KR100718961B1 - 유기전계발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 불활성가스와 접촉하는 제2전극의 표면에 다수의 요철을 형성하여 접촉면적을 최대화함으로써 방열효과를 크게하여 소자 내부의 열을 효과적으로 방출하도록 하는 유기전계발광소자와 그 제조방법에 관한 것이다.

이러한 구성에 따라, 본 발명은, 구동시 휘도감소의 주요한 원인인 열을 충분히 방출하여 열화를 방지하고 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다.

유기전계발광소자, 디스플레이패널, 절연막, 요철

Description

유기전계발광소자 및 그 제조방법{Organic Light Emitting Diodes and Manufacturing Method Thereof}

도1은 종래 패시브 매트릭스형 유기전계발광소자의 구조를 나타낸 단면도.

도2는 종래 액티브 매트릭스형 유기전계발광소자의 구조를 나타낸 단면도.

도3은 종래 유기전계발광소자의 발열상태를 나타낸 단면도.

도4는 본 발명의 제1실시예에 따른 패시브 매트릭스형 유기전계발광소자의 구조를 나타낸 단면도.

도5는 본 발명의 제2실시예에 따른 액티브 매트릭스형 유기전계발광소자의 구조를 나타낸 단면도.

본 발명은 전자와 정공의 재결합에 의해 자발광하는 유기전계발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

통상적으로, 유기전계발광소자(organic light emitting diodes, OLED)는 형 광성 유기화합물을 전기적으로 여기시켜 발광시키는 자발광형 디스플레이이다. 이 유기전계발광소자는 낮은 전압에서 구동이 가능하고 박형 등의 장점을 가지고 있다. 또한, 유기전계발광소자는 광시야각, 빠른 응답속도 등 액정표시장치에서 문제로 지적되는 단점을 해결할 수 있는 차세대 디스플레이로 주목받고 있다.

그러나 유기전계발광소자는 이러한 장점에도 불구하고 수명때문에 실용화에 큰 문제가 되고 있었다. 이 유기전계발광소자의 수명을 결정짓는 것으로 operation-lifetime과 shelf-lifetime이 있다.

Operation-lifetime은 구동시 휘도가 감소하는 것으로, 유기물 내부의 불순물, 유기물과 전극간의 계면, 유기물의 낮은 결정화 온도(Tg), 산소와 수분에 의한 소자의 산화에 기인한 것이다. 한편, shelf-lifetime은 구동하지 않더라도 수분에 의해서 발광면적이 점차적으로 줄어들어 나중에 발광이 되지 않는 것이다.

구체적으로 구동시 휘도가 감소하는 요인은 (1)구동중 발생하는 전하(전자, 전공)에 의한 유기물 손상 및 전하이동도의 변화, (2)AM(Active Matrix)이나 PM(Passive Matrix) 같은 구동방식의 차이에 의한 열화차이, (3)AMOLED인 경우 구동 중의 TFT(Thin Film transister)의 열화, (4)구동중 발생하는 TFT 열 또는 발광시 발생하는 줄열(특히 AMOLED는 구동중 TFT에 의한 열발생으로 열화속도 증가), (5)구동중 유기물이 외부 수분이나 산소에 의해 더욱 빠르게 열화 등이 있었다.

도1과 도2는 종래 패시브 매트릭스형 유기전계발광소자와 액티브 매트릭스형 유기전계발광소자의 구조를 각각 나타낸 단면도이다.

일반적인 패시브 매트릭스형 유기전계발광소자는 먼저 투명유리로 된 기판 (102) 상에 정공주입전극으로 사용되는 제1전극(투명전극 또는 애노드전극; 104)을 형성하고, 전자주입전극인 제2전극(금속전극 또는 캐소드전극; 112)과 통전되지 않도록 절연막(106)을 형성한다.

다음으로 진공챔버 내에서 유기박막(110)을 형성하는데, 일반적인 유기박막(110)은 전자와 정공의 균형을 좋게 하여 발광효율을 향상시키기 위해 발광층(EML: emitting layer), 전자수송층(ETL: electron transport layer), 정공수송층(HTL: hole transport layer)을 포함한 다층구조로 이루어지고, 별도의 전자주입층(EIL: electron injection layer)과 정공주입층(HIL: hole injecting layer)을 포함한다.

다음으로 전자주입전극으로 사용되는 제2전극(112)을 전면 증착한다.

이와 같이 이루어지는 유기전계발광소자는 구동을 위한 신호 어드레싱 방식에 따라 양극과 음극을 직교하도록 형성하고 라인을 선택하여 구동하는 패시브 매트릭스(PM) 방식과, TFT와 컨덴서를 제1전극에 접속하여 픽셀을 개별 구동하는 액티브 매트릭스(AM) 방식으로 구분되어진다.

PM 방식에서는 제1전극(104)과 직교되는 방향으로 형성되어 있는 절연막(106) 위에 형성된 격벽(108)에 의해 전면 증착된 제2전극(112)은 분리되고, 이로 인해 격자패턴이 형성되게 된다.

또한 AM 방식에서는 별도의 제2전극(212)의 분리없이 제2전극(212)을 공통배선에 연결하여 사용하게 된다.

도3은 종래 유기전계발광소자의 발열상태를 나타낸 단면도로서, 전술한 구조를 갖는 유기전계발광소자가 동작하기 위해서는 제1전극(104, 204)과 제2전극(112, 212) 사이로 전류가 흘러 유기박막(110, 210)에서 발광작용이 일어나게 된다.

이때 유기전계발광소자의 단위 픽셀에서 소모하는 파워(P=IV)로 인하여 유기박막(110, 210)에서 열이 발생하게 되고, 이러한 열에 의하여 유기전계발광소자 및 AMOLED에서의 TFT(206)의 열화가 발생하게 된다.

유기전계발광소자는 소자 내부의 재료가 유기물로 되어있기 때문에 높은 열에 취약하다는 약점을 가지고 있으며, 재료의 상전이온도 이상으로 열을 가했을 때 소자가 작동하지 않는 문제점이 있다.

따라서 유기전계발광소자에서 발생하는 열을 외부로 효과적으로 방출시키기 위한 기술들이 개시되고 있지만, 유기전계발광소자의 내부에 열전도성이 나쁜 불활성가스가 채워져 있어서 열전달률이 낮은 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 구동시 휘도감소의 주요한 원인인 열을 충분히 방출하여 열화를 방지하고 수명을 연장할 수 있는 유기전계발광소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 OLED 에 있어서 내부의 불활성가스와 접촉하는 제2전극의 상면에 요철을 형성함으로써 불활성가스와의 접촉면적을 극대화하여 열방출량을 높일 수 있도록 하는 유기전계발광소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 제2전극을 형성하는 절연막의 상면에 요철을 형성하고, 그 위에 유기박막과 제2전극을 형성함으로써 간단하게 제2전극상의 요철을 형성할 수 있도록 하는 유기전계발광소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 절연막을 포함하는 비발광영역과, 상기 비발광영역 이외에 제1전극을 포함하는 발광영역으로 패터닝된 기판과; 상기 기판 상에 형성된 유기발광부와; 상기 유기발광부 상에 형성된 제2전극과; 상기 기판과, 유기발광부와, 제2전극을 밀봉하는 쉴드캡;을 포함하며, 상기 제2전극의 상면에 하나 또는 둘 이상의 요철이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 요철은 상기 비발광영역에 형성된 제2전극 상에 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 비발광영역의 절연막 상면에 하나 또는 둘 이상의 요철이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 요철은 하부방향으로 단면적이 커지는 정 테이퍼 형상인 것을 특징으로 한다.

상기 쉴드캡으로 밀봉한 내부공간에는 불활성 가스가 충전되는 것을 특징으로 한다.

다른 실시예에 따른 본 발명은 절연막을 포함하는 비발광영역과, 상기 비발광영역 이외에 제1전극을 포함하는 발광영역을 기판상에 패터닝하는 단계와; 상기 기판 상에 유기발광부를 형성하는 단계와; 상기 유기발광부 상에 제2전극을 형성하는 단계와; 상기 제2전극의 상면에 하나 또는 둘 이상의 요철을 형성하는 단계와; 상기 기판과, 유기발광부와, 제2전극을 쉴드캡으로 밀봉하는 단계;를 포함한다.

상기 요철은 상기 비발광영역에 형성된 제2전극 상에 형성되는 것을 특징으 로 한다.

상기 비발광영역의 절연막 상면에 하나 또는 둘 이상의 요철이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 요철은 하부방향으로 단면적이 커지는 정 테이퍼 형상인 것을 특징으로 한다.

상기 쉴드캡으로 밀봉되는 내부공간에 불활성 가스를 충전하는 단계;를 추가로 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.

실시예1

도4는 본 발명의 제1실시예에 따른 패시브 매트릭스형 유기전계발광소자(PMOLED)의 구조를 나타낸 단면도이다.

도4에 나타난 바와 같이, 투명유리로 된 기판(102) 상에 정공주입전극으로 사용되는 제1전극(104)을 형성한다. 그리고 제1전극(104)과 전자주입전극(112)이 통전되지 않도록 절연막(106)을 형성한다.

제2전극(112)에 요철을 형성하기 위하여는 그 아래에 형성되는 절연막(106)이나 미도시한 격벽에 요철(120)을 형성한 후, 그 위에 제2전극(112)을 증착하는 것이 더 용이할 것이다.

먼저 절연막(106)은 화소부를 형성하는 형태로 패턴되어진다. 그리고 요철형태의 표면을 형성하기 위하여 동일 절연막(106)이나, 격벽이 화소부가 아닌 영역(비발광영역)에 요철이 형성될 수 있도록 패턴이 형성된다. 이것은 화소부(발광영역)에서 발생하는 열을 방출하기 위한 것이다.

절연막(106)이나 미도시한 격벽에 형성되는 요철(120)은 쉴드캡 내부에 충전된 불활성가스(질소 등)와의 접촉면적을 최대화하기 위하여 최대한 촘촘히 형성되도록 하며, 비발광영역 전체에 형성한다.

또한 요철(120) 위에 유기박막(110)과 제2전극(112)을 형성하여야 하는데, 유기박막(110)이나 제2전극(112)이 중간에 끊기지 않도록 상부에서 하부로 가면서 단면적이 넓어지는 정 테이퍼(taper) 형상의 요철(120)로 형성되는 것이 바람직하다.

요철(120)이 형성된 후에는 유기박막(110)과 제2전극(112)을 형성하는데, 절연막(106)에 형성된 요철(120)로 인하여 유기박막(110)과 제2전극(112)에도 역시 동일한 형태의 요철이 형성되게 된다.

유기박막(110)은 전자와 정공의 균형을 좋게 하여 발광효율을 향상시키기 위해 발광층(EML: emitting layer), 전자수송층(ETL: electron transport layer), 정공수송층(HTL: hole transport layer)을 포함한 다층구조로 이루어지고, 별도의 전자주입층(EIL: electron injection layer)과 정공주입층(HIL: hole injecting layer)을 포함한다.

다음으로 전자주입전극으로 사용되는 제2전극(112)을 전면 증착한다.

증착된 제2전극(112)은 기판(102)상의 절연막(106)에 형성되어 있는 요철(120)에 의하여 요철(120)이 형성된 방열판의 형상으로 증착된다.

따라서 유기전계발광소자의 동작중에 발생한 열이 열전도도가 유리보다 상대 적으로 우수한 금속전극(제2전극) 쪽으로 이동하게 되고, 전달된 열은 방열판 형태로 형성되어 있는 제2전극(112)을 통해 소자 내부에 충전되어 있는 불활성가스로 전달되어 외부로 방출된다.

실시예2

도5는 본 발명의 제2실시예에 따른 액티브 매트릭스형 유기전계발광소자(AMOLED)의 구조를 나타낸 단면도이다.

도5에 나타난 바와 같이, AMOLED 에서도 투명유리로 된 기판(202) 상에 정공주입전극으로 사용되는 제1전극(204)을 형성하고 제1전극(204)과 전자주입전극(212)이 통전되지 않도록 절연막(208)을 형성한다.

제1전극(204)의 하단부에는 박막 트랜지스트(TFT, 206)가 형성되어 유기전계발광소자의 동작을 제어한다.

제1실시예에서와 마찬가지로 절연막(208)의 상면에 요철(220)을 형성한 후, 유기박막(210)과 제2전극(212)을 증착하여 방열판 형태의 제2전극(212)을 형성한다.

따라서 유기전계발광소자의 동작중에 발생한 열이 열전도도가 유리보다 상대적으로 우수한 금속전극(제2전극) 쪽으로 이동하게 되고, 전달된 열은 방열판 형태로 형성되어 있는 제2전극(212)을 통해 소자 내부에 충전되어 있는 불활성가스로 전달되어 외부로 방출된다.

이상, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

제1실시예 및 제2실시예에서 설명한 유기전계발광소자의 구성들은 예시적인 것에 불과하며 현재 또는 미래에 개발될 어떠한 타입의 유기전계발광소자도 본 발명의 일부분을 이룰 수 있다.

제1실시예와 제2실시예에서, 각 구성요소의 재료나 크기, 형태를 설명하였으나, 이들은 본 발명의 일예에 해당하며 다양한 변형이 가능하다.

즉, 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다.

이러한 구성에 따라, 본 발명은, 구동시 휘도감소의 주요한 원인인 열을 충분히 방출하여 열화를 방지하고 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다.

또한 본발명은, 패널 내의 소자들의 온도를 전체적으로 균일하게 유지하므로써 색온도 변화나 휘도 감소 등의 열화속도를 동일하게 유지할 수 있으며, 이에 따라, 소자의 신뢰성을 유지할 수 있다.

Claims (10)

1. 절연막을 포함하는 비발광영역과, 상기 비발광영역 이외에 제1전극을 포함하는 발광영역으로 패터닝된 기판과;

   상기 기판 상에 형성된 유기발광부와;

   상기 유기발광부 상에 형성된 제2전극과;

   상기 기판과, 유기발광부와, 제2전극을 밀봉하는 쉴드캡과;

   상기 제2전극의 상면에 형성된 하나 또는 둘 이상의 요철을 포함하는 하는 유기전계발광소자.
2. 제1항에 있어서,

   상기 요철은 상기 비발광영역에 형성된 제2전극 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 비발광영역의 절연막 상면에 하나 또는 둘 이상의 요철이 형성되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 요철은 하부방향으로 단면적이 커지는 정 테이퍼 형상인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
5. 제1항에 있어서,

   상기 쉴드캡으로 밀봉한 내부공간에는 불활성 가스가 충전되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
6. 절연막을 포함하는 비발광영역과, 상기 비발광영역 이외에 제1전극을 포함하는 발광영역을 기판상에 패터닝하는 단계와;

   상기 기판 상에 유기발광부를 형성하는 단계와;

   상기 유기발광부 상에 제2전극을 형성하는 단계와;

   상기 제2전극의 상면에 하나 또는 둘 이상의 요철을 형성하는 단계와;

   상기 기판과, 유기발광부와, 제2전극을 쉴드캡으로 밀봉하는 단계;를 포함하는 유기전계발광소자의 제조방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 요철은 상기 비발광영역에 형성된 제2전극 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서,

   상기 비발광영역의 절연막 상면에 하나 또는 둘 이상의 요철이 형성되는 것 을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
9. 제6항 또는 제7항에 있어서,

   상기 요철은 하부방향으로 단면적이 커지는 정 테이퍼 형상인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
10. 제6항에 있어서,

    상기 쉴드캡으로 밀봉되는 내부공간에 불활성 가스를 충전하는 단계;를 추가로 포함하는 유기전계발광소자의 제조방법.

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