KR100556369B1 - 유기 ｅｌ 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기 EL 소자에 관한 것으로, 특히 유기 EL 소자의 음극에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 양극과 음극 사이에 유기층을 갖는 상부 발광 방식의 유기 EL 소자에, 상기 음극의 발광 영역을 제외한 유기층 상부에 형성되어 상기 음극의 저항을 줄여주는 음극용 보조 전극이 포함되어 구성됨으로써, 상기 유기 EL 소자의 음극에 발생하는 저항을 보조전극을 통해 감소시켜, 상기 유기 EL 소자의 효율, 수명, 컨트라스트를 증가시키는 효과가 있다.

유기 EL 소자, 쉐도우 마스크, 음극, 보조 전극, 상부 발광 방식

Description

유기 ＥＬ 소자 및 그 제조 방법{Organic electroluminescence device and Fabrication method of the same}

도 1은 종래 기술에 따른 유기 EL 소자의 구조를 나타낸 도면

도 2는 본 발명에 따른 유기 EL 소자의 구조를 나타낸 도면

도 3은 일반적인 음극이 형성된 유기 EL 소자를 나타낸 평면도

도 4a내지 도 9d는 본 발명에 따른 쉐도우 마스크와 이를 이용하여 형성된 보조 전극의 형상을 나타낸 도면

- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 -

1 : 기판 2 : 양극

3 : 정공 주입층 4 : 정공 수송층

5 : 발광층 6 : 전자 수송층

7 : 유기층 8 : 음극

9 : 보조전극 10 : 발광 영역

11∼16 : 쉐도우 마스크

본 발명은 유기 EL 소자에 관한 것으로, 특히 유기 EL 소자의 효율, 수명, 컨트라스트를 향상시키는 음극용 보조 전극에 관한 것이다.

유기 EL 소자(Organic Electroluminescence device)는 전자 주입 전극(음극)과 정공 주입 전극(양극) 사이에 형성된 유기막에 전하를 주입하면 전자와 정공이 쌍을 이룬 후 소멸하면서 빛을 내는 소자로서, 낮은 전압에서 구동이 가능하고, 전력 소모가 적으면서도 고휘도 발광하는 것이 특징인 차세대 디스플레이 소자이다.

이러한 유기 EL 소자는 그 발광 방식에 따라 기판쪽으로 빛을 발하는 하부 발광(bottom-emission) 방식과, 그 반대면으로 빛을 발하는 상부 발광(Top-emission) 방식이 있다.

상기 상부 발광 방식의 유기 EL 소자의 구조를 도 1에 도시하였다.

도 1과 같이, 상부 발광 방식의 유기 EL 소자는 기판(1) 상부에 정공 주입 역할 및 발광된 빛의 반사막 역할을 하는 양극(2)과, 정공 주입층(3), 정공 수송층(4), 발광층(5), 전자 수송층(6)으로 구성된 유기층(7)과, 전자 주입 역할 및 발광된 빛을 투과시키는 음극(8)으로 구성되어 있다.

이러한 구조를 갖는 유기 EL 소자는 기판(1) 상부 각 픽셀에 능동 소자인 박막 트랜지스터가 설치되고, 그 상부의 양극(2)과는 via hole contact을 통해 전기적으로 연결됨으로써 능동형 유기 EL 소자가 된다.(미도시) 또한, 상기 박막 트랜지스터 층과 상기 양극(2) 사이에는 평탄화막이 설치되기도 한다.(미도시)

상기 능동형 유기 EL 소자는 음극(상부전극)(8)이 유기층(7) 상부 전면적에 걸쳐 형성됨으로써, 상기 기판(1) 상부 각 픽셀간의 공통 전극으로 사용되도록 되 어 있다.

이러한 역할을 하는 음극(8)은 상부 발광 방식의 유기 EL 소자의 경우, 상기 음극(8)쪽으로 빛이 방출되어야 하므로, 상기 음극(8)은 투과형이어야 한다.

따라서, 상기 음극(8)에 사용되는 물질로는 광흡수가 적은 Ag 또는 Ag 합금의 박막층과 투과율이 높은 ITO, IZO 등의 투명 전도성 전극을 하나 이상의 층으로 구성하여 사용한다.

이는, 투명한 ITO나 IZO만을 상기 음극(8)으로 사용할 경우 저항이 크게 나타나기 때문으로, 상기 Ag 또는 Ag 합금 박막을 함께 사용하여 저항을 줄여주기 위함이다.

상기 음극(8)은 두께가 증가함에 따라 투과율이 감소하기 때문에, 보통 상기 Ag 또는 Ag 합금 박막을 20nm이하로 증착하게 된다.

이렇게 구성된 음극(8)에서 대부분의 전류는 저항이 낮은 Ag 또는 Ag 합금 박막을 통하여 흐르게 되며, 이로 인해 전자 이동(electromigration)이 생기게 된다. 상기 전자 이동이 생기게 되면 유기 EL 소자에 dead pixel 또는 dark spot등이 발생하게 되고, 이로 인해 상기 유기 EL 소자의 수명 및 효율이 감소하는 문제가 생긴다.

그렇다고 해서, 상기 음극(8)으로 투명 전도성 전극인 ITO 또는 IZO만 사용할 경우에는 저항치가 크게 나타나, 상기 음극(8)내에서 전압 차이가 발생하게 되고, 디스플레이되는 면의 각 유기 EL 소자에 인가된 전압이 불균일하게 되는 등 디스플레이 성능이 현저하게 저하되는 문제가 생긴다.

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 상부 발광 방식의 유기 EL 소자의 음극에 발생하는 저항을 보조전극을 통해 감소시켜, 상기 유기 EL 소자의 효율, 수명, 컨트라스트를 증가시키는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기 EL 소자는 양극과 음극 사이에 유기층을 갖는 상부 발광 방식의 유기 EL 소자에 있어서, 상기 음극의 발광 영역을 제외한 유기층 상부에 형성되어 상기 음극의 저항을 줄여주는 음극용 보조 전극이 포함되어 구성됨을 특징으로 한다.

상기 음극용 보조 전극은 상기 음극 상부 혹은 상기 유기층과 음극 사이에 형성되는 것이 바람직하다.

상기 음극이 금속 박막과 투명전도성 산화물의 적층구조로 이루어진 경우, 상기 음극용 보조 전극은 상기 금속 박막층과 투명전도성 산화물층 사이, 상기 음극의 발광 영역을 제외한 부분에 형성되는 것이 바람직하다.

상기 음극용 보조 전극은 Al, Ag, Cu, Au, Pd, Ni, Mo, Ti, Ta, Nb, W 중 적어도 하나 이상의 합금이 한층 이상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 음극용 보조 전극은 적어도 하나 이상의 쉐도우 마스크를 이용하여 증착하는 것이 바람직하다.

이하 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성 및 작용을 첨부한 도면을 참조하 여 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 보조 전극을 이용한 상부 발광 방식의 유기 EL 소자의 구조를 나타낸 도면이다.

도 2와 같이, 기판(1) 상부에 정공 주입 역할 및 발광된 빛의 반사막 역할을 하는 양극(2)과, 정공 주입층(3), 정공 수송층(4), 발광층(5), 전자 수송층(6)으로 구성된 유기층(7)과, 전자 주입 역할 및 발광된 빛을 투과시키는 음극(8)과, 상기 음극(8) 상부 발광 영역을 제외한 나머지 부분에 형성된 보조전극(9)으로 구성되어 있다.

상기 보조전극(9)은 저항이 낮은 금속 물질로서, Al, Ag, Cu, Au, Pd, Ni, Mo, Ti, Ta, Nb, W 등의 단원자 또는 이들의 합금 박막이 단층 또는 복층으로 증착된 구조를 갖는다.

이처럼 상기 보조전극(9)을 음극(8) 상부에 형성함으로써, 상기 음극(8)에 발생하는 저항을 낮추어 소자에 발생하는 열이 감소하게 되고, electromigration에 대한 저항성이 증가됨으로써 소자의 수명 및 효율이 증가하게 된다.

이 때, 상기 보조 전극(9)은 음극(8)을 형성하기 전에 미리 증착하거나, 상기 음극(8)이 금속박막과 투명전도성산화물의 적층 구조로 이루어진다면 음극(8) 증착중에 형성하기도 한다.

또한, 외광을 차단하기 위한 circular pole을 사용할 경우, 증착된 금속 박막의 효과로 인하여 상기 circular pole의 역할을 도와 외광을 완벽하게 차단함으로써 소자의 contrast를 개선하게 된다.

이러한 역할을 하는 본 발명에 따른 보조전극은 쉐도우 마스크를 이용하여 증착하게 되는데, 이를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 음극까지 증착된 유기 EL 소자를 나타낸 평면도이다.

도 3과 같이, 음극(8)은 기판 상부 전면적에 걸쳐 형성되어 있고, 이러한 음극(8) 영역 중 미리 증착된 유기층의 R,G,B 픽셀에 따라 발광 영역(10)에서만 발광하게 된다.

이와 같이 음극(8)까지 증착된 유기 EL 소자에 도 4a와 같은 형상의 쉐도우 마스크를 이용하여 보조 전극을 증착하게 된다.

도 4a와 같이, 국부적인 부분의 모양이 십자가 형상인 쉐도우 마스크(11)를 이용하여 보조 전극을 증착하게 되면, 도 4b와 같은 형상으로 보조 전극이 형성된다.

즉, 도 4b와 같이, 발광 영역(10)을 제외한 나머지 영역에 국부적인 부분의 모양이 십자가 형상인 보조 전극(9)이 형성되는 것이다.

그러나, 도 4a와 같은 형상의 쉐도우 마스크(11)의 경우에는 상기 마스크(11) 내부 연결 부분이 작아, 마스크(11) 내부 부분 부분이 휘거나 변형될 수 있다는 단점이 있다.

따라서, 이러한 단점을 극복하기 위해 도 5a와 같은 형상의 쉐도우 마스크를 이용하기도 한다.

도 5a와 같은 형상의 쉐도우 마스크(12)는 도 4a 형상의 쉐도우 마스크(11)와 비교했을 때, 내부 십자가 모양이 하나 걸러 하나씩 있는 형상이다.

도 5a와 같은 형상의 쉐도우 마스크(12)를 이용하여 보조 전극을 증착하게 되면, 도 5b와 같은 형상의 보조 전극(9)이 형성된다.

이와 같이 형성한 후 상기 쉐도우 마스크(12)의 위치를 옮겨 한번 더 증착하면 도 5c와 같은 형상의 보조 전극(9)이 형성되게 된다.

또한, 발광 영역 사이의 보다 많은 부분에 보조 전극을 증착하기 위해 도 6a와 같은 형상의 쉐도우 마스크를 이용하기도 한다.

도 6a와 같은 형상의 쉐도우 마스크(13)는 내부 십자가 형상이 도 5a의 쉐도우 마스크(12)에 비해 더 길다.

도 6a와 같은 형상의 쉐도우 마스크(13)를 이용하여 한번 증착한 뒤 위치를 옮겨 다시 증착하게 되면 도 6b, 6c와 같은 형상의 보조 전극(9)이 형성된다. 이는 보다 넓은 면적에 걸쳐 상기 보조 전극(9)이 전체적으로 연결되므로 상기 보조 전극(9)에 의한 효과를 증대시키게 된다.

또한, 도 7a와 같은 형상의 쉐도우 마스크(14)나, 도 8a와 같은 형상의 쉐도우 마스크(15)를 사용할 수 있으며, 이를 이용하여 증착된 보조 전극의 형상을 각각 도 7b와 도 8b에 도시하였다. 이 때, 한번 증착한 뒤에 쉐도우 마스크(14,15)의 위치를 변화시켜 증착함으로써, 보조 전극(9)이 증착된 부분의 면적을 증대시키는 방법을 사용해도 된다.

또한, 도 9a와 도 9c에 나타낸바와 같이, 가로줄 세로줄 모양의 2장의 쉐도우 마스크(16)를 이용하여 보조 전극을 증착함으로써, 최종적으로 도 9d와 같은 모양의 보조 전극(9)을 형성하기도 한다.

이러한, 쉐도우 마스크를 이용하여 보조 전극을 증착하는 단계는 음극 형성 전 유기층 상부나, 음극과 동시에 증착해도 무방하다.

이후, 유기 EL 소자에 수분이나 산소가 침투하는 것을 막기 위해 passivation 및 sealing 공정을 실시한다.(미도시)

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 유기 EL 소자는 음극 상부에 보조 전극을 형성함으로써 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 음극의 저항을 감소시킴으로써 소자에 발생하는 열을 감소시키는 효과가 있다.

둘째, 유기 EL 소자의 발광시 발생하는 열을 외부로 용이하게 배출하는 효과가 있다.

셋째, electromigration에 대한 저항성을 증가시킴으로써 수명 및 효율이 증대되는 효과가 있다.

넷째, circular pole 사용시 보조 전극용으로 증착된 금속에 의해 외광에 의한 효과를 감소시켜 디스플레이 소자의 contrast를 개선하는 효과가 있다.

다섯째, 발광 영역에서 발광된 빛 중 옆으로 퍼져나가는 빛이 보조 전극 옆면부에서 반사되어 진행함으로써 outcoupling이 증대되는 효과가 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정하는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해서 정해져야 한다.

Claims (11)

1. 양극과 음극 사이에 유기층을 갖는 상부 발광 방식의 유기 EL 소자에 있어서,

   상기 음극의 발광 영역을 제외한 유기층 상부에 형성되어 상기 음극의 저항을 줄여주는 음극용 보조 전극이 포함되어 구성되며,

   상기 음극은 금속 박막과 투명전도성 산화물의 적층구조로 이루어지고,

   상기 음극용 보조 전극은 상기 금속 박막층과 투명전도성 산화물층 사이에 형성됨을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 음극용 보조 전극은 Al, Ag, Cu, Au, Pd, Ni, Mo, Ti, Ta, Nb, W 중 적어도 하나 이상의 합금이 한층 이상으로 형성됨을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
6. 삭제
7. 삭제
8. 기판 상부에 양극, 유기층을 순차적으로 증착하는 단계와,

   상기 유기층 상부에 금속 박막을 증착하는 단계와,

   상기 금속 박막 상부 발광 영역을 제외한 부분에 보조 전극을 증착하는 단계와,

   상기 보조 전극 상부에 투명 전도성 산화물을 증착하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 유기 EL 소자의 제조방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 금속 박막은 Ag 또는 Ag합금임을 특징으로 하는 유기 EL 소자의 제조방법.
10. 제 8 항에 있어서,

    상기 투명 전도성 산화물은 ITO, IZO 중 어느 하나임을 특징으로 하는 유기 EL 소자의 제조방법.
11. 제 8 항에 있어서,

    상기 보조 전극은 Al, Ag, Cu, Au, Pd, Ni, Mo, Ti, Ta, Nb, W 중 적어도 하나 이상의 합금을 사용하여 이루어짐을 특징으로 하는 유기 EL 소자의 제조 방법.

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