KR20040035083A - 유기전계발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

유기전계발광소자 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 유기 EL 소자는, 제 1전극과 제 2전극 사이에 적어도 하나 이상의 유기 발광층을 포함하는 유기전계발광소자에 있어서, 상기 제 1전극과 유기 발광층 사이에 무기막층이 형성되며,
본 발명에 의한 유기 EL 소자의 제조방법은, 제 1전극, 유기 발광층, 제 2전극이 순차적으로 형성되는 유기전계발광소자의 제조방법에 있어서, 상기 제 1전극 위에 티타늄(Ti)을 포함한 가스 상태의 물질이 증착되는 제 1단계와, 불활성 기체를 주입하여 상기 제 1전극에 증착된 분자 외의 물질이 제거되는 제 2단계와, 상기 제 1전극에 증착된 분자층 위에 산소(O2)를 포함한 가스 상태의 물질이 증착되는 제 3단계와, 불활성 기체를 주입하여 상기 제 1전극에 증착된 분자층의 표면에 증착된 분자 외의 물질이 제거되는 제 4단계와, 상기 표면에 증착된 티타늄(Ti)과 산소(O2)가 자기제어 표면반응에 의해 티타늄 산화물(TiO2)층이 형성되는 제 5단계가 포함되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 정공 주입/ 수송층과 제 1전극과의 접착력이 증대되어 제 1전극을 전처리할 필요가 없어 공정이 단순해 지고, 상기 정공 주입/ 수송층의 두께를 얇게함으로써 전류대비 휘도가 향상되는 장점이 있다.

Description

유기전계발광소자 및 그 제조방법{Organic Electro luminescence Device and fabrication method of thereof}
본 발명은 유기전계발광소자에 관한 것으로, 특히 정공주입/ 수송층이 무기막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 표시장치의 대형화에 따라 공간 점유가 적은 평면표시소자의 요구가 증대되고 있는데, 이러한 평면표시소자 중 하나로서 유기전계발광소자(Organic Electro luminescence Device : 이하 유기 EL 소자 )의 기술이 빠른 속도로 발전하고 있으며, 이미 여러 시제품들이 발표된 바 있다.상기 유기 EL 소자는 ITO와 같은 투명전극인 양극과 일함수가 낮은 금속(Ca, Li, Al : Li, Mg : Ag 등)을 사용한 음극 사이에 유기 박막층이 있는 구조로 되어 있으며, 이와 같은 유기 EL 소자에 순방향의 전압을 가하면 양극과 음극에서 각각 정공과 전자가 주입되고, 주입된 정공과 전자는 결합하여 엑시톤(exciton)을 형성하고, 엑시톤이 발광 재결합(radiative recombination)을 하게 되는데 이를 전기발광 현상이라 한다.
여기서, 상기 유기 박막층의 재료는 저분자 또는 고분자 물질로 구분할 수 있으며 저분자 물질은 진공 증착법을 사용하고, 고분자 물질은 스핀 코팅 방법으로 기판 상에 박막을 형성한다. 또한, 낮은 전압에서 소자를 동작시키기 위해 유기 박막층의 두께는 약 1000Å 정도로 매우 얇게 제작하는데, 박막이 균일하며 핀 홀(pin hole)과 같은 결함이 없어야 한다.
이러한 상기 유기 박막층은 단일 물질로 제작할 수 있으나, 일반적으로 여러 유기물질의 다층 구조를 주로 사용한다. 또한, 발광층에서 발광 전이가 효과적으로 일어나도록 형광 색소 또는 인광 색소를 도핑한다. 이 경우 주재료(host)에서 생성된 엑시톤이 도핑된 색소로 효과적으로 전달되도록 하는 것이 중요하다.
유기 EL 소자를 다층 박막 구조로 제작하는 이유는 유기 물질의 경우 정공과 전자의 이동도가 크게 차이가 나므로 정공 전달층(HTL)과 전자 전달층(ETL)을 사용하면 정공과 전자가 유기 발광층(EML)으로 효과적으로 전달될 수 있기 때문이다. 이렇게하여 상기 유기 발광층에서 정공과 전자의 밀도가 균형을 이루도록 하면 발광 효율이 높아지게 된다.
또한, 경우에 따라서는 양극과 정공 전달층 상에 전도성 고분자 또는 Cu-PC 등의 정공 주입층(HIL)을 추가로 삽입하여 정공 주입의 에너지 장벽을 낮추며, 더 나아가 음극과 전자 전달층 사이에 LiF 등의 약 5 ~ 10Å 정도의 얇은 완충층(전자 주입층(EIL))을 추가하여 전자 주입의 에너지 장벽을 줄여서 발광 효율을 증가시키고 구동 전압을 낮춘다.
이러한 유기 EL 소자는 플라즈마 디스플레이(PDP)나 무기전계발광소자에 비해 낮은 전압(ex, 10V 이하)으로 구동할 수 있는 장점이 있으며, 넓은 시야각, 고속 응답성, 고 콘트라스트(contrast) 등의 뛰어난 특징을 가지고 있으므로, 그래픽 디스플레이의 픽셀(pixel), 텔레비전 영상 디스플레이나 표면 광원(surface light source)의 픽셀로서 사용될 수 있다.
또한, 플라스틱과 같이 휠 수 있는(flexible) 투명 기판 위에도 소자를 형성할 있고, 매우 얇고 가볍게 만들 수 있으며, 색감이 좋기 때문에 차세대 평면 디스플레이(flat panel display : FPD)에 적합한 소자이고, 또한 액정표시장치(LCD)에 비해 백라이트(back light)가 필요치 않아 전력소모가 적다.
도 1은 종래의 유기 EL 소자의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 유기 EL 소자는 기판(1), 제 1전극(2), 정공 주입층(3), 정공 수송층(4), 유기 발광층(6), 전자 수송층(7), 전자 주입층(8) 및 제 2전극(9)이 포함된다.
여기서, 상기 기판(1)은 일반적으로 기판은 유리를 사용하지만 구부릴 수 있는 플라스틱이나 PET 필름 등을 사용할 수 있다. 상기 유기 EL 소자의 제조는 고온 공정을 요구하지 않기 때문에 100℃의 공정 온도를 견딜 수 있는 기판이 유용하며, 이것은 대부분의 열 플라스틱을 포함한다.
이러한 상기 기판(1) 위에 제 1전극(anode, 양극)(2) 물질이 증착된다. 제 1전극 물질로는 높은 일함수(high work function)을 갖는 여러 금속이 선택될 수 있다. 일반적으로 인듐 주석 옥사이드(ITO)는 비교적으로 높은 일함수를 가지며, 그 자체로도 투명하기 때문에 제 1금속으로 많이 사용된다.
상기 제 1전극(2) 위에는 정공 주입층(3)이 형성된다. 상기 정공 주입층으로 사용되는 물질은 금속 즉, 제 1전극으로부터 정공이 유기막내로 진입하는 것이 방해 받지 않도록 상기 물질의 전자띠(valance band)가 제 1전극의 훼르미 준위(fermi level)와 큰 차이가 나지 않아야 하며, 동시에 상기 물질은 금속과의 접착력(adhesion)이 좋아야 한다. 일반적으로 정공 주입층으로는 주로 구리 프탈로시아닌(CuPC : copper phthalocyanine)이 사용되고, 그 두께는 약 10nm 내지 30nm로 한다.
다음으로 상기 정공 주입층(3) 위에 정공 수송층(4)이 형성된다. 상기 정공 수송층으로 사용되는 물질은 제 1전극으로 흔히 쓰이는 ITO의 일함수와 물질의 전자띠와의 값이 큰 차이가 없는 물질을 사용한다. 일반적으로 정공 수송층은 NPD를 약 30nm 내지 60nm 정도의 두께로 증착하여 형성한다.
상기와 같은 정공 주입층(3) 및 정공 수송층(4)은 하나의 층으로서 정공주입/ 수송층을 이룰 수도 있다.
상기 정공 수송층(4) 위에는 유기 발광층(6)이 형성된다. 제 1, 2전극(1, 9)에서 각기 주입된 정공과 전자가 결합하여 형성된 액시톤이 기저상태로 떨어지면서 발광하게 되는 층으로서 정공 수송층(4)과 전자 수송층(7) 각각의 전도띠와 전자띠의 차이(band gap)에 의해 발광색이 결정된다. 상기 유기 발광층(4)에는 필요에 따라 불순물(dopant)을 첨가한다. 예를 들어, 녹색 발광의 경우 유기 발광층으로는 Alq3을 약 30nm 내지 60nm 정도의 두께로 증착하고, 불순물로는 MQD를 많이 쓴다.
상기 유기 발광층(6) 위에는 전자 수송층(7) 및 전자 주입층(8)이 연속적으로 형성되거나, 또는 전자주입/ 수송층이 형성된다. 녹색 발광의 경우에 유기 발광층으로 사용한 Alq3이 뛰어난 전자수송능력을 갖기 때문에 전자주입/ 수송층을 쓰지 않는 경우도 많다.
다음으로 전자 주입층(8) 위에 제 2전극(9)이 형성된다. 상기 제 2전극으로 사용되는 금속으로는 낮은 일함수(low work function)를 갖는 물질이 사용되는 데, 일반적으로 전극의 일함수가 작을수록 전자 주입이 용이하게 되나 동시에 반응성이 높아지므로 안정도 면에 있어 어려움이 있다. 상기 제 2전극으로는 MgAg, CaAl 등이 많이 쓰인다.
도 2a 내지 도 2c는 종래의 유기전계발광소자의 에너지 다이어그램을 나타낸도면이다.
도 2를 참조하여 유기전계발광소자의 발광 원리를 설명하면 다음과 같다. 단 도면에서는 전자를 - , 정공을 + 로, 그리고 전자와 정공의 이동을 화살표로 나타내었다. 또한,와는 각각 제 1전극과 제 2전극의 일함수를, EA 와 IP는 각각 전자 친화도 및 이온화 포탠셜을 나타내는 것이며, HOMO와 LOMO는 최고 점유분자 궤도(Highest Occupied Molecular Orbital, valance band)와 최저 비점유 분자 궤도(Lowest Unoccupied Molecular Orbital, conduction band)를 나타낸다.먼저 도 2a에 도시한 바와 같이, 제 1전극(2)과 제 2전극(9) 사이에 전위(VCA)가 인가되지 않으면, 정공 주입층(3), 정공 수송층(4), 유기 발광층(6), 전자 수송층(7)들은 열역학적 평형 상태로, 각 층의 페르미 준위(Fermi level)는 서로 일치하게 된다.
그러나, 두 전극(9) 사이에 전위(VCA)가 인가되면, 도 2b에 도시한 바와 같이 제 1전극(2)으로부터 정공이 정공 주입층(3)의 HOMO로 점차 주입되며, 제 2전극(9)으로부터 전자가 전자 수송층(7)의 LUMO로 주입된다. 단, 이 때 도 2b에 도시된 바 같이 인가전압 VCA가 구동전압 또는 턴 온 전압(Vonset)보다 낮으면, 정공이나 전자들이 유기 발광층(6)으로 이동되지 못하며, 전계 발광이 일어나지 않는다.
결국 도 2c에 도시한 바와 같이 인가전압 VCA가 Vonset을 능가하면, 정공이나 전자들이 정공 주입층(3), 정공 수송층(4), 그리고 전자 수송층(7)을 통과하여 유기 발광층(6)으로 주입되어 정공과 전자의 발광성 재결합으로 전계 발광이 발생된다.
그러나, 상기와 같은 구조를 갖는 종래의 유기 EL 소자에 있어서 상기 제 1전극인 ITO는 유기막층(정공 주입층 등)과의 접합계면에서 일함수 값의 적절한 균형 및 유기막층과의 접착력 향상을 위해 상기 ITO층은 반드시 적절한 표면 전처리를 거쳐야만 한다는 단점이 있다.
즉, 상기 ITO 기판의 상태에 따라 ITO 표면의 일함수와 정공주입층(또는 정공 수송층)의 표면 일함수와의 접합계면에는 표면 전위차가 발생하여 소자의 발광 개시전압에서 수 V의 차이가 생기게 될 수 있으며, 또한 기판 표면의 오염과 수분 흡착에 따라 ITO 표면의 일함수는 0.5 ~ 1.0eV의 큰 변화가 나타날 수 있으므로, 이를 극복하기 위해 평행평판형 방전을 이용한 ITO 표면산화법, 진공상태에서 UV 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 ITO 표면을 산화하는 방법, 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이용하여 ITO 표면을 산화하는 방법 등을 사용하여 ITO 표면의 산소이탈을 방지하고 수분 및 유기물의 잔류를 최대한 억제하는 전처리를 반드시 거쳐야 하는 것이다.
또한, 상기 유기막층은 수분에 약하므로 시간이 흐르면 상기 유기막층의 접합계면의 상기 ITO층이 부식된다는 단점이 있다.
본 발명은 유기 EL 소자에 있어서, 정공주입/ 수송층을 원자층 증착 (Atomic Layer Deposition : ALD) 방법으로 무기막(TiO2)을 증착함으로써 제 1전극 표면의전처리 공정을 제거 하고, 상기 무기막층의 두께 조절에 의해 정공의 이동도(mobility)를 조절하여 전류대비 휘도를 향상시키는 유기 EL 소자 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 유기전계발광소자의 구조를 나타내는 단면도.
도 2a 내지 도 2c는 종래의 유기전계발광소자의 에너지 다이어그램을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 의한 유기전계발광소자의 구조를 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명에 의한 정공주입/ 수송층의 증착을 순차적으로 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 기판 2 : 제 1전극
3 : 정공 주입층4 : 정공 수송층
5 : 정공주입/ 수송층6 : 유기 발광층
7 : 전자 수송층8 : 전자 주입층
9 : 제 2전극
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 유기 EL 소자는, 제 1전극과 제 2전극 사이에 적어도 하나 이상의 유기 발광층을 포함하는 유기전계발광소자에 있어서, 상기 제 1전극과 유기 발광층 사이에 무기막층이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 무기막층은 티타늄 산화물로 이루어지며, 상기 무기막층은 10 내지 1000Å의 두께를 갖음을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1전극은 양극이고, 상기 무기막층은 정공주입/ 수송층임을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 유기 EL 소자의 제조방법은, 제 1전극, 유기 발광층, 제 2전극이 순차적으로 형성되는 유기전계발광소자의 제조방법에 있어서, 상기 제 1전극 위에 티타늄(Ti)을 포함한 가스 상태의 물질이 증착되는 제 1단계와, 불활성 기체를 주입하여 상기 제 1전극에 증착된 분자 외의 물질이 제거되는 제 2단계와, 상기 제 1전극에 증착된 분자층 위에 산소(O2)를 포함한 가스 상태의 물질이 증착되는 제 3단계와, 불활성 기체를 주입하여 상기 제 1전극에 증착된 분자층의 표면에 증착된 분자 외의 물질이 제거되는 제 4단계와, 상기표면에 증착된 티타늄(Ti)과 산소(O2)가 자기제어 표면반응에 의해 티타늄 산화물(TiO2)층이 형성되는 제 5단계가 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 티타늄 산화막층 위에는 유기발광층, 제 2전극이 순차적으로 형성되는 단계가 더 포함되며, 상기 티타늄 산화막층의 두께가 10 내지 1000Å이 되도록 상기 제 1단계에서 제 5단계가 반복되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1단계 내지 제 5단계에서 물질이 증착 또는 제거되는 것은 펄스 구동에 의해 진행됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 의한 유기 EL 소자의 제조방법은, 제 1전극, 유기 발광층, 제 2전극이 순차적으로 형성되는 유기전계발광소자의 제조방법에 있어서, 상기 제 1전극과 유기 발광층 사이에 원자층 증착 방법에 의해 무기막의 정공주입/ 수송층이 형성되는 단계가 포함되며, 이 때 상기 무기막의 정공주입/ 수송층은 티타늄 산화물로 이루어짐을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 정공 주입/ 수송층과 제 1전극과의 접착력이 증대되어 제 1전극을 전처리할 필요가 없어 공정이 단순해 지고, 상기 정공 주입/ 수송층의 두께를 얇게함으로써 전류대비 휘도가 향상되는 장점이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명에 의한 유기 EL 소자의 구조를 나타내는 단면도이다.
단, 이는 종래의 유기 EL 소자와 그 구성이 동일하며, 다만 유기막으로 형성된 정공 주입층(3) 및 정공 수송층(4)이 무기막으로 형성된 하나의 단일층 즉, 정공주입/ 수송층(5)으로 이루어진 점에서 종래의 유기 EL 소자와 구별된다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 유기 EL 소자는 기판(1) 위에 제 1전극(2)(anode), 정공주입/ 수송층(5), 유기 발광층(6), 전자 주입층(7) 및 전자 수송층(8), 제 2전극(9)(cathode)이 형성되어 이루어지며, 여기서, 상기 정공주입/ 수송층(5) 이외의 계층은 도 1에서 설명한 바와 동일하다.
즉, 상기 제 1전극(2)(anode) 물질로는 높은 일함수(high work function)을 갖는 여러 금속이 선택될 수 있는데, 일반적으로 인듐 주석 옥사이드(ITO)는 비교적으로 높은 일함수를 가지며, 그 자체로도 투명하기 때문에 제 1금속으로 많이 사용된다.
또한, 상기 유기 발광층(6)은 제 1, 2전극에서 각기 주입된 정공과 전자가 결합하여 형성된 액시톤이 기저상태로 떨어지면서 발광하게 되는 층으로서, 이 때 발광층(6)에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따라 여러가지 발광색을 구현할 수 있는데 주재료(host)와 불순물(dopant)의 구성비를 원하는 소자의 발광특성에 따라 조정하게 된다. 보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의 주재료와 불순물을 선택하여 동시증착 함으로써 상기 유기 발광층(6)을 형성한다.
상기 유기 발광층(6) 위에는 전자 수송층(7)이 형성되는데, 이는 제 2전극(9)으로부터 공급되는 전자의 원활한 수송을 목적으로 적용한다. 상기 전자수송층(7)의 재료로는 Alq3또는 TAZ 등이 사용되고 있으나 보통 상기 유기 발광층(6)에 불순물을 적용하는 경우 유기 발광층의 주재료 물질로 이용되는 Alq3가 전자 수송체로서의 특성도 가지고 있으므로 보다 널리 사용되고 있다.
또한 상기 전자 수송층(7) 위에는 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층과의 계면특성을 개선하기 위해 추가로 전자 주입층(8)을 성막하기도 한다. 즉, 상기 전자 수송층(7) 및 전자 주입층(8)이 연속적으로 형성되거나, 또는 단일층으로 전자주입/ 수송층이 형성될 수도 있으며, 전자주입/ 수송층을 쓰지 않는 경우도 있다.
다음으로 전자 주입층(8) 위에 제 2전극(9)이 형성된다. 상기 제 2전극(9)으로 사용되는 금속으로는 낮은 일함수(low work function)를 갖는 물질이 사용되는 데, 일반적으로 전극의 일함수가 작을수록 전자 주입이 용이하게 되나 동시에 반응성이 높아지므로 안정도 면에 있어 어려움이 있다. 상기 제 2전극으로는 MgAg, CaAl 등이 많이 쓰인다.
또한, 종래의 유기 EL 소자에 있어서 상기 제 1전극과 유기 발광층 사이에 형성되는 정공 주입층 및 정공 수송층 또는 정공주입/ 수송층의 경우, 제 1전극으로부터 정공이 유기 발광층 내로 진입하는 것이 방해 받지 않도록 상기 정공주입/ 수송층을 이루는 물질의 전자띠(valance band)가 제 1전극의 훼르미 준위(fermi level)와 큰 차이가 나지 않은 유기막을 사용하였다. 즉, 상기 제 1전극이 ITO로 이루어진 경우 상기 정공주입/ 수송층은 일함수가 4.0eV 정도이고, 에너지밴드갭(Eg)이 3.2eV인 유기막층을 사용한다.
이에 대해 본 발명에 의한 유기 EL 소자는 상기 정공주입층 및 정공 수송층을 무기막으로 이루어진 하나의 단일층(5)으로 형성한다. 단, 상기 무기막은 종래의 정공주입/ 수송층과 같이 상기 제 1전극(2)으로부터 정공이 유기 발광층(6) 내로 진입하는 것이 방해 받지 않도록 상기 무기막 물질의 전자띠(valance band)가 제 1전극의 훼르미 준위(fermi level)와 큰 차이가 나지 않는 물질을 선택하여야 한다. 즉 제 1전극(2)으로 ITO전극을 사용할 경우 일함수가 4.0eV 정도이고, 에너지 밴드갭(Eg)이 3.2eV인 무기막을 사용하여야 한다.
상기와 같은 특징을 가지는 무기막으로써 티타늄 산화막(TiO2)을 일 예로 들 수 있으며, 상기 티타늄 산화막(TiO2)과 같은 무기막을 상기 정공주입/ 수송층(5)으로 사용함으로써 제 1전극 표면의 전처리 공정을 제거할 수 있으며, 또한 이를 통해 상기 정공주입/ 수송층(5)과 제 1전극(2)과의 접착력(adhesion)을 증대시킬 수 있게 된다.
즉, 종래의 유기막으로 이루어진 정공주입/ 수송층을 제 1전극(ITO) 위에 형성할 경우에는 상기 제 1전극인 ITO는 유기막층(정공주입/ 수송층)과의 접합계면에서 일함수 값의 적절한 균형 및 유기막층과의 접착력 향상을 위해 상기 ITO층은 반드시 적절한 표면 전처리를 거쳐야만 하나, 상기 유기막층을 티타늄 산화막(TiO2)과 같이 일함수 및 에너지 밴드갭이 상기 유기막층과 유사한 무기막층을 사용함으로써 이를 극복할 수 있는 것이다.
상기와 같은 무기막층(5)을 상기 제 1전극(1) 위에 증착하는 방식으로 본 발명에서는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition) 방법을 이용하며 이는 이하 도 4를 통해 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명에 의한 정공주입/ 수송층의 증착을 순차적으로 도시한 도면이다.
본 발명에 의한 정공주입/ 수송층은 원자층 증착(Atomic Layer Deposition : 이하 ALD ) 방법에 의해 형성되며, 상기 ALD 방법은 원자층 단위의 박막 조절이 가능한 공정으로 2종이상의 반응 가스를 펄스형태로 시분할로 공급하여 증착하는 방식을 말한다. 각 반응가스 펄스 사이에는 불활성 기체를 이용한 purge 펄스를 삽입하여 기판 표면에 화학 흡착된 분자 외에는 반응에 참여할 수 없도록 배제하여 표면 반응을 유도하며, 이러한 펄스의 조합을 반복하여 주입함으로써 필요한 조성과 두께를 형성할 수 있는 것이다.
즉, 이는 각 반응물질들을 개별적으로 분리하여 펄스 형태로 챔버에 공급하여 기판 표면에 반응물질의 표면 포화반응 즉, 자기제어 표면반응에 의한 화학적 흡착과 탈착을 이용하는 박막 증착기술이다.
이러한 ALD 방법은 반응 가스의 시분할 공급과 흡착을 이용한 자기 제어 표면 반응(self-limited reaction) 특성에 의해 CVD(Chemical Vapor Deposition)보다 저온에서 공정이 가능하며, 파티클 형성이 억제되고, 정확하고 정밀한 박막의 두께를 형성할 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 의한 정공주입/ 수송층의 형성에 있어서 먼저제 1전극 위에 티타늄(Ti)을 포함한 가스 상태의 물질을 스퍼터링 방식 등에 의해 증착시킨다. 이는 펄스 구동에 의해 이루어지며, 첫번째 펄스가 인가되면 상기와 같이 티타늄(Ti) 가스가 증착된다. 이 때 사용되는 Ti precursor로는 TTIP(titanium tetra isopropoxide), TiCl4, TTE(titanium tetra ethoxide) 등이다. (A)
다음으로는 불활성 기체를 이용한 purge 펄스를 삽입하여 기판 표면에 화학 흡착된 분자 외에는 반응에 참여할 수 없도록 제거한다. (B)
그 다음 산소(O2)를 포함한 가스를 소정의 펄스 인가시 주입하여 상기 티타늄(Ti)층 위에 증착하며, 이 때 사용되는 O precursor로는 H2O, O2, N2O 등이 있다. (C)
마지막으로 다시 불활성 기체를 이용한 purge 펄스를 삽입하여 티타늄(Ti)층의 표면에 화학 흡착된 분자 외에는 반응에 참여할 수 없도록 제거하면, 표면에 화학 흡착된 티타늄(Ti)과 산소(O2)가 자기 제어 표면 반응(self-limited reaction)에 의해 티타늄 산화물(TiO2)을 생성하게 된다. (D)
또한, 상기와 같은 펄스의 조합을 반복하여 주입함으로써 상기 티타늄 산화물(TiO2)층을 원하는 두께로 형성할 수 있게 된다. 본 발명의 경우 상기 티타늄 산화물(TiO2)층을 10 내지 1000Å으로 형성할 수 있도록 상기 단계를 반복한다.
이와 같이 상기 티타늄 산화물층의 두께를 조절하는 것은 광투과도에 영향을주지 않고 정공의 이동도(moblity)를 조절하여 전류대비 휘도를 향상시키게 하기 위함이다.
또한, 상기와 같이 ALD 방법으로 티타늄 산화물(TiO2)을 정공주입/ 수송층으로 증착함에 따라 기존의 유기막층을 정공주입/ 수송층으로 사용할 때 보다 표면 거칠기(Surface Roughness)를 획기적으로 개선할 수 있게 된다.
결국, 상기와 같이 원자층 증착(Atomic Layer Deposition) 방법에 의해 제 1전극 위에 소정의 두께를 갖는 티타늄 산화막과 같은 무기막층을 형성하고, 상기 무기막층위에 순차적으로 유기 발광층, 전자 주입/ 수송층(제거 가능), 제 2전극을 순차적으로 형성함으로써 본 발명에 의한 유기전계발광소자를 제조할 수 있는 것이다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 유기전계발광소자 및 그 제조방법에 의하면, 정공주입/ 수송층과 제 1전극과의 접착력이 증대되어 제 1전극을 전처리할 필요가 없어 공정이 단순해 지고, 상기 정공 주입/ 수송층의 두께를 얇게함으로써 전류대비 휘도가 향상되는 장점이 있다.
또한, 종래의 유기막으로 이루어진 정공 주입/ 수송층이 수분에 취약한 단점을 극복함으로써 유기전계발광소자의 장수명화에 이바지하는 장점이 있다.

Claims (10)

  1. 제 1전극과 제 2전극 사이에 적어도 하나이상의 유기 발광층을 포함하는 유기전계발광소자에 있어서,
    상기 제 1전극과 유기 발광층 사이에 무기막층이 형성된 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 무기막층은 티타늄 산화물로 이루어짐을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 무기막층은 10 내지 1000Å의 두께를 갖음을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1전극은 양극이고, 상기 무기막층은 정공주입/ 수송층임을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  5. 제 1전극, 유기 발광층, 제 2전극이 순차적으로 형성되는 유기전계발광소자의 제조방법에 있어서,
    상기 제 1전극 위에 티타늄(Ti)을 포함한 가스 상태의 물질이 증착되는 제 1단계와,
    불활성 기체를 주입하여 상기 제 1전극에 증착된 분자 외의 물질이 제거되는 제 2단계와,
    상기 제 1전극에 증착된 분자층 위에 산소(O2)를 포함한 가스 상태의 물질이 증착되는 제 3단계와,
    불활성 기체를 주입하여 상기 제 1전극에 증착된 분자층의 표면에 증착된 분자 외의 물질이 제거되는 제 4단계와,
    상기 표면에 증착된 티타늄(Ti)과 산소(O2)가 자기제어 표면반응에 의해 티타늄 산화물(TiO2)층이 형성되는 제 5단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 티타늄 산화막층 위에 유기발광층, 제 2전극이 순차적으로 형성되는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 티타늄 산화막층의 두께가 10 내지 1000Å이 되도록 상기 제 1단계에서제 5단계가 반복되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1단계 내지 제 5단계에서 물질이 증착 또는 제거되는 것은 펄스 구동에 의해 진행됨을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
  9. 제 1전극, 유기 발광층, 제 2전극이 순차적으로 형성되는 유기전계발광소자의 제조방법에 있어서,
    상기 제 1전극과 유기 발광층 사이에 원자층 증착 방법에 의해 무기막의 정공주입/ 수송층이 형성되는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 무기막의 정공주입/ 수송층은 티타늄 산화물로 이루어짐을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
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