KR101169991B1 - 유기전계 발광소자용 충진제 및 이를 활용한 유기전계 발광장치 - Google Patents

유기전계 발광소자용 충진제 및 이를 활용한 유기전계 발광장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기전계 발광소자용 충진제 및 이를 활용한 유기전계 발광장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 하기 [화학식 1]로 표현되는 액상의 유기금속화합물로 이루어진 유기전계 발광소자용 충진제 및 이를 활용한 유기전계 발광장치를 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112010021243164-pat00010

(여기서, R은 OR', SR', NHR' 또는 NR'R''이며, R'는 C1～C20의 알킬기, C1～C20의 시클로알킬기, 헤테로원자(-NH-, -NHR1-(R1은 C1～C10의 선형, 가지형, 고리형 알킬기), -S- 또는 -O-)를 포함한 C1～C20의 알킬기 또는 C1～C20의 아실기이고, M은 3가의 금속원소이고, n은 10 내지 100의 정수이다.)

Description

유기전계 발광소자용 충진제 및 이를 활용한 유기전계 발광장치 {OLED's Filler and OLED using the same}
본 발명은 유기전계 발광소자용 충진제 및 이를 활용한 유기전계 발광장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 유기전계 발광장치 내부 소자 보호를 위해 충진되는 충진제 및 이를 활용한 유기전계 발광장치에 관한 것이다.
유기전계 발광장치에 있어서 유기전계 발광부는 일반적으로 전자(electron) 주입전극(cathode)과 홀(hole) 주입전극(anode)으로부터 각각 전자(electron)와 홀(hole)을 발광층 내부로 주입시켜, 주입된 전자(electron)와 홀(hole)이 결합한 엑시톤(exciton)이 여기상태로부터 기저상태로 떨어질 때 발광하는 소자이다.
이러한 원리로 인해 종래의 박막 액정표시소자와는 달리 별도의 광원을 필요로 하지 않으므로 소자의 부피와 무게를 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한, 유기전계 발광장치는 고품위 패널특성(저전력, 고휘도, 고반응속도, 저중량)을 나타낸다. 이러한 특성때문에 OELD는 이동통신 단말기, CNS(Car Navigation System), PDA (personal digital assistances), Palm PC등의 휴대용 통신제품에 응용될 수 있는 강력한 차세대 디스플레이로 여겨지고 있다.
일반적인 유기전계 발광장치는 투명한 특징이 있는 지지 기판 및 밀봉 기판이 서로 이격되어 구성되어 있으며, 지지 기판과 밀봉 기판은 밀봉재에 의해 서로 밀봉(encapsulation) 되어 있다. 지지 기판의 상부에는 다수의 박막트랜지스터, 게이트 및 데이터 배선 및 스토리지 커패시터를 포함하고 있는 어레이부가 형성되어 있으며, 적/녹/청색의 빛을 발하며 발광영역을 구성하는 유기층 또한 지지 기판의 상부에 구성되어 있다. 이때, 상기 유기층은 적(R), 녹(G),청(B)의 컬러를 표현하게 되는데, 일반적인 방법으로는 화소(pixel)마다 적(R), 녹(G), 청(B)색을 발광하는 별도의 유기물질을 패턴하여 사용한다.
상기 밀봉 기판의 하부에는 필름형태의 충진제가 형성되어 있는데, 상기 필름형태의 충진제는 밀봉 기판의 내부에 형성된다. 즉, 상기 충진제는 지지 기판 및 밀봉 기판이 이룬 밀봉 내부에 침투할 수 있는 수분을 제거하는 역할을 수행한다.
상기 지지 기판과 밀봉 기판을 합착시키는 데 있어서 밀봉 기판의 가장자리에 밀봉재가 놓여지게 되는 데, 상기 밀봉재는 경화되며 접착제의 역할을 수행하여 지지 기판 및 밀봉 기판이 합착됨으로서 유기전계 발광장치가 완성된다.
이러한 유기전계 발광장치(OLED)는 자기발광형이기 때문에 LCD에 비해서 시야각이 넓고 콘트라스트가 좋으며 또한 백라이트가 필요 없기 때문에 경량화가 가능하며 소비전력 면에서도 TFT-LCD보다 유리하다. 또한 다른 디스플레이에 비해 감성화면 구현 및 응답속도가 빨라 동영상 표시가 용이하며 LCD와는 달리 고체 박막으로 구성되어 있기 때문에 진동에 강하고 사용 온도범위가 상대적으로 넓은 장점이 있어 차세대 디스플레이로 주목받고 있다.
이러한 유기전계 발광장치에서 활용되는 디스플레이 기판은 가스 배리어 특성으로 대표되는 기판을 통한 산소나 수분 등의 기체 투과성이 중요하다. 이는 표시소자를 구성하는 소재의 내구성이 투과된 산소나 수분에 의해 영향을 받기 때문이며, 발광층의 재료가 산소나 수분에 매우 민감하게 반응하여 열화되는 문제점을 안고 있기 때문에, 이들 침입에 의해 유기전계발광소자의 성능이 저하되고 수명이 단축되어 발광효율이 급격히 저하되는 문제점이 있다.
따라서 유기전계 발광장치에 있어서는 외부의 수분 및 산소 등이 유기전계 발광장치로 유입되는 것을 차단하기 위한 밀봉(encapsulation) 기술이 통상적으로 사용되고 있다.
일반적으로, 수분에 민감한 유기전계 발광장치를 보호하기 위해 기밀성 케이스 내부에 배치하고 접착성 폴리머로 밀봉한다. 이때, 접착성 폴리머는 완벽하게 수분투과를 차단하지 못하기 때문에 계속적으로 침투하는 수분을 제거해 주기 위해서 기밀성 케이스 내부에 수분을 흡수하는 별도의 충진제를 배치한다.
통상적으로 사용되는 충진제는 금속알콕사이드와 알킬기를 포함하는 단량체의 반응에 의해 합성된 유기금속화합물이 유기발광소자의 충진제로 사용된다. 이때, 상기 충진제는 필름형태로 소자 전체를 감싸면서 수분으로부터 보호할 수 있고 투명성을 갖는 장점이 있다. 이러한 충진제는 유기전계 발광소자로 사용되는 충진제로의 성능을 충족하기는 하나, 유기금속화합물로 이루어진 필름의 제조시에 용매를 사용하고 건조를 하여 제거하는 데, 미쳐 제거되지 못하고 남아있는 용매의 잔류 유기물들에 의한 소자가 손상되는 문제점이 발생한다.
한편, 종래의 밀봉 방식은 밀봉 기판에 필름형태의 충진제를 부착하고 유기 발광 소자가 형성된 기판과 밀봉 기판을 합착하여 형성하는 데, 대한민국 공개특허 제2002-0065124호에서는 밀봉용 기판과; 상기 밀봉용 기판의 내부면에 박막으로 형성되는 흡습제와; 상기 밀봉용 기판의 가장자리에 형성되는 밀봉재와; 상기 밀봉용 기판의 밀봉재와 접착되어 밀봉용 기판이 하면에 형성된 발광층을 밀봉시켜 수분의 침투를 방지하도록 구성되는 발광 기판을 포함하는 유기 전계 발광 소자를 제공하도록 하고, 이러한 유기 전계 발광 소자를 제조하는 봉지 방법으로는 밀봉용 기판에 흡습제 박막을 형성하는 것을 특징으로 한 유기 전계 발광소자가 개시되어 있으며, 밀봉 기판으로는 유리 또는 플라스틱 재질을 사용하였다. 그러나 상기 특허는 수분의 침투를 방지하는 데 한계가 있고 제조공정 또는 사용 중에 파손의 우려가 있어 내구성과 신뢰성이 높지 못하여 실제로 양산에 적용되는 데는 적당하지 않다.
또한, 유기전계 발광장치를 제조함에 있어 산소 및 수분의 침투를 방어하기 내부공간은 진공으로 형성하거나 불활성기체를 충전하여 제조하는 데, 이때 제조공정이 복잡해지는 문제점이 발생한다.
따라서, 유기전계 발광장치에 충진제를 포함시킴에 있어서, 수분 및 산소 등을 효과적으로 차단하면서도 유기전계 발광소자의 손상을 방지하고, 간단한 제조공정으로 제조할 수 있는 유기전계 발광장치의 개발이 소망되었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 본 발명은 수분 및 산소를 효과적으로 차단하여 내구력 및 수명을 향상시키며, 광투과성 우수한 유기전계 발광장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 충진제의 제조시 용매를 사용하지 않아 유기전계 밝광소자의 손상을 최소한으로 할 수 있는 충진제를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상온에서도 공정이 가능하고, 공정이 단순한 유기전계 발광장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 하기 [화학식 1]로 표현되는 액상의 유기금속화합물로 이루어진 유기전계 발광소자용 충진제를 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112010021243164-pat00001
(여기서, R은 OR', SR', NHR' 또는 NR'R''이며, R'는 C1～C20의 알킬기, C1～C20의 시클로알킬기, 헤테로원자(-NH-, -NHR1-(R1은 C1～C10의 선형, 가지형, 고리형 알킬기), -S- 또는 -O-)를 포함한 C1～C20의 알킬기 또는 C1～C20의 아실기이고, M은 3가의 금속원소이고, n은 10 내지 100의 정수이다.)
또한 본 발명은 상기 유기금속화합물이 금속알콕사이드 및 알킬기를 포함하는 단량체의 반응물로 이루어지되, 상기 금속알콕사이드 및 알킬기를 포함하는 단량체가 1 : 1.0 내지 1 : 3.0의 몰비로 제조되는 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자용 충진제를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 유기금속화합물이 금속알콕사이드 및 폴리에틸렌글리콜의 반응물로 이루어지되, 상기 금속알콕사이드 및 폴리에틸렌글리콜이 1 : 1.0 내지 1 : 3.0의 몰비로 제조되는 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자용 충진제를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 단량체가 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜 또는 트리프로필렌 글리콜의 끝단의 수소가 C1～C5의 알킬로 치환된 알킬글리콜에테르인 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자용 충진제를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 알킬글리콜에테르의 한쪽 말단이 카복실산(-COOH), 1차 또는 2차 아민(-NH2, -NRH), 티올(SH) 또는 니트로기(NO2)로 치환된 작용기인 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자용 충진제를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 단량체에 C1～C20가진 포화 또는 불포화 지방족의 히드록시기(OH), 카복실산(-COOH), 1차 또는 2차 아민(-NH2, -NRH) 또는 티올(SH)로 이루어진 작용기가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자용 충진제를 제공한다.
또한 본 발명은 지지 기판; 상기 지지 기판의 일면에 형성된 것으로, 한 쌍의 전극 사이에 유기 발광층이 포함된 유기전계 발광부; 상기 유기전계 발광부의 상부에 위치한 밀봉 기판; 및 상기 지지 기판과 밀봉 기판을 결합하는 밀봉재를 포함하되, 상기 기판 및 밀봉재로 둘러쌓인 내부는 하기 [화학식 1]로 표현되는 액상의 유기금속화합물로 채워지는 것을 특징으로 하는 유기전계 발광장치를 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112010021243164-pat00002
(여기서, R은 OR', SR', NHR' 또는 NR'R''이며, R'는 C1～C20의 알킬기, C1～C20의 시클로알킬기, 헤테로원자(-NH-, -NHR1-(R1은 C1～C10의 선형, 가지형, 고리형 알킬기), -S- 또는 -O-)를 포함한 C1～C20의 알킬기 또는 C1～C20의 아실기이고, M은 3가의 금속원소이고, n은 10 내지 100의 정수이다.)
또한 본 발명은 상기 유기금속화합물이 금속알콕사이드 및 알킬기를 포함하는 단량체의 반응물로 이루어지되, 상기 금속알콕사이드 및 알킬기를 포함하는 단량체가 1 : 1.0 내지 1 : 3.0의 몰비로 제조되는 것을 특징으로 하는 유기전계 발광장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 유기금속화합물이 금속알콕사이드 및 폴리에틸렌글리콜의 반응물로 이루어지되, 상기 금속알콕사이드 및 폴리에틸렌글리콜이 1 : 1.0 내지 1 : 3.0의 몰비로 제조되는 것을 특징으로 하는 유기전계 발광장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 단량체가 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜 또는 트리프로필렌 글리콜의 끝단의 수소가 C1～C5의 알킬로 치환된 알킬글리콜에테르인 것을 특징으로 하는 유기전계 발광장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 알킬글리콜에테르의 한쪽 말단이 카복실산(-COOH), 1차 또는 2차 아민(-NH2, -NRH), 티올(SH) 또는 니트로기(NO2)로 치환된 작용기인 것을 특징으로 하는 유기전계 발광장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 단량체에 C1～C20가진 포화 또는 불포화 지방족의 히드록시기(OH), 카복실산(-COOH), 1차 또는 2차 아민(-NH2, -NRH) 또는 티올(SH)로 이루어진 작용기가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 유기전계 발광장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 지지 기판 및 상기 밀봉 기판이 동일한 재료인 것을 특징으로 하는 유기전계 발광장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 지지 기판의 상면 및 유기전계 발광부 하면 사이에 버퍼층 기능을 하는 평탄화층을 더 포함하되, 상기 평탄화층의 표면 평탄도(Ra)는 0.5 내지 5㎚인 것을 특징으로 하는 유기전계 발광장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 유기전계 발광부가 전극층 및 상기 전극층 사이에 홀주입층, 홀수송층, 유기 발광층, 전자수송층, 전자주입층이 차례대로 적층된 것을 특징으로 하는 유기전계 발광장치를 제공한다.
상기 본 발명에 따른 유기전계 발광소자 충진제는 유기전계 발광부로의 수분 및 산소를 효과적으로 차단하여 내구력 및 수명을 향상시키는 데 효과가 있으며, 상기 충진제의 투명한 특성으로 인해 유기전계 발광부에서 발생하는 빛의 광투과성이 우수하다.
또한 본 발명에 따른 충진제는 용매를 사용하지 않고 유기금속화합물을 제조하여 유기전계 발광장치에 사용되는 바 용매의 사용으로 인하여 잔류 용매가 있는 경우 소자가 손상되는 문제점을 해결하였다.
또한 본 발명에 따른 충진제를 활용하여 유기전계 발광장치 제조시 상온 공정이 가능하고, 공정이 단순화되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유기전계 발광장치의 단면도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 유기전계 발광장치의 평면도를 나타낸 것이다.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본 발명은 하기 [화학식 1]로 표현되는 액상의 유기금속화합물로 이루어진 유기전계 발광소자용 충진제를 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112010021243164-pat00003
(여기서, R은 OR', SR', NHR' 또는 NR'R''이며, R'는 C1～C20의 알킬기, C1～C20의 시클로알킬기, 헤테로원자(-NH-, -NHR1-(R1은 C1～C10의 선형, 가지형, 고리형 알킬기), -S- 또는 -O-)를 포함한 C1～C20의 알킬기 또는 C1～C20의 아실기이고, M은 3가의 금속원소이고, n은 10 내지 100의 정수이다.)
본 발명의 충진제는 액상의 유기금속화합물로 금속알콕사이드 및 알킬기를 포함하는 단량체가 반응하여 제조되는 것으로, 단량체의 종류와 반응물의 화학양론비에 따라서 화합물의 물성이 달라지는데, 특히 단량체의 종류와 양에 따라서 점도변화가 크기 때문에 초기 반응물의 종류와 조성비가 특히 중요하다.
즉, 본 발명의 유기전계 소자용 충진제는 [화학식 1]로 표현되는 유기금속화합물로서 금속알콕사이드 및 알킬기를 포함하는 단량체에 대한 화학량론적 반응물의 조성비가 1:1 기준 하에서, 상기 금속알콕사이드 및 단량체가 1:1.0 내지 1:3.0의 몰비로 제조되는 것이 바람직하다. 상기 범위내에서 유기금속화합물은 점도가 작아 액상을 나타낼 수 있다.
이러한 유기금속화합물의 반응예로는 다음과 같은 것들이 있다. 하기 반응식에서 R에는 에테르기가 포함되어 있다.
Figure 112010021243164-pat00004
Figure 112010021243164-pat00005
Figure 112010021243164-pat00006
Figure 112010021243164-pat00007
또한, 상기 [화학식 1]로 표현되는 유기금속화합물은 금속알콕사이드 및 폴리에틸렌글리콜가 반응하여 제조될 수도 있는 데, 상기 금속알콕사이드 및 폴리에틸렌글리콜에 화학량론적 반응물의 조성비가 1:1 기준 하에서, 상기 금속알콕사이드 및 폴리에틸렌글리콜이 1:1.0 내지 1:3.0의 몰비로 제조되는 것이 바람직하다. 상기 폴리에틸렌글리콜의 분자량은 100 내지 10,000 인 것이 바람직하다.
본 발명에 사용되는 단량체의 종류로는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜 또는 트리프로필렌 글리콜의 끝단의 수소가 C1～C5의 알킬로 치환된 알킬글리콜에테르인 것이 바람직하다.
또한, 상기 알킬글리콜에테르에 있어서 한쪽 말단은 카복실산(-COOH), 1차 또는 2차 아민(-NH2, -NRH), 티올(SH) 또는 니트로기(NO2)로 치환된 작용기인 것이 바람직하다.
또한, 상기 단량체에 C1～C20가진 포화 또는 불포화 지방족의 히드록시기(OH), 카복실산(-COOH), 1차 또는 2차 아민(-NH2, -NRH) 또는 티올(SH)로 이루어진 작용기가 추가적으로 포함될 수 있다.
상기 단량체 함량이 증가할수록 화합물의 점도가 감소하게 되는데 이는 단량체의 함량이 증가할수록 금속알콕사이드와 단량체가 반응하면 RCOO-M- 결합이 증가하게 되고 상대적으로 알콕사이드 자체의 O-M-O-M-O- 결합은 감소하게 된다. 이때, 결합들이 많이 깨어지므로, 결국 유기금속화합물의 점도가 낮아지는 특성을 갖게 된다.
또한 단량체의 종류에 따라서 화합물의 점도가 변화하게 되는데, 유연한 에테르기를 가질수록 점도가 낮아지고, 알킬기의 탄소수가 증가할수록 유기금속화합물의 점도가 낮아지는 특성을 갖는다.
상기 액상의 충진제는 유기전계 발광부로부터 수분 및 산소를 효과적으로 차단할 수 있으며, 상기 충진제의 투명한 특성으로 인해 유기전계 발광부에서 발생하는 빛의 광투과성이 우수하다.
또한 본 발명에 따른 충진제는 용매를 사용하지 않고 유기금속화합물을 제조하여 유기전계 발광장치에 사용되는 바 용매의 사용으로 인하여 잔류 용매가 있는 경우 소자가 손상되는 문제점을 해결하였다. 즉, 기존의 필름 형태의 충진제는 용매를 사용하여 필름형태를 만들고 온도를 상승시켜 용매를 건조시켰는 데, 건조되지 않고 남아있는 잔류용매가 존재하여 남은 잔류용매가 유기전계 발광소자를 손상시키는 문제점이 있었다. 그러나 상기 본 발명에 의한 충진제는 용매를 사용하지 않아 잔류 용매로 인한 문제점을 해결하였다.
다음으로 상기의 충진제를 활용한 유기전계 발광장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시에 따른 유기전계 발광장치의 단면도를 나타낸 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 유기전계 발광장치는 지지 기판 110과, 상기 지지 기판의 일면 즉, 지지 기판 상에 형성된 유기전계 발광부 140과, 상기 유기전계 발광부를 외기로부터 차단하도록 상기 지지 기판 110 상에 대향하여 위치하는 밀봉 기판 120으로 구비된다.
또한, 상기 지지 기판 110 및 밀봉 기판 120의 재료로는 특별히 제한되는 것은 아니며 유리 또는 광학필름을 사용하거나 유리와 광학필름이 라미네이트된 재료를 사용할 수도 있다.
상기 비제한적인 광학필름으로는 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌술폰(PES), 투명형 폴리이미드(PI), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리싸이클릭올레핀(PCO), 가교형 에폭시, 가교형 우레탄필름으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 지지 기판 110 및 밀봉 기판 120는 동일한 재료로 형성되는 것이 바람직한 데, 동일한 재료로 사용하는 경우의 장점은 첫째, 지지 기판 110과 밀봉 기판 120이 동일한 재료로 형성되기 때문에, 지지 기판 110과 밀봉 기판 120의 열팽창 계수가 같아져, 온도 변화에 대한 패널의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다. 둘째, 동일한 종류의 유리 또는 광학필름을 활용한 기판으로 형성함으로써, 금속제의 기판을 채용하는 경우와 비교하여 패널의 박형화 및 경량화가 가능하다. 세째, 유리 또는 광학필름을 활용한 기판은 금속제 등의 기판에 비해서 표면의 평활성이 높기 때문에 밀봉재와의 계면에 간극이 생기기 어려워 접착력을 높일 수 있다.
또한, 상기 지지 기판 110과 밀봉 기판 120은 밀봉재 160을 통해 접합될 수 있다. 상기 밀봉재 160은 열경화성 접착제나 UV 경화 접착제를 통해 지지 기판 110과 밀봉 기판 120을 접합시키는 것으로, 밀봉 기판 120의 가장자리를 따라 위치될 수 있다. 상기 밀봉재 160은 유기전계 발광부 140을 포함하는 지지 기판 110과 밀봉 기판 120을 합착하기 위하여 밀봉 기판 120의 가장자리부에 밀봉재 160을 0.1 내지 2mm 폭으로 형성한다. 밀봉재 160 형성은 스크린 마스크(Screen Mask)를 이용하여 인쇄하는 방법, 또는 밀봉재 디스펜스나 시린지를 이용하여 직접 해당 위치에 도포하는 방법을 사용할 수 있다. 본 발명의 일실시예에서는 발광영역의 바깥쪽에 설치되는 사각 틀체 형상으로 구비하여 UV(Ultra violate) 경화 접착제로 나가세(XNR 5570) 제품을 사용하여 형성하였다.
한편, 상기 기판 및 밀봉재로 둘러쌓인 내부는 상기에서 언급한 액상의 유기화합물로 이루어진 충진제 130으로 채워지는 것을 특징으로 한다.
상기 액상의 충진제 130을 사용함으로써 상온 공정이 가능하고, 공정이 단순화되는 장점이 있다.
또한, 상기 액상의 충진제 130은 유기전계 발광부로부터 수분 및 산소를 효과적으로 차단할 수 있으며, 상기 충진제 130의 투명한 특성으로 인해 유기전계 발광부에서 발생하는 빛의 광투과성이 우수하다.
또한, 기존의 필름 형태의 충진제는 용매를 사용하여 필름형태를 만들고 온도를 상승시켜 용매를 건조시키는 데, 건조되지 않고 남아있는 잔류용매가 존재하여 남은 잔류용매가 유기전계 발광소자를 손상시키는 문제점이 있었다. 그러나 상기 본 발명에 의한 충진제 130은 용매를 사용하지 않아 잔류 용매로 인한 문제점을 해결하였다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따라 상기 지지 기판 110의 상면에는 버퍼층 기능을 하는 평탄화층이 형성될 수 있다. 상기 평탄층은 유기 혹은 유기-무기 하이브리드층 형성용 조성물을 부분적으로 가수 분해시켜 졸 상태의 용액으로 제조한 후, 이를 투명 기판인 상기 지지 기판 110 위에 코팅하고 경화하여 얻을 수 있다. 상기 코팅 방법은 스핀코팅, 롤코팅, 바코팅, 딥코팅, 그라비어 코팅, 스프레이 코팅 등의 방법을 사용할 수 있다. 상기 졸상태의 경화방법은 열경화, UV 경화, 적외선 경화, 고주파 열처리 방법 등을 이용할 수 있다. 상기 평탄층이 경화된 후의 두께는 0.1 ㎛ 내지 50 ㎛이고, 바람직하게는 0.1 ㎛ 내지 20 ㎛, 더욱 바람직하게는 0.1 ㎛ 내지 10 ㎛이다. 상기 두께가 0.1 ㎛보다 얇을 경우에는 핀홀 결함으로 인한 장애를 받기 쉽고, 후에 누설 전류(Leakage Current)가 나타나는 제한을 겪게 되며, 또한 상기 두께가 50 ㎛를 초과할 경우에는 크랙(Crack) 현상 및 표면 요철 형성의 문제가 있다.
본 발명에서 버퍼 층으로 기능하는 평탄화층은 표면 평탄도 Ra(average of roughness)가 중요한데, 상기 평탄화층이 평탄하지 않으면 평탄화층 상부의 연결 전극과 유기 발광층이 증착될 때 결함이 발생하고 이에 따라 누설전류(Leakage Current)가 발생하여 유기전계 발광부의 수명에 제한을 겪게 된다. 이에 본 발명에서는 상기 평탄층의 표면 평탄도는 촉침법에 근거하여 평탄도는 0.5 nm 내지 5 nm 가 바람직하며, 0.5 내지 1 nm 인 것이 더 바람직하다. 또한, 본 발명에서의 최대높이거칠기(maximum peak-to-valley roughness)로 5 nm 내지 50nm 사이 또는 제곱평균거칠기(root-mean-square roughness, RMS value)로 0.5 nm 내지 10nm 정도의 거칠기를 갖는 유기전계 발광장치를 제공하는것이 바람직하다. 이와 같이 형성하였을 경우 동일전압에서 휘도가 증가하여 유기전계 발광장치의 품질이 향상되는 효과가 있다.
한편, 유기전계 발광부 140에 대해서 알아보면, 상기 유기전계 발광부 140은 전극층과 유기층으로 형성되는 데, 상기 전자(electron)를 공급하는 캐소드(cathode) 전극 221과 전극층은 홀(hole)을 공급하는 애노드(anode) 전극 225가 서로 대향되도록 배치되고, 이들 캐소드 전극 221 및 애노드 전극 225 사이에 배치되어 발광하는 유기 발광층 223이 구성된다. 캐소드 전극 221은 상기 지지 기판 110상에 형성되고, 상기 캐소드 전극 221 위로 유기 발광층 223이 형성되며, 상기 유기 발광층 223의 위로 애노드 전극 225가 형성된다.
상기 캐소드 전극 221은 Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Mg 및 이들의 화합물이 유기 발광층 223을 향하도록 증착한 후, 그 위에 ITO, IZO, ZnO 또는 In2O3 등의 투명한 전도성 물질로 보조 전극이나 버스 전극 라인을 형성함으로써 캐소드 전극 221을 형성할 수 있다.
상기 캐소드 전극 221 상에는 유기 발광층 223을 형성하고, 상기 유기 발광층 223 상에는 애노드 전극 225을 형성할 수 있다. 상기 애노드 전극 225은 투명 전극으로 형성할 수 있는 데, 그 예로는 ITO, IZO, ZnO 또는 In2O3로 형성될 수 있다.
이러한 캐소드 전극 221 및 애노드 전극 225는 소정의 패턴으로 형성될 수 있는 데, 능동 발광형의 경우 상기 캐소드 전극 221은 전면 증착될 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 패턴화 될 수도 있다.
캐소드 전극 221 및 애노드 전극 225 사이에 게재된 유기 발광층 223은 저분자 또는 고분자 유기층이 사용될 수 있는 데, 저분자 유기층을 사용할 경우 홀 주입층(HIL: Hole Injection Layer), 홀 수송층(HTL: Hole Transport Layer), 유기 발광층(EML: Emission Layer), 전자 수송층(EIL: Electron Injection Layer), 전자 주입층(ETL: Electron Transport Layer) 등이 단일 혹은 복합의 구조로 적층되어 형성될 수 있으며, 이들 저분자 유기층은 진공증착의 방법으로 형성될 수 있다.
고분자 유기층의 경우에는 대개 홀 수송층(HTL) 및 발광층(EML)으로 구비된 구조를 가질 수 있으며, 이 때, 상기 홀 수송층으로 PEDOT를 사용하고, 발광층으로 PPV(Poly-Phenylenevinylene)계 및 폴리플루오렌(Polyfluorene)계 등 고분자 유기물질을 사용하며, 이를 스크린 인쇄나 잉크젯 인쇄방법 등으로 형성할 수 있다.
이러한 유기전계 발광부 140에서는 캐소드 전극 221 및 애노드 전극 225에 양극 및 음극 전압이 각각 인가됨에 따라 애노드 전극 225으로부터 주입된 홀(hole)이 발광층으로 이동되고, 전자는 캐소드 전극 221으로부터 발광층으로 주입되어, 이 발광층에서 전자와 홀이 재결합하여 여기자(exiton)를 생성하고, 이 여기자가 여기상태에서 기저상태로 변화됨에 따라, 발광층의 형광성 분자가 발광함으로써 화상을 형성한다. 상기 발광층은 발광층은 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)을 각각 구현하는 발광층들이 순차적으로 적층되어 3층 구조로 형성되거나 보색관계를 가지는 발광층들이 적층되어 2층 구조로 형성되거나 백색을 구현하는 발광층으로 이루어진 단층 구조로 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 유기전계 발광장치의 평면도를 나타낸 것으로, 밀봉재가 사각틀체 형상으로 밀봉 기판 120의 가장자리에 형성된 것을 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

Claims (15)

  1. 하기 [화학식 1]로 표현되는 액상의 유기금속화합물로 이루어진 유기전계 발광소자용 충진제.
    [화학식 1]
    Figure 112010021243164-pat00008

    (여기서, R은 OR', SR', NHR' 또는 NR'R''이며, R'는 C1～C20의 알킬기, C1～C20의 시클로알킬기, 헤테로원자(-NH-, -NHR1-(R1은 C1～C10의 선형, 가지형, 고리형 알킬기), -S- 또는 -O-)를 포함한 C1～C20의 알킬기 또는 C1～C20의 아실기이고, M은 3가의 금속원소이고, n은 10 내지 100의 정수이다.)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유기금속화합물은 금속알콕사이드 및 알킬기를 포함하는 단량체의 반응물로 이루어지되, 상기 금속알콕사이드 및 알킬기를 포함하는 단량체가 1 : 1.0 내지 1 : 3.0의 몰비로 제조되는 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자용 충진제.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유기금속화합물은 금속알콕사이드 및 폴리에틸렌글리콜의 반응물로 이루어지되, 상기 금속알콕사이드 및 폴리에틸렌글리콜이 1 : 1.0 내지 1 : 3.0의 몰비로 제조되는 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자용 충진제.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 단량체는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜 또는 트리프로필렌 글리콜의 끝단의 수소가 C1～C5의 알킬로 치환된 알킬글리콜에테르인 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자용 충진제.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 알킬글리콜에테르의 한쪽 말단은 카복실산(-COOH), 1차 또는 2차 아민(-NH2, -NRH), 티올(SH) 또는 니트로기(NO2)로 치환된 작용기인 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자용 충진제.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 단량체에 C1～C20가진 포화 또는 불포화 지방족의 히드록시기(OH), 카복실산(-COOH), 1차 또는 2차 아민(-NH2, -NRH) 또는 티올(SH)로 이루어진 작용기가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자용 충진제.
  7. 지지 기판; 상기 지지 기판의 일면에 형성된 것으로, 한 쌍의 전극 사이에 유기 발광층이 포함된 유기전계 발광부; 상기 유기전계 발광부의 상부에 위치한 밀봉 기판; 및 상기 지지 기판과 밀봉 기판을 결합하는 밀봉재를 포함하되,
    상기 기판 및 밀봉재로 둘러쌓인 내부는 하기 [화학식 1]로 표현되는 액상의 유기금속화합물로 채워지는 것을 특징으로 하는 유기전계 발광장치.
    [화학식 1]
    Figure 112010021243164-pat00009

    (여기서, R은 OR', SR', NHR' 또는 NR'R''이며, R'는 C1～C20의 알킬기, C1～C20의 시클로알킬기, 헤테로원자(-NH-, -NHR1-(R1은 C1～C10의 선형, 가지형, 고리형 알킬기), -S- 또는 -O-)를 포함한 C1～C20의 알킬기 또는 C1～C20의 아실기이고, M은 3가의 금속원소이고, n은 10 내지 100의 정수이다.)
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유기금속화합물은 금속알콕사이드 및 알킬기를 포함하는 단량체의 반응물로 이루어지되, 상기 금속알콕사이드 및 알킬기를 포함하는 단량체가 1 : 1.0 내지 1 : 3.0의 몰비로 제조되는 것을 특징으로 하는 유기전계 발광장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 유기금속화합물은 금속알콕사이드 및 폴리에틸렌글리콜의 반응물로 이루어지되, 상기 금속알콕사이드 및 폴리에틸렌글리콜이 1 : 1.0 내지 1 : 3.0의 몰비로 제조되는 것을 특징으로 하는 유기전계 발광장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 단량체는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜 또는 트리프로필렌 글리콜의 끝단의 수소가 C1～C5의 알킬로 치환된 알킬글리콜에테르인 것을 특징으로 하는 유기전계 발광장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 알킬글리콜에테르의 한쪽 말단은 카복실산(-COOH), 1차 또는 2차 아민(-NH2, -NRH), 티올(SH) 또는 니트로기(NO2)로 치환된 작용기인 것을 특징으로 하는 유기전계 발광장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 단량체에 C1～C20가진 포화 또는 불포화 지방족의 히드록시기(OH), 카복실산(-COOH), 1차 또는 2차 아민(-NH2, -NRH) 또는 티올(SH)로 이루어진 작용기가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 유기전계 발광장치.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 지지 기판 및 상기 밀봉 기판은 동일한 재료인 것을 특징으로 하는 유기전계 발광장치.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 지지 기판의 상면 및 유기전계 발광부 하면 사이에 버퍼층 기능을 하는 평탄화층을 더 포함하되, 상기 평탄화층의 표면 평탄도(Ra)는 0.5 내지 5㎚인 것을 특징으로 하는 유기전계 발광장치.
  15. 제7항에 있어서,
    상기 유기전계 발광부는 전극층 및 상기 전극층 사이에 홀주입층, 홀수송층, 유기 발광층, 전자수송층, 전자주입층이 차례대로 적층된 것을 특징으로 하는 유기전계 발광장치.
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