KR20050005087A - 유기 전계 발광 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

유기 전계 발광 소자 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR20050005087A KR1020030044223A KR20030044223A KR20050005087A KR 20050005087 A KR20050005087 A KR 20050005087A KR 1020030044223 A KR1020030044223 A KR 1020030044223A KR 20030044223 A KR20030044223 A KR 20030044223A KR 20050005087 A KR20050005087 A KR 20050005087A
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Abstract

본 발명은 유기 전계 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 금속 보조 전극을 복수개의 층으로 구성하여 전기 저항을 낮추고, 그에 따라 금속 보조 전극의 두께를 줄일 수 있는 유기 전계 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자의 제조 방법은 기판, 기판 상부에 형성되어 애노드 전극으로 사용되는 인듐 주석 산화물(ITO)층, 금속 보조 전극으로 사용되는 금속층, 유기물층 및 캐소드 전극인 금속 전극이 순서적으로 적층된 구조에서 상기 금속층을, 패터닝된 상기 ITO층 상에 ITO층과의 전자 이동이 억제되는 제 1 금속층을 증착하는 단계; 상기 제 1 금속층 상에 제 1 금속층보다 저항이 낮은 제 2 금속층을 증착하는 단계; 및 상기 제 2 금속층 상에 포토레지스트를 도포하는 단계를 통하여 형성하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자는 금속층이, ITO층 상에 형성되며 ITO층과의 전자 이동이 억제되는 재료로 이루어진 제 1 금속층; 및 상기 제 1 금속층 상에 형성되며 제 1 금속층보다 저항이 낮은 재료로 이루어진 제 2 금속층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

유기 전계 발광 소자 및 그 제조 방법{Organic electroluminescent device and method of manufacturing the same}
본 발명은 유기 전계 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 금속 보조 전극을 복수개의 층으로 구성하여 전기 저항을 낮추고, 그에 따라 금속 보조 전극의 두께를 줄일 수 있는 유기 전계 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
유기 전계 발광은 유기물(저분자 또는 고분자) 박막에 음극과 양극을 통하여 주입된 전자(electron)와 정공(hole)이 재결합하여 여기자(exition)를 형성하고, 형성된 여기자로부터의 에너지에 의해 특정한 파장의 빛이 발생되는 현상이다.
이러한 현상을 이용한 유기 전계 발광 소자는 도 1에 도시된 바와 같은 기본적인 구조를 갖고 있다. 유기 전계 발광 소자는 기본적으로 유리 기판(1), 유리 기판 상부에 형성되어 애노드(anode) 전극으로 사용되는 인듐 주석 산화물층(2; Indium Tin Oxide film ; 이하, "ITO층"이라 칭함), 절연층, 유기물층(3) 및 캐소드(cathode) 전극인 금속 전극층(4)이 증착된 구조로 이루어진다.
여기서, 유기물층(3)은 소자 내에 정공의 주입이 원활하게 하기 위한 정공 주입층(hole injection layer); ITO층(2)으로부터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 정공 수송층(hole transport layer); 금속 전극층(4)과 ITO층(2)으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광이 일어나는 영역인 발광층(emitting layer); 및 금속 전극층(4)으로부터 공급되는 전자의 원활한 수송을 위한 전자 수송층(electron transport layer)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 한편, 미설명 부호 "6"은 금속 전극층(4) 및 유기물층(3)을 다수의 구역들로분리하기 위한 격벽이다.
이와 같은 구조의 소자를 구성하는 요소 중의 하나인 유기물층(3)이 수분과 열에 취약하다는 특성 때문에, 밀봉제(5; sealant)를 이용하여 밀봉 캡(10)을 ITO층(2)의 외곽부에 고정한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 밀봉 캡(10)과 ITO층(2) 사이에는 소정의 밀폐 공간이 형성되며, 이 밀폐 공간 내에 위치한 상기의 요소들은 습기 등과 같은 외부의 환경에 영향을 받지 않는다.
이러한 구조를 갖는 유기 전계 발광 소자는 다음의 단계들을 거쳐 제조된다. 먼저, 유리 기판 상에 진공 증착법을 이용하여 ITO층(2)을 증착하고, 이 ITO층을 사진식각법(photolithography)으로 패터닝(patterning)한다.
여기서, 애노드 전극으로서의 투과성을 만족시키는 금속으로서는 산화 인듐(In2S3)에 산화 주석(SnO2)을 도핑한 ITO가 적합하나, 이 ITO는 저항이 높다는 문제가 있다.
따라서 ITO층의 안정화, 즉 ITO층의 저항을 낮추기 위한 한 방안으로서 ITO층 상에 금속 보조 전극을 형성하는 방법이 이용되고 있다. 이 금속 보조 전극은 패터닝된 ITO층 상에 금속층을 증착한 후, 사진식각법으로 패터닝함으로서 형성된다. 이후, 패터닝된 ITO층 및 금속 보조 전극 상에 절연층과 격벽을 사진식각법으로 형성하고, 절연층과 격벽을 형성한 후, 위에서 설명한 유기물층을 증착하고, 이 유기물층 상에 캐소드 전극용 금속 전극층을 전면 증착함으로서 소자의 형성이 완료된다.
도 2는 ITO층 및 금속 보조 전극을 형성하는 각 단계를 도시하는 도면으로서, 위에서 설명한 ITO층 및 금속 보조 전극 형성 과정을 도 2를 참고하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 유리 기판(1) 상에 ITO층(2)을 전면 증착하며(도 2a), ITO층(2) 상에 포토레지스트(11)를 전면 증착한다(도 2b). 포토마스크 (M1)를 이용하여 노출된 포토레지스트(11a)를 광(예를 들어, U. V.(자외선))에 노출시키는 노광 공정(도 2c), 노광 공정을 통하여 분자 구조가 변화된 포토레지스트(11a)를 유기 용매를 이용하여 용해시키는 현상 공정(도 2d) 및 포토레지스트 패턴(11)을 통해 ITO층(2)을 선택적으로 제거하는 에칭 공정(도 2e)을 순차적으로 실시한 후, 잔류하는 포토레지스트 패턴(11)을 제거함으로서 유리 기판(1) 상에 패터닝된 ITO층(2)이 형성된다(도 2f).
패터닝된 ITO층(2) 상에 보조 전극용 금속층(20)을 전면 증착하고(도 2g), 금속층(20) 상에 포토레지스트(12)를 도포한다(도 2h). 포토마스크(M2)를 이용한 노광 공정(도 2i), 노광 공정에서 분자 구조가 변화된 포토레지스트(12a)에 대한 현상 공정(도 2j) 및 금속층(20)에 대한 에칭 공정(도 2k)을 순차적으로 실시한 후, 잔류 포토레지스트 패턴(12)을 제거함으로서 도 2l에 도시된 바와 같이 패터닝된 ITO층(2) 상에 패터닝된 금속 보조 전극(20)이 형성된다.
금속 보조 전극으로는 주로 Mo 또는 Cr이 쓰인다. 이 재료들은 에칭액, 유기 용매 등의 가공액에 대한 손상도가 낮은 장점이 있으나, 전기 저항이 높은 단점이 있다. 따라서, 금속 보조 전극에 흐르는 전류의 흐름을 방해하지 않기 위해 금속층의 증착시 두께를 두껍게 하여야 되는 문제점이 존재한다.
또한 상기의 재료들은 안정한 물질이므로 에칭 공정시 금속 보조 전극의 에칭 프로파일(etching profile)이 직사각형 또는 역 사다리꼴 형태를 가지게 된다. 이에 따라 금속 보조 전극의 상부 모서리 부분에 전류가 집중되고, 이것은 소자 불량의 주요 원인이 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 금속 보조 전극의 두께를 감소시키기 위하여 저항이 낮은 금속층 및 가공액에 대한 손상도가 낮은 금속층으로 구성된 금속 보조 전극을 포함하는 유기 전계 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 유기 전계 발광 소자의 기본적인 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 ITO층 및 금속 보조 전극을 형성하는 각 단계를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 ITO층 및 금속 보조 전극을 형성하는 각 단계를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 ITO층 및 금속 보조 전극을 형성하는 각 단계를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 금속 보조 전극을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자의 전압 - 전류 밀도(Current density) 그래프.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자의 전류 밀도 - 휘도 그래프.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자의 휘도 - 효율(Performance Efficiency) 그래프.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자의 제조 방법은, 기판; 기판 상부에 형성되어 애노드 전극으로 사용되는 인듐 주석 산화물(ITO)층; 금속 보조 전극으로 사용되는 금속층; 유기물층; 및 캐소드 전극인 금속 전극이 순서적으로 적층된 구조에서, 상기 금속층을 (a) 패터닝된 상기 ITO층 상에 ITO층과의 전자 이동이 억제되는 제 1 금속층을 증착하는 단계; (b) 상기 제 1 금속층 상에 제 1 금속층보다 저항이 낮은 제 2 금속층을 증착하는 단계; 및 (c) 상기 제 2 금속층 상에 포토레지스트를 도포하는 단계를 통하여 형성하는 것을 특징으로 하며, 상기 제 1 금속층은 Mo 또는 Cr로 이루어지고, 상기 제 2 금속층은 Al 또는 AlNd로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 유기 전계 발광 소자의 제조 방법에서, 상기 (c)단계에 앞서서 상기 제 2 금속층 상에 제 2 금속층보다 가공액에 대한 손상도가 낮은 제 3 금속층을 증착하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하며, 상기 제 3 금속층은 Mo 또는 Cr로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 제 1 금속층 및 제 3 금속층의 두께는 100Å이 되도록 증착하고, 상기 제 2 금속층의 두께는 1000Å이하, 바람직하게는 500Å로 증착하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자는, 기판; 기판 상부에 형성되어 애노드 전극으로 사용되는 인듐 주석 산화물(ITO)층; 금속 보조 전극으로 사용되는 금속층; 유기물층; 및 캐소드 전극인 금속 전극이 순서적으로 적층된 구조에서, 상기 금속층이 ITO층 상에 형성되며, ITO층과의 전자 이동이 억제되는 재료로 이루어진 제 1 금속층; 및 상기 제 1 금속층 상에 형성되며, 제 1 금속층보다 저항이 낮은 재료로 이루어진 제 2 금속층을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 제 1 금속층은 Mo 또는 Cr로 이루어지고, 상기 제 2 금속층은 Al 또는 AlNd로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 금속층은 상기 제 2 금속층 상에 형성되며, 제 2 금속층보다 가공액에 대한 손상도가 낮은 재료로 이루어진 제 3 금속층을 더 포함하는 것이 바람직하며, 상기 제 3 금속층은 Mo 또는 Cr로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 제 1 금속층 및 제 3 금속층의 두께는 100Å이며, 상기 제 2 금속층의 두께는 1000Å이하, 바람직하게는 500Å인 것이 바람직하다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 여기서, 앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 동일한 부재를 가리킨다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 ITO층 및 금속 보조 전극을 형성하는 각 단계를 도시하는 도면으로서, 각 단계별로 설명하면 다음과 같다.
유리 기판(1)상에 종래의 공정을 거쳐 패터닝된 ITO층(2)을 형성하고(도 3a), 패터닝된 ITO층(2) 상에 금속 보조 전극용 제 1 금속층(120a)을 전면 증착한다(도 3b). 여기서 제 1 금속층은 Mo 또는 Cr와 같이 ITO층과 갈바닉(Galvanic) 현상이 일어나지 않는 안정된 성질을 갖는 재료로 이루어지며, 이러한 성질을 갖는 재료라면 제 1 금속층으로 사용되어질 수 있다.
제 1 금속층(120a)을 패터닝된 ITO층(2) 상에 증착한 후에, 제 1 금속층(120a) 상에 제 2 금속층(120b)을 증착한다(도 3c). 여기서, 제 2 금속층(120b)은 Al 또는 AlNd와 같이 제 1 금속층(120a)보다 낮은 전기 저항 값을 갖는 재료로 이루어지며, 이러한 성질을 갖는 재료라면 제 2 금속층으로 사용되어질 수 있다.
상기의 단계 후, 제 2 금속층(120b) 상에 포토레지스트(13)를 도포한다(도 3d). 포토마스크(M3)를 이용하여 노출된 포토레지스트(13a)를 광에 노출시키는 노광 공정(도 3e), 노광 공정을 통하여 분자 구조가 변화된 포토레지스트(13a)를 유기 용매를 이용하여 용해시키는 현상 공정(도 3f) 및 제 1 금속층 및 제 2 금속층에 대한 에칭 공정(도 3g)을 실시한 후, 잔류 포토레지스트 패턴(13)을 제거함으로서 도 3h에 도시된 바와 같이 패터닝된 ITO층(2) 상에 제 1 금속층(120a) 및 제 2 금속층(120b)으로 구성된 금속 보조 전극(120)이 형성된다.
여기서, 제 1 금속층(120a)은 제 2 금속층(120b)과 ITO층(2) 사이에서 갈바닉 현상이 일어나는 것을 방지하기 위한 기능을 수행하며, 제 2 금속층은 제 1 금속층에 비해 낮은 전기 저항값을 가지므로 주 보조 전극으로서의 기능을 수행한다. 따라서, 제 1 금속층의 두께는 상기의 기능을 수행할 정도로만 얇은 두께를 가지며, 제 2 금속층은 낮은 저항값으로 인해 종래의 금속 보조 전극보다 두께가 감소될 수 있어서 전체적으로 금속 보조 전극의 두께는 감소된다.
제 1 금속층의 두께는 100Å이 되도록 증착하는 것이 바람직하며, 제 2 금속층의 두께는 1000Å이하, 바람직하게는 500Å이다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 ITO층 및 금속 보조 전극을 형성하는 각 단계가 도 4에 도시되어 있다. 본 실시예에 따른 금속 보조 전극의 형성단계는 금속 보조 전극의 패터닝 후에 추가적인 공정이 수행되는 경우에 가공액에 의한 제 2 금속층의 손상을 방지하기 위한 추가적인 단계가 더 포함된다. 여기서, 앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 동일한 부재를 가리킨다.
도 4a는 패터닝된 ITO층(2) 상에 상기 제 1 실시예에 따른 제 1 금속층(120a) 및 제 2 금속층(120b)이 순차적으로 적층되어 형성된 것을 도시하고 있다.
본 실시예의 가장 큰 특징은 상기 제 1 실시예에 따라 형성된 상기 제 2 금속층(120b) 상에 제 3 금속층(120c)을 전면 증착한 것이다(도 4b). 제 3금속층(120c)은 Mo 또는 Cr와 같이 이후에 진행될 공정에서 사용되는 가공액(예를 들어 에칭액, 유기용매 등)에 대한 손상도가 낮은 성질을 갖는 재료로 이루어지며, 이러한 성질을 갖는 재료라면 제 3 금속층으로 사용되어 질 수 있다.
이 후의 공정은 제 1 실시예에서와 동일하다. 즉, 제 3 금속층(120c) 상에 포토레지스트를 도포하는 공정, 노광 공정, 현상 공정 및 제 1 금속층 내지 제 3 금속층에 대한 에칭 공정, 잔류 포토레지스트 패턴의 제거 공정이 순차적으로 이루어지게 된다.
제 1 금속층 및 제 2 금속층의 두께는 상기 제 1 실시예의 경우와 동일하며, 제 3 금속층의 두께는 제 2 금속층을 가공액으로부터 보호하는 기능을 수행할 정도로만 얇은 두께를 가지며, 100Å가 되도록 증착하는 것이 바람직하다. 이에 따라 전체적으로 금속 보조 전극의 두께는 감소된다. 각 금속층의 두께에 대한 수치는 단일층으로 이루어진 금속 보조 전극의 성능과 동일한 성능을 가지며, 두께를 감소시킬 수 있도록 실험을 통하여 결정된 값이다.
도 5는 제 1 금속층, 제 2 금속층 및 제 3 금속층으로 구성된 금속 보조 전극의 형상을 도시하고 있다. 또한, 제 1 금속층 및 제 3 금속층의 재료인 Mo의 두께를 각각 100Å로 고정하고, 제 2 금속층의 재료인 AlNd의 두께는 1000Å 또는 500Å로 하여 형성된 금속 보조 전극을 포함하는 유기 전계 발광 소자의 효율 특성 평가 실험에 대한 결과 그래프가 도 6 내지 도 8에 도시되어 있다.
여기서, 도 6은 유기 전계 발광 소자에 가해지는 전압 변화에 대한 전류 밀도(Current density)의 변화를 나타내며, 도 7은 전류 밀도의 변화에 대한 휘도의변화를 나타내며, 도 8은 휘도의 변화에 대한 유기 전계 발광 소자의 효율(Performance Efficiency)의 변화를 도시하고 있다.
본 실험에 사용된 금속 보조 전극의 샘플은 제 2 금속층의 두께가 500Å인 샘플 1 및 2, 제 2 금속층의 두께가 1000Å인 샘플 3 및 4, 2600Å의 두께를 갖는 Mo 재질의 단일 금속층인 샘플 5 및 6이 실험용 금속 보조 전극으로 되었다.
상기와 같은 본 발명은 복수개의 금속층으로 이루어진 금속 보조 전극을 제공하며, 이 중 저항이 낮은 금속 재료를 주 보조 전극으로 사용하고, 저항이 높고 안정한 금속 재료를 보호층으로 사용한다. 이에 따라 종래의 단일 재료로 이루어진 금속 보조 전극과 동일한 성능을 유지하면서 금속 보조 전극의 전체 두께를 줄일 수 있게 된다.
또한, 전기 저항이 낮은 재료를 주 보조 전극으로 사용함으로서 금속 보조 전극의 에칭 프로파일이 완만하게 상승하는 형상으로 되어 소자 불량이 감소된다.

Claims (10)

  1. 기판; 기판 상부에 형성되어 애노드 전극으로 사용되는 인듐 주석 산화물(ITO)층; 금속 보조 전극으로 사용되는 금속층; 유기물층; 및 캐소드 전극인 금속 전극이 순서적으로 적층된 구조의 유기 전계 발광 소자의 제조 방법에 있어서, 상기 금속층의 형성 방법은
    (a) 패터닝된 상기 ITO층 상에 ITO층과의 전자 이동이 억제되는 제 1 금속층을 증착하는 단계;
    (b) 상기 제 1 금속층 상에 제 1 금속층보다 저항이 낮은 제 2 금속층을 증착하는 단계; 및
    (c) 상기 제 2 금속층 상에 포토레지스트를 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 금속층은 Mo 또는 Cr로 이루어지고, 상기 제 2 금속층은 Al 또는 AlNd로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 (c)단계에 앞서서
    상기 제 2 금속층 상에 제 2 금속층보다 가공액에 대한 손상도가 낮은 제 3 금속층을 증착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자의제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 3 금속층은 Mo 또는 Cr로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.
  5. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 금속층 및 제 3 금속층의 두께는 100Å이 되도록 증착하고, 상기 제 2 금속층의 두께는 1000Å이하, 바람직하게는 500Å로 증착하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.
  6. 기판; 기판 상부에 형성되어 애노드 전극으로 사용되는 인듐 주석 산화물(ITO)층; 금속 보조 전극으로 사용되는 금속층; 유기물층; 및 캐소드 전극인 금속 전극이 순서적으로 적층된 구조의 유기 전계 발광 소자에 있어서, 상기 금속층은
    ITO층 상에 형성되며, ITO층과의 전자 이동이 억제되는 재료로 이루어진 제 1 금속층; 및
    상기 제 1 금속층 상에 형성되며, 제 1 금속층보다 저항이 낮은 재료로 이루어진 제 2 금속층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 금속층은 Mo 또는 Cr로 이루어지고, 상기 제 2 금속층은 Al 또는 AlNd로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 금속층은
    상기 제 2 금속층 상에 형성되며, 제 2 금속층보다 가공액에 대한 손상도가 낮은 재료로 이루어진 제 3 금속층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 3 금속층은 Mo 또는 Cr로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  10. 제 7 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 금속층 및 제 3 금속층의 두께는 100Å이며, 상기 제 2 금속층의 두께는 1000Å이하, 바람직하게는 500Å인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
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