KR100820106B1 - 유기전기발광소자의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기전기발광소자에 관한 것이다.

유기전기발광소자의 수명 및 효율을 향상시키기 위해 정공수송층을 결정화시키는데, 이때 디웨팅(dewetting) 현상이 발생하여 박막의 균일도를 저하시킨다.

본 발명에서는, 정공수송층을 성막하기 전 산소 플라즈마 처리를 실시하여 계면 에너지를 낮추거나, 성막된 정공수송층을 디웨팅 시간보다 작은 시간동안 열처리하고 냉각하는 과정을 반복함으로써, 디웨팅 현상없이 안정화된 결정 박막을 얻을 수 있다. 따라서, 유기전기발광소자의 수명 및 효율을 향상시킬 수 있다.

유기전기발광소자, 정공수송층, 열처리, 디웨팅

Description

유기전기발광소자의 제조방법{Fabricating method for organic electroluminescence display device}

도 1은 일반적인 유기전기발광소자의 구조를 밴드 다이어그램으로 표시한 도면.

도 2는 종래의 결정화된 정공수송층을 도시한 사진.

도 3은 정공주입층 형성 후 결정화된 정공수송층을 도시한 사진.

도 4는 본 발명에 따라 결정화된 정공수송층을 도시한 사진.

본 발명은 유기전기발광소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유기전기발광소자의 정공수송층에 관한 것이다.

현재 텔레비전이나 모니터와 같은 디스플레이 장치에는 음극선관(cathode ray tube : CRT)이 주된 장치로 이용되고 있으나, 이는 무게와 부피가 크고 구동전압이 높은 문제가 있다. 이에 따라, 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 우수한 특성을 가지는 평판 표시 장치(flat panel display)의 필요성이 대두되었으며, 액정 표시 장치(liquid crystal display)와 플라즈마 표시 장치(plasma display panel), 전계 방출 표시 장치(field emission display), 그리고 전기 발광 표시 장 치(또는 전기발광소자라고도 함 : electroluminescence display(ELD))와 같은 다양한 평판 표시 장치가 연구 및 개발되고 있다.

이중 전기발광소자는 형광체에 일정 이상의 전기장이 걸리면 빛이 발생하는 전기발광(electroluminescence : EL) 현상을 이용한 표시 소자로서, 캐리어들의 여기를 일으키는 소스에 따라 무기(inorganic) 전기발광소자와 유기전기발광소자(organic electroluminescence display : OELD 또는 유기 ELD)로 나눌 수 있다.

이중, 유기전기발광소자가 청색을 비롯한 가시광선의 모든 영역의 빛이 나오므로 천연색 표시 소자로서 주목받고 있으며, 높은 휘도와 낮은 동작 전압 특성을 가진다. 또한 자체 발광이므로 명암대비(contrast ratio)가 크고, 초박형 디스플레이의 구현이 가능하며, 공정이 간단하여 환경 오염이 비교적 적다. 한편, 응답시간이 수 마이크로초(㎲) 정도로 동화상 구현이 쉽고, 시야각의 제한이 없으며 저온에서도 안정적이고, 직류 5V 내지 15V의 낮은 전압으로 구동하므로 구동회로의 제작 및 설계가 용이하다.

이러한 유기전기발광소자는 구조가 무기전기발광소자와 비슷하나, 발광원리는 전자와 정공의 재결합에 의한 발광으로 이루어지므로 유기 LED(organic light emitting diode : OLED)라고 부르기도 한다.

일반적인 유기전기발광소자의 구조를 밴드 다이어그램으로 표시한 것을 도 1에 도시하였는데, 도시한 바와 같이 유기전기발광소자는 애노드(anode) 전극(1)과 캐소드(cathode) 전극(7) 사이에 정공수송층(hole transporting layer)(3)과 발광 층(emission layer)(4), 그리고 전자수송층(electron transporting layer)(5)이 위치한다. 이때, 정공과 전자를 좀더 효율적으로 주입하기 위해 애노드 전극(1)과 정공수송층(3) 사이, 그리고 전자수송층(5)과 캐소드 전극(7) 사이에 정공주입층(hole injection layer)(2)과 전자주입층(electron injection layer)(6)을 더 포함하기도 한다.

이러한 구조를 가지는 유기전기발광소자에서, 애노드 전극(1)으로부터 정공주입층(2)과 정공수송층(3)을 통해 발광층(4)으로 주입된 정공과, 캐소드 전극(7)으로부터 전자주입층(6) 및 전자수송층(5)을 통해 발광층(4)으로 주입된 전자는 여기자(exciton)(8)를 형성하게 되는데, 이 여기자(8)로부터 정공과 전자 사이의 에너지에 해당하는 빛이 발하게 된다. 이때, 애노드 전극(1)은 일함수가 높고 투명한 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide : 이하 ITO라고 한다)나 인듐-징크-옥사이드(indium-zinc-oxide : 이하 IZO라고 한다)와 같은 물질로 이루어져, 애노드 전극(1)쪽으로 빛이 나오게 된다. 한편, 캐소드 전극(7)은 일함수가 낮고 화학적으로 안정한 알루미늄(Al)이나 칼슘(Ca), 알루미늄 합금과 같은 물질로 이루어지는 것이 좋다.

여기서, 정공수송층은 유기전기발광소자의 수명 및 효율을 향상시키기 위해 결정화된 것을 이용할 수 있는데, 결정화된 정공수송층은 온도를 높인 기판 위에 직접 증착하거나 또는 막을 증착한 후 열처리하는 방법에 의해 형성된다.

그러나, 이러한 방법으로 결정화할 경우 정공수송층이 디웨팅(dewetting) 현상을 보이게 되는데, 일례를 도 2에 도시하였다.

도 2는 정공수송층으로 이용되는 NPB( α -naphthylphenylbiphenyl dimine)를 증발(evaporation) 방법으로 성막한 후, 이를 180℃의 질소(N₂) 분위기에서 30분간 열처리하였을 때 디웨팅 현상이 나타난 경우를 도시한 것이다. 도시한 바와 같이, 열 때문에 가용성이 떨어져 분자들이 뭉쳐져 있는 것을 알 수 있다.

이러한 디웨팅 현상은 기판의 온도를 높여 정공수송층을 성막하여 결정화되도록 한 경우에도 발생한다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 안정화된 결정 박막을 얻을 수 있는 유기전기발광소자의 정공수송층 결정화 방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에서는 정공공급층과, 정공주입층, 정공수송층, 유기발광층, 그리고 전자수송층 및 전자공급층을 포함하는 유기전기발광소자의 제조방법으로서, 상기 정공주입층의 표면을 산소 플라즈마 처리한 후 상기 정공수송층을 성막하는 유기전계발광소자의 제조방법을 제공한다.

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한편, 본 발명에서는 정공공급층과, 정공수송층, 유기 발광층, 그리고 전자수송층 및 전자공급층을 포함하는 유기전기발광소자의 제조방법으로서, 상기 정공수송층은 성막 후 열처리하는 단계와 냉각하는 단계를 반복하여 형성되는 유기전계발광소자의 제조방법을 제공한다.

이때, 상기 열처리 단계에서의 상기 열처리 시간은 디웨팅(dewetting)이 발생되는 시간보다 작은 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 정공수송층은 NPB(α-naphthylphenylbiphenyl dimine)으로 형성될 수 있고, 상기 정공공급층은 인듐-틴-옥사이드(ITO)로 형성될 수 있으며, 상기 정공주입층은 PEDOT-PSS로 형성될 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 유기전기발광소자의 정공수송층 결정화 방법에서는, 정공수송층을 성막하기 전 산소 플라즈마 처리를 실시하여 계면 에너지를 낮추거나, 디웨팅 시간보다 작은 시간동안 열처리하고 냉각하는 과정을 반복함으로써, 디웨팅 현상없이 안정화된 결정 박막을 얻을 수 있다. 따라서, 유기전기발광소자의 수명 및 효율을 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 유기전기발광소자의 정공수송층 결정화 방법에 대하여 상세히 설명한다.

먼저, 도 3은 결정화된 NPB의 사진으로서, 이는 유리 기판 상부에 정공공급층인 애노드 전극과 정공주입층, 그리고 정공수송층인 NPB를 성막하고 180℃에서 30분간 열처리한 결과이다. 이때, 애노드 전극은 ITO로 이루어지고, 정공주입층은 PEDOT-PSS{poly(ethylenedioxythiophene)-poly(styrene sulphonic acic)}로 이루어진다. 여기서, NPB는 초기에 디웨팅 현상을 보이면서 결정화가 일어나는데, 이는 ITO막 위에 NPB를 성막한 경우보다 PEDOT-PSS막 위에 NPB를 성막한 경우, 접착력이 좋고 계면 에너지가 작기 때문이다. 따라서, NPB와 다른 막 사이의 계면 에너지를 낮춤으로써, 디웨팅 현상을 막으면서 결정화할 수 있다는 것을 알 수 있다.

이와 같이 계면 에너지를 낮추기 위해서 산소 플라즈마(O₂ plasma) 처리와 같은 방법을 이용할 수 있다.

ITO막 위에 바로 NPB층을 형성할 경우에는 ITO막 표면을 산소 플라즈마처리하고 이어 NPB층을 성막한 다음, 열처리를 실시한다.

한편, ITO막 위에 PEDOT-PSS와 같은 정공주입층을 형성한 후 NPB층을 형성할 경우에는, PEDOT-PSS층의 표면을 산소 플라즈마에 노출시킨 다음 NPB층을 성막하고, 열처리를 실시한다.

앞선 실시예에서는 막의 표면 간 계면에너지를 낮추어 결정화하였으나, 이 경우 초기에는 디웨팅 현상이 일어나게 된다.

이러한 디웨팅 현상 없이 정공수송층을 결정화할 수 있는 방법에 대하여 본 발명의 제 2 실시예에서 설명한다.

정공수송층을 열처리하여 결정화할 때 디웨팅이 발생되는 시간을 t_d라고 하면, t_d는 게면에너지(E)와 막두께(d), 그리고 exp(1/T)(여기서 T는 열처리시 온도)에 비례한다. 따라서, 이 관계를 이용하여 정해진 열처리 온도에서 디웨팅이 발생할 수 있는 시간을 예측한다.

한편, 막이 결정화되는 시간(t_c)은 정해진 온도에서 열처리한 시간의 양에 비례하는데, 디웨팅이 발생하는 것을 방지하기 위해 t_d ＞t_c 인 조건을 만족하는 결정화 시간(t_c)을 정하여, 결정화를 한다.

이때, 결정화되는 시간(t_c)이 디웨팅되는 시간(t_d)보다 클 경우에는 디웨팅되는 시간보다 작은 시간 동안 열처리를 실시하고 냉각한 후, 다시 열처리를 실시하고 냉각하는 방법 반복하여 디웨팅이 발생하는 것을 방지하면서 결정화시킨다.

즉, t_c1 동안 열처리를 실시하고 냉각한 후, 다시 t_c2 동안 열처리하고 냉각하는 것을 반복하는데, 이때 t_c1 , t_c2 , …＜ t_d 이며 t_c = t_c1 + t_c2 + …인 관계를 가진다.

이러한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 방법으로 NPB층을 결정화한 결과를 도 4에 도시하였는데, 도시한 바와 같이 디웨팅(dewetting) 현상 없이 결정화된 것을 알 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 이상 다양한 변화와 변형이 가능하다.

본 발명에 따른 유기전기발광소자의 정공수송층 결정화 방법에서는, 정공수송층을 성막하기 전 산소 플라즈마 처리를 실시하여 계면 에너지를 낮추거나, 디웨팅 시간보다 작은 시간동안 열처리하고 냉각하는 과정을 반복함으로써, 디웨팅 현상없이 안정화된 결정 박막을 얻을 수 있다. 따라서, 유기전기발광소자의 수명 및 효율을 향상시킬 수 있다.

Claims (8)

1. 정공공급층과, 정공주입층, 정공수송층, 유기 발광층, 그리고 전자수송층 및 전자공급층을 포함하는 유기전기발광소자의 제조방법으로서,

   상기 정공주입층의 표면을 산소 플라즈마 처리한 후 상기 정공수송층을 성막하고 열처리하는 유기전기발광소자의 제조방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 정공공급층과, 정공수송층, 유기 발광층, 그리고 전자수송층 및 전자공급층을 포함하는 유기전기발광소자의 제조방법으로서,

   상기 정공수송층은 성막 후 열처리하는 단계와 냉각하는 단계를 반복하여 형성되는 유기전기발광소자의 제조방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 열처리 단계에서의 상기 열처리 시간은 디웨팅(dewetting)이 발생되는 시간보다 작은 것을 특징으로 하는 유기전기발광소자의 제조방법.
6. 제 1, 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 정공수송층은 NPB(α-naphthylphenylbiphenyl dimine)으로 형성되는 유기전기발광소자의 제조방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 정공공급층은 인듐-틴-옥사이드(ITO)로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기전기발광소자의 제조방법.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 정공주입층은 PEDOT-PSS로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기전기발광소자의 제조방법.

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