KR20030021507A - 유기 전계발광소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하기 화학식:
(이때, R은 수소(H), 알킬(alkyl)기, 알릴(allyl)기, 또는 할로겐(halogen))
으로 표현되는 물질을 호스트(host)로 하고 여기에 인광물질을 도핑하여 이루어진 발광층을 포함하는 유기 전계발광소자에 관한 것으로서, 고휘도, 고효율를 갖는 유기 전계발광소자를 제공한다.

Description

유기 전계발광소자{Organic electroluminescent device}
본 발명은 유기 전계발광소자(Organic electroluminescent device : OELD)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광물질로서 인광물질을 이용한 유기 전계발광소자에 관한 것이다.
최근 디스플레이의 대형화에 따라 공간 점유가 적은 평면표시소자의 요구가 증대되고 있는데, 이러한 평면표시소자중의 하나가 전계발광소자이다. 전계발광소자는 전계발광 특성을 갖는 물질에 따라 무기 전계발광소자와 유기 전계발광소자로 나뉜다.
무기 전계발광소자는 현재 상용화되어 있는 것으로 일반적으로 발광부에 높은 전계를 인가함으로써 전자를 가속시키고, 가속된 전자가 발광중심에 충돌되어발광중심이 여기됨으로써 발광하는 소자로서, 전력소모가 크고 고휘도의 광을 얻기 어려우며 다양한 발광색을 얻기가 힘든 단점이 있다.
반면에, 유기 전계발광소자는 반도체적인 특성이 있는 박막 형태의 유기 발광물질이 양극 및 음극사이에 존재하는 샌드위치 구조를 갖고, 상기 두 전극에 직류 전류를 인가하면 음극으로부터 전자가, 양극으로부터 정공이 유기 발광물질에 주입되어 주입된 전자와 정공이 결합하여 생성된 엑시톤(exciton)이 여기상태(excited state)로부터 기저상태(ground state)로 천이되면서 형광이나 인광 등의 빛을 내는 소자로서, 응답속도가 빠르고 수 내지 수십 볼트의 직류전압으로 구동되며, 수백 내지 수천 cd/m2의 고휘도가 가능하고 분자구조 변화에 따라 다양한 발광색을 얻을 수 있는 장점이 있다.
이와 같은 유기 전계발광소자의 상업화를 위해서는 발광소자의 효율향상과 다양한 칼라구현에 의한 풀칼라 디스플레이 구현이 요구된다. 이런 요구에 따라 종래의 유기 전계발광소자는 음극과 양극사이에 발광물질뿐만 아니라 전자주입(수송) 및 정공주입(수송)특성을 갖는 물질층을 도입하여 전자 및 정공의 주입량과 이동성을 조절하여 고효율의 소자를 제공하고 있다.
그러나, 상기와 같은 다층구조를 취하는 유기 전계발광소자도 실용상 발광효율이나 소자의 수명면에서 불충분하여 디스플레이에 적용하기에 부족하다. 따라서, 고휘도, 고효율 전계발광소자를 구현하기 위해서는 새로운 층의 추가도입 등과 같은 소자의 구조적인 측면과 정공(혹은 전자)의 주입 및 수송특성이 우수하거나 발광효율이 우수한 재료의 개발과 같은 재료적인 측면에서의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기의 재료적인 측면의 요구를 충족시키기 위한 것으로, 유기 전계발광소자에서 형성되어지는 빛은 단일항 상태(singlet state)로부터 발생하는 형광과 삼중항 상태(triplet state)로부터 발생하는 인광으로 나뉠 수 있는데, 이론상 그 효율은 형광의 경우 25%, 인광의 경우 75%가 된다. 이와 같이, 형광소자에서는 75%에 해당하는 엑시톤들이 모두 소멸되어 빛으로 기여하지 못하게 되는 데 인광색소를 이용하면 이들 삼중항 엑시톤을 사용할 수 있어 효율의 증가를 기대할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 우수한 발광특성을 갖는 인광물질을 이용하여 고휘도, 고효율의 유기 전계발광소자를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 유기 전계발광소자의 일 실시형태이다.
도 2는 본 발명에 따른 유기 전계발광소자의 다른 일 실시형태이다.
도 3은 본 발명에 따른 유기 전계발광소자와 종래의 유기 전계발광소자와의 발광효율을 비교하기 위한 실험결과를 나타내는 그래프이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 하기 화학식:
으로 표현되는 물질을 호스트(host)물질로 하고 여기에 인광물질을 도핑하여 이루어진 발광층을 포함하는 유기 전계발광소자를 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조로 상세히 설명한다.
제 1실시예
도 1은 본 발명에 따른 유기 전계발광소자의 일실시예로서, 본 발명은 기판(10)상에 양극(20), 유기막층(30), 및 음극(40)이 순차적으로 적층된 유기 전계발광소자에 있어서,
상기 유기막층(30)은 하기 화학식:
으로 표현되는 물질에 인광물질을 도핑하여 형성된 발광층을 포함하고, 이때 상기 R은 수소(H), 알킬(alkyl)기, 알릴(allyl)기, 및 할로겐(halogen)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 유기 전계발광소자를 제공한다.
이때, 본 발명에 따른 발광층의 호스트 물질로 사용되는 상기 화학식의 물질은 Almq3로 명명된다.
본 발명에 따른 Almq3물질의 치환기 R에 있어서, 상기 알킬기는 탄소수가 1 내지 20인 것이 바람직하고, 상기 알릴기는 벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 및 펜난트렌으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것이 바람직하고, 상기 할로겐은 플루오르, 염소, 및 브롬으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.보다 바람직한 Almq3는 하기 화학식:
과 같다.
상기 양극(20) 및 음극(40)은 본 발명이 속하는 당업계에서 통상의 지식을 가진 당업자에게 자명한 범위내에서 변경사용할 수 있는 것으로서, 바람직하게는 상기 양극(20)은 투명한 기판(10) 위에 ITO(In2O3+ SnO3) 또는 IZO(In2O3+ ZnO)를 스퍼터링(sputtering)등의 방법에 의해 형성되고, 상기 음극(40)은 Ma/Ag, Al, Al/Li, Al/Nd등이 증착되어 형성된다.
제 2실시예
도 2는 본 발명에 따른 유기 전계발광소자의 다른 일실시예로서, 본 발명은 기판(10)상에 양극(20), 정공주입층(32), 정공수송층(34), 발광층(36), 전자수송층(38) 및 전자주입층(39)으로 이루어진 유기막층, 및 음극(40)이 순차적으로 적층된 유기 전계발광소자에 있어서,
상기 유기막층(30)은 하기 화학식:
으로 표현되는 물질에 인광물질을 도핑하여 형성된 발광층(36)을 포함하고, 이때 상기 R은 수소(H), 알킬(alkyl)기, 알릴(allyl)기, 및 할로겐(halogen)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 유기 전계발광소자를 제공한다.
본 발명에 따른 Almq3물질의 치환기 R에 있어서, 상기 알킬기는 탄소수가 1 내지 20인 것이 바람직하고, 상기 알릴기는 벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 및 펜난트렌으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것이 바람직하고, 상기 할로겐은 플루오르, 염소, 및 브롬으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것이 바람직하며, 보다 바람직한 Almq3는 하기 화학식:
과 같음은 전술한 바와 같다.
상기 양극(20)과 음극(40)의 재료등도 전술한 바와 같다.
상기 정공주입층(32)은 상기 양극(20) 위에 코퍼프탈로시아닌(copper(Ⅱ)Phthalocyanine : CuPC)을 진공증착하여 형성될 수 있고, 상기 정공수송층(34)은 상기 정공주입층(32) 위에 N,N-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐벤지딘과 같은 트리페닐아민(triphenyl amine) 유도체를 진공증착하여 형성될 수 있다.
상기 전자수송층(38)은 전자수송특성이 우수한 Alq3, 또는 2-(4-바이페닐)-5-(4-터트-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸과 같은 옥사디아졸 및 트리아졸 유도체를 진공증착법에 의해 상기 발광층(36) 위에 형성될 수 있다.
상기 전자주입층(39)은 상기 전자수송층(38) 위에 알칼리 금속(Cs, Rb, K, Na, Li) 유도체(Li2O등)를 진공증착하여 형성될 수 있다.
본 발명자는 본 발명에 따른 유기 전계발광소자의 발광효율을 종래의 유기 전계발광소자와 비교하기 위해 하기의 제 3실시예 및 비교예의 실험을 통하여 도 3과 같은 결과의 그래프를 얻었다. 이하 설명한다.
제 3실시예
ITO 유리상에 CuPC를 진공증착하여 6nm 두께의 정공주입층을 형성하였다. 상기 정공주입층 상부에 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]-바이페닐(NPD)을 진공증착하여 35nm 두께의 정공수송층을 형성하였다. 그 위에 본 발명에 따른 상기 Almq3를 호스트로 하고 하기 화학식의 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르핀 플라티늄(Ⅱ)(PtOEP)(6%):
를 도판트로 하여 40nm의 두께로 진공증착하여 발광층을 형성하였다. 그 위에 Alq3을 10nm 두께로 진공증착하여 전자수송층을 형성하였다. 그 위에 음극을 형성하여 유기 전계발광소자를 제작하였다.
비교예
상기 제 3실시예에서 발광층으로 하기 화학식의 Alq3:
를 호스트로 하고 PtOEP(6%)를 도판트로 한 것을 제외하고, 제 3실시예와 동일한 방법으로 유기 전계발광소자를 제작하였다.
상기 제 3실시예 및 비교예에서 제작된 유기 전계발광소자에 전압을 인가한 결과, 도 3에서와 같이 본 발명에 따른 Almq3를 발광층의 호스트물질로 사용한 경우, Alq3를 발광층의 호스트물질로 사용한 경우와 동일한 적색을 얻을 수 있으며, Alq3를 발광층의 호스트물질로 사용한 경우보다 발광효율에 있어서는 1.5 내지 2배정도 향상됐음을 알 수 있다.
상기 구조를 갖는 본 발명에 따른 유기 전계발광소자는 고휘도 및 고효율의 발광특성을 갖는다.

Claims (11)

  1. 기판상에 양극, 유기막층, 및 음극이 순차적으로 적층된 유기 전계발광소자에 있어서,
    상기 유기막층은 하기 화학식:
    으로 표현되는 물질에 인광물질을 도핑하여 형성된 발광층을 포함하고, 이때 상기 R은 수소(H), 알킬(alkyl)기, 알릴(allyl)기, 및 할로겐(halogen)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 유기 전계발광소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 인광물질은 PtOEP인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광소자.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 R은 탄소수가 1 내지 20인 알킬기인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광소자.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 R은 벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 및 펜난트렌으로 이루어진 알릴기에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광소자.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 R은 플루오르, 염소, 및 브롬으로 이루어진 할로겐에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광소자.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 R은 수소인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광소자.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 유기막층은 정공주입층, 전공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 전계발광소자.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 R은 탄소수가 1 내지 20인 알킬기인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광소자.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 R은 벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 및 펜난트렌으로 이루어진 알릴기에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광소자.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 R은 플루오르, 염소, 및 브롬으로 이루어진 할로겐에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광소자.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 R은 수소인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광소자.
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