KR102216379B1 - 전극 및 그 전극을 응용한 유기 전계 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

전극 및 그 전극을 응용한 유기 전계 발광 소자에 있어서, 상기 전극은 적층 배치되는 제1 전도층（1）, 제2 전도층（2）및 제3 전도층（3）을 포함하고, 상기 제2 전도층（2）은 알칼리 토금속, 알칼리 토금속합금, 알칼리 토금속 화합물 중 적어도 하나로 형성된 단층 또는 다층의 복합 구조이며, 제3 전도층（3）의 일함수는 3eV보다 작다. 전극 중의 각 전도층은 서로 필름층 중의 흠결을 보완할 수 있어, 전극 성능이 더욱 안정적이게 한다. 동시에, 제3 전도층（3）의 일함수는 3eV보다 작아, 유기/금속 인터페이스 전위 장벽을 효과적으로 줄여, 전자 주입을 유도하며, 소자의 발광 효율을 향상시킨다. 또한, 상기 전극은 비교적 우수한 광투과성을 가져 광투과성 전극으로 사용할 수 있다.

Description

전극 및 그 전극을 응용한 유기 전계 발광 소자
본 발명은 유기 전계 발광 분야에 관한 것이고, 구체적으로, 전극 및 그 전극을 응용한 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.
유기 발광 다이오드(영어 전칭: Organic Light-Emitting Diode, 약칭: OLED)는 액티브 발광 장치이다. 기존 평판 표시 기술 중 박막 트랜지스터 액정 표시장치(영어 전칭: Liquid Crystal Display, 약칭: LCD), 프라즈마 디스플레이 패널(영어 전칭: Plasma Display Panel, 약칭: PDP)에 비해, 유기 발광 다이오드를 사용하는 유기 발광 표시 장치는 높은 콘트라스트, 넓은 시야각, 저소모, 더 얇은 체적 등의 장점을 가져, 차세대 주류 평판 표시 기술이 될 수 있으며, 현재 평판 표시 기술 중 가장 각광 받는 하나의 기술이다.
OLED소자는 주로 적층 배치된 양극, 유기 발광층 및 음극을 포함한다. 전자의 주입효율을 향상시키기 위해, OLED음극은 일함수가 가능한 낮은 금속소재를 선택해야 하는데 그 이유는 전자의 주입이 정공의 주입보다 난이고가 높아 금속 일함수의 크기가 OLED 소자의 발광 효율 및 사용 수명에 크게 영향을 미치며, 금속 일함수가 낮을 수록 전자 주입이 더 용이하고, 발광 효율이 더 높기 때문이다. 그 외, 일함수가 낮을 수록 유기/금속 인터페이스 전위 장벽이 더 낮아, 작동 중에서 발생하는 줄열이 더 적고, 소자 수명이 비교적 크게 향상될 수 있다.
그러나, 저 일함수의 단층 금속 음극, 예를 들어 Mg, Ca 등은 공기 중에서 쉽게 산화되어, 소자가 불안정하게 되고, 사용 수명이 단축되며, 따라서, 일반적으로 일함수가 낮은 금속 및 내부식 금속의 합금을 음극으로 하여 이러한 문제를 피한다. 단일 금속 음극 박막을 증착할 경우, 대량의 형상 흠결 또는 구조 흠결이 형성될 수 있어, 내산화성이 떨어지게 되고, 합금 음극을 증착할 경우, 소량의 화학성 물질이 활발한 금속에 비해 먼저 흠결 중에 확산되어, 전체 음극층이 더욱 안정되도록 한다.
따라서, 우수한 성능을 가지는 음극 구조를 개발하는 것은 OLED 산업 기술 발전을 촉진하는 관건적인 하나의 기술이다.
이에, 성능이 우수한 전극 및 그 전극을 응용한 유기 발광 소자를 제공한다.
본 발명의 기술방안은 다음과 같다.
본 발명에 기재된 전극에 있어서, 적층 배치되는 제1 전도층, 제2 전도층 및 제3 전도층을 포함하고, 상기 제2 전도층은 알칼리 토금속, 알칼리 토금속 합금, 알칼리 토금속 화합물 중 적어도 하나로 형성된 단층 또는 다층의 복합 구조이며, 상기 제1 전도층 및 상기 제2 전도층의 광투과율은 모두 40％ 이상이고, 상기 제3 전도층의 일함수는 3eV보다 작다.
선택 가능하게, 상기 제3 전도층은 희토류금속, 희토류금속 합금, 희토류금속 화합물 중 적어도 하나로 형성된 단층 또는 다층의 복합 구조이다.
선택 가능하게, 상기 희토류금속은 란타나이드 금속이다.
선택 가능하게, 상기 란타나이드 금속은 이테르븀 및/또는 사마륨이다.
삭제
선택 가능하게, 상기 제1 전도층은 은층이다.
선택 가능하게, 상기 제1 전도층의 두께는 5nm~20nm이다.
선택 가능하게, 상기 제2 전도층의 두께는 0.5nm~10nm이다.
선택 가능하게, 상기 제2 전도층의 두께는 0.5nm~2nm이다.
선택 가능하게, 상기 제3 전도층의 두께는 0.5nm~10nm이다.
본 발명에 기재된 유기 전계 발광 소자에 있어서, 적층 배치된 제1 전극, 유기 발광층 및 제2 전극을 포함하고, 상기 제2 전극은 상술한 전극이며, 상기 제3 전도층은 상기 유기 발광층에 접근하여 배치된다.
기존 기술에 비해 본 발명의 상술한 기술방안은 아래와 같은 장점을 가진다.
1, 본 발명의 실시예에서 제공한 전극에 있어서, 적층 배치되는 제1 전도층, 제2 전도층 및 제3 전도층을 포함하고, 제1 전도층과 제2 전도층의 광투과율은 모두 40％ 이상이며, 제3 전도층의 일함수는 3eV보다 작다. 전극 중의 각 전도층은 서로 필름층 중의 흠결을 보완할 수 있어, 전극 성능이 더욱 안정적이게 한다. 동시에, 제3 전도층의 일함수는 3eV 보다 작아, 유기/금속 인터페이스 전위 장벽을 효과적으로 줄여, 전자 주입을 유도하며, 소자의 발광 효율을 향상시킨다. 또한, 제1 전도층 및 제2 전도층의 광투과율 모두 40% 이상이기에, 상기 전극은 비교적 우수한 광투과성을 가져 광투과성 전극으로 사용할 수 있다.
2, 본 발명의 실시예에서 제공한 전극에 있어서, 제3 전도층은 희토류금속층, 희토류금속 합금층, 희토류금속 화합물 중의 하나 또는 복수의 조합이다. 여기서, 희토류금속은 비교적 낮은 일함수를 가질뿐만 아니라, 전자 주입 에너지 장벽을 효과적으로 저하시킬 수 있어, 나아가서 소자의 구동 전압을 낮추고, 또한 비교적 낮은 흡광율을 가져 소자에 대한 출광효율에 대한 영향이 비교적 낮다.
3, 본 발명의 실시예에서 제공한 전극에 있어서, 제2 전도층은 제3 전도층 및 제1 전도층의 재료가 고용되는 것을 효과적으로 막을 수 있어, 이를 응용한 소자의 안정선과 사용수명을 효과적으로 향상시켰다. 동시에, 제2 전도층의 두께는 0.5nm~10nm이고, 광투과성이 우수하여 상기 전극이 비교적 우수한 광투과성을 가지게 하여 광투과성 전극으로 사용할 수 있다.
본 발명의 내용을 더욱 용이하고 더욱 명백하게 이해하도록 하기 위해, 이하 본 발명의 구체적인 실시예 및 첨부된 도면을 결부하여, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 구조의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1, 실시예 3, 및 비교예 2의 광투과율의 비교도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1, 실시예 3 및 비교예 2의 반사율 비교도이다.
본 발명의 목적, 기술방안 및 장점을 더욱 명확하게 하기 위해, 이하 첨부된 도면에 결부하여, 본 발명의 실시 형태에 대해 더 상세하게 설명하도록 한다.
본 발명은 여러가지 다른 형태로 실시할 수 있고, 여기서 서술한 실시예에 한정되는 것으로 이해해서는 아니된다. 반대로, 이러한 실시예를 제공하여 본 발명이 더욱 철저하고 완전하도록 하고, 또한 본 발명의 구상을 본 기술 분야의 당업자에게 충분히 전달하기 위한 것으로, 본 발명은 특허 청구범위에만 의해 한정되고, 첨부된 도면에 있어서, 더욱 분명하게 하기 위해 층 및 구역의 치수 및 상대 치수를 과장되게 표현할 수 있다.
실시예 1
본 실시예에서 제공한 실시예에 있어서, 도 1에 나타낸 바와 같이, 적층 배치되는 제1 전도층(1) 및 제2 전도층(2)을 포함한다. 제1 전도층(1)은 Ag층이고, 두께는 16nm이며, 제2 전도층(2)은 Mg층이고, 두께는 1nm이며, 제3 전도층(3)은 Yb층이고, 두께는 1nm이다.
본 실시예는 유기 전계 발광 소자를 더 제공하고,
Ag/ITO(20nm)/HATCN(20nm)/NPB(40nm)/mCBP:3wt％Ir(piq)3(30nm)/TPBi(50nm)/Yb(1nm)/Mg(1nm)/Ag(16nm)/ITO(20nm)이다.
여기서, 제1 전극은 적층 배치되는 Ag층 및 ITO층이고,
정공 주입층은 HATCN(1,4,5,8,9,12-Hexaaza-triphenylene-2,3,6,7,10,11-hexacarbonitrile)층이며,
정공 수송층은 NPB(4,4'-bis[N-(1-naphtyl)-N-phenylamino]-biphenyl)층이고,
발광층은 Ir(piq)3(Tris[1-phenylisoquinolinato-C2,N]iridium(III))과 CBP(4,4'-N,N'-dicarbazolylbiphenyl)의 도핑층이며,
정공 차단층은 TPBi(1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazol-2,yl)benzene)층이고,
제2 전극은 상기 전극이며,
광결합층은 ITO(인듐 주석 산화물)층이다.
본 발명의 변형 가능한 실시예로서, 상기 유기 전계 발광 소자의 구조는 이에 한정되지 않으며, 본 발명에 기재된 전극을 응용하여 본 발명의 목적을 실현할 수 있으면 모두 본 발명의 보호 범위 내에 속한다.
실시예 2
본 실시예에서 전극을 제공하고, 구조는 실시예 1과 같으며, 차이점은 제3 전도층은 Yb2O3층이고, 두께는 1nm이다.
본 실시예에서 유기 전계 발광 소자를 더 제공하고, 구조는 실시예 1과 같으며, 차이점은 제2 전극은 본 실시예에 기재된 전극은 Ag/ITO(20nm)/HATCN(20nm)/NPB(40nm)/mCBP:3wt％Ir(piq)3(30nm)/TPBi(50nm)/Yb2O3(1nm)/Mg(1nm)/Ag(16nm)/ITO(20nm)이다.
실시예 3
본 실시예에서 전극을 제공하고, 구조는 실시예 1과 같으며, 차이점은 제2 전도층은 Mg, Ag합금층이고, 의 두께는 2nm이며, 제1 전도층의 두께는 5nm이다.
본 실시예에서 유기 전계 발광 소자를 더 제공하고, 구조는 실시예 1과 같으며, 다른 점은 제2 전극은 본 실시예에 기재된 전극이다.
실시예 4
본 실시예에서 전극을 제공하고, 구조는 실시예 1과 같으며, 차이점은 제3 전도층 Sm, Ca합금층이고, Sm의 질량 백분율은 50％이며, 두께는 0.5nm이다.
본 실시예에서 유기 전계 발광 소자를 더 제공하고, 구조는 실시예 1과 같으며, 다른 점은 제2 전극은 본 실시예에 기재된 전극이다.
실시예 5
본 실시예에서 전극을 제공하고, 구조는 실시예 1과 같으며, 차이점은 제3 전도층YbN층이며, 제2 전도층은 MgCO3층이고, 두께는 1nm이다.
본 실시예에서 유기 전계 발광 소자를 더 제공하고, 구조는 실시예 1과 같으며, 차이점은 제2 전극은 본 실시예에 기재된 전극이다.
실시예 6
본 실시예에서 전극을 제공하고, 구조는 실시예 1과 같으며, 차이점은 제1 전도층의 두께는 20nm이고, 제2 전도층의 두께는 0.5nm이다.
본 실시예에서 유기 전계 발광 소자를 더 제공하고, 구조는 실시예 1과 같으며, 다른 점은 제2 전극은 본 실시예에 기재된 전극이다.
실시예 7
본 실시예에서 전극을 제공하고, 구조는 실시예 1과 같으며, 다른 점은 제2 전도층의 두께는 10nm이고, 제3 전도층의 두께는 10nm이다.
본 실시예에서 유기 전계 발광 소자를 더 제공하고, 구조는 실시예 1과 같으며, 차이점은 제2 전극은 본 실시예에 기재된 전극이다.
비교예 1
본 비교예에서 전극을 제공하고, 구조는 실시예 1과 같으며, 다른 점은 제2 전도층을 포함하지 않는다.
본 비교예에서 유기 전계 발광 소자를 더 제공하고, 구조는 실시예 1과 같으며, 차이점은 제2 전극은 본 비교예에 기재된 전극이다.
비교예 2
본 비교예에서 전극을 제공하고, 구조는 실시예 1과 같으며, 차이점은 제3 전도층을 포함하지 않고, 제2 전도층은 Mg, Ag합금층이며, 두께는 2nm이다.
본 비교예에서 유기 전계 발광 소자를 더 제공하고, 구조는 실시예 1과 같으며, 차이점은 제2 전극은 본 비교예에 기재된 전극이다.
비교예 3
본 비교예에서 전극을 제공하고, 구조는 실시예 1과 같으며, 차이점은 제3 전도층은 Ag층이다.
본 비교예에서 유기 전계 발광 소자를 더 제공하고, 구조는 실시예 1과 같으며, 차이점은 제2 전극은 본 비교예에 기재된 전극이다.
비교예 4
본 비교예에서 전극을 제공하고, 구조는 실시예 1과 같으며, 다른 점은 제2 전도층의 두께는 20nm이다.
본 비교예에서 유기 전계 발광 소자를 더 제공하고, 구조는 실시예 1과 같으며, 차이점은 제2 전극은 본 비교예에 기재된 전극이다.
테스트예 1
상술한 실시예 및 비교예에서 제공한 전극에 대해 광투과율, 반사율을 측정하고, 도 2에 나타낸 바와 같으며, 가시광 범위 내에서, 실시예 1 및 실시예 3에서 제공한 전극의 광투과율은 모두 30％ 이상이고, 심지어 60％에 달하나, 비교예 2에서 제공한 전극의 광투과율은 모두 30%보다 작다. 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 실시예 1, 실시예 3 및 비교예 2의 다른 음극 구조의 광투과율 및 반사율을 비교하면 실시예 1 및 실시예 3의 빛의 광투과율은 40％를 초과하고, 비교예 2의 광투과율에 비해 25％ 높은바 OLED소자의 출광 특성을 효과적으로 향상시킬 수 있다. 실시예 1 및 실시예 3의 빛의 반사율은 비교예 2에 비해 42％ 높고, 광투과율 및 반사율의 향상은 출광 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있으며, 소자의 발광 효율을 향상시켰다.
테스트예 2
유기 전계 발광 소자의 장시간의 작동 조건 하에서, 유기 필름은 원래의 비결정성 필름에서 결정성 필름으로 변할 수 있고, 이러한 필름의 변화는 소자의 감퇴를 초래한다.
따라서, 다른 온도 하에서 소자에 대해 각각 1시간의 어닐링을 진행하여, 어닐링을 거치지 않은(25℃) 소자의 T97(밝기가 10000nit에서 97%의 수명으로 감퇴) 와 함께 측정 결과는 표 1에 나타낸 바와 같다.
서로 다른 소자의 T97 측정 결과표
어닐링 온도 20℃ 80℃ 100℃ 120℃ 140℃
T97(h) T97(h) T97(h) T97(h) T97(h)
실시예 1 765 749 721 690 573
실시예 2 733 705 645 620 527
실시예 3 755 726 694 618 564
실시예 4 621 605 573 526 473
실시예 5 681 629 566 504 441
실시예 6 756 732 713 677 545
실시예 7 741 725 705 681 531
비교예 1 421 378 301 193 56
비교예 2 350 295 150 97 33
비교예 3 211 156 123 91 29
비교예 4 599 456 323 191 79
표 1의 데이터로부터 알 수 있다시피, 본 발명에 기재된 전극을 소자에 응용할 경우, 소자의 수명은 비교예에서 제공한 소자의 수명보다 훨씬 길며, 고온 조건 하에서 소자의 안정성이 더욱 우수하다.
테스트예 3
동적 수명 시험(50％ alternating checkerboard 평가), 즉 특정 작동 환경 하에서, 표시 스크린은 크로스 보드 격식으로 점등하고, 매 10초에 한번 변환되며, 밝기 감퇴를 측정함으로써 소자 수명을 평가하는 바, 밝기가 초기 밝기의 50%로 감퇴하였을 때, 시험을 정지하고, 밝기 테스트는 광도계 Spectrascan PR655를 사용하여 측정한다, 상온(25℃) 및 고온(85℃)의 동적 수명 시험 두가지로 나뉜다.
상온(25℃) 조건 하에서 서로 다른 소자의 동적 수명 시험 결과표
그룹 별 밝기
(cd/m 2 ) 		구동 전압
(V) 		효률
(cd/A) 		수명
(h) 		CIE
(x, y)
실시예 1 5000 4.94 55.09 765 (0.66, 0.33)
실시예 2 5000 4.95 54.94 733 (0.66, 0.33)
실시예 3 5000 4.99 56.77 755 (0.66, 0.33)
실시예 4 5000 5.02 54.68 621 (0.66, 0.34)
실시예 5 5000 5.10 55.66 681 (0.67, 0.33)
실시예 6 5000 4.95 55.06 756 (0.67, 0.33)
실시예 7 5000 4.96 55.13 741 (0.67, 0.33)
비교예 1 5000 5.26 47.13 421 (0.66, 0.33)
비교예 2 5000 5.22 49.42 350 (0.65, 0.33)
비교예 3 5000 5.46 50.36 211 (0.66, 0.32)
비교예 4 5000 5.12 50.86 599 (0.67, 0.34)
표 2의 데이터로부터 알 수 있다시피, 본 발명에 기재된 전극을 유기 전계 발광 소자에 응용할 경우, 소자의 발광 효율과 수명을 현저하기 향상시킬 수 있고, 구동 전압을 낮추는 동시에, 색좌표(CIE) 데이터로부터 알 수 있다시피, 상기 전극은 비교적 낮은 흡광율을 가져, 소자의 발광 컬러에 영향을 미치지 않는다.
상술한 실시예는 명백하게 설명하기 위해 예를 든 것이고, 실시 형태에 대해 한정하고자 하는 것이 아닌 것은 자명한 것이다. 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 있어서, 상술한 설명의 기초상에 기타 다른 형태의 변화 또는 변경을 진행할 수 있으며 여기서 모든 실시예에 대해 일일이 나열하지 않으며 이로부터 파생된 자명한 변화 또는 변경은 여전히 본 발명의 보호 범위 내에 속한다.
1: 제1 전도층
2: 제2 전도층
3: 제3 전도층

Claims (10)

  1. 순차적으로 적층 배치되는 제1 전도층, 제2 전도층 및 제3 전도층을 포함하고, 상기 제1 전도층은 은층이고, 상기 제2 전도층은 알칼리 토금속, 알칼리 토금속 합금, 알칼리 토금속 화합물 중 적어도 하나로 형성된 단층 또는 다층의 복합 구조이며, 상기 제3 전도층의 일함수는 3eV보다 작고,
    상기 제3 전도층은 YbN층인 것을 특징으로 하는 전극.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전도층의 두께는 5nm~20nm인 것을 특징으로 하는 전극.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 전도층의 두께는 0.5nm~10nm인 것을 특징으로 하는 전극.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 전도층의 두께는 0.5nm~2nm인 것을 특징으로 하는 전극.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제3 전도층의 두께는 0.5nm~10nm인 것을 특징으로 하는 전극.
  10. 적층 배치된 제1 전극, 유기 발광층 및 제2 전극을 포함하는 유기 전계 발광 소자에 있어서,
    상기 제2 전극은 제1항 및 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 전극이고, 상기 제3 전도층은 상기 유기 발광층에 접근하여 배치되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
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