KR20130021224A - 색가변 유기발광 다이오드 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 색가변이 가능한 유기발광 다이오드를 제공한다. 본 발명에 있어 색가변은 양극에 상에 부분적으로 형성된 얇은 금속막이 유발하는 마이크로 캐비티 효과에 의하여 구현된다. 이 유기발광 다이오드는 기판 상에 차례로 적층된 양극, 유기발광층, 및 음극을 포함하되, 양극 상에 제 1 방향으로 신장되고 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 배열된 복수개의 제 1 스트립 라인들을 갖는 금속 박막층을 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 유기발광 다이오드에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 색 또는 색온도의 조절이 가능한 유기발광 다이오드에 관한 것이다.
유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED)는 유기발광물질을 전기적으로 여기(exciting)시켜 발광시키는 자체 발광형 소자이다. 상기 유기발광 다이오드는 기판, 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 형성된 유기발광층을 포함한다. 상기 양극 및 음극들로부터 공급되는 전공들 및 전자들은 상기 유기발광층 내에서 결합하여 외부로 방출되는 광을 생성한다. 상기 유기발광 다이오드는 상기 유기발광층을 구성하는 물질의 종류에 따라 다양한 색을 방출할 수 있다.
상기 유기발광 다이오드 중 백색 발광 소자는 유기 발광층에 적색, 녹색 및 청색 발광층을 순차적으로 적층하여 각각 발광층에서 발광되는 색이 혼합되어 백색이 구현된다. 그러나 원하는 발광 색을 구현하기 위해서는 방출되는 광의 파장대별 스펙트럼의 강도를 조절해야 하는 어려움이 있다. 이를 위해 실시된 기술적인 방법으로는 발광층에 물질을 첨가하는 도핑법 또는 유기물층을 기존의 구조에 추가하는 방식 등이 있으나, 이는 모두 물질개발이 수반되고 기존의 공정을 변형해야 한다.
본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는 색온도 조절이 가능한 유기발광 다이오드를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 유기발광 다이오드는 기판 상에 차례로 적층된 양극(anode), 유기발광층, 및 음극(cathode)을 포함하되, 상기 양극 상에 제 1 방향으로 신장되고 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 배열된 복수개의 제 1 스트립 라인들을 갖는 금속 박막층을 포함할 수 있다. 상기 제 1 스트립 라인들 각각은 그 평면이 직사각형 형상을 가질 수 있다. 상기 금속 박막층은 상기 양극 상에 상기 제 2 방향으로 신장되고 상기 제 1 방향으로 배열되며, 상기 제 1 스트립 라인들을 연결하는 제 2 스트립 라인들을 더 포함할 수 있다.
상기 금속 박막층은 상기 유기발광층에서 생성된 광의 스펙트럼을 변화시키는 마이크로 캐비티 효과(Microcavity Effect)를 유발할 수 있다. 상기 금속 박막층은 Ag, Au, Cu, Pt, Ni, Cr, Pd, Mg, Cs, Ca, Sn, Sb, Pb 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 금속 박막층은 투명도가 60% 이상이고 두께가 5 nm 이하인 금속을 포함할 수 있다.
상기 기판 상에 형성되고 상기 금속 박막층과 전기적으로 연결되는 전극패드를 더 포함하되, 상기 전극패드는 상기 양극과 이격 된다. 상기 전극패드는 상기 기판 상의 상기 양극이 형성되지 않은 영역에 형성된다. 상기 전극패드는 상기 기판 상에 복수개가 대칭적으로 형성될 수 있다. 상기 전극패드를 통해 상기 금속 박막층에 전압을 인가하여 방출되는 광의 스펙트럽을 변화시킬 수 있다.
상기 유기발광층은 보조층을 더 포함하되, 상기 보조층은 정공주입층(hole injecting layer), 정공수송층(hole transfer layer), 전자수송층(electron transfer layer), 또는 전자주입층(electron injecting layer) 을 포함한다.
본 발명에 따른 유기발광 다이오드는 음극과 유기발광층 사이에 마이크로 캐비티 효과(micro cavity effect)를 유발하는 금속 박막층을 부분적으로 갖는다. 이에 따라, 금속박막을 통과한 광은 발광층에서 생성된 광과는 다름 스펙트럼 분포를 갖게 된다. 금속 박막을 통과하지 않는 광과 금속 박막을 통과한 박막의 광이 혼합되어 새로운 스펙트럼을 갖는 광이 외부로 방출된다.
또한, 본 발명에 따른 유기발광 다이오드는 상기 금속 박막층에 독립적으로 전압을 어드레싱할 수 있는 전극패드를 구비함으로써, 금속박막을 통과하는 광의 스펙트럼을 조절할수 있다. 이로써, 방출되는 광의 색 또는 색온도 조절이 가능한 색가변 유기발광 다이오드를 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 유기발광 다이오드의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광 다이오드의 구조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기발광 다이오드의 구조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 유기발광 다이오드의 구조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 금속 박막층이 없는 유기발광 다이오드의 광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 6은 금속 박막층이 전체적으로 형성된 유기발광 다이오드의 광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 7은 금속 박막층이 부분적으로 형성된 유기발광 다이오드의 광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광 다이오드의 구조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기발광 다이오드의 구조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 유기발광 다이오드의 구조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 금속 박막층이 없는 유기발광 다이오드의 광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 6은 금속 박막층이 전체적으로 형성된 유기발광 다이오드의 광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 7은 금속 박막층이 부분적으로 형성된 유기발광 다이오드의 광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 막이 다른 막 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 또한, 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 영역, 막들 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 막을 다른 영역 또는 막과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시예에의 제1막질로 언급된 막질이 다른 실시예에서는 제2막질로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다.
도 1을 참조하면, 기판(100) 상에 양극(101), 정공수송층(103), 정공주입층(104), 유기발광층(105), 전자수송층(106), 전자주입층(107), 및 음극(108)을 차례로 형성할 수 있다. 상기 기판(100)은 투명한 물질들 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 기판(100)은 유리, 석영 또는 투명한 플라스틱 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 양극(101)은 투명성을 가지는 도전성 물질일 수 있다. 예를 들면, 상기 양극(101)은 투명 전도성 산화물들(TCO:Transparent conductive oxide) 중의 하나일 수 있다. 일례로, 상기 양극(101)은 인듐주석산화물(ITO: Indum Tin Oxide) 또는 인듐아연산화물(IZO: Indium Zinc Oxide) 중의 하나일 수 있다. 상기 양극(101)은 양극(anode)일 수 있다.
상기 양극(101) 상에 금속 박막층(102)을 형성한다. 상기 금속 박막층(102)은 상기 양극(101) 상에 부분적으로 형성될 수 있다.
상기 금속 박막층(102)은 상기 양극(101)과 다른 도전성 물질을 포함할 수 있다. 상기 금속 박막층(102)은 금속을 포함하는 박막일 수 있으며, 일례로 은(Ag)을 포함하는 박막일 수 있다. 상기 금속 박막층(102)의 두께는 대략 5 나노미터(nm) 이하일 수 있다. 상기 금속 박막층(102)은 대략 60% 이상의 투명도를 가짐이 바람직하다.
상기 양극(101) 상에 차례로 정공수송층(103), 정공주입층(104), 유기발광층(105), 전자수송층(106), 전자주입층(107)이 형성된다. 상기 정공수송층(103), 정공주입층(104), 유기발광층(105), 전자수송층(106), 전자주입층(107)은 유기화합물 또는 금속 착화합물의 조합으로 이루어질 수 있다.
상기 전자주입층(107) 상에 상기 음극(108)이 형성된다. 상기 음극(108)은 전도성을 가진다. 상기 음극(108)은 금속 또는 광 투과성 도전 물질 중에서 선택될 수 있다. 상기 박막의 두께에 따라서 투과하는 빛의 파장이 다를 수 있다.
본 발명에 따른 유기발광 다이오드는 상기 양극(101)과 상기 유기발광층(105) 사이에 마이크로 캐비티 효과(micro cavity effect)를 유발하는 상기 금속 박막층(102)을 부분적으로 형성한다. 이에 따라, 외부로 방출되는 광의 스펙트럼을 변화시킬 수 있다. 이를 이하 도 2 내지 도 6에서 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광 다이오드의 구조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2를 참조하면, 상기 기판(100) 상에 상기 양극(101)이 형성되고, 상기 양극(101) 상에 상기 금속 박막층(102)이 형성된다. 상기 금속 박막층(102)은 상기 양극(101) 상에 제 1 방향으로 신장되고 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 배열된 복수개의 제 1 스트립 라인들(102a)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 방향은 도 2의 x축이고, 상기 제 2 방향은 도 2의 y축에 해당할 수 있다.
상기 금속 박막층(102)은 상기 양극(101) 상에 부분적으로 형성됨으로써, 상기 양극(101)의 일부가 상기 유기발광층(105)에 노출될 수 있다. 일 실시예에 따르면 상기 제 1 스트립 라인(102a)은 그 평면이 직사각형 형상을 가질 수 있다.
상기 금속 박막층(102)은 금속 진공증착 공정, 새도우 마스크(shadow mask)를 이용하는 공정 또는 스퍼터링 금속증착 공정 등으로 형성될 수 있다.
상기 유기발광층(도 1의 105)에서 생성된 광은 상기 금속 박막층(102) 및/또는 상기 양극(101)을 통과하여 상기 기판(100)의 외부로 방출될 수 있다. 이 때, 상기 금속 박막층(102)에 의한 마이크로 캐비티 효과(micro cavity effect)에 따라 상기 기판(100)의 외부로 방출되는 광의 스펙트럼은 상기 금속 박막층(102)을 통과하지 않는 광의 스펙트럼과 달라진다. 상기 마이크로 캐비티 효과를 이용하여 광의 스펙프럼을 변화시킬 수 있다. 즉, 상기 유기발광층에서 생성된 광은 상기 금속 박막층(102) 및 상기 양극(101)을 통과할 수 있으며, 상기 금속 박막층(102)을 통과하지 않고 바로 상기 양극(101)을 통과할 수 있다. 상기 금속 박막층(102)을 통과하는 광의 스펙트럼과 상기 금속 박막층(102)을 통과하지 않는 광의 스펙트럼은 서로 다르다. 이 경우, 상기 금속 박막층(102)을 통과하는 광과 상기 금속 박막층(102)을 통과하지 않는 광의 혼합 광이 생성된다.
상기 혼합 광의 스펙트럼은 상기 유기발광층에서 생성된 광의 스펙트럼과 다르며, 이는 상기 금속 박막층(102)의 형상 및 두께를 달리함에 따라 조절될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기발광 다이오드의 구조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3을 참조하면, 상기 기판(100) 상에 상기 양극(101)이 형성되고, 상기 양극(101) 상에 상기 금속 박막층(102)이 형성될 수 있다. 상기 금속 박막층(102)은 상기 양극(101) 상에 제 1 방향으로 신장되고 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 배열된 복수개의 제 1 스트립 라인들(102a)을 포함할 수 있다.
상기 기판(100) 상에 전극패드(200)가 배치될 수 있다. 상기 전극패드(200)는 상기 기판(100) 상에 형성되되, 상기 양극(101)과 이격되도록 배치될 수 있다. 상기 전극패드(200)는 독립적으로 전압이 인가될 수 있다. 상기 전극패드(200)는 전선(201)에 의해 상기 금속 박막층(102)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이로써, 상기 전극패드(200)에 의해 상기 금속 박막층(102)에 전압이 인가되도록 구성될 수 있다.
일례로, 상기 전극패드(200)는 상기 기판(100) 상에 상기 양극(101)이 형성되지 않은 영역에 형성될 수 있으며, 하나 또는 복수개의 상기 전극패드(200)가 배치될 수 있다. 다른 예로, 상기 전극패드(200)를 양 측면에 배치함으로써, 상기 금속 박막층(102)에서 발생할 수 있는 전압강하를 방지할 수 있다.
상기 금속 박막층(102)에 전압이 인가되면 상기 금속 박막층(102)을 통과하는 광의 스펙트럼이 달라질 수 있으며, 이에 따라 상기 혼합 광의 스펙트럼이 달라질 수 있다. 상기 금속 박막층(102)에 인가되는 전압을 변화시킴으로써, 상기 혼합 광의 스펙트럼을 조절할 수 있다. 상기 금속 박막층(102)은 입사광의 위상차를 유발하여 스펙트럼을 변화시킨다. 상기 금속 박막층(102)에 전기가 인가되는 경우 포논(phonon)의 진동변화로 상기 금속 박막층(102)의 광학적 성질이 변하여, 상기 금속 박막층(102)에 전기가 인가되지 않는 경우와 비교하여 입사광에 대한 새로운 위상차를 발생시켜 스펙트럼을 변화시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 유기발광 다이오드의 구조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4를 참조하면, 상기 기판(100) 상에 상기 양극(101)이 형성되고, 상기 양극(101) 상에 상기 금속 박막층(102)이 형성될 수 있다. 상기 금속 박막층(102)은 상기 양극(101) 상에 제 1 방향으로 신장되고 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 배열된 복수개의 제 1 스트립 라인들(102a)을 포함할 수 있다.
상기 금속 박막층(102)은 상기 양극(101) 상에 상기 제 2 방향으로 신장되고 상기 제 1 방향으로 배열되며, 상기 제 1 스트립 라인들(102a)을 연결하는 제 2 스트립 라인들(102b)을 더 포함할 수 있다. 상기 금속 박막층(102)은 상기 양극(101) 상에 바둑판 형태로 형성될 수 있다.
상기 기판(100) 상에 형성되고 상기 금속 박막층(102)과 전기적으로 연결되는 전극패드(200)를 더 포함하되, 상기 전극패드(200)는 상기 양극(101)과 이격될 수 있다. 상기 전극패드(200)는 독립적으로 전압이 인가될 수 있다. 상기 전극패드(200)는 전선(201)에 의해 상기 메탈막(102)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이로써, 상기 전극패드(200)에 의해 상기 금속 박막층(102)에 전압이 인가되도록 구성될 수 있다. 상기 금속 박막층(102)에 인가되는 전압을 변화시킴으로써, 상기 혼합 광의 스펙트럼을 조절할 수 있다. 상기 전극패드(200)는 상기 기판(100) 상에 복수개가 대칭적으로 형성될 수 있다.
도 5는 금속 박막층이 없는 유기발광 다이오드의 광 스펙트럼을 나타낸 그래프이이고, 도 6은 금속 박막층이 전체적으로 형성된 유기발광 다이오드의 광 스펙트럼을 나타낸 그래프이며, 도 7은 금속 박막층이 부분적으로 형성된 유기발광 다이오드의 광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 구현된 유기발광 다이오드는 유리 기판 상에 ITO 전극, 상기 금속 박막층으로 은(Ag) 박막, 상기 유기발광층, 및 알루미늄(Al) 전극을 차례로 적층할 수 있다.
본 발명에 따라 상기 금속 박막층을 부분적으로 포함하는 유기발광 다이오드의 스펙트럼(도 7)은 기존의 금속 박막층을 포함하지 않는 유기발광 다이오드의 스펙트럼(도 5) 및 금속 박막층을 전체적으로 포함하는 유기발광 다이오드의 스펙트럼(도 6)과 다른 스펙트럼을 나타내며, 특히 특정 파장대에서 더 강한 스펙트럼 강도를 가진다. 일례로, 상기 금속 박막층을 부분적으로 포함하는 유기발광 다이오드는 510 nm의 파장대를 갖는 청색의 스펙트럼 강도가 상기 메탈막을 포함하지 않는 유기발광 다이오드보다 강하게 나타날 수 있다.
청색, 녹색, 적색의 혼합으로 구현되는 백색 유기발광 다이오드는 일반적으로 청색 파장대의 스펙트럼 강도가 약할 수 있다. 그러나 본 발명에 따른 유기발광 다이오드는 양극 상에 금속 박막층을 부분적으로 형성함으로써, 청색 파장대의 스펙트럼 강도를 증가시킬 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 유기발광 다이오드는 상기 금속 박막층에 의한 마이크로 캐비티 효과를 유발하여 혼합 스펙트럼을 생성하고, 그에 따라 특정 파장대의 스펙트럼 강도를 증가시킬 수 있으며, 상기 금속 박막층의 형상 및 두께를 조절하거나 상기 금속 박막층에 인가되는 전압을 조절함으로써 색 또는 색온도를 제어할 수 있는 유기발광 다이오드를 제공할 수 있다.
Claims (11)
- 기판 상에 차례로 적층된 제 1 전극, 유기발광층, 및 제 2 전극을 포함하되,
상기 제 1 전극 상에 제 1 방향으로 신장되고 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 배열된 복수개의 제 1 스트립 라인들을 갖는 금속 박막층을 포함하는 유기발광 다이오드. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 스트립 라인들 각각은 그 평면이 직사각형 형상을 가지는 유기발광 다이오드. - 제 1 항에 있어서,
상기 금속 박막층은 상기 제 1 전극 상에 상기 제 2 방향으로 신장되고 상기 제 1 방향으로 배열되며 상기 제 1 스트립 라인들을 연결하는 제 2 스트립 라인들을 더 포함하는 유기발광 다이오드. - 제 1 항에 있어서,
상기 금속 박막층은 상기 유기발광층에서 생성된 광의 스펙트럼을 변화시키는 마이크로 캐비티 효과(Microcavity Effect)를 유발하는 유기발광 다이오드. - 제 1 항에 있어서,
상기 금속 박막층은 Ag, Au, Cu, Pt, Ni, Cr, Pd, Mg, Cs, Ca, Sn, Sb, Pb 또는 이들의 조합을 포함하는 유기발광 다이오드. - 제 1 항에 있어서,
상기 금속 박막층은 투명도가 60% 이상이고 두께가 2nm 내지 5 nm 인 금속을 포함하는 유기발광 다이오드. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판 상에 형성되고 상기 금속 박막층과 전기적으로 연결되는 전극패드를 더 포함하되,
상기 전극패드는 상기 제 1 전극과 이격되는 유기발광 다이오드. - 제 7 항에 있어서,
상기 전극패드는 상기 기판 상의 상기 제 1 전극이 형성되지 않은 영역에 형성되는 유기발광 다이오드. - 제 7 항에 있어서,
상기 전극패드는 상기 기판 상에 복수개가 대칭적으로 형성되는 유기발광 다이오드. - 제 7 항에 있어서,
상기 전극패드를 통해 상기 금속 박막층에 전압을 인가하여 방출되는 광의 파장대별 스펙트럼의 강도를 조절하는 유기발광 다이오드. - 제 1 항에 있어서,
상기 유기발광층은 보조층을 더 포함하되,
상기 보조층은 정공주입층(hole injecting layer), 정공수송층(hole transfer layer), 전자수송층(electron transfer layer), 또는 전자주입층(electron injecting layer) 중 적어도 하나를 포함하는 유기발광 다이오드.
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