KR100531293B1 - Organic Electroluminescence device and Fabrication method of the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기 전계 소자에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 유리와 같은 투명기판 상에 양극층을 형성하는 단계와, 상기 양극층 상부 전면적에 걸쳐 금속막을 형성하는 단계와, 상기 금속막 상부에 유기층을 형성하는 단계와, 상기 유기층 상부에 음극층을 형성하는 단계로 이루어지며, 특히 상기 금속막을 형성하는 단계는, 니켈, 크롬과 같은 전이 금속과, 금, 백금과 같은 일함수가 높은 금속을 진공 증착법을 이용하여 순차적, 혹은 동시에 증착하는 단계와, 상기 증착된 금속막을 산소 분위기에서 산화처리 하는 단계로 이루어지며, 이와 같은 방법으로 유기 전계 소자를 제작하면 공정이 간단하고, 안정적이면서도 효율이 좋은 유기 전계 소자를 제작하게 된다.The present invention relates to an organic field device. According to the present invention, forming an anode layer on a transparent substrate such as glass, forming a metal film over the entire surface of the anode layer, forming an organic layer on the metal film, and a cathode on the organic layer In particular, the forming of the metal film may include depositing a transition metal such as nickel and chromium, and a metal having a high work function such as gold and platinum, sequentially or simultaneously using a vacuum deposition method. Then, the deposited metal film is oxidized in an oxygen atmosphere, and when the organic field device is manufactured in this manner, the process is simple, and a stable and efficient organic field device is manufactured.
Description
본 발명은 유기 전계 발광 소자에 관한 것으로, 특히 유기 전계 발광 소자의 성능 향상을 위한 투명 전극에 관한 것이다.The present invention relates to an organic electroluminescent device, and more particularly to a transparent electrode for improving the performance of the organic electroluminescent device.
유기 전계 발광 소자(Organic Electroluminesence Display)는 평판 디스플레이의 한 종류로서 저전압 구동 및 박형, 자체 발광으로 인한 고인성(高認性) 및 넓은 시야각, 빠른 응답속도 등 타 디스플레이에 비하여 많은 장점을 가지고 있어, 현재 널리 사용되어지고 있는 액정 디스플레이의 결점을 보완, 해결할 수 있는 차세대 디스플레이로서 많은 관심을 받고 있으며, 전세계적으로 연구 개발이 활발하게 이루어지고 있는 분야이다.Organic electroluminescence display is a kind of flat panel display and has many advantages over other displays such as low voltage driving and thin type, high toughness and wide viewing angle due to self-luminous, fast response speed, It is receiving much attention as a next-generation display that can compensate and solve the shortcomings of the liquid crystal display which is widely used at present, and is a field where research and development is actively conducted worldwide.
도 1은 상기의 유기 전계 발광 소자의 구조 및 발광 메커니즘을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a structure and a light emitting mechanism of the organic electroluminescent device.
도 1과 같이, 상기 유기 전계 발광 소자의 구조는 크게 음극(cathode)(1), 유기층(6), 양극(anode)(5)으로 나누어지며, 상기 유기층은 전자수송층(2), 발광층(3), 정공수송층(4), 정공 주입층(미도시)으로 구성된다.As shown in FIG. 1, the structure of the organic EL device is largely divided into a cathode 1, an organic layer 6, and an anode 5, and the organic layer includes an electron transport layer 2 and an emission layer 3. ), A hole transport layer 4, and a hole injection layer (not shown).
상기와 같이 구성된 유기 전계 발광 소자의 발광 메커니즘은 다음과 같다.The light emitting mechanism of the organic EL device configured as described above is as follows.
유기 전계 발광 소자에 전계를 가하면 음극(1)에서는 전자(Electron)가, 양극(5)에서는 정공(Hole)이 주입되어, 유기물층(6)에서 재결합(Recombination)하는 경로를 통하여 발광한다.When an electric field is applied to the organic electroluminescent device, electrons are injected from the cathode 1 and holes are injected from the anode 5, and light is emitted through a recombination path in the organic material layer 6.
이를 상세히 설명하면 다음과 같다.This will be described in detail as follows.
상기 유기물층(6)에서는 정공을 잘 전달할 수 있도록 정공주입층(미도시) 및 정공 수송층(4)을 양극(5)쪽에 형성하고, 음극(1)쪽에는 전자수송층(2)을 형성하여 전자를 주입한다. 전자와 정공이 발광층(3)에서 만나면 재결합을 통하여 여기자(Excited State)를 형성하며, 여기자가 기저상태(Ground State)로 전이하면서 발광을 한다.In the organic layer 6, a hole injection layer (not shown) and a hole transport layer 4 are formed on the anode 5 side and the electron transport layer 2 is formed on the cathode 1 side so as to transfer holes well. Inject. When electrons and holes meet in the emission layer 3, they form an exciton through recombination and emit light while the exciton transitions to the ground state.
여기서, 상기 양극(5) 물질로는 일반적으로 전도도를 띈 투명전극으로 ITO(Indium Tin Oxide)를 사용한다. 상기 ITO의 사용목적은 정공의 유기막 내로의 원할한 전달에 있다. 그러나 상기 ITO를 사용할 경우 몇가지 문제점이 발생한다.In this case, ITO (Indium Tin Oxide) is generally used as the cathode 5 material as the transparent electrode having a conductivity. The purpose of the use of ITO is in the smooth transfer of holes into the organic film. However, some problems arise when using the ITO.
첫째, ITO는 일반적인 금속에 비하여 전도도가 낮다.First, ITO has lower conductivity than conventional metals.
ITO는 In 산화물에 Sn이 도핑이 된 형태로, 일반 금속에 비하여 저항이 크게 나타난다. 따라서, 소자의 패널 크기가 커질수록 소자구동에 제한을 주게 된다. 이 때문에 종래에는 이러한 ITO의 저항을 줄이기 위해 상기 ITO 에 금속(Mo, Ag, Al등)을 미세한 라인(line) 형식으로 패턴(pattern)하는 방법을 사용하였으나 빛의 투과도 저하, 불균일한 전도도, 공정의 어려움 등의 문제점이 있었다.ITO is doped with Sn in the form of In oxide, and exhibits greater resistance than general metals. Therefore, the larger the panel size of the device, the more limited the device driving. For this reason, in order to reduce the resistance of the ITO, a method of patterning a metal (Mo, Ag, Al, etc.) in a fine line form is used in the ITO, but the light transmittance decreases, non-uniform conductivity, process There were problems such as difficulty.
둘째, ITO의 일함수가 높아야 한다.Second, the work function of the ITO should be high.
ITO와 정공 수송층의 접합시 이종접합에 의한 에너지 장벽이 형성된다. 이러한 에너지 장벽은 정공수송시 저항으로 작용하게 되어 정공 수송에 장애요인이 되며, 이러한 저항에 의한 저항열 발생으로 소자의 열화를 일으킬 수 있다. At the junction of ITO and the hole transport layer, an energy barrier is formed by heterojunction. Such an energy barrier acts as a resistance during hole transport, and thus becomes an obstacle to hole transport, and may cause deterioration of a device due to resistance heat generated by such a resistance.
따라서, 종래에는 이러한 문제점을 해결하기 위해 ITO의 표면처리를 통하여 문제를 해결하고자 하였다. 상기 표면 처리의 방법으로 O₂plasma 또는 UVO(Ultra Violet Ozone)를 이용한 ITO의 표면에 O₂rich layer를 형성하여 일함수를 올리고자 하였으나, 상기 표면처리에 따른 공정의 복잡성 및 불안정성의 문제가 있었다.Therefore, conventionally, in order to solve this problem, the problem was solved through surface treatment of ITO. In the surface treatment method, an O₂rich layer was formed on the surface of ITO using O₂plasma or UVO (Ultra Violet Ozone) to raise the work function, but there was a problem of complexity and instability of the process according to the surface treatment.
따라서, 본 발명의 목적은 앞서 설명한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 유기 전계 소자의 양극용 ITO 기판 위에 전도도와 일함수를 높이기 위해 얇은 금속을 증착함으로써 상기 유기 전계 소자의 효율을 높이는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the problems of the prior art described above, by increasing the efficiency of the organic field device by depositing a thin metal to increase the conductivity and work function on the anode ITO substrate of the organic field device. There is.
본 발명의 다른 목적은 종래 ITO의 표면처리에 따른 공정의 복잡성을 줄여, 유기 전계 소자 제작 공정을 단순화, 안정화하는데 있다.Another object of the present invention is to reduce the complexity of the process according to the surface treatment of the conventional ITO, to simplify and stabilize the organic field device manufacturing process.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기 전계 소자는, 유리와 같은 투명기판 상에 양극층을 형성하는 단계와, 상기 양극층 상부 전면에 걸쳐 금속막을 형성하는 단계와, 상기 금속막 상부에 유기층을 형성하는 단계와, 상기 유기층 상부에 음극층을 형성하는 단계로 이루어짐을 특징으로 한다.The organic field device according to the present invention for achieving the above object, the step of forming an anode layer on a transparent substrate such as glass, forming a metal film over the entire upper surface of the anode layer, Forming an organic layer on the organic layer, and forming a cathode layer on the organic layer.
상기 금속막을 형성하는 단계는 상기 양극층 상부 전면에 걸쳐 전이 금속을 진공 증착법을 이용하여 증착하는 단계와, 상기 증착된 전이 금속 상부에 상기 양극층보다 일함수가 높은 금속을 진공 증착법을 이용하여 증착하는 단계와, 상기 증착된 금속막을 산소분위기에서 산화처리 하는 단계로 이루어짐을 특징으로 한다.The forming of the metal layer may include depositing a transition metal on the entire upper surface of the anode layer by using a vacuum deposition method, and depositing a metal having a higher work function than the anode layer on the deposited transition metal by using a vacuum deposition method. And oxidizing the deposited metal film in an oxygen atmosphere.
상기 금속막을 형성하는 단계는, 상기 양극층 상부 전면에 걸쳐 전이금속과, 상기 양극층보다 일함수가 높은 금속을 진공 증착법을 이용하여 동시에 증착하는 단계와, 상기 증착된 금속막을 산소분위기에서 산화처리 하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The forming of the metal film may include simultaneously depositing a transition metal and a metal having a higher work function than the anode layer by using a vacuum deposition method over the entire upper surface of the anode layer, and oxidizing the deposited metal film in an oxygen atmosphere. It is characterized by consisting of steps.
상기 전이 금속은 니켈 혹은 크롬 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.As the transition metal, it is preferable to use either nickel or chromium.
상기 양극층보다 일함수가 높은 금속은 금 혹은 백금 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.The metal having a higher work function than the anode layer is preferably one of gold or platinum.
상기 금속막의 두께는 10∼20nm의 범위내로 형성하는 것이 바람직하다.It is preferable to form the thickness of the said metal film in the range of 10-20 nm.
본 발명에 따른 유기 전계 소자는 기판과, 상기 기판 상부에 형성된 양극층과, 상기 양극층 상부 전면적에 걸쳐 형성된 금속막과, 상기 금속막 상부에 형성된 유기층과, 상기 유기층 상부에 형성된 음극층으로 구성됨을 특징으로 한다.The organic field device according to the present invention comprises a substrate, an anode layer formed on the substrate, a metal film formed over the entire surface of the anode layer, an organic layer formed on the metal film, and a cathode layer formed on the organic layer. It is characterized by.
상기 금속막은 산화막층과 전도층으로 구성됨을 특징으로 한다.The metal film is composed of an oxide film layer and a conductive layer.
상기 산화막층은 전이 금속이 산화된 것임을 특징으로 한다.The oxide layer is characterized in that the transition metal is oxidized.
상기 전이 금속으로 니켈 혹은 크롬 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.It is preferable to use either nickel or chromium as the transition metal.
상기 전도층은 상기 양극층보다 일함수가 높은 금속으로 구성됨을 특징으로 한다.The conductive layer is characterized by consisting of a metal having a higher work function than the anode layer.
상기 양극층보다 일함수가 높은 금속은 금 혹은 백금 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.The metal having a higher work function than the anode layer is preferably one of gold or platinum.
상기 금속막의 두께는 10∼20nm의 범위인 것이 바람직하다.It is preferable that the thickness of the said metal film is the range of 10-20 nm.
이하 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성 및 작용을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, a configuration and an operation according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 저분자 유기 전계 발광 소자의 단면을 나타낸 도면이다.2 is a cross-sectional view of a low molecular organic EL device according to the present invention.
유기 전계 발광 소자는 크게 고분자형과 저분자 형으로 나눌수 있는데 상기 고분자형은 유럽에서 사용하는 방식이므로 여기서는 다루지 않고, 우리나라 및 일본에서 많이 사용하는 저분자 유기 전계 발광 소자를 예로 들었다.The organic electroluminescent device can be largely divided into a polymer type and a low molecular type. Since the polymer type is a method used in Europe, it is not covered here, and a low molecular organic electroluminescent device used in Korea and Japan is given as an example.
도 2와 같이, 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자는 유리(glass)기판(8), 에노드(양극)(5), 금속막(9), 정공 주입층(7), 정공 수송층(4), 발광층(3), 전자 수송층(2), 케소드(음극)(1)으로 구분된다.As shown in FIG. 2, the organic EL device according to the present invention includes a glass substrate 8, an anode (anode) 5, a metal film 9, a hole injection layer 7, and a hole transport layer 4. , The light emitting layer 3, the electron transporting layer 2, and the cathode (cathode) 1.
상기와 같이 구성된 유기 전계 발광 소자의 증착 방식은 상기 유리 기판(8) 상부에 양극 전극으로 사용하는 ITO(5) 형성 후 전자빔(E-beam)을 사용하여 유기물을 순차적으로 증착하는 것이다. The deposition method of the organic EL device configured as described above is to sequentially deposit organic materials using an electron beam (E-beam) after the formation of ITO (5) used as an anode electrode on the glass substrate (8).
여기서 상기 유기물을 증착하기 전에 금속막(9)을 형성하는 것이 본 발명의 요지 부분으로, 상기 양극용 ITO 전극(5) 위에 바로 금속막(9)을 증착하고, 증착후 상기 금속막(9) 중 일부를 산화시켜 산화막을 형성하는 단계로 이루어진다.Here, forming the metal film 9 before depositing the organic material is a main part of the present invention. The metal film 9 is deposited directly on the anode ITO electrode 5, and after the deposition, the metal film 9 is deposited. Oxidizing a portion thereof to form an oxide film.
상기 유기 전계 소자의 양극용 ITO 전극(5) 위에 바로 금속을 증착하는 방식으로 금속막은 전도도와 일함수를 높이기 위한 금속 B(Au, Pt등의 높은 일함수를 갖는 금속 - 상기 ITO 전극(5)보다 높은 일함수를 갖는 것이 바람직하다)와, 증착후 산화에 의한 투명 전극 형성을 위한 금속 A(Ni, Cr등 전이금속)로 이루어진다.The metal film is formed by directly depositing a metal on the anode ITO electrode 5 of the organic field device. The metal film has a high work function such as metal B (Au, Pt, etc.) to increase conductivity and work function-the ITO electrode 5. It is preferable to have a higher work function) and metal A (transition metal such as Ni, Cr) for forming a transparent electrode by oxidation after deposition.
상기의 금속 B와 금속 A의 증착 방식으로 진공 증착법(e-beam 혹은 sputter법)을 사용하며, 증착 순서에 따라 순차적 증착법과 동시 증착법(co-evaporation)이 있다.Vacuum deposition (e-beam or sputter) is used as the deposition method of the metal B and the metal A, and there are sequential deposition and co-evaporation according to the deposition order.
도 3은 본 발명에 따른 양극용 ITO 전극 위에 순차적 증착법 혹은 동시 증착법에 따라 금속막을 형성한 모습을 나타낸 도면이다.3 is a view showing a metal film formed on the ITO electrode for a positive electrode according to the present invention by a sequential deposition method or a simultaneous deposition method.
도 3의 (a)는 본 발명에 따른 금속막의 순차적 증착법에 따라 증착된 모습을 나타낸 도면이다. Figure 3 (a) is a view showing a state deposited by the sequential deposition method of a metal film according to the present invention.
도 3의 (a)와 같이, 양극용 ITO 전극(5) 위에 산화에 의한 투명 전극 형성을 위한 금속 A(Ni, Cr등의 전이 금속)(10)를 상기 양극용 ITO 전극(5) 전면적에 걸쳐 진공 증착법을 이용하여 먼저 증착하고, 그 위에 순차적으로 전도도와 일함수를 높이기 위한 금속 B(Au, Pt등의 높은 일함수를 갖는 금속)(11)를 마찬가지로 진공 증착법을 이용하여 증착하게 된다.As shown in FIG. 3A, a metal A (transition metal such as Ni and Cr) 10 for forming a transparent electrode by oxidation on the anode ITO electrode 5 is placed on the entire surface of the anode ITO electrode 5. It is first deposited using a vacuum deposition method, and then a metal B (metal having a high work function such as Au, Pt, etc.) 11 for increasing conductivity and work function is sequentially deposited thereon using the vacuum deposition method as well.
상기와 같이 증착하게 되면, 양극용 ITO 전극(5) 상부에 금속 A층(10), 그 상부에 금속 B층(11)으로 이루어진다.When the deposition is carried out as described above, the metal A layer 10 is formed on the anode ITO electrode 5 and the metal B layer 11 is formed thereon.
도 3의 (b)는 본 발명에 따른 금속막의 동시 증착법에 따라 증착된 모습을 나타낸 도면이다.Figure 3 (b) is a view showing a state deposited by the simultaneous deposition method of a metal film according to the present invention.
도 3의 (b)와 같이, 양극용 ITO 전극 위에 투명 전극 형성을 위한 금속 A(10)와 전도도와 일함수를 높이기 위한 금속 B(11)를 진공 증착법을 이용하여 동시에 증착한다.As shown in FIG. 3B, the metal A 10 for forming the transparent electrode and the metal B 11 for increasing the conductivity and work function are simultaneously deposited on the ITO electrode for the anode by using a vacuum deposition method.
상기와 같이 증착하면, 양극용 ITO 전극(5) 상부에 금속 A(10)와 금속 B(11)가 같은 층에 존재하게 된다.In the deposition as described above, the metal A 10 and the metal B 11 are present in the same layer on the ITO electrode 5 for the anode.
이와 같이, 순차적 증착법 또는 동시 증착법으로 증착한 후에 산소 분위기에서 산화를 시켜준다. As such, after the deposition by the sequential deposition method or the simultaneous deposition method is oxidized in an oxygen atmosphere.
상기 산소 분위기에서 증착된 금속 A와 금속 B를 산화 시켜주면 산화되기 쉬운 금속 A가 금속 B의 표면에서 산화되어, 상기 금속 A가 ITO 전극 위에 투명한 막처럼 형성된다.When the metal A and the metal B deposited in the oxygen atmosphere are oxidized, the metal A which is easily oxidized is oxidized on the surface of the metal B, so that the metal A is formed like a transparent film on the ITO electrode.
상기 금속막의 두께는 10∼20nm로 얇게 형성함으로써 빛의 투과도를 높이게 된다.The metal film has a thickness of 10 to 20 nm to increase the transmittance of light.
상기와 같이 형성된 금속막 위에 바로(별도의 O₂plasma 혹은 UVO처리와 같은 표면처리 공정없이) 유기층 및 케소드(음극)를 형성함으로써 유기 전계 소자를 제조하게 된다.An organic field device is manufactured by forming an organic layer and a cathode (cathode) directly on the metal film formed as described above (without a surface treatment process such as a separate O 2 plasma or UVO treatment).
이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 유기 전계 소자의 ITO 전극 위에 투명 전극을 형성하는 것은 다음과 같은 효과가 있다.As described above, forming the transparent electrode on the ITO electrode of the organic field device according to the present invention has the following effects.
첫째, ITO에 얇은 금속막(10∼20nm)층을 형성함으로써, 전도도 및 빛의 투과율이 향상되며, 종래의 전도도 향상을 위하여 사용되던 금속 패터닝(patterning) 방법에 의한 전도도의 불균일성을 줄이는 효과가 있다.First, by forming a thin metal film (10-20 nm) layer on the ITO, the conductivity and light transmittance are improved, there is an effect of reducing the non-uniformity of the conductivity by the metal patterning method used to improve the conventional conductivity. .
둘째, ITO에 산화 금속막과 높은 일함수를 갖는 금속이 증착됨으로써 유기막과 이종접합시 발생하는 에너지 장벽을 줄여, 정공의 이동을 원할히 하여 양극과 유기막과의 저항을 줄이는 효과가 있다.Second, by depositing a metal oxide film and a metal having a high work function on the ITO, it reduces the energy barrier generated during heterojunction with the organic film, smooth the movement of holes to reduce the resistance between the anode and the organic film.
셋째, 종래 사용하던 O₂plasma 또는 UVO 처리 하지 않고 ITO 기판위에 투명전극을 추가함으로써 ITO 표면처리에 따른 공정의 복잡성을 줄이며, 투명 전극이 형성된 ITO 기판에 유기막을 바로 증착함으로써 공정을 단순화, 안정화하는 효과가 있다.Third, by adding a transparent electrode on the ITO substrate without O2plasma or UVO treatment, the complexity of the process according to the ITO surface treatment is reduced, and the effect of simplifying and stabilizing the process by directly depositing an organic film on the ITO substrate on which the transparent electrode is formed have.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정하는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해서 정해져야 한다.Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the examples, but should be defined by the claims.
도 1은 일반적인 유기 전계 발광 소자의 구조 및 발광 메카니즘을 나타낸 도면1 is a view showing a structure and a light emitting mechanism of a general organic electroluminescent device
도 2는 본 발명에 따른 저분자 유기 전계 발광 소자의 단면을 나타낸 도면2 is a cross-sectional view of a low molecular organic electroluminescent device according to the present invention.
도 3의 (a)는 본 발명에 따른 ITO 전극 위에 금속막을 증착하는 방법 중 순차적 증착법에 따라 증착된 모습을 나타낸 도면Figure 3 (a) is a view showing a state deposited by the sequential deposition method of the metal film deposition method on the ITO electrode according to the present invention
도 3의 (b)는 본 발명에 따른 ITO 전극 위에 금속막을 증착하는 방법 중 동시 증착법에 따라 증착된 모습을 나타낸 도면Figure 3 (b) is a view showing a state deposited by the simultaneous deposition method of the method of depositing a metal film on the ITO electrode according to the present invention
- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 --Explanation of symbols for the main parts of the drawing-
1 : 케소드(음극) 2 : 전자수송층1 cathode (cathode) 2 electron transport layer
3 : 발광층 4 : 정공수송층3: light emitting layer 4: hole transport layer
5 : 에노드(양극) 6 : 유기물층5: anode (anode) 6: organic layer
7 : 정공주입층 8 : 유리판7: hole injection layer 8: glass plate
9 : 금속막 10 : 금속 A 9: metal film 10: metal A
11 : 금속 B11: metal B
Claims (13)
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