KR20140089258A - 유기 발광 소자 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
유기 발광 소자 및 이의 제조 방법이 개시된다.
Description
유기 발광 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
유기 발광 소자(organic light emitting diode)는 자발광형 소자로서 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.
휘도 불균일성 무라 형성이 실질적으로 방지되고, 제조 공정이 단순한 고성능 유기 발광 소자 및 이의 제조 방법을 제공한다.
일 측면에 따르면,
제1부화소, 제2부화소 및 제3부화소를 포함한 기판;
상기 기판의 제1부화소, 제2부화소 및 제3부화소 별로 형성된 복수의 제1전극;
상기 제1전극에 대향된 제2전극;
상기 제1부화소에 형성되고 제1색광을 방출하는 제1발광층;
상기 제2부화소에 형성되고 제2색광을 방출하는 제2발광층;
상기 제1부화소, 제2부화소 및 제3부화소에 대하여 공통층으로 형성된 제1층; 및
i) 상기 제1층 표면과 접촉하고, 상기 제1발광층과 상기 제1층 사이에 개재되어 있고, 상기 제1전극으로부터 주입된 전하가 상기 제1발광층으로 전달되는 것을 촉진시키는 제1금속 화합물을 포함한 제1보조층 및 ii) 상기 제1층 표면과 접촉하고, 상기 제2발광층과 상기 제1층 사이에 개재되어 있고, 상기 제1전극으로부터 주입된 전하가 상기 제2발광층으로 전달되는 것을 촉진시키는 제2금속 화합물을 포함한 제2보조층 중 적어도 하나;
를 포함한, 유기 발광 소자가 제공된다.
상기 제1보조층 및 제2보조층은 레이저 열전사법(LITI: Laser Induced Thermal Imaging)에 의하여 형성된 층일 수 있다.
상기 제1금속 화합물은, 상기 제1금속 화합물만으로 이루어진 제1막의 박막 밀도가 2g/cm3 이상이 되도록 하는 금속 화합물이고, 상기 제2금속 화합물은, 상기 제2금속 화합물만으로 이루어진 제2막의 박막 밀도가 2g/cm3 이상이 되도록 하는 금속 화합물일 수 있다.
상기 유기 발광 소자 중,
상기 제1전극은 정공 주입 전극이고; 상기 제1층이 상기 제3색광을 방출할 수 있는 발광 물질을 포함한 공통층이고; 상기 제1금속 화합물 및 제2금속 화합물이 산화성 금속 화합물이고; 상기 제2전극이 전자 주입 전극일 수 있다. 이 때, 상기 제1금속 화합물 및 제2금속 화합물은 서로 독립적으로, 텅스텐 옥사이드, 바나듐 옥사이드, 몰리브덴 옥사이드, 레늄 옥사이드, 철 할로게나이드, 주석 할로게나이드 및 구리 할로게나이드 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1보조층은 제1정공 수송성 유기물을 더 포함하고, 상기 제2보조층은 제2정공 수송성 유기물을 더 포함할 수 있다. 한편, 상기 제1색광은 적색광이고, 상기 제2색광이 녹색광이고, 상기 제3색광이 청색광이고, 상기 제3색광은 상기 제1층으로부터 방출될 수 있다.
또는, 상기 유기 발광 소자 중, 상기 제1전극이 전자 주입 전극이고; 상기 제1층이 전자 수송층이고; 상기 제1금속 화합물 및 제2금속 화합물이 환원성 금속 화합물이고; 상기 제2전극이 정공 주입 전극이고; 상기 제1층과 상기 제2전극 사이에 상기 제3색광을 방출할 수 있는 발광 물질을 포함하고 상기 제1부화소, 상기 제2부화소 및 상기 제3부화소에 대하여 공통층으로 형성된 제2층이 추가될 수 있다. 이 때, 상기 제1금속 화합물 및 제2금속 화합물이 서로 독립적으로, 리튬 카보네이트, 소듐 카보네이트, 포타슘 카보네이트, 루비듐 카보네이트, 세슘 카보네이트, 베릴늄 카보옥사이드, 베릴륨 카보네이트, 마그네슘 카보옥사이드, 마그네슘 카보네이트, 칼슘 옥사이드, 칼슘 카보네이트, 스트론튬 카보옥사이드, 스트론튬 카보네이트, 바륨 카보옥사이드 및 바륨 카보네이트 중 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1보조층은 제1전자 수송성 유기물을 더 포함하고, 상기 제2보조층은 제2전자 수송성 유기물을 더 포함할 수 있다. 한편, 상기 제1색광은 적색광이고, 상기 제2색광은 녹색광이고, 상기 제3색광은 청색광이고, 상기 제3색광은 상기 제2층으로부터 방출될 수 있다.
다른 측면에 따르면,
제1부화소, 제2부화소 및 제3부화소를 포함한 기판 상에 상기 기판의 제1부화소, 제2부화소 및 제3부화소 별로 복수의 제1전극을 형성하는 단계;
상기 제1부화소, 제2부화소 및 제3부화소에 대하여 공통층인 제1층을 형성하는 단계;
i) 상기 제1층 표면과 접촉하고, 상기 제1전극으로부터 주입된 전하가 상기 제1발광층으로 전달되는 것을 촉진시키는 제1금속 화합물을 포함한 제1보조층 및 ii) 상기 제1층 표면과 접촉하고, 상기 제1전극으로부터 주입된 전하가 상기 제2발광층으로 전달되는 것을 촉진시키는 제2금속 화합물을 포함한 제2보조층 중 적어도 하나를 형성하는 단계;
상기 제1부화소에 형성되고 제1색광을 방출하는 제1발광층 및 상기 제2부화소에서 형성되고 제2색광을 방출하는 제2발광층을 형성하는 단계; 및
상기 제1전극에 대향된 제2전극을 형성하는 단계;
를 포함한, 유기 발광 소자의 제조 방법이 제공된다.
상기 제1보조층 및 제2보조층을 레이저 열전사법(LITI: Laser Induced Thermal Imaging)에 의하여 형성될 수 있다.
상기 유기 발광 소자는 휘도 불균일성 무라 형성이 실질적으로 방지될 뿐만 아니라 저구동 전압, 고효율, 장수명을 가지며, 제조 공정이 간단하다.
도 1은 일 구현예를 따르는 유기 발광 소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 일 구현예를 따르는 레이저 열전사용 도너 필름을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 다른 구현예를 따르는 유기 발광 소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 일 구현예를 따르는 레이저 열전사용 도너 필름을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 다른 구현예를 따르는 유기 발광 소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1 및 3은 상기 유기 발광 소자의 일 구현예의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다. 이하, 도 1 및 3을 참조하여 본 발명의 일 구현예를 따르는 유기 발광 소자의 구조 및 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 1의 유기 발광 소자(100)의 기판(101)은 제1부화소, 제2부화소 및 제3부화소를 구비한다. 복수의 제1전극(103)은 상기 제1부화소, 제2부화소 및 제3부화소 별로 패터닝되어 있다. 상기 제1전극(103) 에지부에는 제1부화소, 제2부화소 및 제3부화소를 정의하는 화소 정의막(105)가 형성되어 있다. 상기 제1부화소, 제2부화소 및 제3부화소 전체에 대하여, 공통층으로서, 정공 주입 및 수송층(111) 및 제1층(114)이 차례로 형성되어 있다. 상기 제1부화소에서는 제1층(114)의 표면과 접촉한 제1보조층(112a)이 형성되어 있고, 상기 제1보조층(112a) 상부에는 제1색광을 방출하는 제1발광층(113a)이 형성되어 있으며, 상기 제2부화소에서는 제1층(114)의 표면과 접촉한 제2보조층(112b)이 형성되어 있고, 상기 제2보조층(112b) 상부에는 제2색광을 방출하는 제2발광층(113b)이 형성되어 있다. 이어서, 제1부화소, 제2부화소 및 제3부화소 전체에 대하여, 공통층으로서, 전자 수송층(116), 전자 주입층(118) 및 제2전극(119)이 차례로 형성되어 있다. 도 1의 유기 발광 소자(100) 중 제1전극(103)은 정공을 주입하는 역할을 하는 정공 주입 전극이고, 제2전극(119)은 전자를 주입하는 역할을 하는 전자 주입 전극이므로, 정공 및 전자의 이동 방향은 도 1에 도시된 바와 같다.
본 명세서 중 "공통층"은, 제1부화소, 제2부화소 및 제3부화소 별로 패터닝되지 않고, 제1부화소, 제2부화소 및 제3부화소 전체에 대하여 형성된 층을 가리킨다.
상기 제1색광, 제2색광 및 제3색광은 예를 들면, 각각 적색광, 녹색광 및 청색광일 수 있다. 따라서, 유기 발광 소자(100)는 풀 컬러(full color) 발광이 가능하다. 상기 제1색광, 제2색광 및 제3색광은, 이들의 혼합광이 백색광이 될 수 있는 조합이라면, 각각 적색광, 녹색광 및 청색광에 한정되지는 않는다.
상기 기판(101)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(101) 상에는 제1부화소, 제2부화소 및 제3부화소 별로 패터닝된 복수의 제1전극(103)이 형성되어 있다.
상기 제1전극(103)은 기판(101) 상부에 제1전극용 물질을 증착법 또는 스퍼터링법 등을 이용하여 제공함으로써 형성될 수 있다. 상기 제1전극(103)은 정공 주입 전극이므로, 높은 일함수를 갖는 물질 중에서 선택될 수 있다.
상기 제1전극(103)은 투명하고 전도성이 우수한 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO) 등을 포함할 수 있다. 또는, 반투명 전극을 형성할 수 있도록, 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag)등과 같은 1종 이상의 금속을 포함한 박막 전극일 수 있는 등 다양한 변형예가 가능하다.
상기 제1전극(103)은 투명 전극, 반투명 전극, 또는 반사형 전극으로 형성될 수 있는 등 다양한 변형예가 가능하다.
상기 복수의 제1전극(103)의 에지부에는 화소 절연막(105)이 형성되어 있다. 상기 화소 절연막(105)은 화소 영역을 정의하며, 공지된 각종 유기 절연 물질(예를 들면, 실리콘계 물질 등), 무기 절연 물질 또는 유/무기 복합 절연 물질을 포함할 수 있다.
상기 복수의 제1전극(103) 상에는, 정공 주입 및 수송층(111)이 공통층으로서 형성되어 있다.
상기 정공 주입 및 수송층(111)은 2개 이상의 층, 예를 들면, 정공 주입 물질을 포함하는 정공 주입층 및 정공 수송 물질을 포함하는 정공 수송층을 포함하거나, 정공 주입 물질 및 정공 수송 물질 중 1 이상을 포함하는 단일층일 수 있다.
상기 정공 주입 및 수송층(111)은 상기 복수의 제1전극(103) 상부에 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법, 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
진공 증착법에 의하여 정공 주입 및 수송층(111)을 형성하는 경우, 그 증착 조건은 정공 주입 및 수송층(111) 재료로서 사용하는 화합물, 목적으로 하는 정공 주입 및 수송층(111)의 구조 및 열적 특성 등에 따라 다르지만, 예를 들면, 증착온도 약 100 내지 약 500℃, 진공도 약 10-8 내지 약 10-3torr, 증착 속도 약 0.01 내지 약 100Å/sec의 범위에서 선택될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
스핀 코팅법에 의하여 정공 주입 및 수송층(111)을 형성하는 경우, 그 코팅 조건은 정공 주입 및 수송층(111)의 재료로서 사용하는 화합물, 목적하는 하는 정공 주입층(111)의 구조 및 열적 특성에 따라 상이하지만, 약 2000rpm 내지 약 5000rpm의 코팅 속도, 코팅 후 용매 제거를 위한 열처리 온도는 약 80℃ 내지 200℃의 온도 범위에서 선택될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
정공 주입 물질의 비제한적인 예로는, N,N′-디페닐-N,N′-비스-[4-(페닐-m-톨일-아미노)-페닐]-비페닐-4,4′-디아민(N,N′-diphenyl-N,N′-bis-[4-(phenyl-m-tolyl-amino)-phenyl]-biphenyl-4,4′-diamine: DNTPD), 구리프탈로시아닌 등의 프탈로시아닌 화합물, m-MTDATA [4,4',4''-tris (3-methylphenylphenylamino) triphenylamine], Pani/DBSA (Polyaniline/Dodecylbenzenesulfonic acid:폴리아닐린/도데벤젠설폰산) 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 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 정공 수송 물질의 비제한적인 예로는, N-페닐카바졸, 폴리비닐카바졸 등의 카바졸 유도체, N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1-비페닐]-4,4'-디아민(TPD), TCTA(4,4',4"-트리스(N-카바졸일)트리페닐아민(4,4',4"-tris(N-carbazolyl)triphenylamine)), NPB(N,N'-디(1-나프틸)-N,N'-디페닐벤지딘(N,N'-di(1-naphthyl)-N,N'-diphenylbenzidine)) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또는, 상기 정공 주입 및 수송층(111)은, 하기 화학식 300으로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 350으로 표시되는 화합물 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
<화학식 300>
<화학식 350>
상기 화학식 300 중 Ar11 및 Ar12는 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴렌기일 수 있다. 예를 들어, 상기 Ar11 및 Ar12은 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 페닐렌기, 치환 또는 비치환된 나프틸렌기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐렌기 또는 치환 또는 비치환된 안트릴렌기일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 치환된 페닐렌기, 상기 치환된 나프틸렌기, 상기 치환된 플루오레닐렌기 및 상기 치환된 안트릴렌기 중 적어도 하나의 치환기는 중수소, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 카바졸일기 또는 페닐-치환된 카바졸일기일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 350 중 Ar21 및 Ar22는 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C2-C60헤테로아릴기일 수 있다. 예를 들어, 상기 Ar21 및 Ar22는 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 페난트레닐기, 치환 또는 비치환된 안트릴기, 치환 또는 비치환된 파이레닐기, 치환 또는 비치환된 크라이세닐기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기, 치환 또는 비치환된 카바졸일기, 치환 또는 비치환된 디벤조푸라닐기 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오페닐기일 수 있다. 여기서, 상기 치환된 페닐기, 치환된 나프틸기, 치환된 페난트레닐기, 치환된 안트릴기, 치환된 파이레닐기, 치환된 크라이세닐기, 치환된 플루오레닐기, 치환된 카바졸일기, 치환된 디벤조푸라닐기 및 치환된 디벤조티오페닐기 중 적어도 하나의 치환기는, 중수소; 할로겐 원자; 히드록실기; 시아노기; 니트로기; 아미노기; 아미디노기; 히드라진; 히드라존; 카르복실기나 이의 염; 술폰산기나 이의 염; 인산이나 이의 염; C1-C10알킬기; C1-C10알콕시기; 페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 페난트레닐기, 안트릴기, 트리페닐레닐기, 파이레닐기, 크라이세닐기, 이미다졸일기, 이미다졸리닐기, 이미다조피리디닐기, 이미다조피리미디닐기, 피리디닐기, 피라지닐기, 피리미디닐기, 및 인돌일기; 및 중수소 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, C1-C10알킬기 및 C1-C10알콕시기 중 하나 이상으로 치환된 페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 페난트레닐기, 안트릴기, 트리페닐레닐기, 파이레닐기, 크라이세닐기, 이미다졸일기, 이미다졸리닐기, 이미다조피리디닐기, 이미다조피리미디닐기, 피리디닐기, 피라지닐기, 피리미디닐기, 및 인돌일기; 중에서 선택될 수 있다.
상기 화학식 300 중, 상기 e 및 f는 서로 독립적으로 0 내지 5의 정수, 또는 0, 1 또는 2일 수 있다. 예를 들어, 상기 e는 1이고, f는 0일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 300 및 350 중, R51 내지 R58, R61 내지 R69 및 R71 및 R72는 서로 독립적으로, 수소, 중수소, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, 치환 또는 비치환된 C1-C60알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C60알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C60시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴옥시기, 또는 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴싸이오기일 수 있다. 예를 들어, 상기 R51 내지 R58, R61 내지 R69 및 R71 및 R72은 서로 독립적으로, 수소; 중수소; 할로겐 원자; 히드록실기; 시아노기; 니트로기; 아미노기; 아미디노기; 히드라진; 히드라존; 카르복실기나 이의 염; 술폰산기나 이의 염; 인산이나 이의 염; C1-C10알킬기(예를 들면, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기 등); C1-C10알콕시기(예를 들면, 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 부톡시기, 펜톡시기 등); 중수소, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염 및 인산이나 이의 염 중 하나 이상으로 치환된 C1-C10알킬기 및 C1-C10알콕시기; 페닐기; 나프틸기; 안트릴기; 플루오레닐기; 파이레닐기; 중수소, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, C1-C10알킬기 및 C1-C10알콕시기 중 하나 이상으로 치환된 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 플루오레닐기 및 파이레닐기; 중 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 300 중, R59는, 페닐기; 나프틸기; 안트릴기; 바이페닐기; 피리딜기; 및 중수소, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, 치환 또는 비치환된 C1-C20알킬기, 및 치환 또는 비치환된 C1-C20알콕시기 중 하나 이상으로 치환된 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 바이페닐기 및 피리딜기; 중 하나일 수 있다.
예를 들어, 상기 정공 주입 및 수송층(111)은 하기 화합물 301 내지 320 중 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
상기 정공 주입 및 수송층(111)의 두께는 약 100Å 내지 약 100000Å, 예를 들면, 약 100Å 내지 약 2000Å일 수 있다. 상기 정공 주입 및 수송층(111)의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압의 상승없는 유기 발광 소자(1000)을 구현할 수 있다.
상기 정공 주입 및 수송층(111) 상에는 제1층(114)이 형성되어 있다. 상기 제1층(114)은 상기 제3색광을 방출할 수 있는 발광 물질을 포함한 공통층이다. 상기 제1층(114)은 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법, 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법 등과 같은 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 제1층(114)을 진공증착법 및 스핀코팅법에 의해 형성하는 경우, 그 증착조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공 주입 및 수송층(111)의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택될 수 있다.
제3색광이 청색광일 경우, 상기 제1층(114)은 공지된 청색 발광 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1층(114)은 공지된 호스트 및 도펀트를 포함할 수 있다.
공지의 호스트의 예로는 Alq3, CBP(4,4'-N,N'-디카바졸-비페닐), PVK(폴리(n-비닐카바졸)), 9,10-디(나프탈렌-2-일)안트라센(ADN), 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), 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 도펀트는 형광 도펀트 및 인광 도펀트 중 적어도 하나일 수 있다. 상기 인광 도펀트는, Ir, Pt, Os, Re, Ti, Zr, Hf 또는 이들 중 2 이상의 조합을 포함한 유기 금속 착체일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 청색 도펀트의 예로서, F2Irpic, (F2ppy)2Ir(tmd), Ir(dfppz)3, ter-플루오렌(fluorene), 4,4'-비스(4-디페닐아미노스티릴) 비페닐 (DPAVBi), 2,5,8,11-테트라-tert-부틸 페릴렌 (TBPe), DPVBi 등을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
DPAVBi TBPe
상기 제1층(114)의 두께는, 100Å 내지 500Å, 예를 들면, 150Å 내지 300Å일 수 있다. 제1층(114)의 두께가 상술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없는 유기 발광 소자(100)를 구현할 수 있다.
이이서, 상기 제1층(114) 표면에 접촉한 제1보조층(112a) 및 제2보조층(112b)이 형성되어 있다.
상기 제1보조층(112a) 및 제2보조층(112b)은 레이저 열전사법(LITI: Laser Induced Thermal Imaging)에 의하여 형성될 수 있다.
상기 제1보조층(112a)은 제1금속 화합물을 포함하고, 제2보조층(112b)은 제2금속 화합물을 포함하는데, 상기 제1금속 화합물은, 상기 제1금속 화합물만으로 이루어진 제1막의 박막 밀도가 2g/cm3 이상이 되도록 하는 금속 화합물이고, 상기 제2금속 화합물은, 상기 제2금속 화합물만으로 이루어진 제2막의 박막 밀도가 2g/cm3 이상이 되도록 하는 금속 화합물이다.
예를 들어, 상기 제1금속 화합물 및 제2금속 화합물은 산화성 금속 화합물일 수 있다. 이로써, 상기 제1보조층(112a) 및 제2보조층(112b) 각각은 우수한 전도성 및 정공 이동도를 갖추게 되어, 상기 제1전극(103)으로부터 주입된 정공이 제1발광층(113a) 및 제2발광층(113b)로 전달되는 것이 촉진될 수 있어, 상기 유기 발광 소자(100)는 저구동 전압, 고효율, 고휘도 등을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 제1금속 화합물 및 제2금속 화합물은 서로 독립적으로, 5족 원소(예를 들면, 바나듐(V), 니오브(Nb), 탄탈(Ta) 등), 6족 원소(예를 들면, 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 등), 7족 원소(예를 들면, 망간(Mn), 테크네튬(Tc), 레튬(Re) 등), 철(Fe), 안티모니(Sb) 및 구리(Cu) 중 적어도 하나를 포함한 산화물(옥사이드) 또는 할로겐화물(예를 들면, 불화물, 염화물, 요오드화물 등)일 수 있다.
예를 들어, 상기 제1금속 화합물 및 제2금속 화합물은 서로 독립적으로, 텅스텐 옥사이드, 바나듐 옥사이드, 몰리브덴 옥사이드, 레늄 옥사이드, 철 할로게나이드, 주석 할로게나이드 및 구리 할로게나이드 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 제1금속 화합물 및 제2금속 화합물은 서로 독립적으로, WO, W2O3, WO2, WO3, W2O5, VO, V2O3, VO2, V2O5, MoO, Mo2O3, MoO2, MoO3, Mo2O5, ReO3, FeCl3, SbCl5 및 CuI 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 제1보조층(112a)은 상술한 바와 같은 제1금속 화합물 외에, 제1정공 수송성 유기물을 더 포함할 수 있고, 상기 제2보조층(112b)은 상술한 바와 같은 제2금속 화합물 외에, 제2정공 수송성 유기물을, 각각, 더 포함할 수 있다.
상기 제1정공 수송성 유기물 및 제2정공 수송성 유기물은, 예를 들면, 상기 정공 주입 및 수송층(111)에 사용될 수 있는 물질 중에서 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1정공 수송성 유기물 및 제2정공 수송성 유기물은, 서로 독립적으로, 상기 화학식 300으로 표시되는 화합물 또는 화학식 350으로 표시되는 화합물 중 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1보조층(112a)이 상기 제1정공 수송성 유기물을 더 포함하고 제2보조층(112b)이 상기 제2정공 수송성 유기물을 더 포함할 경우, 상기 정공 주입 및 수송층(111)에 포함된 물질, 상기 제1정공 수송성 유기물 및 상기 제2정공 수송성 유기물은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 제1보조층(112a)이 상기 제1정공 수송성 유기물을 더 포함할 경우, 상기 제1보조층(112a) 중 제1금속 화합물의 함량은 제1보조층(112a) 100중량% 당 30중량% 이하(예를 들면, 0.1중량% 내지 25중량%)일 수 있고, 상기 제2보조층(112b)이 상기 제2정공 수송성 유기물을 더 포함할 경우, 상기 제2보조층(112b) 중 제2금속 화합물의 함량은 제2보조층(112b) 100중량% 당 30중량% 이하(예를 들면, 0.1중량% 내지 25중량%)일 수 있다.
상기 제1보조층(112a) 상부에는 제1발광층(113a)이 형성되어 있고, 상기 제2보조층(112b) 상부에는 제2발광층(113b)이 형성되어 있다. 일 구현예에 따르면, 상기 제1발광층(113a)으로부터 방출되는 제1색광은 적색광이고, 제2발광층(113b)으로부터 방출되는 제2색광은 녹색광일 수 있다. 한편, 제3색광은 청색광일 수 있는데, 상기 제3색광은 제3부화소에서 방출되며, 상기 제3부화소에 위치한 제1층(114)으로부터 방출될 수 있다. 이로써, 상기 유기 발광 소자(100)은 풀 컬러 발광이 가능하다.
상기 제1발광층(113a) 및 제2발광층(113b)에 포함된 발광 재료는 해당 컬러의 광을 방출할 수 있는 공지의 재료 중에서 선택될 수 있다.
예를 들어, 제1발광층(113a), 제2발광층(113b)에 각각 포함될 수 있는 호스트의 예로서, Alq3, CBP(4,4'-N,N'-디카바졸-비페닐), 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) 등을 들 수 있다.
한편, 녹색 및 적색 도펀트는 형광 도펀트 및 인광 도펀트 중 적어도 하나일 수 있다. 상기 인광 도펀트는, Ir, Pt, Os, Re, Ti, Zr, Hf 또는 이들 중 2 이상의 조합을 포함한 유기 금속 착체일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
공지된 녹색 도펀트로서, Ir(ppy)3 (ppy = 페닐피리딘), Ir(ppy)2(acac), Ir(mpyp)3 등을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 공지된 적색 도펀트로서 PtOEP, Ir(piq)3, BtpIr 등을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1보조층(112a)과 제1발광층(113a) 및 제2보조층(112b)과 제2발광층(113b)은 제1부화소 및 제2부화소 별로 패터닝되는 층인 것으로서, 이를 증착법 대신 레이저 열전사법(LITI: Laser Induced Thermal Imaging)을 이용하여 형성할 경우, 마스크 사용 공정 등이 생략될 수 있으므로, 제작비 절감의 효과를 얻을 수 있다.
상기 제1보조층(112a)과 제1발광층(113a) 및 제2보조층(112b)과 제2발광층(113b)의 형성 방법의 일 구현예를 살피면 하기와 같다.
먼저, 상술한 바와 같이 기판(101) 상에 복수의 제1전극(103)이 형성되어 있고, 제1부화소, 제2부화소 및 제3부화소 전체에 대하여, 정공 주입 및 수송층(111) 및 제1층(114)이 형성된 기판(101)을 마련한다.
다음으로, 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같은 기재층(1); 광에너지를 열에너지로 변환시키는 광-열 변환층(3); 및 전사층(5)을 포함한 레이저 열전사용 도펀 필름을 마련한다.
상기 기재층(1)은 상기 광-열 변환층(3)에 빛을 전달하기 위하여 투명성을 가져야 하며, 적당한 광학적 성질과 충분한 기계적 안정성을 가진 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 기재층(1)은 폴리에스테르, 폴리아크릴, 폴리에폭시, 폴리에틸렌, 폴리스티렌 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 중에서 선택된 하나 이상의 고분자 물질이거나 유리로 이루어질 수 있다.
상기 광-열 변환층(3)은 적외선-가시광선 영역의 빛을 흡수하여 상기 빛의 일부 이상을 열로 변환시키는 층으로서, 적당한 광학밀도(optical density)를 가져야 하며, 빛을 흡수하기 위한 광흡수성 물질을 포함할 수 있다. 상기 광-열 변환층(3)은 Al, Ag 및 이들의 산화물 및 황화물로 이루어진 금속막이거나 카본 블랙, 흑연 또는 적외선 염료를 포함하는 고분자로 이루어진 유기막을 포함할 수 있다. 상기 광-열 변환층(3)은, 진공 증착법, 전자빔 증착법 또는 스퍼터링을 이용하여 형성할 수 있으며, 이와는 달리, 롤 코팅, 그라비아, 압출, 스핀 코팅 및 나이프 코팅법과 같은 통상의 코팅법을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전사층(5)은 상기 광-열 변환층(3)으로부터 전달받은 열 에너지에 의하여, 레이저 열전사용 도너 필름(10)(즉, 광-열 변환층(3))으로부터 분리되어, 상기 제1층(114) 표면으로 전사되는 층이다. 따라서, 상기 전사층(5)은 상기 광-열 변환층(3)으로부터 순서대로, 상기 제1발광층(113a) 또는 제2발광층(113b) 재료를 포함한 발광층 재료-함유층(5b) 및 제1보조층(112a) 또는 제2보조층(112b) 재료를 포함한 보조층 재료-함유층(5a)이 적층된 구조를 가질 수 있다. 상기 발광층 재료-함유층(5b) 및 보조층 재료-함유층(5a)를 광-열 변환층(3)에 형성하는 방법은, 예를 들면, 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법, 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 발광층 재료-함유층(5b) 및 보조층 재료-함유층(5a) 각각에 포함된 재료는 상술한 바와 같은 제1발광층(113a), 제2발광층(113b), 제1보조층(112a) 및 제2보조층(112b)의 재료에 대한 설명을 참조한다. 따라서, 상기 보조층 재료-함유층(5a)은 반드시, 상술한 바와 같은 제1금속 화합물 및/또는 제2금속 화합물을 포함한다.
이어서, 상기 제1층(114) 상부에 상기 전사층(5)(즉, 상기 보조층 재료-함유층(5a))이 접촉되도록, 상기 레이저 열전사용 도너 필름(10)을 배치 및 고정한 다음, 상기 레이저 열전사용 도펀 필름(10)의 기재층(1) 상부에 레이저를 조사하여 전사층(5)이 상기 제1층(114)에 전사키시고 광-열변환층(3) 및 기재층(1)을 제거하여, 제1보조층(112a) 및 제1발광층(113a) 및/또는 제2보조층(113a) 및 제2발광층(113b)을 형성한다.
상술한 바와 같은 제1보조층(112a) 및 제1발광층(113a) 및/또는 제2보조층(113a) 및 제2발광층(113b)은 제1부화소 및 제2부화소 별로 패터닝되는 층들이므로, 이들을 복잡한 마스크 공정을 수반하는 증착법이 아닌, 상술한 바와 같은 레이저 열전사법을 이용하면, 제작 비용 및 시간을 절감할 수 있다.
이 때, 레이저 열전사용 도너 필름(10)에 이미 형성되어 있는 전사층(5)을 제1층(114) 상부에 전사시키는 것이므로, 제1층(114)와 제1보조층(112a) 간의 계면 및 제1층(114)와 제2보조층(112b) 사이의 계면에서의 층들간의 밀착 특성, 평탄화 특성 등은 불량해 질 수도 있다.
이에 대하여, 본 발명자들은, 상기 제1보조층(112a) 및 제2보조층(112b)을 레이저 열전사법(LITI: Laser Induced Thermal Imaging)을 이용하여 형성할 경우, 제1전극(103)으로부터 주입된 정공을 제1발광층(113a) 및 제2발광층(113b)dm로 용이하게 전달하기 위하여 상기 제1보조층(112a) 및 제2보조층(112b)에 사용하는 산화성 물질로서, 상술한 바와 같은 제1금속 화합물 또는 제2금속 화합물과 같이, 고밀도막을 제공할 수 있는 무기물을 사용함으로써, 제1층(114)과 제1보조층(112a) 사이의 계면 평탄화 및 제1층(114)과 제2보조층(112b) 사이의 계면 평탄화를 이룰 수 있음을 발견하였다.
상기 제1금속 화합물은, 상기 제1금속 화합물만으로 이루어진 제1막의 박막 밀도가 2g/cm3 이상이 되도록 하는 금속 화합물이고, 상기 제2금속 화합물은, 상기 제2금속 화합물만으로 이루어진 제2막의 박막 밀도가 2g/cm3 이상이 되도록 하는 금속 화합물인 바, 이를 포함한 보조층 재료-함유층(5a) 역시 고밀도를 가질 수 있다.
상술한 바와 같은 제1금속 화합물 및/또는 제2금속 화합물을 포함함으로써, 고밀도를 갖는 보조층 재료-함유층(5a)가 제1층(114) 표면에 전사될 경우, 보조층 재료-함유층(5a)와 제1층(114) 간의 밀착성이 극대화되어, 전사후 제1보조층(112a)과 제1층(114) 사이의 계면 및 제2보조층(112b)과 제1층(114) 사이의 계면 평탄화가 극대화될 수 있는 것이다. 이로써, 유기 발광 소자(100)의 휘도 불균일 무라 현상이 실질적으로 방지될 수 있는 바, 고품위 유기 발광 소자(100)를 구현할 수 있다.
이어서, 제1부화소, 제2부화소 및 제3부화소에 전체에 대하여 공통층으로 형성된 전자 수송층(116), 전자 주입층(118) 및 제2전극(119)을 차례로 형성한다.
상기 전자 수송층(116)은 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법, 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법 등과 같은 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 제1층(114)을 진공증착법 및 스핀코팅법에 의해 형성하는 경우, 그 증착조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공 주입 및 수송층(111)의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택될 수 있다.
상기 전자 수송층(116)에는 공지된 전자 수송성 유기물이 포함될 수 있으나, 예를 들면, 하기 화학식 10A, 10B 및 10C 중 하나로 표시되는 안트라센계 화합물 및 하기 화학식 20A로 표시되는 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다:
<화학식 10A> <화학식 10B>
<화학식 10C>
<화학식 20A>
상기 화학식 10A 내지 10C 중, Ar41 및 Ar42는 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C2-C60헤테로아릴기일 수 있다.
예를 들어, 상기 Ar41 및 Ar42는 서로 독립적으로, 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 파이레닐기, 플루오레닐기, 피리디닐기, 피라지닐기 및 피리미디닐기; 및 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 파이레닐기, 플루오레닐기, 피리디닐기, 피라지닐기 및 피리미디닐기 중 적어도 하나로 치환된 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 파이레닐기, 플루오레닐기, 피리디닐기, 피라지닐기 및 피리미디닐기; 중 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 Ar41 및 Ar42는 서로 동일할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 10A 내지 10C 중, L1 및 L2는 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 C2-C60헤테로아릴렌기일 수 있다.
예를 들어, 상기 L1 및 L2는 서로 독립적으로, 페닐렌기, 나프틸렌기, 안트릴렌기, 파이레닐렌기, 플루오레닐렌기, 피리디닐렌기, 피라지닐렌기 및 피리미디닐렌기; 및 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 파이레닐기, 플루오레닐기, 피리디닐기, 피라지닐기 및 피리미디닐기 중 적어도 하나로 치환된 페닐렌기, 나프틸렌기, 안트릴렌기, 파이레닐렌기, 플루오레닐렌기, 피리디닐렌기, 피라지닐렌기 및 피리미디닐렌기; 중 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 10A 내지 10C 중, a 및 b는 서로 독립적으로, 0, 1 또는 2일 수 있다. 예를 들어, 상기 화학식 10A 내지 10C 중 a 및 b는 서로 독립적으로 0 또는 1일 수 있다.
예를 들어, 상기 화학식 10A 내지 10C 중 R1 및 R2는, 벤조이미다졸일기, 벤조옥사졸일기, 벤조티아졸일기, 벤조피리미디닐기, 이미다조피리디닐기, 퀴놀일기, 이소퀴놀일기, 퀴나졸일기, 피리디닐기, 피리미디닐기, 피라지닐기, 페닐기, 나프틸기, 파이레닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기 및 페난트레닐기; 및 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, -CN, 히드록실기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, C1-C60알킬기, C1-C60알콕시기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기, C6-C60아릴기 및 C2-C60헤테로아릴기 중 적어도 하나로 치환된 벤조이미다졸일기, 벤조옥사졸일기, 벤조티아졸일기, 벤조피리미디닐기, 이미다조피리디닐기, 퀴놀일기, 이소퀴놀일기, 퀴나졸일기, 피리디닐기, 피리미디닐기, 피라지닐기, 페닐기, 나프틸기, 파이레닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기 및 페난트레닐기; 중 하나일 수 있다.
상기 화학식 10C 중 R3 및 R4는 서로 독립적으로, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 페닐기 또는 나프틸기일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전자 수송층(116)에 포함된 전자 수송성 유기물은, 하기 화합물 200 내지 210 중 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
<화합물 200> <화합물 201>
<화합물 202> <화합물 203>
<화합물 204> <화합물 205>
<화합물 206> <화합물 207>
<화합물 208> <화합물 209>
<화합물 210>
한편, 상기 화학식 20A 중 T1 내지 T3가 모두 N이거나; T1은 C(R100)이고, T2과 T3는 N이거나; T1 내지 T3가 모두 C(R100)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 20A 중, Ar201 내지 Ar203은 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 C2-C60헤테로아릴렌기일 수 있다. 상기 Ar201 내지 Ar203은 서로 독립적으로, 페닐렌기, 나프틸렌기, 안트릴렌기, 파이레닐렌기, 플루오레닐렌기, 피리디닐렌기, 피라지닐렌기 및 피리미디닐렌기; 및 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 파이레닐기, 플루오레닐기, 피리디닐기, 피라지닐기 및 피리미디닐기 중 적어도 하나로 치환된 페닐렌기, 나프틸렌기, 안트릴렌기, 파이레닐렌기, 플루오레닐렌기, 피리디닐렌기, 피라지닐렌기 및 피리미디닐렌기; 중 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 20A 중, p, q 및 r은 서로 독립적으로, 0, 1 또는 2일 수 있다. 예를 들어, 상기 화학식 20A 중, p, q 및 r은 서로 독립적으로, 0 또는 1일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 20A 중 Ar211 내지 Ar213은, 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C2-C60헤테로아릴기일 수 있다. 예를 들어, 상기 Ar211 내지 Ar213은, 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 벤조이미다졸일기, 치환 또는 비치환된 벤조옥사졸일기, 치환 또는 비치환된 벤조티아졸일기, 치환 또는 비치환된 벤조피리미디닐기, 치환 또는 비치환된 이미다조피리디닐기, 치환 또는 비치환된 퀴놀일기, 치환 또는 비치환된 이소퀴놀일기, 치환 또는 비치환된 퀴나졸일기, 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 치환 또는 비치환된 피리미디닐기, 치환 또는 비치환된 피라지닐기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 파이레닐기, 치환 또는 비치환된 크라이세닐기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기 또는 치환 또는 비치환 페난트레닐기일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 전자 수송층(116)에 포함된 전자 수송성 유기물은 하기 화합물 600 내지 604 중 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
<화합물 600> <화합물 601>
<화합물 602> <화합물 603>
<화합물 604>
한편, 상기 전자 수송층(116)은 상술한 바와 같은 전자 수송성 유기물 외에, 리튬 퀴놀레이트 등과 같은 리튬 착체를 더 포함할 수 있다.
상기 전자 수송층(116)의 두께는 약 300Å 내지 약 500Å, 예를 들면 약 300Å 내지 약 400Å일 수 있다. 상기 전자 수송층(116)의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 전자 수송 특성을 얻을 수 있다.
상기 전자 주입층(118)은 제2전극(119)으로부터 전자의 주입을 용이하게 하는 기능을 가지는 물질인 예를 들면, LiF, NaCl, CsF, Li2O, BaO 등과 같은 전자주입층 형성 재료로서 공지된 임의의 물질을 이용할 수 있다. 상기 전자 주입층(118)의 증착조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공 주입 및 수송층(111)의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택될 수 있다.
상기 전자 주입층(11)의 두께는 약 1Å 내지 100Å, 예를 들면, 약 3Å 내지 90Å일 수 있다. 상기 전자 주입층(118)의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 전자 주입 특성을 얻을 수 있다.
상기 전자 주입층(118) 상부에는 제2전극(119)이 공통층으로서 형성되어 있다. 제2전극(119)은 전자 주입 전극인 캐소드(Cathode)일 수 있는데, 이 때, 상기 제2전극(119) 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 이용하여 투과형 전극, 반투과형 전극, 반사형 전극 등으로 다양하게 형성될 수 있다.
도 3의 유기 발광 소자(200)의 기판(201)은 제1부화소, 제2부화소 및 제3부화소를 구비한다. 복수의 제1전극(203)은 상기 제1부화소, 제2부화소 및 제3부화소 별로 패터닝되어 있다. 상기 제1전극(203) 에지부에는 제1부화소, 제2부화소 및 제3부화소를 정의하는 화소 정의막(205)가 형성되어 있다. 상기 제1부화소, 제2부화소 및 제3부화소 전체에 대하여, 공통층으로서, 제1층(114)이 형성되어 있다. 상기 제1부화소에서는 제1층(114)의 표면과 접촉한 제1보조층(212a)이 형성되어 있고, 상기 제1보조층(212a) 상부에는 제1색광을 방출하는 제1발광층(213a)이 형성되어 있으며, 상기 제2발광층(213a)에는 제1공진 제어층(215a)가 형성되어 있다. 한편, 상기 제2부화소에서는 제1층(114)의 표면과 접촉한 제2보조층(212b)이 형성되어 있고, 상기 제2보조층(212b) 상부에는 제2색광을 방출하는 제2발광층(213b)이 형성되어 있으며, 상기 제2발광층(213b) 상에는 제2공진 제어층(215b)이 형성되어 있다. 이어서, 제1부화소, 제2부화소 및 제3부화소 전체에 대하여, 공통층으로서, 제3색광을 방출할 수 있는 발광 물질을 포함한 제2층(215c), 정공 주입 및 수송층(211) 및 제2전극(219)가 차례로 적층되어 있다. 도 2의 유기 발광 소자(200) 중 제1전극(203)은 전자를 주입하는 역할을 하는 전자 주입 전극이고, 제2전극(119)은 정공을 주입하는 역할을 하는 정공 주입 전극이므로, 정공 및 전자의 이동 방향은 도 3에 도시된 바와 같다.
도 3 중 상기 제1색광, 제2색광 및 제3색광은 예를 들면, 각각 적색광, 녹색광 및 청색광일 수 있다. 따라서, 유기 발광 소자(200)는 풀 컬러(full color) 발광이 가능하다. 상기 제1색광, 제2색광 및 제3색광은, 이들의 혼합광이 백색광이 될 수 있는 조합이라면, 각각 적색광, 녹색광 및 청색광에 한정되지는 않는다.
도 3 중 기판(201) 및 화소 정의막(205)에 대한 상세한 설명은 도 1 중 기판(101) 및 화소 정의막(105)에 대한 설명을 참조한다.
도 3 중 복수의 제1전극(203)은 전자 주입 전극이다. 상기 제1전극(203)은 부화소별로 패터닝되어 있다는 점을 제외하고는, 상기 도 1의 제2전극(119)에 대한 설명을 참조한다.
도 3 중 제1층(214)은 전자 수송층이다. 상기 제1층(214)에 포함될 수 있는 전자 수송성 유기물 등에 대한 상세한 설명은 도 1 중 전자 수송층(116)에 대한 설명을 참조한다.
상기 도 3 중 제1부화소에는 제1보조층(212a), 제1발광층(213a) 및 제1공진 제어층(215a)가 차례로 형성되어 있고, 제2부화소에는 제2보조층(212b), 제2발광층(213b) 및 제2공진 제어층(215b)가 차례로 형성되어 있다.
상기 제1보조층(212a) 및 제2보조층(212b)은 상기 제1층(214) 표면에 접촉되어 형성되어 있으며, 레이저 열전사법(LITI: Laser Induced Thermal Imaging)에 의하여 형성될 수 있다.
상기 제1보조층(212a)은 제1금속 화합물을 포함하고, 제2보조층(212b)은 제2금속 화합물을 포함하는데, 상기 제1금속 화합물은, 상기 제1금속 화합물만으로 이루어진 제1막의 박막 밀도가 2g/cm3 이상이 되도록 하는 금속 화합물이고, 상기 제2금속 화합물은, 상기 제2금속 화합물만으로 이루어진 제2막의 박막 밀도가 2g/cm3 이상이 되도록 하는 금속 화합물이다.
예를 들어, 상기 제1금속 화합물 및 제2금속 화합물은 환원성 금속 화합물일 수 있다. 이로써, 상기 제1보조층(212a) 및 제2보조층(212b) 각각은 우수한 전도성 및 전자 이동도를 갖추게 되어, 상기 제1전극(203)으로부터 주입된 전자가 제1발광층(213a) 및 제2발광층(213b)로 전달되는 것이 촉진될 수 있어, 상기 유기 발광 소자(200)는 저구동 전압, 고효율, 고휘도 등을 가질 수 있다.
상기 제1금속 화합물 및 제2금속 화합물은 서로 독립적으로, 알칼리 금속(예를 들면, 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs) 등) 및 알칼리 토금속(예를 들면, 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba) 등) 중 적어도 하나를 포함한, 할로겐화물(예를 들면, 불화물, 염화물, 요오드화물 등), 산화물(옥사이드), 질화물(나이트라이드), 산화질화물(옥시나이트라이드) 또는 염(예를 들면, 카보네이트 등)일 수 있다. 상기 제1금속 화합물 및 제1금속 화합물은, 금속으로서, 상술한 바와 같은 알칼리 금속 및 알칼리 토금속 외에, 알루미늄(Al), 붕소(B), 텅스텐(W) 및 실리콘(Si) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 제1금속 화합물 및 제2금속 화합물은 서로 독립적으로, 리튬 플루오라이드, 포타슘 플루오라이드, 세슘 플루오라이드, 루미듐 플루오라이드, 리튬 옥사이드, 루비듐 옥사이드, 세슘 옥사이드, 리튬 알루미네이트, 리튬 보레이트, 리튬 클로라이드, 루미듐 클로라이드, 소듐 클로라이드, 포타슘 클로라이드, 포타슘 알루미네이트, 소듐 텅스텐 옥사이드, 포타슘 실리콘 옥사이드, 리튬 카보네이트, 소듐 카보네이트, 포타슘 카보네이트, 루비듐 카보네이트, 세슘 카보네이트, 베릴늄 카보옥사이드, 베릴륨 카보네이트, 마그네슘 카보옥사이드, 마그네슘 카보네이트, 칼슘 옥사이드, 칼슘 카보네이트, 스트론튬 카보옥사이드, 스트론튬 카보네이트, 바륨 카보옥사이드 및 바륨 카보네이트 중 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 제1금속 화합물 및 제2금속 화합물은 서로 독립적으로, LiF, KF, CsF, RbF, NaF, LiO2, Li2O2, Rb2O2, Cs2O, LiAlO2, LiBO2, LiCl, RbCl, NaCl, KCl, CsCl, KAlO2, Na2WO4, K2SiO3, Li2CO3, LiCO3, Na2CO3, NaCO3, K2CO3, KCO3, RbCO3, RbCO3, Cs2CO3, CsCO3, BeCO, BeCO3, MgCO, MgCO3, CaO, Ca2CO3, CaCO3, SrCO, SrCO3, BaCO 및 BaCO3 중 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 제2보조층(212a)은 상술한 바와 같은 제1금속 화합물 외에, 제1전자 수송성 유기물을 더 포함할 수 있고, 상기 제2보조층(212b)은 상술한 바와 같은 제2금속 화합물 외에, 제2전자 수송성 유기물을, 각각, 더 포함할 수 있다.
상기 제1전자 수송성 유기물 및 제2전자 수송성 유기물은, 예를 들면, 상기 도 1 중 전자 수송층(116)에 사용될 수 있는 물질 중에서 선택될 수 있다.
상기 제1보조층(212a)이 상기 제1전자 수송성 유기물을 더 포함하고 제2보조층(212b)이 상기 제2전자 수송성 유기물을 더 포함할 경우, 상기 제1층(214)에 포함된 물질, 상기 제1전자 수송성 유기물 및 상기 제2전자 수송성 유기물은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 제1보조층(212a)이 상기 제1전자 수송성 유기물을 더 포함할 경우, 상기 제1보조층(212a) 중 제1금속 화합물의 함량은 제1보조층(212a) 100중량% 당 30중량% 이하(예를 들면, 0.1중량% 내지 25중량%)일 수 있고, 상기 제2보조층(212b)이 상기 제2전자 수송성 유기물을 더 포함할 경우, 상기 제2보조층(212b) 중 제2금속 화합물의 함량은 제2보조층(212b) 100중량% 당 30중량% 이하(예를 들면, 0.1중량% 내지 25중량%)일 수 있다.
상기 제1보조층(212a) 상부에는 제1발광층(213a)이 형성되어 있고, 상기 제2보조층(212b) 상부에는 제2발광층(213b)이 형성되어 있다. 일 구현예에 따르면, 상기 제1발광층(213a)으로부터 방출되는 제1색광은 적색광이고, 제2발광층(213b)으로부터 방출되는 제2색광은 녹색광일 수 있다. 한편, 제3색광은 청색광일 수 있는데, 상기 제3색광은 제3부화소에서 방출되며, 상기 제3부화소에 위치한 제2층(215c)으로부터 방출될 수 있다. 이로써, 상기 유기 발광 소자(200)은 풀 컬러 발광이 가능하다.
상기 제1발광층(213a)에 대한 설명은 도 1 중 제1발광층(113a)에 대한 설명을 참조하고, 상기 제2발광층(213b)에 대한 설명은 도 1 중 제1발광층(113b)에 대한 설명을 참조한다.
상기 제1공진 제어층(215a)은 제1색광이 보강 간섭의 원리에 의하여 유기 발광 소자(200) 외부로 효과적으로 취출되게 하는 공진 거리를 제공하는 역할을 하고, 상기 제2공진 제어층(215b)은 제2색광이 보강 간섭의 원리에 의하여 유기 발광 소자(200) 외부로 효과적으로 취출되게 하는 공진 거리를 제공하는 역할을 한다. 상기 제1공진 제어층(215a) 및 제2공진 제어층(215b)에 포함될 수 있는 물질에 대한 설명은 예를 들면, 상기 도 1 중 정공 주입 및 수송층(111)에 포함될 수 있는 물질에 대한 설명을 참조한다.
상기 제1보조층(212a), 제1발광층(213a) 및 제1공진 제어층(215a) 및 제2보조층(212b), 제2발광층(213b) 및 제2공진 제어층(215b)는 제1부화소 및 제2부화소 별로 패터닝되는 층인 것으로서, 이를 증착법 대신 레이저 열전사법(LITI: Laser Induced Thermal Imaging)을 이용하여 형성할 경우, 마스크 사용 공정 등이 생략될 수 있으므로, 제작비 절감의 효과를 얻을 수 있다. 이 때, 제1보조층(212a) 및 제2보조층(212b)은 제1전극(203)으로부터 주입된 전자를 제1발광층(213a) 및 제2발광층(213b)으로 용이하게 전달하기 위하여 상기 제1보조층(212a) 및 제2보조층(212b)에 사용하는 환원성 물질로서, 상술한 바와 같은 제1금속 화합물 또는 제2금속 화합물과 같이, 고밀도막을 제공할 수 있는 무기물을 사용함으로써, 제1층(214)과 제1보조층(212a) 사이의 계면 평탄화 및 제1층(214)과 제2보조층(212b) 사이의 계면 평탄화를 이룰 수 있음을 발견하였다. 이로써, 유기 발광 소자(200)의 휘도 불균일 무라 현상이 실질적으로 방지될 수 있는 바, 고품위 유기 발광 소자(200)를 구현할 수 있다.
이어서, 제1부화소, 제2부화소 및 제3부화소에 전체에 대하여 공통층으로 형성된 제2층(215c), 정공 주입 및 수송층(211) 및 제2전극(219)를 차례로 형성한다. 상기 제2층(215c)은 제3색광을 방출할 수 있는 발광 물질을 포함하고 있는데, 상기 제2층(215c)에 포함된 물질에 대한 설명은 도 1 중 제1층(114)에 포함된 물질에 대한 설명을 참조하고, 상기 정공 주입 및 수송층(211)에 대한 설명은 상기 도 1 중 정공 주입 및 수송층(111)에 대한 설명을 참조하며, 상기 제2전극(219)은 공통층으로 형성되어 있다는 점을 제외하고는, 상기 도 1의 제1전극(103)에 대한 설명을 참조한다.
상기 유기 발광 소자를 도 1 및 3을 참조하여, 설명하였으나, 상기 유기 발광 소자가 도 1 및 3에 도시된 유기 발광 소자로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 3의 유기 발광 소자(200) 중 제1공진 제어층(215a) 및/또는 제2공진 제어층(215b)은 생략될 수 있는 등 다양한 변형예가 가능하다.
101, 201: 기판
111, 211: 정공 주입 및 수송층
114, 214: 제1층
112a, 212a: 제1보조층
112b, 212b: 제2보조층
113a, 213a: 제1발광층
113b, 213b: 제2발광층
116: 전자 수송층
119, 219: 제2전극
10: 레이저 열전사용 도너 필름
1: 기재층
3: 광-열 변환층
5: 전사층
5b: 발광층 재료-함유층
5a: 보조층 재료-함유층
111, 211: 정공 주입 및 수송층
114, 214: 제1층
112a, 212a: 제1보조층
112b, 212b: 제2보조층
113a, 213a: 제1발광층
113b, 213b: 제2발광층
116: 전자 수송층
119, 219: 제2전극
10: 레이저 열전사용 도너 필름
1: 기재층
3: 광-열 변환층
5: 전사층
5b: 발광층 재료-함유층
5a: 보조층 재료-함유층
Claims (20)
- 제1부화소, 제2부화소 및 제3부화소를 포함한 기판;
상기 기판의 제1부화소, 제2부화소 및 제3부화소 별로 형성된 복수의 제1전극;
상기 제1전극에 대향된 제2전극;
상기 제1부화소에 형성되고 제1색광을 방출하는 제1발광층;
상기 제2부화소에 형성되고 제2색광을 방출하는 제2발광층;
상기 제1부화소, 제2부화소 및 제3부화소에 대하여 공통층으로 형성된 제1층; 및
i) 상기 제1층 표면과 접촉하고, 상기 제1발광층과 상기 제1층 사이에 개재되어 있고, 상기 제1전극으로부터 주입된 전하가 상기 제1발광층으로 전달되는 것을 촉진시키는 제1금속 화합물을 포함한 제1보조층 및 ii) 상기 제1층 표면과 접촉하고, 상기 제2발광층과 상기 제1층 사이에 개재되어 있고, 상기 제1전극으로부터 주입된 전하가 상기 제2발광층으로 전달되는 것을 촉진시키는 제2금속 화합물을 포함한 제2보조층 중 적어도 하나;
를 포함한, 유기 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 제1보조층 및 제2보조층은 레이저 열전사법(LITI: Laser Induced Thermal Imaging)에 의하여 형성된 층인, 유기 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 제1금속 화합물은, 상기 제1금속 화합물만으로 이루어진 제1막의 박막 밀도가 2g/cm3 이상이 되도록 하는 금속 화합물이고, 상기 제2금속 화합물은, 상기 제2금속 화합물만으로 이루어진 제2막의 박막 밀도가 2g/cm3 이상이 되도록 하는 금속 화합물인. 유기 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 제1전극이 정공 주입 전극이고;
상기 제1층이 상기 제3색광을 방출할 수 있는 발광 물질을 포함한 공통층이고;
상기 제1금속 화합물 및 제2금속 화합물이 산화성 금속 화합물이고;
상기 제2전극이 전자 주입 전극인, 유기 발광 소자. - 제4항에 있어서,
상기 제1금속 화합물 및 제2금속 화합물이 서로 독립적으로, 5족 원소, 6족 원소, 7족 원소, 철(Fe), 안티모니(Sb) 및 구리(Cu) 중 적어도 하나를 포함한 산화물 또는 할로겐화물인, 유기 발광 소자. - 제5항에 있어서,
상기 제1금속 화합물 및 제2금속 화합물이 서로 독립적으로, WO, W2O3, WO2, WO3, W2O5, VO, V2O3, VO2, V2O5, MoO, Mo2O3, MoO2, MoO3, Mo2O5, ReO3, FeCl3, SbCl5 및 CuI 중에서 선택된 하나 이상을 포함한, 유기 발광 소자. - 제4항에 있어서,
상기 제1보조층이 제1정공 수송성 유기물을 더 포함하고, 상기 제2보조층이 제2정공 수송성 유기물을 더 포함한, 유기 발광 소자. - 제4항에 있어서,
상기 제1색광이 적색광이고, 상기 제2색광이 녹색광이고, 상기 제3색광이 청색광이고, 상기 제3색광은 상기 제1층으로부터 방출되는, 유기 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 제1전극이 전자 주입 전극이고;
상기 제1층이 전자 수송층이고;
상기 제1금속 화합물 및 제2금속 화합물이 환원성 금속 화합물이고;
상기 제2전극이 정공 주입 전극이고;
상기 제1층과 상기 제2전극 사이에 상기 제3색광을 방출할 수 있는 발광 물질을 포함하고 상기 제1부화소, 상기 제2부화소 및 상기 제3부화소에 대하여 공통층으로 형성된 제2층이 추가로 형성된, 유기 발광 소자. - 제9항에 있어서,
상기 제1금속 화합물 및 제2금속 화합물이 서로 독립적으로, 알칼리 금속 및 알칼리 토금속 중 적어도 하나를 포함한, 할로겐화물, 산화물, 질화물, 산화질화물 또는 염인, 유기 발광 소자. - 제9항에 있어서,
상기 제1금속 화합물 및 제2금속 화합물이 서로 독립적으로, LiF, KF, CsF, RbF, NaF, LiO2, Li2O2, Rb2O2, Cs2O, LiAlO2, LiBO2, LiCl, RbCl, NaCl, KCl, CsCl, KAlO2, Na2WO4, K2SiO3, Li2CO3, LiCO3, Na2CO3, NaCO3, K2CO3, KCO3, RbCO3, RbCO3, Cs2CO3, CsCO3, BeCO, BeCO3, MgCO, MgCO3, CaO, Ca2CO3, CaCO3, SrCO, SrCO3, BaCO 및 BaCO3 중 선택된 하나 이상을 포함한, 유기 발광 소자. - 제9항에 있어서,
상기 제1보조층이 제1전자 수송성 유기물을 더 포함하고, 상기 제2보조층이 제2전자 수송성 유기물을 더 포함한, 유기 발광 소자. - 제9항에 있어서,
상기 제1색광이 적색광이고, 상기 제2색광이 녹색광이고, 상기 제3색광이 청색광이고, 상기 제3색광은 상기 제2층으로부터 방출되는, 유기 발광 소자. - 제1부화소, 제2부화소 및 제3부화소를 포함한 기판 상에 상기 기판의 제1부화소, 제2부화소 및 제3부화소 별로 복수의 제1전극을 형성하는 단계;
상기 제1부화소, 제2부화소 및 제3부화소에 대하여 공통층인 제1층을 형성하는 단계;
i) 상기 제1층 표면과 접촉하고, 상기 제1전극으로부터 주입된 전하가 상기 제1발광층으로 전달되는 것을 촉진시키는 제1금속 화합물을 포함한 제1보조층 및 ii) 상기 제1층 표면과 접촉하고, 상기 제1전극으로부터 주입된 전하가 상기 제2발광층으로 전달되는 것을 촉진시키는 제2금속 화합물을 포함한 제2보조층 중 적어도 하나를 형성하는 단계;
상기 제1부화소에 형성되고 제1색광을 방출하는 제1발광층 및 상기 제2부화소에서 형성되고 제2색광을 방출하는 제2발광층을 형성하는 단계; 및
상기 제1전극에 대향된 제2전극을 형성하는 단계;
를 포함한, 유기 발광 소자의 제조 방법. - 제14항에 있어서,
상기 제1보조층 및 제2보조층을 레이저 열전사법(LITI: Laser Induced Thermal Imaging)에 의하여 형성하는, 유기 발광 소자의 제조 방법. - 제14항에 있어서,
상기 제1금속 화합물은, 상기 제1금속 화합물만으로 이루어진 제1막의 박막 밀도가 2g/cm3 이상이 되도록 하는 금속 화합물이고, 상기 제2금속 화합물은, 상기 제2금속 화합물만으로 이루어진 제2막의 박막 밀도가 2g/cm3 이상이 되도록 하는 금속 화합물인. 유기 발광 소자의 제조 방법. - 제14항에 있어서,
상기 제1전극이 정공 주입 전극이고;
상기 제1층이 상기 제3색광을 방출할 수 있는 발광 물질을 포함한 공통층이고;
상기 제1금속 화합물 및 제2금속 화합물이 산화성 금속 화합물이고;
상기 제2전극이 전자 주입 전극인, 유기 발광 소자의 제조 방법. - 제17항에 있어서,
상기 제1금속 화합물 및 제2금속 화합물이 서로 독립적으로, WO, W2O3, WO2, WO3, W2O5, VO, V2O3, VO2, V2O5, MoO, Mo2O3, MoO2, MoO3, Mo2O5, ReO3, FeCl3, SbCl5 및 CuI 중에서 선택된 하나 이상을 포함한, 유기 발광 소자의 제조 방법. - 제14항에 있어서,
상기 제1전극이 전자 주입 전극이고;
상기 제1층이 전자 수송층이고;
상기 제1금속 화합물 및 제2금속 화합물이 환원성 금속 화합물이고;
상기 제2전극이 정공 주입 전극이고;
상기 제1층과 상기 제2전극 사이에 상기 제3색광을 방출할 수 있는 발광 물질을 포함하고 상기 제1부화소, 상기 제2부화소 및 상기 제3부화소에 대하여 공통층으로 형성된 제2층을 형성하는 단계를 더 포함한, 유기 발광 소자의 제조 방법. - 제19항에 있어서,
상기 제1금속 화합물 및 제2금속 화합물이 서로 독립적으로, LiF, KF, CsF, RbF, NaF, LiO2, Li2O2, Rb2O2, Cs2O, LiAlO2, LiBO2, LiCl, RbCl, NaCl, KCl, CsCl, KAlO2, Na2WO4, K2SiO3, Li2CO3, LiCO3, Na2CO3, NaCO3, K2CO3, KCO3, RbCO3, RbCO3, Cs2CO3, CsCO3, BeCO, BeCO3, MgCO, MgCO3, CaO, Ca2CO3, CaCO3, SrCO, SrCO3, BaCO 및 BaCO3 중 선택된 하나 이상을 포함한, 유기 발광 소자의 제조 방법.
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