KR20100076789A - 유기발광 다이오드 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기발광 다이오드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수명 및 잔상 특성을 향상시킬 수 있는 유기발광 다이오드에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명에 따른 유기발광 다이오드는 제 1 전극과; 상기 제 1 전극 상에 제 1 물질로 형성된 정공주입층과; 상기 정공주입층의 상부로 상기 제 1 물질과 제 2 물질이 1 : 5 ~ 1 : 15로 혼합된 혼합물로 이루어진 제 1 정공수송층과; 상기 제 1 정공수송층의 상부로 상기 제 2 물질로 이루어진 제 2 정공주입층과; 상기 제 2 정공주입층 상에 순차적으로 적층 형성된 발광층, 전자수송층 및 전자주입층과; 상기 전자주입층 상의 제 2 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 유기발광 다이오드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수명 및 잔상 특성을 향상시킬 수 있는 유기발광 다이오드에 관한 것이다.
일반적으로, 평판 표시장치 중 하나인 유기전계 발광소자는 높은 휘도와 낮은 동작 전압 특성을 갖는다. 또한 스스로 빛을 내는 자체발광형이기 때문에 명암대비(contrast ratio)가 크고, 초박형 디스플레이의 구현이 가능하며, 응답시간이 수 마이크로초(㎲) 정도로 동화상 구현이 쉽고, 시야각의 제한이 없으며 저온에서도 안정적이고, 직류의 5V 내지 15V의 낮은 전압으로 구동하므로 구동회로의 제작 및 설계가 용이하다.
이러한 특성을 갖는 유기전계 발광소자는 수동 매트릭스 방식과 능동 매트릭스 방식으로 구분된다. 상기 수동 매트릭스 방식에서는 주사선(scan line)과 신호선(signal line)이 교차하면서 매트릭스 형태로 소자를 구성하므로, 각각의 픽셀을 구동하기 위하여 주사선을 시간에 따라 순차적으로 구동하므로, 요구되는 평균 휘 도를 나타내기 위해서는 평균 휘도에 라인수를 곱한 것 만큼의 순간 휘도를 내야만 한다.
그러나, 능동 매트릭스 방식에서는, 화소를 온/오프(on/off)하는 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Thin Film Transistor)가 화소 별로 위치하고, 이 박막트랜지스터와 연결된 제 1 전극은 화소 단위로 온/오프되고, 상기 제 1 전극과 대향하는 제 2 전극은 전면에 형성되어 공통전극이 된다.
상기 능동 매트릭스 방식에서는 픽셀에 인가된 전압이 스토리지 커패시터(storage capacitor: Cst)에 충전되어 있어, 그 다음 프레임(frame)의 신호가 인가될 때까지 전원을 인가해 주도록 함으로써, 주사선의 수에 관계없이 한 화면동안 계속해서 구동한다. 따라서, 낮은 전류를 인가하더라도 동일한 휘도를 나타내므로 저소비전력, 고정세, 대형화가 가능한 장점으로 최근에는 능동 매트릭스 방식의 유기전계 발광소자가 주로 이용되고 있다.
이러한 능동 매트릭스 방식의 유기전계 발광소자의 기본적인 구조 및 동작특성에 대해서는 이하 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 일반적인 능동 매트릭스 방식의 유기전계 발광소자의 단위 화소에 대해 나타낸 회로도이다.
도시한 바와 같이, 종래에 따른 능동 매트릭스 방식의 유기전계 발광소자의 단위 화소는 스위칭 트랜지스터(Ts), 구동 트랜지스터(Td), 스토리지 캐패시터(Cst) 및 유기발광 다이오드(E)로 이루어진다.
즉, 일 방향으로 형성된 게이트 배선(GL)과, 상기 게이트 배선(GL)과 수직 교차하여 화소 영역(P)을 정의하는 데이터 배선(DL)과, 상기 데이터 배선(DL)과 이격하며 전원전압을 인가하기 위한 전원배선(PL)이 각각 형성된다.
또한, 상기 게이트 배선(GL)과 데이터 배선(DL)의 교차지점에는 스위칭 트랜지스터(Ts)가 형성되고, 상기 스위칭 트랜지스터(Ts)와 이격된 일 측으로 이와는 전기적으로 연결된 구동 트랜지스터(Td)가 형성된다.
이 때, 상기 구동 트랜지스터(Td)는 유기발광 다이오드(E)와 전기적으로 연결된다. 즉, 상기 유기발광 다이오드(E)의 일측 단자인 제 1 전극은 상기 구동 트랜지스터(Td)의 드레인 전극과 연결되고, 타측 단자인 제 2 전극은 전원배선(PL)과 연결된다. 상기 전원배선(PL)은 전원전압을 유기발광 다이오드(E)로 전달하는 기능을 한다. 또한, 상기 구동 트랜지스터(Td)의 게이트 전극과 소스 전극 사이에는 스토리지 커패시터(Cst)가 형성된다.
따라서, 상기 게이트 배선(GL)을 통해 신호가 인가되면 스위칭 트랜지스터(Ts)가 턴-온(turn-on) 되고, 데이터 배선(DL)의 신호가 구동 트랜지스터(Td)의 게이트 전극에 전달되어 구동 트랜지스터(Td)의 턴-온으로 이에 연결된 유기발광 다이오드(E)의 전계-전공쌍에 의해 빛이 출력된다. 이 때, 상기 구동 트랜지스터(Td)가 턴-온 상태가 되면, 전원배선(PL)으로부터 유기발광 다이오드(E)에 흐르는 전류의 레벨이 정해지며 이로 인해 유기발광 다이오드(E)는 그레이 스케일(gray scale)을 구현할 수 있게 된다.
또한, 상기 스토리지 커패시터(Cst)는 스위칭 트랜지스터(Ts)가 오프(off) 되었을 때, 상기 구동 트랜지스터(Td)의 게이트 전압을 일정하게 유지시키는 역할 을 함으로써 상기 스위칭 트랜지스터(Ts)가 오프(off) 상태가 되더라도 다음 프레임(frame)까지 상기 유기발광 다이오드(E)에 흐르는 전류의 레벨을 일정하게 유지할 수 있게 된다.
도 2는 종래에 따른 유기발광 다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도시한 바와 같이, 종래에 따른 유기발광 다이오드(E)는 기판(10) 상의 제 1 전극(70)과, 상기 제 1 전극(70) 상의 정공주입층(81, hole injection layer: HIL), 정공수송층(82, hole transporting layer: HTL), 발광층(83, emitting later: EL), 전자수송층(84, electron transporting layer: ETL) 및 전자주입층(85, electron injection layer: EIL), 상기 전자주입층(85) 상의 제 2 전극(90)을 포함한다.
상기 정공주입층(81), 정공수송층(82), 발광층(83), 전자수송층(84) 및 전자주입층(85)을 포함하여 유기 발광층(80)이라 한다. 제 1 전극(70), 유기 발광층(80) 및 제 2 전극(90)은 유기발광 다이오드(E)를 구성한다.
상기 제 1 전극(70)은 투명한 도전성 물질로 이루어진 애노드 전극, 제 2 전극(90)은 불투명한 도전성 물질로 이루어진 캐소드 전극으로 이용될 수 있다. 이 때, 발광층(83)은 전자/전공 쌍의 재결합에 의해 제 1 전극(70)이 향하는 방향으로 빛을 방출하는 하부 발광식이 적용될 수 있다. 또한, 제 1 전극(70)과 제 2 전극(90)의 형성 물질 및 유기 발광층(80)의 적층 구조를 변경하여 제 2 전극(90)이 향하는 방향으로 빛을 방출하는 상부 발광식을 적용할 수도 있다.
전술한 유기발광 다이오드(E)의 제 1 전극(70) 및 제 2 전극(90)에 정공과 전자를 주입하게 되면, 정공은 정공주입층(81) 및 전공수송층(82)을, 전자는 전자주입층(85) 및 전자수송층(84)으로 각각 이동하게 되고, 정공과 전자는 발광층(83) 내에서 전자-전공쌍의 재결합에 의해 각각의 빛을 방출하게 된다.
전술한 유기발광 다이오드(E)는 사용되는 물질, 적층 구조 및 제 1 전극(70)의 표면 처리 등의 공정 조건에 따라 유기발광 다이오드(E)의 수명 및 발광 효율에 큰 차이를 보이고 있는 상황이다. 특히, 이러한 유기발광 다이오드(E)는 구동시, 열화나 열적 스트레스가 심하여 수명 및 발광 효율 면에서 만족할 만한 결과를 확보하지 못한 상황이다.
최근에는 위와 같은 문제를 해결하기 위한 일환으로, 정공수송층(82)으로 사용되는 물질의 순도를 향상시켜 유기발광 다이오드(E)의 초기 수명을 개선하고자 하는 연구가 진행되어 왔다. 이러한 연구는 주로 제 1 전극(70)에 주입된 정공이 발광층(83)까지 가는 것을 정공수송층(82)으로 사용되는 물질의 HOMO 에너지 준위(Highest Occupied Molecular Orbital)와 그 증착 두께를 조절하는 방식에 국한되었다. 이 때, HOMO 에너지 준위는 전자가 있는 최고 에너지 준위의 분자궤도함수를 의미한다.
즉, 유기발광 다이오드(E)의 구동시 변화하는 정공수송층(82) 내의 정공 분포를 세밀하게 조절하는 것 없이 연속 증착에 의해 정공수송층(82)을 형성해 왔다. 이와 같이, 단순히 정공수송층(82)으로 사용되는 물질의 HOMO 에너지 준위와 그 증착 두께만을 조절해 왔기 때문에 정공수송층(82) 내의 정공의 분포를 세밀하게 제어하는 데 어려움이 따르고 있을 뿐만 아니라, 정공수송층(82)으로 사용되는 물질 의 순도를 향상시키기 위한 정제 공정에 있어서도 한계에 봉착한 상황이다.
또한, 정공수송층(82)으로 사용되는 물질을 에이징 공정을 통해 초기 수명을 향상시키려는 노력이 진행중에 있으나, 에이징 공정을 통한 초기 수명의 향상에 있어서도 그 한계를 보이고 있으며, 에이징 공정을 진행하는 데 따른 비용 상승 문제가 대두되고 있다.
한편, 위와 같은 문제를 해결하기 위한 다른 대안으로는 전자수송층(84)을 형성하고 나서 LiF나 LiO2 등을 포함하는 무기물질을 10Å이하로 얇게 증착하여 전자주입층(85)을 형성하는 것을 통해 유기발광 다이오드(E)의 열화 및 열적 스트레스를 완화시키려는 연구가 진행중에 있다. 그러나, 이러한 방식에 있어서도 만족할 만한 결과를 확보하지는 못하고 있는 상황이다. 특히, 무기물과 유기물을 동시에 증착하는 방식의 경우 유기발광 다이오드(E)의 구동 특성의 변동에 따른 잔상이 발생되는 문제가 있으며, 수명에 있어도 기대에 미치지 못하고 있는 상황이다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 유기발광 다이오드의 수명과 잔상 특성을 개선하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기발광 다이오드는 제 1 전극과; 상기 제 1 전극 상에 제 1 물질로 형성된 정공주입층과; 상기 정공주입층의 상부로 상기 제 1 물질과 제 2 물질이 1 : 5 ~ 1 : 15로 혼합된 혼합물로 이루어진 제 1 정공수송층과; 상기 제 1 정공수송층의 상부로 상기 제 2 물질로 이루어진 제 2 정공주입층과; 상기 제 2 정공주입층 상에 순차적으로 적층 형성된 발광층, 전자수송층 및 전자주입층과; 상기 전자주입층 상의 제 2 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 제 1 물질은 트리페닐린, 페릴린, 피렌, 테트라센, 안트라센 계열 중에서 선택된다. 상기 제 2 물질은 triphenly amine을 포함한 NPD 계열, diamine 유도체인 TPD 계열 및 광전도성 고분자인 poly(9-vinylcarbazole)을 포함한다.
특히, 상기 제 1 정공수송층의 전체 비율중, 상기 제 2 물질이 차지하는 비율은 50% 이하인 것을 특징으로 한다. 상기 정공주입층은 50 ~ 200Å의 두께로, 상기 제 1 정공수송층은 1100 ~ 1400Å의 두께로, 상기 제 2 정공수송층은 50 ~ 150Å의 두께로 각각 형성된다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기발광 다이오드는 제 1 전극과; 상기 제 1 전극 상에 제 1 물질과 제 2 물질이 혼합된 혼합물로 이루어진 정공주입층과; 상기 정공주입층의 상부로 제 3 물질과 제 4 물질이 혼합된 혼합물로 이루어진 제 1 정공수송층과; 상기 제 1 정공수송층의 상부로 상기 제 3 물질로 이루어진 제 2 정공수송층과; 상기 제 2 정공수송층의 상부로 순차적 으로 적층 형성된 발광층, 전자수송층 및 전자주입층과; 상기 전자주입층 상의 제 2 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 제 1 물질은 트리페닐린, 페릴린, 피렌, 테트라센, 안트라센 계열 중에서 선택되고, 상기 제 2 물질은 Al2O3, Alkali metal acetate, NaCl, CsF, MgF2 등의 무기화합물, 할라이드 화합물과 산화물 중에서 선택된다. 상기 제 3 물질은 triphenly amine을 포함한 NPD 계열, diamine 유도체인 TPD 계열 및 광전도성 고분자인 poly(9-vinylcarbazole) 중에서 선택되고, 상기 제 4 물질은 상기 제 1 물질에 p형-도판트를 첨가한 물질 그룹인 것을 특징으로 한다.
상기 p형-도판트는 F4-TCNQ, TCNQ등의 유기 화합물, 요오드, FeCl3, FeF3, SbCl5, 금속 클로라이드, 금속 플로라이드와 같은 무기 산화제 중에서 선택된다.
특히, 상기 정공주입층은 20 ~ 200Å의 두께로, 상기 제 1 정공수송층은 1100 ~ 1400Å의 두께로, 상기 제 2 정공수송층은 50 ~ 150Å의 두께로 각각 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 정공수송층의 전체 비율중, 상기 제 4 물질이 차지하는 비율은 20% 이하인 것을 특징으로 한다. 상기 정공주입층은 제 2 물질과 제 4 물질이 혼합된 혼합물로 형성될 수 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기발광 다이오드는제 1 전극과; 상기 제 1 전극 상에 순차적으로 적층 형성된 정공주입층, 전공수송층 및 발광층과; 상기 발광층 상에 제 1 물질로 이루어진 제 1 전자수송층 과; 상기 제 1 전자수송층 상에 상기 제 1 물질과 제 2 물질이 4 : 1 ~ 8 : 1로 혼합된 혼합물로 이루어진 제 2 전자수송층과; 상기 제 2 전자수송층 상의 제 2 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 제 1 물질은 Alq3, BeBq2, Zn2, PBD, TAZ, Liq, Mgq2, Znq2 등을 포함하는 유기물이고, 상기 제 2 물질은 LiF, NaF, KF, RbF, CsF, FrF, MgF, CaF 등의 할라이드 화합물과, Li2O, Na2O, K2O, Cs2O, LiBO2, LiNbO3, Al2O3, B2O5 등의 산화물을 포함하는 무기물인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 유기발광 다이오드의 구동시 초기 수명 안정화 및 장수명화를 구현할 수 있는 효과가 있다.
--- 제 1 실시예 ---
본 발명의 제 1 실시예는 제 1 물질과 제 2 물질이 혼합된 혼합물로 이루어진 제 1 정공수송층과, 제 2 물질로 이루어진 제 2 정공수송층을 포함하는 정공수송층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기발광 다이오드에 대해 설명하도록 한다.
도 3a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기발광 다이오드를 나타낸 단면도이고, 도 3b는 도 3a의 발광 과정을 에너지띠 별로 나타낸 평면도이다.
도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기발광 다이오드(E)는 기판(110) 상의 제 1 전극(170)과, 상기 제 1 전극(170)의 상부에 차례로 적층 형성된 정공주입층(181), 제 1 및 제 2 정공수송층(182a, 182b)을 포함하는 정공수송층(182), 발광층(183), 전자수송층(184) 및 전자주입층(185)과, 상기 전자주입층(185) 상의 제 2 전극(190)을 포함한다.
상기 정공주입층(181), 제 1 및 제 2 정공수송층(182a, 182b)을 포함하는 정공수송층(182), 발광층(183), 전자수송층(184) 및 전자주입층(185)을 포함하여 유기 발광층(180)이라 한다. 또한, 제 1 전극(170), 유기 발광층(180) 및 제 2 전극(190)은 유기발광 다이오드(E)를 구성한다.
상기 제 1 전극(170)은 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 포함하는 투명한 도전성 물질로 이루어진 애노드 전극, 제 2 전극(190)은 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg) 및 알루미늄(Al)과 같은 비교적 일함수가 낮은 금속 물질 그룹 중 선택된 불투명한 도전성 물질로 이루어진 캐소드 전극으로 이용될 수 있다.
상기 발광층(183)은 안트라센(Anthracene), BeBq2, 시클로펜타디엔(Cyclopentadiene), 폴리(p-페닐렌비닐렌)(PPV;poly(p-phenylenevinylene)), 알루니 키노륨 복합체(Alq3) 및 그 유도체로 이루어진 물질 군에서 선택될 수 있다.
이 때, 발광층(183)은 전자/전공 쌍의 재결합에 의해 제 1 전극(170)이 향하는 방향으로 빛을 방출하는 하부 발광식이 적용될 수 있다. 또한, 제 1 전극(170) 과 제 2 전극(190)의 형성 물질 및 유기 발광층(180)의 적층 구조를 변경하여 제 2 전극(190) 방향으로 빛을 방출하는 상부 발광식을 적용할 수도 있다.
상기 제 2 전극(190)을 일함수가 낮은 금속으로 사용하는 이유는 제 2 전극(190)과 유기 발광층(180) 사이에 형성되는 장벽을 낮춤으로써 전자 주입에 있어 높은 전류 밀도를 확보하기 위함이다.
이 때, 상기 정공주입층(181)은 트리페닐린(triphenlylene), 페릴린(perylene), 피렌(pyrene), 테트라센(tetracene), 안트라센(antracene) 계열을 포함하는 제 1 물질(M1) 중에서 선택될 수 있다. 이 때, 정공주입층(181)은 20 ~ 200Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 정공수송층(182)은 제 1 물질(M1)과, 정공수송 능력을 가지는 제 2 물질(M2)이 일정한 비율로 혼합된 혼합물로 이루어진 제 1 정공수송층(182a)과, 상기 제 1 정공수송층(182a) 상에 제 2 물질(M2)로 이루어진 제 2 정공수송층(182b)을 포함한다. 이 때, 상기 제 1 물질(M1)은 정공수송 능력을 가진 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 제 1 물질(M1)로는 triphenly amine을 포함한 NPD 계열, diamine 유도체인 TPD 계열 및 광전도성 고분자인 poly(9-vinylcarbazole) 등이 있다.
상기 제 1 정공수송층(182a)과 제 2 정공수송층(182b)은 시간적인 간격을 두고 순차적으로 적층 형성된다. 이러한 제 1 정공수송층(182a)은 열증발 증착챔버(미도시)의 내부로 제 1 물질(M1)과 제 2 물질(M2)이 각각 담겨진 제 1 및 제 2 증발원(미도시)을 동시에 가동하고 증발 과정에서 제 1 물질(M1)과 제 2 물질(M2)이 일정한 비율로 혼합된 상태로 동시에 증착하는 공-증착(Co-deposition)에 의해 형성될 수 있다.
특히, 상기 제 1 정공수송층(182a)에 있어서, 제 1 물질(M1)과 제 2 물질(M2)이 차지하는 비율을 1 : 10 ~ 1 : 20, 보다 바람직하게는 3 : 20으로 형성한 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 제 1 정공수송층(182a) 중 제 2 물질(M2)이 차지하는 비율은 50%를 넘지 않는 범위로 형성하는 것이 바람직하다.
이 때, 상기 제 1 정공수송층(182a)은 1100 ~ 1400Å의 두께로, 제 2 정공수송층(182b)은 50 ~ 150Å의 두께로 제작하는 것이 바람직하다.
전술한 구성은 정공주입층(181), 제 1 정공수송층(182a) 및 제 2 정공수송층(182b)의 조합을 통해 양자효율을 극대화할 수 있고, 캐리어들이 직접 주입되지 않고 정공주입층(181), 제 1 정공수송층(182a) 및 제 2 정공수송층(182b)을 통과하는 3단계의 주입과정을 통해 발광층(183) 내로 주입되므로 그 만큼 구동전압을 낮출 수 있는 효과가 있다.
즉, 전술한 유기발광 다이오드(E)의 제 1 전극(170) 및 제 2 전극(190)에 정공과 전자를 주입하게 되면, 정공은 정공주입층(181), 제 1 전공수송층(182a) 및 제 2 전공수송층(182b)을, 전자는 전자주입층(185) 및 전자수송층(184)으로 각각 이동하게 되고, 정공과 전자는 발광층(183) 내에서 전자-전공쌍의 재결합에 의해 각각의 빛을 방출하게 된다. 이 때, 발광층(183)에 주입된 전공과 전자는 제 2 전공수송층(182b)에 막힘으로써 재결합 조절이 가능해진다.
이를 통해 발광 효율을 향상시킬 수 있고, 나아가 전자와 정공의 재결합에 의해 생성되는 엑시톤이 발광층(183)과 제 2 전공수송층(182b) 사이의 경계면이나 제 2 전공수송층(182b)과 제 1 전공수송층(182a) 사이의 경계면에 형성될 수 있다. 따라서, 발광 분자들이 서로 가까워지는 데 따른 발광 속도가 감소하는 것을 미연에 방지할 수 있다.
즉, 본 발명의 제 1 실시예에서는 제 1 정공수송층(182a)과 제 2 정공수송층(182b)을 구분하여 형성하는 것을 통해, 제 2 정공수송층(182b)의 증착 두께를 얇게 가져가는 것이 가능하므로 그 만큼 정공 분포의 폭을 좁힐 수 있으므로 소자의 성능을 향상시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 제 1 물질(M1)과 제 2 물질(M2)이 혼합된 혼합물로 이루어진 제 1 정공수송층(182a)과, 제 2 물질로 이루어진 제 2 정공수송층(182b)을 구분하여 증착하는 것을 통해 제 1 정공수송층(182a)과 제 2 정공수송층(182b) 간의 경계면으로 에너지 장벽이 더 형성되므로, 캐리어들이 직접 주입되지 않고 정공주입층(181), 제 1 정공수송층(182a) 및 제 2 정공수송층(182b)을 통과하는 3단계의 주입과정을 통해 발광층(183) 내로 주입되므로 구동전압을 낮출 수 있고, 나아가 유기발광 다이오드(E)의 초기 수명을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
--- 제 2 실시예 ---
본 발명의 제 2 실시예는 제 3 물질과 제 4 물질이 혼합된 혼합물로 이루어진 제 1 정공수송층과, 제 3 물질로 이루어진 제 2 정공수송층을 포함하는 정공수송층을 형성한 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기발광 다이오드에 대해 설명하도록 한다.
도 4a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기발광 다이오드를 나타낸 단면도이고, 도 4b는 도 4a의 발광 과정을 에너지띠 별로 나타낸 평면도로, 제 1 실시예와 중복 설명은 생략하도록 한다.
도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기발광 다이오드(E)는 기판(210) 상의 제 1 전극(270)과, 상기 제 1 전극(270)의 상부에 차례로 적층 형성된 정공주입층(281), 제 1 및 제 2 정공수송층(282a, 282b)을 포함하는 정공수송층(282), 발광층(283), 전자수송층(284) 및 전자주입층(285)과, 상기 전자주입층(285) 상의 제 2 전극(290)을 포함한다.
이 때, 상기 정공주입층(281)은 트리페닐린(triphenlylene), 페릴린(perylene), 피렌(pyrene), 테트라센(tetracene), 안트라센(antracene) 계열을 포함하는 열적 특성이 우수한 제 1 물질(M1)과, Al2O3, Alkali metal acetate, NaCl, CsF, MgF2 등의 무기화합물, 할라이드 화합물과 산화물 등을 포함하는 제 2 물질(M2)이 혼합된 혼합물로 형성된다. 즉, 상기 정공주입층(281)은 유기물인 제 1 물질(M1)과 무기물인 제 2 물질(M2)을 동시에 증착하는 것을 통해 형성된다. 이러한 정공주입층(181)은 20 ~ 200Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 정공수송층(282)은 제 3 물질(M3)과 제 4 물질(M4)이 일정한 비율로 혼합된 혼합물로 이루어진 제 1 정공수송층(282a)과, 상기 제 1 정공수송층(282a) 상 에 제 3 물질(M3)로 이루어진 제 2 정공수송층(282b)을 포함한다. 이 때, 상기 제 3 물질(M3)로는 triphenly amine을 포함한 NPD 계열, diamine 유도체인 TPD 계열 및 광전도성 고분자인 poly(9-vinylcarbazole) 등이 있다.
또한, 상기 제 4 물질(M4)은 트리페닐린(triphenlylene), 페릴린(perylene), 피렌(pyrene), 테트라센(tetracene), 안트라센(antracene) 계열을 포함하는 열적 특성이 우수한 제 1 물질(M1)에 호모 에너지 준위가 낮고 전자를 얻어서 안정화 되는 물질인 p형-도판트를 첨가한 것이다. 상기 p형-도판트로는 F4-TCNQ, TCNQ등의 유기 화합물, 요오드, FeCl3, FeF3, SbCl5, 금속 클로라이드, 금속 플로라이드와 같은 무기 산화제 등이 있다.
특히, 상기 제 1 정공수송층(282a) 중 제 4 물질(M4)이 차지하는 비율은 20%를 넘지 않는 범위로 형성해야 한다. 상기 제 1 정공수송층(282a)은 1100 ~ 1400Å의 두께로, 제 2 정공수송층(282b)은 50 ~ 150Å의 두께로 제작하는 것이 바람직하다.
특히, 본 발명의 제 2 실시예에서는 제 2 정공수송층(282b)을 제 3 물질(M3)과 제 4 물질(M4)이 혼합된 혼합물로 형성한 것을 특징으로 한다. 즉, 캐리어의 이동도에 따른 전압 상승을 최소화할 수 있도록 하기 위해 호모 에너지 준위가 낮고 전자를 얻어서 안정화 되는 물질, 즉 제 1 물질(M1)에 P형-도핑 처리한 제 4 물질(M4)을 제 3 물질(M3)과 공-증착에 의해 형성한 것을 특징으로 한다. 또한, 도면으로 제시하지는 않았지만, 상기 정공주입층(281)은 제 2 물질(M2)과 제 4 물질(M4)이 혼합된 혼합물로 형성할 수도 있다.
전술한 구성은 제 1 실시예와 마찬가지로, 정공수송층(282)이 제 1 및 제 2 정공수송층(282a, 282b)으로 구분하여 형성되므로 원활한 정공의 교환이 이루어질 수 있다. 또한, 정공주입층(282)의 경우 유기물인 제 1 물질(M1)과 무기물인 제 2 물질(M2)이 혼합된 혼합물로 이루어지므로 제 1 전극(270)과의 에너지 장벽을 낮출 수 있다. 따라서, 본 발명의 제 2 실시예에서는 초기 수명을 개선하는 데 탁월한 효과가 있다.
도 5는 종래와 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 유기발광 다이오드의 수명을 각각 비교한 그래프로, 적색의 발광물질로 이루어진 유기 발광층을 일예로 측정한 데이터이다.
이 때, 도 5는 종래와 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 유기발광 다이오드의 수명을 각각 비교한 그래프로, 전류 밀도 14mA/cm2, 조도 1000nit, 온도 25℃, 습도 50%의 공정 조건에서 진행한 것으로, 위 공정 조건의 경우 밝기 97%이하에서 수명 불량으로 판정된다.
도시한 바와 같이, 종래(1)와 본 발명의 제 1 실시예(2) 및 제 2 실시예(3)의 초기 수명을 비교해 보면, 종래의 경우 수명이 80시간을 경과하면서 97%이하의 밝기를 보임에 반해, 본 발명의 제 1 실시예에서는 200시간, 도면으로 상세히 제시하지는 않았지만 제 2 실시예에서는 500시간이 경과한 후에 97%이하의 밝기를 나타내었다. 즉, 본 발명의 제 1 실시예(2) 및 제 2 실시예(3)는 종래(1)와 비교하여 대략 3 ~ 6배의 수명이 향상된 것을 확인하였다.
--- 제 3 실시예 ---
본 발명의 제 3 실시예는 발광층의 상부로 유기물로 이루어진 제 1 전자수송층과, 유기물과 무기물이 혼합된 혼합물로 이루어진 제 2 전자수송층에 있어서, 제 2 전자수송층에 함유되는 유기물과 무기물의 혼합비를 최적화하여 설계한 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기발광 다이오드에 대해 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기발광 다이오드를 나타낸 단면도로, 제 1 및 제 2 실시예와 중복된 설명은 생략하도록 한다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기발광 다이오드(E)는 기판(310) 상의 제 1 전극(370)과, 상기 제 1 전극(370)의 상부에 차례로 적층 형성된 정공주입층(381), 정공수송층(382), 발광층(383), 제 1 전자수송층(384) 및 제 2 전자수송층(385)과, 상기 제 2 전자수송층(385) 상의 제 2 전극(390)을 포함한다.
이 때, 상기 제 1 전자수송층은 제 1 물질(M1)로 형성하고, 상기 제 1 전자수송층(384)의 상부로는 제 1 물질(M1)과 제 2 물질(M2)이 적절히 혼합된 혼합물로 이루어진 제 2 전자수송층(385)을 형성한 것을 특징으로 한다. 상기 제 1 물 질(M1)로는 Alq3, BeBq2, Zn2, PBD, TAZ, Liq, Mgq2, Znq2 등이 있다. 상기 제 2 물질(M2)로는 LiF, NaF, KF, RbF, CsF, FrF, MgF, CaF 등의 할라이드 화합물과, Li2O, Na2O, K2O, Cs2O, LiBO2, LiNbO3, Al2O3, B2O5 등의 산화물이 있다. 상기 제 1 물질(M1)은 유기물이고 제 2 물질(M2)은 무기물일 수 있다.
특히, 본 발명의 제 3 실시예에서는 제 1 물질(M1)과 제 2 물질(M2)을 4 : 1 ~ 8 : 1로 혼합한 것을 특징으로 한다. 이 때, 제 1 물질(M1)과 제 2 물질(M2)을 4 : 1 ~ 8 : 1로 혼합한 제 2 전자수송층(385)은 제 2 물질(M2)의 함량이 상승함에 따라 전압이 증감되고 전압 변동에 따른 잔상 특성을 개선할 수 있다.
즉, 제 2 전자수송층(385)에 있어서, 제 2 물질(M2)의 함량이 많을수록 수명이 증가하며, 제 2 물질(M2)의 함량이 적을수록 전압변화가 작아짐을 확인하였다. 특히, 제 2 전자수송층(385)의 제 1 물질(M1)과 제 2 물질(M2)를 4 : 1 ~ 8 : 1로 혼합했을 때 수명 향상 및 잔상 개선에 가장 효과적이라는 것을 실험을 통해 입증하였다.
이에 대해서는 이하 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 7a, 도 7b, 도 7c는 종래와 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기발광 다이오드의 수명/휘도 관계를 나타낸 그래프로, 적색, 녹색, 청색의 빛을 발광하는 유기 발광층을 각각 측정한 데이터이다.
도 7a, 도 7b, 도 7c는 종래(1)와 본 발명의 제 3 실시예(2)에 따른 유기발광 다이오드의 수명/휘도 관계를 나타낸 각각의 그래프로, 제 2 전자수송층의 제 1 물질과 제 2 물질의 혼합비를 4 : 1, 6 : 1, 8 : 1로 혼합했을 때의 데이터를 각각 나타낸 것이다.
이 때, 도 7a 및 도 7b는 적색과 녹색의 빛을 발광하는 유기 발광층을 각각 측정한 데이터로, 4 : 1, 6 :1, 8 : 1로 혼합했을 경우 종래와 비교하여 수명 차이가 미미하거나, 다소 감소한 것을 확인할 수 있다. 이와 달리, 도 7c는 청색의 빛을 발광하는 유기 발광층을 측정한 데이터로, 4 : 1, 6 :1, 8 : 1로 혼합했을 경우 종래와 비교하여 수명 차이가 확연히 상승한 것을 확인할 수 있다.
일반적으로, 유기발광 다이오드에 있어서, 청색의 빛을 발광하는 유기 발광층이 적색 및 녹색을 발광하는 유기 발광층에 비해 상대적으로 수명이 매우 짧은 관계로, 유기발광 다이오드의 수명은 청색의 빛을 발광하는 유기 발광층에 의해 결정되고 있는 상황이다. 따라서, 본 발명의 제 3 실시예에서와 같이 청색의 빛을 발광하는 유기 발광층의 수명을 향상시키는 것을 통해 유기발광 다이오드의 장수명화에 적극적으로 대응해 나갈 수 있다.
도 8은 종래와 본 발명의 제 3 실시예에 따른 잔상 특성을 비교한 실험 데이터로, 청색의 빛을 발광하는 유기 발광층을 일 예로 측정한 데이터이다.
도시한 바와 같이, 종래(1)와 제 3 실시예(2)의 시간의 경과에 따른 잔상 특성을 비교한 실험 데이터로, 제 3 실시예(2)의 경우 제 1 물질과 제 2 물질을 4 : 1과 6 : 1로 혼합했을 때의 특성 변화를 나타낸 것이다. 이 때, R-factor는 잔상 특성을 나타내는 수치로, F-factor가 0에 가까운 수치를 지속적으로 유지할 수록 잔상 특성이 우수함을 의미한다.
위 데이터를 바탕으로, 잔상 특성 면에서는 제 1 물질과 제 2 물질을 6 : 1로 혼합했을 경우가 4 : 1로 혼합했을 때에 비해 우수한 것을 확인할 수 있다.
그러나, 본 발명은 상기 제 1 내지 제 3 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 정신 및 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변형 및 변경할 수 있다는 것은 자명한 사실일 것이다.
도 1은 일반적인 능동 매트릭스 방식의 유기전계 발광소자의 단위 화소에 대해 나타낸 회로도.
도 2는 종래에 따른 유기발광 다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도.
도 3a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기발광 다이오드를 나타낸 단면도이고, 도 3b는 도 3a의 발광 과정을 에너지띠 별로 나타낸 평면도.
도 4a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기발광 다이오드를 나타낸 단면도이고, 도 4b는 도 4a의 발광 과정을 에너지띠 별로 나타낸 평면도.
도 5는 종래와 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 유기발광 다이오드의 수명을 각각 비교한 그래프.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기발광 다이오드를 나타낸 단면도.
도 7a, 도 7b, 도 7c는 종래와 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기발광 다이오드의 시간의 경과에 따른 휘도 변화를 나타낸 그래프.
도 8은 종래와 본 발명의 제 3 실시예에 따른 잔상 특성을 비교한 실험 데이 터.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
110 : 기판 170 : 제 1 전극
180 : 유기 발광층 181 : 정공주입층
182a : 제 1 정공수송층 182b : 제 2 정공수송층
183 : 발광층 184 : 전자수송층
185 : 전자주입층 190 : 제 2 전극
E : 유기발광 다이오드
Claims (13)
- 제 1 전극과;상기 제 1 전극 상에 제 1 물질로 형성된 정공주입층과;상기 정공주입층의 상부로 상기 제 1 물질과 제 2 물질이 1 : 5 ~ 1 : 15로 혼합된 혼합물로 이루어진 제 1 정공수송층과;상기 제 1 정공수송층의 상부로 상기 제 2 물질로 이루어진 제 2 정공주입층과;상기 제 2 정공주입층 상에 순차적으로 적층 형성된 발광층, 전자수송층 및 전자주입층과;상기 전자주입층 상의 제 2 전극을 포함하는 유기발광 다이오드.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 물질은 트리페닐린, 페릴린, 피렌, 테트라센, 안트라센 계열 중에서 선택되고, 상기 제 2 물질은 triphenly amine을 포함한 NPD 계열, diamine 유도체인 TPD 계열 및 광전도성 고분자인 poly(9-vinylcarbazole)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광 다이오드.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 정공수송층의 전체 비율중, 상기 제 2 물질이 차지하는 비율은 50% 이하인 것을 특징으로 하는 유기발광 다이오드.
- 제 1 항에 있어서,상기 정공주입층은 50 ~ 200Å의 두께로, 상기 제 1 정공수송층은 1100 ~ 1400Å의 두께로, 상기 제 2 정공수송층은 50 ~ 150Å의 두께로 각각 형성된 것을 특징으로 하는 유기발광 다이오드.
- 제 1 전극과;상기 제 1 전극 상에 제 1 물질과 제 2 물질이 혼합된 혼합물로 이루어진 정공주입층과;상기 정공주입층의 상부로 제 3 물질과 제 4 물질이 혼합된 혼합물로 이루어진 제 1 정공수송층과;상기 제 1 정공수송층의 상부로 상기 제 3 물질로 이루어진 제 2 정공수송층과;상기 제 2 정공수송층의 상부로 순차적으로 적층 형성된 발광층, 전자수송층 및 전자주입층과;상기 전자주입층 상의 제 2 전극을 포함하는 유기발광 다이오드.
- 제 5 항에 있어서,상기 제 1 물질은 트리페닐린, 페릴린, 피렌, 테트라센, 안트라센 계열 중에서 선택되고, 상기 제 2 물질은 Al2O3, Alkali metal acetate, NaCl, CsF, MgF2 등의 무기화합물, 할라이드 화합물과 산화물 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유기발광 다이오드.
- 제 5 항에 있어서,상기 제 3 물질은 triphenly amine을 포함한 NPD 계열, diamine 유도체인 TPD 계열 및 광전도성 고분자인 poly(9-vinylcarbazole) 중에서 선택되고, 상기 제 4 물질은 상기 제 1 물질에 p형-도판트를 첨가한 물질 그룹인 것을 특징으로 하는 유기발광 다이오드.
- 제 7 항에 있어서,상기 p형-도판트는 F4-TCNQ, TCNQ등의 유기 화합물, 요오드, FeCl3, FeF3, SbCl5, 금속 클로라이드, 금속 플로라이드와 같은 무기 산화제 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유기발광 다이오드.
- 제 5 항에 있어서,상기 정공주입층은 20 ~ 200Å의 두께로, 상기 제 1 정공수송층은 1100 ~ 1400Å의 두께로, 상기 제 2 정공수송층은 50 ~ 150Å의 두께로 각각 형성된 것을 특징으로 하는 유기발광 다이오드.
- 제 5 항에 있어서,상기 제 1 정공수송층의 전체 비율중, 상기 제 4 물질이 차지하는 비율은 20% 이하인 것을 특징으로 하는 유기발광 다이오드.
- 제 5 항에 있어서,상기 정공주입층의 제 1 물질은 제 4 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기발광 다이오드.
- 제 1 전극과;상기 제 1 전극 상에 순차적으로 적층 형성된 정공주입층, 전공수송층 및 발광층과;상기 발광층 상에 제 1 물질로 이루어진 제 1 전자수송층과;상기 제 1 전자수송층 상에 상기 제 1 물질과 제 2 물질이 4 : 1 ~ 8 : 1로 혼합된 혼합물로 이루어진 제 2 전자수송층과;상기 제 2 전자수송층 상의 제 2 전극을 포함하는 유기발광 다이오드.
- 제 12 항에 있어서,상기 제 1 물질은 Alq3, BeBq2, Zn2, PBD, TAZ, Liq, Mgq2, Znq2 등을 포함하는 유기물이고, 상기 제 2 물질은 LiF, NaF, KF, RbF, CsF, FrF, MgF, CaF 등의 할라이드 화합물과, Li2O, Na2O, K2O, Cs2O, LiBO2, LiNbO3, Al2O3, B2O5 등의 산화물을 포함하는 무기물인 것을 특징으로 하는 유기발광 다이오드.
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- 2008-12-26 KR KR1020080134958A patent/KR20100076789A/ko not_active Application Discontinuation
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