KR20080065477A - 유기발광소자 - Google Patents

Abstract

유기 자발광과 유기 전계발광을 이용하는 유기발광소자에 관해 개시된다.

유기발광소자는 전계에 의해 발광이 일어나는 유기발광층을 포함하는 다수 적층 구조의 전계발광부과 전계발광부로부터의 광자를 흡수하여 자발광을 일으키는 자발광부를 구비하며, 자발광부는: 상기 전계발광부의 한 적층과 동일한 물질로 된 MQ(Metal Quenching) 물질층과 MQ 물질층의 자발광 에너지를 감소시켜 상기 유기발광층의 발광 파장에 비해 긴 파장의 자발광을 유도하는 자발광 에너지 저감층을 구비한다. 본 발명에 따르면 전계발광부에서 사용되는 재료를 이용하는 자발광부를 형성한다. 따라서, 전계발광부의 제조 사용하는 증착기를 그대로 사용할 수 있다.본 발명에 따른 유기발광장치는 제작이 용이하고 제조 비용을 감소시킬 수 있는 유기발광소자를 제공한다.

자발광, 전계발광, 백색, Metal Quenching

Description

유기발광소자{Organic light emitting device}

도 1은 본 발명의 모범적 실시예에 따른 유기발광소자의 개략적 단면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 유기발광소자의 발광 메커니즘을 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 유기발광소자의 자발광 메커니즘의 에너지 밴드를 보이는 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 유기발광소자의 자발광 구조에서 기울어진 밴드를 설명하는 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 유기발광소자의 자발광 스펙트럼과 전계발광 스팩트럼을 보이는 도면이다.

도 6은 본 발명의 다른 모범적 실시예에 따른 유기발광소자의 개략적 단면도이다.

1. KR 2006-0060171

2. US 20040032214

본 발명은 유기발광소자(Organic Light Emitting device)에 관한 것으로 상세히는 자발광이 복합적으로 일어나는 유기발광소자에 관한 것이다.

최근 WOLED(White Organic Light Emitting Device)는 고해상도 실현이 용이하고 공정성이 우수한 한편, 기존의 LCD의 칼라필터 기술을 이용하여 제조될 수 있는 잇점이 있다. 주로 백라이트 장치로 사용되는 백색 유기발광소자에 대한 다양한 구조들이 제안되고 특허화되고 있다. 대표적으로, R(Red),G(Green),B(Blue) 발광부들을 상호 평면적으로 병렬배치(side-by-side) 방식, R,G,B 발광층이 상하로 적층되는 적층(stacking) 방식이 있고, 청색(B) 유기발광층에 의한 전계발광과 이로부터의 광을 이용하여 무기형광체의 자발광(photo-luminescence)을 이용하는 색변환물질(color conversion material, CCM) 방식 등이 있다.

CCM 방식의 종래 백색발광장치는 높은 해상도의 구현이 용이하고 구동 전압도 낮을 뿐 아니라, 적층 수가 적기 때문에 제조가 용이하다. 그러나, 자발광을 위해 무기물이 이용되기 때문에 유기물 증착기와는 별도의 증착기를 사용해야 하는 결점이 있다.

본 발명은 유기물에 의한 전계발광과 유기물에 의한 자발광을 이용하는 CCM 방식의 유기발광소자를 제공한다.

본 발명은 발광물질로 모두 유기물을 이용함으로써 하나의 증착기에 의해 제조될 수 있고 따라서 제작이 용이하고 제조 비용을 감소시킬 수 있는 유기발광소자 를 제공한다.

본 발명에 따르면,

전계에 의해 발광이 일어나는 유기발광층을 포함하는 다수 적층 구조의 전계발광부과 상기 전계발광부로부터의 광자를 흡수하여 자발광을 일으키는 자발광부를 구비하며,

상기 자발광부는: 상기 전계발광부의 한 적층과 동일한 물질로 된 MQ(Metal Quenching) 물질층과 MQ 물질층의 자발광 에너지를 감소시켜 상기 유기발광층의 발광 파장에 비해 긴 파장의 자발광을 유도하는 자발광 에너지 저감층을 구비하는 유기발광소자가 제공된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 에너지 저감층은 Al, Ag, Mg 으로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성된다.

본 발명의 구체적인 실시예에 따르면, 상기 전계발광부는 유기발광층을 중심으로 양극 측의 정공주입층 및 정공수송층, 음극 측의 전자주입층 및 전자수송층을 구비하며, 상기 MQ 물질층은 상기 전계발광부의 음극 측 또는 양극 측에 마련된다.

본 발명의 구체적인 다른 실시예에 따르면, 상기 정공수송층과 MQ 물질층은 동일물질로 형성되며, 바람직하게는 정공 이송층과 MQ 물질층은 트리페닐아민(Triphenylamine) 성분을 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 모범적 실시예들에 따른 유기발 광소자에 대해 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 ㄸ른 유기발광소자는 전계발광부(10)와 자발광부(20)를 구비한다.

상기 전계발광부(10)는 애노드(11), 정공주입층(12), 정공수송층(13), 유기발광층(14), 전자수송층(15), 전자주입층(16) 그리고 캐소드(17)를 구비한다.

상기 MQ 물질층(20)은 상기 캐소드(17) 위에 형성되는 유기 MQ 물질층(21) 그리고 이 위의 자발광에너지 저감층(22)을 구비한다.

바람직하게 상기 정공 수송층(13) 및 MQ 물질층(22)는 트리페닐아민의 성분을 포함하며, 상기 전자 주입층(16) 및 자발광에너지 저감층(22)은 Ag 또는 Al로 형성되며 바람직하게는 Al로 형성되며, 이것은 자발광에너지 감소 기능 외에 반사 미러로서의 기능을 가진다.

전술한 구조에서 각 요소들의 재료는 아래와 같다.

애노드(11)는 ITO, IZO 등의 재료로 형성되며, 정공주입층(12) 정공수송층(13), 유기발광층(14), 전자수송층(15), 전자주입층(16)은 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), Flrpic, CzTT, Anthracene, TPB, PPCP, DST, TPA, OXD-4, BBOT, AZM-Zn 등으로 형성된다. 그리고, 캐소드(17)는 Al, Mg, Ag 로 형성되며, MQ 물질층(21)은 트리페닐아민으로 형성된다. 그리고, 자발광에너지저감층(22)은 Al, Ag, Mg 등으로 형성된다.

상기와 같은 구조를 가지는 본 발명에 따른 발광소자의 발광원리는 다음과 같다.

전계발광부(10)의 애노드(11)와 캐소드17)에 전압이 인가되며 정공주입층(12)과 전자주입층(16)을 통해 전공과 전자가 각각 주입되고 유기발광층(14)에서 전자와 정공의 재결합에 의해 엑시톤(exiton)이 생성된다. 이 엑시톤이 방사감쇠(radiative decay)되면서 물질의 밴드 갭(band gap)에 해당하는 파장의 빛이 방출되는 것이다. 이때에 본 발명에 따르면, 전계발광부(10)에서는 청색 영역의 스펙트럼이 발생한다. 이 청색 영역의 스펙트럼은 캐소드(17)를 통과하여 자발광부(20)의 MQ 물질층(21)에 흡수된다. 이때에, MQ 물질층(21)은 유기발광층(15)과 동일물질로 형성되어 있는데 본 발명의 특징에 따른 자발광에너지 저감층(22)에 의해 MQ 물질층(21)의 자발광에너지가 감소한다. 따라서 MQ 물질층(21)으로 부터는 전계발광층(14)으로 부터의 빛에 비해 긴 파장의 스펙트럼, 예를 들어 오랜지 색을 나타낸다. 이와 같이 MQ 물질층(21)에서 발생된 장파장의 빛은 충분한 두께의 자발광에너지 저감층(22)에서 반사되어 다시 전계발광부(10)측으로 진행하며, 따라서 전계발광부(10)의 청색 빛과 자발광부의 오랜지 빛이 합쳐져서 백색의 빛을 생성하게 된다.

본 발명의 주요 특징은 전계발광부의 구성요소, 예를 들어 정공수송층의 물질을 자발광에 사용하며 이때에 자발광이 자발광에너저 저감층에 의해 전계발광에 비해 장파장화된 파장을 발생하는 것이다. 이것은 금속층에 의한 자발광의 장파장화, 즉, MQ(metal quenching) 효과에 의해 얻은 장파장의 스펙트럼을 전계발광에 의해 얻어진 스펙트럼을 합쳐서 백색광을 구현하는 것이다.

전계발광은 청색 영역(450nm~500nm)이며, 자발광은 녹색과 적색 영역(500~650nm)의 오랜지 영역이다. 따라서, 비록 MQ 물질층이 전계발광층과 동일한 청색계 유기물질로 형성되어도 자발광은 이보다 긴 파장의 오랜지 색의 발광이 일어나야 한다. MQ 물질층의 자발광 피크(PL peak) 에너지가 450nm보다 적어야 청색 발광 에너지를 흡수 하지 않고 투과시키게 된다. 그러나, 원리적으로는 전계발광이 청색과 녹색 영역(450~550nm), 자발광을 적색 영역(550~650nm)으로 가져갈 수도 있다.

위와 같은 자발광을 달성하기 위해서는 적절히 선택된 물질의 MQ 물질층과 자발광 에너지 저감용 금속층을 이용해야 한다. 바람직한 MQ 물질층의 물질로서 트리페닐아민 성분을 가지는 유기물질을 들수 있다. 트리페닐아민 성분을 가지는 전계발광물질은 정공 수송 성질이 있으며, 5.2eV의 HOMO, 2.2eV LUMO를 가진다. 그리고 바람직한 자발광 에너지 저감층의 물질에는 Al, Ag, Mg 등이 있다. Al 은 4.2eV의 일함수 에너지(work function energy)를 가진다. 트리페릴라민 성분의 물질의 MQ 물질층과 Al의 자발광에너지 저감층을 이용하면, 결과적으로 최소 밴드 갭은 2.0eV(620nm)이고 따라서 MQ 물질층에서는 주로 620nm보다 적은 여러 파장의 빛이 만들어진다. 도 3에 도시된 바와 같이 MQ 물질층과 자발광에너지 저감층인 금속층의 사이에는 경계층(interfacial layer)이 형성되는데 이 경계층은 유기금속층으로서 기울어진 밴드(slant band)를 가진다.

620nm보다 적은 여러 파장이 동시에 발생하는 이유는 LUMO에서 전 이(transition)하는 전자가 4.2eV에서 5.2eV까지 기울어진 밴드(slant band)가 MQ 물질층과 자발광에너지 저감층의 사이의 경계층에 형성되어 있기 때문이다. 여기서 중요한 부분은 바로 MQ 물질층에서 여러 파장이 동시에 발생할 수 있게 하기 위하여서는 상기한 바와 같은 기울어진 밴드가 자발광에너지 저감층의 사이의 경계층에 형성되어야 한다.

이러한 기울어진 밴드가 없이는 녹색에서 적색에 이르기까지 넓은 영역의 파장이 동시 형성이 되지 않고 적색 영역에서 자발광이 일어날 수 있다.

상기 기울어진 밴드를 형성되기 위해서는 도시된 바와 같이 경계층이 MO 층의 두께 방향에 따라 밴드가 기울어져야 한다. 이와 같이 되려면 기울어진 밴드의 녹색 부분과 적색 부분이 서로 간섭이 일어나지 않도록 경계층의 두께가 충분히 두꺼워야 하며, 도 4에 도시된 바와 같이 MO 층의 최소 두께는 10nm이다.

상기와 같은 전계발광에 의한 청색 스펙트럼과 자발광에 의한 오랜지 스펙트럼을 합쳐서 백색 스펙트럼을 만들게 되는데 화이트 밸런스는 자발광에 의한 광이 투과하는 캐소드(17)의 두께 조절을 통해 이룰 수 있다.

본 발명에 따르면, MQ 물질층의 유기물의 HOMO가 2.0eV보다 크고, 밴드 갭은 2.5eV 이상인 것이 바람직하다. 또한, MQ 물질층의 PL의 파장이 500nm 이상의 녹색 및 적색 영역을 포함한다. 또한 자발광 에너지 저감층은 알루미늄, 금, 은, 마그네슘 중의 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어 진다. 한편, 캐소드의 두께는 10nm 내지 1000nm 이다. 한편, 상기 전계발광부는 500nm 이하의 파장을 갖는 광을 발생한다.

도 5는 MQ 물질층 원래의 PL(normal PL)과 MQ 물질층 위에 금속(알루미늄) 층을 올렸을 경우의 정규화(normalized)된 PL 스펙트럼을 보인다. 위의 실시예에 따르면 MQ 물질층의 재료는 전계 발광부에서 정공이송층에 사용된 물질이므로 실제로는 발광에 참여하지는 않는다.

도 6은 도 1에 도시된 실시예의 변형으로서 자발광부가 전계발광부의 반대편에 위치한 구조의 실시예를 보인다.

전계발광부(10)의 캐소드(17)를 통해 청색, 녹색, 적색광이 투과하고, 전계발광부(10)의 애노드(11)에 자발광부(20)가 형성된다. 자발광부(20)는 애노드(11) 밑에 형성되는 MQ 물질층(21)과 MQ 물질층(21)의 저면에 마련되는 자발광 에너지 저감층(22)을 구비한다.

전계발광부(10)의 애노드(11)와 캐소드17)에 전압이 인가되면, 청색 영역의 스펙트럼이 발생한다. 이 청색 영역의 스펙트럼은 애노드(11)를 통과하여 자발광부(20)의 MQ 물질층(21)에 흡수된다. 이때에, MQ 물질층(21)은 유기발광층(15)과 동일물질로 형성되어 있는데 본 발명의 특징에 따른 자발광에너지 저감층(22)에 의해 MQ 물질층(21)의 자발광에너지가 감소한다. 따라서 MQ 물질층(21)으로 부터는 전계발광층(14)으로 부터의 빛에 비해 긴 파장의 스펙트럼, 예를 들어 오랜지 색을 나타낸다. 이와 같이 MQ 물질층(21)에서 발생된 장파장의 빛은 충분한 두께의 자발광에너지 저감층(22)에서 반사되어 다시 전계발광부(10)측으로 진행하며, 따라서 전계발광부(10)의 청색 빛과 자발광부의 오랜지 빛이 합쳐져서 백색의 빛을 생성하게 된다.

본 발명은 MQ(Metal Quenching) 효과에 따른 자발광 방법을 제시한다. 자발광은 유기물질을 이용하여 여러 파장에서 일어나며 따라서 전계발광에 의한 청색계 파장과 함께 양질의 백색광을 형성할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 전계발광부에서 사용되는 재료를 이용하는 자발광부를 형성한다. 따라서, 전계발광부의 제조 사용하는 증착기를 그대로 사용할 수 있고, 따라서 종래 무기물 자발광 구조를 형성할 때와 같은 별도 증착기의 사용이 필요없다. 따라서, 본 발명에 따른 유기발광장치는 제작이 용이하고 제조 비용을 감소시킬 수 있는 유기발광소자를 제공한다.

이러한 본원 발명의 이해를 돕기 위하여 몇몇의 모범적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었으나, 이러한 실시예들은 단지 넓은 발명을 예시하고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이며, 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 구조와 배열에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이며, 이는 다양한 다른 수정이 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.

Claims (9)

1. 전계에 의해 발광이 일어나는 유기발광층을 포함하는 다수 적층 구조의 전계발광부과 상기 전계발광부로부터의 광자를 흡수하여 자발광을 일으키는 자발광부를 구비하며,

   상기 자발광부는: 상기 전계발광부의 한 적층과 동일한 물질로 된 MQ(Metal Quenching) 물질층과 MQ 물질층의 자발광 에너지를 감소시켜 상기 유기발광층의 발광 파장에 비해 긴 파장의 자발광을 유도하는 자발광 에너지 저감층을 구비하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 에너지 저감층은 Al, Ag, Mg 로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 전계발광부는 유기발광층을 중심으로 양극 측의 정공주입층 및 정공수송층, 음극 측의 전자주입층 및 전자수송층을 구비하며, 상기 MQ 물질층은 상기 전계발광부의 음극 측과 양극 측 중 어느 일측에 마련되는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 전계발광부는 유기발광층을 중심으로 애노드 측의 정공주입층 및 정공수송층, 캐소드 측의 전자주입층 및 전자수송층을 구비하며, 상기 MQ 물질층은 상기 전계발광부의 음극 측과 양극 측 중 어느 일측에 마련되는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 MQ 물질층은 상기 정공수송층과 동일 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 MQ 물질층과 정공 수송층은 트리페닐아민(Triphenylamine) 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 MQ 물질층의 유기물은 HOMO가 2.0 eV 보다 크고, 밴드갭은 2.5eV 이상인 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 MQ 물질층의 자발광 파장은 500nm 이상인 것을 특징으로 하는 유기발광 소자.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 전계발광부는 음극을 구비하고, 음극의 두께는 10nm~1000nm 범위인 것을 특징으로 하는 유기발광소자.

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