KR20060031404A - 유기 전계 발광 장치 및 그 제조방법 - Google Patents

유기 전계 발광 장치 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기 전계발광장치에 관한 것으로, 고분자 발광재료에 적어도 한가지 저분자 발광재료를 첨가하여 형성된 광 발사층을 애노드와 캐소드 사이에 설치한 것이다. 상기 발광장치의 제조공정은 막 형성 작업의 전단계 (前段階) 제조(광 발사층의 제조를 포함)에 있어서 습식 제조공정을 실시함으로써 제조공정이 간단하고 막 형성 요소를 쉽게 제어할 수 있는 장점을 가진다.
전계 발광 장치, 습식 제조공정

Description

유기 전계 발광 장치 및 그 제조방법 {ORGANIC ELECTRO-LUMINESCENCE DEVICE AND METHOD OF MAKING THE SAME}
도 1은 종래의 유기 전계발광장치의 단면 구조도이다.
도 2는 또 다른 종래의 유기 전계발광장치의 구조도이다.
도 3은 본 발명에 따른 제조 흐름도이다.
도 4는 본 발명에 따른 한 바람직한 실시예의 구조도이다.
도 5는 본 발명에 따른 발광장치로 백색광 발생시 광 파장 표시도이다.
도 6은 컬러 여광편(濾光片)의 투광비 표시도로서, 상기 여광편은 본 발명에 따른 발광장치와 배합하여 쓸 수 있다.
※ 도면의 주요 부호 설명
100 유기 전계발광 장치
10 기판 12 애노드
20 정공 수송층
30 광 발사층
40 정공 격리층
50 전자 주입층
60 캐소드
본 발명은 발광장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 백색광을 발생할 수 있는 유기 전계 발광장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
도 1은 백색광을 발생시킬 수 있는 종래의 유기 전계발광장치(1)를 표시한 것이다. 도 1을 참조하면, 상기 장치는 애노드(2)와 캐소드(3) 사이에 3개 이상의 서로 다른 발광재료로 만들어진 유기층(4a, 4b 및 4c)이 설치된다. 상기 각각의 유기층은 애노드(2)와 캐소드(3)가 외부로부터 인가된 바이어스 작용을 받을 때 각각 적색광, 녹색광 및 청색광을 발생하며, 적색, 녹색, 청색의 삼색광에 있어 발광 강도가 적당하고 서로 혼합될 때 백색광을 얻을 수 있다.
그러나 독자적으로 발광하는 개개의 유기층(4a, 4b 및 4c)은 서로 다른 구동 전압이 필요하며 발광효율 및 사용수명도 서로 다르다. 예를 들면 적색광을 발생하는 유기층 (4a)의 사용수명은 기타 두 개의 층보다 짧기 때문에 상기 발광장치(1)의 사용수명이 상대적으로 짧아진다. 따라서, 상기 발광장치(1)의 제조와 제어는 용이하지 않다.
도 2는 백색광을 발생할 수 있는 다른 한 가지의 종래 유기 전계발광장치(5)를 표시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 빛을 방출할 수 있는 주요한 적층은 DPVBi로 구성된 제1 호스트 재료층(6)과 CBP로 구성된 제2 호스트 재료층(7)이다. 제1 호스트 재료층(6)내에 청색광을 방출할 수 있는 DSA 물질이 첨가되어 있으며, 제2 호스트 재료층(7)내에 녹색광을 방출할 수 있는 Ir(ppy)3물질 및 적색광을 방출할 수 있는 DCM2 물질이 첨가되어 있다. 상기 각 호스트 재료층(6,7)이 발광장치(5)의 애노드와 캐소드가 외부로부터 인가된 바이어스 작용을 받을 때 적, 녹, 청 삼색광을 방출하며 삼색광이 서로 혼합한 후 백색광을 형성할 수 있다.
상기 발광장치(5)는 필요한 백색광을 제공할 수 있지만, 각 호스트 재료층(6,7)이 모두 저분자(molecules) 재료로 구성되고 발광장치(5)의 정공/전자 수송층(8,9)도 저분자 재료 (예를 들면 CuPc/Alq3) 로 만들어지기 때문에 각 적층의 막 형성 공정에 있어서 진공증착 방식을 채용한다. 그러나 증착과정에 유기분자의 혼합농도를 제어하기 쉽지 않고 제조공정이 번거로운 등의 단점이 존재한다.
상기 문제점을 감안한 본 발명의 주된 목적은, 제조공정이 간단하고, 막 형성 요소를 쉽게 제어할 수 있는 유기 전계발광장치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 하나의 목적은, 비교적 낮은 전압으로도 높은 전력효율과 높은 발광 휘도를 얻을 수 있는 유기 전계발광장치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 하나의 목적은, 광 안정도가 높고 색 순도가 양호한 백색광을 얻을 수 있는 유기 전계발광장치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유기 전계발광장치 및 그 제조 방법을 후술한다:
상부 표면에 애노드가 구비된 기판을 지지재로 하고, 습식 제조공정으로 상기 기판에 정공 수송층을 형성한다. 고분자 발광재료를 호스트(host)로 하고 하나 이상의 저분자 발광재료를 첨가한 후 유기 용제 내에서 용해시킨다. 다시 습식 제조공정을 거쳐 상기 정공 수송층 상에 광 발사층을 형성하고, 상기 광 발사층상에 정공 격리층을 형성하며, 상기 정공 격리층상에 전자 주입층을 형성하고, 마지막으로 상기 전자 주입층상에 캐소드를 형성한다.
[실시예]
이하, 바람직한 실시예와 도면을 통하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 여기서, 도 1은 종래의 유기 전계발광장치의 단면 구조도이고, 도 2는 또 다른 종래의 유기 전계발광장치의 구조도이며, 도 3은 본 발명에 따른 제조 순서도이고, 도 4는 본 발명에 따른 한 바람직한 실시예의 구조도이며, 도 5는 본 발명에 따른 발광장치로 백색광 발생시 광 파장 표시도이고, 도 6은 컬러 여광편의 투광비 표시도로서, 상기 여광편은 본 발명에 따른 발광장치와 배합하여 쓸 수 있다.
도3, 도4를 참조하면, 본 발명에 따라 백색광을 발생시킬 수 있는 유기 전계발광장치(100)의 제조방법은 아래와 같은 단계를 포함한다.
재료 준비 단계:
상표면에 애노드(12)가 구비된 기판(10)을 지지재로 한다. 상기 기판(10)은 유리기판, 굽어질 수 있는 플라스틱기판, 전기 전도성을 구비한 금속기판 또는 유 기재료로 직접 만들어진 기판이며, 상기 애노드(12)는 인듐-주석 산화물(ITO), 인듐-아연 산화물(IZO) 또는 알루미늄-아연 산화물(AZO) 등 재료 중 한가지로 만들어진 두께가 1000 내지 6000Å의 박막으로 구성된다.
정공 수송층(20) 제조단계:
고분자 재료(예를 들면 PEDOT, 폴리아닐린 등)를 유기 용제 속에 용해시키고 습식 제조공정(wet process)에 속하는 스핀 코팅법으로 상기 기판(10)에 도포한 다음 비활성 가스가 가득 찬 환경 속에서 구워 두께가 5 내지 2500Å 인 박막을 형성한다. 본 실시예에서는 PEDOT를 예로 들며 설명하며, 유기산 PSS을 첨가하여 정공 주입성을 제고시키고, 상기 정공 수송층(20)의 바람직한 두께는 700Å 이다. 상기 습식 제조공법에는 잉크젯 프린팅 (Ink Inject Printing), 롤러 코팅 (roller coating), 스크린 프린팅 (screen printing), 닥터 블레이드 코팅 (doctor blade coating) 및 서모 프린팅 (thermoprinting) 등 방법이 포함된다.
광 발사층(30) 제조단계:
고분자 발광재료를 호스트(host)로 하고, 두 가지 저분자 발광재료를 도판트(dopant)로 하여 일정한 중량비로 혼합한 후 유기 용제 (예를 들면 디메틸벤젠, CH2Cl2 또는 THF)내에서 용해시킨다. 이어서, 습식 제조공정을 거쳐 상기 정공 수송층(20)상에 도포하고 비활성 가스가 가득 찬 환경속에서 구워 두께가 5 내지 2500 Å인 박막을 제조한다. 본 실시예에서 채용한 습식 제조공정은 회전식 코팅방법이며, 상기 고분자 발광재료는 폴리[2,7-(9,9-디알킬)플루오렌], 파라페닐렌에틸 렌(p-phenylene ethylene, PPV), 폴리-N-비닐카바졸 (poly-(N-vinylcarbazole, PVK) 또는 DOW Chemical에서 생산된 Blue J 재료이고, 상기 저분자 발광재료는 C545T, Ir(ppy)3, DCJTB, 루브렌 (Rubrene) 또는 PtOEP 등 재료이다
본 실시예에서 고분자 발광재료로는 DOW Chemical에서 생산된 청색광을 발생할 수 있는 Blue J 재료를 선택하고, 저분자 발광재료로는 녹색광을 발생할 수 있는 C545T 및 적색광을 발생할 수 있는 DCJTB 재료를 각각 선택하며, 이 때, Blue J와 C545T 및 DCJTB의 혼합비는 1 : 0.07 : 0.04이고, 상기 광 발사층(30)의 바람직한 두께는 600 Å이다.
정공 격리층(40) 제조단계:
상기 정공 격리층은 저분자 재료 또는 고분자 재료로 제조할 수 있으며, 저분자 재료로는 BCP, TPBI를 선택할 수 있고, 고분자 재료로는 F8-TFB를 선택할 수 있다. 본 실시예에서 TPBI 저분자 재료를 선택하고 막 형성 공정 (예를 들면 증착, 스퍼터 증착)을 거쳐 상기 광 발사층(30)상에 두께가 5 내지 1000Å이고 정공을 상기 광 발사층(30)내에 국한시킬 수 있는 박막을 제조한다. 상기 정공 격리층(40)의 바람직한 두께는 200Å이다. 이외에 고분자 재료로 제조할 때 막 형성 방식은 상술한 바와 같은 습식 제조공정을 이용할 수 있다.
전자 주입층(50) 제조단계:
저분자 재료로 막 형성 공정 (예를 들면 증착, 스퍼터 증착)을 거쳐 상기 정공 격리층(40)상에 두께가 5 내지 2000Å인 박막을 형성한다. 본 실시예에서 상기 정공 격리층(40)을 구성하는 재료로 Alq를 이용한다.
캐소드(60) 제조단계:
증착 또는 스퍼터 증착방법으로 상기 전자 주입층(50)상에 두께가 1000 내지 5000Å인 단층 또는 다층 구조물을 형성한다. 상기 단층 구조물을 형성함에 있어서 알루미늄(Al) 또는 은(Ag) 등 금속물질을 선택할 수 있으며, 다층 구조물을 형성함에 있어서 칼슘(Ca)/알루미늄(Al), 바륨(Ba)/알루미늄(Al), 칼슘(Ca)/마그네슘-알루미늄 혼합물(Mg:Al) 또는 바륨(Ba)/ 마그네슘-알루미늄 혼합물(Mg: Al) 등 복합 금속물질을 선택할 수 있다. 본 실시예에서 칼슘(Ca)/알루미늄(Al) 복합 금속으로 상기 캐소드(60)를 제조하며, 칼슘(Ca)의 바람직한 두께는 400Å 이고, 알루미늄(Al)의 바람직한 두께는 1000Å 이다.
상술한 내용은 본 발명에 따른 유기 전계발광장치(100)의 구조와 제조공정에 대한 설명이다. 유기층의 막 형성 공정이 완성되면 패키징 작업을 통하여 전극이 외부 대기중의 수분과 접촉하여 산화되는 현상을 방지하고 따라서 내부 유기층의 성능을 보호한다. 상기 패키징 작업에서 한층의 건조제 (desiccant) 박막을 증설하여 전극의 산화 방지 효과를 강화할 수 있다.
본 발명에 따른 유기 전계발광장치(100)는 애노드(12)와 캐소드(60)가 외부로부터 인가된 바이어스 작용을 받을 때 (전압은 10V, 전류의 세기는 50mA/㎠), 고분자 재료와 저분자 재료가 일정한 중량비로 혼합되어 형성된 광 발사층(30)에서 정공과 전자가 재결합하도록 하며, 따라서 Blue J재료를 여기시켜 청색광을 방출함과 동시에 C545T재료와 DCJTB재료로 하여금 녹색광과 적색광을 방출하도록 한다. 상기 삼색광이 혼합되면 세가지 파장 특성을 구비한 연속된 전파장 (全波長)의 백색광을 얻을 수 있으며(참조: 도 5), 상기 백색광의 CIE 좌표는 x=0.30, y=0.33이다. 즉 백색광의 색 순도가 양호하다. 한편, 본 발명에 따른 유기 전계발광장치(100)의 발광 휘도(luminance)는 6500cd/㎡를 달성할 수 있으며 비교적 낮은 전압으로도 높은 전력 효율(5.61 m/w)을 얻을 수 있는 장점이 있다.
상술한 내용을 종합하면, 본 발명은 유기 전계발광장치(100)의 막 형성 공정의 전단계 제조(정공 수송층과 광 발사층의 제조를 포함)에 있어서, 습식 제조공정을 이용하기 때문에 제조공정이 간단하고 막 형성 요소에 대한 제어가 용이한 장점을 구비하여, 증착 제조공정에 존재하는, 유기 분자의 혼합 농도를 제어하기 어려운 점 등의 단점을 개선한다. 또한, 본 발명에 따른 유기 전계발광장치(100)에서 방출된 백색광은 구동 전압의 변화에 따라 발생되는 편색(偏色)현상이 쉽게 발생하지 않으며 양호한 온정성(穩定性)을 가진다.
또한, 본 발명에 따른 광 발사층(30)은 고분자 발광재료에 상보(相補)특성을 가진 두 가지 광색의 저분자 발광재료를 적당한 비로 혼합하여 제조되며, 백색광 생성시, 형성된 광 파장은 3개의 파봉(波峰)을 가진 연속되는 전파장 (全波長) (참조: 도 5)이고, 상기 각각의 파봉 위치는 컬러 여광편의 투광비(transmittance)에 대응된다(참조: 도 6). 따라서, 본 발명에 따른 유기 전계발광장치 (100)와 컬러 여광편을 배합하게 되면 전체 컬러의 디스플레이 패널을 얻을 수 있다.
상술한 내용은 본 발명의 비교적 바람직한 실시예에 해당할 뿐이며, 본 발명 명세서 및 특허청구범위를 이용한 균등 변화는 본 발명의 특허범위에 포함되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 유기 전계발광장치에 있어서,
    애노드;
    캐소드; 및,
    상기 애노드와 상기 캐소드 사이에, 하나 이상의 저분자 발광재료를 고분자 발광재료에 첨가하여 형성된 광 발사층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 고분자 발광재료와 상기 저분자 발광재료의 중량비가 1: 0.0001 내지 1: 0.1 인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 광 발사층의 두께는 5 내지 2500Å인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 고분자 발광재료는 폴리[2,7-(9,9-디알킬)플루오렌], 파라페닐렌에틸렌(PPV) 및 폴리-(N-비닐카바졸) (PVK)로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 저분자 발광재료는 C545T, Ir(ppy)3, DCJTB, 루브렌(Rubrene) 및 PtOEP로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 애노드와 상기 광 발사층 사이에 고분자 재료로 이루어진 정공 수송층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 캐소드와 상기 광 발사층 사이에 저분자 재료로 이루어진 전자 주입층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 전자 주입층과 상기 광 발사층 사이에 정공 격리층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광장치.
  9. 유기 전계발광장치의 제조 방법에 있어서,
    상부 표면에 애노드가 구비된 기판을 지지재로 하는 재료 준비단계;
    고분자 재료를 유기 용제 중에 용해시키고 습식 제조공정을 거쳐 상기 기판에 박막을 형성하는 정공 수송층 제조단계;
    고분자 발광재료를 호스트(host)로 하고 하나 이상의 저분자 발광재료를 첨가물로 하여 유기 용제 중에 용해시킨 후, 상기 정공 수송층상에 습식 제조공정을 통하여 박막을 형성하는 광 발사층 제조단계;
    막 형성 공정으로 상기 광 발사층 상에, 정공을 상기 광 발사층 내에 국한시킬 수 있는 박막을 형성하는 정공 격리층 제조단계;
    저분자 재료로 막 형성 공정을 거쳐 상기 정공 격리층상에 박막을 형성하는 전자 주입층 제조단계; 및,
    상기 전자 주입층상에 캐소드를 형성하는 캐소드 제조단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광장치 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 광 발사층을 제조하는 고분자 발광재료는 폴리[2,7-(9,9-디알킬)플루오렌], 파라페닐렌에틸렌 (PPV) 및 폴리-(N-비닐카바졸) (PVK)로부터 선택되고, 광 발사층을 제조하는 저분자 발광재료는 C545T, Ir(ppy)3, DCJTB, 루브렌(Rubrene) 및 PtOEP 로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광장치 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 고분자 발광 재료와 상기 저분자 발광재료의 중량비는 1: 0.0001 내지 1: 0.1인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광장치 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2020194791A (ja) * 2011-06-24 2020-12-03 株式会社半導体エネルギー研究所 表示装置

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