KR20050095144A - 유기 전계 발광 소자 및 그의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기 전계 발광 소자 및 그의 제조 방법을 개시한다.

본 발명은 유리기판상에 제 1 전극, 정공주입층, 및 정공수송층을 순차적으로 증착하고, 정공수송층의 상부에 발광층과 전자수송층을 계면이 형성되지 않은 단일화된 발광층으로 형성하며, 상기 발광층의 상부에 전자주입층 및 제 2 전극을 증착함으로써, 유기 전계 발광소자의 발광층과 전자수송층간의 계면현상을 방지하여 유기 전계 발광소자의 휘도 및 효율을 향상시키는 것을 특징으로 한다.

Description

유기 전계 발광 소자 및 그의 제조 방법{Organic electroluminescence device and fabrication method thereof}

본 발명은 유기 전계 발광 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 유기발광층(EML)과 전자수송층(EIL)을 연속 증착에 의한 단일 발광층으로 형성하여 이종계면 현상을 줄여 유기 전계 발광소자의 휘도 및 발광 효율을 향상시킬 수 있는 유기 전계 발광 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

유기 전계 발광 소자를 이용한 패널은 저전압 구동, 높은 발광 효율, 넓은 시야각, 빠른 응답속도 등의 장점이 있기 때문에 고화질의 동영상을 표현할 수 있는 차세대 평판 디스플레이 기술 중의 하나로서 기술 개발이 활발하게 진행되고 있다.

유기 전계 발광 소자는 ITO와 같은 투명 전극인 양전극과 일함수(work function)가 낮은 금속(Ca, Li, Al : Li, Mg : Ag 등)을 사용한 음전극 사이에 유기 박막층이 있는 구조로 구성된다.

이러한 유기 EL 소자에 순방향의 전압을 인가하면 양전극과 음전극에서 각각 정공(hole)과 전자(electron)가 주입되고, 주입된 정공과 전자는 결합하여 엑시톤(excition)을 형성하며, 엑시톤이 재결합(radiative recombination)하여 전계 발광 현상을 일으킨다.

유기 전계 발광소자(Organic Electroluminescence Device)는 발광다이오드(Light Emitting Device; LED)와 동작 메커니즘이 유사하여 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Device; OLED)라고도 불려진다.

도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 유기 전계 발광소자는 투명한 재질의 유리기판(1)의 상부에 정공 주입전극인 양전극(Anode)(2)과, 정공주입층(Hole Injection Layer; HIL)(3)과, 정공수송층(Hole Transporting Layer; HTL)(4)과, 유기발광층(Emitting Material Layer; EML)(5)과, 전자수송층(Electron Transporting Layer; ETL)(6)과, 전자주입층(Electron Injection Layer; EIL)(7), 및 전자 주입전극인 음전극(cathode)(8)이 순차적으로 적층되어 있는 발광구조를 가진다.

즉, 종래의 유기 전계 발광소자는 빛을 발하는 유기 발광층(5)을 중심으로 양쪽의 전극(2, 8)으로부터 각각의 기능층(HIL, HTL, ETL, EIL)을 증착하는 구조로 되어 있다.

이러한 구조를 이루기 위해 각 층을 순차적으로 적층하는데, 이때 유기발광층(EML)(5)을 증착한 후 전자수송층(ETL)(6)층을 증착하는 공정이 순차적으로 진행되며, 유기발광층(EML)(5)을 증착한 후 일정 시간(2분 내지 3분) 대기한 후 전자수송층(ETL)(6)이 증착된다. 상기한 대기시간에 의하여 두 층간의 이종계면(heterojunction interface)이 형성된다.

이종계면은 전자의 호핑(Hoping)을 방해하는 에너지 장벽(energy barrier)을 유발시키며, 그로 인해 주입된 전자(electron)와 정공(hole)의 결합이 원활하게 발생되지 않고, 계면에서 캐리어가 축적되는 현상이 발생된다.

따라서, 유기 전계 발광소자의 휘도 및 발광 효율에 악영향을 미쳐 효율성을 떨어뜨리는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 유기 전계 발광 소자를 형성함에 있어서 유기발광층과 전자 수송층을 계면이 형성되지 않은 단일 발광층으로 형성하여 이종계면 형성을 방지함에 있다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명은 양의 전압이 인가되는 양전극과, 양전극으로부터 정공이 주입되는 정공주입층과, 정공주입층으로부터 전달되는 정공을 수송하는 정공수송층과, 음의 전압이 인가되는 음전극과, 음전극으로부터 전자가 주입되는 전자주입층과, 정공수송층과 상기 전자주입층 사이에 형성되며, 상기 전자를 수송하기 위한 소정 두께의 전자수송층과 상기 전자수송층과 상기 정공수송층으로부터 수송된 전자와 전하의 결합에 의한 발광이 이루어지는 유기발광층을 포함하고, 상기 전자수송층과 상기 유기 발광층 간에 에너지 장벽을 갖는 계면이 형성되지 않은 단일층으로 형성되는 발광층을 구비함을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 유리기판상에 제 1 전극, 정공주입층, 및 정공수송층을 순차적으로 증착하는 제 1 단계와, 정공수송층의 상부에 유기발광층과 전자수송층을 포함하되 상기 유기발광층과 전자수송층을 연속증착하여 계면을 갖지 않는 단일화된 발광층을 형성하는 제 2 단계와, 발광층의 상부에 전자주입층 및 제 2 전극을 순차적으로 증착하는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적 및 기타의 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 첨부도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해 질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 실시예는 투명한 재질의 유리기판(11)의 상부에 정공 주입전극인 양전극(Anode)(12), 정공주입층(Hole Injection Layer; HIL)(13), 정공수송층(Hole Transporting Layer; HTL)(14), 유기발광층(Emitting Material Layer; EML)과 전자수송층(Electron Transporting Layer; ETL)이 연속 증착된 발광층(15), 전자주입층(Electron Injection Layer; EIL)(16), 및 전자 주입전극인 음전극(cathode)(17)이 순차적으로 적층된다.

본 발명은 양전극(12), 정공주입층(13), 정공수송층(14)의 순차적인 적층은 통상의 방법을 이용하여 실시된다.

그 후, 정공수송층(14)의 상부에 유기발광층과 전자수송층을 시간간격(interval)없이 연속증착하여 단일화된 발광층(16)을 형성한다.

단일화된 발광층(15)에 포함되는 유기발광층과 전자수송층을 형성함에 있어서 호스트(Host) 물질이 이용되고, 이 때 두 층에 대한 호스트 물질은 알루미늄 키노리놀(aluminum tris(8-hydrooxyquinoline);Alq3)을 동일하게 적용할 수 있다. 그러므로, 두 층을 단일화된 발광층(15)으로 형성하기 위한 연속 공정이 동일한 공정챔버 내에서 대기 시간을 소요할 필요없이 연속하여 진행할 수 있다.

구체적으로, 유기발광층은 호스트(host)와 도판트(dopant) 물질을 같이 공급하는 분위기에서 일정한 두께로 증착된다. 그 후 도판트 물질을 공급하는 챔버의 셔터를 닫고, 동일한 챔버 내에서 호스트(host) 물질인 Alq3만을 흘려보내는 분위기에서 전자수송층(ETL)이 증착된다. 이로써 공정 간의 대기 시간 소요없이 연속하여 유기발광층과 전자수송층이 계면이 존재하지 않는 단일화된 발광층(15)으로 증착된다.

상기한 바와 같이 발광층(15)이 형성된 후, 전자주입층(EIL)(16), 및 전자 주입전극인 음전극(17)이 통상의 방법으로 순차적으로 적층된다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 실시예의 작용 및 효과를 설명한다.

유기 전계 발광 소자의 동작을 위하여 양전극(12)과 음전극(17) 간에 전압이 인가되면, 양전극(12)에서 정공주입층(13)으로 정공(hole)이 주입되고, 음전극(17)에서 전자주입층(16)으로 전자(electron)가 주입된다.

이렇게 주입된 정공(hole)은 정공주입층(13), 정공수송층(14)을 지나고 발광층(15)으로 진행하고, 전자(electron)는 전자주입층(16)을 지나 발광층(15)으로 진행한다. 상기한 진행은 계면 간의 호핑(Hoping)에 의하여 이루어진다.

상기한 바와 같이 진행한 전자는 단일 발광층(15)에 포함된 전자수송층을 통과하여 유기발광층으로 진행한다.

결과적으로, 전자와 정공은 발광층(15)의 유기발광층에 해당하는 영역에서 만나고, 이렇게 정공(hole)과 전자(electron)의 결합에 의해 발광하게 되며, 발광층의 재료에 따라, 즉 재결합하는 위치와 유기물의 재료에 따라 각기 다른 파장대의 빛을 발하게 된다.

이때, 발광층(15)으로 단일화된 전자수송층과 유기발광층 간에는 계면이 존재하지 않기 때문에 에너지 장벽이 존재하지 않는다. 그러므로, 전자수송층과 유기발광층 간 즉 발광층(15) 내에서 전자는 특정 위치에서 축적됨없이 이동이 자유로우며, 이로 인하여 발광층(15)의 유기발광층 영역에서 전자와 전하가 계면이 형성된 경우에 비하여 약 15 ％ 이상 많은 양의 결합이 이루어진다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자 및 그의 제조 방법은, 발광층(EML)과 전자수송층(EIL)을 연속증착하여 이종계면 현상을 줄여, 유기 전계 발광소자의 휘도 및 효율을 향상시키는 효과가 있다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

도 1은 종래의 유기 전계 발광 소자의 단면도

도 2는 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자의 실시예를 나타내는 단면도

Claims (5)

1. 양의 전압이 인가되는 양전극;

   상기 양전극으로부터 정공이 주입되는 정공주입층;

   상기 정공주입층으로부터 전달되는 정공을 수송하는 정공수송층;

   음의 전압이 인가되는 음전극;

   상기 음전극으로부터 전자가 주입되는 전자주입층; 및

   상기 정공수송층과 상기 전자주입층 사이에 형성되며, 상기 전자를 수송하기 위한 소정 두께의 전자수송층과 상기 전자수송층과 상기 정공수송층으로부터 수송된 전자와 전하의 결합에 의한 발광이 이루어지는 유기발광층을 포함하고, 상기 전자수송층과 상기 유기 발광층 간에 에너지 장벽을 갖는 계면이 형성되지 않은 단일층으로 형성되는 발광층을 구비함을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 발광층에 포함되는 상기 전자수송층과 상기 유기발광층은 동일한 호스트를 포함함을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
3. 유리기판상에 제 1 전극, 정공주입층, 및 정공수송층을 순차적으로 증착하는 제 1 단계;

   상기 정공수송층의 상부에 유기발광층과 전자수송층을 포함하되 상기 유기발광층과 상기 전자수송층을 연속증착하여 계면을 갖지 않는 단일화된 발광층을 형성하는 제 2 단계; 및

   상기 발광층의 상부에 전자주입층 및 제 2 전극을 순차적으로 증착하는 제 3 단계를 포함하는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 제 2 단계는,

   호스트(Host)와 도판트(Dopant) 물질을 공급하면서 상기 유기발광층을 형성하는 제 4 단계; 및

   상기 도판트 물질을 공급하지 않고 상기 호스트를 공급하면서 전자수송층을 형성하는 제 5 단계를 포함하고,

   상기 제 4 단계와 제 5 단계는 동일 챔버 내에서 진행하면서 대기 시간없이 연속 진행하여 상기 발광층을 형성함을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 호스트는 알루미늄 키노리놀(Alq3;aluminum tris)을 포함하여 공급됨을 특징으로 하는 유기 전계 발광소자의 증착방법.