KR20200002180A - 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기 발광 소자를 이용하는 조명 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 조명 장치는 기판 상에 배치되는 유기층을 구비하고 유기층의 법선 방향과 일정 각도를 이루며 발광하는 유기 발광 소자 유닛 및 유기 발광 소자 유닛에서 발생된 광을 법선 방향으로 굴절시키는 외부 광추출층을 포함하여, 조명 장치의 전면 휘도를 향상시킬 수 있다.

Description

유기 발광 소자를 이용한 조명 장치{LIGHTING APPARATUS USING ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE}
본 발명은 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 정면 휘도를 향상시킨 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치에 관한 것이다.
현재 조명 장치로는 주로 형광등이나 백열등을 사용한다. 이중에서, 백열등은 연색지수(Color Rendering Index; CRI)가 좋으나 에너지효율이 매우 낮은 단점이 있고, 형광등은 효율은 좋으나 연색지수가 낮고 수은을 함유하고 있어 환경문제가 있다.
연색지수는 색재현을 표시하는 지수로, 광원에 의해 조명된 물체의 색에 대한 느낌이 특정 광원에 의해 조명된 경우와 기준이 되는 광원에 의해 조명된 경우를 비교하여 색감이 어느 정도 유사한가를 나타내는 지수이다. 태양광의 CRI는 100이다.
이러한 종래 조명 장치의 문제를 해결하기 위해, 근래 발광다이오드(LED)가 조명 장치로서 제안되고 있다. 발광다이오드는 무기물 발광물질로 구성되며, 적색 파장대에서 발광효율이 가장 높으며, 적색과 시감도가 가장 높은 색인 녹색 파장대역으로 갈수록 발광효율이 저하된다. 따라서, 적색 발광다이오드와, 녹색 발광다이오드 및 적색 발광다이오드를 조합하여 백색광을 발광하는 경우, 발광효율이 낮아지는 단점이 있다.
다른 대안으로 유기 발광 소자(Organic Light Emitting Diode; OLED)를 이용한 조명 장치가 개발되고 있다. 이러한 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치는 다양한 각도로 발광하게 되므로, 조명 장치의 휘도가 정면뿐만 아니라 측면으로도 분산되게 된다.
이에, 자동차의 조명 장치와 같이 정면 휘도가 집중되어야 할 필요성이 있는 경우에 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치를 자동차의 조명 장치로 사용한다면, 정면 휘도가 기준치에 미달되는 문제점이 발생한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 정면 휘도를 향상시킨 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 자동차의 조명 장치에 적합한 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치는 기판 상에 배치되는 유기층을 구비하고 유기층의 법선 방향과 일정 각도를 이루며 발광하는 유기 발광 소자 유닛 및 유기 발광 소자 유닛에서 발생된 광을 상기 법선 방향으로 굴절시키는 외부 광추출층을 포함하여, 조명 장치의 정면 휘도를 향상시킬 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명은 제1 전극을 삼중층으로 형성하여, 유기 발광 소자 유닛에서 발생되는 빛을 편향시킬 수 있다.
본 발명은 외부 광추출층의 단위 구조체를 정사각뿔 형태로 형성함으로써, 조명 장치의 전면 휘도를 향상 시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치의 단면도이다.
도 3a 내지 3c은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기층의 스택 구조를 나타내는 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 이용하는 조명 장치의 정면도이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 이용하는 조명 장치의 조명부를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4a에 도시된 Ⅰ-Ⅰ'선 및 Ⅱ-Ⅱ'에 따른 단면도이다.
도 6a 내지 6f는 도 4b에 도시된 Ⅲ-Ⅲ'에 따른 복수의 단면도들이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 포함하는 조명 장치의 발광 경로를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 포함하는 조명 장치의 배광 분포를 설명하기 위한 그래프이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시예의 중간층 전극의 두께에 따른 전면 휘도의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 9b는 본 발명의 일 실시예의 제1 전극의 반사율에 따른 전면 휘도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10a는 본 발명의 일 실시예의 하층 전극의 굴절률에 따른 전면 휘도의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 10b는 본 발명의 일 실시예의 하층 전극의 두께에 따른 전면 휘도의 관계를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
소자 또는 층이 다른 소자 또는 층 위 (on)로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치(100)는 면발광이 이루어지는 유기 발광 소자 유닛(110), 유기 발광 소자 유닛(110)을 봉지하는 봉지부(120) 및 유기 발광 소자 유닛(110)에서 발광된 빛을 정면으로 굴절시키는 외부 광추출층(130)을 포함하여 구성될 수 있다.
구체적으로 도 2를 참고하면, 유기 발광 소자 유닛(110)은 하부에서부터 순차적으로 기판(111), 내부 광추출층(112), 평탄화층(113), 배리어층(114), 제1 전극(115), 유기층(116) 및 제2 전극(117)을 포함할 수 있다.
이에 더하여, 도 5를 참조하여 후술할 바와 같이, 유기 발광 소자 유닛(110)은 제1 전극(115)의 전도성을 보완하기 위한 보조 배선(AL) 및 제1 전극(115) 및 제2 전극(117)의 단락을 방지하기 위한 절연층(INS)을 더 포함할 수 있다.
기판(111)은 투명한 유리로 구성될 수 있다. 또한, 기판(111)은 플렉서블한 특성을 갖는 고분자 물질로 구성될 수도 있다.
여기서, 발광이 이루어지는 유기층(116) 및 유기층(116)의 상하면에 배치되어 유기층(116)에 전하를 공급하는 제1 전극(115)과 제2 전극(117)은 유기 발광 소자(OLED; Organic Light Emitting Diode)을 구성한다.
일례로, 제1 전극(115)은 유기층(116)에 정공(hole)을 공급하는 양극(anode)일 수 있고, 제2 전극(117)은 유기층(116)에 전자(electron)을 공급하는 음극(cathode)일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 제1 전극(115) 및 제2 전극(117)은 그 역할 달리할 수 있다.
일반적으로, 제1 전극(115)은 정공 주입이 용이하도록 일함수가 높은 물질이면서, 전도성이 좋은 투명한 금속성 산화물질인 ITO(Indium Tin Oixde)나 IZO(Indium Zinc Oxide)로 형성하는 것이 바람직하다.
다만 본 발명의 일 실시예에서는 유기 발광 소자 유닛(110)에서 발생하는 광이 유기층(116)의 법선 방향(수직 방향)과 일정 각도를 이룰 수 있도록, 삼중층의 제1 전극(115)을 사용할 수 있다. 이에 대한 구체적인 내용은 도 6c 내지 도 6f를 참조하여 후술한다.
그리고, 제2 전극(117)은 유기층(116)으로 전자 주입이 용이하도록 일함수가 낮은 도전성 물질로 구성되는 것이 바람직하다. 제2 전극(117)으로 사용되는 물질의 구체적인 예로는 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 나트륨(Na), 타이타늄(Ti), 인듐(In), 이트륨(Y), 리튬(Li), 가돌리늄(Gd), 알루미늄(Al), 은(Ag), 주석(Sn) 및 납(Pb)과 같은 금속, 또는 이들의 합금으로 구성될 수 있다.
그리고, 유기층(116)은 적색 유기 발광층(EML)을 포함하는 단일 스택(single stack) 구조로 구성되거나, 복수의 적색 유기 발광층(EML)을 포함하는 다중 스택(multi stack)의 탠덤(tandem)구조로 형성되거나 적녹색 유기 발광층(EML) 및 하늘색 유기 발광층(EML)을 포함하는 다중 스택(multi stack)의 탠덤(tandem)구조로 형성될 수 있다.
또한, 유기층(116)은 유기 발광층(EML)에 전자 및 정공을 각각 주입하는 전자 주입층(EIL) 및 정공 주입층(HIL)과, 주입된 전자 및 정공을 발광층으로 각각 수송하는 전자 수송층(ETL) 및 정공 수송층(HTL)과, 전자 및 정공과 같은 전하를 생성하는 전하 생성층(CGL)을 포함할 수 있다. 이에 대한 구체적인 구조는 도 3a 내지 3c를 참조하여 후술한다.
제1 전극(115)과 제2 전극(117)에 전류가 인가되면, 제2 전극(117)으로부터 전자가 유기층(116)으로 주입되고 제1 전극(115)으로부터 정공이 유기층(116)으로 주입된다. 이후, 유기층(116)내에는 여기자(exciton)가 생성되며, 생성된 여기자가 소멸(decay)함에 따라 발광층의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)와 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)의 에너지 차이에 해당하는 광이 발생된다.
여기서 유기층(116)에서 발생된 빛은 제1 전극(115) 및 제2 전극(117)의 투과율 및 반사율에 따라 전면 발광할 것인지 배면 발광할 것인지 결정된다.
본 발명의 일 실시예에서는 전술한 바와 같이, 제1 전극(115)이 투명 전극이고 제2 전극(117)이 반사 전극으로 이용될 수 있으므로, 유기층(116)에서 발생된 빛은 제2 전극(117)에 의해 반사되어, 제1 전극(115)을 투과해 유기 발광 소자 유닛(110)의 하부로 광이 발생하게 된다. 즉, 본 발명의 일 일시예에 따른 유기 발광 소자 유닛(110)은 배면 발광을 할 수 있다. 다만 이에 한정되지 않고, 제1 전극(115)이 반사 전극이고 제2 전극(117)이 투명전극으로 이용되어, 유기 발광 소자 유닛(110)은 전면 발광을 할 수도 있다.
그리고, 배리어층(114)은 제1 전극(115) 하부에 배치되어, 기판(111) 및 내부 광추출층(112)으로부터 침투되는 수분 및 공기를 차단하는 역할을 한다.
이러한 기능을 수행하기 위하여, 배리어층(114)은 산화 규소(SiOx) 또는 질화 규소(SiNx)등의 무기물의 단일층으로 형성될 수 있으며, 필요에 따라 배리어층(114)은 무기물과 유기물의 복합층으로도 형성될 수 있다.
그리고, 내부 광추출층(112)은 기판(111)과 배리어층(114) 사이에 배치되어, 배면 발광하는 유기 발광 소자로부터 발생된 빛이 외부로 추출되는 효율을 증가시킨다.
내부 광추출층(112)은 수지에 산화 타이타늄(TiO2)입자를 삽입하여, 내부 광산란을 증가시키고, 표면 거칠기를 증가시켜 광추출 효율을 증가시킨다. 구체적으로, 내부 광추출층(112)은 잉크젯코팅(inkjet-coating)을 통해 450nm 두께로 형성될 수 있고, 산화 타이타늄(TiO2)입자의 직경은 200nm 내지 300nm일 수 있다. 다만, 이러한 구체적인 수치는 조명 장치(100)의 설계의 필요성에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
그리고, 평탄화층(113)은 내부 광추출층(112) 상에 배치되어, 내부 광추출층(112)의 표면 거칠기를 보상하여, 유기 발광 소자 유닛(110)의 신뢰성을 향상시킨다.
평탄화층(113)은 수지에 지르코니아(Zirconia)입자가 삽입되어 구성되며, 내부 광추출층(112)의 표면 거칠기를 보상한다. 구체적으로, 평탄화층(113)은 잉크젯코팅(inkjet-coating)을 통해 150nm 두께로 형성될 수 있고, 지르코니아(Zirconia)입자의 직경은 50nm일 수 있다. 다만, 이러한 구체적인 수치는 조명 장치(100)의 설계의 필요성에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
봉지부(120)는 유기 발광 소자 유닛(110)을 덮어, 외부로부터의 영향을 차단하여 유기 발광 소자 유닛(110)을 보호하는 역할을 하며, 제2 전극(117)에 접촉되는 점착층(121), 점착층(121) 상에 접촉되는 금속 필름(122), 금속 필름(122) 상에 부착되는 보호 필름(123)을 포함한다.
점착층(121)은 금속 필름(122)과 유기 발광 소자 유닛(110)을 부착하는 PSA(Pressure Sensitive Adhesive)로 구성될 수 있고, 점착층(121)의 두께는 30um일 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 조명 장치(100)의 설계의 필요성에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
금속 필름(122)은 점착층(121) 상에 배치되어, 조명 장치(100) 자체의 강성을 유지하는 역할을 한다. 이를 위하여 금속 필름(122)은 20um 두께의 구리(Cu)로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 조명 장치(100)의 설계의 필요성에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
그리고 보호 필름(123)은 금속 필름(122) 상에 배치되어, 조명 장치(100)의 외부 충격을 흡수 및 보호하는 역할한다. 이를 위하여, 보호 필름(123)은 100um 두께의 고분자 필름인 PET(Polyethylene terephthalate) 필름으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 조명 장치(100)의 설계의 필요성에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
도 3a 내지 3c은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기층의 스택 구조를 나타내는 단면도이다.
구체적으로 도 3a는 단일 스택(single stack)의 유기층(116)을 도시하였고, 도 3b는 더블 스택(double stack)을 포함하는 탠덤 구조(tandem structure)의 유기층(116)을 도시하였고, 도 3c는 트리플 스택(triple stack)을 포함하는 탠덤 구조(tandem structure)의 유기층(116)을 도시하였다.
도 3a를 참조하면, 유기층(116)은 정공 주입층(Hole Injection Layer; HIL), 정공 수송층(Hole Transport Layer; HTL), 전자 저지층(Electron Blocking Layer; EBL), 유기 발광층(EML)(Emission layer, EML), 전자 수송층(Electron Transport Layer; ETL) 및 전자 주입층(Electron Injection Layer; EIL)이 순차적으로 적층되어 구성된다.
정공 주입층(HIL)은 제1 전극(115)으로부터 유기 발광층(EML)으로 정공의 주입을 원활하게 하는 유기층이다. 정공 주입층(HIL)은, 예를 들어, HAT-CN(dipyrazino[2,3-f:2',3'-h]quinoxaline-2,3,6,7,10.11-hexacarbonitrile), CuPc(phthalocyanine), F4-TCNQ(2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyano-quinodimethane), 및 NPD(N,N'-bis(naphthalene-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-2,2'-dimethylbenzidine) 중 어느 하나 이상을 포함하는 물질로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
정공 수송층(HTL)은 정공 주입층(HIL)으로부터 유기 발광층(EML)으로 정공을 원활하게 전달하는 유기층이다. 정공 수송층(HTL) 은, 예를 들어, NPD(N,N'-bis(naphthalene-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-2,2'-dimethylbenzidine), TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidine), s-TAD(2,2',7,7'-tetrakis(N,N-dimethylamino)-9,9-spirofluorene) 및 MTDATA(4,4',4"-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine) 중 어느 하나 이상을 포함하는 물질로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
전자 저지층(EBL)은 유기 발광층(EML)에 주입된 전자가 정공 수송층(HTL)으로 넘어오는 것을 저지하기 위한 유기층이다. 전자 저지층(EBL)은, 전자의 이동을 저지하여 유기 발광층(EML)에서 정공과 전자의 결합을 향상시키고, 유기 발광층(EML)의 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 이러한 전자 저지층(EBL)은 정공 수송층(HTL)과 동일한 물질로 이루어질 수 있으며, 정공 수송층(HTL)과 전자 저지층(EBL)은 별개의 층으로 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 정공 수송층(HTL)과 전자 저지층(EBL)통합될 수 있다.
유기 발광층(EML)에서는 제1 전극(115)을 통해 공급된 정공과 제2 전극(117)을 통해 공급된 전자들이 재결합되므로 여기자(exciton)가 생성된다. 그리고, 여기자가 생성되는 영역은 발광 영역(Emission Zone, Emission Area) 또는 재결합 영역(Recombination Zone)이라고 할 수 있다.
유기 발광층(EML)은 정공 수송층(HTL) 및 전자 수송층(ETL) 사이에 배치되고, 특정 색의 광을 발광할 수 있는 물질을 포함한다. 이때, 유기 발광층(EML)은 적색 광을 발광할 수 있는 물질을 포함할 수 있다.
유기 발광층(EML)은 호스트-도펀트 시스템(Host-Dopant System) 즉, 큰 중량비를 차지하는 호스트 물질에 발광 도펀트 물질이 소량의 중량비를 차지하도록 도핑된 시스템을 가질 수 있다.
이때, 유기 발광층(EML)은 복수의 호스트 물질들을 포함하거나, 단일 호스트 물질을 포함할 수 있다. 복수의 호스트 물질 또는 단일 호스트 물질을 포함하는 유기 발광층(EML)에는 적색 인광 도펀트 물질이 도핑된다. 즉, 유기 발광층(EML)은 적색 발광층이고, 유기 발광층(EML)에서 발광하는 광의 파장의 범위는 600nm 내지 660nm일 수 있다.
적색 인광 도펀트 물질은 적색 광을 발광할 수 있는 물질이다. 적색 인광 도펀트 물질이 도핑된 유기 발광층(EML)에서 발광하는 광의 EL 스펙트럼은 적색 파장 영역에서 피크를 가지거나, 적색에 해당하는 파장 영역에서 피크를 가질 수 있다.
적색 인광 도펀트 물질은 Ir(ppy)3(fac tris(2-phenylpyridine)iridium)(tris(2- phenylpyridine)iridium), PIQIr(acac)(bis(1-phenylisoquinoline) acetylacetonate iridium), PQIr(acac)(bis(1-phenylquinoline) acetylacetonate iridium), PQIr(tris(1-phenylquinoline) iridium) Ir(piq)3(tris(1-phenylisoquinoline)iridium), Ir(piq)2(acac)(bis(1-phenylisoquinoline)(acetylacetonate)iridium)을 포함하는 이리듐(Ir) 리간드 착물, PtOEP(octaethylporphyrinporphine platinum) PBD:Eu(DBM)3(Phen) 또는 Perylene 중 어느 하나 이상을 포함하는 물질로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
전자 수송층(ETL)은 전자 주입층(EIL)으로부터 전자를 공급받는다. 전자 수송층(ETL)은 공급받은 전자를 유기 발광층(EML)으로 전달한다.
또한, 전자 수송층(ETL)은 정공 저지층(Hole Blocking Layer; HBL)과 같은 기능을 할 수 있다. 정공 저지층은 유기 발광층(EML)에서 재결합에 참여하지 못한 정공이 새어나가는 것을 방지할 수 있다.
전자 수송층(ETL)은, 예를 들어, Liq(8-hydroxyquinolinolato-lithium), PBD(2-(4-biphenyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole), TAZ(3-(4-biphenyl)4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole), BCP(2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) 및 BAlq(bis(2-methyl-8-quinolinolate)-4-(phenylphenolato)aluminium) 중에서 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
전자 주입층(EIL)은 제2 전극(117)으로부터 유기 발광층(EML)으로 전자의 주입을 원활하게 하는 층이다. 전자 주입층(EIL)은, 예를 들어, LiF, BaF2, CsF 등과 같이 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속 이온 형태 중 어느 하나 이상을 포함하는 물질로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
전자 주입층(EIL) 및 전자 수송층(ETL)은 유기 발광 소자를 이용하는 조명 장치(100)의 구조나 특성에 따라 생략될 수도 있다.
도 3b를 참조하면, 유기층(116)은 제1 유기 발광층(EML1)을 포함하는 제1 스택(ST1), 제2 유기 발광층(EML2)을 포함하는 제2 스택(ST2) 및 제1 스택(ST1)과 제2 스택(ST2) 사이에 배치되는 전하생성층(CGL)을 포함한다.
여기서, 제1 스택(ST1)은 전자 주입층(EIL), 제1 전자 수송층(ETL1), 제1 유기 발광층(EML1), 제1 전자 저지층(EBL1) 및 제1 정공 수송층(HTL1)을 포함하고, 제2 스택(ST2)은 제2 전자 수송층(ETL2), 제2 유기 발광층(EML2), 제2 전자 저지층(EBL2) 및 제2 정공 수송층(HTL2) 및 정공 주입층(HIL)을 포함하며, 이러한 각층의 역할 및 구성은 전술한 바와 같다.
한편, 전하 생성층(CGL)은 제1 스택(ST1) 및 제2 스택(ST2) 사이에 배치된다. 전하 생성층(CGL)은 제1 스택(ST1) 및 제2 스택(ST2)으로 전하를 공급하여 제1 스택(ST1)과 제2 스택(ST2)에서 전하 균형을 조절한다.
전하 생성층(CGL)은 N형 전하 생성층(N-CGL) 및 P형 전하 생성층(P-CGL)을 포함한다. N형 전하 생성층(N-CGL)은 제2 전자 수송층(ETL2)에 접하고, P형 전하 생성층(P-CGL)은 N형 전하 생성층(N-CGL) 및 제1 정공 수송층(HTL1) 사이에 배치된다. 전하 생성층(CGL)은 N형 전하 생성층(N-CGL) 및 P형 전하 생성층(P-CGL)을 포함하는 복수의 층으로 구성될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 단일층으로 구성될 수도 있다.
N형 전하 생성층(N-CGL)은 제1 스택(ST1)으로 전자를 주입한다. N형 전하 생성층(N-CGL)은 N형 도펀트 물질 및 N형 호스트 물질을 포함할 수 있다. N형 도펀트 물질은 주기율표 상의 제1 족 및 제2 족의 금속 또는 전자를 주입할 수 있는 유기물 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 예를 들어, N형 도펀트 물질은 알칼리 금속 및 알칼리 토금속 중 어느 하나일 수 있다. 즉, N형 전하 생성층(N-CGL)은 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 또는 세슘(Cs)과 같은 알칼리 금속, 또는 마그네슘(Mg), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 또는 라듐(Ra)과 같은 알칼리 토금속으로 도핑된 유기층(116)으로 이루어질 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. N형 호스트 물질은, 전자를 전달할 수 있는 물질, 예를 들어, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), Liq(8-hydroxyquinolinolato-lithium), PBD(2-(4-biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4oxadiazole), TAZ(3-(4-biphenyl)4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole), spiro-PBD, 및 BAlq(bis(2-methyl-8-quinolinolate)-4-(phenylphenolato)aluminium), SAlq, TPBi(2,2',2-(1,3,5-benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole), 옥사디아졸(oxadiazole), 트리아졸(triazole), 페난트롤린(phenanthroline), 벤족사졸(benzoxazole) 또는 벤즈티아졸(benzthiazole)중 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
P형 전하 생성층(P-CGL)은 제2 스택(ST2)으로 정공을 주입한다. P형 전하 생성층(P-CGL)은 P형 도펀트 물질 및 P형 호스트 물질을 포함할 수 있다. P형 도펀트 물질은 금속 산화물, 테트라플루오로-테트라시아노퀴노디메탄(F4-TCNQ), HAT-CN(Hexaazatriphenylene-hexacarbonitrile), 헥사아자트리페닐렌 등과 같은 유기물 또는 V2O5, MoOx, WO3 등과 같은 금속 물질로 이루어질 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. P형 호스트 물질은, 정공을 전달할 수 있는 물질, 예를 들어, NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenyl benzidine)(N,N'-bis(naphthalene-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-2,2'-dimethylbenzidine), TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine) 및 MTDATA(4,4',4-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine) 중 어느 하나 이상을 포함하는 물질로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
도 3c를 참조하면, 유기층(116)은 제1 유기 발광층(EML1)을 포함하는 제1 스택(ST1), 제2 유기 발광층(EML2)을 포함하는 제2 스택(ST2), 제3 유기 발광층(EML3)을 포함하는 제3 스택(ST3), 제1 스택(ST1)과 제2 스택(ST2) 사이에 배치되는 제1 전하생성층(CGL1) 및 제2 스택(ST2)과 제3 스택(ST3) 사이에 배치되는 제2 전하생성층(CGL2)을 포함한다.
여기서, 제1 스택(ST1)은 전자 주입층(EIL), 제1 전자 수송층(ETL1), 제1 유기 발광층(EML1), 제1 전자 저지층(EBL1) 및 제1 정공 수송층(HTL1)을 포함하고, 제2 스택(ST2)은 제2 전자 수송층(ETL2), 제2 유기 발광층(EML2), 제2 전자 저지층(EBL2) 및 제2 정공 수송층(HTL2)을 포함하고, 제3 스택(ST3)은 제3 전자 수송층(ETL3), 제3 유기 발광층(EML3), 제3 전자 저지층(EBL3), 제3 정공 수송층(HTL3) 및 정공 주입층(HIL)을 포함하며, 이러한 각층의 역할 및 구성은 전술한 바와 같다.
그리고, 제1 전하 생성층(CGL1)은 제1 N형 전하 생성층(N-CGL1) 및 제1 P형 전하 생성층(P-CGL1)을 포함하고, 제1 N형 전하 생성층(N-CGL1)은 제2 전자 수송층(ETL2)에 접하고, 제1 P형 전하 생성층(P-CGL1)은 제1 N형 전하 생성층(N-CGL1) 및 제1 정공 수송층(HTL1) 사이에 배치된다.
제2 전하 생성층(CGL2)은 제2 N형 전하 생성층(N-CGL2) 및 제2 P형 전하 생성층(P-CGL2)을 포함하고, 제2 N형 전하 생성층(N-CGL2)은 제3 전자 수송층(ETL3)에 접하고, 제2 P형 전하 생성층(P-CGL2)은 제2 N형 전하 생성층(N-CGL2) 및 제2 정공 수송층(HTL2) 사이에 배치된다. 이러한 제1 및 제2 전하 생성층(CGL1, CGL2)의 역할 및 구성은 전술한 바와 같다.
다만, 여기서 제1 유기 발광층(EML1) 및 제3 유기 발광층(EML3)은 적녹색 유기 발광층이고, 제1 유기 발광층(EML1) 및 제3 유기 발광층(EML3)에서 발광하는 파장의 범위는 520nm 내지 580nm일 수 있고, 제2 유기 발광층(EML2)은 하늘색(sky blue) 유기 발광층이고, 제2 유기 발광층(EML)에서 발광하는 파장의 범위는 450nm 내지 480nm일 수 있다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 이용하는 조명 장치의 정면도이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 이용하는 조명 장치의 조명부를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4a에 도시된 Ⅰ-Ⅰ'선 및 Ⅱ-Ⅱ'에 따른 단면도이다.
구체적으로, 도 4a에서는 제1 전극(115), 제2 전극(117) 및 봉지부(120)의 배치관계에 대하여 도시하였고, 도 5a의 Ⅰ-Ⅰ'선에 따른 단면도는 제2 전극(117)과 제2 컨택 전극(117p)의 연결관계를 설명하기 위한 것이고, 도 5a의 Ⅱ-Ⅱ'선에 따른 단면도는 제1 전극(115)과 제1 컨택 전극(115p)의 연결관계를 설명하기 위한 것이다.
도 4a 및 도 5에 도시된 바와 같이, 기판(111) 상에 제1 전극(115)이 배치되고, 제2 전극(117) 상에 제2 전극(117)이 배치되고, 제2 전극(117)을 덮도록 봉지부(120)가 배치된다.
여기서, 제1 전극(115)과 제2 전극(117)이 중첩되는 영역은 제1 전극(115)과 제2 전극(117) 사이에 배치된 유기층(116)에서 빛이 발생하는 조명부(EA)로 정의될 수 있다.
제1 전극(115)을 투명 도전막으로 형성되어 발광되는 광을 투과한다는 장점을 가지지만, 불투명 금속에 비해 전기저항이 매우 높다는 단점이 있다. 따라서, 대면적의 조명 장치(100)를 제작하는 경우, 투명 고저항 도전막의 큰 저항으로 인해 넓은 조명부(EA)로 인가되는 전류의 분포가 고르지 않게 되며, 이러한 불균일한 전류분포는 대면적 조명장치의 균일한 휘도의 발광을 불가능하게 한다.
이에, 도 4b 및 도 5에 도시된 바와 같이, 대면적 조명 장치(100)의 균일한 휘도의 발광을 위하여, 조명부(EA)로 인가되는 전류의 분포를 고르게 하는 제1 전극(115)과 전기적으로 연결되는 보조 배선(AL)이 배치될 수 있다.
보조 배선(AL)은 조명부(EA) 전체에 걸쳐 얇은 폭의 그물망 형상, 매시 형상, 육각형이나 팔각형 형상, 또는 원 형상 등으로 배치되고, 알루미늄(Al), 금(Au), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 또는 이들의 합금과 같이 전도성이 좋은 금속으로 구성될 수 있다. 도시하지 않았지만, 보조 배선(AL)은 상부 보조 배선(AL)과 하부 보조 배선(AL)의 2층 구조로 구성될 수도 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 단일층으로 구성될 수도 있다.
여기서, 도 5에서는 제1 전극(115)과 전기적으로 연결되는 보조 배선(AL)은 제1 전극(115)과 전기적으로 접촉을 위하여, 제1 전극(115) 하부에 보조 배선(AL)이 배치되는 것을 도시하였으나, 이에 한정되느 않고 보조 배선(AL)은 제1 전극(115) 상부에 배치될 수 있다.
더욱이, 제1 전극(115)이 삼중층으로 형성될 경우, 제1 전극(115)의 삼중층 사이에 보조 배선(AL)이 배치될 수 있으나, 이에 대한 자세한 내용은 도 6c 내지 6f를 참조하여 후술한다.
그리고, 도 4a에 도시된 바와 같이 제1 전극(115)은 일 변의 중앙부에 리세션(recession)이 형성된 형태의 전극층으로 구성될 수 있으며, 일 변의 양측 단에는 제1 전극(115)과 보조 배선(AL)을 통해 전기적으로 연결되는 제1 컨택 전극(115p)이 연장되어 배치될 수 있다. 다만, 제1 전극(115)의 형태는 이에 한정되지 않고 리세션이 형성된 다양한 형태로 형성될 수 있다.
그리고, 제1 전극(115)의 일 변의 리세션 내부에는 제1 전극(115)과 분리되는 제2 컨택 전극(117p)이 배치될 수 있다. 제2 컨택 전극(117p)은 도 5a에 Ⅱ-Ⅱ'선에 따른 단면도에서 나타난 바와 같이, 제2 전극(117)과 연결홀(CNT)를 통해 전기적으로 연결된다.
구체적으로, 도 5의 Ⅰ-Ⅰ'선에 따른 단면도에서 나타난 바와 같이, 제1 컨택 전극(115p)은 보조 배선(AL)을 통해, 제1 전극(115)과 연결되어, 제1 전극(115)과 등전위 면을 이루므로, 제1 컨택 전극(115p), 보조 배선(AL) 및 제1 전극(115)은 도통된다. 그리고, 5a의 Ⅱ-Ⅱ'선에 따른 단면도에서 나타난 바와 같이, 제2 컨택 전극(117p)은 제2 전극(117) 및 더미 전극(DM)과 도통된다.
상술한 더미 전극(DM)은 보조 배선(AL)과 동일층 상에 동일 물질로 형성되나, 리세션 내부에 배치되어 보조 배선(AL)과 전기적으로 분리된다. 이에, 제1 전극(115)과 제2 전극(117)은 도통되지 않게 되어 유기층(116)에 전류를 공급할 수 있게 된다.
여기서 제1 컨택 전극(115p) 및 제2 컨택 전극(117p)은 전도성이 높은 금속으로 형성될 수 있고, 구체적으로 제1 컨택 전극(115p) 및 제2 컨택 전극(117p)은 제1 전극(115)과 동일 층에 동일 물질로 형성될 수 있다. 이에, 후술할 바와 같이 제1 전극(115)은 삼중층의 전극 패턴으로 형성될 수 있으므로, 제1 컨택 전극(115p) 및 제2 컨택 전극(117p) 또한 제1 전극(115)과 동일하게 삼중층의 전극 패턴으로 형성될 수 있다.
그리고, 봉지부(120)는 제1 전극(115)과 제2 전극(117)을 모두 덮도록 형성되나, 제1 컨택 전극(115p) 및 제2 컨택 전극(117p)을 노출시킨다. 이로써, 제1 컨택 전극(115p) 및 제2 컨택 전극(117p)은 외부와 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 제1 전극(115)은 외부와 연결되는 제1 컨택 전극(115p)을 통해 신호를 인가 받을 수 있고, 제2 전극(117)은 외부와 연결되는 제2 전극(117)을 통해 외부와 연결될 수 있다.
절연층(INS)은 조명부(EA)의 보조 배선(AL)이 배치되는 비발광 영역 상에서 제1 전극(115)과 제2 전극(117) 사이에 배치되어, 유기층(116)의 손상으로 인해 제1 전극(115)과 제2 전극(117)이 단락되는 것을 방지한다.
구체적으로 절연층(INS)은 보조 배선(AL) 및 그 상부의 비발광 영역의 제1 전극(115)을 덮도록 구성된다. 이렇게 절연층(INS)은 보조 배선(AL)을 둘러싸도록 형성되어 보조 배선(AL)에 의한 단차를 감소시킴으로써, 이후 형성되는 각종 층들이 단선되지 않고 안정적으로 형성되도록 할 수 있다. 절연층(INS)은 산화 규소(SiOx)나 질화 규소(SiNx) 등의 무기물로 구성될 수 있다. 그러나, 절연층(INS)은 포토아크릴과 같은 유기물로 구성될 수도 있고, 무기물 및 유기물의 복수의 층으로 구성될 수도 있다.
그리고, 도 4b에 도시된 바와 같이, 절연층(INS)은 전류가 공급되는 제1 전극(115)에 단락 방지(Short Reduction) 패턴을 형성하여 내로우 패스(narrow path)를 반영하고, 절연으로 단락방지 패턴을 커버하여 단락 발생을 방지하고 있다. 즉, 단락방지 패턴은 개별 화소의 발광 영역 외곽을 둘러싸도록 형성되며, 개별 화소에 저항을 추가하여 단락 발생 영역으로 흐르는 전류를 제한하게 된다.
도 6a 내지 6f는 도 4b에 도시된 Ⅲ-Ⅲ'에 따른 복수의 단면도들이다.
구체적으로, 도 6a 및 6b에서는 단일층의 제1 전극(115)에 대하여 도시하였고, 도 6c 내지 6f에서는 삼중층의 제1 전극(115)에 대해서 도시하였다.
도 6a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 이용하는 조명 장치(100)는 기판(111) 상에 보조 배선(AL)이 배치될 수 있고, 보조 배선(AL)을 덮도록 단층의 제1 전극(115)이 형성될 수 있다. 그리고, 단층의 제1 전극(115) 상에 보조 배선(AL)과 중첩되도록 절연층(INS)이 형성될 수 있다.
다시 말하면, 불투명 금속으로 형성되는 보조 배선(AL)에 의한 비발광 영역에 절연층(INS)이 배치된다.
그리고, 절연층(INS)이 형성된 제1 전극(115) 상에 유기층(116) 및 제2 전극(117)이 순차적으로 배치된다.
그리고, 도 6b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에서는 기판(111) 상에 단층의 제1 전극(115)이 기판(111) 전면에 배치될 수 있고, 제1 전극(115) 상에 보조 배선(AL)이 배치될 수 있다. 그리고, 보조 배선(AL) 상에 보조 배선(AL)과 중첩되도록 절연층(INS)이 형성될 수 있다.
여기서, 제1 전극(115)이 단층일 경우, 제1 전극(115)은 전도성이 좋은 투명한 금속성 산화물질인 ITO(Indium Tin Oixde)나 IZO(Indium Zinc Oxide)로 형성될 수 있다.
그리고 도 6c 내지 6f에서는, 제1 전극(115)은 삼중층의 전극으로 형성될 수 있다.
구체적으로, 제1 전극(115)은 기판(111) 상에 순차적으로 적층된 하층 전극(115a), 중간층 전극(115b) 및 상층 전극(115c)을 포함하여 구성될 수 있다.
다시 말하면 제1 전극(115)은 유기층(116)과 접촉하는 상층 전극(115c), 상층 전극(115c)과 접촉하는 중간층 전극(115b) 및 중간층 전극(115b)과 접촉하는 하층 전극(115a)을 포함할 수 있다.
그리고, 도 6c 내지 6f에 도시된 바와 같이, 보조 배선(AL)은 삼중층의 제1 전극(115)의 내부 또는 외부에 다양하게 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 6c에 도시된 바와 같이, 기판(111) 상에 보조 배선(AL)이 배치되고, 보조 배선(AL) 상에 하층 전극(115a), 중간층 전극(115b) 및 상층 전극(115c)이 순차적으로 배치될 수 있다. 즉, 보조 배선(AL)은 하층 전극(115a)과 기판(111) 사이에 배치될 수 있다.
이후, 상층 전극(115c) 상에 절연층(INS), 유기층(116) 및 제2 전극(117)이 순차적으로 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 6d에 도시된 바와 같이, 기판(111) 상에 하층 전극(115a)이 배치되고, 하층 전극(115a) 상에 보조 배선(AL)이 배치될 수 있다. 그리고 보조 배선(AL)을 덮도록 중간층 전극(115b) 및 상층 전극(115c)이 순차적으로 배치될 수 있다. 즉, 보조 배선(AL)은 중간층 전극(115b)과 하층 전극(115a) 사이에 배치될 수 있다.
이후, 상층 전극(115c) 상에 절연층(INS), 유기층(116) 및 제2 전극(117)이 순차적으로 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 도 6e에 도시된 바와 같이, 기판(111) 상에 하층 전극(115a) 및 중간층 전극(115b)이 순차적으로 배치되고, 중간 전극 상에 보조 배선(AL)이 배치된다. 그리고 보조 배선(AL)을 덮도록 상층 전극(115c)이 배치될 수 있다. 즉, 보조 배선(AL)은 상층 전극(115c)과 중간층 전극(115b) 사이에 배치될 수 있다.
이후, 상층 전극(115c) 상에 절연층(INS), 유기층(116) 및 제2 전극(117)이 순차적으로 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 도 6f에 도시된 바와 같이, 기판(111) 상에 하층 전극(115a), 중간층 전극(115b) 및 상층 전극(115c)이 순차적으로 배치되고, 상층 전극(115c) 상에 보조 배선(AL)이 배치될 수 있다.
이후, 보조 배선(AL)을 덮도록 절연층(INS), 유기층(116) 및 제2 전극(117)이 순차적으로 배치될 수 있다. 즉, 보조 배선(AL)은 유기층(116)과 상층 전극(115c) 사이에 배치될 수 있다.
이렇게, 제1 전극(115)을 삼중층으로 형성함으로써, 제1 전극(115), 제2 전극(117) 및 유기층(116)을 포함하는 유기 발광 소자에서 유기층(116)의 법선 방향과 일정 각도를 이루며 발광할 수 있게 된다.
구체적으로, 상층 전극(115c)은 1000Å보다 얇은 두께의 ITO(Indium-Tin-Oxide)이고, 중간층 전극(115b)은 150Å 내지 350Å의 두께를 갖는 금속인 은(Ag)이고, 하층 전극(115a)은 1.4 내지 1.5의 굴절율을 갖는 유전체(dielectric)일 수 있다.
이러한 경우, 유기 발광 소자 유닛(110)에서 유기층(116)의 법선 방향과 15° 내지 20°의 각도를 이루며 출광될 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 도 7을 참조하여 후술한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 포함하는 조명 장치의 발광 경로를 나타내는 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 포함하는 조명 장치의 배광 분포를 설명하기 위한 그래프이다.
외부 광추출층(130)은 유기 발광 소자 유닛(110)에서 일정 각도를 유지하며 발생된 빛을 전면으로 굴절시켜 전방 휘도를 향상시킨다.
구체적으로, 도 1 및 도 7에 도시된 바와 같이, 외부 광추출층(130)은 유기 발광 소자 유닛(110)의 광 추출 방향인 배면에 부착되고, 외부 광추출층(130)은 적어도 하나의 정사각뿔 형태의 단위 구조체를 포함한다. 구체적으로, 정사각뿔 형태의 단위 구조체의 단면은 삼각형일 수 있다.
이러한 정사각뿔 형태의 단위 구조체의 꼭지각은 단위 구조체의 꼭지각은 90°이고, 밑면의 일 변의 길이(L)는 1μm 내지 500μm일 수 있다.
만약 단위 구조체의 밑면의 길이가 1μm 미만인 경우, 단위 구조체에 의한 패턴 밀도가 증가하여, 조명 장치(100)에서 발광하는 빛이 울렁여보이는 모아레(Moire) 현상이 발생할 수 있다.
이와 반대로, 단위 구조체의 밑면의 길이(L)가 500μm 이상인 경우, 비발광 영역에 배치되는 보조 배선(AL)이 직접적으로 노출되어 외부에서 패턴이 인식되어 시인성이 저하되는 문제점이 있다.
이에, 정사각뿔 형태의 단위 구조체의 밑면의 일 변의 길이(L)는 1μm 내지 500μm로 정해질 수 있다.
즉, 종래의 유기 발광 소자의 제1 전극(115)은 단층으로 형성되어 약한 공진 구조를 형성하므로, 유기 발광 소자에서 발생하는 빛을 특정 방향으로 집중시키는 것이 제한적이었다. 이에, 유기 발광 소자에서 발생하는 빛은 무작위 방향으로 발산하므로, 조명 장치의 정면 휘도 집중도가 저하될 수 밖에 없었다.
그러나, 도 7을 참고하며 본 발명의 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치(100)는 유기 발광 소자 유닛(110)에서 유기층(116)의 법선 방향과 일정 각도를 이루며 출광될 수 있고, 이렇게 편향된 빛을 외부 광추출층(130)이 유기층(116)의 법선 방향인 전면 방향으로 굴절시킨다.
구체적으로, 외부 광추출층(130)의 정사각뿔 형태의 단위 구조체는 17도 근방으로 입사하는 광에 대해 최대의 정면휘도기여율을 갖는다. 사(115b)의 두께를 조절하여 제1 전극(115)의 반사율을 조절할 수 있고, 이에 따라 공진의 세기가 달라져 광의 취출각이 달라지게 된다. 이를 이용하여 정사각뿔 형태 단위 구조체에 입사하는 광의 입사각을 17도 근방으로 제어하여 정면 휘도를 향상시킬 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치(100)는 전면 휘도가 향상되어 전면 휘도가 12000nit까지 도달할 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 비교예인 종래의 조명 장치의 경우, 0° 내지 30° 주위에서 비슷한 세기의 광이 발생하는 것을 확인할 수 있다.
이와 반면에, 본 발명의 일 실시예의 조명 장치(100)의 경우, 배광 분포가 0° 주위에서 가장 휘도가 집중되어 있고, 30°가 되면 휘도가 급격하게 감소되는 것을 확인할 수 있다.
이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 포함하는 조명 장치(100)는 휘도가 전면에 집중되어, 전면 휘도가 향상되는 것을 확인할 수 있다.
이하에서는 도 9a 및 9b를 참조하여, 제1 전극(115)의 구성에 따라 조명 장치(100)의 전면 휘도가 달라짐을 설명한다.
도 9a는 본 발명의 일 실시예의 중간층 전극의 두께에 따른 전면 휘도의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 9b는 본 발명의 일 실시예의 제1 전극의 반사율에 따른 전면 휘도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9a를 참조하면, 전술한 바와 같이 은(Ag)으로 구성되는 중간층 전극(115b)은 150Å 내지 350Å의 두께를 가질 때, 조명 장치(100)는 8000nit 이상의 전면 휘도를 갖게 됨을 확인할 수 있다.
이에, 중간층 전극(115b)은 150Å 내지 350Å의 두께일 경우, 전면 휘도가 향상됨을 확인 할 수 있다.
그리고, 도 9b를 참조하면, 제1 전극(115)의 650nm 파장의 빛에 대한 반사율에 따라 조명 장치(100)의 전면 휘도가 달라지는 것을 확인 할 수 있다.
구체적으로, 제1 전극(115)의 650nm 파장의 빛에 대한 반사율이 40% 내지 70%인 경우, 조명 장치(100)는 8000nit 이상의 전면 휘도를 갖게 됨을 확인할 수 있게 된다.
이에, 제1 전극(115)의 650nm 파장의 빛에 대한 반사율이 40% 내지 70%인 경우, 전면 휘도가 향상됨을 확인 할 수 있다.
도 10a는 본 발명의 일 실시예의 하층 전극의 굴절률에 따른 전면 휘도의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 10b는 본 발명의 일 실시예의 하층 전극의 두께에 따른 전면 휘도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10a를 참조하면, 하층 전극(115a)이 1.4 내지 1.5의 굴절률을 갖는 유전체(dielectric)일 때, 조명 장치(100)는 9600nit 이상의 최대 전면 휘도를 출력할 수 있게 됨을 확인할 수 있다.
이에, 하층 전극(115a)이 1.4 내지 1.5의 굴절율을 갖을 경우, 전면 휘도가 향상됨을 확인 할 수 있다.
그리고, 도 10b를 참조하면, 유전체(dielectric)로 구성되는 하층 전극(115a)의 두께가 100Å일 때, 조명 장치(100)는 9500nit 이상의 최대 전면 휘도를 출력할 수 있게 되고, 하층 전극(115a)의 두께가 100Å보다 증가할수록 조명 장치(100)의 전면 휘도가 최대 전면 휘도보다 조금씩 감소함을 확인할 수 있다.
이에, 하층 전극(115a)의 두께가 100Å인 경우, 전면 휘도가 향상됨을 확인 할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예는 다음과 같이 설명될 수 있다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 이용하는 조명 장치는 기판 상에 배치되는 유기층을 구비하고 유기층의 법선 방향과 일정 각도를 이루며 발광하는 유기 발광 소자 유닛 및 유기 발광 소자 유닛에서 발생된 광을 법선 방향으로 굴절시키는 외부 광추출층을 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 외부 광추출층은 적어도 하나의 정사각뿔 형태의 단위 구조체를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 단위 구조체의 꼭지각은 90° 일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 단위 구조체의 밑면은 일 변의 길이가 1μm 내지 500μm인 정사각형일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 유기 발광 소자 유닛은 유기층 양면에 부착되는 제1 전극 및 제2 전극을 더 포함하고 제1 전극은 유기층과 접촉하는 상층 전극 상층 전극과 접촉하는 중간층 전극 중간층 전극과 접촉하는 하층 전극을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상층 전극은 1000Å보다 얇은 두께의 ITO(Indium-Tin-Oxide)로 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 중간층 전극은 150Å 내지 350Å의 두께의 금속층으로 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 하층 전극의 굴절률은 1.4 내지 1.5일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 전극의 반사율은 40% 내지 70% 일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 유기 발광 소자 유닛은 제1 전극에 전기적으로 연결되는 보조 배선을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 보조 배선은 유기층과 상층 전극 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 보조 배선은 상층 전극과 중간층 전극 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 보조 배선은 중간층 전극과 하층 전극 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 보조 배선은 하층 전극과 기판 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 유기층은 적어도 하나의 유기 발광층을 포함하고 적어도 하나의 유기 발광층 사이에는 전하 생성층이 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 적어도 하나의 유기 발광층은 제1 유기 발광층 및 제2 유기 발광층으로 구성되고, 제1 유기 발광층 및 제2 유기 발광층은 각각 적색 도펀트를 포함할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 조명 장치
110: 유기 발광 소자 유닛
120: 봉지부
130: 외부 광추출층
111: 기판
112: 내부 광추출층
113: 평탄화층
114: 배리어층
115: 제1 전극
116: 유기층
117: 제2 전극
121: 점착층
122: 금속 필름
123: 보호 필름
115a: 하층 전극
115b: 중간층 전극
115c: 상층 전극
115p: 제1 컨택 전극
117p: 제2 컨택 전극
INS: 절연층
AL: 보조 배선
EA: 조명부

Claims (16)

  1. 기판 상에 배치되는 유기층을 구비하고 상기 유기층의 법선 방향과 일정 각도를 이루며 발광하는 유기 발광 소자 유닛 및
    상기 유기 발광 소자 유닛에서 발생된 광을 상기 법선 방향으로 굴절시키는 외부 광추출층을 포함하는, 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외부 광추출층은 적어도 하나의 정사각뿔 형태의 단위 구조체를 포함하는, 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 단위 구조체의 꼭지각은 90°인, 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 단위 구조체의 밑면은 일 변의 길이가 1μm 내지 500μm인 정사각형인, 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유기 발광 소자 유닛은
    상기 유기층 양면에 부착되는 제1 전극 및 제2 전극을 더 포함하고
    상기 제1 전극은
    상기 유기층과 접촉하는 상층 전극
    상기 상층 전극과 접촉하는 중간층 전극
    상기 중간층 전극과 접촉하는 하층 전극을 포함하는, 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 상층 전극은 1000Å보다 얇은 두께의 ITO(Indium-Tin-Oxide)로 구성되는, 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 중간층 전극은 150Å 내지 350Å의 두께의 금속층으로 구성되는, 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 하층 전극의 굴절률은 1.4 내지 1.5인, 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 제1 전극의 반사율은 40% 내지 70%인, 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 유기 발광 소자 유닛은
    상기 제1 전극에 전기적으로 연결되는 보조 배선을 더 포함하는, 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 보조 배선은
    상기 유기층과 상층 전극 사이에 배치되는, 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 보조 배선은
    상기 상층 전극과 중간층 전극 사이에 배치되는, 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 보조 배선은
    상기 중간층 전극과 하층 전극 사이에 배치되는, 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 보조 배선은
    상기 하층 전극과 기판 사이에 배치되는, 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 유기층은
    적어도 하나의 유기 발광층을 포함하고
    적어도 하나의 유기 발광층 사이에는 전하 생성층이 배치되는, 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 유기 발광층은
    제1 유기 발광층 및 제2 유기 발광층으로 구성되고,
    상기 제1 유기 발광층 및 상기 제2 유기 발광층은 각각 적색 도펀트를 포함하는, 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치.
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