KR20150096995A - 색 가변형 유기발광소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교류신호의 조절을 통한 색 가변이 가능한 유기발광소자에 관한 것으로, 교류신호의 방향에 따라 발광하는 색이 변화되고 이때 주파수를 조절함으로써 색 좌표 상의 다양한 색을 표현할 수 있다.

Description

색 가변형 유기발광소자{OLED providing controllable color}

본 발명은 교류신호의 조절을 통한 색 가변이 가능한 유기발광소자에 관한 것이다.

최근 유기 발광 다이오드(OLED: Organic Light-emitting Diodes)는 낮은 소비전력, FPCB 적용 가능성, 높은 색 재현 지수, 높은 대조비, 넓은 시야각 등의 다양한 장점으로 인하여 조명 산업 및 디스플레이 산업에서 각광을 받고 있다.

유기 발광 다이오드(OLED)는 소자구조의 측면에서, 유기반도체 특성을 가지는 유기박막의 적층 형태로 구성되는데, 적층 형태에 따라 발광 내의 발광 영역이 제한되고, 이 제한된 발광영역에서 유기 분자의 HOMO, LUMO 차이만큼의 에너지가 빛으로 발광되기 때문에, 일반적으로 유기 발광 다이오드의 발광 색은 고정되어 있다.

이와 같이, 유기발광소자는 색 조절이 힘든 광원 기술로, 다양한 색상의 표현을 위한 종래기술은 추가적인 발광층 구성 및 적층, 발생한 광에 대한 색 변환 또는 컬러 필터링 등과 같이, 이미 발생한 빛을 재가공하기 위한 추가적인 구성이 요구되어 구조상 구현이 복잡하고 고비용의 문제가 있다.

선행기술 공개특허 제2013-002124호는 광의 스펙트럼을 변화시켜 다양한 색을 표현하기 위한 기술로서, 마이크로 캐비티 효과를 갖는 금속박막을 포함하고 전압제어를 통해 광의 금속박막의 통과 여부를 제어함으로써 광의 스펙트럼을 조절하여 다양한 색을 표현하고자 하는바, 이미 고정적으로 특정 색을 제공하는 광을 금속박막에 통과시켜 스펙트럼을 조절하고 구조가 복잡하다는 점에서 종래기술의 범주에 포함된다.

본 발명은 유기발광소자의 색 구현에 있어서, 교류신호인 구동신호 만의 제어를 통해 다양한 색이 발광 되도록 하는 색 가변형 유기발광소자의 제공을 목적으로 한다.

본 발명은 교류신호를 인가받도록 기판 위에 형성된 제1전극 및 제2전극; 상기 제1전극과 제2전극 사이에 위치하고, 상기 제1전극 또는 제2전극으로부터 전자 또는 정공을 수송하도록 전자 및 정공 수송 물질이 혼합 구성된 제1혼합수송층과 제2혼합수송층; 및 상기 제1혼합수송층 및 제2혼합수송층 사이에 위치하고, 동일한 호스트 물질을 바탕으로 서로 다른 2개의 도판트 물질을 포함하여 2개의 엑시톤 결합영역을 갖는 발광층;을 포함한, 색 가변형 유기발광소자를 제공한다.

상기 유기발광소자는, 상기 교류신호의 주파수를 조절하여 교류신호를 인가함으로써 색 가변을 구현한다.

상기 발광층은, 동일한 호스트 물질을 바탕으로 서로 다른 적어도 2개의 도판트 물질이 제1결합영역 및 제2결합영역에 각각 도핑된다.

또한, 상기 발광층은, 상기 엑시톤 결합영역들 간의 상호 간섭을 차단하는 중간층을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 교류신호의 방향에 따라 발광하는 색이 변화되고 이때 주파수를 조절함으로써 색 변화의 속도를 조절할 수 있으므로 색 좌표 상의 다양한 색을 손쉽게 표현할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 색 가변형 유기발광소자의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 다른 실시예의 구성도이다.
도 3 및 도 4는 교류신호의 변화에 따른 유기발광소자의 전하 반응 예시도이다.

이하, 본 발명의 기술적 특징을 도면을 이용하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 유기발광소자의 일실시예를 나태는 바, 제1전극(10), 제2전극(20), 제1 혼합 수송층(30a), 제2 혼합 수송층(30b), 및 발광층(50)을 포함한다.

본 발명은 교류신호를 구동신호로 하여 기판(미도시)상에 형성되는 유기발광소자로서, 모든 구성은 양극성(bipolar)으로 구성되는 것이 바람직하다.

제1전극(10)과 제2전극(20)은 교류신호를 인가받으며 양극성으로 구성되지만, 회로의 위치상으로는 제1전극(10)은 양극의 위치에 제2전극(20)은 음극의 위치 형성하는 것으로 한다.

제1 혼합 수송층(30a)과 제2 혼합 수송층(30b)은 전자와 정공을 모두 수송할 수 있도록 전자 수송물질과 정공 수송물질을 혼합한 구조이며, 제1전극(10)과 제2전극(20) 사이에 각각 위치하여 제1전극(10)과 제2전극(20)으로부터 이동하는 전하를 수송한다.

발광층(50)은 제1 혼합 수송층(30a)과 제2 혼합 수송층(30b)이 수송한 전하가 이동하여 엑시톤으로 재결합하면서 발광하는 층으로, 제1결합영역(501)과 제2결합영역(502)을 포함한다.

발광층(50)은 동일한 호스트 물질로 구성되며, 서로 다른 적어도 2개의 도판트 물질이 서로 다른 엑시톤 결합영역(제1결합영역(501) 및 제2결합영역(502))에 도핑된다.

전자 또는 정공은 교류신호의 주기에 따라 제1결합영역(501)과 제2결합영역(502)에서 각각 엑시톤 결합함으로써 해당 도판트 물질에 따른 발광을 한다.

중간층(503)은 발광층(50) 내에서 도판트의 구성물질이 달라지는 지점(색 분리 지점)또는 상기 지점에 삽입되는 CGL(Charge Generation Layer)개념의 층으로서, 전압이 짧은 시간 내에 거꾸로 인가되는 교류 특성을 감안한 소자 특성 향상과 엑시톤을 해당 발광영역 내로 국한시켜 엑시톤 결합영역 간의 상호간섭을 차단하는 목적으로 삽입된다.

도 2는 도 1의 실시예에 제1 혼합 주입층(40a)과 제2 혼합 주입층(40b)을 더 포함한 실시예로서, 제1 혼합 주입층(40a)은 제1전극(10)과 제1 혼합 수송층(30a) 사이에 위치하고, 제2 혼합 주입층(40b)은 제2전극(20)과 제2 혼합 수송층(30b) 사이에 위치한다.

제1 혼합 주입층(40a)과 제2 혼합 주입층(40b)은 제1전극(10)과 제2전극(20)에서 수행하는 전자와 정공의 주입능력을 증가하기 위하여 적용하는 유기물질로서, 색좌표 조절 및 효율과 관련된 소자 최적화 과정에서 필요 시 추가될 수 있다.

따라서, 제1 혼합 주입층(40a)과 제2 혼합 주입층(40b)은 제1전극(10)과 제2전극(20)의 HOMO 레벨 또는 LUMO 레벨이 유사한 유기물질을 사용하여 전자 및 정공의 주입을 도울 수 있도록 구성된다.

도 3은 교류신호가 +방향의 전압으로 인가될 때, 전하가 반응하는 과정을 나타낸 것으로서, 제1전극(10)으로부터 정공이 이동하고, 제2전극(20)에서는 전자가 이동한다.

정공은 제1 혼합 주입층(40a)을 거쳐 제1 혼합 수송층(30a)에 의해 수송되고, 전자는 제2 혼합 주입층(40b)을 거쳐 제2 혼합 수송층(30b)에 의해 발광층(50)으로 수송된다.

물질 내의 전자와 정공은 이동도가 각기 다르기 때문에 정공이 제1전극(10)으로부터 수송되고 전자가 제2전극(20)에서 수송되면, 전자와 정공간 이동도의 차이로 인해 발광층의 일정영역(제1결합영역(501))에서 엑시톤 결합이 발생하고, 제1결합영역(501)의 특정영역에 도핑된 도판트 발광이 일어난다. 청색발광물질에 의해 청색 발광이 일어난다.

반대로 도 4와 같이, -방향의 전압이 인가될 때는, 제1전극(10)으로부터 전자 이동하고, 제2전극(20)에서 정공이 공급된다.

전자와 정공의 이동도 차이에 의해서 발광층의 또 다른 일정한 영역인 제2결합영역(502)의 특정 영역에서 엑시톤 재결합이 발생하고, 제2결합영역(502)에 도핑된 도판트에 의해 발광이 일어난다.

제1결합영역(501) 및 제2결합영역(502)에는 각기 다른 발광색을 제공하는 도판트 물질이 도핑되어야 하며, 실제 엑시톤 결합이 일어나는 부분은 도 1에 표시된 제1결합영역(501) 또는 제2결합영역(502)중 특정 영역이 될 것이며, 이는 수송층 두께, 전하 이동도 또는 전하 주입장벽 등의 조절을 통해 형성한다.

도판트 물질은 호스트의 물질보다 HOMO-LUMO 밴드갭이 좁아서 호스트 물질의 HOMO 또는 LUMO보다 안쪽에 존재해야한다.

제1결합영역(0501)은 청색 도판트(e.g. FIrpic)를 도핑하고, 제2결합영역(502)에는 적색 도판트(e.g. Ir(piq)3)를 도핑하면, 교류신호에 의해 청색발광과 적색발광이 교대로 발생하며 그 색 전환 속도에 따라 색이 혼합되면서 색 좌표 상의 다양한 색상으로 관찰된다.

본 발명은 정공 수송층과 정공 수송층은 따로 구분되어 있지 않으며 두 수송층이 모두 정공과 전자를 효과적으로 수송하되, 양극 쪽에서 이동할 때와 전자 쪽에서 전하가 이동할 때의 이동도를 컨트롤하여 엑시톤 형성시 각기 다른 재결합 지역을 형성함으로써 인가 전압의 방향에 따라 다른 색을 발광하도록 구성된다.

호스트 재료 및 수송층 재료 모두가 양극성(bipolar) 특성을 지닌 재료가 바람직한데, 재료의 예시로는 도너(donor)역할을 하는 cabazole, dibenzofuran, triphenylamine 등과, 억셉터(acceptor)역할을 하는 imidazole, benzimidazole, qunoline, N-α-carboline, pyridine 등의 조합으로 구성될 수 있다.

각 물질은 교유의 전자와 정공의 이동도를 가지며, 이동도의 빠르기는 전기장의 세기에 따라 변화하고, 엑시톤이 결합하는 영역은 발광층의 두께에 따라 조절된다.

본 발명의 발광층 두께는 바람직하게는 300 Å이다.

본 발명은 교류신호의 특성을 이용하여 색 가변을 구현하는 기술사상으로서, 교류신호가 +방향과 -방향의 전압이 짧은 시간 안에 교대로 변화할 때, 제1전극(10)과 제2전극(20)에 전자와 정공의 제공 방향이 바뀌고 물질 고유의 이동도에 의해서 전자와 정공이 제공되는 방향에 따라 전자와 정공이 결합하는 영역은 적어도 2개의 서로 다른 영역으로 나뉘게 된다.

상기 서로 다른 영역은 도면상의 제1결합영역(501)과 제2결합영역(502)에 해당 되는데, 해당 영역에 서로 다른 도판트를 도핑하게 되면 적어도 2개의 발광색이 순간적으로 발생하여 혼합되는 유기발광소자를 얻을 수 있다.

또한 교류신호의 주파수를 조절한다면, 색이 전환되는 속도를 조절할 수 있으며 색 좌표 상의 다양한 색을 구현할 수 있다는 것이 본 발명의 중요한 특징이다.

제1결합영역(501)에 청색 발광 도판트를 적용하고, 제2결합영역(502)에 적색 발광 도판트를 적용한 경우라면, 교류신호가 + 방향일 때는 청색 발광이 일어나고, -방향일때는 적색 발광이 일어난다.

교류전압의 주기에 따라 청색, 적색이 차례로 ON-OFF되는 것인데, 이 ON-OFF 속도를 조절하게 되면 관찰자 입장에서는 백색 또는 청색, 적색이 혼합된 색으로 인식하게 되므로 색 좌표 상의 다양한 색을 손쉽게 구현할 수 있는 것이다.

즉, 주파수가 커질수록 빠른 색전환이 이루어져 모든 색이 혼합된 백색이 관찰될 것이나, 주파수가 줄어들면 그 주파수에 따라 다양한 혼합색이 관찰되어 색 좌표 상의 원하는 색을 주파수 조절을 통해 발광시킬 수 있는 것이다.

본 발명은 유기발광소자의 색구현과 관련된 기술적 한계를 극복하였다는데 의의가 있는바, 별도의 추가 구성없이 구동신호인 교류신호의 제어만으로 색 좌표 상의 다양한 색을 발광시키는 기술사상을 제안한다.

따라서 본 발명의 범위는 본 발명의 기술적 특징과 관련한 기술사상에 의해 정해지는 것이지 상술한 상세한 설명에 사용된 구체적인 용어나 표현에 국한되는 것이 아니다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들 또한 본 발명의 범위에 포함될 수 있음을 이해하여야 한다.

10 : 제1전극 20 : 제2전극
30a : 제1 혼합 수송층 30b : 제2 혼합 수송층
40a : 제1 혼합 주입층 40b : 제2 혼합 주입층
50 : 발광층 501 : 제1결합영역
502 : 제2결합영역 503 : 중간층

Claims (9)

1. 교류신호를 인가받도록 양극성 구조로 기판 위에 형성된 제1전극 및 제2전극;
   상기 제1전극과 제2전극 사이에 위치하고, 상기 제1전극 또는 제2전극으로부터 전자 또는 정공을 수송하도록 전자 및 정공 수송 물질이 혼합 구성된 제1혼합수송층과 제2혼합수송층; 및
   상기 제1혼합 수송층 및 제2혼합 수송층 사이에 위치하고, 각각 다른 색으로 발광하는 적어도 2개의 서로 다른 엑시톤 결합영역(제1결합영역 및 제2결합영역)을 갖는 발광층;을 포함한, 색 가변형 유기발광소자.
2. 제1항에 있어서, 상기 유기발광소자는,
   상기 교류신호의 주파수를 조절하여 교류신호를 인가하는, 색 가변형 유기발광소자.
3. 제1항에 있어서,
   상기 발광층은, 동일한 호스트 물질을 바탕으로 서로 다른 적어도 2개의 도판트 물질이 제1결합영역 및 제2결합영역에 각각 도핑된, 색 가변형 유기발광소자.
4. 제1항에 있어서, 상기 발광층은,
   상기 엑시톤 결합영역들 간의 상호 간섭을 차단하는 중간층을 더 포함한 색 가변형 유기발광소자.
5. 제1항에 있어서, 상기 유기발광소자는,
   상기 제1전극 및 제2전극과 LUMO 레벨 또는 HOMO 레벨이 유사한 물질이 혼합된 제1 혼합 주입층과 제2 혼합 주입층을 더 포함하여,
   상기 제1 혼합 주입층은 상기 제1전극과 제1혼합수송층 사이에, 상기 제2 혼합 주입층은 상기 제2전극과 제2 혼합 주입층 사이에 각각 위치시킨, 색 가변형 유기발광소자.
6. 제3항에 있어서,
   상기 발광층은 상기 서로 다른 2개의 엑시톤 결합영역에 청색 도판트 및 적
   색 도판트를 각각 도핑한, 색 가변형 유기발광소자.
7. 제4항에 있어서,
   상기 중간층은 CGL(Charge Generation Layer)을 포함한, 색 가변형 유기발광소자.
8. 제1항에 있어서, 상기 발광층의 두께는 300Å인, 색 가변형 유기발광소자.
9. 제3항에 있어서, 상기 발광층은,
   상기 제1결합영역에 청색 도판트를 적용하고,
   상기 제2결합영역에 적색 도판트를 도핑한, 색 가변형 유기발광소자.
   
   
   

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