KR20090031144A - 유기전계발광소자 - Google Patents

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KR20090031144A
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Abstract

본 발명은 기판, 상기 기판 상에 위치하는 제 1 전극, 상기 제 1 전극 상에 위치하며, 적어도 발광층을 포함하는 유기기능층들 및 상기 유기기능층들 상에 위치하는 제 2 전극을 포함하며, 상기 유기기능층들 중 제 2 전극에 인접한 유기기능층은 무기물을 포함하는 유기전계발광소자를 제공한다.
유기전계발광소자

Description

유기전계발광소자{Organic Light Emitting Device}
본 발명은 유기전계발광소자에 관한 것으로, 보다 자세하게는 유기기능층에 무기물을 포함하는 유기전계발광소자에 관한 것이다.
최근, 표시장치(FPD: Flat Panel Display)는 멀티미디어의 발달과 함께 그 중요성이 증대되고 있다. 이에 부응하여 액정표시장치(Liquid Crystal Display : LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel: PDP), 전계방출표시장치(Field Emission Display: FED), 유기전계발광소자(Organic Light Emitting Diode Display Device) 등과 같은 여러 가지의 디스플레이가 실용화되고 있다.
이들 중, 유기전계발광소자는 응답속도가 1ms 이하로서 고속의 응답속도를 가지며, 소비 전력이 낮고, 자체 발광이므로 시야각에 문제가 없어서, 차세대 표시장치로 주목받고 있다.
일반적인 유기전계발광소자는 기판, 상기 기판 상에 제 1 전극이 위치하고, 상기 제 1 전극 상에 적어도 발광층을 포함하는 유기막층이 위치한다. 상기 유기막 층 상에는 제 2 전극이 위치한다. 상기 유기막층은 정공주입층(HIL : Hole Injection Layer), 정공수송층(HTL : Hole Transportation Layer), 전자수송층(ETL : Electron Transportation Layer) 및 전자주입층(EIL : Electron Injection Layer)을 더 포함할 수 있다.
이러한 구조의 유기전계발광소자의 작동 원리는 다음과 같다. 제 1 전극과 제 2 전극 간에 전압을 인가하면, 제 1 전극으로부터 정공이 주입되어 정공주입층, 정공수송층을 통해 발광층 내로 주입되고, 제 2 전극으로부터 전자가 주입되어 전자주입층, 전자수송층을 통해 발광층 내로 주입된다. 발광층 내로 주입된 정공과 전자는 재결합하여 여기자(Exiton)를 형성하고 여기자가 바닥상태로 전이하면서 발생하는 에너지에 의해 발광하게 된다.
유기전계발광소자의 높은 발광효율을 위해서는 발광층 내로 주입되는 정공과 전자의 밸런스가 잘 맞아야 한다. 이를 위해서 종래에는 제 1 전극과 발광층 사이에 정공주입층 또는 정공수송층을 형성하고, 발광층과 제 2 전극 사이에는 전자수송층 또는 전자주입층을 형성하여, 각 층간의 에너지 장벽을 낮추어 전자와 정공의 이동을 원활하게 하였다.
그러나, 종래의 유기전계발광소자는 일반적으로 정공의 이동도가 전자의 이동도보다 10배 이상 빠르기 때문에 발광층 내로 주입되는 정공과 전자의 주입량이 달라지게 된다. 따라서, 유기전계발광소자의 발광효율이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 유기전계발광소자의 발광효율을 향상시킬 수 있는 유기전계발광소자를 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기전계발광소자는 기판, 상기 기판 상에 위치하는 제 1 전극, 상기 제 1 전극 상에 위치하며, 적어도 발광층을 포함하는 유기기능층들 및 상기 유기기능층들 상에 위치하는 제 2 전극을 포함하며, 상기 유기기능층들 중 제 2 전극에 인접한 유기기능층은 무기물을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기전계발광소자는 기판, 상기 기판 상에 위치하는 제 1 전극, 상기 제 1 전극 상에 위치하며, 적어도 발광층을 포함하는 유기기능층들 및 상기 유기기능층들 상에 위치하는 제 2 전극을 포함하며, 상기 유기기능층들 중 제 1 전극에 인접한 유기기능층은 무기물을 포함할 수 있다.
본 발명의 유기전계발광소자는 유기전계발광소자의 발광효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세하게 설명하도록 한다.
<실시예 1>
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 유기전계발광소자를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 유기전계발광소자는 제 1 기판(100), 제 1 기판(100)에 위치하는 제 1 전극(110)이 위치하고, 상기 제 1 전극(110) 상에 위치하는 정공주입층(121), 정공수송층(122), 발광층(125), 전자수송층(126), 전자주입층(127)으로 이루어진 유기기능층들(120)이 위치하고, 상기 유기기능층들(120) 상에 위치하는 제 2 전극(130)을 포함할 수 있다. 상기 제 2 전극(130)에 인접한 전자주입층(127)은 무기물(128)을 더 포함할 수 있다.
먼저, 제 1 기판(100) 상에 제 1 전극(110)이 위치한다. 제 1 기판(100)과 제 1 전극(110) 사이에는 반도체층, 게이트 전극, 소오스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 적어도 하나 이상의 박막 트랜지스터를 포함할 수 있다.
상기 제 1 기판(100)은 절연유리, 플라스틱 또는 도전성물질을 포함하는 물질로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 전극(110)은 애노드일 수 있으며, 투명한 전극 또는 반사 전극일 수 있다. 상기 제 1 전극(110)이 투명한 전극인 경우에 상기 제 1 전극(110)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 또는 ZnO(Zinc Oxide) 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 상기 제 1 전극(110)이 반사 전극일 경우에 상기 제 1 전극(110)은 ITO, IZO 또는 ZnO 중 어느 하나로 이루어진 층 하부에 알루미늄(Al), 은(Ag) 또는 니켈(Ni) 중 어느 하나로 이루어진 반사층을 더 포함할 수 있고, 이와 더불어, ITO, IZO 또는 ZnO 중 어느 하나로 이루어진 두 개의 층 사이에 상기 반사층을 포함할 수 있다.
상기 제 1 전극(110)은 스퍼터링법(Sputtering), 증발법(Evaporation), 기상증착법(Vapor Phase Deposition) 또는 전자빔증착법(Electron Beam Deposition)을 사용하여 형성할 수 있다.
상기 제 1 전극(110) 상에 유기기능층들(120)이 위치한다. 상기 유기기능층들(120)은 적어도 발광층(125)을 포함할 수 있다. 이와 더불어 상기 유기기능층들(120)은 정공주입층(121), 정공수송층(122), 전자수송층(126) 및 전자주입층(127)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 정공주입층(121)은 상기 제 1 전극(110)으로부터 발광층(125)으로 정공의 주입을 원활하게 하는 역할을 할 수 있으며, CuPc(cupper phthalocyanine), PEDOT(poly(3,4)-ethylenedioxythiophene), PANI(polyaniline) 및 NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenyl benzidine)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 정공주입층(121)은 발광층으로의 정공의 이동이 용이하도록 가전자 대(valence band) 레벨이 -5.0 내지 -5.5eV일 수 있고, 전도대(conducting band) 레벨은 -1.8 내지 -2.8eV일 수 있다.
상기 정공주입층(121)은 증발법 또는 스핀코팅법을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 정공주입층(121)의 두께는 5 내지 150nm일 수 있다. 여기서, 상기 정공주입층(121)의 두께가 5nm 이상이면, 정공 주입 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있고, 150nm 이하이면, 정공주입층(121)의 두께가 너무 두꺼워 정공의 이동을 향상시키기 위해 구동전압이 상승되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
상기 제 1 전극(110)과 상기 정공주입층(121) 사이에 버퍼층을 더 포함할 수 있다. 버퍼층은 전자친화도가 강한 수산기(-OH), 시안기(-CN) 또는 할로겐기를 포함하는 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 버퍼층은 하기의 화학식 1을 갖는 화합물을 포함할 수 있다.
Figure 112007069071475-PAT00001
여기서 R1 내지 R6 중 어느 하나 이상은 수산기(-OH), 시안기(-CN) 또는 할로겐기일 수 있다.
버퍼층은 계면을 안정화시키는 역할을 하는 한편, 전자친화력이 강한 물질을 포함하므로, 정공주입층(121)에 존재하는 전자를 버퍼층 내로 끌어당긴다. 이로써, 정공주입층(121)에는 상대적으로 많은 양의 정공이 생성되며, 이러한 정공들은 정공수송층으로 전달되고, 발광층은 충분한 양의 정공을 공급받게 된다. 따라서, 버퍼층은 계면을 안정화시키고, 정공주입층에 정공을 생성시킴으로써 구동 전압을 낮추는 효과가 있다.
버퍼층의 전도대 레벨과 가전자대 레벨의 차이는 ±5eV 이내일 수 있다. 여기서, 버퍼층의 전도대 레벨과 가전자대 레벨의 차이가 -0.5eV 이상이면, 제 1 전극으로부터 정공주입층으로 정공이 이동하지 못하는 홀 트랩핑(hole trapping)이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
버퍼층의 두께는 10 내지 100Å일 수 있다. 버퍼층의 두께가 10Å 이상이면 제 1 전극과 정공주입층 사이의 계면을 안정시킬 수 있으며, 버퍼층의 두께가 100Å이하이면 제 1 전극으로부터 정공주입층으로 정공이 쉽게 이동할 수 있다.
상기 정공수송층(122)은 정공의 수송을 원활하게 하는 역할을 하며, NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenyl benzidine), TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine), s-TAD 및 MTDATA(4,4',4"-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 정공수송층(122)은 발광층으로의 정공의 이동이 용이하도록 가전자대 레벨이 -5.0 내지 -5.8eV일 수 있고, 전도대 레벨은 -1.8 내지 -3.0eV일 수 있다.
상기 정공수송층(122)은 증발법 또는 스핀코팅법을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 정공수송층(122)의 두께는 5 내지 150nm일 수 있다. 여기서, 상기 정공수송층(122)의 두께가 5nm 이상이면, 정공 수송 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있고, 150nm 이하이면, 정공수송층(122)의 두께가 너무 두꺼워 정공의 이동을 향상시키기 위해 구동전압이 상승되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
상기 정공수송층(122)은 버퍼층이 금속화합물로 이루어질 경우에, 버퍼층 내의 금속이 발광층으로 확산되는 것을 방지하는 역할도 할 수 있다.
상기 발광층(125)은 적색, 녹색 및 청색을 발광하는 물질로 이루어질 수 있으며, 인광 또는 형광물질을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 발광층(125)이 적색인 경우, CBP(carbazole biphenyl) 또는 mCP(1,3-bis(carbazol-9-yl)를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, PIQIr(acac)(bis(1-phenylisoquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(acac)(bis(1-phenylquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(tris(1-phenylquinoline)iridium) 및 PtOEP(octaethylporphyrin platinum)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 도펀트를 포함하는 인광물질로 이루어질 수 있고, 이와는 달리 PBD:Eu(DBM)3(Phen) 또는 Perylene을 포함하는 형광물질로 이 루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
이때, 상기 적색을 발광하는 발광층(125)의 경우에 호스트 물질의 가전자대 레벨은 -5.0 내지 -6.5eV일 수 있고, 전도대 레벨은 -2.0 내지 -3.5eV일 수 있다. 그리고, 도펀트 물질의 가전자대 레벨은 -4.0 내지 -6.0eV일 수 있고, 전도대 레벨은 -2.4 내지 -3.5eV일 수 있다. 호스트 물질의 전도대 레벨은 도펀트 물질의 전도대 레벨을 포함할 수 있다.
상기 발광층(125)이 녹색인 경우, CBP 또는 mCP를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, Ir(ppy)3(fac tris(2-phenylpyridine)iridium)을 포함하는 도펀트 물질을 포함하는 인광물질로 이루어질 수 있고, 이와는 달리, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum)을 포함하는 형광물질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
이때, 상기 녹색을 발광하는 발광층(125)의 경우에 호스트 물질의 가전자대 레벨은 -5.0 내지 -6.5eV일 수 있고, 전도대 레벨은 -2.0 내지 -3.5eV일 수 있다. 그리고, 도펀트 물질의 가전자대 레벨은 -4.5 내지 -6.0eV일 수 있고, 전도대 레벨은 -2.0 내지 -3.5eV일 수 있다. 호스트 물질의 전도대 레벨은 도펀트 물질의 전도대 레벨을 포함할 수 있다.
상기 발광층(125)이 청색인 경우, CBP 또는 mCP를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, (4,6-F2ppy)2Irpic을 포함하는 도펀트 물질을 포함하는 인광물질로 이루어질 수 있고, 이와는 달리, spiro-DPVBi, spiro-6P, 디스틸벤젠(DSB), 디스트릴아 릴렌(DSA), PFO계 고분자 및 PPV계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 형광물질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
이때, 상기 청색을 발광하는 발광층(125)의 경우에 호스트 물질의 가전자대 레벨은 5.0 내지 6.5eV일 수 있고, 전도대 레벨은 -2.0 내지 -3.5eV일 수 있다. 그리고, 도펀트 물질의 가전자대 레벨 -4.5 내지 -6.0eV일 수 있고, 전도대 레벨은 -2.0 내지 -3.5eV일 수 있다. 호스트 물질의 전도대 레벨은 도펀트 물질의 전도대 레벨을 포함할 수 있다.
상기 전자수송층(126)은 전자의 수송을 원활하게 하는 역할을 하며, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), PBD, TAZ, spiro-PBD, BAlq 및 SAlq로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 전자수송층(126)은 발광층으로의 전자의 이동이 용이하도록 가전자대 레벨은 -5.0 내지 -6.5eV일 수 있고, 전도대 레벨은 -2.5 내지 -3.8eV일 수 있다.
상기 전자수송층(126)은 증발법 또는 스핀코팅법을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 전자수송층(126)의 두께는 1 내지 50nm일 수 있다. 여기서, 상기 전자수송층(126)의 두께가 1nm 이상이면, 전자 수송 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있고, 50nm 이하이면, 전자수송층(126)의 두께가 너무 두꺼워 전자의 이동을 향상시키기 위해 구동전압이 상승되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
상기 전자수송층(126)은 제 1 전극으로부터 주입된 정공이 발광층을 통과하 여 제 2 전극으로 이동하는 것을 방지하는 역할도 할 수 있다. 즉, 정공저지층의 역할을 하여 발광층에서 정공과 전자의 결합을 효율적이게 하는 역할을 하게 된다.
상기 전자주입층(127)은 전자의 주입을 원활하게 하는 역할을 하며, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), PBD, TAZ, spiro-PBD, BAlq 또는 SAlq를 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 전자주입층(127)은 무기물(128)을 더 포함할 수 있으며, 상기 무기물(128)은 금속화합물을 더 포함할 수 있다. 상기 금속화합물은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함할 수 있다. 상기 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 금속화합물은 LiQ, LiF, NaF, KF, RbF, CsF, FrF, BeF2, MgF2, CaF2, SrF2, BaF2 및 RaF2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 전자주입층(127)은 발광층으로의 전자의 이동이 용이하도록 가전자대 레벨은 -5.0 내지 -6.5eV일 수 있고, 전도대 레벨은 -2.5 내지 -3.5eV일 수 있다. 여기서, 상기 전자주입층(127)의 가전자대 최고 레벨은 상기 전자수송층(126)의 가전자대 최고 레벨보다 낮거나 같을 수 있고, 상기 전자주입층(127)의 전도대 최저 레벨은 상기 전자수송층(126)의 전도대 최저 레벨보다 낮거나 같을 수 있다.
이와는 달리, 전자수송층(126)이 형성되지 않을 경우에는, 전자주입층(127)의 가전자대 최고 레벨은 발광층(125) 가전자대 최고 레벨보다 낮거나 같을 수 있고, 상기 전자주입층(127)의 전도대 최저 레벨은 발광층(125)의 전도대 최저 레벨 보다 낮거나 같을 수 있다.
또한, 상기 전자주입층(127)의 가전자대 최고 레벨은 제 2 전극 즉, 캐소드 전극의 가전자대 최고 레벨보다 높거나 같을 수 있고, 전자주입층(127)의 전도대 최저 레벨은 캐소드 전극의 가전자대 최고 레벨보다 높을 수 있다.
상기 무기물(128)은 전도대 레벨 및 가전자대 레벨이 -2.0 내지 -4.0eV일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시 예에서는 상기 전자주입층(127)에 무기물(128)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 무기물(128)의 가전자대 최고 레벨은 상기 무기물을 포함하는 유기기능층의 가전자대 최고 레벨보다 높을 수 있다. 또한, 상기 무기물(128)의 가전자대 최고 레벨은 상기 유기기능층들 중 상기 무기물(128)을 포함하는 유기기능층을 제외한 나머지 유기기능층들의 가전자대 최고 레벨보다 높을 수 있고, 상기 무기물(128)의 가전자대 최고 레벨은 상기 유기기능층들 중 상기 무기물(128)을 포함하는 유기기능층을 제외한 나머지 유기기능층들의 전도대 최저 레벨보다 낮을 수 있다.
상기 전자주입층(127)은 전자주입층을 이루는 유기물과 무기물을 공증착법으로 형성할 수 있다.
상기 전자주입층(127)의 두께는 1 내지 50nm일 수 있다. 여기서, 상기 전자주입층(127)의 두께가 1nm 이상이면, 전자 주입 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있고, 50nm 이하이면, 전자주입층의 두께가 너무 두꺼워 전자의 이동을 향상시키기 위해 구동전압이 상승되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
여기서, 본 발명의 실시 예에서는 무기물을 포함하는 전자주입층(127)의 두께는 전자주입층(127) 외의 다른 유기기능층들 중 어느 하나, 즉 정공주입층(121), 정공수송층(122), 발광층(125) 또는 전자수송층(126)보다 얇을 수 있다.
즉, 제 1 전극(110)으로부터 주입되는 정공은 제 2 전극(130)으로부터 주입되는 전자보다 이동도가 10배 이상 빠르기 때문에 전자주입층(127)의 두께가 다른 층들에 비해 얇으면, 제 2 전극(130)으로부터 주입되는 전자가 전자주입층(127)의 두께가 얇기 때문에 빠르게 이동할 수 있어, 정공과 전하의 밸런스를 맞출 수 있게 된다. 따라서, 발광층(125)에서의 엑시톤(exiton) 형성을 균일하게 하여 발광효율을 향상시킬 수 있다.
그리고, 무기물(128)을 포함하는 전자주입층(127)은 무기물(128)의 가전자대 레벨이 전자주입층(127)을 이루는 유기물의 전도대 레벨을 낮추는 역할을 할 수 있다.
따라서, 전자주입층(127) 내의 무기물(128)은 제 2 전극으로부터 발광층으로 주입되는 전자의 호핑(hopping)을 용이하게 하여, 발광층내로 주입되는 정공과 전자의 밸런스를 맞추어 발광효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
상기 제 2 전극(130)은 캐소드 전극일 수 있으며, 일함수가 낮은 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 알루미늄(Al), 은(Ag) 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 여기서, 제 2 전극(130)은 유기전계발광소자가 전면 또는 양면발광구조일 경우, 빛을 투과할 수 있을 정도로 얇은 두께로 형성할 수 있으며, 유기전계발광소자가 배면발광구조일 경우, 빛을 반사시킬 수 있을 정도로 두껍게 형성할 수 있다.
본 발명의 제 1 실시 예에서는 발광층(125)과 제 2 전극(130) 사이에 전자수송층(126) 및 전자주입층(127)이 모두 형성된 구조를 예로 들어, 발광층(125), 전자수송층(126) 및 전자주입층(127) 중 제 2 전극(130)에 가장 인접한 전자주입층(127)에 무기물(128)이 포함된 유기전계발광소자를 설명하였다.
이와는 달리, 발광층과 제 2 전극 사이에 전자주입층이 개재되어 있지 않을 경우에, 제 2 전극과 인접한 유기기능층인 전자수송층에 무기물을 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 유기전계발광소자의 작용을 설명하기 위한 개념도이고, 좌우방향은 유기전계발광소자의 적층 방향의 위치를 나타내고 상하 방향은 각 층 재료의 전도대 및 가전자대의 에너지 레벨을 나타내고 있다.
도 2를 참조하면, 제 1 전극(110), 발광층(125), 전자주입층(127) 및 제 2 전극(130)이 위치한다. 제 1 전극(110)에는 페르미준위(110a)가 도시되어 있고, 발광층(125)에는 전도대 최저 레벨(125a)과 가전자대 최고 레벨(125b)이 도시되어 있다. 그리고, 전자주입층(127)에는 전도대 최저 레벨(127a)과 가전자대 최고 레벨(127b)이 도시되어 있고, 제 2 전극(130a)의 페르미준위(130a)가 각각 나타나 있다.
발광층(125)의 전도대 최저 레벨(125a)은 전자주입층(127)의 전도대 최저 레벨(127a)보다 높기 때문에 제 2 전극(130)에서 주입되는 전자가 발광층(125) 방향으로 이동하기 위해서는 에너지 밴드갭(125c)을 넘어야 한다. 또한, 전자주입층(127)의 가전자대 최고 레벨(127b)은 발광층(125)의 가전자대 최고 레벨(125b)보 다 낮기 때문에 제 1 전극(110)에서 주입되는 정공이 전자주입층(127) 방향으로 이동하기 위해서는 에너지 밴드갭(127c)을 넘어야 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 유기전계발광소자는 제 2 전극에 인접한 유기기능층 즉, 전자주입층(127)의 가전자대 최고 레벨(127b)보다 높은 가전자대 최고 레벨(128a)을 갖는 무기물을 포함시켜 전자의 이동이 용이하도록 한다.
즉, 전자주입층(127)의 가전자대 최고 레벨(127b)보다 높고, 전도대 최저 레벨(127a)보다 낮은 가전자대 최고 레벨(128a)을 갖는 무기물을 혼합함으로써, 무기물의 가전자대 최고 레벨(128a)이 전자주입층(127)의 높은 전도대 최저 레벨(127a)을 낮추어 전자의 호핑을 용이하게 할 수 있다.
그리고, 무기물의 가전자대 최고 레벨(128a)은 발광층(125)의 가전자대 최고 레벨(125b)보다 높고 전도대 최저 레벨(125a)보다 낮을 수 있다. 여기서, 무기물의 가전자대 최고 레벨(128a)은 발광층(125)의 호스트 물질의 전도대 최저 레벨보다 낮을 수 있고 가전자대 최고 레벨보다 높을 수 있다. 도한, 무기물의 가전자대 최고 레벨(128a)은 발광층(125)의 도펀트 물질의 전도대 최저 레벨보다 낮을 수 있고 가전자대 최고 레벨보다 높거나 같을 수 있다.
또한, 도 2에 도시되지 않았지만, 발광층(125)과 전자주입층(127) 사이에 전자수송층이 개재될 경우에, 무기물의 가전자대 최고 레벨(128a)는 전자수송층의 가전자대 최고 레벨보다는 높고 전도대 최저 레벨보다는 낮을 수 있다.
이하, 하기에서 설명하는 본 발명의 제 2 실시 예에서는 제 1 실시 예와는 달리, 제 1 전극에 가장 인접한 정공주입층(121)에 무기물(128)이 포함된 유기전계발광소자에 대해 설명한다. 그리고, 상기 제 1 실시 예와 중복되는 제 1 전극, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층의 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 유기전계발광소자의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 유기전계발광소자는 제 1 기판(100), 제 1 기판(100)에 위치하는 제 1 전극(110)이 위치하고, 상기 제 1 전극(110) 상에 위치하는 정공주입층(121), 정공수송층(122), 발광층(125), 전자수송층(126), 전자주입층(127)으로 이루어진 유기기능층들(120)이 위치하고, 상기 유기기능층들(120) 상에 위치하는 제 2 전극(130)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 전극(110)에 인접한 정공주입층(121)은 무기물(128)을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제 2 실시 예에 따른 유기전계발광소자의 정공주입층(121)은 CuPc(cupper phthalocyanine), PEDOT(poly(3,4)-ethylenedioxythiophene), PANI(polyaniline) 및 NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenyl benzidine)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 정공주입층(121)은 무기물(128)을 더 포함할 수 있으며, 상기 무기물(128)은 금속화합물을 더 포함할 수 있다. 상기 금속화합물은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함할 수 있다. 상기 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 금속화합물은 LiQ, LiF, NaF, KF, RbF, CsF, FrF, BeF2, MgF2, CaF2, SrF2, BaF2 및 RaF2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 정공주입층(121)은 발광층으로의 정공의 이동이 용이하도록 가전자대 레벨이 -5.0 내지 -5.5eV일 수 있고, 전도대 레벨은 -1.8 내지 -2.8eV일 수 있다. 여기서, 상기 정공주입층(121)의 가전자대 최고 레벨은 정공수송층(122)의 가전자대 최고 레벨보다 높거나 같을 수 있고, 상기 정공주입층(121)의 전도대 최저 레벨은 정공수송층(122)의 전도대 최저 레벨보다 높거나 같을 수 있다.
이와는 달리, 정공수송층(122)이 형성되지 않을 경우에는, 정공주입층(121)의 가전자대 최고 레벨은 발광층(125) 가전자대 최고 레벨보다 높거나 같을 수 있고, 상기 정공주입층(121)의 전도대 최저 레벨은 발광층(125)의 전도대 최저 레벨보다 높거나 같을 수 있다.
또한, 상기 정공주입층(121)의 가전자대 최고 레벨은 제 1 전극 즉, 애노드 전극의 가전자대 최고 레벨보다 낮거나 같을 수 있고, 정공주입층(121)의 전도대 최저 레벨은 애노드 전극의 가전자대 최고 레벨보다 높을 수 있다.
상기 무기물(128)은 가전자대 레벨 및 전도대 레벨이 -2.0 내지 -4.0eV일 수 있다.
상기 정공주입층(121)은 정공주입층(121)을 이루는 유기물과 무기물을 공증착법으로 형성할 수 있다.
상기 정공주입층(121)의 두께는 1 내지 50nm일 수 있다. 여기서, 상기 정공 주입층(121)의 두께가 1nm 이상이면, 정공 주입 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있고, 50nm 이하이면, 정공주입층의 두께가 너무 두꺼워 정공의 이동을 향상시키기 위해 구동전압이 상승되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
여기서, 본 발명의 실시 예에서는 무기물을 포함하는 정공주입층(121)의 두께는 정공주입층(121) 외의 다른 유기기능층들 중 어느 하나, 즉 정공수송층(122), 발광층(125),전자수송층(126) 또는 전자주입층(127)보다 두꺼울 수 있다.
즉, 제 1 전극으로부터 주입되는 정공은 제 2 전극으로부터 주입되는 전자보다 이동도가 10배 이상 빠르기 때문에 정공주입층의 두께가 다른 층들에 비해 두꺼우면, 제 1 전극으로부터 주입되는 정공이 정공주입층의 두께가 두껍기 때문에 정공의 이동성을 저하시킬 수 있어, 정공과 전하의 밸런스를 맞출 수 있게 된다. 따라서, 발광층에서의 엑시톤(exiton) 형성을 균일하게 하여 발광효율을 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시 예에서는 상기 정공주입층(121)에 무기물(128)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 무기물(128)의 가전자대 최고 레벨은 상기 무기물을 포함하는 유기기능층의 가전자대 최고 레벨보다 높을 수 있다. 또한, 상기 무기물(128)의 가전자대 최고 레벨은 상기 유기기능층들 중 상기 무기물(128)을 포함하는 유기기능층을 제외한 나머지 유기기능층들의 가전자대 최고 레벨보다 높을 수 있다.
여기서, 무기물(128)을 포함하는 정공주입층(121)은 무기물(128)의 가전자대 레벨이 정공주입층(121)을 이루는 유기물의 가전자대 레벨을 낮추는 역할을 할 수 있다.
따라서, 정공주입층(121) 내의 무기물(128)은 제 1 전극으로부터 발광층으로 주입되는 정공의 이동성을 줄여줌으로써, 발광층내로 주입되는 정공과 전자의 밸런스를 맞추어 발광효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 제 2 실시 예에서는 발광층(125)과 제 1 전극(110) 사이에 정공수송층(122) 및 정공주입층(121)이 모두 형성된 구조를 예로 들어, 발광층(125), 정공수송층(122) 및 정공주입층(121) 중 제 1 전극(110)에 가장 인접한 정공주입층(121)에 무기물(128)이 포함된 유기전계발광소자를 설명하였다.
이와는 달리, 발광층과 제 1 전극 사이에 정공주입층이 형성되어 있지 않은 경우에, 제 1 전극과 인접한 유기기능층인 전자수송층에 무기물을 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 유기전계발광소자의 작용을 설명하기 위한 개념도이고, 좌우방향은 유기전계발광소자의 적층 방향의 위치를 나타내고 상하 방향은 각 층 재료의 전도대 및 가전자대의 에너지 레벨을 나타내고 있다.
도 4를 참조하면, 제 1 전극(110), 정공주입층(121), 발광층(125) 및 제 2 전극(130)이 위치한다. 제 1 전극(110)에는 페르미준위(110a)가 도시되어 있고, 정공주입층(121)에는 전도대 최저 레벨(121a)과 가전자대 최고 레벨(121b)가 도시되어 있다. 발광층(125)에는 전도대 최저 레벨(125a)과 가전자대 최고 레벨(125b)이 도시되어 있고, 제 2 전극(130a)의 페르미준위(130a)가 각각 나타나 있다.
발광층(125)의 전도대 최저 레벨(125a)은 정공주입층(121)의 전도대 최저 레 벨(121a)보다 낮기 때문에 제 2 전극(130)에서 주입되는 전자가 제 1 전극(110) 방향으로 이동하기 위해서는 에너지 밴드갭(121c)을 넘어야 한다. 또한, 정공주입층(121)의 가전자대 최고 레벨(121b)은 발광층(125)의 가전자대 최고 레벨(125b)보다 높기 때문에 제 1 전극(110)에서 주입되는 정공이 발광층(125) 방향으로 이동하기 위해서는 에너지 밴드갭(125c)을 넘어야 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 유기전계발광소자는 제 1 전극에 인접한 유기기능층 즉, 정공주입층(121)의 가전자대 최고 레벨(121b)보다 높은 가전자대 최고 레벨(128a)을 갖는 무기물을 포함시켜 정공의 이동성을 줄여주도록 한다.
즉, 정공주입층(121)의 가전자대 최고 레벨(121b)보다 높고, 전도대 최저 레벨(121a)보다 낮은 가전자대 최고 레벨(128a)을 갖는 무기물을 혼합함으로써, 무기물의 가전자대 최고 레벨(128a)이 정공주입층(121)의 높은 전도대 최저 레벨(121a)을 낮추어 정공의 이동성을 줄일 수 있다.
그리고, 무기물의 가전자대 최고 레벨(128a)은 발광층(125)의 가전자대 최고 레벨(125b)보다 높고 전도대 최저 레벨(125a)보다 낮을 수 있다. 여기서, 무기물의 가전자대 최고 레벨(128a)은 발광층(125)의 호스트 물질의 전도대 최저 레벨보다 낮을 수 있고 가전자대 최고 레벨보다 높을 수 있다. 도한, 무기물의 가전자대 최고 레벨(128a)은 발광층(125)의 도펀트 물질의 전도대 최저 레벨보다 낮을 수 있고 가전자대 최고 레벨보다 높거나 같을 수 있다.
또한, 도 4에 도시되지 않았지만, 발광층(125)과 정공주입층(121) 사이에 정공수송층이 개재될 경우에, 무기물의 가전자대 최고 레벨(128a)는 정공수송층의 가 전자대 최고 레벨보다는 높고 전도대 최저 레벨보다는 낮을 수 있다.
이하, 전술한 실시 예들과는 달리 기판 상에 박막 트랜지스터를 포함하는 액티브 매트릭스형 유기전계발광소자에 관해 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 유기전계발광소자의 단면도이다.
도 5를 참조하면, 기판(200) 상에 버퍼층(205)이 위치한다. 버퍼층(205)은 기판(200)에서 유출되는 알칼리 이온 등과 같은 불순물로부터 후속 공정에서 형성되는 박막 트랜지스터를 보호하기 위해 형성하는 것으로, 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(SiNx) 등을 사용하여 선택적으로 형성할 수 있다.
버퍼층(205) 상에 반도체층(210)이 위치한다. 반도체층(210)은 비정질 실리콘 또는 이를 결정화한 다결정 실리콘을 포함할 수 있다. 여기서 도시하지는 않았지만, 반도체층(210)은 채널 영역, 소오스 영역 및 드레인 영역을 포함할 수 있으며, 소오스 영역 및 드레인 영역에는 P형 또는 N형 불순물이 도핑될 수 있다.
반도체층(210)을 포함하는 기판(200) 상에 게이트 절연막(215)이 위치한다. 게이트 절연막(215)은 실리콘 산화물(SiO2) 또는 실리콘 질화물(SiNx) 등을 사용하여 선택적으로 형성할 수 있다.
반도체층(210)의 일정 영역, 즉 채널 영역에 대응되는 게이트 절연막(215) 상에 게이트 전극(220)이 위치한다. 게이트 전극(220)은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 티타늄(Ti), 은(Ag), 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금(Mo alloy), 텅스텐(W), 텅스텐 실리사이드(WSi2) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
게이트 전극(220)을 포함한 기판(200) 상에 층간 절연막(225)이 위치한다. 층간 절연막(225)은 유기막 또는 무기막일 수 있으며, 이들의 복합막일 수도 있다. 있다. 층간 절연막(225)이 무기막인 경우 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(SiNx) 또는 SOG(silicate on glass)를 포함할 수 있으며, 유기막인 경우 아크릴계 수지, 폴리이미드계 수지 또는 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene,BCB)계 수지를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
층간 절연막(225) 및 게이트 절연막(215)을 관통하여 반도체층(210)의 일부를 노출시키는 콘택홀들(230a, 230b)이 위치한다.
콘택홀들(230a, 230b)을 포함하는 기판(200) 상에 콘택홀들(230a, 230b)을 통하여 반도체층(210)과 전기적으로 연결되는 소오스 전극(235a) 및 드레인 전극(235b)이 위치한다. 소오스 전극 및 드레인 전극(235a, 235b)은 배선 저항을 낮추기 위해 저저항 물질을 포함할 수 있으며, 몰리브덴(Mo), 몰리 텅스텐(MoW), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(Al alloy)으로 이루어진 다층막일 수 있다. 이때, 다층막으로는 티타늄/알루미늄/티타늄(Ti/Al/Ti), 몰리브덴/알루미늄/몰리브덴(Mo/Al/Mo) 또는 몰리 텅스텐/알루미늄/몰리 텅스텐(MoW/Al/MoW)의 적층구조가 사용될 수 있다.
소오스 전극(235a) 및 드레인 전극(235b) 상에 평탄화막(240)이 위치한다. 상기 평탄화막(240)은 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene, BCB)계 수지, 아크릴계 수지 또는 폴리이미드 수지 등의 유기물을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
평탄화막(240)에 형성된 비어홀(245)을 통해 드레인 전극(235b)과 전기적으로 연결된 제 1 전극(250)이 위치한다. 제 1 전극(250)은 애노드일 수 있으며 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명도전층을 포함할 수 있다. 또는, 제 1 전극(250)은 ITO/Ag/ITO 또는 ITO/Ag와 같이 투명도전층 하부에 반사막을 더 포함하는 적층구조를 가질 수도 있다.
제 1 전극(250)이 형성된 기판(200) 상에 제 1 전극(250)의 일부 영역을 노출시키는 뱅크층(255)이 위치한다. 뱅크층(250)은 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene, BCB)계 수지, 아크릴계 수지 또는 폴리이미드 수지 등의 유기물을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
뱅크층(255)에 의해 노출된 제 1 전극(250) 상에 유기기능층(260)이 위치한다. 유기기능층(260)은 유기물로 이루어질 수 있으며, 유기기능층(260)은 적어도 발광층을 포함하며, 발광층의 상부 또는 하부에 전자주입층, 전자수송층, 정공수송층 또는 정공주입층을 더 포함할 수 있다.
상기 유기기능층(260)의 구성은 전술한 제 1 실시 예와 같이, 전자주입층에 무기물을 포함할 수 있고, 이와는 달리, 제 2 실시 예와 같이, 정공주입층에 무기물을 포함할 수 있다.
상기 유기기능층(260)에 대한 설명은 전술한 실시 예들과 설명하였기 때문에 여기서는 자세한 설명을 생략한다.
상기 유기기능층(260)을 포함하는 기판(200) 상에 제 2 전극(270)이 위치한다. 제 2 전극(270)은 유기기능층(260)에 전자를 공급하는 캐소드일 수 있으며, 마스네슘(Mg), 은(Ag), 칼슘(Ca), 알루미늄(Al) 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기전계발광소자에 따른 실험예를 개시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 바람직한 일 실험 예일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실험예 1>
기판 상에 제 1 전극으로 ITO(Indium tin oxide)를 130nm의 두께로 형성하였고 상기 제 1 전극 상에 정공주입층으로 NPD(4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl)을 40nm의 두께로 형성하고, 정공수송층으로는 NPD(4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl)를 30nm의 두께로 형성하였다. 상기 정공수송층 상에 호스트로 DPVBi(4,4'-bis(2,2'-diphenyl vinyl) -1,1'-biphenyl)에 도펀트로 페릴렌(Perylene)을 2wt%의 농도를 혼합하여 청색 발광층을 25nm의 두께로 형성하고, 전자수송층으로 Alq3(8-hydroxyquinoline aluminum)을 20nm의 두께로 형성하였다. 다음, Alq3(8-hydroxyquinoline aluminum)과 LiF를 4:1의 비율로 공증착하여 10nm의 두께의 전자주입층을 형성하였다. 이어, 제 2 전극으로 Al막을 두께 150nm로 형성하고, 상기 MgAg 막 상에 Al막을 1000Å의 두께로 형성하였다.
<비교예 1>
전자주입층을 Alq3(8-hydroxyquinoline aluminum)로 형성한 것을 제외하고, 상기 실험예 1의 공정 조건과 동일하게 형성하였다.
<실험예 2>
호스트인 CBP(carbazole biphenyl)에 도펀트인 PIQIr(acac)(bis(1-phenylisoquinoline)acetylacetonate iridium)을 2wt%의 농도를 혼합하여 적색 발광층을 25nm의 두께로 형성한 것을 제외하고, 상기 실험예 1의 공정 조건과 동일하게 형성하였다.
<비교예 2>
전자주입층을 Alq3(8-hydroxyquinoline aluminum)로 형성한 것을 제외하고, 상기 실험예 2의 공정 조건과 동일하게 형성하였다.
<실험예 3>
호스트인 CBP(carbazole biphenyl)에 도펀트인 Ir(ppy)3(fac tris(2- phenylpyridine)iridium)을 2wt%의 농도를 혼합하여 녹색 발광층을 25nm의 두께로 형성한 것을 제외하고, 상기 실험예 1의 공정 조건과 동일하게 형성하였다.
<비교예 3>
전자주입층을 Alq3(8-hydroxyquinoline aluminum)로 형성한 것을 제외하고, 상기 실험예 3의 공정 조건과 동일하게 형성하였다.
상기 실험예 1,2,3 및 비교예 1,2,3에 따라 제조된 유기전계발광소자의 구동 전압, 발광 효율 및 휘도를 측정하였고 그 결과는 표 1에 나타내었다.
실험예1 비교예1 실험예2 비교예2 실험예3 비교예3
구동전압(V) 5.5 6.9 5.4 7.7 5.4 7.0
발광효율(cd/A) 5.2 2.0 17.8 16.3 33.3 24.2
휘도(lm/w) 3.0 1.3 9.4 6.7 19.4 10.8
상기 표 1에서 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기전계발광소자는 전자주입층에 LiF, 즉 무기물(128)을 포함함으로써, 종래 유기물(128)로 이루어진 전자주입층을 구비한 유기전계발광소자에 비해, 구동전압, 발광효율 및 휘도가 더 향상됨을 알 수 있다.
즉, 전자주입층에 무기물을 포함함으로써, 전자의 운동성을 향상시켜줌으로써 정공과 전자의 전하 밸런스를 유지시켜 유기전계발광소자의 효율을 높일 수 있게 된다.
이하, 전술한 실험예 1,2,3과는 달리, 하기에서는 제 1 전극과 발광층 사이에 개재된 유기기능층들 중 제 1 전극과 인접한 유기기능층인 정공주입층에 무기물을 포함하는 유기전계발광소자의 실험예들을 설명한다.
<실험예 4>
기판 상에 제 1 전극으로 ITO(Indium tin oxide)를 130nm의 두께로 형성하였고 상기 제 1 전극 상에 정공주입층으로 NPD(4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl)와 LiF를 4:1의 비율로 공증착하여 40nm의 두께로 형성하고, 정공수송층으로는 NPD(4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl)를 30nm의 두께로 형성하였다. 상기 정공수송층 상에 호스트로 DPVBi(4,4'-bis(2,2'-diphenyl vinyl) -1,1'-biphenyl)에 도펀트로 페릴렌(Perylene)을 2wt%의 농도를 혼합하여 청색 발광층을 25nm의 두께로 형성하고, 전자수송층으로 Alq3(8-hydroxyquinoline aluminum)을 20nm의 두께로 형성하였다. 다음, Alq3(8-hydroxyquinoline aluminum)를 증착하여 10nm의 두께의 전자주입층을 형성하였다. 이어, 제 2 전극으로 Al막을 두께 150nm로 형성하고, 상기 MgAg 막 상에 Al막을 1000Å의 두께로 형성하였다.
<비교예 4>
정공주입층을 NPD(4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl)로 형성한 것을 제외하고, 상기 실험예 4의 공정 조건과 동일하게 형성하였다.
<실험예 5>
호스트인 CBP(carbazole biphenyl)에 도펀트인 PIQIr(acac)(bis(1-phenylisoquinoline)acetylacetonate iridium)을 2wt%의 농도를 혼합하여 적색 발광층을 25nm의 두께로 형성한 것을 제외하고, 상기 실험예 4의 공정 조건과 동일하게 형성하였다.
<비교예 5>
정공주입층을 NPD(4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl)로 형성한 것을 제외하고, 상기 실험예 5의 공정 조건과 동일하게 형성하였다.
<실험예 6>
호스트인 CBP(carbazole biphenyl)에 도펀트인 Ir(ppy)3(fac tris(2-phenylpyridine)iridium)을 2wt%의 농도를 혼합하여 녹색 발광층을 25nm의 두께로 형성한 것을 제외하고, 상기 실험예 5의 공정 조건과 동일하게 형성하였다.
<비교예 6>
정공주입층을 NPD(4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl)로 형성한 것을 제외하고, 상기 실험예 6의 공정 조건과 동일하게 형성하였다.
상기 실험예 4,5,6 및 비교예 4,5,6에 따라 제조된 유기전계발광소자의 구동 전압, 발광 효율 및 휘도를 측정하였고 그 결과는 표 2에 나타내었다.
실험예4 비교예4 실험예5 비교예5 실험예6 비교예6
구동전압(V) 5.4 7.1 5.5 7.8 5.5 7.2
발광효율(cd/A) 5.0 2.1 16.5 15.8 31.0 22.1
휘도(lm/w) 2.9 1.4 8.9 6.1 20.4 12.8
상기 표 2에서 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기전계발광소자는 정공주입층에 LiF, 즉 무기물을 포함함으로써, 종래 유기물로 이루어진 정공주입층을 구비한 유기전계발광소자에 비해, 구동전압, 발광효율 및 휘도가 더 향상됨을 알 수 있다.
즉, 정공주입층에 무기물을 포함함으로써, 정공의 운동성을 줄여줌으로써 정공과 전자의 전하 밸런스를 유지시켜 유기전계발광소자의 발광효율을 높일 수 있게 된다.
상기와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기전계발광소자는 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 개재된 유기기능층들 중, 제 1 전극 또는 제 2 전극에 인접한 정공주입층 또는 전자주입층에 무기물을 포함함으로써, 유기전계발광소자의 구동전압, 발광효율 및 휘도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 유기전계발광소자의 단면도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 유기전계발광소자의 작용을 나타낸 개념도.
도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 유기전계발광소자의 단면도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 유기전계발광소자의 작용을 나타낸 개념도.
도 5는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 유기전계발광소자의 단면도.

Claims (22)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 위치하는 제 1 전극;
    상기 제 1 전극 상에 위치하며, 적어도 발광층을 포함하는 유기기능층들; 및
    상기 유기기능층들 상에 위치하는 제 2 전극을 포함하며,
    상기 유기기능층들 중 제 2 전극에 인접한 유기기능층은 무기물을 포함하는 유기전계발광소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 무기물은 금속화합물을 포함하는 유기전계발광소자.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 금속화합물은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 유기전계발광소자.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 금속화합물은 LiQ, LiF, NaF, KF, RbF, CsF, FrF, BeF2, MgF2, CaF2, SrF2, BaF2 및 RaF2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 유기전계발광소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 전극에 인접한 유기기능층은 전자주입층 또는 전자수송층인 유기전계발광소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 전극과 상기 발광층 사이에 정공수송층 또는 정공주입층을 더 포함하는 유기전계발광소자.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 무기물을 포함하는 유기기능층의 두께는 상기 유기기능층들 중 상기 무기물을 포함하는 유기기능층을 제외한 나머지 유기기능층들 중 어느 하나보다 얇은 유기전계발광소자.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 무기물의 가전자대 최고 레벨은 상기 무기물을 포함하는 유기기능층의 가전자대 최고 레벨보다 높은 유기전계발광소자.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 무기물의 가전자대 최고 레벨은 상기 유기기능층들 중 상기 무기물을 포함하는 유기기능층을 제외한 나머지 유기기능층들의 가전자대 최고 레벨보다 높은 유기전계발광소자.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 무기물의 가전자대 최고 레벨은 상기 발광층의 가전자대 최고 레벨보다 높고 상기 발광층의 전도대 최저 레벨보다 낮은 유기전계발광소자.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 기판 상에 반도체층, 게이트 전극, 소오스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터를 더 포함하는 유기전계발광소자.
  12. 기판;
    상기 기판 상에 위치하는 제 1 전극;
    상기 제 1 전극 상에 위치하며, 적어도 발광층을 포함하는 유기기능층들; 및
    상기 유기기능층들 상에 위치하는 제 2 전극을 포함하며,
    상기 유기기능층들 중 제 1 전극에 인접한 유기기능층은 무기물을 포함하는 유기전계발광소자.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 무기물은 금속화합물을 포함하는 유기전계발광소자.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 금속화합물은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 유기전계발광소자.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 금속화합물은 LiQ, LiF, NaF, KF, RbF, CsF, FrF, BeF2, MgF2, CaF2, SrF2, BaF2 및 RaF2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 유기전계발광소자.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 제 1 전극에 인접한 유기기능층은 정공주입층 또는 정공수송층인 유기전계발광소자.
  17. 제 12항에 있어서,
    상기 제 2 전극과 상기 발광층 사이에 전자수송층 또는 전자주입층을 더 포함하는 유기전계발광소자.
  18. 제 12항에 있어서,
    상기 무기물을 포함하는 유기기능층의 두께는 상기 유기기능층들 중 상기 무기물을 포함하는 유기기능층을 제외한 나머지 유기기능층들 중 어느 하나보다 두꺼운 유기전계발광소자.
  19. 제 12항에 있어서,
    상기 무기물의 가전자대 최고 레벨은 상기 무기물을 포함하는 유기기능층의 가전자대 최고 레벨보다 높은 유기전계발광소자.
  20. 제 12항에 있어서,
    상기 무기물의 가전자대 최고 레벨은 상기 유기기능층들 중 상기 무기물을 제외한 나머지 유기기능층들의 가전자대 최고 레벨보다 높은 유기전계발광소자.
  21. 제 12항에 있어서,
    상기 무기물의 가전자대 최고 레벨은 상기 발광층의 가전자대 최고 레벨보다 높고 상기 발광층의 전도대 최저 레벨보다 낮은 유기전계발광소자.
  22. 제 12항에 있어서,
    상기 기판 상에 반도체층, 게이트 전극, 소오스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터를 더 포함하는 유기전계발광소자.
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