KR100609821B1 - 유기 전계 발광 소자 및 이를 구비하는 유기 전계 발광디스플레이 장치 - Google Patents

유기 전계 발광 소자 및 이를 구비하는 유기 전계 발광디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기 전계 발광 소자 및 이를 구비하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
본 발명의 목적은, 종래 기술에 따른 유기 전계 발광 소자에 비하여 고효율 및 장시간의 내구 연한을 구비하는 유기 전계 발광 소자 및 이를 구비하는 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
폴리실록산 및/또는 플루오르화 하이드로카본으로 구성되는 연속적인 애노드 보호층(6)이, 애노드(2) 및 정공 주입층/정공 수송층(3) 사이에 배치되는 방식에 의해, 유기 전계 발광 소자, 바람직하게는 고분자에 기초한 유기 전계 발광 소자의 내구 연한이 상당히 증가될 수 있다.

Description

유기 전계 발광 소자 및 이를 구비하는 유기 전계 발광 디스플레이 장치{Electroluminescence device and an organic electroluminescence display}
도 1은 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자의 대략적인 단면도,
도 2는 폴리실록산에 기초한 애노드 보호층의 형성을 위한 반응 개략도,
도 3은 폴리실록산에 의하여 형성된 다중 애노드 보호층의 개략도,
도 4a는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 유기 전계 발광 디스플레이 장치의 개략적인 사시도,
도 4b는 도 4a의 선 Ⅰ-Ⅰ을 따라 취한 단면도,
도 4c는 도 4b의 도면 부호 "A"에 대한 부분 확대도,
도 4d는 도 4c의 도면 부호 "B"에 대한 부분 확대도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>
1,110...기판 2,190...애노드/인듐 틴 옥사이드
3,193b...정공 수송층 4,193c...발광 고분자
5,194...캐소드 6,191...애노드 보호층
본 발명은 유기 전계 발광 소자 및 이에 기초한 디스플레이에 관한 것이다.
전계 발광(electroluminescence)은 유기 전계 발광 소자(유기 발광 소자:organic light emitting)의 기초를 이루는 기본 원리이다. 여기서, 전자 및 정공은 적절한 접촉을 통하여 반도체 재료로 주입된다. 재결합시, 전자 및 정공이 서로 접촉하게 되고, 그 결과, 예를 들어 폴리플루오렌(polyfluorenes) 재료 류로부터 기인하는, 발광과 동시에 기저 상태로 복귀하는 여기된 분자를 제외하고는 전기적으로 중성을 나타낸다. 유기 발광 재료로 알려진 다양한 유기 화합물들은 저분자 유기 화합물(SM-OLED) 및 고분자 유기 화합물(pLED)로 분류될 수 있다.
유기 전계 발광 소자는 효율적인 작동을 위하여, 전자-수송(electrons-conducting), 정공-수송(hole-conducting) 및 발광(light emission) 등과 같은 다양한 특성을 구비하여야 한다. 이 경우, 유기 전계 발광 소자의 효율은 주입되는 전하 캐리어 당 발광되는 빛의 비율로 정의된다. 유기 전계 발광 소자에 채택되는 대부분의 재료들은 상기 예로서 언급된 특성들(전자-수송, 정공-수송 및 발광) 중의 어느 한 특성만을 만족스러운 레벨로 수행하기 때문에, 효율을 개선하기 위하여, 상이한 층들로 서로 결합되는 다층 구조 요소를 사용하는 것이 알려져 있다.
예를 들어, Heitecker 등은 Applied Physics Letters vol. 82 No 23 (2003-06-09) pp 4178에서, 저분자(SM-OLED)) 화합물 및 고분자(pLED)에 대하여 정공 수송 재료 또는 정공 수송 층(hole transport layer;HTL)으로 폴리(에틸렌 디옥시-티오펜)-폴리스티렌 술폰산(PDOT:PSS, poly (ethylene dioxy-thiophene) - polystyrene sulfone acid)을 사용하는 것을 기술하였다. 정공 수송층의 기능은, 양의 전하(정공)를 원활하게 주입시키는 것 뿐만 아니라, 애노드를 평활화(smoothening)시키는 것인데, 애노드는 주로 인듐 틴 옥사이드(ITO)로 구성되고, 스핀 코팅, 잉크젯 프린팅 또는 다른 기법 등을 통하여 그 표면에 정공 수송층이 증착된다. 유기 전계 발광 소자에 정공 수송층을 사용함으로써, 주입되는 전하 캐리어 당 발광비를 의미하는 유기 전계 발광 소자 효율을 상당히 증가시킬 수 있는데, 증가된 구조 요소 효율로 인하여 유기 전계 발광 소자(OLED 구조 요소) 및/또는 유기 전계 발광 디스플레이 장치의 소비 전력은 작은 값을 가지게 된다.
유기 전계 발광 소자에 정공 수송층을 사용하는 것은, 유기 전계 발광 소자의 효율을 증가시키지만, 정공 수송층은 유기 전계 발광 소자의 내구 연한에는 부정적인 영향을 미친다. 예를 들어, Lin Ke 등(Mat.Res.Symp. Proc Vol 710 (2002) pp239)에 의해, (고분자) 발광 재료(pLEP)의 오염 물질로서의 인듐(Ⅲ)은, 전자 정공 커플의 원하는 방사 재결합(전계 발광)에 비하여 전자 정공 커플의 비-방사 재결합을 증대시킨다는 점이 공지되었다. 애노드 재료인 ITO는 이와 같은 오염원으로서 기술된다. 이 경우, 화학적으로 산성인 정공 수송층은, 애노드(ITO)와 화학적 작용을 유도하는데, 이러한 화학적 작용에 의하여 원치 않는 방식으로 인듐(Ⅲ족)이 발광층 재료로 방출, 확산 및/또는 이동한다.
Chua 등으로부터, ITO/파릴렌(parylene)/PDOT:PSS/Ph-PPV/parylene/CA/Al 등과 같은 구조는 공지되어 있다. 여기서, 파릴렌 층은 애노드(ITO)와 정공 수송층(PDOT:PSS) 사이에 배치된다. 파릴렌의 기능은 애노드 뿐만 아니라 발광층(Ph-PPV)을 평활화시키는 것인데, 여기서, 증가된 전류 수송을 갖는 영역을 의미하는 소위 "핫 스폿(hot spots)"의 형성은 감소되어야 한다.
더욱이, US 4,954,528호에는 유기 전계 발광 소자의 정공 수송층과 애노드(ITO) 사이에 실리콘 카바이드 층(silicon carbide layer)을 사용하는 것이 공지되어 있고, US 5,643,658호에는 (애노드와 정공 수송층 사이에) 실리콘 옥사이드 층을 배치하는 것이 공지되어 있으며, (애노드와 정공 수송층 사이에) 탄탈륨 옥사이드 층을 배치하는 것은 US 5,476,725호에 공지되어 있다.
US 2003/0025445 A1(삼성 SDI)에는 화학식 R1R2MR3R4의 금속 유기 화합물을 사용하는 것이 기술되어 있는데, 여기서 M은 Si, Sn, Al, Ti, Pt, Sc, Y, Sr 등을 의미하고, R1-4는 실리콘 유기 화합물을 의미한다. 금속 유기 화합물은 ITO애노드와 유기 정공 수송층(HTL) 사이에 증착되거나 또는 정공 수송층(HTL)과 발광층 사이에 증착된다. 하지만, 이러한 중간층(intermediate layer)은 애노드 층(ITO) 상에 정공 수송층의 산성 공격을 효과적으로 방지하기 위한 적절한 밀봉 완결성(integrity)과, 적절한 기계적 안정성을 구비하지 못하여, 정공 수송층을 구비하는 유기 전계 발광 소자의 내구연한을 증대시키는 것이 불가능하다.
WO 02/093662 A2(Opsis Ltd.)에는 ITO 상에 유전체 중간층을 생성하기 위하여 OLED에 대한 유기실란(organosilane) 박막을 사용하는 것이 기술되어 있다. 이를 위하여, 먼저 ITO 표면은 액체 또는 증기 유기실란 부착 프로모터(organosilane adhesion promoter)와 접촉하게 된다. 그런 후, 이와 같은 방식으로 처리된 기판은, 예를 들어 산소 플라즈마 처리 또는 산소 라디칼을 함유하는 가스 방전 등에 의해 산화 처리된다. 이와 같은 산화 처리에 의해, 얇은 균질 층 형태의 유전체가 생성된다. 이러한 유전체는 ITO로부터 OLED로의 전하 주입을 개선시키고, 유기 전계 발광 소자 효율의 증진을 유도한다. 하지만, 유기 전계 발광 소자의 내구 연한의 증대, 특히 애노드 층(ITO) 상 정공 수송층의 산성 침습(acidic attack)을 방지하는 것은 불가능하다.
효율을 증가시키기 위하여 정공 수송층을 도모하는, 상기한 모든 유기 전계 발광 소자에서의 단점은, 내구 연한이 비교적 짧다는 점이다.
본 발명의 목적은 효율을 증가시키기 위한 정공 수송층을 사용함에도 불구하고, 종래 기술에 따른 구조 요소보다 긴 내구 연한을 갖는 유기 전계 발광 소자 및 이를 구비하는 디스플레이 장치를 제공하는 것이다. 또한, 유기 전계 발광 소자의 광학 특성을 저해하지 않는 유기 전계 발광 소자 및 이를 구비하는 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 해결하기 위하여, 본 발명의 일면에 따르면,
기판;
상기 기판 상부에 배치되는 애노드;
상기 애노드 일면 상에 배치되는 애노드 보호층;
상기 애노드 보호층 상에 배치되는 정공 주입층 및 정공 수송층 중의 적어도 하나의 정공 보조층;
상기 정공 보조층 상에 배치되는 유기 발광층; 및
적어도 상기 유기 발광층 상부에 배치되되, 하나 이상의 층을 구비하는 캐소드;를 포함하고,
상기 애노드 보호층은 플루오르화 폴리실록산, 플루오르화 하이드로카본, 및 이들의 유도체 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자를 제공한다.
상기 본 발명의 유기 전계 발광 소자에 따르면, 상기 애노드 보호층은 플루오르화 폴리실록산을 포함하고, 상기 폴리실록산은 공유 결합 방식으로 얽힐 수도 있다.
상기 본 발명의 유기 전계 발광 소자에 따르면, 상기 애노드 보호층은 플루오르화 하이드로카본을 포함하고, 상기 플루오르화 하이드로카본은 폴리테트라 플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene)일 수도 있다.
상기 본 발명의 유기 전계 발광 소자에 따르면, 상기 애노드 보호층은 플루오르화 폴리실록산을 포함하고, 상기 폴리실록산은 헵타데카플루오로-1,1,2,2-테트라하이드로데실-디메틸-클로로 실란(heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl- dimethyl-choloro silane)으로 제조될 수도 있다.
상기 본 발명의 유기 전계 발광 소자에 따르면, 상기 애노드 보호층은 플루오르화 폴리실록산을 포함하고, 상기 애노드 보호층은 수 개의 연속적인 폴리실록산 층들로 구성될 수도 있다.
상기 본 발명의 유기 전계 발광 소자에 따르면, 상기 애노드 보호층은 0.1㎚ 내지 50㎚의 층 두께를 구비할 수도 있다.
상기 본 발명의 유기 전계 발광 소자에 따르면, 상기 정공 수송층은 폴리아닐린(polyaniline, PANI) 또는 폴리(에틸렌 디옥시-티오펜)-폴리스티렌 술폰산(poly(ethylene dioxy-thiophene)-polystyrene sufone acide; PDOT:PSS)으로 구성될 수도 있다.
상기 본 발명의 유기 전계 발광 소자에 따르면, 상기 정공 수송층의 두께는 30㎚ 내지 150㎚ 사이일 수도 있다.
상기 본 발명의 유기 전계 발광 소자에 따르면, 상기 애노드는 인듐 틴 옥사이드(ITO)로 구성될 수도 있다.
상기 본 발명의 유기 전계 발광 소자에 따르면, 상기 유기 발광층은 폴리(페닐렌비닐렌)(poly(phenylenvinylenes)) 및 폴리플루오렌(polyfluorenes) 재료 류 중으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수도 있다.
상기 본 발명의 유기 전계 발광 소자에 따르면, 상기 유기 발광층의 두께는 50㎚ 내지 120㎚ 사이일 수도 있다.
상기 본 발명의 유기 전계 발광 소자에 따르면, 상기 캐소드는 칼슘으로 구성되는 제 1 캐소드 층과, 상기 제 1 캐소드 상부에 배치되며, 알루미늄으로 구성되는 제 2 캐소드 층을 포함할 수도 있다.
상기 본 발명의 유기 전계 발광 소자에 따르면, 상기 제 1 캐소드 층의 두께는 10㎚이고, 상기 제 2 캐소드 층의 두께는 500㎚일 수도 있다.
상기 본 발명의 유기 전계 발광 소자에 따르면, 상기 유기 발광층과 상기 캐 소드 사이에는 알칼리 플루오라이드 및 알칼리 토 플루오라이드 중의 하나 이상을 포함하는 층을 더 구비할 수도 있다.
상기 본 발명의 유기 전계 발광 소자에 따르면, 상기 알칼리 플루오라이드 및 알칼리 토 플루오라이드 중의 하나 이상을 포함하는 층은 적어도 부분적으로 캐소드를 형성할 수도 있다.
상기 본 발명의 유기 전계 발광 소자에 따르면, 상기 알칼리 플루오라이드는 리튬 플루오라이드일 수도 있다.
상기 본 발명의 유기 전계 발광 소자에 따르면, 상기 기판과 밀봉되는 밀봉 부재를 더 구비할 수도 있다.
본 발명의 다른 일면에 따르면, 상기한 유기 전계 발광 소자 중 어느 하나에 따른 전계 발광 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 디스플레이 장치를 제공할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 기판, 상기 기판의 일면 상에 형성된 디스플레이 영역; 적어도 상기 디스플레이 영역을 밀봉시키는 밀봉 부재를 포함하고,
상기 디스플레이 영역에는 하나 이상의 화소가 구비되되, 상기 화소는:
애노드;
상기 애노드 일면 상에 배치되는 애노드 보호층;
상기 애노드 보호층 상에 배치되는 정공 주입층 및 정공 수송층 중의 적어도 하나의 정공 보조층;
상기 정공 보조층 상에 배치되는 유기 발광층; 및
적어도 상기 유기 발광층 상부에 배치되되, 하나 이상의 층을 구비하는 캐소드;를 포함하고,
상기 애노드 보호층은 플루오르화 폴리실록산, 플루오르화 하이드로카본, 및 이들의 유도체 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 디스플레이 장치를 제공할 수도 있다.
상기 본 발명의 유기 전계 발광 디스플레이 장치에 따르면, 상기 애노드 보호층은 플루오르화 폴리실록산을 포함하고, 상기 폴리실록산은 공유 결합 방식으로 얽힐 수도 있다.
상기 본 발명의 유기 전계 발광 디스플레이 장치에 따르면, 상기 애노드 보호층은 플루오르화 하이드로카본을 포함하고, 상기 플루오르화 하이드로카본은 폴리테트라 플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene)일 수도 있다.
상기 본 발명의 유기 전계 발광 디스플레이 장치에 따르면, 상기 애노드 보호층은 플루오르화 폴리실록산을 포함하고, 상기 폴리실록산은 헵타데카플루오로-1,1,2,2-테트라하이드로데실-디메틸-클로로 실란(heptadecafluoro-1,1,2,2- tetrahydrodecyl-dimethyl-choloro silane)으로 제조될 수도 있다.
상기 본 발명의 유기 전계 발광 디스플레이 장치에 따르면, 상기 애노드 보호층은 플루오르화 폴리실록산을 포함하고, 상기 애노드 보호층은 수 개의 연속적인 폴리실록산 층들로 구성될 수도 있다.
상세하게는, 플루오르화 폴리실록산 및/또는 플루오르화 하이드로카본 및/또는 이들의 유도체로 구성되는 연속적인 애노드 보호층이, 유기 전계 발광 소자의 애노드와 정공 수송층 사이에 또는 애노드와 정공 주입층 사이에 배치되어, 유기 전계 발광 소자의 내구 연한이 상당히 증대될 수 있다. 본 발명에 따른 애노드 보호층은, 정공 수송층에 배치되는 자유 프로톤(proton)과 애노드 재료와의 반응에 주로 기인하는, 애노드 재료 상의 정공 수송층의 산성 침습을 방지한다. 하지만, 본 발명에 따른 애노드 보호층은 어떠한 환경 하에서도 유기 전계 발광 소자의 광학적 및 전기적 특성에 부정적인 영향을 미치지 않아야 하기 때문에, 100% 보호는 거의 실현되기 어렵다. 이러한 이유로, 본 발명에 따른 애노드 보호층은, 정공 수송층의 자유 프로톤과 애노드 재료의 작용으로부터 발생하는 금속 카티온이, 예컨대 인듐(III족)이 발광층으로 이동하는 것처럼, 외측으로 확산 및/또는 이동하는 것을 방지한다.
플루오르화 하이드로카본 뿐만 아니라 플루오르화 폴리실록산은 소수성 효과(hydrophobic effect)를 갖는다. 이로 인하여, 특히 (정공 수송층으로부터) 애노드 재료(ITO)로의 자유 프로톤 수송이 상당히 억제된다. 또 다른 장점은, 상기한 재료의 소수성 효과가 유기 전계 발광 소자의 광학적 및 전기적 특성에 어떠한 영향을 미치지 않고, 아주 얇은 층을 통하여 달성될 수 있다는 점이다.
폴리 실록산 및/또는 폴리 실록산 층은 공유 결합 방식으로 얽혀 배치된다. 이러한 방식으로, 애노드에 대한 폴리실록산층의 강한 부착이 달성된다. 또 다른 장점은 횡적 얽힘(獨: Quervernetzung, 英: transverse interlacing)에 기초하여, 프로톤 뿐만 아니라 금속 카티온에 대한 콤팩트한 확산 배리어가 실현될 수 있다는 점이다. 이의 결과로 인하여, 애노드 상에서의 HTL의 산성 침습 뿐만 아니라 금속 카티온의 발광 재료로의 확산/이동이 감소될 수 있다.
바람직한 실시예의 변형에 있어, 플루오르화 하이드로카본 폴리테트라 플루오로에틸렌(fluorinated hydrocarbon polytetra fluoroethylene) 및 폴리실록산(polysiloxane)은 헵타데카플루오로-1,1,2,2-테트라하이드로드실디메틸클로로 실란(heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyldimethylchloro silane)으로부터 제조된다. 특히 바람직한 실시예의 변형에 있어, 애노드 보호층은 서로 상부에 배치되는 수 개의 폴리실록산 연속 층으로 구성된다. 애노드 보호층에 대하여 적용되는 재료는, 애노드 층 상에 연속적이고 폐쇄적인 층을 형성한다. 이러한 층은 열 증착 또는 화학 기상 증착(CVD)으로 기체 상으로부터 증착을 통하여, 폴리테트라 플루오로에틸렌(polytetra fluorethylene)에 대하여 획득될 수 있다. 폴리실록산의 경우, 이러한 층은 (폴리)실록산과 애노드 표면과의 반응에 의하여 뿐만 아니라 이들 실록산 들 서로의 반응(중합)에 의하여 구현될 수 있다. 애노드 층에 폴리실록산이 강력하게 부착되는 것은 실록산의 서로에 대한 공유 결합에 의하여 달성되어, 폴리실록산은 금속 카티온에 대하여 콤팩트한 확산 배리어를 형성한다.
더욱이, 애노드 보호층 제조용으로 실록산들을 사용하는 것은, 이러한 층이 습식 화학 조건에서 증착된다는 장점을 구비하며, 이로 인하여 비용적인 측면에서도 저렴하다는 장점을 갖는다. 애노드 보호층은 0.1㎚ 내지 50㎚ 사이의 두께를 구비하는 것이 바람직하다. 정공 수송층은 폴리아닐린(polyaniline) 또는 폴리(에틸렌 디옥시-티오펜)-폴리스티렌 술폰산(poly(ethylene dioxy-thiophene)-polystyrene sulfone acid; PDOT:PSS)으로 제조되는 것이 바람직하다. 애노드 층 은 인듐 틴 옥사이드로 구성되는 것이 바람직하다.
애노드 층 상의 정공 수송층의 산성 침습에 의한 금속 카티온의 형성을 감소시킬 뿐만 아니라, 예를 들어 발생 가능한 폴리플루오렌(polyfluorene) 또는 폴리(페닐렌 비닐렌)(poly(phenylene vinylene)의 재료 류로부터 고분자 재료로의 금속 카티온 외측 확산을 방지하는 결과, 이와 같은 고분자 유기 발광 재료의 내구 연한이 상당히 증대되는데, 본 발명에 따른 애노드 보호층을 구비하지 않는 구조 요소와 비교하여 약 30%까지 증대될 수 있다.
애노드 보호층은, 폴리실록산 층용 습식 화학 증착 또는 테프론 층(폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene)용 기상 증착을 포함하는, 기술적으로 복잡하지 않은 공정에 의하여 형성되기 때문에, 애노드 보호층의 제조 공정은 OLED 제조 기법과 용이하게 병합될 수 있다. 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluorethylene) 또는 플루오르화 폴리실록산(fluorinated polysiloxane)으로부터 제조되는, 본 발명에 따른 애노드 보호층은 실록산(siloxanes) 및/또는 테트라플루오로에틸렌(tetrafluorethylene)의 공유 얽힘(covalent interlacing)으로 인하여, 정공 수송층과 애노드 사이에 배치되는 공지된 층과 비교하여, 프로톤에 대하여 뿐만 아니라 금속 카티온에 대하여도 강한 확산 배리어를 나타내어, 최종 금속 카티온의 외측으로의 확산 뿐만 아니라 애노드 층 상의 정공 수송층의 산성 침습을 효과적으로 방지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 장점으로는, 애노드 보호층이 매우 작은 층 두께로 방수 기능을 한다는 점이다. 결과적으로, 전계 발광의 전기 효율 또는 색상 포화와 같은 다른 구조 요소 특성에 대한 영향은 매우 작은 수준으로 유지될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자의 개략적인 단면도를 도시한다. 애노드(2)는 글라스 기판(1)의 일면 상에 배치된다. 플루오르화 하이드로카본(fluorinated hydrocarbon) 및/또는 플루오르화 폴리실록산(fluorinated polysiloxane)으로 구성된, 본 발명에 따른 애노드 보호층(6)은 애노드(2) 상에 배치된다. 정공의 주입 내지 수송을 유리하게 하는 정공 보조층으로서의 정공 수송층(3)은 애노드 보호층(6) 상부에 배치된다. 경우에 따라서는 정공 수송층과 애노드 보호층 사이에 정공 주입층이 더 개재될 수도 있다. 정공 수송층(3)의 일면 상에는 발광 고분자 층(4)이 배치되는데, 발광 고분자 층의 일면 상에는 다중 캐소드(5)가 배치된다.
도 1에 도시된, 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자의 제조 공정은 실시예를 통하여 보다 상세하게 기술된다.
기판(1)으로서는, 보로 실리케이트 글라스(boro silicate glass)가 사용되는데, 이는 인듐 틴 옥사이드(ITO)로 구성되는 애노드(2)가 180㎚로 코팅된다. 2㎟의 발광 표면을 갖는 유기 전계 발광 소자를 형성하기 위하여, 애노드(2)는 기판(1)의 중앙에 2㎜ 폭의 ITO 스트립이 배치되는 방식으로 구조화된다. 기판(1)은 이소프로판올(isopropanol)의 초음파 배쓰에서 5분 동안 세정되고, 그런 후 질소 유동 하에서 건조되는데, 10분 동안의 UV/오존 처리된다.
다음 단계에서, 폴리실록산 층(애노드 보호층(6))이 형성된다. 이를 위하여, 96% 에탄올(Carl Roth GmbH)에서 5분 동안의 교반 공정을 통하여, 헵타데카플루오로-1,1,2,2-테트라하이드로데실-디메틸-클로로 실란(heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl-dimethy-chloro silane)(Gelest, Inc)의 10% 용액(중량에 따름)이 제조된다. 일면 상에 애노드(2)가 배치된 기판(1)이 상기 용액에 침수되고, 5분 동안 유지되어 교반된다. 그런 후, 기판을 공기 중에 건조시킨 다음, 이와 같은 방식으로 처리된 기판(애노드(2)와 애노드 보호층(6)을 구비하는 기판(1))을 가열 플레이트 상에서 160°로 30분 동안 건조시킨다.
애노드 보호층(6)으로서 폴리실록산 층을 증착하는 것에 대한 대안으로서, 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluorethylene) 층을 증착시킬 수도 있다. 이를 위하여, 기판(일면 상에 애노드(2)가 구비된 기판(1))이 마이크로웨이브 플라즈마 플랜트로 투입된다. 압력이 200㎩인 챔버에 200㎖/min 유량의 C3F8 기체를 주입하고, 200W의 플라즈마 전력으로 가함으로써 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluorethylene)을 생성한다. 섀도우 마스크를 사용함으로써, 기판 상으로 기판의 중앙으로 2㎟의 영역에만 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluorethylene) 증착이 이루어지도록 한다.
이와 같은 방식으로 처리됨으로써, 4초 후에 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluorethylene)으로 2㎚의 애노드 보호층(6)이 증착된다. C3F8 기체에 대신, 예를 들어 C3F6 또는 C2F4와 같은 다른 플루오린-함유 기체가 사용될 수도 있다.
다음 단계에서, LVW 142(Bayer AG의 Baytron P®)로 스핀 코팅을 통하여 50㎚ 두께의 정공 수송층(3)을 증착시킨 후, 이를 질소 분위기에서 200℃로 10분 동안 건조시킨다.
다음 단계에서, 무수 자일렌(獨: Wasserfreiem Xylol)의 1% 용액(중량에 따름)으로부터 제조된 발광 고분자 층(4)(SCB 11, Dow Chemical의 DOW LUMINATION®)이 질소 분위기에서 스핀 코팅을 통하여 70㎚ 두께의 필름으로 증착된 후, 이를 가열 플레이트에서 110℃로 10분 동안 동일한 대기에서 건조시킨다.
다음 단계에서, 기판(기판(1), 애노드(2), 애노드 보호층(6), 정공 수송층(3), 발광 고분자 층(4))이 질소 분위기에서 진공 플랜트로 전송된다. 여기서, 열 증착을 통하여 1㎚ 리튬 플루오라이드(litium fluoride), 10㎚의 칼슘(calcium) 및 500㎚의 알루미늄의 연속적인 순서로, 기판의 중앙에서 애노드(2)와 중첩되는 2㎟ 크기로 형성되는 방식으로 캐소드(5)가 증발 증착되고, 외부 전기 접속을 위한 적절한 표면도 형성된다.
보호 가스 하에서 기판을 이송한 후, 외부 영역으로부터 유기 전계 발광 소자로의 산소 및 수분의 침투를 제한하기 위하여, 기판은 글라스 패널(glass pane) 및 에폭시 접착제를 통하여 밀봉된다. 유기 전계 발광 소자의 작동은 애노드(2) 및 캐소드(5) 사이에 3 내지 4V 범위의 전압을 인가함으로써 검사될 수 있다.
본 발명에 따른 애노드 보호층(6)은, 인듐 틴 옥사이드에 의하여 규칙적으로 형성되는, 애노드(2) 일면 상에 형성된 산성 정공 수송층(3)의 침습을 저감시킨다. 이는 특히 폴리실록산 또는 플루오르화 하이드로카본으로 구성되는 애노드 보호층(6)이 프로톤에 대한 확산 배리어(diffusion barrier)로서 작용한다는 점으로 구현된다. 더욱이, 애노드 보호층(6)은 예를 들어 인듐(indium(Ⅲ족))과 같은 금속 카티온(metal cations)에 대한 확산 배리어로써 작용하고, 이러한 방식으로 금속 카티온의 고분자 발광 재료(4)로의 외향 확산 및/또는 이동을 방지하는데, 금속 카티온은 애노드(2)로부터 기인하며 발광 고분자(4)에 손상을 야기할 수 있어, 유기 전계 발광 소자의 내구 연한을 감소시킬 수 있는 있다.
도 2에, 폴리실록산의 축합(condensation)의 대략적인 반응과, 폴리실록산에 기초한 애노드 보호층이 대략적으로 도시되어 있다. 특히, 폴리실록산과 플루오르화 알킬 측쇄 결합(fluorinated alkyl side chains)을 사용하는 것은, 작은 층 두께로도 방수(water-repellent) 기능을 유도하여, 유기 전계 발광 소자의 전기 또는 광학 특성에 어떠한 부정적인 영향도 미치지 않고, 박막의 효과적인 애노드 보호층(6)을 형성하는 것이 가능하다. 애노드(2)와 폴리실록산의 도 2의 대략적인 반응 후에, 실록산들은 서로 공유 결합함으로써, 이를 통해 금속 카티온 뿐만 아니라 프로톤에 대하여 컴팩트한 확산 배리어를 형성할 수 있다.
도 3은 애노드(2) 상에 배치되는 다중 애노드 보호층(6)의 개략도가 도시된다. 수 개의 폴리실록산 층을 형성함으로써, 프로톤 및 금속 카티온에 대한 확산 배리어로서의 작용이 더욱 증대될 수 있다.
한편, 상기 실시예들에서는 PM(passive matrix) 타입의 유기 전계 발광 소자에 대하여 기술되었으나, 본 발명이 이에 국한되지는 않는다.
도 4a 내지 도 4d에는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 AM(active matrix) 타입의 유기 전계 발광 디스플레이 장치가 도시되어 있다. 도 4a 및 도 4b에는 본 발명의 일실시예에 따른 전계 발광 디스플레이 장치의 개략적인 사시도 및 선 Ⅰ-Ⅰ을 따라 취한 단면도가 도시되어 있다. 기판(110)에는, 그 일면 상에 적층된 적층부에 의하여 형성되는 디스플레이 영역(200)이 구비된다. 기판(110)의 적어도 일측에는, 예를 들어 데이터 드라이버와 같이, 디스플레이 영역(200)에 전기적 신호를 인가하기 위한 수평 구동 회로부(500)와, 디스플레이 영역(200) 등에 전기적 신호를 입출력시키기 위한 단자부(700)가 구비된다.
기판(110)의 일면 상에 형성된 디스플레이 영역(200)은 밀봉 부재에 의하여 밀봉되는데, 도 4a에는 밀봉 부재로서의 밀봉 기판(400)이 도시되었으나, 밀봉 부재로는 밀봉층으로 형성될 수도 있는 등 다양한 변형이 가능하다. 기판(110)은, 디스플레이 영역(200) 외측에 형성된 밀봉 영역(300)에서 밀봉재(310)를 통하여 밀봉 기판(130)과 함께 적어도 디스플레이 영역(200)을 밀봉시킨다. 도 2b에 도시된 바와 같이 기판(110)과 밀봉 기판(400)에 의하여 형성되는 밀봉 공간의 적어도 일부에는 밀봉 공간으로 투입된 습기를 제거하기 위한 흡습제(150)가 배치되는데, 흡습제(150)는 테이프 타입으로 밀봉 기판(130)의 일면 상에 부착될 수도 있는 등 다양한 형태로 이루어질 수 있고, 또한 도면에 도시된 위치에 한정되지 않고 다양한 위치에 배치될 수도 있다.
한편, 도 4c에는 도 4b의 도면 부호 "A"로 지칭된, 디스플레이 영역(200)의 일화소에 대한 단면도가 도시되는데, 이는 설명을 위한 일예로서 본 발명이 이에 국한되는 것은 아니다. 기판(110)의 일면 상에 형성된 버퍼층(120)의 상부에 반도체 활성층(130)이 형성된다. 반도체 활성층(130)은 비정질 실리콘 층으로 구성되거나, 다결정 실리콘 층으로 구성될 수도 있다. 도면에서 자세히 도시되지는 않았으나, 반도체 활성층(130)은 N+형 또는 P+형의 도펀트 들로 도핑되는 소스 및 드레인 영역과, 채널 영역으로 구성되는데, 반도체 활성층(130)은 유기 반도체로 이루어질 수 있는 등, 다양한 구성이 가능하다.
반도체 활성층(130)의 상부에는 게이트 전극(150)이 배치되는데, 게이트 전극(150)은 인접층과의 밀착성, 적층되는 층의 표면 평탄성 그리고 가공성 등을 고려하여, 예를 들어 MoW, Al/Cu 등과 같은 물질로 형성되는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.
게이트 전극(150)과 반도체 활성층(130)의 사이에는 이들을 절연시키기 위한 게이트 절연층(140)이 위치한다. 게이트 전극(150) 및 게이트 절연층(140)의 상부에는 절연층으로서의 중간층(interlayer, 160)이 단일층 및/또는 복수층으로서 형성되고, 그 상부에는 소스/드레인 전극(170a,b)이 형성되는데, 소스/드레인 전극(170a,b)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al) 중 하나 이상의 재료를 구비할 수도 있다. 즉, 소스/드레인 전극(170a,b)은 MoW 과 같은 재료로 구성될 수도 있고, Mo/Al과 같이 복수의 층으로 이루어질 수도 있는 등, 다양한 구성을 취할 수 있으며, 반도 체 활성층(130)과의 보다 원활한 오믹-컨택(ohmic contact)을 이루기 위하여 추후 열처리될 수 있다.
소스/드레인 전극(170a,b)의 상부에는 하나 이상의 절연층이 형성되는데, 패시베이션 층(180a) 및/또는 하부 박막 트랜지스터 층을 평탄화시키기 위한 평탄화 층(180b)으로 구성되었다. 패시베이션 층(180)은 SiNx, SiO2 등과 같은 무기물로, 평탄화 층(181)은 예를 들어 BCB(benzocyclobutene) 또는 아크릴(acryl) 등과 같은 유기물 층으로 구성될 수도 있으나, 상기 절연층은 단일층 또는 복수층으로 형성될 수도 있는 등 다양한 변형이 가능하다. 상기 절연층(180)에는 비아홀(181)이 형성된다.
상기 절연층(180b)의 일면 상에는 애노드(190)가 화소 전극을 이룰 수 있도록 형성되는데, 애노드(190)를 구성하는 재료로는 ITO 등과 같은 도전성 산화물을 포함할 수 있다. 애노드(190)의 일면 상으로, 적어도 차후 형성되는 유기 전계 발광부와의 접촉부에는 애노드 보호층(191)이 형성되는데, 애노드 보호층(191)의 재료 및 형성 방법은 상기한 실시예들에 기재된 바와 같다.
애노드 보호층(191)이 형성된 후에는, 화소를 정의하기 위한 화소 정의층(192)이 형성되고, 화소 정의층(192)에 의하여 정의된 화소로 애노드 보호층(191)의 일면 상에는 발광층(193c, 도 4d 참조)을 포함하는 유기 전계 발광부(193)가 배치된다. 도 4c의 도면 부호 "B"로 지칭된 부분을 확대 도시한 도 4d에 도시된 바와 같이, 유기 전계 발광부(193)는 정공 주입층(193a), 정공 수송층(193b), 발광층(193c), 전자 수송층(193d), 전자 주입층(193e)을 포함할 수 있는데, 본 발명은 이 에 국한되지 않고, 정공 주입층 및/또는 정공 수송층, 발광층을 포함하는 범위에서 다양한 조합이 가능하다. 이들 유기층, 특히 정공 수송층/정공 주입층을 구성하는 재료는 상기한 실시예에 기술된 바와 같다.
유기 전계 발광부(193)의 상부에는 캐소드(194)가 형성되는데, 캐소드(194)는 하나 이상의 층을 구비할 수 있다. 도 4d에서 캐소드(194)는 알칼리 플루오라이드 층으로서의 LiF 층(194a)과, Ca 층(194b)과, 그리고 Al 층(194c)으로 구성되었는데, 본 발명이 이에 국한되는 것은 아니다.
AM 타입 유기 전계 발광 디스플레이 장치를 도시하는 상기 실시예는 배면 발광형에 대하여 기술되었으나, 이는 설명을 용이하게 하기 위한 일예로서 본 발명이 이에 국한되지 않고, 예를 들어, Al/ITO 등의 조합으로 구성되는 반사형 애노드와, Mg:Ag 및 투명 도전성 산화물로 구성된 캐소드를 구비하는 전면 발광형에도 적용될 수 있는 등 다양한 변형이 가능하다.
애노드 층과 정공 수송층/정공 주입층 사이에 애노드 보호층을 구비함으로써, 애노드 층 상의 정공 수송층/정공 주입층의 산성 침습을 방지하고, 이에 의해 금속 카티온이 발광 고분자 층으로 외측 확산 및/또는 이동하는 것을 방지할 수 있다.
애노드 보호층을 형성하는 공정은 유기 전계 발광 소자의 제조 과정에 간단하게 추가될 수 있음으로써, 저렴한 비용으로 프로톤 및/또는 금속 카티온에 대한 확산 배리어 형성이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 애노드 보호층은, 유기 전계 발광 소자의 광학적, 전기적 특성 등에 부정적인 영향을 미치지 않도록 매우 작은 층 두께로도 소수성 효과를 구비할 수도 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (23)

  1. 기판;
    상기 기판 상부에 배치되는 애노드;
    상기 애노드 일면 상에 배치되는 애노드 보호층;
    상기 애노드 보호층 상에 배치되는 정공 주입층 및 정공 수송층 중의 적어도 하나의 정공 보조층;
    상기 정공 보조층 상에 배치되는 유기 발광층; 및
    적어도 상기 유기 발광층 상부에 배치되되, 하나 이상의 층을 구비하는 캐소드;를 포함하고,
    상기 애노드 보호층은 플루오르화 폴리실록산, 플루오르화 하이드로카본, 및 이들의 유도체 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 애노드 보호층은 플루오르화 폴리실록산을 포함하고, 상기 폴리실록산은 공유 결합 방식으로 얽히는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 애노드 보호층은 플루오르화 하이드로카본을 포함하고, 상기 플루오르 화 하이드로카본은 폴리테트라 플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene)인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 애노드 보호층은 플루오르화 폴리실록산을 포함하고, 상기 폴리실록산은 헵타데카플루오로-1,1,2,2-테트라하이드로데실-디메틸-클로로 실란(heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl-dimethyl-choloro silane)으로 제조되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 애노드 보호층은 플루오르화 폴리실록산을 포함하고, 상기 애노드 보호층은 수 개의 연속적인 폴리실록산 층들로 구성되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 애노드 보호층은 0.1㎚ 내지 50㎚의 층 두께를 구비하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  7. 제 1항 내지 제 5항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 정공 수송층은 폴리아닐린(polyaniline, PANI) 또는 폴리(에틸렌 디옥 시-티오펜)-폴리스티렌 술폰산(poly(ethylene dioxy-thiophene)-polystyrene sufone acide; PDOT:PSS)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 정공 수송층의 두께는 30㎚ 내지 150㎚ 사이인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  9. 제 1항 내지 제 5항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 애노드는 인듐 틴 옥사이드(ITO)로 구성되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  10. 제 1 항 내지 제 5항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 유기 발광층은, 폴리(페닐렌비닐렌)(poly(phenylenvinylenes)) 및 폴리플루오렌(polyfluorenes) 재료 류 중으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 유기 발광층의 두께는 50㎚ 내지 120㎚ 사이인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  12. 제 1항 내지 제 5항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐소드는 칼슘으로 구성되는 제 1 캐소드 층과,
    상기 제 1 캐소드 상부에 배치되며, 알루미늄으로 구성되는 제 2 캐소드 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제 1 캐소드 층의 두께는 10㎚이고, 상기 제 2 캐소드 층의 두께는 500㎚인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  14. 제 1항 내지 제 5항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 유기 발광층과 상기 캐소드 사이에는 알칼리 플루오라이드 및 알칼리 토 플루오라이드 중의 하나 이상을 포함하는 층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 알칼리 플루오라이드 및 알칼리 토 플루오라이드 중의 하나 이상을 포함하는 층은 적어도 부분적으로 캐소드를 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 알칼리 플루오라이드는 리튬 플루오라이드인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  17. 제 1항 내지 제 5항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판과 밀봉되는 밀봉 부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  18. 제 1항 내지 제 5항 중의 어느 한 항에 따른 전계 발광 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 디스플레이 장치.
  19. 기판, 상기 기판의 일면 상에 형성된 디스플레이 영역; 적어도 상기 디스플레이 영역을 밀봉시키는 밀봉 부재를 포함하고,
    상기 디스플레이 영역에는 하나 이상의 화소가 구비되되, 상기 화소는:
    애노드;
    상기 애노드 일면 상에 배치되는 애노드 보호층;
    상기 애노드 보호층 상에 배치되는 정공 주입층 및 정공 수송층 중의 적어도 하나의 정공 보조층;
    상기 정공 보조층 상에 배치되는 유기 발광층; 및
    적어도 상기 유기 발광층 상부에 배치되되, 하나 이상의 층을 구비하는 캐소드;를 포함하고,
    상기 애노드 보호층은 플루오르화 폴리실록산, 플루오르화 하이드로카본, 및 이들의 유도체 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 디스플레이 장치.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 애노드 보호층은 플루오르화 폴리실록산을 포함하고, 상기 폴리실록산은 공유 결합 방식으로 얽히는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 디스플레이 장치.
  21. 제 19항에 있어서,
    상기 애노드 보호층은 플루오르화 하이드로카본을 포함하고, 상기 플루오르화 하이드로카본은 폴리테트라 플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene)인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 디스플레이 장치.
  22. 제 19항에 있어서,
    상기 애노드 보호층은 플루오르화 폴리실록산을 포함하고, 상기 폴리실록산은 헵타데카플루오로-1,1,2,2-테트라하이드로데실-디메틸-클로로 실란(heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl-dimethyl-choloro silane)으로 제조되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 디스플레이 장치.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 애노드 보호층은 플루오르화 폴리실록산을 포함하고, 상기 애노드 보호층은 수 개의 연속적인 폴리실록산 층들로 구성되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 디스플레이 장치.
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