KR101811476B1

KR101811476B1 - 광전 장치 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101811476B1
Application number: KR1020137001352A
Authority: KR
Inventors: 도로테 크리스틴 헤르메스; 조앤 사라 윌슨
Original assignee: 네덜란제 오르가니자티에 포오르 토에게파스트-나투우르베텐샤펠리즈크 온데르조에크 테엔오
Priority date: 2010-06-17
Filing date: 2011-06-17
Publication date: 2017-12-26
Also published as: EP2398086A1; EP2583327A1; JP5739989B2; US8963193B2; EP2583327B1; KR20130097138A; WO2011159160A1; US20130214255A1; CN103038912A; JP2013532365A; CN103038912B

Abstract

본 발명은 광전 장치에 관한 것으로,
본 발명에 따른 광전 장치는, 제1 일함수를 갖는 물질의 제1 전극 층(20) -상기 제1 전극 층(20)은 기판(10) 상에 증착되거나 또는 기판(20)을 형성함-; 상기 제1 전극 층(20) 위에 위치하는 유기 광전 층(30); 상기 광전 층 위에 프린팅된 패턴화된 도전 층(40); 및 상기 패턴화된 도전 층(40)을 구비하는 광전 층(30) 위에 위치하며, 제2 일함수를 갖는 물질의 투과성 제2 전극층(50)을 포함하고, 상기 제2 전극의 일함수는 상기 제1 전극의 일함수보다 낮은 값을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

광전 장치 및 그 제조 방법 {Opto-electric device and method of manufacturing thereof}

본 발명은 광전 장치에 관한 것이다.

본 발명은 또한 광전 장치의 제조 방법에 관한 것이다.

광전 장치는 전기적 신호에 응답하여 광학적 효과를 제공하거나 광학적 자극에 응답하여 전기적 신호를 생성하는 장치이다. 그 첫번째 예로는, OLED(Organic Light Emitting Diodes)와 같은 LED(Light Emitting Diodes)이다. 오늘날에는 전류를 광자 방사선(photon radiation)으로 변환시키는 다양한 광활성(photoactive) 물질이 알려져 있다. 광활성 물질로는 통상적으로, 저분자 유기 형광 화합물(small molecule organic fluorescent compounds), 형광 및 인광 금속 복합체(fluorescent and phosphorescent metal complexes), 공액 중합체(conjugated polymers), 및 이들의 결합물(combinations) 또는 혼합물(mixtures) 등과 같은(전술한 예에 한정되지는 않음), 어떠한 유기 전계발광(EL;electroluminescent) 물질을 사용할 수 있다. 형광 화합물의 예로는 피렌(pyrene), 페릴렌(perylene), 루브렌(rubrene), 쿠마린(coumarin), 이들의 유도체, 이들의 혼합물 등을 들 수 있다(전술한 예에 한정되지 않음). 금속 복합체의 예로는 Alq3(tris(8-hydroxyquinolato)aluminum)와 같은 금속 킬레이트 옥시노이드 화합물(metal chelated oxinoid compounds), 페트로브(Petrov) 등에 의한 미국 특허 제6,670,645호, 공개 PCT 출원 WO 03/063555호 및 WO 2004/016710호에 개시되어 있는, 페닐피리딘(phenylpyridine), 페닐퀴놀린(phenylquinoline), 또는 페닐피리미딘(phenylpyrimidine) 리간드(ligands)를 갖는 이리듐 복합체와 같은 사이클로메탈레이티드 이리듐 및 플래티넘 전계발광 화합물(cyclometalated iridium and platinum electroluminescent compounds), 예컨대 공개 PCT 출원 WO 03/008424호, WO 03/091688호, 및 WO 03/040257호에 개시되어 있는, 유기 금속 화합물(organometallic complexes), 및 이들의 혼합물 등을 들 수 있다. 전계발광 방사 층(electroluminescent emissive layers)은, 톰슨(Thompson) 등에 의한 미국 특허 제6,303,238호 및 버로우즈(Burrows)와 톰슨(Thompson)에 의한 공개 PCT 출원 WO 00/70655호 및 WO 01/41512호 에 개시되어 있는 금속 복합체 및 전하 운송 호스트 물질(charge carrying host material)을 포함한다. 공액 중합체의 예로는 폴리(페닐렌비닐렌)(poly(phenylenevinylenes)), 폴리플루오렌(polyfluorenes), 폴리(스피로비플루오렌)(poly(spirobifluorenes)), 폴리티오펜(polythiophenes), 폴리(p-페닐렌)(poly(p-phenylenes)), 이들의 공중합체(copolymers) 등을 들 수 있으며, 더 나아가 이들의 결합체 또는 혼합체 등을 들 수 있다(전술한 예에 한정되지는 않음). 구체적인 물질은 세부 적용, 동작동안 사용되는 전위, 또는 기타 요인들에 따라서 선택될 수 있다.

유연성 플라스틱 기판 상의 대영역(large area) OLED 광(lighting)의 경우, 시스템 구동을 위해 큰 전류가 필요하다. 반투명 전극(semitransparent electrode)(예, ITO)에 사용되는 현재의 박막 물질(thin film materials)은 큰 저항을 가지며, 큰 전류는 상당한 전압 강하(voltage drop)를 일으켜 균일하지 못한 광 발산을 초래한다. 전극 층의 도전율(conductivity)은 그 두께를 증가시킴으로써 향상될 수 있다. 그러나, 투명 전극(transparent electrode) 층의 두께는 허용될 수 없는 낮은 투명도(transparency)를 방지하기 위하여 너무 많이 증가될 수 없다. 투명 전극은 상당한 양(예, 적어도 50 %, 바람직하게는 80 %)의 광자 방사선을 전달해야 한다. 이는 장치 외부로 전달을 위해 광전 층에 의해 제공되는 광자 방사선 또는 장치 외부로부터 광전 층으로 전달되는 광자 방사선이 될 수 있다.

따라서, 플라스틱 기판 상에 대영역 유연성 OLED 장치(large area flexible OLED devices)를 생산하기 위하여 투명 전극을 지원할 수 있는 도전성 구조체(conductive structure)가 필요하다. 제조 비용을 감소시키기 위하여, 이러한 구조체 금속 코팅(metallization)이 인라인 롤-투-롤 웹 코팅 공정(inline roll-to-roll web coating process)을 이용하여 플라스틱 포일의 롤에 인가된다.

따라서, 광전 장치(예컨대, 발광 장치, 일렉트로크로믹 장치(electrochromic devices))뿐만 아니라 광전지 제품(photo-voltaic products)을 위하여, 한편으로는 양호한 도전성을 가지며 다른 한편으로는 높은 방사선 투과성을 가지는 금속 구조체가 필요하다.

WO 2007/036850호는 애노드 층(anode layer), 캐소드 층(cathode layer), 유기 층(organic layer)을 갖는 유기 다이오드 구조체를 포함하는 유기 다이오드 장치를 개시하고 있다. 애노드 층과 캐소드 층 중 적어도 하나는 상기 구조체의 일 측면에 분포된 접촉 영역(contact areas) 세트(set)를 가진다. 배리어 층(barrier layer)은 상기 구조체를 밀폐하여 커버하고, 상기 접촉 영역 세트와 정렬된 개구부(openings) 세트를 구비한다. 금속 도전체가 상기 배리어 층 위에 전기도금되고, 개구부 세트를 통해 접촉 영역 세트와 접촉한다.

전기도금된 금속 도전체는 애노드 및 캐소드를 션트(shunt)시키고, 큰 유기 다이오드 장치의 영역으로 균일한 전압 분배를 제공하여 균일한 휘도(luminance)를 제공한다.

본 발명의 목적은 보다 효율적으로 제조될 수 있는 광전 장치 및 보다 효과적인 광전 장치 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 형태에 따르면, 광전 장치의 제조 방법은, 제1 일함수를 갖는 물질의 제1 전극 층을 제공하는 단계; 상기 제1 전극 층 위에 유기 광전 층을 제공하는 단계; 상기 유기 층 위에 패턴화된 도전 층을 프린팅하는 단계; 및 상기 패턴화된 도전 층을 구비하는 유기 층 위에, 제1 일함수보다 작은 제2 일함수를 갖는 물질의 투과성 제2 전극 층을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 한다.

후속하는 단어들은 단계들이 순차적으로 수행되는 것을 의미한다. 그러나, 2개의 서로 연이은 단계들 사이에는 하나 또는 그 이상의 추가적인 단계가 삽입될 수 있다.

EP 0845924 A2는, 양의 전극, 음의 전극, 및 상기 양의 전극과 음의 전극 사이에 삽입된 유기 발광 층을 포함하는 유기 층을 포함하는, 투과성(transparent) 유기 EL 장치를 개시하고 있다. 여기서, 음의 전극은 전자 주입 전극 층(electron injection electrode layer) 및 비결정질 투과성 도전체 필름(amorphous transparent conductive film)으로 구성되고, 전자 주입 전극 층은 유기 층에 인접한다. 또는, 음의 전극은 전자 주입 전극 층, 투과성 도전체 필름, 및 1×10^-5 Ω.cm 이하의 저항을 갖는 얇은 금속 필름으로 구성되고, 전자 주입 전극 층은 유기 층에 인접한다. 그리고, 얇은 투과성 필름이 음의 전극 외부에 형성된다. EP 0845924 A2에서 참조번호 6으로 표시된 전자 주입 전극 층은 고립형(island-like) 전자 주입 영역이다. "고립형(island-like)"이란 용어는 유기 층 위에 형성된 비연속적인 전자 주입 화합물 층을 포함하는 구조체를 의미한다. 따라서, 비록 전자 주입 층이 도전성 물질로 형성된 패턴화된 층이지만, 전자 주입 층은 고립형 영역들로 분리되어 있기 때문에 도전 층(electrically conductive layer)으로 고려될 수는 없다.

소정 물질로 이루어진 "층(layer)"은 그 두께가 그 길이 및 폭에 비해 작은 물질의 영역을 포함한다. 예컨대, 층은 시트(sheets), 포일(foils), 필름(films), 라미네이션(laminations), 코팅(coatings) 등을 포함한다. 층은 평평할 필요는 없으며, 예컨대 다른 구성요소들을 적어도 부분적으로 포위하기 위하여, 굽거나(bent) 접히거나(folded) 윤곽이 있거나(contoured) 할 수 있다. 또한, 하나의 층은 복수개의 서브 층(sub-layer)을 포함할 수 있다. 또한, 하나의 층은 분리된 부분들의 집합체(예컨대, 개별 픽셀들을 포함하는 분리된 활성 영역들의 층)로 구성될 수 있다.

OLED에서, 보다 높은 일함수(work-function)를 갖는 전극이 애노드(anode)로 역할한다. 애노드는 양전하를 주입하기 위해 특히 효과적인 전극이다. 이는 예컨대 금속, 혼합 금속, 합금, 금속 산화물, 혼합 금속 산화물(mixed metal oxide) 등을 포함하는 물질로 이루어질 수 있으며, 또는 도전성 중합체(conducting polymer) 혹은 그 혼합물로 이루어 질 수 있다. 적절한 금속의 예로는 11족(Group) 금속, 4족, 5족, 6족의 금속, 8~10족의 전이 금속 등이 있다. 만약 애노드가 12, 13, 14족의 광 투과성 혼합 금속 산화물인 경우, 예컨대 ITO(Indium-Tin Oxide)가 일반적으로 사용된다. 애노드는 또한, 네이쳐(Nature)지 vol. 357, pp 477479 (11 June 1992)의 "Flexible light-emitting diodes made from soluble conducting polymer"에 개시된, 폴리아닐린(polyaniline) 등과 같은 유기 물질을 포함할 수 있다. 애노드 및 캐소드 중 적어도 하나는 생성된 광이 관찰될 수 있도록 적어도 부분적으로 투명해야 한다. 투명 전극이 장치의 기판을 대향하는 전극인 경우, 기판은 또한 투과성을 가져야 한다. 전체 장치가 투과성을 가지는 경우, 장치에 포함된 각각의 층들과 기판도 투과성을 가져야 한다.

OLED에서, 보다 낮은 일함수를 갖는 전극이 캐소드(cathod)로 역할한다. 만약 어떠한 물질이 약 4.4 eV 이하의 일함수를 가진다면, 이는 낮은 일함수를 갖는 것으로 여겨질 수 있다. 이를 위하여, 금속 또는 비금속이 캐소드 층을 위한 물질로 사용될 수 있으며, 예컨대 1족 알칼리 금속(예, Li, Na, K, Rb, Cs), 2족 금속(예, Mg, Ca, Ba), 12족 금속, 란타넘족(예, Ce, Sm, Eu), 악티늄족 (예, Th, U) 중에서 선택될 수 있다. 알루미늄, 은, 인듐, 이트륨, 및 이들의 결합물과 같은 물질도 사용될 수 있다. 캐소드 층을 위한 물질로는 바륨(barium), 리튬(lithium), 세륨(cerium), 세슘(cesium), 유로퓸(europium), 루비듐(rubidium), 이트륨(yttrium), 마그네슘(magnesium), 사마륨(samarium), 및 이들의 합금 또는 결합물 등도 있으며, 여기에 제한되지 않는다. 캐소드 층은 서브 층들의 결합으로 형성될 수 있으며, 예컨대 광전 층을 대향하며 약 5 nm의 두께를 갖는 바륨(Ba) 층 및 광전 층으로부터 떨어져서 대향하며 약 10 ~ 400 nm의 두께를 갖는 알루미늄(Al) 층의 결합으로 형성될 수 있다.

특히, 낮은 일함수를 갖는 물질들은 통상적으로 대기중에서 산소와 수증기에 급속하게 반응하여 그 결과 절연(insulating)되기 때문에, 아주 낮은 일함수를 갖는 전극을 사용하면 장치의 제조를 복잡하게 한다. 따라서, 제2 전극 층은 이러한 부식을 방지하기 위하여 조건이 갖춰진 환경(예, 비활성 또는 진공 환경)에서 인가되어야 한다. 캐소드 층은 통상적으로 화학적 또는 물리적 진공 증착 공정에 의해 생성된다. 마찬가지로, 후속하는 층들 및 다른 기능부들도, 산소 또는 수증기가 증착되는 전극에 직접적으로 도달하거나 이미 증착된 층들을 통해 확산될 수 있기 때문에, 조건이 갖춰진 환경에서 증착되어야 한다.

본 발명의 제1 형태에 따른 방법에 있어서, 투명 전극을 증착하기 이전에 패턴화된 도전 층이 프린팅되는데, 패턴화된 도전 층을 위한 증착 방법에 대해서는 제한이 없다. 예컨대, 패턴화된 도전 층이 반드시 조건이 갖춰진 환경에서 인가될 필요는 없다. 이는 대용량 제조에 적합한, 예컨대 롤-투-롤(roll-to-roll) 공정에 적합한 증착 방법을 사용하는 것을 용이하게 한다. 롤-투-롤 공정에서 사용하기에 적합한 프린팅 방법의 예로는 잉크젯 프린팅(ink-jet printing)과 스크린 프린팅(screen printing)이 있다.

EP 331997호는 그 배경기술에서 보조 전극(auxiliary electrode)을 프린팅하는 기술을 개시하고 있다. 그러나, 본 발명과는 달리, 보조 층(auxiliary layer)은 분리된 투명 도전성 필름 위에 프린팅된다. 이어서, 프린팅된 전극을 구비하는 투명 도전성 필름이 전계발광 층(luminescent layer)과 연결(bonded)된다. 향상된 EP 331997호는, 전계발광 층을 구비하는 연속적인 웹(web) 형태의 기판, 연속적인 웹 형태의 투명 도전성 필름, 및 상기 기판 및 상기 투명 도전성 필름보다 더 좁은 폭을 갖는 보조 전극 사이에 도전성 스트립(strip)이 라미네이팅(laminating)되는, 라미네이션 공정을 개시한다. 따라서, EP 331997호는, 제1 전극의 일함수보다 낮은 일함수를 갖는 물질로 이루어진 투과성 제2 전극이 패턴화된 도전 층의 증착으로 인하여 손상되는 것을 방지하기 위하여 패턴화된 도전 층이 유기 기능 층(organic functional layer) 위에 프린팅되는, 광전 장치의 제조 방법을 암시하지 않는다.

본 발명의 제1 형태에 따른 방법의 실시예에서, 프린팅 방법으로서 잉크젯 프린팅이 사용된다.

다양한 물질들이 패턴화된 도전 층으로 사용될 수 있다.

예컨대, 패턴화된 도전 층은 잉크젯 프린팅에 의해 액체 형태로 인가되는 금속 또는 금속 합금이 될 수 있다. 비교적 낮은 용융점(melting point) 또는 용융곡선(melting trajectory)을 갖는 다양한 금속 또는 금속 합금이 이용가능하다.

광전 장치가 사용되는 온도 범위 및 광전 층에 의해 허용되는 온도 범위에 따라서, 당업자는 여러가지 금속 및 금속 합금 중에서 가장 적합한 금속 또는 금속 합금을 선택할 수 있다. 예컨대, 당업자는 상업적으로 이용가능하며 비용이 싸고 용융점이 낮은 금속 및 금속 합금 중에서 선택할 수 있다. 이들은 예컨대 In, Sn, Bi, Pb, Hg, Ga 및 Cd으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 성분을 포함할 수 있다. 용융점의 넓은 스펙트럼(broad spectrum)은 별도로 하고, 상기 금속들은 또한 다른 특성들에 대해서도 넓은 스펙트럼을 제공하는데, 이러한 특성들은 예컨대 산화에 대한 감도(sensitivity), 다른 물질들에 대한 접착력, 열 팽창 계수, 연성(ductility), 치수 안정성(dimensional stability), 응고 및 습윤에 대한 수축 정도 등과 같이 중요한 것이다. 실제 적용에 있어서, 독성(toxicity)은 중요한 요소인데, Hg 또는 Cd을 포함하는 합금, 예컨대 Sn(50 wt.%):Pb(32 wt.%):Cd(18 wt.%)의 합금은 바람직하지 않다. 만약 다소 유연성(flexible)의 EL 장치가 필요하다면, 연성이 있는 낮은 용융점 금속, 예컨대 인듐(용융점; 157 ℃) 또는 Sn(35.7 wt.%):Bi(35.7 wt.%):Pb(28.6 wt.%)의 합금(용융점; 100 ℃)을 사용하는 것이 바람직하다. 응고에 의해 야기되는 응력(stresses)를 최소화하기 위하여, 응고 시 결정 영역(crystalline domains)을 형성하지 않고 수축이 적은 금속, 예컨대 Bi(58 wt.%):Sn(42 wt.%)의 합금(용융점; 138 ℃)이 바람직하다.

대안적으로, 패턴화된 도전 층은 금속 입자들 또는 유기 금속 복합체의 현탄액(suspension) 또는 콜로이드 용액(colloidal solution) 형태로 인가될 수 있다. 마찬가지로, 현탄액 또는 콜로이드 용액은 잉크젯 프린팅에 의해 인가될 수 있다.

비록 항상 필요한 것은 아니지만, 프린팅되는 현탄액 또는 콜로이드 용액은 프린팅 공정을 용이하게 하기 위하여 가열(예컨대, 100 ~ 300 ℃)될 수 있어야 한다.

보조 전극 스트립을 형성하기 위하여, 은, 구리, 백금, 및/또는 금의 나노입자들 또는 유기 금속 복합체가 현탄액 또는 콜로이드 용액에 사용될 수 있다. 바람직하게는, 나노입자들은 1 ~ 100 nm의 직경을 갖는다. 금속 입자들의 크기 및 특성에 따라서, 사용되는 잉크는 콜로이드 용액 형태가 될 수도 있다. 그 예로는, Cabot(Cabot Printing Electronics and Displays, USA)에서 생산되는 에틸렌 글리콜/에탄올 혼합물 내의 은 나노 입자 분산액(silver nanoparticle dispersion)을 들 수 있다. 상기 은 잉크(silver ink)는 30 ~ 50nm 범위의 직경을 갖는 은 나노 입자 20 wt%를 포함한다. 잉크의 점성(viscosity) 및 표면장력(surface tension)은 각각 14.4 mPa.s 및 31 mN/m이다.

대안적으로, 유기물 또는 물 기반의 용제(solvents) 내의 금속 복합체가 실체(substance)로서 사용될 수 있다. 금속 복합체는 유기(organic) 은, 구리, 백금 또는 금 복합체 또는 이들 복합체의 혼합물을 포함한다. 예를 들어, 은 복합체 잉크는, 예컨대 InkTec 사에서 생산되는 잉크처럼, 용제(solvents)와 은 아미드(silver amides)의 혼합물을 포함하도록 사용될 수 있다. 은 아미드는 130 ~ 150 ℃의 소정 온도에서 은 원자, 휘발성 아민, 이산화탄소로 분해된다. 용제와 아민이 증발하면, 기판 상에는 은 원자만 남게 된다.

은 대신에, 예컨대 구리, 니켈, 아연, 알루미늄, 코발트, 팔라듐, 금, 바나듐, 비스무트 등에 기초한 다른 종류의 금속 복합체도 대안적으로 또는 함께 사용될 수 있다. 그러나, 은 복합체, 구리 복합체, 니켈 복합체, 알루미늄 복합체 또는 이들의 어떠한 혼합 복합체가 특히 적합하다. 은, 구리, 알루미늄, 니켈은 우수한 도전성을 가진다.

구리 복합체의 몇몇 예들은 하기 표에 나타나 있다.

[표 1] 구리 복합체를 포함하는 물질들의 예

대안적으로, 패턴화된 도전 층은 도전성 중합체 구조체가 될 수 있다. 상기 구조체는 도전성 중합체 입자들(예, 액체 내의 현탄 물질)을 포함하는 물질로부터 형성될 수 있다. 도전성 중합체의 예로는, PEDOT(poly-(3,4-ethylenedioxythiophene)) 또는 PANI(polyaniline) 등을 들 수 있다. 도전성 중합체를 위한 전구체(precursor) 입자들의 현탄액을 포함하는 물질도 사용될 수 있다. 그러나, 일반적으로, (예컨대 현탄액의 형태로 증착되는) 금속 또는 금속 합금이 유기 물질에 비해 상대적으로 우수한 도전성을 가지므로 더 적합하다.

또 다른 실시예에서, 분자로 된 금속 전구체, 및/또는 도전성 유기 화합물, 및/또는 도전성 유기 화합물을 위한 전구체를 포함하는 용액이 증착되어 패턴화된 도전 층을 형성할 수 있다.

통상적으로 입자 평균 직경은 1 nm ~ 100 ㎛이고, 바람직하게는 1 nm ~ 1 ㎛, 더욱 바람직하게는 1 nm ~ 100 nm이며, 특히 1 nm ~ 50 nm가 매우 바람직하다. 입자 평균 직경은 TEM(Transmission Electron Microscope)에 의해 결정될 수 있다. 최소의 전자기 에너지를 가지며 도전성 표면 패턴을 형성할 수 있는 금속 나노입자들이 매우 적합하다.

특정 실시예에서, 만약 광전 층의 표면에 표면 에너지 변형제(surface energy modifying agent)가 제공되는 경우, 현탄액 또는 콜로이드 용액이 좁은 라인 구조체(narrow line structure)로 프린팅될 수 있다. 현탄액 또는 콜로이드 용액이 인가되는 경우, 표면의 표면 에너지에 따라서 30°~ 60°의 접촉각이 구현될 수 있다. 잉크젯 프린터는 물질들이 방울(이는 합쳐져서 연속적인 패턴을 형성함) 형태로 표면에 프린팅되도록 분사시킬 수 있으며, 또는 물질들의 연속적인 빔(continuous beam)을 표면에 프린팅할 수 있다. 본 실시예에서, 프린팅 공정은 반복된다. 그리고, 이에 의해 비교적 높은 종횡비(높이/폭 비율)의 프린트 패턴을 얻을 수 있다.

본 발명의 제1 형태에 따른 방법의 일 실시예는, 패턴화된 도전 층에 의해 형성되는 패턴에 적어도 실질적으로 상응하는(at least substantially conformal) 패턴으로, 광전 층 위에 절연 물질을 부분적으로 증착시키는 단계를 더 포함한다. "적어도 실질적으로 상응하는"이라는 용어는 절연 층의 패턴이 패턴화된 도전 층의 패턴과 실질적으로 동일하거나 또는 절연 층의 특성부(features)가 패턴화된 도전 층의 특성부를 넘어서 측면으로 확장된다는 의미이다. 일반적으로, 패턴의 특성부는 라인(line) 형상이며, 절연 층의 라인 형상 특성부는 패턴화된 도전 층의 라인 형상 특성부 폭의 20% 이상으로 측면 확장되지 않는 것이 바람직하다. 절연 층은 예컨대 아크릴 등과 같은 수지 물질로 형성될 수 있으며, 잉크젯 프린팅 또는 스크린 프린팅 등과 같은 프린팅 기술을 사용하여 증착될 수 있다. 상기 물질의 두께는 1 ~ 20 ㎛가 될 수 있으며, 증착된 캐소드가 증착된 패턴화된 도전 증 및 광전 층과 전기적 접촉을 할 수 있도록 단면 프로파일(cross-sectional profile)을 가진다.

대안적으로, 패턴화된 도전 층에 의해 형성되는 패턴에 적어도 실질적으로 상응하는 패턴으로 광전 층 위에 절연 물질을 부분적으로 증착시키는 단계는 제1 전극 층 위에 유기 광전 층을 제공하는 단계보다 선행될 수 있다. 이에 따라, 패턴화된 도전 층은 제1 전극 층과 유기 광전 층 사이에 위치된다.

그 응용예에 따라서, 광전 장치는 유연성 장치 또는 단단한 장치로 제조될 수 있다. 광전 장치는 습기와 산소로부터 보호를 위한 하우징(housing) 내부에 배치될 수 있다. 하우징이 없는 경우, 광전 장치는 습기와 산소로부터의 보호를 위하여 하나 이상의 배리어 층(barrier layers)을 구비할 수 있다.

배리어 층은 통상적으로 서브 층들(sub-layers)의 스택(stack)을 포함한다. 제1 실시예에서, 배리어 층은 제1 및 제2 무기 층(inorganic layer) 사이에 삽입된 유기 층(organic layer)을 포함하는 스택이다. 상기 스택은 상호 교차적으로 형성된 유기 층과 무기 층들을 더 포함할 수 있다. 유기 층들은 습기 흡수제(moisture getter)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 배리어 층은 서로 교차적으로 형성된 다른 종류의 무기 물질 층들의 스택을 포함할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 광전 장치는 배리어 기능을 갖는 기판(예컨대, 유리 기판, 알루미늄 기판, 스테인레스강 기판) 상에 구현될 수 있다.

본 발명의 제2 형태에 따르면, 광전 장치는, 기판(10) 위에 증착되거나 기판(20)을 형성하는, 제1 일함수를 갖는 물질의 제1 전극 층(20); 상기 제1 전극 층 위에 위치하는 유기 광전 층; 상기 광전 층 위에 위치하는 패턴화된 도전 층; 및 상기 패턴화된 도전 층을 구비하는 광전 층 위에 위치하며, 제2 일함수를 갖는 물질의 투과성 제2 전극 층을 포함하고, 상기 제2 전극의 일함수는 상기 제1 전극의 일함수보다 낮은 값을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 광전 장치에서, 패턴화된 도전 층은 광전 층 및 투과성 도전 층(더 낮은 일함수를 갖는 전극을 형성함) 사이에 위치한다. 광전 장치가 기판을 포함하는 경우, 더 낮은 일함수를 갖는 물질로 이루어진 투과성 도전 층은 기판이 위치하는 측면의 반대 측면에 배치된다. 일 실시예에서, 광전 장치는 제조 공정이 완료된 이후에 기판으로부터 제거될 수 있다. 따라서, 만약 본 발명의 제2 형태에 따른 장치의 광전 층이 전계발광 층(EL; Electroluminescent Layer)인 경우, 본 발명에 따른 장치는 소위 상방형(top-emissive) OLED이다. 그럼에도 불구하고, 본 발명에 따른 장치는 추가적인 패턴화된 도전 층에 의해 션트(shunt)되며 투과성을 갖는 제1 전극을 구비할 수 있다.

본 발명의 제2 형태에 따른 광전 장치는 본 발명의 제1 형태에 따른 방법에 의해 제조될 수 있다.

본 발명에 따른 광전 장치에서, 제1 전극 층은 애노드를 형성할 수 있으며, 제2 (투명) 전극 층은 캐소드를 형성할 수 있다.

상기 장치는 버퍼 물질(buffer materials)을 포함하는 하나 이상의 선택적(optional) 버퍼 층(buffer layer)을 포함할 수 있다. "버퍼 층" 또는 "버퍼 물질"이라는 용어는 도전성 물질 또는 반도전성 물질을 의미하며, 유기 전자 장치 내에 하나 이상의 기능(functions), 예컨대 하부 층의 평탄화(planarization) 기능, 전하 전송 및/또는 전하 주입 기능, 산소나 금속 이온 등의 불순물 제거 기능, 유기 전자 장치의 성능 향상 기능 등(전술한 예에 한정되지는 않음)을 제공한다. 버퍼 물질로는 중합체(polymers), 저중합체(oligomers), 저분자(small molecules) 물질 등이 있으며, 용액, 분산액(dispersions), 현탄액(suspensions), 에멀션(emulsions), 콜로이드(colloidal) 혼합물 또는 다른 합성물 형태가 될 수 있다. 버퍼 층은, 예컨대 PANI(polyaniline), PEDOT(poiyethylenedioxythiophene) 등과 같은 중합체 물질(이는 종종 양성자 산(protonic acids)으로 도핑(doping)됨)로 형성될 수 있다. 양성자 산은 예컨대 폴리 스티렌술폰 산(poly(styrenesulfonic acid)), PAMPS(poly(2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid)) 등이 될 수 있다. 버퍼 층은 구리 프탈로시아닌(copper phthalocyanine), TTF-TCNQ(tetrathiafulvalene-tetracyanoquinodimethane) 등과 같은 전하 전송 화합물을 포함할 수 있다.

특정 실시예에서, 제1 전극 층, 광전 층, 패턴화된 도전 층, 제2 투명 전극 층에 추가하여, 본 발명에 따른 장치는 애노드를 형성하는 전극 층 및 광전 층 사이에 정공 주입 및/또는 전송 층(HTL; hole injection and/or transport layer)을 포함할 수 있으며, 및/또는 캐소드를 형성하는 전극 층 및 광전 층 사이에 전하 주입 및/또는 전송 층(ETL; electron injection and/or transport layer)을 포함할 수 있다. 전하 전송 층이 존재하는 경우, 패턴화된 도전 층은 전하 전송 층 및 캐소드 사이에 구비될 수 있다.

정공 전송 층을 위한 정공 전송 물질의 예로는, "Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology"(Fourth Edition, Vol. 18, p. 837-860, 1996, by Y. Wang)에 개시되어 있다. 정공 전송 분자 및 중합체가 모두 사용될 수 있다. 상업적으로 이용되는 정공 전송 분자로는, 예컨대 TDATA(4,4',4"-tris(N,N-diphenyl-amino)-triphenylamine); MTDATA(4,4',4"-tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine); TPD(N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-[1,1'-biphenyl]-4,4'-diamine); TAPC(1,1-bis[(di-4-tolylamino) phenyl]cyclohexane); ETPD(N,N'-bis(4-methylphenyl)-N,N'-bis(4-ethylphenyl)-[1,1'-(3,3'-dimethyl)biphenyl]-4,4'-diamine); PDA(tetrakis-(3-methylphenyl)-N,N,N',N'-2,5-phenylenediamine); TPS(a-phenyl-4-N,N-diphenylaminostyrene); DEH(p-(diethylamino)benzaldehyde diphenylhydrazone); TPA(triphenylamine); MPMP(bis[4-(N,N-diethylamino)-2-methylphenyl](4-methylphenyl)methane); PPR 또는 DEASP(1-phenyl-3-[p-(diethylamino)styryl]-5-[p-(diethylamino)phenyl]pyrazoline); DCZB(1,2-trans-bis(9H-carbazol-9-yl)cyclobutane); TTB(N,N,N',N'-tetrakis(4-methylphenyl)-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine); a-NPB(N,N'-bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis-(phenyl)benzidine); 포르피린 화합물(porphyrinic compounds)(예, 구리 프탈로시아닌) 등(전술한 예에 한정되지는 않음)이 있다. 상업적으로 이용되는 정공 전송 중합체로는, 예컨대 poly(9,9,-dioctyl-fluorene-co-N-(4-butylphenyl)diphenylamine), 폴리비닐카르바졸(polyvinylcarbazole), (페닐메틸)폴리실란((phenylmethyl)polysilane), 폴리(다이옥시티오펜)(poly(dioxythiophenes)), 폴리아닐린(polyanilines), 폴리피롤(polypyrroles) 등(전술한 예에 한정되지는 않음)이 있다. 또 다른 예로는, PEDOT(polyethylene dioxythiophene)가 있다. 전술한 정공 전송 분자를 폴리스티렌(polystyrene), 폴리카보나이트(polycarbonate) 등과 같은 중합체에 도핑함으로써 정공 전송 중합체를 얻는 것도 또한 가능한다.

전자 전송 층은 전자 전송을 용이하게 하며, 또한 버퍼 층 또는 제한 층(confinement layer)으로 역할하여 층 인터페이스(layer interfaces)에서 여기자(exciton)의 퀀칭(quenching)을 방지한다. 바람직하게는, 상기 층은 전자 이동도를 증가시키고 여기자 퀀칭을 감소시킨다. 광 전자 전송 층에 사용되는 전자 전송 물질의 예로는, AIQ(tris(8-hydroxyquinolato)aluminum), BAIq(bis(2-methyl-8-quino!inolato)(p-phenyiphenolato)aluminum), HfQ(tetrakis-(8-hydroxyquinolato)hafnium), ZrQ(tetrakis-(8-hydroxyquinolato)zirconium) 등의 금속 킬레이트 옥시노이드 화합물(metal chelated oxinoid compounds); PBD(2- (4-biphenyiyl)-5~(4-t-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole), TAZ(3-(4-biphenylyl)-4-phenyl-5-(4-t-butylphenyl)-1,2,4-triazole), TPBI(1,3,5-tri(phenyl-2- benzimidazole)benzene) 등의 아졸 화합물(azole compounds); 2,3-bis(4- fluorophenyl)quinoxaline 등의 퀴녹살린 유도체; DPA(4,7~diphenyl-l,10~ phenanthroline), DDPA(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) 등의 페난트로틴(phenanthrotines); 및 이들의 혼합물을 들 수 있다.

따라서, 본 발명의 제2 형태에 따른 광전 장치의 실시예는 애노드 층, HTL (층), 광전 층, 캐소드 층으로 이루어진 층들의 시퀀스(sequence)를 포함한다. 다른 실시예는 애노드 층, 광전 층, ETL (층), 캐소드 층을 포함한다. 또 다른 실시예는 애노드 층, 정공 전송 층, 광전 층, ETL (층), 캐소드 층을 포함한다.

본 발명에 따르면, 우수한 광전 장치를 제공할 수 있으며, 상기 광전 장치를 보다 효율적으로 제조할 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 특징들을 상세 설명한다.
도 1은 본 발명의 제2 형태에 따른 광전 장치의 제1 실시예를 도시한 것이다.
도 1a는 도 1의 IA에 따른 상기 실시예의 일 측면을 도시한 것이다.
도 1b는 동일 측면에 따른 상기 실시예의 제1 변형예의 일부를 도시한 것이다.
도 1c는 동일 측면에 따른 상기 실시예의 제2 변형예의 일부를 도시한 것이다.
도 1d는 동일 측면에 따른 상기 실시예의 제3 변형예의 일부를 도시한 것이다.
도 1e는 동일 측면에 따른 상기 실시예의 제4 변형예의 일부를 도시한 것이다.
도 1f는 동일 측면에 따른 상기 실시예의 제5 변형예의 일부를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 제2 형태에 따른 광전 장치의 제2 실시예를 도시한 것이다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 제1 형태에 따른 방법의 일 실시예를 도시한 것이다.
도 3a는 상기 방법의 제1 단계(S1)의 결과를 도시한 것이다.
도 3b는 상기 방법의 제2 단계(S2)의 결과를 도시한 것이다.
도 3c는 상기 방법의 제3 단계(S3)의 결과를 도시한 것이다.
도 3d는 상기 방법의 제4 단계(S4)의 결과를 도시한 것이다.
도 3e는 상기 방법의 제5 단계(S5)의 결과를 도시한 것이다.
도 3f는 상기 방법의 제6 단계(S6)의 결과를 도시한 것이다.
도 4는 도 3a 내지 도 3f의 방법에 의해 얻어진 장치의 사진을 도시한 것이다.
도 5는 도 3a 내지 도 3f의 방법에 의해 얻어진 또 다른 장치의 사진을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 제2 형태에 따른 장치의 대안적인 실시예를 도시한 것이다.
도 6a는 도 6의 상세 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 형태에 따른 장치의 추가 대안적인 실시예를 도시한 것이다.
도 7a는 본 발명의 제2 형태에 따른 장치의 또 다른 대안적인 실시예를 도시한 것이다.
도 7b는 본 발명의 제2 형태에 따른 장치의 또 다른 대안적인 실시예를 도시한 것이다.
도 7c는 본 발명의 제2 형태에 따른 장치의 또 다른 대안적인 실시예를 도시한 것이다.

이하의 상세한 설명에서는, 본 발명의 완전한 이해를 위하여 다양한 구체적인 특징들이 설명될 것이다. 그러나, 당업자는 이러한 구체적인 특징들 없이도 본 발명이 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 다른 예로, 본 발명의 특징들을 흐리지 않기 위해 공지된 방법들, 절차들, 및 구성요소들에 대한 상세 설명은 생략하였다.

도면에서, 층(layers)과 영역(regions)의 크기 및 상대적 크기는 명료성을 위해 과장되어 표현될 수 있다.

제1, 제2, 제3 등의 용어는 다양한 구성요소, 컴포넌트, 영역, 층 및/또는 섹션을 표현하기 위해 사용될 수 있으며, 이러한 구성요소, 컴포넌트, 영역, 층 및/또는 섹션이 이러한 용어에 의해 제한되는 것은 아니다. 이러한 용어는 하나의 구성요소, 컴포넌트, 영역, 층 또는 섹션을 또 다른 구성요소, 컴포넌트, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해 사용된다. 따라서, 제1 구성요소, 컴포넌트, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 설명과 상관없이 제2 구성요소, 컴포넌트, 영역, 층 또는 섹션으로 명명될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 도면을 참조하여 설명되는데, 상기 도면은 본 발명의 이상적인 실시예 및 중간 구조들을 나타낸 것이다. 예를 들어, 제조 기술 및/또는 허용오차의 결과로서 도면의 형상으로부터의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 여기에 도시된 영역들의 특정 형태에 제한되는 것으로 이해되어서는 안되며, 제조로 인한 형태의 변형을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

만약 특별히 정의되지 않았으면, 여기에 사용된 모든 용어들(기술적 및 과학적 용어들을 포함함)은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자가 공통적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 것과 같은 용어은 관련 기술의 맥락(context)에서의 그 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 만약 여기에 정의되어 표현되지 않았다면 이상적인 또는 과도한 형식적 지각(formal sense)에서 해석되어서는 안된다. 여기에 언급된 모든 공개자료, 특허 출원, 특허, 및 기타 참조문헌들은 본 발명에 참조되어 결합된다. 만약 충돌되는 경우에는, 본 발명의 명세서에서 적절히 해결할 것이다. 추가적으로, 물질들, 방법들 및 실시예들은 예시적인 것이며, 이에 제한되는 것은 아니다.

참고로, 도면에서 유사한 구성요소에 대하여는 유사한 도면부호를 사용하였다.

도 1은 본 발명의 제2 형태에 따른 광전 장치의 제1 실시예를 도시한 것이다.

상기 광전 장치는, 제1 전극 층(20), 상기 제1 전극 층(20) 위에 위치하는 유기 광전 층(30), 상기 광전 층(30) 위에 위치하는 패턴화된 도전 층(40), 상기 패턴화된 도전 층(40)을 구비하는 상기 광전 층(30) 위에 위치하는 투과성 제2 전극층(50)을 포함한다.

광전 장치는 기판(10) 상에 구현될 수 있다. 기판(10)은, 예컨대 유리판(glass plate)과 같은 단단한 기판(rigid substrate)을 사용할 수 있다. 대안적으로, 기판(10)은, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET; polyethylene terephthalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN; polyethylene naphthalate), 폴리이미드(PI; polyimide), 폴리에테르이미드(PEI; polyetherimide), 폴리에테르설폰(PES; polyethersulfone), 폴리설폰(PSF; polysulfone), 폴리페닐렌 설파이드(PPS; polyphenylene sulfide), 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK; polyether ether ketone), 폴리아릴레이트(PAR; polyarylate), 폴리아미드-이미드(PAI; polyamide-imide) 등과 같은 중합체(polymer)로부터 생성된 기판과 같은 유연성 기판(flexible substrate)을 사용할 수 있다. 다른 형태의 수지 물질(resin materials)은 폴리시클로올레핀(polycycloolefin) 수지, 아크릴(acrylic) 수지, 폴리스티렌(polystyrene), ABS, 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리아미드(polyamide) 수지, 폴리 염화 비닐(polyvinyl chloride) 수지, 폴리카보네이트(polycarbonate) 수지, 폴리페닐렌에테르(polyphenyleneether) 수지, 셀룰로오스(cellulose) 수지 등을 포함한다.

중합체 기판은 바람직하게는, 예컨대 기판(10)과 제1 전극(20) 사이에, 배리어 층(barrier layer)을 구비한다. 배리어 층은, 예컨대 실리콘 니트라이드(silicon nitride) 층 및 실리콘 옥사이드(silicon oxide) 층과 같이, 서로 다른 무기 층들(inorganic layers)을 상호 교차(alternating)시킨 시퀀스(sequence)를 포함한다. 대안적으로, 배리어 층은 유기 층에 의해 상호 분리되는 적어도 한 쌍의 무기 층들을 포함할 수 있다.

이 경우, 제1 전극 층(20)은 애노드(anode)를 형성하고, 정공 주입 층(hole injection layer)(PEDOT)(25)이 애노드(20)와 광전 층(30) 사이에 배치된다. 캐소드(cathod)를 형성하는 제2 (투과성) 전극(50)의 자유 표면(free surface)은 배리어 층(60)에 의해 커버된다.

도 1a는 도 1의 IA 방향에서 바라본 평면도로서 패턴화된 도전층(40)을 도시한 것이다. 명료성을 위해, 기판(10)을 제외한 나머지 부분들은 도시하지 않았다. 본 실시예에서, 패턴화된 도전 층은, 개구부(opening)(43)를 형성하는 가늘고 긴 도전 소자(elongated electrically conductive elements)(41)를 구비하는, 육각형 미로(hexagonal maze) 형태이다.

그러나, 다른 실시예도 가능하다. 예들 들어, 도 1b에 도시된 사각형 미로 형태, 도 1c에 도시된 삼각형 미로 형태, 또는 도 1d에 도시된 팔각형 미로 형태도 가능하다. 대안적으로 도전 층은, 도 1e에 도시된 바와 같이, 복수개의 평행선 형태로 패턴화될 수 있다. 평행선 패턴은, 도 1f에 도시된 바와 같이, 비교적 넓은 버스 바(busbar)와 결합될 수 있다. 실제에 있어서, 도전 층(40) 패턴은, 광자 방사선(photon radiation)이 투과(transmission)될 수 있도록, 일정하게 이격된 복수개의 개구부(43)를 포함한다. 바람직하게는, 개구부는 패턴화된 도전 층에 의해 정의되는 평면 상에서 확장되는 가늘고 긴 도전 소자(41)에 의해 경계가 형성되며, 상기 가늘고 긴 도전 소자는 상기 평면에서 그 폭(width)의 적어도 10배 이상의 길이(length)를 갖는다. 도전 소자는, 예컨대, 그 폭의 0.001 내지 10배 범위 높이를 가질 수 있다. 도 1b, 1c, 1d에 도시된 바와 같이, 패턴화된 도전 층(40)은 접촉 영역(contact field)(44)을 구비할 수 있으며, 이에 의해 패턴화된 도전 층(40)과 외부 도체 사이에 전기적 접촉을 용이하게 할 수 있다. 도 1a 내지 1d에 도시된 실시예에서, 가늘고 긴 도전 소자(41)는 약 0.5 내지 5mm, 예컨대 약 1mm의 길이를 가질 수 있다. 도 1e 및 1f에 도시된 실시예에서, 가늘고 긴 도전 소자(41)는 장치(device)의 전체 폭 또는 길이를 넘어 확장될 수 있으며, 0.5 내지 5mm의 간격으로, 예컨대 서로 1mm 거리로 이격되어 배치될 수 있다. 소자의 폭은 약 50㎛이다. 그러나, 응용예에 따라서, 다른 값의 폭(예, 1 내지 500㎛ 구간)이 선택될 수도 있다. 통상적으로, 가늘고 긴 도전 소자는 수 ㎛의 높이를 갖는다. 도 1f의 실시예에서, 패턴화된 도전 층(40)은 버스 바(42)를 더 포함한다.

도 2는 본 발명에 따른 장치의 대안적인 실시예를 도시한 것이다. 본 실시예에서, 전극(20)은 금속 포일(metal foil), 예컨대, 0.1mm 두께를 갖는 스틸 포일(steel foil) 형태로 구현되었다. 전극으로 역할하는 금속 포일은 또한 습기와 산소에 대해 배리어(barrier)를 제공한다. 선택적으로, 상기 장치는 실링 링(sealing ring)(70)에 의해 측면 실링될 수 있다.

도 3a 내지 3f는 광전 장치를 제조하기 위한 본 발명의 제2 형태에 따른 방법의 일 실시예를 도시한 것이다. 본 실시예의 형태로, 상기 방법은 도 1에 대략적으로 도시된 그리고 도 1f에 도시된 바와 같은 패턴화된 도전 층(40)을 갖는 광전 소자를 제조하는데 사용될 수 있다.

도 3a 내지 3f에 도시된 방법의 실시예는, 전극(20)이 약 50㎛의 두께를 갖는 스테인레스 스틸 포일의 형태로 구비되는, 도 3a에 도시된 제1 단계(S1)를 포함한다. 실제 적용에 따라서, 더 얇은 금속 포일(예, 20㎛)이나 더 두꺼운 금속 포일(예, 300㎛)이 사용될 수도 있다. 본 실시예의 경우, 장치는 2×2cm의 크기를 갖는다. 전극(20)으로 역할하는 스테인레스 스틸 포일은 또한 장치를 위한 기판을 형성할 수 있으며 습기와 산소에 대한 배리어로서 기능할 수 있다. 다른 실시예에서, 장치는 별도의 기판, 예컨대 유리판 형태의 단단한 기판 또는 중합체 포일(예, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)로 만든 포일) 형태의 유연성 기판을 구비할 수 있다. 중합체 포일은, 예컨대 서로 다른 형태의 무기 서브층(sub-layers)의 시퀀스(sequence) 또는 유기 평탄화 층(organic planarization layers)에 의해 분리된 무기 서브층을 포함하는, 배리어 층을 구비할 수 있다.

장치의 효과를 개선시키기 위해, 제2 단계(S2)에서 스핀 코팅(spincoating)에 의해 정공 주입 층(25)이 형성된다. 이 경우, 정공 주입 층은 10 내지 500nm 범위의 두께(여기서는, 100nm의 두께)를 갖는 PEDOT(polyethylene dioxythiophene) 층이다.

도 3c는 정공 주입 층(25)을 구비하는 제1 전극 층(20) 위에 스핀 코팅에 의해 유기 광전 층(30)(여기서는, 옐로우 폴리(파라-페닐렌 비닐렌)(yellow poly(para-phenylene vinylene)) 유도체)이 증착되는 제3 단계를 보여준다. 물론, 다른 종류의 중합체나 소분자 전계발광 물질이 전계발광 층을 위해 사용될 수도 있다. 유기 광전 층(30)의 두께는 50 내지 200nm 범위에서 다양하게 선택될 수 있다. 본 실시예의 경우, 약 100nm의 두께를 가진다. 제4 단계(S4)에서, 도 3d에 도시된 바와 같이, 유기 광전 층(30) 위에 패턴화된 도전 층(40)이 증착된다. 도전 층(40)은 프린팅 공정(printing process)에 의해, 예컨대 도 1f에 도시된 패턴과 같이, 증착된다.

이를 위하여, Cabot(Cabot Printing Electronics and Displays, USA)에서 구입한 에틸렌 글리콜/에탄올 혼합물 내의 은 나노 입자 분산액(silver nanoparticle dispersion)을 사용하였다. 은 잉크(silver ink)는 30 내지 50nm 범위의 직경을 갖는 은 나노 입자 20 wt%를 포함한다. 잉크의 점성(viscosity) 및 표면장력(surface tension)은 각각 14.4 mPa.s 및 31 mN/m이다.

은 나노 입자 분산액은, 10 pL 카트리지(DMC-11610)를 구비하는 Dimatix DMP 2800(Dimatix-Fujifilm Inc., USA) 형태의 압전 잉크젯 프린트를 사용하는, 잉크젯 프린팅에 의해서 유기 광전 층에 인가된다. 그것의 프린트 헤드는 직경 30 ㎛의 16개 평행 정방형 노즐(16 parallel squared nozzles)을 포함한다. 분산액은 커스터마이징 파형(customized wave form)(평균 노즐 전압 28 V, 주파수 20 kHz, 메니스커스 셋 포인트(meniscus set point) 4 inches H2O, 프린팅 높이(printing height) 0.5 mm, 드롭 간격(drop space) 20 ㎛)을 이용하여 프린팅된다. 라인 폭(line width)은 100 ㎛ 값으로 설정된다. 패턴화된 도전 층(40)은, 서로 1 mm의 거리로 일정하게 이격되어, 상호 평행한 라인들의 시리즈(series) 형태로 프린팅된다. 이러한 프린팅 단계는 대기 상태(atmospheric conditions)에서 수행된다.

제5 단계(S5)에서, 도 3e에 도시된 바와 같이, 패턴화된 도전 층(40)을 구비하는 유기 광전 층(30) 위에 투과성 제2 전극 층(50)이 구비된다. 본 실시예에서, 투과성 제2 전극 층(50)은 제1 및 제2 서브 층을 포함한다. 유기 광전 층에 더 가까이 위치하는 제1 서브 층은 바륨(barium)으로 형성되고 5 nm의 두께를 갖는다. 유기 광전 층에 보다 멀리 위치하는 제2 서브 층은 ITO로 형성되고 50 내지 500 nm의 두께를 갖는다. 다를 실시예에서, 제1 서브 층은 예컨대 5 ~ 40 nm의 두께를 갖는 MgAg로 형성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, Li, CuPc(copper phthalocyanine), LiF, Al, Ag 등과 같은 다른 종류의 물질로 이루어진 다른 서브 층들이 사용될 수도 있다. ITO 서브 층 대신에, IZO 등과 같은 다른 종류의 투과성 금속 산화물(transparent metal oxide)이 서브 층을 위해 사용될 수도 있다.

마지막으로 제6 단계(S6)에서, 도 3f에 도시된 바와 같이, 투과성 제2 전극 층(50) 위에 복수개의 서브 층(미도시)을 포함하는 배리어 층(barrier layer)(60)이 구비된다.

추가적으로, 상기 장치는, 도 2 및 도 6에 도시된 바와 같이, 습기 및/또는 산소의 측면 확산(lateral diffusion)을 방지하기 위하여 실링(sealing)(70)에 의해 측면 실링될 수 있다. 실런트(sealant)로 사용하기 위한 적절한 물질로는 무기 입자로 충진된 아크릴 수지(acrylate resins) 또는 에폭시 수지(epoxy resins) 등이 있다. 대안적으로, 실링은 기능 층들(functional layers) 영역을 넘어 배리어 층들을 확장함으로써 구비될 수 있으며, 이에 따라 배리어 층들은 도 7a 또는 도 7b에 도시된 바와 같이 기능 층들을 완전히 포위(encapsulate)하게 되고, 이 경우 금속 기판(10)은 제2 배리어 층으로 역할하게 된다.

도 4는 도 3a 내지 도 3f을 참조하여 설명한 방법에 의해 얻어진 장치의 사진을 도시한 것이다.

도 5는 도 3a 내지 도 3f의 방법에 의해 얻어진 또 다른 장치의 사진을 도시한 것이다. 상기 장치에서, 기판(또한 스틸 포일)은 15×15 cm 크기를 갖는다. 패턴화된 도전 층(40)은 도 1a에 도시된 바와 같이 육각형 미로(hexagonal maze) 구조로 형성된다. 패턴화된 도전 층(40)의 미로 구조는 약 5 mm의 길이, 100 ㎛의 폭, 2 ㎛의 높이를 갖는 가늘고 긴 도전 소자를 포함한다.

도 6은 본 발명의 제2 형태에 따른 광전 장치의 추가적인 실시예를 도시한 것이다. 여기서 상기 장치는, 동일 출원인에 의해 제출된 EP 2158176호 특허출원에 개시된 바와 같이, 투과성 물질 안에 삽입된(embedded) 패턴화된 도전 층 형태로 추가적인 션팅 구조체(shunting structure)(22)를 구비한다. 상기 구조체는 도 6a에 보다 상세히 도시되어 있다. 여기서, 참조번호 10은 투과성 기판(예, 유리 판, 중합체 판)을 나타낸다.

도 6a에 도시된 바와 같이, 추가적인 션팅 구조체(22)는 제1 무기 층(221), 유기 층(222), 제2 무기 층(223), 및 패턴화된 도전 층(224)를 포함한다. 도전 층(224)은 예컨대 도 1a 내지 1f를 참조하여 설명한 방식으로 패턴화될 수 있다.

도 7은 본 발명의 제2 형태에 따른 장치의 또 다른 실시예를 도시한 것이다. 여기서, 상기 장치는 패턴화된 도전 층(40)의 패턴에 상응하여 패턴화되는 절연 층(insulating layer)(45)을 더 구비한다. 패턴화된 절연 층(45)은, 패턴화된 도전 층(40)과 광전 층(30) 사이에 직접적인 접촉을 차단시켜, 상기 장치에서 전기적 단락(short)을 방지한다. 패턴화된 절연 층(45)의 라인 형상 특성부(lineshaped features)의 폭은 패턴화된 도전 층(40)의 라인 형상 특성부의 폭보다 최대 20% 정도 더 크며, 이에 따라 패턴화된 절연 층(45)은 패턴화된 도전 층(40)을 넘어 측면으로 약간 확장된다.

도 7의 광전 장치는 도 6 및 6a과 유사하게 션팅 구조체(22)를 더 구비한다.

도 7a는 본 발명의 제2 형태에 따른 장치의 또 다른 대안적인 실시예를 도시한 것이다. 본 실시예에서, 배리어 층들(60, 21)은 그 사이에 배치된 기능 층들(22, 25, 30, 40, 45, 50)에 의해 사용되는 영역을 넘어 확장된다. 또한, 배리어 층들(21, 60)은 이러한 기능 층들을 완전히 포위(encapsulate)하게 된다.

도 7b는 본 발명의 제2 형태에 따른 장치의 또 다른 대안적인 실시예를 도시한 것이다. 본 실시예에서, 배리어 층(60) 및 금속 기판(10)(이는 또한 배리어 층으로 역할함)은 그 사이에 배치된 기능 층들(22, 25, 30, 40, 45, 50)에 의해 사용되는 영역을 넘어 확장된다. 또한, 배리어 층(60) 및 금속 기판(10)은 이러한 기능 층들을 완전히 포위(encapsulate)하게 된다.

도 7c는 본 발명의 제2 형태에 따른 장치의 또 다른 대안적인 실시예를 도시한 것이다. 도 7c에 도시된 장치는, 패턴화된 도전 층에 의해 형성되는 패턴과 적어도 실질적으로 상응하는 패턴으로 절연 물질을 부분적으로 증착시키는 단계를 포함하는 방법에 의해 얻어질 수 있다. 도 7a 및 7b에 도시된 실시예에서, 상기 단계는 제1 일함수(workfunction)를 갖는 물질로 된 제1 전극 층을 제공하는 단계(S1) 이후에 수행될 수 있다. 그러나, 여기서, 패턴화된 도전 층에 의해 형성되는 패턴과 적어도 실질적으로 상응하는 패턴으로 절연 물질을 부분적으로 증착시키는 단계는 제1 전극 층 위에 유기 광전 층을 제공하는 단계에 선행된다. 이에 따라, 도 7c의 실시예에서, 패턴화된 절연 층(45)은 제1 전극 층(25)과 유기 광전 층(30) 사이에 위치하여 형성된다.

도 7a 및 7b의 실시예에서, 패턴화된 절연 층(45)의 라인 형상 특성부(lineshaped features)의 폭은 패턴화된 도전 층(40)의 라인 형상 특성부의 폭보다 최대 20% 정도 더 크며, 이에 따라 패턴화된 절연 층(45)은 패턴화된 도전 층(40)을 넘어 측면으로 약간 확장된다.

도 7a 및 7b의 실시예에서, 패턴화된 절연 층(45)은, 패턴화된 도전 층(40)과 제1 전극 층(25)(예, PEDOT 층) 사이에 직접적인 전기적 접촉을 방지한다. 패턴화된 절연 층(45)이 없을 경우, 패턴화된 도전 층(40)을 프린팅할 때 도전성 물질을 포함하는 용매(solvent)가 유기 광전 층(30)을 통해 부분적으로 누출될 수 있어 단락을 야기할 수 있다. 패턴화된 절연 층(45)은 이러한 현상을 방지한다.

한편, 지금까지 실시예 및 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만 이러한 설명은 예시적인 것이지 제한적인 것은 아니다. 즉, 본 발명은 개시된 실시예들에 한정되는 것은 아니다.

또한, 개시된 실시예들에 대한 다양한 변형이 가능하며, 본 기술분야의 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 도면, 설명, 특허청구범위 등을 학습함으로써 다양한 응용이 가능할 것이다.

예를 들어, 비록 본 발명이 OLED 형태의 전계발광 장치를 참조하여 상세히 설명되었지만, 본 발명은 또한 다른 종류의 전계발광 장치에도 적용될 수 있다. 마찬가지로, 본 발명은 광전지 장치(photovoltaic devices), 일렉트로크로믹 장치(electrochromic devices), 디스플레이(displays) 등에도 적용될 수 있다.

특허청구범위에 있어서, "포함하는(comprising)"이란 용어는 다른 구성요소(elements) 또는 단계(steps)를 배제하는 것이 아니며, 부정관사 'a' 또는 'an'은 복수개를 배제하는 것은 아니다. 하나의 프로세서 또는 다른 유니트가 청구범위에 언급된 몇몇 항목(items)의 기능들을 수행할 수도 있다. 어떠한 방식들이 서로 다른 청구항에서 언급되어 있다는 단순한 사실이 개선을 위해 이러한 방식들의 결합이 사용될 수 없다는 것을 의미하지는 않는다. 그리고, 청구항에 사용된 도면부호는 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

Claims

OLED 장치의 제조 방법에 있어서,
제1 일함수를 갖는 물질의 제1 전극 층을 제공하는 단계(S1);
상기 제1 전극 층 위에 유기 광전 층을 제공하는 단계(S3);
상기 유기 광전 층 위에 패턴화된 도전 층을 프린팅하는 단계(S4); 및
상기 패턴화된 도전 층을 구비하는 상기 유기 광전 층 위에, 제1 일함수보다 낮은 제2 일함수를 갖는 물질의 투과성 제2 전극 층을 제공하는 단계(S5)를 포함하고,
상기 제1 전극 층을 제공하는 단계(S1) 이후에 그리고 상기 유기 광전 층을 제공하는 단계(S3) 이전에, 상기 패턴화된 도전 층에 의해 형성된 패턴에 적어도 실질적으로 상응하는 패턴으로 절연 물질을 부분적으로 증착시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 OLED 장치의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 전극 층을 제공하는 단계(S1) 이후에 그리고 상기 유기 광전 층을 제공하는 단계(S3) 이전에, 정공 주입 층(25)을 제공하는 단계(S2)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 OLED 장치의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 패턴화된 도전 층은 잉크젯 프린팅에 의해 구비되는 것을 특징으로 하는 OLED 장치의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 패턴화된 도전 층은 스크린 프린팅에 의해 구비되는 것을 특징으로 하는 OLED 장치의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 광전 층의 표면은 표면 에너지 변형제(surface energy modifying agent)를 구비하는 것을 특징으로 하는 OLED 장치의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 패턴화된 도전 층은 용융된 금속 또는 금속들의 합금의 프린팅에 의해 구비되는 것을 특징으로 하는 OLED 장치의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 패턴화된 도전 층은 금속 입자들 또는 유기 금속 복합체의 현탄액 또는 콜로이드 용액의 형태로 구비되는 것을 특징으로 하는 OLED 장치의 제조 방법.
OLED 장치에 있어서,
제1 일함수를 갖는 물질의 제1 전극 층(20);
상기 제1 전극 층(20) 위에 위치하는 유기 광전 층(30);
상기 유기 광전 층(30) 위에 프린팅된 패턴화된 도전 층(40);
상기 패턴화된 도전 층(40)을 구비하는 유기 광전 층(30) 위에 위치하며, 제1 일함수보다 낮은 제2 일함수를 갖는 물질의 투과성 제2 전극 층(50); 및
상기 유기 광전 층(30)과 상기 패턴화된 도전 층(40) 사이에 또는 상기 제1 전극 층(20)과 상기 유기 광전 층(30) 사이에 위치하며, 상기 패턴화된 도전 층(40)에 적어도 실질적으로 상응하는 패턴화된 절연 층(45)을 포함하는 것을 특징으로 하는 OLED 장치.
제8항에 있어서,
상기 제1 전극 층은 기판(10) 상에 증착되거나 또는 기판(20)을 형성하는 것을 특징으로 하는 OLED 장치.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 제1 전극 층(20)과 상기 패턴화된 절연 층(45) 사이에 정공 주입 층(25)이 구비되는 것을 특징으로 하는 OLED 장치.
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