KR20190006849A - 유기발광소자를 이용한 조명장치 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 조명장치는 제1기판상에 제1전극, 유기발광층, 제2전극으로 이루어진 유기발광소자를 구비하며, 상기 제1전극을 각각의 화소내의 저항이 2800-5500Ω이고 고굴절률의 광산란입자가 분포된 투명 도전물질로 구성함으로써, 제1전극 및 제2전극이 접촉하여 화소내에 유기발광층에 의한 저항이 제거되어도 상기 제1전극의 저항에 의해 해당 화소에 과전류가 인가되는 것을 방지할 수 있게 되고 광효율을 향상시킬 수 있게 된다.
Description
본 발명은 단락에 의한 불량이 방지되고 광추출효율이 향상된 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(옐로우) 광을 발광하는 형광물질 자체가 발광효율이 좋지 않기 때문에, 조명장치의 발광효율을 향상시키는데에 한계가 있었다.
상기와 같이 발광효율이 저하되는 문제를 해결하기 위해, 유기발광물질로 이루어진 유기발광소자를 이용한 조명장치가 제안되고 있다. 일반적으로 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 장점이 있다.
상기 유기발광소자는 애노드와 캐소드 및 그 사이의 유기발광층으로 구성된다. 그런데, 조명장치에 사용되는 유기발광소자는 애노드와 캐소드의 간격이 작기 때문에, 이물질의 침투에 의한 핀홀과 균열의 발생, 유기발광소자의 내부구조의 단차(step) 및 적층된 층의 조도(roughness) 등에 의하여 애노드와 캐소드가 직접 접촉하여 애노드와 캐소드가 단락되는 문제가 발생할 수 있게 된다. 또한, 유기발광층의 형성시 공정불량이나 공정오차 등에 의해 유기발광층이 설정된 두께보다 얇게 형성되어 애노드와 캐소드가 전기적으로 단락되는 문제가 발생할 수 있게 된다.
애노드와 캐소드가 단락하는 경우, 단락영역은 전류가 흐르는 저(低)저항 경로를 형성하므로, 단락영역으로만 전류가 흐르고 유기발광소자의 다른 영역을 통해 흐르는 전류가 대폭 감소하거나 극단적인 경우에는 전혀 흐르지 않게 되어, 유기발광소자의 발광출력이 감소하거나 발광하지 않게 된다.
이러한 유기발광소자를 조명장치에 적용하는 경우, 애노드와 캐소드의 단락에 의해 설정된 휘도 미만의 광을 출력하여 조명장치의 품질을 저하시키거나 심지어 조명장치가 작동하지 않게 된다. 또한, 상기 유기발광소자가 표시장치에 적용되는 경우, 단락에 의해 단락된 영역에 대응하는 화소가 불량화소로 되어 표시장치의 품질이 저하되는 문제가 있었다.
일반적으로 유기발광소자의 제작은 청정실에서 수행되므로, 먼지 등과 같은 이물질이 제조공정중 침투하여 유기발광소자의 애노드와 캐소드의 단락이 발생하는 것을 방지하지만, 현실적으로 청정실에서도 이물질의 침투를 완전히 방지할 수 없을 뿐만 아니라 유기발광소자의 내부구조의 단차 및 적층된 층의 조도 등과 같은 구조적인 문제로 인한 단락은 방지할 수가 없게 되어 단락에 의한 불량을 완전히 방지할 수 없었다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 유기발광소자의 제1전극을 설정값 이상의 저항값은 고저항의 투명한 도전물질로 형성함으로써, 제1전극 및 제2전극의 접촉에 의한 단락을 방지할 수 있는 조명장치 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있습니다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 제1전극에 광산란입자를 포함시켜 유기발광소자로부터 출력되는 광을 제1전극에서 산란시켜 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 조명장치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 것으로, 제1기판상에 제1전극, 유기발광층, 제2전극으로 이루어진 유기발광소자를 형성하며, 상기 제1전극을 각각의 화소내의 저항이 2800-5500Ω인 투명 도전물질로 구성함으로써, 제1전극 및 제2전극이 접촉하여 화소내에 유기발광층에 의한 저항이 제거되어도 상기 제1전극의 저항에 의해 해당 화소에 과전류가 인가되는 것을 방지할 수 있게 된다.
상기 제1기판의 복수의 화소는 제1전극과 접속된 보조전극에 의해 구획되는데, 상기 보조전극은 설정된 폭으로 매트릭스형상, 매쉬형상, 팔각형 형상, 육각형 형상 또는 원형상으로 배치된다.
상기 제1전극은 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리스티렌설폰산(PEDOT:PSS)과 같은 전도성 고분자, 그래파이트(Graphene), SWCNT(Single Wall Carbon Nano Tube), MWCNT(Multi Wall Carbon Nano Tube)와 같은 카본계 물질, Cu-나노와이어, Ag-나노와이어, Au-나노와이어와 같은 나노와이어계 물질로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 제1전극 내에 TiO2, BaTiO3, ZrO2, ZnO, SiO2, SiO 등과 같은 고굴절특성을 가진 광산란입자를 포함시킴으로써 제1전극과 제1기판의 계면에서의 굴절률 차이를 감소시켜 조명장치 외부로 출력되는 광의 추출효율을 향상시킨다.
또한, 본 발명에 따른 조명장치는 각각의 화소에서의 저항이 2800-5000Ω인 고저항 도전물질에 고절률을 갖는 광산란입자를 포함시킨 후, 상기 고저항 도전물질에 의해 제1전극을 형성하고 그 위에 유기발광층 및 제2전극을 형성함으로써 제작된다.
상기 고저항 도전물질을 형성하는 단계는 80-90중량%의 용매에 도전재료를 용융하는 단계; 용융된 도전재료에 바인더를 혼합하는 단계; 용용된 도전재료에 첨가제를 첨부하는 단계; 용융된 도전재료에 고굴절률의 광산입자를 포함시킴으로써 구성되며, 상기 용매는 물 또는 알콜을 포함하고 상기 도전재료는 전도성 고분자, 카본계 물질, 나노와이어계 물질을 포함하고 상기 바인더는 실리콘계 바인더 또는 아크릴계 바인더를 포함하고 상기 첨가제는 레벨링제 또는 표면제를 포함한다.
본 발명에서는 유기발광소자를 형성하는 제1전극을 고저항의 투명 도전물질로 형성함으로써, 유기발광소자의 제1전극 및 제2전극이 접촉하는 경우에도 유기발광소자가 단락되는 것을 방지함으로써, 접촉이 발생한 화소를 통해 과전류가 인가됨으로써 조명장치의 휘도가 저하되거나 조명장치가 구동불능으로 되는 것을 방지할 수 있게 된다.
특히, 본 발명에서는 별도의 저항층이나 저항패턴을 형성하지 않고도 제1전극과 제2전극의 접촉에 의한 단락을 방지할 수 있게 되므로, 제조공정이 복잡해지거나 개구율이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에서는 제1전극에 광산란입자를 산포하여 제1전극과 제1기판 사이에서 손실되는 광을 최소화하여 조명장치의 광효율을 향상시킬 수 있게 되고 전력효율도 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 조명장치의 구조를 나타내는 평면도.
도 2는 도 1의 I-I'선 단면도.
도 3a는 조명장치에 구비되는 유기발광소자의 회로를 간략적으로 나타내는 도면.
도 3b은 제1전극 및 제2전극에 전기적인 단락이 발생하는 경우의 유기발광소자의 회로를 나타내는 도면.
도 4a 및 도 4b는 각각 별도의 단락방지저항을 구비한 유기발광소자의 회로도.
도 5a는 유기발광소자의 화소에 단락이 발생하지 않는 경우 화소에 인가되는 화소전류와 단락저항의 관계를 나타내는 그래프.
도 5b는 유기발광소자의 화소에 단락이 발생하는 경우 단락된 화소에 인가되는 단락전류와 단락저항의 관계를 나타내는 그래프.
도 6은 화소 내에 별도의 패턴을 형성함으로써 단락방지저항을 구비한 조명장치의 구조의 일례를 나타내는 도면.
도 7a 및 도 7b는 각각 고저항의 전도성 물질로 제1전극을 형성한 본 발명에 따른 유기발광소자의 회로를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 조명장치의 단면도.
도 9a-도 9d는 본 발명에 따른 조명장치의 제조방법을 나타내는 평면도.
도 10a-도 10d는 본 발명에 따른 조명장치의 제조방법을 나타내는 단면도.
도 2는 도 1의 I-I'선 단면도.
도 3a는 조명장치에 구비되는 유기발광소자의 회로를 간략적으로 나타내는 도면.
도 3b은 제1전극 및 제2전극에 전기적인 단락이 발생하는 경우의 유기발광소자의 회로를 나타내는 도면.
도 4a 및 도 4b는 각각 별도의 단락방지저항을 구비한 유기발광소자의 회로도.
도 5a는 유기발광소자의 화소에 단락이 발생하지 않는 경우 화소에 인가되는 화소전류와 단락저항의 관계를 나타내는 그래프.
도 5b는 유기발광소자의 화소에 단락이 발생하는 경우 단락된 화소에 인가되는 단락전류와 단락저항의 관계를 나타내는 그래프.
도 6은 화소 내에 별도의 패턴을 형성함으로써 단락방지저항을 구비한 조명장치의 구조의 일례를 나타내는 도면.
도 7a 및 도 7b는 각각 고저항의 전도성 물질로 제1전극을 형성한 본 발명에 따른 유기발광소자의 회로를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 조명장치의 단면도.
도 9a-도 9d는 본 발명에 따른 조명장치의 제조방법을 나타내는 평면도.
도 10a-도 10d는 본 발명에 따른 조명장치의 제조방법을 나타내는 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.
특히, 본 발명에서는 유기발광소자의 일부 화소가 단락되었을 때 발광장치가 발광효율이 저하되거나 심지어 조명이 발광되지 않는 것을 방지할 수 있는 유기발광소자를 구비한 발광장치를 제공한다.
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, 제1기판(110)의 전면에 걸쳐 제1전극(124) 및 제2전극(126)이 배치되고, 상기 제1전극(124)과 제2전극(126) 사이에는 유기발광층(130)이 배치되어 유기발광소자를 형성한다. 이러한 구조의 조명장치(100)에서는 유기발광소자의 제1전극(124)과 제2전극(126)에 신호가 인가됨에 따라 유기발광층(130)이 발광함으로써 기판(110) 전체에 걸쳐 광을 출력하게 된다.
상기 제1기판(110)에는 보조전극(122)이 매트릭스형상으로 배치된다. 상기 보조전극(122)은 도전성이 좋은 금속으로 구성되어 제1기판(110)의 전체 영역에 배치되는 제1전극(124)에 균일한 전압이 인가되도록 하여 대면적 조명장치(100)에서 균일한 휘도의 발광이 가능하게 한다.
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.
도면에는 도시하지 않았지만, 제1기판(110)에는 각각 제1전극(124) 및 제2전극(126)과 접속되어 외부로부터 전압이 인가되는 제1패드 및 제2패드가 배치된다. 이때, 상기 제1패드 및 제2패드는 제1기판(110)의 일변 가장자리영역에 형성될 수 있고 양변 가장자리영역에 각각 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1패드 및 제2패드는 복수개 구비되어 제1기판(110)의 4변 가장자리영역에 배치될 수도 있다.
도 2는 도 1의 I-I'선 단면도로서, 이를 참조하여 본 발명에 따른 조명장치(100)에 대해 좀더 상세히 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 플라스틱과 같이 휘어질 수 있는 연성의 투명한 물질 또는 유리와 같은 단단한 투명물질로 이루어진 제1기판(110) 위에는 제1전극(124)이 배치된다. 상기 제1전극(124)은 투명한 도전물질로 구성될 수 있는데, 본 발명에서는 상기 제1전극(124)을 고저항의 투명한 도전물질로 사용하는데, 그 이유는 이후 자세히 설명한다. 또한, 상기 제1전극(124) 내부에는 광산란입자(125)가 포함되어 산포된다.
도면에는 도시하지 않았지만, 제1기판(110)의 가장자리 영역에는 제1패드 및 제2패드가 배치될 수 있다. 이때, 상기 제1패드 및 제2패드는 제1전극(124)과 동일한 공정에 의해 동일한 물질로 형성될 있다.
상기 제1기판(110)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 전류의 분포가 고르지 않게 되며, 이러한 불균일한 전류분포는 대면적 조명장치(100)의 균일한 휘도의 발광을 불가능하게 한다.
상기 보조전극(122)은 제1기판(110) 전체에 걸쳐 얇은 폭의 매트릭스형상, 매쉬형상, 육각형 형상, 팔각형 형상, 원형상 등으로 배치되어 제1기판(110) 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. 상기 보조전극(122)은 Al, Au,Cu, Ti, W, Mo 또는 이들의 합금과 같이 전도성이 좋은 금속으로 구성된다. 도면에서는 상기 보조전극(122)이 단일층의 구조로 구성되지만, 2층 이상의 복수층으로 구성될 수도 있다.
또한, 상기 보조전극(122)은 매트릭스형상으로 배치됨으로써 제1기판(110)을 복수의 화소 단위로 구획할 수 있다. 즉, 상기 보조전극(122)은 제1전극(124)에 비해 저항이 매우 낮으므로, 실질적으로 제1전극(124)의 전압은 제1패드를 통해 제1전극(124)로 직접 인가되는 것이 아니라 보조전극(122)을 통해 인가된다. 따라서, 비록 제1전극(124)이 제1기판(110) 전체에 걸쳐 형성되지만, 상기 보조전극(122)에 의해 제1전극(124)이 복수의 화소로 구획된다.
본 발명은 상기 보조전극(122)이 약 40-60㎛의 폭으로 형성되지만, 상기 보조전극(122)은 사용되는 금속의 종류, 조명장치(100)의 면적, 화소의 크기 등과 같은 다양한 요인에 의해 결정될 수 있을 것이다.
상기 제1기판(110)의 제1전극(124) 상부에는 보호층(112)이 적층된다. 상기 보호층(112)은 보조전극(122) 및 그 상부의 제1전극(124)을 덮도록 구성된다. 상기 보조전극(122)은 불투명한 금속으로 구성되므로, 보조전극(124)이 형성되는 영역으로는 광이 출력되지 않는다. 따라서, 보조전극(122) 상부에만 보호층(112)을 구비하고 실제 발광영역(즉, 화소)에는 상기 보호층(112)이 배치되지 않도록 하여, 화소의 발광영역에서만 광이 발광하여 출력되도록 한다.
또한, 상기 보호층(112)은 보조전극(122)을 둘러싸도록 형성되어 상기 보조전극(122)에 의한 단차를 감소시킴으로써, 이후 형성되는 각종 층이 단선되지 않고 안정적으로 형성되도록 한다.
상기 보호층(112)은 SiOx나 SiNx 등과 같은 무기층으로 구성된다. 그러나, 상기 보호층(112)은 포토아크릴과 같은 유기층으로 구성될 수도 있고, 무기층 및 유기층의 복수의 층으로 구성될 수도 있다.
상기 제1전극(124) 및 보호층(112)의 상부에는 유기발광층(130)과 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 유기발광층(130)은 정공수송층과 전자수송층으로부터 각각 정공과 전자를 각각 수송받아 결합시킴으로써 가시광선 영역의 광을 발광하는 물질로서, 형광이나 인광에 대한 양자효율이 좋은 물질이 바람직하다. 이러한 유기물질로는 예를 들어, 8-히드록시-퀴놀린 알루미늄 착물 (Alq3), 카르바졸 계열 화합물, 이량체화 스티릴(dimer ized styryl) 화합물, BAlq, 10-히드록시벤조 퀴놀린-금속 화합물, 벤족사졸과 벤즈티아졸 및 벤즈이미다졸 계열의 화합물, 폴리(p-페닐렌비닐렌)(PPV) 등이 사용될 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 제2전극(126)은 Ca, Ba, Mg, Al, Ag과 같은 금속 또는 이들의 합금 등으로 구성될 수 있다. 도면에는 도시하지 않았지만, 제1기판(110)의 외곽영역의 상부에는 상기 제2전극(126)과 접속되어 제2전극(126)에 전압을 인가하는 제2패드가 구비된다.
상기 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.
상기 보조전극(122) 상부에는 보호층(112)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) 사이의 화소에만 형성된다.
상기 유기발광소자가 구비된 제1기판(110) 위에는 접착제(118)가 도포되고 그 위에 제2기판(170)이 배치되어, 상기 제2기판(170)이 접착제(118)에 의해 부착됨으로써 조명장치(100)를 밀봉한다. 상기 접착제(118)는 광경화성 접착제 또는 열경화성 접착제를 사용할 수 있다. 상기 제2기판(170)은 다양한 물질로 구성될 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 이때 상기 접착제(118)는 유기발광소자의 측면에도 구비되어 유기발광소자를 완전히 밀봉할 수 있게 된다.
상기 제2기판(170)은 외부로부터 수분이나 공기가 침투하는 것을 방지하기 위한 것으로서, 이러한 기능을 수행할 수만 있다면 어떠한 물질도 가능하다. 예를 들어, 제2기판(170)은 PET(Polyethyleneterephtalate)와 같은 폴리머로 구성될 수도 있고 알루미늄과 같은 얇은 금속 포일(metal foil)로 구성될 수도 있다.
또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 제2전극(126) 상부 및 유기발광소자의 측면에는 유기층 및/또는 무기층으로 구성된 보호층 및 에폭시계(epoxy) 화합물, 아크릴레이트계(acrylate) 화합물 또는 아크릴계 화합물 등으로 구성된 봉지제가 구비될 수 있다.
한편, 본 발명에서는 제1전극(124)을 고저항의 투명한 도전물질로 구성함으로써, 제1전극(124) 및 제2전극(126)의 전기적 접촉시 발생하는 단락에 의한 불량을 방지할 수 있는데, 이를 좀더 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 3a는 조명장치에 구비되는 유기발광소자의 회로를 간략적으로 나타내는 도면이다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 제1전극(124) 및 제2전극(126)에는 각각 V1,V2의 전압이 인가되며, 상기 제1전극(124)과 제2전극(126) 사이에는 유기발광층(130)의 저항(RE1,RE2...REn), 제1전극(124)의 저항(R11,R12...R1n), 제2전극(126)의 저항(R21,R22...R2n)이 직렬로 연결된다.
조명장치에 구비되는 유기발광소자는 복수의 화소(P1,P2...Pn)를 구비하며, 이들 화소는 다른 화소와 병렬로 연결된다.
이러한 구조의 유기발광소자에서는 복수의 화소가 병렬 연결되어, 제1전극(124)과 제2전극(126)에 각각 전압(V1,V2)이 인가됨에 따라 각각의 화소(P1,P2...Pn)의 유기발광층(LED1,LED2...LEDn)에 전류(I1,I2...In)가 인가되어 상기 유기발광층(LED1,LED2...LEDn)이 발광하게 된다. 이때, 제1전극(124)에는 설정 크기의 전압(V1)이 인가되고 제2전극(126)은 접지될 수도 있다.
복수의 화소에는 대략 동일한 저항이 형성되므로(각각의 화소(P1,P2...Pn)에 형성된 전극(124,126)과 유기발광층(130)의 두께 오차에 따라 저항이 다를 수는 있지만, 차이는 미미함), 복수의 화소에는 대략 동일한 휘도의 광이 발광되어 조명장치 전체적으로 균일한 광이 출력된다.
한편, 유기발광소자의 유기발광층(130)은 수백Å의 얇은 두께로 형성된다. 따라서, 공정불량에 의해 유기발광층(130)에 이물질 등이 침투하는 경우, 상기 유기발광층(130)에 핀홀이나 균열이 발생하게 되어 상기 유기발광층(130)을 통해 제1전극(124) 및 제2전극(126)이 서로 접촉되어 단락되는 문제가 발생한다. 또한, 조명장치의 경우, 유기발광층(130) 하부에는 각종 금속층과 절연층이 형성되는데, 이러한 금속층 및 절연층의 단차에 의해 유기발광층(130)에 크랙 등이 발생하여 제1전극(124) 및 제2전극(126)이 접촉할 수도 있다. 그리고, 유기발광층(130)의 적층공정시 공정불량이나 공정오차로 인해, 유기발광물질이 불균일하게 도포되어 제1전극(124) 및 제2전극(126)이 전기적으로 도통될 수도 있다.
도 3b은 제1전극(124) 및 제2전극(126)에 전기적인 단락이 발생하는 경우의 유기발광소자의 회로를 나타내는 도면이다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 유기발광소자의 복수의 화소(P1,P2...Pn)중 하나의 화소(P2)의 제1전극(124) 및 제2전극(126)이 접촉하거나 전기적으로 도통하는 경우, 해당 화소에는 유기발광층(130)에 의한 저항(RE2)이 제거되어 제1전극(124) 및 제2전극(126)의 도전물질에 의한 저항(R12,R22)만이 남게 된다.
상기 제1전극(124)을 ITO(Indium Tin Oixde)나 IZO(Indium Zinc Oxide)와 같이 상대적으로 전도성이 좋은 투명한 금속성 산화물질로 형성하는 경우, 제1전극(124)의 저항(R11,R12...R1n)은 약 20Ω이다. 또한, 금속으로 이루어진 제2전극(126)의 저항(R21,R22...R2n)은 약 0.1Ω이다. 반면에, 상기 유기발광층(130)의 저항(RE1,RE2...REn)은 약1MΩ이다. 따라서, 유기발광층(130)의 저항(RE1,RE2...REn)이 제1전극(124)의 저항(R11,R12...R1n) 및 제2전극(126)의 저항(R21,R22...R2n)에 비해 훨씬 크므로, 각각의 화소(P1,P2...Pn)의 총 저항(Rt1,Rt2...Rn)은 유기발광층(130)의 저항(RE1,RE2...REn)과 실질적으로 동일하게 된다(Rt≒RE).
따라서, 제2화소(P2)의 제1전극(124) 및 제2전극(126)이 접촉하여 제2화소(P2)가 단락되는 경우, 해당 화소(P2)의 유기발광소자의 저항(RE2)는 제거되어 0이 되므로, 제2화소(P2)의 총저항(Rt2)이 다른 화소(P1...Pn)의 총저항(Rt1...Rtn)에 비해 훨씬 작게 된다(Rt2<<Rt1...Rtn).
그 결과, 제1전극(124)과 제2전극(126) 사이의 전류(Ie)가 대부분 단락된 화소(P2)를 통해 흐르게 되고 다른 화소(P1...Pn)로는 전류가 거의 흐르지 않게 되어, 이들 화소(P1...Pn)의 유기발광층의 휘도가 급격히 저하되거나 심지어 발광하지 않게 된다. 물론, 조명장치에는 전도성이 좋은 보조전극(122)이 구비되고 각각의 화소(P1,P2...Pn)의 제1전극(124)에는 실질적으로 상기 보조전극(122)을 통해 신호가 인가되어 특정 화소(P2)가 단락되는 경우에도 상기 보조전극(122)에 의해 다른 화소(P1...Pn)에서의 전류 감소를 최소화할 수 있지만, 이 경우에도 단락된 화소(P2)에 의해 다른 화소(P1...Pn)가 영향을 받게 되어 발광장치 전체에 걸쳐 휘도가 저하된다.
더욱이, 단락된 화소(P2)에는 과전류(Ie)가 흐르게 되어, 단락된 영역의 온도가 상승하여 유기발광층(130)의 유기발광물질이 열화되는 문제도 발생하게 된다.
이러한 불량을 방지하기 위해, 본 발명에서는 제1전극(124)을 상대적으로 저항이 큰 투명한 도전성 물질로 형성함으로써, 유기발광소자의 화소(P1,P2...Pn) 각각에 별도의 단락방지저항을 구비한다.
도 4a 및 도 4b는 별도의 단락방지저항을 구비한 유기발광소자의 회로도이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 병렬로 연결된 복수의 화소(P1,P2...Pn)에는 각각 유기발광층(130)의 저항(RE1,RE2...REn), 제1전극(124)의 저항(R11,R12...R1n), 제2전극(126)의 저항(R21,R22...R2n) 뿐만 아니라 단락방지저항(RSR1,RSR2...RSRn)이 직렬로 연결된다.
이러한 구조의 유기발광소자에서는, 제1전극(124)과 제2전극(126)에 각각 전압(V1,V2)이 인가됨에 따라 각각의 화소(P1,P2...Pn)의 유기발광층(LED1,LED2...LEDn)에 전류가 인가되어 상기 유기발광층(LED1,LED2...LEDn)이 발광하게 된다.
복수의 화소(P1,P2...Pn)에는 대략 동일한 저항이 형성되므로, 복수의 화소에는 대략 동일한 휘도의 광이 발광되어 조명장치 전체적으로 균일한 광이 출력된다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 유기발광소자의 복수의 화소(P1,P2...Pn)중 하나의 화소(P2)의 제1전극(124) 및 제2전극(126)이 접촉하는 경우, 유기발광층(130)에 의한 저항(RE2)이 제거되어 유기발광소자의 해당 화소에는 제1전극(124) 및 제2전극(126)의 도전물질에 의한 저항(R12,R22) 및 단락방지저항(RSR2)만이 남게 된다.
상기 제1전극(124)을 ITO(Indium Tin Oixde)나 IZO(Indium Zinc Oxide)와 같이 상대적으로 전도성이 좋은 투명한 금속산화물질로 형성하는 경우, 제1전극(124)의 저항(R11,R12...R1n)은 약 20Ω이다. 또한, 금속으로 이루어진 제2전극(126)의 저항(R21,R22...R2n)은 약 0.1Ω이다. 반면에, 상기 유기발광층(130)의 저항(RE1,RE2...REn)은 약1MΩ이다. 따라서, 단락방지저항(RSR1,RSR2...RSRn)이 구비되지 않는 경우, 유기발광층(130)의 저항(RE1,RE2...REn)이 제1전극(124)의 저항(R11,R12...R1n) 및 제2전극(126)의 저항(R21,R22...R2n)에 비해 훨씬 크므로, 각각의 화소(P1,P2...Pn)의 총 저항(Rt1,Rt2...Rn)은 유기발광층(130)의 저항(RE1,RE2...REn)과 거의 동일하게 된다(Rt≒RE).
그러나, 도면에 도시된 바와 같이 각각의 화소에 별도의 단락방지저항(RSR1,RSR2...RSRn)이 구비되는 경우, 각각의 화소(P1,P2...Pn)의 총 저항(Rt1,Rt2...Rn)은 유기발광층(130)의 저항(RE1,RE2...REn)과 거의 동일하게 않게 된다.
상기 단락방지저항(RSR1,RSR2...RSRn)이 제1전극(124)의 저항(R11,R12...R1n) 및 제2전극(126)의 저항(R21,R22...R2n)과 마찬가지로 수십Ω 이하의 크기로 형성되어 단락방지저항(RSR1,RSR2...RSRn)이 상기 유기발광층(130)의 저항(RE1,RE2...REn)에 비해 훨씬 적다면, 본 발명의 각 화소(P1,P2...Pn)의 총저항(Rt1,Rt2...Rn)도 유기발광층(130)의 저항(RE1,RE2...REn)과 거의 동일하게 된다.
그러나, 단락방지저항(RSR1,RSR2...RSRn)의 크기가 유기발광층(130)의 저항(RE1,RE2...REn)과 비교하여 의미가 있을 정도로 크다면, 본 발명의 각 화소(P1,P2...Pn)의 총저항(Rt1,Rt2...Rn)은 유기발광층(130)의 저항(RE1,RE2...REn)과 단락방지저항(RSR1,RSR2...RSRn)의 합과 거의 동일하게 된다(Rt1,Rt2...Rn≒RE1,RE2...REn+RSR1,RSR2...RSRn).
이와 같이, 설정된 크기 이상의 단락방지저항(RSR1,RSR2...RSRn)이 각 화소(P1,P2...Pn)에 구비되는 경우에는, 제2화소(P2)의 제1전극(124) 및 제2전극(126)이 접촉하였을 때, 해당 화소(P2)의 유기발광소자의 저항(RE2)는 제거되어 0이 되므로, 제2화소(P2)의 총저항(Rt2)이 실질적으로 단락방지저항(RSR2)과 동일하게 된다(Rt2≒RSR2).
그런데, 상기 단락방지저항(RSR2)은 유기발광층(130)의 저항(RE2)에 비해 아주 작은 크기가 아니라 의미 있을 정도의 크기이므로, 제1전극(124)과 제2전극(126) 사이의 전류가 대부분 단락된 화소(P2)를 통해 흐르는 것이 아니라, 일정량의 전류(I2')가 화소(P2)를 통해 흐르게 된다. 이때, 제2화소(P2)와 다른 화소(P1...Pn)의 총저항의 차이에 의해 제2화소(P2)와 다른 화소(P1...Pn)에 흐르는 전류의 양은 다르지만(I2'≠I1'...In'), 전체 화소(P1,P2...Pn)를 통해 전류가 흐르게 되므로, 복수의 화소(P1,P2...Pn)의 유기발광층의 휘도가 급격히 저하되거나 심지어 발광하지 않게 되는 현상을 방지할 수 있게 된다.
특히, 본 발명에서는 단락방지저항(RSR1,RSR2...RSRn)의 크기를 적절하게 설정함으로써 복수의 화소(P1,P2...Pn)중 하나의 화소의 제1전극(124) 및 제2전극(126)이 접촉하는 경우에도, 단락된 화소를 통해 과전류가 흐르지 않고 설정된 전류가 흐르도록 하여 유기발광소자의 휘도 저하를 방지할 수 있게 된다.
본 발명에 의하면, 복수의 화소(P1,P2...Pn)로 이루어진 유기발광소자의 단락방지저항(RSR1,RSR2...RSRn)의 크기가 약 2800-5500Ω이면 특정 화소의 제1전극(120) 및 제2전극(140)이 접촉되었을 때에도 해당 화소로 과전류가 흐르지 않고 설정된 전류가 흐르게 되어 유기발광소자 전체의 화소(P1,P2...Pn)가 광을 발광할 수 있게 된다.
도 5a는 유기발광소자의 화소(P1,P2...Pn)에 단락이 발생하지 않는 경우 화소(P1,P2...Pn)에 인가되는 화소전류와 단락저항의 관계를 나타내는 그래프이고 도 5b는 유기발광소자의 화소(P1,P2...Pn)에 단락이 발생하는 경우 단락된 화소(P1,P2...Pn)에 인가되는 단락전류와 단락저항의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 5a 및 도 5b의 그래프에는 화소(P1,P2...Pn)의 크기가 각각 500×500㎛2, 300×300㎛2, 100×100㎛2일 때의 단락저항과 전류의 관계가 도시되어 있다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 유기발광소자의 화소(P1,P2...Pn)에 단락이 발생하지 않는 경우, 상기 유기발광소자는 정상 구동하여 유기발광소자 전체에 걸쳐 광이 발광한다. 이때, 화소(P1,P2...Pn)의 크기에 따라 유기발광소자가 정상 구동되는데 필요한 전류가 달라지게 된다. 예를 들어, 화소(P1,P2...Pn)의 크기가 500×500㎛2인 유기발광소자의 경우 약 3.0-5.0㎂의 전류가 인가되는 경우 유기발광소자가 정상적으로 구동하여 발광하며, 화소(P1,P2...Pn)의 크기가 300×300㎛2인 유기발광소자의 경우 약 1.5-1.8㎂의 전류가 인가되는 경우 유기발광소자가 정상적으로 구동하여 발광한다. 또한, 화소(P1,P2...Pn)의 크기가 100×100㎛2인 유기발광소자의 경우 약 0.19-0.20㎂의 전류가 인가되는 경우 유기발광소자가 정상적으로 구동하여 발광한다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 유기발광소자의 각 화소(P1,P2...Pn)의 단락방지저항(RSR1,RSR2...RSRn)의 크기가 증가하면, 유기발광소자의 화소(P1,P2...Pn)에 인가되는 화소전류가 급격하게 저하된다. 예를 들어, 단락방지저항(RSR1,RSR2...RSRn)이 5500Ω 이상으로 증가하는 경우, 서로 다른 면적의 유기발광소자의 화소(P1,P2...Pn)에 인가되는 전류가 각각 3.0㎂ 이하, 1.5㎂, 이하, 0.19㎂로 감소하게 되어 유기발광소자의 휘도가 대폭 저하되므로, 유기발광소자의 각 화소(P1,P2...Pn)의 단락방지저항(RSR1,RSR2...RSRn)의 크기가 5500Ω 이상인 경우 휘도저하에 따른 불량이 발생하게 된다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 유기발광소자의 화소(P1,P2...Pn)에 단락이 발생하는 경우, 단락된 화소에는 단락전류가 인가되어 유기발광소자가 정상 구동하지 않게 된다.
본 발명에 따르면, 유기발광소자의 단락된 화소에 흐르는 단락전류가 약 1.34mA를 초과하면, 단락된 화소의 과전류에 의해 다른 화소에 인가되는 전류가 급격하게 감소하여 유기발광소자 전체의 휘도가 저하된다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 유기발광소자의 각 화소(P1,P2...Pn)의 단락방지저항(RSR1,RSR2...RSRn)의 크기가 감소하면, 유기발광소자의 단락된 화소에 인가되는 단락전류가 급격하게 증가하게 된다. 예를 들어, 단락방지저항(RSR1,RSR2...RSRn)이 2800Ω로 감소하게 되면, 유기발광소자의 단락된 화소에 인가되는 단락전류가 1.34mA를 초과하므로 유기발광소자의 전체 휘도가 저하되며, 단락방지저항(RSR1,RSR2...RSRn)이 2800Ω 이하로 더 감소하면 단락전류가 더 증가하여 유기발광소자가 구동불능의 상태로 된다. 따라서, 단락된 화소의 단락방지저항(RSR1,RSR2...RSRn)의 크기가 2800Ω 이하인 경우 단락전류 증가에 의해 유기발광소자가 구동불능으로 된다.
이와 같이, 본 발명에서는 복수의 화소(P1,P2...Pn)의 단락방지저항(RSR1,RSR2...RSRn)이 5500Ω 이상으로 되면 유기발광소자의 휘도가 대폭 저하되고 복수의 화소(P1,P2...Pn)의 단락방지저항(RSR1,RSR2...RSRn)이 2800Ω 이하로 되면 유기발광소자의 전체 휘도가 저하되므로, 복수의 화소(P1,P2...Pn)의 단락방지저항(RSR1,RSR2...RSRn)을 2800Ω≤RSR≤5500Ω의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 단락방지저항(RSR1,RSR2...RSRn)은 다양한 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 구조의 조명장치(100)의 경우 제1전극(120)과 유기발광층(130) 사이 또는/및 제2전극(140)과 유기발광층(130) 사이에 소정의 크기, 예를 들면, 2800-5500Ω의 저항값을 갖는 저항층을 구비하여 유기발광소자의 각 화소(P1,P2...Pn)의 단락방지저항(RSR1,RSR2...RSRn)을 부가할 수 있다. 그러나, 이 경우, 별도의 저항층을 형성하기 위한 공정이 추가되어 제조공정이 복잡해지고 제조비용이 증가할 뿐만 아니라 저항층에 의해 유기발광소자 및 이를 구비한 조명장치의 두께가 증가한다는 문제가 있다.
또한, 도 1에 도시된 구조의 조명장치(100)의 각각의 화소에 설정된 저항값을 가진 저항패턴을 추가함으로써 각 화소(P1,P2...Pn)의 단락방지저항(RSR1,RSR2...RSRn)을 부가할 수 있다.
예를 들어, 도 1에 도시된 구조의 조명장치(100)의 각 화소내에서 보조전극(122)과 제1전극(124)을 전기적으로 분리한 후, 별도의 저항패턴을 추가함으로써 단락방지저항(RSR1,RSR2...RSRn)을 부가할 수 있다.
도 6은 화소 내에 별도의 패턴을 형성함으로써 단락방지저항을 구비한 조명장치의 구조의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 보조전극(222)에 의해 구획되는 화소(P) 내에는 상기 보조전극(222)과 일정 거리 이격되어 제1전극(224)이 형성되어 있으며, 상기 보조전극(222)과 제1전극(224)은 상대적으로 고저항의 도전패턴(224a), 저항패턴에 의해 전기적으로 접속된다.
이러한 구조의 조명장치(100)에서는 보조전극(222)으로 인가된 신호가 상기 저항패턴(224a)을 거쳐 제1전극(224)에 인가되므로, 상기 저항패턴(224a)을 충분히 길게 형성함으로써(즉, 신호가 흐르는 경로를 충분히 길게 함으로써) 원하는 크기의 단락방지저항(RSR1,RSR2...RSRn)을 형성할 수 있게 된다.
이때, 도면에서는 제1전극(224)이 보조전극(222) 상부를 포함하여 조명장치 전체에 걸쳐 형성하고 상기 제1전극(224)의 일부를 제거하는 오픈영역(225)을 형성함으로써 상기 제1전극(224)과 동일한 물질로 이루어진 저항패턴(224a)을 형성하지만, 상기 제1전극(224) 및 보조전극(222)을 서로 분리시켜 형성한 후, 제1전극(224)과 동일한 물질 또는 다른 물질로 상기 제1전극(224)과는 다른 공정에 의해 상기 저항패턴(224a)을 형성할 수도 있다.
그러나, 상기와 같이 별도의 저항패턴(224a)을 구비한 조명장치의 경우에는 저항패턴(224a)이 형성되는 영역에는 광이 발광하지 않으므로, 조명장치의 개구율(발광영역의 비율)이 저하된다.
특히, 저항패턴(224a)은 설정된 저항값을 형성하기 위해, 설정된 폭 및 길이만큼 형성되어야 하므로, 화소의 면적과는 무관하게 저항패턴(224a)이 화소내에 일정 면적으로 형성되어야만 한다. 따라서, 화소의 크기가 작은 고해상도 조명장치의 경우, 저항패턴(224)에 의해 개구율이 설정값 이하로 저하되어 조명장치가 불량으로 될 수 있다. 따라서, 저항패턴(224a)에 의해 단락방지저항(RSR1,RSR2...RSRn)을 형성하는 경우, 화소의 개구율이 저하되므로 고해상도 조명장치의 제작이 불가능하게 된다.
본 발명에서는 별도의 저항층이나 저항패턴을 구비하지 않고 제1전극(124) 자체를 고저항의 전도성 물질을 사용함으로써 각각의 화소에 단락방지저항(RSR1,RSR2...RSRn)을 형성한다. 이와 같이, 본 발명에서는 별도의 저항층이나 저항패턴을 구비하지 않으므로, 공정이 추가되거나 개구율이 저하되고 고해상도 조명장치의 제작이 불가능하게 되는 등의 문제를 해결할 수 있게 된다.
본 발명의 제1전극(124)에 사용되는 투명한 고저항의 전도성 물질은 한 화소내의 저항이 약 2800-5500Ω을 가지도록 설정함으로써, 제1전극 및 제2전극이 접촉하는 경우에도 화소가 단락되어 조명장치(100)가 불량으로 되는 것을 방지할 수 있게 된다. 본 발명에서는 이러한 범위의 저항을 가진 투명한 도전물질이라면 어떠한 물질도 사용 가능한데, 예를 들어, 전도성 고분자, 카본(Carbon)계 물질, 나노와이어계 물질 등을 사용할 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 각각 고저항의 전도성 물질로 제1전극(124)을 형성한 본 발명에 따른 유기발광소자의 회로를 나타내는 도면이다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 병렬로 연결된 복수의 화소(P1,P2...Pn)에는 각각 유기발광층(130)의 저항(RE1,RE2...REn), 제1전극(124)의 저항(R11(SR1),R12(SR2)...R1n(SRn)), 제2전극(126)의 저항(R21,R22...R2n)이 직렬로 연결된다. 이때, Ca, Ba, Mg, Al, Ag과 같은 금속 또는 이들의 합금 등으로 이루어진 제2전극(126)의 저항(R21,R22...R2n)은 약 0.1Ω이고 유기발광층(130)의 저항(RE1,RE2...REn)은 약 약1MΩ이며, 전도성 고분자, 카본(Carbon)계 물질, 나노와이어계 물질 등과 같은 고저항 전도성 물질 등으로 이루어진 제1전극(124)의 저항(R11(SR1),R12(SR2)...R1n(SRn))은 약 2800-5500Ω이다.
도 4a에 도시된 유기발광소자, 즉 별도의 저항층이나 저항패턴을 형성하는 구조의 유기발광소자에서는 별도의 단락방지저항이 구비되는데 반해, 도 7a에 도시된 본 발명의 고저항의 전도성 물질을 구비한 유기발광소자에는 별도의 단락방지저항이 형성되지 않고 제2전극(124)이 고저항으로 되어 단락방지저항의 역할을 한다.
이러한 구조의 유기발광소자에서는, 제1전극(124)과 제2전극(126)에 각각 전압(V1,V2)이 인가됨에 따라 각각의 화소의 유기발광층(LED1,LED2...LEDn)에 전류(I1,I2...In)가 인가되어 상기 유기발광층(LED1,LED2...LEDn)이 발광하게 된다. 이때, 복수의 화소(P1,P2...Pn)에는 대략 동일한 저항이 형성되므로, 복수의 화소에는 대략 동일한 휘도의 광이 발광되어 조명장치 전체적으로 균일한 광이 출력된다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 유기발광소자의 복수의 화소(P1,P2...Pn)중 하나의 화소(P2)의 제1전극(124) 및 제2전극(126)이 접촉하는 경우, 유기발광층(130)에 의한 저항(RE2)이 제거되어 유기발광소자의 해당 화소에는 제1전극(124)의 고저항 투명 도전물질에 의한 저항(R12(SR2)) 및 제2전극(126)에 의한 저항(R22)만이 남게 된다.
제1전극(124)의 저항(R11(SR1),R12(SR2)...R1n(SRn))은 약 2800-5500Ω이고 유기발광층(130)의 저항(RE1,RE2...REn)은 약1MΩ이다. 따라서, 제1전극(124) 및 제2전극(126)의 접촉에 의해 제2화소(P2)의 유기발광층(130)의 저항(RE2)이 제거되는 경우에도, 단락된 제2화소(P2)에는 제1전극(124)의 고저항 투명 도전물질에 의한 저항(R12(SR2))이 남아 있게 되며, 이 저항(R12(SR2))의 크기는 다른 화소(P1...Pn)의 총저항의 크기에 비해 무시할 수 있을 정도로 작지 않다.
따라서, 제2화소(P2)의 제1전극(124) 및 제2전극(126)이 접촉하여 제2화소(P2)가 단락되었을 때, 해당 화소(P2)의 유기발광소자의 저항(RE2)은 제거되어 0이 되므로, 제2화소(P2)의 총저항(Rt2)이 실질적으로 제1전극(124)의 저항(R12(SR2))과 동일하게 된다(Rt2≒R12(SR2).
그런데, 상기 제1전극(124)의 저항(R12(SR2))은 유기발광층(130)의 저항(RE2)에 비해 아주 작은 크기가 아니라 의미 있을 정도의 크기이므로, 제1전극(124)과 제2전극(126) 사이의 전류가 대부분 단락된 화소(P2)를 통해 흐르는 것이 아니라, 일정량의 전류(I2')가 화소(P2)를 통해 흐르게 된다. 이때, 제2화소(P2)와 다른 화소(P1...Pn)의 총저항의 차이에 의해 제2화소(P2)와 다른 화소(P1...Pn)에 흐르는 전류의 양은 다르지만, 전체 화소(P1,P2...Pn)를 통해 전류(I2')가 흐르게 되므로, 복수의 화소(P1,P2...Pn)의 유기발광층의 휘도가 급격히 저하되거나 심지어 발광하지 않게 되는 현상을 방지할 수 있게 된다.
특히, 본 발명에서는 별도의 저항층이 구비되지 않고도 화소(P1,P2...Pn)의 단락을 방지할 수 있게 되므로, 공정의 추가에 의한 비용증가나 수율이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.
더욱이, 별도의 저항패턴이 구비되지 않고도 화소(P1,P2...Pn)의 단락을 방지할 수 있게 되므로, 조명장치의 개구율 저하를 방지할 수 있게 된다.
예를 들어, 화소의 크기가 500×500㎛2인 조명장치에서, 저항패턴이 구비된 구조의 경우 개구율이 약 84.1%인데 반해, 본 발명과 같이 고저항 투명 도전물질로 제1전극을 형성한 구조의 경우 개구율이 약 93.3%로서, 본 발명에 따른 조명장치가 저항패턴이 구비된 구조의 조명장치에 비해 개구율이 약 9% 향상된다.
또한, 화소의 크기가 300×300㎛2인 조명장치에서, 저항패턴이 구비된 구조의 경우 개구율이 약 74.1%인데 반해, 본 발명과 같이 고저항 투명 도전물질로 제1전극을 형성한 구조의 경우 개구율이 약 89%로서, 본 발명에 따른 조명장치가 저항패턴이 구비된 구조의 조명장치에 비해 개구율이 약 15% 향상된다.
이와 같이, 본 발명의 개구율은 저항패턴이 구비된 구조에 비해 개구율이 향상되며, 이러한 개구율 향상의 정도는 화소의 면적이 작은 고해상도의 조명장치에서 더욱 뚜렷해진다.
화소의 크기가 200×200㎛2인 조명장치에서는, 저항패턴이 구비된 구조의 경우 개구율이 약 62.1%인데 반해, 본 발명과 같이 고저항 투명 도전물질로 제1전극을 형성한 구조의 경우 개구율이 약 83.7%가 된다. 따라서, 본 발명은 화소의 크기가 200×200㎛2인 조명장치에 적용될 수 있지만, 저항패턴이 구비된 구조는 개구율 저하에 의해 200×200㎛2인 조명장치에 사용될 수 없게 된다.
한편, 상기 제1전극(124)에는 광산란입자(125)가 산포되어 상기 유기발광층(130)에서 발광되어 투과되는 광을 산란시킨다.
일반적으로 유기발광층(130)에서 발광된 광은 유기발광층(130)과 제1전극(124)의 계면, 제1전극(124)과 제1기판(110)의 계면 및/또는 제1기판(110)과 외부 공기층의 계면에서 서로 인접하는 층의 굴절율 차이에 의해 광이 계면을 통과하지 못하고 반사되며, 반사된 광이 제1전극(124) 및 제1기판(110) 내부에서 도파되어 제1전극(124) 및 제1기판(110)의 측단면으로 전파된다. 통상적으로, 유기발광층(130)에서 발광된 광의 약 80%가 각 층의 계면에서 반사되고 단지 20%만이 외부로 출력되는데, 이러한 광손실에 의해 조명장치의 광효율이 저하될 뿐만 아니라 조명장치의 전력효율이 저하되고 수명도 저하된다.
그러나, 본 발명에서는 제1전극(124)에 광산란입자(125)를 분포시킴으로써 제1전극(124)과 제1기판(110) 사이의 굴절율 차이를 감소시켜 상기 제1전극(124) 및 제1기판(110)의 계면에서의 광반사를 감소시킬 수 있게 된다.
일반적으로 사용되는 ITO나 IZO와 같은 투명 금속산화물로 구성된 제1전극(124)의 굴절률이 약 1.9이고 유리로 이루어진 제1기판(110)의 굴절률이 약 1.5이다. 반면에 본 발명에서는 고저항 투명 도전물질 내부에 광산란입자(125)가 산포되므로, 상기 제1전극(124)의 굴절률이 약 1.65로 감소하게 된다. 다시 말해서, 본 발명에서는 상기 광산란입자(125)에 의해 제1전극(124)과 제1기판(110)의 계면에서의 굴절률 차이가 감소하게 되므로, 계면에서 광의 반사를 감소시킬 수 있게 되며, 그 결과 상기 제1전극(124)을 투과하는 광의 양을 증가시킬 수 있게 된다.
상기 광산란입자(125)로는 고굴절의 광산란입자를 사용할 수 있다. 이러한 고굴절 산란입자는 설정된 굴절률을 가진 물질이라면 어떠한 물질도 사용될 수 있지만, 본 발명에서는 TiO2, BaTiO3, ZrO2, ZnO, SiO2, SiO 등이 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 제1전극(124)를 고저항 투명 도전물질을 사용하므로, 제1전극(124) 및 제2전극(126)이 서로 접촉되어도 화소가 단락되지 않으며, 상기 제1전극(124)의 내부에는 광산란입자(128)가 포함되어 상기 제1전극(124)과 제1기판(110) 사이의 굴절률 차이를 감소시키므로 상기 제1전극(124)과 제1기판(110)의 계면에서의 광반사를 감소시키게 되어 조명장치의 광효율을 향상시킬 수 있게 된다.
더욱이, 본 발명에서는 광을 추출하기 위한 별도의 층을 구비하지 않고서도 광효율을 향상시킬 수 있으므로, 제조공정이 추가되어 제조비용이 증가하거나 조명장치의 두께가 증가하는 것을 방지할 수 있게 된다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 조명장치(200)의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 8에 도시된 구조의 조명장치(200)는 도 1b에 도시된 조명장치(100)와는 외부추출층을 제외하고는 그 구성이 동일하며, 동일한 구성에 대해서는 설명을 간략하게 하고 다른 구성에 대해서만 구체적으로 설명한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제1기판(210)의 상면에는 제1전극(224), 유기발광층(230) 및 제2전극(226)으로 구성된 유기발광소자가 배치되어 있으며, 상기 제1전극(224)은 고굴절률의 광산란입자(225)가 분포된 고저항의 투명 도전물질로 구성된다.
상기 제1기판(210)의 하면, 즉 유기발광소자와 대향하는 제1기판(210)의 표면에는 광추출층(211)이 형성된다. 상기 광추출층(211)은 제1기판(210)과 외부의 공기층 사이의 계면에 배치되어, 상기 제1기판(210)과 외부 공기층의 계면에서의 광의 반사를 감소시킴으로써 유기발광층(230)에서 발광된 광의 추출효율을 향상시킨다.
상기 광추출층(211)은 다양한 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 광추출층(211)은 복수의 층으로 구성되고 복수의 광추출층(211)의 굴절률이 제1기판(210)에서 외부 공기층으로 갈수록 감소되도록 하여, 광추출층(211)과 외부 공기층의 계면에서의 전반사되는 광의 각도를 감소시킴으로써 광효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 광추출층(211)은 광산란입자를 포함하여 광추출층(211)과 외부 공기층의 계면에서 입사되는 광을 산란시킴으로써 광추출층(211)과 외부 공기층의 계면에서 반사되는 광을 최소화할 수 있게 된다.
실질적으로 상기 광추출층(211)은 광추출층(211)과 외부 공기층의 계면에서 입사되는 광의 반사를 최소화하여 광추출효과를 향상시킬 수만 있다면, 현재 알려진 모든 구조의 광추출층이 적용될 수 있다.
이와 같이, 이 실시예의 조명장치에서는 제1전극(224)에 고굴절률의 광산란입자(125)를 구비하여 제1전극(224)과 제1기판(210)의 계면에서 발생하는 광반사를 최소화하여 광효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 외부 공기층과 접하는 제1기판(210)의 표면에 광추출층(211)을 형성하여 제1기판(210)과 외부 공기층의 계면에서 발생하는 광반사를 최소화하여 광효율을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 조명장치(100)의 제조방법을 구체적으로 설명한다. 이때, 제조방법은 도 1 및 도 2에 도시된 구조의 조명장치에 대한 것이지만, 도 8에 도시된 구조의 조명장치도 광추출층(211)을 형성하는 공정을 제외하고는 설명하는 제조방법과 동일하다.
도 9a-도 9d 및 도 10a-도 10d는 본 발명에 따른 조명장치(100)의 제조방법을 나타내는 도면으로, 도 9a-도 9d는 평면도이고 도 10a-도 10d는 단면도이다.
우선, 도 9a 및 도 10a에 도시된 바와 같이, 플라스틱과 같은 연성을 가진 물질 또는 유리와 같이 단단한 물질로 이루어진 투명한 제1기판(110)상에 Al, Au,Cu, Ti, W, Mo 또는 이들의 합금과 같은 금속을 적층하고 식각하여 단일층 또는 복수의 층으로 이루어진 보조전극(122)을 형성한다. 이때, 상기 보조전극(122)은 제1기판(110) 전체에 걸쳐 설정된 띠형상으로 가로방향 및 세로방향의 매트릭스형상으로 배치되지만, 상기 보조전극(122)이 매쉬형상, 육각형 형상, 팔각형 형상, 원형상으로 배치될 수도 있다.
상기 보조전극(122)은 약 45-55㎛의 폭으로 형성될 수 있지만, 상기 보조전극(122)의 특정 수치의 폭에 한정되는 것이 아니라 조명장치의 면적, 화소의 크기, 보조전극(122)의 재질 등에 따라 다양한 폭으로 형성될 수 있다.
그 후, 약 70-95중량%의 PGMEA(Propylene Glycol Monomethylethylether Acetate)와 같은 용매에 약 10-30중량%의 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리스티렌설폰산(PEDOT:PSS)와 같은 전도성 고분자를 용융한 후, 10-30중량%의 TEOS(Tetraethlyorthosilicate), SSQ(Silsesquioxane), 폴리실록산(Poly siloxane)과 같은 실리콘계 바인더 또는 아크릴계 바인더를 혼합하고 1중량% 이내의 레벨링(leveling)제 및 표면제 등의 첨가제를 첨부한다. 이어서, 상기 용융된 전도성 고분자에 TiO2, BaTiO3, ZrO2, ZnO, SiO2, SiO 등과 같은 고굴절의 광산란입자를 단일 종류 또는 복수 종류를 혼합하여 포함시킨다. 이때, 상기 고굴절 광산란입자는 그 부피가 용융된 전도성 고분자 전체에 대하여 약 40-60%가 되도록 랜덤(random)하게 분포시킨다.
또한, 약 70-95중량%의 PGMEA와 같은 용매에 약 10-30중량%의 그래파이트(Graphene), SWCNT(Single Wall Carbon Nano Tube), MWCNT(Multi Wall Carbon Nano Tube)와 같은 카본계 물질을 용융한 후, 10-20중량%의 TEOS(Tetraethlyorthosilicate), SSQ(Silsesquioxane), 폴리실록산(Poly siloxane)과 같은 실리콘계 바인더 또는 아크릴계 바인더를 혼합하고 1중량% 이내의 레벨링(leveling)제 및 표면제 등의 첨가제를 첨부하여 고저항의 투명 도전물질을 형성할 수도 있다. 이때, 상기 용융된 전도성 고분자에는 TiO2, BaTiO3, ZrO2, ZnO, SiO2, SiO 등과 같은 고굴절의 광산란입자가 단일 종류 또는 복수 종류를 혼합하여 포함되며, 상기 고굴절 광산란입자는 그 부피가 용융된 전도성 고분자 전체에 대하여 약 40-60%가 되도록 랜덤(random)하게 분포된다.
그리고, 약 0-95중량%의 PGMEA와 같은 용매에 약 10-30중량%의 Cu-나노와이어, Ag-나노와이어, Au-나노와이어와 같은 나노와이어계 물질을 용융한 후, 10-20중량%의 TEOS(Tetraethlyorthosilicate), SSQ(Silsesquioxane), 폴리실록산(Poly siloxane)과 같은 실리콘계 바인더 또는 아크릴계 바인더를 혼합하고 1중량% 이내의 레벨링(leveling)제 및 표면제 등의 첨가제를 첨부하여 고저항의 투명 도전물질을 형성할 수도 있다. 이때, 상기 용융된 전도성 고분자에는 TiO2, BaTiO3, ZrO2, ZnO, SiO2, SiO 등과 같은 고굴절의 광산란입자가 단일 종류 또는 복수 종류를 혼합하여 포함되며, 상기 고굴절 광산란입자는 그 부피가 용융된 전도성 고분자 전체에 대하여 약 40-60%가 되도록 랜덤(random)하게 분포된다.
상기와 같이 형성된 고굴절 광산입자(125)가 분포된 고저항 투명 도전물질을 상기 보조전극(122)의 상면을 포함하는 제1기판(110) 전체에 걸쳐서 적층하고 식각하여 제1전극(124)을 형성한다. 이때, 상기 제1전극(124)은 도전물질의 종류에 따라 다른 두께로 형성할 수 있다. 예를 들어, 전도성 고분자를 도전물질로 사용하는 경우에는 제1전극(124)은 약 150-200nm의 두께로 형성되며 카본계 물질을 도전물질로 사용하는 경우에는 제1전극(124)은 약 50-100nm의 두께로 형성할 수 있다.
그 후, 제1전극(124) 위에 무기절연물질 또는 유기절연물질을 적층하고 식각하여 보조전극(122) 상부의 제1전극(124) 위에 보호층(112)을 형성한다. 이때, 상기 보호층(112)은 무기절연층 또는 유기절연층의 단일층으로 구성될 수도 있지만, 무기절연층 및 유기절연층의 복수의 층으로 구성될 수도 있다.
이어서, 도 9b 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 제1기판(110) 상부에 유기발광물질을 증착하여 유기발광층(130)을 형성한다. 이때, 상기 유기발광층(130)의 형성은 복수의 조명장치가 형성되는 모기판상에 마스크를 배치한 후 유기발광물질을 증착함으로써 형성할 수 있다.
이어서, 도 9c 및 도 10c에 도시된 바와 같이, 상기 유기발광층(130) 상부에 Ca, Ba, Mg, Al, Ag과 같은 금속을 증착하고 식각하여 제2전극(126)을 형성한다.
그 후, 도 9d 및 도 10d에 도시된 바와 같이, 상기 제1기판(110) 상에 광경화성 접착물질 또는 열경화성 접착물질로 이루어진 접착제(118)를 도포하고 그 위에 제2기판(170)을 위치시킨 후, 접착제(118)를 경화함으로써 상기 제2기판(170)을 부착한 후, 합착된 제1기판(110) 및 제2기판(170)을 절단하여 완성된 조명장치(100)를 분리함으로써 각각의 조명장치(100)를 완성한다. 상기 제2기판(170)으로는 PET와 같은 폴리머필름이나 얇은 금속포일, 유리 등이 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 제1전극을 고저항의 투명한 도전물질을 사용함으로써, 별도의 저항층이나 저항패턴이 없이도 제1전극 자체가 단락방지저항의 역할을 하므로, 제1전극 및 제2전극이 컨택되는 경우에도 유기발광소자의 단락에 의한 불량을 방지할 수 있게 된다.
또한, 별도의 저항층이 구비되지 않으므로, 공정의 추가에 의한 비용증가나 수율이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다. 더욱이, 별도의 저항패턴이 구비되지 않으므로, 조명장치의 개구율 저하를 방지할 수 있으며, 특히 화소면적이 300×300㎛2 이하인 고해상도 조명장치에 유용하게 사용될 수 있게 된다.
본 발명의 다양한 변형예나 본 발명을 기초로 용이하게 창안할 수 있는 구조 등도 본 발명의 범위에 포함되어야만 할 것이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 상술한 상세한 설명에 의해 결정되는 것이 아니라 첨부한 특허청구범위에 의해 결정되어야만 할 것이다.
100 : 조명장치
110,170 : 기판
112 : 보호층 122 : 보조전극
124 : 제1전극 125 : 광산란입자
126 : 제2전극 130 : 유기발광층
112 : 보호층 122 : 보조전극
124 : 제1전극 125 : 광산란입자
126 : 제2전극 130 : 유기발광층
Claims (18)
- 복수의 화소를 포함하는 제1기판; 및
상기 제1기판의 제1면에 형성된 복수의 화소 각각에 배치되며, 제1전극, 유기발광층, 제2전극으로 구성된 유기발광소자로 구성되며,
상기 제1전극은 각각의 화소내의 저항이 2800-5500Ω인 투명 도전물질로 구성되며, 내부에는 광산란입자가 분포된 조명장치. - 제1항에 있어서, 상기 제1기판에 배치되어 제1전극과 접속된 보조전극을 추가로 포함하는 조명장치.
- 제2항에 있어서, 상기 보조전극은 설정된 폭으로 매트릭스형상, 매쉬형상, 팔각형 형상, 육각형 형상 또는 원형상으로 배치되는 조명장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제1전극은 전도성 고분자, 카본계 물질, 나노와이어계물질로 이루어진 일군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질로 구성된 조명장치.
- 제1항에 있어서, 상기 광산란입자는 TiO2, BaTiO3, ZrO2, ZnO, SiO2, SiO로 이루어진 일군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질인 조명장치.
- 제1항에 있어서, 상기 광산란입자는 제1전극과 제1기판 사이의 굴절률을 감소시키는 조명장치.
- 제1항에 있어서, 제1기판의 제1면과 대향하는 제2면에는 광추출층이 추가로 배치된 조명장치.
- 제7항에 있어서, 상기 광추출층은 외부공기층으로 갈수록 굴절율이 감소하는 복수의 층으로 구성된 조명장치.
- 제7항에 있어서, 상기 광추출층은 광산립자가 포함된 조명장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제1기판은 연성 필름 또는 유리로 구성된 조명장치.
- 제1항에 있어서, 접착제에 의해 상기 제1기판에 부착된 제2기판을 추가로 포함하는 조명장치.
- 제11항에 있어서, 상기 제2기판은 폴리머필름, 금속포일, 유리중 어느 하나로 구성된 조명장치.
- 복수의 화소를 포함하는 제1기판을 제공하는 단계;
각각의 화소에서의 저항이 2800-5000Ω이고 광산란입자가 분포된 고저항 도전물질을 형성하는 단계;
상기 고저항 도전물질을 제1기판에 적층하여 제1전극을 형성하는 단계;
상기 제1전극 위에 유기발광물질을 증착하여 유기발광층을 형성하는 단계; 및
상기 유기발광층 위에 제2전극을 형성하는 단계로 구성된 조명장치 제조방법. - 제13항에 있어서, 상기 고저항 도전물질을 형성하는 단계는,
80-90중량%의 용매에 도전재료를 용융하는 단계;
용융된 도전재료에 바인더를 혼합하는 단계;
용용된 도전재료에 첨가제를 첨부하는 단계; 및
광산란입자를 포함하는 조명장치 제조방법. - 제14항에 있어서, 상기 광산란입자는 TiO2, BaTiO3, ZrO2, ZnO, SiO2, SiO로 이루어진 일군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질인 조명장치 제조방법.
- 제15항에 있어서, 상기 광산란입자의 부피는 도전재료에 대하여 40-60%인 조명장치 제조방법.
- 제13항에 있어서, 상기 제1기판상에 설정된 폭으로 구성되어 제1전극과 접촉하는 보조전극을 형성하는 단계로 추가로 포함하는 조명장치 제조방법.
- 제13항에 있어서, 접착제에 의해 제1기판상에 제2기판을 부착하는 단계를 추가로 포함하는 조명장치 제조방법.
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- 2019-10-14 US US16/600,862 patent/US10944078B2/en active Active
Patent Citations (7)
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