KR100546876B1

KR100546876B1 - 유기 발광 장치

Info

Publication number: KR100546876B1
Application number: KR1020047014048A
Authority: KR
Inventors: 카터줄리안찰스; 버로우즈제레미헨리; 힉스스티븐칼
Original assignee: 캠브리지 디스플레이 테크놀로지 리미티드
Priority date: 1998-12-16
Filing date: 1999-12-15
Publication date: 2006-11-23
Also published as: HK1050425A1; CN1242495C; KR20010093847A; KR100461152B1; CN1184703C; JP3662496B2; WO2000036662A1; JP4837286B2; KR20040099309A; AU1788200A; JP2002532848A; CN1400676A; JP2005209647A; US7005196B1; US7255939B2; GB9907120D0; EP1145337A1; CN1334967A; US20060119253A1

Abstract

본 발명은 유기 발광층(8)을 포함하는 유기 발광 장치에 관한 것으로서, 상기 유기 발광층(8)은, 그 유기 발광층 쪽으로 전하 수송자를 주입하기 위한 제 1 전극(4)과 제 2 전극(12) 사이에 삽입되고; 상기 제 1 전극과 제 2 전극 중 적어도 어느 하나의 전극은 복수 개의 층들로 구성되고; 상기 복수 개의 층에는 고 저항을 갖는 제 1 전극층(10)이 포함되고; 상기 제 1 전극층(10)은, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 중에서 당해 전극이 아닌 다른 전극으로부터 떨어져 있는 유기 발광층(8) 표면에 인접한 위치에서 고 저항을 가지며; 상기 제 1 전극층(10)은 반도체 재료, 반도체 재료와 절연체의 혼합물, 반도체 재료와 전도체 재료의 혼합물, 그리고 절연체 재료와 전도체 재료의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 고-저항 재료로 구성된다.

유기 발광 장치

Description

유기 발광 장치{ORGANIC LIGHT-EMITTING DEVICES}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 장치의 횡단면도를 도시한 것이다.

도 2는 본 발명의 한 가지 태양에 대한 원리를 설명하기 위한 유기 발광 장치의 횡단면도를 도시한 것이다.

도 3은 스핀-코팅 중에 유기성 재료의 미립자 오염에 의해 야기된 대표적인 결함 부위를 갖는 유기 발광 장치의 횡단면도의 개략도를 도시한 것이다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따르는 유기 발광 장치의 횡단면도를 도시한 것이다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따르는 발광 장치의 개략도를 도시한 것이다.

도 6은 도 5에 도시된 장치의 양극층의 한 단면에 대한 개략적인 평면도를 도시한 것이다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따르는 장치의 횡단면도를 도시한 것이다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따르는 장치의 횡단면도를 도시한 것이다.

본 발명은 유기 발광 장치(OLED: Organic Light-Emitting Devices)에 관한 것으로, 고유 결함을 포함하는 유기 발광층을 갖는 유기 발광 장치(OLED)에 있어서의 전류 밀도의 균일성을 향상시킨 유기 발광 장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 패턴화된 전극(電極)(electrode)을 갖는 유기 발광 장치에 관한 것이다.

미국 특허 제5,247,190호 또는 미국 특허 제4,539,507호에 기술된 유기 발광 장치에 관한 내용이 본 명세서에 참고 자료로 포함되는데, 위 특허들을 살펴보면, 다양한 디스플레이 응용 장치에 활용될 수 있는 수많은 잠재 사항들을 알 수 있다. 그 중한 방법에 따르면, 유리 또는 인듐 주석 산화물(ITO: Indium Tin Oxide)과 같은 투명한 제 1 전극(양극, anode)을 포함하는 플라스틱 기판(plastic substrate)을 코팅 처리함으로써 유기 발광 장치(OLED)가 제작된다. 이 때, 적어도 하나의 전기발광성(electroluminescent) 유기성 재료 박막(thin film) 층이, 최종 증, 즉 금속 또는 합금이 대표적인 제 2 전극(음극, cathode) 필름(film)인 최종 층의 증착에 앞서서 증착된다.

많은 실제 응용 장치에 있어서, 전기발광성 유기성 재료의 층은 실제적인 작동 전력을 보장해 줄 수 있도록 하는 100nm의 크기(order)에 달하는 두께를 갖는다. 통상적으로 스핀-코팅(spin-coating) 처리 기술에 의해 제 1 전극 상에 부착된다. 만일 유기층의 두께에 해당하는 크기의 규격을 갖는 입자들로 유기성 재료가 오염될 경우에는, 이 입자들로 인해 유기성 재료 자체는 물론이고 유기층 내에도 결함을 발생시키며, 이들이 존재함으로써 제 1 전극의 표면 상에서의 유체 유기성 재료의 운동이 방해를 받아 그 입자에 둘레에서는 최종 유기층의 두께에 변화가 야기되고, 최악의 경우에는 유기층 내에 구멍(핀홀)이 형성되는 결과가 초래되어, 그 구멍(핀홀)을 통해서 기초 층(전극 층)이 노출된다.

유기층 내의 결함은, 예를 들면, 유기성 재료의 성막 성질(film-forming property)이 본래 취약한 경우나, 증착 후의 유기층에 물리적 손상이 발생하였을 때에도, 유발될 수 있다.

대표적 결함 부위가 도 3에 도시되어 있다. 인듐 주석 산화물(ITO) 양극층으로 코팅 처리된 유리 기판(102) 상에, 전기발광 유기층(106)이 스핀 코팅 방식으로 증착되어 있다. 거대한 입자(107)의 존재로 인해 입자(107) 자체 및 핀홀(111)로 이루어진 결함 부위(109)가 발생되었다. 음극층(110)은 그 전기발광 유기층(106) 상에 형성된다.

도 3에 도시된 바와 같은 종류의 국지화된 결함(localised defect)은 장치가 전류 이상(current anomaly)[예, 단락(short)]을 발생시키는 작동을 하는 중에 명백히 드러나는 현상으로 상기 전류 이상(단락) 발생 시 대부분의 전류가 결함 영역 내에 국지화된다. 특히 이 점으로 인해, 장치의 반복 생산성에 문제가 생기며, 도트 메트릭스 장치(dot matrix device) 내에서는 특수한 문제가 되는데, 그 이유는 이것이 대체 전류 경로를 제공하여 잘못된 화소(pixel)에 불이 들어오도록 하기 때문이다.

이러한 종류의 결함들을 방지하기 위하여, 유기층의 증착은 대개 오염을 방지할 수 있는 시계(view)를 갖춘 청정실 내에서 수행되며 거기서 거대 입자들을 제거하기 위해 스피닝 과정을 수행하기 전에 유기성 재료를 여과하는 과정을 포함하게 된다. 그러나, 통상의 청정실에는 300 nm까지로 규정된 입자 규격 수준을 갖추고 있으며 유기성 재료는 450 nm 가량의 크기로만 여과되는 것이 대표적인데, 그 이유는 보다 더 작은 크기의 입자를 제거하는 일은 많은 비용이 요구되기 때문이다.

따라서, 발광성 유기 재료는 증착시킬 유기층 두께의 크기에 해당하는 크기를 갖는 입자들로 오염되는 일이 흔히 발생하므로, 앞서 언급한 바와 같이, 결국에는 최종 유기층 내에 결함이 발생된다. 게다가, 상기와 같은 거대 입자들에 의한 오염이 완전히 제거될 수 있다손 치더라도, 제조 공정 중에 결함은 얼마든지 발생할 수 있는 일이며, 그 원인을 예로 들어보면, 유기성 재료 자체의 성막 성질이 본래 취약한 경우나, 증착 후의 유기층 상에 부주의로 우연히 가해진 물리적 손상을 들 수 있다.

장치를 생산한 후 결함 입자들을 제거하는 기술 중에 공지의 한 기법은, 장치를 통해 매우 높은 전류를 흘려보내 이들을 증발시킴으로써 결함 입자를 "태워 없애(burn-out)"는 것이다. 그러나, 이 기법은 모든 결함 입자에 적용할 수는 없는 노릇이고 더욱이 매우 큰 규모의 단락(short)이 발생하는 문제를 해결하는 데에는 사용될 수 없다. 게다가, 장치의 수명 기간 내에 명백히 드러날 수도 있는 문제점들이 반드시 처리되는 것도 아니다. 따라서, 유기 발광 장치 내에서의 전류 이상(異常)이라는 문제를 감소시키는 것이 본 발명의 목적이다.

본 출원인의 선행 미국 특허 제5,247,190호나 반 슬라이크 등에 허여된 미국 특허 제4, 539,507호에 기술되어 있는 사항과 같은 유기 발광 장치(OLED)에서, 광은 음극과 양극이 중첩될 경우에만 적어도 하나의 유기층으로부터 방출되기 때문에, 전극을 간단히 패턴화시키기만 해도 화소화(pixelation) 및 패턴화(patterning)가 달성된다. 이렇게 하면 고해상도는, 쉽게 얻을 수 있으며, 원리상 음극과 양극의 중첩 영역에만 제한되므로 결국은 음극과 양극의 크기로 제한되는 것이다. 도트-메트릭스 디스플레이가 통상 제작되는데, 그 방법은 음극과 양극을 열과 행(rows and column)의 수직 배열로 배열시키는 것으로, 상기 음극과 양극 사이에는 적어도 하나의 유기층이 배치된다.

저해상도 도트-메트릭스 디스플레이는, 예를 들면, 양극으로 작용하는 인듐-주석 산화물(ITO) 선이 표면 위에 배열되어 있는 기판 상에, 적어도 하나의 유기성 전기발광 층을 코팅 처리함으로써 제작될 수 있다. 상기 양극 선들과 수직을 이루는 선들의 배열로 이루어진 음극은 적어도 하나의 유기층으로 된 다른 측면 상에 마련된다. 이와 같은 음극 선들은, 예를 들면, 물리적 섀도 마스크(shadow mask, 3색 브라운관의 형광면 앞에 놓이는 다공[多孔]금속판)를 통하여 증착 또는 스퍼터링(evaporated or sputtered)될 수 있는 알루미늄이나 알루미늄계의 합금으로 된 선이 될 수 있다. 그러나, 여러 이유로 인해 섀도 마스크는 바람직하지 않을 수도 있다고 판단되고 있다. 특히, 거대 영역이나 고해상도를 디스플레이 해야 할 필요가 있을 때 섀도 마스크를 사용하는 데에는 심각한 제약이 따른다. 상기와 같은 전극 선 배열과, 영역이 크고 고해상도인 기타 다른 패턴을 만들어 내려면, 통상 다양한 형태의 석판술(lithography)을 사용해야만 할 것이다.

소망하는 전기 및 광 출력 특성을 갖는 효율적이고 안정된 유기 발광 장치(OLED)를 제작하려면, 유기층과 전극들 사이의 인터페이스(interface)의 설계 및 제작에 통상 매우 높은 심혈을 쏟아야만 한다. 이러한 인터페이스가 특히 중요한 이유는 전극으로부터 적어도 하나의 유기층 안쪽으로 전하 수송자가 효율적으로 주입되어야만 한다는 사실 때문이다.

전극 패턴, 특히 적어도 하나의 유기층의 맨 상단 위에 있게 되는 전극 패턴을 제작하는 데 있어서 석판술 공정이 활용될 경우, 유기 발광 장치 디스플레이에 있는 화소를 소망하는 전기 및 광 출력 특성이 유지되도록 하는 것은 그리 간단한 일이 아닌데, 그 이유는 석판술 공정이 유기층과 전극 간의 인터페이스와 그 주변을 변경시켜서 잠재적으로 손상을 주기 때문이다. 그와 같은 석판술 공정 중에 발생하는 손상은 포토레지스트(photoresist, 광선에 노출하면 불용성의 굳은 막을 만드는 물질), 현상제(developer), 에칭 공정(etching process)[건식 및 습식, 음화 및 양화기법, 그리고 에칭 및 리프트 오프(lift-off)], 그리고 사용된 용매(solvent)가 원인이 되어 발생할 수 있다. 공액 중합체(conjugated polymer)는 흔히 유기성 용매로부터 증착되고 통상 유기성 용매 내에서 용해성을 띈다는 점을 여기서 언급해야 하겠다.

석판술(lithography)에는 포토레지스트 또는 잔류 포토레지스트를 제거하고자 플라스마 에칭/소각(etching/ashing)이 자주 활용되는데, 여기서 잔류 포토레지스트란 현상제를 완전히 세척해내지 않았을 가능성이 있는 포토레지스트이다. 유기성 전기발광체 및 전하 수송 재료(charge transporting materials)는 일반적으로는 플라즈마에 직접 노출되는 것과 같은 건식 에칭/소각 공정에서 손상되고, 변경되거나, 매우 급속하게 에칭된다.

유기성 전기발광체 및 전극 패턴화 공정의 영향으로부터 전하 수송 재료를 보호하는 한 방법이 국제 특허 공개 WO97/42666호에 공지되어 있는데, 여기서 유전체(dielectric) 물질로 구성된 얇은 차단 층(thin barrier layer)이 전도성 전극층과 발광성 유기 재료 층 사이에 삽입되어 있다.

본 발명의 발명자들은 디스플레이의 전기적 특성과 광 출력 특성을 크게 바꾸지 않고도 증가된 효율성, 신뢰성, 그리고 내구성에 대한 오늘날의 요구를 만족하기 위하여, 적어도 하나의 유기층의 맨 상단 상에 전극을 형성해 주는 다양한 석판술 공정을 활용 가능하게 해주는 개선된 구조에 대한 요구 및 필요성을 확인한 바 있다. 따라서, 본 발명의 또 다른 목적은 이와 같은 요구 사항들을 만족시켜 주는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 첫번째 태양에 따르면, 전하 수송자들을 유기 발광층으로 주입시키기 위하여 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 삽입된 유기 발광층과, 상기 유기 발광층 내의 어떤 전도성 결함부를 통한 전류의 흐름을 제한하기 위한 수단으로 구성되는 유기 발광 장치가 제공된다. 앞에서 언급한 "완전소각(burn out)" 기법과 달리, 유기 발광층 내의 임의의 전도성 결함부를 통한 전류의 흐름을 제한하기 위한 수단의 장치와 연계하게 되면, 장치의 수명 기간 중에 앞에서 설명한 바와 같은 방식으로 장치의 작동에 심각한 영향을 미칠 정도의 수준으로 발생할 수 있는 어떠한 전류 이상도 발생하는 것을 방지할 수 있다.

상기와 같은 수단은 유기 발광 장치의 제 1 전극과 제 2 전극 중 적어도 한 전극에 결합되는 것이 바람직하다. 특히, 전극은 복수 개의 층들로 구성될 수 있고, 그 복수개의 층들은, 제 1 전극과 제 2 전극 중 당해 전극이 아닌 다른 전극으로부터는 떨어져 있는 "유기 발광층의 표면"에 인접한 제 1 전극층을 포함하며, 발광 장치의 구동 전압을 상당히 증가시킬 만큼 높지는 않지만 상기 유기 발광층 내의 임의의 전도성 결함부에서의 과도 전류는 방지시키기에 충분할 정도로 높게 하여 선택된 저항을 갖는다.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 제 1 전극층은 절연체 재료와 반도체 재료의 혼합물, 전도체 재료와 반도체 재료의 혼합물, 그리고 전도체 재료와 절연체 재료의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 고 저항률 재료로 구성될 수 있다. 높은 저항을 띄는 전극층으로서 위에 언급된 재료들의 혼합물 중 하나의 층을 사용하는 것은 간단히 해당 혼합물의 성분의 상대 비율만 조정함으로써 높은 저항률을 띈 전극층의 저항이 쉽게 원하는 값으로 조정될 수 있다는 장점이 있다.

음극의 경우, 제 1 전극층은 저 일함수(low work function)를 갖는 적어도 하나의 재료로 구성되는 것이 바람직하며, 상기 일함수의 수치는 3.7 eV 이하인 것이 선호되고, 음극의 전극-주입 성능을 개선하고자 한다면 3.2 eV보다 더 낮은 것이 바람직하다.

본 발명의 두번째 태양에 따르면, 전하 수송자를 유기 발광층의 안쪽으로 주입시키기 위하여 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 삽입된 유기 발광층과, 연관된 전극으로부터 유기 발광층 내의 임의의 전도성 결함부를 전기적으로 차단시키기 위한 수단으로 구성된 유기 발광 장치가 제공된다. 본 발명의 이와 같은 태양에 따른 장치에서는 그 장치의 수명 기간 중에 발생하는 어떠한 종류의 전류 이상들도 단명하게 될 것이고 전류 이상을 발생시키는 유기 발광층 내의 전도성 결함도 장치내에 연관된 수단에 의해 관련 전극으로부터 신속히 차단된다.

이러한 수단들은 상기 제 1 전극과 제 2 전극 중 적어도 한 전극과 연계되는 것이 바람직한데, 그 전극은, 제 1 전극과 제 2 전극 중 당해 전극이 아닌 다른 전극으로부터는 멀리 떨어져 있는 "유기 발광층의 표면"에 인접한 얇은 제 1 전극층을 포함하는 복수 개의 층들로 구성될 수 있고, 상기 얇은 제 1 전극층의 크기와 재료 물성은, 상기 유기 발광층 내의 전도성 결함부에 의해 야기된 이상(異常) 전류에 영향을 받게 될 때에 상기 전도성 결함부에 인접한 상기 제1 전극층이 증발할 수 있도록 선택된다.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 전극은, 불투명체(opaque)이고, 제 1 전극 및 제 2 전극 중 당해 전극이 아닌 다른 전극으로부터 멀리 떨어져 있는 "유기 발광층의 표면"에 인접하고 저 일함수 재료로 구성된 얇은 제 1 전극층을 포함하는 복수 개의 층들과, 유기 발광층으로부터는 떨어져 있으나 제 1 전극층의 표면에는 인접한 제 2 전극층으로 구성되며, 상기 제 2 전극층은 반도체 재료, 반도체 재료와 절연체 재료의 혼합물, 반도체 재료와 전도체 재료의 혼합물, 그리고 절연체 재료와 전도체 재료의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 높은 저항의 재료로 된 층으로 구성된다.

다른 대안으로서, 전극은 복수 개의 하위-전극들로 구성된 제 1 전극층을 구비할 수도 있는데, 상기 하위-전극 각각은 그 하위-전극을 직접 둘러싸고 있는 다른 하위-전극들 각각에 가용성 링크를 통해 연결되어 있으며, 상기 가용성 링크 각각은, 해당 하위-전극을 다른 하위-전극으로부터 전기적으로 차단시켜주는 특정 값을 초과하는 전류를 받게 되면 파단된다.

이와 같은 본 발명의 두번째 태양에 있어서는, 얇은 제 1 전극층은 0.5에서 10 nm 범위의 두께를 갖는 것이 바람직하고, 5 nm 또는 그 이하인 것이 보다 더 바람직하다.

본 발명의 세번째 태양에 따르면, 전하 수송자를 유기 발광층 안쪽으로 주입시키기 위하여 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 삽입된 유기 발광층으로 구성된 유기 발광 장치가 제공되는데, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극 중 적어도 한 전극이, 높은 저항을 갖는 제 1 전극층을 포함하는 복수 개의 층들로 구성되고, 상기 제 1 전극층의 두께는, 유기 발광층 내의 어떠한 고유 결함부도 제 1 전극층에 의해 덮일 수 있도록, 유기 발광층의 두께보다 크게 되어 있다.

한 실시예에 따르면, 제 1 전극층은, 제 1 전극과 제 2 전극 중 당해 전극이 아닌 다른 전극으로부터는 떨어져 있는 "유기 발광층의 표면"에 인접하게 배치되어 있다.

높은 저항을 갖는 제 1 전극층의 두께를 유기 발광층의 두께보다 더 크게 함으로써, 유기 발광층 내의 어떠한 핀홀(pinhole) 결함부도 완전히 채워지게 되고, 이에 따라 유기 발광층의 어떠한 영역도 위에 적층되는 전도성 층에 노출되지 않게 하여 그 전도성 층과 직접 접촉하지 않게끔 하는 것이 추가로 보장된다.

이와 같은 본 발명의 세번째 태양에 있어서는, 높은 저항률의 층은 반도체 재료, 반도체 재료와 전도체 재료의 혼합물, 반도체 재료와 절연체 재료의 혼합물 또는 전도체 재료와 절연체 재료의 혼합물로 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 네번째 태양에 따르면, 유기 발광층의 안쪽으로 전하 수송자를 주입시키기 위한 제 1 전극과 제 2 전극의 사이에 삽입된 유기 발광층을 포함하는 유기 발광 장치에 있어서의 전류 밀도의 균일성을 향상시키기 위한 방법이 제공되는데, 그 방법은 고 저항을 갖는 제 1 전극층을 포함하는 복수 개의 층들로부터 제 1 전극과 제 2 전극들 중 하나의 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 고 저항의 재료는 반도체 재료, 절연체 재료와 반도체 재료의 혼합물, 절연체 재료와 전도체 재료의 혼합물, 또는 반도체 재료와 전도체 재료의 혼합물로 구성된다.

위에 기술되어 있는 본 발명의 각 태양에서, 높은 저항의 전극층은 알루미늄층과 같은 전도체 재료의 층으로 보호되는 것이 바람직하다.

본 발명의 첫번째 태양부터 네번째 태양에 있어서, 높은 저항의 전극층의 저항은, 구동 전압의 심각한 증가를 초래할 만큼 높지는 않고(구동 전압의 증가는 장치의 전원 효율성을 감소시키기 때문임) 다만 결함 부위에서의 과다한 전류는 방지시켜줄 정도로 높게 선택한다. 대표적으로 100 ~ 10,000 nm 범위의 두께를 갖는 전극층에 대하여 저항률은 1 Ωcm에서 10⁵ Ωcm의 범위에 있다.

위에서 설명된 본 발명의 여러 태양들에서 사용하기에 적합한 반도체 재료로는, 예컨데, Ge, Si, α-Sn, Se, ZnSe, ZnS, GaAs, GaP, CdS, CdSe, MnS, MnSe, PbS, ZnO, SnO, TiO₂, MnO₂, 및 SiC가 있다. 위에서 설명한 본 발명의 여러 태양들에서 사용하기에 적합한 절연체 재료로는, Al₂O₃, SiO₂, LiO, AlN, SiN, LiF, 그리고 CsF와 같은 절연 산화물, 질화물, 및 불화물(fluoride)이 있다. 본 발명에서 사용되기에 적합한 전도체 재료로는, 예컨데, Al과 Ag와 같은 금속이 있다.

본 발명에 사용되기에 적합한 저 일함수 재료로는, Ca, Li, Yb, LiF, CsF, 그리고 LiO가 있다.

유기 발광층 내의 고유 결함에 의한 바람직하지 못한 효과를 퇴치하기 위해 음극(cathode)을 사용하는 경우에는 진공 증착시키는 것이 특히 바람직한데, 그 이유는 미립자의 수준을 극단적으로 낮출 수 있기 때문이다.

삭제

본 발명의 다섯번째 태양에 따르면, 유기 발광 영역의 안쪽으로 전하 수송자를 주입시키기 위한 제 1 전극과 제 2 전극의 사이에 삽입된 유기 발광 영역으로 구성되는 유기 발광 장치가 제공되는데, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 중 적어도 한 전극은, 제 1 전극과 제 2 전극 중 당해 전극이 아닌 다른 전극으로부터 떨어져 있는 "유기 발광 영역의 표면"에 인접한 고 저항 제 1 전극층과, 유기 발광 영역으로부터는 멀리 있는 "제 1 전극층의 표면"에 인접해 있는 패턴화된 전도성 제 2 전극층을 포함하고; 상기 제 1 전극층은, 제 1 전극과 제 2 전극 중 당해 전극이 아닌 다른 전극으로부터 떨어져 있는 "유기 발광 영역의 표면" 전체 영역을 실질적으로 보호하며, 그리고 반도체 재료와 절연체 재료의 혼합물, 반도체 재료와 전도체 재료의 혼합물, 및 절연체 재료와 전도체 재료의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 고-저항률 재료로 구성된다.

본 발명의 다섯번째 태양에서는, 제 1 전극층은, 앞서 설명된 바와 같이, 유기 발광 영역의 실질적인 전체 표면 상에 형성된다. 다시 말해, 제 1 전극층은, 패턴화 된 제 2 전극층의 측방향에서의 최외측에 있는 가장자리에 의해 정해져서 제 2 전극층에 의하여 점유된 영역에 해당하는 유기 발광 영역의 표면의 영역 상에는 적어도 형성된다는 것이다.

"패턴화된 전극층"이라는 용어는 아래 놓여 있는 고 저항 제 1 전극층을 통해서만 연결되는 복수 개의 전극 요소들을 의미한다. 패턴화된 전극층은 바람직하기로는, 아래 놓여 있는 고 저항 제 1 전극층을 통해서만 연결되는, 일련의 평행한 열 또는 행과 같이 별도로 분리되어 있는 요소들의 질서정연한 배열로 구성되는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명의 다섯번째 태양에서 고 저항 제 1 전극층의 저항은 다음과 같이 결정된다. 즉, 패턴화된 제 2 전극층의 전극 요소들 사이에서 심각한 전류 유실을 방지하기에 충분할 만큼 크되, 장치를 작동하는 데 요구되는 전압을 상당히 증가시킬 정도로 높지는 않게 결정된다.

절연체 재료와 반도체 재료의 물리적 혼합물, 또는 반도체 재료와 전도체 재료의 물리적 혼합물, 또는 전도체 재료와 절연체 재료의 물리적 혼합물로 구성되는 재료를 차단 층으로 사용하면, 혼합물 내의 각 재료의 상대 비율을 적절히 바꾸어 줌으로써 개별 장치의 요구사항에 준하여 층의 저항률이 쉽게 조정될 수 있다는 훌륭한 장점이 있다.

본 발명의 다섯번째 태양에 따른 고 저항 제 1 전극층은 전도체와 절연체 또는 반도체의 물리적 혼합물로 구성되는 것이 바람직하며, 사실상 전도체와 절연체의 물리적 혼합물인 것이 바람직한데, 그 이유는 전도체 재료의 혼합에 의해 혼합물의 전도성이 증가된다는 것은 장치를 작동시키는 데 필요한 전압을 상당히 증가시키지 않으면서도 고 저항의 제 1 전극층의 두께를 증가시킬 수 있다는 것을 뜻하기 때문이다. 두께를 실질적으로 증가시킬 수 있는 이와 같은 능력은, 에칭/소각 공정의 영향으로부터 기초 유기층이나 여러 층들을 더욱 잘 보호해 줄 수 있을 뿐만 아니라, 현대식 청정실에 의해 제공되는 높은 수준의 청정성까지 갖춘 기초 유기성 막 내에 필수 불가결하게 존재하고 있는 어떤 결함(예를 들면 오염물이나 핀홀의 입자)의 역효과를 보상시켜 주기 위한 수단도 제공한다. 예를 들면, 그러한 결함부들을 실질적으로 덮게 되면, 장치 내의 바람직하지 않은 저 저항 경로의 존재가 감소되므로, 장치의 성능이 개선된다. 또한, 두께가 증가된 차단층은, 유기성 재료와 반응하여 흑점을 야기시킬 수 있는 습기나 산소와 같은 반응성 주변 물질의 유입에 대항하여, 기초 유기층을 더욱 잘 보호해 주기도 한다.

Ge, Si, α-Sn, Se, ZnSe, ZnS, GaAs, GaP, CdS, CdSe, MnS, MnSe, PbS, ZnO, SnO, TiO₂, TiO₂, MnO₂ and SiC들이 적합한 반도체 재료에 포함되는 것들인데 꼭 여기에만 국한되는 것은 아니다.

적절한 절연체 재료로는, 일례로 산화물, 질화물, 그리고 불화물과 같은 할로겐화물(halide)들이 있는데, 여기에만 국한되는 것은 아니다. 절연체 재료는 Al₂O₃, SiO₂, LiO, AlN, SiN, LiF그리고 CsF로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것이 선호된다. 적절한 전도체 재료에는 바람직하기로는 Al 및 Ag와 같은 금속이 있는데, 이에 국한되지 않는다.

본 발명의 다섯번째 태양에서의 일 실시예에 따르면, 제 1 전극층은, 장치의 음극을 형성하고, 전극의 전자 주입 성능이 향상될 수 있도록 Li, Ca, 또는 Cs와 같은 저 일함수(3.7 eV 이하가 바람직하고, 3.0 eV 이하가 더 바람직함)를 갖는 원소를 포함하는 재료를 적어도 한가지 포함한다. Li 또는 Ca를 포함하는 재료로 구성된 전극층들이 특히 바람직하다. 제 1 전극층은 LiF/Al, Ca/Fe, Li/Si, Ca/ZnO, LiF/ZnSe 그리고 CsF/ZnS로 구성되는 그룹으로부터 선택된 혼합물로 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다섯번째 태양의 대안적 실시예에 따르면, 제 1 전극층은, 장치의 양극을 형성하고, 전극의 정공 주입 성능이 향상될 수 있도록 고 일함수(4.5 eV 이상인 것이 바람직하고 5.0 eV 이상인 것이 더 바람직함)를 갖는 원소를 포함하는 재료를 적어도 한가지 포함한다. 이러한 대안적 실시예에서, 제 1 전극층은 Au, Pd, As 그리고 인듐-주석 산화물(ITO)로 구성되는 그룹으로부터 선택된 재료로 구성되는 것이 바람직하다.

제 1 전극층은 0.5에서 1.0 미크론(micron)의 범위에서 두께를 갖는 것이 바람직하며, 10²에서 10⁵ Ωcm 에 해당하는 범위의 저항률, 즉 ρ를 갖는 재료로 구성된다.

본 발명의 여섯번째 태양에 따르면, 전하 수송자를 유가 발광 영역으로 주입시키기 위한 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 삽입된 유기 발광 영역을 포함하는 유기 발광 장치가 제공되는데, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 중 적어도 하나는, 제 1 전극과 제 2 전극 중 그 당해 전극이 아닌 다른 전극으로부터 떨어져 있는 유기 발광 영역의 표면에 인접해 있는 고-저항 제 1 전극층과, 상기 유기 발광 영역으로부터 떨어져 있는 제 1 전극층의 표면에 인접해 있으며 패턴화된 전도층을 구비하는 제 2 전극층을 포함하는 복수 개의 층들로 구성되고; 상기 제 1 전극층은, 상기 "제 1 전극과 제 2 전극 중 당해 전극이 아닌 다른 전극"으로부터 떨어져 있는 유기 발광 영역의 표면의 실질적인 전체 영역 상에 형성되고, 유기 발광 영역보다 더 큰 두께를 가짐으로써, 유기 발광 영역 내의 특정 결함에 의한 영향이 제 1 전극층에 의해 보상될 수 있는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 여섯번째 태양에서는, 제 1 전극층의 두께가 0.5에서 1 미크론의 범위에 있는 것이 바람직하고, 제 1 전극층은 반도체 재료, 반도체 재료와 절연체의 혼합물, 반도체 재료와 전도체 재료의 혼합물, 그리고 절연체 재료와 전도체 재료의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 재료로 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일곱번째 태양에 따르면, 전하 수송자를 유기 발광 영역으로 주입하기 위한 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 삽입된 유기 발광 영역을 포함하는 유기 발광 장치의 전극을 형성하는 방법이 제공되는데, 상기 방법은, 제 1 전극과 제 2 전 중 한 전극(이를, "당해 전극"이라 칭함)을 형성하되 상기 제 1 전극과 제 2 전극 중에서 당해 전극이 아닌 다른 전극으로부터 떨어져 있는 "유기 발광 영역의 표면"의 실질적인 전체 영역 상에 고-저항의 제 1 전극층을 첫번째로 형성함으로써 제 1 전극과 제 2 전극 중 한 전극을 형성하는 단계와, 상기 유기 발광 영역으로부터 떨어진 상기 제 1 전극층의 표면 상에 제 2 전극층을 형성하는 단계를 포함하고; 상기 제 1 전극층은 반도체 재료, 반도체 재료와 절연체의 혼합물, 반도체 재료와 전도체 재료의 혼합물, 그리고 절연체 재료와 전도체 재료의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 구성되고; 상기 제 2 전극층은 패턴화된 전도층으로 형성된다.

본 발명의 여덟번째 태양에 따르면, 전하 수송자를 유기 발광 영역으로 주입시키기 위하여 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 삽입된 유기 발광 영역을 포함하는 유기 발광 장치가 제공되는데, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극 중 적어도 한 전극(이를, "당해 전극"이라 칭함)은, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 중 당해 전극이 아닌 다른 전극으로부터 떨어져 있는 "유기 발광 영역의 표면"에 인접한 절연체 재료로 구성되는 제 1 전극층과, 유기 발광 영역으로부터 떨어져 있는 상기 제 1 전극층의 표면에 인접한 고-저항 제 2 전극층과, 제 1 전극층으로부터 떨어져 있는 상기 제 2 전극층의 표면에 인접한 패턴화된 전도성 제 3 전극층을 포함하고; 상기 제 1 전극층과 제 2 전극층은, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 중 당해 전극이 아닌 다른 전극으로부터 떨어져 있는 유기 발광 영역의 표면의 실질적 전체 영역을 덮으며; 상기 제 2 전극층은 반도체 재료, 반도체 재료와 절연체 재료의 혼합물, 반도체 재료와 전도체 재료의 혼합물, 및 절연체 재료와 전도체 재료의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 고-저항 재료로 구성된다.

이와 같은 본 발명의 여덟번째 태양에서, "패턴화된 전극층"이라는 용어는, 아래에 놓인 전극층을 통해서만, 바람직하기로는 아래에 놓인 고 저항 제 2 전극층을 통해서만, 서로 연결되는 복수 개의 전극 요소들을 의미하는 것이다.

유기 발광 영역에 인접하게 해서 절연체 재료로 이루어진 얇은 층을 제공하고 그 위에 고-저항 전극층을 제공하게 되면, 다음과 같은 추가 이점이 있다. 저 일함수 원소를 포함하는 재료를 음극에 사용하고 고 일함수 원소를 포함하는 재료를 양극에 사용하는 경우에 있어서, 장치의 작동 전압을 현격히 증가시키지 않으면서도 제 1 전극층과 제 2 전극층의 온전한 기능, 즉 측방향으로의 전류 누설(current leakage 또는 cross-talk)을 방지하고 하부 유기 영역을 보호하는 기능을 떨어뜨리지 않으면서, 전극과 유기 발광 영역 사이의 인터페이스에서의 전하 수송자의 주입 성능이 추가로 더 향상되게 된다.

이와 같은 본 발명의 여덟번째 태양에서, 제 1 전극층은 유전체 산화물, 질화물 또는 불화물과 같은 할로겐화물의 층으로 구성된다. 특히 음극으로 사용되기에 바람직한 재료는 LiO, LiF 그리고 CsF이다.

본 발명의 다섯번째 태양에서부터 여덟번째 태양 각각에 있어서, 유기 발광 영역은, 예컨데, 발광성 중합체와 같은 발광성 유기성 재료의 단일 층으로 구성되거나, 추가적인 발광층이나 혹은 전하 주입 또는 전송 층의 역할을 할 수 있는 하나 또는 그 이상의 추가 유기층들을 포함할 수도 있다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고하여 예시적으로 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 첫번째 실시예에 따른 유기 발광 장치(OLED)를 도시한 것이다. 두께 1.1mm인 유리 기판(2)이 쉬트 저항(sheet resistance) 15 Ohms/sq를 갖는 인듐 주석 산화물(ITO) 층(4)에 의해 두께 150 nm로 코팅 처리되어 있다. 도 1에 도시되어 있지는 않으나, 이것은 예컨데 표준 광석판술 공정 및 에칭 공정을 사용하여 일련의 평행 스트립들을 형성시킬 수 있게 패턴화되어 있다. 황산 폴리스티렌(polystyrene sulphonic asid)(PEDT:PSS)으로 도핑 처리(doped)된 폴리에틸렌다이옥시티오펜(polyethylenedioxythiophene) 층(6)을 양극층(4) 위에서 스핀 처리하고 이어서 섭씨 150도에서 소부(baking)하고서 물을 제거하게 되면 두께 50 nm의 층이 남게 된다. 다음, 5%의 폴리(2,7-(9,9,다이-엔-옥틸플루오렌)-3,6-(벤조티아다이아졸레) [poly(2,7-(9,9,di-n-octylfluorene)-3,6-(benzothiadiazole)]와 폴리(2,7-(9,9-다이-엔-옥티플루오렌)-(1,4-페닐렌-((1,4-페닐렌-((4-섹부틸페닐)이미노)-1,4-페닐렌))(TFB) [poly(2,7-(9,9-di-n-octyfluorene)-(1,4-phenylene-((1,4-phenylene-((4-secbutylphenyl)imino)-1,4-phenylene))(TFB)]로 도핑 처리된 95 %의 폴리(2,7-(9,9-다이-엔-옥티플루오렌)(5BTF8)[poly(2,7-(9,9-di-n-octyfluorene)(5BTF8)]의 혼합물과 같은 발광성 중합체 층(8)이 두께 75 nm로 PEDT:PSS 층(6)에 스핀 처리된다. 그 다음, 음극층(10)이 상기 발광성 중합체 층(8) 위에 형성된다.

음극층을 증착시키는 데에는 표준형 진공 증착법이 비교적 저-에너지 기술이라는 관점에서 사용되는데, 이것은 발광성 중합체의 기초 층에 최소의 손상만을 유발한다. 만일 기초 유기층에 대한 손상 가능성이 별 문제가 되지 않는다면, 스퍼터링(sputtering)이 가장 바람직한 기술이 될 것인데, 그 이유는 이것이 정각(正角)의(conformal) 층 배치 기법이기 때문이다. 스퍼터링의 경우, 방전 가스로 네온(neon)의 사용이 선호된다.

이와 같은 경우, 음극층(10)은 알루미늄으로 공동-증착(co-evaporate) 건조된 불화 리튬(LiF) 층이다. 아래에 놓인 기초 유기층의 전체 표면을 음극층(10)으로 덮고 그 유기층 내의 어떠한 결함도 덮일 수 있도록 하기 위해 음극층(10)은 0.5에서 1 미크론의 두께로 부착된다. 알루미늄 층(12)이 0.5 미크론의 두께로 상기 음극층의 맨 상단에 부착된다. 예컨데 맨 상단의 이러한 알루미늄 층(12)은 증착법에 의해 부착된다. 도 1에 도시되어 있지는 않지만, 불화리튬-알루미늄(LiF-Al) 음극층(10)과 알루미늄 최상단 층(12)을 포함하는 음극도 일련의 평행 양극 스트립에 직각인 방향으로 연장되는 일련의 평행 스트립의 형태로 패턴화될 수 있으며, 일련의 음극 및 양극 스트립 각각이 중첩되는 지점들에 의하여 질서 정연히 정돈된 화소의 배열이 형성된다.

불화리튬(LiF)은 이중 기능(dual function)을 한다. 그 불화리튬은 저 일함수 재료이고 전자들을 유기 발광층 안으로 주입하는 일을 보조한다. 또한, 불화리튬은 절연체이기도 해서 결국은 고 저항률을 갖는 층이 된다.

고-저항 불화리튬/알루미늄 층(LiF/Al layer)은 삼투 작용(percolation mechanism)에 의해 전도된다.

불화리튬/알루미늄 층(10) 내 불화리튬과 알루미늄의 상대 비율은 소망하는 저항률에 따라 결정될 것이다. 소망하는 저항률은 기초 유기 발광층(8) 내에 존재하는 결함부의 면적과 개수에 따라 결정된다. 적합한 저항률을 결정하기 위한 방법이 도 2를 중심으로 기술되어 있는데, 도면을 살펴보면 일반적인 유기 발광 장치 내의 전류 이상의 주요 원인이 되는 복수 개의 핀홀 결함(30)을 포함하는 유기 발광층(18)을 포함하는 유기 발광 장치가 제시되어 있다.

유기 발광층(18)은 제 1 음극층(20)과 유리 기판(12) 상에 코팅 처리된 ITO 양극층(14) 사이에 샌드위치처럼 끼워져 있다. 제 1 음극층은 알루미늄(22) 층으로 코팅 처리되어 있다.

예를 들어, 유기 발광층(18)이 어떠한 핀홀 결함부도 가지고 있지 않다고 가정했을 때, 대표적인 작동 전압인 3V에서 장치의 전류 밀도(j)는 1mA/cm²가 될 것으로 추정된다.

핀홀 결함의 존재에 원인이 될 수 있는 전류 밀도는, 유기 발광층 내에 핀홀이 없는 경우에 관측될 수 있는 전류 밀도의 극히 소량의 비율에 지나지 않는 것이 바람직하다. 예컨데, 유기 발광층 내에 핀홀이 존재하지 않을 경우, 제 1 음극층은 충분히 높은 저항을 가지며 결함 발생의 원인이 될 만한 전류 밀도는 많아봐야 관측될 전류 밀도의 1%에 지나지 않는 것이 바람직하다.

핀홀 결함을 통한 전류 밀도는 다음과 같이 계산될 수 있다:

j_(def) = NVA/ρt

여기서, N은 결함 밀도(단위 면적당)이고, A는 각 결함부의 평균 면적, V는 작동 전압, ρ는 음극층의 저항률, t는 제 1 음극층(20)의 두께이다.

제 1 음극층(20)의 두께가 0.5 미크론이고, 각각 1 μm²의 면적에 해당하는 100개의 결함이 있다고 가정하자.

그러면, 위에 언급된 3 V의 작동 전압에서, 결함에 원인이 될 수 있는 전류 밀도는 60/ρmA/cm² 가량된다.

전류 밀도가, 핀홀 결함이 없을 경우에 관측될 전류 밀도의 1% 이하(1 mA/cm² 로 가정함)로 나타나도록 하기 위해서는, 제 1 음극층 재료의 저항은 대략 6000 Ωcm 또는 그 이상이 되어야 할 것이다.

0.5 미크론의 두께를 갖고 6000 Ωcm의 저항을 갖는 재료로 구성되는 제 1 음극층을 가로질러 발생되는 전압 강하는 전류 밀도가 1 mA/cm²일 때 겨우 0.3 mV 가량된다. 따라서 이러한 층은 전력 효율성에 있어서 무시할만한 영향을 가지게 될 것이며, 작동 중인 유기 발광 장치의 전류 밀도의 균일성을 향상시켜 줄 것이다.

유기 발광층 내의 입자 결함의 존재는, 이들에 의한 효과가 핀홀 효과에 비하여 무시할 만하다는 사실을 근거로 하여, 무시되어 왔다. 그러나, 그와 같은 어떤 결함의 영향이 결코 무시할만 한 것이 아니라면, 고 저항 음극층에 적합한 저항을 결정할 때 해당 분야 기술에 숙련된 자에게는 어떻게 위에 언급된 것과 같은 그러한 입자 결함들의 영향을 고려할 것인지는 명백해 질 것이다.

이하에서는, 도 1에 도시된 종류의 장치로서 결함 부위가 있는 장치에 있어서의 고 저항층의 최적 저항값을 계산하기 위한 방법이 제시되는데, 상기 결함 부위는 상기 고 저항 층이 없을 경우에는 저 저항 음극과 양극 사이를 직접적으로 연결하게 된다. 최대 효율을 위해 막(film)이 최적화된다.

의 전류 밀도로

의 전압을 가지고

의 발광도에서 결함없이 작동하는 장치의 경우 발광 효율

은 다음과 같다. 즉,

이제 총면적비로 표현한 결함부의 면적이 D이고 이러한 결함부의 면적 저항이

일 때 상기 장치에 결함부를 도입하면, 동일한 전압에서 전체 장치를 통한 평균 전류 밀도는 다음과 같다.

만일 결함부 면적이 어떠한 종류의 광도 방출하지 않는다고 가정했을 때, 결함부의 유기 발광층에 의해 방출되는 광은 다음과 같이 간단히 얻어진다. 즉,

이제 고 저항 음극층에 면적 저항

을 도입하면, 비-결함 부위를 통하여 유동하는

를 얻고, 장치를 가로지르는 전압은 다음과 같이 증가할 필요가 있다. 즉,

본 발명의 장치를 통해 흐르는 평균 전류 밀도는 식 2로부터 얻는다. 즉,

이어서, 식 3, 4, 5를 결합하게 되면 새로운 효율

가 다음과 같이 주어진다. 즉,

일반적으로, 결함부가 문제되는 경우, 그 결함부는 고 저항 층에 비하여 매우 낮은 저항을 가지게 될 것이다. 즉,

그러면 효율은 다음과 같이 바뀐다. 즉,

최대 효율을 얻기 위해 이 식을

에 대하여 차분화하면 다음 식을 얻는다.

특정 작동 지점(

와

에 의해 결정됨)에서 효율을 최대화시키는 고 저항층의 값은 결함부 면적의 제곱근에 따라 달라진다.

고 저항 층의 최적 저항은 고 저항 층의 두께에 의존할 것인데, 상기 두께는 고 저항 층의 증착법과 단락(short)을 유발시키는 결함의 크기 및 형상에 따라 결정될 것이다. 층을 증착시키는 방법이 모든 표면을 그 표면에 맞게(conformally) 덮는 그런 방법이라면, 고 저항 층의 두께는 어떤 두께로도 형성될 수 있다. 그러나, 층을 증착시키는 방법이 고정 공급원(fixed source)으로부터 고정된 타켓(target)으로 증착시키는 것과 같은 일련의 시각법(a line of sight method)이라면, 그 두께는 일반적으로 반드시 결함부의 높이보다 커야만 한다. 고 저항 층의 두께가

(cm 단위)이고, 최적 저항이

라면,

는 다음과 같다. 즉,

따라서, 고 저항 층의 두께와 저항의 최적치들은 결함부 면적의 크기, 결함의 성질, 증착 방법, 그리고 장치의 작동점에 의존하는 것이 명백하다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따르는 유기 발광 장치의 횡단면을 도시한 것이다. 기판(202), 양극층(204), 유기층(206, 208)은 앞서 기술된 바 있는 첫 번째 실시예의 것들과 동일하다. 5 nm의 두께를 갖는 칼슘 박층(209)이 유기층(208)의 표면에 형성된다. 그와 같은 칼슘 박층(209)은 진공 증착법으로 형성된다. 고-저항 층으로서 칼슘 박층(209) 상에는 0.5 미크론의 두께를 갖는 실리콘 층(210)이 형성되고, 그리고 0.5 미크론의 두께를 갖는 알루미늄 층(212)이 실리콘(210) 층의 맨 상단 위에 형성된다.

고-저항 층과 유기 발광층 사이에 얇은 전도체 재료(이 경우, 칼슘) 층을 사용하게 되면 이것이 신관(fuse)으로 작용하기 때문에 장점이 있다. 얇은 전도체 층의 일부가 얇은 전도체 층의 일부를 기초 유기층의 일부 내에 결함이 생긴 연유로해서 불규칙적으로 높은 전류에 노출된다면, 노출된 그 얇은 전도체 층의 부위는 증발하게 될 것이고 이로 인해 전도성 결함부를 통해 흐르는 전류를 멈추게 하여 장치의 성능을 개선시키게 된다. 생산이 완료된 후 장치를 통해 고 전류를 통과시켜줌으로서 전도성 결함부는 이와 같은 방식으로 차단될 수 있다.

위에 설명된 실시예들이 고-저항 음극을 포함하는 장치들이긴 하지만, 이를 대체해서 다른 방식으로 고-저항 양극이 사용될 수도 있으며, 이 경우에는 예컨데 우선 유리 기판 상에 음극을 형성시킨 후, 그 음극 상에 유기 발광 재료 층을 스핀 코팅법으로 부착시키고, 유기 발광층 상에 양극을 최종 형성시키면, 유기 발광 장치(OLED)가 만들어진다. 양극의 경우, 고-저항 전극층이 고 일함수 재료로 구성되는 것이 바람직하거나, 혹은, 얇은 고 일함수 재료 층이 고-저항 전극층과 유기 발광층 사이에 삽입되는 것이 바람직하다.

도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 발광 디스플레이에 사용될 수 있도록 한 것으로서, 후광(backlight)으로서 사용하기 위하여 고안된 발광 장치가 도시되어 있다. 이 발광 장치는, 유리 기판(302), 유리 기판(302) 위에 부착된 양극층(304), 양극층(304) 위에 부착된 유기성 정공(hole) 전달층(306), 유기성 정공 전달층(306) 위에 부착된 전기발광성 중합체 층(308), 그리고 전기발광성 중합체 층(308) 위에 부착된 연속적인 금속 음극층(310)으로 구성된다. 도 6은 양극층(304)의 패턴화 성질을 나타내기 위하여 유리 기판 상에 쌓여 있는 양극층의 단면에 대한 개략적 평면도를 도시한 것이다. 이것은 평행한 행과 열 배열을 형성하기 위해 배치된 작은 하위-전극(320)의 질서정연한 2차원 배열로 구성된다. 각각의 공동-평면 하위-전극들은 유기성 정공 전달층(306)의 상이한 부분 밑에 형성된다. 이와 같은 하위 전극들의 영역의 크기와 이들 사이의 간격은, 유기 발광 장치에 의해 생성되는 광을 바라보는 투시자(viewer)가 통상의 시계 조건 하에서는 이들을 검출할 수 없을 정도로 충분히 작게 되어 있다. 각각의 하위-전극(320)들은 가용성 링크(322)에 의하여 동일한 열과 행에서 가용성 링크에 직접 인접해 있는 하위-전극들에 연결되어 있다. 일반 작동 조건에서 매우 작은 전압이 가용성 링크를 가로질러 강하될 수 있도록 각각의 가용성 링크의 재료와 크기가 선택되지만, 불규칙적으로 높은 전류(예컨데 음극과 하위-전극 사이에 위치한 유기층들의 일부에 있는 결함에 의해 발생)에 노출될 경우, 과열되어 터질 것이고, 나머지 후광으로부터 결함 부위를 고립시키게 되어 결과적으로 장치의 성능 향상을 도모해준다.

예컨데, 양극과 가용성 링크의 하위-전극들은 인듐-주석 산화물(ITO)로 이루어질 수 있다. 하위-전극에 의해 형성된 패턴화된 배열과 가용성 링크는, 예를 들면, 유리 기판 상에 우선 인듐-주석 산화물(ITO)의 연속 층을 부착시키고, 그 다음에 예컨데 광석판 기법과 같은 기술을 사용하여 상기 연속 층을 선택적으로 에칭하여 패턴화된 배열을 형성함으로서 형성된다. 이와 달리, 하위-전극 및 가용성 링크는 상이한 재료로 구성되어도 무방하다.

음극은, 추가로 혹은 선택적으로는, 양극에 대해 앞서 기술된 바와 같은 방식으로 가용성 링크에 의하여 연결된 하위-전극으로 구성되어도 무방하다. 그러나, 음극층이 상대적으로 민감한 유기층의 맨 위에 부착되게 되는 전술된 유형의 유기 발광 장치에서는, 아래에 놓인 기초 유기층에 예기치 않은 손상이 발생하지 않도록 각별한 배려가 기울여져야 한다. 이러한 이유 때문에, 에칭 기법보다는 새도우 마스크를 통해 패턴화 음극층을 부착시켜 형성하는 것이 선호된다.

본 발명에 따른 유기 발광 장치의 또 다른 실시예가 도 7에 도시되어 있다. 이 실시예에서, 두께 1.1 mm인 유리 기판(402)이 인듐 주석 산화물(ITO)(404)로 코팅 처리되어 있으며, 여기서 인듐 주석 산화물은 두께 150 nm에 달하며 15 Ohm/sq.의 판 저항값을 갖는다. 이와 같이 인듐 주석 산화물(ITO)로 된 코팅(404)은 표준 광석판 공정 및 에칭 공정을 사용하여 일련의 평행 열을 형성시키기 위하여 패턴화된다. 그 다음, 황산 폴리스티렌 (PEDT/PSS)으로 도핑 처리된 폴리에틸렌다이옥시티오펜 층(406)을 스핀-코팅에 의해 ITO/유리 기판 상에 형성시키고서 섭씨 150도에서 소부하여(baking) 탈수처리를 하면 50 nm의 두께를 갖는 층(406)이 남게 된다. 어어서 발광성 폴리머로 이루어진 층(408)은 마찬가지로 스핀 코팅법에 의해 PEDT/PSS의 층(406) 상에 증착된다. 이러한 층은 5 %의 폴리(2,7-(9,9-다이-엔-옥틸플루오렌)-3,6-(벤코티오다이오졸)과 폴리(2,7-(9,9-다이-엔-옥티플루오렌-(1,4-페닐렌-((1,4-페닐렌-((4-섹부틸페닐)이미노)-1,4-페닐렌))(TFB)로 도핑 처리된 95%의 폴리(2,7-(9,9-다이-엔-옥틸플루오렌)(5BTF8)의 혼합물이 될 수 있고 75 nm의 두께를 갖는다. 그리고 나서 발광성 중합체 층(408) 상에 저항 접촉(ohmic contact)을 형성하는 진공실 내에서 알루미늄(Al)과 함께 불화리튬(LiF)이 공동 증착됨으로써 불화리튬/알루미늄(LiF/Al) 혼합물 층이 발광성 중합체 층(408) 위에 부착된다. 불화리튬/알루미늄(LiF/Al) 혼합층(410)은 발광성 중합체 층(408)의 표면 위의 어떠한 결함도 덮기에 충분할 만큼의 두께로 부착된다. 등급 100에 해당하는 청정실(class 100 clean room)에서 유기 발광 장치가 제조되는 경우, 그 혼합층의 두께는 0.5에서 1 미크론 범위로 할 수 있다. 이어서, 알루미늄 층(412)이 0.5 미크론 두께의 불화리튬/알루미늄(LiF/Al) 층(410) 위에 부착되고 기존의 광석판술 기법을 사용하여 패턴화되어 규칙적으로 배열된 일련의 평행 행을 형성하게 되고, 그 행들은 일련의 ITO의 평행 열에 직각이 되는 방향으로 연장되므로 화소의 정규 메트릭스를 결정하게 되고 여기서 일련의 ITO 열과 알루미늄 행들은 공간적으로 서로 중첩된다.

불화리튬/알루미늄(LiF/Al) 혼합물은 등방성 전도체(isotropic conductor)이며 삼투 과정을 통해 전달하며 여기서 혼합물의 저항은 불화리튬/알루미늄(LiF/Al) 혼합물 내의 알루미늄(Al)의 상대 비율에 의해 결정된다. 불화리튬/알루미늄(LiF/Al) 혼합층 내의 불화리튬(LiF)과 알루미늄(Al)의 상대 비율은 층의 소망하는 저항에 따라 결정된다. 물론 소망하는 저항이란, 층의 소망하는 두께에 따라 변화할 것이나, 기본적으로 구동 전압의 상당한 증가를 초래할 정도로 높지는 않으면서도(구동 전압의 증가는 유기 발광 장치의 전압 효율을 감소시키기 때문임) 인접한 행들 사이에서의 전류 누설(crosstalk)은 무시할만한 낮은 수준으로 감소될 수 있게 하기에는 충분히 높은 저항이다. 따라서, 소망하는 저항은 알루미늄 행의 개수와 간격(이는 요구되는 해상도에 따라 달라짐), 각각의 행이 순차적으로 인접 행들을 중심으로 구동될 때의 전압, 그리고 유기 발광 장치가 작동될 때의 전류 밀도에 의존할 것이다.

표준형 후광 LED가 대표적으로 1 mA/cm²와 같이 상대적으로 낮은 전류 밀도에서 작동되긴 하지만, 도트-메트릭스 디스플레이 LED의 작동 전류 밀도가 종종 더 높아지게 되는데, 수동 메트릭스 장치를 예로 들면, 그 이유는 열들이 순차적으로 구동되기 때문이다. 대개, 더 높은 전류 밀도는 비펄스 전류 밀도(만일 이것이 후광 장치로 사용되었을 경우, 장치가 작동될 때의 전류 밀도)에 순차적으로 구동되 는 열들의 개수를 곱한 값에 해당할 것이다. 따라서, 100개의 열을 가진 장치는 100 mA/cm²의 전류 밀도에서 통상 작동될 것이다.

만일 층이 0.5 미크론의 두께를 가질 경우, 불화리튬/알루미늄(LiF/Al) 혼합물의 저항은 0.1 V 이상의 구동 전압 증가를 유발하지 않고도

이상이 될 수 있고, 1 V 이상의 구동 전압 증가가 허용할 만하다고 할 경우, 불화리튬/알루미늄(LiF/Al) 혼합물의 저항은

이상의 값이 될 수 있다. 만일, 위에 놓여 있는 알루미늄 층과 ITO 양극층이 각각 패턴화되어서 각각 1 mm의 피치, 0.5mm의 간격, 및 50mm의 길이를 갖는 열과 행을 형성하는 장치에, 0.5 미크론의 두께와

의 저항률을 갖는 층이 사용되는 경우, 하나의 화소에만 광이 들어올 때의 250μA인 장치 통전 전류와 비교해 보았을 때 구동 행의 각 측면에 인접한 행들 쪽으로의 전류 누설은 겨우 0.5 μA 정도(구동 행이 10 V이고 구동 행의 각 측면에 인접한 행들이 접지되었다고 가정할 때)될 것이다.

위에 기술된 실시예에서는, 알루미늄 층과 유기 발광층 사이의 고-저항 층이, 저일함수 원소를 함유하고 그로 인해 발광성 중합체로의 전자 주입에 도움을 주게 되는 불화리튬(LiF) 재료로 구성됨으로써, 장치의 성능이 향상되는 장점이 있다.

본 발명에 따른 유기 발광 장치의 또 다른 실시예가 도 8에 제시되어 있다. 도 8에 도시된 장치는 기판, 양극, 및 유기층이 도 7에 도시된 것과 동일하고, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하였다. 도 8에 도시된 장치가 도 7의 장치와 다른 것은 음극의 구성에 있다. 여기서는 음극이 대략 5 nm인 두께를 갖는 리튬 불화물 층(414)으로 구성된다. 이 층(414)은 임의의 증착법에 의해 부착될 수 있지만, 기초 유기층에 손상을 최소화하기 위하여 열 증착법에 의해 부착되는 것이 바람직하다. 리튬 불화물로 된 이런 얇은 층(414)의 맨 상단에는, 리튬 불화물과 알루미늄의 물리적 혼합층과 같은 반도체 재료로 구성된 층(416)이 0.5에서 1 미크론 범위의 두께로 부착된다. 다음, 알루미늄 층(412)이 리튬 불화물/알루미늄 혼합물층(416)의 맨 상단에 0.5 미크론의 두께로 부착되어서 저항 접촉을 형성하게 된다. 이와 같은 알루미늄 층(412)은 일련의 양극 열에 대해 직각인 방향으로 연장되는 평행한 행의 집합을 형성하기 위하여 기존의 패턴화 기법을 사용하여 패턴화된다. 비교적 두꺼운 리튬 불화물/알루미늄 혼합물 층(16)은 기초 유기 층을 패턴화 공정으로부터 적절히 보호한다. 알루미늄/리튬 불화물 혼합층(416)의 저항은, 장치의 작동 전압이 견딜 수 없을 정도로까지 상승되지 않도록 하면서도 인접하는 음극 행들 사이에서의 측방향 전류 누설(crosstalk)은 여전히 방지할 수 있도록 하는 수준으로 한다. 유기 발광 영역에 인접하여 얇은 리튬 불화물 층(414)을 제공함으로써 음극으로부터 유기 발광 영역으로의 전자 주입을 개선해준다.

도 7과 도 8에 제시된 실시예들이 패턴화된 음극을 갖춘 고 저항 전극층의 사용에 관하여 보여주고 있지만, 유리 기판 상에 패턴화된 음극을 우선 형성시킨 후에 하나 또는 그 이상의 유기성 재료 층을 음극 상에 부착시키고 이어서 최종적으로 유기성 재료의 최상단 층 위에 양극을 형성시킴으로써 유기 발광 장치(OLED)가 제조되는 경우, 위 실시예들은 패턴화된 양극과도 함께 똑같이 활용될 수 있다. 양극의 경우, 양 전하 수송자(정공)를 양극으로부터 유기 발광 영역 안으로 주입시키는 것을 개선하기 위하여, 유기 발광 영역에 인접한 전극층이 고 일함수를 갖는 적어도 하나의 요소로 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 유기 발광 장치에 있어서의 디스플레이의 전기적 특성과 광 출력 특성을 크게 바꾸지 않고도 증가된 효율성, 신뢰성, 그리고 내구성을 달성할 수 있고, 특히 유기 발광 장치 내에서의 전류 이상(異常)이라는 문제를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

전하 수송자들을 유기 발광층 안으로 주입시키기 위하여 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 삽입된 유기 발광층을 포함하는 유기 발광 장치로서, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 중 적어도 한 전극(이를, "당해 전극"이라 칭함)이 복수 개의 층들로 구성되며; 상기 복수개의 층들은 다른 제 1 전극과 제 2 전극 중 당해 전극이 아닌 다른 전극으로부터 떨어져 있는 유기 발광층 표면에 인접한 고저항을 갖는 제 1 전극층을 포함하고; 상기 제 1 전극층은, 저항과 두께의 곱이 0.005 Ω·㎠ 이상, 10Ω·㎠ 이하의 범위이고, 그리고 산화물, 질화물, 및 불화물 중에서 선택된 절연 재료와 전도체 재료의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
삭제
전하 수송자를 유기 발광층의 안쪽으로 주입하기 위한 제 1 전극과 제 2 전극의 사이에 삽입된 유기 발광층을 포함하는 유기 발광 장치로서, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 중 적어도 한 전극(이를, "당해 전극"으로 칭함)이 복수 개의 층들로 구성되며; 상기 복수 개의 층들은, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 중 당해 전극이 아닌 다른 전극으로부터 떨어져 있는 유기 발광층 표면에 인접한 저 일함수 재료로 구성되는 얇은 제 1 전극층과, 유기 발광층으로부터 떨어져 있는 제 1 전극층 표면에 인접한 제 2 전극층을 포함하고; 상기 제 2 전극층은, 저항과 두께의 곱이 0.005 Ω·㎠ 이상, 10Ω·㎠ 이하의 범위이고, 그리고 산화물, 질화물, 및 불화물 중에서 선택된 절연 재료와 전도체 재료의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
삭제
전하 수송자를 유기 발광층의 안쪽으로 주입하기 위한 제 1 전극과 제 2 전극의 사이에 삽입된 유기 발광층을 포함하는 유기 발광 장치로서, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 중 적어도 한 전극(이를, "당해 전극"이라 칭함)이 복수 개의 층들로 구성되며; 상기 복수 개의 층들은, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 중 당해 전극이 아닌 다른 전극으로부터 떨어져 있는 유기 발광층 표면에 인접한 저 일함수 재료로 구성되는 얇은 제 1 전극층과, 유기 발광층으로부터 떨어져 있는 제 1 전극층 표면에 인접한 제 2 전극층을 포함하고; 상기 제 2 전극층은, 그 두께가 0.5미크론 이상이고, 그리고 산화물, 질화물, 및 불화물 중에서 선택된 절연재료와 전도체 재료의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
전하 수송자들을 유기 발광층 안으로 주입시키기 위한 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 삽입된 유기 발광층을 포함하는 유기 발광 장치로서, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 중 적어도 한 전극(이를, "당해 전극"이라 칭함)이 복수 개의 층들로 구성되며; 상기 복수개의 층들은 상기 제 1 전극과 제 2 전극 중 당해 전극이 아닌 다른 전극으로부터 떨어져 있는 유기 발광층 표면에 인접한 고저항을 갖는 제 1 전극층을 포함하고; 상기 제 1 전극층은, 저항과 두께의 곱이 0.005 Ω·㎠ 이상, 10Ω·㎠ 이하의 범위이고, 그리고 반도체 재료와 절연 재료의 혼합물, 반도체 재료와 전도체 재료의 혼합물, 및 절연 재료와 전도체 재료의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 고 저항 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
전하 수송자를 유기 발광층의 안쪽으로 주입하기 위한 제 1 전극과 제 2 전극의 사이에 삽입된 유기 발광층을 포함하는 유기 발광 장치로서, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 중 적어도 한 전극(이를, "당해 전극"이라 칭함)이 복수 개의 층들로 구성되며; 상기 복수 개의 층들은, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 중 당해 전극이 아닌 다른 전극으로부터 떨어져 있는 유기 발광층 표면에 인접한 저 일함수 재료로 구성되는 얇은 제 1 전극층과, 유기 발광층으로부터 떨어져 있는 제 1 전극층 표면에 인접한 제 2 전극층을 포함하고; 상기 제 2 전극층은 저항과 두께의 곱이 0.005 Ω·㎠ 이상, 10Ω·㎠ 이하의 범위이고, 그리고 반도체 재료, 반도체 재료와 절연 재료의 혼합물, 반도체 재료와 전도체 재료의 혼합물, 및 절연 재료와 전도체 재료의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 고 저항 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
제1항 또는 제6항에 있어서, 제 1 전극층이 저 일함수 재료를 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
제8항에 있어서, 제 1 전극층이 LiF/Al을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
제1항, 제3항, 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 전도체 재료가 연성 금속인 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
제10항에 있어서, 전도체 재료가 Al 또는 Ag인 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
제3항, 제5항, 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 전극층으로부터 떨어져 있는 제2 전극층 표면 상에 제 3 전극층을 더 포함하고, 상기 제 3 전극층은 전도체 재료 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
제12항에 있어서, 상기 제 3 전극층이 연성 금속 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
제3항, 제5항, 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 전극층이 Ca, Li, Yb, LiF, CsF 및 LiO 로 이루어진 군에서 선택된 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
제3항, 제5항, 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 전극층의 두께가 0.5nm 내지 10nm의 범위인 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
제15항에 있어서, 상기 제 1 전극층의 두께가 5nm미만인 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
제1항 또는 제6항에 있어서, 상기 제 1 전극층 위에 제 2 전극층을 더 포함하고, 상기 제 2 전극층은 전도체 재료 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
제17항에 있어서, 상기 제 2 전극층이 연성 금속 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
제1항, 제3항, 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 절연 재료가 Al₂O₃, SiO₂, LiO, AlN, SiN, LiF 및 CsF로 이루어진 군에서 선택된 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
전하 수송자를 유기 발광층의 안쪽으로 주입하기 위한 제 1 전극과 제 2 전극의 사이에 삽입된 유기 발광층과, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 중 적어도 한 전극과 일체로 결합된 관련 전극으로부터 유기층 내의 전도성 결함을 전기적으로 분리시키기 위한 수단을 포함하는 유기 발광 장치로서, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 중 적어도 한 전극(이를, "당해 전극"이라 칭함)이 복수 개의 층들로 구성되며; 상기 복수 개의 층들은, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 중 당해 전극이 아닌 다른 전극으로부터 떨어져 있는 유기 발광층 표면에 인접한 얇은 금속의 제 1 전극층을 포함하고; 상기 얇은 금속의 제 1 전극층의 치수 및 재료 특성은, 상기 유기 발광층 내의 전도성 결함부에 인접한 상기 얇은 금속의 제 1 전극층이 전도성 결함의 결과인 전류 이상(anomalous current)을 겪을 때에 증발할 수 있도록 선택되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
제20항에 있어서, 상기 제 1 전극층이 Ca, Li, 및 Yb로 이루어진 군으로부터 선택된 재료로 이루어진 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
제20항 또는 제21항에 있어서, 상기 제 1 전극층의 두께가 0.5 내지 10nm의 범위인 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
제22항에 있어서, 상기 제 1 전극층의 두께가 5nm 미만인 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
제20항에 있어서, 제 1 전극과 제 2 전극 중 어느 한 전극이, 유기 발광층으로부터 떨어져 있는 제 1 전극층 표면에 인접한 제 2 전극층을 추가로 포함하고; 상기 제 2 전극층은 반도체 재료, 반도체 재료와 절연 재료의 혼합물, 반도체 재료와 전도체 재료의 혼합물, 및 절연 재료와 전도체 재료의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 고 저항 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.