KR101957756B1 - 유기 발광 소자 광추출층, 이를 이용하는 유기 발광 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

유기 발광 소자 광추출층, 이를 이용하는 유기 발광 소자 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 명세서에서는 유기 발광 소자의 광추출층으로서, 기공을 가지는 유기 나노 산란 입자 및 바인더 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자 광추출층 및 이를 포함하는 유기 발광 소자, 그 제조 방법이 개시된다. 이에 따르면, 유기 발광 소자의 광추출 효율을 증가시킬 수 있어, 유기 발광 소자의 전체적인 효율 및 전기적 특성을 향상할 수 있다. 또한, 해당 유기 발광 소자 제조 방법은, 기존의 방법에 비하여 내부 광추출층의 제조 과정이 단순하므로 가격적인 측면에서 상당한 이점을 가진다.

Description

유기 발광 소자 광추출층, 이를 이용하는 유기 발광 소자 및 그 제조 방법{Light extracting layer for OLED, OLED using the same and method for preparing the OLED}
본 명세서는 광추출 효율이 향상된 유기 발광 소자 광추출층, 이를 이용하는 유기 발광 소자 및 그 제조 방법에 관하여 개시한다.
유기 발광 소자(Organic Light Emitting Diode: OLED)는, 기존의 발광 소자인 백열등, 형광등이나 점 광원 소자인 LED(light emitting diode)와는 다르게 면 광원의 특성을 가지고 있다. 뿐만 아니라, 넓은 시야각, 저전압 구동방식 및 가소성을 갖는 등 다양한 장점들을 가지고 있다. 따라서, 유기 발광 소자를 조명뿐만 아니라 디스플레이 장치 등에 활용하기 위해 기술 개발 및 연구가 진행되고 있다.
그러나, 유기 발광 소자는 소자의 굴절률의 차이로 인해 박막층과 기판의 계면 사이에서 광 손실이 발생하고, 특정한 각도 영역의 빛만 외부로 방출이 된다. 외부로 방출되는 양은 20% 정도로 광추출 효율이 극히 제한적이다. 광추출 효율의 향상 없이는 유기 발광 소자의 효율 및 활용도가 낮아지게 될 것이다.
이에 광추출 효율을 높이기 위한 광추출층에 대하여 연구가 이루어지고 있다. 이러한 광추출층 기술로서, 포토리소그래피 공정이나 혹은 펨토레이저를 이용하는 등의 방식으로 광추출층을 제조하는 방식이 있다.
그러나, 본 발명자들의 연구에 의하면, 종래의 광추출층 제조 방식은 다음과 같은 문제가 있다.
즉, 종래의 광추출층 제조 방법은 고가의 장비를 사용해야 하는 가격적인 부담과 단점을 가지고 있다. 또한, 종래 유기 발광 소자의 내부 광추출층을 형성 함에 있어서 사용되는 재료는 무기 산화물 혹은 질화물 등의 메탈(metal)인 무기물을 사용하였는데, 이 역시 유기 발광 소자 제조 비용을 높이는 일 요인이 된다. 아울러, 전술한 무기물을 사용하기 위하여는 일정한 형태의 요철(texturing) 구조를 형성하여야 하기 때문에 무기물의 사용 시 결정성 또한 중요한 요소가 된다. 그런데, 결정성은 상압화학기상측정 공정 등과 같은 고온의 온도와 압력 조건, 및 구성 조성비에 의해 그 결정성 및 결정성 방향이 결정되기 때문에 매우 세심한 조절(control)이 필요하고 이는 또한 공정 비용의 상승으로 이어질 수 있다.
또한, 종래 광추출층 제조 방식의 경우, 광추출층 표면에 형성된 요철(texturing) 및 무기물 산란 입자로 인해 표면 거칠기(surface roughness)가 증가하게 되며, 이에 따라 유기 발광 소자 구동 시 특정 영역에서 정공과 전자가 포집 되어 소자 효율 및 전기적 특성이 악화된다는 문제도 있다.
한국특허출원공개 제2007-155561호
본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 일측면에서, 유기 발광 소자 내부의 광추출층 효율을 증가시키고 이에 따라 유기 발광 소자의 전체적인 효율 및 전기적 특성을 향상할 수 있는, 유기 발광 소자 광추출층과 그 제조 방법 및 이를 이용하는 유기 발광 소자를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 다른 일측면에서, 기존의 방법에 비하여 내부 광추출층의 제조 과정이 단순하고 무기물 재료를 사용하지 않아 공정이 단순해지고 가격적인 측면에서 상당한 이점을 가질 수 있는, 유기 발광 소자 광추출층과 그 제조 방법 및 이를 이용하는 유기 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 유기 발광 소자의 광추출층으로서, 기공을 가지는 유기 나노 산란 입자 및 바인더 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자 광추출층 및 이를 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 예시적 구현예들에서는, 유기 발광 소자 제조 방법으로서, 기공을 가지는 유기 나노 산란 입자 및 바인더 고분자를 용매에 용해하여 광추출층 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 광추출층 조성물을 기판 상에 코팅하고 용매를 건조하여 광추출층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 예시적인 구현예들에 따르면, 유기 발광 소자의 광추출 효율을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 유기 발광 소자의 전체적인 효율 및 전기적 특성을 향상할 수 있다. 또한, 본 발명의 예시적인 구현예들에 따른 유기 발광 소자 제조 방법은, 기존의 방법에 비하여 내부 광추출층의 제조 과정이 단순하므로 가격적인 측면에서 상당한 이점을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 있어서, 바인더 고분자 사이에 중공 탄소(hollow carbon) 입자(도 1a) 또는 사이클로덱스트린 입자(도 1b)가 존재하는 것을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 일 구현예에서, 중공 탄소 입자의 개략적인 제조 방법과 그에 따른 사진을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 소자 및 광추출층을 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예들에 따른 유기 발광 소자의 구성을 나타내는 개략도이다. 도 4a는 비교예 1, 도 4b는 비교예 2, 도 4c는 실시예를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예 및 비교예들에 따른 유기 발광 소자의 전압에 따른 휘도(luminescence)(도 5a) 및 전류 효율(current efficacy)(도 5b)를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 예시적인 구현예들을 상세히 설명한다.
본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 유기 발광 소자의 광추출층으로서, 기공을 가지는 유기 나노 산란 입자 및 바인더 고분자를 포함하는 유기 발광 소자 광추출층을 제공한다.
상기 유기 나노 산란 입자는 유기 물질로 이루어지는 산란 입자로서 기공을 가지는 것이며, 입자 사이즈가 나노 크기 즉 1000nm 미만의 것이다. 이러한 유기 물질은 무기물에 비해서 가격적인 면에서 유리할 뿐만 아니라 또한 저온에서 결정성을 갖는 큰 장점을 가지고 있다. 이러한 기공을 가지는 유기 나노 산란 입자, 바람직하게는 후술하는 사이클로덱스트린이나 중공 탄소 입자를 고분자 바인더와 혼합하여 광추출층을 형성하는 경우 고분자 바인더에 의하여 형성되는 울퉁 불퉁한 표면을 해당 유기 나노 산란 입자가 메꾸어 줌에 따라 표면 거칠기가 저감될 수 있다. 이에 따라 정공과 전자가 특정 영역에 집중되는 현상이 줄어들도록 할 수 있으며, 광추출층과 맞닿는 각 층과의 계면 간 저항을 줄일 수 있다. 이에 따라 광추출층 효율을 높일 수 있다. 아울러, 미세 기공 조절이 가능하여 광추출 효율을 조절하기가 유리하다. 미세 기공은 발광층에서 방출된 빛을 여러 방향으로 굴절 및 산란시킴으로써 입사각이 임계각보다 작게 형성되도록 하여 광추출 효율을 향상할 수 있다. 또한, 유기 물질은 저온 결정성을 가지므로 무기물의 경우와 달리 공정이 단순하고 공정 비용이 저감될 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 기공을 가지는 유기 나노 산란 입자는 중공 탄소(hollow carbon) 입자 또는 사이클로덱스트린 입자인 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 있어서, 바인더 고분자 사이에 중공 탄소(hollow carbon) 입자(도 1a) 또는 사이클로덱스트린 입자(도 1b)가 존재하는 것을 나타내는 개략도이다.
도 1a 및 1b에 도시된 바와 같이, 바인더 고분자(10) 사이에 중공 탄소 입자(21, 도 1a) 또는 사이클로덱스트린 입자(22, 도 1b)가 위치하여 기공을 형성하여 전술한 바와 같이 표면 거칠기를 저감하고 굴절률을 향상하여 광추출 효율을 증가시킬 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 사이클로덱스트린(Cyclodextrin, CD)은 α, β, γ- 형태로 나눌 수 있다. 사이클로덱스트린은 효소를 이용하여서 합성을 하게 되고 합성의 결과물로 기공을 갖는 기공(cavity)을 가지는 α, β, γ-Cyclodextrin을 만들게 된다. 이어 물을 이용하여 α, β, γ-사이클로덱스트린 중 β-사이클로덱스트린을 우선 분리하게 되고 α, γ-사이클로덱스트린은 더 세밀한 방법(예컨대 크로마토그래피 기술)으로 각각 분리하게 된다.
예시적인 일 구현예에서, α, β, γ- 사이클로덱스트린 중 사이클로덱스트린 합성 후 가장 분리하기 쉽고 가격적인 면에서도 가장 저렴한 β-사이클로덱스트린이 바람직하다.
비제한적인 예시에서, α-사이클로덱스트린은 외곽 지름이 약 1.37nm이고 기공의 사이즈는 약 0.57nm이고, β-사이클로덱스트린은 외곽지름이 약1.53nm이고 기공의 사이즈는 약 0.78nm이며, γ-사이클로덱스트린은 외곽 지름이 약 1.69nm이고 기공의 사이즈는 약 0.95nm이다.
사이클로덱스트린의 수용액 중에서의 농도를 증가시키면 뭉침 현상(aggregation)이 일어나게 되고 이에 따라 굴절률 값을 조절/향상시킬 수 있다. 사이클로덱스트린은 기본 굴절률이 약 1.59이며, 위와 같은 굴절률 조절 방식을 통해 ITO (굴절률: 1.8)의 90~100%에 해당하는 굴절률을 얻을 수 있으며, 이에 따라 광추출 효과를 얻을 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 중공 탄소(hollow carbon) 입자는 예컨대 수 nm 내지 수백 nm의 크기를 가질 수 있다.
중공 탄소 입자 합성 시 예컨대 SiO2 나노 입자를 주로 사용하게 되며, SiO2의 사이즈에 따라 중공 탄소 입자의 사이즈를 조절할 수 있다.
도 2는 본 발명의 예시적인 일 구현예에서, 중공 탄소 입자의 개략적인 제조 방법과 그에 따른 사진을 나타낸다.
도 2에 도시되어 있듯이, SiO2 나노 입자 주위를 탄소 물질이 둘러싸게 되고 이어서 SiO2를 제거함으로써 기공을 가지는 중공 탄소(hollow carbon)을 제조할 수 있다. 이와 같이 SiO2와 같은 모체의 기공 크기와 패턴에 의존하여 단일 패턴 및 다층 패턴 중공 탄소 입자를 형성할 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 기공을 가지는 유기 나노 산란 입자 및 고분자 바인더 총 100 중량%에 대하여, 기공을 가지는 유기 나노 산란 입자는 10 내지 30중량%, 바람직하게는 15 내지 25 중량%일 수 있다. 기공을 가지는 유기 나노 산란 입자의 비율을 조절함으로써 미세 기공의 수 (기공의 수는 예컨대, UV-spectrum을 측정하여 확인할 수 있다. 즉, 예컨대 나노 산란 입자를 포함하는 용제의 UV-intensity를 측정을 하고 나노 산란 입자를 포함한 용제를 사용 후 남아 있는 용제의 UV-intensity를 측정하여 그 차이로 기공의 수를 예측 할 수 있다)를 조절하고, 광추출 효율을 조절할 수 있다. 이에 따라 유기 발광 소자의 효율과 전기적 특성을 조절할 수 있다. 즉, 상기 유기 물질의 함량이 증가할수록 내부 광추출층의 미세 기공의 수가 증가하게 되어 발광층에서 방출된 빛의 입사각은 임계각보다 작게 할 수 있다.
유기 물질의 함량이 10 중량% 미만이 되면 미세 기공의 수가 충분치 않기 때문에 효율 향상에 영향을 주기 어려울 수 있다. 유기 물질의 함량이 30 중량%를 초과하게 되면 광추출층 박막 형성시 표면 조도가 거칠게 될 수 있고, 이에 따라 유기 발광 소자의 전체적인 효율을 감소시킬 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 광추출층 박막의 표면 조도는 가급적 평탄한 것이 바람직하다. 예컨대, 광추출층 전체 두께의 0.01% 정도 범위 내의 표면 조도 (RMS 표면 조도)를 가지는 것이 바람직하다.
비제한적인 예시에서, 광추출층의 박막의 표면 조도는 RMS (Root Mean Square) 예컨대, 10nm 이하, 또는 2~10nm 일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 바인더 고분자는 예컨대, UV 또는 열 경화형 수지를 사용할 수 있다. 예를 들어, 실리콘 수지, 산화규소계수지, 페놀계 수지 및 실세스퀴옥산계 수지, 실록산 바인더 등에서 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 광추출층은 가교제를 더 포함할 수 있다. 상기 가교제로는 멜라민계, 우레아계, 알칼우레아계 등에서 선택되는 하나 이상의 가교제를 사용할 수 있다. 가교제의 함량은 유기 물질의 함유에 따른 효과를 저해하지 않는 범위에서 첨가될 수 있고, 예컨대 유기 나노 산란 입자 및 고분자 바인더 100 중량부에 대하여 0.5~5중량부로 첨가될 수 있다.
본 발명의 예시적인 구현예들에서는 또한, 전술한 광추출층을 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 소자 및 광추출층을 나타내는 개략도이다.
도 3은 OLED조명을 형성하는 전체적인 구조를 우선 표현하고 있으며, 그 중에서 광추출층을 보다 자세히 확대하여 표현하고 있다. 나아가, 광추출층을 형성하는 구조를 아울러 설명하고 있다.
도 3에 도시된 바와 같이 유기 발광 소자는 예컨대 기판, 상기 기판상에 배치된 전술한 광추출층, 상기 광추출층에 상에 배치된 평탄층, 상기 평탄층 상에 배치된 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 배치된 하나 이상의 발광층 및 상기 발광층 상에 배치된 제2 전극을 포함할 수 있다.
평탄층은 상기 광추출층의 표면 요철이나 및 산란에 의한 효율 저하 방지를 위하여 추가적으로 형성될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 표면에 요철이 형성하게 되면 특정 부분에서 정공과 전자가 특정 영역에 집중되는 열화현상으로 전기적 특성이 감소하게 된다.
예시적인 일 구현예에서, 평탄층은 금속 산화물 및 고분자 바인더를 포함하며, 상기 고분자 바인더는 광추출층의 고분자 바인더와 동일하거나 다른 성분일 수 있다. 광추출층의 고분자 바인더와 평탄층의 고분자 바인더가 동일한 경우 광추출층과 평탄층간의 결합력이 향상되어 층간 저항이 감소되는 이점이 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 금속 산화물은 5 내지 20nm의 평균 입자 크기를 가질 수 있으며, 예컨대 티타늄 옥사이드, 알루미늄 옥사이드, 실리콘 옥사이드, 아연 옥사이드, 텅스텐 옥사이드 등로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나의 무기물 또는 이들을 혼합하여 사용할 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 기판은 투명 기판일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 전극은 투명성과 전도성이 우수하고 높은 일 함수 값을 갖는 금속 산화물을 적용할 수 있다. 예컨대 금속 산화물로는 인듐 주석 산화물(ITO_Indium Tin Oxide)이나 인듐 아연 산화물 (IZO_Indium Zinc Oxide), 주석산화물(SnO2), 및 아연 산화물(ZnO2)등과 같은 투명 전도성 산화물을 사용할 수 있다. 아울러, 그래핀(graphene) 혹은 결점(defect)이 첨가된 그래핀을 사용 할 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 발광층이나 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL), 활성층(EML), 전자수송층/홀저지층(ETL), 전자주입층(EIL)으로는 공지의 재료를 사용할 수 있다. 또한, 전극으로는 반사성이 우수한 도전성 금속 재료를 사용할 수 있다. 금속 재료로는 금(Au), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 은(Ag), 및 팔라튬(Pd)등의 금속 및 이들을 합금 등을 사용할 수 있다.
한편, 본 발명의 예시적인 구현예들에서는 또한, 유기 발광 소자 제조 방법으로서, 기공을 가지는 유기 나노 산란 입자 및 바인더 고분자를 용매에 용해하여 광추출층 조성물을 제조하는 단계 및 상기 광추출층 조성물을 기판상에 코팅하고 용매를 건조하여 광추출층을 형성하는 단계를 포함하는 유기 발광 소자 제조 방법을 제공한다.
예시적인 일 구현예에서, 광추출층 조성물은 상기 용매보다 끓는 점이 높은 조용매(co-solvent)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같은 조용매를 사용함으로써 고분자 바인더 및/또는 기공을 가지는 유기물질의 분산성을 양호하게 하고 응집을 방지할 수 있다. 즉, 광추출층을 형성함에 있어서 용매가 건조되면서 바인더 고분자의 응집으로 인해 사이클로덱스트린이나 중공 탄소(hollow carbon)와 같은 기공을 가지는 유기 나노 산란 입자가 응집되는 현상을 피하기 위해서 조용매(co-solvent)를 도입하여 용매 건조시간을 조절하여 고분자의 응집이나 기공을 가지는 유기 물질의 응집현상을 억제 할 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 유기 용매로는 예컨대 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran, THF), 디클로로메탄(dichloromethane, DCM), 클로로포름(chloroform), 클로로벤젠(chlorobenzene, BZ) 등을 사용할 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 조용매로는 (co-solvent)는 전술한 유기 용매보다 끓는 점이 높은 유기 용매를 사용할 수 있다. 예컨대, 1,2-디클로로 벤젠(1,2-dichlorobenzebe, DBZ)이나 N,N-디메틸포름알데히드(N,N-dimethylformamide) 등을 사용할 수 있다.
예시적인 일 구현예세서, 상기 조용매는 전체 용매(유기 용매+조용매)에 대하여 5 vol %에서 20 vol%로 사용할 수 있다. 조용매의 비중이 상기 범위보다 더 낮으면 조용매 사용에 따른 이점이 적어지게 되고, 조용매의 비중이 상기 범위보다 더 높을 경우에는 조용매의 끊는 점이 유기 용매(주용매)보다 높기 때문에 건조시간이 걸어지게 되어 공정 시간 및 제조기판에 손상을 줄 수도 있다. 또한, 잔류용매 (조용매)의 비율이 늘게 되어서 광추출층의 층 구조가 무너지는 현상이 발생할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 광추출층의 기공 사이즈를 조절하여 광추출 효율을 조절할 수 있다. 이를 위하여 기공을 가지는 유기 물과 바인더 고분자의 조성비를 조절하여 광추출층의 기공 사이즈를 조절할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 광추출층 조성물로 광추출층 형성시, 스핀코팅 방법이나 슬롯다이(slot-die)코팅 방법으로 형성할 수 있다.
보다 구체적으로, 비제한적인 예시에서 스핀코팅 속도는 예컨대 3000 rpm에서 5000 rpm사이로 하고 스핀코팅 시간은 예컨대 30초에서 60초 사이로 하며, 용매 건조 온도는 100 내지 150℃로 하고 용매 건조 시간은 10분 내지 20분 사이로 정할 수 있다.
예시적인 일 구현예에서는, 용매 건조 시간을 조절하여 바인더 고분자의 응집 또는 기공을 가지는 유기 물질의 응집을 억제할 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 광추출층은 200nm에서 2μm의 두께로 형성할 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 광추출층의 표면의 평탄화 작업을 하기 위해서 광추출층 상에 평탄층을 추가로 도입할 수 있다. 평탄층은 앞서 설명한 바와 같이 5~20 nm 입자 사이즈를 갖는 금속 산화물과 고분자 바인더를 이용하여 광추출층 형성한 것과 동일한 조건으로 스핀 코팅이나 슬롯 다이 코팅 등을 수행하여 형성할 수 있다.
이러한 본 발명의 예시적인 구현예들에 의하면, 유기 발광 소자의 광추출 효율을 증가 시킬 수 있다. 예컨대, 기존 광추출 효율이 20%인 경우 이 보다 3~5% 정도의 효율 증가를 달성할 수 있다. 이에 따라 유기 발광 소자의 전체적인 효율 및 전기적 특성을 향상할 수 있다. 또한, 본 발명의 예시적인 구현예들에 따른 유기 발광 소자 제조 방법은, 기존의 방법에 비하여 내부 광추출층의 제조 과정이 단순하므로 가격적인 측면에서 상당한 이점을 가질 수 있다. 이와 같이 제조된 광추출층을 포함하는 유기 발광 소자는 조명 분야뿐만 아니라 디스플레이 장치 등에 폭넓게 적용될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들을 들어 본 발명의 구현예들을 더욱 상세하 설명한다. 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕도록 하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예들에 따른 유기 발광 소자의 구성 및 제조 과정을 나타내는 개략도이다. 도 4a는 비교예 1, 도 4b는 비교예 2, 도 4c는 실시예를 나타낸다.
도 4를 참조하여 디바이스 제조 과정을 설명하면 다음과 같다. 우선 본 실시예 및 비교예들에서 사용된 기판은 투명양극으로 두께는 150 nm이고 면저항은 20 Ω/sq 인 indium tin oxide (ITO)가 코팅된 유리 기판을 사용하였다.
산소 플라즈마 전처리를 실시 후 상기 기판을 진공챔버에 넣고, 도 4에 도시된 바와 같이, 정공 이송 층(Hole transport layer, HTL)[TAPC] / 청색 발광 층 (Blue emissive layer, EML)[mCP: Firpic (15wt%)] / 오렌지색 발광층 (Orange EML)[mCP: Ir(2-phg3)(10wt%)] /전자 수송 층(Electron transport layer, ETL)[3TPYMB] 의 순서로 유기물을 진공 증착하였다.
이와 같이, 유기물 증착 후 4 mm 선폭의 금속 마스크를 이용하여 전자 주입 층(Electron injection layer, EIL)인 LiF와 음극으로 Al을 차례로 증착을 하여 기본적인 OLED 디바이스(광추출층 없는 경우, 비교예 1, 도4a)를 제조하였다.
또한, 비교예 2로서 상기 기본 OLED 디바이스에 광 추출 필름(light extraction film)을 적용하여 종래 유기 발광 소자를 제조하였다(비교예 2, 도 4b).
광 추출 필름은 무기산화물(5~10 nm TiO2 수용액, ENB KOREA 사에서 입수)과 고분자 바인더(실리콘 수지)를 혼합 및 스핀코팅(후술하는 사이클로덱스트린과 같은 조건)하여 형성하였다. 두께는 약 100nm로 하였다.
실시예로서, 상기 기본 OLED 디바이스에 광 추출 필름이 아닌 사이클로덱스트린 층을 형성하였다(도 4c). 구체적으로, 사이클로덱스트린(Aldrich사에서 입수)을 바인더 고분자인 실리콘 수지와 함께 유기 용매(THF)와 조용매(1, 2-DBZ)와 혼합하여 코팅용 조성물을 제조한 후, 이를 상기 기본 OLED 디바이스에 스핀 코팅하고, 용매를 건조하여 본 실시예의 사이클로덱스트린 광추출층이 적용된 OLED 디바이스를 제조하였다(실시예, 도 4c). 두께는 약 400nm로 하였다.
전술한 바와 같이, 사이클로덱스트린 중 α-사이클로덱스트린은 외곽 지름이 약 1.37nm이고 기공의 사이즈는 약 0.57nm이고, β-사이클로덱스트린은 외곽지름이 약1.53nm이고 기공의 사이즈는 약 0.78nm이며, γ-사이클로덱스트린은 외곽 지름이 약 1.69nm이고 기공의 사이즈는 약 0.95nm이다.
사이클로덱스트린은 바인더 고분자 및 사이클로덱스트린 총 100 중량%에 대하여 20중량%로 사용하였다. 또한, 조용매는 유기 용매 및 조용매 총 부피에 대하여 10vol%로 사용하였다. 사이클로덱스트린은 용매 전체(유기 용매 및 조용매) 100g에 대하여 약 0.2g 사용하였다.
도 5는 본 발명의 실시예 및 비교예들에 따른 유기 발광 소자의 전압에 따른 휘도(luminescence)(도 5a) 및 전류 효율(current efficacy)(도 5b)을 나타내는 그래프이다.
도 5에서 알 수 있듯이, 기공을 가지는 유기 나노 산란 입자인 사이클로덱스트린을 사용하지 않는 경우와 대비하여, 휘도(Luminance)는 약 5,000 cd/m2이상 증가를 하였고, 전류 효율(Current efficiency)는 약 1.3배~1.5배 이상 증가하는 것을 알 수 있다.

Claims (17)

  1. 유기 발광 소자의 광추출층으로서,
    기공을 가지는 유기 나노 산란 입자 및 바인더 고분자를 포함하는 것이고,
    상기 기공을 가지는 유기 나노 산란 입자는 중공 탄소(hollow carbon material) 입자 또는 사이클로덱스트린 입자인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자 광추출층.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기공을 가지는 유기 나노 산란 입자 및 바인더 고분자 총 100 중량%에 대하여, 기공을 가지는 유기 나노 산란 입자는 10 내지 30중량%인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자 광추출층.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 사이클로덱스트린 입자는 α-사이클로덱스트린, β-사이클로덱스트린, γ-사이클로덱스트린으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자 광추출층.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 바인더 고분자는 실리콘 수지, 산화규소계수지, 페놀계 수지, 실세스퀴옥산계 수지 및 실록산 수지로 이루어지는 그룹에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자 광추출층.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광추출층은 가교제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자 광추출층.
  7. 유기 발광 소자로서,
    제 1 항 또는 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 광추출층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 광추출층에 상에 배치되고, 금속 산화물 및 바인더 고분자를 포함하는 평탄층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 유기 발광 소자는,
    기판;
    상기 기판 상에 배치된 상기 광추출층;
    상기 광추출층에 상에 배치된 상기 평탄층;
    상기 평탄층 상에 배치된 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 배치된 하나 이상의 발광층; 및
    상기 발광층 상에 배치된 제2 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 평탄층의 바인더 고분자는 광추출층의 바인더 고분자와 동일한 성분인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  11. 유기 발광 소자 제조 방법으로서,
    기공을 가지는 유기 나노 산란 입자 및 바인더 고분자를 용매에 용해하여 광추출층 조성물을 제조하는 단계; 및
    상기 광추출층 조성물을 기판 상에 코팅하고 용매를 건조하여 광추출층을 형성하는 단계;를 포함하는 것이고,
    상기 기공을 가지는 유기 나노 산란 입자는 중공 탄소(hollow carbon material) 입자 또는 사이클로덱스트린 입자인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자 제조 방법.
  12. 유기 발광 소자 제조 방법으로서,
    기공을 가지는 유기 나노 산란 입자 및 바인더 고분자를 용매에 용해하여 광추출층 조성물을 제조하는 단계; 및
    상기 광추출층 조성물을 기판 상에 코팅하고 용매를 건조하여 광추출층을 형성하는 단계;를 포함하는 것이고,
    상기 광추출층 조성물은 상기 용매보다 끓는 점이 높은 조용매(co-solvent)를 더 포함하되, 전체 용매에 대하여 5vol% 내지 20vol%로 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 용매는 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran, THF), 디클로로메탄(dichloromethane, DCM), 클로로포름(chloroform), 클로로벤젠(chlorobenzene, BZ)로 이루어지는 그룹에서 선택되는 하나 이상이고,
    상기 조용매(co-solvent)는 1,2-디클로로 벤젠(1,2-dichlorobenzebe, DBZ), N,N-디메틸포름알데히드(N,N-dimethylformamide)로 이루어지는 그룹에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자 제조 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    광추출층의 기공 사이즈를 조절하여 광추출 효율을 조절하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    기공을 가지는 유기 나노 산란 입자와 바인더 고분자의 조성비를 조절하여 광추출층의 기공 사이즈를 조절하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자 제조 방법.
  16. 제 11 항에 있어서,
    용매 건조 시간을 조절하여 바인더 고분자의 응집 또는 기공을 가지는 유기 나노 산란 입자의 응집을 억제하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자 제조 방법.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 광추출층 상에 금속 산화물 및 바인더 고분자를 포함하는 평탄층을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자 제조 방법.
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