KR100817128B1 - 유기 발광층 성막용 용매제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기 전계 발광 소자의 유기발광층 성막에 이용되는 유기발광물질의 용매제에 관한 것으로, 유기 발광층을 롤 코팅 방법으로 성막하는데 있어서, 용해도가 1wt/v%인 제 1용매제와 휘발도가 0.1이하인 제 2용매제와 표면장력이 30dyne/cm이하인 제3용매제로 구성된 혼합물을 용매로 이용함으로써, 기판에 코팅되기 전에 용매가 증발되는 것을 방지하며 용해성이 높고 표면장력이 뛰어나, 성막된 유기 발광층의 인쇄성을 향상시킬 수 있다.

Description

유기 발광층 성막용 용매제{SOLVENT FOR FORMING ORGANIC EMITTING LAYER}

도 1은 일반적인 매트릭스 방식의 유기 전계발광소자의 구조를 도시한 평면도.

도 2는 유기전계발광층의 단면을 도시한 단면도.

도 3은 본 발명의 롤 코팅 인쇄 과정을 설명하기 위한 유기발광소자 제조용 롤 코팅 인쇄 장비를 도시한 도면.

도 4는 에틸 벤조에이트(Ethyl Benzoate)를 유기발광물질의 용매제로 사용했을 때, 유기발광물질 인쇄 후, 표면을 SEM(Scanning Electron Microscope)으로 찍은 사진.

도 5는 2-부톡시 에탄올(Butoxy ethanol)을 유기발광물질의 용매제로 사용했을 때, 유기발광물질 인쇄 후, 표면을 SEM(Scanning Electron Microscope)으로 찍은 사진.

도 6은 디클로로 벤젠(Dichloro Benzene)을 유기발광물질의 용매제로 사용했을 때, 유기발광물질 인쇄 후, 표면을 SEM(Scanning Electron Microscope)으로 찍은 사진.

도 7은 두가지 이상의 용매제가 혼합된 유기발광물질을 인쇄후, 표면을 SEM(Scanning Electron Microscope)으로 찍은 사진.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

1: 기판 2: 제 1 전극

3: 제 2 전극 4: 유기발광층

5: 정공주입층 7: 유기발광물질막

9:전자주입층 31:스테이지

33: 에니록스 롤 35: 닥터 롤

36: APR 수지판 37: 인쇄 롤

본 발명은 유기 전계 발광 소자에 관한 것으로, 특히 유기 전계 발광 소자의 유기발광층 성막에 이용되는 유기발광물질의 용매제에 관한 것이다.

최근 표시장치의 대형화에 따라 공간 점유가 적은 평면표시소자의 요구가 증대되고 있는데, 이러한 표면표시소자 중 하나로서 전계발광소자가 주목되고 있다.

이 전계발광소자는 사용하는 재료에 따라 무기 EL 소자와 유기 EL 소자로 나뉘어지는데, 이중 유기 전계발광 소자는 전자 주입 전극(음극)과 정공 주입 전극(양극) 사이에 형성된 유기 전계발광층에 전하를 주입하면 전자와 정공이 쌍을 이룬 후, 소멸하면서 빛을 내는 소자로서, 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel)이나 무기 EL 디스플레이에 비해 낮은 전압(예컨대, 10V 이하)으로 구동할 수 있다는 장점이 있어 연구가 활발하게 진행되고 있다.

또한, 상기 유기 전계발광 소자는 디스플레이로 응용했을 때 자기 발광형이기 때문에 액정 소자에 비해 시야각이 넓고, 콘트라스트도 높으며, 시인성이 뛰어나다. 또한 백 라이트가 불필요하기 때문에 박형, 경량화를 실현시킬 수 있고, 발광이 필요한 화소에만 전류를 보내면 되기 때문에 표시 내용에 관계없이 항상 백 라이트를 전면에 걸쳐 점등해야하는 LCD와 비교해서 소비 전력의 면에서도 유리하다. 또한, 직류 저 전압 구동이 가능하고, 응답 속도가 빨라 동화상 표시가 용이하여 현재 IMT-2000용 디스플레이로 주목받고 있으며, 모두 고체이기 때문에 진동에 강해 사용 온도 범위 또한 넓은 장점을 가지고 있다. 특히, 액정 디스플레이보다 유리한 점은 발광이 필요한 화소에만 전류를 보내면 되기 때문에 표시 내용에 관계없이 항상 백라이트(back light)를 전면에 점등해야하는 LCD와 비교해서 소비전력 부분에서도 우수하다고 볼 수 있다.

상기한 바와 같은 유기 전계 발광 소자는 일반적으로, 유리와 같은 투명기판 상에 양의 전극과 음의 전극이 유기 발광층의 개재하에 서로 대향하여 배치되며, 그 양극 전극과 음극 전극 사이에 인가되는 전압에 의하여 유기 발광층에서 빛이 발광하여 투과한다. 이때, 양극 전극은 정공을 원할하게 공급함과 아울러 유기 발광층에서 발광된 빛이 잘 투과될 수 있도록 전기 전도성 및 빛의 투과도가 우수한 ITO(indium-tin-oxide) 박막을 스퍼터링 방법으로 형성하며, 음극 전극은 전자를 원할하게 공급할 수 있도록 일함수가 낮은 금속으로 형성한다.

따라서, 상기 양의 전극과 음의 전극에 각각 (+), (-) 전압이 인가되면, 양의 전극으로부터 주입되는 정공과 음의 전극으로부터 주입되는 전자가 유기 발광층 내에서 재결합하여 빛이 방출된다. 그리고, 상기 유기 발광층은 정공 수송층, 발광층 및 전자 수송층을 포함한다.

이하, 도면을 참조하여 상기와 같은 특징을 유기 발광소자에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시한 것은 일반적인 매트릭스 방식의 유기 전계발광소자의 구조이다.

도면에 도시한 바와 같이, 유기 전계발광소자는 투명 기판(1) 상에 띠 형태 로 형성되는 제 1 전극(2)과 제 1 전극(2) 상에 형성되는 유기전계발광층(4)과, 유기전계발광층(4) 상에 띠 형태로 형성된 제 1 전극(2)과 수직으로 교차하는 방향으로 띠 형태로 형성되는 제 2 전극(3)으로 이루어진다.

도 1에 도시된 바와 같이, 유기 전계발광소자는 일함수(work function)가 높은 금속전극과 낮은 금속전극 사이에 발광물질이 삽입되는 구조로 되어 있다. 일함수가 높은 금속전극은 정공을 주입하는 제 1 전극(anode;2)으로 사용되고 낮은 금속전극은 전자를 주입하는 제 2 전극(cathode;3)으로 사용된다.

상기 유기 전계발광소자의 구조를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 유기 전계발광소자의 단면을 도시한 단면도이다.

도면에 도시한 바와 같이 투명 기판(1) 위에 제 1 전극(2) 상에 형성되는 정공 주입층(hole injection layer; HIL)(5)과, 상기 정공 주입층(5) 위에 형성되는 유기 발광층(7)과, 상기 유기 발광층 위에 형성되는 전자 주입층(electron injection layer; EIL)(9)으로 이루어진다.

상기 제 1 전극(2) ITO와 같은 투명 전극으로 이루어지며 정공 주입층(HIL;5)을 통하여 유기 발광층(7)에 정공을 주입시키는 기능을 하고, 제 2 전극(3)은 유기 전계발광층(7)에 전자 주입층(HIL;9)을 통해 유기 발광층(7)에 전자를 주입시키는 역할을 한다.

또한, 상기 유기 발광층(7)는 단량체의 중합에 의해 제조되는 고분자 재료 및 저분자 재료로 나뉜다. 일반적으로, 고분자 재료는 진공 증착을 통해 필름 상에 형성될 수 없기 때문에 상기 고분자 유기물질을 용매제(solvent)에 적당한 비율 로 혼합하여 잉크젯 방법이나 스핀 코팅 또는 롤 코팅 방법을 이용하여 형성할 수 있다.

그러나, 롤 코팅 방법을 이용하여 상기 유기발광층 형성시 사용되는 용매제는 유기발광물질막이 기판에 제대로 인쇄되기 위하여 하기와 같은 세 가지 조건을 만족해야 한다.

첫째, 25 ℃ 에서 표면 장력(surface tension)이 30 dyne/cm 이하를 만족해야 한다.

둘째, 휴발성(evaporation rate)이 0.1 이하를 만족해야 한다.

셋째, 유기물질에 대한 용해도가 1.0 wt/v.v% 이상을 만족해야 한다.

그러나, 단일 용매제을 이용하는 경우 표면장력이 높고 휘발성이 높으며 유기 발광물질막에 대한 용해도가 낮아 유기전계발광소자의 유기발광물질막을 형성하는데 하는데 어려움이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 롤 코팅 인쇄방법을 이용하여 유기전계발광소자의 유기발광물질막을 형성하는데 있어서 유기발광물질의 용해도가 1 wt/v.v%인 제 1 용매제 또는 휘발성이 0.1 이하인 제 2 용매제 또는 표면 장력이 30 dyne/cm 이하인 제 3 용매제를 혼합하여 유기발광물질의 용매제로 사용함으로써, 유기 발광물질의 인쇄성을 향상시키는데 있다.

기타 본 발명의 목적 및 특징은 이하의 발명의 구성 및 특허청구범위에서 상세히 기술될 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기전계발광 표시소자의 유기 발광층을 롤 코팅 방법으로 성막하는데 있어서, 형성 방법은 용해도가 1wt/v%인 제 1 용매제와 휘발도가 0.1이하인 제 2 용매제와 표면장력이 30dyne/cm이하인 제 3 용매제로 구성된 혼합물을 용매로 이용함으로써, 기판에 코팅되기 전에 용매가 증발되는 것을 방지하며 용해성이 높고 표면장력이 뛰어나, 성막된 유기 발광층의 인쇄성을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 롤 코팅 방법은 패턴이 형성되어 있는 에니록스 롤(anilox roll)에 디스펜서(dispenser)부터 에니록스 롤에 적당한 비율로 혼합된 두가지 이상의 용매제와 상기 용매제에 용해되어 있는 유기물질이 공급되는 단계와; 상기 에니록스 롤과 닥터 롤(doctor roll)이 맞물려 회전하면서 상기 두가지 이상의 용매제와 혼합된 유기물질이 에니록스 롤에 균일하게 도포는 단계와; 상기 에니록스 롤에 맞물려 있는 인쇄 롤이 에니록스 롤과 함께 회전하면서 에니록스 롤에 묻어있는 유기물질이 에니록스 롤로부터 탈착되어 인쇄 롤에 전사되는 단계와; 상기 인쇄 롤을 회전시키면서 인쇄 롤에 전사된 유기물질은 다시 스테이지 상에 올려진 기판 위로 전사시키는 단계로 이루어진다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 상기와 같이 진행되는 롤 코팅 인쇄법에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3에 도시한 것은 롤 코팅 인쇄 과정을 설명하기 위한 유기발광소자 제조용 롤 코팅 인쇄 장비이다.

도면에 도시한 바와 같이, 롤 코팅 인쇄 장비는 유기발광물질이 인쇄될 기판(32)이 놓이게 되는 스테이지(31)와, 상기 기판(32)에 인쇄 패턴을 전사시키기 위한 세개의 롤(33,35,37)과, 기판(32)에 형성할 유기발광물질을 공급해주는 디스펜서(39)로 구성되어 있다.

상기 세 개의 롤(33,35,37)은 에니록스 롤(33)과, 상기 에니록스 롤(35)과 맞물려 같이 회전하면서 디스펜서(39)로부터 공급되는 유기발광물질을 에니록스 롤(33)에 균일하게 해주는 닥터 롤(35)과, 상기 에니록스 롤(33)에 맞물려 회전하면서 에니록스 롤(33)에 묻혀진 유기발광물질을 스테이지(31) 위에 올려진 기판(32)위에 전사시키는 인쇄 롤(37)로 이루어진다.

상기 인쇄 롤(37)은 APR 수지판(36)으로 감겨져 있다.

이하, 롤 코팅 인쇄 과정을 상세히 설명하면, 먼저 디스펜서(39)로부터 닥터 롤(33)과 맞물려 있는 에니록스 롤(33)에 두가지 이상의 제 1 또는 제 2 또는 제 3용매제와 혼합된 유기발광물질이 공급된다. 이때, 상기 디스펜서(39)로부터 공급되는 용매제는 하기의 세 가지 조건들을 모두 만족시킨다.

첫째, 25 ℃ 에서 표면 장력(surface tension)이 30 dyne/cm 이하이다.

둘째, 휘발성(evaporation rate)이 0.1 이하이다.

셋째, 유기물질에 대한 용해도가 1.0 wt/v.v% 이상이다.

상기의 조건들을 모두 만족시키는 단일 용매제를 선택하는 것은 한계가 있기 때문에 단일 용매제을 두가지 이상 혼합하여 사용한 것이다.

만일, 단일 용매제만을 사용할 경우에는 표면장력이 높고 휘발성이 높으며 유기발광물질에 대한 용해도가 낮아 인쇄 불량을 발생시키게 된다.

일례로, 표면 장력의 값이 34 dyne/cm인 에틸 벤조에이트(Ethyl Benzoate)만을 사용했을 경우, 도 4에 도시한 바와 같이 표면 장력의 감소로 인하여 유기물질의 인쇄성이 감소된다.

도 4에 도시한 것은 에틸 벤조에이트(Ethyl Benzoate)를 유기물질의 용매제로 사용했을 때, 유기물질 인쇄 후, 표면을 SEM(Scanning Electron Microscope)으로 찍은 사진이다.

또한, 유기 물질의 용해도(solubility)가 낮은(1wt% 이내) 2-Butoxy ethanol만을 사용했을 경우, 도 5에 도시한 바와 같이 유기물질의 인쇄 불량이 발생한다.

도 5에 도시한 것은 2-부톡시 에탄올(2-Butoxy ethanol)을 유기물질의 용매제로 사용했을 때, 유기물질 인쇄 후, 표면을 SEM(Scanning Electron Microscope)으로 찍은 사진이다.

도면에 도시한 바와 같이, 2-부톡시 에탄올(2-Butoxy ethanol)은 유기물질의 용해도가 낮기 때문에 롤 코팅 인쇄시 유기발광물질이 침전되어 인쇄 불량을 발생시키게 된다.

또한, 휘발성이 0.15인 디클로로 벤젠(Dichloro Benzene)만을 용매제로 사용했을 경우, 도 6에 도시한 바와 같이 유기물질의 인쇄 불량이 발생한다.

도 6에 도시한 것은 디클로로 벤젠(Dichloro Benzene)을 유기물질의 용매제로 사용했을 때, 유기물질 인쇄 후, 표면을 SEM(Scanning Electron Microscope)으로 찍은 사진이다.

도면에 도시한 바와 같이, 디클로로 벤젠(Dichloro Benzene)은 휘발성이 매우 높아서 디스펜서로부터 에니록스 롤에 디클로로 벤젠(Dichloro Benzene)과 혼합된 유기물질이 공급되면 바로 증발되어 롤 코팅시 유기발광물질의 침전으로 인하여 인쇄 불량을 발생시키게 된다.

따라서, 본 발명에서는 상기와 같은 유기발광물질의 인쇄 불량을 막기 위해서 두가지 이상의 유기발광물질의 용매제를 사용하게 되는데, 본 발명에서 사용되는 제 1 용매제로는 유기발광물질에 대한 용해도가 1wt/v% (여기서, wt는 중량이고 v는 부피) 이상인 것으로서, 자일렌(Xylenes), 테트라린(Tetralin), 사이클로 헥실 벤젠(Cyclo Hexyl Benzene), 클로로 포름(Chloro Form), 테트라 하이드로 퓨렌(Tetra hydro furane), 에틸 벤조에이트(Ethyl Benzoate), 메틸 벤조에이트(Methyl Benzoate)들중의 어느 하나를 사용한다.

또한, 상기 제 2 용매제는 휘발성이 0.1 이하인 것으로서, 사이클로 헥실 피로리돈(Cyclo hexyl Pyrrolidone), 엔엠피(NMP), ｒ-부티로렉톤(γ-butyrolactone), 에틸렌 글리콜(Ethylene Glycol), 도데컨(Dodecane), 에틸 시너메이트(Ethyl Cinamate)들중의 어느 하나를 사용한다.

또한, 상기 제 3 용매제는 표면 장력이 30 dyne/cm 이하인 것으로서, 2-부톡시 에탄올(2-Butoxy ethanol), 메틸렌 클로라이드(Metylene chloride), 아세톤(acetone), n-부틸 벤젠(n-butyl benzene), 톨루엔(toluene), 이소 펜틸 에서(Iso-pentyl ether), 이소 부틸 벤젠(Iso-butyl benzene)들중의 어느 하나를 사용한다.

상기와 같은 제 1 용매제 또는 제 2 용매제 또는 제 3 용매제와 혼합된 유기발광물질이 디스팬서(39)로부터 에니록스 롤(33)에 공급되면 상기 에니록스 롤(33)과 맞물려 있던 닥터 롤(35)이 에니록스 롤(33)과 함께 회전하면서 에니록스 롤(33)에 공급된 유기발광물질을 고르고 균일한 두께로 만들어준다. 이후, 유기발광물질이 균일한 두께로 도포된 영역의 에니록스 롤(33)과 맞물려 있는 인쇄 롤(37)이 에니록스 롤(33)과 함께 회전하면서 에니록스 롤(33)에 도포된 유기발광물질을 다시 기판(32) 전사시킴으로써, 유기발광물질을 형성하게 된다.

도 7은 상기와 같은 방법을 통하여 기판상에 인쇄된 유기발광층의 표면을 SEM(Scanning Electron Microscope)으로 찍은 사진이다.

도면에 도시한 바와 같이, 두가지 이상의 용매제를 혼합하여 유기발광물질층을 형성함으로써, 유기발광물질의 침전등으로 인한 불량 없이 유기발광물질층을 형성할 수 있다.

상술한 바와 같이, 롤 코팅 인쇄방법을 이용하여 유기전계발광소자의 유기발광물질막을 형성하는데 있어서 유기발광물질의 용해도가 1 wt/v.v%인 제 1 용매제 또는 휘발성이 0.1 이하인 제 2 용매제 또는 표면 장력이 30 dyne/cm 이하인 제 3 용매제를 혼합하여 유기발광물질의 용매제로 사용함으로써, 유기 발광물질의 인쇄 불량을 제거할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 유기 발광층과, 상기 유기 발광층에 정공을 공급하기 위한 애노드 전극 및 상기 유기 발광층에 전자를 공급하기 위한 캐소드 전극을 포함하는 유기전기발광소자에 있어서, 상기 유기 발광층은 용매을 이용하여 성막되며, 상기 용매는 용해도가 1wt/v%(여기서, wt는 중량이고 v는 부피)인 제 1 용매제와 휘발도가 0.1이하인 제 2 용매제와 표면장력이 30dyne/cm이하인 제 3 용매제로 구성된 혼합물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기발광층 성막용 용매제.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 용매제는 자일렌, 테트라린, 사이클로 헥실 벤젠, 클로로 포름, 테트라 하이드로 퓨렌, 에틸 벤조에이트, 메틸 벤조에이트 중의 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기발광층 성막용 용매제.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 용매제는 사이클로 헥실 피로리돈, 엔엠피, ｒ-부티로렉톤, 에틸렌 글리콜, 도데컨, 에틸 시너메이트 중의 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기발광층 성막용 용매제.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 용매제는 2-부톡시 에탄올, 메틸렌 클로라이드, 아세톤, n-부틸 벤젠, 톨루엔, 이소 펜틸 에서, 이소 부틸 벤젠 중의 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기발광층 성막용 용매제.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 유기 발광층의 성막은 롤 코팅 방법으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 발광층 성막용 용매제.

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