KR101650780B1 - 전면 발광형 유기 발광 소자용 광추출층 및 이의 제조 방법 - Google Patents

전면 발광형 유기 발광 소자용 광추출층 및 이의 제조 방법 Download PDF

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    • H10K50/115—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers comprising active inorganic nanostructures, e.g. luminescent quantum dots

Abstract

본 발명은 전면 발광형 유기 발광 소자용 광추출층 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 전면 발광형 유기 발광 소자용 광추출층은 유기물을 증착한 후 열처리하는 쉽고 효율적인 방법으로 형성할 수 있으며, 개선된 광 추출 효율 및 색 순도와 우수한 시야각 특성을 제공한다. 또한, 상기 광추출층은 전면 발광 소자의 본질적인 문제인 표면 플라즈몬 손실을 최소화할 수 있다.

Description

전면 발광형 유기 발광 소자용 광추출층 및 이의 제조 방법{LIGHT EXTRACTION LAYER FOR TOP EMITTING ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE AND MANUFACTURING METHOD OF THEREOF}
본 발명은 전면 발광형 유기 발광 소자용 광추출층 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
현대 사회는 정보화의 유비쿼터스 시대라 한다. 오늘날 사회는 수많은 정보들이 넘쳐나고 있으며, 이러한 정보를 인간이 언제 어디서든 편리하게 표현할 수 있는 가벼운 휴대성의 디스플레이가 필요하다. 인간과 관련된 모든 정보들은 시간과 장소에 관계없이 빠르게 변화하고 있다. 문자, 음성, 화상 정보를 시간과 장소에 제한 없이 주고받는 데 필요한 디스플레이의 중요성이 급격히 증대되고 있다. 기존 디스플레이 시장의 주류를 형성하고 있던 브라운관 방식의 CRT(Cathode ray tube)는 많은 장점에도 불구하고, 최근 인체 공학적, 환경 친화적, 고기능화 등에 부합할 수 있는 FPD(Flat panel display)에 대한 관심이 고조되면서 LCD(Liquid crystal display), PDP(Plasma display panel), OLED(Organic light emitting diode) 제품으로 대체되고 있다.
OLED는 자체 발광형이기 때문에 LCD에 비해, 휘도와 효율이 높고, 시야각, 대조비가 우수하며 백라이트가 필요치 않아 경량, 박형이 가능하며, 소비전력 측면에서도 유리하다. 화질이 뛰어나고 응답 속도가 빨라 동영상 구현이 우수하며 유연성 있는 기판 형성이 가능하므로 새로운 시장 형성의 가능성이 잠재한다.
OLED는 발광 방식에 따라 배면 발광 방식(bottom emission)과 전면 발광 방식(top emission)으로 나뉜다. 배면 발광 방식은 기판 아래로 빛을 내보내기 때문에 TFT(Thin film transistor)회로의 영향을 받아 개구율이 제한적이다. 일정 이상의 휘도를 낼 때 그에 따른 에너지가 더 소모되어 소자가 열화되기 쉽다. 전면 발광 방식은 기판의 반대 방향으로 빛을 내보내기 때문에 각 픽셀당 TFT 회로의 수가 증가하여도 개구율을 확보할 수 있다. 전면 발광 방식은 개구율에 영향을 받지 않으면서 각 픽셀을 정확히 제어할 수 있어 소형 디스플레이의 저소비전력과 고해상도를 실현할 수 있다. 따라서, 고해상도와 소자의 수명 향상을 위하여 TFT 사용과 개구율 확보가 가능한 능동형의 전면 발광 방식을 선호한다.
전면 발광 소자의 일반적인 구조는 기판 상부에 순차로 형성된 반사 전극, 유기 적층 구조, 반투과 전극을 포함한다. 이러한 구조의 전면 발광 소자는 반사 전극과 반투과 전극 사이의 유기 층에서 발광된 빛이 공진 효과를 통해 증폭되어 높은 발광 효율을 보여줄 수 있다.
하지만, 배면 발광 소자와 마찬가지로 전면 발광 소자도 반투과 전극과 공기 중의 굴절률 차이로 인하여 외부로 광이 추출되지 못하고 전반사를 통한 광 손실이 존재한다. 또한, 비공진 구조의 배면 발광 소자와 비교해 전면 발광 소자는 형성된 빛이 반사 전극에 반사되어 반투과 전극 쪽으로 나오므로 표면 플라즈몬 손실(Surface Plasmon Loss)에 의한 광학 에너지 손실이 존재한다.
이러한 광 손실을 개선하기 위하여 고굴절률을 갖는 유기 재료나 금속 산화물을 이용한 광추출층 등이 개발되고 있으나, 아직까지 고굴절률을 갖는 유기 재료로 공개된 것이 거의 없으며, 금속 산화물의 복잡한 공정으로 제조 효율 및 제조 단가를 증가시키는 문제가 있다. 또한, 수분에 취약한 유기 발광 소자에 용액을 이용하여 광추출층을 형성하면 유기 발광 소자에 손상을 주는 문제가 있다.
대한민국 공개특허문헌 제10-2005-0094581호 (공개일: 2005.09.28)
본 발명의 하나의 목적은 전면 발광형 유기 발광 소자용 광추출층을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 하나의 목적은 상기 전면 발광형 유기 발광 소자용 광추출층을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 하나의 목적은 상기 광추출층을 포함하는 유기 발광 소자를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전면 발광형 유기 발광 소자용 광추출층은 기판에 유기물을 증착하고 가열 처리하여 형성된 나노 구조체를 포함한다.
상기 나노 구조체는 기판에 유기물을 증착하고 50 내지 200℃의 온도에서 가열 처리하여 형성된 것일 수 있다. 상기 광추출층은 평균 두께가 10 내지 120nm일 수 있다. 상기 유기물은 파이렌, 퍼릴렌, 이들의 유도체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전면 발광형 유기 발광 소자용 광추출층의 제조 방법은 기판에 유기물을 증착하고 가열 처리하여 나노 구조체를 형성하는 단계를 포함한다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예는 전면 발광형 유기 발광 소자용 광추출층 및 이의 제조 방법을 제공한다.
상기 광추출층은 기판에 유기물을 증착하고 가열 처리하여 형성된 나노 구조체를 포함한다. 상기 나노 구조체는 유기 발광 소자의 유기 발광부에서 방출된 빛의 진행 방향을 전면으로 모아주어 유기 발광 소자의 구동 효율 및 광 추출 효율을 증가시킬 수 있고, 시야각 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 광추출층은 나노 구조체를 형성하기 위한 가열 조건 및/또는 광추출층의 두께를 조절하여 그 성능을 제어할 수 있다.
상기 나노 구조체는 증착된 유기물층을 가열 처리하여 얻어지는 것으로, 증착된 유기물층을 가열 처리하면 도 1에 모식적으로 표현한 것과 같이 불규칙적인 형상의 나노 구조체들로 이루어지는 광추출층(107)이 형성될 수 있다.
유기물층은, 예를 들면, 50 내지 200℃, 100 내지 200℃ 또는 120 내지 180℃의 온도에서 가열 처리될 수 있다. 상기 나노 구조체를 형성하기 위한 가열 조건을 상술한 범위로 조절하는 경우, 우수한 광 추출 효율 및 구동 효율을 가지며, 색 순도 및 시야각 특성이 우수한 유기 발광 소자를 제공할 수 있다.
또한, 상술한 범위의 가열 조건에서 형성된 나노 구조체를 포함하는 광추출층은 평탄하지 않은 표면을 가지며, 불규칙적으로 형성된 나노 구조체가 불규칙적으로 배열된 형상을 가질 수 있다. 상기 나노 구조체는, 예를 들면, 원통형, 사각형, 육각형 또는 그 밖의 다각형 등의 모양을 가질 수 있다. 또한, 상기 나노 구조체는, 예를 들면, 5 내지 100nm의 크기를 가질 수 있다. 이러한 형상의 광추출층은 광의 굴절 방향을 유기 발광 소자의 전면으로 향하게 하여 광 추출 효과를 증가시키게 된다.
상기 광추출층은, 예를 들면, 10 내지 120nm의 평균 두께를 가질 수 있다. 광추출층의 평균 두께는 광추출층이 형성된 기판, 예를 들면, 유기 발광 소자의 음극으로부터 상기 기판에 형성된 나노 구조체의 평균 높이까지의 길이로 측정될 수 있다. 상기 광추출층의 평균 두께를 상술한 범위로 조절하는 경우, 우수한 광 추출 효율 및 구동 효율을 가지며, 색 순도 및 시야각 특성이 우수한 유기 발광 소자를 제공할 수 있다.
상기 광추출층은, 예를 들면, 1.5 내지 2.5의 굴절률을 가질 수 있다. 상기 광추출층이 이러한 굴절률을 가지는 경우, 유기 발광 소자의 전극과 공기 사이의 굴절률 차이를 줄여 전반사에 의한 광 손실을 줄여줄 수 있다. 또한, 특히 전면 발광형 유기 발광 소자는 유기 발광부에서 형성된 빛은 음극을 통하여 외부로 방출되는데 음극을 통하여 방출되는 빛이 상대적으로 굴절률이 큰 광추출층을 통과하면 빛의 파장이 증폭되어 효율을 상승시킬 수 있다.
상기와 같은 효과를 위하여 광추출물을 형성하기 위한 유기물로 파이렌(pyrene), 퍼릴렌(perlyene), 이들의 유도체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 사용할 수 있다. 광추출층은 파이렌 또는 퍼릴렌의 골격을 포함하고 있으면 상술한 효과를 발휘함으로 상기 유기물로는 파이렌 또는 퍼릴렌 골격을 포함하는 어떠한 파이렌 또는 퍼릴렌의 유도체를 사용할 수 있다. 상기 파이렌 또는 퍼릴렌의 유도체의 예로는 파이렌 또는 퍼릴렌에 카르복시기, 히드록시기, 아미노기, 이미드기, 산무수물기, 할로겐기, 시아노기, 니트로기, 머캅토기, 탄소수 1 내지 60의 알킬기, 탄소수 1 내지 60의 알콕시기 또는 이들의 혼합물이 치환된 유도체를 예시할 수 있다. 상기에서 이미드기 또는 산무수물기는 하나의 파이렌 분자 또는 하나의 퍼릴렌 분자에 치환된 두 개 이상의 카르복실기 중 어느 두 개의 카르보닐 그룹이 -O- 또는 -NH-로 연결된 것일 수 있다. 하나의 예시에서 상기 유기물로 퍼릴렌에 이미드기가 치환된 퍼릴렌 유도체를 사용할 수 있다. 상기 퍼릴렌 유도체는 하나의 퍼릴렌 분자에 치환된 네 개의 카르복실기가 쌍을 이루고 쌍을 이룬 두 개의 카르보닐 그룹이 각각 -NH-로 연결된 것으로서, 3,4,9,10-퍼릴렌테트라카르복실릭 디이미드(3,4,9,10-Perylenetetracarboxylic diimide)일 수 있다.
상기 광추출층은 상술한 나노 구조체를 포함하는 것 외에 본 발명이 속한 기술분야에서 통상적으로 채용하는 구성을 추가로 포함할 수 있다.
상기 광추출층은 기판에 유기물을 증착하고 가열 처리하여 나노 구조체를 형성하는 단계를 포함하여 제조된다. 광추출층을 상기와 같은 방법으로 제공함으로써 광추출층을 쉽고 효율적인 방법으로 형성할 수 있으며, 개선된 광 추출 효율 및 색 순도와 우수한 시야각 특성을 가지는 광추출층을 제공할 수 있다.
상기 유기물이 증착되는 기판은 특별히 한정되는 것은 아니나, 상기 유기물이 유기 발광 소자의 음극에 증착되는 경우 효율적으로 광추출층이 형성된 유기 발광 소자를 제공할 수 있다. 유기 발광 소자는 수분에 취약하기 때문에 유기 발광 소자에 용액을 이용한 공정으로 광추출층을 형성하는 것은 유기 발광 소자에 손상을 가할 수 있다. 그러나, 상기 방법에 의하면 유기 발광 소자에 손상을 가하지 않고, 유기 발광 소자에 직접적으로 광추출층을 형성할 수 있다. 그 결과 상기 광추출층의 제조 방법은 효율적으로 유기 발광 소자를 제공할 수 있다.
상기 유기물은 평평한 유기물층을 형성하도록 증착될 수 있다. 상기 유기물을 증착하는 방법으로는 특별히 한정되지 않으며, 본 발명을 포함하는 기술분야에 알려진 방법을 제한 없이 사용할 수 있다.
증착된 유기물층의 두께는 목적하는 광추출층의 두께를 고려하여 제어될 수 있다. 증착된 유기물층의 두께는, 예를 들면, 10 내지 120nm로 조절될 수 있다. 이러한 범위에서 광추출층은 우수한 광 추출 효과 및 구동 효율을 가지며, 표면 플라즈몬 손실이 최소화된 유기 발광 소자를 제공할 수 있다.
유기물을 증착하여 유기물층을 얻으면, 이어서 상기 유기물층을 가열 처리할 수 있다. 유기물층을 가열 처리하면, 평평하였던 유기물층에서 나노 구조체가 성장할 수 있다. 이러한 나노 구조체는 광 굴절 경로를 변경하여 광 추출 효율을 증가시킨다. 또한, 상기 나노 구조체는 광 추출 효율뿐만 아니라 색 순도를 향상시킬 수 있으며, 시야각 특성이 개선된 유기 발광 소자를 제공할 수 있다.
상기 유기물층을 가열 처리하는 방법은 상술한 나노 구조체를 제공할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면, 상기 유기물층을 50 내지 200℃, 100 내지 200℃ 또는 120 내지 180℃의 온도에서 가열 처리할 수 있다. 만일 유기물층의 가열 처리 온도가 상기 범위를 벗어나면 목적하는 수준의 광 추출 효과를 나타내는 나노 구조체를 형성하기가 어렵다.
또한, 상기 유기물층을 가열 처리하는 방법은 진공 어닐링을 통하여 수행될 수 있다. 진공 어닐링을 통하여 유기물층을 가열하는 경우 유기 발광 소자에 손상을 가하지 않으면서 유기 발광 소자에 광추출층을 직접적으로 형성할 수 있어 공정 효율성을 증가시킬 수 있다.
상기 유기물은 전술한 바와 같이 굴절률이 큰 물질을 사용하여 유기 발광 소자의 전극과 공기 사이의 굴절률 차이를 줄여 전반사에 의한 광 손실을 줄여줄 수 있는 것을 사용할 수 있다. 더욱이, 상기 유기물로 전면 발광형 유기 발광 소자의 고질적인 문제인 표면 플라즈몬 손실을 줄여줄 수 있는 물질을 사용한다면 광 추출 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
하나의 예시에서 상술한 바와 같은 효과를 위하여 유기물로는 상술한 파이렌, 퍼릴렌, 이들의 유도체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 사용할 수 있다.
상기 광추출층은 상술한 나노 구조체를 형성하는 단계 외에 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상적으로 채용하는 공정을 수행하여 제조될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예는 상기 광추출층을 포함하는 전면 발광형 유기 발광 소자를 제공한다. 상기 유기 발광 소자는 서로 대향하도록 배치된 양극 및 음극; 상기 양극 및 음극 사이에 배치된 유기 발광부; 그리고 상기 투과 전극의 양면 중 유기 발광부와 가까운 면의 이면에 상술한 광추출층을 포함한다.
상기 유기 발광 소자는 기판을 추가로 포함할 수 있다. 상기 유기 발광 소자의 기판은 상술한 광추출층이 형성된 기판과는 상이한 것이다.
상기 기판으로는 필름 또는 필름 형상의 층을 지지하거나 또는 전자 장치의 기판으로 이용되는 것을 제한 없이 사용할 수 있다. 상기 기판의 예로는 유리, 가요성 유리, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 또는 폴레에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate) 등이 사용될 수 있다.
상기 유기 발광 소자는 양극을 포함한다. 상기 양극은 기판 위에 형성될 수 있으며, 양극 위에 형성되는 유기 발광부로 정공을 주입할 수 있다. 또한, 양극은 반사 전극으로서 유기 발광부로부터 형성된 광이 양극에 반사되어 음극쪽으로 방출될 수 있도록 한다.
이러한 양극으로는 니켈(Ni), 금(Au), 은(Ag) 또는 이들의 합금과 같은 금속; 아연산화물(ZnO), 인듐산화물(In2O3), 인듐주석산화물(ITO), 티타늄산화물 (TiO2) 또는 인듐아연산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; 또는 Ag를 포함하는 ITO 등을 예시할 수 있다.
상기 음극은 유기 발광부에 전자를 주입하는 역할을 한다. 이러한 음극으로는 효율적인 전자 주입을 위하여 일함수가 낮은 금속으로 마그네슘, 칼슘, 리튬 또는 알루미늄 등의 금속을 사용하거나 또는 적절한 합금을 사용할 수 있다. 또한, 상기 음극으로는 2층 구조의 불화리튬 및 알루미늄 전극(LiF/Al); 또는 마그네슘 및 은의 전극(Mg:Ag)을 사용할 수 있다. 하나의 예시에서 상기 음극으로는 마그네슘 및 은의 전극을 사용할 수 있으며, 이때 은의 함량은 대략 5 내지 15 중량%일 수 있다. 음극으로 상기 마그네슘 및 은의 전극을 사용하는 경우 전자 주입이 용이하고 반사도가 높아 고효율의 소자를 만들 수 있다.
전면 발광형 유기 발광 소자는 음극을 통하여 빛을 외부로 방출하기 때문에 상기 음극은 투명 또는 반투명 전극일 수 있다. 음극은 음극의 두께를 얇게 할수록 빛의 투과도와 면저항 값이 높아지며, 음극의 두께를 두껍게 할수록 빛의 투과도 및 면저항 값이 낮아지는 특성을 가지고 있다. 따라서, 적절한 빛의 투과도 및 면저항 값을 가지도록 음극의 두께를 적절하게 조절할 수 있다. 상기 음극은, 예를 들면, 0.5 내지 50nm의 두께로 형성되어 적절한 빛 투과도 및 면저항을 가질 수 있다.
유기 발광부는 유기 발광층을 포함한다. 유기 발광층은 양극과 음극으로부터 전달된 정공과 전자가 재결합하여 발광하는 층이다. 유기 발광층은 양자효율이 높은 물질로 이루어질 수 있다. 이러한 물질의 예로는 청색 계열의 AND(9,10-di(2-napthyl)anthracene), MADN(2-methyl-9,10-di(2-napthyl)anthracene), DPVBi(4,4'-bis(2,2-diphenylvinyl)-1,1'-biphenyl) 또는 BAlq(bis(2-methyl-8-quinolinolato-N1,O8)-(1,1'-bisphenyl-4-olato) aluminium) 등; 녹색 계열의 Alq3(tris(8-hydroxyquinolinato)aluminium), 또는 인광 그린 도판트인 트리스[2-페닐피리디네이토-C2,N)이리듐(Ⅲ)(Ir(ppy)3)이 도핑된 비스[2-(2-하이드록시페닐)-피리딘]베릴륨(Bepp2) 등; 기타의 안트라센, 파이렌(pyrene), 플루오렌(fluorine), 스파이로 플루오렌(spiro fluorene), 카바졸(carbazole), 벤족사졸(benzoxazole), 벤조티아졸(benzothiazole) 또는 벤즈이미다졸(benzimidazole) 계열의 화합물; 또는 고분자성의 폴리(p-페닐렌비닐렌)(poly(p-phenylenevinylene), 폴리플루오렌(polyfluorene) 등이 예시될 수 있다. 상기 유기 발광층의 목적하는 색 또는 색 순도 등을 고려하여 적절한 두께로 형성될 수 있다.
상기 유기 발광부는 필요에 따라 다른 유기물층을 추가로 포함할 수 있다. 도 1은 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 단면을 보여주고 있으며, 도 1과 같이 상기 유기 발광부는 양극(101) 상에 형성된 정공 주입층(102), 정공 수송층(103), 유기 발광층(104) 및 정공 수송층(105)을 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 유기 발광부는 필요에 따라 정공 저지층, 전자 주입층, 전자 저지층, 발광 보조층 또는 보호층을 추가로 포함할 수 있다. 상기 보호층의 경우 유기 발광부와 음극 사이에 형성되어 유기 발광부를 보호하거나, 음극을 보호하도록 형성될 수 있다.
상기 정공 주입층은 양극 위에 형성될 수 있다. 정공 주입층으로는 낮은 전압에서 양극으로부터 효율적으로 정공을 주입받고, 주입된 정공을 효율적으로 수송하기 위하여 HOMO(highest occupied molecular orbital)가 양극의 일함수와 정공 수송층의 HOMO 사이에 위치하는 것을 사용할 수 있다. 이때 정공 주입층 상에 정공 수송층이 형성되지 않고 다른 층이 형성된다면, 정공 주입층으로는 HOMO가 양극의 일함수와 그 다른 층의 HOMO 사이에 위치하는 것을 사용할 수 있다.
이러한 정공 주입층의 예로는 금속 포피린(porphyrine), 올리고티오펜(oligothiophene) 또는 아릴아민(arylamine) 계열의 유기물, 헥사니트릴헥사아자트리페닐렌(hexanitrile hexaazatriphenylene) 계열의 유기물, 퀴나크리돈(quinacridone) 계열의 유기물, 퍼릴렌(perylene) 계열의 유기물, 안트라퀴논(anthraquinone), 폴리아닐린(polyaniline) 또는 폴리티오펜(polythiophene) 계열의 전도성 고분자 등이 예시될 수 있다.
상기 정공 수송층은 상기 정공 주입층 위에 형성될 수 있다. 정공 수송층으로는 정공 주입층으로부터 전달 받은 정공을 유기 발광층에 효율적으로 수송할 수 있도록 높은 정공 이동도와 정공에 대한 안정성을 가지며, 전자의 이동을 차단할 수 있는 것을 사용할 수 있다.
이러한 정공 수송층의 예로는 아릴아민 계열의 유기물, 전도성 고분자 또는 공액 부분과 비공액 부분이 함께 있는 블록 공중합체 등이 예시될 수 있다.
상기 전자 저지층은 전자의 이동을 저지하는 층으로, 정공 수송층 위에 형성될 수 있다. 전자 저지층으로는 정공의 수송에는 영향을 미치지 않으면서 전자의 이동을 저지시킬 수 있는 것을 사용할 수 있다.
상기 전자 저지층 상에는 앞서 설명한 유기 발광층이 형성될 수 있다. 상기 유기 발광층 상에는 정공 저지층, 전자 수송층 및 전자 주입층이 순차로 형성될 수 있다.
상기 정공 저지층은 전자의 수송에는 영향을 미치지 않으면서 정공의 이동을 저지시킬 수 있는 것을 사용할 수 있다.
이러한 정공 저지층의 예로는 TPBi(1,3,5-tri(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)phenyl), BCP(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), CBP(4,4-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl), PBD(2-(4-biphenyl)-5-(4-t-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole), PTCBI(bisbenzimidazo[2,1-a:1',2-b']anthra[2,1,9-def:6,5,10-d'e'f']diisoguinoline-10,21-dione) 또는 BPhen(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) 등이 예시될 수 있다.
상기 전자 수송층은 음극으로부터 전달된 전자의 주입 효율이 높고, 주입된 전자를 효율적으로 수송할 수 있어야 하며, 전자 이동 속도가 빠르고, 전자에 대한 안정성을 가지며, 정공의 이동을 차단할 수 있어야 한다.
이러한 전자 수송층의 예로는 8-히드록시퀴놀린의 Al 착물, Alq3를 포함한 착물, 유기 라디칼 화합물 또는 히드록시플라본(hydroxyflavon)-금속 착물 또는 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(BPhen) 등이 예시될 수 있다.
전자 주입층으로는 음극으로부터 전달된 전자의 주입 효율이 높은 것을 사용할 수 있다. 이러한 전자 주입층의 예로는 리튬 퀴놀레이트(Liq) 등이 예시될 수 있다.
상기에서 양극 위에 순차적으로 형성된 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 저지층, 유기 발광층, 정공 저지층, 전자 수송층 및 전자 주입층이 모두 형성된 유기 발광부에 대하여 설명하였으나, 상기 중 유기 발광층을 제외한 다른 층들은 필요에 따라 복합적인 기능을 가지는 층으로 대체되거나 또는 생략될 수 있다.
상기 유기 발광 소자는 도 1과 같이 기판(미도시) 상에 양극(101), 유기 발광부(102 내지 105) 및 음극(106)을 순차로 형성하고, 상기 음극(106)의 양면 중 유기 발광부와 가까운 면의 이면에 상술한 광추출층(107)을 형성한 구조를 가질 수 있다. 이러한 유기 발광 소자는 전술한 바와 같이 우수한 구동 효율, 광 추출 효율, 시야각 개선, 색 순도 향상 등의 효과를 가져와 다양한 분야에 활용될 수 있다. 상기 유기 발광 소자는, 예를 들면, 평면 패널 디스플레이, 조명용 면발광 OLED의 발광체 또는 LCD 백라이트 등으로 사용될 수 있다.
상기 유기 발광 소자는 상기와 같은 적용을 위하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 채용되는 구성을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전면 발광형 유기 발광 소자용 광추출층은 유기물을 증착한 후 열처리하는 쉽고 효율적인 방법으로 형성할 수 있으며, 개선된 광 추출 효율 및 색 순도와 우수한 시야각 특성을 제공한다. 또한, 상기 광추출층은 전면 발광 소자의 본질적인 문제인 표면 플라즈몬 손실을 최소화할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 전면 발광형 유기 발광 소자의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 실시예에서 제조된 광추출층을 상부에서 관찰한 SEM 이미지이다.
도 3은 실시예에서 제조된 광추출층을 측면에서 관찰한 SEM 이미지이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
[ 제조예 : 유기 발광 소자의 제조]
( 실시예 )
가로, 세로 및 두께가 50mm X 50mm X 1mm인 유리 기판의 일면에 Ag을 포함하는 ITO가 형성된 기판을 준비하였다. 상기 기판 위에 N4,N4'-비스-[4-[비스(3-메틸페닐)아미노]페닐]-N4,N4'-디페닐-[1,1'-비페닐]-4,4'-디아민(DNTPD)으로 형성된 75nm의 정공 주입층, N,N'-비스(나프탈렌-1-일)-N,N'-비스(페닐)벤지딘(NPB)로 형성된 85nm의 정공 수송층, 인광 그린 도판트인 트리스[2-페닐피리디네이토-C2,N)이리듐(Ⅲ)(Ir(ppy)3)이 5% 도핑된 비스[2-(2-하이드록시페닐)-피리딘]베릴륨(Bepp2)으로 형성된 15nm의 발광층, 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(BPhen)으로 형성된 20nm의 전자 수송층, 리튬 퀴놀레이트(Liq)로 형성되는 1nm의 전자 주입층 및 10 중량%의 Ag가 도핑된 18nm의 Mg:Ag 음극이 순차적으로 증착시켰다. 그리고 상기 음극 위에 퍼릴렌 유도체(Perylene tetracarboxylic diimide)를 60nm의 두께로 증착시키고, 약 160℃ 이하의 온도에서 진공 어닐링을 통하여 나노 구조체를 형성하여 광추출층을 형성하였다.
( 비교예 )
가로, 세로 및 두께가 50mm X 50mm X 1mm인 유리 기판의 일면에 Ag을 포함하는 ITO가 형성된 기판을 준비하였다.
상기 기판 위에 DNTPD로 형성된 75nm의 정공 주입층, NPB로 형성된 85nm의 정공 수송층, 인광 그린 도판트인 Ir(ppy)3이 5% 도핑된 Bepp2으로 형성된 15nm의 발광층, BPhen으로 형성된 20nm의 전자 수송층, Liq로 형성되는 1nm의 전자 주입층 및 10 중량%의 Ag가 도핑된 18nm의 Mg:Ag 음극이 순차적으로 증착시켰다.
그리고 상기 음극 위에 NPB를 60nm의 두께로 증착하여 통상적인 광추출층을 형성하였다.
[ 실험예 : 유기 발광 소자의 물성 측정]
상기 실시예에서 제조한 유기 발광 소자의 광추출층의 형상을 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope: SEM)을 통하여 관찰하였고, 그 결과를 도 2 및 도 3에 나타내었다.
또한, 상기 실시예 및 비교예에서 제조한 유기 발광 소자에 대하여 휘도에 따른 전류 효율(cd/A)을 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
휘도(Luminance) 실시예 비교예
4000 cd/m2 98 cd/A 78 cd/A
8000 cd/m2 96 cd/A 76 cd/A
12000 cd/m2 94 cd/A 74 cd/A
16000 cd/m2 92 cd/A 72 cd/A
20000 cd/m2 90 cd/A 70 cd/A
(1) 휘도에 따른 전류 효율의 측정 방법: 실시예 및 비교예에서 제조한 유기 발광 소자에 대하여 전류 밀도-전압(J-V) 및 휘도-전압(L-V)을 파워메터(Keithley SMU 2635A) 및 휘도계(Minolta 2000a)을 통하여 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다. 전력 효율은 측정된 밝기에서 입력되는 전류로 계산되었다.
상기 결과로부터 실시예에 따른 유기 발광 소자는 비교예에 따른 유기 발광 소자에 비하여 색 순도 및 전류 효율이 개선됨을 확인할 수 있었다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
101: 양극
102: 정공 주입층
103: 정공 수송층
104: 유기 발광층
105: 전자 수송층
106: 음극
107: 광추출층

Claims (5)

  1. 기판에 유기물을 증착하고 50 내지 200℃의 온도로 상기 유기물을 직접 가열 처리하여 나노구조체를 형성하는 단계를 포함하는 유기 발광 소자용 광추출층의 제조방법으로,
    상기 광추출층의 광 굴절률이 상기 기판의 광 굴절률보다 크고,
    광이 추출되어 빠져나가는 방향인 상기 나노구조체의 길이방향으로 형성되는 상기 광추출층의 평균 두께는 10 내지 120nm이고,
    상기 길이방향에 수직인 폭방향으로 측정된 상기 나노구조체 각각의 폭은 5 내지 100nm이며,
    상기 기판은 음전극인 전면 발광형 유기 발광 소자용 광추출층의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기물은 파이렌, 퍼릴렌, 이들의 유도체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물인 전면 발광형 유기 발광 소자용 광추출층의 제조방법.

  5. 삭제
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