KR20100090045A - Organic electro-luminescent diode - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 유기발광 다이오드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선택적인 도핑 공정의 적용으로 발광 효율 및 색재현율을 개선할 수 있는 유기발광 다이오드에 관한 것이다.The present invention relates to an organic light emitting diode, and more particularly to an organic light emitting diode that can improve the luminous efficiency and color reproducibility by applying a selective doping process.
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.In general, organic light emitting diodes, which are one of flat panel displays, have high luminance and low operating voltage characteristics. In addition, the self-luminous self-illuminating type provides high contrast ratio, enables ultra-thin display, easy response time with several microsecond response time, no restriction on viewing angle, and stable at low temperatures. Since it is driven at a low voltage of 5V to 15V of DC, it is easy to manufacture and design a driving circuit.
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 휘도를 나타내기 위해서는 평균 휘도에 라인수를 곱한 것만큼의 순간 휘도를 내야 한다.The organic light emitting diode having such characteristics is classified into a passive matrix type and an active matrix type. In the passive matrix method, since a scan line and a signal line cross each other to form a device in a matrix form, the scan lines are sequentially driven over time in order to drive each pixel. In order to bet, the instantaneous luminance is equal to the average luminance multiplied by the number of lines.
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.However, in the active matrix method, a thin film transistor, which is a switching element for turning on / off pixels, is positioned for each pixel, and the first electrode connected to the thin film transistor is turned on and off in units of pixels. The second electrode facing the first electrode is formed on the entire surface to become a common electrode.
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.In the active matrix method, a voltage applied to a pixel is charged in a storage capacitor (Cst), and the power is applied until the next frame signal is applied, thereby irrespective of the number of scan lines. Run continuously for one screen. Therefore, even when a low current is applied, the same luminance is achieved, and thus, low power consumption, high definition, and large size can be obtained. Recently, an active matrix type organic light emitting diode is mainly used.
이러한 능동 매트릭스 방식의 유기전계 발광소자의 기본적인 구조 및 동작특성에 대해서는 이하 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.Basic structure and operation characteristics of the organic light emitting diode of the active matrix method will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 일반적인 능동 매트릭스 방식의 유기전계 발광소자의 단위 화소에 대해 나타낸 회로도이다.1 is a circuit diagram illustrating a unit pixel of a conventional active matrix type organic light emitting diode.
도시한 바와 같이, 종래에 따른 능동 매트릭스 방식의 유기전계 발광소자의 단위 화소는 스위칭 트랜지스터(Ts), 구동 트랜지스터(Td), 스토리지 커패시터(Cst) 및 유기발광 다이오드(E)로 이루어진다.As illustrated, the unit pixel of the active matrix organic light emitting diode according to the related art includes a switching transistor Ts, a driving transistor Td, a storage capacitor Cst, and an organic light emitting diode E.
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.That is, the gate line GL formed in one direction, the data line DL defining the pixel region P by crossing the gate line GL perpendicularly, and the power line voltage are spaced apart from the data line DL. Power wirings PL for application are respectively formed.
또한, 상기 게이트 배선(GL)과 데이터 배선(DL)의 교차지점에는 스위칭 트랜지스터(Ts)가 형성되고, 상기 스위칭 트랜지스터(Ts)와 이격된 일 측으로는 이와 전기적으로 연결된 구동 트랜지스터(Td)가 형성된다.In addition, a switching transistor Ts is formed at an intersection point of the gate line GL and the data line DL, and a driving transistor Td electrically connected thereto is formed at one side spaced apart from the switching transistor Ts. do.
상기 구동 트랜지스터(Td)는 유기발광 다이오드(E)와 전기적으로 연결된다. 즉, 상기 유기발광 다이오드(E)의 일측 단자인 제 1 전극은 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.The driving transistor Td is electrically connected to the organic light emitting diode E. That is, the first electrode, which is one terminal of the organic light emitting diode E, is connected to the drain electrode of the driving transistor Td, and the second electrode, which is the other terminal, is connected to the power wiring PL. The power wiring PL serves to transfer the power voltage to the organic light emitting diode E. In addition, a storage capacitor Cst is formed between the gate electrode and the source electrode of the driving transistor Td.
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 빛을 출력할 수 있게 된다. 이 때, 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.Therefore, when a signal is applied through the gate line GL, the switching transistor Ts is turned on, and the signal of the data line DL is transferred to the gate electrode of the driving transistor Td and driven. The turn-on of the transistor Td enables light to be output by the electric field-pole pair of the organic light emitting diode E connected thereto. At this time, when the driving transistor Td is turned on, the level of the current flowing from the power supply line PL to the organic light emitting diode E is determined, which causes the organic light emitting diode E to have a gray scale. ) Can be implemented.
또한, 상기 스토리지 커패시터(Cst)는 스위칭 트랜지스터(Ts)가 오프(off) 되었을 때, 구동 트랜지스터(Td)의 게이트 전압을 일정하게 유지시키는 기능을 함으로써 스위칭 트랜지스터(Ts)가 오프(off) 상태가 되더라도 다음 프레임(frame)까지 유기발광 다이오드(E)에 흐르는 전류의 레벨을 일정하게 유지할 수 있게 된다.In addition, the storage capacitor Cst functions to keep the gate voltage of the driving transistor Td constant when the switching transistor Ts is turned off, so that the switching transistor Ts is turned off. Even if it is possible to maintain a constant level of the current flowing through the organic light emitting diode (E) until the next frame (frame).
도 2는 종래에 따른 유기발광 다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도로, 이를 참조하여 보다 상세히 설명하도록 한다.2 is a cross-sectional view schematically showing an organic light emitting diode according to the related art, which will be described in more detail with reference to this.
도시한 바와 같이, 종래에 따른 유기발광 다이오드(E)는 기판(10) 상의 제 1 전극(70)과, 상기 제 1 전극(70) 상에 차례로 적층 형성된 정공주입층(81, hole injecting layer: HIL), 정공수송층(82, hole transporting layer: HTL), 발광층(83, emitting later: EL), 전자수송층(84, electron transporting layer: ETL) 및 전자주입층(85, electron injecting layer: EIL), 상기 전자주입층(85) 상의 제 2 전극(90)을 포함한다.As shown, the organic light emitting diode E according to the related art has a hole injecting
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 이룬다.The
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.The
전술한 유기발광 다이오드(E)의 제 1 전극(70) 및 제 2 전극(90)에 정공과 전자를 주입하게 되면, 정공은 정공주입층(81) 및 정공수송층(82)으로, 전자는 전자주입층(85) 및 전자수송층(84)으로 각각 이동하게 되고, 정공과 전자는 발광층(83) 내에서 전자-전공쌍의 재결합을 통해 엑시톤(exciton)을 생성하며 이 엑시톤이 기저상태로 떨어지면서 빛을 방출하게 된다.When holes and electrons are injected into the
이러한 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.The organic light emitting diode (E) has a great difference in lifespan and luminous efficiency of the organic light emitting diode (E) depending on the material used, the stacked structure, and the processing conditions such as the surface treatment of the
최근에는 유기발광 다이오드의 발광 효율을 개선하기 위한 일환으로 발광층에 사용되는 물질을 호스트 물질(host material)과 도판트 물질(dopant material)을 공증착(co-deposition)을 통해 혼합하여 형성하고 있다.Recently, as a part of improving the luminous efficiency of an organic light emitting diode, a host material and a dopant material are mixed by co-deposition.
도 3a는 호스트 물질과 도판트 물질로 이루어진 발광층을 포함하는 유기발광 다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 3b는 엑시톤의 형성 위치에 따른 휘도 변화를 나타낸 그래프로, 도 2와의 중복 설명은 생략하도록 한다.3A is a cross-sectional view schematically illustrating an organic light emitting diode including an emission layer formed of a host material and a dopant material, and FIG. 3B is a graph illustrating a change in luminance according to a position where excitons are formed. .
우선, 도 3a에 도시한 바와 같이, 발광층(83)을 호스트 물질(M1)과 도판트 물질(M2)의 혼합물로 구성한 상태를 나타내고 있다. 이 때, 호스트 물질(M1)과 도판트 물질(M2)의 혼합물로 이루어진 발광층(83)은 호스트 물질(M1)로만 이루어진 발광층(83) 대비 발광 효율을 높일 수 있는 이점이 있다. 이러한 도판트 물질(M2) 은 인광 도판트와 형광 도판트로 구분될 수 있다.First, as shown in FIG. 3A, the
특히, 전술한 발광층(83)에 있어서, 도판트 물질(M2)의 농도는 구동전압, 색감 그리고 수명 등에 영향을 미치는 중요한 인자로 작용하고 있다. 이 때, 형광 도판트의 경우 농도 소광을 방지하고 완벽한 에너지 전이를 위하여 약 1 ~ 2% 정도로 도핑 처리를 수행하는 것이 바람직한 것으로 알려져 왔으나, 1~2% 보다는 4~5%에서 수명특성이 더 높다는 것이 실험을 통해 입증되고 있다.In particular, in the above-described
이에 대해서는 도 3b를 참조로 설명하도록 한다. 도 3b는 발광층의 도핑 농도를 4 ~ 5%로 설정했을 때 엑시톤의 형성 위치에 따른 휘도 변화를 나타낸 것이다. 이 때, 가로 축은 엑시톤의 형성 위치를 나타낸 것으로, 0은 전자주입층(84)과 발광층(83)의 계면, 1은 정공주입층(82)과 발광층(83)의 계면에 각각 해당한다.This will be described with reference to FIG. 3B. 3B illustrates a change in luminance depending on the position of formation of the exciton when the doping concentration of the emission layer is set to 4 to 5%. At this time, the horizontal axis represents the position where the exciton is formed, 0 corresponds to the interface between the
도시한 바와 같이, 엑시톤의 형성 위치에 따라 휘도가 비례적으로 상승하는 것을 확인 할 수 있다. 특히, 발광층(83) 내의 엑시톤의 형성 위치는 정공주입층(82)과 인접할수록 휘도가 상승하는 것을 확인할 수 있다.As shown in the figure, it can be seen that the luminance increases proportionally according to the position where the exciton is formed. In particular, it can be seen that the luminance is increased as the exciton formation position in the
그러나, 종래에는 발광층(83)의 형성시 특정 위치를 설정하는 것이 아니라 호스트 물질(M1)에 주입되는 도판트 물질(M2)을 임의의 위치에 도핑하고 있는 상황이다. 이와 같이 4~5%의 높은 도핑 농도로 설계되는 발광층(83)은 정공수송층(82)과의 계면에서는 큰 문제를 일으키지 않으나, 전자수송층(84)과 인접한 위치에 대응된 발광층(83) 내에서는 전자나 전공의 캐리어 수송 능력을 방해하는 요인으로 작용할 수 있고, 나아가 도판트 물질(M2)들 간의 응집 효과 및 농도 소광 등에 의한 효율 저하 문제를 야기하고 있다.However, in the related art, the dopant material M2 injected into the host material M1 is doped at an arbitrary position instead of setting a specific position when the
특히, 종래의 경우 정공수송층(82)의 두께를 약 50 ~ 150nm로 형성하고, 전자수송층(84)의 두께를 10 ~ 30nm의 두께로 형성하고 있다. 이러한 구조에서는 발광층(83)에 실제로 전자와 정공이 재결합하여 엑시톤을 형성하는 위치가 발광층(83)과 정공수송층(82) 간의 계면과 인접한 발광층(83) 내에서 일어나는 것이 실험 및 시뮬레이션을 통해 입증되고 있다.In particular, in the conventional case, the thickness of the
이 때, 발광층(83)과 정공수송층(82) 간의 계면에서 멀리 떨어진 부분, 즉 전자수송층(84)과 인접한 위치에 대응된 발광층(83) 내에서는 전자와 전공의 재결합시 사용되지 않고 남는 발광 도판트가 전자의 이동을 방해하는 트랩(trap)으로 작용하여 캐리어의 이동도를 저해하는 요인으로 작용하고 있으며, 나아가 발광 도판트 간의 응집이나 농도 소광에 따른 발광 효율의 저하 문제가 대두되고 있다.In this case, in the
또한, 종래의 경우 형광 도판트 대신 인광 도판트를 이용하여 발광 효율을 증가시키는 구조에 대한 연구가 활발히 진행되고는 있으나, 이는 발광층(83) 내에 도핑되는 인광 도판트의 위치를 설정하지 않고 형광 도판트 대비 확산 특성이 우수한 인광 도판트의 성질을 이용한 것으로 발광 효율을 극대화하는 데는 한계에 봉착한 상황이다.In addition, in the prior art, studies are being actively conducted on the structure of increasing the light emission efficiency by using the phosphorescent dopant instead of the fluorescent dopant. However, this does not set the position of the phosphorescent dopant doped in the
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 선택적으로 발광층의 도핑 농도를 조절하는 것을 통해 색감 특성 및 발광 효율이 우수하며, 수명이 향상된 유기발광 다이오드를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide an organic light emitting diode having excellent color sense characteristics and luminous efficiency and an improved lifetime through selectively adjusting the doping concentration of the light emitting layer.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기발광 다이오드는 제 1 전극과; 상기 제 1 전극 상의 정공주입층과; 상기 정공주입층 상의 정공수송층과; 상기 정공수송층의 상부로 호스트 물질과 발광 도판트로 이루어진 제 1 층과, 상기 제 1 층의 상부로 호스트 물질과 발광 도판트로 이루어지며, 상기 제 1 층에 비해 발광 도판트가 낮은 농도로 도핑 처리된 제 2 층과, 상기 제 2 층의 상부로 호스트 물질로만 이루어진 제 3 층이 차례로 적층된 발광층과; 상기 발광층 상의 전자수송층과; 상기 전자수송층 상의 전자주입층과; 상기 전자주입층 상의 제 2 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.The organic light emitting diode according to the present invention for achieving the above object is a first electrode; A hole injection layer on the first electrode; A hole transport layer on the hole injection layer; A first layer comprising a host material and a light emitting dopant over the hole transport layer, and a host material and a light emitting dopant over the first layer, wherein the light emitting dopant is doped to a lower concentration than the first layer A light emitting layer in which a second layer and a third layer made of only a host material are stacked on top of the second layer; An electron transport layer on the light emitting layer; An electron injection layer on the electron transport layer; It characterized in that it comprises a second electrode on the electron injection layer.
이 때, 상기 호스트 물질은 안트라센, BeBq2, 시클로펜타디엔, 폴리(p-페닐렌비닐렌), 알루니 키노륨 복합체 및 그 유도체로 이루어진 물질 군에서 선택된다. 상기 발광 도판트는 rubrene, perylene, pyrene, anthracene 계열의 DSA 및 그의 유도체와, DCM 유도체 중에서 선택된다.In this case, the host material is selected from the group consisting of anthracene, BeBq2, cyclopentadiene, poly (p-phenylenevinylene), aluminy quinolium complexes and derivatives thereof. The light emitting dopant is selected from rubrene, perylene, pyrene, anthracene-based DSA, derivatives thereof, and DCM derivatives.
상기 제 1 층에서 발광 도판트가 차지하는 비율은 4 ~ 8%, 그 증착 두께는 30 ~ 70Å이고, 상기 제 2 층에서 발광 도판트가 차지하는 비율은 1 ~ 2%, 그 증착 두께는 80 ~ 150Å인 것을 특징으로 한다.The light emitting dopant in the first layer is 4 to 8%, the deposition thickness is 30 to 70 GPa, the light emitting dopant in the second layer is 1 to 2%, and the deposition thickness is 80 to 150 GPa. It is characterized by that.
특히, 상기 발광 도판트는 인광 도판트에 비해 엑시톤의 확산이 크지 않은 형광 도판트인 것을 특징으로 한다. 상기 발광층 전체의 증착 두께는 250 ~ 400Å 이고, 상기 전자수송층의 증착 두께는 100 ~ 350Å인 것을 특징으로 한다. 상기 발광층의 제 2 층은 호스트 물질로만 이루어질 수 있다. 상기 호스트 물질과 발광 도판트는 공증착에 의해 형성된 것을 특징으로 한다.In particular, the light emitting dopant is characterized in that the fluorescent dopant is less diffusion of exciton than the phosphorescent dopant. The deposition thickness of the entire light emitting layer is 250 ~ 400Å, the deposition thickness of the electron transport layer is characterized in that 100 ~ 350Å. The second layer of the light emitting layer may be made of only a host material. The host material and the light emitting dopant are formed by co-deposition.
본 발명은 선택적으로 발광층의 도핑 농도를 조절하는 것을 통해 색감 특성 및 발광 효율이 우수하며, 수명이 향상된 유기발광 다이오드를 제공하는 효과가 있다.The present invention has an effect of providing an organic light emitting diode having excellent color sense characteristics and luminous efficiency, and improved lifespan by selectively adjusting the doping concentration of the light emitting layer.
--- 실시예 ------ Example ---
본 발명은 발광 효율이 우수한 영역에는 발광 도판트를 고농도로 도핑하고, 이를 제외한 영역은 발광 도판트를 저농도로 도핑하거나, 호스트 물질만으로 이루어지도록 선택적인 도핑 공정을 적용하여 발광층을 형성한 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in that the light emitting layer is doped at a high concentration in the region having excellent luminous efficiency, and the light emitting layer is formed by applying a selective doping process so as to dope the light emitting dopant at a low concentration or to be made of only a host material. do.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 유기발광 다이오드에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, an organic light emitting diode according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 4a는 본 발명에 따른 유기발광 다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 4b는 도 4a의 발광층을 확대하여 나타낸 단면도이다.4A is a schematic cross-sectional view of an organic light emitting diode according to the present invention, and FIG. 4B is an enlarged cross-sectional view of the light emitting layer of FIG. 4A.
도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 유기발광 다이오드(E)는 기판(110) 상의 제 1 전극(170)과, 상기 제 1 전극(170)의 상부에 차례로 형성 된 정공주입층(181) 및 정공수송층(182)과, 상기 정공수송층(182)의 상부로 호스트 물질(M1)과 발광 도판트(M2)로 이루어진 제 1 층(183a)과 상기 제 1 층(183a)의 상부로 호스트 물질(M1)과 발광 도판트(M2)로 이루어지며, 제 1 층(183a)에 비해 발광 도판트가 낮은 농도로 도핑 처리된 제 2 층(183b)과 상기 제 2 층(183b)의 상부로 호스트 물질(M1)로만 이루어진 제 3 층(183c)이 차례로 적층된 3중층 구조의 발광층(183)과, 상기 발광층(183)의 상부에 차례로 형성된 전자수송층(184) 및 전자주입층(185)과, 상기 전자주입층(185) 상의 제 2 전극(190)을 포함한다.As shown in FIGS. 4A and 4B, the organic light emitting diode E according to the present invention includes a
상기 정공주입층(181), 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 이룬다.The
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.The
상기 호스트 물질(M1)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.The host material (M1) is anthracene (Anthracene), BeBq 2 , cyclopentadiene (Cyclopentadiene), poly (p-phenylenevinylene) (PPV; poly (p-phenylenevinylene)), aluminy chinolium complex (Alq 3 ) And derivatives thereof.
상기 발광 도판트(M2)는 발광양자 효율이 높고, 응집이 잘 일어나지 않으며, 호스트 물질(M1)과의 혼합시 호스트 물질(M1)의 내부에 균일하게 분포되는 특성을 가지는 물질 중에서 선택되는 것이 바람직하다. 이러한 물질로는 rubrene, perylene, pyrene, anthracene 계열의 DSA 및 그의 유도체와, DCM(4 -dicyanomethylene - 2metal - 6 - (p - dimethylaminostyryl) - 4H - pyran) 유도체 등이 있다.The light emitting dopant M2 is preferably selected from materials having high emission quantum efficiency, poor aggregation, and uniformly distributed in the host material M1 when mixed with the host material M1. Do. Such substances include rubrene, perylene, pyrene, anthracene-based DSA and derivatives thereof, and DCM (4 -dicyanomethylene-2metal-6-(p -dimethylaminostyryl)-4H-pyran) derivatives.
화학식 1~6은 발광 도판트에 대한 분자 결합 구조를 나열한 것으로, 화학식 1은 antracene 유도체, 화학식 2는 styryl 유도체, 화학식 3은 pyryne 유도체, 화학식 4는 DCM 유도체, 화학식 5는 DCJTB 유도체, 화학식 6은 perylene 유도체를 각각 나타낸 것이다.
도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이, 발광층(183)은 전자/전공 쌍의 재결합 에 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.As shown in FIGS. 4A and 4B, a bottom emission type that emits light in a direction toward the
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.The reason for using the
전술한 유기발광 다이오드(E)의 제 1 전극(170) 및 제 2 전극(190)에 정공과 전자를 주입하게 되면, 정공은 정공주입층(181) 및 정공수송층(182)을, 전자는 전자주입층(185) 및 전자수송층(184)으로 각각 이동하게 되고, 정공과 전자는 발광층(183) 내에서 전자-전공쌍의 재결합에 의해 엑시톤을 생성하게 되며, 이 엑시톤이 기저상태로 떨어지면서 빛을 방출하게 된다.When holes and electrons are injected into the
이 때, 상기 발광층(183)의 제 1 층(183a) 및 제 2 층(183b)은 열증발 증착챔버(미도시)의 내부로 호스트 물질(M1)과 발광 도판트(M2)가 각각 담겨진 제 1 및 제 2 증발원(미도시)을 동시에 가동하고 증발 과정에서 호스트 물질(M1)과 발광 도판트(M2)가 일정한 비율로 혼합된 상태로 동시에 증착하는 공증착(Co-deposition)에 의해 각각 형성될 수 있다.In this case, the
특히, 본 발명에 따른 발광층(183)은 그 전체 두께가 300Å으로 설계된다고 가정했을 때, 발광층(183)의 제 1 층(183a)은 30 ~ 70Å의 두께를 가지며 호스트 물질(M1)에 발광 도판트(M2)가 4 ~ 8% 함유되도록 도핑한다. 또한, 발광층(183)의 제 2 층(183b)은 80 ~ 150Å의 두께를 가지며 호스트 물질(M1)에 발광 도판트(M2)가 1 ~ 2% 함유되도록 도핑하고, 제 3 층(183c)은 발광층(183)의 전체 두께에서 제 1 층(183a)과 제 2 층(183b)을 제외한 두께를 가지며 호스트 물질(M1)로만 형성한 것을 특징으로 한다.In particular, when it is assumed that the
이 때, 상기 발광층(183)의 제 2 층(183b)은 필요에 따라 형성하지 않아도 무방하며, 제 2 층(183)의 생략시 제 2 층(183b)에 대응되는 부분은 제 3 층(183c)이 차지하도록 설계하는 것이 바람직하다.In this case, the
즉, 전자와 정공이 재결합하여 엑시톤이 실제로 형성되는 발광효율이 우수한 발광층(183)의 제 1 층(183a)에 대해서는 발광 도판트(M2)를 4 ~ 8%로 도핑하고, 상기 발광층의 제 1 층(183a)을 제외한 발광층(183)의 제 2 층(182b) 및 제 3 층(183c)에 대해서는 도핑을 하지 않는 것을 통해 발광 효율을 극대화할 수 있는 구조적인 장점이 있다.That is, the
일반적으로, 형광 도판트의 경우 엑시톤의 확산 현상이 인광 도판트 대비 작기 때문에 발광 효율이 높은 영역에서 많이 벗어나지 않는 특성이 있다. 따라서, 인광 도판트에 비해 엑시톤의 확산 특성이 좋지 않은 형광 도판트를 발광 효율이 우수한 영역, 즉 발광층(183)의 제 1 층(183a)에 대해서 에너지 전이가 가능하도록 발광 도판트(M2)를 고농도로 도핑할 경우, 완벽한 에너지 전이가 가능하여 선명한 색상을 표현할 수 있게 되고, 나아가 유기발광 다이오드(E)의 색재현율을 향상시킬 수 있게 된다.In general, in the case of the fluorescent dopant, the diffusion phenomenon of the exciton is smaller than that of the phosphorescent dopant, so that the fluorescent dopant does not deviate much from the region of high luminous efficiency. Accordingly, the light emitting dopant M2 may be transferred to a fluorescent dopant having a better diffusion efficiency of excitons than a phosphorescent dopant, so that energy can be transferred to a region having excellent light emission efficiency, that is, the
또한, 발광층(183)의 제 2 층(183b)에 대해서는 제 1 층(183a)에 비해 저농 도로 도핑하고, 제 3 층(183c)에 대해서는 호스트 물질(M1)만으로 이루어지도록 형성하거나, 제 2 층(183b)은 생략하고 제 1 층(183a)을 제외한 영역을 호스트 물질(M1)만으로 이루어지도록 형성하는 것을 통해 발광층(183)의 두께 유지에 따른 수명 향상 효과를 기대할 수 있다. 이 때, 발광 효율이 낮은 제 3 층(183c)에는 호스트 물질(M1)만 존재하므로 발광에 기여하지 않고 남는 발광 도판트가 존재할 염려가 없으므로 농도 소광의 감소에 따른 효율 저하 문제를 개선할 수 있는 효과가 있다.In addition, the
Light emitting layer
Luminance
표 1은 종래와 본 발명에 따른 휘도 및 색재현율을 비교하여 나타낸 것으로, 이를 참조하여 보다 상세히 설명하도록 한다.Table 1 shows a comparison of the luminance and color reproducibility according to the prior art and the present invention, which will be described in more detail with reference to this.
특히, 표 1은 발광층의 구조에 따른 휘도 및 색재현율을 비교한 것으로, (1)은 종래에 해당하고, (2),(3)은 본 발명에 해당한다. 이 때, (1)은 발광층 내에 적층 위치의 구분 없이 300Å의 두께를 가지며 호스트 물질에 발광 도판트를 4% 주입한 구조에 관한 것이다.In particular, Table 1 compares the luminance and the color reproducibility according to the structure of the light emitting layer. At this time, (1) relates to a structure in which a light emitting dopant is injected 4% into the host material and has a thickness of 300 μs without discriminating the stacking position in the light emitting layer.
(2),(3)은 도 4a의 구조에서 제 2 층을 생략하고, 제 1 층과 제 3 층으로 이루어진 2중층 구조에 관한 것이다. 이 때, (2)는 10Å의 두께를 가지며 호스트 물질에 발광 도판트를 4% 주입한 제 1 층과, 290Å의 두께를 가지며 호스트 물질 만으로 이루어진 제 3 층이 적층된 구조에 관한 것이다.(2) and (3) omit the 2nd layer from the structure of FIG. 4A, and are related with the double layer structure which consists of a 1st layer and a 3rd layer. At this time, (2) relates to a structure in which a first layer having a thickness of 10 μs and a 4% light emitting dopant is injected into the host material, and a third layer having a thickness of 290 μs and composed only of the host material are laminated.
(3)은 50Å의 두께를 가지며 호스트 물질에 발광 도판트를 4% 주입한 제 1 층과, 250Å의 두께를 가지며 호스트 물질 만으로 이루어진 제 3 층이 적층된 구조에 관한 것이다.(3) relates to a structure in which a first layer having a thickness of 50 μs and a 4% light emitting dopant injected into the host material and a third layer having a thickness of 250 μs and composed only of the host material are laminated.
표 1에 도시한 바와 같이, (1)과 (2),(3)을 비교한 바, (1)에 비해 (2),(3)에서의 휘도 값이 더 향상된 것을 확인할 수 있다. (2),(3)을 제 1 층과 제 3 층만으로 이루어진 2중층 구조로 형성했을 경우 색재현율에서는 큰 차이를 보이지 않았음을 확인하였다.As shown in Table 1, when (1) and (2) and (3) are compared, it can be seen that the luminance values in (2) and (3) are further improved compared to (1). When (2) and (3) were formed in the double layer structure which consists only of a 1st layer and a 3rd layer, it was confirmed that there was no big difference in color reproducibility.
즉, (2),(3)에 있어서도 (3)에 비해 (2)의 경우가 발광 효율이 더 우수하다는 것을 확인하였다. 따라서, 발광층을 형성함에 있어서, 정공수송층과의 계면으로부터 호스트 물질에 발광 도판트를 도핑하는 발광 영역을 10 ~ 50Å의 범위로 정하고, 호스트 물질 만으로 이루어진 영역은 300Å에서 발광 영역의 두께를 제외한 나머지 두께로 형성하는 것을 통해 발광이 덜 일어나는 호스트 물질 만으로 이루어진 영역에서의 트랩에 의한 농도 소광 등의 문제를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.That is, in (2) and (3), it was confirmed that the light emission efficiency was better in the case of (2) than in (3). Therefore, in forming the light emitting layer, the light emitting region for doping the light emitting dopant to the host material from the interface with the hole transport layer is set in the range of 10 to 50 kPa, and the region made of only the host material is the remaining thickness except the thickness of the light emitting region at 300 kPa. Formation of the resin has an effect that can prevent problems such as concentration quenching caused by a trap in a region made up of only a host material that emits less light.
표 2는 종래와 본 발명에 따른 휘도 및 색재현율을 비교한 것으로, 보다 구체적으로는 본 발명에 따른 발광층을 3중층으로 형성한 구조에 대한 실험 결과를 나타낸 것이다. 이 때, (1)은 종래에 따른 발광층을, (2)는 본 발명에 따른 발광층에 해당한다. (1),(2)에서 정공수송층은 1000Å, 전자수송층은 200Å으로 각각 형성하였다. 특히, 상기 전자수송층의 증착 두께는 대략 350Å 보다 얇은 두께로 형성해야만 정공수송층의 계면 부근에서의 발광 효율에 탁월한 효과를 볼 수 있다는 결과를 얻었다. 따라서, 전자수송층의 증착 두께는 100 ~ 350Å으로 형성하는 것이 바람직하다.Table 2 compares the luminance and color reproducibility according to the present invention, and more specifically, shows the experimental results for the structure in which the light emitting layer according to the present invention is formed of a triple layer. At this time, (1) corresponds to the conventional light emitting layer, and (2) corresponds to the light emitting layer according to the present invention. In (1) and (2), the hole transport layer was formed to be 1000 mW and the electron transport layer was 200 mW, respectively. In particular, the deposition thickness of the electron transport layer was formed to be thinner than about 350 kW to obtain an excellent effect on the luminous efficiency near the interface of the hole transport layer. Therefore, the deposition thickness of the electron transport layer is preferably formed to 100 ~ 350Å.
특히, 본 발명에 따른 발광층은 50Å의 두께를 가지며 호스트 물질에 발광 도판트를 4% 주입한 제 1 층과, 100Å의 두께를 가지며 호스트 물질에 발광 도판트를 1% 주입한 제 2 층과, 150Å의 두께를 가지며 호스트 물질만으로 이루어진 제 3 층이 적층된 구조를 일 예로 실험한 것이다.Particularly, the light emitting layer according to the present invention has a thickness of 50 μs and a first layer in which 4% of a light emitting dopant is injected into the host material, a second layer having a thickness of 100 μs and injecting a light emitting dopant into the host material of 1%, An example is a structure in which a third layer composed of only a host material and having a thickness of 150 μs is laminated.
표 2에 도시한 바와 같이, (1)과 (2)를 비교해 보면 (1)에 비해 (2)가 휘도는 3.4cd/A에서 4.4cd/A로, 전류밀도는 3.1Im/W에서 3.8Im/W로 각각 향상된 것을 알 수 있다. 또한, CIE_x는 0.144에서 0.145로 소폭 상승했고, CIE_y는 0.103에서 0.097로 소폭 하락한 것을 확인할 수 있다. 따라서, 종래에 비해 본 발명이 색재현율에 있어서도 향상된 것을 알 수 있다.As shown in Table 2, comparing (1) and (2), (2) compared with (1), the luminance was 3.4 cd / A to 4.4 cd / A, and the current density was 3.1 Im / W to 3.8 Im You can see that each improved with / W. In addition, CIE_x slightly increased from 0.144 to 0.145, and CIE_y decreased slightly from 0.103 to 0.097. Accordingly, it can be seen that the present invention is improved also in color reproducibility compared with the prior art.
이 때, 유기발광 다이오드의 효율을 향상시키기 위해서는 내부에서 생성된 빛을 소자의 외부로 빠져나오는 효율을 향상시키는 것도 중요한 변수로 작용하는 데, 이와 같이 외부로 빠져나오는 빛의 비율은 내부양자효율과 외부양자효율(external quantum efficiency: EQE)의 비율에 의해 정해진다.In this case, in order to improve the efficiency of the organic light emitting diode, it is also important to improve the efficiency of exiting the light generated from the inside of the device to the outside of the device. Determined by the ratio of external quantum efficiency (EQE).
이러한 외부양자효율(EQE)에 있어서도 (1)은 4.1%이고 (2)는 5.4%로 측정되었다. 따라서, 본 발명에 따른 유기발광 다이오드의 구조를 적용할 경우 발광 효율이 대폭 향상되는 것을 알 수 있다.Also in the external quantum efficiency (EQE), (1) was 4.1% and (2) was 5.4%. Therefore, it can be seen that the luminous efficiency is greatly improved when applying the structure of the organic light emitting diode according to the present invention.
도 5a는 종래와 본 발명에 따른 전압/전류밀도 관계를 나타낸 그래프이고, 도 5b는 종래와 본 발명에 따른 전압/휘도 관계를 나타낸 그래프이다. 이 때, (1)은 종래, (2)는 본 발명에 따른 유기발광 다이오드를 적용한 것이다.Figure 5a is a graph showing the voltage / current density relationship according to the prior art and the present invention, Figure 5b is a graph showing the voltage / luminance relationship according to the prior art and the present invention. At this time, (1) is conventionally, (2) is to apply the organic light emitting diode according to the present invention.
도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같이, 전압이 상승할수록 (1)에 비해 (2)의 전류밀도 및 휘도가 비례적으로 각각 상승한 것을 확인할 수 있다.As shown in FIGS. 5A and 5B, it can be seen that as the voltage increases, the current density and luminance of (2) increase in proportion to (1), respectively.
위 실험 데이터를 바탕으로, 발광층의 전 영역에 무작위로 도핑하는 것 보다는 발광 효율이 높은 영역, 즉 발광층과 정공수송층의 계면에 인접한 발광층의 제 1 층에 선택적으로 고농도로 도핑하고, 이를 제외한 제 2 층 및 제 3 층에는 제 1 층에 비해 발광 도판트를 저농도로 도핑하거나, 도핑 처리를 실시하지 않는 것이 유기발광 다이오드의 발광 효율을 극대화하는 데 바람직하다는 것을 알 수 있다.Based on the above experimental data, rather than randomly doping the entire area of the light emitting layer, selectively doping at a high concentration in a region of high luminous efficiency, that is, the first layer of the light emitting layer adjacent to the interface between the light emitting layer and the hole transport layer, except for the second It can be seen that it is preferable to dope the light emitting dopant at a low concentration or not to perform the doping treatment on the layer and the third layer to maximize the luminous efficiency of the organic light emitting diode.
다시 말해, 형광 도판트의 사용으로 발광 효율이 높은 영역에서 전자-전공 쌍의 재결합이 많이 일어나고, 이러한 재결합에 의해 생성된 엑시톤이 발광층의 제 1 층에 집중됨에 따라 발광 효율이 종래에 비해 대략적으로 30% 이상 향상된 것을 확인하였다.In other words, the use of a fluorescent dopant causes a large number of electron-electron pair recombination in the region of high luminous efficiency, and the excitons generated by the recombination are concentrated in the first layer of the light emitting layer, so that the luminous efficiency is approximately higher than that of the related art. It was confirmed that more than 30% improved.
따라서, 본 발명에서와 같이 발광층의 특정 위치에 선택적으로 발광 도판트의 도핑 농도를 조절하는 것을 통해 발광 효율 및 색재현율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.Therefore, as in the present invention, the light emission efficiency and color reproducibility may be improved by selectively adjusting the doping concentration of the light emitting dopant at a specific position of the light emitting layer.
그러나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 정신 및 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변형 및 변경할 수 있다는 것은 자명한 사실일 것이다.However, the present invention is not limited to the above embodiments, and it will be apparent that various modifications and changes can be made without departing from the spirit and the spirit of the present invention.
도 1은 일반적인 능동 매트릭스 방식의 유기전계 발광소자의 단위 화소에 대해 나타낸 회로도.1 is a circuit diagram of a unit pixel of a conventional active matrix type organic light emitting display device.
도 2는 종래에 따른 유기발광 다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도.Figure 2 is a schematic cross-sectional view of an organic light emitting diode according to the prior art.
도 3a는 호스트 물질과 도판트 물질로 이루어진 발광층을 포함하는 유기발광 다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도.3A is a schematic cross-sectional view of an organic light emitting diode including a light emitting layer made of a host material and a dopant material.
도 3b는 엑시톤의 형성 위치에 따른 휘도 변화를 나타낸 그래프.3B is a graph showing a change in luminance depending on the position of formation of excitons;
도 4a는 본 발명에 따른 유기발광 다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도.Figure 4a is a schematic cross-sectional view of an organic light emitting diode according to the present invention.
도 4b는 도 4a의 발광층을 확대하여 나타낸 단면도.4B is an enlarged cross-sectional view of the light emitting layer of FIG. 4A.
도 5a는 종래와 본 발명에 따른 전압/전류밀도 관계를 나타낸 그래프.Figure 5a is a graph showing the voltage / current density relationship according to the prior art and the present invention.
도 5b는 종래와 본 발명에 따른 전압/휘도 관계를 나타낸 그래프.5b is a graph showing a voltage / luminance relationship according to the prior art and the present invention;
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Explanation of symbols for the main parts of the drawings *
183a : 발광층의 제 1 층 183b : 발광층의 제 2 층183a: First layer of light emitting
183c : 발광층의 제 3 층 183 : 발광층183c: Third layer of light emitting layer 183: Light emitting layer
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20150070964A (en) * | 2013-12-17 | 2015-06-25 | 더 리젠츠 오브 더 유니버시티 오브 미시간 | Extended oled operational lifetime through phosphorescent dopant profile management |
-
2009
- 2009-02-05 KR KR1020090009308A patent/KR20100090045A/en not_active Application Discontinuation
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