KR20100138442A - 백색 유기발광소자 - Google Patents

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김광복
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Abstract

본 발명은 백색 유기발광소자에 관한 것이다. 본 발명은 기판; 상기 기판 상에 형성된 제1전극; 상기 제1전극 상에 형성된 제1유기박막층; 상기 제1유기박막층 상에 형성된 청색 발광층; 상기 청색 발광층 상에 형성된 제2유기박막층; 상기 제2유기박막층 상에 형성된 제2전극; 및 상기 기판의 하부에 형성되고, 상기 청색 발광층에서 구현되는 청색을 적색 및 황색으로 변환시키는 유기 형광체층을 포함하되, 상기 유기 형광체층은 청색을 적색으로 변환시키는 Eu-유기 화합물, 및 청색을 황색으로 변환시키는 루브렌을 포함하는 백색 유기발광소자를 제공한다. 본 발명에 따르면, 색 안정성 및 색변환 효율이 우수하고, 제조공정이 간단하다.
백색, 유기발광소자, OLED, 형광체, Eu-유기 화합물, 루브렌

Description

백색 유기발광소자 {White Organic Light Emitting Device}
본 발명은 백색 유기발광소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 색 안정성 및 색변환 효율이 우수하고, 제조공정이 간단한 백색 유기발광소자에 관한 것이다.
유기발광소자(OLED ; Organic Light-Emitting Device)는 양극과 음극 두 개의 전극 사이에 100 ~ 200 nm 두께의 유기 발광층이 증착된 구조를 갖는다. 이때, 외부에서 가해지는 전압에 의해 양극에서는 정공(hole)이, 음극에서는 전자(electron)가 유기 발광층으로 이동하여 전자정공 결합쌍인 여기자(exciton)를 형성되고, 상기 형성된 여기자는 바닥상태(Ground state)로 천이하며 빛을 방출하는 전기 에너지를 빛 에너지로 바꾸어준다. 이러한 유기발광소자(OLED)는 저전압구동, 얇은 두께, 높은 휘도, 빠른 응답속도 등의 많은 장점과 플렉시블 기판을 이용할 수 있는 장점이 있어 차세대 평판 디스플레이로 많은 관심의 대상이 되고 있으며, 친환경 고효율 조명으로써의 응용 분야에 이르기까지 연구가 매우 활발히 이루어지고 있다.
1963년 Pope에 의해 수십 ㎛ 두께의 안트라센에 400V 이상의 전압을 얻은 것을 최초로 하여 1987년 Kodak사의 C. W. Tang 과 Vanslyke에 의해 알루미나퀴논이라는 색소를 진공에서 승화시킨 유기박막을 이용하여 높은 효율의 전기발광을 얻을 수 있다는 것을 발표한 이후로 유기발광소자의 급속한 발전이 이루어져 유기발광소자를 이용한 디스플레이가 제품으로 출시되고 있다.
특히, 최근 들어 유기발광소자를 조명 분야에 응용하기 위한 개발이 활발히 이루어지고 있다. 유기발광소자를 조명 분야에 광범위하게 응용하기 위해선 백색 유기발광소자의 개발이 필수적이다.
일반적으로, 백색 유기발광소자는 도 1에 보인 바와 같이 기판(1), 상기 기판(1) 상에 형성된 양극(2), 상기 양극(2) 상에 형성된 제1유기박막층(3), 상기 제1유기박막층(3) 상에 형성된 백색 발광층(4), 상기 백색 발광층(4) 상에 형성된 제2유기박막층(5) 및 상기 제2유기박막층(5) 상에 형성된 음극(6)을 포함하는 구조를 갖는다. 이때, 일반적으로 상기 제1유기박막층(3)은 정공주입층 및 정공수송층을 포함하며, 상기 제2유기박막층(5)은 전자주입층, 전자수송층 및 정공저지층을 포함하고 있다.
또한, 도 2에 보인 바와 같이 백색 유기발광소자는 상기 발광층(4)으로서 적색, 녹색 및 청색을 순차적으로 적층한 다층의 발광층(4)을 갖는다.
위와 같이, 유기발광소자를 이용하여 백색을 구현하기 위한 방법으로는 발광층(4)으로서 백색의 단일층을 이용한 방법(도 1)과, 다층의 발광층(4)을 이용한 을 방법(도 2)이 제안되었다.
그러나 발광층(4)으로서 도 1에 보인 바와 같이 백색의 단일층을 이용하여 백색을 구현하는 방법은, 구조가 간단하지만 효율이 낮은 단점이 있다. 또한, 도 2에 보인 바와 같이 다층의 발광층(4)을 이용하는 방법은, 효율이 높지만 구조가 복잡하며 전류 혹은 시간에 따라 색이 변하는 단점이 있다.
위와 같이, 종래 기술에 따른 유기발광소자는 색 안정성 및 효율이 낮고, 구조가 복잡하여 제조공정이 복잡한 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 유기발광소자를 구조적으로 개선하고, 유기 형광체로서 Eu-유기 화합물 및 루브렌을 포함시킴으로써 색 안정성 및 색변환 효율이 우수하고, 제조공정이 간단한 백색 유기발광소자를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
기판;
상기 기판 상에 형성된 제1전극;
상기 제1전극 상에 형성된 제1유기박막층;
상기 제1유기박막층 상에 형성된 청색 발광층;
상기 청색 발광층 상에 형성된 제2유기박막층;
상기 제2유기박막층 상에 형성된 제2전극; 및
상기 기판의 하부에 형성되고, 상기 청색 발광층에서 구현되는 청색을 적색 및 황색으로 변환시키는 유기 형광체층을 포함하되,
상기 유기 형광체층은 청색을 적색으로 변환시키는 Eu-유기 화합물, 및 청색을 황색으로 변환시키는 루브렌을 포함하는 백색 유기발광소자를 제공한다.
이때, 상기 유기 형광체층은 Eu-유기 화합물 0.1 내지 40.0 중량부, 및 루브 렌 0.1 내지 40.0 중량부를 포함하는 것이 좋다.
본 발명에 따르면, 기판 상에 형성된 제1전극과 제2전극의 사이에 청색 발광층이 위치하되, 상기 기판의 하부에 유기 형광체층이 형성되되, 상기 유기 형광체층은 청색 발광층에서 구현(생성)되는 청색을 적색 및 황색으로 변환시키는 Eu-유기 화합물 및 루브렌을 포함하여, 색 안정성 및 색변환 효율이 우수하고, 제조공정이 간단한 효과를 갖는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 구현예를 도시한 것으로서, 이는 본 발명의 이해를 돕도록 하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명에 따른 백색 유기발광소자의 바람직한 형태에 따른 단면 구성도를 보인 것이다.
도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 백색 유기발광소자는 기판(10); 상기 기판(10) 상에 형성된 제1전극(20); 상기 제1전극(20) 상에 형성된 제1유기박막층(30); 상기 제1유기박막층(30) 상에 형성된 청색 발광층(40); 상기 청색 발광층(40) 상에 형성된 제2유기박막층(50); 및 상기 제2유기박막층(50) 상에 형성된 제2전극(60)을 포함하되, 상기 기판(10)의 하부에 형성된 유기 형광체층(70)을 더 포함한다.
상기 기판(10)은, 예를 들어 유리 기판이나 플라스틱 기판으로부터 선택될 수 있다. 기판(10)은 바람직하게는 투명이며, 플렉시블이어도 좋다.
또한, 상기 제1전극(20)과 제2전극(60)은 양극 및 음극 중에서 선택된다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 제1전극(20)이 양극이면, 제2전극(60)은 음극이다. 상기 제1전극(20)과 제2전극(60)을 구성하는 물질은 통상과 같다. 예를 들어, 제1전극(20)과 제2전극(60)은 ITO(Indium Tin Oxide) 및 IZO(Indium Zinc Oxide) 등으로부터 선택된 산화물 투명전극, 및 Ag, Al, Ni, Pt, Pd 또는 이들의 합금으로부터 선택된 금속 전극으로부터 선택될 수 있다.
이때, 상기 제1전극(20)이 양극인 경우, 상기 제1유기박막층(30)은 정공주입층 및 정공수송층 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1유기박막층(30)은 정공주입층 또는 정공수송층을 포함하거나, 정공주입층과 정공수송층 둘 모두를 포함할 수 있다. 이때, 상기 정공주입층 및 정공수송층은 통상과 같은 물질이 사용될 수 있다. 상기 정공주입층은 청색 발광층(40)으로의 정공의 주입을 용이하게 하는 층으로서, 예를 들어 통상적으로 사용되는 CuPc, TNATA, TCTA, TDAPB 및 TDATA 등과 같은 저분자 유기물, 또는 PANI 및 PEDOT 등과 같은 고분자 유기물 등으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 또한, 상기 정공수송층은 청색 발광층(40)으로의 정공의 수송을 용이하게 하는 층으로서, 예를 들어 통상적으로 사용되는 α-NPB, TPD, s-TAD 및 MTADATA 등과 저분자 유기물, 또는 PVK 등과 같은 고분자 유기물 등으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.
또한, 상기 제2전극(60)이 음극인 경우, 상기 제2유기박막층(50)은 전자주입층, 전자수송층 및 정공저지층 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2유기박막층(50)은 전자주입층, 전자수송층 또는 정공저지층이거나, 전자주입층/전자수송층, 전자주입층/정공저지층, 전자수송층/정공저지층, 또는 전자주입층/전자수송층/정공저지층으로서 1층 또는 2층 이상의 다층 구조를 가질 수 있다. 이때, 상기 전자주입층, 전자수송층 및 정공저지층은 통상과 같은 물질이 사용될 수 있다. 상기 전자주입층은 청색 발광층(40)으로의 전자의 주입을 용이하게 하는 층으로서, 예를 들어 통상적으로 사용되는 LiF, 갈륨 혼합물(Ga complex) 및 PBD 등으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 또한, 상기 전자수송층은 청색 발광층(40)으로의 전자의 수송을 용이하게 하는 층으로서, 예를 들어 통상적으로 사용되는 PBD, TAZ 및 spiro-PBD 등으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 아울러, 상기 정공저지층은 음극으로의 정공의 이송을 저지하는 층으로서, 예를 들어 통상적으로 사용되는 PBD 등을 사용할 수 있다.
상기 청색 발광층(40)은 청색의 광을 구현(생성)하는 것으로서, 이는 통상과 같은 청색 유기 발광체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 청색 발광층(40)은 디스티릴아릴렌(distyrylarylene; DSA), 디스티릴아릴렌 유도체, 디스티릴벤젠(distyrylbenzene; DSB), 디스티릴벤젠 유도체, DPVBi(4,4'-bis(2,2'-diphenyl vinyl)-1,1'-biphenyl), DPVBi 유도체, 스파이로-DPVBi 및 스파이로-6P(spiro-sexyphenyl) 등으로 이루어진 군중에서 선택되는 하나 이상의 청색 유기 발광체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 청색 발광층(40)은 스티릴아민(styrylamine)계, 페릴렌(pherylene)계 및 DSBP(distyrylbiphenyl)계로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 도판트 물질을 더 포함할 수 있다. 아울러, 상기 청색 발광층(40)은 제1유기박막층(30)과 제2유기박막층(50)의 사이에 1층 또는 2층 이상 형성될 수 있다.
상기 유기 형광체층(70)은 기판(10)의 하부에 형성되되, 이는 상기 청색 발광층(40)에서 구현(생성)되는 청색을 적색 및 황색으로 변환시키는 유기 형광체를 포함한다. 구체적으로, 상기 유기 형광체층(70)은 청색 발광층(40)의 청색을 적색으로 변환시키는 Eu-유기 화합물과 청색 발광층(40)의 청색을 황색으로 변환시키는 루브렌을 포함한다. 이때, 상기 유기 형광체, 즉 Eu-유기 화합물 및 루브렌은 청색 발광층(40)에서 구현되는 청색의 일부를 적색 및 황색으로 변환시켜 백색광을 구현시킨다. 본 발명에 따르면, 상기 Eu-유기 화합물 및 루브렌은 청색을 각각 적색 및 황색으로 변환시키는 색변환 효율이 좋으며, 우수한 색 안정성을 갖게 하여 고휘도의 백생광을 구현시킨다.
본 발명에서 상기 Eu-유기 화합물은 유기 화합물에 금속으로서 유로퓸(Eu)이 함유된 Eu/유기 복합물이다. 본 발명의 바람직한 형태에 따라서, 상기 Eu-유기 화합물은 하기 화학식 1 내지 화학식 4로부터 선택된 하나 이상이 좋다. 구체적으로, 상기 Eu-유기 화합물은 하기 화학식 1 내지 화학식 4로부터 선택된 어느 하나를 사용하거나, 이들 중에서 선택된 2 이상을 혼합하여 사용하는 것이 좋다.
[화학식 1]
Figure 112009038607232-PAT00001
(위 식에서, n은 1 ~ 20의 정수이다.)
[화학식 2]
Figure 112009038607232-PAT00002
(위 식에서, n은 1 ~ 20의 정수이다.)
[화학식 3]
Figure 112009038607232-PAT00003
(위 식에서, n은 1 ~ 20의 정수이다.)
[화학식 4]
Figure 112009038607232-PAT00004
(위 식에서, n은 1 ~ 20의 정수이다.)
상기 화학식 1 내지 화학식 4로 표시되는 Eu-유기 화합물은 청색을 적색으로 변환시키는 색변환 효율이 좋으며, 이와 함께 우수한 색 안정성을 갖게 하여 본 발명에 유용하게 적용된다. 보다 바람직하게는, 상기 화학식 1 내지 화학식 4에서 n은 2 ~ 5이다.
또한, 상기 루브렌은 하기 화학식 5로 표시될 수 있다. 하기 화학식 5로 표 시되는 루브렌(5,6,11,12-tetraphenylnaphthacene)은 청색을 황색으로 변환시키는 색변환 효율이 좋으며, 이와 함께 우수한 색 안정성을 갖게 하여 본 발명에 유용하게 적용된다.
[화학식 5]
Figure 112009038607232-PAT00005
한편, 상기 유기 형광체층(70)은 Eu-유기 화합물 0.1 내지 40.0 중량부, 및 루브렌 0.1 내지 40.0 중량부를 포함하는 것이 좋다. 구체적으로, 유기 형광체층(70) 전체 중량 기준으로 Eu-유기 화합물이 0.1 내지 40.0 중량부, 루브렌이 0.1 내지 40.0 중량부로 포함되는 것이 좋다. 이때, Eu-유기 화합물 및 루브렌이 0.1 중량부 미만인 경우 색변환 효율이 낮을 수 있으며, 이와 반대로 40.0 중량부를 초과한 경우 백색 휘도가 낮을 수 있다.
또한, 상기 유기 형광체층(70)은 기판(10)과 유기 형광체(Eu-유기 화합물 및 루브렌)의 결합력을 도모하기 위한 호스트 물질을 포함할 수 있다. 이러한 호스트 물질은 유기 형광체층(70) 전체 중량 기준으로 20.0 ~ 99.8 중량부로 포함될 수 있 다. 이때, 상기 호스트 물질은, 예를 들어 카바졸계(카바졸 또는 카바졸 유도체), 아릴아민계 및 스피로계 등으로 이루어진 군중에서 선택되는 하나 이상을 사용될 수 있다. 바람직하게는, 상기 호스트 물질은 하기 화학식 6으로 표시되는 카바졸 유도체를 유용하게 사용될 수 있다.
[화학식 6]
Figure 112009038607232-PAT00006
(위 식에서, n은 1 이상의 정수이다.)
도 3에 보인 바와 같이 유기 형광체(Eu-유기 화합물 및 루브렌)는 카바졸 유도체 매트릭스 내에 균일하게 분산된 구조를 갖는다. 이때, 상기 화학식 6에서 n은 1 ~ 200의 정수가 될 수 있으며, 보다 구체적으로는 n은 1 ~ 50의 정수가 될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따르면, 유기 형광체층(70)이 청색 발광층(40)에서 구현(생성)되는 청색을 적색 및 황색으로 변환시키는 Eu-유기 화합물 및 루브렌을 포함하여, 우수한 색 안정성과 색변환 효율을 갖는다. 또한, 본 발명에 따르면, 색 변환을 위한 유기 형광체층(70)이 기판(10)의 표면, 즉 기판(10)의 하부 면 에 형성됨으로써, 종래와 같이 양극 및 음극의 사이에 형성시키는 공정보다 간단하여 유기발광소자의 제조공정이 개선되는 효과를 갖는다. 이에 따라, 본 발명에 따른 백색 유기발광소자는 고휘도의 백색광을 구현하면서 저가격으로 보급될 수 있다.
도 1은 종래 제1기술에 따른 백색 유기발광소자의 단면 구성도이다.
도 2는 종래 제2기술에 따른 백색 유기발광소자의 단면 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 백색 유기발광소자의 바람직한 형태에 따른 단면 구성도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 기판 20 : 제1전극
30 : 제1유기박막층 40 : 청색 발광층
50 : 제2유기박막층 60 : 제2전극
70 : 유기 형광체층

Claims (6)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성된 제1전극;
    상기 제1전극 상에 형성된 제1유기박막층;
    상기 제1유기박막층 상에 형성된 청색 발광층;
    상기 청색 발광층 상에 형성된 제2유기박막층;
    상기 제2유기박막층 상에 형성된 제2전극; 및
    상기 기판의 하부에 형성되고, 상기 청색 발광층에서 구현되는 청색을 적색 및 황색으로 변환시키는 유기 형광체층을 포함하되,
    상기 유기 형광체층은 청색을 적색으로 변환시키는 Eu-유기 화합물, 및 청색을 황색으로 변환시키는 루브렌을 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 유기발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유기 형광체층은 Eu-유기 화합물 0.1 내지 40.0 중량부, 및 루브렌 0.1 내지 40.0 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 유기발광소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 Eu-유기 화합물은 하기 화학식 1 내지 화학식 4로부터 선택된 하나 이 상인 것을 특징으로 하는 백색 유기발광소자.
    [화학식 1]
    Figure 112009038607232-PAT00007
    (위 식에서, n은 1 ~ 20의 정수이다.)
    [화학식 2]
    Figure 112009038607232-PAT00008
    (위 식에서, n은 1 ~ 20의 정수이다.)
    [화학식 3]
    Figure 112009038607232-PAT00009
    (위 식에서, n은 1 ~ 20의 정수이다.)
    [화학식 4]
    Figure 112009038607232-PAT00010
    (위 식에서, n은 1 ~ 20의 정수이다.)
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 유기 형광체층은 카바졸 유도체를 포함하되, 상기 카바졸 유도체는 하기 화학식으로 표시되는 것을 특징으로 하는 백색 유기발광소자.
    [화학식]
    Figure 112009038607232-PAT00011
    (위 식에서, n은 1 이상의 정수이다.)
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1전극은 양극이고, 상기 제2전극은 음극인 것을 특징으로 하는 백색 유기발광소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1유기박막층은 정공주입층 및 정공수송층 중에서 선택된 하나 이상을 포함하고, 상기 제2유기박막층은 전자주입층, 전자수송층 및 정공저지층 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 유기발광소자.
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