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KR20140023410A - 유기전자소자용 기판 - Google Patents

유기전자소자용 기판 Download PDF

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KR20140023410A
KR20140023410A KR1020140003435A KR20140003435A KR20140023410A KR 20140023410 A KR20140023410 A KR 20140023410A KR 1020140003435 A KR1020140003435 A KR 1020140003435A KR 20140003435 A KR20140003435 A KR 20140003435A KR 20140023410 A KR20140023410 A KR 20140023410A
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KR
South Korea
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layer
substrate
optical functional
electrode layer
organic electronic
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KR1020140003435A
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김영은
김종석
문영균
황진하
이연근
박상준
김용남
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 출원은 유기전자소자용 기판, 유기전자장치, 상기 기판 또는 장치의 제조 방법 및 조명에 관한 것이다. 본 출원의 유기전자소자용 기판은, 예를 들면, 수분이나 산소 등과 같은 외래 물질이 유입되는 것을 차단하여 내구성이 향상되고, 광추출 효율이 우수한 유기전자장치를 형성할 수 있다. 또한, 상기 기판의 사용을 통하여 유기전자장치를 밀봉하는 봉지 구조가 상기 기판은 상기 봉지 구조와 안정적으로 부착될 수 있고, 전극층의 마모나 외부로부터 인가되는 압력에 대한 내구성이 우수한 소자를 구현할 수 있다. 유기전자장치 외부의 단자부의 표면 경도도 적절한 수준으로 유지할 수 있다.

Description

유기전자소자용 기판{SUBSTRATE FOR ORGANIC ELECTRONIC DEVICE}
본 출원은, 유기전자소자용 기판, 유기전자장치, 상기 장치 또는 기판의 제조 방법 및 조명에 관한 것이다.
유기전자소자(OED; Organic Electronic Device)는, 전류를 전도할 수 있는 유기 재료의 층을 하나 이상 포함하는 소자이다. 유기전자소자의 종류에는 유기발광소자(OLED), 유기태양전지, 유기 감광체(OPC) 또는 유기 트랜지스터 등이 포함된다.
대표적인 유기전자소자인 유기발광소자는, 통상적으로 기판, 제 1 전극층, 유기층 및 제 2 전극층을 순차로 포함한다. 소위 하부 발광형 소자(bottom emitting device)로 호칭되는 구조에서는, 제 1 전극층이 투명 전극층으로 형성되고, 제 2 전극층이 반사 전극층으로 형성될 수 있다. 또한, 소위 상부 발광형 소자(top emitting device)로 호칭되는 구조에서는 제 1 전극층이 반사 전극층으로 형성되고, 제 2 전극층이 투명 전극층으로 형성되기도 한다. 전극층에 의해서 주입된 전자(electron)와 정공(hole)이 유기층에 존재하는 발광층에서 재결합(recombination)되어 광이 생성될 수 있다. 광은 하부 발광형 소자에서는 기판측으로 상부 발광형 소자에서는 제 2 전극층측으로 방출될 수 있다. 유기발광소자의 구조에서 투명 전극층으로 일반적으로 사용되는 ITO(Indium Tin Oxide), 유기층 및 통상적으로 유리인 기판의 굴절률은 각각 대략적으로 2.0, 1.8 및 1.5 정도이다. 이러한 굴절률의 관계에 의해서, 예를 들어, 하부 발광형의 소자의 발광층에서 생성된 광은 유기층과 제 1 전극층의 계면 또는 기판 내에서 전반사(total internal reflection) 현상 등에 의해 트랩(trap)되고, 매우 소량의 광만이 방출된다.
유기전자소자에서 고려되어야 하는 중요한 문제로는 내구성도 존재한다. 유기층이나 전극 등은 수분이나 산소 등의 외래 물질에 매우 쉽게 산화될 수 있어서, 환경적 요인에 대한 내구성의 확보가 중요하다. 이를 위해 예를 들면, 특허문헌 1 내지 4 등은 외래 물질의 침투를 차단할 수 있는 구조를 제안하고 있다.
미국특허 제6,226,890호 미국특허 제6,808,828호 일본공개특허 제2000-145627호 일본공개특허 제2001-252505호
본 출원은, 유기전자소자용 기판, 유기전자장치, 상기 기판 또는 장치의 제조 방법 및 조명을 제공한다.
예시적인 유기전자소자용 기판은, 기재층; 광학 기능성층 및 전극층을 포함한다. 상기에서 광학 기능성층과 전극층은 기재층상에 순차로 적층되어 있을 수 있고, 따라서 광학 기능성층은, 기재층과 전극층의 사이에 존재할 수 있다. 도 1 및 2는, 기재층(101)상에 광학 기능성층(103)과 전극층(102)이 순차로 형성되어 있는 구조를 포함하는 예시적인 기판을 나타낸다. 상기에서 광학 기능성층은, 상기 기재층에 비하여 작은 투영 면적을 가지고, 전극층은 상기 광학 기능성층에 비하여 넓은 투영 면적을 가질 수 있다. 본 명세서에서 용어 「투영 면적」은, 기판을 상기 기판 표면의 법선 방향의 상부에서 관찰하였을 때에 인지되는 대상물의 투영의 면적, 예를 들면, 상기 기재층, 광학 기능성층, 전극층 또는 후술하는 중간층의 면적을 의미한다. 따라서, 예를 들어, 광학 기능성층의 표면이 요철 형상으로 형성되어 있는 등의 이유로 실질적인 표면적은 전극층에 비하여 넓은 경우에도 상기 광학 기능성층을 상부에서 관찰하였을 경우에 인지되는 면적이 상기 전극층을 상부에서 관찰하였을 경우에 인지되는 면적에 비하여 작다면 상기 광학 기능성층은 상기 전극층에 비하여 작은 투영 면적을 가지는 것으로 해석된다.
광학 기능성층은 기재층에 비하여 투영 면적이 작고, 또한 전극층에 비하여 투영 면적이 작게 된다면 다양한 형태로 존재할 수 있다. 예를 들면, 광학 기능성층(103)은 도 1과 같이 기재층(101)의 테두리를 제외한 부분에만 형성되어 있거나, 도 2와 같이 기재층(101)의 테두리에 광학 기능성층(103)이 일부 잔존할 수도 있다.
도 3은, 도 1의 기판을 상부에서 관찰한 경우를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 3에 나타난 바와 같이 기판을 상부에서 관찰할 때에 인지되는 전극층의 면적(A), 즉 전극층의 투영 면적(A)은 그 하부에 있는 광학 기능성층의 투영 면적(B)에 비하여 넓다. 전극층의 투영 면적(A) 및 상기 광학 기능성층의 투영 면적(B)의 비율(A/B)은, 예를 들면, 1.04 이상, 1.06 이상, 1.08 이상, 1.1 이상 또는 1.15 이상일 수 있다. 광학 기능성층의 투영 면적이 상기 전극층의 투영 면적에 비하여 작다면, 후술하는 광학 기능성층이 외부로 노출되지 않는 구조의 구현이 가능하기 때문에 상기 투영 면적의 비율(A/B)의 상한은 특별히 제한되지 않는다. 일반적인 기판의 제작 환경을 고려하면 상기 비율(A/B)의 상한은, 예를 들면, 약 2.0, 약 1.5, 약 1.4, 약 1.3 또는 약 1.25일 수 있다. 상기 기판에서 전극층은 광학 기능성층이 형성되어 있지 않은 상기 기재층의 상부에도 형성되어 있을 수 있다. 상기 전극층은 상기 기재층과 접하여 형성되어 있거나, 혹은 후술하는 중간층 등과 같이 기재층과의 사이에 추가적인 요소를 포함하여 형성되어 있을 수 있다. 이러한 구조에 의하여 유기전자소자의 구현 시에 광학 기능성층이 외부로 노출되지 않은 구조를 구현할 수 있다.
예를 들어, 도 3와 같이 전극층은, 상부에서 관찰한 때에 광학 기능성층의 모든 주변부를 벗어난 영역을 포함하는 영역까지 형성되어 있을 수 있다. 이 경우, 예를 들어, 도 2와 같이 기재층상에 복수의 광학 기능성층이 존재할 경우에는 상기 광학 기능성층 중에서 적어도 하나의 광학 기능성층, 예를 들면, 후술하는 바와 같이 적어도 그 상부에 유기층이 형성될 광학 기능성층의 모든 주변부를 벗어난 영역을 포함하는 영역까지 전극층이 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구조에서 우측과 좌측의 테두리에 존재하는 광학 기능성층의 상부에도 유기층이 형성된다면, 도 2의 구조는 좌측과 우측으로 연장되어 상기 우측과 좌측의 테두리에 존재하는 광학 기능성층의 모든 주변주를 벗어난 영역까지 전극층이 형성되도록 구조가 변경될 수 있다. 상기와 같은 구조에서 하부에 광학 기능성층이 형성되어 있지 않은 전극층에 후술하는 봉지 구조를 부착하거나, 혹은 후술하는 바와 같이 전도 물질층을 형성하게 되면 광학 기능성층이 외부로 노출되지 않는 구조를 형성할 수 있다.
광학 기능성층의 투영 면적과 전극층의 투영 면적이 다르고, 전극층이 광학 기능성층이 형성되어 있지 않은 기재층의 상부에도 형성되는 경우에는, 광학 기능성층이 형성되어 있지 않은 기재층상에 형성되어 있는 전극층(이하, 간략하게 기재층상 전극층으로 언급할 수 있다.)과 광학 기능성층상에 형성되어 있는 전극층(이하, 간략하게 광학 기능성층상 전극층으로 언급할 수 있다.)의 경계에서의 단차(예를 들어, 도 1에서 부호 X로 표시되는 영역에서의 단차)에 의해 전극층의 저항이 증가할 수 있다. 이러한 저항의 증가는 상기 기판을 사용하여 유기전자장치를 구현하는 경우에 상기 장치로 인가되는 전압의 상승을 야기하여 효율 저하의 문제가 발생할 수 있다. 따라서 이러한 점을 고려하여 상기 광학 기능성층상에 형성된 전극층과 상기 광학 기능성층이 형성되어 있지 않은 기재상에 형성된 전극층과의 사이에서의 저항은 적정 범위로 조절되는 것이 필요할 수 있다. 예를 들면, 상기 광학 기능성층상에 형성된 전극층과 상기 광학 기능성층이 형성되어 있지 않은 기재상에 형성된 전극층과의 경계와 평행하도록 상기 경계의 양측 소정 거리에 평행 전극을 형성하고, 상기 두 개의 평행 전극의 사이에서 측정한 단위 폭당 저항(resistivity)은, 8.5 Ω·cm 내지 20 Ω·cm, 8.5 Ω·cm 내지 15 Ω·cm, 8.5 Ω·cm 내지 13 Ω·cm 또는 9 Ω·cm 내지 12 Ω·cm 정도일 수 있다. 본 명세서에서 상기 용어 「단위 폭 당 저항」은 다음의 방식으로 측정한 저항치를 의미한다. 우선 유기전자소자용 기판을 재단하여 시편을 제조한다. 예를 들면, 도 4에 나타난 바와 같이, 시편은 광학 기능성층상에 형성되어 있는 전극층(1022)과 광학 기능성층이 없는 기재층상에 형성되어 있는 전극층(1021)의 경계를 기준으로 가로의 길이(D1+D2, D1=D2)가 3 mm이 되도록 세로의 길이(D4)가 10 mm 정도인 평행 전극(401)을 형성하여 제조할 수 있다. 상기에서 평행 전극은, 측정되어야 하는 전극층(1021, 1022)에 비하여 면 저항이 10배 이상 낮은 물질로 형성할 수 있으며, 예를 들면, 은 페이스트를 사용하여 형성할 수 있고, 그 가로의 길이(D3)는 약 3 mm 또는 그 이상이 되도록 형성한다. 이어서 그 평행 전극(401)에 저항 측정기(402)로 연결한 후, 상기 측정기(402)를 통해 단위 폭당 저항을 측정할 수 있다. 즉, 상기 단위 폭당 저항은, 상기 평행 전극(401)의 사이에서 측정한 저항을 상기 평행 전극(401)간의 폭으로 나누어준 수치이다. 상기에서 길이 방향은 전류가 흐르는 방향, 즉 상기 평행 전극의 길이 방향과 수직한 방향이고, 폭 방향은 상기 평행 전극과 평행한 방향을 의미한다. 한편, 상기 단차가 형성되어 있는 전극층상에서 상기 방식으로 측정한 단위 폭당 저항값(R1)과 단차가 없이 평평하게 형성된 전극층에 대하여 동일한 방식으로 측정한 단위 폭당 저항값(R2)의 차이(R1-R2)는, 예를 들면, 10 Ω·cm 이하, 9 Ω·cm 이하, 7 Ω·cm 이하 또는 5 Ω·cm 이하 정도일 수 있다. 상기 저항값의 차이(R1-R2)는 그 수치가 작을수록 바람직한 것으로 그 하한은 특별히 한정되지 않는다.
상기 기판에서 전극층간 저항을 상기 범위로 조절하는 방법은 특별히 제한되는 것은 아니다. 하나의 방법으로서, 예를 들면, 상기 광학 기능성층과 전극층의 두께를 조절하는 방법이 예시될 수 있다. 상기에서 전극층의 두께는 광학 기능성층이 형성되어 있지 않은 기재층상에 형성되는 전극층의 두께를 의미할 수 있다. 상기 양자의 두께를 적절하게 조절함으로써 전극층간의 저항을 조절할 수 있다. 예를 들면, 상기 기판에서 상기 광학 기능성층의 두께(T1)와 상기 광학 기능성층이 형성되어 있지 않은 기재층의 상부에 형성되어 있는 전극층의 두께(T2)의 비율(T1/T2)은, 약 3 내지 15, 약 4 내지 12 또는 약 5 내지 10 정도일 수 있다. 상기에서 광학 기능성층 및 전극층의 두께는 각각의 평균 두께를 의미할 수 있다. 상기 비율(T1/T2)을 상기 기재된 범위 내에서 적절하게 조절하면 전극층간 저항의 조절이 가능할 수 있다.
상기 기판에서 상기 기재층상 전극층은 연필 경도가 6H 이상, 7H 이상 또는 8H 이상일 수 있다. 후술하는 바와 같이 상기 기재층상 전극층은, 봉지 구조 등과 함께 광학 기능성층이 외부로 노출되지 않는 구조를 형성하는 것에 사용될 수 있으며, 또한 유기전자장치와 같은 소자에서 외부 전원 등과 연결될 수 있다. 이러한 전극층은 지속적으로 마모되거나, 압력에 노출될 수 있기 때문에, 전기적 연결 등이 안정적인 소자의 구현을 위해서는 높은 내구성이 요구된다. 기재층상 전극층이 상기 범위의 연필 경도를 가지면, 지속적인 마모나 압력의 노출에 대한 내구성이 우수한 구조의 구현이 가능할 수 있다. 또한, 연필 경도가 높을수록 지속적인 마모나 압력의 노출에 대한 내구성이 우수한 구조의 구현의 가능하기 때문에 상기 연필 경도의 상한은 제한되지 않는다. 통상적인 예를 들면, 상기 연필 경도의 상한은, 10H 또는 9H 정도일 수 있다. 상기 기판에서 상기 광학 기능성층상 전극층과 상기 기재층상 전극층은, 서로 상이한 연필 경도를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 기판에서 기재층상 전극층은 상기 범위의 연필 경도를 가지고, 광학 기능성층상 전극층은 2B 내지 5H, 1H 내지 5H 또는 1H 내지 4H 정도의 연필 경도를 가질 수 있다. 본 명세서에서 연필 경도는, ASTM D3363에 따라서 500 g의 연필 하중과 250 mm/min의 연필 이동 속도로 측정한다.
상기 기판은, 예를 들면, 상기 광학 기능성층상 전극층 및 상기 기재층상 전극층 모두와 전기적으로 접속되어 있는 전도 물질층을 추가로 포함할 수 있다. 도 5는, 전도 물질을 추가로 포함하는 하나의 예시적인 기판을 보여주고 있으며, 전도 물질(501)이 기재층상 전극층(1021)과 광학 기능성층상 전극층(1022) 모두와 물리적인 접촉을 통해 전기적으로 접속되어 있는 경우를 예시적으로 보여주고 있다. 본 명세서에서 용어 전기적 접속은, 접속된 대상들 사이에서 전류가 흐를 수 있는 모든 접속 상태를 의미할 수 있다. 전도 물질을 상기와 같이 형성하게 되면, 전술한 바와 같이 기재층상 전극층과 광학 기능성층상 전극층의 경계에서의 단차에 의한 전극층의 저항 증가 문제를 해결할 수 있으며, 이에 따라서 전술한 광학 기능성층의 두께와 기재층상 전극층의 두께 조절 등에 구애되지 않고, 보다 자유롭게 기판의 구현이 가능할 수 있다. 또한, 전도 물질의 존재로 인해서 광학 기능성층이 외부로 노출되지 않는 구조를 보다 효율적으로 구현할 수 있다. 상기 전도 물질의 종류는 상기 전극층과 전기적으로 접속될 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 다양한 전자 제품 분야에서 전극의 소재로 사용되는 물질을 자유롭게 적용할 수 있다. 예를 들면, 상기 전도 물질로는, 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 또는 알루미늄(Al) 등과 같은 금속 전극 소재 등이 사용될 수 있다. 상기 기판에서 상기 전극층과 전기적으로 접속된 전도 물질이 존재하는 상태에서 측정한 상기 단위 폭당 저항은, 예를 들면, 1 Ω·cm 내지 8.5 Ω·cm, 1 Ω·cm 내지 8.0 Ω·cm 또는 1 Ω·cm 내지 7.7 Ω·cm 정도일 수 있다. 상기 저항은, 전극층과 전기적으로 접속된 전도 물질이 존재하는 상태에서 측정되는 것을 제외하면, 상기 기술한 것과 동일한 방식으로 측정할 수 있다.
상기 기판은, 예를 들면, 상기 광학 기능성층과 상기 전극층의 사이에 존재하는 중간층을 추가로 포함할 수 있다. 상기 중간층은, 예를 들면, 상기 광학 기능성층에 비하여 넓은 투영 면적을 가지고, 또한 상기 광학 기능성층의 상부 및 상기 광학 기능성층이 형성되어 있지 않은 기재층의 상부에 형성되어 있을 수 있다. 도 6은 상기와 같은 형태로 형성된 중간층(601)을 추가로 포함하는 예시적인 기판을 나타내는 도면이다. 상기와 같은 중간층은 상기 광학 기능성층에 의해서 형성되는 광학 기능성층상 전극층과 기재층상 전극층의 경계에서의 단차를 완화하여 전극층의 저항 증가 문제를 해결할 수 있다. 또한, 상기 중간층으로서 배리어성, 즉 수분이나 습기의 투과도가 낮은 물질을 사용하게 되면, 광학 기능성층이 외부로 노출되지 않는 구조를 보다 효율적으로 구현할 수 있다. 상기 중간층은, 예를 들면, 상기 전극층과의 굴절률의 차이의 절대값이 약 1 이하, 0.7 이하, 0.5 이하 또는 0.3 이하인 층일 수 있다. 이와 같이 굴절률을 조절하면, 예를 들어, 전극층의 상부에서 생성된 광이 상기 전극층과 중간층의 계면 등에서 트랩되어 광추출 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 상기에서 중간층 또는 전극층의 굴절률은 550 nm 정도의 파장의 광에 대하여 측정한 굴절률일 수 있다. 상기 중간층을 형성하는 물질은, 상기와 같은 전극층과의 굴절률의 관계를 가지며, 필요한 경우에 배리어성을 가지는 물질일 수 있다. 이러한 물질은 다양하게 공지되어 있으며, 예를 들면, SiON, TiO2, SiO2, Al2O3, Ta2O3, Ti3O3, TiO, ZrO2, Nb2O3, CeO2 또는 ZnS 등이 예시될 수 있다. 상기 중간층은 상기와 같은 물질을 사용하여 예를 들면, 증착이나 습식 코팅 등의 방식으로 형성할 수 있다. 중간층의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 약 10 nm 내지 100 nm 또는 약 20 nm 내지 80 nm의 범위에 있을 수 있다. 상기 두께는 평균 두께를 의미하며, 예를 들어, 광학 기능성층상에 형성되는 중간층과 기재층상에 형성되는 중간층은 서로 다른 두께를 가질 수 있다.
상기 기판에서 기재층으로는 특별한 제한 없이 적절한 소재가 사용될 수 있다. 예를 들어, 하부 발광(bottom emission)형 소자에 적용되는 경우에는, 투광성 기재층, 예를 들면, 가시광 영역의 광에 대한 투과율이 50% 이상인 기재층을 사용할 수 있다. 투광성 기재층으로는, 유리 기재층 또는 투명 고분자 기재층 등이 예시될 수 있다. 유리 기재층으로는, 소다석회 유리, 바륨/스트론튬 함유 유리, 납 유리, 알루미노 규산 유리, 붕규산 유리, 바륨 붕규산 유리 또는 석영 등의 기재층이 예시될 수 있고, 고분자 기재층으로는, PI(polyimide), PEN(Polyethylene naphthalate), PC(polycarbonate), 아크릴 수지, PET(poly(ethylene terephthatle)), PES(poly(ether sulfide)) 또는 PS(polysulfone) 등을 포함하는 기재층이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 필요에 따라서 상기 기재층은, 구동용 TFT가 존재하는 TFT 기판일 수도 있다. 기판이 상부 발광(top emission)형 소자에 적용되는 경우에는, 기재층은 반드시 투광성의 기재층일 필요는 없다. 필요한 경우 기재층의 표면 등에는 알루미늄 등을 사용한 반사층이 형성되어 있을 수도 있다. 예를 들어, 전술한 바와 같이 기재층상 전극층의 연필 경도를 높은 수준으로 유지하여야 하는 경우에는, 유리 기재층 등과 같이 강성을 가지는 기재층이 사용될 수 있다.
상기 기판에서 전극층은, 유기전자소자의 제작에 사용되는 통상적인 정공 주입성 또는 전자 주입성 전극층일 수 있다.
정공 주입성인 전극층은, 예를 들면, 상대적으로 높은 일 함수(work function)를 가지는 재료를 사용하여 형성할 수 있고, 필요한 경우에 투명 재료를 사용하여 형성할 수 있다. 예를 들면, 정공 주입성 전극층은, 일 함수가 약 4.0 eV 이상인 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 또는 상기 중 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다. 이러한 재료로는, 금 등의 금속, CuI, ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZTO(Zinc Tin Oxide), 알루미늄 또는 인듐이 도핑된 아연 옥사이드, 마그네슘 인듐 옥사이드, 니켈 텅스텐 옥사이드, ZnO, SnO2 또는 In2O3 등의 산화물 재료나, 갈륨 니트라이드와 같은 금속 니트라이드, 아연 세레나이드 등과 같은 금속 세레나이드, 아연 설파이드와 같은 금속 설파이드 등이 예시될 수 있다. 투명한 정공 주입성 전극층은, 또한, Au, Ag 또는 Cu 등의 금속 박막과 ZnS, TiO2 또는 ITO 등과 같은 고굴절의 투명 물질의 적층체 등을 사용하여서도 형성할 수 있다.
정공 주입성 전극층은, 증착, 스퍼터링, 화학 증착 또는 전기화학적 수단 등의 임의의 수단으로 형성될 수 있다. 또한, 필요에 따라서 형성된 전극층은 공지된 포토리소그래피나 새도우 마스크 등을 사용한 공정을 통하여 패턴화될 수도 있다.
전자 주입성 투명 전극층은, 예를 들면, 상대적으로 작은 일 함수를 가지는 투명 재료를 사용하여 형성할 수 있으며, 예를 들면, 상기 정공 주입성 전극층의 형성을 위해 사용되는 소재 중에서 적절한 소재를 사용하여 형성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 전자 주입성 전극층도, 예를 들면, 증착법 또는 스퍼터링법 등을 사용하여 형성할 수 있으며, 필요한 경우에 적절히 패터닝될 수 있다.
상기와 같은 전극층의 두께는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 상기 언급한 전극층간의 저항 등을 고려하여, 예를 들면, 약 90 nm 내지 200 nm, 90 nm 내지 180 nm 또는 약 90 nm 내지 150 nm 정도의 두께를 가지도록 형성될 수 있다.
상기 기판에서 전극층과 기재층의 사이에 위치하는 광학 기능성층의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 광학 기능성층으로는 전극층과 기재층의 사이에 존재하여, 적어도 하나의 광학적 기능을 발휘함으로써, 유기전자장치 등과 같은 소자의 기능의 향상에 기여할 수 있는 어떠한 종류의 층도 사용될 수 있다. 통상적으로 이러한 광학 기능성층은, 외부로부터 침투하는 수분이나 습기 등과 같은 물질에 대한 내구성이 떨어져서 소자 구현 후에 상기 수분이나 습기 등이 소자 내부로 침투하는 경로를 제공할 수 있고, 이에 의해 소자의 성능에 악영향을 미칠 수 있다. 그렇지만, 상기 기판의 구조에서는 광학 기능성층이나 전극층 등의 투영 면적과 형성 위치 또는 전도 물질이나 중간층 등의 존재로 인하여 소자의 구현 시에 상기 광학 기능성층이 외부로 노출되지 않는 구조의 구현이 가능하고, 이에 따라서 내구성이 우수한 소자를 구현할 수 있다.
광학 기능성층의 하나의 예로는 광산란층이 예시될 수 있다. 본 출원에서 용어 광산란층은, 예를 들면, 상기 층으로 입사되는 광을 산란, 굴절 또는 회절시켜서 상기 전극층 방향에서 입사되는 광이 기재층, 광산란층 및 전극층 중의 어느 두 층 사이의 계면에서 트랩되는 것을 해소하거나 완화시킬 수 있도록 형성되는 모든 종류의 층을 의미할 수 있다. 광산란층은 상기와 같은 기능이 나타나도록 구현되는 한 광산란층의 구현 형태는 특별히 제한되지 않는다.
예를 들면, 광산란층은, 매트릭스 물질 및 산란성 영역을 포함하는 층일 수 있다. 도 7은, 산란성 입자로 형성된 산란성 영역(702) 및 매트릭스 물질(701)을 포함하는 예시적인 광산란층이 기재층(101)에 형성되어 있는 형태를 나타낸다. 본 명세서에서 용어 「산란성 영역」은, 예를 들면, 매트릭스 물질 또는 후술하는 평탄층 등과 같은 주위 물질과는 다른 굴절률을 가지고, 또한 적절한 크기를 가져서 입사되는 광을 산란, 굴절 또는 회절시킬 수 있는 영역를 의미할 수 있다. 산란성 영역은, 예를 들면, 상기와 같은 굴절률 및 크기를 가지는 입자이거나, 혹은 빈 공간일 수 있다. 예를 들면, 주위 물질과는 다르면서 주위 물질에 비하여 높거나 낮은 굴절률을 가지는 입자를 사용하여 산란성 영역을 형성할 수 있다. 산란성 입자의 굴절률은, 주위 물질, 예를 들면, 상기 매트릭스 물질 및/또는 평탄층과의 굴절률의 차이가 0.3을 초과하거나 또는 0.3 이상일 수 있다. 예를 들면, 산란성 입자는, 1.0 내지 3.5 또는 1.0 내지 3.0 정도의 굴절률을 가질 수 있다. 용어 「굴절률」은, 약 550 nm 파장의 광에 대하여 측정한 굴절률이다. 산란성 입자의 굴절률은, 예를 들면, 1.0 내지 1.6 또는 1.0 내지 1.3일 수 있다. 다른 예시에서 산란성 입자의 굴절률은, 2.0 내지 3.5 또는 2.2 내지 3.0 정도일 수 있다. 산란성 입자로는, 예를 들면, 평균 입경이 50 nm 이상, 100 nm 이상, 500 nm 이상 또는 1,000 nm 이상인 입자가 예시될 수 있다. 산란성 입자의 평균 입경은, 예를 들면, 10,000 nm 이하일 수 있다. 산란성 영역은, 또한 상기와 같은 크기를 가지는 빈 공간으로서 공기가 충전되어 있는 공간에 의해서 형성될 수도 있다.
산란성 입자 또는 영역은, 구형, 타원형, 다면체 또는 무정형과 같은 형상을 가질 수 있으나, 상기 형태는 특별히 제한되는 것은 아니다. 산란성 입자로는, 예를 들면, 폴리스티렌 또는 그 유도체, 아크릴 수지 또는 그 유도체, 실리콘 수지 또는 그 유도체, 또는 노볼락 수지 또는 그 유도체 등과 같은 유기 재료, 또는 실리카, 알루미나, 산화 티탄 또는 산화 지르코늄과 같은 무기 재료를 포함하는 입자 등이 예시될 수 있다. 산란성 입자는, 상기 재료 중에 어느 하나의 재료만을 포함하거나, 상기 중 2종 이상의 재료를 포함하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 산란성 입자로 중공 실리카(hollow silica) 등과 같은 중공 입자 또는 코어/셀 구조의 입자도 사용할 수 있다.
광산란층은 산란성 입자 등의 산란성 영역을 유지하는 매트릭스 물질을 추가로 포함할 수 있다. 매트릭스 물질로는, 예를 들면, 기재층 등과 같은 인접하는 다른 소재와 유사한 수준의 굴절률을 가지는 소재 또는 그보다 높은 굴절률을 가지는 소재를 사용하여 형성할 수 있다. 매트릭스 물질은, 예를 들면, 폴리이미드, 플루오렌 고리를 가지는 카도계 수지(caldo resin), 우레탄, 에폭시드, 폴리에스테르 또는 아크릴레이트 계열의 열 또는 광경화성의 단량체성, 올리고머성 또는 고분자성 유기 재료나 산화 규소, 질화 규소(silicon nitride), 옥시질화 규소(silicon oxynitride) 또는 폴리실록산 등의 무기 재료 또는 유무기 복합 재료 등을 사용할 수 있다.
매트릭스 물질은, 폴리실록산, 폴리아믹산 또는 폴리이미드를 포함할 수 있다. 상기에서 폴리실록산은, 예를 들면, 축합성 실란 화합물 또는 실록산 올리고머 등을 중축합시켜서 형성할 수 있으며, 상기를 통해 규소와 산소의 결합(Si-O)에 기반한 매트릭스 물질을 형성할 수 있다. 매트릭스 물질의 형성 과정에서 축합 조건 등을 조절하여 폴리실록산이 실록산 결합(Si-O)만을 기반으로 하도록 하거나, 혹은 알킬기 등과 같은 유기기나 알콕시기 등과 같은 축합성 관능기 등이 일부 잔존하도록 하는 것도 가능하다.
폴리아믹산 또는 폴리이미드로는, 예를 들면, 633 nm의 파장의 광에 대한 굴절률이 약 1.5 이상, 약 1.6 이상, 약 1.65 이상 또는 약 1.7 이상인 폴리아믹산 또는 폴리이미드를 사용할 수 있다. 이러한 고굴절의 폴리아믹산 또는 폴리이미드는, 예를 들면, 불소 이외의 할로겐 원자, 황 원자 또는 인 원자 등이 도입된 단량체를 사용하여 제조할 수 있다. 예를 들면, 카복실기 등과 같이 입자와 결합할 수 있는 부위가 존재하여 입자의 분산 안정성을 향상시킬 수 있는 폴리아믹산을 사용할 수 있다. 폴리아믹산으로는, 예를 들면, 하기 화학식 1의 반복 단위를 포함하는 화합물을 사용할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
화학식 1에서 n은 양의 수이다.
상기 반복 단위는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환되어 있을 수 있다. 치환기로는, 불소 외의 할로겐 원자, 페닐기, 벤질기, 나프틸기 또는 티오페닐기 등과 같은 할로겐 원자, 황 원자 또는 인 원자 등을 포함하는 관능기가 예시될 수 있다.
폴리아믹산은, 상기 화학식 1의 반복 단위만으로 형성되는 단독 중합체이거나, 화학식 1의 반복 단위 외의 다른 단위를 함께 포함하는 블록 또는 랜덤 공중합체일 수 있다. 공중합체의 경우에 다른 반복 단위의 종류나 비율은 예를 들면, 목적하는 굴절률, 내열성이나 투광율 등을 저해하지 않는 범위에서 적절하게 선택될 수 있다.
화학식 1의 반복 단위의 구체적인 예로는, 하기 화학식 2의 반복 단위를 들 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00002
화학식 2에서 n은 양의 수이다.
상기 폴리아믹산은 예를 들면, GPC(Gel Permeation Chromatograph)로 측정한 표준 폴리스티렌 환산 중량평균분자량이 10,000 내지 100,000 또는 약 10,000 내지 50,000 정도일 수 있다. 화학식 1의 반복 단위를 가지는 폴리아믹산은 또한, 가시 광선 영역에서의 광 투과율이 80% 이상, 85% 이상 또는 90% 이상이며, 내열성이 우수하다.
광산란층은, 예를 들면, 요철 구조를 가지는 층일 수 있다. 도 8은, 기재층(101)상에 형성된 요철 구조의 광산란층(801)을 예시적으로 보여주는 도면이다. 광산란층의 요철 구조를 적절하게 조절할 경우에 입사되는 광을 산란시킬 수 있다. 요철 구조를 가지는 광산란층은, 예를 들면, 열 또는 광 경화성 재료를 경화시키는 과정에서 목적하는 형상의 요철 구조를 전사할 수 있는 금형과 접촉시킨 상태로 상기 재료를 경화시키거나, 광산란층을 형성할 재료의 층을 미리 형성한 후에 에칭 공정 등을 통해 요철 구조를 형성하여 제조할 수 있다. 다른 방식으로는 광산란층을 형성하는 바인더 내에 적절한 크기 및 형상을 가지는 입자를 배합하는 방식으로 형성할 수도 있다. 이러한 경우에 상기 입자는 반드시 산란 기능을 가지는 입자일 필요는 없으나, 산란 기능을 가지는 입자를 사용하여도 무방하다.
광산란층은, 예를 들면, 습식 코팅(wet coating) 방식으로 재료를 코팅하고, 열의 인가 또는 광의 조사 등의 방식이나, 졸겔 방식으로 재료를 경화시키는 방식이나, CVD(Chemical Vapor Deposition) 또는 PVD(Physical Vapor Deposition) 방식 등과 같은 증착 방식 또는 나노임프린팅 또는 마이크로엠보싱 방식 등을 통하여 형성할 수 있다.
광산란층은, 필요한 경우 고굴절 입자를 추가로 포함할 수 있다. 용어 「고굴절 입자」는, 예를 들면, 굴절률이 1.5 이상, 2.0 이상 2.5 이상, 2.6 이상 또는 2.7 이상인 입자를 의미할 수 있다. 고굴절 입자의 굴절률의 상한은, 예를 들면, 목적하는 광산란층의 굴절률을 만족시킬 수 있는 범위에서 선택될 수 있다. 고굴절 입자는, 예를 들면, 상기 산란성 입자보다는 작은 평균 입경을 가질 수 있다. 고굴절 입자는, 예를 들면, 1 nm 내지 100 nm, 10 nm 내지 90 nm, 10 nm 내지 80 nm, 10 nm 내지 70 nm, 10 nm 내지 60 nm, 10 nm 내지 50 nm 또는 10 nm 내지 45 nm 정도의 평균 입경을 가질 수 있다. 고굴절 입자로는, 알루미나, 알루미노 실리케이트, 산화 티탄 또는 산화 지르코늄 등이 예시될 수 있다. 고굴절 입자로는, 예를 들면, 굴절률이 2.5 이상인 입자로서, 루틸형 산화 티탄을 사용할 수 있다. 루틸형의 산화 티탄은 여타의 입자에 비하여 높은 굴절률을 가지고, 따라서 상대적으로 적은 비율로도 목적하는 굴절률로의 조절이 가능할 수 있다. 상기 고굴절 입자의 굴절률은 550 nm 파장의 광에 대하여 측정한 굴절률일 수 있다.
광학 기능성층, 예를 들면, 상기 광산란층 및 상기 광산란층의 상부에 형성된 평탄층을 포함하는 층일 수 있다. 평탄층은, 상기 광산란층에 대응되는 투영 면적으로 형성될 수 있다. 본 명세서에서 용어 「A에 대응되는 투영 면적을 가지는 B」은, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 기판을 상부에서 관찰하는 경우에 인지되는 면적을 기준으로 A의 투영 면적과 B의 투영 면적이 실질적으로 동일한 경우를 의미한다. 상기에서 실질적으로 동일하다는 것은 예를 들면, 공정 오차 등으로 인하여 두 영역의 투영 면적이 근소하게 차이가 나는 경우도 포함된다. 예를 들면, A의 투영 면적(AA)과 상기 A에 대응되는 투영 면적으로 가지는 B의 투영 면적(BA)의 비율(AA/BA)이 0.5 내지 1.5, 0.7 내지 1.3, 0.85 내지 1.15 또는 실질적으로 1인 경우도 상기의 경우에 포함될 수 있다. 평탄층이 추가로 존재하는 경우에 상기 광산란층과 평탄층이 상기 기재층과 전극층의 사이에 존재하고, 상기 전극층의 투영 면적은 상기 광산란층 및 평탄층의 투영 면적보다 넓으며, 상기 전극층은 상기 광산란층 및 평탄층이 형성되어 있지 않은 상기 기재층의 면상에도 형성되어 있을 수 있다. 다만, 평탄층은, 필수적인 것은 아니며, 예를 들어 광산란층 자체가 평탄하게 형성된다면, 존재하지 않을 수도 있다.
평탄층은, 예를 들면, 광산란층상에 전극이 형성될 수 있는 표면을 제공하고, 광산란층과의 상호 작용을 통하여 보다 우수한 광추출 효율을 구현할 수 있다. 평탄층은, 예를 들면, 인접하는 전극층과 동등한 굴절률을 가질 수 있다. 평탄층의 굴절률은, 예를 들면, 1.7 이상, 1.8 내지 3.5 또는 2.2 내지 3.0 정도일 수 있다. 평탄층이 전술한 요철 구조의 광산란층의 상부에 형성되는 경우에는 상기 평탄층은 상기 광산란층과는 상이한 굴절률을 가지도록 형성될 수 있다.
평탄층은, 예를 들면, 전술한 고굴절 입자를 매트릭스 물질과 혼합하는 방법으로 형성할 수 있다. 매트릭스 물질로는, 예를 들면, 상기 광산란층의 항목에서 기술한 매트릭스 물질을 사용할 수 있다.
다른 예시에서 평탄층은, 지르코늄, 티탄 또는 세륨 등의 금속의 알콕시드 또는 아실레이트(acylate) 등의 화합물을 카복실기 또는 히드록시기 등의 극성기를 가지는 바인더와 배합한 소재를 사용하여 형성할 수도 있다. 상기 알콕시드 또는 아실레이트 등의 화합물은 바인더에 있는 극성기와 축합 반응하고, 바인더의 골격 내에 상기 금속을 포함시켜 고굴절률을 구현할 수 있다. 상기 알콕시드 또는 아실레이트 화합물의 예로는, 테트라-n-부톡시 티탄, 테트라이소프로폭시 티탄, 테트라-n-프로폭시 티탄 또는 테트라에톡시 티탄 등의 티탄 알콕시드, 티탄 스테아레이트(stearate) 등의 티탄 아실레이트, 티탄 킬레이트류, 테트라-n-부톡시지르코늄, 테트라-n-프로폭시 지르코늄, 테트라이소프로폭시 지르코늄 또는 테트라에톡시 지르코늄 등의 지르코늄 알콕시드, 지르코늄 트리부톡시스테아레이트 등의 지르코늄 아실레이트, 지르코늄 킬레이트류 등이 예시될 수 있다. 평탄층은, 또한 티탄 알콕시드 또는 지르코늄 알콕시드 등의 금속 알콕시드 및 알코올 또는 물 등의 용매를 배합하여 코팅액을 제조하고, 이를 도포한 후에 적정한 온도에서 소성하는 졸겔 코팅 방식으로 형성할 수도 있다.
상기와 같은 광학 기능성의 두께는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 상기 언급한 전극층간의 저항 등을 고려하여, 예를 들면, 약 500 nm 내지 1.000 nm, 약 500 nm 내지 900 nm 또는 약 500 nm 내지 800 nm 정도의 두께를 가지도록 형성될 수 있다.
본 출원은 또한 유기전자장치에 관한 것이다. 본 출원의 예시적인 유기전자장치는, 상기 기술한 유기전자소자용 기판; 및 상기 기판의 전극층상에 형성되어 있는 유기층; 및 상기 유기층상에 형성되어 있는 전극층을 포함할 수 있다. 이하에서는 구별을 위하여 유기전자소자용 기판상에 형성되어 있는 전극층을 제 1 전극층으로 호칭하고, 상기 유기층상에 형성되어 있는 전극층을 제 2 전극층이라고 호칭할 수 있다. 상기 기판을 포함하는 유기전자장치에서 제 1 전극층의 투영 면적은 상기 기판의 광학 기능성층의 투영 면적보다 넓으며, 상기 전극층은 상기 광학 기능성층이 형성되어 있지 않은 상기 기재층의 면상에도 형성되어 있을 수 있다.
상기 유기층은 적어도 발광층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극층을 투명하게 구현하고, 제 2 전극층을 반사성 전극층으로 하면 유기층의 발광층에서 발생한 광이 광학 기능성층을 거쳐서 기재층측으로 방사되는 하부 발광형 소자를 구현할 수 있다.
유기전자장치에서 광학 기능성층은, 예를 들면, 발광층의 발광 영역에 대응되거나 발광 영역보다 큰 투영 면적을 가질 수 있다. 예를 들어, 광학 기능성층의 형성 영역의 길이(B)와 발광층의 발광 영역의 길이(C)의 차이(B-C)는 약 10 ㎛ 내지 약 2 mm 정도일 수 있다. 상기에서 광학 기능성층의 형성 영역의 길이(B)는 광학 기능성층을 상부에서 관찰할 때에 인지되는 영역에서 임의의 방향에서의 길이이고, 이 경우 발광 영역의 길이(C)는 역시 발광 영역을 상부에서 관찰할 때에 인지되는 영역을 기준으로 상기 광학 기능성층의 형성 영역의 길이(B)를 측정할 때에 동일한 방향에서 측정한 길이를 의미할 수 있다. 광학 기능성층은 또한 상기 발광 영역에 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 발광 영역에 대응되는 위치에 광학 기능성층이 형성되어 있다는 것은, 예를 들면, 유기전자장치를 상부 또는 하부에서 관찰하는 경우에 발광 영역과 광학 기능성층이 실질적으로 서로 겹쳐지는 경우를 의미할 수 있다.
하나의 예시에서 유기전자소자는 유기발광소자(OLED)일 수 있다. 유기발광소자인 경우, 상기 유기전자소자는, 예를 들면, 발광층을 적어도 포함하는 유기층이 정공 주입 전극층과 전자 주입 전극층의 사이에 개재된 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 기판에 포함되는 전극층이 정공 주입 전극층이면, 제 2 전극층은 전자 주입 전극층이고, 반대로 기판에 포함되는 전극층이 전자 주입 전극층이면, 제 2 전극층은 정공 주입성 전극층일 수 있다.
전자 및 정공 주입성 전극층의 사이에 존재하는 유기층은, 적어도 1층 이상의 발광층을 포함할 수 있다. 유기층은 2층 이상의 복수의 발광층을 포함할 수도 있다. 2층 이상의 발광층을 포함되는 경우에는, 발광층들은 전하 발생 특성을 가지는 중간 전극층이나 전하 발생층(CGL; Charge Generating Layer) 등에 의해 분할되어 있는 구조를 가질 수도 있다.
발광층은, 예를 들면, 이 분야에 공지된 다양한 형광 또는 인광 유기 재료를 사용하여 형성할 수 있다. 발광층에 사용될 수 있는 재료로는, 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀레이트)알루미늄(III)(tris(4-methyl-8-quinolinolate)aluminum(III))(Alg3), 4-MAlq3 또는 Gaq3 등의 Alq 계열의 재료, C-545T(C26H26N2O2S), DSA-아민, TBSA, BTP, PAP-NPA, 스피로-FPA, Ph3Si(PhTDAOXD), PPCP(1,2,3,4,5-pentaphenyl-1,3-cyclopentadiene) 등과 같은 시클로페나디엔(cyclopenadiene) 유도체, DPVBi(4,4'-bis(2,2'-diphenylyinyl)-1,1'-biphenyl), 디스티릴 벤젠 또는 그 유도체 또는 DCJTB(4-(Dicyanomethylene)-2-tert-butyl-6-(1,1,7,7,-tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H-pyran), DDP, AAAP, NPAMLI; 또는 Firpic, m-Firpic, N-Firpic, bon2Ir(acac), (C6)2Ir(acac), bt2Ir(acac), dp2Ir(acac), bzq2Ir(acac), bo2Ir(acac), F2Ir(bpy), F2Ir(acac), op2Ir(acac), ppy2Ir(acac), tpy2Ir(acac), FIrppy(fac-tris[2-(4,5'-difluorophenyl)pyridine-C'2,N] iridium(III)) 또는 Btp2Ir(acac)(bis(2-(2'-benzo[4,5-a]thienyl)pyridinato-N,C3'-)iridium(acetylactonate)) 등과 같은 인광 재료 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 발광층은, 상기 재료를 호스트(host)로 포함하고, 또한 페릴렌(perylene), 디스티릴비페닐(distyrylbiphenyl), DPT, 퀴나크리돈(quinacridone), 루브렌(rubrene), BTX, ABTX 또는 DCJTB 등을 도펀트로 포함하는 호스트-도펀트 시스템(Host-Dopant system)을 가질 수도 있다.
발광층은 또한 후술하는 전자 수용성 유기 화합물 또는 전자 공여성 유기 화합물 중에서 발광 특성을 나타내는 종류를 적절히 채용하여 형성할 수 있다.
유기층은, 발광층을 포함하는 한, 이 분야에 공지된 다른 다양한 기능성층을 추가로 포함하는 다양한 구조로 형성될 수 있다. 유기층에 포함될 수 있는 층으로는, 전자 주입층, 정공 저지층, 전자 수송층, 정공 수송층 및 정공 주입층 등이 예시될 수 있다.
전자 주입층 또는 전자 수송층은, 예를 들면, 전자 수용성 유기 화합물(electron accepting organic compound)을 사용하여 형성할 수 있다. 상기에서 전자 수용성 유기 화합물로는, 특별한 제한 없이 공지된 임의의 화합물이 사용될 수 있다. 이러한 유기 화합물로는, p-테르페닐(p-terphenyl) 또는 쿠아테르페닐(quaterphenyl) 등과 같은 다환 화합물 또는 그 유도체, 나프탈렌(naphthalene), 테트라센(tetracene), 피렌(pyrene), 코로넨(coronene), 크리센(chrysene), 안트라센(anthracene), 디페닐안트라센(diphenylanthracene), 나프타센(naphthacene) 또는 페난트렌(phenanthrene) 등과 같은 다환 탄화수소 화합물 또는 그 유도체, 페난트롤린(phenanthroline), 바소페난트롤린(bathophenanthroline), 페난트리딘(phenanthridine), 아크리딘(acridine), 퀴놀린(quinoline), 키노사린(quinoxaline) 또는 페나진(phenazine) 등의 복소환화합물 또는 그 유도체 등이 예시될 수 있다. 또한, 플루오르세인(fluoroceine), 페리렌(perylene), 프타로페리렌(phthaloperylene), 나프타로페리렌(naphthaloperylene), 페리논(perynone), 프타로페리논, 나프타로페리논, 디페닐부타디엔(diphenylbutadiene), 테트라페닐부타디엔(tetraphenylbutadiene), 옥사디아졸(oxadiazole), 아르다진(aldazine), 비스벤조옥사조린(bisbenzoxazoline), 비스스티릴(bisstyryl), 피라진(pyrazine), 사이크로펜타디엔(cyclopentadiene), 옥신(oxine), 아미노퀴놀린(aminoquinoline), 이민(imine), 디페닐에틸렌, 비닐안트라센, 디아미노카르바졸(diaminocarbazole), 피란(pyrane), 티오피란(thiopyrane), 폴리메틴(polymethine), 메로시아닌(merocyanine), 퀴나크리돈(quinacridone) 또는 루부렌(rubrene) 등이나 그 유도체, 일본특허공개 제1988-295695호, 일본특허공개 제1996-22557호, 일본특허공개 제1996-81472호, 일본특허공개 제1993-009470호 또는 일본특허공개 제1993-017764호 등의 공보에서 개시하는 금속 킬레이트 착체 화합물, 예를 들면, 금속 킬레이트화 옥사노이드화합물인 트리스(8-퀴놀리노라토)알루미늄[tris(8-quinolinolato)aluminium], 비스(8-퀴놀리노라토)마그네슘, 비스[벤조(에프)-8-퀴놀뤼노라토]아연{bis[benzo(f)-8-quinolinolato]zinc}, 비스(2-메틸-8-퀴놀리노라토)알루미늄, 트리스(8-퀴놀리노라토)인디엄[tris(8-quinolinolato)indium], 트리스(5-메틸-8-퀴놀리노라토)알루미늄, 8-퀴놀리노라토리튬, 트리스(5-클로로-8-퀴놀리노라토)갈륨, 비스(5-클로로-8-퀴놀리노라토)칼슘 등의 8-퀴놀리노라토 또는 그 유도체를 배립자로 하나 이상 가지는 금속 착체, 일본특허공개 제1993-202011호, 일본특허공개 제1995-179394호, 일본특허공개 제1995-278124호 또는 일본특허공개 제1995-228579호 등의 공보에 개시된 옥사디아졸(oxadiazole) 화합물, 일본특허공개 제1995-157473호 공보 등에 개시된 트리아진(triazine) 화합물, 일본특허공개 제1994-203963호 공보 등에 개시된 스틸벤(stilbene) 유도체나, 디스티릴아릴렌(distyrylarylene) 유도체, 일본특허공개 제1994-132080호 또는 일본특허공개 제1994-88072호 공보 등에 개시된 스티릴 유도체, 일본특허공개 제1994-100857호나 일본특허공개 제1994-207170호 공보 등에 개시된 디올레핀 유도체; 벤조옥사졸(benzooxazole) 화합물, 벤조티아졸(benzothiazole) 화합물 또는 벤조이미다졸(benzoimidazole) 화합물 등의 형광 증백제; 1,4-비스(2-메틸스티릴)벤젠, 1,4-비스(3-메틸스티릴)벤젠, 1,4-비스(4-메틸스티릴)벤젠, 디스티릴벤젠, 1,4-비스(2-에틸스티릴)벤질, 1,4-비스(3-에틸스티릴)벤젠, 1,4-비스(2-메틸스티릴)-2-메틸벤젠 또는 1,4-비스(2-메틸스티릴)-2-에틸벤젠 등과 같은 디스티릴벤젠(distyrylbenzene) 화합물; 2,5-비스(4-메틸스티릴)피라진, 2,5-비스(4-에틸스티릴)피라진, 2,5-비스[2-(1-나프틸)비닐]피라진, 2,5-비스(4-메톡시스티릴)피라진, 2,5-비스[2-(4-비페닐)비닐]피라진 또는 2,5-비스[2-(1-피레닐)비닐]피라진 등의 디스티릴피라진(distyrylpyrazine) 화합물, 1,4-페닐렌디메틸리딘, 4,4'-페닐렌디메틸리딘, 2,5-크실렌디메틸리딘, 2,6-나프틸렌디메틸리딘, 1,4-비페닐렌디메틸리딘, 1,4-파라-테레페닐렌디메텔리딘, 9,10-안트라센디일디메틸리딘(9,10-anthracenediyldimethylidine) 또는 4,4'-(2,2-디-티-부틸페닐비닐)비페닐, 4,4'-(2,2-디페닐비닐)비페닐 등과 같은 디메틸리딘(dimethylidine) 화합물 또는 그 유도체, 일본특허공개 제1994-49079호 또는 일본특허공개 제1994-293778호 공보 등에 개시된 실라나민(silanamine) 유도체, 일본특허공개 제1994-279322호 또는 일본특허공개 제1994-279323호 공보 등에 개시된 다관능 스티릴 화합물, 일본특허공개 제1994-107648호 또는 일본특허공개 제1994-092947호 공보 등에 개시되어 있는 옥사디아졸 유도체, 일본특허공개 제1994-206865호 공보 등에 개시된 안트라센 화합물, 일본특허공개 제1994-145146호 공보 등에 개시된 옥시네이트(oxynate) 유도체, 일본특허공개 제1992-96990호 공보 등에 개시된 테트라페닐부타디엔 화합물, 일본특허공개 제1991-296595호 공보 등에 개시된 유기 삼관능 화합물, 일본특허공개 제1990-191694호 공보 등에 개시된 쿠마린(coumarin)유도체, 일본특허공개 제1990-196885호 공보 등에 개시된 페리렌(perylene) 유도체, 일본특허공개 제1990-255789호 공보 등에 개시된 나프탈렌 유도체, 일본특허공개 제1990-289676호나 일본특허공개 제1990-88689호 공보 등에 개시된 프탈로페리논(phthaloperynone) 유도체 또는 일본특허공개 제1990-250292호 공보 등에 개시된 스티릴아민 유도체 등도 저굴절층에 포함되는 전자 수용성 유기 화합물로서 사용될 수 있다. 또한, 상기에서 전자 주입층은, 예를 들면, LiF 또는 CsF 등과 같은 재료를 사용하여 형성할 수도 있다.
정공 저지층은, 주입된 정공이 발광층을 지나 전자 주입성 전극층으로 진입하는 것을 방지하여 소자의 수명과 효율을 향상시킬 수 있는 층이고, 필요한 경우에 공지의 재료를 사용하여 발광층과 전자 주입성 전극층의 사이에 적절한 부분에 형성될 수 있다.
정공 주입층 또는 정공 수송층은, 예를 들면, 전자 공여성 유기 화합물(electron donating organic compound)을 포함할 수 있다. 전자 공여성 유기 화합물로는, N,N',N'-테트라페닐-4,4'-디아미노페닐, N,N'-디페닐-N,N'-디(3-메틸페닐)-4,4'-디아미노비페닐, 2,2-비스(4-디-p-톨릴아미노페닐)프로판, N,N,N',N'-테트라-p-톨릴-4,4'-디아미노비페닐, 비스(4-디-p-톨릴아미노페닐)페닐메탄, N,N'-디페닐-N,N'-디(4-메톡시페닐)-4,4'-디아미노비페닐, N,N,N',N'-테트라페닐-4,4'-디아미노디페닐에테르, 4,4'-비스(디페닐아미노)쿠아드리페닐[4,4'-bis(diphenylamino)quadriphenyl], 4-N,N-디페닐아미노-(2-디페닐비닐)벤젠, 3-메톡시-4'-N,N-디페닐아미노스틸벤젠, N-페닐카르바졸, 1,1-비스(4-디-p-트리아미노페닐)시크로헥산, 1,1-비스(4-디-p-트리아미노페닐)-4-페닐시크로헥산, 비스(4-디메틸아미노-2-메틸페닐)페닐메탄, N,N,N-트리(p-톨릴)아민, 4-(디-p-톨릴아미노)-4'-[4-(디-p-톨릴아미노)스티릴]스틸벤, N,N,N',N'-테트라페닐-4,4'-디아미노비페닐 N-페닐카르바졸, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐-아미노]비페닐, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]p-테르페닐, 4,4'-비스[N-(2-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐, 4,4'-비스[N-(3-아세나프테닐)-N-페닐아미노]비페닐, 1,5-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]나프탈렌, 4,4'-비스[N-(9-안트릴)-N-페닐아미노]비페닐페닐아미노]비페닐, 4,4'-비스[N-(1-안트릴)-N-페닐아미노]-p-테르페닐, 4,4'-비스[N-(2-페난트릴)-N-페닐아미노]비페닐, 4,4'-비스[N-(8-플루오란테닐)-N-페닐아미노]비페닐, 4,4'-비스[N-(2-피레닐)-N-페닐아미노]비페닐, 4,4'-비스[N-(2-페릴레닐)-N-페닐아미노]비페닐, 4,4'-비스[N-(1-코로네닐)-N-페닐아미노]비페닐(4,4'-bis[N-(1-coronenyl)-N-phenylamino]biphenyl), 2,6-비스(디-p-톨릴아미노)나프탈렌, 2,6-비스[디-(1-나프틸)아미노]나프탈렌, 2,6-비스[N-(1-나프틸)-N-(2-나프틸)아미노]나프탈렌, 4,4'-비스[N,N-디(2-나프틸)아미노]테르페닐, 4,4'-비스{N-페닐-N-[4-(1-나프틸)페닐]아미노}비페닐, 4,4'-비스[N-페닐-N-(2-피레닐)아미노]비페닐, 2,6-비스[N,N-디-(2-나프틸)아미노]플루오렌 또는 4,4'-비스(N,N-디-p-톨릴아미노)테르페닐, 및 비스(N-1-나프틸)(N-2-나프틸)아민 등과 같은 아릴 아민 화합물이 대표적으로 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
정공 주입층이나 정공 수송층은, 상기 유기화합물을 고분자 중에 분산시키거나, 상기 유기 화합물로부터 유래한 고분자를 사용하여 형성할 수도 있다. 또한, 폴리파라페닐렌비닐렌 및 그 유도체 등과 같이 소위 π-공역 고분자(π-conjugated polymers), 폴리(N-비닐카르바졸) 등의 정공 수송성 비공역 고분자 또는 폴리실란의 σ 공역 고분자 등도 사용될 수 있다.
정공 주입층은, 구리프탈로시아닌과 같은 금속 프탈로시아닌이나 비금속 프탈로시아닌, 카본막 및 폴리아닐린 등의 전기적으로 전도성인 고분자 들을 사용하여 형성하거나, 상기 아릴 아민 화합물을 산화제로 하여 루이스산(Lewis acid)과 반응시켜서 형성할 수도 있다.
예시적으로 유기발광소자는, 순차적으로 형성된 (1) 정공 주입 전극층/유기 발광층/전자 주입 전극층의 형태; (2) 정공 주입 전극층/정공 주입층/유기 발광층/전자 주입 전극층의 형태; (3) 정공 주입 전극층/유기 발광층/전자 주입층/전자 주입 전극층의 형태; (4) 정공 주입 전극층/정공 주입층/유기 발광층/전자 주입층/전자 주입 전극층의 형태; (5) 정공 주입 전극층/유기 반도체층/유기 발광층/전자 주입 전극층의 형태; (6) 정공 주입 전극층/유기 반도체층/전자장벽층/유기 발광층/전자 주입 전극층의 형태; (7) 정공 주입 전극층/유기 반도체층/유기 발광층/부착개선층/전자 주입 전극층의 형태; (8) 정공 주입 전극층/정공 주입층/정공 수송층/유기 발광층/전자 주입층/전자 주입 전극층의 형태; (9) 정공 주입 전극층/절연층/유기 발광층/절연층/전자 주입 전극층의 형태; (10) 정공 주입 전극층/무기 반도체층/절연층/유기 발광층/절연층/전자 주입 전극층의 형태; (11) 정공 주입 전극층/유기 반도체층/절연층/유기 발광층/절연층/전자 주입 전극층의 형태; (12) 정공 주입 전극층/절연층/정공 주입층/정공 수송층/유기 발광층/절연층/전자 주입 전극층의 형태 또는 (13) 정공 주입 전극층/절연층/정공 주입층/정공 수송층/유기 발광층/전자 주입층/전자 주입 전극층의 형태를 가질 수 있으며, 경우에 따라서는 정공 주입 전극층과 전자 주입 전극층의 사이에 적어도 2개의 발광층이 전하 발생 특성을 가지는 중간 전극층 또는 전하 발생층(CGL: Charge Generating Layer)에 의해 분할되어 있는 구조의 유기층을 포함하는 형태를 가질 수도 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이 분야에서는 정공 또는 전자 주입 전극층과 유기층, 예를 들면, 발광층, 전자 주입 또는 수송층, 정공 주입 또는 수송층을 형성하기 위한 다양한 소재 및 그 형성 방법이 공지되어 있으며, 상기 유기전자장치의 제조에는 상기와 같은 방식이 모두 적용될 수 있다.
유기전자장치는, 봉지 구조를 추가로 포함할 수 있다. 상기 봉지 구조는, 유기전자장치의 유기층으로 수분이나 산소 등과 같은 외래 물질이 유입되지 않도록 하는 보호 구조일 수 있다. 봉지 구조는, 예를 들면, 글라스캔 또는 금속캔 등과 같은 캔이거나, 상기 유기층의 전면을 덮고 있는 필름일 수 있다.
도 9는, 순차 형성된 기재층(101), 광학 기능성층(103) 및 제 1 전극층(102)을 포함하는 기판 상에 형성된 유기층(901) 및 제 2 전극층(902)이 글라스캔 또는 금속캔 등과 같은 캔 구조의 봉지 구조(903)에 의해 보호되어 있는 형태를 예시적으로 보여준다. 도 9와 같이 봉지 구조(903)는, 예를 들면, 접착제(904)에 의해서 기판에 부착되어 있을 수 있다. 봉지 구조는, 예를 들면, 기판에서 하부에 광학 기능성층이 존재하지 않는 전극층에 접착되어 있을 수 있다. 예를 들면, 도 9와 같이 봉지 구조(903)는, 기판의 끝단에 접착제(904)에 의해 부착되어 있을 수 있다. 이러한 방식으로 봉지 구조를 통한 보호 효과를 극대화할 수 있다.
봉지 구조는, 예를 들면, 유기층과 제 2 전극층의 전면을 피복하고 있는 필름일 수 있다. 도 10은, 유기층(901)과 제 2 전극층(902)의 전면을 덮고 있는 필름 형태의 봉지 구조(1001)를 예시적으로 나타내고 있다. 예를 들면, 필름 형태의 봉지 구조(1001)는, 도 10과 같이 유기층(901)과 제 2 전극층(902)의 전면을 피복하면서, 상기 기재층(101), 광학 기능성층(103) 및 전극층(102)을 포함하는 기판과 상부의 제 2 기판(1002)을 서로 접착시키고 있는 구조를 가질 수 있다. 상기에서 제 2 기판으로는, 예를 들면, 유리 기판, 금속 기판, 고분자 필름 또는 배리어층 등이 예시될 수 있다. 필름 형태의 봉지 구조는, 예를 들면, 에폭시 수지 등과 같이 열 또는 자외선(UV)의 조사 등에 의해 경화되는 액상의 재료를 도포하고, 경화시켜서 형성하고나, 혹은 상기 에폭시 수지 등을 사용하여 미리 필름 형태로 제조된 접착 시트 등을 사용하여 기판과 상부 기판을 라미네이트하는 방식으로 형성할 수 있다.
봉지 구조는, 필요한 경우, 산화 칼슘, 산화 베릴륨 등의 금속 산화물, 염화 칼슘 등과 같은 금속 할로겐화물 또는 오산화 인 등과 같은 수분 흡착제 또는 게터재 등을 포함할 수 있다. 수분 흡착제 또는 게터재는, 예를 들면, 필름 형태의 봉지 구조의 내부에 포함되어 있거나, 혹은 캔 구조의 봉지 구조의 소정 위치에 존재할 수 있다. 봉지 구조는 또한 배리어 필름이나 전도성 필름 등을 추가로 포함할 수 있다.
상기 봉지 구조는, 예를 들면, 도 9 또는 10에 나타난 바와 같이, 하부에 광학 기능성층이 형성되어 있지 않은 제 1 전극층의 상부에 부착되어 있을 수 있다. 이에 따라서 상기 광학 기능성층이 외부로 노출되지 않는 밀봉 구조를 구현할 수 있다. 상기 밀봉 구조는, 예를 들면, 광학 기능성층의 전면이 상기 기재층, 전극층 및/또는 봉지 구조에 의해 둘러싸이거나, 또는 상기 기재층, 전극층 및/또는 봉지 구조를 포함하여 형성되는 밀봉 구조에 의해서 둘러싸여서 외부로 노출되지 않는 상태를 의미할 수 있다. 밀봉 구조는, 기재층, 전극층 및/또는 봉지 구조만으로 형성되거나, 광학 기능성층이 외부로 노출되지 않도록 형성되는 한, 상기 기재층, 전극층 및 봉지 구조를 포함하고, 또한 다른 요소, 예를 들면, 상기 기술한 전도 물질이나 중간층 등도 포함하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 9 또는 10에서 기재층(101)과 전극층(102)이 접하는 부분 또는 제 1 전극층(102)과 봉지 구조(903, 1001)가 접하는 부분 또는 그 외의 위치에 다른 요소가 존재할 수 있다. 상기 다른 요소로는 저투습성의 유기 물질, 무기 물질 또는 유무기 복합 물질이나, 절연층 또는 보조 전극 등이 예시될 수 있다.
본 출원은 또한 유기전자소자용 기판 또는 유기전자소자의 제조 방법에 대한 것이다. 예시적인 상기 방법은, 기재층상에 광학 기능성층을 형성하는 것을 포함하되, 상기 광학 기능성층이 상기 기재층에 비하여 작은 투명 면적을 가지도록 가공하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 공정은, 예를 들면, 기재층상에 형성되어 있는 광학 기능성층의 적어도 일부를 제거하여 수행할 수 있다. 광학 기능성층은, 상기 가공을 통하여, 예를 들면, 전술한 바와 같이 발광 영역에 대응되는 위치에만 존재하도록 패터닝(patterning)될 수 있다.
예를 들면, 도 11에 나타난 바와 같이, 기재층(101)의 전면에 광학 기능성층(103)을 형성한 후에 형성된 광학 기능성층(103)의 일부를 제거할 수 있다. 기재층상에 광학 기능성층을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 광학 기능성층의 태양에 따라서 통상적인 방식을 적용하면 된다. 예를 들어, 광학 기능성층은, 상기 기술한 코팅 방식, CVD(Chemical Vapor Deposition) 또는 PVD(Physical Vapor Deposition) 등과 같은 증착 방식 또는 나노임프린팅 또는 마이크로엠보싱 방식 등을 통하여 형성할 수 있다.
기재층상에 형성된 광학 기능성층의 일부를 제거하는 방식도 특별히 제한되지 않으며, 광학 기능성층의 종류를 고려하여 적절한 방식이 적용될 수 있다.
예를 들면, 광학 기능성층을 용해시킬 수 있는 에칭액 등으로 상기 광학 기능성층을 처리하는 습식 또는 건식 에칭 등에 적용하여 상기 층을 제거할 수 있다.
다른 예시에서 광학 기능성층은, 레이저 가공을 통해 제거될 수도 있다. 예를 들면, 기재층상에 광학 기능성층을 형성한 후에 레이저를 조사하여 제거할 수 있다. 레이저는 예를 들면, 광학 기능성층이 형성된 측에서 조사되거나, 기재층이 투광성인 경우에는 기재층측에서 조사될 수 있다. 레이저로는, 적절한 출력을 나타내어서 광학 기능성층을 제거할 수 있는 것이라면 어떠한 종류도 사용될 수 있다. 레이저로는, 예를 들면, 파이버 다이오드 레이저(fiber diode laser), 루비(Cr3 +:Al2O3), YAG(Nd3 +:Y3Al5O12), 포스페이트 글래스(phosphate glass), 실리케이트 글래스(silicate glass) 또는 YLF(Nd3 +:LiYF4) 등이 사용될 수 있다. 이러한 레이저는, 예를 들면, 스팟 레이저(spot laser) 또는 라인 빔 레이저(line beam laser)의 형태로 조사될 수 있다. 레이저의 조사 조건은 적절한 가공이 이루어질 수 있도록 조절되는 한 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 자외선(UV) 내지 적외선(IR) 영역에 속하는 파장의 레이저를 약 1 W 내지 약 10 W 정도의 출력으로 조사할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다.
*광학 기능성층은 또한 워터젯(water jet) 방식으로 제거될 수도 있다. 워터젯 방식은 소정 압력으로 물을 분사하여 대상을 제거하는 방식이다. 예를 들면, 약 500 기압 내지 2000 기압 또는 약 800 기압 내지 1300 기압의 압력으로 물을 분사하여 광학 기능성층을 제거할 수 있다. 효율적인 제거를 위하여 분사되는 압력수는 연마제를 추가로 포함할 수 있다. 연마제로는 제거될 대상을 고려하여 공지의 소재 중에 적절한 소재가 적절한 비율로 사용될 수 있다.
워터젯 방식을 적용하는 경우에 분사 반경이나 속도는 특별히 제한되지 않으며, 제거하고자 하는 부위나 패턴 등을 고려하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 워터젯 과정에서 분사 폭이 약 1 mm 내지 약 10 mm 또는 약 2 mm 내지 약 5 mm 정도가 되도록 조절할 수 있다. 이를 통해서 정밀하게 광학 기능성층을 제거할 수 있다. 또한, 워터젯을 통한 식각의 속도는 예를 들면, 약 300 mm/min 내지 약 2000 mm/min 또는 약 500 mm/min 내지 약 1200 mm/min 정도일 수 있고, 이를 통하여 적절한 공정 효율을 확보하면서, 효율적인 제거가 가능하다.
다른 방식으로는 포토리소그래피 방식으로 광학 기능성층의 일부를 제거하거나, 오프셋 인쇄(off-set printing), 기타 패턴 인쇄 방식 등으로 처음부터 기재층에 비하여 투영 면적이 작은 광학 기능성층을 형성하는 방식도 고려될 수 있다.
광학 기능성층의 가공 형태는 특별히 제한되지 않고, 목적에 따라 변경될 수 있다. 예를 들면, 상기 가공은, 투영 면적이 기재층에 비하여 작은 광학 기능성층의 위치가 후속하여 형성될 발광층의 발광 영역에 대응되며, 그 투영 면적은 발광층 또는 발광층에 의해 형성되는 발광 영역에 대응되거나 또는 그보다 크게 되도록 수행될 수 있다. 이 외에도 필요한 경우 다양한 패턴으로 광학 기능성층은 가공될 수 있다. 또한, 상기한 봉지 구조와의 접합을 위하여 접착제가 도포되는 영역이나 소자의 단자 영역에 해당하는 부위에 존재하는 광학 기능성층 또는 광학 기능성층과 평탄층의 적층 구조가 제거될 수도 있다.
상기 제조 방법은, 광학 기능성층의 가공 후에 전극층을 형성하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 이 경우 전극층은, 상기 기술한 투영 면적을 가지고, 상기 언급한 위치에 존재될 수 있도록 형성될 수 있다. 기재층과 함께 가공된 상기 광학 기능성층을 밀봉할 수 있는 밀봉 구조를 형성하도록 형성될 수 있다. 전극층을 형성하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 공지의 증착, 스퍼터링, 화학 증착 또는 전기화학적 방식 등의 임의의 방식으로 형성할 수 있다.
상기 제조 방법은, 상기 기술한 중간층을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들면, 중간층은 다음과 같은 방식으로 형성할 수 있다. 예를 들면, 중간층은, 광학 기능성층을 기재층에 비하여 작은 투영 면적을 가지도록 가공한 후에 상기 중간층을 형성할 물질, 예를 들면, 상기 전극층과의 굴절률의 차이의 절대값이 약 1 이하, 0.7 이하, 0.5 이하 또는 0.3 이하인 물질로서, 예를 들면 상기 SiON 등과 같은 물질의 층을 형성한 후에 상기 전극층을 형성하는 방식으로 형성할 수 있다. 이러한 경우에 중간층을 형성하는 물질의 층은 사용되는 소재에 따라서 통상의 증착 방식 등을 적용하여 형성할 수 있으며, 전술한 바와 같이 광학 기능성층에 비하여 넓은 투영 면적을 가지고, 광학 기능성층의 상부와 광학 기능성층이 형성되어 있지 않은 기재층의 상부에 모두 형성할 수 있다. 다른 예시에서 중간층은, 다음의 방식으로 형성할 수도 있다. 즉, 중간층을 포함하는 유기전자소자용 기판은, 기재층상에 광학 기능성층을 형성하고, 형성된 광학 기능성층에 상기와 같은 방식으로 중간층을 형성한 후에 상기 광학 기능성층과 형성된 중간층을 함께 제거하여 상기 광학 기능성층과 중간층의 투영 면적이 상기 기재층의 투영 면적보다 작도록 한 후에 다시 기재층과 광학 기능성층의 상부에 형성되어 있는 잔존하는 중간층의 상부에 중간층을 추가로 형성하는 방식으로 형성할 수도 있다. 그 후에 중간층의 상부에 전술한 방식으로 전극층을 형성하여 기판을 제조할 수 있다.
유기전자소자의 제조 방법은 상기와 같이 전극층을 형성한 후에 발광층을 포함하는 유기층과 제 2 전극층을 형성하고, 추가로 봉지 구조를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 이 경우, 유기층, 제 2 전극층 및 봉지 구조는 공지된 방식으로 형성할 수 있다.
본 출원은 또한 상기 기술한 유기전자장치, 예를 들면, 유기발광장치의 용도에 관한 것이다. 상기 유기발광장치는, 예를 들면, 액정표시장치(LCD; Liquid Crystal Display)의 백라이트, 조명, 각종 센서, 프린터, 복사기 등의 광원, 차량용 계기 광원, 신호등, 표시등, 표시장치, 면상발광체의 광원, 디스플레이, 장식 또는 각종 라이트 등에 효과적으로 적용될 수 있다. 하나의 예시에서 본 출원은, 상기 유기발광소자를 포함하는 조명 장치에 관한 것이다. 상기 조명 장치 또는 기타 다른 용도에 상기 유기발광소자가 적용될 경우에, 상기 장치 등을 구성하는 다른 부품이나 그 장치의 구성 방법은 특별히 제한되지 않고, 상기 유기발광소자가 사용되는 한, 해당 분야에 공지되어 있는 임의의 재료나 방식이 모두 채용될 수 있다.
본 출원의 유기전자소자용 기판은, 예를 들면, 수분이나 산소 등과 같은 외래 물질이 유입되는 것을 차단하여 내구성이 향상되고, 광추출 효율이 우수한 유기전자장치를 형성할 수 있다. 또한, 상기 기판의 사용을 통하여 유기전자장치를 밀봉하는 봉지 구조가 상기 기판은 상기 봉지 구조와 안정적으로 부착될 수 있고, 전극층의 마모나 외부로부터 인가되는 압력에 대한 내구성이 우수한 소자를 구현할 수 있다. 유기전자장치 외부의 단자부의 표면 경도도 적절한 수준으로 유지할 수 있다.
도 1 내지 3은, 예시적인 기판을 나타내는 모식도이다.
도 4는 전극층간 저항을 측정하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 6은 예시적인 기판의 모식도이다.
도 7 및 8은 광학 기능성층의 예시를 나타내는 도면이다.
도 9 및 10은, 예시적인 유기전자장치를 나타내는 도면이다.
도 11은 예시적인 기판의 제조 과정을 보여주는 도면이다.
도 12 및 13은 실시예 2에서 광학 기능성층과 평탄층을 제거하는 과정을 보여주는 사진이다.
도 14 및 15는, 실시예의 유기발광소자의 내구성을 평가한 사진이다.
도 16은 비교예의 유기발광소자의 내구성을 평가한 사진이다.
이하, 본 출원에 따른 실시예 및 본 출원에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 출원을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
축합성 실란으로서 테트라메톡시 실란을 포함하는 졸겔 코팅액 내에 평균 입경이 약 200 nm인 산란성 입자(산화 티탄 입자)를 배합하고, 충분히 분산시켜서 광산란층용 코팅액을 제조하였다. 상기 코팅액을 유리 기판에 코팅하고, 200℃에서 약 30분 동안 졸겔 반응을 진행시켜서 두께가 약 300 nm 정도인 광산란층을 형성하였다. 그 후, 동일하게 테트라메톡시 실란을 포함하는 졸겔 코팅액에 평균 입경이 약 10 nm이고, 굴절률이 약 2.5 정도인 고굴절 산화 티탄 입자를 배합한 고굴절 코팅액을 광산란층의 상부에 코팅한 후에 동일하게 졸겔 반응을 진행하여 굴절률이 약 1.8 정도이며, 두께가 약 300 nm 정도인 평탄층을 형성하였다. 그 후 형성된 층에 레이저를 조사하여 잔존하는 광산란층과 평탄층의 위치가 이어서 형성되는 유기층의 발광 영역에 대응될 수 있도록 상기 광산란층과 평탄층의 일부를 제거하였다. 제거 후에 공지의 스퍼터링 방식으로 ITO(Indium Tin Oxide)를 포함하는 정공 주입성 전극층을 상기 전극층이 상기 유리 기판의 전면에 약 100 nm 정도의 두께로 형성하였다. 이어서, 전도 물질로서 몰리브덴, 알루미늄 및 몰리브덴이 각각 50 nm, 500 nm 및 50 nm의 두께로 차례로 증착된 층을 상기 평탄층상에 형성된 전극층과 상기 유리 기판상에 직접 형성된 전극층의 경계에 상기 양 전극층 모두와 물질적으로 접촉되도록 증착하여 전도 물질을 형성하여 도 5와 같은 구조의 기판을 제조하였다. 계속하여 공지의 소재 및 방식을 사용하여 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 및 전자 주입성 전극층을 형성하였다. 그 후 글라스캔을 사용하여 도 9와 같은 봉지 구조를 가지는 유기발광장치를 제작하였다.
실시예 2
광산란층과 평탄층의 제거를 워터젯 방식으로 수행한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 유기발광장치를 제조하였다. 워터젯은, 1회 노즐 이동 시에 식각되는 폭이 약 3 mm 정도가 되도록 1,000 기압의 압력수를 분사하여 수행하였다. 구체적으로는 도 12에 나타난 바와 같이 우선 일 방향으로 광산란층과 평탄층을 제거한 후에 다시 도 13에 나타난 바와 같이 상기 방향과는 수직한 방향으로 광산란층과 평탄층을 제거하여 기판의 중심부에 가로의 길이가 약 5 cm이고, 세로의 길이가 약 5 cm인 사각 형상의 광산란층과 평탄층이 잔존하도록 패터닝을 수행하였다. 이어서, 실시예 1과 동일한 방식으로 전극층, 유기층 및 전극층을 형성하고, 글라스캔을 부착하여 유기전자장치를 제조하였다. 상기에서 유기층의 발광층에 의한 발광 영역은 기판의 중심부에 가로의 길이가 약 4 cm이고, 세로의 길이가 약 4 cm인 사각 형상으로 형성되도록 형성하였다.
비교예 1
실시예 1과 동일하게 유기발광장치를 제조하되, 유리 기판의 전면에 형성된 광산란층과 평탄층을 제거하지 않고, 그대로 ITO 전극층을 형성하고, 유기층, 제 2 전극층 및 봉지 구조를 순차 형성하여 유기발광장치를 제조하였다.
시험예 1. 전극층간 저항의 측정
전극층간의 저항은 도 4에 나타난 바와 같은 시편을 통하여 측정하였다. 우선 실시예 1과 같은 방식으로 제조된 유기전자소자용 기판을 재단하여 6개의 시편을 제조하였다(실험군 No.1 ~ No.6). 시편은, 광학 기능성층상 전극층(1022)과 기재층상 전극층(1021)의 경계(도 4에서 전극층(1021, 1022)을 분할하는 점선)를 기준으로 은 페이스트로 두 개의 평행 전극(401)을 형성하되, 상기 평행 전극(401)간의 간격(D1+D2, D1=D2)이 3 mm이고, 상기 평행 전극의 길이(D4)가 10 mm이며, 상기 평행 전극(401)의 폭은 약 3 mm가 되도록 형성하여 제조하였다. 실시예 1의 기판으로 제조한 실험군의 경우에는 상기 광학 기능성층상 전극층(1022)과 기재층상 전극층(1021)의 경계(도 4에서 전극층(1021, 1022)을 분할하는 점선)상에 가로의 길이가 약 1.4 mm이고, 세로의 길이(D4)가 약 10 mm인 전도 물질이 형성되어 있다. 이어서 평행 전극(401)을 저항 측정기(402)(제조사: Hewlett, 상품명: 973A)로 연결한 후, 상기 측정기(402)를 통해 저항을 측정하였다. 대조군 1로는 실시예 1과 동일한 방식으로 제조되되, 광산란층과 평탄층을 형성하지 않고, 직접 유리 기판의 전면에 ITO 전극층을 형성한 기판을 사용하였으며, 대조군 2로는 실험군과 동일하게 제조되되, 상기 전도 물질이 형성되지 않은 기판을 사용하여, 실험군에서와 동일한 방식으로 저항을 측정하였다.
상기와 같은 방식으로 측정된 저항은 하기 표 1에 나타난 바와 같다.
No.1 No.2 No.3 No.4 No.5 No.6 평균
실험군 6.8Ω·cm 7.5Ω·cm 6.9Ω·cm 7.0Ω·cm 7.0Ω·cm 7.0Ω·cm 7.0Ω·cm
대조군 1 8.1Ω·cm 8.1Ω·cm 8.3Ω·cm 8.4Ω·cm 8.3Ω·cm 8.6Ω·cm 8.3Ω·cm
대조군 2 10.5Ω·cm 10.8Ω·cm 11.4Ω·cm 10.8Ω·cm 10.6Ω·cm 11.3Ω·cm 10.9Ω·cm
상기 결과로부터 실험군의 경우, 전극층간의 경계의 단차에도 불구하고, 대조군에 비하여 우수한 저항 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
시험예 2. 발광 상태의 측정
실시예 및 비교예의 유기발광장치의 초기 발광 상태를 관찰한 후에 각 장치를 85℃에서 500 시간 동안 방치하고, 다시 발광 상태를 측정하여 내구성을 평가하였다. 도 14 및 15는 각각 실시예 1 및 2에 대하여 상기 방식으로 내구성을 평가한 경우를 보여주는 도면이다. 특히 도 15(a)는 실시예 2의 장치의 초기 발광 상태를 보여주는 도면이고, 도 15(b)는 동일 장치를 85℃에서 500 시간 동안 방치한 후의 발광 상태를 보여주는 도면이다. 도 16는, 비교예 1의 초기 발광 상태(도 16(a))와 85℃에서 500 시간 동안 방치한 후의 발광 상태(도 16(b))를 보여주는 도면이다. 도면으로부터 비교예 1의 경우, 500 시간이 지난 시점에서 많은 얼룩이 관찰되어 휘도의 균일도가 크게 떨어지는 것을 확인할 수 있다.
101: 기재층
102, 1021, 1022: 전극층
103: 광학 기능성층
X: 광학 기능성층간 전극층과 기재층상 전극층의 경계 영역
W: 광학 기능성층의 측벽
A: 전극층의 투영 면적
B: 광학 기능성층의 투영 면적
401: 은 페이스트
402: 저항 측정기
D1, D2, D3, D4: 저항 측정을 위한 시편 또는 은페이스트의 사이즈
501: 전도 물질
601: 중간층
701: 매트릭스 물질
702: 산란성 영역
801: 광산란층
901: 유기층
902: 제 2 전극층
903, 1001: 봉지 구조
904: 접착제
1002: 상부 기판

Claims (19)

  1. 기재층; 상기 기재층상에 형성되어 있고, 상기 기재층에 비하여 작은 투영 면적을 가지는 광학 기능성층; 상기 광학 기능성층에 비하여 넓은 투영 면적을 가지고, 상기 광학 기능성층의 상부 및 상기 광학 기능성층이 형성되어 있지 않은 기재층의 상부에 형성되어 있는 전극층; 및 상기 광학 기능성층의 상부에 형성된 전극층과 상기 광학 기능성층이 형성되어 있지 않은 기재층의 상부에 형성되어 있는 전극층 모두와 전기적으로 접속되어 있는 전도 물질을 포함하는 유기전자소자용 기판.
  2. 제 1 항에 있어서, 전극층의 투영 면적(A)과 광학 기능성층의 투영 면적(B)의 비율(A/B)이 1.04 이상인 유기전자소자용 기판.
  3. 제 1 항에 있어서, 광학 기능성층은 기재층, 전극층 및 전도 물질에 의해 밀봉되어 있는 유기전자소자용 기판.
  4. 제 1 항에 있어서, 기재층은 투광성인 유기전자소자용 기판.
  5. 제 1 항에 있어서, 전도 물질은, 은, 구리, 니켈, 몰리브덴 및 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 유기전자소자용 기판.
  6. 제 1 항에 있어서, 전극층은 정공 주입성 전극층 또는 전자 주입성 전극층인 유기전자소자용 기판.
  7. 제 1 항에 있어서, 광학 기능성층은, 광산란층인 유기전자소자용 기판.
  8. 제 7 항에 있어서, 광산란층은, 매트릭스 물질 및 상기 매트릭스 물질과는 굴절률이 다른 산란성 입자를 포함하는 유기전자소자용 기판.
  9. 제 8 항에 있어서, 매트릭스 물질은, 폴리실록산, 폴리아믹산 또는 폴리이미드를 포함하는 유기전자소자용 기판.
  10. 제 8 항에 있어서, 산란성 입자의 굴절률이 1.0 내지 3.5인 유기전자소자용 기판.
  11. 제 7 항에 있어서, 광산란층은, 요철 구조를 가지는 층인 유기전자소자용 기판.
  12. 제 1 항에 있어서, 광학 기능성층은 광산란층 및 상기 광산란층의 상부에 형성되어 있는 평탄층을 포함하는 유기전자소자용 기판.
  13. 제 12 항에 있어서, 평탄층은 굴절률이 1.7 이상인 유기전자소자용 기판.
  14. 제 1 항의 유기전자소자용 기판; 상기 기판의 전극층상에 형성되어 있고, 발광층을 포함하는 유기층; 및 상기 유기층상에 형성되어 있는 제 2 전극층을 포함하는 유기전자장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 기판의 광학 기능성층의 형성 영역의 길이(B)와 발광층의 발광 영역의 길이(C)의 차이(B-C)는 10 ㎛ 내지 2 mm인 유기전자장치.
  16. 제 14 항에 있어서, 유기층과 제 2 전극층을 보호하는 봉지 구조를 추가로 포함하고, 상기 봉지 구조는 하부에 광학 기능성층이 형성되어 있지 않은 기판의 전극층의 상부에 부착되어 있는 유기전자장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 봉지 구조는 글라스캔 또는 금속캔이거나, 유기층과 제 2 전극층의 전면을 덮고 있는 필름인 유기전자장치.
  18. 기재층상에 광학 기능성층을 형성하는 것을 포함하되, 상기 광학 기능성층이 상기 기재층에 비하여 작은 투영 면적을 가지도록 상기 광학 기능성층을 형성하고, 상기 광학 기능성층에 비하여 넓은 투영 면적을 가지는 전극층을 상기 광학 기능성층의 상부 및 상기 광학 기능성층이 형성되어 있지 않은 기재층의 상부 모두에 형성하며, 상기 광학 기능성층의 상부에 형성된 전극층과 상기 광학 기능성층이 형성되어 있지 않은 기재층의 상부에 형성되어 있는 전극층 모두에 전기적으로 접속되도록 전도 물질을 형성하는 것을 포함하는 유기전자소자용 기판의 제조 방법.
  19. 제 14 항의 유기전자장치를 포함하는 조명.
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