KR20080066470A - 백색 유기 발광 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 양극, 음극 및 그 사이에 위치한 유기층을 포함하며, 상기 유기층은 각각 한 개의 녹색, 청색 및 적색 발광층을 포함하고, 상기 발광층 사이에 하나의 전하발생층을 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자를 제공한다. 본 발명의 백색 유기 발광 소자는 녹, 청, 적 3색 발광 중 가장 단순한 탠덤 구조를 가지므로 제작 공정이 간단하고, 색순도가 뛰어날 뿐 아니라 발광 효율이 뛰어나다.
Description
도 1은 종래 기술에 따른 탠덤 구조 백색 유기 발광 소자의 발광층의 적층 구조를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 탠덤 구조 백색 유기 발광 소자의 발광층의 적층 구조를 나타내는 개략 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 백색 유기 발광 소자의 색좌표를 나타내는 도면이다.
본 발명은 백색 유기 발광 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제작 공정이 간단하고 색순도가 뛰어나며 발광 효율이 향상된 백색 유기 발광 소자에 관한 것이다.
전자발광을 이용하는 유기 발광 소자는 자기발광이므로 인식성이 높고, 완전히 고형인 소자이기 때문에 우수한 내충격성을 갖는다. 따라서, 각종 표시장치에 발광 소자를 이용하는 것이 주목받고 있다.
유기 발광 소자의 구성으로는, 양극/유기 발광층/음극의 구성을 기본으로 하 며, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 주입층 등을 적당하게 설치할 수 있으며, 예를 들면 양극/정공 주입층/ 정공 수송층/유기 발광층/음극, 또는 양극/정공 주입층/정공 수송층/유기 발광층/전자 주입층/음극의 구성이 공지되어 있다.
최근, 디스플레이용의 유기 발광 소자의 개발이 활발하게 행해지고 있으며, 특히 백색 발광하는 소자의 개발에 주력하고 있다.
백색 유기 발광 소자는 백색광을 방출하는 유기 발광 소자로서 박형 광원(paper-thin light source), 액정표시장치의 백라이트, 또는 칼라필터를 채용한 풀칼라 표시장치에 쓰일 수 있는 등 여러 용도로 사용될 수 있다.
백색 유기 발광 소자를 제조하는 방법은 발광층을 단일층으로 제조하는 방법과 복수층으로 제조하는 방법이 있다.
발광층을 단일층으로 제조하는 방법은 단일 물질을 사용하거나 2종 이상의 물질을 도핑하거나 블렌딩하는 방식으로 백색 유기 발광 소자를 제조할 수 있다. 예를 들어 청색 호스트에 적색 및 녹색 도펀트를 사용하거나 밴드갭 에너지가 큰 호스트 물질에 적색, 녹색 및 청색 도펀트를 부가하여 사용하는 방법이 있으나, 도펀트로의 에너지 전달이 불완전하다는 문제점이 있다. 또한, 적색, 녹색, 또는 청색 발광 모이어티를 갖는 바이폴라 호스트 물질을 사용하는 방법이 있으나, 백색의 밸런스를 조절하기 용이하지 않다는 문제점이 있다.
발광층을 복수층으로 제조하는 방법은 일반적으로는 적색, 녹색, 및 청색을 발광하는 층을 적층하는 구조의 3파장형 백색 유기 발광 소자 구조와, 보색 관계를 이용한 2파장형 백색 유기 발광 소자 구조로 나눌 수 있다.
보색 관계를 이용한 2파장형 백색 유기 발광 소자의 경우, 고효율의 장점이 있지만 보색 관계를 이용하여 백색을 얻기 때문에 컬러 필터를 이용하여 풀컬러를 구현하는데 있어서는 불리하고 표현할 수 있는 색상 범위가 좁다는 단점이 있다. 한편, 3파장형 백색 유기 발광 소자는 분자간 에너지 전이 때문에 3색의 균일한 스펙트럼을 얻기가 힘들고 발광 효율이 여전히 떨어진다는 단점이 있다.
대한민국특허출원공개 제 2005-0028564호에는 청색발광층 상단 및 하단에 위치하는 정공수송층과 전자수송층 중 어느 하나의 일부 또는 전체에 녹색 또는 적색 중 어느 하나의 색소를 도핑하고, 다른 하나의 층에는 상기 도핑된 색과 다른 녹색 또는 적색의 색소를 도핑하는 과정을 포함하는 백색 유기 발광 소자의 제조방법이 개시되어 있다. 또한 일본특허출원공개 제 2005-150084호에는 양극과 발광층 사이에, 제 1 정공차단층, 정공수송층 및 제 2 정공차단층으로 이루어지는 이중 정공차단층(double hole blocking layer)을 형성하여 녹색, 청색, 적색 발광층 순서의 적층 구조에서도 색순도 및 휘도가 높은 백색 발광을 얻을 수 있는 유기 발광 소자가 개시되어 있다. 그러나 이와 같이 제조된 백색 유기 발광 소자는 제조 공정은 간단하나 여전히 발광 효율면에서는 떨어지고 색순도가 낮다.
IMES(International Manufacturing and engineering Services., Co.,Ltd.)의 미국특허출원공개 제 20030189401호에는 음극과 양극 사이에 적어도 하나의 발광층을 구비한 적어도 2개의 발광 유닛을 포함하며, 상기 발광 유닛은 적어도 하나의 전하발생층에 의해 서로 분할된 구조를 갖는 백색 유기 발광 소자가 개시되어 있다. 이는 도 1a에 도시한 바와 같이 각 발광 유닛 사이에 전하발생층(charge generating layer, CGL)을 도입한 탠덤(tandem) 구조의 유기 발광 소자로, 발광 효율을 향상시킨 효과는 있으나, 발광층 두께 증가에 따른 전체적인 광간섭 효과에 의해 색 조절이 어렵다는 단점이 있다.
미국 특허출원공개 제 2006-0040132호에는 음극과 양극 사이에 복수개의 발광 유닛이 존재하며, 인접한 발광 유닛 사이에는 커넥터가 위치하며, 상기 발광 유닛은 각각이 백색을 발광하는 탠덤 구조의 백색 유기 발광 소자가 개시되어 있다. 이는 도 1b에 도시한 바와 같은 구조를 가지며, 효율면에서는 뛰어나나 제조 공정이 복잡하고, 광경로가 길어져 색 조절이 어렵다는 문제점이 있다.
이에 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 문제점을 해결하여 가장 단순한 탠덤 구조이면서도 색조절이 용이하고 발광 효율이 우수한 백색 유기 발광 소자를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명은
양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 위치하는 유기층을 포함하는 백색 유기 발광 소자에 있어서, 상기 유기층은 각각 하나의 녹색, 청색 및 적색 발광층을 포함하고, 상기 발광층 사이에 하나의 전하발생층이 위치하는 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자를 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면 상기 전하발생층은 아릴 아민계의 유기 화합물, 금속, 금속의 산화물, 탄화물, 불화물 및 이들의 혼합물 일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면 상기 녹색, 청색 및 적색 발광층은 호스트 재료와 형광 또는 인광 발광물질 도펀트를 포함할 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에서는 탠덤 구조를 갖는 백색 유기 발광 소자에 있어서, 발광층 사이에 하나의 전하발생층을 위치시킴으로써 제작공정이 간편하면서도 색순도 및 발광 효율이 우수한 백색 유기 발광 소자를 얻을 수 있게 된다.
즉, 본 발명에서는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 위치하는 유기층을 포함하는 백색 유기 발광 소자에 있어서, 상기 유기층은 각각 하나의 녹색, 청색 및 적색 발광층을 포함하며, 상기 발광층 사이에 하나의 전하발생층이 위치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 백색 유기 발광 소자는 단순히 녹색, 청색 및 적색 발광층을 적층한 경우나, 각 발광층 사이마다 전하발생층을 배치한 경우보다 발광 효율이 뛰어나거나 동등한 수준으로 유지하면서도 색순도가 뛰어나다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자에서 각각 하나의 녹색, 청색 및 적색 발광층은 임의의 순서로 적층될 수 있고, 전하발생층은 발광층 사이 어느 한 곳에 위치하면 되나, 도 2a에 나타낸 바와 같이 양극으로부터 녹색, 청색 및 적색 발광층 순서로 적층하고, 녹색 발광층과 청색 발광층 사이에 전하발생층이 위치하는 것이 가장 바람직하고, 도 2b에 나타낸 바와 같이 양극으로부터 청색, 녹색 및 적색 발광층 순서로 적층하고, 청색 발광층과 녹색 발광층 사이에 전하발생층이 위치할 수도 있다.
본 발명에 따른 백색 유기 발광 소자에서는 하나의 전하발생층만 존재하므로, 하나의 발광층과 두개의 발광층 사이에 전하발생층이 위치하는 비대칭 구조를 갖게 된다.
전하발생층은 한 종류의 발광층을 직렬로 연결한 구조의 사이에 존재하는 층으로서, 전하발생층으로 연결된 두개의 발광층은 하나의 발광층에서 발생하는 전류 효율 (current efficiency)을 배로 증가시키는 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 실례로 전하발생층을 구성하는 n-type 아릴 아민계 층과 p-type 금속 산화물 층은 전압이 가해질 경우 산화-환원 반응이 발생하여 착체를 형성하여 전하를 발생시키는 역할을 하는 것으로 알려져 있다.
상기 전하발생층은 아릴 아민계의 유기 화합물, 금속, 금속의 산화물, 탄화물, 불화물 또는 이들의 혼합물로 이루어진 이루어진 전하발생화합물을 포함할 수 있다.
상기 아릴 아민계의 유기화합물로는 α-NPD, 2-TNATA, TDATA, MTDATA, spiro-TAD, sprio-NPB 등을 들 수 있다.
상기 금속으로는 Cs, Mo, V, Ti, W, Ba 또는 Li 등을 들 수 있다.
상기 금속의 산화물, 탄화물 및 불화물로는 Re2O7, MoO3, V2O5, WO3, TiO2, Cs2CO3 , BaF, LiF, CsF 등이 있다.
본 발명에 따른 백색 유기 발광 소자의 발광층은 호스트 재료에 형광 또는 인광 발광 물질을 도펀트로 사용하여 형성할 수 있다.
이 때 발광층에 사용되는 호스트 재료는 청색, 적색 및 녹색 발광층 모두 동일한 것을 사용하거나, 녹색 및 적색 발광층의 호스트 재료는 청색 발광층에 사용되는 호스트 재료와 다른 것을 사용할 수도 있다.
상기 호스트 재료로는 일반적으로 저분자 유기 발광 소자에 사용되는 것을 제한 없이 사용할 수 있으며, AND, TBADN, Alq3등을 들 수 있다.
청색 발광층에 사용되는 청색 도펀트로는 특별히 제한되지 않으며, DPAVBi, DPAVBi 유도체, 디스티릴아릴렌(DSA), 디스티릴아릴렌 유도체, 디스티릴벤젠(DSB), 디스티릴벤젠 유도체, 스피로-DPVBi 및 스피로-6P(스피로-섹시페닐) 등을 들 수 있다.
적색 발광층에 사용되는 적색 도펀트로는 특별히 제한되지 않으며, 4-(디시아노메틸렌)-2-t-부틸-6-(1,1,7,7-테트라메틸줄롤리딜-9-에닐)-4H-피란(4-(dicyanomethylene)-2-t-butyl-6-(1,1,7,7-tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H-pyran;DCJTB), PtOEP, UDC사의 RD 61 등을 들 수 있다.
녹색 발광층에 사용되는 녹색 도펀트로는 특별히 제한되지 않으며, 쿠마린 6, , Ir(PPy)3(PPy=2-phenylpyridine) 등을 들 수 있다.
본 발명에 따른 백색 유기 발광 소자는 통상의 방법으로 제조될 수 있다.
즉, 기판상에 양극을 형성한 다음 상기 양극 위에 각각 하나의 녹색, 청색 및 적색 발광층을 적층하게 되며, 전하발생층은 상기 발광층중 어느 하나를 양극 위에 적층한 다음 다른 발광층을 적층하기 직전에 도핑하게 된다.
본 발명에 따른 백색 유기 발광 소자는 상기한 발광층과 전하발생층 외에 전자 수송층, 정공 수송층 등과 같은 유기 화합물로 된 막을 더 포함할 수 있다.
이러한 백색 유기 발광 소자는 통상적으로 양극/정공주입층/정공수송층/발광유닛+전하발생층/전자수송층/전자주입층/음극, 양극/정공수송층/발광유닛+전하발생층/전자수송층/전자주입층/음극, 양극/정공주입층/정공수송층/발광유닛+전하발생층/정공저지층/전자수송층/전자주입층/음극 등의 구조로 형성될 수 있다.
양극은 기판 상부에 높은 일함수를 갖는 양극용 물질을 증착법 또는 스퍼터링법 등에 의해 형성한다. 여기에서 기판으로는 통상적인 유기 발광 소자에서 사용되는 기판을 사용하는데 기계적 강도, 열적 안정성, 투명성, 표면 평활성, 취급용이성 및 방수성이 우수한 유리 기판 또는 투명 플라스틱 기판이 바람직하다.
양극용 물질로는 투명하고 전도성이 우수한 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO) 등을 사용한다.
다음으로, 상기 양극 상부에 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 정공주입층(HIL)을 형성할 수 있다.
진공증착법에 의하여 정공주입층을 형성하는 경우, 그 증착 조건은 정공주입층의 재료로서 사용하는 화합물, 목적으로 하는 정공주입층의 구조 및 열적 특성 등에 따라 다르지만, 일반적으로 증착온도 100 내지 500℃, 진공도 10-8 내지 10-3 torr, 증착속도 0.01 내지 100Å/sec, 막 두께는 통상 10Å 내지 5㎛ 범위에서 적절히 선택하는 것이 바람직하다.
스핀코팅법에 의하여 정공주입층을 형성하는 경우, 그 코팅 조건은 정공주입층의 재료로서 사용하는 화합물, 목적하는 하는 정공주입층의 구조 및 열적 특성에 따라 상이하지만, 약 2000rpm 내지 5000rpm의 코팅 속도, 코팅 후 용매 제거를 위한 열처리 온도는 약 80℃ 내지 200℃의 온도 범위에서 적절히 선택하는 것이 바람직하다.
상기 정공주입층 물질은 예를 들어, 구리프탈로시아닌 등의 프탈로시아닌 화합물, 스타버스트형 아민 유도체류인 TCTA, m-MTDATA, m-MTDAPB, MoO3, 용해성이 있는 전도성 고분자인 Pani/DBSA (Polyaniline/Dodecylbenzenesulfonic acid:폴리아닐린/도데실벤젠술폰산) 또는 PEDOT/PSS (Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/Poly(4-styrenesulfonate):폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(4-스티렌술포네이트)), Pani/CSA (Polyaniline/Camphor sulfonicacid:폴리아닐린/캠퍼술폰산) 또는 PANI/PSS (Polyaniline)/Poly(4-styrenesulfonate):폴리아닐린)/폴리(4-스티렌술포네이트)) 등과 같은 공지된 정공주입 물질을 사용할 수 있다.
Pani/DBSA PEDOT/PSS
상기 정공주입층의 두께는 약 100Å 내지 10000Å, 바람직하게는 100Å 내지 1000Å일 수 있다. 상기 정공주입층의 두께가 100Å 미만인 경우, 정공주입 특성이 저하될 수 있으며, 상기 정공주입층의 두께가 10000Å를 초과하는 경우, 구동전압이 상승할 수 있기 때문이다.
다음으로 상기 정공주입층 상부에 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 정공수송층(HTL)을 형성할 수 있다. 진공증착법 및 스핀코팅법에 의하여 정공수송층을 형성하는 경우, 그 증착조건 및 코팅조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택된다.
상기 정공수송층 물질은 예를 들어, N-페닐카르바졸, 폴리비닐카르바졸 등의 카르바졸 유도체, N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1-비페닐]-4,4'-디아민(TPD), N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐 벤지딘(α-NPD) 등의 방향족 축합환을 가지는 통상적인 아민 유도체 등과 같은 공지된 정공수송 물질을 사용할 수 있다.
상기 정공수송층의 두께는 약 50Å 내지 1000Å, 바람직하게는 100Å 내지 600Å일 수 있다. 상기 정공수송층의 두께가 50Å 미만인 경우, 정공수송 특성이 저하될 수 있으며, 상기 정공수송층의 두께가 1000Å를 초과하는 경우, 구동전압이 상승할 수 있기 때문이다.
다음으로 상기 정공수송층 상부에 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 방법을 이용하여 발광층과 전하발생층을 형성할 수 있다. 진공증착법 및 스핀코팅법에 의해 발광층을 형성하는 경우, 그 증착조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택된다.
상기 발광층과 전하발생층을 합한 두께는 약 100Å 내지 5000Å, 바람직하게는 500Å 내지 2000Å일 수 있다. 상기 두께가 100Å 미만인 경우, 발광 특성이 저하될 수 있으며, 5000Å를 초과하는 경우, 구동전압이 상승할 수 있기 때문이다.
삼중항 엑시톤 또는 정공이 전자수송층으로 확산되는 현상을 방지하기 위하여, 상기 정공수송층 상부에 진공증 착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 방법을 이용하여 정공차단층(HBL)을 형성할 수 있다. 진공증착법 및 스핀코팅법에 의해 정공차단층을 형성하는 경우, 그 조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택된다. 사용가능한 공지의 정공차단 재료, 예를 들면 옥사디아졸 유도체나 트리아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, BCP, 알루미늄 착물(aluminum complex) 등을 들 수 있다.
페난트롤린 함유 유기 화합물 이미다졸 함유 유기 화합물
트리아졸 함유 유기 화합물 옥사디아졸 함유 화합물
BAlq
상기 정공저지층의 두께는 약 50Å 내지 1000Å, 바람직하게는 100Å 내지 300Å일 수 있다. 상기 정공저지층의 두께가 50Å 미만인 경우, 정공저지 특성이 저하될 수 있으며, 상기 정공저지층의 두께가 1000Å를 초과하는 경우, 구동전압이 상승할 수 있기 때문이다.
다음으로 전자수송층(ETL)을 진공증착법, 또는 스핀코팅법, 캐스트법 등의 다양한 방법을 이용하여 형성한다. 진공증착법 및 스핀코팅법에 의해 전자수송층을 형성하는 경우, 그 조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택된다. 상기 전자수송층 재료는 음극으로부터 주입된 전자를 안정하게 수송하는 기능을 하는 것으로서 옥사졸계 화합물, 이소옥사졸계 화합물, 트리아졸계 화합물, 이소티아졸(isothiazole)계 화합물, 옥사디아졸계 화합물, 티아다아졸(thiadiazole)계 화합물, 페릴렌(perylene)계 화합물, 알루미늄 착물(예: Alq3(트리스(8-퀴놀리놀라토)-알루미늄(tris(8-quinolinolato)-aluminium) BAlq, SAlq, Almq3, 갈륨 착물(예: Gaq'2OPiv, Gaq'2OAc, 2(Gaq'2))등과 같은 공지의 재료를 사용할 수도 있다.
페릴렌계 화합물
Alq3 BAlq
SAlq Almq3
Gaq'2OPiv Gaq'2Oac
2(Gaq'2)
상기 전자수송층의 두께는 약 100Å 내지 1000Å, 바람직하게는 200Å 내지 500Å일 수 있다. 상기 전자수송층의 두께가 100Å 미만인 경우, 전자수송 특성이 저하될 수 있으며, 상기 전자수송층의 두께가 1000Å를 초과하는 경우, 구동전압이 상승할 수 있기 때문이다.
또한 전자수송층 상부에 음극으로부터 전자의 주입을 용이하게 하는 기능을 가지는 물질인 전자주입층(EIL)이 적층될 수 있으며 이는 특별히 재료가 제한되지 않는다.
전자 주입층으로서는 LiF, NaCl, CsF, Li2O, BaO, CsCO3와 BCP 혼합체 등과 같은 전자주입층 형성 재료로서 공지된 임의의 물질을 이용할 수 있다. 상기 전자주입층의 증착조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택된다.
상기 전자주입층의 두께는 약 1Å 내지 100Å, 바람직하게는 5Å 내지 50Å일 수 있다. 상기 전자주입층의 두께가 1Å 미만인 경우, 전자주입 특성이 저하될 수 있으며, 상기 전자주입층의 두께가 100Å를 초과하는 경우, 구동전압이 상승할 수 있기 때문이다.
마지막으로 전자주입층 상부에 진공증착법이나 스퍼터링법 등의 방법을 이용하여 음극을 형성할 수 있다. 상기 제2전극은 캐소드(Cathode)로 사용될 수 있다. 상기 음극 형성용 금속으로는 낮은 일함수를 가지는 금속, 합금, 전기전도성 화합물 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 구체적인 예로서는 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag) 등을 들 수 있다. 또한 전면 발광소자를 얻기 위하여 ITO, IZO를 사용한 투과형 음극을 사용할 수도 있다.
본 발명의 백색 유기 발광 소자의 제작은 특별한 장치나 방법을 필요로 하지 않으며, 통상의 발광 재료를 이용한 백색 유기 발광 소자의 제작방법에 따라 제작될 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예를 들어 설명하기로 하되, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1
다음과 같은 구조를 갖는 백색 유기 발광 소자를 제작하였다.
ITO/MoO3/α-NDP/2중량%쿠마린:Alq3/Alq3/Cs2CO3:BCP/MoO3/α-NPD/5중량%DPAVBi:TBADN/2중량%DCJTB:Alq3/Alq3/Cs2CO3:BCP/Al
0.7mm의 유리기판 상부에 90nm의 ITO(indium-tin oxide)가 패터닝된 기판을 중성세제, 탈이온수 및 이소프로필알코올 등의 용매를 사용하여 순차적으로 세정한 다음 UV-오존처리 하였다. 상기 ITO막 위에 정공주입층(MoO3)과, 정공수송층(α-NPD)을 일반적으로 증착온도 100 내지 1000℃, 진공도 10-8 내지 10-3 torr, 증착속도 0.1 내지 10Å/sec에서 50Å 내지 1000Å 두께로 증착하였다. 상기 정공수송층 상부에 녹색 발광층(호스트:Alq3, 도펀트:쿠마린)을, 증착온도 100 내지 500℃, 진공도 10-8 내지 10-3 torr, 증착속도 0.1 내지 10Å/sec에서 50 내지 1000Å 두께로, 호스트 100중량부 당 도펀트 2중량부 비율로 공증착하였다. 상기 녹색 발광층 상부에 전자수송층(Alq3) 을 증착온도 100 내지 500℃, 진공도 10-8 내지 10-3 torr, 증착속도 0.1 내지 10Å/sec에서 50 내지 1000Å 두께로 증착하였고, 이후, 상기 전자수송층 상부에 n-형 전하발생층(Cs2CO3:BCP, 1:1)을 증착온도 100 내지 1000℃, 진공도 10-8 내지 10-3 torr, 증착속도 0.1 내지 10Å/sec에서 50 내지 1000Å 두께로, 일 대 일의 비율로 공증착하였다. 상기 n-형 전하발생층 상부에 p-형 전하발생층 (MoO3)을 증착온도 100 내지 1000℃, 진공도 10-8 내지 10-3 torr, 증착속도 0.1 내지 10Å/sec에서 50 내지 1000Å 두께로 증착하였고, 이후, 상기 p-형 전하발생층 상부에 청색 발광층(호스트:TBADN, 도펀트:DPAVBi)을 호스트 100중량부 당 도펀트 5중량부를, 적색 발광층(호스트: Alq3, 도펀트:DCJTB)을 호스트 100중량부 당 도펀트 5중량부로, 증착온도 100 내지 500℃, 진공도 10-8 내지 10-3 torr, 증착속도 0.1 내지 10Å/sec에서 50 내지 1000Å 두께로 순차적으로 공증착하였다. 이후 상기 적색 발광층 상부에 전자수송층(Alq3)과 전자주입층(Cs2CO3:BCP, 1:1)을 상기 전자수송층과 n-형 전하발생층의 형성과 동일한 조건으로 증착하였고, 음극인 Al을 증착온도 300 내지 1000℃, 진공도 10-8 내지 10-3 torr, 증착속도 0.1 내지 10Å/sec에서 100 내지 2000Å 두께로 증착하였다.
실시예 2
ITO/MoO3/α-NDP/5중량%DPAVBi:TBADN/Alq3/Cs2CO3:BCP/MoO3/α-NPD/2중량%쿠마린:Alq3/2중량%DCJTB:Alq3/Alq3/Cs2CO3:BCP/Al
발광층의 적층 순서를 청색 발광층, 전하발생층, 녹색 발광층 및 적색 발광 층으로 하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 백색 유기 발광 소자를 제조하였다.
비교예 1
ITO/MoO3/α-NDP/2중량%쿠마린:Alq3/5중량%DPAVBi:TBADN/2중량% DCJTB:Alq3/Alq3/Cs2CO3:BCP/Al
전하발생층이 없이 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 백색 유기 발광 소자를 제조하였다.
비교예 2
ITO/MoO3/α-NDP/5중량%DPAVBi:TBADN/2중량%쿠마린:Alq3/2중량% DCJTB:Alq3/Alq3/Cs2CO3:BCP/Al
전하발생층이 없이 상기 실시예 2과 동일한 방법으로 백색 유기 발광 소자를 제조하였다.
비교예 3
ITO/MoO3/α-NDP/2중량%쿠마린:Alq3/Alq3/Cs2CO3:BCP/MoO3/α-NPD/5중량%DPAVBi:TBADN/Cs2CO3:BCP/MoO3/2중량%DCJTB:Alq3/Alq3/Cs2CO3:BCP/Al
전하발생층을 각 발광층 사이에 모두 적층하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 백색 유기 발광 소자를 제조하였다.
비교예 4
ITO/MoO3/α-NDP/5중량%DPAVBi:TBADN/Alq3/Cs2CO3:BCP/MoO3/α-NPD/2중량%쿠마린:Alq3/Cs2CO3:BCP/MoO3/2중량%DCJTB:Alq3/Alq3/Cs2CO3:BCP/Al
전하발생층을 각 발광층 사이에 모두 적층하는 것을 제외하고는 상기 실시예 2과 동일한 방법으로 백색 유기 발광 소자를 제조하였다.
평가
실시예 1과 2, 및 비교예 1 내지 4에 대하여 최대 효율, 색순도, 구동전압을 측정하였고, 이에 대한 측정 결과를 하기 표 1에 나타내었다:
소자의 특성 | |||
최대 효율(cd/A) | 색좌표(x,y) | Turn-on 전압(V) | |
실시예 1 | 8.51 | 0.28, 0.32 | 5.4/11.4 |
실시예 2 | 6.75 | 0.32, 0.32 | 3.8/13.0 |
비교예 1 | 7.38 | 0.29, 0.39 | 2.8/6.2 |
비교예 2 | 6.33 | 0.38, 0.40 | 3.0/6.8 |
비교예 3 | 9.08 | 0.26, 0.40 | 8.2/19.2 |
비교예 4 | 12.01 | 0.27, 0.38 | 9.0/19.0 |
도 3은 본 발명의 실시예 1과 2 및 비교예1 내지 4에 따른 백색 유기 발광 소자의 발광 스펙트럼이다.
상기 결과에서 보듯이 하나의 전하발생층이 각각 하나의 녹색, 청색 및 적색 발광층 사이에 위치하는 본 발명의 백색 유기 발광 소자는 전하발생층이 존재하지 않는 녹색, 청색 및 적색 발광층을 포함하는 백색 유기 발광 소자에 비하여 발광 효율이 뛰어나거나 동등한 수준을 유지하면서도 색순도가 뛰어나다는 것을 알 수 있다.
또한 상기 결과에서 보듯이 하나의 전하발생층이 각각 하나의 녹색, 청색 및 적색 발광층 사이에 위치하는 본 발명의 백색 유기 발광 소자는 전하발생층이 녹색, 청색 및 적색 발광층 사이에 각각 존재하는 백색 유기 발광 소자에 비하여 발광 효율은 낮지만 색순도와 구동전압이 뛰어나다는 것을 알 수 있다.
본 발명의 백색 유기 발광 소자는 단순한 탠덤 구조로 색 균형과 발광 효율을 동시에 향상시킬 수 있어 디스플레이 및 조명 장치에 효과적으로 사용될 수 있다.
Claims (14)
- 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 위치하는 유기층을 포함하는 백색 유기 발광 소자에 있어서, 상기 유기층은 각각 한 개의 녹색, 청색 및 적색 발광층을 포함하며, 상기 발광층 사이에 하나의 전하발생층을 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 전하발생층은 아릴 아민계의 유기 화합물, 금속, 금속의 산화물, 탄화물, 불화물, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
- 제 2항에 있어서, 상기 아릴아민계의 유기 화합물은 α-NPD, 2-TNATA, TDATA, MTDATA, spiro-TAD 또는 sprio-NPB 인 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
- 제 2항에 있어서, 상기 금속은 Cs, Mo, V, Ti, W, Ba 또는 Li인 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
- 제 2항에 있어서, 상기 금속의 산화물, 탄화물 및 불화물은 Re2O7, MoO3, V2O5, WO3, TiO2, Cs2CO3, BaF, LiF 또는 CsF인 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 녹색, 청색 및 적색 발광층은 각각 호스트 재료와 형광 또는 인광 발광물질 도펀트를 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 발광층은 양극으로부터 순서대로 녹색, 청색 및 적색 의 순서로 위치하는 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
- 제 7항에 있어서, 상기 녹색 및 청색 발광층 사이에 전하발생층이 위치하는 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 발광층은 양극으로부터 순서대로 청색, 녹색 및 적색 의 순서로 위치하는 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
- 제 9항에 있어서, 상기 청색 및 녹색 발광층 사이에 전하발생층이 위치하는 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
- 제 6항에 있어서, 상기 녹색 발광층은 호스트 재료로 Alq3를, 발광물질 도펀트로 쿠마린을 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
- 제 6항에 있어서, 상기 청색 발광층은 호스트 재료로 TBADN을, 발광물질 도펀트로 DPAVBi를 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
- 제 6항에 있어서, 상기 적색 발광층은 호스트 재료로 Alq3를, 발광물질 도펀트로 DCJTB를 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
- 제 1항에 있어서, 상기 유기층은 정공주입층, 전자차단층, 정공수송층, 전자수송층, 전자주입층, 정공차단층 및 전자주입층으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 유기 발광 소자.
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