KR101647309B1 - 유기발광다이오드 및 이의 제조방법 - Google Patents

유기발광다이오드 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR101647309B1
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임용철
박성주
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광주과학기술원
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Abstract

유기발광다이오드 및 이의 제조방법이 제공된다. 구체적으로, 애노드 하부에 자성구조체를 배치하고, 애노드 상부에 발광요소층 및 캐소드를 순차적으로 적층한 유기발광다이오드를 제공할 수 있다. 본 발명의 유기발광다이오드는 유기 발광층 하부에 배치된 자성구조체로부터 발생되는 불균일한 자기장을 통해 전하운반자의 거동을 변화시킬 수 있으며, 자성구조체의 가장자리 영역에 국부적으로 전하운반자의 밀도를 증가시킬 수 있어, 발광재결합율을 향상시킬 수 있다.

Description

유기발광다이오드 및 이의 제조방법{ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 유기발광다이오드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자성구조체를 포함하는 유기발광다이오드 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 모니터 및 텔레비전 등의 표시장치는 경량화 및 박형화가 요구되고 있어, 음극선관(cathode ray tube, CRT)을 액정표시장치(liquid crystal display, LCD) 또는 유기발광다이오드(organic light emitting diode, OLED)로 대체하고 있는 추세이다. 유기발광다이오드는 비발광소자인 액정표시장치에 비해 백라이트를 필요로 하지 않아, 이를 이용한 표시장치의 경량화가 가능하다. 또한, 유기발광다이오드는 고휘도, 저전압 및 빠른 응답속도의 특성을 가지고 있어, 차세대 평판 디스플레이로 기대되고 있다. 구체적으로, 최근 모니터 및 텔레비전 등의 표시장치는 경량화 및 박형화가 용이하며, 시야각 및 대비비가 우수하고, 빠른 응답속도와 낮은 전압, 저소비 전력 및 넓은 시야각을 가지고 있어, 그 응용범위가 휴대전화, 디지털 카메라, DVD 또는 노트북 등 다양한 분야에서의 표시장치 및 조명기기 등으로 확대되고 있다. 또한, 기존의 유기발광다이오드는 제조공정이 단순하여 다른 표시장치들과 달리 생산 원가를 절감할 수 있는 장점을 가지고 있다.
하지만, 기존의 유기발광다이오드는 다중양자우물층(multiple quantum wells, MQWs)과 같은 발광효율을 향상시킬 수 있는 구조를 도입하기 어려워, 차세대 디스플레이에 요구되는 고휘도·저전력의 유기발광다이오드를 구현하기 위해서는 발광재결합 효율(radiative recombination)을 향상시킬 수 있는 기술개발이 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 발광재결합 효율을 향상시킬 수 있는 유기발광다이오드 및 이의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면은, 애노드, 상기 애노드 상에 배치된 발광요소층, 상기 발광요소층 상에 배치된 캐소드 및 상기 애노드 하부에 배치된 자성구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드를 제공할 수 있다.
상기 자성구조체는 코발트(Co), 철(Fe), 니켈(Ni), 가돌리뮴(Gd), 디스프로슘(Dy) 또는 이들의 합금물질 중 적어도 어느 하나의 자성물질로 구성될 수 있다.
상기 자성구조체는 100nm 내지 300nm 두께로 형성된 패턴 구조를 갖는 것일 수 있다.
상기 패턴 구조는 원형, 타원형, 직선형, 곡선형, 다각형, 격자형, 스트라이프(stripe)형, 메쉬(mesh)형, 그리드(grid)형 및 이들의 혼합형 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 형태일 수 있다.
상기 자성구조체에 의해 형성된 자기장이 상기 발광요소층 내 전하운반자의 위치를 상기 자성구조체의 가장자리 영역으로 한정시키는 것일 수 있다.
상기 발광요소층은 유기 발광층만 배치된 구조를 갖는 것일 수 있다.
상기 발광요소층은 정공주입층, 정공수송층, 유기 발광층, 전자수송층 및 전자주입층이 순차적으로 배치된 구조를 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 기판 상에 자성구조체를 형성하는 단계, 상기 자성구조체 상에 애노드 전극을 형성하는 단계, 상기 애노드 전극 상에 발광요소층을 형성하는 단계 및 상기 발광요소층 상에 캐소드를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드의 제조방법을 제공할 수 있다.
상기 기판 상에 상기 자성구조체를 형성하는 단계는, 리소그래피를 이용하여 상기 기판 상에 마스크 패턴을 형성하는 공정 및 상기 마스크 패턴이 형성된 기판 상에 자성물질을 증착시켜 패턴 구조를 갖는 자성구조체를 형성하는 공정을 포함할 수 있다.
상기 리소그래피를 이용하여 상기 기판 상에 마스크 패턴을 형성하는 공정은, 포토리소그래피(photo lithography), 홀로 리소그래피(holo lithography), 전자빔 리소그래피(e-beam lithography), 나노스피어 리소그래피(nanosphere lithography) 및 임프린트 리소그래피(imprint lithography) 중에서 선택되는 어느 하나의 방법을 이용하여 수행하는 것일 수 있다.
상기 기판 상에 상기 자성물질을 증착시키는 공정은, 열 증착법, 전자빔 증착법, 스퍼터링법 및 레이저 분자빔 증착법 중에서 선택되는 어느 하나의 방법을 이용하여 수행하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 유기발광다이오드는 발광요소층 하부에 배치된 자성구조체로부터 발생되는 불균일한 자기장을 통해 전하운반자의 거동을 용이하게 변화시킬 수 있다.
또한, 자성구조체의 가장자리 영역에 국부적으로 전하운반자의 밀도를 증가시킬 수 있어, 발광재결합율을 향상시킬 수 있다.
아울러, 발광요소층이 형광물질을 포함하는 경우, 자성구조체로부터 발생되는 자기장에 의해 삼중항 엑시톤이 일중항 엑시톤으로 변화됨에 따라, 유기발광다이오드의 내부양자 효율이 향상될 수 있다.
다만, 발명의 효과는 상기에서 언급한 효과로 제한되지 아니하며, 언급되지 않은 또 다른 효과들을 하기의 기재로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1a 내지 도 1d은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광다이오드의 제조방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기발광다이오드의 제조방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3(a) 내지 도 3(b)는 본 발명의 일 실시예에 따라 기판 상에 제조된 자성구조체를 나타낸 SEM이미지이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광다이오드의 유기 발광층에 인가된 자기장에 대한 FEM법의 시뮬레이션 진행 결과를 나타낸 도표이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자성구조체 두께에 따른 유기발광다이오드의 유기 발광층에 인가된 자기장에 대한 FEM법의 시뮬레이션 진행 결과 및 자기장 크기를 나타낸 도표이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시 예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장 또는 축소된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참고번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
유기발광다이오드의 제조방법
본 발명의 일 측면은, 자성구조체를 포함하는 유기발광다이오드의 제조방법을 제공할 수 있다. 구체적으로, 상기 유기발광다이오드의 제조방법은, 1)기판 상에 자성구조체를 형성하는 단계, 2)상기 자성구조체 상에 애노드를 형성하는 단계, 3)상기 애노드 상에 발광요소층을 형성하는 단계 및 4)상기 발광요소층 상에 캐소드를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드의 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1a 내지 도 1d은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광다이오드의 제조방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 1a를 참조하면, 본 발명의 유기발광다이오드의 제조방법의 단계1)은 기판 상에 자성구조체를 형성하는 것일 수 있다.
상기 기판(10)은 공지된 유기발광다이오드용 기판을 모두 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(10)은 플라스틱(plastic) 기판, 유리(glass) 기판 및 금속 기판을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 상기 플라스틱 기판은 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리에틸렌 나프탈레이트(poly ethylene naphthalate, PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(poly ethylene terephthalate, PET) 및 폴리에테르설폰(polyethersulfone, PES) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 기판(10) 상에 형성하는 상기 자성구조체(110)는 자성물질로 이루어진 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 자성구조체(110)는 코발트(Co), 철(Fe), 니켈(Ni), 가돌리뮴(Gd), 디스프로슘(Dy) 또는 이들의 합금물질 중 적어도 어느 하나의 자성물질로 구성되는 것일 수 있다.
상기 자성구조체(110)는 실시예에 따라 다양한 패턴 구조를 가질 수 있다. 상기 자성구조체는 100nm 내지 300nm 두께로 형성된 패턴 구조를 갖는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 자성구조체(110)의 패턴 구조는 원형, 타원형, 직선형, 곡선형, 다각형, 격자형, 스트라이프(stripe)형, 메쉬(mesh)형, 그리드(grid)형 및 이들의 혼합형 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 형태일 수 있다. 상기 자성구조체(110)의 패턴 구조는 전술된 특정 패턴이 나노미터 혹은 마이크로미터 단위로 주기적 배치된 것일 수 있다.
상기 기판(10) 상에 상기 자성구조체(110)를 형성하는 단계는, 리소그래피를 이용하여 상기 기판(10) 상에 마스크 패턴을 형성하는 공정 및 상기 마스크 패턴이 형성된 기판 상에 자성물질을 증착시켜 패턴 구조를 갖는 자성구조체를 형성하는 공정을 포함할 수 있다.
먼저, 리소그래피를 이용하여 상기 기판(10) 상에 마스크 패턴을 형성하는 공정은 포토리소그래피(photo lithography), 홀로 리소그래피(holo lithography), 전자빔 리소그래피(e-beam lithography), 나노스피어 리소그래피(nanosphere lithography) 및 임프린트 리소그래피(imprint lithography) 중에서 선택되는 어느 하나의 방법을 이용하여 수행하는 것일 수 있따.
이 후, 상기 마스크 패턴이 형성된 상기 기판(10) 상에 상기 자성물질을 증착시키는 공정은, 상기 기판(10) 상에 전술된 자성물질을 열 증착법(thermal evaporation), 전자빔 증착법(e-beam evaporation), 스퍼터링법(sputtering) 및 레이저 분자빔 증착법(laser molecular beam epitaxy) 중에서 선택되는 어느 하나의 방법을 이용하여 수행하는 것일 수 있다.
도 1b를 참조하면, 본 발명의 유기발광다이오드의 제조방법의 단계2)는 상기 자성구조체 상에 애노드를 형성하는 것일 수 있다.
상기 자성구조체(110) 상에 형성하는, 상기 애노드(210)는 후술하는 발광요소층의 유기 발광층에 정공을 공급하는 전극층으로, 공지된 유기발광다이오드에 적용되는 애노드 형성물질을 모두 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 애노드(210)는 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 구리(Cu), 망간(Mn), 코발트(Co) 또는 이들의 합금을 포함하는 불투명 전극 물질, 또는 인듐산화주석(indium tin oxide, ITO), 인듐산화아연(indium zinc oxide, IZO), 산화아연(ZnO) 등과 같은 투명 전극 물질 또는 그래핀(graphene) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 사용하는 것일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 실시예에 따라, 상기 투명 전극 물질은, 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 이리듐(Ir), 크롬(Cr) 또는 이들의 화합물로 이루어진 반사막을 형성한 후, 상기 반사막 위에 형성하는 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 자성구조체(110) 상에 상기 애노드(210)를 형성하는 방법은, 금속 유기 화학기상증착법(metal-organic chemical vapor deposition, MOCVD), 분자선 성장법(molecular beam epitaxy, MBE), 수소화물 기상성장법(hydride vapor phase epitaxy, HVPE), 열 증착법, 전자빔 증착법, 스퍼터링법, 레이저 분자빔 증착법 및 스핀코팅법(spin-coating) 중에서 선택되는 어느 하나의 방법을 이용하여 수행할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
도 1c를 참조하면, 본 발명의 유기발광다이오드의 제조방법의 단계3)은 상기 애노드 상에 발광요소층을 형성하는 것일 수 있다.
상기 애노드(210) 상에 형성하는, 상기 발광요소층(310)은 상기 애노드(210) 및 후술하는 캐소드에서 각각 공급되는 정공 및 전자의 재결합으로 빛이 발생되는 유기 발광층을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 발광요소층(310)은 실시예에 따라, 상기 애노드(210) 상에 유기 발광층만 배치된 구조로 형성하거나, 또는 상기 애노드(210) 상에 정공주입층, 정공수송층, 유기 발광층, 전자수송층 및 전자주입층이 순차적으로 배치된 구조를 형성하는 것일 수 있다. 상세하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광다이오드를 나타낸 도 1에서는 상기 발광요소층(310)이 유기 발광층만 배치된 구조를 나타낸 것일 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따라, 상기 정공주입층, 정공수송층, 유기 발광층, 전자수송층 및 전자주입층이 순차적으로 배치된 구조를 갖는 발광요소층에 대해서는 후술하는 도 2에서 구체적으로 설명될 수 있다.
상기 발광요소층(310)에 포함되는 유기 발광층은 공지된 유기발광다이오드의 유기 발광층 형성물질을 모두 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 유기 발광층은 유기 또는 유기금속 발광 물질로 이루어질 수 있으며, 구체적으로, 치환된 9,9' 스피로비플루오렌류, Alq3유로퓸 및 이테르븀과 같은 란탄족 원소 착물, Ir[2-PhPy]3과 같은 트리플렛 발광체(triplet emitter) 또는 쿠마린 545 테트라메틸(Coumarin 545 tetramethyl)(C545T)이 도핑된 트리스(8-하이드로퀴놀리나토)알루미늄(Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum(Alq3) 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 애노드(210) 상에 상기 발광요소층(310)을 형성하는 방법은 금속 유기 화학기상증착법, 분자선 성장법, 수소화물 기상성장법, 열 증착법, 전자빔 증착법, 스퍼터링법, 레이저 분자빔 증착법 및 스핀코팅법 중에서 선택되는 어느 하나의 방법을 이용하여 수행할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
도 1d를 참조하면, 본 발명의 유기발광다이오드의 제조방법의 단계4)는 상기 발광요소층 상에 캐소드를 형성하는 것일 수 있다.
상기 발광요소층(310) 상에 형성하는, 상기 캐소드(410)는 상기 발광요소층(310)의 유기 발광층에 전자를 공급하는 전극층으로, 공지된 유기발광다이오드에 적용되는 캐소드 형성물질을 모두 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 캐소드(410)는 알루미늄(Al) 또는 은-마그네슘 합금(Ag-Mg) 등의 금속을 사용하는 것일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 발광요소층(310) 상에 상기 캐소드(410)를 형성하는 방법은 금속 유기 화학기상증착법, 분자선 성장법, 수소화물 기상성장법, 열 증착법, 전자빔 증착법, 스퍼터링법, 레이저 분자빔 증착법 및 스핀코팅법 중에서 선택되는 어느 하나의 방법을 이용하여 수행할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기발광다이오드의 제조방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 2a를 참조하면, 먼저 기판(10) 상에 자성구조체(120)를 형성할 수 있다. 이 후, 도 2b와 같이, 상기 자성구조체(120) 상에 애노드(120)를 형성한 후, 상기 애노드(120) 상에 정공주입층(321) 및 정공수송층(322)을 순차적으로 적층할 수 있다.
상기 정공주입층(321) 및 상기 정공수송층(322)은 상기 애노드(120)에서 공급되는 정공을 유기 발광층에 용이하게 전달할 수 있는 역할층으로, 공지된 물질을 모두 사용할 수 있다. 구체적으로, 예를 들어, 상기 정공주입층(321) 및 상기 정공수송층(332)은 프탈로시아닌(phthalocyanine) 화합물류, 트리아릴아민(triarylamine) 화합물류, 전도성 고분자류, 페릴렌(perylene) 화합물류를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상세하게는, 상기 정공주입층(321)은 프탈로시아닌 구리 등의 포피리닉(porphyrinic)화합물, 폴리아닐린:도데실벤젠술폰산(Pani:DBSA), m-MTDATA(4,4',4"-트리스(3-메틸페닐페닐아미노)트리페닐아민), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(4-스티렌술포네이트)(PEDOT:PSS), 폴리아닐린:캠퍼술폰산(Pani/CSA) 또는 이들의 혼합물 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다. 또한, 상기 정공수송층(322)은, 예를 들어, 4'-[N-(1-나프틸)-N-페닐-아미노]비페닐(4,4'-[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl)(NPB), 트리페닐 디아민 유도체, 스티릴아민 유도체, α-NPD (N,N'-디페닐-N,N'-비스(α-나프틸)-[1,1'-바이페닐]4,4'-디아민) 등을 사용할 수 있다.
도 2c를 참조하면, 상기 정공수송층(322) 상에 유기 발광층(323)을 형성할 수 있다. 상기 유기 발광층(323)은 앞서 도 1c에서 상술한 유기물질을 사용하는 것일 수 있다.
이 후, 도 2d와 같이, 상기 유기 발광층(323) 상에 전자수송층(324) 및 전자주입층(325)을 순차적으로 적층하여 형성할 수 있다. 상기 전자수송층(324) 및 상기 전자주입층(325)은 캐소드로부터 공급되는 전자를 상기 유기 발광층(323)에 용이하게 공급하기 위한 역할층으로, 공지된 물질을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 전자수송층(324)은 트리스(8-키놀리노레이트)알루미늄(알루미나퀴논, Alq3)을 사용할 수 있으며, 상기 전자주입층(325)으로는 LiF, NaCl, CsF, Li2O, BaO 또는 이들의 혼합물 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 상기 발광요소층(320)은 정공 주입층(321), 정공 수송층(322), 유기 발광층(323), 전자 수송층(324), 전자주입층(325)이 순차적으로 적층되어 형성된 경우를 예로서 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 사용된 물질 또한 상술한 재료에 한정되지 않고, 다양한 물질을 이용하여 형성할 수 있다.
그런 다음, 도 2e와 같이, 상기 발광요소층(320) 상에 캐소드(420)를 형성할 수 있다.
앞서 도 1 내지 도 2의 실시예들에서 제시한 바와 같이, 본 발명의 유기발광다이오드의 제조방법은 애노드 하부에 자성구조체를 형성하는 공정을 제시함으로써, 상기 자성구조체로부터 생성되는 자기장을 통해 상기 애노드 상부에 배치된 발광요소층의 유기 발광층 내의 전하운반자의 거동을 변화시켜 발광재결합율을 향상시킬 수 있는 유기발광다이오드를 제공할 수 있다.
유기발광다이오드
본 발명의 다른 측면은, 상술한 유기발광다이오드의 제조방법을 통해 제조된 유기발광다이오드를 제공할 수 있다. 상기 유기발광다이오드는 상술한 "유기발광다이오드의 제조방법"에 의해 제조된 것이므로, 상기 고체산화물 연료전지에 관해서는 상기 "유기발광다이오드의 제조방법" 항목에서 설명한 바와 동일할 수 있다. 이에, 본 발명의 유기발광다이오드는 상기 "유기발광다이오드의 제조방법"의 설명을 원용하여 상세한 설명은 생략하도록 하고, 이하에서는 상기 유기발광다이오드의 특이적인 구성에 대해서 설명할 수 있다.
구체적으로, 상기 유기발광다이오드는, 애노드, 상기 애노드 상에 배치된 발광요소층, 상기 발광요소층 상에 배치된 캐소드 및 상기 애노드 하부에 배치된 자성구조체를 포함할 수 있다.
상기 자성구조체는 코발트(Co), 철(Fe), 니켈(Ni), 가돌리뮴(Gd), 디스프로슘(Dy) 또는 이들의 합금물질 중 적어도 어느 하나의 자성물질로 구성되는 것으로, 상기 자성구조체는 100nm 내지 300nm 두께로 형성된 패턴 구조를 갖는 것일 수 있다. 구체적으로 상기 패턴 구조는 원형, 타원형, 직선형, 곡선형, 다각형, 격자형, 스트라이프(stripe)형, 메쉬(mesh)형, 그리드(grid)형 및 이들의 혼합형 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 형태일 수 있다.
상기 자성구조체는 상술한 패턴을 마이크로미터(㎛) 또는 나노미터(nm) 단위의 크기로 주기적으로 배치시킨 것으로, 이에, 상기 자성구조체의 측면영역, 즉 가장자리 영역의 표면적이 증가될 수 있다. 이는, 상기 자성구조체에 의해 형성된 자기장이 상기 발광요소층 내 전하운반자의 위치를 상기 자성구조체의 가장자리 영역으로 한정시켜 상기 자성구조체의 가장자리 영역에서의 전하운반자의 밀도를 국부적으로 증가되면서, 상기 발광요소층의 유기 발광층 내에서의 발광재결합율을 향상시키기 위한 것일 수 있다.
종래기술에 있어서 유기발광다이오드 내에 자성물질로 이루어진 자성층을 배치시켜, 상기 자성층에 의해 유기발광다이오드에 불균일한 자기장이 형성된다. 이러한 불균일한 자기장은 로렌츠 힘에 의해 유기 발광층 내의 전자 및 정공 등의 전하운반자들을 기판과 수평한 방향으로 거동하게 함으로써, 발광재결합률을 향상시키는 방법이 제시되고 있다.
여기서, 전하운반자의 거동에 영향을 주는 불균일한 자기장의 크기는 유기 발광층의 측면에서 그 값이 최적화될 수 있으므로, 본 발명은 이러한 자기장에 의한 전하운반자들의 거동에 따른 발광재결합율 향상을 극대화하기 위해서, 불균일한 자기장의 크기가 최적화될 수 있는 영역인, 애노드 하부에 측면 영역, 즉 가장자리 영역의 표면적을 증가시킨 자성구조체를 배치하여, 상기 유기 발광층 내의 전하운반자들의 위치를 상기 자성구조체의 가장자리 영역에서 한정시킬 수 있다. 이에, 상기 자성구조체의 가장자리 영역에서의 전하운반자들의 밀도를 국부적으로 증가하면서, 자기장에 영향 또한 최대화시킬 수 있어, 유기 발광층 내의 발광재결합률이 상승 및 고휘도의 유기발광다이오드를 구현할 수 있다.
또한, 실시예에 따라, 상기 발광요소층에 형광물질을 포함하는 경우, 본 발명의 유기발광다이오드는 상술한 자성구조체로부터 생성되는 자기장의 높은 영향으로 인해 삼중항 엑시톤(exiton)이 일중항 엑시톤으로 변화될 수 있다. 일반적으로 유기발광다이오드의 유기 발광층의 발광 물질이 일중항 엑시톤에 의해 여기되는 형광 물질과, 삼중항 엑시톤에 의해 여기되는 인광물질이 1:3의 비율로 생성되나, 유기 발광층에 존재하는 발광물질이 형광물질인 경우, 삼중항 엑시톤은 발광에 기여되지 않고, 유기 발광층에 존재하는 발광물질이 인광물질일 때, 일중항 엑시톤 및 삼중항 엑시톤 모두 발광에 기여되는 특징이 있다. 이러한 특징을 이용하여, 본 발명의 유기발광다이오드는 발광요소층에 형광물질을 포함하는 경우에도 자성구조체에 의해 삼중항 엑시톤이 일중항 엑시톤으로 변화됨에 따라 엑시톤의 발광 기여도를 증가시킬 수 있어, 유기발광다이오드의 내부양자효율을 향상시킬 수 있다.
[실시예]
기판 상에 직선형 패턴이 반복 형성된 구조로 포토레지스트(photoresist)를 형성한 뒤, 홀로리소그래피(hololithography) 방법으로 한 후 마스크 패턴을 형성하였다. 이 후, 상기 기판 상에 스퍼터(sputter)를 이용하여 자성물질인 코발트(Co)를 증착시켜 직선형태의 패턴이 일정거리로 이격되어 반복 형성된 패턴 구조를 갖는 자성구조체를 형성하였다. 자성물질 증착시, 형성되는 자성구조체의 두께를 50nm, 100nm, 200nm, 300nm로 구분하여 형성하였다.
도 3(a) 내지 도 3(b)는 본 발명의 일 실시예에 따라 기판 상에 제조된 자성구조체를 나타낸 SEM이미지이다.
구체적으로 도 3(a)는 두께가 100nm인 자성구조체의 제조공정을 나타낸 SEM이미지로, 먼저, 기판 상에 주기 1000nm, 폭 500nm의 레지스트 어레이(array)를 형성한 후, 홀로리소그래피 및 스퍼터링 방법을 통해 100nm 두께를 갖는 자성구조체를 기판 상에 형성한 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 3(b)는 두께가 300nm인 자성구조체의 제조공정을 나타낸 SEM 이미지로, 도 3(a)와 같이 일정한 패턴 구조를 갖는 자성구조체가 기판 상에 형성된 것을 확인할 수 있다. 상기와 같이, 본 발명의 유기발광다이오드의 제조방법은 자기장의 영향을 극대화할 수 있는 자성구조체를 리소그래피 및 자성물질의 증착 공정을 통해 용이하게 구현할 수 있어, 관련 분야에 적극 활용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광다이오드의 유기 발광층에 인가된 자기장에 대한 FEM법의 시뮬레이션 진행 결과를 나타낸 도표이다.
구체적으로, 상기 도 4의 도표는 두께가 300nm인 자성구조체를 포함하는 발광다이오드의 자기장 분포를 나타낸 것으로, 애노드 하부에 배치된 자성구조체에 의해 불균일한 자기장이 형성되어, 발광요소층의 유기 발광층 내의 전자와 정공이 수직방향의 자기장이 변화하는 영역에서 한정되는 거동을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해 본 발명의 유기발광다이오드는 자성구조체의 배치를 통해 전하운반자를 자기장의 영향이 최적화된 위치로 용이하게 한정할 수 있어, 앞서 상술한 바와 같이, 발광재결합률 및 내부양자효율을 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자성구조체 두께에 따른 유기발광다이오드의 유기 발광층에 인가된 자기장에 대한 FEM법의 시뮬레이션 진행 결과 및 자기장 크기를 나타낸 도표이다.
도 5를 참조하면, 자성구조체의 반복된 선형 패턴 구조로 인해 자기장의 부호가 지속적으로 변화되는 자기장이 유기 발광층에 인가된 것을 확인할 수 있다. 본 발명의 자성구조체의 두께는 100nm 내지 300nm 두께에서 최적의 자기장 분포 및 크기를 나타내는 것을 알 수 있으며. 특히, 1000G 이상의 자기장을 유기 발광층에 인가하기 위해서는 자성구조체의 두께가 100nm 보다 두꺼워져야 하는 것을 확인할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
10: 기판 110, 120: 자성구조체
210,220: 애노드 310,320: 발광요소층
321: 정공주입층 322: 정공수송층
323: 유기 발광층 324: 전자수송층
324: 전자주입층 410,420: 캐소드

Claims (11)

  1. 애노드;
    상기 애노드 상에 배치된 발광요소층;
    상기 발광요소층 상에 배치된 캐소드; 및
    상기 애노드 하부에 배치된 자성구조체를 포함하며,
    상기 자성구조체는 상기 애노드 하부와 접촉되는 가장자리 영역의 표면적이 증가된, 나노미터 단위의 크기로 주기적으로 배치된 패턴 구조를 가지며,
    상기 자성구조체의 패턴 구조에 의해 형성된 자기장이 상기 발광요소층 내 전하운반자의 위치를 상기 자성구조체의 패턴 구조의 가장자리 영역으로 한정시키는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자성구조체는 코발트(Co), 철(Fe), 니켈(Ni), 가돌리뮴(Gd), 디스프로슘(Dy) 또는 이들의 합금물질 중 적어도 어느 하나의 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 자성구조체의 패턴 구조는 100nm 내지 300nm 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자성구조체의 패턴 구조는 원형, 타원형, 직선형, 곡선형, 다각형, 격자형, 스트라이프(stripe)형, 메쉬(mesh)형, 그리드(grid)형 및 이들의 혼합형 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 형태인 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 발광요소층은 유기 발광층만 배치된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 발광요소층은 정공주입층, 정공수송층, 유기 발광층, 전자수송층 및 전자주입층이 순차적으로 배치된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
  8. 기판 상에 자성구조체를 형성하는 단계;
    상기 자성구조체 상에 애노드를 형성하는 단계;
    상기 애노드 상에 발광요소층을 형성하는 단계; 및
    상기 발광요소층 상에 캐소드를 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 자성구조체는 상기 애노드 하부와 접촉되는 가장자리 영역의 표면적이 증가된, 나노미터 단위의 크기로 주기적으로 배치된 패턴 구조를 갖도록 형성되고,
    상기 자성구조체의 패턴 구조에 의해 형성된 자기장이 상기 발광요소층 내 전하운반자의 위치를 상기 자성구조체의 패턴 구조의 가장자리 영역으로 한정시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기판 상에 상기 자성구조체를 형성하는 단계는,
    리소그래피를 이용하여 상기 기판 상에 마스크 패턴을 형성하는 공정; 및
    상기 마스크 패턴이 형성된 기판 상에 자성물질을 증착시켜 상기 패턴 구조를 갖는 자성구조체를 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 리소그래피를 이용하여 상기 기판 상에 마스크 패턴을 형성하는 공정은,
    포토리소그래피(photo lithography), 홀로 리소그래피(holo lithography), 전자빔 리소그래피(E-beam lithography), 나노스피어 리소그래피(nanosphere lithography) 및 임프린트 리소그래피(imprint lithography) 중에서 선택되는 어느 하나의 방법을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 기판 상에 상기 자성물질을 증착시키는 공정은,
    열 증착법, 전자빔 증착법, 스퍼터링법 및 레이저 분자빔 증착법 중에서 선택되는 어느 하나의 방법을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드의 제조방법.
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