KR20040040242A - 유기전계발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 유기전계발광소자는, 기판 상에 제 1전극, 유기 발광층, 제 2전극이 순차적으로 형성된 유기전계발광소자에 있어서, 상기 제 1전극과 유기 발광층 사이에 2종류 이상의 고분자 물질이 혼합되어 다층의 고분자 정공 주입층이 형성되며,
본 발명에 의한 유기전계발광소자의 제조방법은, 제 1전극, 유기 발광층, 제 2전극이 순차적으로 형성되는 유기전계발광소자의 제조방법에 있어서, 상기 제 1전극 위에 2종류 이상의 고분자 물질이 혼합된 용액이 코팅되는 단계와; 상기 코팅된 혼합 용액에 대해 소정 온도의 열을 가해주는 단계와; 상기 소정 온도의 열에 의해 상기 혼합된 고분자 물질이 상 분리되는 단계와; 상기 상 분리에 의해 다층의 고분자 정공 주입층이 형성되는 단계가 포함되고, 상기 고분자 정공 주입층 위로 유기 발광층, 제 2전극이 순차적으로 형성되는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 별도의 공정없이 다층의 정공 주입층을 형성함으로써 전극에서 유기 발광층까지의 에너지 장벽을 점차적으로 낮추어 정공 수송이 원활토록 하며, 상기 정공 주입층을 고분자 유기 재료를 사용하여 다층으로 형성함으로써 열 안전성 및 낮은 구동 전압 등 유기 EL 소자의 성능을 개선시키는 장점이 있다.

Description

유기전계발광소자 및 그 제조방법{Organic Electro luminescence Device and fabrication method of thereof}
본 발명은 유기전계발광소자에 관한 것으로, 특히 2종류 이상의 고분자가 혼합되어 형성된 고분자 정공수송층이 포함되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 표시장치의 대형화에 따라 공간 점유가 적은 평면표시소자의 요구가 증대되고 있는데, 이러한 평면표시소자 중 하나로서 유기전계발광소자(Organic Electro luminescence Device : 이하 '유기 EL 소자')의 기술이 빠른 속도로 발전하고 있으며, 이미 여러 시제품들이 발표된 바 있다.
상기 유기 EL 소자는 ITO와 같은 투명전극인 양극과 일함수가 낮은 금속(Ca, Li, Al : Li, Mg : Ag 등)을 사용한 음극 사이에 유기 박막층이 있는 구조로 되어 있으며, 이와 같은 유기 EL 소자에 순방향의 전압을 가하면 양극과 음극에서 각각 정공과 전자가 주입되고, 주입된 정공과 전자는 결합하여 엑시톤(exciton)을 형성하고, 엑시톤이 발광 재결합(radiative recombination)을 하게 되는데 이를 전기발광 현상이라 한다.
여기서, 상기 유기 박막층의 재료는 저분자 또는 고분자 물질로 구분할 수 있으며 저분자 물질은 진공 증착법을 사용하고, 고분자 물질은 스핀 코팅 방법으로 기판 상에 박막을 형성한다. 또한, 낮은 전압에서 소자를 동작시키기 위해 유기 박막층의 두께는 약 1000Å 정도로 매우 얇게 제작하는데, 박막이 균일하며 핀 홀(pin hole)과 같은 결함이 없어야 한다.
이러한 상기 유기 박막층은 단일 물질로 제작할 수 있으나, 일반적으로 여러 유기물질의 다층 구조를 주로 사용한다. 또한, 발광층에서 발광 전이가 효과적으로일어나도록 형광 색소 또는 인광 색소를 도핑한다. 이 경우 주재료(host)에서 생성된 엑시톤이 도핑된 색소로 효과적으로 전달되도록 하는 것이 중요하다.
유기 EL 소자를 다층 박막 구조로 제작하는 이유는 유기 물질의 경우 정공과 전자의 이동도가 크게 차이가 나므로 정공 전달층(HTL)과 전자 전달층(ETL)을 사용하면 정공과 전자가 유기 발광층(EML)으로 효과적으로 전달될 수 있기 때문이다. 이렇게하여 상기 유기 발광층에서 정공과 전자의 밀도가 균형을 이루도록 하면 발광 효율이 높아지게 된다.
또한, 경우에 따라서는 양극과 정공 전달층 상에 전도성 고분자 또는 Cu-PC 등의 정공 주입층(HIL)을 추가로 삽입하여 정공 주입의 에너지 장벽을 낮추며, 더 나아가 음극과 전자 전달층 사이에 LiF 등의 약 5 ~ 10Å 정도의 얇은 완충층(전자 주입층(EIL))을 추가하여 전자 주입의 에너지 장벽을 줄여서 발광 효율을 증가시키고 구동 전압을 낮춘다.
단, 상기 유기 박막층이 고분자 물질로 형성된 경우에는 상기 정공 주입층 및 정공 전달층이 하나의 층으로 형성되어 구성되고, 또한 상기 전자 전달층 및 전자 주입층은 형성되지 않는 경우가 일반적이다.
이러한 유기 EL 소자는 플라즈마 디스플레이(PDP)나 무기전계발광소자에 비해 낮은 전압(ex, 10V 이하)으로 구동할 수 있는 장점이 있으며, 넓은 시야각, 고속 응답성, 고 콘트라스트(contrast) 등의 뛰어난 특징을 가지고 있으므로, 그래픽 디스플레이의 픽셀(pixel), 텔레비전 영상 디스플레이나 표면 광원(surface light source)의 픽셀로서 사용될 수 있다.
또한, 플라스틱과 같이 휠 수 있는(flexible) 투명 기판 위에도 소자를 형성할 있고, 매우 얇고 가볍게 만들 수 있으며, 색감이 좋기 때문에 차세대 평면 디스플레이(flat panel display : FPD)에 적합한 소자이고, 또 한 액정표시장치(LCD)에 비해 백라이트(back light)가 필요치 않아 전력소모가 적다.
상기 유기 EL 소자에서 양 전극 사이에 삽입되는 유기 박막층에 사용되는 유기 재료는 합성경로가 간단하여 다양한 형태의 물질 합성이 용이하고 칼라 튜닝(color tuning)이 가능한 장점을 가지고 있으며, 이는 저분자 물질와 고분자 물질로 나뉘어진다.
이 때 상기 저분자 물질을 유기 박막층으로 사용할 경우는 낮은 구동 전압과 100nm에 가까운 얇은 박막 소재로서 장점 및 고해상도와 천연색을 구현하는데 우수성을 보이며, 반면에 고분자 물질을 유기 박막층으로 사용할 경우에는 열 안전성 및 낮은 구동 전압, 큰 면적을 싸게 제조할 수 있고, 휘어질 수 있는 특성과 일차원 고분자 사슬을 정열하여 편광된 빛을 내고, on-off speed가 빠르다는 장점을 가진다.
이와 같이 유기 EL 소자는 사용되는 유기재료의 종류에 따라서 저분자 물질을 사용하는 저분자 유기 EL 소자, 고분자 물질을 사용하는 고분자 유기 EL 소자, 그리고 고분자/ 저분자를 동시에 사용하는 혼성 유기 EL 소자로 구분할 수 있으며, 일반적으로 이와 같은 각각의 상기 유기 EL 소자는 다층구조로 이루어져 있다.
도 1은 종래의 고분자 유기 EL 소자의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 고분자 유기 EL 소자는 기판(1), 제 1전극(2), 정공 주입층(3), 유기 발광층(6), 및 제 2전극(9)이 포함된다.
여기서, 상기 제 2전극(cathode)(9)는 작은 일함수를 갖는 금속인 Ca, Mg, Al 등이 쓰이고, 이는 상기 전극(9)과 유기 발광층(6) 사이에 형성되는 장벽(barrier)을 낮춤으로써 전자 주입에 있어 높은 전류 밀도(current density)를 얻을 수 있기 때문이며, 이를 통해 소자의 발광효율을 증가시킬 수 있게 된다.
한편, 상기 제 1전극(anode)(2)는 정공 주입을 위한 전극으로 일함수가 높고 발광된 빛이 소자 밖으로 나올 수 있도록 투명 금속 산화물을 사용하며, 가장 널리 사용되는 정공 주입 전극으로는 ITO(indium tin oxide)로써, 두께는 약 30nm정도 이다.
또한, 유기 발광층(6)은 상기 제 1, 2전극(2, 9)에서 각기 주입된 정공과 전자가 결합하여 형성된 액시톤이 기저상태로 떨어지면서 빛이 발광되는 층으로, 그 재료로는 PPV(poly(p-phenylenevinylene)), PT(polythiophene) 등과 그들의 유도체들인 고분자 유기물질 들이 쓰인다.
또한, 상기 정공 주입층(3)은 정공의 이동도를 높이기 위하여 제 1전극(2)과 유기 발광층(6) 사이에 게재되어 형성되는 것이며, 이러한 상기 정공 주입층(3)은 고분자 유기 물질로 이루어 지며 상기 정공 주입층(3)의 조합을 통해 양자효율을 높이고, 정공들이 직접 주입되지 않고 상기 정공 주입층(3) 통과의 2단계 주입과정을 통해 구동전압을 낮출 수 있는 것이다.
도 2a 내지 도 2c는 종래의 고분자 유기 EL 소자의 에너지 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하여 유기 EL 소자의 발광 원리를 설명하면 다음과 같다. 단 도면에서는 전자를 '-', 정공을 '+'로, 그리고 전자와 정공의 이동을 화살표로 나타내었다. 또한,와는 각각 제 1전극과 제 2전극의 일함수를, EA 와 IP는 각각 전자 친화도 및 이온화 포탠셜을 나타내는 것이며, HOMO와 LOMO는 최고 점유분자 궤도(Highest Occupied Molecular Orbital, valance band)와 최저 비점유 분자 궤도(Lowest Unoccupied Molecular Orbital, conduction band)를 나타낸다.먼저 도 2a에 도시한 바와 같이, 제 1전극(2)과 제 2전극(9) 사이에 전위(VCA)가 인가되지 않으면, 정공 주입층(3), 유기 발광층(6)은 열역학적 평형 상태로, 각 층의 페르미 준위(Fermi level)는 서로 일치하게 된다.
그러나, 두 전극(2, 9) 사이에 전위(VCA)가 인가되면, 도 2b에 도시한 바와 같이 제 1전극(2)으로부터 정공이 정공 주입층(3)의 HOMO로 점차 주입되며, 제 2전극으로부터 전자가 유기 발광층(6)의 LUMO로 주입된다. 단, 이 때 도 2b에 도시된 바 같이 인가전압 VCA가 구동전압 또는 턴 온 전압(Vonset)보다 낮으면, 정공이나 전자들이 유기 발광층(6)으로 이동되지 못하며, 전계 발광이 일어나지 않는다.
결국 도 2c에 도시한 바와 같이 인가전압 VCA가 Vonset을 능가하면, 정공이나 전자들이 상기 유기 발광층(6)으로 주입되어 정공과 전자의 발광성 재결합으로 전계 발광이 발생된다.
이와 같이 제 1전극(2)과 유기 발광층(6) 사이의 정공 주입층(3)에 사용되는유기 재료에 있어서, 저분자 물질의 경우에는 상기 각 층이 열증착 방식을 통해 형성되며, 이러한 열증착 방식의 용이함으로 인하여 상기 정공 주입층 위에 정공 수송층이 용이하게 형성될 수 있고 이로 인해 구동전압을 낮출 수 있다. 이는 제 1전극과 유기 발광층 사이의 HOMO 에너지 준위의 차이를 점차적으로 차이가 나게 함으로써 정공 수송 능력을 향상시키기 때문이다.
이에 대해, 고분자 물질의 경우에도 이를 위해 제 1전극(2) 위에 PEDOT : PSS (poly-(3, 4-ethylene-dioxythiophene : poly-(styrenesulfonate))와 같은 고분자 정공 주입층(3)을 유기 발광층(6) 사이에 도입하였다.
그러나, 상기 고분자 정공 주입층(3)을 습식으로 코팅한 후에 다시 발광층(6)을 만들기 위해서 발광 고분자를 담은 용액을 상기 정공 주입층(3) 위에 코팅할 때 용매에 의해서 상기 정공 주입층(3)이 녹거나 미세하게 부푸는 경우가 발생하게 된다. 이러한 현상을 방지하기 위해서 상기 정공 주입층(3)을 녹이지 않는 용매를 선별해야만 한다.
또한, 제 1전극(2)과 유기 발광층(6) 사이의 HOMO 에너지 준위의 차이를 점차적으로 차이를 나게 하여 정공 수송 능력을 향상시키기 위해서는 상기 고분자 정공 주입층(3) 위에 정공 수송층을 형성하는 것이 필요한데, 이는 상기 고분자 유기 물질이 용액 상태이며, 상기 용액 성질의 문제로 상기 정공 주입층(3)을 다층구조로 만들기 곤란하다는 즉, 정공 수송층을 상기 정공 주입층(3) 위에 추가적으로 도입하기 어려운 단점이 있다.
즉, 종래의 고분자 유기 EL 소자의 구조에서는 서로 다른 용매에 녹는 고분자 유기 재료만을 이용해서 상기 정공 주입층을 다층 구조로 만들 수 있으며, 이는 추가로 도입되는 정공 수송층을 이루는 용액이 상기 정공 주입층의 용액에 확산되어 상기 정공 주입층을 녹이지 않는 용액이면서 동시에 그 위에 코팅 될 유기 발광층의 용액에 녹지 않아야 한다.
상기와 같은 단점을 극복하기 위해 최근에는 상기 정공 주입층(또는 정공 수송층)을 assembled layer-by-layer 방식으로 여러 층을 입히는 방식이 제안되기도 하였으나, 이 또한 상기 여러 층을 형성하기 위해 많은 공정이 요구됨으로 효율성이 저하되는 단점이 있다.
본 발명은 유기 EL 소자에 있어서, 정공 주입층을 여러 고분자가 혼합된 상태로 형성한 뒤 상기 혼합된 고분자 간의 상 분리 현상을 이용하여 다층의 정공 주입층을 형성함으로써 에너지 장벽을 낮추어 정공 수송이 원활토록 하는 유기 EL 소자 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 고분자 유기 EL 소자의 구조를 나타내는 단면도.
도 2a 내지 도 2c는 종래의 고분자 유기 EL 소자의 에너지 다이어그램을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 의한 유기 EL 소자의 구조를 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명에 의한 다층의 정공 주입층이 형성되는 공정을 순차적으로 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 의한 유기 EL 소자의 에너지 다이어그램을 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 기판 2 : 제 1전극
3 : 정공 주입층5 : 다층의 정공주입층(HIL/HTL)
6 : 유기 발광층9 : 제 2전극
10 : 혼합 용액
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 유기전계발광소자는, 기판 상에 제 1전극, 유기 발광층, 제 2전극이 순차적으로 형성된 유기전계발광소자에 있어서, 상기 제 1전극과 유기 발광층 사이에 2종류 이상의 고분자 물질이 혼합되어 다층의 고분자 정공 주입층이 형성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 2종류 이상의 고분자 물질은 동일한 용매에 녹으며, 서로 혼합되지 않는 물질임을 특징으로 한다.
또한, 상기 2종류 이상의 고분자 물질은 각각 서로 다른 표면 에너지를 가지며, 낮은 표면 에너지를 가지는 고분자 물질의 최고 점유분자 궤도는 높은 표면 에너지를 가지는 고분자 물질의 최고 점유분자 궤도보다 상대적으로 낮음을 특징으로 한다.
또한, 상기 다층의 고분자 정공 주입층은 혼합된 상기 2종류 이상의 고분자 물질이 상 분리되어 형성되며, 상기 혼합되는 고분자 물질들은 폴리티오펜 유도체 및 폴리머 엔피비 유도체 임을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 유기전계발광소자의 제조방법은, 제 1전극, 유기 발광층, 제 2전극이 순차적으로 형성되는 유기전계발광소자의 제조방법에 있어서, 상기 제 1전극 위에 2종류 이상의 고분자 물질이 혼합된 용액이 코팅되는 단계와; 상기 코팅된 혼합 용액에 대해 소정 온도의 열을 가해주는 단계와; 상기 소정 온도의 열에 의해 상기 혼합된 고분자 물질이 상 분리되는 단계와; 상기 상 분리에 의해 다층의 고분자 정공 주입층이 형성되는 단계가 포함되고, 상기 고분자 정공 주입층 위로 유기 발광층, 제 2전극이 순차적으로 형성되는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 소정의 온도는 상기 혼합된 각각의 고분자 물질 고유의 유리 전이온도보다 높고, 상기 고분자 물질의 분해가 일어나는 온도보다 낮음을 특징으로 한다.
또한, 상기 2종류 이상의 고분자 물질은 동일한 용매에 녹으며, 서로 혼합되지 않는 물질이고, 상기 2종류 이상의 고분자 물질은 각각 서로 다른 표면 에너지를 가지며, 낮은 표면 에너지를 가지는 고분자 물질의 최고 점유분자 궤도는 높은 표면 에너지를 가지는 고분자 물질의 최고 점유분자 궤도보다 상대적으로 낮음을 특징으로 한다.
또한, 상기 혼합되는 고분자 물질들은 폴리티오펜 유도체 및 폴리머 엔피비 유도체 임을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 별도의 공정없이 다층의 정공 주입층을 형성함으로써 전극에서 유기 발광층까지의 에너지 장벽을 점차적으로 낮추어 정공 수송이 원활토록 하며, 상기 정공 주입층을 고분자 유기 재료를 사용하여 다층으로 형성함으로써 열 안전성 및 낮은 구동 전압 등 유기 EL 소자의 성능을 개선시키는 장점이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명에 의한 유기 EL 소자의 구조를 나타내는 단면도이다.
단, 이는 종래의 유기 EL 소자와 그 구성이 유사하나, 동일한 용매에 녹는 2종류 이상의 고분자 물질을 이용하여 다층의 정공 주입층을 형성하는 점에서 종래의 유기 EL 소자와 구별된다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 유기 EL 소자는 기판(1) 위에 제 1전극(2)(anode), 다층의 정공 주입층(5), 유기 발광층(6), 제 2전극(9)(cathode)이 형성되어 이루어진다.
여기서, 다층의 정공 주입층(5)은 종래의 정공 주입층 및 정공 수송층의 역할을 하는 것으로 이는 제 1전극과 유기 발광층 사이의 HOMO 에너지 준위의 차이를 점차적으로 나게 하여 정공 수송 능력을 향상시키는 역할을 하며, 도 3에는 도시되어 있지 않지만 상기 유기 발광층(6)과 제 2전극(9) 사이에는 전자 수송층 및/ 또는 전자 주입층이 형성될 수 있다.
본 발명에 의한 유기 EL 소장의 구조를 설명하면, 상기 제 1전극(2)(anode) 물질로는 높은 일함수(high work function)을 갖는 여러 금속이 선택될 수 있는데, 일반적으로 인듐 주석 옥사이드(ITO)는 비교적으로 높은 일함수를 가지며, 그 자체로도 투명하기 때문에 제 1금속으로 많이 사용된다.
또한, 상기 유기 발광층(6)은 제 1, 2전극에서 각기 주입된 정공과 전자가 결합하여 형성된 액시톤이 기저상태로 떨어지면서 발광하게 되는 층으로서, 이 때 발광층(6)에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따라 여러가지 발광색을 구현할 수 있는데 주재료(host)와 불순물(dopant)의 구성비를 원하는 소자의 발광특성에 따라 조정하게 된다. 보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의 주재료와 불순물을 선택하여 동시증착 함으로써 상기 유기 발광층(6)을 형성한다.
다음으로 상기 유기 발광층(6) 위에는 전자 주입층 제 2전극(9)이 형성된다. 다만 앞서 설명한 바와 같이 상기 유기 발광층(6)과 제 2전극(9) 사이에는 전자 수송층 및/ 또는 전자 주입층이 형성될 수 있다.
상기 제 2전극(9)으로 사용되는 금속으로는 낮은 일함수(low work function)를 갖는 물질이 사용되는 데, 일반적으로 전극의 일함수가 작을수록 전자 주입이용이하게 되나 동시에 반응성이 높아지므로 안정도 면에 있어 어려움이 있다. 상기 제 2전극으로는 MgAg, CaAl 등이 많이 쓰인다.
이와 같은 구조에 있어서, 상기 유기 발광층(6)은 그 재료로 Alq3, Anthracene등의 저분자 유기물질, 또는 PPV(poly(p-phenylenevinylene)), PT(polythiophene) 등과 그들의 유도체들인 고분자 유기물질을 사용할 수 있다.
단, 본 발명에 의한 유기 EL 소자의 경우 상기 정공 주입층이 고분자 물질로 이루어 지므로 상기 유기 발광층을 고분자 유기물질로 한 경우에는 고분자 유기 EL 소자가 되며, 상기 유기 발광층을 저분자 유기물질로 한 경우에는 혼성 유기 EL 소자가 되는 것이다.
본 발명에서의 상기 다층의 정공 주입층(5)은 동일한 용매에 녹는 2종류 이상의 고분자 물질 사이의 상 분리 현상을 이용하여 형성되는 것이며, 이 때 상기 2종류 이상의 고분자 물질은 서로 혼합되지 않는 물질(immiscible polymer)이어야 한다.
또한, 상기 2종류 이상의 고분자 물질은 각각 서로 다른 표면 에너지(surface energy)를 가지며, 낮은 표면 에너지를 가지는 고분자 물질의 최고 점유분자 궤도(HOMO)는 높은 표면 에너지를 가지는 고분자 물질의 최고 점유분자 궤도보다 상대적으로 낮아야 하며, 이러한 고분자 물질의 일 실시예로서 폴리티오펜 유도체(polythiophene derivatives) 및 폴리머 엔피비 유도체(polymer NPB derivatives)를 들 수 있다.
여기서, 상기 NPB는 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐-아미노]바이페닐(4,4'-bis[N-(1-naphtyl)-N-phenyl-amino]biphenyl)이다.
이와 같이 고분자 물질을 재료로 한 다층의 정공 주입층을 형성함으로써 제 1전극과 유기 발광층 사이의 HOMO 에너지 준위의 차이를 점차적으로 차이를 나게 하여 정공 수송 능력을 향상시킬 수 있는 것이다.
도 4는 본 발명에 의한 다층의 정공 주입층이 형성되는 공정을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 먼저 제 1전극 상에 2종류 이상의 고분자 물질이 혼합된 용액(10)을 코팅시킨다. 이 때 혼합된 용액에 포함되는 상기 2종류 이상의 고분자 물질은 동일한 용매에 녹으며, 서로 혼합되지 않는 물질이어야 한다.
또한, 상기 2종류 이상의 고분자 물질은 각각 서로 다른 표면 에너지(surface energy)를 가지며, 낮은 표면 에너지(surface energy)를 가지는 고분자 물질의 최고 점유분자 궤도(HOMO)는 높은 표면 에너지(surface energy)를 가지는 고분자 물질의 최고 점유분자 궤도(HOMO)보다 상대적으로 낮은 성질을 갖는다. (A)
단, 도 4에서는 설명의 편의를 위하여 상기 혼합되는 고분자 물질을 2종류(a, b)로 한정하였으나, 상기와 같은 조건을 만족할 경우에는 2종류 이상의 고분자 물질을 혼합하여 사용할 수 있음은 자명하다.
다음으로 상기 코팅된 혼합 용액(10)에 대해 소정 온도(T)의 열을 가해준다. 즉, 어닐링(annealing) 공정을 거치게 되는 것이며, 이 때 상기 소정 온도(T)는 상기 혼합된 각각의 고분자 물질 고유의 유리 전이온도(Tg)보다 높고, 상기 고분자 물질의 분해(degradation)가 일어나는 온도보다 낮음을 특징으로 한다. (B)
이와 같은 소정의 온도(T)로 어닐링하게 되면 제 1전극(2) 위에 코팅된 혼합 용액(10)에 있어서 전체 자유 에너지(total free energy)가 증가하는 방향으로 거동이 일어나기 때문에 상기 혼합 용액(10) 내부의 고분자 물질간 상 분리(phase separation)가 일어나게 된다.
즉, 혼합된 고분자 물질(a, b) 중 보다 낮은 표면 에너지(surface energy) 값을 가지는 고분자 물질(a)이 자유 표면(free surface : 공기와 접하는 부분)을 점유하게 되고, 보다 높은 표면 에너지(surface energy) 값을 가지는 고분자 물질(b)은 상기 낮은 표면 에너지(surface energy)를 가지는 고분자 물질(a) 하단에 각각 상 분리되어 형성된다. (C)
상기와 같이 혼합된 고분자 물질 용액(10)이 어닐링 공정을 거쳐 상 분리 되면 이는 결국 다층으로 형성된 정공 주입층(5)이 되는 것이다.
이 때 상기 다층의 정공 주입층(5)에 있어 낮은 표면 에너지(surface energy)를 가지는 고분자 물질(a)의 최고 점유분자 궤도(HOMO)는 높은 표면 에너지(surface energy)를 가지는 고분자 물질(b)의 최고 점유분자 궤도(HOMO)보다 상대적으로 낮다.
또한, 상기 낮은 표면 에너지(surface energy)를 가지는 고분자 물질(a)의 최고 점유분자 궤도(HOMO)는 이와 접하는 유기 발광층의 최고 점유분자 궤도(HOMO)보다 상대적으로 높아야 하며, 상기 높은 표면 에너지(surface energy)를 가지는고분자 물질(b)의 최고 점유분자 궤도(HOMO)는 이와 접하는 제 1전극의 점유분자 궤도(HOMO)보다 상대적으로 낮아야 한다. (D)
상기 고분자 정공 주입층(5) 위로 유기 발광층, 제 2전극이 순차적으로 형성되는 단계가 더 포함되면, 본 발명에 의한 유기 EL 소자가 형성된다.
이와 같은 다층의 정공 주입층(5)을 통해 상기 제 1전극과 유기 발광층 사이의 HOMO 에너지 준위의 차이를 점차적으로 차이를 나게 하여 정공 수송 능력의 향상을 얻을 수 있는 것이다.
도 5는 본 발명에 의한 유기 EL 소자의 에너지 다이어그램을 나타낸 도면이다.
단, 도 5에서는 전자를 '-', 정공을 '+'로, 그리고 전자와 정공의 이동을 화살표로 나타내었으며, HOMO와 LOMO는 최고 점유분자 궤도(Highest Occupied Molecular Orbital, valance band)와 최저 비점유 분자 궤도(Lowest Unoccupied Molecular Orbital, conduction band)를 나타낸다.
또한, 인가전압 VCA가 구동전압 또는 턴 온 전압(Vonset)보다 높을 때 상기와 같은 전자 및 정공의 이동이 발생된다.
도 5를 참조하면, 상 분리되어 다층으로 형성된 정공 주입층(5)이 제 1전극(2)과 유기 발광층(6) 사이에 위치하고 있으며, 이를 통해 상기 제 1전극(2)에서부터 유기 발광층(6)까지의 HOMO레벨이 점차적으로 낮아지게 되어 정공 수송이 원활하게 이루어지며 이에 따라 구동전압(Vonset)을 낮출 수 있게 되는 것이다.
이를 좀 더 상세히 설명하면, 상기 다층으로 형성된 정공 주입층(5)은 앞서 도 4에서 설명한 바와 같이 2종류 이상의 고분자 물질이 혼합된 용액을 코팅하고, 일정한 온도 이상 즉, 혼합된 각각의 고분자 물질 고유의 유리 전이온도(Tg)보다 높은 열을 가하여 어닐링함으로써 각각의 고분자 물질이 상분리되고, 이에 결국 상기 정공 주입층(5)이 다층(a, b)을 이루게 되는 것이다.
이 때 혼합된 용액에 포함되는 상기 2종류 이상의 고분자 물질은 동일한 용매에 녹고, 서로 혼합되지 않는 물질이어야 하며, 상기 2종류 이상의 고분자 물질은 각각 서로 다른 표면 에너지(surface energy)를 갖는다.
또한, 낮은 표면 에너지(surface energy)를 가지는 고분자 물질층(a)의 최고 점유분자 궤도(HOMO)는 높은 표면 에너지(surface energy)를 가지는 고분자 물질층의 최고 점유분자 궤도(HOMO)보다 상대적으로 낮고, 이와 접하는 유기 발광층의 최고 점유분자 궤도(HOMO)보다 상대적으로 높아야 하며, 상기 높은 표면 에너지(surface energy)를 가지는 고분자 물질층(b)의 최고 점유분자 궤도(HOMO)는 이와 접하는 제 1전극(2)의 점유분자 궤도(HOMO)보다 상대적으로 낮다.
결국, 앞서 설명한 바와 같이 상기 제 1전극(2)에서부터 유기 발광층(6)까지의 HOMO레벨이 점차적으로 낮아지게 되어 정공 수송이 원활하게 이루어지게 된다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 유기 EL 소자 및 그 제조방법에 의하면, 별도의 공정없이 다층의 정공 주입층을 형성함으로써 전극에서 유기 발광층까지의 에너지 장벽을 점차적으로 낮추어 정공 수송이 원활토록 하는 장점이 있다.
또한, 상기 정공 주입층을 고분자 유기 재료를 사용하여 다층으로 형성함으로써 열 안전성 및 낮은 구동 전압 등 유기 EL 소자의 성능을 개선시키는 장점이 있다.

Claims (11)

  1. 기판 상에 제 1전극, 유기 발광층, 제 2전극이 순차적으로 형성된 유기전계발광소자에 있어서,
    상기 제 1전극과 유기 발광층 사이에 2종류 이상의 고분자 물질이 혼합되어 다층의 고분자 정공 주입층이 형성된 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 2종류 이상의 고분자 물질은 동일한 용매에 녹으며, 각각의 고분자 물질은 혼합되지 않는 물질임을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 2종류 이상의 고분자 물질은 각각 서로 다른 표면 에너지를 가지며, 낮은 표면 에너지를 가지는 고분자 물질의 최고 점유분자 궤도는 높은 표면 에너지를 가지는 고분자 물질의 최고 점유분자 궤도보다 상대적으로 낮음을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 다층의 고분자 정공 주입층은 혼합된 상기 2종류 이상의 고분자 물질이 상 분리되어 형성됨을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 혼합되는 고분자 물질들은 폴리티오펜 유도체 및 폴리머 엔피비 유도체 임을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  6. 제 1전극, 유기 발광층, 제 2전극이 순차적으로 형성되는 유기전계발광소자의 제조방법에 있어서,
    상기 제 1전극 위에 2종류 이상의 고분자 물질이 혼합된 용액이 코팅되는 단계와,상기 코팅된 혼합 용액에 대해 소정 온도의 열을 가해주는 단계와,
    상기 소정 온도의 열에 의해 상기 혼합된 고분자 물질이 상 분리되는 단계와,
    상기 상 분리에 의해 다층의 고분자 정공 주입층이 형성되는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 고분자 정공 주입층 위로 유기 발광층, 제 2전극이 순차적으로 형성되는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 소정의 온도는 상기 혼합된 각각의 고분자 물질 고유의 유리 전이온도보다 높고, 상기 고분자 물질의 분해가 일어나는 온도보다 낮음을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 2종류 이상의 고분자 물질은 동일한 용매에 녹으며, 서로 혼합되지 않는 물질임을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 2종류 이상의 고분자 물질은 각각 서로 다른 표면 에너지를 가지며, 낮은 표면 에너지를 가지는 고분자 물질의 최고 점유분자 궤도는 높은 표면 에너지를 가지는 고분자 물질의 최고 점유분자 궤도보다 상대적으로 낮음을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
  11. 제 6항에 있어서,
    상기 혼합되는 고분자 물질들은 폴리티오펜 유도체 및 폴리머 엔피비 유도체 임을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100853897B1 (ko) * 2005-03-31 2008-08-25 가부시끼가이샤 도시바 유기 전계 발광 소자
KR101039922B1 (ko) * 2010-03-10 2011-06-09 한양대학교 산학협력단 다공성 고분자 발광층을 이용한 백색 유기발광소자 제조방법 및 그에 의해 제조된 백색 유기발광소자
US8530888B2 (en) 2010-02-24 2013-09-10 Samsung Display Co., Ltd. Organic light-emitting display device and method of manufacturing the same
WO2013136039A1 (en) 2012-03-16 2013-09-19 Cambridge Display Technology Limited Optoelectronic device

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6433355B1 (en) * 1996-06-05 2002-08-13 International Business Machines Corporation Non-degenerate wide bandgap semiconductors as injection layers and/or contact electrodes for organic electroluminescent devices
JP2000323280A (ja) * 1999-05-07 2000-11-24 Seiko Epson Corp 電界発光素子およびその製造方法
KR100626660B1 (ko) * 1999-06-28 2006-09-22 한국전자통신연구원 상 분리를 이용한 고효율 고분자 발광소자
KR100644168B1 (ko) * 1999-11-24 2006-11-13 고등기술연구원연구조합 전기적 활성을 갖는 유기복합박막을 포함하는유기전기발광소자

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100853897B1 (ko) * 2005-03-31 2008-08-25 가부시끼가이샤 도시바 유기 전계 발광 소자
US8530888B2 (en) 2010-02-24 2013-09-10 Samsung Display Co., Ltd. Organic light-emitting display device and method of manufacturing the same
KR101039922B1 (ko) * 2010-03-10 2011-06-09 한양대학교 산학협력단 다공성 고분자 발광층을 이용한 백색 유기발광소자 제조방법 및 그에 의해 제조된 백색 유기발광소자
WO2013136039A1 (en) 2012-03-16 2013-09-19 Cambridge Display Technology Limited Optoelectronic device
US9461262B2 (en) 2012-03-16 2016-10-04 Cambridge Display Technology Limited Optoelectronic device

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