KR20120105629A - 흡열 에너지 전이의 보조 도판트를 적용한 단일 발광층 백색 유기발광 다이오드 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 백색 유기발광 다이오드는, 기판과 상기 기판상에 음극 및 양극을 포함하는 기능층 및 전자, 정공을 주입받아 빛을 생성하는 발광층을 포함한 백색 유기발광 다이오드에 관한 것으로, 상기 발광층은 단일층으로 구성되어 2가지 이상의 도판트가 첨가됨과 동시에 흡열에너지 전이가 가능한 보조 도판트가 첨가된 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.

Description

흡열 에너지 전이의 보조 도판트를 적용한 단일 발광층 백색 유기발광 다이오드{Single emissive layer white organic light-emitting diodes using endothermic energy transfer of co-dopants}

본 발명은 단일발광층 백색 유기발광 다이오드에 관한 내용으로 백색 단일발광층의 호스트 안에 흡열에너지 전이가 가능한 보조 도판트를 적용하여 기존의 저효율의 단점을 가졌던 단일발광층 백색 유기발광 다이오드의 장점을 유지시킴과 동시에 효율 특성을 개선시킨 백색 유기발광 다이오드에 관한 것이다.

일반적으로 백색 유기발광 다이오드(White Organic Light-emitting Diodes : WOLED)는 그 자체로서 조명이나 LCD backlight, full color OLED에 적용되어 디스플레이 산업에서 각광을 받고 있다.

WOLED를 제작하는 방법에는 크게 2가지가 있는데 첫 번째는 RGB나 보색관계의 발광층을 적층하여 백색광을 내는 방법이 있다. 이 방법을 이용하여 제조할 경우, 효율과 휘도가 뛰어나다는 장점이 있지만, 구동전압에 따라서 발광영역이 달라지기 때문에 색좌표의 변환이 있으며, 각 층의 가장 낮은 수명에 의하여 WOLED의 수명이 결정되기 때문에 낮은 수명을 가지는 단점이 있다.

두 번째 방법으로는 발광층 1개가 백색광을 내는 방법이 있다. 이 방법을 이용하여, WOLED를 제조할 경우, 발광층이 1개이기 때문에 구동전압에 독립적으로 색좌표가 안정적이며, 상대적으로 높은 수명 특성을 가지지만, 다층박막보다 효율과 휘도의 특성이 떨어지는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 1개의 발광층을 가지는 백색 유기발광 다이오드의 단점을 감안하여 안출된 것으로, 구동전압에 독립적으로 작동하여 색좌표가 안정적으로 형성되며, 상대적으로 높은 수명을 가지는 장점을 유지하면서, 저효율의 단점을 개선할 수 있도록 구조가 개선된 백색 유기발광 다이오드를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 백색 유기발광 다이오드는, 기판과 상기 기판상에 음극 및 양극을 포함하는 기능층 및 전자, 정공을 주입받아 빛을 생성하는 발광층을 포함한 백색 유기발광 다이오드에 관한 것으로, 상기 발광층은 단일층으로 구성되어 2가지 이상의 도판트가 첨가됨과 동시에 흡열에너지 전이가 가능한 보조 도판트가 첨가된 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.

보다 구체적으로는, 상기 백색 유기발광 다이오드는 기판과, 상기 기판상에 형성되는 양극층과, 상기 양극층 상에 형성되어 양극층으로부터 들어오는 정공을 주입시키는 정공주입층과, 주입된 정공을 발광층으로 수송시키는 정공수송층과, 상기 정공수송층 상에 형성되는 단일발광층과, 상기 최상부 발광층 상에 형성되며 주입된 전자를 상기 발광층으로 수송시키는 전자수송층과, 상기 전자수송층으로 전자를 주입시키는 전자주입층 및 음극이 순차적으로 형성되는 것이 바람직하다.

또한 상기 단일발광층은 청색계열의 빛을 발하는 DPVBi나 MADN의 호스트에 황색 빛을 발하는 루브린(rebrene) 및 DCJTB 도펀트를 주입하여 이루어지며, 여기에 BCzVBi의 흡열 에너지 전이가 가능한 보조 도펀트가 첨가된다. 이때, 흡열에너지 전이가 가능한 보조 도펀트는 호스트 물질과의 HOMO LUMO의 에너지 준위가 격자 모양이 되는 구조를 가져야하며, 격자 모양의 구조는 호스트의 HOMO LUMO에너지 준위를 기준으로 보조 도판트의 HOMO LUMO는 호스트보다 낮은 구조이다.

이상과 같은 본 발명에 따르면 흡열에너지 전이의 보조 도판트를 적용한 단일 백색층을 가지도록 백색 유기발광 다이오드를 형성하기 때문에, 상기한 바와 같이 구성된 보조 도판트를 적용하지 않은 종래의 백색 유기발광 다이오드보다 높은 발광 효율과 휘도 특성을 가짐과 동시에 기존의 단일 발광층 백색 유기발광 다이오드의 장점인 구동전압과 독립된 색좌표와 고수명이 유지될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 보조 도판트를 적용한 단일발광층 백색 유기발광 다이오드는 기존 소자에서 나타나는 저효율의 단점을 보완하고 높은 발광효율을 갖는 장점을 결합하는 기술적 효과를 가지게 된다.

도 1은 일반적인 단일 발광층을 가지는 백색 유기발광 다이오드의 구성을 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 의한 단일 발광층을 가지는 백색 유기발광다이오드의 발광층의 구조를 개략적으로 도시한 도면, 그리고,
도 3은 본 발명에 의한 보조 도판트 재료로 사용하는 BCzVBi의 분자구조이다.

이하, 본 발명에 의한 보조 도판트를 가지는 백색 유기발광다이오드의 구조를 도면과 함께 설명한다.

도 1은 일반적인 단일 발광층을 가지는 백색 유기발광 다이오드의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 백색 유기발광 다이오드는, 투명 전극기판(110), 양극층(anode)(120), 정공 주입층(130), 정공 수송층(150), 발광층(170), 음극층(190)을 포함한다.

이하에서 설명하는 백색 유기발광 다이오드의 구성은 종래 알려진 구조와 큰 차이가 없으므로, 중복 설명은 최대한 생략하고, 본 발명의 특징인 발광층(170)의 구성을 중심으로 설명한다.

상기 발광층(170)은 청색 유기 발광층에 황색 무기 발광 물질을 분산하게 되면 유기물의 청색 파장 대역이 나노 황색 무기 발광 물질의 여기 광이 되어 나노 무기 발광 물질의 황색 파장 대역을 발광할 수 있다는 색 변환 기술(down conversion)에 착안하여 분산을 통한 청색과 황색의 혼합으로 높은 발광 효율 및 작동 안정성을 갖는 백색 유기 발광 다이오드를 수득한다.

본 발명에 의한 발광층(170)은, MADN:BCzVBi-13%:Rubrene-0.3%의 두께 300Å의 단일 발광층으로 구성될 수도 있고, DPVBi:BCzVBi-13%:Rubrene-0.5%의 두께 300Å의 단일 발광층으로 구성될 수도 있다.

DPVBi와 BCzVB, BCzVBi는 Idemitsu Kosan에서 개발한 대표적인 청색 호스트(blue host)와 도판트(dopant)로써 현재도 널리 사용되고 있는 대표적인 물질이다. 도판트를 사용하지 않았을 경우 2cd/A의 효율을 얻는 반면에 도판트를 사용한 경우 최고 70% 이상 증가된 3.4cd/A의 효율을 얻을 수 있다. 이와 같은 호스트와 도판트 구조에서는 페르스터 에너지 전이 개념이 더욱 중요하게 작용한다. 또한 상기한 구조 이외에도, 새로운 블루 호스트인 DPVDPAN(IDE 120)과 IDE 105는 Idemitsu Kosan이 2001년도 SID에서 발표한 구조로써 기존의 DPVBi 보다 훨씬 향상된 특성을 나타낸다. Distyrylarylene(DSA)으로써 이루어진 블루 호스트와 블루 도판트를 이용하여 소자를 제작하면 100cd/m2에서 6 lm/W 이상의 높은 효율을 얻을 수 있으며 수명은 30,000hr 이상을 얻을 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 발광층(170)은 정공 수송층(Hole Transfer Layer)(150)과 음극층(Cathode)(190) 사이에 위치하며, 도시하지는 않았지만, 상기 발광층(170)과 캐소드(190) 사이에는 추가로 전자수송층과 전자주입층이 더 포함되는 것도 가능하다. 상기 정공 수송층(150)은 주로 유기 물질로 구성되며, 상기 정공 수송층(150)은 정공을 상기 양극층(Anode)(120)에서 발광층(170)으로 전달한다.

임의의 정공 주입층(Hole Injection Layer)(130)은 정공이 애노드(120)로부터 정공 수송층(150)으로 주입되는 것을 용이하게 한다. 발광층(170)은 전자-정공 재결합 및 그 결과인 청색 유기 고분자의 발광이 가능하며 그 발광으로 인한 발광층(170)에 분산된 나노 황색 무기 형광체의 여기 및 발광으로 인한 전기 백색광의 방출의 부위로서 작용한다.

도 2는 본 발명에 의한 발광층(170)의 세부 구조를 도시한 것으로, 본 발명에 의한 발광층(170)에 BCzVBi의 흡열 에너지 전이가 가능한 보조 도펀트가 첨가된상태를 도시한 것이다.

이때, 흡열 에너지 전이가 가능한 보조 도펀트는 호스트 물질과의 HOMO LUMO 에너지 준위를 기준으로 보조 도판트의 HOMO LUMO는 호스트보다 낮은 구조를 가지는 것이 바람직하다.

이상과 같은 본 발명에 따르면 흡열에너지 전이의 보조 도판트를 적용한 단일 백색층을 가지도록 백색 유기발광 다이오드를 형성하기 때문에, 상기한 바와 같이 구성된 보조 도판트를 적용하지 않은 종래의 백색 유기발광 다이오드보다 높은 발광 효율과 휘도 특성을 가짐과 동시에 기존의 단일 발광층 백색 유기발광 다이오드의 장점인 구동전압과 독립된 색좌표와 고수명이 유지될 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

110; 기판 120; 양극층
130; 정공 주입층 150; 정공 수송층
170; 발광층 190; 음극층

Claims (4)

1. 기판과 상기 기판상에 음극 및 양극을 포함하는 기능층 및 전자, 정공을 주입받아 빛을 발산하는 발광층을 포함하여 이루어지는 단일 발광층 백색 유기발광 다이오드에 있어서,
   상기 발광층은,
   호스트보다 낮은 HOMO LUMO 에너지 준위를 가지며, 흡열 에너지 전이가 가능한 보조 도판트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 발광층 백색 유기발광 다이오드.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   기판;
   상기 기판상에 형성되는 양극층;
   상기 양극층 상에 형성되어 양극층으로부터 들어오는 정공을 주입시키는 정공주입층;
   주입된 정공을 발광층으로 수송시키는 정공수송층;
   상기 정공수송층 상에 형성되며, MADN:BCzVBi-13%:Rubrene-0.3%의 두께 300Å 및 DPVBi:BCzVBi-13%:Rubrene-0.5%의 두께 300Å 중 어느 하나로 구성되는 단일 발광층;
   상기 최상부 발광층 상에 형성되며 주입된 전자를 상기 발광층으로 수송시키는 전자수송층;
   상기 전자수송층으로 전자를 주입시키는 전자주입층; 및
   상기 전자주입층 상측에 형성된 음극층;을 포함하며,
   상기 구성요소들은 순차적으로 적층 형성되는 것을 특징으로 하는 단일 발광층 백색 유기발광 다이오드.
   
3. 제 2 항에 있어서, 상기 발광층은,
   어느 하나의 발광층이 정공수송층 상에 형성되는 청색계열의 빛을 발하는 DPVBi 및 MADN 호스트에 황색의 빛을 발하는 루브린 도펀트(rubrene dopant)를 주입하며, 보조 도판트 BCzVBi가 첨가되는 것을 특징으로 하는 단일 발광층 백색 유기발광 다이오드.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 최상부 발광층과 전자수송층 간에는 전자와 정공의 재결합 영역을 발광층으로 제한하는 정공방지층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 발광층 백색 유기발광 다이오드.
   
   

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