KR20040021221A - 유기 ｅｌ 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기 EL(electroluminescence)소자에 관한 것으로, 특히 광효율을 향상시키는 유기 EL 소자에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명에 따른 유기 EL 소자는 기판과, 이 기판의 후면에 형성된 양극용 투명전극과, 이 투명 전극 위에 형성된 유기 물질의 유기 발광층과, 상기 유기 발광층 위에 형성된 음극용 전극을 포함하는 유기 EL에 있어서, 상기 기판 위에 투명한 광학 필름을 부착하는 것을 특징으로 한다.

Description

유기 ＥＬ 소자{organic electroluminescence device}

본 발명은 유기 EL(electroluminescence)에 관한 것으로, 특히 광효율을 향상시키는 유기 EL 소자에 관한 것이다.

일반적으로 유기 EL 디스플레이 소자는 전자 주입 전극(음극)과 정공 주입 전극(양극) 사이에 형성된 유기막에 전하를 주입하면 전자와 정공이 쌍을 이룬 후 소멸하면서 빛을 내는 소자로서 낮은 전압에서 구동이 가능하고, 또한 전력 소모가 비교적 적은 것이 특징이다.

도 1은 일반적인 유기 EL(electroluminescence) 소자의 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 투명 기판(1) 위에 양극 물질(2)을 입힌다.양극(하부 전극) 물질로는 흔히 ITO(indium tin oxide)가 쓰인다.

그 위에 정공 주입층(HIL : hole injecting layer)(3)을 입힌다. 정공 주입층(3)으로는 주로 CuPc(copper phthalocyanine)를 10~30nm 두께로 입힌다.

다음 정공 수송층(HTL : hole transport layer)(4)을 형성하는데, 흔히 N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-(1-1'-biphenyl)-4,4'-diamine(TPD) 또는 4,4'-bis[N-(1-naphthy1)-N-pheny1-amino]bipheny(NPD)를 30~60nm 정도 증착하여 입힌다.

그 위에 유기 발광층(organic emitting layer)(5)을 형성한다. 이때 필요에 따라 불순물(dopant)을 첨가하는데, 녹색 발광의 경우 흔히 유기 발광층(5)으로 Alq₃(tris(8-hydroxy-quinolate)aluminum)을 30~60nm 정도 증착하며, 불순물로는 큐머린 6(coumarin 6) 또는 Qd(Quinacridone)를 많이 쓰고, 레드 불순물로는 DCM, DCJT, DCJTB 등을 쓴다.

그 위에 전자 수송층(ETL : electron transport layer)(6) 및 전자주입층(7)(EIL : electron injecting layer)을 연속적으로 형성하거나, 아니면 전자주입 수송층을 형성한다.

또한, 녹색 발광의 경우 상기 유기 발광층(5)으로 이용되는 Alq₃가 좋은 전자수송 능력을 갖기 때문에 전자 주입/수송층을 쓰지 않는 경우도 많은데, 전자 주입층(EIL : electron injection layer)(7)으로 LiF 나 Li₂O를 5Å 정도 얇게 입히거나 또는 Li, CA, Mg, Sm 등 알카리 금속 또는 알카리토 금속을 200Å 이하로 입혀서 전자의 주입을 좋게 한다.

다음 음극(8)으로 Al을 1000Å 정도 입히고, 그 위에 유기층의 퇴화(degradation)를 막기 위한 보호막으로 하이드로포빅(hydrophobic)한 저중합체(oligomer)나 폴리머, SiO2, SiOxNy, SiN, Al2O3, Al:Ti, SrO 와 같은 산화막이나 금속막이 사용된다.

도 2는 일반적인 다운 에미션 방식의 유기 EL 소자내의 굴절률에 의한 산란을 나타내는 도면으로, 유기 발광 디스플레이는 발광하는 면에 따라 다운 에미션(down emission)과 탑 에미션(top emission)으로 나누어진다.

다운 에미션 소자를 만들 경우 기판으로 글래스를 사용하는데, 이 경우 유기 발광층과 글래스 계면사이에서의 굴절률 차이로 인한 산란으로 외부 발광 효율이 감소하게 되는데 발광층의 굴절율은 대체로 1.6~1.8의 값을 가진다.

상기 값을 통해 일반적으로 유기층과 전극계면에서의 굴절율차에 의한 효율 감소는 다음 식 (1)을 통해 43% 이상 웨이브가이딩되어 광 손실로 일어나는 것을 알 수 있다.

ŋ_oc.org=cosθ_org-sub...............................................(식 1)

그러므로, 실제 유기층과 전극을 통해 방출되는 빛은 식 (2)을 통해 계산해 보면 이상적인 경우 57% 이하의 광만 나오게 된다.

ŋ_oc.sub 1/2n_org ²................................................(식 2)

이중 발광면의 굴절률에 따라 수십 %까지 빛의 감소가 일어난다.

이와 같은 굴절률에 의한 광 산란은 유기 발광 소자의 밝기(brightness)를 줄여, 고 휘도의 발광을 하기 위해 많은 소비전력을 사용하게 되어 높은 전압으로 인해 유기 발광체에 많은 스트레스를 가하게 되고, 이로 인해 유기층의 산화나 열분해로 인한 구조파괴를 가져오는 문제가 있다.

그리고, 광 산란에 의한 손실을 줄이기 위해 기판으로 플라스틱을 사용하기도 하지만, 전극 증착시 기판의 열 안정성이 낮아 변형이 일어나고, 열에 의한 표면의 모폴로지가 변형을 일으켜 전극의 저항증가를 가져온다.

또한, 디스플레이의 크기가 증가할 경우 기존의 패시브 방식에서 액티브 방식을 사용하게 되고, 이 경우 트랜지스터 사용으로 인해 유기 발광 면적이 감소하게 되어 전체적인 발광 휘도가 더욱 감소하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 유기 발광 소자의 내부 변형 없이 기판에 광학 필름을 부착하여 광 손실을 줄이는 유기 EL 소자를 제공하고자 한다.

도 1은 일반적인 유기 EL(electroluminescence) 소자의 단면도

도 2는 일반적인 다운 에미션 방식의 유기 EL 소자내의 굴절률에 의한 산란을 나타내는 도면

도 3은 본 발명에 따른 유기 EL(electroluminescence) 소자의 단면도

도 4는 본 발명에 따른 폭 6㎛ 로 형상된 마이크로 렌즈를 보여주는 도면

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기 EL 소자는 기판과, 이 기판의 후면에 형성된 양극용 투명전극과, 이 투명 전극 위에 형성된 유기 물질의 유기 발광층과, 상기 유기 발광층 위에 형성된 음극용 전극을 포함하는 유기 EL에 있어서, 상기 기판 위에 투명한 광학 필름을 부착하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 필름의 재료는 PDMS, PP, PC, PVA, PE, PET와 같은 고분자중 하나이다.

그리고, 상기 필름의 모양은 플랫(flat) 또는 콘, 메사, 반원 등과 같은 일정한 모양중 하나 이며, 상기 필름의 일정한 모양에 광 경로차 필름(λ/4)을 부착한다.

또한, 상기 광 경로차 필름위에 선형(linear) 폴라라이저를 부착하며, 상기 필름위에 무반사 코팅처리를 하기도 한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 유기 EL 소자를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 유기 EL 소자를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 폭 6㎛ 로 형상된 마이크로 렌즈를 보여주는 도면으로, 먼저 투명 기판 위에 양극 물질을 입힌다. 양극(하부 전극) 물질로는 흔히 ITO(indium tin oxide)가 쓰인다.

그리고, 상기 기판 위에 광 효율 증가를 위한 광학 필름을 부착한다.

상기 광학 필름을 부착하기 위해서는 필름을 성형 가공하는데, 이 성형 가공은 다양한 형상이 가능하나 굴절 산란에 의한 광 손실을 막기 위해 플랫(flat), 콘 타입이나, 메사, 반원구조와 같은 형상을 이용한다.

예를 들어 콘 타입의 경우 콘의 사이즈는 폭이 10㎛ 이내이고 높이는 5㎛ 이내가 선호되어지는데 도 4는 폭 6㎛ 로 형상된 마이크로 렌즈를 보여주고 있다.

상기 광학 필름으로 사용되는 재료는 PDMS, PP, PC, PVA, PE, PET와 같은 고분자를 사용한다.

또한 굴절율 값이 1.6 이상의 것이 적당하며 광투과율이 90이상 선호된다.

그리고, 상기 마이크로 렌즈 위에 광 경로차 필름(λ/4)을 부착하는데, 여기에 사용되는 필름으로 PMMA, PET, PVA, PU 와 같은 고분자가 선호되어지며, 필름의 두께는 30㎛ 이내이며, 광경로차 필름 위에 선형 폴라라이저를 부착하는데, 광경로차 필름과 선형 폴라라이저를 부착하는 원형 폴라라이저가 되어지며, 이 두 필름으로 인해 기판에 의한 반사를 줄일 수 있게 된다.

상기 폴라라이저로 사용되는 재료로 PVA와 액정형상의 필름이 선호되어지고 일반 투과성 고분자를 일축연신에 의해 제작되어지기도 한다.

또한, 각각의 필름을 부착할 경우 각 계면상태가 중요하며, 부착시 라미네이팅 레진을 사용하거나 산소 플라즈마에 의한 접착을 시킨다.

이어서 기판위에 정공 주입층(HIL : hole injecting layer)을 입힌다. 정공 주입층으로는 주로 CuPc(copper phthalocyanine)를 10~30nm 두께로 입힌다.

다음 정공 수송층(HTL : hole transport layer)을 형성하며, 흔히 N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-(1-1'-biphenyl)-4,4'-diamine(TPD) 또는 4,4'-bis[N-(1-naphthy1)-N-pheny1-amino]bipheny(NPD)를 30~60nm 정도 증착하여 입힌다.

그 위에 유기 발광층(organic emitting layer)을 형성한다. 이때 필요에 따라 불순물(dopant)을 첨가하는데, 녹색 발광의 경우 흔히 유기 발광층으로 Alq₃(tris(8-hydroxy-quinolate)aluminum)을 30~60nm 정도 증착하며, 불순물로는 큐머린 6(coumarin 6) 또는 Qd(Quinacridone)를 많이 쓰고, 레드 불순물로는 DCM,DCJT, DCJTB 등을 쓴다.

그 위에 전자 수송층(ETL : electron transport layer) 및 전자주입층(EIL : electron injecting layer)을 연속적으로 형성하거나, 아니면 전자주입 수송층을 형성한다.

또한, 녹색 발광의 경우 상기 유기 발광층으로 이용되는 Alq₃가 좋은 전자수송 능력을 갖기 때문에 전자 주입/수송층을 쓰지 않는 경우도 많은데, 전자 주입층(EIL : electron injection layer)(7)으로 LiF 나 Li₂O를 5Å 정도 얇게 입히거나 또는 Li, CA, Mg, Sm 등 알카리 금속 또는 알카리토 금속을 200Å 이하로 입혀서 전자의 주입을 좋게 한다.

다음 음극으로 Al을 1000Å 정도 입히고, 그 위에 유기층의 퇴화(degradation)를 막기 위한 보호막으로 하이드로포빅(hydrophobic)한 저중합체(oligomer)나 폴리머, SiO2, SiOxNy, SiN, Al2O3, Al:Ti, SrO 와 같은 산화막이나 금속막이 사용된다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명은 유기 발광층과 기판과의 굴절율차에 의한 광을 효율 감소를 줄일 수 있으며, 다운 에미션 방식의 발광 소자의 구조는 글라스 기판에 의한 웨이브가이딩되어 잃게되는 광의 손실을 막아줌으로써 고효율의 발광 특성을 소자에 부여할 수 있고, 필름을 사용할 경우 약 30%이상의 광효율 증가를 얻을 수 있는 효과가 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정하는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해서 정해져야 한다.

Claims (6)

1. 기판과, 이 기판의 후면에 형성된 양극용 투명전극과, 이 투명 전극 위에 형성된 유기 물질의 유기 발광층과, 상기 유기 발광층 위에 형성된 음극용 전극을 포함하는 유기 EL에 있어서,

   상기 기판 위에 투명한 광학 필름을 부착하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 필름의 재료는 PDMS, PP, PC, PVA, PE, PET와 같은 고분자중 하나 인 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 필름의 모양은 플랫(flat) 또는 콘, 메사, 반원 등과 같은 일정한 모양중 하나 인 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 필름의 일정한 모양에 광 경로차 필름(λ/4)을 부착하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 광 경로차 필름 위에 선형(linear) 폴라라이저를 부착하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
6. 제 3, 4, 5항에 있어서,

   상기 필름위에 무반사 코팅처리를 하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.