KR100826002B1 - 유기전계발광소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 기판; 상기 기판 상에 위치하는 제1전극; 상기 제1전극 상에 위치하는 유기발광층; 및 상기 유기발광층 상에 위치하며, 다수의 금속층들 및 상기 금속층들 사이에 개재되며 극성 물질을 포함하는 하나 이상의 유기층을 구비하는 제2전극을 포함하는 유기전계발광소자를 제공한다.

Description

유기전계발광소자{Organic light emitting device}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계발광소자를 도시한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계발광소자의 서브픽셀을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계발광소자의 발광부 및 제2전극의 구조를 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계발광소자의 제2전극의 동작을 설명하기 위한 개략도이다.
본 발명은 유기전계발광소자에 관한 것이다.
평판표시소자(Flat Panel Display Device) 중 전계발광소자는 자발광형 표시장치로서 백라이트가 필요하지 않아 경량박형이 가능할 뿐만 아니라 공정을 단순화시킬 수 있으며, 저온 제작이 가능하고, 응답속도가 1ms 이하로서 고속의 응답속도 를 가지며, 낮은 소비 전력, 넓은 시야각 및 높은 콘트라스트(Contrast) 등의 특성을 나타낸다.
특히, 유기전계발광소자는 애노드와 캐소드 사이에 유기물을 포함하는 발광층을 포함하고 있어 애노드로부터 공급받는 정공과 캐소드로부터 받은 전자가 유기발광층 내에서 결합하여 정공-전자쌍인 여기자(exciton)를 형성하고 여기자가 다시 바닥상태로 돌아오면서 발생하는 에너지에 의해 발광하게 된다.
유기전계발광소자는 일함수가 높은 물질을 포함하는 애노드를 형성한 다음, 애노드 상에 유기발광층을 포함하는 발광부를 형성하고, 발광부 상에 일함수가 낮은 금속을 포함하는 캐소드를 형성함으로써 제조될 수 있다.
일반적으로 발광부 및 캐소드는 진공증착법에 의하여 얇은 박막 형태로 형성될 수 있는데, 캐소드의 두께가 얇기 때문에 캐소드의 저항이 높아져 구동전압을 상승시키는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 구동 전압이 낮으며, 발광 효율을 향상시킬 수 있는 유기전계발광소자를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 기판, 기판 상에 위치하는 제1전극, 제1전극 상에 위치하는 유기발광층 및 유기발광층 상에 위치하며 다수의 금 속층들 및 금속층들 사이에 개재되며 극성을 갖는 물질을 포함하는 유기층을 구비하는 제2전극을 포함하는 유기전계발광소자를 제공한다.
금속층은 일함수가 낮은 알루미늄, 마그네슘, 은, 리튬, 세슘, 구리 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
유기전계발광소자는 유기발광층의 상부 또는 하부에 위치하는 정공주입층, 정공수송층, 전자수송층 또는 전자주입층을 더 포함하며, 유기층은 상기 정공주입층, 정공수송층, 전자수송층 또는 전자주입층 중 어느 하나와 동일한 물질을 포함할 수 있다.
금속층의 두께는 10 내지 200Å일 수 있다.
유기층의 두께는 1 내지 100Å일 수 있다.
유기층의 두께는 상기 금속층의 두께의 10 내지 50%일 수 있다.
유기전계발광소자는 제1전극 상에 위치하며 제1전극의 일부를 노출시키는 절연막 및 절연막 상에 위치하며 상기 제1전극 또는 제2전극과 나란하게 형성된 격벽을 더 포함할 수 있다.
유기전계발광소자는 기판 상에 위치하며, 제1전극과 전기적으로 연결되는 박막 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계발광소자의 구조를 설명하기 위 한 단면도이며, 도 2는 도 1의 A-A'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전계발광소자는, 기판(100) 상에 제1전극(110), 제1전극(110)의 일부를 노출시키는 절연막(111), 노출된 제1전극(110) 상에 위치하는 발광부(120) 및 발광부(120) 상에 위치하는 제2전극(130)을 포함하는 다수의 서브 픽셀들을 포함한다.
제1전극(110)은 발광부(120)에 정공을 공급하는 애노드(anode)일 수 있으며, 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide, ITO)와 같은 일함수가 높은 금속으로 이루어질 수 있다. 그리고, 제2전극(130)은 발광부(120)에 전자를 공급하는 캐소드(cathode)일 수 있으며, 알루미늄, 은 등과 같은 일함수가 낮은 금속을 포함할 수 있다.
제1전극(110)은 스트라이프 형태로 패터닝될 수 있으며, 제2전극(130)은 제1전극(110)과 교차되도록 스트라이프 형태로 패터닝될 수 있다.
그리고, 절연막(111) 상에는 제2전극(130)와 나란하게 형성된 격벽(117)들이 형성될 수 있다. 격벽(117)들은 역테이퍼 형상일 수 있으며, 따라서, 제2전극(130)은 격벽(117)에 의해 스트라이프 형태로 패터닝될 수 있다.
그리고, 기판(100) 상에는 제1전극(110) 및 제2전극(130)과 연결되는 데이터 배선(140A) 및 스캔 배선(140B)을 포함하는 배선(140)들이 위치한다. 데이터 배선(140A) 및 스캔 배선(140B)은 제1전극(110)과 같은 공정에 의해 형성될 수 있다. 즉, 기판 상에 금속층을 형성한 다음, 이를 패터닝함으로써, 제1전극(110), 제1전극(110)에서 연장되는 데이터 배선(140A) 및 제1전극(110)과 이격되도록 형성되는 스캔 배선(140B)을 형성할 수 있다.
스캔 배선(140B)은 절연막(111)의 콘택홀(115)을 통하여 제2전극(130)과 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 스캔 배선(140B)은 유기전계발광소자의 데드 스페이스를 줄이기 위하여, 유기전계발광소자의 좌측과 우측에 나누어 형성될 수 있다. 즉, 도 1에 도시한 바와 같이, 홀수번째 제2전극 패턴은 좌측에 위치한 스캔 배선에 연결될 수 있으며, 짝수번째 제2전극 패턴들은 우측에 위치한 스캔 배선에 연결될 수 있다.
여기서, 도시하지는 않았지만, 서브 픽셀들 및 배선들(140)이 형성된 기판(100)은 실런트에 의하여 보호 기판과 합착됨으로써, 서브 픽셀들을 밀봉할 수 있다.
이하에서는 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계발광소자의 서브 픽셀의 발광부 및 제2전극의 구조를 자세히 살펴본다.
도 3을 참조하면, 기판(100) 상에 제 1 전극(110), 발광부(120) 및 제2전극(130)이 위치한다.
발광부(120)는 적어도 유기발광층(125)을 포함할 수 있다. 유기발광층(125)은 호스트(host) 또는 도펀트(dopant)만으로 형성할 수 있으나, 효율 및 휘도가 매우 낮고 각 분자들끼리의 셀프-팩킹(self-packing)현상으로 인하여 각 분자의 고유한 특성 외에 엑사이머(eximer) 특성이 동시에 일어나기 때문에 바람직하지 못하다. 따라서, 유기발광층(125)은 주로 호스트에 도펀트를 도핑하여 형성하게 되며, 이때, 여기자는 호스트에서 생성되어 도펀트로 전달되고, 도펀트 내에서 바닥상태로 떨어지면서 빛을 방출하게 된다.
제1전극(110)과 유기발광층(125) 사이에 정공주입층(121) 및/또는 정공수송층(123)이 위치할 수 있다. 정공주입층(121) 및 정공수송층(123)은 제 1 전극(110)으로부터 공급된 정공을 유기발광층(125)에 효과적으로 전달하기 위한 것으로서, 양자효율을 높여 구동전압을 낮추는 역할을 한다. 따라서, 정공주입층(121) 및 정공수송층(123)은 최고 점유분자 궤도(Highest Occupied Molecular Orbital,HOMO)의 준위가 순차적으로 낮아지는 것이 바람직하다.
일반적으로 정공주입층(121)은 구리 프탈로시아닌(copper phthalocyanine, CuPC)과 같은 프탈로시아닌류 또는 인단스렌계 화합물 등을 포함할 수 있으며, 정공수송층(123)은 트리페닐아민 유도체(TPD), N,N’－비스(1-나프틸)-N,N’－디페닐비페닐아민(α-NPD), 4,4’,4”-트리스-(N-3-토릴-N-페닐아미노)트리페닐아민(m-MTDATA), N,N,N’－테트라비페닐-4,4’－비페닐렌디아민(TBPB) 등과 같은 트리아릴아민계 물질을 포함할 수 있다.
그리고, 유기발광층(125)과 제2전극(130) 사이에는 전자수송층(127) 및/또는 전자주입층(129)이 위치할 수 있다. 전자수송층(127) 및 전자주입층(129)은 전자주입의 에너지 장벽을 낮추어 전자 주입 및 수송을 원활하게 하기 위한 것으로, 선택적으로 형성할 수 있다.
전자수송층(127)으로는 주로 알루미늄 퀴놀레이트(AlQ3)와 같은 전자 수송능력이 뛰어난 물질을 사용하며, 전자주입층(129)으로는 리튬 플로라이드(LiF)와 같 은 금속화합물을 사용할 수 있다.
전자주입층(129) 상에 제2전극(160B)이 위치한다. 제2전극(160B)은 발광층(140)에 전자를 공급하는 캐소드일 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2전극(130)은 다수의 금속층들(131a,131b,131c)과 금속층들(131a,131b,131c) 사이에 개재된 유기층들(133a,133b)을 포함할 수 있다.
금속층들(131a,131b,131c)은 일함수가 낮은 마그네슘(Mg), 은(Ag), 알루미늄(Al), 리튬(Li), 세슘(Cs), 칼슘(Ca) 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있으며, 유기층들(133a,133b)은 극성을 갖는 물질을 포함할 수 있다.
그리고, 유기층들(133a,133b)은 공정 시간 및 공정 단계를 간소화하기 위하여 상술한 정공주입층(121) 및/또는 정공수송층(123)에 사용되는 물질을 포함할 수 있다. 즉, 유기층들(133a,133b)은 구리 프탈로시아닌(copper phthalocyanine, CuPC)과 같은 프탈로시아닌류 또는 인단스렌계 화합물 등을 포함할 수 있으며, 트리페닐아민 유도체(TPD), N,N’－비스(1-나프틸)-N,N’－디페닐비페닐아민(α-NPD), 4,4’,4”-트리스-(N-3-토릴-N-페닐아미노)트리페닐아민(m-MTDATA), N,N,N’－테트라비페닐-4,4’－비페닐렌디아민(TBPB) 등과 같은 트리아릴아민계 물질을 포함할 수 있다. 또한, 이와는 달리 유기층들(133a,133b)은 전자수송층 및/또는 전자주입층 (127,129)에 사용되는 물질을 포함할 수도 있다.
여기서, 금속층(131a,131b,131c)의 두께는 10 내지 200Å일 수 있으며, 유기층들의 두께는 1 내지 100Å일 수 있다. 그리고, 유기층들의 두께는 금속층의 두께 의 10 내지 50% 일 수 있다.
유기층들의 두께가 1Å 이상이면, 유기층들의 두께의 균일성을 확보할 수 있으며, 유기층들의 두께가 100Å 이하이면, 터널링 현상에 의하여 금속층들간에 전자가 이동될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 발광부(120) 및 제2전극(130)은 진공증착법에 의하여 형성될 수 있다. 따라서, 다수의 금속층들(131a,131b,131c) 및 유기층들(133a,133b)을 포함하는 제2전극(130)은 진공 챔버 내에서 증착 물질을 포함하고 있는 증착원을 교체하여 순차적으로 형성함으로써, 연속적으로 진행될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계발광소자의 제2전극의 동작을 설명하기 위한 개략도로서, 이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계발광소자의 동작을 설명하도록 한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 제 1 전극(110)과 제2전극(120)에 전압이 인가된다. 여기서, 제1전극(110)은 애노드이며, 제2전극(120)은 캐소드이므로, 제1전극(110)에는 양의 전압이, 제2전극(120)에는 음의 전압이 인가될 수 있다.
이때, 제 1 전극(110)으로부터 정공이 정공주입층(121)으로 주입된다. 정공은 정공주입층(121) 및 정공수송층(123)을 통하여 이동되고, 유기발광층(125)에 공급된다.
제1전극(110) 및 제2전극(130)에 전압이 인가되면, 이때, 제1금속층(131a)과 제2금속층(131b)의 사이에 위치하는 제1유기층(133a) 및 제2금속층(131b)과 제3금 속층(131c) 사이에 위치하는 제2유기층(133c)을 이루는 분자들은 한 방향으로 배열된다. 즉, 제1 및 제2유기층(133a,133b)을 이루는 물질들은 극성을 띄기 때문에, 제1 및 제2전극(110,130)에 전압이 인가되면 전기적 인력에 의하여, 제1전극(110)이 위치하는 방향으로는 음의 극성이, 제2전극(130)이 위치하는 방향으로는 양의 극성이 위치하도록 분자들이 배열된다.
따라서, 제1, 제2 및 제3금속층(131a,131b,131c)에 존재하는 전자들은 제1전극(110)과 제2전극(130) 사이의 포텐셜 차이에 의하여 순차적으로 제2 및 제3금속층(131b,131c) 및 전자주입층(129)으로 이동한다. 그리고, 제2 및 제3금속층(131b,131c)에 존재하는 전자들은 제1 및 제2유기층(133a,133b)을 이루는 분자들의 음의 극성과의 반발력에 의하여 전자주입층(129)으로 이동하게 되어, 유기발광층(125)에 효과적으로 더 많은 양의 전자를 공급할 수 있게 된다.
제3금속층(131c)으로부터 주입된 전자는 전자주입층(129) 및 전자수송층(127)를 거쳐 유기발광층(125)으로 이동하고, 정공과 전자는 유기발광층(125) 내에서 결합하여 여기자를 생성하고, 여기자는 바닥 상태로 떨어지면서 빛을 방출하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계발광소자는 다수의 금속층들 및 금속층들 사이에 개재된 유기층들을 구비하는 제2전극을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제2전극은 다수의 금속층을 포함하기 때문에, 종래와 비교하여 저항이 낮으므로 구동 전압을 현저히 감소시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계발광소자는 금속층들 사이에 극성을 갖는 물질들을 포함 하는 유기층들을 포함하고 있어, 다수의 금속층들에 존재하는 전자들을 효율적으로 이동시켜 유기발광층에 공급하는 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 유기전계발광소자의 발광 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 유기전계발광소자를 패시브 매트릭스 방식으로 도시하였지만, 이에 한정되지 않으며, 액티브 매트릭스 방식의 유기전계발광소자에도 적용될 수 있다. 즉, 서브픽셀은 제1전극에 전기적으로 연결되는 박막 트랜지스터를 더 구비할 수 있다.
본 발명을 특정의 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것이 아니고, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명은 유기전계발광소자의 구동전압을 낮출 수 있으며, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.

Claims (8)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 위치하는 제1전극;
    상기 제1전극 상에 위치하는 유기발광층; 및
    상기 유기발광층 상에 위치하며, 다수의 금속층들 및 상기 금속층들 사이에 개재되며 극성을 갖는 물질을 포함하는 하나 이상의 유기층을 구비하는 제2전극을 포함하는 유기전계발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속층은 일함수가 낮은 알루미늄, 마그네슘, 은, 리튬, 세슘, 구리 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 유기전계발광소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유기발광층의 상부 또는 하부에 위치하는 정공주입층, 정공수송층, 전자수송층 또는 전자주입층을 더 포함하며,
    상기 유기층은 상기 정공주입층, 정공수송층, 전자수송층 또는 전자주입층 중 어느 하나와 동일한 물질을 포함하는 유기전계발광소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속층의 두께는 10 내지 200Å인 유기전계발광소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유기층의 두께는 1 내지 100Å인 유기전계발광소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유기층의 두께는 상기 금속층의 두께의 10 내지 50%인 유기전계발광소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극 상에 위치하며 상기 제1전극의 일부를 노출시키는 절연막 및
    상기 절연막 상에 위치하며 상기 제1전극 또는 제2전극과 나란하게 형성된 격벽을 더 포함하는 유기전계발광소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기판 상에 위치하며, 상기 제1전극과 전기적으로 연결되는 박막 트랜지스터를 더 포함하는 유기전계발광소자.
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JPH11329746A (ja) 1997-04-25 1999-11-30 Tdk Corp 有機ｅｌ素子
JP2002313565A (ja) * 2001-04-17 2002-10-25 Sharp Corp 発光表示素子の製造方法
KR20030072355A (ko) * 2000-11-20 2003-09-13 노발레드 게엠베하 유기층을 갖는 발광 소자
US20040224182A1 (en) 2003-01-07 2004-11-11 Lazarev Pavel I. Backlight polar organic light-emitting device
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KR20050111693A (ko) * 2004-05-22 2005-11-28 삼성에스디아이 주식회사 유기 전계 발광 소자

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