KR20050068285A - 유기 전계 발광 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

유기 전계 발광 소자 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전계 발광 소자(Electroluminescence Display Device)에 관한 것으로 특히, 유기 전계 발광 소자의 수명을 연장시키기 위한 새로운 산화 방지용 흡습제가 구비된 유기 전계 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 유기 전계 발광 소자에서 흡습제의 단점을 보강하고 가스를 효과적으로 차단하기 위하여 VCI 필름(Volatile Corrosion Inhibitor film) 또는 가스를 소자 내의 캐소드 전극 상에 형성하여 산화 방지용 흡습제로 사용하고 캐소드 전극 메탈의 산화를 방지함으로써 그 하부막인 유기 EL층의 열화를 방지하여 수명을 연장시키고 소자의 신뢰성을 향상시킨다.

Description

유기 전계 발광 소자 및 그 제조 방법{An Organic electroluminescence Display Device and the fabrication method thereof}
본 발명은 전계 발광 소자(Electroluminescence Display Device)에 관한 것으로 특히, 유기 전계 발광 소자의 수명을 연장시키기 위한 새로운 흡습제가 구비된 유기 전계 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 평판표시장치에 대한 연구가 활발한데, 그 중에서 각광받고 있는 것으로 LCD(Liquid Crystal Displays), FED(Feild Emission Displays), ELD(Electroluminescence Device), PDP(Plasma Display Panels) 등이 있다.
이 중, 현재 PCS(personal communication service)를 비롯한 개인 정보 단말기의 경우 액정 디스플레이가 널리 쓰이고 있으나 시야각이 좁고 응답속도가 느리다는 문제를 지니고 있기 때문에 자발광의 전계 발광 소자가 주목받고 있다.
상기 전계 발광 소자는 응답속도가 빠르고 휘도가 우수하며 박막화로 인한 저전압 구동을 실현시킬 수 있을 뿐만 아니라, 가시영역의 모든 색상을 구현할 수 있어 현대인의 다양한 기호에 맞출 수 있는 장점이 있다. 또한, 플라스틱과 같이 플렉서블(flexible)한 투명기판에도 소자를 형성할 수 있다.
또한, PDP에 비해 저전압에서 구동할 수 있고, 전력 소비가 비교적 적으며, 녹색, 적색, 청색의 3가지 색을 쉽게 구현할 수 있기 때문에 차세대 평판디스플레이에 적합한 소자이다.
한편, 전계 발광 소자는 EL층 양단에 형성된 캐소드 전극 및 애노드 전극에 전계를 가하여 EL층 내에 전자와 정공을 주입 및 전달시켜 서로 결합하게 함으로써, 이때의 결합 에너지에 의해 발광되는 전계 발광(EL;electroluminescence) 현상을 이용한 것이다.
전계 발광특성을 갖는 물질로는 무기물 및 유기물 모두 가능한데, 무기물을 사용하는 무기 전계 발광 소자는 높은 전계에 의해 가속된 전자가 발광체(luminescent impurity)에 충돌, 여기시키고 여기된 발광체가 기저 상태로 떨어지면서 발광하며, 유기물을 사용하는 유기 전계 발광 소자는 애노드 전극(anode electrode)과 캐소드 전극(cathode electrode)으로부터 각각 주입된 전자와 정공이 쌍을 이룬 후 여기상태(excite state)로부터 기저상태(ground state)로 떨어지면서 발광한다.
현재, 무기물을 이용한 전계 발광 소자는 이미 상용화되어 있으나, 무기 ELD는 전력소모가 크고 고휘도의 광을 얻기가 어려울 뿐만 아니라, 다양한 발색광을 얻기가 어렵다.
이에 반하여, 유기 전계 발광 소자는 수 내지 수십 볼트의 직류전압으로 구동되며, 수백 내지 수천 cd/m2의 고휘도가 가능하고 또한 분자구조 변화에 따라 다양한 발광색을 얻을 수 있는 장점이 있어 디스플레이 분야의 관심의 대상이 되고 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술의 유기 전계 발광 소자를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 유기 전계 발광 소자의 단면도이고, 도 2는 종래기술의 문제점을 설명하기 위한 유기 전계 발광 소자 의 단면도이다.
일반적으로, 유기 전계 발광 소자는 도 1에서와 같이, 투명기판(100) 상에 형성된 투명전극인 애노드 전극(102)과, 상기 애노드 전극(102) 상부에 형성된 유기 EL층(110)과, 상기 유기 EL층(110) 상에 형성된 캐소드 전극(108)과, 상기 캐소드 전극(108) 상부에서 상기 투명기판(100)에 대향하도록 합착된 패키징 판(packaging plate)(도 2의 '111')으로 구성된다.
이 때, 상기 유기 EL층(110)은 정공주입층(103), 정공수송층(104), 발광층(105), 전자수송층(106), 전자주입층(107)의 적층막으로 이루어진다.
이러한 소자의 애노드 전극(102) 및 캐소드 전극(108)에 전계를 인가하면 캐소드 전극(108)으로부터 전자가 유기 EL층(110)으로 주입되고, 애노드 전극(102)으로부터 정공이 유기 EL층(110)으로 주입된다.
유기 EL층(110)에 주입된 전자와 정공은 전계하에서 유기 EL층(110)으로 이동하다가 서로 결합하여 엑시톤(exciton)을 형성하고, 엑시톤의 여기상태에 있던 전자가 기저상태로 천이되면서 가시광 영역의 빛을 내게 된다.
하지만, 상기 유기 전계 발광 소자는 다양한 장점에도 불구하고, 수명이 짧다는 한계가 있다.
즉, 상기 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층은 유기물을 재료로 하고, 캐소드 전극은 일함수(work function) 낮은 금속을 사용하는데, 이러한 물질들은 산소 및 수분에 취약한 특성을 가진다.
따라서, 소자를 장시간 구동할 경우, 유기물과 캐소드 전극물질이 소자 내부 혹은 외부로부터 유입된 산소(O2) 및 수분(H2O)과 반응하여 열화되고 결국, 소자의 수명이 떨어진다.
이상과 같이, 유기물 재료와 캐소드 전극물질이 내습성 및 내산화성이 낮아서 디스플레이의 동작에 열화가 발생되고 이러한 열화는 흑점(dark spot)이라 불리는 비발광 영역을 형성시키고, 시간이 지남에 따라 흑점 영역이 주위로 확산되어 소자 전체에서 발광이 일어나지 않게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 도 2에서와 같이, 투명기판(100) 상에 흡습제(112)를 부착한 패키징판(111)을 씌운다.
상기 흡습제(112)는 산화바륨(BaO), 탄산칼슘(CaCO3), 산화칼슘(CaO), 산화인(P2O5), 제올라이트(zeolite), 실리카겔(silicagel), 알루미나(alumina)와 같은 무기계 화합물을 사용하고 있으며, 이들이 수분과 접촉되면 화학반응에 의해 수산기(-OH)를 형성함으로써 수분을 제거시키는 역할을 한다.
하지만, 수분과의 반응성이 낮아 수분 제거 효과가 낮고 또한, 흡습제(112) 분말이 소자 내부에서 비산하여 소자동작의 오류를 일으킨다.
또한, 상기 투명 기판(100)을 합착하기 위해 사용하는 봉지제(114)도 유기 고분자 물질이기 때문에 외부로부터의 수분 차단기능을 완벽하게 수행하지 못하는 문제점이 있다.
또한, 유기 전계 발광 소자의 봉지(encapsulation) 공정 중에서 UV 경화시에 발생하는 가스(gas)에 의해서 캐소드 전극 메탈이 산화되어 결국 캐소드 전극 메탈 하부의 유기막이 열화되는 문제점이 있다.
본 발명은 유기 전계 발광 소자에서 흡습제의 단점을 보강하고 가스를 효과적으로 차단하기 위하여 VCI 필름(Volatile Corrosion Inhibitor film) 또는 VCI 가스를 소자 내에 포함하는 유기 전계 발광 소자를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자는, 기판 상의 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 발광층을 가지는 유기 전계 발광 소자에 있어서, 기 캐소드 전극 상에 VCI(Volatile Corrosion Inhibitor)가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 기판과 대향하여 합착되는 패키징 판을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 패키징 판 내면에 흡습제가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 VCI가 필름 형태로 캐소드 전극 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 VCI가 가스 형태로 주입되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 VCI는 DICHAN(Dicyclohexyl Ammonium Nitrite), DIPAN(Diisopropyl Ammonium Nitrite), B.T(Benzotriazole)에서 선택되어진 물질로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자의 제조 방법은, 기판 상에 애노드 전극, 발광층, 캐소드 전극을 형성하는 단계와; 상기 캐소드 전극 상에 VCI(Volatile Corrosion Inhibitor)필름을 형성하는 단계와; 상기 기판과 대향하는 패키징판으로 봉지하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 VCI 필름은 VCI 가스 챔버 내에서 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 다른 실시예로서, 유기 전계 발광 소자의 제조 방법은 기판 상에 애노드 전극, 발광층, 캐소드 전극을 형성하는 단계와; 상기 기판과 대향하는 패키징판으로 1차 봉지하는 단계와; 상기 기판과 패키징판 사이에 VCI(Volatile Corrosion Inhibitor) 가스를 주입하고 2차 봉지하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자의 구체적인 실시예에 대해서 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 투명 기판(200) 상에 형성된 투명 전극인 애노드 전극(202)과, 상기 애노드 전극(202) 상부에 형성된 유기 EL층(210)과, 상기 유기 EL층(210) 상에 형성된 캐소드 전극(208)과, 상기 캐소드 전극(208) 상부에서 상기 투명기판(200)에 대향하도록 합착된 패키징 판(packaging plate)(211)으로 구성된다.
그리고, 상기 패키징판(211) 하부에는 흡습제(212)가 형성되어 있다.
상기 흡습제(212)는 산화바륨(BaO), 탄산칼슘(CaCO3), 산화칼슘(CaO), 산화인(P2O5), 제올라이트(zeolite), 실리카겔(silicagel), 알루미나(alumina)와 같은 무기계 화합물을 사용하고 있으며, 이들이 수분과 접촉되면 화학반응에 의해 수산기(-OH)를 형성함으로써 수분을 제거시키는 역할을 한다.
이 때, 상기 유기 EL층(210)은 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층의 적층막으로 이루어진다.
이러한 소자의 애노드 전극(202) 및 캐소드 전극(208)에 전계를 인가하면 캐소드 전극(208)으로부터 전자가 유기 EL층(210)으로 주입되고, 애노드 전극(202)으로부터 정공이 유기 EL층(210)으로 주입된다.
유기 EL층(210)에 주입된 전자와 정공은 전계하에서 유기 EL층(210)으로 이동하다가 서로 결합하여 엑시톤(exciton)을 형성하고, 엑시톤의 여기 상태에 있던 전자가 기저 상태로 천이되면서 가시광 영역의 빛을 내게 된다.
그리고, 상기 캐소드 전극(208) 상에는 VCI 필름(Volatile Corrosion Inhibitor film)(219)이 형성되어 있다.
상기 VCI 필름(219)은 DICHAN(Dicyclohexyl Ammonium Nitrite), DIPAN(Diisopropyl Ammonium Nitrite), B.T(Benzotriazole) 등과 같은 물질로 형성된다.
도 4는 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자의 제작 과정을 보여주는 순서도이다.
유기 전계 발광 소자는 애노드 전극과 유기 EL층인 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층과 캐소드 전극의 순차적인 형성에 의해 이루어진다.
먼저, 투명기판 상에 투명한 도전 물질인 ITO(indium tin oxide, In2O3+SnO2)를 증착하고 패터닝하여 애노드 전극을 형성한다.
다음, 애노드 전극 상에 코퍼-프탈로시아닌(copper(Ⅱ) phthalocyanine)을 10∼30nm의 두께로 증착하여 정공주입층을 형성하고, 그 위에 NPD(N,N-di(naphthalen-1-yl)-N,N'-diphenylbenzidine)을 30∼60nm의 두께로 증착하여 정공수송층을 형성한다.
다음, 상기 정공수송층 상에 녹색광, 적색광, 청색광을 발하는 발광층을 선택적으로 형성하는데, 각각의 고유한 발광 물질을 단독으로 사용하여 형성하거나 또는 호스트(host) 재료에 발광 물질을 도핑하여 형성할 수 있다.
계속하여, 상기 발광층 상부에 전자수송층 및 전자주입층을 차례로 진공 증착한다.
마지막으로, 상기 전자주입층 상면에 알루미늄(Al), 리튬(Li), 마그네슘(Mg) 등의 금속 물질을 증착하여 캐소드 전극을 형성한다(S100).
그리고, VCI 가스 챔버(gas chamber)로 이동하여(S110) 상기 캐소드 전극 상에 VCI 필름을 형성하고(S120) 봉지한다(S130).
그러면, 상기 VCI 필름이 캐소드 전극이 산화되어 하부막인 유기 EL층이 산화되는 것을 방지하여 소자의 수명이 연장된다.
도 5는 본 발명에 따른 다른 실시예로서, 유기 전계 발광 소자를 보여주는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 투명기판(300) 상에 형성된 투명 전극인 애노드 전극(302)과, 상기 애노드 전극(302) 상부에 형성된 유기 EL층(310)과, 상기 유기 EL층(310) 상에 형성된 캐소드 전극(308)과, 상기 캐소드 전극(308) 상부에서 상기 투명기판(300)에 대향하도록 합착된 패키징 판(packaging plate)(311)으로 구성된다.
그리고, 상기 패키징판(311) 하부에는 흡습제(312)가 형성되어 있다.
여기서, 상기 투명 기판(300)과 봉지되어 있는 패키징판(311) 내부에는 VCI 가스(319)가 충진되어 있다.
상기 VCI 가스(319)는 DICHAN(Dicyclohexyl Ammonium Nitrite), DIPAN(Diisopropyl Ammonium Nitrite), B.T(Benzotriazole) 등과 같은 물질로 형성된다.
도 6은 도 5에서 도시한 유기 전계 발광 소자의 제작 과정을 보여주는 순서도이다.
먼저, 투명기판 상에 투명한 도전 물질인 ITO(indium tin oxide, In2O3+SnO2)를 증착하고 패터닝하여 애노드 전극, 유기막으로 이루어지는 유기 EL층, 알루미늄(Al), 리튬(Li), 마그네슘(Mg) 등의 금속 물질로 이루어지는 캐소드 전극을 순차적으로 형성한다(S200).
그리고, 상기 투명 기판 상의 캐소드 전극 상부에서 상기 투명기판에 대향하도록 봉지제로 패키징 판(packaging plate)과 합착, 1차 봉지된다(S210).
이어서, 상기 봉지된 소자 내부로 VCI 가스를 충진한다(S220)
그리고, 상기 VCI 가스 주입을 위한 주입구를 2차 봉지한다(S230).
본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자 및 그 제조 방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명은 유기 전계 발광 소자에서 VCI 필름을 캐소드 전극 상에 형성하거나 VCI 가스를 충진하여 산화 방지용 흡습제로 사용하여 캐소드 전극 메탈의 산화를 방지함으로써 그 하부막인 유기 EL층의 열화를 방지하여 수명을 연장시키고 소자의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 유기 전계 발광 소자의 단면도.
도 2는 종래기술의 문제점을 설명하기 위한 유기 전계 발광 소자 의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 일 실시예로서, 유기 전계 발광 소자의 개략적인 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 유기 전계 발광 소자의 제작 과정을 보여주는 순서도.
도 5는 본 발명에 따른 다른 실시예로서, 유기 전계 발광 소자의 개략적인 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 다른 실시예로서, 유기 전계 발광 소자의 제작 과정을 보여주는 순서도.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
200, 300 : 투명기판 202, 302 : 양극
208, 308 : 음극 210, 310 : 유기 EL층
211, 311 : 패키징판 212, 312 : 흡습제
214, 314 : 봉지제 219 : VCI 필름
319 : VCI 가스

Claims (9)

  1. 기판 상의 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 발광층을 가지는 유기 전계 발광 소자에 있어서,
    상기 캐소드 전극 상에 VCI(Volatile Corrosion Inhibitor)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기판과 대향하여 합착되는 패키징 판을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 패키징 판 내면에 흡습제가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 VCI가 필름 형태로 캐소드 전극 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 VCI가 가스 형태로 주입되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 VCI는 DICHAN(Dicyclohexyl Ammonium Nitrite), DIPAN(Diisopropyl Ammonium Nitrite), B.T(Benzotriazole)에서 선택되어진 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  7. 기판 상에 애노드 전극, 발광층, 캐소드 전극을 형성하는 단계와;
    상기 캐소드 전극 상에 VCI(Volatile Corrosion Inhibitor)필름을 형성하는 단계와;
    상기 기판과 대향하는 패키징판으로 봉지하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 VCI 필름은 VCI 가스 챔버 내에서 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.
  9. 기판 상에 애노드 전극, 발광층, 캐소드 전극을 형성하는 단계와;
    상기 기판과 대향하는 패키징판으로 1차 봉지하는 단계와;
    상기 기판과 패키징판 사이에 VCI(Volatile Corrosion Inhibitor) 가스를 주입하고 2차 봉지하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.
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