KR20030001735A

KR20030001735A - 유기 ｅｌ 소자

Info

Publication number: KR20030001735A
Application number: KR1020010037086A
Authority: KR
Inventors: 김명섭
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2001-06-27
Publication date: 2003-01-08
Also published as: KR100396671B1

Abstract

본 발명은 유기 EL 소자에 관한 것으로, 특히 발생된 빛을 반사시키는 동시에 정공 주입 능력이 뛰어난 전극을 제공하기 위한 유기 EL 소자에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명에 따른 유기 EL 소자는 기판과, 이 기판의 후면에 형성된 불투명한 애노드 전극과, 이 애노드 전극 위에 형성된 유기 물질의 유기 발광층과, 상기 유기 발광층 위에 형성된 음극용 투명전극을 포함하는 탑 에미션(Top emission) 방식의 유기 EL 소자에 있어서, 상기 애노드 전극 위에 유기 금속 화합물 또는, 금속 물질 또는, 상기 유기 금속 화합물과 금속 물질이 결합된 투명 박막(thin layer)을 포함하여 구성되는 유기 EL 소자.

Description

유기 ＥＬ 소자{Organic Electro Luminescence Device}

본 발명은 유기 EL 소자에 관한 것으로, 특히 탑 에미션 방식의 유기 EL 소자에 관한 것이다.

일반적으로 유기 EL 디스플레이는 전자 주입 전극(음극)과 정공 주입 전극(양극) 사이에 형성된 유기막에 전하를 주입하면 전자와 정공이 쌍을 이룬 후 소멸하면서 빛을 내는 소자로서 낮은 전압에서 구동이 가능하고, 또한 전력 소모가 적은 것이 특징이다.

도 1은 일반적인 유기 EL(electroluminescence) 소자의 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 투명 기판 위에 양극 물질을 입힌다. 양극(하부 전극) 물질로는 흔히 ITO(indium tin oxide)가 쓰인다.

그 위에 정공 주입층(HIL : hole injecting layer)을 입힌다. 정공 주입층으로 주로 CuPc(copper phthalocyanine)를 10~30nm 두께로 입힌다. 상기 CuPc의 구조는 도 4에 도시되어 있다.

다음 정공 수송층(HTL : hole transport layer)을 형성한다. 흔히 N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-(1-1'-biphenyl)-4,4'-diamine(TPD) 또는 4,4'-bis[N-(1-naphthy1)-N-pheny1-amino]bipheny(NPD)를 30~60nm 정도 증착하여 입힌다. 상기 TPD 및 NPD의 구조는 도 4에 도시되어 있다.

그 위에 유기 발광층(organic emitting layer)을 형성한다. 이때 필요에 따라 불순물(dopant)을 첨가한다. 녹색 발광의 경우 흔히 유기 발광층으로 Alq₃(tris(8-hydroxy-quinolate)aluminum)을 30~60nm 정도 증착하며 불순물로는 큐머린6(coumarin 6) 또는 Qd(Quinacridone)를 많이 쓰고 레드 불순물로는 DCM, DCJT, DCJTB 등을 쓴다. 상기 Alq₃의 구조는 도 4에 도시되어 있다.

그 위에 전자 수송층(ETL : electron transport layer) 및 전자주입층(EIL : electron injecting layer)을 연속적으로 형성하거나, 아니면 전자주입 수송층을 형성한다. 녹색 발광의 경우 상기 유기 발광층으로 이용되는 Alq₃가 좋은 전자수송 능력을 갖기 때문에 전자 주입/수송층을 쓰지 않는 경우도 많다.

그 위에 전자 주입층(EIL : electron injection layer)으로 LiF 나 Li₂O를 5Å 정도 얇게 입히거나 또는 Li, CA, Mg, Sm 등 알카리 금속 또는 알카리토 금속을 200Å 이하로 입혀서 전자의 주입을 좋게 한다.

다음 음극으로 Al을 1000Å 정도 입힌다.

도 2는 일반적인 유기 EL 소자의 다운 에미션(down emission) 방식을 나타낸 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 음극으로 쓰이는 물질이 거울 반사면의 역할을 하기 때문에 유기 EL 소자의 발광층(emitting layer)에서 발생한 빛의 절반은 투명 전극쪽으로 나오고 나머지 절반은 음극 물질(Cathod metal)에 반사되어 투명 전극쪽으로 나오게 된다.

도 3은 일반적인 유기 EL 소자의 탑 에미션(top emission) 방식을 나타낸 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 제 1 전극을 애노드로 제 2 전극을 투명한 캐소드를 사용하므로 발광층에서 발생한 빛이 캐소드쪽으로 나오게 된다.

이와 같은 탑 에미션 방식의 애노드로 사용되는 ITO(indium tin Oxide)는 정공 주입을 잘 시켜주지만, 투명하기 때문에 소자의 중심부에서 발생한 빛을 반사 시켜주는 역할을 하지 못하는 단점이 발생되며, 금속은 빛을 잘 반사 시켜 주지만 정공 주입 능력이 떨어지는 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 정공 주입에 효과적인 투명 박막(thin layer)을 도입함으로써 빛을 잘 반사 시켜줄 수 있는 유기 EL 소자의 전극 구조를 제공하기 위한 것이다.

도 1은 일반적인 유기 EL(electroluminescence) 소자의 단면도

도 2는 일반적인 유기 EL 소자의 다운 에미션(down emission) 방식을 나타낸 단면도

도 3은 일반적인 유기 EL 소자의 탑 에미션(top emission) 방식을 나타낸 단면도

도 4는 CuPC, TPD, Alq_3,NPD, 프탈로시아닌의 화학구조 단면도

도 5는 본 발명에 따른 유기 EL 소자를 나타낸 단면도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : 기판 200 : 양극(anode)

300 : 투명 박막(thin layer) 400 : 정공수송층(HTL)

500 : 발광층(emitting layer) 600 : 전자수송층(ETL)

700 : 전자주입층(EIL) 800 : 투명 캐소드

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구조 특징에 따르면 기판과, 이 기판의 후면에 형성된 불투명한 애노드 전극과, 이 애노드 전극 위에 형성된 유기 물질의 유기 발광층과, 상기 유기 발광층 위에 형성된 음극용 투명전극을 포함하는 탑 에미션(Top emission) 방식의 유기 EL 소자에 있어서, 상기 애노드 전극 위에 유기 금속 화합물 또는 금속 물질 또는, 상기 유기 금속 화합물과 금속 물질이 결합된 투명 박막(thin layer)을 포함하여 구성된다.

바람직하게 상기 유기 금속화합물은 포르피린 metalloporphyrin ring을 가지는 유도체들 중 하나 또는 복수의 물질로 포로피린 유도체인 프탈로시안을 사용하며 금속 성분은 Co, AlCl, Cu, Li₂, Fe, Pb, Mg, Na₂, Sn, Zn, Ni, Mn, VO, Ag₂,MnCl, SiCl₂SnCl₂, 중 하나로 이루어진다.

그리고, 상기 금속 물질은 Au, Pt, Cu, Cr, Sn, In 중 하나로 이루어지며, 상기 유기 금속 화합물과 금속 물질의 결합은 상기 금속물질을 진공 증착하고, 상기 금속물질 위에 유기 화합물을 레이어 바이 레이어(layer by layer)로 증착하는 방법과, 상기 금속물질과 유기 화합물을 코-디포지션(co-deposition)하여 혼합하는 방법과, 상기 금속물질과 유기 화합물의 위치에 따라 농도 구배(concentration gradient) 방법 중 어느 하나를 이용한다.

또한, 상기 투명 박막(thin layer)의 두께는 0.1nm~10nm 정도이다.

이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 유기 EL 소자의 단면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이 기판(100)위에 양극(200)인 애노드 물질로 100nm 정도 입힌다.

상기 애노드 전극(200)으로 사용되는 물질은 모든 금속 물질 또는 금속 도금 물질이며, Cr이나 Mo 등이 쓰이며, 일반적으로 캐소드 물질로 쓰이는 Ag나 Al 등도 사용된다.

이어서 상기 양극(200)위에 투명한 투명 박막(thin layer)(300)을 2nm 정도 입힌다.

상기 투명 박박(300)은 유기 화합물과 금속 물질, 그리고 이 두 물질의 결합체로 구성된다.

여기서 상기 유기 금속화합물은 포르피린 metalloporphyrin ring을 가지는 유도체들 중 하나 또는 복수의 물질로 프로피린 유도체로 프탈로시안을 사용하며 금속 성분은 Co, AlCl, Cu, Li₂, Fe, Pb, Mg, Na₂, Sn, Zn, Ni, Mn, VO, Ag₂, MnCl, SiCl₂SnCl₂, 중 하나로 이루어진다.

그리고, 상기 금속 물질은 Au, Pt, Cu, Cr, Sn, In 중 하나로 이루어진다.

또한, 유기 화합물과 금속 물질을 결합한 결합체의 방법은,

첫 번째, 유기 화합물로 CuPC를 이용하고 금속물질로 Au을 사용한다면, 먼저 Au를 1nm 정도 진공 증착법으로 증착하고, 이 Au 위에 CuPC를 1nm로 레이어 바이 레이어(layer by layer)로 증착한다.

여기서 상기 CuPC는 정공 수송층과 전극 사이의 부착을 향상시키는 역할을 하고 Au는 정공 수송을 향상시키는 역할을 한다.

각각의 두께는 0.1nm ~ 5nm에서 선택할 수 있고, 순서는 바꾸어도 된다.

또한, 총(total) 두께는 0.1nm~ 10nm사이로 한다.

그리고, 두 번째 방법은 Au와 CuPC를 코-디포지션(co-deposition)하여 두 물질을 혼합한다. 이때 두 물질의 비율은 다음과 같다.

Au : CuPc = x : y (x=1~100, y=1)or

(x=1, y=1~100)

총(total) 두께는 0.1nm ~ 10nm 사이로 한다.

또한, 세 번째 방법은 두 물질을 혼합할 때 두 물질이 위치에 따라 농도 구배(concentration)를 갖도록 할 수도 있다.

즉, 전극과의 접촉 계면에서 x = 1, y = 0

정공 수송층과의 접촉 계면에서 x = 0, y = 1

양계면 사이에서는 x, y의 값이 선형적으로 변화된다.

이와 같은 방법 중 하나의 방법으로 상기 투명 박막(300)을 형성한 후, 정공 수송층(400)을 4.4'-bis[N-(1-naphthy1)-N-pheny1-amino]bipheny1(NPD)을 60nm 정도 입힌다.

그리고, 그린(Green)의 경우 발광층(400)을 만들기 위해 8-hydroxyquinoline aluminum (Alq3)에 Co6을 1%정도 도핑하여 25nm 정도 입힌다.

상기 발광층(400)에 8-hydroxyquinoline aluminum (Alq3)에 Co6을 1%정도 도핑하여 25nm 정도 입힌 후, 전자수송층(500)에 8-hydroxyquinoline aluminum (Alq3)을 35nm 정도 입힌다.

다음으로 전자 주입층(EIL)(600)으로 Al:alloy를 2nm을 올리고, 투명한 캐소드를 형성하기 위해 Ag을 15nm 정도 입힌다.

상기 전자주입층(600) 위에 투명전극인 ITO를 200nm 정도 형성한다.

그리고 상기 투명전극 위에 보호막으로 SiO2로 200nm 정도 입힌다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명은 투명전극을 애노드 전극 위에 형성하므로 빛을 잘 반사 시켜 줄 수 있고 정공 주입 능력이 뛰어난 애노드 전극을 만들므로발광 효율이 뛰어난 유기 EL 소자를 제공하는 효과가 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정하는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해서 정해져야 한다.

Claims

기판과, 이 기판의 후면에 형성된 불투명한 애노드 전극과, 이 애노드 전극 위에 형성된 유기 물질의 유기 발광층과, 상기 유기 발광층 위에 형성된 음극용 투명전극을 포함하는 탑 에미션(Top emission) 방식의 유기 EL 소자에 있어서,

상기 애노드 전극 위에 유기 금속 화합물 또는, 금속 물질 또는, 상기 유기 금속 화합물과 금속 물질이 결합된 투명 박막(thin layer)이 형성된 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
제 1항에 있어서

상기 유기 금속화합물은 포르피린 metalloporphyrin ring을 가지는 유도체들 중 하나 또는 복수의 물질로 프로피린 유도체로 프탈로시안을 사용하며 금속 성분은 Co, AlCl, Cu, Li₂, Fe, Pb, Mg, Na₂, Sn, Zn, Ni, Mn, VO, Ag₂, MnCl, SiCl₂SnCl₂, 중 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
제 1항에 있어서

상기 금속 물질은 Au, Pt, Cu, Cr, Sn, In 중 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
제 1항에 있어서,

상기 유기 금속 화합물과 금속 물질의 결합은 상기 금속물질을 진공 증착하고, 상기 금속물질 위에 유기 화합물을 레이어 바이 레이어(layer by layer)로 증착하는 방법과, 상기 금속물질과 유기 화합물을 코-디포지션(co-deposition)하여 혼합하는 방법과, 상기 금속물질과 유기 화합물의 위치에 따라 농도 구배(concentration gradient) 방법 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
제 1항에 있어서,

상기 투명 박막(thin layer)의 두께는 0.1nm~10nm 정도인 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.