 수송층(40)으로 주입되는 것을 용이하게 하는 역할을 수행하게 된다.
상기 정공 수송층(40)은 주입된 정공을 발광층(50)으로 수송시키는 역할을 수행한다.
즉, 상기 정공 수송층(40)은 양극층(10)에서 발생된 정공을 주입하여 발광층(50)으로 수송하는 층으로서, 발광층(50)과 양극(20) 사이에 형성된다. 정공 수송층(40)은, PEDOT:PSS, PVK(poly(9-vinylcarbazole), TFB(poly(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-(4,4'(N-(4-secbutylphenyl))diphenylamine)), CuPc(Copper Phthalocyanine) 또는 a-NPD(N,N'-diphenyl-N,N'-bis(1-naphthyl)-1,1'biphenyl-4,4'-diamine), TPD(N,N'-Bis-(3-methylphenyl)-N,N'-Bis-phenyl(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine) 중에서 어느 하나를 이용하여 액상으로 용해하여 인쇄공정과 같은 용액공정이 적용 가능하다.
상기 발광층(50)은 상기 정공 수송층(40) 상에 형성되어 음극층(80) 및 양극(20)으로부터 주입 및 이송된 전자와 정공이 재결합(recombination)에 의해 발광되며, 발광물질로는 용액화가 가능한 저분자 또는 고분자의 재료를 이용한다. 그리고, 발광원리에 따라 형광(fluorescence) 및 인광(phosphorescence) 물질을 이용한다.
상기 발광층(50)을 더욱 구체적으로 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 단일의 발광층을 이루도록 단일의 호스트(51)로 구성되며, 상기 단일의 호스트(51)에 중앙을 수직으로 구획하는 에너지 장벽 인터페이스층(52)이 구비되며, 상기 중앙의 수직으로 호스트(51)를 구획하는 에너지 장벽 인터페이스층(52)을 기준으로 좌우로 각각 3개의 도펀트(1, 3, 5/2, 4, 6)가 상하로 형성된다.
상기 단일의 호스트(51)에 중앙을 수직으로 구획하는 에너지 장벽 인터페이스층(52)은 얇게 형성되는 일정 에너지 장벽을 갖는 층으로 인터페이스층의 형성에 의해 전자와 정공의 재결합 지역을 형성할 수 있게 된다.
또한, 상기 에너지 장벽 인터페이스층(52)을 기준으로 좌우로 각각 3개의 도펀트(1, 3, 5/2, 4, 6)는 각각 다른 파장대를 갖도록 하여 상기 인터페이스층(52)을 기준으로 좌우 양쪽에 도핑하여 포톤 에너지들이 인터페이스 층을 기준으로 고루 분배될 수 있게 되는 것이다.
즉, 상기 6개의 도펀트는 대략 400 nm의 폭인 380-780 nm의 파장대역에 걸쳐 형성되어진다.
한편, 인터페이스층(52)을 기준으로 한 쪽에 6개의 도펀트를 모두 도핑하게 되면, 포톤 에너지들이 분배되는 경우의 수(에너지 전이 메카니즘)가 굉장히 많아지는 문제점이 있어 인터페이스층을 기준으로 좌우 양측에 3개의 도펀트씩 한 쌍으로 구분함이 가장 바람직하다.
또한, 상기 인터페이스층(52)을 통해 단일의 발광층 한가운데에 재결합 지역을 형성하게 함으로서 인터페이스 층 기준으로 다르게 도핑되어 있는 지역으로 포톤 에너지들이 고루 분배되는 장점이 있다.
한편, 상기 발광층(50)은 PPV(poly(p-phenylenevinylene)), PPP(poly(p-phenylene)), PT (polythiophene), PF(polyfluorene), PFO(poly(9.9-dioctylfluorene), PVK (poly(9-vinylcarbazole)) 중 어느 하나와 그 유도체인 고분자 재료로 형성되거나, Al 착화합물 계열인 Alq3 (Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminium), Ir 착화합물 계열인 Ir(ppy)3(fac-tris(2-phenylpyridinato) iridium (III)), 또는 Pt 착화합물 계열인 PtOEP(2,3,7,8,12,13,17,18-octaethyl- 12H, 23H-porphyrine platinum (II))와 같은 금속 착화합물을 포함하는 저분자 재료로 형성된다. 또한, 고분자인 PVK(poly(9-vinylcarbazole))에 저분자 인광재료가 첨가된 재료가 있다.
한편, 상기 인터페이스층(52)은 상온 비발광성 유기 금속(Organometallic) 물질인 Tris(1-phenylpyrazolato)iridium [Ir(ppz)3]를 사용함이 바람직하다.
상기 전자 수송층(60)은 상기 발광층(50) 상에 형성되며 주입된 전자를 상기 발광층(50)으로 수송시키는 역할을 수행한다.
즉, 전자 주입층(70)에 주입된 전자를 발광층(50)으로 이동시키는 층으로 발광층(50) 상에 형성되고, 정공 수송층(40)으로부터 발광층(50)을 통해 수송된 정공을 차단한다. 이때, 전자 수송층(60)은, 용액화가 가능한 ZnO 나노파티클이나 TiOx 나노파티클을 포함한다. 전자 수송층(60)은 전자 주입층(70) 에 주입된 전자를 발광층(50)으로 이송시키며 소자의 높은 효율을 위해 추가되는 층이다.
상기 전자 주입층(70)은 상기 전자 수송층(60)으로 전자를 주입시키는 역할을 수행한다.
즉, 상기 전자 주입층(70)은, 알칼리 금속이나 알칼리 토금속의 양이온과 음이온을 포함하는 이온성 계면활성제, 또는 전해질을 극성 용매나 비극성 용매에 용해시킨 용액을 이용하여 이를 액상으로 코팅하여 형성될 수 있다. 또한, 전자주입층(70)은, 계면활성제 또는 고분자 전해질을 극성용매나 비극성 용매에 용해시킨 용액을 이용하여서도 형성될 수 있다. 이 경우, 계면활성제 또는 고분자 전해질 용액에 알칼리 금속이나 알칼리 토금속 이온 및 염을 포함하거나 또는 유기 양이온을 포함하는 유기재료가 더 첨가될 수 있다. 계면활성제는, 에틸렌옥사이드(ehtylene oxide)를 가지는 비이온성(non-ionic) 이고, 고분자 전해질은 계면활성제의 고분자 중합체인 PEO(polyethylene oxide), PEG(polyethylene glycol)이다. 에틸렌옥사이드는, 분자내 개수가 증가할수록 극성을 보다 많이 띠게 되는 계면활성제의 특성을 좌우한다. 즉, 에틸렌옥사이드는, 비공유전자쌍을 많이 포함하고 있기 때문에, 음극(80)에서 전자주입층(70)으로의 전자주입효과를 더 높일 수 있다. 여기서, 이온성 계면활성제는, 비이온 에틸렌옥사이드(ethylene oxide)를 가지고 있는 계면활성제에 알칼리금속(alkali metal) 또는 알칼리 토금속(alkaline earth metal)의 양이온(Li+, Na+, Cs+, K+, Ca++, Mg++)과 음이온(sulfate(SO3-) 또는 phosphate(PO
2-))을 포함하는 물질이다. 이를 극성 또는 비극성 용매에 용해시켜 용액화한다. 또한, 비이온 계면활성제는, 분자량에 따라 분류되는 PEO(polyethylene oxide), PEG(polyethylene glycol) 중 어느 하나를 가진 물질로서 전해질 역할을 하게 되는데 전해질은 이온의 움직임을 활발히 한다. 비이온 계면활성제는 극성 또는 비극성 용매(solvent)에 용해시켜 용액화한 것이며, 이 용액에 알칼리금속(alkali metal) 또는 알칼리토금속(alkaline earth metal)을 Li, Na, Cs, K, Ca, Mg 포함하는 염(salts)을 첨가하여 전자주입효과를 높일 수 있다.
또한, 전자 주입층(70)은 알칼리 금속이나 알칼리 토금속 이온 및 이들의 염을 포함하거나 또는 암모늄이온과 같은 유기 양이온을 포함하는 유기재료를 이온기로 가지고 있는 이온성 고분자 재료를 이용하여 형성될 수 있다.
구체적으로, 전자 주입층(70)은, 비이온성 계면활성제인 PEO(polyethylene oxide), PEG (polyethylene glycol)를 용매에 용해시킨 전해질 용액, 그리고 이 전해질 용액에 이온을 부가하는 이온기를 갖는 알칼리 금속이나 알칼리 토금속 을 포함하는 염, 또는 유기 양이온을 포함하는 유기염이 첨가되어 형성될 수 있으며, 바람직하게는, 비이온성 계면활성제를 극성 용매나 비극성 용매에 용해시킨 전해질 용액에, 유기 양이온(organiccation)인 페닐 암모늄(phenyl ammonium), 테트라메틸 암모늄(tetramethyl ammonium), 테트라프로필 암모늄(tetrapropyl ammonium), 테트라에틸 암모늄(tetraethyl ammonium), 테트라부틸 암모늄 (tetrabutyl ammonium), 테트라부틸 암모늄 테트라플로보레이트 (tetrabutylammonium tetrafluoroboate), 테트라키스 디에틸아미노 에틸렌(Tetrakis(dimethylamino)ethylene), 이미다졸리움 (Imidazolium), 등의 암모늄 염(ammonium salts)을 포함하는 유기재료를 첨가하면 전자주입효과를 높일 수 있다.
상기 음극층(80)은 상기 전자 주입층(70) 상측에 형성되어 음극으로서의 기능을 수행한다.
도 3a 내지 도 3c는 단일의 발광층내에서 각각 개별 6 도펀트, 3 도펀트의 쌍, 그리고 본 발명에 따른 모든 6 도펀트의 발광 스펙트럼을 비교한 그래프도이다.
먼저, 각각의 다른 파장을 갖는 6개의 도펀트(1, 2, 3, 4, 5, 6)가 개별적으로 발광할 때(도 3a 참조)와 3개의 도펀트 씩(1+3+5 및 2+4+6) 각각 발광할 때(도 3b 참조)에는 3 개의 도펀트를 사용함에도 불구하고 오목한 부분이 깊게 파이는 형태로서, 유기 발광재료 특성상 반치폭이 좁아지고, 포톤 에너지의 분배(Intensity)가 고르지 못하고 고연색 지수값을 구현하지 못하고 있음을 알 수 있다.
반면, 도 3c에 도시된 바와 같이, 본원 발명과 같이, 단일의 호스트(51)에 중앙을 수직으로 구획하는 에너지 장벽 인터페이스층(52)을 기준으로 좌우로 각각 3개의 도펀트(53-1, 53-3, 53-5/53-2, 53-4, 53-6)가 상하로 형성되어, 6 개의 도펀트(1+2+3+4+5+6) 모두의 발광 스펙트럼의 경우, 거의 모든 파장 대역에 대해 포톤 에너지의 분배가 육도펀트 모두에게 골고루 이루어져 고연색지수 값을 구현할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 상기 설명된 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략되었다. 이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 다이오드
10: 기판
20: 양극층(anode)
30: 정공 주입층(HIL; Hole injcetion layer)
40: 정공 수송층(HTL: Hole transprot layer)
50: 발광층(emissive layer)
51: 단일의 호스트 52: 에너지 장벽 인터페이스층
60: 전자 수송층(Electron tranport layer)
70: 전자 주입층(Electron injection layer)
80: 음극(Cathode)

Claims (13)

  1. 기판;
    상기 기판상에 형성되는 양극층;
    상기 양극층 상에 형성되어 상기 양극층으로부터 들어오는 정공을 주입시키는 정공주입층;
    주입된 정공을 발광층으로 수송시키는 정공수송층;
    상기 정공수송층 상에 형성되며, 단일의 호스트에 중앙을 수직으로 구획하는 에너지 장벽 인터페이스층과 다수의 도펀트를 갖는 단일의 발광층:
    상기 단일의 발광층 상에 형성되며 주입된 전자를 상기 발광층으로 수송시키는 전자수송층;
    상기 전자수송층으로 전자를 주입시키는 전자주입층; 및
    상기 전자주입층 상측에 형성된 음극층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에너지 장벽을 이용한 다중 도핑 고연색 단일 발광층의 백색 유기 발광 다이오드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 도펀트는 상기 단일의 호스트를 수직으로 구획하는 상기 에너지 장벽 인터페이스 층의 좌우로 각각 3개의 도펀트로 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 장벽을 이용한 다중 도핑 고연색 단일 발광층의 백색 유기 발광 다이오드.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 에너지 장벽 인터페이스층은 일정 에너지 장벽을 갖는 층으로 형성되어 상기 단일의 호스트내에서 전자와 정공의 재결합 지역을 형성하는 것을 특징으로 하는 에너지 장벽을 이용한 다중 도핑 고연색 단일 발광층의 백색 유기 발광 다이오드.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 6개의 도펀트는 각각 다른 파장대를 갖도록 도핑되는 것을 특징으로 하는 에너지 장벽을 이용한 다중 도핑 고연색 단일 발광층의 백색 유기 발광 다이오드.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 6개의 도펀트는 400 nm의 폭인 380-780 nm의 파장 대역에 걸쳐 다르게형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 장벽을 이용한 다중 도핑 고연색 단일 발광층의 백색 유기 발광 다이오드.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 유리 또는 유연성이 있는 플라스틱으로 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 장벽을 이용한 다중 도핑 고연색 단일 발광층의 백색 유기 발광 다이오드.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 상기 정공 수송층은 PEDOT:PSS, PVK(poly(9-vinylcarbazole), TFB(poly(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-(4,4'(N-(4-secbutylphenyl))diphenylamine)), CuPc(Copper Phthalocyanine) 또는 a-NPD(N,N'-diphenyl-N,N'-bis(1-naphthyl)-1,1'biphenyl-4,4'-diamine), TPD(N,N'-Bis-(3-methylphenyl)-N,N'-Bis-phenyl(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine) 중에서 어느 하나를 이용하여 액상으로 용해하여 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 장벽을 이용한 다중 도핑 고연색 단일 발광층의 백색 유기 발광 다이오드.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 유연성 기판은, PET(polyethylene terephthalate), PES(polyester), PT(polythiophene), PI(polyimide) 중에서 어느 하나인 플라스틱으로 형성되거나, 알루미늄 포일(aluminum foil), 또는 스테인리스 스틸 포일(stainless steel foil)
    인 유연한 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 장벽을 이용한 다중 도핑 고연색 단일 발광층의 백색 유기 발광 다이오드.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 단일의 발광층은 PPV(poly(p-phenylenevinylene)), PPP(poly(p-phenylene)), PT (polythiophene), PF(polyfluorene), PFO(poly(9.9-dioctylfluorene), PVK (poly(9-vinylcarbazole)) 중 어느 하나와 그 유도체인 고분자 재료로 형성되거나, Al 착화합물 계열인 Alq3 (Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminium), Ir 착화합물 계열인 Ir(ppy)3(fac-tris(2-phenylpyridinato) iridium (III)), 또는 Pt 착화합물 계열인 PtOEP(2,3,7,8,12,13,17,18-octaethyl- 12H, 23H-porphyrine platinum (II))인 금속 착화합물을 포함하는 저분자 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 장벽을 이용한 다중 도핑 고연색 단일 발광층의 백색 유기 발광 다이오드.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 단일의 발광층은 고분자인 PVK(poly(9-vinylcarbazole))에 저분자 인광재료가 첨가되는 것을 특징으로 하는 에너지 장벽을 이용한 다중 도핑 고연색 단일 발광층의 백색 유기 발광 다이오드.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 수송층은 상기 전자 주입층에 주입된 전자를 상기 단일의 발광층으로 이동시키고, 상기 정공 수송층으로부터 상기 단일의 발광층을 통해 수송된 정공을 차단하는 것을 특징으로 하는 에너지 장벽을 이용한 다중 도핑 고연색 단일 발광층의 백색 유기 발광 다이오드.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 주입층은 알칼리 금속이나 알칼리 토금속의 양이온과 음이온을 포함하는 이온성 계면활성제, 또는 전해질을 극성 용매나 비극성 용매에 용해시킨 용액을 이용하여 이를 액상으로 코팅하여 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 장벽을 이용한 다중 도핑 고연색 단일 발광층의 백색 유기 발광 다이오드.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 주입층은 알칼리 금속이나 알칼리 토금속 이온 및 이들의 염을 포함하거나 또는 암모늄이온과 같은 유기 양이온을 포함하는 유기재료를 이온기로 가지고 있는 이온성 고분자 재료를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 장벽을 이용한 다중 도핑 고연색 단일 발광층의 백색 유기 발광 다이오드.

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