KR100692857B1 - 유기 전계발광소자 - Google Patents

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KR100692857B1
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Abstract

본 발명은 유기 전계발광표시패널의 내면 및 외면에 반사 방지막을 형성하여 전류/전압에 대한 발광특성(IVL)을 향상시키도록 한 유기 전계발광소자에 관한 것이다.
본 발명에 따른 유기 전계발광소자는 투명기판의 전면 및 후면중 어느 한 면에 AGAR 코팅막 및 AGAR 필름 중 어느 하나로 형성되어 외부광 반사를 줄이도록 하는 반사방지막과, 반사방지막이 형성된 투명기판 상에 스트라이프 형태를 가지도록 형성된 제1 전극과, 투명기판 전면 상에 금속물질로 형성된 제2 전극과, 제1 전극과 제2 전극 사이에 형성되어 외부의 인가 전압에 의해 광을 방사하는 유기 발광층을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의하면, 본 발명에 따른 유기 전계발광소자은 투명기판 전면 및 후면 중 어느 한 표면 상에 AGAR 코팅액 등으로 형성된 반사 방지막을 형성함으로써 유기 전계발광소자의 발광 효율을 향상시킴과 아울러 수명을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 고가의 폴라라이저 대신 패널 내면에 반사방지막을 형성하여 제조단가를 낮출 수 있다.

Description

유기 전계발광소자{ORGANIC ELECTRO LUMINESCENCE DEVICE}
도 1은 일반적인 유기 ELD를 나타내는 평면도.
도 2는 도 1에서의 "A-A'"로 절단한 면을 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 ELD의 단면을 나타내는 도면.
도 4a 내지 도 4e는 도 3에서 도시된 유기 ELD의 제조방법을 설명하는 단면도.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기 ELD의 단면을 나타내는 도면.
도 6 및 도 7은 표 1에 따른 전압 및 전류에 따른 발광 특성을 그래프로 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
2,32 : 투명기판 4,36 : 투명전극
6,38 : 절연막 8,40 : 격벽
10,42 : 유기 전계발광층 12,44 : 금속전극
14 : 폴라라이저 34 : 반사방지막
본 발명은 유기 전계발광소자에 관한 것으로, 특히 전계발광표시패널 내면 및 외면에 반사 방지막을 형성하여 전류/전압에 대한 발광특성(IVL)을 향상시키도록 한 유기 전계발광소자에 관한 것이다.
최근, 음극선관(Cathode Ray Tube)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 각종 평판 표시장치들이 개발되고 있다. 이러한 평판표시장치로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display : 이하 "LCD"라 함), 전계 방출 표시장치(Field Emission Display : 이하 "FED"라 함), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel : 이하"PDP"라 함) 및 전계발광소자(Electro Luminescence Device : 이하 "ELD"라 함) 등이 있다. 특히 ELD는 기본적으로 정공수송층, 발광층, 전자수송층으로 이루어진 EL층의 양면에 전극을 붙인 형태의 것으로서, 넓은 시야각, 고개구율, 고색도 등의 특징 때문에 차세대 평판표시장치로서 주목받고 있다.
이러한 ELD는 사용하는 재료에 따라 크게 무기 ELD와 유기 ELD로 나뉘어진다. 이 중 유기 ELD는 정공 주입 전극과 전자 주입 전극 사이에 형성된 유기 EL 층에 전하를 주입하면 전자와 정공이 쌍을 이룬 후 소멸하면서 빛을 내기 때문에 무기 ELD에 비해 낮은 전압으로 구동 가능하다는 장점이 있다. 또한, 유기 ELD는 플라스틱같이 휠 수 있는(Flexible) 투명기판 위에도 소자를 형성할 수 있을 뿐 아 니라, PDP나 무기 ELD에 비해 10V 이하의 낮은 전압에서 구동이 가능하고, 전력 소모가 비교적 작으며, 색감이 뛰어나다.
상기와 같은 ELD는 구동방식에 따라 수동(Passive) ELD와 능동(Active) ELD로 나뉘어진다.
도 1은 일반적인 ELD를 나타내는 평면도이다. 도 2는 도 1에서의 "A-A'"로 절단한 면을 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 결부하여 참조하면, ELD는 투명기판(2) 상에 띠 형태로 일렬로 배열된 투명전극(4)과, 상기 투명전극(4) 상에 정공 수송층, 발광층 및 전자 수송층이 적층되어 형성된 유기 전계발광층(이하 "EL층"라 함, 10)과, 상기 유기 EL층(10) 상에 상기 투명전극과 교차하고 띠 모양으로 형성된 금속전극(12)을 구비한다. 또한, 이웃하는 금속전극(12)을 분리하기 위한 상기 금속전극(12)들 사이에 동일한 띠 모양으로 형성된 격벽(8)과, 투명전극(4)과 격벽(8) 사이에 절연막(6)을 구비한다. 그리고, 시인성 향상을 위해 외광의 난반사를 최소화하고, 입사 자외선 차단을 위하여 투명기판(2) 하면에 광학 필름으로 형성된 폴라라이저(14)를 구비한다.
유기 EL소자는 투명기판(2) 상에 일함수(work function)가 높은 투명전극(4)과 일함수가 낮은 금속전극(12) 사이에 유기 EL층(10)이 삽입되는 구조로 형성된다. 일함수가 높은 투명전극(4)은 정공을 주입하는 애노드 전극(Anode)으로 사용되고 낮은 금속전극(12)은 전자를 주입하는 캐소드 전극(Cathode)으로 사용된다. 이 때 투명전극(4)은 발광된 빛이 발광소자 외부로 발산되게 하기 위하여 기판과 한쪽 전극은 발광파장영역에서 빛의 흡수가 거의 없는 투명한 물질을 사용한다. 이로써 투명전극(4)의 재료로서는 산화인듐(In2O3)에 산화주석(SnO2)을 도핑한 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide ; 이하, "ITO"라 함)가 사용된다.
유기 EL층(10)은 투명전극(4)과 금속전극(12) 사이에 순차적으로 적층된 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층으로 구성된다. 이들의 발광 원리를 살펴보면, 상기 투명전극 및 금속전극(4,12) 사이에 전류를 흘려주면 정공주입층 및 전자주입층을 통하여 전자 및 정공들로 구성된 캐리어들이 각각 주입된다. 이러한 캐리어들은 정공수송층 및 전자수송층을 통하여 정공수송층과 전자수송층 사이에 형성된 발광층에 수송되어진다. 이 때 정공수송층과 전자수송층은 캐리어들을 발광물질로 효율적으로 수송시켜줌으로써 발광층 내에서 발광결합의 확률을 크게 한다. 캐리어들이 발광층에 주입되면 발광층 내에 엑시톤(exciton)이 생성되며, 이렇게 생성된 엑시톤들이 폴라론(Polaron) 에너지 갭에 해당하는 빛을 발생하여 발광/소멸하게 된다.
유기 ELD는 자발광이 가능하고 게다가 발광 물질을 선택하여 풀 컬러(Full Color) 발광이 가능하다. 그러나, 이 유기 ELD의 미해결의 문제점은 수명이 짧고 신뢰성이 부족한 것이다. 단수명의 요인은 전극의 산화, 재료의 변질, 유기 박막의 균일성 등이 언급되고 있다. 그러나, 상기 요인 이외에 열화를 촉진한 큰 요인으로 유기 ELD를 구성한 재료의 광 피로가 있게 된다.
그러므로, 재료의 광피로를 줄이기 위해서 어느 특정 파장에서 흡수되는 광 을 차단시키는 방법이 있다. 이를 위해, 종래기술에서는 자외선 컬러필터인 폴라라이저(14)를 설치하여 사용되나, 적색 발광의 경우 흡수파장이 500nm 이하이기 때문에 400nm 이하의 파장의 빛을 흡수한 필터로는 적색 발광 재료의 광피로 개선에는 효과가 없고 패널에서 발광되는 광량을 50% 이상 흡수하여 휘도 저하를 초래하는 문제점이 있게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 외광 반사를 낮추기 위하여 패널 내면에 반사방지막을 형성하여 광학 특성을 향상시키고 소자의 수명을 향상시키도록 한 유기 전계발광소자를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 유기 전계발광소자는 투명기판의 전면 및 후면중 어느 한 면에 AGAR 코팅막 및 AGAR 필름 중 어느 하나로 형성되어 외부광 반사를 줄이도록 하는 반사방지막과, 상기 반사방지막이 형성된 투명기판 상에 스트라이프 형태를 가지도록 형성된 제1 전극과, 상기 투명기판 전면 상에 금속물질로 형성된 제2 전극과, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 형성되어 외부의 인가 전압에 의해 광을 방사하는 유기 발광층을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서의 상기 반사방지막이 상기 투명기판 상의 후면에 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서의 상기 AGAR 코팅막은 AGAR 코팅액을 스핀코팅 방식에 의해 형성되어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 상기 제1 전극 상에 형성되어 상기 제1 전극 간의 전기적 절연을 하기 위한 절연막과, 상기 절연막 상에 형성되어 상기 제2 전극이 상기 제1 전극과 교차하도록 분리되게 하는 격벽을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 도 3 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 ELD의 단면을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, ELD는 투명기판(32) 상에 외광 반사를 낮추기 위해 상기 투명기판(32) 전면에 도포된 반사방지막(34)과, 상기 반사방지막(34)이 도포된 투명기판(32) 상에 띠 형태로 일렬로 배열된 투명전극(36)과, 상기 투명전극(36) 상에 정공 수송층, 발광층 및 전자 수송층이 적층되어 형성된 유기 EL층(42)과, 상기 EL층 상에서 상기 투명전극(36)과 교차하고 띠 모양으로 형성된 금속전극(44)을 구비한다. 또한, 이웃하는 금속전극(44)을 분리하기 위한 상기 금속전극(44)들 사이에 동일한 띠 모양으로 형성된 격벽(40)과, 투명전극(36)과 격벽(40) 사이에 절연막(38)을 구비한다.
이러한 유기 ELD는 투명기판(32) 상에 일함수(work function)가 높은 투명전극(36)과 일함수가 낮은 금속전극(44) 사이에 유기 EL층(10)이 삽입되는 구조로 형성되며, 투명기판(32) 표면에 반사방지막(34)을 형성하여 외부광 반사 즉, 외부광을 차단하게 된다. 일함수가 높은 투명전극(36)은 정공을 주입하는 애노드 전극(Anode)으로 사용되고 낮은 금속전극(44)은 전자를 주입하는 캐소드 전극(Cathode)으로 사용된다. 이 때 투명전극(36)은 발광된 빛이 발광소자 외부로 발산되게 하기 위하여 기판과 한쪽 전극은 발광파장영역에서 빛의 흡수가 거의 없는 투명한 물질을 사용한다. 이로써 투명전극(36)의 재료로서는 산화인듐(In2O3)에 산화주석(SnO2)을 도핑한 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide ; 이하, "ITO"라 함)가 사용된다. 반사방지막(34)의 재료로서는 AGAR(Anti Glair Reflection) 필름 또는 AGAR 코팅액이 사용된다.
유기 EL층(42)은 투명전극(36)과 금속전극(44) 사이에 순차적으로 적층된 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층으로 구성된다. 이들의 발광 원리를 살펴보면, 상기 투명전극 및 금속전극(36,44) 사이에 전류를 흘려주면 정공주입층 및 전자주입층을 통하여 전자 및 정공들로 구성된 캐리어들이 각각 주입된다. 이러한 캐리어들은 정공수송층 및 전자수송층을 통하여 정공수송층과 전자수송층 사이에 형성된 발광층에 수송되어진다. 이 때 정공수송층과 전자수송층은 캐리어들을 발광물질로 효율적으로 수송시켜줌으로써 발광층 내에서 발광결합의 확률을 크게 한다. 캐리어들이 발광층에 주입되면 발광층 내에 엑시톤(exciton)이 생성되며, 이렇게 생성된 엑시톤들이 폴라론(Polaron) 에너지 갭에 해당하는 빛을 발생하여 발광/소멸하게 된다.
이러한 구성을 가진 유기 ELD는 외부광을 차단할뿐만 아니라 유기물 발광 광량을 소모하지 않는 반사 방지막(34)을 이용함으로써 전압 및 전류 특성에 대한 광학 특성을 향상시킬 수 있게 되고, 이에 따라 수명도 향상시킬 수 있게 된다.
도 4a 내지 도 4e는 도 3에서 도시된 유기 ELD의 제조방법을 설명하는 단면도이다.
도 4a 내지 도 4f를 참조하면, 유기 ELD는 먼저 투명기판(20) 상의 전면에 도 4a에 도시된 바와 같이 반사방지막(34)을 형성한다. 반사방지막(34)은 AGAR(Anti Glair Reflection) 필름을 도포하거나 AGAR 코팅액을 스핀 코팅 방식에 의해 형성된다. 반사방지막(34) 형성방법은 화상의 표면에 굴절율이 다른 유리층을 형성하여 각 층에서 반사된 빛의 간섭 효과를 이용하여 반사율을 낮추고 있으며, 이는 안티몬(Sb)이 도핑된 산화 주석(SnO2) 성분의 졸-겔 액을 글라스 표면에 주입하여 회전 코팅방법으로 코팅시킨 후 소성하여 코팅막을 형성시킨다.
다음으로 반사방지막(34)이 형성된 투명기판(32) 상에는 띠 형태로 일렬로 배열된 투명전극(36)이 도 4b에 도시된 바와 같이 형성된다. 이 때 투명전극(36)은 ITO로 구성된 투명박막을 이온 도금 또는 스퍼터링 방법으로 투명기판(32) 상에 전면 도포한 후 포토리쏘그래피방법(Phtolithography)에 의해 패터닝함으로써 형성된다.
투명전극(36)이 형성되면, 투명기판(36) 상에 발광 영역을 제외한 영역만을 도포하도록 절연막(38)을 포토리쏘그래피방법(Phtolithography)으로 도 4c에서와 같이 형성한다.
절연막(38)이 형성된 후 도 4d에서와 같이 투명기판(32) 상에 격벽(40)을 포토리쏘그래피방법으로 형성한다. 이 때 격벽(40)은 투명전극(36)과 교차되도록 일정 간격으로 형성되며, 절연물질로 형성된다.
격벽(40) 형성후 도 4e에서와 같이 투명기판(32) 상의 전면에 유기 EL층(42)을 증착한다. 이 때 유기 EL층(42)은 정공 주입층(Hole Injection Layer), 정공 수송층(Hole Transport Layer), 발광층(Emmiting Layer), 전자 수송층(Electron Transport Layer) 및 전자 주입층(Electron Injection Layer)이 순차적으로 적층되어 형성된다. 또한, 유기 EL층(42)은 증착되는 적(R), 녹(G), 청(B)색의 형광물질에 따라 각각의 색을 표현하게 된다.
유기 EL층(42)이 형성되면 마지막으로 도 4f에서와 같이 투명기판(32) 전면에 증착된 EL층(42) 상에 금속전극(44)을 전면 증착한다. 이 때 금속전극(44)은 캐소드 전극으로 사용되며, 특별한 형태 없이 발광유효면내 전면에 일괄적으로 증착되지만, 이전에 띠 모양 형태로 격벽(40)에 의해 이웃의 금속 물질의 캐소드 전극(44)과 분리된다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기 ELD의 단면을 나타내는 도면이다. 이는 도 3에서의 반사방지막을 투명기판 후면에 형성한 것이다.
도 5를 참조하면, 유기 ELD는 투명기판(32) 상에 외광 반사를 낮추기 위해 상기 투명기판(32) 후면에 도포된 반사방지막(34)과, 상기 투명기판(32) 상에 띠 형태로 일렬로 배열된 투명전극(36)과, 상기 투명전극(36) 상에 정공 수송층, 발광층 및 전자 수송층이 적층되어 형성된 유기 EL층(42)과, 상기 EL층 상에서 상기 투명전극(36)과 교차하고 띠 모양으로 형성된 금속전극(44)을 구비한다. 또한, 이웃하는 금속전극(44)을 분리하기 위한 상기 금속전극(44)들 사이에 동일한 띠 모양으로 형성된 격벽(40)과, 투명전극(36)과 격벽(40) 사이에 절연막(38)을 구비한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 유기 ELD는 제1 실시예와 비교하여 반사방지막(34) 형성 위치만 다를뿐 작용 및 효과면에서 동일하게 적용된다. 이 때 유기 ELD는 투명기판(32) 후면에 반사방지막(34)을 형성한 후 투명기판(32) 전면에 투명전극(36), 절연막(38), 격벽(40), 유기 EL층(42) 및 금속전극(44)을 순차적으로 형성하거나 투명기판(32) 전면에 투명전극(36), 절연막(38), 격벽(40), 유기 EL층(42) 및 금속전극(44)을 순차적으로 형성한 후 투명기판(32) 후면에 반사방지막(34)을 형성함으로써 완성되어진다. 이러한 투명기판(32) 후면에 도포된 반사방지막(34)은 AGAR(Anti Glair Reflection) 필름을 입히거나 AGAR 코팅액을 스핀코팅 방식으로 분사한 후 소성함으로써 형성되어 외부광 반사 즉, 외부광을 차단하게 된다.
이러한 구성을 가진 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 유기 ELD는 외부광을 차단할뿐만 아니라 유기물 발광 광량을 소모하지 않는 반사 방지막(34)을 이용함으로써 전압 및 전류 특성에 대한 광학 특성을 향상시킬 수 있게 되고, 이에 따라 수명도 향상시킬 수 있게 된다.
표 1은 종래기술과 본 발명에서의 전류/전압에 대한 발광 특성을 비교하여 나타낸 것이고, 도 6 및 도 7은 표 1에 따른 전압 및 전류에 따른 발광 특성을 그래프로 나타낸 도면이다. 이들은 광학 특성을 비교하기 위하여 동일한 3색 발광 유기화합물을 형성하고 투명기판 전면 또는 후면에 AGAR 코팅막인 반사방지막(34)을 형성한 본 발명에 따른 ELD와 투명기판 외면에 폴라라이저를 부착한 종래기술에 따른 ELD의 발광 특성을 비교한 것이다.
전압(V) 전류(I) 휘도(Cd/m2) (폴라라이저) 휘도(Cd/m2) (반사방지막) 발광효율 (IVL)
3 0.01 2.2 3.08 40%
3.5 0.09 14.3 20.306 42%
4 0.33 58 83.52 44%
4.5 0.94 167 238.81 43%
5 2.17 405 571.05 41%
5.5 2.91 492 708.48 44%
6 9.42 1695 2406.9 42%
6.5 17.64 3128 4379.2 40%
7 30.56 5342 7532.22 41%
7.5 49.44 8147 11772.415 44.5%
8 74.44 11830 16562 40%
8.5 108.33 16200 23004 42%
9 152.78 20630 29088.3 41%
9.5 205.56 24780 35931 45%
상기 표 1, 도 6 및 도 7을 통하여 발광 특성을 비교하면, 동일한 전압 및 전류를 인가하여 각각의 ELD를 구동할 경우 반사방지막(34)을 형성한 본 발명에 따른 ELD는 폴라라이저를 형성한 종래기술에 따른 ELD에 비해 약 42% 정도의 향상효과가 있음을 알 수 있다. 이로 인한 동일한 휘도를 구현시 투명기판 내면에 반사 방지막(34)이 형성된 본 발명에 따른 ELD는 종래기술에 비해 저전류 구동하기 때문에 수명도 향상될 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 유기 전계발광소자는 투명기판 전면 또는 후면중 어느 한 표면에 AGAR 코팅막 및 AGAR 필름으로 형성된 반사 방지막을 형성함으로써 유기 전계발광소자의 발광 효율을 향상시킴과 아울러 수명을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 고가의 폴라라이저 대신 패널 내면에 반사방지막을 형성하여 제조단가를 낮출 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (6)

  1. 투명기판의 전면에 AGAR 코팅막 및 AGAR 필름 중 어느 하나로 형성되어 외부광 반사를 줄이도록 하는 반사방지막과,
    상기 반사방지막이 형성된 투명기판 상에 스트라이프 형태를 가지도록 형성된 제1 전극과,
    상기 투명기판 전면 상에 금속물질로 형성된 제2 전극과,
    상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 형성되어 외부의 인가 전압에 의해 광을 방사하는 유기 발광층을 구비하는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사방지막이 상기 투명기판 상의 후면에 구성되는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 AGAR 코팅막은 AGAR 코팅액을 스핀코팅 방식에 의해 형성되어지는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광소자.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 전극 상에 형성되어 상기 제1 전극 간의 전기적 절연을 하기 위한 절연막과,
    상기 절연막 상에 형성되어 상기 제2 전극이 상기 제1 전극과 교차하도록 분리되게 하는 격벽을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광소자.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 전극은 산화인듐(In2O3)에 산화주석(SnO2)을 도핑한 인듐-틴-옥사이드(ITO)인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광소자.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 유기 발광층은 정공 주입층(Hole Injection Layer), 정공 수송층(Hole Transport Layer), 발광층(Emmiting Layer), 전자 수송층(Electron Transport Layer) 및 전자 주입층(Electron Injection Layer)을 구비하는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광소자.
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