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KR20030009913A - 유기전계발광소자 - Google Patents

유기전계발광소자 Download PDF

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KR20030009913A
KR20030009913A KR1020010044581A KR20010044581A KR20030009913A KR 20030009913 A KR20030009913 A KR 20030009913A KR 1020010044581 A KR1020010044581 A KR 1020010044581A KR 20010044581 A KR20010044581 A KR 20010044581A KR 20030009913 A KR20030009913 A KR 20030009913A
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matrix organic
light emitting
active matrix
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고두현
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엘지.필립스 엘시디 주식회사
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Abstract

본 발명은 유기전계발광소자에 관한 것으로, 특히 자외선에 유기막이 노출되는 것을 방지하기 위한 유기전계발광소자에 관한 것이다.
상세히 설명하면, 수동 매트릭스형 또는 능동 매트릭스형 유기전계발광소자에 자외선 차단수단을 두어, 유기막이 자외선에 노출되지 않도록 한다.
이와 같이 하면, 자외선에 의해 유기막이 열화되는 것을 방지할 수 있으므로 유기전계발광소자의 수명을 연장하는 효과가 있다.

Description

유기전계발광소자{The organic electro-luminescence device}
본 발명은 유기전계발광소자(organic electro-luminescent)에 관한 것으로 특히, 자외선이 내부로 흡수되는 것을 차단하는 구성을 가진 유기전계발광소자에 관한 것이다.
일반적으로, 유기전계발광소자는 전자(electron) 주입전극(cathode)과 정공(hole) 주입전극(anode)으로부터 각각 전자(electron)와 정공(hole)을 발광층 내부로 주입시켜 주입된 전자(electron)와 정공(hole)이 결합한 여기자(exciton)가 여기상태로부터 기저상태로 떨어질 때 발광하는 소자이다.
이러한 원리로 종래의 박형 액정표시소자와는 달리 별도의 광원을 필요로 하지 않으므로 소자의 부피와 무게를 줄일 수 있는 동시에 공정을 단순화 할 수 있는 장점이 있다.
이하, 도 1을 참조하여 유기전계발광소자의 구성과 동작을 설명한다.
도 1은 일반적인 유기전계발광소자의 일부를 개략적으로 도시한 단면도이다.(능동 매트릭스형 유기전계 발광소자를 예를 들어 설명한다.)
능동 매트릭스형 유기전계발광소자는 수동 매트릭스형 유기전계발광소자의 구성과는 달리 다수의 화소영역 마다 박막트랜지스터를 구성하여, 상기 각 화소를독립적으로 구동할 수 있도록 한다.
따라서 도시한 바와 같이, 기판(10)상에 정의된 화소영역(P)마다 구동소자인 박막트랜지스터(T)가 구성된다.
상기 박막트랜지스터(T)는 게이트전극(12)과 소스전극(14)및 드레인전극(16)으로 구성되며, 상기 소스전극(14)및 드레인전극(16) 사이에는 액티브층(18)이 구성된다.
상기 화소영역(P)은 상기 드레인전극(16)과 접촉하고 유기막에 홀(hole)을 주입하는 제 1 전극(20)과, 상기 제 1 전극(20)의 상부에 구성되는 다층 또는 단층의 유기막(22)과, 상기 유기막(22)의 상부에는 전자(electron)를 주입하는 제 2 전극(24)이 구성된다.
상기 유기막이 다층으로 구성될 경우에는 전자 수송층(Electron Transporting Layer : ETL)과 홀 수송층(Hole Transporting Layer)이 구성된다.
이하, 전술한 구성을 통한 유기전계발광소자의 동작을 개략적으로 설명한다.
(상기 유기막이 전술한 바와 같은 다층 구성일 경우를 예를 들어 설명한다.)
상기 제 1 전극(20)과 제 2 전극(24)사이에 전기장이 형성되면, 상기 제 1 전극(20)을 통해 상기 유기막(22)중 홀 수송층(22a)에 주입된 홀과 상기 제 2 전극(24)을 통해 상기 전자 수송층(22b)에 주입된 전자는 상기 발광층(22c)에서 만나게 되며, 이때 상기 발광층(22c)에서 전자와 홀이 결합하여 높은 에너지를 가지는 여기자를 생성하게 되고 이때, 여기자가 낮은 에너지로 떨어지면서 고유의 빛을 발광하게 된다.
전술한 바와 같은 동작을 통해 유기 전계발광소자는 이미지를 구현할 수 있게 된다.
전술한 바와 같은 구성을 가진 유기전계 발광소자는 상기 유기막의 특성이 매우 중요하며, 유기막의 열화 또는 화학적 변형에 의해 제품불량을 유발하는 경우가 발생한다.
특히, 도 2에 도시한 바와 같이 상기 유기막(22)을 구성하는 분자구조(30)는 자외선(UV)에 노출되면 이중 결합 부위(34)등에 치환반응을 일으켜 열화 되어 유기물질의 전계발광 특성이 감소되는 문제가 발생한다.
이와 같은 문제를 해결하기 위한 목적으로, 본 발명은 유기막이 자외선에 노출되지 않도록 하는 유기전계발광소자를 제안한다.
도 1은 유기전계발광소자의 일부를 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 2는 유기물질의 분자구조를 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 능동 매트릭스형 유기전계발광소자의 일부를 도시한 단면도이고,
도 4는 고분자 필름의 구성을 도시한 단면도이고.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 수동 매트릭스형 유기전계발광소자의 일부를 도시한 단면도이고,
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 능동 매트릭스형 유기전계발광소자의 일부를 도시한 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>
100 : 기판 102 : 게이트전극
104 : 소스전극 106 : 드레인전극
108 : 액티브층 110 : 유기막
112 : 제 1 전극(anode) 114 : 제 2 전극(cathode)
A : TFT 어레이부 B : 발광부
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 특징에 따른 수동 매트릭스형 유기전계발광소자는 다수의 화소가 정의된 투명한 절연기판과; 상기 투명한 절연기판의 상부에 서로 소정간격 이격하여 일 방향으로 구성되고 홀을 주입하는 제 1 전극과; 상기 제 1 전극의 상부에 서로 소정간격 이격하여 상기 제 1 전극과 교차하면서 일 방향으로 구성되고 전자를 주입하는 제 2 전극과; 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하고, 상기 제 1 전극으로부터 주입된 홀과 상기 제2 전극으로부터 주입된 전자가 결합하면서 소정의 빛을 발광하는 유기막과; 상기 기판의 배면에 구성되고, 가시광선은 투과하고 자외선은 차단되는 자외선 차단수단을 포함한다.
상기 제 1 전극은 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO) 중 선택된 하나로 형성한다.
상기 제 2 전극은 알루미늄(Al)과 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg)중 하나로 형성한 다.
상기 자외선 차단 수단은 고분자 필름이거나, 스프레이 타입의 액상고분자이다.
본 발명의 제 1 특징에 따른 능동 매트릭스형 유기전계발광소자는 다수의 화소가 정의된 기판과; 상기 각 화소마다, 게이트전극 액티브층 소스전극과 드레인전극으로 구성된 구동소자와; 상기 드레인전극과 접촉하고 상기 각 화소마다 독립적으로 구성되고 홀을 주입하는 다수의 제 1 전극과; 상기 제 1 전극 상부의 기판의 전면에 구성되고 전자를 주입하는 제 2 전극과; 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하고, 상기 제 1 전극으로부터 주입된 홀과 상기 제 2 전극으로부터 주입된 전자가 결합하면서 소정의 빛을 발광하는 유기막과; 상기 기판의 배면에 구성되고, 가시광선은 투과하고 자외선은 차단되는 자외선 차단수단을 포함한다.
본 발명의 제 2 특징에 따른 능동 매트릭스형 유기전계발광소자는 다수의 화소가 정의된 기판과; 상기 각 화소마다, 게이트전극 액티브층 소스전극과 드레인전극으로 구성된 구동소자와; 상기 구동소자를 포함하는 기판의 전면에 구성되고, 가시광선은 투과하고 자외선은 차단하는 자외선 차단수단과; 상기 드레인전극과 접촉하고 상기 각 화소마다 독립적으로 구성되고 홀을 주입하는 다수의 제 1 전극과; 상기 유기막 상부의 기판의 전면에 구성되고 전자를 주입하는 제 2 전극과; 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하고, 상기 제 1 전극으로부터 주입된 홀과 상기 제 2 전극으로부터 주입된 전자가 결합하면서 소정의 빛을 발광하는 유기막을 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직할 실시예를 설명한다.
-- 제 1 실시예 --
본 발명의 제 1 특징은 TFT 어레이와 유기발광체가 구성된 능동형 유기전계발광소자의 기판배면에 자외선 차단수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 자외선 차단수단은 가시광선은 투과시키는 반면 자외선은 차단하는 특성을 가진다.
이하, 도 3은 본 발명의 제 1 실시에에 따른 능동형 유기전계발광소자의 일부를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 투명한 플라스틱 기판 또는 유리기판(100)상에 박막트랜지스터(T)어레이를 구성한다.
상기 박막트랜지스터(T)어레이의 대략적인 구성은 다수의 화소(P)와, 화소(P)에는 스위칭 소자와, 스위칭 소자의 신호에 따라 화소(P)를 구동하는 구동소자(T)가 구성된다.
상기 스위칭 소자와 구동 소자는 게이트전극(102)과 소스전극 및 드레인전극(104,106)과 액티브층(108)으로 이루어진 박막트랜지스터(T)를 사용한다.
전술한 구성에서, 상기 화소영역(P)에는 단층(single layer) 또는 다층(multi layer)으로 구성된 유기막(110)을 구성하며, 상기 유기막(110)을 사이에 두고 제 1 전극(112)과 제 2 전극(114)을 구성한다.
상기 제 1 전극(112)은 상기 유기막(110)에 홀(hole)을 주입하는 홀 주입전극(anode)이고, 상기 드레인전극(106)과 연결되어신호전류를 인가 받는다.
상기 제 2 전극(114)은 상기 유기막(110)에 전자를 주입하는 전자 주입전극(cathode)으로, 기판 상에 별도로 구성된 공통배선(미도시)에 연결되어 형성한다.
상기 스위칭 소자(미도시)는 기판(100)에 일 방향으로 구성된 게이트배선(미도시)과 데이터배선(미도시)과 연결하여 구성한다.
전술한 구성에서, 상기 제 1 전극(112)은 일반적으로 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide)와 인듐-징크-옥사이드(indium-zinc-oxide)와 같은 투명한 도전성 금속으로 형성하며, 상기 제 2 전극(114)은 일 함수(work function)가 낮은 알루미늄(Al)으로 형성한다.
전술한 바와 같이, 박막트랜지스터 어레이부(A)와 발광부(B)가 모두 형성된 기판(100)의 배면에는 자외선을 90%이상 차단하지만 가시광선은 90%이상 투과시키는 자외선 차단수단을 부착한다.
상기 자외선 차단수단의 한 예로 고분자 필름(116)을 부착할 수 있으며, 상기 고분자 필름(116)은 무색의 투명한 물질로 도 4에 도시한 바와 같이, 얇은 두 장의 고분자 필름(116a,116b)을 아크릴 수지와 같은 투명한 재질로 제조된 접착제(116c)로 접착하여, 어느 정도의 두께를 가지는 고분자 필름(116)으로 제작한 후 상기 기판(100)의 배면에 부착하면 된다.
이러한 구성은 상기 고분자 필름의 두께가 아주 미세할 경우에 해당하는 구조이며, 조건에 따라 상기 고분자 필름은 한 장을 사용할 수 도 있다.
이때, 상기 고분자 필름(116)을 이루는 물질은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate)를 사용할 수 있다.
상기 기판(100)에 자외선 차단수단을 형성할 수 있는 또 다른 방법으로는 전술한 바와 같이 필름의 형태가 아니더라도 액상으로 만들어져 상기 기판(100)위에 뿌릴 수 있는 스프레이 타입(spray type)의 자외선 차단제를 사용할 수도 있다.
이때, 상기 액상 고분자는 벤조패논-1(benzophenone- 1 : 2,4-Dihydroxy Benzophenone)과 벤조패논-3(benzophenone- 3 : Oxybenzone 2-Hydroxy-4-Methoxy Benzophenone)과 벤조패논-12(benzophenone- 12 : 2-Hydroxy-4-Octoxy Benzophenone)과 같은 고분자 물질을 벤젠(benzen)등의 솔벤트에 녹여 제조할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 특징은 상기 능동 매트릭스형(active matrix type) 유기전계발광소자 뿐 아니라 수동 매트릭스형(passive matrix type)유기전계 발광소자에도 적용할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 수동 매트릭스형 유기전계발광소자의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
평면적으로 도시하지는 않았지만 일반적으로, 수동 매트릭스형 유기전계발광소자의 평면적인 구성은 기판(100) 상에 서로 이격하여 일 방향으로 구성된 다수의 제 1 전극(102)과, 상기 제 1 전극 (102)상부에 구성되고 전기장이 인가되면 소정의 빛으로 발광하는 발광체인 유기막(106)과, 상기 유기막의 상부에 구성되고, 상기 제 1 전극(102)과 수직하게 교차하여 화소(P)를 정의하며 일 방향으로 소정간격 이격하여 형성된 제 2 전극(108)으로 구성된다.
도시한 바와 같이, 기판에 화소(P)가 정의되며, 상기 각 화소(P)가 정의된 기판(100)에 투명한 제 1 전극(102)과, 상기 제 1 전극(102) 상부의 각 화소(P)사이에는 절연물질로 구성되고 소정의 높이(H)를 가지는 격벽(104)이 형성된다.
상기 각 화소(P)와 격벽(104)의 상부에는 유기막(106)이 증착되어 있으며, 상기 유기막(106)의 상부에는 제 2 전극(108)이 형성된다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 제 1 전극(102)은 상기 유기막(106)에 홀(hole)을 주입하는 홀 주입전극이고, 상기 제 2 전극(108)은 상기 유기막(106)에 전자(electron)를 주입하는 전자 주입전극의 기능을 한다.
상기 격벽(104)은 제 2 전극(108)을 형성하는 과정에서, 현상공정(developing process)과 화학적인 식각공정(etching process)이 진행되는 동안 화학약품에 의해 유기막(106)의 특성이 변화하는 것을 막기 위한 목적으로 사용된다.
다시 설명하면, 일반적인 사진식각 공정(photo-lithography)을 사용하지 않고 제 2 전극(108)을 독립적으로 형성하기 위한 목적으로 구성된다.
따라서, 상기 격벽(104)을 형성한 후, 유기막(106)을 증착하게 되면 도시한 바와 같이, 유기막(106)은 격벽(104)의 측면에는 증착되지 않고 평면적으로 상기 격벽의 상부와 상기 각 화소의 제 1 전극(102)의 상부에만 형성되는 결과를 얻을 수 있다.
이때, 상기 유기막(106)은 홀(hole)수송층과 발광층과 전자(electron) 수송층인 다층으로 구성할 수 있으며, 반대로 발광층만으로 구성된 단층으로 구성할 수 있다.
상기 제 2 전극(108)을 증착 할 경우에는 증착방향을 제어하면 되는데 대표적인 방법으로 증착방향을 소정의 기울기로 기울여 증착공정을 진행(이와 같은 공정은 금속을 증착하기 위한 타깃(target)의 위치를 제어하거나, 또는 기판을 기울여 증착함)하게 되면 도시한 바와 같이, 격벽(104)의 상부 및 일 측과 상기 각 화소의 유기막 (106)상부에 제 2 전극(108)이 증착된다.
전술한 바와 같이, 개략적으로 제 1 전극(102)과 제 2 전극(108)과 유기막(106)으로 구성된 수동 매트릭스형 유기전계발광소자의 배면에 자외선 차단수단(110)을 더욱 구성한다.
전술한 바와 같이, 상기 자외선 차단수단은 고분자 필름을 사용할 수도 있고, 스프레이 타입의 액상 고분자로 형성할 수 있다.
상기 스프레이 타입 액상 고분자 물질은 기판에 뿌려진 후 굳어지는 특성을이용한다.
이하, 본 발명의 다른 실시예를 제안한다.
-- 제 2 실시예 --
본 발명의 제 2 실시예에 따른 특징은 능동 매트릭스형 유기전계 발광소자의 발광층과 박막트랜지스터 어레이 사이에 상기 자외선 차단수단을 삽입하는 구조이다.
이하, 도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계발광소자의 단면을 개략적으로 설명한 도면이다.
도시한 바와 같이, 앞서 설명하였던 박막트랜지스터 어레이부(A)를 구성 한 후, 제 1 전극(212)과 유기막(210)과 제 2 전극(214)으로 구성되는 발광부(B)를 형성하기 전 공정에서 자외선 차단수단(216)을 형성한다.
즉, 상기 박막트랜지스터(T)의 드레인전극(206)과 접촉하는 제 1 전극을 형성하기 전 자외선 차단 수단(216)을 형성한다.
상기 자외선 차단수단(216)은 앞서 설명한 바와 같이 투명한 재질이며 가시광선은 투과하는 반면 자외선은 차단되는 물질이면 된다.
전술한 바와 같은 구성을 통해 본 발명에 따른 유기 전계발광소자를 구성할 수 있다.
따라서, 전술한 바와 같은 본 발명의 구성에 따라 유기 전계발광소자를 구성하게 되면 상기 발광체인 유기막이 자외선에 노출되는 것을 방지 할 수 있으므로, 상기 유기막의 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다.
따라서, 제품의 품질을 향상할 수 있는 효과가 있다.

Claims (14)

  1. 다수의 화소가 정의된 투명한 절연기판과;
    상기 투명한 절연기판의 상부에 서로 소정간격 이격하여 일 방향으로 구성되고 홀을 주입하는 제 1 전극과;
    상기 제 1 전극의 상부에 서로 소정간격 이격하여 상기 제 1 전극과 교차하면서 일 방향으로 구성되고 전자를 주입하는 제 2 전극과;
    상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하고, 상기 제 1 전극으로부터 주입된 홀과 상기 제 2 전극으로부터 주입된 전자가 결합하면서 소정의 빛을 발광하는 유기막과;
    상기 기판의 배면에 구성되고, 가시광선은 투과하고 자외선은 차단되는 자외선 차단수단을 포함하는 수동 매트릭스형 유기전계 발광소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO) 중 선택된 하나로 형성한 수동 매트릭스형 유기전계발광소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전극은 알루미늄(Al)과 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg)중 하나로 형성한 수동 매트릭스형 유기전계발광소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 자외선 차단 수단은 고분자 필름인 수동 매트릭스형 유기전계발광소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 자외선 차단 수단은 스프레이 타입의 액상고분자로 형성한 수동 매트릭스형 유기전계발광소자.
  6. 다수의 화소가 정의된 기판과;
    상기 각 화소마다, 게이트전극 액티브층 소스전극과 드레인전극으로 구성된 구동소자와;
    상기 드레인전극과 접촉하고 상기 각 화소마다 독립적으로 구성되고 홀을 주입하는 다수의 제 1 전극과;
    상기 제 1 전극 상부의 기판의 전면에 구성되고 전자를 주입하는 제 2 전극과;
    상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하고, 상기 제 1 전극으로부터 주입된 홀과 상기 제 2 전극으로부터 주입된 전자가 결합하면서 소정의 빛을 발광하는 유기막과;
    상기 기판의 배면에 구성되고, 가시광선은 투과하고 자외선은 차단되는 자외선 차단수단을 포함하는
    을 포함하는 능동 매트릭스형 유기전계발광소자.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO) 중 선택된 하나로 형성한 능동 매트릭스형 유기전계발광소자.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 전극은 알루미늄(Al)과 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg)중 하나로 형성한 능동 매트릭스형 유기전계발광소자.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 자외선 차단 수단은 고분자 필름인 능동 매트릭스형 유기전계발광소자.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 자외선 차단 수단은 스프레이 타입의 액상고분자로 형성한 능동 매트릭스형 유기전계발광소자.
  11. 다수의 화소가 정의된 기판과;
    상기 각 화소마다, 게이트전극 액티브층 소스전극과 드레인전극으로 구성된 구동소자와;
    상기 구동소자를 포함하는 기판의 전면에 구성되고, 가시광선은 투과하고 자외선은 차단하는 자외선 차단수단과;
    상기 드레인전극과 접촉하고 상기 각 화소마다 독립적으로 구성되고 홀을 주입하는 다수의 제 1 전극과;
    상기 유기막 상부의 기판의 전면에 구성되고 전자를 주입하는 제 2 전극과;
    상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하고, 상기 제 1 전극으로부터 주입된 홀과 상기 제 2 전극으로부터 주입된 전자가 결합하면서 소정의 빛을 발광하는 유기막
    을 포함하는 능동 매트릭스형 유기전계발광소자.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO) 중 선택된 하나로 형성한 능동 매트릭스형 유기전계발광소자.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 전극은 알루미늄(Al)과 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg)중 하나로 형성한 능동 매트릭스형 유기전계발광소자.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO) 중 선택된 하나로 형성한 능동 매트릭스형 유기전계발광소자.
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