KR20070003441A - 유기전계발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전자와 정공의 재결합에 의해 자발광하는 유기전계발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 절연막을 포함하는 비발광영역과, 상기 비발광영역 이외에 애노드전극을 포함하는 발광영역으로 패터닝된 기판과; 상기 기판 상에 형성된 유기발광부와; 상기 유기발광부 상에 형성된 캐소드전극과; 상기 기판과, 유기발광부와, 캐소드전극을 밀봉하는 쉴드캡;을 포함하며, 상기 캐소드전극은 제1금속전극층과 제2금속전극층의 다층구조로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 캐소드전극의 비저항을 낮추어 Al 전극의 문제점을 개선하고, 소자의 수명을 향상시킬 수 있게 된다.
유기전계발광소자, 캐소드전극, 알루미늄, 은, 구리, 비저항, 이동도

Description

유기전계발광소자 및 그 제조방법{Organic Light Emitting Diodes and Manufacturing Method Thereof}
도1은 종래 유기전계발광소자의 구조를 나타낸 단면도.
도2는 유기전계발광소자의 발광 메카니즘을 나타낸 모식도.
도3a는 본 발명의 실시예에 따른 수동 매트릭스형 유기전계발광소자의 구조를 나타낸 단면도.
도3b는 본 발명의 실시예에 따른 능동 매트릭스형 유기전계발광소자의 구조를 나타낸 단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호설명*
100 : 유기전계발광소자 102 : 유리기판 104 : 애노드전극
106 : 절연막 108 : 유기발광부 110 : 격벽
112 : 캐소드전극 114 : 쉴드캡
본 발명은 전자와 정공의 재결합에 의해 자발광하는 유기전계발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
통상적으로, 유기전계발광소자(organic light emitting diodes, OLED)는 형광성 유기화합물을 전기적으로 여기시켜 발광시키는 자발광형 디스플레이이다. 이 유기전계발광소자는 낮은 전압에서 구동이 가능하고 박형 등의 장점을 가지고 있다. 또한, 유기전계발광소자는 광시야각, 빠른 응답속도 등 액정표시장치에서 문제로 지적되는 단점을 해결할 수 있는 차세대 디스플레이로 주목받고 있다.
도1은 종래 유기전계발광소자의 구조를 나타낸 단면도이며, 도2는 유기전계발광소자의 발광 메카니즘을 나타낸 모식도이다.
일반적인 유기전계발광소자는 먼저 투명유리로 된 기판(102) 상에 정공주입전극으로 사용되는 애노드전극(투명전극; 104)을 형성하고, 전자주입전극인 캐소드전극(금속전극; 112)과 통전되지 않도록 절연막(106)을 형성한다.
다음으로 진공챔버 내에서 유기발광층(108)을 형성하는데, 일반적인 유기발광층(108)은 전자와 정공의 균형을 좋게 하여 발광효율을 향상시키기 위해 발광층(EML: emitting layer, 108c), 전자수송층(ETL: electron transport layer, 108d), 정공수송층(HTL: hole transport layer, 108b)을 포함한 다층구조로 이루어지고, 별도의 전자주입층(EIL: electron injection layer, 108e)과 정공주입층(HIL: hole injecting layer, 108a)을 포함한다.
다음으로 전자주입전극으로 사용되는 캐소드전극(112)을 전면 증착한다.
이와 같이 이루어지는 유기전계발광소자(100)에 전계를 가하면 음극인 캐소드전극(112)에서는 전자가, 양극인 애노드전극(104)에서는 정공이 주입되어 유기발광층(108)에서 재결합되면서 발광하게 된다.
유기발광층(108)에서는 정공을 잘 전달할 수 있도록 정공주입층(108a) 및 정공수송층(108b)을 애노드전극(104) 쪽에 형성하고, 전자주입층(108e) 및 전자수송층(108d)을 캐소드전극(112) 쪽에 형성한다. 전자와 정공이 발광층(108c)에서 만나면 재결합을 통하여 여기자를 형성하며, 여기자가 기저상태로 전이하면서 발광을 한다.
유기발광층(108) 공정 후 전자주입층(108e)의 증착 후 캐소드전극(102)을 형성하게 되는데, 통상적으로 캐소드전극(112)은 알루미늄(Al)을 사용한다. 캐소드전극(112)의 목적은 전자의 유기발광층(108) 내부로의 원활한 전달에 있다. 즉 전자주입층(108e)의 LiF, CaF, KF 등에 포함된 F 과 Al과의 결합에 의한 일함수(work function, 2.49eV)를 사용하여 유기발광층(108)과 캐소드전극(112) 사이에 발생하는 barrier height를 낮추려고 하는 것이다.
일반적으로 Al을 캐소드전극(112)으로 사용하는 경우에 몇가지 문제점이 발생하게 되는데, 첫째로 Al은 전자이동(Electro-Migration; EM)이 잘 일어나는 물질로서, 캐소드전극(112)에 전계가 가해지면 전류의 이동방향으로 Al 원자가 이동을 하면서 전극층에 손상이 발생하는 문제점이 있다.
둘째로 Al의 비저항은 2.6548 Ω㎝로 은(Ag)의 1.5900Ω㎝나 구리(Cu)의 1.6730Ω㎝에 비하여 상당히 높아서 전류에 대한 저항이 커지는 단점이 있다.
셋째로 Al은 온도가 올라가면 질량 이동에 의한 팽창(hillock)이 형성되어 배선 결함을 야기하는 문제점이 있다. 즉 고효율 유기전계발광소자에 있어서 소자 구동시 발생하는 열을 흡수하는 경우 hillock 또는 Al spike가 발생하여 소자의 단선(short)를 유발할 수 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 캐소드전극을 제1금속전극층과 제2금속전극층의 다층구조로 형성하고, 유기발광층에 접하는 제1금속전극층보다 제2금속전극층의 비저항이 낮게 하여 전자의 주입을 원활하게 하면서 동시에 캐소드전극의 손상이 발생하지 않도록 하는 유기전계발광소자 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 제1금속전극층으로 Al을, 제2금속전극층으로 Ag 또는 Cu를 사용함으로써 캐소드전극의 비저항을 낮추어서 전류의 흐름을 원활하게 하고 열발생을 최소화할 수 있는 유기전계발광소자 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 절연막을 포함하는 비발광영역과, 상기 비발광영역 이외에 애노드전극을 포함하는 발광영역으로 패터닝된 기판과; 상기 기판 상에 형성된 유기발광부와; 상기 유기발광부 상에 형성된 캐소드전극과; 상기 기판과, 유기발광부와, 캐소드전극을 밀봉하는 쉴드캡;을 포함하며, 상기 캐소드전극은 제1금속전극층과 제2금속전극층의 다층구조로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 제1금속전극층은 상기 유기발광부에 접하도록 형성되며, 상기 제2금속전극층에 비하여 상대적으로 비저항이 높은 것을 특징으로 한다.
상기 제1금속전극층은 알루미늄(Al)인 것을 특징으로 한다.
상기 제2금속전극층은 은(Ag) 또는 구리(Cu) 중의 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
다른 실시예에 따른 본 발명은 절연막을 포함하는 비발광영역과, 상기 비발광영역 이외에 애노드전극을 포함하는 발광영역을 기판상에 패터닝하는 단계와; 상기 기판 상에 유기발광부를 형성하는 단계와; 상기 유기발광부 상에 제1금속전극층과 제2금속전극층의 다층구조로 이루어진 캐소드전극을 형성하는 단계와; 상기 기판과, 유기발광부와, 캐소드전극을 쉴드캡으로 밀봉하는 단계;를 포함한다.
상기 제1금속전극층은 상기 유기발광부에 접하도록 형성되며, 상기 제2금속전극층에 비하여 상대적으로 비저항이 높은 것을 특징으로 한다.
상기 제1금속전극층은 알루미늄(Al)인 것을 특징으로 한다.
상기 제2금속전극층은 은(Ag) 또는 구리(Cu) 중의 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
이하, 도면을 참조하여 설명한다.
도3a는 본 발명의 실시예에 따른 수동 매트릭스형 유기전계발광소자(PMOLED; 100)의 구조를 나타낸 단면도이며, 도1, 도2, 도3a를 참조하여 본 발명을 설명한다.
도3a에 도시된 바와 같이, 통상적인 공정에 따라 유리기판(102) 위에 투명전극인 애노드전극(104)을 형성한다.
애노드전극(104) 위에 정공주입층(108a), 정공수송층(108b), 발광층(108c), 전자수송층(108d), 전자주입층(108e)으로 이루어진 유기발광층(108)을 형성한다.
유기발광층(108) 위에 캐소드전극(112)을 형성하게 되는데, 먼저 Al을 이용하여 제1금속전극층(112a)을 증착한다.
증착 방법은 e-beam deposition, thermal evaporation, sputtering 등의 방법을 이용할 수 있으며, 제1금속전극층(112a)의 두께는 통상적으로 10㎚ 내지 50㎚ 정도를 가지도록 형성하는 것이 바람직하다.
제1금속전극층(112a)의 증착이 완료된 후에 다시 제2금속전극층(112b)을 증착한다.
제2금속전극층(112b)은 Ag 또는 Cu를 이용하여 증착을 하게 되는데, Ag와 Cu는 Al에 비하여 비저항이 상당히 낮은 물질로 알려져 있다. 따라서 유기발광층(108)과 접하는 제1금속전극층(112a)은 일함수를 낮출 수 있는 Al을 사용하여 전자의 주입과 수송을 원활하게 하고, 상부면의 제2금속전극층(112b)에는 비저항이 낮은 물질로 전극층을 구성함으로써 캐소드전극(112)의 비저항을 전체적으로 낮출 수 있는 효과가 있다.
그리고 제2금속전극층(112b)은 제1금속전극층(112a) 보다는 두껍도록 50㎚ 이상의 두께로 증착한다.
제2금속전극층(112b)의 증착이 완료된 후, 내부에 불활성 기체가 주입된 상 태에서 쉴드캡(114)을 씌워서 인캡슐레이션을 하게 된다. 쉴드캡(114)에는 소자 내부의 수분이나 이물질을 흡착하는 흡습제가 필름이나 분말의 형태로 부착된다.
도3b는 본 발명의 실시예에 따른 능동 매트릭스형 유기전계발광소자(AMOLED; 200)의 구조를 나타낸 단면도이며, 도1, 도2, 도3b를 참조하여 설명한다.
능동 매트릭스형 유기전계발광소자(200)는 수동 매트릭스형과 달리 박막 트랜지스터(TFT)에 의하여 구동된다.
수동 매트릭스형과 마찬가지로 유리기판(202)을 사용하지만, 애노드전극(210)을 구동하기 위하여 트랜지스터 구조(204, 206, 208)를 형성한다.
그리고 드레인(208)의 상부로부터 측면방향으로 애노드전극(210)을 형성하고, 비발광영역에는 절연막(212)을 형성한다.
다음으로 전자주입층, 정공주입층, 발광층 등으로 형성된 유기발광층(214)을 형성한 후, 캐소드전극(216)을 증착한다.
유기발광층(214)은 수동 매트릭스형 유기전계발광소자(100)에서와 동일한 구조를 가지므로 중복된 설명은 생략한다.
이와 같이 구성된 능동 매트릭스형 유기전계발광소자(200)에서는 게이트(204) 전극의 입력신호에 따라 애노드전극(210)과 캐소드전극(216) 사이에 전류가 인가되면서 발광작용이 일어나게 된다.
전술한 수동 매트릭스형에서와 마찬가지로 능동 매트릭스형에서도 캐소드전극(216)을 제1금속전극층(216a)과 제2금속전극층(216b)으로 구분하여 이층구조로 형성한다. 역시 제1금속전극층(216a)은 Al로, 제2금속전극층(216b)은 Ag 나 Cu 로 형성함으로써 비저항을 낮추면서도 Al 의 특성을 최대한 이용할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나 본 발명의 권리범위는 이러한 실시예에 제한되지 않으며, 당업자가 용이하게 변형할 수 있는 범위에도 권리가 미친다.
본 발명에서는 제1금속전극층으로 Al을, 제2금속전극층으로 Ag 나 Cu를 사용하는 것으로 설명하였으나, 유기전계발광소자에 사용되는 캐소드전극으로서 이동도가 크고 비저항이 높은 모든 금속재료에 대하여도 적용될 수 있을 것이다.
본 발명에 의하면 캐소드전극의 비저항을 낮추어 Al 전극의 문제점을 개선하고, 소자의 수명을 향상시킬 수 있게 된다.
또한 본 발명은 Al과 같이 전류 흐름에 따른 이동도가 크고 비저항이 높은 금속에 대하여 적용될 수 있다.

Claims (8)

  1. 절연막을 포함하는 비발광영역과, 상기 비발광영역 이외에 애노드전극을 포함하는 발광영역으로 패터닝된 기판과;
    상기 기판 상에 형성된 유기발광부와;
    상기 유기발광부 상에 형성된 캐소드전극과;
    상기 기판과, 유기발광부와, 캐소드전극을 밀봉하는 쉴드캡;을 포함하며,
    상기 캐소드전극은 제1금속전극층과 제2금속전극층의 다층구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1금속전극층은
    상기 유기발광부에 접하도록 형성되며, 상기 제2금속전극층에 비하여 상대적으로 비저항이 높은 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1금속전극층은 알루미늄(Al)인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2금속전극층은 은(Ag) 또는 구리(Cu) 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  5. 절연막을 포함하는 비발광영역과, 상기 비발광영역 이외에 애노드전극을 포함하는 발광영역을 기판상에 패터닝하는 단계와;
    상기 기판 상에 유기발광부를 형성하는 단계와;
    상기 유기발광부 상에 제1금속전극층과 제2금속전극층의 다층구조로 이루어진 캐소드전극을 형성하는 단계와;
    상기 기판과, 유기발광부와, 캐소드전극을 쉴드캡으로 밀봉하는 단계;를 포함하는 유기전계발광소자의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1금속전극층은
    상기 유기발광부에 접하도록 형성되며, 상기 제2금속전극층에 비하여 상대적으로 비저항이 높은 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제1금속전극층은 알루미늄(Al)인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  8. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제2금속전극층은 은(Ag) 또는 구리(Cu) 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
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