KR100692598B1 - 이중 절연층을 갖는 유기전기발광소자의 구조 및 제조방법 - Google Patents

이중 절연층을 갖는 유기전기발광소자의 구조 및 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전도성 유기물을 발광층으로 이용하는 유기전기발광소자에서 양극과 발광층 사이에 제 1 절연층을 삽입하고, 발광층과 음극 사이에 제 2 절연층을 삽입한 이중 절연층을 가진 구조로서 전극과 절연층 및 절연층과 전하 주입층과의 접촉 향상을 통하여 발광 효율과 소자의 내구성을 증가시킨 유기전기발광소자의 구조 및 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 기판 위에 형성되어, 상기 기판 상에 정공을 주입하는 양극과, 상기 주입된 정공과 전자가 이동하여 재결합하면서 발광하는 유기물 발광층과, 상기 전자를 주입하는 음극이 순차적으로 형성된 유기전기발광소자로서, 상기 양극과 상기 유기물 발광층 사이에 형성되어, 상기 정공주입을 제어하고, 상기 음극으로부터 주입되는 전자의 흐름을 방지하는 제 1 절연층과, 상기 유기물 발광층과 상기 음극사이에 형성되어, 터널링 효과에 의한 상기 전자주입을 쉽게 하고, 상기 양극에서 주입되는 정공의 흐름을 방지하는 제 2 절연층으로 구성된다.

Description

이중 절연층을 갖는 유기전기발광소자의 구조 및 제조방법{MANUFACTURING METHOD AND STRUCTURE FOR ORGANIC ELECTROLUMINESCENT DEVICE WITH DOUBLE INSULATOR LAYERS}
도 1 내지 도 4는 종래의 기술에 따른 유기전기발광소자의 각 실시예를 나타낸 단면도,
도 5 내지 도 9는 본 발명에 따른 이중 절연층을 갖는 유기전기발광소자의 각 실시예를 나타낸 단면도,
도 10은 본 발명에 따른 이중 절연층을 갖는 유기전기발광소자의 시간변화에 따른 휘도 및 전압의 변화를 그래프로 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
11 : 기판 12 : 양극
13 : 완충층 14, 17 : 제 1, 제 2 절연층
14a, 17a : 산화질화막 절연층
14b, 17b : 불소화합물막 절연층
15 : 유기물 발광층 15a : 정공수송층
15b : 발광층 15c : 전자수송층
16 : 전자 주입층 19 : 음극
삭제
본 발명은 이중 절연층을 갖는 유기전기발광소자(organic electroluminescent device)의 구조 및 제조방법에 관한 것으로, 특히, 전도성 유기물을 발광층으로 이용하는 유기전기발광소자에서 양극과 발광층 사이에 제 1 절연층을 삽입하고, 발광층과 음극 사이에 제 2 절연층을 삽입한 이중 절연층을 가진 구조로서 전극과 절연층 및 절연층과 전하 주입층과의 접촉 향상을 통하여 발광 효율과 소자의 내구성을 증가시킨 유기전기발광소자의 구조 및 제조방법에 관한 것이다.
삭제
종래의 유기전기발광소자는 전기 전도성을 나타내는 유기염료 또는 공액 고분자로 형성된 유기물박막을 양극 및 음극 사이에 삽입한 것으로 양극과 음극에 전압을 인가하면, 양극에서 정공이 주입되고 음극에서는 전자가 주입되어 이들이 발광층으로 이동하여 재결합하면서 발광을 하게 된다.
도 1 내지 도 4는 종래의 기술에 따른 유기전기발광소자를 나타낸 단면도이다.
도 1에 있어서, 유기전기발광소자는 기판(11) 상에 양극(12), 유기물 발광층(15), 및 음극(19)이 차례로 구성되어 이루어진다. 이때, 유기물 발광층(15)은 단일 박막으로 이루어져 있다. 유기물 발광층(15)은 적절한 정공과 전자의 이동도를 가진 고분자 물질로서 대표적인 예는 PPV 유도체인 MEH-PPV(poly(2-methoxy-5-(2-ethylhexyl-oxy)-p-phenylene vinylene)가 많이 사용된다.
이와 같이 발광층이 단층인 경우 발광층 한 층에서 정공과 전자의 이동이 있어야 하고, 이들이 만나서 엑시톤(exiton)을 형성하여 발광을 하는 특성을 가져야 하는데, 대개의 경우 한 물질에서는 우세한 특성이 지배적이다.
따라서 도 2와 같이 발광층을 정공 이동도와 전자 이동도가 큰 다층의 박막으로 제작하여 단층의 유기전기발광소자보다 정공주입(정공주입층)과 전자주입(전자주입층)이 쉽게 이루어지도록 한다.
도 2에 있어서, 유기물 발광층(15)은 양극(12)에서 주입된 정공을 발광층(15b)으로 이동시키는 정공수송층(15a), 정공과 전자가 결합하여 발광하는 발광층(15b), 및 음극(19)에서 주입된 전자를 발광층(15b)으로 수송하는 전자수송층(15c)을 포함하는 다층구조를 갖는다. 상기 양극(12)은 소자에서 플러스 전극으로 연결되며 정공수송층(15a) 또는 발광층(15b)에 정공을 주입시키는 역할을 한다. 이러한 역할을 하는 양극(12)은 주로 유기 또는 무기 전도성 물질(organic or inorganic conductors)이며, 일 함수가 4.0 eV보다 높은 전도성 산화물이거나 투명한 금속층을 사용한다.
삭제
양극(12)에 사용되는 유기 전도성 물질로는 폴리아닐린(Polyaniline, PANI)이 주로 이용된다. 금속산화물로는 ITO(Indium-tin-oxide), IZO(Indium-zinc doped oxide), SnOx(Tin oxide), ZnOx(Zinc oxide), MgInOx(Magnesium-indium oxide), CdSnO(Cadmium-tin oxide), VOx(Vanadium oxide), MoOx(Molybdenum oxide), 및 RuOx(Ruthenium oxide) 등이 사용된다. 금속으로는 금, 은, 니켈, 팔라디움 및 백금 등이 사용된다.
양극(12)으로 금속 산화물과 금속을 사용하는 경우에는 열증착(thermal evaporation), 스퍼터링(sputtering), 레이저 용발(laser ablation) 및 화학기상증착(chemical vapor deposition) 등으로 형성된다. 이때 금속산화물의 적절한 두께는 20nm 내지 500nm 이며, 금속막의 적정 두께는 5nm 내지 50nm 이다.
발광층(15b)은 도핑한 알루미늄퀴놀레이트(Alq3, tris(8-hydroxyquinoline) aluminum) 또는, 도핑하지 않은 Alq3 박막 등과 같이 단분자 형광물질로 형성되거나, 공액 고분자 물질인 폴리페릴렌비닐렌(PPV, poly(paraphenylenevinylene)), 폴리-3-옥틸티오펜(poly(3-octylthiophene)), 폴리파라페닐렌(PPP, poly(paraphenylene)), 또는 형광성(fluorescent) 염료 등을 포함하는 물질들이며, 폴리머릭 바인더(polymeric binder)와 형광 염료의 혼합물들을 포함한다.
발광층(15b)은 일반적으로 단분자의 경우에는 열증착 방법으로 박막을 만들며, 고분자의 경우는 스핀코팅 방법에 의하여 만들고, 박막의 용매를 제거하기 위하여 진공 중에서 용매의 끓는점(boiling point, bp) 보다 높은 온도에서 열처리를 한다.
음극(19)으로부터 주입된 전자를 발광층으로 수송하는 전자 수송층(15c)은 전자 이동도가 우수한 Alq3를 주로 사용하며, 고분자의 경우에는 PBD(2-(4-Biphenylyl)5-(4-tert-buthylphenyl)1.3.4-oxadiazole)를 사용한다.
한편, 전자 주입 전극으로 사용되는 음극(19)은 전자수송층(15c) 또는 발광층(15b)으로 전자를 주입하며, 주로 일 함수가 낮은(4.2 eV 이하) 금속(Ca, Ag, Mg-Ag, Ca/Al, Al, 등) 또는 합금(Al-Li, Al-Mg, 등)을 사용한다.
기판(11)의 재료로는 유리, 플라스틱, 고분자 필름 또는, Si, Be, GaAs, GaP, GaN, GaSb, InAs, InP, 및 InSb 등의 단결정 반도체(single crystal semiconductor) 등을 사용한다.
두 전극(12)(19) 사이에 1㎛ 이하의 얇은 전도성 유기 박막을 발광층(15b)으로 포함하는 유기전기발광소자는 소자의 수명이 박막의 평탄도(roughness)와 밀접한 관계가 있다. 특히 가장 많이 사용되는 ITO 전극에서 In과 Sn의 알갱이의 크기(grain size) 차이(수 nm 내지 10nm 정도)에 기인되어 균일한 박막을 얻기 어렵다. 박막의 평탄도의 차이는 소자에 전기를 가했을 때 높은 전계의 차이(high electric field difference)가 일어나므로 구동 중에 전기적인 단락(local electrical short)이 형성되며, 이로 인한 검은 반점(dark spots)의 형성은 비발광 부분의 크기를 증가시키며 소자수명은 감소하게 된다.
따라서 도 3과 같이 양극(12)과 정공수송층(15a) 사이에 CuPc(cupperphthalocyanine)와 같은 금속착물의 완충층(buffer layer)(13)을 삽입하여 계면간의 접촉 향상을 통하여 수명을 연장시키기도 한다. [Appl. Phys. Lett. 제69권 pp2160-2162(1996) 참조]. 또한, SiO2, Al2O3와 같은 절연층을 양극(12)과 정공수송층(15a) 사이에 완충층으로 삽입하여 정공주입의 장벽(barrier)의 특성을 이용하여 정공과 전자의 균형된 주입을 가져와 발광효율과 휘도를 향상시킨다. [Appl. Phys. Lett. 제74권 15호 pp2227-2229(1999) 참조].
다른 한편으로 유기전기발광소자에서 전자주입을 증가시킴으로써 발광효율을 증가시키기 위하여 도 4와 같이 음극(19)과 발광층(15b) 사이에 일함수가 낮은 금속의 합금, 알칼리 불소 화합물, 알칼리 토금속 불소 화합물, 또는 알칼리 금속 아세테이트(alkali metal acetate)로 된 전자주입층(16)을 삽입하기도 한다. 삽입된 전자주입층(16)은 음극(19)으로부터 터널링 현상(tunneling effect)을 통하여 전자주입을 증가시킴으로써 발광효율이 향상된다. 이에 대해서는 G. Jabbour 외 3인이 발표한 논문(Appl. Phys. Lett. 제73권 제9호, pp1185-1187) 과 C. Ganzorig 외 2인이 발표한 논문(Proceeding of International conference on Science and Technologies of Advanced Polymers, Yamagata, July 26th-30th, 1999) 에 자세하게 기재되어 있다.
그러나 상술한 종래의 유기전기발광소자들은 주입된 전하의 전류누설(current leakage), 구동 중에 발생되는 열에 의한 전자 주입 전극의 확산, 또는 발생되는 산소에 의한 ITO 전극의 저항 증가 등에 기인되어 발광효율 및/또는 수명감소라는 문제점을 안고 있다.
따라서, 발광효율을 증가시키면서 내구성이 강한 장수명을 갖는 유기전기발광소자에 대한 연구개발이 요구된다.
본 발명은 발광층과 전극사이에 이중의 절연층을 삽입함으로써 절연층과 전극, 발광층과 절연층 사이의 전기적 특성 및 계면의 접촉 증가를 이용하여 소자의 발광효율 및 내구성을 향상시킨 이중 절연층을 갖는 유기전기발광소자를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기 설정된 기판 위에 형성되어, 상기 기판 상에 정공을 주입하는 양극과, 상기 주입된 정공과 전자가 이동하여 재결합하면서 발광하는 유기물 발광층과, 상기 전자를 주입하는 음극이 차례로 적층된 유기전기발광소자로서, 상기 양극과 상기 유기물 발광층 사이에 형성되어, 상기 정공주입을 제어하고, 상기 음극으로부터 주입되는 전자의 흐름을 방지하는 제 1 절연층과, 상기 유기물 발광층과 상기 음극사이에 형성되어, 터널링 효과에 의한 상기 전자주입을 쉽게 하고, 상기 양극에서 주입되는 정공의 흐름을 방지하는 제 2 절연층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 유기물 발광층은 정공 및 전자수송 능력을 가진 단층의 구조이거나, 정공 수송층·발광층·전자수송층을 포함하는 다층의 구조일 수 도 있다.
상기 제 1 절연층 및 제 2 절연층은 2층 이상의 복수 절연층으로 구성될 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 유기전기발광소자에서 양극과 유기물 발광층 사이의 제 1 절연층은 다음과 같은 작용을 한다.
첫째, 일반적으로 유기전기발광소자에서 정공의 이동도는 전자의 이동도 보다 100 배정도 크다. 이러한 전하의 이동도 차이는 전하주입의 불균형으로 인하여 누설전류를 증가시키며, 발광효율을 감소시킨다. 따라서 제 1 절연층의 작용은 정공이 발광층으로 이동하는데 장벽 역할을 하는 것으로, 주입된 정공과 음극으로부터 주입된 전자와의 균형된 전하주입을 통하여 발광 효율을 증가시킨다.
둘째, 음극에서 주입된 전자가 양극으로 흐르는 것을 방지하는 전자차단효과(electron blocking effect)를 하므로 양극과 음극사이에서 정공과 전자의 재결합 확률(recombination probability)을 증가시켜 발광효율을 증가시킨다.
셋째, 양극과 절연층간 또는 절연층과 유기박막의 계면간의 접촉을 증가시키므로 소자의 내구성을 증가시킨다.
넷째, 적합한 절연층의 선정과 적절한 두께의 절연층을 삽입하여 양극으로부터 정공주입을 제어할 수 있다.
다섯째, 복수의 절연층을 삽입하는 경우, 양극에 접한 절연층으로써 ITO 전극에 산소가 확산되어 저항이 증가하는 것과 누설전류(leakage current)을 막을 수 있으며, 발광층에 접한 절연층으로 계면의 접촉을 증가시켜서 내구성이 향상된 소자를 만들 수 있다.
또한 유기물 발광층과 음극 사이에 주입된 제 2 절연층의 작용은 다음과 같다.
첫째, 터널링 효과에 의하여 효율적인 전자의 주입으로 발광효율을 증가시킨다.
둘째, 적합한 절연층의 선택과 적절한 두께의 절연층을 삽입함에 따라 발광층과 음극사이의 계면 접촉을 증가시켜 내구성을 증가시킨다.
셋째, 양극으로부터 주입된 정공이 음극으로 흐르는 것을 방지하는 정공차단효과(Hole blocking effect)로 인하여 발광효율을 증가시킨다.
넷째, 복수의 절연층을 이용하는 경우, 구동 중에 열에 의하여 제 2 절연층이 발광층으로 확산되어 소자의 수명이 감소하는 것을 방지 할 수 있다. 또한 발광층에 접한 절연층으로 발광층과 제 2 절연층의 계면 접촉을 향상시키고, 음극에 접한 절연층으로 절연층과 음극과의 계면 접촉을 향상 시켜 내구성을 향상시킨다.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 의한 이중절연층을 삽입한 유기전 기발광소자의 실시 예들을 상세히 설명한다.
도 5와 같이 기판(11) 상에 양극(12), 제 1 절연층(14), 유기물 발광층(15), 제 2 절연층(17), 및 음극(19)이 순차적으로 형성된다. 상기 유기물 발광층(15)은 단층으로 이루어진다. 이와 같은 구조의 유기전기발광소자는 다음과 같은 공정에 의해 제조될 수 있다.
삭제
먼저, 기판(11) 상에 양극(12)인 ITO 전극을 형성한 다음, 그 위에 LiF를 진공증착 방법으로 증착시켜 제 1 절연층(14)을 형성한다. 이때, 증착속도는 0.01nm/s로 적정 두께를 형성한다. 또한 LiF 이외에 절연층으로 4.0 eV 이상의 밴드 갭(band-gap) 특성을 갖는 물질을 사용하는 것이 바람직하다(제 1 공정).
이 때 절연층의 두께가 얇은 경우에는 전자주입이 터널링(tunneling) 현상에 의하여 쉽게 주입되지만 일반적으로 10nm 이상의 경우에는 오히려 두꺼운 장벽으로 전하주입이 어려운 특성을 나타낸다. 또한 너무 얇은 박막의 경우, 실제 박막이 제대로 이루어지지 않고, 랜덤하게 섬을 형성하기 때문에 의미가 없다.
따라서 제 1 절연층(14)의 두께는 0.3nm 내지 10nm 범위로 형성하는 것이 바람직하며, 보다 바람직한 것은 1nm 정도의 두께를 형성하는 것이다.
표면에 유기물 발광층(15)을 형성한다. 이때, 유기물 발광층(15)은 공액 고분자의 일예인 MEH-PPV를 1,2-디클로로에탄(1,2-dichloroethane) 용매에 녹인 용액을 스핀코팅하여 형성한다(제 2 공정).
박막의 용매를 제거하기 위하여 진공오븐에서 1,2-디클로로에탄 용매의 bp(boiling point) 보다 높은 온도인 60℃에서 한시간 동안 열처리한다(제 3 공정).
유기물 발광층(15) 위에 제 1 절연층(14)과 동일하게 제 2 절연층(17)을 증착 시킨다(제 4 공정).
열증착 또는 스퍼터링 방법으로 표면에 Al으로 이루어지는 음극(19)을 형성한다(제 5 공정).
도 6과 같이 기판(11) 상에 양극(12), 제 1 절연층(14), 유기물 발광층(15), 제 2 절연층(17), 및 음극(19)이 순차적으로 형성된다. 상기 유기물 발광층(15)은 정공수송층(15a)과 발광층(15b)으로 이루어지는 등 다층 구조로 형성된다.
삭제
도 6과 같은 유기전기발광소자는 다음과 같은 공정을 통해 제조될 수 있다.
먼저. 기판(11) 상에 ITO 전극으로 이루어지는 양극(12)을 형성한 다음, 그 위에 제 1 절연층(14)을 형성하기 위하여 LiF층을 도 5의 제 1 공정과 동일한 방법으로 증착 시킨다.
제 1 절연층(14) 상에 PVK(poly(9-vinylcarbazole)의 용액을 스핀 코팅 한 후, 사용한 용매를 제거하기 위하여 진공 오븐에서 열처리하여 정공수송층(15a)을 형성한다.
MEH-PPV 용액을 정공수송층(15a) 위에 스핀코팅하고, 진공오븐에서 사용한 용매를 제거하여 표면에 발광층(15b)을 형성한다.
정공수송층(15a)과 발광층(15b)으로 단분자를 사용할 경우에는 N, N-디페닐-N, N-비스(3-메틸페닐)-1, 1-비페닐-4, 4-디아민(이하, TPD로 약칭함)을 진공증착법으로 증착하여 정공수송층(15a)을 형성한다. 이때 박막의 두께는 50nm, 증착속도는 0.1 내지 0.4nm/s가 바람직하다.
그리고, 정공수송층(15a) 위에 트리스-(8-하이드록시퀴놀린)알루미늄(이하, Alq3로 약칭함)을 진공 증착하여 발광층(15b)을 형성한다. 이때 박막의 두께는 50nm 이며, 증착속도는 0.1 내지 0.4nm/s로 한다.
도 5의 제 4, 5 공정과 동일한 방법으로 발광층(15b) 위에 제 2 절연층(17) 및 음극(19)을 순차적으로 형성한다.
유기전기발광소자는 도 7과 같이 기판(11) 상에 양극(12), 제 1 절연층(14), 유기물 발광층(15), 제 2 절연층(17), 및 음극(19)이 순차적으로 형성된 유기전기발광소자로서, 상기 제 1, 제 2 절연층(14, 17)은 각각 산화질화막 절연층(14a)(17a)과 불소화합물막 절연층(14b)(17b)으로 이루어지는 복수층을 이루고, 유기물 발광층(15)이 정공수송층(15a)과 발광층(15b)으로 이루어지는 복수층을 이룬다.
삭제
본 실시예의 유기전기발광소자는 다음과 같은 공정에 의해 제조될 수 있다.
먼저, 기판(11) 상에 양극(12)인 ITO 전극을 형성한 다음, 그 위에 구중에 발생하는 산소가 양극(12)에 확산되어 그 양극(12)의 저항이 증가하는 것과 전류누설(current leakage)을 막기 위하여, Ta2OxNy(Tantalium oxynitride) 박막으로 이루어지는 산화질화막 절연층(14a)을 형성한다. Ta2OxNy 박막은, Ar 압력은 고정시키고 질소와 산소의 압력을 조절해서 Ta2O5 타겟(taget)을 이용하는 스퍼터링(sputtering) 방법으로 형성된다.
산화질화막 절연층(14a) 위에 LiF를 진공증착법으로 1nm 두께만큼 증착 시켜 불소화합물막 절연층(14b)을 형성한다.
단분자 또는 고분자의 정공수송층(15a) 및 발광층(15b)을 도 6과 동일한 공정으로 형성한다.
발광층(15b) 위에 Al2O3를 1nm 두께로 진공증착하여 산화질화막 절연층(17a)을 형성하고, 그 위에 LiF을 진공증착법으로 1nm 두께를 증착시켜 불소화합물막 절연층(17b)을 형성한다.
Al을 열증착 또는 스퍼터링 방법으로 표면에 음극(19)을 형성한다.
유기전기발광소자는 도 8과 같이 기판(11) 상에 양극(12), 제 1 절연층(14), 유기물 발광층(15), 제 2 절연층(17), 및 음극(19)을 순차적으로 형성하되, 상기 유기물 발광층(15)은 정공수송층(15a), 발광층(15b), 및 전자수송층(15c)이 적층되어 이루어진다.
삭제
본 실시예의 유기전기발광소자는 유기물 발광층(15)을 제조하는 공정 외에 나머지 공정은 도 5와 동일하다.
따라서, 기판(11) 상에 양극(12)인 ITO 전극을 형성한 다음, 그 위에 제 1 절연층(14)으로서 LiF층을 도 5의 제 1 공정과 동일한 방법으로 증착 시킨다.
다음에, 제 1 절연층(14) 상에 PVK(poly(9-vinylcarbazole)의 용액을 스핀 코팅 한 다음, 사용한 용매를 제거하기 위하여 진공오븐에서 열처리하여 정공수송층(15a)을 형성 한 후, MEH-PPV 용액을 정공수송층(15a) 위에 스핀코팅 한 뒤, 진공오븐에서 사용한 용매를 제거하여 발광층(15b)을 형성한다. 발광층(15b) 위에 전자수송층(15c)으로 Alq3를 도 6에서 발광층(15b)을 만드는 공정과 동일한 방법으로 만든다.
도 5의 제 4, 5 공정과 동일한 방법으로 전자수송층(15c) 위에 제 2 절연층(17) 및 음극(19)을 순차적으로 형성한다.
유기전기발광소자는 도 9와 같이 기판(11) 상에 양극(12), 제 1 절연층(14), 유기물 발광층(15), 제 2 절연층(17), 및 음극(19)을 순차적으로 형성하되, 상기 제 1, 2 절연층(14)(17)은 도 7과 같이 각각 산화질화막 절연층(14a)(17a)과 불소화합물막 절연층(14b)(17b)으로 이루어지고, 유기물 발광층(15)은 도 8과 같이 정공수송층(15a), 발광층(15b), 및 전자수송층(15c)의 다층 구조를 이룬다.
삭제
본 실시예의 유기전기발광소자는 다음과 같이 제조될 수 있다.
기판(11) 상에 양극(12)인 ITO 전극을 형성한 다음, 그 위에 도 7에서와 같은 공정으로 산화질화막 절연층(14a)과 불소화합물막 절연층(14b)을 순차적으로 형성한다.
불소화합물막 절연층(14b) 위에 도 8과 같은 공정으로 정공수송층(15a), 발광층(15b), 및 전자수송층(15c)의 다층 구조를 이루는 유기물 발광층(15)을 형성한다.
전자수송층(15c) 위에 도 7과 같은 공정으로 산화질화막 절연층(17a)과 불소화합물막 절연층(17b)을 순차적으로 형성한 후, 앞서 실시예들과 동일하게 음극(19)을 형성한다.
이상의 실시예에서 절연층으로 사용한 물질은 일 예를 든 것에 불과하고, 다음과 같은 물질이 절연층으로 사용될 수 있다.
1) 무기 절연층 및/또는 유기 절연층으로 비전도성물질(nonconductive matrials)을 포함하는 물질,
2) 비전도성 물질은 강한 쌍극성 특성(strong dipole characteristies)을 가 진 것으로 알칼리, 알칼리 토금속의 불소화물 및 산화물을 포함한 물질,
3) 비전도성 물질은 알칼리 불소 화합물을 포함하는 것으로 리튬 플루오라이드(lithium fluoride), 소듐 플루오라이드(sodium fluoride), 포타시움 플루오라이드(potassium fluoride), 루비듐 플루오라이드(rubidium fluoride), 또는 세슘 플루오라이드(cesium fluoride)를 포함하는 물질,
4) 비전도성 물질은 알칼리 토금속 불소화합물을 포함하는 것으로 마그네슘 플루오라이드(magnesium fluoride), 칼슘 플루오라이드(calcium fluoride), 스트론튬 플루오라이드(strontium fluoride), 또는 바륨 플로라이드(barium fluoride)를 포함하는 물질,
5) 비전도성 물질은 알칼리 산화물 포함하는 것으로 리튬 옥사이드(lithium oxide), 소듐 옥사이드(sodium oxide), 포타슘 옥사이드(potassium oxide), 루비듐 옥사이드(rubidium oxide) 또는 세슘 옥사이드(cesium oxide)를 포함하는 물질,
6) 비전도성 물질은 알칼리 토금속 산화물 포함하는 것으로 마그네슘 옥사이드(mangesium oxide), 칼슘 옥사이드(calcium oxide), 스트론튬 옥사이드(strontium oxide), 또는 바륨 옥사이드(barium oxide)를 포함하는 물질,
7) 비전도성 물질은 금속 또는 비금속 산화물은 포함하는 것으로 알루미늄 옥사이드(aluminum oxide), 실리콘 옥사이드(silicon oxide), 티타늄 옥사이드(titanium oxide), 또는 탄탈륨 옥사이드(tantalum oxide ) 등을 포함하는 물질,
8) 비전도성 물질은 금속 또는 비금속 질화물을 포함하는 것으로 알루미늄 나이트라이드(aluminum nitride), 갈륨 나이트라이드(gallium nitride), 실리콘 나이트라이드(silicon nitride)를 포함하는 물질,
9) 비전도성 물질은 알칼리 금속 아세테이트 물질을 포함하는 것으로 리튬 아세테이트 (lithium acetate), 소듐 아세테이트(sodium acetate), 포타슘 아세테이트(potassium acetate), 루비듐 아세테이트(rubidium acetate) 또는 세슘 아세테이트(cesium acetate)를 포함하는 물질.
도 10은 본 발명에 따른 이중 절연층을 갖는 유기전기발광소자의 시간변화에 따른 휘도 및 전압의 변화를 그래프로 나타낸 도면으로, 발광층과 음극(19) 사이에 한 층의 절연층을 사용하였을 경우에는 이중 절연층을 사용하였을 경우보다 휘도가 현저하게 감소하고, 소자에 가해지는 구동전압이 점차적으로 증가함을 알 수 있다.
따라서 본 발명과 같이 이중 절연층을 삽입하면 내구성이 강한 장수명의 소자를 제조할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 유기전기발광소자의 양극과 발광층 사이, 음극과 발광층 사이에 절연층을 삽입함으로써 절연체와 전극간의 계면의 접촉 증가 및 전기적인 특성 변화로부터 내구성이 강한 장수명의 소자를 얻을 수 있다.
또한, 양극과 발광층 사이에 삽입된 제 1 절연층은 정공주입을 제어하고, 음극으로부터 주입되는 전자의 흐름을 방지하는 차단 효과를 나타내므로 균형된 전하 주입으로 인해 발광효율이 증가된다.
그리고, 음극과 발광층 사이에 삽입된 제 2 절연층은 터널링 효과에 의한 전자주입을 쉽게 하고, 양극에서 주입된 정공의 흐름을 방지하여 전하의 재결합 확률을 증가시키므로 발광효율을 증가시킨다.
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (24)

  1. 기판과,
    상기 기판 상에 형성되고 정공을 주입하는 양극과,
    상기 양극 상에 형성되고 전자를 주입하는 음극과,
    상기 양극과 음극 사이에 형성되고 상기 주입된 정공과 전자가 이동하여 재결합하면서 발광하는 유기물 발광층과,
    상기 양극과 상기 유기물 발광층 사이에 형성되며 상기 정공주입을 제어하고 상기 전자가 상기 양극으로 흐르지 못하도록 차단하는 제 1 절연층과,
    상기 유기물 발광층과 상기 음극 사이에 형성되며 터널링 효과에 의한 상기 전자주입을 쉽게 하고 상기 정공이 상기 음극으로 흐르지 못하도록 차단하는 제 2 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 절연층을 갖는 유기전기발광소자의 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 절연층은, 산화질화막 절연층과 불소화합물막 절연층이 각기 적층되어 이루어진 것을 특징으로 하는 이중 절연층을 갖는 유기전기발광소자의 구조.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 절연층은, 각각 0.3nm 내지 10nm의 두께인 것을 특징으로 하는 이중 절연층을 갖는 유기전기발광소자의 구조.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 절연층은, 각각 무기 절연층 또는 유기 절연층 중에 하나 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이중 절연층을 갖는 유기전기발광소자의 구조.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 절연층은, 각각 강한 쌍극성 특성을 가지되, 알칼리, 알칼리 토금속의 산화물, 및 불소화물 중에 하나 이상을 포함한 것을 특징으로 하는 이중 절연층을 갖는 유기전기발광소자의 구조.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 절연층은, 각각 알칼리 불소 화합물을 포함하되, 리튬 플루오라이드, 소듐 플루오라이드, 포타시움 플루오라이드, 루비듐 플루오라이드, 및 세슘 플루오라이드 중에 하나 이상을 포함한 것을 특징으로 하는 이중 절연층을 갖는 유기전기발광소자의 구조.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 절연층은, 각각 알칼리 토금속 불소화합물을 포함하되, 마그네슘 플루오라이드, 칼슘 플루오라이드, 스트론튬 플루오라이드, 및 바륨 플로라이드 중에 하나 이상을 포함한 것을 특징으로 하는 이중 절연층을 갖는 유기전기발광소자의 구조.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 절연층은, 각각 알칼리 산화물 포함하되, 리튬 옥사이드, 소듐 옥사이드, 포타슘 옥사이드, 루비듐 옥사이드, 및 세슘 옥사이드 중에 하나 이상을 포함한 것을 특징으로 하는 이중 절연층을 갖는 유기전기발광소자의 구조.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 절연층은, 각각 알칼리 토금속 산화물을 포함하되, 마그네슘 옥사이드, 칼슘 옥사이드, 스트론튬 옥사이드, 및 바륨 옥사이드 중에 하나 이상을 포함한 것을 특징으로 하는 이중 절연층을 갖는 유기전기발광소자의 구조.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 절연층은, 각각 금속 또는 비금속 산화물은 포함하되, 알루미늄 옥사이드, 실리콘 옥사이드, 티타늄 옥사이드, 및 탄탈륨 옥사이드 중에 하나 이상을 포함한 것을 특징으로 하는 이중 절연층을 갖는 유기전기발광소자의 구조.
  12. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 절연층은, 각각 금속 또는 비금속 질화물을 포함하되, 알루미늄 나이트라이드, 갈륨 나이트라이드, 및 실리콘 나이트라이드 중에 하나 이상을 포함한 것을 특징으로 하는 이중 절연층을 갖는 유기전기발광소자의 구조.
  13. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 절연층은, 각각 알칼리 금속 아세테이트 물질을 포함하되, 리튬 아세테이트, 소듐 아세테이트, 포타슘 아세테이트, 루비듐 아세테이트, 및 세슘 아세테이트 중에 하나 이상을 포함한 것을 특징으로 하는 이중 절연층을 갖는 유기전기발광소자의 구조.
  14. 기판 상에 정공이 주입되는 양극을 형성하는 제 1 단계와,
    상기 양극 위에 상기 정공의 주입을 제어하고 전자의 흐름을 차단하는 제 1 절연층을 형성하는 제 2 단계와,
    상기 제 1 절연층 표면에 유기물 발광층을 형성하는 제 3 단계와,
    상기 유기물 발광층 위에 상기 전자 주입을 쉽게 하고 상기 정공의 흐름을 차단하는 제 2 절연층을 형성하는 제 4 단계와,
    상기 제 2 절연층 표면에 상기 전자가 주입되는 음극을 형성하는 제 5 단계
    를 포함하는 이중 절연층을 갖는 유기전기발광소자의 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 양극은, ITO 전극으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이중 절연층을 갖는 유기전기발광소자의 제조 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 절연층은, 각각 LiF를 진공증착 방법으로 형성된 것을 특징으로 하는 이중 절연층을 갖는 유기전기발광소자의 제조 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 절연층은, 각각 0.01nm/s의 증착 속도로 형성된 것을 특징으로 하는 이중 절연층을 갖는 유기전기발광소자의 제조 방법.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 음극은, Al인 것을 특징으로 하는 이중 절연층을 갖는 유기전기발광소자의 제조 방법.
  21. 제 14 항에 있어서,
    상기 음극은, 열증착 또는 스퍼터링 방법으로 형성된 것을 특징으로 하는 이중 절연층을 갖는 유기전기발광소자의 제조 방법.
  22. 제 14 항에 있어서,
    상기 유기물 발광층은, 정공 수송층 및 발광층이 적층되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 이중 절연층을 갖는 유기전기발광소자의 제조 방법.
  23. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 절연층은, 각각 불소화합물막 절연층 및 산화질화막 절연층이 각기 적층되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 이중 절연층을 갖는 유기전기발광소자의 제조 방법.
  24. 제 14 항에 있어서,
    상기 유기물 발광층은, 정공수송층, 발광층, 및 전자수송층이 적층되어 이루어진 것을 특징으로 하는 이중 절연층을 갖는 유기전기발광소자의 제조 방법.
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