KR20040049141A - 유기 전계발광 소자 - Google Patents

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Abstract

유기전계발광소자가 개시된다. 개시된 유기전계발광소자는, 기판 상에 형성된 제1전극과, 제1전극 상에 형성되는 유기 발광층 및, 유기발광층 상에 형성되는 제2전극을 포함하는 유기 전계발광 소자에 있어서, 제1 및 제2전극 중의 어느 한 전극은 제1금속층, 간섭층 및, 제2금속층의 순서대로 기판에 대향하도록 적층되고, 제1 및 제2금속층에서 반사된 광이 서로 상쇄간섭되도록 간섭층의 두께가 설정되며, 제1 및 제2전극 중의 다른 하나와 제1금속층에 전원이 인가되는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 전류주입특성이 개선되는 잇점을 가진다.

Description

유기 전계발광 소자{Organic Electroluminescence device}
본 발명은 유기 전계발광 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전류주입특성이 개선된 유기 전계발광 소자에 관한 것이다.
일반적으로 유기 전계발광 소자는 능동발광형 표시 소자로서 시야각이 넓고콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라 응답속도가 빠르다는 장점을 가지고 있어서 차세대 표시소자로서 주목받고 있다.
EL 소자는 발광층(emitter layer) 형성용 물질에 따라 무기 EL 소자와 유기 EL 소자로 구분된다. 여기에서 유기 EL 소자는 무기 EL 소자에 비하여 휘도, 구동전압 및 응답속도 특성이 우수하고 다색화가 가능하다는 장점을 가지고 있다.
일반적인 유기 EL 소자는 투명기판 상부에 소정패턴의 양전극층이 형성되어 있다. 그리고 이 양전극층 상부에는 홀 수송층, 발광층, 전자 수송층이 순차적으로 형성되고, 상기 전자수송층의 상면에는 상기 양전극층과 직교하는 방향으로 소정패턴의 음전극층이 형성되어 있다. 여기에서 홀 수송층, 발광층 및 전자수송층은 유기 화합물로 이루어진 유기박막들이다.
이와 같은 유기 전계발광 소자에 있어서, 음전극으로 금속전극을 사용하기 때문에 투명기판의 전면으로부터 입사하는 외광의 반사로 인한 콘트라스트의 저하문제가 발생된다. 이에 대해 일반적으로 쿼터 웨이브 플레이트(Quarter wave plate, QWP)와 편광판을 사용하여 외광이 유기 전계발광 소자의 내부로 진입한 뒤 금속전극에서 반사된 후에는 편광판을 빠져 나오지 못하게 함으로써 콘트라스트의 저하를 방지한다. 그러나 이 경우에 쿼터 웨이브 플레이트와 편광판의 광투과율은 43% 정도이므로 발광층에서 발생된 광도 43%정도만 투과하므로 휘도가 낮아진다는 문제점을 가지고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 발명이 국제특허공개공보 WO 01/08240에 개시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 개시된 발명(10)은 금속전극의 반사율을최소화한 것으로서, 제1금속전극(16)에서 반사된 광과 제2금속전극(18)에서 반사된 광이 간섭되어 소멸하는 것을 특징으로 한다. 개시된 발명은 기판(미도시), 투명전극(12), 유기발광층(14), 제1금속전극(16), 간섭층(17) 및 제2금속전극(18)의 순서대로 아래로부터 적층된다. 이 경우에 제1금속전극(16)에서 반사된 광(Ⅰ)과 제2금속전극(18)에서 반사되어 제1금속전극(16)의 표면을 투과하는 광(Ⅱ)의 세기가 같도록 제1금속전극(16)의 두께와 간섭층(17)의 광투과율이 설정된다. 이는 제2금속전극(18)에 전원(20)을 인가하여 음극으로 사용하고 있기 때문이다. 즉, 상기 기판과 제2금속전극(18)사이에 형성된 제1금속전극(16) 및 간섭층(17)에 영향을 받는다. 또한, 전류주입특성의 향상을 위해서는 간섭층(17)의 재료의 선택이 중요하다.
또한, 편광판을 사용하지 않아도 되기 때문에 박형화 추세에 부응하는 장점을 가지고 있다.
그러나, 상기의 발명은 금속전극의 반사율을 0으로 하기 위한 간섭층의 재료를 적절히 선정하여도 종래의 전극에 비해 전류주입특성이 매우 좋지 않은 문제점을 가지고 있다.
또한, 일본 특개평 제8-222374호에는 유기 전계발광 소자의 내부에 광흡수 확산층을 개재하여 외광의 반사를 방지하고, 콘트라스트를 향상시킨 발명이 개시되어 있으나 광습수 확산층에 의해 전류주입특성이 저하된다는 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 점을 감안하여 된 것으로서, 금속전극의 반사율을 감소시키기 위한 간섭층이 형성된 유기 전계발광 소자에 있어서, 전류의 주입특성이 개선된 유기 전계발광 소자를 제공하는데 목적이 있다.
도 1은 통상적인 유기 전계발광 소자의 단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계발광 소자의 단면도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 전계발광 소자의 단면도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
20...전원 21...기판
22...투명전극 23...정공수송층
24...발광층 25...전자수송층
26...제1금속층 27...간섭층
28...제2금속층 29...반사전극
33...전도부
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
기판 상에 형성된 제1전극과, 상기 제1전극 상에 형성되는 유기 발광층 및, 상기 유기발광층 상에 형성되는 제2전극을 포함하는 유기 전계발광 소자에 있어서,
상기 제1 및 제2전극 중의 어느 한 전극은 제1금속층, 간섭층 및, 제2금속층의 순서대로 상기 기판에 대향하도록 적층되고, 상기 제1 및 제2금속층에서 반사된 광이 서로 상쇄간섭되도록 상기 간섭층의 두께가 설정되며, 상기 제1 및 제2전극 중의 다른 하나와 상기 제1금속층에 전원이 인가되는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자를 제공한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 또한,
기판 상에 형성된 제1전극과, 상기 제1전극 상에 형성되는 유기 발광층 및, 상기 유기발광층 상에 형성되는 제2전극을 포함하는 유기 전계발광 소자에 있어서,
상기 제1 및 제2전극 중의 어느 한 전극은 제1금속층, 간섭층 및, 제2금속층의 순서대로 상기 기판에 대향하도록 적층되고, 상기 제1 및 제2금속층에서 반사된 광이 서로 상쇄간섭되도록 상기 간섭층의 두께가 설정되며, 상기 제1금속층과 제2금속층을 전기적으로 연결하는 적어도 하나이상의 전도부가 상기 간섭층을 관통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자를 제공한다.
여기서, 상기 제1 및 제2전극 중 상기 제1 및 제2금속층을 포함하지 않은 전극과 상기 제1금속층에 전원이 인가되는 것이 바람직하다.
상기 제1전극은 투명한 양극이고 상기 제1금속층은 음극이 되도록 전원이 인될 수 있다.
상기 제1 및 제2금속층은 일함수가 4eV 이하인 금속, 합금 또는 전기전도성 화합물로 형성된다.
상기 간섭층은 상기 유기 발광층과 동일한 재료로 형성될 수 있다.
상기 간섭층은 무기재료로 형성될 수 있으며, 이 무기재료는 SiO2, TiO2의 산화물이거나, LiF 의 불화물 중의 어느 하나로 형성하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기 전계발광 소자를 상세히 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계발광 소자(30)는 기판(21)상에 형성된 제1, 2전극(22, 26)과, 상기 제1, 2전극에 개재되는 유기 발광층을 포함한다. 상기 제1, 2전극(22, 26)은 투명전극으로서 양극이 될 수도 있고, 반사전극으로서 음극이 될 수도 있다. 또한 유기 발광층은 정공수송층(23), 발광층(24), 전자수송층(25)을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계발광 소자(30)는 기판(21), 투명전극(22), 정공수송층(23), 발광층(24), 전자수송층(25) 및 반사전극(26)의 순서대로 적층된다. 상기 기판(21)은 투명성을 갖는 소재가 바람직하다. 예컨대, 유리, 석영, 유기 고분자 화합물 등이 해당된다. 또한, 투명전극(22)은 일함수가 4eV이상으로 큰 유전성 투명재료가 바람직하다. 예컨대, ITO, IZO 등이 해당된다. 상기 투명전극(22)은 상기 투명재료를 증착하거나 스퍼터링함으로써 기판상에 박막으로 형성한다. 상기 정공수송층(23), 발광층(24) 및 전자수송층(25)은 유기발광층으로서 종래로부터 공지인 여러가지 물질이 이용가능하다. 상기 정공수송층(23)은 정공이송층(HTL)과 정공주입층(HIL)을 포함하며, 상기 전자수송층(25)은 전자이송층(ETL)과 전자주입층(EIL)을 포함한다.
상기 반사전극(29)은 제1금속층(26), 간섭층(27) 및 제2금속층(28)의 순서대로 아래로부터 적층된다. 상기 제1금속층(26) 및 제2금속층(28)은 일함수가 4eV 이하로 작은 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 등이 바람직하다. 예컨대, 나트륨, 마그네슘, 알루미늄, 리튬등이 해당한다. 상기 제1금속층(26) 및 제2금속층(28)은 상기 금속들을 증착하거나 스퍼터링함으로써 기판상에 박막으로 형성한다. 상기 제1금속층(26)과 제2금속층(28)의 사이에는 간섭층(27)이 개재된다.
상기 간섭층(27)은 상기 제1금속층(26)에서 반사된 광(Ⅰ)과 상기 제2금속층(28)에서 반사된 광(Ⅱ)이 서로 상쇄간섭되도록 그 두께가 설정된다. 상기 간섭층(27)은 상기 발광층(24)과 동일한 재료인 유기재료일 수 있다. 또한, 상기 간섭층(27)은 무기재료일 수도 있으며, 상기 무기재료는 SiO2, TiO2의 산화물이거나 LiF 의 불화물중의 어느 하나일 수도 있다.
상기 제1금속층(26)에 전원(20)이 연결되어 상기 제1금속층(26)이 음극으로서 작용한다. 따라서, 상기 간섭층(27)과 제2금속층(28)을 관통하지 않고 전류가상기 전자수송층(25)으로 주입될수 있으므로 전류주입특성이 개선된다. 그리고, 전류주입특성이 향상되도록 상기 제1금속층(26)은 전자수송층(25)의 재료와 일함수의 차이가 적도록 그 재료가 설정되어야 한다.
이하에 실시예를 들어 상세히 설명하기로 한다.
<실시예>
투명전극(22)으로서 ITO를 사용하고, 정공수송층(23)으로 NPB, 발광층(24)으로 Alq, 전자수송층(25)으로 LiF, 제1, 2금속층(26, 28)으로 Al, 간섭층(27)으로 SiO를 사용한 경우에 전원(20)을 제1금속층(26)에 인가한다. 이 경우에 10볼트의 전원에서, 전류주입특성을 측정하면 100mA/cm2, 휘도는 400cd/m2이었다.
<비교예>
전원(20)을 제2금속층(26)에 인가한 것을 제외하고는 상기 실시예와 동일하다. 이 경우에 10볼트의 전원에서, 전류주입특성을 측정하면 20mA/cm2, 휘도는 800cd/m2이었다.
상기의 비교예와 비교해 볼때, 상기 실시예는 동일한 전압에서 전류주입특성과 휘도가 우수하고, 따라서, 구동전압을 보다 낮출 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 유기 전계발광 소자의 작용을 설명하면 다음과 같다.
상기 유기 전계발광 소자의 내부로 입사된 외광은 제1금속층 및 제2금속층에서 반사된다. 상기 제1금속층에 반사된 광과 상기 제2금속층에서 반사된 광은 상기제1금속층의 표면에서 서로 간섭된다. 이 경우에 상기 제1금속층과 제2금속층사이에 삽입된 간섭층의 두께를 조절함으로써 상기 제1금속층에 반사된 광과 상기 제2금속층에서 반사된 광이 상기 제1금속층의 표면에서 서로 상쇄간섭되도록 한다. 따라서, 외광에 의한 반사를 줄일 수 있으며 콘트라스트가 향상된다. 또한, 상기 제1금속층에 전원을 인가하여 상기 제1금속층을 음극으로 사용한다. 이는 음극과 전자수송층사이에 별도의 층이 개재됨으로써 전류주입특성이 저하되는 것을 방지하기 위함이다. 즉, 상기 제1금속층을 음극으로 사용함으로써 음극과 전자수송층이 인접되도록 하여 전류주입특성이 향상되도록 한 것이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 전계발광 소자(40)는 기판(21), 투명전극(22), 정공수송층(23), 발광층(24), 전자수송층(25) 및 반사전극(29)의 순서대로 적층된다.
여기서, 앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 동일한 부재를 가리키는 것으로, 앞서 설명된 바와 실질적으로 동일하므로 자세한 설명을 생략한다.
상기 반사전극(29)은 제1금속층(26), 간섭층(27) 및 제2금속층(28)의 순서대로 아래로부터 적층된다. 상기 제1금속층(26)과 제2금속층(28)을 전기적으로 연결하는 전도부재(33)가 형성되는 것이 바람직하다. 상기 전도부재(33)는 적어도 하나이상이 형성되며 상기 간섭층(27)을 관통하여 형성된다. 따라서, 상기 제2금속층(28)에 전원(20)이 인가되는 경우에도 상기 전도부재(33)를 통해 상기 제1금속층(26)과 제2금속층(28)이 통전되므로 전류주입특성이 향상된다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계발광 소자는 제1금속층에 전원을 인가함으로써 간섭층의 재료나 두께에 무관하게 전류주입특성이 개선된다는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 전계발광 소자는 제1금속층과 제2금속층의 사이에 개재되는 간섭층을 관통하는 전도부재를 형성함으로써 통전성을 향상시켜 전류주입특성이 개선된다는 이점이 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (13)

  1. 기판 상에 형성된 제1전극과, 상기 제1전극 상에 형성되는 유기 발광층 및, 상기 유기발광층 상에 형성되는 제2전극을 포함하는 유기 전계발광 소자에 있어서,
    상기 제1 및 제2전극 중의 어느 한 전극은 제1금속층, 간섭층 및, 제2금속층의 순서대로 상기 기판에 대향하도록 적층되고, 상기 제1 및 제2금속층에서 반사된 광이 서로 상쇄간섭되도록 상기 간섭층의 두께가 설정되며, 상기 제1 및 제2전극 중의 다른 하나와 상기 제1금속층에 전원이 인가되는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1전극은 투명한 양극이고 상기 제1금속층은 음극이 되도록 전원이 인가되는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2금속층은 일함수가 4eV 이하인 금속, 합금 또는 전기전도성 화합물로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 간섭층은 상기 유기 발광층과 동일한 재료인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 간섭층은 무기 재료인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 무기재료는 SiO2, TiO2의 산화물이거나, LiF 의 불화물 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
  7. 기판 상에 형성된 제1전극과, 상기 제1전극 상에 형성되는 유기 발광층 및, 상기 유기발광층 상에 형성되는 제2전극을 포함하는 유기 전계발광 소자에 있어서,
    상기 제1 및 제2전극 중의 어느 한 전극은 제1금속층, 간섭층 및, 제2금속층의 순서대로 상기 기판에 대향하도록 적층되고, 상기 제1 및 제2금속층에서 반사된 광이 서로 상쇄간섭되도록 상기 간섭층의 두께가 설정되며, 상기 제1금속층과 제2금속층을 전기적으로 연결하는 적어도 하나이상의 전도부가 상기 간섭층을 관통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2전극 중 상기 제1 및 제2금속층을 포함하지 않은 전극과 상기 제1금속층에 전원이 인가되는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1전극은 투명한 양극이고 상기 제1금속층은 음극이 되도록 전원이 인가되는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2금속층은 일함수가 4eV 이하인 금속, 합금 또는 전기전도성 화합물로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 간섭층은 상기 유기 발광층과 동일한 재료인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 간섭층은 무기 재료인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 무기재료는 SiO2, TiO2의 산화물이거나, LiF 의 불화물 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
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