KR102074699B1 - 광 기능성 기판의 형성방법 및 이를 포함하는 유기발광 다이오드 - Google Patents

광 기능성 기판의 형성방법 및 이를 포함하는 유기발광 다이오드 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 광 기능성 기판의 형성방법은 용기에 담긴 물의 표면에 입자들을 도포하여 상기 입자들로 이루어진 단층막을 형성하는 것, 기판을 상기 용기 내에 담그는 것, 및 상기 기판을 상기 용기 밖으로 끌어올려 상기 기판 상에 제 1 방향으로 상기 입자들로 이루어진 패턴들을 형성하는 것, 및 상기 기판 상에 상기 패턴들을 덮는 평탄막을 형성하는 것을 포함한다.

Description

광 기능성 기판의 형성방법 및 이를 포함하는 유기발광 다이오드{Method of fabricating a light functional substrate and an organic light emitting diode having the same}
본 발명은 광 기능성 기판의 형성방법 및 이를 포함하는 유기발광 다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 랭뮤어-블로젯으로 형성된 광 기능성 기판의 형성방법 및 이를 포함하는 유기발광 다이오드에 관한 것이다.
유기발광 다이오드(Organic light Emitting Diode; OLED)는 유기발광 물질을 전기적으로 여기(exciting)시켜 빛을 발광시키는 자체발광소자이다. 상기 유기발광 다이오드는 기판, 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이의 유기 발광층을 포함한다. 상기 양극 및 상기 음극들로부터 공급되는 정공들 및 전자들은 상기 유기 발광층에서 결합되어 외부로 방출되는 광을 생성한다.
상기 유기 발광층에서 생성된 광은 이종 물질들 사이의 계면 및 굴절률이 상이한 물질막들을 통과해야 가시적으로 인지되는 광으로 사용된다. 그러나 광은 상기 계면 및 상기 굴절률에 의해 광도파 되거나 내부 전반사되어 유기발광 다이오드 내부에서 손실된다. 따라서, 유기발광 다이오드 내부에서 손실되는 광을 외부로 추출하여 다이오드의 효율을 증대시킬 수 있는 광추출 기술에 대한 다양한 연구들이 수행되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 광 기능성 기판의 형성방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 광 기능성 기판이 포함된 유기발광 다이오드를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 기능성 기판의 형성방법은 용기에 담긴 물의 표면에 입자들을 도포하여 상기 입자들로 이루어진 단층막을 형성하는 것, 기판을 상기 용기 내에 담그는 것, 상기 기판을 상기 용기 밖으로 끌어올려 상기 기판 상에 제 1 방향으로 상기 입자들로 이루어진 패턴들을 형성하는 것, 및 상기 기판 상에 상기 패턴들을 덮는 평탄막을 형성하는 것을 포함한다.
상기 입자들은 금속 산화물 나노 입자들일 수 있다.
상기 입자들의 표면은 양친매성을 가질 수 있다.
상기 입자들은 10nm 내지 100nm의 직경을 가질 수 있다.
상기 평탄막을 형성하기 전에, 상기 기판에 열처리하여 상기 기판 및 상기 입자들 표면에 잔류하는 수분을 제거하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 평탄막은 상기 입자들보다 굴절률이 높고 투명한 물질로 형성될 수 있다.
상기 단층막의 농도가 높을수록 상기 패턴들은 좁은 간격으로 형성될 수 있다.
상기 패턴들은 상기 제 1 방향으로 연장하고, 상기 제 1 방향에 수직인 제 2 방향으로 배열될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광 다이오드는 기판, 상기 기판 상에 배치된 광 산란층, 상기 광 산란층 상에 배치된 제 1 전극, 상기 제 1 전극 상에 배치된 유기 발광층, 및 상기 유기 발광층 상에 배치된 제 2 전극을 포함하되,
상기 광 산란층은 상기 기판 상에 제 1 방향으로 나열하고 상기 제 1 방향에 수직인 제 2 방향으로 배열된 입자들로 구성된 패턴들과 상기 입자들을 덮는 평탄막을 포함하고, 상기 입자들은 금속 산화물 나노 입자들이다.
상기 평탄막은 상기 입자들보다 큰 굴절률을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 기능성 기판의 형성방법은 랭뮤어 블로젯 방법을 사용하여 기판 상에 입자들로 구성된 패턴들을 형성하는 것을 포함한다. 따라서, 고가의 진공증착 및 포토리소그라피공정 없이 상기 입자들로 구성된 패턴들을 갖는 광 기능성 기판을 형성할 수 있다. 본 발명의 따른 구조물은 편광판의 역할을 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 기능성 기판의 형성방법을 나타낸 순서도이다.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 기능성 기판의 형성방법을 나타낸 단면도들 및 사시도들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광 다이오드를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 기능성 기판의 형성방법을 나타낸 순서도이다. 도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 기능성 기판의 형성방법을 나타낸 단면도들 및 사시도들이다.
도 1 및 도 2a를 참조하면, 용기(11) 내에 물(13)을 채우고, 입자들(15)을 상기 물(13) 표면에 도포하여 단층막(17)을 형성한다.(S10)
상기 입자들(15)은 금속 산화물 나노 입자들일 수 있다. 상기 금속 산화물 나노 입자들은 예를 들어, TiO2, ZnO, 또는 NiO일 수 있다. 상기 입자들(15)은 약 10nm 내지 약 100nm의 직경을 가질 수 있다. 상기 입자들(15)의 표면은 양 친매성(amphiphilicty)을 가질 수 있다. 상세하게, 상기 양 친매성을 갖는 상기 입자들(15)의 한쪽 끝은 친수성 물질로 이루어질 수 있고, 다른 한쪽 끝은 소수성 물질로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 상기 입자들(15)이 수면과 접촉하였을 경우, 상기 입자들(15)의 친수성 부분은 상기 물(13)에 잠기고 상기 입자들(15)의 소수성 부분은 상기 수면에 부유하게 된다. 따라서, 상기 입자들(15)은 상기 수면 상에 단층막(monolayer; 17)을 형성할 수 있다. 상기 단층막(17)은 후속공정에서 진행되는 랭뮤어 블로젯 방법에 이용될 수 있다.
상기 단층막(17)의 농도는 약 1011개/cc보다 낮을 수 있다. 상기 입자들(15)의 농도는 상기 입자들(15)을 형성할 때 사용된 용액으로 희석하여 조절할 수 있다. 이와 달리, 상기 입자들(15)의 농도는 상기 단층막(17)의 수평양단에 두 개의 기판들을 물속에 수직으로 삽입하고, 상기 기판들의 간격을 벌리거나 좁히면서 조절할 수 있다.
도 1, 도 2b 및 도 2c를 참조하면, 기판(10)을 상기 용기(11)에 담근다.(S20)
상세하게, 상기 기판(10)을 상기 수면에 수직하게 상기 물(13)이 담긴 상기 용기(11)에 담근다. 상기 기판(10)은 예를 들어, 유리 기판, 석영 기판, 또는 투명 유기물 기판일 수 있다. 상기 기판(10)의 표면은 친수성을 가질 수 있다. 상기 기판(10)은 상기 단층막(17)이 교란되거나 찢어지지 않게 무진동 저속(예를 들어, 약 5mm/min 이하)으로 상기 물(13)에 담글 수 있다.
도 1, 도 2d, 도 2e 및 도 2f를 참조하면, 상기 기판(10)을 상기 용기(11) 밖으로 끌어올려 상기 기판(10) 상에 패턴들(21)을 형성한다.(S30)
상기 패턴들(21)은 상기 입자들(15)로 이루어질 수 있다. 상세하게, 도 2e를 참조하면, 상기 기판(10)이 상기 용기(11) 밖으로 천천히 끌어 올릴 때, 계면장력에 의해 상기 단일막(17)과 상기 물(13) 사이의 수막(12)이 상기 기판(10) 표면에 흡착되고, 상기 수막(12)이 증발되면서 상기 기판(10)의 표면에 상기 입자들(15)만 남게 된다. 상기 입자들(15)의 친수성 부분이 상기 기판(10) 표면에 붙게 된다. 상기 코팅 방법은 랭뮤어 블로젯 방법이다. 상기 랭뮤어 블로젯 방법은 친수성 또는 소수성을 갖는 용액에 기판을 담근 후 상기 기판을 상기 용액 밖으로 끌어 올리어 상기 기판 상에 박막을 형성하는 방법이다. 상기 기판(10)은 상기 기판(10)을 지지하는 구조물(18)에 의해 상기 용기(11) 밖으로 천천히 들어올려질 수 있다. 상기 패턴들(21)은 도메인을 형성하고자 하는 상기 입자들(15)간의 인력작용과 상기 물(13)의 증발로 인한 교반효과의 혼합효과로 형성될 수 있다.
상기 패턴들(21)은 제 2 방향으로 연장하고, 상기 제 2 방향에 수직인 제 1 방향으로 배열되게 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 도면에 도시된 바와 같이, 상기 입자들(15)은 상기 기판(10) 상에 복수 층들로 적층되어 상기 패턴들(21)을 구성할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 상기 입자들(15)은 상기 기판(10) 상에 단층으로 코팅되어 상기 패턴들(21)을 구성할 수 있다.
한편, 상기 단층막(17)을 이루는 상기 입자들(15)의 농도가 약 1015개/cc 이상의 고농도인 경우, 상기 패턴들(21)은 상기 기판(10) 상에 조밀 적층(closed packed)으로 형성되어 상기 패턴들(21)을 형성할 수 없다.
상기 패턴들(21)의 간격은 상기 단층막(17)을 이루는 상기 입자들(15)의 농도에 의존하게 된다. 상기 패턴들(21)의 간격은 상기 입자들(15)의 농도가 낮을수록 넓어질 수 있고, 상기 입자들(15)의 농도가 높을수록 좁아질 수 있다. 상기 입자들(15)의 농도에 의해 상기 패턴들(21)의 간격은 수 마이크로미터 내지 수백 나노미터로 조절될 수 있다.
상기 기판(10) 상에 상기 패턴들(21)이 형성됨으로써 소모되는 상기 입자들(15)은 상기 용기(11) 내에 직접 공급이 가능하다.
도 1을 참조하면, 상기 기판(10)에 열처리한다.(S40)
상기 열처리에 의해 상기 기판(10) 및 상기 입자들(15) 표면 상에 잔류하는 수분 및 기타 오염물질이 제거될 수 있다. 상기 열처리는 약 150°C의 온도와 진공 분위기에서 진행하는 것이 바람직하다.
도 1 및 도 2g를 참조하면, 상기 패턴들(21)을 덮도록 평탄막(23)을 형성한다.(S50)
상기 평탄막(23)은 상기 입자들(15)보다 굴절률이 높고 투명한 물질로 형성될 수 있다. 상기 평탄막(23)은 예를 들어, 산화물, 유기물, 또는 산화물/유기물 혼합된 물질을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 광의 산란을 유도하는 상기 입자들(15)을 상기 기판(10) 상에 랭뮤어 블로젯 방법으로 상기 기판(10) 상에 코팅하여 상기 광 기능성 기판(20)을 형성할 수 있다. 따라서, 고가의 진공증착 및 리소그라피공정 없이 상기 입자들(15)로 구성된 상기 패턴들(21)을 갖는 광 기능성 기판(20)을 형성할 수 있다. 상기 광 기능성 기판(20)은 유기발광 다이오드에서 광 산란층으로 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 광 기능성 기판(20)의 형성방법으로 와이어 그리드 편광기(wire-grid polarizer)를 제작할 수 있다. 상기 와이더 그리드 편광기는 특정 평광의 광을 투과시키면서 직교 편광의 광을 반사시키는 역할을 하는 광학 장치이다. 상기 와이어 그리드 편광기는 액정 디스플레이에서 백라이트 유닛(backlight unit)에 광을 편광시키는데 사용될 수 있고, 유기발광 소자에서 높은 명암비를 얻을 수 있는데 사용될 수 있다.
상기 기판(10)은 자체 광학 기능을 가질 수 있다. 상기 기판(10)은 전자기 복사선(예를 들어, 가시 광선)의 전자기파를 투과하는 광학 특성을 가질 수 있다. 즉, 상기 기판(10)은 위상 또는 각도 등을 변화시키지 않으면서 상기 전자기파를 투과시킬 수 있다.
상기 패턴들(21)은 전자기파의 하나의 편광을 투과시키고 대체로 전자기파의 다른 편광을 반사시키도록 전자기 복사선(예를 들어, 가시 광선)의 전자기파와 상호 작용할 수 있다. 상기 패턴들(21) 사이의 폭 및 상기 패턴들(21)의 두께에 따라 상기 패턴들(21)에 의해 반사되는 전자기파의 파장이 달라질 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광 다이오드를 나타낸 단면도이다.
도 3을 참조하면, 유기발광 다이오드(100)는 기판(10) 상에 차례로 적층된 광 산란층(20), 애노드 전극(30), 유기 발광층(40), 캐소드 전극(50), 및 보호층(60)을 포함한다.
상기 기판(10)은 예를 들어, 유리 기판, 석영 기판, 또는 투명 유기물 기판일 수 있다. 상기 기판은 약 1.4 내지 약 1.7 정도의 굴절률을 가질 수 있다.
상기 광 산란층(20)은 입자들(15)과 상기 입자들(15)을 덮는 평탄막(23)을 포함한다. 상세하게, 상기 입자들(15)은 상기 기판(10) 상에 상기 패턴들(21)로 구성될 수 있다. 도 2g를 참조하면, 상기 기판(10) 상에 상기 입자들(15)은 제 2 방향으로 나열하며 상기 제 2 방향에 수직인 제 1 방향으로 배열될 수 있다. 상기 제 2 방향으로 나열된 상기 입자들(15)이 하나의 패턴(21)일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 도면에 도시된 바와 같이, 상기 입자들(15)은 상기 기판(10) 상에 복수 층들로 적층되어 상기 패턴들(21)을 구성할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 상기 입자들(15)은 상기 기판(10) 상에 단층으로 코팅되어 상기 패턴들(21)을 구성할 수 있다.
상기 입자들(15)은 금속 산화물 나노 입자들일 수 있다. 상기 금속 산화물 나노 입자들은 예를 들어, TiO2, ZnO, 또는 NiO일 수 있다. 상기 입자들(15)은 약 수 나노미터 내지 약 100nm의 직경을 가질 수 있다. 상기 패턴들(21) 간의 간격은 약 수십 마이크로미터 내지 약 수십 나노미터일 수 있다. 상기 패턴들(21)의 두께는 약 수십 나노미터 내지 약 수백 나노미터일 수 있다.
상기 평탄막(23)은 상기 입자들(15)보다 굴절률이 높고 투명한 물질을 포함할 수 있다. 상기 평탄막(23)은 예를 들어, 산화막, 유기막, 또는 산화물과 유기물이 포함된 혼합막일 수 있다.
상기 애노드 전극(30)은 투명전극 또는 반사전극일 수 있다. 상기 애노드 전극(30)이 투명전극인 경우 예를 들어, 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 또는 주석 산화물을 사용하여 형성할 수 있다. 상기 애노드 전극(30)이 반사전극인 경우 예를 들어, 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 백금(Pt), 또는 팔라듐(Pd)을 사용하여 형성할 수 있다.
상기 유기 발광층(40) 및 도펀트는 유기 화하불, 유기 반도체 및 금속착화합물(Metal complex compound) 등이 사용될 수 있다.
상기 유기 발광층(40)은 정공주입층(hole injecting layer), 정공수송층(hole transfer layer), 전자수송층(electron transfer layer), 또는 전자주입층(electron injecting layer) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 캐소드 전극(50)은 반투명하거나 반사성의 전도성 금속을 포함할 수 있다. 상기 캐소드 전극(50)은 예를 들어, 금, 은, 이리듐, 모리브덴늄, 팔라듐 또는 백금 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 보호층(60)은 상기 캐소드 전극을 보호하는 기능을 할 수 있다. 상기 보호층(60)은 고분자 물질을 포함할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 기판
11: 용기
13: 물
17: 단층막
20: 광 기능성 기판
21: 패턴들
23: 평탄막

Claims (10)

  1. 용기에 담긴 물의 표면에 입자들을 도포하여 상기 입자들로 이루어진 단층막을 형성하는 것;
    기판을 상기 용기 내에 담그는 것;
    상기 기판을 상기 용기 밖으로 끌어올려 상기 기판 상에 제 1 방향으로 연장되고, 상기 제 1 방향에 수직인 제 2 방향으로 배열되게 형성되는 상기 입자들로 이루어진 패턴들을 형성하는 것; 및
    상기 기판 상에 상기 패턴들을 덮는 평탄막을 형성하는 것을 포함하되,
    상기 입자들로 이루어진 패턴들을 형성하는 것은 상기 단층막을 이루는 상기 입자들의 농도를 증가 또는 감소시켜 인접한 패턴들의 간격을 감소 또는 증가시키는 것을 포함하는 광 기능성 기판의 형성방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 입자들은 금속 산화물 나노 입자들인 광 기능성 기판의 형성방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 입자들의 표면은 양친매성을 갖는 광 기능성 기판의 형성방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 입자들은 10nm 내지 100nm의 직경을 갖는 광 기능성 기판의 형성방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 평탄막을 형성하기 전에, 상기 기판에 열처리하여 상기 기판 및 상기 입자들 표면에 잔류하는 수분을 제거하는 것을 더 포함하는 광 기능성 기판의 형성방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 평탄막은 상기 입자들보다 굴절률이 높고 투명한 물질로 형성되는 광 기능성 기판의 형성방법.
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