KR20130122321A - 화합물을 활용한 유기발광소자 - Google Patents
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Abstract
전기 화학적 특성이 우수한 화합물을 이용하여 색순도 및 효율 특성을 크게 향상시킬 수 있도록 한 화합물을 활용한 유기발광소자가 개시되어 있다. 상기 화합물을 활용한 유기발광소자는 음극; 양극; 및 상기 음극과 양극 사이에 다수의 유기박막층을 구비하는 유기발광소자로서, 상기 유기박막층은 아데닌, 구아닌, 티민 및 시토신 중 하나의 화합물 또는 둘 이상의 화합물의 혼합물로 제조되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 화합물을 활용한 유기발광소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전기 화학적 특성이 우수한 화합물을 이용하여 색순도 및 효율 특성을 크게 향상시킬 수 있도록 한 화합물을 활용한 유기발광소자에 관한 것이다.
유기발광소자는 저전압 구동(low operating voltage), 높은 발광효율(highly efficient electroluminescence), 빠른 응답속도(speed of response), 및 휨 특성(flexible)을 갖고 있어서 차세대 평판 디스플레이 등에 적합한 전기적 특징을 가지고 있다.
또한 유기발광소자는 음극과 양극에서 주입된 전자와 양의 전하를 띤 입자가 유기물 내에서 결합해 빛이 발생하는 현상으로 색감을 떨어뜨리는 백라이트가 필요없으며, 1950년 프랑스 베르나노즈연구팀이 OLED현상을 처음으로 발견하였다. 유기 발광 소자 제품은 현재 삼성SDI와 일본의 파이오니어, 소니, 산요 등이 치열한 선두경쟁을 벌이면서 사업화에 박차를 가하고 있는 발전가능성이 우수한 품목이다.
유기발광소자는 일반적으로 음극, 유기발광층, 및 양극으로 적층된다.
이때, 유기 발광 소자에 사용하는 물질은 유기막 제조 방법에 따라 진공 증착성 물질과 용액 도포성 물질로 지금까지의 유기발광 소재는 고분자 물질 개발과 화학적 합성을 통해 개발되었다. 그러나 인위적인 화학적 합성에 국한되어 특정 소재에 대한 제한적인 기술로 색상구현에 한계가 있고, 고가 가격형성으로 다양한 기술 개발이 시급한 실정이다.
종래의 유기발광소자에 대한 공지기술로는 대한민국 등록특허 제100259398호에 "베릴륨계 합성 착화물을 사용하여 유기발광소자"가 개시되어 있으며, 또 다른 특허 대한민국 공개특허 제1020110015391호에서는 "유기 발광 패널의 제조장치 및 유기발광 패널의 제조방법"이 개시되어 있는데, 이러한 유기발광패널은 (a)하측 진공 용기 및 상측 진공 용기 장치, (b)제 1 공간과 제 2 공간을 진공으로 하는 밀봉 기판 장치를 구비하고, 제 1 공간에 대기압 또는 대기압 이상의 기체를 도입하여, 제 1 공간과 제 2 공간 사이에 생긴 차압을 다이어프램을 거쳐 소자 기판을 압착하여 제조되는데, 이러한 종래기술은 본 발명과는 전혀 무관한 기술인 것이다.
본 발명의 목적은 색순도 및 색 다양성을 크게 증대시킬 수 있도록 한 화합물을 활용한 유기발광소자를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 물리화학적으로 안정한 도막을 형성할 수 있도록 한 화합물을 활용한 유기발광소자를 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 화합물을 활용한 유기발광소자는,
음극; 양극; 및 상기 음극과 양극 사이에 다수의 유기박막층을 구비하는 유기발광소자로서,
상기 유기박막층은 하기의 화학식 1 내지 화학식 4의 화합물 중 하나의 화합물 또는 둘 이상의 화합물의 혼합물로 제조되는 것을 특징으로 한다.
(하기 화학식 1은 아데닌, 화학식 2는 구아닌, 화학식 3은 티민, 화학식 4는 시토신이다.)
[화학식 1]
[화학식 2]
[화학식 3]
[화학식 4]
상기 유기박막층은 정공수송층 및 전자수송층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 유기박막층은 정공주입층, 발광층, 정공저지층, 및 전자주입층으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 유기박막층 각 층은 10∼60nm의 두께를 가지며, 유기박막층 전체의 두께는 200nm를 넘지 않는 것을 특징으로 한다.
상기 양극은 산화인주석, 산화인아연, 산화주석 또는 산화아연이 코팅된 플렉시블한 투명 플라스틱 또는 유리기판인 것을 특징으로 한다.
상기 음극은 일함수가 낮은 알루미늄이나, 마그네슘과 은의 혼합물인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 유기발광소자의 색순도 및 색 다양성을 크게 증대시킬 수 있으며, 물리화학적으로 안정한 도막을 형성할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 전기 화학적 특성이 우수한 유기발광소자를 얻을 수 있는 장점이 있다.
도 1a 내지 도 1e는 구아닌, 시토신, 티민, 아데닌, 키토산의 PL 스펙트럼이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 OLED의 전류-전압 특성 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 OLED의 전류-전압 특성 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 화합물을 활용한 유기발광소자에 대하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 화합물을 활용한 유기발광소자는 하기의 화학식 1 내지 화학식 4 중 어느 하나 또는 둘 이상의 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
[화학식 2]
[화학식 3]
[화학식 4]
상기 화학식 1은 아데닌으로서, 퓨린 계열의 핵 염기 중 하나로 생물의 세포 내에서 디옥시리보헥산과 리보헥산에 포함되어 있다.
상기 화학식 2는 구아닌으로서, 퓨린 계열의 핵 염기 중 하나로 생물의 세포 내에서 디옥시리보헥산과 리보헥산에 포함되어 있다.
상기 화학식 3은 티민으로서, 피리미딘 계열의 핵 염기 중 하나로 생물 세포 내에서 디옥시리보헥산과 리보헥산에 포함되어 있다.
상기 화학식 4는 시토신으로서, 피리미딘 계열의 핵염기 중 하나로 생물 세포 내에서 디옥시리보헥산과 리보헥산에 포함되어 있다.
화학식 1 내지 화학식 4의 화합물은 생물의 세포 내의 디옥시리보헥산과 리보헥산에서 강산과 강염기를 이용하여 분리 추출하여 사용할 수 있는 친환경 유기발광소자들이다.
상기 화학식 염기인 아데닌, 구아닌, 티민, 시토신을 DMSO에 10,000 mgL-1 농도로 용해하였으며 석영큐벳에 1ml를 담고 자외선 365nm 파장으로 조사하였다. 분광방사휘도계(Spectroradimeter; minolta CS-1000)로 스펙트럼 파장을 분석을 표 1과 도 1에 나타내었다.
모든 물질이 청색파장을 보였다. 최대 발광파장은 구아닌, 티민, 및 비교군인 키토산이 380nm이었고 시토신이 386nm, 아데닌은 417nm였다. 최대 발광파장에서는 큰 차이점이 없었다. 발광 휘도는 시토신이 가장 높은 2.16 ㏅/㎡였으며, 비교군인 키토산은 0.59 ㏅/㎡로 실험군인 구아닌, 시토신, 티민, 아데닌 보다 휘도가 떨어지는 것으로 나타났다.
| 화합물 | 최대발광파장 (nm) |
휘도 (cd/㎡) |
E 색좌표 (x, y) |
발광색 | 특징 | |
| 구아닌 | 380 | 1.833 | 0.1746, 0.1326 | 청색 | 색순도가 가장 높음 | |
| 티민 | 380 | 1.21 | 0.2019, 0.1717 | 청색 | 분자가 작아 전자층과 정공층 사이에서 우수한 접착력을 보임 | |
| 시토신 | 386 | 2.16 | 0.1623, 0.0290 | 청색 | 휘도가 가장 높음 | |
| 아데닌 | 417 | 1.7 | 0.1716, 0.1159 | 청색 | 휘도가 높으면서 다른 물질에 비해 박막구성이 용이함 | |
| 키토산 | 380 | 0.59 | 0.1708, 0.1147 | 청색 | 휘도가 너무 낮아 비효율적임 | |
상기 표 1에서 나타난 바와 같이, 스펙트럼을 분석한 결과 구아닌, 티민, 시토신, 및 아데닌은 휘도가 높은 반면에 비교군인 키토산은 발광휘도가 낮기 때문에, 본 발명의 화합물보다 OLED 성능이 떨어진다.
특히, 티민은 분자가 작아서 층과 층 사이에 박막을 이룰 경우 계면 상태를 개선시켜주기 때문에 두 층을 안정하게 유지할 수 있는 장점이 있다. 또한, 아데닌은 휘도가 높으며 다른 물질에 비해 박막 구성이 상대적으로 용이한 장점이 있다.
본 발명에 따른 유기발광소자는, 세부적으로 음극, 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층, 또는 양극 순으로 적층되거나, 음극, 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 정공저지층, 전자수송층, 전자주입층, 또는 양극 순으로 적층될 수도 있다.
특히, 음극과 양극 사이에 유기박막층으로서, 정공수송층과 전자수송층은 필수적으로 존재해야만 되며, 정공주입층, 발광층, 정공저지층, 또는 전자주입층은 필요에 따라서 선택될 수 있는 층들이다.
상기 유기발광소자에 있어서, 음극은 일함수가 낮은 알루미늄이나, 마그네슘과 은의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 일함수가 낮은 금속 또는 혼합물을 사용하는 이유는 전자 주입의 효율이 증가하여 OLED 소자의 발광효율을 크게 증가시킬 수 있기 때문이다.
또한, 양극은 투명하고 전도성이 우수한 산화인주석, 산화인아연, 산화주석 또는 산화아연이 코팅된 플렉시블한 투명 플라스틱이나 유리기판 등이 사용될 수 있다.
전류-전압(I-V) 분석을 위해 대표적으로 시토신을 측정하였으며, 이를 위해 유리기판에 ITO가 코팅된 것(삼성코닝사)을 사용하였으며, ITO 두께는 180nm이며 면저항은 10Ω/□이다. ITO기판 패터닝은 리소그래피(lithography)방법으로 20mm×20mm 크기로 하였다. 패턴된 ITO기판은 클로로포름, 아세톤, 메틸알콜, 이소프로필 알코올을 순서대로 초음파로 15분간 세척하고 질소가스로 건조하였다. OLED 소자는 진공증착법(Vacuum Evaporation)으로 제작하였으며, 압력은 5×10-6 Torr 이하로 유지하였다. 소자의 구성은 ITO 기판 위에 시토신을 60nm로 증착하였으며, 그 위로 알루미늄을 100nm 증착하여 완성하였다. 전류-전압(I-V)특성은 sourece-measure unit(Keithley236)을 컴퓨터와 인터페이싱하여 측정하고 도 2로 나타내었다.
상기 각각의 유기박막층의 두께는 10∼60nm인 것이 바람직하다.
각각의 화합물마다 박막두께에 따른 구동전압을 분석한 결과 5nm에서는 모든 물질의 박막이 손상되었으며, 10nm에서부터 전류가 흐르기 시작하였다. 20~60nm에서는 박막 손상이 없었으며 구동전압도 안정적이었으며, 80nm에서는 구동전압이 급격히 증가하여 비효율적이었다(표 2 및 도 2 참조).
| 화합물명 두께(nm) |
구아닌 | 티민 | 시토신 | 아데닌 | 비고 |
| 구동전압(V) | |||||
| 5 | - | - | - | - | 박막손상 |
| 10 | 4 | 7 | 4 | 5 | |
| 20 | 7 | 6 | 7 | 7 | |
| 40 | 7 | 7 | 7 | 7 | |
| 60 | 14 | 15 | 12 | 9 | |
| 80 | 20 | 25 | 23 | 27 | 비효율 |
또한, 다수의 유기박막 층들의 전체 두께, 즉 음극과 양극 사이에 위치하는 유기막의 두께는 70∼200nm인 것이 바람직한데, 유기막이 60nm 이하일 경우 에너지 효율이 낮거나 소자 수명이 짧은 것으로 나타났으며, 200nm가 넘을 경우는 구동전압이 크게 증가하여 에너지 소모가 큰 것으로 나타났다. 적정 두께는 90~150nm 인 것으로 나타났다(표 3 참조).
| 유기막 두께(nm) | 구동전압(V) | 비고 |
| 30 | 비효율 | |
| 60 | 7 | 소자 수명이 짧음 |
| 90 | 7 | |
| 120 | 7 | |
| 150 | 9 | |
| 180 | 15 | |
| 210 | 20 | 비효율 |
상기 유기막의 형성은 진공증착방법, 스핀코팅방법, 또는 잉크젯 프린팅 방법 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
Claims (6)
- 음극; 양극; 및 상기 음극과 양극 사이에 다수의 유기박막층을 구비하는 유기발광소자로서,
상기 유기박막층은 하기의 화학식 1 내지 화학식 4의 화합물 중 하나의 화합물 또는 둘 이상의 화합물의 혼합물로 제조되는 것을 특징으로 하는 화합물을 활용한 유기발광소자.
(하기 화학식 1은 아데닌, 화학식 2는 구아닌, 화학식 3은 티민, 화학식 4는 시토신이다.)
[화학식 1]
[화학식 2]
[화학식 3]
[화학식 4]
- 제 1항에 있어서,
상기 유기박막층은 정공수송층 및 전자수송층을 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물을 활용한 유기발광소자. - 제 2항에 있어서,
상기 유기박막층은 정공주입층, 발광층, 정공저지층, 및 전자주입층으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물을 활용한 유기발광소자. - 제 1항 또는 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유기박막층 각 층은 10∼60nm의 두께를 가지며, 유기박막층 전체의 두께는 200nm를 넘지 않는 것을 특징으로 하는 화합물을 활용한 유기발광소자. - 제 1항에 있어서,
상기 양극은 산화인주석, 산화인아연, 산화주석 또는 산화아연이 코팅된 플렉시블한 투명 플라스틱 또는 유리기판인 것을 특징으로 하는 화합물을 활용한 유기발광소자. - 제 1항에 있어서,
상기 음극은 일함수가 낮은 알루미늄이나, 마그네슘과 은의 혼합물인 것을 특징으로 하는 화합물을 활용한 유기발광소자.
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|---|---|---|---|
| KR1020120045564A KR20130122321A (ko) | 2012-04-30 | 2012-04-30 | 화합물을 활용한 유기발광소자 |
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160113944A (ko) * | 2015-03-23 | 2016-10-04 | 연세대학교 산학협력단 | Dna 기반 물질을 이용한 친환경 고효율 유기 발광 소자 |
| KR20160137733A (ko) | 2015-05-20 | 2016-12-01 | 순천향대학교 산학협력단 | 아데닌을 도펀트로 함유하는 유기발광다이오드 및 이의 제조방법 |
| KR20160137732A (ko) | 2015-05-20 | 2016-12-01 | 순천향대학교 산학협력단 | 발광소재 및 이의 제조방법 |
| KR20160137731A (ko) | 2015-05-20 | 2016-12-01 | 순천향대학교 산학협력단 | 아데닌 베리어층을 포함하는 유기발광다이오드 및 이의 제조방법 |
| WO2017052308A3 (ko) * | 2015-09-25 | 2017-05-11 | 한국생산기술연구원 | 유기소자에 사용되는 유기화합물 및 이를 이용한 유기소자의 제조방법 |
| CN113964277A (zh) * | 2021-10-19 | 2022-01-21 | 北京京东方技术开发有限公司 | 一种量子点发光器件和显示装置 |
-
2012
- 2012-04-30 KR KR1020120045564A patent/KR20130122321A/ko not_active Application Discontinuation
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