KR101470515B1 - 유기 박막소자 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 유기 박막소자는 투명 기판과, 상기 기판 상에 패턴 형태로 형성되는 금속 그리드와, 상기 금속 그리드의 표면 및 상기 기판의 표면에 형성되는 고분자 전극과, 상기 고분자 전극의 표면에 형성되고 복수의 층을 갖는 유기 박막층과, 상기 유기 박막층 상에 형성되는 캐소드 전극을 포함하고, 상기 금속 그리드가 형성되는 부분에는 상기 금속 그리드를 감싸는 절연막을 형성하여 금속 그리드와 캐소드 전극 사이를 절연시킬 수 있도록 구성된다. 본 발명에서는 기존의 ITO 대신 고분자 전극과 금속 그리드를 사용하여 전극을 형성함으로써, 제조비용을 낮추고 대량 생산이 가능하며, 금속 그리드와 캐소드 전극 사이의 쇼트 발생을 방지할 수 있어 효율 및 수명을 연장할 수 있다.
Description
본 발명은 OLED(Organic Light Emitting Diodes) 또는 유기 태양전지를 형성하는 유기 박막소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극으로 전도성 고분자를 사용하면서 두 전극 사이의 쇼트를 방지하여 효율 및 수명을 연장할 수 있는 유기 박막소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 OLED(Organic Light Emitting Diodes)는 저소비 전력, 빠른 응답속도, 넓은 시야각 등의 장점을 가지고 있다. 이러한 OLED는 기본구조가 간단하고 제작이 용이하므로, 두께 1mm 이하의 초박형, 초경량 디스플레이 장치에 사용되며, 더 나아가 유리기판 대신 플라스틱과 같은 유연한 기판 위에 제작되어 더 얇고 더 가볍고 깨지지 않는 플랙시블 디스플레이(flexible display) 장치에 사용되기도 한다.
이러한 OLED는 애노드(Anode) 전극, 정공수송층, 유기발광층, 전자수송층, 전자주입층 및 캐소드(cathod) 전극 등을 포함한다.
그리고, 유기 태양전지는 태양광 에너지를 직접 전기로 변환시키는 광전 변환 소자로, 사용되는 재료에 따라 크게 실리콘 태양전지, 유기 태양전지로 분류될 수 있다. 실리콘 태양전지는 고가이며, 매장량에 제한이 있어 본격적인 태양광 에너지 응용에 제한을 받고 있는 것에 반해, 유기 태양전지는 저렴한 비용과 특별한 진공 설비가 필요 하지 않는 제조공정상의 용이성으로 인해 제조 단가가 낮고, 생산성이 매우 좋다. 그리고, 저온 공정으로 인해 유리 기판이나 플렉시블(flexible) 기판에 사용가능하며, 이에 따라 굽힘 가능한 소자의 제작 가능성 등의 장점을 바탕으로 최근 관심이 집중되고 있다.
이러한 유기 태양전지는 애노드(Anode) 전극, 정공수송층, 광활성층, 전자수송층, 전자주입층 및 캐소드(cathod) 전극 등을 포함한다.
종래의 OLED는 한국 등록특허공보 10-0576738(2006년 04월 27일)에 개시된 바와 같이, 유리 기판 상에 형성된 양극과, 상기 양극 상에 형성된 전이 금속층으로 구성되고, 상기 양극과 정공 수송층 사이의 정공 주입 장벽을 낮추는 역할을 수행하는 정공 주입층과, 상기 정공 주입층 상에 형성된 정공 수송층과, 상기 정공 수송층 상에 형성된 유기 발광층과, 상기 유기 발광층 상에 형성된 음극으로 구성된다.
이와 같은 OLED는 전극으로부터 주입된 캐리어들에 의해 운반 및 재결합되는 과정을 통하여 빛이 방출하게 된다. 그리고 발광의 세기는 인가 전압에 따라 결정되고, 방출된 빛이 소자 밖으로 투과되기 위해서는 기판과 접한 전극이 발광 파장 영역에서 빛의 흡수가 거의 없는 투명한 재질을 선택해야된다.
현재, 투명전극으로 일함수가 큰 ITO(Indium Tin Oxide)가 대표적으로 사용된다. 하지만, ITO는 희귀금속인 인듐을 사용하기 때문에 가격의 비싸고, 재료의 특성상 유연한 소재에 부적합하며, ITO를 전극으로 사용하기 위해서는 진공 공정을 필요로 하게 되어 제조비용이 비싸지고, 대량 생산이 어려운 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 기존의 ITO 대신 투명한 전도성 고분자와 금속 그리드를 사용하여 전극을 형성함으로써, 제조비용을 낮추고 대량 생산이 가능한 유기 박막소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 투명한 전도성 고분자와 금속 그리드를 사용하여 전극을 형성하고, 금속 그리드의 외면에 절연막을 형성하여 금속 그리드와 캐소드 전극 사이의 쇼트 발생을 방지하고, 효율 및 수명을 연장할 수 있는 유기 박막소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 유기박막 중 일부를 스프레이 방식으로 용액을 분사하여 형성하고, 용액이 비행중일 때 고온가스를 분사하여 용매를 휘발시킴으로써, 유기박막 두께를 얇게 만들 수 있고, 유기박막 두께를 조절할 수 있으며, 유기박막의 표면 정밀도를 향상시킬 수 있는 유기 박막소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제1특징에 따르면, 본 발명의 유기 박막소자는 투명 기판과, 상기 기판 상에 패턴 형태로 형성되는 금속 그리드와, 상기 금속 그리드의 표면 및 상기 기판의 표면에 형성되는 고분자 전극과, 상기 고분자 전극의 표면에 형성되고 복수의 층을 갖는 유기 박막층과, 상기 유기 박막층 상에 형성되는 캐소드 전극을 포함하고, 상기 금속 그리드가 형성되는 부분에 상기 금속 그리드를 감싸도록 형성되어 금속 그리드와 캐소드 전극 사이를 절연시키는 절연막을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 절연막은 상기 고분자 전극의 표면에 형성되거나, 유기 박막층의 표면에 형성될 수 있다.
상기 금속 그리드는 Ag, Cu, Au, Ni, Cr, Al, Pt 중 어느 하나 또는 그 합금으로 형성되고, 허니컴(Honeycomb) 형태나, 메쉬 형태로 형성될 수 있다.
또한, 상기 금속 그리드의 두께(T)는 1~20㎛로 형성되고, 금속 그리드의 선폭(P)은 50~150㎛로 형성될 수 있다.
상기 고분자 전극은 전극으로 PEDOT:PSS를 포함하는 전도성 고분자로 형성되고, 고분자 전극의 두께는 80~150㎚로 형성될 수 있다.
또한, 상기 고분자 전극은 스프레이 방식에 의해 형성되고, 상기 스프레이 방식은 스프레이 유닛에서 전도성 고분자와 용매가 혼합된 용액을 분사하고, 고온가스 분사유닛에서 비행중인 용액에 고온가스를 분사하여 용매를 휘발시킬 수 있다.
본 발명의 제2특징에 따르면, 본 발명의 유기 박막소자는 투명 기판과, 상기 기판 상에 패턴 형태로 형성되는 금속 그리드와, 상기 금속 그리드의 표면 및 상기 기판의 표면에 형성되는 고분자 전극과, 상기 고분자 전극 상에 형성되고 복수의 층을 포함하는 유기 박막층과, 상기 유기 박막층 상에 형성되는 전자주입층과, 상기 전자 주입층 상에 형성되는 캐소드 전극을 포함하고, 상기 전자주입층은 상기 금속 그리드를 감싸는 부분은 나머지 부분에 비해 두께가 두껍게 형성되어 금속 그리드와 캐소드 전극 사이를 절연시키는 역할을 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3특징에 따르면, 본 발명의 유기 박막소자의 제조방법은 기판 상에 금속 그리드를 패턴 형태로 형성하는 단계와, 상기 금속 그리드의 표면 및 기판의 표면에 고분자 전극을 형성하는 단계와, 상기 고분자 전극 상에 상기 금속 그리드가 형성되는 부분만 감싸는 절연막을 형성하는 단계와, 상기 절연막의 표면 및 고분자 전극의 표면에 다수의 층을 갖는 유기 박막층을 형성하는 단계와, 상기 유기 박막층 상에 캐소드 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기 박막소자의 제조방법의 고분자 전극 및 유기 박막층 중 적어도 한 층은 스프레이 방식으로 형성되고, 상기 스프레이 방식은 분사 용액에 포함된 용매의 종류에 따라 가스의 압력과 온도를 설정하는 단계와, 상기 스프레이 유닛에서 기판에 용액을 분사하는 단계와, 상기 스프레이 유닛에서 분사되어 비행중인 용액에 고온가스를 분사하여 용액에 포함된 용매를 휘발시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 제4특징에 따르면, 본 발명의 유기 박막소자의 제조방법은 기판 상에 금속 그리드를 패턴 형태로 형성하는 단계와, 상기 금속 그리드의 표면 및 기판의 표면에 고분자 전극을 형성하는 단계와, 상기 고분자 전극 상에 다수의 층을 갖는 유기 박막층을 형성하는 단계와, 상기 유기 박막층 상에 상기 금속 그리드가 형성되는 부분만 감싸는 절연막을 형성하는 단계와, 상기 절연막의 표면 및 유기 박막층의 표면에 캐소드 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 유기 박막소자는 기존의 ITO 대신 투명한 전도성 고분자와 금속 그리드를 사용하여 애노드 전극을 형성함으로써, 제조비용을 낮출 수 있고, 대량 생산을 가능하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 유기 박막소자는 투명한 전도성 고분자와 금속 그리드를 사용하여 전극을 형성하고, 절연막으로 금속 그리드의 외면을 감싸도록 하여 금속 그리드와 캐소드 전극 사이의 쇼트 발생을 방지하고, 효율 및 수명을 연장할 수 있다.
또한, 본 발명의 유기 박막소자는 복수로 적층되는 층들 중 일부를 스프레이 방식으로 용액을 분사하여 형성하고, 용액이 비행중일 때 고온가스를 분사하여 용매를 휘발시킴으로써, 유기박막 두께를 얇게 만들 수 있고, 유기박막 두께를 조절할 수 있으며, 유기박막의 표면 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 유기 박막소자의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 금속 그리드 패턴의 일 예를 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명의 금속 그리드 패턴의 다른 예를 나타낸 평면도이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 유기 박막소자의 제조공정을 순차적으로 나타낸 공정 순서도이다.
도 9는 본 발명의 유기 박막소자가 OLED일 경우 유기 박막층의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 유기 박막소자가 유기 태양전지일 경우 유기 박막층의 단면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 스프레이 방식의 공정 순서도이다.
도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 유기 박막소자의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제3실시예에 따른 유기 박막소자의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 금속 그리드 패턴의 일 예를 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명의 금속 그리드 패턴의 다른 예를 나타낸 평면도이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 유기 박막소자의 제조공정을 순차적으로 나타낸 공정 순서도이다.
도 9는 본 발명의 유기 박막소자가 OLED일 경우 유기 박막층의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 유기 박막소자가 유기 태양전지일 경우 유기 박막층의 단면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 스프레이 방식의 공정 순서도이다.
도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 유기 박막소자의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제3실시예에 따른 유기 박막소자의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 유기 박막소자의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 제1실시예에 따른 유기 박막소자는 빛이 통과할 수 있는 투명한 기판(10)과, 기판(10) 상에 패턴 형태로 형성되는 금속 그리드(20)와, 금속 그리드(20)의 표면 및 기판의 표면에 형성되는 고분자 전극(30)과, 고분자 전극(30) 상에 금속 그리드(20)를 감싸도록 형성되는 절연막(40)과, 절연막(40) 및 고분자 전극(30)의 표면에 형성되고 복수의 층으로 형성되는 유기 박막층(50)과, 유기 박막층(50) 상에 형성되는 캐소드 전극(60)을 포함한다.
여기에서, 금속 그리드(20)와 고분자 전극(30)이 애노드 전극이 된다.
기판(10)은 유리 기판, 수지재질 기판, 고분자 기판, 유연성을 갖는 플랙시블(Flexible) 기판 등이 사용될 수 있고, 빛이 투과할 수 있도록 투명한 형태로 형성된다.
기판(10)은 표면이 평면인 형태의 기판이나, 볼록부와 오목부를 갖는 요철부를 갖는 기판이 사용될 수 있다. 기판은 두께가 증가하면 광투과율이 저하되므로 기판(10)의 두께는 20~500㎛로 하는 것이 바람직하다.
고분자 전극(30)은 전극으로 사용할 수 있는 전기 전도도를 가질 수 있도록 PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophere poly(styrene sulfonate)에 DMSO(dimethyl sulfoxide), PC(polycarbonates), DMF (dimethyl formamide), HMPA(hexamethyl phosphorotriamide), THF(tetrahydrofuran), EG(ethylene glycol), NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone) 중 어느 하나가 포함된 전도성 고분자가 사용된다.
여기에서, 고분자 전극(30)은 금속 그리드(20)의 외면 및 기판(10)의 표면에 아래에서 설명하는 스프레이 방식으로 도포된다. 고분자 전극(30)의 두께는 80~200㎚로 형성되는 것이 바람직하다.
스프레이 방식은 기판(10)의 표면에 용액을 분사하고, 용액이 비행중일 때 고온가스를 분사하여 용액에 포함된 용매를 휘발시키는 방식으로, 고분자 전극의 두께를 균일하게 형성할 수 있고, 고분자 전극의 두께 조절을 용이하게 할 수 있다.
즉, 용액이 기판(10)에 도포되기 전인 비행중일 때 용액에 고온가스를 분사하여 용매를 휘발시키기 때문에 용매가 거의 제거된 전도성 고분자가 기판(10)의 표면에 형성되므로 기판의 표면에 전도성 고분자가 균일한 두께로 도포될 뿐만 아니라 볼록하게 돌출된 금속 그리드의 상면과 측면에도 균일한 두께로 도포될 수 있다.
여기에서, 애노드 전극으로 전도성 고분자만 사용할 경우 높은 면저항과 낮은 투과도로 인하여 효율이 저하된다. 따라서, 전도성 고분자와 저항이 낮은 금속 그리드(20)를 같이 사용하여 전기 저항에 의한 전력 손실을 줄이고, 효율을 향상시킨다.
금속 그리드(20)는 정공의 이동을 용이하게 하고 균일한 저항을 갖는 애노드 전극을 형성할 수 있도록 저항이 낮은 금속 재료가 사용된다. 즉, 금속 그리드(20)는 Ag, Cu, Au, Ni, Cr, Al, Pt 등 전도성이 우수한 금속재질이 사용될 수 있다.
여기에서, 금속 그리드(20)는 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 그라비아 프린팅, 스퍼터링, 진공 증착, 캐스트 등에 의해 형성될 수 있고, 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(10)에 허니컴(Honeycomb) 형태나, 도 3에 도시된 바와 같은 메쉬 형태로 형성하여 빛 투과면적을 최대한 크게 한다.
금속 그리드(20)의 두께(T)는 10~200㎛로 하는 것이 바람직하다. 즉, 금속 그리드(20)의 두께를 20㎛ 이상으로 두껍게 형성하면 두께를 얇게 만들기 위한 박막화에 어려움이 있고, 1㎛ 미만으로 얇게 형성하면 면저항이 증가하여 효율이 저하된다.
그리고, 금속 그리드(20)의 선폭(P)은 50~150㎛로 하는 것이 바람직하다. 즉, 금속 그리드의 선폭이 150㎛ 이상으로 너무 넓으면 광 투과면적이 감소하여 효율이 저하되고, 선폭이 50㎛ 미만으로 너무 얇으면 저항이 증가하여 효율이 저하된다.
절연막(40)은 금속 그리드(20)가 형성된 부분만 절연시킬 수 있도록 금속 그리드(20)를 감싸도록 형성된다. 절연막 재료로는 TiO2, SiO2, SiN 등 비전도성 산화물, 비전도성 고분자 또는 절연 테이프가 사용될 수 있다.
이러한 절연막(40)은 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅, 스퍼터링, 진공 증착, 접착 등의 방법으로 형성될 수 있다.
절연막(40)의 두께(A)는 1~20㎛로 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 절연막(40)의 선폭(B)은 금속 그리드(20)의 측면을 덮을 수 있도록 금속 그리드(20)의 선폭에 비해 50㎛ 정도 크게 형성되는 것이 바람직하다.
이와 같이, 절연막(40)이 금속 그리드(20)를 감싸도록 형성되므로 금속 그리드(20)와 캐소드 전극(60) 사이의 쇼트를 방지할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 금속 그리드(20)는 기판(10) 상에 돌출된 상태로 형성되고, 유기 박막층(50)의 두께는 얇게 형성되기 때문에 금속 그리드(20)와 캐소드 전극(60) 사이에 쇼트가 발생될 우려가 있는데, 절연막(40)이 금속 그리드(20)를 감싸줌으로써, 캐소드 전극(60)과의 쇼트 발생을 방지할 수 있다.
유기 박막층(50)은 본 실시예에 따른 유기 박막소자가 OLED에 적용될 경우, 유기 발광층을 포함하고, 정공수송층, 전자수송층, 전자주입층 등이 선택적으로 포함될 수 있다.
그리고, 유기 박막층(50)은 본 실시예에 따른 유기 박막소자가 유기 태양전지로 사용될 경우, 광 활성층을 포함하고, 정공수송층, 전자수송층, 전자주입층 등이 선택적으로 포함될 수 있다.
이러한 유기 박막층(50)은 스프레이 방식, 스핀 코팅, 진공 증착법 등에 의해 형성될 수 있다. 특히, 유기 박막층(50)을 이루는 다수의 층 중 적어도 하나는 스프레이 방식으로 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 스프레이 방식은 고분자 전극(30)을 형성하는 공정과 마찬가지로, 용액을 분사하고 용액이 도포되기 전인 비행중일 때 용액에 고온가스를 분사하여 용매를 휘발시키기 때문에 용매가 거의 제거된 용액이 도포되므로 유기 박막층(50)의 두께를 균일하게 형성할 수 있고, 유기 박막층(50)의 두께를 얇게 형성할 수 있다.
캐소드 전극(60)은 유기 박막층(50) 상에 진공증착법이나 스퍼터링법 등의 방법에 의해 형성되고, 낮은 일함수를 가지는 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg),리튬(Li), 칼슘(Ca), 알루미늄-리튬(Al-Li), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag), 알루미늄-은(Al-Ag) 등을 사용할 수 있다.
이와 같이, 구성되는 본 발명의 제1실시예에 따른 유기 박막소자의 제조방법을 다음에서 설명한다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 유기 박막소자의 제조공정은 순서대로 나타낸 공정 순서도이다.
먼저, 기판(10)을 준비한다. 기판(10)은 유리 기판, 수지재질 기판, 고분자 기판, 유연성을 갖는 플랙시블(Flexible) 기판 등이 사용될 수 있고, 빛이 투과할 수 있도록 투명한 형태의 기판을 사용한다.
이때, 기판(10)은 표면이 평면인 형태인 기판이나, 볼록부와 오목부를 갖는 요철부를 갖는 기판이 사용될 수 있고, 기판은 두께가 증가하면 광투과율이 저하되므로 기판(10)의 두께는 20~500㎛로 설정된다.
그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 기판(10) 상에 금속 그리드(20)를 형성한다. 여기에서, 금속 그리드(20)는 패턴 형태로 형성되고, 금속 그리드(20)의 패턴은 빛 투과면적을 최대화할 수 있도록 허니컴(Honeycomb) 형태나, 메쉬 형태로 형성될 수 있다.
금속 그리드(20)는 Ag, Cu, Au, Ni, Cr, Al, Pt 등 전도성이 우수한 금속재질이 사용될 수 있고, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 그라비아 프린팅, 스퍼터링, 진공 증착, 캐스트 등에 의해 형성될 수 있다.
그리고, 금속 그리드(20)의 두께(T)는 10~200㎛로 하고, 선폭(P)은 50~150㎛로 하는 것이 바람직하다.
그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 금속 그리드(20)의 표면과, 기판(10)의 표면에 고분자 전극(30)을 형성한다.
고분자 전극(30)은 전극으로 사용할 수 있는 전기 전도도를 가질 수 있도록 PEDOT:PSS이 포함된 전도성 고분자가 사용된다. 그리고, 고분자 전극(30)의 두께는 80~200㎚로 형성되는 것이 바람직하다.
여기에서, 고분자 전극(30)은 스프레이 방식으로 용액을 분사하여 형성된다.
이러한 스프레이 방식에 대해서는 아래에서 상세하게 설명한다.
그리고, 도 6에 도시된 바와 같이, 고분자 전극(30) 상에 금속 그리드(20)를 감싸도록 절연막(40)을 형성한다.
절연막(40)은 금속 그리드(20)가 형성된 부분만 절연시킬 수 있도록 금속 그리드(20)를 감싸도록 형성된다. 절연막 재료로는 TiO2, SiO2, SiN 등 비전도성 산화물, 비전도성 고분자 또는 절연 테이프가 사용될 수 있다.
이러한 절연막(40)은 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅, 스퍼터링, 진공 증착, 접착 등의 방법으로 형성될 수 있다.
절연막(40)의 두께(A)는 1~20㎛로 형성되고, 선폭(B)은 금속 그리드(20)의 측면을 덮을 수 있도록 금속 그리드(20)의 선폭에 비해 50㎛ 정도 크게 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 도 7에 도시된 바와 같이, 절연막(40)의 표면 및 고분자 전극(30) 상에 유기 박막층(50)을 형성한다.
여기에서, 유기 박막층(50)은 OLED로 사용될 경우, 유기 발광층을 포함하고, 정공수송층, 전자수송층, 전자주입층 등이 선택적으로 포함될 수 있고, 유기 태양전지로 사용될 경우, 광 활성층을 포함하고, 정공수송층, 전자수송층, 전자주입층 등이 선택적으로 포함될 수 있다.
OLED로 사용되는 유기 박막층(50)의 제조공정을 구체적으로 설명하면, 도 9에 도시된 바와 같이, 절연막(40)의 표면 및 고분자 전극(30) 상에 정공수송층(52)을 형성한다. 여기에서, 정공수송층(52)의 두께는 50~150㎚로 설정된다.
정공수송층(52)은 용액을 스프레이 유닛에 의해 분사하고, 고온가스 분사유닛에서 고온가스를 스프레이 유닛에서 분사되어 비행중인 용액에 분사하여 용매를 휘발시키면, 절연막(40) 및 고분자 전극(30)의 표면에 용매가 거의 제거된 정공수송층(52)이 형성된다.
그리고, 고온가스 분사유닛에 의해 제거되지 못하고, 도포된 유기박막에 잔존하는 용매를 휘발시키기 위해 어닐링을 실시한다. 여기에서 어닐링은 130℃로 약 10분간 실시하는 것이 바람직하다.
그리고, 정공수송층(52) 상에 유기발광층(54)을 형성한다. 유기발광층(54)은 위에서 설명한 정공수송층(52)과 마찬가지로, 스프레이 방식으로 용액을 분사하여 형성될 수 있다.
여기에서, 유기발광층(54)의 두께는 100~200㎚로 설정되는 것이 바람직하다.
그리고, 유기발광층(54)의 어닐링을 실시한다. 여기에서 어닐링은 75℃에서 24시간 동안 실시하는 것이 바람직하다.
그리고, 유기발광층(54) 상에 전자수송층(56)을 형성한다. 전자수송층(56)은 진공 증착방식에 의해 형성될 수 있다. 그리고, 전자수송층(56)에 유기 이온물질을 코팅 및 도핑하여 전자주입층(58)을 형성한다.
유기 태양전지로 사용되는 유기 박막층(50)의 제조공정을 구체적으로 설명하면, 도 10에 도시된 바와 같이, 정공수송층(52), 광활성층(54a), 전자수송층 및 전자 주입층(58)이 순차적으로 형성되고, 광활성층(54a)을 제외한 나머지 층들의 제조방법은 위에서 설명한 OLED로 사용되는 유기 박막층(50)의 제조공정과 동일하다.
광활성층(54a)은 정공수송층(24a) 위에 형성되고, 스프레이 방식에 의해 형성된다.
그리고, 광활성층(54a)의 어닐링을 실시한다. 여기에서 어닐링은 75℃에서 24시간 동안 실시하는 것이 바람직하다.
그리고, 마지막으로 도 8에 도시된 바와 같이, 유기 박막층(50) 상에 캐소드 전극(60)을 형성하면 유기 박막소자의 제조가 완료된다.
도 11은 본 발명의 스프레이 방식에 의해 유기 박막층을 형성하는 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
유기 박막층(50)을 형성하는 공정 중 일부 공정 및 고분자 전극(30)을 형성하는 공정이 스프레이 방식에 의해 형성되는 데, 이러한 스프레이 방식을 아래에서 상세하게 설명한다.
먼저, 가스의 압력과 온도를 입력한다(S10). 즉, 사용자가 사용되는 용액의 성질 및 용매의 종류에 따라 용매를 휘발시킬 수 있는 최적의 온도와 압력을 입력한다.
여기에서, 가스의 압력은 0.04~0.12Mpa, 가스 온도는 80~150℃로 설정되는 것이 바람직하다.
가스의 압력이 0.06MPa 이하이면 가스압력이 너무 낮아 용매의 휘발이 어렵고, 가스의 압력이 0.12MPa 이상이면 가스 압력이 너무 높아 용매가 기판에 분사되는 것을 방해한다. 그리고, 가스 온도는 80℃ 이하이면 용매가 휘발되지 않고, 150℃ 이상이 되면 용질에 손상을 준다.
그리고, 가스의 압력과 온도 입력이 완료되면, 스프레이 유닛에서 용액을 분사한다(S20).
여기에서, 스프레이 유닛이 에어 스프레이 방식일 경우 용액에 에어를 분사하여 분사압력을 발생시키고, 전기 스프레이 방식일 경우 고전압 발생부를 온(ON)시켜 스프레이 유닛과 기판(10) 사이에 고전압을 인가하여 용액을 하전시키고, 하이브리드 방식일 경우 에어를 분사함과 아울러 고전압을 인가하여 용액을 분사한다.
스프레이 유닛과 기판(10) 사이의 인가전압은 8~14kV, 스프레이 유닛과 기판의 거리 6~12cm, 토출량 40~1000ul/min로 설정된다.
그리고, 용액이 분사되어 기판(10)에 도달하기 전인 용액이 스프레이 유닛에서 분사되어 비행중일 때 고온가스 분사유닛에서 용액에 고온가스를 분사하여 용액에 포함된 용매를 휘발시킨다(S30).
그리고, 기판(10)을 비교적 낮은 온도로 가열하여 고온가스 분사유닛에 의해 제거되지 못하고 잔존하는 용매를 최종적으로 휘발시킨다.
여기에서, 기판(10)의 가열온도는 70~190℃로 기존에 비해 비교적 낮은 온도로 가열할 수 있기 때문에 플랙시블 기판, 열에 약한 기판, 두께가 얇은 기판 등 다양한 기판의 사용이 가능하고, 용질이 열에 의해 손상되는 것을 방지한다.
이와 같이, 본 실시예에서는 스프레이 방식으로 기판에 용액을 분사하여 유기 박막층을 형성하기 때문에 유기 박막층의 두께를 얇게 만들 수 있음과 아울러 유기 박막층의 두께를 자유롭게 조절할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 스프레이 방식으로 용액을 분사하므로 3차원 굴곡이 형성된 기판(10)의 표면에도 전체적으로 균일하게 도포할 수 있다.
도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 유기 박막소자의 단면도이다.
제2실시예에 따른 유기 박막소자는 빛이 통과할 수 있는 투명한 기판(10)과, 기판(10) 상에 패턴 형태로 형성되는 금속 그리드(20)와, 금속 그리드(20)의 표면 및 기판의 표면에 형성되는 고분자 전극(30)과, 고분자 전극 상에 형성되는 유기 박막층(50)과, 유기 박막층(50) 상에 금속 그리드(20)를 감싸도록 형성되는 절연막(40)과, 절연막의 표면과 유기 박막층(50)의 표면에 형성되는 캐소드 전극(60)을 포함한다.
이와 같이, 제2실시예에 따른 유기 박막소자는 위의 제1실시예에서 설명한 유기 박막소자와 구성 및 제조공정이 동일하고, 다만 절연막(40)이 유기 박막층(50) 상에 형성되는 구조이다.
즉, 고분자 전극을 형성한 후 고분자 전극 상에 다수의 층으로 구성된 유기 박막층을 형성한 후 유기 박막층의 표면에 금속 그리드가 형성된 부분에만 금속 그리드를 감싸도록 절연막이 형성된다.
이와 같은 제2실시예에 따른 유기 박막소자는 위의 제1실시예에서 설명한 유기 박막소자의 제조공정과 동일하고, 유기 박막층을 형성한 후 절연막을 형성하는 공정만 바뀐 구조이므로 그 자세한 설명을 생략한다.
도 13은 본 발명의 제3실시예에 따른 유기 박막소자의 단면도이다.
제3실시예에 따른 유기 박막소자는 빛이 통과할 수 있는 투명한 기판(10)과, 기판(10) 상에 패턴 형태로 형성되는 금속 그리드(20)와, 금속 그리드(20)의 표면 및 기판의 표면에 형성되는 고분자 전극(30)과, 고분자 전극 상에 형성되는 유기 박막층(광 활성층 또는 유기 발광층을 포함하는 다수의 층)(80)과, 유기 박막층(80) 상에 형성되는 전자주입층(70)과, 전자 주입층(70) 상에 형성되는 캐소드 전극(60)을 포함한다.
여기에서, 기판(10), 금속 그리드(20), 고분자 전극(30) 및 캐소드 전극(60)은 위의 제1실시예에서 설명한 기판(10), 금속 그리드(20), 고분자 전극(30) 및 캐소드 전극(60)과 동일하므로 그 설명을 생략한다.
유기 박막층(80)은 본 발명의 유기 박막소자가 OLED에 적용될 경우, 유기 발광층을 포함하고, 정공수송층, 전자수송층 등이 선택적으로 포함될 수 있다.
그리고, 유기 박막층(80)은 본 발명의 유기 박막소자가 유기 태양전지로 사용될 경우, 광 활성층을 포함하고, 정공수송층, 전자수송층 등이 선택적으로 포함될 수 있다.
전자주입층(70)은 절연성을 갖는 LiF가 사용되고, 돌출된 금속 그리드 부분 및 유기 박막층(52)의 표면 전체에 형성된다. 이때, 전자주입층(70)은 금속 그리드(20) 부분에 금속 그리드(20)를 감싸도록 형성되고 두께가 두껍게 형성되어 금속 그리드를 절연시키는 절연부(72)가 형성된다. 전자주입층(70)의 절연부를 제외한 나머지 부분(74)은 유기 박막층(52)의 표면에 형성되고 두께가 얇게 형성되어 전자의 터널링 현상으로 효율을 증가시키는 역할을 한다.
즉, 금속 그리드를 절연시키기 위해 별도의 절연막을 형성하지 않고 전자주입층의 두께를 선택적으로 금속 그리드를 감싸는 부분만 두껍게 형성함으로써, 절연막의 역할을 수행할 수 있도록 한다.
여기에서, 전자주입층(70)의 절연부(72)의 두께는 금속 그리드(20)를 충분히 절연시킬 수 있는 20㎚ 이상으로 형성하고, 전자주입층(70)의 절연부(72)를 제외한 나머지 광을 받는 부분의 두께는 0.5㎚~1㎚로 형성된다.
이러한 전자주입층(70)은 진공 증착에 의해 형성될 수 있다. 전자주입층(70)의 제조방법은 먼저, 금속 그리드(20)가 형성된 부분을 제외한 나머지 부분을 스크린으로 커버한 후 일정시간 동안 1차 진공 증착을 실시하여 금속 그리드 부분에 감싸지도록 절연 가능한 두께의 절연부(72)를 형성한다. 그리고, 스크린을 제거한 후 2차 진공 증착을 실시하여 유기 박막층(80)의 표면에 두께가 얇은 전자주입층을 형성한다.
이와 같이, 구성되는 본 발명의 제3실시예에 따른 유기 박막소자의 제조방법은 위의 제1실시예에서 설명한 유기 박막소자의 제조방법과 동일하고, 다만 전자주입층(70)을 형성하는 방법이 다르고, 절연막을 형성하는 공정이 제거된 부분만 다르므로, 그 자세한 제조방법은 생략한다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
10: 기판 20: 금속 그리드
30: 고분자 전극 40: 절연막
50: 유기 박막층 60: 캐소드 전극
52: 정공 수송층 54: 유기 발광층
54a: 광 활성층 56: 전자 수송층
58: 전자 주입층
30: 고분자 전극 40: 절연막
50: 유기 박막층 60: 캐소드 전극
52: 정공 수송층 54: 유기 발광층
54a: 광 활성층 56: 전자 수송층
58: 전자 주입층
Claims (18)
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 빛이 통과할 수 있는 투명한 형태를 갖는 기판;
상기 기판 상에 패턴 형태로 형성되는 금속 그리드;
상기 금속 그리드 및 상기 기판의 표면에 형성되는 고분자 전극;
상기 고분자 전극 상에 형성되고 복수의 층을 갖는 유기 박막층;
상기 유기 박막층 상에 형성되는 전자주입층; 및
상기 전자주입층 상에 형성되는 캐소드 전극을 포함하고,
상기 전자주입층의 상기 금속 그리드를 감싸는 부분은 나머지 부분에 비해 두께가 두껍게 형성되어 금속 그리드와 캐소드 전극 사이를 절연시키는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 유기 박막소자. - 제11항에 있어서,
상기 전자주입층은 금속 그리드를 감싸는 부분에 절연부가 형성되고, 상기 절연부의 두께는 20㎚ 이상으로 형성되고, 상기 절연부를 제외한 나머지 광을 받는 부분의 두께는 0.5㎚~1㎚ 인 것을 특징으로 하는 유기 박막소자. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 기판 상에 금속 그리드를 패턴 형태로 형성하는 단계;
상기 금속 그리드의 표면 및 기판의 표면에 고분자 전극을 형성하는 단계;
상기 고분자 전극 상에 다수의 층을 갖는 유기 박막층을 형성하는 단계;
상기 유기 박막층 상에 전자주입층을 형성하는 단계; 및
상기 전자주입층 상에 캐소드 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 전자주입층의 금속 그리드가 돌출된 부분을 감싸는 부분은 금속 그리드와 캐소드 전극 사이를 절연시킬 수 있도록 나머지 부분에 비해 두께를 두껍게 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 박막소자의 제조방법.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120142079A KR101470515B1 (ko) | 2012-12-07 | 2012-12-07 | 유기 박막소자 및 그 제조방법 |
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