KR101339549B1 - 유기 발광 다이오드 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기 발광 다이오드 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명은 기판상에 형성된 양극; 상기 양극 상에 형성되며, 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층; 상기 박막층 상에 형성된 발광 고분자층; 및 상기 발광 고분자층 상에 형성된 음극;을 포함하는 유기 발광 다이오드 및 이의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 유기 발광 다이오드는 소자에서 발생하는 열을 효과적으로 방출하고, 소자의 안정성을 높이고 수명을 연장하는 효과가 있다.

Description

유기 발광 다이오드 및 이의 제조방법{Organic light emitting diode and a fabrication method thereof}
본 발명은 소자의 안정성을 높일 수 있는 유기 발광 다이오드 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 디스플레이 분야에서 유기 발광 다이오드(OLED)는 자발광형 표시 소자로 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라, 응답시간이 빠른 장점이 있다.
또한 무기 EL(Electro Luminescence) 소자에 비하여 휘도, 구동전압 및 응답속도 특성이 우수하고 다색화가 가능하다는 장점을 가지고 있어 디스플레이 소자로 각광받고 있다.
일반적인 유기 발광 다이오드는 기판 상부에 양극(애노드)가 형성되어 있고, 양극 상에 유기 박막 형태의 발광층이 형성되며, 발광층 상에 음극(캐소드)이 형성된 구조를 가지고 있다.
또한, 양극(애노드)과 발광층 사이에 정공 주입층 또는 정공 수송층을 둘 수 있으며, 발광층과 음극(캐소드) 사이에는 전자 수송층 또는 전자 주입층을 둘 수 있다.
여기서, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층 및 전자 주입층은 유기화합물로 이루어진 유기 박막층들이다.
상기 유기 박막층들은 고분자 소자(polymer OLEDs)의 경우 대체로 스핀 코팅을 이용하여 적층하기 때문에, 비용은 저렴하지만 새로운 층을 형성하는 과정에서 기존의 하부 층들이 씻겨 내려가 적층 형성이 어려운 단점이 있었다.
또한, 유기 발광 다이오드 소자에는 공통적으로 존재하는 문제가 있다.
첫째로 소자의 동작 중 발생하는 열로 인한 유기 반도체 물질들의 열화(Degradation)의 문제가 있다.
둘째로, 산소나 수분이 상기 유기층들을 쉽게 투과하여 소자내로 침투함으로써 소자의 성능과 안정성을 떨어뜨리는 문제가 있다.
셋째로, 투명 전극 소재로 쓰이는 인듐은 소자의 고온 작동과 노화(Aging)에 따라 정공 주입층을 뚫고 녹아 나오는 문제가 있다.
또한, 정공 주입층으로 널리 사용되고 있는 폴리에틸렌 디옥시 티오펜: 폴리스티렌 설포네이트(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate), (PEDOT:PSS))는 노화에 따라 돌출이 빈번히 일어나 전극 간 쇼트 불량이 발생되는 문제가 있다.
본 발명은 소자의 안정성을 높일 수 있는 유기 발광 다이오드 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태는 기판상에 형성된 양극; 상기 양극 상에 형성되며, 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층; 상기 박막층 상에 형성된 발광 고분자층; 및 상기 발광 고분자층 상에 형성된 음극;을 포함하는 유기 발광 다이오드를 제공한다.
상기 양극과 상기 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층 사이에 형성되는 정공주입층을 더 포함할 수 있다.
상기 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층은 10층 이하의 그래핀 박막이 적층된 형태일 수 있다.
상기 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층은 두께가 5 nm이하일 수 있다.
상기 정공 주입층은 폴리에틸렌 디옥시 티오펜 (poly(3,4-ethylenedioxythiophene); PEDOT)을 포함할 수 있으며, 수용성 폴리머를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태는 기판상에 양극을 형성하는 단계; 상기 양극 상에 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층을 형성하는 단계; 상기 박막층 상에 발광 고분자층을 형성하는 단계; 및 상기 발광 고분자층 상에 음극을 형성하는 단계;를 포함하는 유기 발광 다이오드 제조방법을 제공한다.
상기 양극과 상기 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층 사이에 형성되는 정공주입층을 더 포함할 수 있다.
상기 양극 상에 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층을 형성하는 단계는 상기 그래핀 박막을 10층 이하로 적층하여 수행될 수 있다.
상기 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층은 두께가 5 nm이하일 수 있다.
상기 양극 상에 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층을 형성하는 단계는 화학적 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD)법으로 수행될 수 있다.
상기 정공 주입층은 폴리에틸렌 디옥시 티오펜 (poly(3,4-ethylenedioxythiophene); PEDOT)을 포함할 수 있으며, 수용성 폴리머를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 유기 발광 다이오드는 나노미터 스케일 두께의 그래핀(Graphene) 다층구조를 정공 주입층 상에 형성함으로써, 소자에서 발생하는 열을 효과적으로 방출하여 소자의 열안정성을 높일 수 있다.
또한, 수분의 침투 및 산화를 막아 소자의 수명을 연장시킬 수 있으며, 정공 주입층의 돌출을 막아 소자의 안정성을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 다이오드를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 다이오드를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 다이오드의 제조 공정도이다.
본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 다이오드를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 발광 다이오드(10)는 기판(1)상에 형성된 양극(2); 상기 양극(2) 상에 형성되며, 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층(12); 상기 박막층(12) 상에 형성된 발광 고분자층(4); 및 상기 발광 고분자층(4) 상에 형성된 음극(6);을 포함할 수 있다.
상기 기판(1)은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 글라스, 수정, 세라믹, 투명 플라스틱, 합성 수지 등으로부터 선택될 수 있다.
상기 양극(2)은 상기 기판(1) 상에 형성되며, 적절한 전위에 연결될 때 정공을 공급하는 기능을 한다.
상기 양극(2)의 재료는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 다양한 금속으로 도핑된 산화물, 산화 아연(ZnO), 금(Au), 은(Ag), 팔라듐(Pd), 실리콘(Si) 등으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 발광 다이오드(10)는 상기 양극(2) 상에 형성되며, 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층(12)을 포함할 수 있다.
상기 그래핀(Graphene)은 투명 전극 소재로 쓰이는 ITO(Indium Tin Oxide)를 대체하여 플렉시블 기판(Flexible Substrate)의 전극으로 많이 쓰이는 전도체이다.
상기 그래핀은 한 층의 두께가 대략 0.3 nm 정도로 얇지만 전기 전도도 및 열 전도도가 매우 우수하다는 특성을 가진 재료이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층(12)은 소자의 동작 중 발생하는 열을 외부로 효과적으로 방출할 수 있어, 유기 반도체 물질들의 열화(Degradation)를 막을 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층(12)이 상기 양극(2) 상에 형성되므로, 산소나 수분이 상기 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층(12)을 쉽게 투과하지 못하여 소자 내로의 침투를 막는 효과가 있다.
상기 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층(12)은 10층 이하의 그래핀 박막이 적층된 형태일 수 있다.
또한, 상기 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층(12)은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어, 5 nm이하의 두께로 형성될 수 있다.
상기 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층(12)이 10층을 초과하거나 두께가 5 nm를 초과하는 경우에는 열 방출 효과가 미비하므로, 두께의 증가 및 경제성 측면에서 바람직하지 못한 문제가 있을 수 있다.
상기 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층(12)의 상부에는 발광 고분자층(4)이 형성될 수 있으며, 상기 발광 고분자층(4)은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 폴리(p-페닐렌 비닐렌)(poly(p-phenylene vinylene); PPV)일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 발광 다이오드(10)는 상기 발광 고분자층(4) 상부에 전자 수송층(5)을 더 포함할 수 있다.
상기 음극(6)은 상기 발광 고분자층(4)에 전자를 주입하기 위해 이용되며, 전자 수송층(5)을 통해 발광 고분자층(4)으로 전자가 이동하게 된다.
상기 발광 고분자층(4) 내로 수송된 정공과 전자는 발광 고분자층(4) 내에서 결합하여 엑시톤(exiton)을 형성하고, 상기 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 전이하면서 빛을 방출할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 다이오드를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 다이오드(10)는 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 다이오드에서 상기 양극(2)과 상기 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층(12) 사이에 형성되는 정공주입층(3)을 더 포함할 수 있다.
상기 정공 주입층(3)은 특별히 제한되지 않으며, 폴리에틸렌 디옥시 티오펜 (poly(3,4-ethylenedioxythiophene); PEDOT)을 포함 수 있다.
또한, 상기 정공 주입층(3)은 폴리스티렌 설포네이트와 같은 수용성 폴리머 재료를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 다이오드(10)는 상기 정공 주입층(3)과 상기 발광 고분자층(4) 사이에 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층(12)을 포함할 수 있다.
정공 주입층(3)으로 폴리에틸렌 디옥시 티오펜: 폴리스티렌 설포네이트 (PEDOT:PSS)를 사용하는 경우 노화로 인하여 상기 정공 주입층(3)이 돌출되어 소자의 쇼트 불량을 야기할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 정공 주입층(3)과 상기 발광 고분자층(4) 사이에 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층(12)을 포함함으로써, 상기 정공 주입층(3)의 노화로 인한 돌출을 막아 소자의 안정성을 높일 수 있다.
상기 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층(12)은 10층 이하의 그래핀 박막이 적층된 형태일 수 있다.
또한, 상기 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층(12)은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어, 5 nm이하의 두께로 형성될 수 있다.
소자를 장기간 고온에서 작동함에 따라 정공 주입층으로 사용되는 폴리에틸렌 디옥시 티오펜: 폴리스티렌 설포네이트 (PEDOT:PSS)가 ITO(Indium Tin Oxide) 전극의 인듐을 녹게 하여 소자의 안정성에 문제를 일으킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 정공 주입층(3)과 상기 발광 고분자층(4) 사이에 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층(12)을 포함함으로써, 상기 인듐이 상기 폴리에틸렌 디옥시 티오펜: 폴리스티렌 설포네이트 (PEDOT:PSS)를 뚫고 나올 수 없게 막을 수 있다.
따라서, 상기 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층(12)을 상기 정공 주입층(3) 상에 형성함으로써, 소자의 안정성을 향상시킬 수 있는 우수한 효과가 있다.
또한, 상기 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층(12)은 수분이나 산소가 소자 내부로 침투되는 것을 막아 소자의 수명을 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 다이오드의 제조 공정도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 다이오드의 제조방법은 기판상에 양극을 형성하는 단계; 상기 양극 상에 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층을 형성하는 단계; 상기 박막층 상에 발광 고분자층을 형성하는 단계; 및 상기 발광 고분자층 상에 음극을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
특히, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 다이오드의 제조방법은 상기 양극과 상기 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층 사이에 형성되는 정공주입층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 양극 상에 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층을 형성하는 단계는 화학적 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD)법으로 수행될 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 다이오드의 제조방법은 기판상에 양극을 형성하는 단계(S1); 상기 양극 상에 정공 주입층을 형성하는 단계(S2); 상기 정공 주입층 상에 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층을 형성하는 단계(S3); 상기 박막층 상에 발광 고분자층을 형성하는 단계(S4); 및 상기 발광 고분자층 상에 음극을 형성하는 단계(S5);를 포함할 수 있다.
이하에서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 다이오드의 제조방법을 설명하되, 상술한 유기 발광 다이오드의 특징과 중복되는 부분은 생략하도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 다이오드의 제조방법에 따르면 상기 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층을 형성하는 단계는 화학적 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD)법으로 수행될 수 있다.
상기 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층은 상술한 바와 같이, 상기 양극 상에 형성될 수도 있으며, 상기 양극 상에 형성되는 정공 주입층을 더 포함할 경우에는 상기 정공 주입층 상에 형성될 수도 있으며, 특별히 제한되지 않는다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 유기 발광 다이오드의 제조방법은 기판상에 양극을 형성하는 단계(S1); 상기 양극 상에 정공 주입층을 형성하는 단계(S2); 상기 정공 주입층 상에 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층을 형성하는 단계(S3)를 포함할 수 있다.
상기 기판상에 양극을 형성하는 단계(S1) 및 상기 양극 상에 정공 주입층을 형성하는 단계(S2)는 특별히 제한되지 않으며, 일반적인 방법으로 수행될 수 있다.
상기 정공 주입층 상에 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층을 형성하는 단계(S3)는 특별히 제한되지 않으나, 박막 형성을 위해 예를 들어, 화학적 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD)법으로 수행될 수 있다.
상기 화학적 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD)법으로 상기 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층을 형성함으로써, 5 nm 이하의 다층 박막 구조를 실현할 수 있다.
다음으로, 상기 유기 발광 다이오드의 제조방법은 상기 박막층 상에 발광 고분자층을 형성하는 단계(S4); 및 상기 발광 고분자층 상에 음극을 형성하는 단계(S5);를 포함할 수 있다.
상기 발광 고분자층의 형성 및 음극 형성 단계는 특별히 제한되지 않으며, 일반적인 제조방법에 따라 형성될 수 있다.
또한, 상기 음극 형성 단계 이전에 상기 발광 고분자층 상에 음극 수송층을 형성할 수도 있음은 물론이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 다이오드의 제조방법에 의해 제조된 유기 발광 다이오드는 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층을 형성함으로써, 소자의 구동시 발생하는 열을 효과적으로 방출함으로써, 소자의 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층을 상기 정공 주입층 상에 형성함으로써, 상기 정공 주입층의 노화로 인한 돌출을 막아 소자의 안정성을 높일 수 있다.
더 나아가, ITO(Indium Tin Oxide) 전극의 인듐이 상기 정공 주입층으로 사용되는 폴리에틸렌 디옥시 티오펜: 폴리스티렌 설포네이트 (PEDOT:PSS)를 뚫고 나올 수 없게 막아 소자의 안정성을 높일 수 있다.
또한, 상기 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층(12)은 수분이나 산소가 소자 내부로 침투되는 것을 막아 소자의 수명을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
1: 기판 2: 양극
3: 정공 주입층 4: 발광 고분자층
5: 전자 수송층 6: 음극
10: 유기발광 다이오드 12: 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층

Claims (13)

  1. 기판상에 형성된 양극;
    상기 양극 상에 형성되며, 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층;
    상기 박막층 상에 형성된 발광 고분자층;
    상기 양극과 상기 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층 사이에 형성되는 정공주입층; 및
    상기 발광 고분자층 상에 형성된 음극;을 포함하고,
    상기 정공주입층은 폴리에틸렌 디옥시 티오펜 (poly(3,4-ethylenedioxythiophene); PEDOT)을 포함하는 유기 발광 다이오드.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층은 10층 이하의 그래핀 박막이 적층된 형태인 유기 발광 다이오드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층은 두께가 5 nm이하인 유기 발광 다이오드.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 정공 주입층은 수용성 폴리머를 포함하는 유기 발광 다이오드.
  7. 기판상에 양극을 형성하는 단계;
    상기 양극 상에 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층을 형성하는 단계;
    상기 박막층 상에 발광 고분자층을 형성하는 단계; 및
    상기 발광 고분자층 상에 음극을 형성하는 단계;에 있어서,
    상기 양극과 상기 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층 사이에 정공주입층을 더 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 정공주입층은 폴리에틸렌 디옥시 티오펜 (poly(3,4-ethylenedioxythiophene); PEDOT)을 포함하는 유기 발광 다이오드 제조방법.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 양극 상에 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층을 형성하는 단계는 상기 그래핀 박막을 10층 이하로 적층하여 수행되는 유기 발광 다이오드 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층은 두께가 5 nm이하인 유기 발광 다이오드 제조방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 양극 상에 그래핀(Graphene)을 포함하는 박막층을 형성하는 단계는 화학적 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD)법으로 수행되는 유기 발광 다이오드 제조방법.
  12. 삭제
  13. 제7항에 있어서,
    상기 정공 주입층은 수용성 폴리머를 포함하는 유기 발광 다이오드 제조방법.
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