KR20030091332A - Organic Electro-Luminescence Display Device And Method Of Fabricating The Same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 유기 전계발광 표시소자에 관한 것으로, 특히 유기 전계발광 다이오드를 구성하는 투명전극과 유기 발광층 사이의 계면 특성을 향상시켜 표시패널의 특성을 개선하기 위한 유기 전계발광 표시소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an organic electroluminescent display device, and more particularly, to an organic electroluminescent display device for improving the characteristics of a display panel by improving an interface property between a transparent electrode constituting an organic electroluminescent diode and an organic light emitting layer, and a method of manufacturing the same. It is about.
최근, 음극선관(Cathode Ray Tube)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 각종 평판 표시장치들이 개발되고 있다. 이러한 평판표시장치로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display : 이하 "LCD"라 함), 전계 방출 표시장치(Field Emission Display : 이하 "FED"라 함), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel : 이하 "PDP"라 함) 및 전계발광(Electro Luminescence : 이하 "EL"라 함) 표시소자 등이 있다. 특히 EL 표시소자는 기본적으로 정공수송층, 발광층, 전자수송층으로 이루어진 EL층의 양면에 전극을 붙인 형태의 것으로서, 넓은 시야각, 고개구율, 고색도 등의 특징으로 인하여 차세대 평판표시장치로서 주목받고 있다.Recently, various flat panel displays have been developed to reduce weight and volume, which are disadvantages of cathode ray tubes. Such flat panel displays include liquid crystal displays (hereinafter referred to as "LCD"), field emission displays (hereinafter referred to as "FED"), plasma display panels (hereinafter referred to as "PDP"). "") And electroluminescence ("EL") display elements. In particular, the EL display element is basically formed by attaching electrodes to both surfaces of an EL layer including a hole transport layer, a light emitting layer, and an electron transport layer.
이 EL 표시소자는 사용하는 재료에 따라 무기 EL 표시소자과 유기 EL 표시소자로 크게 나뉘어진다. 유기 EL 표시소자는 100∼200V의 높은 전압을 필요로 하는 무기 EL 표시패널에 비해 5∼20V 정도의 낮은 전압으로 구동됨으로써 직류 저전압 구동이 가능하다. 또한, 유기 EL 표시소자는 넓은 시야각, 고속 응답성, 고 콘트라스트비(contrast ratio) 등의 뛰어난 특징을 갖고 있으므로 그래픽 디스플레이의 픽셀(pixel), 텔레비젼 영상 디스플레이나 표면 광원(Surface Light Source)의 픽셀로서 사용될 수 있으며, 얇고 가벼우며 색감이 좋기 때문에 차세대 평면 디스플레이에 적합한 소자이다.This EL display element is roughly divided into an inorganic EL display element and an organic EL display element according to the material used. The organic EL display element is driven at a lower voltage of about 5 to 20 V than the inorganic EL display panel requiring a high voltage of 100 to 200 V, thereby enabling direct DC low voltage driving. In addition, the organic EL display element has excellent characteristics such as wide viewing angle, high-speed response, and high contrast ratio, so that it is used as a pixel of a graphic display, a pixel of a television image display or a surface light source. It can be used and is suitable for next-generation flat panel display because it is thin, light and good color.
이러한 유기 EL 표시소자는 구동방식에 따라 패시브 및 액티브 매트릭스형 유기 EL 표시소자로 나뉘어진다.Such organic EL display elements are divided into passive and active matrix organic EL display elements according to the driving method.
먼저 도 1에 도시된 패시브 매트릭스형 유기 EL 표시소자를 나타내는 단면도를 참조하면, 패시브 매트릭스형 유기 EL 표시소자는 투명기판(2) 상에 띠 형태로 일렬로 배열된 투명전극(4)과, 상기 투명전극(4) 상에 정공 수송층, 발광층 및 전자 수송층이 적층되어 형성된 유기 전계발광층(이하 "EL층"라 함, 10)과, 상기 유기 EL층(10) 상에 상기 투명전극과 교차하고 띠 모양으로 형성된 금속전극(12)을 구비한다. 또한, 이웃하는 금속전극(12)을 분리하기 위한 상기 금속전극(12)들 사이에 동일한 띠 모양으로 형성된 격벽(8)과, 투명전극(4)과 격벽(8) 사이에 절연막(6)을 구비한다.First, referring to a cross-sectional view of a passive matrix organic EL display device illustrated in FIG. 1, the passive matrix organic EL display device includes a transparent electrode 4 arranged in a row in a band form on the transparent substrate 2, and An organic electroluminescent layer (hereinafter referred to as an "EL layer", 10) formed by laminating a hole transporting layer, a light emitting layer, and an electron transporting layer on the transparent electrode 4 intersects with the transparent electrode on the organic EL layer 10 and has a band. A metal electrode 12 formed in a shape is provided. In addition, an insulating film 6 is formed between the partition walls 8 formed in the same band between the metal electrodes 12 for separating the neighboring metal electrodes 12, and the transparent electrode 4 and the partition walls 8. Equipped.
유기 EL소자는 투명기판(2) 상에 일함수(work function)가 높은 투명전극(4)과 일함수가 낮은 금속전극(12) 사이에 유기 EL층(10)이 삽입되는 구조로 형성된다. 일함수가 높은 투명전극(4)은 정공을 주입하는 애노드 전극(Anode)으로 사용되고 낮은 금속전극(12)은 전자를 주입하는 캐소드 전극(Cathode)으로 사용된다. 이 때 투명전극(4)은 발광된 빛이 발광소자 외부로 발산되게 하기 위하여 기판과 한쪽 전극은 발광파장영역에서 빛의 흡수가 거의 없는 투명한 물질을 사용한다.이로써 투명전극(4)의 재료로서는 산화인듐(In2O3)에 산화주석(SnO2)을 도핑한 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide ; 이하, "ITO"라 함)가 사용된다.The organic EL element is formed in a structure in which the organic EL layer 10 is inserted between the transparent electrode 4 having a high work function and the metal electrode 12 having a low work function on the transparent substrate 2. The transparent electrode 4 having a high work function is used as an anode for injecting holes and the low metal electrode 12 is used as a cathode for injecting electrons. At this time, the transparent electrode 4 is made of a transparent material having little absorption of light in the light emitting wavelength region in order to emit the emitted light to the outside of the light emitting element. As a material of the transparent electrode 4 Indium Tin Oxide (hereinafter referred to as "ITO") in which tin oxide (SnO 2 ) is doped with indium oxide (In 2 O 3 ) is used.
유기 EL층(10)은 투명전극(4)과 금속전극(12) 사이에 순차적으로 적층된 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층으로 구성된다. 이는 투명전극 및 금속전극(4,12) 사이에 전류를 흘려주면 전자 및 정공의 운동에 의해 발광층에서 광을 발생하게 된다.The organic EL layer 10 is composed of a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, an electron transport layer and an electron injection layer sequentially stacked between the transparent electrode 4 and the metal electrode 12. When a current flows between the transparent electrode and the metal electrodes 4 and 12, light is generated in the light emitting layer by the movement of electrons and holes.
도 2는 일반적인 액티브 매트릭스형 유기 EL 표시소자의 기본 화소 구조를 나타내는 도면이다.2 is a diagram showing a basic pixel structure of a general active matrix organic EL display element.
도 2를 참조하면, 액티브 매트릭스형 유기 EL 표시소자의 기본 화소 구조는 제1 방향으로 형성된 주사선과; 상기 제1 방향과 교차되는 제2 방향으로 서로 일정간격으로 이격된 상태로 나란하게 형성된 신호선 및 전력공급선과; 주사선, 신호선 및 전력공급선에 의해 둘러싸여 형성된 화소 영역(Pixel area)을 구비한다. 또한, 액티브 매트릭스형 유기 EL 표시소자의 기본 화소 구조는 주사선과 신호선의 교차지점에 형성되어 어드레스 역할을 하는 스위칭 TFT와, 상기 스위칭 TFT 및 전력공급선 사이에 형성된 스토리지 캐패시터와, 스토리지 캐패시터 및 전력공급선과 연결되도록 형성되어 전류원 역할을 하는 구동 TFT와, 상기 구동 TFT에 연결된 유기 EL 다이오드를 구비한다.Referring to Fig. 2, the basic pixel structure of the active matrix organic EL display element includes scan lines formed in a first direction; A signal line and a power supply line formed in parallel with each other at a predetermined interval in a second direction crossing the first direction; A pixel area surrounded by a scan line, a signal line, and a power supply line is provided. In addition, the basic pixel structure of the active matrix organic EL display element includes a switching TFT formed at an intersection point of the scan line and the signal line to serve as an address, a storage capacitor formed between the switching TFT and the power supply line, a storage capacitor and a power supply line; And a driving TFT formed to be connected to serve as a current source, and an organic EL diode connected to the driving TFT.
스위칭 TFT는 전압을 제어하고 전류원을 저장하는 역할을 한다. 유기 EL 다이오드는 유기발광물질에 순방향으로 전류를 공급하면, 정공(Hole)을 공급하는 양극(Anode Electrode)과 전자(Electron)를 공급하는 음극(Cathode Electrode) 간의 발광층으로 전자와 정공이 이동하게 되고, 이들 캐리어들은 서로 결합하여 소정의 에너지차로 인한 빛을 방출하게 된다.The switching TFT serves to control the voltage and store the current source. When the organic EL diode forwards current to the organic light emitting material, electrons and holes move to a light emitting layer between an anode supplying a hole and a cathode supplying an electron. These carriers combine with each other to emit light due to a predetermined energy difference.
도 3은 도 2에 도시된 액티브 매트릭스형 유기 EL 표시소자에 대한 단면도로서, 도 2에서 유기 EL 다이오드 및 스토리지 캐패시터와 연결된 구동 TFT부를 일 예로 하여 설명하고, 발광된 빛을 하부 전극인 양극을 투과하여 방출하는 하부 전극인 양극을 투과하여 방출하는 하부 발광방식의 유기 EL 표시소자에 관한 것이다.FIG. 3 is a cross-sectional view of the active matrix organic EL display device illustrated in FIG. 2, which will be described with reference to an example of a driving TFT connected to an organic EL diode and a storage capacitor in FIG. 2, and the emitted light passes through an anode, which is a lower electrode. The organic EL display device of the bottom emission type that transmits through and discharges the anode, which is a lower electrode to emit light.
도 3을 참조하면, 절연기판(1) 상에 반도체층(32), 게이트 전극(38), 소스 및 드레인 전극(50,52)을 포함하는 TFT(T)가 형성되어 있고, 이 TFT(T)는 스토리지 캐패시터(CST) 및 유기 EL 다이오드(E)와 각각 연결되어 있다.Referring to FIG. 3, a TFT (T) including a semiconductor layer 32, a gate electrode 38, and source and drain electrodes 50 and 52 is formed on an insulating substrate 1, and the TFT (T) is formed. ) Is connected to the storage capacitor C ST and the organic EL diode E, respectively.
스토리지 캐패시터(CST)는 절연체가 개재된 상태로 서로 대향된 파워 전극(42) 및 캐패시터 전극(34)으로 구성되고, 상기 유기 EL 다이오드(E)는 유기 EL 층(64)이 개재된 상태로 서로 대향된 양극(58) 및 음극(66)으로 구성된다.The storage capacitor C ST is composed of a power electrode 42 and a capacitor electrode 34 facing each other with an insulator interposed therebetween, and the organic EL diode E is provided with an organic EL layer 64 interposed therebetween. It consists of the anode 58 and the cathode 66 opposing each other.
이를 상세히 하면, TFT(T)의 소스 전극(50)은 파워 전극(42)과 연결되어 있고, 드레인 전극(52)은 유기 EL 다이오드(E)의 하부전극인 양극(58)과 연결되어 있다. 일반적으로, 상기에서와 같은 하부 발광방식의 양극(58)은 유기 EL층(64)에서 발광된 빛이 투과되도록 광 투과성 물질로 이루어지고, 음극(66)은 유기 EL층(64)으로 전자주입을 원활히 할 수 있도록 일함수(Work function)값이 낮은 금속으로 이루어진다. 또한, 상부 발광방식으로 구동되는 유기 EL 표시소자에서는 유기 EL층에서 발광된 빛이 음극을 투과하여 상부 방향으로 방출되므로, 음극이 광 투과성 물질로 이루어진다.In detail, the source electrode 50 of the TFT (T) is connected to the power electrode 42, and the drain electrode 52 is connected to the anode 58, which is a lower electrode of the organic EL diode E. In general, the anode 58 of the bottom emission method as described above is made of a light transmissive material so that light emitted from the organic EL layer 64 is transmitted, and the cathode 66 is electron injected into the organic EL layer 64. It is made of metal with low work function value to facilitate the operation. In addition, in the organic EL display device driven by the top light emission method, since the light emitted from the organic EL layer is transmitted through the cathode and emitted upward, the cathode is made of a light transmissive material.
한편, 유기 EL 표시소자에서 포함되는 절연층들의 적층 구조를 살펴보면, 절연기판(1)과 반도체층(32) 사이에서 완충작용을 하는 버퍼층(30)과, 상기 스토리지 캐패시터(CST)용 절연체가 되는 제1 절연층(40)과, 상기 소스 전극(50)과 파워 전극(42) 사이의 제2 절연층(44)과, 상기 양극(58)과 드레인 전극(52) 사이의 제3 절연층(54)과, 상기 양극(58)과 유기 EL층(64) 사이의 보호층(60)이 차례대로 적층된 구조를 가지는데, 상기 제1 내지 제3 절연층(40,44,54) 및 보호층(60)에는 각 층간의 전기적 연결을 위한 콘택홀을 포함한다.On the other hand, in the stack structure of the insulating layers included in the organic EL display device, the buffer layer 30 that buffers the insulating substrate 1 and the semiconductor layer 32, and the insulator for the storage capacitor C ST The first insulating layer 40, the second insulating layer 44 between the source electrode 50 and the power electrode 42, and the third insulating layer between the anode 58 and the drain electrode 52. (54) and the protective layer 60 between the anode 58 and the organic EL layer 64 are sequentially stacked, the first to third insulating layers (40, 44, 54) and The protective layer 60 includes contact holes for electrical connection between each layer.
도 4는 도 1 및 도 3에서 선 "A-A'"를 따라 절단한 단면을 확대하여 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4에 도시된 유기 발광층의 발광메카니즘을 설명하는 도면이다. 또한, 도 6은 유기 EL표시소자의 밴드다이어그램(band diagram)이다.FIG. 4 is an enlarged view of a cross section taken along the line “A-A ′” in FIGS. 1 and 3, and FIG. 5 is a view illustrating a light emitting mechanism of the organic light emitting layer illustrated in FIG. 4. 6 is a band diagram of the organic EL display element.
이의 설명에 앞서 도면 부호 70의 기판은 도 1에서의 투명기판(2)과 도 3에서의 절연층들(40,44,54)을 각각 나타내고, 도면 부호 72의 양극은 투명전도성 물질(ITO)로 구성된 도 1에서의 투명전극(4) 및 도 3에서의 양극(56)을 나타낸다. 또한, 도면 부호 74의 유기 발광층은 도 1에서의 유기 EL층(10) 및 도 3에서의 유기 EL층(64)를 나타내며, 도면 부호 76의 음극은 도 1에서의 금속전극(12) 및 도 3에서의 음극(66)을 나타낸다.Prior to the description, the substrate 70 denotes the transparent substrate 2 in FIG. 1 and the insulating layers 40, 44, and 54 in FIG. 3, respectively, and the anode 72 denotes a transparent conductive material (ITO). 1 shows the transparent electrode 4 in FIG. 1 and the anode 56 in FIG. Incidentally, the organic light emitting layer 74 denotes the organic EL layer 10 in FIG. 1 and the organic EL layer 64 in FIG. 3, and the cathode of 76 is the metal electrode 12 and FIG. The cathode 66 at 3 is shown.
이를 토대로 하여 도 4를 참조하면, 유기 EL 표시소자의 발광부는일함수(Work function)가 높은 금속전극과 낮은 금속전극 사이에 유기 EL층이 삽입되는 구조로 구성되어 있다. 일함수가 높은 금속전극은 정공을 주입하는 양극(anode; 72)으로 사용되고 낮은 금속전극은 전자를 주입하는 음극(cathode ; 76)으로 사용된다.Referring to FIG. 4 based on this, the light emitting part of the organic EL display device has a structure in which an organic EL layer is inserted between a metal electrode having a high work function and a low metal electrode. The metal electrode having a high work function is used as an anode 72 for injecting holes and the metal electrode having a low work electrode is used as a cathode 76 for injecting electrons.
발광된 빛이 발광소자 외부로 발산되게 하기 위하여 기판과 한쪽 전극은 발광파장영역에서 빛의 흡수가 거의 없는 투명한 물질을 사용한다. 양극(72)으로는 투명전극으로 구성되며, ITO(Indium Tin Oxide)가 가장 많이 사용된다. 음극(76)으로는 전자의 주입을 용이하게 하기 위해 일반적으로 일함수가 낮은 금속을 사용한다. 일함수가 낮은 금속으로는 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al) 등이 사용된다.In order to emit the emitted light to the outside of the light emitting device, the substrate and one electrode are made of a transparent material having almost no light absorption in the light emitting wavelength region. The anode 72 is composed of a transparent electrode, and indium tin oxide (ITO) is most frequently used. As the cathode 76, a metal having a low work function is generally used to facilitate the injection of electrons. As the metal having a low work function, calcium (Ca), magnesium (Mg), aluminum (Al), and the like are used.
유기 EL층(74)은 도 5에 도시된 바와 같이 양극(72)으로부터 정공주입층(Hole Injection Layer ; HIL)(74a), 정공수송층(Hole Transporting Layer ; HTL)(74b), 발광층(Emitting Material Layer ; EML)(74c), 전자수송층(Electron Transporting Layer ; ETL)(74d), 전자주입층(Electron Injection Layer ; EIL)(74e)이 순차적으로 형성된 다층구조로 된다.As shown in FIG. 5, the organic EL layer 74 includes a hole injection layer (HIL) 74a, a hole transporting layer (HTL) 74b, and an emitting material (Emitting Material) from the anode 72. A layer (EML) 74c, an electron transporting layer (ETL) 74d, and an electron injection layer (EIL) 74e are formed in a multi-layered structure sequentially.
이러한 유기 EL 표시소자 발광의 원리는 다음과 같다. 일함수가 높은 양극(72)과 낮은 음극(76)에 전류를 흘려주면 유기 EL층(74)의 정공주입층(74a) 및 전자주입층(74e)을 통하여 전자 및 정공들로 구성된 캐리어들이 각각 주입된다. 이러한 캐리어들은 정공수송층(74b) 및 전자수송층(74d)을 통하여 정공수송층(74b)과 전자수송층(74d) 사이에 형성된 발광층(74c)에 수송되어진다. 이 때 정공수송층(74b)과 전자수송층(74d)은 캐리어들을 발광물질로 효율적으로 수송시켜줌으로써 발광층(74c) 내에서 발광결합의 확률을 크게 한다. 캐리어들이 발광층(74c)에 주입되면 발광층(74c) 내에 엑시톤(exciton)이 생성되며, 이 엑시톤이 발광, 소멸(decay) 함에 따라 도 6에 도시된 유기 EL층(74)의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)와 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)의 에너지 차이에 해당하는 빛이 발생하게 된다.The principle of light emission of such an organic EL display device is as follows. When a current is supplied to the anode 72 having a high work function and the cathode 76 having a low work function, carriers composed of electrons and holes are formed through the hole injection layer 74a and the electron injection layer 74e of the organic EL layer 74, respectively. Is injected. These carriers are transported to the light emitting layer 74c formed between the hole transport layer 74b and the electron transport layer 74d through the hole transport layer 74b and the electron transport layer 74d. At this time, the hole transport layer 74b and the electron transport layer 74d efficiently transport carriers to the light emitting material, thereby increasing the probability of light emission coupling in the light emitting layer 74c. When carriers are injected into the light emitting layer 74c, excitons are generated in the light emitting layer 74c. Light corresponding to the energy difference between Orbital) and HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) is generated.
도 7은 종래기술에 따른 유기 EL 표시소자에서 기판 상에 양극이 형성된 단면을 나타내는 도면이다.7 is a view showing a cross section in which an anode is formed on a substrate in an organic EL display device according to the prior art.
도 7을 참조하면, 종래기술에 따른 유기 EL 표시소자에서 애노드용 투명전극(72)은 기판(70) 상에 단일층으로 형성된다. 투명전극(72)의 재료로서는 산화인듐(In2O3)에 산화주석(SnO2)을 도핑한 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide ; 이하, "ITO"라 함)가 사용된다. 이 때 ITO로 구성된 투명전극(72)은 스퍼터링 방법으로 증착시 70sccm의 아르곤(Ar) 또는 아르곤(Ar)+ 4sccm의 산소(O2) 가스를 사용한다.Referring to FIG. 7, in the organic EL display device according to the related art, the anode transparent electrode 72 is formed as a single layer on the substrate 70. As a material of the transparent electrode 72, indium tin oxide (hereinafter referred to as "ITO") doped with indium oxide (In 2 O 3 ) and tin oxide (SnO 2 ) is used. At this time, the transparent electrode 72 made of ITO uses 70 sccm of argon (Ar) or argon (Ar) + 4 sccm of oxygen (O 2 ) gas when sputtering.
투명전극(72)이 형성된 투명기판(70) 상에 유기 EL층(74)과 금속전극(76)을 순차적으로 형성하여 유기 EL패널을 구성하게 된다. 이 때 종래기술에 따라 단일층으로 형성된 투명전극(72)은 친수성을 덜 가짐으로 인하여 투명전극(72) 표면 상에 산소(02) 유량이나 첨가제를 통하여 유기 EL 물질을 증착시 도 8에 도시된 바와 같이 투명전극(72)과 유기 EL층(74)의 정공주입층(74a)과의 접촉각(α)이 약 50°정도로 이간의 계면 접촉정도가 달라지게 된다. 이로 인하여, 종래기술에 따른 투명전극(72)의 일함수(Work Function)는 약 4.7 정도이고, 유기 EL층(64)의 정공주입층(74a)의 일함수는 약 5.2 정도이다. 이로써, 투명전극(72)과 정공주입층(74a)의 일함수 차에 의해 정공이 유기물 내로 쉽게 이동되지 못하는 단점이 있다. 정공이 쉽게 이동되지 못하기 때문에 엑시톤(Exciton)이 음극 근처에서 생성되지만, 전극 근처에서는 비발광소멸이 크기 때문에 유기발광소자의 양자효율이 저하되는 단점이 있다.The organic EL panel is formed by sequentially forming the organic EL layer 74 and the metal electrode 76 on the transparent substrate 70 on which the transparent electrode 72 is formed. At this time, since the transparent electrode 72 formed of a single layer according to the prior art has less hydrophilicity, the organic EL material is deposited on the surface of the transparent electrode 72 through an oxygen (0 2 ) flow rate or an additive. As described above, the contact angle α between the transparent electrode 72 and the hole injection layer 74a of the organic EL layer 74 is about 50 °, so that the degree of interfacial contact between them varies. For this reason, the work function of the transparent electrode 72 according to the prior art is about 4.7, and the work function of the hole injection layer 74a of the organic EL layer 64 is about 5.2. As a result, holes may not easily move into the organic material due to the work function difference between the transparent electrode 72 and the hole injection layer 74a. Since excitons are generated near the cathode because holes are not easily moved, quantum efficiency of the organic light emitting device is deteriorated due to the large non-light emission.
따라서, 본 발명의 목적은 ITO로 구성된 투명전극 증착시 산소(O2) 유량을 선형적으로 제어하여 양극용 투명전극과 유기 발광층 간의 일함수 차이를 줄임으로써 캐리어의 이동이 쉽게 이루어질 수 있게 하여 표시패널의 특성을 개선하도록 한 유기 전계발광 표시소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to linearly control the oxygen (O 2 ) flow rate when depositing ITO transparent electrode to reduce the work function difference between the anode transparent electrode and the organic light emitting layer so that the carrier can be easily moved. The present invention relates to an organic electroluminescent display device and a method of manufacturing the same for improving the characteristics of the panel.
도 1은 패시브 매트릭스형 유기 EL 표시소자를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a passive matrix organic EL display element.
도 2는 일반적인 액티브 매트릭스형 유기 EL 표시소자의 기본 화소 구조를 나타내는 도면이다.2 is a diagram showing a basic pixel structure of a general active matrix organic EL display element.
도 3은 도 2에 도시된 액티브 매트릭스형 유기 EL 표시소자에 대한 단면도이다.3 is a cross-sectional view of the active matrix organic EL display element shown in FIG. 2.
도 4는 도 1 및 도 3에서 선 "A-A'"를 따라 절단한 단면을 확대하여 나타낸 도면이다.FIG. 4 is an enlarged view of a section cut along the line “A-A ′” in FIGS. 1 and 3.
도 5는 도 4에 도시된 유기 발광층의 발광메카니즘을 설명하는 도면이다.5 is a view for explaining a light emitting mechanism of the organic light emitting layer shown in FIG.
도 6은 유기 EL표시소자의 밴드다이어그램(band diagram)이다.6 is a band diagram of an organic EL display element.
도 7은 종래기술에 따른 유기 EL 표시소자에서 기판 상에 양극이 형성된 단면을 나타내는 도면이다.7 is a view showing a cross section in which an anode is formed on a substrate in an organic EL display device according to the prior art.
도 8은 도 7에 도시된 양극이 형성된 기판 상에 유기 발광물질을 증착시 접촉 상태를 나타내는 도면이다.FIG. 8 is a view illustrating a contact state when an organic light emitting material is deposited on a substrate on which the anode illustrated in FIG. 7 is formed.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 EL 표시패널에서 기판 상에 투명전극이 형성된 단면을 나타내는 도면이다.9 is a cross-sectional view of a transparent electrode formed on a substrate in an organic EL display panel according to a first embodiment of the present invention.
도 10은 도 9에 도시된 제2 투명전극층을 상세히 나타내는 도면이다.FIG. 10 is a detailed view of the second transparent electrode layer illustrated in FIG. 9.
도 11은 도 9에 도시된 양극이 형성된 기판 상에 유기 발광물질을 증착시 접촉 상태를 나타내는 도면이다.FIG. 11 is a view illustrating a contact state when an organic light emitting material is deposited on a substrate on which the anode illustrated in FIG. 9 is formed.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기 EL 표시패널에서 기판 상에 투명전극이 형성된 단면을 나타내는 도면이다.12 is a cross-sectional view of a transparent electrode formed on a substrate in an organic EL display panel according to a second exemplary embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1,70 : 기판2 : 투명기판1,70 substrate 2 transparent substrate
4,82a,82b,86a,86b : 투명전극6 : 절연막4,82a, 82b, 86a, 86b: transparent electrode 6: insulating film
8 : 격벽10,64,74 : 유기 전계발광층8: bulkhead 10, 64, 74: organic electroluminescent layer
12 : 금속전극30 : 버퍼층12 metal electrode 30 buffer layer
32 : 반도체층34 : 캐패시터 전극32 semiconductor layer 34 capacitor electrode
38 : 게이트 전극40,44,54 : 절연층38 gate electrode 40, 44, 54 insulating layer
42 : 파워전극50 : 소스전극42: power electrode 50: source electrode
52 : 드레인전극58,72 : 양극52 drain electrode 58, 72 anode
60 : 보호층66,76 : 음극60: protective layer 66,76: cathode
74a : 정공주입층74b : 정공수송층74a: hole injection layer 74b: hole transport layer
74c : 발광층74d : 전자수송층74c: light emitting layer 74d: electron transport layer
74e : 전자주입층74e: electron injection layer
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 유기 전계발광 표시소자는 소정의 발광영역이 정의된 기판 상에 산소유량이 선형적으로 적용되어 형성된 다층구조의 투명전극과, 상기 기판 전면에 금속물질로 형성된 금속전극과, 상기 다층구조의 투명전극과 금속전극 사이에 형성되어 외부의 인가전압에 의해 발광하는 유기발광층을 구비하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the organic electroluminescent display device according to the present invention is a multi-layered transparent electrode formed by linearly applying an oxygen flow rate on a substrate in which a predetermined light emitting region is defined, and a metal material on the entire surface of the substrate. And an organic light emitting layer formed between the formed metal electrode and the transparent electrode and the metal electrode of the multilayer structure to emit light by an externally applied voltage.
본 발명에서의 상기 다층구조의 투명전극은 산화인듐(In2O3)에 산화주석(SnO2)을 도핑한 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide)로 구성된 것을 특징으로 한다.The multi-layered transparent electrode of the present invention is characterized in that the indium oxide (In 2 O 3 ) doped with tin oxide (SnO 2 ) doped with indium tin oxide (Indium Tin Oxide).
본 발명에서의 상기 다층구조의 투명전극의 두께는 약 1400Å 정도인 것을 특징으로 한다.The thickness of the transparent electrode of the multi-layer structure in the present invention is characterized in that about 1400Å.
본 발명에서의 상기 다층구조의 투명전극은 약 1200Å 정도의 두께를 가지는 제1 투명전극층과, 약 200Å 정도의 두께를 가지도록 상기 제1 투명전극층 상에 형성된 제2 투명전극층을 구비하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the multi-layered transparent electrode includes a first transparent electrode layer having a thickness of about 1200 GPa and a second transparent electrode layer formed on the first transparent electrode layer to have a thickness of about 200 GPa. do.
본 발명에서의 상기 제1 및 제2 투명전극층의 표면 특성은 아르곤(Ar)에 첨가되는 산소(O2)유량에 의해 정해지는 것을 특징으로 한다.Surface characteristics of the first and the second transparent electrode layer in the present invention is characterized by the oxygen (O 2 ) flow rate is added to the argon (Ar).
본 발명에서의 상기 제2 투명전극층은 상기 제1 투명전극층 상에 약 50Å 정도의 간격으로 형성된 4개층으로 구성된 것을 특징으로 한다.The second transparent electrode layer in the present invention is characterized in that composed of four layers formed on the first transparent electrode layer at intervals of about 50Å.
본 발명에서의 상기 제1 투명전극층에 사용되는 산소 유량은 4sccm인 것을 특징으로 한다.Oxygen flow rate used in the first transparent electrode layer in the present invention is characterized in that 4sccm.
본 발명에서의 상기 유기 전계발광 표시소자는 패시브 또는 액티브 매트릭스 방식중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 한다.The organic electroluminescent display device of the present invention is characterized in that it is composed of any one of a passive or an active matrix method.
본 발명에 따른 유기 전계발광 표시소자의 제조방법은 발광영역이 정의된 기판 상에 제1 투명전극을 형성하는 단계와, 상기 제1 투명전극 상에 선형적으로 조절된 산소유량에 따라 제어된 둘 이상의 층으로 형성된 제2 투명전극을 형성하는 단계와, 상기 제1 및 제2 투명전극이 형성된 기판 상의 발광영역 상에 유기 발광물질을 도포하여 유기 발광층을 형성하는 단계와, 상기 유기 발광층 상에 상기 제1 및 제2 투명전극과 함께 전기적 신호가 인가되도록 상기 기판 전면에 금속전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing an organic electroluminescent display device according to the present invention includes forming a first transparent electrode on a substrate in which a light emitting area is defined, and controlling the oxygen flow rate linearly controlled on the first transparent electrode. Forming a second transparent electrode formed of the above layer, forming an organic light emitting layer by applying an organic light emitting material to a light emitting region on a substrate on which the first and second transparent electrodes are formed, and forming the organic light emitting layer on the organic light emitting layer And forming a metal electrode on the front surface of the substrate so that an electrical signal is applied together with the first and second transparent electrodes.
본 발명에서의 상기 발광 영역이 정의된 기판은 박막트랜지스터를 포함한 기판인 것을 특징으로 한다.The substrate in which the emission region is defined in the present invention is a substrate including a thin film transistor.
본 발명에서의 상기 제1 및 제2 투명전극은 산화인듐(In2O3)에 산화주석(SnO2)을 도핑한 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide)으로 형성되는 것을 특징으로 한다.The first and second transparent electrodes of the present invention are formed of indium tin oxide doped with indium oxide (In 2 O 3 ) and tin oxide (SnO 2 ).
본 발명에서의 상기 제1 투명전극을 형성하는 단계는 상기 기판을 스퍼터링을 위한 챔버 내에 배열하는 단계와, 상기 챔버내에 아르곤(Ar)에 4sccm의 산소(O2)가 주입된 가스를 이용하여 상기 인듐 틴 옥사이드를 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the forming of the first transparent electrode may include arranging the substrate in a chamber for sputtering, and using gas in which 4 sccm of oxygen (O 2 ) is injected into argon (Ar) into the chamber. And depositing indium tin oxide.
본 발명에서의 상기 4층 구조의 제2 투명전극을 형성하는 단계는 상기 제1 투명전극이 형성된 투명기판을 스퍼터링을 위한 챔버 내에 배열하는 단계와, 상기 챔버내에 아르곤(Ar)에 3.75ccm의 산소(O2)가 주입된 가스를 이용하여 상기 인듐 틴 옥사이드를 증착하여 제1 투명전극층을 형성하는 단계와, 상기 챔버내에아르곤(Ar)에 3.5sccm의 산소(O2)가 주입된 가스를 이용하여 상기 인듐 틴 옥사이드를 증착하여 제2 투명전극층을 형성하는 단계와, 상기 챔버내에 아르곤(Ar)에 3.25sccm의 산소(O2)가 주입된 가스를 이용하여 상기 인듐 틴 옥사이드를 증착하여 제3 투명전극층을 형성하는 단계와, 상기 챔버내에 아르곤(Ar)에 3sccm의 산소(O2)가 주입된 가스를 이용하여 상기 인듐 틴 옥사이드를 증착하여 제4 투명전극층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the forming of the second transparent electrode having the four-layer structure includes arranging the transparent substrate on which the first transparent electrode is formed in a chamber for sputtering, and argon (Ar) in the chamber to 3.75 ccm of oxygen. Depositing the indium tin oxide using a gas injected with (O 2 ) to form a first transparent electrode layer, and using a gas in which 3.5 sccm of oxygen (O 2 ) is injected into argon (Ar) in the chamber. Depositing the indium tin oxide to form a second transparent electrode layer, and depositing the indium tin oxide by using a gas in which oxygen (O 2 ) of 3.25 sccm is injected into argon (Ar) into the chamber. Forming a transparent electrode layer and depositing the indium tin oxide using a gas in which 3 sccm of oxygen (O 2 ) is injected into argon (Ar) into the chamber to form a fourth transparent electrode layer. to The.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.Other objects and features of the present invention in addition to the above object will be apparent from the description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.
이하, 도 9 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 to 12.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 EL 표시패널에서 기판 상에 투명전극이 형성된 단면을 나타내는 도면이고, 도 10은 도 9에 도시된 제2 투명전극층을 상세히 나타내는 도면이다.FIG. 9 is a diagram illustrating a cross section in which a transparent electrode is formed on a substrate in the organic EL display panel according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a diagram illustrating the second transparent electrode layer illustrated in FIG. 9 in detail.
본 발명의 실시예에 따른 유기 EL 표시소자는 도 1 내지 도 3에서와 동일한 구성으로 구동되며, 종래기술에서와 동일한 부호는 동일 구성요소로 간주한다.The organic EL display element according to the embodiment of the present invention is driven with the same configuration as in Figs. 1 to 3, and the same reference numerals as in the prior art are regarded as the same components.
도 9 및 도 10을 참조하면, 유기 EL 표시소자는 기판(70)과, 기판(70) 상에 형성되어 양극 역할을 하는 투명전극(72)과, 기판(70) 상에 순차적으로 형성된 유기 EL층(도시하지 않음) 및 금속전극(도시하지 않음)을 구비한다.9 and 10, an organic EL display device includes a substrate 70, a transparent electrode 72 formed on the substrate 70 to serve as an anode, and an organic EL sequentially formed on the substrate 70. A layer (not shown) and a metal electrode (not shown).
투명전극(72)은 약 1400Å의 두께로 형성되며, 기판(70) 상에 순차적으로 적층된 제1 투명전극(82a) 및 제2 투명전극(82b)으로 구성된다. 이 때, 제1 및 제2 투명전극(82a,82b)은 ITO로 구성된 투명박막을 이온 도금 또는 스퍼터링 방법으로 기판(70) 상에 전면 도포한 후 포토리쏘그래피방법(Phtolithography)에 의해 패터닝함으로써 형성된다. 이 경우 제1 투명전극(82a)의 두께는 약 1200Å 정도이며, 제2 투명전극(82b)의 두께는 약 200Å 정도이다.The transparent electrode 72 is formed to have a thickness of about 1400 μs and includes a first transparent electrode 82 a and a second transparent electrode 82 b sequentially stacked on the substrate 70. In this case, the first and second transparent electrodes 82a and 82b are formed by applying a transparent thin film made of ITO on the substrate 70 by ion plating or sputtering, and then patterning the same by photolithography. do. In this case, the thickness of the first transparent electrode 82a is about 1200 kPa, and the thickness of the second transparent electrode 82b is about 200 kPa.
제1 투명전극(82a)은 단일층으로 형성된다. 단일층의 제1 투명전극(82a)은 투명기판(70) 상에 증착시 아르곤(Ar)+4sccm의 산소(O2)를 사용한다.The first transparent electrode 82a is formed of a single layer. The first transparent electrode 82a of the single layer uses argon (Ar) + 4 sccm of oxygen (O 2 ) when deposited on the transparent substrate 70.
제2 투명전극(82b)은 도 10에서와 같이 200Å 두께를 각각 50Å씩 나누어 4개층으로 형성된다. 4개층으로 구성된 제2 투명전극(82b)은 제1 투명전극(82a) 상으로부터 아르곤(Ar)+ 3.82sccm의 산소(O2)가 사용된 제1 층(84a), 아르곤(Ar)+ 3.5sccm의 산소(O2)가 사용된 제2 층(84b), 아르곤(Ar)+ 3.25sccm의 산소(O2)가 사용된 제3 층(84c) 및 아르곤(Ar)+ 3sccm의 산소(O2)가 사용된 제4 층(84d)로 구성된다. 이때 산소(O2) 유량은 질량 유량 제어기(mass flow controller ; MFC)에 의해 조절되어진다. 본 발명에 있어서 투명전극(82a,82b) 형성시 아르곤(Ar)에 부가되는 산소(O2) 유량 조절방법은 변형될 수 있다.As shown in FIG. 10, the second transparent electrode 82b is formed of four layers by dividing the thickness of 200 Å by 50 각각 each. The second transparent electrode 82b having four layers is formed of the first layer 84a and argon (Ar) + 3.5 using argon (Ar) + 3.82 sccm of oxygen (O 2 ) from the first transparent electrode 82a. second layer 84b with sccm of oxygen (O 2 ), third layer 84c with argon (Ar) + 3.25sccm of oxygen (O 2 ) and argon (Ar) +3 sccm of oxygen (O 2 ) is composed of the fourth layer 84d used. At this time, the oxygen (O 2 ) flow rate is controlled by a mass flow controller (MFC). In the present invention, the method of adjusting the flow rate of oxygen (O 2 ) added to argon (Ar) when the transparent electrodes 82a and 82b are formed may be modified.
상기에서와 같이 제1 투명전극(82a) 상에 4 내지 3sccm의 산소(O2)를 선형적으로 조절한 유량에 아르곤(Ar)을 첨가한 가스를 이용하여 제1 내지 제4 층(84a 내지 84d)으로 구성된 제2 투명전극(82b)을 형성할 경우 제1 및 제2투명전극(82a,82b)로 구성된 투명전극(72) 표면은 친수성을 가지게 된다. 투명전극(72)이 친수성을 가질 경우 투명전극(72) 표면 상에는 도 11에 도시된 바와 같이 접촉각(α)이 약 27°정도로 안정되게 형성된다. 이로 인하여, 투명전극(72)의 일함수(Work Function)는 약 4.95eV 정도가 된다.As described above, the first to fourth layers 84a to 4 using the gas in which argon (Ar) is added to the flow rate of linearly adjusting 4 to 3 sccm of oxygen (O 2 ) on the first transparent electrode 82a. When the second transparent electrode 82b composed of 84d) is formed, the surface of the transparent electrode 72 composed of the first and second transparent electrodes 82a and 82b has hydrophilicity. When the transparent electrode 72 has hydrophilicity, as shown in FIG. 11, the contact angle α is stably formed at about 27 ° on the surface of the transparent electrode 72. For this reason, the work function of the transparent electrode 72 is about 4.95 eV.
이로써, 본 발명에 따른 유기 EL 표시소자에서는 투명전극(72)의 일함수가 상승됨으로 인하여 투명전극(72)과 정공주입층(86a)의 일함수 차가 줄어들게 되고 투명전극(72)으로부터의 정공이 유기 EL층 내로 쉽게 이동될 수 있게 된다. 정공이 유기 EL층 내로 쉽게 이동되면 엑시톤(Exciton)이 발광층 내에서 생성되고, 이로 인하여 발광효율도 상승된다.Accordingly, in the organic EL display device according to the present invention, the work function difference between the transparent electrode 72 and the hole injection layer 86a is reduced by increasing the work function of the transparent electrode 72 and the holes from the transparent electrode 72 are reduced. It can be easily moved into the organic EL layer. When holes move easily into the organic EL layer, excitons are generated in the light emitting layer, thereby increasing the luminous efficiency.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기 EL 표시패널에서 기판 상에 투명전극이 형성된 단면을 나타내는 도면이다.12 is a cross-sectional view of a transparent electrode formed on a substrate in an organic EL display panel according to a second exemplary embodiment of the present invention.
도 12를 참조하면, 유기 EL 표시패널은 기판(70)과, 기판(70) 상에 형성된 투명전극(72)과, 기판(70) 상에 순차적으로 형성된 유기 EL층(도시하지 않음) 및 금속전극(도시하지 않음)을 구비한다.Referring to FIG. 12, the organic EL display panel includes a substrate 70, a transparent electrode 72 formed on the substrate 70, an organic EL layer (not shown) and a metal sequentially formed on the substrate 70. An electrode (not shown).
투명전극(72)은 약 1400Å의 두께로 형성되며, 기판(70) 표면 상에 형성된 제1 투명전극(86a)과 제1 투명전극(86a) 상에 적층된 제2 투명전극(86b)을 구비한다. 이 때, 제1 및 제2 투명전극(86a,86b)은 ITO로 구성된 투명박막을 이온 도금 또는 스퍼터링 방법으로 기판(70) 상에 전면 도포한 후 포토리쏘그래피방법(Phtolithography)에 의해 패터닝함으로써 형성된다. 이 경우 제1 투명전극(86a)의 두께는 약 1200Å 정도이며, 제2 투명전극(86b)의 두께는 약200Å 정도이다.The transparent electrode 72 is formed to a thickness of about 1400 μs and includes a first transparent electrode 86 a formed on the surface of the substrate 70 and a second transparent electrode 86 b stacked on the first transparent electrode 86 a. do. In this case, the first and second transparent electrodes 86a and 86b are formed by applying a transparent thin film made of ITO on the substrate 70 by ion plating or sputtering, and then patterning the same by photolithography. do. In this case, the thickness of the first transparent electrode 86a is about 1200 kPa, and the thickness of the second transparent electrode 86b is about 200 kPa.
제1 투명전극(86a)은 단일층으로 형성되며, 기판(70) 상에 증착시 아르곤(Ar)+4sccm의 산소(O2)를 사용한다. 또한, 제2 투명전극(86b)도 단일층으로 형성되며, ITO로 구성된 투명물질을 증착시 아르곤(Ar)에 3∼3.5sccm 사이의 산소(O2)를 사용한다.The first transparent electrode 86a is formed as a single layer, and uses oxygen (O 2 ) of argon (Ar) + 4 sccm when deposited on the substrate 70. In addition, the second transparent electrode 86b is also formed as a single layer, and oxygen (O 2 ) between 3 and 3.5 sccm is used for argon (Ar) when depositing a transparent material composed of ITO.
상기에서와 구성된 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기 EL 표시패널에서는 투명전극(72)의 일함수가 상승됨으로 인하여 투명전극(72)과 정공주입층(74a)의 일함수 차가 줄어들게 된다. 이로써 투명전극(72)으로부터의 정공이 유기 EL층 내로 쉽게 이동될 수 있게 된다. 정공이 유기 EL층 내로 쉽게 이동되면 엑시톤(Exciton)이 발광층 내에서 생성되고, 이로 인하여 발광효율도 상승된다.In the organic EL display panel according to the second embodiment of the present invention configured as described above, the work function difference between the transparent electrode 72 and the hole injection layer 74a is reduced by increasing the work function of the transparent electrode 72. As a result, holes from the transparent electrode 72 can be easily moved into the organic EL layer. When holes move easily into the organic EL layer, excitons are generated in the light emitting layer, thereby increasing the luminous efficiency.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 유기 전계발광소자 및 그 제조방법은 양극용 투명전극 형성시 산소유량을 선형적으로 제어하여 투명전극과 유기 발광층 사이의 계면 특성을 향상시킬 수 있다. 이로 인하여, 투명전극에서 유기 발광층으로의 정공의 주입이 향상되어 유기 전계발광 표시소자의 발광효율이 증가하는 효과를 가져올 뿐만 아니라 유기발광소자의 작동전압도 낮아지게 된다.As described above, the organic electroluminescent device and the method of manufacturing the same according to the present invention can improve the interface characteristics between the transparent electrode and the organic light emitting layer by linearly controlling the oxygen flow rate when forming the transparent electrode for the anode. As a result, the injection of holes from the transparent electrode into the organic light emitting layer is improved, thereby increasing the luminous efficiency of the organic light emitting display device and lowering the operating voltage of the organic light emitting device.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification but should be defined by the claims.
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