KR100705823B1

KR100705823B1 - 유기전계발광소자의 에이징 방법

Info

Publication number: KR100705823B1
Application number: KR1020050082932A
Authority: KR
Inventors: 주민호
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2005-09-06
Filing date: 2005-09-06
Publication date: 2007-04-09
Also published as: KR20070027408A

Abstract

본 발명은 애노드전극을 포함하는 발광영역을 기판상에 패터닝하는 단계와; 상기 기판 상에 유기발광부를 형성하는 단계와; 상기 유기발광부 상에 제1금속전극층을 형성하는 단계와; 상기 애노드전극과 상기 제1금속전극층 사이에 소정의 바이어스 전압을 인가하여 1차 에이징을 하는 단계와; 상기 제1금속전극층 상에 제2금속전극층을 형성하는 단계와; 상기 애노드전극과 상기 제2금속전극층 사이에 소정의 바이어스 전압을 인가하여 2차 에이징을 하는 단계와; 상기 기판과, 유기발광부와, 캐소드전극을 쉴드캡으로 밀봉하는 단계;를 포함한다.

본 발명에 의하면 유기발광층과 캐소드전극 사이의 계면에 산화면을 형성하여 소자의 저항성을 높이고 물리적 안정성을 증가시킴으로써 소자의 수명을 향상시킬 수 있게 된다.

유기전계발광소자, 에이징, 계면, 산화

Description

유기전계발광소자의 에이징 방법{AGING METHOD OF ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE}

도 1은 종래 수동 매트릭스형 유기전계발광소자의 구조를 나타낸 단면도.

도 2는 종래 능동 매트릭스형 유기전계발광소자의 구조를 나타낸 단면도.

도 3은 유기전계발광소자의 발광 메카니즘을 나타낸 모식도.

도 4는 본 발명의 에이징 방법의 순서를 나타낸 흐름도.

도 5 내지 도 7은 인가 전압의 주파수별 C-V 변화곡선을 나타낸 그래프.

본 발명은 전자와 정공의 재결합에 의해 자발광하는 유기전계발광소자의 에이징 방법에 관한 것이다.

통상적으로, 유기전계발광소자(Organic Light Emitting Diodes, OLED)는 형광성 유기화합물을 전기적으로 여기시켜 발광시키는 자발광형 디스플레이이다. 이 유기전계발광소자는 낮은 전압에서 구동이 가능하고 박형 등의 장점을 가지고 있다. 또한, 유기전계발광소자는 광시야각, 빠른 응답속도 등 액정표시장치에서 문제 로 지적되는 단점을 해결할 수 있는 차세대 디스플레이로 주목받고 있다.

도 1과 도 2는 종래 수동 매트릭스형 유기전계발광소자와 능동 매트릭스형 유기전계발광소자의 구조를 나타낸 단면도이며, 도 3은 유기전계발광소자의 발광 메카니즘을 나타낸 모식도이다.

일반적인 수동 매트릭스형 유기전계발광소자는 도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 투명유리로 된 기판(102) 상에 정공주입전극으로 사용되는 애노드전극(투명전극; 104)을 형성하고, 전자주입전극인 캐소드전극(금속전극; 112)과 통전되지 않도록 절연막(106)을 형성한다.

다음으로 진공챔버 내에서 유기발광층(108)을 형성하는데, 일반적인 유기발광층(108)은 전자와 정공의 균형을 좋게 하여 발광효율을 향상시키기 위해 발광층(EML: emitting layer, 108c), 전자수송층(ETL: electron transport layer, 108d), 정공수송층(HTL: hole transport layer, 108b)을 포함한 다층구조로 이루어지고, 별도의 전자주입층(EIL: electron injection layer, 108e)과 정공주입층(HIL: hole injecting layer, 108a)을 포함한다.

다음으로 전자주입전극으로 사용되는 캐소드전극(112)을 전면 증착한다.

이와 같이 이루어지는 유기전계발광소자(100)에 전계를 가하면 음극인 캐소드전극(112)에서는 전자가, 양극인 애노드전극(104)에서는 정공이 주입되어 유기발광층(108)에서 재결합되면서 발광하게 된다.

유기발광층(108)에서는 정공을 잘 전달할 수 있도록 정공주입층(108a) 및 정공수송층(108b)을 애노드전극(104) 쪽에 형성하고, 전자주입층(108e) 및 전자수송 층(108d)을 캐소드전극(112) 쪽에 형성한다. 전자와 정공이 발광층(108c)에서 만나면 재결합을 통하여 여기자를 형성하며, 여기자가 기저상태로 전이하면서 발광을 한다.

한편, 일반적인 능동 매트릭스형 유기전계발광소자(200)는 도 2에 도시된 바와 같이, 수동 매트릭스형과 달리 박막 트랜지스터(TFT)에 의하여 구동된다.

수동 매트릭스형과 마찬가지로 유리기판(202)을 사용하지만, 애노드전극(210)을 구동하기 위하여 트랜지스터 구조(204, 206, 208)를 형성한다.

그리고 드레인(208)의 상부로부터 측면방향으로 애노드전극(210)을 형성하고, 비발광영역에는 절연막(212)을 형성한다.

다음으로 전자주입층, 정공주입층, 발광층 등으로 형성된 유기발광층(214)을 형성한 후, 캐소드전극(216)을 증착한다.

유기발광층(214)은 수동 매트릭스형 유기전계발광소자(100)에서와 동일한 구조를 가지므로 중복된 설명은 생략한다.

이와 같이 구성된 능동 매트릭스형 유기전계발광소자(200)에서는 게이트(204) 전극의 입력신호에 따라 애노드전극(210)과 캐소드전극(216) 사이에 전류가 인가되면서 발광작용이 일어나게 된다.

유기전계발광소자(100)의 발광층(108c)에 사용되는 유기물질은 무기물(GaN, ZnO,...)에 비하여 수명이 짧으며, 수분이나 산소에 취약하고 고전압이나 고전류의 인가시 소자의 손상(fail)이 발생한다. 수분이나 산소의 침투를 방지하여 소자의 수명을 연장하기 위하여 passivation layer나 금속캡, 유리캡 등을 쉴드캡으로 사 용하며, 내부에 침투한 수분을 제거하기 위하여 흡습제(dessicant)를 쉴드캡 내부에 부착한다.

한편, 유기물 자체가 갖는 수명이 짧기 때문에 전극과 유기물 계면 특성을 향상시켜 소자의 특성을 안정화시키고, 수명을 늘리기 위하여 에이징(aging) 방법을 사용한다. 즉 완성된 유기전계발광소자의 구동에 앞서, 소자가 장시간이 지나면서 안정화되는 것을 단시간 내에 안정화시켜 소자의 성능을 향상시키고 수명을 늘리는 공정을 수행하는데, 이러한 공정을 에이징이라 한다.

에이징 공정을 위하여 캐소드전극(112)과 애노드전극(104) 사이에 일정한 크기의 정방향 또는 역방향 바이어스를 인가하여 전기장에 의하여 에이징을 실시하게 되는데, 통상적으로는 캐소드전극(112)을 완전히 증착한 후 에이징을 함으로써, 유기물과 전극의 계면의 안정화가 충분히 이루어지지 않는 단점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 캐소드전극을 일차적으로 증착한 후, 소자의 1차 에이징을 실시하고, 다시 최종적인 캐소드전극의 증착이 완료된 후, 2차 에이징을 함으로써 계면의 특성을 보다 효과적으로 향상시킬 수 있도록 하는 유기전계발광소자의 에이징 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 1차 에이징 시에는 질소(N₂)와 산소(O₂)의 혼합가스를 충전하여 반응성이 높은 산소에 의한 계면의 산화를 촉진할 수 있도록 하는 유기전계발 광소자의 에이징 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 애노드전극을 포함하는 발광영역을 기판상에 패터닝하는 단계와; 상기 기판 상에 유기발광부를 형성하는 단계와; 상기 유기발광부 상에 제1금속전극층을 형성하는 단계와; 상기 애노드전극과 상기 제1금속전극층 사이에 소정의 바이어스 전압을 인가하여 1차 에이징을 하는 단계와; 상기 제1금속전극층 상에 제2금속전극층을 형성하는 단계와; 상기 애노드전극과 상기 제2금속전극층 사이에 소정의 바이어스 전압을 인가하여 2차 에이징을 하는 단계와; 상기 기판과, 유기발광부와, 캐소드전극을 쉴드캡으로 밀봉하는 단계;를 포함한다.

상기 1차 에이징은 질소와 산소가 혼합충전된 분위기에서 실시되는 것을 특징으로 한다.

상기 2차 에이징은 질소가 충전된 분위기에서 실시되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1금속전극층은 150Å 내지 200Å 의 두께를 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 1차 에이징과 2차 에이징에 사용되는 바이어스 전압은 100㎐ 내지 10㎑ 의 주파수를 갖는 것을 특징으로 한다.

이하, 도면을 참조하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 에이징 방법의 순서를 나타낸 흐름도이며, 도 1 내지 도 4 를 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

유기전계발광소자(100, 200)에 사용되는 캐소드전극(Al, Ag, Mg;112)은 열적증발(thermal evaporation), e-beam deposition, 스퍼터링(sputtering) 등의 방법에 의하여 증착될 수 있다.

유기전계발광소자(100, 200)의 수명 저하는 수분 또는 산소의 전극 내로의 침투에 의한 계면 열화와 관계가 있다. 따라서 초기 특성 대비 가속 수명은 유기발광층(108,214)과 전극(104, 112, 210, 216) 사이의 계면과 유기물의 열화에 의해 저하된다. 특히 초기 특성의 저하가 가속 수명 초기에 급격하게 나타나는데, 이러한 결과는 소자 구조 중 캐소드전극(112, 216)과 유기발광층(108, 214) 사이의 계면의 물리적 상태가 안정화되어 있지 않기 때문이다.

유기전계발광소자(100, 200)의 에이징은 이러한 계면의 물리적 안정화를 위하여 사용되는 것이다. 즉 유기전계발광소자(100, 200)의 제조 공정에서 캐소드전극(112, 216)을 증착한 후, 열이나 전기장을 가하여 유기발광층(108, 214)과의 계면에서 열적 평형상태와 전기적 안정상태를 도모할 수 있다.

본 발명에서는 도 4에 도시된 바와 같이 2단계의 에이징을 실시하는데, 먼저 유기발광층(108) 상에 제1금속전극층(112a)을 증착, 형성한다. 캐소드전극(112)으로는 통상적으로 유기발광층(108)의 불소(F)와의 결합에 의하여 일함수가 낮아져서 전자의 방출이 용이해지는 알루미늄(Al)을 사용하게 된다. 제1금속전극층(112a) 역시 Al을 이용하여 박막층으로 형성된다. 제1금속전극층(112a)은 150Å 내지 200Å의 두께를 갖도록 하는 것이 바람직하다.

그 다음으로 제1금속전극층(112a)과 애노드전극(104) 사이에 소정의 크기를 갖는 바이어스 전압(200)을 인가하여 1차 에이징을 실시한다. 1차 에이징은 밀폐된 챔버 안에서 질소(N₂)와 산소(O₂)가 소정의 비율(수% 이내)로 혼합된 분위기에서 실시한다. 이것은 1차 에이징 과정에서 산소가 계면에 침투하면서 산화를 일으켜 계면의 안정화를 앞당길 수 있도록 하는 것이다.

또한 바이어스 전압(200)은 DC와 AC의 혼합 전원으로서, 주파수는 100㎐ 내지 10㎑ 의 범위내에 있도록 하는 것이 바람직하다. 그리고 소자의 에이징의 가속은 전원의 주파수를 증가시키거나 전압을 올리거나 외부의 열원을 인가함으로써 가능하다.

한편, 도 5 내지 도 7은 인가 전압의 주파수별 C-V 변화곡선을 나타낸 그래프로서, Al의 두께에 따른 Capacitance-Voltage 특성의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 5는 전원의 주파수가 100㎐ 일 때의 변화 곡선을 나타낸 것으로서, 제1금속전극층(112a)의 두께가 100Å 일 때에는 표면 누설전류가 증가함에 따라 5V 이내에서 발광이 이루어지지 않는다. 그리고 두께가 150Å 내지 200Å 일 때에는 약 4.4V 의 전압에서 발광이 이루어진다.

도 6은 전원의 주파수가 10㎑ 일 때의 변화 곡선을 나타낸 것으로서, 100Å 의 두께를 가질 때에는 발광이 이루어지지 않지만, 150Å 내지 200Å 일 때에는 약 4.8V 의 전압에서 발광이 이루어진다.

도 7은 전원의 주파수가 1㎒ 일 때의 변화 곡선을 나타낸 것으로서, 100Å 내지 200Å 의 두께에서는 발광이 이루어지지 않는 것을 알 수 있다.

따라서 본 발명에서는 제1금속전극층(112a)의 두께를 150Å 내지 200Å으로, 전원의 주파수를 100㎐ 내지 10㎑ 로 정하는 것으로 한다.

이와 같은 1차 에이징이 완료되면, 다시 제2금속전극층(112b)을 증착한다. 제2금속전극층(112b) 역시 Al 을 사용하지만, 이외에도 비저항이 낮은 은(Ag) 이나 구리(Cu)를 사용할 수도 있을 것이다.

제2금속전극층(112b)은 500Å 이상의 두께를 갖도록 증착함으로써 실제의 구동환경에 맞게 유기전계발광소자(100)를 제작한다.

제2금속전극층(112b)의 증착이 완료된 후, 애노드전극(104)과 제2금속전극층(112b) 사이에 소정의 바이어스 전압(200)을 인가하여 2차 에이징을 한다.

2차 에이징이 완료된 후에는 흡습제가 포함된 쉴드캡(114)을 씌우고 실링제로 밀봉함으로써 유기전계발광소자(100)의 제작이 완료된다.

이상에서는 수동 매트릭스형 유기전계발광소자(100)를 기준으로 2단계 에이징 방법을 설명하였으나, 능동 매트릭스형 유기전계발광소자(200)에 있어서도 동일한 과정으로 2단계 에이징을 실시할 수 있을 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예에 제한되지 않으며, 당업자가 용이하게 변형할 수 있는 범위에도 권리가 미친다.

Claims

애노드전극을 포함하는 발광영역을 기판상에 패터닝하는 단계와;

상기 기판 상에 유기발광부를 형성하는 단계와;

상기 유기발광부 상에 제1금속전극층을 형성하는 단계와;

상기 애노드전극과 상기 제1금속전극층 사이에 소정의 바이어스 전압을 인가하여 1차 에이징을 하는 단계와;

상기 제1금속전극층 상에 제2금속전극층을 형성하는 단계와;

상기 애노드전극과 상기 제2금속전극층 사이에 소정의 바이어스 전압을 인가하여 2차 에이징을 하는 단계와;

상기 기판과, 유기발광부와, 캐소드전극을 쉴드캡으로 밀봉하는 단계;를 포함하는 유기전계발광소자의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 1차 에이징은 질소와 산소가 혼합충전된 분위기에서 실시되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 2차 에이징은 질소가 충전된 분위기에서 실시되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 제1금속전극층은 150Å 내지 200Å 의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 1차 에이징과 2차 에이징에 사용되는 바이어스 전압은 100㎐ 내지 10㎑ 의 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.