KR20060091651A - 유기발광소자 - Google Patents

Abstract

교류구동이 가능한 패시브 매트릭스 유기발광소자가 개시된다. 유기발광소자는 제1상부전극과 제1하부전극 및 이들 사이에 마련된 제1유전막 및 다중 적층 구조의 제1발광층을 갖는 제1발광부와; 그리고 제1상부전극 상에 마련되는 것으로 상기 제1발광부의 제1상부전극에 적층되는 제2하부전극과 제2하부전극 위의 제2상부전극 그리고 제2하부전극과 제2상부 전극의 사이에 마련되는 제2유전막 및 다중 적층 구조의 제2발광 적층을 가지는 제2발광부;를 구비한다.

유기, 발광, EL, 패시브, 매트릭스, 교류, 캐패시터

Description

유기발광소자{Organic light emitting device}

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 유기발광소자의 개략적 단면을 보인다.

도 2는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 유기발광소자의 등가회로이다.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 유기발광소자의 개략적 단면을 보인다.

도 4는 도 3에 도시된 본 발명에 따르는 유기발광소자의 등가회로이다.

도 5a 내지 도 5l은 본 발명의 제3실시예에 따른 유기발광소자의 제조공정을 보이는 도면이다.

본 발명은 유기발광소자에 관한 것으로 특히 교류구동이 가능한 패시브 매트릭스 유기발광소자에 관한 것이다.

평면 광원이나 평판 디스플레이 등에 사용되는 유기 발광소자는 무기 EL소자에 비하여 대면적화가 용이하고 각종 신재료의 개발에 의하여 소망의 발색이 용이하게 얻어지고 특히 구동전압이 낮은 장점을 가진다.

이러한 유기발광소자는 패시브 매트릭스와 액티브 매트릭스로 구분될 수 있다.

패시브 매트릭스 구조의 경우 개개의 액정이 전체 화면을 표시하는 시간(1/해상도)동안 활성화된다. 이러한 셀 수준 에서 나머지 시간동안은 별도의 전압공급도 없기 때문에 액정에서는 화질저하를 막기 위해 충분히 활성화되어야 할 필요가 있다.

액티브매트릭스의 경우는 패시브매트릭스와 다른 형태로 운용된다. TFT(Thin Film Transistor) 액티브매트릭스에서는 LCD 셀이 LCD 뒷면 유리판에 회로가 형성된 TFT에 의해 활성화되어지고, 이 TFT에 해당 셀 관련 정보가 저장된다. 이 방법을 쓰면 액정을 보다 빠른 속도로 운용할 수 있기 때문에 패시브 매트릭스보다 색상 대비 특성(Contrast)이 훨씬 우수하며, 이로써 더욱 선명한 화질을 구현할 수 있다. 또, 화면 깜빡임도 적어지고 반응시간도 개선되는 효과까지 더해진다. 이로써 동영상 등의 재생에서 더 우수한 특성을 나타낸다. 하지만, 이 방식은 서브픽셀당 트랜지스터를 하나씩 설치해야 하므로 구조적으로 복잡하다는 단점이 있다. 이를테면 XGA 디스플레이에서 필요한 트랜지스터 수는 1024×768×3=2,359,296개이다. 공정을 따져도 매우 복잡하기 때문에 생산 단가가 상승하므로 패시브매트릭스계보다 높은 가격대를 형성한다.

일반적인 패시브 매트릭스 유기발광소자는 스위치 소자가 포함되어 있지 않기 때문에 교류구동에는 적합하지 않으며, 구조적으로 직류구동에 적합하도록 형성되어 있다. 또한, 패시브 매트릭스형 유기발광소자의 경우 대형화할수록 내부 용량(capacitance)에 의한 구동 펄스의 일그러짐 및 전력 소모량의 증가 등의 문제가 있기 때문에 내부 용량의 감소가 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 발광 단위 자체에서 스위치 기능을 가지도록 하여 별도의 스위치 소자를 설치하지 않고도 교류구동이 가능하며 내부 용량의 감소와 더불어 보다 다양한 색광의 발현이 가능한 유기발광소자를 제공한다.

또한, 본 발명은 하나의 픽셀에 2 색 발광이 가능한 수직 적층 구조를 가지는 것으로 교류 구동형 패시브 매트릭스 유기발광소자를 제공한다.

본 발명에 따른 유기발광소자의 첫째 유형(aspect)은:

기판과;

기판 상에 형성되는 것으로 제1상부전극과 제1하부전극 및 이들 사이에 마련된 제1유전막 및 다중 적층 구조의 제1발광층을 갖는 제1발광부와; 그리고

상기 제1상부전극 상에 마련되는 것으로 상기 제1발광부의 제1상부전극에 적층되는 제2하부전극과 제2하부전극 위의 제2상부전극 그리고 제2하부전극과 제2상부 전극의 사이에 마련되는 제2유전막 및 다중 적층 구조의 제2발광층을 가지는 제2발광부;를 구비한다.

상기 본 발명의 유기발광소자의 첫째 유형의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제1유전막은 상기 제1하부전극과 상기 제1발광층의 사이에 마련되고, 상기 제2유전막은 상기 제2발광층과 제2상부전극의 사이에 마련된다. 보다 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제1유전막과 제1발광층의 사이와 상기 제2유전막과 제2발광층의 사이에 제1,제2부유전극(floating electrode)이 각각 마련된다.

본 발명에 따른 유기발광소자의 둘째 유형(aspect)은:

기판과;

기판 상에 형성되는 공통 전극과;

상기 공통전극 상에 형성되는 공통 유전막;

상기 공통 유전막 상에 형성되는 것으로 제1상부전극과 제1하부전극 및 이들 사이에 마련된 제1유전막 및 다중 적층 구조의 제1발광층을 갖는 제1발광부와; 그리고

상기 제1상부전극 상에 마련되는 것으로 상기 제1발광부의 제1상부전극에 적층되는 제2하부전극과 제2하부전극 위의 제2상부전극 그리고 제2하부전극과 제2상부 전극의 사이에 마련되는 제2유전막 및 다중 적층 구조의 제2발광층을 가지는 제2발광부;를 구비한다.

상기 본 발명의 유기발광소자의 둘째 유형의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제1유전막은 상기 제1하부전극과 상기 제1발광층의 사이에 마련되고, 상기 제2유전막은 상기 제2발광층과 제2하부전극의 사이에 마련된다.

보다 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제1유전막과 제1발광층의 사이와 상기 제2유전막과 제2발광층의 사이에 제1, 제2부유전극(floating electrode)이 각각 마련된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 유기발광소자의 바람직한 실시예 들을 상세히 설명한다.

도 1 은 본 발명의 제1실시예에 따른 유기발광소자에서 단위 방전셀의 개략적 수직 구조를 보인다.

기판(1) 상에 애노드로 작용하는 제1하부전극(2)이 형성되고 그 위에 캐패시터를 구성하는 유전물질에 의한 용량성레이어(capacitive layer, 3, 이하 유전막(dielectric layer)이라함)이 적층된다. 유전막(3) 위에는 실질적으로 제1발광부(A)의 애노드로서 작용하는 제1부유전극(floating electrode, 4), 정공수송층(hole transfer layer, 5), 발광층(emitting layer, 6)그리고 캐소드로 작용하는 제1상부전극(7)가 마련된다. 제1발광부(A) 위에는 제2발광부(B)가 마련되는데, 제2발광부(B)는 애노드로 작용하는 제2하부전극(8), 정공수송층(9), 발광층(10), 실질적으로 캐소드로서 작용하는 제2부유전극(11), 캐패시터를 구성하는 유전막(12) 그리고 캐소드로 작용하는 제2상부전극(13)을 구비한다.

여기에서 상기 발광층과 정공수송층은 유기발광을 위한 기본적인 다중 적층 구조의 발광층에 포함되며, 부수적인 별도의 적층을 더 포함할 수 있다. 또한, 발광층을 포함하여 다른 모든 적층들은 기존에 알려진 재료로 형성되며, 따라서 재료의 선택에 의해 본 발명의 기술적 범위가 제한되지 않는다.

도 2는 상기 유기발광소자의 전기적 결선을 보이는 등가회로이다. 도 2를 참조하면 제1발광부(A)의 상부전극(7)과 제2발광부(B)의 제2하부전극(8)이 전기적으로 연결되어 있다. 도 1을 참조하면 상기 제1상부전극(7) 위에 제2하부전극(8)이 직접 적층되어 있다. 도 2로 돌아가서, 제1하부전극(2)과 제2상부전극(13)이 상호 전기적으로 연결되어 있다. 이러한 두 전극의 전기적 연결은 별도의 배선을 통해서 이루어진다. 상기 제1발광부(A)와 제2발광부(B)는 반대 극성으로 병렬접속되어 있고, 각각의 발광부(A, B)에는 직렬상태로 용량성 레이어(3, 12)가 연결되어 있다.

구동회로(20)에서는 병렬접속된 제1발광부(A)와 제2발광부(B)에 동일한 교류신호를 인가하며, 이때에 신호의 전기적 극성에 따라서 제1발광부(A) 또는 제2발광부(B)가 선택적으로 발광한다. 각 발광부(A, B)의 유전막(3, 12)은 충방전을 반복하게 되며, 예를 들어 제1발광부(A)가 발광하는 동안 해당 유전막(3)에 충전이 일어나며 충전이 완료되면, 제1발광부(B)로의 전류 공급이 중지되어 발광이 정지된다. 이어서 반대 극성의 신호가 인가되면 제2발광부(B)에서의 발광이 일어나며 이때에도 마찬가지로 제2발광부(B)의 캐패시터에서 충전이 진행된다. 이와 동시에 제1발광부(A)의 충전된 상태의 캐패시터(12)는 방전하게 된다.

즉, 일측 발광부에서 발광하며 다른 발광부측의 캐패시터는 방전을 하며 이러한 발광 및 방전 형태가 반복적으로 번갈아 가며 일어난다.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 유기발광소자에서 단위 방전셀의 개략적 수직 구조를 보인다. 본 실시예의 유기발광소자는 제1실시예의 구조체 별도의 캐패시터가 직렬로 추가된 구조를 가진다.

기판(1) 상에 후술되는 제1, 제2발광부(A', B')가 공유하는 공통캐패시터를 구성하는 공통전극(21), 공통 유전막(22) 및 제1하부전극(2a)가 형성된다. 상기 제1하부전극(2a)은 제1발광부(A')의 실질적 애노드로서도 작용한다. 제1하부전극(2a)는 전기적으로 부유 상태이며 제1발광부(B')의 제2상부전극(13)에 전기적으로 연결된다.

상기 제1하부전극(2a)에는 제1발광부(A')에 속하는 캐패시터를 형성하는 유전막(3a)이 마련되고 그 위에 상기 캐패시터의 상부전극 및 제1발광부(A')의 실질적 양극 역할을 하는 제1부유전극(4)이 마련된다. 제 1부유전극(4)위에는 정공수송층(5), 발광층(6)이 마련되고, 발광층(6)의 위에는 제1발광부(A')의 캐소드로서 작용하는 제1상부전극(7)이 마련된다. 제1상부전극(7) 위에는 제2발광부(B')의 애노드인 제2하부전극(8)이 마련되고 그 위에 제2발광부(B')에 속하는 캐패시터를 형성하는 유전막(12a)이 마련되고 제2발광부(B')의 실질적 양극 역할을 하는 제2부유전극(11a)이 마련된다. 상기 제2부유전극(11a)의 위에는 정공수송층(11a), 발광층(10) 및 제2상부전극(13)이 마련된다.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 유기발광소자의 전기적 결선을 보이는 등가회로이다. 도 4를 참조하면 제1발광부(A')의 상부전극(7)과 제2발광부(B)의 제2하부전극(8)이 상호 적층되어 있어서 전기적으로 연결되어 있다. 그리고 제1하부전극(2a)과 제2상부전극(13)이 상호 전기적으로 연결되어 있다. 이러한 두 전극의 전기적 연결은 별도의 배선을 통해서 이루어진다. 상기 제1발광부(A')와 제2발광부(B')는 반대 극성으로 병렬접속되어 있고, 각각의 발광부(A, B)에는 직렬상태로 d유전막(3, 12a)에 의한 캐패시터가 직렬로 연결되어 있다.

구동회로(20)에서는 병렬접속된 제1발광부(A')와 제2발광부(B')에 동일한 교류신호를 인가하며, 이때에 신호의 전기적 극성에 따라서 제1발광부(A') 또는 제2발광부(B')가 선택적으로 발광한다. 각 발광부(A, B)의 캐패시터(3, 12) 및 공통유전막(22)에 의한 캐패시터는 충방전을 반복하게 된다. 예를 들어 제1발광부(A)가 발광하는 동안 해당 캐패시터(3)에 충전이 일어나며 충전이 완료되면, 제1발광부(B)로의 전류 공급이 중지되어 발광이 정지된다. 이어서 반대 극성의 신호가 인가되면 제2발광부(B)에서의 발광이 일어나며 이때에도 마찬가지로 제2발광부(B)의 캐패시터에서 충전이 진행된다. 이와 동시에 제1발광부(A)의 충전된 상태의 캐패시터(12)는 방전하게 된다. 한편 이러한 충방전과 동시에 공통유전체(22)에 의한 충방전도 반복되게 되는데 이러한 공통유전막(22)은 상기 각 발광부(A', B')의 유전막에 비해 정전용량이 커야 한다.

상기 제2실시예의 발광소자는 제1실시예의 발광소자에 비해 낮은 캐패시턴스를 가지게 된다. 이러한 낮은 캐패시턴스는 낮은 유전상수를 가진 물질이나, 두께의 두껍게 함으로써 토탈 캐퍼시턴스는 더욱 더 감소시킬 수 있다.

디스플레이의 전체에서 살펴보면, 주지하다시피 하나 하나의 셀에서 발광시 에는 캐퍼시턴스층이 있는 것과 없는 것이 차이가 없게 되나, 발광하지 않을 시에도 전압이 음극측 혹은 양극측에 대기하고 있는 상태가 된다. 예를 들어 10V에서 발광이 이루어 질 경우, 스캔부에는 8V가 가해져 있는 상태이고, 어드레스부에는 2V가 가해질 때 발광, 2V가 제거될 때 소거 되는 방식이다. 이때 8V는 항상 전체 디스플레이에 가해져 있으므로, 디스플레이 전체의 캐퍼시턴스는 본구조의 도입으로 낮은 상태로 유지되게 된다. 이에 따라 펄스파형의 일그러짐이 적어짐으로 인하여, 빠른 구동 속도를 얻을 수 있고, 전체의 전력 소모량도 적어지게 된다.

이하 상기 본 발명의 제3실시예에 따른 발광소자를 그 제조방법과 함께 설명한다. 이하의 설명에서 참조되는 도면은 패시브 매트릭스형 디스플레이의 일부를 보여준다. 제3실시예의 발광소자는 전술한 제1실시예의 발광소자의 구조에 공통캐패시터가 추가된 구조를 가진다. 공통캐패시터는 제1발광부의 하부에 마련되며 이는 공통전극(21) 및 공통유전막(22)을 가진다.

도 5a에 도시된 바와 같이 기판 상에 공통전극(21)의 스트라이프 상으로 다수 형성한다. 공통전극(21)은 광투과성의 ITO로 형성하며, ITO 증착에 의한 막형성 및 막의 패터닝을 통해 얻는다.

도 5b에 도시된 바와 같이 상기 공통전극(21)이 형성된 기판(1) 위에 공통 유전막(22)을 형성한다. SiN 또는 SiO2 등으로 형성한다.

도 5c에 도시된 바와 같이 상기 공통 유전막(22) 위에 제1하부전극(2a)를 형성한다. 제1하부전극(2a)은 하부의 공통 전극(21)의 직상방에 나란하게 형성한다. 제1하부전극(2a) 역시 ITO로 형성한다.

도 5d에 도시된 바와 같이 상기 기판 상의 전면에 SiN 또는 SiO2 등으로 제1유전막(3)을 형성한다.

도 5e에 도시된 바와 같이, 상기 제1유전막(3) 위에 제1부유전극(4)를 형성한다. 제1부유전극(4)은 하부의 공통 전극(21) 및 제1하부전극(2a)의 직상방에 나란하게 형성한다. 제1하부전극(2a) 역시 ITO로 형성한다.

도 5f에 도시된 바와 같이 상기 제1하부전극(2a)의 위에 정공수송층(5)과 제1발광층(6)을 스핀 코팅법에 의해 순차적으로 적층한다.

도 5g에 도시된 바와 같이, 상기 제1발광층(6)위에 금속성 제1상부전극(7)을 형성한다. 제1상부전극(7)은 그 하부의 다른 전극(4, 2a, 21)에 대해 직교하는 방 향으로 연장되며, 이들 제1상부전극(7)은 다수 나란하게 배치된다.

도 5h에 도시된 바와 같이, 상기 제1상부전극(7) 위에 제2하부전극(8)을 형성한다. 제2하부전극(8)은 ITO 등으로 형성한다.

도 5i에 도시된 바와 같이, 상기 제2하부전극(8)이 최상면에 형성되는 적층 구조물의 상면 전체에 정공수송층(9)과 발광층(10)을 순차적으로 스핀코팅 등에 의해 형성한다.

도 5j에 도시된 바와 같이, 상기 발광층(10) 위에 금속성 제2부유전극(11)을 형성한다.

도 5k에 도시된 바와 같이 상기 제2부유전극(12) 위에 제2유전막(12)을 형성한다.

도 5l에 도시된 바와 같이 상기 제2유전막(12) 위에 금속성 제2상부전극(13)을 형성한다. 제2상부전극(13)은 그 하부의 제2부유전극(11)의 직상방에 동일한 방향으로 연장된다.

상기 제3실시예는 제2실시예의 구조와 유사하나 제2유전막 및 이와 함께 캐패시터를 구성하는 전극의 위치가 다르며 기능상 사실상 동일하다.

전술한 본 발명의 유기발광소자에 있어서 양극과 음극으로 사용되는 전극 특히 제1상부전극와 제2하부전극은 일함수 및 계면 물성이 매칭되어야 한다.

이러한 본 발명의 유기발광소자는 일반적으로 알려진 재료로 제작되며, 예를 들어 국제출원번호 PCT/JP2003/003616에 개시된 물질을 이용할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 특징은 각 두개의 발광부가 역극성으로 병렬 접속되며, 여기에서 각 발광부에 캐패시터가 직결되는 점이다. 나아가서는 상기와 같은 병렬구조에 별도의 공통 캐패시터가 직결되어 있는 점에 특징이 있다.

이러한 본 발명에 따르면 AC 구동형으로서 무기 유전막과 부유전극을 이용한 패시브 매트릭스형 OLED를 얻을 수 있다. 이러한 본 발명은 유전막에 의한 캐패시터를 교류구동을 위한 스위치로 이용한다. 이러한 본 발명에 따른 유기발광소자는 구조가 간단하고 제작비가 작은 이점도 가진다.

Claims (7)

1. 기판과;

   상기 기판 상에 형성되는 것으로 제1하부전극과 제1상부전극, 및 이들 사이에 마련되는 제1유전막, 제1부유전극 및 다중 적층 구조의 제1발광층을 갖는 제1발광부와; 그리고

   상기 제1상부전극 상에 형성되는 것으로 상기 제1발광부의 제1상부전극에 형성되는 제2하부전극과 제2상부전극, 및 이들 사이에 마련되는 제2유전막, 제2부유전극 및 다중 적층 구조의 제2발광층을 가지는 제2발광부;를 구비하는 유기발광소자.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1유전막은 상기 제1하부전극과 상기 제1발광 적층의 사이에 마련되 고, 상기 제2유전막은 상기 제2발광층과 제2상부전극의 사이에 마련되는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제1부유전극은 상기 제1유전막과 제1발광층의 사이에 마련되고, 상기 제2부유전극은 상기 제2유전막과 제2발광층의 사이에 마련되는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
4. 기판과;

   기판 상에 형성되는 공통 전극과;

   상기 공통전극 상에 형성되는 공통 유전막;

   상기 공통 유전막 상에 형성되는 것으로 제1하부전극과 제1상부전극, 및 이들 사이에 마련된 제1유전막, 제1부유전극 및 다중 적층 구조의 제1발광층을 갖는 제1발광부와; 그리고

   상기 제1상부전극 상에 마련되는 것으로 상기 제1발광부의 제1상부전극에 형성되는 제2하부전극과 제2상부전극 및 이들 사이에 마련되는 제2유전막, 제2부유전극 및 다중 적층 구조의 제2발광층을 가지는 제2발광부;를 구비하는 유기발광소자..
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 제1유전막은 상기 제1하부전극과 상기 제1발광층의 사이에 마련되고, 상기 제2유전막은 상기 제2발광층과 제2하부전극의 사이에 마련되는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제1부유전극은 상기 제1유전막과 제1발광층의 사이에 마련되고, 상기 제2부유전극은 상기 제2유전막과 제2발광층의 사이에 마련되는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
7. 제 4 항에 있어서,

   상기 제1유전막은 상기 제1하부전극과 상기 제1발광층의 사이에 마련되고, 상기 제2유전막은 상기 제2발광층과 제2상부전극의 사이에 마련되는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.

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