KR101114350B1 - 유기발광소자의 봉지 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하부기재; 기재상에 제1 전극, 발광층을 포함하는 유기층 및 제2 전극이 순차적으로 적층된 적층체; 상부기재; 및 상기 적층체와 상부기재 사이에 형성된 배리어 필름을 포함하며, 상기 제2 전극은 연장되어 유기층의 상부면과 측면을 덮는 구조이고, 유기층의 측면을 덮는 제2 전극의 두께는 1 mm 이상인 유기발광소자를 제공하며, 상기 유기발광소자는 수분 및 산소의 침투를 방지하여 소자 안정성을 향상시키고, 제조공정 및 소자구조를 단순화하였으며, 디스플레이 또는 조명 분야에서 다양하게 활용 가능하다.

Description

유기발광소자의 봉지 구조{ENCAPSULATING STRUCTURE OF ORGANIC LIHGT EMITTING DIODE}
본 발명은 유기발광소자의 봉지 구조에 관한 것이다.
유기발광소자는 발광성 유기 화합물에 전류가 흐르면 빛을 내는 전계 발광 현상을 이용한 자체 발광형 소자를 의미한다. 유기발광소자는 열 안정성이 우수하고 구동 전압이 낮다는 장점이 있기 때문에, 디스플레이, 조명 등 다양한 산업 분야에서 차세대 소재로 관심을 받고 있다.
유기발광소자는 위와 같은 다양한 장점에도 불구하고, 산소 및 수분에 의한 분해 등으로 안정성이 낮기 때문에 실용화에 한계가 있다. 이러한 낮은 안정성을 보완하기 위해서 유기발광소자를 봉지하는 방법이 일부 연구되고 있다. 예를 들어, 에폭시와 같은 고분자를 소자 위에 스핀 코팅 등의 방법을 통해 덮어씌우는 방법, 침지법을 이용하여 파라핀을 소자 위에 코팅하는 방법 또는 진공증착에 의해 고분자막을 패키징하는 방법 등이 있다. 이러한 봉지 방법을 사용하여 소자의 상단에 고분자 수지를 포함하는 보호막을 형성하더라도, 보호막이 형성되지 못한 유기층의 측면을 통해 산소 내지 수분이 침투되어 분해가 진행되고 소자의 수명이 단축될 수 있다.
또한, 유기발광소자는 저전압 및 고전류 소자로서 소자의 면적이 증가하면 면저항이 증가된다. 유기발광소자의 적층구조 내의 전극층은 한정된 전기전도성을 가지며, 특히 투명 전극층의 면저항을 낮추는 것은 한계가 있다. 예를 들어, 유기발광소자를 대면적화하면 면저항 증가로 인해 부분적으로 전압 강하가 발생될 수 있다. 전압 강하가 발생된 부분은 유기물이 일정한 전기장을 형성하지 못하게 되고, 발광 영역별로 밝기가 균일하지 못하게 되는 현상이 발생된다. 이러한, 발광 불균일 현상은 외관상 좋지 못하고 소자의 수명에도 악영향을 미치게 된다.
본 발명은 신규한 봉지 구조의 유기발광소자 및 이를 포함하는 전자장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 하부기재; 하부기재상에 제1 전극, 발광층을 포함하는 유기층 및 제2 전극이 순차적으로 적층된 적층체; 상부기재; 및 상기 적층체와 상부기재 사이에 형성된 배리어층을 포함하며, 상기 제2 전극은 연장되어 유기층의 상부면과 측면을 덮는 구조이고, 유기층의 측면을 덮는 제2 전극의 두께는 1 mm 이상인 유기발광소자를 제공한다.
또한, 상기 제2 전극은 배리어층과 접촉된 구조일 수 있다. 상기 유기발광소자는 배리어층이 소자와 전면 접촉함으로써 열 발생으로 인한 소자 열화 및 작동 불량을 방지할 수 있으며, 공정 및 소자 구조를 단순화할 수 있다.
본 발명에 따른 유기발광소자는, 제2 전극이 연장되어 유기층을 덮는 구조이다. 제2 전극을 두터운 두께로 유기층을 덮도록 형성함으로써, 유기층에 유입될 수 있는 수분 및 산소를 차단하여 봉지 효과를 향상시킬 수 있다. 특히, 유기층의 측면으로 유입되는 수분 내지 산소는 적층구조의 층간 계면으로 유입되어 소자 성능을 저하시키는 영향이 상대적으로 크다. 본 발명에 따른 유기발광소자는 유기층의 측면을 덮는 제2 전극의 두께를 1 mm 이상으로 두텁게 형성함으로써, 측면으로부터 수분 및 산소가 유입되는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 유기층의 측면을 덮는 제2 전극의 두께를 상대적으로 두텁게 형성하더라도, 소자의 두께에 영향을 주지 않는다. 예를 들어, 상기 제2 전극이 유기층의 측면을 덮는 부분의 두께는 1 내지 100 mm, 구체적으로는 1 내지 15 mm 범위일 수 있다.
상기 제2 전극의 평균 두께를 1 ㎛ 이상일 수 있다. 제2 전극을 1 ㎛ 이상의 두께로 형성함으로써, 유기발광소자의 면저항 증가로 인한 전압 강화 현상을 방지할 수 있다. 일실시예에서, 상기 제2 전극의 평균 두께는 1 내지 50 ㎛, 보다 구체적으로는 1 내지 10 ㎛ 범위일 수 있다. 제2 전극의 두께가 상기 범위보다 얇은 경우에는 유기층에 대한 보호 및 전압 강화를 방지하는 효과가 저하될 수 있고, 제2 전극의 두께를 지나치게 두텁게 형성하면 소자의 두께가 증가된다.
상기 하부기재는 광투과성 재질이라면 특별히 제한되지 않으며, 유리기판 또는 광투과성 필름일 수 있다. 상기 광투과성 필름은, 예를 들어, 폴리에스테르계 수지, 아세테이트계 수지, 폴리에테르 술폰계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리이미드계 수지, (메타)아크릴레이트계 수지, 폴리염화비닐계 수지, 폴리염화비닐리덴계 수지, 폴리스티렌계 수지, 폴리비닐 알코올계 수지, 폴리아릴레이트계 수지 및 폴리페닐렌 황화물계 수지로 구성된 군으로부터 선택된 1 종 이상인 유기발광소자.
상기 유기발광소자는 하부기재상에 형성된 감광성 폴리이미드(PSPI) 패턴을 더 포함할 수 있다. 감광성 폴리이미드 패턴을 형성함으로써, 높은 밀도의 광학 패턴을 형성할 수 있고, 소자의 발광면에서 전체적으로 높은 휘도와 균일성을 갖는 광을 제공할 수 있다.
상기 제1 전극층은 특별히 제한되는 것은 아니나, 인듐주석산화물(ITO; Indium Tin Oxide), 인듐아연산화물(IZO; Indium Zinc Oxide) 및 아연 산화물(ZnO)로 구성된 군으로부터 선택된 1 종 이상의 투명금속산화물로 형성될 수 있다.
상기 제1 전극층과 유기층 사이에는 Cu, Cr 또는 Mo/Al/Mo으로 이루어진 패턴화된 보조전극을 더 포함할 수 있다. 패턴화된 보조전극을 형성함으로써, 발광 균일도를 높이고, 제1 전극층의 면저항을 감소시켜 대면적화가 가능하다.
상기 유기층은 유기발광층을 포함하고, 정공주입층, 정공수송층, 전자수송층 및 전자주입층으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 층을 더 포함할 수 있다. 상기 유기층은 1 회 또는 다수 반복된 구조일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 유기발광소자는 상기 적층체와 상부기재 사이에 형성된 배리어층을 포함한다. 상기 배리어층은 수분 및 공기의 투과를 방지할 수 있는 경우라면, 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 수분투과율(water transmission rate)은 15 g/m2day 이하, 보다 구체적으로는 0.01 내지 15 g/m2day 범위일 수 있다. 상기 배리어층의 두께는 1 내지 50 ㎛, 보다 구체적으로는 5 내지 40 ㎛일 수 있다. 배리어층의 두께가 지나치게 얇으면 소자 내부로 침투되는 수분 및 공기를 차단하는 효과가 저하될 수 있고, 배리어층의 두께가 두꺼워지면 소자의 두께가 두꺼워지고 배리어층 형성으로 인한 수분 및 공기에 대한 차단 효율이 낮아질 수 있다.
상기 배리어층은 수분차단 필름 및 전도성 필름으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 필름층을 포함할 수 있다. 상기 배리어층은 저분자량의 실란 변성 에폭시, 저분자량의 고상 에폭시 및 고분자량의 에폭시(Mw 30,000~100,000)로 구성된 군으로부터 선택되는 1 종 이상을 포함할 수 있으며, 경화제 또는 커플링제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 경우에 따라서는 클레이 또는 실리카 필러 등을 포함하거나, 카본 블랙 필러 등을 더 포함할 수 있으며, 필러의 첨가량은 배리어층 전체 중량을 기준으로 1 내지 20 중량부가 적절하다. 일실시예에서, 상기 배리어층은 수분차단 필름을 포함할 수 있으며, 수분차단 필름은 에폭시 수지; 및 클레이(clay) 또는 실리카 필러(silica filer)를 포함할 수 있다. 또 다른 일실시예에서, 상기 배리어층은 전도성 필름을 포함할 수 있으며, 전도성 필름은 에폭시 수지; 및 카본 블랙 필러(carbon black filler)를 포함할 수 있다.
상기 상부기재는 유리기판 또는 금속호일일 수 있다. 유리기판을 사용하는 경우에는, 소다-라임 글래스(soda-lime glass) 또는 비-알칼리 글래스(non-alkali glass)가 사용될 수 있으며, 0.1 내지 1.5 mm의 두께로 형성할 수 있다. 상기 금속호일은 스테인리스, 알루미늄 및 니켈 알로이로 구성된 군으로부터 선택되는 1 종 이상일 수 있다. 상부기재를 금속호일로 형성하는 경우에는 유리기판을 이용하는 경우에 비해 열전달이 빠르고, 제2 전극과 전기적으로 연결 가능하다.
또한, 본 발명은 상기 유기발광소자를 제조하는 방법을 제공한다.
일실시예에서, 상기 제조방법은,
하부기재상에 제1 전극 및 유기층을 형성하는 단계;
유기층을 덮도록 제2 전극을 형성하는 단계; 및
제2 전극상에 배리어층 및 상부기재를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 하부기재상에 제1 전극 및 유기층을 형성하는 단계는, 예를 들어, 유리기판 상에 ITO를 이용하여 제1 전극을 형성하고, 형성된 제1 전극 상에 정공주입층, 정공수송층, 유기발광층, 전자수송층 및 전자주입층을 순차적으로 형성할 수 있다. 상기 유기층에 포함되는 각 층을 적층하는 방법은, 당해 기술분야에 알려진 방법에 의해 가능하다. 예를 들어, 증착법이나 솔벤트 프로세스(solvent process) 등의 방법이 적용 가능하며, 솔벤트 프로세스의 예로는 스핀 코팅, 딥 코팅, 닥터 블레이딩, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅 또는 열 전사법 등이 있다.
상기 유기층을 덮도록 제2 전극층을 형성하는 단계는, 스퍼터링(sputtering) 또는 전자빔 증발(e-beam evaporation)과 같은 PVD(physical vapor deposition) 방법을 이용하여, 금속 또는 전도성을 가지는 금속 산화물 또는 이들의 합금을 증착시켜 제2 전극을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 전극층은 알루미늄을 이용하여 형성할 수 있으며, 유기층의 상부 뿐만 아니라 측면까지 도포한 구조일 수 있다.
또한, 제2 전극상에 배리어층 및 상부기재를 형성하는 단계에서, 상기 배리어층은 수분차단 필름 및 전도성 필름으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 필름층을 포함할 수 있으며, 상기 상부기재는 유리기판 또는 금속호일 등을 이용하여 형성 가능하다.
본 발명은 앞서 설명한 유기발광소자를 포함하는 유기발광 전자장치를 제공한다. 상기 장치는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 조명 또는 디스플레이 장치 등이 포함된다. 예를 들어, 상기 유기발광 전자장치는 조명기기일 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 외부에서 유입되는 수분 및 산소로부터 소자 안정성을 향상시키고, 제조공정 및 소자구조를 단순화시킨 유기발광소자를 제공하며, 디스플레이 또는 조명 분야에서 다양하게 활용 가능하다.
도 1은 유기발광소자의 적층구조를 나타낸 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 유기발광소자의 적층구조를 나타낸 모식도이다;
도 3은 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 유기발광소자의 적층구조를 나타낸 모식도이다.
이하, 도면 등을 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1은 유기발광소자의 적층구조를 도시한 일측 단면도이다. 도 1을 참조하면, 유기발광소자는 하부기재(10) 상에 제1 전극(20), 유기층(30) 및 제2 전극(40)이 형성된 적층체를 포함하며, 적층체 상에는 상부기재(80)가 있고, 적층체와 상부기재(80) 사이에는 배리어층(70)이 충진되어 있는 구조이다. 또한, 하부기재(10) 상의 일측에는 감광성 폴리이미드 패턴(50)이 형성되어 있고, 제1 전극(20)과 유기층(60) 사이에는 패턴화된 보조 전극(60)이 형성되어 있다. 상기 유기발광소자(100)에 포함된 유기층(30)의 상단면에는 제2 전극(40)이 형성되어 있으나, 유기층(30)의 측면은 노출된 상태이다. 따라서, 노출된 유기층(30)의 측면을 통해 수분 또는 산소가 침투하여 소자의 안정성을 저하시키고 수명을 단축하는 원인이 된다.
도 2는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 유기발광소자의 적층구조를 나타낸 일측 단면의 모식도이다. 도 2에 따른 유기발광소자(100)에서, 제2 전극(40)은 연장되어 유기층(30) 뿐만 아니라 감광성 폴리이미드 패턴(50)까지 덮고 있는 구조이며, 제2 전극(40)의 두께는 2.2 ㎛로 형성하였고, 제2 전극(40)이 유기층의 측면으로 연장된 부분은 1.0 mm의 두께로 형성하였다.
도 3는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 유기발광소자의 적층구조의 일측 단면을 나타낸 모식도이다. 도 3에 따른 유기발광소자(200)는 제2 전극(40)의 전면이 배리어층(70)과 직접 접촉하는 구조이다. 또한, 제2 전극(40)이 연장되어 유기층(30)의 상단 뿐만 아니라 측면까지 완전히 덮고 있는 구조이다. 제2 전극(40)의 평균 두께는 1 ㎛로 형성하였으며, 특히 제2 전극(40)이 유기층(30)의 측면을 덮고 있는 부분의 두께는 1.5 mm로 형성하였다.
10: 하부기재 20: 제1 전극
30: 유기층 40: 제2 전극
50: 감광성 폴리이미드 패턴 60: 보조전극
70: 배리어층 80: 상부기재
100, 200: 유기발광소자

Claims (19)

  1. 하부기재; 하부기재상에 형성된 제1 전극, 발광층을 포함하는 유기층 및 제2 전극이 순차적으로 적층된 적층체; 상부기재; 및 상기 적층체와 상부기재 사이에 형성된 배리어층을 포함하며,
    제2 전극은 연장되어 유기층의 상부면과 측면을 덮고, 배리어층과는 전면 접촉하는 구조이고,
    제2 전극이 유기층의 측면을 덮는 두께는 1 mm 이상이고, 제2 전극의 평균 두께는 1 ㎛ 이상이고,
    상기 하부기재상에 형성되며, 제1 전극의 끝단을 절연하는 감광성 수지 패턴을 포함하고,
    상기 유기층은 하부기재와 접촉하지 않는 유기발광소자.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부기재는 유리기판 또는 광투과성 필름인 유기발광소자.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 광투과성 필름은 폴리에스테르계 수지, 아세테이트계 수지, 폴리에테르 술폰계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리이미드계 수지, (메타)아크릴레이트계 수지, 폴리염화비닐계 수지, 폴리염화비닐리덴계 수지, 폴리스티렌계 수지, 폴리비닐 알코올계 수지, 폴리아릴레이트계 수지 및 폴리페닐렌 황화물계 수지로 구성된 군으로부터 선택된 1 종 이상인 유기발광소자.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 감광성 수지는 감광성 폴리이미드(PSPI)인 유기발광소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 전극층은 인듐주석산화물(ITO; Indium Tin Oxide), 인듐아연산화물(IZO; Indium Zinc Oxide) 및 아연 산화물(ZnO)로 구성된 군으로부터 선택된 1 종 이상의 투명금속산화물로 형성된 유기발광소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 전극층과 유기층 사이에는 Cu, Cr 또는 Mo/Al/Mo으로 이루어진 패턴화된 보조전극을 더 포함하는 유기발광소자.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기층은 유기발광층을 포함하고, 정공주입층, 정공수송층, 전자수송층 및 전자주입층으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 층을 더 포함하는 유기발광소자.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 배리어 필름은 수분차단 필름 및 전도성 필름으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 필름층을 포함하는 유기발광소자.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 배리어 필름은 수분투과율(water transmission rate)이 15 g/m2day 이하인 유기발광소자.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 배리어 필름의 두께는 5 내지 50 ㎛인 유기발광소자.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 수분차단 필름은 에폭시 수지; 및 클레이(clay) 또는 실리카 필러(silica filer)를 포함하는 유기발광소자.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 전도성 필름은 에폭시 수지; 및 카본 블랙 필러(carbon black filler)를 포함하는 유기발광소자.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부기재는 유리기판 또는 금속호일인 유기발광소자.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 금속호일은 스테인리스, 알루미늄 및 니켈 알로이로 구성된 군으로부터 선택되는 1 종 이상인 유기발광소자.
  18. 제 1 항, 제 4 항, 제 5 항, 및 제 7 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 유기발광소자를 포함하는 유기발광 전자장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 전자장치는 조명 또는 디스플레이 장치인 유기발광 전자장치.
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