KR20100129596A - 유기 발광 소자 - Google Patents
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Abstract
애노드, 캐소드 및 애노드와 캐소드 사이에 개재된 발광층을 구비하고, 상기 캐소드가 다층의 금속층의 구조를 포함하는 유기 발광 소자가 개시된다.
Description
애노드, 캐소드 및 애노드와 캐소드 사이에 개재된 발광층을 구비하고, 상기 캐소드가 다층의 금속층의 구조를 포함하는 유기 발광 소자에 관한 것이다.
21세기에 들어서 정보화 사회로의 움직임이 더욱 가속화 되고 있으며, 이에 따라 정보를 언제 어디서나 주고 받을 수 있어야 하는 필요성에 따라 정보 디스플레이는 기존의 CRT 디스플레이로부터 평판 디스플레이로 그 비중이 점차 옮겨가고 있는 추세이다. 이 중, 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display : LCD)는 가볍고 전력소모가 작은 장점이 있어 평판 디스플레이로서 현재 가장 많이 사용되고 있으나, 자발광 소자가 아니라 수발광 소자이기 때문에 밝기, 콘트라스트(contrast)비, 시야각, 대면적화 등에 기술적 한계가 있어, 이러한 단점을 극복할 수 있는 새로운 평판 디스플레이를 개발하려는 노력이 전세계적으로 활발하게 전개되고 있다. 이러한 새로운 평판 디스플레이 중의 하나가 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode : OLED)로서, 상기 유기 발광 다이오드는 저전압 구동이 가능하며, 광시야각과 빠른 응답속도를 가질 뿐만 아니라 자발광형으로서 경량박형이 가능하기 때문에 최근 일본과 한국, 그리고 미국에서도 그 실용화에 박차를 가하고 있다.
현재 모바일 디스플레이에 적용되고 있는 AMOLED(Active matrix organic light emitting device) 의 캐소드전극은 Mg:Ag 의 형태로 증착이 되고 있지만, 14 " 이상의 대형으로 진행될 경우 저저항이 요구되므로 현재 사용되는 Mg:Ag 의 경우 IR 드롭 (IR drop) 현상이 나타나서 적용하기 어려운 상항이다.
본 발명의 일 측면은 애노드, 캐소드 및 애노드와 캐소드 사이에 개재된 발광층을 구비하고, 상기 캐소드가 제 1 금속층/제 2 금속층의 구조 또는 제 1 금속층/제 2 금속층/산화물층, 질화물층 또는 질산화물층의 구조이며 낮은 저항을 가지는 유기 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따라, 애노드, 캐소드 및 애노드와 캐소드 사이에 개재된 발광층을 구비하고, 상기 캐소드가 제 1 금속층/제 2 금속층의 구조 또는 제 1 금속층/제 2 금속층/산화물층, 질화물층 또는 질산화물층의 구조를 가지는 유기 발광 소자가 제공된다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제 2 금속층은 0.1 내지 10 ohm/sq 의 저항을 가지는 금속(b)로 이루어지며, 상기 제 1 금속층은 일함수가 약 3.5 내지 약 4.5 eV인 금속(a) 및 Ag의 합금으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제 2 금속층은 예를 들어 0.5 내지 3 ohm/sq 의 저항을 가지는 금속(b)로 이루어지며, 상기 제 1 금속층은 일함수가 예를 들어 약 3.5 내지 약 4.0 eV인 금속(a) 및 Ag의 합금으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제 2 금속층의 금속(b)는 Ag, Al, Cu 또는 Cr이며, 상기 제 1 금속층은 Yb, Sm, Sr, Cs, Ru, Ba, Pr, Nd, Pm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Ac, Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md 및 No로 이 루어진 군으로부터 선택된 금속(a) 및 Ag의 합금으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제 2 금속층의 금속(b)는 예를 들어 Ag, 또는 Al이며, 상기 제 1 금속층은 예를 들어 Yb, La, Y, Sm, Ba 또는 Sr인 금속(a) 및 Ag의 합금으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제 2 금속층의 금속(b)는 Ag이며, 상기 제 1 금속층은 금속(a)인 Yb 및 Ag의 합금으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제 1 금속층에서 금속(a): Ag의 중량비는 0.1 ~ 15 : 1 일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제 1 금속층에서 금속(a): Ag의 중량비는 4 ~ 10 : 1 일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제 1 금속층은 약 30 Å 내지 약 300Å의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제 1 금속층은 예를 들어 약 60Å 내지 약 100 Å의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제 2 금속층은 약 50Å 내지 약 500Å의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제 2 금속층은 예를 들어 약 100Å 내지 약 300Å의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 산화물층, 질화물층 또는 질산화물층의 굴절율이 약 1.5 내지 2.5의 값을 가질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 산화물층, 질화물층 또는 질산화물층의 굴절율이 예를 들어 약 1.7 내지 2.2의 값을 가질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 산화물층, 질화물층 또는 질산화물층은 약 100Å 내지 약 1500Å의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 산화물층, 질화물층 또는 질산화물층은 예를 들어 약 300Å 내지 약 700Å의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 산화물층이 MoOx(x=2~4), Al2O3, Sb2O3, BaO, CdO, CaO, Ce2O3, CoO, Cu2O, DyO, GdO, HfO2, La2O3, Li2O, MgO, NbO, NbO, NiO, Nd2O3, PdO, Sm2O3, ScO, SiO2, SrO, Ta2O3, TiO, WO3, VO2, YbO, Y2O3, ZnO 또는 ZrO으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 질화물층이 AlN, BN, NbN, SiN, TaN, TiN, VN, YbN 또는 ZrN으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 질산화물층이 SiON 또는 AlON으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 소자의 캐소드는 투과율, 저항값 등이 우수하여 대면적 디스플레이에 적용시 시야각 문제 등을 개선할 수 있다.
이하에서 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 일 측면에 따라, 애노드, 캐소드 및 애노드와 캐소드 사이에 개재된 발광층을 구비하고, 상기 캐소드가 제 1 금속층/제 2 금속층의 구조 또는 제 1 금속층/제 2 금속층/산화물층, 질화물층 또는 질산화물층의 구조를 가지는 유기 발광 소자가 제공된다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
현재 적용되고 있는 디스플레이 중에서도 모바일디스플레이에 적용이 되고 있는 OLED 캐소드 전극은 Mg:Ag 로 사용되고 있으며, 그 크기가 현재는 2 ~ 3"로 작아서 IR drop 이나 시야각 등이 문제시 되고 있지 않지만, 향후 14" 이상의 대면적 디스플레이에 적용이 될 경우 현재 사용되고 있는 Mg:Ag 전극의 경우, 저항이 높아서 (약 40 ohm/sq) IR drop 과 시야각 등의 문제가 발생하며 장파장으로 갈수록 투과도 그래프가 하향 곡선을 나타내므로 red 시야각 보정이 요구된다. 이를 보정하기 위한 아이디어로 Mg:Ag/Ag 와 같이 저항을 보충하기 위해 두번째 층으로서 Ag 를 증착한 경우도 있다. 이 경우에 있어서 Mg:Ag에서 두 재료의 비율변화에 따른 특성 평가 및 Mg:Ag/Ag 에서 두 층의 두께 변화에 따른 특성 평가를 모두 진행하였으나, Mg:Ag 층의 두께가 너무 얇아서 공정 마진 (margin) 과 막균일도의 문제를 해결하지 못하였다.
도 1a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자는 애노드, 캐소드 및 애노드와 캐소드 사이에 개재된 발광층을 구비하며, 상기 캐소드는 제 1 금속층/제 2 금속층의 구조를 가진다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제 2 금속층은 0.1 내지 10 ohm/sq 의 저항을 가지는 금속(b)로 이루어지며, 상기 제 1 금속층은 일함수가 약 3.5 내지 약 4.5 eV인 금속(a) 및 Ag의 합금으로 이루어질 수 있다.
발광층 상에 위치하는 제 1 금속층이 일함수가 약 3.5 내지 약 4.5 eV인 금속(a) 및 Ag의 합금으로 이루어진 경우, 발광 (emission)에 큰 영향이 없고, 가시광 영역에서 투과도가 좋으며, 투과 그래프에서 투과도의 편차가 적어 그래프 형태가 일직선 형태로 나타나므로 향후 적색 보정이 필요가 없다.
상기 제 1 금속층 상에 위치하는 제 2 금속층은 0.1 내지 10 ohm/sq 의 낮은 저항을 가지지므로, 제 1 금속층에서 부족한 저항값을 보충하는 역할을 한다.
이러한 구조의 캐소드에서 제 1 금속층은 방출 (emission) 역할을 해주고, 제 2 금속층은 저항을 낮추는 역할을 함으로써 전체적으로 저저항 캐소드가 될 수 있다.
금속(a)의 일함수가 4.5eV를 초과하는 경우 구동전압이 증가하며 효율이 감소하는 문제점이 있을 수 있다.
반면, 금속(b)의 저항이 10 ohm/sq 를 초과하는 경우 구동전압이 증가하며 효율이 감소하는 문제점이 있을 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 보다 구체적으로 상기 제 2 금속층은 예를 들어 0.5 내지 3 ohm/sq 의 저항을 가지는 금속(b)로 이루어지며, 상기 제 1 금속층은 일함수가 예를 들어 약 3.5 내지 약 4.0 eV인 금속(a) 및 Ag의 합금으로 이루어 질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제 2 금속층의 금속(b)는 Ag, Al, Cu 또는 Cr이며, 상기 제 1 금속층은 Yb, Sm, Sr, Cs, Ru, Ba, Pr, Nd, Pm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Ac, Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md 및 No로 이루어진 군으로부터 선택된 금속(a) 및 Ag의 합금으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 보다 구체적으로 상기 제 2 금속층의 금속(b)는 예를 들어 Ag, 또는 Al이며, 상기 제 1 금속층은 예를 들어 Yb, La, Y, Sm, Ba 또는 Sr인 금속(a) 및 Ag의 합금으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제 2 금속층의 금속(b)는 Ag이며, 상기 제 1 금속층은 금속(a)인 Yb 및 Ag의 합금으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제 1 금속층에서 금속(a): Ag의 중량비는 0.1 ~ 15 : 1 일 수 있으며, 보다 구체적으로는 예를 들어 4 ~ 10 : 1 일 수 있다.
제 1 금속층에서 Ag에 대한 금속(a)의 중량비가 15 : 1 보다 큰 경우 투과도가 감소하고 구동전압이 증가하며 효율이 감소하는 문제점이 있을 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제 1 금속층은 약 30 내지 약 300Å 의 두께를 가질 수 있다.
제 1 금속층의 두께가 30 Å 미만인 경우, 구동 전압이 증가하며 300Å를 초과하는 경우 투과도 감소로 인해 효율이 낮아지는 문제점이 있을 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 보다 구체적으로 상기 제 1 금속층은 예를 들어 약 60 Å 내지 약 100 Å의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제 2 금속층은 약 50Å 내지 약 500Å의 두께를 가질 수 있다.
제 2 금속층의 두께가 50Å 미만인 경우, 구동전압이 증가하며, 500Å를 초과하는 경우 투과도 감소로 인해 효율이 감소하는 문제점이 있을 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 보다 구체적으로 상기 제 2 금속층은 예를 들어 약 100 Å 내지 약 300 Å의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 산화물층, 질화물층 또는 질산화물층의 굴절율이 약 1.5 내지 2.5 의 값을 가질 수 있다.
도 1b는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자는 애노드, 캐소드 및 애노드와 캐소드 사이에 개재된 발광층을 구비하며, 상기 캐소드는 제 1 금속층/제 2 금속층/산화물층, 질화물층 또는 질산화물층의 구조를 가진다.
상기 산화물층, 질화물층 또는 질산화물층은 제 2 금속층 상에 형성되는 캡핑층으로서 투과도를 확보하여 광학적 특성 향상시킨다.
상기 산화물층, 질화물층 또는 질산화물층의 굴절율이 1.5 미만인 경우, 캡핑층의 두께가 증가하여 투과도가 낮아지는 문제점이 있을 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 보다 구체적으로 상기 산화물층, 질화물층 또는 질산화물층의 굴절율이 예를 들어 약 1.7 내지 2.2 의 값을 가질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 산화물층, 질화물층 또는 질산화물층은 약 100 Å 내지 약 1500 Å의 두께를 가질 수 있다.
상기 산화물층, 질화물층 또는 질산화물층의 두께가 100 Å 미만인 경우, 투과도가 감소하여 효율이 떨어지는 문제점이 있을 수 있고, 1500 Å를 초과하는 경우도 투과도가 감소하여 효율이 떨어지는 문제점이 있을 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 보다 구체적으로 상기 산화물층, 질화물층 또는 질산화물층은 예를 들어 약 300 Å 내지 약 700 Å의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 산화물층은 MoOx(x=2~4), Al2O3, Sb2O3, BaO, CdO, CaO, Ce2O3, CoO, Cu2O, DyO, GdO, HfO2, La2O3, Li2O, MgO, NbO, NiO, Nd2O3, PdO, Sm2O3, ScO, SiO2, SrO, Ta2O3, TiO, WO3, VO2, YbO, Y2O3, ZnO 또는 ZrO으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로 상기 산화물층은 예를 들어 MoOx(x=2~4), WO3, Al2O3, NbO, TiO 또는 YbO일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 질화물층은 AlN, BN, NbN, SiN, TaN, TiN, VN, YbN 또는 ZrN으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 질산화물층은 SiON 또는 AlON으로 이루어질 수 있다.
이하, 본 발명에서 사용되는 일반적인 유기 발광 소자 구조에 대하여 설명한다.
본 발명에서 사용되는 유기 발광 소자의 구조는 일반적인 것으로서 매우 다양하 다. 상기 제1전극과 제2전극 사이에 유기막으로서 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 정공저지층, 전자수송층 및 전자주입층으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 층을 유기막으로서 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 유기 발광 소자는, 예를 들어, 제1전극/정공주입층/정공수송층/발광층/전자수송층/전자주입층/제2전극의 구조, 또는 제1전극/정공주입층/정공수송층/발광층/정공저지층/전자수송층/전자주입층/제2전극의 구조를 갖는다.
이하, 상술한 적층 구조를 갖는 유기 발광 소자의 제조방법을 살펴보기로 한다.
먼저 기판 상부에 높은 일함수를 갖는 애노드 (양극) 전극용 물질을 증착법 또는 스퍼터링에 의하여 형성하고 제1전극인 애노드(Anode)로 사용한다. 여기에서 기판으로는 통상적인 유기 EL 소자에서 사용되는 기판을 사용하는데 투명성, 표면 평활성, 취급용이성 및 방수성이 우수한 유기 기판 또는 투명 플라스틱 기판이 바람직하다. 그리고 애노드 전극용 물질로는 투명하고 전도성이 우수한 산화인듐주석 (ITO), 산화인듐아연 (IZO), 산화주석 (SnO2), 산화아연 (ZnO) 등을 사용한다.
상기 애노드 전극 상부에 정공 주입층 물질을 진공 열증착 또는 스핀 코팅한다. 상기 정공 주입층 물질로는 예를 들어, CuPc, 구리프탈로시아닌 등의 프탈로시아닌 화합물 또는 스타버스트형 아민 유도체류인 TCTA, m-MTDATA, m-MTDAPB, 용해성이 있는 전도성 고분자인 Pani/DBSA (Polyaniline/Dodecylbenzenesulfonic acid:폴리아닐린/도데실벤젠술폰산) 또는 PEDOT/PSS (Poly(3,4- ethylenedioxythiophene)/Poly(4-styrenesulfonate):폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(4-스티렌술포네이트)), Pani/CSA (Polyaniline/Camphor sulfonic acid:폴리아닐린/캠퍼술폰산) 또는 PANI/PSS (Polyaniline)/Poly (4-styrene- sulfonate):폴리아닐린)/폴리(4-스티렌술포네이트)), 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
정공 주입층 상부에 정공 수송층 물질을 진공 열증착 또는 스핀 코팅하여 정공 수송층을 형성한다. 상기 정공 수송층 물질은 예를 들면, 1,3,5-트리카바졸릴벤젠, 4,4'-비스카바졸릴비페닐, 폴리비닐카바졸, m-비스카바졸릴페닐, 4,4'-비스카바졸릴-2,2'-디메틸비페닐, 4,4',4"-트리(N-카바졸릴)트리페닐아민, 1,3,5-트리(2-카바졸릴페닐)벤젠, 1,3,5-트리스(2-카바졸릴-5-메톡시페닐)벤젠, 비스(4-카바졸릴페닐)실란, N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1-비페닐]-4,4'디아민(TPD), N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐 벤지딘(α-NPD), N,N'-디페닐-N,N'-비스(1-나프틸)-(1,1'-비페닐)-4,4'-디아민(NPB), 폴리(9,9-디옥틸플루오렌-co-N-(4-부틸페닐)디페닐아민)(poly(9,9-dioctylfluorene-co-N-(4- butylphenyl)diphenylamine) (TFB) 또는 폴리(9,9-디옥틸플루오렌-co-비스-N,N-페닐-1,4-페닐렌디아민(poly(9,9-dioctylfluorene-co-bis-(4-butylphenyl-bis-N,N-phenyl-1,4-phenylenediamin) (PFB) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서 정공 수송층 상부에 발광층이 도입되며 발광층 재료는 특별히 제한되지 않고 4,4'-비스카바졸일비페닐(CBP),TCB, TCTA, SDI-BH-18, SDI-BH-19, SDI-BH-22, SDI-BH-23, dmCBP, Liq, TPBI, Balq, BCP 등을 호스트로 사용할 수 있으며, 도판트의 경우 형광 도판트로서는 이데미츠 (Idemitsu)사에서 구입 가능한 IDE102, IDE105나 인광 도판트로서는 잘 알려진 녹색 인광 도판트인 Ir(ppy)3, 청색 인광 도판트인 (4,6-F2ppy)2Irpic 등이 공동 진공열 증착될 수 있다.
도핑농도는 특별히 제한되지는 않으나 통상적으로 0.5 ~ 12 중량 %로 사용한다. 발광층위에 전자 수송층이 진공증착 방법, 또는 스핀 코팅방법으로서 박막을 형성할 수 있다.
한편, 발광층에 인광 도판트를 함께 사용할 경우, 삼중항 여기자 또는 정공이 전자 수송층으로 확산되는 현상을 방지하기 위하여 추가로 정공 저지 물질을 진공열 증착하여 정공 저지층을 형성할 수 있다. 이때 사용할 수 있는 정공 저지층 재료는 특별히 제한되지는 않으나, 전자 수송 능력을 가지면서 발광화합물보다 높은 이온화 퍼텐셜을 가져야 하며 대표적으로 Balq, BCP등이 있다.
정공 저지층 위에 전자수송층이 진공 증착 방법 또는 스핀 코팅 방법으로서 박막을 형성할 수 있다.
상기 전자수송층 재료는 예를 들어 공지의 재료인 Alq3등을 이용할 수 있다.
또한 전자 수송층 위에 전자 주입층이 적층될 수 있다. 상기 전자 주입층의 재료는 예를 들어, LiF, NaCl, CsF, Li2O, BaO 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 전자 주입층 상부에 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 금속층/제 2 금속층의 구조 또는 제 1 금속층/제 2 금속층/산화물층, 질화물층 또는 질산화물층의 구조의 캐소드 전극을 형성시킨다.
이하에서, 본 발명을 따르는 유기 발광 소자의 실시예를 구체적으로 예시하지만, 본 발명이 하기의 실시예로 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1 (제 1 금속층 특성 비교)
제 1 금속층의 투과율 비교를 위해 글래스 기판에 Yb:Ag를 중량비 10:1, 5:1, 1:1의 비로 각각 진공증착한다.
글래스 기판에 Mg:Ag를 중량비 10:1로 170Å로 진공 증착하여 비교 대상으로 한다.
동일한 170Å 두께에서 Mg:Ag 와 Yb:Ag 의 투과도 결과를 비교하여 도 2에 나 타내었다. 도 2를 참조하면, Yb:Ag에서 Yb의 함량을 1 ~ 10까지 변화를 주었을 때, 530 nm 기준으로 Mg:Ag 의 경우 30% 투과율을 나타내었고, Yb:Ag(5:1)의 경우 50%의 결과를 나타내었다. 이때의 저항을 비교해 보면, Mg:Ag 는 40 ohm/sq 이고, Yb:Ag 는 12 ohm/sq였다.
종래 기술이 Mg:Ag 막에 관한 내용 또는 Mg:Ag 막에 버퍼층 (buffer layer)을 추가하여 주입특성을 향상시킨 내용이 대부분인 것을 감안하면, 상기 결과는 본 발명의 일 실시예가 종래 기술과는 질적으로 다른 내용의 발명이라는 것을 입증하는 것이라고 할 수 있다.
실시예 2 (캐소드 투과율 비교)
캐소드의 투과율 비교를 위해 글래스 기판 상에 Yb:Ag를 5:1의 중량비로 100Å 두께로 진공 증착하고 계속하여 Ag를 150Å 두께로 진공 증착하여 Yb:Ag/Ag 구조의 캐소드를 제조한다.
다음으로 동일한 글래스 기판 상에 Mg:Ag를 5:1의 중량비로 100Å 두께로 진공 증착하고 계속하여 Ag를 150Å 두께로 진공 증착하여 비교 대상으로서 Mg:Ag/Ag 구조의 캐소드를 제조한다.
동일한 두께에서 Mg:Ag/Ag 와 Yb:Ag/Ag의 투과도 결과를 비교하여 도 3에 나타내었다. 도 3을 참조하면, 550 nm 기준으로 Mg:Ag/Ag 의 경우 22% 투과율을 나타내고, Yb:Ag/Ag 의 경우 34%의 결과를 나타낸다. 가시광 전 영역에서 투과도 변화를 살펴보면, Yb:Ag/Ag 의 경우 8% 로 낮은 반면, Mg:Ag/Ag 의 경우는 25% 로 높은 값을 나타낸다. 이와 같은 Yb:Ag/Ag 의 낮은 투과도 변화폭은 기존에 문제시 되던, 시야각 문제를 해결할 수 있을 것으로 예상된다.
실시예 3 (캐소드 특성 비교)
Yb:Ag 의 비율을 5:1 로 고정한 후, Yb:Ag/Ag 두 층의 두께 변화에 따른 투과도 및 저항의 변화를 측정한다.
글래스 기판 상에 Yb:Ag 의 비율을 5:1 로 고정하고, Yb:Ag/Ag 층을 각각 110Å/180Å, 110Å/200Å, 90Å/180Å, 90Å/200Å 두께로 진공 증착한다.
동일한 글래스 기판 상에 Mg:Ag를 5:1로 하여 170Å로 진공 증착하여 비교 대상으로 한다.
각각의 캐소드에 대하여 투과도를 측정하여 그 결과를 도 4에 나타내었다.
도 4를 참조하면, Ag 의 두께가 증가함에 따라 투과도는 감소하는 경향을 모든 경우 동일하게 나타내었으며, Yb:Ag 두께 90Å, Ag 두께 180Å에서 전 파장 영역에서 Mg:Ag 대비 투과도가 높다는 것을 알 수 있다.
각각의 캐소드에 대하여 저항을 측정하여 그 결과를 아래 표 1에 나타내었다.
| Yb:Ag/Ag | R(Ω/□) |
| 110Å/180Å | 2.7 |
| 110Å/200Å | 2.4 |
| 90Å/180Å | 2.0 |
| 90Å/200Å | 1.6 |
표 1을 참조하면, Yb:Ag 두께가 얇고, Ag 두께가 두꺼울수록 저항 특성이 좋음을 알 수 있다. 특히, Yb:Ag 두께가 90, Ag 두께가 200인 경우의 저항은 1.6 ohm/sq임을 주목하라.
실시예 4 (산화물층 두께 변화에 따른 투과도 비교)
글래스 기판 상에 Yb:Ag 의 비율을 5:1 로 하여 65Å으로 진공 증착한 후, Ag를 각각 180Å, 250Å으로 진공 증착하여, Yb:Ag(5:1,65A)/Ag(180A), Yb:Ag(5:1,65A)/Ag(250A)의 구조를 제작하고, 계속하여 MoOx 를 진공 증착하여 Yb:Ag(5:1,65A)/Ag(180A), Yb:Ag(5:1,65A)/Ag(180A)/MoOx(350) Yb:Ag(5:1,65A)/Ag(250A)/MoOx(650)의 구조를 완성한다(x = 2 ~ 4).
동일한 글래스 기판 상에 Mg:Ag를 5:1로 하여 180Å로 진공 증착하고, 계속하여 MoOx 를 진공 증착하여 Mg:Ag(5:1,180A), Mg:Ag(5:1,180A)/MoOx(600)의 구조를 완성하여 비교 대상으로 한다.(x = 2 ~ 4)
Mg:Ag(5:1,180A), Mg:Ag(5:1,180A)/MoOx(600), Yb:Ag(5:1,65A)/Ag(180A), Yb:Ag(5:1,65A)/Ag(180A)/MoOx(350) Yb:Ag(5:1,65A)/Ag(250A)/MoOx(650) 구조에 대해서 투과도를 측정하여 그 결과를 도 5에 나타내었다.
도 5를 참조하면, MoOx 의 두께가 350 A 일 경우 투과도의 변화폭이 큰 반면, 650 A 으로 증착한 경우 전 파장 영역에서 30~40 % 의 투과율을 나타낸다는 것을 알 수 있다.
실시예 5 (제 1 금속층 Yb: Ag / 제 2 금속층 Ag)
ITO/Ag/ITO/HIL/HTL/blue EML/ETL/EIL/Yb:Ag(5:1,100Å)/Ag(200 Å)/MoOx(500Å)(x = 2 ~ 4)
애노드는 코닝(corning) 15Ω/cm2 (1200Å) ITO 유리 기판을 50mm x 50mm x 0.7mm크기로 잘라서 이소프로필 알코올과 순수 물속에서 각 5분 동안 초음파 세정한 후, 30분 동안 UV 오존 세정하여 사용한다. 상기 기판 상부에 m-MTDATA를 진공 증착하여 정공 주입층을 750Å두께로 형성한다. 이어서 상기 정공 주입층 상부에 α-NPD를 150Å의 두께로 진공 증착하여 정공 수송층을 형성한다. 정공 수송층을 형성한 후, 이 정공 수송층 상부에 DSA를 호스트로 하고 도판트로써 TBPe를 3% 사용하여 이를 진공 증착하여 300Å의 두께로 발광층을 형성한다. 그 후 상기 발광층 상부에 Alq3를 진공 증착하여 200Å두께의 전자 수송층을 형성한다. 이 전자수송층 상부에 LiF 80Å (전자 주입층)을 진공 증착한다.
다음으로 Yb:Ag(5:1,100A)/Ag(200A)/MoOx(500A)(x = 2 ~ 4)의 구조를 가지는 캐소드를 진공 증착하여 유기 발광 소자를 완성한다.
실시예 6 (제 1 금속층 Y : Ag / 제 2 금속층 Al /캡핑층 WO
3
)
제 1 금속층을 Yb:Ag 대신 Y : Ag를 사용하고, 제 2 금속층으로서 Ag 대신 Al을 사용하고, 캡핑층으로서 WO3를 사용한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일하게 유기 발광 소자를 제공한다.
실시예 7 (제 1 금속층 Y : Ag / 제 2 금속층 Cu /캡핑층 WO
3
)
제 1 금속층을 Yb:Ag 대신 Y : Ag를 사용하고, 제 2 금속층으로서 Ag 대신 Cu를 사용하고, 캡핑층으로서 WO3를 사용한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일하게 유기 발광 소자를 제공한다.
실시예 8 (제 1 금속층 Y : Ag / 제 2 금속층 Cr /캡핑층 WO
3
)
제 1 금속층을 Yb:Ag 대신 Y : Ag를 사용하고, 제 2 금속층으로서 Ag 대신 Cr을 사용하고, 캡핑층으로서 WO3를 사용한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일하게 유기 발광 소자를 제공한다.
비교예
캐소드로서 Mg:Ag(5:1,180Å)/Alq3(600Å)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일하게 유기 발광 소자를 완성한다.
소자 특성 비교
실시예 5 및 비교예의 소자에 대하여 전류밀도-전압을 측정하여 그 결과를 도 6에 나타내었다.
도 6을 참조하면, 실시예 5 및 비교예의 소자는 거의 동일한 전류-전압 특성을 나타낸다는 것을 알 수 있다. 효율 측정 결과, 요구 휘도가 발현되는 50 mA/cm2 주변에서 실시예 5의 소자는 비교예 (Mg:Ag)와 유사한 효율 특성을 나타내었고, 특히 높은 전류 밀도 하에서도 높은 효율을 유지하는 것을 확인하였다. 이러한 결과로부터 비교예인 기존 전극 구조에 대하여 본 발명의 일 실시예에 따른 저저항 캐소드가 높은 박막 안정성을 가지고 있음을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예 5에 따른 캐소드의 저항은 1.8 ohm/sq으로 측정되었다.
또한, 실시예 6 내지 8의 소자에 대하여 전류밀도-전압을 측정한 결과 비교예의 소자와 거의 동일한 전류-전압 특성을 나타낸다는 것을 알 수 있었다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1b는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 동일한 170Å 두께에서 Mg:Ag 와 Yb:Ag 의 투과도 결과를 비교하여 도시한 도면이다.
도 3은 동일한 두께에서 Mg:Ag/Ag 와 Yb:Ag/Ag 의 투과도 결과를 비교하여 도시한 도면이다.
도 4는 제 1 금속층의 금속(a):Ag 의 비율을 5:1 로 고정한 후, 제 1 금속층/제 2 금속층 두 층의 두께 변화에 따른 투과도 측정 결과를 나타낸 도면이다.
도 5는 산화물층, 질화물층 또는 질산화물층의 두께 변화에 따른 투과도 측정 결과를 나타낸 도면이다.
도 6은 실시예 5 및 비교예의 소자에 대하여 전류밀도-전압을 측정한 결과를 나타내는 도면이다.
Claims (19)
- 애노드 ;캐소드 ; 및애노드와 캐소드 사이에 개재된 발광층을 구비하고,상기 캐소드가 제 1 금속층/제 2 금속층의 구조 또는 제 1 금속층/제 2 금속층/산화물층, 질화물층 또는 질산화물층의 구조를 가지는 유기 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 금속층은 0.1 내지 10 ohm/sq 의 저항을 가지는 금속(b)로 이루어지며, 상기 제 1 금속층은 일함수가 약 3.5 내지 약 4.5 eV인 금속(a) 및 Ag의 합금으로 이루어지는 유기 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 금속층은 0.5 내지 3 ohm/sq 의 저항을 가지는 금속(b)로 이루어지며, 상기 제 1 금속층은 일함수가 약 3.5 내지 4.0 eV인 금속(a) 및 Ag의 합금으로 이루어지는 유기 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 금속층의 금속(b)는 Ag, Al, Cu 또는 Cr이며, 상기 제 1 금속층은 Yb, Sm, Sr, Cs, Ru, Ba, Pr, Nd, Pm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Ac, Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md 및 No로 이루어진 군으로부터 선택된 금속(a) 및 Ag의 합금으로 이루어지는 유기 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 금속층의 금속(b)는 Ag 또는 Al이며, 상기 제 1 금속층은 금속(a)로서 Yb, La, Y, Sm, Ba 또는 Sr 및 Ag의 합금으로 이루어지는 유기 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 금속층의 금속(b)는 Ag이며, 상기 제 1 금속층은 금속(a)로서 Yb 및 Ag의 합금으로 이루어지는 유기 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 금속층에서 금속(a): Ag의 중량비가 0.1 ~ 15 : 1 인 유기 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 금속층에서 금속(a): Ag의 중량비가 4 ~ 10 : 1 인 유기 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 금속층은 약 30Å 내지 약 300Å의 두께를 가지는 유기 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 금속층은 약 60Å 내지 약 100Å의 두께를 가지는 유기 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 금속층은 약 50Å 내지 약 500Å의 두께를 가지는 유기 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 금속층은 약 100Å 내지 약 300Å의 두께를 가지는 유기 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 산화물층, 질화물층 또는 질산화물층의 굴절율이 약 1.5 내지 2.5의 값을 가지는 유기 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 산화물층, 질화물층 또는 질산화물층의 굴절율이 약 1.7 내지 2.2 의 값을 가지는 유기 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 산화물층, 질화물층 또는 질산화물층의 두께가 약 100Å 내지 약 1500Å의 두께를 가지는 유기 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 산화물층, 질화물층 또는 질산화물층의 두께가 약 300Å 내지 약 700 Å의 두께를 가지는 유기 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 산화물층이 MoOx(x=2~4), Al2O3, Sb2O3, BaO, CdO, CaO, Ce2O3, CoO, Cu2O, DyO, GdO, HfO2, La2O3, Li2O, MgO, NbO, NbO, NiO, Nd2O3, PdO, Sm2O3, ScO, SiO2, SrO, Ta2O3, TiO, WO3, VO2, YbO, Y2O3, ZnO 또는 ZrO으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어진 유기 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 질화물층이 AlN, BN, NbN, SiN, TaN, TiN, VN, YbN 또는 ZrN으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어진 유기 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 질산화물층이 SiON 또는 AlON으로 이루어진 유기 발광 소자.
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