KR100721571B1 - 유기 전계 발광 소자 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기 전계 발광 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 기판, 상기 기판 상에 형성되는 제 1 전극, 상기 제 1 전극 상부에 형성되며, 적어도 유기 발광층을 포함하는 유기막층, 및 상기 유기막층 상부에 형성되는 제 2 전극을 포함하며, 상기 제 2 전극은 170 Å 이상 200 Å 이하의 두께를 갖는 Mg-Ag막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자 및 이의 제조 방법을 제공함으로써, 별도의 캐소드 전극 상부에 투명 전도성 산화막을 사용하지 않고도 광투과성, 효율, 수명 특성 및 색좌표가 우수한 전면 발광 구조의 유기 전계 발광 소자를 제공할 수 있다.
유기 전계 발광 소자, 캐소드 전극, Mg-Ag 막
Description
도 1은 종래의 스퍼터 데미지(sputter damage)로 인한 캐소드 전극의 손상에 따른 다크 스팟이 나타난 사진이다.
도 2는 스퍼터 데미지로 인한 누설 전류의 발생을 보여 주는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 및 비교예의 효율 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 및 비교예의 광투과율 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예 및 비교예의 수명 특성을 나타내는 그래프이다.
본 발명은 유기 전계 발광 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 캐소드 전극으로 일정 두께의 Mg-Ag 막을 사용하는 유기 전계 발광 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 유기 전계 발광 소자는 애노드 전극, 애노드 전극 상에 위치하는 유기발광층 및 상기 유기발광층 상에 위치하는 캐소드 전극을 포함한다. 상기 애노드 전극과 상기 캐소드 전극 사이에 전압을 인가하면 정공은 상기 애노드 전극으로부터 상기 유기발광층 내로 주입되고, 전자는 상기 캐소드 전극으로부터 상기 유기발광층 내로 주입된다. 상기 유기발광층 내로 주입된 정공과 전자는 상기 유기발광층에서 결합하여 엑시톤(exiton)을 생성하고, 이러한 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 전이하면서 빛을 방출한다.
이 때, 상기 캐소드 전극은 상기 유기발광층으로 전자를 용이하게 주입하기 위해서 낮은 일함수를 가질 것이 요구된다. 이를 만족하는 물질에는 3.46 eV의 일함수를 갖는 마그네슘이 있다. 그러나, 마그네슘은 외부의 산소나 수분과 반응성이 높아 안정한 유기 전계 발광 소자를 구현할 수 없는 단점이 있다.
이를 해결하기 위해, 미국특허 제 4,885,211호에는 개선된 캐소드 전극을 갖는 유기 전계 발광 소자(Electroluminescence device with improved cathode)를 개시하고 있다. 상기 미국특허에서는 Mg-Ag 합금(magnesium-silver; Mg-Ag)을 사용하여 캐소드 전극을 형성함으로써, 주위 환경에 대한 안정성(ambient stability)이 높은 캐소드 전극을 구현할 수 있다. 그 결과, 수명특성이 양호한 유기 전계 발광 소자를 얻을 수 있다. 그러나, 상기 특허에서는 Mg의 두께는 2,000 Å 정도를 사용하고, Ag의 두께는 약 250 Å 이하를 사용하게 되어 캐소드 전극이 매우 두꺼워져 광투과성이 나빠 전면 발광 소자에는 적용할 수 없고 배면 발광 구조에만 사용할 수 있다는 제약이 있다.
이를 해결하기 위해, 미국 특허 6,030,700호, 6,075,316호, 6,548,956호, 6,596,134호에서는 캐소드 전극으로 약 50 내지 400 Å의 Mg-Ag 막의 얇은 막을 형성하여 광투과성을 향상시키고, 이에 투명 전도성 산화막(transparent conductive(or cathode) oxide; TCO)인 ITO, IZO 등을 캐소드 전극의 저항을 낮추기 위하여 상기 Mg-Ag 막 상부에 가능한한 매우 두꺼운 두께로 형성한다. 그러나, 상기 특허에서는 Mg-Ag 막을 100 Å 이하로 형성하는 경우에는 캐소드 전극이 섬 형태로 형성되는 문제점이 있고, 200 Å이 초과되면 광투과성이 나빠져 전면발광 구조에 사용할 수 없다는 문제점이 있다. 또한, 상기 투명 전도성 산화막을 반드시 캐소드 전극 상부에 형성하게 되는데 상기 투명 전도성 산화막은 스퍼터링 방법에 의하여 형성하게 되어 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 스퍼터 데미지(sputter damage)에 의한 다크 스팟(dark spot; 1)과 누설 전류(leakage current; 2)가 발생하게 된다는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 최적 두께의 Mg-Ag 막을 캐소드 전극으로 사용하여 투명 전도성 산화막을 사용하지 않으면서 색순도가 우수하고 소비전력이 낮으며, 투과성 및 효율 등이 우수한 유기 전계 발광 소자 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명은
기판, 상기 기판 상에 형성되는 제 1 전극, 상기 제 1 전극 상부에 형성되 며, 적어도 유기 발광층을 포함하는 유기막층, 및 상기 유기막층 상부에 형성되는 제 2 전극을 포함하며, 상기 제 2 전극은 170 이상 200 Å 이하의 두께를 갖는 Mg-Ag막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자를 제공한다.
또한, 본 발명은
기판, 상기 기판 상에 형성되는 제 1 전극, 상기 제 1 전극상에 형성되며, 적어도 유기발광층을 포함하는 유기막층, 및 상기 유기막층 상에 형성되는 광투과율이 20 % 이상, 35 % 이하인 Mg-Ag 막으로 이루어진 제 2 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자를 제공한다.
또한, 본 발명은
기판 상에 제 1 전극을 형성하고, 상기 제 1 전극 상에 적어도 유기발광층을 구비하는 유기막을 형성하고, 상기 유기막 상에 170 이상 200 Å 이하의 두께를 갖는 Mg-Ag 막으로 이루어진 제 2 전극을 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 3을 참조하면, 기판(10) 상에 제 1 전극(12)이 위치한다. 상기 제 1 전극(12)은 애노드 전극 또는 캐소드 전극일 수 있으며 패턴되어 형성된다. 또한, 상기 기판(10)은 상기 제 1 전극(12)에 연결되는 적어도 1 이상의 박막트랜지스터( 도시하지 않음)를 구비할 수 있다. 그리고, 제 1 전극의 에지의 일부분 상에는 절연물질로 화소 정의막(14)이 형성된다.
상기 제 1 전극(12)은 투명전극 또는 반사전극일 수 있다. 상기 제 1 전극(12)이 투명전극인 경우, 상기 애노드 전극(12)은 ITO(Indium Tin Oxide)막, IZO(Indium Zinc Oxide)막, TO(Tin Oxide)막 또는 ZnO(Zinc Oxide)막일 수 있다. 상기 제 1 전극(12)이 반사전극인 경우 상기 애노드 전극(12)은 은(Ag)막, 알루미늄(Al)막, 니켈(Ni)막, 백금(Pt)막, 팔라듐(Pd)막 또는 이들의 합금막 또는 이들의 합금막 상에 ITO, IZO, TO 또는 ZnO의 투명 산화막이 적층된 구조일 수 있다.
상기 제 1 전극(12)은 스퍼터링(sputtering)법 및 증발(evaporation)법과 같은 기상증착(vapor phase deposition)법, 이온 빔 증착(ion beam deopsition)법, 전자 빔 증착(electron beam deposition)법 또는 레이저 어블레이션(laser ablation)법 등으로 형성할 수 있다.
상기 제 1 전극(12) 상에는 최소한 유기발광층을 포함하는 유기막층(16)이 패턴되어 형성된다. 상기 유기막층(16)은 상기 유기발광층과 상기 제 1 전극 사이에 정공주입층(hole injecting layer, HIL), 정공수송층(hole transport layer, HTL)을 더욱 포함할 수 있다. 상기 정공주입층으로는 CuPc(cupper phthalocyanine), TNATA, TCTA, TDAPB, TDATA와 같은 저분자재료 또는 PANI(polyaniline), PEDOT(poly(3,4)-ethylenedioxythiophene)와 같은 고분자재료를 사용하여 형성할 수 있다. 또한, 상기 정공수송층으로는 α-NPB (N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)benzidine), TPD (N,N'-Bis-(3- methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine), s-TAD, MTDATA(4,4',4"-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine)와 같은 저분자재료 또는 PVK와 같은 고분자재료를 사용하여 형성할 수 있다. 상기 정공주입층과 상기 정공수송층은 기상증착법, 스핀코팅법, 잉크젯 프린트법 또는 레이저 열 전사법등으로 형성할 수 있다.
한편, 상기 유기발광층은 인광 또는 형광 발광 물질로 형성할 수 있다. 상기 유기발광층이 형광 발광 물질로 형성되는 경우, 상기 유기발광층은 디스티릴아릴렌(distyrylarylene; DSA), 디스티릴아릴렌 유도체, 디스티릴벤젠(distyrylbenzene; DSB), 디스티릴벤젠 유도체, DPVBi(4,4'-bis(2,2'-diphenyl vinyl) -1,1'-biphenyl), DPVBi 유도체, 스파이로-DPVBi 및 스파이로-6P(spiro-sexyphenyl)로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 물질을 포함할 수 있다. 또한, 상기 유기발광층은 스티릴아민(styrylamine)계, 페릴렌(pherylene)계 및 DSBP(distyrylbiphenyl)계로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 도판트 물질을 더욱 포함할 수 있다.
한편, 상기 유기발광층이 인광 발광 물질로 형성되는 경우에는 상기 유기발광층은 호스트 물질로서 아릴아민계, 카바졸계 및 스피로계로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 물질을 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 호스트 물질은 CBP (4,4 -N,N dicarbazole- biphenyl), CBP 유도체, mCP (N,N -dicarbazolyl-3,5-benzene) mCP 유도체 및 스피로계 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 물질이다. 또한, 상기 유기발광층은 도판트 물질로서 Ir, Pt, Tb, 및 Eu로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 중심 금속을 갖는 인광 유기 금속 착체를 포함할 수 있다. 상기 인광 유기 금속 착제는 PQIr, PQIr(acac), PQ2Ir(acac), PIQIr(acac) 및 PtOEP로 이루어진 군에서 선택되는 하나일 수 있다.
상기 유기발광층은 진공 증착법, 잉크젯 프린트법 또는 레이저 열전사법을 사용하여 형성할 수 있다.
한편, 상기 유기막층(16)은 상기 유기발광층과 상기 제 2 전극(18) 사이에 정공저지층(hole blocking layer, HBL), 전자 수송층(electron transport layer, ETL), 전자 주입층(eletron injection layer, EIL) 중 1 이상의 층을 더욱 포함할 수 있다.
그러나, 상기 정공저지층은 상기 유기발광층이 형광 물질로 형성된 경우 형성하지 않을 수 있다. 상기 정공저지층은 제 1 전극으로부터 전달된 정공이 발광층에서 전자와 만나 엑시톤을 형성하여야 하나 정공의 전달 속도가 전자의 전달 속도보다 빠르기 때문에 정공이 유기발광층을 지나 전자 수송층, 전자 주입층등으로 확산되는데 이를 방지하기 위한 것이고, 또한, 상기 유기발광층에서 생성된 엑시톤이 확산되는 것을 억제하는 역할을 한다. 특히, 유기 발광층이 인광 물질로 형성되는 경우에는 정공의 전달 속도가 더욱 빨라지기 때문에 인광 발광물질을 사용하는 인광 소자의 경우에는 정공 저지층이 필요하게 된다. 이러한 정공저지층으로는 Balq, BCP, CF-X, TAZ 또는 스피로-TAZ를 사용하여 형성할 수 있다.
상기 전자수송층으로는 예를 들어, PBD, TAZ, spiro-PBD와 같은 고분자재료 또는 Alq3, BAlq, SAlq와 같은 저분자재료를 사용하여 형성할 수 있다. 상기 전자주입층으로는 예를 들어, Alq3(tris(8-quinolinolato)aluminum), LiF(Lithium Fluoride), 갈륨 혼합물(Ga complex), PBD를 사용하여 형성할 수 있다. 상기 전자수송층과 상기 전자주입층은 진공증착법, 스핀코팅법, 잉크젯 프린트법 또는 레이저 열 전사법을 사용하여 형성할 수 있다.
상기 유기막층(16) 상에 제 2 전극(18)이 위치한다. 상기 제 2 전극(18)으로는 애노드 전극 또는 캐소드 전극이 될 수 있으나, 본 발명에서는 마그네슘-은 막(Mg-Ag 막)으로 이루어진 캐소드 전극(18)을 형성한다. 상기 마그네슘-은 막인 캐소드 전극(18)은 전자주입특성이 우수하나, 캐소드 전극과 전자 수송층 사이에 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 불화물, 산화물과 같은 전자 주입층을 더 형성하면 캐소드 전극의 전자 주입 능력을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명에서는 광효율을 고려하여, 최적의 공진 조건을 만족할 수 있는 캐소드 전극의 두께를 최적화하였다. 즉, 통상적으로 캐소드 전극은 공정 마진 때문에 두껍게 형성하는 것이 통상적이나 캐소드 전극을 두껍게 형성하면 광투과성이 떨어져서 고효율의 전면 발광 구조의 유기 전계 발광 소자를 제작할 수 없다.
본 발명에서는 광 파장이 550 nm인 경우 광투과율이 20 % 이상, 35 % 이하가 되면 광효율 측면과 소비전력 측면에서 소자로서의 특성이 우수하게 되므로 이러한 광투과율을 갖도록 Mg-Ag 막의 두께를 최적화하였다.
본 발명에서는 캐소드 전극인 Mg-Ag 막의 두께는 170 Å 이상 200 Å 이하인 것이 바람직하다. 상기 Mg-Ag 막의 두께가 170 Å 미만으로 형성하면 막의 두께가 너무 얇아 Mg-Ag 막이 섬 형태(island type)로 형성되어, 전기적인 특성이 나빠지게 되고, 색좌표가 틀어지게 되어 소자로서 사용할 수 없게 된다. 또한, 상기 Mg-Ag 막의 두께가 200 Å이 초과되는 상태에서 Mg-Ag 막의 두께를 점점 더 두껍게 형성할수록 광효율, 광투과율, 소비전력 및 수명이 나빠지므로 바람직하지 않다.
더욱이 Mg-Ag 막의 두께가 180 Å 이상 200 Å 이하인 경우에는 광투과율이 20 % 이상, 35 % 이하가 되고, 색좌표가 청색 기준으로 y 좌표가 0.20 이하로서 색순도가 우수하고, 소비 전력 역시 300 mW이하로 우수하고, 또한 광효율 및 색좌표, 수명 특성이 가장 우수하게 되므로 더욱 바람직하다.
본 발명에서는 전면 발광 구조의 유기 전계 발광 디스플레이 소자에 적용되는 경우, 특히, 색좌표 및 투과율 대비 소비전력 특성이 중요한 요소가 된다.
즉, 소비전력을 색좌표 및 투과율에 의존하는 함수로서 색좌표 특성과 투과율을 알면 소비전력이 계산된다.
본원 발명에서는 앞서 설명한 바와 같이, 색좌표, 즉 색순도가 우수하면서 소비전력은 낮은 것이 바람직하고, 또한, 일정 범위의 투과율을 유지하여야만 효율 및 소비전력에서 우수하므로 이러한 범위의 두께로 Mg-Ag를 캐소드 전극으로 사용하는 것이다.
한편, 상기 캐소드 전극(18)은 면저항으로 나타나는 전압강하(IR drop)를 방지하기 위하여 일정 이하의 면 저항을 가져야 한다. 이러한 조건을 만족하기 위해서는 Mg와 Ag의 혼합비가 주요 요소가 되며, 본 발명에서는 Mg와 Ag의 원자비(atomic ratio)가 25:1 이하가 되는 경우 전압 강하를 억제할 수 있다. 바람직하 기로는 Mg:Ag의 원자비가 10:1인 것이 바람직하다.
한편, 상기 Mg-Ag막은 공증착법으로 형성한다.
본 발명의 제 1 실시예에서는 상기 캐소드 전극을 형성한 후 실런트를 포함하는 봉지 기판(22)으로 소자를 봉지함으로써 유기 전계 발광 소자를 완성할 수 있고, 실런트는 기판 전면에 걸쳐 형성할 수도 있다. 참조 번호 20은 빈 공간이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자의 단면도이다.
제 2 실시예에서는 캐소드 전극(18)까지는 제 1 실시예와 동일하나 단지 상기 캐소드 전극(18) 상에 외기로부터 상기 캐소드 전극(18)이 손상되는 것을 방지하기 위하여 보호막층(20')을 더욱 형성할 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 보호막층(20')은 유기막, 무기막 또는 이들의 다중층일 수 있다. 상기 무기막은 절연막인 실리콘 산화막(SiO2), 실리콘 질화막(SiNx) 또는 실리콘 산화질화막(SiOxNy)일 수 있다. 또는, 상기 무기막은 LiF 막일 수 있다. 한편, 상기 유기막은 NPB(N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)benzidine),TNATA, TCTA, TDAPB, TDATA, Alq3, Balq 또는 CBP를 함유하는 막일 수 있다.
상기 보호막층(20')은 증발법, CVD 또는 스퍼터링법을 사용하여 형성할 수 있다. 이러한 보호막층(20')은 외부의 수분이나 산소로부터 상기 유기막(16)을 보호하여 소자의 열화를 방지하는 역할을 할 수도 있다.
상기 보호막층(20')은 투명 보호막층인 것이 바람직하다. 또한, 상기 보호 막층(20')의 굴절율은 상기 캐소드 전극(18)에 비해 높은 것이 바람직하다. 이는 상기 유기발광층으로부터 방출되는 광이 상기 캐소드 전극(18)을 통과하여 외부로 취출될 때, 상기 캐소드 전극(18)과 상기 보호막층(20') 사이의 막 계면에서의 전반사를 줄여 광투과율을 증가시킬 수 있다.
이후로 상기 보호막층 상부에 실런트를 포함하는 봉지 기판(22)을 형성함으로써 유기 전계 발광 소자를 완성할 수 있고, 실런트는 기판 전면에 걸쳐 형성할 수도 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실험예 1 내지 4
유기 전계 발광 소자의 제조
기판 상에 ITO를 사용하여 2㎜의 면적을 갖는 애노드 전극을 형성하고, 이를 초음파 세정 및 UV-O3 처리하였다. 상기 UV-O3 처리된 애노드 전극 상에 TDATA(4,4',4"-Tris(N,N-diphenyl-amino)-triphenylamine)을 300 Å의 두께로 진공 증착함으로써, 정공주입층을 형성하였다. 상기 정공주입층 상에 αNPB (N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)benzidine)를 100Å의 두께로 진공증착함으로써, 정공수송층을 형성하였다. 상기 정공수송층 상에 디스티릴아릴렌(distyrylarylene; DSA) 와 스티릴아민(styrylamine)계의 도판트 물질을 공증착함 으로써 두께가 200Å인 유기발광층을 형성하였다. 상기 발광층 상에 Balq3 를 50 Å을 적층하고 그 위에 Alq3를 250Å의 두께로 진공 증착함으로써, 전자수송층을 형성하였다. 상기 전자수송층 상에 마그네슘과 은을 공증착하여, 마그네슘과 은의 원자비가 10:1이고 실험예 1에서는 두께가 170 Å인 Mg-Ag 막을 형성함으로써, 캐소드 전극을 형성하였다. 이후 봉지기판으로 밀봉하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.
이하, 실험예 2 내지 4의 경우에는 캐소드 전극의 두께를 각각 180 Å부터 200 Å까지 10 Å씩 두껍게 적층한 것을 제외하고는 실험예 1과 동일한 구조로 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.
비교예 1 내지 11
마그네슘과 은을 공증착하여, 두께가 비교예 1의 경우에는 100 Å인 마그네슘-은(MgAg) 막으로 캐소드 전극을 형성한 것을 제외하고는 실험예 1과 동일한 방법으로 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.
이하, 비교예 2 내지 11의 경우에는 캐소드 전극의 두께를 110 Å부터 160 Å까지 그리고, 210 Å부터 240 Å까지 10 Å씩 두껍게 적층한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 구조로 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.
(1) 발광효율의 측정
상기 유기 전계 발광 소자를 구동시킴에 있어서, 상기 애노드 전극에 양의 전압을 인가하고 상기 캐소드 전극을 접지시킨 후, 상기 유기 전계 발광 소자의 발광 휘도를 포토미터(photometer)로 측정하였다. 상기 유기 전계 발광 소자는 구동 전압이 6 V일 때의 발광 효율을 실험예 1 내지 4과 비교예 1 내지 11을 측정하였다.
(2) 색좌표 측정
칼라 애널라이저(color analyzer)를 사용하여 상기 유기 전계 발광 소자의 청색의 색좌표를 측정하였다.
(3) 투과율 및 고온수명특성의 측정
상기 유기 전계 발광 소자를 발광 파장이 380~780 nm인 광에 대하여 투과율을 측정하였고, 초기 휘도(brightness)가 3000cd/㎡이 되도록 구동시킨 후, 구동시간에 따른 휘도의 감소정도를 측정하였다. 디바이스 수명은 상대 휘도 감소가 40% 일 때까지 구동시간으로 측정하였다.
이상과 같이, 제조된 실험예 1 내지 4의 유기 전계 발광 소자와 비교예 1 내지 11의 유기 전계 발광 소자의 특성을 측정한 것을 표 1 및 도 5 내지 7에 나타내었다.
표 1
오차 범위: ±5%
| 효율(Cd/A)@ 6V | 색좌표 | 투과율(550nm)(%) | 수명(%) | 소비전력(mW) | |
| 비교예 1 | 4.48 | (0.16, 0.29) | 54.896 | 78.59 | 341.4 |
| 비교예 2 | 4.50 | - | - | - | - |
| 비교예 3 | 4.08 | (0.16, 0.28) | 48.793 | O2 노출 | 353.0 |
| 비교예 4 | 4.01 | - | - | - | - |
| 비교예 5 | 4.01 | (0.15, 0.29) | 47.263 | 75.341 | 370.3 |
| 비교예 6 | 3.72 | - | - | - | - |
| 비교예 7 | 4.46 | (0.14, 0.31) | 39.027 | 81.092 | 365.6 |
| 실험예 1 | 4.12 | - | - | - | - |
| 실험예 2 | 3.67 | (0.12, 0.19) | 25.646 | 74.409 | 252.2 |
| 실험예 3 | 3.37 | - | - | - | - |
| 실험예 4 | 3.29 | (0.12,0.176) | 22.46 | 68.701 | 254.7 |
| 비교예 8 | 3.05 | - | - | - | - |
| 비교예 9 | 2.69 | (0.12, 0.152) | 18.334 | 61.708 | 199.95 |
| 비교예 10 | 2.50 | - | - | - | - |
| 비교예 11 | 2.40 | (0.12, 0.147) | 15.162 | 57.714 | 272.5 |
먼저, 표 1 및 도 5를 참조하면, 도 5는 캐소드 전극의 두께에 따른 광효율 특성을 나타내는 그래프로서, 광 효율 특성의 경우 캐소드 전극의 두께가 180 Å인 본원 발명의 실험예 2의 색좌표는 (0.12, 0.19)이고, 광투과율은 25.646%이고, 이에 따른 소비전력이 252.2 mW로 디스플레이 소자로 만족할 수 있는 범위에 존재한다. 또한, 광효율을 보더라도 3.67 Cd/A로 효율 특성은 다른 비교예 1 내지 7보다는 떨어지나 통상적으로 디스플레이 소자로서 작동할 수 있는 범위에 있다.
또한, Mg-Ag의 두께가 200 Å인 실험예 4의 경우에도 색좌표가 (0.12, 0.176)으로 청색의 y좌표가 0.200이하로 색순도가 우수하며, 또한 소비 전력 역시 254.7 mW이고, 투과율 역시 22.46 %로 디스플레이 소자로서 우수한 특성을 나타내고 있다.
실험예 3의 경우에는 Mg-Ag의 두께가 증가함에 따라 색좌표는 y좌표가 감소하는 것을 볼 수 있으므로 실험예 2보다는 작고, 투과율 역시 두께가 증가함에 따라 작아지는 것을 상기 표 1에서 알 수 있으므로 실험예 4보다는 크다고 볼 수 있으므로 색좌표 및 투과율 데이터가 우수함을 알 수 있다. 그리고, 소비전력 데이 터는 실험예 2 및 4의 경우 거의 유의차를 보이지 않는 것을 볼 때 실험예 3의 경우에도 이와 동등한 결과치가 나오리라는 것을 예상할 수 있다.
실험예 1의 경우에는 광효율이 4.12로 실험예 2 내지 4보다는 우수하다는 것을 알 수 있다.
한편, Mg-Ag의 두께가 100 Å인 비교예 1의 경우 색좌표가 (0.16, 0.29)로 청색 기준으로 색순도가 0.200 이상으로 만족하는 청색이 발현되지 않고, 또한, 투과율 역시 54.896 %, 소비전력이 341.4 mW로 매우 높은 것을 알 수 있다. 캐소드 전극의 두께가 160 Å인 비교예 7까지는 색좌표 중 y좌표가 0.29-0.31로 바람직하지 않고, 또한, 소비전력 역시 353-370.3 mW로 매우 높으며, 투과율 역시 39.027-54.896 %로 매우 높음을 알 수 있다. 투과율이 높다는 것은 달리 해석하면 소비전력이 높다는 것으로 표 1에서 보는 바와 같이, 투과율이 높은 경우에는 소비전력이 높은 것을 알 수 있다.
또한, 캐소드 전극의 두께 210 Å인 비교예 8부터 캐소드 전극의 두게가 240 Å인 비교예 11까지는 색좌표는 청색 소자에 적용될 수 있는 범위이고, 소비전력이 역시 300 mW이하로 만족할 만한 수준이나, 광 투과율이 20 % 미만으로 발광층에서 발광된 광의 투과율이 매우 낮으므로 전면 발광 구조의 유기 전계 발광 소자에 효율(3.05-2.40 Cd/A)이 매우 낮게 되어 바람직하지 않다.
이상과 같이, 소비전력 측면에선 두께가 180 Å일 때가 효율 대비 색좌표가 좋기 때문에 제일 우수하므로 실험예 2의 경우가 최적의 본 발명의 캐소드 전극의 두께가 된다. 이에 광효율 대비 색좌표가 만족해야 소비전력 측면에서 소자로서 기능이 가능하다.
또한, 표 1 및 도 6을 참조하면, 도 6은 캐소드 전극의 두께에 따른 광투과율을 나타내는 그래프로서, 광투과율만을 살펴보더라도 파장이 550nm인 광의 투과율이 25 % 이상 ~ 35 % 이하이어야 전면 발광 구조의 유기 전계 발광 소자로서 적당하므로, 본원 발명의 비교예 1, 3, 5 및 7은 광투광율이 35 %가 초과되고 y 색좌표가 청색 색좌표에는 적당하지 않음을 알 수 있다. 또한, 캐소드 전극의 두께가 220 Å 이상인 비교예 9 및 11의 경우에는 광투과율이 약 26 % 이하로 소비전력 측면에서 전면 발광 구조에는 적용하기 곤란함을 알 수 있다. 이외에 광투과율은 캐소드 전극의 두께에 거의 비례하여 감소하는 것을 알 수 있으므로 측정 데이터는 없으나 본원 발명의 비교예 2, 4 및 6 의 경우에도 광투과율이 약 45 % 이상이고 색좌표도 청색 전면 발광 구조를 만족하지 않음을 알 수 있다.
또한, 표 1 및 도 7을 참조하면, 도 7은 캐소드 전극의 두께에 따른 수명 특성을 나타내는 그래프로서, 본원 발명의 비교예 1, 5 및 7의 경우에는 160 시간 경과후의 휘도가 초기 휘도의 70 % 이상이 되고, 실험예의 경우에도 모두 160 시간 경과후 휘도가 초기 휘도의 68 내지 70 %가 됨을 알 수 있으므로 160 시간 경과 후의 휘도 감소 특성, 즉 수명 특성은 본원 실험예 2 및 4와 비교예 1 내지 7의 경우가 우수함을 알 수 있다. 그러나, 비교예 9 및 11은 수명 특성이 61 % 이하로 나쁘다는 것을 알 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본원 발명에서와 같이, 일정 성분비의 Mg-Ag 막을 일정 두께 범위로 캐소드 전극으로 사용하면, 광효율, 광투과성, 수명 특성 및 색순도의 경우에도 다른 두께 범위의 캐소드 전극을 사용하는 것보다 우수하고, 또한, 특별히 캐소드 전극 상부에 전도성 광투과성 산화막이 필요없기 때문에 스퍼터 데미지로 인한 손상이 없기 때문에 소자 특성이 향상되어 전면 발광 구조의 유기 전계 발광 소자에 적용할 수 있다.
Claims (36)
- 기판;상기 기판 상에 형성되는 제 1 전극;상기 제 1 전극 상부에 형성되며, 유기 발광층을 포함하는 유기막층; 및상기 유기막층 상부에 형성되는 제 2 전극을 포함하며,상기 제 2 전극은 170 Å 이상 200 Å 이하의 두께를 갖는 Mg-Ag막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 전극의 두께는 180 Å 내지 200 Å인 유기 전계 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 전극은 Mg와 Ag를 25:1의 원자비로 함유하는 유기 전계 발광 소자.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 2 전극은 Mg와 Ag를 10:1의 원자비로 함유하는 유기 전계 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 전극은 캐소드 전극인 유기 전계 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 전극 상부에 보호막을 더욱 포함하는 유기 전계 발광 소자.
- 제 6 항에 있어서,상기 보호막은 유기막, 무기막 또는 이들의 다중층인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
- 제 7 항에 있어서,상기 무기막은 실리콘 산화막(SiO2), 실리콘 질화막(SiNx) 및 실리콘 산화질화막(SiOxNy)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 막인 유기 전계 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 전극과 상기 유기막층 사이에 LiF 막을 더욱 포함하는 유기 전계 발광 소자.
- 제 6 항에 있어서,상기 유기막은 NPB, TNATA, TCTA, TDAPB, TDATA, Alq3, Balq 및 CBP로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 물질을 함유하는 막인 유기 전계 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 유기막은 상기 제 2 전극과 상기 유기발광층 사이에 정공 저지층, 전자수송층 또는 전자 주입층 중 1 이상의 층을 더욱 포함하고, 상기 층은 상기 제 2 전극과 접하는 유기 전계 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 유기막은 상기 제 1 전극과 상기 유기발광층 사이에 정공주입층, 정공수송층 또는 정공주입층과 정공 수송층 모두를 더 포함하는 유기 전계 발광 소자.
- 제 1항에 있어서,상기 유기 전계 발광 소자가 청색 발광인 경우 색좌표 중 Y 좌표가 0.200 이하인 유기 전계 발광 소자.
- 기판;상기 기판 상에 형성되는 제 1 전극;상기 제 1 전극상에 형성되며, 유기발광층을 포함하는 유기막층; 및상기 유기막층 상에 형성되는 광투과율이 25 % 이상, 35 % 이하인 Mg-Ag 막으로 이루어진 제 2 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
- 제 14항에 있어서,상기 Mg-Ag 막의 두께는 170 Å 이상 200 Å 이하인 유기 전계 발광 소자.
- 제 15 항에 있어서,상기 Mg-Ag 막의 두께는 180 Å 내지 200 Å인 유기 전계 발광 소자.
- 제 15 항에 있어서,상기 Mg-Ag 막의 원자비는 Mg:Ag가 25:1인 유기 전계 발광 소자.
- 제 17 항에 있어서,상기 Mg-Ag 막의 원자비는 Mg:Ag가 10:1인 유기 전계 발광 소자.
- 제 14 항에 있어서,상기 제 2 전극은 캐소드 전극인 유기 전계 발광 소자.
- 제 14 항에 있어서,상기 제 2 전극 상부에 보호막을 더욱 포함하는 유기전계발광소자.
- 제 20 항에 있어서,상기 보호막은 유기막, 무기막 또는 이들의 다중층인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
- 제 21 항에 있어서,상기 무기막은 실리콘 산화막(SiO2), 실리콘 질화막(SiNx) 및 실리콘 산화질화막(SiOxNy)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 막인 유기 전계 발광 소자.
- 제 14 항에 있어서,상기 제 2 전극과 상기 유기막층 사이에 LiF막을 더욱 포함하는 유기 전계 발광 소자.
- 제 21 항에 있어서,상기 유기막은 NPB, TNATA, TCTA, TDAPB, TDATA, Alq3, Balq 및 CBP로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 물질을 함유하는 막인 유기 전계 발광 소자.
- 제 14 항에 있어서,상기 유기막은 상기 제 2 전극과 상기 유기발광층 사이에 정공 저지층, 전자 수송층 또는 전자 주입층 중 1 이상의 층을 더 포함하고, 상기 층은 상기 제 2 전극과 접하는 유기 전계 발광 소자.
- 제 14 항에 있어서,상기 유기막은 상기 제 1 전극과 상기 유기발광층 사이에 정공주입층, 정공수송층, 또는 정공주입층과 정공수송층 모두를 더 포함하는 유기 전계 발광 소자.
- 제 14항에 있어서,상기 유기 전계 발광 소자가 청색 발광인 경우 색좌표 중 Y 좌표가 0.200 이하인 유기 전계 발광 소자.
- 기판 상에 제 1 전극을 형성하고,상기 제 1 전극 상에 유기발광층을 구비하는 유기막을 형성하고,상기 유기막 상에 170 Å 이상 200 Å 이하의 두께를 갖는 Mg-Ag 막으로 이루어진 제 2 전극을 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자의 제조방법.
- 제 28 항에 있어서,상기 제 2 전극의 두께는 180 Å 내지 200 Å인 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.
- 제 28 항에 있어서,상기 제 2 전극을 형성하는 단계 이후 상기 제 2 전극 상부에 보호막을 형성하는 단계를 더욱 포함하는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.
- 제 30 항에 있어서,상기 보호막은 유기막, 무기막 또는 이들의 다중층인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.
- 제 31 항에 있어서,상기 무기막은 실리콘 산화막(SiO2), 실리콘 질화막(SiNx) 및 실리콘 산화질화막(SiOxNy)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 막인 유기 전계 발광 소자의 제조방법.
- 제 28 항에 있어서,상기 제 2 전극과 상기 유기막층 사이에 LiF막을 형성하는 단계를 더욱 포함하는 유기 전계 발광 소자의 제조방법.
- 제 31 항에 있어서,상기 유기막은 NPB, TNATA, TCTA, TDAPB, TDATA, Alq3, Balq 및 CBP로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 물질을 함유하는 막인 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.
- 제 28 항에 있어서,상기 제 2 전극은 Mg와 Ag를 공증착하는 것인 유기 전계 발광 소자의 제조방법.
- 제 30 항에 있어서,상기 보호막은 증착법, CVD, 스퍼터링 또는 스핀 코팅법으로 형성하는 것인 유기 전계 발광 소자의 제조방법.
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