KR20080024036A - 전계발광소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판, 기판 상에 위치하며 제 1 도전층, 제 2 도전층 및 제 1 도전층과 제 2 도전층 사이에 개재된 반응 방지층을 포함하는 제 1 전극, 제 1 전극 상에 위치하는 발광층, 및 발광층 상에 위치하는 제 2 전극을 포함하는 전계발광소자를 제공한다.
전계발광소자, 일함수(work function)
Description
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전계발광소자의 구조를 도시한 단면도.
도 2는 도 1 상의 A영역의 부분 확대도.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전계발광소자의 반사율에 대한 실험 데이터를 표시한 그래프.
*도면의 주요부분에 대한 설명*
100 : 전계발광소자 110 : 기판
120 : 제 1 전극 130 : 제 1 전하 주입/수송층
140 : 발광층 150 : 제 2 전하 주입/수송층
160 : 제 2 전극
본 발명은 전계발광소자에 관한 것이다.
전계발광소자는 전자(election)주입 전극(cathode)과 정공(hole)주입 전극(anode)으로부터 각각 전자와 정공을 발광층 내부로 주입시켜, 주입된 전자와 정공이 결합한 엑시톤(exciton)이 여기상태로부터 기저상태로 떨어질 때 발광하는 자발광 소자이다.
또한, 전계발광소자는 낮은 전압에서 구동이 가능하고, 박형 등의 장점을 지니고 있다. 이러한 전계발광소자는 광시야각이 넓고, 응답속도가 빨라 종래 액정표시장치에서 문제로 지적되던 단점을 해결할 수 있는 차세대 디스플레이로 주목받고 있다.
전계발광소자는 발광방식에 따라 기판과 반대 방향으로 발광하는 상부 발광형 전계발광소자(Top-Emission LED)와 기판 방향으로 발광하는 하부 발광형 전계발광소자(Bottom-Emission LED)로 구분된다.
종래 전계발광소자는 기판 상에 하나 이상의 층으로 제 1 전극이 형성되었고, 제 1 전극 상에 하나 이상의 전하 주입/수송층과 발광층이 적층되어 발광부가 형성되었다. 또한, 발광부 상에는 제 2 전극이 형성되었다.
이상과 같은 구조에서 제 1 전극은 반사 특성이 중요하였으므로, 금속 계열로 형성되었으며 보다 효율적인 발광을 위해서 제 1 전극의 일함수(Work Function)를 조정하는 하나 이상의 조정층이 필요하였다.
상세하게는 기판 상에 반사율이 좋은 금속 예를 들어, Al, Al합금 중 어느 하나 이상을 포함하는 도전층이 형성되었다. 도전층 상에는 발광부를 패터닝하기 위한 절연막이 형성되었고, 패터닝된 절연막 상에 일함수를 조정하기 위한 조정층 이 형성되었다.
이때, 조정층은 빛 투과성을 갖는 도전층이어야 하므로 예를 들어, ITO 또는 IZO 로 형성되었다.
이상의 조정층을 형성하는 과정에서 Curing 처리를 해야했는데, Curing 처리 후 도전층과 조정층이 적층된 영역을 중심으로 다수의 Defect가 발생하였다.
이상에서 언급된 Defect는 제 1 전극의 도전층과 일함수 조정층 간의 확산 및 화합 반응에 의해 발생하였다. 예를 들어, 제 1 전극의 일함수 조정층인 ITO로부터 제 1 전극의 주 도전층인 Al으로 산소(Oxide)가 이동하게 되고, 산소가 분리된 In과 Sn이 뭉치는 현상에 의해 다수의 Defect들이 발생하게 되었다.
이러한 Defect의 발생은 전계발광소자에 있어서, 디스플레이 상의 암점(dark spot)과 부분적인 휘도 불균일의 문제를 유발하였고, 그에 따라 소자의 생산 수율 및 신뢰도가 저하되었다.
본 발명은 이상과 같은 문제점들을 해결하여 생산 수율 및 신뢰도를 향상시킬 수 있는 전계발광소자를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 기판, 기판 상에 위치하며 제 1 도전층, 제 2 도전층 및 제 1 도전층과 제 2 도전층 사이에 개재된 반응 방지층을 포함하는 제 1 전극, 제 1 전극 상에 위치하는 발광층, 및 발광층 상에 위치하는 제 2 전극을 포함하는 전계발광소자를 제공한다.
반응 방지층은 제 1 도전층과 제 2 도전층 간의 산소의 이동을 차단할 수 있다.
반응 방지층은 0.1 내지 5㎚ 범위의 두께로 형성될 수 있다.
반응 방지층은 Cr, Cr합금, Mo, Mo합금, Ti, Ti합금으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다.
제 1 도전층은 금속을 포함하며 제 1 전극이 광학적으로 60 내지 90%의 반사율을 갖도록 형성될 수 있다.
제 1 도전층은 Al, Al합금, Ag, Ag합금으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다.
제 2 도전층은 빛 투과성을 가질 수 있다.
제 2 도전층은 제 1 전극의 일함수를 제 2 전극의 일함수보다 상대적으로 낮게 조정할 수 있다.
제 2 도전층은 제 1 전극의 일함수를 4.5eV이상으로 조정할 수 있다.
발광층은 유기물을 포함할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전계발광소자의 구조를 도시한 단면도이며, 도 2는 도 1 상의 A영역의 부분 확대도이다.
도 1 을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전계발광소자(100)는 기 판(110) 상에 제 1 전극(120)이 형성된다.
제 1 전극(120) 상에는 발광층(140)과 제 2 전극(160)이 형성된다. 또한, 발광층(140)과 제 1 및 제 2 전극(120, 160) 사이에는 전하의 이동을 원활히 하기 위한 제 1 전하 주입/수송층(130)과 제 2 전하 주입/수송층(150)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(120)이 애노드이고, 제 2 전극(160)이 캐소드일 경우, 제 1 전극(120)과 발광층(140) 사이에 형성되는 제 1 전하 주입/수송층(130)은 제 1 전극(120)으로부터 발광층(140)으로의 정공 전달을 원활히 하는 역할을 하게 되고, 발광층(140)과 제 2 전극(160) 사이에 형성되는 제 2 전하 주입/수송층(150)은 제 2 전극(160)으로부터 발광층(140)으로의 전자 전달을 원활히 하는 역할을 하게 된다.
이상과 같은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전계발광소자(100)에 있어서, 제 1 전극(120)은 소자(100)의 발광 방향에 따라 빛을 반사하는 역할을 해야한다.
제 1 전극(120)의 구조를 확대 도시한 도 2를 참조하면, 기판(110) 상에는 빛의 반사 특성이 좋은 금속인 Al으로 제 1 도전층(122)이 형성된다. 이때, 제 1 도전층(122)은 제 1 전극(120)이 충분한 도전성과 반사율(광학적으로 80 내지 90% 범위의 반사율)을 갖도록 50 내지 500㎚ 범위의 두께로 형성될 수 있다.
이상에서 제 1 도전층(122)이 Al으로 형성된 경우로 예를 들어 설명하였으나, 본 발명에 따른 전계발광소자(100)의 제 1 전극(120)에 포함되는 제 1 도전층(122)의 재료는 Al에 한정되지 않으며, Ag를 포함한 광학적으로 80 내지 90% 범위의 반사율을 구현할 수 있는 모든 도전성 물질이 적용가능하다.
제 1 도전층(122) 상에는 반응 방지층(124)과 제 2 도전층(126)이 형성된다.
반응 방지층(124)은 제 1 도전층(122) 상에 위치하는 제 2 도전층(126)과 제 1 도전층(122) 간의 확산 및 화합 반응을 방지할 수 있어야 하며, 소자의 발광 효율을 위해 충분한 빛 투과성을 갖춰야 하므로 0.1 내지 5㎚ 범위의 두께로 형성된다. 또한, 제 1 전극(120)이 애노드로 형성될 경우, 제 2 도전층(126)은 주로 ITO 또는 IZO와 같은 물질로 형성되므로, 반응 방지층(124)은 산소의 이동을 차단할 수 있어야 한다. 따라서, 반응 방지층(124)은 Cr, Cr합금, Ti, Ti합금으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함할 수 있으나 반응 방지층(124)의 재료는 이에 한정되지 않는다.
한편, 제 2 도전층(126)은 빛 투과성이 있는 도전성 물질로 형성되어야 하며, 제 1 전극(120)의 일함수를 소정 범위로 조정할 수 있어야 한다. 예를 들어, 제 1 전극(120)이 애노드로 형성될 경우, 제 1 전극(120)의 일함수를 4.5ev 이상으로 조정할 수 있어야 한다. 따라서, 제 2 도전층(126)은 ITO, IZO, ITZO 를 포함하는 TCO(Transparent Conductive Oxide) 중 어느 하나로 형성될 수 있으나 제 2 도전층(126)의 재료는 이에 한정되지 않는다.
이상과 같은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전계발광소자(100)의 제 1 전극(120)의 구조는 제 1 도전층(122)과 제 2 도전층(124) 간의 확산 및 화합 반응을 반응 방지막(124)이 방지해주므로, 제 1 전극(120) 상에 형성되는 다양한 형태의 defect의 발생을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전계발광소자(100)는 디스플레이 상의 암점 또는 부분적인 휘도 불량을 방지할 수 있다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 제 2 내지 제 6 실시예에 따른 전계발광소자의 반사율에 대한 실험 데이터를 표시한 그래프이다.
이하, 도 3a 내지 도 3e의 그래프는 기판 상에 형성된 제 1 전극에 포함되는 반응 방지막의 두께 변화에 따른 제 1 전극이 형성된 기판의 빛 반사율의 변화를 표현한 자료이다. 상세하게는, 제 1 전극 내에서 반사층 역할을 하는 제 1 도전층(ex; Al), 제 1 전극 내에서 일함수 조정층의 역할을 하는 제 2 도전층(ex; ITO) 및 제 1 도전층(ex; Al)과 제 2 도전층(ex; ITO) 사이에 개재되어 산소의 이동을 방지하는 반응 방지막(ex; Cr)이 적층되어 형성된 기판 상의 제 1 전극에 대하여 가시광선 영역(X좌표; 400 내지 700㎚ 파장범위)에서 측정된 제 1 전극의 반사율(Y좌표×100%)을 백분율로 표현한 자료이다.
도 3a를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에서는 기판 상에 100㎚ 두께로 Al층이 형성되고, Al층 상에 0.1㎚ 두께로 Cr막이 형성되며, Cr 막 상에 10㎚ 두께로 ITO가 형성된다.
도 3a에 도시된 바와 같이 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제 1 전극이 형성된 기판의 반사율은 85 내지 90% 범위의 효율을 나타낸다.
도 3b를 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에서는 기판 상에 100㎚ 두께로 Al층이 형성되고, Al층 상에 1㎚ 두께로 Cr막이 형성되며, Cr 막 상에 10㎚ 두께로 ITO가 형성된다.
도 3b에 도시된 바와 같이 본 발명의 제 3 실시예에 따른 제 1 전극이 형성 된 기판의 반사율은 78 내지 85% 범위의 효율을 나타낸다.
도 3c를 참조하면, 본 발명의 제 4 실시예에서는 기판 상에 100㎚ 두께로 Al층이 형성되고, Al층 상에 2㎚ 두께로 Cr막이 형성되며, Cr 막 상에 10㎚ 두께로 ITO가 형성된다.
도 3c에 도시된 바와 같이 본 발명의 제 4 실시예에 따른 제 1 전극이 형성된 기판의 반사율은 75 내지 82% 범위의 효율을 나타낸다.
도 3d를 참조하면, 본 발명의 제 5 실시예에서는 기판 상에 100㎚ 두께로 Al층이 형성되고, Al층 상에 3㎚ 두께로 Cr막이 형성되며, Cr 막 상에 10㎚ 두께로 ITO가 형성된다.
도 3d에 도시된 바와 같이 본 발명의 제 5 실시예에 따른 제 1 전극이 형성된 기판의 반사율은 75 내지 82% 범위의 효율을 나타낸다.
도 3e를 참조하면, 본 발명의 제 6 실시예에서는 기판 상에 100㎚ 두께로 Al층이 형성되고, Al층 상에 5㎚ 두께로 Cr막이 형성되며, Cr 막 상에 10㎚ 두께로 ITO가 형성된다.
도 3e에 도시된 바와 같이 본 발명의 제 6 실시예에 따른 제 1 전극이 형성된 기판의 반사율은 64 내지 78% 범위의 효율을 나타낸다.
이상 본 발명의 제 2 내지 제 6 실시예에 따른 기판 상의 제 1 전극의 반사율의 변화를 보면, 반응 방지막의 두께가 0.1 내지 5㎚ 범위 내로 형성될 때에 기판 상의 제 1 전극의 반사율이 60 내지 90% 범위 효율을 나타내는 것을 알 수 있다.
이상 본 발명의 다양한 실시예들을 근거로 한 반응 방지막의 두께 범위의 임계적 의의는 반응 방지막이 0.1㎚이상의 두께로 형성되어야 제 1 도전층과 제 2 도전층 간의 확산 및 화합반응 예를 들어, 산소의 이동을 충분히 차단할 수 있으며, 반응 방지막이 5㎚이하의 두께로 형성되어야 소자의 유효한 광취출 효율범위를 만족할 수 있다는 데 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전계발광소자의 충분한 광취출 효율을 위해서 기판 상의 제 1 전극의 반사율은 60 내지 90% 범위 내로 조정되어야 하며, 그에 따라 반응 방지막의 두께가 0.1 내지 5㎚ 범위 내로 형성되어야 함을 알 수 있다.
이상 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전계발광소자는 전극과 발광층 사이에 전하 주입/수송층이 개재된 구조로 예를 들어 설명하였으나, 본 발명에 따른 전계발광소자의 구조는 이에 국한되지 않으며, 전하 주입/수송층은 존재하지 않을 수 있다.
이상 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전계발광소자의 발광층은 유기물, 무기물 중 어느 하나 또는 하나 이상을 포함할 수 있다.
이상 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의 미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 생산 수율 및 신뢰도를 향상시킬 수 있는 전계발광소자를 제공할 수 있다.
Claims (10)
- 기판;상기 기판 상에 위치하며 제 1 도전층, 제 2 도전층 및 상기 제 1 도전층과 상기 제 2 도전층 사이에 개재된 반응 방지층을 포함하는 제 1 전극;상기 제 1 전극 상에 위치하는 발광층; 및상기 발광층 상에 위치하는 제 2 전극을 포함하는 전계발광소자.
- 제 1항에 있어서,상기 반응 방지층은 상기 제 1 도전층과 상기 제 2 도전층 간의 산소의 이동을 차단하는 전계발광소자.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 반응 방지층은 0.1 내지 5㎚ 범위의 두께로 형성된 전계발광소자.
- 제 3항에 있어서,상기 반응 방지층은 Cr, Cr합금, Mo, Mo합금, Ti, Ti합금으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 전계발광소자.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1 도전층은 금속을 포함하며 상기 제 1 전극이 광학적으로 60 내지 90%의 반사율을 갖도록 형성된 전계발광소자.
- 제 1항 또는 제 5항에 있어서,상기 제 1 도전층은 Al, Al합금, Ag, Ag합금으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 전계발광소자.
- 제 1항에 있어서,상기 제 2 도전층은 빛 투과성을 갖는 전계발광소자.
- 제 1항 또는 제 7항에 있어서,상기 제 2 도전층은 상기 제 1 전극의 일함수를 상기 제 2 전극의 일함수보다 상대적으로 낮게 조정하는 전계발광소자.
- 제 8항에 있어서,상기 제 2 도전층은 상기 제 1 전극의 일함수를 4.5eV이상으로 조정하는 전계발광소자.
- 제 1항에 있어서,상기 발광층은 유기물을 포함하는 전계발광소자.
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