KR20100045326A - 백색 유기전계발광소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 백색 유기전계발광소자에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 제1 전극; 제2 전극; 그리고 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 형성되는 적어도 두 개의 발광층을 포함하고, 상기 적어도 2개의 발광층 중 적어도 하나의 발광층이 정공수송물질과 전자수송물질의 혼합호스트로 구성되는 백색 유기전계발광소자에 대한 것이다.
유기전계발광소자
Description
본 발명은 백색 유기전계발광소자에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 제1 전극; 제2 전극; 그리고 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 형성되는 적어도 두 개의 발광층을 포함하고, 상기 적어도 2개의 발광층 중 적어도 하나의 발광층이 정공수송물질과 전자수송물질의 혼합호스트로 구성되는 백색 유기전계발광소자에 대한 것이다.
백색 유기 전계 발광 소자는 디스플레이 적용뿐만 아니라 최근에는 조명용으로도 활발히 개발되고 있다.
미합중국특허 제06,696,177호는, 실제로 백색을 내는 유기 발광 다이오드(OLED) 장치가 기판; 상기 기판 위에 배치된 양극; 그리고 상기 양극 위에 배치된 정공 주입층을 포함하고, 또한 정공 주입층 위에 배치된 정공 수송층; 상기 정공 수송층 위에 일직선으로 배치되고, 청색 발광물질로 도핑된 발광층; 그리고 상기 청색 발광층 위에 배치된 전자 수송층을 포함하며, 추가로 상기 전자 수송층 및 상기 정공 수송층 전자 수송층 위에 배치된 음극을 포함하는데, 전자 수송층, 또는 상기 전자 수송층 또는 상기 정공 수송층은 상기 청색 발광층에 접촉하는 층의 전 체 또는 일부분에 대응하는 영역에서 선택적으로 도핑되고, 상기 선택적 도핑이 상기 스펙트럼의 황색 영역에서 발광하는 혼합물로 도핑된 백색 유기 전계 발광 소자를 개시하고 있다.
대한민국 특허 제10-0594775호는 색순도와 고효율 특성을 구현할 수 있는 백색유기 발광소자에 관한 것으로, 바이어스 전압이 인가되는 양극과 음극 사이에 발광층, 정공장벽층 및 전자수송층을 포함하되, 발광층에는 청색 발광특성을 갖는 호스트와 오렌지 혹은 적색 발광 특성을 내는 제1 게스트가 도핑되고 전자수송층에는 녹색 발광특성을 갖는 물질이 포함된 백색 유기 전계 발광 소자를 개시하고 있다.
카노 등은 청색 형광과 적녹색 인광재료를 절연층(interlayer)으로 적용하여 고효율을 구현하는 백색 유기 전계 발광 소자를 개시하고 있다.[H. Kanno et al. Nature, 440, 908, 2006]
대한민국 특허 제10-0752620호는 백색 유기 전계 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 본 백색 유기 전계 발광 소자는 기판 상에 형성되는 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 형성되는 제1 청색 발광층; 상기 제1 청색 발광층 상에 형성되는 적색 발광층; 상기 적색 발광층 상에 형성되는 제2 청색 발광층; 및 상기 제2 청색 발광층 상에 형성되는 제2 전극을 포함하는 백색 유기 전계 발광 소자를 개시하고 있다.
이상과 같이 백색 유기 전계 발광 소자를 구현하는 방법은 한 층의 발광층에 여러개의 도펀트를 도핑하여 사용하거나, 여러 개의 발광층을 적층하여 사용하는 방법이 알려져 있다.
그러나 이상과 같은 노력에도 불구하고, 이들 선행 기술들은 단층 구조의 백색 유기 전계 발광소자의 경우, RGB 도핑 물질을 한 층에 도핑하여 사용해야 하므로 공정이 매우 복잡하여 구현하기 어려운 단점이 있고, 다층 구조의 백색 유기 전계 발광 소자는 다층막을 통한 전하 이동의 조절이 어렵고 특히 인광 물질로 구성되는 백색 유기 전계 발광 소자는 휘도에 따른 효율 저하의 문제를 개선하기 어려운 단점이 있다. 따라서 당업계에서는 고휘도에서도 효율이 저하되지 아니하는 백색 유기전계발광소자가 요구되고 있다.
본 발명자들은 발광층을 정공수송물질과 전자수송물질의 혼합호스트로 구성하는 경우 전자수송층으로부터 발광층으로의 전자주입과 정공주입 특성을 조절할 수 있고 발광영역을 넓힐 수 있어서, 휘도에 따른 색특성 및 효율 특성을 안정적으로 확보할 수 있음을 구체적으로 확인함으로써 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 기본적인 목적은 제1 전극; 제2 전극; 그리고 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 형성되는 적어도 두 개의 발광층을 포함하고, 상기 적어도 2개의 발광층 중 적어도 하나의 발광층이 정공수송물질과 전자수송물질의 혼합호스트로 구성되는 백색 유기전계발광소자을 제공하는 것이다.
전술한 본 발명의 기본적인 목적은 제1 전극; 제2 전극; 그리고 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 형성되는 적어도 두 개의 발광층을 포함하고, 상기 적어도 2개의 발광층 중 적어도 하나의 발광층이 정공수송물질과 전자수송물질의 혼합호스트로 구성되는 백색 유기전계발광소자을 제공함으로써 달성될 수 있다.
상기 제1 전극 및 제2 전극은 양극(anode)과 음극(cathode)을 나타낸다. 양극 재료로서 ITO(indium tin oxide) 등의 투명 전극 또는 반사 전극이 사용될 수 있고, 음극 재료로서는 Al, Ca, Mg 등이 사용될 수 있다.
상기 백색 유기전계발광소자는 상기 제1 전극과 상기 적어도 2개의 발광층 또는 상기 제2 전극과 상기 적어도 두 개의 발광층 사이에 형성되는 적어도 하나의 공통층을 포함할 수 있다. 그리고 상기 공통층은 정공주입층, 정공수송층, 전자주입층 또는 전자수송층으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
휘도에 따른 소자 특성을 안정적으로 확보하기 위해서 전하수송층으로부터 발광층으로의 전하의 주입을 조절해야 한다. 본 발명에 따르면, 전하의 주입을 조 절하기 위해 서로 다른 특성을 갖는 두 가지 호스트 물질을 혼합한 혼합호스트 구조를 적용한다. 이로써 휘도에 따른 소자의 특성을 안정화할 수 있고, 특히 고휘도에서도 안정적인 효율 특성을 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 혼합호스트 구조는 정공수송 호스트 물질과 전하수송 호스트 물질을 혼합한 것이다. 상기 두 가지 호스트 물질의 혼합 비율을 조절함으로써 전하주입 특성과 발광층에서의 전자와 정공의 균형을 조절할 수 있고, 이를 통하여 휘도에 따른 효율 저하의 문제점을 해결할 수 있다.
본 발명의 백색 유기전계발광소자의 발광층은 적층 구조가 아닌, 혼합 호스트에 발광물질을 도핑한다. 따라서 전압의 변화에 따라 전자 또는 정공이 다른 층으로 이동함으로써 발생하는 색특성의 변화를 억제할 수 있다.
상기 적어도 두 개의 발광층을 구성하는 정공수송물질과 전자수송물질의 중량비는 5:95 내지 95:5인 것이 바람직하다. 또한 상기 적어도 두 개의 발광층 중 적어도 하나가 적록색 발광층 또는 오렌지색 발광층이고, 나머지 적어도 하나는 청색 발광층일 수 있다. 더욱이, 상기 적록색 발광층은 적색 발광층과 녹색 발광층의 이층으로 구성될 수 있다.
상기 적어도 두 개의 발광층은 형광 발광재료로 제조될 수 있고, 이 때 상기 적어도 두 개의 발광층의 호스트 물질은 Alq3(tris-(8-hydroxyquinoline) aluminium), NPB(N,N'-bis-(1-naphthyl)-N,N'-diphenyl-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine) 또는 ADN(9,10-di-(2-naphthyl)anthracene) 등으로부터 선택될 수 있다.
또한 상기 적어도 두 개의 발광층은 인광 발광재료로 제조될 수 있고, 이 때 상기 적어도 두 개의 발광층의 호스트 물질은 CBP(4,4'-bis(carbazol-9-yl)-biphenyl), TAZ(3-(Biphenyl-4-yl)-4-phenyl-5-(4-tert-butylphenyl)-1,2,4-triazole) 또는 TPBI(1,3,5-tri(phenyl-2-benzimidazole)-benzene) 등으로부터 선택될 수 있다.
상기 적어도 두 개의 발광층의 두께는 바람직하게는 5 nm 내지 100 nm, 보다 바람직하게는 5 nm 내지 40 nm이다.
본 발명의 백색 유기전계발광소자는 상기 적어도 두 개의 발광층 사이에 정공수송물질과 전자수송물질의 혼합호스트로 구성되는 버퍼층을 추가로 포함할 수 있다.
상기 버퍼층의 정공수송물질과 전자수송물질의 중량비는 5:95 내지 95:5인 것이 바람직하다. 또한 상기 버퍼층은 삼중항 에너지가 2.0 eV 이상인 물질로 구성될 수 있고, 바람직하게는 CBP, TCTA(4,4',4''-tris(N-carbazolyl)-triphenylamine), TPBI, TAZ 또는 BCP(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) 등으로 구성될 수 있다.
본 발명의 백색 유기전계발광소자에 따르면, 전자수송층으로부터 발광층으로의 전자주입과 정공주입 특성을 조절할 수 있고, 발광영역을 넓힐 수 있어서, 휘도에 따른 색특성 및 효율 특성을 안정적으로 확보할 수 있다.
이하, 다음의 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 다음의 도면에 대한 설명은 본 발명의 구체적인 실시 태양을 특정하여 설명하고자 하는 것일 뿐이며, 본 발명의 권리 범위를 이들에 기재된 내용으로 한정하거나 제한해석하고자 의도하는 것은 아니다.
실시예 1.
적색, 녹색 및 청색의 삼색으로 구현되는 백색 유기전계발광소자를 제작하였다. 상기 백색 유기전계발광소자의 구조는 ITO/NPD(60nm)/TCTA(30nm)/TCTA:TPBI:Ir(ppy)3:Ir(pq)2acac(50:50:10:1,10nm)/TCTA:TPBI(50:50)/MADN:DSA-Ph(20nm, 7%)/BCP/Alq3(20 nm)/LiF/Al 이었다. 상기 백색 유기 전계 발광 소자의 양자 효율은 8.6%이었고, 효율 감소가 전혀 없었으며, 전압에 따른 색좌표 변화가 없는 안정적인 효율 특성을 나타내었다.
실시예 2.
적색, 녹색 및 청색의 삼색으로 구현되는 백색 유기전계발광소자를 제작하였다. 상기 백색 유기전계발광소자의 구조는 ITO/NPD(60nm)/TCTA(30nm)/TCTA:TPBI:Ir(ppy)3:Ir(pq)2acac(50:50:10:1,10nm)/TCTA:TPBI(75:25)/MADN:DSA-Ph(20nm, 7%)/BCP/Alq3(20nm)/LiF/Al 이었다. 상기 백색 유기전계발광소자의 양자 효율은 9.5%이었고, 효율 감소가 전혀 없는 안정적인 효 율 특성을 나타내었다.
비교예 1.
비교예로서 종래의 표준적인 백색 유기전계발광소자를 제작하였다. 상기 종래의 백색 유기전계발광소자의 구조는 ITO/NPD(60 nm)/TCTA(30 nm)/TCTA:Ir(ppy)3:Ir(pq)2acac(100:10:1, 10 nm)/TCTA:TPBI(75:25, 5 nm)/MADN:DSA-Ph(20 nm, 7%)/BCP/Alq3(20 nm)/LiF/Al 이었다. 상기 백색 유기전계발광소자의 양자 효율은 6%로서 낮은 양자 효율을 나타내었다.
도 1은 본 발명의 백색 유기전계발광소자에 대한 다양한 실시태양을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예 1과 실시예 2의 백색 유기전계발광소자들과 비교예 1의 종래의 백색 유기전계발광소자의 휘도에 따른 효율 특성을 나타낸 그래프이다.
Claims (16)
- 제1 전극;제2 전극; 그리고상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 형성되는 적어도 두 개의 발광층을 포함하고, 상기 적어도 2개의 발광층 중 적어도 하나의 발광층이 정공수송물질과 전자수송물질의 혼합호스트로 구성되는 백색 유기전계발광소자.
- 제1항에 있어서, 상기 백색 유기전계발광소자가 상기 제1 전극과 상기 적어도 2개의 발광층 또는 상기 제2 전극과 상기 적어도 두 개의 발광층 사이에 형성되는 적어도 하나의 공통층을 포함하는 것임을 특징으로 하는 백색 유기전계발광소자.
- 제2항에 있어서, 상기 공통층이 정공주입층, 정공수송층, 전자주입층 및 전자수송층으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인 것임을 특징으로 하는 백색 유기전계발광소자.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 발광층의 정공수송물질과 전자수송물질의 중량비가 5:95 내지 95:5인 것임을 특징으로 하는 백색유기전계 발광 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 발광층 중 적어도 하나가 적록색 발광층 또는 오렌지색 발광층이고, 나머지 적어도 하나는 청색 발광층인 것임을 특징으로 하는 백색 유기전계발광소자.
- 제5항에 있어서, 상기 적록색 발광층이 적색 발광층과 녹색 발광층으로 이루어진 것임을 특징으로 하는 백색 유기전계발광소자.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 발광층이 형광 발광재료를 포함하는 것임을 특징으로 하는 백색 유기전계발광소자.
- 제7항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 발광층의 호스트 물질이 Alq3, NPB 및 ADN으로 이루어진 군에서 선택되는 것임을 특징으로 하는 백색 유기전계발광소자.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 발광층이 인광 발광재료를 포함하는 것임을 특징으로 하는 백색 유기전계발광소자.
- 제9항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 발광층의 호스트 물질이 CBP, TAZ 및 TPBI로 이루어진 군에서 선택되는 것임을 특징으로 하는 백색 유기전계발광소자.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 발광층의 두께가 5 nm 내지 100 nm인 것임을 특징으로 하는 백색 유기전계발광소자.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 발광층의 두께가 5 nm 내지 40 nm인 것임을 특징으로 하는 백색 유기전계발광소자.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 발광층 사이에 위치하는 버퍼층을 추가로 포함하고, 상기 버퍼층이 정공수송물질과 전자수송물질의 혼합호스트로 구성되는 것임을 특징으로 하는 백색 유기전계발광소자.
- 제13항에 있어서, 상기 버퍼층의 정공수송물질과 전자수송물질의 중량비가 5:95 내지 95:5인 것임을 특징으로 하는 백색유기전계 발광 소자.
- 제13항에 있어서, 상기 버퍼층이 삼중항 에너지가 2.0 eV 이상인 물질로 이루어진 것임을 특징으로 하는 백색 유기전계발광소자.
- 제13항에 있어서, 상기 버퍼층이 CBP, TCTA, TPBI, TAZ 및 BCP로 이루어진 군에서 선택되는 것임을 특징으로 하는 백색 유기전계발광소자.
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