KR20110056713A - 유기전계발광소자의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제 1 기판 상에 제 1 전극을 형성하는 단계, 상기 제 1 기판과 대향하는 제 2 기판 상에 발열소자를 형성하는 단계, 상기 발열소자가 형성된 제 2 기판 상에 유기발광물질패턴과 정공수송물질패턴을 순차적으로 형성하는 단계, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판을 얼라인 및 합착한 후, 상기 제 2 기판의 상기 발열소자에 전원을 인가하여 상기 정공수송물질패턴과 상기 유기발광물질패턴을 전사시켜, 정공수송층, 정공수송물질과 유기발광물질이 농도 구배를 갖는 혼합층 및 유기발광층을 동시에 형성하는 단계 및 상기 정공수송층, 혼합층 및 유기발광층이 형성된 제 1 기판 상에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 유기전계발광소자의 제조방법에 관한 것이다.
유기전계발광소자
Description
본 발명은 유기전계발광소자의 제조방법에 관한 것이다.
최근, 평판표시장치(FPD: Flat Panel Display)는 멀티미디어의 발달과 함께 그 중요성이 증대되고 있다. 이에 부응하여 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display: LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel: PDP), 전계방출표시장치(Field Emission Display: FED), 유기전계발광소자(Organic Light Emitting Device) 등과 같은 여러 가지의 평면형 디스플레이가 실용화되고 있다.
특히, 유기전계발광소자는 응답속도가 1ms 이하로서 고속의 응답속도를 가지며, 소비 전력이 낮고 자체 발광이다. 또한, 시야각에 문제가 없어서 장치의 크기에 상관없이 동화상 표시 매체로서 장점이 있다. 또한, 저온 제작이 가능하고, 기존의 반도체 공정 기술을 바탕으로 제조 공정이 간단하므로 향후 차세대 평판 표시 장치로 주목받고 있다.
유기전계발광소자는 양극과 음극 사이에 발광층을 포함하고 있어 양극으로부터 공급받는 정공과 음극으로부터 받은 전자가 발광층 내에서 결합하여 정공-전자쌍인 여기자(exciton)를 형성하고 다시 여기자가 바닥상태로 돌아오면서 발생하는 에너지에 의해 발광하게 된다.
그러나, 상기와 같은 유기전계발광소자는 사용되는 재료나 적층구조 등에 따라 소자의 수명 및 효율에 큰 영향을 미친다. 따라서, 보다 우수한 수명 및 효율을 갖는 유기전계발광소자를 개발하기 위한 연구가 계속 진행 중에 있다.
본 발명은 유기전계발광소자에 관한 것으로, 보다 자세하게는 비교적 간단한 공정으로 정공수송물질과 발광물질이 농도 구배를 갖는 혼합층을 형성하여, 보다 우수한 수명 및 효율을 갖는 유기전계발광소자를 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기전계발광소자의 제조방법은 제 1 기판 상에 제 1 전극을 형성하는 단계, 상기 제 1 기판과 대향하는 제 2 기판 상에 발열소자를 형성하는 단계, 상기 발열소자가 형성된 제 2 기판 상에 유기발광물질패턴과 정공수송물질패턴을 순차적으로 형성하는 단계, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판을 얼라인 및 합착한 후, 상기 제 2 기판의 상기 발열소자에 전원을 인가하여 상기 정공수송물질패턴과 상기 유기발광물질패턴을 전사시켜, 정공수송층, 정공수송물질과 유기발광물질이 농도 구배를 갖는 혼합층 및 유기발광층을 동시에 형성하는 단계 및 상기 정공수송층, 혼합층 및 유기발광층이 형성된 제 1 기판 상에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 혼합층은 상기 유기발광층에 근접할수록 상기 정공수송물질의 농도가 감소하는 구배를 이룰 수 있다.
상기 혼합층은 상기 유기발광층에 근접할수록 상기 유기발광물질의 농도가 증가하는 구배를 이룰 수 있다.
상기 혼합층은 상기 정공수송물질과 상기 발광물질이 서로 반비례하는 농도 구배를 이룰 수 있다.
상기 유기발광층의 두께는 5 내지 150nm일 수 있다.
상기 혼합층의 두께는 상기 발광층의 두께 대비 1 내지 30%일 수 있다.
상기 정공수송층, 혼합층 및 유기발광층을 형성하기 전에, 상기 제 1 전극 상에 정공주입층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 정공수송층, 혼합층 및 유기발광층을 형성한 후에, 상기 유기발광층 상에 전자수송층 및 전자주입층을 순차적으로 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제 2 기판 상에 정공수송물질패턴 및 상기 유기발광물질패턴을 형성하기 전에, 상기 제 2 기판 상에 절연막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 발열소자는 Ag, Au, Al, Cu, Mo, Pt, Ti, W 및 Ta로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명은 전사 공정을 이용하여 정공수송층, 혼합층 및 유기발광층을 형성함으로써, 제조 공정 중의 혼색 현상을 방지할 수 있을 뿐 아니라 물질의 형성위치를 정밀하게 제어할 수 있다.
또한, 전원인가에 의한 한번의 공정으로 정공수송층, 혼합층 및 유기발광층을 동시에 형성할 수 있기 때문에 레이저 열 전사법과 같이 순차적으로 스캔함으로써 낭비되는 시간을 절약할 수 있어 제조공정이 간단해 지고 공정시간을 현저히 감 축시킬 수 있는 이점이 있다.
그리고, 정공수송층과 발광층 사이에 정공수송물질과 발광물질이 농도 구배를 이루는 혼합층을 형성함으로써, 유기전계발광소자의 수명을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예들을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 유기전계발광소자를 나타낸 도면이고, 도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 유기전계발광소자의 제조방법을 공정별로 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 혼합층의 전자수송물질과 발광물질의 농도 구배를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 유기전계발광소자의 밴드 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 유기전계발광소자(100)는 제 1 기판(110), 상기 제 1 기판(110) 상에 위치하는 제 1 전극(120), 상기 제 1 전극(120)의 가장자리를 덮으며 제 1 전극(120)을 노출시키는 뱅크층(125), 상기 제 1 전극(120) 상에 위치하는 정공수송층(131), 상기 정공수송층(131) 상에 위치하는 유기발광층(133) 및 상기 유기발광층(133) 상에 위치하는 제 2 전극(140)을 포함하며, 상기 정공수송층(131)과 상기 발광층(133) 사이에 위치하며, 정공수송물질과 발광물질이 농도 구배를 갖는 혼합층(132)을 포함할 수 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 유기전계발광소자(100)의 제조방법을 설명하면 하기와 같다.
도 2a를 참조하면, 제 1 기판(210) 상에 제 1 전극(220)을 형성한다. 제 1 기판(210)은 유리, 플라스틱 또는 금속으로 이루어질 수 있으며, 반도체층, 게이트 전극, 소오스 전극 및 드레인 전극으로 이루어진 박막 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 전극(220)은 애노드 전극일 수 있으며, 투명한 전극 또는 반사 전극일 수 있다. 제 1 전극(220)이 투명한 전극인 경우에 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 또는 ZnO(Zinc Oxide) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 또한, 제 1 전극(220)이 반사 전극일 경우에 ITO, IZO 또는 ZnO 중 어느 하나로 이루어진 층 하부에 알루미늄(Al), 은(Ag) 또는 니켈(Ni) 중 어느 하나로 이루어진 반사층을 더 포함할 수 있고, 이와 더불어, ITO, IZO 또는 ZnO 중 어느 하나로 이루어진 두 개의 층 사이에 상기 반사층을 포함할 수 있다.
제 1 전극(220)은 스퍼터링법(Sputtering), 증발법(Evaporation), 기상증착법(Vapor Phase Deposition) 또는 전자빔증착법(Electron Beam Deposition)을 사용하여 형성할 수 있다.
상기 제 1 전극(220) 상에 뱅크층(225)을 형성한다. 뱅크층(225)은 제 1 전극(220)의 가장자리부를 덮으며, 제 1 전극(220)을 노출시킬 수 있다.
도 2b를 참조하면, 투명한 유리 또는 플라스틱 재질로 이루어진 제 2 기판(230) 상에 발열소자(235)를 형성한다. 제 2 기판(230)의 크기는 제 1 기판(210) 과 동일하거나 클 수 있다. 그리고, 발열소자(235)는 예컨대, 전압인가에 의해 열을 발생할 수 있는 Ag, Au, Al, Cu, Mo, Pt, Ti, W 및 Ta로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
발열소자(235)는 CVD법(chemical vapor deposition), 스퍼터링법, 전자빔법(E-Beam) 및 전해/무전해 도금법 등 어느 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 발열소자(235)는 상기 금속 또는 합금을 전면 증착한 후, 전면 증착된 상기 금속 또는 합금을 포토리소그래피(Photolithograph) 공정과 습식식각(Wet Etching) 공정 또는 건식식각(Dry Etching)을 통해 패터닝함으로써 얻어진다. 발열소자(235)는 유기발광물질이 전사될 제 1 기판(210)의 화소 위치에 맞추어 형성된다. 제 2 기판(230) 상에 형성된 발열소자(235)의 폭은 제 1 기판(210)의 각 화소 폭과 이웃한 화소들 간을 구획하고 있는 뱅크층(225)의 폭을 합한 값보다 작거나 같을 수 있다. 발열소자(235)의 두께는 주울열을 발생시키는 저항성분을 고려하여 최대 1㎛ 이내로 함이 바람직하다.
그리고, 주울 열을 발생시키는 발열소자(235)가 산화되거나 또는 유기발광물질(EML)로 확산되는 것을 방지하기 위해, 발열소자(235) 상에 절연막(238)이 더 포함될 수 있다. 절연막(238)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 산화질화막으로 선택되어 CVD 공정 또는 스퍼터링 공정을 통해 발열소자(235) 상에 전면 증착될 수 있다. 또한, 절연막(238)은 SOG(Spin-On-Glass)와 같은 물질로 선택되어 스핀 코팅 후 열처리 공정을 통해 발열소자(235) 상에 전면 증착될 수도 있다. 하기에서 는 절연막(238)이 형성되지 않은 제 2 기판(230)을 예로 설명한다.
도 2c를 참조하면, 다음, 발열소자(235)가 형성된 제 2 기판(230) 상에 열 증착(thermal evaporation) 등의 공정으로 유기발광물질정공수송물질과 유기발광물질이 전면 증착한 후, 제 1 기판(210)의 화소가 형성될 위치에 대응하는 발열소자(235)의 상부에 유기발광물질패턴(241)과 정공수송물질패턴(242)이 순차적으로 형성되어 제 2 기판(230)이 형성된다.
이때, 정공수송물질패턴(242)은 NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenyl benzidine), TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine), s-TAD 및 MTDATA(4,4',4"-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
그리고, 유기발광물질패턴(241)은 적색, 녹색 및 청색을 발광하는 물질로 이루어질 수 있으며, 인광 또는 형광물질을 이용하여 형성할 수 있다.
유기발광물질패턴(241)이 적색을 발광하는 물질인 경우, CBP(carbazole biphenyl) 또는 mCP(1,3-bis(carbazol-9-yl)를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, PIQIr(acac)(bis(1-phenylisoquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(acac)(bis(1-phenylquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(tris(1-phenylquinoline)iridium) 및 PtOEP(octaethylporphyrin platinum)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 도펀트를 포함하는 인광물질로 이루어질 수 있고, 이와는 달리 PBD:Eu(DBM)3(Phen) 또는 Perylene을 포함하는 형광물질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 유기발광물질패턴(241)이 녹색을 발광하는 물질인 경우, CBP 또는 mCP를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, Ir(ppy)3(fac tris(2-phenylpyridine)iridium)을 포함하는 도펀트 물질을 포함하는 인광물질로 이루어질 수 있고, 이와는 달리, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum)을 포함하는 형광물질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한, 유기발광물질패턴(241)이 청색을 발광하는 물질인 경우, CBP 또는 mCP를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, (4,6-F2ppy)2Irpic을 포함하는 도펀트 물질을 포함하는 인광물질로 이루어질 수 있고, 이와는 달리, spiro-DPVBi, spiro-6P, 디스틸벤젠(DSB), 디스트릴아릴렌(DSA), PFO계 고분자 및 PPV계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 형광물질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
다음, 도 2d를 참조하면, 제 1 전극(220)이 형성된 제 1 기판(210)과 유기발광물질패턴(241) 및 정공수송물질패턴(242)이 형성된 제 2 기판(100)을 얼라인 및 합착한다. 이러한 얼라인 및 합착 과정은 수분/산소로부터 물질패턴을 보호하기 위해, 진공 또는 불활성기체(Ar, N2 등) 분위기 하에서 이루어진다. 합착은 기계적 가압에 의해 이루어질 수도 있다.
이어, 도 2e를 참조하면, 얼라인 및 합착 과정이 완료된 제 2 기판(230)의 발열소자(235)에 외부로부터 전원(V)이 인가된다. 전원(V) 인가에 의해, 발열소자(235)는 주울열을 발생하여 그 상부에 형성된 유기발광물질패턴(241) 및 정공수 송물질패턴(242)의 물질들을 승화시킨다. 그 결과, 제 2 기판(230) 상의 유기발광물질패턴(241) 및 정공수송물질패턴(242)이 제 1 기판(210)의 화소 영역에 전사되어 정공수송층(251), 혼합층(252) 및 유기발광층(253)이 형성된다.
보다 자세하게는, 제 2 기판(230)에 제 1 기판(210)과 가까운 순서대로 정공수송물질패턴(242)이 승화되어 제 1 기판(210) 상에 전사되고, 정공수송물질패턴(242)과 유기발광물질패턴(241)이 서로 인접한 영역에서는 정공수송물질과 유기발광물질이 동시에 승화된다. 이 때, 정공수송물질패턴(242)이 제 1 기판(210)에 더 인접하기 때문에 정공수송물질이 더 많이 전사되고, 유기발광물질은 서서히 전사된다. 그리고, 정공수송물질패턴(242)이 대부분 전사되었을 때에는 유기발광물질패턴(241)이 승화되는 것이 활발해져 유기발광물질의 전사가 증가되게 된다. 따라서, 최종적으로 제 1 기판(210)에는 정공수송물질이 전사된 정공수송층(251)이 형성되고, 정공수송층(251) 상에는 정공수송물질과 유기발광물질이 농도 구배를 갖는 혼합층(252)이 형성되고, 마지막으로 유기발광물질이 전사된 유기발광층(253)이 형성된다.
이때, 제 1 기판(210)과 제 2 기판(230)은 뱅크층(225)을 사이에 두고 거의 밀착되어 있으므로, 전사 위치가 다른 화소영역으로 빗나가거나 퍼짐으로써 발생되는 혼색 현상을 방지할 수 있을 뿐 아니라 물질의 형성위치를 정밀하게 제어할 수 있다. 또한, 전원인가에 의한 한번의 공정으로 정공수송층(251)과 유기발광층(253)을 동시에 형성할 수 있기 때문에 레이저 열 전사법과 같이 순차적으로 스캔함으로써 낭비되는 시간을 절약할 수 있어 제조공정이 간단해 지고 공정시간을 현저히 감 축시킬 수 있는 이점이 있다.
이러한 유기재료들은 일반적으로 고온상태에서 장시간 노출시 재료의 변성 또는 그 화합결합이 끊어지게 된다. 따라서, 유기재료의 열 변성을 방지하기 위해, 발열소자(235)에 가해지는 전원의 인가 시간을 0.1 ㎲ ~ 1 s 로 함이 바람직하고, 발열소자(235)에 가해지는 전원의 파워 밀도를 0.1 W/㎝2 ~ 10000 W/㎝2 로 함이 바람직하다. 발열소자(235)에 가해지는 전원은 교류 전원 또는 직류 전원일 수 있으며, 단속적으로 여러 번 인가될 수 있다.
다음, 도 2f를 참조하면, 유기발광층(253)까지 형성된 제 1 기판(210)의 전면 상에 제 2 전극(260)을 형성하여 유기전계발광소자(200)를 제조한다. 제 2 전극(260)은 캐소드일 수 있으며, 일함수가 낮은 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 알루미늄(Al), 은(Ag) 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 여기서, 제 2 전극(260)은 유기전계발광소자가 전면 또는 양면발광구조일 경우, 빛을 투과할 수 있을 정도로 얇은 두께로 형성할 수 있으며, 유기전계발광소자가 배면발광구조일 경우, 빛을 반사시킬 수 있을 정도로 두껍게 형성할 수 있다.
한편, 도 3을 참조하면, 전술한 혼합층(252)은 정공수송층(251)과 유기발광층(252) 사이에 위치하여 제 1 전극(220)으로부터 주입된 정공의 주입을 용이하게 하는 역할을 할 수 있다.
혼합층(252)은 정공수송층(251)과의 계면 특성을 위해, 정공수송층(251)과 인접하는 영역으로부터 유기발광층(253)에 인접한 영역으로 갈수록 정공수송물질의 농도가 감소할 수 있다. 또한, 혼합층(252)은 유기발광층(253)과의 계면 특성을 위해, 정공수송층(251)과 인접하는 영역으로부터 유기발광층(253)에 인접한 영역으로 갈수록 발광물질의 농도가 증가할 수 있다.
그리고, 본 발명의 혼합층(252)은 정공수송층(251)에 인접한 영역에서 유기발광층(253)에 인접할수록 정공수송물질의 비율은 점점 감소하고, 이에 반비례적으로 유기발광물질의 비율은 점점 증가하는 농도 구배를 이룰 수 있다.
전술한 유기발광층(253)은 5 내지 150nm의 두께로 이루어질 수 있다. 이때, 혼합층(252)의 두께는 유기발광층(253)의 두께 대비 1 내지 30%로 이루어질 수 있다. 여기서, 혼합층(252)의 두께가 유기발광층(253)의 두께 대비 1% 이상이면, 정공수송층(251)과 유기발광층(253) 사이의 에너지 배리어를 낮춰 정공의 주입을 용이하게 함으로써, 소자의 효율 및 수명을 향상시킬 수 있고, 혼합층(252)의 두께가 유기발광층(253)의 두께 대비 30% 이하이면, 혼합층(252)의 두께가 너무 두꺼워져 구동전압이 상승되고 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
도 4를 참조하면, 정공수송층(251), 혼합층(252) 및 발광층(253)이 순차적으로 적층된 밴드 다이어그램이 도시되어 있다.
제 1 전극으로부터 주입된 정공(h)은 정공수송층(251)을 통해 혼합층(132)으로 주입되고 혼합층(132)에 주입된 정공(h)은 유기발광층(253)으로 주입된다. 그리고, 제 2 전극(260)으로부터 주입된 전자(e)는 유기발광층(253)으로 주입되어 유기발광층(253)에서 정공(h)과 전자(e)가 여기자를 형성하여 발광한다.
여기서, 정공수송층(251)과 유기발광층(253) 사이에 형성된 혼합층(252)은 정공주입층(251)과 유기발광층(253) 사이의 에너지 배리어를 감소시켜, 정공(h)이 유기발광층(253)으로 주입되는 것을 용이하게 하고, 이로 인해 유기발광층(253) 내의 발광영역이 유기발광층(253)의 중앙 부분에서 형성될 수 있도록 할 수 있다.
따라서, 발광영역이 유기발광층(253)의 중앙 부분에서 형성됨으로써, 유기전계발광소자의 효율 및 수명이 향상될 수 있는 이점이 있다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 유기전계발광소자를 나타낸 도면이고, 도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 유기전계발광소자의 제조방법을 공정별로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 유기전계발광소자의 제조방법을 설명하면 하기와 같다. 하기에서는 전술한 제 1 실시 예와 동일한 공정에 대해서는 그 설명을 간략히 하기로 한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 유기전계발광소자(300)는 제 1 기판(310), 상기 제 1 기판(310) 상에 위치하는 제 1 전극(320), 상기 제 1 전극(320)의 가장자리를 덮으며 제 1 전극(320)을 노출시키는 뱅크층(325), 상기 제 1 전극(320) 상에 위치하는 정공주입층(331), 상기 정공주입층(331) 상에 위치하는 정공수송층(332), 상기 정공수송층(332) 상에 위치하는 유기발광층(334) 및 상기 유기발광층(334) 상에 위치하는 전자수송층(335), 상기 전자수송층(335) 상에 위치하는 전자주입층(336) 및 상기 전자주입층(336) 상에 위치하는 제 2 전극(340)을 포함하며, 상기 정공수송층(332)과 상기 발광층(334) 사이에 위치하며, 정공수송물질과 발광물질이 농도 구배를 갖는 혼합층(333)을 포함할 수 있다.
본 발명의 제 2 실시 예에 따른 유기전계발광소자(300)는 제 1 전극(320)과 정공수송층(332) 사이에 정공주입층(331)이 더 구비되고, 유기발광층(334)과 제 2 전극(340) 사이에 전자수송층(335) 및 전자주입층(336)이 더 구비될 수 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 유기전계발광소자(300)의 제조방법을 설명하면 하기와 같다.
도 6a를 참조하면, 제 1 기판(410) 상에 제 1 전극(420)을 형성한다. 제 1 전극(420)은 애노드 전극일 수 있다. 그리고, 제 1 전극(420) 상에 뱅크층(425)을 형성한다. 뱅크층(425)은 제 1 전극(420)의 가장자리부를 덮으며, 제 1 전극(420)을 노출시킬 수 있다.
이어, 제 1 전극(420)을 포함하는 제 1 기판(410) 상에 정공주입층(431)을 형성한다. 정공주입층(431)은 제 1 전극(420)으로부터 유기발광층으로 정공의 주입을 원활하게 하는 역할을 할 수 있으며, CuPc(cupper phthalocyanine), PEDOT(poly(3,4)-ethylenedioxythiophene), PANI(polyaniline) 및 NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenyl benzidine)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 정공주입층(431)은 증발법 또는 스핀코팅법을 이용하여 형성할 수 있으며, 정공주입층(431)의 두께는 1 내지 150nm일 수 있다.
다음,도 6b를 참조하면, 제 1 기판(410) 상에 정공수송층(432), 혼합층(433) 및 유기발광층(434)을 형성한다. 본 제 2 실시 예에서는 전술한 제 1 실시 예와 동일한 전사 공정을 통해 정공수송층(432), 혼합층(433) 및 유기발광층(434)을 형성 한 것으로 중복되는 설명을 생략한다.
이어, 도 6c를 참조하면, 유기발광층(434)까지 형성된 제 1 기판(410) 상에 전자수송층(435)을 형성한다. 전자수송층(435)은 전자의 수송을 원활하게 하는 역할을 하며, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), PBD, TAZ, spiro-PBD, BAlq 및 SAlq로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 전자수송층(435)은 증발법 또는 스핀코팅법을 이용하여 형성할 수 있으며, 전자수송층(435)의 두께는 1 내지 50nm일 수 있다.
또한, 전자수송층(435)은 양극으로부터 주입된 정공이 발광층을 통과하여 음극으로 이동하는 것을 방지하는 역할도 할 수 있다. 즉, 정공저지층의 역할을 하여 발광층에서 정공과 전자의 결합을 효율적이게 하는 역할을 하게 된다.
다음, 전자수송층(435)을 포함하는 제 1 기판(410) 상에 전자주입층(436)을 형성한다. 전자주입층(436)은 전자의 주입을 원활하게 하는 역할을 하며, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), PBD, TAZ, spiro-PBD, BAlq 또는 SAlq를 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 전자주입층(436)은 무기물을 더 포함할 수 있으며, 무기물은 금속화합물을 더 포함할 수 있다. 상기 금속화합물은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함할 수 있다. 상기 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 금속화합물은 LiQ, LiF, NaF, KF, RbF, CsF, FrF, BeF2, MgF2, CaF2, SrF2, BaF2 및 RaF2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 전자주입층(436)은 증발법 또는 스핀코팅법을 이용하여 형성할 수 있으며, 전자주입층(436)의 두께는 1 내지 50nm일 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시 예에 따른 유기전계발광소자는 전사 공정을 이용하여 정공수송층, 혼합층 및 유기발광층을 형성함으로써, 제조 공정 중의 혼색 현상을 방지할 수 있을 뿐 아니라 물질의 형성위치를 정밀하게 제어할 수 있다.
또한, 전원인가에 의한 한번의 공정으로 정공수송층, 혼합층 및 유기발광층을 동시에 형성할 수 있기 때문에 레이저 열 전사법과 같이 순차적으로 스캔함으로써 낭비되는 시간을 절약할 수 있어 제조공정이 간단해 지고 공정시간을 현저히 감축시킬 수 있는 이점이 있다.
그리고, 정공수송층과 발광층 사이에 정공수송물질과 발광물질이 농도 구배를 갖는 혼합층을 형성함으로써, 유기전계발광소자의 수명을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
이하, 본 발명의 혼합층을 포함하는 유기전계발광소자에 관하여 하기 실시예에서 상술하기로 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
유리 기판 상에 발광 면적이 3mm×3mm 크기가 되도록 패터닝한 후 세정하였다. 기판 상에 양극인 ITO를 500Å의 두께로 성막하고, 정공주입층인 CuPc를 1000 Å의 두께로 성막하였다. 그리고, 도너 기판에 녹색발광물질인 호스트 CBP 및 도펀트인 Ir(PPY)3을 300Å의 두께로 형성하고, 정공수송물질인 NPD를 1000Å의 두께로 형성한 후, 유리 기판과 도너 기판을 합착 및 전사 공정을 수행하여 정공수송층, 농도 구배를 갖는 50Å의 두께의 혼합층 및 유기발광층을 형성하였다. 그 다음 전자수송층인 spiro-PBD를 200Å의 두께로 성막하고, 전자주입층인 LiF를 10Å의 두께로 성막하고, 음극인 Al을 1000Å의 두께로 성막하여 유기전계발광소자를 제작하였다.
비교예
정공수송층과 유기발광층을 증발법으로 각각 증착하고 혼합층은 형성하지 않고, 전술한 실시예와 동일한 공정 조건 하에 유기전계발광소자를 제작하였다.
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 유기전계발광소자의 구동전압, 발광효율, 전력효율, 양자효율 및 휘도를 측정하여 하기 표 1에 나타내었고, 수명을 측정한 그래프를 도 7에 나타내었다.
| 구동전압(V) | 발광효율(Cd/A) | 전력효율(lm/W) | 양자효율(%) | 휘도(Cd/㎡) | |
| 비교예 | 3.25 | 26.56 | 25.67 | 8.32 | 2656 |
| 실시예 | 3.27 | 25.99 | 24.95 | 8.16 | 2598 |
표 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 유기전계발광소자는 비교예에 비해 구동전압 및 효율들이 동등 수준을 보이는 것을 알 수 있다.
반면, 도 7을 참조하면, 실시예에 따른 유기전계발광소자는 비교예에 비해 수명 특성이 매우 우수한 것을 알 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 유기전계발광소자는 전자수송층과 발광층 사이에 전자수송물질과 발광물질이 농도 구배를 갖는 혼합층을 구비함으로써, 전자수송층과 발광층 사이에 에너지 배리어를 낮춰 유기전계발광소자의 수명을 향상시킬 수 있다.
따라서, 유기전계발광소자의 수명이 향상되고 이에 따라 신뢰성이 우수한 유기전계발광소자를 제공할 수 있는 이점이 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 유기전계발광소자를 나타낸 도면.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 유기전계발광소자의 제조방법을 공정별로 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 혼합층의 전자수송물질과 발광물질의 농도 구배를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 유기전계발광소자의 밴드 다이어그램을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 유기전계발광소자를 나타낸 도면.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 유기전계발광소자의 제조방법을 공정별로 나타낸 도면.
도 7은 실시예 및 비교예에 따라 제조된 유기전계발광소자의 수명을 나타낸 그래프.
Claims (10)
- 제 1 기판 상에 제 1 전극을 형성하는 단계;상기 제 1 기판과 대향하는 제 2 기판 상에 발열소자를 형성하는 단계;상기 발열소자가 형성된 제 2 기판 상에 유기발광물질패턴과 정공수송물질패턴을 순차적으로 형성하는 단계;상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판을 얼라인 및 합착한 후, 상기 제 2 기판의 상기 발열소자에 전원을 인가하여 상기 정공수송물질패턴과 상기 유기발광물질패턴을 전사시켜, 정공수송층, 정공수송물질과 유기발광물질이 농도 구배를 갖는 혼합층 및 유기발광층을 동시에 형성하는 단계; 및상기 정공수송층, 혼합층 및 유기발광층이 형성된 제 1 기판 상에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 유기전계발광소자의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 혼합층은 상기 유기발광층에 근접할수록 상기 정공수송물질의 농도가 감소하는 구배를 이루는 유기전계발광소자의 제조방법.
- 제 2항에 있어서,상기 혼합층은 상기 유기발광층에 근접할수록 상기 유기발광물질의 농도가 증가하는 구배를 이루는 유기전계발광소자의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 혼합층은 상기 정공수송물질과 상기 발광물질이 서로 반비례하는 농도 구배를 이루는 유기전계발광소자의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 유기발광층의 두께는 5 내지 150nm인 유기전계발광소자의 제조방법.
- 제 5항에 있어서,상기 혼합층의 두께는 상기 발광층의 두께 대비 1 내지 30%인 유기전계발광소자의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 정공수송층, 혼합층 및 유기발광층을 형성하기 전에,상기 제 1 전극 상에 정공주입층을 형성하는 단계를 더 포함하는 유기전계발광소자의 제조방법.
- 제 7항에 있어서,상기 정공수송층, 혼합층 및 유기발광층을 형성한 후에,상기 유기발광층 상에 전자수송층 및 전자주입층을 순차적으로 형성하는 단계를 더 포함하는 유기전계발광소자의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제 2 기판 상에 정공수송물질패턴 및 상기 유기발광물질패턴을 형성하기 전에,상기 제 2 기판 상에 절연막을 형성하는 단계를 더 포함하는 유기전계발광소자의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 발열소자는 Ag, Au, Al, Cu, Mo, Pt, Ti, W 및 Ta로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 유기전계발광소자의 제조방법.
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