KR102601451B1 - 전극 및 이를 포함하는 유기발광소자, 액정표시장치 및 유기발광표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제1 전극에 의한 구동불량을 방지하고 ITO를 대체할 수 있는 전극 및 이를 포함하는 유기발광소자, 액정표시장치 및 유기발광표시장치를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전극은 전도성 물질 및 일함수가 5.0eV 이상인 도펀트를 포함한다. 전도성 물질은 반사율이 80% 이상인 금속 입자, 탄소 동소체, 전도성 고분자 또는 금속 나노와이어 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물이고, 일함수가 5.0eV 이상인 도펀트는 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 백금(Pt), 셀레늄(Se), 금(Au), 코발트(Co), 이리듐(Ir) 또는 오스뮴(Os) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물이다.

Description

전극 및 이를 포함하는 유기발광소자, 액정표시장치 및 유기발광표시장치{Electrode, And Organic Light Emitting Diode, Liquid Crystal Display Device, And Organic Light Emitting Display Device Of The Same}
본 발명은 전극 및 이를 포함하는 유기발광소자, 액정표시장치 및 유기발광표시장치에 관한 것이다.
최근, 음극선관(CRT : Cathode Ray Tube)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 각종 평판표시장치들이 개발되고 있다. 이러한, 평판표시장치의 예로는, 액정표시장치(LCD : Liquid Crystal Display), 전계방출표시장치(FED : Field Emission Display), 플라즈마표시장치(PDP : Plasma Display Panel) 및 유기발광표시장치(OLED : Organic Light Emitting Display Device) 등이 있다.
이 중에서 유기발광표시장치는 유기화합물을 전기적으로 여기시켜 발광하게 하는 자발광형 표시장치이다. 유기발광표시장치는 액정표시장치에서 사용되는 백라이트가 필요하지 않아 경량박형이 가능할 뿐만 아니라 공정을 단순화시킬 수 있다. 또한, 저온 제작이 가능하고, 응답속도가 1ms 이하로서 고속의 응답속도를 가지며, 낮은 소비 전력, 넓은 시야각 및 높은 콘트라스트(Contrast) 등의 특성을 나타낸다.
유기발광표시장치는 일함수가 높은 애노드인 제1 전극과 일함수가 낮은 캐소드인 제2 전극 사이에 유기물로 이루어진 발광층을 포함한다. 제1 전극으로부터 공급받는 정공과 제2 전극으로부터 받은 전자가 발광층 내에서 결합하여 정공-전자쌍인 여기자(exciton)를 형성하고 다시 여기자가 바닥상태로 돌아오면서 발생하는 에너지에 의해 발광하게 된다. 유기발광표시장치는 발광층에서 발광된 광이 제1 전극을 투과하여 배면으로 방출되는 배면발광 구조와, 제1 전극에서 반사하여 전면으로 방출되는 전면발광 구조로 나뉠 수 있다.
도 1은 제1 전극의 단면 구조를 나타낸 도면이고, 도 2는 제1 전극의 SEM 이미지이다.
도 1을 참조하면, 전면발광 구조에 구비된 제1 전극은 광을 반사하기 위해, 투명도전층(TEL1)/반사층(REL)/투명도전층(TEL2)의 구조로 이루어진다. 반사층(REL)으로는 반사율이 높은 은(Ag) 또는 은 합금(Ag alloy)을 주로 사용한다. 제1 전극은 투명도전층(TEL1)/반사층(REL)/투명도전층(TEL2)을 순차적으로 적층하고 일괄식각하여 패터닝하는데, 반사층의 측면이 식각액에 노출되어 은 또는 은 합금의 이동(migration)이 발생한다. 도 2에 도시된 것처럼, 검정색으로 보이는 은 또는 은 합금들이 치밀하게 배치되지 않고 일부에 존재하지 않는 등 은의 이동이 발생한 것으로 나타난다. 이로 인해 인접한 제1 전극 간이 절연되지 않고 쇼트되어 구동불량이 발생하는 문제가 있다.
또한, 유기발광표시장치는 전면발광 구조나 배면발광 구조에 일함수가 높고 투명성과 도전성을 가지는 제1 전극을 구비해야 한다. ITO는 일함수가 높고 투명성과 도전성이 우수하여 많이 사용되고 있다. 하지만, 주 원료인 인듐(In)은 희소금속으로 가격이 비싸고 자원 보유국의 수출억제 정책 등으로 현재 그 수급이 어려워지고 있다. 따라서, ITO를 대체하기 위한 연구가 계속되고 있다.
특허문헌 1: 공개특허공보 제10-2010-0069337호(백색 전면발광 유기전계발광 표시장치) 특허문헌 2: 공개특허공보 제10-2014-0079093호(유기발광다이오드 표시소자 및 그 제조방법)
본 발명은 제1 전극에 의한 구동불량을 방지하고 ITO를 대체할 수 있는 전극 및 이를 포함하는 유기발광소자, 액정표시장치 및 유기발광표시장치를 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극은 전도성 물질 및 일함수가 5.0eV 이상인 도펀트를 포함한다. 전도성 물질은 반사율이 80% 이상인 금속 입자, 탄소 동소체, 전도성 고분자 또는 금속 나노와이어 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물이고, 일함수가 5.0eV 이상인 도펀트는 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 백금(Pt), 셀레늄(Se), 금(Au), 코발트(Co), 이리듐(Ir) 또는 오스뮴(Os) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광소자는 제1 전극, 유기막층 및 제2 전극을 포함하되, 제1 전극은 전도성 물질 및 일함수가 5.0eV 이상인 도펀트를 포함한다. 유기막층은 정공수송층, 전자수송층, 전자주입층을 더 포함하며, 제1 전극은 상기 정공수송층과 접한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치는 제1 기판, 제2 기판, 전극 및 액정층을 포함한다. 제1 기판은 박막트랜지스터를 포함하고, 전극은 박막트랜지스터 상에 위치하여 박막트랜지스터와 전기적으로 연결된다. 제2 기판은 제1 기판과 대향하며, 액정층은 제1 기판과 제2 기판 사이에 위치한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광표시장치는 기판, 유기발광소자 및 봉지층을 포함한다. 기판은 박막트랜지스터를 포함하고, 유기발광소자는 박막트랜지스터와 전기적으로 연결된다. 봉지층은 유기발광소자 상에 위치한다.
본 발명에 따른 전극은 전도성 물질 및 일함수가 5.0eV 이상인 도펀트를 포함함으로써, 높은 일함수를 요구하는 유기발광표시장치의 제1 전극으로 사용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 전극은 전도성 물질의 종류를 달리하여 반사율이 높은 전극을 형성하거나 투과율이 높은 전극을 형성함으로써, 유기발광표시장치의 광의 발광 방향에 따라 각각 달리 적용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 전극은 투과율이 높은 전극을 형성하여 액정표시장치의 화소 전극 또는 공통 전극에 적용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 전극을 포함하는 유기발광소자 및 유기발광표시장치는 한번의 코팅 공정으로 전극을 형성하여 공정이 용이하고 인듐을 대체하여 제조비용을 절감할 수 있으며 쇼트 불량을 방지할 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명에 따른 전극을 제1 전극으로 사용하는 유기발광소자 및 유기발광표시장치는 홀 주입이 용이해지기 때문에 정공주입층이 별도로 필요하지 않는다.
도 1은 제1 전극의 단면 구조를 나타낸 도면.
도 2는 제1 전극의 SEM 이미지.
도 3은 도펀트들의 일함수를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극을 나타낸 도면.
도 5는 제1 실시예에 따른 유기발광소자를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기발광표시장치를 나타낸 단면도.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 유기발광표시장치를 나타낸 단면도.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 액정표시장치를 나타낸 단면도.
도 9는 실험 1에 따라 제조된 전극들의 일함수를 나타낸 그래프.
도 10은 실험 1에 따라 제조된 전극들의 반사율을 나타낸 그래프.
도 11은 실험 2에 따라 팔라듐 분말의 함량비가 0 중량%로 제조된 전극의 SEM 이미지.
도 12는 실험 2에 따라 팔라듐 분말의 함량비가 0.3 중량%로 제조된 전극의 SEM 이미지.
도 13은 실험 2에 따라 팔라듐 분말의 함량비가 0.6 중량%로 제조된 전극의 SEM 이미지.
도 14는 실험 2에 따라 팔라듐 분말의 함량비가 2 중량%로 제조된 전극의 SEM 이미지.
도 15는 비교예에 따라 제조된 소자의 발광 사진.
도 16은 실시예에 따라 제조된 소자의 발광 사진.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 같은 맥락에서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "상"에 또는 "아래"에 형성된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접 또는 또 다른 구성 요소를 개재하여 간접적으로 형성되는 것을 모두 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
하기에서 개시하는 본 발명에 따른 표시장치는 유기발광표시장치, 액정표시장치, 전기영동표시장치 등일 수 있다. 본 발명에서는 유기발광표시장치를 예로 설명한다. 유기발광표시장치는 박막트랜지스터에 연결된 제1 전극과, 제2 전극, 및 이들 사이에 유기물로 이루어진 발광층을 포함한다. 따라서, 제1 전극으로부터 공급받는 정공과 제2 전극으로부터 공급받는 전자가 발광층 내에서 결합하여 정공-전자쌍인 여기자(exciton)를 형성하고, 여기자가 바닥상태로 돌아오면서 발생하는 에너지에 의해 발광한다. 후술하는 본 발명의 전극은 유기발광표시장치의 제1 전극에 사용할 수 있다. 또한, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 액정표시장치의 화소 전극이나 공통 전극에도 사용가능하다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 설명하기로 한다.
도 3은 도펀트들의 일함수를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극을 나타낸 도면이다.
본 발명은 유기발광표시장치의 제1 전극으로 사용하는 전극을 개시한다. 보다 자세하게 전극은 전도성 물질, 일함수가 5.0eV 이상인 도펀트 및 용매를 포함하는 전극 조성물로 제조된다.
<전도성 물질>
본 발명의 전도성 물질은 전극의 도전성을 나타내는 역할을 하며, 반사율이 90% 이상인 금속 입자, 탄소 동소체, 전도성 고분자 또는 금속 나노와이어를 사용할 수 있다.
전극에 반사 특성이 요구되는 경우 전도성 물질로 반사율이 80% 이상인 금속 입자를 사용할 수 있다. 반사율이 80% 이상인 금속 입자는 은(Ag), 나트륨(Na), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 주석(Sn) 또는 금(Au)을 들 수 있다. 여기서, 반사율은 나트륨D선인 598nm의 나트륨 D선에 대한 반사율이다. 은(Ag)의 반사율은 94%, 나트륨(Na)의 반사율은 90%, 알루미늄(Al)의 반사율은 83%, 마그네슘(Mg)의 반사율은 82%, 주석(Sn)의 반사율은 82% 그리고 금(Au)의 반사율은 80%이다. 본 발명의 전도성 물질로는 전술한 금속 입자 중 적어도 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
전극에 투명 특성이 요구되는 경우 전도성 물질로 탄소 동소체를 사용할 수 있다. 본 발명에서 개시하는 탄소 동소체는 서로 공유결합된 탄소 원자의 다환 방향족 분자를 나타낸다. 공유결합된 탄소 원자는 반복되는 단위로서 6개의 구성요소로 된 고리를 형성할 수 있으며, 또한 5개의 구성요소로 된 고리 및 7개의 구성요소로 된 고리 중 하나 이상을 포함할 수도 있다. 탄소 동소체는 단일층일 수 있으며, 또는 탄소 동소체의 다른 층 상에 적층된 다수의 탄소 동소체 층을 포함할 수도 있다. 탄소 동소체는 1차원 또는 2차원 구조를 가진다. 탄소 동소체는 약 100nm의 최대 두께를 가지며, 구체적으로 약 10nm 내지 약 90nm, 더 구체적으로는 약 20nm 내지 약 80nm의 두께를 가진다.
탄소 동소체의 제조방법은 물리적 박리법, 화학 기상 증착법, 화학적 박리법 또는 에피텍셜 합성법 등 크게 4가지가 있다. 물리적 박리법은 그래파이트 시료에 스카치 테이프를 붙인 후 이를 떼어내게 되어 스카치 테이프 표면에 그래파이트로부터 떨어져 나온 탄소 동소체 시트를 얻는 방식이다. 화학 기상 증착법은 탄소 동소체를 성장시키고자 하는 기판 표면에 높은 운동 에너지를 가진 기체 또는 증기 형태의 탄소 전구체를 흡착-분해시켜 탄소 원자로 분리시키고 해당 탄소원자들이 서로 원자간 결합을 이루게 하여 결정질의 탄소 동소체를 성장시키는 방식이다. 화학적 박리법은 흑연의 산화-환원 특성을 이용한 것으로, 흑연을 황산과 질산 혼합물에 넣어 탄소 동소체 판들의 가장자리에 카르복실 화합물을 붙인다. 염화 티놀에 의해 산염화물로 바뀌고 다시 옥타데실아민을 써서 탄소 동소체 아미드를 만든다. 이것을 테트라히드로푸란과 같은 용액을 이용하여 환수하면 분쇄가 일어나 개별의 탄소 동소체 시트를 얻는 방식이다. 에피텍셜 합성법은 실리콘 카바이드(SiC)를 1,500℃의 고온으로 가열하여, 실리콘(Si)이 제거되고 남아 있는 카본(C)에 의하여 탄소 동소체를 얻는 방식이다.
본 발명의 탄소 동소체는 환원 그래핀 옥사이드(rGO), 비산화 그래핀, 그래핀 나노리본 또는 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT) 등을 사용할 수 있다. 환원 그래핀 옥사이드는 그래핀 옥사이드(GO)를 환원시킨 것으로, 흑연에 강산을 가하면 산화시키고 화학적으로 작은 입자 상태로 형성하여 그래핀 옥사이드를 제조하고 그래핀 옥사이드를 환원시켜 제조된다. 비산화 그래핀은 전술한 탄소 동소체의 제조방법 중 산화-환원 공정을 제외한 방법으로 제조된 탄소 동소체를 말한다. 그래핀 나노리본은 그래핀을 폭이 나노미터(nm)인 리본 형태로 잘라낸 것으로, 폭에 따라 일정 에너지 밴드갭을 가진다. 그래핀 나노리본은 탄소 동소체를 포함하는 모노머로부터 합성하거나 탄소나노튜브를 잘라 평면으로 펼쳐 제조될 수 있다. 전술한 탄소 동소체의 종류 외에도 본 발명의 탄소 동소체는 그래핀 나노메쉬 등의 공지된 탄소 동소체 구조들을 적용할 수 있다.
또한, 전극에 투명 특성이 요구되는 경우 전도성 물질로 전도성 고분자를 사용할 수 있다. 전도성 고분자는 고분자의 원래 특성인 가볍고 가공성이 용이하면서도 전기를 통하는 유기 고분자로서, 단일 결합과 이중 결합이 교대로 형성되는 공액(conjugated) 결합을 가지고 있다. 전도성 고분자는 순수한 전도성 고분자는 물론이고, 다른 적절한 소재에 의하여 도핑(doping)되어 있는 전도성 고분자를 포함한다.
전도성 고분자의 예로는 폴리플루오렌(polyfluorene), 폴리페닐렌(polyphenylene), 폴리피렌(polypyrene), 폴리아줄렌(polyazulene), 폴리나프탈렌(polynaphthalene), 폴리아세틸렌(polyacetylene, PAC), 폴리-p-페닐렌비닐렌(poly(p-phenylene vinylene, PPV)와 같이 헤테로 원자를 포함하지 않는 전도성 고분자; 폴리피롤(polypyrrole, PPY), 폴리카바졸(polycarbazole), 폴리인돌(polyindole), 폴리아제핀(polyzepine), 폴리티에닐렌비닐렌(poly(thienylene vinylene), 폴리아닐린(polyaniline, PANI) 등과 같이 헤테로 원자로서 질소(N)를 포함하는 전도성 고분자; 폴리티오펜(poly(thiophene), PT), 폴리(p-페닐렌설파이드(poly(p-phenylene sulfide, PPS), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜(poly(3,4-ethylenedioxy thiophene, PEDOT)과 같이 헤테로 원자로서 황(S)을 포함하는 전도성 고분자; 폴리퓨란(polyfuran)과 같이 헤테로 원자로서 산소(O)를 포함하는 전도성 고분자 또는 이들 전도성 고분자에 다른 물질이 도핑되어 있는 전도성 물질 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 이들 전도성 고분자는 적절한 치환기, 예를 들면 알킬기, 알콕시기 등과 같은 지방족은 물론이고 방향족 고리에 의하여 치환된 형태일 수 있다.
전도성 고분자로서 바람직하게는 용매에 대한 분산성이나 전도성 등을 향상시킬 수 있도록 다른 물질이 도핑된 전도성 고분자를 사용하거나 적절한 작용기로 치환된 소재를 사용할 수 있다. 예를 들어, 전도성 고분자로서의 폴리아세틸렌에는 도펀트로서 I2, Br2와 같은 할로겐 가스, Li, Na과 같은 알칼리 금속 및 AsF6 등을 도펀트로 사용할 수 있다. 또한, BF4-, ClO4- 등은 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아줄렌, 폴리퓨란 등의 도펀트로 사용될 수 있으며, AsF6는 폴리아세틸렌 외에도 폴리페닐렌설파이드, 폴리페닐렌비닐렌, 폴리티에닐렌비닐렌, 폴리페닐렌 등의 도펀트로 사용될 수 있다. 한편, 염산(HCl), 도데실벤젠산(dodecylbenzene acid, DBSA) 및 캄포술폰산(camphor sulfonic acid, CSA) 등은 폴리아닐린의 도펀트로 사용될 수 있다. 폴리피롤의 경우에는 전술한 BF4-, ClO4- 이외에도 p-메틸페닐술폰산염과 같은 토실기가 도펀트로 사용될 수 있으며, 폴리티오펜 역시 p-메틸페닐술폰산염과 같은 토실기와 FeCl4가 도펀트로 사용될 수 있고, 폴리페닐렌의 경우에는 AsF6 외에도 Li, K과 같은 알칼리 금속을 도펀트로 사용할 수 있다.
특히, 본 발명의 전도성 고분자로서 PEDOT를 주성분으로 하는 전도성 고분자를 들 수 있다. 예를 들어, 치환되지 않은 PEDOT, 폴리스티렌술폰산(poly(styrene sulfonate))가 도핑되어 있는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜(PEDOT:PSS) 또는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)-테트라메타크릴레이트(PEDOT-TMA)이다.
PEDOT:PSS 중에서 PSS의 술폰산기는 용매 중에서 탈수소화되어(deprotonated) 음전하를 띠고 있으며, 분산체로서 기능할 수 있다. 한편, PEDOT는 π 공액계 전도성 고분자로서 PEDOT 부분은 양전하를 띄고 있어 특히 친수성 용매에 대한 분산성이 양호하여 안정적인 염 형태를 이룰 수 있다. PEDOT:PSS 용액은 PEDOT의 단량체인 EDOT를 PSS의 존재 하에서 물과 같은 적절한 용매에 첨가하면 산성의 수분산성 용액을 형성하기 때문에, 산화 중합을 형성하면서 안정적인 분산체를 형성할 수 있다. 다른 전도성 고분자인 PEDOT-TMA는 유기 용매에 대한 분산성이 우수하고 부식되지 않는 특성이 있으므로, PEDOT:PSS를 대체하여 사용될 수 있다.
또한, 전도성 물질로 금속 나노와이어를 사용할 수 있다. 금속 나노와이어는 지름이 수 nm 내지 수십 nm를 가지는 와이어 형상의 금속을 말한다. 금속 나노와이어는 대표적으로 은 나노와이어를 들 수 있으며, 그 외에 금(Au), 니켈(Ni), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 철(Fe), 코발트(Co), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 또는 크롬(Cr) 중 적어도 1종의 원소로 구성될 수 있다.
<일함수가 5.0eV 이상인 도펀트>
본 발명은 전극의 일함수를 증가시키기 위해, 일함수가 5.0eV 이상인 도펀트를 포함한다. 일함수가 5.0eV 이상인 도펀트는 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 백금(Pt), 셀레늄(Se), 금(Au), 코발트(Co), 이리듐(Ir) 또는 오스뮴(Os)을 들 수 있다. 팔라듐(Pd)의 일함수는 5.22~5.6eV, 니켈(Ni)의 일함수는 5.04~5.35eV, 백금(Pt)의 일함수는 5.12~5.93eV, 셀레늄(Se)의 일함수는 5.9eV, 금(Au)의 일함수는 5.1~5.47eV, 코발트(Co)의 일함수는 5.0eV, 이리듐(Ir)의 일함수는 5.0~5.67eV 그리고 오스뮴(Os)의 일함수는 5.93eV이다. 본 발명의 일함수가 5.0eV 이상인 도펀트로는 전술한 도펀트 중 적어도 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
<용매>
본 발명의 용매는 전술한 전도성 물질을 분산시키고, 코팅되는 조성물의 점도를 조절하기 위한 용도로 사용된다. 용매는 친수성 또는 소수성 용매를 사용할 수 있다. 친수성 용매의 예로는 물; 에탄올, 메탄올, 이소프로필 알코올, 부탄올, 2-에틸헥실알코올, 메톡시펜탄올, 부톡시에탄올, 에톡시에톡시 에탄올, 부톡시에톡시 에탄올, 메톡시 프로폭시 프로판올, 텍산올(texanol), 알파-터피네올(α-terpineol)과 같은 터피네올 등의 알코올류; 테트라하이드로퓨란(THF); 글리세롤, 알킬렌 글리콜, 예를 들어, 에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 디헥실렌글리콜 또는 이들의 알킬 에테르(일예로 프로필렌글리콜 메틸에테르(PGME), 디에틸렌글리콜 부틸에테르, 디에틸렌글리콜 에틸에테르, 디프로필렌글리콜 메틸에테르, 디헥실렌글리콜 에틸에테르); 글리세린, N-메틸피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidinone, NMP), 2-피롤리돈, 아세틸아세톤, 1,3-디메틸이미다졸리논, 티오디글리콜, 디메틸술폭사이드(dimethyl sulfoxid, DMSO), N,N-디메틸 아세트아미드(N,N-dimethyl acetamide, DMAc)), 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF)), 술포란, 디에탄올아민, 트리에탄올아민에서 선택되는 유기용매를 단독으로 사용하거나 또는 이들 중에서 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
소수성 용매의 예로는 메틸에틸케톤, 사이클로펜탄온 등의 케톤류, 자일렌, 톨루엔이나 벤젠 등의 방향족 화합물, 디프로필렌 메틸에테르와 같은 에테르, 메틸렌클로라이드, 클로로포름 등의 지방족 탄화수소 등을 단독 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
<고분자 수지>
본 발명의 전극 조성물은 고분자 수지를 더 포함할 수 있다. 고분자 수지는 전도성 물질을 접착, 결속 또는 분산하는 역할을 한다. 고분자 수지는 아크릴계 수지, 폴리이미드 수지, 페놀 수지, 카도계 수지, 스티렌 수지, 노볼락 수지 또는 폴리에스테르 수지 중 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다. 또한, 이들 수지는 산기 또는 에폭시기를 함유한 화합물일 수 있다.
<첨가제>
본 발명의 전극 조성물은 접착증진제(adhesion promoter) 또는 레벨링제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
접착증진제는 전극과 하부층과의 접착력을 향상시키기 위한 것으로, 예를 들어 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리스(2-메톡시에톡시)-실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디메톡시실란, 2-(3,4-에톡시 시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 3-클로로프로필 메틸디메톡시실란, 3-클로로프로필 트리메톡시 실란, 3-메타아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-머캅토프로필트리메톡시실란 등의 1종 또는 2종의 혼합물을 사용할 수 있다.
레벨링제는 전극 조성물의 표면장력으로 인하여 전도성 물질과 고분자 수지의 혼화성이 감소되는 현상을 완화시키고, 막의 불균일성에 의해 발생할 수 있는 불량을 줄인다. 레벨링제는 예를 들어, 음이온계의 공중합체, 아랄킬 변성 폴리메틸알킬실록산계 등의 1종 또는 2종의 혼합물을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 전극 조성물은 접착증진제, 레벨링제 외의 분산제, 가소제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 전극 조성물은 전도성 물질 및 용매가 혼합된 전도성 물질 페이스트에 일함수가 5.0eV 이상인 도펀트 분말을 혼합하여 전극 조성물을 제조할 수 있다. 이때, 일함수가 5.0eV 이상인 도펀트 분말은 전도성 물질 페이스트 100 중량% 대비 2 내지 10 중량%를 이룰 수 있다. 여기서, 일함수가 5.0eV 이상인 도펀트 분말이 전도성 물질 페이스트 100 중량% 대비 2 중량% 이상이면 전극의 일함수를 증가시키며 소결도가 향상되어 전극의 막질이 향상되고, 일함수가 5.0eV 이상인 도펀트 분말이 전도성 물질 페이스트 100 중량% 대비 10 중량% 이하이면 전극 조성물의 코팅성과 반사율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
전극 조성물은 스핀 코팅, 슬릿 코팅, 잉크젯 프린팅 등의 공지된 용액 코팅 공정으로 코팅될 수 있다. 기판 상에 코팅된 전극 조성물은 100 내지 500도에서 열처리되어 용매를 제거함으로써 전극을 형성할 수 있다.
전술한 전극 조성물로 제조되는 전극은 다양한 특성을 가지는 전극으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 반사율과 일함수가 높은 전극 또는 투과율과 일함수가 높은 전극일 수 있다.
본 발명의 전극에 높은 반사율과 높은 일함수가 요구되는 경우, 반사율이 80% 이상인 금속 입자 및 일함수가 5.0eV 이상인 도펀트를 전극에 포함한다.
전도성 물질은 전극의 반사율을 높이기 위해 전체 전극 조성물 100 중량%에 대해 10 내지 80 중량%로 포함될 수 있다.
일함수가 5.0eV 이상인 도펀트는 전극의 일함수를 높일 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 은(Ag)의 일함수가 4.0eV이고(도 3의 (A)) 백금(Pt)의 일함수가 5.7eV이면(도 3의 (B)), 은-백금의 합금의 일함수가 4.0 내지 5.7eV 사이로 조절될 수 있다. 일함수가 3.8eV인 TiO2막에 은-백금의 합금이 혼합되면 TiO2막의 일함수를 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 전극은 일함수가 5.0eV 이상인 도펀트를 포함하여, 전극의 일함수를 증가시킬 수 있다. 바람직하게 전극의 일함수는 4.8eV 이상일 수 있다.
또한, 높은 반사율과 높은 일함수를 갖는 전극은 추가적으로 고분자 수지를 더 포함할 수 있다. 고분자 수지는 전도성 물질을 접착하는 것으로 바인더 수지를 이용할 수 있으며, 바람직하게는 아크릴계 바인더를 사용할 수 있다.
그리고, 본 발명의 전극에 높은 투과율과 높은 일함수가 요구되는 경우, 전극은 전도성 물질 및 일함수가 5.0eV 이상인 도펀트를 포함하며 전도성 물질에 추가적으로 전도성 고분자를 더 포함한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 전극은 적어도 2종의 전도성 물질 및 일함수가 5.0eV 이상인 도펀트를 포함한다. 전극에 높은 투과율을 부여하기 위해 전도성 물질은 사이즈가 나노 사이즈인 탄소 동소체 또는 금속 나노와이어를 사용할 수 있으며, 이들 탄소 동소체 또는 금속 나노와이어와 함께 전도성 고분자가 사용된다. 전도성 고분자는 일함수를 매칭하고 면발광 및 표면조도 특성을 확보하기 위해 사용된다. 추가적으로 고분자 수지를 더 포함할 수 있으며, 고분자 수지는 전도성 물질들을 접착하는 것으로 바인더 수지를 이용할 수 있다. 그리고, 일함수가 5.0eV 이상인 도펀트를 포함하여, 전극의 일함수를 향상시킬 수 있다.
전술한 본 발명의 전극은 유기발광소자, 액정표시장치 및 유기발광표시장치의 제1 전극으로 사용할 수 있다.
적용예
도 5는 제1 실시예에 따른 유기발광소자를 나타낸 단면도이고, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기발광표시장치를 나타낸 단면도이고, 도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 유기발광표시장치를 나타낸 단면도이며, 도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 액정표시장치를 나타낸 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기발광소자는 기판(SUB1) 상에 제1 전극(ANO)이 위치하고, 제1 전극(ANO) 상에 정공수송층(HTL), 발광층(LEL), 전자수송층(ETL), 전자주입층(EIL) 및 제2 전극(CAT)이 위치한다. 본 발명의 유기발광소자는 전술한 전극을 유기발광소자의 제1 전극(ANO)에 적용할 수 있다. 본 발명의 전극은 일함수가 4.8eV 이상으로 높아 기본적으로 유기발광소자의 제1 전극에 사용할 수 있다. 특히, 전술한 것처럼 전극의 조성을 달리하여 전극에 높은 반사율 특성을 부가하여 반사 전극으로 사용하거나 전극에 높은 투과율 특성을 부가하여 투명 전극으로 사용할 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 전극을 제1 실시예와 같이 제1 전극으로 사용할 경우, 홀 주입이 용이해지기 때문에 정공주입층(HIL)이 별도로 필요하지 않는다. 따라서, 정공주입층(HIL)이 생략 가능하고, 제1 전극 상에 정공수송층(HTL)이 형성되어 제1 전극과 정공수송층(HTL)이 접하게 된다.
한편, 도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기발광표시장치는 도 5의 유기발광소자를 포함할 수 있다.
보다 자세하게, 기판(SUB1) 상에 액티브층(ACT)이 위치한다. 액티브층(ACT)은 실리콘 반도체나 산화물 반도체로 이루어질 수 있다. 실리콘 반도체는 비정질 실리콘 또는 결정화된 다결정 실리콘을 포함할 수 있으며, 본 실시예에서는 다결정 실리콘으로 이루어진 액티브층(ACT)일 수 있다. 액티브층(ACT) 상에 게이트 절연막(GI)이 위치한다. 게이트 절연막(GI)은 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx) 또는 이들의 다중층일 수 있다. 게이트 절연막(GI) 상에 상기 액티브층(ACT)과 대응되도록 게이트 전극(GAT)이 위치한다. 게이트 전극(GAT)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 합금으로 형성된다. 또한, 게이트 전극(GAT)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어진 다중층일 수 있다. 예를 들면, 게이트 전극(GAT)은 몰리브덴/알루미늄-네오디뮴 또는 몰리브덴/알루미늄의 2중층일 수 있다.
게이트 전극(GAT) 상에 층간 절연막(ILD)이 위치한다. 층간 절연막(ILD)은 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 질화막(SiNx) 또는 이들의 다중층일 수 있다. 층간 절연막(ILD) 상에 반도체층(ACT)과 전기적으로 연결되는 소스 전극(SE) 및 드레인 전극(DE)이 위치한다. 소스 전극(SE) 및 드레인 전극(DE)은 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있으며, 소스 전극(SE) 및 드레인 전극(DE)이 단일층일 경우에는 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 또한, 소스 전극(SE) 및 드레인 전극(DE)이 다중층일 경우에는 몰리브덴/알루미늄-네오디뮴의 2중층, 티타늄/알루미늄/티타늄, 몰리브덴/알루미늄/몰리브덴 또는 몰리브덴/알루미늄-네오디뮴/몰리브덴의 3중층으로 이루어질 수 있다. 따라서, 반도체층(ACT), 게이트 전극(GAT), 소스 전극(SE) 및 드레인 전극(DE)을 포함하는 박막트랜지스터가 구성된다.
박막트랜지스터를 포함하는 기판(SUB1) 상에 유기 절연막(PAC)이 위치한다. 유기 절연막(PAC)은 하부 구조의 단차를 완화시키기 위한 평탄화막일 수 있으며, 폴리이미드(polyimide), 벤조사이클로부틴계 수지(benzocyclobutene series resin), 아크릴레이트(acrylate) 등의 유기물로 이루어진다. 유기 절연막(PAC)은 드레인 전극(DE)을 노출시키는 비어홀(VIA)을 포함한다.
유기 절연막(PAC) 상에 제1 전극(ANO)이 위치한다. 제1 전극(ANO)은 애노드일 수 있으며, 반사율이 높고 일함수가 높은 전극으로, 제1 전극(ANO)은 전도성 물질, 고분자 수지 및 일함수가 5.0eV 이상인 도펀트를 포함한다. 따라서, 제1 전극(ANO)은 광을 상부로 반사하는 반사 전극으로 작용한다. 제1 전극(ANO)은 비어홀(VIA)을 매우며, 드레인 전극(DE)과 연결된다.
상기 제1 전극(ANO)을 포함하는 기판(SUB1) 상에 뱅크층(BNK)이 위치한다. 뱅크층(BNK)은 제1 전극(ANO)의 일부를 노출하여 화소를 정의하는 화소정의막일 수 있다. 뱅크층(BNK)은 폴리이미드(polyimide), 벤조사이클로부틴계 수지(benzocyclobutene series resin), 아크릴레이트(acrylate) 등의 유기물로 이루어진다. 뱅크층(BNK)은 제1 전극(ANO)을 노출하는 개구부(OP)가 구비된다.
뱅크층(BNK)의 개구부(OP)에 의해 노출된 제1 전극(ANO) 상에 유기막층(EML)이 위치한다. 유기막층(EML)은 전자와 정공이 결합하여 발광하는 층으로, 유기막층(EML)은 적어도 발광층을 포함한다. 또한 유기막층(EML)은 정공주입층, 정공수송층, 전자수송층 또는 전자주입층 중 하나 이상을 포함할 수 있고 어느 하나 이상은 생략될 수도 있다. 유기막층(EML)이 형성된 기판(SUB1) 상에 제2 전극(CAT)이 위치한다. 제2 전극(CAT)은 캐소드 전극으로 일함수가 낮은 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 알루미늄(Al), 은(Ag) 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 따라서, 제1 전극(ANO), 유기막층(EML) 및 제2 전극(CAT)을 포함하는 유기발광소자를 포함한다. 도시하지 않았지만, 제2 전극(CAT) 상부에 하부의 소자들을 봉지하는 무기 또는 유기막의 봉지층이 더 포함될 수 있다. 본 실시예의 유기발광표시장치는 광이 제2 전극(CAT) 방향으로 방출되는 전면발광 구조로, 제2 전극(CAT)은 광이 투과될 수 있을 정도로 얇은 두께로 이루어진다.
전술한 도 6의 유기발광표시장치는 유기막층에서 발광된 광이 제1 전극에서 반사되어 제2 전극 방향으로 출사되는 전면발광 구조의 유기발광표시장치이다. 본 발명의 전극은 전도성 물질, 고분자 수지 및 일함수가 5.0eV 이상인 도펀트를 포함할 수 있고 예를 들어, 반사율이 80% 이상인 금속 입자, 고분자 수지 및 일함수가 5.0eV 이상인 도펀트를 포함하여 반사율과 일함수가 높은 전극을 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명의 전극을 이용하여 전면발광 구조의 유기발광표시장치의 제1 전극을 형성함으로써, 단일층 구조의 제1 전극을 제공할 수 있는 이점이 있다. 그러므로, 본 발명의 유기발광표시장치는 한번의 코팅 공정으로 전극을 형성하여 공정이 용이하고 인듐을 대체하여 제조비용을 절감할 수 있으며 쇼트 불량을 방지할 수 있는 이점이 있다.
한편, 도 7은 전술한 도 6과는 달리, 배면발광 또는 양면발광 구조의 유기발광표시장치일 수 있다. 도 6과 동일한 구성에 대해서는 그 설명을 간략히 하고 상이한 구성에 대해 설명하기로 한다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 유기발광표시장치는 유기 절연막(PAC) 상에 제1 전극(ANO)이 위치한다. 제1 전극(ANO)은 애노드일 수 있으며, 투명하며 일함수가 높은 전극으로, 제1 전극(ANO)은 전도성 물질, 고분자 수지 및 일함수가 5.0eV 이상인 도펀트를 포함한다. 따라서, 제1 전극(ANO)은 광을 투과하는 투과 전극으로 작용한다.
상기 제1 전극(ANO)을 포함하는 기판(SUB1) 상에 뱅크층(BNK)이 위치하고, 제1 전극(ANO) 상에 유기막층(EML)이 위치한다. 유기막층(EML)이 형성된 기판(SUB1) 상에 제2 전극(CAT)이 위치한다. 제2 전극(CAT)은 캐소드 전극으로 일함수가 낮다. 본 실시예의 유기발광표시장치가 양면발광 구조인 경우 광이 투과될 수 있을 정도로 얇은 두께로 이루어지고, 배면발광 구조인 경우 광이 반사될 수 있을 정도로 두꺼운 두께로 이루어진다.
전술한 도 7의 유기발광표시장치는 유기막층에서 발광된 광이 제1 전극을 투과하는 양면발광 또는 배면발광 구조의 유기발광표시장치이다. 본 발명의 전극은 전도성 물질, 고분자 수지 및 일함수가 5.0eV 이상인 도펀트를 포함할 수 있고 예를 들어, 은 나노와이어, 고분자 수지 및 일함수가 5.0eV 이상인 도펀트를 포함하여 투과율과 일함수가 높은 전극을 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명의 전극을 이용하여 배면 또는 양면발광 구조의 유기발광표시장치의 제1 전극을 형성함으로써, 인듐을 대체하여 제조비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.
한편, 도 8을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 액정표시장치는 전술한 본 발명의 전극을 화소 전극 또는 공통 전극으로 사용할 수 있다.
도 8을 참조하면, 제1 기판(SUB1) 상에 게이트 전극(GAT)이 위치하고, 게이트 전극(GAT) 상에 게이트 전극(GAT)을 절연시키는 게이트 절연막(GI)이 위치한다. 게이트 절연막(GI) 상에 액티브층(ACT)이 위치하고, 액티브층(ACT)의 일측에 접촉하는 소스 전극(SE)과, 액티브층(ACT)의 타측에 접촉하는 드레인 전극(DE)이 위치한다. 따라서, 게이트 전극(GAT), 액티브층(ACT), 소스 전극(SE) 및 드레인 전극(DE)을 포함하는 박막트랜지스터를 구성한다.
박막트랜지스터를 포함하는 제1 기판(SUB1) 상에 유기절연막(PAC)이 위치한다. 유기절연막(PAC)은 드레인 전극(DE)을 노출하는 비어홀(VIA)을 포함한다. 유기절연막(PAC) 상에 화소 전극(PXL)과 공통 전극(COM)이 위치한다. 화소 전극(PXL)은 유기절연막(PAC)에 형성된 비어홀(VIA)을 통해 드레인 전극(DE)과 연결된다. 화소 전극(PXL)과 공통 전극(COM)은 서로 교번하여 배치되어, 화소 전극(PXL)과 공통 전극(COM) 사이에 수평 전계를 형성한다.
제1 기판(SUB1)과 대향하는 제2 기판(SUB2)이 위치하고, 제1 기판(SUB1)과 제2 기판(SUB2) 사이에 액정층(LC)이 위치한다. 본 발명의 실시예에서는 화소 전극과 공통 전극이 동일 평면 상에 위치하는 IPS(in-plane switching) 액정표시장치를 예로 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 화소 전극 하부에 공통 전극이 위치할 수도 있고, 공통 전극이 제2 기판에 위치할 수도 있다.
전술한 본 발명의 전극은 액정표시장치의 화소 전극(PXL) 또는 공통 전극(COM) 중 적어도 하나 이상에 적용할 수 있다. 화소 전극(PXL) 또는 공통 전극(COM)은 전도성 물질 및 일함수가 5.0eV 이상인 도펀트를 포함하여 투명하면서도 일함수가 높은 전극으로 작용할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 전극은 전도성 물질 및 일함수가 5.0eV 이상인 도펀트를 포함함으로써, 높은 일함수를 요구하는 유기발광소자 및 유기발광표시장치의 제1 전극으로 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 전극은 전도성 물질의 종류를 달리하여 반사율이 높은 전극을 형성하거나 투과율이 높은 전극을 형성함으로써, 유기발광표시장치의 광의 발광 방향에 따라 각각 달리 적용할 수 있다. 또한, 본 발명의 전극은 투과율이 높은 전극을 형성하여 액정표시장치의 화소 전극 또는 공통 전극에 적용할 수 있다. 또한, 본 발명의 전극을 포함하는 유기발광소자 및 유기발광표시장치는 한번의 코팅 공정으로 전극을 형성하여 공정이 용이하고 인듐을 대체하여 제조비용을 절감할 수 있으며 쇼트 불량을 방지할 수 있는 이점이 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따라 전극을 구비하는 표시장치에 대한 실험예를 개시한다. 하기 실험예는 본 발명의 일 실시예일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실험 1 : 전극의 일함수와 반사도 측정
은 분말이 68 중량%를 차지하는 은 페이스트 100 중량%에 0.3 중량%의 팔라듐 분말을 혼합하여 전극 조성물을 제조하였다. 기판 상에 스핀 코팅법으로 코팅하고 200도에서 열처리하여 전극을 형성하였다. 이때, 팔라듐 분말의 함량비를 0.6 및 2 중량%로 달리하여 추가로 전극을 더 형성하였다.
제조된 전극들의 일함수를 측정하여 도 9에 나타내었고, 전극들의 반사율을 측정하여 도 10에 나타내었다.
도 9를 참조하면, 은 페이스트로 제조된 은 전극은 4.5eV의 일함수를 나타내었고, 은 페이스트에 0.3 중량%의 팔라듐 분말이 혼합된 전극은 4.7eV의 일함수를 나타내었으며, 은 페이스트에 0.6 중량%의 팔라듐 분말이 혼합된 전극은 4.8eV의 일함수를 나타내었고, 은 페이스트에 2 중량%의 팔라듐 분말이 혼합된 전극은 4.8eV의 일함수를 나타내었으며, 팔라듐 페이스트로 제조된 팔라듐 전극은 5.2eV의 일함수를 나타내었다.
이 결과를 통해, 팔라듐의 함량비가 증가될수록 전극의 일함수가 증가되는 것을 확인할 수 있었다.
도 10을 참조하면, 은 페이스트로 제조된 은 전극은 400nm 내지 800nm의 파장대에서 94% 내지 99%의 반사율을 나타내었고, 은 페이스트에 0.3 중량%의 팔라듐 분말이 혼합된 전극은 93% 내지 99%의 반사율을 나타내었고, 은 페이스트에 0.6 중량%의 팔라듐 분말이 혼합된 전극은 92% 내지 98%의 반사율을 나타내었고, 은 페이스트에 2 중량%의 팔라듐 분말이 혼합된 전극은 89% 내지 98%의 반사율을 나타내었다.
이 결과를 통해, 은 전극 대비 팔라듐의 함량비가 증가될수록 전극의 반사율이 감소되는 것을 확인할 수 있었다.
실험 1을 통해, 본 발명의 전극은 일함수가 5.0eV 이상인 도펀트의 함량비가 증가할수록 일함수는 증가되나 반사율이 감소되는 트레이드 오프(trade-off) 관계를 알 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 일함수가 5.0eV 이상인 도펀트의 함량비를 2 내지 10 중량%의 범위로 사용하여 일함수와 반사율 특성이 우수한 전극을 형성할 수 있다.
실험 2 : 전극의 소결도 측정
은 분말이 68 중량%를 차지하는 은 페이스트 100 중량%에 0, 0.3, 0.6 및 2 중량%의 팔라듐 분말을 각각 혼합하여 전극 조성물들을 제조하였다. 기판 상에 전극 조성물들을 각각 스핀 코팅법으로 코팅하고 200도에서 열처리하여 전극들을 형성하였다.
제조된 전극들의 SEM 이미지를 팔라듐 분말의 함량비 0, 0.3, 0.6 및 2 중량%의 순서대로 도 11, 12, 13 및 14에 각각 나타내었다.
도 11 내지 도 14를 참조하면, 팔라듐 분말의 함량비가 0, 0.3, 0.6 및 2 중량%의 순서로 증가할수록 은(Ag)의 유동성 차이에 따라 소결도가 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
실험 2를 통해, 본 발명의 전극은 일함수가 5.0eV 이상인 도펀트의 함량비가 증가할수록 전극의 소결도가 증가하는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 일함수가 5.0eV 이상인 도펀트의 함량비를 2 내지 10 중량%의 범위로 사용하여 소결도가 우수한 전극을 형성할 수 있다.
실험 3 : 소자의 발광 측정
<비교예>
기판 상에 애노드로 ITO 전극을 증착하고 ITO 전극 상에 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층 및 캐소드인 알루미늄 전극을 순차적으로 형성하여 소자를 제조하였다. 이때, ITO 전극의 일함수는 4.7eV였다.
<실시예>
기판 상에 은 나노와이어 1 중량%가 분산된 탄소나노튜브 분산액에 PEDOT:PSS 전도성 고분자를 혼합하고 2 중량%의 팔라듐 분말을 혼합하여, 전극 조성물을 제조하였다. 기판 상에 전극 조성물을 스핀 코팅법으로 코팅하고 200도에서 열처리하여 애노드 전극을 형성하였다. 애노드 전극 상에 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층 및 캐소드인 알루미늄 전극을 순차적으로 형성하여 소자를 제조하였다. 이때, 제조된 전극의 일함수는 5.0eV였다.
전술한 비교예 및 실시예에 따라 제조된 소자의 발광을 관찰하였다. 도 15는 비교예에 따라 제조된 소자의 발광 사진이고, 도 16은 실시예에 따라 제조된 소자의 발광 사진이다.
도 15를 참조하면, ITO 전극 상에 정공수송층이 바로 형성된 비교예는 거의 발광되지 않는 것으로 나타내었다. 반면, 도 16을 참조하면, ITO 대신에 전도성 물질, 고분자 수지 및 일함수가 5.0eV 이상인 도펀트를 포함하는 전극을 구비한 실시예는 양호한 발광을 나타내었다. 특히, 전극 상에 정공수송층이 바로 형성되었어도 양호한 발광을 나타내었다.
이 결과를 통해, 본 발명의 전극은 ITO를 대체할 수 있으며, 애노드 전극 상에 정공주입층을 생략할 수 있음을 확인하였다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극은 전도성 물질 및 일함수가 5.0eV 이상인 도펀트를 포함함으로써, 높은 일함수를 요구하는 유기발광표시장치의 제1 전극으로 사용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 전극은 전도성 물질의 종류를 달리하여 반사율이 높은 전극을 형성하거나 투과율이 높은 전극을 형성함으로써, 유기발광표시장치의 광의 발광 방향에 따라 각각 달리 적용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 전극은 투과율이 높은 전극을 형성하여 액정표시장치의 화소 전극 또는 공통 전극에 적용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 전극을 포함하는 유기발광소자 및 유기발광표시장치는 한번의 코팅 공정으로 전극을 형성하여 공정이 용이하고 인듐을 대체하여 제조비용을 절감할 수 있으며 쇼트 불량을 방지할 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명에 따른 전극을 제1 전극으로 사용하는 유기발광소자 및 유기발광표시장치는 홀 주입이 용이해지기 때문에 정공주입층이 별도로 필요하지 않는다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 설명하고 있는 x축 방향이나 y축 방향은 서로 반대되는 방향으로 변경하는 것이 가능하고, 공통 전극을 구성하는 터치 구동전극과 터치 센싱전극의 크기 및 수와 형상, 각각의 터치전극과 접속되는 터치 구동라인이나 터치 센싱라인의 위치는 임의로 적절히 변경할 수 있는 사항이며, 본 발명의 실시예에 기재된 것으로 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 발명의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
SUB1 : 기판 ANO : 제1 전극
EML : 유기막층 CAT : 제2 전극

Claims (20)

  1. 전도성 물질 및 일함수가 5.0eV 이상인 도펀트를 포함하며,
    상기 전도성 물질로 반사율이 80% 이상인 은 페이스트를 포함하고,
    상기 도펀트로 상기 은 페이스트 100 중량%에 2 내지 10 중량%의 팔라듐을 포함하는 전극.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리스(2-메톡시에톡시)-실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디메톡시실란, 2-(3,4-에톡시 시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 3-클로로프로필 메틸디메톡시실란, 3-클로로프로필 트리메톡시 실란, 3-메타아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-머캅토프로필트리메톡시실란의 1종 또는 2종의 혼합물로 구성된 접착증진제를 더 포함하는, 전극.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 전극의 일함수는 4.8eV 이상인 전극.
  7. 제1 항에 있어서,
    음이온계의 공중합체, 아랄킬 변성 폴리메틸알킬실록산계의 1종 또는 2종의 혼합물로 구성된 레벨링제를 더 포함하는, 전극.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 전극은 고분자 수지를 더 포함하는 전극.
  9. 전도성 물질 및 일함수가 5.0eV 이상인 도펀트를 갖는 제1 전극;
    상기 제1 전극 상의 발광층을 갖는 유기막층; 및
    상기 유기막층 상의 제2 전극을 포함하며,
    상기 전도성 물질로 반사율이 80% 이상인 은 페이스트를 포함하고,
    상기 도펀트로 상기 은 페이스트 100 중량%에 2 내지 10 중량%의 팔라듐을 포함하는 유기발광소자.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제9 항에 있어서,
    비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리스(2-메톡시에톡시)-실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디메톡시실란, 2-(3,4-에톡시 시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 3-클로로프로필 메틸디메톡시실란, 3-클로로프로필 트리메톡시 실란, 3-메타아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-머캅토프로필트리메톡시실란의 1종 또는 2종의 혼합물로 구성된 접착증진제를 더 포함하는, 유기발광소자.
  14. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 전극의 일함수는 4.8eV 이상인 유기발광소자.
  15. 제9 항에 있어서,
    음이온계의 공중합체, 아랄킬 변성 폴리메틸알킬실록산계의 1종 또는 2종의 혼합물로 구성된 레벨링제를 더 포함하는, 유기발광소자.
  16. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 전극은 반사 전극 또는 투명 전극인 유기발광소자.
  17. 제9 항에 있어서,
    상기 유기막층은 정공수송층, 전자수송층, 전자주입층을 더 포함하며,
    상기 제1 전극은 상기 정공수송층과 접하는 유기발광소자.
  18. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 전극은 고분자 수지를 더 포함하는 유기발광소자.
  19. 박막트랜지스터를 포함하는 제1 기판;
    상기 제1 기판과 대향하는 제2 기판;
    상기 박막트랜지스터 상에 위치하며, 상기 박막트랜지스터와 전기적으로 연결되는 제1 항, 제5 항 내지 제8 항 중 어느 한 항의 전극; 및
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하는 액정층을 포함하는 액정표시장치.
  20. 박막 트랜지스터를 포함하는 기판;
    상기 박막 트랜지스터 상에 위치하며, 상기 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결되는 제9 항, 제13 항 내지 제18 항 중 어느 한 항의 유기발광소자; 및
    상기 유기발광소자 상의 봉지층을 포함하는 유기발광표시장치.
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