KR102072798B1 - 보조 전극을 포함하는 유기 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 구현예에 따라서 기판; 상기 기판 위의 제1 전극; 상기 제1 전극 위의 제1 유기층 패턴; 상기 제1 유기층 패턴과 교대로 위치하고, 위 아래의 절연층 및 그 사이의 보조 전극으로 이루어진 보조 전극 패턴; 상기 제1 유기층 패턴과 상기 보조 전극 패턴 위의 발광층; 상기 발광층 위의 제2 유기층; 및 상기 제2 유기층 위의 제2 전극; 을 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.

Description

보조 전극을 포함하는 유기 발광 소자{Organic light emitting device comprising auxiliary electrode}
본 발명은 유기 발광 소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보조 전극을 포함하는 유기 발광 소자에 관한 것이다.
유기 발광 소자는 전압을 걸면 자체가 발광하는 물질을 이용한 소자로서 고휘도, 우수한 콘트라스트, 다색화, 대시야각, 고응답속도 및 저구동전압의 장점을 갖는다.
유기 발광 소자는 유기 발광층이 애노드(anode)과 캐소드(cathode) 사이에 개재된 구조를 하고 있다. 전압을 인가하면 애노드로부터 정공이, 캐소드로부터 전자가 유기 발광층으로 주입된다. 주입된 정공과 전자들은 유기 발광층 내에서 인접한 분자 사이에서 전자 교환을 일으키며 반대 전극으로 이동하여 간다. 그리고 어떤 분자에서 전자와 정공이 재결합한 경우 높은 에너지의 여기 상태(excited state)를 갖는 분자 여기자(exiton)를 형성한다. 분자 여기자가 낮은 에너지의 바닥 상태(ground state)로 돌아오면서 재료 고유의 빛을 방출한다.
애노드 및 캐소드에 걸리는 전압이 유기 발광 소자에 사용된 재료 및 구조에 의해 제한되고 따라서 유기 발광 소자의 전하 운반체의 주입량 및 발광량이 제한된다.
소자의 재료 및 구조에 의하여 제한을 받지 않고 전하 운반체의 양을 조절할 수 있는 유기 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 구현예에 따라서 기판; 상기 기판 위의 제1 전극; 상기 제1 전극 위의 제1 유기층 패턴; 상기 제1 유기층 패턴과 교대로 위치하고, 위 아래의 절연층 및 그 사이의 보조 전극으로 이루어진 보조 전극 패턴; 상기 제1 유기층 패턴과 상기 보조 전극 패턴 위의 발광층; 상기 발광층 위의 제2 유기층; 및 상기 제2 유기층 위의 제2 전극; 을 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.
상기 보조 전극 패턴이 상기 제1 전극 위에 위치할 수 있다.
상기 보조 전극 패턴에서 상기 절연층이 상기 보조 전극의 측면에도 더 형성되어 상기 보조 전극이 상기 절연층 내에 위치할 수 있다.
상기 제2 전극은 상기 보조 전극 패턴과 오버랩되는 보조 전극-오버랩 전극 및 상기 제1 유기층 패턴과 오버랩되는 제1 유기층-오버랩 전극을 포함할 수 있다. 이때 상기 보조 전극-오버랩 전극 및 상기 제1 유기층-오버랩 전극은 서로 절연되어 있다.
상기 제1 전극은 상기 제1 유기층 패턴과 함께 제1 전극-제1 유기층 패턴을 형성하고, 상기 제1 전극-제1 유기층 패턴은 상기 보조 전극 패턴과 교대로 위치할 수 있다.
상기 제1 전극-제1 유기층 패턴 및 상기 보조 전극 패턴이 상기 기판 위에 위치할 수 있다.
상기 제1 전극은 애노드이고, 상기 제2 전극은 캐소드일 수 있다. 이때 상기 제1 유기층 패턴은 정공 수송층, 정공 주입층, 정공 수송 및 정공 주입 기능을 갖는 층 또는 이들 중 2 이상의 층을 포함하고, 상기 제2 유기층은 전자 수송층, 전자 주입층, 전자 수송 및 전자 주입 기능을 갖는 층 또는 이들 중 2 이상의 층을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극은 캐노드이고, 상기 제2 전극은 애소드일 수 있다. 이때 상기 제1 유기층 패턴은 전자 수송층, 전자 주입층, 전자 수송 및 전자 주입 기능을 갖는 층 또는 이들 중 2 이상의 층을 포함하고, 상기 제2 유기층은 정공 수송층, 정공 주입층, 정공 수송 및 정공 주입 기능을 갖는 층 또는 이들 중 2 이상의 층을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에 따라서 기판; 상기 기판 위의 제1 전극; 상기 제1 전극 위의 제1 유기층; 상기 제1 유기층 위의 발광층; 상기 발광층 위의 제2 유기층 패턴; 상기 제2 유기층 패턴과 교대로 위치하고, 위, 아래의 절연층 및 그 사이에 개재되고, 일 측면이 상기 제2 유기층 패턴과 접촉하는 보조 전극으로 이루어진 보조 전극 패턴; 및 상기 제2 유기층 패턴 위의 제2 전극; 을 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.
상기 제2 전극은 상기 보조 전극 패턴과 오버랩되는 보조 전극-오버랩 전극 및 상기 제2 유기층 패턴과 오버랩되는 제2 유기층-오버랩 전극을 포함할 수 있다. 이때 상기 보조 전극-오버랩 전극 및 상기 제2 유기층-오버랩 전극은 서로 절연되어 있다.
상기 제2 전극은 상기 제2 유기층 패턴과 함께 제2 전극-제2 유기층 패턴을 형성하고, 상기 제2 전극-제2 유기층 패턴은 상기 보조 전극 패턴과 교대로 위치할 수 있다.
상기 제1 전극은 애노드이고, 상기 제2 전극은 캐소드일 수 있다. 이때 상기 제1 유기층은 정공 수송층, 정공 주입층, 정공 수송 및 정공 주입 기능을 갖는 층 또는 이들 중 2 이상의 층을 포함하고, 상기 제2 유기층 패턴은 전자 수송층, 전자 주입층, 전자 수송 및 전자 주입 기능을 갖는 층 또는 이들 중 2 이상의 층을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극은 캐소드이고, 상기 제2 전극은 애노드일 수 있다. 이때 상기 제1 유기층은 전자 수송층, 전자 주입층, 전자 수송 및 전자 주입 기능을 갖는 층 또는 이들 중 2 이상의 층을 포함하고, 상기 제2 유기층 패턴은 정공 수송층, 정공 주입층, 정공 수송 및 정공 주입 기능을 갖는 층 또는 이들 중 2 이상의 층을 포함할 수 있다.
상기 절연층은 예를 들어 Si, Al, Hf, Ti, Zr, 또는 Ta 의 산화막 또는 질화막과 같은 무기물, PMMA, PI, PVP, PES, PS, 또는 PEA와 같은 유기물, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
상기 보조 전극은 예를 들어 Cr, Al, Ag, Au, Ti 또는 Cu 등의 금속, 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리메틸렌비닐렌(polymethylenevinylene), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리페닐렌(polyphenylene), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리(3-알킬-티오펜)(poly(3-alkyl-thiophene)) 등의 전도성 고분자, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 절연층과 상기 보조 전극은 각각 투명한 물질로 이루어질 수 있다.
보조 전극의 전압을 조절함에 의하여 보조 전극과 접하는 제1 유기층 패턴 내에 공핍층이 확장 또는 축소되고 이로 인하여 유기 발광 소자 내를 이동하는 전하 수송체의 양을 조절하고, 이에 따라서 소자의 발광량을 조절하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 2는 다른 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 3은 다른 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 4는 다른 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 5는 다른 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 6은 다른 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 7은 다른 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하여 위하여 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자(100)의 개략적인 단면도이다.
유기 발광 소자(100)는 순차적으로 형성된 기판(101), 제1 전극(111), 제1 유기층 패턴(131), 보조 전극 패턴(120), 발광층(133), 제2 유기층(135) 및 제2 전극(141)을 포함한다.
기판(101)은 통상적인 유기 발광 소자에서 사용되는 기판을 사용할 수 있다. 기판(101)은 기계적 강도, 열적 안정성, 투명성, 표면 평활성, 취급 용이성 및 방수성이 우수한 유리 기판 또는 투명 플라스틱 기판로 형성될 수 있으며, 한편, 실리콘, 스텐리스 스틸과 같은 불투명한 물질로 형성될 수도 있다.
기판(101) 위에 제1 전극(111)이 형성되어 있다. 제1 전극(111)은 애노드일 수 있고, 상대적으로 일함수가 높은 물질로 이루어질 수 있다. 제1 전극(111)은 예를 들면, ITO(인듐 주석 산화물), IZO(인듐 아연 산화물), ZnO(아연 산화물), AZO(Al 도핑된 아연 산화물), In2O3(인듐 산화물) 또는 SnO2(주석 산화물)과 같은 투명한 전도성 산화물로 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 전극(111)은 증착법 또는 스퍼터링법 등을 통하여 형성할 수 있다.
제1 전극(111) 위로 보조 전극 패턴(120)과 제1 유기층 패턴(131)이 교대로 형성되어 있다. 보조 전극 패턴(120)은 서로 이격되어 있는 복수의 패턴으로 이루어져 있고, 제1 유기층 패턴(131)은 복수의 보조 전극 패턴(120) 사이에 위치하고 있다.
보조 전극 패턴(120) 및 제1 유기층 패턴(131)은 일반 리소그래피 패터닝, 임프린트, 리프트 오프 공정 등을 이용하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 보조 전극 패턴(120)을 먼저 형성한 후, 보조 전극(122) 위에 보조 전극 형태의 추가층 패턴을 형성하고, 제1 유기층을 기판 전면에 형성한 후 추가층 패턴을 뜯어내는 리프트-오프 방법으로 제1 유기층 패턴(131)을 형성할 수 있다. 또는 보조 전극 패턴(120)의 형성과 별도로 제1 유기층 패턴(131)을 쉐도우 마스크를 사용하여 기상 증착으로 형성할 수 있다. 또는 제1 유기층 재료를 패턴이 형성된 몰드를 이용하여 기판 위에 임프린트하여 제1 유기층 패턴(131)을 형성할 수 있다.
보조 전극 패턴(120)은 위 아래의 절연층(121) 사이에 개재된 보조 전극(122)으로 이루어져 있다.
절연층(121)은 예를 들어 Si, Al, Hf, Ti, Zr, 또는 Ta 의 산화막 또는 질화막과 같은 무기물, PMMA(poly(methyl methacrylate), 폴리(메틸 메타크릴레이트)), PI(polyimide, 폴리이미드), PVP(polyvinylpyrrolidone, 폴리비닐피롤리돈), PES(polyethersulfone, 폴리에스터술폰), PS(polystyrene, 폴리스티렌), 또는 PEA(poly(ester amide), 폴리에스테르 아미드)와 같은 유기물, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
절연층(121)은 예를 들어 화학 기상 증착(CVD), 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD), 스퍼터(sputter), 스핀 코팅(spin coationg), 임프린팅(imprinting), 잉크젯(ink-jet) 등의 방법으로 형성할 수 있다. 절연층(121)은 예를 들어 약 1㎚-1㎛ 두께 범위를 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 절연층(121)은 보조 전극(122)과 상부의 제2 전극(141) 간의 절연 특성을 향상시킬 수 있다.
보조 전극(122)은 예를 들어 ITO, IZO, ZnO, AZO, In2O3, SnO2 과 같은 투명한 전도성 산화물, Li, Mg, Al, Al-Li, Ca, Mg-In, Mg-Ag, 금, 은, 플로토늄, 니켈과 같은 금속; 탄소나노튜브 또는 풀러렌과 같은 탄소 전도성 소재; Si, InP, GaN 등의 반도체로 이루어질 수 있다. 이때 금, 은, 플로토늄, 니켈 등의 금속 및 반도체의 경우 보조 전극(122)을 나노 와이어 형태로 형성할 수 있다.
보조 전극(122)은 예를 들어 CVD, PECVD, 스퍼터, 스핀 코팅, 임프린팅, 잉크젯 등의 방법으로 형성할 수 있다. 보조 전극(122)은 약 1㎚-1㎛ 의 두께 범위를 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
절연층(121)과 보조 전극(122)이 모두 투명한 물질로 이루어질 경우 발광층에서 나오는 빛이 보조 전극에 의하여 차단되는 것을 방지하여 발광면적이 감소하는 것을 방지할 수 있다.
애노드와 캐소드에 걸리는 전압은 유기 발광 소자의 재료 및 구조에 의하여 제한될 수 있다. 따라서 애노드와 캐소드에 걸리는 전압이 제한됨에 따라서 유기 발광 소자의 발광량도 일정한 값으로 제한될 수 있다. 그러나 본 실시예의 유기 발광 소자(100)의 경우 보조 전극(122)의 전압을 조절함에 의하여 보조 전극(122)과 접하는 제1 유기층 패턴(131) 내에 공핍층이 확장 또는 축소되고 이로 인하여 유기 발광 소자(100) 내를 이동하는 전하 수송체(제1 전극(111)이 음극이면 전자, 양극이면 정공)의 양을 조절하고, 이에 따라서 소자의 발광량을 조절하는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 유기 발광 소자(100)의 보조 전극(122)과 제1 유기층 패턴(131) 사이에 쇼트키 장벽이 형성되는 경우, 보조 전극(122)에 상기 쇼트키 장벽의 문턱 전압 이하의 전압을 인가함으로써 누설 전류의 발생을 막고 전하 수송체의 양을 조절하여 발광 특성을 조절할 수 있다.
제1 전극(111)이 애노드일 경우, 제1 유기층 패턴(131)은 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 수송 및 정공 주입 기능을 갖는 정공 기능층 또는 이들 중 2 이상의 층의 패턴을 포함할 수 있다. 정공 주입층, 정공 수송층 또는 정공 기능층은 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 방법을 이용하여 형성할 수 있다.
정공 주입층은 예를 들면, 구리프탈로시아닌 등의 프탈로시아닌 화합물, DNTPD (N,N'-diphenyl-N,N'-bis-[4-(phenyl-m-tolyl-amino)-phenyl]-biphenyl-4,4'-diamine, N,N'-디페닐-N,N'-비스-[4-(페닐-m-톨일-아미노)-페닐]-비페닐-4,4'-디아민), m-MTDATA(4,4',4"-tris(3-methylphenylphenylamino) triphenylamine, 4,4',4"-트리스(3-메틸페닐페닐아미노)트리페닐아민), TDATA(4,4'4"-Tris(N,N-diphenylamino)triphenylamine, 4,4',4"-트리스(N,N'-디페닐아미노)트리페닐아민), 2T-NATA(4,4', 4"-tris{N,-(2-naphthyl)-N-phenylamino}-triphenylamine, 4,4',4"-트리스{N,-(2-나프틸)-N-페닐아미노}-트리페닐아민), PEDOT/PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/Poly(4-styrenesulfonate), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(4-스티렌술포네이트)), Pani/DBSA(Polyaniline/Dodecylbenzenesulfonic acid, 폴리아닐린/도데실벤젠술폰산), Pani/CSA(Polyaniline/Camphor sulfonicacid, 폴리아닐린/캠퍼술폰산) 또는 PANI/PSS (Polyaniline)/Poly(4-styrenesulfonate) 또는 폴리아닐린/폴리(4-스티렌술포네이트)) 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 정공 주입층의 두께는 예를 들어 약 100Å 내지 약 2,000Å일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
정공 수송층은 예를 들어, N-페닐카바졸, 폴리비닐카바졸 등의 카바졸 유도체, TPD(N,N'-bis(3-methylphenyl)-N,N'-diphenyl-[1,1-biphenyl]-4,4'-diamine, N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1-비페닐]-4,4'-디아민) 등과 같은 트리페닐아민계 물질, NPB(N,N'-di(1-naphthyl)-N,N'-diphenylbenzidine, N,N'-디(1-나프틸)-N,N'-디페닐벤지딘), TCTA(4,4',4"-tris(N-carbazolyl)triphenylamine, 4,4',4"-트리스(N-카바졸일)트리페닐아민) 등을 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 정공 수송층의 두께는 예를 들어 약 100Å 내지 약 2,000Å일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
정공 주입층과 정공 수송층 대신 정공 수송 및 정공 주입 기능을 갖는 정공 기능층을 형성할 수 있다. 상기 정공 기능층에는 상술한 바와 같은 정공 주입층 물질 및 정공 수송층 물질 중에서 1 이상의 물질이 포함될 수 있다. 상기 정공 기능층의 두께는 예를 들어 약 100Å 내지 약 1,000Å일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
보조 전극 패턴(120) 및 제1 유기층 패턴(131)은 예를 들어 약 100Å 내지 약 3,000Å의 높이를 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
발광층(EML)(133)이 보조 전극 패턴(120) 및 제1 유기층 패턴(131) 위에 형성되어 있다. 발광층(133)은 공지의 발광 재료 중 1종 이상의 물질로 이루어질 수 있다. 발광층(133)은 예를 들어 호스트, 도펀트 구성을 가질 수 있다.
호스트로서, 예를 들어, Alq3(트리스(8-퀴놀리노레이트)알루미늄), CBP(4,4'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl, 4,4'-비스(N-카바졸일)-1,1'-비페닐), PVK(poly(n-vinylcabazole), 폴리(n-비닐카바졸)), ADN(9,10-di(naphthalene-2-yl)anthracene, 9,10-디(나프탈렌-2-일)안트라센), TCTA(4,4',4''-Tris(carbazol-9-yl)-triphenylamine, 4,4',4''-트리스(카바졸-9-일)-트리페닐아민), TPBI(1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazole-2-yl)benzene, 1,3,5-트리스(N-페닐벤즈이미다졸-2-일)벤젠), TBADN(3-tert-butyl-9,10-di(naphth-2-yl) anthracene, 3-터트-부틸-9,10-디(나프트-2-일) 안트라센), DSA(distyrylarylene, 디스티릴아릴렌), E3 또는 CDBP(4,4′-bis(9-carbazolyl)-2,2′-dimethyl-biphenyl, 4,4′-비스(9-카바졸일)-2,2′-디메틸-비페닐) 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 도펀트로서 공지의 도펀트를 사용할 수 있다. 공지의 도펀트는 형광 도펀트 및 인광 도펀트 중 적어도 하나일 수 있다. 인광 도펀트는 Ir, Pt, Os, Re, Ti, Zr, Hf 또는 이들 중 2 이상의 조합을 포함한 유기 금속 착체일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 공지의 적색 도펀트로서 PtOEP(Pt(II) octaethylporphine: Pt(II) 옥타에틸포르핀), Ir(piq)3 (tris(2-phenylisoquinoline)iridium: 트리스(2-페닐이소퀴놀린)이리듐), Btp2Ir(acac) (bis(2-(2'-benzothienyl)-pyridinato-N,C3')iridium(acetylacetonate): 비스(2-(2'-벤조티에닐)-피리디나토-N,C3')이리듐(아세틸아세토네이트)) 등을 이용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 공지의 녹색 도펀트로서, Ir(ppy)3 (tris(2-phenylpyridine) iridium: 트리스(2-페닐피리딘) 이리듐), Ir(ppy)2(acac) (Bis(2-phenylpyridine)(Acetylacetonato)iridium(III): 비스(2-페닐피리딘)(아세틸아세토) 이리듐(III)), Ir(mppy)3 (tris(2-(4-tolyl)phenylpiridine)iridium: 트리스(2-(4-톨일)페닐피리딘) 이리듐), C545T (10-(2-benzothiazolyl)-1,1,7,7-
tetramethyl-2,3,6,7-tetrahydro-1H,5H,11H-[1]benzopyrano [6,7,8-ij]-quinolizin-11-one: 10-(2-벤조티아졸일)-1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7,-테트라하이드로-1H,5H,11H-[1]벤조피라노 [6,7,8-ij]-퀴놀리진-11-온) 등을 이용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 공지의 청색 도펀트로서, F2Irpic (Bis[3,5-difluoro-2-(2-pyridyl)phenyl](picolinato)iridium(III): 비스[3,5-디플루오로-2-(2-피리딜)페닐(피콜리나토) 이리듐(III)), (F2ppy)2Ir(tmd), Ir(dfppz)3, DPVBi (4,4'-bis(2,2'-diphenylethen-1-yl)biphenyl: 4,4'-비스(2,2'-디페닐에텐-1-일)비페닐), DPAVBi (4,4'-Bis[4-(diphenylamino)styryl]biphenyl: 4,4'-비스(4-디페닐아미노스티릴)비페닐), TBPe (2,5,8,11-tetra-tert-butyl perylene: 2,5,8,11-테트라-터트-부틸 페릴렌) 등을 이용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
발광층(133)이 호스트 및 도펀트를 포함할 경우, 도펀트의 함량은 통상적으로 호스트 약 100 중량부를 기준으로 하여 약 0.01 내지 약 15 중량부의 범위에서 선택될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
발광층(133)은 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 발광층(133)의 두께는 약 100Å 내지 약 1,000Å, 예를 들어 약 200Å 내지 약 600Å일 수 있다. 상기 발광층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 우수한 발광 특성을 나타낼 수 있다.
발광층(133)에 인광 도펀트와 함께 사용할 경우에는 삼중항 여기자 또는 정공이 전자 수송층으로 확산되는 현상을 방지하기 위하여, 상기 정공 수송층과 발광층 사이에 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 방법을 이용하여 정공 저지층(HBL)(미도시)을 형성할 수 있다. 정공 저지층으로서 예를 들면 옥사디아졸 유도체나 트리아졸 유도체, 페난트롤린 유도체 등을 사용할 수 있다. 예를 들어, BCP를 정공 저지층의 재료로서 사용할 수 있다. 정공 저지층(미도시)의 두께는 약 50Å 내지 약 1,000Å, 예를 들어 약 100Å 내지 약 300Å일 수 있다.
발광층(133) 위에 제2 유기층(135)이 형성되어 있다. 제2 유기층(133)은 전자 주입층, 전자 수송층, 전자 수송 및 전자 주입 기능을 갖는 전자 기능층 또는 이들 중 2 이상의 층의 패턴을 포함할 수 있다.
전자 수송층은 예를 들면, Alq3, BCP(2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline, 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린), Bphen(4,7-Diphenyl-1,10-phenanthroline, 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린), TAZ(3-(4-Biphenylyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole, 3-(4-비페닐릴)-4-페닐-5-터트-부틸페닐-1,2,4-트리아졸), NTAZ(4-(Naphthalen-1-yl)-3,5-diphenyl-4H-1,2,4-triazole, 4-(나프탈렌-1-일)-3,5-디페닐-4H-1,2,4-트리아졸), tBu-PBD(2-(4-Biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole, 2-(4-비페닐릴)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸), BAlq(Bis(2-methyl-8-quinolinolato-N1,O8)-(1,1'-Biphenyl-4-olato)aluminum, 비스(2-메틸-8-퀴놀리노라토-N1,O8)-(1,1'-비페닐-4-오라토)알루미늄), Bebq2(beryllium bis(benzoquinolin-10-olate, 베릴륨 비스(벤조퀴놀리-10-노에이트)), ADN(9,10-di(naphthalene-2-yl)anthrascene, 9,10-디(나프탈렌-2-일)안트라센) 등과 같은 공지의 재료를 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 전자 수송층은 진공증착법, 또는 스핀코팅법, 캐스트법 등을 이용하여 형성될 수 있다. 전자 수송층의 두께는 예를 들어 약 100Å 내지 약 1,000Å일 수 있다.
전자 주입층은 예를 들면, LiQ, LiF, Li2O, NaCl, NaF, KF, RbF, CsF, FrF, BeF2, MgF2, CaF2, SrF2, BaO, BaF2 또는 RaF2 의 물질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 전자 주입층은 전자 수송층과 마찬가지로 진공증착법의 방법으로 형성할 수 있다. 전자 주입층의 두께는 약 1Å 내지 약 100Å일 수 있다.
한편, 상기 전자 수송층 및 전자 주입층은 전자 수송 기능 및 전자 주입 기능을 동시에 갖는 전자 기능층으로 대체될 수 있다.
제2 전극(141)이 제2 유기층(133) 위에 형성되어 있다. 제2 전극(141)은 낮은 일함수를 가지는 금속, 합금, 전기전도성 화합물 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 제2 전극(141)은 예를 들면 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag) 등으로 이루어질 수 있다. 한편, 제2 전극(141)는 ITO, IZO를 이용한 투과형 전극을 형성할 수 있는 등 다양한 변형이 가능하다.
선택적으로 제1 전극(111)은 캐소드일 수 있고, 이 경우 제1 전극(111)은 상대적으로 일함수가 낮은 물질로 이루어질 수 있다. 이 경우 제1 전극(111)은 예를 들면, Al, Na, K, Ca, Mg 또는 MoAl 등으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 전극(111)이 캐소드일 경우 제1 유기층 패턴(131)은 전자 주입층, 전자 수송층, 전자 수송 및 전자 주입 기능을 갖는 전자 기능층 또는 이들 중 2 이상의 층의 패턴을 포함할 수 있고, 제2 유기층 패턴(135)은 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 수송 및 정공 주입 기능을 갖는 정공 기능층 또는 이들 중 2 이상의 층의 패턴을 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 유기 발광 소자(200)의 개략적인 단면도이다. 도 2에 따른 유기 발광 소자(200)를 도 2의 유기 발광 소자(200)과의 차이점을 위주로 설명한다.
도 2의 유기 발광 소자(200)는 보조 전극(222)이 절연층(221) 내부에 존재하는 점에서 도 1의 유기 발광 소자(100)과 차이가 있다. 도 1의 유기 발광 소자(100)의 경우 보조 전극(122)이 제1 유기층(131)과 접촉하고 있으므로 보조 전극(122)과 제1 유기층(131) 쇼트기 장벽의 문턱 전압 이하의 전압을 사용해야 하는 한계가 있다. 그러나 본 실시예의 유기 발광 소자(200)의 경우에는 보조 전극(222)이 절연층(221) 내부에 존재함으로써 제1 유기층(231)과 보조 전극(222)이 접촉하지 않기 때문에 쇼트키 접합이 존재하지 않는다. 앞의 실시예와 마찬가지로 제1 유기층(131) 내 전계로 유도되는 전하를 이용, 제1 유기층(131)의 전하 이동도를 선택적 변화시킬 수 있기 때문에 보조 전극(222)에 인가되는 전압에 따라서 발광층(133)에 주입되는 전하의 양을 증가 혹은 감소시킬 수 있다. 본 실시예의 경우 보조 전극(222)은 예를 들어 약 1㎚ -1㎛ 의 두께를 가질 수 있고, 보조 전극 패턴(220)은 예를 들어 약 1㎚ -1㎛ 의 두께를 가질 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 유기 발광 소자(300)의 개략적인 단면도이다. 도 3에 따른 유기 발광 소자(300)를 도 2의 유기 발광 소자(200)과의 차이점을 위주로 설명한다.
도 3의 유기 발광 소자(300)는 제2 전극(341)이 서로 절연되어 있는 복수개의 서브 전극으로 이루어진 점에서 도 1의 유기 발광 소자(100)과 차이가 있다. 도 3을 참조하면, 유기 발광 소자(300)의 제2 전극(341)은 보조 전극(222)과 오버랩되는 보조 전극-오버랩 전극(341a)과 제1 유기층 패턴(231)과 오버랩되는 제1 유기층-오버랩 전극(341b)으로 이루어진다. 이때 보조 전극-오버랩 전극(341a)과 제1 유기층-오버랩 전극(341b)은 서로 절연되어 있다. 유기 발광 소자(300)에서 보조 전극-오버랩 전극(341a)에 제1 유기층-오버랩 전극(341b) 보다 (절대값이) 더 큰 전압을 인가함으로써 보조 전극(222)에 의하여 감소되는 제1 전극(111)과의 전압 차이를 상쇄할 수 있다.
한편, 도 3의 유기 발광 소자(300)에서는 보조 전극(222)이 절연층(221) 내부에 존재하지만, 도 1의 유기 발광 소자(100)에서와 같이 보조 전극이 절연층 위에 존재할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 유기 발광 소자(400)의 개략적인 단면도이다. 도 4에 따른 유기 발광 소자(400)를 도 2의 유기 발광 소자(200)과의 차이점을 위주로 설명한다.
도 4의 유기 발광 소자(400)는 제1 전극(411)이 제1 유기층(331)과 함께 제1 전극-제1 유기층 패턴(410)을 형성하고 보조 전극 패턴(420) 사이에 위치하는 점에서 도 2의 유기 발광 소자(200)과 차이가 있다. 유기 발광 소자(400)에서 제1 전극(411)는 약 1㎚-1㎛ 범위의 두께를 가질 수 있고, 제1 유기층(331)은 약 1㎚-1㎛ 범위의 두께를 가질 수 있다. 도 4를 참조하면, 제1 전극(411)이 보조 전극 패턴(420) 사이에 위치함으로써 제2 전극(141)과의 거리가 줄어들게 되고, 따라서 제1 전극(411)과 제2 전극(141) 사이의 층들에 걸리는 전계를 높일 수 있어서 소자의 발광 효율을 증가시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 유기 발광 소자(500)의 개략적인 단면도이다. 도 5에 따른 유기 발광 소자(500)를 도 2의 유기 발광 소자(200)과의 차이점을 위주로 설명한다.
도 5의 유기 발광 소자(500)는 보조 전극 패턴(520)이 발광층(133)과 제2 전극(141) 사이에서 제2 유기층 패턴(535)과 교대로 위치하고, 제1 유기층(531)이 제1 전극(111)과 발광층(133) 사이에서 패턴을 형성하지 않는 점에서 도 1의 유기 발광 소자(100)과 차이가 있다. 유기 발광 소자(500)에서 발광층(133)과 제2 전극(141) 사이에 위치한 보조 전극 패턴(520)은 도 1 내지 도 4의 유기 발광 소자(100, 200, 300, 400)의 보조 전극 패턴(120, 220, 420)과 동일한 메커니즘에 의하여 유기 발광 소자(500) 내를 이동하는 전하 수송체의 양을 조절할 수 있다. 즉, 보조 전극(522)에 인가되는 전압에 따라 제2 유기층 패턴(535)의 전하 이동도를 변경시킬 수 있기 때문에 결국 유기 발광 소자(500) 내의 전하량을 조절하여 발광량을 증가 또는 감소시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 유기 발광 소자(600)의 개략적인 단면도이다. 도 6에 따른 유기 발광 소자(600)를 도 5의 유기 발광 소자(500)과의 차이점을 위주로 설명한다.
도 6의 유기 발광 소자(600)는 제2 전극(341)이 서로 절연되어 있는 복수개의 서브 전극으로 이루어진 점에서 도 5의 유기 발광 소자(500)과 차이가 있다. 도 6을 참조하면, 유기 발광 소자(600)의 제2 전극(341)은 보조 전극(522)과 오버랩되는 보조 전극-오버랩 전극(341a)과 제2 유기층 패턴(535)과 오버랩되는 제1 유기층-오버랩 전극(341b)으로 이루어진다. 이때 보조 전극-오버랩 전극(341a)과 제2 유기층 패턴(535)은 서로 절연되어 있다. 유기 발광 소자(600)에서 보조 전극-오버랩 전극(341a)에 제1 유기층-오버랩 전극(341b) 보다 (절대값이) 더 큰 전압을 인가함으로써 보조 전극(522)에 의하여 감소되는 제1 전극(111)과의 전압 차이를 상쇄할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 유기 발광 소자(700)의 개략적인 단면도이다. 도 7에 따른 유기 발광 소자(700)를 도 5의 유기 발광 소자(500)과의 차이점을 위주로 설명한다.
도 7의 유기 발광 소자(700)는 제2 전극(641)이 제2 유기층(635)과 함께 제2 전극-제2 유기층 패턴(640)을 형성하고 보조 전극 패턴(620) 사이에 위치하는 점에서 도 5의 유기 발광 소자(500)과 차이가 있다. 유기 발광 소자(700)에서 제2 전극(641)은 1㎚-1㎛ 범위의 두께를 가질 수 있고, 제2 유기층(635)은 1㎚-1㎛ 범위의 두께를 가질 수 있다. 도 7을 참조하면, 제2 전극(641)이 보조 전극 패턴(620) 사이에 위치함으로써 제1 전극(111)과의 거리가 줄어들게 되고, 따라서 제1 전극(111)과 제2 전극(641) 사이의 층들에 걸리는 전계를 높일 수 있어서 소자의 발광 효율을 증가시킬 수 있다.
상기 실시예들에서 제1 전극이 캐소드이고 제2 전극이 애노드일 경우, 제1 유기층 패턴 또는 제1 유기층은 전자 주입층, 전자 수송층, 전자 수송 및 전자 주입 기능을 갖는 전자 기능층 또는 이들 중 2 이상의 층의 패턴을 포함할 수 있고, 제2 유기층 또는 제2 유기층 패턴은 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 수송 및 정공 주입 기능을 갖는 정공 기능층 또는 이들 중 2 이상의 층의 패턴을 포함할 수 있다.
상기 실시예들의 유기 발광 소자에서 전하 수송체의 양을 조절하기 위하여 보조 전극에 전극을 인가하는 방법은 유기 발광 소자가 발광하는 동안 지속적으로 전압을 가하는 방법, 특정한 주기로 전압을 인가하는 방법, 일정한 값의 전압을 가하는 방법, 변화하는 값의 전압을 가하는 방법 등 다양한 방법을 사용할 수 있다. 유기 패턴층의 전하 이동도의 증가 또는 감소를 목적으로 - 또는 + 전압의 사용이 모두 가능하다.
본 발명의 실시예들은 단일 색상을 발광하는 유기 발광 소자, 다색을 발광하는 유기 발광 소자 또는 백색을 발광하는 유기 발광 소자와 같이 다양한 구조의 유기 발광 소자에 적용될 수 있다. 또한 본 발명의 실시예들은 유기층들의 적절한 변형에 의하여 배면 발광뿐만 아니라 전면 발광 및 양면 발광의 유기 발광 소자에도 적용될 수 있다.
101: 기판 111, 411: 애노드
120: 보조 전극 패턴 121, 221, 421, 521, 621: 절연층
122, 222, 422, 522, 622: 보조 전극
131, 231, 331,531: 제1 유기층 133: 발광층
135, 535: 제2 유기층 141b, 241b: 제2 전자 수송층
142: 전자 주입층 151: 캐소드

Claims (20)

  1. 기판;
    상기 기판 위의 제1 전극;
    상기 제1 전극 위의 제1 유기층 패턴;
    상기 제1 유기층 패턴과 교대로 위치하고, 위, 아래의 절연층 및 그 사이에 개재되고, 일 측면이 상기 제1 유기층 패턴과 접촉하는 보조 전극으로 이루어진 보조 전극 패턴;
    상기 제1 유기층 패턴과 상기 보조 전극 패턴 위의 발광층;
    상기 발광층 위의 제2 유기층; 및
    상기 제2 유기층 위의 제2 전극; 을 포함하는 유기 발광 소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 보조 전극 패턴이 상기 제1 전극 위에 위치한 유기 발광 소자.
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 전극은 상기 보조 전극 패턴과 오버랩되는 보조 전극-오버랩 전극 및 상기 제1 유기층 패턴과 오버랩되는 제1 유기층-오버랩 전극을 포함하고, 상기 보조 전극-오버랩 전극 및 상기 제1 유기층-오버랩 전극은 서로 절연되어 있는 유기 발광 소자.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 유기층은 정공 수송층, 정공 주입층, 정공 수송 및 정공 주입 기능을 갖는 층 또는 이들 중 2 이상의 층을 포함하고, 상기 제2 유기층은 전자 수송층, 전자 주입층, 전자 수송 및 전자 주입 기능을 갖는 층 또는 이들 중 2 이상의 층을 포함하는 유기 발광 소자.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 유기층은 전자 수송층, 전자 주입층, 전자 수송 및 전자 주입 기능을 갖는 층 또는 이들 중 2 이상의 층을 포함하고, 상기 제2 유기층은 정공 수송층, 정공 주입층, 정공 수송 및 정공 주입 기능을 갖는 층 또는 이들 중 2 이상의 층을 포함하는 유기 발광 소자.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전극은 애노드이고, 상기 제2 전극은 캐소드인 유기 발광 소자.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전극은 캐소드이고, 상기 제2 전극은 애노드인 유기 발광 소자.
  11. 기판;
    상기 기판 위의 제1 전극;
    상기 제1 전극 위의 제1 유기층;
    상기 제1 유기층 위의 발광층;
    상기 발광층 위의 제2 유기층 패턴;
    상기 제2 유기층 패턴과 교대로 위치하고, 위, 아래의 절연층 및 그 사이에 개재되고, 일 측면이 상기 제2 유기층 패턴과 접촉하는 보조 전극으로 이루어진 보조 전극 패턴; 및
    상기 제2 유기층 패턴 위의 제2 전극; 을 포함하는 유기 발광 소자.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제2 전극은 상기 보조 전극 패턴과 오버랩되는 보조 전극-오버랩 전극 및 상기 제2 유기층 패턴과 오버랩되는 제2 유기층-오버랩 전극을 포함하고, 상기 보조 전극-오버랩 전극 및 상기 제2 유기층-오버랩 전극은 서로 절연되어 있는 유기 발광 소자.
  13. 삭제
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 유기층은 정공 수송층, 정공 주입층, 정공 수송 및 정공 주입 기능을 갖는 층 또는 이들 중 2 이상의 층을 포함하고, 상기 제2 유기층은 전자 수송층, 전자 주입층, 전자 수송 및 전자 주입 기능을 갖는 층 또는 이들 중 2 이상의 층을 포함하는 유기 발광 소자.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 유기층은 전자 수송층, 전자 주입층, 전자 수송 및 전자 주입 기능을 갖는 층 또는 이들 중 2 이상의 층을 포함하고, 상기 제2 유기층은 정공 수송층, 정공 주입층, 정공 수송 및 정공 주입 기능을 갖는 층 또는 이들 중 2 이상의 층을 포함하는 유기 발광 소자.
  16. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 전극은 애노드이고, 상기 제2 전극은 캐소드인 유기 발광 소자.
  17. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 전극은 캐소드이고, 상기 제2 전극은 애노드인 유기 발광 소자.
  18. 제1 항 또는 제11 항에 있어서,
    상기 절연층은 Si, Al, Hf, Ti, Zr, 또는 Ta의 산화막 또는 질화막, PMMA(poly(methyl methacrylate), 폴리(메틸 메타크릴레이트)), PI(polyimide, 폴리이미드), PVP(polyvinylpyrrolidone, 폴리비닐피롤리돈), PES(polyethersulfone, 폴리에스터술폰), PS(polystyrene, 폴리스티렌), PEA(poly(ester amide), 폴리에스테르 아미드) 또는 이들의 조합으로 이루어진 유기 발광 소자.
  19. 제1 항 또는 제11 항에 있어서,
    상기 보조 전극은 ITO, IZO, ZnO, AZO, In2O3, SnO2, Li, Mg, Al, Al-Li, Ca, Mg-In, Mg-Ag, 탄소나노튜브, 풀러렌, 금, 은, 플로토늄, 니켈, Si, InP, 또는 GaN을 포함하는 유기 발광 소자.
  20. 제1 항 또는 제11 항에 있어서,
    상기 절연층과 상기 보조 전극은 각각 투명한 물질로 이루어진 유기 발광 소자.
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