KR20020037422A - 전계발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다층 구조의 전계발광소자에 관한 것으로, 애노드 전극용 화소전극과, 상기 화소전극 일면에 가교결합을 이용한 정공 수송층과, 상기 정공 수송층 상부에 빛을 발하는 발광층과, 상기 발광층 상부에 캐소드 전극용 금속 전극을 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다. 이에의해, 정공 수송층의 손실없이 상기 발광층을 증착할 수 있다.

Description

전계발광소자 및 그 제조방법{ELECTROLUMINESCENT DISPLAY DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 전계발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 가교결합을 이용하여 정공 수송층을 형성하는 전계발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

전계발광(Electroluminescen) 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.

도 1은 종래의 유기 EL소자의 단면도를 도시한 것이다. 도 1의 유기 EL 소자는 절연기판(도시되지 않음)상에 ITO로 된 양극(12), 유기박막층(13) 및 금속으로 된 음극(14)이 순차 적층된 구조를 갖는다.

또한, 종래의 유기 EL 소자는 소자내의 수분을 흡수하기 위한 무기박막 흡습층(도시되지 않음)과, 외부로부터의 수분을 차단하기 위한 유기후막 방습층 및 보호층으로서 패시베이션층(도시되지 않음)이 형성된 구조를 갖는다.

이때, 절연기판은 양극(12)과 음극(14)사이에 가해진 전압에 의하여 유기층에서 발광하는 빛을 투과하여 볼수 있도록 투명하여야 한다. 유기박막층(13)은 발광층을 포함하며, 발광층과 양극사이에 고분자 정공수송층을 구비하고, 발광층과 음극(14)사이에 전자수송층을 구비하는 다층 구조를 형성할 수 있다.

상기한 바와같은 구조를 갖는 유기 EL소자는 양극(12)에 (+) 전압이 인가되고, 음극(14)에 (-)전압이 인가되면 양극(12)으로부터 유기박막층(13)으로 정공이주입되고, 음극(14)으로는 전자가 주입된다. 이와같이 유기 박막층(13)으로 주입된 전자와 정공은 재결합하여 빛을 발하여 디스플레이하게 된다.

그러나, 상기 유기 박막층의 전자 수송층 및 발광층 형성시 스핀코팅 방식으로 양극 상부에 증착하는데, 상기 스핀 코팅 방식은 다음과 같은 문제점이 있다.

상기 고분자 정공 수송층으로 널리 쓰이고 있는 물질로 PEDOT(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)층이 있다. 스핀코팅 방식은 고분자 유기물에 용매제를 첨가하여 코팅하는 방식으로 상기 PEDOT층에 용매제로 물 또는 메탄올을 사용한다.

여기서, 발광층으로 PPV층이 널리 사용되고 있는데, 이 또한 용매제로 물 또는 메탄올을 사용하여 스핀코팅하고 있다. 이로인해, 상기 양극 상부에 PEDOT층을 형성하고, 그 상부에 PPV 발광층을 형성하게 되면 박막화되어 있는 PEDOT층이 파괴되어 전자수송층으로써의 특성이 파괴된다. 이는 PPV층 이외에도 물 및 메탄올을 용매제로 사용하는 고분자들은 상기와 같은 현상이 일어나 결과적으로 PEDOT 층을 정공 수송층으로 사용할 수 없게 된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, PEDOT층을 UV광원을 이용하여 가교결합 시킴으로써 PEDOT층을 정공 수송층으로 사용할 수 있게 하는 전계발광소자 및 그 제조방법을 제공하는데에 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 전계발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 사시도.

도 2a 및 도 2b는 저분자 정공 수송층인 TPD층의 유도체 설명하기 위한 단면도.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 전계발광소자 및 그 제조방법을 설명하기 위한 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호설명 *

21 : 유리기판 22 : 화소전극

23 : 박막의 TPD층 23a : 발광 고분자층

24 : 캐소드형 금속막 100 : 정공 수송층

101, 102 : 유도체 101a, 102a : 용매제와 결합된 유도체

UV : UV 광원

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 다층 구조의 전계발광소자에 있어서, 애노드 전극용 화소전극과, 상기 화소전극 일면에 가교결합을 이용한 정공 수송층과, 상기 정공 수송층 상부에 빛을 발하는 발광층과, 상기 발광층 상부에 캐소드 전극용 금속 전극을 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

상기 정공 수송층은 바람직하게 박막의 TPD층으로 구성되고, 적어도 하나 이상의 옥세탄 기능기의 테트라페닐벤지딘을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 박막의 TPD층은 상기 정공 수송층의 옥세탄 기능기의 테트라페닐벤지딘에 용매제가 첨가되어 스핀코팅 방식으로 증착되며, 상기 용매제는 바람직하게 클로로폼인것을 특징으로 한다.

상기 정공수송층 증착시 광개시제를 첨가하여 증착하는 것을 더 포함하며, 상기 광개시제는 상기 옥세탄 기능기의 테트라페닐벤지딘과의 몰비가 10 ; 1 함량인것을 특징으로 한다. 상기 정공 수송층은 바람직하게 50 ~ 100nm 두께로 증착된다.

상기 가교결합은 UV 광원을 이용하여 TPD 박막상에 조사하여 증착하며, 상기 UV 광원은 바람직하게 파장이 302nm이고, 약 1분동안 조사시켜 가교결합한다.

상기 발광층은 PPV 고분자를 스핀 코팅하여 증착하며, 바람직하게 50 ~ 100nm 두께로 증착되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 발광층은 질소 분위기에서 200 ~ 230도의 온도로 상기 PPV 고분자를 열처리하는 것을 더 포함한다.

상기 캐소드 전극용 금속막은 바람직하게 칼슘 또는 알루미늄막 등으로 형성한다.

한편, 본 발명에 따르면, 전계발광소자에 있어서, 애노드 전극용 화소전극을제공하는 단계; 상기 화소전극 상부에 정공 수송층을 도포하는 단계; 상기 정공 수송층에 용매제 및 광개시제를 첨가하여 스핀코팅 방식으로 증착하는 단계; 상기 스핀코팅된 정공 수송층상에 UV광원을 조사하여 가교결합을 형성하는 단계; 상기 가교결합된 정공 수송층 상부에 발광층을 증착하는 단계; 및 상기 발광층 상부에 캐소드 전극용 금속막을 증착하는 단계를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

(실시예)

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 전계발광소자 및 그 제조방법을 상세히 설명한다.

도 2a 및 도 2b는 저분자 정공 수송층인 TPD층을 도시한 것이고, 도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 전계발광소자 및 그 제조방법을 설명하기 위한 사시도이다. 먼저 도 2a를 참조하면, 두 개의 옥세탄 기능의 테트라페닐벤지딘 유도체들(101, 102)이 도시되어 있다. 상기 유도체들(101, 102)는 저분자 정공 수송층(100)인 TPD(N,N'-bis-(4-methylphenyl))의 유도체로서 박막 형성 특성이 뛰어나고 유리전이온도는 각각 약 37℃와 -19℃이므로 상온에서 가교결합이 일어날때 변환율이 뛰어나다.

도 2b는 도 2a를 세로로 도시한 것으로, 상기 정공 수송층(100)을 스핀코팅하기 위하여 용매제, 예컨데 메탄올 또는 물이 첨가되어 결합된 유도체(101a, 102a)를 도시한 것이다.

도 3a를 참조하면, 애노드형 화소전극(22)이 형성된 투명한 유리기판(21)을 제공한다. 상기 화소전극(22) 상부에 저분자 정공 수송층을 도포한 후, 정공 수송층의 옥세탄 기능기의 테트라페닐벤지딘을 용매제, 예컨대, 클로로포룸 (chloroform)을 첨가하여 스핀코팅 함으로써 정공수송층인 박막의 TPD층(100a)을 증착한다. 이 때 상기 박막의 TPD층(100a)는 바람직하게 50 ~ 100nm의 두께로 증착된다. 여기서 정공 수송층에 용매제 첨가시 상기 옥세탄 기능기의 테트라페닐벤지딘과의 몰비가 10 : 1의 함량으로 광개시제(4-(thiophenxoypheny) diphenylsulfo nium)를 더 첨가하여 스핀코팅 시킨다. 상기 광개시제는 후속 공정으로 상기 박막의 TPD층(100a)을 UV광원 인가시에 가교결합되지 못하는 유도체들에게 UV광원의 에너지를 상기 유도체들에게 전달하여 가교결합을 이룰 수 있도록 도와주는 역할을 수행한다.

이어서, 도 3b에 도시된 바와같이, 상기 박막화된 TPD층(100a)상에 UV광원(UV)을 1분정도 조사시키면 상기 박막은 가교결합이 일어나게 된다. 이러한 상기 가교결합으로 인해서 일반 상용 용매제, 예컨대 클로로포름과 같은 일반 상용 용매제에 녹지 않게 되어, 가교결합된 TPD층 상부에 후속 공정으로 증착되는, 용매제가 같은 발광층을 스핀코팅하더라도 상기 박막의 TPD층이 파괴되지 않는다. 아울러, 상기 UV광원으로 인하여 TPD의 유도체가 가교 결합되지 않고 남은 유도체에 악화특성이 발생하지 않으며, 상기 가교결합의 변환은 FT-IR로 확인할 수 있다.

도 3c룰 참조하면, 상기 가교결합된 TPD층(100b) 상부에 PPV 고분자를 도포한 후 용매제, 예컨대, 클로로포름을 첨가하여 스핀코팅시키면 상기 PPV 고분자 용액의 농도와 스핀 회전수에 따라 두께 50 ~ 100nm 정도의 박막의 PPV막(23)이 형성된다.

그런다음, 도 3d를 참조하면, 상기 박막의 PPV막(23)이 유기 EL특성을 확보하기 위하여 질소 분위기에서 200 ~ 230℃ 정도의 온도로 상기 박막의 PPV층(23)을 열처리하여 공액 구조의 발광 고분자층(23a)을 형성한다. 이어서, 상기 발광 고분자 층 상부에 캐소드형 금속막(24)을 증착하여 전계발광소자를 형성한다. 여기서, 상기 캐소드형 금속막은 칼슘이나 알루미늄막 등을 음극으로 진공 증착하여 형성한다.

이상에서 자세히 설명한 바와같이, 종래의 정공 수송층이 스핀코팅 된 후 그 상부에 다른 고분자 층을 스핀코팅시키면 상기 박막의 정공 수송층이 파괴되는 현상을 해결하고자, 상기 박막의 정공 수송층에 UV 광원을 인가하여 가교결합 할 수 있는 옥세탄 기능의 테프라페닐벤지딘 유도체를 이용하여 가교결합을 일으킴으로써, 일반 상용 용매제, 예컨대 클로로포름과 같은 일반 상용 용매제에 녹지 않게 되어, 가교결합된 TPD층 상부에 후속 공정으로 증착되는 용매제가 같은 발광층을 스핀코팅하더라도 상기 박막의 TPD층이 파괴되지 않는다.

따라서, 상기 가교 결합이 가능한 고분자 유기물을 정공수송층에 적용함으로써 소자의 발광효율 향상에 커다란 기여 및 디스플레이의 소비 전력을 획기적으로 감소시키고 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (28)

1. 다층 구조의 전계발광소자에 있어서,

   애노드 전극용 화소전극과,

   상기 화소전극 일면에 가교결합을 이용한 정공 수송층과,

   상기 정공 수송층 상부에 빛을 발하는 발광층과,

   상기 발광층 상부에 캐소드 전극용 금속 전극을 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 정공 수송층은 바람직하게 박막의 TPD층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 정공 수송층은 적어도 하나 이상의 옥세탄 기능기의 테트라페닐벤지딘을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 박막의 TPD층은 상기 정공 수송층의 옥세탄 기능기의 테트라페닐벤지딘에 용매제가 첨가되어 스핀코팅 방식으로 증착되는 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 용매제는 바람직하게 클로로폼인것을 특징으로 하는 전계발광소자.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 정공수송층 증착시 광개시제를 첨가하여 증착하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 광개시제는 상기 옥세탄 기능기의 테트라페닐벤지딘과의 몰비가 10 ; 1 함량인 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 정공 수송층은 바람직하게 50 ~ 100nm 두께로 증착되는 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 가교결합은 UV 광원을 이용하여 TPD 박막상에 조사하여 증착하는것을 특징으로 하는 전계발광소자.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 UV 광원은 바람직하게 파장이 302nm이고, 약 1분동안 조사시켜 가교결합하는 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
11. 제 1항에 있어서,

    상기 발광층은 PPV 고분자를 스핀 코팅하여 증착하는 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
12. 제 1항에 있어서,

    상기 발광층은 바람직하게 50 ~ 100nm 두께로 증착되는 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
13. 제 1항에 있어서,

    상기 발광층은 질소 분위기에서 200 ~ 230도의 온도로 상기 PPV 고분자를 열처리하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
14. 제 1항에 있어서,

    상기 캐소드 전극용 금속막은 바람직하게 칼슘 및 알루미늄막 등으로 형성하는 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
15. 전계발광소자에 있어서,

    애노드 전극용 화소전극을 제공하는 단계;

    상기 화소전극 상부에 정공 수송층을 도포하는 단계;

    상기 정공 수송층에 용매제 및 광개시제를 첨가하여 스핀코팅 방식으로 증착하는 단계;

    상기 스핀코팅된 정공 수송층상에 UV광원을 조사하여 가교결합을 형성하는 단계;

    상기 가교결합된 정공 수송층 상부에 발광층을 증착하는 단계; 및

    상기 발광층 상부에 캐소드 전극용 금속막을 증착하는 단계를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 전계발광소자의 제조방법.
16. 제 15항에 있어서,

    상기 정공 수송층은 바람직하게 박막의 TPD층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
17. 제 15항에 있어서,

    상기 정공 수송층은 적어도 하나 이상의 옥세탄 기능기의 테트라페닐벤지딘을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
18. 제 16항 또는 제 17항에 있어서,

    상기 박막의 TPD층은 상기 정공 수송층의 옥세탄 기능기의 테트라페닐벤지딘에 용매제가 첨가되어 스핀코팅 방식으로 증착되는 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
19. 제 18항에 있어서,

    상기 용매제는 바람직하게 클로로폼인것을 특징으로 하는 전계발광소자.
20. 제 15항에 있어서,

    상기 정공수송층 증착시 광개시제를 첨가하여 증착하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
21. 제 20항에 있어서,

    상기 광개시제는 상기 옥세탄 기능기의 테트라페닐벤지딘과의 몰비가 10 ; 1 함량인 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
22. 제 15항에 있어서,

    상기 정공 수송층은 바람직하게 50 ~ 100nm 두께로 증착되는 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
23. 제 15항에 있어서,

    상기 가교결합은 UV 광원을 이용하여 TPD 박막상에 조사하여 증착하는것을 특징으로 하는 전계발광소자.
24. 제 23항에 있어서,

    상기 UV 광원은 바람직하게 파장이 302nm이고, 약 1분동안 조사시켜 가교결합하는 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
25. 제 15항에 있어서,

    상기 발광층은 PPV 고분자를 스핀 코팅하여 증착하는 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
26. 제 15항에 있어서,

    상기 발광층은 바람직하게 50 ~ 100nm 두께로 증착되는 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
27. 제 15항에 있어서,

    상기 발광층은 질소 분위기에서 200 ~ 230도의 온도로 상기 PPV 고분자를 열처리하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
28. 제 15항에 있어서,

    상기 캐소드 전극용 금속막은 바람직하게 칼슘 및 알루미늄막 등으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전계발광소자.