KR20180047535A - 유기발광소자를 이용한 조명장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 오픈마스크(메탈마스크)의 사용없이 유기발광물질과 금속을 기판상에 전면 증착함으로써 유기발광소자를 형성하므로, 롤제조장치에 유용하게 적용할 수 있게 된다. 기판상에 유기발광물질을 전면 증착함에 따라 유기발광층의 측면이 외부로 노출되지만, 기판의 외곽부에 단차를 형성하는 뱅크층 또는 격벽과 같은 단차구조물이 형성되므로, 유기발광물질의 증착시 유기발광층이 제1전극의 상부 및 단차구조물이 상부에 배치되어, 단차구조물의 단차에 의해 조명부에 배치된 제1전극 상부의 유기발광층과 외곽부에 배치된 단차구조물 상면에 배치된 유기발광층이 서로 단선되어, 외부로부터 침투한 수분이 조명부의 유기발광층으로 전파되는 것을 차단할 있게 된다.

Description

유기발광소자를 이용한 조명장치 및 그 제조방법{LIGHTING APPARATUS USING ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE AND METHOD OF FABRICATING THEREOF}
본 발명은 제조공정이 단순화된 유기발광소자를 이용한 조명장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
현재 조명장치로는 주로 형광등이나 백열등을 사용한다. 이중에서, 백열등은 연색지수가 좋으나 에너지효율이 매우 낮은 단점 있고, 형광등은 효율은 좋으나 연색지수가 낮고 수은을 함유하고 있어 환경문제가 있었다.
이러한 종래 조명장치의 문제를 해결하기 위해, 근래 발광다이오드(LED)가 조명장치로서 제안되고 있다. 발광다이오드는 무기물 발광물질로 구성되며, 청색 파장대에서 발광효율이 가장 높으며, 적색과 시감도가 가장 높은 색인 녹색 파장대역으로 갈수록 발광효율이 저하된다. 따라서, 적색발광다이오드, 녹색발광다이오드, 청색발광다이오드를 조합하는 백색광을 발광하는 경우, 발광효율이 낮아진다는 문제가 있었다. 또한, 적색발광다이오드, 녹색발광다이오드, 청색발광다이오드를 사용하는 경우 각각의 발광피크(peak)의 폭이 좁기 때문에 색연색성도 저하된다는 문제도 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 적색발광다이오드, 녹색발광다이오드, 청색발광다이오드를 조합하는 방식 대신에, 청색발광다이오드와 황색컬러의 형광체를 조합하여 백색광을 출력하는 조명장치가 제안되고 있다. 이러한 구성의 발광다이오드가 제안되는 이유는 발광효율이 낮은 녹색발광다이오드를 사용하는 것보다 효율이 높은 청색발광다이오드만을 사용하고 나머지 색은 청색광을 받아 황색광을 발산하는 형광물질을 이용하는 방법이 더 효율적이기 때문이다.
그러나, 청색 발광다이오드와 황색컬러의 형광체를 조합하여 백색광을 출력하는 조명장치의 경우에도 황색(엘로우) 광을 발광하는 형광물질 자체가 발광효율이 좋지 않기 때문에, 조명장치의 발광효율을 향상시키는데에 한계가 있었다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 오픈마스크의 사용없이 기판상에 유기발광층을 전면증착하여 제작할 수 있는 조명장치 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 뱅크층을 형성하여 유기발광층을 단선함으로써 유기발광층을 따라 수분이 조명부내로 침투하는 것을 방지할 수 있는 조명장치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 오픈마스크(메탈마스크)의 사용없이 유기발광물질과 금속을 기판상에 전면 증착함으로써 유기발광소자를 형성하므로, 특히 롤제조장치에 유용하게 적용할 수 있게 된다.
기판상에 유기발광물질을 전면 증착함에 따라 유기발광층의 측면이 외부로 노출되지만, 기판의 외곽부에 단차를 형성하는 뱅크층 또는 격벽과 같은 단차구조물이 형성되므로, 유기발광물질의 증착시 유기발광층이 제1전극의 상부 및 단차구조물이 상부에 배치된다. 따라서, 상기 단차구조물의 단차에 의해 조명부에 배치된 제1전극 상부의 유기발광층과 외곽부에 배치된 단차구조물 상면에 배치된 유기발광층이 서로 단선되어, 외부로부터 침투한 수분이 조명부의 유기발광층으로 전파되는 것을 차단할 있게 된다.
기판의 컨택부 및 조명부에는 일정 폭으로 매트릭스형상, 매쉬형상, 오각형 형상, 팔각형 형상, 원형상으로 배치되는 보조전극이 배치되어 제1전극에 균일한 전압이 인가되도록 한다. 또한, 기판의 컨택부에는 제1컨택전극 및 제2컨택전극이 형성되어, 제1관통홀 및 제2관통홀을 통해 제1전극 및 제2전극과 각각 컨택된다.
상기 유기발광소자의 상부에는 보호층과 봉지제가 구비되고 접착제에 의해 금속포일에 부착되어 조명장치가 완성된다.
본 발명에서는 뱅크층이나 격벽과 같은 단차구조물에 의해 조명부내의 유기발광층과 외곽부의 유기발광층이 단선됨에 따라 상기 유기발광층의 외부영역에서 침투된 수분이 상기 유기발광층을 따라 실제 발광되는 조명부의 유기발광층으로 전파되는 것을 방지할 수 있게 된다. 또한, 본 발명에서는 뱅크층의 구조적 특징에 의해 유기발광층을 단선하므로 별도의 제조공정이 필요없게 되며, 그 결과 제조공정의 추가 및 그에 따른 비용증가를 방지할 수 있게 된다.
더욱이, 본 발명에서는 조명장치에 뱅크층을 구비하여 유기발광물질을 기판의 전면에 증착하여 유기발광층의 측면이 외부로 노출되는 경우에도 상기 뱅크층에 의해 유기발광층이 단선되므로, 노출된 유기발광층을 통해 수분이 조명부내로 침투하는 것을 방지할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 조명장치를 제작할 경우, 수분전파를 차단하기 위해 기판 내의 일정 영역안에만 유기발광층을 형성하기 위한 오픈마스크가 필요없게 되므로, 조명장치의 제조공정이 단순화되고 특히 롤제조공정에 용이하게 적용될 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 조명장치의 평면도.
도 2는 도 1의 I-I'선 단면도.
도 3은 도 2의 A영역확대도.
도 4는 롤제조장치의 개념을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 조명장치의 제조방법을 개략적으로 나타내는 도면.
도 6은 뱅크층이 형성되지 않는 구조의 조명장치의 제조방법을 개략적으로 나타내는 도면.
도 7a-도 7e는 본 발명의 제1실시예에 따른 조명장치의 실제 제조방법을 구체적으로 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 조명장치의 단면도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에서는 무기물질로 이루어진 무기발광소자를 포함하는 조명장치가 아니라 유기물질로 이루어진 유기발광소자를 포함하는 조명장치를 제공한다.
유기발광물질로 이루어진 유기발광소자는 무기발광소자에 비해 녹색 및 적색의 발광효율이 상대적으로 양호하다. 또한, 유기발광소자는 무기발광소자에 비해 청색, 적색, 녹색의 발광피크(peak)의 폭이 상대적으로 넓기 때문에 색연색성이 향상되어 발광장치의 광이 좀더 태양광과 유사하게 되는 장점도 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 유기발광소자를 이용한 조명장치의 구조를 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 조명장치(100)는 면발광 조명장치로서, 실제 광을 발광하여 외부로 출력하는 조명부(EA)와 그 외부의 외곽부(NA)을 포함하는 기판(110)으로 구성된다. 상기 기판(110)에는 전면에 걸쳐 제1전극 및 제2전극(도면표시하지 않음)이 배치되고, 상기 제1전극과 제2전극 사이에는 유기발광층(130)이 배치되어 유기발광소자를 형성한다. 이러한 구조의 조명장치(100)에서는 유기발광소자의 제1전극과 제2전극에 신호가 인가됨에 따라 유기발광층(130)이 발광함으로써 기판(110) 전체에 걸쳐 광을 출력하게 된다.
상기 유기발광층(130)은 백색광을 출력하는 유기발광물질로 구성된다. 예를 들어, 상기 유기발광층(130)은 청색 유기발광층, 적색 유기발광층, 녹색 유기발광층으로 구성될 수도 있으며, 청색발광층과 황색-녹색발광층을 포함하는 탠덤(tandem)구조로 구성될 수도 있다. 그러나, 본 발명의 유기발광층(130)이 상기 구조에 한정되는 것이 아니라 다양한 구조가 적용될 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 유기발광층(130)에 전자 및 정공을 각각 주입하는 전자주입층 및 정공주입층과, 주입된 전자 및 정공을 유기발광층으로 각각 수송하는 전자수송층 및 정공수송층과, 전자 및 정공과 같은 전하를 생성하는 전하생성층을 포함할 수 있다.
상기 기판(110)의 외곽둘레에는 뱅크층(140)이 형성된다. 상기 뱅크층(140)은 유기발광층(130)의 내부로 수분이 침투하는 것을 방지한다. 일반적으로, 유기발광물질을 구성하는 폴리머는 수분과 결합하는 경우 발광특성이 급속히 열화되어, 유기발광층(130)의 발광효율이 저하된다. 특히, 조명장치에서 유기발광층(130)의 일부가 외부로 노출되는 경우, 수분은 유기발광층(130)을 따라 조명장치(100) 전체의 내부로 전파하게 되어 조명장치(100)의 발광효율을 저하시킨다.
본 발명에서는 뱅크층(140)을 기판(110)의 외곽둘레 전체에 배치함으로써, 실제 광이 발광되어 출력되는 조명장치(100)의 조명부의 유기발광층(130)으로 수분이 침투하는 것을 방지한다. 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 뱅크층(140)은 설정된 폭으로 복수개 배치되며, 유기발광층(130)은 제1전극 및 뱅크층(140) 위에 배치된다. 복수개의 뱅크층(140)은 얇은 폭 및 약 1㎛의 높이로 형성되므로, 상기 뱅크층(140)에 의해 급격한 단차가 복수개 발생하게 되며, 이러한 단차에 의해 기판(110)의 외곽둘레를 따라 유기발광층(130)이 단선되므로, 수분이 유기발광층(130)을 따라 조명부로 전파하는 것을 방지할 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에서는 기판(110)의 외곽둘레를 따라 단차를 가진 뱅크층(140)을 형성하고 이 뱅크층(140)의 구조적인 특징에 의해 유기발광층(130)을 단선하여 수분의 전파 및 침투를 방지하므로, 유기발광층(130)을 단선시키기 위한 별도의 공정이나 마스크가 필요없게 된다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 조명장치에 대해 더욱 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 조명장치를 나타내는 도면으로, 도 1의 I-I'선 단면도이다. 이하의 설명에서, 본 발명의 조명장치가 연성을 가진 휘어지는 조명장치로서 설명되지만, 본 발명의 휘어지는 조명장치에만 적용되는 것이 아니라 휘어지지 않는 일반적인 조명장치에도 적용될 수 있을 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 조명장치(100)는 실제 발광하여 광을 출력하는 조명부(EA)와, 상기 조명부(EA)의 외곽 둘레를 따라 배치된 외곽부(NA1,NA2)와, 상기 조명부(EA)에 배치된 전극과 외부를 전기적으로 연결하여 상기 조명부(EA)에 신호를 인가하는 접촉부(CA1,CA2)로 구성된다.
투명한 물질로 이루어진 기판(110) 위에는 제1전극(124)이 배치된다. 상기 기판(110)으로는 유리와 같이 단단한 물질이 사용될 수 있지만, 플라스틱과 같이 연성을 가진 재질을 사용함으로써 휘어질 수 있는 조명장치(100)의 제작이 가능하게 된다. 또한, 본 발명에서는 연성을 가진 물질을 기판(110)으로서 사용함으로써 롤(roll)을 이용한 공정(roll to roll processes)이 가능하게 되어, 신속한 조명장치(100)의 제작이 가능하게 된다.
제1전극(124)은 조명부(EA), 제1외곽부(NA1) 및 제1컨택부(CA1)에 형성되며, 전도성이 좋고 높은 일함수를 가지는 투명한 도전물질로 형성된다. 예를 들어, 본 발명에서는 제1전극(124)으로 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), 산화주석계 및 산화아연계 투명전도체 등으로 형성될 수 있으며, 또한 투명한 전도성고분자를 사용할 수도 있다.
또한, 제2외곽부(NA2)의 기판(110) 위에는 연결패턴(125)이 배치된다. 상기 연결패턴(125)은 제1전극(124)는 별개로 형성될 수 있지만, 동일한 공정에 의해 동일한 물질로 형성될 수 있다.
기판(110)의 조명부(EA) 및 접촉부(CA1,CA2)에는 보조전극(122)이 배치되어 상기 제1전극(124)과 전기적으로 접속된다. 제1전극(124)은 투명한 도전물질로 형성하여 발광되는 광을 투과한다는 장점을 가지지만, 금속에 비해 전기저항이 매우 높다는 단점이 있다. 따라서, 대면적의 조명장치(100)를 제작하는 경우, 투명 도전물질의 큰 저항으로 인해 넓은 조명영역으로 인가되는 전압의 분포가 고르지 않게 되며, 이러한 불균일한 전압분포는 대면적 조명장치(100)의 균일한 휘도의 발광을 불가능하게 한다.
보조전극(122)은 조명부(EA) 전체에 걸쳐 얇은 폭의 매트릭스형상, 매쉬형상, 육각형 형상, 팔각형 형상, 원형상 등으로 배치되어 조명부(EA) 전체의 제1전극(124)에 균일한 전압이 인가되도록 하여 대면적 조명장치(100)에서 균일한 휘도의 발광이 가능하게 한다.
도면에서는 상기 보조전극(122)의 제1전극(124)의 하부에 배치되지만, 상기 보조전극(122)이 제1전극(124)의 상부에 배치될 수도 있다. 접촉부(CA)에 배치된 보조전극(122)은 제1전극(124)으로의 전압의 전달경로로 사용되지만, 외부와 접촉하여 외부의 전압을 제1전극(124)에 인가하는 접촉전극의 역할도 한다.
상기 보조전극(122)은 Al, Au,Cu, Ti, W, Mo 또는 이들의 합금과 같이 전도성이 좋은 금속으로 구성된다. 도면에서는 상기 보조전극(122)이 2층의 구조로 구성되지만, 단일층으로 구성될 수도 있다.
상기 기판(110)의 조명부(EA) 및 외곽부(NA1,NA2)에는 각각 제1보호층(112)이 적층되고, 외곽부(NA1,NA2)의 제1보호층(112b) 위에는 복수의 뱅크층(140)이 배치된다. 조명부(EA)에 배치된 제1보호층(112a)은 보조전극(122) 및 그 상부의 제1전극(124)을 덮도록 구성되고 실제 광이 발광하는 발광영역에는 상기 제1보호층(112a)이 배치되지 않는다.
외곽부(NA1,NA2)에 배치되는 제1보호층(112b)은 기판(110)의 외곽둘레를 따라 복수의 뱅크층(140) 하부에 배치된다. 이때, 상기 제1보호층(112b)은 뱅크층(140) 하부에서 언더컷(under cut)되어, 뱅크층(140)의 하면의 폭이 제1보호층(112b)의 상면의 폭보다 크게 된다.
또한, 조명부(EA)의 제1보호층(112a)은 보조전극(122)을 둘러싸도록 형성되어 상기 보조전극(122)에 의한 단차를 감소시킴으로써, 이후 형성되는 각종 층이 단선되지 않고 안정적으로 형성되도록 한다.
상기 제1보호층(112)은 SiOx나 SiNx 등과 같은 무기층로 구성된다. 그러나, 상기 제1보호층(112)은 포토아크릴과 같은 유기층으로 구성될 수도 있고, 무기층 및 유기층의 복수의 층으로 구성될 수도 있다.
뱅크층(140)은 유기절연층으로 구성되며, 그 단면은 테이퍼진 삼각형상으로 이루어진다. 상기 뱅크층(140)의 하면의 폭이 제1보호층(112b)의 상면의 폭보다 크므로, 상기 뱅크층(140)과 제1보호층(112b)의 경계영역에서 뱅크층(140)의 하면과 제1보호층(112b)의 상면 사이에 비연속적인 측면이 형성된다.
조명부(EA)의 제1전극(124) 상부와, 외곽부(NA1,NA2)의 뱅크층(140) 상부와, 접촉부(CA1,CA2)의 제1전극(124) 상부에 유기발광층(130) 및 제2전극(126)이 배치된다. 상기 유기발광층(130)은 백색 유기발광층으로서, 적색발광층, 청색발광층, 녹색발광층으로 구성되거나 청색발광층과 황색-녹색발광층을 포함하는 탠덤(tandem)구조로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 유기발광층(130)은 유기발광층에 전자 및 정공을 각각 주입하는 전자주입층 및 정공주입층과, 주입된 전자 및 정공을 유기발광층으로 각각 수송하는 전자수송층 및 정공수송층과, 전자 및 정공과 같은 전하를 생성하는 전하생성층을 포함할 수 있다.
상기 제2전극(126)은 Ca, Ba, Mg, Al, Ag과 같은 금속으로 구성될 수 있다.
조명부(EA)의 제1전극(124)과 유기발광층(130) 및 제2전극(126)은 유기발광소자를 구성한다. 이때, 제1전극(124)이 유기발광소자의 애노드(anode)이고 제2전극(126)이 캐소드(cathode)로서, 제1전극(124)과 제2전극(126)에 전압이 인가되면, 제2전극(126)으로부터 전자가 유기발광층(130)로 주입되고 제1전극(124)으로부터 정공이 유기발광층(130)로 주입되어, 유기발광층(130)내에는 여기자(exciton)가 생성되며, 이 여기자가 소멸(decay)함에 따라 발광층의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)와 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)의 에너지 차이에 해당하는 광이 발생하게 되어 하부방향(도면에서 기판(110)측으로)로 발산하게 된다.
조명부(EA)의 보조전극(122) 상부에는 제1보호층(112a)이 배치되므로, 보조전극(122) 상부의 유기발광층(130)은 제1전극(124)과는 직접 접촉하지 않게 되어 보조전극(122) 상부에는 유기발광소자가 형성되지 않는다. 다시 말해서, 조명부(EA) 내의 유기발광소자는 예를 들어 매트릭스형상으로 이루어진 보조전극(122) 내에만 형성된다.
상기 조명부(EA)내에 배치되는 유기발광층(130)은 제1전극(124) 및 제1보호층(112a) 위에 배치되는데 반해, 외곽부(NA1,NA2)에 배치되는 유기발광층(130)은 뱅크층(140) 상면에 배치된다. 상기 뱅크층(140)은 약 1㎛의 두께로 형성되므로, 상기 뱅크층(140)에 의해 단차가 발생하게 되며, 이 단차에 의해 조명부(EA)내의 유기발광층(130)과 외곽부(NA1,NA2)의 유기발광층(130)은 단선된다.
도 3은 도 2의 A영역 확대도로서, 조명부(EA)내의 유기발광층(130)과 외곽부(NA1,NA2)의 유기발광층(130)의 단선을 나타내는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 뱅크층(140)은 1㎛의 높이로 형성되어 일정한 각도로 테이퍼지므로, 제1전극(124)의 상면과 뱅크층(140)의 상면은 커다란 단차가 형성된다. 또한, 뱅크층(140)의 하면에서 제1보호층(112b)이 언더컷되므로, 뱅크층(140)의 하면과 제1보호층(112b)의 상면 사이에는 언더컷에 의한 불연속적인 영역(143)이 형성된다. 따라서, 기판(110) 전체에 걸쳐서 유기발광물질을 증착할 때, 뱅크층(140)의 측면에는 유기발광층(130)이 형성되지 않게 되어, 조명부(EA)내의 유기발광층(130)과 외곽부(NA1,NA2)의 유기발광층(130)이 단선된다. 또한, 뱅크층(140)의 측면에는 유기발광층(130)이 형성되는 경우에도, 뱅크층(130)과 제1보호층(112b) 사이의 불연속적인 영역(143)에 의해 조명부(EA)내의 유기발광층(130)과 외곽부(NA1,NA2)의 유기발광층(130)이 단선된다
이와 같이, 본 발명에서는 뱅크층(140)에 의해 조명부(EA)내의 유기발광층(130)과 외곽부(NA1,NA2)의 유기발광층(130)이 단선됨에 따라 상기 유기발광층(130)의 외부영역에서 침투된 수분이 상기 유기발광층(130)을 따라 실제 발광되는 조명부(EA)의 유기발광층(130)으로 전파되는 것을 방지할 수 있게 된다. 더욱이, 본 발명에서는 뱅크층(140)의 구조적 특징에 의해 유기발광층(130)을 단선하므로 별도의 제조공정이 필요없게 되며, 그 결과 제조공정의 추가 및 그에 따른 비용증가를 방지할 수 있게 된다.
상기 제2전극(126) 역시 조명부(EA)의 유기발광층(130) 상부 및 외곽부(NA1,NA2)의 뱅크층(140) 위에 배치되므로, 조명부(EA)의 제2전극(126)이 제2외곽부(NA2)의 제2전극(126)과 단선된다. 따라서, 제2컨택부(CA2)를 통해 조명부(EA)의 제2전극(126)으로 전압이 인가될 수 없게 된다. 이러한 단선을 방지하기 위해, 본 발명에서는 제2컨택부(CA2)에 배치된 연결패턴(125)에 의해 조명부(EA)의 제2전극(126)이 제2외곽부(NA2)의 제2전극(126)과 전기적으로 접속된다.
상기 뱅크층(140)이 형성된 기판(110) 위에는 제2보호층(114) 및 봉지제(116)가 구비된다. 상기 제2보호층(114)은 포토아크릴과 같은 유기층으로 구성될 수도 있고 SiOx나 SiNx 등과 같은 무기층으로 구성될 수도 있다. 또한, 상기 보호층(114)은 유기층 및 무기층의 복수의 층으로 구성될 수도 있다.
상기 봉지제(116)는 유기발광소자를 봉지하여 외부의 수분이나 열로부터 유기발광소자를 보호한다. 이러한 상기 봉지제(116)로는 에폭시계(epoxy) 화합물, 아크릴레이트계(acrylate) 화합물 또는 아크릴계 화합물 등이 사용될 수 있다.
상기 제2보호층(114) 및 봉지제(116)를 모두 형성하는 대신, 제2보호층(114) 및 봉지제(116) 중 하나만을 형성할 수도 있을 것이다.
접촉부(CA1,CA2)의 기판(110), 제1전극(124), 유기발광층(130), 제2전극(126), 제2보호층(114) 및 봉지제(116)에는 각각 제1관통홀(127a) 및 제2관통홀(127b)이 형성되며, 상기 제1관통홀(127a) 및 제2관통홀(127b)에 각각 제1컨택전극(128a) 및 제2컨택전극(128b)이 형성된다. 상기 제1컨택전극(128a) 및 제2컨택전극(128b)은 외부의 전압원과 전기적으로 접속되어, 상기 제1전극(124) 및 제2전극(126)에 각각 전압을 인가한다. 상기 제1컨택전극(128a) 및 제2컨택전극(128b)으로는 Ag가 사용될 수 있다.
도면에서는 접촉부(CA1,CA2)의 기판(110), 제1전극(124), 유기발광층(130), 제2전극(126), 제2보호층(114) 및 봉지제(116)에 관통홀이 형성되지만, 관통홀이 아니라 컨택홀이 형성되어 제1컨택전극(128a) 및 제2컨택전극(128b)이 컨택홀 내에 형성됨으로써 제1컨택전극(128a) 및 제2컨택전극(128b)을 외부의 전압원과 전기적으로 접속시킬 수 있다. 이 경우, 제1접촉부(CA1)의 컨택홀은 제1전극(124)의 상부의 유기발광층(130), 제2전극(126), 제2보호층(114) 및 봉지제(116)에 형성되어 제1컨택전극(128a)이 제1전극(124)에 접속되며, 제2접촉부(CA2)의 컨택홀은 제2전극(126)의 상부의 제2보호층(114) 및 봉지제(116)에 형성되어 제2컨택전극(128b)이 제2전극(126)에 접속된다.
상기 봉지제(116) 위에는 접착제(118)가 도포되고 그 위에 금속포일(170)이 배치되어, 상기 금속포일(170)이 봉지제(116)에 부착됨으로써 조명장치(100)밀봉한다. 상기 접착제(118)는 광경화성 접착제 또는 열경화성 접착제를 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 상기 유기발광층(130)을 기판(110) 전체에 걸쳐 적층하며, 상기 뱅크층(140)의 구조적인 특징에 의해 유기발광층(130)을 단선함으로써 조명부(EA)의 유기발광층(130) 내부에 수분이 침투하여 전파하는 것을 방지할 수 있게 된다.
더욱이, 본 발명에서는 연성을 가진 플라스틱필름으로 이루어진 기판(110)을 사용하므로, 롤을 이용한 제작이 가능하게 된다. 따라서, 신속한 조명장치(100)의 제작이 가능해지고 제조비용을 절감할 수 있게 된다.
도 4는 휘어질 수 있는 연성 조명장치를 제작하기 위한 일반적인 롤제조장치의 개념을 나타내는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 일반적인 롤제조장치는 플라스틱필름(210)을 공급하는 필름공급롤(252)과, 상기 플라스틱필름(210)을 회수하는 필름회수롤(254)과, 상기 플라스틱필름(210)을 가이드하는 가이드롤(256)과, 오픈마스크(260)(또는 메탈마스크)를 공급하는 마스크공급롤(262)과, 상기 오픈마스크(260)를 회수하는 마스크회수롤(262)와, 유기물이나 금속을 증착하여 성막하는 증착부(280)로 구성된다.
이러한 구성의 롤제조장치에서는 조명장치(100)의 기판(110)으로 사용되는 플라스틱필름(210)을 필름공급롤(252)에서 증착부(280)로 이송함과 동시에 마스크공급롤(262)d에서 오픈마스크(260)를 증착부(280)로 이송하여, 상기 오픈마스크(260)를 플라스틱필름(210) 전면에 배치한 상태에서 증착부(280)에서 상기 플라스틱필름의 일부 영역에 유기물이나 금속을 증착한다.
증착이 종료된 오픈마스크(260)는 상기 플라스틱필름(210)으로부터 분리되며, 상기 플라스틱필름(210)은 필름회수롤(254)에 의해 회수되고 오픈마스크(260)는 마스크회수롤(262)에 의해 회수된다.
상기와 같은 구조의 롤제조장치를 사용하는 경우, 필름공급롤(252)에 의해 플라스틱필름(210)을 연속적으로 공급하여 공정을 연속적으로 진행될 수 있게 되므로, 신속한 조명장치의 제작이 가능하게 된다. 그러나, 이러한 롤제조장치에는 다음과 같은 문제가 발생하게 된다.
롤제조장치는 각종 금속패턴을 형성할 때 사용할 수도 있지만, 특히 유기발광층(130)이나 제2전극(126) 등을 형성할 때 유용하게 사용될 수 있는데, 그 이유는 상기 유기발광층(130)이나 제2전극(126)이 기판(110) 상에 포토공정에 의해 패턴화되는 것이 아니라 기판(110) 전체 영역에 걸쳐 전면 증착되므로 롤제조공정에 의해 용이하게 형성할 수 있기 때문이다.
그러나, 롤제조장치에 의해 유기발광물질을 기판(110) 상에 전면 증착하여 유기발광층(130)을 형성하는 경우, 전면 증착된 유기발광층(130)의 측면이 기판의 측면과 동일한 수준으로 형성되어, 유기발광층(130)이 조명장치(100)의 측면을 통해 외부로 노출된다. 유기발광물질은 수분에 취약하여 수분과 결합하면 급격히 열화될 뿐만 아니라 수분을 용이하게 전파시킨다. 따라서, 외부로 노출된 유기발광층(130)을 통해 수분이 전파되어 조명장치(100)가 불량으로 되는 것을 방지하기 위해서는 조명장치(100)의 제작시 유기발광층(130)이 외부로 노출되지 않도록 해야만 한다.
오픈마스크(260)는 기판(110)의 외곽영역을 블로킹함으로써 유기발광물질의 증착시 기판(110)의 외곽영역에 유기발광층(130)이 증착되지 않으며, 이 외곽영역을 봉지제나 접착제 등으로 밀봉함으로써 유기발광층(130)의 측면을 밀봉할 수 있게 되어, 상기 유기발광층(130)이 외부로 노출되는 것을 방지할 수 있게 된다.
그런데, 도 4에 도시된 바와 같이, 오픈마스크(260)를 이용하여 유기발광층(130)을 형성하는 경우, 플라스틱필름(210)을 공급하는 시스템(예를 들면, 공급롤, 가이드롤, 회수롤 등)과 오픈마스크(260)를 공급하는 시스템을 인라인(in line)화해야만 하므로, 공정라인의 길이가 길어지고 오픈마스크(260)의 길이 역시 길어지는 단점이 있었다. 또한, 플라스틱필름(210)과 오픈마스크(260)를 동기화하여 공급해야만 할 뿐만 아니라 이들을 연속적인 공정에서 정렬시켜야만 하는 어려움이 있었다. 더욱이, 사용된 오픈마스크(260)를 세정해야만 하는데, 길이가 긴 오픈마스크(260)를 세정하는데에 어려움이 있었다.
다시 말해서, 신속한 조명장치(100)의 제작을 위해서는 오픈마스크를 사용하는 롤공정을 사용해야만 하지만, 이러한 오픈마스크의 사용으로 인해 조명장치(100)를 실제 롤제조장치를 이용하여 제작하는데 현실적인 어려움이 있었다.
그러나, 본 발명에서는 조명장치(100)에 뱅크층(140)을 구비하여 유기발광물질을 기판(110)의 전체 영역에 걸쳐 전면 증착하여 유기발광층(130)의 측면이 외부로 노출되는 경우에도 상기 뱅크층(140)에 의해 유기발광층(130)이 단선되므로, 노출된 유기발광층(130)을 통해 수분이 조명부(EA)내로 침투하는 것을 방지할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 조명장치(100)를 제작할 경우 오픈마스크가 필요없게 되므로, 조명장치(100)의 제조공정이 단순화되고 특히 롤제조공정에 용이하게 적용될 수 있게 된다.
이하에서는 본 발명에 따른 조명장치 및 일반적인 구조의 조명장치의 롤공정에 의한 제조방법을 설명하여, 본 발명에 따른 조명장치의 제조공정상의 장점을 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 조명장치의 제조방법을 나타내는 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이, 우선 연성을 가진 투명한 플라스틱필름으로 이루어진 기판(110) 상에 보조전극(122), 제1전극(124) 및 제1보호층(112)을 형성한 후(S101), 유기물질을 적층하고 식각하여 뱅크층(140)을 형성한다(S102). 이때, 상기 보조전극(122), 제1전극(124) 및 제1보호층(112)은 롤제조장치내에서 포토레지스트와 포토마스크를 이용한 포토공정으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 뱅크층(140) 역시 포토공정에 의해 형성될 수 있다. 이후 자세히 설명되지만, 상기 뱅크층(140)의 형성과 함께 뱅크층(140) 하부의 제1보호층(112)이 언더컷된다.
이어서, 도 4에 도시된 롤제조장치를 이용하여 기판(110) 전면에 유기발광물질을 증착하여 유기발광층(130)을 형성한다(S103). 본 발명에서는 유기발광물질의 증착시 오픈마스크가 필요하지 않으므로, 도 4에 도시된 롤제조장치에서 오픈마스크, 마스크공급롤, 마스크회수롤이 필요없게 된다. 그 후, 기판(110)의 전면에 금속을 증착하여 제2전극을 형성한 후(S104), 봉지제(116)를 기판(110)에 전면 증착한다(S105).
이어서, 접작제(118)에 의해 금속포일(170)을 부착한 후(S106), 접촉부(CA1,CA2)에 컨택전극(128a,128b)을 형성하여 제1전극(124) 및 제2전극(126)과 전기적으로 접속시킨다(S107).
도 6은 뱅크층이 배치되지 않은 구조를 가진 일반적인 조명장치의 제조방법을 나타내는 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이, 우선 연성을 가진 투명한 플라스틱필름으로 이루어진 기판 상에 보조전극, 제1전극 및 제1보호층을 형성한다(S201). 이어서, 기판 전면에 제1오픈마스크(메탈마스크)를 장착한 상태에서 유기발광물질을 증착하여 유기발광층을 형성한다(S202,S203).
그 후, 기판 전면에 장착된 제1오픈마스크를 교체하여 새로운 제2오픈마스크를 장착한 상태에서 금속을 증착하여 제2금속층을 형성한다(S204,S205). 이어서, 기판 전면에 장착된 제2오픈마스크를 교체하여 새로운 제3오픈마스크를 장착한 상태에서 봉지제를 증착한 후(S206,S207), 접착제에 의해 금속포일을 부착함으로써 조명장치를 완성한다(S208)
상술한 바와 같이, 롤제조장치를 이용하여 본 발명의 조명장치를 제작하는 경우 오픈마스크가 필요없기 때문에, 뱅크층이 배치되지 않은 구조를 가진 조명장치의 경우에 비해 오픈마스크를 장착하는 단계 및 오픈마스크를 교체하는 공정이 필요없게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 조명장치의 경우 신속한 제작이 가능하게 된다.
더욱이, 뱅크층이 배치되지 않은 구조를 가진 조명장치의 경우, 공급롤에 구비된 플라스틱필름에 대한 공정이 종료된 후, 다시 공급롤에 플라스틱필름을 공급하여 다시 공정을 진행할 때 이전 공정시 사용된 오픈마스크를 세정해야만 하지만, 본 발명에 따른 조명장치를 제작하는 경우에는 이러한 오픈마스크의 세정이 필요없게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 조명장치를 제작하는 경우, 세정을 위한 별도의 장치가 필요없게 되므로, 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 세정에 따른 환경오염도 방지할 수 있게 된다. 더욱이, 증착공정과 증착공정 사이의 세정공정이 필요없게 되므로, 더욱 신속한 공정이 가능하게 된다.
더욱이, 뱅크층이 배치되지 않은 구조를 가진 조명장치의 경우 오픈마스크를 기판 앞에 배치할 별도의 장치가 필요한 반면에, 본 발명에서는 이러한 장치가 필요없게 되므로, 제조장치가 단순화되고 비용을 절감할 수 있게 된다.
도 7a-도 7e는 본 발명의 제1실시예에 따른 조명장치(100)의 실제적인 제조방법을 나타내는 도면이다. 이때, 도시된 제조방법은 롤제조장치에서 진행되는 공정이지만, 유리와 같은 기판을 이용한 일반적인 제조장치에서도 동일하게 적용될 수 있을 것이다.
우선, 도 7a에 도시된 바와 같이, 조명부(EA), 외곽부(NA1,NA2) 및 컨택부(CA1,CA2)를 포함하는 기판(110)상에 Al, Au,Cu, Ti, W, Mo 또는 이들의 합금과 같은 금속을 적층하고 식각하여 상기 조명부(EA) 및 컨택부(CA1,CA2)에 단일층 또는 복수의 층으로 이루어진 보조전극(122)을 형성한다. 이때, 상기 보조전극(122)은 조명부(EA) 전체에 걸쳐서 매트릭스형상, 매쉬형상, 육각형 형상, 팔각형 형상, 원형상으로 배치된다. 그 후, 기판(110) 전체에 걸쳐서 ITO나 IZO와 같은 투명도전물질을 적층하고 식각하여 조명부(EA), 제1외곽부(NA1) 및 컨택부(CA1,CA2)의 보조전극(122) 위에 배치된 제1전극(124)과 제2외곽부(NA2)에 배치된 연결패턴(125)을 형성한다. 이어서, 상기 조명부(EA), 외곽부(NA1,NA2) 및 컨택부(CA1,CA2)에 SiNx나 SiOx와 같은 무기절연층(113) 및 포토아크릴과 같은 유기절연층(142)을 연속 적층한다.
그 후, 도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 무기절연층(113) 및 유기절연층(142)을 식각하여 외곽부(NA1,NA2)에 뱅크층(140)을 형성하고 조명부(EA)의 보조전극(122) 상부 및 측부, 외곽부(NA1,NA2)의 뱅크층(140) 하부에 제1보호층(112a,112b)를 형성한다.
이때, 상기 무기절연층(113) 및 유기절연층(142)의 식각은 식각액을 이용한 습식식각이며, 상기 무기절연층(113)을 과식각(over etching)하여 상기 뱅크층(140) 하부의 제1보호층(112b)이 언더컷된다.
그 후, 도 7c에 도시된 바와 같이, 기판(110) 전체 영역에 걸쳐 유기발광물질, 금속, 유기절연물질, 봉지제를 순차적으로 전면 증착하여 유기발광층(130), 제2전극(126), 제1보호층(114) 및 봉지제(116)를 형성한다.
이때, 외곽부(NA1,NA2)에는 약 1㎛ 높이의 뱅크층(140)이 형성되어 단차를 형성할 뿐만 아니라 뱅크층(140) 하부의 제1보호층(112)의 언더컷에 의해 불연속적인 면이 형성되므로, 유기발광물질 및 금속을 증착할 때 상기 유기발광물질 및 금속이 뱅크층(140)의 상면에만 증착되고 뱅크층(140)의 측면 및 하부의 불연속적인 면에는 증착되지 않게 된다. 따라서, 유기발광층(130)이 외곽부(NA1,NA2)에서 단선되어 외부로 노출된 유기발광층(130)을 따라 조명부(EA) 내부로 수분이 침투하는 것을 방지할 수 있게 된다.
한편, 제2전극(126) 역시 뱅크층(140)에 의해 단선되지만, 제2외곽부(NA2)에 배치된 연결패턴(125)에 의해 조명부(EA)의 제2전극(126)이 제2컨택부(CA2)의 보조전극(122)과 전기적으로 연결된다.
제2보호층(114)은 유기절연물질로 구성되고 수㎛의 두께로 적층되므로, 뱅크층(140)의 상부 및 측부를 포함한 기판(110) 전체에 걸쳐 적층되며, 봉지제(116)는 에폭시계(epoxy) 화합물, 아크릴레이트계(acrylate) 화합물 또는 아크릴계 수지 등으로 구성된다.
그 후, 도 7d에 도시된 바와 같이, 상기 기판(110) 상에 광경화성 접착물질 또는 열경화성 접착물질로 이루어진 접착제(118)를 도포하고 그 위에 금속포일(170)을 위치시킨 후, 접착제(118)를 경화함으로써 금속포일(170)을 부착한다.
그 후, 도 7e에 도시된 바와 같이, 접촉부(CA1,CA2)의 보조전극(122) 상부에 각각 제1관통홀(127a) 및 제2관통홀(127b)을 형성한 후, Ag를 도포하여 제1컨택홀(127a)을 통해 제1전극(124)과 전기적으로 접속되는 제1컨택전극(128a) 및 제2컨택홀(127b)를 통해 제2전극(126)과 전기적으로 접속되는 제2컨택전극(128b)을 형성함으로써 조명장치(100)를 완성한다. 이때, 접촉부(CA1,CA2)의 보조전극(122) 상부에 각각 제1관통홀(127a) 및 제2관통홀(127b)을 형성하는 것이 아니라 제1컨택홀 및 제2컨택홀을 형성하고 상기 제1컨택홀 및 제2컨택홀에 각각 제1컨택전극(128a) 및 제2컨택전극(128b)을 형성할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 조명장치(300)의 구조를 나타내는 도면이다. 이때, 도 2에 도시된 제1실시예의 조명장치와 동일한 구조에 대해서는 설명을 생략하고 다른 구조에 대해서만 상세히 설명한다. 도면에서는 비록 도 2 및 도 8에서 동일한 구성이 다른 부호(예를 들면, 도 2는 100번대 번호이고 도 8은 300번대 번호)로 기재되어 있지만, 동일한 구성에 대해서는 도 2에 기재된 설명으로 갈음할 수 있을 것이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 조명장치(300)에서도 유기발광층(330) 및 제2전극(326)이 전면 증착에 의해 기판(310)의 전체 영역에 적층된다. 다만, 이 실시예의 조명장치(300)에는 외곽부(NA1,NA2)에 각각 복수의 격벽(340)이 형성된다. 상기 격벽(340)은 설정된 폭으로 기판(310)의 외곽둘레 전체를 따라 배치된다.
격벽(340)은 약 2㎛d의 높이로 유기절연물로 구성되며, 상면의 폭이 하면의 폭보다 넓은 역테이퍼형상으로 이루어진다. 또한, 격벽(340)의 하부에는 격벽(340)의 하면의 폭과 유사한 폭의 제1보호층(312b)이 형성된다.
이와 같이, 격벽(340) 및 제1보호층(312b)에 의해 커다란 단차가 형성되고 상기 격벽(340)의 측면이 역테이퍼형상으로 구성되므로, 유기발광물질과 금속을 증착할 때 상기 단차 및 역테이퍼형상에 의해 격벽(340)의 측벽에는 유기발광층(330) 및 제2전극(326)이 형성되지 않는다. 따라서, 조명부(EA) 내부의 유기발광층(330)이 외곽부(NA1,NA2)의 격벽(340) 상면에 배치된 유기발광층(330)과 단선되므로, 유기발광물질의 전면 증착에 따라 유기발광층(330)이 기판(310)의 측면을 통해 외부로 노출되어 수분이 침투하는 경우에도 상기 수분이 조명부(EA) 내부의 유기발광층(330)으로 전파되지 않게 된다. 그 결과, 수분침투에 의한 유기발광층(330)의 열화를 방지할 수 있게 되어, 조명장치(300)의 불량을 방지할 수 있게 된다.
이와 같이, 이 실시예의 조명장치(300)에서도 격벽(340)에 의해 유기발광층(330)을 단선하므로, 유기발광물질을 기판상에 전면증착하여 유기발광층(3300을 형성할 수 있게 되다. 따라서, 증착시 별도의 오픈마스크가 필요없게 되므로, 제조공정을 단순화할 수 있으며, 특히 롤제조장치에 효과적으로 적용할 수 있게 된다.
한편, 제1실시예의 조명장치와 제2실시예의 조명장치의 차이는 뱅크층 및 격벽이다. 그러나, 상기 뱅크층과 격벽은 그 형상이 유사하며, 기능이 동일하므로, 이들을 모두 뱅크층이라고 할 수도 있고 격벽이라고 할 수도 있을 것이다. 또한, 유기발광층을 단선할 수 있는 단차구조물이라고 할 수도 있을 것이다.
상술한 상세한 설명에서는 본 발명의 구성을 특정 구성으로 설명하고 있지만, 본 발명이 이러한 특정 구조에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 가장 중요한 특징은 뱅크층 또는 격벽이 형성되어 단차에 의해 유기발광층을 단선시키는 것이므로, 이러한 특징을 포함한다면 현재 알려진 모든 구조의 조명장치에 적용될 수 있을 것이다.
100 : 조명장치 110 : 기판
112,114 : 보호층 122 : 보조전극
124,126 : 전극 128a,128b : 접촉전극
130 : 유기발광층 140 : 뱅크층

Claims (17)

  1. 조명부, 외곽부 및 컨택부를 포함하는 기판;
    상기 기판에 배치되고 제1전극, 유기발광층, 제2전극으로 구성된 유기발광소자; 및
    상기 기판의 외곽부에 배치된 단차구조물로 구성되며,
    상기 유기발광층은 기판 전체 영역에 형성되고 단차구조물에 의해 단선된 조명장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단차구조물은 테이퍼진 뱅크층인 조명장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 유기발광층은 뱅크층의 상면에 배치되고 뱅크층의 측벽에는 배치되지 않는 조명장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 단차구조물은 역테이퍼진 격벽인 조명장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 유기발광층은 격벽의 상면에 배치되고 뱅크층의 측벽에는 배치되지 않는 조명장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 기판의 조명부 및 컨택부에 배치되어 제1전극과 접속된 보조전극을 추가로 포함하는 조명장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 보조전극은 설정된 폭으로 조명부내에 매트릭스형상, 매쉬형상, 팔각형 형상, 육각형 형상, 원형상으로 배치되는 조명장치.
  8. 제7항에 있어서, 컨택부의 보조전극 상부에 배치되어 관통홀을 통해 제1전극 및 제2전극과 각각 전기적으로 접속되는 제1컨택전극 및 제2컨택전극을 추가로 포함하는 조명장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 외곽부에 배치되어 컨택부의 제2컨택전극을 조명부의 제2전극과 전기적으로 접속시키는 연결패턴을 추가로 포함하는 조명장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 연결패턴은 제1전극과 동일 물질로 구성된 조명장치.
  11. 제1항에 있어서,
    기판상에 배치된 보호층;
    상기 보호층에 배치된 봉지제; 및
    접착제에 의해 봉지제에 부착되는 금속포일을 추가로 포함하는 조명장치.
  12. 기판상에 보조전극과 제1전극을 형성하는 단계;
    상기 기판상에 보호층과 단차구조물을 형성하는 단계;
    상기 기판 전체 영역에 유기발광물질을 전면 증착하여 제1전극 및 단차구조물 상에 서로 단선된 유기발광층을 형성하는 단계; 및
    상기 기판 전체 영역에 금속을 전면 증착하여 유기발광층 위에 제2전극을 형성하는 단계로 구성된 조명장치 제조방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 보호층과 단차구조물을 형성하는 단계는,
    제1절연층 및 제2절연층을 연속 적층하는 단계; 및
    제1절연층과 제2절연층을 식각하여 보호층 및 그 상부의 단차구조물을 형성하는 단계로 구성되며,
    단차구조물 하부의 보호층은 언더컷된 조명장치 제조방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제2전극 위에 봉지물질을 증착하여 봉지제를 형성하는 단계; 및
    금속포일을 상기 봉지제에 부착하는 단계를 추가로 포함하는 조명장치 제조방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 유기발광물질, 금속, 봉지물질은 1회의 증착에 의해 기판 전체 영역에 전면에 증착되는 조명장치 제조방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 유기발광물질, 금속, 봉지물질의 증착은 롤제조장치에 의해 이루어진 조명장치 제조방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 유기발광물질, 금속, 봉지물질은 오픈마스크 없이 기판상에 전면 증착되는 조명장치 제조방법.
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