KR101967023B1 - 유기 발광 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

유기 발광 소자가 제공된다. 상기 유기 발광 소자는, 양극, 상기 양극 상에 배치되고, 제1 금속 산화물 내에 제2 금속 구조체가 분산되고, 오목부들 및 볼록부들이 교대로 반복되는 물결 구조를 갖는 광추출층, 상기 광추출층 상의 전자수송층, 상기 전자수송층 상의 발광층, 상기 발광층 상의 정공수송층, 및 상기 정공수송층 상의 음극을 포함할 수 있다.

Description

유기 발광 소자 및 그 제조 방법{Organic light emitting device, and method of fabricating of the same}
본 발명은 유기 발광 소자 및 그 제조 방법에 관련된 것으로, 보다 상세하게는, 금속 산화물 내에 금속 나노 입자가 분산되고, 오목부들 및 볼록부들이 교대로 반복되는 구조의 광추출층을 포함하는 유기 발광 소자, 및 그 제조 방법에 관련된 것이다.
유기 발광 소자는 유기 물질의 전계 발광 현상을 이용한 표시 소자이다. 유기 발광 소자는 애노드 전극 및 캐소드 전극 사이에 유기 발광 물질을 배치시키고, 애노드 전극 및 캐소드 전극 사이에 전류에 의해 유기 발광층 내부에서 전자와 정공이 결합하여 생성된 여기자(exciton)가 여기 상태에서 기저 상태로 떨어질 때 발생하는 에너지에 의해 광을 발생시킨다.
액정 표시 장치와 달리, 유기 발광 소자는 자발광 특성을 가져, 표시 장치의 두께 등을 감소시킬 수 있다. 또한, 유기 발광 소자는 액정 표시 장치와 비교하여 전력, 휘도, 반응속도 등에서 우월한 특성을 가지므로, 차세대 디스플레이 장치로 연구 개발 중이다.
예를 들어, 대한민국 특허 공개공보 KR20130135184A (출원번호 KR20130063130A, 주식회사 엘지화학)에는, 기판, 상기 기판 상에 구비된 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 구비된 유기물층, 상기 유기물층 상에 구비되고, 서로 이격된 2 이상의 금속층을 포함하는 제2 전극 패턴, 및 상기 제2 전극 패턴의 상부면과 상기 서로 이격된 금속층 간의 사이 영역 전체에 구비된 퓨즈층(fuse layer)을 포함하는 유기 발광 소자를 개시하고, 상기 유기 발광 소자 내에 구비된 상기 퓨즈층으로 인해 발광 영역 중 일부분에 전기적 단락이 발생하는 경우에 규정값 이상의 과도한 전류가 계속 흐르지 못하게 자동적으로 차단함으로써, 전극의 저항이 감소되고, 넓은 면적의 소자에서 균일하게 발광이 일어나는 유기 발광 소자 제조 기술이 개시되어 있다.
차세대 디스플레이 장치로써 유기 발광 소자의 응용분야 확대를 위해, 고휘도 특성을 갖는 유기 발광 소자를 간소화된 공정으로, 공정 시간 및 공정 비용을 감소시킬 수 있는 유기 발광 소자의 제조 방법에 대한 연구 개발이 필요한 실정이다.
대한민국 특허 공개공보 KR20130135184A
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 광 추출 효율이 향상된 유기 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 제조 공정이 간소화된 유기 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 제조 비용 및 제조 시간이 감소된 유기 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 전자 주입 및 수송 능력이 향상된 유기 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 종래 유기 발광 소자의 구조에 적용이 용이한 유기 발광 소자 및 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 종래의 국부화된 플라즈몬 효과가 개선된 유기 발광 소자 및 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제를 제공하기 위해, 본 발명은 유기 발광 소자의 제조 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 유기 발광 소자의 제조 방법은, 제1 금속을 포함하는 제1 용액, 및 제2 금속 구조체를 포함하는 제2 용액을 준비하는 단계, 상기 제1 용액 및 상기 제2 용액을 혼합하여, 소스 용액을 제조하는 단계, 상기 소스 용액을 기판 상에 제공하는 단계, 점차적으로 온도를 증가시키는 방법으로, 상기 기판 상의 상기 소스 용액을 열처리하여, 상기 제1 금속의 산화물 내에 상기 제2 금속 구조체가 분산된 광추출층(light extraction layer)을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 광추출층은, 오목부들 및 볼록부들이 교대로 반복되는 물결 구조를 갖는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 유기 발광 소자의 제조 방법은, 상기 광추출층의 상기 물결 구조에서, 서로 인접한 상기 오목부들 사이의 거리, 및 서로 인접한 상기 볼록부들 사이의 거리가, 상기 소스 용액 내의 상기 제1 용액 및 상기 제2 용액의 농도에 따라 조절되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 소스 용액 내의 상기 제2 용액의 중량은, 10 내지 15wt%인 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 금속 구조체는, Au, Ag, Pt, Cu, Pd, 또는 Al 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 유기 발광 소자의 제조 방법은, 상기 광추출층 상에 발광층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 발광층에서 방출된 광에 의해, 상기 광추출층 내의 상기 제2 금속 구조체는 플라즈몬 공명 현상을 나타내고, 상기 제2 금속 구조체의 크기에 따라서, 상기 제2 금속 구조체의 플라즈몬 공명파장(Plasmon resonance wavelength)이 조절되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 소스 용액을 제조하는 단계는, 상기 제1 용액에 안정제를 첨가하고, 교반하는 단계, 및 상기 안정제가 첨가된 상기 제1 용액에 상기 제2 용액을 첨가하고, 교반하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 유기 발광 소자를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 유기 발광 소자는, 양극, 상기 양극 상에 배치되고, 제1 금속 산화물 내에 제2 금속 구조체가 분산되고, 오목부들 및 볼록부들이 교대로 반복되는 물결 구조를 갖는 광추출층, 상기 광추출층 상의 전자수송층, 상기 전자수송층 상의 발광층, 상기 발광층 상의 정공수송층, 및 상기 정공수송층 상의 음극을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 발광층에서 방출된 광에 의해, 상기 광추출층 내의 상기 제2 금속 구조체는 플라즈몬 공명 현상을 나타내고, 상기 제2 금속 구조체의 크기에 따라, 상기 제2 금속 구조체의 플라즈몬 공명파장이 조절되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 금속 구조체는, Au, Ag, Pt, Cu, Pd, 또는 Al 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 제1 금속을 포함하는 제1 용액 및 제2 금속 구조체를 포함하는 제2 용액을 준비하는 단계, 상기 제1 용액 및 상기 제2 용액을 혼합하여, 소스 용액을 제조하는 단계, 상기 소스 용액을 기판 상에 제공하는 단계, 및 점차적으로 온도를 증가시키는 방법으로, 상기 기판 상의 상기 소스 용액을 열처리하여, 상기 제1 금속의 산화물 내에 상기 제2 금속 구조체가 분산된 광추출층을 제조하는 단계를 포함하는 유기 발광 소자의 제조 방법이 제공될 수 있다.
먼저, 상기 소스 용액은 상기 제1 용액 및 상기 제2 용액의 교반 공정을 이용한 졸겔(sol-gel)법에 의해 제조될 수 있다. 또한, 상기 광추출층은, 상기 기판에 코팅된 상기 소스 용액에 점차적으로 온도를 증가시키는 동적 어닐링 공정을 수행하여 제조될 수 있다. 이와 같이, 상대적으로 간단한 공정이라 할 수 있는 상기 졸겔법 및 상기 동적 어닐링 공정을 통해 상기 광추출층이 제조되므로, 상기 유기 발광 소자 제조에 요구되는 공정 비용 및 공정 시간을 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 광추출층에 포함된 상기 제1 금속의 산화물은, 오목부들 및 볼록부들이 교대로 반복되는 물결 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 광추출층은, 상기 유기 발광 소자의 발광층에서 방출된 광을 효율적으로 산란시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 전자의 수송 역할을 하는 상기 광추출층의 상기 물결 구조는, 외부로부터 상기 유기 발광 소자에 유입되는 광의 손실을 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 광추출층은, 상기 물결 구조를 갖는 상기 제2 금속 산화물 내에 상기 제2 금속 구조체(ex. Au 나노 입자)가 분산된 형태이므로, 상기 제2 금속 구조체의 플라즈몬 공명 현상에 의해 상기 유기 발광 소자의 광 추출 효율은 극대화될 수 있다. 이에 따라, 고효율의 유기 발광 소자가 제공될 수 있고, 상기 광추출층은, 광 센서 또는 촉매 등의 응용 분야에 활용될 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 광추출층의 상기 물결 구조에서, 서로 인접한 상기 오목부들 사이의 거리, 및 서로 인접한 상기 볼록부들 사이의 거리는, 상기 소스 용액 내의 상기 제1 용액 및 상기 제2 용액의 농도에 따라 용이하게 조절될 수 있다. 또한, 상기 제2 금속 구조체의 크기를 조절함으로써, 상기 제2 금속 구조체의 플라즈몬 공명파장이 용이하게 조절될 수 있다. 이에 따라, 상기 유기 발광 소자의 제조 공정에 사용되는 물질의 크기 및/또는 농도를 조절하는 손쉬운 방법으로, 광학 특성이 용이하게 조절될 수 있는 상기 유기 발광 소자의 제조 방법이 제공될 수 있다.
또한, 종래의 아웃 커플링 필름 또는 마이크로 렌즈 어레이 필름을 유기 발광 소자의 외부에 부착시키는 공정과 달리, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 광추출층은, 유기 발광 소자의 구조를 구조적으로 변경시키지 않으므로, 종래의 유기 발광 소자에 용이하게 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 소자의 광추출층의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 소스 용액의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 소자의 광추출층의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 비교 예에 따른 유기 발광 소자에 포함된 광추출층의 AFM 이미지이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 소자에 포함된 광추출층의 AFM 이미지이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 소자에 포함된 광추출층의 EDS 측정 결과이다.
도 8은 본 발명의 실시 예 및 실시 예에 대한 비교 예에 따른 유기 발광 소자의 전압에 따른 전류밀도(current density)를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시 예 및 실시 예에 대한 비교 예에 따른 유기 발광 소자의 전압에 따른 발광효율(luminance)을 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시 예들 및 비교 예에 따른 유기 발광 소자의 전압에 따른 전류밀도를 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시 예들 및 비교 예에 따른 유기 발광 소자의 전압에 따른 발광효율을 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 소자의 광추출층의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 소스 용액의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 소자의 광추출층의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1 금속을 포함하는 제1 용액(10), 및 제2 금속 구조체를 포함하는 제2 용액(20)이 준비될 수 있다(S100). 상기 제1 용액(10)은, 제1 용매에 상기 제1 금속이 첨가되어 제조될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제1 금속은, Zn, WO, Ta, Ce, Y, Cr, Ga, Ti, Hf, Ti, Zr, Nb, Ba, 또는 Pb 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 용매는, 2-methoxyethanol일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 금속은, 후술되는 S200 단계를 통해 제조되는 소스 용액(30) 내에 포함된 상기 제1 금속의 산화물에 대한 전구체 형태일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 금속이 Zn인 경우, 상기 제1 금속의 산화물에 대한 상기 전구체는, Zn(OH)2, Zn(CH3COO)2, Zn(CH3(COO)2·nH2O, Zn(CH3CH2)2, Zn(NO3)2, Zn(NO3)2·nH2O,Zn(CO3), Zn(CH3COCHCOCH3)2, 또는 Zn(CH3COCHCOCH3)2·nH2O 중 어느 하나이거나, 둘 이상의 조합일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 용액(10)은, 0.83g의 Zinc acetate dehydrate(Zn(CH3(COO)2·nH2O)가 상기 제1 용매인 2-methoxyethanol 5mL에 첨가되어 제조될 수 있다.
또한, 상기 제2 용액(20)은, 제2 용매에 상기 제2 금속 구조체가 첨가되어 제조될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 금속 구조체는, Ag, Pt, Cu, Pd, 또는 Al 중 어느 하나이거나, 둘 이상의 조합일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 금속 구조체는, 구, 나노 막대, 또는 나노 멍게 구조 중 어느 하나이거나, 둘 이상의 조합된 형태일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 금속 구조체는, 나노미터(nanometer) 크기일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 용액(20)은, Au 나노 입자가 상기 제2 용매에 첨가되어 제조될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 Au 나노 입자는, citrate법에 의해 합성되어 제조될 수 있다.
상기 제1 용액(10) 및 상기 제2 용액(20)이 혼합되어, 상기 소스 용액(30)이 제조될 수 있다(S200). 상기 소스 용액(30)을 제조하는 단계는, 상기 제1 용액(10)에 안정제를 첨가하고 교반하는 단계, 및 상기 안정제가 첨가된 상기 제1 용액(10)에 상기 제2 용액(20)을 첨가하고 교반하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 용액(10)에 상기 안정제를 첨가하고, 교반하는 단계는, 상기 제1 용액(10)에 상기 안정제를 첨가한 후, 상기 안정제가 첨가된 상기 제1 용액(10)을 열처리(thermal treatment) 하는 동시에, 교반 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 상기 안정제는, 일 실시 예에 따르면, 상기 안정제는, 에탄올아민(ethanolamine)일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 용액(10)에 상기 안정제인 상기 에탄올아민 0.1mL이 첨가된 후, 60℃의 온도 조건에서 30분 동안 교반 공정이 수행될 수 있다.
상기 안정제가 첨가된 상기 제1 용액(10)에 상기 제2 용액(20)을 첨가하고, 교반하는 단계는, 상기 안정제가 첨가된 상기 제1 용액(10)에 전술된 S100 단계를 통해 제조된 상기 제2 용액(20)을 첨가한 후, 상기 제2 용액이 첨가된 상기 제1 용액(10)을 열처리하는 동시에, 상기 교반 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 안정제인 에탄올아민이 첨가된 상기 제1 용액(10) 1mL에 5wt%의 상기 제2 용액(20)을 첨가한 후, 60℃의 온도 조건에서 30분 동안 교반 공정이 수행되어 상기 소스 용액(30)이 제조될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 후술되는 우수한 광 추출 효율을 갖는 광추출층(120)의 제조를 위한 상기 소스 용액(30) 내의 상기 제2 용액(20)의 중량은, 10 내지 15wt%일 수 있다.
상기 소스 용액(30)이 기판(100) 상에 제공될 수 있다(S300). 일 실시 예에 따르면, 스핀 코팅(spin coating), 스프레이 코팅(spray coating), 브러쉬 코팅(brush coating), 딥 코팅(dip coating), 또는 그라비아 코팅(gravure coating) 중 어느 하나에 의해, 상기 기판(100) 상에 상기 소스 용액(30)이 코팅될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기판(100)은, 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 소자(200)의 양극일 수 있다. 이에 따라, 상기 기판(100)은, 투명한 도전성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(100)은, Indium-tin-oxide(ITO), Al-doped ZnO(AZO), Ga-doped ZnO(GZO), In,Ga-doped ZnO(IGZO), Mg-doped ZnO(MZO), Mo-doped ZnO, Al-doped MgO, Ga-doped MgO, F-doped SnO2, Nb-doped TiO2, 또는 CuAlO2 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 스핀 코팅 공정에 의해, 상기 기판(100)인 ITO 양극 상에 상기 소스 용액이 균일한 두께로 코팅될 수 있다.
점차적으로 온도를 증가시키는 방법으로, 상기 기판(100) 상의 상기 소스 용액(30)이 상기 열처리되어, 상기 제1 금속의 산화물 내에 상기 제2 금속 구조체가 분산된 광추출층(light extraction layer, 120)이 제조될 수 있다(S400). 구체적으로, 상기 기판(100) 상에 코팅된 상기 소스 용액(30)은, 점차적으로 온도를 증가시키는 방법을 이용하는 동적 어닐링(dynamic annealing)에 의해 상기 열처리될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기판(100) 상의 상기 소스 용액(30)에 대한 상기 동적 어닐링은, 상온(25℃)에서 250℃까지 초당 25℃의 승온 속도로 수행될 수 있다.
또한, 상기 열처리를 통해, 상기 기판(100) 상의 상기 소스 용액(30) 내에 상기 제1 금속(상기 제1 금속에 대한 전구체)은, 상기 제1 금속의 산화물의 형태로 형성되고, 상기 제2 금속 구조체가 상기 제1 금속 산화물 내에 분산된 형태의 상기 광추출층(120)이 제조될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 금속 산화물은, WO3, Ta2O5, CeO2, Y2O3, Cr2O3, Ga2O3, TiO, HfO2, Ti3O5, TiO2, ZrO2, ZnO, Nb2O5, BaTiO3, PbTiO3, 또는 Pb(Zr)TiO3 중 어느 하나일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 금속이 Zn이고, 상기 제2 금속 구조체가 Au인 경우, 상기 제1 금속의 산화물은 ZnO이고, 상기 제1 금속의 산화물인 ZnO 내에 Au 나노 입자가 분산된 형태의 상기 광추출층(120)이 제조될 수 있다.
이에 따라, 상기 광추출층(120)의 광 추출 효율을 향상시키기 위해, 상기 유기 발광 소자의 외부에 아웃커플링 필름 및/또는 마이크로렌즈 어레이 필름을 부착하는 공정, 및/또는 유기물 층에 금속 나노 입자를 삽입하는 공정을 수행하지 않고, 상술된 바와 같이, 상대적으로 간단한 공정인 상기 동적 어닐링을 통해, 상기 제2 금속 구조체가 상기 제1 금속의 산화물 내에 분산되어 광 추출 효율이 향상된 상기 광추출층(120)이 용이하게 제조될 수 있다.
또한, 상기 동적 어닐링 공정을 통해, 상기 광추출층(120)은, 오복무들 및 볼록부들이 교대로 반복되는 물결 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 금속의 산화물은, 상기 물결 구조를 형성할 수 있고, 상기 물결 구조의 상기 제1 금속 산화물 내에 상기 제2 금속 구조체가 분산될 수 있다. 전자의 수송 역할을 하는 상기 광추출층(120)의 상기 물결 구조는, 외부로부터 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 소자에 유입되는 광의 손실을 감소시킬 수 있다. 다시 말해서, 상기 물결 구조로 인해, 본 발명의 실시 에에 따른 상기 광추출층(120)의 전자 수송 능력은 향상될 수 있다. 이에 따라, 고효율의 유기 발광 소자가 제공될 수 있고, 상기 광추출층(120)은, 광 센서 또는 촉매 등의 응용 분야에 활용될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 광추출층(120)의 상기 물결 구조에 포함된 상기 오목부들 및 상기 볼록부들의 크기, 형상, 및 방향은, 불균일할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 광추출층(120)의 상기 물결 구조에서, 서로 인접한 상기 오목부들 사이의 거리, 및 서로 인접한 상기 볼록부들 사이의 거리는, 상기 소스 용액(30) 내의 상기 제1 용액(10) 및 상기 제2 용액(20)의 농도에 따라 조절될 수 있다. 다시 말해서, 상기 광추출층(120)의 상기 물결 구조의 주기는, 상기 소스 용액(30) 내의 상기 제1 용액(10) 및 상기 제2 용액(20)의 농도에 따라 조절될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 광추출층(120)의 상기 물결 구조의 주기는, 상기 소스 용액(30) 내의 상기 제1 금속, 상기 제2 금속 구조체, 상기 제1 용매, 및/또는 상기 안정제의 비율에 따라 조절될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 소자의 제조 방법은, 상기 광추출층(120) 상에 발광층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 발광층(150)에서 방출된 광에 의해, 상기 광추출층(120) 내의 상기 제2 금속 구조체는 플라즈몬 공명(plasma resonance) 현상을 나타낼 수 있다. 이에 따라, 고휘도 특성을 갖는 상기 유기 발광 소자가 제공될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 금속 구조체의 크기를 조절함으로써, 상기 제2 금속 구조체의 플라즈몬 공명파장(Plasmon resonance wavelength)이 용이하게 조절될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 소자가 설명된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 소자를 설명하기 위한 도면이다. 도 4에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 소자를 설명함에 있어서, 앞서 도 1 내지 도 3에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 소자의 제조 방법에 대한 설명에 중복되는 부분에 대해서는 도 1 내지 도 3을 참조하기로 한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 소자(200)는, 양극(110), 광추출층(120), 전자수송층(140), 발광층(150), 정공수송층(170), 및 음극(190)을 포함할 수 있다.
상기 양극(110)은, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 상기 기판(100)과 동일할 수 있다. 이에 따라, 상기 기판(100)은, 투명한 도전성 물질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 기판(100)은, Indium-tin-oxide(ITO), Al-doped ZnO(AZO), Ga-doped ZnO(GZO), In,Ga-doped ZnO(IGZO), Mg-doped ZnO(MZO), Mo-doped ZnO, Al-doped MgO, Ga-doped MgO, F-doped SnO2, Nb-doped TiO2, 또는 CuAlO2 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 광추출층(120)은, 상기 양극(110) 상에 배치될 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 광추출층(120)은, 상기 제1 금속 산화물 내에 상기 제2 금속 구조체가 분산된 형태일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 금속 산화물은, WO3, Ta2O5, CeO2, Y2O3, Cr2O3, Ga2O3, TiO, HfO2, Ti3O5, TiO2, ZrO2, ZnO, Nb2O5, BaTiO3, PbTiO3, 또는 Pb(Zr)TiO3 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 금속 구조체는, Ag, Pt, Cu, Pd, 또는 Al 중 어느 하나이거나, 둘 이상의 조합일 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 금속 구조체는, 구, 나노 막대, 또는 나노 멍게 구조 중 어느 하나이거나, 둘 이상의 조합된 형태일 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 금속 구조체는, 나노미터(nanometer) 크기일 수 있다.
또한, 상술된 바와 같이, 상기 광추출층(20)은, 상기 오목부들 및 상기 볼록부들이 교대로 반복되는 물결 구조를 가질 수 있다. 전자의 수송 역할을 하는 상기 광추출층(120)의 상기 물결 구조는, 외부로부터 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 소자에 유입되는 광의 손실을 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 고효율의 유기 발광 소자가 제공될 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 광추출층(120)은, 상기 유기 발광 소자(200) 뿐만 아니라, 광 센서 또는 촉매 등의 응용 분야에 활용될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 양극(110) 상에 복수개의 상기 광추출층(120)이 적층될 수 있다. 상기 양극(110) 상에 적층되는 상기 광추출층(120)의 수, 및/또는 두께를 조절함으로써, 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 소자(200)의 광학 특성이 용이하게 조절될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 광추출층(120)의 상기 물결 구조의 주기는, 상기 광추출층(120)에 포함된 상기 제1 금속의 산화물의 상기 제1 금속, 및 상기 제2 금속 구조체의 비율에 따라 조절될 수 있다.
또한, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 것과 같이, 후술되는 상기 발광층(150)에서 방출된 광에 의해, 상기 광추출층(120) 내의 상기 제2 금속 구조체는 플라즈몬 공명 현상을 나타낼 수 있다. 이에 따라, 상기 광추출층(120)은, 상기 발광층에서 발생하는 빛을 효율적으로 추출할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 금속 구조체의 크기에 따라, 상기 제2 금속 구조체의 플라즈몬 공명파장이 용이하게 조절될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 양극(110)인 ITO 양극 상에, 상기 제1 금속의 산화물인 아연산화물(ZnO) 내에 상기 제2 금속 구조체인 Au 나노 입자가 분산되고, 상기 물결 구조를 갖는 상기 광추출층(120)이 배치될 수 있다.
상기 전자수송층(140)은, 상기 광추출층(120) 상에 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 전자수송층(140)은, 상기 스핀 코팅 공정을 통해, 1:20의 부피비를 갖는 2-methoxyethanol, 및 ethanolamine의 혼합 용액을 상기 광추출층(120) 상에 코팅함으로써 제조될 수 있다.
상기 발광층(150)은, 상기 전자수송층(140) 상에 배치될 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 발광층(150)에서 방출된 광에 의해, 상기 광추출층(120) 내의 상기 제2 금속 구조체는 플라즈몬 공명 현상을 나타낼 수 있다. 상기 물결 구조를 갖는 동시에, 상기 제1 금속 산화물 내에 상기 제2 금속 구조체가 분산되어 있는 형태인 상기 광추출층(120)의 구조적 특성으로, 상기 발광층(150)에서 방출된 광의 효율이 향상될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 발광층(150)은, PDY-132, Alq3, MEH-PPV, PVK, F8BT, PFO, PHF, DDP, C-545T, DEQ, PAP-NPA, α-DNA, 및 TBSA 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 발광층(150)은, 상기 전자수송층(140) 상에 PDY-132를 상기 스핀 코팅함으로써 형성될 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 발광층(150)의 두께는, 약 10nm일 수 있다.
상기 정공수송층(170)은, 상기 발광층(150) 상에 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 정공수송층(170)은, 상기 발광층(150) 상에 WO3를 증기 증착함으로써 형성될 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 정공수송층(170)의 두께는, 약 5nm일 수 있다.
상기 음극(190)은, 상기 정공수송층(170) 상에 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 음극(190)은, Al, Ag, Ca, Mg, Au, Mo, Ir, Cr, Ti, Pd, CuAlO2/Ag/CuAlO2, ITO/Ag/ITO, ZnO/Ag/ZnO, ZnS/Ag/ZnS, TiO2/Ag/TiO2, ITO/Au/ITO, WO3/Ag/WO3, 또는 MoO3/Ag/MoO3 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 음극(190)은, 상기 정공수송층(170) 상에 Ag을 상기 증기 증착함으로써 형성될 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 음극(190)의 두께는, 약 100nm일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 양극(110)은 상기 음극(190)의 위치에 배치되고, 상기 음극(190)은 상기 양극(110)의 위치에 배치될 수 있다. 이에 따라, 역구조의 상기 유기 발광 소자(200)가 제공될 수 있다.
상술된 본 발명의 실시 예와 달리, 종래에는 유기 발광 소자의 광 추출 효율을 향상시키기 위해, 상기 유기 발광 소자의 외부에 아웃커플링 필름 및/또는 마이크로렌즈 어레이 필름을 부착하거나, 유기물 층에 금속 나노 입자를 삽입하는 방법을 이용한다.
상기 유기 발광 소자의 광 추출 효율을 높이기 위해, 상기 유기 발광 소자의 외부에 상기 아웃커플링 필름 및/또는 상기 마이크로렌즈 어레이 필름을 부착하는 경우, 공정이 매우 복잡하고, 고가의 장비들이 요구되므로 공정 비용이 증가하는 문제점이 있다.
또한, 상기 유기 발광 소자의 광 추출 효율을 높이기 위해, 상기 유기 발광 소자의 상기 유기물 층에 상기 금속 나노 입자를 삽입하는 경우, 상기 유기물 층의 전자 주입 능력이 저하되는 단점이 있다. 이러한 이유로, 상기 유기 발광 소자의 광 추출 효율을 높이기 위해, 종래의 기술들을 사용하는 경우, 대면적의 적용이 어렵고, 상기 유기 발광 소자의 재현성 및 신뢰성이 떨어지는 단점이 있다.
하지만, 본 발명의 실시 예에 따르면, 제1 금속을 포함하는 제1 용액(10) 및 제2 금속 구조체를 포함하는 제2 용액(20)을 준비하는 단계, 상기 제1 용액(10) 및 상기 제2 용액(20)을 혼합하여, 소스 용액(30)을 제조하는 단계, 상기 소스 용액(30)을 기판(100) 상에 제공하는 단계, 및 점차적으로 온도를 증가시키는 방법으로, 상기 기판(100) 상의 상기 소스 용액(30)을 열처리하여, 상기 제1 금속의 산화물 내에 상기 제2 금속 구조체가 분산된 광추출층(120)을 제조하는 단계를 포함하는 유기 발광 소자(200)의 제조 방법이 제공될 수 있다.
먼저, 상기 소스 용액(30)은 상기 제1 용액(10) 및 상기 제2 용액(20)의 교반 공정을 이용한 졸겔(sol-gel)법에 의해 제조될 수 있다. 또한, 상기 광추출층(1200은, 상기 기판(100)에 코팅된 상기 소스 용액(30)에 점차적으로 온도를 증가시키는 동적 어닐링 공정을 수행하여 제조될 수 있다. 이와 같이, 상대적으로 간단한 공정이라 할 수 있는 상기 졸겔법 및 상기 동적 어닐링 공정을 통해 상기 광추출층(120)이 제조되므로, 상기 유기 발광 소자(200) 제조에 요구되는 공정 비용 및 공정 시간을 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 광추출층(120)에 포함된 상기 제1 금속의 산화물은, 오목부들 및 볼록부들이 교대로 반복되는 물결 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 광추출층(120)은, 상기 유기 발광 소자(200)의 발광층(150)에서 방출된 광을 효율적으로 산란시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 전자의 수송 역할을 하는 상기 광추출층(120)의 상기 물결 구조는, 외부로부터 상기 유기 발광 소자(200)에 유입되는 광의 손실을 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 광추출층(120)은, 상기 물결 구조를 갖는 상기 제2 금속 산화물 내에 상기 제2 금속 구조체(ex. Au 나노 입자)가 분산된 형태이므로, 상기 제2 금속 구조체의 플라즈몬 공명 현상에 의해 상기 유기 발광 소자(200)의 광 추출 효율은 극대화될 수 있다. 이에 따라, 고효율의 유기 발광 소자(200)가 제공될 수 있고, 상기 광추출층(120)은, 광 센서 또는 촉매 등의 응용 분야에 활용될 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 광추출층(120)의 상기 물결 구조에서, 서로 인접한 상기 오목부들 사이의 거리, 및 서로 인접한 상기 볼록부들 사이의 거리는, 상기 소스 용액(30) 내의 상기 제1 용액(10) 및 상기 제2 용액(20)의 농도에 따라 용이하게 조절될 수 있다. 또한, 상기 제2 금속 구조체의 크기를 조절함으로써, 상기 제2 금속 구조체의 플라즈몬 공명파장이 용이하게 조절될 수 있다. 이에 따라, 상기 유기 발광 소자(200)의 제조 공정에 사용되는 물질의 크기 및/또는 농도를 조절하는 손쉬운 방법으로, 광학 특성을 용이하게 조절할 수 있는 상기 유기 발광 소자(200)의 제조 방법이 제공될 수 있다.
또한, 종래의 아웃 커플링 필름 또는 마이크로 렌즈 어레이 필름을 유기 발광 소자의 외부에 부착시키는 공정과 달리, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 광추출층(120)은, 유기 발광 소자의 구조를 구조적으로 변경시키지 않으므로, 종래의 유기 발광 소자에 용이하게 적용될 수 있다.
이하, 상술된 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 소자의 특성 평가 결과가 설명된다.
실시 예에 따른 유기 발광 소자의 제조
0.82g의 zinc acetate dihydrate를 5ml의 2-methoxyetanol에 첨가하여 혼합한 후, 0.1mL의 안정제인 ethanolamine를 첨가하여 60℃의 온도에서 30분 동안 교반하여 제1 금속으로 아연(Zn)을 포함하는 제1 용액을 준비하였다. 또한, citrate법에 의해 제조된 제2 금속 구조체인 Au 나노 입자를 포함하는 제2 용액을 준비하였다. 1mL의 상기 제1 용액에 상기 제2 용액을 첨가한 후, 60℃의 온도에서 30분 동안 교반하여, 소스 용액을 제조하되, 본 발명의 제1 내지 제5 실시 예들에 따라, 상기 소스 용액 내 상기 제2 용액의 함량이 5wt%, 10wt%, 15wt%, 20wt%, 및 25wt%인 소스 용액들을 제조하였다. 스핀 코팅 공정을 통해, 상기 소스 용액들을 ITO 양극 상에 코팅한 후, 상온(25℃)에서 250℃까지 초당 25℃의 속도로 동적 어닐링 공정을 실시하여, 상기 ITO 양극 상에 제1 금속의 산화물인 아연산화물(ZnO) 내에 상기 제2 금속 구조체인 Au 나노 입자가 분산되고, 오목부들 및 볼록부들이 교대로 반복된 물결 구조를 갖는 광추출층을 형성하였다. 상기 스핀 코팅 공정을 통해, 상기 광추출층 상에 1:20의 부피비를 갖는 2-methoxyethanol 및 ethanolamine의 혼합 용액을 코팅하여, 상기 광추출층 상에 전자수송층을 형성하였다. 상기 스핀 코팅 공정을 통해, 상기 전자수송층 상에 PDY-132를 코팅하여, 상기 전자수송층 상에 발광층을 형성하였다. 증기 증착 공정을 통해, 상기 발광층 상에 WO3를 코팅하여, 상기 발광층 상에 정공수송층을 형성하였다. 상기 증기 증착 공정을 통해, 상기 정공 수송층 상에 Ag을 코팅하여, 상기 정공수송층 상에 음극을 형성하여 본 발명의 제1 내지 제5 실시 예에 따른 유기 발광 소자를 제조하였다.
비교 예에 따른 유기 발광 소자의 제조
상술된 본 발명의 실시 예들과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제조하되, 상기 제2 금속 구조체인 Au 나노 입자를 사용하지 않아, 상기 Au 나노 입자에 의한 플라즈몬 공명 현상이 생략된, 상기 제1 금속의 산화물인 상기 아연산화물을 포함하고, 상기 물결 구조를 갖는 광추출층을 포함하는 유기 발광 소자를 제조하였다.
본 발명의 제1 내지 제5 실시 예들 및 실시 예에 대한 비교 예에 따른 유기 발광 소자의 제조 시, 사용되는 상기 소스 용액 내 상기 제2 금속 구조체인 Au 나노 입자를 포함하는 상기 제2 용액의 함량은 아래 [표 1]과 같다.
구분 제2 용액의 함량
제1 실시 예 5wt%
제2 실시 예 10wt%
제3 실시 예 15wt%
제4 실시 예 20wt%
제5 실시 예 25wt%
비교 예 0wt%
도 5는 본 발명의 비교 예에 따른 유기 발광 소자에 포함된 광추출층의 AFM 이미지이다.
비교 예에 따른 유기 발광 소자의 제조 방법에 개시된 동일한 방법으로, 아연산화물을 포함하고, 상기 물결 구조를 갖되, Au 나노 입자가 분산되지 않은, 상기 광 추출층을 제조하였다. AFM(Atomic Force Microscope) 기기를 이용하여, 비교 예에 따른 유기 발광 소자의 상기 광추출층의 표면 형상 이미지를 측정하였다.
도 5를 참조하면, 실시 예에 대한 비교 예에 따른 유기 발광 소자의 상기 광추출층은, 오목부들 및 볼록부들이 교대로 반복되는 물결 구조를 갖는 것을 확인하였다. 상기 오목부들 및 상기 볼록부들의 크기 및 형상은 불균일하고, 상기 오목부들 및 상기 볼록부들이 형성된 방향도 불규칙한 것을 알 수 있었다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 소자에 포함된 광추출층의 AFM 이미지이다.
실시 예에 따른 유기 발광 소자의 제조 방법에 개시된 동일한 방법으로, 상기 제1 금속 산화물인 아연산화물 내에 상기 제2 금속 구조체인 Au 나노 입자가 분산되고, 상기 오목부들 및 상기 볼록부들이 교대로 반복되는 물결 구조를 갖는 상기 광추출층을 제조하였다. AFM(Atomic Force Microscope) 기기를 이용하여, 실시 예에 따른 유기 발광 소자의 상기 광추출층의 표면 형상 이미지를 측정하였다.
도 6을 참조하면, 실시 예에 따른 유기 발광 소자의 상기 광추출층은, 실시 예에 대한 비교 예에 따른 유기 발광 소자의 상기 광추출층과 마찬가지로, 상기 오목부들 및 상기 볼록부들이 교대로 반복되는 물결 구조를 갖는 것을 확인하였다. 또한, 상술된 바와 같이, 상기 오목부들 및 상기 볼록부들의 크기, 형상, 및 방향이 불규칙한 것을 알 수 있었다. 단, 실시 예에 따른 유기 발광 소자의 상기 광추출층의 상기 물결 구조에 포함된 상기 오목부들 및 상기 볼록부들이, 실시 예에 대한 비교 예에 따른 유기 발광 소자의 상기 광추출층의 상기 오목부들 및 상기 볼록부들보다 더 조밀하게 형성된 것을 알 수 있었다. 이로부터, 실시 예에 따른 유기 발광 소자의 상기 광추출층의 표면 조도 및 표면 거칠기가 비교 예에 따른 유기 발광 소자의 상기 광추출층의 표면 조도 및 표면 거칠기보다 낮은 것을 알 수 있었다. 이에 따라, 비교 예에 따른 유기 발광 소자의 광 효율보다, 실시 예에 따른 유기 발광 소자의 광 효율이 우수한 것을 알 수 있었다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 소자에 포함된 광추출층의 EDS 측정 결과이다.
실시 예에 따른 유기 발광 소자의 제조 방법에 개시된 동일한 방법으로, 상기 제1 금속 산화물인 아연산화물 내에 상기 제2 금속 구조체인 Au 나노 입자가 분산되고, 상기 오목부들 및 상기 볼록부들이 교대로 반복되는 물결 구조를 갖는 상기 광추출층을 제조하였다. EDS(Energy Dispersive X-ray Spectrometer) 기기를 이용하여, 실시 예에 따른 유기 발광 소자의 상기 광추출층에 포함된 성분을 분석하였다.
도 7을 참조하면, 실시 예에 따른 유기 발광 소자의 상기 광추출층에 아연(Zn) 29%, 산소(O) 60%, 및 금(Au) 11% 포함된 것을 확인하였다. 이는, 실시 예에 따른 유기 발광 소자에 포함된 상기 광추출층이, 상기 제1 금속의 산화물인 아연산화물로 형성된 상기 물결 구조에 상기 제2 금속 구조체인 Au 나노 입자가 분산된 구조이기 때문에 나타난 결과로 판단된다. 다시 말해서, 아연산화물을 포함하는 상기 물결 구조 내에 Au 나노 입자가 존재하는 것을 알 수 있었다.
도 8은 본 발명의 실시 예 및 실시 예에 대한 비교 예에 따른 유기 발광 소자의 전압에 따른 전류밀도(current density)를 나타내는 그래프이다.
실시 예 및 비교 예에 따른 유기 발광 소자의 제조 방법에 따라, 상기 제1 금속 산화물인 아연산화물 내에 상기 제2 금속 구조체인 Au 나노 입자가 분산되고, 상기 오목부들 및 상기 볼록부들이 교대로 반복되는 물결 구조를 갖는 상기 광추출층, 및 아연산화물을 포함하고, 상기 물결 구조를 갖되, Au 나노 입자가 분산되지 않은, 상기 광추출층을 제조하였다. 실시 예 및 비교 예에 따른 유기 발광 소자에 대하여 전압에 따른 전류밀도 값을 측정하였다.
도 8을 참조하면, 실시 예에 따른 유기 발광 소자의 전압에 따른 전류밀도 값이 비교 예에 따른 유기 발광 소자의 전압에 따른 전류밀도 값보다 높은 것을 확인하였다. 이로부터, 실시 예에 따른 유기 발광 소자의 전자 주입 능력이 비교 예에 따른 유기 발광 소자의 전자 주입 능력보다 우수한 것을 알 수 있었다.
도 9는 본 발명의 실시 예 및 실시 예에 대한 비교 예에 따른 유기 발광 소자의 전압에 따른 발광효율(luminance)을 나타내는 그래프이다.
실시 예 및 비교 예에 따른 유기 발광 소자의 제조 방법에 따라, 상기 제1 금속 산화물인 아연산화물 내에 상기 제2 금속 구조체인 Au 나노 입자가 분산되고, 상기 오목부들 및 상기 볼록부들이 교대로 반복되는 물결 구조를 갖는 상기 광추출층, 및 아연산화물을 포함하고, 상기 물결 구조를 갖되, Au 나노 입자가 분산되지 않은, 상기 광추출층을 제조하였다. 실시 예 및 비교 예에 따른 유기 발광 소자에 대하여 전압에 따른 발광효율 값을 측정하였다.
도 9를 참조하면, 실시 예에 따른 유기 발광 소자의 전압의 증가에 따른 발광효율이 증가되는 값이 비교 예에 따른 유기 발광 소자의 전압의 증가에 따른 발광효율이 증가되는 값보다 큰 것을 확인하였다. 이로부터, 전압의 증가함에 따라, 실시 예에 따른 유기 발광 소자의 휘도가 비교 예에 따른 유기 발광 소자의 휘도보다 크게 증가하는 것을 알 수 있었다. 따라서, 실시 예에 따른 유기 발광 소자 내에 포함된 상기 광추출층이 비교 예에 따른 유기 발광 소자 내에 포함된 상기 광추출층보다 상기 발광층에서 발생하는 빛을 보다 효율적으로 추출하고 있는 것을 알 수 있었다.
도 10은 본 발명의 실시 예들 및 비교 예에 따른 유기 발광 소자의 전압에 따른 전류밀도를 나타내는 그래프이다.
실시 예에 따른 유기 발광 소자의 제조 방법에 개시된 동일한 방법으로, 상기 소스 용액 내 상기 제2 용액의 함량이 5wt%, 10wt%, 15wt%, 20wt%, 및 25wt%인 상기 소스 용액들을 사용하여 제조된 상기 광추출층을 포함하는 본 발명의 제1 내지 제5 실시 예에 따른 유기 발광 소자를 제조하였다. 또한, 비교 예에 따른 유기 발광 소자의 제조 방법에 따라, Au 나노 입자가 분산되지 않고 아연산화물만을 포함하는 상기 광추출층을 이용하여 비교 예에 따른 유기 발광 소자를 제조하였다. 실시 예들 및 비교 예에 따른 유기 발광 소자들에 대하여, 전압에 따른 전류밀도 값을 측정하였다.
도 10을 참조하면, 비교 예에 따른 유기 발광 소자의 전압에 따른 전류밀도 값보다, 실시 예들에 따른 유기 발광 소자의 전압에 따른 전류밀도 값이 높은 것을 확인하였다. 또한, 실시 예들에 따른 유기 발광 소자 중 상기 소스 용액 내 상기 제2 용액의 함량이 10wt% 및 15wt%인 경우, 상기 소스 용액 내 상기 제2 용액의 함량이 5wt%, 20wt%, 및 25wt%인 경우보다 전압에 따른 전류밀도 값이 높은 것을 확인하였다.
이로부터, 실시 예에 따른 유기 발광 소자의 전자 주입 능력이 비교 예에 따른 유기 발광 소자의 전자 주입 능력보다 우수한 것을 알 수 있었다. 또한, 상기 소스 용액 내 상기 제2 용액의 함량을 10wt% 및 15wt%로 하여 제조된 상기 광추출층을 사용하여 유기 발광 소자를 제조하는 경우, 유기 발광 소자의 전자 주입 능력이 가장 우수하여, 광 효율 특성이 뛰어난 유기 발광 소자의 제공이 가능한 것을 알 수 있었다.
도 11은 본 발명의 실시 예들 및 비교 예에 따른 유기 발광 소자의 전압에 따른 발광효율을 나타내는 그래프이다.
실시 예에 따른 유기 발광 소자의 제조 방법에 개시된 동일한 방법으로, 상기 소스 용액 내 상기 제2 용액의 함량이 5wt%, 10wt%, 15wt%, 20wt%, 및 25wt%인 상기 소스 용액들을 사용하여 제조된 상기 광추출층을 포함하는 본 발명의 제1 내지 제5 실시 예에 따른 유기 발광 소자를 제조하였다. 또한, 비교 예에 따른 유기 발광 소자의 제조 방법에 따라, Au 나노 입자가 분산되지 않고 아연산화물만을 포함하는 상기 광추출층을 이용하여 비교 예에 따른 유기 발광 소자를 제조하였다. 실시 예들 및 비교 예에 따른 유기 발광 소자들에 대하여, 전압에 따른 발광효율 값을 측정하였다.
도 11을 참조하면, 비교 예에 따른 유기 발광 소자의 전압에 따른 발광효율 값보다, 실시 예들에 따른 유기 발광 소자의 전압에 따른 발광효율 값이 높은 것을 확인하였다. 또한, 실시 예들에 따른 유기 발광 소자 중 상기 소스 용액 내 상기 제2 용액의 함량이 10wt% 및 15wt%인 경우, 상기 소스 용액 내 상기 제2 용액의 함량이 5wt%, 20wt%, 및 25wt%인 경우보다 전압에 따른 발광효율 값이 높은 것을 확인하였다. 이로부터, 전압이 증가함에 따라, 실시 예들에 따른 유기 발광 소자의 휘도가 비교 예에 따른 유기 발광 소자의 휘도보다 크게 증가하는 것을 알 수 있었다. 또한, 상기 소스 용액 내 상기 제2 용액의 함량을 10wt% 및 15wt%로 하여 제조된 상기 광추출층을 사용하여 유기 발광 소자를 제조하는 경우, 휘도 특성이 우수한 유기 발광 소자의 제공이 가능한 것을 알 수 있었다.
다시 말해서, 상기 소스 용액 내 상기 제2 용액의 함량을 10wt% 및 15wt%로 하여 제조된 상기 광추출층을 사용하여 유기 발광 소자를 제조하는 경우, 본 발명의 제2 및 제3 실시 예에 따른 유기 발광 소자 내에 포함된 상기 광추출층이 상기 발광층에서 발생하는 빛을 보다 효율적으로 추출하고 있는 것을 알 수 있었다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따라, 상기 제1 금속 산화물인 아연산화물 내에 상기 제2 금속 구조체인 Au 나노 입자가 분산되고, 상기 오목부들 및 상기 볼록부들이 교대로 반복되는 물결 구조를 갖는 상기 광추출층을 사용하여 상기 유기 발광 소자를 제조하는 경우, 전자 수송 능력이 우수하고, 상기 발광층으로부터 발생된 광을 효율적으로 추출하여 휘도 특성이 우수한, 광효율 특성이 향상된 유기 발광 소자가 제공될 수 있다. 또한, 상기 제1 금속을 포함하는 상기 소스 용액 내 상기 제2 금속 구조체를 포함하는 상기 제2 용액의 함량이 10 내지 15wt%인 경우, 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 소자의 광효율 특성을 극대화될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
10: 제1 용액
20: 제2 용액
30: 소스 용액
100: 기판
120: 광추출층
140: 전자수송층
150: 발광층
170: 정공수송층
190: 음극
200: 유기 발광 소자

Claims (10)

  1. 제1 금속 산화물의 전구체를 포함하는 제1 용액, 및 제2 금속 구조체를 포함하는 제2 용액을 준비하는 단계;
    상기 제1 용액 및 상기 제2 용액을 혼합하여, 소스 용액을 제조하는 단계;
    상기 소스 용액을 기판 상에 제공하는 단계;
    점차적으로 온도를 증가시키는 방법으로, 상기 기판 상의 상기 소스 용액을 열처리하여, 상기 전구체로부터 상기 제1 금속 산화물을 형성하고, 상기 제1 금속 산화물 내에 상기 제2 금속 구조체가 분산된 광추출층(light extraction layer)을 제조하는 단계를 포함하는 유기 발광 소자의 제조 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 광추출층은, 오목부들 및 볼록부들이 교대로 반복되는 물결 구조를 갖는 것을 포함하는 유기 발광 소자의 제조 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 광추출층의 상기 물결 구조에서, 서로 인접한 상기 오목부들 사이의 거리, 및 서로 인접한 상기 볼록부들 사이의 거리는, 상기 소스 용액 내의 상기 제1 용액 및 상기 제2 용액의 농도에 따라 조절되는 것을 포함하는 유기 발광 소자의 제조 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 소스 용액 내의 상기 제2 용액의 중량은, 10 내지 15wt%인 것을 포함하는 유기 발광 소자의 제조 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 금속 구조체는, Au, Ag, Pt, Cu, Pd, 또는 Al 중 어느 하나 이상을 포함하는 유기 발광 소자의 제조 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 광추출층 상에 발광층을 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 발광층에서 방출된 광에 의해, 상기 광추출층 내의 상기 제2 금속 구조체는 플라즈몬 공명 현상을 나타내고,
    상기 제2 금속 구조체의 크기에 따라서, 상기 제2 금속 구조체의 플라즈몬 공명파장(Plasmon resonance wavelength)이 조절되는 것을 포함하는 유기 발광 소자의 제조 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 소스 용액을 제조하는 단계는,
    상기 제1 용액에 안정제를 첨가하고, 교반하는 단계; 및
    상기 안정제가 첨가된 상기 제1 용액에 상기 제2 용액을 첨가하고, 교반하는 단계를 포함하는 유기 발광 소자의 제조 방법.
  8. 양극;
    상기 양극 상에 배치되고, 제1 금속 산화물 내에 제2 금속 구조체가 분산되고, 표면이 오목부들 및 볼록부들이 교대로 반복되는 물결 구조를 갖는 광추출층;
    상기 광추출층 상의 전자수송층;
    상기 전자수송층 상의 발광층;
    상기 발광층 상의 정공수송층; 및
    상기 정공수송층 상의 음극을 포함하는 유기 발광 소자.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 발광층에서 방출된 광에 의해, 상기 광추출층 내의 상기 제2 금속 구조체는 플라즈몬 공명 현상을 나타내고,
    상기 제2 금속 구조체의 크기에 따라, 상기 제2 금속 구조체의 플라즈몬 공명파장이 조절되는 것을 포함하는 유기 발광 소자.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 금속 구조체는, Au, Ag, Pt, Cu, Pd, 또는 Al 중 어느 하나 이상을 포함하는 유기 발광 소자.
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