JP2006156390A - 有機電界発光素子及びその製造方法 - Google Patents

有機電界発光素子及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明の目的は、高効率及び長寿命の有機電界発光素子を提供する。
【解決手段】本発明に係る有機電界発光素子は、基板と、前記基板上に形成され、前記基板側に反射膜を含む第1電極と、前記第1電極上に形成され、少なくとも有機発光層を含む有機膜層と、前記有機膜層上に形成される第2電極と、前記第2電極上に形成され、1.7以上の屈折率を有する有機キャッピング層と、を備える。
【選択図】図2

Description

本発明は、有機電界発光素子及びその製造方法に関し、より詳細には、有機電界発光素子における第2電極の上部に、1.7以上の屈折率を有する有機キャッピング層(Organic Capping Layer)を形成する有機電界発光素子及びその製造方法に関する。
平板表示素子(フラットパネルディスプレイデバイス)の中でも有機電界発光素子は、有機化合物を電気的に励起させて発光させる自発光型表示装置であって、LCDに使われるバックライトを必要とせず、軽量薄形化が可能であるだけでなく、工程を単純化させることができ、低温製作が可能であり、応答速度が1ms以下と高速の応答速度を有し、消費電力が低く、自発光であるから視野角が広く、コントラストが高いなどの特性を示す。
通常、有機電界発光素子は、アノード電極とカソード電極との間に有機発光層を含み、アノード電極から供給される正孔とカソード電極から受ける電子とが有機発光層内で結合し、正孔−電子の対である励起子を形成し、さらに前記励起子が底状態に戻る際に発生するエネルギーにより発光する。
有機電界発光素子は、有機発光層から発生する光が放出される方向によって、背面発光型と前面発光型とに分けられる。背面発光型は、形成された基板側に光が放出されるもので、有機発光層の上部に反射電極が形成され、前記有機発光層の下部には、透明電極が形成される。この場合、有機電界発光素子がアクティブマトリクス方式を採択する場合に、薄膜トランジスタが形成された部分は、光が透過しないので、光が出る面積が減少する。これとは異なって、前面発光型は、有機発光層の上部に透明電極が形成され、前記有機発光層の下部に反射電極が形成されるので、光が基板側と反対方向に放出され、これにより、光が透過する面積が広くなり、輝度が向上する。
関連従来技術が特許文献1及び特許文献2に開示されている。
図1は、従来の前面発光型有機電界発光素子の構造を示す断面図である。図1に従来の前面発光型有機電界発光素子を例示する。従来の前面発光型有機電界発光素子は、ガラスやプラスチックからなる透明基板11上に、第1電極13がパターニングされて形成されている。前記第1電極13は、下部層(透明基板11側)にアルミニウム(Al)またはアルミニウム−ネオジウム(Al−Nd)のような高反射率の特性を有する金属からなる反射膜12を含み、仕事関数の高いITOまたはIZOのような透明電極14からなる。
次に、前記第1電極13の上部に、少なくとも有機発光層を含む有機膜層15が形成され、前記有機膜層は、前記有機発光層以外に、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層及び電子注入層からなる群より選択される1種以上の層をさらに含むことができる。
次いで、前記有機膜層15上の全面にわたって第2電極17が形成されている。前記第2電極17は、仕事関数の低い導電性の金属である、Mg、Ag、Al、Ca及びこれらの合金よりなる群から選ばれる1種の物質を用いて、光を透過できるように薄い厚みの透過電極で形成されたり、ITOまたはIZOのような透明電極で形成される。
前記第2電極17の上部には、保護膜19が形成されている。前記保護膜は、無機物または有機物で形成することができるが、外部からの水分の侵入や汚染から第2電極及び有機発光層を保護するために、主にシリコン窒化膜(SiN)のような無機膜で一定の厚みを有するように形成される。
大韓民国特許登録第384291号明細書 大韓民国特許公開第2004−54829号明細書
従来の有機電界発光素子は、透過電極である第2電極を積層した後、外部からの水分の侵入や汚染から下部の第2電極及び有機発光層を保護するために、第2電極の上部に無機物または有機物で保護膜を積層した。しかしながら、前記保護膜の屈折率及び厚みを考慮しないで積層することによって、前面発光時、有機電界発光素子の効率を低下させるという問題点を有している。
本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、本発明の目的は、第2電極の上部に、1.7以上の屈折率を有する有機キャッピング層を積層することによって、高効率及び長寿命の有機電界発光素子を提供することにある。
前記目的を達成するために、本発明は、基板と、前記基板上に形成され、前記基板側に反射膜を含む第1電極と、前記第1電極上に形成され、少なくとも有機発光層を含む有機膜層と、前記有機膜層上に形成される第2電極と、前記第2電極の上部に形成され、1.7以上の屈折率を有する有機キャッピング層と、を備えることを特徴とする有機電界発光素子を提供する。
また、本発明は、基板を用意する段階と、前記基板上に、前記基板側に反射膜を含む第1電極を形成する段階と、前記第1電極上に、少なくとも有機発光層を含む有機膜層を形成する段階と、前記有機膜層上に第2電極を形成する段階と、前記第2電極上に、1.7以上の屈折率を有する有機キャッピング層を形成する段階と、を含むことを特徴とする有機電界発光素子の製造方法を提供する。
本発明によれば、前面発光型有機電界発光素子における第2電極の上部に、1.7以上の屈折率を有する有機キャッピング層を積層することによって、高効率及び長寿命の前面発光型有機電界発光素子を具現することができる。
以下、添付の図面を参照して、本発明を詳細に説明する。
図2は、本発明に係る前面発光型有機電界発光素子の構造を示す断面図である。
図2を参照すれば、本発明の有機電界発光素子は、例えば、ガラス、プラスチック及び石英などからなる基板21の上部に、第1電極23がパターニングされて形成される。前記第1電極23は、下部層(基板21側)に、アルミニウムまたはアルミニウム合金のような高反射率の特性を有する金属からなる反射膜22を含み、仕事関数の高いITOまたはIZOのような透明電極24からなる。
次いで、前記第1電極23の上部に、少なくとも有機発光層を含む有機膜層25が形成される。前記有機膜層25は、前記有機発光層以外に、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層及び電子注入層からなる群より選択される少なくとも1種以上の層をさらに含むことができる。
前記有機膜層25の上部には、第2電極27が形成される。前記第2電極27は、ITOまたはIZOのような透明電極で形成したり、仕事関数の低い導電性の金属である、Mg、Ag、Al、Ca及びこれらの合金よりなる群から選ばれる1種の物質を用いて、光を透過できるような透過電極で形成される。
本発明では、好ましくは、Mg、Ag、Al、Ca及びこれらの合金よりなる群から選ばれる1種の物質を用いて、光を透過できるように透過電極で形成される。より好ましくは、MgまたはAgで形成される。透過電極は薄く形成されることが望ましい。
次いで、前記第2電極27の上部に有機キャッピング層29が形成される。前記有機キャッピング層29は、前面発光型有機電界発光素子において、前記第2電極27を形成した時、光の全反射により相当量の光が損失されるのを防止するために形成され、屈折率が1.7以上の有機物を一定の厚みで積層して形成する。前記有機キャッピング層29には、アリレンジアミン誘導体、トリアミン誘導体、CBPおよびアルミニウムキノリノール錯体(Alq3)よりなる群から選ばれる1種を含むことが好ましく、より好ましくは、1.7乃至2.4の屈折率を有するアリレンジアミン誘導体で形成される。
図3は、本発明に係る各有機物の特定波長による屈折率を示すグラフである。
図3を参照すれば、380nm乃至1190nmの各々の波長に対して、トリアミン誘導体は、1.7乃至2.1、アリレンジアミン誘導体は、1.7乃至2.4、CBPは、1.7乃至2.0、Alq3は、1.7乃至2.0、Balqは、1.5乃至1.7の屈折率を有することを確認することができた。
この時、前記有機キャッピング層29を形成する有機物は、1.7以上の屈折率を有する物質である場合、光の全反射を防止し、R、G及びBの発光効率を高めることができる。より好ましくは、2.4に近い屈折率を有する物質である。
また、本発明において、有機キャッピング層29は、R、G及びBの色座標に対する各々の発光効率を極大化するために、1.7以上の屈折率を有する物質を300Å乃至900Åの厚みで積層することが好ましい。
前記有機キャッピング層29の厚みが300Å乃至900Åである場合、R、G及びBの発光効率により素子として利用可能であり、R、G及びBの発光効率は増加することができ、消費電力は低くなることができる。より好ましくは前記厚みは400Å乃至800Åであり、更に好ましくは500Å乃至700Åである。
特に好ましくは、前記有機キャッピング層29は、R、G及びBの発光効率を極大化させ、且つ消費電力を最小化することができるように、600Åの厚みで積層する。
以下、本発明に係る前面発光型有機電界発光素子を製造する方法について説明する。
図2に例示される本発明の有機電界発光素子の製造方法を以下に記載する。まず、基板21を用意する。前記基板21は、ガラス、プラスチック及び石英などからなる透明な基板である。
次いで、前記基板21の上部に、反射膜22と透明電極24とを含む第1電極23を形成する。前記反射膜22及び透明電極24は、スパッタリングまたはイオンプレーティングなどで蒸着することができる。好ましくは、前記反射膜22及び透明電極24は、スパッタリング方法で蒸着した後、フォト工程で、パターニングされたフォトレジスト(PR)をマスクとしてパターニングして形成する。
次いで、前記第1電極23の上部に、少なくとも有機発光層を含む有機膜層25を形成する。
前記有機発光層には、低分子物質または高分子物質がいずれも使用可能である。
前記低分子物質は、アルミニウムキノリノール錯体(Alq3)、アントラセン、シクロペンタジエン、BeBq2、Almq、ZnPBO、Balq、DPVBi、BSA−2及び2PSPよりなる群から選ばれる1種で形成することが好ましい。より好ましくは、前記有機発光層は、アルミニウムキノリノール錯体(Alq3)で形成する。前記高分子物質は、ポリフェニレン及びその誘導体、ポリ(p−フェニレンビニレン)(PPV)及びその誘導体、ポリチオフェン(PT)及びその誘導体よりなる群から選ばれる1種で形成する。
前記有機膜層25は、有機発光層以外に、前記第1電極23がアノードである場合、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層のうち1つ以上の層をさらに含むことができる。
前記正孔注入層は、フタルロシアニン銅(CuPc)、PEDOT、m−MTDATA、トリフェニルアミンの中から選択される1種で形成する。前記正孔輸送層は、1つ以上の正孔輸送化合物、例えば、芳香族3級アミンを含み、これは、炭素原子(これらのうち1つ以上は、芳香族環の構成元素である)にのみ結合された3価窒素原子を1つ以上含有する化合物である。一実施形態によれば、芳香族3級アミンは、アリールアミン、例えば、モノアリールアミン、ジアリールアミン、トリアリールアミンまたは重合体性アリールアミンであることができる。
前記電子輸送層を形成するに有用な好ましい薄膜形成物質は、オーキシン自体のキレート(通常、「8−キノリノール」または「8−ヒドロキシキノリン」と称される)を含む金属キレート化されたオキシノイド化合物である。このような化合物は、電子の注入及び輸送を補助し、高い水準の性能を示し、薄膜の形態で容易に製造される。他の電子輸送物質には、ブタジエン誘導体、ヘテロサイクリック光学増白剤が含まれる。また、ベンズアゾール及びトリアジンも、有用な電子輸送物質である。また、通常、発光層にドーパントを適用する場合、発光層のホスト物質に用いられるアルミニウムキノリノール錯体(Alq3)が電子輸送体としての特性を有しているので、広く使われている。
前記有機膜層25は、真空蒸着法、スピンコート、インクジェットプリント、ドクターブレード、レーザ転写法(LITI)などの方法により蒸着することが好ましい。
一方、前記有機膜層25は、各単位画素毎にパターニングされて形成することができる。前記有機膜層25をパターニングすることは、レーザ熱転写法、シャドーマスクを用いた真空蒸着法などを使用して行うことができる。
次いで、前記有機膜層25上の全面にわたって第2電極27を形成する。前記第2電極27は、真空蒸着法により形成する。
前記第2電極27の上部に有機キャッピング層29を形成する。前記有機キャッピング層29は、前記有機発光層の熱的損傷による劣化を最小化するために、真空蒸着法により形成することが好ましい。このように、前記有機キャッピング層を使用する場合には、類似特性の無機膜を高温でスパッタリングして成膜する場合に引き起こされる有機発光層の熱的損傷による寿命低下及び暗点(ダークスポット)発生を最小化することができる。また、有機キャッピング層を最適条件で蒸着すると、1.5倍程度発光効率が増加するので、前面発光デバイスの寿命を向上させ、高効率及び長寿命の前面発光型有機電界発光素子を具現することができる。
前記有機キャッピング層29まで形成された基板を、通常の方法で上部基板と封止することによって、前面発光型有機電界発光素子を完成する。
以下、本発明の実施例を説明する。但し、これらの実施例は、例示的なものに過ぎず、本発明がこれらの実施例に限定されるものではない。
実施例1乃至4及び比較例
前記実施例1乃至4及び比較例は、前面発光型有機電界発光素子を基準にしてテスト基板を製作した。
(実施例1)
ガラス基板を用意し、前記基板の上部に、第1電極の反射膜をAlで形成し、前記Alで形成された反射膜の上部に、ITOを蒸着した。次いで、ITOの上部に、有機膜層として、正孔注入層にm−TDATA、正孔輸送層にNPB、発光層に赤色−CBP:BTPIr、緑色−CBP:Ir(ppy)3及び青色−Alq3:DPBVi、正孔抑制層にBalq、電子輸送層にAlq3及び電子注入層にLiFを蒸着した。次いで、第2電極としてMgAgを蒸着した後、屈折率が1.7以上のアリレンジアミン誘導体を280乃至300℃、約10e−7の真空度及び蒸着速度1Å/秒の条件下で真空蒸着法を行い、200Å厚みで有機キャッピング層を蒸着し、前面発光型有機電界発光素子を完成した。
(実施例2)
有機キャッピング層を400Åの厚みで蒸着したことを除いて、前記実施例1と同様に形成した。
(実施例3)
有機キャッピング層を600Åの厚みで蒸着したことを除いて、前記実施例1と同様に形成した。
(実施例4)
有機キャッピング層を800Åの厚みで蒸着したことを除いて、前記実施例1と同様に形成した。
(比較例)
前記実施例1と同様に、基板、第1電極、有機膜層及び第2電極を備える有機電界発光素子を完成した。ただし、有機キャッピング層は形成しなかった。
<効率及び消費電力評価>
前記実施例1乃至4及び比較例により形成された有機電界発光素子において、有機キャッピング層の厚みによるRとGの効率を評価した。
また、Bの場合、色座標の変化が全体消費電力に敏感な影響を及ぼすので、効率値の絶対比較は無意味である。このため、Bに関しては色座標及び効率値が共に考慮された消費電力を評価した。
下記の表1は、本発明の実施例に係る有機キャッピング層の厚みによるRとGの効率及びBの消費電力を評価した結果を示す表である。
図4及び図5は、本発明の実施例に係る有機キャッピング層の厚みによるRとGの効率、図6は、本発明の実施例に係る有機キャッピング層の厚みによるBの消費電力を示すグラフである。
前記表1及び図4乃至図6を参照すれば、比較例から実施例1、実施例1から実施例3に進むにつれて、つまり前記有機キャッピング層の厚みが、0Åから200Å、400Å及び600Åに増加する場合、Rの効率は、2.83cd/Aから4.98cd/Aに増加し、Gの効率は、23.63cd/Aから39.60cd/Aに増加し、Bの消費電力は、538.5mWから373.6mWに減少することを確認することができた。
特に、前記実施例3のように、有機キャッピング層の厚みが600Åである時、前記RとGの効率は、各々4.98cd/A、39.60cd/Aと最大になり、Bの消費電力は、373.6mWと最小になることを確認することができた。
また、前記実施例4のように、有機キャッピング層の厚みが800Åである場合、実施例3に比べてRとGの効率は、各々4.34cd/A、34.33cd/Aに減少し、Bの消費電力は、434.9mWに増加することを確認することができた。
これにより、有機キャッピング層を、屈折率が1.7以上である有機物質で形成することにより、発光効率と消費電力の抑制を行うことができることがわかった。更に、600Å厚みで蒸着することが、R、G及びBの効率極大化及び低消費電力化を具現するに最も好ましいことが分かった。
以上において説明した本発明は、本発明が属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形及び変更が可能であるので、上述した実施例及び添付された図面に限定されるものではない。
従来の前面発光型有機電界発光素子の構造を示す断面図である。 本発明に係る前面発光型有機電界発光素子の構造を示す断面図である。 本発明に係る各有機物の波長による屈折率を示すグラフである。 本発明の実施例に係る有機キャッピング層の厚みによるRの効率を示すグラフである。 本発明の実施例に係る有機キャッピング層の厚みによるGの効率を示すグラフである。 本発明の実施例に係る有機キャッピング層の厚みによるBの消費電力を示すグラフである。
符号の説明
11 透明基板、
12 反射膜、
13 第1電極、
14 透明電極、
15 有機膜層、
17 第2電極、
19 保護膜、
21 基板、
22 反射膜、
23 第1電極、
24 透明電極、
25 有機膜層、
27 第2電極、
29 有機キャッピング層。

Claims (22)

  1. 基板と、
    前記基板上に形成され、前記基板側に反射膜を含む第1電極と、
    前記第1電極上に形成され、少なくとも有機発光層を含む有機膜層と、
    前記有機膜層上に形成される第2電極と、
    前記第2電極上に形成され、1.7以上の屈折率を有する有機キャッピング層と、を備えることを特徴とする有機電界発光素子。
  2. 前記有機キャッピング層は、1.7乃至2.4の屈折率を有することを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光素子。
  3. 前記有機キャッピング層の厚みは、300Å乃至900Åであることを特徴とする請求項1又は2に記載の有機電界発光素子。
  4. 前記有機キャッピング層の厚みは、600Åであることを特徴とする請求項3に記載の有機電界発光素子。
  5. 前記有機キャッピング層は、トリアミン誘導体、アリレンジアミン誘導体、CBPおよびアルミニウムキノリノール錯体(Alq3)よりなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項2に記載の有機電界発光素子。
  6. 前記有機キャッピング層は、真空蒸着法により形成されてなることを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光素子。
  7. 前記第1電極はアノードであり、前記第2電極はカソードであることを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光素子。
  8. 前記第1電極は、前記反射膜と、ITOまたはIZOからなる透明電極とを含むことを特徴とする請求項7に記載の有機電界発光素子。
  9. 前記反射膜は、アルミニウムまたはアルミニウム合金であることを特徴とする請求項8に記載の有機電界発光素子。
  10. 前記第2電極は、Mg、Ag、Al、Ca及びこれらの合金よりなる群から選ばれる1種で形成されてなる透過電極であることを特徴とする請求項7に記載の有機電界発光素子。
  11. 前記有機膜層は、有機発光層以外に、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層及び電子注入層からなる群より選択される1種以上の層をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光素子。
  12. 基板を用意する段階と、
    前記基板上に、前記基板側に反射膜を含む第1電極を形成する段階と、
    前記第1電極上に、少なくとも有機発光層を含む有機膜層を形成する段階と、
    前記有機膜層上に第2電極を形成する段階と、
    前記第2電極上に、1.7以上の屈折率を有する有機キャッピング層を形成する段階と、を含むことを特徴とする有機電界発光素子の製造方法。
  13. 前記有機キャッピング層は、1.7乃至2.4の屈折率を有することを特徴とする請求項12に記載の有機電界発光素子の製造方法。
  14. 前記有機キャッピング層の厚みは、300Å乃至900Åであることを特徴とする請求項12又は13に記載の有機電界発光素子の製造方法。
  15. 前記有機キャッピング層の厚みは、600Åであることを特徴とする請求項14に記載の有機電界発光素子の製造方法。
  16. 前記有機キャッピング層は、トリアミン誘導体、アリレンジアミン誘導体、CBPおよびアルミニウムキノリノール錯体(Alq3)よりなる群から選ばれる1種であることを特徴とする請求項13に記載の有機電界発光素子の製造方法。
  17. 前記有機キャッピング層は、真空蒸着法により形成することを特徴とする請求項12に記載の有機電界発光素子の製造方法。
  18. 前記第1電極は、アノードであり、第2電極は、カソードであることを特徴とする請求項12に記載の有機電界発光素子の製造方法。
  19. 前記第1電極は、前記反射膜と、ITOまたはIZOからなる透明電極とを含むことを特徴とする請求項18に記載の有機電界発光素子の製造方法。
  20. 前記反射膜は、アルミニウムまたはアルミニウム合金であることを特徴とする請求項19に記載の有機電界発光素子の製造方法。
  21. 前記第2電極は、Mg、Ag、Al、Ca及びこれらの合金よりなる群から選ばれる1種で形成されてなる透過電極であることを特徴とする請求項18に記載の有機電界発光素子の製造方法。
  22. 前記有機膜層は、有機発光層以外に、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層及び電子注入層からなる群より選択される1種以上の層をさらに含むことを特徴とする請求項12に記載の有機電界発光素子の製造方法。
JP2005341105A 2004-11-26 2005-11-25 有機電界発光素子及びその製造方法 Pending JP2006156390A (ja)

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