KR20090121314A - 유기 전기 발광 반도체 소자 및 유기 전기 발광 반도체 소자의 수리 방법 - Google Patents

유기 전기 발광 반도체 소자 및 유기 전기 발광 반도체 소자의 수리 방법 Download PDF

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Abstract

기판(6) 및 상기 기판 상에 배치된 제1 전극(2)을 포함하는 유기 전기 발광 반도체 소자가 제안된다. 반도체 소자는 제2 전극(3) 및 적어도 하나의 유기층(1)을 더 포함하고, 상기 유기층은 제1 전극과 제2 전극(2, 3) 사이에 배치된다. 유기층은 전하 캐리어 재조합을 통해 광을 생성하는 층이다. 제1 및 제2 전극 중 적어도 하나의 전극은 고전도성 유기 부분층(21, 31)을 포함한다.
OLED, 버스 전극, 선택 제거, 레이저 분리, 시각 검사

Description

유기 전기 발광 반도체 소자 및 유기 전기 발광 반도체 소자의 수리 방법{ELECTROLUMINESCENT ORGANIC SEMICONDUCTOR ELEMENT AND METHOD FOR REPAIRING AN ELECTROLUMINESCENT ORGANIC SEMI­CONDUCTOR ELEMENT}
본 발명은 유기 전기 발광 반도체 소자 및 그의 수리 방법에 관한 것이다.
본 특허 출원은 독일 특허 출원 10 2007 007 853.8의 우선권을 주장하며, 이의 개시 내용은 본문에서 참조로 포함된다.
오늘날, 소위 OLED로 표현되는 유기 전기 발광 반도체 소자는 평면 스크린을 위해 주로 사용된다. 그러나 상기 반도체 소자는 전력 소모가 낮으면서 광도는 높기 때문에 일반적 광 응용에서도 점차 중요해지고 있다. 일반적으로, 유기 전기 발광 반도체는 기판을 포함하고, 상기 기판상에서 2개의 전극들 사이에 유기 발광 물질이 배치된다. 전극들은 금속 또는 예를 들면 인듐-도핑 주석 산화물(ITO)이나 인듐-도핑 아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물로 제조되는 경우가 많은데, 상기 전극들은, 재조합 시 광을 생성하는 전하 캐리어들을 상기 유기 물질상에 가능한한 면으로 분포하도록 하는 데 역할한다. 대면적 분포를 통해, 광 수율이 개선된다. 이 때, 캐소드로부터 유기 물질로 전자들의 이동이 시작되고, 애노드는 필요한 양 전하 캐리어들을 정공의 형태로 준비한다.
통상적으로, 유기 물질은 다양한 역할을 하는 복수 개의 층 시퀀스들을 포함한다. 도 10은 2개 전극들(200, 300)의 이러한 통상적 구조 및 상기 전극들 사이에 배치된 "OLED-스택(stack)"을 도시하며, 이는 H.Becker et. al, SID Digest (2005)를 참조한다. 도 10에 도시된 예시적 두께를 가지는 개별 층 시퀀스들을 통해, 전자들 내지 정공들은 광자 생성으로 정해진 층으로 수송된다. 이는 적어도 하나의 유기층(1)을 포함하는 스택의 3개의 최상부층들이다. 이와 동시에, 하부의 층 시퀀스들은 엑시톤 확산을 한정하는 역할을 하거나, 예기치 않은 정공 내지 전자의 수송을 차단한다. 예를 들면 S-TAD 및 1-TNATA 층들은 정공 수송체 내지 전자 차단체로 역할한다. 이를 통해 정공들 내지 전자들이 재조합을 위해 구비된 층에 유지됨으로써, 재조합 효율 및 그로 인한 광 수율이 향상된다. 전하 캐리어 재조합을 통해 생성된 광은 기본적으로 캐소드 내지 애노드를 통해, 또는 이들 두 개를 통해 아웃 커플링될 수 있다.
광원으로 유기 발광 다이오드를 사용할 때 실질적 주안점은 단위 면적당 필요한 비용이다. 오늘날, 인듐-도핑 주석 산화물 내지 인듐 도핑된 아연 산화물로 이루어진 애노드 및 도전층으로 이루어진 캐소드를 사용함으로써, 필요한 리소그라피 공정에 의해 상당한 비용이 발생한다. 특히, 대면적 광원의 제조는 비용 부담을 더욱 증가시킨다. 그 외에, 예를 들면 소위 탑이미터(top-emitter)를 위해 필요한 투명 전극들을 구현할 때 어려움이 있을 수 있다. 이 때, 최상부층은 전하 캐리어 재조합을 통해 생성된 광을 위해 투명하다. 본원에서 특히, 예를 들면 안티몬 주석 산화물 또는 인듐 주석 산화물과 같은 투명 전도성 산화물뿐만 아니라, 얇은 금속 전극도 사용된다. 사용되는 캐소드 물질에 따라, 광학 발광 다이오드의 제조 공정은 많은 비용이 든다. 또한, 전극의 전도성이 문제가 있는 경우가 종종 있어, 광 수율이 감소한다.
따라서, 한편으로는 광 수율을 개선하면서 다른 한편으로는 제조 비용을 절감할 수 있는 유기 전기 발광 반도체를 구비할 필요가 있다. 또한, 본 발명의 다른 과제는, 광 수율을 크게 제한하지 않으면서 유기 발광 다이오드에서 손상된 위치 내지 제작 허용 오차를 수리할 수 있는 방법도 구비할 필요가 있다.
상기 과제는 독립 청구항 1항 및 20항의 주제를 통해 해결된다. 본 발명의 발전예들 및 형성예들은 종속 청구항들에 제공된다.
본 발명에서는, 유기 전기 발광 반도체 소자에서 두 개의 전극들 중 적어도 하나는 고전도성 유기층으로 대체될 수 있는 것을 고려한다. 상기 두 개의 전극들 사이에 유기 층 시퀀스가 배치된다. 그러므로 특히, 발광 다이오드의 제조 시 많은 문제들을 방지할 수 있다.
이에 상응하여, 본 발명에 따른 유기 전기 발광 반도체 소자는 기판, 상기 기판 상에 배치된 제1 전극, 제2 전극, 및 상기 제1 및 제2 전극 사이에 배치된 유기 층 시퀀스를 포함한다. 상기 유기 층 시퀀스는 전하 캐리어 재조합을 통해 광을 생성하는 층을 포함한다. 제1 및 제2 전극 중 적어도 하나의 전극은 고전도성 유기 부분층을 포함한다. 본 발명에 따르면, 고전도성 유기 부분층은 공급된 전하 캐리어들의 래터럴 면 분포를 위한 역할을 하여, 전극의 실질적 구성 요소이다.
고전도성 유기 부분층을 사용함으로써, 제조 공정 시, 이제까지 사용된 전도성 산화물 내지 금속 전극들에 의해 발생한 문제들을 줄일 수 있다. 그러므로, 고전도성 유기 부분층은 전하 캐리어 재조합을 통해 생성된 광을 위해 적어도 부분적으로 투명할 수 있는 것이 유리하다. 이를 통해, 적어도 부분적으로 투명한 전극을 구비한 유기 발광 다이오드가 간단하고 비용 효율적으로 제조된다. 또한, 고전도성 유기 부분층들을 포함한 두 개의 전극들이 구현될 수 있다. 따라서 적어도 부분적으로 투명한 소자가 간단히 개발된다.
본 발명의 형성예에서, 고전도성 유기 부분층은 소위 "저분자"라는 물질 클래스의 물질, 폴리머 물질 또는 다른 유기 클래스의 물질을 포함할 수 있다. 이는 예를 들면 PEDOT:PSS (폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스틸렌 설포네이트))- 화합물일 수 있다. 도핑된 폴리머로는 특히 도핑된 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜이 적합하다. 마찬가지로, PANI:PSS 물질 또는 예를 들면 폴리스티롤 나트륨설포네이트와 같은 폴리스티롤 클래스의 다른 물질도 가능하다. 고전도성 유기 부분층이 "저분자" 클래스의 물질들을 포함한다면, 상기 물질들은, 특히, 예를 들면 벤젠 유도체를 포함한 ZnPC(zinc phthalocyanine)와 같은 도핑 체계일 수 있으며, 상기 벤젠 유도체는 전자 공여체 또는 전자 수용체로 역할한다(TCNQ). 또 다른 예로, 상기 물질들은 예를 들면 MeO-TPD/F4-TCNQ 또는 BEDT-TTF(tetrathiafulvalene) 물질과 같은 전하 캐리어 복합체를 함유한 산화 금속을 포함하고, 상기 복합체는 유기 초전도체를 나타낸다.
마찬가지로, 고전도성 유기 부분층은 금속, 유기 염 또는 순 무기 염으로 도핑된 폴리머를 포함할 수 있다. 금속 도핑을 이용함으로써, 전도성 및 전하형(charge type)이 개선된다. 특정한 n형 내지 p형이 구현될 수 있다. 본 발명의 발전예에서, 금속 배선층은 제1 전극과 기판 사이에, 또는 제2 전극상에 도포될 수 있다. 이를 통해, 전극의 래터럴 전도성이 더욱 개선되며, 광 수율이 향상된다.
본 발명의 다른 양태에서, 적어도 하나의 제1 전극은 제2 도전 부분층을 포함한다. 상기 부분층은 고전도성 유기 부분층과 서로 다른 전도성을 가진다. 추가적인 도전 부분층들, 바람직하게는 유기 부분층들을 통해, 유기 층 시퀀스에 대해 고전도성 유기 부분층이 정합될 수 있고, 상기 유기 층 시퀀스에서 전하 캐리어 재조합이 수행된다. 이로써, 예를 들면 제조 공정이 간단해진다. 본 발명의 다른 가능한 형성예에서, 도전 부분층은 도핑된 유기 물질을 포함한다. 상기 유기 물질은 고전도성 유기 부분층과 유기 층 시퀀스 사이에 배치될 수 있다. 또한, 상기 제2 도전 부분층이 상기 고전도성 유기 부분층의 도전형과는 다른 도전형을 가지는 것이 적합할 수 있다. 이로써, 예를 들면 상기 고전도성 유기 부분층들이 전극들을 위해 사용되고, 유기 층 시퀀스에 정합될 수 있다. 마찬가지로, 제2 도전 부분층이 예를 들면 금속과 같은 무기 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 발전예에서, 금속 버스 전극이 구비되고, 상기 버스 전극은 고전도성 유기 부분층 및 적어도 하나의 전극상에 도포된다. 유리하게도, 금속 버스 전극은 면저항의 감소 및 그로 인해 전극의 저항에 의한 래터럴 전압 강하의 감소를 위한 역할을 한다. 래터럴 전류 분포는 더욱 개선된다.
본 발명의 형성예에서, 제2 전극도 고전도성 유기 부분층을 포함할 수 있고, 필요 시, 상기 부분층상에 추가의 금속 버스 전극이 도포된다. 금속 버스 전극들은 실질적으로 평행하게 연장되는 복수 개의 리드 단부들을 포함할 수 있다. 각각 고전도성 유기 부분층을 포함하는 2개의 전극들을 사용하는 경우, 버스 전극들이 교번적인 구조, 즉 번갈아 위치하는 구조가 매우 적합하다. 이를 통해, 유기 발광 다이오드를 통과하는 다양한 전류 경로상에서 동일한 주행 거리가 얻어질 수 있다는 이점이 있다. 이상적이지 않은 도전층에 걸쳐 래터럴 전압 강하는 부분적으로 보상된다.
본 발명의 다른 형성예에서, 금속 버스 전극은 복수 개의 리드 단부들을 포함하고, 상기 리드 단부들은 벌집형 구조로 서로 전기 전도적으로 연결된다. 이러한 구조는, 유기 고전도성 전극에 의한 래터럴 전류 분포를 개선하고, 전류 소모가 동일할 때 향상된 광 수율을 야기한다. 본 발명의 또 다른 형성예에서 제1 및 제2 전극은 실질적으로 동일한 면 저항을 가진다.
적어도 하나의 전극이 래터럴 전압 강하를 개선하기 위해 금속 버스 전극을 포함하는, 본원에서 도시된 유기 전기 발광 반도체 소자는 매우 간단히 수리될 수 있다. 본 발명에 따른 유기 전기 발광 반도체 소자의 수리 방법에 따르면, 제1 단계에서, 반도체 소자의 유기층에서 손상된 위치가 포착된다. 상기 단계는 특히 유기 전기 발광 반도체 소자의 시각 검사(visual inspection)를 통해 수행될 수 있다. 유기층에서 이러한 손상 위치가 산출되면, 산출된 손상 위치의 영역에 있는 버스 전극의 리드 단부들이 포착된다. 이후, 포착된 리드 단부들은 전압 강하를 증가시키기 위해, 유기층의 손상된 위치 영역에서 선택적으로 파괴된다.
제조된 광원에 결함이 있는 경우, 상기 손상된 위치는 국부적 단락을 야기할 수 있어서, 유기 전기 발광 반도체 소자를 손상시킬 수 있다. 산출된 손상 위치 영역에서 버스 전극들의 리드 단부들을 선택적으로 파괴함으로써, 해당 유기 층에서 전압 강하가 증가한다. 이를 통해, 추가의 저항 소자가 생성됨으로써, 손상된 위치에 의해 야기된 국부적 단락은 유기 반도체 소자에 어떤 유해한 영향을 미치지 않는다. 본 발명에 따른 방법에서, 단부면에 대한 활성면의 비율이 충분히 크게 유지되는 한, 광 소자의 총 출력에는 아무런 영향을 미치지 않는다.
특히, 선택적 제거의 경우, 버스 전극들의 포착된 리드 단부들의 레이저 빔 유도 분리 방법이 적합하다.
이하, 본 발명은 도면들을 이용하여 여러 실시예들로 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예를 제시한 도면이다.
도 2는 복수 개의 전극 부분층들을 포함한 본 발명의 제2 실시예를 제시한 도면이다.
도 3은 다양한 전류 경로에서 동일한 주행 거리를 나타내기 위한 본 발명의 실시예를 제시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예를 제시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예를 제시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예를 제시한 도면이다.
도 7은 다양한 버스 전극 구조들에 대한 2개의 실시예들을 제시한 도면이다.
도 8은 버스 전극 구조들에 대한 다른 2개의 실시예들을 제시한 도면이다.
도 9는 래터럴 저항을 평가하기 위해 전류 경로를 명확히 한 도면이다.
도 10은 공지된 유기 반도체 소자의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1은 유기 발광 다이오드로도 불리는 유기 전기 발광 반도체 소자의 실시예를 제시하며, 상기 반도체 소자는 고전도성 유기 물질로 구성된 전극 구조들을 포함한다.
이 때 유기 발광 다이오드는 기판(6)상에 도포된다. 기판(6)은 예를 들면 투명한 물질로 유리를 포함하거나, 도전적이지 않은 투명 유기 폴리머를 포함할 수 있다. 기판(6)상에 고전도성 유기층을 포함하는 제1 전극(2)이 도포된다. 상기 제1 전극은 상기 전극 상에 구성된 층 시퀀스로 수직 주입되기 위한 전하 캐리어들의 래터럴 분포를 위해 역할한다. 또한, 제1 전극(2)은 추가의 버스 전극들(5)을 포함하고, 상기 버스 전극들은 평행하게 배열된 복수 개의 금속 리드 단부들을 포함하는 구조로 배치된다. 특히, 소자가 큰 경우, 추가의 리드 단부들을 통해 전하 캐리어들 및 전류의 래터럴 분포가 개선된다. 고전도성 금속 물질의 도포는 션팅(shunting)으로 표현되고, 예를 들면 ij-프린팅, 실크 스크린 프린팅 또는 음영 마스크 기화 방법을 통해 수행될 수 있다.
고전도성 유기층을 포함한 제1 전극(2)상에는 광 생성 부분층을 포함한 고유의 OLED-스택이 도포된다. 개별 OLED(유기 발광 다이오드) 스택은 복수 개의 유기층들(1)을 포함할 수 있다. 이러한 층들은 예를 들면 전하 캐리어 주입, 전하 캐 리어 수송 또는 전자 내지 정공 차단과 같은 서로 다른 역할을 가진다. 또한, 복수 개의 유기층들(1)을 통해 엑시톤 확산이 감소하거나 제한될 것이다. OLED 스택의 좁게 한정된 영역내에서 고유의 전하 캐리어 재조합이 시작된다. 이 때, 캐소드로부터 유입된 전자들은 애노드의 정공들과 재조합하여 광자 재생성을 유도한다. 예를 들면 전하 캐리어들이 재조합하는 다양한 층들을 도포하여 다양한 색의 다이오드가 제조될 수 있다.
OLED 스택상에는 제2 전극(3)으로서 다른 고전도성 유기층이 증착되고, 상기 유기층은 애노드일 수 있다. 상기 유기층은 추가의 다른 버스 전극들(4)을 포함할 수 있고, 상기 버스 전극들은 평행하게 배열된 복수 개의 리드 단부들로 이루어진 구조를 가진다. 전극들은 서로 다른 물질을 포함할 수 있는데, 이는 정공들 및 전자들이 주입되어 다르게 거동하게 된다는 점에서 특히 유리하다. 그러므로 양호한 정공 내지 전자 전도체가 선택된다.
제2 전극(3)의 상측에서 구조적으로 배열된 버스 전극들(4)은 간단한 기화, 임프린트 또는 유사한 처리들로 인해 도포될 수 있다. 제1 전극(2)의 버스 전극들(5)의 구조도 동일한 방식으로 구현된다.
층들의 상호 간 정합을 개선하기 위해, 추가적인 유기 전도 부분층이 전극들(2, 3)내에 구비될 수 있다.
도 2는 상기와 같은 실시예를 제시한다. 이 때, 제1 전극(2)은 제1 고전도성 유기 부분층(21) 및 제2 도전 부분층(22)을 포함한다. 제1 고전도성 유기 부분층(21)은 제1 전극(2)의 버스 전극들(5)과 전기적으로 연결된다. 제2 도전 부분 층(22)은 유기층 또는 금속배선층일 수 있으며 OLED 스택의 하부층들 또는 적어도 하나의 유기층(1)에 에너지 레벨 내지 공정 호환성을 맞추기 위한 역할을 한다. 이러한 형성예는 특히, 예를 들면 OLED 스택의 제1 층 및 고전도성 유기 부분층(21)의 제조를 위해 서로 다른 공정 및 제조 방법이 필요한 경우에 적합하다. 또한, 유기 고전도성 부분층(21) 및 OLED 스택의 유기층들(1)이 원하지 않는 방식으로 상호 간에 화학적으로 반응하는 경우, 제2 도전 부분층(22)이 적합할 수 있다. 이 경우, 추가적인 제2 도전 부분층(22)은 원하지 않는 화학 반응과 관련하여 절연부로 역할한다.
동일한 방식으로, 제2 전극(3)은 상측의 고전도성 유기 부분층(31) 및 제2 도전 부분층(32)을 포함하고, 상기 제2 도전 부분층은 고전도성 유기 부분층(31)과 예를 들면 OLED 스택과 같은 적어도 하나의 유기층(1) 사이에 배치된다. 제2 도전 부분층(32)은 OLED 스택 또는 적어도 하나의 유기층(1)에 대한 상기 고전도성 유기 부분층(31)의 더욱 양호한 정합을 위해 역할한다. 이러한 형성예에서, OLED 스택은 하나의 유기층(1)만을 포함하며, 상기 유기층에서 전하 캐리어 재조합에 의한 광자 생성이 시작된다. 이를 위해 가능한한 큰 재조합 효율 및 광 수율을 보장하기 위해, 고전도성 유기 부분층들(21, 31)을 포함한 전극들(2, 3)은 OLED 스택상에 면으로 도포된다. 래터럴 전류 분포를 더욱 개선하기 위해, 추가적으로 전극들(2, 3)의 양 측에 버스 전극들(4, 5)이 구비된다. 유기 전극들(2, 3)의 최대 허용 면 저항(Rsqr)은 기하학적 경계 조건(boundary condition) 및 필요한 전류 밀도(j)의 함수로 평가될 수 있다.
이를 위해, 도 9는 동심원형 및 정사각형의 유기 전기 발광 반도체 소자를 위한 2개의 개략적 도면들을 도시한다. 동심원형 반도체 소자는 반지름(R)을 가지는 반면, 정사각형 소자는 길이(L) 및 폭(W)을 가진다. 동심원형 반도체 소자는 전류(I) 공급을 위해 외부로부터 전류원과 연결된다. 그에 상응하여 정사각형 반도체 소자는 일 측에서 전류원과 연결된다. 전류원과의 공급 배선은 각각 무한 전도성(infinite conductivity)을 가진다.
또한, 고유의 전류 밀도(j)가 도면의 표시면에 대해 수직으로 OLED 스택 및 유기 층 시퀀스 또는 적어도 하나의 유기층(1)을 통과하며 상기 면에서 일정하다는 것을 알 수 있다. 유기 전기 발광 반도체 소자를 통과하며 흐르는 총 전류(I)는 상기 배열의 면과 전류 밀도(j)의 곱으로 얻어진다. 따라서, 반지름(R)을 가진 동심원형 유기 전기 발광 반도체 소자의 경우, 제1 근사법으로, 전극에 걸쳐 최대 래터럴 전압 강하(Umax)가 다음과 같이 얻어진다:
Figure 112009055512393-PCT00001
폭(W) 및 길이(L)를 가진 정사각형 배열의 경우, 최대 래터럴 전압 강하(Umax)는 다음과 같이 얻어진다:
Figure 112009055512393-PCT00002
광 응용을 위해서는 광 수율이 중요하다. 광 수율은 통상적으로 100 cd/㎡ 내지 5000 cd/㎡일 수 있다. 광 수율이 1000 cd/㎡이고 추구하는 효율이 50 cd/A인 경우, 전류 밀도(j)는 20 A/㎡으로 얻어진다. 동작 전압(UB)이 약 5 V일 때, 최대 래터럴 전압 강하(Umax)는 100 mV를 초과할 수 없을 것이다. 그러므로, 1 mm의 반지름(R)에 따라 면 저항(Rsqr)은
Figure 112009055512393-PCT00003
보다 작게 얻어진다.
반도체 소자가 정사각형으로 배열되고, 버스 전극 구조가 0.5 mm의 간격(L)으로 평행하게 형성된 경우, 저항(Rsqr)은 다음과 같다:
Figure 112009055512393-PCT00004
이러한 점은, 전극의 층 두께를 100 nm으로 가정할 때, 상기 도시된 기하학적 경계 조건을 위한 [S] 단위의 최소 특정 컨덕턴스(conductance)가
원형 소자의 경우 σ= 1.25 S/cm
정사각형 반도체 소자의 경우 σ= 2.5 S/cm
임을 의미한다.
제시된 전도성은 예를 들면 σ= 200 S/cm에 이르는 값을 가진 PEDOT를 포함한 유기 발광 다이오드를 이용하여 용이하게 달성할 수 있다. 추가적으로, 전도성 의 개선을 위해, 유기 부분층은 적합한 물질로 도핑될 수 있다. 유기 부분층으로서 "저분자" 클래스도 사용된다. 이렇게 얻어진 유기 부분층의 전도성은, 적합한 기하학적 경계 조건하에서 적합한 버스 전극 및 금속 전극을 가진 면 단자를 무효하게 만드는 값들까지 상승하며, 이 때 유기 부분층내에서 도핑은 버스 전극 물질 자체와의 오믹 접촉을 형성한다.
본 발명의 다른 양태는 전극(2, 3)내에서 버스 전극들의 형성에 관한 것이다.
도 3은 이와 관련한 실시예를 도시한다. 이러한 형성예에서, 제1 전극(2)의 버스 전극들(51)은 전극(2)상에, 그리고 그로 인해 기판(6)으로 삽입된다. 이러한 단계는, 예를 들면, 유리 기판일 수 있는 기판(6)상에 선택적으로 도전로들 내지 리드 부분들이 도포됨으로써 달성될 수 있다. 이어서, 그 위에 고전도성 유기 부분층을 가진 제1 전극(2)이 증착된다. 이후, OLED 스택이 제조되고, 제2 전극(3)이 도포된다. 버스 전극들(4)은 제2 전극(3)상에 도포되되, 버스 전극들(51)과 관련하여 교번적으로 배치되도록 도포된다. 이 때의 장점은, 이상적이지 않은 도전층에서 다양한 전류 경로들(1a, 1b)이 전체적으로 항상 동일한 주행 경로를 가진다는 것이다. 이를 통해, 이상적이지 않은 도전층에 걸쳐 래터럴 전압 강하가 부분적으로 보상된다.
도 8은 이에 상응한 전극들의 버스 전극들의 구조들을 평면도로 도시한다. 본원에서, 개별 리드 부분들(57)은 실질적으로 서로 평행하게 배치된다. 좌측 도면에는 버스 전극들(5, 4)의 두 구조들이 서로 포개어져 배치되어 있다. 우측 도 면에는 전극들(5, 4)의 구조들이 교번적으로 구현되어, 도시된 평면도에서 버스 전극들(5) 구조의 리드 부분(57)이 버스 전극(4) 구조의 리드 부분(47)에 인접하여 번갈아 있다.
버스 전극들을 위한 다른 형성 가능성은 도 7에 도시되어 있다. 이 때, 한편으로는, 정사각형 내지 직사각형의 형태의 버스 전극들은 상호 간에 수직으로 연장된 리드 부분들을 포함하여 형성될 수 있다(버스 구조(54)). 우측 도면은 벌집형으로 형성된 대안적 버스 구조(55)를 도시한다.
응용에 따라, 일 측에서만 광을 아웃커플링하는 유기 발광 다이오드를 제조하는 것이 중요할 수 있다. 이러한 형성예는 도 4에 도시되어 있다. 여기서, 제2 전극(33)은 평면 전극의 형태로 금속층을 포함하고, 상기 금속층은 유기층(1)에 생성된 광을 반사하는 표면을 가진다. 이에 상응하여, 전하 캐리어 재조합을 통해 생성된 광자들은 제2 전극(33)의 거울 코팅된 표면에 의해 반사되며, 제1 전극(2) 및 기판(6)을 통해 아웃 커플링된다. 상기 기판은 유리 기판일 수 있다. 또한, 마찬가지로, 고 전도층을 포함한 제1 전극(2)이 금속 또는 전도성 산화 금속을 포함할 수 있다.
도 5는 이와 유사한 형성예를 제시하며, 여기서 제1 전극(2)은 무기층(23)으로 대체된다. 애노드를 나타내는 이러한 무기층(23)은 예를 들면 인듐-도핑 아연 산화물일 수 있다. 마찬가지로, 제1 전극(2)의 대용물로 순 금속층도 사용될 수 있다. 이러한 경우, 광은 제2 전극(3)을 통해 아웃 커플링된다. 그러므로, 도 5에 도시된 실시예는 소위 탑이미터에 상응한다.
마지막으로, 도 6은 다른 실시예를 제시하며, 여기서 제2 전극(3)은 제1 고전도성 유기 부분층(31) 및 제2 도전 부분층(34)을 포함한다. 고전도성 유기 부분층(31)은 제1 전극(2)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 전극(2, 3)에 의해 서로 다른 도전형의 전하 캐리어들이 OLED 스택으로, 또는 적어도 하나의 유기층(1)으로 주입되므로, 고전도성 유기 부분층(31) 및 제1 전극(2)을 위해 동일한 물질을 사용하는 경우 OLED 스택에 대한 추가적 정합이 수행되어야 할 수 있다. 본원에서 제시된 실시예에서 고전도성 유기 부분층(31) 내지 제1 전극(2)은 PEDOT:PSS란 물질을 포함한다. 상기 물질은 소위 정공 전도체로 표현된다. 캐소드를 포함할 수 있는 제2 전극(3)에서 전하 캐리어로서 정공 전자들이 주입되므로, OLED 스택의 상부층에 대한 추가적 정합이 필요하다. 이를 위해, 제2 도전층(34)이 역할하며, 상기 제2 도전층은 추가적으로 n형 도핑된다. 이를 통해, 부분층(31)의 고전도성 유기 체계가 OLED 스택에 정합될 수 있다.
도핑된 제2 도전 부분층(34)에 의해, 본질적으로 에너지 레벨의 상태에 의해 전하 캐리어 주입에 적합한 어떠한 접촉도 허용하지 않는 물질들에 대해 양호한 오믹(ohmic) 접촉이 가능하다. 이에 상응하여 마찬가지로, 제2 도전 부분층(34)이 제1 전극(2)과 OLED 스택 또는 적어도 하나의 유기층(1) 사이에 구비되는 것도 고려할 수 있다. 또는, 유기 제2 도전 부분층(34) 대신 추가의 무기층이 사용될 수도 있다. 무기층은, 예를 들면 공정 호환성을 위해 필요한 경우에 한하여, 유기 전극에 적어도 하나의 유기층(1)을 정합하기 위한 것이다.
마찬가지로, OLED 스택으로의 전하 캐리어 주입을 개선하기 위해, 추가의 무 기 부분층이 사용될 수 있다. 이는, 상기 무기 부분층이 고전도성 유기 물질보다 현저히 불량한 전도성을 가져서 단독 전극으로 부적합할 수 있는 경우에, 중요하다. 그러나 여기서도, 추가적인 고전도성 유기 부분층(31)에 의해 전하 캐리어의 양호한 래터럴 분포가 달성될 수 있다.
고전도성 유기층들로 이루어진 전극을 포함하는, 본원에 제시된 실시예는 다양한 방식으로 구현될 수 있다.
한편으로는, 예를 들면 스피닝(spinning), 분사 또는 인쇄와 같은 용제 기반 제조 방법이 사용될 수 있다. 분사 및 인쇄 시, 각 층들의 구조화를 위해 추가적으로 마스크 내지 실크 스크린이 사용될 수 있다. 스피닝 시, 층의 국부적 교차 결합 및 교차 결합되지 않은 영역들의 워시오프(wash-off)로 층의 구조화가 이루어진다. 예를 들면 유기 폴리머와의 교차 결합은 용제계 층들을 다층으로 도포할 수 있는 가능성을 제공하며, 이 때 층의 도포 시 그보다 선행한 층이 다시 분리되지 않는다.
다른 한편으로는, 유기 물질들을 기화 또는 OVPD 방법을 통해 제조할 수 있다. 불순물의 동시 증발의 경우, 마찬가지로 매우 도전적인 유기 상태가 구현될 수 있다.
추가적 버스 전극 구조들을 사용하면, 제조된 광원이 결함이 있을 때 간단한 수리가 가능하다. 수리로 인해, 제조된 광원의 수율이 향상될 수 있다.
제조 과정에서, 개별 유기 층들의 도포 시, 예를 들면 도전적 오염 입자 또는 다른 오염에 의해 국부적 단락이 발생할 수 있다. 이러한 국부적 단락은 유기 전기 발광 반도체 소자내에서 증가된 전류 흐름 및 그로 인한 상기 부분의 열적 가열을 유도하는 경우가 많다. 경우에 따라서, 상기 열적 가열에 의해 유기층이 손상 받아 광 수율이 감소한다. 수리를 위해, 손상받은 위치는 예를 들면 반도체 소자의 시각 검사를 통해 산출된다.
이후, 손상 위치의 근방에 있는 버스 전극들이 포착되고, 리드 단부들의 절단을 이용하여 선택적으로 제거된다. 이를 통해, 해당 유기층에서, 이제 더 긴 구간에 걸쳐 시작되어야 하는 전압 강하가 향상된다. 추가적으로 삽입되어 직렬 연결된 저항에 의해, 유기층내의 국부적 단락은 반도체 소자에 더이상 어떠한 손상도 야기하지 않는다. 단부면에 대한 반도체 소자의 활성면의 비율이 충분히 크게 유지되는 한, 리드 단부들의 선택적 절단은 광 소자의 총 출력에 거의 영향을 미치지 않는다. 특히, 도 7에 도시된 전극 구조들은, 그물 구조(network)로부터 국부적 영역이 분리될 수 있어서, 버스 전극 구조의 대면적 전도성에 영향을 미치지 않는 데 적합하다.

Claims (22)

  1. 기판(6);
    상기 기판(6) 상에 배치된 제1 전극(2);
    제2 전극(3); 및
    상기 제1 전극(2)과 상기 제2 전극(3) 사이에 배치되고, 전하 캐리어 재조합에 의해 광을 생성하는 층을 포함한 적어도 하나의 유기층(1)
    을 포함하고,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극(2, 3) 중 적어도 하나의 전극은 고전도성 유기 부분층(21, 31)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전기 발광 반도체 소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 전극(2) 및/또는 상기 제2 전극(3)은 상기 유기층(1)에 서로 다른 형(type)의 전하 캐리어들을 면으로 공급하기 위해 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 전기 발광 반도체 소자.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 고전도성 유기 부분층(21, 31)의 적어도 하나는, 폴리머, 저분자, 도핑된 폴리머, 도핑된 저분자, PEDOT:PSS, PANI:PSS, ZnPc/F4-TCNQ, MeO-TPD/F4-TCNQ 및 BEDT-TTF 중 적어도 하나의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전기 발 광 반도체 소자.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고전도성 유기 부분층(21, 31)의 적어도 하나는, 금속 또는 유기 염 또는 무기 염으로 도핑된 폴리머나 도핑된 저분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전기 발광 반도체 소자.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 도전 부분층(22)을 더 포함하고,
    상기 제2 도전 부분층은 금속 배선층을 포함하고, 상기 고전도성 유기 부분층(21)과 상기 기판(6) 사이에, 또는 상기 제2 전극(3)상에 도포되는 것을 특징으로 하는 유기 전기 발광 반도체 소자.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판(6) 및 상기 제1 전극(2)은 상기 적어도 하나의 유기층(1)에 의해 생성된 광의 파장을 위해 적어도 부분적으로 투명한 것을 특징으로 하는 유기 전기 발광 반도체 소자.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 전극(3)은 상기 적어도 하나의 유기층(1)에 의해 생성된 광의 파장 을 위해 적어도 부분적으로 투명한 것을 특징으로 하는 유기 전기 발광 반도체 소자.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전극의 고전도성 유기 부분층(21, 31)은 0.1 S/cm보다 큰 전도도를 가지는 것을 특징으로 하는 유기 전기 발광 반도체 소자.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제1 전극은 제2 도전 부분층(34, 32, 33)을 더 포함하고, 상기 제2 도전 부분층은 상기 고전도성 유기 부분층(21, 31)과는 다른 전도성을 가지는 것을 특징으로 하는 유기 전기 발광 반도체 소자.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2 도전 부분층(34, 32)은 도핑된 유기 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전기 발광 반도체 소자.
  11. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
    상기 고전도성 유기 부분층(21, 31)은 제1 도전형을 가지고, 상기 제2 도전 부분층(34)은 제2 도전형을 가지고, 상기 제2 도전형은 상기 제1 도전형과는 다른 것을 특징으로 하는 유기 전기 발광 반도체 소자.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2 도전 부분층(34, 32)은 무기 물질, 특히 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전기 발광 반도체 소자.
  13. 청구항 9 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 도전 부분층(22, 32, 34)은 상기 고전도성 유기 부분층(31, 21)과 상기 적어도 하나의 유기층(1) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 유기 전기 발광 반도체 소자.
  14. 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전극은 고전도성 버스 전극(5, 4), 특히 금속을 포함하고, 상기 버스 전극은 상기 고전도성 유기 부분층(21, 31)상에 도포되는 것을 특징으로 하는 유기 전기 발광 반도체 소자.
  15. 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극(2, 3)은 각각의 고전도성 유기 부분층(21, 31)을 포함하고, 상기 유기 부분층 각각 상에 금속 버스 전극(5, 4)이 도포되는 것을 특징으로 하는 유기 전기 발광 반도체 소자.
  16. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
    상기 금속 버스 전극(5, 4)은 상기 고전도성 유기 부분층(21, 31)에 걸쳐 실질적으로 평행하게 연장되는 복수 개의 리드 단부들(47, 57)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전기 발광 반도체 소자.
  17. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
    상기 금속 버스 전극(5, 4)은 복수 개의 리드 단부들을 포함하고, 상기 리드 단부들은 벌집형 구조로 서로 전기 전도적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 유기 전기 발광 반도체 소자.
  18. 청구항 14 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평행하게 연장되는 리드 단부들(57)의 적어도 하나의 전극은, 다른 전극의 평행하게 연장된 리드 단부들(47)과 교번적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 유기 전기 발광 반도체 소자.
  19. 청구항 1 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 실질적으로 동일한 면 저항을 가지는 것을 특징으로 하는 유기 전기 발광 반도체 소자.
  20. 적어도 하나의 전극(21, 31)이 래터럴 전압 강하의 개선을 위한 금속 버스 전극(5, 4)을 포함하는 유기 전기 발광 반도체 소자의 수리 방법에 있어서,
    상기 반도체 소자의 유기층(1)에서 손상 위치를 산출하는 단계;
    산출한 손상 위치의 영역에서 상기 버스 전극들(5, 4)의 리드 단부들을 포착하는 단계; 및
    상기 유기층의 손상 위치 영역에서 상기 전압 강하를 증가시키기 위해 포착한 리드 단부들을 선택적으로 파괴하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전기 발광 반도체 소자의 수리 방법.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 손상 위치를 상기 유기 전기 발광 반도체 소자의 시각 검사(visual inspection)를 통해 산출하는 것을 특징으로 하는 유기 전기 발광 반도체 소자의 수리 방법.
  22. 청구항 20 또는 청구항 21에 있어서,
    상기 포착한 리드 단부들의 선택적 파괴 단계는 레이저빔 유도 절단에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 유기 전기 발광 반도체 소자의 수리 방법.
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