KR20030001735A - Organic Electro Luminescence Device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 유기 EL 소자에 관한 것으로, 특히 탑 에미션 방식의 유기 EL 소자에 관한 것이다.The present invention relates to an organic EL device, and more particularly to an organic EL device of a top emission method.
일반적으로 유기 EL 디스플레이는 전자 주입 전극(음극)과 정공 주입 전극(양극) 사이에 형성된 유기막에 전하를 주입하면 전자와 정공이 쌍을 이룬 후 소멸하면서 빛을 내는 소자로서 낮은 전압에서 구동이 가능하고, 또한 전력 소모가 적은 것이 특징이다.In general, an organic EL display is a device that emits light when electrons and holes are paired and extinguished when electric charge is injected into an organic film formed between the electron injection electrode (cathode) and the hole injection electrode (anode). In addition, it is characterized by low power consumption.
도 1은 일반적인 유기 EL(electroluminescence) 소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a general organic EL (electroluminescence) device.
도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 투명 기판 위에 양극 물질을 입힌다. 양극(하부 전극) 물질로는 흔히 ITO(indium tin oxide)가 쓰인다.As shown in FIG. 1, an anode material is first coated on a transparent substrate. Indium tin oxide (ITO) is commonly used as the anode (lower electrode) material.
그 위에 정공 주입층(HIL : hole injecting layer)을 입힌다. 정공 주입층으로 주로 CuPc(copper phthalocyanine)를 10~30nm 두께로 입힌다. 상기 CuPc의 구조는 도 4에 도시되어 있다.A hole injecting layer (HIL) is applied on it. The hole injection layer is mainly coated with copper phthalocyanine (CuPc) to a thickness of 10 to 30 nm. The structure of CuPc is shown in FIG. 4.
다음 정공 수송층(HTL : hole transport layer)을 형성한다. 흔히 N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-(1-1'-biphenyl)-4,4'-diamine(TPD) 또는 4,4'-bis[N-(1-naphthy1)-N-pheny1-amino]bipheny(NPD)를 30~60nm 정도 증착하여 입힌다. 상기 TPD 및 NPD의 구조는 도 4에 도시되어 있다.Next, a hole transport layer (HTL) is formed. Commonly N, N'-diphenyl-N, N'-bis (3-methylphenyl)-(1-1'-biphenyl) -4,4'-diamine (TPD) or 4,4'-bis [N- (1 -naphthy1) -N-pheny1-amino] bipheny (NPD) is deposited by 30 ~ 60nm. The structure of the TPD and NPD is shown in FIG.
그 위에 유기 발광층(organic emitting layer)을 형성한다. 이때 필요에 따라 불순물(dopant)을 첨가한다. 녹색 발광의 경우 흔히 유기 발광층으로 Alq3(tris(8-hydroxy-quinolate)aluminum)을 30~60nm 정도 증착하며 불순물로는 큐머린6(coumarin 6) 또는 Qd(Quinacridone)를 많이 쓰고 레드 불순물로는 DCM, DCJT, DCJTB 등을 쓴다. 상기 Alq3의 구조는 도 4에 도시되어 있다.An organic emitting layer is formed thereon. At this time, a dopant is added as necessary. In the case of green light emission, Alq 3 (tris (8-hydroxy-quinolate) aluminum) is deposited as an organic light emitting layer about 30 ~ 60nm, and many impurities such as coumarin 6 or Qd (Quinacridone) are used as red impurities and Use DCM, DCJT, DCJTB, etc. The structure of Alq 3 is shown in FIG. 4.
그 위에 전자 수송층(ETL : electron transport layer) 및 전자주입층(EIL : electron injecting layer)을 연속적으로 형성하거나, 아니면 전자주입 수송층을 형성한다. 녹색 발광의 경우 상기 유기 발광층으로 이용되는 Alq3가 좋은 전자수송 능력을 갖기 때문에 전자 주입/수송층을 쓰지 않는 경우도 많다.An electron transport layer (ETL) and an electron injecting layer (EIL) are continuously formed thereon, or an electron injection transport layer is formed thereon. In the case of green light emission, since Alq 3 used as the organic light emitting layer has a good electron transport ability, the electron injection / transport layer is often not used.
그 위에 전자 주입층(EIL : electron injection layer)으로 LiF 나 Li2O를 5Å 정도 얇게 입히거나 또는 Li, CA, Mg, Sm 등 알카리 금속 또는 알카리토 금속을 200Å 이하로 입혀서 전자의 주입을 좋게 한다.On top of that, LiF or Li 2 O is coated thinly with an electron injection layer (EIL), or alkali metal or alkaline earth metal such as Li, CA, Mg, Sm is coated with 200 or less to improve the injection of electrons.
다음 음극으로 Al을 1000Å 정도 입힌다.Next, Al is applied to the cathode about 1000Å.
도 2는 일반적인 유기 EL 소자의 다운 에미션(down emission) 방식을 나타낸 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a down emission method of a general organic EL device.
도 2에 도시된 바와 같이 음극으로 쓰이는 물질이 거울 반사면의 역할을 하기 때문에 유기 EL 소자의 발광층(emitting layer)에서 발생한 빛의 절반은 투명 전극쪽으로 나오고 나머지 절반은 음극 물질(Cathod metal)에 반사되어 투명 전극쪽으로 나오게 된다.As shown in FIG. 2, since the material used as the cathode serves as a mirror reflecting surface, half of the light emitted from the emitting layer of the organic EL device is directed toward the transparent electrode, and the other half is reflected by the cathode metal. To the transparent electrode.
도 3은 일반적인 유기 EL 소자의 탑 에미션(top emission) 방식을 나타낸 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a top emission method of a general organic EL device.
도 3에 도시된 바와 같이 제 1 전극을 애노드로 제 2 전극을 투명한 캐소드를 사용하므로 발광층에서 발생한 빛이 캐소드쪽으로 나오게 된다.As shown in FIG. 3, since the first electrode is used as the anode and the second electrode is used as the transparent cathode, light generated in the emission layer is emitted toward the cathode.
이와 같은 탑 에미션 방식의 애노드로 사용되는 ITO(indium tin Oxide)는 정공 주입을 잘 시켜주지만, 투명하기 때문에 소자의 중심부에서 발생한 빛을 반사 시켜주는 역할을 하지 못하는 단점이 발생되며, 금속은 빛을 잘 반사 시켜 주지만 정공 주입 능력이 떨어지는 단점이 있다.Indium tin oxide (ITO), which is used as a top emission type anode, provides good hole injection, but because it is transparent, it does not play a role of reflecting light generated at the center of the device. It reflects well but has the disadvantage of poor hole injection ability.
따라서, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 정공 주입에 효과적인 투명 박막(thin layer)을 도입함으로써 빛을 잘 반사 시켜줄 수 있는 유기 EL 소자의 전극 구조를 제공하기 위한 것이다.Accordingly, an object of the present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and provides an electrode structure of an organic EL device which can reflect light well by introducing a transparent thin layer effective for hole injection. It is to.
도 1은 일반적인 유기 EL(electroluminescence) 소자의 단면도1 is a cross-sectional view of a typical organic EL (electroluminescence) device
도 2는 일반적인 유기 EL 소자의 다운 에미션(down emission) 방식을 나타낸 단면도2 is a cross-sectional view showing a down emission method of a general organic EL device.
도 3은 일반적인 유기 EL 소자의 탑 에미션(top emission) 방식을 나타낸 단면도3 is a cross-sectional view showing a top emission method of a general organic EL device.
도 4는 CuPC, TPD, Alq3,NPD, 프탈로시아닌의 화학구조 단면도4 is a cross-sectional view of the chemical structure of CuPC, TPD, Alq 3, NPD, phthalocyanine
도 5는 본 발명에 따른 유기 EL 소자를 나타낸 단면도5 is a cross-sectional view showing an organic EL device according to the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
100 : 기판 200 : 양극(anode)100 substrate 200 anode
300 : 투명 박막(thin layer) 400 : 정공수송층(HTL)300: transparent thin layer 400: hole transport layer (HTL)
500 : 발광층(emitting layer) 600 : 전자수송층(ETL)500: emitting layer 600: electron transport layer (ETL)
700 : 전자주입층(EIL) 800 : 투명 캐소드700: electron injection layer (EIL) 800: transparent cathode
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구조 특징에 따르면 기판과, 이 기판의 후면에 형성된 불투명한 애노드 전극과, 이 애노드 전극 위에 형성된 유기 물질의 유기 발광층과, 상기 유기 발광층 위에 형성된 음극용 투명전극을 포함하는 탑 에미션(Top emission) 방식의 유기 EL 소자에 있어서, 상기 애노드 전극 위에 유기 금속 화합물 또는 금속 물질 또는, 상기 유기 금속 화합물과 금속 물질이 결합된 투명 박막(thin layer)을 포함하여 구성된다.According to the structural feature of the present invention for achieving the above object, a substrate, an opaque anode electrode formed on the rear surface of the substrate, an organic light emitting layer of an organic material formed on the anode electrode, transparent for the cathode formed on the organic light emitting layer A top emission organic EL device including an electrode, the organic EL device comprising an organic metal compound or a metal material or a thin layer on which the organic metal compound and the metal material are combined on the anode electrode. It is composed.
바람직하게 상기 유기 금속화합물은 포르피린 metalloporphyrin ring을 가지는 유도체들 중 하나 또는 복수의 물질로 포로피린 유도체인 프탈로시안을 사용하며 금속 성분은 Co, AlCl, Cu, Li2, Fe, Pb, Mg, Na2, Sn, Zn, Ni, Mn, VO, Ag2,MnCl, SiCl2SnCl2, 중 하나로 이루어진다.Preferably, the organometallic compound is one or a plurality of derivatives having a porphyrin metalloporphyrin ring and uses phthalocyanine, a poropyrine derivative, and the metal component is Co, AlCl, Cu, Li 2 , Fe, Pb, Mg, Na 2 , Sn, Zn, Ni, Mn, VO, Ag 2 , MnCl, SiCl 2 SnCl 2 .
그리고, 상기 금속 물질은 Au, Pt, Cu, Cr, Sn, In 중 하나로 이루어지며, 상기 유기 금속 화합물과 금속 물질의 결합은 상기 금속물질을 진공 증착하고, 상기 금속물질 위에 유기 화합물을 레이어 바이 레이어(layer by layer)로 증착하는 방법과, 상기 금속물질과 유기 화합물을 코-디포지션(co-deposition)하여 혼합하는 방법과, 상기 금속물질과 유기 화합물의 위치에 따라 농도 구배(concentration gradient) 방법 중 어느 하나를 이용한다.The metal material may be formed of one of Au, Pt, Cu, Cr, Sn, and In. The combination of the organic metal compound and the metal material may vacuum deposit the metal material, and layer-by-layer the organic compound on the metal material. a layer by layer, a method of co-deposition and mixing the metal material and the organic compound, and a concentration gradient method according to the position of the metal material and the organic compound. Use either of
또한, 상기 투명 박막(thin layer)의 두께는 0.1nm~10nm 정도이다.In addition, the thickness of the transparent thin layer (thin layer) is about 0.1nm ~ 10nm.
이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, a configuration and an operation according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 5는 본 발명에 따른 유기 EL 소자의 단면도이다.5 is a cross-sectional view of an organic EL device according to the present invention.
도 5에 도시된 바와 같이 기판(100)위에 양극(200)인 애노드 물질로 100nm 정도 입힌다.As shown in FIG. 5, 100 nm of the anode material 200 is coated on the substrate 100.
상기 애노드 전극(200)으로 사용되는 물질은 모든 금속 물질 또는 금속 도금 물질이며, Cr이나 Mo 등이 쓰이며, 일반적으로 캐소드 물질로 쓰이는 Ag나 Al 등도 사용된다.The material used as the anode electrode 200 is any metal material or metal plating material, Cr or Mo is used, and Ag or Al, which is generally used as a cathode material, is also used.
이어서 상기 양극(200)위에 투명한 투명 박막(thin layer)(300)을 2nm 정도 입힌다.Subsequently, a transparent transparent thin layer 300 is coated on the anode 200 by about 2 nm.
상기 투명 박박(300)은 유기 화합물과 금속 물질, 그리고 이 두 물질의 결합체로 구성된다.The transparent foil 300 is composed of an organic compound, a metal material, and a combination of the two materials.
여기서 상기 유기 금속화합물은 포르피린 metalloporphyrin ring을 가지는 유도체들 중 하나 또는 복수의 물질로 프로피린 유도체로 프탈로시안을 사용하며 금속 성분은 Co, AlCl, Cu, Li2, Fe, Pb, Mg, Na2, Sn, Zn, Ni, Mn, VO, Ag2, MnCl, SiCl2SnCl2, 중 하나로 이루어진다.Herein, the organometallic compound uses phthalocyanine as one of the derivatives having a porphyrin metalloporphyrin ring or a plurality of materials, and a metal component is Co, AlCl, Cu, Li 2 , Fe, Pb, Mg, Na 2. , Sn, Zn, Ni, Mn, VO, Ag 2 , MnCl, SiCl 2 SnCl 2 .
그리고, 상기 금속 물질은 Au, Pt, Cu, Cr, Sn, In 중 하나로 이루어진다.The metal material is made of one of Au, Pt, Cu, Cr, Sn, and In.
또한, 유기 화합물과 금속 물질을 결합한 결합체의 방법은,Moreover, the method of the binder which combined the organic compound and the metal substance,
첫 번째, 유기 화합물로 CuPC를 이용하고 금속물질로 Au을 사용한다면, 먼저 Au를 1nm 정도 진공 증착법으로 증착하고, 이 Au 위에 CuPC를 1nm로 레이어 바이 레이어(layer by layer)로 증착한다.First, if CuPC is used as an organic compound and Au is used as a metal material, Au is first deposited by vacuum deposition about 1 nm, and CuPC is deposited at a layer by layer on the Au.
여기서 상기 CuPC는 정공 수송층과 전극 사이의 부착을 향상시키는 역할을 하고 Au는 정공 수송을 향상시키는 역할을 한다.Wherein CuPC serves to improve the adhesion between the hole transport layer and the electrode and Au serves to improve the hole transport.
각각의 두께는 0.1nm ~ 5nm에서 선택할 수 있고, 순서는 바꾸어도 된다.Each thickness can be selected from 0.1 nm to 5 nm, and the order may be changed.
또한, 총(total) 두께는 0.1nm~ 10nm사이로 한다.The total thickness is made between 0.1 nm and 10 nm.
그리고, 두 번째 방법은 Au와 CuPC를 코-디포지션(co-deposition)하여 두 물질을 혼합한다. 이때 두 물질의 비율은 다음과 같다.In the second method, Au and CuPC are co-deposited to mix the two materials. The ratio of the two substances is as follows.
Au : CuPc = x : y (x=1~100, y=1)orAu: CuPc = x: y (x = 1 ~ 100, y = 1) or
(x=1, y=1~100)(x = 1, y = 1-100)
총(total) 두께는 0.1nm ~ 10nm 사이로 한다.The total thickness is between 0.1 nm and 10 nm.
또한, 세 번째 방법은 두 물질을 혼합할 때 두 물질이 위치에 따라 농도 구배(concentration)를 갖도록 할 수도 있다.The third method may also allow concentrations of concentrations of the two materials depending on their location when mixing the two materials.
즉, 전극과의 접촉 계면에서 x = 1, y = 0That is, at the contact interface with the electrode x = 1, y = 0
정공 수송층과의 접촉 계면에서 x = 0, y = 1X = 0, y = 1 at the contact interface with the hole transport layer
양계면 사이에서는 x, y의 값이 선형적으로 변화된다.The values of x and y change linearly between the two interfaces.
이와 같은 방법 중 하나의 방법으로 상기 투명 박막(300)을 형성한 후, 정공 수송층(400)을 4.4'-bis[N-(1-naphthy1)-N-pheny1-amino]bipheny1(NPD)을 60nm 정도 입힌다.After the transparent thin film 300 is formed by one of the methods described above, the hole transport layer 400 is 4.4 nm-60 [n] (N- (1-naphthy1) -N-pheny1-amino] bipheny1 (NPD). Apply about.
그리고, 그린(Green)의 경우 발광층(400)을 만들기 위해 8-hydroxyquinoline aluminum (Alq3)에 Co6을 1%정도 도핑하여 25nm 정도 입힌다.In case of Green, 8-hydroxyquinoline aluminum (Alq3) is doped with Co6 by about 1% in order to make the light emitting layer 400 and coated about 25nm.
상기 발광층(400)에 8-hydroxyquinoline aluminum (Alq3)에 Co6을 1%정도 도핑하여 25nm 정도 입힌 후, 전자수송층(500)에 8-hydroxyquinoline aluminum (Alq3)을 35nm 정도 입힌다.The light emitting layer 400 is doped with 8% of 8-hydroxyquinoline aluminum (Alq3) to about 6% of Co6 and then coated with about 25nm, and then coated with 8-hydroxyquinoline aluminum (Alq3) about 35nm to the electron transport layer 500.
다음으로 전자 주입층(EIL)(600)으로 Al:alloy를 2nm을 올리고, 투명한 캐소드를 형성하기 위해 Ag을 15nm 정도 입힌다.Next, Al: alloy is increased by 2 nm to the electron injection layer (EIL) 600, and Ag is coated by about 15 nm to form a transparent cathode.
상기 전자주입층(600) 위에 투명전극인 ITO를 200nm 정도 형성한다.200 nm of ITO, which is a transparent electrode, is formed on the electron injection layer 600.
그리고 상기 투명전극 위에 보호막으로 SiO2로 200nm 정도 입힌다.Then, 200 nm of SiO 2 is coated on the transparent electrode as a protective film.
이상의 설명에서와 같이 본 발명은 투명전극을 애노드 전극 위에 형성하므로 빛을 잘 반사 시켜 줄 수 있고 정공 주입 능력이 뛰어난 애노드 전극을 만들므로발광 효율이 뛰어난 유기 EL 소자를 제공하는 효과가 있다.As described above, the present invention has an effect of providing an organic EL device having excellent light emission efficiency because the transparent electrode is formed on the anode electrode, thereby making it possible to reflect light well and to make the anode electrode having excellent hole injection ability.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정하는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해서 정해져야 한다.Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the examples, but should be defined by the claims.
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