KR20150123599A - 유기발광소자 - Google Patents
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Abstract
본 명세서는 유기발광소자에 관한 것이다.
Description
본 명세서는 유기발광소자에 관한 것이다.
유기 발광 현상이란 유기물질을 이용하여 전기에너지를 빛 에너지로 전환시켜 주는 현상을 말한다. 즉, 애노드과 캐소드 사이에 적절한 유기물층을 위치시켰을 때, 두 전극 사이에 전압을 걸어주게 되면 양극에서는 정공이, 캐소드에서는 전자가 상기 유기물층에 주입되게 된다. 이 주입된 정공과 전자가 만났을 때 여기자(exciton) 가 형성되고, 이 여기자가 다시 바닥상태로 떨어질 때 빛을 생성하게 된다.
애노드와 캐소드의 간격이 작기 때문에, 유기발광소자는 단락 결함을 갖게 되기 쉽다. 핀홀, 균열, 유기발광소자의 구조에서의 단(step) 및 코팅의 조도(roughness) 등에 의하여 애노드와 캐소드가 직접 접촉할 수 있게 되거나 또는 유기층 두께가 이들 결함 구역에서 더 얇아지도록 할 수 있다. 이들 결함 구역은 전류가 흐르도록 하는 저-저항 경로를 제공하여, 유기발광소자를 통해 전류가 거의 또는 극단적인 경우에는 전혀 흐르지 않도록 한다. 이에 의해, 유기발광소자의 발광 출력이 감소되거나 없어지게 된다. 다중-화소 디스플레이 장치에서는, 단락 결함이 광을 방출하지 않거나 또는 평균 광 강도 미만의 광을 방출하는 죽은 화소를 생성시켜 디스플레이 품질을 감소시킬 수 있다. 조명 또는 다른 저해상도 용도에서는, 단락 결함으로 인해 해당 구역 중 상당 부분이 작동하지 않을 수 있다. 단락 결함에 대한 우려 때문에, 유기발광소자의 제조는 전형적으로 청정실에서 수행된다. 그러나, 아무리 청정한 환경이라 해도 단락 결함을 없애는데 효과적일 수 없다. 많은 경우에는, 두 전극 사이의 간격을 증가시켜 단락 결함의 수를 감소시키기 위하여, 유기층의 두께를 장치를 작동시키는데 실제로 필요한 것보다 더 많이 증가시키기도 한다. 이러한 방법은 유기발광소자 제조에 비용을 추가시키게 되고, 심지어 이러한 방법으로는 단락 결함을 완전히 제거할 수 없다.
본 발명자들은 단락 결함을 발생시킬 수 있는 요인이 있는 경우, 즉 단락 결함이 발생한 경우에도 정상 범위에서 작동이 가능한 유기발광소자 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 명세서의 일 실시상태는 기판; 상기 기판 상에 구비되고, 2 이상의 전도성 유닛을 포함하는 제1 전극; 상기 제1 전극에 대향하여 구비된 제2 전극; 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층; 상기 각각의 전도성 유닛과 전기적으로 연결되는 보조 전극; 및 상기 보조 전극과 상기 각각의 전도성 유닛 사이에 구비되어 상기 보조 전극과 상기 각각의 전도성 유닛을 전기적으로 연결하는 단락 방지부를 포함하고,
상기 보조 전극으로부터 상기 각각의 전도성 유닛까지의 저항은 500 Ω 이상 800,000 Ω 이하인 유기발광소자를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태는 상기 유기발광소자를 포함하는 디스플레이장치를 제공한다
본 명세서의 일 실시상태는 상기 유기발광소자를 포함하는 조명장치를 제공한다.
본 명세서의 유기발광소자는 기판 자체의 결함으로 인한 단락이 발생한 경우라도 유기발광소자의 기능을 정상적으로 유지할 수 있다.
또한, 본 명세서의 유기발광소자는 단락 발생 지점의 면적 크기가 증가하더라도, 누설 전류량이 증가하지 않고 안정적인 작동이 가능하다.
또한, 본 명세서의 유기발광소자는 단락이 발생한 영역 주위의 발광 강도가 낮아지는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기발광소자의 단면을 도시한 것이다.
도 2 는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기발광소자에 있어서, 어느 하나의 전도성 유닛의 면적이 0.09 ㎜2 (300 ㎛ × 300 ㎛)이고, 유기물층의 개수가 1 내지 5개인 경우의 전류밀도에 따른 전압을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기발광소자에 있어서, 어느 하나의 전도성 유닛의 면적이 0.09 ㎜2 (300 ㎛ × 300 ㎛)이고, 유기물층의 개수가 1 내지 5개인 경우의 전류밀도에 따른 유기물층의 저항을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 명세서의 전도성 연결부에 있어서, 길이와 폭의 하나의 예시를 도시한 것이다.
도 5는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기발광소자에 있어서, 전도성 유닛, 보조 전극 및 단락 방지부가 구비되는 단면의 다양한 예시를 나타낸 것이다.
도 6은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기발광소자에 있어서, 전도성 유닛, 보조 전극 및 단락 방지층이 구비되는 단면의 다양한 예시를 나타낸 것이다.
도 7은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기발광소자에 있어서, 전도성 유닛, 보조 전극 및 단락 방지부가 구비된 다양한 예시를 나타낸 것이다.
도 8은 비교예 1에 따른 유기발광소자의 어느 하나의 픽셀이 단락된 경우의 이미지를 나타낸 것이다.
도 9는 실시예 2에 따른 유기발광소자의 어느 하나이 픽셀이 단락된 경우이 이미지를 나타낸 것이다.
도 2 는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기발광소자에 있어서, 어느 하나의 전도성 유닛의 면적이 0.09 ㎜2 (300 ㎛ × 300 ㎛)이고, 유기물층의 개수가 1 내지 5개인 경우의 전류밀도에 따른 전압을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기발광소자에 있어서, 어느 하나의 전도성 유닛의 면적이 0.09 ㎜2 (300 ㎛ × 300 ㎛)이고, 유기물층의 개수가 1 내지 5개인 경우의 전류밀도에 따른 유기물층의 저항을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 명세서의 전도성 연결부에 있어서, 길이와 폭의 하나의 예시를 도시한 것이다.
도 5는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기발광소자에 있어서, 전도성 유닛, 보조 전극 및 단락 방지부가 구비되는 단면의 다양한 예시를 나타낸 것이다.
도 6은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기발광소자에 있어서, 전도성 유닛, 보조 전극 및 단락 방지층이 구비되는 단면의 다양한 예시를 나타낸 것이다.
도 7은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기발광소자에 있어서, 전도성 유닛, 보조 전극 및 단락 방지부가 구비된 다양한 예시를 나타낸 것이다.
도 8은 비교예 1에 따른 유기발광소자의 어느 하나의 픽셀이 단락된 경우의 이미지를 나타낸 것이다.
도 9는 실시예 2에 따른 유기발광소자의 어느 하나이 픽셀이 단락된 경우이 이미지를 나타낸 것이다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태는 기판; 상기 기판 상에 구비되고, 2 이상의 전도성 유닛을 포함하는 제1 전극; 상기 제1 전극에 대향하여 구비된 제2 전극; 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층; 상기 각각의 전도성 유닛과 전기적으로 연결되는 보조 전극; 및 상기 보조 전극과 상기 각각의 전도성 유닛 사이에 구비되어 상기 보조 전극과 상기 각각의 전도성 유닛을 전기적으로 연결하는 단락 방지부를 포함하고,
상기 보조 전극으로부터 상기 각각의 전도성 유닛까지의 저항은 500 Ω 이상 800,000 Ω 이하인 유기발광소자를 제공한다.
본 명세서의 상기 각각의 전도성 유닛은 단락 방지 기능을 갖는 영역을 거쳐 전류가 공급될 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기발광소자는 상기 전도성 유닛과 보조 전극 사이에 구비되는 1 이상의 단락 방지부를 통하여 상기 보조 전극과 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 각각의 전도성 유닛은 1 이상 10 이하의 단락 방지부를 통하여 상기 보조 전극과 전기적으로 연결될 수 있다. 어느 하나의 전도성 유닛과 전기적으로 연결되는 상기 단락 방지부가 복수개 존재하는 경우, 어느 하나의 단락 방지부가 기능을 하지 않더라도 다른 단락 방지부가 기능을 할 수 있게 되어 유기발광소자의 안정성을 높일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 보조 전극으로부터 상기 각각의 전도성 유닛까지의 저항은 상기 단락 방지부의 저항일 수 있다. 구체적으로, 상기 보조 전극의 저항은 무시될 수 있을 정도로 작으므로, 상기 보조 전극으로부터 상기 전도성 유닛까지의 저항의 대부분은 상기 단락 방지부의 저항일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 어느 하나의 상기 전도성 유닛과 다른 하나의 전도성 유닛간의 저항은 1,000 Ω이상 1,600,000 Ω이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 저항 값은 하나의 전도성 유닛에서부터 상기 단락 방지부를 거쳐 인접하는 다른 전도성 유닛까지의 저항을 의미할 수 있다. 즉, 상기 서로 다른 상기 전도성 유닛간의 저항이 1,000 Ω이상 1,600,000 Ω이하인 것은, 각각의 전도성 유닛이 단락 방지부와 전기적으로 접하고, 이에 의하여 전류를 공급받는 것을 의미한다.
본 명세서의 상기 단락 방지부는 상기 전도성 유닛에 비하여 상대적으로 높은 저항을 가질 수 있다. 나아가, 본 명세서의 상기 단락 방지부는 상기 유기발광소자에서 단락 방지 기능을 수행할 수 있다. 즉, 본 명세서의 상기 단락 방지부는 유기발광소자의 단락 결함이 발생하는 경우, 단락 결함에도 불구하고 소자의 작동을 가능하게 하는 역할을 한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단락 방지부의 재료는 상기 전도성 유닛의 재료와 동종 또는 이종의 재료일 수 있다. 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단락 방지부의 재료가 상기 전도성 유닛의 재료와 동종인 경우, 단락 방지부의 형상을 조절하여 단락 방지에 필요한 고저항 영역을 형성할 수 있다. 또한, 상기 단락 방지부의 재료가 상기 전도성 유닛과 이종인 경우, 상기 전도성 유닛의 재료보다 높은 저항값을 가지는 재료를 이용하여 단락 방지에 필요한 고저항을 얻을 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단락 방지부는 상기 제1 전극과 상이한 재료를 포함하는 단락 방지층; 및/또는 상기 제1 전극과 동일 또는 상이한 재료를 포함하고 상기 전류가 흐르는 방향의 길이가 이에 수직 방향의 폭보다 더 긴 영역을 포함하는 전도성 연결부일 수 있다.
도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기발광소자의 단면을 도시한 것이다. 구체적으로, 도 1은 기판(101) 상에 2 이상의 전도성 유닛(301)이 구비되고, 보조 전극(401)과 전도성 유닛(301) 사이에 단락 방지부(201)가 구비되며, 보조전극과 단락 방지층을 유기물층으로부터 절연하는 절연층(501)이 구비되며, 전도성 유닛(301) 상에 유기물층(601)이 구비되고, 유기물층(601) 상에 제2 전극(701)이 구비되고, 봉지층(801)으로 유기발광소자가 밀봉된 것을 도시한 것이다. 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기발광소자는 상기 도 1의 구조에 한정되지 않고 다양한 구조로 구현될 수 있다.
단락 결함은 제2 전극이 직접 제1 전극에 접촉하는 경우에 발생할 수 있다. 또는, 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치하는 유기물층의 두께 감소 또는 변성 등에 의하여 유기물층의 기능을 상실하여 제1 전극과 제2 전극이 접촉하는 경우에도 발생할 수 있다. 단락 결함이 발생하는 경우, 유기발광소자 전류에 낮은 경로를 제공하여, 유기발광소자가 정상적으로 작동할 수 없게 할 수 있다. 단락 결함에 의하여 제1 전극에서 제2 전극으로 직접 전류가 흐르게 되는 누설 전류에 의하여 유기발광소자의 전류는 무결함 구역을 피하여 흐를 수 있다. 이는 유기발광소자의 방출 출력을 감소시킬 수 있으며, 상당한 경우에 유기발광소자가 작동하지 않을 수 있다. 또한, 넓은 면적의 유기물에 분산되어 흐르던 전류가 단락 발생지점으로 집중되어 흐르게 되면 국부적으로 높은 열이 발생하게 되어, 소자가 깨지거나 화재가 발생할 위험이 있다.
그러나, 본 명세서의 상기 유기발광소자의 전도성 유닛 중 어느 하나 이상에 단락 결함이 발생하더라도, 상기 단락 방지부에 의하여 모든 작동 전류가 단락 결함 부위로 흐르는 것을 방지할 수 있다. 즉, 상기 단락 방지부는 누설 전류의 양이 무한정으로 증가하지 않도록 제어하는 역할을 할 수 있다. 따라서, 본 명세서의 상기 유기발광소자는 일부의 전도성 유닛에 단락 결함이 발생하더라도 단락 결함이 없는 나머지 전도성 유닛은 정상적으로 작동할 수 있다.
본 명세서의 상기 단락 방지부는 높은 저항값을 가지므로, 단락 결함 발생시 적정한 저항을 부가하여 전류가 단락 결함 부위를 통하여 빠져나가는 것을 막는 역할을 한다. 이를 위하여, 상기 단락 방지부는 단락 결함으로 인한 누설 전류 및 그와 관련한 발광 효율 손실을 감소시키기에 적절한 저항값을 가질 수 있다.
본 명세서의 상기 전도성 유닛은 상기 유기발광소자의 발광영역에 포함될 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 각각의 전도성 유닛의 적어도 일 영역은 상기 유기발광소자의 발광 영역에 위치할 수 있다. 즉, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전도성 유닛을 이루는 영역 상에 형성된 발광층을 포함하는 유기물층에서 발광 현상이 일어나고, 상기 전도성 유닛을 통하여 빛이 방출될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기발광소자의 전류 흐름은 보조 전극, 단락 방지부, 전도성 유닛, 유기물층, 제2 전극으로 흐를 수 있으며, 이의 역방향으로 흐를 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 각각의 상기 전도성 유닛은 상기 단락 방지부를 통하여 상기 보조 전극으로부터 전류를 공급받을 수 있다.
본 명세서에서의 발광 영역은 유기물층의 발광층에서 발광하는 빛이 제1 전극 및/또는 제2 전극을 통하여 방출되는 영역을 의미한다. 예컨대, 본 명세서의 일 구현예에 따른 유기발광소자에 있어서, 상기 발광 영역은 기판 상에 제1 전극이 형성된 영역 중 단락 방지부 및/또는 보조 전극이 형성되지 않은 제1 전극의 영역의 적어도 일부에 형성될 수 있다. 또한, 본 명세서에서의 비발광 영역은 상기 발광 영역을 제외한 나머지 영역을 의미할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단락 방지부는 상기 유기발광소자의 비발광 영역에 위치할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전도성 유닛은 각각 전기적으로 병렬 연결될 수 있다. 본 명세서의 상기 전도성 유닛은 서로 이격되어 배치될 수 있다. 본 명세서의 상기 전도성 유닛들이 서로 이격되어 구성되어 있는 것에 대하여, 상기의 전도성 유닛간의 저항으로 확인할 수 있다.
구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 하나의 전도성 유닛으로부터 이웃하는 다른 하나의 전도성 유닛까지의 저항은 상기 단락 방지부 저항의 2배 이상일 수 있다. 예를들어, 어느 하나의 전도성 유닛과 이에 이웃하는 또 다른 전도성 유닛간의 통전 경로가 오로지 단락 방지부 및 보조 전극을 통하여 이루어지는 경우, 전도성 유닛과 이에 인접하는 전도성 유닛은 보조 전극 및 단락 방지부를 2번 거치게 된다. 그러므로, 보조 전극의 저항값을 무시하더라도, 전도성 유닛간의 저항은 적어도 단락 방지부의 2배의 저항값을 가질 수 있다.
본 명세서의 상기 전도성 유닛은 서로 이격되어 전기적으로 분리되어 있을 수 있으며, 각각의 전도성 유닛은 상기 단락 방지부를 통하여 보조 전극으로부터 전류를 공급받을 수 있다. 이는 어느 하나의 전도성 유닛에 단락이 발생하는 경우, 단락이 발생하지 않은 다른 전도성 유닛으로 흘러야하는 전류가 단락이 발생한 전도성 유닛으로 흐르게 되어, 유기발광소자 전체가 작동하지 않는 것을 방지하기 위함이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전극은 2 이상의 전도성 유닛을 포함할 수 있으며, 상기 2 이상의 전도성 유닛을 서로 물리적으로 이격 배치될 수 있다. 또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 2 이상의 전도성 유닛은 물리적으로 서로 연결될 수 있으며, 이 경우 전도성 유닛을 형성하지 않는 제1 전극의 영역을 통하여 2 이상의 전도성 유닛이 서로 연결될 수 있다. 구체적으로, 상기 2 이상의 전도성 유닛 간의 저항이 1,000 Ω이상 형성되는 조건을 만족하면 상기 유기발광소자의 단락 방지 기능이 정상 작동할 수 있으므로, 상기 2 이상의 전도성 유닛은 서로 이격 배치되지 않을 수도 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 보조 전극의 면저항은 3 Ω/□이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 면저항은 1 Ω/□이하일 수 있다.
넓은 면적의 제1 전극 및 제2 전극 중 어느 하나의 면저항이 필요 수준 이상으로 높을 경우, 전극의 위치별로 전압이 달라지게 될 수 있다. 이로 인하여 유기물층을 사이에 두는 제1 전극과 제2 전극의 전위차이가 위치에 따라 달라지게 되면, 유기발광소자의 휘도 균일성이 떨어질 수 있다. 그러므로, 필요 수준 이상으로 높은 면저항을 갖는 제1 전극 또는 제2 전극의 면저항을 낮추기 위하여, 보조 전극을 사용할 수 있다. 본 명세서의 상기 보조 전극의 면저항은 3 Ω/□이하, 구체적으로는 1 Ω/□이하일 수 있고, 상기의 범위에서 상기 유기발광소자의 휘도 균일성은 높게 유지될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전극은 투명 전극으로 형성될 수 있다. 이 경우 상기 제1 전극의 면저항은 상기 유기발광소자를 구동하기 위하여 요구되는 면저항 값보다 높을 수 있다. 그러므로, 상기 제1 전극의 면저항 값을 낮추기 위하여, 상기 보조 전극을 상기 제1 전극과 전기적으로 연결하여 상기 제1 전극의 면저항을 상기 보조 전극의 면저항 수준까지 낮출 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 보조 전극은 서로 전기적으로 연결된 전도성 라인으로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 전도성 라인은 전도성 유닛으로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 상기 보조 전극의 적어도 한 부위에 전압을 인가하여 전체 보조 전극을 구동할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기발광소자는 OLED 조명에 포함되어 사용될 수 있다. 상기 OLED 조명의 경우, 전체 발광 영역, 즉 모든 상기 유기발광소자에서 균일한 밝기의 발광을 하는 것이 중요하다. 구체적으로, 상기 OLED 조명에서 균일한 밝기를 실현하기 위하여는, 상기 OLED 조명에 포함된 모든 유기발광소자의 제1 전극 및 제2 전극 간에 형성되는 전압이 동일하게 유지되는 것이 바람직하다.
본 명세서의 상기 제1 전극이 투명전극이고, 상기 제2 전극이 금속 전극인 경우, 각 유기발광소자의 제2 전극은 충분히 면저항이 낮아서 각 유기발광소자의 제2 전극의 전압차가 거의 없으나, 제1 전극의 경우 각 유기발광소자의 전압차가 존재할 수 있다. 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 각 유기발광소자의 제1 전극 전압차를 보완하기 위하여 상기 보조 전극, 구체적으로는 금속 보조 전극을 이용할 수 있다. 나아가, 상기 금속 보조 전극은 서로 전기적으로 연결된 전도성 라인으로 이루어져, 각 유기발광소자의 제1 전극 전압차를 거의 없도록 할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 각각의 전도성 유닛의 면저항은 하기 식 A를 만족할 수 있다.
[식 A]
전도성 유닛의 면저항 (Ω/□) ≤ 10,000 (Ω/□㎜2) × 전도성 유닛의 면적(㎜2)
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전도성 유닛의 면저항은 1 Ω/□ 이상, 또는 3 Ω/□ 이상일 수 있으며, 구체적으로, 10 Ω/□ 이상일 수 있다. 또한, 상기 전도성 유닛의 면저항은 10,000 Ω/□ 이하, 또는 1,000 Ω/□ 이하일 수 있다. 즉, 본 명세서의 상기 전도성 유닛의 면저항은 1 Ω/□이상 10,000 Ω/□이하, 또는 10 Ω/□ 이상 1,000 Ω/□이하일 수 있다.
본 명세서의 상기 전도성 유닛 및 상기 전도성 연결부는 제1 전극의 패터닝에 의하여 형성될 수 있으므로, 상기 전도성 유닛의 면저항은 상기 제1 전극 또는 상기 전도성 연결부의 면저항과 동일할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전도성 유닛에 요구되는 면저항 수준은 발광 면적에 해당하는 전도성 유닛의 면적에 반비례하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 전도성 유닛이 100 ㎠ 면적의 발광 면적을 갖는 경우, 상기 전도성 유닛에 요구되는 면저항은 1 Ω/□ 내외일 수 있다. 나아가, 각각의 상기 전도성 유닛의 면적을 작게 형성하는 경우, 상기 전도성 유닛에 요구되는 면저항은 1 Ω/□ 이상일 수 있다.
본 명세서의 상기 전도성 유닛의 면저항은 전도성 유닛을 형성하는 재료에 의하여 결정될 수 있고, 또한, 보조 전극과 전기적으로 연결되어 보조 전극의 면저항 수준까지 낮추어질 수도 있다. 그러므로, 본 명세서의 상기 유기발광소자에서 요구되는 전도성 유닛의 면저항값은 상기 보조 전극과 상기 전도성 유닛의 재료에 의하여 조절이 가능하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전극은 서로 이격된 1,000개 이상의 상기 전도성 유닛을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 전극은 서로 이격된 1,000 이상 1,000,000 이하의 상기 전도성 유닛을 포함할 수 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전극은 2 이상의 상기 전도성 유닛의 패턴으로 형성된 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 전도성 유닛은 전도성 연결부를 제외한 영역이 서로 이격된 패턴으로 형성된 것일 수 있다.
본 명세서의 상기 패턴은 폐쇄도형의 형태를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 패턴은 삼각형, 사각형, 육각형 등의 다각형이 될 수 있으며, 무정형의 형태일 수도 있다.
본 명세서의 상기 전도성 유닛의 수가 1,000개 이상인 경우, 상기 유기발광소자가 정상 작동시에 전압 상승폭을 최소화하면서, 단락 방생시의 누설 전류량을 최소화하는 효과를 가질 수 있다. 또한, 본 명세서의 상기 전도성 유닛의 수가 1,000,000개 이하까지 증가할수록 개구율을 유지하며, 상기 효과를 유지할 수 있다. 즉, 상기 전도성 유닛의 수가 1,000,000개를 넘는 경우, 보조 전극의 개수 증가로 인한 개구율의 저하가 발생하게 될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전도성 유닛들이 상기 유기발광소자에서 차지하는 면적은 상기 전체 유기발광소자의 평면도를 기준으로 50 % 이상 90 % 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 전도성 유닛은 발광 영역에 포함되는 것으로서, 전체 유기발광소자가 빛을 방출하는 면을 기준으로, 상기 전도성 유닛들이 차지하는 면적은 유기발광소자의 개구율과 동일 또는 유사할 수 있다.
본 명세서의 상기 제1 전극은 각각의 전도성 유닛들이 상기 전도성 연결부 및/또는 상기 단락 방지층에 의하여 전기적으로 연결되므로, 소자의 구동 전압이 상승하게 된다. 그러므로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단락 방지부에 의한 구동 전압 상승을 보완하기 위하여, 상기 제1 전극은 1,000개 이상의 상기 전도성 유닛을 포함함으로써 소자의 구동전압을 낮추는 동시에 상기 단락 방지부에 의한 단락 방지 기능을 가질 수 있게 할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 각각의 전도성 유닛의 면적은 0.01 ㎜2 이상 25 ㎜2 이하일 수 있다.
상기 각각의 전도성 유닛의 면적을 작게하는 경우, 단락 방지를 위하여 도입된 단락 방지부에 따른 작동 전압 상승률 및 작동 전류 대비 누설 전류의 값을 동시에 낮출 수 있는 장점이 있다. 또한, 단락이 발생하여 발광을 하지 않는 전도성 유닛이 발생하는 경우, 비발광 영역을 최소화하여 제품 품질 하락을 최소화할 수 있는 장점이 있다. 다만, 전도성 유닛의 면적을 지나치게 작게 하는 경우, 소자 전체 영역에서 발광영역의 비율이 크게 줄어 개구율 감소로 인한 유기발광소자의 효율이 저하되는 문제가 있다. 그러므로, 상기 전도성 유닛의 면적으로 유기발광소자를 제조하는 경우, 상기 기술한 단점을 최소화하는 동시에 상기 언급한 장점을 최대한 발휘할 수 있다.
본 명세서의 상기 유기발광소자에 따르면, 상기 단락 방지부, 상기 전도성 유닛 및 발광층을 포함하는 유기물층은 서로 전기적으로 직렬 연결될 수 있다. 본 명세서의 상기 발광층은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하며, 2 이상의 발광층은 각각 전기적으로 병렬 연결될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 발광층은 상기 전도성 유닛과 제2 전극 사이에 위치하며, 각각의 발광층들은 서로 전기적으로 병렬 연결될 수 있다. 즉, 본 명세서의 상기 발광층은 상기 전도성 유닛에 해당하는 영역에 대응하여 위치할 수 있다.
본 명세서의 상기 발광층이 동일한 전류 밀도에서 작동하는 경우, 저항값은 발광층의 면적이 작아질수록 이에 반비례하여 증가하게 된다. 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 각각의 전도성 유닛의 면적이 작아지고 수가 늘어나는 경우, 상기 각각의 발광층의 면적도 작아지게 된다. 이 경우, 상기 유기발광소자의 작동시 발광층을 포함하는 유기물층에 인가되는 전압에 비하여 상기 유기물층에 직렬 연결된 상기 단락 방지부의 전압의 비율은 줄어든다.
본 명세서의 상기 유기발광소자에 단락이 발생한 경우, 누설 전류량은 전도성 유닛의 수와는 관계 없이 보조 전극에서 전도성 유닛까지의 저항값과 작동 전압에 의하여 결정될 수 있다. 그러므로, 상기 전도성 유닛의 수를 증가시키면 정상 작동시의 단락 방지부에 의한 전압상승 현상을 최소화할 수 있으며, 동시에 단락 발생시의 누설 전류량도 최소화할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 1 ㎃/㎠ 내지 5 ㎃/㎠ 중 어느 한 값의 전류 밀도에서, 상기 단락 방지부는 하기 식 1의 작동 전압 상승률 및 하기 식 2의 작동 전류 대비 누설 전류의 수치가 동시에 0.05 이하를 만족하는 저항값을 가질 수 있다.
[식 1]
[식 2]
(상기 Vt(V)는 단락 방지부가 적용되고 단락 결함이 없는 유기발광소자의 작동 전압이고,
상기 Vo(V)는 단락 방지부가 적용되지 않고 단락 결함이 없는 유기발광소자의 작동 전압이며,
상기 It(mA)는 단락 방지부가 적용되고 단락 결함이 없는 유기발광소자의 작동 전류이고,
상기 Is(mA)는 단락 방지부가 적용되고 어느 하나의 전도성 유닛에 단락 결함이 있는 유기발광소자에서의 누설 전류이다.)
상기 Vo(V)는 본 명세서의 단락 방지부만을 제외하고, 나머지 구성은 동일한 유기발광소자에서 단락 결함이 없는 경우의 작동 전압을 의미할 수 있다.
본 명세서의 상기 단락 방지부의 저항 또는 저항값은 단락 방지부의 일 말단부로부터 타 말단부까지의 저항을 의미할 수 있다. 구체적으로, 상기 단락 방지부의 저항 또는 저항값은 전도성 유닛으로부터 보조 전극까지의 저항일 수 있다.
상기 식 1의 작동 전압 상승률 및 상기 식 2의 작동 전류 대비 누설 전류의 수치가 동시에 0.05 이하를 만족하는 상기 단락 방지부의 저항값을 도출하기 위한 과정은 하기와 같다.
단락 결함이 없는 상태에서 유기발광소자의 작동 전류(It)(mA)는 하기의 식으로 나타낼 수 있다.
상기 ncell은 유기발광소자에서 발광 영역에 해당하는 전도성 유닛의 개수를 의미한다.
상기 Icell은 유기발광소자가 정상 작동시의 하나의 전도성 유닛에 작동하는 전류(mA)를 의미한다.
각각의 전도성 유닛은 병렬로 연결되어 있으므로, 전체 유기발광소자에 인가되는 저항(Rorg)(Ω)은 하기와 같이 나타낼 수 있다.
상기 Rcell-org(Ω)는 하나의 전도성 유닛에서의 유기물 저항(Ω)을 의미한다.
상기 단락 방지부를 포함하는 유기발광소자는 단락 방지부가 없는 경우에 비하여 작동 전압이 상승하게 된다. 그러므로, 단락 방지부를 적용하더라도, 단락 방지부에 의한 유기발광소자의 효율 저하가 크지 않도록 조절할 필요가 있다.
유기발광소자의 정상 작동 상태에서 단락 방지부가 추가되어 발생하는 작동 전압 상승률은 하기의 식 1과 같이 나타낼 수 있다.
[식 1]
상기 식 1에서, 상기 Vt(V)는 단락 방지부가 적용되고 단락 결함이 없는 유기발광소자의 작동 전압이고, 상기 Vo(V)는 단락 방지부가 적용되지 않고 단락 결함이 없는 유기발광소자의 작동 전압이다.
상기 작동 전압 상승률((Vt-Vo)/Vo)은 하기의 식으로 계산할 수 있다.
상기 Rcell-spl은 1개의 전도성 유닛에서의 단락 방지부의 저항(Ω)을 의미한다.
상기 Rcell-org는 1개의 전도성 유닛에서의 유기물 저항(Ω)을 의미한다.
상기 작동 전압 상승률((Vt-Vo)/Vo)은 하기의 식을 통하여 유도가 가능하다.
단락 방지부가 없는 유기발광소자의 경우, 단락 발생시의 정상적인 유기물층을 통해 흐르는 전류(mA)를 In이라고 하고, 단락 발생 지점으로 흐르는 누설 전류(mA)를 Is로 하며, 단락이 발생한 지점의 유기물의 저항(Ω)을 Rorg-s로 정의하는 경우, In 및 Is는 하기와 같이 나타낼 수 있다.
즉, 단락 방지부가 없는 유기발광소자에서 일부 영역에 단락이 발생하는 경우, Rorg-s의 값이 0에 가깝게 떨어지면서 설정된 모든 전류가 단락 영역(Is)으로 빠져나가게 된다. 그러므로, 단락방지부가 없는 유기발광소자의 경우, 단락이 발생하면 정상적인 유기물층으로 전류가 흐르지 않으므로 유기발광소자는 발광하지 않는다.
상기 단락 방지부가 구비된 유기발광소자의 경우, In-cell을 단락 발생시 정상적인 발광 영역을 통해 흐르는 전류(㎃)로 정의할 때, 각 병렬 연결된 전도성 유닛의 전압은 동일하고, 모든 병렬 연결된 전도성 유닛에서의 전류의 합은 소자의 작동 전류(It)와 같다. 이는 하기의 식으로 확인할 수 있다.
또한, 상기 단락 방지부가 구비된 유기발광소자의 경우, 단락 발생 지점으로 흐르는 누설 전류는 하기와 같이 구할 수 있다.
그러므로, 본 명세서의 상기 단락 방지부가 구비된 유기발광소자에서, 어느 하나의 전도성 유닛의 유기물층이 단락(Rcell-s=0)이 되더라도, 상기 식에서 알 수 있듯이 분모의 값이 충분히 커지면 누설 전류의 양을 크게 줄일 수 있다.
상기 단락 방지부가 구비된 유기발광소자의 작동 전류(It) 대비 누설 전류(Is) 수치는 하기의 식 2와 같이 나타낼 수 있다.
[식 2]
상기 식 2에서, It(mA)는 단락 방지부가 적용되고 단락 결함이 없는 유기발광소자의 작동 전류이고, 상기 Is(mA)는 단락 방지부가 적용되고 어느 하나의 전도성 유닛에 단락 결함이 있는 유기발광소자에서의 누설 전류이다.
나아가, 상기 단락 방지부가 구비된 유기발광소자의 작동 전류(It) 대비 누설 전류(Is)의 적절한 수치 범위는 하기의 식을 통하여 구할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단락 방지부는 상기 유기발광소자의 작동 전압 상승률((Vt-Vo)/Vo) 및 작동 전류 대비 누설 전류 수치(Is/It)가 동시에 0.03 이하를 만족하는 저항값을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 단락 방지부는 상기 작동 전압 상승률((Vt-Vo)/Vo) 및 작동 전류 대비 누설 전류 수치(Is/It) 가 동시에 0.01 이하를 만족하는 저항값을 가질 수 있다.
구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 식 1 및 상기 식 2에서 유기발광소자 작동시의 전류 밀도는 1 ㎃/㎠ 내지 5 ㎃/㎠ 중 어느 한 값일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 식 1 및 식 2를 만족하는 단락 방지부의 저항은 500 Ω 이상 800,000 Ω 이하일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기발광소자는 발광층의 수를 증가하여 발광 광속을 상승시킬 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기물층은 발광층을 1층 또는 2층 이상으로 구비할 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기발광소자에 있어서, 발광층을 2층 이상 구비하여 높은 휘도 및 장수명을 동시에 구현할 수 있다. 상기 유기발광소자의 수명은 전류밀도와 반비례하는 관계가 있으므로, 2층 이상의 발광층을 직렬로 연결하면 1층의 발광층과 동일하거나 더 낮은 전류 밀도에서 높은 휘도를 발휘할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기발광소자의 어느 하나의 전도성 유닛의 면적이 0.09 ㎜2 (300 ㎛ × 300 ㎛)이고, 전류 밀도가 1 ㎃/㎠인 경우, 6층의 발광층 저항은 약 1.6 ×107 Ω으로 계산된다. 이 경우, 유기발광소자의 작동 전압을 5 % 이상 상승시키지 않는 단락 방지부의 저항은 800,000 Ω이 될 수 있다. 구체적으로, 상기 유기물층이 다층으로 구비되는 경우, 각 발광층이 직렬 연결될 수 있으며, 하나의 발광층이 3 V 정도의 작동 전압이 필요하게 되어, 6 층의 발광층의 작동 전압은 16 V 내지 18 V 가 될 수 있다. 이는 도 2에 따른 자료를 바탕으로 계산된 도 3의 결과에 따른 것이다. 전류 밀도당 유기발광소자의 전압값을 알게되면, 어느 하나의 전도성 유닛의 면적에 따른 발광층의 저항값을 도출할 수 있다.
도 2 는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기발광소자에 있어서, 어느 하나의 전도성 유닛의 면적이 4 ㎜2 (2 ㎚ × 2 ㎚)이고, 발광층의 개수가 1 내지 5개인 경우의 전류밀도에 따른 전압을 나타낸 그래프이다. 상기 도 2는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기발광소자의 전류밀도가 1 mA/㎝2 내지 5 mA/㎝2 범위에서의 발광층의 개수(stack)에 따른 작동 전압을 파악할 수 있는 그래프이다. 상기 도 2의 데이터를 바탕으로 하여 하기 도 3에 따른 유기물층의 저항 범위를 도출할 수 있으며, 나아가 상기 단락 방지부의 저항범위를 도출할 수 있다.
도 3은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기발광소자에 있어서, 어느 하나의 전도성 유닛의 면적이 0.09 ㎜2 (300 ㎛ × 300 ㎛)이고, 발광층의 개수가 1 내지 5개인 경우의 전류밀도에 따른 유기물층의 저항을 나타낸 그래프이다. 이를 통하여, 상기 유기발광소자의 전체 영역에에서 5 % 이하의 작동 전압 감소를 가질 수 있는 단락 방지부의 저항 범위를 도출할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면 상기 단락 방지부는 전도성 연결부일 수 있다.
구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전극은 전류가 흐르는 방향의 길이가 이에 수직 방향의 폭보다 더 긴 영역을 포함하는 2 이상의 전도성 연결부를 더 포함하고, 상기 전도성 연결부들은 각각 일 말단부가 상기 전도성 유닛에 전기적으로 연결되고, 타 말단부가 상기 보조 전극에 전기적으로 연결될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전도성 연결부의 재료는 상기 전도성 유닛의 재료와 동일할 수 있다. 구체적으로, 상기 전도성 연결부 및 상기 전도성 유닛은 상기 제1 전극에 포함되는 것으로서, 동일한 재료로 형성될 수 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전도성 연결부의 재료는 상기 제1 전극의 재료와 상이한 것일 수 있으며, 전류가 흐르는 방향의 길이가 이에 수직 방향의 폭보다 더 긴 영역을 포함하여 단락 방지에 필요한 저항을 가질 수 있다.
구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전도성 연결부는 길이와 폭의 비가 10:1 이상인 영역을 포함할 수 있다.
본 명세서의 상기 전도성 연결부는 상기 제1 전극에서 상기 전도성 유닛의 단부일 수 있으며, 그 형태나 위치는 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 전도성 유닛이 ㄷ자 또는 ㄴ자형으로 형성된 경우 그의 말단부일 수 있다. 또는, 상기 전도성 연결부는 사각형을 비롯한 다각형의 전도성 유닛의 일 꼭지점, 일 모서리 또는 일 변의 중간부분에서 돌출된 형태를 가질 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전도성 연결부는 길이와 폭의 비가 10:1 이상인 부분을 포함하여 단락 결함을 방지할 수 있는 저항값을 가질 수 있다. 나아가, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 길이와 폭의 비가 10:1 이상인 부분이 상기 전도성 연결부 전체 영역일 수 있다. 또는, 상기 길이와 폭의 비가 10:1 이상인 부분이 상기 전도성 연결부의 일부 영역일 수도 있다.
본 명세서의 상기 길이와 폭은 상대적인 개념으로서, 상기 길이는 상부에서 보았을 때 상기 전도성 연결부의 한 끝에서 다른 끝까지의 공간적 거리를 의미할 수 있다. 즉, 상기 전도성 연결부가 직선의 조합이거나 곡선을 포함하더라도 일직선으로 가정하여 길이를 측정한 값을 의미할 수 있다. 본 명세서에서의 상기 폭은 상부에서 보았을 때 상기 전도성 연결부의 길이 방향의 중심으로부터 수직 방향의 양 끝까지의 거리를 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서에서의 상기 폭이 변하는 경우, 어느 하나의 전도성 연결부 폭의 평균값일 수 있다. 상기 길이와 폭의 하나의 예시를 도 4에 도시하였다.
본 명세서의 상기 길이는 전류가 흐르는 방향의 치수를 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서의 상기 폭은 전류가 흐르는 방향과 수직 방향의 치수를 의미할 수 있다.
또한, 본 명세서의 상기 길이는 상기 보조 전극에서 상기 전도성 유닛에 이르기까지의 전류가 이동하는 거리를 의미할 수 있으며, 상기 폭은 상기 길이 방향에 수직되는 거리를 의미할 수 있다.
도 4에서 상기 길이는 a와 b의 합일 수 있으며, 상기 폭은 c일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전도성 연결부의 저항은 하기 식 3을 만족할 수 있다.
[식 3]
(전도성 연결부의 길이 ÷ 전도성 연결부의 폭) × 전도성 연결부의 면저항 ≥ 500 Ω
상기 전도성 연결부의 길이는 전도성 연결부에서 전류가 흐르는 방향의 길이로서, 전도성 연결부의 일 말단부에서 타 말단부까지의 길이일 수 있다. 또한, 상기 전도성 연결부의 폭은 상기 전도성 연결부의 길이에 수직인 방향의 폭을 의미할 수 있으며, 전도성 연결부의 폭이 일정하지 않은 경우 폭의 평균값을 의미할 수 있다.
즉, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전도성 연결부의 저항은 500 Ω 이상일 수 있다. 구체적으로 상기 전도성 연결부의 저항은 500 Ω 이상 800,000 Ω 이하일 수 있다.
본 명세서의 상기 전도성 연결부의 저항이 상기 범위 내인 경우, 단락 결함 발생시 상기 전도성 연결부가 적절한 단락 방지 기능을 수행할 수 있다. 즉, 상기 전도성 연결부의 저항이 500 Ω 이상인 경우, 단락 결함이 있는 영역으로 누설 전류가 흐르는 것을 효과적으로 막을 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 서로 다른 상기 전도성 유닛간의 저항은 상기 하나의 전도성 유닛과 이에 접하는 단락 방지부, 보조 전극, 다른 하나의 전도성 유닛에 접하는 단락 방지부 및 상기 다른 하나의 전도성 유닛에 이르기까지의 저항을 의미할 수 있다.
본 명세서의 상기 식 3은 상기 전도성 유닛이 전도성 연결부를 통하여 전류를 공급받는 경우, 상기 전도성 연결부가 단락 방지 기능을 수행할 수 있는 저항의 하한 값을 의미할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단락 방지부는 단락 방지층일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단락 방지층은 제1 전극과 상이한 재료를 포함할 수 있으며, 구체적으로 상기 단락 방지층은 상기 제1 전극보다 저항이 높은 재료를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단락 방지층은 어떠한 부재 상에 적층되는 형태로 구비될 수 있고, 또한 어떠한 부재와 평행하게 구비될 수도 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전극과 상기 보조 전극 사이에 구비된 단락 방지층을 포함하고, 상기 보조 전극은 단락 방지층을 경유하여 상기 전도성 유닛과 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 본 명세서의 상기 보조 전극은 단락 방지층을 경유하여 상기 전도성 유닛을 전기적으로 연결할 수 있다. 본 명세서의 상기 단락 방지층은 상기 유기발광소자의 단락 방지 기능을 할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단락 방지층으로 인한 저항 증가로 인하여, 상기 단락 방지층을 경유하여 전기적으로 연결되는 상기 보조 전극과 상기 전도성 유닛간의 저항은 500 Ω 이상 800,000 Ω 이하일 수 있다. 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단락 방지층의 보조 전극으로부터 제1 전극까지의 저항은 500 Ω 이상 800,000 Ω 이하일 수 있다. 구체적으로, 단락 방지층의 상기 보조 전극으로부터 제1 전극까지의 저항은 상기 보조전극으로부터 어느 하나의 전도성 연결부까지의 저항일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단락 방지층의 두께는 1 ㎚ 이상 10 ㎛ 이하일 수 있다.
상기 두께 범위 및/또는 상기 두께 방향 저항 범위 내에서 단락 방지층은 유기발광소자가 단락이 발생하지 않은 경우에 정상적인 작동 전압을 유지할 수 있다. 또한, 상기 두께 범위 및/또는 상기 저항 범위 내에서 상기 유기발광소자가 단락이 발생한 경우에도 유기발광소자가 정상 범위 내에서 작동할 수 있다.
구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단락 방지층의 저항은 상기 보조 전극으로부터 상기 전도성 연결부 또는 전도성 유닛까지의 저항을 의미할 수 있다. 즉, 상기 단락 방지층의 저항은 상기 보조 전극으로부터 상기 전도성 연결부 또는 전도성 유닛까지 전기적으로 연결하기 위한 전기적 거리에 따른 저항일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단락 방지층의 체적저항률(ρslp)(Ω㎝)은 하기의 식으로 구할 수 있다.
상기 Aspl(㎠)는 하나의 전도성 유닛에 형성된 보조 전극에서 단락 방지층을 통해 1개의 전도성 유닛까지 두께 방향으로 전기가 흐를 수 있는 면적을 의미한다. 즉, 하나의 제1 전극 상에 형성된 단락 방지층의 면적 중에서, 단락 방지층 상부에 형성된 보조 전극의 면적과 겹치는 면적을 의미할 수 있다.
상기 Rcell-spl은 1개의 전도성 유닛에서의 단락 방지부의 저항(Ω)을 의미한다.
상기 tslp(㎛)는 단락 방지층의 두께를 의미할 수 있다. 또는, 보조 전극으로부터 전도성 연결부 또는 전도성 유닛까지 전기가 이동하는 최단 거리를 의미할 수 있다.
상기 두께 방향이라 함은 단락 방지층에서 전기가 이동하는 일 예에 따른 것으로서, 단락 방지층의 일영역으로부터 타영역으로 전기가 이동하는 방향을 의미할 수 있다.
구체적으로, Aspl(㎠)는 단락 방지층이 제1 전극과 보조 전극 사이에 위치하는 경우, 하부의 제1 전극과 상부의 보조 전극에 동시에 겹쳐지는 단락 방지층의 면적을 의미할 수 있다. 일 예로, 제1 전극 상에 단락 방지층 전체 하부면이 접하여 형성되고, 상기 단락 방지층 상부 전체면에 보조 전극이 접하여 형성된 경우, Aspl(㎠)는 제1 전극과 겹치는 단락 방지층의 면적이 될 수 있다. 또 하나의 일 예로, 제1 전극 상에 단락 방지층 전체 하부면이 접하여 형성되고, 상기 단락 방지층 일부 상부면에 보조 전극이 형성된 경우, Aspl(㎠)는 제1 전극과 보조 전극이 동시에 겹치는 단락 방지층의 면적이 될 수 있다.
상기 식에서 알 수 있는 바와 같이, 하나의 전도성 유닛에 형성된 단락 방지층의 체적 저항률(ρslp)은 하나의 전도성 유닛에서의 단락 방지층의 두께 방향 저항(Rcell-spl), 하나의 전도성 유닛에 형성된 보조 전극에서 단락 방지층을 통해 1개의 전도성 유닛까지 두께 방향으로 전기가 흐를 수 있는 면적(Aspl) 및 단락 방지층의 두께 (tslp)에 의하여 결정될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단락 방지층의 체적저항률은 4.5 Ω㎝ 이상 2.2 × 1011 Ω㎝ 이하일 수 있다. 상기 범위 내에서 단락 방지층은 유기발광소자가 단락이 발생하지 않은 경우에 정상적인 작동 전압을 유지할 수 있다. 또한, 단락 방지 기능을 수행할 수 있으며, 단락이 발생한 경우에도 유기발광소자가 정상 범위 내에서 작동할 수 있다. 상기 체적 저항률은 하기와 같이 구할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단락 방지층의 저항의 범위는 500 Ω 이상 800,000 Ω 이하이고, 상기 단락 방지층의 두께는 1 ㎚ 이상 10 ㎛ 이하이며, 하나의 셀의 면적은 300 × 300 ㎛2 내지 3 × 3 ㎜2인 경우, 상기 하나의 셀에 형성된 보조전극에서 단락 방지층을 통해 1개 셀의 제1 전극까지 두께 방향으로 전기가 흐를 수 있는 면적(Aspl)은 하나의 셀 면적의 1 % 내지 30 % 수준에서 결정될 수 있다. 그러므로, 상기 하나의 셀에 형성된 보조전극에서 단락 방지층을 통해 1개 셀의 제1 전극까지 두께 방향으로 전기가 흐를 수 있는 면적(Aspl)은 9 × 10-6 cm2 (300㎛ × 300㎛ × 0.01) 내지 2.7 × 10-2 cm2 (0.3㎝ × 0.3cm × 0.3)이 될 수 있다. 이 경우, 상기 단락 방지층의 체적 저항률은 하기의 식과 같이 구해질 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단락 방지층은 탄소 분말; 탄소 피막; 전도성 고분자; 유기 고분자; 금속; 금속 산화물; 무기 산화물; 금속 황화물; 및 절연 물질로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 지르코늄 산화물(ZrO2), 니크롬(nichrome), 인듐 주석 산화물(ITO), 아연 황화물(ZnS), 및 실리콘 이산화물(SiO2)로 이루어진 군에서 선택되는 2 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단락 방지부의 일 단부는 상기 전도성 유닛의 상면, 하면 및 측면 중 적어도 일 면 상에 구비되고, 상기 단락 방지부의 타 단부는 상기 보조 전극의 상면, 하면 및 측면 중 적어도 일 면 상에 구비될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전도성 유닛, 상기 보조 전극 및 상기 단락 방지부는 상기 기판의 동일 평면 상에 구비될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단락 방지부의 일 단부는 상기 전도성 유닛의 측면 및 상면 상에 구비되거나, 상기 전도성 유닛의 측면 및 하면 상에 구비되고, 상기 단락 방지부의 타 단부는 상기 보조 전극의 측면 및 상면 상에 구비되거나, 상기 보조 전극의 측면 및 하면 상에 구비될 수 있다.
도 5는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기발광소자에 있어서, 전도성 유닛, 보조 전극 및 단락 방지부가 구비되는 단면의 다양한 예시를 나타낸 것이다. 구체적으로, 도 5는 기판(101) 상에 전도성 유닛(301), 보조 전극(401)이 구비되고, 상기 전도성 유닛(301)과 상기 보조 전극(401) 사이에 단락 방지부(401)가 구비되는 것을 도시한 것이다. 또한, 도 5는 전도성 유닛(301), 보조 전극(401) 및 단락 방지부(201)가 기판 상의 동일 평면 상에 구비된 예시를 나타낸 것이다.
구체적으로, 도 5의 a)는 단락 방지부(401)의 일 단부는 전도성 유닛(301)의 상면 및 측면 상에 구비되고, 단락 방지부(401)의 타 단부는 보조 전극(401)의 상면 및 측면 상에 구비된 것을 도시한 것이다.
도 5의 b)는 단락 방지부(401)의 일 단부는 전도성 유닛(301)의 상면 및 측면 상에 구비되고, 단락 방지부(401)의 타 단부는 보조 전극(401)의 하면 및 측면 상에 구비된 것을 도시한 것이다.
도 5의 c)는 단락 방지부(401)의 일 단부는 전도성 유닛(301)의 하면 및 측면 상에 구비되고, 단락 방지부(401)의 타 단부는 보조 전극(401)의 상면 및 측면 상에 구비된 것을 도시한 것이다.
도 5의 d)는 단락 방지부(401)의 일 단부는 전도성 유닛(301)의 측면 상에 구비되고, 단락 방지부(401)의 타 단부는 보조 전극(401)의 측면 상에 구비된 것을 도시한 것이다.
도 5의 e)는 단락 방지부(401)의 일 단부는 전도성 유닛(301)의 측면 상에 구비되고, 단락 방지부(401)의 타 단부는 보조 전극(401)의 상면 및 측면 상에 구비된 것을 도시한 것이다.
도 5의 f)는 단락 방지부(401)의 일 단부는 전도성 유닛(301)의 상면 및 측면 상에 구비되고, 단락 방지부(401)의 타 단부는 보조 전극(401)의 측면 상에 구비된 것을 도시한 것이다.
도 5의 g)는 단락 방지부(401)의 일 단부는 전도성 유닛(301)의 하면 및 측면 상에 구비되고, 단락 방지부(401)의 타 단부는 보조 전극(401)의 하면 및 측면 상에 구비된 것을 도시한 것이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 도 5의 구조에 한정되지 않으며, 다양한 형태로 구비될 수 있으며, 또한 각각의 전도성 유닛은 1 또는 2 이상의 단락 방지부를 구비할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단락 방지층은 상기 전도성 유닛의 상면 및 측면 중 적어도 일 면 상에 구비되고, 상기 보조 전극은 상기 단락 방지층의 상면 및 측면 중 적어도 일 면 상에 구비될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단락 방지층은 상기 전도성 유닛의 하면 및 측면 중 적어도 일 면 상에 구비되고, 상기 보조 전극은 상기 단락 방지층의 하면 및 측면 중 적어도 일 면 상에 구비될 수 있다.
도 6은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기발광소자에 있어서, 전도성 유닛, 보조 전극 및 단락 방지층이 구비되는 단면의 다양한 예시를 나타낸 것이다. 도 6은 기판(101) 상에 전도성 유닛(301), 보조 전극(401)이 구비되고, 상기 전도성 유닛(301)과 상기 보조 전극(401) 사이에 단락 방지부(401)인 단락 방지층이 구비되는 것을 도시한 것이다.
구체적으로, 도 6의 a)는 단락 방지층이 전도성 유닛(301)의 상면 상에 구비되고, 보조 전극(401)은 단락 방지층의 상면 상에 구비되는 것을 도시한 것이다.
도 6의 b)는 단락 방지층이 전도성 유닛(301)의 측면 상에 구비되고, 보조 전극(401)은 단락 방지층의 상면 상에 구비되는 것을 도시한 것이다.
도 6의 c)는 단락 방지층이 전도성 유닛(301)의 상면 및 측면 상에 구비되고, 보조 전극(401)은 단락 방지층의 상면 상에 구비되는 것을 도시한 것이다.
도 6의 d)는 단락 방지층이 전도성 유닛(301)의 하면 및 측면 상에 구비되고, 보조 전극(401)은 단락 방지층의 하면 및 측면 상에 구비되는 것을 도시한 것이다.
도 6의 e)는 단락 방지층이 전도성 유닛(301)의 하면 및 측면 상에 구비되고, 보조 전극(401)은 단락 방지층의 하면 및 측면 상에 구비되는 것을 도시한 것이다.
도 6의 f)는 단락 방지층이 전도성 유닛(301)의 하면 상에 구비되고, 보조 전극(401)은 단락 방지층의 하면 상에 구비되고, 보조 전극(401)과 전도성 유닛(301)은 물리적으로 서로 이격 배치된 것을 도시한 것이다.
도 7은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기발광소자에 있어서, 전도성 유닛, 보조 전극 및 단락 방지부가 구비된 다양한 예시를 나타낸 것이다. 구체적으로, 도 7의 a) 내지 d)는 전도성 유닛(301)과 보조 전극(401) 사이에 구비된 단락 방지부(201)의 평면도를 예시한 것이다. 도 7의 a)의 경우, 단락 방지부(201)의 일 단부는 전도성 유닛(301)의 상면 또는 하면 상에 구비되고, 타 단부는 보조 전극(401)의 상면 또는 하면 상에 구비된 것을 의미한다. 또한, 도 7의 b)는 보조 전극(401) 상에 단락 방지부(201)가 구비되고, 단락 방지부(201) 상에 전도성 유닛(301)이 구비되는 것을 의미한다. 또한, 도 7의 c) 및 d)는 단락 방지부(201)의 일 단부는 전도성 유닛(301)의 측면에 구비되고, 타 단부는 보조 전극(401)의 상면 또는 하면 상에 구비된 것을 의미한다. 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 도 7의 구조에 한정되지 않으며, 다양한 형태로 구비될 수 있으며, 또한 각각의 전도성 유닛은 1 또는 2 이상의 단락 방지부를 구비할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 보조 전극은 각각의 상기 전도성 유닛과 이격 배치되고, 1 이상의 상기 전도성 유닛을 둘러싸는 그물망 구조로 구비될 수 있다.
본 명세서의 상기 보조 전극은 2이상의 분지점을 포함하는 구조일 수 있다. 본 명세서의 상기 분지점은 3 이상의 분지를 포함할 수 있다. 상기 보조 전극은 서로 전기적으로 연결되지 않는 전도성 라인으로 구비된 것이 아니며, 상기 보조 전극은 2 이상의 전도성 라인이 일부 접하는 형태로 구비될 수 있다. 즉, 본 명세서의 상기 보조 전극은 스트라이프 형상으로 구비되는 것이 아니며, 적어도 2 개의 전도성 라인이 서로 교차하는 영역을 포함하는 형태로 구비될 수 있다.
본 명세서의 상기 분지점은 보조 전극이 서로 접하여, 3 이상의 분지를 형성하는 영역을 의미할 수 있으며, 상기 분지점을 통하여, 보조 전극의 전류가 분지로 분산하여 흐를 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 보조 전극은 상기 전도성 유닛; 및 상기 보조 전극과 접하는 상기 전도성 연결부의 말단부를 제외한 영역;과 이격 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 보조 전극은 상기 전도성 연결부의 단락 방지 기능을 하는 영역상에 구비될 수 없다. 즉, 상기 보조 전극은 전도성 연결부의 전류가 흐르는 방향의 길이가 이에 수직 방향의 폭보다 더 긴 영역에는 이격 배치되어야 한다. 이는 저항값이 높은 영역에 저항값이 낮은 보조 전극이 접하는 경우, 저항값이 낮아지게 되어 단락 방지 기능이 저하되기 때문이다.
단락 방지 기능이 적용된 유기발광소자의 일부 국소한 영역에 단락 결함이 발생한 경우, 보조 전극이 스트라이프 형태로 구비되면, 단락 결함이 발생한 주변 영역의 발광 강도가 낮아질 수 있다. 이는 단락 결함이 발생한 영역으로 정상 작동시보다 약 100여배의 많은 전류가 흐르게 되면서, 단락 결함이 발생한 영역의 보조 전극에 큰 폭의 전압 강하(IR drop) 현상이 발생하게 된다. 즉, 단락 방지 기능에 의하여 유기발광소자 전체가 구동되지 않는 것을 방지할 수 있으나, 단락 결함이 발생한 영역 주위가 어두워지는 현상이 발생하여, 상품성이 크게 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
그러므로, 본 명세서의 상기 유기발광소자는 보조 전극을 3 이상의 분지를 갖는 2이상의 분지점을 포함하도록 하여, 단락이 발생한 경우에 넓은 영역으로 전류를 분산할 수 있도록 하였다. 즉, 본 명세서의 상기 보조 전극에 의하여, 단락 발생 영역의 보조 전극에 발생하는 전압 강하(IR drop)을 최소한으로 하여, 단락이 발생한 경우에도 전체 유기발광소자의 발광 강도가 균일할 수 있도록 할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 보조 전극은 인접하는 상기 분지점간 저항이 35 Ω이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 보조 전극은 인접하는 상기 분지점 간 저항이 18 Ω이하일 수 있다. 또한, 본 명세서의 인접하는 상기 분지점 간 저항은 0 Ω 이상일 수 있다.
또는, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 보조 전극의 인접하는 분지점 간의 거리는 21 ㎜이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 분지점 간의 거리는 0.2 ㎜ 이상 21 ㎜ 이하일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 보조 전극의 인접하는 분지점 간의 거리는 10 ㎜이하, 또는 0.2 ㎜ 이상 10 ㎜ 이하일 수 있다.
나아가, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 보조 전극의 인접하는 분지점 간의 거리는 10 ㎜ 이하 및 분지점간 저항이 18 Ω 이하일 수 있다.
본 명세서의 상기 보조 전극의 분지점 간의 저항 및/또는 분지점 간의 거리가 상기 범위 내인 경우, 단락 발생시 전류의 분산이 용이하게 되어, 전압 강하(IR drop)을 최소화 할 수 있는 장점이 있다. 이에 대한 보다 구체적인 효과는 하기 기술하는 실시예 및 비교예에 의하여 보다 명확하게 이해될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 인접하는 상기 분지점간의 저항을 측정을 하는 경우에는 인접하는 분지점 사이에 우회 가능한 보조 전극은 모두 제외한 상태에서 측정할 수 있다.
본 명세서에 따른 유기발광소자의 상기 상기 보조 전극의 인접하는 분지점 간의 거리는 및 분지점간 저항 범위는 하기와 같을 수 있다.
상기 유기발광소자의 작동 전압이 6 V인 경우에 휘도는 3000 nit 내외이며, 10 %의 밝기 변화는 2700 nit 내외라고 할 수 있다. 나아가, 3000 nit 와 2700 nit와의 작동 전압 차이는 0.066 V이다. 또한, 5 %의 밝기 변화시의 작동 전압 차이는 0.033 V이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기발광소자가 단락 되었을 경우, 정상 작동시의 10 % 이내의 휘도 불균일을 실현하기 위해서는 0.066 V 이하의 전압 강하가 발생하여야 한다. 상기 0.066 V 이하의 전압 강하만을 발생하도록 하기 위해서는 단락이 발생한 전도성 유닛에 연결된 보조 전극의 인접한 분지점 간의 저항이 35 Ω 이하가 되어야 한다. 또는, 상기 보조 전극의 폭을 두껍게 하여 전압강하를 방지하거나, 상기 분지점 간의 길이가 21 ㎜ 를 초과하기 전에 다른 분지점에 의하여 전류가 분산되도록 하여야 한다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기발광소자가 단락 되었을 경우, 정상 작동시의 5 % 이내의 휘도 불균일을 실현하기 위해서는 0.033 V 이하의 전압 강하가 발생하여야 한다. 상기 0.033 V 이하의 전압 강하만을 발생하도록 하기 위해서는 단락이 발생한 전도성 유닛에 연결된 보조 전극의 인접한 분지점 간의 저항이 18 Ω 이하가 되어야 한다. 또는, 상기 보조 전극의 폭을 두껍게 하여 전압강하를 방지하거나, 상기 분지점 간의 길이가 10 ㎜ 를 초과하기 전에 다른 분지점에 의하여 전류가 분산되도록 하여야 한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전극은 투명전극일 수 있다.
상기 제1 전극이 투명전극인 경우, 상기 제1 전극은 산화주석인듐(ITO) 또는 산화아연인듐(IZO) 등과 같은 전도성 산화물일 수 있다. 나아가, 상기 제1 전극은 반투명 전극일 수도 있다. 상기 제1 전극이 반투명 전극인 경우, Ag, Au, Mg, Ca 또는 이들의 합금 같은 반투명 금속으로 제조될 수 있다. 반투명 금속이 제1 전극으로 사용되는 경우, 상기 유기발광소자는 미세공동구조를 가질 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 보조 전극은 금속 재질로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 보조 전극은 금속 전극일 수 있다.
상기 보조 전극은 일반적으로 모든 금속을 사용할 수 있다. 구체적으로 전도도가 좋은 알루미늄, 구리 및/또는 은을 포함할 수 있다. 상기 보조 전극은 투명전극과의 부착력 및 포토공정에서 안정성을 위하여 알루미늄을 사용할 경우, 몰리브데늄/알루미늄/몰리브데늄 층을 사용할 수도 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기물층은 적어도 1층 이상의 발광층을 포함하고, 정공 주입층; 정공 수송층; 정공 차단층; 전하 발생층; 전자 차단층; 전자 수송층; 및 전자 주입층으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 전하 발생층(Charge Generating layer)은 전압을 걸면 정공과 전자가 발생하는 층을 말한다.
상기 기판은 투명성, 표면평활성, 취급용이성 및 방수성이 우수한 기판을 사용할 수 있다. 구체적으로, 유리 기판, 박막유리 기판 또는 투명 플라스틱 기판을 사용할 수 있다. 상기 플라스틱 기판은 PET(polyethylene terephthalate), PEN(Polyethylene naphthalate), PEEK(Polyether ether ketone) 및 PI(Polyimide) 등의 필름이 단층 또는 복층의 형태로 포함될 수 있다. 또한, 상기 기판은 기판 자체에 광산란 기능이 포함되어 있는 것일 수 있다. 다만, 상기 기판은 이에 한정되지 않으며, 유기발광소자에 통상적으로 사용되는 기판을 사용할 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극은 애노드이고, 상기 제2 전극은 캐소드일 수 있다. 또한, 상기 제1 전극은 캐소드이고, 상기 제2 전극은 애노드일 수 있다.
상기 애노드로는 통상 유기물층으로 정공주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 본 발명에서 사용될 수 있는 애노드 물질의 구체적인 예로는 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연산화물, 인듐산화물, 인듐주석 산화물(ITO), 인듐아연산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO:Al 또는 SnO2:Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 애노드 재료는 애노드에만 한정되는 것이 아니며, 캐소드의 재료로 사용될 수 있다.
상기 캐소드로는 통상 유기물층으로 전자 주입이 용이하도록 일함수가 작은 물질인 것이 바람직하다. 캐소드 물질의 구체적인 예로는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 타이타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석 및 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; LiF/Al 또는 LiO2/Al과 같은 다층 구조 물질 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 캐소드의 재료는 캐소드에만 한정되는 것은 아니며, 애노드의 재료로 사용될 수 있다.
본 명세서에 따른 상기 정공 수송층 물질로는 애노드나 정공 주입층으로부터 정공을 수송 받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로 정공에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 구체적인 예로는 아릴아민 계열의 유기물, 전도성 고분자, 및 공액 부분과 비공액 부분이 함께 있는 블록 공중합체 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 따른 상기 발광층 물질로는 정공 수송층과 전자 수송층으로부터 정공과 전자를 각각 수송받아 결합시킴으로써 가시광선 영역의 빛을 낼 수 있는 물질로서, 형광이나 인광에 대한 양자효율이 좋은 물질이 바람직하다. 구체적인 예로는 8-히드록시-퀴놀린 알루미늄 착물 (Alq3); 카르바졸 계열 화합물; 이량체화 스티릴(dimerized styryl) 화합물; BAlq; 10-히드록시벤조 퀴놀린-금속 화합물; 벤족사졸, 벤즈티아졸 및 벤즈이미다졸 계열의 화합물; 폴리(p-페닐렌비닐렌)(PPV) 계열의 고분자; 스피로(spiro) 화합물; 폴리플루오렌; 루브렌 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 따른 상기 전자 수송층 물질로는 캐소드로부터 전자를 잘 주입 받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로서, 전자에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 구체적인 예로는 8-히드록시퀴놀린의 Al 착물; Alq3를 포함한 착물; 유기 라디칼 화합물; 히드록시플라본-금속 착물 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 보조 전극은 상기 유기발광소자의 비발광영역에 위치할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기발광소자는 비발광 영역에 구비된 절연층을 더 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 절연층은 상기 단락 방지부 및 보조 전극을 상기 유기물층과 절연시키는 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기발광소자는 봉지층으로 밀폐되어 있을 수 있다.
상기 봉지층은 투명한 수지층으로 형성될 수 있다. 상기 봉지층은 상기 유기발광소자를 산소 및 오염물질로부터 보호하는 역할을 하며, 상기 유기발광소자의 발광을 저해하지 않도록 투명한 재질일 수 있다. 상기 투명은 60 % 이상 빛을 투과하는 것을 의미할 수 있다. 구체적으로, 75 % 이상 빛을 투과하는 것을 의미할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기발광소자는 광산란층을 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기발광소자는 상기 제1 전극의 유기물층이 구비되는 면과 대향하는 면에 기판을 더 포함하고, 상기 기판과 상기 제1 전극 사이에 구비된 광산란층을 더 포함할 수 있다. 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 광산란층은 평탄층을 포함할 수 있다. 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 평탄층은 상기 제1 전극과 상기 광산란층 사이에 구비될 수 있다.
또는, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기발광소자는 상기 제1 전극의 유기물층이 구비되는 면과 대향하는 면에 기판을 더 포함하고, 상기 기판의 제1 전극이 구비된 면에 대향하는 면에 광산란층을 더 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 광산란층 또는 광산란층은 광산란을 유도하여, 상기 유기발광소자의 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 구조라면 특별히 제한하지 않는다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 광산란층은 바인더 내에 산란입자가 분산된 구조, 요철을 가진 필름, 및/또는 헤이즈(hazeness)를 갖는 필름일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 광산란층은 기판 위에 스핀 코팅, 바 코팅, 슬릿 코팅 등의 방법에 의하여 직접 형성되거나, 필름 형태로 제작하여 부착하는 방식에 의하여 형성될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기발광소자는 플랙시블(flexible) 유기발광소자일 수 있다. 이 경우, 상기 기판은 플랙시블 재료를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 기판은 휘어질 수 있는 박막 형태의 글래스, 플라스틱 기판 또는 필름 형태의 기판일 수 있다.
상기 플라스틱 기판의 재료는 특별히 한정하지는 않으나, 일반적으로 PET(polyethylene terephthalate), PEN(Polyethylene naphthalate), PEEK(Polyether ether ketone) 및 PI(Polyimide) 등의 필름을 단층 또는 복층의 형태로 포함하는 것일 수 있다.
본 명세서는 상기 유기발광소자를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다. 상기 디스플레이 장치에서 상기 유기발광소자는 화소 또는 백라이트 역할을 할 수 있다. 그 외, 디스플레이 장치의 구성은 당 기술분야에 알려져 있는 것들이 적용될 수 있다.
본 명세서는 상기 유기발광소자를 포함하는 조명 장치를 제공한다. 상기 조명 장치에서 상기 유기발광소자는 발광부의 역할을 수행한다. 그 외, 조명 장치에 필요한 구성들은 당 기술분야에 알려져 있는 것들이 적용될 수 있다.
본 명세서의 일 구현예는 상기 유기발광소자의 제조방법을 제공한다. 구체적으로, 본 명세서의 일 구현예는 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 2 이상의 전도성 유닛을 포함하는 제1 전극을 형성하는 단계; 상기 전도성 유닛과 이격 배치되고, 3 이상의 분지를 갖는 분지점을 2 이상 포함하는 보조 전극을 형성하는 단계; 상기 제1 전극 상에 1층 이상의 유기물층을 형성하는 단계; 및 상기 유기물층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 유기발광소자의 제조방법을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전극을 형성하는 단계는 2 이상의 전도성 유닛 및 상기 전도성 유닛 각각에 연결된 전도성 연결부를 포함하도록 제1 전극을 형성하는 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 보조 전극을 형성하는 단계는 상기 각각의 전도성 연결부의 일 말단부 상에 보조 전극을 형성하는 것일 수 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기발광소자의 제조방법은 상기 제1 전극을 형성하는 단계와 상기 보조 전극을 형성하는 단계 사이에, 상기 제1 전극과 상기 보조 전극 사이에 구비되도록 단락 방지층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기발광소자는 색온도 2,000 K 이상 12,000 K 이하의 백색광을 발광할 수 있다.
이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
[실시예 1]
기판 상에 ITO를 사용하여 제1 전극을 형성하여 전체 발광 면적을 40 × 40 ㎜2로 제조하였고, 이 때 ITO의 면저항은 약 20 Ω/□이었다. 보조 전극으로서 알루미늄(Al)을 폭 40 ㎛, 두께 0.2 ㎛로 발광 영역을 둘러싸는 그물망 형태로 형성하였다. 또한, 보조 전극의 간격은 약 800 ㎛로 제작하였다. 또한, 전도성 연결부는 길이 250 ㎛, 폭 10 ㎛이었고, 전도성 연결부의 저항은 500 Ω 이상이 되도록 제조하였다. 또한, 각각의 전도성 유닛의 면적은 0.56 ㎜2로 제조하였다. 상기 제조된 유기발광소자의 전도성 유닛의 수는 50 × 50 개였다. 상기 제조된 유기발광소자에서, 발광영역에 해당하는 ITO 영역을 제외한, 금속 보조 전극이 노출된 영역과 ITO가 패터닝되어 제거된 영역은 감광성 절연물질로 절연하였다.
나아가, 발광층을 포함한 유기물층 및 제2 전극을 순차적으로 적층하여, 40 × 40 ㎟의 발광 영역을 갖는 청색 유기발광소자(OLED)를 제조하였다.
상기 제2 전극은 알루미늄(Al)을 사용하였으며, 상기 유기물층은 정공주입층, 정공전달층, 유기발광층, 전자전달층 및 전자주입층을 포함하는 구조로 형성하였다. 상기 각 적층구조에서 사용된 소재는 백색 유기발광소자(OLED)의 제조분야에서 통상적으로 사용되는 소재를 사용하였고, 그 형성방법 역시 통상적으로 사용되는 방식을 적용하여 제조하였다.
[실시예 2]
전도성 연결부를 길이 750 ㎛, 폭 10 ㎛으로 제작하여 저항이 1,500 Ω 이상이 되도록 제조한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
[비교예 1]
제1 전극을 2 이상의 전도성 유닛으로 패터닝하지 않고, 전도성 연결부 및 보조 전극을 포함하지 않은 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기발광소자를 제조하였다.
[비교예 2]
제1 전극을 2 이상의 전도성 유닛으로 패터닝하지 않고, 전도성 연결부를 포함하지 않은 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기발광소자를 제조하였다.
상기 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2에 대한 물성은 하기 표 1과 같다.
|
바로 이웃하는 전도성 유닛 간의 저항
(Ω) |
10mm 거리의 전도성 유닛 간의 저항
(Ω) |
40mm 거리의 전도성 유닛 간의 저항
(Ω) |
금속 보조전극과 전도성 유닛 간의 저항
(Ω) |
소자 제작후 단락 발생시 | ||
| 비교예1 | ITO 기판 | 62 | 122 | 174 | - | 소자 전체 미점등 |
| 비교예2 | 보조전극 및 ITO 기판 | 55 | 59 | 58 | 30 | 소자 전체 미점등 |
| 실시예1 |
단락방지부 적용 기판
(500옴) |
1569 | 1600 | 1608 | 828 | 단락 발생 전도성 유닛만 미점등 |
| 실시예2 |
단락방지부 적용 기판
(1500옴) |
3566 | 3600 | 3555 | 1771 | 단락 발생 전도성 유닛만 미점등 |
도 8은 비교예 1에 따른 유기발광소자의 어느 하나의 픽셀이 단락된 경우의 이미지를 나타낸 것이다.
도 9는 실시예 2에 따른 유기발광소자의 어느 하나이 픽셀이 단락된 경우이 이미지를 나타낸 것이다.
상기 표 1 및 도 8, 9에서 알 수 있듯이 본 명세서에 따른 유기발광소자의 경우, 어느 하나의 픽셀에서 단락이 발생한 경우에도 유기발광소자 전체가 작동하지 않는 것을 방지하는 것을 알 수 있다. 즉, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기발광소자는 단락이 발생한 영역의 전도성 유닛이 포함된 픽셀만이 작동을 하지 않고, 나머지 영역은 정상 작동한다.
또한, 실시예 2에 따른 유기발광소자의 경우, 전류밀도 5 mA/cm2 조건에서의 하기 식 4를 통하여 이론이 실제와 근접하는지 확인할 수 있다. 구체적으로, 실시예 2에 따른 유기발광소자의 발광면적은 40 × 40 ㎜2, 유닛간 간격은 약 0.8 ㎜로 유닛의 수는 약 50 × 50개이다. 누설전류의 정확한 양은 측정이 불가능하므로, 유기발광소자의 광속(F)는 유기물을 통과하는 전류량 (It)에 비례한다는 가정하에 계산한다.
[식 4]
(Fn: 정상상태에서의 유기발광소자의 광속, Fs: 하나의 전도성 유닛이 단락 발생 후의 광속)
구체적으로, 실시예 2에서의 Rcell-org는 "4 V ÷ {5(mA/cm2) × 1/1000(A/mA) × (0.08 × 0.08 cm2)} = 125,000 Ω"로 구할 수 있다.
또한, 실시예 2에서의 Rcell-spl은 상기 표 1에서 기재한 바와 같이 1771 Ω이다.
또한, 실시예 2에서의 Ncell은 2,500 (50 × 50)이다.
또한, 실시예 2에서의 Rcell-s 은 0 Ω으로 수렴한다.
실시예 2의 상기의 값을 기초로, 하기 식을 계산하면, 0.0278의 값이 계산된다.
실시예 2에 따른 유기발광소자의 단락 전후의 상태에 따른 물성은 하기 표 2와 같다.
|
전류 밀도
(mA/cm 2 ) |
정상 상태 | 1 전도성 유닛의 단락 발생 후 | 1 전도성 유닛의 단락 발생후 변화율 | ||||||
|
전압
(V) |
광속
(lm) |
효율
(lm/W) |
전압
(V) |
광속
(lm) |
효율
(lm/W) |
전압 | 광속 | 효율 | |
| 1.0 | 3.26 | 0.60 | 11.48 | 3.24 | 0.54 | 10.34 | -0.7% | -11.8% | -11.0% |
| 2.0 | 3.53 | 1.20 | 10.64 | 3.52 | 1.13 | 10.06 | -0.4% | -6.1% | -5.7% |
| 3.0 | 3.74 | 1.78 | 9.92 | 3.73 | 1.71 | 9.54 | -0.2% | -4.3% | -4.1% |
| 4.0 | 3.90 | 2.33 | 9.34 | 3.90 | 2.26 | 9.05 | -0.2% | -3.4% | -3.2% |
| 5.0 | 4.05 | 2.87 | 8.86 | 4.04 | 2.79 | 8.62 | -0.1% | -2.9% | -2.7% |
상기 표 2의 데이터를 기초로 전류밀도 5mA/cm2 조건에서 식 4를 계산한 결과는 0.0278로서 상기 이론적인 작동 전류 대비 누설 전류의 수치(Is/It)와 동일한 값을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
101: 기판
201: 단락 방지층
301: 전도성 유닛
401: 보조 전극
501: 절연층
601: 유기물층
701: 제2 전극
801: 봉지층
201: 단락 방지층
301: 전도성 유닛
401: 보조 전극
501: 절연층
601: 유기물층
701: 제2 전극
801: 봉지층
Claims (21)
- 기판;
상기 기판 상에 구비되고, 2 이상의 전도성 유닛을 포함하는 제1 전극;
상기 제1 전극에 대향하여 구비된 제2 전극;
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층;
상기 각각의 전도성 유닛과 전기적으로 연결되는 보조 전극; 및
상기 보조 전극과 상기 각각의 전도성 유닛 사이에 구비되어 상기 보조 전극과 상기 각각의 전도성 유닛을 전기적으로 연결하는 단락 방지부를 포함하고,
상기 보조 전극으로부터 상기 각각의 전도성 유닛까지의 저항은 500 Ω 이상 800,000 Ω 이하인 유기발광소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 전극은 서로 이격된 1,000 개 이상의 전도성 유닛을 포함하는 것인 유기발광소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 어느 하나의 전도성 유닛과 다른 하나의 전도성 유닛간의 저항은 1,000 Ω 이상 1,600,000 Ω 이하인 것인 유기발광소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 각각의 전도성 유닛은 1 이상의 단락 방지부를 통하여 상기 보조 전극과 전기적으로 연결되는 것인 유기발광소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 각각의 전도성 유닛의 면적은 0.01 ㎜2 이상 25 ㎜2 이하인 것인 유기발광소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 각각의 전도성 유닛의 면저항은 하기 식 A를 만족하는 것인 유기발광소자:
[식 A]
전도성 유닛의 면저항 (Ω/□) ≤ 10,000 (Ω/□㎜2) × 전도성 유닛의 면적(㎜2) - 청구항 1에 있어서,
상기 단락 방지부의 재료는 상기 전도성 유닛의 재료와 동종 또는 이종의 재료인 것인 유기발광소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 단락 방지부는 상기 제1 전극과 상이한 재료를 포함하는 단락 방지층; 또는 상기 제1 전극과 동일 또는 상이한 재료를 포함하고 상기 전류가 흐르는 방향의 길이가 이에 수직 방향의 폭보다 더 긴 영역을 포함하는 전도성 연결부인 것인 유기발광소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 단락 방지부의 일 단부는 상기 전도성 유닛의 상면, 하면 및 측면 중 적어도 일 면 상에 구비되고,
상기 단락 방지부의 타 단부는 상기 보조 전극의 상면, 하면 및 측면 중 적어도 일 면 상에 구비되는 것인 유기발광소자. - 청구항 9에 있어서,
상기 전도성 유닛, 상기 보조 전극 및 상기 단락 방지부는 상기 기판의 동일 평면 상에 구비되는 것인 유기발광소자. - 청구항 9에 있어서,
상기 단락 방지부의 일 단부는 상기 전도성 유닛의 측면 및 상면 상에 구비되거나, 상기 전도성 유닛의 측면 및 하면 상에 구비되고,
상기 단락 방지부의 타 단부는 상기 보조 전극의 측면 및 상면 상에 구비되거나, 상기 보조 전극의 측면 및 하면 상에 구비되는 것인 유기발광소자. - 청구항 8에 있어서,
상기 단락 방지층은 상기 전도성 유닛의 상면 및 측면 중 적어도 일 면 상에 구비되고,
상기 보조 전극은 상기 단락 방지층의 상면 및 측면 중 적어도 일 면 상에 구비되는 것인 유기발광소자. - 청구항 8에 있어서,
상기 단락 방지층은 상기 전도성 유닛의 하면 및 측면 중 적어도 일 면 상에 구비되고,
상기 보조 전극은 상기 단락 방지층의 하면 및 측면 중 적어도 일 면 상에 구비되는 것인 유기발광소자. - 청구항 1에 있어서,
1 ㎃/㎠ 내지 5 ㎃/㎠ 중 어느 한 값의 전류 밀도에서, 상기 단락 방지부는 하기 식 1의 작동 전압 상승률 및 하기 식 2의 작동 전류 대비 누설 전류의 수치가 동시에 0.05 이하를 만족하는 저항값을 갖는 것인 유기발광소자:
[식 1]
[식 2]
(상기 Vt(V)는 단락 방지부가 적용되고 단락 결함이 없는 유기발광소자의 작동 전압이고,
상기 Vo(V)는 단락 방지부가 적용되지 않고 단락 결함이 없는 유기발광소자의 작동 전압이며,
상기 It(mA)는 단락 방지부가 적용되고 단락 결함이 없는 유기발광소자의 작동 전류이고,
상기 Is(mA)는 단락 방지부가 적용되고 어느 하나의 전도성 유닛에 단락 결함이 있는 유기발광소자에서의 누설 전류이다.) - 청구항 8에 있어서,
상기 단락 방지층은 탄소 분말; 탄소 피막; 전도성 고분자; 유기 고분자; 금속; 금속 산화물; 무기 산화물; 금속 황화물; 및 절연 물질로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것인 유기발광소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 보조 전극은 각각의 상기 전도성 유닛과 이격 배치되고, 1 이상의 상기 전도성 유닛을 둘러싸는 그물망 구조로 구비되는 것인 유기발광소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 보조 전극은 3 이상의 분지를 갖는 분지점을 2 이상 포함하고, 인접하는 상기 분지점간 저항이 35 Ω이하인 것인 유기발광소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 보조 전극 및 상기 단락 방지부는 상기 유기발광소자의 비발광영역에 위치하는 것인 유기발광소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 유기발광소자는 플랙시블(flexible) 유기발광소자인 것인 유기발광소자. - 청구항 1 내지 19 중 어느 한 항에 따른 유기발광소자를 포함하는 디스플레이 장치.
- 청구항 1 내지 19 중 어느 한 항에 따른 유기발광소자를 포함하는 조명장치.
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