KR101479652B1 - 유기전계 발광소자의 홀 주입층 형성방법과 이를 포함한유기전계 발광소자의 제조방법 - Google Patents

유기전계 발광소자의 홀 주입층 형성방법과 이를 포함한유기전계 발광소자의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기전계 발광소자에 관한 것으로 특히, 발광층에 홀을 주입하는 결정성 홀 주입층(hole injection layer: HIL)의 형성방법에 관한 것이다.
자세히는, 결정성을 가지는 홀 주입층(HIL)을 형성하는 홀 주입 물질을 증착하는 공정에서, 홀 수송층을 형성하는 홀 수송 물질을 동시에 증착하는 공정을 진행한다.
이때, 바람직하게는, 상기 홀 주입 물질과 홀 수송층 물질을 5:1 ~ 30:1의 비율로 증착하는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같이 결정성 홀 주입층을 형성하게 되면, 결정성을 가지는 홀 주입층의 표면이 매끄럽게 형성되기 때문에, 전계의 집중이 완화 될 수 있어, 발광층이 열화 되는 현상을 방지할 수 있는 장점이 있다.

Description

유기전계 발광소자의 홀 주입층 형성방법과 이를 포함한 유기전계 발광소자의 제조방법{Method for fabricating of HIL layer and Method for fabricating of OLED including the same method}
도 1은 종래에 따른 능동 매트릭스형 유기전계 발광소자의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 2는 박막트랜지스터 어레이부의 한 화소를 개략적으로 도시한 평면도 이고,
도 3은 종래에 따른 유기전계 발광소자용 어레이 기판의 한 화소를 확대하여 개략적으로 도시한 확대 평면도이고,
도 4는 도 3의 Ⅲ-Ⅲ'를 따라 절단하여, 이를 참조로 도시한 유기전계 발광소자의 단면도이다.
도 5는 종래에 따른 발광부의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 6은 정공 주입층(HIL층)의 결정화 상태를 설명하기 위한 도면이고,
도 7은 결정성 HIL층의 표면 상태를 사진으로 나타낸 도면이고,
도 8은 종래에 따른 유기 발광층의 발광상태를 사진으로 나타낸 도면이고,
도 9는 본 발명에 따른 발광부의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 10a와 도 10b는 정공 주입물질과 정공 수송물질을 각각 7:1 ~ 10:1의 비율로 혼합증착하여 형성한 결정성 정공 주입층의 표면 상태를 사진으로 나타낸 도면이고,
11은 본 발명에 따른 결정성 주입층을 포함하여 제작한 유기전계 발광소자를 도시한 평면도이고,
도 12a 내지 도 12c는 본 발명에 따른 결정성 주입층을 포함하여 제작한 유기전계 발광소자의 휘도-전압, 전류-전압, 휘도-수명의 관계를 그래프로 나타낸 도면이고,
도 13a 내지 도 13e는 도 3의 Ⅲ-Ⅲ을 따라 절단하여, 본 발명의 공정순서에 따라 도시한 공정 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>
100 : 기판 152 : 양극전극
154a : 결정성 홀 주입층 154b : 홀 수송층
154c : 발광층 154d : 전자 수송층
154e : 전자 주입층 156 : 음극 전극
본 발명은 유기전계 발광소자에 관한 것으로 특히, 발광층에 홀(hole)을 주입하는 결정성 홀주입층 형성방법과 이를 포함한 유기전계 발광소자의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 유기전계 발광소자는 전자(electron) 주입전극(cathode)과 정공(hole) 주입전극(anode)으로부터 각각 전자(electron)와 정공(hole)을 발광층 내부로 주입시켜, 주입된 전자(electron)와 정공(hole)이 결합한 엑시톤(exciton)이 여기상태로부터 기저상태로 떨어질 때 발광하는 소자이다.
이러한 원리로 인해, 종래의 박막 액정표시소자와는 달리 별도의 광원을 필요로 하지 않으므로 소자의 부피와 무게를 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한, 유기전계 발광소자는 고품위 패널특성(저전력, 고휘도, 고반응속도, 저중량)을 나타낸다. 이러한 특성 때문에 OLED는 이동통신 단말기, CNS, PDA, Camcorder, Palm PC등 대부분의 consumer전자 응용제품에 사용될 수 있는 강력한 차세대 디스플레이로 여겨지고 있다.
또한 제조 공정이 단순하기 때문에 생산원가를 기존의 LCD보다 많이 줄일 수 있는 장점이 있다.
이러한 유기전계 발광소자를 구동하는 방식은 수동 매트릭스형(passive matrix type)과 능동 매트릭스형(active matrix type)으로 나눌 수 있다.
상기 수동 매트릭스형 유기전계 발광소자는 그 구성이 단순하여 제조방법 또한 단순 하나 높은 소비전력과 표시소자의 대면적화에 어려움이 있으며, 배선의 수가 증가하면 할수록 개구율이 저하되는 단점이 있다.
반면, 능동 매트릭스형 유기전계 발광소자는 높은 발광효율과 고 화질을 제공할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 능동 매트릭스형 유기전계 발광소자의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 유기전계 발광소자(10)는 투명하고 유연성이 있는 제 1 기판(12)의 상부에 박막트랜지스터(T) 어레이부(14)와, 상기 박막트랜지스터 어레이부(14)의 상부에 화소마다 독립적으로 패턴된 제 1 전극(16)과, 유기 발광층(18)과, 유기 발광층 상부의 기판의 전면에 제 2 전극(20)을 구성한다.
이때, 상기 발광층(18)은 적(R),녹(G),청(B)의 컬러를 표현하게 되는데, 일반적인 방법으로는 상기 각 화소(P)마다 적,녹,청색을 발광하는 별도의 유기물질을 패턴하여 사용한다.
상기 제 1 기판(12)이 흡습제(22)가 부착된 제 2 기판(28)과 실런트(26)를 통해 합착됨으로써 유기전계 발광소자(10)가 완성된다.
이때, 상기 흡습제(22)는 캡슐내부에 침투할 수 있는 수분을 제거하기 위한 것이며, 기판(28)의 일부를 식각하고 식각된 부분에 분말형태의 흡습제(22)를 놓고 테이프(25)를 부착함으로서 흡습제(22)를 고정한다.
전술한 바와 같은 구성은, 투명한 양극전극(16)이 어레이부에 형성되어 하부 발광식으로 동작하게 된다.
전술한 바와 같은 유기전계 발광소자의 한 화소에 대한 구성을 이하, 도 2의 등가회로도를 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 종래의 유기전계 발광소자의 한 화소에 해당하는 등가회로도이다.
도시한 바와 같이, 기판(32)의 일 방향으로 게이트 배선(42)과 이와는 수직하게 교차하는 데이터 배선(44)이 구성된다.
상기 데이터 배선(44)과 게이트 배선(42)의 교차지점에는 스위칭 소자(TS)가 구성되고, 상기 스위칭 소자(TS)와 전기적으로 연결된 구동 소자(TD)가 구성된다.
이때, 상기 구동 소자(TD)는 p타입 박막트랜지스터이기 때문에, 박막트랜지스터의 소스 전극(66)과 게이트 전극(68)사이에 스토리지 캐패시터(CST)가 구성되고, 상기 구동 소자(TD)의 드레인 전극(63)은 유기 발광층(E)의 양극 전극(도 1의 16, anode electrode)과 접촉하여 구성된다.
전술한 구성에서, 상기 구동소자(TD)의 게이트 전극(68)과 소스 전극(66)사이에 스토리지 캐패시터(CST)가 구성된다.
상기 구동 소자(TD)의 소스 전극(66)과 전원배선(55)을 연결하여 구성한다.
전술한 바와 같이 구성된 유기전계 발광소자의 동작특성을 이하, 간략히 설명한다.
먼저, 상기 스위칭 소자(TS)의 게이트 전극(46)에 게이트 신호가 인가되면 상기 데이터 배선(44)을 흐르는 전류 신호는 상기 스위칭 소자(TS)를 통해 전압 신호로 바뀌어 구동 소자(TD)의 게이트 전극(68)에 인가된다.
이와 같이 하면, 상기 구동 소자(TD)가 동작되어 상기 발광부(E)에 흐르는 전류의 레벨이 정해지며 이로 인해 유기 발광층은 그레이 스케일(grey scale)을 구현할 수 있게 된다.
이때, 상기 스토리지 캐패시터(CST)에 저장된 신호는 상기 게이트 전극(68)의 신호를 유지하는 역할을 하기 때문에, 상기 스위칭 소자(TS)가 오프 상태가 되더라도 다음신호가 인가될 때까지 상기 발광부(E)에 흐르는 전류의 레벨을 일정하게 유지할 수 있게 된다.
이하, 도 3을 참조하여 능동 매트릭스형 유기전계 발광소자의 박막트랜지스터 어레이부를 개략적으로 설명한다.
도 3은 유기전계 발광소자에 포함되는 박막트랜지스터 어레이부의 한 화소를 개략적으로 도시한 평면도이다.
일반적으로, 능동 매트릭스형 유기전계 발광소자의 박막트랜지스터 어레이부는 기판(32)에 정의된 다수의 화소(P)마다 스위칭 소자(TS)와 구동 소자(TD)와 스토리지 캐패시터(storage capacitor : CST)가 구성되며, 동작의 특성에 따라 상기 스위칭 소자(TS) 또는 구동 소자(TD)는 각각 하나 이상의 박막트랜지스터의 조합으로 구성될 수 있다.
이때, 상기 기판(32)은 투명한 절연 기판을 사용하며, 그 재질로는 유리나 플라스틱을 예로 들 수 있다.
도시한 바와 같이, 기판(32)상에 서로 소정 간격 이격 하여 일 방향으로 구성된 게이트 배선(42)과, 상기 게이트 배선(42)과 절연막을 사이에 두고 서로 교차하는 데이터 배선(44)이 구성된다.
동시에, 상기 데이터 배선(44)과 평행하게 이격된 위치에 일 방향으로 전원 배선(55)이 구성된다.
상기 스위칭 소자(TS)와 구동 소자(TD)로 각각 게이트 전극(46,68)과 액티브층(50,62)과 소스 전극(56,66) 및 드레인 전극(60,63)을 포함하는 박막트랜지스터가 사용된다.
전술한 구성에서, 상기 스위칭 소자(TS)의 게이트 전극(46)은 상기 게이트 배선(42)과 연결되고, 상기 소스 전극(56)은 상기 데이터 배선(44)과 연결된다.
상기 스위칭 소자(TS)의 드레인 전극(60)은 상기 구동 소자(TD)의 게이트 전극(68)과 콘택홀(64)을 통해 연결된다.
상기 구동 소자(TD)의 소스 전극(66)은 상기 전원 배선(55)과 콘택홀(58)을 통해 연결된다.
또한, 상기 구동 소자(TD)의 드레인 전극(63)은 화소부(P)에 구성된 제 1 전극(양극전극, 36)과 접촉하도록 구성된다.
이때, 상기 전원 배선(55)과 그 하부의 다결정 실리콘패턴(35)은 절연막을 사이에 두고 겹쳐져 스토리지 캐패시터(CST)를 형성한다.
이하, 도면을 참조하여 전술한 바와 같이 구성된 박막트랜지스터 어레이부를 포함하는 유기전계 발광소자의 단면구성을 설명한다.
도 4는 도 3의 Ⅲ-Ⅲ을 따라 절단하여, 이를 참조하여 도시한 유기전계 발광소자의 단면도이다.(구동소자(TD)와 화소(발광부(P))의 단면만을 도시한 도면이다.)
도시한 바와 같이, 유기전계 발광소자는 게이트 전극(68)과, 액티브층(62)과 소스 전극(66)과 드레인 전극(63)을 포함하는 구동소자인 박막트랜지스터(TD)가 구성되고, 구동소자(TD)의 상부에는 절연막(67)을 사이에 두고 구동소자(TD)의 드레인 전극(63)과 접촉하는 제 1 전극(양극전극, 36)과, 제 1 전극(36)의 상부에 특정한 색의 빛을 발광하는 발광부(38)와, 발광부(38)의 상부에는 제 2 전극(음극전극,80)이 구성된다.
상기 구동소자(TD)와는 병렬로 스토리지 캐패시터(CST)가 구성되며, 소스 전극(66)은 스토리지 캐패시터(CST)의 제 2 전극(전원배선)(55)과 접촉하여 구성되며, 상기 제 2 전극(55)의 하부에는 상기 다결정 실리콘인 제 1 전극(35)이 구성된다.
이하, 단면도를 참조하여 상기 발광층의 구성을 좀 더 상세히 설명한다.
도 5는 종래에 따른 유기전계 발광소자의 발광부의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
종래에 따른 유기전계 발광소자는, 앞서 언급한 바와 같은 박막트랜지스터 어레이기판(32)에 먼저, 양극 전극(anode electrode,36)을 구성하고 상기 양극전 극(36)의 상부에 홀 주입층(HIL,38a)과 홀 수송층(HTL,38b), 발광층(EML(R,G,B),38c), 전자 수송층(ETL, 38d), 전자 주입층(EIL, 38e)과 음극전극(cathode electrode, 80)을 적층하여 구성한다.
전술한 구성에서, 일반적인 유기물질의 경우 정공(hole)과 전자(electron)의 이동도(mobility)가 크게 차이가 나기 때문에, 상기 전공 수송층(38a)과 전자 수송층(38d)을 더욱 구성함으로써, 정공(hole)과 전자(electron)가 상기 발광층(38c)으로 좀 더 효과적으로 전달될 수 있도록 한다.
이와 같이 하면, 정공(hole)과 전자(electron)의 밀도가 균형을 이루도록 하여 발광효율을 높일 수 있다.
또한, 상기 양극 전극(36)과 정공 수송층(38b)사이에 상기 정공 주입층(38a)을 더욱 구성하고, 상기 음극 전극(80)과 전자 수송층(38d)사이에 전자 주입층(38e)을 더욱 구성하게 되면, 상기 삽입된 층으로 인해 정공 주입에너지 및 전자 주입에너지의 장벽을 낮추는 역할을 하여, 발광효율을 증가시키고 구동 전압을 낮추게 하는 장점이 있다.
이때, 상기 정공 주입층(38a)으로 결정화가 가능한 물질을 사용하면 상기 구동 전압을 낮추는데 더욱 효과적인데, 이러한 결정화가 가능한 유기물질로는 페릴렌(perylene), 트리페닐렌(triphenyllene)과 같은 물질을 예로 들 수 있다.
그런데, 전술한 결정화 물질은 증착이 완료되면 결정의 배열이 일률적이지 않아 발광층의 열화를 가속화 시키는 문제가 있다.
이에 대해, 이하 도면을 참조하여 설명한다.
도 6은 정공 주입층(HIL)의 결정 상태를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 증착된 전공 주입층(HIL)의 표면 상태를 사진으로 나타낸 도면이고, 도 8은 종래에 따른 유기발광층의 발광상태를 사진으로 나타낸 도면이다.
도시한 바와 같이, 기판(32)의 표면에 양극 전극(36)인 ITO층이 증착(스퍼터링)되고, 상기 양극 전극(36)의 상부에 결정성 홀 주입층(38a)이 증착 된다.
이때, 상기 ITO층(36)은 비정질 또는 결정질 상태로 사용가능하며, 비정질 상태에서 온도를 가해주면 결정질 상태로 변화되는데, 상기 결정질 상태의 ITO층(36)은 결정(A)의 배열이 대부분 규칙적이므로 표면의 거칠기가 낮아 정공 주입층(HIL,38a)과의 계면 상태가 매우 양호하다.
그러나, 상기 정공 주입층(HIL,38a)은 결정(B)의 배열이 매우 불규칙하여 표면이 매끄럽지 못하다.
즉, 도 6에 도시한 사진을 보면, 결정(M)의 크기가 균일하지 않은 것이 관찰되고 또한, 일부는 희게 관찰되는 부분(D)이 존재한다.
상기 흰 부분(D)은 검은 부분에 비해 결정(B)이 돌출된 상태라고 해석되어 지며, 이를 통해 비교적 표면이 매끄럽지 못한 상태임을 알 수 있다.
이와 같이 표면이 매끄럽지 못한 상태의 정공 주입층(HIL,38a)에 전자 수송층(HTL, 도 5의 38b)을 포함한 다수의 증착공정을 진행하여 소자를 제작하여 구동하게 되면, 상기 돌출된 부분(D)으로 전류가 집중되는 현상이 발생하게 된다.
이는, 상기 정공 수송층(도 5의 38a)을 비롯한 상기 발광층(도 5의 38c)에 영향을 미쳐, 초기에는 화소가 너무 밝게 빛나는 휘점의 원인이 되고, 시간이 경과 하면서 발광층의 열화를 가속화시켜 급기야는 화소가 암점으로 변하게 되는 원인이 된다.
즉, 도 8에 도시한 바와 같이, 한 화소에서 밝은 부분과 어두운 부분이 혼재하게 되어 균일한 화질이 구현되지 않는 문제가 있다.
또한, 이러한 화질 불균일 뿐 아니라, 발광층의 열화로 인해 유기발광소자의 수명이 단축되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 표면이 균일한 결정성 홀 주입층을 형성하는 것을 제 1 목적으로 한다.
상기 균일한 표면을 가지는 결정성 홀 주입층을 형성함으로써, 수명이 연장된 고화질의 유기전계 발광소자를 제작하는 것을 제 2 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기전계 발광소자의 홀 주입층 형성방법은 어레이 기판과, 양극 전극과 결정성 홀 주입층(HIL)과 홀 수송층(HTL)과 발광층(EML)과, 전자 수송층(ETL)과, 전자 주입층(EIL)과 음극전극을 포함하는 유기전계 발광소자의 홀 주입층 형성방법에 있어서, 상기 결정성 홀 주입물질과 상기 홀 수송층을 형성하는 홀 수송 물질을 혼합 증착하여 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 결정성 홀 주입물질과 상기 홀 수송물질은 5:1 ~ 30 :1 ~ 10:1의 증착률 비율로 혼합 증착하는 것을 특징으로 하며 이때, 상기 홀 주입물질은 트리페닐렌(triphenylene)유도체, 페릴렌(perylene)유도체, 파이렌(pyrene)유도체, 테트라센(tetracene)유도체, 안트라센(anthracene)유도체 중 선택된 하나이고, 상기 홀 수송물질은 NPD(4,4'bis[N-(1-napthyl)-Nphenyl-amino]-biphenyl)이다.
상기 어레이기판은 다수의 화소 영역으로 정의된 투명기판과, 상기 화소 영역의 일 측과 타 측에 교차하여 구성된 게이트 배선과 데이터 배선과; 상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차지점에 구성되고, 게이트 전극과 액티브층과 소스 및 드레인 전극으로 구성된 스위칭 소자와 구동 소자와; 상기 구동소자의 드레인 전극과 연결된 전원 배선을 포함한다.
상기 구동 소자의 소스 전극은 상기 양극 전극 또는 음극전극과 접촉하여 구성되고, 상기 구동소자의 소스 전극이 양극 전극과 접촉하여 구성할 경우에는, 상기 양극전극의 상부에 상기 결정성 홀 주입층과 홀 수송층과 발광층과 전자 수송층과 전자 주입층과 음극 전극의 순서로 적층된다.
상기 구동소자의 소스 전극이 음극 전극과 접촉하여 구성할 경우에는, 상기 음극전극의 상부에 상기 전자 주입층과 전자 수송층과 발광층과 홀 수송층과 결정성 홀 주입층과 양극 전극의 순서로 적층된다.
본 발명에 따른 유기전계 발광소자 제조방법은 어레이 기판을 제작하는 단계와; 상기 어레이 기판의 상부에 발광부를 형성하는 단계에 있어서, 상기 어레이기판의 상부에 양극 전극을 형성하는 단계와; 상기 양극 전극의 상부에 결정성 홀 주입물질과 홀 수송물질을 혼합 증착하여 결정성 홀 주입층을 형성하는 단계와; 상기 홀 주입층의 상부에 홀 수송층과, 주 발광층과, 전자 수송층과, 전자 주입층을 순차 적층하는 단계와; 상기 전자 주입층의 상부에 음극 전극을 형성하는 단계를 포함 한다.
상기 결정성 홀 주입물질과 상기 홀 수송물질은 5:1 ~ 30:1의 비율로 혼합증착하는 것을 특징으로 하며, 상기 홀 주입물질은 트리페닐렌(triphenylene)유도체, 페릴렌(perylene)유도체, 파이렌(pyrene)유도체, 테트라센(tetracene)유도체, 안트라센(anthracene)유도체 중 선택된 하나이고, 상기 홀 수송물질은 NPD(4,4'bis[N-(1-napthyl)-Nphenyl-amino]-biphenyl) 이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.
-- 실시예 --
본 발명의 특징은 양극 전극 상부에 결정성 홀 주입층을 구성함에 있어, 홀 주입 물질과 홀 수송 물질을 일정 비율로 동시에 혼합 증착하여 홀 주입층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
도 9는 발명에 따른 유기전계 발광소자의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
박막트랜지스터 어레이기판(100)에 먼저, 양극 전극(anode electrode,152)을 구성하고, 상기 양극전극(152)의 상부에 홀 주입층(HIL,154a)과 홀 수송층(HTL,154b), 발광층(EML,154c), 전자 수송층(EIL, 154d), 전자 주입층(ETL, 154e)과 음극 전극(cathode electrode, 156)을 적층하여 구성한다.
이때, 상기 홀 주입층(154a)을 형성할 때, 기존의 결정성 유기물질인 홀 주 입물질(HILM)과 유기 물질인 홀 수송 물질(HTLM)을 5:1 ~ 30 :1의 비율로 동시에 증착(이하, "혼합증착"이라 칭함)하여 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 홀 주입층(HIL, 154a)을 형성하기 위해, 결정성 홀 주입물질(HILM)과 홀 수송물질(HTLM)을 동시에 증착하여 형성하면, 상기 홀 수송물질(HTLM)에 의해 상기 결정성 홀 주입물질(HILM)의 결정 상태가 완화되어 홀 주입층(154a)의 표면 거칠기가 최소화 된다.
이때, 상기 홀 주입물질은 트리페닐렌(triphenylene)유도체, 페릴렌(perylene)유도체, 파이렌(pyrene)유도체, 테트라센(tetracene)유도체, 안트라센(anthracene)유도체 중 선택된 하나이고, 상기 홀 수송물질은 NPD(4,4'bis[N-(1-napthyl)-Nphenyl-amino]-biphenyl)로 형성할 수 있다.
한편, 상기 홀 주입 물질(HILM)과 홀 수송물질(HTLM)은 일반적으로, 별도의 도가니에 담겨 각 도가니에서 가해진 열을 통해 증발되어 증착되기 때문에, 전술한 바와 같은 비율을 맞추기 위해서는 도가니(미도시)의 온도를 다르게 하여 증발 속도에 차이를 두는 방법을 사용하면 된다.
따라서, 홀 주입물질(HILM)과 홀 수송물질(HTLM)의 증착비가 10:1일 경우에는, 동일시간 내에 증착 속도가 3Å/s : 0.3Å/S의 비율로 증착되도록 조절하면 된다.
전술한 바와 같이 형성된 홀 주입층(154a)중, 도 10a의 7:1의 비율로 증착된 홀 주입층의 표면 상태와 도 10b의 10:1의 비율로 증착된 홀 주입층의 표면 상태를 비교해 보면, 정공 주입물질과 정공 수송물질의 증착률이 7:1 인 경우보다 10:1인 경우가 더 결정이 미세함을 알 수 있다.
즉, 정공 주입물질과 정공 수송물질의 증착률이 10:1 인 경우, 표면이 매우 양호한 상태로 결정화가 진행되었음을 알 수 있다.
한편, 정공 주입물질과 정공 수송물질의 증착률이 5:1 이하일 경우에는, 사실상 표면 상태의 거칠기가 심한편이며, 본 출원서에서는 양품화가 가능한 비율에 대한 사진을 보여준 것이다.
따라서, 바람직하게는 정공 주입물질과 정공 수송물질의 증착률 비율을 5:1 ~ 30:1로 하여 혼합 증착하게 되면, 양품화 가능비율이 커진다.
따라서, 전술한 바와 같이 형성한 정공 주입층을 포함하여 유기발광소자를 제작하게 되면, 도 11에 도시한 바와 같이, 종래와 비교하여 화소(P)의 휘도가 매우 균일함을 알 수 있다.
이하, 도면을 참조하여, 상기 정공 주입층을 결정성 정공 주입물질만으로 형성하였을 때와, 상기 결정성 정공 주입물질과 정공 수송물질을 혼합 증착하여 형성하였을 때의 전기적 특성을 알아본다.
도 12a는 구동 전압에 대한 휘도를 나타낸 도면이고, 도 12b는 구동 전압에 대한 전류 밀도를 나타낸 도면이고, 도 12c는 수명(life time)에 따른 휘도의 변화를 나타낸 도면이다.
이때, 그래프의 점선(J1)은 결정성 정공 주입물질 만(1:0)으로 정공 주입층을 형성한 단독 주입층의 경향을 나타내고, 실선(J2)은 결정성 정공 주입물질과 정공 수송물질을 10:1의 비율로 혼합한 혼합 주입층의 경향을 나타낸 것이다.
도 12a에 도시한 바와 같이, 인가된 전압이 동일한 경우, 결정성 정공 주입 물질과 정공 수송물질을 10:1로 혼합 증착한 경우(J2)보다 결정성 정공 주입물질 단독으로 정공 주입층을 형성하였을 경우(J1)가 훨씬 밝게 발광하는 것을 알 수 있다. 즉, 최대 1000nit의 휘도 차이를 보이게 된다.
따라서, 도 12b에 도시한 바와 같이 전자의 경우(10:1)가 상기 후자(1:0)의 경우 보다 동일 전압이 인가되었을 때, 발생하는 전류 밀도 값이 훨씬 높게 나오는 경향을 보이게 된다.
반면, 도 12c에 도시한 바와 같이 상기 결정성 정공 주입물질 단독으로 전공 주입층을 형성할 경우(J1)에 비해, 상기 결정성 정공 주입물질과 정공 수송층을 10:1로 혼합 증착한 경우(J2)가 시간에 따른 밝기 저하가 휠 씬 낮은 경향을 보임을 알 수 있다.
즉, 혼합 증착된 경우(J2), 발광층이 열화 되는 속도가 현저히 낮음을 알 수있으며, 따라서 수명특성이 훨씬 개선될 수 있음을 알 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 유기전계 발광소자의 제조방법을 설명한다.
도 13a 내지 도 13e는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ와 Ⅲ-Ⅲ을 따라 절단하고 이를 참조로 하여, 본 발명에 따른 유기전계 발광소자의 제조공정을 공정순서에 따라 도시한 공정 단면도이다.(부호는 별도로 표기함)
도 13a에 도시한 바와 같이, 기판(100)상에 스위칭부(S)와 구동부(D)와 스토리지부(C)를 정의한다.
연속하여, 상기 기판(100)의 전면에 비정질 실리콘(a-Si:H)을 증착한 후 탈수소화 과정과 열을 이용한 결정화 공정을 진행하여 폴리 실리콘층을 형성한다.
상기 폴리 실리콘층을 패턴하여, 상기 스위칭부(S)와 구동부(D)와 스토리지부(C)에 각각 제 1, 2, 3 액티브 패턴(104, 106,108)을 형성한다.
이때, 상기 제 3 액티브패턴(108)은 이온 도핑(ion doping)을 통해 스토리지 제 1 전극이 된다.
상기 제 1, 2 액티브 패턴(104,106)은 각각 제 1 액티브 영역(A1)과 제 2 액티브 영역(A2)으로 정의 될 수 있다.
연속하여, 상기 제 1, 2, 3 액티브 패턴(104,106,108)이 형성된 기판(100)의 전면에 절연물질을 증착하여, 제 1 절연막인 게이트 절연막(110)을 형성한다.
다음으로, 상기 제 1 절연막(110)의 상부에 도전성 금속을 증착하고 패턴하여, 상기 화소 영역(P)의 일 측에 게이트 배선(미도시)을 형성하고, 상기 스위칭 영역(S)과 구동 영역(D)에 각각 게이트 전극(114,116)을 형성한다.
동시에, 상기 스토리지 영역(C)에 전원 배선(118)을 형성한다. 상기 전원 배선(118)은 상기 제 3 액티브 패턴(108)과 함께 스토리지 캐패시터(Cst)를 형성한다.
이때, 상기 스위칭 영역(S)의 게이트 전극(114)은 상기 게이트 배선(미도시)과 연결되어 게이트 신호를 인가 받는다.
다음으로, 상기 게이트 전극(114,116)과 게이트 배선(미도시)이 형성된 기판(100)의 전면에 앞서 언급한 절연물질을 증착하여 제 2 절연막인 층간 절연막(120, inter layer)을 형성한다.
다음으로, 상기 층간 절연막(120)을 패턴하여, 상기 스위칭 영역및 구동 영 역(S,D)에 구성한 제 1 및 제 2 액티브 패턴(104,106)의 양측 제 2 액티브 영역(A2)을 노출하는 제 1 콘택홀(122a, 124a)과 제 2 콘택홀(122a,124b)을 형성하고, 상기 구동 영역(D)의 게이트 전극(116)을 노출하는 제 3 콘택홀(126)과, 상기 전원 배선(118)의 일부를 노출하는 제 4 콘택홀(128)을 형성한다.
상기 제 2 액티브 영역(A2)은 불순물이 도핑되는 영역으로, 상기 층간 절연막(120)을 제거하기 전 또는 제거한 후에 도핑공정을 진행할 수 있다.
도 13c에 도시한 바와 같이, 상기 층간 절연막(120)이 형성된 기판(100)의 전면에 도전성 금속을 증착하고 패턴하여, 상기 스위칭 영역(S)과 구동 영역(D)에 소스 전극(134a,136a)과 드레인 전극(134b,136b)을 형성한다.
상기 소스 전극(134a,136a)과 드레인 전극(134b,136b)은 노출된 제 2 액티브 영역(A2)과 접촉하면서 이격되어 구성되며 특히, 상기 스위칭 영역(S)의 드레인 전극(134b)은 상기 구동 영역(D)의 노출된 게이트 전극(116)과 접촉하도록 형성하고, 상기 구동 영역(D)의 소스 전극(136a)은 상기 전원 배선(118)과 접촉하도록 구성한다.
이상의 공정을 통해, 상기 스위칭 영역(S)과 구동 영역(D)에는 각각 스위칭 소자(TS)와 구동 소자(TD)가 형성된다.
도 13d에 도시한 바와 같이, 상기 소스 전극(134a,136a)과 드레인 전극(134b,136b)이 구성된 기판(100)의 전면에 보호막(138)을 형성하고, 상기 보호막(138)을 패턴하여 상기 구동 영역(D)의 드레인 전극(136b)을 노출하는 제 3 콘택 홀(140)을 형성한다.
도 13e에 도시한 바와 같이, 상기 보호막(120)이 형성된 기판(100)에, 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 포함하는 투명한 도전성 금속 그룹 중 선택된 하나를 증착하고 패턴하여, 상기 구동영역의 드레인 전극(136b)와 접촉하면서 상기 화소 영역(P)에 위치한 발광층의 양극전극(anode electrode,142)을 형성한다.
이때 바람직하게는, 상기 양극전극(142)이 상기 구동 영역(D) 또는 스위칭 영역(S)으로 연장하여 구성되지 않도록 하여, 스위칭 소자(TS)와 구동 소자(TD)에 영향을 주지 않도록 한다.
다음으로, 상기 양극 전극(142)의 상부에 결정성 홀 주입물질과 홀 수송 물질을 5:1 ~ 30 :1 의 비율로 혼합 증착하여, 표면상태가 양호한 결정성 홀 주입층(HIL, 146a)을 형성한다.
이때, 상기 홀 주입물질은 트리페닐렌(triphenylene)유도체, 페릴렌(perylene)유도체, 파이렌(pyrene)유도체, 테트라센(tetracene)유도체, 안트라센(anthracene)유도체 중 선택된 하나이고, 상기 홀 수송물질은 NPD(4,4'bis[N-(1-napthyl)-Nphenyl-amino]-biphenyl)로 형성할 수 있다.
다음으로, 상기 홀 주입층(146a)의 상부에 순차적으로 홀 수송층(146b)과, 발광층(146c)과, 전자 수송층(146d)과 전자 주입층(146e)을 형성하여, 유기 발광층(146)을 형성한다.
도 13f에 도시한 바와 같이, 상기 유기 발광층(146)이 형성된 기판(100)의 전면에 알루미늄(Al)과 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg)중 선택된 하나로 형성하거나 리튬플루오린/알루미늄(LIF/Al)의 이중 금속층으로 형성하고 패턴하여 음극 전극(148)을 형성한다.
전술한 공정을 통해, 본 발명에 따른 유기전계 발광소자용 어레이기판을 제작할 수 있다.
전술한 어레이기판의 구성은 변형가능하며, 상기 발광층의 형태 음극 전극을 하부에 구성하고, 양극 전극을 상부에 구성하여 형성할 수 있다.
물론, 홀 주입층 및 홀 수송층과 전자 주입층 및 전자 수송층 또한 상기 주 발광층을 기준으로 위치가 바뀌게 될 것이다.
본 발명에 따른 유기전계 발광소자는, 결정성 홀 주입층을 사용함으로써 구동 전압을 낮추어 소비전력을 낮추는 효과가 있다.
또한, 상기 결정성 홀 주입층을 형성할 때, 결정성 홀 주입물질과 홀 수송물질을 5:1 ~ 30 :1의 비율로 혼합 증착하여 형성함으로써, 상기 결정성 홀 주입층의 표면이 양호한 상태가 되도록 하여 전류 집중현상이 발생하지 않도록 할 수 있다.
이를 통해, 균일한 화질을 구현할 수 있는 동시에, 발광층의 열화를 최소화 할 수 있어 소자의 수명을 더욱 연장할 수 있는 효과가 있다.

Claims (14)

  1. 어레이 기판과, 양극 전극과 결정성 홀 주입층(HIL)과 홀 수송층(HTL)과 발광층(EML)과, 전자 수송층(ETL)과, 전자 주입층(EIL)과 음극전극을 포함하는 유기전계 발광소자의 홀 주입층 형성방법에 있어서,
    상기 결정성 홀 주입층은 홀 주입물질과 상기 홀 수송층을 형성하는 홀 수송 물질을 혼합 증착하여 형성되는 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자의 결정성 홀주입층 형성방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 결정성 홀 주입물질과 상기 홀 수송물질은 5:1 ~ 30:1의 증착률 비율로 혼합증착하는 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자의 결정성 홀 주입층 형성방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 홀 주입물질은 트리페닐렌(triphenylene)유도체, 페릴렌(perylene)유도체, 파이렌(pyrene)유도체, 테트라센(tetracene)유도체, 안트라센(anthracene)유도체 중 선택된 하나이고, 상기 홀 수송물질은 NPD(4,4'bis[N-(1-napthyl)-Nphenyl-amino]-biphenyl)인 유기전계 발광소자의 결정성 홀 주입층 형성방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 어레이기판은
    다수의 화소 영역으로 정의된 투명기판과,
    상기 화소 영역의 일 측과 타 측에 교차하여 구성된 게이트 배선과 데이터 배선과;
    상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차지점에 구성되고, 게이트 전극과 액티브층과 소스 및 드레인 전극으로 구성된 스위칭 소자와 구동 소자와;
    상기 구동소자의 드레인 전극과 연결된 전원 배선
    을 포함하는 유기전계 발광소자의 결정성 홀 주입층 형성방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 구동 소자의 소스 전극은 상기 양극 전극 또는 음극전극과 접촉하여 구성되는 유기전계 발광소자의 결정성 홀 주입층 형성방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 구동소자의 소스 전극이 양극 전극과 접촉하여 구성할 경우에는, 상기 양극전극의 상부에 상기 결정성 홀 주입층과 홀 수송층과 발광층과 전자 수송층과 전자 주입층과 음극 전극의 순서로 적층되는 유기전계 발광소자의 결정성 홀 주입층 형성방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 구동소자의 소스 전극이 음극 전극과 접촉하여 구성할 경우에는, 상기 음극전극의 상부에 상기 전자 주입층과 전자 수송층과 발광층과 홀 수송층과 결정성 홀 주입층과 양극 전극의 순서로 적층되는 유기전계 발광소자의 결정성 홀 주입층 형성방법.
  8. 어레이 기판을 제작하는 단계와;
    상기 어레이 기판의 상부에 발광부를 형성하는 단계에 있어서,
    상기 어레이기판의 상부에 양극 전극을 형성하는 단계와;
    상기 양극 전극의 상부에 결정성 홀 주입물질과 홀 수송물질을 혼합 증착하여 결정성 홀 주입층을 형성하는 단계와;
    상기 홀 주입층의 상부에 홀 수송층과, 주 발광층과, 전자 수송층과, 전자 주입층을 순차 적층하는 단계와;
    상기 전자 주입층의 상부에 음극 전극을 형성하는 단계를 포함하는
    유기전계 발광소자 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 결정성 홀 주입물질과 상기 홀 수송물질은 5:1 ~ 30:1의 증착률 비율로 혼합증착하는 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 홀 주입물질은 트리페닐렌(triphenylene)유도체, 페릴렌(perylene)유도체, 파이렌(pyrene)유도체, 테트라센(tetracene)유도체, 안트라센(anthracene)유도체 중 선택된 하나이고, 상기 홀 수송물질은 NPD(4,4'bis[N-(1-napthyl)-Nphenyl-amino]-biphenyl) 인 유기전계 발광소자 제조방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 어레이기판을 제작하는 단계는
    기판에 다수의 화소 영역을 정의하는 단계와;
    상기 화소 영역의 일과 타 측에 게이트 배선과 데이터 배선을 형성하는 단계와;
    상기 게이트 배선과 데이터 교차지점에 구성되고, 게이트 전극과 액티브층과 소스 및 드레인 전극으로 구성된 스위칭 소자와 구동 소자를 형성하는 단계와;
    상기 구동소자의 드레인 전극과 연결된 전원 배선을 형성하는 단계
    를 포함하는 유기전계 발광소자 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 스위칭 소자의 게이트 전극과 소스 전극은 상기 게이트 배선과 데이터 배선에 연결되고, 드레인 전극은 상기 구동 소자의 게이트 전극에 연결되도록 형성한 유기전계 발광소자 제조방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 음극전극은 불투명한 재질이고, 상기 양극 전극은 투명한 재질인 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 양극전극은 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO) 중 선택된 하나로 형성되고, 상기 음극전극은 칼슘(Ca), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 은(Ag), 리튬(Li) 중 선택된 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자 제조방법.
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