KR101585289B1 - 유기 발광 소자 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기 발광 소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 2층 구조의 캐소드를 포함함으로써, 캐소드의 반사율을 높일 수 있고, 이에 따라 투명 전극과 기판과의 굴절율 차이에 의하여 발생하는 빛의 손실을 최소화할 수 있으며, 유기 발광 소자, 특히 조명용으로 사용되는 유기 발광 소자의 발광 효율을 높일 수 있다.

Description

유기 발광 소자 및 이의 제조방법{ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}

본 발명은 유기 발광 소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

유기 발광 소자(OLED)는 통상 두 개의 전극 및 이들 전극 사이에 위치하는 한 층 이상의 유기물층으로 구성된다.

이와 같은 구조의 유기 발광 소자에 있어서, 제1 전극 및 제2 전극 사이에 전압을 인가하면, 제1 전극으로부터는 정공이, 제2 전극으로부터는 전자가 각각 유기물층으로 유입되고, 이들이 재결합하여 여기자(exciton)를 형성하며, 이 여기자가 다시 기저 상태로 떨어지면서 에너지 차이에 해당하는 광자를 방출하게 된다. 이와 같은 원리에 의하여 유기 발광 소자는 가시 광선을 발생하며, 이를 이용하여 정보 표시 소자 또는 조명 소자를 제조할 수 있다.

일반적으로, 유기 발광 소자는 기판 상에 제1 전극을 증착하고 1층 이상의 유기물층을 증착한 후, 제2 전극을 증착하는 방법에 의해서 제조될 수 있다. 따라서, 유기물층에서 발생된 빛을 방출하기 위해서 빛을 방출하고자 하는 방향의 전극은 투명해야 하며, 제1 전극 방향으로 빛을 방출하고자 할 때는 제1 전극뿐만 아니라 기판 또한 투명해야 한다.

일반적인 유기 발광 소자는 유기물층 내의 발광층에서 발생한 빛 중에서 일부(air mode)만이 공기 중으로 빠져 나오게 되는데, 이는 발광층의 굴절률이 약 1.8 수준으로 공기의 굴절률인 1.0보다 크기 때문이다. 이러한 굴절률 차이로 인해 굴절률이 1.8 수준인 유기물층에 갇히게 되는 빛을 광도파로 모드(wave guide mode), 유기물보다 굴절률이 낮고 공기보다 높은 유리 기판(굴절률 약 1.5)에 갇힌 빛을 글래스 모드(glass mode)라고 말한다.

대한민국 공개특허공보 제10-2010-0125135호

당 기술분야에서는 투명 전극과 기판의 굴절율 차이에 따른 빛의 손실을 방지하여 유기 발광 소자의 효율을 높일 수 있는 유기 발광 소자 및 이의 제조방법에 대한 연구가 필요하다.

본 발명의 일 실시상태는,

기판, 애노드, 1층 이상의 유기물층, 제1 금속을 포함하는 제1 캐소드, 및 제2 금속을 포함하는 제2 캐소드를 순차적으로 포함하고,

550nm의 파장을 기준으로, 상기 제1 금속의 굴절률(n₁)은 하기 수학식 1의 범위이며, 상기 제1 금속의 흡광계수(k)는 5 이하의 범위인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자를 제공한다.

[수학식 1]

상기 수학식 1에서, n₁은 제1 금속의 굴절률이고, k는 제1 금속의 흡광계수를 나타낸다.

또한, 본 발명의 다른 실시상태는,

1) 기판 상에 애노드 및 1층 이상의 유기물층을 형성하는 단계;

2) 상기 유기물층 상에, 550nm의 파장을 기준으로 굴절률(n₁)이 상기 수학식 1의 범위이고, 흡광계수(k)가 5 이하의 범위인 제1 금속을 포함하는 제1 캐소드를 형성하는 단계; 및

3) 상기 제1 캐소드 상에 제2 금속을 포함하는 제2 캐소드를 형성하는 단계

를 포함하는 유기 발광 소자의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 유기 발광 소자는 2층 구조의 캐소드를 포함함으로써, 캐소드의 반사율을 높일 수 있고, 이에 따라 투명 전극과 기판과의 굴절율 차이에 의하여 발생하는 빛의 손실을 최소화할 수 있으며, 유기 발광 소자, 특히 조명용으로 사용되는 유기 발광 소자의 발광 효율을 높일 수 있다.

도 1 내지 7은 본 발명의 일구체예로서, 캐소드의 550nm 파장에서의 반사율을 나타낸 도이다.
도 8은 본 발명의 일구체예로서, Al 캐소드 위에 Li의 두께를 달리했을 때의 1.8 매질에 접한 캐소드의 반사율을 나타낸 도이다.

이하 본 발명에 대해서 자세히 설명한다.

디스플레이(Display)와는 달리 넓은 발광면적을 필요로 하는 조명의 경우에는 일반적으로 애노드 방향으로 빛을 방출하는 구조로 개발이 진행되고 있다. 이는, 투명 전극의 전기 전도도를 높이는 것은 기술적으로 한계가 있기 때문에 조명용 유기 발광 소자의 투명 전극은 금속 보조전극이 필요하게 되는데, 애노드 쪽에 금속 보조전극을 형성하는 것이 캐소드 쪽에 형성하는 것 보다 기술적으로 수월하기 때문이다.

상기와 같이 애노드 방향으로 빛이 방출되는 유기 발광 소자의 경우에는 유기물층에서 발광된 빛이 애노드를 지나 기판을 통해서 공기 중으로 방출된다. 기판은 일반적으로 공기 및 수분의 차폐특성이 우수한 유리를 사용하게 되는데, 상기 유리는 대략 1.5 정도의 굴절율을 가지고 있다. 이에 비하여 빛이 발광하는 유기물층의 평균 굴절율은 대략 1.8 정도로 알려져 있다.

일반적으로 높은 굴절율의 매질에서 낮은 굴절율의 매질로 빛이 진행될 때는 임계각 이상의 각도로 입사되는 빛은 통과되지 못하고 전반사되는 현상이 발생한다. 따라서, 상기 유기 발광 소자의 경우에도 빛이 발생되는 유기물층의 굴절율이 대략 1.8 정도이기 때문에, 임계각 이하의 각도로 입사되는 빛만이 굴절율이 대략 1.5 정도인 유리 기판을 통과하게 되어 상당한 빛의 손실이 발생한다. 이러한 현상은 유리 기판에서 굴절율이 1인 공기 중으로 빛이 방출될 때도 발생하게 된다.

따라서, 상기와 같이 굴절율이 서로 다른 계면에서 발생하는 빛의 손실 중에서 투명 기판에서 공기층으로 빠져 나가지 못하고 투명 기판 내부에서 전반사되며 빛이 소멸되는 것을 방지하여 유기 발광 소자의 효율을 향상시키기 위한 외부 광 추출에 대한 연구가 필요하다.

일례로, 유리 기판과 공기와의 계면에서 발생하는 빛의 손실을 방지하기 위하여 평평한 유리 기판의 표면에 변화를 주는 방법이 있다. 상기와 같은 방법으로 유리 기판 내에서 전반사로 소멸되는 빛을 상당량 회수하여 유기 발광 소자의 효율을 향상시킬 수 있다. 그러나, 이러한 방법은 유기물층에서 발광된 빛 중에서 유리 기판으로 전달된 빛에 한하여 효과를 낼 수 있는 한계가 있다. 유기물층에서 발광한 모든 빛이 유리 기판으로 전달되도록 하기 위해서는 굴절율이 1.8 이상인 유리 기판을 사용하여 유기물층과 유리 기판 사이의 굴절율 계면을 제거하면 되지만, 이 방법은 양산에 적합하지 않다.

또한, 본 발명자들은 캐소드에서도 빛의 손실이 많이 발생하는 것을 확인하였고, 캐소드에서 발생하는 빛의 손실을 방지하기 위한 방법을 연구하였다.

본 발명의 일구체예에 따른 유기 발광 소자는 기판, 애노드, 1층 이상의 유기물층, 제1 금속을 포함하는 제1 캐소드, 및 제2 금속을 포함하는 제2 캐소드를 순차적으로 포함하고, 550nm의 파장을 기준으로, 상기 제1 금속의 굴절률(n₁)은 하기 수학식 1의 범위이며, 상기 제1 금속의 흡광계수(k)는 5 이하의 범위인 것을 특징으로 한다.

[수학식 1]

상기 수학식 1에서, n₁은 제1 금속의 굴절률이고, k는 제1 금속의 흡광계수를 나타낸다.

본 발명의 일구체예에 따른 유기 발광 소자는 2층 구조의 캐소드를 포함함으로써, 캐소드의 반사율을 높일 수 있고, 이에 따라 투명 전극과 기판과의 굴절율 차이에 의하여 발생하는 빛의 손실을 최소화할 수 있으며, 유기 발광 소자, 특히 조명용으로 사용되는 유기 발광 소자의 발광 효율을 높일 수 있다. 특히, 본 발명에서는 유기물층과 접하는 제1 캐소드에 흡수율이 낮고 반사율이 높은 제1 금속을 포함함으로써, 빛의 손실을 최소화할 수 있다.

금속에 정면으로 입사하는 빛에 대한 반사율(R)은 하기 수학식 2로 계산할 수 있다.

[수학식 2]

상기 수학식 2에서, n₀은 진입매질의 굴절률이고, n은 금속의 굴절률이며, k는 금속의 흡광계수를 나타낸다.

상기 수학식 2에 따르면, 상기 금속의 굴절률(n)이 0에 가까울수록 금속의 반사율이 증가하고, 금속의 흡광계수(k)가 클수록 반사율이 증가함을 알 수 있다. 또한, 진입매질의 굴절률이 증가할수록 금속의 반사율은 감소하므로, 유기 발광 소자에 불리하다.

이에, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 550nm의 파장을 기준으로, 상기 제1 금속의 굴절률(n₁)은 하기 수학식 1의 범위이며, 상기 제1 금속의 흡광계수(k)는 5 이하의 범위인 것을 특징으로 한다.

[수학식 1]

본 발명에 있어서, 상기 제1 금속을 포함하는 제1 캐소드는 상기 1층 이상의 유기물층과 접하는 구조일 수 있다.

상기 제1 캐소드에 포함되는 제1 금속과 상기 제2 캐소드에 포함되는 제2 금속은 서로 상이한 금속일 수 있다

상기 제1 금속의 예로는 Cu, Au, Li, Ag 등을 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

상기 제1 캐소드의 두께는 1 ~ 100nm 일 수 있고, 1 ~ 50nm 일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

상기 제1 캐소드에 정면으로 입사하는 빛에 대한 반사율은 70% 이상일 수 있고, 80% 이상일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 여기서, 상기 반사율은 상기 수학식 2로 계산될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제2 캐소드의 구체적인 물질, 형성방법은 특별히 제한되는 것은 아니고, 당 기술분야에 널리 알려진 물질 및 형성방법을 이용할 수 있다.

상기 제2 캐소드는 제2 금속을 포함하고, 상기 제2 금속은 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 타이타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 백금, 금, 텅스텐, 탄탈륨, 구리, 주석 및 납 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 또한, 상기 제2 금속은 알루미늄 또는 은인 것이 바람직하다.

상기 제2 캐소드의 두께는 50nm ~ 5㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

Al은 550nm에서 굴절률이 1.015이고, 흡광계수는 6.627의 값을 갖는다. 굴절률이 1인 공기 중에서 Al 표면의 반사율은 상기 수학식 2에 따르면 91.5% 수준으로 매우 높은 편이다.

하지만, OLED에 적용되는 환경에서는 Al의 반사면이 공기 중이 아니라 굴절률이 약 1.8 수준인 유기물에 접하게 된다. 이 때의 Al의 반사율은 85.9%로 낮아지게 된다. 내부 광추출층을 적용한 OLED에서는 빛이 여러 번 유기물층을 순환하면서 Al 표면에 반사되게 되는데 그 때마다 약 14%의 빛이 손실된다. 이러한 손실을 줄일 경우 내부 광추출층을 통한 추출 효과가 증가하게 되므로 내부 광추출층의 개발 못지 않게 OLED 자체의 흡수율을 낮추는 작업도 매우 중요하다.

금속 중에서 Al 보다 반사율이 높은 금속은 Ag가 거의 유일하다. Al 보다 반사율이 높은 Ag를 내부 광추출층이 적용된 OLED에 적용할 경우의 효율 상승은 확인되었지만, Ag 캐소드를 사용한 OLED는 전기적으로 불안정하여 디스플레이에 비하여 수천배 이상 넓은 단일 셀(cell)로 구성된 조명 소자에서는 쇼트(short) 발생 확률이 매우 높아 양산 적용에 아직은 적당하지 않다. 상기 쇼트 발생 확률은 소자의 기판 상의 결함(defect)으로 인해 캐소드와 애노드가 낮은 저항 수준에서 연결되는 현상인데, 결함(defect)의 발생 확률은 기판 면적에 비례하므로 단일 셀(cell)이 매우 크게 형성되는 조명에서 특히 불리할 수 있다.

본 발명에서는 Al 캐소드 앞에 위에서 설명한 범위의 굴절률 및 흡광계수 값을 갖는 제1 금속을 얇게 형성하는 것을 특징으로 하고, 이와 같은 구성에 의하여 제1 금속 자체 또는 Al 보다 높은 반사율을 얻을 수 있게 된다.

상기 제1 캐소드 및 제2 캐소드는 스퍼터링(Sputtering)법, 전자-빔 증착법(E-beam evaporation), 열 증착법(Thermal evaporation), 레이저 분자 빔 증착법(Laser Molecular Beam Epitaxy, L-MBE), 및 펄스 레이저 증착법(Pulsed Laser Deposition, PLD) 중에서 선택된 어느 하나의 물리 기상 증착법(Physical Vapor Deposition, PVD); 열 화학 기상 증착법(Thermal Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 기상 증착법(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD), 광 화학 기상 증착법(Light Chemical Vapor Deposition), 레이저 화학 기상 증착법(Laser Chemical Vapor Deposition), 금속-유기 화학 기상 증착법(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD), 및 수소화물 기상 증착법(Hydride Vapor Phase Epitaxy, HVPE) 중에서 선택된 어느 하나의 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition); 또는 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition, ALD)을 이용하여 형성할 수 있다.

특히, 본 발명에 있어서, 상기 제1 금속은 Li 이고, 상기 제2 금속은 Al 또는 Ag 일 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 기판은 당 기술분야에 알려진 것을 제한 없이 이용할 수 있으며, 보다 구체적으로는 유리 기판, 플라스틱 기판 등을 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서, 상기 애노드는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 타이타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 백금, 금, 텅스텐, 탄탈륨, 구리, 은, 주석 및 납 중에서 선택된 1종 이상으로 형성될 수 있다.

또한, 애노드는 투명 전도성 산화물로 형성될 수도 있다. 여기서, 상기 투명 전도성 산화물은 인듐(In), 주석(Sn), 아연(Zn), 갈륨(Ga), 세륨(Ce), 카드뮴(Cd), 마그네슘(Mg), 베릴륨(Be), 은(Ag), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 구리(Cu), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 루세늄(Ru), 텅스텐(W), 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 및 란탄(La) 중에서 선택된 적어도 하나의 산화물일 수 있다.

상기 애노드는 스퍼터링(Sputtering)법, 전자-빔 증착법(E-beam evaporation), 열 증착법(Thermal evaporation), 레이저 분자 빔 증착법(Laser Molecular Beam Epitaxy, L-MBE), 및 펄스 레이저 증착법(Pulsed Laser Deposition, PLD) 중에서 선택된 어느 하나의 물리 기상 증착법(Physical Vapor Deposition, PVD); 열 화학 기상 증착법(Thermal Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 기상 증착법(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD), 광 화학 기상 증착법(Light Chemical Vapor Deposition), 레이저 화학 기상 증착법(Laser Chemical Vapor Deposition), 금속-유기 화학 기상 증착법(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD), 및 수소화물 기상 증착법(Hydride Vapor Phase Epitaxy, HVPE) 중에서 선택된 어느 하나의 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition); 또는 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition, ALD)을 이용하여 형성할 수 있다

본 발명에 있어서, 상기 애노드의 저항 개선을 위하여 보조전극을 추가로 포함할 수 있다. 상기 보조전극은 전도성 실란트(sealant) 및 금속으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 증착 공정 또는 프린팅 공정을 이용하여 형성할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 보조전극은 Cr, Mo, Al, Cu, 이들의 합금 등을 포함할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서, 상기 보조전극 상에 절연층을 추가로 포함할 수 있다. 상기 절연층은 당 기술분야에 알려진 재료 및 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 일반적인 포토 레지스트 물질; 폴리이미드; 폴리아크릴; 실리콘 나이트라이드; 실리콘 옥사이드; 알루미늄 옥사이드; 알루미늄 나이트라이드; 알카리 금속 산화물; 알카리토금속 산화물 등을 이용하여 형성될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 상기 절연층의 두께는 10nm ~ 10㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 유기물층의 구체적인 물질, 형성방법은 특별히 제한되는 것은 아니고, 당 기술분야에 널리 알려진 물질 및 형성방법을 이용할 수 있다.

상기 유기물층은 다양한 고분자 소재를 사용하여 증착법이 아닌 용매 공정(solvent process), 예컨대 스핀 코팅, 딥 코팅, 닥터 블레이딩, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅 또는 열 전사법 등의 방법에 의하여 더 적은 수의 층으로 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 유기물층은 발광층을 포함하고, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층 및 전자 주입층 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 적층 구조일 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 정공 주입층을 형성할 수 있는 물질로는 통상 유기물층으로 정공 주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 본 발명에서 사용될 수 있는 정공 주입 물질의 구체적인 예로는 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO : Al 또는 SnO₂ : Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서, 상기 전자 주입층을 형성할 수 있는 물질로는 통상 유기물층으로 전자 주입이 용이하도록 일함수가 작은 물질인 것이 바람직하다. 전자 주입 물질의 구체적인 예로는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석 및 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; LiF/Al 또는 LiO₂/Al과 같은 다층 구조 물질 등이 있고, 정공 주입 전극 물질과 동일한 물질을 사용할 수도 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서, 상기 발광층을 형성할 수 있는 물질로는 정공 수송층과 전자 수송층으로부터 정공과 전자를 각각 수송받아 결합시킴으로써 가시광선 영역의 빛을 낼 수 있는 물질로서, 형광이나 인광에 대한 양자 효율이 좋은 물질이 바람직하다. 구체적인 예로는 8-히드록시-퀴놀린 알루미늄 착물(Alq₃); 카르바졸 계열 화합물; 이량체화 스티릴(dimerized styryl) 화합물; BAlq; 10-히드록시벤조 퀴놀린-금속 화합물; 벤족사졸, 벤즈티아졸 및 벤즈이미다졸 계열의 화합물; 폴리(p-페닐렌비닐렌)(PPV) 계열의 고분자; 스피로(spiro) 화합물; 폴리플루오렌, 루브렌; 인광 호스트 CBP[[4,4'-bis(9-carbazolyl)biphenyl]; 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 발광 물질은 형광 또는 인광 특성을 향상시키기 위해 인광 도판트 또는 형광 도판트를 추가로 포함할 수 있다. 상기 인광 도판트의 구체적인 예로는 ir(ppy)(3)(fac tris(2-phenylpyridine) iridium) 또는 F2Irpic[iridium(Ⅲ)bis(4,6-di-fluorophenyl-pyridinato-N,C2) picolinate] 등이 있다. 형광 도판트로는 당 기술분야에 알려진 것들을 사용할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 전자 수송층을 형성할 수 있는 물질로는 전자 주입층으로부터 전자를 잘 주입 받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로서, 전자에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 구체적인 예로는 8-히드록시퀴놀린의 Al 착물; Alq₃를 포함한 착물; 유기 라디칼 화합물; 히드록시플라본-금속 착물 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 발명에 따른 유기 발광 소자의 제조방법의 일구체예는 1) 기판 상에 애노드 및 1층 이상의 유기물층을 형성하는 단계; 2) 상기 유기물층 상에, 550nm의 파장을 기준으로 굴절률(n₁)이 상기 수학식 1의 범위이고, 흡광계수(k)가 5 이하의 범위인 제1 금속을 포함하는 제1 캐소드를 형성하는 단계; 및 3) 상기 제1 캐소드 상에 제2 금속을 포함하는 제2 캐소드를 형성하는 단계를 포함한다.

상기 기판, 애노드, 유기물층, 제1 캐소드 및 제2 캐소드의 재료 및 형성방법은 전술한 바와 동일하므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

본 발명에 따른 유기 발광 소자는 조명용 유기 발광 소자에 보다 바람직하게 적용할 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 >

Al 제2 캐소드(두께 0.1nm, 굴절률 1.02, 흡광계수 6.627) 앞에 하기 표 1 ~ 6에 기재된 굴절률(n), 흡광계수(k), 두께를 갖는 제1 금속을 포함하는 제1 캐소드를 형성하였을 때, 굴절률 1.8인 유기물과 접한 캐소드의 550nm 파장에서의 반사율을 계산하였다. 그 결과는 하기 표 1 ~ 6 및 도 1 ~ 6에 기재된 바와 같다.

[표 1]

[표 2]

[표 3]

[표 4]

[표 5]

[표 6]

상기 표 1 ~ 6의 결과를 보면, 굴절률이 0.1이고 흡광계수가 1인 금속을 50nm 두께로 Al 캐소드 위에 형성하면 굴절률이 0.1이고 흡광계수가 1인 금속 자체의 반사율 84.4% 또는 Al 캐소드 자체만의 반사율 85.9% 보다 높은 90.4%의 반사율을 갖는 캐소드가 될 수 있음을 알 수 있다.

Al을 제2 캐소드로 사용하고, 그래프상의 굴절률(n), 흡광계수(k) 값을 갖는 임의의 물질을 제2전극으로 사용하여 얻을 수 있는 최대 반사율에서 Al과 그래프상의 굴절률(n), 흡광계수(k) 값을 갖는 임의의 금속이 자체적으로 1.8 매질과 접했을 때 갖는 반사율 중 높은 반사율 값을 뺀 값을 정리한 그래프를 하기 도 7에 나타내었다.

Al과 또 하나의 금속 전극의 반사율보다 높은 반사율을 갖는 2층 구조의 캐소드를 만들기 위해서는 1.8 매질에서 Al과 유사한 굴절률을 갖게 되는 굴절률(n), 흡광계수(k) 값을 갖는 금속을 제1 전극으로 사용해야 한다.

특히, 본 발명에서는 550nm의 파장을 기준으로, 굴절률(n₁)은 하기 수학식 1의 범위이며, 흡광계수(k)는 5 이하의 범위인 제1 금속을 이용함으로써 캐소드의 반사율을 높일 수 있고, 이에 따라 투명 전극과 기판과의 굴절율 차이에 의하여 발생하는 빛의 손실을 최소화할 수 있다.

[수학식 1]

본 발명에 있어서, 상기 제1 금속의 바람직한 예는 Li 이다. 상기 Li의 550nm 영역에서의 굴절률은 0.206이고 흡광계수는 2.474의 값을 갖는다.

Al 캐소드 위에 Li의 두께를 달리했을 때의 1.8 매질에 접한 캐소드의 반사율을 하기 도 8에 나타내었다. 도 8의 아래 점선들은 두 금속 단독의 반사율이다. 도 8의 결과와 같이, 두 금속을 이용하여 보다 높은 반사율을 얻을 수 있게 된다.

상기 결과와 같이, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 2층 구조의 캐소드를 포함함으로써, 캐소드의 반사율을 높일 수 있고, 이에 따라 투명 전극과 기판과의 굴절율 차이에 의하여 발생하는 빛의 손실을 최소화할 수 있으며, 유기 발광 소자, 특히 조명용으로 사용되는 유기 발광 소자의 발광 효율을 높일 수 있다.

Claims (16)

1. 기판, 애노드, 1층 이상의 유기물층, 제1 금속을 포함하는 제1 캐소드, 및 제2 금속을 포함하는 제2 캐소드를 순차적으로 포함하고,
   550nm의 파장을 기준으로, 상기 제1 금속의 굴절률(n₁)은 하기 수학식 1의 범위이며, 상기 제1 금속의 흡광계수(k)는 5 이하의 범위이며,
   상기 제1 금속은 Cu, Au, Li 및 Ag로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나이고,
   상기 제2 금속은 Al이며,
   상기 제1 캐소드의 두께는 1 ~ 100nm 이고,
   상기 제2 캐소드의 두께는 50nm ~ 5㎛인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자:
   [수학식 1]
   

   

   
   상기 수학식 1에서, n₁은 제1 금속의 굴절률이고, k는 제1 금속의 흡광계수를 나타낸다.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 캐소드는 상기 1층 이상의 유기물층과 접하는 구조인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 캐소드에 정면으로 입사하는 빛에 대한 반사율은 70% 이상인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
7. 삭제
8. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 금속은 Li이고, 상기 제2 금속은 Al인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
9. 삭제
10. 청구항 1에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 조명용인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
11. 1) 기판 상에 애노드 및 1층 이상의 유기물층을 형성하는 단계;
    2) 상기 유기물층 상에, 550nm의 파장을 기준으로 굴절률(n₁)이 하기 수학식 1의 범위이고, 흡광계수(k)가 5 이하의 범위인 제1 금속을 포함하는 제1 캐소드를 형성하는 단계; 및
    3) 상기 제1 캐소드 상에 제2 금속을 포함하는 제2 캐소드를 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 금속은 Cu, Au, Li 및 Ag로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나이고,
    상기 제2 금속은 Al이며,
    상기 제1 캐소드의 두께는 1 ~ 100nm 이고,
    상기 제2 캐소드의 두께는 50nm ~ 5㎛인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 제조방법:
    [수학식 1]
    

    

    
    상기 수학식 1에서, n₁은 제1 금속의 굴절률이고, k는 제1 금속의 흡광계수를 나타낸다.
12. 삭제
13. 청구항 11에 있어서, 상기 제1 캐소드의 두께는 1 ~ 50nm 인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 제조방법.
14. 삭제
15. 청구항 11에 있어서, 상기 제1 금속은 Li이고, 상기 제2 금속은 Al인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 제조방법.
16. 삭제

Images