KR101594331B1 - 광추출 효율이 향상된 발광다이오드 및 그 제작방법 - Google Patents

Abstract

광추출 효율이 향상된 발광다이오드 및 그 제작방법이 개시된다. 본 발명의 발광다이오드용 박막은, 기판과, 기판 상에 형성된 복수의 나노닷을 포함하며, 이에 의해 광추출 효율이 향상된다.

Description

광추출 효율이 향상된 발광다이오드 및 그 제작방법{LIGHT EMITTING DIODE HAVING ENHANCED LIGHT EXTRACTION EFFICIENCY AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 광추출 효율이 향상된 발광다이오드 및 그 제작방법에 관한 것이다.

유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED)는 유기발광물질을 전기적으로 여기시켜 발광시키는 자체 발광형 소자로서, 기판, 제1전극, 제2전극, 및 제1전극과 제2전극 사이에 형성된 유기발광층을 포함한다. 제1및 제2전극으로부터 각각 공급되는 전공과 및 전자는 유기발광층 내에서 결합하여 외부로 방출되는 광을 생성하며, 유기발광층을 구성하는 물질의 종류에 따라 다양한 색을 방출할 수 있다.

이러한 유기발광다이오드는 넓은 시야각, 빠른 응답속도, 얇은 두께, 낮은 제조 비용 및 높은 콘트라스트(contrast) 등과 같은 우수한 디스플레이 특성을 갖는다. 이에 따라, 유기발광다이오드는 차세대 평판 디스플레이 소자 및 조명으로서 각광을 받고 있다.

그러나, 유기발광다이오드는 굴절률이 서로 다른 물질이 적층되어 있어, 발광층에서 형성된 빛이 바깥으로 방출될 때 약 80%의 광손실이 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 다양한 방법이 연구되어 왔다.

그중 대표적인 것이 내광추출 방식으로서, 이는 제1전극과 기판 사이에 나노패턴을 형성하고, 고굴절 평탄층을 코팅하거나, 제1전극과 기판 사이에 광산란입자를 코팅하는 방식이다. 그러나 내광추출의 경우 기판의 측면에서 제1전극의 증착이 어렵고, 고굴절 물질의 안정성 문제에 의해 공정을 구현하기 어려운 문제점이 있다.

한편, 외광추출 방식은, 기판 상부에 마이크로 패터닝 되어 있는 고분자 필름을 접착하는 방식이다. 그러나, 이러한 방식은 고분자 필름이 광원에 지속적으로 노출되기 때문에 변색이 발생하고, 또한 나노구조체를 대면적으로 제작하기 어렵고, 고분자 물질로 구성되는 나노구조체를 디스플레이에 적용하면 쉽게 마모되는 문제점이있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 광추출 효율이 향상된 발광다이오드 및 그 제작방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예의 발광다이오드용 박막은, 기판; 및 상기 기판 상에 형성된 복수의 나노닷을 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 나노닷은, 상기 기판보다 굴절률이 클 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 나노닷은, 황화아연(ZnS)을 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 나노닷은, 반구 형상일 수 있고, 그 지름의 크기가 100nm 내지 1000nm일 수 있다.

또한, 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예의 발광다이오드는, 기판; 상기 기판의 제1면상에 형성된 반구 형태의 복수의 나노닷; 상기 기판의 제2면상에 제1전극; 상기 제1전극 상에 발광층; 및 상기 발광층 상에 제2전극을 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 나노닷은, 상기 기판보다 굴절률이 클 수 있고, 황화아연(ZnS)을 포함할 수 있고, 반구 형상일 수 있고, 그 지름의 크기가 100nm 내지 1000nm일 수 있다.

또한, 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예의 발광다이오드용 박막 제작방법은, 기판을 제공하는 단계; 및 상기 기판 상에 웨트 공정에 의해 복수의 나노닷을 성장하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 복수의 나노닷을 성장하는 단계는, 화학적 용액 성장법(CBD)에 의해 성장하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명은, 기판상에 나노닷을 형성함으로써, 광추출 효율이 향상되며, 저가의 웨트 공정에 제작이 가능하므로, 제작비용이 감소하는 동시에 대면적 기판의 제작이 가능하게 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 고굴절 고강도의 무기물을 사용하여 나노닷을 형성하기 때문에, 기판의 마모도가 낮아지게 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예의 발광다이오드를 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 발광다이오드의 제조방법을 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 기판 상에 형성된 나노닷을 나타내는 일예시도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 발광다이오드의 광추출 효율을 설명하기 위한 일예시도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예의 발광다이오드를 개략적으로 설명하기 위한 단면도로서, 유기발광다이오드를 예를 들어 나타낸 것이다. 본 발명의 실시예에서는, 유기발광다이오드의 기판에 복수의 나노닷이 형성된 것을 예를 들어 설명할 것이지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 소자의 기판에 복수의 나노닷이 형성되는 경우도 본 발명에 포함된다 할 것이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 발광다이오드(1)는, 기판(10), 제1전극(20), 발광층(30), 제2전극(40) 및 기판(10)에 형성된 복수의 나노닷(nano-dot)(50)을 포함할 수 있다.

기판(10)은, 투명한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(10)은, 유리, 석영, 투명 플라스틱 및 알루미나(Al₂O₃)와 같은 세라믹 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이때, 기판(10)이 유리인 경우, 굴절률(n)은 1.5이며, 기판(10)의 굴절률(n)은 공기의 굴절률(n)인 1보다 크다.

제1전극(20)는 투명한 도전성 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1전극(20)은, 투명 전도성 산화물(transparent conductive oxide; TCO) 중 어느 하나일 수 있으며, 일예로서, 인듐주석산화물(indium tin oxide, ITO), 인듐아연산화물(indium zinc oxide, IZO)일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 이와 유사한 기능을 수행하는 다른 물질을 포함할 수 있다. 제1전극(20)의 굴절률(n)은, 약 1.8 내지 2.2일 수 있다.

발광층(30)은 제1전극(20) 또는 제2전극(40)으로부터 공급되는 정공 또는 전자의 재결합을 통해 광을 생성할 수 있으며, 발광물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 발광층(30)은 폴리플루오렌(polyfluorene) 유도체, (폴리)파라페닐렌비닐렌((poly)paraphenylenevinylene) 유도체, 폴리페닐렌(polyphenylene) 유도체, 폴리비닐카바졸(polyvinylcarbazole) 유도체, 폴리티오펜(polythiophene) 유도체, 안트라센(anthracene) 유도체, 부타디엔(butadiene) 유도체, 테트라센(tetracene) 유도체, 디스티릴아릴렌(distyrylarylene) 유도체, 벤자졸(benzazole) 유도체 또는 카바졸(carbazole) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

또는, 발광층(30)은, 다른 실시예로서, 도펀트를 포함하는 발광물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도펀트는, 크산텐(xanthene), 페릴렌(perylene), 쿠마린(cumarine), 로더민(rhodamine), 루브렌(rubrene), 디시아노메틸렌피란(dicyanomethylenepyran), 티오피란(thiopyran), (티아)피릴리움((thia)pyrilium), 페리플란텐(periflanthene) 유도체, 인데노페릴렌(indenoperylene) 유도체, 카보스티릴(carbostyryl), 나일레드(Nile red), 또는 퀴나크리돈(quinacridone) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 발광물질로서, 폴리플루오렌 유도체, (폴리)파라페닐렌비닐렌 유도체, 폴리페닐렌 유도체, 폴리비닐카바졸 유도체, 폴리티오펜 유도체, 안트라센 유도체, 부타디엔(butadiene) 유도체, 테트라센 유도체, 디스티릴아릴렌 유도체, 벤자졸 유도체 또는 카바졸 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

이때, 발광층(30)의 굴절률(n)은 약 1.7 내지 1.8일 수 있다.

도 1의 일실시예의 경우, 단일막 구조로 도시되어 있으나, 본 발명은 보조층을 포함하는 다층막 구조일 수도 있다. 이때 보조층은 정공주입층(hole injecting layer), 정공수송층(hole transfer layer), 전자수송층(electron transfer layer), 또는 전자주입층(electron injecting layer) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

제2전극(40)은 외부에서 전압을 인가받아 발광층(30)에 전자를 공급하도록 구성되며, 전도성을 가지는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2전극(40)은 금속 또는 광투과성 도전물질일 수 있으며, 이때, 금속은 알루미늄(Al), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 몰리브덴(Mo) 또는 그들의 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 광투과성 도전물질은, 위 금속물질의 박막일 수 있으며, 박막의 두께에 따라 투과하는 빛의 파장이 결정될 수 있다.

이에 의해, 제2전극(40)은, 발광층(30)으로부터 생성된 광을 투과하거나, 또는 제1전극(10)을 향해 반사할 수 있다.

기판(10)상에 형성된 복수의 나노닷(50)은, 반구(semi-sphere) 형태로서, 고굴절률을 가지는 무기물일 수 있다. 즉, 기판(10)의 굴절률보다 굴절률이 크고, 강도가 큰 무기물일 수 있다. 예를 들어, 나노닷(50)은, 황화아연(zinc sulfide, ZnS)를 포함할 수 있다. 나노닷(50)은, 그 지름의 크기가 100nm 내지 1000nm일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

이와 같이 기판(10) 상에 성장된 복수의 나노닷(50)에 의해, 발광층(30)에서 방출되는 광이 산란, 난반사, 굴절 또는 회절되어, 이에 의해 기판(10)의 외부로 방출될 가능성이 증가하여, 광추출 효율이 개선될 수 있다.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 발광다이오드의 제조방법을 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제조방법은, 도 2a와 같이 기판(10)을 준비할 수 있다. 이 기판(10)은 투명한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(10)은, 유리, 석영 또는 투명 플라스틱 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이때, 기판(10)이 유리인 경우, 굴절률(n)은 1.5이며, 기판(10)의 굴절률(n)은 공기의 굴절률(n)인 1보다 크다.

이후, 도 2b와 같이, 기판(10)의 제1면에 복수의 나노닷(50)을 형성할 수 있다.

복수의 나노닷(50)은, 웨트(wet) 공정에 의해 기판(10) 상에 성장할 수 있으며, 예를 들어 화학적 용액 성장법(chemical bath deposition, CBD)에 의해 성장할 수 있다. 나노닷(50)은 CBD를 이용하여, 반구 형상으로 성장될 수 있으며, 이때 나노닷(50)의 지름은 예를 들어 100nm 내지 1000nm일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. CBD 공정에서의 반응물질의 농도와 반응온도 및 성장시간에 따라 형성되는 나노닷(50)의 지름의 크기, 밀도 및 나노닷(50) 사이의 간격 등이 달라질 수 있을 것이다.

도 3은 기판(10) 상에 형성된 나노닷(50)을 나타내는 일예시도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 나노닷(50)은 반구 형태로 성장되어 있음을 알 수 있다.

나노닷(50)의 굴절률은 기판(10)의 굴절률보다 크며, 예를 들어 ZnS를 포함할 수 있다.

이후, 도 2c와 같이, 기판(10)의 제2면에, 제1전극(20), 발광층(30) 및 제2전극(40)을 순차적으로 형성할 수 있다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 발광다이오드의 광추출 효율을 설명하기 위한 일예시도로서, 나노닷(50)의 지름의 크기에 따라 효율이 향상되고 있음을 나타낸 것이다.

도 4는 방사각에 따른 휘도를 나타낸 것으로서, 나노닷이 없는 경우(A)에 비해, 본 발명의 나노닷이 형성된 경우(B)에 휘도가 상승하고 있는 것을 확인할 수 있다. 도 4에서 다양한 케이스는 나노닷의 지름의 크기에 따라 휘도를 측정한 것을 나타낸 것으로서, 나노닷의 지름의 크기와 관계없이, 나노닷이 형성되어 있는 경우에는, 나노닷이 형성되지 않은 경우에 비해 휘도가 향상된 것을 확인할 수 있다.

또한, 도 5는 전류밀도(current density)에 따른 휘도를 나타낸 것으로서, 나노닷이 없는 경우(C)에 비해, 본 발명의 나노닷이 형성된 경우(D)에 휘도가 상승하고 있는 것을 확인할 수 있다. 도 5에서 다양한 케이스는 나노닷의 지름의 크기에 따라 휘도를 측정한 것을 나타낸 것으로서, 나노닷의 지름의 크기와 관계없이, 나노닷이 형성되어 있는 경우에는, 나노닷이 형성되지 않은 경우에 비해 휘도가 향상된 것을 확인할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 나노닷이 형성된 발광다이오드에 의하면, 휘도가 향상되므로 광추출 효율이 향상되며, 저가의 웨트 공정에 제작이 가능하므로, 제작비용이 감소될 수 있다.

또한, 웨트 공정에 의해 제작이 가능하므로, 대면적 광추출 기판의 제작이 가능하다.

또한, 고굴절 고강도의 무기물을 사용하여 나노닷을 형성하기 때문에, 기판의 마모도가 낮아질 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

10: 기판 20: 제1전극
30: 발광층 40: 제2전극
50: 나노닷

Claims (12)

1. 기판; 및
   상기 기판의 제1면 상에 형성된 복수의 나노닷을 포함하고,
   상기 복수의 나노닷은,
   상기 기판보다 고강도의 무기물로 형성되고,
   상기 제1면은,
   전극이 형성되는 면의 반대면인 발광다이오드용 박막.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 나노닷은, 상기 기판보다 굴절률이 큰 발광다이오드용 박막.
   
3. 제2항에 있어서, 상기 나노닷은, 황화아연(ZnS)을 포함하는 발광다이오드용 박막.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 나노닷은, 반구 형상인 발광다이오드용 박막.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 나노닷은, 그 지름의 크기가 100nm 내지 1000nm인 발광다이오드용 박막.
   
6. 기판;
   상기 기판의 제1면 상에 형성된 반구 형태의 복수의 나노닷;
   상기 기판의 제2면 상에 제1전극;
   상기 제1전극 상에 발광층; 및
   상기 발광층 상에 제2전극을 포함하고,
   상기 복수의 나노닷은,
   상기 기판보다 고강도의 무기물로 형성되고,
   상기 제1면은,
   상기 제1전극이 형성되는 상기 제2면의 반대면인 발광다이오드.
   
7. 제6항에 있어서, 상기 나노닷은, 상기 기판보다 굴절률이 큰 발광다이오드.
   
8. 제6항에 있어서, 상기 나노닷은, 황화아연(ZnS)을 포함하는 발광다이오드.
   
9. 제6항에 있어서, 상기 나노닷은, 반구 형상인 발광다이오드.
   
10. 제6항에 있어서, 상기 나노닷은, 그 지름의 크기가 100nm 내지 1000nm인 발광다이오드.
    
11. 기판을 제공하는 단계; 및
    상기 기판의 제1면 상에 웨트 공정에 의해 복수의 나노닷을 성장하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 나노닷은,
    상기 기판보다 고강도의 무기물로 형성되고,
    상기 제1면은,
    전극이 형성되는 면의 반대면인 발광다이오드용 박막 제작방법.
    
12. 제11항에 있어서, 상기 복수의 나노닷을 성장하는 단계는,
    화학적 용액 성장법(CBD)에 의해 성장하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드용 박막 제작방법.

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