KR100673744B1 - 다층 구조 애노드 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판상에 형성되는 다층 구조의 애노드에 관한 것으로, 상기 기판 상에 도전성 금속 산화물로 형성된 하부 도전층과, 상기 하부 도전층 상에 란탄계열과 악티늄계열의 원소들로 이루어진 그룹에서 선택된 하나이상의 금속을 첨가하여 합금화한 은(은 합금)으로 형성된 반사성 도전층과, 상기 반사성 도전층 상에 도전성 금속 산화물로 형성된 상부 도전층을 포함한다. 이와 같이, 반사성 도전층과 그 상부 및 하부에 반투명 도전성 금속 산화물로 이루어진 도전층을 형성함으로써, 은합금(ATD합금)의 접착력을 높여 생산성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 반사율이 높은 은을 이용함으로써 반사율이 향상된 애노드 전극을 제공할 수 있다.
ATD 합금, 반사성 도전층, 란탄계열 및 악티늄계열
Description
도 1은 종래의 애노드 전극을 포함하는 유기발광소자의 개략적인 측단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 다층 구조 애노드전극을 포함하는 유기발광소자의 개략적인 측단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 다층 구조 애노드전극형성 방법에 따른 개략적인 제어흐름도이다.
도 4는 본 발명에 따른 애노드 전극을 형성하는 반사성 도전층 두께에 따른 투과율 특성을 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 애노드 전극을 형성하는 하부 도전층 및 상부 도전층 두께에 따른 반사율 특성을 도시한 그래프이다.
♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣
200 : 유기발광소자 210 : 기판
220 : 애노드 전극 221 : 하부 도전층
222 : 반사성 도전층 223 : 상부 도전층
230 : 정공주입층 240 : 정공수송층
250 : 발광층 260 : 전자수송층
270 : 전자주입층 280 : 캐소드
본 발명은 기판 상에 형성되는 다층 구조의 애노드에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 기판과의 접촉력을 높이고 반사율을 향상시킨 다층 구조의 애노드에 관한 것이다.
유기 발광 소자(organic emitting light device)는 전류가 흐르면 발광하는 유기물을 사용한 발광 소자로, 일반적으로 애노드(anode)와 캐소드(cathod)로 이루어진 한쌍의 전극과, 이들 전극 사이에 정공주입층, 정공수송층, 전자주입층, 전자 수송층 및 발광층 등을 포함하는 구조이다. 이러한 구조를 갖는 유기 발광 소자는, 애노드와 캐소드로부터 발광층으로 주입된 정공 및 전자가 결합하면서 빛을 발생시킨다.
이하에서는 도면을 참조하여 종래의 애노드가 포함된 유기발광소자를 보다 구체적으로 설명한다. 도 1은 종래에 따른 유기발광소자의 개략적인 측단면도이다.
도 1을 참조하면, 유기 발광 소자(100)는, 기판(110)과, 기판(110)상에 형성 되는 애노드 전극(120), 애노드 전극(120) 상에 형성되는 정공 주입층(130) 및 정공 수송층(140), 발광층(150), 전자 수송층(160) 및 전자 주입층(170), 및 캐소드 전극(180)을 포함한다. 정공 주입층(130)에는 애노드 전극(120)로부터 정공이 주입되고, 정공 수송층(140)은 정공 주입층(130)으로 주입된 정공을 발광층(150)으로 운반한다. 전자 주입층(160)에는 캐소드 전극(180)으로부터 전자가 주입되고, 전자 수송층(170)은 전자 주입층(160)으로부터 주입된 전자를 발광층(150)으로 운반한다. 전공 수송층(140) 및 전자 수송층(170)을 통해 주입된 정공과 전자가 발광층(150)에서 재결합하면서 여기자를 형성하며, 이에 따라, 발광층(150)에서는 빛이 발생된다.
한편, 애노드 전극(120)은 일반적으로 빛이 발광되는 방향으로 높은 일함수를 갖으며, ITO 및 IZO와 같이 투명성을 띠는 도전성 금속산화물로 형성된 단일층의 전극이다(도 1의 A 참조). 이처럼, ITO 또는 IZO의 투명성 때문에, 애노드 전극(120)은 발광층(150)에서 발생된 빛을 외부로 방출할 수 있다. 그러나, ITO 또는 IZO로 형성된 단일층 애노드 전극(120)은 시간이 경과할수록 일함수가 감소하여 발광효율이 떨어진다는 문제점을 가지며, 더욱이, 최근 휴대 전화 등과 같은 비교적 소형 액정 표시 장치에서도, 컬러화나 고정밀화가 요구되고 있기 때문에, ITO 또는 IZO로 형성된 단일층 애노드 전극(120)은 소비자가 원하는 액정 표시 장치의 컬러화나 고정밀화를 달성하는 것이 용이하지 않다.
이에 따라, ITO(또는 IZO)로 형성된 애노드 전극의 일함수가 감소함에 따라 발광효율이 저하되는 것을 억제하고, 발광층에서 발생된 빛의 밝기(휘도)를 더욱 향상시키기 위해, 상대적으로 반사율이 높은 금속 은(Ag), 또는 은 합금 등을 이용하여 애노드 전극을 형성하는 것이 제안되고 있다.
그런데, 은 또는 은 합금은 일반적으로 내수성이 떨어지기 때문에, 제조공정중에 물(더운물 및 찬물)에 접촉하는 경우 전기적으로 이온화된 금속이 녹거나 전식되는 문제점을 가지고 있다. 또한, 은 또는 은 합금은 일반적으로 기판(예를 들면, 유리 또는 유기 기판 등)과의 밀착성이 나쁘기 때문에, 다른 여타의 금속에 비하여 상대적으로 높은 반사율을 갖고 있음에도 불구하고, 그 생산성이 떨어진다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 도출된 발명으로, 본 발명의 목적은 은합금의 접착력을 향상시켜 은합금을 이용한 애노드 전극의 생산성을 향상시키고, 은합금을 이용함으로써 기존의 애노드 전극의 반사율에 비해 현저히 개선된 반사율을 갖는 다층구조의 애노드를 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일측면에 따르면, 본 발명은 기판상에 형성되는 다층 구조의 애노드에 관한 것으로, 상기 기판 상에 도전성 금속 산화물로 형성된 하부 도전층과, 상기 하부 도전층 상에 란탄계열과 악티늄계열의 원소들로 이루어진 그룹에서 선택된 하나이상의 금속을 첨가하여 합금화한 은(은 합 금)으로 형성된 반사성 도전층과, 상기 반사성 도전층 상에 도전성 금속 산화물로 형성된 상부 도전층을 포함한다.
바람직하게, 상기 은 합금은 금 또는 구리 중 적어도 하나의 금속을 더 첨가하여 형성된다. 상기 은합금은 상기 란탄계열과 악티늄계열에서 선택된 사마륨(samarium)을 포함한다. 상기 은합금은 상기 사마륨은 0.1 내지 0.6at%(atomic percent)로 포함하고, 상기 은합금에 첨가된 상기 금, 구리, 이들의 혼합물은 0.4 내지 1 at% 인 것이 바람직하다. 상기 은 합금은 상기 란탄계열과 악티늄계열에서 선택된 테르븀(Terbium)을 더 포함한다. 상기 테르븀은 0.4 내지 1 at%로 상기 은합금에 포함될 수 있다. 상기 상부 도전층과 상기 하부 도전층 각각의 두께는 상기 반사성 도전층 두께에 비해 얇게 형성되며, 상기 상부 도전층과 상기 하부 도전층 각각은 ITO(indium tin oxide)와 IZO(indium zinc oxide) 중 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 다층 구조 애노드를 포함하는 유기발광소자의 개략적인 측단면도이다.
도 2를 참조하면, 유기 발광 소자(200)는, 기판(210)과, 기판(210)상에 형성되는 애노드 전극(220)과, 애노드 전극(220) 상에 형성되는 정공 주입층(230) 및 정공 수송층(240)과, 발광층(250)과, 전자 수송층(260) 및 전자 주입층(270), 및 캐소드 전극(280)을 포함한다. 설명의 중복을 피하기 위해, 유기 발광 소자(200)의 발광원리는 전술한 종래 유기 발광 소자(100)의 발광원리와 동일하므로 생략한 다.
본 발명의 일 실시에 따른 유기 발광 소자(200)의 애노드 전극(220)은, 기판(210)상에 형성되는 하부 도전층(221)과, 하부 도전층(221) 상에 형성되는 반사성 도전층(222) 및 반사성 도전층(222) 상에 형성되는 상부 도전층(223)을 포함한다(도 2의 부분 확대 도면 B 참조). 이때, 하부 도전층(221)은 반사성 도전층(222)과 기판(210)과의 밀착성을 향상시키고, 애노드 전극(220)의 면적 저항률을 저하시키기 위해 기판(210)상에 형성되는 것으로, 반투명 도전성 금속산화물(예를 들면, ITO(indium tin oxide) 및 IZO(indium zinc oxide))로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 반사성 도전층(222)은 은을 주체로 하는 합금에 의해 구성될 수 있다. 반사성 도전층(222)을 구성하는 은합금은 란탄계열(La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu)과 악티늄계열(Ac, Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr))의 원소들로 이루어진 그룹에서 적어도 하나의 금속을 선택하여 첨가한다. 또한, 전술한 란탄계열과 악티늄계열의 원소가 포함된 은합금에는 금(Au), 구리(Cu)를 더 첨가한다. 본 실시예에서는 사마륨, 테르븀, 금, 구리가 첨가된 은 합금을 이용하며, 상기 은합금을 ATD합금이라 칭한다. 이때, 사마륨은 0.1 내지 0.6at%(at:atomic percent), 테르븀, 금, 및 구리는 각각 0.4 내지 1at%을 첨가하는 것이 바람직하다. ATD합금을 제작할 때, 사마륨을 0.3at%를 첨가하는 것이 가장 바람직하다. 또한, ATD의 두께는 1000Å이상으로 형성하는데, 이는, ATD의 두께가 두꺼울수록 발광층(250)에서 발광된 빛이 손실되는 것을 방지할 수 있어, 반사율을 더욱 향상시킬 수 있기 때문이다.
또한, 반사성 도전층(222) 상에 형성되는 상부 도전층(223)은 애노드 전극(220) 전체의 균일성을 위해 반사성 도전층(222)의 표면 전체에 형성되는 것이 바람직하다. 상부 도전층(223)은 어느 정도의 투명성을 갖으며, 전기 광학 물질에 대해 전극으로 이용하기에 충분한 도전성 물질이라면 충분히 이용가능하지만, 본 실시에서는 하부 도전층(221)과 마찬가지로 반투명 도전성 금속산화물(예를 들면, ITO 및 IZO)로 형성한다.
하부 도전층(221) 및 상부 도전층(223) 각각은 동일한 도전성 금속산화물로 형성될 수도 있고, 각각 다른 도전성 금속산화물(예를 들면, 하부 도전층은 ITO, 상부 도전층은 IZO)로 형성될 수도 있다. 한편, 하부 및 상부 도전층(221, 223)은 비정질-ITO로 형성될 수 있으며, 비정질-ITO로 형성된 하부 및 상부 도전층 역시 부착력 및 열적 특성이 우수하다. 하부 도전층(221) 및 상부 도전층(223)은 발광층(250)에서 발광된 빛의 본래의 색상이 변화하는 것을 방지하기 위해, 반사성 도전층(220)의 두께에 비해 얇게 형성되며, 본 실시예에서는 100Å이하로 형성되는 것이 개시되어 있다.
도 3은 본 발명에 따른 다층 구조 애노드 전극을 형성하는 방법의 개략적인 블럭도이다. 도 3을 참조하면, 본 실시에 따른 애노드 전극(220)의 형성 방법은, 유리 또는 유기물로 제작된 기판(210)을 마련하는 단계 (S31)에서 시작한다. 단계 (S32)에서는, 임의의 증착공정(예를 들면, 스퍼터링 공정)을 통해 기판(210)상에 ITO로 형성된 하부 도전층(221)을 마련한다. 그 다음 단계 (S33)에서, 하부 도전 층(221) 상에 사마륨, 금, 구리 및 테르븀이 포함된 ATD 합금을 이용하여 반사성 도전층(222)을 형성한다. 본 실시에서의 반사성 도전층(222)은 반사율 향상을 위해 1000Å으로 형성한다. 반사성 도전층(222)이 형성된 다음, 반사성 도전층(222) 상에 ITO로 형성된 상부 도전층(223)을 마련한다(S34). 본 실시에서 상부 도전층(223)은 65Å으로 형성된다. 따라서, 전술한 공정단계(S32~S34)를 통해 애노드 전극(220)이 생성된다. 애노드 전극(220)이 생성된 다음, 정공 주입층 및 정공 전송층 형성 공정(S35), 발광층 형성 공정(S36), 전자 전송층 및 전자 주입층 형성 공정(S37) 및 캐소드 형성 공정(S40)이 이어진다.
도 4는 본 발명에 따른 반사성 도전층 두께에 따른 투과율 특성을 도시한 그래프이다. 도 4에는 ATD구조로 형성된 반사성 도전층(222)의 두께에 따른 투과율을 나타내는 세 개의 그래프가 도시되어 있다.
그래프(4a)는 반사성 도전층(222)의 두께가 520Å일 때, 그래프(4b)는 반사성 도전층(222)의 두께가 780Å일 때, 그래프(4c)는 반사성 도전층(222)의 두께가 1000Å일 때의 투과율을 나타낸다. 이들 세 개의 그래프를 통해, ATD구조로 만들어진 반사성 도전층(222)은 그 두께가 두꺼울수록 투과율이 낮아진다는 것을 알 수 있다. 즉, 발광층(250)에서 발광된 빛의 손실을 줄이기 위해서는 반사성 도전층(222)을 두껍게 형성하는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명에 따른 애노드 전극을 형성하는 하부 도전층 및 상부 도전층 두께에 따른 반사율 특성을 도시한 그래프이다. 도 5에는 반사성 도전층(222)의 두께는 동일하고, 하부 도전층(221) 및 상부 도전층(223)의 두께가 다른 두개의 그래프가 도시되어 있다.
그래프(5a)는 하부 도전층(221) 및 상부 도전층(223)의 두께를 65Å으로 형성한 그래프이고(ITO 65Å/ATD 1000Å/ITO 65Å), 그래프(5b)는 하부 및 상부 도전층(221,223)의 두께를 130Å으로 형성한 그래프이다(ITO 130Å/ATD 1000Å/ITO 130Å). 그래프(5a) 및 그래프(5b)를 통해서, 반사성 도전층(222)의 두께가 동일한 경우, 파장의 크기에 따라 반사율에 차이가 난다는 것을 알 수 있다. 더욱이, 파장이 큰 경우에는 반사율의 차이가 미세하지만, 파장이 작은 경우에는 하부 및 상부 도전층(221,223)의 두께가 얇을수록 반사율이 좋다. 이에 따라, 발광층(250)의 색상변화를 적게 하기 위해서는 하부 및 상부 도전층을 얇게 형성하는 것이 바람직하다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 반사성 도전층의 하부 및 상부에 반투명 도전성 금속산화물로 이루어진 하부 도전층 및 상부 도전층을 형성함으로써, 은합금 (ATD 합금) 구조로 이루어진 반사성 도전층의 접착력을 향상시킬 수 있다. 게다가, ITO/ATD/ITO구조를 이용하는 경우, 기판과 애노드의 접착력 향상을 위한 별도의 접착물이 필요하지 않으므로, 애노드 전극의 생산성을 더욱 증대시킬 수 있다.
또한, 여타의 금속에 비해 반사율이 좋은 ATD합금 구조를 이용함으로써, 애노드 전극의 반사율을 증가시킬 수 있어 발광소자의 휘도를 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
Claims (9)
- 기판상에 형성되는 다층 구조의 애노드에 있어서,상기 기판 상에 도전성 금속 산화물로 형성된 하부 도전층과,상기 하부 도전층 상에 란탄계열과 악티늄계열의 원소들로 이루어진 그룹에서 선택된 하나이상의 금속을 첨가하여 합금화한 은(은 합금)으로 형성된 반사성 도전층과,상기 반사성 도전층 상에 도전성 금속 산화물로 형성된 상부 도전층을 포함하는 다층 구조의 애노드.
- 제1항에 있어서, 상기 은 합금은 금, 구리, 및 금과 구리의 혼합물로 구성되는 군에서 선택되는 하나를 더 첨가하여 형성되는 다층구조의 애노드..
- 제1항에 있어서, 상기 은합금은 사마륨(samarium)을 포함하는 다층구조의 애노드.
- 제3항에 있어서,상기 은합금은 상기 사마륨을 0.1 내지 0.6at%(atomic percent)로 포함하는 다층구조의 애노드.
- 제2항에 있어서, 상기 은합금은 상기 금, 구리, 및 금과 구리의 혼합물로 구성되는 군에서 선택되는 하나를 0.4 내지 1 at%(atomic percent)로 포함하는 다층구조의 애노드.
- 상기 은합금은 테르븀(Terbium)을 더 포함하는 다층구조의 애노드.
- 제6항에 있어서,상기 은합금은 상기 테르븀을 0.4 내지 1 at%(atomic percent)로 포함하는 다층구조의 애노드.
- 제1항에 있어서, 상기 상부 도전층과 상기 하부 도전층 각각의 두께는 상기 반사성 도전층 두께에 비해 얇게 형성되는 다층 구조의 애노드.
- 제1항에 있어서, 상기 상부 도전층과 상기 하부 도전층 각각은 ITO(indium tin oxide)와 IZO(indium zinc oxide) 중 하나로 이루어진 다층 구조의 애노드.
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