KR20110039810A - 유기 발광 소자 - Google Patents
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Abstract
Al계 반사막 및 투명 도전성막을 포함한 제1전극 및 탄소계 물질-함유막을 구비한 유기 발광 소자가 제시된다.
유기 발광 소자
Description
유기 발광 소자에 관한 것이다.
유기 발광 소자(organic light emitting diode)는 자발광형 소자로 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라, 응답시간이 빠르며, 휘도, 구동전압 및 응답속도 특성이 우수하고 다색화가 가능하다는 장점을 가지고 있다.
일반적인 유기 발광 소자는 기판 상부에 애노드가 형성되어 있고, 이 애노드 상부에 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 캐소드가 순차적으로 형성되어 있는 구조를 가질 수 있다. 여기에서 정공수송층, 발광층 및 전자수송층은 유기화합물로 이루어진 유기 박막들이다.
상술한 바와 같은 구조를 갖는 유기 발광 소자의 구동 원리는 다음과 같다.
상기 애노드 및 캐소드간에 전압을 인가하면, 애노드로부터 주입된 정공은 정공수송층을 경유하여 발광층으로 이동하고, 캐소드로부터 주입된 전자는 전자수송층을 경유하여 발광층으로 이동한다. 상기 정공 및 전자와 같은 캐리어들은 발광층 영역에서 재결합하여 엑시톤(exiton)을 생성한다. 이 엑시톤이 여기 상태에서 기저상태로 변하면서 광이 생성된다.
효율 및 전력 효율이 향상된 유기 발광 소자를 제공하는 것이다.
기판; 상기 기판 상의 제1전극; 제2전극; 및 상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에 개재된 유기층;을 포함하고, 상기 제1전극은 제1원소 및 Ni을 포함한 Al계 반사막; 및 투명 도전성막을 포함하고, 상기 제1원소는 La, Ce, Pr, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Tb 및 Lu로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 원소이고, 상기 Al계 반사막 및 상기 투명 도전성막은 상기 기판으로부터 차례로 적층되어 있고, 상기 제1전극과 상기 유기층 사이에 탄소계 물질-함유막이 개재된 유기 발광 소자가 제공된다.
상기 Al계 반사막은 AlxNi 상(phase)(여기서, x는 원자%로서 2.5 내지 3.5임)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 AlxNi 상(phase)(여기서, x는 원자%로서 2.5 내지 3.5임)이 상기 투명 도전성막과 접촉하여 형성될 수 있다.
상기 Al계 반사막 중 상기 투명 도전성막과 접촉한 일면에 Al 또는 Ni이 풍부한 산화물층(Ni rich oxide layer)이 존재할 수 있다.
상기 Al계 반사막 중 Ni의 함량은 0.6중량% 내지 5중량%일 수 있다.
상기 제1원소는 La을 포함할 수 있다.
상기 Al계 반사막 중 상기 제1원소의 함량은 0.1중량% 내지 3중량%일 수 있 다.
상기 투명 도전성막은 ITO (Indium Tin Oxide) 또는 산화주석 (SnO2)으로 이루어질 수 있다.
상기 탄소계 물질-함유막 중 탄소계 물질은 풀러렌계 화합물, 금속-함유 풀러렌계 착화합물, 탄소나노튜브, 탄소섬유(carbon fiber), 카본 블랙, 흑연, 카르빈(carbine), MgC60, CaC60, 및 SrC60으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 제1전극은 제2원소-함유 아연 산화물막을 더 포함하고, 상기 제2원소는 Al(알루미늄), In(인듐), Ga(갈륨), Ge(게르마늄), Gd(가돌리늄), Zr(지르코늄), Mo(몰리브데늄), 및 Ni(니켈)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 원소일 수 있다. 여기서, 상기 기판으로부터 상기 제1원소 및 Ni을 포함한 Al계 반사막, 투명 도전성막, 및 제2원소-함유 아연 산화물막은 차례로 적층되어 있을 수 있다.
상기 제2원소-함유 아연 산화물막 중 상기 제2원소의 함량은 상기 제2원소-함유 아연 산화물막 100중량부 당 0.5중량부 내지 20중량부일 수 있다.
상기 유기 발광 소자의 효율 및 전력 효율 특성이 개선된다.
도 1은 본 발명의 일 구현예를 따르는 유기 발광 소자(10)의 일 구현예의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다. 유기 발광 소자(10)는 기판(1), 제1전극(5), 탄소계 물질-함유막(6) 및 유기막(7) 및 제2전극(9)이 차례로 적층된 구조를 갖는 다. 상기 제1전극(5)는 제1원소 및 Ni을 포함한 Al계 반사막(5a) 및 투명 도전성막(5b)을 포함하는데, 상기 Al계 반사막(5a)과 상기 투명 도전성막(5b)은 상기 기판(1)으로부터 차례로 적층되어 있다.
상기 기판(1)으로는, 통상적인 유기 발광 소자에서 사용되는 기판을 사용할 수 있는데, 기계적 강도, 열적 안정성, 투명성, 표면 평활성, 취급용이성 및 방수성이 우수한 유리 기판 또는 투명 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
상기 기판(1) 상에는 제1원소 및 Ni을 포함한 Al계 반사막(5a)이 형성되어 있다. 상기 제1원소는 La, Ce, Pr, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Tb 및 Lu로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 원소일 수 있다.
상기 Al계 반사막(5a)은 반사율이 높아서 유기 발광 소자의 광효율을 개선할 수 있다. 또한, 상기 Al계 반사막(5a)은 Al의 특성상 열적 안정성이 높아서 고온의 제조 공정에 노출되더라도, 내구성이 뛰어나다. 뿐만 아니라, 상기 Al계 반사막(5a)은 이와 인접하여 형성되는 무기층 또는 유기층과의 부착 특성 또한 우수하다.
도 2는 통상의 TFT 기판 상에 2중량%의 Ni 및 0.35중량%의 La을 포함한 Al계 반사막을 형성한 후, 상기 Al계 반사막 상부에 ITO 투명 도전성막을 형성한 다음, 이를 관찰한 현미경 사진이다. 도 2의 캐소드 접합부(도 2의 중앙부)에서 실질적으로 Al계 반사막 및 ITO 투명 도전성막이 탈막되지 않은 것을 확인할 수 있다.
상기 Al계 반사막(5a) 상에는 투명 도전성막(5b)이 Al계 반사막(5a)과 접촉하여 형성되어 있는데, 상기 Al계 반사막(5a)과 투명 도전성막(5b) 간에는 전위차 에 의한 갈바닉 부식 현상이 실질적으로 일어나지 않을 수 있다.
갈바닉 (Galvanic) 부식은 서로 다른 종류의 두 금속이 가까이 있을 때 그 두 금속의 전위차로 인하여 전압이 발생하여 전류가 흐르며 전기가 발생하는 현상을 의미한다. 이와 같이 전기적으로 접촉하고 있는 서로 다른 금속은 계면에서의 일함수의 차이에 의해 활성이 큰 (낮은 전위의) 금속이 양극으로 작용하고, 상대적으로 활성이 낮은 (높은 전위의) 금속이 음극으로 작용하게 된다. 이 때, 상기 두 금속이 부식성 용액에 노출될 때 상기 금속간의 전위차로 인해 양 금속에서 부식이 발생하게 되면 이를 갈바닉 부식 (Galvanic Corrosion)이라고 하며, 활성이 큰 양극은 단독으로 존재할 때보다 빠른 속도로 부식되고, 활성이 낮은 음극은 느린 속도로 부식이 진행된다. 이러한 갈바닉 부식 현상이 서로 다른 물질로 이루어진 2개의 전극층 사이의 계면을 따라 확산되면 상기 전극들 간의 콘택 저항이 급격히 상승되어 매우 불안정한 저항 산포를 보일 수 있다. 이로써, 상기 2개의 전극층을 구비한 유기 발광 소자 구동시 픽셀 간의 색의 구현이 일부는 밝게, 일부는 어둡게 구현되는 등의 휘도 불균일 현상이 발생하여 구현되는 화면의 품질이 크게 저하될 수 있는 등, 갈바닉 부식은 유기 발광 소자의 품질 저하의 한 요인이 될 수 있다.
그러나, 상기 Al계 반사막(5a)는 후술하는 바와 같은 제1원소를 포함하는 바, 상술한 바와 같은 갈바닉 부식은 상기 Al계 반사막(5a)와 투명 도전성막(5b) 사이에서 실질적으로 일어나지 않을 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 구현예를 따르는 유기 발광 소자는 우수한 품질을 가질 수 있다.
도 3a 및 3b는 각각 통상의 TFT 기판 상에 2중량%의 Ni 및 0.35중량%의 La을 포함한 Al계 반사막을 형성한 후, 상기 Al계 반사막 상부에 ITO 투명 도전성막을 형성하고, 이를 관찰한 현미경 사진이다. 도 3a 및 3b에 따르면, Al계 반사막 및 ITO 투명 도전성막 사이에 실질적으로 갈바닉 부식이 발생하지 않았음을 확인할 수 있다.
상기 Al계 반사막(5a)은 Ni을 포함한다. 그 결과, 상기 Al계 반사막(5a)은 AlxNi 상(phase)(여기서, x는 원자%로서 2.5 내지 3.5임)을 포함할 수 있다. x는 상기 범위 내에서 다양하게 변화할 수 있다.
도 4a는 Ti층(B층) 상부에 형성되어 있으며 2중량%의 Ni 및 0.35중량%의 La을 포함한 Al계 반사막(A층)의 단면을 관찰한 TEM 사진이고, 도 4b는 도 4a 중 회색 구형 덩어리로 관찰되는 이상 성장 결정립(제1측정 지점 및 제2측정 지점)을 EDS반정량법으로 분석한 결과이다. 이로부터, 도 4a의 이상 성장 결정립에는 Al과 Ni이 Al(K):Ni(K)=73:27 (원자% 기준임)의 비율로 존재하는 바, 상기 Al계 반사막은 AlxNi(여기서, x는 약 3임)으로 추정되는 상을 포함함을 확인할 수 있다.
상기 AlxNi 상(phase)(여기서, x는 원자%로서 2.5 내지 3.5임)은 상기 투명 도전성막(5b)과 접촉할 수 있다.
한편, 상기 Al계 반사막(5a) 중 상기 투명 도전성막(5b)을 향한 일면에는 Ni이 풍부한 산화물층(Ni rich oxide layer)이 존재할 수 있다.
도 5는 통상의 TFT 기판 상에 2중량%의 Ni 및 0.35중량%의 La을 포함한 Al계 반사막(C 영역)을 형성한 후, 상기 Al계 반사막 상에 ITO 투명 도전성막(D 영역)을 형성한 다음, 기판, Al계 반사막 및 ITO 투명 도전성막으로 이루어진 구조물의 단면을 관찰한 TEM 사진이다. 도 5 중, 사선으로 나타난 Al계 반사막과 ITO 도전막 사이의 흰색 라인(E로 표시된 라인 참조)의 일부는 Ni이 풍부한 산화물층(Ni rich oxide layer)으로서 그 두께는 약 7nm 내지 8nm로 관찰될 수 있다.
상술한 바와 같은 AlxNi 상(phase)(여기서, x는 원자%로서 2.5 내지 3.5임) 및/또는 Ni이 풍부한 산화물층(Ni rich oxide layer)에 의하여, Al계 반사막(5a)과 투명 도전성막(5b) 사이에는 옴 접촉(ohmn contact)이 가능할 수 있다.
상기 Al계 반사막(5a) 중 Ni의 함량은, 0.6중량% 내지 5 중량%, 예를 들면, 1중량% 내지 4중량%이다. 본 발명을 따르는 유기 발광 소자의 일 구현예에서, 상기 Ni의 함량은 2중량%일 수 있다. 상기 Al계 반사막(5a) 중 Ni의 함량이 0.6중량% 이상일 경우, Al계 반사막(5a)와 투명 도전성막(5b) 사이의 컨택 저항 안정성이 향상될 수 있고, 상기 Al계 반사막(5a) 중 Ni의 함량이 5중량% 이하일 경우, Al계 반사막(5a)의 반사율 및 내화학성이 실질적으로 저하되지 않을 수 있다. 상기 Ni의 함량 범위는 예시적인 범위로서, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 Al계 반사막(5a)은 상술한 바와 같은 역할을 하는 Ni 외에, 제1원소를포함하는데, 상기 제1원소는 La, Ce, Pr, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Tb 및 Lu로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 포함한다.
상기 Al계 반사막(5a)이 상술한 바와 같은 제1원소를 포함함으로써, 열적 안정성이 개선되고, 갈바닉 부식이 억제될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1원소는 La 을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1원소의 함량은, 0.1 내지 3 중량%, 예를 들면, 0.1 중량% 내지 1중량%일 수 있다. 상기 제1원소의 함량이 0.1중량% 이상이면, Al계 반사막(5a) 중 Al의 열정 안정성이 실질적으로 저하되지 않을 수 있고, 상기 제1원소의 함량이 3중량% 이하일 경우, 반사율 저하 등의 문제가 실질적으로 방지될 수 있다. 상기 제1원소의 함량 범위는 예시적인 범위로서, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 제1원소의 함량은 0.3중량% 내지 0.35중량%일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 Al계 반사막(5a)의 두께는 50nm 이상, 예를 들면, 100nm 내지 500nm일 수 있다. 상기 Al계 반사막(5a)의 두께가 50nm 이상일 경우, 유기층에서 생성된 광이 Al계 반사막(5a)을 통하여 투과되어 광효율이 저하되는 문제가 실질적으로 방지될 수 있다.
상기 투명 도전성막(5b)의 구체예로는, 투명하고 도전성이 있는 금속 산화물을 들 수 있다. 이의 예로는, ITO (Indium Tin Oxide), 또는 산화주석 (SnO2)을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 투명 도전성막(5b)는 ITO로 이루어질 수 있다.
상기 투명 도전성막(5b)의 두께는 5nm 내지 100nm, 예를 들면, 7nm 내지 80nm일 수 있다. 상기 투명 도전성막(5b)의 두께가 상술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, Al계 반사막의 반사율 저하를 최소화 하면서도 유기 발광 소자의 효율이 향상될 수 있다.
상기 투명 도전성막(5b) 상에는 탄소계 물질-함유막(6)이 구비되어 있다. 상기 탄소계 물질-함유막(6)은 상기 제1전극(5)으로부터 제공되는 정공이 유기층(7)으로 효과적으로 주입 및 수송되도록 하여, 상술한 바와 같은 Al계 반사막(5a) 및 투명 도전성막(5b)을 포함한 제1전극을 구비한 유기 발광 소자의 효율 및 소비 전력 특성을 향상시킬 수 있다. 또한 탄소계 물질-함유막의 높은 굴절률 (>1.8)은 반사막으로부터 반사되어 나오는 빛의 위상차를 보상함으로써 유기 발광 소자의 효율 및 소비 전력 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 탄소계 물질-함유막(6)에 포함된 탄소계 물질은 탄소수가 50 내지 600인 탄소 동소체, 금속-함유 탄소계 화합물 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 탄소계 물질은 풀러렌계 화합물, 금속-함유 풀러렌계 착화합물, 탄소나노튜브, 탄소섬유(carbon fiber), 카본 블랙, 흑연, 카르빈(carbine), MgC60, CaC60, 및 SrC60으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
구체적으로, 상기 탄소계 물질은 C60-C500풀러렌계 화합물일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 탄소계 물질은 C60일 수 있다.
상기 탄소계 물질-함유막(6)의 두께는 1Å 내지 300Å일 수 있다. 예를 들어, 상기 탄소계 물질-함유막(6)의 두께는 3Å 내지 100Å일 수 있다. 구체적으로, 상기 탄소계 물질-함유막(6)의 두께는 3Å 내지 30Å일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 탄소계 물질-함유막(6)의 두께가 상술한 바와 같은 범위를 만족 할 경우, 고효율 및 고색순도의 적색, 녹색 및/또는 청색을 얻을 수 있다.
상기 탄소계 물질-함유층(6) 상부에는 유기막(7)이 구비되어 있다. 본 명세서에 있어서, "유기막"이란, 제1전극(5)과 제2전극(9) 사이에 개재된 모든 층을 포괄하여 지칭하는 것으로서, 상기 유기막(7)은 금속 착체 등도 포함할 수 있는 것으로서, 반드시 유기물로만 이루어진 막을 의미하는 것은 아니다.
상기 유기막(7)은 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 정공 저지층, 전자 수송층 및 전자 주입층 중 하나 이상의 층을 포함할 수 있다.
예를 들어, 유기막(7)은 탄소계 물질-함유막(6)으로부터 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층 및 전자 주입층이 차례로 적층된 구조를 가질 수 있다. 또는 이와는 별개로, 상기 유기막(7)은 탄소계 물질-함유막(6)으로부터 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층 및 전자 주입층이 차례로 적층된 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
정공 주입층(HIL)은 상기 탄소계 물질-함유막(6) 상부에 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
진공 증착법에 의하여 정공 주입층을 형성하는 경우, 그 증착 조건은 정공 주입층의 재료로서 사용하는 화합물, 목적으로 하는 정공 주입층의 구조 및 열적 특성 등에 따라 다르지만, 일반적으로 증착온도 100 내지 500℃, 진공도 10-8 내지 10-3torr, 증착 속도 0.01 내지 100Å/sec의 범위에서 적절히 선택하는 것이 바람직하다.
스핀 코팅법에 의하여 정공 주입층을 형성하는 경우, 그 코팅 조건은 정공주입층의 재료로서 사용하는 화합물, 목적하는 하는 정공 주입층의 구조 및 열적 특성에 따라 상이하지만, 약 2000rpm 내지 5000rpm의 코팅 속도, 코팅 후 용매 제거를 위한 열처리 온도는 약 80℃ 내지 200℃의 온도 범위에서 적절히 선택하는 것이 바람직하다.
정공 주입층 물질로는 공지된 정공 주입 재료를 사용할 수 있는데, 예를 들면, 구리프탈로시아닌 등의 프탈로시아닌 화합물, m-MTDATA [4,4',4''-tris (3-methylphenylphenylamino)triphenylamine], NPB(N,N'-디(1-나프틸)-N,N'-디페닐벤지딘(N,N'-di(1-naphthyl)-N,N'-diphenylbenzidine)), TDATA, 2T-NATA, Pani/DBSA (Polyaniline/Dodecylbenzenesulfonic acid:폴리아닐린/도데실벤젠술폰산), PEDOT/PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/Poly(4-styrenesulfonate):폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(4-스티렌술포네이트)), Pani/CSA (Polyaniline/Camphor sulfonicacid:폴리아닐린/캠퍼술폰산) 또는 PANI/PSS (Polyaniline)/Poly(4-styrenesulfonate):폴리아닐린)/폴리(4-스티렌술포네이트))등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 정공 주입층의 두께는 약 50Å 내지 10000Å, 바람직하게는 50Å 내지 2500Å일 수 있다. 상기 정공 주입층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압의 상승없이 만족스러운 정도의 정공 주입 특성을 얻을 수 있다.
다음으로 상기 정공 주입층 상부에 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 정공 수송층(HTL)을 형성할 수 있다. 진공 증착법 및 스핀 팅법에 의하여 정공 수송층을 형성하는 경우, 그 증착 조건 및 코팅조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공 주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택된다.
정공 수송층 물질로는 하기 화학식 41 또는 42로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다:
<화학식 41>
<화학식 42>
상기 화학식 41 및 42 중, R10은 -(Ar1)n-Ar2로 표시되고; R16은 -(Ar11)m-Ar12로 표시되고; Ar1, Ar11, L1 및 L11은 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C1-C30알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C30알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C5-C30아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C4-C30헤테로아릴렌기, 및 -N(Q1)-로 표시되는 그룹으로 이루어진 군으로부터 선택되고; n, m, a 및 b는 서로 독립적으로, 0 내지 10의 정수이고; 상기 R1 내지 R3, R11 내지 R15, R17, R18, R21 내지 R29, Ar2, Ar12 및 Q1은 서로 독립적으로, 수소, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1-C30알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C30알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C30알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1-C30알킬티올기, 치환 또는 비치환된 C5-C30아릴기, C4-C30헤테로아릴기, 및 -N(Q2)(Q3)로 표시되는 그룹들로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있고; 상기 Q2 및 Q3는 서로 독립적으로, 수소, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1-C30알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C30알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C30알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1-C30알킬티올기, 치환 또는 비치환된 C5-C30아릴기, 및 C4-C30헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택되고; 상기 -(Ar1)n- 중 n개의 Ar1은 서로 동일하거나 상이할 수 있고, 상기 -(Ar11)m- 중 m개의 Ar11은 서로 동일하거나 상이할 수 있고, 상기 -(L1)a- 중 a개의 L1은 서로 동일하거나 상이할 수 있고, -(L11)b- 중 b개의 L11은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 R10인 -(Ar1)n-Ar2- 및 R16인 -(Ar11)m-Ar12- 중 Ar1의 및 Ar11의 구체예로는, 치환 또는 비치환된 C1-C10알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C10알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 페닐렌기, 치환 또는 비치환된 펜타레닐렌기(pentalenylene), 치환 또는 비치환된 인데닐렌기(indenylene), 치환 또는 비치환된 나프틸렌기(naphthylene), 치환 또는 비치환된 아줄레닐렌(azulenylene), 치환 또는 비치환된 헵탈레닐렌(heptalenylene), 치환 또는 비치환된 인다세닐렌(indacenylene), 치환 또는 비치환된 아세나프틸렌기(acenaphthylene), 치환 또는 비치환된 플루오레닐렌기(fluorenylene), 치환 또는 비치환된 페나레닐렌기(phenalenylene), 치환 또는 비치환된 페난트레닐렌기(phenanthrenylene), 치환 또는 비치환된 안트라세닐렌기(anthracenylene), 치환 또는 비치환된 플루오란테닐렌기(fluoranthenylene), 치 환 또는 비치환된 트리페닐레닐렌기(triphenylenylene), 치환 또는 비치환된 파이레닐렌기(pyrenylenylene), 치환 또는 비치환된 크라이세닐레닐렌기(chrysenylene), 치환 또는 비치환된 나프타세닐렌기(naphthacenylene), 치환 또는 비치환된 피세닐렌기(picenylene), 치환 또는 비치환된 페릴레닐렌기(perylenylene), 치환 또는 비치환된 펜타세닐렌기(pentaphenylene), 치환 또는 비치환된 헥사세닐렌기(hexacenylene), 치환 또는 비치환된 피롤일렌기(pyrrolylene), 치환 또는 비치환된 피라졸일렌기(pyrazolylene), 치환 또는 비치환된 이미다졸일렌기(imidazolylene), 치환 또는 비치환된 이미다졸리닐렌기(imidazolinylene), 치환 또는 비치환된 이미다조 피리디닐렌기(imidazopyridinylene), 치환 또는 비치환된 이미다조피리미디닐렌기(imidazopyrimidinylene), 치환 또는 비치환된 피리디닐렌기(pyridinylene), 치환 또는 비치환된 피라지닐렌기(pyrazinylene), 치환 또는 비치환된 피리미디닐렌기(pyrimidinylene), 치환 또는 비치환된 인돌일렌기(indolylene), 치환 또는 비치환된 푸리닐렌기(purinylene), 치환 또는 비치환된 퀴놀리닐렌기(quinolinylene), 치환 또는 비치환된 프탈라지닐렌기(phthalazinylene), 치환 또는 비치환된 인돌리지닐렌기(indolizinylene), 치환 또는 비치환된 나프티리디닐렌기(naphthyridinylene), 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐렌기(quinazolinylene), 치환 또는 비치환된 시놀리닐렌기(cinnolinylene), 치환 또는 비치환된 인다졸일렌기(indazolylene), 치환 또는 비치환된 카바졸일렌기(carbazolylene), 치환 또는 비치환된 페나지닐렌기(phenazinylene), 치환 또는 비치환된 페난트리디닐렌 기(phenanthridinylene), 치환 또는 비치환된 파이라닐렌기(pyranylene), 치환 또는 비치환된 크로메닐렌기(chromenylene), 치환 또는 비치환된 벤조푸라닐렌기(benzofuranylene), 치환 또는 비치환된 티오페닐렌기(thiophenylene), 치환 또는 비치환된 벤조티오페닐렌기(benzothiophenylene), 치환 또는 비치환된 이소티아졸일렌기(isothiazolylene), 치환 또는 비치환된 벤조이미다졸일렌기(benzoimidazolylene), 치환 또는 비치환된 이속사졸일렌기(isoxazolylene), 치환 또는 비치환된 트리아지닐렌기, 및 -N(Q1)-으로 표시되는 그룹을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, 상기 Q1은, 예를 들면, 수소, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1-C10알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C10알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C10알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C10알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1-C10알킬티올기, 치환 또는 비치환된 C5-C14아릴기, 및 C4-C14헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 Ar1은 및 Ar11은 서로 독립적으로, C1-C10알킬렌기; 페닐렌기; 나프틸렌기; 안트릴렌기; 플루오레닐렌기; 카바졸일렌기; 피라졸일렌기; 피리디닐렌기; 트리아지닐렌기; -N(Q1)-; 할로겐 원자, 시아노기, 히드록실기, C1-C10알킬기, C1-C10알콕시기, 페닐기, 나프틸기, 및 안트릴기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 치환기로 치환된 C1-C10알킬렌기, 페닐렌기, 나프틸렌기, 안트릴렌 기, 플루오레닐렌기, 카바졸일렌기, 피라졸일렌기, 피리디닐렌기, 및 트리아지닐렌기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, 상기 Q1은 수소; C1-C10알킬기; 페닐기; 나프틸기; 카바졸일기; 플루오레닐기; 및 할로겐 원자, 시아노기, 히드록실기, C1-C10알킬기, C1-C10알콕시기, 페닐기, 나프틸기, 및 안트릴기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 치환기로 치환된 C1-C10알킬기, C1-C10알콕시기, 페닐기, 나프틸기, 카바졸일기, 및 플루오레닐기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 -(Ar1)n-Ar2- 및 -(Ar11)m-Ar12- 중 Ar2 및 Ar12에 대한 상세한 설명은, 상술한 Q1에 대한 설명을 참조한다.
상기 -(Ar1)n-Ar2- 및 -(Ar11)m-Ar12- 중 n 및 m은 서로 독립적으로, 0 내지 10의 정수이다. 예를 들어, 상기 n 및 m은 서로 독립적으로, 0, 1, 2, 3, 4 또는 5일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 -(Ar1)n-Ar2- 의 -(Ar1)n- 중 n개의 Ar1은 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들어, n이 2일 경우, -(Ar1)n- 중 2개의 Ar1은 모두 페닐렌기이거나, 또는 하나의 Ar1은 -N(Q1)-이고, 나머지 다른 Ar1는 페닐렌기일 수 있는 등, 다양한 변형예가 가능하다. 상기 -(Ar11)m-Ar12-도 이와 동일하게 해석될 수 있다.
상기 화학식 41 및 42 중 R1 내지 R3, R11 내지 R15, R17, R18 및 R21 내지 R29에 대한 상세한 설명은 상기 Q1에 대한 상세한 설명을 참조한다.
예를 들어, 상기 R13은 페닐기, 나프틸기, 또는 안트릴기일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 R28 및 R29는 서로 독립적으로, 수소, 메틸기, 에틸기, 메톡시, 에톡시, 페닐기, 나프틸기 및 안트릴기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 41 및 42 중, L1 및 L2에 대한 상세한 설명은 상기 Ar1 및 Ar11에 대한 상세한 설명을 참조한다.
예를 들어, 상기 L1 및 L2는 서로 독립적으로, 페닐렌기, 카바졸일렌기, 또는 페닐카바졸일렌기일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 41 및 42 중 a 및 b는 서로 독립적으로, 1 내지 10의 정수일 수 있다. 예를 들어, 상기 a 및 b는 서로 독립적으로, 0, 1, 2 또는 3일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 42의 일 구현예에서, R10인 -(Ar1)n-Ar2- 중 Ar1은 및 R16인-(Ar11)m-Ar12- 중 Ar11은 서로 독립적으로, 페닐렌기, 카바졸일렌기, 플루오레닐렌기, 메틸플루오레닐렌기, 피라졸일렌기, 페닐피라졸일렌기, -N(Q1)-(여기서, Q1은 수소, 페닐기, 플루오레닐기, 디메틸플루오레닐기, 디페닐플루오레닐기, 카바졸일 기, 페닐카바졸일기임), 디페닐플루오레닐렌기, 트리아지닐렌기, 메틸트리아지닐렌기, 페닐트리아지닐렌기, 테트라플루오로페닐렌기, 에틸렌기, 및 메틸페닐렌기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있고, n 및 m은 서로 독립적으로, 0, 1, 2, 3, 4, 5 또는 6이고, 상기 Ar2 및 Ar12는 수소, 시아노기, 플루오르기, 페닐기, 시아노페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 메틸기, 피리디닐기, 카바졸일기, 페닐카바졸일기, 플루오레닐기, 디메틸플루오레닐기 및 디페닐플루오레닐기로 이루어진 군으로부터 선택되고; R11, R12, R14, R15, R17, R18 및 R21 내지 R27은 수소이고; R13은 페닐기, 나프틸기 및 안트릴기로 이루어진 군으로부터 선택되고; R28 및 R29는 서로 독립적으로, 수소, 메틸기, 에틸기, 메톡시, 에톡시, 페닐기, 나프틸기 및 안트릴기로 이루어진 군으로부터 선택되고; L11은 페닐렌기이고; b는 0 또는 1일 수 있다.
본 발명의 다른 구현 예에 따르면, 상기 정공 수송층은 하기 화합물 1 내지 37 중 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 정공 수송층의 두께는 약 50Å 내지 10000Å, 바람직하게는 100Å 내지 2500Å일 수 있다. 상기 정공 수송층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 정공 수송 특성을 얻을 수 있다.
상기 정공 수송층 상부에 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 방법을 이용하여 발광층(EML)을 형성할 수 있다. 진공증착법 및 스핀코팅법 에 의해 발광층을 형성하는 경우, 그 증착조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택된다.
상기 발광층은 하나의 화합물을 포함하거나, 호스트와 도펀트의 조합을 포함할 수 있다. 상기 호스트의 예로는 Alq3, CBP(4,4'-N,N'-디카바졸-비페닐), PVK(폴리(n-비닐카바졸)), 9,10-디(나프탈렌-2-일)안트라센(ADN), TCTA, TPBI(1,3,5-트리스(N-페닐벤즈이미다졸-2-일)벤젠(1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazole-2-yl)benzene)), TBADN(3-tert-부틸-9,10-디(나프트-2-일) 안트라센), E3, DSA(디스티릴아릴렌) 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
PVK ADN
한편, 상기 적색 도펀트로서 PtOEP, Ir(piq)3, Btp2Ir(acac), 등을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 녹색 도펀트로서, Ir(ppy)3 (ppy = 페닐피리딘), Ir(ppy)2(acac), Ir(mpyp)3, 등을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 청색 도펀트로서, F2Irpic, (F2ppy)2Ir(tmd), Ir(dfppz)3, ter-플루오렌(fluorene), 4,4'-비스(4-디페닐아미노스타릴) 비페닐 (DPAVBi), 2,5,8,11-테트라-티-부틸 페릴렌 (TBPe), 하기 화학식 51 및 54 중 어느 하나로 표시되는 화합물, 하기 화학식 81로 표시되는 화합물, 하기 화학식 83으로 표시되는 화합물 등 을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
TBPe
<화학식 51> <화학식 54>
<화학식 81> <화학식 83>
상기 화학식 51 내지 54 중 Ar51, A52, Ar53 및 Ar54 각각에 대한 상세한 설명은 상술한 Ar1에 대한 설명과 동일하므로, 본 명세서 중, Ar1에 대한 설명을 참조한다.
상기 화학식 51 내지 54의 구현예에 따르면, 상기 Ar51, A52, Ar53 및 Ar54은 서로 독립적으로, 페닐렌기, 나프틸렌기, 안트릴렌기, 및 페닐-치환된 안트릴렌기으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 51 내지 54 중 R201 내지 R209 및 R51 내지 R56 각각에 대한 상세한 설명은 상술한 바와 같은 Ar2에 대한 설명과 동일하므로, 본 명세서 중 Ar2에 대한 설명을 참조한다. 예를 들면, R201 내지 R209는 수소일 수 있다.
상기 화학식 51 내지 54 중 d, e, f 및 g는 서로 독립적으로 0 내지 10의 정수이다. 예를 들어 상기 d, e 및 f는 서로 독립적으로, 0, 1 또는 2일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 51 내지 54의 구현예에 따르면, 상기 R51 내지 R56은 서로 독립적으로, 수소, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 파이레닐기, 카바졸일기, 및 -N(Q2)(Q3)로 이루어진 군으로부터 선택되되, 상기 Q2 및 Q3는 서로 독립적으로 메틸기, 페닐기, 나프틸기 및 안트릴기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 화학식 81 중, L21은 치환 또는 비치환된 C1-C30알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C30알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C5-C30아릴렌기 및 치환 또는 비치환된 C4-C30헤테로아릴렌기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있고; c는 1 내지 20의 정 수이고; -(L21)c- 중 c개의 L21은 서로 동일하거나 상이할 수 있고; R31 내지 R34는 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C1-C30알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C30알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C30알콕시기, 치환 또는 비치환된 C5-C30아릴기 및 치환 또는 비치환된 C4-C30헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 화학식 82 중, L21에 대한 상세한 설명은 상기 Ar1에 대한 상세한 설명(단, -N(Q1)-에 대한 설명은 제외)을 참조하고, 상기 R31 내지 R34에 대한 상세한 설명은 상기 Q1에 대한 상세한 설명(단, -N(Q2)(Q3)에 대한 설명은 제외)을 참조한다.
상기 화학식 81의 일 구현 예에서, 상기 L21은 에테닐렌기, 프로페닐렌기, 또는 페닐렌기일 수 있다.
상기 화학식 81의 다른 구현 예에서, 상기 c는 1, 2, 3, 4, 5, 또는 6일 수 있다.
상기 화학식 81의 또 다른 구현 예에서, 상기 R31 내지 R34는 서로 독립적으로, 수소, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 부톡시기, 페닐기, 나프틸기 및 안트릴기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 화학식 81의 -(L21)c- 중 c개의 L21은 서로 동일하거나 상이할 수 있는데, 예를 들어, c가 2일 경우, 2 개의 L21은 모두 페닐렌기이거나 또는 2개의 L21 중 하나는 페닐렌기이고, 나머지 다른 하나는 에테닐렌기일 수 있는 등 다양한 변형예가 가능하다.
상기 화학식 81으로 표시되는 화합물은 하기 화합물 40일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
<화합물 40>
상기 화학식 83 중 Ar81 및 Ar82 각각에 대한 상세한 설명은 상술한 Ar1에 대한 설명과 동일하므로, 본 명세서 중, Ar1에 대한 설명을 참조한다.
상기 화학식 83의 구현예에 따르면, 상기 Ar81 및 Ar82는 서로 독립적으로, 페닐렌기, 페닐기-치환된 페닐렌기, 나프틸렌기, 안트릴렌기, 페닐-치환된 안트릴렌기, 및 -N(Q1)-으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 구현예에서의 Q1은 예를 들면, 페닐기 또는 하나 이상의 -F로 치환된 페닐기일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 83 중 R221 내지 R229 및 R81 내지 R84 각각에 대한 상세한 설명은 상술한 바와 같은 Ar2에 대한 설명과 동일하므로, 본 명세서 중 Ar2에 대한 설명을 참조한다. 예를 들면, R221 내지 R229는 수소일 수 있다.
상기 화학식 81 중 j 및 k는 서로 독립적으로 0 내지 10의 정수이다. 예를 들어 상기 j 및 k는 서로 독립적으로, 0, 1 또는 2일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 83의 구현예에 따르면, 상기 R81 내지 R84은 서로 독립적으로, 수소, 할로겐 원자, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 파이레닐기, 카바졸일기, 및 -N(Q2)(Q3)로 이루어진 군으로부터 선택되되, 상기 Q2 및 Q3는 서로 독립적으로 메틸기, 페닐기, 나프틸기 및 안트릴기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 유기막(7) 중 발광층은 상기 화합물 40, 하기 화합물 43, 51 내지 55 및 58 중 어느 하나를 호스트로서 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
<화합물 43>
상기 발광층 재료로서 도펀트와 호스트를 함께 사용하는 경우, 도펀트의 도핑 농도는 특별히 제한 되지 않으나 통상적으로 호스트 100 중량부를 기준으로 하여 상기 도펀트의 함량은 0.01 ~ 15 중량부이다.
상기 발광층의 두께는 약 100Å 내지 1000Å, 바람직하게는 200Å 내지 600Å일 수 있다. 상기 발광층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 우수한 발광 특성을 나타낼 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 유기막(7)은 정공 수송층 및 발광층을 포함하되, 상기 정공 수송층은 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물(도펀트)과 상술한 바와 같은 호스트를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은 청색 도펀트이므로, 이와 같은 유기 발광 소자는 고효율 및 저소비 전력을 가지면서 고색순도의 청색광을 방출할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 유기막(7)은 정공 수송층 및 발광 층을 포함하되, 상기 정공 수송층은 상기 화합물 1 내지 37 중 하나의 화합물을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물 40과 상술한 바와 같은 호스트를 포함할 수 있다.
발광층에 인광 도펀트와 함께 사용할 경우에는 삼중항 여기자 또는 정공이 전자 수송층으로 확산되는 현상을 방지하기 위하여, 상기 정공 수송층과 발광층 사이에 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 방법을 이용하여 정공 저지층(HBL)을 형성할 수 있다. 진공증착법 및 스핀코팅법에 의해 정공 저지층을 형성하는 경우, 그 조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공 주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택된다. 공지의 정공 저지 재료도 사용할 수 있는데, 이의 예로는, 옥사디아졸 유도체나 트리아졸 유도체, 페난트롤린 유도체 등을 들 수 있다.
상기 정공 저지층의 두께는 약 50Å 내지 1000Å, 바람직하게는 100Å 내지 400Å일 수 있다. 상기 정공저지층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 우수한 정공 저지 특성을 얻을 수 있다.
다음으로 전자 수송층(ETL)을 진공증착법, 또는 스핀코팅법, 캐스트법 등의 다양한 방법을 이용하여 형성한다. 진공증착법 및 스핀코팅법에 의해 전자수송층을 형성하는 경우, 그 조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택된다. 상기 전자 수송층 재료는 전자주입전극(Cathode)로부터 주입된 전자를 안정하게 수송하는 기능을 하는 것으로서 공지의 전자 수송 물질을 이용할 수 있다. 이의 예로는, 퀴놀린 유도체, 특히 트리스(8-퀴놀리노레이트)알루미늄(Alq3), TAZ, Balq 등과 같은 공지의 재료를 사용할 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
TAZ
상기 전자 수송층의 두께는 약 100Å 내지 1000Å, 바람직하게는 150Å 내지 500Å일 수 있다. 상기 전자 수송층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 전자 수송 특성을 얻을 수 있다.
또한 전자 수송층 상부에 음극으로부터 전자의 주입을 용이하게 하는 기능을 가지는 물질인 전자 주입층(EIL)이 적층될 수 있으며 이는 특별히 재료를 제한하지 않는다.
상기 전자 주입층 형성 재료로는 LiF, NaCl, CsF, Li2O, BaO 등과 같은 전자주입층 형성 재료로서 공지된 임의의 물질을 이용할 수 있다. 상기 전자주입층의 증착조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공 주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택된다.
상기 전자 주입층의 두께는 약 1Å 내지 100Å, 바람직하게는 5Å 내지 90Å 일 수 있다. 상기 전자 주입층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 전자 주입 특성을 얻을 수 있다.
이와 같은 유기층(7) 상부로는 제2전극(9)이 구비되어 있다. 상기 제2전극(9)은 전자 주입 전극인 캐소드(Cathode)일 수 있는데, 이 때, 상기 제2전극 형성용 금속으로는 낮은 일함수를 가지는 금속, 합금, 전기전도성 화합물 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 구체적인 예로서는 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag)등을 박막으로 형성하여 투과형 전극을 얻을 수 있다. 한편, 전면 발광 소자를 얻기 위하여 ITO, IZO를 이용한 투과형 전극을 형성할 수 있는 등, 다양한 변형이 가능하다.
도 6은 본 발명의 다른 구현예를 따르는 유기 발광 소자(20)의 단면도를 개략적으로 도시한 것이다. 유기 발광 소자(20)는 기판(21), 제1전극(25), 탄소계 물질-함유막(26), 유기층(27) 및 제2전극(29)을 포함하되, 상기 제1전극(25)는 기판(21)로부터 순서대로 Ni 및 제1원소를 포함한 Al계 반사막(25a), 투명 도전성막(25b) 및 제2원소-함유 아연 산화물막(25c)을 포함한다. 여기서, 기판(21), 탄소계 물질-함유막(26), 유기층(27), 제2전극(29) Ni 및 제1원소를 포함한 Al계 반사막(25a) 및 투명 도전성막(25b)에 대한 상세한 설명은 상기 도 1에 대한 설명을 참조한다.
도 6에 따르면, 본 발명을 따르는 유기 발광 소자의 다른 구현예의 제1전극(25)은 제2원소-함유 아연 산화물막(25c)을 더 포함한다. 상기 제2원소-함유 아 연 산화물막(25c)은 제1전극(25)의 일함수를 보다 높여 주어 정공 주입 장벽이 낮아지게 되므로 정공이 제1전극(25)에서 유기층(27)으로 용이하게 주입될 수 있도록 한다.
상기 제2원소-함유 아연 산화물막(25c) 중 제2원소는 Al(알루미늄), In(인듐), Ga(갈륨), Ge(게르마늄), Gd(가돌리늄), Zr(지르코늄), Mo(몰리브데늄), 및 Ni(니켈)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 원소이다. 예를 들어, 상기 제2원소는 Al을 포함한다. 구체적으로, 상기 제2원소는 Al일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2원소의 함량은 상기 제2원소-함유 아연 산화물막(25c) 100중량부 당 0.5중량부 내지 0중량부일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2원소의 함량은 상기 제2원소-함유 아연 산화물막 100중량부 당 0.5중량부 내지 5중량부일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제2원소-함유 아연 산화물막 중 상기 제2원소의 함량이 상술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 제2원소-함유 아연 산화물의 정공 수송 능력이 향상될 수 있으면서도, 전기 저항 증가 및 가시광선 영역에서의 광투과도 저하가 실질적으로 발생하지 않을 수 있다.
상기 제2원소-함유 아연 산화물막(25c)의 두께는 1Å 내지 800Å, 예를 들면, 10Å 내지 500Å일 수 있다. 상기 제2원소-함유 아연 산화물막(25c)의 두께가 상술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 구동 전압 상승없이 우수한 효율 및 소비 전력 특성을 얻을 수 있다. ㅂㅇ시
이상, 상기 유기 발광 소자를 도 1 및 6을 참조하여 설명하였으나, 상기 유 기 발광 소자는 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상술한 바와 같은 유기 발광 소자는, 상기 Al계 반사막과 기판 사이에 금속층을 더 구비할 수 있다. 상기 금속층은 상기 Al계 반사막 중 Al 성분의 기판으로의 확산에 대한 배리어층으로서의 역할을 수행할 수 있다. 상기 금속층은 Mo, W, Ti, Pd, Pt 및 Au로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 금속층은 Ti층일 수 있다. 상기 금속층의 두께는 20nm 내지 200nm, 예를 들면, 50nm 내지 100nm일 수 있다. 상기 금속층의 두께가 상술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, Al 성분의 확산을 충분히 막을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
비교예 1
기판 및 애노드로는 코닝사(Corning)의 15Ω/㎠ (1200Å) ITO 유리 기판을 50mm×50mm×0.7mm 크기로 잘라 이소프로필 알콜과 순수에서 각각 5분간 초음파 세정한 후 30분간 UV 오존 세정하여 사용하였다. 상기 기판 상부에 m-MTDATA를 진공 증착하여 700Å두께의 정공 주입층을 형성한 다음, 상기 정공 주입층 상부에 상기 화합물 5를 진공 증착하여 700Å 두께의 정공 수송층을 형성하였다. 상기 정공 수송층 상부에 호스트로서 ADN 97중량%, 도펀트로서 상기 화합물 58을 3중량% 사용하여 200Å 두께의 발광층을 형성하였다. 상기 발광층 상부에 Alq3를 진공 증착하여 300Å 두께의 전자 수송층을 형성하였다. 상기 전자 수송층 상부에 Liq를 진공 증 착하여 5Å 두께의 전자 주입층을 형성한 다음, Mg:Ag을 진공 증착하여 160Å 두께의 캐소드를 형성한 다음, 보호막으로 Alq3를 600 Å 두께를 증착함으로써 유기 발광 소자를 완성하였다.
실시예 1
기판 및 애노드로서 ITO 유리 기판 대신, 5000Å 두께의 AlNiLa막(상기 AlNiLa막 중 Ni의 함량은 2중량%이고, La의 함량은 0.3중량%임), 투명 도전성막으로서 70Å 두께의 ITO막이 차례로 형성된 유리 기판을 사용하고, 상기 ITO막 상부에 탄소계 물질-함유막으로서 3Å 두께의 C60막을 진공 증착법을 이용하여 형성한 다음 정공 주입층을 형성하였다는 점을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자는 제작하였다.
실시예 2
C60막의 두께를 5Å로 변경하였다는 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
실시예 3
C60막의 두께를 10Å로 변경하고 정공 주입층을 형성하지 않았다는 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
실시예 4
C60막의 두께를 30Å로 변경하고 정공 주입층을 형성하지 않았다는 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
평가예
상기 비교예 1 및 실시예 1 내지 4의 유기 발광 소자에 대한 소비 전력 및 효율을 PR650 Spectroscan Source Measurement Unit.(PhotoResearch사 제품임)을 이용하여 평가하여 하기 표 1에 나타내었다:
| 구동 전압(V) | 전력 효율(lm/W) | |
| 비교예 1 | 6.5 | 1.4 |
| 실시예 1 | 5.2 | 1.8 |
| 실시예 2 | 5.5 | 2.6 |
| 실시예 3 | 5.4 | 3.0 |
| 실시예 4 | 5.6 | 3.1 |
상기 표 1에 따르면, 실시예 1 내지 4의 유기 발광 소자는 비교예 1의 유기 발광 소자에 비하여 구동 전압은 낮아지고 전력 효율은 향상되었음을 확인할 수 있다.
본 명세서에서는 본 발명을 한정된 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능하다. 또한 설명되지는 않았으나, 균등한 수단도 또한 본 발명에 그대로 결합되는 것이라 할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 소자의 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 소자에 구비된 제1전극의 일 구현예가 형성된 기판을 관찰한 사진이다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 다른 구현예에 따른 제1전극이 형성된 기판을 관찰한 사진이다.
도 4a는 본 발명의 일 구현예에 따른 Al계 반사막의 단면을 관찰한 사진이고, 도 4b는 도 4a 중 이상 성장 결정립의 성분 분석 결과이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 제1전극의 단면을 관찰한 사진이다.
도 6은 본 발명의 다른 구현예에 따른 유기 발광 소자의 구조를 도시한 단면도이다.
Claims (16)
- 기판; 상기 기판 상의 제1전극; 제2전극; 및 상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에 개재된 유기층;을 포함하고,상기 제1전극은 제1원소 및 Ni을 포함한 Al계 반사막; 및 투명 도전성막을 포함하고,상기 제1원소는 La, Ce, Pr, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Tb 및 Lu로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 원소이고,상기 Al계 반사막 및 상기 투명 도전성막은 상기 기판으로부터 차례로 적층되어 있고,상기 제1전극과 상기 유기층 사이에 탄소계 물질-함유막이 개재된 유기 발광 소자.
- 제1항에 있어서,상기 Al계 반사막이 AlxNi 상(phase)(여기서, x는 원자%로서 2.5 내지 3.5임)을 포함한 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
- 제2항에 있어서,상기 AlxNi 상(phase)(여기서, x는 원자%로서 2.5 내지 3.5임)이 상기 투명 도전성막과 접촉한 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
- 제2항에 있어서,상기 x가 3인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
- 제1항에 있어서,상기 Al계 반사막 중 상기 투명 도전성막과 접촉한 일면에 Ni이 풍부한 산화물층(Ni rich oxide layer)이 존재하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
- 제1항에 있어서,상기 Al계 반사막 중 Ni의 함량이 0.6중량% 내지 5중량%인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
- 제1항에 있어서,상기 제1원소가 La을 포함한 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
- 제1항에 있어서,상기 Al계 반사막 중 상기 제1원소의 함량이 0.1중량% 내지 3중량%인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
- 제1항에 있어서,상기 Al계 반사막이 La, Ni 및 Al로 이루어져 있고, 상기 Al계 반사막 중 상기 La의 함량이 0.1중량% 내지 3중량%이고, 상기 Al계 반사막 중 상기 Ni의 함량이 0.6중량% 내지 5중량%인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
- 제1항에 있어서,상기 투명 도전성막이 ITO (Indium Tin Oxide) 또는 산화주석 (SnO2)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
- 제1항에 있어서,상기 탄소계 물질-함유막 중 탄소계 물질이 풀러렌계 화합물, 금속-함유 풀러렌계 착화합물, 탄소나노튜브, 탄소섬유(carbon fiber), 카본 블랙, 흑연, 카르빈(carbine), MgC60, CaC60, 및 SrC60으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
- 제1항에 있어서,상기 탄소계 물질-함유막 중 탄소계 물질이 C60인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
- 제1항에 있어서,상기 제1전극이 제2원소-함유 아연 산화물막을 더 포함하고, 상기 제2원소는Al(알루미늄), In(인듐), Ga(갈륨), Ge(게르마늄), Gd(가돌리늄), Zr(지르코늄), Mo(몰리브데늄), 및 Ni(니켈)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 원소인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
- 제13항에 있어서,상기 제2원소가 Al인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
- 제13항에 있어서,상기 기판으로부터 상기 제1원소 및 Ni을 포함한 Al계 반사막, 투명 도전성막, 및 제2원소-함유 아연 산화물막이 차례로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
- 제13항에 있어서,상기 제2원소의 함량은 상기 제2원소-함유 아연 산화물막 100중량부 당 0.5중량부 내지 10중량부인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
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