KR100601324B1 - 유기 전계 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 캡을 사용하지 않고 구성 요소들을 외부 환경으로부터 완전하게 격리시킬 수 있으며 게터를 장착하지 않음으로서 소자의 두께를 현저히 줄일 수 있는 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다. 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자는 소자를 구성하는 다수의 구성 요소들의 전체 구조 상부에 다층 구조의 보호층을 형성하여 외부 환경으로부터 구성 요소들을 완전하게 격리시킬 수 있는 구조를 갖는다. 본 발명에서의 보호층은 소자의 구성 요소 상부에 형성된 유기물층, 유기물층 상에 형성된 비유기물층 및 비유기물층 상에 형성된 코팅층으로 이루어진다. 비유기물층 상에 형성된 코팅층은 티타늄알루미늄나이트라이드(TiAlN)로 이루어진다.
유기 전계 발광 소자

Description

유기 전계 발광 소자{Organic electroluminescent device}
도 1은 유기 전계 발광 소자의 일반적인 구조를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자의 구조를 도시한 단면도.
본 발명은 유기 전계 발광 소자에 관한 것으로서, 캡에 의한 두께의 증가를 방지하고 외부 환경의 영향을 배제할 수 있도록 구성한 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.
유기 전계 발광은 유기물(저분자 또는 고분자) 박막에 음극과 양극을 통하여 주입된 전자와 정공(hole)이 재결합하여 여기자(exition)를 형성하고, 형성된 여기자로부터의 에너지에 의해 특정한 파장의 빛이 발생되는 현상이다.
이러한 현상을 이용한 유기 전계 발광 소자는 도 1에 도시된 바와 같은 기본적인 구조를 갖고 있다. 유기 전계 발광 소자는 기본적으로 유리 기판(1), 유리 기판(1) 상부에 형성되어 애노드(anode) 전극으로 사용되는 인듐 주석 산화물층(2; Indium Tin Oxide film ; 이하, "ITO 층"이라 칭함), 절연층과 유기물층(3) 및 캐소드(cathode) 전극인 금속 전극(4)이 순서적으로 적층된 구조이다.
참고로, 유기물층(3)은 소자 내에 정공의 주입을 원활하게 하기 위한 정공 주입층; 애노드 전극으로부터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 정공 수송층 (hole transport layer); 캐소드 전극과 애노드 전극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광이 일어나는 영역인 발광층; 및 캐소드 전극으로부터 공급되는 전자의 원활한 수송을 위한 전자 수송층이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다.
이러한 구조를 갖는 유기 전계 발광 소자는 다음의 단계들을 거쳐 제조된다. 먼저, 유리 기판(1) 상에 진공 증착법을 이용하여 ITO 층(2)을 증착하고, 이 ITO 층(2)을 사진식각법(photolithography)으로 패터닝(patterning)한다.
이후, 패터닝된 ITO 층(2) 상에 절연층(도시되지 않음), 유기물층(3) 및 격벽(W)을 형성한다. 절연층 상에는 유기물층(3)을 형성하고, 유기물층(3) 상에 캐소드 전극으로 작용하는 금속층(4)을 증착한다. 여기서, 각 격벽(W)은 ITO 층(2) 상에 다수의 캐소드 전극들(4)을 분리된 상태로 증착하기 위하여 형성된다.
이와 같은 공정을 통하여 각 요소들을 형성한 후, 접합제(5; sealant)를 이용하여 캡(6)을 ITO 층(2)의 외곽부에 고정한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 캡(6)과 ITO 층(2) 사이에는 소정의 밀폐 공간이 형성되며, 이 밀폐 공간 내에 위치한 상술한 구성 요소들은 습기 등과 같은 외부의 환경에 영향을 받지 않는다.
한편, 소자를 구성하는 유기물은 수분과 열에 취약한 특성을 갖고 있으며, 따라서 이를 외부 환경으로부터 보호하기 위한 캡(6)은 금속, 유리 또는 그의 합성 재료로 제조되며, 접합제(5)로서는 자외선(U.V.) 경화성 접합제가 사용된다.
한편, 캡(6)의 중앙부 저면에는 (유기 물질로 이루어진) 테이프(7)에 의하여 흡습(吸濕)제인 게터(8; getter)가 부착되어 있다. 소자를 구성하는 각 구성 요소가 수용된, 캡(6)과 ITO 층(2) 사이의 공간에는 수분(습기)이 잔류하게 되며, 이 습기를 제거하기 위하여 게터(8)를 캡(6)의 중앙부 저면에 부착한 후에 캡(6)을 ITO 층(2)에 부착하는 것이다.
이러한 용도로 사용되는 게터(8)는 일반적으로, 예를 들어, CaO 또는 BaO 등으로 만들어지며, 필름, 페이스트(paste) 또는 분말 형태로 적용될 수 있다.
도 1에 도시된 유기 전계 발광 소자에서는 캡(6)에 부착된 게터(8)를 수용하기 위한 공간이 필요하다. 또한, 금속 전극층과 게터(8)가 접촉하는 경우 금속 전극이 산화되기 때문에 금속 전극층과 게터(8) 사이에도 소정의 공간이 요구된다. 이러한 구조는 소자 자체의 두께를 증가시키는 요인으로 작용하며, 따라서 소자 및 그 소자들이 장착된 장치의 소형화 추세에 부응하기 위해서는 소자의 두께를 증가시키는 요인을 제거하는 것이 바람직하다.
따라서 본 발명은 유기 전계 발광 소자에서 흡습 기능을 수행하는 게터를 형성함에 따라 나타나는 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 캡을 사용하지 않고 구성 요소들을 외부 환경으로부터 완전하게 격리시킬 수 있는 유기 전계 발광 소자를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 게터를 장착하지 않음으로서 게터의 사용으로 인한 문제점을 해소하고 소자의 두께를 현저히 줄일 수 있는 유기 전계 발광 소자를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자는 소자를 구성하는 다수의 구성 요소들의 전체 구조 상부에 다층 구조의 보호층을 형성하여 외부와 구성 요소들을 완전하게 차단시킬 수 있는 구조를 갖는다. 본 발명에서의 보호층은 소자의 구성 요소 상부에 형성된 유기물층, 유기물층 상에 형성된 비유기물층 및 비유기물층 상에 형성된 코팅층으로 이루어진다.
코팅층의 재료는 옥사이드 계열인 티타늄알루미늄나이트라이드이며, 이 코팅층이 전체 구조 상부에 형성됨으로서 비유기물층, 유기물층 및 소자의 구성 요소들은 외부 환경으로부터 완전하게 격리된다.
이하, 본 발명을 도면을 통한 바람직한 실시예의 설명을 통하여 보다 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자의 구조를 도시한 정단면도로서, 도 2에서는 유기 전계 발광 소자(100)를 구성하는, 유리 기판(20) 상부에 형성되어 애노드 전극으로 사용되는 ITO 층, 절연층과 유기물층 및 캐소드 전극인 금속 전극은 도 1에 도시된 구성 요소와 동일하여 각각을 개별적으로 도시하지 않았으며, 편의상 구성 요소들을 단일 블록으로 처리하고 도면 부호 "E"로 나타내었다.
본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자(100)의 가장 큰 구조적인 특징은 모든 구성 요소(E)를 포함한 기판(20) 상부에 패시베이션 막(passivation film), 즉 보호층을 형성한 점이다. 보호층은 기판(20) 상에 형성된 구성 요소(E)들을 외부와 완전히 차단시킬 수 있는 구조로 형성되며, 따라서 외부의 수분(습기)은 소자의 구성 요소(E)로 침투할 수 없다.
보호층은 소자의 구성 요소(E)와 접촉하는 유기물층(11), 유기물층(11) 상에 형성된 비유기물층(12) 그리고 비유기물층(12) 상에 형성된 코팅층(13)으로 이루어진다.
구성 요소(E) 상에 형성되어 금속 전극(도 1의 4)과 접촉하는 유기물층(11)은 증착 공정에 의하여 형성되며, 전기 전도도가 낮은 재료로 이루어진다. 이러한 재료로 형성된 유기물층(11)은 형성 온도가 낮으면 쉽게 평탄화되는 특성을 갖고 있다. 따라서 보호층 형성 공정시, 유기물층(11)이 구성 요소(E) 상에서 평탄화됨으로서 비유기물층(12) 및 코팅층(13) 역시 평탄화된 상태로 형성되며, 결국 소자(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 평탄화된 최종 형상을 가질 수 있다.
비유기물층(12)은 유기물층(11) 상에 형성되며, SiO2 또는 SiNx로 이루어진다. 비유기물층(12)을 형성하기 위하여 사용된 SiO2 또는 SiNx는 밀도가 높다는 물리적 특성을 갖고 있으며, 이 특성으로 인하여 외부의 습기 및 산소는 비유기물층(12)을 통과할 수 없다. 따라서 소자(100)의 구성 요소들(E)은 외부 환경(습기 및 산소)과 격리된다.
비유기물층(12) 상에 형성된 코팅층(13)의 재료는 옥사이드(oxide) 계열인 티타늄알루미늄나이트라이드(TiAlN)이며, 스퍼터링(sputtering) 공정 또는 e-빔 방식에 의하여 형성된다. 이 코팅층(13)이 전체 구조 상부에 형성됨으로서 비유기물 층(12), 유기물층(11) 및 소자의 구성 요소들(E)은 외부 환경과 완전하게 격리된다.
일반적으로 소자(100)의 주요 구성 요소(E)중의 하나인 금속 전극(도 1의 4)은 칼슘 또는 알루미늄으로 이루어지며, 칼슘 또는 알루미늄은 산소와 반응이 잘 이루어지는 금속 재료로 알려져 있다. 따라서 코팅층(13)이 구성 요소(E)를 외부 환경으로부터 완전하게 격리시켜 소자의 구성 요소(E)로의 산소와 수분의 침투를 방지시킬 수 있으며, 따라서 금속 전극이 산소 및 수분과 접촉하여 반응하는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
한편, 본 발명에서 코팅층(13)을 티타늄나이트라이드층과 알루미늄나이트라이드층의 2층 구조 또는 그 이상의 적층 구조로 형성할 수 있으며, 또한 티타늄나이트라이드층과 알루미늄층의 2층 구조 또는 그 이상의 적층 구조로도 형성할 수 있다.
반도체 소자 제조 공정에서, 티타늄나이트라이드(TiN)층은 산소 확산 방지막으로 사용되는 대표적인 박막이며, 따라서 코팅층(13)을 구성하는 티타늄나이트라이드층에 의하여 소자 내에서의 산소의 확산이 억제된다.
또한, 알루미늄은 산소 또는 수분(H2O)에 반응성이 매우 높은 물질로 알려져 있다. 따라서 알루미늄층 또는 알루미늄나이트라이드층을 코팅층(13)의 한 구성층으로 형성할 경우 알루미늄이 산소와 반응하여 알루미늄옥사이드를 형성함으로서 외부의 산소 또는 수분이 소자 내로 침투할 수 없게 된다.
한편, 소자(100)의 작동을 위해서는 전원이 인가되며, 전원에 의하여 도전성 재료로 이루어진 구성 요소들(E)에 정전기가 발생할 수 있다. 발생된 정전기는 구성 요소(E)에 대전(charge)되어 소자(100)의 기능에 영향을 줄 수 있으며, 심한 경우 소자(100) 자체가 손상될 우려가 있다.
이러한 문제점을 방지하기 위하여 본 발명에 따른 소자에서는 코팅층(13)에 전극(도시되지 않음)을 형성하고, 그 전극에 연결된 와이어를 접지시켰다. 따라서 소자(100)의 구성 요소(E)에서 발생된 정전기는 유기물층(11), 비유기물층(12) 및 코팅층(13)을 통하여 외부로 방전되며, 결과적으로 소자(100) 자체에 정전기가 대전되는 현상은 발생하지 않는다. 특히, 코팅층(13)을 구성하는 티타늄알루미늄나이트라이드는 그 저항값이 낮으므로 정전기의 외부 방전은 용이하게 이루어질 수 있다.
한편, 보호층(10)인 유기물층(11)과 코팅막(13)을 형성하는 공정인 증착 공정 및 스퍼터링 공정(또는 e-빔 방식)은 본 기술 분야의 일반적인 공정이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이상과 같은 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자는 소자를 구성하는 구성 요소 상에 보호막인 유기물층, 비유기물층 및 코팅층을 적층 상태로 형성함으로서 소자 내부로 외부의 습기 및 산소가 침투할 수 없으며, 따라서 습기 제거를 위한 필수 구성 요소인 게터를 장착할 필요가 없다. 이러한 이유로 도 1에 도시된 종래의 소자와 비교하여 볼 때, 게터가 구비되지 않는 본 발명에 따른 소자는 그 전체 높이가 현저히 감소되어 소자 및 그 소자가 장착된 장치의 소형화에 큰 도움을 줄 수 있으며, 게터의 사용으로 인하여 발생되는 여러 가지 문제점(예를 들어, 게터 재료의 선택의 제한 등)을 해결할 수 있다.
위에서 설명한 본 발명은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이다. 따라서, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 애노드 전극; 캐소드 전극; 및 상기 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 배치되는 유기물층을 포함하는 발광부가 기판 상에 형성된 유기 전계 발광 소자에 있어서,
    상기 발광부를 덮도록 상기 기판 상에 형성된 유기물층;
    상기 유기물층 상에 형성된 비유기물층;
    상기 비유기물층 상에 형성되며, 티타늄알루미늄나이트라이드로 이루어진 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  4. 애노드 전극; 캐소드 전극; 및 상기 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 배치되는 유기물층을 포함하는 발광부가 기판 상에 형성된 유기 전계 발광 소자에 있어서,
    상기 발광부를 덮도록 상기 기판 상에 형성된 유기물층;
    상기 유기물층 상에 형성된 비유기물층;
    상기 비유기물층 상에 형성되며, 티타늄나이트라이드층과 알루미늄나이트라이드층의 적층 구조 또는 티타늄나이트라이드층과 알루미늄층의 적층 구조인 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
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