KR20020046316A

KR20020046316A - 유기전계발광 소자

Info

Publication number: KR20020046316A
Application number: KR1020000075636A
Authority: KR
Inventors: 오형윤; 서정대
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2000-12-12
Filing date: 2000-12-12
Publication date: 2002-06-21
Also published as: EP1215739B1; JP2002237387A; EP1215739A3; US20020071964A1; DE60127085D1; JP3586240B2; CN1182596C; DE60127085T2; CN1360351A; EP1215739A2

Abstract

본 발명은 소자의 안정성 및 발광효율이 우수한 유기전계발광 소자를 제공하는데 그 목적이 있다.

따라서, 본 발명은 제1전극, 유기발광층 및 제2전극을 포함하는 유기전계발광 소자에 있어서, 유기발광층의 청색발광물질로서 하기 화학식을 갖는 화합물을 사용한 유기전계발광 소자를 제공한다.

상기 화학식에서, R은 수소 또는 하기 화학식이며,

여기서, Ar₁및 Ar₂는 각각 방향족 치환기, 지방족 치환기 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택된다.

Description

유기전계발광 소자{organic electroluminescence device}

본 발명은 유기전계발광 소자에 관한 것으로, 특히 유기발광층의 청색발광물질로서 테트라페닐메탄(tetraphenylmethane) 구조를 갖는 화합물을 포함하는 유기전계발광 소자에 관한 것이다.

최근 표시장치의 대형화에 따라 공간 점유가 적은 평면표시소자의 요구가 증대되고 있는데, 이러한 평면표시소자 중 하나로서 최근 유기발광다이오드(organic light emitting diode: OLED)라고도 불리는 유기전계발광 소자의 기술이 빠른 속도로 발전하고 있으며, 이미 여러 시제품들이 발표된 바 있다.

유기전계발광 디스플레이는 정공 주입 전극(양극)인 제 1전극(anode)과 전자 주입 전극(음극)인 제 2전극(cathode) 사이에 형성된 유기 발광층에 각각 전자와 정공을 주입하면 전자와 정공이 결합하여 쌍을 이루어 생성된 엑시톤(exciton)이 여기 상태로부터 기저 상태로 떨어지면서 소멸하여 발광하는 소자이다.

이러한 유기전계발광 소자는 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)이나 무기 전계발광소자 디스플레이에 비해 낮은 전압(예, 10V이하)으로 구동할 수 있다는 장점이 있어 연구가 활발하게 진행되고 있다.

그리고, 유기 전계발광소자는 넓은 시야각, 고속 응답성, 고 콘트라스트(contrast) 등의 뛰어난 특징을 갖고 있으므로, 그래픽 디스플레이의 픽셀(pixel), 텔레비전 영상 디스플레이나 표면광원(surface light source)의 픽셀로서 사용될 수 있으며, 플라스틱 같이 휠 수 있는(flexible) 투명 기판 위에도 소자를 형성할 수 있고, 매우 얇고 가볍게 만들 수 있으며, 색감이 좋기 때문에 차세대 평면 디스플레이(flat panel display: FPD)에 적합한 소자이다.

또한, 녹색(green), 청색(blue), 적색(red)의 세 가지 색을 나타낼 수 있고, 이미 잘 알려진 액정표시장치(liquid crystal display: LCD)에 비해 백라이트(backlight)가 필요치 않아 전력소모가 적으며, 색감이 뛰어나 차세대 풀 컬러 디스플레이(full color display) 소자로 많은 사람의 관심의 대상이 되고 있다.

일반적인 유기전계발광 소자의 제조과정은 다음과 같다.

먼저 투명 기판 위에 양극(anode) 물질을 형성한다. 여기서, 양극 물질로는 흔히 ITO(Indium Tin Oxide)가 쓰인다.

그리고, 양극 물질 위에 정공주입층(HIL: Hole Injecting Layer)을 형성한다. 정공주입층으로는 주로, 구리 프탈로시아닌(CuPC: copper phthalocyanine)이 사용되고, 그 두께는 약 10nm 내지 30nm로 한다.

다음으로, 정공수송층(HTL: Hole Transport Layer)을 도입한다. 정공수송층은 NPD(4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenylamino]-biphenyl)를 약 30nm 내지 60nm 정도의 두께로 증착하여 형성한다.

그리고, 정공수송층 위에 유기발광층(Organic Emitting Layer)을 형성한다. 이 때, 유기발광층에 필요에 따라 불순물(dopant)을 첨가한다. 예를 들어, 녹색 발광의 경우에, 유기발광층으로는 흔히 Alq₃(tris(8-hydroxy-quinolate)aluminum)을 약 30nm 내지 60nm 정도의 두께로 증착하고, 불순물로는 MQD (N-Methylquinacridone)를 많이 쓴다.

그리고 나서, 유기발광층 위에 전자수송층(ETL: Electron Transport Layer) 및 전자주입층(EIL: Electron Injecting Layer)을 연속적으로 형성하거나, 아니면 전자주입수송층을 형성한다. 녹색 발광의 경우에, 유기발광층으로 사용한 Alq₃이 뛰어난 전자수송능력을 갖기 때문에 전자주입/수송층을 쓰지 않는 경우도 많다.

다음으로, 전자주입층 위에 음극(cathode)을 형성하고, 마지막으로 보호막을 형성한다.

일반적으로, 유기 EL로 풀-컬러(full-color)를 구현하기 위해서는 녹색(green), 적색(red), 청색(blue)의 3가지 빛을 내는 발광 소자를 필요로 한다.

여기서, 청색은 청색 호스트(host)에 청색 불순물을 도핑하고, 전자수송층(ETL)으로 Alq₃를 사용하여 구현하며, 청색 호스트의 특성에 따라 Alq₃를 생략할 수도 있다. 적색의 경우는 상기 소자 제작 과정중에 녹색 불순물 대신에 적색 불순물을 도핑함으로 적색 파장을 얻을 수 있다.

그러나 녹색발광소자의 경우는 소자의 안정성이 실용화 수준까지 도달한 것으로 평가되어지고 있지만, 청색발광소자의 경우에는 발광색 및 소자의 안정성이 아직 실용화 수준에 못 미치고 있으며 그 발광효율도 만족할 만한 수준에 이르지 못하고 있다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 정공수송 및 정공주입 물질로 새로운 청색발광물질을 합성하여 소자의 안정성 및 발광효율이 우수한 유기전계발광 소자를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 유기전계발광 소자의 구조단면도

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면 제1전극, 유기발광층 및 제2전극을 포함하는 유기전계발광 소자에 있어서, 유기발광층의 청색발광물질로 서 하기 화학식 1의 테트라페닐메탄(tetraphenylmethane) 구조를 갖는 화합물을 사용한 유기전계발광 소자를 제공한다.

상기 화학식 1에서, R은 수소 또는 하기 화학식으로 이루어진다.

여기서, Ar₁및 Ar₂는 각각 방향족 치환기(aromatic), 지방족 치환기(alipatic) 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.

또한, 상기 Ar₁및 Ar₂는 각각 페닐기(phenyl), 나프틸기(naphthyl) 및 페난트릴기(phenanthryl)로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.

또한, 유기발광체의 청색발광물질로 사용될 수 있는 상기 화합물은 하기 화학식 2로 이루어진 화합물일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따라 형성된 유기전계발광 소자의 구조단면도이다. 상기와 같은 화합물을 유기발광층의 청색발광물질로 사용한다.

상기 화학식 2의 화합물은 다음과 같은 방법으로 합성될 수 있다.

(1) 테트라파라브로모페닐메탄(tetra-p-Bromophenylmethane)의 합성

테트라페닐메탄(2g)과 FeCl₃(0.05g)을 먼저 둥근 바닥플라스크에 넣고 용매인 사염화탄소(CCl₄, 50ml)에 녹인 후 브롬(1.43ml)을 첨가한 후 환류(reflux)하여 3일을 교반하고 반응이 종결되면 THF와 메탄올에서 재결정하여 테트라파라브로모페닐메탄을 얻는다.

(2) 바이페닐보로닉에시드(Biphenylboronic acid)의 합성

마그네슘(1.1g)을 둥근 바닥플라스크에 넣고 진공상태하에서 10분 정도 가열하면서 수분을 완전히 제거 한 다음 질소(N₂)하에서 냉각시키고, 2-브로모-1,1-바이페닐에틸렌(2-Bromo-1,1-biphenylethylene, 10g)을 90ml의 THF에 녹인 것을 천천히 적하하며 반응을 진행시킨다. 적하가 끝나면 1시간 더 환류하며 교반시킨다. 이것을 다시 -78℃로 냉각시킨 후 트리메틸보레이트(trimethylborate, 5.68ml)를 50ml의 THF에 희석시킨 후 그것을 천천히 적하시킨다. 적하가 끝나면 천천히 실온으로 올리면서 교반을 12시간 정도 더 해준다. 그 후, 이것을 여과하고 그 여액을물과 2N-HCl에서 30분간 교반한 다음 디에틸에테르(diethylether)를 사용하여 유기물질을 분리하고 농축한 후 석유 에테르(petroleum ether)에서 결정을 석출하였다. 이것을 여과하여 흰색의 고체를 얻는다.

(3) 3,3,3,3-테트라키스(바이페닐)메탄(3,3,3,3-tetrakis(biphenyl)methane)의 합성

상기 (1)단계에서 합성한 테트라파라브로모페닐메탄(2g)과 상기 (2)단계에서 합성한 바이페닐보로닉에시드(6g) 그리고 K₂CO₃(6.5g)을 톨루엔(40ml), 물(4040ml)에 녹인다. 그 후, Pd(PPh₃)₄(250mg)를 첨가하여 24시간 정도 환류하면서 교반시킨 후 이 유기물을 먼저 톨루엔으로 추출한 다음 물층을 다시 디클로로메탄으로 3회 추출하여 이 유기용매를 합하여 농축시킨다. 이렇게 얻어진 고체를 메탄올에서 재결정을 하고 여과한 것을 THF를 사용하여 이물질을 씻어주면 청색발광물질인 화학식 2의 화합물을 얻을 수 있다.

따라서, 본 발명은 유기발광체의 청색발광물질로서 상기와 같은 화합물을 사용함으로써 발광색 및 소자의 안정성이 우수하고, 발광효율도 증가된 유기전계발광소자를 얻을 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims

제1전극, 유기발광층 및 제2전극을 포함하는 유기전계발광 소자에 있어서, 유기발광층의 청색 발광물질로서 하기 화학식을 갖는 화합물을 사용한 유기전계발광 소자:

상기 화학식에서, R은 수소 또는 하기 화학식이며,

여기서, Ar₁및 Ar₂는 각각 방향족 치환기, 지방족 치환기 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택됨.
제1항에 있어서,

상기 Ar₁및 Ar₂는 각각 페닐기, 나프틸기 및 페난트릴기로 이루어진 군으로부터 선택된 것임을 특징으로 하는 유기전계발광 소자.
제1항에 있어서,

상기 화합물은 하기 화학식의 화합물인 것을 특징으로 하는 유기전계발광 소자: