KR101127572B1 - 유기전계발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

유기전계발광소자 및 그 제조방법에 관해 개시되어 있다. 개시된 발명은 양극과 음극, 상기 양극과 상기 음극 사이에 마련되는 정공수송층, 상기 정공수송층과 상기 음극 사이에 마련되는 자기 버퍼층(self-buffer layer) 및 상기 자기 버퍼층과 상기 음극 사이에 마련되는 발광층을 구비한다.

Description

유기전계발광소자 및 그 제조방법 {Organic electroluminescent device and method of manufacturing the same}

도 1은 종래의 유기전계발광소자의 일례를 보인 개략적 단면도이다.

도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 유기전계발광소자의 개략적인 단면도이다.

도 3는 본 발명의 제 1실시예에 따른 유기전계발광소자에 있어서, 자기 버퍼층이 없는 유기전계발광소자와의 빛 방출시간을 비교한 그래프를 나타낸다.

도 4은 본 발명의 제 2실시예에 따른 유기전계발광소자의 개략적인 단면도이다.

도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 유기전계발광소자에 있어서, 자기 버퍼층이 없는 유기전계발광소자와의 파장영역을 비교한 그래프를 나타낸다.

도 6는 본 발명에 의한 유기전계발광소자의 제 1실시예의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.

도 7는 본 발명에 의한 유기전계발광소자의 제 2실시예의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.

〈도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명〉

110 : 투명기판 120 : 투명전극

130 : 정공주입층 140 : 정공이송층

150 : 발광층 160 : 상부전극

210 : 기판 220 : 양극

230 : 정공수송층 240 : 자기 버퍼층

250 : 발광층 260 : 음극

410 : 전자수송층 610 : 양극형성단계

620 : 정공수송층형성단계 630 : 자기 버퍼층형성단계

640 : 발광층형성단계 650 : 음극형성단계

710 : 양극형성단계 720 : 전공수송층형성단계

730 : 발광층형성단계 740 : 자기 버퍼층형성단계

750 : 전자수송층형성단계 760 : 음극형성단계

본 발명은 유기전계발광소자(Organic electroluminescent device)및 그 제조방법에 관한 것으로서, 상세히는 자기 버퍼층을 이용하여 수명과 색순도가 향상된 고분자 유기전계발광소자에 관한 것이다.

칼라 표시 소자로의 응용에 주목 받고 있는 소자 중의 하나가 유기전계발광소자(OLED : Organic light-emitting device)이다. 유기화합물을 사용해 스스로 발광하는 능동발광 디스플레이인 유기전계발광소자는, TFT-LCD에 비하여 구조와 제조공정이 간단하여 제조비용이 저렴하고, 낮은 소비전력, 얇은 두께 및 높은 응답속도 등을 가진다.

유기전계발광소자는 유기재료에서 전기에너지를 광에너지로 변환하는 소자를 일컫는 것으로서, 애노드와 캐소드 전극에서 각각 주입된 정공과 전자가 유기분자에서 재결합하여 여기자(exciton)가 발생되면서 발광이 이루어지는 소자이다.

이러한 유기전계발광소자의 기본적인 적층물에는 순차적으로 적층된 양극 (anode), 발광층 (EML: emission material layer), 음극 ( cathode)이 포함된다. 이러한 유기전계발광소자의 성능은 다층박막구조의 변화에 의해서 많은 영향을 받으며, 기본 구조에 다양한 기능층의 추가에 의해 유기전계발광소자의 발광효율과 수명이 향상될 수 있다.

또한, 유기전계발광소자는 건식공정(dry process)인 유기분자선증착법(OMBD: Organic Molecular Beam Deposition)에 의해 제작되는 것도 있지만, 고분자계 유기전계발광소자는 다층박막을 형성하기 위하여 습식공정(wet process)인 스핀코팅법(spin coating) 또는 잉크젯(ink jet)방식에 의해 주로 제작된다.

도 1은 종래 기술에 의한 유기전계발광소자의 한 예를 보여준다.

도 1을 참조하면, 종래 기술에 의한 유기전계발광소자는 투명기판(110)상에 순차적으로 적층된 투명전극(120), 정공주입층(130), 정공수송층(140), 발광층(150) 및 상부전극(160)을 구비한다. 상기 종래 유기전계발광소자는 다층박막이 형성되어 있고, 각 층이 상보적인 기능을 수행함으로써 소자의 수명이 향상될 수 있다.

그러나, 상기 종래 유기전계발광소자 제조시, 정공수송층(140)상에 발광층(150)을 형성시키기 위하여 일반적으로 스핀코팅법이 이용되는데 스핀코팅시 이용되는 발광층(150)성분의 주성분인 용질과 높은 용해도를 가지는 클로로 벤젠, 클로로포름, THF 등의 용매를 포함하는 용액은 하부층인 정공주입층(130)과 정공수송층(140)을 용해시켜 결함을 형성할 수 있다.

즉, 다층박막을 형성하기 위해 습식공정시 이용되는 용액은 일반적으로 용해도가 높은 용매를 포함하기 때문에 이미 적층된 물질도 녹일 수 있다. 이 때 형성된 하부층의 결함은 소자의 수명단축과 색순도를 떨어뜨리는 문제점을 발생시킨다. 반면에 낮은 용해도의 용매가 이용되면, 각층이 일정 수준이상의 두께로 형성 되기 힘들다는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 유기전계발광소자에 있어서 자기 버퍼층(self-buffer layer)을 삽입하여 소자 내부의 결함을 감소시킴으로서 소자의 수명향상과 색순도 개선를 제공하는데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 이러한 유기전계발광소자의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 한 유형에 따른 본 발명의 유기전계발광소자는,

양극과 음극;

상기 양극과 상기 음극 사이에 마련되는 정공수송층;

상기 정공수송층과 상기 음극 사이에 마련되어 상기 정공수송층을 보호하는 자기 버퍼층; 및

상기 자기 버퍼층과 상기 음극 사이에 마련되는 발광층을 구비하며, 이 때 상기 자기 버퍼층은 발광층과 동종의 물질로 형성된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 자기 버퍼층 및 발광층은 전도성 고분자물질로 형성된다.

본 발명의 다른 유형에 따른 본 발명의 유기전계발광소자는,

양극과 음극;

상기 양극과 상기 음극 사이에 마련되는 정공수송층;

상기 정공수송층과 상기 음극 사이에 마련되는 발광층;

상기 발광층과 상기 음극 사이에 마련되어 상기 발광층을 보호하는 자기 버퍼층; 및

상기 자기 버퍼층과 상기 음극 사이에 마련되는 것으로 상기 자기 버퍼층과 동종물질로 된 전자수송층;을 구비한다.

상기 다른 유형에 따른 전계발광소자에서, 상기 자기 버퍼층 및 전자수송층은 전도성 고분자물질로 이루어진다.

본 발명의 한 유형에 따른 전계발광소자의 제조방법은:

기판 상에 양극을 형성하는 단계;

상기 양극 상에 정공수송층 형성하는 단계;

상기 정공수송층 상에 자기 버퍼층을 형성하는 단계;

상기 자기 버퍼층 상에 발광층을 형성하는 단계; 및

상기 발광층 상에 음극을 형성시키는 단계;를 포함하며,

상기 자기 버퍼층이 형성되는 단계에서, 상기 발광층 형성 시 사용되는 용매에 비해 상대적으로 정공수송층에 작은 용해도를 가지는 버퍼층 용매를 이용한다.

상기 본 발명에 따른 전계발광소자의 제조방법에 있어서, 상기 자기 버퍼층과 발광층은 동종의 전도성 고분자 물질로 형성된다.

본 발명의 다른 유형에 따른 전계발광소자의 제조방법은:

기판 상에 양극을 형성하는 단계;

상기 양극 상에 정공수송층을 형성하는 단계;

상기 정공수송층 상에 발광층을 형성하는 단계;

상기 발광층 상에 자기 버퍼층을 형성하는 단계;

상기 자기 버퍼층 상에 전자수송층을 형성하는 단계; 및

상기 전자수송층 상에 음극을 형성시키는 단계;를 포함하며,

상기 자기 버퍼층 형성 단계에서, 상기 전자수송층 형성에 사용되는 용매에 비해 상대적으로 상기 발광층에 작은 용해도를 가지는 용매를 이용한다.

상기 본 발명의 다른 유형에 따른 전계발광소자의 제조방법에 있어서, 상기 자기 버퍼층과 전자수송층은 동종의 전도성 고분자 물질로 형성된다.

이하, 본 발명에 의한 유기전기발광소자 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다. 도면에서 본 발명의 각 실시예에 따른 유기전계발광소자의 각 두께는 설명을 위해 과장되게 도시되어 있음에 유의해야 한다. 그리고 본 발명에 따른 유기전계발광소자의 제조에 사용되는 물질은 일반적으로 알려진 재료를 이용하며, 따라서 여기에서는 구체적으로 언급하지 않다.

도 2은 본 발명에 의한 유기전계발광소자를 설명하기 위한 바람직한 제 1실시예의 단면도를 나타낸다.

도 2을 참조하면, 본 발명의 바람직한 제 1실시예에 따른 유기전계발광소자는 기판(210)상에 순차적으로 적층된 양극(220), 정공수송층(230), 자기 버퍼층(240), 발광층(250) 및 음극(260)을 구비한다.

상기 기판(210)은 투명성을 갖는 소재가 바람직하며, 예를 들어 유리, 석 영 및 유기 고분자 화합물 등으로 이루어 질 수 있다. 양극(220)은 투명도와 일함수가 높은 물질이 바람직하고, 예를 들어 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indiume Zinc Oxide) 등으로 이루어 질 수 있다.

상기 정공수송층(230)은 정공주입층(HIL, Hole Injection Layer), 정공이송층(HTL, Hole Transport Layer), 전자방지층(EBL, Electron Blocking Layer) 중 적어도 어느 하나 이상의 층으로 이루어진다. 또한, 정공수송층(230)은 양극(220)으로부터 정공을 주입하기 쉽게 하기 위하여 이온화 포텐셜이 적은 전자공여성 분자가 사용되며, 예를 들어 트리페닐아민을 기본 골격으로 한 디아민, 트리아민 및 테트라아민 유도체 등으로 이루어 질 수 있다.

상기 자기 버퍼층(240)은 정공수송층(230)에 손상을 적게 주는 용매에 용해되고, 발광층(250) 형성시 이용되는 용해도가 높은 용매, 예를 들어 클로로 벤젠계열 용매 등으로부터 정공수송층(230)를 보호할 수 있는 전도성 고분자 물질로 이루어 질 수 있다. 여기에서 상기 자기 버퍼층(240)은 상기 발광층(250)과 동종의 물질로 형성된다.

상기 발광층(250)은 음극(260)을 통해 주입된 전자와 양극(220)을 통해 주입된 정공의 결합 에너지에 의해 빛을 발생하는 층으로, 특히 전도성 고분자계 물질로 이루어진다. 음극(260)은 낮은 구동 전압에서 원활한 전자의 공급이 가능하도록 낮은 일함수를 가지고 전류의 전도성이 우수한 물질이 바람직하고, 예를 들어 Mg-Ag합금 등으로 이루어 질 수 있다.

또한, 자기 버퍼층(240)의 두께는 보호막의 역할과 빛의 투과를 돕기 위해 얇은 것이 바람직하고, 예를 들면 5㎚ 내지 30㎚의 값을 가지는 것이 바람직하다. 발광층(250)의 두께는 소자의 소형화를 위해 50㎚ 내지 150㎚의 값을 가지는 것이 바람직하고, 70㎚ 내지 120㎚의 값을 가지는 것이 더욱 바람직하다.

도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 유기전계발광소자에 있어서, 자기 버퍼층(240)이 없는 소자와 있는 유기전계 발광소자의 수명을 비교한 그래프를 나타낸 것이다.

도 3을 참고하면, 인터레이어의 조건을 변화시키더라도 자기 버퍼층이 형성되지 않는 소자의 수명은 250시간 이내가 되나, 자기 버퍼층과 인터레이어를 같이 형성시키면 소자의 수명이 350시간 이상 증가하게 됨을 알 수 있다.

도 4는 본 발명에 의한 유기전계발광소자를 설명하기 위한 바람직한 제 2실시예의 단면도를 나타낸다. 여기서, 앞서 도시된 도면에서의 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 동일한 부재를 가리키는 것으로, 앞서 설명된 바와 실질적으로 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 4을 참조하면, 본 발명의 바람직한 제 2실시예에 따른 유기전계발광소자는 기판(210)상에 순차적으로 적층된 양극(220), 정공수송층(230), 발광층(250), 자기 버퍼층(240), 전자수송층(410) 및 음극(260)을 구비한다.

상기 전자수송층(410)은 전자이송층(ETL, Electron Transport Layer), 전자주입층(EIL, Electron Injection Layer), 정공방지층(HBL, Hole Blocking Layer) 중 적어도 어느 하나 이상의 층으로 이루어진다. 여기에서 상기 자기 버퍼층(240)은 전자수송층(410)과 동종 물질로 형성된다. 상기 전자수송층(410)은 음극(260)으로 부터 공급된 전자를 발광층(250)으로 원활히 수송하고 발광층(250)에서 결합하지 못한 정공의 이동을 억제하여 발광층(250)내의 재결합 기회를 증가시키는 층으로, 전자친화성과 전자를 주입하는 음극(260)과 접착성이 우수한 재료가 바람직하고, 예를 들어 PBD, Alq3 등으로 이루어질 수 있다.

도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 유기전계발광소자에 있어서, 자기 버퍼층이 없는 소자와 있는 유기전계 발광소자의 파장영역을 비교한 그래프를 나타낸다. 도 5를 참고하면, 자기 버퍼층이 없는 소자에 비해 발광층상부에 자기 버퍼층이 형성된 소자의 색순도가 좋아지는 것을 알 수 있다. 즉, (0.16, 0.39)에서 자기 버퍼층 형성시 (0.15, 0.31)로 개선됨을 알 수 있다.

도 6은 본 발명에 의한 유기전계발광소자를 설명하기 위한 바람직한 제 1실시예의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.

도 6를 참조하면, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 유기전계발광소자의 제조방법은, 기판상에 양극을 형성하는 단계(610), 상기 양극 상에 정공수송층을 형성하는 단계(620), 상기 정공수송층상에 마련되어 상기 정공수송층을 보호하는 자기 버퍼층을 형성하는 단계(630), 상기 자기 버퍼층에 위에서 버퍼층과 동종물질로 된 발광층을 형성하는 단계(640) 및 상기 발광층상에 음극을 형성시키는 단계(650)를 포함한다. 상기 자기 버퍼층은 전도성 고분자물질로 이루어진 것이 바람직하다.

상기 제 1실시예에 따른 유기전계발광소자의 제조방법은 습식공정, 예를 들어 스핀코팅방법 등에 의해 제작된다. 특히 습식공정에 의해 버퍼층이 형성되는 단 계(630)에서, 후에 설명되는 발광층이 적층되는 단계(640)에서 이용되는 용매에 비해 상대적으로 정공수송층에 적은 결함을 발생시킬 정도의 작은 용해도를 가지는 버퍼층 용매, 예를 들면 자일렌 또는 톨루엔 계열의 용매가 이용된다. 상기 버퍼층 용매와 버퍼층의 주성분인 전도성 고분자 용질을 포함한 버퍼층 용액이 정공수송층상에 코팅된 후, 소자를 베이크시키면 전도성 고분자 물질이 정공수송층 상부에 적층되어 자기 버퍼층이 형성된다. 다음, 자기 버퍼층 상부에 발광층이 형성되는 단계(640)에서, 일반적으로 용해도가 높은 물질 예를 들면 클로로벤젠 계열 용매가 이용되나, 정공수송층 상부에 마련된 전도성 고분자 자기 버퍼층은 클로로벤젠 계열용매에 의한 정공수송층의 손상을 보호할 수 있다.

또한, 자기 버퍼층의 두께는 보호막의 역할과 빛의 투과를 돕기 위해 얇은 것이 바람직하고, 예를 들면 5㎚ 내지 30㎚의 값을 가질 수 있다. 발광층의 두께는 소형화를 위해 50㎚ 내지 150㎚의 값을 가지는 것이 바람직하고, 70㎚ 내지 120㎚의 값을 가지는 것이 더욱 바람직하다.

도 7는 본 발명에 의한 유기전계발광소자를 설명하기 위한 바람직한 제 2실시예의 제조방법을 나타낸 흐름도이다. 여기서, 앞서 도시된 도면에서의 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 동일한 부재를 가리키는 것으로, 앞서 설명된 바와 실질적으로 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 7를 참조하면, 본 발명의 바람직한 제 2실시예에 따른 유기전계발광소자의 제조방법은, 기판상에 양극을 형성하는 단계(710), 상기 양극상에 정공수송층을 형성하는 단계(720), 상기 정공수송층에 발광층을 형성하는 단계(730), 상기 발광 층상에 마련되어 상기 발광층을 보호하는 자기 버퍼층을 형성하는 단계(740), 상기 자기 버퍼층상에 버퍼층과 동종 물질로 된 전자수송층을 형성하는 단계(750) 및 상기 전자수송층상에 음극을 형성시키는 단계(760)를 포함한다. 상기 자기 버퍼층은 전도성 고분자물질로 이루어진 것이 바람직하다.

상기 제 2실시예에 따른 유기전계발광소자의 제조방법은 습식공정, 예를 들어 스핀코팅방법 등에 의해 제작된다. 습식공정에 의해 자기 버퍼층이 형성되는 단계(740)에서, 후설되는 전자수송층이 적층되는 단계(750)시 이용되는 용매에 비해 상대적으로 발광층에 적은 결함을 발생시킬 정도의 작은 용해도를 가지는 버퍼층 용매, 예를 들면 자일렌 또는 톨루엔 계열의 용매가 이용된다. 상기 버퍼층 용매와 버퍼층의 주성분인 전도성 고분자 용질을 포함하는 버퍼층 용액이 발광층상에 코팅된 후, 소자를 베이크시키면 버퍼층에 해당하는 전도성 고분자 물질이 발광층 상부에 적층된다. 다음, 버퍼층 상부에 전자수송층이 적층되는 단계(750)에서, 일반적으로 용해도가 높은 예를 들면 클로로벤젠 계열 용매가 이용되나, 발광층 상부에 마련된 전도성 고분자 버퍼층은 클로로벤젠 계열 용매에 의한 발광층의 손상을 보호할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 유기전계발광소자는 발광층 형성 전에 자기 버퍼층을 삽입함으로서 하부층의 결함이 감소하여 소자의 수명이 향상된다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기전계발광소자는 발광층 상부의 전자수송층 형성전 자기 버퍼층을 삽입함으로서 발광층의 결함이 감소하여 소자의 색순도가 향상된다.

이러한 본원 발명인 방법 및 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 기판 상에 양극을 형성하는 단계;

   상기 양극 상에 정공수송층 형성하는 단계;

   상기 정공수송층 상에 자기 버퍼층을 형성하는 단계;

   상기 자기 버퍼층 상에 발광층을 형성하는 단계; 및

   상기 발광층 상에 음극을 형성시키는 단계;를 포함하며,

   상기 자기 버퍼층이 형성되는 단계에서, 상기 발광층 형성 시 사용되는 용매에 비해 상대적으로 정공수송층에 작은 용해도를 가지는 버퍼층 용매를 이용하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 자기 버퍼층과 발광층은 동종의 전도성 고분자 물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
7. 기판 상에 양극을 형성하는 단계;

   상기 양극 상에 정공수송층을 형성하는 단계;

   상기 정공수송층 상에 발광층을 형성하는 단계;

   상기 발광층 상에 자기 버퍼층을 형성하는 단계;

   상기 자기 버퍼층 상에 전자수송층을 형성하는 단계; 및

   상기 전자수송층 상에 음극을 형성시키는 단계;를 포함하며,

   상기 자기 버퍼층 형성 단계에서, 상기 전자수송층 형성에 사용되는 용매에 비해 상대적으로 상기 발광층에 작은 용해도를 가지는 용매를 이용하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 자기 버퍼층과 전자 수송층은 동종의 전도성 고분자 물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.

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