KR20120101307A

KR20120101307A - 유기 발광 소자 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20120101307A
Application number: KR1020120020645A
Authority: KR
Inventors: 이연근; 문경식; 강민수; 문제민; 주문규
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2012-09-13
Also published as: KR101427460B1

Abstract

본 발명은 기판, 상기 기판 상에 구비된 제1 전극과 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 제1 전극은 투명하고, 상기 기판과 상기 제1 전극 사이에 소자 특성 안정화층이 구비된 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자 및 이의 제조방법을 제공한다.

Description

유기 발광 소자 및 이의 제조방법{Organic Light Emitting Device And Method for Manufacturing The Same}

본 발명은 유기 발광 소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 소자 특성이 안정화된 유기 발광 소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

유기 발광 소자(OLED)는 통상 두 개의 전극 및 이들 전극 사이에 위치하는 한 층 이상의 유기물 층으로 구성된다. 구체적으로, 유기 발광 소자는 도 1에 나타낸 것과 같은 구조를 가질 수 있다. 이와 같은 구조의 유기 발광 소자에 있어서, 제1 전극 및 제2 전극 사이에 전압을 인가하면, 제1 전극으로부터는 정공이, 제2 전극으로부터는 전자가 각각 유기물 층으로 유입되고, 이들이 재결합하여 여기자(exciton)를 형성하며, 이 여기자가 다시 기저 상태로 떨어지면서 에너지 차이에 해당하는 광자를 방출하게 된다. 이와 같은 원리에 의하여 유기 발광 소자는 가시 광선을 발생하며, 이를 이용하여 정보 표시 소자 또는 조명 소자를 제조할 수 있다.

일반적으로, 유기 발광 소자는 기판 상에 제1 전극을 증착하고 1층 이상의 유기물 층을 증착한 후, 제2 전극을 증착하는 방법에 의해서 제조될 수 있다. 따라서, 유기물 층에서 발생된 빛을 방출하기 위해서 빛을 방출하고자 하는 방향의 전극은 투명해야 하며, 제1 전극 방향으로 빛을 방출하고자 할 때는 제1 전극뿐만 아니라 기판 또한 투명해야 한다.

본 발명자는 유기 발광 소자의 제작 공정에서 발생하는 다층 구조의 두께 산포에도 불구하고, 휘도, 색온도 및 각도 의존성 등의 특성 변화가 최소화되고, 소자 기본적인 특성이 안정화된 유기 발광 소자 및 이의 제조방법에 대한 연구를 거듭한 끝에 본 발명에 이르렀다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판, 상기 기판 상에 구비된 제1 전극과 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 제1 전극은 투명하고, 상기 기판과 상기 제1 전극 사이에 소자 특성 안정화층이 구비된 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자를 제공한다.

또한, 본 발명은

기판 상에 소자 특성 안정화층을 제공하는 단계;

상기 소자 특성 안정화층 상에 투명한 제1 전극을 형성하는 단계;

상기 투명한 제1 전극 상에 1층 이상의 유기물층을 형성하는 단계; 및

상기 유기물층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 유기 발광 소자의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 유기 발광 소자를 포함하는 조명 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 유기 발광 소자는 기판과 투명 전극 사이에 소자 특성 안정화층을 구비함으로써 제작 공정에서 유기 발광 소자의 다층 구조의 두께에 산포가 발생하는 경우에도 휘도, 색온도 및 각도 의존성 등의 특성 변화가 최소화되고, 소자 기본적인 특성이 안정화될 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 유기 발광 소자의 단면 구조를 예시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 유기 발광 소자의 단면 구조를 예시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 유기 발광 소자의 캐버티 길이(L)를 나타낸 것이다.
도 4 및 도 5는 실시예 및 비교예에서 측정한 소자 특성 안정화층의 유무에 따른 소자 특성의 차이를 나타내는 도시한 그래프이다.

이하에서 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 유기 발광 소자는 기판, 상기 기판 상에 구비된 제1 전극과 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 것으로서, 상기 제1 전극은 투명하고, 상기 기판과 상기 제1 전극 사이에 소자 특성 안정화층이 구비되는 것을 특징으로 한다.

종래기술에는 도 1에 예시한 바와 같이 기판과 제1 전극이 접하는 구조를 갖는 반면, 본 발명에서는 도 2에 예시한 바와 같이 기판과 제1 전극 사이에 소자 특성 안정화층이 구비된다. 도 1 및 도 2에서는 기판의 종류가 유리이고, 제1 전극이 애노드, 제2 전극이 금속 캐소드로 도시되어 있으나, 이들은 예시일 뿐이며 본 발명의 범위가 상기 재료 및 구조로 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 기판 및 제2 전극의 재료는 후술하는 바와 같이 상기 재료들로 한정되지 아니한다. 또한, 제1 전극과 제2 전극은 각각 애노드와 캐소드일 수도 있으나, 반대로 각각 캐소드와 애노드로 구성될 수도 있다.

유기 발광 소자는 여러 가지 종류의 물질들이 각각 또는 2종 이상의 물질을 포함하는 박막 형태로 증착되어 형성된 다층구조를 갖는다. 유기 발광 소자의 다층 구조의 증착 과정에 있어서, 각 층의 목표로 한 두께와의 오차는 정도의 차이가 있으나, 유기 발광 소자의 다층 구조에서는 각 층에서의 두께의 오차의 누적에 의하여 목표로 한 두께와는 상당한 차이가 발생할 수 있다. 이러한 두께의 변화는 휘도, 색온도 및 각도 의존성 등의 특성을 변화시킨다.

따라서, 증착 공정에 따른 다층 구조의 두께의 산포는 각 소자마다 특성 차를 유발하여, 유기 발광 소자의 제작시 심각한 수율 하락 및 불량을 야기할 수 있다.

본 발명의 유기 발광 소자는 유기 발광 소자의 제작 공정에서 발생하는 다층 구조의 두께 산포에도 불구하고, 휘도, 색온도 및 각도 의존성 등의 특성 변화가 최소화되고, 소자 기본적인 특성이 안정화된다.

상기 소자 특성 안정화층은 유기 발광 소자에서 캐버티(cavity) 길이를 조절함으로써, 유기 발광 소자의 제작 공정 중 소자들 간에 다층 구조의 두께 산포가 발생하는 경우에도 각 소자에서 휘도, 색온도 및 각도 의존성 등의 특성 변화가 최소화되고, 소자 기본적인 특성이 안정화될 수 있다.

구체적으로 설명하면, 캐버티 길이는 유기 발광 소자 내에서 빛이 공진하는 길이를 의미한다. 제2 전극이 불투명한 경우, 캐버티 길이(L)는, 도 3에 예시한 바와 같이, 기판과 소자 특성 안정화층의 경계면과 제2 전극과 유기물층의 경계면 사이의 길이를 의미한다. 다만, 제2 전극이 반드시 불투명한 것으로 한정되지 않으며, 제2 전극이 투명한 경우, 캐버티 길이(L)는 기판과 소자 특성 안정화층의 경계면과 제2 전극과 공기층의 경계면 사이의 길이를 의미한다.

공진 조건에서 상기 캐버티 길이(L)은 하기 식 1과 같이 표시될 수 있다.

[식 1]

L=(2m-1)λ/4

상기 식 1에 있어서, m은 정수이고, λ는 방출되는 빛이 공진할 때의 파장이다.

유기 발광 소자를 제작할 때, 공정상의 한계로 인하여 소자간에 생기게 되는 두께의 변화값(ΔL)은 하기 식 2와 같이 표시될 수 있다.

[식 2]

ΔL=(2m-1)Δλ/4

상기 식 2에 있어서, m은 정수이고, Δλ는 두께의 변화값(ΔL)로 인한, 방출되는 빛이 공진할 때의 파장의 변화값이다.

상기 식 2로부터 Δλ은 하기 식 3과 같이 계산된다.

[식 3]

Δλ=4ΔL/(2m-1)

상기 식 3에 도시된 바와 같이 Δλ는 m의 증가에 따라 감소한다. 즉, m은, 상기 식 1에 표시된 바와 같이, L이 커질수록 커지는 정수인데, 소자 특성 안정화층을 삽입함으로써 L값이 커지므로 m도 증가하게 되고, 따라서 Δλ은 감소하게 되는 것이다.

공정상의 한계로 인하여 소자간에 생기게 되는 두께의 변화값(ΔL)은 소자 특성 안정화층의 유무와 관계없이 동일하게 발생하는 값이므로, m값이 커지게 되면 소자로부터 방출되는 빛의 파장의 변화가 작아지게 되어 소자 특성의 변화가 적어지는 것이다.

상기 소자 특성 안정화층은 소자의 공진 조건에서의 캐버티 길이를 증가시키는 것이라면 그 재료가 특별히 한정되지 않는다.

본 발명에서는 소자의 캐버티 길이를 증가시키기 위한 소자 특성 안정화층을 기판과 제1 전극 사이에 구비시킴으로써 소자의 다른 특성에는 영향을 주지 않으면서 캐버티 길이만을 증가시키므로, 소자의 특성을 안정화시키는데 유리하다.

상기 소자 특성 안정화층은 고굴절 재료를 포함할 수 있다.

상기 고굴절 재료는 굴절율이 기판의 굴절율보다 클 수 있다. 구체적으로, 재료 선택의 관점에서, 상기 고굴절 재료의 굴절율은 1.5 내지 2.5일 수 있다.

상기 소자 특성 안정화층의 굴절율은 기판의 굴절율보다 클 수 있다. 구체적으로, 제1 전극의 굴절율과 같을 수 있다.

상기 소자 특성 안정화층은 투명할 수 있다. 여기서 투명하다는 것은 광흡수율이 적은 것을 의미하며, 광흡수율이 적으면 적을수록 바람직하고, 광흡수가 없는 것이 가장 바람직하다. 예컨대, 상기 소자 특성 안정화층의 광흡수율은 50% 이하, 구체적으로 30% 이하, 더욱 구체적으로 10% 이하, 더욱 구체적으로 0% 초과, 5% 이하일 수 있다.

예컨대, 본 발명의 소자 특성 안정화층은 굴절율이 1.5 내지 2.5이며, 광흡수율이 5% 이하일 수 있다.

또한, 본 발명의 소자 특성 안정화층은 굴절율이 제1 전극의 굴절율과 같으며, 광흡수율이 0% 초과, 5% 이하일 수 있다.

상기 소자 특성 안정화층의 재료로서 상기와 같은 굴절율 및 투명성을 갖는 재료라면 특별히 한정되지 않는다.

본 발명의 소자 특성 안정화층은 규소가 함유된 고분자를 포함하는 코팅액 또는 상기 규소가 함유된 고분자에 고굴절 필러가 분산된 코팅액을 기판 상에 코팅하여 제조하거나, 이산화티탄, 실리콘 옥시나이트라이드(silicon oxynitride, SiON), 질화규소(silicon nitride, SiN), 산화 인듐, 산화 인듐 주석, 산화 주석 등의 무기 산화물을 기판 상에 증착하여 제조할 수 있다.

상기 규소가 함유된 고분자는 무기 또는 유무기 복합체 고분자일 수 있다. 상기 무기 또는 유무기 복합체 고분자는 유기 고분자에 비해 내열성 및 내화학성이 우수하며, 소자의 성능 특히 수명이 증가되는 효과가 있다. 소자 제작 과정에 있을 수 있는 150도 이상의 고온 공정, 포토 공정 및 식각 공정 등에서도 열화가 일어나지 않기 때문에, 다양한 소자 제작에 유리하다는 장점이 있다.

예컨대, 상기 규소가 함유된 고분자는 실리콘 옥사이드, 실리콘 나이트라이드(silicon nitride), 실리콘 옥시나이트라이드(silicon oxynitride), 알루미나(alumina) 및 실록산(siloxane) 결합(Si-O)을 포함하는 무기 또는 유무기 복합체 고분자 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이를 한정하지 않는다.

상기 실록산(siloxane) 결합을 포함하는 무기 또는 유무기 복합체 고분자는 실록산을 이용하여 축중합시켜 실록산 결합(Si-O)을 포함하는 무기 고분자이거나, 상기 실록산 결합(Si-O)에서 알킬기가 완전히 제거되지 않은 유무기 복합체 고분자일 수 있다.

상기 실록산(siloxane) 결합을 포함하는 무기 또는 유무기 복합체 고분자는 실록산(siloxane) 결합을 기반으로 축중합되었다면, 이를 한정하지 않는다.

상기 고굴절 필러는 소자 특성 안정화층 내에 분산되어 굴절율을 높일 수 있는 경우라면 특별히 제한되지 않으며, 예컨대, 알루미나, 알루미늄 나이트라이드, 산화지르코늄, 산화 티탄, 산화 세륨, 주석, 산화 하프늄, 오산화 니오븀, 오산화 탄탈, 산화 인듐, 산화 주석, 산화 인듐 주석, 산화 아연, 규소, 황아연, 탄산칼슘, 황산바륨, 이산화티탄 및 실리콘 나이트라이드로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이를 한정하지 않는다. 상기 고굴절 필러로서, 이산화티탄을 선택할 수 있다.

상기 고굴절 필러의 평균 입경은 5 내지 30nm, 구체적으로는 15 내지 25nm일 수 있다. 상기 고굴절 필러의 입경이 지나치게 작으면 굴절율을 높이는 효과가 미비하고, 반대의 경우에는 광투과율을 저하시킬 수 있다.

상기 소자 특성 안정화층의 두께는 이 층에 의한 광흡수가 없다면 두꺼울수록 바람직하다. 예컨대, 상기 소자 특성 안정화층의 재료 선택의 관점에서, 상기 소자 특성 안정화층의 두께는 0.5 마이크로미터 이상일 수 있고, 1마이크로미터 이상일 수 있다.

본 발명에 있어서, 기판, 제1 전극, 유기물층 및 제2 전극은 당기술분야에 알려진 재료를 이용하여 형성될 수 있다.

상기 기판은 투명한 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 기판은 광투과율이 50% 이상, 구체적으로 70% 이상, 더욱 구체적으로 85% 이상일 수 있다. 상기 기판은 단단한 기판일 수도 있고, 플렉서블 기판일 수도 있다. 상기 기판으로서 유리, 플라스틱 기판 또는 플라스틱 필름이 사용될 수 있다.

상기 제1 전극은 투명한 것으로서, 광투과율이 50% 이상, 구체적으로 70% 이상, 더욱 구체적으로 85% 이상인 것이 바람직하다. 투명성과 전도성을 갖는 재료라면 특별히 한정되지 않는다. 예컨대 IZO(indium doped zinc-oxide) 또는 ITO(indium doped tin-oxide) 등과 같이 가시광선 영역에서 투명한 전도성 산화 물질이나, Al, Ag, Au, Ni, Pd, Ti, Mo, Mg, Ca, Zn, Te, Pt, Ir 또는 이들 중 하나 이상을 포함하는 합금 물질로 형성할 수 있다. 상기 제1 전극이 불투명한 금속으로 이루어지는 경우 투명성을 위하여 박막으로 형성될 수 있다.

상기 유기물층은 발광층을 포함하는 1층 이상의 유기물층을 포함할 수 있다. 발광층 이외에, 정공주입층, 정공수송층, 전자수송층, 전자주입층 등 중 한 층 이상을 더 포함할 수 있으며, 전자블록킹층, 정공블록킹층, 버퍼층 등을 더 포함할 수도 있다.

상기 제2 전극은 투명 또는 불투명 전극으로 형성될 수 있다. 도전성 재료로서 당 기술분야에 알려져 있는 재료를 이용하여 형성할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 각각 애노드와 캐소드로 구성될 수도 있고, 그 반대로 각각 캐소드와 애노드로 구성될 수 있다.

이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 이들에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

실시예

유리 기판 상에 고굴절 필러로서 평균 입경이 평균 입경이 약 10nm인 이산화티탄과 실록산 바인더와 8:2의 비로 분산되어 있는 코팅액(건조 후 굴절율은 약 1.8)을 코팅 후, 150도에서 30분동안 건조하여 평탄한 두께 0.5 마이크론의 소자 특성 안정화층을 형성하였다.

이어서, 상기 소자 특성 안정화층 상에 유기물층으로서, 하기 표에 기재된 ITO층으로부터 Al전극층까지의 층을 순차적으로 형성하여 2?2 mm²의 발광 영역을 가지는 2 스택(stack) 백색 OLED를 제작하였다. (즉, 상기 소자 특성 안정화층 상에 하기 표의 1번 층에서 13번층까지를 순차적으로 형성)

상기 유기물층을 형성하는 과정에서, 정공주입층(HIL), 정공수소층(HTL), 발광층(EML), 전하발생층(CGL), 정공블록킹층(HBL), 전자수송층(ETL) 또는 전자주입층(EIL)의 소재는 백색 OLED의 제조 분야에서 통상적으로 사용되는 소재를 사용하였으며, 상기 유기물층은 당업계에서 일반적으로 사용되는 방식으로 제조되었다.

비교예

소자 특성 안정화층을 형성하지 않은 것을 제외하고는 실시예와 동일하게 실시하였다.

실시예 및 비교예에 따라 제조된 소자의 특성을 도 4 및 도 5에 나타내었다. 도 4에 도시된 바와 같이, 특성 안정화 층을 적용함으로써 소자의 특성 산포를 줄일 수 있다. 소자를 보는 각도에 따라서 관찰되는 색좌표가 동일한지를 측정하여 도 5에 도시하였다. 도 5에 도시된 바와 같이, 특성 안정화 층을 적용하는 경우, 그렇지 않은 경우에 비하여, 정면방향으로부터 보는 각도를 증가시키는 경우에도 색좌표의 변화가 상당히 감소함을 확인할 수 있었다.

Claims

기판, 상기 기판 상에 구비된 제1 전극과 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 제1 전극은 투명하고, 상기 기판과 상기 제1 전극 사이에 소자 특성 안정화층이 구비된 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
청구항 1에 있어서, 상기 소자 특성 안정화층은 규소가 함유된 고분자를 포함하는 것인 유기 발광 소자.
청구항 2에 있어서, 상기 소자 특성 안정화층은 고굴절 필러를 더 포함하는 것인 유기 발광 소자.
청구항 2에 있어서, 상기 규소가 함유된 고분자는 실리콘 옥사이드, 실리콘 나이트라이드, 실리콘 옥시나이트라이드, 알루미나, 실록산 결합(Si-O)을 포함하는 무기 고분자 및 실록산 결합(Si-O)을 포함하는 유무기 복합체 고분자 중 어느 하나 이상을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
청구항 3에 있어서, 상기 고굴절 필러는 알루미나, 알루미늄 나이트라이드, 산화지르코늄, 산화 티탄, 산화 세륨, 주석, 산화 하프늄, 오산화 니오븀, 오산화 탄탈, 산화 인듐, 산화 주석, 산화 인듐 주석, 산화 아연, 규소, 황아연, 탄산칼슘, 황산바륨, 이산화티탄 및 실리콘 나이트라이드로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
청구항 3에 있어서, 상기 고굴절 필러의 평균 입경은 5 내지 30nm인 유기 발광 소자.
청구항 1에 있어서, 상기 소자 특성 안정화층의 굴절율은 상기 기판보다 큰 것인 유기 발광 소자.
청구항 1에 있어서, 상기 소자 특성 안정화층의 굴절율은 상기 제1 전극의 굴절율과 동일한 것인 유기 발광 소자.
청구항 1에 있어서, 상기 소자 특성 안정화층의 광흡수율은 5% 이하인 것인 유기 발광 소자.
청구항 1에 있어서, 상기 소자 특성 안정화층의 두께는 0.5 마이크로미터 이상인 것인 유기 발광 소자.
기판 상에 소자 특성 안정화층을 제공하는 단계;
상기 소자 특성 안정화층 상에 투명한 제1 전극을 형성하는 단계;
상기 투명한 제1 전극 상에 1층 이상의 유기물층을 형성하는 단계; 및
상기 유기물층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 청구항 1 내지 5 중 어느 하나의 항에 따른 유기 발광 소자의 제조방법.
청구항 11에 있어서, 상기 소자 특성 안정화층은 규소가 함유된 고분자를 포함하는 코팅액 또는 상기 규소가 함유된 고분자에 고굴절 필러가 분산된 코팅액을 기판 상에 코팅하여 형성되거나, 이산화티탄, 실리콘 옥시나이트라이드(silicon oxynitride, SiON), 질화규소(silicon nitride, SiN), 산화 인듐, 산화 인듐 주석 및 산화 주석 중 적어도 하나의 무기 산화물을 기판 상에 증착하여 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 제조방법.
청구항 12에 있어서, 상기 규소가 함유된 고분자는 실리콘 옥사이드, 실리콘 나이트라이드, 실리콘 옥시나이트라이드, 알루미나, 실록산 결합(Si-O)을 포함하는 무기 고분자 및 실록산 결합(Si-O)을 포함하는 유무기 복합체 고분자 중 어느 하나 이상을 포함하는 것인 유기 발광 소자의 제조방법.
청구항 12에 있어서, 상기 고굴절 필러는 알루미나, 알루미늄 나이트라이드, 산화지르코늄, 산화 티탄, 산화 세륨, 주석, 산화 하프늄, 오산화 니오븀, 오산화 탄탈, 산화 인듐, 산화 주석, 산화 인듐 주석, 산화 아연, 규소, 황아연, 탄산칼슘, 황산바륨, 이산화티탄 및 실리콘 나이트라이드로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것인 유기 발광 소자의 제조방법.
청구항 12에 있어서, 상기 고굴절 필러의 평균 입경은 5 내지 30nm인 유기 발광 소자의 제조방법.
청구항 1 내지 10 중 어느 하나의 항에 따른 유기 발광 소자를 포함하는 조명 장치.