KR20080081049A - 유기 ｅｌ 장치 - Google Patents

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에드워드 윌렘 알버트 영
허버트 프리드리히 보에르너
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코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

기판으로서 상부면 및 하부면을 갖는 캐리어 재료(11), 및 캐리어 재료(11)의 상부면 상의 0.05Ω/스퀘어 미만의 면저항으로 되는 두께의 제1 금속층(12)을 포함하는 도전성 포일(1) -제1 금속층은 적어도 제1 금속층(121)을 하부 전극으로서 포함함-, 하부 전극(11) 위에 적층되고 광(4)을 방출하도록 설계된 유기층 스택(2), 유기층 스택(2) 위에 투명한 상부 전극(3), 및 적어도 상부 전극 및 유기층 스택(2)을 덮는 적어도 부분적으로 투명한 보호 요소(5)를 포함하는, 적어도 부분적으로 투명한 상부 전극(3)을 통해 광(4)을 방출하기 위한 층 스택(1, 2, 3)을 갖는 유기 EL 장치에 관한 것이다.
유기 LED 장치, 서브-타일, 휘도, 유기층 스택

Description

유기 ＥＬ 장치{ORGANIC LED DEVICE}
본 발명은 유연한 기판을 구비하며, 방출 영역(emitting area) 전반에서 균일한 휘도(luminance)를 갖는 대형 유기 EL(electroluminescent) 장치들(유기 LED 또는 OLED)에 관한 것이다.
오늘날의 표준 OLED들은 유리 기판 위에 적층된(deposited) 두 전극 사이에 배치된 유기층 스택(organic layer stack)을 포함한다. 광 방출 방향과 관련하여 두 개의 다른 유형의 OLED로 구별될 수 있다. 이른바 하부 방출형 장치(bottom emitter)에서, 광은 투명 하부 전극(transparent bottom electrode)(보통 양극임)과 투명 기판을 통해 OLED 장치를 떠나고, 한편 제2 전극(상부 전극, 보통 음극임)은 반사형(reflective)이다. 이른바 상부 방출형 장치(top emitter)에서 광은 투명 상부 전극을 통해 OLED 장치를 떠나고, 한편 하부 전극 및/또는 기판은 반사형이다. 대부분의 경우 하부 방출형 장치의 층 구조는 단순히 상부 방출형 장치의 역으로(inverted) 된다.
하부 및 상부 방출형 OLED 장치들은 0.1Ω/스퀘어(square) 이상의 높은 면저항(sheet resistance)을 나타내는 일반적인 박막 전극을 사용하며, 여기서 "스퀘어"라는 용어는 전극 영역을 나타낸다. 양극 및 음극의 저항은, 전체 방출 영역에 걸쳐 균일한 휘도를 얻으려는 경우, 발광 영역의 최대 크기에 대해 제한을 가하게 된다. 현재의 재료 체계에서, 이 영역은 수십 제곱 cm 정도의 크기이다. 상부 방출형 구성의 OLED에 대해, 크기 제한은 이보다 훨씬 더 엄격할 수 있으며, 특히 상부에 ITO가 이용되는 경우에 그렇다. ITO의 전기적 파라미터들의 최적화는 광학적 요구사항(optical requirement)들과 공정 온도 제한(process temperature restriction)들에 의해 절충된다. OLED 장치의 발광 영역을 더 증가시키기 위해, 개별 전극의 크기를 감소시키도록 장치는 서브-타일(sub-tile)들로 다시 나누어져야 한다. 각 서브-타일은 발광 서브-OLED로 간주될 수 있다. 서브-타일-OLED들은 금속 트랙(metal track)에 의해 기판들 상에서 상호연결될 수 있다. 서브-타일들로 구성된 OLED의 총 발광 영역은 각 서브-타일의 발광 영역들의 합이다. 넓은 영역에서의 적용(large-area application)에서, 금속 트랙의 저항은 0.01Ω/스퀘어보다 훨씬 작아야 한다. 또한, 얇은 층들의 저항이 너무 높기 때문에 박막 기술은 넓은 영역을 위한 해결책으로 충분하지 않고, 필요한 저항을 갖는 충분히 두꺼운 층들의 제조는 고비용이며 많은 시간을 소비한다.
출원 번호 EP05101161.7의 유럽 특허 출원은, 장치의 긴 사용 가능 수명(operational life)을 보장하고 전극들 중 하나의 전기 전도성을 향상시키기 위해 유기층들은 보호하기 위한, 반사성의 상부 음극 위에 부착된 금속 포일(metal foil)을 갖는 하부 방출형 OLED 장치를 개시한다. 이 기술은 상부 방출형 장치들에는 적용가능하지 않은데, 이는 상부 전극 위의 두꺼운 커버 포일(cover foil)이 상부 방향으로의 발광을 막기 때문이다.
본 발명의 목적은 좋은 수명 가동(lifetime behavior)을 가지며 적은 노력(effort)으로 생산될 수 있는, 전체 방출 영역에 걸쳐 균일한 휘도를 갖는 대형 유기 EL 상부 방출형 장치를 제공하는 것이다.
이 목적은, 적어도 부분적으로 투명한 상부 전극을 통해 광을 방출하기 위한 층 스택(layer stack)을 갖는 유기 EL 장치에 의해 해결되는데, 이 유기 EL 장치는 기판으로서 상부 및 하부면을 갖는 캐리어 재료(carrier material) 및 캐리어 재료의 상부면 위에 놓인 0.05Ω/스퀘어보다 작은 면저항으로 되는 두께를 갖는 제1 금속층을 포함하는 도전성 포일(foil) -제1 금속층은 하부 전극으로서 적어도 제1 금속 영역을 포함함-, 광을 방출하도록 설계되고 하부 전극 위에 적층된 유기층 스택, 유기층 스택 위에 놓인 투명한 상부 전극, 및 적어도 상부 전극 및 유기층 스택을 덮는 적어도 부분적으로 투명한 보호 요소(protection element)를 포함한다. "층 스택"이라는 용어는 일련의 서로 다른 층들을 나타낸다. 따라서, "유기층 스택"이라는 용어는 일련의 서로 다른 유기층들을 나타낸다. 이 도전성 포일은 제1 금속층을 통해 충분히 낮은 저항의 전기적 상호연결(interconnect)을 제공하며 동시에 적어도 하부 전극을 따라서 전압 강하를 강하게(strongly) 감소시키기 위해 유기 LED 내에서 전극으로서 동작한다. 예를 들어, 10cm*10cm의 몇십 배 이상 정도의 방출 영역을 갖는 넓은 영역의 유기 LED들에 대해서도 균일한 휘도를 얻을 수 있는데, 이는 강하게 감소된 전압 강하의 덕택이다. 낮은 면저항은, 예를 들어, 충분히 두꺼운 금속층 및/또는 금, 은, 또는 구리와 같은 고전도성 재료를 통해 얻을 수 있다. 도전성 포일은, 종래 기술의 OLED에서 사용되는 고비용의 박막 증착 기술과 달리, 예를 들어, 캐리어 재료 위에 금속층을 접착시키는(glueing) 것과 같은 간단하고 값싼 본딩 기술(bonding technique)에 의해, OLED 장치의 나머지 층 스택과는 별도로 제조될 수 있다. 캐리어 재료는 몇십 마이크로미터 또는 그 이상의 두께를 갖는 금속층들을 운반하기에(carrying) 적합한 임의의 재료, 예를 들어, 유리 또는 폴리이미드 막들일 수 있다. 보호 요소는 충분한 장치 수명을 얻도록, 유기층을 환경으로부터 보호하기 위한 임의의 수단을 나타낸다. 보호 요소들은 OLED 장치의 환경적으로 민감한 부분 주위의 단단한 덮개(coverlid)들이거나 화학적으로 불활성인(inert) 층들일 수 있다.
한 실시예에서, 제1 금속층은 유기층 스택과의 경계면에 도전성 확산 장벽층(conductive diffusion barrier layer)을 더 포함한다. 유기 재료 내로의 전극 재료의 확산은 불순물 수준을 증가시켜 유기 재료의 속성을 교란시킨다. 이러한 확산 장벽은 유기층 스택의 방출 속성(emission property)의 저하를 감소시키거나 막음으로써 이러한 OLED 장치의 사용가능 수명을 증가시킬 것이다.
한 실시예에서, 투명한 상부 전극은 ITO(indium-tin oxide)로 만들어진다. ITO는 전기 전도성이며 투명한 재료이다. 필요한 전기적 속성들을 갖는 것 외에, 동시에 상부 전극은 유기층 스택을 환경으로부터 보호하기 위해 장벽층으로서 동작한다. 그러나, 투명 ITO 층들도 소정 양의 빛을 흡수하며, 이는 ITO 층들의 두께에 제한을 가한다. 대안적인 실시예에서, 투명한 상부 전극은 20nm 미만의 두께를 갖고, 유기층 스택과의 경계면에 상부 금속층 및 전자 주입층(electron injection layer)을 포함한다. 이러한 얇은 금속층들 조차도 ITO 층들보다 낮은 면저항을 갖 는다. 또한, 금속층을 마련하는 것이, 예를 들어, ITO 층들을 마련하는 것보다 쉽다. 한편, 요구되는 투명성이 상부 전극의 두께를 20nm 미만의 값으로 제한하고, 이는 불가피하게 유기층 스택을 환경으로부터 보호하기 위한 추가적인 노력을 필요로 한다.
다른 실시예에서, 제1 금속층은 제1 금속 영역으로부터 전기적으로 절연되고 투명한 상부 전극으로의 직접적인 전기 접촉(direct electrical contact)을 제공하도록 설계된 제2 금속 영역을 더 포함한다. 여기서, 직접적인 전기 접촉은 제2 금속 영역과 상부 전극 사이에 어떠한 중간 유기층들도 없는 접촉을 의미한다. 이것은 유기층 스택 및 상부 전극의 적층(deposition) 동안에 일반적인 마스킹 기술(common masking technique)을 통해 이루어질 수 있다. 상부 전극과 낮은 저항의 도전성 재료들의 연결은, 거의 저항 손실 없이, OLED 장치들의 구동 전류를 발광 영역(유기층 스택)에 가깝게 분포시키며, 따라서 더 높은 저항의 재료(상부 전극)를 관통하는 전도성 경로의 길이가 감소된다. 따라서, 제2 금속 영역은 션트(shunt)로서 동작하고 상부 전극 전류 공급에 대해 전체적으로 낮은 저항을 제공한다. 이것은 OLED 장치의 휘도의 균일성을 더 향상시키는 결과를 가져온다.
발광 서브-타일들을 형성하기 위해 층 스택의 층들이 서브-영역들로 패터닝되고, 각 서브-타일에 도전성 금속 트랙을 제공하도록 서브-타일들이 비-방출(non-emitting) 영역들에 의해 서로로부터 분리되면 이 균일성은 더 향상될 수 있다. 여기서, 패터닝된 서브-영역들은 규칙적 또는 불규칙적 모양을 가질 수 있다. 발광 서브-타일은 광 방출이 가능한 로컬(local) 층 스택을 포함하는 OLED 장치의 로 컬 부분(서브-영역)을 나타낸다. OLED의 총 발광 영역은 서브-타일 영역들의 합이다. 비-방출 영역들은 발광 유기 재료가 존재하지 않거나 유기층에 구동 전압이 인가될 수 없는 영역들이다. 예를 들어, 비-방출 영역은 거의 저항 손실 없이 OLED 장치의 넓은 부분에 걸쳐 전류를 분포시키기 위해 도전성 재료를 포함할 수 있다. 따라서, 비-방출 영역들은 본질적으로 0.05Ω/스퀘어 미만의 면저항을 갖는 전도성이 좋은(well-conducting) 금속 트랙들이고, 전체적으로 낮은 저항을 제공하기 위해 하부 및/또는 상부 전극들에게 션트로서 동작하며, 전체 발광 영역에 걸쳐 균일한 휘도를 가져온다.
다른 실시예에서, 제1 금속층의 제1 및 제2 금속 영역은 절연 충전 재료(insulating filling material)에 의해 분리된다. 절연 충전 재료는 층 스택의 평탄화(planarization)를 위해 사용된다. 평탄화는, 몇몇 아래의 층들에 있는 에지(edge)/굴곡(curve) 때문에, 기존 층 스택 상에 이어서 제공될 층들 내에 생기는 층 결함(layer fault)들을 막는다. 충전 재료는 제1 및 제2 금속 영역 사이에 위치하며, 따라서 충전 재료는 표준 수지(standard resin)와 같은 절연 재료여야 한다. 전기 전도성 재료들 사이의 절연 충전 재료는 추가적으로 플래시오버(flashover) 또는 한 전극에서 다른 전극으로 직접 흐르는 중대한(critical) 누설 전류의 위험을 최소화한다. 여기의 "분리된(separated)"이라는 용어는 유기층 스택 및 상부 전극이 적층되기 전에 제1 금속 영역과 제2 금속 영역 사이에 도전성 경로가 존재하지 않음을 의미한다.
다른 실시예에서, 도전성 포일은 캐리어 재료의 하부면(lower side) 위에 놓 인 0.05Ω/스퀘어 미만의 면저항으로 되는 두께를 갖는 제2 금속층, 및 캐리어 재료의 상부면 상의 제1 금속층의 제1 또는 제2 금속 영역 중 하나에 제2 금속층을 연결시키기 위해 캐리어 재료를 관통하는 적어도 하나의 도전성 경로를 더 포함한다. 제2 금속층을 통한 상부 전극과 전원 장치의 전기적 연결은, 특히 패터닝된 서브-영역들의 경우에, 추가적으로 캐리어 재료의 배면(backside)을 전류 공급을 위해 이용하고(제2 금속층) 제1 금속층의 제1 또는 제2 금속 영역을 캐리어 재료를 통해 직접 접촉함으로써 더 쉽게 달성될 수 있다. 또한 더 많은 금속층들이 다른 실시예들에서 추가될 수 있다. 세 개 이상의 금속층을 갖는 이 실시예들은, 예를 들어, 서로 다른 색으로 영역들을 어드레스(address)하거나, 패시브 (매트릭스) 액정 (세그먼트형) 디스플레이에서 흔히 사용되는 바와 같이 멀티플렉싱 모드(multiplexing mode)로 영역들을 어드레스하는 데에 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 도전성 포일은 유연한 캐리어 재료를 포함하는 유연한 도전성 포일이다. 이러한 도전성 포일은 균일한 휘도를 유연한 광원의 이점과 결합하는 OLED 장치를 제공하며, 평평하지 않은(non-flat), 예를 들어, 굴곡을 가진(curved) 또는 유연한 광원들이 요구되거나 필요한 분야에서도 본 발명을 적용할 수 있게 한다.
또 다른 실시예에서, 보호 요소는 적어도 투명한 상부 전극 및 유기층 스택을 덮는 투명하고 화학적으로 불활성인 층을 포함한다. 투명하고 화학적으로 불활성인 층은 유연한 도전성 포일의 유연성을 유지하는 한편, 동시에 긴 사용가능 수명을 갖는 OLED 장치를 제공한다.
또 다른 실시예에서, 적어도 제1 금속층은 구리를 포함한다. 구리는 전도성이 매우 좋은 물질이다. 금 및 은 코팅과 같은, 추가적인 코팅이 구리에 적용될 수 있다. 이들 코팅은 또한 나머지 층 스택을 구리층 위에 적층할 수 있는 매끄러운 표면을 제공할 수 있다. 매끄러운 표면은, 유기층 스택을 통해 하부에서 상부 전극으로의 누설 전류를 일으키는 표면 거칠기(surface roughness)에 의해 발생하는 층 결함들을 막는다. 이러한 코팅은, 예를 들어, 구리에 전기 도금함으로써 도포될 수 있다.
본 명세서 및 청구항들에서, "포함하는(comprising)"이라는 단어는 다른 요소 또는 단계들을 제외하지 않으며, 부정 관사 "어떤(a)" 또는 "어떤(an)"은 복수를 제외하지 않는다. 청구항들에 있는 임의의 참조 부호는 이들 청구항의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
이어지는 예시적인 실시예들은 제시된 유기 LED의 예를 첨부된 도면들과 관련하여 나타내며, 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 OLED 장치의 제1 실시예의 측면도이다.
도 2는 구조화(structured)된 제1 금속층을 갖는 본 발명에 따른 OLED 장치의 측면도이다.
도 3은 제2 금속층을 갖는 본 발명에 따른 OLED 장치의 측면도이다.
도 4는 본 발명에 따라 서브-타일들을 갖는 OLED 장치의 평면도이다.
도 1은 적어도 부분적으로 투명한 상부 전극(3) 및 적어도 부분적으로 투명한 보호 요소(5)를 통해 광(4)을 방출하기 위한 층 스택(1, 2, 3 및 5)을 갖는 본 발명에 따른 상부 방출형 유기 OLED 장치의 예를 나타낸다. 유기층 스택(2)을 환경으로부터 보호하여 충분한 수명을 얻기 위해서 하부 전극(12), 상부 전극(3), 및 유기층 스택(2)은 보호 요소(5)로 덮인다.
유기층 스택(2)은 OLED 장치의 상부 방향으로 광(4)을 방출하는 적어도 하나의 층을 포함하는 하나 이상의 유기층을 포함한다. 발광층 외에, 유기층 스택(2)은 발광층과 음극 사이에 전자 수송층(electron transportation layer)을 포함하고/거나, 발광층과 양극 사이에 홀 수송층(hole transportation layer)을 포함할 수 있다. 유기층 스택(2)은 또한 둘 이상의 발광층을 포함할 수 있고, 각각은 서로 다른 발광 스펙트럼의 광을 방출할 수 있다. 유기층들은 작은 유기 분자들의 경우에 일반적으로 증착(vapor deposition), 예를 들어, 증발(evaporation)에 의해 제공되고, 또는 더 큰 분자들의 경우에는 스핀 코팅에 의해 제공된다. 유기층 스택의 통상적인 두께는 50nm 내지 500nm 사이이다. 유기층 스택(2)의 한 예는 AlQ3(홀 수송층)/α-NPD(발광층)/F4-TCNQ가 도핑된 m-MTDATA(전자 수송층)이다. 당업자들은 종래 기술에서 개시된 다른 유기 재료들도 적용할 수 있다.
도 1에 도시된 본 발명에 따른 유기 OLED 장치는 기판으로서 상부면 및 하부면을 갖는 캐리어 재료(11), 및 유연한 캐리어 재료(11)의 상부면 상에 놓인 0.05Ω/스퀘어 미만의 면저항으로 되는 두께의 제1 금속층(12)을 갖는 도전성 포일(1) 을 포함하며, 제1 금속층은 하부 전극으로서 적어도 제1 금속 영역을 포함한다. 도 1에 도시된 예에서, 제1 금속층은 제1 금속 영역과 동일하다. 캐리어 재료(11)는 본 OLED 장치의 적용에 따라 단단하거나 유연할 수 있고, 예를 들어 유리 또는 플라스틱일 수 있다. 캐리어 재료(11)가 유연한 경우, OLED 장치는 유연한 광원의 추가적인 특징을 나타낼 것이다. 1 m2의 발광 영역 및 하부 전극 영역을 갖는 OLED 장치는 50 Cd/A에서 1000 Cd/m2을 생성하기 위해 20A의 구동 전류를 필요로 한다. 0.05Ω/스퀘어의 면저항이 주어진 경우, 하부 전극 양단에 0.5V의 최대 전압 강하가 얻어진다. 0.7V까지의 전압 강하가 수용가능하다.
예를 들어, 단면(single-sided)의 유연한 도전성 포일들은, 예를 들어 Nippon Mektron Ltd로부터 상업적으로 입수할 수 있으며, 25μm 두께 폴리이미드 막 및 폴리이미드 막에 점착성으로(adhesively) 결합된 35μm 구리층을 포함한다. 폴리이미드 막의 양면에 구리 포일이 있는 양면(double-sided) 포일들 또한 사용가능하다. 35μm 두께의 제1 금속층들은 0.01Ω/스퀘어보다 훨씬 작은 면저항 값들을 가지며, 구리의 경우에 약 0.001Ω/스퀘어이다. 다른 실시예들에서, 유연한 기판들 상에서 좋은 점착 속성을 갖는 다른 금속들, 예를 들어, 은 또는 금, 및 금 또는 은 코팅이 된 구리 또한 매우 낮은 면저항 값을 가지며, 낮은 저항의 하부 전극 재료들로 적합하다. 폴리이미드 막은 유연한 캐리어 재료(11)로서 동작한다. 단단한 캐리어 재료와 관련하여, 유사한 두께의 금속층들에 대해 매우 유사한 저항값들이 얻어진다.
제1 금속층(12)은 유기층 스택(2)과의 경계면에 도전성 확산 장벽층(13)을 더 포함할 수 있다. 유기 재료 내로의 전극 재료의 확산은 불순물 수준을 증가시켜 유기 재료의 속성을 교란시킨다. 예를 들어, 구리는 비교적 높은 확산 속도를 나타낸다. 몇 나노미터(few nanometer)의 두께를 갖는 적합한 도전성 확산 장벽층들은 금과 같은 귀금속을 포함한다.
유기층 스택(2) 상부에 있는 투명한 상부 전극(3)은 ITO 또는 금속과 같은 투명한 도전성 재료를 포함할 수 있다. 후자의 경우에, 금속층의 두께는, 금속층이 스펙트럼의 가시영역에서 여전히 부분적으로 투명한 두께로 제한된다. ITO 층들은 일반적으로 스퍼터링에 의해 증착(deposit)되며, 유기층들에 대한 증착 손상(deposition damage)을 막기 위해 ITO 전극(3)과 유기층 스택(2) 사이에 추가적인 보호층이 요구된다. 이러한 보호층으로 적합한 재료의 예는 구리 프탈로시아닌(CuPc)의 박막이다. ITO 층의 두께는 금속 전극의 두께보다 훨씬 클 수 있다. 그러나, ITO가 상부 전극(3)으로 사용되면, ITO의 전기적 파라미터의 최적화는 광학 요구사항들과 증착 공정 온도 제한(deposition process temperature restriction)들에 의해 절충된다. ITO 전극들의 통상적인 두께는 약 100nm이다. 금속 상부 전극(3)의 한 예는 20nm 이하의 두께를 가지며, 상부 전극(3)의 일 함수(work function)를 낮추기 위해 유기층 스택(2)과의 경계면에 예를 들어, LiF인 층을 갖는 알루미늄층이다. 상부 전극(3)의 좋은 투명성을 얻기 위해, 두께는 예를 들어, 10nm 이하로 더 낮아야 한다. 상부 전극(3)으로 적합한 또 다른 재료는 고농도로 도핑된(highly doped) 전자 주입/수송층들과 결합된 은(silver)이다.
도 1에서, 보호 요소(5)는 하부 전극(12)뿐 아니라 상부 전극(3)과 유기층 스택(2)을 덮는다. 보호 요소(5)의 확장(extension)에 대한 최소 요구사항은, 예를 들어, 산소 또는 물과 같은 위험한 가스가 환경으로부터 유기층 스택(2) 내로 확산되는 것을 막기 위해 유기층 스택(2)과 상부 전극(3)을 덮는 것이다. 확산 장벽으로서 동작하기 위한 적합한 투명 재료들은 당업자들에게 알려져 있으며, 예를 들어, 실리콘 질화물(silicone nitride)이 있다. 보호층의 대안으로서, 단단하고 적어도 부분적으로 투명한 덮개가, 유기층 스택 위에 폐쇄되고(closed) 밀폐된(sealed) 공간(volume)을 제공하기 위한 보호 요소(5)로서 캐리어 재료(11)의 상부면 위에 부착될 수 있으며, 이 공간은 배기되거나(evacuated) 화학적으로 불활성인 가스 또는 액체들로 채워질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예가 도 2에 도시된다. 여기서, 도 1의 확산 장벽층(13)이 도시되지는 않지만, 존재할 수 있다. 금속층(12)은 제1 금속 영역(121)과 제2 금속 영역(122)을 포함하며, 이 둘은 유연한 캐리어 재료(11)의 상부면 상에서 0.05Ω/스퀘어 미만의 본 발명에 따른 면저항을 갖는다. 유연한 캐리어 재료(11)의 상부면은 유기층 스택(2)이 적층되는 면이고, 다른 면(하부면)은 OLED 장치의 배면(backside)으로 간주될 수 있다. 제1 금속 영역(121)과 제2 금속 영역(122)의 분리는, 예를 들어, 포토리소그래피 및 에칭을 통해 이루어질 수 있다. "분리된"이라는 용어는, 유기층 스택(2) 및 상부 전극(3)의 적층 전에, 제1 금속 영역(121)과 제2 금속 영역(122) 사이에 도전성 경로가 존재하지 않는다는 것을 의미한다.
상부 전극 금속 트랙에 전체적으로 낮은 저항을 제공하는 션트로서 작용하기 위해, 제2 금속 영역(122)은 도 2에 도시된 바와 같이 상부 전극(3)에 직접 연결되어야 한다. 두 층(3 및 122)들 사이에 좋은 전기적 접촉을 얻기 위해, 제2 금속 영역(122) 상부에 임의의 유기 재료들을 피해야한다. 이는 박막 증착 중에 적절한 마스킹 기술들에 의해 달성될 수 있다. 적절한 박막 증착 기술들, 예를 들어, 증발 및/또는 스핀 코팅에 의해 유기층 스택이 제1 금속 영역(121) 위에 적층된다. 유기층 스택이 적층되기 전에 거칠기, 반사율, 및 일 함수를 변경하기 위해 적절한 금속 표면처리(metal finishing)가 적용될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 몇몇 아래의 층들에 있는 에지/굴곡 때문에 기존 층 스택 상에 이어서 제공될 층들 내에 생기는 층 결함들을 피하기 위해, 그리고 제1 금속 영역(121)에서 제2 금속 영역(122)으로 또는 그 반대로 직접 흐르는 누설 전류를 피하기 위해, 절연 충전 재료(6)에 의해 제1 금속 영역(121)과 제2 금속 영역(122)이 전기적으로 분리될 수 있다. 추가적인 보호 수단이 없다면, 예를 들어, 분리된 제1 및 제2 금속 영역을 얻기 위한 도전성 포일의 레이저 구조화 공정(laser structuring process) 후에 남아있는 금속 재료들에 의해 이러한 누설 전류가 트리거될 수 있다.
누설 전류를 억제하는 데 적합한 재료는 임의의 표준 수지이다. 발광 방향(4)에서 봤을 때 절연 충전 재료(6)는 유기층 스택(2) 아래에 위치하고, 따라서 이 절연 충전 재료(6)는 투명하거나 투명하지 않을 수 있다. 절연 충전 재료(6)의 존재는 장치의 신뢰도(reliability)를 향상시킨다.
또 다른 실시예가 도 3에 도시된다. 앞선 도면들과 비교하여, 도전성 포일은 캐리어 재료(11)의 하부면에 0.05Ω/스퀘어 미만의 본 발명에 따른 면저항을 갖는 제2 금속층(14)을 추가적으로 포함하고, 이 제2 금속층(14)은 캐리어 재료(11)를 통과하는 적어도 하나의 도전성 경로(15)를 통해 캐리어 재료(11)의 상부면에 있는 제2 금속 영역(122)과 연결된다. 따라서, 상부 전극(3)으로의 전류 공급은 OLED 장치의 배면을 통해 이루어진다. 이것은 한편으로 다수의 서브-타일들을 갖는 복잡한 구조의 OLED의 경우에 상부 전극(3)을 접촉하도록 하는 것을 쉽게 하고, 다른 한편으로 캐리어 재료(11)의 상부면에 요구되는 비-방출 영역(non-emitting area)의 표면적을 감소시킨다. 전기 절연을 위해 제2 금속층(14) 위에 비도전성 층(16)이 있을 수 있다. 여기에서의 절연 충전 재료(6)가 없는, 및/또는 도 3에 도시되지 않은 확산 장벽층을 갖는 매우 유사한 실시예들 또한 생각할 수 있다. 제2 금속층(14)은 캐리어 재료의 하부면으로부터 OLED 장치 내로의 습기 침투(moisture penetration)에 대한 추가적인 보호를 제공한다.
다른 실시예들에서, 제2 금속층(14)은 대안적으로 제1 금속 영역(121)에 연결될 수 있다. 이 경우에, 제2 금속 영역(122)은 제2 금속층(14)으로부터 전기적으로 절연되고 캐리어 재료(11)의 상부면을 통해 여기에 도시되지 않은 전원에 연결될 수 있다.
도 4는 캐리어 재료(11)의 상부면에 적층되고 절연 충전 재료들(6)에 의해 분리되고 상단에 유기층 스택(2)을 갖는 제1 금속 영역(121) 및 제2 금속 영역(122)을 포함하는 서브-타일 OLED 장치의 평면도이다. 층들(121, 122, 2 및 3) 은 발광 서브-타일들(여기에 예로서 네 개의 서브-타일이 도시됨)을 형성하기 위해 서브-영역들로 패터닝되고, 각 서브-타일에 도전성 금속 트랙(121 및 122)들을 제공하기 위해 발광 서브-타일들은 비-방출 영역들(유기층 스택(2)이 존재하지 않는 영역들)에 의해 서로로부터 분리된다. 발광 서브-타일은 광을 방출하기 위한 OLED 층 스택을 포함하는 OLED 장치의 로컬 부분(서브-영역)을 덮는다. OLED의 총 발광 영역은 서브-타일 영역들의 합이고, 여기에서 검은 영역(2)으로 도시되어 있다. 도 4에서, 상부 전극(3)은 층 구조를 명백히 하기 위해 약간 작은 크기로 주어졌다. 서브-타일 OLED 장치에서, 상부 전극은 또한 유기층 스택과 동일한 크기를 가질 수 있다. 또한, 서브-타일은 일련의 다수의 OLED 장치들로 구성될 수 있다. 또한, 서브-타일들의 수 및 모양은 도 4에 도시된 예와 다를 수 있다. 상부 전극들(3)은 발광 유기층 스택(검은 영역)을 덮으며 제2 금속층(13)에 전기적으로 연결된다.
두 개의 OLED 장치가 유연한 구리 포일들 위에 성공적으로 구성되었다. 두 예에서 구리층(제1 금속층)은 35μm의 두께 및 0.001Ω/스퀘어 미만의 저항을 갖는다. 기판 크기는 49 x 49mm2으로, 16개의 20mm2 크기의 서브-타일들을 포함한다.
예 1:
유기 EL 장치는 캐리어 재료(11) 위에 다음의 층 스택을 포함한다. 이 예에서, 금은 확산 장벽층(13)으로서 사용되었다:
Cu(35μm)/Au(1μm)/PEDOT(100nm)/α-NPD(15nm)/α- NPD:rubrene(15nm)/AlQ3(60nm)/LiF(1nm)/Al(10nm)
예 2:
유기 EL 장치는 캐리어 재료(11) 위에 다음의 층 스택을 포함한다. 이 예에서, 은은 확산 장벽층(13)으로서 사용되었다:
Cu(35μm)/Ag(1μm)/PEDOT(100nm)/α-NPD(15nm)/α-NPD:rubrene(15nm)/AlQ3(60nm)/LiF(1nm)/Al(10nm)
PEDOT은 은 또는 금과 홀 수송층인 α-NPD의 일 함수 미스매치(mismatch)를 극복하기 위해 사용되었다. Rubrene은 도핑 재료이고 이 스택에서의 실제 형광 물질이다. 이 두 예에서 모든 서브-타일들의 전체 발광 영역에 걸쳐 균일한 휘도가 어떠한 차이 없이 관찰되었다.
도면을 참조하여 설명된 실시예들 및 기술(description)은 단지 유기 LED 장치의 예를 나타내며, 이 예들과 관련된 특허 청구항들을 제한하는 것으로 이해되어서는 안된다. 마찬가지로 특허 청구항들의 보호 범위에 포함되는 대안적인 실시예들 또한 당업자들에게 가능하다. 종속항들의 번호는(numbering) 청구항들의 다른 조합 또한 본 발명의 이로운 실시예들을 나타내지 않는다는 것을 의미하지 않는다.

Claims (11)

  1. 적어도 부분적으로 투명한 상부 전극(3)을 통해 광(4)을 방출하기 위한 층 스택(layer stack)(1, 2, 3)을 갖는 유기 EL(electroluminescent) 장치로서,
    기판으로서 상부 및 하부면을 갖는 캐리어 재료(11), 및 캐리어 재료(11)의 상부면 상의 0.05Ω/스퀘어(square) 미만의 면저항으로 되는 두께의 제1 금속층(12)을 포함하는 도전성 포일(conductive foil)(1) - 상기 제1 금속층은 적어도 제1 금속 영역(122)을 하부 전극으로서 포함함-,
    상기 하부 전극(11) 위에 적층되고 광(4)을 방출하도록 설계된 유기층 스택(2),
    상기 유기층 스택(2) 위에 놓인 투명한 상부 전극(3), 및
    적어도 상기 상부 전극(3) 및 상기 유기층 스택(2)을 덮는 적어도 부분적으로 투명한 보호 요소(protection element)(5)
    를 포함하는 유기 EL 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 금속층(12)은 상기 유기층 스택(2)과의 경계면에 도전성 확산 장벽층(conducting diffusion barrier layer)(13)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 투명한 상부 전극(3)은 ITO(indium-tin oxide)로 만들어진 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 투명한 상부 전극(3)은 20nm 미만의 두께를 가지며 상기 유기층 스택(2)과의 경계면에 상부 금속층(top metal layer) 및 전자 주입층(electron injection layer)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 금속층(11)은 상기 제1 금속 영역(121)으로부터 전기적으로 절연되고 상기 투명한 상부 전극(3)에 직접적인 전기 접촉을 제공하도록 설계된 제2 금속 영역(122)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 층 스택(1, 2, 3)의 층들은 발광 서브-타일들(sub-tiles)을 형성하기 위해 서브-영역들로 패터닝(patterned)되고, 상기 서브-타일들은 각 서브-타일에 도전성 금속 트랙(conducting metal track)을 제공하기 위해 비-방출(non-emitting) 영역들에 의해 서로로부터 분리된 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제1 금속층(12)의 상기 제1 금속 영역(121)과 상기 제2 금속 영역(122)은 절연 충전 재료(insulating filling material)(6)에 의해 분리되는 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치.
  8. 제5항 또는 제7항에 있어서,
    상기 도전성 포일(1)은,
    상기 캐리어 재료(11)의 하부면 상의 0.05Ω/스퀘어 미만의 면저항으로 되는 두께의 제2 금속층(14), 및
    상기 제2 금속층(14)을, 상기 캐리어 재료(11)의 상부면 상의 상기 제1 금속층(12)의 상기 제1 금속 영역(121) 또는 상기 제2 금속 영역(122) 중 하나에 연결시키기 위해 상기 캐리어 재료(11)를 관통하는 적어도 하나의 도전성 경로(15)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치.
  9. 제1항 또는 제8항에 있어서,
    상기 도전성 포일(1)은 유연한 캐리어 재료(11)를 포함하는 유연한 도전성 포일인 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치.
  10. 제1항 또는 제9항에 있어서,
    상기 보호 요소(5)는 적어도 상기 투명한 상부 전극(3) 및 상기 유기층 스 택(2)을 덮는 투명하고 화학적으로 불활성인(chemically inert) 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치.
  11. 제1항 또는 제10항에 있어서,
    상기 제1 금속층(12)은 구리를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 장치.
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