KR20070069314A - Ｏｌｅｄ 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 OLED 소자에 관한 것으로서, 특히 금속으로 형성된 투명전극을 포함하는 OLED 소자를 제공한다. 즉, 기판과, 상기 기판상에 형성되는 양극층과, 상기 양극층상에 형성되는 발광 유기물 층과, 상기 유기물층 상에 형성되는 음극층을 포함하되, 상기 음극층은 Ca, Mg, Ba, Sr, Y 을 포함하는 그룹에서 선택된 물질로 형성되는 제1 금속층과 Ag 및 Al 중 하나로 형성되는 제2 금속층으로 구성되며, 상기 음극층의 두께는 7 nm 내지 40nm 인 것을 특징으로 하는 OLED 소자를 제공하며, 이로써 OLED 소자의 불량률을 감소시키고 공정 단순화를 얻을 수 있는 효과를 발휘한다.

OLED, 투명전극, 금속층

Description

ＯＬＥＤ 소자{OLED}

도 1은 종래기술에 따른 OLED 소자의 단면 구조를 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 따라 2층의 금속층으로 투명음극을 구성한 OLED 소자의 단면 구조를 도시한 도면.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라, 4층의 금속층으로 투명양극과 투명음극을 구성한 OLED 소자의 단면 구조를 도시한 도면.

도 4는 본 발명에 따른 투명 금속전극의 투과율을 도시한 실험 그래프.

본 발명은 OLED에 이용되는 투명 전극에 관한 것으로서, 특히 금속막을 이용한 OLED용 투명전극에 관한 것이다.

OLED는 전류 구동을 하므로 능동 구동 방식으로 구동하기 위해서는 1개의 pixel을 구동시키는데 4개 이상의 트랜지스터와 캐패시터가 필요하다. 따라서 픽셀 내에 구동 디바이스의 개수가 많아짐으로써 차지하는 면적이 커지게되어 개구율이 낮아짐으로 인해 패널 구동시 소비 전력이 증가하고 수명이 감소하는 문제가 발생하게 된다. 이를 해결하기 위하여 소자 구동회로를 기판에 설치하고 OLED소자를 그 위에 배치하는 top emission 방식이 제안되었다. 이러한 소자를 제작하기 위해서는 빛이 기존의 기판 방향에서 반대로 나가야 하므로 캐소드가 투명해야 한다. 기존의 투명 캐소드는 투과율과 전기 전도도를 위해 ITO등의 무기물을 스퍼터링 방법으로 증착하여 소자의 수명을 감소시키는 원인을 제공하였다.

투명전극으로 널리 사용되고 있는 ITO는 일정 이상의 특성을 얻기 위해서는 스퍼터링 방법을 사용하는 것이 일반적이다. 그러나 스퍼터링 방법으로 OLED 소자위에 ITO를 증착할 경우에는 스퍼터링 동안 에너지를 가진 입자의 충돌에 의하여 유기물층에 데미지를 주기 쉬우며 이로 인하여 소자 특성의 저하를 초래한다. 또한 ITO는 일함수가 높아 OLED에 캐소드로 사용될 경우 유기물층에 전자 주입 특성이 떨어지는 단점이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 일부에서는 금속층을 얇게 형성한 후 ITO를 증착하고 있으나 이런 구조를 채용할 경우 전자 주입 특성은 어느 정도 향상시킬 수 있으나 ITO 증착시 유기물에 데미지를 주는 문제점은 여전히 남게 된다. 또한, 금속이 일정 두께 이상이 되면 전극은 대부분의 빛을 반사시킴으로 캐소드 전극을 통과한 빛을 이용하는 Top emission용 전극으로 사용하기에는 부적합하다. 이를 위해서 상기의 전극을 빛이 통과할 수 있을 정도로 아주 얇게 사용하는 방법이 제안되었으나 두께가 얇아짐에 따라 저항이 증가하고 물리적, 화학적으로 안정적이지 못하였다.

ITO를 이용할 경우의 다른 단점은 스퍼터링 증착시 산소 분압과 온도 등의 조건에 따라, ITO 박막의 조성이 변하면서 ITO 박막의 투과율과 저항이 급격히 변 화되는 현상이 발생하는 것이다.

또한 ITO를 증착하기 위해서는 부가적인 공정장비가 추가되어야 하므로 단가와 양산성에 있어서 단점으로 작용할 수 있다.

전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 유기 발광체 및 기판에 손상을 주지 않도록 ITO를 이용하지 않는 투명전극 및 그 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 전기 전도도 및 투과도가 모두 우수한 투명 전극 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 종래보다 저가의 재료 및 단순한 장비와 공정으로 제조될 수 있는 투명전극 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따라 기판과, 상기 기판상에 형성되는 양극층과, 상기 양극층상에 형성되는 발광 유기물 층과, 상기 유기물층 상에 형성되는 음극층을 포함하되, 상기 음극층은 Ca, Mg, Ba, Sr, Y 을 포함하는 그룹에서 선택된 물질로 형성되는 제1 금속층과 Ag 및 Al 중 하나로 형성되는 제2 금속층으로 구성되며, 상기 음극층의 두께는 7 nm 내지 40nm 인 것을 특징으로 하는 OLED 소자를 제공한다. 상기 제1 금속층과 제2 금속층 사이에 개재되는 상기 제1 금속층 및/또는 제2 금속층의 산화막을 더 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 OLED 소자는 상기 제 2금속층 위에 SiO2, Ta2O5, SiON, Si3N4, Al2O3, Polyimide, Parylene 중 하나로 이루어지는 코팅막을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따라, 기판과, 상기 기판상에 형성되는 제1 금속층과, 상기 제1 금속층상에 형성되는 제2 금속층과, 상기 제2 금속층상에 형성되는 발광 유기층과, 상기 발광 유기층상에 형성되는 제3 금속층과, 상기 제3 금속층상에 형성되는 제4 금속층을 포함하며, 상기 제1 금속층 및 제2 금속층의 두께의 합과, 상기 제3 금속층 및 제4 금속층의 두께의 합은 각각 7nm 내지 40nm 인 것을 특징으로 하는 OLED 소자가 제공된다.

아울러 본 발명의 또 다른 특징에 따라 OLED를 포함하는 전자 디스플레이 장치의 제조 방법에 있어서, Ca, Mg, Ba, Sr, Y 을 포함하는 그룹에서 선택된 물질을 증착하여 3nm 내지 20nm 두께의 제1 금속층을 형성하는 단계와, 상기 제1 금속층 상에 Ag 또는 Al 중 하나를 증착하여 5nm 내지 20nm 두께의 제2 금속층으로 형성하되, 상기 제1 금속층과 제2 금속층의 두께의 합이 40nm 이하가 되게 제2 금속층을 형성하는 단계를 포함하여 투명 전극을 생성하는 과정을 포함하는 방법이 제공된다.

상기 제1 금속층 형성 단계 이후, 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층의 접면이 될 제1금속층의 표면을 산화시키는 단계를 더 포함하거나, 상기 제2 금속층 형성 단계 이후, 투명 보호막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 종래의 OLED 소자를 도시한 도면이다. 기판위에 양극(anode)이 형성 되고, 그 위에 발광을 위한 유기층(organic layer)이 형성되고, 유기층 위에 금속과 ITO로 이루어지는 음극(cathode)이 형성된다.

본 발명에서는 투명 캐소드를 제작하기 위해서 ITO를 사용하던 종래의 기술과 달리 두 개의 금속층만을 사용한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 기판 상에 양극(anode) 및 유기층(organic layer)이 형성된 다음, 제1 및 제2 금속층이 순차적으로 적층된다. 이 때, 금속층의 증착은 유기층 및 기판에 손상을 줄 수 있는 스퍼터링 방식이외에, 예컨대 열증착법(thermal evaporation)을 이용함으로써, 소자의 불량률을 현저하게 낮추고 스퍼터링 장비보다 저가의 장비를 이용하여 제1 및 제2 금속층을 형성할 수 있다.

제1 금속층은 유기 물 층에 바로 접촉하는 층으로 전자주입특성을 향상시키기 위해서 저일함수의 금속, Ca, Mg, Ba, Sr, Y 등을 사용한다. 사용 금속은 빛을 투과하여야 하므로 두께를 얇게 하는데 두께는 3-20nm정도가 적당하며 두 번째 금속층과의 관계에 의하여 최적 두께는 변할 수 있다.

제2 금속층은 Ag 또는 Al을 사용한다. 두 번째 금속층의 두께는 5-20nm이며 첫 번째층의 금속 층과의 관계에 따라 다른 두께를 변화시킬 수 있다. 두 번째 금속층은 첫 번째 금속층의 공기중에 반응성에 대하여 첫 번째 금속층을 보호하는 역할과 투과율을 향상시키고 전기 저항을 감소시키는 역할을 한다.

중요한 점은 첫 번째 금속만의 투과율은 통상 가시광선 영역에서 15-50% 정도이나, 두 번째 금속층을 첫번째 금속층위에 증착함으로써 투과율을 60~90%로 상승시킬 수 있다.

한편, 금속도 십 nm 내지 수십 nm 정도로 두께를 얇게 하면 투과성을 가지는 것은 알려진 사실이나, 재료에 따라 3nm 또는 5nm 이하로 증착할 경우 투과성이 떨어지게 되므로 전술한 범위로 제1 및 제2 금속층을 적층하는 것이 바람직하다.

본 발명의 발명자는 오랜 실험 끝에 제1 및 제2 금속층의 두께의 합이 7nm 내지 40nm에 해당하는 것이 좋다는 알게 되었다. 더욱 바람직하게는 7nm 내지 20nm 인 것이 좋다.

한편, 투과도 향상을 위하여 소정의 산화막을 형성할 수 있다. 제1 금속층의 일부 또는 전체를 산화시켜 예컨대 CaOx(x는 산화도를 나타내는 소정의 수)로 형성한 후 Ag 또는 Al의 제2 층을 증착한다.

또한 제2 금속층을 산화시킴으로써 투과도를 향상시킬 수 있다. 예컨대 Ag의 일부 또는 전부를 산화시켜 AgOx(x는 산화도를 나타내는 소정의 수)는 투과도가 보다 우수하여, 투명전극의 투과도를 향상시킬 수 있다. 도 2에서 상측 방향의 굵은 화살표는 발광 방향을 나타낸다.

도 3에 도시된 본 발명의 다른 일 실시예에서 두 종류의 금속 박막을 이용하여 투명 전극을 만드는 것으로 한쪽 방향으로 빛을 방출하는 OLED 소자 외에도 투명 전극을 양쪽으로 모두 사용하는 양면 발광형 OLED를 제시한다.

도시된 바와 같이, 투명기판 위에 제1 금속층과 제2 금속층으로 이루어지는 캐소드를 형성하고, 그 위에 발광을 위한 유기층을 형성한 다음 제3 금속층과 제4 금속층을 형성한다. 구체즉으로는 Ca, Mg, Ba, Sr, Y 을 포함하는 그룹에서 선택된 물질(1st metal)로 상기 기판상에 형성되는 제1 금속층과, Ag 및 Al 중 하나(2nd metal)로 상기 제1 금속층상에 형성되는 제2 금속층과, 상기 제2 금속층상에 형성되는 발광 유기층(organic layer)과, Ca, Mg, Ba, Sr, Y 을 포함하는 그룹에서 선택된 물질(1st metal)로 상기 발광 유기층상에 형성되는 제3 금속층과, Ag 및 Al 중 하나로 상기 제3 금속층상에 형성되는 제4 금속층(2nd metal)을 포함하며, 상기 제1 금속층 및 제2 금속층의 두께의 합과, 상기 제3 금속층 및 제4 금속층의 두께의 합은 각각 7nm 내지 40nm가 되도록 열증착법에 의하여 전극을 형성한다.

본 실시예에 따른 경우, 양극과 음극 모두를 같은 전극으로 사용하게 되므로 전기적 광학적 설계가 용이한 장점을 가지고 있다. 아울러 도 3의 상하측 방향의 굵은 화살표로 표시한 것처럼, 유기층에 의하여 발광된 빛이 기판을 기준으로 양방향으로 방출될 수 있어서 양면 발광형 OLED 소자를 구현할 수 있다.

한편, OLED 소자를 보호하기 위하여 페시베이션을 할 경우에는 1항의 제 2금속층 위에 투명한 재료, 예컨대 SiO2, Ta2O5, SiON, Si3N4, Al2O3, Polyimide, Parylene 등을 이용하여 코팅함으로써, 금속전극을 보호할 수 있다.

도 4에 본 발명에 따라 제조된 OLED용 투명전극의 투과율을 도시하였다. 도시된 바와 같이, 전술한 조건과 방법으로 제조된 투명전극은 Ca-Ag, Ba-Ag, Ma-Ag의 어느 조합이라도 60% 이상의 투과도를 나타내고 있다.

이상 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대하여 구체적으로 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명으로부터 다양한 변형과 변경이 가능할 것이다. 예컨대, 본 발명의 사상에 따라 본 발명의 상세한 설명에서 제시한 금속전극은 OLED외에도 투명 전극이 사용되는 분야에는 모두 사용될 수 있다. 특히 투명 전극이 많이 사용되는 LCD, PDP, FED, touch panel 등에 기존에 사용이 되던 ITO를 대체하여 사용이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정하여져야 할 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 플렉서블 디스플레이에서 투명전극으로 사용하던 ITO는 기판인 플라스틱 필름과의 열적 기계적 특성의 차이로 인하여 crack이 발생하기 쉬우나 무기박막에 비하여 연성이 큰 재료인 금속 투명 전극을 사용함으로써 안정성을 높일 수 있다.

Top emission OLED에서 종래의 기술을 적용할 경우 ITO 증착시 ITO입자의 충돌에 의하여 유기물층의 손상이 초래되어 수명 및 발광 특성 저하가 초래될 수 있으나 본 발명은 두 종류의 금속 박막을 열증착법으로 증착함으로써 유기물 층에 손상을 주지 않고 증착이 가능하다. 또한 thermal evaporation 공정은 일반적은 OLED 공정에서 이미 사용되고 있는 공정이므로 이를 활용할 경우에는 별도의 스퍼터링 장치와 공정이 요구되지 않음으로 제품 단가나 생산성에 있어서도 유리하다.

Claims (11)

1. 기판과, 상기 기판상에 형성되는 양극층과, 상기 양극층상에 형성되는 발광 유기물 층과, 상기 유기물층 상에 형성되는 음극층을 포함하되,

   상기 음극층은 Ca, Mg, Ba, Sr, Y 을 포함하는 그룹에서 선택된 물질로 형성되는 제1 금속층과 Ag 및 Al 중 하나로 형성되는 제2 금속층으로 구성되며,

   상기 음극층의 두께는 7 nm 내지 40nm 인 것을 특징으로 하는 OLED 소자.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층 사이에 개재되는 상기 제1 금속층의 산화막을 더 포함하는 OLED 소자.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층 사이에 개재되는 상기 제2 금속층의 산화막을 더 포함하는 OLED 소자.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층 사이에 개재되는 상기 제1 금속층 및 제2 금속층의 산화막을 더 포함하는 OLED 소자.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2금속층 위에 SiO₂, Ta₂O5, SiON, Si₃N4, Al₂O₃, Polyimide, Parylene 중 하나로 이루어지는 코팅막을 더 포함하는 OLED 소자.
6. 기판과,

   Ca, Mg, Ba, Sr, Y 을 포함하는 그룹에서 선택된 물질로 상기 기판상에 형성되는 제1 금속층과,

   Ag 및 Al 중 하나로 상기 제1 금속층상에 형성되는 제2 금속층과,

   상기 제2 금속층상에 형성되는 발광 유기층과,

   Ca, Mg, Ba, Sr, Y 을 포함하는 그룹에서 선택된 물질로 상기 발광 유기층상에 형성되는 제3 금속층과,

   Ag 및 Al 중 하나로 상기 제3 금속층상에 형성되는 제4 금속층을 포함하며,

   상기 제1 금속층 및 제2 금속층의 두께의 합과, 상기 제3 금속층 및 제4 금속층의 두께의 합은 각각 7nm 내지 40nm 인 것을 특징으로 하는 OLED 소자.
7. 제6항에 있어서, 상기 제1 금속층 및 상기 제2 금속층 사이에, 상기 제1 금속층의 표면이 산화되어 형성된 산화막 및/또는 상기 제2 금속층의 표면이 산화되어 형성된 산화막을 더 포함하는 OLED 소자.
8. 제6항에 있어서, 상기 제3 금속층 및 상기 제4 금속층 사이에, 상기 제3 금속층의 표면이 산화되어 형성된 산화막 및/또는 상기 제4 금속층의 표면이 산화되어 형성된 산화막을 더 포함하는 OLED 소자.
9. OLED를 포함하는 전자 디스플레이 장치의 제조 방법에 있어서,

   Ca, Mg, Ba, Sr, Y 을 포함하는 그룹에서 선택된 물질을 증착하여 3nm 내지 20nm 두께의 제1 금속층을 형성하는 단계와,

   상기 제1 금속층 상에 Ag 또는 Al 중 하나를 증착하여 5nm 내지 20nm 두께의 제2 금속층으로 형성하되, 상기 제1 금속층과 제2 금속층의 두께의 합이 40nm 이하가 되게 제2 금속층을 형성하는 단계

   를 포함하여 투명 전극을 생성하는 과정을 포함하는 방법.
10. 제9항에 있어서,

    상기 제1 금속층 형성 단계 이후, 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층의 접면이 될 제1금속층의 표면을 산화시키는 단계를 더 포함하는 방법.
11. 제9항에 있어서,

    상기 제2 금속층 형성 단계 이후, 투명 보호막을 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.

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