KR101410576B1 - 유기 발광 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판, 제1 전극, 유기물층 및 제2 전극을 순차적으로 적층된 구조로서 포함하는 유기 발광 소자에 관한 것으로서, 상기 기판 상에는 홈부 및 돌기부를 포함하는 트렌치(trench)가 형성되고, 상기 제1 전극은 트렌치(trench)가 형성된 기판 상에 증착되어 형성되며, 상기 제1 전극 상에는 보조 전극이 구비되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 기판 상에 형성되는 제1 전극 및 보조 전극의 표면적을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 저저항 전극을 구현할 수 있다. 또한, 전극의 선폭은 증가하지 않으므로, 유기 발광 소자의 개구율 또한 감소하는 것을 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 투명 전극층의 전압 하강을 최소화하여 소자의 휘도 균일성 및 안정성을 확보할 수 있는 우수한 유기 발광 소자에 관한 것이다.
유기 발광 소자는 두 개의 반대 전극과 그 사이에 존재하는 다층의 반도체적 성질을 갖는 유기물의 박막들로 구성되어 있다. 이와 같은 구성의 유기 발광 소자는 유기 물질을 이용하여 전기 에너지를 빛 에너지로 전환시켜주는 현상, 즉 유기 발광 현상을 이용한다. 구체적으로, 양극과 음극 사이에 유기물층을 위치시킨 구조에 있어서 두 전극 사이에 전압을 걸어주게 되면 양극에서는 정공이, 음극에서는 전자가 유기물층에 주입되게 된다. 주입된 정공과 전자가 만났을 때 엑시톤(exciton)이 형성되고, 이 엑시톤이 다시 바닥 상태로 떨어질 때 빛이 나게 된다.
상기와 같은 유기 발광 소자에서는 유기물층에서 생성된 빛이 광 투과성 전극을 통하여 방출하게 되며, 유기 발광 소자는 통상 전면 발광(top emission), 후면 발광(bottom emission) 및 양면 발광형으로 분류할 수 있다. 전면 또는 후면 발광형의 경우는 두 개의 전극 중 하나가 광 투과성 전극이어야 하며, 양면 발광형의 경우는 두 개의 전극이 모두 광 투과성 전극이어야 한다.
상기와 같은 유기 발광 소자에 대해서는 다층 구조를 사용하는 경우 저전압에서 구동할 수 있다는 코닥사의 발표 이래 많은 연구가 집중되어 왔으며, 최근에는 유기 발광 소자를 이용한 천연색 디스플레이가 휴대용 전화기에 부착되어 상용화되고 있다.
또한, 최근의 유기 발광 소자는 기존의 형광 물질을 이용하는 대신 인광 물질의 이용에 대한 연구가 진행되면서 효율의 향상이 급격히 이루어지고 있으며, 가까운 미래에는 기존의 조명을 대체할 수 있다는 예상도 나오고 있다.
유기 발광 소자가 조명으로 이용되기 위해서는 기존의 천연색 디스플레이와는 달리 고휘도에서 소자를 구동하여야 하며, 기존의 조명과 같이 일정한 휘도를 유지하여야 한다. 유기 발광 소자의 휘도를 충분히 향상시키기 위해서는 넓은 면적에서 발광이 이루어져야 하고, 이와 같이 넓은 면적에서 발광이 이루어지게 하기 위해서는 높은 구동 전류를 이용해야 한다. 또한, 넓은 면적에서 일정한 휘도를 유지하기 위해서는 상기와 같은 높은 전류가 넓은 면적의 소자에 균일하게 주입되어야 한다.
일반적으로 유기 발광 소자의 양극 물질로는 주로 일함수가 큰 금속 산화물이 사용된다. 그러나, 금속 산화물은 전기 전도도가 비교적 높지 않다. 따라서, 이와 같은 금속 산화물이 표시 면적이 작은 유기 EL이나 LCD에 사용되는 경우에는 문제점이 없으나, 조명 기기에 사용하기 위한 대면적 유기 EL에 사용되는 경우에는 높은 전류에 의한 전압 강하가 커서 전류가 발광면에 고르게 주입되지 않으므로 소자의 발광이 균일하게 일어나지 않는다. 예컨대, 전극을 구동 회로와 전기적으로 결선시킨 부분의 근처에서만 발광을 하고, 나머지 영역에서는 약한 발광이 일어나거나 발광이 일어나지 않을 수 있다.
한편, 유기 발광 소자의 음극 물질로는 주로 일함수가 작은 금속 또는 이들의 합금이 사용된다. 이와 같은 금속은 물질 자체의 전기 전도도는 높을 수 있으나, 유기 발광 소자의 특성상 전극의 투명성이 요구되는 경우에 박막으로 형성된다면 전기 전도도가 감소한다. 따라서, 이와 같은 경우에도 전류가 발광면에 고르게 주입되지 않으므로 소자의 발광이 균일하게 일어나지 않을 수 있다.
따라서, 유기 발광 소자를 조명 기기로 사용하기 위해서는 전극의 저항을 줄여 넓은 면적의 소자에서 고휘도의 발광이 균일하게 일어나도록 하는 것이 필요하다.
또한, 전극의 저항을 줄이는 것은 대면적 유기 발광 소자뿐만 아니라 수동 구동형(passive matrix) 디스플레이 소자의 제조에도 유용하게 사용될 수 있다. 수동 구동형 디스플레이는 능동 구동형(active matrix)과 같이 비정질 혹은 다결정 실리콘 박막 트랜지스터(amorphous or poly-silicon transistor) 후면 판(back plate)이 필요 없으므로 제조 단가가 매우 저렴하다. 그러나, 현재는 수동 구동형 유기 EL 디스플레이가 여러 가지 문제를 가지고 있으므로, 수동 구동형 유기 EL 디스플레이보다는 능동 구동형 유기 EL 디스플레이가 상용화 후보로 떠오르고 있다. 수동 구동형 유기 EL 디스플레이의 주요한 문제의 하나는, 수동 구동형 유기 EL 디스플레이 소자의 제조에는 우수한 광 투과성 및 전기 전도도를 갖는 전극을 제조하는 것이 필수적인 기술이나, 현재 사용되고 있는 전극의 저항이 크고 이로 인하여 디스플레이 크기가 증가하면 전극에서의 전압 강하가 심각하여 디스플레이 영상의 구현이 어렵다는 것이다.
따라서, 유기 발광 소자 분야에서는 전극의 저항을 줄이는 기술의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 투명 전극층의 전압 하강을 최소화하여 소자의 휘도 균일성 및 안정성을 확보하고, 간단한 공정으로 형성가능한 보조 전극을 갖는 유기 발광 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이에 본 발명은
기판, 제1 전극, 유기물층 및 제2 전극을 순차적으로 적층된 구조로서 포함하는 유기 발광 소자에 있어서,
상기 기판 상에는 홈부 및 돌기부를 포함하는 트렌치(trench)가 형성되고,
상기 제1 전극은 상기 트렌치(trench)가 형성된 기판 상에 증착되어 형성되며,
상기 제1 전극 상에는 보조 전극이 구비되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자를 제공한다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자는 종래와 같이 금속 보조 전극의 두께를 증가시키거나 선폭을 증가시키지 않는 경우에도, 기판 상에 형성되는 제1 전극 및 보조 전극의 표면적을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 저저항 전극을 구현할 수 있다. 또한, 전극의 선폭이 증가하지 않으므로, 유기 발광 소자의 개구율 또한 감소하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 투명 전극 구조를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 일 구체예에 따른 유기 발광 소자의 기판상에 형성되는 트렌치(trench)의 구조를 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 일 구체예에 따른 유기 발광 소자의 투명 전극을 형성하는 단계를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 일 구체예에 따른 유기 발광 소자의 기판상에 형성되는 트렌치(trench)의 구조를 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 일 구체예에 따른 유기 발광 소자의 투명 전극을 형성하는 단계를 나타낸 도이다.
이하 본 발명에 대해서 자세히 설명한다.
일반적으로 유기 발광 소자는 넓은 면적을 갖는 2개의 전극이 서로 마주보고 있으며 그 사이에 전류에 의해 빛을 발광하는 유기물층이 형성되어 있는 구조를 갖는다. 상기 전극의 테두리 부분에서 전류가 인가되어 전극의 중심부 쪽으로 흐르면서 유기물을 통과하여 마주보고 있는 전극으로 빠져나가게 되며, 이 때 전극의 테두리 부분에서 중심부로 전류가 흐르면서 전극의 저항에 비례하게 전압 하강이 발생한다. 이러한 전극의 저항에 의하여 전압 하강이 발생한 만큼 에너지를 소모하게 되어 유기 발광 소자의 에너지 효율을 저하시키게 된다.
또한, 상기 2개의 전극 사이에 형성되는 전기장이 달라지게 되므로, 전극 위치에 따라 유기물의 발광량이 달라지게 되는데, 이러한 위치에 따른 밝기의 차이는 외관상으로도 좋지 않을 뿐 아니라, 소자의 안정성에도 좋지 않은 영향을 주게 된다. 따라서, 유기 발광 소자에서는 이러한 문제를 최소화하기 위한 설계가 필요하다.
유기 발광 소자는 두 개의 투명 전극 또는 투명 전극과 금속 전극이 마주보는 구조로 되어 있다. 전술한 전극에서의 전압 하강 문제는 상대적으로 면 저항이 높은 투명 전극 쪽에서 문제가 된다. 상기 투명 전극으로는 ITO(indium tin oxide) 등을 사용하는데, 상기 ITO를 포함하는 투명 전극의 면 저항 값은 10 ~ 30 Ω/□ 수준으로서, Al 등을 100nm 증착하여 제조한 금속 전극의 면 저항 값인 0.3Ω/□ 수준보다 약 100배 가까이 차이가 난다. 상기 투명 전극의 면 저항 값을 낮추기 위하여 금속 보조 전극을 투명 전극 위에 형성하는 방법이 일반적으로 사용되고 있는데, 발광 영역면의 개구율을 떨어뜨리지 않고, 균일하게 면 저항 값을 낮추기 위해서는 미세한 금속 전극을 형성하여야 하고, 이를 위해서는 포토리소그라피법이 사용된다.
그러나, 이러한 공정은 공정 비용이 높다는 단점이 있다. 또한, 상기 금속 보조 전극 위로도 유기물층과 함께 금속 전극층도 증착이 되는데, 이 때 투명 전극 위의 금속 보조 전극과 금속 전극과의 합선 위험 때문에 금속 보조 전극을 형성할 때 그 위에 절연층을 추가로 형성해야 하는 문제점도 있다.
이에 본 발명은 극히 미세한 보조 전극을 형성하지 않고도 투명 전극층의 전압 하강을 최소화하여 소자의 휘도 균일성 및 안정성을 확보할 수 있는 유기 발광 소자를 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자는 기판, 제1 전극, 유기물층 및 제2 전극을 순차적으로 적층된 구조로서 포함하는 유기 발광 소자에 있어서, 상기 기판 상에는 홈부 및 돌기부를 포함하는 트렌치(trench)가 형성되고, 상기 제1 전극은 트렌치(trench)가 형성된 기판 상에 증착되어 형성되며, 상기 제1 전극 상에는 보조 전극이 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자에 있어서, 상기 기판은 당 기술분야에 알려진 것을 제한 없이 이용할 수 있으며, 보다 구체적으로는 유리 기판, 플라스틱 기판 등을 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자에 있어서, 상기 기판 상에는 홈부 및 돌기부를 포함하는 트렌치(trench)가 형성된다. 상기 트렌치(trench)의 구조의 일 구체예를 하기 도 2에 구체적으로 나타내었으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 상기 트렌치(trench)의 종횡비는 0.1 내지 10 일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 통상의 스퍼터링 방식 또는 증착 방식을 이용할 경우 직진성 증착이 이루어져 스텝 커버리지(step coverage) 능력이 떨어지게 되므로 과도한 종횡비는 바람직하지 않다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자는 기판 상에 홈부 및 돌기부를 포함하는 트렌치(trench)를 형성함으로써, 상기 기판 상에 증착되는 제1 전극 및 보조 전극의 표면적을 증가시킬 수 있다. 예컨대, 상기 트렌치(trench)의 종횡비(B/A)가 1인 경우에는 표면적을 약 2배 증가시킬 수 있고, 트렌치(trench)의 종횡비(B/A)가 2인 경우에는 표면적을 약 3배 증가시킬 수 있다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자에 있어서, 상기 기판 상에 형성되는 트렌치는 유기 발광 소자의 발광영역을 제외한 부분에 형성될 수 있다. 즉, 제1 전극 상에 형성되는 보조 전극이 형성되는 위치에 형성될 수 있다.
상기 트렌치는 포토리소그라피법이나 레이져를 이용한 트렌치 패터닝에 의해 기판 상에 형성된다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자에 있어서, 상기 제1 전극은 트렌치(trench)가 형성된 기판 상에 증착되어 형성되며, 상기 제1 전극 상에는 보조 전극이 구비된다.
또한, 본 발명에 따른 유기 발광 소자에 있어서, 상기 제1 전극은 투명 전극이고, 상기 제2 전극은 금속 전극일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 전극은 ITO(indium tin oxide) 등을 증착하여 형성할 수 있고, 상기 제2 전극은 Al 등을 증착하여 형성할 수 있다.
상기 제1 전극으로는 투명 전극으로 사용 가능한 모든 재료가 사용되며, 상기 제2 전극으로는 상기 제1 전극 또는 OLED에서 사용 가능한 모든 금속 재료가 사용된다. 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 재료가 동일한 경우 반사판 역할을 하는 금속층이 구비되어야 한다.
상기 제1 전극 상에는 면 저항 값을 낮추기 위하여 금속 보조 전극을 형성할 수 있다. 상기 금속 보조 전극은 당 기술분야에 알려진 재료 및 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 상기 금속 보조 전극의 재료로는 Cr, Mo, Ag, Cu, Al, Mo/A1/Mo, Mo/Cu/Mo 등 비저항이 낮은 단일 금속 또는 복합 금속이 바람직하며, 상기 금속 보조 전극은 포토리소그라피법 등을 이용하여 상기 제1 전극 상에 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자는 스퍼터링(sputtering) 이나 전자빔 증착(e-beam evaporation)과 같은 PVD(physical vapor deposition) 방법을 이용하여, 기판 상에 금속 또는 전도성을 가지는 금속 산화물 또는 이들의 합금을 증착시켜 제1 전극을 형성하고, 그 위에 유기물층을 형성한 후, 그 위에 제2 전극으로 사용할 수 있는 물질을 증착시킴으로써 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자 중 유기물층은 다양한 고분자 소재를 사용하여 증착법이 아닌 용매 공정(solvent process), 예컨대 스핀 코팅, 딥 코팅, 닥터 블레이딩, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅 또는 열 전사법 등의 방법에 의하여 더 적은 수의 층으로 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 유기물층은 발광층을 포함하고, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층 및 전자 주입층 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 적층 구조일 수 있다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자에 있어서, 상기 정공 주입층을 형성할 수 있는 물질로는 통상 유기물층으로 정공 주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 본 발명에서 사용될 수 있는 정공 주입 물질의 구체적인 예로는 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO : Al 또는 SnO2 : Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자에 있어서, 상기 전자 주입층을 형성할 수 있는 물질로는 통상 유기물층으로 전자 주입이 용이하도록 일함수가 작은 물질인 것이 바람직하다. 전자 주입 물질의 구체적인 예로는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석 및 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; LiF/Al 또는 LiO2/Al과 같은 다층 구조 물질 등이 있고, 정공 주입 전극 물질과 동일한 물질을 사용할 수도 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자에 있어서, 상기 발광층을 형성할 수 있는 물질로는 정공 수송층과 전자 수송층으로부터 정공과 전자를 각각 수송받아 결합시킴으로써 가시광선 영역의 빛을 낼 수 있는 물질로서, 형광이나 인광에 대한 양자 효율이 좋은 물질이 바람직하다. 구체적인 예로는 8-히드록시-퀴놀린 알루미늄 착물(Alq3); 카르바졸 계열 화합물; 이량체화 스티릴(dimerized styryl) 화합물; BAlq; 10-히드록시벤조 퀴놀린-금속 화합물; 벤족사졸, 벤즈티아졸 및 벤즈이미다졸 계열의 화합물; 폴리(p-페닐렌비닐렌)(PPV) 계열의 고분자; 스피로(spiro) 화합물; 폴리플루오렌, 루브렌; 인광 호스트 CBP[[4,4'-bis(9-carbazolyl)biphenyl] 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 발광 물질은 형광 또는 인광 특성을 향상시키기 위해 인광 도판트 또는 형광 도판트를 추가로 포함할 수 있다. 상기 인광 도판트의 구체적인 예로는 ir(ppy)(3)(fac tris(2-phenylpyridine) iridium) 또는 F2Irpic[iridium(Ⅲ)bis(4,6-di-fluorophenyl-pyridinato-N,C2) picolinate] 등이 있다. 형광 도판트로는 당 기술분야에 알려진 것들을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자에 있어서, 상기 전자 수송층을 형성할 수 있는 물질로는 전자 주입층으로부터 전자를 잘 주입 받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로서, 전자에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 구체적인 예로는 8-히드록시퀴놀린의 Al 착물; Alq3를 포함한 착물; 유기 라디칼 화합물; 히드록시플라본-금속 착물 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자는 조명용 유기 발광 소자인 것이 바람직하다.
특히, 종래에는 투명 전극의 저항을 낮추기 위하여, 금속 보조 전극의 두께를 증가시키거나, 선폭을 증가시키는 방법 등을 이용하였다. 그러나, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 기판 상에 트렌치(trench)를 형성함으로써, 투명 전극 및 금속 보조 전극의 표면적을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 투명 전극의 저항을 낮출 수 있다. 또한, 투명 전극 및 금속 보조 전극의 선폭은 증가하지 않으므로, 유기 발광 소자의 개구율을 감소시키지 않게 된다.
본 발명의 일 구체예에 따른 유기 발광 소자의 투명 전극을 형성하는 단계를 하기 도 3에 나타내었다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자는 기판 상에 홈부 및 돌기부를 포함하는 트렌치(trench)를 형성한 이후, ITO 등과 같은 제1 전극 물질을 증착시키고, 금속 등과 같은 보조 전극 물질을 증착시키는 단계를 통하여 투명 전극을 형성할 수 있다.
Claims (7)
- 기판, 제1 전극, 유기물층 및 제2 전극을 순차적으로 적층된 구조로서 포함하는 유기 발광 소자에 있어서,
상기 기판 상에는 홈부 및 돌기부를 포함하는 트렌치(trench)가 형성되고,
상기 제1 전극은 상기 트렌치(trench)가 형성된 기판 상에 증착되어 형성되며,
상기 제1 전극 상의 트렌치(trench)가 형성된 영역에는 보조 전극이 구비되고,
상기 기판 상에 형성되는 트렌치는 유기 발광 소자의 발광영역을 제외한 부분에 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자. - 청구항 1에 있어서, 상기 기판은 유리 기판 또는 플라스틱 기판인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 트렌치(trench)의 종횡비는 0.1 내지 10 인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 제1 전극은 투명 전극이고, 상기 제2 전극은 금속 전극인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 제1 전극은 ITO(indium tin oxide)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 보조 전극은 Cr, Mo, Ag, Cu, Al, Mo/A1/Mo 및 Mo/Cu/Mo으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 조명용 유기 발광 소자인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
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