KR101390293B1 - SiOC 정공 차단층을 이용한 OLED - Google Patents

Abstract

정공 오버플로우를 방지하여 발광 효율이 우수한 OLED에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 OLED는 전자 제공층과 정공 제공층 사이에 발광층이 형성되어 있되, 상기 전자 제공층, 정공 제공층 및 발광층이 유기물을 포함하여 형성되고, 상기 발광층과 전자 제공층 사이에, 상기 정공 제공층으로부터 공급된 정공이 상기 전자 제공층으로 오버플로우되는 것을 방지하기 위한 정공 차단층이 형성되어 있되, 상기 정공 차단층은 SiOC를 포함하는 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

SiOC 정공 차단층을 이용한 OLED {ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE USING SiOC HOLE BLOCKING LAYER}

본 발명은 유기발광다이오드(OLED)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리콘옥시카바이드(SiOC) 정공 차단층을 이용하여 정공 오버플로우를 방지할 수 있는 OLED에 관한 것이다.

유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diode; 이하, OLED)는 낮은 전압에서 구동이 가능하고, 박형으로 구현 가능하며, 응답 속도가 빨라 차세대 디스플레이 소재로 많은 연구가 수행되고 있다.

도 1은 일반적인 OLED를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 1을 참조하면, 통상 OLED는 정공 제공층(110), 발광층(120) 및 전자 제공층(130)을 포함하며, 이들 각각의 층은 유기물로 형성된다.

발광층(120)은 형광성 유기물로 형성되며, 정공 제공층(110)에서 공급되는 정공과 전자 제공층(130)에서 공급되는 전자가 발광층(120)에서 재결합할 때 형광성 유기물이 빛을 냄으로써 구동된다.

한편, 도 1에 도시된 OLED의 경우, 정공 제공층(110)에서 공급된 정공이 발광층(120)에서 전자와 재결합하지 못하고, 전자 제공층(130)으로 오버플로우되는 문제점이 있다.

이러한 정공의 오버플로우는 발광층(120)에서의 전자-정공 재결합을 방해함으로써 발광 효율을 저해하는 요인이 될 수 있다.

이를 해결하기 위하여, 예를 들어 Balq, BCP 등의 물질로 정공 차단층을 도입하거나, 전자수송층에 정공 차단역할을 추가하는 방법 등이 제시되어 있다. 그러나, 상기 정공 오버플로우 방지 방법들의 경우, 전자 이동을 방해하는 또다른 문제점을 야기한다.

본 발명에 관련된 선행문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2008-0074518(2008.08.13. 공개)에 개시된 유기발광다이오드 소자 및 이의 제조 방법이 있다.

본 발명의 목적은 정공 제공층에서 공급된 정공이 전자 제공층으로 오버플로우(overflow)되는 것을 방지하여, 발광 효율을 향상시킬 수 있는 OLED를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 OLED는 전자 제공층과 정공 제공층 사이에 발광층이 형성되어 있되, 상기 전자 제공층, 정공 제공층 및 발광층이 유기물을 포함하여 형성되고, 상기 발광층과 전자 제공층 사이에, 상기 정공 제공층으로부터 공급된 정공이 상기 전자 제공층으로 오버플로우되는 것을 방지하기 위한 정공 차단층이 형성되어 있되, 상기 정공 차단층은 SiOC를 포함하는 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 정공 차단층의 SiOC는 탄소(C)가 실리콘(Si), 산소(O) 및 탄소(C) 전체 100mol%의 1~15mol%로 포함되는 것이 바람직하고, 탄소(C)가 실리콘(Si), 산소(O) 및 탄소(C) 전체 100mol%의 3~10mol%로 포함되는 것이 보다 바람직하며, 탄소(C)가 실리콘(Si), 산소(O) 및 탄소(C) 전체 100mol%의 3~5mol%로 포함되는 것이 가장 바람직하다.

또한, 상기 정공 차단층의 SiOC는 산소(O)가 실리콘(Si) 100mol%의 50~200mol%로 포함될 수 있다.

또한, 상기 OLED는 상기 전자 제공층에 전기적으로 연결되는 음극; 및 상기 정공 제공층에 전기적으로 연결되는 양극;을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 OLED는 발광층과 전자 제공층 사이에 SiOC 정공 차단층을 형성함으로써, 전자 제공층에서 발광층으로의 전자 이동성을 저해하지 않으면서도 정공이 전자 제공층으로 오버플로우되는 것을 방지할 수 있다.

이를 통하여, 발광층에서 전자와 정공의 재결합이 보다 원할하게 수행될 수 있어, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 OLED를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 OLED를 개략적으로 나타낸 것이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 SiOC 정공 차단층을 이용한 OLED에 관하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 OLED를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 OLED는 도 1에 도시된 OLED와 마찬가지로, 정공 제공층(110), 발광층(120) 및 전자 제공층(130)을 포함하며, 이들 각각의 층은 유기물로 형성된다.

정공 제공층(110)은 단층 구조 혹은 정공주입층/정공수송층 적층 구조일 수 있다. 마찬가지로 전자 제공층(130)은 단층 구조 혹은 전자주입층/전자수송층 적층 구조일 수 있다.

이들 정공 제공층(110), 발광층(120) 및 전자 제공층(130)은 글래스 기판 상에 형성될 수 있으며, 플렉서블 특성 확보를 위하여 고분자 기판 상에 형성될 수도 있다.

발광층(120)은 형광성 유기물로 형성되며, 정공 제공층(110)에서 공급된 정공과 전자 제공층(130)에서 공급된 전자가 발광층(120)에서 재결합할 때 형광성 유기물이 빛을 냄으로써 구동된다.

또한, 본 발명에 따른 OLED는 정공 제공층(110)에 정공을 주입하기 위하여, 정공 제공층(110)에 전기적으로 연결되는 양극(140a)과, 전자 제공층(130)에 전자를 주입하기 위하여, 전자 제공층(130)에 전기적으로 연결되는 음극(140b)을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 OLED는 발광층(120)과 전자 제공층(130) 사이에 정공 차단층(210)이 형성되어 있다. 정공 차단층(210)은 정공 제공층(110)으로부터 공급된 정공이 전자 제공층(130)으로 오버플로우(overflow)되는 것을 방지하는 역할을 한다. 전술한 바와 같이 정공 차단층(210)이 형성되어 있지 않을 경우, 발광층(120)에서의 전자-정공 재결합이 원할하게 이루어지지 않아, 발광 효율이 저하될 수 있으므로, 본 발명에서는 전자 제공층(130)과 발광층(120) 사이에 정공 차단층(210)을 포함한다.

이때, 본 발명에서는 정공 차단층(210)이 실리콘옥시카바이드(silicon oxycarbide, SiOC)를 포함하는 재질로 형성된다.

SiOC의 경우, Poole-Frenkel 접합을 형성하여 접촉면에서 전위장벽이 급격히 높아지는 반면 공핍층의 폭은 상대적으로 얇아지는 효과에 의해 터널링이 발생하여 전자의 수송은 원활하게 이루어지게 되는, 즉 캐리어가 한쪽 방향으로만 통할 수 있도록 하는 비선형 정류성 접합 가능 물질이다. SiOC로 정공 차단층(210)을 형성할 경우, 전자는 전자 제공층(130)에서 발광층(120)으로 터널링에 의해 통과 가능하게 하지만, 정공은 높은 전위장벽에 의해서 통과하지 못하고 발광층(120)에서 전자와 정공 재결합에 의해 발광되고 소멸되도록 함으로써, 전자 이동성 저해없이 효과적으로 정공의 오버플로우를 방지할 수 있다.

상기 SiOC는 실리콘산화물(SiOx)에 탄소(C)가 일부 포함됨으로써 형성될 수 있다. SiOC는 화학기상증착법(CVD), 물리기상증착법(PVD) 등 다양한 방법으로 형성 가능하다.

이때, 상기 SiOC는 탄소(C)가 실리콘(Si), 산소(O) 및 탄소(C) 전체 100mol%의 1~15mol%로 포함되는 것이 바람직하고, 3~10mol%로 포함되는 것이 보다 바람직하며, 3~5mol%로 포함되는 것이 가장 바람직하다.

탄소가 1mol% 미만으로 포함될 경우 정공 차단 효과가 불충분하다. 반대로, 탄소가 15mol%를 초과하는 경우, 누설전류 증가되며, 특히 기공이 생겨서 막균질성(uniformity) 가 떨어지고 강도가 저하될 수 있다.

표 1은 두께 20nm의 SiOC 정공 차단층을 적용하였을 때, 탄소 함량에 따른 발광 효율을 나타낸 것이다. 발광 효율은 두께 20nm Balq 정공 차단층을 적용하였을 때의 광출력을 100%로 설정하였을 때의 상대적인 값으로 나타내었다.

[표 1]

표 1을 참조하면, SiOC 정공 차단층을 적용할 경우, 기존 Balq 정공 차단층을 적용하였을 때 대비하여 상대적으로 높은 발광효율을 나타내었다. 또한, 탄소 함량이 3~10mol%인 경우, 발광효율이 상대적으로 더 높게 나타났다. 특히, 탄소 함량이 3~5mol%인 경우, 발광효율이 현저히 높게 나타났는 바, 탄소 함량 3~5mol%가 가장 바람직하다고 볼 수 있다.

또한, 상기 정공 차단층의 SiOC는 산소(O)가 실리콘(Si) 100mol%의 50~200mol%로 포함될 수 있다. 산소 함량이 50mol% 미만일 경우, 정공 차단 특성이 저하될 수 있다. 반대로, 산소(O) 함량이 200mol%를 초과하기는 매우 어렵다. 이러한 산소(O) 함량은 SiOC 막 형성시에 산소 공급량을 조절함으로써 제어 가능하다.

삭제

한편, 정공 차단층(210)은 두께는 대략 50nm 정도를 예시할 수 있으나, 본 발명에서 정공 차단층(210)의 두께는 큰 변수가 되지 못한다. 그 이유는 본 발명에서 전자 수송은 터널링에 의한 수송에 해당하기 때문이다. 즉, 트래핑에 의한 전송효과인 경우 정공 차단층의 두께가 두꺼워지면 전자이동도가 저하될 우려가 있으나, 터널링에 의한 전송은 두께와 무관하여 전자 이동도가 저하되지는 않으며, 오히려 터널링효과에 의해서 전자이동도는 더 높아질 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.

110 : 전자 제공층 120 : 발광층
130 : 정공 제공층 140a : 음극
140b : 양극 210 : SiOC 정공 차단층

Claims (5)

1. 전자 제공층과 정공 제공층 사이에 발광층이 형성되어 있되, 상기 전자 제공층, 정공 제공층 및 발광층이 유기물을 포함하여 형성되고,
   상기 발광층과 전자 제공층 사이에, 상기 정공 제공층으로부터 공급된 정공이 상기 전자 제공층으로 오버플로우(overflow)되는 것을 방지하기 위한 정공 차단층이 형성되어 있되, 상기 정공 차단층은 SiOC를 포함하는 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 OLED.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 정공 차단층의 SiOC는
   탄소(C)가 실리콘(Si), 산소(O) 및 탄소(C) 전체 100mol%의 1~15mol%로 포함되는 것을 특징으로 하는 OLED.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 정공 차단층의 SiOC는
   탄소(C)가 실리콘(Si), 산소(O) 및 탄소(C) 전체 100mol%의 3~5mol%로 포함되는 것을 특징으로 하는 OLED.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 정공 차단층의 SiOC는
   산소(O)가 실리콘(Si) 100mol%의 50~200mol%로 포함되는 것을 특징으로 하는 OLED.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 OLED는
   상기 전자 제공층에 전기적으로 연결되는 음극; 및
   상기 정공 제공층에 전기적으로 연결되는 양극;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 OLED.
   
   
   

Images