KR100267998B1 - 고발광효율을갖는유기이엘(el)소자제조방법 - Google Patents

고발광효율을갖는유기이엘(el)소자제조방법 Download PDF

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Abstract

고 발광효율을 갖는 유기 EL 소자 제조방법에 관한 것으로, 기판위에 양극 물질 및 유기 발광층을 순차적으로 형성하고, 유기 발광층 표면을 Ar 또는 음극 물질과 동일한 이온으로 충격을 주어 유기 발광층 표면에 DLC(Diamondlike Carbon)와 유사한 초박막을 형성한 후, DLC 박막위에 음극 물질을 형성하여 유기 EL 소자의 발광효율을 높인다.

Description

고 발광효율을 갖는 유기 이엘(ＥＬ) 소자 제조방법{method for fabricating an organic electroluminescent device having high luminous efficiency}
본 발명은 유기 EL(Electroluminescence) 소자에 관한 것으로, 특히 고 발광효율을 갖는 유기 EL 소자 제조방법에 관한 것이다.
일반적인 유기 EL 소자의 제작 과정을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1a 내지 1e는 일반적인 유기 EL 소자의 제조 공정을 보여주는 공정 단면도로서, 먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 유리 기판(1)위에 양극(anode)(2)물질을 형성한다.
이때, 양극(2)물질은 일반적으로 ITO(Indium Tin Oxide)를 사용한다.
이어, 도 1b에 도시된 바와 같이, 양극(2)물질위에 정공주입층(HIL : hole injecting layer)(3) 또는 정공수송층(HTL : hole transport layer)(4)을 형성한다.
이때, 양극(2)물질위에 정공주입층(3)과 정공수송층(4)을 연속적으로 형성할 수 있다.
그리고, 도 1c 및 도 1d에 도시된 바와 같이, 정공주입층(3) 또는 정공수송층(4)위에 유기 발광층(5)을 형성하고, 유기 발광층(5)위에 전자주입층(EIL : electron injecting layer)(6) 또는 전자수송층(ETL : electron transport layer)(7)을 형성한다.
이때, 유기 발광층(5)위에 전자주입층(6)과 전자수송층(7)을 연속적으로 형성할 수 있다. 그리고 상기 유기 발광층(5)은 통상적으로 형광성의 유기물질로 이루어지며, 유기발광층(5)은 R.G.B가 서로 다른 색을 가지고 발광하는 재료 또는 백색 발광재료를 박막 공정으로 형성하여 구성하며, 일반적으로 많이 사용되는 것으로서는 녹색의 경우 Tris(8-hydroxy-quinolate aluminum(Alq3), 적색의 경우 Alq3DCM(각 회사에서 제조해서 시판중인 물질명)을 도핑, 청색의 경우 DPVBi(각 회사에서 제조해서 시판중인 물질명) 등이다.
이어, 도 1e에 도시된 바와 같이, 전자주입층(6) 또는 전자수송층(7)위에 음극(cathode)(8)물질을 형성하여 유기 EL 소자를 완성한다.
이와 같이 형성된 유기 EL 소자의 음극(8)은 전자주입층(6) 또는 전자수송층(7)을 통해 유기 발광층(5)에 전자를 주입시켜 주는 기능을 하고, 양극(2)은 정공주입층(3) 또는 정공수송층(4)을 통해 유기 발광층(5)에 정공을 주입시켜 주는 기능을 한다.
이러한, 정공과 전자는 유기 발광층(5)에서 전자-정공이 쌍을 이루고 있다가 소멸되면서 에너지를 방사함으로써 빛이 방출된다.
그러나, 유기 EL 소자의 경우, 유기 발광층으로 전자의 주입이 어려워 발광효율이 좋지 않은 문제점이 있었다.
그 이유는 음극의 일함수(work function)가 작아야 전자의 주입이 용이하지만, 일반적으로 일함수가 작은 물질들은 반응성이 매우 뛰어나기 때문에 안정적인 전극으로 사용하기에는 많은 어려움이 있었다.
그러므로, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 둘 이상의 금속을 합금 형태로 만들어 음극으로 사용하는 방법이 연구되었다.
그 예로 미국 특허 4,885,211에서는 Mg-Ag 합금을 음극으로 사용하였다.
그러나, 이들의 합금은 일함수가 약 3.5eV 이상이므로 전극으로서의 특성이 떨어지는 단점이 있어 특성이 더 좋은 전극 재료가 요구되고 있다.
또한, 발광효율을 높이기 위해 유기 발광층과 음극 사이에 일함수가 매우 작은 금속산화물을 형성하여 전자주입층 역할을 하도록 하는 방법이 제안되었다.
그 예로 미국 특허 5,457,565의 경우는 유기 발광층과 음극 사이에 SrO, CaO, BaO, (Sr,Ca,Br)O 등을 형성하여 전자주입층 역할을 하도록 하였다.
그러나, 이 방법에 사용된 재료들은 대부분 저온 공정으로는 양질의 박막을 얻기가 쉽지 않았기 때문에 저온에서 제작해야 하는 유기 EL 소자에는 적합하지 않았다.
일반적인 유기 EL 소자에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.
첫째, 일함수가 큰 음극 물질을 사용하기 때문에 발광효율이 낮다.
둘째, 전자주입층 형성시, 저온에서 제작이 어렵고 공정이 복잡하다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 유기 EL 소자의 전자주입층 형성시 새로운 공정을 사용하여 발광효율을 높일 수 있는 유기 EL 소자 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1a 내지 1e는 일반적인 유기 EL 소자의 제조 공정을 보여주는 공정 단면도
도 2a 내지 2c는 본 발명에 따른 유기 EL 소자의 제조공정을 보여주는 공정 단면도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 기판 11 : 양극
12 : 정공수송층 13 : 유기 발광층
14 : 박막 15 : 음극
본 발명에 따른 고 발광효율을 갖는 유기 EL 소자 제조방법은 기판위에 양극 물질, 정공수송층, 유기 발광층을 순차적으로 형성하고, 유기 발광층 표면을 Ar 또는 음극 물질과 동일한 이온으로 적절한 충격을 주어 유기 발광층 표면에 DLC(Diamondlike Carbon)와 유사한 초박막을 형성한 후, 이 DLC화한 초박막위에 음극 물질을 형성함에 그 특징이 있다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 고 발광효율을 갖는 유기 EL 소자 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2a 내지 2c는 본 발명에 따른 유기 EL 소자의 제조공정을 보여주는 공정 단면도로써, 도 2a에 도시된 바와 같이, 유리 기판(10)위에 양극(11) 물질, 정공수송층(12), 유기 발광층(13)을 순차적으로 형성한다.
그리고, 도 2b에 도시된 바와 같이, 이온 빔 충격(ion beam bombardment)방법을 사용하여 비활성 가스인 Ar이온 또는 후 공정에 형성될 음극과 동일한 이온을 유기 발광층(13) 표면에 가격한다.
여기서, 상기 이온들을 유기 발광층(13) 표면에 너무 심하게 가격하여 흑연화(graphitization)가 일어나지 않도록 유의한다.
이와 같이, 상기 이온들이 유기 발광층(13) 표면에 가격되면 유기 발광층(13)의 탄소(C)분자들이 DLC(Diamondlike Carbon)와 아주 유사한 특성을 갖는 물질로 바뀌어 유기 발광층(13)의 표면내에 아주 얇은 박막(14)이 형성된다.
이때, 이온 빔 충격 방법의 조건은 가속 전압을 200∼1000 eV로 하고 도즈량을 1014∼1016Ion/cm3로 한다.
그리고, 상기와 같은 이온 빔 충격방법 이외에도 RF 플라즈마(Radio Frequency plasma), ECR 플라즈마(Electron Cyclotron Resonance plasma), ICP(Inductively Coupled Plasma) 등의 방법으로 플라즈마를 형성하여 이 플라즈마에 포함된 이온들을 유기 발광층(13) 표면에 가격하는 방법을 사용할 수도 있다.
이 방법은 이온 빔 충격방법과 동일한 효과를 얻을 수 있으며, 이온 빔 충격방법에 비해 대면적을 쉽게 처리할 수 있는 장점이 있다.
여기서, 사용되는 캐리어 가스(carrier gas)로는 비활성 가스인 Ar 또는 후 공정에 형성될 음극 물질과 동일한 이온을 포함한 가스로 한다.
이어, 도 2c에 도시된 바와 같이, DLC와 유사한 박막(14)위에 음극(15) 물질을 형성한다.
이와 같이, 형성된 유기 EL 소자는 DLC와 유사한 박막(14)을 전자주입층으로 사용함으로써 일반적인 유기 EL 소자보다 약 2배 이상의 발광효율이 증가되었다.
본 발명에 따른 고 발광효율을 갖는 유기 EL 소자 제조방법에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.
DLC 등과 같은 일함수가 작은 물질을 전자주입층으로 사용함으로써, 유기 EL 소자의 발광효율을 높일 수 있다.

Claims (4)

  1. 기판위에 양극 물질, 정공수송층, 유기 발광층을 순차적으로 형성하는 스텝;
    상기 유기 발광층 표면을 이온으로 충격을 주어 상기 유기 발광층 표면내에 DLC(Diamondlike Carbon)화한 초박막을 형성하는 스텝;
    상기 DLC화한 초박막위에 음극 물질을 형성하는 스텝으로 이루어짐을 특징으로 하는 고 발광효율을 갖는 유기 EL 소자 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유기 발광층 표면에 충격을 가하는 이온은 비활성 가스이온 또는 음극 물질과 동일한 이온임을 특징으로 하는 고 발광효율을 갖는 유기 EL 소자 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 이온은 가속 전압을 200∼1000 eV로 하고 도즈량을 1014∼1016Ion/cm3로 함을 특징으로 하는 고 발광효율을 갖는 유기 EL 소자 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 유기 발광층 표면에 가하는 이온은 플라즈마중에 포함된 이온임을 특징으로 하는 고 발광효율을 갖는 유기 EL 소자 제조방법.
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