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KR100924144B1 - 유기전계발광소자 및 그의 제조 방법 - Google Patents

유기전계발광소자 및 그의 제조 방법 Download PDF

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KR100924144B1
KR100924144B1 KR1020080053340A KR20080053340A KR100924144B1 KR 100924144 B1 KR100924144 B1 KR 100924144B1 KR 1020080053340 A KR1020080053340 A KR 1020080053340A KR 20080053340 A KR20080053340 A KR 20080053340A KR 100924144 B1 KR100924144 B1 KR 100924144B1
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KR
South Korea
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light emitting
layer
electrode
intermediate layer
emitting layer
Prior art date
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KR1020080053340A
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최성진
송옥근
정혜인
김두환
이민우
이재구
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삼성모바일디스플레이주식회사
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Abstract

본 발명은 유기전계발광소자 및 그의 제조방법에 관한 것으로써, 기판 상기 기판 상에 위치하는 제 1 전극 상기 제 1 전극 상에 위치하며 적색, 녹색 및 청색 화소영역을 구비하는 발광층 및 상기 발광층 상에 위치하는 제 2 전극을 포함하며, 상기 발광층 상에는 전자수송층을 더 포함하며, 상기 발광층과 상기 전자수송층 사이에 금속 퀴놀레이트와 유기물을 포함하는 중간층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자에 관한 것이다.
또한, 기판 상에 제 1 전극을 형성하고 상기 제 1 전극 상에 적색, 녹색, 청색 화소 영역을 포함하는 발광층을 형성하고 상기 발광층 상에 금속 퀴놀레이트와 유기물을 포함하는 중간층을 형성하고 상기 중간층과 녹색 및 청색 화소 영역의 발광층 상에 전자수송층을 형성하고 상기 전자수송층 상에 제 2전극을 형성하는 것을 포함하는 유기전계발광소자의 제조방법에 관한 것이다.
유기전계발광표시장치, 적색 발광층

Description

유기전계발광소자 및 그의 제조 방법{OLED and Method for fabricating the Same}
본 발명은 적색 화소 영역의 적색 발광층과 전자수송층 사이에 금속 퀴놀레이트와 전자 수송층을 포함하는 중간층을 게재함으로써, 적색 발광층의 수명을 향상시켜, 색재현성을 향상시키고자 하는 풀칼라 유기전계발광소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 유기전계발광표시장치는 전자(electron) 주입 전극(cathode)과 정공(hole) 주입 전극(anode)으로부터 각각 전자(electron)와 정공(hole)을 발광층 내부로 주입시켜, 주입된 전자(electron)와 정공(hole)이 결합한 엑시톤(exciton)이 여기 상태로부터 기저 상태로 떨어질 때 발광하는 발광 표시장치이다.
이러한 원리로 인해 종래의 액정 박막 표시 소자와는 달리 별도의 광원을 필요로 하지 않으므로 소자의 부피와 무게를 줄일 수 있는 장점이 있다.
상기 유기전계발광표시장치를 구동하는 방식은 수동 매트릭스 방식(passive matrix type)과 능동 매트릭스 방식(active matrix type)으로 나눌 수 있다.
상기 수동 매트릭스 방식 유기전계발광표시장치는 그 구성이 단순하여 제조 방법 또한 단순하나, 높은 소비 전력과 표시 소자의 대면적화에 어려움이 있으며 배선의 수가 증가하면 할수록 개구율이 저하되는 단점이 있다.
따라서, 소형의 표시 소자에 적용할 경우에는 수동 매트릭스 방식의 유기전계발광표시장치를 사용하는 반면, 대면적의 표시 소자에 적용할 경우에는 능동 매트릭스 방식의 유기전계발광표시장치를 사용한다.
또한, 유기전계발광표시장치는 발광층으로부터 발생된 광이 방출되는 방향에 따라 배면발광구조와 전면발광구조로 나눌 수 있는데, 배면발광구조는 형성된 기판쪽으로 광이 방출되는 것으로서 상부전극으로 반사전극이나 반사막이 형성되고 하부전극으로 투명전극이 형성된다. 여기서, 유기전계발광표시장치가 박막트랜지스터가 형성되는 능동 매트릭스 방식을 채택할 경우에 박막트랜지스터가 형성된 부분은 광이 투과하지 못하게 되므로 빛이 나올 수 있는 면적이 줄어들 수 있다. 이와 달리, 전면발광구조는 상부전극으로 투명전극이 형성되고 하부전극으로 반사전극이나 반사막이 형성됨으로써 광이 기판 쪽과 반대되는 방향으로 방출되어지므로 빛이 투과하는 면적이 넓어지므로 휘도가 향상될 수 있다.
한편, 기판 상에 제 1 전극 상에 청색, 적색 녹색 화소 영역을 포함하는 풀칼라 유기전계발광표시장치에 있어서, 적색 화소 영역의 경우, 녹색 및 청색 화소 영역에 비하여, 잔상 수명이 상대적으로 짧아 풀칼라의 색재현에 있어서, 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 풀칼라 유기전계발광소자에 있어서, 적색 화소 영역의 적색 발광층의 수명 특성을 향상시켜, 우수한 색재현성을 나타내는 것을 목적으로 하는 풀칼라 유기전계발광소자 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 유기전계발광소자 및 그의 제조방법에 관한 것으로써, 기판 상기 기판 상에 위치하는 제 1 전극 상기 제 1 전극 상에 위치하며 적색, 녹색 및 청색 화소영역을 구비하는 발광층 및 상기 발광층 상에 위치하는 제 2 전극을 포함하며, 상기 발광층 상에는 전자수송층을 더 포함하며, 상기 발광층과 상기 전자수송층 사이에 금속 퀴놀레이트와 유기물을 포함하는 중간층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자을 제공한다.
또한, 기판 상에 제 1 전극을 형성하고 상기 제 1 전극 상에 적색, 녹색, 청색 화소 영역을 포함하는 발광층을 형성하고 상기 발광층 상에 금속 퀴놀레이트와 유기물을 포함하는 중간층을 형성하고 상기 중간층과 녹색 및 청색 화소 영역의 발광층 상에 전자수송층을 형성하고 상기 전자수송층 상에 제 2전극을 형성하는 것을 포함하는 유기전계발광소자의 제조방법을 제공한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 적색 화소 영역의 적색 발광층과 전자수송층 사이에 금속 퀴놀레이트와 전자 수송층을 포함하는 중간층을 게재함으로써, 적색 발광층의 수명을 향상시킴에 따라, 적색, 청색 및 녹색 발광에 의한 색재현성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
도 1a 및 도 1c는 본 발명의 실시예 1에 따른 유기전계발광소자를 나타내는 단면도이고, 도 1b는 본 발명의 실시예 1에 따른 유기전계발광소자에 관한 그래프이다.
도 1을 참조하면, 유리 또는 플라스틱 기판(100) 상에 패턴된 제 1전극(120)을 형성하고, 상기 제 1전극(120) 상에 절연막(110)에 의해 정의되는 적색, 녹색, 청색 화소 영역(130a, 130b, 130c)을 형성하는데, 상기 적색, 녹색, 청색 화소 영역 상에 적색 발광층(130R), 녹색 발광층(130G) 및 청색 발광층(130B)을 형성한다.
상기 제 1전극(120)은 전면발광 구조의 경우에는 반사막인 금속막을 사용하고, 배면발광 구조의 경우에는 투명전극인 ITO 또는 IZO 등을 사용한다. 상기 제 1전극(120)이 캐소드 전극인 경우에는 하기 기술될 제 2전극(160)은 애노드 전극이 되고, 상기 제 1전극(120)이 애노드 전극인 경우에는 상기 제 2전극은 캐소드 전극이 된다.
상기 제 1전극과 상기 각 발광층 사이에는 정공 주입층(미도시) 또는 정공 수송층(미도시)을 포함할 수 있는데, 상기 정공주입층으로 통상적으로 사용되는 CuPc TNATA, TCTA, TDAPB와 같은 저분자와 PANI, PEDOT와 같은 고분자를 사용하고, 정공수송층으로는 통상적으로 사용되는 아릴아민계 저분자, 히드라존계 저분자, 스틸벤계 저분자 스타버스트계 저분자로 NPB, TPD, s-TAD, MTADATA등의 저분자와 카바졸계 고분자, 아릴아민계 고분자, 페릴렌계 및 피롤계 고분자로 PVK와 같은 고분자를 사용한다. 상기 정공 주입층 또는 정공수송층은 진공 증착 또는 스퍼터링과 같은 방법을 사용하여 형성한다.
상기 적색 발광층(130R), 녹색 발광층(130G) 및 청색 발광층(130B)을 형성한 후, 기판 전면에 걸쳐 중간층(140)을 형성한다.
여기서, 상기 중간층(140)은 금속 퀴놀레이트와 유기물을 공증착하여 형성한 층으로서, 상기 유기물은 전자 수송 성질을 갖고 있는 물질이다.
상기 금속 퀴놀레이트는 리튬 퀴놀레이트, 나트륨 퀴놀레이트, 세슘 퀴놀레이트 및 칼륨 퀴놀레이트로 이루어진 군으로부터 어느 하나 이상을 선택할 수 있으며, 상기 전자 수송 성질을 갖고 있는 물질은Alq3, DPB, BeBq2으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징을 사용할 수 있다.
또한, 상기 중간층(140)은 금속 퀴놀레이트 물질을 30중량% 내지 70중량% 을 사용하는데, 상기 30중량% 내지 70중량% 내에서 적색 화소 영역의 장수명 특성이 바람직하게 구현되면서, 양산하기에 유리하다.
또한, 상기 중간층(140)의 두께는 50Å 내지 300Å으로 형성하고, 바람직하게는 100Å 내지는 150Å의 두께로 형성한다. 이유는 50Å 내지 300Å의 범위 내에서, 정공 수송을 억제하는 기능을 발휘하면서, 구동 전압이 증가하는 것을 방지할 수 있기 때문이다.
도 1b는 상기에서 설명한 바와 같이 중간층을 포함하는 소자와 중간층을 포함하지 않는 소자의 발광율을 비교한 그래프이다.
도 1b를 참조하여, 상기와 같이 중간층을 포함하는 소자인 실시예1의 경우 녹색발광층(실시예1-G) 및 청색발광층(실시예1-B)의 경우 중간층을 포함하지 않는 소자의 녹색발광층(비교예1-G) 및 청색발광층(비교예1-B)과 발광율이 크게 차이는 나지 않으나, 적색발광층(실시예1-R)의 발광율은 중간층을 포함하지 않는 소자의 적색발광층(비교예1-R)보다 발광율이 훨씬 우수함을 알 수 있다. 그러므로, 중간층은 적색발광층의 발광율 향상에는 매우 효과적인 것이다.
계속하여 도 1a를 참조하면, 상기 중간층(140) 상에 전자수송층(150)을 형성 한다. 상기 전자 수송층(150)은 이 분야에서 통상적으로 사용되는 것이면 가능하며, 본 발명에서 한정하지는 않는다.일예로, LiF, Ca 등의 무기물, Alq3 (tris (8-퀴놀리놀) 알루미늄)과 같은 퀴놀리놀 유도체 금속 착물, 또는 2,5-비스(1-나프틸)-1,3,4-옥사디아졸(2,5-Bis(1-naphthyl)-1,3,4-oxadiazole, BND) 및 2-(4-터-부틸페닐)-5-(4-바이페닐)-1,3,4-옥사디아졸(2-(4-tert-Butylphenyl)-5-(4-Biphenylyl)-1,3,4-oxadiazole, PBD)과 같은 옥사디아졸 유도체 및 트라아졸 유도체가 사용될 수 있다.
상기 전자 주입층(미도시)은 Alq3, 갈륨 혼합물(Ga Complex), PBD와 같은 저분자 물질이나 옥사디아졸계 고분자 물질을 사용한다. 상기 층의 형성 방법 또한 통상적으로 사용되는 스핀코팅, 딥코팅 등의 코팅방법 및 압출, 스핀, 나이프 코팅방법, 진공 증착법, 화학 기상 증착법 등과 같은 증착방법을 사용하여 형성한다.
이어서, 기판(100) 상의 상기 유기막 상부에 제 2전극(160)을 형성한다. 제 2 전극(160)은 전면발광 구조의 경우 투명전극으로 형성되고, 배면발광 구조의 경우 반사막인 금속 물질 또는 반사판 상부에 투명 전극물질이 적층된 구조로 형성된다.
상기와 같이 중간층은 적색발광층(130R), 녹색발광층(130G) 및 청색발광층(130B) 상에 전면에 걸쳐 형성하는 것을 설명할 수 있으나, 상기에서 설명한 바와 같이 중간층(140)은 적색발광층(130R)에 현저한 효과를 나타나게 하는데, 상기 중간층(140)은 상기 금속 퀴놀레이트와 상기 유기물을 공증착함으로써, 적색 화소 영역에 있어서, 상기 중간층이 정공 수송을 억제하는 기능을 할 수 있고, 수명 특 성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 잔상 수명이 다른 청색 및 녹색 발광층에 비해 짧은 적색 발광층에 있어서, 장수명을 획득할 수 있고, 풀칼라 유기전계발광표시장치에 있어서, 색재현성을 높일 수 있는 역할을 한다.
상기 적색 발광층(130R) 물질로는 Alq3, CBP 등의 저분자 물질과 PFO계 고분자, PPV계 고분자 등의 고분자를 사용할 수 있다. 또한, 녹색 발광층(130G) 물질로는 Alq3 및 BGP 등의 저분자 물질과 PFO계 고분자, PPV계 고분자 등을 사용할 수 있다. 그리고, 청색 발광층(130B) 물질로는 DPVBi, 스피로-DPVBi, 스피로-6P, 디스틸벤젠(DSB), 디스티릴아릴렌(DSA) 등의 저분자 물질과 PFO계 고분자, PPV계 고분자 등을 사용할 수 있으며, 통상적으로 이 분야에서 사용되는 물질들이 사용된다.
도 1c를 참조하면, 상기와 같이 적색발광층(130R) 상에만 중간층(140)을 형성하여도 효과가 있으므로, 도 1c와 같이 적색발광층(130R)에만 중간층(140)을 패터닝한 후, 기판 전면에 걸쳐, 전자수송층(150)을 형성하고, 제 2 전극을(160)을 형성하여 소자를 완성 할 수도 있다.
(실시예 1)
적색 발광영역의 제 1 전극 상에 NPB로 정공주입층을 1000Å으로 형성하고, 상기 정공주입층 상에 RD3(kodak 사)로 발광층을 400Å으로 형성하였다. 그리고 나서, Alq3과 리튬 퀴놀레이트를 1:1로 공증착하여 150Å 두께의 중간층을 형성하고, 그리고 나서 Alq3로 250Å의 전자수송층을 형성하였다. 그리고 나서, 제 2 전극을 형성하였다.
(실시예 2)
적색 발광영역의 제 1 전극 상에 NBP로 정공주입층을 1000Å으로 형성하고, 상기 정공주입층 상에 Rd3(kodak 사)로 발광층을 400Å으로 형성하였다. 그리고 나서, 9,10-비스(2-나프틸)안트라센(9,10-bis(2-naphthyl)antracene)과 리튬 퀴놀레이트를 1:1로 공증착하여 150Å 두께의 중간층을 형성하고, 그리고 나서, Alq3로 250Å의 전자수송층을 형성하였다. 그리고 나서, 제 2 전극을 형성하였다.
(비교예 1)
적색 발광영역의 제 1 전극 상에 NBP로 정공주입층을 1000Å으로 형성하고, 상기 정공주입층 상에 Rd3(kodak 사)로 발광층을 400Å으로 형성하였다. 그리고 나서, Alq3로 250Å의 전자수송층을 형성하였다. 그리고 나서, 제 2 전극을 형성하였다.
(비교예 2)
적색 발광영역의 제 1 전극 상에 NBP로 정공주입층을 1000Å으로 형성하고, 상기 정공주입층 상에 Rd3(kodak 사)로 발광층을 400Å으로 형성하였다. 그리고 나서, Alq3로 150Å 두께의 중간층을 형성하고, 그리고 나서, Alq3로 250Å의 전자수송층을 형성하였다. 그리고 나서, 제 2 전극을 형성하였다.
표 1은 적색발광소자에 있어서, 본 발명의 실시예에 따른 소자 특성에 대한 데이터 이다.
[표1]
No. 소자 전압 (V) 전류 (L) 순간 효율 (cd/A) 전력 효율 (lm/W) 색좌표 (CIE x) 색좌표 (CIE y)
실시예 1 4.8 7609 7.6 5.0 0.665 0.333
실시예 2 4.7 7382 7.4 4.9 0.667 0.333
비교예 1 4.1 6936 7.0 5.4 0.665 0.335
비교예 2 4.4 7603 7.6 5.5 0.668 0.332
표 1을 살펴보면, 상기 중간층을 게재한 실시예 1 및 실시예 2의 경우, 중간층을 포함하지 않은 비교예 1과 휘도(L), 순간 효율(cd/A)을 비교하였을 때, 중간층을 게재한 실시예1 및 실시예 2가 비교예 1보다 더욱 특성이 우수한 것을 알 수 있다.
또한, 중간층을 금속 퀴놀레이트와 유기물을 공증착하여 중간층을 형성한 실시예 1 및 실시예 2의 경우, 중간층을 유기물로만 형성한 비교예 2와 특성을 비교하였을 때 실시예 1 및 실시예 2의 특성이 동등함을 알 수 있다.
도 2는 적색 발광 소자에 있어서, 본 발명의 실시예에 따른 중간층을 게재하는 경우, 수명특성을 나타내는 그래프이다.
도 2를 참조하면, 상기 금속 퀴놀레이트와 전자 수송 성질을 갖는 유기물을 포함하는 중간층을 발광층 상에 게재한 실시예 1 및 실시예 2의 경우 비교예 1 및 비교예 2보다 발광율이 시간이 지나도 우수한 것을 잘 알 수 있어 수명특성이 향상된 것을 잘 알 수 있다.
따라서, 상기와 같이 풀칼라 유기전계발광소자에 있어서, 적색 화소 영역의 적색 발광층과 전자 수송층 사이에 중간층을 게재하는 경우, 잔상 수명이 다른 발광 영역에 비해 짧은 것을 보완할 수 있어, 우수한 색재현성을 얻을 수 있다는 것을 명확히 알 수 있다.
도 1a 및 1c는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계발광표시장치의 단면도이다.
도 1b 는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계발광표시장치의 발광율에 대한 그래프이다.
도 2는 적색 발광 소자에 있어서, 본 발명의 실시예에 따른 중간층을 게재하는 경우, 수명특성을 나타내는 그래프이다.

Claims (14)

  1. 기판
    상기 기판 상에 위치하는 제 1 전극
    상기 제 1 전극 상에 위치하며 적색, 녹색 및 청색 화소영역을 구비하는 발광층 및
    상기 발광층 상에 위치하는 제 2 전극을 포함하며, 상기 발광층 상에는 전자수송층을 포함하며, 상기 발광층과 상기 전자수송층 사이에 금속 퀴놀레이트와 유기물을 포함하는 중간층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 금속 퀴놀레이트는 리튬 퀴놀레이트, 나트륨 퀴놀레이트, 세슘 퀴놀레이트 및 칼륨 퀴놀레이트로 이루어진 군으로부터 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 유기물은 전자 수송(electron transport) 성질을 갖는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 전자 수송 성질을 갖는 유기물은 Alq3, DPB, BeBq2으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 중간층은 금속 퀴놀레이트를 30 중량% 내지 70 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 중간층의 두께는 50Å 내지는 300Å인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 제 1전극과 발광층 사이에 정공 주입층과 정공 수송층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 전자수송층과 제 2전극 사이에 전자주입층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 발광층은 적색발광층, 녹색발광층 및 청색발광층을 포함하며, 상기 적색발광층 과 상기 전자수송층 사이에 중간층이 위치하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  10. 기판 상에 제 1 전극을 형성하고
    상기 제 1 전극 상에 적색, 녹색, 청색 화소 영역을 포함하는 발광층을 형성하고
    상기 발광층 상에 금속 퀴놀레이트와 유기물을 포함하는 중간층을 형성하고
    상기 중간층과 녹색 및 청색 화소 영역의 발광층 상에 전자수송층을 형성하고
    상기 전자수송층 상에 제 2전극을 형성하는 것을 포함하는 유기전계발광소자의 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 중간층은 상기 금속 퀴놀레이트와 상기 유기물을 공증착하여 형성하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조 방법.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 중간층은 상기 금속 퀴놀레이트를 30 중량% 내지 70 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조 방법.
  13. 제 10항에 있어서, 상기 중간층의 두께는 50Å 내지는 300Å로 형성하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조 방법.
  14. 제 10항에 있어서, 상기 중간층은 상기 적색 화소영역의 발광층 상에만 형성하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조 방법.
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