KR20000027754A

KR20000027754A - 유기 전계발광 표시소자

Info

Publication number: KR20000027754A
Application number: KR1019980045771A
Authority: KR
Inventors: 주성후; 김우영; 김인영; 이충훈
Original assignee: 김영환; 현대전자산업 주식회사
Priority date: 1998-10-29
Filing date: 1998-10-29
Publication date: 2000-05-15

Abstract

본 발명은 음극전극과 발광층사이에 전자주입층을 형성하여 음극전극으로부터 발광층으로의 전자의 주입을 용이하게 하여 발광효율을 개선시킨 유기EL 소자에 관한 것이다. 본 발명은 기판상에 양극전극, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 음극전극이 순차 형성된 유기 EL 소자에 있어서, 상기 정공수송층 및 발광층사이에 형성된 정공수입층과; 상기 전자수송층 및 발광층사이에 형성된 전자주입층을 포함한다.

Description

유기 전계발광 표시소자

본 발명은 평판 디스플레이장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 음극과 발광층사이에 전자주입층이 삽입된 유기 전계발광 표시소자(OELD, Organic Electroluminescent Display)에 관한 것이다.

전계발광(Electroluminescent) 소자는 액정표시소자(LCD)와 같은 수광형태의 소자에 비하여 응답속도가 빠르고, 자체발광형태이므로 휘도가 우수하며, 구조가 간단하여 생산시 제조가 용이하고, 경량박형의 장점을 가지고 있어 차세대 평판 디스플레이소자로 주목받고 있다. EL 소자는 LCD 백라이트, 휴대용 단말기, 자동차 항법 시스템(CNS, Car Navigation System), 노트북 컴퓨터 및 벽걸이용 TV 까지 그 용도가 다양하다.

EL 소자는 크게 발광층으로 사용하는 물질의 종류에 따라 유기 EL소자와 무기 EL소자로 분류한다. 무기 EL소자는 높은 전기장에 의하여 가속된 전자의 충돌을 이용하여 발광하는 소자로서, 박막의 두께와 구동방식에 따라 세분화되어 교류박막 EL소자, 교류후막 EL소자 및 직류후막 EL소자 등으로 분류된다. 유기 EL소자는 전류의 흐름에 의해 발광하는 소자로서, 발광층의 유기물질에 따라 저분자 유기EL소자와 고분자 유기EL소자로 분류된다.

도 1은 종래의 유기 EL소자의 단면도를 도시한 것이다. 도 1의 유기 EL 소자는 투명한 절연기판(11)상에 ITO 로 된 양극(12), 정공수송층(14), 발광층(15), 전자수송층(16) 및 금속으로 된 음극(18)이 순차 적층된 구조를 갖는다. 이때, 각층의 두께를 살펴보면, 정공수송층(13), 발광층(15) 및 전자수송층(16)이 각각 500Å, 200Å, 300Å 정도의 두께를 가지므로, 3개층의 총두께는 1000Å 정도이다.

상기한 바와같은 구조를 갖는 유기 EL소자는 도 2에 도시된 바와같은 에너지 분포를 갖는다. 유기 EL소자의 음극(18)에 음의 전압, 양극(12)에 양의 전압이 인가되면, 투명전극인 양극(12)으로부터 발광층(15)으로 전자가 주입되고, 금속전극인 음극(18)으로부터 발광층(15)으로 정공이 주입된다. 이와같이 캐리어 즉, 전자와 정공이 발광층으로 이동함에 따라 발광을 하여 색을 디스플레이하게 된다.

도 3는 종래의 다른 유기 EL 소자의 단면도를 도시한 것이다. 도 3를 참조하면, 종래의 EL 소자는 투명한 절연기판(21)상에 ITO 로 된 양극(22), 정공주입층(23), 정공수송층(24), 발광층(25), 전자수송층(26) 및 금속으로 음극(28)이 순차 적층된 구조를 갖는다. 도 4는 도 3의 종래의 유기 EL 소자의 에너지 분포를 도시한 것이다. 도 3의 종래의 유기 EL 소자는 양극전극(22)과 정공수송층(24)사이에, 정공주입층(23)을 삽입하여 양극(22)으로부터 발광층(25)으로의 정공주입을 원할히 하기 위한 구조를 갖는다.

상기한 바와같은 종래의 유기 EL 소자는 음극전극(18)으로부터 발광층(15)으로, 또는 전자 수송층(16)을 통해 음극전극(18)으로부터 발광층(15)으로의 전자 주입을 원할하게 하기 위하여, 음극전극(18)으로 MgAg 와 같은 일함수가 낮은 물질을 사용하였다.

그러나, 일함수가 작은 금속들은 대기중에서 산화 및 부식이 쉽게 일어나 발광휘도가 급격히 감소되고, 소자의 수명이 짧아지는 문제점이 있었다.

또한, 음극전극(18)과 발광층(15) 또는 음극전극(18)과 전자수송층(16)간의 전위차가 크기 때문에 높은 구동전압이 요구되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 음극전극으로부터 발광층사이에 전자주입층을 형성하여 음극전극으로부터 발광층으로의 전자주입을 용이하게 한 유기 EL 소자를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 전자주입층의 형성으로 음극전극과 발광층간의 일함수차를 감소시켜 불안정한 음극물질의 사용에 따른 음극전극의 부식 및 산화를 방지할 수 있어 장수명의 EL 소자를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1은 종래의 유기 EL 소자의 단면 구조도,

도 2는 도 1의 유기 EL 소자의 에너지 밴드 다이어그램,

도 3은 종래의 다른 유기 EL 소자의 단면 구조도,

도 4는 도 3의 유기 EL 소자의 에너지 밴드 다이어그램,

도 5은 본 발명의 실시예에 따른 유기 EL 소자의 단면 구조도,

도 6은 도 5의 유기 EL 소자의 에너지 밴드 다이어그램,

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

31 : 기판 32 : 양극(ITO)

33 : 정공주입층 34 : 정공수송층

35 : 발광층 36 : 전자 수송층

37 : 전자 주입층 38 : 음극(금속전극)

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 기판상에 양극전극, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 음극전극이 순차 형성된 유기 EL 소자에 있어서, 상기 정공수송층 및 발광층사이에 형성된 정공수입층과; 상기 전자수송층 및 발광층사이에 형성된 전자주입층을 포함하는 유기 EL 소자를 제공하는 것을 특징으로 한다.

상기 전자주입층은 그의 도전대에 대한 포텐셜 에너지가 상기 음극전극의 일함수와 발광층의 도전대에 대한 포텐셜 에너지사이의 값을 갖는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 상기 전자수송층은 저분자 유기물질, 고분자 유기물질, 금속화합물, 무기물질로 전도성을 갖는 물질중 하나가 사용되는 것을 특징으로 한다.

상기 정공주입층은 그의 도전대에 대한 포텐셜 에너지가 상기 양극전극의 일함수와 발광층의 도전대에 대한 포텐셜 에너지사이의 값을 갖는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유기 EL 소자의 단면 구조를 도시한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 EL 소자는 투명한 절연기판(31)상에 ITO 로 된 양극(32), 정공주입층(33), 정공수송층(34), 발광층(35), 전자수송층(36) 및 금속으로 음극(38)이 순차 적층된 구조를 갖는다. 도 6는 도 5에 도시된 본 발명의 유기 EL 소자의 에너지 분포를 도시한 것이다.

기판(31)으로 양극전극(32)과 음극전극(38)사이에 인가된 전압에 의해 발광층(25)에서 발광하는 빛을 투과하여 볼 수 있는 투명한 기판이 사용된다. 양극전극(32)은 정공을 공급하여 주는 역할을 하는 전극으로서, 발광층(35)에서 발광된 빛을 투과할 수 있는 ITO 와 같은 투면전극이 사용된다.

정공수송층(34)은 양극전극(32)으로부터 정공을 발광층(35)으로 운송하고 발광층(35)으로 이동되는 전자의 소멸을 방지한다. 발광층(35)은 음극전극(38)에서 공급되는 전자와 양극전극(32)에서 공급되는 정공이 결합하여 빛을 내는 유기막층으로서, 발광하는 색에 따라 다양한 종류의 물질이 사용되고, 발광물질의 종류가 양자효율을 결정한다. 전자수송층(36)은 음극전극(32)으로부터 공급되는 전자를 발광층(35)에 공급하고 발광층(35)으로부터 이동하는 정공의 소멸을 방지한다.

음극전극(38)은 전자를 공급하여 주는 역할을 하는 전극으로서, 일함수가 낮고 전기전도도가 높은 물질이 사용된다.

본 발명의 실시예에 따른 유기 EL 소자는 양극전극(32)과 정공수송층(34)사이에, 양극전극(32)으로부터 발광층(35)으로의 정공주입을 용이하게 하기 위해 정공수송층(34)과 양극전극(32)사이에 정공주입층(33)을 형성한다. 또한, 음극전극(38)과 전자수송층(36)사이에, 음극전극(38)으로부터 발광층(35)으로의 전자주입을 용이하게 하기 위해 전자수송층(36)과 음극전극(38)사이에 전자주입층(37)을 형성한다.

이때, 전자 주입층(37)은 금속으로 된 음극전극(38)과 전자수송층(36)사이의 포텐셜 에너지를 가져야 하며, 정공주입층(33)은 양극전극(32)과 정공주입층(34)사이의 포텐셜 에너지를 가져야 한다.

따라서, 음극전극(38)으로부터 전자주입층(37)에 주입된 전자는 전자 수송층(36)을 통해 발광층(35)으로 수송되고, 양극전극(32)으로부터 정공주입층(33)에 주입된 정공은 정공수송층(34)을 통해 발광층(35)으로 수송된다.

발광층(35)에 전달된 전자와 정공은 발광층(35)내에서 재결합하게 되고, 전자와 정공의 재결합 과장에서 빛을 발광하게 된다. 이때, 발광층(35)의 정공이 위치한 에너지와 전자가 위치한 에너지의 차가 발광되는 빛의 파장(색)을 결정한다.

이때, 발광층(35)내에서 재결합하지 않은 전자와 정공은 각각 전사수송층(36)과 정공수송층(34)을 통하여 소멸되므로, 전자수송층(36)과 정공수송층(34)은 전자와 정공의 소멸을 방지하는 역할도 한다.

본 발명의 실시예에 따른 유기 EL소자에 있어서, 전자 주입층(37)은 도전대(conduction band)에 대한 포텐셜 에너지가 음극전극(38)의 일함수와 전자 수송층(36)의 도전대의 포텐셜 에너지사이의 값을 갖는 물질이면 된다. 특히, 이러한 물질로는 저분자 유기믈질, 고분자 물질, 금속화합물, 무기물질로서 전도성을 갖는 물질이 사용된다.

이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명에 의하면, 음극전극과 전자수송층사이에 전자 주입층을 형성하여 음극전극으로부터 발광층으로 전자를 용이하게 수송하는 것을 가능케 함으로써, 저전압으로 발광층내의 전자밀도를 증가시켜 소자의 발광효율을 재선시킬 수 있다.

또한 본 발명은 상대적으로 고가인 발광층의 두께를 감소시키는 대신 저가의 전자주입층을 형성하여 줌으로써 유기 EL 소자의 제작비를 절감하고, 저전압에서 구동을 가능케 함으로써 전력소모를 줄일 수 있는 이점이 있다.

기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

Claims

기판상에 양극전극, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 음극전극이 순차 형성된 유기 EL 소자에 있어서,

상기 정공수송층 및 발광층사이에 형성된 정공수입층과;

상기 전자수송층 및 발광층사이에 형성된 전자주입층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
제1항에 있어서, 상기 전자주입층은 그의 도전대에 대한 포텐셜 에너지가 상기 음극전극의 일함수와 발광층의 도전대에 대한 포텐셜 에너지사이의 값을 갖는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 EL소자.
제2항에 있어서, 상기 전자수송층은 저분자 유기물질, 고분자 유기물질, 금속화합물, 무기물질로 전도성을 갖는 물질중 하나가 사용되는 것을 특징으로 하는 유기 EL소자.
제1항에 있어서, 상기 정공주입층은 그의 도전대에 대한 포텐셜 에너지가 상기 양극전극의 일함수와 발광층의 도전대에 대한 포텐셜 에너지사이의 값을 갖는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 EL소자.