유기 발광 소자 document_id A220623036863

색광, 특히 백색광을 방출하는 유기 발광 다이오드(OLED) 형태의 유기 발광 소자는 과거 수년 동안 강한 주목을 받아왔다. 유기 발광 소자 기술이 조명 기술 분야에 적용할 수 있는 큰 잠재력을 갖는다는 사실은 일반적으로 공지되어 있다. 한편, 유기 발광 다이오드는 종래 방식의 전기 백열등의 전력 효율 범위 안에 있는 전력 효율에 도달한다(Forrest 등, Adv. Mat. 7(2004)624 참조). 유기 발광 다이오드는 통상적으로 하나의 기판상에 배치되는 층 구조물에 의해서 형성된다. 상기 층 구조물 내에서 전극과 상대 전극 사이에는 유기 층 어레이가 배치되어 있음으로써, 상기 유기 층 어레이는 상기 전극 및 상대 전극을 통해서 전기 전압을 제공받을 수 있다. 상기 유기 층 어레이는 유기 재료로 제조되었고, 발광 영역을 포함한다. 상기 발광 영역에서는 전하 캐리어, 즉 전극 및 상대 전극에 전기 전압이 인가될 때에 상기 유기 층 어레이 내부로 주입되어 그곳에서 발광 영역으로 운송되는 전극 및 정공이 재조합된다. 상기 유기 층 어레이에 전기 도핑 층이 통합됨으로써, 광을 형성할 때에는 중대한 효율 상승이 성취될 수 있었다. 임의의 색의 광을 발생시키기 위하여, 유기 발광 소자는 다양한 적용 분야에 이용될 수 있는데, 상기 적용 분야에는 특히 디스플레이 장치, 조명 장치 및 신호 장치가 속한다. 한 실시예에서 상기 유기 발광 소자는 백색의 광을 방출하도록 형성될 수 있다. 이와 같은 유형의 소자들은 현재의 시장을 주도하고 있는 조명 기술, 예컨대 백열등, 할로겐 램프, 저전압 인광 물질 튜브에 대한 중요한 대안이 될 수 있는 잠재력을 갖고 있다. 그럼에도, 유기 발광 소자 기술의 성공적인 상업화를 위해서는 더 중요한 기술적 문제점들이 해결되어야만 한다. 특히, OLED-소자를 이용하여 일반적인 조명 적용예를 위해서 필요한 다량의 광을 발생시키는 도전이 존재한다. OLED-소자에 의해서 방출되는 광량(quantity of light)은 두 가지 팩터에 의해서 결정된다. 이 두 가지 팩터는 상기 소자의 발광 표면 영역에서의 휘도 그리고 상기 발광 표면의 크기이다. 한 유기 발광 소자의 휘도는 임의로 증가시킬 수 없다. 더 나아가서는 유기 소자의 수명도 휘도에 의해서 상당한 영향을 받는다. 예컨대 OLED-소자의 휘도가 두 배가 되면, 상기 소자의 수명은 2배 내지 4배만큼 줄어든다. 이 경우 수명으로서는, 일정한 전류로 작동하는 경우에 상기 OLED-소자가 자신의 절반의 출발 휘도로 떨어질 때까지 경과한 시간이 규정되어 있다. 조명 적용예를 위한 OLED-소자의 발광 표면은 송출된 원하는 광량에 상응하게 선택되어야만 한다. 상기 광량이 소수 제곱 센티미터로부터 제곱 미터를 초과하는 크기까지의 범위 안에 있도록 노력해야만 한다. OLED-소자는 전기 소자로서 통상적으로는 약 2V 내지 약 20V의 범위 안에 있는 낮은 전압에서 작동된다. 상기 OLED-소자를 통해 흐르는 전류는 발광 표면에 의해서 결정된다. 따라서, 상기 OLED-소자의 발광 표면의 크기가 약 100 cm2로서 상대적으로 작은 경우, 전류 효율을 50 cd/A로 그리고 적용 휘도를 5000 cd/m2로 가정하는 경우에는, 1A의 전류가 필요하게 될 것이다. 하지만, 유기 발광 소자에 상기와 같은 전류를 공급하는 것은 상당한 기술적 문제점을 야기하고, 이와 같은 문제점은 통상적인 조명 적용예에서는 저렴한 방식과 방법으로 해결될 수 없는 것이다. 공지된 바와 같이, 전력 공급 장치의 전력 손실은 공급 라인의 전기 저항에 그리고 흐르는 전류의 제곱에 비례한다. 다시 말해, 전류의 크기가 큰 경우에도 전력 손실을 적게 유지하기 위해서는, 매우 낮은 저항, 즉 큰 횡단면을 갖는 전기 공급 라인이 이용되어야만 한다. 그러나, 다른 무엇보다도 평탄한 구조를 두드러진 특성으로서 갖는 소자의 경우에는 바로 상기와 같은 점이 피해져야만 한다. 더 큰 부품면이 필요한 경우에는, 공급 전류를 더욱 상승시켜야만 하며, 이로써 전력 공급시의 문제점들은 더욱 첨예화된다. 상기와 같은 이유에서, 다수의 OLED-소자들을 하나의 유기 발광 소자 내부에서 전기적으로 직렬 접속하는 방안이 제안되었다(GB 2 392 023 A호 참조). 상기 간행물에서 유기 발광 소자의 전체 면은 개별 OLED-발광 소자로 세분되고, 상기 세분된 발광 소자들은 하나 또는 다수의 직렬 회로에서 전기적으로 서로 연결되어 있다. 이와 같은 방식으로, 발광 소자의 작동 전압은 대략 상기 직렬 접속된 OLED-발광 소자의 개수에 상응하는 팩터만큼 상승하며, 이 경우 흐르는 전류는 동일한 팩터만큼 줄어든다. 작동 전압을 높임과 동시에 작동 전류를 줄임으로써, 전력이 동일한 경우에는 발광 소자를 확실히 간단하게 제어할 수 있게 되는데, 그 이유는 일반적으로는 고전류 대신에 고전압을 전기 소자에 이용하는 것이 훨씬 더 쉽기 때문이다. OLED-발광 소자들로 구성된 직렬 회로를 이용함으로써 얻게 되는 추가의 장점은, 두 개 전극들 사이에서, 즉 캐소드와 애노드 사이에서 단락이 발생하는 경우에는, 상기 OLED-발광 소자들 중에서 하나의 발광 소자가 상기 유기 발광 소자의 발광 표면의 한 부분을 파괴한다는 점이지만, 전체적으로 볼 때 발광 소자는 계속해서 광을 방출하고, 심지어 방출된 총 광량은 파괴되지 않은 나머지 OLED-발광 소자를 위해 상승한 작동 전압 때문에 전반적으로 아무런 변동 없이 유지된다. 따라서, OLED-발광 소자들로 구성된 직렬 회로를 구비한 상기와 같은 발광 소자는 상기 OLED-소자들 중에 한 소자의 단락 후에도 계속해서 이용될 수 있다. 그와 반대로, 단 하나의 OLED-발광 소자를 구비한 유기 발광 소자는 애노드와 캐소드 사이에서 단락이 발생하는 경우에는 아무런 쓸모가 없다. 하지만, OLED-발광 소자들로 구성된 직렬 회로를 구비한 OLED-발광 소자를 제조하기 위해서는, 복잡한 제조 방법이 반드시 필요하다. 한편으로는, 직렬 접속된 개별 OLED-소자들에 할당된 전극들을 규정하기 위하여, 지지 기판상에 형성되는 전극을 구조화할 필요가 있다. 더 나아가서는, 상기 개별 OLED-소자들의 유기 층 어레이 및 그 위에 형성된 커버 전극을 구조화하는 것도 반드시 필요하다. 이와 같은 구조화를 위해서는 다양한 공지된 방법들이 고려된다. 진공 증발에 의해서 증착될 수 있는 유기 물질이 사용되는 OLED의 경우에, 구조화를 위해 적합한 한 가지 방법은 그림자 마스크를 이용한 진공 증착이다. 다른 방법은, 유기 물질로 채워진 캐리어 박막에 의하여 상기 유기 물질의 적어도 한 부분이 기판에 전용되고, 상기 기판 내에서 상기 캐리어 박막이 레이저에 의해 정확한 지점에서 가열되는, LITI("Laser Induced Thermal Imaging")를 이용한 증착 방법이다. 하지만, 상기 LITI-방법은 단지 OLED-발광 소자의 유기 층 어레이의 구조화를 위해서만 사용될 수 있다. 통상적으로 은, 알루미늄 또는 마그네슘과 같은 금속 또는 인듐-주석-산화물(ITO)과 같은 투명한 전도성 산화물로 이루어진 커버 전극을 구조화하기 위해서는, 다른 구조화 방법이 이용되어야만 한다. 상기 구조화 방법들은 유기 발광 소자를 제조하는 틀 안에서는 상당한 복잡성을 야기하며, 이로써 고비용이 발생하게 된다. 더 나아가, 그림자 마스크를 사용하는 경우에는 해상도가 제한된다는 문제점, 다시 말하자면 직렬 접속된 개별 OLED-발광 소자들 사이의 간격이 상기 그림자 마스크의 브리지 치수에 의해서 제한된다는 문제점이 있다. 이 경우에는, 그림자 마스크의 기계적인 안정성을 보장하기 위해서는, 상기 그림자 마스크의 브리지들 사이에 있는 리세스의 크기에 따라 소정의 그림자 마스크 브리지 폭이 필요하게 된다는 점에 유의해야만 한다. 그림자 마스크를 사용하여 구조화 공정을 단순화하기 위해서는, 그림자 마스크에 의해서 구조화된 영역들의 정밀 해상도를 포기하는 것이 합리적이다. 이와 같은 단순화는, 직렬 접속된 OLED-발광 소자들이 예컨대 약 1 cm2의 크기로 상대적으로 크게 형성됨으로써 이루어질 수 있다. 그럼으로써, 간단한 방법에 의해서 정렬될 수 있는, 예컨대 고정용 핀을 사용해서 정렬될 수 있는, 정확도가 낮은 그림자 마스크의 사용이 가능해진다. 이와 같은 방법들은 예컨대 현미경 아래에 있는 위치 설정 마크를 이용한 정렬 방식에 기반을 둔 정밀 조절 방법보다 대량 생산 시에 훨씬 더 유리하다. 또한, 그림자 마스크의 사용은 도달 가능한 처리 시간을 제한하는 요소가 되는데, 그 이유는 상기 그림자 마스크의 정밀 조절이 전체 공정 기간 동안에 상당한 비율을 차지하기 때문이다. 덜 정확한 방법을 사용하면, 위치 설정과 연관된 처리 시간이 줄어들 수 있다. 유기 발광 소자들을 제조하기 위한 특정 방법들, 예컨대 연속적인 롤러-투-롤러(roller-to-roller) 방법의 경우에, 공지된 바와 같이 그림자 마스크를 사용하는 경우에는 추가의 문제점들이 나타나게 된다. 한편으로, 상기와 같은 방법에서는, 기판에 대한 그림자 마스크의 상대적인 위치를 변경하지 않은 상태에서, 전극 및 유기 층 어레이를 구비한 층 스택이 그 위에 형성될 수 있는 기판과 그림자 마스크가 함께 가이드 되어야만 한다는 문제점이 있다. 다른 한편으로, 상기와 같은 방법에서는, 그림자가 기판에 대하여 정렬되어야만 한다는 문제점이 있으며, 이 경우 롤러-투-롤러 방법에서는 기판을 정지시켜야만 하는 상황도 발생한다. 따라서, 해상도가 높은 그림자 마스크를 사용하지 않아도 되는 공정을 이용하는 것이 바람직하다. 덜 정확한 그림자 마스크를 이용하는 것이 실제로 최상화를 의미하는 것은 아닌데, 그 이유는 덜 정확한 그림자 마스크를 이용하는 것이 상당한 단점들과 결부되어 있기 때문이다. 이 경우에는 단지 크기가 더 큰 OLED-부분면들만 형성될 수 있다. 단락에 의해 상기 부분면들 중 하나에서 고장이 발생하면, 상기 소자의 발광 표면 중에서 크기가 큰 부분은 작용하지 않게 되는데, 다시 말하자면 상기 부분은 발광 소자의 작동 중에 어두운 상태로 유지된다. 하지만, 이와 같은 사실로 인해 전체 소자는 기능 면에서 중대한 손상을 입게 된다. 한 직렬 회로에서 단락된 OLED-발광 소자에 대하여 전압이 약간 하강함에 따라, 다른 OLED-발광 소자에 대해서는 전압이 상승하기 때문에, 그 경우에 방출된 광은 전체적으로 단지 약간만 변동되지만, 상기 유기 발광 소자의 시각적인 인상은 훨씬 악화 되었다. 이와 같은 현상은 적용 목적을 위해서는 받아들일 수 없는 것이다. 상기 발광 소자는 관찰자에게는 손상된 것으로 인지된다. 더 나아가 OLED-소자 내부에서의 전기 단락에 의해서는, 통상적으로 전체 면에 걸쳐 분포된 상태로 흐르는 거의 전체 전류가 단지 단락 장소만을 통과하게 된다. 그에 의해 국부적으로 강한 가열이 발생하고, 그럼으로써 저항 손실이 형성되며, 단락 장소에서는 저항이 현저하게 상승하고, 그에 따라 예컨대 유기 또는 무기 층들의 박리(delamination)로 인하여 단락 장소가 절연될 위험이 존재한다. 특히 최근에 미래의 OLED-조명 소자를 위해 고안된 바와 같은 박층 캡슐을 사용하는 경우에는, 발광 소자를 보호하기 위하여 제공된 캡슐이 상기와 같은 국부적인 열적 스트레스를 견디지 못하게 될 위험도 존재한다. 이와 같은 단점적인 효과들은 OLED-소자의 면적이 크면 클수록 그만큼 더 커진다.