KR101680613B1 - 유기 발광 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
SiH기를 가지는 가교제를 코어 입자의 표면에 도입하여 기구 강도가 증가되고 열화가 방지된 유기 발광 장치가 제시된다.
Description
유기 발광 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 상세하게는 기구 강도가 향상되고 암점 발생이 감소된 유기 발광 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
유기 발광 장치는 서로 대향하는 전극들 사이에 유기 발광층을 포함하는 유기막을 위치시켜, 어느 한쪽 전극에서 주입된 전자와 다른 한쪽 전극에서 주입된 정공이 유기 발광층에서 결합하고, 이때의 결합을 통해 발광층의 발광 분자가 여기된 후 기저 상태로 돌아가면서 방출되는 에너지를 빛으로 발광시키는 평판 디스플레이 장치 중의 하나이다.
이러한 유기 발광 장치는 시인성이 우수하고, 경량화, 박형화를 도모할 수 있고, 저전압으로 구동될 수 있어 차세대 디스플레이로 주목받고 있다.
유기 발광 장치는 제1기판 상에 디스플레이부가 구비되고 이 디스플레이부의 상부에 제2기판이 구비되며, 제1기판과 제2기판은 밀봉재로 합착된다. 디스플레이부에 포함되는 유기 발광 소자는 전극으로 사용되는 ITO로부터 발생한 산소에 의한 발광층의 열화, 발광층-계면 간의 반응에 의한 열화 등 내적 요인에 의한 열화 및 외부의 수분, 산소, 자외선 및 소자의 제작 조건 등 외적 요인에 의한 열화가 쉽게 일어날 수 있다. 특히 외부의 산소와 수분은 소자의 수명에 치명적인 영향을 주므로 유기 발광 소자의 패키징은 매우 중요하다.
종래의 유기 발광 장치의 경우, 제1기판과 제2기판(봉지 기판)을 합착시키는 밀봉재를 통해, 특히 밀봉재와 제2기판 사이의 계면을 통해 외부의 산소 또는 수분 등의 불순물이 유기 발광 장치의 내부로 침투하여 디스플레이부를 손상시킬 수 있다.
이와 같은 불순물 침투에 따른 손상과 충격에 의한 파손을 방지하기 위하여, 제1기판과 제2기판 사이에 충전 필름이나 충전제를 더 구비하고, 충전 필름이나 충전제와 밀봉재 사이에 추가로 댐(dam)을 더 배치하는 방법이 개발되었다. 이러한 제1기판과 제2기판 사이에 개재되는 충전제는 말단에 비닐기를 가지는 폴리오르가노실록산을 가교제로 경화시킨 것을 주로 사용한다. 사용하는 가교제는 상대적으로 짧은 분자 길이에 많은 SiH기들이 붙어있는 실록산 구조이며, 말단에 비닐기를 가지는 폴리오르가노실록산이 미반응 상태로 남지 않도록 하기 위하여 가교제를 과량으로 사용한다. 이때 과량의 가교제 중 반응에 참여하지 않은 잔여물은 그 높은 반응성으로 인하여 디스플레이부와 원하지 않는 반응을 일으키게 되고 이로 인해 부분적으로 발광영역의 재료가 변성되어 디스플레이부가 부분적으로 비발광되는 불량이 발생할 수 있다.
한 측면은 기구 강도가 증가되고 유기 발광 소자의 열화가 방지될 수 있는 유기 발광 장치를 제공하는 것이다.
다른 한 측면은 상기 유기 발광 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
한 측면에 따라, 제1기판; 상기 제1기판과 대향하도록 배치된 제2기판; 상기 제1기판과 상기 제2기판 사이에 배치되고 유기 발광 소자를 포함하는 디스플레이부; 상기 제1기판과 상기 제2기판 사이에 상기 디스플레이부를 둘러싸도록 배치되고 상기 제1기판과 상기 제2기판을 접합시키는 밀봉재; 및 상기 디스플레이부를 덮도록 상기 밀봉재 내측에 배치되고, 코어 입자, 및 상기 코어 입자의 표면에 도입되며 적어도 하나 이상의 SiH기를 가지는 가교제와 말단에 적어도 하나 이상의 알케닐기를 가지는 폴리오르가노실록산의 경화물을 포함하는 충전제;를 포함하는 유기 발광 장치가 제공된다.
상기 코어 입자는 흄드 실리카, 흄드 이산화 티타늄, 탄산 칼슘, 규산 칼슘, 이산화 티타늄, 산화 제2철, 카본 블랙 및 산화 아연으로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 코어 입자의 입경은 10 내지 500㎚일 수 있다.
상기 가교제는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다:
<화학식 1>
상기 식에서, R1 내지 R9는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 C1-C20알킬기이고, m은 1 내지 50의 정수이고 n은 0 내지 50의 정수이다.
상기 가교제는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있다:
<화학식 2>
상기 식에서, m은 1 내지 50의 정수이고 n은 0 내지 50의 정수이다.
상기 폴리오르가노실록산은 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물일 수 있다:
<화학식 3>
상기 식에서, R11 내지 R14는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1-C20알킬기 이고, R15 내지 R20은 각각 독립적으로 수소 또는 중수소(deurerium)이고, k는 200 내지 1600의 정수이다.
상기 폴리오르가노실록산은 하기 화학식 4로 표시되는 화합물일 수 있다:
<화학식 4>
상기 식에서, k는 200 내지 1600의 정수이다.
상기 충전제는 상기 제1기판과 상기 제2기판 사이의 공간을 채우도록 구비될 수 있다.
상기 유기 발광 소자는 제1전극, 상기 제1전극과 대향하는 제2전극 및 상기 제1전극과 제2전극 사이에 개재된 유기막을 포함할 수 있다.
상기 충전제는 상기 제2전극의 전면에 직접 접촉할 수 있다.
상기 충전제와 상기 제2전극 사이에 보호막이 더 구비될 수 있다.
다른 측면에 따라, 유기 발광 소자를 포함하는 디스플레이부가 둘러싸도록 밀봉재가 구비된 제1기판 및 제2기판을 준비하는 단계; 상기 밀봉재의 내측에, 코어 입자, 상기 코어 입자의 표면에 도입되며 적어도 하나 이상의 SiH기를 가지는 가교제 및 말단에 적어도 하나 이상의 알케닐기를 가지는 폴리오르가노실록산을 채우는 단계; 상기 제1기판 및 상기 제2기판이 대향되도록 정렬하여, 상기 제1기판과 상기 제2기판을 합착하는 단계; 상기 밀봉재를 경화하는 단계; 및 상기 가교제 및 상기 폴리오르가노실록산을 경화시키는 단계를 포함하는 유기 발광 장치의 제조 방법이 제공된다.
상기 코어 입자 표면에 상기 적어도 하나 이상의 SiH기를 가지는 가교제의 도입은 코팅에 의한 것일 수 있다.
상기 가교제 및 상기 폴리오르가노실록산의 경화 단계는 50 내지 200℃에서 10분 내지 10시간 동안 수행될 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 유기 발광 장치는 SiH기를 가지는 가교제를 코어 입자의 표면에 도입하여 사용한 바 유기 발광 장치의 기구 강도가 증가되고 유기 발광 소자의 열화가 방지될 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 유기 발광 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 일 구현예에 따른 유기 발광 장치의 일부를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 3은 일 구현예에 따른 유기 발광 장치를 상세히 도시한 단면도이다.
도 4는 종래의 유기 발광 장치에서 가교제가 디스플레이부에 결점을 형성시키는 과정을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 5a는 실시예 1에 따른 유기 발광 장치의 발광을 나타낸 사진이다.
도 5b는 비교예 1에 따른 유기 발광 장치의 발광을 나타낸 사진이다.
도 2는 일 구현예에 따른 유기 발광 장치의 일부를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 3은 일 구현예에 따른 유기 발광 장치를 상세히 도시한 단면도이다.
도 4는 종래의 유기 발광 장치에서 가교제가 디스플레이부에 결점을 형성시키는 과정을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 5a는 실시예 1에 따른 유기 발광 장치의 발광을 나타낸 사진이다.
도 5b는 비교예 1에 따른 유기 발광 장치의 발광을 나타낸 사진이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현 예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분의 위에(상에) 있다고 할 때, 이는 다른 부분 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라 그 사이에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분의 바로 위에 있다고 할 때에는 그 사이에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
도 1은 일 구현예에 유기 발광 장치를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 유기 발광 장치의 일부를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 3은 도 1 및 도 2의 유기 발광 장치를 상세히 도시한 단면도이다.
상기 도면들을 참조하면, 일 구현예에 따른 유기 발광 장치(100)는 제1기판(110); 상기 제1기판과 대향하도록 배치된 제2기판(120); 상기 제1기판(110)과 상기 제2기판(120) 사이에 배치되고 유기 발광 소자를 포함하는 디스플레이부(D); 상기 제1기판(110)과 상기 제2기판(120) 사이에 상기 디스플레이부(D)를 둘러싸도록 배치되고 상기 제1기판(110)과 상기 제2기판(120)을 접합시키는 밀봉재(150); 및 상기 디스플레이부(D)를 덮도록 상기 밀봉재(150) 내측에 배치되고, 코어 입자, 및 상기 코어 입자의 표면에 도입되며 적어도 하나 이상의 SiH기를 가지는 가교제와 말단에 적어도 하나 이상의 알케닐기를 가지는 폴리오르가노실록산의 경화물을 포함하는 충전제(170);를 포함한다.
제1기판(110)과 상기 제1기판(110)에 대향하도록 제2기판(120)이 배치되고, 상기 제1기판(110)의 면들 중에서 제2기판(120)을 향하는 면 상에 디스플레이부(D)와 패드부(P)가 형성되며, 상기 디스플레이부(D)의 외곽을 밀봉재(150)가 둘러싸도록 배치된다. 상기 제1기판(110)과 상기 제2기판(120)이 밀봉재(150)에 의해 접합되면서 형성된 내부 공간에 디스플레이부(D)를 덮는 충전제(170)가 구비된다.
제1기판(110)은 SiO2를 주성분으로 하는 투명한 유리 재질로 이루어질 수 있다. 제1기판(110)은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 투명한 플라스틱 등 다양한 재질을 이용하여 형성할 수 있다. 제1기판(110)을 형성하는 플라스틱 재료는 절연성 유기물일 수도 있으며, 예를 들면 폴리에테르술폰(PES: polyethersulfone), 폴리아크릴레이트(PAR: polyacrylate), 폴리에테르이미드(PEI: polyetherimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN: polyethylene naphthalate), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(PET: polyethylene terephthalate), 폴리페닐렌 술파이드(PPS: polyphenylene sulfide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(PC: polycarbonate), 셀룰로오스 트리아세테이트(TAC), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(CAP: cellulose acetate propionate)로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
화상이 제1기판(110)방향으로 구현되는 배면 발광형인 경우에 제1기판(110)은 투명한 재질로 형성해야 한다. 그러나 화상이 제1기판(110)의 반대 방향으로 구현되는 전면 발광형인 경우에 제1기판(110)을 반드시 투명한 재질로 형성할 필요는 없다. 이 경우 금속으로 제1기판(110)을 형성할 수 있다. 금속으로 제1기판(110)을 형성할 경우 제1기판(110)은 탄소, 철, 크롬, 망간, 니켈, 티타늄, 몰리브덴, 스테인레스 스틸(SUS), Invar 합금, Inconel 합금 및 Kovar 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1기판(110)은 금속 포일로 형성할 수도 있다.
제1기판(110)의 상부에 상기 제1기판(110)의 평활성을 개선하고 불순 원소의 침투를 차단하기 위하여 버퍼층(111)이 더 구비될 수 있다.
디스플레이부(D)는 복수 개의 유기 발광 소자(140) 및 각 유기 발광 소자(140)에 접속된 복수 개의 박막 트랜지스터(TFT: thin film transistor)(130)를 포함할 수 있다. 각 유기 발광 소자(140)의 구동을 박막 트랜지스터(130)로 제어하는지 여부에 따라 수동 구동형(PM: passive matrix) 및 능동 구동형(AM: active matrix)으로 구분된다. 일 구현예에 따른 유기 발광 장치(100)는 능동 및 수동 구동형 어느 경우에도 적용될 수 있다. 이하에서는 능동 구동형 유기 발광 장치(100)를 일 예시로 상세히 설명한다.
버퍼층(111)의 상부에는 박막 트랜지스터(130)의 활성층(131)이 반도체 재료에 의해 형성되고, 이를 덮도록 게이트 절연막(112)이 형성된다. 활성층(131)은 비정질 실리콘(amorphous silicon) 또는 폴리실리콘(polysilicon)과 같은 무기재 반도체나 유기 반도체가 사용될 수 있으며, 소스 영역(131b), 드레인 영역(131c) 및 이들 사이의 채널 영역(131a)을 갖는다.
게이트 절연막(112) 상에는 게이트 전극(133)이 구비되고, 이를 덮도록 층간 절연막(113)이 형성된다. 그리고 층간 절연막(113) 상에는 소스 전극(135) 및 드레인 전극(136)이 구비되며, 이를 덮도록 패시베이션막(114) 및 평탄화막(115)이 순차로 구비된다.
상기의 게이트 절연막(112), 층간 절연막(113), 패시베이션막(114) 및 평탄화막(115)은 절연체로 구비될 수 있으며, 무기물, 유기물, 또는 유/무기 복합물로 단층 또는 복수층의 구조로 형성될 수 있다. 한편, 상술한 박막 트랜지스터 적층 구조는 일 예시이며, 이외에도 다양한 구조의 박막 트랜지스터가 모두 적용 가능하다.
디스플레이부(D)의 외곽에는 패드부(P)가 형성된다. 패드부(P)는 복수 개의 패드 전극(미도시)을 포함하며, 패드 전극(미도시)은 디스플레이부(D)에 구비된 다양한 도선들(미도시), 예를 들어, 데이터 라인, 스캔 라인 또는 전원 공급 라인 등과 같이 디스플레이 소자들을 구동하기 위한 다양한 도선들에 대응되도록 연결됨으로써 외부 신호를 각 연결된 도선을 통하여 디스플레부(D)에 구비된 유기 발광 소자에 전달한다.
평탄화막(115)의 상부에는 유기 발광 소자(140)의 애노드 전극이 되는 제1전극(141)이 형성되고, 이를 덮도록 절연물로 화소 정의막(144)(pixel define layer)이 형성된다. 화소 정의막(144)에 소정의 개구부를 형성한 후, 이 개구부로 한정된 영역 내에 유기 발광 소자의 유기막(142)이 형성된다. 그리고, 전체 화소들을 모두 덮도록 유기 발광 소자의 캐소드 전극이 되는 제2전극(143)이 형성된다. 물론 제1전극(141)과 제2전극(143)의 극성은 서로 반대로 바뀌어도 무방하다.
제1전극(141)과 제2전극(143) 사이에 구비된 유기막(142)은 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 정공 저지층, 정공 수송층 및 전자 주입층으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 층을 포함할 수 있다.
예를 들면, 유기 발광 소자(140)는 제1전극(141) / 정공 주입층(HIL: hole injection layer)(미도시) / 정공 수송층(HTL: hole transport layer)(미도시) / 발광층(EML: light emitting layer)(미도시) / 전자 수송층(ETL: electron transport layer)(미도시) / 전자 주입층(EIL: electron injection layer)(미도시) 또는 제1전극(141) / 정공 주입층(미도시) / 정공 수송층(미도시) / 발광층(미도시) / 정공 저지층(HBL: hole blocking layer)(미도시) / 전자 수송층(미도시) / 전자 주입층(미도시) / 제2전극(143) 등이 단일 혹은 복합으로 적층된 구조를 가질 수 있다.
제1전극(141)은 높은 일함수를 갖는 애노드 전극용 물질을 증착법 또는 스퍼터링에 의하여 형성되며, 투명 전극 또는 반사형 전극으로 구비될 수 있다. 투명 전극으로 구비될 때에는 ITO, IZO, SnO2, ZnO 또는 In2O3을 포함할 수 있고, 반사형 전극으로 구비될 때에는 Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr 또는 이들의 화합물 등으로 형성된 반사막 및 ITO, IZO, ZnO 또는 In2O3로 형성된 투명막을 포함할 수 있다.
상기 제1전극(141) 상부에는 정공 주입층 물질을 진공 열증착 또는 스핀 코팅하여 형성된 정공 주입층이 위치한다. 상기 정공 주입층 물질은 예를 들면 CuPc, 구리프탈로시아닌 등의 프탈로시아닌 화합물 또는 스타버스트형 아민 유도체류인 TCTA, m-MTDATA, m-MTDAPB, 용해성이 있는 전도성 고분자인 Pani/DBSA (Polyaniline/Dodecylbenzenesulfonic acid:폴리아닐린/도데실벤젠술폰산) 또는 PEDOT/PSS (Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/Poly(4-styrenesulfonate):폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(4-스티렌술포네이트)), Pani/CSA (Polyaniline/Camphor sulfonic acid:폴리아닐린/캠퍼술폰산) 또는 PANI/PSS (Polyaniline)/Poly (4-styrene- sulfonate):폴리아닐린)/폴리(4-스티렌술포네이트)) 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
정공 주입층 상부에는 정공 수송층 물질을 진공 열증착 또는 스핀 코팅하여 형성된 정공 수송층이 위치한다. 상기 정공 수송층 물질은 예를 들면 1,3,5-트리카바졸릴벤젠, 4,4'-비스카바졸릴비페닐, 폴리비닐카바졸, m-비스카바졸릴페닐, 4,4'-비스카바졸릴-2,2'-디메틸비페닐, 4,4',4"-트리(N-카바졸릴)트리페닐아민, 1,3,5-트리(2-카바졸릴페닐)벤젠, 1,3,5-트리스(2-카바졸릴-5-메톡시페닐)벤젠, 비스(4-카바졸릴페닐)실란, N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1-비페닐]-4,4'디아민(TPD), N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐 벤지딘(α-NPD), N,N'-디페닐-N,N'-비스(1-나프틸)-(1,1'-비페닐)-4,4'-디아민(NPB), 폴리(9,9-디옥틸플루오렌-co-N-(4-부틸페닐)디페닐아민)(poly(9,9-dioctylfluorene-co-N-(4-butylphenyl)diphenylamine) (TFB) 또는 폴리(9,9-디옥틸플루오렌-co-비스-N,N-페닐-1,4-페닐렌디아민(poly(9,9-dioctylfluorene-co-bis-(4-butylphenyl-bis-N,N-phenyl-1,4-phenylenediamin) (PFB) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
정공 수송층 상부에 발광층이 도입된다. 발광층 재료는 특별히 제한되지 않고 4,4'-비스카바졸일비페닐(CBP),TCB, TCTA, SDI-BH-18, SDI-BH-19, SDI-BH-22, SDI-BH-23, dmCBP, Liq, TPBI, Balq, BCP 등을 호스트로 사용할 수 있으며, 도판트의 경우 형광 도판트로서는 이데미츠(Idemitsu)사에서 구입 가능한 IDE102, IDE105나 인광 도판트로서 잘 알려진 녹색 인광 도판트인 Ir(ppy)3, 청색 인광 도판트인 (4,6-F2ppy)2Irpic 등을 진공열 증착하여 사용할 수 있다.
도핑 농도는 특별히 제한되지는 않으나 통상적으로 0.5 내지 12 중량%로 사용한다.
한편, 발광층에 인광 도판트를 함께 사용할 경우, 삼중항 여기자 또는 정공이 전자 수송층으로 확산되는 현상을 방지하기 위하여 추가로 정공 저지 물질을 진공열 증착하여 형성된 정공 저지층이 위치할 수 있다. 이때 사용할 수 있는 정공 저지층 재료는 특별히 제한되지는 않으나, 전자 수송 능력을 가지면서 발광화합물보다 높은 이온화 퍼텐셜을 가져야 하며 대표적으로 Balq, BCP 등이 있다.
정공 저지층 위에 진공 증착 방법 또는 스핀 코팅 방법으로서 형성된 전자 수송층이 위치할 수 있다. 상기 전자 수송층 재료는 예를 들어 공지의 재료인 Alq3등을 이용할 수 있다.
전자 수송층 위에는 전자 주입층이 적층될 수 있다. 상기 전자 주입층의 재료는 예를 들면 LiF, NaCl, CsF, Li2O, BaO 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 전자 주입층 상부에 캐소드 형성용 금속을 진공열 증착하여 형성된 제2전극(143)이 위치한다. 제2전극(143)은 투명 전극 또는 반사형 전극으로 구비될 수 있는데, 투명 전극으로 구비될 때는 Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Mg 또는 이들의 화합물이 유기막(142)을 향하도록 증착하여 형성된 막 및 그 위의 ITO, IZO, ZnO 또는 In2O3 등의 투명한 도전성 물질로 형성된 보조 전극이나 버스 전극 라인을 포함할 수 있다. 반사형 전극으로 구비될 때에는 Li, Ca, Al, Mg, LiF/Ca, LiF/Al, Al/Li, Mg/In, Mg/Ag 또는 이들의 혼합물로 형성될 수 있다.
상기 도면에는 도시되어 있지 않지만, 화소 정의막(144) 상부에는 유기 발광 소자(140)와 제2기판(120) 사이의 갭(gap)을 유지하기 위한 스페이서(미도시)가 더 구비될 수 있다.
제1기판(110)의 면들 중에서 제2기판(120)을 향한 면 상에는 디스플레이부(D) 외곽을 둘러싸도록 밀봉재(150)가 구비된다. 물론 밀봉재(150)는 제2기판(120)의 면들 중에서 제1기판(110)을 향한 면 상에 구비될 수 있다. 이러한 밀봉재(150)는 제1기판(110)과 제2기판(120)을 접합하여, 외부로부터 유기 발광 소자(140)로 산소와 수분이 침투하는 것을 방지한다.
밀봉재(150)는 에폭시와 같은 유기재도 사용가능하지만, 별도의 흡습제를 사용할 필요가 없는 프릿(frit)과 같은 무기재를 사용할 수 있다. 프릿은 유리 재료를 페이스트 상태로 제1기판(110)과 제2기판(120)에 도포하여 레이저 또는 적외선으로 용융한 후, 경화되면서 제1기판(110)과 제2기판(120)을 밀봉한다.
한편, 제1기판(110) 상에 밀봉재(150)로 프릿을 사용할 경우, 무기재인 프릿과 제1기판(110)과의 계면접촉을 강화하기 위하여, 프릿을 디스플레이부(D)에서 직접 연장 형성된 무기 절연층 상에 직접 형성할 수 있다. 여기서 디스플레이부(D)에서 직접 연장 형성된 무기 절연층이라 함은 예를 들면 전술한 박막 트랜지스터(130)의 제조시 형성되는 게이트 절연막(112), 층간 절연막(113), 페이베이션막(114) 등과 같은 무기 절연층이 프릿이 형성되는 디스플레이부(D)의 외곽에도 같이 함께 형성됨을 의미한다.
한편, 외부 충격이 유기 발광 장치(100)에 인가될 경우, 프릿은 잘 깨어지는 특성을 가지므로, 프릿과 제1기판(110) 또는 제 2 기판(120)의 접착면에 응력 집중 현상이 발생하고, 이로 인해 접착 면으로부터 크랙(crack)이 발생하여 전체 기판으로 확산될 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 제1기판(110)과 제2기판(120)이 접합되면서 만들어지는 내부 공간에 충전제(170)가 구비된다. 충전제(170)는 유기 발광 장치(100)의 내부 공간을 소정의 탄성과 점성을 가진 물질로 채움으로써, 외부 충격으로부터 유기 발광 장치(100)의 손상을 방지한다.
상기 충전제(170)는 코어 입자, 및 상기 코어 입자의 표면에 도입되어 적어도 하나 이상의 SiH기를 가지는 가교제와 말단에 적어도 하나 이상의 알케닐기를 가지는 폴리오르가노실록산의 경화물을 포함한다. SiH기를 가지는 가교제와 비닐기를 가지는 폴리오르가노실록산을 유기 발광 장치(100)의 내부에 채우고 열을 가하면 경화반응을 일으켜 유기 발광 장치(100)의 강도를 증가시킬 수 있다. 그러나, SiH기를 가지는 가교제는 상대적으로 짧은 길이의 분자 사슬에 SiH기들이 붙어 있는 구조이어서 이동성이 좋기 때문에 가교제 중 일부는 비닐기를 가지는 폴리오르가노실록산과 반응하지 않고 디스플레이부(D)의 유기 발광 소자(140)와 접촉할 수 있다. SiH기를 가지는 가교제의 실란 부분은 반응성이 매우 크기 때문에 유기 발광 소자(140)와 접촉하게 되면 이를 구성하는 유기 재료와 반응할 수 있다. 예를 들면 SiH기를 가지는 가교제가 유기 발광 소자(140)에 형성된 미세한 덴트(dent)를 통하여 유기 발광 소자(140)의 내부로 스며들고 여기서 발광영역의 재료와 원치 않는 반응을 일으켜 발광 영역의 일부가 변성되어 비발광되는 현상이 나타날 수 있다.
도 4는 비닐기를 가지는 폴리오르가노실록산과 SiH기를 가지는 가교제를 충전제(170)로 사용할 경우에 이동성의 차이로 인하여 SiH기를 가지는 가교제가 유기 발광 소자(140)와 반응하여 암점(dark spot)을 형성시키는 과정을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 비닐기를 가지는 폴리오르가노실록산 및 SiH기를 가지는 가교제를 디스플레이부(D)에 도포한 후 제2기판(120)을 덮고 압력을 가하면 비닐기를 가지는 폴리오르가노실록산과 SiH기를 가지는 가교제의 이동도의 차이에 따라 이동도가 큰 SiH기를 가지는 가교제가 디스플레이부(D) 쪽으로 이동할 수 있다. 이렇게 디스플레이부(D) 쪽으로 이동한 SiH기를 가지는 가교제는 디스플레이부(D)의 미세한 덴트가 있는 부분에 침투할 수 있고 반응성이 큰 SiH기가 유기 발광 소자(140)의 유기 재료와 반응하여 암점을 발생시킬 수 있다.
일 구현예에서, SiH기를 가지는 가교제의 이동성을 낮추기 위하여 상기 가교제를 코어 입자의 표면에 도입하여 사용할 수 있다. 제1기판(110)과 제2기판(120)이 접합되면서 만들어지는 내부 공간에 코어 입자, 코어 입자의 표면에 도입되며 적어도 하나 이상의 SiH기를 가지는 가교제 및 말단에 하나 이상의 알케닐기를 가지는 폴리오르가노실록산을 채우고, 고온의 자외선이나 레이저 등을 조사하여 적어도 하나 이상의 SiH기를 가지는 가교제와 말단에 하나 이상의 알케닐기를 가지는 폴리오르가노실록산이 경화반응을 일으켜 충전제(170)를 형성한다.
적어도 하나 이상의 SiH기를 가지는 가교제가 코어 입자의 표면에 도입되어 있기 때문에 이동성이 낮아지므로 SiH기와 유기 발광 소자(140)의 유기 재료의 반응이 자연스레 억제된다. SiH기를 가지는 가교제를 코어 입자의 표면에 도입하는 방법은 코팅 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
상기 코어 입자는 흄드 실리카, 흄드 이산화 티타늄, 탄산 칼슘, 규산 칼슘, 이산화 티타늄, 산화 제2철, 카본 블랙 및 산화 아연으로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다. 여기서, 흄드 실리카 및 흄드 이산화 티타늄은 강화 무기 첨가제로 사용될 수 있고, 탄산 칼슘, 규산 칼슘, 이산화 티타늄, 산화 제2철, 카본 블랙 및 산화 아연은 비강화 무기 첨가제로 사용될 수 있다.
상기 코어 입자의 입경은 10 내지 500㎚일 수 있다. 박형의 유기 발광 장치를 구현하기 위하여, 디스플레이부(D)가 형성된 제1기판(110)과 봉지층으로 사용되는 제2기판(120) 사이의 거리는 얇게 형성된다. 예를 들면, 제1기판(110)과 제2기판(120) 사이의 거리는 2 내지 4㎛일 수 있다. 따라서, 제1기판(110)과 제2기판(120) 사이에 채워지는 충전제(170)를 구성하는 코어 입자는 디스플레이부(D)의 손상을 방지하기 위하여 충분히 작아야 한다. 코어 입자의 입경이 상기 범위를 만족하는 경우 디스플레이부(D)의 손상이 방지될 수 있다.
한편, 상기 코어 입자의 함량은 상기 코어 입자의 표면에 도입되며 적어도 하나 이상의 SiH기를 가지는 가교제의 100 중량부에 대하여 300 내지 10000 중량부일 수 있다. 코어 입자의 함량이 상기 범위를 만족하는 경우 코어 입자 표면에 가교제를 용이하게 도입할 수 있다.
적어도 하나 이상의 SiH기를 가지는 가교제는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다:
<화학식 1>
상기 식에서, R1 내지 R9는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 C1-C20알킬기이고, m은 1 내지 50의 정수이고 n은 0 내지 50의 정수이다. 예를 들면, R1 내지 R9는 각각 독립적으로 메틸, 에틸, n-프로필, iso-프로필, n-부틸, sec-부틸 및 t-부틸로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 가교제는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있다:
<화학식 2>
여기서, m은 1 내지 50의 정수이고 n은 0 내지 50의 정수이다.
말단에 적어도 하나 이상의 알케닐기를 가지는 폴리오르가노실록산은 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물일 수 있다:
<화학식 3>
상기 식에서, R11 내지 R14는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1-C20알킬기이고, R15 내지 R20은 각각 독립적으로 수소 또는 중수소(deurerium)이고, k는 200 내지 1600의 정수이다. 예를 들면, R11 내지 R14는 각각 독립적으로 메틸, 에틸, n-프로필, iso-프로필, n-부틸, sec-부틸 및 t-부틸로 이루어지는 군으로부터 선택되고, R15 내지 R20은 각각 독립적으로 수소일 수 있다.
상기 폴리오르가노실록산은 하기 화학식 4로 표시되는 화합물일 수 있다:
<화학식 4>
여기서, k는 200 내지 1600의 정수이다.
코어 입자, 코어 입자의 표면에 도입되며 적어도 하나 이상의 SiH기를 가지는 가교제 및 말단에 적어도 하나 이상의 알케닐기를 가지는 폴리오르가노실록산의 경화물을 포함하는 충전제(170)로 제1기판(110)과 제2기판(120) 사이의 공간이 채워져 유기 발광 장치(100)의 기구 강도가 증가된다. 이러한 충전제(170)는 유기 발광 소자(140)의 제2전극(143)의 전면에 직접 접촉하여 강도를 보다 효율적으로 증가시킬 수 있다. 한편, 충전제에 전기 도전성을 띠는 첨가제가 더 포함되는 경우에는 필요에 따라 제2전극(143)과 충전제(170) 사이에 보호막이 더 구비될 수 있다.
디스플레이부(D)가 구비된 제1기판(110)과 대향하는 위치에 제2기판(120)이 형성되어 있다. 제2기판(120)은 디스플레이부(D) 상부에 배치되며 밀봉재(150)에 의해 제1기판(110)과 합착된다. 상기 제2기판(300)은 글라스재 기판뿐만 아니라 아크릴과 같은 다양한 플라스틱재 기판을 사용할 수도 있으며, 더 나아가 금속판을 사용할 수도 있다.
일 구현예에 따른 유기 발광 장치(100)의 제조 방법을 살펴 보기로 한다.
유기 발광 소자(140)를 포함하는 디스플레이부(D)를 둘러싸도록 밀봉재(150)가 구비된 제1기판(110)이 준비된다. 그리고 봉지 부재로 사용할 제2기판(120)을 준비한다. 밀봉재(150)는 제2기판(120)에 형성될 수 있다. 밀봉재(150)는 예를 들면 프릿으로 구비될 수 있으며, 프릿은 디스플레이부(D)에서 직접 연장 형성된 절연층 상에 직접 형성할 수 있다.
밀봉재(150) 내측에, 전술한 코어 입자, 코어 입자의 표면에 도입되며 적어도 하나 이상의 SiH기를 가지는 가교제 및 말단에 적어도 하나 이상의 알케닐기를 가지는 폴리오르가노실록산이 적하된다. 예를 들면 밀봉재(150) 내측의 디스플레이부(D)의 중앙에 적하시킬 수 있다. 밀봉재(150) 내측에 적하되는 상기 가교제는 예를 들면 코어 입자의 표면에 적어도 하나 이상의 SiH기를 가지는 가교제를 코팅하여 형성될 수 있다.
상기 제1기판(110)과 제2기판(120)을 서로 대향되도록 정렬한 다음, 제1기판(110)과 제2기판(120)을 합착하고, 밀봉재(150)의 밀봉 라인을 따라 레이저 또는 자외선을 조사하여 밀봉재(150)를 경화한다.
마지막으로, 밀봉재(150) 내측에 적하되어 있는 가교제 및 폴리오르가노실록산에 레이저 또는 자외선을 조사하여 경화시킨다. 상기 경화 단계는 가교제 및 폴리오르가노실록산의 함량과 첨가제에 따라 다양하게 결정될 수 있으며, 예를 들면 50 내지 200℃에서 10분 내지 10시간 동안 수행될 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예를 들어 설명하기로 하되, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.
실시예
1
SiO2 유리 기판(제1기판) 상부에 유기 발광 소자를 포함하는 디스플레이부를 형성하였다: 애노드(제1전극)는 코닝(corning) 15Ω/㎠ (1200Å) ITO 유리 기판을 50㎜×50㎜×0.7㎜ 크기로 잘라서 이소프로필 알코올과 순수 물속에서 각 5분 동안 초음파 세정한 후, 30분 동안 UV 오존 세정하여 사용하였다. 상기 제1전극 상부에 m-MTDATA를 진공 증착하여 정공 주입층을 750Å두께로 형성한다. 이어서 상기 정공 주입층 상부에 α-NPD를 150Å의 두께로 진공 증착하여 정공 수송층을 형성한다. 상기 정공 수송층 상부에 DSA를 호스트로 하고 도판트로써 TBPe를 3% 사용하여 이를 진공 증착함으로써 300Å의 두께로 발광층을 형성한다. 그 후 상기 발광층 상부에 Alq3를 진공 증착하여 200Å두께의 전자 수송층을 형성한다. 이 전자 수송층 상부에 LiF 80Å(전자 주입층)과 Al 3000Å을 순차적으로 진공 증착하여 LiF/Al 전극을 형성한다.
다음으로, 디스플레이부의 외곽을 프릿으로 둘러싼 다음, 입경 100㎚인 흄드 실리카 50 중량부에 화합물 1로 표시되는 가교제 1.2 중량부를 코팅한 것과 화합물 2로 표시되는 폴리오르가노 실록산 48.8중량부를 상기 LiF/Al 전극 상에 주입하고 봉지 기판(제2기판)을 덮은 상태에서 프릿을 레이저로 경화시켰다. 이어서 가교제와 폴리오르가노 실록산을 85℃에서 1시간 열처리하여 경화시켰다.
<화합물 1>
<화합물 2>
여기서, m = 25이고 n은 0이며, k = 800이다.
비교예
1
LiF/Al 전극 상에 화합물 1로 표시되는 가교제 1.2 중량부를 코팅한 것과 화합물 2로 표시되는 폴리오르가노 실록산 48.8중량부를 주입한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하였다.
유기 발광 장치의 강도 비교 평가
실시예 1 및 비교예 1의 유기 발광 장치를 3축 강도 실험을 하여 강도를 표 1에 나타내었다.
| 실험 횟수 (회) | 평균 강도 (N/㎜) | |
| 실시예 1 | 20 | 60.2 |
| 비교예 2 | 20 | 45.6 |
표 1을 참조하면, 실시예 1에 따른 유기 발광 장치의 강도는 비교예 1에 따른 유기 발광 장치의 강도 보다 약 30% 이상 향상된 것을 알 수 있다.
유기 발광 소자의 발광 특성 비교 평가
실시예 1 및 비교예 1의 유기 발광 장치를 구동시켜 암점 발생 유무를 비교 확인하였다. 실시예 1 및 비교예 1에 따른 유기 발광 장치의 발광을 나타낸 사진을 도 5a 및 도 5b에 나타냈었다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 비교예 1에 따른 유기 발광 장치는 소자에 암점이 발생하나 실시예 1에 따른 유기 발광 장치는 소자에 암점이 발생하지 않는 것을 알 수 있다.
100: 유기 발광 장치
110: 제1기판
111: 버퍼층
112: 게이트 절연막
113: 층간 절연막
114: 패시베이션막
115: 평탄화막
120: 제2기판
130: 박막 트랜지스터
131: 활성층
133: 게이트 전극
135: 소스 전극
136: 드레인 전극
140: 유기 발광 소자
141: 제1전극
142: 유기막
143: 제2전극
150: 밀봉재
170: 충전제
D: 디스플레이부
P: 패드부
110: 제1기판
111: 버퍼층
112: 게이트 절연막
113: 층간 절연막
114: 패시베이션막
115: 평탄화막
120: 제2기판
130: 박막 트랜지스터
131: 활성층
133: 게이트 전극
135: 소스 전극
136: 드레인 전극
140: 유기 발광 소자
141: 제1전극
142: 유기막
143: 제2전극
150: 밀봉재
170: 충전제
D: 디스플레이부
P: 패드부
Claims (19)
- 제1기판;
상기 제1기판과 대향하도록 배치된 제2기판;
상기 제1기판과 상기 제2기판 사이에 배치되고 유기 발광 소자를 포함하는 디스플레이부;
상기 제1기판과 상기 제2기판 사이에 상기 디스플레이부를 둘러싸도록 배치되고 상기 제1기판과 상기 제2기판을 접합시키는 밀봉재; 및
상기 디스플레이부를 덮도록 상기 밀봉재 내측에 배치되고, 코어 입자, 및 상기 코어 입자의 표면에 도입되며 적어도 하나 이상의 SiH기를 가지는 가교제와 말단에 적어도 하나 이상의 알케닐기를 가지는 폴리오르가노실록산의 경화물을 포함하는 충전제로서, 상기 가교제가 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 충전제;
를 포함하는 유기 발광 장치:
<화학식 1>
상기 식에서, R1 내지 R9는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 C1-C20알킬기이고, m은 1 내지 50의 정수이고 n은 0 내지 50의 정수이다. - 제1항에 있어서,
상기 코어 입자가 흄드 실리카, 흄드 이산화 티타늄, 탄산 칼슘, 규산 칼슘, 이산화 티타늄, 산화 제2철, 카본 블랙 및 산화 아연으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치. - 제1항에 있어서,
상기 코어 입자의 입경이 10 내지 500㎚인 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치. - 삭제
- 제1항에 있어서,
R1 내지 R9는 각각 독립적으로 메틸, 에틸, n-프로필, iso-프로필, n-부틸, sec-부틸 및 t-부틸로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치. - 제1항에 있어서,
상기 가교제가 하기 화학식 2로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치:
<화학식 2>
상기 식에서, m은 1내지 50의 정수이고 n은 0 내지 50의 정수이다. - 제1항에서,
상기 폴리오르가노실록산이 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치:
<화학식 3>
상기 식에서, R11 내지 R14는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1-C20알킬기이고, R15 내지 R20은 각각 독립적으로 수소 또는 중수소(deurerium)이고, k는 200 내지 1600의 정수이다. - 제7항에 있어서,
R11 내지 R14는 각각 독립적으로 메틸, 에틸, n-프로필, iso-프로필, n-부틸, sec-부틸 및 t-부틸로 이루어지는 군으로부터 선택되고, R15 내지 R20은 각각 독립적으로 수소인 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치. - 제1항에 있어서,
상기 폴리오르가노실록산이 하기 화학식 4로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치:
<화학식 4>
상기 식에서, k는 200 내지 1600의 정수이다. - 제1항에 있어서,
상기 충전제가 상기 제1기판과 상기 제2기판 사이의 공간을 채우도록 구비되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치. - 제1항에 있어서,
상기 유기 발광 소자가 제1전극, 상기 제1전극과 대향하는 제2전극 및 상기 제1전극과 제2전극 사이에 개재된 유기막을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치. - 제11항에 있어서,
상기 충전제가 상기 제2전극의 전면에 직접 접촉하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치. - 제11항에 있어서,
상기 충전제와 상기 제2전극 사이에 보호막이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치. - 유기 발광 소자를 포함하는 디스플레이부를 둘러싸도록 밀봉재가 구비된 제1기판 및 제2기판을 준비하는 단계;
상기 밀봉재의 내측에, 코어 입자, 상기 코어 입자의 표면에 도입되며 적어도 하나 이상의 SiH기를 가지는 가교제 및 말단에 적어도 하나 이상의 알케닐기를 가지는 폴리오르가노실록산을 채우는 단계로서, 상기 가교제가 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 충전제;
상기 제1기판 및 상기 제2기판이 대향되도록 정렬하여, 상기 제1기판과 상기 제2기판을 합착하는 단계;
상기 밀봉재를 경화하는 단계; 및
상기 가교제 및 상기 폴리오르가노실록산을 경화시키는 단계
를 포함하는 유기 발광 장치의 제조 방법:
<화학식 1>
상기 식에서, R1 내지 R9는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 C1-C20알킬기이고, m은 1 내지 50의 정수이고 n은 0 내지 50의 정수이다. - 제14항에 있어서,
상기 코어 입자 표면에 상기 적어도 하나 이상의 SiH기를 가지는 가교제의 도입은 코팅에 의한 것임을 특징으로 하는 유기 발광 장치의 제조 방법. - 제14항에 있어서,
상기 가교제 및 상기 폴리오르가노실록산의 경화 단계가 50 내지 200℃에서 10분 내지 10시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치의 제조 방법. - 제14항에 있어서,
상기 코어 입자가 흄드 실리카, 흄드 이산화 티타늄, 탄산 칼슘, 규산 칼슘, 이산화 티타늄, 산화 제2철, 카본 블랙 및 산화 아연으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치의 제조 방법. - 삭제
- 제14항에 있어서,
상기 폴리오르가노실록산이 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치의 제조 방법:
<화학식 3>
상기 식에서, R11 내지 R14는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1-C20알킬기이고, R15 내지 R20은 각각 독립적으로 수소 또는 중수소(deurerium)이고, k는 200 내지 1600의 정수이다.
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