KR20090098930A

KR20090098930A - 유기 발광 메모리 소자

Info

Publication number: KR20090098930A
Application number: KR1020080024112A
Authority: KR
Inventors: 이준엽; 김성현; 육경수
Original assignee: 단국대학교 산학협력단
Priority date: 2008-03-15
Filing date: 2008-03-15
Publication date: 2009-09-18
Also published as: KR101056606B1

Abstract

본 발명은 유기 발광 메모리 소자에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 메모리 기능과 발광 기능을 동시에 갖는 제1 전극 및 제2 전극; 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 형성되는 적어도 하나의 유기 발광층; 상기 제1 전극과 상기 유기 발광층 사이 또는 상기 제2 전극과 상기 유기 발광층 사이에 형성되는 적어도 하나의 공통층을 포함하고, 상기 공통층 중 적어도 하나의 층이 p-도핑 또는 n-도핑된 유기막층인, 유기 발광 메모리 소자와, 제1 전극 및 제2 전극; 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 형성되는 적어도 하나의 유기 발광층; 상기 제1 전극과 상기 유기 발광층 사이 또는 상기 제2 전극과 상기 유기 발광층 사이에 형성되는 적어도 하나의 공통층; p-도펀트층 또는 n-도펀트층 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 p-도펀트층은 두 개의 정공수송층 사이에 형성되며 상기 n-도펀트층은 두 개의 전자수송층 사이에 형성되는 유기 발광 메모리 소자에 대한 것이다.

유기 발광 메모리 소자

Description

유기 발광 메모리 소자{Organic Light-Emitting Memory Device}

유기 발광 소자는 현재 상업화되어 널리 적용되고 있으며, 향후 그 적용 영역이 다양해질 것으로 예상되고 있다. 또한 유기 메모리 소자는 최근에 활발히 개발되고 있는 분야로서 비휘발성 메모리로서의 응용 가능성으로 인하여 활발히 연구 되고 있는 분야이다.

유기 발광 소자는 소자의 핵심 구조로서 발광물질이 도핑되어 있는 발광층 및 양극, 음극의 공통층으로 구성되어 있다. 반면 유기 메모리 소자는 두 개의 전극 사이에 순수 유기물 또는 금속 나노입자가 도핑되어 있는 유기막층을 포함하는 구조로 이루어져 있다.

미합중국 특허 제6,950,331호는 쌍안정체와 고전도율 물질을 포함하는 쌍안정 전자 소자를 개시한다.

그러나 상기 특허의 소자는 메모리 기능만을 갖고 발광 기능은 포함하지 아니하는 단점이 있다.

대한민국 특허 제10-0652134호는 비휘발성 메모리 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 상부 및 하부 도전층과, 상기 상부 및 하부 도전층 사이에 형성된 쌍안정 전도성 특성을 갖는 전도성 유기물층 및 상기 유기물층 내에 형성된 양자 점층을 포함하고, 상기 양자 점층은 결정성 물질과, 상기 결정성 물질을 감싸는 전도성 유기물 물질을 포함하는 비휘발성 메모리 소자; 그리고 양자 점층은 증발 증착 챔버(EVERPORATOR CHAMBER)내에서 AL 증발(EVAPORATION)을 통해 양자 점층을 형성시 0.3Å/S의 증착율로 10 내지 30nm의 두께로 형성하는 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법을 개시한다.

그러나 상기 특허의 소자 또한 메모리 기능만을 갖고 발광 기능은 포함하지 아니하는 단점이 있다.

Ouyang 등은 금속 나노입자가 포함된 고분자 박막에서의 전기적 쌍안정성에 관하여 개시하고[J. Ouyang, C. W. Chu, C. R. Szmanda, L. P. Ma, and Y. Yang, Nat. Mater. 3, 918 2004], Tseng 등은 상기 쌍안정 소자에서의 지배적 전하 운반자가 전자임을 증명한다[Ricky J. Tseng, Jianyong Ouyang, Chih-Wei Chu, Jinsong Huang, and Yang Yang, Appl. Phys. Lett., 88, 123506 (2006)].

그러나 상기 논문들에 의한 선행기술에 따르면, 메모리 소자와 발광 소자가 독립적으로 존재하여 메모리 특성은 우수하나, 발광 특성이 현저히 저하된다는 단점이 있다.

이와 같이 종래에 두 가지 기능을 가진 유기 발광 메모리 소자를 개발하고자 하는 노력은 있었으나, 메모리 특성을 얻을 경우 발광 특성이 저하되는 문제점이 있으며, 또한 발광 특성을 얻기 위해서는 메모리 특성을 희생해야 하는 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 기본적인 목적은 메모리 기능과 발광 기능을 동시에 갖는 제1 전극 및 제2 전극; 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 형성되는 적어도 하나의 유기 발광층; 상기 제1 전극과 상기 유기 발광층 사이 또는 상기 제2 전극과 상기 유기 발광층 사이에 형성되는 적어도 하나의 공통층을 포함하고, 상기 공통층 중 적어도 하나의 층이 p-도핑 또는 n-도핑된 유기막층인, 유기 발광 메모리 소자를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 또 다른 목적은 메모리 기능과 발광 기능을 동시에 갖는 제1 전극 및 제2 전극; 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 형성되는 적어도 하나의 유기 발광층; 상기 제1 전극과 상기 유기 발광층 사이 또는 상기 제2 전극과 상기 유기 발광층 사이에 형성되는 적어도 하나의 공통층; p-도펀트층 또는 n-도펀트층 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 p-도펀트층은 두 개의 정공수송층 사이에 형성되며 상기 n-도펀트층은 두 개의 전자수송층 사이에 형성되는 유기 발광 메모리 소자를 제공하는 것이다.

전술한 본 발명의 기본적인 목적은 제1 전극 및 제2 전극; 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 형성되는 적어도 하나의 유기 발광층; 상기 제1 전극과 상기 유기 발광층 사이 또는 상기 제2 전극과 상기 유기 발광층 사이에 형성되는 적어도 하나의 공통층을 포함하고, 상기 공통층 중 적어도 하나의 층이 p-도핑 또는 n-도핑된 유기막층인, 유기 발광 메모리 소자를 제공함으로써 달성될 수 있다.

상기 제1 전극 및 제2 전극은 양극(anode)과 음극(cathode)을 나타낸다. 양극 재료로서 ITO(indium tin oxide) 등이 사용될 수 있고, 음극 재료로서는 Al, Ca, Mg 등이 사용될 수 있다.

상기 유기 발광층의 재료는 종래의 Alq₃(tris-(8-hydroxyquinoline) aluminium) 등의 유기금속계 저분자 발광 재료, DPVBi(4,4'-bis(2,2'-diphenyl vinyl)-1,1'-biphenyl) 등의 유기계 저분자 발광 재료, PPV(poly(p-phenylenevinylene), PT(polythiophene) 등의 고분자 발광 재료 등이 사용될 수 있다.

상기 공통층은 정공주입층, 정공수송층, 전자주입층 또는 전자수송층 중에서 적어도 하나를 포함한다.

상기 유기막층은 p-도핑된 정공수송층 또는 n-도핑된 전자수송층일 수 있다. 그리고 상기 p-도핑된 유기막층과 상기 유기 발광층 사이 또는 상기 n-도핑된 유기막층과 상기 유기 발광층 사이에 도핑되지 아니한 유기막층이 추가로 포함될 수 있다.

p-도핑된 정공수송층은 정공수송역할을 할 수 있는 유기물과 p-도핑 특성을 부여할 수 있는 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital) 준위가 유기물의 HOMO(highest occupied molecular orbital)와 유사한 유기물, 무기물 또는 금속이 사용될 수 있다. 대표적인 정공수송역할을 하는 유기물은 NPD(N,N'-diphenyl-N-N'- di(1-naphthyl)-benzidine), TPD(N,N'-diphenyl-N-N'-di(3-toly)-benzidine), DNTPD(N,N'-di(4-(N,N'-diphenyl-amino)phenyl)-N,N'-diphenylbenzidine) 등이다. p-도핑은 유기물과의 공증착을 통하여 단층 구조로서 구현될 수 있다.

n-도핑 특성을 갖는 알칼리 금속, 알칼리 토금속 또는 그 화합물이 전자수송물질에 도핑되어 있는 구조도 메모리 특성 및 낮은 구동 전압 특성을 위하여 적용될 수 있다. 전자수송층 물질로서는 Alq₃(tris-(8-hydroxyquinoline) aluminium), Bphen(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), BCP(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) 등의 물질들이 사용될 수 있고, n-도펀트로서는 Li, Cs, Na 및 상기 금속을 포함하는 화합물 등의 물질이 사용될 수 있다.

상기 p-도핑된 유기막층의 p-도펀트는 MoO₃, WO₃, V₂O₅, F₄-TCNQ 등으로부터 선택되며, 상기 n-도핑된 유기막층의 n-도펀트는 Li, Cs, Na, 그리고 증착시 Li, Cs 및 Na 등을 내어놓는 물질 등으로부터 선택되는 것이 바람직하다.

전술한 본 발명의 또 다른 목적은 제1 전극 및 제2 전극; 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 형성되는 적어도 하나의 유기 발광층; 상기 제1 전극과 상기 유기 발광층 사이 또는 상기 제2 전극과 상기 유기 발광층 사이에 형성되는 적어도 하나의 공통층; p-도펀트층 또는 n-도펀트층 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 p-도펀트층은 두 개의 정공수송층 사이에 형성되며 상기 n-도펀트층은 두 개의 전자수송층 사이에 형성되는 유기 발광 메모리 소자를 제공함으로써 달성될 수 있다.

상기 전극들, 유기 발광층 및 공통층은 전술한 바와 같다.

우수한 발광 특성을 위해서 무기 산화물 및 금속이 포함된 층과 발광층 사이에 발광층을 보호할 수 있는 중간층(interlayer)을 형성할 수도 있다. 이를 위하여 본 발명은 중간층을 포함하며 메모리 특성 향상 및 구동전압을 낮추기 위한 유기 발광 메모리 소자를 구현하였다.

p-도펀트층은, 전술한 바와 같이 유기물과의 공증착을 통하여 단층 구조로서 구현될 수 있을 뿐만 아니라, 정공수송층 사이의 중간층으로 형성시킬 수도 있다. p-도펀트층의 재료는 전술한 p-도펀트로 사용되는 재료와 같다.

n-도펀트층은 전자수송층 사이의 중간층으로 형성시킬 수도 있다. n-도펀트층의 재료는 전술한 n-도펀트로 사용되는 재료와 같다.

상기 p-도펀트층과 n-도펀트층의 두께는 0.1 nm 내지 10 nm인 것이 바람직하다.

상기 p-도펀트층의 재료는 MoO₃, WO₃, V₂O₅, F₄-TCNQ 등으로부터 선택되며, 상기 n-도펀트층의 재료는 Li, Cs, Na, 그리고 증착시 Li, Cs 및 Na 등을 내어놓는 물질 등으로부터 선택되는 것이 바람직하다.

본 발명의 유기 발광 메모리 소자는 종래의 소자에서 구현하지 못했던 on/off 비율 1,000 이상의 우수한 메모리 특성과 낮은 구동 전압을 구현함으로써, 하나의 소자로서 발광과 메모리 특성을 동시에 구현할 수 있다.

이하, 본 발명의 구성 요소와 기술적 특징을 다음의 실시예들을 통하여 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 하기의 실시예들은 본 발명을 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 구성요소의 기술적 범위를 실시예들에 예시한 것들로 한정하고자 하는 것은 아니다.

본 발명에 따른 유기 발광 메모리 소자로서 메모리 기능을 갖는 무기물이 도핑된 공통층 구조를 갖는 유기 발광 메모리 소자를 제작하였다. 유기 발광 메모리 소자의 구조는 ITO/NPD:MoO₃(60 nm)/NPD(30 nm)/Alq₃(50 nm)/LiF/Al, ITO/NPD(90 nm)/Alq₃(30 nm)/Alq₃:Li(20 nm)/Al, ITO/NPD(60 nm)/MoO₃(0.5 nm)/NPD(30 nm)/Alq₃(50 nm)/LiF/Al, ITO/NPD(90 nm)/Alq₃(30 nm)/Li(0.5 nm)/Alq₃(20 nm)/LiF/Al이다. 표준소자로서 ITO/NPD(90 nm)/Alq₃(50 nm)/LiF/Al를 제작하였다.

실시예 1.

정공수송층을 p-도핑한 유기 발광 메모리 소자로서 ITO/NPD:MoO₃(60 nm)/NPD(30 nm)/Alq₃(50 nm)/LiF/Al의 구조를 갖는 유기 발광 메모리 소자를 제작하였다. ITO 상에 NPD와 MoO₃를 공증착하여 MoO₃가 도핑된 정공수송층을 형성하였다. MoO₃의 도핑농도는 5 mol%로 고정하였다. 사용된 유기막층은 모두 0.1 nm/s 의 속도로 증착하였다.

ITO/NPD:MoO₃(60 nm)/NPD(30 nm)/Alq₃(50 nm)/LiF/Al의 유기 발광 메모리 소자는 turn-on 전압은 2.5 V 내외였으며, on/off 신호를 읽는 읽기 전압은 1 V의 낮은 전압에서 구동되었으며, on/off 전류비는 1,000 이상으로 우수한 메모리 특성을 나타내었다. 상기의 메모리 특성은 여러번의 반복실험에서도 안정적으로 구현되었다. 유기 발광소자로서 유기 발광 메모리 소자는 발광 특성 측면에서도 종래 소자에 비하여 우수한 특성을 나타내었으며, 1,000 cd/m²의 휘도에서 구동전압이 4.5 V로서 종래 소자의 구동 전압 8 V에 비하여 낮은 구동 전압에서 구동되었다. 따라서 본 발명에서의 소자 구조를 이용할 경우 발광 소자로서의 낮은 구동 전압 및 메모리 소자로서의 우수한 on/off 특성을 동시에 구현하였다.

실시예 2.

전자수송층을 n-도핑한 유기 발광 메모리 소자로서 ITO/NPD(90 nm)/Alq₃(30 nm)/Alq₃:Li(20 nm)/Al의 구조를 갖는 유기 발광 메모리 소자를 제작하였다. Alq₃와 Li을 공증착하여 Li이 도핑된 정공수송층 구조를 형성하였다. Li의 도핑 농도는 20 mol%로 고정하였다. 사용된 유기막층은 모두 0.1 nm/s 의 속도로 증착하였다.

ITO/NPD(90 nm)/Alq₃(30 nm)/Alq₃:Li(20 nm)/Al의 유기 발광 메모리 소자는 turn-on 전압은 2.5 V 내외였으며, on/off 신호를 읽는 읽기 전압은 1 V의 낮은 전압에서 구동되었으며, on/off 전류비는 1,000 이상으로 우수한 메모리 특성을 나타 내었다. 상기의 메모리 특성은 여러번의 반복실험에서도 안정적으로 구현되었다. 유기 발광소자로서 유기 발광 메모리 소자는 발광 특성 측면에서도 종래 소자에 비하여 우수한 특성을 나타내었으며, 1,000 cd/m²의 휘도에서 구동전압이 4.8 V로서 기존 소자의 구동 전압 8 V에 비하여 낮은 구동 전압에서 구동되었다. 따라서 본 발명에서의 소자 구조를 이용할 경우 발광 소자로서의 낮은 구동 전압 및 메모리 소자로서의 우수한 on/off 특성을 동시에 구현하였다.

실시예 3.

정공주입을 원활하기 위한 중간층으로서 MoO₃를 정공수송층 내에 포함하는 유기 발광 메모리 소자로서 ITO/NPD(60 nm)/MoO₃(0.5 nm)/NPD(30 nm)/Alq₃(50 nm)/LiF/Al의 구조를 갖는 유기 발광 메모리 소자를 제작하였다. MoO₃가 NPD사이에 중간층으로 존재하는 구조를 형성하였다. MoO₃의 두께는 0.5 nm로 고정하였다. 사용된 유기막층은 모두 0.1 nm/s 의 속도로 증착하였다.

ITO/NPD(60 nm)/MoO₃(0.5 nm)/NPD(30 nm)/Alq₃(50 nm)/LiF/Al의 유기 발광 메모리 소자는 turn-on 전압은 2.5 V 내외였으며, on/off 신호를 읽는 읽기 전압은 1.5 V의 낮은 전압에서 구동되었으며, on/off 전류비는 1,000 이상으로 우수한 메모리 특성을 나타내었다. 상기의 메모리 특성은 여러번의 반복실험에서도 안정적으로 구현되었다. 유기 발광소자로서 유기 발광 메모리 소자는 발광 특성 측면에서도 종래 소자에 비하여 우수한 특성을 타나내었으며, 1,000 cd/m²의 휘도에서 구동전압이 7.2 V로서 기존 소자의 구동 전압 8 V에 비하여 낮은 구동 전압에서 구동되었다. 따라서 본 발명에서의 소자 구조를 이용할 경우 발광 소자로서의 낮은 구동 전압 및 메모리 소자로서의 우수한 on/off 특성을 동시에 구현하였다.

비교예 1.

비교예로서 종래에 알려져 있는 표준 소자인 ITO/NPD(90 nm)/Alq₃(50 nm)/LiF/Al을 제작하여 본 발명의 소자와 발광 및 메모리 특성을 비교하였다. 본 비교예의 표준 소자는 도핑된 공통층을 포함하지 아니한 소자이다.

먼저 메모리 소자로서의 특성을 비교하였다. 표준 소자 구조는 -7 V에서 7 V로 전압을 변경하였을 경우 전압의 변경에 따른 손실 특성이 관찰되지 아니하였으며, 이를 통하여 도핑하지 아니한 공통층을 사용할 경우 메모리 특성을 구현하기 어렵다는 것을 알 수 있다.

그리고 발광 특성 측면에서는, 표준 소자의 경우 1,000 cd/m²을 얻기 위한 구동전압이 8 V로서 본 발명의 소자에 비하여 구동전압이 높은 것을 알 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 유기 발광 메모리 소자의 대표적인 실시 태양을 나타낸다.

도 2는 본 발명에 따른 유기 발광 메모리 소자의 메모리 특성을 나타낸다.

도 3은 본 발명에 따른 유기 발광 메모리 소자의 발광 특성을 나타낸다.

Claims

제1 전극 및 제2 전극;

상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 형성되는 적어도 하나의 유기 발광층;

상기 제1 전극과 상기 유기 발광층 사이 또는 상기 제2 전극과 상기 유기 발광층 사이에 형성되는 적어도 하나의 공통층을 포함하고,

상기 공통층 중 적어도 하나의 층이 p-도핑 또는 n-도핑된 유기막층인, 유기 발광 메모리 소자.
제1항에 있어서, 상기 유기막층이 p-도핑된 정공수송층 또는 n-도핑된 전자수송층인 것임을 특징으로 하는 유기 발광 메모리 소자.
제1항에 있어서, 상기 p-도핑된 유기막층과 상기 유기 발광층 사이 또는 상기 n-도핑된 유기막층과 상기 유기 발광층 사이에 도핑되지 아니한 유기막층을 추가로 포함하는 것임을 특징으로 하는 유기 발광 메모리 소자.
제1항에 있어서, 상기 p-도핑된 유기막층의 p-도펀트가 MoO₃, WO₃, V₂O₅ 및 F₄-TCNQ으로 이루어진 군에서 선택되는 것임을 특징으로 하는 유기 발광 메모리 소자.
제1항에 있어서, 상기 n-도핑된 유기막층의 n-도펀트가 Li, Cs, Na 및 이들의 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 것임을 특징으로 하는 유기 발광 메모리 소자.
제1항에 있어서, 상기 공통층이 정공주입층, 정공수송층, 전자주입층 및 전자수송층 중에서 적어도 하나를 포함하는 것임을 특징으로 하는 유기 발광 메모리 소자.
제1 전극 및 제2 전극;

상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 형성되는 적어도 하나의 유기 발광층;

상기 제1 전극과 상기 유기 발광층 사이 또는 상기 제2 전극과 상기 유기 발광층 사이에 형성되는 적어도 하나의 공통층;

p-도펀트층 또는 n-도펀트층 중 적어도 하나를 포함하고,

상기 p-도펀트층은 두 개의 정공수송층 사이에 형성되며 상기 n-도펀트층은 두 개의 전자수송층 사이에 형성되는 유기 발광 메모리 소자.
제7항에 있어서, 상기 p-도펀트층의 두께가 0.1 nm 내지 10 nm인 것임을 특징으로 하는 유기 발광 메모리 소자.
제7항에 있어서, 상기 n-도펀트층의 두께가 0.1 nm 내지 10 nm인 것임을 특징으로 하는 유기 발광 메모리 소자.
제7항에 있어서, 상기 p-도펀트층이 MoO₃, WO₃, V₂O₅ 및 F₄-TCNQ으로 이루어진 군에서 선택되는 것으로 이루어지는 것임을 특징으로 하는 유기 발광 메모리 소자.
제7항에 있어서, 상기 n-도펀트층이 Li, Cs, Na 및 이들의 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 것으로 이루어지는 것임을 특징으로 하는 유기 발광 메모리 소자.
제7항에 있어서, 상기 공통층이 정공주입층, 정공수송층, 전자주입층 및 전자수송층 중에서 적어도 하나를 포함하는 것임을 특징으로 하는 유기 발광 메모리 소자.