JP4699052B2

JP4699052B2 - 有機エレクトロルミネッセンス素子及びその製造方法

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Publication number: JP4699052B2
Application number: JP2005064314A
Authority: JP
Inventors: 寛熙李; 章赫權; 承潤柳
Original assignee: Samsung Mobile Display Co Ltd
Current assignee: Samsung Display Co Ltd
Priority date: 2004-06-18
Filing date: 2005-03-08
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2025-03-08
Also published as: US7470933B2; CN1711001A; KR100611756B1; CN100472795C; KR20050120400A; US20050280355A1; JP2006005328A

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子及びその製造方法に関し、更に詳細には、素子特性を均一にし、製造方法が容易な有機エレクトロルミネッセンス素子及びその製造方法に関するものである。

一般的に、薄膜トランジスタを備えている有機エレクトロルミネッセンス素子は、能動発光型表示素子であり、視野角が広くて、コントラストが優れているだけでなく、応答速度が速いという長所を持っており、次世代表示素子として注目されている。

一方、有機エレクトロルミネッセンス素子は、発光層(Emitting Layer)形成用の物質によって無機EL素子と有機EL素子とに区分される。ここで、有機EL素子は、無機EL素子に比べて輝度、駆動電圧及び応答速度特性が優れており、多色化が可能であるという長所を持っている。

また、有機エレクトロルミネッセンス素子は、多数個のスキャンラインとこれに垂直な方向に形成される多数個のデータラインとによって定義される画素領域が各々赤、緑、青を具現することにより、フルカラー平板表示素子を構成することができる。

図１は、通常のフルカラー有機エレクトロルミネッセンス素子を示す断面図である。
図１を参照すれば、一般的な有機EL素子は、赤(R)、緑(G)、青(B)を具現するようにそれぞれ赤画素領域、緑画素領域、及び青画素領域を備えている基板１０の上部にそれぞれ所定パターンの第１の電極層１２が形成されている。全面発光構造の場合には、反射電極である金属電極で形成するか、あるいは、反射膜を含む透明電極で形成する。

その後、各画素領域を絶縁して画素を定義するために、絶縁物質で積層した後、パターニングして開口部を含む画素定義膜１４を形成する。

そして、第１の電極層の上部には、正孔注入層１４、正孔輸送層１６が共通層として基板全面にわたって形成される。

続いて、前記正孔輸送層１６の上部には、それぞれ画素領域に該当する発光物質を積層して、R、G、B発光層を形成する。

必要によって、正孔抑制層１８、電子輸送層２０、及び電子注入層２２が順次基板全面にわたって形成され、前記電子注入層２２の上面には、所定パターンの第２の電極層が形成されている。ここで、正孔注入層１４、正孔輸送層１６、発光層、正孔抑制層１８、電子輸送層２０、電子注入層２２は有機化合物からなる有機薄膜らである。

しかしながら、フルカラー有機エレクトロルミネッセンス素子の場合、各画素毎に、即ち、各色毎にその発光効率の差が生じることになる。即ち、赤発光物質の場合、緑及び青発光物質よりも発光効率が優れており、また、緑発光物質は、青発光物質よりも発光効率が優れている。

したがって、従来技術では、有機薄膜らの厚さを制御することにより、最大の効率と輝度を得ようとする試みが多くなされている。例えば、特許文献１には、陽極、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、陰極が順次形成された構成において、前記電子輸送層の膜厚を３０から６０nmに設定することにより、発光の効率を向上させようとする技術が開示されている。

また、特許文献２には、電子輸送層の膜厚を調節することにより、発光層で発生した光と陰極から反射されて来る光とが干渉する場合に、光の輝度が実質的に増加されるようにした技術が開示されている。また、特許文献３には、光学的膜厚を制御することにより、輝度を向上させ、特に青発光の色純度を高めた有機エレクトロルミネッセンス素子について開示されている。

このような有機エレクトロルミネッセンス素子は、輝度の向上のためには、カラー別に光学的厚さが異なって形成されるように設定されている。しかしながら、量産工程において、カラー別に工程を全面的に異にして、光学的厚さがカラー別に異なるように形成することは難しいという問題点を持っている。
特開平４−１３７４８５号公報特開平４−３２８２９５号公報特開平７−２４０２７７号公報

本発明は、前述したような問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は、RGB画素毎に素子特性が均一な有機エレクトロルミネッセンス素子及びこれを製造する方法を提供することにある。

本発明は、前記の目的を達成するために、
第１の画素領域、第２の画素領域及び第３の画素領域を備えている基板と；
前記基板上に前記第１、第２及び第３の画素領域毎にそれぞれ形成されている第１の電極層と；
基板全面にわたって前記第１の電極層の上部に形成されている正孔注入層と；
前記第１の電極層上に形成されており、前記第１、第２及び第３の画素領域上に形成されている第１の正孔輸送層と；
前記第１の画素領域、第２の画素領域及び第３の画素領域のうち、隣接する２つの画素領域の前記第１の正孔輸送層の上部に形成されている第２の正孔輸送層と；
前記隣接する２つの画素領域のいずれか一つの画素領域の前記第２の正孔輸送層の上部に形成されている第３の正孔輸送層と；
前記第１、第２及び第３の正孔輸送層の上部に形成されている第１の有機発光層、第２の有機発光層及び第３の有機発光層と；
前記第１の有機発光層、第２の有機発光層及び第３の有機発光層の上部に形成されている第２の電極層と；を含むことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子を提供する。
また、本発明は、
基板を提供する段階と；
前記基板上に第１の電極層をパターニングして形成する段階と；
前記第１の電極上に画素定義膜を基板全面にわたって形成し、発光領域が開口されるように前記画素定義膜をパターニングして、第１の画素領域、第２の画素領域及び第３の画素領域の発光領域を定義する段階と；
前記基板全面にわたって正孔注入層を形成する段階と；
前記正孔注入層の上部に第１の正孔輸送層を形成する段階と；
前記第２の画素領域及び第３の画素領域の上部のみに第２の正孔輸送層を形成する段階と；
前記第３の画素領域の上部のみに第３の正孔輸送層を形成する段階と；
前記各々の画素領域に第１、第２及び第３の発光物質をパターニングして、第１の発光層、第２の発光層及び第３の発光層を形成する段階と；
前記発光層の上部に第２の電極を形成する段階と；
を含むことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法を提供する。

以下、本発明を添付の図面を参照して、更に詳しく説明する。

図２は、本発明の一実施例に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の構造を概略的に示す断面図である。
図２を参照すれば、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、先に第１の画素領域、第２の画素領域及び第３の画素領域を備えている基板１０上に、前記第１、第２及び第３の画素領域毎にそれぞれ第１の電極層１２が形成されている。

前記第１の画素領域、第２の画素領域及び第３の画素領域は、それぞれ互いに異なる色を具現し、また、各々の画素領域は、赤、緑及び青のいずれか一つの色を具現する。即ち、例えば、第１の画素領域が赤であり、第２の画素領域が緑であれば、第３の画素領域は青となり、第１の画素領域が緑であり、第２の画素領域が青であれば、第３の画素領域は赤を具現する。この他にも、このような組合わせで各画素領域が定義され得る。

一方、前記基板には、ガラス基板、プラスチック基板等のように絶縁基板を用いる。

そして、前記第１の電極層１２は、反射電極で形成されることができる。前記反射電極には、Al、Alの合金、Ag、Ca及びMg/Agからなる群より選ばれる１種を用いることが望ましい。

一方、前記第１の電極層１２は、反射膜を含む透明電極で形成することができる。この時、反射膜には、Al、Alの合金又はAgを用いることができ、透明電極には、ITO、IZOなどを用いることができる。

その後、前記第１の電極層１２の上部に画素定義膜１４を形成し、発光領域に開口部が形成されるように前記画素定義膜１４をパターニングする。前記画素定義膜１４には、BCB、アクリル樹脂など、有機絶縁膜を用いることが望ましい。

続いて、前記第１の電極層１２の上部に正孔注入層１６を形成する。前記正孔注入層１６は、基板全面にわたって各画素領域に共通層として形成することが望ましい。前記正孔注入層１６には、フタロシアニン銅(copper phthalocynine； CuPc)又は４，４’，４”-トリス(N-(３-メチルフェニル)-N-フェニルアミノ)トリフェニルアミン(４、４’、４”-トリス(N-(３-methylphenyl)-N-phenylamino)triphenylamine)(MTDATA)などの通常的に使う物質を用いることができる。

前記正孔注入層１６の上部に基板全面にわたって第１の正孔輸送層１８-１を形成する。前記第１の正孔輸送層１８-１は共通層として形成することが望ましい。

続いて、前記第１の画素領域１００を除いて、第２の画素領域２００及び第３の画素領域３００において前記第１の正孔輸送層１８-１の上部に第２の正孔輸送層１８-２を高精細マスクを使って形成する。

続いて、前記第１及び第２の画素領域１００、２００を除いて、第３の画素領域３００のみに高精細マスクを使って第３の正孔輸送層１８-３を形成する。このようにすることで、第１、第２及び第３の画素領域１００、２００、３００のそれぞれに互いに異なる正孔輸送層１８が形成されるようになる。

この時、前記正孔輸送層に使用され得る物質には、N、N'-ジ(１-ナフチル)-N、N'-ジフェニルベンジジン(NPD)、トリフェニルジアミン(TPD；triphenylanime)又はPEDOTなどがある。

一方、前記第１の正孔輸送層、第２の正孔輸送層及び第３の正孔輸送層は、それぞれ異なる物質で形成することもでき、前記第１の正孔輸送層、第２の正孔輸送層及び第３の正孔輸送層のうち２つの層は同一の物質で形成することもできる。また、前記第１の正孔輸送層、第２の正孔輸送層及び第３の正孔輸送層は同一の物質で形成することもできる。

前記第１の正孔輸送層の厚さは、１０nm〜６０nmが好ましく、前記厚さの範囲は、フルカラー素子を形成する正孔注入層と正孔輸送層との厚さに影響を受ける。前記第２の正孔輸送層の厚さは、４０nm〜７０nmが好ましく、前記厚さは、第１の発光カラーと第２の発光カラーとの厚さに影響を受け、カラー別の最適の厚さが違うため、第１の発光層と第２の発光層との厚さの差によって決まる。前記第３の正孔輸送層の厚さは、４０nm〜７０nmが好ましく、前記厚さは、第２の発光層と第３の発光層との厚さの差に依存するためである。

続いて、前記正孔輸送層の上部にそれぞれ第１の発光物質、第２の発光物質、第３の発光物質をパターニングして、第１、第２及び第３の発光層２０-１、２０-２、２０-３を形成する。本発明の場合、フルカラー有機エレクトロルミネッセンス素子を具現するために、第１、第２、第３の画素領域のそれぞれが赤、緑、青を具現しなければならない。ところが、素子特性、特に、発光効率を考慮すれば、赤が最も高く、その次が緑、青の順なので、正孔輸送層の全体厚さの薄い領域が青を具現する領域とならなければならなく、その次が緑を具現する領域、そして、赤を具現する領域とならなければならない。
したがって、第１の画素領域１００に青発光層２０-１が形成され、第２の画素領域２００に緑発光層２０-２が形成され、最後に、第３の画素領域３００に赤発光層２０-３が形成されることが望ましい。

前記赤発光層は、ホスト物質として、CBP(carbazole biphenyl)又はmCPを含み、ドーパント物質として、PIQIr(acac)(bis(1-phenylisoquinoline)acetylacetonate iridium)、PQIr(acac)(bis(1-phenylquinoline)acetylacetonate iridium)、PQIr(tris(1-phenylquinoline)iridium)及びPtOEP(octaethylporphyrin platinum)からなる群より選ばれる一つ以上を含む燐鉱物質を使って形成される。また、前記赤発光層は、PBD:Eu(DBM)_３(Phen)又はペリレン(Perylene)のような蛍光物質を使って形成することもできる。

前記緑色発光層は、ホスト物質として、CBP又はmCPを含み、ドーパント物質として、Ir(ppy)3(fac tris(2-phenylpyridine) iridium)を含む燐鉱物質を使って形成される。また、前記緑発光層は、Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum)のような蛍光物質を使って形成することもできる。

前記青色発光層は、DPVBi、スピロ-DPVBi、スピロ-６P、ジスチルベンゼン(DSB)、ジスチリルアリレン(DSA)、PFO系高分子及びPPV系高分子からなる群より選ばれる一つの物質を含む蛍光物質を使って形成される。前記青発光層を燐鉱物質で形成する場合、光特性が不安定で、前記した蛍光材料らを使って形成する。

以上のような発光層は、LITI(Laser Induced Thermal Imaging)法、インクジェット法、真空蒸着法など、通常の方法で形成することができる。

前記第２の電極層は、透過性金属電極で形成され、透過性金属電極には、Ca又はMg/Ag、Alの一つを用いることができる。

一方、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記発光層の上部に共通層として正孔抑制層１８、電子輸送層２０及び電子注入層２２のうち１以上の層を更に含むことができる。

前記正孔抑制層１８、電子輸送層２０及び電子注入層２２には、通常的に使われる物質を用い、正孔抑制層１８には、ビフェノキシ-ビス(8-キノリノラト)アルミニウム(Balq)、電子輸送層２０には、ポリサイクリックヒドロカーボン系誘導体、ヘテロサイクリック化合物、トリス(8-キノリノラト)アルミニウム(Alq_３)、電子注入層２２には、LiFなどの物質を使うことができる。

また、本実施例では、前記第２の電極層の上部に保護膜層(図示せず)を更に含むことができる。前記保護膜層には、屈折率が１.５以上、透過率が７０％以上の物質らを使うことができ、有機物質には、Alq_３、NPB、CBPなどを使うことができ、無機物質には、屈折率が１.５以上のSiO₂、SnO₂、SiO、TiO₂、オキサイド系又はSi_３N_４のナイトライド系又はZnSの物質らを使うことができる。

一方、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、図示されていないが、薄膜トランジスタを更に含むことができる。

以上のように、本発明では、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、各画素毎にRGB別に正孔輸送層の厚さを異ならせて、素子特性、特に、発光効率を均一にして素子特性を向上させることができ、第２の正孔輸送層を形成する場合、第２の画素領域と第３の画素領域とに共通の高精細マスクを使ってパターニングすることで、タック・タイムを少なくすることができる。

通常の有機エレクトロルミネッセンス素子を示す断面図である。本発明の一実施例に係る有機エレクトロルミネッセンス素子を示す断面図である。

符号の説明

１０基板
１２第１の電極層
１４画素定義膜
１６正孔注入層
１８正孔輸送層
１８−１第１の正孔輸送層
１８−２第２の正孔輸送層
１８−３第３の正孔輸送層
２０電子輸送層
２２電子注入層
１００第１の画素領域
２００第２の画素領域
３００第３の画素領域

Claims

第１の画素領域、第２の画素領域及び第３の画素領域を備えている基板と；
前記基板上に前記第１、第２及び第３の画素領域毎にそれぞれ形成されている複数の第１の電極層と；
前記複数の第１の電極層の間に形成されている画素定義膜と；
基板全面にわたって前記第１の電極層及び前記画素定義膜の上部に形成されている正孔注入層と；
前記正孔注入層上に形成されており、前記第１、第２及び第３の画素領域の前記第１の電極層及び前記画素定義膜に対応する領域全体にわたって形成されている第１の正孔輸送層と；
前記第１の正孔輸送層の上部に形成されており、前記第１の画素領域、第２の画素領域及び第３の画素領域のうち、隣接する２つの画素領域の前記第１の電極層及び前記画素定義膜に対応する領域にわたって形成されている第２の正孔輸送層と；
前記第２の正孔輸送層の上部に形成されており、前記隣接する２つの画素領域のいずれか一つの画素領域の前記第１の電極層及び前記画素定義膜に対応する領域にわたって形成されている第３の正孔輸送層と；
前記第１、第２及び第３の正孔輸送層の上部に形成されている第１の有機発光層、第２の有機発光層及び第３の有機発光層と；
前記第１の有機発光層、第２の有機発光層及び第３の有機発光層の上部に形成されている第２の電極層と；を含む
ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
前記第１の画素領域、第２の画素領域及び第３の画素領域は、それぞれ互いに異なる色を具現し、それぞれ赤、緑及び青のいずれか一つの色を具現するものである
ことを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
前記第１の画素領域は青、第２の画素領域は緑、第３の画素領域は赤を具現するものである
ことを特徴とする請求項２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
前記第１の正孔輸送層、第２の正孔輸送層及び第３の正孔輸送層は、それぞれ異なる物質で形成されるものである
ことを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
前記第１の正孔輸送層、第２の正孔輸送層及び第３の正孔輸送層のうち２つの層は、同一の物質で形成されるものである
ことを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
前記第１の正孔輸送層、第２の正孔輸送層及び第３の正孔輸送層は、同一の物質で形成されるものである
ことを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
前記第１の正孔輸送層は、共通層として形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
前記第１の電極層は、反射電極で形成され、前記第２の電極層は、透明電極で形成されるものである
ことを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
前記第１の電極層は、反射膜を含む透明電極であり、前記第２の電極層は、透過性金属電極で形成されるものである
ことを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
前記透過性金属電極は、Ｃａ、Ｍｇ／Ａｇ、Ａｌ、Ｌｉの一つである
ことを特徴とする請求項９に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
前記発光層の上部に共通層として正孔抑制層、電子輸送層及び電子注入層のうち１以上の層を更に含む
ことを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
前記第２の電極層の上部に保護膜層を更に含む
ことを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
前記第１の正孔輸送層、第２の正孔輸送層及び第３の正孔輸送層は、Ｎ、Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ、Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ＮＰＤ）又はトリフェニルジアミン（ＴＰＤ；ｔｒｉｐｈｅｎｙｌａｎｉｍｅ）で形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
基板を提供する段階と；
前記基板上に第１の電極層をパターニングして形成する段階と；
前記第１の電極上に画素定義膜を基板全面にわたって形成し、発光領域が開口されるように前記画素定義膜をパターニングして、第１の画素領域、第２の画素領域及び第３の画素領域の発光領域を定義する段階と；
前記基板全面にわたって正孔注入層を形成する段階と；
前記正孔注入層の上部に第１の正孔輸送層を形成する段階と；
前記第２の画素領域及び第３の画素領域の上部のみに共通のマスクを使って第２の正孔輸送層を形成する段階と；
前記第３の画素領域の上部のみに第３の正孔輸送層を形成する段階と；
前記各々の画素領域に第１、第２及び第３の発光物質をパターニングして、第１の発光層、第２の発光層及び第３の発光層を形成する段階と；
前記発光層の上部に第２の電極を形成する段階と；を含む
ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
前記第２及び第３の正孔輸送層は、高精細マスクを使ってパターニングするものである
ことを特徴とする請求項１４に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
前記第１の正孔輸送層は、共通層として形成されるものである
ことを特徴とする請求項１４に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
前記第１の画素領域、第２の画素領域及び第３の画素領域は、それぞれ互いに異なる色を具現し、それぞれ赤、緑及び青のいずれか一つの色を具現するものである
ことを特徴とする請求項１４に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
前記第１の画素領域は青、第２の画素領域は緑、第３の画素領域は赤を具現するものである
ことを特徴とする請求項１７に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
前記第１の正孔輸送層、第２の正孔輸送層及び第３の正孔輸送層は、それぞれ異なる物質で形成されるものである
ことを特徴とする請求項１４に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
前記第１の正孔輸送層、第２の正孔輸送層及び第３の正孔輸送層のうち２つの層は、同一の物質で形成されるものである
ことを特徴とする請求項１４に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
前記第１の正孔輸送層、第２の正孔輸送層及び第３の正孔輸送層は、同一の物質で形成されるものである
ことを特徴とする請求項１４に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
前記発光層の上部に共通層として正孔抑制層、電子輸送層及び電子注入層のうち１以上の層を更に形成する
ことを特徴とする請求項１４に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
前記第２の電極層の上部に保護膜層を更に形成する
ことを特徴とする請求項１４に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。