KR100459123B1

KR100459123B1 - 유기 ｅｌ 소자

Info

Publication number: KR100459123B1
Application number: KR10-2001-0056430A
Authority: KR
Inventors: 김명섭
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2001-09-13
Filing date: 2001-09-13
Publication date: 2004-12-03
Also published as: KR20030023282A

Abstract

본 발명은 디스플레이 소자에 관한 것으로, 특히 고안정성(High Stability)과 수명이 향상된 유기 EL 소자에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명에 따른 유기 EL 소자는 기판과, 이 기판의 후면에 형성된 투명한 애노드 전극과, 이 애노드 전극 위에 형성된 유기 물질의 유기 발광층과, 상기 유기 발광층 위에 형성된 불투명한 음극용 전극을 포함하는 유기 EL 소자에 있어서, 상기 유기 발광층 위에 높은 녹는점과 낮은 확산성을 가지는 상기 음극용 전극 물질의 확산을 억제하기 위해 증착으로 형성된 방벽층을 포함하여 구성된다.

Description

유기 ＥＬ 소자{Organic Electro Luminescence Device}

본 발명은 디스플레이 소자에 관한 것으로, 특히 고안정성(High Stability)과 수명이 향상된 유기 EL 소자에 관한 것이다.

일반적으로 유기 EL 디스플레이는 전자 주입 전극(음극)과 정공 주입 전극(양극) 사이에 형성된 유기막에 전하를 주입하면 전자와 정공이 쌍을 이룬 후 소멸하면서 빛을 내는 소자로서 낮은 전압에서 구동이 가능하고, 또한 전력 소모가 적은 것이 특징이다.

도 1은 일반적인 유기 EL(electroluminescence) 소자의 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 투명 기판(10) 위에 양극(20) 물질을 입힌다. 양극(하부 전극)(20) 물질로는 흔히 ITO(indium tin oxide)가 쓰인다.

그 위에 정공 주입층(HIL : hole injecting layer)(30)을 입힌다. 정공 주입층(30)으로 주로 CuPc(copper phthalocyanine)를 10~30nm 두께로 입힌다. 상기 CuPc의 구조는 도 4에 도시되어 있다.

다음 정공 수송층(HTL : hole transport layer)(40)을 형성한다. 흔히 N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-(1-1'-biphenyl)-4,4'-diamine(TPD) 또는 4,4'-bis[N-(1-naphthy1)-N-pheny1-amino]bipheny(NPD)를 30~60nm 정도 증착하여 입힌다. 상기 TPD 및 NPD의 구조는 도 4에 도시되어 있다.

그 위에 유기 발광층(organic emitting layer)(50)을 형성한다. 이때 필요에 따라 불순물(dopant)을 첨가한다. 녹색 발광의 경우 흔히 유기 발광층(50)으로 Alq₃(tris(8-hydroxy-quinolate)aluminum)을 30~60nm 정도 증착하며 불순물로는 큐머린 6(coumarin 6) 또는 Qd(Quinacridone)를 많이 쓰고 레드 불순물로는 DCM, DCJT, DCJTB 등을 쓴다. 상기 Alq₃의 구조는 도 4에 도시되어 있다.

그 위에 전자 수송층(ETL : electron transport layer)(60) 및전자주입층(EIL : electron injecting layer)(70)을 연속적으로 형성하거나, 아니면 전자주입 수송층(60)을 형성한다. 녹색 발광의 경우 상기 유기 발광층(50)으로 이용되는 Alq₃가 좋은 전자수송 능력을 갖기 때문에 전자 주입/수송층을 쓰지 않는 경우도 많다.

그 위에 전자 주입층(EIL : electron injection layer)(70)으로 LiF 나 Li₂O를 5Å 정도 얇게 입히거나 또는 Li, CA, Mg, Sm 등 알카리 금속 또는 알카리토 금속을 200Å 이하로 입혀서 전자의 주입을 좋게 한다.

다음 음극(80)으로 Al을 1000Å 정도 입힌다.

이와 같은 유기 EL 소자의 제 2 전극으로 쓰이는 물질은 Al, Ag 등인데, 이러한 금속은 비교적 녹는점이 낮고 큰 확산성을 가지므로, 유기 EL 소자 내에 많은 전자의 흐름이 있게 되므로 구동 시 소자 내에 결점이 있게 되면, 이 결점 부분이 누설 전류의 소스가 되고 이것을 통해 많은 전류의 이동이 있게 된다.

이러한 과도한 전류의 흐름으로 인해 이 부분에 로컬 히팅(local heating)이 발생됨으로 인해 원자들이 서서히 제 1 전극쪽으로 이동하게 되면 결국은 제 1 전극하고 만나게 되어 애노드-캐소드 쇼트(short) 현상이 나타나는 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 방벽층(일렉트로마이그레이션-레지스턴트) 도입함으로써 안정성과 수명을 향상시키는 유기 EL 소자를 제공하기 위한 것이다.

도 1은 일반적인 유기 EL(electroluminescence) 소자의 단면도

도 2는 CuPc, TPD, Alq₃, NPD, 프탈로시아닌의 화학구조 단면도

도 3은 본 발명에 따른 유기 EL 소자를 나타낸 단면도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : 기판 200 : 양극

300 : 정공 주입층 400 : 정공 수송층

500 : 유기 발광층 600 : 전자 수송층

700 : 전자 주입층 800 : 방벽층

900 : 음극

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 따르면, 기판과, 이 기판의 후면에 형성된 투명한 애노드 전극과, 이 애노드 전극 위에 형성된 유기 물질의 유기 발광층과, 상기 유기 발광층 위에 형성된 불투명한 음극용 전극을 포함하는 유기 EL 소자에 있어서, 상기 유기 발광층 위에 높은 녹는점과 낮은 확산성을 가지는 상기 음극용 전극 물질의 확산을 억제하기 위해 증착으로 형성된 방벽층을 포함하여 구성된다.

바람직하게, 상기 방벽층의 물질은 Cr, Pd, Cu, W, Mo, Ti 중 하나이다.

그리고, 상기 방벽층의 증착은 방벽층 물질을 얇게 입히거나, 또는 방벽층 물질을 상기 캐소드 전극과 코-디포지션(co-deposition)하거나, 또는 물질의 위치에 따라 농도 구배(concentration gradient) 방법 중 어느 하나를 이용한다.

또한, 상기 방벽층을 형성할 때, 상기 캐소드 전극과의 코-디포지션 시, 상기 방벽층 물질의 비율은 0.1%~50% 까지 이다.

그리고, 상기 방벽층의 두께는 0.1nm~100nm 정도이다.

이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 유기 EL 소자를 나타낸 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 기판(100)위에 양극(200)인 애노드 물질을 100nm 정도 입힌다.

여기서, 상기 애도느 전극(200)으로 사용되는 물질은 모든 금속 물질 또는금속 도금 물질이며, Cr이나 Mo 등이 쓰이며, 일반적으로 캐소드 물질로 쓰이는 Ag나 Al 등이다.

이어서 상기 양극(200) 위에 정공 주입층(300)으로서 copper phthalocyanine(CuPc)를 25nm정도 입힌다.

그리고, 상기 정공 주입층(300) 위에 정공 수송층(400)으로 4,4'-bis[N-(1-naphthy1)-N-pheny1-amino]bipheny1(NPD)를 35nm 정도를 입힌다.

그 다음 녹색(Green)의 경우 발광층(500)을 만들기 위해 8-hydroxyquinoline aluminum(Alq3)에 Co6을 1%정도 도핑(doping)하여 25nm 정도 입힌다.

이어서 상기 발광층(500)에 8-hydroxyquinoline aluminum(Alq3)에 Co6을 1%정도 도핑(doping)하여 25nm 정도 입힌 후, 전자수송층(600)에 8-hydroxyquinoline aluminum(Alq3)을 35nm 정도 입힌다.

다음으로 전자 주입층(700)에 LiF를 0.5nm 정도 입힌다.

그리고, 상기 전자 주입층(700) 위에 방벽층인 일렉트로마이그레이션 레지스턴트 (electromigration-resistant) 계층(800)을 형성하고 그 위에 캐소드 전극(900)으로 Al 100nm을 입힌다.

여기서, 상기 일렉트로마이그레이션-레지스턴트 계층(800)에 사용되는 물질은 높은 녹는점을 가지며 낮은 확산성(diffusivity)을 가지는 것으로 Cr, Pd, Cu, W, Mo, Ti 등이다.

상기 일렉트로마이크레이션 레지스턴트 (electromigration-resistant) 계층(800)의 형성 방법은

첫 번째, 전자주입층(700)과 제 2 전극(900) 사이에 일렉트로마이그레이션-레지스턴트 물질을 입힌다.

이때 물질의 두께는 0.1nm~10nm에서 선택할 수 있다.

그리고 두 번째 방법은, 상기 전자 주입층(700) 위에 상기 캐소드 전극(900) 형성시, 일렉트로마이그레이션-레지스턴트 물질을 상기 캐소드(제 2) 전극(900)과 코-디포지션(co-deposition)한다. 이때 두 물질의 비율은 다음과 같이 한다.

일렉트로마이그레이션-레지스턴트 물질 : 제 2 전극 = x : y(x=1~1000, y=1) 또는 (x=1, y=1~1000)

총(total) 두께는 0.1nm ~ 100nm 사이로 한다.

또한 세 번째 방법은,

두 물질을 혼합할 때 두 물질이 위치에 따라 농도 구배(concentration gradient)를 같도록 할 수도 있다.

즉, 제 2전극(900)과의 접촉 계면에서 x=1, y=0

전자 수송층(700)과의 접촉 계면에서 x=0, y=1

그러면, 양계면 사이에서는 x, y의 값이 선형적으로 변화된다.

그리고, 총 두께는 0.1nm ~ 100nm 사이로 한다.

본 실험에서는 제 2 전극(900)으로 Al, 일렉트로마이크레이션-레지스턴트(800) 물질로 Pd를 사용하여 이 두 금속을 코-디포지션(co-deposition)하여 상기 일렉트로마이그레이션- 레지스턴트 계층(800)을 형성한다.

상기 제 2 전극(900)과의 코-디포지션시 상기 일렉트로마이그레이션-레지스턴트 물질의 비율은 0.1% ~ 50 % 까지 이다.

그리고, Al : Pd = 100 :1, 총 두께는 100nm 정도 이다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명은 캐소드 전극 물질이 확산하는 것을 억제함으로서 유기 EL 소자의 안정성을 크게 향상시키는 효과가 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정하는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해서 정해져야 한다.

Claims

기판과, 이 기판의 후면에 형성된 투명한 애노드 전극과, 이 애노드 전극 위에 형성된 유기 물질의 유기 발광층과, 상기 유기 발광층 위에 형성된 불투명한 음극용 전극을 포함하는 유기 EL 소자에 있어서,

상기 유기 발광층 위에 상기 높은 녹는점과 낮은 확산성을 가지는 음극용 전극 물질의 확산을 억제하기 위해 증착으로 형성된 방벽층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
제 1 항에 있어서,

상기 방벽층의 Cr, Pd, Cu, W, Mo, Ti 중 하나인 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
제 1항에 있어서,

상기 방벽층의 증착은 방벽층 물질을 얇게 입히거나, 또는 방벽층 물질을 상기 캐소드 전극과 코-디포지션(co-deposition)하거나, 또는 물질의 위치에 따라 농도 구배(concentration gradient) 방법 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자
제 3항에 있어서,

상기 방벽층을 형성할 때, 상기 캐소드 전극과의 코-디포지션 시, 상기 방벽층 물질의 비율은 0.1%~50% 까지 인 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
제 1항에 있어서,

상기 방벽층의 두께는 0.1nm~100nm 정도인 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.