KR100834820B1 - Organic light-emitting devices having the interface layer of aluminum oxynitride and their manufacturing methode - Google Patents
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Abstract
Description
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 유기 발광 소자의 구성을 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing the configuration of an organic light emitting device according to an embodiment of the present invention.
도2는 계면층을 형성하지 않은 유기 발광 소자의 에너지 대역을 나타낸 도면이다.2 is a view showing an energy band of an organic light emitting device that does not form an interface layer.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 유기 발광 소자의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an organic light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
도4는 본 발명의 일실시예에 따라 계면층을 형성할 때 증착 시간에 따른 증착 두께의 변화를 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing a change in deposition thickness according to deposition time when forming an interface layer according to an embodiment of the present invention.
도5는 본 발명의 일실시예에 따른 유기 발광 소자의 계면층의 두께에 따른 전압-전류 밀도의 특성을 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing the characteristics of the voltage-current density according to the thickness of the interface layer of the organic light emitting device according to an embodiment of the present invention.
도6은 본 발명의 일실시예에 따른 유기 발광 소자의 계면층의 두께에 따른 전압-밝기의 특성을 나타내는 그래프이다.6 is a graph showing voltage-brightness characteristics according to the thickness of an interfacial layer of an organic light emitting diode according to an exemplary embodiment of the present invention.
도7은 본 발명의 일실시예에 따른 유기 발광 소자의 계면층의 두께에 따른 전압-양자 효율의 특성을 나타내는 그래프이다.7 is a graph showing the characteristics of the voltage-quantum efficiency according to the thickness of the interface layer of the organic light emitting device according to an embodiment of the present invention.
도8은 본 발명의 일실시예에 따른 유기 발광 소자의 계면층의 두께에 따른 전압-발광 효율의 특성을 나타내는 그래프이다.8 is a graph showing the characteristics of the voltage-emitting efficiency according to the thickness of the interface layer of the organic light emitting device according to an embodiment of the present invention.
도9는 본 발명의 일실시예에 따른 유기 발광 소자의 계면층의 두께에 따른 어드미턴스를 나타내는 그래프이다.9 is a graph showing admittance according to the thickness of an interface layer of an organic light emitting diode according to an exemplary embodiment of the present invention.
도10은 본 발명의 일실시예에 따른 유기 발광 소자의 계면층의 두께에 따른 ln(1/F2)-1/F 곡선과 전류-전압을 나타내는 그래프이다.FIG. 10 is a graph showing an ln (1 / F 2 ) -1 / F curve and a current-voltage according to the thickness of an interface layer of an organic light emitting diode according to an exemplary embodiment of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
1 : 유리 기판 2 : 양극1
3 : 계면층 4 : 정공 수송층3: interface layer 4: hole transport layer
5 : 발광층 6 : 완충층5: light emitting layer 6: buffer layer
7 : 음극7: cathode
본 발명은 유기 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 절연 물질인 산소질화알루미늄(aluminum oxynitride, AlON) 계면층을 가지는 유기 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an organic light emitting device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an organic light emitting device having an aluminum oxynitride (AlON) interface layer of an insulating material and a method of manufacturing the same.
유기 발광 다이오드(organic light emitting diode, OLED)와 같은 유기 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는 종래의 디스플레이 장치보다 가볍고 소비 전력이 작으며, 응답 속도와 휘도가 우수한 장점이 있기 때문에 최근 들어 새로운 평판형 디스플레이 장치로 널리 사용되고 있다.Display devices using organic light emitting diodes such as organic light emitting diodes (OLEDs) are new flat panel display devices in recent years because they have advantages such as lighter, smaller power consumption, and superior response speed and brightness. It is widely used.
이러한 유기 발광 소자는 한국공개특허 제2003-0000992호에 개시된 바와 같이 유리 기판 위에 양극(anode), 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층 및 음극(cathode)이 순차적으로 진공 증착된 적층 구조를 가지며, 상기 양극과 음극 사이에 전압을 인가하여 유기 발광 소자 내부에서 발광하는 방식으로 동작된다.The organic light emitting device has a laminated structure in which an anode, a hole transporting layer, a light emitting layer, an electron transporting layer, and a cathode are sequentially vacuum deposited on a glass substrate as disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2003-0000992. The voltage is applied between the cathode and the cathode to emit light in the organic light emitting device.
전압 인가시 양극과 음극에서 유기 물질층(정공 수송층, 전자 수송층)으로 각각 주입된 정공과 전자는 발광층에서 서로 결합하여 엑시톤(exiton)을 형성하는데, 상기 발광 현상은 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 전이하면서 방출하는 빛에 의하여 발생한다.When voltage is applied, holes and electrons respectively injected from the anode and the cathode into the organic material layer (hole transport layer and electron transport layer) are combined with each other in the light emitting layer to form an exciton. It is caused by the light emitted as it transitions.
이때, 양극은 유기 발광 소자 내부(발광층)에서 발생한 빛이 기판 외부로 효율적으로 발광될 수 있도록 인듐 주석 산화물(indium tin oxide, ITO) 막과 같은 투과도가 높은 투명 전극을 사용하는 것이 일반적이다.In this case, it is common to use a transparent electrode having a high transmittance such as an indium tin oxide (ITO) film so that the light emitted from the inside of the organic light emitting element (light emitting layer) can be efficiently emitted to the outside of the substrate.
한편, 전술한 바와 같이 양극과 음극에 전압을 인가하면 양극과 음극에서 각각 정공 수송층과 전자 수송층으로 정공과 전자가 주입되는데, 일반적으로 상기 양극(ITO 전극)과 정공 수송층은 상호간 일함수(work function)의 차이가 크기 때문에 정공 주입시 높은 에너지 장벽이 형성된다.Meanwhile, as described above, when voltage is applied to the anode and the cathode, holes and electrons are injected into the hole transport layer and the electron transport layer from the anode and the cathode, respectively. In general, the anode (ITO electrode) and the hole transport layer have a work function between each other. Because of the large difference of), a high energy barrier is formed during hole injection.
따라서, 종래의 유기 발광 소자는 상기 에너지 장벽을 극복하여 정공을 주입하여야 하기 때문에 정공 주입에 제약이 있고, 그 결과 발광효율과 구동 전압이 상 승하게 되는 문제점이 있었다.Therefore, the conventional organic light emitting device has a limitation in hole injection because the hole must be injected to overcome the energy barrier, and as a result, there is a problem that the luminous efficiency and driving voltage increase.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 양극과 정공 수송층 사이의 경계면에 절연 물질로 된 계면층을 추가로 증착하여 상기 양극과 정공 수송층 사이에 존재하는 에너지 장벽을 낮출 수 있는 유기 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the conventional problems as described above, by further depositing an interface layer of an insulating material on the interface between the anode and the hole transport layer can lower the energy barrier existing between the anode and the hole transport layer. An object thereof is to provide an organic light emitting device and a method of manufacturing the same.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 유기 발광 소자 및 그 제조 방법은 기판 상부에 형성되는 양극, 상기 양극 상부에 형성되는 정공 수송층, 상기 양극에서 정공 수송층으로의 정공 주입이 용이하도록 하기 위해 상기 양극과 정공 수송층 사이에 형성되고 절연 물질로 구성되는 계면층, 상기 정공 수송층 상부에 형성되는 발광층, 상기 발광층 상부에 형성되는 완충층 및 상기 완충층 상부에 형성되는 음극을 포함하는 유기 발광 소자를 특징으로 한다.In order to achieve the above object, an organic light emitting diode and a method of manufacturing the same according to the present invention include an anode formed on the substrate, a hole transport layer formed on the anode, and the anode to facilitate hole injection from the anode to the hole transport layer. And an interfacial layer formed between the hole transport layer and the insulating material, an emission layer formed on the hole transport layer, a buffer layer formed on the light emitting layer, and a cathode formed on the buffer layer.
또한, 상기 양극은 인듐 주석 산화물(ITO) 막, 상기 정공 수송층은 TPD, 상기 발광층은 Alq3, 상기 완충층은 LiF 막, 상기 음극은 Al막으로 구성되는 것을 특징으로 한다.The anode may be formed of an indium tin oxide (ITO) film, the hole transport layer may be TPD, the light emitting layer may be Alq 3 , the buffer layer may be a LiF film, and the cathode may be an Al film.
또한, 상기 절연 물질은 산소질화알루미늄(AlON)인 것을 특징으로 한다.In addition, the insulating material is characterized in that the aluminum oxynitride (AlON).
또한, 상기 계면층은 5 ~ 15 Å의 두께로 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the interfacial layer is characterized in that formed to a thickness of 5 ~ 15 kPa.
또한, 본 발명은 기판 상부에 양극을 증착하고, 상기 양극에서의 정공 주입이 용이하도록 하기 위해 상기 양극 상부에 절연 물질로 구성된 계면층을 형성하는 제1단계와 상기 계면층 상부에 정공 수송층, 발광층, 완충층 및 음극을 순차적으로 증착하는 제2단계를 포함하는 유기 발광 소자의 제조 방법을 특징으로 한다.In addition, the present invention is to deposit an anode on the substrate, the first step of forming an interface layer made of an insulating material on the anode in order to facilitate hole injection in the anode and a hole transport layer, the light emitting layer on the interface layer And a second step of sequentially depositing the buffer layer and the cathode.
또한, 상기 계면층은 RF 플라즈마 스퍼터링 방식으로 증착하는 것을 특징으로 한다.In addition, the interface layer is characterized in that the deposition by RF plasma sputtering method.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 유기 발광 소자의 구성을 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing the configuration of an organic light emitting device according to an embodiment of the present invention.
도1의 유기 발광 소자는 유리 기판(1) 상부에 양극(anode, 2), 계면층(3), 정공 수송층(4), 발광층(5), 완충층(6) 및 음극(cathode, 7)을 순차적으로 증착한 적층 구조로 구성된다.1 illustrates an
양극(2)은 전술한 바와 같이 투과도가 높은 ITO 막으로 된 투명 전극으로 구성되며, 스퍼터링(sputtering)법, 기상 증착법 또는 이온빔 증착법 등 공지된 방식 중 어느 하나에 의하여 바람직하게 형성될 수 있다.The
한편, 계면층(3)을 형성하지 않은 유기 발광 소자의 에너지 대역을 도2를 이용하여 살펴보면 양극(2)과 정공 수송층(4) 사이에 약 0.9eV의 에너지 장벽이 존재 하는데, 계면층(3)은 양극(2)과 정공 수송층(4) 사이의 상기 에너지 장벽을 낮추어 양극(2)에서 정공 수송층(4)으로의 정공 주입이 용이하도록 하기 위한 것이다.Meanwhile, referring to FIG. 2, the energy band of the organic light emitting device that does not form the
본 실시예에서는 높은 k(high-k) 물질로 유전 상수가 높고 소자 특성이 우수하여 반도체 소자에서 절연 물질로 사용되는 산소질화알루미늄(AlON)을 사용하여 계면층(3)을 형성하였다.In this embodiment, the
일반적으로 유기물과 금속 사이에 계면층(3)을 삽입하는 경우 계면층(3)의 두께가 너무 두꺼워지면 계면층(3)을 터널링하기 어려워져 오히려 정공 주입 효율이 떨어지기 때문에 효율적인 정공 주입을 위하여 적절한 두께의 계면층(3) 형성이 요구된다. 따라서, 본 실시예에서는 적절한 계면층(3)의 두께를 얻기 위해 두께를 변화시켜 가면서 여러 가지 유기 발광 소자의 성능을 테스트하였다.In general, when the
또한, 상기 계면층(3)은 전술한 여러 가지 증착법 중 어느 하나에 의하여 형성이 가능한데, 본 실시예에서는 스퍼터 장비를 이용해 비교적 간단하게 실시할 수 있고 재현성이 우수한 RF(radio frequency) 플라즈마 스퍼터링 방식을 사용하였다.In addition, the
한편, 정공 수송층(4), 발광층(5), 완충층(6) 및 음극(7)은 공지된 물질 중 어느 하나에 의하여 구성될 수 있으며, 본 실시예에서는 각각 TPD(N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methyphenyl)-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine), Alq3, LiF 막 및 Al막을 사용하였다.On the other hand, the
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 유기 발광 소자의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an organic light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
먼저, 유리 기판(1) 위에 ITO 막으로 된 양극(2)을 형성한 후(S11), 그 상부에 산소질화알루미늄을 이용하여 계면층(3)을 형성한다(S12).First, an
계면층(3)의 형성이 완료되면, 상기 계면층(3) 상부에 정공 수송층(4), 발광층(5), 완충층(6) 및 음극(7)을 순서대로 증착함으로써 유기 발광 소자를 구성한다(S13 내지 S16).When the formation of the
이하에서는 도4 내지 도10을 이용하여 계면층(3)의 증착 두께(0Å, 5.8Å, 14Å, 16.4Å)에 따른 유기 발광 소자의 성능을 설명한다.Hereinafter, the performance of the organic light emitting diode according to the deposition thickness (0 Å, 5.8 Å, 14 Å, 16.4 Å) of the
도4는 본 발명의 일실시예에 따라 계면층(3)을 형성할 때 증착 시간에 따른 증착 두께의 변화를 나타내는 그래프이며, 증착 개시 후 약 9초 동안은 증착 두께가 선형적으로 증가하다가 이후부터는 점차적으로 수렴하는 양상을 보였다.FIG. 4 is a graph showing a change in deposition thickness according to deposition time when forming the
도5는 본 발명의 일실시예에 따른 유기 발광 소자의 계면층(3)의 두께에 따른 전압-전류 밀도의 특성을 나타내는 그래프이며, 동일한 전류 밀도를 얻고자 할 때 증착 두께가 14Å일 때 구동 전압이 가장 낮은 것으로 나타났다.5 is a graph showing the characteristics of the voltage-current density according to the thickness of the
도6은 본 발명의 일실시예에 따른 유기 발광 소자의 계면층(3)의 두께에 따른 전압-밝기의 특성을 나타내는 그래프이며, 동일한 밝기를 얻고자 할 때 증착 두께가 14Å일 때 구동 전압이 가장 낮은 것으로 나타났다.FIG. 6 is a graph showing voltage-brightness characteristics according to the thickness of the
도7은 본 발명의 일실시예에 따른 유기 발광 소자의 계면층(3)의 두께에 따른 전압-양자 효율의 특성을 나타내는 그래프이며, 동일한 양자 효율을 얻고자 할 때 증착 두께가 14Å일 때 구동 전압이 가장 낮은 것으로 나타났다.7 is a graph showing the characteristics of the voltage-quantum efficiency according to the thickness of the
도8은 본 발명의 일실시예에 따른 유기 발광 소자의 계면층(3)의 두께에 따른 전압-발광 효율의 특성을 나타내는 그래프이며, 동일한 발광 효율을 얻고자 할 때 증착 두께가 14Å일 때 구동 전압이 가장 낮은 것으로 나타났다.8 is a graph showing the characteristics of voltage-emission efficiency according to the thickness of the
도9는 본 발명의 일실시예에 따른 유기 발광 소자의 계면층(3)의 두께에 따른 어드미턴스를 나타내는 그래프이며, 증착 두께가 증가할수록 어드미턴스의 반경이 증가함을 알 수 있다.9 is a graph showing admittance according to the thickness of the
어드미턴스의 반경이 클수록 소자의 직렬 저항이 낮음을 의미하는데, 본 실시예에서의 직렬 저항은 양극(2)과 유기물 사이의 접촉 저항이 주도하며 그 결과 접촉 저항이 낮을수록 낮은 정공 주입 장벽을 가짐을 의미한다. The larger the radius of the admittance, the lower the series resistance of the device. In this embodiment, the series resistance is driven by the contact resistance between the
따라서, 도9에서 보는 바와 같이 계면층(3)의 두께가 5.8Å, 14Å, 16.4Å인 경우 계면층(3)을 형성하지 않은 소자보다 낮은 직렬 저항을 보임을 알 수 있고 이를 통해 계면층(3)의 형성으로 인하여 정공 주입 장벽과 구동 전압이 낮아짐을 확인할 수 있다.Accordingly, as shown in FIG. 9, when the thickness of the
도10은 본 발명의 일실시예에 따른 유기 발광 소자의 계면층(3)의 두께에 따른 ln(1/F2)-1/F 곡선과 전류-전압을 나타내는 그래프로서, 다른 성능 실험에서 가장 우수한 것으로 나타난 계면층(3) 두께가 14Å인 경우와 계면층(3)을 형성하지 않은 경우를 비교하여 나타낸 것이다.FIG. 10 is a graph showing an ln (1 / F 2 ) -1 / F curve and a current-voltage according to the thickness of the
Fowler-Nordheim 터널링 공식을 이용하여 적절한 유도 및 정리 과정을 수행하면 아래의 (1)식을 얻을 수 있다. Using the Fowler-Nordheim tunneling formula, the following derivation and theorem process can be used to obtain Equation (1) below.
이때, I는 전류, F는 전기장 세기 그리고 k는 정공 주입에 따른 에너지 장벽에 의존하는 상수를 의미한다. In this case, I is a current, F is electric field strength and k is a constant depending on the energy barrier according to the hole injection.
도10의 그래프에서 기울기로부터 각 경우의 k 값을 구할 수 있는데, 기울기의 절대값이 작을수록 k 값이 작아지며 k의 값이 작다는 것은 에너지 장벽의 높이가 낮아졌다는 것을 의미한다. In the graph of FIG. 10, the value of k in each case can be obtained from the inclination. The smaller the absolute value of the inclination, the smaller the value of k and the smaller the value of k means that the height of the energy barrier is lower.
따라서, 도10에 나타난 바와 같이 계면층(3)의 두께가 14Å일 때 기울기의 절대값이 더 작기 때문에, 이를 통해 계면층(3)의 형성으로 인하여 정공 주입 장벽이 낮아졌음을 알 수 있다. Therefore, as shown in FIG. 10, since the absolute value of the slope is smaller when the thickness of the
또한, 도10의 전류-전압 그래프에 나타난 바와 같이 계면층(3)의 두께가 14Å일 때 구동 전압이 보다 낮아지는 것을 통하여 정공 주입 장벽이 낮아진 효과를 재차 확인할 수 있다.In addition, as shown in the current-voltage graph of FIG. 10, when the thickness of the
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 유기 발광 소자 및 그 제조 방법은 양극과 정공 수송층의 일함수 차이에 의하여 정공 주입에 필요한 에너지 장벽을 감소시키기 위하여 절연 물질인 산소질화알루미늄으로 구성되는 계면층을 형성함으로써 양극에서 정공 수송층으로의 정공 주입이 용이해지도록 할 수 있다.As described above, the organic light emitting device and the method of manufacturing the same according to the present invention form an interface layer made of aluminum oxynitride, which is an insulating material, in order to reduce the energy barrier required for hole injection by the work function difference between the anode and the hole transport layer. As a result, hole injection from the anode to the hole transport layer can be facilitated.
그 결과 본 발명에 따른 유기 발광 소자 및 그 제조 방법은 계면층을 형성하 지 않은 종래의 유기 발광 소자와 비교하여 발광 효율이 향상되고, 구동 전압이 감소한 유기 발광 소자를 제공할 수 있다.As a result, the organic light emitting device and the method of manufacturing the same according to the present invention can provide an organic light emitting device in which the luminous efficiency is improved and the driving voltage is reduced as compared with the conventional organic light emitting device in which no interface layer is formed.
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