KR20120090595A - 유기 발광 소자 - Google Patents

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KR20120090595A
KR20120090595A KR1020110011108A KR20110011108A KR20120090595A KR 20120090595 A KR20120090595 A KR 20120090595A KR 1020110011108 A KR1020110011108 A KR 1020110011108A KR 20110011108 A KR20110011108 A KR 20110011108A KR 20120090595 A KR20120090595 A KR 20120090595A
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강호석
손준모
양혜연
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삼성전자주식회사
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Abstract

유기 발광 소자가 개시된다.
개시된 유기 발광 소자는 제1전극과, 제2전극과, 제1전극과 제2전극 사이의 유기 발광층을 포함하고, 상기 제1전극이 노출되도록 제2전극으로부터 상기 유기 발광층까지 관통된 홀에 보조 전극이 배치될 수 있다.

Description

유기 발광 소자{Organic light emitting device}
층 구조를 단순화하고, 광 추출 효율을 증대시킨 유기 발광 소자에 관한 것이다.
유기 발광 소자는 애노드 전극, 유기 발광층, 캐소드 전극을 포함하고, 유기 발광층에 전류를 흘리면 전자 수송층(electron transport layer)과 정공 수송층(hole transport layer)을 통해 전자와 정공이 유기 발광층으로 이동되고 전자와 정공이 재결합하여 발광된다. 애노드 전극은 빛을 투과시키는 투명 전도성 물질, 예를 들어 인듐 주석 산화물(ITO: Indium Tin Oxide) 또는 인듐 아연 산화물(IZO: Indium Zinc Oxide)로 형성될 수 있다. 하지만, 이러한 투명 전도성 물질은 저항값이 크기 때문에 애노드 전극의 면적이 증가하면 저항값이 증가하여 발광부 입력단에서 가까운 부분은 전류 밀도가 높아 휘도가 높고, 먼 부분은 전압 강하로 전류 밀도가 낮아 휘도가 낮은 현상을 일으킨다. 또한, 전원 입력단에서 가까운 부분에는 전류 밀도가 높아 소자가 장시간 구동시 열화 현상에 의해 소자의 수명이 감소되기도 한다. 이러한 문제를 해소하기 위해, 저항 값이 작은 금속, 예를 들어 크롬, 몰리브덴 또는 알루미늄을 포함하는 보조전극을 구비하여 저항 값을 감소시킴으로써 유기 발광 소자의 전기적 특성을 향상시키는 방법을 사용한다.
그리고, 보조전극과 캐소드 전극의 단락(short)을 막기 위해 보조전극 위에 절연층을 형성한다. 그런데, 절연층을 형성하는 공정으로 인해 제조 공정이 복잡해지고, 제조 비용이 상승하게 된다. 그리고, 절연층으로 인해 유기 발광층에서 발광된 광이 외부로 추출되지 못하여 광 추출 효율이 저하될 수 있다.
본 발명의 실시예는 층 구조를 단순화한 유기 발광 소자를 제공한다.
본 발명의 실시예는 광 추출 효율을 증가시킨 유기 발광 소자를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자는, 기판; 상기 기판 상의 제1전극; 상기 제1전극 상의 유기 발광층; 상기 유기 발광층 상의 제2전극; 상기 제1전극이 노출되도록 제2전극으로부터 상기 유기 발광층까지 관통된 홀; 및 상기 홀에 배치된 보조 전극;을 포함할 수 있다.
상기 홀은 유기 발광층을 관통한 제1홀과, 상기 제2전극을 관통하고 상기 제1홀보다 큰 폭을 가지는 제2홀을 포함할 수 있다.
상기 보조 전극의 하면이 제1전극에 접촉하고, 보조 전극의 상면이 제2전극에 접촉되지 않도록 상기 유기 발광층보다 높게 배치될 수 있다.
상기 제2전극층과 보조전극을 덮는 보호 반사층이 더 구비될 수 있다.
상기 보조 전극의 하면이 제1전극에 접촉하고, 보조 전극의 상면이 상기 유기 발광층의 상면과 같은 높이에 위치할 수 있다.
상기 제2전극층과 보조전극을 덮는 보호 반사층이 더 구비될 수 있다.
상기 보호 반사층은 산화물 절연체층과 그 위에 구비된 금속 반사층을 포함할 수 있다.
상기 산화물 절연체층은 a-Si, SiO2, TiO2, MoO로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질로 형성될 수 있다.
상기 보조 전극은 Cr, Al, Mo, Ca, Ni로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 물질로 형성될 수 있다.
상기 보조 전극은 사각형, 사다리꼴, 또는 역사다리꼴의 단면 형상을 가질 수 있다.
상기 유기 발광층은 전공 주입층, 발광층, 전자 주입층을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자는 보조 전극의 구조를 변형하여 층 구조가 단순화되도록 할 수 있다. 그리고, 절연층 없이 보조 전극을 구비하여 제조 공정 단계를 줄일 수 있고, 그럼으로써 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한, 보조 전극을 이용하여 유기 발광층에서 발광된 광을 반사시킴으로써 광 추출 효율을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자를 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자를 발광 영역에 따라 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자에 대해 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조번호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, 각 구성 요소의 크기나 두께는 설명의 편의를 위해 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자(1)를 개략적으로 도시한 것이다. 유기 발광 소자(1)는 기판(10)과, 기판(10) 상의 제1전극(15)과, 상기 제1전극(15) 상의 유기발광층(20)과, 상기 유기 발광층(20) 상의 제2전극(30)을 포함할 수 있다. 상기 유기 발광 소자(1)는 상기 제1전극(15)이 노출되도록 유기발광층(20)과 제2전극(30)을 관통하는 홀(35)을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 홀(35)에 보조 전극(40)이 구비될 수 있다.
상기 기판(10)은 예를 들어, 글라스 기판일 수 있으며, 광을 투과시킬 수 있다. 상기 제1전극(15)은 애노드(anode) 전극일 수 있다. 상기 제1전극(15)은 광을 투과시키도록 투명 전극일 수 있으며, 예를 들어 인듐 틴 옥사이드(ITO;Indium Tin Oxide), 인듐 징크 옥사이드(IZO;Indium Zinc Oxide) 등과 같은 투명한 도전성 물질로 형성될 수 있다. 상기 유기발광층(20)은 유기 화합물로 형성될 수 있으며, 예를 들어 고분자 유기 화합물을 포함할 수 있다. 유기발광층(20)은 단일층으로 형성되거나 다중층으로 형성될 수 있다. 다중층으로 형성되는 경우 정공주입층(hole injecting layer)과 발광층(light emitting layer) 및 전자주입층(electron injecting layer)을 포함할 수 있다. 도 1에서는 유기발광층이 단일층으로 형성된 예를 도시하였으며, 후술될 도 2에서는 유기발광층이 다중층으로 형성된 예를 도시하였다. 제2전극(30)은 예를 들어 캐소드(cathod) 전극일 수 있다.
홀(35)은 유기발광층(20)을 관통하는 제1홀(35a)과 제2전극(30)을 관통하는 제2홀(35b)을 포함할 수 있다. 상기 제1홀(35a)과 제2홀(35b)은 그 경계에서 변형이 생기는 2단 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1홀(35a)의 폭(w1)은 제2홀(35b)의 폭(w2)보다 작을 수 있다. 여기서, 제1홀의 폭(w1)은 제1홀의 상단부에서의 폭을, 제2홀의 폭(w2)은 제2홀의 하단부에서의 폭을 나타낼 수 있다. 홀(35)은 다양한 형상을 가질 수 있으며, 예를 들어 사각형, 사다리꼴, 또는 역사다리꼴의 종단면 형상을 가질 수 있다.
상기 홀(35)에 보조 전극(40)이 배치될 수 있다. 보조 전극(40)은 전기 전도도가 높은 금속으로 형성될 수 있다. 보조 전극(40)은 예를 들어, 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 칼슘(Ca), 니켈(Ni)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질로 형성될 수 있다. 보조 전극(40)은 상기와 같은 물질들의 합금(Alloy)으로 형성되는 것도 가능하다. 보조 전극은 열기상법(thermal evaporation), 스퍼터링, 또는 프린팅 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 보조 전극이 형성된 위에 용액 공정을 이용하여 유기 발광층을 형성할 수 있다.
한편, 보조 전극은 단일 금속막 또는 다층 금속막으로 형성될 수 있다. 전기 전도도가 높은 금속을 포함하는 보조 전극을 구비함으로써 유기 발광 소자가 대면적으로 제작되는 경우에도 제1전극의 저항 증가로 인한 휘도 불균일도를 감소시킬 수 있다.
보조 전극(40)은 제1홀(35)에 배치될 수 있다. 보조 전극은 예를 들어, 제1홀(35)보다 작은 높이로 배치되거나, 같은 높이로 배치되거나 높은 높이로 배치될 수 있다. 도 1에서는 보조 전극(40)이 제1홀(35)보다 높은 높이로 배치된다. 즉, 상기 보조 전극(40)의 하면이 제1전극(15)에 접촉하고, 보조 전극(40)의 상부가 제2전극(30)에 접촉되지 않도록, 보조 전극(40)이 상기 유기 발광층(20) 위로 돌출되게 배치될 수 있다. 여기서는 보조 전극(40)이 유기 발광층(20) 위로 돌출되게 배치된 예를 도시하였지만, 제1홀(35a)과 제2홀(35b)의 폭이 같은 경우 보조 전극(40)이 유기 발광층(20)의 제1홀(35a) 내에 배치되도록 하여 보조 전극(40)이 제2전극(30)과 접촉되지 않도록 할 수 있다.
본 실시예에서 홀(35)이 유기 발광층과 제2전극을 관통하여 형성되고, 상기 홀(35)에 보조 전극의 두께를 크게 하여 배치할 수 있다. 그럼으로써, 전원으로부터 멀리 위치하는 제1전극 영역에 균일하게 전류를 공급할 수 있다. 그리고, 보조 전극(40) 위쪽에 제2전극이 존재하지 않기 때문에 단락을 방지하기 위해 절연층을 구비할 필요가 없다. 또한, 절연층 없이 보조 전극의 형상과 두께를 조절하여 유기 발광층에서 트랩(trap)되는 광을 반사시킬 수 있어 광추출 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 대면적에서도 전류 공급을 원활하게 할 수 있고, 그에 따라 균일한 휘도를 제공할 수 있다.
유기 발광 소자(1)에서 광이 발생되는 원리를 설명하면 다음과 같다. 제1전극(15)과 제2전극(30)에 전압이 인가되면, 전자와 정공이 방출되고, 전자와 정공은 유기발광층 내에서 재결합하면서 광을 발생시킬 수 있다. 유기발광층(20)에서 발광된 광은 제1전극(15)을 통해 외부로 출광될 수 있다. 유기 발광 소자는 광이 방출되는 방향에 따라 전면 발광 구조와 배면 발광 구조로 분류될 수 있다. 도 1에 도시된 유기 발광 소자는 배면 발광 구조를 가지는 예를 도시한 것이다. 하지만, 여기에 한정되는 것은 아니고, 전면 발광 구조의 유기 발광 소자에도 적용 가능함은 물론이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자(1')를 도시한 것이다. 상기 유기 발광 소자(1')는 도 1에 도시된 유기 발광 소자와 비교할 때, 제2전극(30)과 보조 전극(40) 위를 덮는 보호 반사층(50)을 더 구비할 수 있다. 보호 반사층(50)은 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다. 보호 반사층(50)은 예를 들어 산화물 절연체층과 그 위의 금속 반사층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 산화물 절연체층은 a-Si, SiO2, TiO2, MoO로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질로 형성될 수 있다. 상기 보호 반사층(50)을 통해 제2전극(30)과 보조 전극(40)사이로 나가는 광의 손실을 줄일 수 있다.
한편, 유기 발광층(20')은 다중층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 유기 발과층(20')은 정공주입층(hole injecting layer)(21)과 발광층(light emitting layer)(22) 및 전자주입층(electron injecting layer)(23)을 포함할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았지만 유기발광층(20')이 정공 수송층(hole transfer layer)과 전자 수송층(electron transfer layer)을 더 포함할 수 있다.
도 3은 또 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자(1")를 도시한 것으로, 도 1과 비교할 때 보조 전극(40a)이 사다리꼴 단면을 가지는 예를 도시한 것이다.이 경우, 제1홀(35a)이 사다리꼴 단면을 가질 수 있다. 제2홀(35b)은 사각형 단면을 가질 수 있다. 제1홀(35a)의 상단부의 폭이 제2홀(35b)의 하단부의 폭보다 작을 수 있다. 그럼으로써 보조 전극(40a)이 제2전극(30)과 접촉되지 않고, 단락되지 않도록 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자(100)를 도시한 것이다. 유기 발광 소자(100)는 기판(110)과, 기판(110) 상의 제1전극(115)과, 상기 제1전극(115) 상의 유기발광층(120)과, 상기 유기 발광층(120) 상의 제2전극(130)을 포함할 수 있다. 상기 유기 발광 소자(100)는 상기 제1전극(115)이 노출되도록 유기발광층(120)과 제2전극(130)을 관통하는 홀(135)을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 홀(135)에 보조 전극(140)이 구비될 수 있다. 상기 제2전극(130)과 보조 전극(140)이 단락되지 않도록 보조 전극(140)의 두께와 형상을 조절할 수 있다. 상기 홀(135)은 유기발광층(120)을 관통하는 제1홀(135a)과 제2전극(130)을 관통하는 제2홀(135b)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1홀(135a)의 폭(w1)은 제2홀(135b)의 폭(w2)보다 작을 수 있다. 여기서, 제1홀의 폭(w1)은 제1홀의 상단부에서의 폭을, 제2홀의 폭(w2)은 제2홀의 하단부에서의 폭을 나타낼 수 있다. 홀(135)은 다양한 형상을 가질 수 있으며, 예를 들어 사각형, 사다리꼴, 또는 역사다리꼴의 종단면 형상을 가질 수 있다. 상기 보조 전극(140)은 제1홀(135a)의 형상에 대응되게 배치될 수 있다. 즉, 보조 전극(140)이 제1홀(135a)과 같은 높이에 배치될 수 있다. 그리고, 제2전극(130)과 보조 전극(140)의 표면을 따라 보호 반사층(150)이 구비될 수 있다. 보조 전극(140)은 예를 들어, 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 칼슘(Ca), 니켈(Ni)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질로 형성될 수 있다. 보호 반사층(150)은 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다. 보호 반사층(150)은 예를 들어 산화물 절연체층과 그 위의 금속 반사층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 산화물 절연체층은 a-Si, SiO2, TiO2, MoO로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질로 형성될 수 있다. 상기 보호 반사층(150)을 통해 제2전극(130)과 보조 전극(140)사이로 나가는 광의 손실을 줄일 수 있다.
도 5는 도 4에 도시된 유기 발광 소자에서 보조 전극의 형상을 변형한 것이다. 도 4와 동일한 참조 번호로 표시된 구성 요소들은 실질적으로 동일한 기능과 작용을 하는 것으로 여기서는 상세한 설명을 생략한다. 도 5에 도시된 유기 발광 소자(100')는 역사다리꼴 단면을 가지는 보조 전극(140a)을 포함할 수 있다. 상기 발광 소자(100')는 유기 발광층(120)을 관통하는 제1홀(135a)과 제2전극(130)을 관통하는 제2홀(135b)을 포함할 수 있다. 상기 보조 전극(140a)은 제1홀(135a)에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 제1홀(135a)은 역사다리꼴 단면을 가지고, 제2홀(135b)은 사각형 단면을 가질 수 있다. 그리고, 제1홀(135a)의 상단부의 폭이 제2홀(135b)의 하단부의 폭보다 작을 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자의 저면도를 도시한 것이다. 유기 발광 소자는 발광 영역(210)과 비발광 영역(220)을 포함할 수 있다. 비발광 영역(220)은 보조 전극이 배치된 영역에 대응될 수 있다. 도 6에서는 비발광 영역(220)이 횡방향으로 길게 형성된 예를 도시하고 있으며, 이는 보조 전극이 횡방향으로 길게 형성된 구조를 가지는 유기 발광 소자의 예를 나타낸 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자를 조명 장치에 적용할 때 보조 전극의 패턴에 따라 발광 영역과 비발광 영역이 일종의 무늬로 조명되도록 응용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자가 대면적으로 제작될 때 보조 전극의 크기와 배치 간격 등을 조절하여 넓은 면적에 대해서 균일한 휘도를 나타낼 수 있다. 그리고, 보조 전극 위에 절연층을 따로 구비하지 않고 제2전극과의 단락을 방지할 수 있어 제조 공정을 단순화하고 그럼으로써 제조 단가를 절감할 수 있다. 또한, 보조 전극에서 광이 반사되도록 함으로써 광추출 효율을 증대시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
1,100...유기 발광 소자, 10,110...기판
15,30,115,130...전극, 20...유기 발광층
35,135...홀, 40,140...보조 전극
50,150...보호 반사층

Claims (11)

  1. 기판;
    상기 기판 상의 제1전극;
    상기 제1전극 상의 유기 발광층;
    상기 유기 발광층 상의 제2전극;
    상기 제1전극이 노출되도록 제2전극으로부터 상기 유기 발광층까지 관통된 홀; 및
    상기 홀에 배치된 보조 전극;을 포함하는 유기 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 홀은 유기 발광층을 관통한 제1홀과, 상기 제2전극을 관통하고 상기 제1홀보다 큰 폭을 가지는 제2홀을 포함하는 유기 발광 소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 보조 전극의 하면이 제1전극에 접촉하고, 보조 전극의 상면이 제2전극에 접촉되지 않도록 상기 유기 발광층보다 높게 배치된 유기 발광 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2전극층과 보조전극을 덮는 보호 반사층이 더 구비되는 유기 발광 소자.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 보조 전극의 하면이 제1전극에 접촉하고, 보조 전극의 상면이 상기 유기 발광층의 상면과 같은 높이에 위치하는 유기 발광 소자.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2전극층과 보조전극을 덮는 보호 반사층이 더 구비되는 유기 발광 소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 보호 반사층은 산화물 절연체층과 그 위에 구비된 금속 반사층을 포함하는 유기 발광 소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 산화물 절연체층은 a-Si, SiO2, TiO2, MoO로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질로 형성된 유기 발광 소자.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 보조 전극은 Cr, Al, Mo, Ca, Ni로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 물질로 형성된 유기 발광 소자.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 보조 전극은 사각형, 사다리꼴, 또는 역사다리꼴의 단면 형상을 가지는 유기 발광 소자.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유기 발광층은 전공 주입층, 발광층, 전자 주입층을 포함하는 유기 발광 소자.
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