JP2005150113A

JP2005150113A - 有機電界発光素子及びその製造方法

Info

Publication number: JP2005150113A
Application number: JP2004327656A
Authority: JP
Inventors: Jin Ho Sunwoo; ホサンウジン; Min Su Kang; スカンミン; Yoon Heung Tak; フンタクヨン
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2003-11-12
Filing date: 2004-11-11
Publication date: 2005-06-09
Also published as: US20050100761A1; CN100511754C; KR20050045635A; CN1617643A; EP1531503A1

Abstract

【課題】素子の構造及び製造工程を単純化することができる、有機電界発光素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】アノード１０４上に、開口部を持つ絶縁膜を形成する。絶縁膜上に有機発光層１１０とカソード１１２が蒸着される。有機発光層１１０は、従来に比較して、正孔注入層及び正孔輸送層が省略され、発光層(１１０c)、電子輸送層(１１０b)、電子注入層(１１０a)から構成される。アノードは下層から上層に行くほど正孔の量が次第に増加するように形成されることによって、アノードの上層表面には多量の正孔がある。これによって、従来の正孔注入層及び正孔輸送層がなくても、アノード１０４で発生された正孔が発光層(１１０c)に容易に注入することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、有機電界発光素子に関するものであり、特に素子の構造及び製造工程を単純化することができる有機電界発光素子及びその製造方法に関するものである。

最近、陰極線管の短所である重量と容積を減らすことができる各種のフラットパネルディスプレイ装置が開発されている。このフラットパネルディスプレイ装置には、液晶表示装置（Liquid Crystal Display、以下「ＬＣＤ」という）、電界放出表示装置（Field Emission Display、以下「ＦＥＤ」という）、プラズマディスプレイパネル（Plasma Display Panel、以下「ＰＤＰ」という）、及びエレクトロルミネッセンス（Electro luminescence、以下「ＥＬ」という）表示装置などがある。また、このような、フラットパネルディスプレイ装置の品質を高め、大画面化を試みる研究が活発になされている。

このようなフラットパネルディスプレイ装置において、ＰＤＰは構造と製造工程が単純であることから、軽くて薄く、大画面化にもっとも有利であると注目されているが、発光効率と輝度が低く、また消費電力が大きい短所がある。一方、スイッチング素子として、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor、以下「ＴＦＴ」という）が使用されるアクティブマトリックスＬＣＤは、半導体製造工程が使用されるので大画面化が難しく、バックライトユニットにより消費電力の大きい短所があり、偏光フィルター、プリズムシート、拡散板などの光学素子による光損失が多く、視野角の狭い特性がある。しかし、LCDはノートブックコンピューターの表示素子に主に利用され、需要が増えている。

これに比べて、EL素子は発光層の材料によって、無機エレクトロルミネッセンス素子と有機エレクトロルミネッセンス素子に大別され、自ら発光する自発光素子である。上記ディスプレイ素子と比較すると、応答速度が早くて発光效率、輝度及び視野角の大きい長所がある。無機エレクトロルミネッセンス素子は、有機エレクトロルミネッセンス素子に比べて電力消耗が大きく、高輝度を得ることができないし、R、G、Bの多様な色を発光させることができない。反面、有機エレクトロルミネッセンス素子は、数十ボルトの低い直流電圧で駆動されると同時に、応答速度が早く、また、高輝度を得ることができるし、R、G、Bの多様な色を発光させることができて次世代フラットディスプレイ素子に適している。

図１及び図２は、従来のEL素子の発光原理を説明するための、一般的な EL素子の一部を
図示した断面図である。

EL素子はアノード４とカソード１２の間に形成された有機発光層１０を含む。有機発光層
１０は、図１に図示されるように、電子注入層(１０a)、電子輸送層(１０b)、発光層(１０c)、正孔輸送層(１０d)、正孔注入層(１０e)からなる。

EL素子のアノード４とカソード１２の間に電圧が印加されると、図２に図示されるように
カソード１２から発生された電子は、電子注入層(１０a)及び電子輸送層(１０b)を通じて発光層(１０c)の方に移動する。また、アノード２から発生した正孔は、正孔注入層(１０d)及び正孔輸送層(１０d)によって発光層(１０c)の方に移動する。これによって、発光層(１０c)では、電子輸送層(１０b)と正孔輸送層(１０d)から供給された電子と正孔が衝突して再結合することによって、光が発生する。この光は、アノード４によって外部に放出され、画像が表示される。

一方、正孔注入層(１０e)は正孔の濃度を調節し、正孔輸送層(１０d)は正孔の移動速度を調節
することによって、アノード４で発生された正孔が容易に発光層(１０c)に注入されるようにする。すなわち、アノード４で発生された正孔は、発光層(１０c)の界面エネルギーにより、発光層(１０c)で容易に移動することができなくなるが、アノードと発光層(１０c)の間の正孔注入層(１０e)により、アノード４で発生された正孔が容易に発光層に注入できるようになる。

しかし、このような従来のEL素子は、正孔注入層(１０e)及び正孔輸送層(１０d)を形成するための工程が加えられることによって素子の構造及び製造工程が複雑になる問題がある。

したがって、本発明の目的は、素子の構造及び製造工程を単純化することができる有機電界発光素子及びその製造方法を提供するものである。

前記目的を達成するために、本発明に係る有機電界発光素子は、基板と有機発光層の間に形成され、前記有機発光層に正孔が直接注入されるように、前記有機発光層と隣接する表面に多量の正孔が分布されるアノードと、前記有機発光層上に形成されるカソードとを具備することを特徴とする。

前記アノードは、基板と隣接した領域に少量の正孔が分布し、前記有機発光層と隣接する領域に多量の正孔が分布していることを特徴とする。

前記有機発光層は、前記アノード上に形成された発光層と、前記発光層上に形成された電子輸送層と、前記電子輸送層上に形成された電子注入層とを含むことを特徴とする。

本発明に係る有機電界発光素子の製造方法は、基板上にアノードを形成する段階と、前記ア
ノード上に有機発光層を形成する段階と、前記有機発光層上にカソードを形成する段階を含み、前記有機発光層に正孔が直接注入されるように、前記有機発光層と隣接する表面に多量の正孔が分布されるアノードを形成することを特徴とする。

前記基板上にアノードを形成する段階は、チャンバ内の透明電極物質のターゲットに、プラズマイオンを衝突させる段階と、前記イオン衝突による透明電極物質蒸着の後半部に多量の酸素を注入する段階と、前記透明電極物質と酸素が反応することによって、多量の正孔が生成される段階とを含むことを特徴とする。

前記アノードは、前記基板と隣接する領域に少量の正孔が分布され、前記有機発光層と隣接
する領域に多量の正孔が分布されるように形成することを特徴とする。

前記有機発光層を形成する段階は、前記アノードと接続される発光層を形成する段階と、前記発光層上に電子輸送層を形成する段階と、前記電子輸送層上に電子注入層を形成する段階とを含むことを特徴とする。

本発明に係る有機電界発光素子及びその製造方法は、下層から上層に行くほど多量の正孔が
密集した形態のアノードが形成されることによって、従来の正孔注入層及び正孔輸送層がなくても、アノードの正孔が有機発光層に注入されることができるようになる。これによって、正孔注入層及び正孔輸送層が必要なくなり、素子の構造及び製造工程が単純化される。

以下、添付された図面を参照して、本発明に係るプラズマディスプレイパネルについて詳し
く説明する。

図３は本発明の実施形態に係るEL素子を示す平面図で、図４は図３に図示されたEL素子の一部を示す断面図である。
図３及び図４に図示されたEL素子は、基板１０２上にアノード１０４とカソード１１２が互いに交差する方向に形成される。

複数のアノード１０４は、基板１０２上に互いに所定間隔、離れて形成される。このような
アノード１０４が形成された基板１０２上には、ELセル(EL)領域ごとに開口部を持つ絶縁膜１０６が形成される。絶縁膜１０６上に形成される、有機発光層１１０とカソード１１２の分離のための隔壁１０８が配置される。隔壁１０８は、アノード１０４を横切る方向に形成され、上端部が下端部より広い幅を有するオーバーハング構造となっている。隔壁１０８が形成された基板１０２上には、有機化合物から構成される有機発光層１１０とカソード１１２が順次、全面に蒸着される。有機発光層１１０は、従来に比較して、正孔注入層及び正孔輸送層が省略され、図５に示されるように、発光層(１１０c)、電子輸送層(１１０b)、電子注入層(１１０a)から構成される。

アノードは図６に図示されるのように、下層から上層に行くほど正孔の量が次第に増加する
ように形成されることによって、アノード１０４の上層表面は多量の正孔が密集している。これによって、従来の正孔注入層及び正孔輸送層がなくても、アノード１０４で発生された正孔が発光層(１１０c)に容易に注入することができる。

このような構造を持つEL素子は、アノード１０４とカソード１１２の間に電圧が印加されると、カソード１１２から発生された電子は、電子注入層(１１０a)及び電子輸送層(１１０a)を通じて発光層(１１０c)の方に移動する。また、アノード１０４から発生された多量の正孔は、直接発光層(１１０c)の方に移動する。これによって、発光層(１１０c)では、カソード１１２から発生された電子とアノード１０４から発生された正孔が衝突して再結合することによって、光が発生する。この光は、アノード１０４を通じて外部に放出されて画像が表示される。

このように、本発明に係るEL素子は、アノード１０４の上層に多量の正孔が密集されているから、従来に比較して、有機発光層１１０内の正孔注入層及び正孔輸送層がなくても、アノード１０４で多量の正孔が発光層(１１０c)の界面エネルギーを乗り越えて発光層(１１０c)内に注入される。これによって、有機発光層１１０は、発光層(１１０c)、電子輸送層(１１０b)、電子注入層(１１０a)から構成され、EL素子の構造及び製造工程が単純化される。

以下、本発明に係る有機EL素子の製造方法に関して説明する。先ず、ソーダライム(Sodalime)または硬化硝子を利用して形成された基板１０２上に、アルゴン(Ar)プラズマを利用したスパッタリングなどの蒸着方法を利用して金属透明導電性物質が蒸着する。その後、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程によりパターニングされる。これによって、図７Ａに図示されるのようにアノード１０４が形成される。ここで、金属物質としてはインジウム-ティン-オキサイド(Indium-Tin-Oxide : ITO)が利用される。

アノード１０４の形成方法を具体的に説明すると、アルゴン(Ar)が注入されたチャンバ内に基板が配置し、電圧を印加して生成されたアルゴンイオン(Ar+)が、ITO(InxSn2-xOy)ターゲットと衝突することによって、ITO分子イオンが基板の上に蒸着される。ここで、基板上に蒸着される ITO分子イオンの蒸着量が増加するにつれて、酸素の注入量を徐々に増加させることによって、その上層に行くほど正孔の量が増加し、その表面に多量の正孔が密集された形態のアノード１０４が形成される。すなわち、蒸着初期の時には少量の酸素を注入し、次第にその量を増加して、蒸着の終了時には多量の酸素が注入される。それによって、酸素イオン(O₂-)と多量の正孔を含むアノード１０４が生成される。

このような正孔生成原理を、化学反応の概念と結付させて説明すると次のようである。従来
の一般的な正孔生成の原理は、化学反応式１のようにアノード(InxSn₂-xOy)のSn₂O₃に３In₂+が置換反応して３In₂O₂と2Sn₃+が生成されて、電荷量保存法則により電子を失った２Sn₃+陽イオンによって正孔が生成される。
<化学反応式１>
Ｓｎ_２Ｏ_３＋３Ｉｎ_２+ → ３Ｉｎ_２Ｏ_２＋２Ｓｎ_３+

上の一般的な生成原理により生成された正孔の量と、アノード１０２の蒸着終了時点に、多量の酸素(O₂)が注入される。それで、注入された酸素(O₂)とITO(InxSn₂-xOy)の電子が反応して酸素イオン(O₂-)が生成され、ITO(InxSn₂-xOy)は失った酸素の量に応じて、さらに生成される。これによって、アノード１０４は下層から上層に行くほど正孔の量が増加し、その上層表面には非常に多い量の正孔が密集されるようになる。その結果、アノード１０４で発生された正孔は、従来の正孔注入層及び正孔輸送層がなくても、発光層(１１０c)の界面エネルギーを乗り越えて発光層(１１０c)に流入するようになる。

次に、アノード１０４が形成された基板１０２上に、感光性絶縁物質がスピンコーティング(Spin-Coating)法によりコーティングされた後、フォトリソグラフィ工程によりパターニングされる。これによって、図７Ｂに図示されるように、発光領域が露出した絶縁膜１０６が形成される。

絶縁膜１０６上に感光性有機物質が蒸着された後、フォトリソグラフィ工程によりパターニ
ングされることによって、図７Ｃに図示されるように、隔壁１０８が形成される。隔壁１０８は、画素を区分するために多数のアノード１０４と交差するように、非発光領域に形成される。

隔壁１０８が形成された基板１０２上に、図７Ｄに図示されるように、有機発光物質が真空蒸着法などにより蒸着され、有機発光層１１０が形成される。この有機発光層１１０は、隔壁１０８により区画された領域に形成される。

有機発光層１１０が形成された基板１０２上に、金属物質が蒸着されることによって図７Ｅに図示されるように、カソード１１２が形成される。ここで、金属物質としてはアルミニウム(AL)、LiFなどが使用される。

従来の有機電界発光素子の有機発光層を示す図面である。従来の有機電界発光素子の発光原理を説明するための図面である。本発明に係る有機電界発光素子を示す平面図である。図３に図示された有機発光素子の一部を示す断面図である。本発明に係る有機電界発光素子の有機発光層を具体的に示す図面である。本発明に係る有機電界発光素子のアノード内の正孔分布を示す図面である。（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明に係る有機発光素子の製造方法を示す図面である。

符号の説明

１０２:基板１０４:アノード
１０６:絶縁膜１０８:隔壁
１０、１１０:有機電界発光層１２、１１２:カソード
２、１０２:アノード

Claims

基板と有機発光層の間に形成され、前記有機発光層に正孔が直接注入されるように、前記有機発光層と隣接する表面に多量の正孔が分布するアノードと、前記有機発光層上に形成されるカソードとが設けられたことを特徴とする有機電界発光素子。
前記アノードは、基板と隣接した領域に少量の正孔が分布し、前記有機発光層と隣接する領域に多量の正孔が分布していることを特徴とする請求項１記載の有機電界発光素子。
前記有機発光層は、前記アノード上に形成された発光層と、前記発光層上に形成された電子輸送層と、前記電子輸送層上に形成された電子注入層とを含むことを特徴とする請求項１記載の有機電界発光素子。
基板上にアノードを形成する段階と、前記アノード上に有機発光層を形成する段階と、前記
有機発光層上にカソードを形成する段階を含み、前記有機発光層に正孔が直接注入されるように、前記有機発光層と隣接する表面に多量の正孔が分布されるアノードを形成することを特徴とする有機電界発光素子の製造方法。
前記基板上にアノードを形成する段階は、チャンバ内の透明電極物質のターゲットに、プラズマイオンを衝突させる段階と、前記イオン衝突による透明電極物質への蒸着の後半部に多量の酸素を注入する段階と、前記透明電極物質と酸素が反応することによって、多量の正孔を生成する段階とを含むことを特徴とする請求項４記載の有機電界発光素子の製造方法。
前記アノードは、前記基板と隣接する領域に少量の正孔が分布されており、前記有機発光層と隣接する領域に多量の正孔が分布されるように形成されることを特徴とする請求項４記載の有機電界発光素子の製造方法。
前記有機発光層を形成する段階は、前記アノードと接続される発光層を形成する段階と、前記発光層上に電子輸送層を形成する段階と、前記電子輸送層上に電子注入層を形成する段階とを含むことを特徴とする請求項４記載の有機電界発光素子の製造方法。