WO2012021024A2 - 유기 발광 소자 및 이의 제조 방법 - Google Patents

유기 발광 소자 및 이의 제조 방법 Download PDF

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light emitting
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강민수
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Definitions

  • the present invention relates to an organic light emitting device and a method of manufacturing the same. Specifically, the present invention relates to an organic light emitting device and a method for manufacturing the same, which are excellent in mass production and which can simplify deposition facilities.
  • the organic light emitting device is composed of two opposite electrodes and a thin film of organic material having a multilayer semiconductor property therebetween.
  • the organic light emitting device having such a configuration uses a phenomenon of converting electrical energy into light energy using an organic material, that is, an organic light emitting phenomenon.
  • an organic light emitting phenomenon Specifically, in the structure in which the organic material layer is positioned between the anode and the cathode, when a voltage is applied between the two electrodes, holes are injected into the organic material and electrons are injected into the cathode. When the injected holes and electrons meet, excitons are formed, and when the excitons fall back to the ground, they shine.
  • the organic light emitting device As described above, light generated in the organic material layer is emitted through the light transmitting electrode, and the organic light emitting device may be classified into top emission, bottom emission, and double emission.
  • the organic light emitting device may be classified into top emission, bottom emission, and double emission.
  • one of the two electrodes In the case of the front emission or the bottom emission type, one of the two electrodes must be a light transmissive electrode, and in the case of the double emission type, both electrodes must be the light transmissive electrode.
  • the device In order to use an organic light emitting device as an illumination, the device must be driven at a high brightness unlike a conventional color display, and maintain a constant luminance like a conventional lighting. In order to sufficiently improve the luminance of the organic light emitting device, light emission should be performed in a large area, and in order to emit light in such a large area, a high driving current should be used. In addition, in order to maintain a constant brightness in a large area, such a high current must be uniformly injected into the device of a large area.
  • an organic light emitting device for illumination has a structure in which a transparent electrode, an organic material layer, and a metal electrode are sequentially deposited on a substrate. Since the area of the organic material layer and the planar pattern of the deposition pattern of the metal electrode are different from each other when the organic light emitting device is manufactured, different masks are used to deposit the organic layer and the metal electrode. Accordingly, the mask needs to be replaced in the middle of the deposition process, the deposition equipment is complicated, the productivity is not high, and the manufacturing cost is also high.
  • the cluster type evaporator which is generally used has an organic layer mask or a metal electrode mask prepared in each deposition chamber, and when the substrate enters the deposition chamber, the mask and the substrate are laminated, and then the organic or metal is deposited.
  • the number of masks may be increased in proportion to the number of deposition chambers.
  • This method requires a transfer time of a substrate, a laminate time of a substrate and a mask, and a deposition time of an organic material or a metal, and thus there is a limit to improving productivity.
  • in-line deposition equipment can be omitted because most of the preparation process has a lot of opportunities to improve the productivity.
  • the mask replacement process is required in the process of changing from the organic material deposition process to the metal electrode deposition process in the in-line process, in this process productivity may be lowered.
  • the present invention is to provide an organic light emitting device and a method of manufacturing the same, which is excellent in productivity and can be manufactured by simplifying a deposition apparatus.
  • the present invention is to provide an organic light emitting device and a method of manufacturing the same by reducing the number of masks required in the in-line process, to increase the productivity, and to reduce the production cost by eliminating the mask replacement process during the deposition process.
  • An exemplary embodiment of the present invention is an organic light emitting device having a structure in which a first electrode, an organic material layer, and a second electrode are sequentially stacked on a substrate, wherein the shape of the second electrode is the same as that of the organic material layer.
  • An organic light emitting device is provided.
  • Another embodiment of the present invention is an organic light emitting device having a structure in which a first electrode, an organic material layer, and a second electrode are sequentially stacked on a substrate, wherein an external terminal of the second electrode is disposed on the substrate.
  • An organic light emitting device is provided that is insulated and has a conductive pattern for electrically connecting the second electrode and an external terminal of the second electrode.
  • Another embodiment of the present invention includes forming a first electrode on a substrate; Forming an organic material layer on the first electrode by using a mask; And forming a second electrode on the organic material layer, wherein the organic material layer and the second electrode are formed with the same mask.
  • the organic light emitting device according to the present invention has the same shape of the pattern of the organic material layer and the pattern of the second electrode, the same mask may be used when forming the organic material layer and the second electrode, without having to replace the mask, respectively.
  • Productivity of the organic light emitting device can be increased, and manufacturing costs can be reduced.
  • the deposition equipment can be simplified when manufacturing the organic light emitting device, it is possible to obtain the effect of reducing the investment cost.
  • FIG. 1 is a view showing an embodiment of a conventional organic light emitting device.
  • FIG. 2 is a view showing an embodiment of an organic light emitting device according to the present invention.
  • FIG 3 is a view comparing current flow in one embodiment of an organic light emitting device according to the related art and the present invention.
  • FIG 4 and 5 are views showing one specific example of various forms of conductive patterns in the organic light emitting device according to the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing one specific example of the angle between the conductive pattern and the external terminal plane of the second electrode in the organic light emitting device according to the present invention.
  • FIG. 7 to 10 are views illustrating a process of forming the organic material layer and the upper electrode with one mask in accordance with the present invention.
  • An organic light emitting diode is an organic light emitting diode having a structure in which a first electrode, an organic material layer, and a second electrode are sequentially stacked on a substrate, and the shape of the second electrode is the same as that of the organic material layer. It is characterized by.
  • the shape of the second electrode and the shape of the organic material layer are the same, that the area of the second electrode is the same as the area of the organic material layer or has a difference within 10% of the area of the organic material layer.
  • the pattern form of the second electrode and the pattern form of the organic material layer are the same.
  • the shape of the second electrode has the same shape as that of the organic material layer as described above, the same mask can be used as the mask for forming the organic material layer and the mask for forming the second electrode.
  • the area of the organic material layer means an area occupied by the organic material layer on the first electrode when forming the organic material layer on the first electrode, that is, an area when viewed from the upper surface side of the second electrode of the device. do.
  • the area of the second electrode also means the area covering the first electrode and the organic material layer, that is, the area when viewed from the upper surface side of the second electrode of the device.
  • the pattern form of the organic material layer is a shape in which the organic material layer is stacked on the first electrode when forming the organic material layer on the first electrode, that is, a pattern when viewed from the upper surface side of the second electrode of the device. It means form.
  • the pattern form of the second electrode likewise means a pattern form in which the second electrode covers the first electrode and the organic material layer, that is, a pattern form when viewed from the upper surface side of the second electrode of the device.
  • the area of the second electrode may be the same as the area of the organic material layer. May vary slightly. However, since the same mask is used, the difference in area may be within a range of 10%, preferably within 5%, more preferably within 3%.
  • the pattern form of the second electrode and the organic material layer viewed from the upper side is the same, as described above. Since the area of the second electrode and the organic material layer may vary slightly due to a formation method or a process error, the ratio of the width and length of the pattern shape of the second electrode and the organic material layer may increase or decrease in proportion to each other. .
  • the organic layer and the second electrode are formed in regions corresponding to each other as well as having the same shape, the same area, or different areas within a specific range.
  • the organic light emitting device includes an external terminal of a second electrode provided to be insulated from the first electrode on the substrate, and electrically connects the second electrode and the external terminal of the second electrode. It may include a conductive pattern.
  • the external terminal of the second electrode may be electrically connected to the second electrode to receive an external voltage.
  • the second terminal and the external terminal of the second electrode may be electrically connected by including a conductive pattern electrically connecting the external terminal of the second electrode and the second electrode.
  • an external voltage In order for the organic light emitting diode to emit light, an external voltage must be applied to the first electrode and the second electrode.
  • An external voltage may be directly supplied to the first electrode, but the second electrode is electrically connected to a separate external terminal and then supplies an external voltage to the separate external terminal.
  • the second electrode is configured to directly contact the external terminal of the second electrode.
  • this configuration has a problem that the manufacturing process is complicated and expensive.
  • the shape of the organic layer and the shape of the second electrode may be the same as described above, and the electrical connection between the second electrode and the external terminal of the second electrode may be compensated for by the conductive pattern as described above.
  • the conductive pattern may have a structure penetrating the organic material layer from the upper surface of the external terminal of the second electrode to contact the second electrode or penetrate the second electrode.
  • the organic light emitting device comprises a substrate; External terminals of a first electrode provided on the substrate and a second electrode provided to be insulated from the first electrode; An organic material layer provided to cover at least a portion of external terminals of the first electrode and the second electrode; A second electrode provided on the organic material layer and having the same shape as the organic material layer; And a conductive pattern having a structure penetrating the organic material layer from an upper surface of an external terminal of the second electrode to contact the second electrode or penetrating the second electrode.
  • an insulating layer may be provided to insulate the first electrode located on the substrate from the external terminal of the second electrode.
  • the insulating layer is not particularly limited as long as the insulating layer can insulate the external terminals of the first electrode and the second electrode.
  • the organic material layer may be provided to cover the insulating layer.
  • the insulating layer may include a general photoresist material; Polyimide; Polyacrylic; Silicon nitride; Silicon oxide; Aluminum oxide; Aluminum nitride; Alkali metals; Or at least one oxide selected from fluorides of alkaline earth metals.
  • An organic light emitting diode is an organic light emitting diode having a structure in which a first electrode, an organic material layer, and a second electrode are sequentially stacked on a substrate, and an external terminal of the second electrode is formed on the substrate.
  • An external terminal of the second electrode insulated from the first electrode is provided, and a conductive pattern for electrically connecting the second electrode and the external terminal of the second electrode is provided. Description of the external terminal and the conductive pattern of the second electrode is as described above.
  • an insulating layer may be further provided on at least part of the outermost portion of the region where the organic material layer is in contact with the first electrode.
  • the first electrode and the second electrode are less likely to be energized and shorted, but by providing an insulating layer, the possibility of the two electrodes being energized can be further lowered.
  • the insulating layer may include a general photoresist material; Polyimide; Polyacrylic; Silicon nitride; Silicon oxide; Aluminum oxide; Aluminum nitride; Alkali metals; Or at least one oxide selected from fluorides of alkaline earth metals.
  • the thickness of the insulation layer may be 10 nm to 10 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • FIG. 1 One specific example of a conventional organic light emitting device is shown in FIG. 1.
  • a conventional organic light emitting device includes a first electrode, an organic material layer, and a second electrode provided on a substrate, and since the second electrode is in direct contact with an external terminal of the second electrode, an external voltage is applied. Will be supplied. That is, in the conventional organic light emitting device, in order for the second electrode and the external terminals of the second electrode to be electrically connected to each other, the external terminal surface of the second electrode must directly contact the second electrode. In other words, the organic material layer should not be deposited at a position corresponding to the external terminal of the second electrode. As a result, the size of the area on the plan view of the deposition pattern of the organic layer and the second electrode is inevitably different.
  • FIG. 2 one specific example of the organic light emitting device according to the present invention is shown in FIG. 2.
  • the organic light emitting diode according to the present invention includes a first electrode, an organic material layer, and a second electrode on a substrate, and the area of the pattern of the organic material layer and the second electrode is the same.
  • the second electrode may be electrically connected to the external terminal of the second electrode through a conductive pattern formed on the external terminal of the second electrode. have.
  • the conductive pattern may be formed before the organic material layer is formed on the upper surface of the external terminal of the second electrode.
  • the conductive pattern may be formed in a region where a second electrode is to be formed on an upper surface of an external terminal of the second electrode before the organic material layer and the second electrode are formed.
  • the conductive pattern When viewed from the upper surface side of the substrate, the conductive pattern may have various forms. As described above, the conductive pattern may be formed in the shape of one figure in the region to be formed, or may be distributed in the form of a plurality of independent or connected dots.
  • the cross-sectional shape of the conductive pattern is not particularly limited, and may be in any form, such as triangular, square or amorphous.
  • the side cross-sectional shape of the conductive pattern may be square or rectangular, but may have a rhombus, triangle or other modified shape.
  • FIGS. 4 and 5 Various forms of the conductive pattern are shown in FIGS. 4 and 5.
  • the maximum angle formed with the upper surface of the external terminal of the second electrode in the side cross-sectional shape of the conductive pattern is very important. It is preferable that the said maximum angle is 40 degree or more. Even after the organic material layer is formed, the organic material may be exposed without covering the side surfaces of the conductive pattern, and the conductive pattern may be electrically connected to the second electrode when the second electrode is formed later.
  • One embodiment is shown in FIG. 6.
  • the height of the conductive pattern is preferably at least twice the thickness of the organic material layer.
  • the conductive pattern includes two or more patterns, it is preferable that the height of the conductive pattern is two times or more of the thickness of the organic material layer. It is preferable that the height of the said conductive pattern is 1 micrometer or more, for example.
  • the conductive pattern may be formed by etching the conductive material layer after deposition or by using a printing method.
  • a pattern deposition of a metal such as aluminum, chromium, copper, silver, gold, molybdenum, or a transparent conductive material such as indium tin oxide (ITO) or indium zinc oxide (IZO) using a mask may be performed. After depositing in the region, it may be partially etched to form a pattern. It is also possible to print by patterning with a conductive paste or ink containing silver, copper, carbon or the like.
  • the organic light emitting device according to the present invention since the organic light emitting device according to the present invention has the same shape as the organic material layer and the second electrode, the organic light emitting device does not need to replace the mask in the process of forming the organic material layer and the second electrode. Can be increased. In addition, since the deposition equipment can be simplified when manufacturing the organic light emitting device, it is possible to obtain the effect of reducing the investment cost.
  • the first electrode and the second electrode may be an anode and a cathode, respectively, may be a cathode and an anode, respectively.
  • the materials of the first electrode and the second electrode may be those known in the art, and may be the same material.
  • a metal, a transparent conductive oxide, a conductive polymer, a composite thereof, or a laminated structure thereof may be used as the material of the first electrode and the second electrode.
  • the first electrode may be a transparent electrode
  • the second electrode may be a metal electrode, but is not limited thereto.
  • the first electrode may be formed by depositing ITO and the like
  • the second electrode may be formed by depositing Al and the like.
  • the first electrode may be formed of at least one selected from magnesium, calcium, sodium, potassium, titanium, indium, yttrium, lithium, gadolinium, aluminum, platinum, gold, tungsten, tantalum, copper, silver, tin, and lead. Can be.
  • the first electrode may be formed of a transparent conductive oxide.
  • the transparent conductive oxide may be formed of indium (In), tin (Sn), zinc (Zn), gallium (Ga), cerium (Ce), cadmium (Cd), magnesium (Mg), beryllium (Be), and silver (Ag). ), Molybdenum (Mo), vanadium (V), copper (Cu), iridium (Ir), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), tungsten (W), cobalt (Co), nickel (Ni), manganese ( Mn), at least one oxide selected from aluminum (Al), and lanthanum (La).
  • the first electrode may be sputtered, e-beam evaporation, thermal evaporation, laser molecular beam epitaxy (L-MBE), and pulsed laser evaporation (Pulsed).
  • Laser Vapor Deposition selected from any one of Physical Vapor Deposition (PVD); Thermal Chemical Vapor Deposition, Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD), Light Chemical Vapor Deposition, Laser Chemical Vapor Deposition, Metal- Chemical Vapor Deposition selected from Organic-Chemical Vapor Deposition (MOCVD) and Hydride Vapor Phase Epitaxy (HVPE);
  • the layer may be formed using atomic layer deposition (ALD).
  • the second electrode material may be a transparent conductive oxide.
  • the transparent conductive oxide may be indium (In), tin (Sn), zinc (Zn), gallium (Ga), cerium (Ce), cadmium (Cd), magnesium (Mg), beryllium (Be), silver (Ag), Molybdenum (Mo), Vanadium (V), Copper (Cu), Iridium (Ir), Rhodium (Rh), Ruthenium (Ru), Tungsten (W), Cobalt (Co), Nickel (Ni), Manganese (Mn) , At least one oxide selected from aluminum (Al) and lanthanum (La). Among these, it is preferable that the film is formed of indium tin oxide (ITO) or indium zinc oxide (IZO).
  • ITO indium tin oxide
  • IZO indium zinc oxide
  • the second electrode material may be at least one selected from magnesium, calcium, sodium, potassium, titanium, indium, yttrium, lithium, gadolinium, aluminum, silver, platinum, gold, tungsten, tantalum, copper tin, and lead.
  • the second electrode may be formed by sputtering, e-beam evaporation, thermal evaporation, laser molecular beam epitaxy (L-MBE), and pulsed laser evaporation ( Pulsed Laser Deposition (PLD) selected from any one of the Physical Vapor Deposition (PVD); Thermal Chemical Vapor Deposition, Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD), Light Chemical Vapor Deposition, Laser Chemical Vapor Deposition, Metal- Chemical Vapor Deposition selected from Organic-Chemical Vapor Deposition (MOCVD) and Hydride Vapor Phase Epitaxy (HVPE); Or it may be formed using an atomic layer deposition method (ALD).
  • PVD Physical Vapor Deposition
  • PECVD Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition
  • MOCVD Organic-Chemical Vapor Deposition
  • HVPE Hydride Vapor Phase Epitaxy
  • ALD atomic layer deposition method
  • the thickness of the second electrode may be 50 nm to 5 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • the external terminal of the second electrode may be formed of a conductive material, and may be formed of the same material as the first electrode or the second electrode.
  • a metal auxiliary electrode may be formed on the first electrode to lower the sheet resistance value.
  • the metal auxiliary electrode can be formed using materials and methods known in the art. For example, Cr, Mo, Cu, Al, etc. can be used and can be formed by the photolithography method.
  • the organic light emitting device uses a metal vapor deposition (PVD) method such as sputtering or e-beam evaporation, and has a metal oxide or a metal oxide or an alloy thereof on a substrate. It can be prepared by depositing an anode to form an anode, an organic material layer formed thereon, and then depositing a material that can be used as a cathode thereon.
  • PVD metal vapor deposition
  • an organic light emitting device may be manufactured by sequentially depositing a cathode material, an organic material layer, and an anode material on a substrate.
  • the organic material layer of the organic light emitting device according to the present invention is a solvent process such as spin coating, dip coating, doctor blading, screen printing, inkjet printing or thermal transfer method using various polymer materials. Thereby making it possible to produce fewer layers.
  • the organic material layer according to the present invention may include a light emitting layer, and may have a laminated structure including at least one selected from a hole injection layer, a hole transport layer, an electron transport layer, and an electron injection layer.
  • a material capable of forming the hole injection layer is preferably a material having a large work function so as to facilitate hole injection into the organic material layer.
  • hole injection materials include metals such as vanadium, chromium, copper, zinc, gold or alloys thereof; Metal oxides such as zinc oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO); A combination of a metal and an oxide such as ZnO: Al or SnO 2 : Sb; Conductive polymers such as poly (3-methylthiophene), poly [3,4- (ethylene-1,2-dioxy) thiophene] (PEDT), polypyrrole and polyaniline, and the like, but are not limited thereto.
  • the material capable of forming the electron injection layer is preferably a material having a small work function to facilitate electron injection into the organic material layer.
  • the electron injection material include metals such as magnesium, calcium, sodium, potassium, titanium, indium, yttrium, lithium, gadolinium, aluminum, silver, tin, and lead or alloys thereof; Multilayer structure materials such as LiF / Al or LiO 2 / Al, and the like, and the same material as the hole injection electrode material may be used, but is not limited thereto.
  • the light emitting layer may be formed of a material capable of emitting light in the visible region by transporting and combining holes and electrons from the hole transporting layer and the electron transporting layer, respectively.
  • a material having good quantum efficiency with respect to is preferable.
  • Specific examples thereof include 8-hydroxyquinoline aluminum complex (Alq 3 ); Carbazole series compounds; Dimerized styryl compounds; BAlq; 10-hydroxybenzoquinoline-metal compound; Benzoxazole, benzthiazole and benzimidazole series compounds; Poly (p-phenylenevinylene) (PPV) -based polymers; Spiro compounds; Polyfluorene, rubrene; Phosphorescent host CBP [[4,4'-bis (9-carbazolyl) biphenyl]; Etc., but is not limited thereto.
  • the light emitting material may further include a phosphorescent dopant or a fluorescent dopant to improve fluorescence or phosphorescent properties.
  • a phosphorescent dopant include Ir (ppy) 3 (tris (2-phenylpyridine) iridium (III)) or F 2 Irpic (bis [2- (4,6-di-fluorophenyl) pyridinato-N, C-2 'iridium picolinate', etc.
  • Fluorescent dopants can be used as known in the art.
  • a material capable of forming the electron transport layer is a material capable of injecting electrons well from the electron injection layer and transferring the electrons to the light emitting layer.
  • Specific examples include Al complexes of 8-hydroxyquinoline; Complexes including Alq 3 ; Organic radical compounds; Hydroxyflavone-metal complexes and the like, but are not limited thereto.
  • the thickness of the organic material layer may be 100 nm to 5 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • the organic material layer may be formed to cover a part of the insulating layer on the first electrode, but is not limited thereto.
  • the substrate a glass substrate; Plastic substrates; Plastic film; Metal substrates; Or a metal film.
  • the thickness of the substrate may be 10 ⁇ m to 10 mm, and the lower electrode thickness may be 10 nm to 1 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • the organic light emitting device according to the present invention has the same area of the pattern of the organic material layer and the second electrode, it is not necessary to replace the mask during the deposition process of each of the organic material layer and the second electrode, thereby organic light emitting
  • the productivity of the device can be increased.
  • the deposition equipment can be simplified when manufacturing the organic light emitting device, it is possible to obtain the effect of reducing the investment cost.
  • the organic light emitting device according to the present invention may be used as a display element in various display devices, may be used as an illumination device, but may be more preferably applied for lighting.
  • Another embodiment of the present invention includes forming a first electrode on a substrate; Forming an organic material layer on the first electrode by using a mask; And forming a second electrode on the organic material layer, wherein the organic material layer and the second electrode are formed with the same mask.
  • the mask may be formed of a material selected from stainless steel, invar-based metal, titanium, copper copper plate, and plastic.
  • a PET film may be exemplified, but is not limited thereto.
  • the thickness of the mask may be 5 micrometers to 5 millimeters, but is not limited thereto.
  • the method of manufacturing an organic light emitting device according to the present invention may further include cleaning the mask after using the mask to form the organic material layer and the second electrode.
  • the mask may be cleaned after successively using the organic material layer forming step and the second electrode forming step.
  • the mask for the organic layer forming step and the mask for the second electrode forming step are separately provided, it is difficult to clean the mask for the second electrode forming step, and thus the mask replacement cost is increased. There is an increasing disadvantage.
  • the method of manufacturing an organic light emitting diode according to the present invention may further include forming an external terminal of the second electrode on the substrate.
  • the external terminal of the second electrode may be formed at the same time or the same process as the first electrode.
  • the method of manufacturing an organic light emitting device may further include forming an insulating layer.
  • the insulating layer may be an insulating layer for insulating the external terminals of the first electrode and the second electrode.
  • the insulating layer may be formed on at least a portion of the outermost part of the region in which the organic material layer is to be formed in order to prevent the first electrode and the second electrode from shorting. Therefore, the forming of the insulating layer may be a step of forming an insulating layer between at least a portion of the outermost part of the region between the first electrode and the external terminal of the second electrode or where the organic layer contacts the first electrode. have.
  • the method of manufacturing an organic light emitting diode according to the present invention may further include forming a conductive pattern on an external terminal of the second electrode.
  • the method may further include forming a conductive pattern on at least a portion of an upper surface of the external terminal of the second electrode where the organic material layer and the second electrode are formed before forming the organic material layer and the second electrode. Can be.
  • the second electrode is formed as the mask for the organic layer forming step without using the mask for the second electrode forming step separately, thereby replacing the two kinds of masks. Replacement lines can be eliminated and existing mask loading can be eliminated, thus providing simplification of the equipment.
  • the method of manufacturing the organic material layer and the second electrode using a single mask can be performed as the additional module is required, Therefore, the manufacturing apparatus of the organic light emitting element can be simplified.
  • the mask continuously used in the forming of the organic material layer and the forming of the second electrode is easy to clean, the mask can be used for a long time and the replacement cost of the mask can be reduced.

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Abstract

본 발명은 유기 발광 소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 대량 생산시 생산성이 우수하고, 증착 설비 등을 단순화할 수 있는 유기 발광 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

유기 발광 소자 및 이의 제조 방법
본 발명은 유기 발광 소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 대량 생산시 생산성이 우수하고, 증착 설비 등을 단순화할 수 있는 유기 발광 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
본 출원은 2010년 8월 13일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2010-0078193호 및 2010년 8월 16일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2010-0078904호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
유기 발광 소자는 두 개의 반대 전극과 그 사이에 존재하는 다층의 반도체적 성질을 갖는 유기물의 박막들로 구성되어 있다. 이와 같은 구성의 유기 발광 소자는 유기 물질을 이용하여 전기 에너지를 빛 에너지로 전환시켜주는 현상, 즉 유기 발광 현상을 이용한다. 구체적으로, 양극과 음극 사이에 유기물층을 위치시킨 구조에 있어서 두 전극 사이에 전압을 걸어주게 되면 양극에서는 정공이, 음극에서는 전자가 유기물층에 주입되게 된다. 주입된 정공과 전자가 만났을 때 엑시톤(exciton)이 형성되고, 이 엑시톤이 다시 바닥 상태로 떨어질 때 빛이 나게 된다.
상기와 같은 유기 발광 소자에서는 유기물층에서 생성된 빛이 광 투과성 전극을 통하여 방출하게 되며, 유기 발광 소자는 통상 전면 발광(top emission), 후면 발광(bottom emisstion) 및 양면 발광형으로 분류할 수 있다. 전면 또는 후면 발광형의 경우는 두 개의 전극 중 하나가 광 투과성 전극이어야 하며, 양면 발광형의 경우는 두 개의 전극이 모두 광 투과성 전극이어야 한다.
상기와 같은 유기 발광 소자에 대해서는 다층 구조를 사용하는 경우 저전압에서 구동할 수 있다는 코닥사의 발표 이래 많은 연구가 집중되어 왔으며, 최근에는 유기 발광 소자를 이용한 천연색 디스플레이가 휴대용 전화기에 부착되어 상용화되고 있다.
또한, 최근의 유기 발광 소자는 기존의 형광 물질을 이용하는 대신 인광 물질의 이용에 대한 연구가 진행되면서 효율의 향상이 급격히 이루어지고 있으며, 가까운 미래에는 기존의 조명을 대체할 수 있다는 예상도 나오고 있다.
유기 발광 소자가 조명으로 이용되기 위해서는 기존의 천연색 디스플레이와는 달리 고휘도에서 소자를 구동하여야 하며, 기존의 조명과 같이 일정한 휘도를 유지하여야 한다. 유기 발광 소자의 휘도를 충분히 향상시키기 위해서는 넓은 면적에서 발광이 이루어져야 하고, 이와 같이 넓은 면적에서 발광이 이루어지게 하기 위해서는 높은 구동 전류를 이용해야 한다. 또한, 넓은 면적에서 일정한 휘도를 유지하기 위해서는 상기와 같은 높은 전류가 넓은 면적의 소자에 균일하게 주입되어야 한다.
일반적으로, 조명용 유기 발광 소자는 기판에 투명 전극, 유기물층 및 금속 전극이 순차적으로 증착되는 구조를 갖는다. 상기 유기 발광 소자의 제조시 유기물층과 금속 전극의 증착 패턴의 평면도상의 면적이 서로 상이하기 때문에, 상기 유기물층과 금속 전극의 증착시에는 각각 서로 다른 마스크를 사용하게 된다. 이에 따라 증착 공정 중간에 마스크의 교체가 필요하고, 증착 설비가 복잡하여 생산성이 높지 않으며, 제조비용 또한 높은 문제점이 있다.
현재 일반적으로 사용 중인 클러스터 타입 증착기는 증착 챔버마다 유기물층용 마스크 또는 금속 전극용 마스크가 준비되어 있고 기판이 증착 챔버에 들어오면 마스크와 기판이 합판 된 후 유기물 또는 금속을 증착시킨다. 이러한 공정에서는 마스크의 수가 증착 챔버 수에 비례하여 증가하면 된다. 이러한 방식은 기판의 이송 시간, 기판과 마스크의 합판 시간 및 유기물 또는 금속의 증착 시간 등이 소요되므로, 생산성을 향상시키기에는 한계가 있다.
반면, 인라인(In-line) 증착 설비의 경우 대부분의 준비 공정이 생략 가능하므로 생산성을 향상시킬 수 있는 기회가 매우 많다. 하지만 인라인 증착 설비에서도 증착 챔버 안에 투입되어 증착이 진행되는 모든 기판 수 이상의 마스크가 필요하다는 문제점이 있다. 만약 유기물 증착 패턴과 무기물 증착 패턴이 다르다면 필요 마스크 수가 기판 수의 2배 이상이 되어야 한다. 또한, 인라인 공정 중 유기물 증착 공정에서 금속전극 증착 공정으로 변경되는 과정에서 마스크 교체 공정이 필요하게 되는데, 이 과정에서 생산성이 낮아질 수 있다.
향후 조명용 유기 발광 소자의 대량 생산을 위하여 인라인 증착 설비를 통해 마스크 교체 공정을 거치지 않으면서, 유기 발광 소자의 생산성을 증대시킬 수 있는 연구가 필요한 실정이다.
본 발명은 생산성이 우수하고, 증착 설비를 단순화하여 제조할 수 있는 유기 발광 소자 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다. 특히 본 발명은 인라인 공정에서 필요한 마스크 수를 줄임으로써, 증착 공정 중 마스크 교체 공정을 생략하여 생산성을 높이고, 생산 비용을 절감시킬 수 있는 유기 발광 소자 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시상태는 기판 상에 제1 전극, 유기물층 및 제2 전극이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 유기 발광 소자에 있어서, 상기 제2 전극의 형상과 상기 유기물층의 형상이 동일한 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자를 제공한다.
본 발명의 또 하나의 실시상태는 기판 상에 제1 전극, 유기물층 및 제2 전극이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 유기 발광 소자에 있어서, 제2 전극의 외부 단자가 상기 기판 상에 제1 전극과 절연되어 구비되고, 상기 제2 전극과 상기 제2 전극의 외부 단자를 전기적으로 연결하는 도전성 패턴이 구비된 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자를 제공한다.
본 발명의 또 하나의 실시상태는 기판 위에 제1 전극을 형성하는 단계; 상기 제1 전극 상에 마스크를 이용하여 유기물층을 형성하는 단계; 및 상기 유기물층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 유기물층과 상기 제2 전극은 동일한 마스크로 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자는 유기물층의 패턴 및 제2 전극의 패턴의 형상이 동일하므로, 상기 유기물층 및 제2 전극을 각각 형성할 때 마스크를 교체할 필요가 없이 동일한 마스크를 사용할 수 있고, 이에 따라 유기 발광 소자의 생산성을 증대시킬 수 있으며, 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한, 유기 발광 소자의 제조시 증착 설비를 단순화할 수 있으므로, 투자 비용 감소의 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 유기 발광 소자의 일 구체예를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명에 따른 유기 발광 소자의 일 구체예를 나타낸 도이다.
도 3은 종래 및 본 발명에 따른 유기 발광 소자의 일 구체예에 있어서 전류 흐름을 비교한 도이다.
도 4 및 도 5는 각각 본 발명에 따른 유기 발광 소자에 있어서, 도전성 패턴의 다양한 형태의 일 구체예를 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명에 따른 유기 발광 소자에 있어서, 도전성 패턴과 제2 전극의 외부 단자 평면과 이루는 각도의 일 구체예를 나타낸 도이다.
도 7 내지 도 10는 본 발명에 따라 하나의 마스크로 유기물층과 상부전극을 형성하는 과정을 도시한 도면이다.
이하 본 발명에 대해서 자세히 설명한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자는 기판 상에 제1 전극, 유기물층 및 제2 전극이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 유기 발광 소자로서, 상기 제2 전극의 형상과 상기 유기물층의 형상이 동일한 것을 특징으로 한다.
본 명세서에 있어서, 상기 제2 전극의 형상과 상기 유기물층의 형상이 동일하다는 것이란, 상기 제2 전극의 면적이 상기 유기물층의 면적과 동일하거나, 상기 유기물층의 면적에 대하여 10% 이내의 차이를 갖는 것을 의미하거나, 상기 제2 전극의 패턴 형태와 상기 유기물층의 패턴 형태가 동일하다는 것을 의미한다.
본 발명에서는 상기와 같이 상기 제2 전극의 형상이 상기 유기물층과 동일한 형상을 가지는 구성을 갖고 있기 때문에, 유기물층 형성을 위한 마스크와 제2 전극 형성을 위한 마스크로서 동일한 마스크를 사용할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 유기물층의 면적이란 상기 제1 전극 상에 상기 유기물층을 형성할 때, 상기 유기물층이 제1 전극상에 차지하는 면적, 즉 소자의 제2 전극 상면 측에서 바라보았을 때의 면적을 의미한다. 또한, 상기 제2 전극의 면적도 마찬가지로 상기 제2 전극이 상기 제1 전극 및 상기 유기물층을 덮고 있는 면적, 즉 소자의 제2 전극의 상면 측에서 바라보았을 때의 면적을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 상기 유기물층의 패턴 형태란 상기 제1 전극 상에 상기 유기물층을 형성할 때, 상기 유기물층이 제1 전극상에 적층되는 모양, 즉 소자의 제2 전극 상면 측에서 바라보았을 때의 패턴 형태를 의미한다. 또한, 상기 제2 전극의 패턴 형태도 마찬가지로 상기 제2 전극이 상기 제1 전극 및 상기 유기물층을 덮고 있는 패턴 형태, 즉 소자의 제2 전극의 상면 측에서 바라보았을 때의 패턴 형태를 의미한다.
본 발명에 있어서, 유기물층 형성을 위한 마스크와 제2 전극 형성을 위한 마스크로서 동일한 마스크를 사용하는 경우, 상기 제2 전극의 면적이 상기 유기물층의 면적과 동일할 수 있으나, 형성 방법이나 공정상 오차 등에 의하여 다소 차이가 날 수 있다. 그러나, 동일한 마스크를 사용하기 때문에, 상기 면적의 차이는 10% 이내, 바람직하게는 5% 이내, 더욱 바람직하게는 3% 이내의 범위 내일 수 있다.
본 발명에 있어서, 유기물층 형성을 위한 마스크와 제2 전극 형성을 위한 마스크로서 동일한 마스크를 사용하는 경우, 상기 제2 전극과 상기 유기물층을 상면 측에서 바라본 패턴 형태가 동일하나, 상기에 기술한 바와 같이 형성 방법이나 공정상 오차에 의하여 상기 제2 전극과 상기 유기물층의 면적이 다소 차이 날 수 있으므로, 상기 제2 전극과 상기 유기물층의 패턴 형태의 가로 및 세로의 비율은 서로 비례하여 커지거나 작아질 수 있다.
본 발명에 있어서, 동일한 마스크를 사용하는 경우, 상기 유기물층과 상기 제2 전극은 형상이 동일하거나, 면적이 동일하거나 면적이 특정 범위 이내로 차이가 날뿐만 아니라, 서로 대응되는 영역에 형성된다.
본 발명에 있어서, 상기 유기 발광 소자는, 상기 기판상에 제1 전극과 절연되어 구비된 제2 전극의 외부 단자를 포함하고, 상기 제2 전극과 상기 제2 전극의 외부 단자를 전기적으로 연결하는 도전성 패턴을 포함할 수 있다.
상기 제2 전극의 외부 단자는 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되어, 외부 전압을 공급받을 수 있다. 본 발명에서는 상기 제2 전극의 외부 단자와 상기 제2 전극을 전기적으로 연결하는 도전성 패턴을 포함함으로써 상기 제2 전극과 상기 제2 전극의 외부 단자를 전기적으로 연결될 수 있다.
유기 발광 소자가 발광을 하기 위해서는 상기 제1 전극 및 제2 전극에 외부 전압을 걸어주어야 한다. 상기 제1 전극에는 외부 전압을 직접 공급할 수 있으나, 상기 제2 전극은 별도의 외부 단자와 전기적으로 연결시킨 후 상기 별도의 외부 단자에 외부 전압을 공급하게 된다.
종래에는 제2 전극과 제2 전극의 외부 단자의 전기적 연결을 위하여, 도 3에 예시된 바와 같이 제2 전극이 제2 전극의 외부 단자와 직접 접하도록 구성하였다. 그러나, 이와 같이 구성하는 경우 제조공정이 복잡하고 비용이 많이 소요되는 문제가 있었다. 그러나, 본 발명에서는 전술한 바와 같이 유기물층의 형상과 제2 전극의 형상을 동일하게 하면서도, 상기와 같은 도전성 패턴에 의하여 제2 전극과 제2 전극의 외부 단자의 전기적 연결을 보완할 수 있다.
상기 도전성 패턴은 상기 제2 전극의 외부 단자의 상면으로부터 상기 유기물층을 관통하여 상기 제2 전극에 접하거나, 제2 전극을 관통하는 구조를 가질 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 기판; 기판 상에 구비된 제1 전극 및 상기 제1 전극과 절연되어 구비된 제2 전극의 외부 단자; 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 외부 단자의 적어도 일부를 덮도록 구비된 유기물층; 상기 유기물층 상에 구비되고, 상기 유기물층과 동일한 형상을 갖는 제2 전극; 및 상기 제2 전극의 외부 단자의 상면으로부터 상기 유기물층을 관통하여 상기 제2 전극에 접하거나, 제2 전극을 관통하는 구조를 갖는 도전성 패턴을 포함할 수 있다.
본 발명에서는 상기 기판상에 위치한 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 외부 단자와의 절연을 위하여, 절연층을 구비할 수 있다. 상기 절연층은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 외부 단자를 절연시킬 수 있는 것이라면 그 재료나 구조가 특별히 한정되지 않는다. 상기 절연층이 구비되는 경우, 상기 유기물층은 상기 절연층을 덮도록 구비될 수 있다. 상기 절연층은, 일반적인 포토 레지스트 물질; 폴리이미드; 폴리아크릴; 실리콘 나이트라이드; 실리콘 옥사이드; 알루미늄 옥사이드; 알루미늄 나이트라이드; 알카리 금속; 또는 알카리토금속의 플로라이드 중에서 선택된 적어도 하나의 산화물로 형성될 수 있다.
본 발명의 또 하나의 실시상태에 따른 유기 발광 소자는 기판 상에 제1 전극, 유기물층 및 제2 전극이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 유기 발광 소자로서, 제2 전극의 외부 단자가 상기 기판 상에 제1 전극과 절연되어 구비된 제2 전극의 외부 단자가 구비되고, 상기 제2 전극과 상기 제2 전극의 외부 단자를 전기적으로 연결하는 도전성 패턴이 구비된 것을 특징으로 한다. 상기 제2 전극의 외부 단자 및 도전성 패턴에 관한 설명은 전술한 바와 같다.
본 발명에 있어서, 상기 유기물층이 상기 제1 전극과 접하는 영역 중 최외곽 부분의 적어도 일부에는 절연층이 추가로 구비될 수 있다. 본 발명에서는, 제1 전극과 제2 전극이 통전되어 쇼트될 가능성이 적지만, 절연층을 구비함으로써, 두 전극이 통전될 가능성을 더욱 낮출 수 있게 된다. 상기 절연층은, 일반적인 포토 레지스트 물질; 폴리이미드; 폴리아크릴; 실리콘 나이트라이드; 실리콘 옥사이드; 알루미늄 옥사이드; 알루미늄 나이트라이드; 알카리 금속; 또는 알카리토금속의 플로라이드 중에서 선택된 적어도 하나의 산화물로 형성될 수 있다. 상시 절연층의 두께는 10nm ~ 10㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
종래의 유기 발광 소자의 일 구체예를 도 1에 나타내었다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 종래의 유기 발광 소자는 기판 상에 구비된 제1 전극, 유기물층 및 제2 전극을 포함하고, 상기 제2 전극은 제2 전극의 외부 단자와 직접 접하기 때문에 외부 전압을 공급받게 된다. 즉, 종래의 유기 발광 소자에서는 제2 전극과 제2 전극의 외부 단자가 서로 전기적으로 연결되기 위하여, 제2 전극의 외부 단자 표면은 제2 전극과 직접 접촉해야 한다. 다시 말하면, 제2 전극의 외부 단자에 대응하는 위치에는 유기물층이 증착되어서는 안된다. 결과적으로 유기물층과 제2 전극의 증착 패턴의 평면도 상의 면적의 크기가 서로 상이할 수밖에 없다.
한편, 본 발명에 따른 유기 발광 소자의 일 구체예를 도 2에 나타내었다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 기판 상에 제1 전극, 유기물층 및 제2 전극을 포함하고, 상기 유기물층 및 제2 전극의 패턴의 면적이 서로 동일한 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 유기 발광 소자에 있어서, 유기물층과 제2 전극층의 증착 면적이 동일하더라도 상기 제2 전극은 제2 전극의 외부 단자 상에 형성된 도전성 패턴을 통하여 제2 전극의 외부 단자와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 도전성 패턴은 제2 전극의 외부 단자 상면 위에 유기물층이 형성되기 전에 형성될 수 있다. 상기 도전성 패턴은, 상기 유기물층 및 상기 제2 전극 형성 전에, 상기 제2 전극의 외부 단자의 상면 중 제2 전극이 형성될 영역에 형성될 수 있다.
상기 기판의 상면 측으로부터 바라볼 때, 상기 도전성 패턴은 여러 가지 형태가 가능하다. 앞에서 설명된 대로 도전성 패턴이 형성되어야 할 영역에 하나의 도형 형태로 만들어 질 수도 있고, 다수의 독립되거나 서로 연결된 점 형태로 분포될 수도 있다. 상기 도전성 패턴의 횡단면 형상은 특별히 한정되지 않으며, 삼각형, 사각형 또는 무정형 등 어떠한 형태라도 좋다. 또한, 상기 도전성 패턴의 측단면 형상은 정사각형이나 직사각형일 수도 있으나, 마름모꼴, 삼각형이나 그외 변형된 형태를 가질 수 있다. 상기 도전성 패턴의 여러 가지 형태를 도 4 및 도 5에 나타내었다.
상기 도전성 패턴의 측단면 형상에서 상기 제2 전극의 외부 단자의 상면과 이루는 최대 각도는 매우 중요하다. 상기 최대 각도는 40도 이상인 것이 바람직하다. 유기물층이 형성된 후에도 유기물이 도전성 패턴의 옆면을 다 덮지 못하고 노출되어 후에 제2 전극이 형성될 때 상기 도전성 패턴과 상기 제2 전극이 전기적으로 연결될 수 있다. 일 구체예를 도 6에 나타내었다.
또한, 상기 도전성 패턴의 높이는 유기물층 두께의 2배 이상인 것이 바람직하다. 상기 도전성 패턴이 2 이상의 패턴을 포함하는 경우, 높이가 낮은 것을 기준으로 유기물층의 두께의 2배 이상인 것이 바람직하다. 상기 도전성 패턴의 높이는 예컨대 1 마이크로미터 이상인 것이 바람직하다.
상기 도전성 패턴의 전기 전도도는 높을수록 좋다. 예컨대, 1×10-4 S/m이상인 것이 바람직하다.
상기 도전성 패턴을 형성하는 방법은 전도성 물질층을 증착 등을 통하여 형성한 후에 에칭을 하거나, 인쇄 방법을 사용할 수도 있다.
일반적으로 증착 가능한 알루미늄, 크롬, 구리, 은, 금, 몰리브데늄 등의 금속이나, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide) 등의 투명 도전성 물질을 마스크를 이용하여 패턴 증착하거나, 전체 영역에 증착한 후 부분 에칭하여 패턴을 형성할 수 있다. 또한 은, 구리, 탄소 등이 포함된 도전성 페이스트나 잉크로 패터닝하여 인쇄하는 것도 가능하다.
또한, 종래 및 본 발명에 따른 유기 발광 소자의 일 구체예에 있어서 전류 흐름을 비교하여 도 3에 나타내었다.
상기와 같이 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 유기물층 및 제2 전극의 형상이 동일하므로, 상기 유기물층 및 제2 전극을 각각 형성하는 공정에서 마스크를 교체할 필요가 없게 되고, 이에 따라 유기 발광 소자의 생산성을 증대시킬 수 있다. 또한, 유기 발광 소자의 제조시 증착 설비를 단순화할 수 있으므로, 투자 비용 감소의 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자에 있어서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 각각 양극 및 음극일 수도 있고, 각각 음극 및 양극일 수도 있다. 상기 제1 전극 및 제2 전극의 재료는 당기술분야에 알려져 있는 것들을 사용할 수 있으며, 동일한 물질일 수도 있다. 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 재료로는 금속, 투명 전도성 산화물, 전도성 폴리머나 이들의 복합체나 적층구조가 사용될 수 있다.
예컨대, 상기 제1 전극은 투명 전극이고, 상기 제2 전극은 금속 전극일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 제1 전극은 ITO 등을 증착하여 형성할 수 있고, 상기 제2 전극은 Al 등을 증착하여 형성할 수 있다.
예컨대, 상기 제1 전극은 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 타이타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 백금, 금, 텅스텐, 탄탈륨, 구리, 은, 주석 및 납 중에서 선택된 1종 이상으로 형성될 수 있다.
또한, 제1 전극은 투명 전도성 산화물로 형성될 수도 있다. 여기서, 상기 투명 전도성 산화물은 인듐(In), 주석(Sn), 아연(Zn), 갈륨(Ga), 세륨(Ce), 카드뮴(Cd), 마그네슘(Mg), 베릴륨(Be), 은(Ag), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 구리(Cu), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 루세늄(Ru), 텅스텐(W), 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 및 란탄(La) 중에서 선택된 적어도 하나의 산화물일 수 있다.
상기 제1 전극은 스퍼터링(Sputtering)법, 전자-빔 증착법(E-beam evaporation), 열 증착법(Thermal evaporation), 레이저 분자 빔 증착법(Laser Molecular Beam Epitaxy, L-MBE), 및 펄스 레이저 증착법(Pulsed Laser Deposition, PLD) 중에서 선택된 어느 한 물리 기상 증착법(Physical Vapor Deposition, PVD); 열 화학 기상 증착법(Thermal Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 기상 증착법(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD), 광 화학 기상 증착법(Light Chemical Vapor Deposition), 레이저 화학 기상 증착법(Laser Chemical Vapor Deposition), 금속-유기 화학 기상 증착법(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD), 및 수소화물 기상 증착법(Hydride Vapor Phase Epitaxy, HVPE) 중에서 선택된 어느 한 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition); 또는 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition, ALD)을 이용하여 형성할 수 있다
예컨대, 상기 제2 전극 재료는 투명 전도성 산화물일 수 있다. 상기 투명 전도성 산화물은 인듐(In), 주석(Sn), 아연(Zn), 갈륨(Ga), 세륨(Ce), 카드뮴(Cd), 마그네슘(Mg), 베릴륨(Be), 은(Ag), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 구리(Cu), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 루세늄(Ru), 텅스텐(W), 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 및 란탄(La) 중에서 선택된 적어도 하나의 산화물일 수 있다. 이 중 인듐주석산화물(ITO: Indium Tin Oxide) 또는 인듐아연산화물(IZO: Indium Zinc Oxide)로 상기 막을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2 전극 재료는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 타이타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 백금, 금, 텅스텐, 탄탈륨, 구리 주석 및 납 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 제2 전극은, 스퍼터링(Sputtering)법, 전자-빔 증착법(E-beam evaporation), 열 증착법(Thermal evaporation), 레이저 분자 빔 증착법(Laser Molecular Beam Epitaxy, L-MBE), 및 펄스 레이저 증착법(Pulsed Laser Deposition, PLD) 중에서 선택된 어느 한 물리 기상 증착법(Physical Vapor Deposition, PVD); 열 화학 기상 증착법(Thermal Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 기상 증착법(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD), 광 화학 기상 증착법(Light Chemical Vapor Deposition), 레이저 화학 기상 증착법(Laser Chemical Vapor Deposition), 금속-유기 화학 기상 증착법(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD), 및 수소화물 기상 증착법(Hydride Vapor Phase Epitaxy, HVPE) 중에서 선택된 어느 한 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition); 또는 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition, ALD)을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 제2 전극의 두께는 50nm ~ 5㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서, 상기 제2 전극의 외부 단자는 전도성 재료로 형성될 수 있으며, 상기 제1 전극 또는 제2 전극과 동일한 재료로 형성될 수 있다.
상기 제1 전극 상에는 면 저항 값을 낮추기 위하여 금속 보조 전극을 형성할 수 있다. 상기 금속 보조 전극은 당 기술분야에 알려진 재료 및 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 예컨대, Cr, Mo, Cu, Al 등을 이용하고 포토리소그라피법에 의하여 형성할 수 있다.
예컨대, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 스퍼터링(sputtering) 이나 전자빔 증발(e-beam evaporation)과 같은 PVD(physical vapor deposition) 방법을 이용하여, 기판상에 금속 또는 전도성을 가지는 금속 산화물 또는 이들의 합금을 증착시켜 양극을 형성하고, 그 위에 유기물층을 형성한 후, 그 위에 음극으로 사용할 수 있는 물질을 증착시킴으로써 제조될 수 있다. 이와 같은 방법 외에도, 전술한 바와 같이 역방향 구조의 유기 발광 소자를 제작하기 위하여 기판 상에 음극 물질부터 유기물층, 양극 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 제작할 수도 있다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자 중 유기물층은 다양한 고분자 소재를 사용하여 증착법이 아닌 용매 공정(solvent process), 예컨대 스핀 코팅, 딥 코팅, 닥터 블레이딩, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅 또는 열 전사법 등의 방법에 의하여 더 적은 수의 층으로 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 유기물층은 발광층을 포함하고, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층 및 전자 주입층 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 적층 구조일 수 있다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자에 있어서, 상기 정공 주입층을 형성할 수 있는 물질로는 통상 유기물층으로 정공 주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 본 발명에서 사용될 수 있는 정공 주입 물질의 구체적인 예로는 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(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.
본 발명에 따른 유기 발광 소자에 있어서, 상기 전자 주입층을 형성할 수 있는 물질로는 통상 유기물층으로 전자 주입이 용이하도록 일함수가 작은 물질인 것이 바람직하다. 전자 주입 물질의 구체적인 예로는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석 및 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; LiF/Al 또는 LiO2/Al과 같은 다층 구조 물질 등이 있고, 정공 주입 전극 물질과 동일한 물질을 사용할 수도 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자에 있어서, 상기 발광층을 형성할 수 있는 물질로는 정공 수송층과 전자 수송층으로부터 정공과 전자를 각각 수송받아 결합시킴으로써 가시광선 영역의 빛을 낼 수 있는 물질로서, 형광이나 인광에 대한 양자 효율이 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; 인광 호스트 CBP[[4,4'-bis(9-carbazolyl)biphenyl]; 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 발광 물질은 형광 또는 인광 특성을 향상시키기 위해 인광 도판트 또는 형광 도판트를 추가로 포함할 수 있다. 상기 인광 도판트의 구체적인 예로는 Ir(ppy)3(tris(2-phenylpyridine)iridium(Ⅲ)) 또는 F2Irpic(bis[2-(4,6-di-fluorophenyl)pyridinato-N,C-2']iridium picolinate] 등이 있다. 형광 도판트로는 당 기술분야에 알려진 것들을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자에 있어서, 상기 전자 수송층을 형성할 수 있는 물질로는 전자 주입층으로부터 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.
상기 유기물층의 두께는 100nm ~ 5㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 유기물층은, 전술한 제1 전극 상의 절연층의 일부를 커버되도록 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서, 상기 기판은, 유리기판; 플라스틱 기판; 플라스틱 필름; 금속 기판; 또는 금속 필름일 수 있다. 상기 기판의 두께는, 10㎛ ~ 10mm일 수 있고, 상기 하부전극 두께는 10nm ~ 1㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 유기물층 및 제2 전극의 패턴의 면적이 동일하므로, 상기 유기물층 및 제2 전극 각각의 증착 공정시 마스크를 교체할 필요가 없게 되고, 이에 따라 유기 발광 소자의 생산성을 증대시킬 수 있다. 또한, 유기 발광 소자의 제조시 증착 설비를 단순화할 수 있으므로, 투자 비용 감소의 효과를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 각종 디스플레이장치에 디스플레이소자로 사용될 수도 있고, 조명장치로 사용될 수도 있으나, 조명용으로서 보다 바람직하게 적용될 수 있다.
본 발명의 또 하나의 실시상태는 기판 위에 제1 전극을 형성하는 단계; 상기 제1 전극 상에 마스크를 이용하여 유기물층을 형성하는 단계; 및 상기 유기물층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 유기물층과 상기 제2 전극은 동일한 마스크로 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 제조방법을 제공한다.
상기 마스크는 스테인레스 스틸, 인바계열 금속, 티타늄, 구리 동판 및 플라스틱 중에서 선택된 재질로 형성될 수 있다. 여기서 플라스틱의 한 예로서 PET 필름을 예로 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 마스크의 두께는 5 마이크로미터 내지 5 밀리미터일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자의 제조방법은, 상기 마스크를 유기물층 및 제2 전극을 형성하는데 사용한 후에, 상기 마스크를 세정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 유기 발광 소자의 제조방법은, 마스크를 유기물층 형성 단계 및 제2 전극 형성 단계를 연속적으로 사용한 후에 세정할 수 있다. 이와 달리, 종래의 유기 발광 소자의 제조방법에서는, 유기물층 형성 단계용 마스크와 제2 전극 형성 단계용 마스크가 별도로 구비되어 있어서, 제2 전극 형성 단계용 마스크의 세정이 어렵고, 이에 따른 마스크 교체비용이 증가되는 단점이 있다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자의 제조방법은, 상기 기판 상에 제2 전극의 외부 단자를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 전극의 외부 단자는 상기 제1 전극과 동시에 또는 같은 공정에 의하여 형성될 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 유기 발광 소자의 제조방법은 절연층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 절연층은 제1 전극과 제2 전극의 외부 단자를 절연하기 위한 절연층일 수 있다. 또한, 상기 절연층은 상기 제1 전극과 제2 전극과의 쇼트되는 것을 막기 위하여, 상기 제1 전극 중 유기물층이 형성될 영역의 최외곽 부분의 적어도 일부에 형성될 수 있다. 따라서, 상기 절연층을 형성하는 단계는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 외부 단자 사이 또는 상기 유기물층이 상기 제1 전극과 접하는 영역 중 최외곽 부분의 적어도 일부에 절연층을 형성하는 단계일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 유기 발광 소자의 제조방법은, 상기 제2 전극의 외부 단자 상에 도전성 패턴을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 방법은 상기 유기물층 및 상기 제2 전극 형성 전에, 상기 제2 전극의 외부 단자 상면 중 상기 유기물층 및 상기 제2 전극이 형성되는 영역 중 적어도 일부에 도전성 패턴을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자의 제조방법은, 상기 제2 전극 형성 단계용 마스크를 별도로 사용하지 않고, 상기 유기물층 형성 단계용 마스크로 상기 제2 전극을 형성함에 따라, 상기 두 종류의 마스크를 교체하는 교체라인을 제거될 수 있고, 기존 마스크 장입부를 제거할 수 있으므로, 장비의 단순화를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자의 제조방법은, 유기물층을 형성하는 단계와 제2 전극을 형성하는 단계에서 마스크를 별도로 사용하는 종래의 경우 기판과 마스크 정렬을 위한 시간이 추가로 필요하나, 본 발명에서 하나의 마스크를 사용하여 두 단계를 수행할 수 있음에 따라, 공정시간이 종래보다 단축될 수 있다.
또한, 유기물층을 형성하는 단계와 제2 전극을 형성하는 단계에서 사용하는 마스크를 별도로 사용하는 종래의 경우, 각각의 마스크에 대한 별도의 챔버, 마스크의 교체 장치부, 마스크의 세정장치 등 제조장치에 대해 추가적인 모듈이 있어야 하지만, 본 발명에 따른 유기 발광 소자의 제조방법은 하나의 마스크를 사용하여 유기물층을 형성하는 단계 및 제2 전극을 형성하는 단계를 수행할 수 있음에 따라, 상기 추가적인 모듈이 요구되지 않으므로, 유기 발광 소자의 제조장치를 간소화할 수 있다.
또한, 유기물층을 형성하는 단계와 제2 전극을 형성하는 단계에서 연속적으로 사용한 마스크는 세정이 용이하므로, 마스크를 장기간 사용할 수 있고, 마스크의 교체비용을 줄일 수 있게 된다. 또한, 본 발명에 따르면, 장비의 단순화, 마스크 교체 비용 절감 및 공정 시간의 단축이 가능하다.

Claims (24)

  1. 기판상에 제1 전극, 유기물층 및 제2 전극이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 유기 발광 소자에 있어서, 상기 제2 전극의 형상과 상기 유기물층의 형상이 동일한 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 전극의 면적이 상기 유기물층의 면적과 동일하거나, 상기 유기물층의 면적에 대하여 10% 이내의 차이를 갖는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 전극의 면적이 상기 유기물층의 면적과 동일한 것인 유기 발광 소자.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 기판상에 제1 전극과 절연되어 구비된 제2 전극의 외부 단자를 더 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 제2 전극과 상기 제2 전극의 외부 단자를 전기적으로 연결하는 도전성 패턴을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 도전성 패턴은 상기 제2 전극의 외부 단자의 상면으로부터 상기 유기물층을 관통하여 상기 제2 전극에 접하거나, 제2 전극을 관통하는 구조를 갖는 것인 유기 발광 소자.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 도전성 패턴의 측단면 형상이 상기 제2 전극 외부 단자의 상면과 이루는 최대 각도가 40도 이상인 것인 유기 발광 소자.
  8. 청구항 5에 있어서, 상기 도전성 패턴의 높이는 상기 유기물층의 두께의 2배 이상인 것인 유기 발광 소자.
  9. 청구항 4에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 외부 단자와의 사이에 절연층이 구비된 것인 유기 발광 소자.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 유기물층이 상기 제1 전극과 접하는 영역 중 최외곽 부분의 적어도 일부에 절연층이 추가로 구비된 것인 유기 발광 소자.
  11. 기판상에 제1 전극, 유기물층 및 제2 전극이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 유기 발광 소자에 있어서, 제2 전극의 외부 단자가 상기 기판상에 제1 전극과 절연되어 구비되고, 상기 제2 전극과 상기 제2 전극의 외부 단자를 전기적으로 연결하는 도전성 패턴이 구비된 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 제2전극의 형상과 상기 유기물층의 형상이 동일한 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  13. 청구항 11에 있어서, 상기 제2 전극의 면적이 상기 유기물층의 면적과 동일하거나, 상기 유기물층의 면적에 대하여 10% 이내의 차이를 갖는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  14. 청구항 11에 있어서, 상기 도전성 패턴은 상기 제2 전극의 외부 단자의 상면으로부터 상기 유기물층을 관통하여 상기 제2 전극에 접하거나, 제2 전극을 관통하는 구조를 갖는 것인 유기 발광 소자.
  15. 청구항 11에 있어서, 상기 도전성 패턴의 측단면 형상이 상기 제2 전극 외부 단자의 상면과 이루는 최대 각도가 40도 이상인 것인 유기 발광 소자.
  16. 청구항 11에 있어서, 상기 도전성 패턴의 높이는 상기 유기물층의 두께의 2배 이상인 것인 유기 발광 소자.
  17. 청구항 11에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 외부 단자와의 사이에 절연층이 구비된 것인 유기 발광 소자.
  18. 청구항 11에 있어서, 상기 유기물층이 상기 제1 전극과 접하는 영역 중 최외곽 부분의 적어도 일부에 절연층이 추가로 구비된 것인 유기 발광 소자.
  19. 청구항 1 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 조명용인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  20. 기판 위에 제1 전극을 형성하는 단계; 상기 제1 전극 상에 마스크를 이용하여 유기물층을 형성하는 단계; 및 상기 유기물층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 유기물층과 상기 제2 전극은 동일한 마스크로 형성하는 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 18 중 어느 하나의 항에 따른 유기 발광 소자의 제조방법.
  21. 청구항 20에 있어서, 상기 유기물층 및 상기 제2 전극을 형성하는데 사용한 후에, 상기 마스크를 세정하는 단계를 더 포함하는 유기 발광 소자의 제조방법.
  22. 청구항 20에 있어서, 상기 기판 상에 제2 전극의 외부 단자를 형성하는 단계를 더 포함하는 유기 발광 소자의 제조방법.
  23. 청구항 20에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 외부 단자 사이 또는 상기 유기물층이 상기 제1 전극과 접하는 영역 중 최외곽 부분의 적어도 일부에 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하는 유기 발광 소자의 제조방법.
  24. 청구항 22에 있어서, 상기 유기물층 및 상기 제2 전극 형성 전에, 상기 제2 전극의 외부 단자 상면 중 상기 유기물층 및 상기 제2 전극이 형성되는 영역 중 적어도 일부에 도전성 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하는 유기 발광 소자의 제조방법.
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