KR101156428B1 - 유기 발광 소자 - Google Patents

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KR101156428B1
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Abstract

Al계 반사막 및 투명 도전성막을 포함한 제1전극을 구비한 유기 발광 소자가 제공된다.
유기 발광 소자

Description

유기 발광 소자 {Organic light emitting device}
본 발명의 일 구현예는, 유기 발광 소자, 구체적으로는 Al계 반사막 및 투명 도전성막을 포함한 제1전극을 구비한 유기 발광 소자를 제공한다. 상기 유기 발광 소자는 향상된 열적 안정성, 광효율 및 내구성을 가질 수 있다.
유기 발광 소자(organic light emitting diode)는 자발광형 소자로 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라, 응답시간이 빠르며, 휘도, 구동전압 및 응답속도 특성이 우수하고 다색화가 가능하다는 장점을 가지고 있다.
일반적인 유기 발광 소자는 기판 상부에 애노드가 형성되어 있고, 이 애노드 상부에 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 캐소드가 순차적으로 형성되어 있는 구조를 가질 수 있다. 여기에서 정공수송층, 발광층 및 전자수송층은 유기화합물로 이루어진 유기 박막들이다.
상술한 바와 같은 구조를 갖는 유기 발광 소자의 구동 원리는 다음과 같다.
상기 애노드 및 캐소드간에 전압을 인가하면, 애노드로부터 주입된 정공은 정공수송층을 경유하여 발광층으로 이동하고, 캐소드로부터 주입된 전자는 전자수송층을 경유하여 발광층으로 이동한다. 상기 정공 및 전자와 같은 캐리어들은 발 광층 영역에서 재결합하여 엑시톤(exiton)을 생성한다. 이 엑시톤이 여기 상태에서 기저상태로 변하면서 광이 생성된다.
본 발명의 일 구현예에 따르면 열적 안정성, 광효율 및 내구성을 향상시킬 수 있는 전극을 구비한 유기 발광 소자가 제공된다.
본 발명의 일 구현예에 따르면,
기판; 상기 기판 상의 제1전극; 상기 제1전극과 대향되는 제2전극; 및 상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에 개재된 유기층;을 포함하고,
상기 제1전극은 제1원소 및 Ni을 포함한 Al계 반사막; 및 상기 기판과는 대향되는 방향에 위치하며 상기 Al계 반사막과 접촉하여 형성된 투명 도전성막을 포함하고,
상기 제1원소는 La, Ce, Pr, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Tb 및 Lu로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 원소인 유기 발광 소자가 제공된다.
상기 Al계 반사막은 AlxNi 상(phase)(여기서, x는 2.5 내지 3.5임)을 포함할 수 있다.
상기 AlxNi 상(phase)(여기서, x는 2.5 내지 3.5임)은 상기 투명 도전성막과 접촉할 수 있다.
상기 x는, 예를 들면, 3일 수 있다.
상기 Al계 반사막 중 상기 투명 도전성막을 향한 일면에는 Ni이 풍부한 산화 물층(Ni rich oxide layer)이 존재할 수 있다.
상기 Al계 반사막 중 Ni의 함량은 0.6중량% 내지 5중량%일 수 있다.
상기 제1원소는 La을 포함할 수 있다.
상기 제1원소의 함량은 0.1중량% 내지 3중량%일 수 있다.
상기 Al계 반사막의 두께는 50nm 이상일 수 있다.
상기 투명 도전성막은 ITO (Indium Tin Oxide), IZO (Indium Zinc Oxide), 산화주석 (SnO2) 또는 산화아연 (ZnO)을 포함할 수 있다.
상기 투명 도전성막의 두께는 5nm 내지 30nm일 수 있다.
상기 제1전극은 금속층이 더 포함하되, 상기 금속층은 상기 Al계 반사막 중 상기 투명 도전성막과 접촉하지 않는 일면에 접촉하여 형성된 것일 수 있다.
상기 금속층은 Mo, Ti, Pd, Pt 및 Au로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다.
상기 유기 발광 소자 중 상기 유기층은 정공주입층, 정공수송층, 전자저지층, 발광층, 정공저지층, 전자수송층 및 전자주입층으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예를 따르는 유기 발광 소자는 우수한 열적 안정성, 광효율 및 내구성을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예를 따르는 유기 발광 소자(10)의 일 구현예의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다. 유기 발광 소자(10)는 기판(1), 제1전극(5), 유기층(7) 및 제2전극(9)이 차례로 적층된 구조를 갖는다. 상기 제1전극(5)는 제1원소 및 Ni을 포함한 Al계 반사막(5a) 및 투명 도전성막(5b)를 포함하는데, 상기 Al계 반사막(5a)은 기판을 향하여 구비되어 있고, 상기 투명 도전성막(5b)은 기판(1)과 대향되는 방향에 위치하며 상기 Al계 반사막(5a)에 접촉하여 형성되어 있다.
상기 기판(1)으로는, 통상적인 유기 발광 소자에서 사용되는 기판을 사용할 수 있는데, 기계적 강도, 열적 안정성, 투명성, 표면 평활성, 취급용이성 및 방수성이 우수한 유리 기판 또는 투명 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
상기 기판(1) 상에는 제1원소 및 Ni을 포함한 Al계 반사막(5a)이 형성되어 있다. 상기 제1원소는 La, Ce, Pr, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Tb 및 Lu로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 원소일 수 있다.
상기 Al계 반사막(5a)은 반사율이 높아서 유기 발광 소자의 광효율을 개선할 수 있다. 또한, 상기 Al계 반사막(5a)은 Al의 특성상 열적 안정성이 높아서 고온의 제조 공정에 노출되더라도, 내구성이 뛰어나다. 뿐만 아니라, 상기 Al계 반사막(5a)은 무기층 또는 유기층과의 부착 특성 또한 우수하다.
도 2는 통상의 TFT 기판 상에 2중량%의 Ni 및 0.35중량%의 La을 포함한 Al계 반사막을 형성한 후, 상기 Al계 반사막 상부에 ITO 투명 도전성막을 형성한 다음, 이를 관찰한 현미경 사진이다. 도 2의 캐소드 접합부(도 2의 중앙부)에서 실질적 으로 Al계 반사막 및 ITO 투명 도전성막이 탈막되지 않은 것을 확인할 수 있다.
상기 Al계 반사막(5a) 상에는 투명 도전성막(5b)이 Al계 반사막(5a)과 접촉하여 형성되어 있는데, 상기 Al계 반사막(5a)과 투명 도전성막(5b) 간에는 전위차에 의해 갈바닉 부식 현상도 실질적으로 일어나지 않을 수 있다.
갈바닉 (Galvanic) 부식은 서로 다른 종류의 두 금속이 가까이 있을 때 그 두 금속의 전위차로 인하여 전압이 발생하여 전류가 흐르며 전기가 발생하는 현상을 의미한다. 이와 같이 전기적으로 접촉하고 있는 서로 다른 금속은 계면에서의 일함수의 차이에 의해 활성이 큰 (낮은 전위의) 금속이 양극으로 작용하고, 상대적으로 활성이 낮은 (높은 전위의) 금속이 음극으로 작용하게 된다. 이 때, 상기 두 금속이 부식성 용액에 노출될 때 상기 금속간의 전위차로 인해 양 금속에서 부식이 발생하게 되면 이를 갈바닉 부식 (Galvanic Corrosion)이라고 하며, 활성이 큰 양극은 단독으로 존재할 때보다 빠른 속도로 부식되고, 활성이 낮은 음극은 느린 속도로 부식이 진행된다. 이러한 갈바닉 부식 현상이 서로 다른 물질로 이루어진 2개의 전극층 사이의 계면을 따라 확산되면 상기 전극들 간의 콘택 저항이 급격히 상승되어 매우 불안정한 저항 산포를 보일 수 있다. 이로써, 상기 2개의 전극층을 구비한 유기 발광 소자 구동시 픽셀 간의 색의 구현이 일부는 밝게, 일부는 어둡게 구현되는 등의 휘도 불균일 현상이 발생하여 구현되는 화면의 품질이 크게 저하될 수 있는 등, 갈바닉 부식은 유기 발광 소자의 품질 저하의 한 요인이 될 수 있다.
그러나, 상기 Al계 반사막(5a)는 후술하는 바와 같은 제1원소를 포함하는 바,상술한 바와 같은 갈부닉 부식은 상기 Al계 반사막(5a)와 투명 도전성막(5b) 사 이에서 실질적으로 일어나지 않을 수 있다. 따라서, 본원의 일 구현예를 따르는 유기 발광 소자는 우수한 품질을 가질 수 있다.
도 3a 및 3b는 각각 통상의 TFT 기판 상에 2중량%의 Ni 및 0.35중량%의 La을 포함한 Al계 반사막을 형성한 후, 상기 Al계 반사막 상부에 ITO 투명 도전성막을 형성하고, 이를 관찰한 현미경 사진이다. 도 3a 및 3b에 따르면, Al계 반사막 및 ITO 투명 도전성막 사이에 실질적으로 갈바닉 부식이 발생하지 않았음을 확인할 수 있다.
상기 Al계 반사막(5a)은 Ni을 포함한다. 그 결과, 상기 Al계 반사막(5a)은 AlxNi 상(phase)(여기서, x는 2.5 내지 3.5임)을 포함할 수 있다. x는 상기 범위 내에서 다양하게 변화할 수 있다.
도 4a는 Ti층(B층) 상부에 형성되어 있으며 2중량%의 Ni 및 0.35중량%의 La을 포함한 Al계 반사막(A층)의 단면을 관찰한 TEM 사진이고, 도 4b는 도 4a 중 회색 구형 덩어리로 관찰되는 이상 성장 결정립(제1측정 지점 및 제2측정 지점)을 EDS반정량법으로 분석한 결과이다. 이로부터, 도 4a의 이상 성장 결정립에는 Al과 Ni이 Al(K):Ni(K)=73:27 (원자% 기준임)의 비율로 존재하는 바, 상기 Al계 반사막은 AlxNi(여기서, x는 약 3임)으로 추정되는 물질을 포함함을 확인할 수 있다.
상기 AlxNi 상(phase)(여기서, x는 2.5 내지 3.5임)은 상기 투명 도전성막(5b)과 접촉할 수 있다.
한편, 상기 Al계 반사막(5a) 중 상기 투명 도전성막(5b)을 향한 일면에는 Ni 이 풍부한 산화물층(Ni rich oxide layer)이 존재할 수 있다.
도 5는 통상의 TFT 기판 상에 2중량%의 Ni 및 0.35중량%의 La을 포함한 Al계 반사막(C 영역)을 형성한 후, 상기 Al계 반사막 상에 ITO 투명 도전성막(D 영역)을 형성한 다음, 기판, Al계 반사막 및 ITO 투명 도전성막으로 이루어진 구조물의 단면을 관찰한 TEM 사진이다. 도 5 중, 사선으로 나타난 Al계 반사막과 ITO 도전막 사이의 흰색 라인(E로 표시된 라인 참조)의 일부는 Ni이 풍부한 산화물층(Ni rich oxide layer)로서 그 두께는 약 7nm 내지 8nm로 관찰될 수 있다.
상술한 바와 같은 AlxNi 상(phase)(여기서, x는 2.5 내지 3.5임) 및/또는 Ni이 풍부한 산화물층(Ni rich oxide layer)에 의하여, Al계 반사막(5a)과 투명 도전성막(5b) 사이에는 옴 접촉(ohmn contact)이 가능할 수 있다.
상기 Al계 반사막(5a) 중 Ni의 함량은, 0.6중량% 내지 5 중량%, 예를 들면, 1중량% 내지 4중량%이다. 본 발명을 따르는 유기 발광 소자의 일 구현예에서, 상기 Ni의 함량은 2중량%일 수 있다. 상기 Al계 반사막(5a) 중 Ni의 함량이 0.6중량% 이상일 경우, Al계 반사막(5a)와 투명 도전성막(5b) 사이의 컨택 저항 안정성이 향상될 수 있고, 상기 Al계 반사막(5a) 중 Ni의 함량이 5중량% 이하일 경우, Al계 반사막(5a)의 반사율 및 내화학성이 실질적으로 저하되지 않을 수 있다. 상기 Ni의 함량 범위는 예시적인 범위로서, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 Al계 반사막(5a)은 상술한 바와 같은 역할을 하는 Ni 외에, 제1원소를포함하는데, 상기 제1원소는 La, Ce, Pr, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Tb 및 Lu로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 포함한다.
상기 Al계 반사막(5a)이 상술한 바와 같은 제1원소를 포함함으로써, 열적 안정성이 개선되고, 갈바닉 부식이 억제될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1원소는 La을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1원소의 함량은, 0.1 내지 3 중량%, 예를 들면, 0.1 중량% 내지 1중량%일 수 있다. 상기 제1원소의 함량이 0.1중량% 이상이면, Al계 반사막(5a) 중 Al의 열정 안정성이 실질적으로 저하되지 않을 수 있고, 상기 제1원소의 함량이 3중량% 이하일 경우, 반사율 저하 등의 문제가 실질적으로 방지될 수 있다. 상기 제1원소의 함량 범위는 예시적인 범위로서, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 Al계 반사막(5a)의 두께는 50nm 이상, 예를 들면, 100nm 내지 500nm일 수 있다. 상기 Al계 반사막(5a)의 두께가 50nm 이상일 경우, 유기층에서 생성된 광이 Al계 반사막(5a)을 통하여 투과되어 광효율이 저하되는 문제가 실질적으로 방지될 수 있다.
상기 투명 도전성막(5b)의 구체예로는, 투명하고 도전성이 있는 금속 산화물을 들 수 있다. 이의 예로는, ITO (Indium Tin Oxide), IZO (Indium Zinc Oxide), 산화주석 (SnO2) 또는 산화아연 (ZnO)을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 투명 도전성막(5b)의 두께는 5nm 내지 100nm, 예를 들면, 7nm 내지 80nm일 수 있다. 상기 투명 도전성막(5b)의 두께가 상술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, Al계 반사막의 반사율 저하를 최소화 하면서도 고효율의 제1전극으로 사 용될 수 있다.
상기 투명 도전성막(5b) 상에는 유기층(7)이 구비되어 있다. 본 명세서에 있어서, "유기층"이란, 제1전극과 제2전극 사이에 개재된 모든 층을 포괄하여 지칭하는 것으로서, 상기 유기층은 금속 착체 등도 포함할 수 있는 것으로서, 반드시 유기물로만 이루어진 층을 의미하는 것은 아니다.
상기 유기층(7)은 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 정공 저지층, 전자 수송층 및 전자 주입층 중 하나 이상의 층을 포함할 수 있다.
정공 주입층(HIL)은 상기 제1전극(5) 상부에 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
진공 증착법에 의하여 정공 주입층을 형성하는 경우, 그 증착 조건은 정공 주입층의 재료로서 사용하는 화합물, 목적으로 하는 정공 주입층의 구조 및 열적 특성 등에 따라 다르지만, 일반적으로 증착온도 100 내지 500℃, 진공도 10-8 내지 10-3torr, 증착 속도 0.01 내지 100Å/sec의 범위에서 적절히 선택하는 것이 바람직하다.
스핀 코팅법에 의하여 정공 주입층을 형성하는 경우, 그 코팅 조건은 정공주입층의 재료로서 사용하는 화합물, 목적하는 하는 정공 주입층의 구조 및 열적 특성에 따라 상이하지만, 약 2000rpm 내지 5000rpm의 코팅 속도, 코팅 후 용매 제거를 위한 열처리 온도는 약 80℃ 내지 200℃의 온도 범위에서 적절히 선택하는 것이 바람직하다.
정공 주입층 물질로는 공지된 정공 주입 재료를 사용할 수 있는데, 예를 들면, 구리프탈로시아닌 등의 프탈로시아닌 화합물, m-MTDATA [4,4',4''-tris (3-methylphenylphenylamino) triphenylamine], NPB(N,N'-디(1-나프틸)-N,N'-디페닐벤지딘(N,N'-di(1-naphthyl)-N,N'-diphenylbenzidine)), TDATA, 2T-NATA, Pani/DBSA (Polyaniline/Dodecylbenzenesulfonic acid:폴리아닐린/도데실벤젠술폰산), PEDOT/PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/Poly(4-styrenesulfonate):폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(4-스티렌술포네이트)), Pani/CSA (Polyaniline/Camphor sulfonicacid:폴리아닐린/캠퍼술폰산) 또는 PANI/PSS (Polyaniline)/Poly(4-styrenesulfonate):폴리아닐린)/폴리(4-스티렌술포네이트))등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
Figure 112009033075944-pat00001
Figure 112009033075944-pat00002
Figure 112009033075944-pat00003
상기 정공 주입층의 두께는 약 100Å 내지 10000Å, 바람직하게는 100Å 내지 1000Å일 수 있다. 상기 정공 주입층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압의 저하없이 만족스러운 정도의 정공 주입 특성을 얻을 수 있다.
다음으로 상기 정공 주입층 상부에 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 정공 수송층(HTL)을 형성할 수 있다. 진공 증착법 및 스핀 팅법에 의하여 정공 수송층을 형성하는 경우, 그 증착 조건 및 코팅조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공 주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택된다.
정공 수송층 물질은 공지된 정공 수송 재료를 이용하여 형성할 수 있는데, 예를 들어, N-페닐카바졸, 폴리비닐카바졸 등의 카바졸 유도체, N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1-비페닐]-4,4'-디아민(TPD), N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐 벤지딘(α-NPD) 등의 방향족 축합환을 갖는 아민 유도체, TCTA(4,4',4"-트리스(N-카바졸일)트리페닐아민(4,4',4"-tris(N-carbazolyl)triphenylamine)) 등과 같은 트리페닐아민계 물질과 같은 공지된 정공수송 물질을 사용할 수 있다. 이 중, 예를 들면, TCTA의 경우, 정공 수송 역할 외에도, 발광층으로부터 엑시톤이 확산되는 것을 방지하는 역할도 수행할 수 있다.
Figure 112009033075944-pat00004
Figure 112009033075944-pat00005
상기 정공 수송층의 두께는 약 50Å 내지 1000Å, 바람직하게는 100Å 내지 800Å일 수 있다. 상기 정공 수송층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 저하없이 만족스러운 정도의 정공 수송 특성을 얻을 수 있 다.
상기 정공 수송층 상부에 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 방법을 이용하여 발광층(EML)을 형성할 수 있다. 진공증착법 및 스핀코팅법에 의해 발광층을 형성하는 경우, 그 증착조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택된다.
상기 발광층은 하나의 화합물을 포함하거나, 호스트와 도펀트의 조합을 포함할 수 있다. 공지의 호스트의 예로는 Alq3, CBP(4,4'-N,N'-디카바졸-비페닐), PVK(폴리(n-비닐카바졸)), 9,10-디(나프탈렌-2-일)안트라센(ADN), TCTA, TPBI(1,3,5-트리스(N-페닐벤즈이미다졸-2-일)벤젠(1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazole-2-yl)benzene)), TBADN(3-tert-부틸-9,10-디(나프트-2-일) 안트라센), E3, DSA(디스티릴아릴렌) 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112009033075944-pat00006
Figure 112009033075944-pat00007
Figure 112009033075944-pat00008
Figure 112009033075944-pat00009
Figure 112009033075944-pat00010
PVK ADN
한편, 공지된 적색 도펀트로서 PtOEP, Ir(piq)3, Btp2Ir(acac), DCJTB 등을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112009033075944-pat00011
또한, 공지된 녹색 도펀트로서, Ir(ppy)3 (ppy = 페닐피리딘), Ir(ppy)2(acac), Ir(mpyp)3, C545T 등을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112009033075944-pat00012
한편, 공지된 청색 도펀트로서, F2Irpic, (F2ppy)2Ir(tmd), Ir(dfppz)3, ter-플루오렌(fluorene), 4,4'-비스(4-디페닐아미노스타릴) 비페닐 (DPAVBi), 2,5,8,11-테트라-티-부틸 페릴렌 (TBPe) 등을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112009033075944-pat00013
Figure 112009033075944-pat00014
Figure 112009033075944-pat00015
DPAVBi TBPe
도펀트와 호스트를 함께 사용하는 경우, 도펀트의 도핑 농도는 특별히 제한 되지 않으나 통상적으로 호스트 100 중량부를 기준으로 하여 상기 도펀트의 함량은 0.01 ~ 15 중량부이다.
상기 발광층의 두께는 약 100Å 내지 1000Å, 바람직하게는 200Å 내지 600Å일 수 있다. 상기 발광층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 저하없이 우수한 발광 특성을 나타낼 수 있다.
발광층에 인광 도펀트와 함께 사용할 경우에는 삼중항 여기자 또는 정공이 전자 수송층으로 확산되는 현상을 방지하기 위하여, 상기 정공 수송층과 발광층 사이에 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 방법을 이용하여 정공 저지층(HBL)을 형성할 수 있다. 진공증착법 및 스핀코팅법에 의해 정공 저지층을 형 성하는 경우, 그 조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공 주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택된다. 공지의 정공 저지 재료도 사용할 수 있는데, 이의 예로는, 옥사디아졸 유도체나 트리아졸 유도체, 페난트롤린 유도체 등을 들 수 있다.
상기 정공 저지층의 두께는 약 50Å 내지 1000Å, 바람직하게는 100Å 내지 300Å일 수 있다. 상기 정공저지층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 저하없이 우수한 정공 저지 특성을 얻을 수 있다.
다음으로 전자 수송층(ETL)을 진공증착법, 또는 스핀코팅법, 캐스트법 등의 다양한 방법을 이용하여 형성한다. 진공증착법 및 스핀코팅법에 의해 전자수송층을 형성하는 경우, 그 조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택된다. 상기 전자 수송층 재료는 전자주입전극(Cathode)로부터 주입된 전자를 안정하게 수송하는 기능을 하는 것으로서 공지의 전자 수송 물질을 이용할 수 있다. 이의 예로는, 퀴놀린 유도체, 특히 트리스(8-퀴놀리노레이트)알루미늄(Alq3), TAZ, Balq 등과 같은 공지의 재료를 사용할 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112009033075944-pat00016
Figure 112009033075944-pat00017
TAZ
상기 전자 수송층의 두께는 약 100Å 내지 1000Å, 바람직하게는 150Å 내지 500Å일 수 있다. 상기 전자 수송층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 저하없이 만족스러운 정도의 전자 수송 특성을 얻을 수 있다.
또한 전자 수송층 상부에 음극으로부터 전자의 주입을 용이하게 하는 기능을 가지는 물질인 전자 주입층(EIL)이 적층될 수 있으며 이는 특별히 재료를 제한하지 않는다.
상기 전자 주입층 형성 재료로는 LiF, NaCl, CsF, Li2O, BaO 등과 같은 전자주입층 형성 재료로서 공지된 임의의 물질을 이용할 수 있다. 상기 전자주입층의 증착조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공 주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택된다.
상기 전자 주입층의 두께는 약 1Å 내지 100Å, 바람직하게는 5Å 내지 90Å일 수 있다. 상기 전자 주입층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 저하없이 만족스러운 정도의 전자 주입 특성을 얻을 수 있다.
이와 같은 유기층(7) 상부로는 투과형 전극인 제2전극(9)이 구비되어 있다. 상기 제2전극(9)은 전자 주입 전극인 캐소드(Cathode)일 수 있는데, 이 때, 상기 제2전극 형성용 금속으로는 낮은 일함수를 가지는 금속, 합금, 전기전도성 화합물 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 구체적인 예로서는 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘- 은(Mg-Ag)등을 박막으로 형성하여 투과형 전극을 얻을 수 있다. 한편, 전면 발광 소자를 얻기 위하여 ITO, IZO를 이용한 투과형 전극을 형성할 수 있는 등, 다양한 변형이 가능하다.
도 6a는 TFT 기판 상에 125nm 두께의 Li 및 La을 포함한 Al계 반사막(Li의 함량은 2중량%, La의 함량은 0.35중량%) 및 70nm 두께의 ITO 투명 도전성막을 형성한 다음, 통상의 유기층 및 투명 캐소드를 형성하여 유기 발광 소자를 완성한 후, 이를 구동시킨 결과를 육안으로 관찰한 사진이고, 도 6b는 도 6a 중 F로 표시된 영역을 현미경으로 관찰한 사진이다.
도 6a 및 6b로부터 본 발명의 일 구현예를 따르는 제1전극을 구비한 유기 발광 소자는 균일한 휘도 및 선명한 화상을 제공할 수 있음을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 구현예를 따르는 유기 발광 소자(20)의 단면도를 개략적으로 도시한 것이다. 유기 발광 소자(20)는 기판(21), 제1전극(25), 유기층(27) 및 제2전극(29)을 포함하되, 상기 제1전극(25)는 기판(21)로부터 순서대로 금속층(25c), Ni 및 제1원소를 포함한 Al계 반사막(25a) 및 투명 도전성막(25c)을 포함한다. 여기서, 기판(21), 유기층(27), 제2전극(29) Ni 및 제1원소를 포함한 Al계 반사막(25a) 및 투명 도전성막(25c)에 대한 상세한 설명은 상기 도 1에 대한 설명을 참조한다.
도 7에 따르면, 본 발명을 따르는 유기 발광 소자의 일 구현예의 제1전극(25)은 금속층(25c)을 더 포함할 수 있다. 상기 금속층(25c)는 Ni 및 제1원소를 포함한 Al계 반사막(25a)과 기판(21) 사이에 구비될 수 있는데, 보다 구체적으로는 상기 Al계 반사막(25a) 중 상기 투명 도전성막(25b)과 접촉하지 않는 일면에 접촉하여 형성되어 있다.
상기 금속층(25c)은 제1전극(25) 중 Al계 반사막(25a) 중 Al 성분의 확산에 대한 배리어층으로서의 역할을 할 수 있다.
상기 금속층(25c)은 Mo, W, Ti, Pd, Pt 및 Au로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 도 4a에서 Al계 반사막은 Ti층 상에 형성되어 있다.
상기 금속층(25c)의 두께는 20nm 내지 200nm, 예를 들면, 50nm 내지 100nm일 수 있다. 상기 금속층(25c)의 두께가 상술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, Al 성분의 확산을 충분히 막을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서는 본 발명을 한정된 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능하다. 또한 설명되지는 않았으나, 균등한 수단도 또한 본 발명에 그대로 결합되는 것이라 할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 구현예에 따른 유기 발광 소자의 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 제1전극이 형성된 기판을 관찰한 사진이다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 다른 구현예에 따른 제1전극이 형성된 기판을 관찰한 사진이다.
도 4a는 본 발명의 일 구현예에 따른 Al계 반사막의 단면을 관찰한 사진이고, 도 4b는 도 4a 중 이상 성장 결정립의 성분 분석 결과이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 제1전극의 단면을 관찰한 사진이다.
도 6a는 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 소자의 화상을 육안으로 관찰한 사진이고, 도 6b는 상기 도 6a의 화상 중 일부를 현미경으로 관찰한 사진이다.
도 7은 본 발명의 다른 구현예에 따른 유기 발광 소자의 구조를 도시한 단면도이다.

Claims (14)

  1. 기판; 상기 기판 상의 제1전극; 상기 제1전극과 대향되는 제2전극; 및 상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에 개재된 유기층;을 포함하고,
    상기 제1전극은 제1원소 및 Ni을 포함한 Al계 반사막; 및 상기 기판과는 대향되는 방향에 위치하며 상기 Al계 반사막과 접촉하여 형성된 투명 도전성막을 포함하고,
    상기 제1원소는 La, Ce, Pr, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Tb 및 Lu로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 원소이고,
    상기 Al계 반사막은 AlxNi 상(phase)(여기서, x는 2.5 내지 3.5임)을 포함하고, 상기 AlxNi 상은 상기 투명 도전성막과 접촉한, 유기 발광 소자.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 x가 3인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 Al계 반사막 중 Ni의 함량이 0.6중량% 내지 5중량%인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1원소가 La을 포함한 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1원소의 함량이 0.1중량% 내지 3중량%인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 Al계 반사막의 두께가 50nm 이상인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 투명 도전성막이 ITO (Indium Tin Oxide), IZO (Indium Zinc Oxide), 산화주석 (SnO2) 또는 산화아연 (ZnO)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 투명 도전성막의 두께가 5nm 내지 100nm인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극이 금속층이 더 포함하고, 상기 금속층은 상기 Al계 반사막 중 상기 투명 도전성막과 접촉하지 않는 일면에 접촉하여 형성된 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 금속층이 Mo, W, Ti, Pd, Pt 및 Au로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 포함한 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 유기층이 정공주입층, 정공수송층, 전자저지층, 발광층, 정공저지층, 전자수송층 및 전자주입층으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
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