KR20110098345A - 전면발광형 유기 발광 소자 - Google Patents
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Abstract
금속 반사막; 제1 전극; 전하 착물(charge complex)을 포함하는 제1중간층; 풀러렌계 물질 또는 불소 함유 화합물을 포함하는 제2중간층; 발광층; 및 제2전극을 포함하는 전면발광형 유기 발광 소자가 제시된다.
Description
전면발광형 유기 발광 소자가 개시된다.
유기 발광 소자는 애노드와 캐소드 사이에 삽입되어 있는 유기막에 전류를 인가시, 유기막에서 전자와 정공이 결합하면서 빛이 발생하는 현상을 이용한 자발광형 디스플레이 장치로서, 고화질, 빠른 응답 속도 및 광시야각의 특성을 갖는 경량 박형의 정보 표시 장치 구현을 가능하게 하는 장점을 갖는다. 이러한 유기 전계 발광 소자는 모바일폰뿐만 아니라, 기타 고품위의 정보 표시 장치에까지 그 응용 영역이 확장되고 있다.
유기 발광 소자는 적색, 녹색 및 청색중 예를 들어, 청색 소자의 진행성 구동 전압의 상승으로 인한 유기 발광 소자의 소비전력 상승 및 수명 저하의 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 애노드와 정공 수송층 사이에 버퍼층을 형성하는 기술이 제안되었다.
한편, 전면 발광형 유기 발광 소자에서는 상술한 유기 발광 소자에서 상기 애노드의 일면에 금속 반사막을 형성하고, 버퍼층을 형성하기 이전에 금속반사막이 형성되지 않은 애노드의 일면에 산소 플라즈마 처리를 실시하거나 UV 조사하는 표면처리를 거치는 것이 일반적이다.
그런데 상술한 표면처리를 거친 전면발광형 유기 발광 소자중 예를 들어 애노드의 일면에 산소 플라즈마 처리를 실시하는 경우 금속반사막에 산소가 침투되어 반사막을 구성하는 금속 산화물이 형성되어 소자의 수명 저하 및 진행성 구동 전압이 상승되어 개선의 여지가 많다.
애노드의 표면 에너지를 효과적으로 제어함으로써 구동전압 및 수명 특성이 향상된 전면발광형 유기 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 측면에 따라, 금속 반사막;
제1 전극;
전하 착물(charge complex)을 포함하는 제1중간층;
풀러렌계 물질 또는 불소 함유 화합물을 포함하는 제2중간층;
발광층; 및
제2전극을 포함하는 전면발광형 유기 발광 소자를 제공한다.
본 발명의 일구현예에 따른 전면발광형 유기 발광 소자는 전자들의 확산 또는 이동을 막아 정공수송층의 전자에 의한 열화를 감소시킴으로써 수명 및 구동 전압 특성이 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 소자의 단면을 나타낸 도면이고,
도 2 내지 도 4는 실시예 1 및 비교예 1에 따른 유기 발광 소자에 있어서, 구동전압, 효율 및 수명 특성을 나타낸 도면들이다.
도 2 내지 도 4는 실시예 1 및 비교예 1에 따른 유기 발광 소자에 있어서, 구동전압, 효율 및 수명 특성을 나타낸 도면들이다.
본 발명의 일구현예에 따른 전면발광형 유기 발광 소자는 금속 반사막, 제1전극, 전하 착물(charge complex)을 포함하는 제1중간층, 풀러렌계 물질 또는 불소 함유 화합물을 포함하는 제2중간층, 발광층 및 제2전극을 포함한다.
상기 유기 발광 소자에서 상기 제2중간층과 발광층 사이에는 정공수송층이 더 형성될 수 있다. 이와 같이 금속 반사막/제1전극과 정공 수송층 사이에 전하 착물을 포함하는 제1중간층과 풀러런계 물질 또는 불소 함유 화합물을 포함하는 제2중간층을 더 형성하여 정공수송층의 전자에 의한 열화를 억제하여 소자의 구동전압, 수명 및 신뢰성을 개선시킬 수 있다.
상기 제1중간층을 구성하는 전하착물은 금속 산화물과 유기물로 이루어진다.
상기 금속 산화물은 몰리브덴 산화물 및 텅스텐 산화물중에서 선택된 하나 이상을 포함하며, 상기 유기물은 (N,N'-디(1-나프틸)-N,N'-디페닐벤지딘(N,N'-di(1-naphthyl)-N,N'-diphenylbenzidine: NPB), m-MTDATA [4,4',4''-tris (3-methylphenylamino) triphenylamine] 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))로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함한다.
상기 유기물은 F16-CuPc {구리(II) 1,2,3,4,8,9,10,11,15,16,17,18,22,23,24,25-헥사데카플루오로프탈로시아닌}을 사용한다.
상기 유기물은 금속 산화물 100 중량부를 기준으로 하여 30 내지 70 중량부이다. 상기 유기물의 함량이 상기 범위일 때 구동전압 및 수명 특성이 양호한 유기 발광 소자를 얻을 수 있다.
상기 제2중간층을 형성하는 풀러렌계 물질은 C60, C70, C76, C78, C82, C90, C94 및 C96으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용한다.
상기 금속 반사막은 은(Ag), 알루미늄(Al) 등과 같은 반사 특성을 가지는 금속재료로 이루어진다.
상기 제1중간층의 두께는 30 내지 200Å, 예를 들어 40 내지 150Å이고, 제2중간층의 두께는 30 내지 150Å, 예를 들어 40 내지 100Å이다. 제1중간층의 두께가 상기 범위일 때 계면안정성 저하 없이 전하 균형이 이루어진다.
상기 제1전극의 두께는 50 내지 1000Å이며, 상기 금속 반사막의 두께는 50 내지 2000Å이다.
제1전극은 ITO(Iindium Tin Oxide), IZO(Iindium Zinc Oxide), 니켈(Ni), 백금(Pt), 금(Au), 이리듐(Ir)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어진다.
도 1은 본 발명의 일구현예에 따른 유기 발광 소자의 구조를 나타낸 단면도이다.
이를 참조하면, 기판(10) 상부에 은(Ag)으로 된 금속 반사막(11)이 적층되고, 상기 금속 반사막(11) 상부에 제1전극(110)이 형성된다.
상기 제1전극 (110)상에는 전하 착물인 금속 산화물과 유기물을 포함하는 제1중간층(121) 및 풀러렌계 물질 또는 불소 함유 화합물을 포함하는 제2중간층(122)이 순차적으로 형성되고, 그 상부에 정공수송층(123), 발광층(124), 전자수송층(125) 및 전자주입층(126)이 순차적으로 형성되어 있다. 상기 전자주입층(126) 상부에는 제2전극(130)이 형성되어 있다.
이하, 상기 전면발광형 유기 발광 소자의 제조방법을 살펴 보기로 하되, 편의상 본 발명의 일구현예인 도 1의 유기 발광 소자의 제조방법을 예로 들어 설명하기로 한다.
먼저, 기판 (110) 상부에 반사막(11)을 형성한다. 이 때 금속 반사막(11) 형성 재료로는 은(Ag), 알루미늄(Al)중에서 선택된 하나 이상을 사용하며, 반사막의 두께는 10 내지 500Å이다. 만약 반사막의 두께가 상기 범위일 때 공정성 등이 양호하다.
이어서, 상기 금속 반사막(11) 상부에 패터닝된 제1전극(110)을 형성한다. 여기에서 상기 기판(10)은 통상적인 유기 전계 발광 소자에서 사용되는 기판을 사용하는데, 투명성, 표면 평탄성, 취급 용이성 및 방수성이 우수한 유리 기판 또는 투명 플라스틱 기판을 사용한다. 그리고 상기 기판의 두께는 0.3 내지 1.1 mm일 수 있다.
상기 제1전극(110)의 형성 재료로는 정공 주입이 용이한 전도성 금속 또는 그 산화물로 이루어지며, 구체적인 예로서, ITO(Iindium Tin Oxide), IZO(Iindium Zinc Oxide), 니켈(Ni), 백금(Pt), 금(Au), 이리듐(Ir) 등을 사용한다. 일구현예에서는 ITO를 사용한다.
상기 제1전극(110)의 상부에 전하착물을 형성하는 금속 산화물과 유기물을 이용하여 제1중간층(121)을 형성한다. 이 때 제1중간층은, 두 물질을 진공증착하여 형성한다.
상기 제1중간층(121) 상부에 풀러렌계 물질 또는 불소 함유 화합물을 이용하여 제2중간층(122)을 형성한다. 이 때 제2중간층 형성방법으로는, 진공증착법을 이용한다.
이어서, 상기 제2중간층(122) 상부에 정공 수송 물질을 진공 열증착 또는 스핀 코팅하여 정공 수송층(123)을 형성한다.
상기 정공 수송 물질은 특별히 제한되지는 않으며, N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1-비페닐]-4,4' 디아민(TPD), N,N'-디(나프 탈렌-1-일)-N,N'-디페닐 벤지딘,N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-diphenyl- benzidine :α-NPD) 등이 사용된다.
여기에서 정공 수송층의 두께는 10 내지 3000Å이고, 상기 정공 수송층의 두께가 상기 범위일 때, 정공 수송 능력 저하없이 구동 전압이 우수하다.
상기 제2중간층(122)과 정공수송층(123) 사이에 정공주입층(미도시)을 더 형성할 수 있다. 하지만 그 소자 특성 개선은 소자 구조에 따라 좌우된다. 상기 정공 주입 물질로는 특별히 제한되지 않으며 구리 프탈로시아닌(CuPc) 또는 스타버스트(Starburst)형 아민류인 TCTA, m-MTDATA 등을 정공 주입층으로 사용할 수 있다.
상기 과정에 따라 형성된 정공 수송층(123) 상부에 발광층(124)을 형성한다.
상기 발광층 재료는 통상적으로 사용되는 것을 사용하며, 특별히 제한되지는 않으며, 구체적인 예로서 알루미늄 착물(예: Alq3(트리스(8-퀴놀리놀라토)-알루미늄 (tris(8-quinolinolato)-aluminium), BAlq, SAlq, Almq3, 갈륨 착물(예: Gaq'2OPiv, Gaq'2OAc, 2(Gaq'2)), 플루오렌(fluorene)계 고분자, 폴리파라페닐렌 비닐렌 또는 그 유도체, 비페닐 유도체, 스피로 폴리플루오렌(spiro polyfluorne)계 고분자 등을 이용한다.
Alq3 BAlq
SAlq Almq3
Gaq'2OPiv Gaq'2OAc, 2(Gaq'2)
상기 발광층(124)의 두께는 200 내지 300Å이다. 발광층의 두께가 상기 범위일 때, 구동 전압의 실질적인 상승없이 발광 특성이 우수하다.
도 1에는 나타나 있지 않으나 상기 발광층(124) 위에 정공 블로킹 물질을 진공 증착, 또는 스핀 코팅하여 정공 블로킹층을 선택적으로 형성하기도 한다. 이 때 사용하는 정공 블로킹 물질은 특별히 제한되지는 않으나 전자 수송 능력을 가지면서 발광 화합물 보다 높은 이온화 퍼텐셜을 가져야 하며 대표적으로 Balq, BCP, TPBI 등이 사용된다. 만약 정공 블로킹층의 두께는 30 내지 70Å이다. 정공 블로킹층의 두께가 상기 범위일 때, 구동 전압 상승없이 정공 블로킹 특성이 우수하다.
이어서 발광층 (124) 상부에 전자 수송 물질을 진공 증착 또는 스핀 코팅하여 전자 수송층(125)을 형성한다. 전자 수송 물질로는 특별히 제한되지는 않으며 Alq3를 이용할 수 있다.
상기 전자 수송층(125)의 경우 두께는 150 내지 600Å이다. 전자 수송층의 두께가 상기 범위일 때, 전자 수송 능력 저하없이 구동 전압이 우수하다.
또한 상기 전자 수송층(125) 위에 전자 주입층(126)이 적층될 수 있다. 상기 전자 주입층 형성 재료로서는 LiF, NaCl, CsF, Li2O, BaO, Liq 등의 물질을 이용할 수 있다. 상기 전자 주입층의 두께는 5 내지 20Å이다.
전자 주입층의 두께가 상기 범위인 경우, 전자주입 능력 저하없이 구동 전압이 우수하다.
이어서, 상기 전자 주입층 상부에 캐소드용 금속을 진공 열 증착하여 제2전극(130)인 캐소드를 형성함으로써 전면발광형 유기 발광 소자가 완성된다.
상기 캐소드 금속으로는 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag) 등이 이용된다.
이하, 하기 실시예를 들어 보다 상세하게 설명하기로 하되, 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.
실시예
1
유리기판에 두께 1000Å의 은(Ag)막과 두께 100Å의 ITO막을 순차적으로 형성하고, 이 유리 기판을 증류수 세척을 실시한 다음, 이소프로필 알코올과 순수 물 속에서 각 5 분 동안 초음파 세정한 후, 진공오븐에서 1시간 건조하였다.
상기 ITO막 상부에 전하 착물인 몰리브덴 산화물 100 중량부와 NPB 50 중량부를 증착하여 제1중간층을 100Å 의 두께로 형성하였다.
상기 제1중간층 상부에 C60을 증착하여 제2중간층을 50Å의 두께로 형성하였다. 그리고 상기 제2중간층 상부에 NPB를 진공 열증착하여 정공 수송층을 650 Å 의 두께로 형성하였다.
상기 정공수송층 상부에 Alq3을 이용하여 발광층을 200Å 의 두께로 형성하였다.
상기 발광층 상부에 전자 수송 물질인 Alq3를 증착하여 250Å 두께의 전자 수송층을 형성하였다.
상기 전자 수송층 상부에 LiF 10Å (전자 주입층)과 Mg:Ag 500Å (캐소드)을 순차적으로 진공 증착하여 LiF/ Mg:Ag 전극을 형성하여 전면발광형 유기 발광 소자를 제조하였다.
실시예
2
제2중간층 형성시 C60 대신 F16-CuPc을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 전면발광형 유기 발광 소자를 제조하였다.
실시예
3
제1중간층 형성시 몰리브덴 산화물 대신 텅스텐 산화물을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 전면발광형 유기 발광 소자를 제조하였다.
비교예
1
정공수송층 상부에 C60을 증착하여 50Å의 두께로 버퍼층을 형성한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하였다.
상기 실시예 1 및 비교예 1에 따른 전면발광형 유기 발광 소자에 있어서, 구동전압, 발광효율 및 수명 특성을 조사하였고, 그 결과는 각각 도 2 내지 도 4에 나타내었다.
도 2 내지 도 4를 참조하여, 상기 실시예 1-3의 전면발광형 유기 발광 소자는 비교예 1의 경우에 비하여 구동전압, 발광효율 및 수명 특성이 향상되었다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
Claims (11)
- 금속 반사막;
제1 전극;
전하 착물(charge complex)을 포함하는 제1중간층;
풀러렌계 물질 또는 불소 함유 화합물을 포함하는 제2중간층;
발광층; 및
제2전극을 포함하는 전면발광형 유기 발광 소자. - 제1항에 있어서, 상기 전하 착물이 금속 산화물과 유기물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전면발광형 유기 발광 소자.
- 제2항에 있어서, 상기 금속 산화물이 몰리브덴 산화물, 텅스텐 산화물중에서선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전면발광형 유기 발광 소자.
- 제2항에 있어서, 상기 유기물이,
N,N'-디(1-나프틸)-N,N'-디페닐벤지딘, 4,4',4''-트리스 (3-메틸페닐아미노) 트리페닐아민, 폴리아닐린/도데실벤젠술폰산, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(4-스티렌술포네이트)), 폴리아닐린/캠퍼술폰산 및 폴리아닐린)/폴리(4-스티렌술포네이트)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전면발광형 유기 발광 소자. - 제2항에 있어서, 상기 유기물이,
금속 산화물 100 중량부를 기준으로 하여 30 내지 70 중량부인 것을 특징으로 하는 전면발광형 유기 발광 소자. - 제1항에 있어서, 상기 금속 반사막이,
은(Ag) 및 알루미늄(Al)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전면발광형 유기 발광 소자. - 제1항에 있어서, 상기 불소 함유 화합물이,
구리(II) 1,2,3,4,8,9,10,11,15,16,17,18,22,23,24,25-헥사데카플루오로프탈로시아닌인 것을 특징으로 하는 전면발광형 유기 발광 소자. - 제1항에 있어서, 상기 제2중간층과 발광층 사이에 정공수송층이 더 형성된 것을 특징으로 하는 전면발광형 유기 발광 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 제1중간층의 두께가 30 내지 200Å인 것을 특징으로 하는 전면발광형 유기 발광 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 제2중간층의 두께가 30 내지 150Å인 것을 특징으로 하는 전면발광형 유기 발광 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 금속 반사막의 두께가 50 내지 2000Å인 것을 특징으로 하는 전면발광형 유기 발광 소자.
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