KR100683468B1 - 유기 전계 발광 소자 - Google Patents
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Abstract
유기 전계 발광 소자는 제 1 전극, 제 2 전극 및 유기 전계 발광층을 가진다. 제 1 전극은 제 1 발광 영역과 제 1 발광 영역으로부터 연장된 제 1 단자를 가진다. 제 2 전극은 제 2 발광 영역과 제 2 발광 영역으로부터 연장된 제 2 단자를 가진다. 제 1 전극은 제 2 전극보다 더 높은 체적 저항율을 가지는 재료로 이루어진다. 유기 전계 발광층은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 개재된다. 제 1 발광 영역과 제 2 발광 영역은 각각 유기 전계 발광층에 접촉된다. 제 1 발광 영역과 제 1 단자사이의 경계길이는 제 2 발광 영역과 제 2 단자사이의 경계 길이보다 더 크다.
유기 전계 발광 소자, 애노드 단자, 캐소드 단자, 절연층, 정공, 진공증착
Description
도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 유기 전계 발광 소자 또는 유기 EL 소자의 개략 분해사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 상기 유기 EL 소자의 개략 단면도.
도 3a는 본 발명의 대체 실시형태에 따른 유기 EL 소자의 개략 평면도.
도 3b는 본 발명의 다른 대체 실시형태에 따른 유기 EL 소자의 개략 평면도.
도 4a는 본 발명의 또 다른 대체 실시형태에 따른 제 1 단자부, 제 1 전극과 제 2 단자부사이의 관계를 나타내는 개략 평면도.
도 4b는 본 발명의 또 다른 대체 실시형태에 따른 제 1 단자부, 제 1 전극과 제 2 단자부사이의 관계를 나타내는 개략 평면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 제 2 유기 EL 소자의 개략 평면도.
도 6은 본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따른 다른 제 2 유기 EL 소자의 개략 평면도.
도 7a는 종래기술에 따른 유기 EL 소자의 개략 분해 사시도.
도 7b는 종래기술에 따른 유기 EL 소자의 개략 평면도.
도 8은 종래기술에 따른 다른 유기 EL 소자의 개략 평면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
11, 21, 31 : 유기 EL 소자 12 : 기판
13 : 애노드 14 : 유기 EL층
15 : 캐소드 18, 19 : 부전극
131 : 애노드 발광 영역 132, 132' : 애노드 단자
151 : 캐소드 발광 영역 152 : 캐소드 단자
본 발명은 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.
유기 전계 발광 소자 (또는 유기 EL 소자) 는 애노드, 유기 전계 발광층 (또는 유기 EL층) 및 캐소드를 구비하고, 이들은 일반적으로 층을 이루면서 기판상에 형성된다. 상기 유기 EL층에 대한 광출력측의 구성 성분은 유기 EL 소자 외부로 출력되는 광에 대하여 투명도를 가진다 (투명하다). 유기 EL 소자는 전압이 상기 애노드와 캐소드사이에 인가될 때, 유기 EL층을 통과하여 흐르는 전류에 기인하여 광을 방출한다.
유기 EL 소자는, 소자가 조립되는 장치(예를 들어, 휴대용 단말기 등)의 크기가 한정되기 때문에, 소자와 상기 소자에 연결된 와이어링 (wiring) 으로 점유되는 체적과 면적을 감소시켜야만 한다. 또한, 유기 EL 소자는 동일한 체적과 면적에 대하여 유효 디스플레이 영역을 증가시켜야만 한다. 또한, 제조공정을 단 순화시키기 위해서, 유기 EL 소자와, 상기 소자를 구동시키기 위한 외부 구동회로사이의 연결을 단순화시켜야만 한다.
상기 요구들을 충족시키기 위해, 심사청구되지 않은 일본 특허공개공보 제 7-211459호의 칼럼 [0005], [0006], [0009] 와 도 1 및 도 3에 개시된 바와 같이, 일반적으로 상기 유기 EL 소자의 일측면에 애노드 단자와 캐소드 단자는 배치되어 있다. 도 7a와 도 7b를 참조하여 그러한 유기 EL 소자를 상세하게 설명한다.
상기 종래기술의 유기 EL 소자 (21) 는 연장부 (221) 을 가지는 기판 (투명 기판; 22) 상에 형성된 인듐 주석 옥사이드 (indium tin oxide; ITO) 로 형성되는 투명 전극 (애노드; 23) 을 구비한다. 투명 전극 (23) 상에 컬렉터 (24) 가, 기판 (22) 의 연장부 (221) 측으로 연장되는 상태로 외부 도출 단자 (애노드 단자; 25) 와 두 겹이 되도록 형성된다. 투명 전극 (23) 과, (외부 도출 단자 (25) 를 제외한) 컬렉터 (24) 상에 발광층 (유기 EL층; 26) 과 반사 절연층 (미도시) 이 연속적으로 형성된다. 상기 발광층 (26) 과 반사 절연층상에 후면측의 전극 (캐소드; 27) 이 형성된다. 후면측의 전극 (27) 은 외부 도출 단자 (캐소드 단자; 25') 로서 부분적으로 두 겹이 되도록, 기판 (22) 의 연장부 (221) 측으로 연장되어 형성된다.
그러한 유기 EL 소자 (21) 는 크기에서, 각 전극 단자가 도 8에 도시된 직사각형 형상의 유기 EL 소자 (21) 의 대향측(면)상에 제공된 구조에 비하여, 도 8에 도시된 한 단자 폭, 즉 'A' 폭 만큼 감소된다.
도 8에 도시된 유기 EL 소자 (21) 에 비하여, 동일 크기를 가지는 기판은 기 판상에 보다 큰 크기 (면적) 의 유기 EL 층이 배치될 수 있도록 한다. 특히, 단자 (25') 가 배치된 영역도 유효 디스플레이 영역으로서 이용될 수도 있으며, 즉 유기 EL층이 제공될 수도 있다.
또한, 도 8에 도시된 유기 EL 소자 (21) 와 상이하게, 도 7b의 유기 EL 소자 (21)의 일측(면)에 상기 외부 도출 단자들이 제공되므로, 단지 유기 EL 소자 (21) 의 일측상에서 와이어링 작업이 수행될 수 있다. 따라서, 도 7b에 도시된 캐소드 단자 (25') 와 애노드 단자 (25) 의 연결을 위해 커넥터 등을 제공하고 이들 단자에 플러그로 꽂는 것만으로 와이어링 작업을 종결할 수 있다. 또한, 외부 구동회로와 유기 EL 소자 (21) 사이의 휴대용 단자에서 와이어링함으로써 점유되는 면적과 체적이 도 8의 유기 EL 소자 (21) 보다 작게 할 수도 있다.
그러나, 발광영역의 일측에 단자가 배치되기 때문에, 상대적으로 단자 부근 일측에서 유기 EL층의 각 지점에서 흐르는 전류의 세기가 더 크고, 단자로부터 떨어진 일측에서 작아지는 문제점이 발생된다. 이러한 문제점은, 적어도 애노드와 캐소드의 어느 하나가 체적 저항율 (volume resistivity) 을 측정가능한 정도로 증가시키기 때문에 발생한다.
상술한 바와 같이, 유기 EL 소자는 유기 EL층에 대해 적어도 하나 이상의 일측으로부터 광을 출력할 필요가 있다. 따라서, 광 출력측상의 전극이 상기 출력광에 대하여 투명성을 가져야하고, 또한 상기 유기 EL층을 열화시키지 않는 특성을 가져야하므로, 사용되는 (employed) 재료가 제한된다. 따라서, 일반적으로, 광 출력측상의 전극은 다른측 전극에 비하여 높은 체적 저항율을 가지는 재료로 이 루어져야 한다.
이러한 이유들로 인해, 애노드 단자에 인접한 유기 EL층을 통과하여 캐소드 발광 영역에 이르는 경로는 보다 낮은 저항값을 가져야하고, 애노드 단자로부터 떨어진 캐소드 발광 영역에 이르는 경로는 더 큰 저항값을 가진다. 즉, 유기 EL층의 각 지점에 흐르는 전류는, 애노드 단자로부터 거리가 멀어짐에 따라 작아진다. 따라서, 다음과 같은 문제점들이 발생하게 된다.
휘도 불균일성의 발생
유기 EL 소자는 상대적으로 더 큰 전류가 흐르는 부분과 상대적으로 더 작은 전류가 흐르는 부분을 가지므로, 휘도에서 불균일성이 소자 전반에 걸쳐 발생된다. 전류 흐름이 증가됨에 따라, 유기 EL 소자의 휘도가 증대된다. 따라서, 상기 유기 EL 소자가 상대적으로 더 큰 전류가 흐르는 부분과 상대적으로 더 작은 전류가 흐르는 부분을 가지기 때문에, 상기 부분들 사이의 소자에서 휘도 차이가 초래되고 그것은 휘도의 불균일성을 발생시킨다.
소자 수명차이의 발생
소자의 수명은 상대적으로 더 큰 전류가 흐르는 부분과 상대적으로 더 작은 전류가 흐르는 부분사이에서 변한다. 일반적으로, 상대적으로 더 큰 전류가 흐르는 부분에서 수명이 짧아진다. 균일한 전류흐름을 가지는 유기 EL 소자에 비하여, 이 유기 EL 소자는 상대적으로 짧은 수명 부분을 가지게 되며, 이것은 유기 EL 소자의 수명을 감소시킨다. 또한, 소자를 오랜 기간동안 사용하면, 광을 방출하지 않는 부분 또는 다른 부분보다 낮은 휘도 부분이 발생된다.
열화와 같은 문제들
유기 EL 소자가 상대적으로 더 큰 전류가 흐르는 부분과 상대적으로 더 작은 전류가 흐르는 부분을 가지므로, 위치에 따라서 열화가 일어난다.
색도 (Chromaticity) 불균일성의 발생
유기 EL 소자가 상대적으로 더 큰 전류가 흐르는 부분과 상대적으로 더 작은 전류가 흐르는 부분을 가지므로, 형광 재료 (fluorescent material) 를 포함하는 유기 EL 소자에서 S-S 소멸 (S-S annihilation) 현상과 인광 재료 (phosphorescent material) 을 포함하는 유기 EL 소자에서 T-T 소멸 ( T-T annihilation) 현상을 일으킨다. 따라서, 하나 이상의 다른 발광재료로부터 상이한 파장의 색을 방출하기 위해서, 상기 발광층에 복수의 발광재료를 포함하는 유기 EL 소자에서, 색도 불균일성 발생의 결과, 상대적으로 스무드 (smooth) 한 전류가 흐르는 부분과 스무드하지 않은 (unsmooth) 전류가 흐르는 부분사이에 각 층의 휘도가 달라질 수 있다.
따라서, 단순히 디스플레이 영역의 일측상에 단자가 제공될 경우에는 위에서 언급한 문제점들이 발생되므로, 이제까지는 상기와 같은 구조의 유기 EL 소자를 실제로 사용하는 것이 어려웠다.
따라서, 각각의 발광영역의 일측에 단자들을 가지고 유기 EL층의 각 지점에 흐르는 전류의 세기 차이가 적은 유기 EL 소자를 제공하는 것이 필요하다. 또한, 상기 유기 EL 소자가 제공될 때, 본 출원의 발명자들은 유기 EL층의 각 지점을 흐르는 전류의 세기차이를 감소시키기 위해 상기 단자들과 발광 영역들 사이의 적절한 관계를 찾아내게 되었다.
본 발명에 따른 유기 EL 소자는 제 1 전극, 제 2 전극 및 유기 EL층을 가진다. 제 1 전극은 제 1 발광 영역과 그 제 1 발광 영역으로부터 연장된 제 1 단자를 가진다. 제 2 전극은 제 2 발광 영역과 그 제 2 발광 영역으로부터 연장된 제 2 단자를 가진다. 제 1 전극은 제 2 전극보다 더 높은 저항율을 가지는 재료로 제조된다. 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 유기 전계 발광층은 개재된다. 제 1 발광 영역과 제 2 발광 영역은 유기 전계 발광층에 각각 접촉된다. 제 1 발광 영역과 제 1 단자사이의 경계 길이는 제 2 발광 영역과 제 2 단자사이의 경계 길이보다 더 크다.
본 발명의 다른 특징과 이점은, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 사상을 예시하여 설명하는 다음의 상세한 설명을 통하여 명백하게 된다.
신규한 본 발명의 특징들은 첨부된 청구범위에서 상세하게 개시된다. 본 발명의 목적과 이점들을 첨부된 도면과 바람직한 실시형태를 통하여 자세히 설명한다.
도 1과 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제 1 유기 전계 발광소자 (또는 제 1 유기 EL 소자) 를 상세하게 설명한다. 도 1은 상기 유기 EL 소자 (11) 의 개략 분해 사시도이고, 도 2는 상기 유기 EL 소자 (11) 의 개략단면도이다.
[제 1 유기 전계 발광 소자 (11)]
도 1과 도 2 에 도시된 바와 같이, 유기 EL 소자 (11) 는, 선택적으로 애노드 또는 제 1 전극 (13), 유기 전계 발광층 또는 유기 EL층 (14), 및 캐소드 또는 제 2 전극 (15) 이 교대로 층상으로 형성되며, 기판 (12) 의 일면상에 형성되어 일반적인 유기 전계 발광 장치 또는 유기 EL 장치가 된다. 애노드 (13) (적어도 애노드 발광 영역 또는 제 1 발광 영역 (131) ) 는 캐소드 (적어도 캐소드 발광 영역 또는 제 2 발광 영역 (151) ) 보다 더 높은 체적저항율을 가지는 재료로 제조된다. 이하, 각각의 구성요소들에 대하여 상세하게 설명한다.
(기판 (12))
기판 (12) 은 실질적으로 유기 EL 소자 (11) 를 지지하는 평판형 부재이다. 각 구성 요소층은 극히 얇기때문에, 기판 (12) 상에 지지되도록, 유기 EL 소자 (11) 는 유기 EL 장치로서 제조된다. 유기 EL 소자 (11) 가 기판상에 층을 이루므로, 기판 (12) 은 평탄하고 매끄러운 것이 바람직하다. 또한, 기판 (12) 은 유기 EL층 (14) 으로부터 출력광측상에 위치될 때 출력광에 대하여 투명하다.
바람직한 실시형태에서, "투명"은 유기 EL 소자 (11) 로부터 외측으로 출력되는 광에 대하여 투명도를 가진다는 의미이다. 일반적으로, 바람직한 실시형태에서 "투명 부재"는 상기 광에 대하여 50 % 이상의 투명도를 가지며, 바람직하게는 70 % 이상이다.
기판 (12) 은 상기 특징을 가지는 공지된 재료를 사용할 수도 있다. 일반적으로, 유리 기판, 실리콘 기판, 석영 기판 (quartz substrate) 과 같은 세라믹 기판과 플라스틱 기판이 선택된다. 또한, 금속 기판과 그것의 지지체 (support body) 상에 금속박편을 형성한 기판이 사용된다. 또한, 조합된 시트를 형성하도록 복수의 동일 또는 상이한 종류의 기판들이 조합될 수도 있고, 하나의 기판으로서 사용될 수도 있다.
(애노드 (13))
애노드 (13) 는 유기 EL층 (14) 으로 정공 (positive hole) 을 주입하기 위한 전극이며, 도 1에 도시된 바와 같이, 애노드 발광 영역 (131) 과 애노드 단자 또는 제 1 단자 (132) 를 포함한다. 애노드 발광 영역 (131) 은 직사각형 형상이고 유기 EL층 (14) 에 접촉된다. 동작동안, 정공은 상기 애노드 단자 (132) 에 연결된 외부 구동회로로부터 애노드 발광영역 (131) 으로 수송되어지고, 애노드 발광 영역 (131) 은 정공을 상기 유기 EL층 (14) 으로 주입시킨다. 도 1에 도시된 바와 같이, 애노드 단자 (132) 는 애노드 발광 영역 (131) 과 통합적으로 형성되고 애노드 발광 영역 (131) 의 일측(면)에서 외부로 돌출된다. 애노드 단자 (132) 는 애노드 발광영역 (131) 과의 경계 (133) 에서 애노드 발광영역 (131) 에 전기적으로 직접 연결된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 바람직한 실시형태에서 2 개의 애노드 단자 (132, 132') 는 애노드 발광 영역 (131) 의 일측에 제공된다. 애노드 단자 (132, 132') 는 애노드 발광 영역 (131) 의 측면 각각의 끝단상에 제공되고 그 각각은 실질적으로 동일한 형상이다. 즉, 애노드 단자 (132) 와 애노드 발광 영역 (131) 사이의 경계의 길이 La1은 실질적으로 애노드 단자 (132') 와 애노드 발광 영역 (131) 사이의 경계 길이 La2와 동일하다.
동작동안, 애노드 단자 (132, 132') 은 외부 구동회로(미도시)의 단자에 연결되고 외부 구동회로로부터 수송된 정공을 수송한다. 애노드 단자 (132, 132') 은 외부 구동회로의 단자에 적어도 일부 연결되지만 전체적으로 모두 연결될 필요는 없다.
애노드 (13) 를 형성하기 위한 재료는 상기 특징들을 애노드 (13) 에 제공하기 위한 재료이고, 일반적으로 금속, 합금, 전도성 화합물 (electrically conductive compound), 또는 이들의 혼합물과 같은 알려진 재료를 사용한다. 애노드 (13) 는 유기 EL층 (14) 에 연결된 애노드 발광 영역 (131) 의 표면 일함수가 4 eV와 동일하거나 그 이상이 되도록 제조된다. 예를 들어, 애노드 (13) 를 형성하기 위한 재료는 금속 옥사이드 (metal oxides), 금속 니트라이드 (metal nitride), 금속, 이들 금속의 합금, 구리 요오드화물 (alloys of copper iodide), 및 도전성 폴리머 (conductive polymers) 를 포함한다. 금속 옥사이드와 금속 니트라이드는 인듐 주석 옥사이드 ("ITO"), 인듐 아연 옥사이드 (indium zinc oxide; IZO), 주석 옥사이드 (tin oxide), 아연 옥사이드 (zinc oxide), 아연 알루미늄 옥사이드 (zinc aluminum oxide), 티타늄 니트라이드 (titanium nitride) 등을 포함한다. 금속은 금, 백금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 코발트, 납, 크롬 , 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈륨, 니오븀 등을 포함한다. 도전성 폴리머는 폴리아닐린, 폴리티오펜 (polythiophene), 폴리피롤 (polypyrrole), 폴리페닐렌비닐렌 (polyphenylenevinylene), 폴리(3-메틸티오펜) (poly(3-methylthiophene), 폴리페 닐렌 설파이드 (polyphenylene sulfide) 등을 포함한다.
애노드 (13) 는 일반적으로 유기 EL층 (14) 으로부터 출력광측상에 위치될 때 출력광에 대하여 10 % 이상의 투명도를 가진다. 가시광선 영역에서 광이 출력될 때 가시광선 영역에서 높은 투명도를 가지는 ITO 가 사용되는 것이 바람직하다. 애노드 (13) 가 반사전극으로 사용될 때, 출력광을 반사하기 위한 특성을 부가적으로 가지는 상기 재료들 중에서 하나의 재료가 적절하게 선택된다. 일반적으로, 금속, 합금 및 금속화합물이 선택된다.
애노드 (13) 는 상기 재료들 중 하나로 형성되거나 또는 복수의 상기 재료들의 혼합물로 형성될 수도 있다. 또한, 다층 구조는 동일 또는 상이한 구성물을 가지는 복수의 층들로 구성된다.
애노드 (13) 가 높은 저항을 가질 경우, 부전극을 제공함으로써 저항을 낮출 수도 있다. 부전극은 구리, 크롬, 알루미늄, 티타늄, 및 알루니늄 합금과 같은 금속 또는 이들 금속을 층상으로 형성하여, 애노드 (13) 의 일부분상에 제공함으로써 형성된다.
애노드 (13) 의 두께 특히, 애노드 발광 영역의 두께는 사용되는 재료에 의존되는데, 일반적으로 약 5㎚내지 1㎛까지, 바람직하게는 약 10㎚내지 약 1㎛까지, 보다 바람직하게는 약 10㎚내지 약 100㎚까지, 보다 더욱 바람직하게는 약 10㎚내지 약 300㎚까지, 가장 바람직하게는 약 10㎚내지 약 200㎚까지에서 선택된다.
애노드 (13) 는 상기에서 언급된 재료들을 채용하는 스파터링 (sputtering), 이온 플레이팅 (ion plating), 진공증착 (vaccum deposition), 스핀 코팅 (spin coating), 및 전자빔 증착 (electron beam deposition) 과 같은 공지된 박막 증착 공정에 의해서 형성된다. 그 표면은 UV 오존 세정 (UV ozon cleaning) 또는 플라즈마 세정 (plasma cleaning) 으로 처리될 수도 있다.
유기 EL 소자에서 단락 회로와 결함을 조절하기 위해서, 미립자 직경을 선택하거나 또는 박막 증착후 문질러 주는 것이 표면의 거칠기 (roughness) 를 실효값(root-mean-square value) 20㎚ 이하로 조절하는데 도움을 준다.
(유기 EL층 (14))
유기 EL층 (14) 은 공지된 층구조와 재료층을 가지는 공지된 유기 EL 소자로 만들어지고 공지된 제조공정으로 제조된다. 즉, 상기 유기 EL층 (14) 이 다음의 기능을 수행하는 것이 충분하다. 유기 EL층 (14) 은 각각의 층이 다음의 기능들 중 어떤 기능이나 가지는 다층 구조가 될 수도 있고, 다음의 기능들을 가지는 단일층 구조가 될 수도 있다.
전자 주입기능
이 기능은 전극 (캐소드) 으로부터의 전자를 주입하는 것이다. (전자주입특성)
정공 주입기능
이 기능은 전극 (애노드) 으로부터의 정공을 주입하는 것이다. (정공 주입특성)
캐리어 수송기능
이 기능은 전자 및/또는 정공을 수송시키는 것이다. (캐리어 수송특성) 전자를 수송하는 기능은 전자 수송기능 (전자 수송특성) 으로 불리고, 정공을 수송하는 기능은 정공 수송기능 (정공 수송특성) 으로 불린다.
발광 기능
이 기능은 주입된/수송된 전자와 캐리어를 재조합하여 여기 (excitation) (여기된 상태(excited state)) 를 발생시키고 바닥상태로 되돌아갈 때 광을 방출하는 것이다.
따라서, 애노드 발광영역 (131) 에 접촉되는 표면과 캐소드 발광영역 (151) 에 접촉되는 표면 사이의 유기 EL층 (14) 에서 하나의 영역 (발광 영역) 은 상기 기능에 의해서 광을 방출한다. 이러한 광-방출 영역이 유효 디스플레이 영역이다. 일반적으로, 유기 EL층 (14) 은 애노드 발광 영역 (131) 과 실질적으로 동일한 크기와 형상으로, 애노드 발광 영역 (131) 표면상에 형성된다. 바람직한 실시형태에서, 애노드 발광 영역 (131) 과 동일한 크기와 동일한 형상 (직사각형) 을 가지는 유기 EL층 (14) 이 애노드 발광 영역 (131) 상에 형성된다.
유기 EL층 (14) 은 상기 애노드 (13) 의 측면에서부터 정공 수송층, 발광층, 및 전자-수송층이 층상으로 형성될 수도 있다.
정공-수송층은 정공을 애노드 (13) 에서부터 발광층으로 수송한다. 정공-수송층을 형성하기 위한 재료는 저-분자 재료 (low-molecular material), 폴리머 재료 (polrmeric material), 폴리티오펜 올리고메릭 재료 (polythiophene oligomeric material) 및 존재하는 정공수송 재료를 포함한다. 적당한 저분자 재료는 구리 프탈로시아닌 (copper phthalocyanine), 테트라(t-부틸) 구리 프탈로 시아닌 (tetra(t-butil) copper phthalocyanine), 비-금속 프탈로시아닌계 (non-metal phthalocyanine series), 퀴나크리돈 화합물 (quinacridone compound), 방향족 아민 (aromatic amine) 과 같은, 1,1-비스(4-디-p-트릴아미노페닐)사이클로헥산 (1,1-bis(4-di-p-trylaminophenyl)cyclohexane), N,N'-디페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-1,1'-비페닐-4,4'-디아민 (N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine), N,N'-디(1-나프틸)-N,N'-디페닐-1,1'-비페닐-4,4'-디아민 (N,N'-di(1-naphthyl)-N,N'-diphenyl-1,1'biphenyl-4,4'-diamine) 등과 같은 금속 프탈로시아닌계 (metal phthalocyanine series) 를 포함한다. 적당한 폴리머 재료들은 폴리티오펜 (polythiophene), 폴리아닐린 (polyaniline) 등을 포함한다.
상기 발광층은 애노드 (13) 로부터 수송된 정공과 캐소드 (15) 로부터 수송된 전자를 재조함으로써 여기상태를 얻어, 여기상태에서 바닥상태로 되돌아가면서 광을 방출한다. 발광층을 위한 재료는 형광 재료, 인광 재료 등을 포함한다. 또한, 호스트 재료 (host material) 은 도판트 (dopant(형광재료, 인광재료)) 를 함유할 수도 있다.
발광층을 형성하기위한 재료는 저분자 재료, 폴리머릭 재료, 및 다른 존재하는 발광재료를 포함한다. 적당한 저분자 재료는 9,10-디아릴안트라센 유도체 (9,10-diarylanthracene derivative), 피렌 유도체 (pyrene derivative), 코로넨 유도체 (coronene derivative), 페릴렌 유도체 (perylene derivative), 루브렌 유도체 (rubrene derivative), 1,1,4,4-테트라페닐부타디엔 (1,1,4,4-tetraphenylbutadiene), 트리스(8-퀴놀리놀레이트) 알루미늄착물 (tris(8-quinolinolate)aluminum complex), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀레이트) 알루미늄착물(tris(4-methyl-8-quinolinolate) aluminum complex), 비스(8-퀴놀리놀레이트)아연착물 (bis(8-quinolinolate) zinc complex), 트리스(4-메틸-5-트리플루오르메틸-8-퀴놀리놀레이트) 알루미늄착물 (tris(4-methyl-5-trifluoromethyl-8-quinolinolate) aluminum complex), 트리스(4-메틸-5-시아노-8-퀴놀리놀레이트) 알루미늄착물 (tris(4-methyl-5-cyano-8-quinolinolate) aluminum complex), 비스(2-메틸-5-트리플루오르메틸-8-퀴놀리놀레이트) [4-(4-시아노페닐)페놀레이트] 알루미늄착물 (bis(2-methyl-5-trifluoromethyl-8-quinolinolate) [4-(4-cyanophenyl)phenolate] aluminum complex), 비스(2-메틸-5-시아노-8-퀴놀리놀레이트)[4-(4-시아노페닐) 페놀레이트 알루미늄착물 (bis(2-methyl-5-cyano-8-quinolinolate) [4-(4-cyanophenyl)phenolate] aluminum complex), 트리스(8-퀴놀리놀레이트) 스칸듐착물 (tris(8-quinolinolate) scandium complex), 비스[8-(파라-토실)아미노퀴놀린] 아연착물 (bis[8-(para-tosyl)aminoquinoline] zinc complex), 카드뮴착물 (cadmium complex), 1,2,3,4-테트라페닐시클로펜탄디엔 (1,2,3,4-tetraphenylcyclopentanediene), 펜타페닐시클로펜탄디엔 (pentaphenylcyclopentanediene), 폴리-2,5-디헵틸록시-파라-페닐렌비닐렌 (poly-2,5-diheptyloxy-para-phenylenevinylene), 쿠마린계 형광 물질 (coumarin series fluorescent substance), 페닐렌계 형광 물질 (perylene series fluorescent substance), 피란계 형광 물질 (pyran series fluorescent substance), 앤스론계 형광 물질 (anthrone series fluorescent substance), 포르필린계 형광 물질 (porphyline series fluorescent substance), 퀴나크리돈계 형광 물질 (quinacridone series fluorescent substance), N,N'-디알킬-치환 퀴나크리돈계 형광 물질 (N,N'-dialkyl-substituted quinacridone series fluorescent substance), 나프탈리미드계 형광 물질 (naphthalimide series fluorescent substance), N,N'-디아릴-치환 피롤로피롤계 형광 물질 (N,N'-diaryl-substituted pyrrolopyrrole series fluorescent substance) 등을 포함한다. 적당한 폴리머 재료는 폴리플루오렌 (polyfluorene), 폴리파라페닐렌비닐렌 (polyparaphenylenevinylene), 폴리티오펜 (polythiophene) 등을 포함한다. 호스트와 게스트 (도판트) 는 호스트/게스트형의 혼합물을 이용하기 위해서 상기 재료들로부터 적당하게 선택된다.
전자-수송층은 캐소드 (15) 로부터 발광층으로 전자를 수송한다. 예를들어, 전자 수송층을 형성하기 위한 재료는 2-(4-비페닐일)-5-(4-t-부틸페틸)-1,3,4-옥사디아졸 (2-(4-biphenylyl)-5-(4-t-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole), 2,5-비스(1-나프틸)-1,3,4-옥사디아졸 (2,5-bis(1-naphtyl)-1,3,4-oxadiazole), 옥사디아졸 유도체 (oxadiazole derivative), 비스(10-히드록시벤즈[h]퀴놀리놀레이트) 베릴륨착물 (bis(10-hydtoxybenz[h]quinolinolate) beryllium complex), 트리아졸 화합물 (triazole compound) 등을 포함한다.
버퍼층(buffer layer), 정공 차단층, 전자 주입층, 또는 정공 주입층과 같은 공지된 유기 EL층에 사용될 수 있는 층이 제공될 수 있다. 상기 층들은 공지된 제조공정을 통하여 공지된 재료로 만들어질 수 있다.
(캐소드 (15))
도 1에 도시된 바와 같이, 캐소드 (15) 는 서로 통합된, 캐소드 발광 영역 (151) 과 캐소드 단자 또는 제 2 단자 (152) 를 포함한다.
캐소드 발광영역 (151) 은 애노드 발광 영역 (131) 로부터 유기 EL층 (14) 쪽의 대향측상에 제공되고, 일반적으로, 유기 EL층 (14) 와 동일한 크기 및 형상을 실질적으로 가진다. 바람직한 실시예에서, 캐소드 발광영역 (151) 은 유기 EL층 (14) 즉, 애노드 발광 영역 (131) 과 같은 동일한 크기 및 동일한 직사각형 형상을 가지도록 설계된다. 즉, 캐소드 발광 영역 (151) 은, 그것의 외측 테두리상에 애노드 발광영역 (131) 의 외측 테두리상의 일측 (134) 에 대응하는 일측 (154) 을 가진다.
따라서, 캐소드 발광 영역 (151) 은 유기 EL층 (14) 의 애노드 발광 영역 (131) 과 접촉하는 표면으로부터 대향되는 표면상에 층을 형성한다. 동작동안에, 전자는 캐소드 단자 (152) 에 연결된 외부 구동회로로부터 캐소드 발광 영역 (151) 으로 수송되고, 캐소드 발광 영역 (151) 은 전자를 유기 EL층 (14) 으로 주입시킨다.
캐소드 단자 (152) 는, 애노드 단자 (132) 가 연장되는 일측 (134) 에 대응하는 캐소드 발광영역 (151) 의 일측 (154) 으로부터 외부로 연장된다. 즉, 애노드 단자 (132) 가 유기 EL 소자 (11) 에서 연장되는 것처럼, 캐소드 단자 (152) 도 동일측상에서 연장된다.
바람직한 실시형태에서, 하나의 캐소드 단자 (152) 가 제공되고 애노드 단자 (132) 와 동일한 크기 및 형상을 가진다. 따라서, 캐소드 단자 (152) 와 캐소 드 발광 영역 (151) 사이의 경계 (153) 의 길이 Lc는 실질적으로 경계 (133) 의 길이 La1과 동일하다.
따라서, 애노드 단자 (132, 132') 와 애노드 발광 영역 (131) 사이의 경계 (133) 의 길이 La1과 경계 (133') 의 길이 La2의 합 (La1+La2) 은 캐소드 단자 (152) 와 캐소드 발광 영역 (151) 사이의 경계 (153) 의 길이 Lc보다 더 크다.
도 1에 도시된 바와 같이, 캐소드 단자 (152) 는 유기 EL 소자 (11) 가 조립될 때, 기판상에 배치된다. 또한 캐소드 단자 (152) 는 애노드 단자 (132, 132') 사이에 배치되어 애노드 단자와는 전기적으로 접촉되지 않는다. 즉, 애노드 단자 (132, 132') 와 캐소드 단자 (152) 는 발광 영역 (131, (151)) 의 일측 (134, (154)) 상에 교대로 배치되고, 애노드 단자 (132, 132') 는 일측 (134 )의 양단 (both ends) 상에 배치된다.
동작동안에, 캐소드 단자 (152) 는 외부 구동회로(미도시)에 연결되고, 상기 구동회로로부터 수송된 전자를 캐소드 발광영역 (151) 으로 수송한다. 캐소드 단자 (152) 는 적어도 부분적으로 외부 구동회로의 단자에 접촉되며 완전히 전체적으로 연결될 필요는 없다.
캐소드 (15) 는 유기 EL층 (14) (상기 층구조에 따른 전자수송층) 에 전자를 주입한다. 4.5 eV 보다 작은, 일반적으로 4.0 eV 이하, 통상적으로 3.7 eV 이하의 일함수를 가지는 금속, 합금, 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물이 전극재료로 사용된다.
상기 전극재료는 리튬, 나트륨, 마그네슘, 금, 은, 구리, 알루미늄, 인듐, 주석, 루테늄, 티타늄, 망간, 크롬, 이트륨, 알루미늄-칼슘 합금, 알루미늄-리튬 합금, 알루미늄-마그네슘 합금, 마그네슘-은 합금, 마그네슘-인듐 합금, 리튬-인듐 합금, 나트륨-칼륨 합금, 마그네슘과 구리의 혼합물, 알루미늄과 알루미늄 옥사이드의 혼합물 등을 포함한다. 부가적으로, 또한 애노드 (13) 를 위한 재료들이 사용될 수도 있다.
캐소드 (15) 는 발광층의 광출력측상에 위치될 때, 출력광에 대하여 10 % 이상의 투명도를 가진다. 예를 들어, 마그네슘-은 합금으로 된 초박막상에 투명성 도전성 옥사이드로 층을 이루는 전극이 사용된다. 이러한 캐소드 (15) 에 있어서, 도전성 옥사이드를 스파터링할 때 플라즈마에 의해 발광층이 손상되는 것을 방지하기 위해서, 구리 프탈로시아닌 (copper phthalocyanine) 이 첨가되는 버퍼층이 상기 캐소드 (15) 와 유기 EL층 (14) 사이에 제공된다.
캐소드 (15) 가 광-반사 전극으로서 이용될 때, 출력광을 반사시키기 위한 특성을 가지는 재료는 상기 재료들로부터 적당하게 선택된다. 일반적으로, 금속, 합금 또는 금속화합물이 선택된다.
캐소드 (15) 는 상기 재료들 중 단지 하나의 재료로 형성될 수도 있고, 또는 복수의 재료들로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 약 5 % 내지 10 % 의 은 또는 구리가 마그네슘에 첨가될 때, 캐소드 (15) 의 산화가 방지되며, 유기 EL층 (14) 에 대한 캐소드 (15) 의 부착성이 증가된다. 또한, 캐소드 (15) 는 복수의 동일 혼합물 또는 상이한 혼합물을 포함하는 다층 구조로 제조될 수도 있다. 예를 들어, 캐소드 (15) 는 다음과 같이 형성될 수도 있다.
캐소드 (15) 의 산화를 방지하기 위해서, 부식 저항을 가지는 금속 보호층이 유기 EL층 (14) 에 접촉되지 않는 캐소드 (15) 의 일부상에 형성된다. 바람직하기로는, 보호층을 형성하기 위한 재료는 실버, 알루미늄 등을 포함한다.
캐소드 (15) 의 일함수를 감소시키기 위해서, 상대적으로 작은 일함수를 가지는 옥사이드, 플루오르화물, 금속화합물 등이 캐소드 (15) 와 유기 EL층 (14) 사이의 경계내로 삽입된다. 예를 들어, 캐소드 (15) 는 알루미늄으로 만들어지고, 리튬 플루오르화물 또는 리튬 옥사이드가 상기 경계내로 삽입된다. 캐소드 (15)는 진공증착, 스파터링, 이온증착, 이온 플레이팅 및 전자빔 증착과 같은 공지된 박막증착으로 형성될 수 있다.
이하, 상기 유기 EL층 (11) 의 동작에 대하여 상세하게 설명한다.
(동작)
외부 구동회로가 유기 EL 소자 (11) 의 애노드 단자 (132, 132') 와 캐소드 단자 (152) 에 전기적으로 연결되면, 정공은 애노드 단자 (132, 132') 로부터 애노드 발광 영역 (131) 으로 수송되어지고, 한편, 전자는 캐소드 단자 (152) 로부터 캐소드 발광 영역 (151) 으로 수송된다.
정공은 애노드 발광 영역 (131) 에서 유기 EL층 (14) 내부로 주입되어지고, 전자는 캐소드 발광 영역 (151) 에서 유기 EL층 (14) 내부로 주입된다. 그 후, 정공과 전자 중 적어도 어느 하나가 유기 EL층 (14) 에 수송되고 재조합되어 여기 상태를 발생시키며, 그 결과 상기 발광재료는 여기 상태가 되고 바닥 상태로 되돌아올 때 광을 방출한다.
이어서, 상기 유기 EL 소자에 의해서 얻어지는 유익한 효과를 상세하게 설명한다.
(유익한 효과)
바람직한 실시형태에 따라, 다음의 (1) 내지 (6) 의 유익한 효과가 얻어진다.
(1) 유기 EL층 (14) 의 각 지점에서 흐르는 전류의 세기간의 차이는 종래의 소자보다 더 작다.
무한히 많은 전류경로들 (애노드 단자 (132, 132') - 애노드 발광 영역 (131) - 유기 EL층 (14) - 캐소드 발광 영역 (151) - 캐소드 단자 (152))의 저항값들을 고려하여 불 때, 캐소드 (15) 가 유기 EL 소자 (11) 의 애노드 (13) 보다 충분히 더 낮은 체적저항율을 가지므로, 단지 애노드 (13) 만을 연구해보는 것으로 충분하다. 즉, 캐소드 (15) 에서 저항값은 무시할 수도 있다.
유기 EL 소자 (11) 에서, 애노드 발광 영역 (131) 을 통과하여 지나가는 경로의 거리가 단축되면, 경로의 저항값은 감소된다. 따라서, 유기 EL층 (14) 의 애노드 단자 (132) 부근을 흐르는 전류는 상대적으로 크고, 반면, 애노드 단자 (132) 로부터 멀어짐에 따라 상기 전류는 작아진다.
한편, 유기 EL 소자 (11) 에서, 애노드 단자 (132, 132') 와 애노드 발광 영역 (131) 사이의 각 경계 (133, 133') 의 La1, La2 길이의 합 (또는 La1+La2) 은 캐소드 단자 (152) 와 캐소드 발광 영역 (151) 사이의 경계 (153) 의 길이 Lc보다 더 크다. 따라서, 도 7a, 도 7b, 도 8에서 도시된 바와 같은 애노드 단자와 애노드 발광 영역 사이에 짧은 경계를 가지는 유기 EL 소자에 비하여, 바람직한 실시 형태에서는 단자로부터 발광 영역에서 가장 먼 부분까지의 거리가 짧아진다. 즉, 유기 EL 소자 (11) 가 소자의 가장 큰 전류값을 가지는 전류경로에서, 유기 EL 소자 (21) 보다 더 작은 저항값을 가진다. 유기 EL 소자 (11) 와 종래의 소자 양자 모두에서 가장 작은 저항값을 가지는 전류경로는 유기 EL층에 인접하는 애노드 단자를 통과하여 지나가는 것이고, 그것의 저항값은 실질적으로 '0'로 간주된다.
따라서, 유기 EL 소자 (11) 는 종래의 소자보다 저항값에 있어서 더 작은 최대 차이를 가진다. 따라서, 유기 EL층 (14) 의 각 지점에 흐르는 전류의 세기간의 차이는 종래의 소자에서 차이보다 더 작다.
상대적으로 높은 체적저항율을 가지는 전극에서의 발광 영역과 단자 사이의 경계 길이는 상대적으로 낮은 체적저항율을 가지는 전극의 경우보다 더 크기 때문에, 유익한 효과가 얻어진다. 또한 다음의 유익한 효과 (2) 내지 (6) 은 동일한 이유로 얻어진다.
(2) 전극 전체의 저항값이 감소될 수 있다.
발광 영역과 단자 사이의 경계가 높은 체적저항율을 가지는 재료로 만들어지는 애노드에서 더 연장되므로, 애노드 단자로부터 유기 EL 소자 까지 전체 저항값은 감소된다.
캐소드가 충분히 낮은 체적저항율을 가지는 재료로 만들어지므로, 발광 영역과 단자 사이의 경계가 단축되더라도, 단자로부터 유기 EL층 까지의 전체 저항값은 애노드에 비하여 충분히 작은 영향을 받는다. 그 결과, 전극에서 전력손실이 감소되어 유기 EL 소자의 전력 효율은 증대된다.
(3) 유기 EL 소자의 크기는 감소될 수 있다.
유기 EL 소자 (11) 에서, 애노드 단자 (132) 와 캐소드 단자 (152) 는 각각의 발광 영역 (131, 151) 과 유기 EL층 (14) 의 일측에서 연장된다. 따라서, 발광 영역 (131, 151) 의 크기가 일정할 때, 도 8에 도시된 바와 같이 단자가 발광 영역의 일측에서 연장되지 않는 유기 EL소자에 비하여 소자 크기가 감소된다. 도 8에 도시된 유기 EL 소자에 비하여, 바람직한 실시형태에서의 소자와 기판은 단자 크기 (도 8에서 길이 A) 만큼 감소된다.
또한 단자 (132, 132', 152) 가 각각의 발광 영역 (131, 151) 의 일측에서 연장되므로, 도 8에 도시된 바와 같이 단자가 발광 영역의 일측에서 연장되지 않는 유기 EL 소자에 비하여, 외부 구동회로와 각 단자 (132, 132', 152) 사이의 와이어링 길이는 감소된다.
(4) 동일한 크기를 가지는 기판이 사용될 때, 유기 EL층 (14) 의 크기 (발광 영역 131 또는 151 의 크기) 는 증가될 수도 있다.
단자 (132, 132', 152) 가 유기 EL 소자 (11) 에서 각각의 발광 영역 (131, 151) 의 일측으로부터 연장되므로, 발광 영역 (131, 151) 과 유기 EL층 (14) 의 크기는, 단자가 발광 영역의 일측으로부터 연장되지 않는 유기 EL 소자에 비하여 증가된다. 즉, 유효 디스플레이 영역이 증가될 수 있다. 도 8에 도시된 유기 EL 소자에 비하여, 발광 영역 (131, 151) 의 면적이 소자의 단자 하나 크기 (도 8에서 길이 A) 만큼 확장될 수 있다.
(5) 유기 EL 소자 (11) 는 외부 구동회로와 용이하게 연결된다.
단자 (132, 132', 152) 가 유기 EL 소자 (11) 에서 각각의 발광영역 (131, 151) 의 일측으로부터 연장되므로, 상기 단자 (132, 132', 152) 를 외부 구동회로에 연결 또는 와이어링하는 것이, 도 8에 도시된 단자가 복수의 측면으로부터 연장되는 소자에 비하여, 용이하게 수행될 수 있다. 또한 와이어링이 발광 영역 (131, 151) 의 일측에서만 단지 수행되므로, 커넥터 등이 애노드 단자 (132, 132') 와 캐소드 단자 (152) 를 외부 구동회로에 연결하는데 제공되며, 와이어링 작업이 커넥터 등을 이들 단자 (132, 132', 152) 에 단지 플러깅함으써 종결될 수 있다.
(6) 유기 EL층 (14) 의 각 지점에서 흐르는 전류의 세기간 차이는 종래의 소자의 차이보다 더 작다.
복수의 애노드 단자 (132, 132') 가 유기 EL 소자 (11) 에 제공되므로, 상기 문단 (1) 에서 언급한 유익한 효과가 단지 하나의 단자를 가지는 소자보다 더욱 효과적으로 얻어진다.
애노드 발광 영역 (131) 의 일측으로부터 연장되는 복수의 단자를 가지는 소자는, 애노드 단자의 일측으로부터 연장되는 하나의 단자만을 가지는 소자보다, 애노드 단자에서부터 애노드 발광 영역 (131) 의 가장 먼 부분 까지에 이르는 더 짧은 거리를 가진다. 따라서, 전자는 저항값의 더 작은 최대 차이를 가지게 되어, 유기 EL층 (14) 의 각 지점에서 흐르는 전류의 세기간 차이는 더욱 감소된다.
유기 EL 소자 (11) 가 상기 (1) 내지 (6) 의 유익한 효과들을 수행하므로, 상기 유기 EL 소자 (11) 는 다음의 (a) 내지 (d)의 유익한 효과도 수행한다.
(a) 휘도 불균일성 조절
유기 EL 소자가 상대적으로 큰 전류가 흐르는 부분과 상대적으로 작은 전류가 흐르는 부분을 가지는 경우, 전류의 세기가 증가하게 되면 유기 EL 소자의 휘도는 높아지게 되므로, 휘도 차이가 불균일하게 된다. 한편, 유기 EL 소자 (11) 가 종래의 소자에 비하여, 전류경로에서 저항값의 차이를 감소시킨다. 따라서, 유기 EL층 (14) 에서, 전류값의 차이는 상대적으로 큰 전류가 흐르는 부분과 상대적으로 작은 전류가 흐르는 부분사이에서 감소된다. 따라서, 유기 EL 소자 전체는 휘도에서 불균일성을 감소시킨다.
(b) 소자의 수명연장
일반적으로, 상대적으로 큰 전류가 흐르는 부분은 더 짧은 수명을 가진다. 한편, 유기 EL 소자 (11) 는 종래의 소자에 비하여 상대적으로 큰 전류가 흐르는 부분과 상대적으로 작은 전류가 흐르는 부분사이의 전류값 차이를 감소시킨다. 따라서, 전류흐름의 세기에 기인한 소자의 상대적으로 긴 수명을 가지는 부분과 상대적으로 짧은 수명을 가지는 부분 사이에서의 수명 차이는 감소된다.
(c) 소자의 열화방지
유기 EL 소자 (11) 는 종래 소자에 비하여, 유기 EL층 (14) 에서 상대적으로 큰 전류가 흐르는 부분과 상대적으로 작은 전류가 흐르는 부분 사이에서 전류값 차이를 감소시킨다. 따라서, 전류흐름의 세기에 기인한 소자에서의 상대적으로 열화되는 부분과 상대적으로 열화되지 않는 부분사이에서 열화되는 정도의 차이는 감소된다.
(d) 색도의 불균일성 조절
유기 EL층이 복수의 발광재료로부터 복수의 파장을 가지는 광을 방출하는 유기 EL 소자에서, 색도의 불균일성이 조절된다. 예를 들어, 적색의 발광층, 청색의 발광층, 녹색의 발광층이 층을 이루도록 함으로써 백색의 광을 출력한다. 이러한 유기 EL 소자에서, 유기 EL층에 흐르는 전류의 세기가 변화되면, 각 발광재료층의 휘도는 변화하고, 즉, 소자의 발광되는 칼러 (색도) 가 변화된다 (S-S 소멸 현상, T-T 소멸 현상).
그러나, 유기 EL 소자 (11) 는, 유기 EL층 (14) 에서 상대적으로 큰 전류가 흐르는 부분과 상대적으로 작은 전류가 흐르는 부분사이의 전류값 차이를 감소시킬 수 있다. 따라서, 상기 현상은 조절되어 색도의 불균일성을 조절한다.
(대체 실시형태)
유기 EL 소자 (11) 는 다음의 대체 실시형태들로 변경될 수도 있다. 또한, 각 실시형태들은 그것이 서로 모순되지 않는한 서로 조합될 수도 있다.
(제 1 대체 실시형태)
애노드 단자 (132) 와 애노드 발광 영역 (131) 사이의 경계 (133) 의 길이 La1은 애노드 단자 (132') 와 애노드 발광 영역 (131) 사이의 경계의 길이 La2와 다를 수도 있다. 즉, 유기 EL 소자 (11) 은 캐소드 단자와 캐소드 발광 영역사이의 경계의 길이보다 더 큰, 애노드 단자와 애노드 발광 영역 사이의 경계들의 전체 길이 합을 가진다.
마찬가지로, 심지어 애노드 단자 (132) 와 애노드 발광 영역 (131) 사이의 경계 (133) 의 길이 La1이 캐소드 단자 (152) 와 캐소드 발광 영역 (151) 사이의 경계 (153) 의 길이 Lc와 다를 때 조차도, 유기 EL 소자 (11) 는 상기 요구들을 충족시켜야 한다. 즉, 상대적으로 높은 체적저항율을 가지는 전극에서 발광 영역과 단자사이의 경계의 길이가 상대적으로 낮은 체적저항율을 가지는 전극에서 발광 영역과 단자사이의 경계의 길이보다 더 크다.
(제 2 대체 실시형태)
애노드 단자 (132) 와 캐소드 단자 (152) 의 형상은 직사각형으로 한정되지 않는다. 적어도 발광 영역에 개별적으로 접촉되는 부분이 실질적으로 직선인한, 어떠한 형상도 가능하다. 실질적인 직선은, 심지어 그것이 부분적으로 곡선을 가지거나 또는 전체적으로 곡선이라도 실질적으로 선으로 간주되는 선 (또는 측면) 을 의미한다. 따라서, 심지어 애노드 단자 (132) 의 전체 면적이 캐소드 단자 (152) 의 면적보다 더 작더라도, 유기 EL 소자 (11) 는 상기 요구를 충족시켜야만 한다.
(제 3 대체 실시형태)
애노드 발광 영역 (131) 과 캐소드 발광 영역 (151) 은 정확한 직사각형으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 코너-챔퍼된 직사각형 (corner-chamfered rectangles), 코너-라운디드 직사각형 (corner-rounded rectangles) 등이 적용가능하다. 발광 영역의 코너가 챔퍼되거나 라운디드되면, 코너에서 전력 집중이 감소된다.
(제 4 대체 실시형태)
애노드 발광 영역 (131) 과 캐소드 발광 영역 (151) 은 직사각형 형상으로 한정되지 않는다. 단자가 연장되는 부분 (또는 측면)은 형상에 있어서 적어도 실질적으로 직선이고, 이들 부분 (또는 측면) 은 유기 EL층 (14) 를 통하여 서로 대응한다. 실질적으로 대응하는 부분은 유기 EL층 (14) 의 관통-두께 방향의 중간을 따라 확장되는 평면에 대하여 실질적으로 대칭인 부분에 위치된다.
(제 5 대체 실시형태)
캐소드 발광영역 (151) 은 애노드 발광 영역 (131) 보다 더 작게 제조될 수 있다. 따라서, 나중에 층상을 지는 전극 발광 영역의 크기가 감소되면, 전극들 사이에 단락회로가 거의 발생하지 않는다.
(제 6 대체 실시형태)
절연층이 유기 EL층 (14) 주위에 제공되어 애노드 발광영역 (131) 과 캐소드 발광영역 (151) 사이에 단락회로를 방지한다. 예를 들어, 애노드 발광 영역 (131) 이 먼저 형성되고, 유기 EL층 (14) 이 연속적으로 애노드 발광 영역 (131) 상에 형성되고, 그 후에, 절연층이 상기 유기 EL층 (14) 주위에 형성되는데, 본 제조공정에서 바람직하게는 애노드 발광영역 (131) 이 노출되지 않도록 절연층이 형성되며, 이 후에 캐소드 발광 영역 (151) 이 형성된다. 애노드 발광 영역 (131) 이 형성된 후, 절연층이 형성되어 애노드 발광 영역 (131) 의 주변을 덮고, 그 다음에 유기 EL층 (14) 과 캐소드 발광 영역 (151) 이 형성된다.
절연층을 형성하기 위한 재료는 공지된 유기 EL 소자에 적용되는 절연층의 재료를 적절하게 사용할 수 있다. 상기 재료는 SiO2, SiON, Al2O3, Si3N4, SiAlON, Y2O3, BaTiO3, Sm2O3, BaTa2O
6, Ta2O5, ATO, Al2O3-TiO2, SrTiO3
, PbTiO3 등을 포함한다. 또한, 형성 공정은 스파터링, 전자빔 증착, 화학 기상증착 (CVD; chemical vapor deposition) 등과 같은 알려진 형성공정을 사용할 수 있다.
(제 7 대체 실시형태)
도 3a와 도 3b에 도시된 바와 같이, 부전극 (sub-electrode) 이 제공되어 전기적으로 애노드 발광 영역 (131) 에 접촉된다.
도 3a에 도시된 것과 같이, 애노드 단자 (132) 가 애노드 발광 영역 (131) 에서 연장되는 측의 대향측상에 부전극 (18) 이 배치될 때, 부전극 (18) 에 인접한 애노드의 체적저항율은 전체적으로 감소되어, 전류는 유기 EL층 (14) 의 해당 부분들 내부로 유입된다. 따라서, 상기 유익한 효과들이 얻어진다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 부전극 (18, 19) 이 제공되어 전기적으로 애노드 단자 (132, 132') 에 연결될 때, 상기 부전극 (18, 19) 에 인접한 애노드 발광 영역 (131) 이 전위 (electric potential) 는 애노드 단자 (132, 132') 의 전위에 접근하게 되어 그 결과, 상기 유익한 효과를 얻는다.
부전극은 애노드 (13) 보다 낮은 체적저항율을 가지는 재료로 만들어지고 부전극을 형성하는 공지된 공정에 의해서 형성된다. 예를 들어, 부전극을 형성하기 위한 재료는 크롬, 은, 실버계 합금, 구리, 알루미늄, 알루미늄계 합금, 니켈, 니켈계 합금, 몰리브덴, 텅스텐, 금 등을 포함한다.
(제 8 대체 실시형태)
단지 하나의 애노드 단자 (132) 가 제공된다. 심지어 이러한 경우에, 도 4a에 도시된 바와 같이, 애노드 단자 (132) 와 애노드 발광 영역 (131) 사이의 경계 (133) 길이 La1은 캐소드 단자 (152) 와 캐소드 발광 영역 (151) 사이의 경계 (153) 길이보다 더 크며, 상기 유익한 효과 (1) 내지 (5) 및 (a) 내지 (d) 가 얻어진다.
(제 9 대체 실시형태)
3 개 이상의 애노드 단자가 제공되고, 2 개 이상의 캐소드 단자가 제공된다. 예를 들어, 도 4b에 도시된 바와 같이, 3 개의 애노드 단자 (132, 132', 132'') 가 제공되고, 2 개의 캐소드 단자 (152, 152') 가 제공된다. 이러한 경우, 애노드 단자 (132, 132', 132'') 와 애노드 발광 영역 (131) 사이의 각각의 경계 (133, 133', 133'') 의 거리 La1, La2, La3의 합 (또는 La1 + La2 + La3) 은 캐소드 단자 (152, 152') 와 캐소드 발광 영역 (151) 사이의 각각의 경계 (153, 153') 의 거리 Lc1, Lc2의 합 (또는 Lc1 + Lc2) 보다 더 크고, 상기 유익한 효과인 (1) 내지 (5) 및 (a) 내지 (d) 가 얻어진다. 또한, 도 4b에 도시된 바와 같이, 애노드 단자 (132, 132', 132'') 와 캐소드 단자 (152, 152') 는 교번하여 제공되거나 또는, 애노드 단자 (132, 132') 는 각 최외각 끝단에 배치되어 상기 유익한 효과 (6) 이 얻어진다.
(제 10 대체 실시형태)
순환하는 공기 (ambient air) 로부터 유기 EL층 (14) 등을 보호하기 위해서, 유기 EL 소자 (11) 은 페시베이션막 (passivation film) 또는 밀봉 캔 (sealing can) 으로 보호될 수 있다. 그 후에, 유기 EL 소자 (11) 는 소자 (11) 의 외부로 애노드 단자 (132, 132', 132'') 와 캐소드 단자 (152, 152') 를 노출시키도록 보호될 필요가 있다. 패시베이션막은 상기 유기 EL 소자 (11) 이 산소와 습기에 접촉되지 않도록 기판 (12) 로부터 대향되는 측상에 제공되는 보호층 (밀봉층(sealing layer)) 이다. 패시베이션막을 위한 재료는 유기 폴리머 재료 (organic polymeric material), 비유기 재료 (inorganic material), 포토-세팅 수지 (photo-setting resin) 를 포함한다. 보호층을 위한 재료는 단일 또는 복수로 일 수도 있다. 보호층은 단일층 구조 또는 다층 구조일 수도 있다. 패시베이션막은 외부로부터 습기와 가스를 차단하기에 충분한 두께를 가진다.
유기 폴리머 재료는 예를 들어, 플루오르수지 (fluororesin), 아크릴 수지 (acrylic resin), 에폭시 수지 (epoxy resin), 실리콘 수지 (silicon resin), 에폭시실리콘 수지 (epoxysilicon resin), 폴리스티렌 수지 (polystyrene resin), 폴리에스테르 수지 (polyester resin), 폴리카보네이트 수지 (polycarbonate resin), 폴리아미드 수지 (polyamide resin), 폴리이미드 수지 (polyimide resin), 폴리아미드이미드 수지 (polyamideimide resin), 폴리파락실렌 수지 (polyparaxylene resin), 폴리에틸렌 수지 (polyethylene resin), 폴리페닐렌 옥사이드 수지 (polyphenylene oxide resin) 등을 포함한다. 플루오르수지는 클로로트리플루오르에틸렌 폴리머 (chlorotrifluoroethylene polymer), 디클로로디플루오르에틸렌 폴리머 (dichlorodifluoroethylene polymer), 클로로트리플루오르에틸렌 폴리머와 디클로로디플루오르에틸렌 폴리머의 코폴리머 (copolymer of chlorotrifluoroethylene polymer and dichlorodifluoroethylene polymer) 등을 포함한다. 아크릴 수지는 폴리메틸 메타크릴레이트 (polymethyl methacrylate), 폴리아크릴레이트 (polyacrylate) 등을 포함한다.
비유기 재료는 폴리실라잔 (polysilazane), 다이아몬드 박막 (diamond thin film), 비정질 실리카 (amorphous silica), 전기적 절연유리 (electrical insulation glass), 금속 옥사이드, 금속 니트라이드, 금속 카바이드, 금속 설파이드 등을 포함한다.
상기 밀봉 캔은 밀봉 플레이트 (sealing plate) 와 밀봉 케이싱 (sealing casing) 과 같은 밀봉 부재로 구성되며, 외부의 습기와 산소를 차단하기 위해서 기판 (12) 로부터 대향되는 측상에 제공된다. 밀봉 케이싱은 오직 후면측 (기판 (12) 로부터 대향측) 의 전극측상에 제공되거나 또는 전체 유기 EL 소자 (11) 를 덮을 수 있다. 밀봉 부재가 유기 EL 소자 (11) 을 봉인하고 순환하는 공기를 차단하는 한, 밀봉 부재의 형상과 크기 및 두께는 한정되지 않는다. 밀봉 부재를 위한 재료는 스테인레스 스틸, 금속 (알루미늄 등), 플라스틱 (폴리클로로트리플루오르에틸렌 (polychlorotrifluoroethylene), 폴리에스테르 (polyester), 폴리카보네이트 (polycarbonate) 등), 세라믹 등을 포함한다.
밀봉 부재가 유기 EL 소자 (11) 에 부착될 때, 밀봉 화합물 (접착제 (adhesive))은 적절하게 사용될 수 있다. 전체 유기 EL 소자 (11) 가 밀봉 부재로 덮여질 때 밀봉 부재는 밀봉 화합물 없이 히트 실( heat seal) 로 결합될 수 있다. 밀봉 화합물은 자외선 경화 수지 (ultraviolet ray cured resin), 열경화성 수지 (thermoset resin), 2 성분 경화 수지 (two-component cured resin) 등을 포함한다.
흡습제는 패시베이션막 또는 밀봉 캔과 유기 EL 소자사이의 공간내부로 삽입될 수 있다. 상기 흡습제는 제한적이지는 않지만, 예를 들어, 바륨 옥사이드, 나트륨 옥사이드, 칼륨 옥사이드, 칼슘 옥사이드, 나트륨 설페이트, 칼슘 설페이트, 마그네슘 설페이트, 인 펜톡사이드, 칼슘 클로라이드, 마그네슘 클로라이드, 구리 클로라이드, 세슘 플루오라이드, 니오븀 플루오라이드, 칼슘 브로마이드, 바나듐 브로마이드, 분자체 (molecular sieve), 제올라이트 (zeolite), 마그네슘 옥사이드 등을 포함한다.
비활성 가스는 상기 패시베이션막과 밀봉 캔 내부로 캡슐화된다. 비활성 가스는 유기 EL 소자 (11) 과 반응하지 않는 가스를 의미하며, 헬륨과 아르곤, 및 니트로젠 가스를 포함한다.
(제 11 대체 실시형태)
상기 실시형태들은 통합적인 애노드 (13) 의 예를 개시한다. 그러나, 애노드 (13) 의 각 구성요소는 분리되고 제조 및 조립되어 애노드 (13) 을 형성한다. 마찬가지로, 캐소드 (15) 의 각 구성요소도 분리되어 제조될 수 있다.
(제 12 대체 실시형태)
유기 EL 소자 (11) 는 그것의 전체 영역에서 광을 방출하지는 않지만, 복수의 유기 EL 소자 (11) 이 매트릭스 형태로 배치된다. 이러한 경우, 유기 EL 소 자는 수동 매트릭스 제어 방법 또는 능동 매트릭스 제어 방법에 의해서 이미지를 디스플레이 한다.
(제 13 대체 실시형태)
상기 실시형태들은 캐소드보다 높은 체적저항율을 가지는 재료로 만드어지는 애노드의 예를 개시한다. 그러나, 캐소드가 애노드보다 높은 체적저항율을 가질 때, 캐소드는 상기에서 설명한 것처럼 취급될 수 있다.
상기 실시형태들은 다른 전극보다 높은 체적저항율을 가지는 재료로 만들어진 기판에 인접한 전극의 예를 개시한다. 그러나, 다른 전극이 기판에 인접한 전극보다 높은 체적저항율을 가질 때, 상기 다른 전극은 상기에서 설명한 것처럼 취급될 수 있다.
(제 14 대체 실시형태)
애노드 단자 (132) 와 캐소드 단자 (152) 는 절연층사이에 개재되어 층을 이룰 수 있다. 따라서, 애노드 단자 (132) 와 애노드 발광 영역 (131) 사이의 경계 (133) 는 길게 형성되어서 상기 유익한 효과를 얻을 수 있다.
이하, 도 5와 도 6을 참조하여 제 2 유기 전계 발광소자 또는 제 2 유기 EL 소자를 상세하게 설명한다. 도 5는 제 2 유기 EL 소자 (31) 의 개략적인 평면도이다. 도 6은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 제 2 유기 EL 소자 (31) 의 개략적인 평면도이다. 도 5와 도 6에서, 도 1 내지 도 4b 및 도 7과 도 8에서의 구성요소와 실질적으로 동일한 구성요소는 동일한 도면부호로 표시한다.
(제 2 유기 EL 소자 (31))
유기 EL 소자 (31) 는 애노드 또는 제 1의 투명전극, 캐소드 또는 제 2 전극, 및 양쪽 전극에 의해 개재된 유기 전계 발광층 또는 유기 EL층을 포함한다. 각 전극은 다음과 같이 형성된다.
애노드는 캐소드보다 높은 체적저항을 가지는 재료로 제조된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 애노드 유기 EL층과 접촉하는 애노드 발광 영역 (131) 과 상기 애노드 발광 영역 (131) 로부터 연장되는 애노드 단자 (132) 를 포함한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 캐소드는 유기 EL층과 접촉하는 캐소드 발광 영역 (151) 과 상기 캐소드 발광 영역 (151) 로부터 연장되는 캐소드 단자 (152) 를 포함한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 애노드 단자 (132) 와 캐소드 단자 (152) 는 실질적으로 직사각형의 발광 영역의 대응측상에 제공되지 않으며, 즉 애노드 단자 (131) 와 캐소드 단자 (152) 는 상기 대응측으로부터 연장되지 않는데, 이것은 상기 제 1 유기 EL 소자 (11) 와는 상이하다. 애노드 단자 (132) 는 애노드 발광 영역 (131) 의 일측 (도 5에서 애노드 발광 영역 (131) 의 좌측상) 으로부터 연장되고, 한편, 캐소드 단자 (152) 는 캐소드 발광 영역 (151) 의 일측 (도 5에서 캐소드 발광 영역 (151) 의 저측면상) 으로부터 연장된다. 즉, 애노드 단자 (132) 가 연장되는 측면은 캐소드 단자 (152) 가 연장되는 측면 바로 옆에 위치한다.
제 2 유기 EL 소자 (31) 는 제 1 유기 EL 소자 (11) 과 동일한 메카니즘에 의해서 광을 방출한다. 또한, 높은 체적저항율을 가지는 전극의 발광 영역 (131) 과 단자 (132) 사이의 경계의 길이 La가, 낮은 체적저항율을 가지는 전극의 발광 영역 (151) 과 단자 (152) 사이의 경계의 길이 Lb보다 더 크기 때문에, 제 1 유기 EL 소자 (11) 와 마찬가지로, 상기 문단 (1), (2), (6) 및 (a) 내지 (d)에서 언급한 동일하게 유익한 효과를 얻는다.
상기 제 2 유기 EL 소자 (31) 가, 주요 목적에서 어긋나지 않는다면, 제 1 유기 EL 소자 (11) 과 마찬가지로 변형될 수도 있다. 또한, 알려진 유기 EL 에 적용되는 구조가 선택될 수도 있다.
예를 들어, 애노드 단자와 캐소드 단자는 복수로 각각 제공될 수도 있다. 이러한 경우, 각각의 애노드 단자와 애노드 발광 영역사이의 경계의 길이 합이 각각의 캐소드 단자와 캐소드 발광 영역사이 경계의 길이 합보다 크다. 도 6에 도시된 바와 같이, 애노드 발광 영역 (131) 과 캐소드 발광 영역 (151) 각각은 그것의 외측 테두리상에 쌍으로 된 측면(도 6에서 각각의 발광 영역 (131, 151) 이 좌측면과 저측면)을 가진다. 각각의 쌍으로 된 측면은 서로 나라히 옆에 위치한다. 애노드 발광 영역 (131) 과 캐소드 발광 영역 (151) 의 쌍으로 된 측면은 서로 대응된다. 2 개의 애노드 단자 (132, 132') 와 2 개의 캐소드 단자 (152, 152') 는 개별적으로 각 쌍으로된 측면으로부터 연장된다. 애노드 단자 (132, 132') 와 애노드 발광 영역 (131) 사이의 경계의 길이 La1, La2의 합 (또는 La1 + La2) 은, 캐소드 단자 (152, 152') 와 캐소드 발광 영역 (151) 사이의 경계의 길이 Lc1, Lc2의 합 (또는 Lc1 + Lc2) 보다 더 크다.
또한, 발광영역과 단자사이의 경계는 실질적으로 직선이 되는 것에 한정되지 않는다.
제 2 유기 EL 소자 (31) 과 관계된 기술적 아이디어는 애노드보다 높은 체적저항율을 가지는 캐소드를 포함하는 유기 EL 소자에 적용될 수도 있다.
따라서, 본 실시예들과 실시형태들은 일례로서 비한정적인 것으로 간주되어야 하며, 본 발명은 지금까지 주어진 상세한 사항들에 한하지 않고 첨부된 청구범위의 범위 이내에서 변형될 수 있다.
본 발명인 유기 EL 소자는 각각의 단자와 발광영역들 사이의 적절한 관계를 통해 유기 EL층의 각 지점에 흐르는 전류의 세기 차이를 감소시킬 수 있고, 전체적인 소자 크기 및 전극의 저항을 감소시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 유기 EL 소자에서는 휘도의 불균일성과 색도의 불균일성이 개선되고 소자의 수명 역시 연장되는 이점이 있다.
Claims (13)
- 제 1 발광 영역과 상기 제 1 발광 영역으로부터 연장되는 제 1 단자를 가지는 제 1 전극;제 2 발광 영역과 상기 제 2 발광 영역으로부터 연장되는 제 2 단자를 가지는 제 2 전극으로서, 상기 제 1 전극이 상기 제 2 전극보다 더 높은 체적저항율을 가지는 재료로 이루어지는, 제 2 전극; 및상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극사이에 개재되는 유기 전계 발광층을 포함하고,상기 제 1 발광 영역과 상기 제 2 발광 영역은 상기 유기 전계 발광층에 각각 접촉되고, 상기 제 1 발광 영역과 상기 제 1 단자사이의 경계의 길이가 상기 제 2 발광 영역과 상기 제 2 단자사이의 경계의 길이보다 더 큰, 유기 전계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 발광 영역과 상기 제 2 발광 영역은 각각 그 테두리상에 실질적으로 직선인 측면을 가지고, 상기 제 1 발광 영역의 측면은 상기 유기 전계 발광층을 통하여 상기 제 2 발광 영역의 측면과 실질적으로 대응되며, 상기 제 1 단자와 상기 제 2 단자 각각은 상기 개개의 대응 측면으로부터 연장되는, 유기 전계 발광소자.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 1 발광 영역과 상기 제 2 발광 영역은 각각 직사각형인, 유기 전계 발광소자.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 1 단자와 상기 제 2 단자는 상기 제 1 발광 영역과 상기 제 2 발광 영역의 개개의 대응 측면상에 교대로 배치되는, 유기 전계 발광소자.
- 제 4 항에 있어서,상기 제 1 단자는 상기 제 1 발광 영역의 측면 각 단부상에 배치되는, 유기 전계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 전극은 애노드인, 유기 전계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 전극상에 제공되는 부전극을 추가로 포함하는, 유기 전계 발광 소자.
- 제 7 항에 있어서,상기 부전극은 상기 제 1 전극보다 더 낮은 체적저항율을 가지는 재료로 이루어지는, 유기 전계 발광소자.
- 제 7 항에 있어서,상기 부전극은 적어도 상기 제 1 전극이 연장되는 측면에 대향되는 측면상에 배치되는, 유기 전계 발광소자.
- 제 9 항에 있어서,상기 부전극은 상기 제 1 전극에 전기적으로 연결되는, 유기 전계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 발광 영역과 상기 제 2 발광 영역은 각각 그것의 외측 테두리상에 측면을 가지며, 상기 제 1 단자가 연장되는 상기 제 1 발광 영역의 측면은 상기 제 2 단자가 연장되는 상기 제 2 발광 영역의 측면 옆에 있는, 유기 전계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 단자와 상기 제 2 단자는 각각 복수로 형성되는, 유기 전계 발광소자.
- 제 12 항에 있어서,상기 제 1 발광 영역과 상기 제 2 발광 영역은 각각 그 테두리상에 쌍으로 된 측면을 가지고, 상기 쌍으로 된 측면은 서로 나란히 옆에 위치하며, 상기 제 1 발광 영역과 상기 제 2 발광 영역의 쌍으로 된 측면은 서로 대응되고, 상기 제 1 단자와 상기 제 2 단자는 각각 쌍으로 된 측면으로부터 연장되는, 유기 전계 발광소자.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |