KR20050095145A - 유기전계발광소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 청색의 색순도를 증대시키기 위한 유기전계발광소자를 제공한다.

본 발명의 유기전계발광소자는 제 1 전극; 상기 제 1 전극에서 정공을 주입받는 정공주입층; 상기 정공주입층의 정공을 전달하는 정공수송층; 제 2 전극; 상기 제 2 전극에서 전자를 주입받는 전자주입층; 및 상기 수송층과 전자주입층 사이에 상기 전자와 정공의 재결합으로 발광이 이루어지는 발광층을 구비하여, 상기 발광이 상기 전자주입층과 상기 발광층의 계면에서 이격된 소정의 대상영역에서 이루지도록 함으로써 청색 본연의 색순도를 띄는 빛이 발광될 수 있도록 한다.

Description

유기전계발광소자{OLED}

본 발명은 유기전계발광소자(OLED)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다층의 유기막 구조를 개선시켜 발광층의 소정의 대상영역에서 발광이 이루어지도록 하는 유기전계발광소자에 관한 것이다.

일반적으로 유기전계발광소자는 전자 주입 전극(음극)과 정공 주입 전극(양극) 사이에 형성된 유기막에 전하를 주입하면 전자와 정공이 쌍을 이룬 후 소멸하면서 빛을 내는 소자로서 낮은 전압에서 구동이 가능하고, 또한 전력 소모가 적은 것이 특징이다.

도 1은 종래 일반적인 유기전계발광소자의 단면을 나타내는 도면이다.

도시한 바와 같이, 유기전계발광소자는 투명 기판(11) 위에 양극인 투명 전극(12)이 스트라이프 패턴으로 형성된다. 그 위에 정공 관련층으로 정공 주입층(HIL:Hole Injecting Layer)(13)과 정공 수송층(HTL:Hole Transport Layer)(14)이 순차적으로 형성된다. 그리고, 그 위에 발광층(EML:Emitting Layer)(15)이 형성되고, 다음으로 발광층(15) 위에 전자 관련층으로 전자 수송층(ETL:Electron Transport Layer)(16) 및 전자 주입층(EIL:Electron Injecting Layer)(17)이 연속적으로 형성한다. 전자 주입층(17) 위에는 음극(18)으로 Al을 증착한다.

도 2는 다층구조의 유기전계발광소자의 에너지 밴드 구조(Energy Band Structure)를 나타내는 도면이다.

양극(12)에서 정공 주입층(HIL)(13)의 가전대로 주입된 정공은 유기물 사이를 호핑(Hopping)에 의해서 이동하여 정공 수송층(HTL)(14)을 통과한 후 발광층(EML)(15)으로 진행한다. 동시에 음극(18)에서 전자 주입층(EIL)(17)으로 주입된 전자는 전자 수송층(ETL)(16)을 통과하여 발광층(EML)(15)의 전도대로 이동하여 발광층(EML)에서 정공과 만나 재결합(Recombination)하여 발광하게 된다.

이러한 유기전계발광소자에서 청색광을 내기 위한 소자에서는 전자 수송층(ETL)로서 Alq3 [tris(8-hydroxy-quinolate)aluminum]를 사용하고 있다. 그런데, 이러한 전자 수송층(ETL)을 사용하게 되면, 풀칼라 패널이나 청색 모노 패널(blue mono panel)에서 화이트 밸런스(white balance)나 색순도가 떨어지는 현상이 발생하게 된다. 이는 양극(ITO)으로부터 주입된 정공이 음극으로부터 주입된 전자보다 빠르게 이동하기 때문에, 발광영역(recombination region)이 발광층(EML)과 전자 수송층(ETL)의 계면에서 형성되기 때문이다.

따라서, 상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 유기막 적층구조를 개선하여 발광층 내 소정 대상영역 즉 전자 관련층과의 계면으로부터 일정 거리 이격된 발광층 내 소정 대상영역에서 전자와 정공이 재결합되어 발광이 이루어지도록 하는데 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유기전계발광소자는 제 1 전극; 상기 제 1 전극에서 정공을 주입받는 정공주입층; 상기 정공주입층의 정공을 전달하는 정공수송층; 제 2 전극; 상기 제 2 전극에서 전자를 주입받는 전자주입층; 및 상기 수송층과 전자주입층 사이에 상기 전자와 정공의 재결합으로 발광이 이루어지는 발광층이 적층되고, 상기 발광은 상기 전자주입층과 상기 발광층의 계면에서 이격된 소정의 대상영역에서 이루어진다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 유기전계발광소자의 유기막 적층관계를 나타내는 단면도이다.

도시된 바와 같이, 먼저 투명 기판(10) 위에 양극 물질을 진공증착이나 스퍼터링(Sputtering)에 의해 스트라이프 패턴으로 증착하여 투명 전극(20)을 형성한다. 이때, 기판은 유기기판 및 플라스틱 기판이 주로 사용되며, 양극(하부 전극)(20) 물질로는 주로 ITO(Indium Tin Oxide)가 사용된다.

다음으로 투명 전극(20) 상에 정공 관련층이 형성된다. 이러한 정공 관련층으로 정공 주입층(HIL)(30) 및 정공 수송층(HTL)(40)이 순차적으로 증착된다. 이때, 정공 주입층(30)으로는 주로 CuPc(copper phthalocyanine)가 사용되며, 정공 수송층(40)으로는 주로 N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-(1-1'-biphenyl)-4,4'-diamine(TPD) 또는 4,4'-bis[N-(1-naphthy1)-N-pheny1-amino]bipheny(NPD)이 증착된다.

그리고, 그 위에 청색의 광을 내는 발광층(EML)(50)을 형성한다. 이러한 발광층(50)은 빛을 내는 기능 뿐만 아니라 전자와 정공을 운반하는 기능도 함께 한다.

발광층(50) 상에는 음극(70)을 통해 전달받은 전자가 주입되는 전자 주입층(EIL)(60)을 형성한다.

즉, 본 발명에서는 도 3의 구성에서와 같이 전자 수송층(ETL)을 두지 않고 발광층(50) 상에 바로 전자 주입층(60)을 형성한다. 이때, 청색 발광층(50)은 소자의 수명을 고려하여 두께가 종래 전자 수송층(ETL)이 차지했던 영역까지 포함하도록 증착한다. 바람직하게는 발광층(50)의 두께는 450 이상이 되도록 한다.

도 3의 구성과 같이 본 발명은 전자 관련층으로 전자 주입층(60) 만을 갖는다. 만약, 청색 모노 패널(blue mono panel)을 제작하기 위해 종래의 도 1 및 도 2와 같이 전자 수송층(ETL)을 사용하게 되면, 적색편이(red-shift)한 색좌표 및 청색 스펙트럼이 넓은 범위에 걸쳐 형성된다. 이는 일반적으로 청색 호스트(host) 물질인 DPVBi 계열에서는 정공의 이동도(mobility)가 전자의 이동도보다 훨씬 빠르기 때문이다(DPVBi 계열내에서 정공의 이동도는 2 ∼ 4 ×10^-3㎠/Vs 정도이고, 전자의 이동도는 그 보다 느린 것으로 알려져 있다).

유기박막 내에서 양극으로부터 주입된 정공이 음극으로부터 주입된 전자보다 빠르게 이동하기 때문에, 종래의 도 1 및 도 2와 같은 구조에서는 발광영역(recombination region)이 청색 발광층(50) 내의 앞부분 즉 정공 수송층(HTL)과 발광층(EML)의 계면에서 형성되지 않고, 발광층(EML)과 전자 수송층(ETL)의 계면에서 생성된다. 이로 인해, 가시광선 영역에서 480nm의 청색 스펙트럼과 520nm의 녹색을 띤 스펙트럼이 겹쳐서 빛을 발광하기 때문에 스펙트럼이 정밀하지 못하고 파장이 넓게 분포되어 적색편이한 스펙트럼을 얻을 수 밖에 없고, 색좌표도 하늘빛(sky-blue) 계열의 색순도 밖에 얻을 수 없다. 이로써, 청색 모노 패널(blue mono panel)이 청색 본연의 색순도를 띌 수 없게 된다.

상술된 문제를 해결하기 위하여 전자 수송층(ETL)의 두께를 얇게 증착하는 방법이 제시될 수 있으나, 이러한 경우 적층구조의 단점인 계면이 형성되므로 소자의 효율을 떨어뜨릴 수 있게 된다.

그러나, 도 3과 같은 본 발명의 유기막 적층구조에서는 발광영역이 청색 발광층(50)과 전자 관련층의 계면에서 형성되지 않는다. 즉, 청색 발광층(50) 상에 전자 관련층으로서 전자 주입층(60)만을 형성하여 전자 주입층(60)으로 주입된 전자들이 바로 청색 발광층(50)으로 이동하게 만든다. 이로써, 전자는 청색 발광층(50)과 전자 주입층(60)의 계면으로부터 일정 거리 이격된 발광층(50) 내 소정 영역에서 정공과 만나 재결합된다.

도 4는 본 발명에 따른 유기전계발광소자의 에너지 밴드 구조를 나타내는 도면이다.

본 발명에서와 같이 청색발광을 위한 유기전계발광소자에서는, 미도시된 전압/전류 공급원에 의해 양극(20)과 음극(70)에 소정의 전압이 인가되면, 음극(70)을 통해 전자 주입층(60)으로 주입된 전자는 바로 청색 발광층(50)의 전도대(Conduction Band 또는 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Oritals))로 이동하게 된다.

그리고, 미도시된 전압/전류 공급원에 의해 양극(ITO)를 통해 정공 주입층(HIL)의 가전대(Valence Band 또는 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbitals))로 주입된 정공은 호핑(Hopping)에 의해 정공 수송층(HTL)을 통과하여 청색 발광층(50)으로 이동한다. 이때, 전자는 전자 주입층(60) 만을 통과하여 바로 발광층(50)으로 이동하였기 때문에 전자와 정공은 발광층(50)과 전자 주입층(60)의 계면으로부터 일정 거리 이격된 발광층(50) 내 소정 대상영역(도 4의 빗금친 영역)에서 만나 재결합하게 된다.

해당 발광영역에서 재결합된 전자와 정공 쌍은 정전기적 인력에 의하여 재배열되어 여기자가 된다. 이 여기자는 유기 박막의 특성 및 인가된 전기장의 세기에 따라서 약간씩 차이는 있으나 대부분의 경우 약 수십 나노미터 정도 확산(Exciton Diffusion)하기 전 또는 후에 빛과 열에너지를 방출하면서 바닥상태로 전이하게 된다.

본 발명에서는 정공 관련층(30, 40), 발광층(50) 및 전자 관련층(60)의 적층을 위한 공정 및 유기물질은 공지된 종래의 방법 및 재료들을 사용할 수 있으므로 그에 대한 구체적인 설명은 생략하였으며, 상술된 본 발명에 대한 설명으로도 당업자들은 본 발명을 용이하게 실시할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 유기전계발광소자는 유기막의 적층구조를 개선함으로써 전자와 정공쌍이 발광층과 전자관련층의 계면으로부터 일정 거리 이격된 발광층 내의 소정 대상영역에서 재결합되도록 하여 청색 본연의 색순도를 띄는 광이 방출될 수 있도록 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 유기전계발광소자의 일반적인 구조를 나타내는 도면.

도 2는 유기발광소자의 에너지 밴드 구조(Energy Band Structure)를 나타내는 도면.

도 3은 본 발명에 따른 유기전계발광소자의 구조를 나타내는 도면.

도 4는 본 발명에 따른 유기전계발광소자의 에너지 밴드 구조를 나타내는 도면.

Claims (3)

1. 제 1 전극;

   상기 제 1 전극에서 정공을 주입받는 정공주입층;

   상기 정공주입층의 정공을 전달하는 정공수송층;

   제 2 전극;

   상기 제 2 전극에서 전자를 주입받는 전자주입층; 및

   상기 수송층과 전자주입층 사이에 상기 전자와 정공의 재결합으로 발광이 이루어지는 발광층이 적층되고,

   상기 발광은 상기 전자주입층과 상기 발광층의 계면에서 이격된 소정의 대상영역에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
2. 현재 본 발명의 발광층에 대한 특징으로 두께를 450Å 이상으로 하는 것만 개시되어 있으나 다른 특징 부분이 있으면 알려주시기 바라오며, 그러면 해당 내용을 청구범위에 포함시키도록 하겠습니다.
3. 제 1항에 있어서, 상기 발광은 450Å보다 크거나 같은 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 청색발광의 색순도를 증대하기 위한 OLED.