KR100967288B1

KR100967288B1 - 유기 ｅｌ 소자

Info

Publication number: KR100967288B1
Application number: KR1020030098984A
Authority: KR
Inventors: 이주철
Original assignee: 사천홍시현시기건유한공사
Priority date: 2003-12-29
Filing date: 2003-12-29
Publication date: 2010-07-01
Also published as: KR20050067947A

Abstract

본 발명은 유기 전자 발광 소자(Organic Electroluminescent Device; 이하 "유기 EL 소자"라 칭함)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기 EL 소자를 형성할 때, 양전극(anode) 표면의 균일도(uniformity)를 증가시키기 위하여 양전극을 형성한 다음, 그 상부에 얇은 절연막을 형성함으로써, 유기 EL 소자의 패널(panel)의 전류밀도를 균일하게 하여 양전극과 음전극의 단락(short)을 방지하는 유기 EL 소자에 관한 것이다.

Description

유기 ＥＬ 소자{Organic Electroluminescent Device}

도 1은 종래 유기 EL 소자의 양전극 형성 후의 표면을 나타낸 도면.

도 2는 본 발명의 유기 EL 소자의 절연막이 형성된 양전극 형성 후의 표면을 나타낸 도면.

도 3은 본 발명의 유기 EL 소자의 기본 구성을 설명하기 위한 계략도.

< 도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명 >

10, 20, 30 : 기판 11, 21, 31 : 양전극

32, 23 : 절연막 33 : 정공 주입층

35 : 정공 수송층 37 : 유기 발광층

38 : 전자 수송층 39 : 전자 주입층

131 : 음전극

본 발명은 유기 전자 발광 소자(Organic Electroluminescent Device; 이하 "유기 EL 소자"라 칭함)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기 EL 소자를 형성할 때, 양전극(anode) 표면의 균일도(uniformity)를 증가시키기 위하여 양전극 상부에 얇은 절연막을 형성함으로써, 유기 EL 소자의 패널(panel)의 전류밀도를 균일하게 하여 양전극과 음전극의 단락(short)을 방지하는 유기 EL 소자에 관한 것이다.

일반적으로 유기 EL 소자는 기판 상부에 유리 기판 위에 투명 양전극층(transparent anode), 유기 발광층(organic light emitting layer) 및 금속 음전극층(cathode)을 순차적으로 형성한 후, 양전극과 음전극 사이에 전압을 걸어 주면 주입되는 전자와 정공이 재결합하여 들뜬 상태가 되었다가 다시 바닥상태로 에너지 전이되는 과정에서 빛이 발생되는 자발광 원리를 이용한 것으로, 기존의 액정보다 빠른 응답 속도를 가지면서, 소비 전력이 작고, 무게가 가벼우며, 휘도가 매우 좋아 차세대 디스플레이(display)로 각광 받고 있다.

일반적인 유기 EL 소자의 기본 구성에 대해 하기에 기술한다.

석영 등의 투명 재질로 형성된 투명 기판 상에 양전극(anode)을 형성하고, 그 상부에 정공 주입층 및 정공 수송층(hole transporting layer)을 순차적으로 형성한다.

이때, 상기 양전극은 일 함수가 커서 정공 주입이 용이하고, 가시 광선 범위에서 투명한 특성을 가지는 인디움 틴 옥사이드(indium tin oxide; ITO) 및 인디움 아연 옥사이드(indium zinc oxide; IZO)등과 같은 금속 산화막을 이용하여 형성한 후, 거칠기를 감소시키는 공정을 수행한다.

상기 공정은 기판 상부에 ITO를 1500Å두께로 형성한 후, 연마 공정 및 산소 플라즈마 식각 공정을 수행하여 증착 두께의 약 10% 정도를 제거하는 것으로, 예를 들면 연마 공정으로 약 80Å 두께를 제거한 다음, 산소 플라즈마 식각 공정으로 약 50Å 두께를 제거하여 거칠음(roughness) 정도를 개선하는 것이 바람직하다.

상기 정공 주입층은 소자 내에 정공 주입을 원활하도록 하면서, 양전극으로 사용하고 있는 ITO의 일함수(work function)와 최고 점유 분자궤도함수(highest occupied molecular orbital; HOMO)가 비슷한 값을 가지고 있는 쿠퍼 프탈로시아나인(copper phthalocyanine; CuPC) 또는 페닐 아민계 화합물, 예를 들면 4,4,4-트리(3-메틸페닐-페닐아미노)트리페닐아민(4,4',4"-Tris(3-methylphenyl-phenylamino)-triphenylamine; m-MTDATA)등을 이용한다.

정공 수송층은 양전극으로부터 주입된 정공을 발광층을 수송하기 위해 α-NPD 또는 N,N'-디페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-1,1'-디페닐-4,4'-디아민(N,N'-dipheny-N,N'-bis(3-methyl phenyl)-1,1'-diphenyl-4,4'-diamine; TPD)등을 사용한다.

정공 수송층 상부에 유기 발광층(emitting layer)을 형성한다.

상기 유기 발광층에서는 양전극으로부터 주입된 정공과 음전극으로부터 주입된 전자에 의해 여기자(exciton)가 형성되는데, 이때 발광층에 적용되는 유기 물질의 고유 파장 및 호스트(host)와 주입물(dopant)의 구성비를 조절하여 여기자로부터 여러 가지 특정한 파장의 발광색을 구현할 수 있다.

상기 유기 발광층 형성 물질로는 적색(red)의 경우 디씨제이티비(4-dicyanomethylene-6-cp-julolidinostyryl-2-tert-butyl-4H-pyran; DCJTB)를 이용하고, 녹색(green)의 경우 폴리(페닐렌 비닐렌)(poly(phenylene vinylene); PPV) 및 알루미늄키노리놀(aluminum tris(8-hydroxyquinoline; Alq₃)을 이용하며, 청색 (blue)의 경우 PPP, PF, PFV 및 스피로-PF(spiro-PF) 등으로 형성한다.

상기 유기 발광층 상부에 전자 수송층(electron transporting layer) 및 전자 주입층(electron injection layer)을 순차적으로 형성한다.

상기 전자 수송층은 음전극으로부터 공급되는 전자를 원활하게 수송하기 위하여 1,2,3-트리아졸(1,2,4-triazole) 또는 전자 수송체로서의 특성을 가지는 알루미늄키노리놀을 사용한다.

또한, 전자 주입층 상부에 일 함수가 낮은 금속 예를 들면, 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca) 이나, 일 함수는 높지만 공정 시 안정되고 증착이 용이한 금속, 예를 들면 알루미늄 (Al) 등을 사용하여 금속 음전극(cathode)을 형성한다.

전술한 바와 같이, 유기 EL 소자를 제조하는 경우에 양전극인 ITO 패턴을 형성한 다음, 정공 주입층을 형성하기 전에 연마 공정과 산소 플라즈마 식각 공정을 수행하여 ITO 전극의 표면 균일도를 향상시키고자 하는 것은 ITO 표면의 거칠음 정도가 낮을수록 소자 내부의 전류밀도가 어느 한쪽으로 몰리지 않고, 고르게 나타날 수 있도록 하기 위한 것이다.

그러나, 상기와 같은 산소 플라즈마 식각 공정으로는 양전극 표면의 균일도를 좋게 하는데 한계가 있으므로, 양전극 상부에 일정 부분 고르지 못한 부분이 생길 수가 있는데, 이러한 문제점은 국부적으로 전류밀도가 차이를 가져오고, 이 차이에 따라서 전극 물질이 반대편 음전극 쪽으로 이동(migration) 하게 되어 궁극적 으로는 양전극과 음전극간에 단락이 발생된다.

본 발명은 상기와 같은 간략한 문제를 해결하기 위한 연구를 하던 중 양전극을 형성한 후, 그 상부에 얇은 절연막을 형성함으로써, 양전극 표면의 균일도를 가져와 양전극과 음전극간의 단락을 방지할 수 있는 유기 EL 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명에서는 상기 유기 EL 소자를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 전류밀도가 균일하도록 양전극 상부에 얇은 절연막이 형성된 유기 EL 소자를 제공한다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에서는 투명 기판 상부에 양전극, 양전극 표면을 평탄화시키는 절연막, 유기발광층 및 음전극이 순차적으로 형성된 유기 EL 소자를 제공한다.

이때, 상기 절연막은 양전극의 표면을 좀 더 균일하게 하기 위한 것으로, 파릴렌(parylene)계 화합물을 사용하는데, 예를 들면, 폴리(2-클로로-1,4-디메틸 벤젠) (poly(2-chloro-1,4-dimethyl benzene)), 폴리(1,4-디클로로-2,5-디메틸벤젠) (poly(1,4-dichloro-2,5-dimethylbenzene)) 및 폴리(2-플루오로-1,4-디메틸벤젠) (poly(2-fluoro-1,4-dimethylbenzene), 바람직하게는 폴리(파라-자일렌) (poly(para-xylene))을 이용한다.

또한, 상기 절연막은 이량체(dimer)로 사용되는 물질이 단량체(monomer)로 분해되는 온도 조건의 화학기상증착(chemical vapored deposition; CVD) 방법을 이용하여 1Å 내지 50Å, 바람직하게는 1Å 내지 30Å의 두께로 증착 된다.

이때, 상기 파릴렌은 진공 중에서 CVD 공정에 의해 형성되는 고분자를 말하며, 이와 같은 파릴렌계 화합물은 저유전상수 및 전기적 절연 특성을 가지고 있을 뿐만 아니라, 높은 광투과도와 고신뢰성 및 모체의 형상에 관계없이 균일한 두께의 코팅막을 형성할 수 있는 물질로써, 전지 전자, 반도체 및 의료용 광학 기기 등 현존하는 모든 물체에 코팅이 가능한 물질이다.

이러한 파릴렌의 증착 공정(process)은 온도상승에 의해 승화부내에 잠입한 다이머가 기체상태의 이량체로 승화되고, 승화된 이량체가 고온의 열 분해 영역을 통과하며 기체상태의 단량체로 분해되고, 다시 단량체들은 증착부로 이동하여 증착하고자 하는 모체 표면에 고분자를 형성하면서 증착된다.

또한, 본 발명에서는

유기 기판 상부에 양전극을 형성하는 단계;

상기 양전극 상부에 절연막을 형성하는 단계;

상기 절연막 상부에 정공 주입층 및 정공 수송층을 순차적으로 형성하는 단계;

상기 정공 수송층 상부에 유기 발광층을 형성하는 단계;

상기 유기 발광층 상부에 전자 수송층 및 전자 주입층을 순차적으로 형성하는 단계; 및

상기 전자 주입층 상부에 음전극을 형성하는 단계를 포함하는 유기 EL 소자의 제조 방법을 제공한다.

이때, 상기 양전극 형성 단계 후에, 양전극 표면을 폴리셔를 사용하여 연마하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이하 본 발명을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하되, 유기 EL 소자의 구성을 설명하기 위한 계략도이다.

도 3을 참조하면, 기판(30) 상부에 1500Å의 두께로 양전극(31)을 형성하고, 연마 공정을 수행한 다음, 그 상부에 얇은 절연막(32)을 약 15Å의 두께로 형성한다. 이때, 상기 양전극(31)은 ITO 및 IZO 등과 같은 금속 산화막을 이용하여 형성한다음, 상기 연마 공정으로 양전극(31)의 약 80Å 두께를 제거하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 절연막(32)은 이량체를 단량체로의 열분해방법을 이용하여 CVD 방법으로 형성한다.

그 후, 절연막(32) 상부에 정공 주입층(33) 및 정공 수송층(35) 및 유기 발광층(37)을 순차적으로 형성한 다음, 그 상부에 전자 수송층(38), 전자 주입층(39) 및 음전극(131)을 형성한다.

이때, 상기 본 발명의 유기 EL 소자를 구성하는 정공 주입층(33)/정공 수송층(35), 유기 발광층(37), 전자 수송층(38)/전자 주입층(39) 및 음전극(131) 등은 일반적인 것을 이용하여 형성한다.

상기와 같은 파릴렌계 화합물을 이용하여 양전극(31) 표면에 얇은 절연막(32)을 형성하는 경우, 표면이 균일한 양전극(31)을 형성하여 양전극(31)의 일함수(work function)도 낮출 수 있으므로, 정공 주입 효과를 크게 하면서 유기 EL 소자의 전류 밀도를 균일하게 할 수 있다.

상기와 같이 전류 밀도가 균일하게 형성되면 전류 밀도가 국부적으로 크게 되는 것이 방지되므로, 열발생이 증가되는 것을 막을 수 있다. 즉, 유기 EL 소자의 열발생이 클 경우 전극 물질의 이동도가 증가되지만, 본 발명에서처럼 양전극(31) 표면을 균일하게 하여 열발생을 감소시키면 전극 물질의 이동을 막을 수 있으므로, 양전극(31)과 음전극(131)간의 단락을 방지할 수 있고, 금속의 발광층으로의 이동을 막아 발광 시의 효율을 향상시킬 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 양전극 표면의 균일도를 향상시키므로, 전자 주입 효과를 높일 뿐만 아니라, 전류 밀도를 균일하게 하여 양전극과 음전극간의 전극 물질의 이동을 막아 유기 EL 소자의 단락을 방지할 수 있고, 금속의 발광층으로의 이동을 막아 발광 시의 효율이 향상시킬 수 있다.

Claims

투명 기판 상부에 양전극, 양전극 표면을 평탄화시키는 절연막, 유기발광층 및 음전극이 순차적으로 형성되어 있는 유기 EL 소자.
제 1 항에 있어서,

상기 절연막은 파릴렌(parylene)계 화합물을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
제 2 항에 있어서,

상기 파릴렌계 화합물은 폴리(2-클로로-1,4-디메틸 벤젠)(poly(2-chloro-1,4-dimethyl benzene)), 폴리)1,4-디클로로-2,5-디메틸벤젠)(poly(1,4-dichloro-2,5-dimethylbenzene)), 폴리(2-플루오로-1,4-디메틸벤젠)(poly(2-fluoro-1,4-dimethylbenzene) 및 폴리(파라-자일렌)(poly(para-xylene))으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 화합물을 이용하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
제 1 항에 있어서,

상기 절연막은 1Å 내지 50Å두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.