KR101641862B1 - 개선된 유기 발광다이오드 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 개선된 유기 발광다이오드 및 그 제조 방법을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광다이오드는 기판; 상기 기판 상에 형성되는 양극; 상기 양극 상부에 형성되는 정공수송층; 상기 정공수송층 상에 분산 코팅 방식으로 형성되는 나노구조체 박막, 및 상기 나노구조체 박막에 진공 증착 방식으로 증착되는 바이폴라층으로 구성되는 발광층; 상기 발광층 상에 형성되는 전자수송층; 및 상기 전자수송층 상에 형성되는 음극을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

개선된 유기 발광다이오드 및 그 제조 방법{Improved OLED and Manufacturing Method of the Same}
본 발명은 개선된 유기 발광다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
좀 더 구체적으로, 본 발명은 유기 발광다이오드(OLED)의 발광층을 나노구조체 박막으로 형성하고 또한 나노구조체 박막의 나노구조체 사이에 바이폴라 재질(bipolar material)을 진공 증착(vacuum evaporation) 방식으로 증착함으로써, 발광 표면이 극대화되고, 자기 소광(self quenching)이 방지되어 양자효과(quantum effect)에 의한 발광 효율이 크게 향상되며, 특히 발광층에 사용되는 바이폴라층에 의해 전자와 정공이 매우 용이하게 전달되어 구동 전압이 낮아지고, 정공수송층 및 전자수송층의 재질에 무관하게 높은 효율의 OLED 제조가 가능해지며, 그에 따라 OLED의 효율이 크게 증대되는 개선된 유기 발광다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 유기 발광다이오드는 유리 기판 상에 ITO(Induim Tin Oxide) 등의 투명전극을 형성하고, 그 위에 유기 정공수송층을 형성하며, 전자도전성이 있고 강하게 발광하는 Alq3계로 구성된 유기발광층을 적층하고, 그 위에 MgAg 등의 일함수가 작은 전극을 적층하여 형성된다.
그러나, 기존의 유기 발광다이오드는 발광층이 유기물로 구성되어 있기 때문에 휘도를 높이기 위해서 소자의 전류밀도를 증가시키거나 또는 구동전압을 높여 줄 경우, 유기 발광물질의 분해(degradation)가 일어나 수명이 짧아지는 단점이 있었다.
또한, 청색발광의 구현 시 단분자 또는 고분자 유기물 발광층의 분해(degradation)가 쉽게 일어나는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 미국특허 공개 제2004/0023010호는 양자점 발광다이오드를 개시하고 있다.
좀 더 구체적으로, 도 1a는 상기 종래 기술에 따른 양자점 발광다이오드의 단면도이다.
도 1a를 참조하면, 종래 기술의 양자점 발광다이오드는 기존에 발광층으로 사용된 유기물(다이 또는 형광체) 대신 양자점을 발광층으로 이용한 구조로 구성되어 있다. 즉, 종래 기술의 양자점 발광다이오드는 유기물 대신 양자점을 발광층으로 이용함으로써 열이나 수분으로 인한 열화 및 산화(oxidation) 등에 안정하고, 청색발광을 안정적으로 구현하는 장점이 있었다.
그러나, 상기 양자점 유기 발광다이오드는 양자점 발광층과 유기물(다이 또는 형광체)로 형성된 전자수송층 사이의 유-무기 계면에서 결함(defect)이 쉽게 발생하고, 이로 인해 소자 구동시 안정성이 떨어지는 문제가 발생하였다.
또한, 근본적으로 유기 박막은 전자 전달 속도가 느리고 전자 농도가 작기 때문에 전자수송 효율이 정공(hole) 수송 효율에 비해 떨어지는 단점이 있었다.
한편, 미국 특허 제6,023,073호는 유기 발광다이오드 디바이스의 구조를 개시하고 있다.
좀 더 구체적으로, 도 1b는 종래 기술에 따른 유기 발광다이오드 디바이스의 단면도이다.
도 1b를 참조하면, 종래 기술에 따른 유기 발광다이오드 디바이스는 정공수송층(Hole Transport Layer) 및 전자수송층 중 어느 한 층 또는 두 층 모두가 기존의 유기 박막 대신 무기물이 유기 박막에 박혀 있거나 분산되어 있는 유-무기 합금으로 구성된 하이브리드 유기발광 다이오드 디바이스이다.
상기 종래 기술의 유기 발광다이오드 디바이스는 유-무기 합금을 채용함으로써 기존의 유기 박막에 비해 전자의 농도를 높여 주고, 또한 전자의 이동도를 빠르게 해주어 전자 또는 정공 수송 효율의 증대를 기대할 수 있지만, 발광층으로 유기물을 사용하기 때문에 양자점 유기 발광다이오드에 비해 발광층의 안정성이 떨어지는 문제점이 있었다.
또한, 대한민국 공개 특허 제10-2001-71269호에는 전자수송층과 정공수송층을 모두 무기물로 대체한 기술을 개시하고 있다.
그러나, 상기 국내 공개특허의 유기전계발광소자는 무기 전자수송층이 전극과 유기 발광층 사이에 존재하기 때문에 여전히 유-무기 계면이 존재하여 유무기 계면에서 결함이 발생하기 쉽고, 스퍼터링이나 화학 기상 증착법(Chemical Vapor) 등 기상 증착 방법을 사용함으로써 제조비용이 상승되는 문제점이 있었다.
상술한 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위한 또 다른 종래 기술로 정공수송층 및 전자수송층이 모두 유기물로 구성된 기존의 양자점 유기 발광다이오드에서 전자수송층으로 무기 박막을 채용한 개선된 양자점 발광다이오드가 제안되어 사용되고 있다.
좀 더 구체적으로, 도 1c는 종래 기술에 따른 개선된 양자점 발광다이오드의 개략도이다.
도 1c를 참조하면, 종래 기술의 개선된 양자점 발광다이오드는 기판(10) 위에 양극(20), 정공수송층(30), 양자점 발광층(40), 무기 전자수송층(50) 및 음극(60)을 포함하는 구조를 갖는다. 두 개의 전극 사이에 전압이 인가되면 양극(20)에서는 정공이 정공수송층(30)으로 주입되고, 음극(60)에서는 전자가 전자수송층(50)으로 주입된다. 전자와 정공이 같은 분자에서 만나게 되면 엑시톤이 형성되고, 이 엑시톤이 재결합하면서 발광을 한다.
상기 기판(10) 위에 형성되는 정공의 주입이 용이한 양극(20)의 재료는 전도성 금속 또는 그 산화물로서, 구체적인 예로는 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), 니켈(Ni), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 이리듐(Ir) 등을 사용할 수 있다.
또한, 정공수송층(30)의 소재로는, 예를 들어, PEDOT(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/PSS(polystyrene)) 유도체 등이 사용될 수 있다.
또한, 양자점 발광층(40)의 재료는, 예를 들어, CdS, CdSe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe 등의 II-VI족 화합물 반도체 나노 결정; GaP, GaAs, InP, InAs 등의 III-V족 화합물 반도체 나노 결정; 또는 PbS, PbSe, PbTe로 구성되는 군에서 선택될 수 있다.
또한, 무기 전자수송층(50)에 사용될 수 있는 무기재료로는, 예를 들어, TiO2, ZnO, SiO2, SnO2, WO3, Ta2O3, BaTiO3, BaZrO3, ZrO2, HfO2, Al2O3, Y2O3, ZrSiO4로 이루어진 군에서 선택된 산화물(oxide); Si3N4와 같은 질화물(nitride); 또는 CdS, ZnSe 및 ZnS로 이루어진 군에서 선택된 반도체(semiconductor)가 사용될 수 있다.
또한, 전자 주입을 위한 음극(60)의 재료는 전자 주입이 용이한 일 함수가 작은 금속 또는 그 산화물이 사용될 수 있다.
상술한 종래 기술의 개선된 양자점 발광다이오드는 정공이 주입되는 양극(20) 위에 정공수송층(30)을 스핀코팅(spin coating), 캐스팅(casting), 프린팅, 스프레이, 진공증착법, 스퍼터링(sputtering), 화학 기상 증착법(CVD), e-빔 증착(e-beam evaporation)법과 같은 여러 가지 코팅 방법으로 형성하고, 그 위에 양자점 발광층(40)을 기존의 양자점 유기발광 다이오드의 제조방법과 동일한 스핀코팅 등의 코팅 방법으로 형성한다.
상술한 양자점 발광층(40)이 형성되면 그 위에 무기 전자수송층(50)을 형성하는데, 적절한 무기 재료를 선택하여 화학 기상 증착(CVD), 스퍼터링(sputtering), e-빔 증착(e-beam evaporation), 진공증착법과 같은 기상 코팅법, 또는 보다 저렴하고 저온에서 무기 박막 제조가 가능한 졸-겔(sol-gel)법, 스핀코팅, 프린팅, 캐스팅, 스프레이와 같은 용액 코팅법에 따라 막(film)을 형성하고, 약 50~120℃ 정도의 온도에서 어닐링함으로써 기존의 양자점 발광층(40) 또는 유기물로 제조된 정공수송층(30)의 결함 없이 결정성을 갖는 무기 전자수송층을 형성할 수 있다.
최종적으로 무기 전자수송층 위에 전자가 주입되는 음극(60)을 적층한다.
상술한 개선된 양자점 발광다이오드를 사용하면, 1) 전자수송층을 기존의 유기 박막 대신 무기 반도체(semiconductor) 또는 산화물(oxide)을 사용함으로써 전자 수송의 속도와 효율을 높이고 소자의 안정성을 증가시키는 효과를 나타낼 수 있고, 2) ITO 기판 위에 차례로 정공 수송층, 양자점 발광층, 전자수송층의 순으로 박막을 제조할 경우, 무기 박막의 제조로 인해 기존 양자점 발광다이오드 디바이스 또는 유기 발광 다이오드 디바이스에서 패키징(packaging)을 제공해주는 효과를 가질 수 있으므로, 소자의 안정성 향상과 더불어 공정을 단순화시킬 수 있어 제작비용의 절감효과를 가지며, 3) 기존의 유기 전자수송층과 무기 발광층간의 유-무기 계면 및 상부전극과 전자수송층 간의 유-무기 계면이 무기-무기 계면의 구조로 대체됨으로써 유-무기 계면에 근본적으로 존재하는 계면저항을 줄여 소자의 효율을 증가시키는 효과를 기대할 수 있고, 4) 무기 전자수송층의 제조방법이 용액공정이 가능한(solution processible)한 졸-겔(sol-gel)법을 이용하고 150℃ 이하의 소결 온도에서 결정화가 가능하므로 저렴한 가격의 대면적의 소자제작 공정이 기능하다는 장점이 달성된다.
상술한 모든 종래 기술의 내용은 조경상 등에 의해 2005년 9월 29일자에 "무기 전자수송층을 포함하는 양자점 발광 다이오드"라는 발명의 명칭으로 대한민국 특허출원 제10-2005-0091108호로 출원되어, 2006년 10월 27일자로 등록된 대한민국 특허 제10-0642431호에 상세히 개시되어 있다.
그러나, 상술한 개선된 양자점 발광다이오드는 전자수송층으로 무기 박막을 채용하여야 한다는 한계가 있었다.
따라서, 정공수송층 및 전자수송층이 모두 유기물로 구성되거나 또는 전자수송층이 무기 박막으로 구성되어야 하는 특정한 제한 사항이 없이 적용될 수 새로운 유기 발광다이오드의 개발이 요구된다.
대한민국 특허 제10-0642431호
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 유기 발광다이오드(OLED)의 발광층을 나노구조체 박막으로 형성하고 또한 나노구조체 박막의 나노구조체 사이에 바이폴라 재질을 진공 증착 방식으로 증착함으로써, 발광 표면이 극대화되고, 자기 소광이 방지되어 양자효과에 의한 발광 효율이 크게 향상되며, 특히 발광층에 사용되는 바이폴라층에 의해 전자와 정공이 매우 용이하게 전달되어 구동 전압이 낮아지고, 정공수송층 및 전자수송층의 재질에 무관하게 높은 효율의 OLED 제조가 가능해지며, 그에 따라 OLED의 효율이 크게 증대되는 개선된 유기 발광다이오드 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 제 1 특징에 따른 유기 발광다이오드는 기판; 상기 기판 상에 형성되는 양극; 상기 양극 상부에 형성되는 정공수송층; 상기 정공수송층 상에 분산 코팅 방식으로 형성되는 나노구조체 박막, 및 상기 나노구조체 박막에 진공 증착 방식으로 증착되는 바이폴라층으로 구성되는 발광층; 상기 발광층 상에 형성되는 전자수송층; 및 상기 전자수송층 상에 형성되는 음극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 특징에 따른 유기 발광다이오드는 기판; 상기 기판 상에 형성되는 음극; 상기 음극 상부에 형성되는 전자수송층; 상기 전자수송층 상에 분산 코팅 방식으로 형성되는 나노구조체 박막, 및 상기 나노구조체 박막에 진공 증착 방식으로 증착되는 바이폴라층으로 구성되는 발광층; 상기 발광층 상에 형성되는 정공수송층; 및 상기 정공수송층 상에 형성되는 양극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 3 특징에 따른 유기 발광다이오드 제조 방법은 a) 기판 상에 양극을 증착 또는 코팅 방식으로 형성하는 단계; b) 상기 양극 상에 정공수송층을 증착 또는 코팅 방식으로 형성하는 단계; c) 나노 입자 분산 장치를 이용하여 도펀트(dopant) 및 호스트(host)가 미리 정해진 도핑 농도로 혼합된 용액 상태의 발광 재료를 분산 코팅 방식으로 상기 정공수송층 상에 코팅하여 나노구조체 박막을 형성하는 단계; d) 상기 나노구조체 박막에 바이폴라 재료를 진공 증착 방식으로 증착하여 바이폴라층을 형성하여 발광층을 형성하는 단계; e) 상기 발광층 상에 전자수송층을 증착 또는 코팅 방식으로 형성하는 단계; 및 f) 상기 전자수송층 상에 음극을 증착 또는 코팅 방식으로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 4 특징에 따른 유기 발광다이오드 제조 방법은 a) 기판 상에 음극을 증착 또는 코팅 방식으로 형성하는 단계; b) 상기 음극 상에 전자수송층을 증착 또는 코팅 방식으로 형성하는 단계; c) 나노 입자 분산 장치를 이용하여 도펀트(dopant) 및 호스트(host)가 미리 정해진 도핑 농도로 혼합된 용액 상태의 발광 재료를 분산 코팅 방식으로 상기 전자수송층 상에 코팅하여 나노구조체 박막을 형성하는 단계; d) 상기 나노구조체 박막에 바이폴라 재료를 진공 증착 방식으로 증착하여 바이폴라층을 형성하여 발광층을 형성하는 단계; e) 상기 발광층 상에 정공수송층을 증착 또는 코팅 방식으로 형성하는 단계; 및 f) 상기 정공수송층 상에 양극을 증착 또는 코팅 방식으로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 개선된 유기 발광다이오드 및 그 제조 방법을 사용하면 다음과 같은 장점이 달성된다.
1. 발광 표면이 극대화된다.
2. 자기 소광(self quenching)이 방지되어 양자효과(quantum effect)에 의한 발광 효율이 크게 향상된다.
3. 특히, 빌광층에 사용되는 바이폴라 재질에 의해 전자와 정공이 매우 용이하게 전달되어 구동 전압이 낮아진다.
4. 정공수송층 및 전자수송층의 재질에 무관하게 높은 효율의 OLED 제조가 가능해진다.
5. 궁극적으로, OLED의 효율이 크게 증대된다.
본 발명의 추가적인 장점은 동일 또는 유사한 참조번호가 동일한 구성요소를 표시하는 첨부 도면을 참조하여 이하의 설명으로부터 명백히 이해될 수 있다.
도 1a는 종래 기술에 따른 양자점 발광다이오드의 단면도이다.
도 1b는 종래 기술에 따른 유기 발광다이오드 디바이스의 단면도이다.
도 1c는 종래 기술에 따른 개선된 양자점 발광다이오드의 개략도이다.
도 2a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기 발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 2b 내지 도 2e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기 발광다이오드 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2f 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 2g 내지 도 2j는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 발광다이오드 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기 발광다이오드 제조 방법의 플로우차트를 도시한 도면이다.
도 3b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 발광다이오드 제조 방법의 플로우차트를 도시한 도면이다.
이하에서 본 발명의 실시예 및 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기 발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기 발광다이오드(200)는 기판(210); 상기 기판(210) 상에 형성되는 양극(220); 상기 양극(220) 상부에 형성되는 정공수송층(230); 상기 정공수송층(230) 상에 분산 코팅 방식으로 형성되는 나노구조체 박막(242), 및 상기 나노구조체 박막(242)에 진공 증착 방식으로 증착되는 바이폴라층(244)으로 구성되는 발광층(240); 상기 발광층(240) 상에 형성되는 전자수송층(250); 및 상기 전자수송층(250) 상에 형성되는 음극(260)을 포함한다.
상술한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기 발광다이오드(200)의 발광층(240)을 구성하는 나노구조체 박막(242)은 도펀트(dopant) 및 호스트(host)가 미리 정해진 도핑 농도로 혼합된 용액 상태의 발광 재료를 나노 입자 분산 장치(246)를 이용하여 분산 코팅 방식으로 정공수송층(230) 상에 코팅함으로써 형성될 수 있다. 이 경우, 나노 입자 분산 장치(246)로는, 예를 들어, 공지의 표면탄성파 정전증착 분무 장치(SAW-ED Atomizer) 또는 정전 방전 분무 장치(ESD Atomizer) 등이 사용될 수 있다.
또한, 발광층(240)을 구성하는 바이폴라 재질층(244)에 사용되는 바이폴라 재질로는, 예를 들어, 아민(amine)계, 페닐(phenyl)계, 및 케톤(ketone)계 유기물이 사용될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 바이폴라 재질로는 4-(dibenzothiophene-S,S-dioxide-2-yl)triphenylamine(TPASO), 2-[(4-carbazolyl-9-yl)phenyl]-2-[(4-pyridoindolyl-9-yl)phenyl]adamantane(Ad-CzPd), 4,4′-bis[N-(1-naphthyl)-N-(3-pyridinylamino]biphenyl(NPyB) 및 4,4′-bis[N-(3-quinolinyl)-N-phenylamino]biphenyl(QuPB) 등의 재질이 사용될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상술한 양극(220), 정공수송층(230), 전자수송층(250), 및 음극(260)은 각각 기판(210), 양극(220), 발광층(240), 및 전자수송층(250) 상에 증착 또는 코팅 방식으로 형성될 수 있다.
도 2b 내지 도 2e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기 발광다이오드 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2b 내지 도 2e를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기 발광다이오드 제조 방법에서는, 먼저 기판(210) 상에 양극(220)을 증착 또는 코팅 방식으로 형성한다(도 2b 참조). 여기서, 양극(220)은 예를 들어 ITO 전극으로 구현될 수 있다. 그 후, 양극(220) 상에 정공수송층(230)을 증착 또는 코팅 방식으로 형성한다(도 2b 참조).
그 후, 나노 입자 분산 장치(246)를 이용하여 도펀트(dopant) 및 호스트(host)가 미리 정해진 도핑 농도로 혼합된 용액 상태의 발광 재료를 분산 코팅 방식으로 정공수송층(230) 상에 코팅하여(도 2c 참조) 나노구조체 박막(242)을 형성한다(도 2d 참조). 이 때, 용액 상태의 발광 재료는 수십 마이크로의 용액을 포함한 입자로 분산되게 되고, 그에 따라 발광 재료의 표면적이 증가하여 솔벤트(solvent)가 쉽게 증발한다. 그 결과, 발광 재료는 솔벤트가 증발한 고상의(solid-state) 나노 입자 상태로 정공수송층(230) 상에 코팅되어 박막을 형성할 수 있게 되는데, 이때 나노 입자는 수 내지 수백 나노 크기의 입자로 분산된다. 그 후, 나노구조체 박막(242)에 바이폴라 재료를 진공 증착 방식으로 증착하여 바이폴라층(244)을 형성한다(도 2d 참조). 여기서, 나노구조체 박막(242)과 바이폴라층(244)이 발광층(240)을 구성한다.
그 후, 발광층(240) 상에 전자수송층(250)을 증착 또는 코팅 방식으로 형성한다(도 2e 참조). 그 후, 전자수송층(250) 상에 음극(260)을 증착 또는 코팅 방식으로 형성한다(도 2e 참조). 그 결과, 도 2e에 도시된 바와 같은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기 발광다이오드가 얻어진다.
도 2f는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 2f를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 발광다이오드(200)는 기판(210); 상기 기판(210) 상에 형성되는 음극(260); 상기 음극(260) 상부에 형성되는 전자수송층(250); 상기 전자수송층(240) 상에 분산 코팅 방식으로 형성되는 나노구조체 박막(242), 및 상기 나노구조체 박막(242)에 진공 증착 방식으로 증착되는 바이폴라층(244)으로 구성되는 발광층(240); 상기 발광층(240) 상에 형성되는 정공수송층(230); 및 상기 정공수송층(230) 상에 형성되는 양극(220)을 포함한다.
상술한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 발광다이오드(200)의 발광층(240)을 구성하는 나노구조체 박막(242)은 도펀트(dopant) 및 호스트(host)가 미리 정해진 도핑 농도로 혼합된 용액 상태의 발광 재료를 나노 입자 분산 장치(246)를 이용하여 분산 코팅 방식으로 정공수송층(230) 상에 코팅함으로써 형성될 수 있다. 이 때, 용액 상태의 발광 재료는 용액 상태의 발광 재료는 수십 마이크로의 용액을 포함한 입자로 분산되게 되고, 그에 따라 발광 재료의 표면적이 증가하여 솔벤트(solvent)가 쉽게 증발한다. 그 결과, 발광 재료는 솔벤트가 증발한 고상의(solid-state) 나노 입자 상태로 정공수송층(230) 상에 코팅되어 박막을 형성할 수 있게 되는데, 이때 나노 입자는 수 내지 수백 나노 크기의 입자로 분산된다. 이 경우, 나노 입자 분산 장치(246)로는, 예를 들어, 공지의 표면탄성파 정전증착 분무 장치(SAW-ED Atomizer) 또는 정전 방전 분무 장치(ESD Atomizer) 등이 사용될 수 있다.
또한, 발광층(240)을 구성하는 바이폴라 재질층(244)에 사용되는 바이폴라 재질로는, 예를 들어, 아민(amine)계, 페닐(phenyl)계, 및 케톤(ketone)계 유기물이 사용될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 바이폴라 재질로는 4-(dibenzothiophene-S,S-dioxide-2-yl)triphenylamine(TPASO), 2-[(4-carbazolyl-9-yl)phenyl]-2-[(4-pyridoindolyl-9-yl)phenyl]adamantane(Ad-CzPd), 4,4′-bis[N-(1-naphthyl)-N-(3-pyridinylamino]biphenyl(NPyB) 및 4,4′-bis[N-(3-quinolinyl)-N-phenylamino]biphenyl(QuPB) 등의 재질이 사용될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상술한 음극(260), 전자수송층(250), 정공수송층(230), 및 양(220)은 각각 기판(210), 음극(260), 발광층(240), 전자수송층(250), 및 정공수송층(230) 상에 증착 또는 코팅 방식으로 형성될 수 있다.
도 2g 내지 도 2j는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 발광다이오드 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2g 내지 도 2j를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 발광다이오드 제조 방법에서는, 먼저 기판(210) 상에 음극(260)을 증착 또는 코팅 방식으로 형성한다(도 2g 참조). 그 후, 음극(260) 상에 전자수송층(250)을 증착 또는 코팅 방식으로 형성한다(도 2g 참조).
그 후, 나노 입자 분산 장치(246)를 이용하여 도펀트(dopant) 및 호스트(host)가 미리 정해진 도핑 농도로 혼합된 용액 상태의 발광 재료를 분산 코팅 방식으로 전자수송층(250) 상에 코팅하여(도 2h 참조) 나노구조체 박막(242)을 형성한다(도 2i 참조). 그 후, 나노구조체 박막(242)에 바이폴라 재료를 진공 증착 방식으로 증착하여 바이폴라층(244)을 형성한다(도 2i 참조). 여기서, 나노구조체 박막(242)과 바이폴라층(244)이 발광층(240)을 구성한다.
그 후, 발광층(240) 상에 정공수송층(230)을 증착 또는 코팅 방식으로 형성한다(도 2j 참조). 그 후, 정공수송층(230) 상에 양극(220)을 증착 또는 코팅 방식으로 형성한다(도 2j 참조). 여기서, 양극(220)은 예를 들어 ITO 전극으로 구현될 수 있다. 그 결과, 도 2j에 도시된 바와 같은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 발광다이오드가 얻어진다.
상술한 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 유기 발광다이오드(200)에서는 발광층(240)의 바이폴라층(244)을 구성하는 바이폴라 재료가 나노구조체 박막(242)의 나노구조체 사이의 빈 공간을 채우게 되어 발광층의 표면적이 극대화된다.
또한, 발광층(240)은 발광 재료인 도펀트(dopant) 및 호스트(host) 재료가 분산되어 나노구조체 박막(242)으로 형성되므로, 자기 소광이 방지되어 양자효과에 의한 발광 효율이 크게 향상된다.
나아가, 정공수송층(230) 및 전자수송층(250)을 통해 각각 전달되는 정공 및 전자가 도펀트(dopant) 및 호스트(host) 대신 발광층(240)의 바이폴라층(244)을 구성하는 바이폴라 재료를 통해 이송되므로, 전기 저항이 낮아진다.
따라서, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 유기 발광다이오드(200)의 정공수송층(230) 및 전자수송층(250)이 모두 유기물로 구성되거나 또는 전자수송층(250)이 무기 박막으로 구성되는지의 여부에 무관하게 종래 기술에 비해 효율이 증대되는 장점이 달성된다.
도 3a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기 발광다이오드 제조 방법의 플로우차트를 도시한 도면이다.
도 3a를 도 2a 내지 도 2e와 함께 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기 발광다이오드 제조 방법(300)은 a) 기판(210) 상에 양극(220)을 증착 또는 코팅 방식으로 형성하는 단계(310); b) 상기 양극(220) 상에 정공수송층(230)을 증착 또는 코팅 방식으로 형성하는 단계(320); c) 나노 입자 분산 장치(246)를 이용하여 도펀트(dopant) 및 호스트(host)가 미리 정해진 도핑 농도로 혼합된 용액 상태의 발광 재료를 분산 코팅 방식으로 상기 정공수송층(230) 상에 코팅하여 나노구조체 박막(242)을 형성하는 단계(330); d) 상기 나노구조체 박막(242)에 바이폴라 재료를 진공 증착 방식으로 증착하여 바이폴라층(244)을 형성하여 발광층(240)을 형성하는 단계(340); e) 상기 발광층(240) 상에 전자수송층(250)을 증착 또는 코팅 방식으로 형성하는 단계(350); 및 f) 상기 전자수송층(250) 상에 음극(260)을 증착 또는 코팅 방식으로 형성하는 단계(360)를 포함한다.
상술한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기 발광다이오드 제조 방법(300)에서, 상기 바이폴라 재질은 아민(amine)계, 페닐(phenyl)계, 및 케톤(ketone)계 유기물 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기 발광다이오드 제조 방법(300)에서, 상기 정공수송층(230) 및 전자수송층(250)이 모두 유기물로 구성되거나, 또는 상기 전자수송층(250)이 무기 박막으로 구성될 수 있다.
도 3b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 발광다이오드 제조 방법의 플로우차트를 도시한 도면이다.
도 3b를 도 2f 내지 도 2j와 함께 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 발광다이오드 제조 방법(300)은 a) 기판(210) 상에 음극(260)을 증착 또는 코팅 방식으로 형성하는 단계(310); b) 상기 음극(260) 상에 전자수송층(250)을 증착 또는 코팅 방식으로 형성하는 단계(320); c) 나노 입자 분산 장치(246)를 이용하여 도펀트(dopant) 및 호스트(host)가 미리 정해진 도핑 농도로 혼합된 용액 상태의 발광 재료를 분산 코팅 방식으로 상기 전자수송층(250) 상에 코팅하여 나노구조체 박막(242)을 형성하는 단계(330); d) 상기 나노구조체 박막(242)에 바이폴라 재료를 진공 증착 방식으로 증착하여 바이폴라층(244)을 형성하여 발광층(240)을 형성하는 단계(340); e) 상기 발광층(240) 상에 정공수송층(230)을 증착 또는 코팅 방식으로 형성하는 단계(350); 및 f) 상기 정공수송층(230) 상에 양극(220)을 증착 또는 코팅 방식으로 형성하는 단계(360)를 포함한다.
상술한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 발광다이오드 제조 방법(300)에서, 상기 바이폴라 재질층(244)에 사용되는 바이폴라 재질은 아민(amine)계, 페닐(phenyl)계, 및 케톤(ketone)계 유기물 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 발광다이오드 제조 방법(300)에서, 상기 정공수송층(230) 및 전자수송층(250)이 모두 유기물로 구성되거나, 또는 상기 전자수송층(250)이 무기 박막으로 구성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 유기 발광다이오드(200) 및 그 제조 방법을 사용하면 1) 1. 발광 표면이 극대화되고, 2) 2. 자기 소광이 방지되어 양자효과에 의한 발광 효율이 크게 향상되며, 3) 특히, 빌광층(240)에 사용되는 바이폴라 재질에 의해 전자와 정공이 매우 용이하게 전달되어 구동 전압이 낮아지고, 4) 정공수송층(230) 및 전자수송층(250)의 재질에 무관하게 높은 효율의 OLED 제조가 가능해지며, 5) 궁극적으로, OLED의 효율이 크게 증대된다는 장점이 달성된다.
다양한 변형예가 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 본 명세서에 기술되고 예시된 구성 및 방법으로 만들어질 수 있으므로, 상기 상세한 설명에 포함되거나 첨부 도면에 도시된 모든 사항은 예시적인 것으로 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술한 예시적인 실시예에 의해 제한되지 않으며, 이하의 청구범위 및 그 균등물에 따라서만 정해져야 한다.
10,210: 기판 20,220: 양극 30,230: 정공수송층
40,240: (양자점) 발광층 50,250: (무기) 전자수송층
60,260: 음극 200: 유기 발광다이오드 242: 나노구조체 박막
244: 바이폴라층 246: 나노 입자 분산 장치

Claims (16)

  1. 유기 발광다이오드에 있어서,
    기판;
    상기 기판 상에 형성되는 양극;
    상기 양극 상부에 형성되는 정공수송층;
    상기 정공수송층 상에 분산 코팅 방식으로 형성되는 나노구조체 박막, 및 상기 나노구조체 박막에 진공 증착 방식으로 증착되는 바이폴라층으로 구성되는 발광층;
    상기 발광층 상에 형성되는 전자수송층; 및
    상기 전자수송층 상에 형성되는 음극
    을 포함하고,
    상기 나노구조체 박막은 도펀트(dopant) 및 호스트(host)가 미리 정해진 도핑 농도로 혼합된 용액 상태의 유기 발광 재료를 나노 입자 분산 장치를 이용하여 상기 분산 코팅 방식으로 상기 정공수송층 상에 코팅함으로써 형성되는
    유기 발광다이오드.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 바이폴라층에 사용되는 바이폴라 재질은 아민(amine)계, 페닐(phenyl)계, 및 케톤(ketone)계 유기물 중 어느 하나인 유기 발광다이오드.
  4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 양극, 상기 정공수송층, 상기 전자수송층, 및 상기 음극은 각각 상기 기판, 상기 양극, 상기 발광층, 및 상기 전자수송층 상에 증착 또는 코팅 방식으로 형성되는 유기 발광다이오드.
  5. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 정공수송층 및 상기 전자수송층이 모두 유기물로 구성되거나, 또는 상기 전자수송층이 무기 박막으로 구성되는 유기 발광다이오드.
  6. 유기 발광다이오드에 있어서,
    기판;
    상기 기판 상에 형성되는 음극;
    상기 음극 상부에 형성되는 전자수송층;
    상기 전자수송층 상에 분산 코팅 방식으로 형성되는 나노구조체 박막, 및 상기 나노구조체 박막에 진공 증착 방식으로 증착되는 바이폴라층으로 구성되는 발광층;
    상기 발광층 상에 형성되는 정공수송층; 및
    상기 정공수송층 상에 형성되는 양극
    을 포함하고,
    상기 나노구조체 박막은 도펀트(dopant) 및 호스트(host)가 미리 정해진 도핑 농도로 혼합된 용액 상태의 유기 발광 재료를 나노 입자 분산 장치를 이용하여 상기 분산 코팅 방식으로 상기 전자수송층 상에 코팅함으로써 형성되는
    유기 발광다이오드.
  7. 삭제
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 바이폴라층에 사용되는 바이폴라 재질은 아민(amine)계, 페닐(phenyl)계, 및 케톤(ketone)계 유기물 중 어느 하나인 유기 발광다이오드.
  9. 제 6항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 음극, 상기 전자수송층, 상기 정공수송층, 및 상기 양극은 각각 상기 기판, 상기 음극, 상기 발광층, 및 상기 정공수송층 상에 증착 또는 코팅 방식으로 형성되는 유기 발광다이오드.
  10. 제 6항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 정공수송층 및 상기 전자수송층이 모두 유기물로 구성되거나, 또는 상기 전자수송층이 무기 박막으로 구성되는 유기 발광다이오드.
  11. 유기 발광다이오드 제조 방법에 있어서,
    a) 기판 상에 양극을 증착 또는 코팅 방식으로 형성하는 단계;
    b) 상기 양극 상에 정공수송층을 증착 또는 코팅 방식으로 형성하는 단계;
    c) 나노 입자 분산 장치를 이용하여 도펀트(dopant) 및 호스트(host)가 미리 정해진 도핑 농도로 혼합된 용액 상태의 유기 발광 재료를 분산 코팅 방식으로 상기 정공수송층 상에 코팅하여 나노구조체 박막을 형성하는 단계;
    d) 상기 나노구조체 박막에 바이폴라 재질을 진공 증착 방식으로 증착하여 바이폴라층을 형성하여 발광층을 형성하는 단계;
    e) 상기 발광층 상에 전자수송층을 증착 또는 코팅 방식으로 형성하는 단계; 및
    f) 상기 전자수송층 상에 음극을 증착 또는 코팅 방식으로 형성하는 단계
    를 포함하는 유기 발광다이오드 제조 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 바이폴라 재질은 아민(amine)계, 페닐(phenyl)계, 및 케톤(ketone)계 유기물 중 어느 하나인 유기 발광다이오드 제조 방법.
  13. 제 11항 또는 제 12항에 있어서,
    상기 정공수송층 및 상기 전자수송층이 모두 유기물로 구성되거나, 또는 상기 전자수송층이 무기 박막으로 구성되는 유기 발광다이오드 제조 방법.
  14. 유기 발광다이오드 제조 방법에 있어서,
    a) 기판 상에 음극을 증착 또는 코팅 방식으로 형성하는 단계;
    b) 상기 음극 상에 전자수송층을 증착 또는 코팅 방식으로 형성하는 단계;
    c) 나노 입자 분산 장치를 이용하여 도펀트(dopant) 및 호스트(host)가 미리 정해진 도핑 농도로 혼합된 용액 상태의 유기 발광 재료를 분산 코팅 방식으로 상기 전자수송층 상에 코팅하여 나노구조체 박막을 형성하는 단계;
    d) 상기 나노구조체 박막에 바이폴라 재질을 진공 증착 방식으로 증착하여 바이폴라층을 형성하여 발광층을 형성하는 단계;
    e) 상기 발광층 상에 정공수송층을 증착 또는 코팅 방식으로 형성하는 단계; 및
    f) 상기 정공수송층 상에 양극을 증착 또는 코팅 방식으로 형성하는 단계
    를 포함하는 유기 발광다이오드 제조 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 바이폴라 재질은 아민(amine)계, 페닐(phenyl)계, 및 케톤(ketone)계 유기물 중 어느 하나인 유기 발광다이오드 제조 방법.
  16. 제 14항 또는 제 15항에 있어서,
    상기 정공수송층 및 상기 전자수송층이 모두 유기물로 구성되거나, 또는 상기 전자수송층이 무기 박막으로 구성되는 유기 발광다이오드 제조 방법.
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