KR20040102523A - 유기 전계발광소자의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기 전계발광소자의 제조방법에 관한 것으로, 통상의 열증착 (thermal evaporation) 방법에 의해 형성되는 정공수송층이 소자 제작 후에 결정화되는 것을 방지하기 위하여, 정공수송층 증착시 기판에 열을 가하거나 정공수송층을 상온에서 증착한 다음 정공수송층에 열을 가하여 정공수송층이 미리 결정화되도록 함으로써, 유기 전계발광소자 동작시 열에 의해 층간 분리되는 현상을 방지하여 소자의 발광효율을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 소자의 수명 향상에도 도움을 준다.
Description
본 발명은 유기 전계발광소자의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유리전이온도가 낮은 유기물질로 구성되는 정공수송층 증착시 결정상태로 형성함으로써, 소자 동작시 열에 의해 층간 분리되는 현상을 방지하여 소자의 발광효율을 향상시킬 수 있는 유기 전계발광소자의 제조방법에 관한 것이다.
최근 디스플레이 장치의 대형화에 따라 공간 점유가 적은 평면표시 소자의 요구가 증대되고 있는데, 이러한 평면표시 소자의 하나로서 전계발광소자가 주목되고 있다. 이 전계발광소자는 사용하는 재료에 따라 무기 전계발광소자와 유기 전계발광소자로 크게 나뉘어진다.
무기 전계발광소자는 일반적으로 발광부에 높은 전계를 인가하고, 전자를 높은 전계 중에서 가속하여 발광 중심으로 충돌시켜 이에 의해 발광 중심을 여기함으로써 발광하는 소자이다. 한편, 유기 전계발광소자는 전자주입 전극인 음전극과 정공주입 전극인 양전극으로부터 각각 전자와 정공을 발광부 내로 주입시켜 주입된 전자(electron)와 정공(hole)이 결합하여 생성된 엑시톤(exciton)이 여기상태로부터 기저상태로 떨어질 때 발광하는 소자이다.
상기와 같은 동작원리로 인해 무기 전계발광소자는 100∼200V의 높은 구동전압을 필요로 하는 반면, 유기 전계발광소자는 5∼200V 정도의 낮은 전압으로 구동할 수 있다는 장점 때문에 이에 대한 연구가 더욱 활발하게 진행되고 있다.
또한, 유기 전계발광소자는 넓은 시야각, 고속 응답성, 고 콘트라스트(highcontrast) 등의 뛰어난 특징을 갖고 있으므로 그래픽 디스플레이의 픽셀(pixel), 텔레비전 영상 디스플레이나 표면광원(surface light source)의 픽셀로서 사용될 수 있으며, 얇고 가볍고 색감이 좋기 때문에 차세대 평면 디스플레이에 적합한 소자이다.
종래의 유기 전계발광소자를 제조하는 방법을 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 유기 전계발광소자의 개략적인 단면도로서, 투명기판(10) 상부에 양전극(12), 정공주입층(14), 정공수송층(16), 발광층(18), 전자수송층 (20), 전자주입층(22) 및 음전극(24)이 순차적으로 적층되어 있는 구조의 유기 전계발광소자를 도시한다.
여기서, 상기 유기 전계발광소자의 동작을 살펴보면, 상기 양전극(12)에 양의 전압을 인가하고, 음전극(24)에 음의 전압을 인가한다. 그러면 양전극(12)에서는 정공(h)이 주입되고, 음전극(24)에서는 전자(e)가 주입되며, 정공(h)은 정공주입층(14), 정공수송층(16)을 지나고, 전자(e)는 전자주입층(22), 전자수송층(20)을 지난다. 정공(h)과 전자(e)는 발광층(18)에서 재결합되며, 이들의 결합에 의해 발광하게 되며, 이들이 결합되는 위치 및 발광층(18)을 형성하는 유기물의 종류에 따라 각기 다른 파장대로 빛이 발생된다.
그 제조방법을 보면, 먼저 석영 등의 투명 재질로 형성된 투명기판(10) 상부에 정공주입 전극인 양전극(12)을 형성한 다음, 양전극(12) 상부에 정공주입층(14)을 형성한다.
다음, 정공주입층(14) 상부에 정공수송층(16)을 형성한다. 이때, 정공수송층(16)을 형성하는 물질로는 일반적으로 고분자 유기 전계발광소자의 경우 폴리(비닐 카바졸)[poly(vinyl carbazole)]을 사용하고, 저분자 유기 전계발광소자의 경우 N,N'-디페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-1,1'-비페닐-4,4'-디아민[N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine]을 사용한다.
그런 다음, 정공수송층(16) 상부에 발광층(18), 전자수송층(20), 전자주입층 (22) 및 전자주입 전극인 음전극(24)을 순차적으로 형성하여 유기 전계발광소자를 제조한다.
상기와 같이 종래 기술에 따라 제조되는 유기 전계발광소자에 있어서, 유기물질로 이루어지는 층들 예를 들어, 정공주입층(14), 정공수송층(16), 발광층(18) 또는 전자수송층(20)의 경우, 투명기판(10)의 온도가 상온인 상태에서 열증착 방법으로 증착되기 때문에 증착 후 비정질(amorphous) 상태로 존재한다.
특히, 정공수송층(16)은 유리전이온도(glass transition temperature)가 다른 층들에 비해 낮아서 소자를 동작했을 때 발생할 수 있는 열에 의해 결정화가 될 수 있다. 소자를 제작한 후의 유기물의 결정화는 층간에서 부분적으로 들어가고 나오는 부분이 발생하여 계면에서 분리가 일어나게 한다.
도 2는 일반적인 유기 전계발광소자의 정공수송층 계면 구조를 나타내는 개략적인 단면도로서, 통상의 방법에 따라 투명기판(10)의 온도가 상온인 상태에서 열증착 방법으로 증착한 정공수송층(16a)이 비정질 상태로 존재하는 것을 도시한다.
또한, 도 3은 상기 도 2 상태의 유기 전계발광소자가 동작하였을 때 열에 의해 정공수송층이 결정화된 것을 나타내는 개략적인 단면도로서, 결정 상태로 변환된 정공수송층(16b)에 의해 계면(30)의 형태가 바뀌면서 부분적으로 발광층(18)과 떨어져 버리는 층간 분리 현상이 나타남을 도시한다. 편의상, 정공수송층(16a)의 결정화에 의해 다른 층과의 계면에 분리를 가져오는 것을 보여주기 위하여 정공수송층(16a)과 발광층(18)이 접하는 부분만을 상세하게 도시하고, 이들의 계면(30)을 표시하였다.
상기에서 보는 바와 같이, 소자 동작시의 열에 의해 비정질 상태의 정공수송층(16)에 결정화가 일어나기 때문에 층간 분리 현상을 유발시키는데, 이것은 곧 발광효율을 떨어뜨리는 원인으로 작용한다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 통상의 열증착 방법으로 정공수송층 증착시 기판에 열을 가하거나, 정공수송층을 상온에서 증착한 다음 정공수송층에 열을 가하여 정공수송층이 미리 결정화되도록 함으로써, 소자 동작시 열에 의해 층간 분리 현상을 방지할 수 있는 유기 전계발광소자의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 일반적인 유기 전계발광소자의 개략적인 단면도.
도 2는 일반적인 유기 전계발광소자의 정공수송층 계면 구조를 나타내는 개략적인 단면도.
도 3은 일반적인 유기 전계발광소자의 동작시 열에 의해 정공수송층이 결정화된 것을 나타내는 개략적인 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 유기 전계발광소자의 개략적인 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 유기 전계발광소자의 정공수송층 계면 구조를 나타내는 개략적인 단면도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 >
10, 100 : 투명기판 12, 112 : 양전극
14, 114 : 정공주입층 16, 16a, 16b, 116 : 정공수송층
18, 118 : 발광층 20, 120 : 전자수송층
22, 122 : 전자주입층 24, 124 : 음전극
30, 130 : 정공수송층과 발광층의 계면
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는
투명기판 상부에 양전극을 형성하는 제 1 단계와,
상기 양전극 상부에 정공주입층을 형성하는 제 2 단계와,
상기 정공주입층 상부에, 정공수송층을 형성하는 물질의 유리전이온도 이상이면서 증발온도 이하인 온도의 열을 상기 투명기판에 가한 상태에서 정공수송층을 형성하는 제 3 단계와,
상기 정공수송층 상부에 발광층을 형성하는 제 4 단계와,
상기 발광층 상부에 전자수송층을 형성하는 제 5 단계와,
상기 전자수송층 상부에 전자주입층을 형성하는 제 6 단계와,
상기 전자주입층 상부에 음전극을 형성하는 제 7 단계를 포함하는 것을 제 1 특징으로 유기 전계발광소자의 제조방법을 제공한다.
상기 단계를 포함하는 본 발명에 있어서, 상기 제 3 단계의 상기 투명기판에 가하는 열이 65℃ 내지 240℃ 사이인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는
투명기판 상부에 양전극을 형성하는 제 1 단계와,
상기 양전극 상부에 정공주입층을 형성하는 제 2 단계와,
상기 정공주입층 상부에 정공수송층을 형성한 다음, 정공수송층을 형성하는 물질의 유리전이온도 이상이면서 증발온도 이하인 온도의 열을 정공수송층에 가하는 제 3 단계와,
상기 정공수송층 상부에 발광층을 형성하는 제 4 단계와,
상기 발광층 상부에 전자수송층을 형성하는 제 5 단계와,
상기 전자수송층 상부에 전자주입층을 형성하는 제 6 단계와,
상기 전자주입층 상부에 음전극을 형성하는 제 7 단계를 포함하는 것을 제 2특징으로 하는 유기 전계발광소자의 제조방법을 제공한다.
상기 단계를 포함하는 본 발명에 있어서, 상기 제 3 단계의 상기 정공수송층에 가하는 열이 65℃ 내지 240℃ 사이인 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 유기 전계발광소자의 개략적인 단면도로서, 투명기판(110) 상부에 양전극(112), 정공주입층(114), 정공수송층(116), 발광층 (118), 전자수송층(120), 전자주입층(122) 및 음전극(124)이 순차적으로 적층되어 있는 구조의 유기 전계발광소자를 도시한다. 본 발명에서는 상기 정공수송층(116) 증착시 열처리 공정을 실시함으로써 미리 결정상태의 정공수송층(116)이 형성된다.
본 발명에 따른 유기 전계발광소자의 제조방법을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 석영 등의 투명 재질로 형성된 투명기판(110) 상부에 정공주입 전극인 양전극(112)을 형성한 다음, 양전극(112) 상부에 정공주입층(114)을 형성한다.
다음, 열처리 공정을 실시하여 정공주입층(114) 상부에 정공수송층(116)을 형성한다. 이때, 정공수송층(116)을 형성하는 물질로는 N,N'-디페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-1,1'-비페닐-4,4'-디아민[N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-1,1' -biphenyl-4,4'-diamine, 이하 "TPB"라 약칭함] 또는 N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐벤지딘[N,N'-di(naphthalen-1-yl)-N,N'-diphenylbenzidine, 이하 "α-NPB"라 약칭함]을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 열처리 공정을 수반하는 정공수송층(116) 형성공정은 첫째, 정공수송층 (116)을 형성하는 물질의 유리전이온도 이상이면서 증발온도 이하인 온도의 열을투명기판(110)에 가한 상태에서 열증착방법으로 정공수송층(116)을 증착하거나, 둘째, 투명기판(110)의 온도가 상온인 상태에서 열증착 방법을 사용하여 비정질 상태의 정공수송층(116)을 형성한 다음, 정공수송층(116)을 형성하는 물질의 유리전이온도 이상이면서 증발온도 이하인 온도의 열을 정공수송층(116)에 가하여 정공수송층(116)을 형성하는 공정이다.
예를 들어, TPB를 사용하여 정공수송층(116)을 형성하는 경우 유리전이온도인 65℃ 이상이면서 증발온도인 220℃ 이하인 온도의 열을 가하여 열처리 공정을 수행하는 것이 바람직하고, α-NPB을 사용하여 정공수송층(116)을 형성하는 경우 유리전이온도인 96℃ 이상이면서 증발온도인 240℃ 이하인 온도의 열을 가하여 열처리 공정을 수행하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 첫 번째 방법으로 정공수송층(116)을 형성하는 경우 열을 가하기 위하여 할로겐 램프(halogen lamp)를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 두 번째 방법으로 정공수송층(116)을 형성하는 경우 열을 가하기 위하여 할로겐 램프를 사용하거나, 레이저를 사용하여 정공수송층(116)을 스캔하는 것이 바람직하다.
그런 다음, 정공수송층(116) 상부에 발광층(118), 전자수송층(120), 전자주입층(122) 및 전자주입 전극인 음전극(124)을 순차적으로 형성하여 유기 전계발광소자를 제조한다.
도 5는 본 발명의 제조방법에 따른 유기 전계발광소자의 정공수송층 계면 구조를 나타내는 개략적인 단면도로서, 상기의 열처리 공정에 의해 증착된 정공수송층(116)이 결정 상태로 존재하기 때문에 층간 계면(130)이 균일해진 것을 도시한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서는 정공수송층 증착시 기판에 열을 가하거나 정공수송층을 상온에서 증착한 다음 열을 가하여 정공수송층이 미리 결정화되도록 함으로써, 유기 전계발광소자 동작시 층간 분리 현상을 방지하여 소자의 발광효율을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 소자의 수명 향상에도 도움을 준다.
Claims (4)
- 투명기판 상부에 양전극을 형성하는 제 1 단계와,상기 양전극 상부에 정공주입층을 형성하는 제 2 단계와,상기 정공주입층 상부에, 정공수송층을 형성하는 물질의 유리전이온도 이상이면서 증발온도 이하인 온도의 열을 상기 투명기판에 가한 상태에서 정공수송층을 형성하는 제 3 단계와,상기 정공수송층 상부에 발광층을 형성하는 제 4 단계와,상기 발광층 상부에 전자수송층을 형성하는 제 5 단계와,상기 전자수송층 상부에 전자주입층을 형성하는 제 6 단계와,상기 전자주입층 상부에 음전극을 형성하는 제 7 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 3 단계의 상기 투명기판에 가하는 열이 65℃ 내지 240℃ 사이인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광소자의 제조방법.
- 투명기판 상부에 양전극을 형성하는 제 1 단계와,상기 양전극 상부에 정공주입층을 형성하는 제 2 단계와,상기 정공주입층 상부에 정공수송층을 형성한 다음, 정공수송층을 형성하는물질의 유리전이온도 이상이면서 증발온도 이하인 온도의 열을 정공수송층에 가하는 제 3 단계와,상기 정공수송층 상부에 발광층을 형성하는 제 4 단계와,상기 발광층 상부에 전자수송층을 형성하는 제 5 단계와,상기 전자수송층 상부에 전자주입층을 형성하는 제 6 단계와,상기 전자주입층 상부에 음전극을 형성하는 제 7 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광소자의 제조방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 3 단계의 상기 정공수송층에 가하는 열이 65℃ 내지 240℃ 사이인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광소자의 제조방법.
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| KR100963457B1 (ko) * | 2004-03-11 | 2010-06-17 | 미쓰비시 가가꾸 가부시키가이샤 | 전하 수송막용 조성물 및 이온 화합물, 이를 이용한 전하수송막 및 유기 전계 발광 장치, 및 유기 전계 발광 장치의제조 방법 및 전하 수송막의 제조 방법 |
| KR100846903B1 (ko) * | 2005-11-25 | 2008-07-17 | 도시바 마쯔시따 디스플레이 테크놀로지 컴퍼니, 리미티드 | 유기 ｅｌ 표시 장치 및 제조 방법 |
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