KR20030078131A - 유기전계발광소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노랑색 발광물질의 휘도를 향상시킬 수 있는 유기전계발광소자에 관한 것이다.

본 발명에 따른 유기전계발광소자는 애노드전극과 캐소드전극 사이에 형성된 발광층을 포함하는 유기전계발광소자에 있어서, 상기 발광층에는 소정의 호스트 물질에 Rubrene과 Co₆가 도펀트로서 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

유기전계발광소자{Organic Electro-Luminescence Device}

본 발명은 유기전계발광소자에 관한 것으로, 특히 노랑색 발광물질의 휘도를 향상시킬 수 있는 유기전계발광소자에 관한 것이다.

최근들어, 음극선관(Cathode Ray Tube)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 각종 평판 표시장치들이 개발되고 있다. 이러한 평판 표시장치는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display : 이하 "LCD"라 함), 전계 방출 표시장치(Field Emission Display : FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel : 이하 PDP"라 함) 및 일렉트로 루미네센스(Electro-luminescence) 표시장치 등이 있다. 이와 같은 평판표시장치의 표시품질을 높이고 대화면화를 시도하는 연구들이 활발히 진행되고 있다.

이들 중 PDP는 구조와 제조공정이 단순하기 때문에 경박 단소하면서도 대화면화에 가장 유리한 표시장치로 주목받고 있지만 발광효율과 휘도가 낮고 소비전력이 큰 단점이 있다. 이에 비하여, 스위칭 소자로 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor : 이하 "TFT"라 함)가 적용된 액티브 매트릭스 LCD는 반도체공정을 이용하기 때문에 대화면화에 어려움이 있지만 노트북 컴퓨터의 표시소자로 주로 이용되면서 수요가 늘고 있다. 그러나 LCD는 대면적화가 어렵고 백라이트 유닛으로 인하여 소비전력이 큰 단점이 있다. 또한, LCD는 편광필터, 프리즘시트, 확산판 등의 광학소자들에 의해 광손실이 많고 시야각이 좁은 특성이 있다.

이에 비하여, 유기전계발광 표시소자는 발광층의 재료에 따라 무기전계발광소자와 유기전계발광소자로 대별되며 스스로 발광하는 자발광소자로서 응답속도가 빠르고 발광효율, 휘도 및 시야각이 큰 장점이 있다.

무기전계발광소자는 발광부에 높은 전계를 인가함으로써 전자를 가속시키고 가속된 전자가 발광 중심에 충돌되어 발광 중심이 여기됨으로써 발광하는 소자이다. 이 무기전계발광소자는 유기전계발광소자에 비하여 전력소모가 크고 고휘도를 얻을 수 없으며 R, G, B의 다양한 색을 발광시킬 수 없다.

반면에, 유기전계발광소자는 반도체적인 특성을 가지는 박막 형태의 유기발광물질이 애노드전극과 캐소드전극 사이에 형성된 구조를 가지며, 수십 볼트의 낮은 직류 전압에서 구동됨과 아울러 빠른 응답속도를 가진다. 또한, 유기전계발광소자는 고휘도를 얻을 수 있으며 R, G, B의 다양한 색을 발광시킬 수 있어 차세대 평판 디스플레이소자에 적합하다.

유기전계발광소자는 도 1과 같이 유리기판(1) 상에 투명전극 패턴으로 애노드전극(2)을 형성하고, 그 위에 절연막(3), 정공관련층(4), 발광층(Emitting Layer : EMI, 5), 전자관련층(6)이 적층된다. 전자관련층(6) 상에는 금속전극의 캐소드전극(7)이 형성된다.

애노드전극(2)은 유리기판(1) 상에 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ITZO(Indium Tin Zinc Oxide) 등의 투명전도성 물질로 형성된다.

절연막(3)은 애노드전극(2) 상에 포토리쏘그래피(Photolithgraphy) 방법으로 형성된다.

정공관련층(4)은 애노드전극(2) 상에 순차적으로 형성된 정공주입층(Hole Injection Layer : HIL)과 정공수송층(Hole Transport Layer : HTL)으로 구성된다.

정공주입층은 주로 코퍼프탈로시아나인(Copper(Ⅱ) Phthalocyanine)을 증착함으로써 형성되며, 약 10 ~ 30 nm의 두께를 가지도록 증착된다.

정공수송층은 N,N-diphenyl-N,N'-bis(3-methyphenyl)-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine(TPD) 또는 4,4'-bis[N-(1-naphthy1)-N-pheny1-amino]bipheny1(NPD)로 형성된다. 이때, 정공수송층은 약 30 ~ 60 nm의 두께를 가진다.

발광층(5)은 광을 발생시키는 기능을 주로 하지만 전자 혹은 정공을 운반하는 기능도 함께 한다. 발광층(5)은 필요에 따라 발광물질을 단독으로 사용하여 형성되거나 호스트 재료에 도핑된 상태의 발광물질을 사용함으로써 형성된다. 특히 노랑색(Yellow)을 발광시키는 발광층(5)은 tris(8-hydroxy-quinolate) aluminum(Alq₃)에 Rubrene을 1% 정도 도핑하여 형성된다. 녹색(G) 도펀트(dopant)로는 coumarin 6 또는 Quinacridone(Qd)를 사용하며, 적색(R) 도펀트로는 DCM, DCJT, DCJTB 등을 사용한다.

전자관련층(6)은 발광층(5) 상에 순차적으로 형성된 전자수송층(ElectronTransport Layer : ETL)과 전자주입층(Electron Injection Layer : EIL)으로 구성된다.

전자수송층은 Alq₃등의 알킬금속착체 화합물이 사용되며, 약 20 ~ 50 nm의 두께를 가지도록 증착된다.

전자주입층은 LiF나 Li₂O를 약 5Å 정도의 두께를 가지도록 얇게 형성시키거나 Li, Ca, Mg, Sm 등과 같은 알카리 금속 또는 알카리토금속을 100Å 정도 두께를 가지도록 하여 전자의 주입 성능을 향상시킨다.

정공관련층(4), 발광층(5) 및 전자관련층(6)은 저분자 화합물인 경우에는 진공증착에 의해 형성되며, 고분자 화합물의 경우에는 스핀 코팅(Spin Coating) 또는 잉크젯 프린팅 방식 등에 의해 형성된다.

캐소드전극(7)은 반사율이 높은 Al, Li 등이 쓰일 수 있으나 많은 경우 알루미늄(Al)과 같은 금속이 이용된다.

이와 같이 유기전계발광소자의 발광층(5)은 대기 중의 수분 및 산소에 쉽게 열화 되는 특성으로 인하여 인캡슐레이션(Encapsulation) 방법에 따라 에폭시 수지와 같은 씨일제(10)를 사이에 두고 애노드전극(2)과 패키징판(9)이 합착된다.

패키징판(9)은 유리, 플라스틱, 캐니스터(Canister) 등을 재료로 하여 형성된다. 이 패키징판(9)의 배면 중앙부에는 수분 및 산소를 흡수하기 위한 게터(Getter;8)가 충진될 수 있도록 오목하게 형성되고, 이 오목한 공간에는 BaO, CaO 등의 물질이 충진된다. 또한, 흡습제인 게터(8)가 발광층(5)에 떨어지는 것을방지하기 위하여 패키징판(9)의 배면에는 수분 및 산소 등이 드나들도록 반투성막(11)이 부착된다. 반투성막(11)은 테프론, 폴리에스테르, 종이 등의 재료가 이용된다.

이와 같은 유기전계발광소자의 발광 원리를 간략하게 살펴보면 다음과 같다.

애노드전극(2) 및 캐소드전극(7)에 구동전압이 인가되면 정공주입층 내의 정공과 전자주입층 내의 전자는 각각 발광층(5) 쪽으로 진행하여 발광층(5) 내로 유입된다. 전자와 정공이 유기 발광층(5) 내에 유입되면 엑시톤(exiton)이 생성되며 이 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 떨어지면서 에너지 차이 만큼에 해당하는 가시광을 발생시킨다. 이렇게 발광층(5)으로부터 발생되는 가시광은 투명한 애노드전극(2)을 통해 밖으로 빠져 나오는 원리로 화상 또는 영상을 표시한다.

이러한 유기전계발광소자에서 사용되는 노랑색 발광물질은 적색, 녹색 및 청색발광물질에 비하여 발광효율이 떨어진다. 이와 아울러, 순수한 노랑색 파장의 광을 얻기 어려울 뿐만 아니라, 장시간 사용시 유기전계발광소자의 수명이 저하되는 문제점을 가진다.

따라서, 본 발명의 목적은 노랑색 발광물질의 휘도를 향상시킬 수 있는 유기전계발광소자를 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 유기전계발광소자를 나타내는 도면.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 유기전계발광소자를 나타내는 도면.

도 3은 도 2에 도시된 유기전계발광소자의 구성물질과 두께를 나타내는 도면.

도 4a 내지 도 4f는 도 2에 도시된 유기전계발광소자의 구성물질들의 화학 구조식을 나타내는 도면.

도 5는 종래와 본 발명에 따른 유기전계발광소자의 전류에 대한 휘도의 관계를 나타내는 그래프.

도 6은 종래와 본 발명에 따는 유기발광소자의 파장에 대한 광세기를 나타내는 그래프.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1, 30 : 유리기판2, 32 : 애노드전극

3 : 절연막4 ; 정공관련층

5, 38 : 발광층6 : 전자관련층

7, 44 : 캐소드전극34 : 전공주입층

36 : 전공수송층40 : 전자수송층

42 : 전자주입층

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 유기전계발광소자는 애노드전극과 캐소드전극 사이에 형성된 발광층을 포함하는 유기전계발광소자에 있어서, 상기 발광층에는 소정의 호스트 물질에 Rubrene과 Co₆가 도펀트로서 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 발광층에 정공을 주입하는 정공주입층과, 정공주입층 상에 형성되어 상기 정공주입층으로부터의 정공을 수송하는 정공수송층과, 발광층 상에 형성되어 상기 발광층으로 전자를 이송시키는 전자수송층과, 전자수송층 상에 형성되며 전자를 주입시키는 전자주입층을 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 발광층의 호스트 물질은 Alq₃인 것을 특징으로 한다.

상기 발광층의 호스트 물질과 도펀트의 함량비는 99% : 1% 인 것을 특징으로 한다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시 예의 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하기로 한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유기전계발광소자는 발광층의 호스트인 ALq₃에 게스트물질인 Rubrene과 Co₆을 도핑한다.

본 발명에 따른 유기전계발광소자는 유리기판(30) 상에 순차적으로 형성되는 애노드전극(32), 정공주입층(34), 전공수송층(36), 발광층(38), 전자수송층(40),전자주입층(42), 캐소드전극(42)을 구비한다.

애노드전극(32)은 데이터전극으로 사용되며 유리기판(30) 위에 ITO, IZO, ITZO 등의 투명전도성 물질로 형성된다. 애노드전극(32)은 투명전도성 물질을 스퍼터링(Sputtering) 방법이나 이온 플레이팅 방법에 의해 코팅한 후, 포토리쏘그래피 방법에 의하여 패터닝된다.

정공주입층(34)은 주로 도 4a에 도시된 구조식을 가지는 코퍼프탈로시아나인(Copper(Ⅱ) Phthalocyanine; CuPC)을 증착함으로써 형성되며, 약 10 ~ 30 nm의 두께를 가지도록 증착된다.

정공수송층(36)은 도 4b에 도시된 구조식을 가지는 4,4'-bis[N-(1-naphthy1)-N-pheny1-amino]bipheny1(NPD) 또는 도 4c에 도시된 구조식을 가지는 N,N-diphenyl-N,N'-bis(3-methyphenyl)-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine(TPD)로 형성된다. 이때, 정공수송층은 약 30 ~ 60 nm의 두께를 가진다.

발광층(38)은 광을 발생시키는 기능을 주로 하지만 전자 혹은 정공을 운반하는 기능도 함께 한다. 발광층(38)은 호스트인 tris(8-hydroxyquinolate) aluminum(Alq3)에 Rubrene과 Co₆의 두 가지 도펀트를 함께 도핑한다. 여기서, 두 도펀트는 동시에 증착되며 증착 속도를 조절하여 일정한 양으로 증착된다. Co₆은 도 4d에 도시된 바와 같은 구조식을 가지며, Rubrene의 구조식은 도 4e에 도시되어 있다.

전자수송층(36)은 도 4f에 도시된 구조식을 가지는 Alq₃등의 알킬금속착체화합물이 사용되며, 약 20 ~ 50 nm의 두께를 가지도록 증착된다.

전자주입층(40)은 LiF나 Li₂O를 약 0.5nm 정도의 두께를 가지도록 얇게 형성시키거나 Li, Ca, Mg, Sm 등과 같은 알카리 금속 또는 알카리토금속을 10nm 정도 두께를 가지도록 하여 전자의 주입 성능을 향상시킨다.

캐소드전극(44)은 반사율이 높은 Al, Al/Li, Ma/Ag, Al/Nd 등이 쓰일 수 있으나 많은 경우 알루미늄(Al)과 같은 금속을 증착함으로써 형성된다. 이 캐소드전극(44)은 주사전극으로 이용된다.

이러한 유기전계발광소자는 투명전극 및 금속전극에 구동전압 및 전류가 인가되면 정공전달층 내의 정공과 전자전달층 내의 전자는 각각 유기발광층 쪽으로 진행하여 유기발광층 내의 형광물질을 여기시킨다. 이렇게 유기발광층으로부터 발생되는 가시광은 애노드전극을 통해 외부로 방출되는 원리로 화상 또는 영상을 표시한다.

도 5는 종래와 본 발명에 따른 유기전계발광소자의 전류에 대한 휘도의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 유기전계발광소자에서의 전류에 대한 휘도 관계를 나타내는 제1 라인(L1)은 종래의 유기전계발광소자의 제2 라인(L2)과 비교하여 기울기값이 더 크다. 즉, 본 발명의 유기전계발광소자는 전류값이 커지면 커질수록 종래와 비교하여 휘도값이 더욱 크게 증가됨을 알 수 있다. 이는 본 발명의 발광층의 호스트인 Alq₃에 Rubrene과 Co₆의 도펀트를 함께 도핑하였기 때문이다. 이때, Alq₃대 Rubrene과 Co₆의 혼합비는 99% 대 1% 이며, Rubrene 대 Co₆의 혼합비는 0.5% 대 0.5% 이다.

도 6은 종래와 본 발명에 따는 유기발광소자의 파장에 대한 광세기를 나타내는 그래프이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 유기전계발광소자는 종래의 유기전계발광소자와 비교하여 옐로우(yellow) 계열의 광의 발광 피크가 쉬프트되어 옐로우 계열의 광의 색순도가 더 좋아지게 된다. 즉, 종래의 발광 피크는 파장 500nm 근처에서 나타나지만, 본 발명에서 발광피크는 560nm 근처에서 나타남을 알 수 있다. 또한, 그래프에서 나타난 바와 같이 옐로우 계열의 발광영역이 커지게 되어 휘도가 상승된다. 이는 본 발명에 따른 발광층의 호스트인 Alq₃에 Rubrene과 Co₆의 도펀트를 함께 도핑하였기 때문이다. 이때, Alq₃대 Rubrene과 Co₆의 혼합비는 99% 대 1% 이며, Rubrene 대 Co₆의 혼합비는 0.5% 대 0.5% 이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 유기전계발광소자는 발광층의 호스트인 Alq₃에 Rubrene과 Co₆의 도펀트를 함께 도핑한다. 이에 따라, 본 발명에 따른 유기전계발광소자는 종래의 유기전계발광소자와 비교하여 노랑색 발광 영역이 커지게 되어 휘도가 향상됨과 아울러 노랑색 발광 피크가 노랑색 파장 대역으로 이동하여노랑색 광의 색순도를 향상시킬 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 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (5)

1. 애노드전극과 캐소드전극 사이에 형성된 발광층을 포함하는 유기전계발광소자에 있어서,

   상기 발광층에는 소정의 호스트 물질에 Rubrene과 Co₆가 도펀트로서 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 발광층에 정공을 주입하는 정공주입층과,

   싱기 정공주입층 상에 형성되어 상기 정공주입층으로부터의 정공을 수송하는 정공수송층과,

   상기 발광층 상에 형성되어 상기 발광층으로 전자를 이송시키는 전자수송층과,

   상기 전자수송층 상에 형성되며 전자를 주입시키는 전자주입층을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 발광층의 호스트 물질은 Alq₃인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 호스트 물질과 도펀트를 동시에 증착시키는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 발광층의 호스트 물질과 도펀트의 함량비는 99% : 1% 인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.