KR20120042051A

KR20120042051A - 유기전계발광소자

Info

Publication number: KR20120042051A
Application number: KR1020100103527A
Authority: KR
Inventors: 박진호; 김관수; 정승룡
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2010-10-22
Filing date: 2010-10-22
Publication date: 2012-05-03
Also published as: KR101771253B1

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 유기전계발광소자는 애노드 전극, 상기 애노드 전극 상에 위치하는 발광층 및 상기 발광층 상에 위치하며, AlAg합금으로 이루어진 제 1 층 및 Al로 이루어진 제 2층을 포함하는 캐소드 전극을 포함할 수 있다.

Description

유기전계발광소자{Organic Light Emitting Diode Device}

본 발명은 유기전계발광소자에 관한 것으로, 보다 자세하게는 AlAg합금의 제 1 층 및 Al의 제 2 층으로 형성된 캐소드 전극을 포함하는 유기전계발광소자에 관한 것이다.

최근, 평판표시장치(FPD: Flat Panel Display)는 멀티미디어의 발달과 함께 그 중요성이 증대되고 있다. 이에 부응하여 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display: LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel: PDP), 전계방출표시장치(Field Emission Display: FED), 유기전계발광소자(Organic Light Emitting Device) 등과 같은 여러 가지의 평면형 디스플레이가 실용화되고 있다.

특히, 유기전계발광소자는 응답속도가 1ms 이하로서 고속의 응답속도를 가지며, 소비 전력이 낮고 자체 발광이다. 또한, 시야각에 문제가 없어서 장치의 크기에 상관없이 동화상 표시 매체로서 장점이 있다. 또한, 저온 제작이 가능하고, 기존의 반도체 공정 기술을 바탕으로 제조 공정이 간단하므로 향후 차세대 평판 표시 장치로 주목받고 있다.

유기전계발광소자는 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 발광층을 포함하고 있어 애노드 전극으로부터 공급받는 정공과 캐소드 전극으로부터 받은 전자가 발광층 내에서 결합하여 정공-전자쌍인 여기자(exciton)를 형성하고 다시 여기자가 바닥상태로 돌아오면서 발생하는 에너지에 의해 발광하게 된다.

종래 유기전계발광소자는 Al로 이루어진 캐소드 전극을 사용하였지만, Al의 특성 상, 광 반사율이 낮고 광 흡수율이 높아 발광효율이 저하되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 AlAg합금의 제 1 층 및 Al의 제 2 층으로 형성된 캐소드 전극을 형성하여, 발광효율을 향상시킬 수 있는 유기전계발광소자를 제공한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기전계발광소자는 애노드 전극, 상기 애노드 전극 상에 위치하는 발광층 및 상기 발광층 상에 위치하며, AlAg합금으로 이루어진 제 1 층 및 Al로 이루어진 제 2층을 포함하는 캐소드 전극을 포함할 수 있다.

상기 애노드 전극과 상기 발광층 사이에 정공주입층 및 정공수송층을 더 포함할 수 있다.

상기 발광층과 상기 캐소드 전극 사이에 전자수송층 및 전자주입층을 더 포함할 수 있다.

상기 애노드 전극은 투명전극일 수 있다.

상기 캐소드 전극은 반사전극일 수 있다.

상기 제 1 층은 1 내지 200nm의 두께로 이루어질 수 있다.

상기 제 2 층은 30 내지 500nm의 두께로 이루어질 수 있다.

상기 AlAg합금의 Al과 Ag의 혼합비는 1:1 내지 5:1일 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 유기전계발광소자는 AlAg의 제 1 층과 Al의 제 2 층을 구비하는 캐소드 전극을 형성함으로써, 광 반사율 및 발광효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기전계발광소자를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 유기전계발광소자의 캐소드 전극의 반사율을 측정한 그래프.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예들을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기전계발광소자를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기전계발광소자(100)는 기판(110), 애노드 전극(120), 정공주입층(130), 정공수송층(140), 발광층(150), 전자수송층(160), 전자주입층(170) 및 캐소드 전극(180)을 포함할 수 있다.

상기 기판(110)은 유리, 플라스틱 또는 금속으로 이루어질 수 있으며, 반도체층, 게이트 전극, 소오스 전극 및 드레인 전극을 더 포함할 수 있다.

상기 애노드 전극(120)은 투명한 투명전극일 수 있다. 애노드 전극(120)이 투명전극인 경우에 애노드 전극(120)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 또는 ZnO(Zinc Oxide) 중 어느 하나일 수 있다.

애노드 전극(120)은 스퍼터링법(Sputtering), 증발법(Evaporation), 기상증착법(Vapor Phase Deposition) 또는 전자빔증착법(Electron Beam Deposition)을 사용하여 형성할 수 있다.

상기 정공주입층(130)은 애노드 전극(120)으로부터 발광층(150)으로 정공의 주입을 원활하게 하는 역할을 할 수 있으며, CuPc(cupper phthalocyanine), PEDOT(poly(3,4)-ethylenedioxythiophene), PANI(polyaniline) 및 NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenyl benzidine)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

정공주입층(130)은 증발법 또는 스핀코팅법을 이용하여 형성할 수 있으며, 정공주입층(130)의 두께는 1 내지 150nm일 수 있다.

상기 정공수송층(140)은 정공의 수송을 원활하게 하는 역할을 하며, NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenyl benzidine), TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine), s-TAD 및 MTDATA(4,4',4"-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

정공수송층(140)은 증발법 또는 스핀코팅법을 이용하여 형성할 수 있으며, 정공수송층(140)의 두께는 5 내지 150nm일 수 있다.

상기 발광층(150)은 적색, 녹색 및 청색을 발광하는 물질로 이루어질 수 있으며, 인광 또는 형광물질을 이용하여 형성할 수 있다.

발광층(150)이 적색인 경우, CBP(carbazole biphenyl) 또는 mCP(1,3-bis(carbazol-9-yl)를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, PIQIr(acac)(bis(1-phenylisoquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(acac)(bis(1-phenylquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(tris(1-phenylquinoline)iridium) 및 PtOEP(octaethylporphyrin platinum)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 도펀트를 포함하는 인광물질로 이루어질 수 있고, 이와는 달리 PBD:Eu(DBM)₃(Phen) 또는 Perylene을 포함하는 형광물질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

발광층(150)이 녹색인 경우, CBP 또는 mCP를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, Ir(ppy)3(fac tris(2-phenylpyridine)iridium)을 포함하는 도펀트 물질을 포함하는 인광물질로 이루어질 수 있고, 이와는 달리, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum)을 포함하는 형광물질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

발광층(150)이 청색인 경우, CBP 또는 mCP를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, (4,6-F₂ppy)₂Irpic을 포함하는 도펀트 물질을 포함하는 인광물질로 이루어질 수 있고, 이와는 달리, spiro-DPVBi, spiro-6P, 디스틸벤젠(DSB), 디스트릴아릴렌(DSA), PFO계 고분자 및 PPV계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 형광물질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

상기 전자수송층(160)은 전자의 수송을 원활하게 하는 역할을 하며, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), PBD, TAZ, spiro-PBD, BAlq 및 SAlq로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

전자수송층(160)은 증발법 또는 스핀코팅법을 이용하여 형성할 수 있으며, 전자수송층(160)의 두께는 1 내지 50nm일 수 있다.

또한, 전자수송층(160)은 애노드 전극(120)으로부터 주입된 정공이 발광층(150)을 통과하여 캐소드 전극(180)으로 이동하는 것을 방지하는 역할도 할 수 있다. 즉, 정공저지층의 역할을 하여 발광층(150)에서 정공과 전자의 결합을 효율적이게 하는 역할을 하게 된다.

한편, 본 발명의 전자주입층(170)은 전자의 주입을 원활하게 하는 역할을 하며, MgF₂, LiF, NaF, KF, RbF, CsF, FrF 및 CaF₂로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

상기 캐소드 전극(180)은 발광층(150)에 전자를 공급하는 역할을 하는 전극으로 발광층(150)으로부터 방출된 광을 반사하는 반사전극일 수 있다.

캐소드 전극(180)은 AlAg합금으로 이루어진 제 1 층(181) 및 Al로 이루어진 제 2층(182)을 포함할 수 있다.

AlAg합금으로 이루어진 제 1 층(181)에서 Ag는 제 1 층(181)의 반사율을 향상시키는 역할을 하고, Al은 제 1 층(181)의 전자주입 특성을 향상시키는 역할을 한다.

그리고, 상기 제 1 층(181)에서 AlAg합금의 Al과 Ag의 혼합비는 1:1 내지 5:1일 수 있다. 여기서, Al과 Ag의 혼합비는 1:1 이상이면, 제 1 층(181)의 반사율 및 전자주입 특성을 향상시킬 수 있는 이점이 있고, Al과 Ag의 혼합비는 5:1 이하이면, Ag의 함량이 너무 적어 반사율이 낮아지는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.

또한, 제 1 층(181)은 1 내지 200nm의 두께로 이루어질 수 있다. 여기서, 제 1 층(181)의 두께가 1nm 이상이면, 캐소드 전극(180)의 반사율과 전자주입 특성을 향상시킬 수 있는 이점이 있고, 제 1 층(181)의 두께가 200nm 이하이면, 반사율이 저하되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.

Al로 이루어진 제 2 층(182)은 전자주입 특성이 우수한 Al로 이루어져 발광층(150)에 전자를 용이하게 공급할 수 있다.

상기 제 2 층(182)은 30 내지 500nm의 두께로 이루어질 수 있다. 여기서, 제 2 층(182)의 두께가 30nm 이상이면, 반사율 및 전자주입 특성을 향상시킬 수 있는 이점이 있고, 제 2 층(182)의 두께가 500nm 이하이면, 소자의 두께 및 공정시간을 절감할 수 있는 이점이 있다.

상기와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기전계발광소자는 AlAg의 제 1 층과 Al의 제 2 층을 구비하는 캐소드 전극을 형성함으로써, 광 반사율 및 발광효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

이하, 본 발명의 전자주입층을 포함하는 유기전계발광소자에 관하여 하기 실시예에서 상술하기로 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

유리 기판 상에 발광 면적이 3mm×3mm 크기가 되도록 패터닝한 후 세정하였다. 기판 상에 애노드 전극인 ITO를 500Å의 두께로 성막하고, 정공주입층인 CuPc를 1000Å의 두께로 성막하고, 정공수송층인 NPD를 1000Å의 두께로 성막하고, 청색 발광층으로 호스트인 CBP와 도펀트인 (4,6-F₂ppy)₂Irpic을(도펀트의 도핑 농도 2 중량부) 300Å의 두께로 성막하였다. 그 다음 전자수송층인 spiro-PBD를 200Å의 두께로 성막하고, 전자주입층인 LiF를 10Å의 두께로 성막하고, 캐소드 전극으로 Al과 Ag를 1:1의 비율로 공증착하여 100nm의 두께로 제 1 층을 성막하고, Al을 증착하여 100nm의 두께로 제 2 층을 성막하여 유기전계발광소자를 제작하였다.

실시예 2

전술한 실시예 1과 동일한 공정 조건 하에, Al과 Ag의 비율을 3:1로 공증착하여 제 1 층을 성막한 것을 달리하여 유기전계발광소자를 제작하였다.

실시예 3

전술한 실시예 1과 동일한 공정 조건 하에, Al과 Ag의 비율을 5:1로 공증착하여 제 1 층을 성막한 것을 달리하여 유기전계발광소자를 제작하였다.

비교예

전술한 실시예 1과 동일한 공정 조건 하에, 캐소드 전극으로 Al만을 이용하여 성막한 것을 달리하여 유기전계발광소자를 제작하였다.

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예에 따라 제조된 유기전계발광소자의 구동전압, 발광효율, 색좌표 및 양자효율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었고, 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 유기전계발광소자의 캐소드 전극의 반사율을 측정하여 도 2에 나타내었다.

	구동전압(V)	발광효율		색좌표		양자효율(%)
	구동전압(V)	cd/A	lm/A	CIE_x	CIE_y	양자효율(%)
비교예	3.1	43.7	43.7	0.245	0.687	12.8
실시예1	3.1	49.9	49.9	0.252	0.683	13.6
실시예2	3.1	48.7	48.5	0.249	0.683	13.7
실시예3	3.1	48.1	47.8	0.247	0.685	13.5

표 1을 참조하면, 본 발명의 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 유기전계발광소자는 비교예에 비해 발광효율 및 양자효율이 향상된 것을 알 수 있다.

그리고, 실시예 1 내지 실시예 3에 따른 유기전계발광소자의 캐소드 전극의 반사율을 측정한 도 2를 살펴보면, Ag의 함량이 많을수록 캐소드 전극의 반사율이 우수한 것을 알 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

애노드 전극;
상기 애노드 전극 상에 위치하는 발광층; 및
상기 발광층 상에 위치하며, AlAg합금으로 이루어진 제 1 층 및 Al로 이루어진 제 2층을 포함하는 캐소드 전극을 포함하는 유기전계발광소자.
제 1항에 있어서,
상기 애노드 전극과 상기 발광층 사이에 정공주입층 및 정공수송층을 더 포함하는 유기전계발광소자.
제 1항에 있어서,
상기 발광층과 상기 캐소드 전극 사이에 전자수송층 및 전자주입층을 더 포함하는 유기전계발광소자.
제 1항에 있어서,
상기 애노드 전극은 투명전극인 유기전계발광소자.
제 1항에 있어서,
상기 캐소드 전극은 반사전극인 유기전계발광소자.
제 1항에 있어서,
상기 제 1 층은 1 내지 200nm의 두께로 이루어진 유기전계발광소자.
제 1항에 있어서,
상기 제 2 층은 30 내지 500nm의 두께로 이루어진 유기전계발광소자.
제 1항에 있어서,
상기 AlAg합금의 Al과 Ag의 혼합비는 1:1 내지 5:1인 유기전계발광소자.