KR101182447B1

KR101182447B1 - 유기 발광 소자 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101182447B1
Application number: KR1020100057112A
Authority: KR
Inventors: 송형준; 황규환; 이창호; 고희주; 윤석규; 오일수; 조세진; 윤진영; 이종혁; 김용탁; 김원종
Original assignee: 삼성디스플레이 주식회사
Priority date: 2010-06-16
Filing date: 2010-06-16
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2030-06-16
Also published as: TW201212326A; JP5328845B2; JP2012004116A; CN102290531A; KR20110137087A; CN102290531B; US8415874B2; US20110309739A1; TWI464930B

Abstract

기판, 상기 기판 상에 형성된 제1전극, 상기 기판 상에 형성되며 Ag를 포함하는 제2전극, 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 형성된 발광층, 상기 발광층과 상기 제2전극 사이에 형성되며 알칼리 금속 함유 화합물 및 제1금속의 혼합물을 포함하는 전자 주입층 및 상기 제2전극 상에 형성된 캡핑층;을 포함하는 유기 발광 소자가 제시된다.

Description

유기 발광 소자 및 그 제조 방법{Organic light emitting device and manufacturing method thereof}

유기 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

애노드, 캐소드 및 애노드와 캐소드 사이에 개재된 유기층을 포함하는 유기 발광 소자에 있어서, Mg(magnesium)-Ag(silver)의 혼합물로 구성된 캐소드는 현재 널리 사용되고 있으며, 특히 전면 발광 유기 발광 장치에서 가장 많이 사용되고 있다.

Mg는 낮은 일함수 특성과 전자 주입층(EIL) 물질 상에 형성되는 박막 특성이 유리하여 전자들의 주입 및 소자 안정성에서 유리하고, Ag의 경우에는 반사 특성이 뛰어나 반사형 애노드막과 함께 마이크로 캐비티(micro cavity)를 형성하여 소자의 효율 향상에 기여한다.

하지만 Mg-Ag로 구성된 캐소드의 경우 저항이 매우 높은 특징이 있어, 패널 전면에서 균일한 화질을 구현하기가 쉽지 않고, 이로 인해 보상 회로들이 추가로 들어가야 하는 한계가 있다. 또한 굴절율이 높은 유기물 혹은 산화물로 구성된 막(CPL)을 Mg-Ag로 구성된 캐소드 상에 증착하여도 유기 발광 소자 내부에서 발광된 빛의 투과율은 그리 좋지 못하다. 더욱이 Mg-Ag 박막 캐소드에서 빛의 흡수가 다른 단일 금속 박막 캐소드에 비해 높은 수준으로 나타나 유기 발광 소자의 효율 저하의 원인이 된다.

이를 해결하기 위하여 지금껏 여러 가지 조성비의 Mg-Ag 박막 캐소드가 제안되었다. 그러나 Ag의 비율이 높아질수록 박막 캐소드에서 빛의 흡수가 줄어들고 반사에 유리하고 저항 특성이 개선되나, 전자 주입에는 불리한 구조가 되어 구동 전압이 상승하고 유기 발광 소자의 효율이 저하된다. 반대로 Mg의 구성이 높아지면 Mg로 인한 빛의 흡수량이 높아져 유기 발광 소자의 효율 저하가 발생하고 저항이 증가한다.

종래에 Mg-Ag 박막 캐소드의 저항적 특성과 투과도 특성을 해결하기 위해 Ag로만 구성된 박막 캐소드를 가진 전면 유기 발광 소자가 제안되었는데, 외부 발광효율을 높이기 위해 존재하는 캡핑 영역은 산화물로 한정되고 전자 주입층 물질은 LIF/Al, Mg, Ag, Yb, Rb, Cs, Ba, Ca-Al, Mg-Al, Li/Al, Li₂O/Al 등의 물질 및 그 혼합물이었다. 이러한 유기 발광 소자는 산화물의 특성상 높은 온도에서 증착 혹은 스퍼터링 공정이 필요하여 Ag 박막 캐소드의 손상이 발생할 수 있으며, 전자 주입층으로 사용 가능한 물질에 한계가 있었다.

따라서 좋은 저항 수준에 광학적 특성이 유리하면서도 전자 주입이 잘되는 유기 발광 소자의 구조를 제안하는 것이 필요하다.

한 측면은 저항 특성 및 광학적 특성을 개선하여 효율이 증대된 유기 발광 소자를 제공하는 것이다.

다른 측면은 상기 유기 발광 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.

한 측면에 따라, 기판, 상기 기판 상에 형성된 제1전극, 상기 기판 상에 형성되며 Ag를 포함하는 제2전극, 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 형성된 발광층, 상기 발광층과 상기 제2전극 사이에 형성되며 알칼리 금속 함유 화합물 및 제1금속의 혼합물을 포함하는 전자 주입층 및 상기 제2전극 상에 형성된 캡핑층을 포함하는 유기 발광 소자가 제공된다.

상기 알칼리 금속 함유 화합물은 LiF, LiQ, CsF, NaF, NaQ, Li₂O, 및로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 제1금속은 Yb, Tb, Ho, Sm, Eu, Pr, Ce, Al 및 Mg로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 알칼리 금속 함유 화합물과 상기 제1금속의 중량비는 10:90 내지 90:10일 수 있다.

상기 알칼리 금속 함유 화합물은 LiQ이고 상기 제1금속은 Yb이며, 상기 LiQ와 Yb의 중량비는 1:1일 수 있다.

상기 전자 주입층의 두께는 0.1 내지 30㎚일 수 있다.

상기 제2전극은 Al, Pt, Yb, Nd 및 Mg로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 제2금속을 더 포함하고, 상기 제2금속의 함량은 상기 Ag 100 중량부를 기준으로 0.01 내지 20 중량부일 수 있다.

상기 제2전극의 두께는 1 내지 30㎚일 수 있다.

상기 캡핑층은 유기물, 무기물 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.

상기 캡핑층의 굴절률은 1.2 내지 5.0일 수 있다.

상기 캡핑층이 무기물이고 상기 무기물은 ITO, IZO, SiO₂, SiNx, Y₂O₃, WO₃, MoO₃ 및 Al₂O₃로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 캡핑층이 유기물이고 상기 유기물은 트리아민 유도체, 아릴렌디아민 유도체, Alq₃ 및 CBP로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 캡핑층의 두께는 1 내지 200㎚일 수 있다.

상기 유기 발광 소자는 상기 제1전극과 상기 발광층 사이에 정공 주입층, 정공 수송층 또는 정공 주입 수송층을 더 포함할 수 있다.

다른 한 측면에 따라, 기판, 상기 기판 상에 형성된 제1전극, 상기 기판 상에 형성되며 Ag를 포함하는 제2전극, 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 형성된 발광층, 상기 발광층과 상기 제2전극 사이에 형성되며 알칼리 금속 함유 화합물 및 제1금속의 혼합물을 포함하는 전자 주입층 및 상기 제2전극의 상기 발광층을 향하는 면의 반대면 상에 형성된 캡핑층을 포함하는 배면 발광형 유기 발광 소자가 제공된다.

또 다른 한 측면에 따라, 기판을 제공하는 단계, 상기 기판 상에 제1전극을 형성하는 단계, 상기 제1전극 상에 정공 주입 수송층을 형성하는 단계, 상기 정공 주입 수송층 상에 발광층을 형성하는 단계, 상기 발광층 상에 알칼리 금속 함유 화합물 및 제1금속의 혼합물을 포함하는 전자 주입층을 형성하는 단계, 상기 전자 주입층 상에 Ag를 포함하는 제2전극을 형성하는 단계 및 상기 제2전극 상에 캡핑층을 형성하는 단계를 포함하는 유기 발광 소자의 제조 방법이 제공된다.

유기 발광 소자의 제2전극이 안정되고 전자 주입 특성이 개선되어 광투과도가 상승한다. 따라서 유기 발광 소자의 구동 전압 및 효율이 개선되는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 일 구현예에 따른 유기 발광 소자의 구조를 도시한 단면도이다.
도 2은 일 구현예에 따른 유기 발광 소자의 구조의 일부분으로서 전자 주입층, 제2전극 및 캡핑층을 도시한 단면도이다.
도 3는 일 구현예에 따른 유기 발광 소자의 구조를 도시한 단면도이다.
도 4는 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 유기 발광 소자의 청색 발광 소자의 전압 대 전류 밀도의 그래프이다.
도 5는 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 유기 발광 소자의 청색 발광 소자의 휘도 변화에 따른 발광 효율의 그래프이다.
도 6는 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 유기 발광 소자의 녹색 발광 소자의 전압 대 전류 밀도의 그래프이다.
도 7은 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 유기 발광 소자의 녹색 발광 소자의 휘도 변화에 따른 발광 효율의 그래프이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 또는 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

일 구현예에 따른 유기 발광 소자는 기판, 상기 기판 상에 형성된 제1전극, 상기 기판 상에 형성되며 Ag를 포함하는 제2전극, 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 형성된 발광층, 상기 발광층과 상기 제2전극 사이에 형성되며 알칼리 금속 함유 화합물 및 제1금속의 혼합물을 포함하는 전자 주입층 및 상기 제2전극 상에 형성된 캡핑층을 포함한다.

도 1은 일 구현예에 따른 유기 발광 소자(100)를 나타낸 단면도이다.

도 1을 참조하면, 유기 발광 소자(100)는 기판(10) 및 상기 기판(10) 상에 형성된 제1전극(20)을 포함한다.

상기 기판(10)은 통상적인 유기 발광 소자에서 사용되는 기판일 수 있다. 상기 기판(10)은 기계적 강도, 열적 안정성, 투명성, 표면 평활성, 취급 용이성 및 방수성 등이 우수한 물질로서 이루어질 수 있으며 예를 들면 유리 기판, 금속 박막 또는 플라스틱 기판 등으로 이루어질 수 있다. 도 1에는 도시되어 있지 않으나, 필요에 따라 상기 기판(10)과 상기 제1전극(20) 사이에는 평탄화막 또는 절연막 등이 형성될 수 있다.

상기 제1전극(20)은 애노드 또는 캐소드일 수 있다. 상기 제1전극은 적색, 녹색, 청색의 부화소(R, G, B subpixel)별로 패팅닝된 형태일 수 있다. 상기 제1전극은 전도성이 우수한 물질로 이루어지며, 공지된 제1전극용 물질을 포함할 수 있다. 제1전극용 물질은 예를 들면 Li, Mg, Al, Ag, Al-Li, Ca, Mg-In, Mg-Ag, Ca-Al, ITO(산화인듐주석), IZO(산화인듐아연), ZnO(산화아연) 또는 Al-ITO 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1전극은 투명 전극, 반투명 전극 또는 반사 전극일 수 있으며, 서로 다른 2 이상의 물질을 이용하여 2층 이상의 구조를 가질 수 있는 등, 다양한 변형이 가능하다.

유기 발광 소자(100)는 상기 기판(10) 상에 형성된 제2전극(60)을 포함한다.

상기 제2전극(60)은 도전성이 우수한 Ag를 포함한다. Ag는 낮은 일함수를 가지고 반사도가 높은 특징을 가진다. 상기 제2전극(60)은 Ag를 포함하는 투명 전극 또는 반사 전극일 수 있는 등, 다양한 변형예가 가능하다.

상기 제2전극(60)은 Ag 100 중량부에 대하여 Al, Pt, Yb, Nd 및 Mg로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 제2금속을 20 중량부 범위 내에서 더 포함할 수 있다. Ag 및 상기 제2금속을 포함하는 혼합물로 이루어짐으로써 제2전극(60)의 투명도 등의 박막 특성이 좋아질 수 있다. 상기 제2금속들의 함량이 상기 범위를 만족하는 경우에 광흡수 및 저항이 적절하여 구동 전압이 상승하지 않는다.

상기 제2전극의 두께는 1 내지 30㎚일 수 있다. 제2전극의 두께가 상기 범위를 만족하는 경우에 광학적 성질이 우수하여 투과 및 반사도의 조절이 용이하고 광흡수가 적으며 전기 전도성이 우수하다.

상기 제1전극(20) 및 제2전극(60)은 각각 애노드 및 캐소드로서의 역할을 할 수 있으며, 그 반대의 경우도 가능하다.

유기 발광 소자(100)는 제1전극(20)과 제2전극(60) 사이에 형성된 유기층을 포함하며, 상기 유기층은 발광층(30) 및 전자 주입층(50)을 포함한다. 예를 들면 상기 유기층은 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 억제층, 발광층(30), 정공 억제층, 전자 수송층 및 전자 주입층(50) 등을 포함할 수 있다. 정공 주입층 및 정공 수송층 대신에 양 층의 기능을 동시에 가지는 정공 주입 수송층(25)이 사용될 수 있으며, 전자 억제층, 정공 억제층 및 전자 수송층 중의 어느 하나 이상은 생략될 수 있다.

유기 발광 소자(100)는 제1전극(20)과 제2전극(60) 사이에 형성된 발광층(30)을 포함한다.

상기 발광층(30)은 공지된 다양한 발광 물질을 포함할 수 있으며, 상기 발광 물질은 예를 들면 옥사디아졸 다이머 염료(oxadiazole dimer dyes (Bis-DAPOXP)), 스피로 화합물(spiro compounds)(Spiro-DPVBi, Spiro-6P), 트리아릴아민 화합물(triarylamine compounds), 비스(스티릴)아민(bis(styryl)amine)(DPVBi, DSA), BCzVBi(4,4´-비스(9-에틸-3-카바조비닐렌)-1,1´-비페닐), 페릴렌(perylene), TPBe(2,5,8,11-tetra-tert-butylperylene), BCzVB(9H-카바졸-3,3´-(1,4-페닐렌-디-2,1-에텐-디일)비스[9-에틸-(9C)]), DPAVBi(4,4-비스[4-(디-p-톨일아미노)스티릴]비페닐), DPAVB(4-(디-p-톨일아미노)-4´-[(디-p-톨일아미노)스티릴]스틸벤), BDAVBi(4,4´-비스[4-(디페닐아미노)스티릴]비페닐), FIrPic(비스(3,5-디플루오로-2-(2-피리딜)페닐-(2-카르복시피리딜)이리듐 III)) 등 (이상 청색); Coumarin 6(3-(2-벤조티아졸일)-7-(디에틸아미노)쿠마린), C545T(2,3,6,7-테트라히드로-1,1,7,7,-테트라메틸-1H,5H,11H-10-(2-벤조티아졸일)퀴놀리지노-[9,9a,1gh]쿠마린), DMQA(N,N´-디메틸-퀸아크리돈), Ir(ppy)₃(트리스(2-페닐피리딘)이리듐(III)) 등 (이상 녹색); 테트라페닐나프타센(Tetraphenylnaphthacene)(루브린: Rubrene), Ir(piq)₃(트리스(1-페닐이소퀴놀린)이리듐(III)), 비스(2-벤조[b]티오펜-2-일-피리딘) (아세틸아세토네이트)이리듐(III) (Ir(btp)₂(acac)), 트리스(디벤조일메탄)펜안트롤린 유로퓸(III) (Eu(dbm)₃(phen)), 트리스[4,4'-디-tert-부틸-(2,2')-비피리딘]루테늄(III)착물 (Ru(dtb-bpy)₃*2(PF₆)), DCM1, DCM2, Eu(TTA)3 (europium(thenoyltrifluoroacetone)3), CJTB(butyl-6-(1,1,7,7-tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H-pyran) 등 (이상 적색)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 상기 발광 물질은 고분자 발광 물질일 수 있으며, 예를 들면 페닐렌(phenylene)계, 페닐렌 비닐렌 (phenylene vinylene)계, 티오펜(thiophene)계, 플루오렌(fluorene)계 또는 스피로플루오렌(spiro-fluorene)계 고분자 등과 같은 고분자와 질소를 포함하는 방향족 화합물 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

경우에 따라 상기 발광층(30)은 발광 호스트 및 발광 도펀트를 포함할 수 있다. 발광 도펀트는 상기 설명한 발광 물질로 이루어질 수 있으며, 발광 호스트는 형광 발광 호스트 물질 또는 인광 발광 호스트 물질로 이루어질 수 있다. 형광 발광 호스트 물질은 트리스(8-히드록시-퀴놀리나토)알루미늄 (Alq3), 9,10-디(나프티-2-일)안트라센 (AND), 3-tert-부틸-9,10-디(나프티-2-일)안트라센 (TBADN), 4,4'-비스(2,2-디페닐-에텐-1-일)-4,4'-디메틸페닐 (DPVBi), 4,4'-비스Bis(2,2-디페닐-에텐-1-일)-4,4'-디메틸페닐 (p-DMDPVBi), tert(9,9-디아릴플루오렌)s (TDAF), 2-(9,9'-스피로비플루오렌-2-일)-9,9'-스피로비플루오렌 (BSDF), 2,7-비스(9,9'-스피로비플루오렌-2-일)-9,9'-스피로비플루오렌 (TSDF), 비스(9,9-디아릴플루오렌)s (BDAF), 4,4'-비스(2,2-디페닐-에텐-1-일)-4,4'-디-(tert-부틸)페닐 (p-TDPVBi) 등일 수 있으며, 인광 발광 호스트 물질은 1,3-비스(카바졸-9-일)벤젠 (mCP), 1,3,5-트리스(카바졸-9-일)벤젠 (tCP), 4,4',4"-트리스(카바졸-9-일)트리페닐아민 (TcTa), 4,4'-비스(카바졸-9-일)비페닐 (CBP), 4,4'-비스Bis(9-카바졸일)-2,2'-디메틸-비페닐 (CBDP), 4,4'-비스(카바졸-9-일)-9,9-디메틸-플루오렌 (DMFL-CBP), 4,4'-비스(카바졸-9-일)-9,9-비스bis(9-페닐-9H-카바졸)플루오렌 (FL-4CBP), 4,4'-비스(카바졸-9-일)-9,9-디-톨일-플루오렌 (DPFL-CBP), 9,9-비스(9-페닐-9H-카바졸)플루오렌 (FL-2CBP) 등일 수 있다.

유기 발광 소자(100)는 발광층(30)과 제2전극(60) 사이에 전자 주입층(50)을 포함한다.

상기 전자 주입층(50)은 알칼리 금속 함유 화합물 및 제1금속의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 알칼리 금속 함유 화합물은 LiF, LiQ, CsF, NaF, NaQ 및 Li₂O로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으며, 상기 제1금속은 Yb, Tb, Ho, Sm, Eu, Pr, Ce, Al 및 Mg로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 알칼리 금속 함유 화합물 및 제1금속의 혼합물은 알칼리 금속 함유 화합물의 중량비를 X라 하고, 제1금속의 중량비를 Y라 할 경우, 10≤ x ≤90, 10≤ y ≤90, 및 x+y = 100의 관계가 성립할 수 있다. 알칼리 금속 함유 화합물 및 제1금속의 중량비가 상기 범위를 만족할 경우, 전자 주입이 원활해지고 Ag를 포함하는 제2전극의 박막 특성이 우수해져 Ag 박막에 광흡수가 적어지는 장점이 있다.

예를 들면, 상기 전자 주입층(50)은 LiQ 및 Yb의 혼합물을 포함할 수 있으며, LiQ와 Yb의 중량비는 1:1일 수 있다.

전자 주입층(50)의 두께는 0.1 내지 30㎚일 수 있다. 전자 주입층(50)의 두께가 상기 범위를 만족하는 경우 실질적인 구동 전압 상승 없이 우수한 전자 주입 특성을 얻을 수 있다.

도면에 도시되지는 않았으나, 유기 발광 소자(100)는 상기 발광층(30)과 상기 전자 주입층(50) 사이에 전자 수송층을 더 포함할 수 있다.

전자 수송층은 주입된 전자의 수송 능력이 큰 물질로 이루어질 수 있으며, 공지된 전자 수송 물질을 포함할 수 있다. 전자 수송 물질은 예를 들면 Alq₃₍tris-(8-hydroxyquinoline)aluminum), Balq(Bis(8-hydroxy-2-methylquinoline)-(4-phenylphenoxy)aluminum), TAZ(3-(4-biphenyl)-4-phenyl-5-(4-tert-butylphenyl)-1,2,4-triazole), Bebq2(bis(10-hydroxybenzo[h]quinolinato)beryllium) 또는 그 유도체 등을 사용할 수 있다. 아울러, 상기 전자 수송 물질에 금속 산화물을 함께 포함할 수 있으며 상기 금속 산화물은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 전이금속 등의 산화물일 수 있다.

유기 발광 소자(100)는 발광층(30)과 제1전극(20) 사이에 정공 주입층 및 정공 수송층 중 어느 하나 이상을 포함하거나, 또는 상기 정공 주입층 및 상기 정공 수송층의 기능을 동시에 가지는 정공 주입 수송층(25)을 더 포함할 수 있다.

이 경우에 상기 제1전극(20)과 접촉하여 계면을 형성하는 유기층은 정공 주입층이거나, 정공 주입층이 생략된 구성에서는 정공 수송층일 수 있으며, 경우에 따라 정공 주입층과 정공 수송층의 기능을 동시에 가지는 정공 주입 수송층(25)일 수 있다.

상기 정공 주입층은 공지의 정공 주입 물질을 포함할 수 있으며, 정공 주입 물질은 예를 들면 구리프탈로시아닌(CuPc) 등의 프탈로시아닌 화합물; 스타버스트형 아민 유도체류인 TCTA(4,4',4"-tris(N-carbazolyl)triphenylamine), m-MTDATA(4,4'4"-tris(3-methylphenylphenylamino)triphenylamine); 용해성이 있는 고분자인 Pani/DBSA(Polyaniline/Dodecylbenzensulfonic acid), PEDOT/PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/Poly(4-styrenesulfonate), Pani/CSA (Polyaniline/Camphor sulfonic acid), PANI/PSS (Polyaniline/Poly(4-styrenesulfonate)) 등일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

TCTA m-MTDATA

`

Pani/DBSA PEDOT/PSS

상기 정공 수송층은 공지의 정공 수송 물질을 포함할 수 있으며, 대표적인 정공 수송 물질은 카바졸 유도체나 방향족 축합환을 가지는 아민 유도체 등이 있다. 상기 정공 수송 물질은 예를 들면 N-페닐카바졸, 폴리비닐카바졸, 1,3,5-트리카바졸릴벤젠, 4,4'-비스카바졸릴비페닐, m-비스카바졸릴페닐, 4,4'-비스카바졸릴-2,2'-디메틸비페닐, 4,4',4"-트리(N-카바졸릴)트리페닐아민, 1,3,5-트리(2-카바졸릴페닐)벤젠, 1,3,5-트리스(2-카바졸릴-5-메톡시페닐)벤젠, 비스(4-카바졸릴페닐)실란, NPB(N,N'-diphenyl-N,N'-bis(1-naphthyl)-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine), TPD(N,N'-bis(3-methylphenyl)-N,N'-diphenyl-[1,1-biphenyl]-4,4'-diamine), TFB(poly(9,9-dioctylfluorene-co-N-(4-butylphenyl)diphenylamine) 또는 PFB(poly(9,9-dioctylfluorene-co-bis-(4-butylphenyl-bis-N,N-phenyl-1,4-phenylenediamin)등일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

TPD NPB

상기 정공 주입 수송층(25)은 앞에서 설명한 정공 주입용 재료와 정공 수송용 재료의 혼합물을 포함한 것일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

유기 발광 소자(100)는 제2전극(60) 상에 형성된 캡핑층(70)을 포함한다.

상기 캡핑층(70)은 유기물, 무기물 또는 이들의 혼합물을 포함하며, 통상적으로 제2전극(60)의 상부에 형성되어 시야각 특성을 개선하고 외부 발광 효율의 증가를 가져온다. 또한 캡핑층(70)은 외부의 수분이나 산소로부터 하부의 전극 및 유기층의 열화를 방지하는 열할을 할 수 있다.

상기 유기물의 예로는 트리아민 유도체, 아릴렌디아민 유도체, Alq₃ 및 CBP로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 들 수 있다.

상기 무기물의 예로는 ITO, IZO, SiO₂, SiNx, Y₂O₃, WO₃, MoO₃ 및 Al₂O₃로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 들 수 있다.

상기 캡핑층(70)은 유기물, 무기물 및 이들의 혼합물 중에서 선택된 하나의 물질로 이루어진 단층 구조 또는 굴절률이 서로 다른 물질들의 다층 구조일 수 있다.

상기 캡핑층(70)의 굴절률은 공기와 다른 높은 값을 가질 수 있으며 1.2 내지 5.0일 수 있다. 굴절률이 상기 범위를 만족하는 경우, 제2전극으로부터 발생하는 전반사를 효율적으로 감소시킬 수 있어 외부 광효율이 높아지는 장점이 있다. 또한 관찰자의 시야각에 따른 색좌표 변화 및 발광빛의 변화 정도를 줄여줄 수 있다. 캡핑층(70)의 굴절률은 예를 들면 1.2 내지 3.0일 수 있다.

상기 캡핑층(70)을 통과하는 빛은 캡핑층(70)과 외부 공기층의 경계면에서 반사되어 다시 제2전극(60)의 표면으로 갔다 재반사되어 다시 캡핑층(70)을 거쳐 외부로 나오면서 경로의 차이로 인한 간섭 현상을 일으킨다. 이로 인해 전반사되어 소실되는 빛의 양이 감소되고 투과되는 빛의 양은 증가하여 발광 효율이 증대된다. 적색, 녹색 및 청색 화소별로 각각 발광하는 빛의 파장 영역대가 서로 다르므로 이에 대응하는 캡핑층(70)의 영역은 다양한 두께를 가질 수 있으며 그 범위는 1 내지 200㎚일 수 있다. 캡핑층(70)의 두께가 1㎚ 이상일 경우에 외부로 빛을 추출하는 능력이 발현되고, 그 두께가 200㎚ 이하일 경우에는 캡핑층 자체의 흡수가 지나치게 크지 않아 광효율이 우수하다.

도 2는 일 구현예에 따른 유기 발광 소자의 구조의 일부분으로서, 전자 주입층(150), 제2전극(160) 및 캡핑층(170)을 확대하여 도시한 단면도이다.

도 2를 참조하면, 가장 상부에는 시야각 특성 및 외부 발광 효율 증가를 위한 유기물, 무기물 또는 이들의 혼합물을 포함하는 캡핑층(170)이 형성되어 있다. 이때 캡핑층(170)은 유기 발광 소자 내부의 빛을 외부로 추출해 내기 위해 광학 굴절률이 공기와 다른 물질로 이루어질 수 있다. 또한 투과 특성 및 시야각 특성을 최대화하기 위해 그 두께는 1 내지 200㎚일 수 있다. 도 2에서는 동일 물질의 한 층으로 표시되었지만, 굴절률이 다른 여러 층을 적층한 것일 수도 있다. 상기 캡핑층(170)은 열증착 또는 코팅 등의 방식으로 형성이 가능하다.

상기 캡핑층(170)의 하부에는 Ag을 포함하는 제2전극(160)이 형성되어 있다. 제2전극(160)은 빛의 투과를 가능하게 하면서 일부 빛은 반사시킬 수 있다. 상기 제2전극(160)은 Mg-Ag와 같은 통상적인 전극에 비하여 빛의 흡수도가 낮고, 투과도 및 반사도는 높은 특징을 가진다.

제2전극(160)은 그 투과도 및 반사도를 고려하여 1 내지 30㎚의 두께를 가진다. 제2전극(160)은 박막 특성을 우수하게 하기 위하여 Ag 100 중량부에 대하여 Al, Pt, Yb, Nd 및 Mg로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 제2금속을 20 중량부 범위 내에서 포함할 수도 있다. 제2전극(160)은 열증착, 스퍼터링 등 여러 가지 방법으로 형성할 수 있다.

제2전극(160) 하부에 전자 주입을 원활하게 하는 전자 주입층(150)이 형성되어 있다. 상기 전자 주입층(150)은 LiF, LiQ, CsF, NaF, NaQ 및 Li₂O로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 알칼리 금속 함유 화합물과 Yb, Tb, Ho, Sm, Eu, Pr, Ce, Al 및 Mg로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 제1금속의 혼합물로 이루어질 수 있다. 상기 알칼리 금속 함유 화합물과 상기 제1금속의 중량비는 10:90 내지 90:10일 수 있다. 전자 주입층(150)의 두께는 0.1 내지 30㎚일 수 있으며, 상기 알칼리 금속 함유 화합물과 상기 제1금속을 공증착하거나 또는 상기 알칼리 금속 함유 화합물과 상기 제1금속의 혼합물을 열증착, 진공증착, 화학기상증착(CVD), 스퍼터링, 스핀코팅 또는 스핀캐스팅하는 등 여러 가지 방법으로 형성할 수 있다.

도 3은 일 구현예에 따른 유기 발광 소자의 구조를 도시한 단면도이다.

도 3을 참조하면, 유기 발광 소자(300)는 기판(210), 상기 기판 상에 형성된 제1전극(220), 상기 기판 상에 형성되며 Ag를 포함하는 제2전극(260), 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 형성되며 R, G 및 B 화소를 포함하는 발광층(230; 230a, 230b, 230c), 상기 발광층과 상기 제2전극 사이에 형성되며 알칼리 금속 함유 화합물 및 제1금속의 혼합물을 포함하는 전자 주입층(250), 상기 전자 주입층(250)과 상기 발광층(230) 사이에 형성되는 전자 수송층(240), 상기 발광층과 상기 제1전극 사이에 형성되는 정공 주입 수송층(225) 및 상기 제2전극 상에 형성되는 캡핑층(270)을 포함한다.

기판(210)은 유기 발광 소자(300)의 구동을 위한 박막 트랜지스터, 전기 회로 및 라인들로 구성되어 있다. 외부에서 들어오는 신호들은 기판(210)을 통하여 특정 전류 값으로 변환되어 제1전극(220)에 전달된다.

제1전극(220)은 전면 발광형 유기 발광 소자의 경우에 금속 반사막 재료로 구성될 수 있으며 제2전극(260)과 함께 유기 발광 소자에 전계를 가하는 역할을 한다. 여기서, 제1전극(220)은 애노드의 역할을 한다. 제1전극(220)은 반사 특성이 우수하여 발광층(230)에서 제1전극(220)으로 오는 빛들을 반사하여 전면으로 보낼 수 있으며 반사율이 높은 제2전극(260)과 함께 마이크로 캐비티(micro cavity) 효과를 만든다.

상기 제1전극(220)의 상부에는 정공 주입 수송층(225)이 구비되어 있다. 정공 주입 수송층(225)은 전하의 주입 및 수송 역할을 한다.

상기 정공 주입 수송층(225)의 상부에는 발광층(230)이 위치하고 있다. 상기 발광층(230)은 각각의 서브 픽셀마다 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)으로 구성되어 있다.

상기 발광층(230)의 상부에는 전자 수송층(240)이 위치한다. 전자 수송층(240)은 전자의 수송 역할을 한다.

상기 전자 수송층(240)의 상부에는 전자 주입층(250)이 위치한다. 전자 주입층(250)은 상기 설명한 바와 같이 알칼리 금속 함유 화합물 및 제1금속의 혼합물을 포함하고 있다.

상기 전자 주입층(250)의 상부에는 제2전극(260)이 위치한다. 제2전극(260)은 Ag를 포함한다. 여기서 제2전극(260)은 캐소드의 역할을 한다.

상기 제2전극(260)의 상부에는 캡핑층(270)이 위치한다. 캡핑층(270)은 유기물, 무기물 또는 이들의 혼합물을 포함한다.

여기서, 유기 발광 소자가 전면 발광형 유기 발광 소자인 경우를 중심으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 국한되지 않고 기판, 상기 기판 상에 형성된 제1전극, 상기 기판 상에 형성되며 Ag를 포함하는 제2전극, 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 형성된 발광층, 상기 발광층과 상기 제2전극 사이에 형성되며 알칼리 금속 함유 화합물 및 제1금속의 혼합물을 포함하는 전자 주입층 및 캡핑층을 포함하는 모든 구조의 유기 발광 소자에 대하여 적용 가능하다. 예를 들면, 배면 발광형 유기 발광 소자인 경우에는 알칼리 금속 함유 화합물 및 제1금속의 혼합물을 포함하는 전자 주입층과 Ag를 포함하는 제2전극을 보다 두껍게 형성하고 캡핑층을 제1전극의 하부에 배치하여 적용 가능하다.

상기 유기 발광 소자는 캡핑층이 투명한 재질로 이루어지고 발광층의 출력광이 캡핑층 쪽으로 출광되는 전면 발광형 유기 발광 소자일 수 있다. 예를 들면, 기판, 상기 기판 상에 형성되며 Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li 및 Ca로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속 및 ITO, IZO, ZnO, SnO₂ 및 In₂O₃로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 도전 물질을 포함하는 반사형 제1전극, 상기 기판 상에 형성되며 Ag를 포함하는 투명형 제2전극, 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 형성된 발광층, 상기 발광층과 상기 제2전극 사이에 형성되며 알칼리 금속 함유 화합물 및 제1금속의 혼합물을 포함하는 전자 주입층, 상기 발광층과 상기 제1전극 사이에 형성된 정공 주입 수송층 및 상기 제2전극 상에 형성된 캡핑층을 포함하는 구조일 수 있다. 전면 발광형 유기 발광 소자의 경우에 상기 제1전극의 두께는 10 내지 300㎚이고 상기 제2전극의 두께는 1 내지 30㎚이며, 상기 발광층의 출력광이 상기 캡핑층쪽으로 출광되는 구조일 수 있다.

예를 들면, 유기 발광 소자는 기판 / 제1전극 / 정공 주입 수송층(생략 가능) / 발광층 / LiQ와 Yb의 중량비가 1:1인 혼합물을 포함하는 전자 주입층 / Ag를 포함하는 제2전극 / 트리아민 유도체를 포함하는 캡핑층으로 이루어진 구조; 기판 / 제1전극 / 정공 주입 수송층(생략 가능) / 발광층 / LiQ와 Yb의 중량비가 1:1인 혼합물을 포함하는 전자 주입층 / Ag와 Yb의 중량비가 85:15인 혼합물을 포함하는 제2전극 / 트리아민 유도체를 포함하는 캡핑층으로 이루어진 구조; 기판 / 제1전극 / 정공 주입 수송층(생략 가능) / 발광층 / LiF와 Yb의 중량비가 1:1인 혼합물을 포함하는 전자 주입층 / Ag를 포함하는 제2전극 / 트리아민 유도체를 포함하는 캡핑층으로 이루어진 구조; 또는 기판 / 제1전극 / 정공 주입 수송층(생략 가능) / 발광층 / LiF와 Yb의 중량비가 1:1인 혼합물을 포함하는 전자 주입층 / Ag와 Yb의 중량비가 85:15인 혼합물을 포함하는 제2전극 / 트리아민 유도체를 포함하는 캡핑층으로 이루어진 구조;일 수 있다.

또한 유기 발광 소자는 기판이 투명한 재질로 이루어지고 발광층의 출력광이 기판 쪽으로 출광되는 배면 발광형 유기 발광 소자일 수 있다. 예를 들면, 투명 기판, 상기 투명 기판 상에 형성되며 ITO, IZO, ZnO, SnO₂ 및 In₂O₃로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 도전 물질을 포함하는 투명형 제1전극, 상기 기판 상에 형성되며 Ag를 포함하는 반사형 제2전극, 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 형성된 발광층, 상기 발광층과 상기 제2전극 사이에 형성되며 알칼리 금속 함유 화합물 및 제1금속의 혼합물을 포함하는 전자 주입층, 상기 발광층과 상기 제1전극 사이에 형성된 정공 주입 수송층 및 상기 제2전극의 상기 발광층을 향하는 면의 반대면 상에 형성된 캡핑층을 포함하는 구조일 수 있다. 배면 발광형 유기 발광 소자의 경우에 상기 제2전극의 두께는 1 내지 200㎚일 수 있다.

이하, 유기 발광 소자의 일 구현예의 제조 방법을 살펴보기로 한다. 유기 발광 소자는 기판, 제1전극, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층, 제2전극 및 캡핑층을 순차적으로 구비할 수 있다. 여기서, 정공 주입 수송층 및 정공 수송층 대신 정공 주입 수송층을 형성할 수 있으며, 전자 수송층은 생략할 수도 있다.

먼저 기판 상부에 제1전극을 형성한다. 기판으로는 통상적인 유기 발광 소자에서 사용되는 기판을 사용하는데 투명성, 표면 평활성, 취급용이성 및 방수성 등을 고려하여 유리 기판 또는 플라스틱 기판 등을 다양하게 사용할 수 있다. 상기 제1전극은 투명 전극 또는 반사 전극으로 구비될 수 있는 등 다양한 변형이 가능하다

다음으로, 상기 제1전극 상부에 열증착, 진공증착, 화학기상증착(CVD), 스퍼터링, 스핀코팅 또는 스핀캐스팅 등과 같은 공지된 다양한 방법을 이용하여 정공 주입층(HIL)을 형성할 수 있다.

진공증착법에 의하여 정공 주입층을 형성하는 경우, 그 증착 조건은 정공 주입층의 재료로서 사용하는 화합물, 목적으로 하는 정공 주입층의 구조 및 열적 특성 등에 따라 다르지만, 일반적으로 증착온도 100 내지 500℃, 진공도 10^-8 내지 10^-3torr, 증착속도 0.01 내지 100Å/sec 범위에서 적절히 선택할 수 있다.

스핀코팅법에 의하여 정공 주입층을 형성하는 경우, 그 코팅 조건은 정공 주입층의 재료로서 사용하는 화합물, 목적하는 하는 정공 주입층의 구조 및 열적 특성에 따라 상이하지만, 약 2000 내지 5000rpm의 코팅 속도, 코팅 후 용매 제거를 위한 열처리 온도는 약 80 내지 200℃의 온도 범위에서 적절히 선택할 수 있다.

상기 정공 주입층을 이루는 물질은 공지된 정공 주입 물질 중에서 선택될 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 상기 정공 주입층의 두께는 20 내지 200㎚일 수 있다. 상기 정공 주입층의 두께가 20㎚ 이상일 경우, 정공 주입 특성이 우수하고, 상기 정공 주입층의 두께가 200㎚ 이하일 경우, 구동 전압이 양호하다.

다음으로 상기 정공 주입층 상부에 열증착, 진공증착, 화학기상증착(CVD), 스퍼터링, 스핀코팅 또는 스핀캐스팅 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 정공 수송층(HTL)을 형성할 수 있다. 진공증착법 및 스핀코팅법에 의하여 정공 수송층을 형성하는 경우, 그 증착조건 및 코팅조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공 주입층의 형성과 거의 동일한 조건 범위 중에서 선택된다.

상기 정공 수송층을 이루는 물질은 공지된 정공 수송 물질 중에서 선택될 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 상기 정공 수송층의 두께는 10 내지 100㎚일 수 있다. 상기 정공 수송층의 두께가 10㎚ 이상일 경우, 정공 수송 특성이 우수하고, 상기 정공 수송층의 두께가 100㎚ 이하일 경우, 구동 전압이 양호하다.

상기 정공 주입층 및 정공 수송층 대신에 정공 주입 물질 및 정공 수송 물질을 혼합하여 정공 주입 수송층을 형성할 수 있다. 정공 주입 수송층의 형성 방법 및 두께는 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공 주입층의 형성과 거의 동일한 조건 범위 중에서 선택된다.

상기 정공 수송층 상부에 열증착, 진공증착, 화학기상증착(CVD), 스퍼터링, 스핀코팅 또는 스핀캐스팅 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 발광층(EML)을 형성할 수 있다. 진공증착법 및 스핀코팅법에 의하여 발광층을 형성하는 경우, 그 증착조건 및 코팅조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공 주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택된다.

상기 발광층은 공지된 다양한 발광 물질을 이용하여 형성할 수 있는데, 공지의 호스트 및 도펀트를 이용하여 형성할 수도 있다. 상기 도펀트의 경우, 공지의 형광 도펀트 및 공지의 인광 도펀트를 모두 사용할 수 있다.

상기 도펀트의 함량은 발광층 형성재료 100 중량부(즉, 호스트와 도펀트의 총중량을 100 중량부로 함)에 대하여 0.1 내지 20 중량부일 수 있다. 도펀트의 함량이 0.1 중량부 이상일 경우 도펀트 부가에 따른 효과가 나타나고 그 함량이 20 중량부 이하일 경우 인광이나 형광 모두 다 농도 켄칭(quenching)과 같은 농도 소광이 일어나지 발생하지 않게 된다. 상기 발광층의 두께는 약 10 내지 100㎚일 수 있다. 상기 발광층의 두께가 10㎚ 이상일 경우, 발광 특성이 발현되며, 그 두께가 100㎚ 이하일 경우, 구동 전압이 상승하지 않게 된다.

발광층이 인광 도펀트를 포함할 경우, 삼중항 여기자 또는 정공이 전자 수송층으로 확산되는 현상을 방지하기 위하여 정공 저지층(HBL)을 발광층 상부에 형성할 수 있다. 이 때 사용할 수 있는 정공 저지층 물질은 특별히 제한되지는 않으며, 공지된 정공 저지층 물질 중에서 임의로 선택하여 이용할 수 있다. 예를 들면 옥사디아졸 유도체나 트리아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, Balq 또는 BCP 등의 공지의 재료를 이용할 수 있다.

상기 발광층 상부에 열증착, 진공증착, 화학기상증착(CVD), 스퍼터링, 스핀코팅 또는 스핀캐스팅 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 전자 수송층(ETL)을 형성할 수 있다. 진공증착법 및 스핀팅법에 의하여 전자 수송층을 형성하는 경우, 그 증착조건 및 코팅조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공 주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택된다.

상기 전자 수송층의 두께는 10 내지 40㎚일 수 있다. 상기 전자 수송층의 두께가 10㎚ 이상일 경우에는 전자 수송 속도가 적절하여 전하균형이 이루어지며, 40㎚ 이하일 경우에는 구동 전압이 상승하지 않게 된다.

상기 전자 수송층 상부에 열증착, 진공증착, 화학기상증착(CVD), 스퍼터링, 스핀코팅 또는 스핀캐스팅 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 전자 주입층(EIL)을 형성할 수 있다. 진공증착법 및 스핀팅법에 의하여 전자 주입층을 형성하는 경우, 그 증착조건 및 코팅조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공 주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택된다.

상기 전자 주입층 형성 재료로는 상기 설명한 알칼리 금속 함유 화합물 및 제1금속의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 알칼리 금속 함유 화합물은 LiF, LiQ, CsF, NaF, NaQ 및 Li₂O로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있고, 상기 금속은 Yb, Tb, Ho, Sm, Eu, Pr, Ce, Al 및 Mg로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다. 전자 주입층 형성 재료는 예를 들면 LiQ와 Yb의 중량비가 1:1인 혼합물일 수 있다.

상기 전자 주입층의 두께는 0.1 내지 30㎚일 수 있다. 상기 전자 주입층의 두께가 0.1㎚ 이상일 경우에는 전자 주입이 효과적으로 이루어지고, 그 두께가 30㎚ 이하일 경우에는 구동전압이 상승하지 않게 된다.

이어서, 상기 전자 주입층 상부에 Ag를 포함하는 제2전극용 물질을 증착하여 제2 전극을 형성함으로써 유기 발광 소자가 완성된다.

상기 제2전극용 물질은 도전성이 우수한 제2금속을 더 포함할 수 있으며, Ag 100 중량부에 대하여 Al, Pt, Yb, Nd 및 Mg로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 제2금속을 20 중량부까지 포함할 수 있다. 전면 발광형의 유기 발광 소자인 경우에 상기 제2전극의 두께는 1 내지 30㎚일 수 있다.

상기 제1전극 및 제2전극은 각각 애노드 및 캐소드로서의 역할을 할 수 있으며, 그 반대도 가능하다.

이상, 유기 발광 소자의 일 구현예 및 그 제조 방법을 설명하였으나, 상기 유기 발광 소자의 구조가 도 1 내지 3에 도시된 바와 같은 구조에 한정되는 것이 아님은 물론이다.

본 발명을 따르는 유기 발광 소자는 다양한 형태의 평판 표시 장치, 예를 들면 수동 매트릭스 유기 발광 표시 장치 및 능동 매트릭스 유기 발광 표시 장치에 구비될 수 있다. 특히, 능동 매트릭스 유기 발광 표시 장치에 구비되는 경우, 상기 제1전극은 유기 발광 표시 장치에 구비된 박막 트랜지스터의 소스 전극 또는 드레인 전극와 전기적으로 연결될 수 있다.

이하, 본 발명을 하기 실시예를 들어 설명하기로 하되, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

기판 상에 Ag를 사용하여 2㎜×2㎜의 면적을 갖는 제 1전극을 형성하고, 그 위에 ITO층을 70Å 두께로 증착하였다. 이를 초음파 세정 및 전처리(UV-O3 처리, 열처리)하였다.

상기 정공 수송층 상부의 청색 발광층 영역에 BH215(이데미츠사)에 BD052(이데미츠사)를 5 중량%로 도핑한 물질을 200Å의 두께로 진공증착하여 청색 발광층을 형성하였고, 상기 정공 수송층 상부의 녹색 발광층 영역에 TMM004(머크사)에 Ir(PPy)3를 7 중량%로 도핑한 물질을 200Å의 두께로 진공 증착하여 녹색 발광층을 형성하였으며, 상기 정공 수송층 상부의 청색 발광층 영역에 TMM004(머크사)에 TER021(머크사)를 15 중량%로 도핑한 물질을 400Å의 두께로 진공증착하여 청색 발광층을 형성하였다. 상기 발광층 상부에 Alq3를 300Å의 두께로 진공증착하여 전자 수송층을 형성하였다.

상기 전자 수송층 상부에 이테르븀(Yb)과 불소화 리튬(LiF)을 1:1의 중량비로 20Å의 두께로 증착하여 전자 주입층을 형성하고, 그 상부에 Ag를 200Å의 두께로 진공증착하여 제2전극을 형성하였다.

상기 제2전극 상에 IDE406(굴절률 n= 1.8)를 600Å의 두께로 증착하여 캡핑층을 형성하였다.

실시예 2

상기 실시예 1과 동일하게 하였으나, 다만 전자 수송층 상부에 이테르븀(Yb)과 리튬 퀴놀레이트(LiQ)를 1:1의 중량비로 20Å의 두께로 증착하여 전자 주입층을 형성하고, 그 상부에 Ag와 Yb를 85:15의 중량비로 혼합한 금속을 200Å의 두께로 진공증착하여 제2전극을 형성하였다.

실시예 3

상기 실시예 1과 동일하게 하였으나, 다만 전자 주입층 상부에 Ag와 Yb를 85:15의 중량비로 혼합한 금속을 200Å의 두께로 진공증착하여 제2전극을 형성하고, 그 상부에 IDE406(굴절률 n= 1.8)를 600Å의 두께로 증착하여 캡핑층을 형성하였다.

비교예 1

상기 실시예 1과 동일하게 하였으나, 다만 전자 수송층 상부에 리튬 퀴놀레이트(LiQ)를 10Å의 두께로 증착하여 전자 주입층을 형성하고 그 상부에 Mg와 Ag를 중량비 10:1로 혼합한 금속을 120Å의 두께로 진공증착하여 제2전극을 형성하였다.

비교예 2

상기 실시예 1과 동일하게 하였으나, 다만 전자 수송층 상부에 리튬 퀴놀레이트(LiQ)을 10Å의 두께로 증착하여 전자 주입층을 형성하였다.

비교예 3

상기 실시예 1과 동일하게 하였으나, 다만 전자 주입층 상부에 Mg와 Ag를 중량비 10:1로 혼합한 금속을 120Å의 두께로 진공증착하여 제2전극을 형성하였다.

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 유기 발광 소자의 청색 발광 소자에 대하여 전류밀도 50mA/㎠에서 구동전압, 휘도, 발광효율 및 색좌표를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.

	구동전압 (V)	전류밀도 (㎃/㎠)	발광휘도 (㏅/㎡)	발광효율 (㏅/A)	색좌표
실시예 1	4	12.5	425	3.4	0.05
실시예 2	4	12.7	446	3.5	0.05
실시예 3	4	13	442	3.4	0.05
비교예 1	4	8.6	233	2.7	0.05
비교예 2	4	7.2	188	2.6	0.05
비교예 3	4	7.7	208	2.7	0.05

도 4 및 5는 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 유기 발광 소자의 청색 발광 소자(파장대 420~480㎚m)의 전기적 광학적 특성을 나타낸다. 도 4를 보면 실시예 1의 유기 발광 소자와 비교예 1의 유기 발광 소자는 전자 주입 및 전압에 따른 구동 특성이 동등함을 알 수 있다. 도 5는 실시예 1의 유기 발광 소자의 발광효율 그래프로서, 실시예 1의 유기 발광 소자가 비교예 1의 유기 발광 소자 대비 발광효율이 20% 이상 상승된 것을 알 수 있다. 또한, 상기 표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 3의 경우는 비교예 1 내지 3의 경우와 비교하여 구동전압은 동일하면서 발광효율이 증가한 것을 알 수 있다.

도 6 및 7은 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 유기 발광 소자의 녹색 발광 소자(파장대 500~560㎚m)의 전기적 광학적 특성을 나타낸다. 도 6은 녹색 발광 소자의 전압에 따른 전류 그래프이다. 실시예 1의 유기 발광 소자가 비교예 1의 유기 발광 소자에 비해 같은 전압에서 더 많은 전류가 흐르는 것을 알 수 있다. 도 7을 참고하면, 비교예 1의 유기 발광 소자는 발광효율이 30㏅/A의 수준이지만, 실시예 1의 유기 발광 소자는 발광효율이 50㏅/A 이상의 높은 값을 나타내는 것을 알 수 있다. 즉, 실시예 1의 발광 소자는 비교예 1의 발광 소자에 비해 청색 및 녹색 발광 소자 모두에서 발광효율과 구동전압이 개선됨을 알 수 있다.

10: 기판
20, 220: 제1전극
25, 225: 정공 주입 수송층
30, 230: 발광층
240: 전자 수송층
50, 150, 250: 전자 주입층
60, 160, 260: 제2전극
70, 170, 270: 캡핑층
100, 300: 유기 발광 소자

Claims

기판;
상기 기판 상에 형성된 제1전극;
상기 기판 상에 형성되며 Ag를 포함하는 제2전극;
상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 형성된 발광층;
상기 발광층과 상기 제2전극 사이에 형성되며 알칼리 금속 함유 화합물 및 제1금속의 혼합물로 이루어진 전자 주입층; 및
상기 제2전극 상에 형성된 캡핑층; 을 포함하되,
상기 알칼리 금속 함유 화합물이 LiF, LiQ, CsF, NaF, NaQ 및 Li₂O로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하고,
상기 제1금속이 Yb, Tb, Ho, Sm, Eu, Pr, Ce, Al 및 Mg로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 유기 발광 소자.
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제1항에 있어서,
상기 알칼리 금속 함유 화합물과 상기 제1금속의 중량비가 10:90 내지 90:10인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
제1항에 있어서,
상기 알칼리 금속 함유 화합물이 LiQ이고 상기 제1금속이 Yb이며, 상기 LiQ와 Yb의 중량비는 1:1인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
제1항에 있어서,
상기 전자 주입층의 두께가 0.1 내지 30㎚인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
제1항에 있어서,
상기 제2전극이 Al, Pt, Yb, Nd 및 Mg로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 제2금속을 더 포함하고, 상기 제2금속의 함량은 상기 Ag 100 중량부를 기준으로 0.01 내지 20 중량부인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
제1항에 있어서,
상기 제2전극의 두께가 1 내지 30㎚인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
제1항에 있어서,
상기 캡핑층이 유기물, 무기물 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
제1항에 있어서,
상기 캡핑층의 굴절률이 1.2 내지 5.0인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
제1항에 있어서,
상기 캡핑층이 무기물이고 상기 무기물은 ITO, IZO, SiO₂, SiNx, Y₂O₃, WO₃, MoO₃ 및 Al₂O₃로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
제1항에 있어서,
상기 캡핑층이 유기물이고 상기 유기물은 트리아민 유도체, 아릴렌디아민 유도체, Alq3 및 CBP로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
제1항에 있어서,
상기 캡핑층의 두께가 1 내지 200㎚인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
제1항에 있어서,
상기 제1전극과 상기 발광층 사이에 정공 주입층, 정공 수송층 또는 정공 주입 수송층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
제1항에 있어서,
상기 전자 주입층은 LiQ와 Yb의 중량비가 1:1인 혼합물을 포함하고, 상기 제2전극은 Ag를 포함하고, 상기 캡핑층은 트리아민 유도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
제1항에 있어서,
상기 전자 주입층은 LiQ와 Yb의 중량비가 1:1인 혼합물을 포함하고, 상기 제2전극은 Ag와 Yb의 중량비가 85:15인 혼합물을 포함하고, 상기 캡핑층은 트리아민 유도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
제1항에 있어서,
상기 전자 주입층은 LiF와 Yb의 중량비가 1:1인 혼합물을 포함하고, 상기 제2전극은 Ag를 포함하고, 상기 캡핑층은 트리아민 유도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
제1항에 있어서,
상기 전자 주입층은 LiF와 Yb의 중량비가 1:1인 혼합물을 포함하고, 상기 제2전극은 Ag와 Yb의 중량비가 85:15인 혼합물을 포함하고, 상기 캡핑층은 트리아민 유도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
기판;
상기 기판 상에 형성된 제1전극;
상기 기판 상에 형성되며 Ag를 포함하는 제2전극;
상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 형성된 발광층;
상기 발광층과 상기 제2전극 사이에 형성되며 알칼리 금속 함유 화합물 및 제1금속의 혼합물로 이루어진 전자 주입층; 및
상기 제2전극의 상기 발광층을 향하는 면의 반대면 상에 형성된 캡핑층; 을 포함하되,
상기 알칼리 금속 함유 화합물이 LiF, LiQ, CsF, NaF, NaQ 및 Li₂O로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하고,
상기 제1금속이 Yb, Tb, Ho, Sm, Eu, Pr, Ce, Al 및 Mg로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 배면 발광형 유기 발광 소자.
제19항에 있어서,
상기 제2전극의 두께가 1 내지 200㎚인 것을 특징으로 하는 배면 발광형 유기 발광 소자.
기판을 제공하는 단계;
상기 기판 상에 제1전극을 형성하는 단계;
상기 제1전극 상에 정공 주입 수송층을 형성하는 단계;
상기 정공 주입 수송층 상에 발광층을 형성하는 단계;
상기 발광층 상에 알칼리 금속 함유 화합물 및 제1금속의 혼합물로 이루어진 전자 주입층을 형성하는 단계;
상기 전자 주입층 상에 Ag를 포함하는 제2전극을 형성하는 단계; 및
상기 제2전극 상에 캡핑층을 형성하는 단계;를 포함하되,
상기 알칼리 금속 함유 화합물이 LiF, LiQ, CsF, NaF, NaQ 및 Li₂O로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하고,
상기 제1금속이 Yb, Tb, Ho, Sm, Eu, Pr, Ce, Al 및 Mg로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 유기 발광 소자의 제조 방법.
제21항에 있어서,
상기 전자 주입층은 상기 알칼리 금속 함유 화합물 및 상기 제1금속을 공증착하거나, 상기 알칼리 금속 함유 화합물 및 상기 제1금속의 혼합물을 열증착, 진공증착, 화학기상증착(CVD), 스퍼터링, 스핀코팅 또는 스핀캐스팅하여 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 제조 방법.