KR20110000972A - 탠덤형 유기전계발광소자 - Google Patents

Abstract

탠덤형 유기전계발광소자를 제공한다. 탠덤형 유기전계발광소자는 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재된 둘 이상의 발광유닛들 및 상기 발광유닛들 사이에 개재된 버퍼층을 구비하며, 상기 버퍼층은 하기 화학식 1로 표시되는 유기화합물을 포함한다. 본 발명에 따르면, 복수개의 발광유닛들 및 상기 발광유닛들 사이에 버퍼층을 형성함으로써 소자의 발광효율 및 수명 특성을 향상시킬 수 있으며, 유기화합물로 버퍼층을 형성함으로써 소자의 안정성 및 제조 공정 상의 편리성을 도모할 수 있다.

<화학식 1>

Description

탠덤형 유기전계발광소자 {Tandem organic light emitting device}

본 발명은 유기전계발광소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 둘 이상의 발광유닛을 구비한 탠덤형 유기전계발광소자에 관한 것이다.

유기전계발광소자(OLED)는 외부에서 인가된 전위에 의해 빛을 방출하는 발광층으로 유기화합물을 포함하는 소자로서, 자체발광, 고속응답, 광시야각, 초박형, 고화질, 저전압 구동 등의 장점을 바탕으로 디스플레이 및 조명 등 다양한 분야에서 이상적인 소자로서 주목받고 있다. 유기전계발광소자는 전류 구동형 소자이며, 휘도는 전류밀도에 대체로 비례하기 때문에 고휘도를 얻기 위해서는 높은 전류밀도가 필요하다. 그러나, 소자의 수명은 전류밀도에 반비례하므로 고휘도의 발광은 필연적으로 소자의 수명 단축을 가져오게 된다. 따라서, 유기전계발광소자가 다양한 분야 등에서 상용화되기 위해서는 소자의 발광 효율을 높여 가능한 낮은 전류 밀도에서 원하는 휘도값를 가질 수 있도록 하며, 소자의 수명도 향상시킬 수 있도록 하는 것이 중요하다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 발광 효율 및 수명 특성이 향상된 유기전계발광소자를 제공함에 있다.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명은 탠덤형 유기전계발광소자를 제공한다. 상기 소자는 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재된 둘 이상의 발광유닛들 및 상기 발광유닛들 사이에 개재된 버퍼층을 구비하며, 상기 버퍼층은 하기 화학식 1로 표시되는 유기화합물을 포함한다.

<화학식 1>

상기 제1 전극과 상기 제2 전극 중 적어도 어느 하나는 스펙트럼의 가시영역에서 50% 이상의 광투과율을 갖는 전극일 수 있다.

상기 발광유닛들은 정공수송층, 상기 정공수송층 상에 위치한 발광층 및 상기 발광층 상에 위치한 전자수송층을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 정공수송층이 제1 전극에 접촉하여 위치하는 발광유닛을 구성하는 경우, 상기 정공수송층과 제1 전극 사이에 정공주입층을 더 포함하며, 상기 전자수송층이 제2 전극에 접촉하여 위치하는 발광유닛을 구성하는 경우, 상기 전자수송층과 제2 전극 사이에 전자주입층을 더 포함할 수 있다.

상기 발광층들은 각각 독립하여 적색, 녹색, 청색 또는 백색 광을 방출할 수 있으며, 상기 발광유닛들에서 방출되는 광의 조합에 의해 백색 광을 방출할 수도 있다.

상기 버퍼층의 두께는 1nm 내지 100nm일 수 있다. 상기 버퍼층은 스핀 코팅, 딥 코팅, 드롭 코팅, 스프레이 코팅 및 잉크젯 프린팅으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 방법으로 형성될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 복수개의 발광유닛들 및 상기 발광유닛들 사이에 버퍼층을 형성함으로써 소자의 발광효율 및 수명 특성을 향상시킬 수 있으며, 유기화합물로 버퍼층을 형성함으로써 소자의 안정성 및 제조 공정 상의 편리성을 도모할 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탠덤형 유기전계발광소자를 나타낸 단면도이다.

도 1을 참조하면, 탠덤형 유기전계발광소자는 기판(10), 제1 전극(20), 제2 전극(50), 상기 제1 전극(20)과 제2 전극(50) 사이에 개재된 둘 이상의 발광유닛들(30.1 내지 30.N, N≥2인 정수) 및 상기 발광유닛들(30.1 내지 30.N, N≥2인 정수) 사이에 개재된 버퍼층(40.1 내지 40.N-1, N≥2인 정수)을 포함한다. 예를 들어, 상기 N이 3인 경우, 기판(10) 상에 제1 전극(20), 제1 발광유닛(30.1), 제1 버퍼층(40.1) 및 제2 발광유닛(30.2)이 차례로 위치하고, 계속해서 제2 버퍼층(40.2), 제3 발광유닛(30.3)이 차례로 위치하며, 제2 전극(50)은 제3 발광유닛 상에 위치하는 구조를 갖는다.

상기 제1 전극(20)은 투명전극 또는 반사전극으로 형성할 수 있다. 상기 제1 전극(20)이 투명전극인 경우 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)를 사용하여 형성할 수 있고, 상기 제1 전극(20)이 반사전극인 경우 Ag, Al, Ni, Pt, Pd 또는 이들의 합금을 사용하여 형성할 수 있다. 이로써, 상기 제1 전극(20)을 애노드로 형성할 수 있다.

상기 발광유닛들(30.1 내지 30.N, N≥2인 정수)은 도 2에 도시된 바와 같이, 정공수송층(32), 상기 정공수송층(32) 상에 위치한 발광층(34) 및 상기 발광층(34) 상에 위치한 전자수송층(36)을 포함할 수 있다. 상기 정공수송층(32)은 상기 발광층(34)으로의 정공의 수송을 용이하게 하는 층으로 α-NPB, TPD, s-TAD, MTADAT 또는 PVK 등과 같은 재료를 사용하여 형성할 수 있다. 상기 전자수송층(36) 은 상기 발광층(34)으로의 전자의 수송을 용이하게 하는 층으로 예를 들어, PBD, TAZ, spiro-PBD, Alq3, BAlq 또는 SAlq 등과 같은 재료를 사용하여 형성할 수 있다. 이 경우, 상기 정공수송층(32)은 제1 전극(20)에 가까운 방향으로 배치되며, 상기 전자수송층(36)은 제2 전극(50)에 가까운 방향으로 배치된다. 각각의 발광유닛은 반드시 동일한 구성으로 반복될 필요는 없고, 소자의 성능을 최적화하거나 목적하는 속성, 예를 들어 광투과성, 구동전압, 휘도효율, 광방출 색상, 제조능 및 소자 안정성 등이 달성되도록 적절하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 제1 발광유닛은 정공주입층/정공수송층/발광층/전자수송층으로 구성되고, 제2 발광유닛은 정공수송층/발광층/전자수송층으로 구성되며, N번째 발광유닛은 정공수송층/발광층/전자수송층/전자주입층으로 구성될 수도 있다. 이 경우, 상기 정공주입층은 상기 발광층으로의 정공의 주입을 용이하게 하는 층으로 예를 들어, CuPc, TNATA, TCTA, TDAPB, TDATA, DNTPD, PANI 또는 PEDOT 등과 같은 재료를 사용하여 형성할 수 있으며, 상기 전자주입층은 상기 발광층으로의 전자의 주입을 용이하게 하는 층으로 예를 들어, Alq3, LiF, 갈륨 혼합물(Ga complex) 또는 PBD 등과 같은 재료를 사용하여 형성할 수 있다. 상기 발광유닛들(30.1 내지 30.N, N≥2인 정수)은 각 발광유닛 별로 선택되는 발광층(34)의 발광물질 및 적층 양상 등에 따라 각각 독립하여 적색, 녹색, 청색 또는 백색 광을 방출할 수 있으며, 각 발광유닛들에서 방출되는 광의 조합에 의해 백색 광을 방출할 수도 있다.

본 발명에 따르면, N개(N≥2인 정수)의 발광유닛을 갖는 탠덤형 소자는 하나의 발광유닛을 사용한 소자보다 동일 전류밀도에서 약 N배 높은 발광효율을 나타 낼 수 있다. 수명 양상에서 본다면, 탠덤형 소자는 하나의 발광유닛을 사용한 소자와 동일한 휘도를 얻기 위해서 약 1/N의 전류밀도만을 필요로 하므로 보다 긴 수명 특성을 확보할 수 있다.

상기 버퍼층(40.1 내지 40.N-1, N≥2인 정수)은 하기 화학식 1로 표시되는 유기화합물을 포함한다.

<화학식 1>

상기 화학식 1로 표시되는 유기화합물을 포함하는 버퍼층(40.1 내지 40.N-1, N≥2인 정수)은 본 발명의 탠덤형 유기전계발광소자에 있어서, 효과적인 전하 주입능 및 높은 광학 투명성을 제공한다. 즉, 상기 버퍼층(40.1 내지 40.N-1, N≥2인 정수)은 발광유닛들 사이에 위치하면서 인접하는 발광유닛들을 구성하는 층 중 정공수송층으로는 정공 주입이, 전자수송층으로는 전자 주입이 효과적으로 일어날 수 있게 해주며, 높은 광학 투명성을 바탕으로 발광유닛에서 발생된 빛이 소자 밖으로 효과적으로 방출될 수 있도록 해준다. 또한, 상기 버퍼층(40.1 내지 40.N-1, N≥2인 정수)을 사용하는 경우, 금속, 다른 무기 물질 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것과는 달리, 발광유닛의 유기층과의 융화성을 높여 소자의 안정성을 개선시킬 수 있고, 습식공정을 통해 제조할 수 있으므로 상온, 상압에서 대면적의 소자 구현이 가능하다. 상기 습식공정으로는 스핀 코팅(spin coating), 딥 코팅(dip coating), 드롭 코팅(drop coating), 스프레이 코팅(spray coating), 잉크젯 프린팅(inkjet printing) 등의 용액공정이 가능하다. 상기 버퍼층의 두께는 1nm 내지 100nm인 것이 바람직하다. 두께가 1nm 이하인 경우 실질적인 전하주입 효과를 발휘하기 어렵고, 두께가 100nm 이상인 경우 소자 내 전류밀도 감소를 초래할 수 있기 때문이다.

상기 제2 전극(50)은 Li, Mg, Al, Ca, Ag, Al-Li, Mg-In 또는 Mg-Ag 등을 사용하여 형성할 수 있으며, 투명전극인 경우는 광을 투과할 수 있을 정도로 얇게 형성하고, 반사전극인 경우는 두껍게 형성한다. 이로써, 상기 제 2 전극(50)은 캐소드로 형성할 수 있다. 상기 제 1 전극(20)과 상기 제 2 전극(50) 중 적어도 어느 하나는 스펙트럼의 가시영역에서 50% 이상의 광투과율을 갖는 전극으로 형성한다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실험예(example)를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.

<제조예 1>

기판 상에 제1 전극으로 ITO를 형성하였다.

제1 발광유닛의 제조를 위해, 상기 ITO 상에 정공주입층으로 DNTPD를 600Å의 두께로 형성한 후, 그 위에 정공수송층으로 NPB를 200Å의 두께로 형성하였다. ADN(호스트)에 2중량%의 BCzVBI(청색 도판트)를 도핑하여 상기 정공수송층 상에 200Å의 두께로 청색 발광층을 형성하고, 청색 발광층 상에 전자수송층으로 Alq3를 250Å의 두께로 형성하였다.

이어서, 상기 제1 발광유닛 상에 제1 버퍼층으로 헥사아자트리페닐렌 헥사나이트릴(hexaazatriphenylene hexanitrile)을 100Å의 두께로 형성하였다.

다음, 상기 제1 버퍼층 상에 상기 제1 발광유닛의 제조방법과 동일한 방법을 수행하여 제2 발광유닛을 형성하였다.

마지막으로, 제2 발광유닛 상에 투명한 성질을 가진 제2 전극으로 Mg-Ag 합금(Mg:Ag=9:1)을 150Å 두께로 형성하였다.

<제조예 2>

상기 제조예 1에서 수행한 방법과 동일한 방법을 수행하여 기판 상에 제1 전극, 발광유닛, 버퍼층 및 제2전극을 제작하되, 제2 버퍼층과 제3 발광유닛을 추가하여 기판/제1 전극/제1 발광유닛/제1 버퍼층/제2 발광유닛/제2 버퍼층/제3 발광유닛/제2 전극으로 이루어진 소자를 제작하였다.

<비교예>

기판 상에 제1 전극으로 ITO를 형성하고, 상기 ITO 상에 정공주입층으로 DNTPD를 600Å의 두께로 형성한 후, 그 위에 정공수송층으로 NPB를 200Å의 두께로 형성하였다. ADN(호스트)에 2중량%의 BCzVBI(청색 도판트)를 도핑하여 상기 정공수 송층 상에 200Å의 두께로 청색 발광층을 형성하고, 청색 발광층 상에 전자수송층으로 Alq3를 250Å의 두께로 형성하였다. 마지막으로, 전자수송층 상에 투명한 성질을 가진 제2 전극으로 Mg-Ag 합금(Mg:Ag=9:1)을 150Å 두께로 형성하였다.

상기 제조예들 및 상기 비교예에 따라 제조된 유기전계발광소자의 특성을 하기 표 1에 나타내었다.

[표 1]

	전압(V)	효율(cd/A)
제조예 1	6	4.25
제조예 2	6	8.5
비교예	6	13.8

도 3은 상기 제조예들 및 상기 비교예에 따라 제조된 유기전계발광소자의 효율 특성을 나타낸 그래프이다.

표 1과 도 3을 참조하면, 두 개의 발광유닛을 사용한 소자(제조예 1) 및 세 개의 발광유닛을 사용한 소자(제조예 2)는 하나의 발광유닛을 사용한 소자(비교예 1)에 비해 동일한 전압 하에서 각각 2배 및 3배의 발광효율을 나타냄을 알 수 있다.

따라서, 탠덤형 발광유닛과 버퍼층의 도입으로 소자의 효율을 향상시킬 수 있으며, 하나의 발광유닛을 사용한 소자와 동일한 휘도를 얻기 위해서는 적은 전류밀도 만을 필요로 하므로 보다 긴 수명 특성을 확보할 수 있다. 또한, 버퍼층을 유 기화합물로 형성함으로써 발광유닛의 유기층과의 융화성을 높여 소자의 안정성을 향상시키는 한편, 제조 공정 상의 편리성을 도모할 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형 및 변경이 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탠덤형 유기전계발광소자를 나타낸 단면도이다.

도 2는 본 발명에 있어 발광유닛으로 구성 가능한 층 구조 중 일부를 나타낸 단면도이다.

도 3은 제조예들 및 상기 비교예에 따라 제조된 유기전계발광소자의 효율 특성을 나타낸 그래프이다.

Claims (8)

1. 제1 전극;

   제2 전극;

   상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재된 둘 이상의 발광유닛들; 및

   상기 발광유닛들 사이에 개재된 버퍼층을 구비하며,

   상기 버퍼층은 하기 화학식 1로 표시되는 유기화합물을 포함하는 탠덤형 유기전계발광소자.

   <화학식 1>

   
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 전극과 상기 제2 전극 중 적어도 어느 하나는 스펙트럼의 가시영역에서 50% 이상의 광투과율을 갖는 전극인 탠덤형 유기전계발광소자.
3. 제1항에 있어서, 상기 발광유닛들은,

   정공수송층;

   상기 정공수송층 상에 위치한 발광층; 및

   상기 발광층 상에 위치한 전자수송층을 포함하는 탠덤형 유기전계발광소자.
4. 제3항에 있어서,

   상기 정공수송층이 제1 전극에 접촉하여 위치되는 발광유닛을 구성하는 경우, 상기 정공수송층과 제1 전극 사이에 정공주입층을 더 포함하며,

   상기 전자수송층이 제2 전극에 접촉하여 위치하는 발광유닛을 구성하는 경우, 상기 전자수송층과 제2 전극 사이에 전자주입층을 더 포함하는 탠덤형 유기전계발광소자
5. 제1항에 있어서,

   상기 발광유닛들은 각각 독립하여 적색, 녹색, 청색 또는 백색 광을 방출하는 탠덤형 유기전계발광소자.
6. 제1항에 있어서,

   상기 발광유닛들에서 방출되는 광의 조합에 의해 백색 광을 방출하는 탠덤형 유기전계발광소자.
7. 제1항에 있어서,

   상기 버퍼층의 두께는 1nm 내지 100nm인 탠덤형 유기전계발광소자.
8. 제1항에 있어서,

   상기 버퍼층은 스핀 코팅, 딥 코팅, 드롭 코팅, 스프레이 코팅 및 잉크젯 프린팅으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 방법으로 형성되는 것인 탠덤형 유기전계발광소자.

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