KR100688817B1

KR100688817B1 - 발광소자

Info

Publication number: KR100688817B1
Application number: KR1020040094120A
Authority: KR
Inventors: 신현억
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2004-11-17
Filing date: 2004-11-17
Publication date: 2007-03-02
Also published as: KR20060053691A

Abstract

본 발명은 기판상에 형성되는 애노드전극과, 상기 애노드전극 상에 형성되는 발광층과, 상기 발광층 상에 형성되는 캐소드전극을 포함하는 발광소자에 관한 것이다. 본 발명의 상기 애노드전극은, 상기 기판 상에 란탄계열과 악티늄계열의 원소들로 이루어진 그룹에서 선택된 하나이상의 금속을 첨가하여 합금화한 은(은 합금)으로 형성되는 반사성 도전층이다. 또한, 상기 반사성 도전층은 900Å 내지 1500Å두께로 이루어진다.

이와 같이, 란탄계열과 악티늄계열의 원소들로 이루어진 그룹에서 선택된 은합금을 이용하여 애노드전극을 형성함으로써, 은의 접착력 및 내수성 문제를 해소할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 최대의 반사율을 제공할 수 있는 최적의 애노드전극 두께를 적용함으로써, 공정시간 및 공정원가를 절감할 수 있다.

제1 전극, 반사성 도전층, 란탄계열, 악티늄계열

Description

발광소자{Emission Light Device}

도 1은 본 발명에 따른 애노드전극을 포함하는 유기발광소자의 개략적인 측단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 유기발광소자의 제작단계를 나타낸 개략적인 블럭도이다.

도 3은 본 발명에 따른 ATD합금으로 이루어진 애노드전극 두께에 따른 투과율 특성을 도시한 그래프이다.

도 4는 본 발명에 따른 ATD합금의 두께에 따른 반사율 그래프이다.

도 5는 본 발명에 따른 ATD합금의 두께에 따른 투과율 그래프이다.

도 6a 및 도 6b는 JIS규격에 따른 은합금 및 ATD합금의 접착력을 실험한 도면이다.

♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

100 : 발광소자 110 : 기판

120 : 애노드전극 130 : 정공주입층

140 : 정공수송층 150 : 발광층

160 : 전자수송층 170 : 전자주입층

180 : 캐소드전극

본 발명은 발광소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 기판과의 접촉력을 높이고 반사율을 향상시킨 애노드전극을 포함하는 발광소자에 관한 것이다.

일반적으로, 유기발광소자(organic emitting light device)는 애노드전극 (anode)과 캐소드전극(cathod)으로 이루어진 한 쌍의 전극과, 이 전극들 사이에 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자주입층 및 전자수송층을 포함하는 구조이다. 이러한 구조의 유기발광소자는 애노드전극과 캐소드전극으로부터의 전자와 정공이 발광층에 주입됨에 따라 발광한다. 보다 구체적으로, 정공주입층에는 애노드전극으로부터 정공이 주입되고, 정공주입층으로 주입된 정공은 정공수송층에 의해 발광층에 수송된다. 전자주입층는 캐소드전극으로부터 전자가 주입되고, 전자주입층으로 주입된 전자는 전자수송층에 의해 발광층에 수송한다. 발광층에 운반된 정공 및 전자는 상호 결합하여 여기전자를 형성하며, 이에 따라, 발광층에서 빛이 발생한다.

상술한 유기발광소자를 구성하는 애노드전극은 반사가능한 도전물질 이용하여 단일층으로 형성된다. 예를 들면, 애노드전극은 빛이 발광하는 방향으로 높은 일함수를 갖으며, 투명성을 띠는 도전성 금속산화물(ITO, IZO 등)로 형성된 전극이다. ITO 및 IZO로 형성된 애노드전극은 이들의 투명성때문에 발광층에서 발생된 빛을 외부로 방출할 수 있다.

그런데, 이러한 도전성 금속산화물은 시간이 경과할수록 일함수가 감소하기 때문에 발광효율이 떨어진다는 단점을 갖는다. 이러한 문제점을 해소하기 위해, 반사가능한 금속물질, 예를 들면, 알루미늄, 은 및 이들 각각을 주체로 하는 합금 등을 이용하여 애노드전극이 형성되는 것이 제안되었다. 그러나, 애노드전극을 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 형성하는 경우, 알루미늄의 반사율이 90%정도이기 때문에 발광층에서 발광하는 빛을 모두 반사시키는 것은 용이하지 않으므로, 발광효율이 떨어진다. 한편, 반사율이 98%이상인 은 또는 은합금을 이용하여 애노드전극을 형성하는 경우에는 다른 금속에 비해 반사율은 좋지만, 은의 특성상 내수성이 떨어지기 때문에 이온화된 금속이 녹거나 전식되는 문제점을 갖는다. 더욱이, 은은 접착력이 떨어지기 때문에, 특정 기판, 예를 들면, 아크릴 또는 산화옥사이드 등과 같은 기판 상에 형성하는 것이 용이하지 않아 은을 기판상에 접착하기 위해서는 기판상에 접착물질을 도포해야한다는 번거로움이 있다.

따라서, 본 발명은 은의 접착력 및 내수성 문제를 해소할 수 있도록 제안된 발명으로, 본 발명의 목적은 접착력을 향상시킨 ATD합금으로 형성된 애노드전극을 포함하는 발광소자를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 반사율이 높은 은을 포함하는 ATD합금을 이용하여 반사율을 개선시킬 수 있는 애노드전극을 포함하는 발광소자를 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일측면에 따르면, 본 발명은 기판상에 형성되는 애노드전극과, 상기 애노드전극 상에 형성되는 발광층과, 상기 발광층 상에 형성되는 캐소드전극을 포함하는 발광소자에 관한 것이다. 상기 애노드전극은, 상기 기판 상에 란탄계열과 악티늄계열의 원소들로 이루어진 그룹에서 선택된 하나이상의 금속을 첨가하여 합금화한 은(은 합금)으로 형성되는 반사성 도전층이다.

바람직하게, 상기 반사성 도전층은 900Å 내지 1500Å이다. 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 사마륨을 0.1 내지 0.6at%(atomic percent)로 포함한다. 상기 은합금은 테르븀(Terbium)을 더 포함한다. 상기 은합금에 첨가된 상기 금 또는 구리는 0.4 내지 1 at% 이고, 상기 테르븀은 0.4 내지 1 at% 이 바람직하다.

이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 애노드 전극을 포함하는 유기발광소자의 개략적인 측단면도이다.

도 1을 참조하면, 유기발광소자(100)는, 기판(110)과, 기판(110)상에 형성되 는 애노드전극(120)과, 애노드전극(120) 상에 형성되는 정공주입층(130), 정공수송층(140), 발광층(150), 전자수송층(160), 전자주입층(170), 및 캐소드전극(180)을 포함한다.

상술한 구성의 유기발광소자(100)는 다음과 같은 원리로 발광된다. 우선, 애노드전극(120)으로부터 정공주입층(130)으로 정공이 주입되고, 정공주입층(130)에 주입된 정공은 정공수송층(140)에 의해 발광층(150)으로 운반된다. 그 다음, 캐소드전극(180)으로부터 전자주입층(170)으로 전자가 주입되고, 전자주입층(170)에 주입된 전자는 전자수송층(160)에 의해 발광층(150)으로 운반된다. 발광층(150)으로 운반된 정공 및 전자가 상호 결합하면서 여기(excitation) 전자를 형성하며, 이에 따라, 발광층(150)에서 빛이 발생한다.

보다 구체적으로, 애노드전극(120)은 기판(110)상에 형성되며 은을 주체로 하는 합금으로 형성된 반사성 도전층이다. 반사성 도전층(120)을 형성하는 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. 반사성 도전층(120)은, 란탄계열과 악티늄계열에서 선택된 하나이상의 금속에 금(Au) 또는 구리(Cu) 중 하나이상의 금속을 더 포함한다. 이하에서는 반사성도전층(120)을 형성하는 은합금, 다시말해, 란탄계열과 악티늄계열에서 선택된 금속과 금 및 구리를 포함하여 형성된 은합금을 ATD합금이라 칭한다.

본 실시예에서 반사성 도전층(120)은 란탄계열과 악티늄계열에서 선택된 사마륨(Sm), 테르븀(Tb)과 금(Au) 및 구리(Cu)를 포함한다. 이때, 사마륨은 0.1 내지 0.6at%(at:atomic percent), 테르븀, 금, 및 구리는 각각 0.4 내지 1at%을 첨가하는 것이 바람직하다. 가장 바람직하게, 사마륨은 0.3at% 첨가한다. 한편, 반사성 도전층(120)의 두께는 900Å 내지 1500Å 범위인 것이 바람직하다.

도 2는 본 발명에 따른 유기발광소자의 제작단계를 나타낸 개략적인 블럭도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 유기발광소자(100)의 제작단계는 유리 또는 유기물로 제작된 기판(110)을 마련하는 단계 (S21)에서 시작한다. 다음 단계 인 (S22)에서는, 기판(110)상에 스퍼터링공정과 같은 증착공정을 통해 반사성 도전층(120)을 형성한다. 반사성 도전층(120)은 사마륨(Sm), 금(Au), 구리(Cu) 및 테르븀(Tb)이 포함한다. 그 다음, 본 발명은 반사성도전층인 애노드전극(120)이 형성된 다음, 정공주입층(130) 및 정공수송층(140)을 형성하는 공정(S23)과, 발광층(150)을 형성하는 공정(S24), 전자수송층(160) 및 전자주입층(170) 형성하는 공정(S25) 및 캐소드전극(190)을 형성하는 공정(S26)이 이어진다.

도 3은 본 발명에 따른 ATD합금 두께에 따른 투과율을 도시한 그래프이다. 도 3을 참조하면, 그래프(3a)는 ATD합금이 520Å두께로 형성될 때, 그래프(3b)는 ATD합금이 780Å두께로 형성될 때, 그래프(3c)는 ATD합금이 1000Å두께로 증착될 때의의 투과율을 나타낸다. 이들 세 개의 그래프를 통해, ATD합금은 두께가 두꺼 울수록 투과율이 낮아진다는 것을 알 수 있다.

이에 따라, 발광층에서 발광된 빛의 손실을 줄이기 위해서는 ATD합금을 일정 두께이상으로 형성하는 것이 바람직하다.

표 1은 ATD두께에 따른 반사율과 투과율을 나타낸 것이다.

	ATD 두께( Å )	ATD 반사율(%)	ATD 투과율(%)
실험 1	500	102	5.5
실험 2	800	105	3
실험 3	1000	107.25	0.5
실험 4	1500	107.9	0.2
실험 5	2000	108	0

표 1을 참조하면, ATD두께 500Å인 (실험 1)에서의 ATD반사율은 대략 102%이고, 투과율은 5.5%이다. ATD두께 800Å인 (실험 2)에서 ATD반사율은 대략 105%이고, 투과율은 3%이고, ATD두께 1000Å인 (실험 3)에서 ATD반사율은 대략 107.25%이고, 투과율은 대략 0.5%이다. 또한, ATD두께 1500Å인 (실험 4)에서 ATD반사율은 대략 107.9%이고, 투과율은 대략 0.2%이고, ATD두께 2000Å인 (실험 5)에서 ATD반사율은 대략 108%이고, 투과율은 대략 0%이다.

도 4는 본 발명에 따른 ATD두께에 따른 반사율 그래프이고, 도 5는 본 발명에 따른 ATD두께에 따른 투과율 그래프이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 반사성 도전층의 두께가 400Å 내지 900Å 범위인 경우에는, ATD의 반사율은 점진적으로 상승하지만, ATD의 투과율은 점진적으로 하강한다. 즉, ATD 두께가 900Å이하인 경우에는 투과율에 비해 반사율을 상대적으로 낮기 때문에, 발광층에서 발광된 빛이 상대적으로 많이 투과된다. 한편, 반사 성 도전층의 두께가 900Å 내지 1400Å범위인 경우에는, ATD의 반사율과 투과율 모두 약간의 변화는 있으나 큰 차이는 없으며, ATD의 두께가 1500Å이상인 경우에는, ATD반사율과 ATD투과율은 거의 변화하지 않는다.

즉, ATD의 두께가 900Å이상인 경우에는 투과 손실이 거의 없는 최적의 반사특성을 갖는다. 반면, ATD두께가 1500Å이상인 경우에는 반사율이 거의 동일하므로, ATD두께를 1500Å이상으로 형성하는 것은 공정원가 및 공정시간만 소요될 뿐 성능을 향상시키지 않는다. 따라서, 성능, 공정원가 및 공정시간을 절감한다는 측면모두를 고려하여, ATD두께가 900Å 내지 1500Å인 것이 가장 바람직하다.

도 6a 및 도 6b는 JIS규격에 따른 은합금 및 ATD합금의 접착력을 실험한 도면이다. 도 6a는 기판상에 은합금이 도포된 경우의 JIS실험이고, 도 6b는 기판상에 ATD합금이 도포된 경우의 JIS실험이다.

JIS 접착력 실험이란, 기판상에 반사성도전층을 도포한 다음, 반사성도전층이 도포된 기판의 상부에 접착력이 있는 테이프 등을 이용하여 접착하고 소정 시간 경과 후에 테이프를 떼어내었을 때 기판상에 반사성 도전층이 제거정도를 나타내는 실험이다. 도 6a를 참조하면, 기판상에 도포된 은이 모두 테이프에 묻어나서 기판상에 남아있지 않다(영역 ⓐ). 도 6b를 참조하면, JIS규격실험 이후에도 기판상에 ATD합금이 그대로 남아있다(영역 ⓑ). 이들 실험을 통해서 알 수 있듯이, ATD합금은 기존의 은 또는 은합금에 비해 접착력이 뛰어나기 때문에, 기판상에 별도의 접착물질을 도포하지 않아도 형성이 용이하다.

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.

이상에 따르면, 본 발명에 의하면, ATD합금을 이용하여 애노드전극을 형성함으로써, 은의 접착력 및 내수성 문제를 해소할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 은을 포함하는 ATD합금을 이용함으로써 반사율을 높일 수 있어 발광휘도를 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

더욱이, 최대의 반사율을 제공할 수 있는 최적의 애노드전극 두께를 적용함으로써, 공정시간 및 공정원가를 절감할 수 있다.

Claims

기판상에 형성되는 애노드전극과, 상기 애노드전극 상에 형성되는 발광층과, 상기 발광층 상에 형성되는 캐소드전극을 포함하는 발광소자에 있어서,

상기 애노드전극은,

상기 기판 상에 란탄계열과 악티늄계열의 원소들로 이루어진 그룹에서 선택된 하나이상의 금속을 첨가하여 합금화한 은(은 합금)으로 형성되는 반사성 도전층인 발광소자.
제1항에 있어서,

상기 반사성 도전층은 900Å 내지 1500Å두께로 형성되는 발광소자.
제1항에 있어서,

상기 은 합금은 금, 구리, 및 금과 구리의 혼합물로 구성되는 군에서 선택되는 하나를 더 첨가하여 형성되는 발광소자.
제1항에 있어서,

상기 은합금은 사마륨(samarium)을 포함하는 발광소자.
제4항에 있어서,

상기 은합금은 상기 사마륨을 0.1 내지 0.6at%(atomic percent)로 포함하는 발광소자.
제4항에 있어서,

상기 은합금은 테르븀(Terbium)을 더 포함하는 발광소자.
제3항에 있어서,

상기 은합금은 상기 금, 구리, 및 금과 구리의 혼합물로 구성되는 군에서 선택되는 하나를 0.4 내지 1 at%(atomic percent)로 포함하는 발광소자.
제6항에 있어서,

상기 은합금은 상기 테르븀을 0.4 내지 1 at%(atomic percent)로 포함하는 발광소자.
제1항에 있어서,

상기 애노드 전극상에 형성되는 전자주입층 및 전자수송층과, 상기 발광층상에 형성되는 정공수송층 및 정공주입층을 더 포함하는 발광소자.