KR20060011067A

KR20060011067A - 유기 전계 발광 소자

Info

Publication number: KR20060011067A
Application number: KR1020040059738A
Authority: KR
Inventors: 정혜인; 송옥근; 구영모; 이용한
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2004-07-29
Filing date: 2004-07-29
Publication date: 2006-02-03
Also published as: CN1728903A; US7839076B2; CN1728903B; US20060228580A1; KR100669718B1

Abstract

본 발명은 한 쌍의 전극 사이에 형성된 유기막을 포함하며, 상기 유기막이 전자 수송 물질 및 청색 발광 물질을 포함하는 전자수송층인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자를 제공한다. 본 발명의 유기 전계 발광 소자는 전자 수송 물질과 청색 발광 물질을 함유한 전자 수송층을 채용함으로써 적색 및 녹색에서의 효율, 구동전압, 색좌표 및 수명 특성은 거의 변화되지 않으면서 청색의 발광 효율,수명 특성 등이 개선된다.

Description

유기 전계 발광 소자{Organic electroluminescence device}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유기 전계 발광 소자의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.

본 발명은 유기 전계 발광 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하기로는 발광 효율이 개선된 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.

유기 전계 발광 소자는 형광 또는 인광 유기막에 전류를 흘려주면, 전자와 홀이 유기막에서 결합하면서 빛이 발생하는 현상을 이용한 자발광형 디스플레이로서, 경량, 부품이 간소하고 제작공정이 간단한 구조를 지니고 있고 고화질에 광 시야각을 확보하고 있다. 그리고 동영상을 완벽하게 구현할 수 있고, 고색순도 구현이 가능하며, 저소비전력, 저전압 구동으로 휴대용 전자기기에 적합한 전기적 특징을 갖고 있다.

이러한 유기 전계 발광 소자는 상기 유기막으로서 정공수송층, 발광층, 전자수송층 등을 포함한다. 상기 정공수송층, 발광층, 전자수송층 등과 같은 유기막의두께에 따라 유기 전계 발광 소자의 효율, 구동전압, 색좌표 등이 매우 달라진다.

상기 유기막중 발광층은 그 두께가 증가될수록 유기 전계 발광 소자의 효율이 상승되는 장점을 갖고 있지만 구동전압도 함께 상승된다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 문제점을 해결하여효율, 구동전압, 색좌표 및 수명 특성이 개선된 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는, 한 쌍의 전극 사이에 형성된 유기막을 포함하며,

상기 유기막이 전자 수송 물질 및 청색 발광 물질을 포함하는 전자수송층인것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자를 제공한다.

상기 유기막은 발광층을 포함하며, 발광층이외에 홀 주입층, 홀 수송층, 전자주입층, 홀블로킹층중에서 선택된 하나 이상을 더 포함한다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 유기 전계 발광 소자는 전자수송층 형성시 전자 수송 물질과 발광층 형성시 이용되는 청색 발광 물질 특히 청색 인광 또는 형광 호스트를 함께 이용한다.

유기 전계 발광 소자에 있어서, 청색을 구현하고자 하는 경우, 유기막의 두께 비율에 따라 색좌표 특성이 매우 민감하게 변화된다. 상술한 바와 같이 같이 전자 수송 물질과 청색 발광 물질을 포함하는 전자 수송층을 채용한 경우, 전자 수송 물질만으로 이루어진 전자 수송층을 채용한 경우와 비교하여 적색 및 녹색에서의 효율, 구동전압, 색좌표 및 수명 특성은 거의 변화되지 않으면서 청색의 발광 효율, 수명 특성 등이 개선된다.

본 발명의 전자 수송층에서 청색 발광 물질의 함량은 전자 수송 물질 100 중량부를 기준으로 하여 30 내지 70 중량부인 것이 바람직하다. 만약 청색 발광 물질의 함량이 30 중량부 미만인 경우에는 효율 상승폭이 작아지고, 70 중량부를 초과하는 경우에는 구동전압상승과 효율 상승폭이 작아져서 바람직하지 않다.

상기 전자 수송 물질은 전자 이동도(electron mobility)가 홀 이동도에 비하여 높은 물질로서, 상기 전자 이동도는 1x10^-3 ~ 1x10^-5 cm2/Vs이고 홀 이동도는 1x10^-5~ 1x10^-7 cm2/Vs이다. 상기 전자 수송 물질의 구체적인 예로서, 하기 화학식 1로 표시되는 Alq3, PBD, TAZ, BND, DV, OXD 등이 있다.

[화학식 1]

상기 청색 발광 물질은 최대 흡수 파장(λmax) 범위가 400 내지 500nm 사이에 존재하는 물질로서, 이의 구체적인 예로서, 하기 화학식 2로 표시되는 Spiro-DPVBi, 화합물 (A), Flrpic, CzTT, 안트라센(Anthracene), TPB, PPCP, DST, TPA, OXD-4, BBOT, AZM-Zn, 화학식 3의 화합물 등이 있다.

[화학식 2]

[화학식 3]

또한 본 발명에서 전자 수송층을 구성하는 청색 발광 물질로는 본 특허에서참조로서 통합된 일본 특허공개공보 2000-192028, 2000-191560, 2000-48955 및 2000-7604, 일본 특개평 10-11063, 미국 특허 제6,591,636호에 개시된 것을 사용할수 있다.

본 발명에 있어서, 전자 수송층의 두께는 150 내지 600 Å인 것이 바람직하다. 만약 전자 수송층의 두께가 150 Å 미만인 경우에는 얇은 막두께로 인하여 수명이 짧아지고, 600Å를 초과하는 경우에는 구동전압이 상승하여 바람직하지 못하다.

도 1을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 유기 전계 발광소자의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저 기판 상부에 제1전극인 애노드용 물질을 코팅하여 애노드를 형성한다.여기에서 기판으로는 통상적인 유기 전계 발광 소자에서 사용되는 기판을 사용하는데 투명성, 표면 평활성, 취급용이성 및 방수성이 우수한 유기기판 또는 투명 플라스틱 기판이 바람직하다. 그리고 애노드용 물질로는 투명하고 전도성이 우수한 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화주석(SnO₂), 산화아연(ZnO) 등을 사용한다.

상기 애노드 상부에 홀 주입층 물질을 진공열 증착, 또는 스핀 코팅하여 홀주입층을 선택적으로 형성한다. 상기 홀 주입층 물질로는 특별히 제한되지 않으며구리 프탈로시아닌(CuPc) 또는 스타버스트(Starburst)형 아민류인 TCTA, m-MTDATA, HI406 (이데미쯔사 재료) 등을 홀 주입층으로 사용할 수 있다. 여기에서 홀 주입층의 두께는 300 내지 1500Å인 것이 바람직하다. 만약 홀주입층의 두께가 300Å 미 만인 경우에는 수명이 짧고 신뢰성이 나빠지고, 1500Å를 초과하는 경우에는 구동전압이 상승하여 바람직하지 못하다.

상기 과정에 따라 형성된 홀 주입층 상부에 홀 수송층 물질을 진공 열증착 또는 스핀 코팅하여 홀 수송층을 선택적으로 형성한다. 여기에서 홀 수송층의 두께는 100 내지 700Å인 것이 바람직하다. 만약 홀수송층의 두께가 100Å 미만인 경우에는 얇은 두께로 효과적인 홀 수송 능력이 저하되고, 700Å를 초과하는 경우에는 구동전압 상승으로 바람직하지 못하다.

상기 홀 수송층 물질은 특별히 제한되지는 않으며, N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1-비페닐]-4,4'-디아민(TPD), N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐벤지딘, N,N'-디(나프탈렌-1-일) -N,N'-diphenyl- benxidine :α-NPD), IDE320(이데미쯔사 재료) 등이 사용된다.

상기한 홀 수송층 상부에 발광층이 도입되며 발광층 재료는 특별히 제한되지않으며 옥사디아졸 다이머 염료(oxadiazole dimer dyes(Bis-DAPOXP)), 스피로 화합물(spiro compounds)(Spiro-DPVBi, Spiro-6P), 트리아릴아민 화합물(triarylamine compounds), 비스(스티릴)아민(bis(styryl)amine)(DPVBi, DSA), 화합물 (A), Flrpic, CzTT, Anthracene, TPB, PPCP, DST, TPA, OXD-4, BBOT, AZM-Zn등 (이상 청색), 쿠마린 6(Coumarin 6), C545T, 퀴나크리돈(Quinacridone), Ir(ppy)₃ 등 (이상 녹색), DCM1, DCM2, Eu(thenoyltrifluoroacetone)3 (Eu(TTA)3, 부틸-6-(1,1,7,7-테트라메틸 줄로리딜-9-에닐)-4H-피란){butyl-6-(1,1,7,7,-tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H-pyran: DCJTB} 등 (이상 적색)을 사용할 수 있다. 여기에서 발광층의 두께는 200 내지 600Å인 것이 바람직하다. 만약 발광층의 두께가 200Å 미만인 경우에는 수명이 짧아지고, 600Å를 초과하는 경우에는 구동전압 상승폭이 높아져서 바람직하지 못하다.

상기 발광층 위에 전자 수송 물질과 청색 발광 물질을 진공 증착 방법, 또는스핀 코팅 방법에 의하여 전자수송층을 형성한다. 전자수송층의 두께는 상술한 바와 같다.

상기 발광층과 전자수송층 사이에는 홀 블로킹용 물질을 진공 증착, 또는 스핀 코팅하여 홀 블로킹층을 선택적으로 형성하는 것이 가능하다. 이 때 사용되는 홀 블로킹층용 물질은 특별히 제한되지는 않으나 전자 수송 능력을 가지면서 발광화합물 보다 높은 이온화 퍼텐셜을 가져야 하며 대표적으로 Balq, BCP, TPBI 등이사용된다. 여기에서 홀 블로킹층의 두께는 10 내지 200Å인 것이 바람직하다. 만약 홀 블로킹층의 두께가 10Å 미만인 경우에는 홀 블로킹 특성이 약하고, 200Å를초과하는 경우에는 구동전압 상승폭이 높아서 바람직하지 못하다.

상기 전자 주입층 상부에 전자 주입층을 선택적으로 형성한다. 상기 전자 주입층 형성 재료로서는 LiF, NaCl, CsF, Li₂O, BaO, Liq 등의 물질을 이용할 수 있다. 상기 전자 주입층의 두께는 5 내지 20Å인 것이 바람직하다. 만약 전자주입층 의 두께가 5Å 미만인 경우에는 전자 주입 특성이 구현되지 못하고, 20Å를 초과하는 경우에는 전자 주입 특성이 저하되어 바람직하지 못하다.

이어서, 상기 전자주입층 상부에 제2전극인 캐소드용 금속을 진공열 증착하여 제2전극인 캐소드를 형성함으로써 유기 전계 발광 소자가 완성된다.

상기 캐소드 금속으로는 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag) 등이 이용된다.

본 발명의 유기 전계 발광 소자는 애노드, 홀 주입층, 홀 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층, 캐소드의 필요에 따라 한 층 또는 두 층의 중간층을 더 형성하는 것도 가능하다. 위에서 언급한 층 외에도 홀 블록킹층, 전자 블로킹층이들어갈 수도 있다.

이하, 본 발명을 하기 실시예를 들어 설명하기로 하되, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

애노드는 코닝(corning) 15Ω/cm² (1200Å) ITO 유리 기판을 50mm x 50mm x0.7mm 크기로 잘라서 이소프로필 알코올과 순수 물 속에서 각 5 분 동안 초음파 세정한 후, 30분 동안 UV, 오존 세정하여 사용하였다.

상기 기판 상부에 IDE406(이데미쯔사 HIL)을 진공 증착하여 홀 주입층을 400~700Å 두께로 형성하였다. 이어서 상기 홀 주입층 상부에 NPB를 100~300Å의 두께로 진공 증착하여 홀 수송층을 형성하였다.

상기 홀 수송층 상부에 화학식 3의 화합물(blue host) 약 98 중량부와 BD102(이데미쯔사 blue dopant) 약 2 중량부를 증착하여 발광층을 약 300Å의 두께로 형성하였다. 이어서, 상기 발광층 상부에 전자 수송 물질인 Alq3 50 중량부와 청색 발광 물질인 화학식 3의 화합물 50중량부를 공증착하여 200~300Å 두께의 전자 수송층을형성하였다.

상기 전자 수송층 상부에 LiF 10Å (전자 주입층)과 Al 1000Å (캐소드)을 순차적으로 진공 증착하여 LiF/Al 전극을 형성하여 도 1에 도시한 바와 같은 유기전계 발광 소자를 제조하였다.

실시예 2

전자 수송층 형성시 스카이블루 발광 도펀트 물질 대신 진청색(Deep blue) 발광 도펀트를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.

실시예 1 이외에 HIL 재료를 MTDATA, HTL 재료로 IDE320, 블루 호스트로서 BH-013X(Idemitsu사 Blue), ETL 재료로서 Alq3를 사용하였다. 공증착하는 블루 호스트 물질로 EML과 동일한 블루 호스트 뿐만 아니라, 다른 종류의 블루 호스트 물질을 적용하였을 경우 실시예1과 유사한 특성을 보여주었다.

비교예 1

전자 수송층 형성시 스카이블루 발광 물질없이 전자 수송 물질인 Alq3만을 이용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.

비교예 2

전자 수송층 형성시 블루 발광 물질없이 전자 수송 물질만을 이용한 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방법에 따라 실시하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.

상기 실시예 1-2 및 비교예 1-2에 따라 제작된 유기 전계 발광 소자에 있어서, 구동전압, 휘도, 효율 및 색좌표 특성을 조사하였고, 그 결과는 하기 표 1에 나타난 바와 같다.

[표 1]

구분	전압 (V)	휘도	효율(cd/A)	색좌표
구분	전압 (V)	휘도	효율(cd/A)	x	y
실시예 1	7.80	13015	13.01	0.167	0.284
비교예 1	8.29	1115	11.11	0.168	0.286
실시예 2	7.53	5951	5.95	0.147	0.130
비교예 2	7.75	5230	5.23	0.147	0.138

상기 표 1로부터 알 수 있듯이, 실시예 1의 유기 전계 발광 소자는 스카이블루(skyblue)색을 구현하며, 비교예 1의 경우와 비교하여 전압, 휘도, 효율 및 색좌표 특성이 향상됨을 알 수 있었다. 그리고 실시예 2의 유기 전계 발광 소자는 청색을 구현하며, 비교예 2의 경우와 비교하여 전압, 휘도, 효율 및 색좌표 특성이 향상됨을 알 수 있었다.

본 발명의 유기 전계 발광 소자는 전자 수송 물질과 청색 발광 물질을 함유한 전자 수송층을 채용함으로써 적색 및 녹색에서의 효율, 구동전압, 색좌표 및 수 명 특성은 거의 변화되지 않으면서 청색의 발광 효율, 수명 특성 등이 개선된다.

Claims

한 쌍의 전극 사이에 형성된 유기막을 포함하며, 상기 유기막이 전자 수송 물질 및 청색 발광 물질을 포함하는 전자수송층인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
제1항에 있어서, 상기 청색 발광 물질의 함량은 전자 수송 물질 100 중량부를 기준으로 하여 30 내지 70 중량부인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
제1항에 있어서, 상기 청색 발광 물질은 최대 흡수 파장이 400 내지 500nm 범위에 존재하는 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 청색 발광 물질은 최대 흡수 파장(λmax)범위가 400 내지 500nm 사이에 존재하는 물질인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
제4항에 있어서, 상기 물질이 하기 화학식으로 표시되는 화합물중에서 선택 되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
제1항에 있어서, 상기 전자 수송 물질은 하기 화학식으로 표시되는 화합물중 에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
제1항에 있어서, 상기 전자수송층의 두께가 150 내지 400Å인 것을 특징으로하는 유기 전계 발광 소자.
제1항에 있어서, 상기 유기막이 발광층을 포함하며, 발광층이외에 홀주입층,홀 수송층, 전자주입층, 홀블로킹층중에서 선택된 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.