KR20060023634A - 전면 유기 발광 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 면광원 및 디스플레이로 사용되는 유기 발광 소자에 관한 것으로, 특히 광효율을 향상시키는 전면발광(top-emission) 방식의 유기 발광 소자에 관한 것이다. 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 기판과, 이 기판 위에 형성된 투명한 양전극과, 이 투명 전극 위에 형성된 유기 발광층과, 이 유기 발광층 위에 형성된 음전극을 포함하는 유기 발광 소자에 있어서, 기판과 양전극 사이에 반사율이 높은 금속으로 이루어진 반사판을 포함하고, 투명한 음전극을 사용하며, 봉지 기판으로 평면 유리 기판을 이용하여 유기 발광 소자를 봉지하며, 1um ~ 50um의 스페이서가 들어간 실런트 혹은 20um ~ 100um의 필름 형태의 흡습제를 사용하여 유기 발광 소자와 봉지 기판 사이의 간격을 일정하게 해주는 것을 특징으로 한다.

encapsulation, sealing, 봉지, 인캡, 백라이트, 적층형, 유기 전계 발광 소자, 전면 발광, top-emission, 면광원

Description

전면 유기 발광 소자 및 그 제조방법 {Top-emission organic light emitting diode and its manufacturing method}

도 1은 일반적인 후면발광(down-emission) 방식의 유기 발광 소자를 나타내는 도면

도 2는 일반적인 후면발광 방식의 유기 발광 소자에서 기판에서 발생하는 빛의 산란을 나타내는 도면

도 3은 본 발명에 따른 상기 전면발광 방식의 유기 발광 소자를 간단히 나타낸 도면

도 4는 본 발명에 따른 유기 발광층이 3층으로 되어 있는 유기 발광 소자의 구조를 간단히 나타낸 도면

도 5는 일반적인 후면발광 방식의 유기 발광 소자의 빛이 외부로 방사될 때의 사진

도 6은 본 발명에서 제작한 전면발광 방식의 유기 발광 소자의 빛이 외부로 방사될 때의 사진

본 발명은 면광원 및 디스플레이로 사용되는 유기 발광 소자에 관한 것으로, 특히 광효율을 향상시키는 전면발광(top-emission) 방식의 유기 발광 소자에 관한 것이다.

유기 발광 소자는 넓은 시야각을 가지고, 낮은 전압에서 구동이 가능하고, 비교적 전력 소모가 적은 특징을 가지므로 디스플레이의 면광원으로 사용될 수 있고, 얇고 가벼우며 색도가 좋기 때문에 차세대 디스플레이로 각광을 받고 있다.

도 1은 일반적인 후면발광(down-emission) 방식의 유기 발광 소자를 나타내는 도면이다.

일반적인 후면 발광 방식의 유기 발광 소자는 도 1과 같이 먼저 투명 기판위에 투명 양전극을 입힌다.

그 위에 정공주입층, 정공수송층, 유기 발광층, 전자수송층, 전자주입층의 유기물을 순서대로 적층하며, 그 위에 음극을 입힌다. 소자를 수분이나 산소 등으로부터 보호하기 위하여 SiO2, SiNx, Al2O3 와 같은 산화막을 적층하기도 한다.

도 1과 같이 후면발광 방식의 유기 발광 소자를 만들 경우 일반적으로 글래스를 기판으로 사용하는데, 이 경우 유기 발광층과 글래스 계면 사이에 굴절률의 차이로 인한 산란이 일어나게 되는데, 이것은 유기 발광층 내부에서 발생한 빛이 기판 외부로 나올 때 발광 효율을 감소시키는 큰 원인이 된다.

도 2는 일반적인 후면발광 방식의 유기 발광 소자에서 기판에서 발생하는 빛의 산란을 나타내는 도면이다.

유기물의 굴절율은 대략 1.6 ~ 1.8 의 값을 가지며, 내부 발광 효율을 100%라 가정한다면, 다음 식(1)을 통하여 유기층과 전극, 글래스 계면을 통과하여 나오는 외부 발광 효율은 대략 20% 이하의 광만 방출되는 것을 볼 수 있다.

...................................식 (1)

위와 같은 굴절률에 의한 빛의 산란은 유기 발광 소자의 외부 발광 효율을 감소시키는 원인이 되며, 높은 휘도를 내기 위해서 높은 구동전압을 요하게 되어 많은 소비 전력이 필요하게 되며, 높은 구동 전압으로 인하여 유기 발광 소자의 수명에도 큰 영향을 미치게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 전면발광 방식의 유기 발광 소자를 취하고, 봉지 기판과 소자 사이에 굴절율이 낮은 질소 분위기 등을 유지하여 유기 발광 소자를 봉지함으로써 유기 발광층과 글래스 계면사이에 생기는 빛의 산란을 최대한 줄여 외부 발광 효율을 증가시키는데 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 의한 유기 발광 소자의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

하기 실시예는 본 발명에 따른 면광원을 위한 전면발광 방식의 유기 발광 소자에 관한 것으로, 발광층이 3층으로 되어 있는 구조의 필드 시퀀셜 칼라 적층형 유기 발광 소자를 제작하는 방법을 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 상기 전면발광 방식의 유기 발광 소자를 간단히 나타낸 것이며, 도 4는 상기 발광층이 3층으로 되어 있는 유기 발광 소자의 구조를 간단히 나타낸 것이다.

상기 유기 발광 소자의 제작 방법은 다음과 같다.

먼저 투명 기판 위에 제 1 전극으로 ITO(indium tin oxide)와 같은 투명한 도전막을 형성한다. 그러나 ITO는 투명하기 때문에 기판과 상기 제 1 전극 사이에 반사율이 좋은 반사층 예를 들어, Cr, Al, Ag, Ni 등과 같은 금속을 삽입한다. 상기 반사층은 발광부에서 발광하는 빛을 전면발광 시켜주는 역할을 할뿐더러 ITO의 저항을 낮춰주는 역할을 한다. 상기 반사층은 일반적으로 진공 열 증착이나 스퍼터 법으로 소정의 막 두께를 형성한다.

이어서, 상기 제1전극이 형성된 기판 위에 제1발광부을 구성한다.

상기 제1발광부의 구조는 다음과 같다.

도 4와 같이 상기 제1전극이 형성된 기판 위에 CuPC, MTDATA 등의 유기막으로 된 100Å의 정공 주입층과 NPB, TPD 등의 유기막으로 된 500Å의 정공 수송층과 Alq₃ 혹은 Alq₃:C545T(0.5%) 등으로 된 300Å의 녹색(Green) 발광층과 Alq₃로 된 300Å의 전자 수송층과 LiF, BCP:Cs로 된 5Å의 전자 주입층을 진공 열 증착법으로 연속 증착하여 제1발광층을 구성한다.

이어서, 상기 제1발광층의 경계면에 형성되는 투명 전극을 형성하는 단계에서 이미 형성된 유기박막의 손상을 최소화하기 위해 Al 20Å와 Ag 100Å로 구성된 반투과 메탈 버퍼층을 삽입한다.

이어서, 상기 메탈 버퍼층위에 ITO 600Å으로 된 투명한 제2전극을 형성한다. 상기 제2전극 위에 일함수를 조정하기 위하여 대기압 및 진공 상태에서 산소 및 질소 혹은 아르곤 이온으로 일정 시간동안 플라즈마 처리한다.

이어서, 상기 제2전극이 형성된 기판 위에 상기 제1발광부를 형성할 때와 같은 방법으로 Alq₃:DCJTB (1%) 로 된 300Å의 적색(red) 발광층을 가진 제2발광부를 형성한다.

이어서, 상기와 같은 방법으로 메탈 버퍼층을 형성하고, 제3전극을 형성한다.

이어서, 상기 제3전극이 형성된 기판 위에 상기 제1발광부를 형성할 때와 같은 방법으로 SAlq 혹은 DPVBi 등으로 된 300Å의 청색(Blue) 발광층을 가진 제3발광부를 형성한다.

이어서, 상기 제3발광층의 경계면에 형성되는 투명 전극을 형성하는 단계에서 이미 형성된 유기박막의 손상을 최소화하기 위해 Al 20Å와 Ag 100Å로 구성된 반투과 메탈 버퍼층을 삽입한다. 이어서, 상기 메탈 버퍼층위에 ITO 600Å으로 된 투명한 제4전극을 형성한다.

이어서, 상기 제4전극이 형성된 기판 위에는 발광 소자를 보호하고 방습기능을 겸하는 한층 이상의 보호막이 구성된다. 본 실시예에서는 상기 보호막을 NPB, Alq₃ 등의 투명 유기막 혹은 SiN, SiON 등으로 된 투명 무기막을 이용하여 각각 1000Å의 두께로 형성하였다.

하기 실시예에서는 상기 실시예에서 제작한 전면발광 유기 발광 소자를 봉지하는 방법을 설명하였다.

도 3에서와 같이 상기 전면발광 유기 발광 소자와 봉지 기판 사이에 소자내의 수분 및 산소 침투 방지, 소자와 봉지 기판의 일정한 갭을 유지하기 위하여 필름 형태의 흡습제를 삽입하고 투명한 실런트를 가장자리에 도포하여 이중의 보호막을 형성하여 유기 발광 소자를 봉지한다. 또한, 상기 유기 발광 소자를 봉지할 때, 투명한 실런트에 구형이나 정사각기둥 등의 일정한 모양의 스페이서를 집어넣어 간격이 일정하게 유지한다.

상기와 같이 전면발광 유기 발광 소자를 봉지할 때는 고순도의 질소 분위기에서 하는 것이 바람직하다.

도 5는 일반적인 후면발광 방식의 유기 발광 소자의 빛이 외부로 방사될 때의 사진이고, 도 6은 상기와 같이 제작한 전면발광 방식의 유기 발광 소자의 빛이 외부로 방사될 때의 사진이다.

도 5에서와 같이 후면발광 방식은 유기 발광층과 글래스 계면 사이에서 굴절률의 차이로 인하여 웨이브가이딩이 많이 생기는 것을 볼 수 있고, 도 6에서와 같이 전면발광 방식은 유기 발광층과 글래스 계면 사이에 질소층이 삽입되어 글래스 계면에서 생기는 웨이브가이딩이 많이 감소한 것을 볼 수가 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명은 후면발광 방식의 유기 발광 소자에서 나타나는 유기 발광층과 기판과의 굴절율 차이에 의한 광 효율의 감소를 줄이기 위하여, 전면발광 방식의 유기 발광 소자를 제작하고, 봉지기판과 유기 발광 소자 사이에 질소분위기를 유지하며, 평면 유리 기판을 이용하여 소자를 봉지하여, 글래스 기판에 의해 웨이브가이딩되어 감소하는 광의 손실을 막아줌으로써 약 25% 정도의 광효율 증가를 얻을 수 있는 효과가 있다.

또한 실런트와 흡습제의 이중 보호막을 이용하여 유기 발광 소자의 효율 및 수명에 나쁜 영향을 끼치는 산소나 수분의 침투를 최대한으로 억제하여 유기 발광 소자의 효율 및 수명 향상에 크게 기여하는 장점을 가지고 있다.

Claims (13)

1. 디스플레이 및 면광원에 이용하는 전면발광 방식의 유기 발광 소자의 대한 것으로,

   특히 각 소자의 발광층이 각각 전극으로 구분되어져 개별 구동이 가능한 1 층 이상 다수 층으로 적층하여 유기 발광 소자를 제작하는 단계;와

   유기 발광 소자의 봉지 기판으로 평면 유리 기판을 이용하여, 질소 분위기에서 봉지하는 단계;와,

   스페이서 볼 혹은 파이버(fiber)가 포함된 실런트를 사용하여 상부 봉지 기판과 하부 유기 발광 소자의 간격을 일정하게 하여 봉지하는 단계;와,

   또는 흡습제를 사용하여 상부 봉지 기판과 하부 유기 발광 소자와의 간격을 일정하게 하여 봉지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전면발광 방식의 유기 발광 소자.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 유기 발광 소자의 발광층에 있어서,

   적색, 녹색, 청색, 백색의 발광층 중 선택되어진 어느 하나 이상을 순차적으로 적층할 뿐만 아니라, 모든 층을 하나의 색 예를 들어, 적색 또는 녹색 또는 청색 또는 백색 등으로 하여 고휘도의 단색이 나오게 하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 유기 발광 소자를 봉지함에 있어서,

   두 개의 유기 전계 발광 소자의 간격을 일정하게 유지하기 위하여 실런트에 1μm ~ 20μm의 스페이서 볼 혹은 파이버(fiber) 등을 첨가하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 실런트를 사용함에 있어서,

   상기 실런트는 열에 의해 경화되는 열경화성 실런트를 특징으로 하는 유기 발광 소자.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 실런트를 사용함에 있어서,

   상기 실런트는 자외선 또는 가시광선에 의해 경화되는 광경화성 실런트를 특징으로 하는 유기 발광 소자.
6. 제 3 항에 있어서,

   상기 실런트를 사용함에 있어서,

   상기 실런트는 Ca, Ba, CaO, BaO, MgO 등의 흡습기능을 가진 물질이 첨가된 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 유기 발광 소자를 봉지함에 있어서,

   유기 발광 소자와 봉지 기판 사이의 간격을 일정하게 유지하기 위하여 20μm ~ 200μm의 두께를 가진 흡습제를 사용하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 유기 발광 소자를 봉지함에 있어서,

   상기 흡습제를 사용하지 아니하고, 스페이서 볼 혹은 파이버가 첨가된 실런트만을 이용하여 봉지하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 유기 발광 소자를 봉지함에 있어서,

   상기 실런트를 사용하여 실링을 할 때, 실 라인(seal line)에 일정 크기의 구멍을 두어 1차 경화 후, 실런트를 사용하여 구멍을 막은 후 2차 경화하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 전면발광 유기 발광 소자를 제작함에 있어서,

    기판과 전극 사이에 반사판의 역할을 하는 반사율이 높은 금속 예를 들어 Al, Cr, Ag, Ni APC(Ag, Pd, Cu alloy) 등과 같은 금속을 삽입하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 전면발광 유기 발광 소자를 제작함에 있어서,

    소자내의 수분 및 산소 침투 방지의 목적으로 Alq₃, NPB 등의 유기물층 혹은 SiO_x, Si_xN_x 등의 무기 박막층을 소자위에 적층하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 전면발광 유기 발광 소자를 중,대형화 하기 위하여,

    대면적의 기판에 유기 발광 소자를 제작하고, 일정한 틀(zig)에 넣은 후에 정확히 정렬(align)하여 흡습제를 삽입한 후 실런트를 도포하여 결합 시킨 후, 상판과 하판을 동시에 재단(scribe)하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 제작 방법.
13. 제 1 항에 있어서,

    상기 전면발광 유기 발광 소자의 광 효율을 증가시키기 위하여,

    봉지 기판의 상면에 프리즘시트등의 광학필름을 접착하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.

Images