KR20060028607A

KR20060028607A - 고효율 유기전계발광소자

Info

Publication number: KR20060028607A
Application number: KR1020040077633A
Authority: KR
Inventors: 주병권; 김재경; 김영민; 이주원
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2004-09-25
Filing date: 2004-09-25
Publication date: 2006-03-30
Also published as: KR100770247B1

Abstract

본 발명은 유기전계발광소자를 구성하는 발광층과 전자 수송층 사이에 알칼리금속 화합물로 이루어진 재결합강화층을 삽입한다. 상기 재결합강화층은 전극에서 주입되는 전자와 정공의 비율을 유지시키며 재결합 비율을 향상시켜, 결과적으로 발광 특성 및 전기적 특성을 향상시킨다. 본 발명에 따르면, 유기전계발광소자의 특성을 향상시키면서도 제조 비용을 절감할 수 있으며, 공정을 단순화시키는 것이 가능하다.

유기전계발광소자, 알칼리금속 화합물, 발광층, 전자 수송층

Description

고효율 유기전계발광소자{HIGH EFFICIENT ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE}

도 1은 종래의 유기전계발광소자의 기본구조를 개략적으로 나타낸 단면도.

도 2는 본 발명이 적용된 유기전계발광소자의 단면도.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 수동형 유기전계발광소자의 단면도.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 능동형 유기전계발광소자의 단면도.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광층이 단일 혼합층인 유기전계발광소자의 단면도.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 적색광, 녹색광, 청색광을 위한 발광층이 적층된 유기전계발광소자의 단면도.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기전계발광소자의 단면도.

도 8a는 알칼리금속 화합물로서 리튬플르오르를 적용한 유기전계발광소자의 발광 효율을 나타낸 그래프.

도 8b는 알칼리금속 화합물로서 리튬플르오르를 적용한 유기전계발광소자의 전력효율을 나타낸 그래프.

도 9a는 알칼리금속 화합물로서 리튬플르오르와 세슘플르오르를 적용한 유기전계발광소자와 알칼리금속 화합물을 적용하지 않은 유기전계발광소자의 전류-전압 비교 그래프.

도 9b는 알칼리금속 화합물로서 리튬플르오르와 세슘플르오르를 적용한 유기전계발광소자와 알칼리금속 화합물을 적용하지 않은 유기전계발광소자의발광효율을 나타낸 비교 그래프.

도 9c는 알칼리금속 화합물로서 리튬플르오르와 세슘플르오르를 적용한 유기전계발광소자와 알칼리금속 화합물을 적용하지 않은 유기전계발광소자의 전력효율을 나타낸 비교 그래프.

*** 도면의 간단한 설명 ***

1: 제1전극(양극) 2: 정공 주입층

3: 정공 전달층 4: 발광층

5: 전자수송층 6: 완충층

6a: 알칼리금속 화합물층 7: 기판

8: 제2전극(음극) 100: 유기층

101: 격벽 102: 절연층

201: 박막트랜지스터 300: 유기 혼합 단일 발광층

400: 유기 발광층(적색광) 401: 유기 발광층(녹색광)

402: 유기 발광층(청색광) 500: 유기 발광층(오렌지광)

501: 유기 발광층(청색광)

본 발명은 유기전계발광소자(OLED)에 관한 것으로, 저비용 및 단순 공정으로 제조할 수 있는 고발광 및 고효율 유기전계발광소자에 관한 것이다.

도 1을 참고하여 일반적인 유기전계발광소자의 구조를 설명하면 다음과 같다. 유리, 플라스틱 등의 물질로 이루어진 기판(7) 위에 ITO(Indum Tin Oxide) 등으로 이루어지는 제1전극(양극)(1)이 형성되고, 그 위에 순차적으로 정공 주입층 (Hole Injection Layer: HIL)(2), 정공 수송층 (Hole Transporting Layer: HTL)(3), 발광층 (Emitting Layer: EML)(4), 전자 수송층 (Electron Transporting Layer: ETL)(5) 및 전자 주입층 (Electron Injection Layer: EIL)(6a)이 형성되며, 마지막으로 제2전극(음극)(8)이 형성된다.

이와 같은 구조를 갖는 유기전계발광소자의 동작을 보면, 정공 주입층(2), 정공 수송층(3), 발광층(4), 전자 수송층(5)으로 이루어지는 유기층에 전극으로부터 인가되는 전계를 가하여 제1전극(1)에서 전달되는 정공과 제2전극(8)에서 전달되는 전자가 엑시톤(exiton)을 형성하여 여기된 후, 기저상태로 바뀌면서 발광하게 된다. 상기 전자 주입층(6a)은 1 nm 이하의 절연층으로서, 전자 수송층(5)의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 에너지레벨과 제2금속(8)의 일함수(Work-function) 간의 에너지 차이를 줄임으로써 전자의 주입을 원활하게 해주는 완충층 역할을 한다.

유기전계발광소자에 적용되는 각각의 유기층은 통상 수 nm 정도의 매우 얇은 두께를 가지며, 기존의 다른 발광장치, 예를 들어 PDP나 LCD 등의 표시장치에 비하여 동작전압이 낮다. 특히, 다른 발광원이 필요없는 자체 발광형 소자이며, 시야각 이 넓고, 경량 박형이라는 장점 때문에 플렉서블 표시장치(Flexible Display) 및 차세대 디스플레이에 적용될 이상적인 발광소자로 대두되고 있다.

유기전계발광소자의 특성 개선을 위하여 여러 가지 방법들이 제안되고 있다. 효율 및 발광 특성을 향상시키기 위해서는 양극에서 주입되는 정공과 음극에서 주입되는 전자가 발광층에서 수적인의 균형을 이루어야하고, 정공과 전자 간의 엑시톤 형성이 원활하도록 재결합 효율을 극대화시켜야 한다. 또한, 장수명을 위해서는소자에 가하는 전계의 세기를 낮추어 높은 전류밀도에서의 동작으로 인한 열화를 방지하여야 한다.

종래에는 유기전계발광소자의 효율을 높이고 발광 특성을 향상시키기 위하여 발광층 및 정공 수송층에 이종의 유기물이나 공액성 유기물 등을 도핑하는 방법, 정공 저지층 등의 기능성 유기물을 삽입하는 방법, 형광 물질 대신 인광 물질을 사용하여 발광층을 형성하는 방법 등이 제안된 바 있다. 즉, 정공수송층에 도핑을 하거나 발광층에 도핑을 하고, 또한 발광층과 전자수송층 사이에 정공저지층을 삽입하여 최대한 정공과 전자의 발란스를 유지하며, 완충층을 삽입하여 유기물층간의 에너지 차를 줄이는 방안들이 소자에 적용되고 있다. 또한 에너지 전이를 최대화하여 손실되는 에너지를 줄이기 위한 인광을 사용한 발광층이 적용된다.

그러나 상기 종래의 방법들은 소자 제작 시 증착되는 유기물 층이 증가함에 따라 고가의 유기 재료가 소모되며, 도핑의 경우 약 0.5 ~ 1.0 몰%의 비율을 유지하는데 이를 정량적인 수치로 고정시키기가 어렵다. 또한, 유기물 증착시 주로 동시 증착법(Co-evaporation)에 의하는데, 두께를 모니터링하는 장치(thickness monitor)의 완전한 격리가 사실상 불가능하다. 또한, 증착되는 유기물의 함량을 정확하게 제어하기 어렵다. 인광물질의 경우, 휘도가 높아짐에 따라 발광효율이 낮아지는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 고효율, 고발광의 새로운 유기전계발광소자를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 저비용으로 생산성을 향상시킬 수 있는 새로운 구조의 유기전계발광소자를 제공하는 것이다.

기타, 본 발명의 다른 목적 및 특징은 이하의 상세한 설명에서 더욱 명확하게 제시될 것이다.

본 발명은 발광층과 전자 수송층 사이에 알칼리금속 화합물로 구성되는 재결합강화층을 형성함으로써 고발광, 고효율 및 전기적 특성이 우수한 유기전계발광소자를 제공한다. 상기 재결합강화층의 형성으로 공정 시간을 단축시킬 수 있고, 고가의 도판트 및 기능성 유기물을 사용할 필요가 없으므로 제조 비용을 상당히 낮출 수 있다.

구체적으로 본 발명은, 기판 위에 형성된 제1전극층과, 상기 제1전극 위에 형성된 정공 주입층, 상기 정공 주입층 위에 형성된 정공 수송층, 상기 정공 수송층 위에 형성된 발광층, 상기 발광층 위에 형성된 알칼리금속 화합물로 이루어지는 재결합강화층, 상기 재결합강화층 위에 형성된 전자 수송층, 및 상기 전자 수송층 위에 형성된 제2전극층을 포함하는 유기전계발광소자를 제공한다.

상기 알칼리금속 화합물은 LiF, CsF, MgF₂, CaF₂, LiO₂, NaF, NaCl, KCl, K₂O, RbCl, Cs₂O 으로 이루어지는 군 중에서 선택된다.

본 발명은 또한, 기판 위에 제1전극층을 형성하고, 상기 제1전극 위에 정공 주입층을 형성하고, 상기 정공 주입층 위에 정공 수송층을 형성하고, 상기 정공 수송층 위에 발광층을 형성하고, 상기 발광층 위에 알칼리금속 화합물로 이루어지는 재결합강화층을 형성하고, 상기 재결합강화층 위에 전자 수송층을 형성하고, 및 상기 전자 수송층 위에 제2전극층을 형성하는 것을 포함하는 유기전계발광소자 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 재결합강화층은 양극 및 음극 전극에서 각각 주입되는 정공과 전자를 발광층 내에 포획하여 정공과 전자의 비율을 유지시켜 재결합 효율을 향상시킨다. 본 발명에서는 유기물층 사이에 알칼리금속층을 삽입하여 DHJ(Double Hetero Junction) 구조를 형성시킨다. 즉 유기물층 사이의 알칼리금속층이 에너지 값이 낮은 움푹 들어간 우물 구조가 됩니다. 이러한 구조의 특징은 그 우물 구조에 전자가 채워지고, HOMO 레벨은 볼록한 구조로 되어 정공(Hole)을 막아주게 된다. 결국, 발광층내의 전자와 정공의 일정한 비율이 유지되어 결국 재결합 효율을 향상시키게 된다.

본 발명에서 제시하는 알칼리금속 화합물은 막형성 공정이 용이하고, 이미 여러 기술분야에서 상용화되어 구매가 용이할 뿐만 아니라, 유기물에 비하여 가격 이 저렴하다. 또한, 재결합강화층은 두께 등을 정량적인 수치로 제어할 수 있다.

본 발명은 열증착법에 의하여 제조되는 저분자 유기전계발광소자나, 코팅 및 프린트 방식을 이용하는 고분자 유기전계발광소자 모두에 적용 가능하며, 구동방식에 상관없이 능동형 및 수동형 유기전계발광소자 모두에 적용 가능하다.

유기전계발광소자의 경우 빛의 삼원색인 적색광, 녹색광, 청색광을 사용하여 단색을 구현할 수 있고, 이러한 방식으로 백색광을 구현하는 단계에 있다. 본 발명은 단색을 발생시키는 유기전계발광소자는 물론, 백색광을 발생시키는 유기전계발광소자에도 적용 가능하다.

또한, 발광 및 전자 수송 기능을 동시에 갖고 있는 유기물이나 또는 그 특성이 명확하지 않은 유기물을 사용하여 유기전계발광소자를 제조하는 경우, 소자 내에서 각 기능별 유기물의 그 위치 및 두께가 명확하지 않아 정공과 전자사이의 결합이 원활하지 못하고 이에 따라 재결합 효율이 저하되며, 최적의 발광 영역이 정의되지 못하므로 결국 소자의 특성 및 효율이 저하된다. 그러나, 이러한 경우 본 발명의 알칼리금속 화합물로 이루어진 재결합강화층이 적용되면 발광층과 전자수송층이 명확히 정의될 수 있고 각 유기층에 독립적인 기능이 부여되어 효율, 발광 및 전기적 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 도 2를 참조하면, 제1전극(1)이 형성된 기판(7)에 정공 주입층(2), 정공 수송층(3), 발광층(4), 재결합강화층(6), 전자 수송층(5), 전자 주입층(6a) 및 제2전극(8)이 순차적으로 형성되어 있다. 상기 기판(7) 재료로는 유리, 플라스틱, 제지 등이 포함될 수 있으 며 투명성인 것이 바람직하다. 상기 제1전극(1)은 투명 전극(예를 들어, 인듐-틴-옥사이드)이 바람직하다.

본 발명은 상기 재결합강화층(6)을 발광층(5)과 전자 수송층(7) 사이에 삽입 형성함에 특징이 있지만, 소자의 특성 향상을 위한 추가적인 방법들이 포함되는 것을 배제하지 않는다. 예를 들어, 발광층(4) 및 정공수송층(2)에 추가적인 도핑을 실시할 수 있으며, 발광층(4)과 전자 수송층(5) 사이에 추가적으로 정공저지 유기물을 증착할 수 있다. 또한, 제1전극(1)과 정공 주입층(2) 간의 접착력을 향상시키고 에너지 차이를 줄여 정공을 원활하게 주입시키기 위하여 이 두 층 사이에 완충층 및 유기층을 삽입할 수 있고, 전자의 원활한 주입을 위하여 전자 수송층(5)과 제2전극(8) 사이에 완충층을 삽입할 수도 있다. 또한, 제2전극(8) 형성시 Al, Mg 등과 같이 일함수가 낮은 금속과 알칼리 금속을 함께 이중 금속층으로 형성하여 전극의 일함수와 유기물 간의 에너지 차이를 낮추어 전자의 주입을 원활히 하는 방법도 적용될 수 있을 것이다. 그러나, 이러한 추가적인 방법들은 단지 본 발명에 따른 유기전계발광소자의 특성 향상을 보조할 뿐이며, 본 발명의 본질은 알칼리금속 화합물로 이루어진 재결합강화층의 형성에 있다.

도 3에는 격벽(101)을 구비하는 수동형 유기전계발광소자가 도시되어 있다. 기판(7) 위에 일정한 간격으로 격벽(101) 및 절연층(102)이 형성되어 있는 것을 볼 수 있는데, 도 2의 정공 주입층(2), 정공 수송층(3), 발광층(4), 재결합강화층(6), 전자 수송층(5)으로 구성되는 유기물층(100)이 격벽(101) 사이에 형성되어 발광 영역을 구성한다. 도 4는 박막트랜지스터(TFT) 또는 유기박막트랜지스터(O-TFT)를 구 비하는 능동형 유기전계발광소자를 모식적으로 나타낸 것이다.

본 발명은 단색광을 발생시키기 위하여 세 개의 층을 동시 증착을 통하여 하나의 발광층(300)으로 구성한 유기전계발광소자(도 5), 백색광을 발생시키기 위하여 발광층이 각각 적색광, 녹색광, 및 청색광을 발생시키기 위한 세 개의 유기물층(400, 401, 402)을 적층하여 구성된 유기전계발광소자(도 6), 오렌지색을 위한 발광층(500)과 청색광을 위한 발광층(501)의 두 층으로 발광층이 구성된 유기전계발광소자 등에도 적용될 수 있다. 본 발명은 고효율, 고발광 및 높은 전기적 특성을 갖는 유기전계발광소자를 제공하며, 색상을 발현시키는 발광층의 구성 방식에 상관없이 모두 적용 가능하다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하며, 이러한 실시예는 본 발명을 이해하는데 도움이 되도록 제시된 것일 뿐, 본 발명이 특정 실시예에 제한되어서는 안될 것이다.

실시예 1

먼저, 종래 기술과 유사한 기본적인 수동형 유기전계발광소자로서, 하나의 유기물로 발광 및 전자 수송 기능을 수행하는 유기전계발광소자를 제조하였다. 제1전극으로 투명전극 물질인 ITO를 유리 기판 위에 코팅하고, 정공 주입층으로 CuPc(Copper Phthalocyanine), 정공 수송층으로 α-NPD([N, N`-di(naphthalene-1-yl)-N,N`-diphenyl-benzidine]), 발광층 및 전자 수송층으로 Alq3 ([tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum])의 유기물들을 각각 증착한 후, 알칼리금속과 알루미늄으로 완충층 및 제2전극을 각각 형성하였다. 상기 알칼리금속으로 리튬플르오 르(LiF)를 유기물층과 제2전극사이에 증착하여 제2전극의 일함수 값을 낮춤으로써 전자의 주입을 원활히 할 수 있다. 모든 공정은 고진공(1×10^-7Torr)을 유지하였으며, 각 유기물은 세라믹 도가니(crucible)에 일정양의 유기물을 담아 열증착기(Thermal evaporator)를 이용하여 증착하였고, 제2전극은 텅스텐 보트에 일정량을 담아 증착하였다. 이렇게 제조된 유기전계발광소자는 다층의 기본 구조가 되며, 성능 향상을 위하여 별도로 도핑을 하거나 정공저지층(Hole blocking layer)을 형성하는 등의 추가적인 처리는 하지 않았다.

제조된 유기전계발광소자를 구성하는 각 층의 두께, 사용된 물질, 그리고 각 층을 형성할 때의 증착률을 [표 1]에 나타내었다.

OLED 구조 (Device #A)	물질의 명칭	두께	증착율
제1전극	ITO(Indium-Tin-Oxide) - 쉬트저항값: 15Ω/□	200nm
정공주입층	CuPc(Copper Phthalocyanine)	3nm	0.5Å/sec
정공수송층	a-NPD ([N,N`-di(naphthalene-1-yl)-N,N`-diphenyl- benzidine])	30nm	0.5Å/sec - 1.0Å/sec
발광층&전자수송층	Alq3([tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum])	60nm	0.5Å/sec - 1.0Å/sec
완충층	LiF	1nm	0.4Å/sec
제2 금속전극	Al	150nm	1.0Å/sec - 10Å/sec

제작된 소자의 특성을 측정한 결과, 3500 cd/m² 의 최대발광특성 (at 100mA)을 나타내었고 소자의 동작전압은 5V를 나타내었다. 또한 소자의 특성을 결정짓는 발광효율 및 전력효율은 각각 3.5 cd/A와 0.8 lm/W (at 1000cd/m²)특성을 나타내었다.

실시예 2

실시예 1에 따른 유기전계발광소자에 대하여, 상기 발광층과 전자 수송층 사이에 알칼리금속 화합물로 리튬플루오르를 사용하여 재결합강화층을 삽입하였다.

본 실시예에서 제작된 모든 소자는 공통적으로 기판/제1전극/정공 주입층/정공 수송층/발광 및 전자 수송층/완충층/제2전극의 기본 구조를 유지시켰으며(ITO/CuPc/a-NPD/Alq3의 적층 구조를 "#1"으로 표시함), 각 구성층의 두께는 200nm/3nm/30nm/60nm/1nm/120nm로 일정하게 유지하였는데, 이는 실시예 1에서 보인 유기전계발광소자의 각 구성층의 두께와 동일한 것이다. 발광 및 전자 수송층에 삽입되는 재결합강화층의 두께는 0.1 nm ~ 5.0 nm 의 범위였으며, 바람직한 두께는 약 1 nm이다. 상기 재결합강화층은 Alq3으로 이루어진 층을 발광층과 전자 수송층으로 구분하게 되는데 제조된 각 소자마다 발광층 및 전자 수송층의 두께가 달라지도록 하였다. 이러한 이유는 재결합강화층의 삽입 위치에 따른 소자의 특성 변화를 파악하기 위함이다. 소자의 제작 과정 및 공정은 실시예 1과 동일하게 진행하였다. 본 실시예에서 제작된 여러 가지 소자의 구조 및 재결합강화층 삽입 위치에 따른 발광층 및 전자 수송층의 두께를 다음의 [표 2]에 나타내었다.

소 자	소자의 구조	발광층 및 전자 수송층의 두께
#A	기판/#1/LiF/Al	#1 : ITO/CuPc/a-NPD/Alq3
Device #B	기판/#1/LiF/Alq3/LiF/Al	10nm, 50nm
Device #C	기판/#1/LiF/Alq3/LiF/Al	20nm, 40nm
Device #D	기판/#1/LiF/Alq3/LiF/Al	30nm, 30nm
Device #E	기판/#1/LiF/Alq3/LiF/Al	40nm, 20nm
Device #F	기판/#1/LiF/Alq3/LiF/Al	50nm, 10nm

본 실시예에서도 발광층과 전자 수송층 사이에 재결합강화층을 형성시킨 것 외에는 고발광, 고휘도의 안정된 소자 제작을 목적으로 도판트를 도핑하거나, 정공저지 유기물을 삽입하는 등의 추가 조치를 일절 배제하였다. 다음의 [표 3]은 실시예 2에 따라 제작된 유기전계발광소자의 전기적 특성, 발광특성 및 발광효율을 나타낸 것이다.

소자	동작전압 (V)	전류밀도(mA/m²) (at 1000cd/m²)	발광성(cd/m²) (at 5V)	발광효율 (cd/A)	전력효율(lm/W) (at 1000cd/m²)
Device #B	3.2	10	380	12.9	5.5
Device #C	2.8	5	800	20.0 이상	13
Device #D	5.2	15	120	8.2	2.4
Device #E	7.0	20	·	6.3	1.5
Device #F	7.2V	32	·	5.2	0.95

[표 3]의 결과로부터, 본 실시예에 따라 제조된 각각의 소자는 발광층과 전자수송층의 두께에 따라 그 특성이 달라지지만, 실시예 1에서의 결과와 비교하여 전기적 특성 및 발광효율이 상당히 향상된 것을 알 수 있다.

실시예 3

재결합강화층을 이루는 물질로 실시예 2의 리튬플르오르 대신 세슘플르오르(CsF)를 사용하여 유기전계발광소자를 제작하였다. 각 유기층에 사용된 물질, 적층 구조, 제조 공정 등은 실시예 2에서와 동일하게 하였으며, 발광층 및 전자 수송층의 두께는 [표 3]의 결과에서 전기적 특성 및 발광 특성이 가장 우수한 Device #C에서와 동일하도록 재결합강화층을 형성하였다. 본 실시예에 따라 제작된 유기전계발광소자의 전기적 특성 및 발광 특성을 [표 4]에 나타내었다.

소 자	동작전압 (V)	전류밀도(mA) (at 1000cd/m²)	발광성 (cd/m²) (at 5V)	발광효율 (cd/A)	전력효율 (lm/W) (at 1000cd/m²)
Device#G	3	6	173	15.5 이상	7.5

[표 4]의 결과로부터, 발광층과 전자수송층을 형성하는 유기물 사이에 세슘플르오르를 삽입함으로써 실시예 2의 리튬플르오르를 삽입하였을 때와 유사한 소자 특성을 보임을 알 수 있다.

아래의 [표 5]는 본 발명에 따른 재결합강화층을 소자(표 1에서 #A의 적층구조를 갖는 소자)와 재결합강화층으로 리튬플르오르를 사용한 소자 및 재결합강화층으로 세슘플르오르를 사용한 소자의 특성을 비교하여 나타낸 것이다.

소 자	동작전압 (V)	전류밀도(mA/m²) (at 1000cd/m²)	발광성(cd/m²) (at 5V)	발광효율 (cd/A)	전력효율(lm/W) (at 1000cd/m²)
#A	5	45	1	3.5	0.8
Device #C	2.8	5	800	20.0 이상	13
Device #G	3	6	173	15.5 이상	7.5

위 [표 5]의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 유기전계발광소자는 발광층에 여타의 도핑물질이나 다른 유기물을 첨가하지 않고, 단지 발광층에 재결합강화층으로서 알칼리금속 화합물층을 삽입하여 형성함으로써 그 발광 특성 및 전지적 특성이 매우 향상됨을 알 수 있다.

정공과 전자가 재결합한 후 들뜬 상태에서 기저 상태로 변하면서 빛에너지로의 전이되는 과정에서 발생하는 열에너지의 비율이 높기 때문에 형광을 이용한 발광유기물은 발광효율이 떨어지는 것으로 알려져 있다. 이러한 이유로, 형광 물질 대신 인광 물질을 사용하여 발광층을 구성하는데, 형광 물질을 이용한 유기전자소 자에 본 발명에 따른 재결합강화층을 형성할 경우 인광 물질을 사용한 경우와 유사한 발광 효율을 얻을 수 있다.

본 발명은 유기전계발광소자의 발광 메카니즘에 있어서, 정공과 전자의 재결합 효율을 향상시켜 발광 효율을 증가 시키고 원활한 정공과 전자의 주입을 이루어 전기적 특성 또한 향상시킨다. 전술한 실시예에 따른 소자의 동작 전압은 2.5 V ~ 8 V (at 1cd/m²)이며, 발광 효율은 5 cd/A ~ 20 cd/A 이상(도 8a 참조), 전력 효율은 0.5 ~ 16.5 lm/W(도 8b 참조)로 측정되어 고휘도, 고효율의 OLED의 특성을 나타내었다. 특히 재결합강화층의 삽입위치에 따라 소자 특성의 차이를 나타내었지만, 재결합강화층으로서 알칼리금속 화합물이 삽입되지 않은 기존의 소자보다 매우 높은 발광 특성 및 효율을 보였다. 도 9a, 9b, 및 9c는 각각 알칼리금속 화합물로서 리튬프프오르(LiF로 표시)와 세슘플르오르(CsF로 표시)를 적용한 유기전계발광소자와 알칼리금속 화합물을 적용하지 않은(Control로 표시) 유기전계발광소자의 전류-전압 비교 그래프, 발광 효율 비교 그래프, 및 전력 효율 비교 그래프이다. 본 발명에 따른 유기전계발광소자의 특성이 매우 우수함을 확인할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 유기전계발광소자는 발광층 내에서 양극에서 주입되는 정공과 음극에서 주입되는 전자의 균형을 맞추어 재결합 효율을 극대화시켜, 고발광, 고효율의 안정된 소자를 실현하게 한다. 또한 발광영역과 전자수송영역에 동시에 사용되는 유기물 사이에 삽입함으로써 각 유기층에 독 립적인 기능을 부여함과 동시에 발광 영역이 정의되는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 의하면 도판트의 삽입, 유기층 내의 도핑, 정공 저지층 등의 기능성 유기물의 삽입 등의 방법에 비하여 단지 알칼리금속 화합물층만으로 뛰어난 발광 특성 및 발광 효율을 가능하게 하고, 소자 제조 시간을 단축시켜 단순한 제조 공정을 가능하게 하며, 고가의 도핑 물질, 기능성 유기 물질 등을 대체함으로써 저비용의 유기전계발광소자 제조를 가능하게 한다.

Claims

기판 위에 형성된 제1전극층과,

상기 제1전극 위에 형성된 정공 주입층,

상기 정공 주입층 위에 형성된 정공 수송층,

상기 정공 수송층 위에 형성된 발광층,

상기 발광층 위에 형성된 알칼리금속 화합물로 이루어지는 재결합강화층

상기 재결합강화층 위에 형성된 전자 수송층, 및

상기 전자 수송층 위에 형성된 제2전극층을 포함하는

유기전계발광소자.
제1항에 있어서, 상기 알칼리금속 화합물은 LiF, CsF, MgF₂, CaF₂, LiO₂, NaF, NaCl, KCl, K₂O, RbCl, Cs₂O 으로 이루어지는 군 중에서 선택되는 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
제1항에 있어서, 상기 알칼리금속 화합물의 두께는 0.1nm 이상 1nm 미만인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
제1항에 있어서, 상기 발광층 및 전자 수송층은 동일한 유기물로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
제4항에 있어서, 상기 알칼리금속 화합물의 두께는 0nm 초과 5nm 미만인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
제4항에 있어서, 상기 알칼리금속 화합물이 발광층 및 전자 수송층을 구성하는 상기 유기물 사이에 삽입됨으로써 두 영역이 서로 구분되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
제1항에 있어서, 상기 유기전계발광소자는 트랜지스터를 포함하는 능동형인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
제7항에 있어서, 상기 트랜지스터는 poly Si-TFT, 저온 poly Si-TFT, 비정질-TFT 또는 유기물-TFT 가 포함되는 유기전계발광소자.
제1항에 있어서, 상기 유기전계발광소자는 격벽이 구비되어 있는 수동형인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
제1항에 있어서, 상기 유기전계발광소자는 상기 구성층에서 적어도 하나의 층은 고분자로 이루어지는 고분자형인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
제1항에 있어서, 상기 발광층은 단색광을 발생시키는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
제1항에 있어서, 상기 발광층은 각각 적색, 녹색 및 청색을 발생시키는 세 개의 층이 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
제12항에 있어서, 적층된 층 사이에 알칼리금속 화합물로 구성되는 재결합강화층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
제1항에 있어서, 상기 발광층은 적색, 녹색, 청색의 유기물이 동시에 증착되어 하나의 층으로 형성된 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
제1항에 있어서, 상기 발광층은 서로 다른 색을 발생시키는 두 층 이상이 적층되어 백색광을 발생시키는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
제15항에 있어서, 적층된 층 사이에 알칼리금속 화합물로 구성되는 재결합강화층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
제1항에 있어서, 상기 전자 수송층과 제2전극 사이에 형성되는 완충층을 추 가로 포함하는 유기전계발광소자.
기판 위에 제1전극층을 형성하고,

상기 제1전극 위에 정공 주입층을 형성하고,

상기 정공 주입층 위에 정공 수송층을 형성하고,

상기 정공 수송층 위에 발광층을 형성하고,

상기 발광층 위에 알칼리금속 화합물로 이루어지는 재결합강화층을 형성하고

상기 재결합강화층 위에 전자 수송층을 형성하고, 및

상기 전자 수송층 위에 제2전극층을 형성하는 것을 포함하는

유기전계발광소자 제조방법.
제18항에 있어서, 상기 발광층 및 전자 수송층 각각의 두께가 달라지도록 상기 재결합강화층의 형성 위치를 변화시키는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자 제조방법.
제18항에 있어서, 상기 알칼리금속 화합물은 LiF, CsF, MgF₂, CaF₂, LiO₂, NaF, NaCl, KCl, K₂O, RbCl, Cs₂O 으로 이루어지는 군 중에서 선택되는 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자 제조방법.