KR100822217B1 - 유기 발광 소자의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 유기발광 소자 - Google Patents
유기 발광 소자의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 유기발광 소자 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 유기 발광 소자에 구비된 중간층을 손상시키지 않으면서도 종래의 스퍼터링법으로 형성된 투명 캐소드의 일함수의 절대값과 유사한 절대값의 일함수를 갖는 투명 캐소드 전극을 구비하여 광취출효율이 높은 유기 발광 소자의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 유기 발광소자를 위하여, 애노드 전극을 형성하는 단계와, 애노드 전극 상에 발광층을 포함하는 중간층을 형성하는 단계와, 중간층 상에 캐소드 전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 캐소드 전극을 형성하는 단계는, 챔버 내에 플라즈마를 형성시킨 상태에서 금속 또는 금속산화물과 인듐옥사이드를 열증착하여, 인듐옥사이드에 금속 또는 금속산화물이 도핑된 투명 도전층을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는, 유기 발광 소자의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 유기 발광 소자를 제공한다.
Description
도 1은 종래의 제조방법으로 제조된 유기 발광 소자의 캐소드 전극의 사진이다.
도 2는 종래의 다른 제조방법으로 제조된 유기 발광 소자를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법으로 제조된 유기 발광 소자를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법으로 제조된 유기 발광 소자의 캐소드 전극의 사진이다.
도 5는 종래의 제조방법으로 제조된 유기 발광 소자와 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법으로 제조된 유기 발광 소자의 전기적 특성을 비교하는 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: 애노드 120: 캐소드
130: 중간층
본 발명은 유기 발광 소자의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 유기 발광소자에 관한 것으로서, 더 상세하게는 유기 발광 소자에 구비된 중간층을 손상시키지 않으면서도 종래의 스퍼터링법으로 형성된 투명 캐소드의 일함수의 절대값과 유사한 절대값의 일함수를 갖는 투명 캐소드 전극을 구비하여 광취출효율이 높은 유기 발광 소자의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 유기 발광소자에 관한 것이다.
일반적으로 유기 발광 소자는 상호 대향된 애노드 전극과 캐소드 전극, 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 개재된 발광층을 포함하는 중간층을 구비한다. 중간층에 포함된 발광층은 애노드 전극으로부터 주입된 정공과 캐소드 전극으로부터 주입된 전자를 이용하여 광을 발생시키며, 발광층에서 발생된 광은 애노드 전극과 캐소드 전극 중 어느 한 전극을 통해 외부로 취출된다. 따라서 광이 취출되는 전극은 투과율이 높은 것이 바람직하다.
이를 위하여, 종래의 유기 발광 소자의 제조방법은 투명 전극을 ITO 등으로 형성하였다. 즉, 애노드 전극을 형성하고 애노드 전극 상에 중간층을 형성하며 그 후 중간층 상에 ITO 등으로 된 캐소드 전극을 형성하였다. 이러한 종래의 유기 발광 소자의 경우 캐소드 전극은 스퍼터링법(sputtering)을 이용하여 형성되었는 바, 도 1은 이와 같이 형성된 캐소드 전극의 사진이다. 그러나 스퍼터링법의 특성 상 스퍼터링법으로 캐소드 전극을 형성할 시 캐소드 전극 하부의 중간층이 손상된다는 문제점이 있었다. 이를 방지하기 위해 캐소드 전극을 열증착을 이용하여 형성하는 방법이 제안되었으나, 종래의 열증착법을 통해 캐소드 전극을 형성하게 되면 유기 발광 소자가 형성될 기판의 온도는 대략 300℃ 정도에 이르게 되는 바, 이러한 고온 환경에서는 중간층(130)이 손상된다는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 애노드 전극을 ITO 등으로 형성하고 애노드 전극 상부의 캐소드 전극을 반사형 전극으로 형성하는 방법이 제안되었다. 이 경우 애노드 전극을 스퍼터링법으로 형성하고 그 후 중간층을 형성한 후, 스퍼터링법이 아닌 증착법을 이용하여 반사형 캐소드 전극을 형성할 수 있기 때문이다. 그러나 이 경우 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 개재된 중간층을 형성할 시 종래의 중간층 형성용 물질이 아닌 새로운 물질이 필요하다는 문제점이 있었다. 유기 발광 소자의 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 개재되는 중간층은 발광층 외에 전자주입층, 전자수송층, 정공주입층 및 정공수송층 등과 같은 다양한 층들을 포함하는데, 이 층들은 애노드 전극의 일함수와 캐소드 전극의 일함수를 고려하여 적절한 루모레벨(LUMO level)을 갖는 물질로 선택된다. 그러나 현재 개발된 중간층용 물질들은 애노드 전극을 반사형 금속전극으로 형성하고 캐소드 전극을 투명 전극으로 형성하였을 시 사용할 수 있는 물질들인 바, 애노드 전극을 ITO 등으로 형성하게 되면 반사형 애노드 전극의 일함수와 ITO 등으로 형성된 캐소드 전극의 일함수를 고려하여 형성된 종래의 중간층용 물질이 아닌 새로운 물질을 개발해야한다는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 도 2에 도시된 것과 같이 캐소드 전극(20) 을 투명 전극으로 형성하지 않고 박막의 금속 이중층으로 형성하는 방법이 제안되었다. 예컨대 Mg층(21)과 Ag층(23)의 이중층을 형성하는 것이다. 그러나 이 경우 캐소드 전극(20)의 투과율이 50%에 이르지 못할 정도로 낮아 상대적으로 반사율이 높을 수밖에 없으며, 결국 반사형 전극으로 형성된 애노드 전극(10)과 캐소드 전극(20) 사이에서 반사가 거듭되는 마이크로 캐비티(micro-cavity)가 형성된다. 따라서 광의 소멸간섭을 방지하기 위하여 애노드 전극(10)과 캐소드 전극(20) 사이의 거리(t)를 제어해야만 한다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 유기 발광 소자에 구비된 중간층을 손상시키지 않으면서도 종래의 스퍼터링법으로 형성된 투명 캐소드의 일함수의 절대값과 유사한 절대값의 일함수를 갖는 투명 캐소드 전극을 구비하여 광취출효율이 높은 유기 발광 소자의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 유기 발광소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 애노드 전극을 형성하는 단계와, 애노드 전극 상에 발광층을 포함하는 중간층을 형성하는 단계와, 중간층 상에 캐소드 전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 캐소드 전극을 형성하는 단계는, 챔버 내에 플라즈마를 형성시킨 상태에서 금속 또는 금속산화물과 인듐옥사이드를 열증착하여, 인듐옥사이드에 금속 또는 금속산화물이 도핑된 투명 도전층을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는, 유기 발광 소자의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 캐소드 전극을 형성하는 단계는, 금속과 인듐을 소스로 하여 산소 분위기에서 열증착하는 단계인 것으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 캐소드 전극을 형성하는 단계는, 금속과 인듐옥사이드를 소스로 하여 아르곤 분위기에서 열증착하는 단계인 것으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 캐소드 전극을 형성하는 단계는, 금속산화물과 인듐옥사이드를 소스로 하여 아르곤 분위기에서 열증착하는 단계인 것으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 캐소드 전극을 형성하는 단계는, 금속산화물과 인듐을 소스로 하여 산소 분위기에서 열증착하는 단계인 것으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 캐소드 전극을 형성하는 단계는, 금속산화물과 인듐옥사이드를 소스로 하여 산소 분위기에서 열증착하는 단계인 것으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 캐소드 전극을 형성하는 단계는, 금속과 인듐을 소스로 하여 산소와 아르곤이 혼합된 분위기에서 열증착하는 단계인 것으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 캐소드 전극을 형성하는 단계는, 금속과 인듐옥사이드를 소스로 하여 산소와 아르곤이 혼합된 분위기에서 열증착하는 단계인 것으로 할 수 있다.
본 발명은 또한 애노드 전극을 형성하는 단계와, 애노드 전극 상에 발광층을 포함하는 중간층을 형성하는 단계와, 중간층 상에 캐소드 전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 캐소드 전극을 형성하는 단계는, 챔버 내에 플라즈마를 형성시킨 상태에서 금속 및 금속산화물과 인듐옥사이드를 열증착하여, 인듐옥사이드에 금속 및 금속산화물이 도핑된 투명 도전층을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는, 유기 발광 소자의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 캐소드 전극을 형성하는 단계는, 금속 및 금속산화물과 인듐옥사이드를 소스로 하여 아르곤 분위기에서 열증착하는 단계인 것으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 캐소드 전극을 형성하는 단계는, 금속과 인듐을 소스로 하여 산소 분위기에서 열증착하는 단계인 것으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 캐소드 전극을 형성하는 단계는, 금속과 인듐옥사이드를 소스로 하여 산소 분위기에서 열증착하는 단계인 것으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 캐소드 전극을 형성하는 단계는, 금속과 인듐을 소스로 하여 산소와 아르곤이 혼합된 분위기에서 열증착하는 단계인 것으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 캐소드 전극을 형성하는 단계는, 금속과 인듐옥사이드를 소스로 하여 산소와 아르곤이 혼합된 분위기에서 열증착하는 단계인 것으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 캐소드 전극을 형성하는 단계는, 금속 및 금속산화물과 인듐옥사이드를 소스로 하여 산소와 아르곤이 혼합된 분위기에서 열증착하는 단계인 것으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 금속 또는 상기 금속산화물은 일함수의 절대값이 인듐옥사이드의 일함수의 절대값보다 작은 물질인 것으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 금속은 이테르븀(Yb), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 사마륨(Sm), 세슘(Cs), 바륨(Ba), 스트론튬(Sr), 이트륨(Y) 및 란탄(La)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상인 것으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 금속산화물은 스트론튬옥사이드, 칼슘옥사이드, 세슘옥사이드, 바륨옥사이드, 이트륨옥사이드 및 란탄옥사이드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상인 것으로 할 수 있다.
본 발명은 또한 상기와 같은 제조방법을 이용하여 제조된 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자를 제공한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법으로 제조된 유기 발광 소자를 개략적으로 도시하는 단면도이다. 도 3에 도시된 것과 같이 본 실시예에 따른 유기 발광 소자의 제조방법에 따르면, 애노드 전극(110)을 형성하고, 애노드 전극(110) 상에 발광층을 포함하는 중간층(130)을 형성한다. 그리고 중간층(130) 상에 캐소드 전극(120)을 형성한다.
애노드 전극(110)은 다양한 구조로 형성될 수 있는데, 애노드 전극(110)은 Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr 또는 이들의 화합물 등으로 형성된 반사막과, 그 위에 ITO, IZO, ZnO 또는 In2O3로 형성된 막을 구비할 수 있다. 이러한 구조의 애노드 전극(110)은 증착법 또는 스퍼터링법 등과 같은 다양한 방법을 통해 형성될 수 있다. 즉, 애노드 전극(110)을 형성할 시에는 중간층(130)이 형성되지 않은 단계이므로 자유로이 다양한 방법을 이용하여 애노드 전극(110)을 형성할 수 있다.
중간층(130)은 저분자 또는 고분자 물질로 구비될 수 있다. 저분자 물질로 형성될 경우 홀 주입층(HIL: Hole Injection Layer), 홀 수송층(HTL: Hole Transport Layer), 발광층(EML: Emission Layer), 전자 수송층(ETL: Electron Transport Layer), 전자 주입층(EIL: Electron Injection Layer) 등이 단일 혹은 복합의 구조로 적층되어 형성될 수 있으며, 사용 가능한 재료도 구리 프탈로시아닌(CuPc: copper phthalocyanine), N,N-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐-벤지딘 (N,N'-Di(naphthalene-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine: NPB) , 트리스-8-하이드록시퀴놀린 알루미늄(tris-8-hydroxyquinoline aluminum)(Alq3) 등을 비롯해 다양한 물질이 사용될 수 있다. 이러한 층들은 진공증착 등의 방법으로 형성될 수 있다.
중간층(130)이 고분자 물질로 형성될 경우에는 대개 홀 수송층(HTL) 및 발광층(EML)으로 구비된 구조를 가질 수 있으며, 이 때, 상기 홀 수송층으로 PEDOT를 사용하고, 발광층으로 PPV(Poly-Phenylenevinylene)계 및 폴리플루오렌(Polyfluorene)계 등 고분자 물질을 사용하며, 이를 스크린 인쇄나 잉크젯 인쇄방법 등으로 형성할 수 있다.
캐소드 전극(120)은 투명한 도전층으로 형성된다. 투명한 도전층인 캐소드 전극(120)은 인듐옥사이드에 금속 또는 금속산화물이 도핑된 투명 도전층이다. 종래에는 투명한 도전층인 캐소드 전극(120)을 형성할 시 스퍼터링법을 이용하여 형성하였는 바, 이 경우 스퍼터링법의 특성 상 중간층(130)이 손상된다는 문제점이 있었다. 또한 종래의 열증착법을 이용하여 캐소드 전극을 형성한다면 열증착시의 고온에 의해 중간층(130)이 손상된다는 문제점이 있었다. 그러나 본 실시예에 따른 유기 발광 소자의 제조방법에 따르면, 캐소드 전극(120)은 저온 열증착을 통해 형성되며, 이에 따라 중간층(130)이 손상되는 것을 효과적으로 방지함으로써 고품질의 유기 발광 소자를 제조할 수 있다.
통상적으로 전극을 열증착을 통해 형성하게 되면 유기 발광 소자가 형성될 기판의 온도는 대략 300℃ 정도에 이르게 되어 중간층(130)이 고온에 의해 손상된다. 본 실시예에 따른 유기 발광 소자의 제조방법에 따르면, 그와 같은 증착온도를 획기적으로 낮추기 위하여 증착이 이루어지는 챔버 내에 플라즈마를 형성시킨 상태에서 금속 또는 금속산화물과 인듐옥사이드를 열증착한다. 챔버 내에 플라즈마를 형성시킨 상태에서 캐소드 전극(120)을 형성하는 것은 캐소드 전극(120) 재료를 이온화시킴으로써 증착온도를 높이지 않으면서도 효과적으로 증착이 이루어지도록 하기 위함이다. 이와 같이 캐소드 전극(120) 증착 시 챔버 내에 플라즈마를 형성시킨 상태에서 캐소드 전극(120) 열증착이 이루어지게 할 경우 유기 발광 소자가 형성될 기판의 온도가 대략 100℃까지 상승하는 것에 그치게 되어, 중간층(130)이 손상되는 것을 획기적으로 방지할 수 있다. 또한, 챔버 내에 플라즈마를 형성시킨 상태에서 캐소드 전극(120) 열증착이 이루어지게 되면, 유기 발광 소자가 형성될 기판의 온도 상승 정도를 낮출 수 있음과 동시에, 형성될 캐소드 전극(120)의 모빌리티(mobility) 특성을 개선하여 캐소드 전극(120)의 저항을 획기적으로 낮출 수 있다.
한편, 캐소드 전극(120) 형성 시 인듐옥사이드만을 열증착하는 것이 아니라 금속 또는 금속산화물과 인듐옥사이드를 동시에 열증착한다. 전술한 바와 같이 유기 발광 소자의 애노드 전극(110)과 캐소드 전극(120) 사이에 개재되는 중간층(130)은 발광층 외에 전자주입층, 전자수송층, 정공주입층 및 정공수송층 등과 같은 다양한 층들을 포함하는데, 이 층들은 애노드 전극(110)의 일함수와 캐소드 전극(120)의 일함수를 고려하여 적절한 루모레벨(LUMO level)을 갖는 물질로 선택된다. 따라서 현재 개발된 중간층용 물질들을 그대로 이용하기 위해서는, 본 실시예에 따른 제조방법으로 형성된 유기 발광 소자의 캐소드 전극의 일함수가 종래의 스퍼터링법으로 형성된 투명한 캐소드 전극의 일함수와 유사한 값을 갖는 것이 바람직하다.
종래의 스퍼터링법으로 형성된 투명한 캐소드 전극의 일함수의 절대값은 대략 4.4eV이다. 그러나 챔버 내에 플라즈마를 형성시킨 상태에서 캐소드 전극(120)을 증착한다고 하더라도 만일 인듐옥사이드만을 열증착하게 되면, 형성된 캐소드 전극의 일함수의 절대값은 4.4eV보다 훨씬 더 큰 5.0eV 이상의 값이 된다. 따라서 형성된 캐소드 전극(120)의 일함수의 절대값을 낮추기 위하여, 본 실시예에 따른 유기 발광 소자의 제조방법에 따르면 캐소드 전극(120) 형성 시 인듐옥사이드만을 열증착하는 것이 아니라 금속 또는 금속산화물과 인듐옥사이드를 동시에 열증착한다. 이와 같이 금속 또는 금속산화물과 인듐옥사이드를 동시에 열증착하면, 형성된 캐소드 전극(120)의 일함수의 절대값이 대략 4.4eV이 되어 종래의 스퍼터링법으로 형성된 캐소드 전극의 일함수의 절대값과 유사하게 되기에, 종래의 알려진 중간층 형성용 물질을 그대로 이용할 수 있게 된다.
이와 같이 캐소드 전극(120) 형성 시 금속 또는 금속산화물과 인듐옥사이드를 동시에 열증착한다. 사용될 수 있는 금속은 이테르븀(Yb), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 사마륨(Sm), 세슘(Cs), 바륨(Ba), 스트론튬(Sr), 이트륨(Y) 및 란탄(La)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상인 것으로 할 수 있다. 또한 사용될 수 있는 금속산화물은 스트론튬옥사이드, 칼슘옥사이드, 세슘옥사이드, 바륨옥사이드, 이트륨옥사이드 및 란탄옥사이드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상인 것으로 할 수 있다. 이와 같은 금속 또는 금속산화물은 그 일함수의 절대값이 인듐옥사이드의 일함수의 절대값보다 작은 물질이라는 특징을 갖는다. 즉, 인듐옥사이드의 일함수의 절대값보다 작은 절대값의 일함수를 갖는 금속 또는 금속산화물을 인듐옥사이드와 동시에 열증착함으로써, 인듐옥사이드에 금속 또는 금속산화물이 도핑된 투명 도전층인 캐소드 전극(120)을 형성하여 캐소드 전극(120)의 일함수의 절대값을 종래의 스퍼터링법으로 형성된 캐소드 전극(120)의 일함수의 절대값과 유사 하게 제어할 수 있다.
도 4는 상기와 같은 제조방법으로 제조된 유기 발광 소자의 캐소드 전극의 사진이다. 종래의 스퍼터링법을 이용하여 형성된 캐소드 전극의 사진인 도 1과 비교하여 그 표면 러프니스 역시 줄어들어 표면이 균일한 부수적인 효과를 가진 것을 알 수 있다.
상기와 같은 특성을 갖는 캐소드 전극(120), 즉 인듐옥사이드에 금속 또는 금속산화물이 도핑된 투명 도전층을 형성하는 방법은 다양하게 변형될 수 있다. 예컨대 금속과 인듐을 소스로 하여 산소 분위기에서 열증착할 수도 있다. 이 경우 열증착과정에서 산소 분위기로 인하여 인듐이 인듐옥사이드가 되고 금속이 금속산화물이 되어 결과적으로 인듐옥사이드에 금속산화물이 도핑된 캐소드 전극(120)이 형성될 수 있다. 또는 금속과 인듐옥사이드를 소스로 하여 아르곤 분위기에서 열증착할 수도 있다. 이 경우 아르곤은 불활성기체이므로 증착되는 물질의 조성에 영향을 주지 않는 바, 인듐옥사이드에 금속이 도핑된 캐소드 전극(120)이 형성될 수 있다. 물론 금속산화물과 인듐옥사이드를 소스로 하여 아르곤 분위기에서 열증착함으로써 인듐옥사이드에 금속산화물이 도핑된 캐소드 전극(120)이 형성될 수도 있다. 또한, 금속산화물과 인듐을 소스로 하여 산소 분위기에서 열증착함으로써, 증착과정에서 인듐이 산화되어 인듐옥사이드에 금속산화물이 도핑된 캐소드 전극(120)이 형성될 수도 있다. 그리고 금속산화물과 인듐옥사이드를 소스로 하여 산소 분위기에서 열증착하여 인듐옥사이드에 금속산화물이 도핑된 캐소드 전극(120)이 형성될 수도 있는데, 이 경우 산소는 이온건 등에 의해 플라즈마화되어 증착온도를 낮추고 증착된 캐소드 전극의 저항을 낮추는데 기여하게 된다. 물론 금속과 인듐을 소스로 하여 산소와 아르곤이 혼합된 분위기에서 열증착하거나, 금속과 인듐옥사이드를 소스로 하여 산소와 아르곤이 혼합된 분위기에서 열증착함으로써 캐소드 전극(120)을 형성할 수도 있다.
다음 표 1은 상기와 같은 제조방법에 따라 금속으로 칼슘을 이용하여 인듐옥사이드에 칼슘이 도핑된 캐소드 전극을 형성하였을 시의 결과를 나타내는 표이다.
| 막두께 (Å) | 저항 (Ω㎝) | 기판 온도 (℃) | 투과도(%) | |일함수| (eV) | ||
| 청색 | 녹색 | 적색 | ||||
| 900 | 6.5×10-4 | 80 | 90 | 85 | 84 | 4.4 |
| 800 | 7.2×10-4 | 80 | 88 | 84 | 85 | 4.4 |
| 770 | 4.3×10-4 | 80 | 89 | 85 | 85 | 4.4 |
| 730 | 3.9×10-4 | 80 | 98 | 85 | 86 | 4.4 |
상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예에 따른 유기 발광 소자의 제조방법에 따르면, 캐소드 전극 형성 시 기판의 온도 상승이 80℃에 그치게 되어 종래의 열증착법에 비하여 중간층의 손상을 획기적으로 방지할 수 있으며, 또한 종래와 달리 스퍼터링법을 이용하지 않으므로 중간층의 손상을 획기적으로 방지할 수 있다. 또한 저항이 10-4Ω㎝ 정도의 오더(order)에 불과하여 전도도가 높음을 알 수 있으며, 일함수의 절대값 역시 스퍼터링법을 이용하여 형성된 캐소드 전극과 유사한 4.4를 갖는다. 그리고 투과도 역시 청색, 녹색 및 적색 모두에 대해 85% 이상의 높은 투과도를 가져, 캐소드 전극을 금속 이중층으로 형성하는 종래의 제조방법에 비하여 높기에, 애노드 전극과 캐소드 전극 사이의 거리를 고려할 필요 없이 유기 발광 소자를 제조할 수 있기에 그 제조공정이 단순해질 수 있다.
도 5는 종래의 제조방법으로 제조된 유기 발광 소자와 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법으로 제조된 유기 발광 소자의 전기적 특성을 비교하는 그래프이다. 구체적으로 도 5는 스퍼터링법으로 캐소드 전극이 형성된 경우와 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 의해 캐소드 전극이 형성된 경우에 있어서 인가된 전압(가로축)에 따른 전류밀도(세로축)의 변화를 나타낸다. 도 5에서 알 수 있는 바와 같이 종래의 스퍼터링법으로 캐소드 전극이 형성된 유기 발광 소자의 경우 스퍼터링법으로 캐소드 전극을 형성할 시 중간층이 손상되었기에 유기 발광 소자에 역 바이어스 전압을 인가하였을 누설전류가 발생하지만, 본 실시예에 따른 방법으로 제조된 유기 발광 소자의 경우 중간층이 손상되지 않았기에 유기 발광 소자에 역 바이어스 전압을 인가하더라도 전류가 10-5mA에 그쳐 누설전류가 거의 없음을 확인할 수 있다.
한편, 상술한 유기 발광 소자의 제조방법에서는 인듐옥사이드에 금속 또는 금속산화물이 도핑된 캐소드 전극을 형성하는 것에 대해 설명하였으나, 인듐옥사이드에 금속 및 금속산화물이 도핑되도록 할 수도 있다. 예컨대 금속 및 금속산화물과 인듐옥사이드를 소스로 하여 아르곤 분위기에서 열증착함으로써, 인듐옥사이드에 금속 및 금속산화물이 도핑된 캐소드 전극을 형성할 수 있다. 물론 금속과 인듐을 소스로 하여 산소 분위기에서 열증착함으로써, 인듐이 산화되어 인듐옥사이드가 되어 증착되고, 금속의 일부는 산화되어 금속산화물이 되어 증착되며, 금속의 일부는 산화되지 않고 금속으로 증착되어, 결과적으로 인듐옥사이드에 금속 및 금속산화물이 도핑된 캐소드 전극을 형성할 수도 있다. 물론 금속과 인듐이 아니라 금속과 인듐옥사이드를 소스로 하여 산소 분위기에서 열증착함으로써, 금속의 일부는 산화되어 금속산화물이 되어 증착되고 금속의 일부는 산화되지 않고 금속으로 증착되어, 인듐옥사이드에 금속 및 금속산화물이 도핑된 캐소드 전극을 형성할 수도 있다. 또한 증착 분위기를 산소로 한정하지 않고 금속과 인듐을 소스로 하여 산소와 아르곤이 혼합된 분위기에서 열증착하거나, 금속과 인듐옥사이드를 소스로 하여 산소와 아르곤이 혼합된 분위기에서 열증착하거나, 금속 및 금속산화물과 인듐옥사이드를 소스로 하여 산소와 아르곤이 혼합된 분위기에서 열증착함으로써 인듐옥사이드에 금속 및 금속산화물이 도핑된 캐소드 전극을 형성할 수도 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 유기 발광 소자의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 유기 발광소자에 따르면, 유기 발광 소자에 구비된 중간층을 손상시키지 않으면서도 종래의 스퍼터링법으로 형성된 투명 캐소드의 일함수의 절대값과 유사한 절대값의 일함수를 갖는 투명 캐소드 전극을 구비하여 광취출효율이 높은 유기 발광 소자를 구현할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
Claims (19)
- 애노드 전극을 형성하는 단계;애노드 전극 상에 발광층을 포함하는 중간층을 형성하는 단계; 및중간층 상에 캐소드 전극을 형성하는 단계;를 포함하며,상기 캐소드 전극을 형성하는 단계는, 챔버 내에 플라즈마를 형성시킨 상태에서 금속 또는 금속산화물과 인듐옥사이드를 열증착하여, 인듐옥사이드에 금속 또는 금속산화물이 도핑된 투명 도전층을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는, 유기 발광 소자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 캐소드 전극을 형성하는 단계는, 금속과 인듐을 소스로 하여 산소 분위기에서 열증착하는 단계인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 캐소드 전극을 형성하는 단계는, 금속과 인듐옥사이드를 소스로 하여 아르곤 분위기에서 열증착하는 단계인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 캐소드 전극을 형성하는 단계는, 금속산화물과 인듐옥사이드를 소스로 하여 아르곤 분위기에서 열증착하는 단계인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 캐소드 전극을 형성하는 단계는, 금속산화물과 인듐을 소스로 하여 산소 분위기에서 열증착하는 단계인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 캐소드 전극을 형성하는 단계는, 금속산화물과 인듐옥사이드를 소스로 하여 산소 분위기에서 열증착하는 단계인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 캐소드 전극을 형성하는 단계는, 금속과 인듐을 소스로 하여 산소와 아르곤이 혼합된 분위기에서 열증착하는 단계인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 캐소드 전극을 형성하는 단계는, 금속과 인듐옥사이드를 소스로 하여 산소와 아르곤이 혼합된 분위기에서 열증착하는 단계인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 제조방법.
- 애노드 전극을 형성하는 단계;애노드 전극 상에 발광층을 포함하는 중간층을 형성하는 단계; 및중간층 상에 캐소드 전극을 형성하는 단계;를 포함하며,상기 캐소드 전극을 형성하는 단계는, 챔버 내에 플라즈마를 형성시킨 상태에서 금속 및 금속산화물과 인듐옥사이드를 열증착하여, 인듐옥사이드에 금속 및 금속산화물이 도핑된 투명 도전층을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는, 유기 발광 소자의 제조방법.
- 제9항에 있어서,상기 캐소드 전극을 형성하는 단계는, 금속 및 금속산화물과 인듐옥사이드를 소스로 하여 아르곤 분위기에서 열증착하는 단계인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 제조방법.
- 제9항에 있어서,상기 캐소드 전극을 형성하는 단계는, 금속과 인듐을 소스로 하여 산소 분위기에서 열증착하는 단계인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 제조방법.
- 제9항에 있어서,상기 캐소드 전극을 형성하는 단계는, 금속과 인듐옥사이드를 소스로 하여 산소 분위기에서 열증착하는 단계인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 제조방법.
- 제9항에 있어서,상기 캐소드 전극을 형성하는 단계는, 금속과 인듐을 소스로 하여 산소와 아르곤이 혼합된 분위기에서 열증착하는 단계인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 제조방법.
- 제9항에 있어서,상기 캐소드 전극을 형성하는 단계는, 금속과 인듐옥사이드를 소스로 하여 산소와 아르곤이 혼합된 분위기에서 열증착하는 단계인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 제조방법.
- 제9항에 있어서,상기 캐소드 전극을 형성하는 단계는, 금속 및 금속산화물과 인듐옥사이드를 소스로 하여 산소와 아르곤이 혼합된 분위기에서 열증착하는 단계인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 제조방법.
- 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,상기 금속 또는 상기 금속산화물은 일함수의 절대값이 인듐옥사이드의 일함수의 절대값보다 작은 물질인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 제조방법.
- 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,상기 금속은 이테르븀(Yb), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 사마륨(Sm), 세슘(Cs), 바륨(Ba), 스트론튬(Sr), 이트륨(Y) 및 란탄(La)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 제조방법.
- 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,상기 금속산화물은 스트론튬옥사이드, 칼슘옥사이드, 세슘옥사이드, 바륨옥사이드, 이트륨옥사이드 및 란탄옥사이드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 제조방법.
- 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항의 제조방법을 이용하여 제조된 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
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