KR20120042435A - 유기전계 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

유기전계 발광소자 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 제1기판과; 상기 제1기판에 형성되는 제1전극과; 상기 제1전극 상부에 형성되는 발광층과; 상기 발광층 상부에 형성되며, 상기 제1전극보다 낮은 일함수 값을 갖는 제2전극과; 상기 제2전극 상부에 형성되며 도전성 유기물질로 이루어지는 캐핑층과; 상기 캐핑층 상부에 배치되어 상기 제1기판에 합착되는 제2기판을 포함하는 유기전계 발광소자를 제공한다.

Description

유기전계 발광소자 및 그 제조방법 {ORGANIC ELECTROLUMINESCENT DEVICE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
본 발명은 유기전계 발광소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제2전극 상부에 도전성 유기물질로 이루어지는 캐핑층을 포함하는 유기전계발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
평판표시장치(flat panel display: FPD) 분야에서, 지금까지는 가볍고 전력소모가 적은 액정표시장치(liquid crystal display device: LCD device)가 널리 사용되어 왔으나, 액정표시장치는 스스로 빛을 생성하지 못하는 수광 소자(non-emissive device)여서, 휘도(brightness), 대조비(contrast ratio), 시야각(viewing angle) 및 대면적화 등에 단점이 있다.
이에 따라, 이러한 액정표시장치의 단점을 극복할 수 있는 새로운 평판표시장치의 개발이 활발하게 전개되고 있는데, 새로운 평판표시장치 중 하나인 유기전계발광 표시장치(organic electroluminescent display device or organic light emitting diode display device: OLED device)는 스스로 빛을 생성하는 발광 소자(emissive device)이므로, 액정표시장치에 비하여 휘도, 시야각 및 대조비 등이 우수하며, 백라이트가 필요하지 않기 때문에 경량박형이 가능하고, 소비전력 측면에서도 유리하다.
그리고, 직류 저전압 구동이 가능하고 응답속도가 빠르며, 전부 고체로 이루어지므로 외부충격에 강하고 사용온도범위도 넓으며, 특히 제조비용 측면에서도 저렴한 장점을 가지고 있다.
유기전계발광 표시장치는 각 화소영역의 박막트랜지스터에 연결된 유기전계 발광소자, 즉 발광다이오드로부터 출사되는 빛을 이용하여 영상을 표시하는데, 유기전계 발광소자는 양극(anode)과 음극(cathode) 사이에 유기물로 이루어진 발광층을 형성하고 전기장을 가함으로 빛을 내는 소자로서, 낮은 전압에서 구동이 가능하고, 전력 소모가 비교적 적고, 가볍고 연성(flexible) 기판 상부에도 제작이 가능한 특징을 갖는다.
이러한 유기전계 발광소자에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 종래의 유기전계 발광소자의 단면도이고, 도 2는 종래의 유기전계 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램(energy band diagram)을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 종래의 유기전계 발광소자(10)는, 기판(20)과, 기판(20) 상부에 형성되는 제1전극(30)과, 제1전극(30) 상부에 형성되는 발광층(40)과, 발광층(40) 상부에 형성되는 제2전극(50)을 포함한다.
제1전극(30)은 양극(anode)으로 발광층(40)에 홀(hole)(62)을 공급하고, 제2전극(50)은 음극(cathode)으로 발광층(40)에 전자(electron)(64)를 공급하며, 제1전극(30)은 제2전극(50)보다 낮은 페르미 준위(Fermi level)(EF), 즉 큰 일함수(work function) 값을 갖는다.
발광층(40)은, 홀주입층(hole injection layer: HIL)(41), 홀수송층(hole transport layer: HTL)(43), 발광물질층(emitting material layer: EML)(45), 전자수송층(electron transport layer: ETL)(47) 및 전자주입층(electron injection layer: EIL)(49)으로 이루어진다.
홀주입층(41) 및 홀수송층(43)은, 제1전극(30)의 홀(62)이 원활하게 주입되어 발광물질층(45)으로 전달되도록 하고, 전자수송층 (47) 및 전자주입층 (49)은 제2전극(50)의 전자(64)가 원활하게 주입되어 발광물질층(45)으로 전달되도록 한다.
제1 및 제2전극(30, 50)으로부터 각각 공급된 홀(62) 및 전자(64)는, 발광물질층(45)에서 서로 결합하여 여기 상태(excited state)의 여기자(exciton)(66)를 생성하고, 생성된 여기자(66)가 기저 상태(stable state)로 전이하면서 빛이 출사된다.
이러한 유기전계 발광소자는, 사용되는 재료 및 적층 구조 등에 따라 수명 및 발광효율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
예를 들어, 발광물질층(45)의 빛을 제2전극(50)으로 출사시키는 상부발광 방식(top emission type)의 유기전계 발광소자(10)에서는, 제2전극(50)을 마그네슘:은(Mg:Ag) 또는 칼슘:은(Ca:Ag) 등의 합금을 이용하여 상대적으로 얇은 두께로 형성하는데, 그 경우 제2전극(50)이 상대적으로 높은 저항을 갖게 되어 유기전계 발광소자(10)의 전기적 특성이 저하되어 수명이 감소된다.
즉, 유기전계 발광소자(10)는, 그 특성상 지속적으로 많은 양의 전류가 제2전극(50)과, 제2전극(50)에 연결되는 공통배선(미도시)에 흐르게 되는데, 많은 양의 전류에 의하여 상대적으로 높은 저항을 갖는 제2전극(50) 및 공통배선에 많은 열이 발생하고, 발생한 열에 의하여 제2전극(50) 및 공통배선이 인접 배선과 단락(short)되거나 산화되며, 그 결과 유기전계 발광소자(10)의 신뢰성이 저하되고 수명이 감소된다.
특히, 제2전극(50)이 은(Ag)을 포함하는 경우, 제2전극(50) 및 공통배선에 은(Ag) 원자의 이동(migration)에 의한 뭉침(hillock)이 발생할 수 있으며, 이러한 뭉침은 제2전극(50) 및 공통배선의 단락 가능성을 증가시키는 원인이 된다.
물론, 제2전극(50)의 저항을 저감하기 위하여 두께를 증가시킬 수 있으나, 그 경우에는 제2전극(50)의 투과율이 급격히 감소하여 유기전계 발광소자(10)의 발광효율이 저하되는 문제가 발생한다.
그리고, 상부발광 방식(top emission type)의 유기전계 발광소자(10)에서는, 발광물질층(45)의 빛이 제2전극(50)의 상부 표면에서 전반사 될 수 있으며, 그에 따라 유기전계 발광소자(10)의 발광효율이 감소되는 문제도 있다.
본 발명은, 제2전극 상부에 도전성 유기물질을 포함하는 캐핑층을 형성함으로써, 전기적 특성 및 열적 안정성이 개선되고 이로 인하여 수명이 증가된 유기전계 발광소자 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 제2전극 상부에 전반사를 방지하는 굴절률을 갖는 도전성 유기물질을 포함하는 캐핑층을 형성함으로써, 발광효율이 개선된 유기전계 발광소자 및 그 제조방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 제1기판과; 상기 제1기판에 형성되는 제1전극과; 상기 제1전극 상부에 형성되는 발광층과; 상기 발광층 상부에 형성되며, 상기 제1전극보다 낮은 일함수 값을 갖는 제2전극과; 상기 제2전극 상부에 형성되며 도전성 유기물질로 이루어지는 캐핑층과; 상기 캐핑층 상부에 배치되어 상기 제1기판에 합착되는 제2기판을 포함하는 유기전계 발광소자를 제공한다.
여기서, 상기 도전성 유기물질은, 도전성 무기물이 도핑된 유기물질 또는 금속착화물이 도핑된 유기물질일 수 있다.
그리고, 상기 도전성 유기물질은, P형 도펀트 또는 N형 도펀트가 도핑된 유기물질, 금속이 도핑된 유기물질 및 Liq(lithium-quinolate)가 도핑된 유기물질 중 하나일 수 있다.
또한, 상기 유기전계 발광소자는, 상기 제1전극 상부에 형성되며, 상기 제1전극의 중앙부를 노출하고 상기 제1전극의 가장자리부를 덮는 뱅크층을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 발광층은, 상기 제1전극 상부에 순차적으로 형성되는 홀주입층, 홀수송층, 발광물질층, 전자수송층 및 전자주입층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 유기전계 발광소자는, 상기 제1기판과 상기 제1전극 사이에 형성되는 반사층을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 도전성 유기물질은 1.6 ~ 1.8 범위의 굴절률을 가질 수 있다.
한편, 본 발명은, 제1기판 상부에 제1전극을 형성하는 단계와; 상기 제1전극 상부에 발광층을 형성하는 단계와; 상기 발광층 상부에, 상기 제1전극보다 낮은 일함수 값을 갖는 제2전극을 형성하는 단계와; 상기 제2전극 상부에 도전성 유기물질로 이루어지는 캐핑층을 형성하는 단계와; 상기 캐핑층이 형성된 상기 제1기판에 제2기판을 합착하는 단계를 포함하는 유기전계 발광소자의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 발광층은 열증착법에 의하여 형성되고, 상기 캐핑층은 증착법 또는 코팅법에 의하여 형성될 수 있다.
그리고, 상기 유기전계 발광소자의 제조방법은, 상기 제1전극의 표면을 산소(O2) 플라즈마 또는 UV-오존(O3)으로 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 유기전계 발광소자 및 그 제조방법에서는, 음극으로 사용되는 제2전극 상부에 도전성 유기물질의 캐핑층을 형성함으로써, 제2전극의 전기적 특성 및 열적 안정성이 개선되고 이로 인하여 유기전계 발광소자의 수명을 증가시킬 수 있다.
또한, 음극으로 사용되는 제2전극 상부에 전반사를 방지하는 범위의 굴절률을 갖는 도전성 유기물질의 캐핑층을 형성함으로써, 유기전계 발광소자의 발광효율을 개선할 수 있다.
도 1은 종래의 유기전계 발광소자의 단면도.
도 2는 종래의 유기전계 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램(energy band diagram)을 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 상부발광 방식의 유기전계 발광소자의 단면도.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 하부발광 방식의 유기전계 발광소자의 단면도.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 각각 본 발명의 제1 및 제2실시예에 따른 유기전계 발광소자의 발광효율, 전류밀도 및 세기(intensity)를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자를 포함하는 유기전계발광 표시장치의 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 상부발광 방식의 유기전계 발광소자의 단면도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 상부발광 방식의 유기전계 발광소자(110)는, 제1기판(120)과, 제1기판(120) 상부에 형성되는 제1전극(130)과, 제1전극(130) 상부에 형성되는 발광층(140)과, 발광층(140) 상부에 형성되는 제2전극(150)과, 제2전극(150) 상부에 형성되는 캐핑층(capping layer)(160)과, 캐핑층(160) 상부에 배치되는 제2기판(170)을 포함한다.
구체적으로, 유리 또는 플라스틱으로 이루어지는 제1기판(120) 상부에, 상대적으로 큰 반사율을 갖는 물질과 상대적으로 큰 일함수 값을 갖는 투명도전성 물질을 순차적으로 증착하고 패터닝하여 반사층(134) 및 제1전극(130)을 형성한다.
예를 들어, 반사층(134)은 알루미늄(Al) 등의 물질을 이용하여 형성될 수 있으며, 제1전극(130)은 ITO(indium-tin-oxide) 또는 IZO(indium-zinc-oxide) 등의 물질을 이용하여 약 100nm ~ 400nm 범위의 두께로 형성될 수 있다.
제1전극(130) 형성 후, 제1전극(130) 표면을 산소(O2) 플라즈마 또는 UV-오존(O3) 등으로 처리할 수 있다.
제1실시예에서는, 제1전극(130) 방향으로 출사된 발광물질층(145)의 빛을 제2전극(150) 방향으로 반사시키기 위하여 제1전극(130) 하부에 반사층(134)을 형성하는데, 다른 실시예에서는 상대적으로 높은 반사율을 갖는 도전성 물질을 이용하여 제1전극(130)을 단일층으로 형성함으로써, 반사층(134)을 생략할 수도 있다.
그리고, 제1전극(130) 상부에, 절연물질을 증착하고 패터닝하여 제1전극(130)의 중앙부를 노출하고 가장자리부를 덮는 뱅크층(132)을 형성한다.
뱅크층(132)은 제1전극(130)을 영역별로 분리하고, 다른 도전배선과의 단락을 방지하기 위하여 형성하는데, 뱅크층(132)이 제1전극(130)의 가장자리부를 덮도록 함으로써, 제1전극(130)의 가장자리부의 들뜸(peeling)과 같은 불량을 방지할 수도 있다.
그리고, 뱅크층(132)을 통하여 노출된 제1전극(130) 상부에, 열증착(thermal evaporation)법 등을 통하여 홀주입층(hole injection layer: HIL)(141), 홀수송층(hole transport layer: HTL)(143), 발광물질층(emitting material layer: EML)(145), 전자수송층(electron transport layer: ETL)(147) 및 전자주입층(electron injection layer: EIL)(149)을 순차적으로 증착하여 발광층(140)을 형성한다.
예를 들어, 홀주입층(141)은 약 10nm ~ 약 50nm 범위의 두께로 형성할 수 있으며, 홀수송층(143)은 NPD(4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl]) 등의 물질을 이용하여 약 30nm ~ 약 60nm 범위의 두께로 형성될 수 있다.
발광물질층(145)은 유기물질을 이용하여 약 5nm ~ 약 100nm 범위의 두께로 형성할 수 있으며, 필요에 따라 도펀트(dopant)를 첨가할 수 있다.
전자수송층(147)은 Alq3(tris(8-hydroxyquinoline) aluminum) 등의 물질을 이용하여 약 20nm ~ 약 40nm 범위의 두께로 형성할 수 있으며, 전자주입층(149)은 LiF 또는 Li2O 등의 물질을 이용하여 약 0.5nm ~ 약 1nm 범위의 두께로 형성되거나 Li, Ca, Mg, Sm 등과 같은 알카리 금속 또는 알카리 토금속을 이용하여 약 10nm ~ 약 20nm 범위의 두께로 형성될 수 있다.
그리고, 발광층(140) 상부에, 상대적으로 작은 일함수 값을 갖는 금속물질을 증착하여 제2전극(150)을 형성한다.
예를 들어, 제2전극(150)은, Mg:Ag, Ca:Ag, Ca, Al:Li 등의 물질을 이용하여 약 1nm ~ 약 5nm 범위의 두께로 형성될 수 있다.
그리고, 제2전극(150) 상부에, 제2전극(150) 표면에서의 전반사를 방지할 수 있는 굴절률을 갖는 도전성 유기물질을 증착 또는 코팅하여 캐핑층(160)을 형성한다.
예를 들어, 캐핑층(160)은, 약 1.6 ~ 약 1.8 범위의 굴절률을 가지며 도전성 무기물이 도핑된 유기물질 또는 금속착화물이 도핑된 유기물질을 이용하여 약 10nm ~ 약 100nm 범위의 두께로 형성될 수 있다.
구체적으로, 도전성 유기물질은, P형 도펀트 또는 N형 도펀트가 도핑된 유기물질, 금속이 도핑된 유기물질 및 Liq(lithium-quinolate)가 도핑된 유기물질 중 하나일 수 있다.
그리고, 접합제를 이용하여 제2기판(170)을 캐핑층(160)이 형성된 제1기판(120)에 합착한다.
여기서, 접합제는 광경화성 수지 또는 열경화성 수지일 수 있으며, 합착된 제1 및 제2기판(120, 170) 사이의 이격공간(165)은 공기, 질소 또는 접합제로 채워질 수 있다.
또한, 이격공간(165)에 흡습제를 배치함으로써, 대기중의 수분 또는 산소(O2) 등으로부터 유기전계 발광소자(110)를 보호할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 제1실시예에 따른 상부발광 방식의 유기전계 발광소자(110)에서는, 제1전극(130)이 제2전극(150)보다 낮은 페르미 준위(Fermi level), 즉 큰 일함수(work function) 값을 갖도록 형성되어, 제1 및 제2전극(130, 150)이 각각 양극(anode) 및 음극(cathode)으로 동작한다.
따라서, 제1 및 제2전극(130, 150)은 각각 발광층(140)에 홀(hole) 및 전자(electron)를 공급하고, 제1 및 제2전극(130, 150)으로부터 각각 공급된 홀 및 전자는, 발광물질층(145)에서 서로 결합하여 빛을 생성한다.
발광물질층(145)에서 생성된 빛은 제1 및 제2전극(130, 150) 방향으로 전달되는데, 제1전극(130) 방향으로 전달된 빛은 제1전극(130) 하부의 반사층(134)에서 반사되어 다시 제2전극(150) 방향으로 전달된다.
따라서, 발광물질층(145)에서 생성된 빛은 제2전극(150)을 통하여 유기전계 발광소자(110)로부터 출사된다.
여기서, 발광물질층(145)에서 생성된 빛을 투과시킬 수 있도록, 제2전극(150)은 금속물질을 상대적으로 얇은 두께, 예를 들어 약 1nm ~ 약 5nm 범위의 두께로 형성하는데, 그 결과 제2전극(150)과 제2전극(150)에 연결된 공통배선(미도시)은 그 자체만으로는 상대적으로 높은 저항을 갖게 된다.
이러한 높은 저항에 의한 제2전극(150) 및 공통배선의 전기적 특성 및 열적 안정성 저하될 수 있는데, 본 발명의 제1실시예에 따른 유기전계 발광소자(110)에서는 제2전극(150) 상부에 도전성 유기물질의 캐핑층(160)이 형성되어 있으므로, 제2전극(150) 및 공통배선의 저항이 감소된다.
따라서, 제2전극(150) 및 공통배선의 단락, 산화, 뭉침 등의 불량이 방지되어 전기적 특성 및 열적 안정성이 개선되며, 유기전계 발광소자(110)의 신뢰성 및 수명이 개선된다.
또한, 발광물질층(145)에서 생성된 빛은 제2전극(150)의 상부 표면에서 전반사되어 유기전계 발광소자(110)의 발광효율이 감소될 수 있는데, 본 발명의 제1실시예에 따른 유기전계 발광소자(110)에서는 제2전극(150) 상부에 전반사를 방지할 수 있는 굴절률, 예를 들어 약 1.6 ~ 약 1.8 범위의 굴절률을 갖는 도전성 유기물질의 캐핑층(160)이 형성되어 있으므로, 제2전극(150)의 상부 표면에서의 전반사가 방지되며, 유기전계 발광소자(110)의 발광효율이 개선된다.
한편, 도전성 유기물질의 캐핑층은 하부발광 방식의 유기전계 발광소자에도 적용할 수 있는데, 이를 도면을 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 하부발광 방식의 유기전계 발광소자의 단면도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 하부발광 방식의 유기전계 발광소자(210)는, 제1기판(220)과, 제1기판(220) 상부에 형성되는 제1전극(230)과, 제1전극(230) 상부에 형성되는 발광층(240)과, 발광층(240) 상부에 형성되는 제2전극(250)과, 제2전극(250) 상부에 형성되는 캐핑층(capping layer)(260)과, 캐핑층(260) 상부에 배치되는 제2기판(270)을 포함한다.
구체적으로, 유리 또는 플라스틱으로 이루어지는 제1기판(220) 상부에, 상대적으로 큰 일함수 값을 갖는 투명도전성 물질을 증착하고 패터닝하여 제1전극(230)을 형성한다.
예를 들어, 제1전극(230)은 ITO(indium-tin-oxide) 또는 IZO(indium-zinc-oxide) 등의 물질을 이용하여 약 100nm ~ 400nm 범위의 두께로 형성될 수 있다.
제1전극(230) 형성 후, 제1전극(230) 표면을 산소(O2) 플라즈마 또는 UV-오존(O3) 등으로 처리할 수 있다.
그리고, 제1전극(230) 상부에, 절연물질을 증착하고 패터닝하여 제1전극(230)의 중앙부를 노출하고 가장자리부를 덮는 뱅크층(232)을 형성한다.
뱅크층(232)은 제1전극(230)을 영역별로 분리하고, 다른 도전배선과의 단락을 방지하기 위하여 형성하는데, 뱅크층(232)이 제1전극(230)의 가장자리부를 덮도록 함으로써, 제1전극(230)의 가장자리부의 들뜸(peeling)과 같은 불량을 방지할 수도 있다.
그리고, 뱅크층(232)을 통하여 노출된 제1전극(230) 상부에, 열증착(thermal evaporation)법 등을 통하여 홀주입층(hole injection layer: HIL)(241), 홀수송층(hole transport layer: HTL)(243), 발광물질층(emitting material layer: EML)(245), 전자수송층(electron transport layer: ETL)(247) 및 전자주입층(electron injection layer: EIL)(249)을 순차적으로 증착하여 발광층(240)을 형성한다.
예를 들어, 홀주입층(241)은 약 10nm ~ 약 50nm 범위의 두께로 형성할 수 있으며, 홀수송층(243)은 NPD(4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl]) 등의 물질을 이용하여 약 30nm ~ 약 60nm 범위의 두께로 형성될 수 있다.
발광물질층(245)은 약 5nm ~ 약 100nm 범위의 두께로 형성할 수 있으며, 필요에 따라 도펀트(dopant)를 첨가할 수 있다.
전자수송층(247)은 Alq3(tris(8-hydroxyquinoline) aluminum) 등의 물질을 이용하여 약 20nm ~ 약 40nm 범위의 두께로 형성할 수 있으며, 전자주입층(249)은 LiF 또는 Li2O 등의 물질을 이용하여 약 0.5nm ~ 약 1nm 범위의 두께로 형성하거나 Li, Ca, Mg, Sm 등과 같은 알카리 금속 또는 알카리 토금속을 이용하여 약 10nm ~ 약 20nm 범위의 두께로 형성될 수 있다.
그리고, 발광층(240) 상부에, 상대적으로 높은 반사율과 상대적으로 작은 일함수 값을 갖는 금속물질을 증착하여 제2전극(250)을 형성한다.
예를 들어, 제2전극(250)은, Mg:Ag, Ca:Ag, Ca, Al:Li 등의 물질을 이용하여 약 10nm ~ 약 20nm 범위의 두께로 형성될 수 있다.
그리고, 제2전극(250) 상부에, 도전성 유기물질을 증착 또는 코팅하여 캐핑층(260)을 형성한다.
예를 들어, 캐핑층(260)은, 도전성 무기물이 도핑된 유기물질 또는 금속착화물이 도핑된 유기물질을 이용하여 약 10nm ~ 약 100nm 범위의 두께로 형성될 수 있다.
구체적으로, 도전성 유기물질은, P형 도펀트 또는 N형 도펀트가 도핑된 유기물질, 금속이 도핑된 유기물질 및 Liq(lithium-quinolate)가 도핑된 유기물질 중 하나일 수 있다.
그리고, 접합제를 이용하여 제2기판(270)을 캐핑층(260)이 형성된 제1기판(220)에 합착한다.
여기서, 접합제는 광경화성 수지 또는 열경화성 수지일 수 있으며, 합착된 제1 및 제2기판(220, 270) 사이의 이격공간(265)은 공기, 질소 또는 접합제로 채워질 수 있다.
또한, 이격공간(265)에 흡습제를 배치함으로써, 대기중의 수분 또는 산소(O2) 등으로부터 유기전계 발광소자(210)를 보호할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 제2실시예에 따른 하부발광 방식의 유기전계 발광소자(210)에서는, 제1전극(230)이 제2전극(250)보다 낮은 페르미 준위(Fermi level), 즉 큰 일함수(work function) 값을 갖도록 형성되어, 제1 및 제2전극(230, 250)이 각각 양극(anode) 및 음극(cathode)으로 동작한다.
따라서, 제1 및 제2전극(230, 250)은 각각 발광층(240)에 홀(hole) 및 전자(electron)를 공급하고, 제1 및 제2전극(230, 250)으로부터 각각 공급된 홀 및 전자는, 발광물질층(245)에서 서로 결합하여 빛을 생성한다.
발광물질층(245)에서 생성된 빛은 제1 및 제2전극(230, 250) 방향으로 전달되는데, 제2전극(250) 방향으로 전달된 빛은 제2전극(250)에서 반사되어 다시 제1전극(230) 방향으로 전달된다.
따라서, 발광물질층(245)에서 생성된 빛은 제1전극(230)을 통하여 유기전계 발광소자(210)로부터 출사된다.
여기서, 제2전극(250) 과 제2전극(250)에 연결된 공통배선(미도시)은 금속물질을 이용하여 약 10nm ~ 약 20nm 범위의 두께로 형성되는데, 제2전극(250) 및 공통배선 상부에 도전성 유기물질의 캐핑층(260)을 형성함으로써, 제2전극(250) 및 공통배선의 저항을 더 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 제2전극(250) 및 공통배선의 단락, 산화, 뭉침 등의 불량이 방지되어 전기적 특성 및 열적 안정성이 개선되고, 유기전계 발광소자(210)의 신뢰성 및 수명이 개선된다.
이러한 유기전계 발광소자의 발광효율, 전기적 특성 및 수명에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 각각 본 발명의 제1 및 제2실시예에 따른 유기전계 발광소자의 발광효율, 전류밀도 및 세기(intensity)를 나타내는 도면이다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자를 비교예에 따른 유기전계 발광소자와 비교하였으며, 실시예와 비교예에 따른 유기전계 발광소자의 단면 구성은 다음과 같다.
실시예: 제1전극(ITO)/홀주입층/홀수송층/발광물질층/전자수송층/전자주입층/제2전극(Mg:Ag)/캐핑층(도전성유기물)
비교예: 제1전극(ITO)/홀주입층/홀수송층/발광물질층/전자수송층/전자주입층/제2전극(Mg:Ag)/캐핑층(비도전성유기물)CPL
도 5a에 도시한 바와 같이, 인가된 구동전압에 비례하여 유기전계 발광소자가 생성할 수 있는 이상적인 조도에 대한 발광효율 특성은, 특정 조도 이상에서 실시예에 따른 유기전계 발광소자가 비교예에 따른 유기전계 발광소자보다 양호하다는 것을 알 수 있다.
그리고, 도 5b에 도시한 바와 같이, 인가된 구동전압에 대한 전류밀도 특성은, 실시예에 따른 유기전계 발광소자가 비교예에 따른 유기전계 발광소자와 유사하다는 것을 알 수 있다.
또한, 도 5c에 도시한 바와 같이, 동작 시간에 대한 빛의 세기(intensity) 저감특성은, 실시예에 따른 유기전계 발광소자가 비교예에 따른 유기전계 발광소자보다 양호하다는 것을 알 수 있다.
즉, 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 세기보다 비교예에 따른 유기전계 발광소자의 세기가 더 빨리 감소하며, 이것은 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 수명이 비교예에 따른 유기전계 발광소자의 수명보다 길다는 것을 의미한다.
예를 들어, 최초 세기의 95%로 감소되는데 걸리는 시간을 비교해보면, 실시예에 따른 유기전계 발광소자가 약 165시간인 반면, 비교예에 따른 유기전계 발광소자는 약 115시간이므로, 약 30% 이상의 수명 증가 효과를 나타낸다.
실시예 및 비교예에 따른 유기전계 발광소자의 구동전압, 발광효율, 색좌표 값 및 수명에 대한 결과를 표 1에 정리하였다.
구동전압(V) 효율(cd/A) EQE(%) CIE_x CIE_y 수명(T95)
실시예 4.2 5.4 8.6 0.133 0.076 165
비교예 4.2 5.2 8.4 0.134 0.074 115
표 1에서, 실시예에 따른 유기전계 발광소자는, 색특성에 있어서는 비교예에 따른 유기전계 발광소자와 유사한 반면, 발광효율 및 수명 특성에 있어서는 비교예에 따른 유기전계 발광소자보다 개선되었음을 알 수 있다.
즉, 본 발명의 제1 및 제2실시예에 따른 유기전계 발광소자 및 그 제조방법에서는, 도전성 유기물질의 캐핑층을 제2전극 상부에 형성함으로써, 제2전극 및 제2전극에 연결된 공통배선의 저항이 감소되고 그에 따른 전기적 특성 및 열적 안정성이 개선되며, 그 결과 유기전계 발광소자의 신뢰성, 발광효율 및 수명이 개선된다.
이러한 유기전계 발광소자를 포함하는 유기전계발광 표시장치에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자를 포함하는 유기전계발광 표시장치의 단면도이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 유기전계발광 표시장치(300)는, 제1기판(320)과, 제1기판(320) 상부의 각 화소영역의 박막트랜지스터(T) 및 유기전계 발광소자(310)와, 제1기판(320)과 마주보며 이격된 제2기판(370)을 포함한다.
제1 및 제2기판(320, 370)은 유리 또는 플라스틱과 같은 투명한 재질로 이루어질 수 있다.
그리고, 제1기판(320) 상부(내면)에는 액티브층(311)이 형성되고, 액티브층(311) 상부에는 게이트절연층(312)이 형성되고, 액티브층(311)에 대응되는 게이트절연층(312) 상부에는 게이트전극(313)이 형성되고, 게이트전극(313) 상부에는 층간절연층(314)이 형성되고, 층간절연층(314) 상부에는 액티브층(311)에 연결되는 소스전극(315) 및 드레인전극(316)이 형성되며, 액티브층(311), 게이트전극(313), 소스전극(315) 및 드레인전극(316)은 박막트랜지스터(T)를 구성한다.
도시하지는 않았지만, 게이트절연층(312) 상부에는 게이트전극(313)과 동일층, 동일물질로 이루어지는 게이트배선이 형성되고, 층간절연층(314) 상부에는 소스전극(315) 및 드레인전극(316)과 동일층, 동일물질로 이루어지는 데이터배선이 형성될 수 있으며, 게이트배선 및 데이터배선의 교차에 의하여 화소영역이 정의되고, 각 화소영역의 박막트랜지스터(T)는 게이트배선 및 데이터배선에 연결될 수 있다.
그리고, 소스전극(315) 및 드레인전극(316) 상부에는 박막트랜지스터(T)를 덮는 보호층(317)이 형성되고, 보호층(317) 상부에는 드레인전극(316)에 연결되는 제1전극(330)이 형성된다.
제1전극(330) 상부에는 제1전극(330)의 가장자리를 덮으며 제1전극(330)을 노출하는 뱅크층(332)이 형성되고, 노출된 제1전극(330) 및 뱅크층(332) 상부에는 발광층(340)이 형성된다.
또한, 발광층(340) 상부에는 제2전극(350)이 형성되며, 제2전극(350) 상부에는 도전성 유기물질의 캐핑층(360)이 형성되며, 제1전극(330), 발광층(340), 제2전극(350) 및 캐핑층(360)은 유기전계 발광소자(310)를 구성한다.
여기서, 다수의 화소영역에 형성된 발광층(340), 제2전극(350) 및 캐핑층(360) 각각은 하나로 연결된 일체형으로 구성될 수 있으며, 특히 제2전극(350)은 공통배선(미도시)을 통하여 외부로부터 공통전압을 인가 받을 수 있는데, 이때 캐핑층(360)은 공통배선 상부에도 형성된다.
그리고, 제2기판(370)은 접합제에 의하여 캐핑층(360)이 형성된 제1기판(320)에 합착되며, 합착된 제1 및 제2기판(320, 370) 사이에는 이격공간(365)이 정의될 수 있다.
이격공간(365)은 공기, 질소 또는 접합제로 채워질 수 있으며, 이격공간(365) 내에 흡습제를 배치하여 대기중의 수분 또는 산소(O2) 등으로부터 유기전계 발광소자(310)를 보호할 수 있다.
이러한 유기전계발광 표시장치(300)에서는, 도전성 유기물질의 캐핑층(360)이 제2전극(350) 및 공통배선 상부에 형성되므로, 제2전극(350) 및 공통배선의 저항이 감소되고 그에 따른 전기적 특성 및 열적 안정성이 개선되며, 그 결과 유기전계 발광소자(310) 및 유기전계발광 표시장치(300)의 신뢰성, 발광효율 및 수명이 개선된다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
110, 210: 유기전계 발광소자 120, 220: 제1기판
130, 230: 제1전극 140, 240: 발광층
150, 250: 제2전극 160, 260: 캐핑층
170, 270: 제2기판

Claims (10)

  1. 제1기판과;
    상기 제1기판에 형성되는 제1전극과;
    상기 제1전극 상부에 형성되는 발광층과;
    상기 발광층 상부에 형성되며, 상기 제1전극보다 낮은 일함수 값을 갖는 제2전극과;
    상기 제2전극 상부에 형성되며 도전성 유기물질로 이루어지는 캐핑층과;
    상기 캐핑층 상부에 배치되어 상기 제1기판에 합착되는 제2기판
    을 포함하는 유기전계 발광소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 유기물질은, 도전성 무기물이 도핑된 유기물질 또는 금속착화물이 도핑된 유기물질인 유기전계 발광소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 도전성 유기물질은, P형 도펀트 또는 N형 도펀트가 도핑된 유기물질, 금속이 도핑된 유기물질 및 Liq(lithium-quinolate)가 도핑된 유기물질 중 하나인 유기전계 발광소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1전극 상부에 형성되며, 상기 제1전극의 중앙부를 노출하고 상기 제1전극의 가장자리부를 덮는 뱅크층을 더 포함하는 유기전계 발광소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광층은, 상기 제1전극 상부에 순차적으로 형성되는 홀주입층, 홀수송층, 발광물질층, 전자수송층 및 전자주입층을 포함하는 유기전계 발광소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1기판과 상기 제1전극 사이에 형성되는 반사층을 더 포함하는 유기전계 발광소자.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 도전성 유기물질은 1.6 ~ 1.8 범위의 굴절률을 갖는 유기전계 발광소자.
  8. 제1기판 상부에 제1전극을 형성하는 단계와;
    상기 제1전극 상부에 발광층을 형성하는 단계와;
    상기 발광층 상부에, 상기 제1전극보다 낮은 일함수 값을 갖는 제2전극을 형성하는 단계와;
    상기 제2전극 상부에 도전성 유기물질로 이루어지는 캐핑층을 형성하는 단계와;
    상기 캐핑층이 형성된 상기 제1기판에 제2기판을 합착하는 단계
    를 포함하는 유기전계 발광소자의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 발광층은 열증착법에 의하여 형성되고, 상기 캐핑층은 증착법 또는 코팅법에 의하여 형성되는 유기전계 발광소자의 제조방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1전극의 표면을 산소(O2) 플라즈마 또는 UV-오존(O3)으로 처리하는 단계를 더 포함하는 유기전계 발광소자의 제조방법.
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