KR100813851B1 - 투명 전도성 산화막인 캐소드를 구비하는 유기전계발광소자및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
투명 전도성 산화막인 캐소드를 구비하는 유기전계발광소자 및 그의 제조방법을 제공한다. 상기 유기전계발광소자는 소자 기판 상에 위치하는 애노드를 구비한다. 상기 애노드 상에 적어도 유기발광층을 구비하는 유기기능막이 위치한다. 상기 유기기능막 상에 투명 전도성 산화막인 캐소드가 위치한다. 이로써, 유기전계발광소자의 공진효과를 제거할 수 있다. 그 결과, 각도에 따른 휘도 변화와 색 전이가 제거될 수 있다.
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계발광소자를 나타낸 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 각각 일반적인 스퍼터링법을 사용하여 형성한 인듐 산화막과 플라즈마 지원 증발법을 사용하여 형성한 인듐 산화막의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope; SEM) 사진들이다.
도 3은 플라즈마 지원 증발법을 사용하여 형성한 인듐 산화막의 파장에 대한 투과도를 나타낸 그래프이다.
도 4는 제조예 및 비교예 1에 따른 유기전계발광소자들의 전류밀도-전압 특성을 나타낸 그래프이다.
도 5는 제조예 및 비교예 2에 따른 유기전계발광소자들의 전류밀도-전압 특성을 나타낸 그래프이다.
(도면의 주요 부위에 대한 부호의 설명)
10 : 기판 A : 애노드
13 : 정공수송층 14 : 유기발광층
15 : 전자수송층 F : 유기기능막
17 : 전자주입강화층 C : 캐소드
본 발명은 유기전계발광소자 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 투명 전도성 산화막인 캐소드를 구비하는 유기전계발광소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
일반적인 유기전계발광소자는 애노드, 상기 애노드 상에 위치하는 유기발광층 및 상기 유기발광층 상에 위치하는 캐소드를 포함한다. 상기 애노드와 상기 캐소드 간에 전압을 인가하면 정공은 상기 애노드로부터 상기 유기발광층 내로 주입되고, 전자는 상기 캐소드로부터 상기 유기발광층 내로 주입된다. 상기 유기발광층 내로 주입된 정공과 전자는 재결합하여 엑시톤(exiton)을 생성하고, 이러한 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 전이하면서 빛을 방출한다.
이러한 유기전계발광소자는 크게 상기 유기발광층에서 방출된 빛이 하부 기판을 통해 투과되는 배면발광형과 상부 기판을 통해 투과되는 전면발광형으로 구분될 수 있다. 상기 전면발광형 유기전계발광소자는 상기 배면발광형 유기전계발광소자에 비해 개구율이 높은 장점이 있다.
이러한 전면발광형 유기전계발광소자의 광투과 전극인 캐소드는 전자주입특성을 위해 낮은 일함수를 갖는 금속막, 예를 들어 MgAg막으로 형성된다. 그러나, 이러한 금속 캐소드는 가시광선 영역의 빛에 대해 큰 반사도를 나타낸다. 따라서, 상기 금속 캐소드를 구비하는 전면발광형 유기전계발광소자는 필연적으로 공진구조(microcavity structure)를 갖게 된다. 이러한 공진구조는 각도에 따른 휘도(luminance) 변화와 색 전이(color shift)를 유발한다. 또한, 이러한 공진구조로 인해 유기발광층을 비롯한 여러 유기기능막의 두께를 2% 이하의 엄격한 균일도 내에서 제어하여야 한다. 이는 유기전계발광소자의 대량생산에 치명적인 결점이 될 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 공진특성을 갖지 않는 전면발광형 유기전계발광소자를 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일측면은 유기전계발광소자를 제공한다. 상기 유기전계발광소자는 소자 기판 상에 위치하는 애노드를 구비한다. 상기 애노드 상에 적어도 유기발광층을 구비하는 유기기능막이 위치한다. 상기 유기기능막 상에 투명 전도성 산화막인 캐소드가 위치한다.
상기 투명 전도성 산화막은 플라즈마 지원 열증발법(plasma assisted thermal evaporation)을 사용하여 형성한 막일 수 있다.
상기 투명 전도성 산화막은 인듐 산화(Indium Oxide; IO)막, 인듐 주석 산화(Indium Tin Oxide; ITO)막, 주석 산화(Tin Oxide; TO)막, 인듐 아연 산화(Indium Zinc Oxide; IZO)막, 알루미늄 아연 산화(Aluminum Zinc Oxide; AZO)막, 알루미늄 주석 산화(Aluminum Tin Oxide; ATO)막 또는 알루미늄 인듐 산화(Aluminum Indium Oxide; AIO)막일 수 있다.
상기 유기기능막과 상기 캐소드 사이에 전자주입강화층(electron injection enhancing layer)이 위치할 수 있다. 상기 전자주입강화층은 표면깊이(skin depth) 미만의 두께를 갖는 금속층일 수 있다. 상기 전자주입강화층은 Mg, Ca 또는 In을 함유하는 막일 수 있다.
상기 애노드는 금(Au) 또는 백금(Pt)을 함유할 수 있다. 이와는 달리, 상기 애노드는 투명 전도성 산화물질에 절연 산화물질이 도핑된 막일 수 있다. 상기 투명 전도성 산화물질은 인듐 산화물, 인듐 주석 산화물, 주석 산화물, 인듐 아연 산화물, 알루미늄 아연 산화물, 알루미늄 주석 산화물 또는 알루미늄 인듐 산화물이고, 상기 절연 산화물질은 란탄 산화물(lanthanum oxide), 이트륨 산화물(yttrium oxide), 베릴륨 산화물(beryllium oxide), 티타늄 산화물(titanium oxide), 실리콘 산화물(silicon oxide), 갈륨 산화물(gallium oxide), 팔라듐 산화물(palladium oxide) 또는 사마륨 산화물(samarium oxide)일 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 일측면은 유기전계발광소자의 제조방법을 제공한다. 먼저, 소자 기판 상에 애노드를 형성한다. 상기 애노드 상에 적어도 유기발광층을 구비하는 유기기능막을 형성한다. 상기 유기기능막 상에 투명 전도성 산화막인 캐소드를 형성한다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면들에 있어서, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계발광소자를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 소자 기판(10) 상에 애노드(A)가 위치한다. 상기 소자 기판(10)은 상기 애노드(A)에 접속하는 적어도 하나의 박막트랜지스터(미도시)를 구비할 수 있다.
상기 애노드(A)의 일함수(work function)는 4.8 내지 6.0eV일 수 있다. 바람직하게는 상기 애노드(A)의 일함수는 5.5 내지 6.0eV이다. 상기 애노드(A)는 광투과 전극 또는 광반사 전극일 수 있다.
상기 애노드(A)가 광반사 전극이고 일함수가 5.5 내지 6.0eV인 경우, 상기 애노드(A)는 금(Au)막 또는 백금(Pt)막일 수 있다.
이와는 달리, 상기 애노드(A)가 광투과 전극이고 일함수가 5.5 내지 6.0eV인 경우, 상기 애노드(A)는 투명 전도성 산화물(transparent conducting oxide)에 절연 산화물(insulating oxide)이 도핑된 막일 수 있다. 상기 투명 전도성 산화물은 일반적으로 4.8 내지 5.2 eV의 일함수를 갖는 물질로, 인듐 산화물(Indium Oxide; IO), 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide; ITO), 주석 산화물(Tin Oxide; TO), 인 듐 아연 산화물(Indium Zinc Oxide; IZO), 알루미늄 아연 산화물(Aluminum Zinc Oxide; AZO), 알루미늄 주석 산화물(Aluminum Tin Oxide; ATO) 또는 알루미늄 인듐 산화물(Aluminum Indium Oxide; AIO)일 수 있다. 또한, 상기 절연 산화물은 상기 투명 전도성 산화물에 비해 일함수가 높은 물질로, 란탄 산화물(lanthanum oxide), 이트륨 산화물(yttrium oxide), 베릴륨 산화물(beryllium oxide), 티타늄 산화물(titanium oxide), 실리콘 산화물(silicon oxide), 갈륨 산화물(gallium oxide), 팔라듐 산화물(palladium oxide) 또는 사마륨 산화물(samarium oxide)일 수 있다. 투명 전도성 산화물에 절연 산화물이 도핑된 막의 경우, 상기 투명 전도성 산화물과 상기 절연 산화물의 비를 조절하면 적절한 광투과도와 전도성을 얻을 수 있다.
상기 애노드(A)는 스퍼터링(sputtering)법, 증발(evaporation)법, 이온 빔 증착(ion beam deopsition)법, 전자 빔 증착(electron beam deposition)법 또는 레이저 어블레이션(laser ablation)법을 사용하여 형성할 수 있다.
상기 애노드(A) 상에 적어도 유기발광층(14)을 구비하는 유기기능막(F)이 위치한다. 상기 유기기능막(F)은 상기 유기발광층(14)과 상기 애노드(A) 사이에 위치하는 정공수송층(13)을 더 구비할 수 있다. 상기 애노드(A)의 일함수가 5.5 내지 6.0eV인 경우, 상기 정공수송층(13)을 구성하는 물질의 선택폭은 매우 넓어질 수 있다. 즉, 상기 정공수송층(13)의 가전자대(valence band; HOMO) 에너지 범위가 5.1 내지 6.5eV로 매우 넓어질 수 있다. 일 예로서, 상기 유기발광층(14)을 구성하는 호스트 물질을 사용하여 상기 정공수송층(13)을 형성하는 것도 가능하다. 또한, 상기 애노드(A)의 일함수가 5.5 내지 6.0eV로 매우 높은 경우, 상기 애노 드(A)와 상기 정공수송층(13) 사이에 추가적인 정공주입층을 형성하지 않더라도, 유기전계발광소자는 낮은 구동전압특성 및 높은 발광효율특성을 나타낼 수 있다. 즉, 상기 애노드(A)과 상기 정공수송층(13)은 직접적으로 접촉할 수 있다.
상기 정공수송층(13)은 1,3,5-트리카바졸릴벤젠(1,3,5-tricarbazolylbenzene), 4,4'-비스카바졸릴비페닐(4,4'-biscarbazolylbiphenyl), 폴리비닐카바졸(polyvinylcarbazole), m-비스카바졸릴페닐(m-biscarbazolylphenyl), 4,4'-비스카바졸릴-2,2'-디메틸비페닐(4,4'-biscarbazolyl-2,2'-dimethylbiphenyl), 4,4',4"-트리(N-카바졸릴)트리페닐아민(4,4',4?-tri(N-carbazolyl)triphenylamine), 1,3,5-트리(2-카바졸릴페닐)벤젠(1,3,5-tri(2-carbazolylphenyl)benzene), 1,3,5-트리스(2-카바졸릴-5-메톡시페닐)벤젠(1,3,5-tris(2-carbazolyl-5-methoxyphenyl)benzene), 비스(4-카바졸릴페닐)실란(bis(4-carbazolylphenyl)silane), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1-비페닐]-4,4'디아민(N,N'-bis(3-methylphenyl)-N,N'-diphenyl-[1,1-biphenyl]-4,4'-diamine, TPD), N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐 벤지딘(N,N'-di(naphthalene-1-yl)-N,N'-diphenylbenzidine, α-NPD), N,N'-디페닐-N,N'-비스(1-나프틸)-(1,1'-비페닐)-4,4'-디아민(N,N'- diphenyl -N,N'-bis(1-naphthyl)-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine, NPB) 와 같은 저분자재료 또는 폴리(9,9-디옥틸플루오렌-co-N-(4-부틸페닐)디페닐아민) (poly(9,9-dioctylfluorene-co-N-(4-butylphenyl)diphenylamine, TFB), 폴리(9,9-디옥틸플루오렌-co-비스-N,N'-(4-부틸페닐)-비스-N,N'-페닐-1,4-페닐렌디아민(poly(9,9-dioctylfluorene-co-bis-N,N'-(4-butylphenyl)-bis-N,N'- phenyl-1,4-phenylenediamine, PFB), 폴리(9,9-디옥틸플루오렌 -co-비스-N,N-(4-부틸페닐)-비스-N,N-페닐벤지딘(poly(9,9-dioctylfluorene-co-bis-N,N-(4-butylphenyl)-bis-N,N-phenylbenzidine, BFE)와 같은 고분자재료를 사용하여 형성할 수 있다. 상기 정공수송층(13)은 기상증착법, 스핀코팅법, 잉크젯 프린트법 또는 레이저 열 전사법을 사용하여 형성할 수 있다.
상기 유기발광층(14)은 인광발광층 또는 형광발광층일 수 있다. 상기 유기발광층(14)이 형광발광층인 경우, 상기 유기발광층(14)은 디스티릴아릴렌(distyrylarylene; DSA), 디스티릴아릴렌 유도체, 디스티릴벤젠(distyrylbenzene; DSB), 디스티릴벤젠 유도체, DPVBi(4,4'-bis(2,2'-diphenyl vinyl) -1,1'-biphenyl), DPVBi 유도체, 스피로-DPVBi 및 스피로-6P(spiro-sexyphenyl)로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 물질을 포함할 수 있다. 더 나아가서, 상기 유기발광층(14)은 스티릴아민(styrylamine)계, 페릴렌(pherylene)계 및 DSBP(distyrylbiphenyl)계로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 도판트 물질을 더욱 포함할 수 있다. 이와는 달리, 상기 유기발광층(14)이 인광발광층인 경우, 상기 유기발광층(14)은 호스트 물질로서 아릴아민(allylamine)계, 카바졸(carbazole)계 및 스피로(spiro)계로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 물질을 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 호스트 물질은 CBP (4,4 -N,N dicarbazole- biphenyl), CBP 유도체, mCP (N,N -dicarbazolyl-3,5-benzene) mCP 유도체 및 스피로계 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 물질이다. 이에 더하여, 상기 유기발광층(14)은 도판트 물질로서 Ir, Pt, Tb, 및 Eu로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 중심금속 을 갖는 인광유기금속착체를 포함할 수 있다. 나아가, 상기 인광유기금속착제는 PQIr, PQIr(acac), PQ2Ir(acac), PIQIr(acac) 및 PtOEP로 이루어진 군에서 선택되는 하나일 수 있다.
풀칼라 유기전계발광소자의 경우, 상기 유기발광층(14)은 고정세 마스크를 사용한 진공 증착법, 잉크젯 프린트법 또는 레이저 열전사법을 사용하여 형성할 수 있다.
상기 유기발광층(14) 상에 정공저지층(미도시)이 위치할 수 있다. 상기 정공저지층은 유기전계발광소자의 구동과정에 있어 상기 유기발광층(14)에서 생성된 엑시톤이 확산되는 것을 억제하는 역할을 한다. 이러한 정공저지층은 Balq, BCP, CF-X, TAZ 또는 스피로-TAZ를 사용하여 형성할 수 있다.
상기 유기기능막(F)은 상기 유기발광층(14) 상에 위치하는 전자수송층(15)을 더 구비할 수 있다. 상기 전자수송층(15)의 전도대(conduction band, LUMO)의 에너지는 약 2.8 내지 3.5eV일 수 있다. 이러한 상기 전자수송층(15)은 상기 유기발광층(14)으로의 전자의 수송을 용이하게 하는 층으로 예를 들어, PBD, TAZ, spiro-PBD와 같은 고분자재료 또는 Alq3, BAlq, SAlq와 같은 저분자재료를 사용하여 형성할 수 있다. 상기 전자수송층(15)은 진공증착법, 스핀코팅법, 잉크젯 프린트법 또는 레이저 열 전사법을 사용하여 형성할 수 있다.
상기 유기기능막(F) 상에 투명 전도성 산화막인 캐소드(C)가 위치한다. 따라서, 상기 유기발광층(14) 내에서 방출된 광은 상기 캐소드(C)를 통해 거의 대부 분 투과됨으로써 공진효과(microcavity)가 제거될 수 있다. 그 결과, 각도에 따른 휘도(luminance) 변화와 색 전이(color shift)가 제거될 수 있다. 상기 캐소드(C)는 인듐 산화막, 인듐 주석 산화막, 주석 산화막, 인듐 아연 산화막, 알루미늄 아연 산화막, 알루미늄 주석 산화막 또는 알루미늄 인듐 산화막일 수 있다. 이러한 캐소드(C)는 4.8 내지 5.2eV의 일함수를 가질 수 있다.
상기 캐소드(C)는 플라즈마 지원 열증발법(plasma assisted thermal evaporation)을 사용하여 형성할 수 있다. 일반적인 열증발법은 도가니에 고체 재료를 넣고 도가니에 고체 재료의 녹는점이나 승화점 이상의 온도를 가하여 상기 고체 재료를 증발시키고, 상기 증발된 재료를 기판 상에 적층하는 방법이다. 그러나, 상기 플라즈마 지원 열증발법은 상기 증발된 재료에 비교적 약한 세기를 갖는 플라즈마를 가하여 이온화킨 후, 기판 상에 적층하는 방법이다. 상기 플라즈마는 산소 플라즈마 또는 비활성 기체 플라즈마일 수 있다. 상기 비활성 기체는 Ar일 수 있다. 상기 재료가 금속인 경우 상기 플라즈마는 산소를 필수적으로 함유한다. 이러한 플라즈마 지원 열증발법은 0.1 ~ 0.5mTorr의 진공도, 5 ~ 30sccm의 비활성 기체, 3 ~ 40sccm의 산소 기체 및 100도 이하의 기판 온도 조건에서 수행될 수 있다. 상기 기판 온도는 80도 이하일 수 있다. 상기 플라즈마 지원 열증발법을 사용하여 형성한 투명 전도성 산화막(C)은 가시광선 파장범위 전체에 걸쳐 85%이상의 높은 투과도를 나타내며, 20 ~ 70 Ω/□의 낮은 면저항을 나타낸다.
이와 같이, 플라즈마 지원 열증발법을 사용하여 광투과율 및 전도성이 양호한 투명 전도성 산화막(C)을 형성할 수 있다. 또한, 열적안정성이 낮은 상기 유기 기능막(F) 상에 상기 투명 전도성 산화막(C)를 형성할 때 상기 플라즈마 지원 열증발법을 사용함으로써, 100도 정도로 낮은 기판온도를 유지할 수 있어 상기 유기기능막(F)을 열손상시키지 않을 수 있다. 이에 반해, 일반적인 열증발법을 사용하여 투명 전도성 산화막(C)을 형성하는 경우, 적절한 광투과율 및 전도성을 얻기 위해서 기판온도를 250 내지 300도로 유지하여야 한다. 250 내지 300도 정도의 높은 온도는 상기 유기기능막(F)를 열손상시킬 수 있다.
한편, 상기 캐소드(C)를 형성하는 다른 방법인 스퍼터링법의 경우, 고체 재료에 플라즈마를 가하여 상기 재료의 표면으로부터 원자 또는 분자를 스퍼터시킨 후, 상기 스퍼터된 원자 또는 분자를 유기기능막(F) 상에 적층하는 방법이다. 이 때, 상기 플라즈마의 세기는 매우 커서, 상기 유기기능막(F)을 물리적으로 손상시킬 수 있다. 반면, 플라즈마 지원 열증발법의 경우, 열과 플라즈마를 함께 사용하여 고체 재료로부터 이온화된 증기를 얻어내기 때문에 비교적 낮은 세기의 플라즈마를 적용할 수 있다. 따라서, 플라즈마 지원 열증발법을 사용하여 투명 전도성 산화막(C)을 형성하는 경우 상기 유기기능막(F)은 물리적으로 손상되지 않을 수 있다.
결론적으로, 플라즈마 지원 열증발법을 사용하여 투명 전도성 산화막(C)을 형성함으로써, 상기 유기기능막(F)에 열적손상 및 물리적 손상을 가하지 않으면서도 광투과율 및 전도성이 양호한 투명 전도성 산화막(C)를 형성할 수 있다.
상기 유기기능막(F)과 상기 캐소드(C) 사이에 전자주입강화층(electron injection enhancing layer; 17)이 더 위치할 수 있다. 상기 전자주입강화층(17) 은 상기 캐소드(C)에 비해 일함수가 낮은 막으로, 상기 유기기능막(F)으로의 전자주입을 강화시킬 수 있는 막이다. 구체적으로, 상기 전자주입강화층(17)은 3.6 내지 3.7eV의 일함수를 갖는 금속층으로 표면깊이(skin depth) 미만의 두께를 가질 수 있다. 상기 표면깊이 미만의 두께는 광투과도에 전혀 영향을 주지 않을 정도의 얇은 두께를 의미한다. 그 결과, 상기 전자주입강화층(17)은 광투과도에 전혀 영향을 주지 않으면서, 상기 유기기능막(F)으로의 전자주입을 강화시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 전자수송층(15)과 상기 전자주입강화층(17) 사이에 추가적인 전자주입층을 형성하지 않더라도, 유기전계발광소자는 낮은 구동전압특성 및 높은 발광효율특성을 나타낼 수 있다. 즉, 상기 전자주입강화층(17)은 상기 전자수송층(15)과 직접적으로 접촉하도록 형성될 수 있다. 상기 전자주입강화층(17)은 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca) 또는 인듐(In)을 함유할 수 있고, 그의 두께는 약 70Å일 수 있다. 바람직하게는 상기 전자주입강화층(17)은 마그네슘(Mg)층, 칼슘(Ca)층 또는 인듐(In)층일 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 각각 일반적인 스퍼터링법을 사용하여 형성한 인듐 산화막과 플라즈마 지원 증발법을 사용하여 형성한 인듐 산화막의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope; SEM) 사진들이다. 참고로, 상기 스퍼터링법에서 기판 온도는 200℃로 유지되었고, 상기 플라즈마 지원 증발법에서 기판 온도는 80℃로 유지되었으며, ITO막은 모두 1000Å이었다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 스퍼터링법을 사용하여 형성한 인듐 산화막(도 2a)은 결정입자(grain)가 매우 크고 불균일한 반면, 플라즈마 지원 증발법을 사용하여 형성한 인듐 산화막(도 2b)은 결정입자(grain)가 작고 균일하게 형성되었다. 이와 더불어서, 상기, 스퍼터링법을 사용하여 형성한 인듐 산화막의 면저항은 400Ω/□이고, 상기 플라즈마 지원 증발법을 사용하여 형성한 인듐 산화막의 면저항은 31.7Ω/□인 것으로 나타났다.
도 3은 플라즈마 지원 증발법을 사용하여 형성한 인듐 산화막의 파장에 대한 투과도를 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, 가시광선 파장범위 전체에 걸쳐 85% 이상의 투과도를 나타내었다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예(example)를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
투명 전도성 산화막인 캐소드를 구비하는 유기전계발광소자 특성 평가
<제조예>
기판 상에 금(Au)을 사용하여 애노드를 형성하고, 상기 애노드 상에 NPD(N, N'-diphenyl-N, N'-bis(1-naphthyl)-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine)를 50㎚의 두께로 적층함으로써, 정공수송층을 형성하였다. 상기 정공수송층 상에 DSA(distyrylarylene) 100중량부와 TBPe(테트라(t-부틸)페릴렌(tetra(t- butyl)perylene)) 3중량부를 공증착함으로써 두께가 30㎚인 청색발광층을 형성하였다. 상기 발광층 상에 Balq(bis(2-methyl-8-quinolato)-(p-phenylphenolato)-aluminum)를 5㎚의 두께로 적층하여 정공저지층을 형성하였다. 상기 정공저지층 상에 Bebq2(bis(benzo- quinoline)berellium)를 20㎚의 두께로 적층하여 전자수송층을 형성하였다. 상기 전자수송층 상에 LiF를 1㎚의 두께로 적층하여 전자주입층을 형성하였다. 상기 전자주입층 상에 플라즈마 지원 열증발법을 사용하여 인듐 산화막을 적층하여 캐소드를 형성하였다.
<비교예 1>
전자주입층 상에 스퍼터링법을 사용하여 인듐 산화막을 적층하여 캐소드를 형성한 것을 제외하고는 제조예와 동일한 방법을 사용하여 유기전계발광소자를 제조하였다.
<비교예2>
기판 상에 인듐 주석 산화막를 적층하여 애노드를 형성하고, 상기 애노드 상에 CuPc를 60㎚의 두께로 적층함으로써 정공주입층을 형성하고, 상기 정공주입층 상에 NPD를 30㎚의 두께로 적층함으로써 정공수송층을 형성하였다. 상기 정공수송층 상에 DSA 100중량부와 TBPe 3중량부를 공증착함으로써 두께가 25㎚인 청색발광층을 형성하였다. 상기 발광층 상에 Balq를 5㎚의 두께로 적층하여 정공저지층을 형성하고, 상기 정공저지층 상에 Alq3를 20㎚의 두께로 적층하여 전자수송층을 형성하고, 상기 전자수송층 상에 LiF를 1㎚의 두께로 적층하여 전자주입층을 형성하고, 상기 전자주입층 상에 열증발법을 사용하여 알루미늄을 적층하여 캐소드를 형 성하였다.
도 4는 제조예 및 비교예 1에 따른 유기전계발광소자들의 전류밀도-전압 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 비교예 1에 따른 유기전계발광소자는 역바이어스 영역(reverse bias region)에서 비교적 큰 누설 전류를 나타낸다. 따라서, 스퍼터링법을 사용하여 투명 전도성 산화막인 캐소드를 형성한 경우, 유기막의 유기결합(organic bond)이 파괴되었거나 손상되었음을 알 수 있다. 반면, 제조예에 따른 유기전계발광소자는 역바이어스 영역에서 10-5mA 이하의 낮은 전류밀도를 나타낸다.
도 5는 제조예 및 비교예 2에 따른 유기전계발광소자들의 전류밀도-전압 특성을 나타낸 그래프이다. 상기 비교예 2에 따른 유기전계발광소자는 4.8eV의 일함수를 갖는 인듐 주석 산화막인 애노드 및 4.3eV의 일함수를 갖는 알루미늄막인 캐소드를 구비하는 상용화된 소자이다. 반면, 제조예에 따른 유기전계발광소자는 5.6eV의 일함수를 갖는 금막인 애노드와 4.8eV의 일함수를 갖는 인듐 산화막인 캐소드를 구비하여, 상기 전극들은 상기 비교예 2에 따른 유기전계발광소자의 전극들에 비해 상향이동된다. 그러나, 도 5를 참조하면, 제조예에 따른 유기전계발광소자와 비교예 2에 따른 유기전계발광소자는 거의 유사한 전류밀도-전압특성을 나타낸다. 따라서, 제조예에 따른, 일함수가 상향이동된 전극들을 구비하는 유기전계 발광소자 또한 안정적으로 작동함을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 첫째로, 유기기능막 상에 위치하는 캐소드를 투명 전도성 산화막으로 형성함으로써, 유기전계발광소자의 공진효과를 제거할 수 있다. 그 결과, 각도에 따른 휘도 변화와 색 전이가 제거될 수 있다.
둘째로, 유기기능막 상에 위치하는 캐소드를 플라즈마 지원 열증발법을 사용하여 투명 전도성 산화막으로 형성함으로써, 상기 유기기능막에 열적손상 및 물리적 손상을 가하지 않으면서도, 광투과율 및 전도성이 양호한 투명 전도성 산화막 캐소드를 형성할 수 있다.
셋째로, 상기 유기기능막과 상기 투명 전도성 산화막인 캐소드 사이에 전자주입강화층을 더 형성함으로써, 상기 유기기능막으로의 전자주입을 강화할 수 있어 추가적인 전자주입층을 형성하지 않을 수 있다.
넷째로, 4.8 내지 5.2eV의 일함수를 갖는 투명 전도성 산화막인 캐소드를 사용함으로써, 애노드의 일함수를 5.5 내지 6.0eV로 상향이동시킬 수 있다. 이러한 높은 일함수를 갖는 애노드는 유기기능막으로의 정공주입력이 크므로, 추가적인 정공주입층을 형성하지 않을 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.
Claims (18)
- 소자 기판 상에 위치하는 애노드;상기 애노드 상에 위치하고, 적어도 유기발광층을 구비하는 유기기능막; 및상기 유기기능막 상에 위치하고, 투명 전도성 산화막인 캐소드를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제1항에 있어서,상기 투명 전도성 산화막은 플라즈마 지원 열증발법(plasma assisted thermal evaporation)을 사용하여 형성한 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제1항에 있어서,상기 투명 전도성 산화막은 인듐 산화(Indium Oxide; IO)막, 인듐 주석 산화(Indium Tin Oxide; ITO)막, 주석 산화(Tin Oxide; TO)막, 인듐 아연 산화(Indium Zinc Oxide; IZO)막, 알루미늄 아연 산화(Aluminum Zinc Oxide; AZO)막, 알루미늄 주석 산화(Aluminum Tin Oxide; ATO)막 또는 알루미늄 인듐 산화(Aluminum Indium Oxide; AIO)막인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제1항에 있어서,상기 유기기능막과 상기 캐소드 사이에 위치하는 전자주입강화층(electron injection enhancing layer)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제4항에 있어서,상기 전자주입강화층은 표면깊이(skin depth) 미만의 두께를 갖는 금속층인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제4항에 있어서,상기 전자주입강화층은 Mg, Ca 또는 In을 함유하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제1항에 있어서,상기 애노드는 금(Au) 또는 백금(Pt)을 함유하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제1항에 있어서,상기 애노드는 투명 전도성 산화물질에 절연 산화물질이 도핑된 막인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제8항에 있어서,상기 투명 전도성 산화물질은 인듐 산화물, 인듐 주석 산화물, 주석 산화물, 인듐 아연 산화물, 알루미늄 아연 산화물, 알루미늄 주석 산화물 또는 알루미늄 인듐 산화물이고,상기 절연 산화물질은 란탄 산화물(lanthanum oxide), 이트륨 산화물(yttrium oxide), 베릴륨 산화물(beryllium oxide), 티타늄 산화물(titanium oxide), 실리콘 산화물(silicon oxide), 갈륨 산화물(gallium oxide), 팔라듐 산화물(palladium oxide) 또는 사마륨 산화물(samarium oxide)인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 소자 기판 상에 애노드를 형성하는 단계;상기 애노드 상에 적어도 유기발광층을 구비하는 유기기능막을 형성하는 단계; 및상기 유기기능막 상에 투명 전도성 산화막인 캐소드를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
- 제10항에 있어서,상기 투명 전도성 산화막은 플라즈마 지원 열증발법을 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
- 제10항에 있어서,상기 투명 전도성 산화막은 인듐 산화막, 인듐 주석 산화막, 주석 산화막, 인듐 아연 산화막, 알루미늄 아연 산화막, 알루미늄 주석 산화막 또는 알루미늄 인듐 산화막인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법
- 제10항에 있어서,상기 캐소드를 형성하기 전에, 상기 유기기능막 상에 전자주입강화층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
- 제13항에 있어서,상기 전자주입강화층은 표면깊이 미만의 두께를 갖는 금속층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
- 제14항에 있어서,상기 전자주입강화층은 Mg, Ca 또는 In을 함유하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
- 제10항에 있어서,상기 애노드는 금(Au) 또는 백금(Pt)을 함유하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
- 제10항에 있어서,상기 애노드는 투명 전도성 산화물질에 절연 산화물질이 도핑하여 형성하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
- 제17항에 있어서,상기 투명 전도성 산화물질은 인듐 산화물, 인듐 주석 산화물, 주석 산화물, 인듐 아연 산화물, 알루미늄 아연 산화물, 알루미늄 주석 산화물 또는 알루미늄 인듐 산화물이고,상기 절연 산화물질은 란탄 산화물, 이트륨 산화물, 베릴륨 산화물, 티타늄 산화물, 실리콘 산화물, 갈륨 산화물, 팔라듐 산화물 또는 사마륨 산화물인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
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