KR20000027755A - 유기 전계발광 표시소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음극전극으로 일함수가 낮은 물질과 안정된 물질의 2층구조를 채택하여 낮은 전압의 구동으로 발광효율을 개선시키고, 장수명의 유기EL 소자에 관한 것이다. 본 발명은 기판상에 양극전극, 정공수송층, 발광층 및 전자수송층으로된 유기막과 음극전극이 순차 형성된 유기 EL 소자에 있어서, 상기 음극전극은 전자수송층상에 형성된 일함수가 낮은 물질로 된 제1전극과; 상기 제1전극상에 형성된 상기 제1전극보다 높은 일함수를 갖으며 화학적으로 안정된 물질로 된 제2전극으로 이루어진다.

음극전극의 제1전극은 4eV 이하의 일함수가 낮은 금속으로 이루어지고, 상기 제1전극의 물질로 Li, Na, Mg, K, Ca, Sc, Rb, Sr, Y 중 하나가 사용되고, 상기 금속전극의 제2전극은 상기 제1전극의 물질보다 일함수가 상대적으로 크고 화학적으로 안정된 금속, 금속화합물 또는 금속산화막중 하나가 사용된다.

Description

유기 전계발광 표시소자

본 발명은 평판 디스플레이장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 음극전극으로 일함수가 작은 물질과 안정된 물질의 2층구조를 갖는 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(131), 발광층(132), 전자수송층(133) 및 금속으로 된 음극(14)이 순차 적층된 구조를 갖는다. 이때, 유기막(13)을 구성하는 정공수송층(131), 발광층(132) 및 전자수송층(133)은 각각 500Å, 200Å, 300Å 정도의 두께로 형성되므로, 유기막(13)의 총두께는 1000Å 정도가 된다.

상기한 바와같은 구조를 갖는 유기 EL소자는 도 2에 도시된 바와같은 에너지 분포를 갖는다. 유기 EL소자의 음극전극(14)에 음의 전압, 양극전극(12)에 양의 전압이 인가되면, 투명전극인 양극전극(12)으로부터 발광층(132)으로 전자가 주입되고, 금속전극인 음극전극(14)으로부터 발광층(132)으로 정공이 주입된다. 이와같이 캐리어 즉, 전자와 정공이 발광층으로 이동함에 따라 발광을 하여 색을 디스플레이하게 된다.

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 짧아지기 때문에 일함수가 낮은 물질을 전극물질로 사용할 수 없었다.

따라서, 음극전극(18)의 포텐셜 에너지와 발광층(또는 전자 수송층)의 도전대의 포텐셜 전위차가 크게 되어 전자의 공급이 효율적으로 이루어지지 않는 문제점과 구동을 위하여 높은 전압을 필요로 하였다.

본 발명은 상기한 바와같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 발광층상에 형성되는 음극전극을 일함수가 낮은 금속물질과 안정된 물질을 순차 적층하여 음극전극의 산화 및 부식을 방지할 수 있는 유기 EL 소자를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 음극전극이 일함수가 낮은 금속물질과 안정된 물질의 적층구조를 가지므로, 낮은 구동전압에 의해 발광효율을 증대시키고, 장수명의 유기 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 본 발명의 실시예에 따른 유기 EL 소자의 단면 구조도,

도 4은 도 3의 유기 EL 소자의 에너지 밴드 다이어그램,

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

21 : 기판 22 : 양극전극(ITO)

23 : 유기막 231 : 정공 수송층

232 : 발광층 233 : 전자 수송층

24 : 음극전극 241 : 제1금속막

243 : 제2금속막

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 기판상에 양극전극, 정공수송층, 발광층 및 전자수송층으로된 유기막과 음극전극이 순차 형성된 유기 EL 소자에 있어서, 상기 음극전극은 전자수송층상에 형성된 일함수가 낮은 물질로 된 제1전극과; 상기 제1전극상에 형성된 상기 제1전극보다 높은 일함수를 갖으며 화학적으로 안정된 물질로 된 제2전극으로 이루어지는 유기 EL 소자를 제공하는 것을 특징으로 한다.

음극전극의 제1전극은 4eV 이하의 일함수가 낮은 금속으로 이루어지고, 상기 제1전극의 물질로 Li, Na, Mg, K, Ca, Sc, Rb, Sr, Y 중 하나가 사용되는 것을 특징으로 한다.

상기 금속전극의 제2전극은 상기 제1전극의 물질보다 일함수가 상대적으로 크고 화학적으로 안정된 금속, 금속화합물 또는 금속산화막중 하나가 사용되는 것을 특징으로 한다. 상기 금속전극의 제2전극으로 금속이 사용되는 경우 제2전극은 200nm이하의 두께를 갖고, 금속화합물이 사용되는 경우 제2전극은 200nm 이하의 두께를 갖으며, 금속산화물이 사용되는 경우 제2전극은 5nm이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 한다.

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

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유기 EL 소자의 단면 구조를 도시한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 EL 소자는 절연기판(21)상에 양극전극(22), 정공수송층(231), 발광층(232), 전자수송층(233)으로 이루어진 유기막(23) 및 2층구조의 금속막으로 음극전극(24)이 순차 적층된 구조를 갖는다.

기판(21)으로 양극전극(22)과 음극전극(24)사이에 인가된 전압에 의해 유기막(23)의 발광층(232)에서 발광하는 빛을 투과하여 볼 수 있는 투명한 기판이 사용된다. 양극전극(22)은 정공을 공급하여 주는 역할을 하는 전극으로서, 유기막(23)의 발광층(232)에서 발광된 빛을 투과할 수 있는 ITO 와 같은 투면전극이 사용된다.

유기막(23)을 구성하는 정공주입층(231)은 양극전극(22)으로부터 정공을 발광층(232)으로 운송하고 발광층(232)으로 이동되는 전자의 소멸을 방지한다. 발광층(232)은 음극전극(24)에서 공급되는 전자와 양극전극(22)에서 공급되는 정공이 결합하여 빛을 내는 유기막층으로서, 발광하는 색에 따라 다양한 종류의 물질이 사용되고, 발광물질의 종류가 양자효율을 결정한다. 전자수송층(233)은 음극전극(22)으로부터 공급되는 전자를 발광층(232)에 공급하고 발광층(232)으로부터 이동하는 정공의 소멸을 방지한다.

본 발명의 실시예에 따른 유기 EL 소자는 음극전극(24)으로 2층구조의 금속막으로 이루어지는데, 전자수송층(233)상에 형성된 일함수가 낮은 물질로 된 제1전극(241)과, 상기 제1전극(241)상에 형성된 안정된 물질로 된 제2전극(242)으로 이루어진다. 음극전극(24)은 전자를 공급하여 주는 역할을 하는 전극으로서, 제1전극(241)로 사용되는 물질은 일함수가 낮고 전기전도도가 높은 물질이 사용되고, 일함수가 낮은 제1전극(241)의 안정성을 증가시켜 주기 위해 사용되는 제2전극(242)은 전기적, 화학적 특성이 안정된 물질이 사용된다.

이때, 일함수가 낮은 제1전극(241)의 물질로는 Li, Na, Mg, K, Ca, Sc, Rb, Sr, Y 등으로서 포텐셜 에너지가 4eV 이하인 금속물질이 사용된다. 안정된 물질로 된 제2전극(242)의 물질로는 4eV 이상의 일함수를 갖으며, 화학적으로 안정된 금속, 금속화합물 또는 금속산화막이 사용되며, 제2전극(242)로 금속이 사용되는 경우에는 200nm이하의 두께를 갖으며, 금속화합물의 경우는 200nm 이하의 두께를 갖으며, 금속산화물인 경우에는 5nm이하의 두께를 갖도록 형성된다.

도 4은 도 3의 본 발명의 유기 EL 소자의 에너지 분포를 도시한 것이다. 음극전극(24)에 (-)의 전압을 인가하고, 양극전극(22)에 (+) 전압을 인가하여 유기막(23)사이의 전기장이 수MV/cm 정도가 되면, 음극전극(24)으로부터 도 4에 도시된 바와같이 발광층(232)으로 공급되고, 양극(22)으로부터 정공이 발광층(232)으로 공급된다.

발광층(25)으로 공급된 전자와 정공은 재결합을 하게 되고, 이 재결합과정에서 빛을 발하게 된다. 재결합시 발생되는 빛의 파장은 발광층으로 사용되는 물징의 에너지 밴드갭에 의하여 결정된다.

이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명에 의하면, 음극전극으로 일함수가 낮은 물질과 화학적으로 안정된 물질의 2층 구조로 형성하여 줌으로써, 안정된 물질이 그 하부의 일함수가 낮은 물질을 보호하여 줌으로써 부식 및 산화를 방지하여 소자의 장수명화를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 일함수가 낮은 금속을 사용함으로낮은 구동전압에 의해 유기막으로 전자를 공급함으로써 발광효율을 향상시킬 수 있다. 이에 따라 전력소모가 감소되고, 소자의 안정성이 향상되어 소자의 장수명화를 이룰 수 있다.

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

Claims (7)

1. 기판상에 양극전극, 정공수송층, 발광층 및 전자수송층으로된 유기막과 음극전극이 순차 형성된 유기 EL 소자에 있어서,

   상기 음극전극은 전자수송층상에 형성된 일함수가 낮은 물질로 된 제1전극과;

   상기 제1전극상에 형성된 상기 제1전극보다 높은 일함수를 갖으며 화학적으로 안정된 물질로 된 제2전극으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
2. 제1항에 있어서, 음극전극의 제1전극은 4eV 이하의 일함수가 낮은 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1전극의 물질로 Li, Na, Mg, K, Ca, Sc, Rb, Sr, Y 중 하나가 사용되는 것을 특징으로 하는 유기 EL소자.
4. 제1항에 있어서, 상기 금속전극의 제2전극은 상기 제1전극의 물질보다 일함수가 상대적으로 크고 화학적으로 안정된 금속, 금속화합물 또는 금속산화막중 하나가 사용되는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
5. 제4항에 있어서, 상기 금속전극의 제2전극으로 금속이 사용되는 경우, 제2전극은 200nm이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
6. 제4항에 있어서, 상기 금속전극의 제2전극으로 금속화합물이 사용되는 경우, 제2전극은 200nm 이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
7. 제4항에 있어서, 상기 금속전극의 제2전극으로 금속산화물이 사용되는 경우, 제2전극은 5nm이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.