KR101306192B1

KR101306192B1 - 유기 발광 소자의 제조 방법 및 그에 의한 유기 발광 소자

Info

Publication number: KR101306192B1
Application number: KR1020120013747A
Authority: KR
Inventors: 조현덕; 노정균; 이현구; 이창희; 홍용택
Original assignee: 서울대학교산학협력단
Priority date: 2012-02-10
Filing date: 2012-02-10
Publication date: 2013-10-16
Also published as: US20160072090A1; US9240570B2; US20130207089A1; US9818965B2

Abstract

본 발명에 의한 유기 발광 소자 제조 방법은, 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판 상에 제어 전극을 형성하는 단계와, 적어도 상기 제어 전극의 상면을 덮는 절연층을 형성하는 단계와, 상기 절연층의 적어도 일부분에 홀 수송층 패턴(hole transport layer pattern)을 인쇄하여 형성하는 단계와, 상기 홀 수송층 패턴 표면의 적어도 일부와 접촉하도록 유기 발광층을 형성하는 단계와, 상기 유기 발광층 표면의 적어도 일부와 접촉하도록 전자 수송층 패턴(electron transport layer pattern)을 인쇄하여 형성하는 단계와, 상기 홀 수송층 패턴과 상기 전자 수송층 패턴의 상부에 각각 제1 전극과 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

유기 발광 소자의 제조 방법 및 그에 의한 유기 발광 소자{Manufacturing Method of Organic Light Emitting Device and Organic Light Emitting Device Thereof}

본 개시는 발광 소자에 관한 것이다. 보다 상세하게는 유기 발광 소자에 관한 것이다.

유기 발광 다이오드 등의 유기 발광 소자는 유기 발광층에서 전자와 홀(hole)이 재조합(recombination)되어 발광하는 현상을 이용하는 발광소자이다. 이는 대략 1V 내지 10V 정도의 낮은 전압에서 구동 가능하고 박형화(薄形化)가 가능하며, 넓은 시야각을 가져 LCD와 달리 정면에서 벗어난 위치에서 보아도 화질이 변하지 않고, LCD에 비하여 응답속도가 빨라 화면에 잔상이 남지 않는 장점이 있다. 더욱이 유기발광 소자는 유연성(flexible) 기판에 형성하는 것이 가능하여 유연한 디스플레이 및 유연한 전자 장비를 구현할 수 있다. 그러나, 유기 발광 다이오드는 스스로 스위칭될 수 없어 스위칭을 위한 TFT(Thin Film Transistor)등의 스위치 소자가 필요하며, 그에 따라 스위칭 속도가 저하된다. 나아가 스위칭 소자의 형성을 위한 추가 공정이 필요한 바, 제조단가가 더욱 상승한다.

이러한 발광 다이오드의 단점을 해소하기 위하여 유기 발광 트랜지스터(Organic Light-Emitting Transistor, OLET)가 제안되었다. 일반적인 유기 발광 트랜지스터는 기판 상에 제어전극, 제어 절연막층, 전자 수송층, 유기 발광층 및 홀 수송층이 차례로 형성되고, 홀 수송층의 상부에 전극과 전극이 형성된 수직적(vertical) 구조를 가진다. 홀 수송층과 전자 수송층 내에서 홀들과 전자들은 각각 전계의 방향에 따라 이동하여 유기 발광층내에서 재조합(recombination)되어 발광하게 된다. 그러나, 유기 물질층 내에서 홀의 이동도가 전자의 이동도보다 커 전극과 전극의 중앙에서 재조합이 이루어지는 것이 아니라, 전자 주입 전극에 인접한 곳에서 재조합이 이루어진다. 이와 같이 전자 주입 전극에 인접하여 재조합이 이루어지는 경우 비발광성 재조합(non-radiative recombination)이 우세하게 되어 발광효율이 떨어진다.

또한, 종래와 같이 발광 트랜지스터를 형성하는 경우에는 CVD(Chemical Vapor Deposition), 스퍼터링(Sputtering), 진공증착법(evaporation)등의 증착방법을 이용하여 각각의 층을 형성한다. 그러나, 이러한 방법으로 발광 트랜지스터를 형성하는 경우, 진공 체임버에서 각각의 단계가 수행되는 바, 소요되는 비용이 높아진다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래 기술에 의한 유기 발광 트랜지스터에 비하여 높은 발광 효율을 가지는 유기 발광 트랜지스터의 구조를 제시하는 것이 본 발명의 주된 목적 중 하나이다.

또한, 종래 기술에 의한 유기 발광 트랜지스터에 비하여 낮은 비용으로 형성할 수 있는 유기 발광 트랜지스터의 제조 방법을 제시하는 것이 본 발명의 주된 목적 중 하나이다.

본 발명에 의한 유기 발광 소자를 제조하는 방법은 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판 상에 제어 전극을 형성하는 단계와, 적어도 상기 제어 전극의 상면을 덮는 절연층을 형성하는 단계와, 상기 절연층의 적어도 일부분에 홀 수송층 패턴(hole transport layer pattern)을 인쇄하여 형성하는 단계와, 상기 홀 수송층 패턴 표면의 적어도 일부와 접촉하도록 유기 발광층을 형성하는 단계와, 상기 유기 발광층 표면의 적어도 일부와 접촉하도록 전자 수송층 패턴(electron transport layer pattern)을 인쇄하여 형성하는 단계와, 상기 홀 수송층 패턴과 상기 전자 수송층 패턴의 상부에 각각 제1 전극과 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명에 의한 유기 발광 소자를 제조하는 방법은 기판을 준비하는 단계와,

상기 기판 상에 제어 전극을 형성하는 단계와, 적어도 상기 제어 전극의 상면을 덮는 절연층을 형성하는 단계와, 상기 절연층의 적어도 일부분에 전자 수송층 패턴(electron transport layer pattern)을 인쇄하여 형성하는 단계와, 상기 전자 수송층 패턴 표면의 적어도 일부와 접촉하도록 유기 발광층을 형성하는 단계와, 상기 유기 발광층 표면의 적어도 일부와 접촉하도록 홀 수송층 패턴(hole transport layer pattern)을 인쇄하여 형성하는 단계와, 상기 홀 수송층 패턴과 상기 전자 수송층 패턴의 상부에 각각 제1 전극과 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 전자 수송층 패턴을 형성하는 단계는, C60를 사용하여 수행한다.

일 실시예에서, 상기 홀 수송층 패턴을 형성하는 단계는, TIPS pentacene( 6,13-bis(triisopropyl-silylethynyl) pentacene), P3HT(poly (3-hexylthiophene), 및 PBTTT(poly(2,5-bis(3-tetradecylthiophen-2-yl)thieno[3,2-]thiophene) 중 적어도 어느 하나를 사용하여 수행한다.

일 실시예에서, 상기 유기 발광층을 형성하는 단계는, 인광 도펀트 및 형광 도펀트 중 적어도 하나를 저분자 매트릭스또는 고분자 매트릭스에 혼합한 물질을 사용하여 수행한다.

일 실시예에서, 상기 유기 발광층을 형성하는 단계는, 인쇄법을 이용하여 수행한다.

일 실시예에서, 상기 유기 발광층을 형성하는 단계는, 진공 증착(evaporation), 스핀 코팅(spin coating), 딥 코팅(dip coating), 닥터 블레이드(doctor blade) 및 롤투롤 인쇄(roll to roll printing) 중 적어도 어느 하나를 이용하여 박막을 형성하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 제2 전극은 적어도 상기 제1 전극에 비하여 일 함수(Work Function)가 낮은 물질로 형성한다.

일 실시예에서, 상기 제1 전극을 형성하는 단계는 금(Au), 은(Ag) 및 인듐주석산화물(ITO, Indium Tin Oxide) 중 적어도 어느 하나를 사용하여 수행한다.

일 실시예에서, 상기 제2 전극을 형성하는 단계는, 칼슘(Ca), 바륨(Ba), 마그네슘(Mg), 알칼리 금속(Alcali metal) 및 알칼리 토금속(Alcali earth metal) 중 적어도 어느 하나 이상을 사용하여 수행한다.

일 실시예에서, 상기 제1 전극, 제2 전극 중 적어도 어느 하나를 형성하는 단계는, 인쇄법을 사용하여 수행한다.

일 실시예에서, 상기 제1 전극, 제2 전극 중 적어도 어느 하나를 형성하는 단계는, 화학 기상 증착(CVD, Chemical Vapor Deposition), 스퍼터링(Sputtering) 및 진공증착(Evaporation) 중 어느 하나를 이용하여 박막을 형성하는 단계와 상기 박막을 패터닝하는 단계를 포함한다.

본 발명에 의한 유기 발광 소자는 기판 상에 형성된 제어 전극, 상기 제어 전극 상부 표면의 적어도 일부를 덮는 절연층, 상기 제어 전극 상부에 상기 절연층을 개재하여 인쇄되어 형성된 홀 수송층, 상기 홀 수송층의 적어도 일부 표면과 접촉하는 유기 발광층, 상기 유기 발광층의 적어도 일부 표면과 접촉하도록 인쇄되어 형성된 전자 수송층, 상기 홀 수송층 상부에 형성된 제1 전극 및 상기 전자 수송층 상부에 형성된 제2 전극을 포함한다.

본 발명에 의한 유기 발광 소자는 기판 상에 형성된 제어 전극, 상기 제어 전극 상부 표면의 적어도 일부를 덮는 절연층, 상기 제어 전극 상부에 상기 절연층을 개재하여 인쇄되어 형성된 전자 수송층, 상기 전자 수송층의 적어도 일부 표면과 접촉하는 유기 발광층, 상기 유기 발광층의 적어도 일부 표면과 접촉하도록 인쇄되어 형성된 홀 수송층, 상기 홀 수송층 상부에 형성된 제1 전극 및 상기 전자 수송층 상부에 형성된 제2 전극을 포함한다.

일 실시예에서, 상기 전자 수송층 패턴은, C60으로 형성된다.

일 실시예에서, 상기 홀 수송층 패턴은, TIPS pentacene( 6,13-bis(triisopropyl-silylethynyl) pentacene), P3HT(poly (3-hexylthiophene), 및 PBTTT(poly(2,5-bis(3-tetradecylthiophen-2-yl)thieno[3,2-]thiophene) 중 적어도 어느 하나이다.

일 실시예에서, 상기 유기 발광층은, 인광 도펀트 및 형광 도펀트 중 적어도 하나를 저분자 매트릭스 또는 고분자 매트릭스에 혼합한 물질이다.

일 실시예에서, 상기 유기 발광층은, 인쇄되어 형성된다.

일 실시예에서, 상기 제2 전극은 적어도 상기 제1 전극에 비하여 일 함수(Work Function)가 낮은 물질로 형성된다.

일 실시예에서, 상기 제1 전극은, 금(Au), 은(Ag) 및 인듐주석산화물(ITO, Indium Tin Oxide)중 적어도 어느 하나 이상으로 형성된다.

일 실시예에서, 상기 제2 전극은, 칼슘(Ca), 바륨(Ba), 마그네슘(Mg), 알칼리 금속(Alcali metal) 및 알칼리 토금속(Alcali earth metal) 중 적어도 어느 하나 이상으로 형성된다.

일 실시예에서, 상기 제1 전극, 제2 전극 중 적어도 어느 하나는, 인쇄법으로 형성된다.

본 발명의 실시예들에 의한다면, 여러 단계의 제조공정을 거치지 않고 인쇄법에 의하여 유기 발광 소자를 제조할 수 있어 제조 비용과 제조 시간을 줄일 수 있다.

본 발명의 실시예들에 의한다면, 전자 주입 전극과 이격된 위치에서 정공과 홀이 결합하여 발광하는 바, 발광효율을 높일 수 있다.

도 1 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 유기 발광 소자를 제조하는 각 공정의 개요를 도시한 단면도들이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 유기 발광 소자의 동작을 설명하기 위한 개요도이다.

본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "상부에" 또는 "위에"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 바로 위에 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "접촉하여" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "개재하여"와 "바로 ~개재하여", "~사이에"와 "바로 ~ 사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

본 개시의 실시예들을 설명하기 위하여 참조되는 도면은 설명의 편의 및 이해의 용이를 위하여 의도적으로 크기, 높이, 두께 등이 과장되어 표현되어 있으며, 절대적으로 비율에 따라 확대 또는 축소된 것이 아니다. 또한, 도면에 도시된 어느 하나의 구성요소는 의도적으로 축소되어 표현하고, 다른 구성요소는 의도적으로 확대되어 표현될 수 있다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 설명하고자 한다. 도 1 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정의 개요를 도시한 단면도이다. 도 1을 참조한다. 기판(110)을 준비하고, 기판(110) 상에 제어 전극을 형성한다. 일 예에서, 기판은 플라스틱 기판을 사용한다. 다른 예에서, 기판은 유리(glass) 기판을 사용한다. 다른 예에서, 기판은 유연한(flexible) 성질을 가지는 기판일 수 있다. 제어 전극(120)은 추후 공정을 통하여 형성될 유기 발광 소자의 스위칭 기능을 수행할 수 있도록 전기장(Electric field)을 가하여 유기 발광 소자를 스위칭하는 기능을 수행한다. 일 예에서, 제어 전극은 금(Au)으로 형성한다. 다른 예에서, 제어 전극은 은(Ag)으로 형성한다. 다른 예에서, 제어 전극은 알루미늄(Al)으로 형성한다. 또 다른 예에서, 제어 전극은 인듐주석산화물(ITO, Indium Tin Oxide)으로 형성한다.

도 2를 참조한다. 적어도 제어 전극(120)의 상면을 덮는 절연층(130)을 형성한다. 절연층(130)은 제어 전극(120)이 홀 수송층(140, 도 6a 참조) 또는 전자 수송층(160, 도 8a 참조)에 전기장을 인가하여 발광 소자를 제어할 수 있도록 제어전극과 홀 수송층 및 전자 수송층을 절연한다. 일 예에서, 절연층은 폴리스티렌(PS, polystyrene)으로 형성한다. 다른 예에서, 절연층은 폴리비닐페놀(PVP, polyvinylphenol)로 형성한다. 다른 예에서, 절연층은 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA, polymethylmethacrylate)로 형성한다.

도 3 및 도 4를 참조한다. 절연층(130)의 적어도 일부분에 홀 수송층 패턴(hole transport layer pattern, 140)을 인쇄하여 형성한다. 일 예에서, 홀 수송층 패턴을 인쇄하여 형성하는 과정은 몰드(140a)에 유기 용매에 용해된 홀 수송층을 형성할 물질을 묻혀(140`) 이를 절연층(130)의 상부 표면에 전사하는 트랜스퍼 프린트(transfer print) 방식으로 수행한다. 다른 예에서, 홀 수송층 패턴을 인쇄하여 형성하는 과정은, 도시되지는 않았지만, 유기 용매에 용해되어 있는 홀 수송층을 형성할 물질을 노즐로 분사하여 인쇄하는 잉크젯 인쇄(inkjet printing)방식으로 수행한다. 또 다른 예에서, 홀 수송층 패턴을 인쇄하여 형성하는 과정은 도시되지는 않았지만, 홀 수송층을 형성할 물질을 롤(Roll)에 바른 후 그 롤을 유기 발광층이 인쇄될 표면에 굴려 홀 수송층 패턴을 형성하는 롤투롤 인쇄(roll to roll priting) 방식으로 수행한다. 일 예에서, 홀 수송층 패턴을 형성할 물질은 유기 용매에 용해된 TIPS-pentacene (6,13-bis(triisopropyl-silylethynyl) pentacene) 등의 저분자 물질이다. 다른 예에서, 홀 수송층 패턴을 형성할 물질은 유기 용매에 용해된 P3HT (poly(3-hexylthiophene))이다. 다른 예에서, 홀 수송층 패턴을 형성할 물질은 유기용매에 용해된 PBTTT (poly (2,5-bis (3-tetradecylthiophen-2-yl) thieno [3,2-] thiophene)) 등의 고분자 물질이다.

도 5 및 도 6을 참조한다. 홀 수송층(140) 패턴 표면의 적어도 일부와 접촉하도록 유기 발광층(150)을 형성한다. 일 예에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 유기 발광층을 형성하는 과정은 몰드(150a)에 유기 용매에 용해된 유기 발광층을 형성할 물질(150')을 묻혀 이를 유기 발광층이 형성될 위치에 전사하는 트랜스퍼 프린트(transfer print) 방식으로 인쇄한다. 다른 예에서, 도시되지는 않았지만, 유기 발광층을 형성하는 과정은 유기 용매에 용해되어 유기 발광층을 형성할 물질을 노즐로 분사하여 유기 발광층을 형성하는 잉크젯 인쇄방식으로 수행한다. 또 다른 예에서, 도시되지는 않았지만, 유기 발광층을 형성하는 과정은 진공 증착(evaporation)으로 수행한다. 다른 예에서, 유기 발광층을 형성하는 과정은 스핀 코팅(spin coating)을 이용하여 수행한다. 스핀 코팅은 회전을 통하여 유기 발광층 박막을 형성하는 방법이다. 다른 예에서, 유기 발광층을 형성하는 과정은 딥 코팅(dip coating)을 이용하여 수행한다. 딥 코팅이란 유기 용매에 용해된 유기 발광층을 형성할 물질에 기판을 담근 후 꺼내는 방법으로, 담근 후 꺼내는 시간의 조절을 통하여 유기 발광층의 두께를 조절할 수 있다. 다른 예에서, 유기 발광층을 형성하는 과정은 닥터 블레이드(doctor blade)를 이용하여 수행한다. 이 때, 기판의 속도와 블레이드의 압력을 일정하여 유지하여 유기 발광층의 두께를 일정하게 할 수 있다. 또 다른 예에서, 유기 발광층을 형성하는 과정은 상술한 바와 같이 롤투롤 인쇄(roll to roll)를 이용하여 수행한다. 이 때, 유기 발광층(150)은 도 6b에 도시된 바와 같이 결과물의 전면(全面)에 형성하여도 무방하며, 도 6a에 도시된 바와 같이 홀 수송층 패턴(140)과 추후에 형성될 전자 수송층 패턴(160, 도 8a 참조)이 유기 발광층(150)을 개재하고 중첩되어 발광하게 될 부분에만 형성하여도 무방하다. 이러한 경우, 유기 발광층 패턴이라 할 수 있을 것이나, 이하에서는 "유기 발광층"은 양자를 포괄하는 의미로 사용하는 것으로 한다.

유기 발광층은 일 예로, Ir(ppy)3 (Tris(2-phenylpyridine)iridium)의 저분자 인광물질 도펀트를 CBP (4,4'-N,N'-dicarbazole-1,1'-biphenyl)등의 저분자 매트릭스 또는 PVK (poly (N??vinylcarbazole)) 등의 고분자 매트릭스에 혼합한 물질을 사용하여 형성한다. 다른 예에서, 유기 발광층은 DCM2 (4-Dicyanomethylene-2-methyl-6-[2-(2,3,6,7-tetra-hydro-1H,5H-benzo[ij]quinolizin-8-yl)vinyl]-4H-pyran),C545T (10-(2-benzothiazolyl)-1,1,7,7tetramethyl-2,3,6,7-tetrahydro-1H,5H,11H (1) benzopyrano (6,7,8-ij) quinolizin-11-one) 등의 형광물질 도펀트를 저분자 매트릭스 또는 고분자 매트릭스에 혼합한 물질을 사용하여 형성한다. Ir(ppy)3 (Tris(2-phenylpyridine)iridium)의 경우 주로 녹색을 발광하고, DCM2 (4-Dicyanomethylene-2-methyl-6-[2-(2,3,6,7-tetra-hydro-1H,5H-benzo[ij]quinolizin-8-yl)vinyl]-4H-pyran)의 경우 주로 적색을 발광하며 C545T (10-(2-benzothiazolyl)-1,1,7,7tetramethyl-2,3,6,7-tetrahydro-1H,5H,11H (1) benzopyrano (6,7,8-ij) quinolizin-11-one)는 녹색을 주로 발광한다.

도 7 및 도 8을 참조한다. 유기 발광층(150) 표면의 적어도 일부와 접촉하도록 전자 수송층 패턴(electron transport layer pattern, 160)을 인쇄하여 형성한다. 일 예에서, 전자 수송층 패턴을 인쇄하여 형성하는 과정은, 도 7에 도시된 바와 같이 몰드(160a)에 유기 용매에 용해된 전자 수송층을 형성할 물질을 묻혀(160`) 이를 전사하는 트랜스퍼 프린트(transfer print) 방식으로 수행한다. 다른 예에서, 전자 수송층 패턴을 인쇄하여 형성하는 과정은, 상술한 홀 수송층 패턴을 형성하는 과정과 마찬가지로 잉크젯 인쇄방식으로 수행한다. 또 다른 예에서, 전자 수송층 패턴을 인쇄하여 형성하는 과정은 도시되지는 않았지만, 홀 수송층 패턴을 형성하는 과정과 마찬가지로 롤투롤 인쇄(roll to roll priting)로 수행한다. 일 예에서, 전자 수송층 패턴을 형성할 물질은 유기 용매에 용해된 C60 등의 저분자 또는 고분자 물질이다.

도 9 내지 도 11을 참조한다. 홀 수송층 패턴(140)과 전자 수송층 패턴(160)의 상부에 각각 제1 전극(170)과 제2 전극(180)을 형성한다. 일 예에서, 홀 수송층 패턴의 상부에 형성되는 제1 전극(170)과 전자 수송층 패턴의 상부에 형성되는 제2 전극(180)은 각각의 전극을 형성할 물질(170', 180')을 각각의 몰드(170a, 180a)를 이용하여 인쇄하는 트랜스퍼 프린트를 수행하여 형성한다. 다른 예에서, 제1 전극 및 제2 전극은 롤투롤 인쇄에 의하여 형성된다. 또 다른 다른 예에서, 제1 전극, 제2 전극은, 도시되지는 않았지만, 화학적 기상 증착(CVD, Chemical Vapor Deposition), 스퍼터링(Sputtering), 진공증착(Evaporation)등의 증착에 의하여 박막을 형성한 후, 형성된 박막을 패터닝하여 형성된다. 일 실시예로, 유기 발광층이 전면적으로 형성되는 경우나, 도시된 바와 같이 유기 발광층(150)이 일부분만 형성된 경우 모두 제1 전극과 제2 전극은 각각 홀 수송층 패턴(140)과 전자 수송층 패턴(150)의 상부에 형성된다. 일 실시예에서, 도시된 바와 같이, 제1 전극을 먼저 형성하고 제2 전극을 형성한다. 다른 실시예에서, 도시되지는 않았지만, 제2 전극을 먼저 형성하고, 제1 전극을 형성한다. 홀 수송층(140)의 상부에 형성되는 제1 전극(170)은, 일 예에서, 금(Au)을 사용하여 형성한다. 다른 예에서, 제1 전극(170)은 은(Ag)을 사용하여 형성한다. 또 다른 예에서, 제1 전극은 인듐주석산화물(ITO, Indium Tin Oxide)을 사용하여 형성한다. 전자 수송층(180)의 상부에 형성되는 제2 전극(180)은, 일 예에서, 제1 전극에 비하여 작은 일함수(Work function)를 가지는 물질로 형성한다. 다른 예에서, 제2 전극은 칼슘(Ca)를 이용하여 형성한다. 다른 예에서, 제2 전극은 마그네슘(Mg)을 이용하여 형성한다. 다른 예에서, 제2 전극은 바륨(Ba)을 이용하여 형성한다. 다른 예에서, 제2 전극은 알칼리 금속(alkakli metal)을 이용하여 형성한다. 또 다른 예에서, 제2 전극은 알칼리 토금속(alkali earth metal)을 이용하여 형성한다.

본 실시예에서는, 홀 수송층 패턴(140)을 형성한 후, 유기 발광층(150)과 전자 수송층 패턴(160)을 형성하는 것을 도시하여 설명하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것이고, 도시되지는 않았지만, 전자 수송층 패턴을 먼저 형성한 후, 유기 발광층과 홀 수송층 패턴을 형성하는 것도 당연히 가능하다.

이와 같이 인쇄법을 이용하여 유기 발광 소자를 제조할 경우에는 필요한 공정수를 감축할 수 있다. 따라서, 제조 비용과 시간을 단축할 수 있어 경제적인 이점이 제공된다.

도 11과 도 12를 통하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 설명한다. 유기 발광 소자 제조 방법에서 설명된 내용과 중복되는 내용은 설명의 간명함을 위하여 설명을 생략한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자는 기판 상에 형성된 제어 전극(120)과, 제어 전극 상부 표면의 적어도 일부를 덮는 절연층(130)과, 제어 전극 상부에 절연층을 개재하여 인쇄되어 형성된 홀 수송층 패턴(140)과, 홀 수송층(140)의 적어도 일부 표면과 접촉하는 유기 발광층(150)과, 제어 전극 상부에 상기 절연층을 개재하여 인쇄되어 형성되며, 유기 발광층의 적어도 일부 표면과 접촉하는 전자 수송층 패턴(160)과, 홀 수송층 상부에 형성된 제1 전극(170) 및 상기 전자 수송층(160) 상부에 형성된 제2 전극(180)을 포함한다.

도 11과 도 12를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 유기 발광 소자의 동작을 설명한다. 홀 수송층 패턴(140)의 상부에 형성된 제1 전극(170)에 +전압을 인가하고, 전자 수송층 패턴(160)의 상부에 형성된 제2 전극(180)에 - 전압을 인가한다. +전압이 인가된 제1 전극(170)은 홀을 홀 수송층(140)에 주입하고, -전압이 인가된 제2 전극(180)은 전자를 전자 수송층(160)에 주입한다.

제1 전극(170)은 홀 주입을 위한 전극으로 일 함수가 높아 홀 주입이 용이한 물질로 형성하며, 제2 전극(180)은 전자 주입을 위한 전극으로 낮은 일함수를 가지는 물질로 형성한다. 낮은 일함수를 가지는 물질로 제2 전극을 형성하여 전극과 유기 발광층(150) 사이에 형성되는 배리어를 낮추어 높은 전류 밀도를 얻을 수 있고, 이를 통해 소자의 발광 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 높은 일함수를 가지는 물질로 제1 전극을 형성하여 제1 전극 인근에서의 비발광성 재조합(non-radiative recombination)으로 인한 효율 감소를 막을 수 있다. 일 예에서, 제2 전극은 제1 전극을 형성하는 물질에 비하여 낮은 일함수를 가지는 물질로 형성된다. 다른 예에서, 제1 전극은 인듐주석산화물(ITO, Indium Tin Oxide), 금(Au) 및 은(Ag) 중 적어도 어느 하나로 형성된다. 일 예에서, 제2 전극은 알칼리 금속(alkali metal), 알칼리 토금속(alkali earth metal), 칼슘(Ca), 바륨(Ba), 마그네슘(Mg) 및 알루미늄(Al) 중 적어도 어느 하나로 형성된다. 일 예에서, 제2 전극을 알칼리 금속 또는 칼슘 등의 물질로 형성하는 경우, 이러한 물질은 일함수가 낮아 높은 효율을 나타내나 공기중의 산소나 수분에 의하여 쉽게 산화되는 등 반응성이 높다. 따라서, 이러한 반응을 억제하기 위하여 제2 전극에 캐핑막(capping layer)를 더 형성할 수 있다.

홀 수송층 패턴(140)으로 주입된 홀들은 반도체 소자의 베일런스 밴드(vanlence band)에 해당하는 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)로 주입되고, 전자 주입층 패턴(160)으로 주입된 전자들은 반도체 소자의 컨덕션 밴드(conduction band)에 해당하는 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)로 주입되며, 유기 발광층으로 주입된 각각의 홀과 전자들은 고분자내 파이(pi) 결합을 따라 비국부화(delocalization)되어 파이 전자를 형성한다.

이와 같이 비국부화된 캐리어들은 유기 발광층 내의 격자(lattice)와 커플링되어 음성 폴라론(electron-lattice), 양성 폴라론(hole-lattice)을 형성한다. 이와 같이 형성된 새로운 형태의 캐리어들은 각각 안정화된 위치에서 해당 에너지를 가지며, 외부에서 인가한 전기장에 의하여 호핑(hopping)등을 통하여 고분자 사슬을 따라 반대 전극으로 이동한다. 이와 같이 이동하는 캐리어들이 유기 발광층내에서 만나 결합하여 엑시톤(exciton)을 생성한다. 이 때 생성되는 엑시톤은 싱글렛(singlet)과 트리플렛(triplet)의 스핀 상태를 가진다. 이와 같이 형성된 트리플렛 엑시톤과 싱글렛 엑시톤의 비율은 3:1이다. 이 중 트리플렛은 효율높은 발광을 기대할 수 없어 효율의 75%를 손실한다. 이와 같이 생성된 엑시톤들이 에너지 갭(energy gap)에 해당하는 빛을 발생하여 소멸한다.

이러한 발광 구조에서, 고분자 내에서 홀의 이동도가 전자의 이동도보다 크므로 엑시톤 형성이 전자와 주입전극 가까이에서 이루어져 발광효율이 감소되는 것이 일반적이었다. 그러나, 기존의 수직(vertical)으로 형성된 유기 발광 소자의 구조와는 달리 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자는 제1 전극(170)과 제2 전극(180)이 거의 동일 평면상에 형성되어 수평(lateral)으로 형성되므로, 종래 기술에 비하여 전자를 주입하는 제2 전극으로부터 더 이격되어 엑시톤이 형성되므로 발광효율이 상승한다.

이와 같이 홀과 전자의 재조합에 의한 발광은 종래의 유기 발광 다이오드(OLED, Organic Light Emitting Diode)와는 달리 제어전극(120)에 의하여 제어될 수 있어 제어전극(120)에 인가되는 신호에 따라 스위칭되는 유기 발광 소자를 구현할 수 있다. 그러므로 기존의 박막 트랜지스터(TFT, Thin Film Transistor)를 이용하여 유기발광 다이오드를 스위칭하는 것에 비하여 더 빠른 스위칭이 가능하다.

도 11과 도 12에는 홀 수송층(140), 유기발광층(150) 및 전자 수송층(160) 순으로 형성된 예만이 도시되었으나, 전자 수송층, 유기 발광층 및 홀 수송층의 순으로 형성되는 것도 당연히 가능하다.

본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 실시를 위한 실시예로, 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

110: 기판 120: 제어 전극
130: 절연층 140: 홀 수송층
150: 유기 발광층 160: 전자 수송층
170: 제1 전극 180: 제2 전극

Claims

기판을 준비하는 단계와,
상기 기판 상에 제어 전극을 형성하는 단계와,
적어도 상기 제어 전극의 상면을 덮는 절연층을 형성하는 단계와,
상기 절연층의 적어도 일부분에 홀 수송층 패턴(hole transport layer pattern)을 인쇄하여 형성하는 단계와,
상기 홀 수송층 패턴 표면의 적어도 일부와 접촉하도록 유기 발광층을 형성하는 단계와,
상기 유기 발광층 표면의 적어도 일부와 접촉하도록 전자 수송층 패턴(electron transport layer pattern)을 인쇄하여 형성하는 단계와,
상기 홀 수송층 패턴과 상기 전자 수송층 패턴의 상부에 각각 제1 전극과 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 유기 발광 소자 제조 방법.
기판을 준비하는 단계와,
상기 기판 상에 제어 전극을 형성하는 단계와,
적어도 상기 제어 전극의 상면을 덮는 절연층을 형성하는 단계와,
상기 절연층의 적어도 일부분에 전자 수송층 패턴(electron transport layer pattern)을 인쇄하여 형성하는 단계와,
상기 전자 수송층 패턴 표면의 적어도 일부와 접촉하도록 유기 발광층을 형성하는 단계와,
상기 유기 발광층 표면의 적어도 일부와 접촉하도록 홀 수송층 패턴(hole transport layer pattern)을 인쇄하여 형성하는 단계와,
상기 홀 수송층 패턴과 상기 전자 수송층 패턴의 상부에 각각 제1 전극과 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 유기 발광 소자 제조 방법.
제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전자 수송층 패턴을 형성하는 단계는, C60를 사용하여 수행하는 유기 발광 소자 제조 방법.
제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 홀 수송층 패턴을 형성하는 단계는, TIPS pentacene( 6,13-bis(triisopropyl-silylethynyl) pentacene), P3HT(poly (3-hexylthiophene), 및 PBTTT(poly(2,5-bis(3-tetradecylthiophen-2-yl)thieno[3,2-]thiophene) 중 적어도 어느 하나를 사용하여 수행하는 유기 발광 소자 제조 방법.
제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유기 발광층을 형성하는 단계는,
인광 도펀트 및 형광 도펀트 중 적어도 하나를 저분자 매트릭스 또는 고분자 매트릭스에 혼합한 물질을 사용하여 수행하는 유기 발광 소자 제조 방법.
제5항에 있어서,
상기 인광 도펀트 물질은 Ir(ppy)3 (Tris(2-phenylpyridine)iridium) 이며, 상기 형광 도펀트 물질은 DCM2 (4-Dicyanomethylene-2-methyl-6-[2-(2,3,6,7-tetra
-hydro-1H,5H-benzo[ij]quinolizin-8-yl)vinyl]-4H-pyran) 및 C545T (10-(2-benzothiazolyl)-1,1,7,7tetramethyl-2,3,6,7-tetrahydro-1H,5H,11H (1) benzopyrano (6,7,8-ij) quinolizin-11-one) 중 적어도 하나인 유기 발광 소자 제조 방법.
제6항에 있어서,
상기 저분자 매트릭스 물질은 CBP (4,4'-N,N'-dicarbazole-1,1'-biphenyl) 이며, 상기 고분자 매트릭스 물질은 PVK (poly (N??vinylcarbazole))인 유기 발광 소자 제조 방법.
제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유기 발광층을 형성하는 단계는,
인쇄법을 이용하여 수행하는 유기 발광 소자 제조 방법.
제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유기 발광층을 형성하는 단계는,
진공 증착(evaporation), 스핀 코팅(spin coating), 딥 코팅(dip coating), 닥터 블레이드(doctor blade) 및 롤투롤 인쇄(roll to roll printing) 중 적어도 어느 하나를 이용하여 박막을 형성하는 단계를 포함하는 유기 발광 소자 제조 방법.
제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 전극은 적어도 상기 제1 전극에 비하여 일 함수(Work Function)가 낮은 물질로 형성하는 유기 발광 소자 제조 방법.
제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 전극을 형성하는 단계는,
금(Au), 은(Ag) 및 인듐주석산화물(ITO, Indium Tin Oxide) 중 적어도 어느 하나를 사용하여 수행하는 유기 발광 소자 제조 방법.
제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 전극을 형성하는 단계는,
칼슘(Ca), 바륨(Ba), 마그네슘(Mg), 알칼리 금속(Alcali metal) 및 알칼리 토금속(Alcali earth metal) 중 적어도 어느 하나 이상을 사용하여 수행하는 유기 발광 소자 제조 방법.
제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 전극, 제2 전극 중 적어도 어느 하나를 형성하는 단계는,
인쇄법을 사용하여 수행하는 유기 발광 소자 제조 방법.
제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 전극, 제2 전극 중 적어도 어느 하나를 형성하는 단계는,
화학 기상 증착(CVD, Chemical Vapor Deposition), 스퍼터링(Sputtering) 및 진공증착(Evaporation) 중 어느 하나를 이용하여 박막을 형성하는 단계와 상기 박막을 패터닝하는 단계를 포함하는 유기 발광 소자 제조 방법.
기판 상에 형성된 제어 전극;
상기 제어 전극 상부 표면의 적어도 일부를 덮는 절연층;
상기 제어 전극 상부에 상기 절연층을 개재하여 인쇄되어 형성된 홀 수송층 패턴;
상기 홀 수송층 패턴의 적어도 일부 표면과 접촉하는 유기 발광층;
상기 유기 발광층의 적어도 일부 표면과 접촉하도록 인쇄되어 형성된 전자 수송층 패턴;
상기 홀 수송층 패턴 상부에 형성된 제1 전극; 및
상기 전자 수송층 패턴 상부에 형성된 제2 전극을 포함하는 유기 발광 소자.
기판 상에 형성된 제어 전극;
상기 제어 전극 상부 표면의 적어도 일부를 덮는 절연층;
상기 제어 전극 상부에 상기 절연층을 개재하여 인쇄되어 형성된 전자 수송층 패턴;
상기 전자 수송층 패턴의 적어도 일부 표면과 접촉하는 유기 발광층;
상기 유기 발광층의 적어도 일부 표면과 접촉하도록 인쇄되어 형성된 홀 수송층 패턴;
상기 홀 수송층 패턴 상부에 형성된 제1 전극; 및
상기 전자 수송층 패턴 상부에 형성된 제2 전극을 포함하는 유기 발광 소자.
제15항 및 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전자 수송층 패턴은, C60으로 형성된 유기 발광 소자.
제15항 및 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 홀 수송층 패턴은, TIPS pentacene( 6,13-bis(triisopropyl-silylethynyl) pentacene), P3HT(poly (3-hexylthiophene), 및 PBTTT(poly(2,5-bis(3-tetradecylthiophen-2-yl)thieno[3,2-]thiophene) 중 적어도 어느 하나인 유기 발광 소자.
제15항 및 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유기 발광층은,
인광 도펀트 및 형광 도펀트 중 적어도 하나를 저분자 매트릭스또는 고분자 매트릭스에 혼합한 물질인 유기 발광 소자.
제15항 및 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유기 발광층은, 인쇄되어 형성된 유기 발광 소자.
제15항 및 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 전극은 적어도 상기 제1 전극에 비하여 일 함수(Work Function)가 낮은 물질로 형성된 유기 발광 소자.
제15항 및 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 전극은, 금(Au), 은(Ag) 및 인듐주석산화물(ITO, Indium Tin Oxide) 중 적어도 어느 하나 이상으로 형성된 유기 발광 소자.
제15항 및 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 전극은,
칼슘(Ca), 바륨(Ba), 마그네슘(Mg), 알칼리 금속(Alcali metal) 및 알칼리 토금속(Alcali earth metal) 중 적어도 어느 하나 이상으로 형성된 유기 발광 소자.
제15항 및 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 전극, 제2 전극 중 적어도 어느 하나는, 인쇄법으로 형성된 유기 발광 소자.