KR102251945B1 - An organic emitting diode - Google Patents

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KR102251945B1
KR102251945B1 KR1020150012113A KR20150012113A KR102251945B1 KR 102251945 B1 KR102251945 B1 KR 102251945B1 KR 1020150012113 A KR1020150012113 A KR 1020150012113A KR 20150012113 A KR20150012113 A KR 20150012113A KR 102251945 B1 KR102251945 B1 KR 102251945B1
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조두희
신진욱
이종희
문제현
박승구
이정익
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광 다이오드는, 기판 상에 순차적으로 적층된 하부전극, 유기 발광층 및 상부전극; 상기 상부전극 상에 유전 물질을 포함하는 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 상기 버퍼층과 표면에너지가 다른 재료로 형성된 핵층; 및 상기 핵층 상에, 상기 핵층으로부터 이방성 성장된 복수개의 다각형의 광산란 결정들을 포함하는 광산란층을 포함할 수 있다. 이때, 각각의 상기 광산란 결정들은 150nm 내지 1μm의 폭 및 150nm 내지 1μm의 높이를 가질 수 있다.An organic light emitting diode according to an embodiment of the present invention includes: a lower electrode, an organic light emitting layer, and an upper electrode sequentially stacked on a substrate; A buffer layer including a dielectric material on the upper electrode; A nuclear layer formed of a material having a surface energy different from that of the buffer layer on the buffer layer; And a light scattering layer including a plurality of polygonal light scattering crystals anisotropically grown from the nuclear layer on the nuclear layer. In this case, each of the light scattering crystals may have a width of 150 nm to 1 μm and a height of 150 nm to 1 μm.

Description

유기발광 다이오드{An organic emitting diode}An organic emitting diode

본 발명은 유기발광 다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 표면구조를 갖는 유기발광 다이오드 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an organic light emitting diode, and more particularly, to an organic light emitting diode having a surface structure capable of improving light extraction efficiency, and a method of manufacturing the same.

유기발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED)는 유기발광물질을 전기적으로 여기(exciting)시켜 발광시키는 자체 발광형 소자이다. 상기 유기발광 다이오드는 기판, 하부전극, 상부전극 및 상기 하부전극과 상기 상부전극 사이에 형성된 유기발광층을 포함한다. 상기 하부전극 및 상부전극들로부터 공급되는 정공 또는 전자들은 상기 유기발광층 내에서 결합하여 외부로 방출되는 광을 생성한다.An organic light emitting diode (OLED) is a self-emission type device that emits light by electrically exciting an organic light emitting material. The organic light emitting diode includes a substrate, a lower electrode, an upper electrode, and an organic light emitting layer formed between the lower electrode and the upper electrode. Holes or electrons supplied from the lower electrode and the upper electrodes are combined in the organic emission layer to generate light emitted to the outside.

유기발광 다이오드의 발광 효율을 나타내는 외부 에너지 효율은, 소자 의 내부 에너지 효율과 광추출 효율의 곱으로 나타낼 수 있다. 유기 발광층에서 방출된 광이 굴절률이 다른 층들간의 경계면을 통과하는 과정에서 전반사와 표면 플라즈몬 흡수 등의 이유로 유기발광 다이오드 외부로 방출되지 못하고 각 층의 내부에서 흡수되기 때문에 일반적으로 광추출 효율은 20%를 넘지 못할 수 있다. 광이 유기발광 다이오드 내의 각각의 층에 갇혀 층 내부에서 도파되는 광을 도파모드 광이라 하고, 유리기판 내에 갇혀 있는 광을 기판모드 광이라 하며. 각 층의 경계면을 지나 외부 공기로 방출되는 광을 방출모드 광이라고 한다. 도파모드 광 및 기판모드 광을 방출모드 광으로 전환시켜 소자 외부로 출사시키는 것을 광추출이라고 한다. The external energy efficiency, which indicates the luminous efficiency of the organic light emitting diode, can be expressed as the product of the internal energy efficiency of the device and the light extraction efficiency. In the process of passing through the interface between layers with different refractive indices, the light emitted from the organic light-emitting layer cannot be emitted outside the organic light-emitting diode due to total reflection and surface plasmon absorption, but is absorbed inside each layer, so the light extraction efficiency is generally 20 It may not exceed %. The light that is trapped in each layer in the organic light emitting diode and is guided inside the layer is called waveguide mode light, and the light trapped in the glass substrate is called substrate mode light. Light emitted to the outside air through the interface of each layer is called emission mode light. Transforming the waveguide mode light and the substrate mode light into emission mode light and emitting it to the outside of the device is called light extraction.

상기 도파모드 광 및 상기 기판 모드 광 이외에 상부전극으로 사용되는 금속막에 의한 표면 플라즈몬 효과로 손실되는 광도 상당하다. 금속막의 표면 플라즈몬 손실은 상기 유기 발광층의 구조와 두께에 따라 크게 달라질 수 있다. 따라서, 표면 플라즈몬 효과로 인한 광 흡수를 감소시키고, 광이 상기 유기발광 다이오드 내에서 도파되지 않고 외부로 방출될 수 있도록 광추출 효율을 증가시키는 연구가 수행되고 있다.
In addition to the waveguide mode light and the substrate mode light, the amount of light lost due to a surface plasmon effect by a metal film used as an upper electrode is also significant. The loss of surface plasmon of the metal layer may vary greatly depending on the structure and thickness of the organic emission layer. Accordingly, research has been conducted to reduce light absorption due to the surface plasmon effect and increase light extraction efficiency so that light can be emitted to the outside without being guided within the organic light emitting diode.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 표면 플라즈몬 흡수를 최소화 하고 높은 광추출 효율을 나타낼 수 있는 표면구조를 갖는 유기발광 다이오드를 제공하는데 있다.
An object to be solved by the present invention is to provide an organic light emitting diode having a surface structure capable of minimizing surface plasmon absorption and exhibiting high light extraction efficiency.

본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광 다이오드는, 기판 상에 순차적으로 적층된 하부전극, 유기 발광층 및 상부전극; 상기 상부전극 상에 유전 물질을 포함하는 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 상기 버퍼층과 표면에너지가 다른 재료로 형성된 핵층; 및 상기 핵층 상에, 상기 핵층으로부터 이방성 성장된 복수개의 다각형의 광산란 결정들을 포함하는 광산란층을 포함할 수 있다. 이때, 각각의 상기 광산란 결정들은 150nm 내지 1μm의 폭 및 150nm 내지 1μm의 높이를 가질 수 있다.
An organic light emitting diode according to an embodiment of the present invention includes: a lower electrode, an organic light emitting layer, and an upper electrode sequentially stacked on a substrate; A buffer layer including a dielectric material on the upper electrode; A nuclear layer formed of a material having a surface energy different from that of the buffer layer on the buffer layer; And a light scattering layer including a plurality of polygonal light scattering crystals anisotropically grown from the nuclear layer on the nuclear layer. In this case, each of the light scattering crystals may have a width of 150 nm to 1 μm and a height of 150 nm to 1 μm.

본 발명의 실시예들에 따른 유기발광 다이오드는, 상부전극 상에 순차적으로 형성된 버퍼층, 핵층 및 광산란층을 포함할 수 있다. 금속 전극 또는 투명 전극으로 이루어진 상부전극을 통하여 광이 외부로 방출될 때, 상기 광산란층은 표면 플라즈몬 흡수를 최소화 하고 광추출 효율을 향상시킬 수 있다. 나아가, 상온의 조건에서도 밀집된 다각뿔 형태의 광산란 결정들을 갖도록 상기 광산란층을 형성시킬 수 있으므로, 더 높은 효율을 갖는 유기발광 다이오드를 제공할 수 있다.
The organic light emitting diode according to embodiments of the present invention may include a buffer layer, a nuclear layer, and a light scattering layer sequentially formed on the upper electrode. When light is emitted to the outside through an upper electrode made of a metal electrode or a transparent electrode, the light scattering layer can minimize absorption of surface plasmon and improve light extraction efficiency. Furthermore, since the light-scattering layer can be formed to have dense polygonal pyramid-shaped light-scattering crystals even under room temperature conditions, an organic light-emitting diode having higher efficiency can be provided.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광 다이오드에 관한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기발광 다이오드에 관한 단면도이다.
도 3은 상온에서 열증착법을 이용하여 유리기판 상에 직접 형성된 광산란층(AgCl 500nm 박막)의 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 4a는 상온에서 열증착법을 이용하여 유리기판 상에 형성된 핵층의 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 4b는 상온에서 열증착법을 이용하여 핵층(60) 상에 형성된 광산란층의 SEM 사진을 나타낸 것이다.
1 is a cross-sectional view of an organic light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of an organic light emitting diode according to another embodiment of the present invention.
3 shows an SEM photograph of a light scattering layer (AgCl 500nm thin film) formed directly on a glass substrate by using a thermal evaporation method at room temperature.
4A shows an SEM photograph of a nuclear layer formed on a glass substrate by using a thermal evaporation method at room temperature.
4B shows an SEM photograph of a light scattering layer formed on the nuclear layer 60 by using a thermal evaporation method at room temperature.

본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. In order to fully understand the configuration and effects of the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, and may be implemented in various forms and various changes may be added. However, it is provided to complete the disclosure of the present invention through the description of the present embodiments, and to completely inform the scope of the present invention to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains.

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, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다.In the present specification, when a component is referred to as being on another component, it means that it may be formed directly on the other component or that a third component may be interposed therebetween. In addition, in the drawings, the thickness of the components is exaggerated for effective description of the technical content. Parts indicated by the same reference numerals throughout the specification represent the same elements.

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, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 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. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다. Embodiments described herein will be described with reference to cross-sectional views and/or plan views, which are ideal exemplary views of the present invention. In the drawings, thicknesses of films and regions are exaggerated for effective description of technical content. Accordingly, regions illustrated in the drawings have schematic properties, and the shapes of regions illustrated in the drawings are intended to illustrate a specific shape of a device region and are not intended to limit the scope of the invention. In various embodiments of the present specification, terms such as first, second, and third are used to describe various elements, but these elements should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one element from another element. The embodiments described and illustrated herein also include complementary embodiments thereof.

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 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
The terms used in the present specification are for describing exemplary embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, the singular form also includes the plural form unless specifically stated in the phrase. As used in the specification, "comprises" and/or "comprising" does not exclude the presence or addition of one or more other components.

실시예Example 1 One

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광 다이오드에 관한 단면도이다. 유기발광 다이오드는 상부발광형, 하부발광형 및 투명형(양면발광형)으로 구분될 수 있다. 하부발광형 구조에서는, 유기 발광층에서 발생된 광이 금속 상부전극에서 반사되어 투명한 하부전극 방향으로 방출되므로, 발생된 광은 대부분 하부전극 방향으로 방출된다. 상부발광형 구조에서는 상부전극을 매우 얇은 금속으로 형성하거나 투명전극으로 형성할 수 있다. 그리고 하부전극을 반사형 금속전극을 사용하거나 투명한 하부전극 아래에 반사층을 배치함으로써, 발생된 광은 대부분 상부전극 방향으로 방출될 수 있다. 투명형은 상부 및 하부전극들을 광이 투과하는 투명전극들로 형성하여, 광이 양방향으로 방출될 수 있다. 본 발명의 실시예들에서는 상부발광형 및/또는 투명형 유기발광 다이오드를 예시하여 설명한다.1 is a cross-sectional view of an organic light emitting diode according to an embodiment of the present invention. Organic light-emitting diodes can be classified into an upper emission type, a lower emission type, and a transparent type (double-sided emission type). In the lower emission type structure, since light generated in the organic emission layer is reflected from the metal upper electrode and is emitted toward the transparent lower electrode, most of the generated light is emitted toward the lower electrode. In the top light emitting structure, the upper electrode may be formed of a very thin metal or a transparent electrode. In addition, by using a reflective metal electrode as the lower electrode or by disposing a reflective layer under the transparent lower electrode, most of the generated light can be emitted toward the upper electrode. In the transparent type, the upper and lower electrodes are formed as transparent electrodes through which light is transmitted, so that light can be emitted in both directions. In embodiments of the present invention, a top emission type and/or a transparent type organic light emitting diode will be described.

도 1을 참조하면, 기판(10) 상에 하부전극(20)이 형성될 수 있다. 상기 기판(10)은 유리기판, 석영기판, 플리스틱 기판, 또는 금속기판을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 기판(10)은 반사기판으로 사용될 수 있다. 상기 하부전극(20)은 투명성을 가지는 도전성 물질을 포함할 수 있다. 상기 하부전극(20)은 예를 들어, 투명 전도성 산화물들(TCO: Transparent conductive oxide) 또는 전도성 탄소물질 중의 하나일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 하부전극(20)은 ITO(Indum Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 상기 하부전극(20)은 전도성 유기 박막을 포함할 수 있다. 상기 하부전극(20)은 예를 들어, 요오드화 구리, 폴리아닐린, 폴리(3-메틸티오펜) 및 폴리 피롤 등의 전도성 유기 물질들 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 하부전극(20)은 그래핀 박막을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a lower electrode 20 may be formed on a substrate 10. The substrate 10 may include a glass substrate, a quartz substrate, a plastic substrate, or a metal substrate. For example, the substrate 10 may be used as a reflective substrate. The lower electrode 20 may include a transparent conductive material. The lower electrode 20 may be, for example, one of transparent conductive oxides (TCO) or conductive carbon materials. More specifically, the lower electrode 20 may include indum tin oxide (ITO) or indium zinc oxide (IZO). According to another embodiment, the lower electrode 20 may include a conductive organic thin film. The lower electrode 20 may include at least one of conductive organic materials such as copper iodide, polyaniline, poly(3-methylthiophene), and polypyrrole. According to another embodiment, the lower electrode 20 may include a graphene thin film.

상기 하부전극(20) 상에 유기 발광층(30)이 형성될 수 있다. 상기 유기 발광층(30)은 상기 하부전극(20) 상에 차례로 적층된 정공 주입층(32a), 정공 수송층(32b), 발광층(34), 전자 수송층(36a), 및 전자 주입층(36b)을 포함할 수 있다.An organic emission layer 30 may be formed on the lower electrode 20. The organic emission layer 30 includes a hole injection layer 32a, a hole transport layer 32b, an emission layer 34, an electron transport layer 36a, and an electron injection layer 36b sequentially stacked on the lower electrode 20. Can include.

상기 정공 주입층(32a)은 구리 페로사이닌(Copper Phthalocyanine: CuPc), TNANA(4,4’, 4”-트리스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]-트리페닐-아민), TCTA(4,4’4”-트리스(N-카바졸릴), PEDOT(폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)), PANI(폴리아닐린; polyaniline), 및 PSS(폴리스틸렌설포네이트) 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. The hole injection layer 32a is copper ferrocyanine (Copper Phthalocyanine: CuPc), TNANA (4,4', 4"-tris[N-(1-naphthyl)-N-phenylamino]-triphenyl-amine) ), TCTA (4,4'4"-tris (N-carbazolyl), PEDOT (poly (3,4-ethylenedioxythiophene)), PANI (polyaniline; polyaniline), and PSS (polystyrenesulfonate) selected from It may include at least one.

HOMO(The Highest Occupied Molecular Orbital)는 가전자 띠(Valence Band)의 가장 높은 에너지 레벨이고, LUMO(The Lowest Unoccupied Molecular Orbital)는 전도성 띠(Conduction Band)의 가장 낮은 에너지 레벨을 나타낸다.The Highest Occupied Molecular Orbital (HOMO) is the highest energy level of the valence band, and The Lowest Unoccupied Molecular Orbital (LUMO) represents the lowest energy level of the conduction band.

상기 하부전극(20)의 일함수 레벨과 상기 정공 수송층(32b)의 HOMO 레벨의 차이를 줄이는 것에 의하여, 상기 정공 주입층(32a)은 상기 하부전극(20)으로부터 상기 정공 수송층(32b)으로의 정공의 주입을 용이하게 하는 기능을 수행할 수 있다. 따라서, 상기 정공 주입층(32a)에 의해서 상기 유기 발광 다이오드의 구동 전류 또는 구동 전압을 줄일 수 있다.By reducing the difference between the work function level of the lower electrode 20 and the HOMO level of the hole transport layer 32b, the hole injection layer 32a is transferred from the lower electrode 20 to the hole transport layer 32b. It can perform a function of facilitating the injection of holes. Accordingly, the driving current or driving voltage of the organic light emitting diode can be reduced by the hole injection layer 32a.

상기 정공 수송층(32b)은 폴리(9-비닐카바졸)를 포함하는 고분자 유도체, 4,4’-dicarbazolyl-1,1’-diamine)를 포함하는 고분자 유도체 또는 NPB(4,4’-dis[N-(1-naphthyl-1-)-N-Phenyl-amino]-biphenyl)를 포함하는 고분자 유도체, 트리아릴아민(triarylamine)을 포함하는 저분자 유도체 피라졸린(pyrazoline)을 포함하는 저분자 유도체, 또는 정공 수송 관능기(holetransportingmoiety)를 포함하는 유기 분자를 포함할 수 있다. 상기 정공 수송층(32b)은 상기 정공 주입층(32a)을 통하여 이동된 정공을 상기 발광층(34)에 제공할 수 있다. 상기 정공 수송층(32b)의 HOMO 레벨은 상기 발광층(34)의 HOMO 레벨보다 높을 수 있다.The hole transport layer 32b is a polymer derivative containing poly(9-vinylcarbazole), a polymer derivative containing 4,4'-dicarbazolyl-1,1'-diamine), or NPB(4,4'-dis[ A high molecular derivative containing N-(1-naphthyl-1-)-N-Phenyl-amino]-biphenyl), a low molecular derivative containing triarylamine, a low molecular derivative containing pyrazoline, or a hole It may contain organic molecules containing a holetransporting moiety. The hole transport layer 32b may provide holes moved through the hole injection layer 32a to the emission layer 34. The HOMO level of the hole transport layer 32b may be higher than the HOMO level of the emission layer 34.

상기 발광층(34)은 형광 재료 도는 인광 발광 재료를 포함할 수 있다. 상기 발광층(34)은, 예를 들어, DPVBi, IDE 120, IDE 105, Alq3, CBP, DCJTB, BSN, DPP, DSB, PESB, PPV 유도체, PFO 유도체, C545t, Ir(ppy)3, PtOEP를 포함할 수 있다. 상기 발광층(34)은 단일층 또는 다층일 수 있다. 상기 발광층(34)은 제1 색상, 제2 색상, 제3 색상 또는 백색광의 빛을 생성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제1 내지 제3 색상들은 각각 적(Red), 녹(Green), 또는 청(Blue) 중에서 어느 하나일 수 있다. 이와는 달리, 상기 제1 내지 제3 색상들은 각각 청록(Cyan), 적보라(magenta), 또는 황(yellow) 중에서 어느 하나일 수 있다.The light-emitting layer 34 may include a fluorescent material or a phosphorescent light-emitting material. The emission layer 34 includes, for example, DPVBi, IDE 120, IDE 105, Alq3, CBP, DCJTB, BSN, DPP, DSB, PESB, PPV derivative, PFO derivative, C545t, Ir(ppy)3, PtOEP. can do. The emission layer 34 may be a single layer or multiple layers. The emission layer 34 may generate light of a first color, a second color, a third color, or white light. According to an embodiment, the first to third colors may be any one of red, green, and blue, respectively. In contrast, the first to third colors may be any one of cyan, magenta, and yellow, respectively.

상기 전자 수송층(36a)은 TPBI(2,2’,2’-(1,3,5-phenylene)-tris[1-phenyl-1H-benzimidazole]), Poly(penylquinoxaline), 1,3,5-tris[(6,7-dimethyl-3-phenyl)quinoxaline-2-yl]benzene(Me-TPQ), Polyquinoline, tris(8-hydroxyquinoline)aluminum(Alq3), {6-N,N-diethylamino-1-methyl-3-phenyl-1H-pyrazolo[3,4-b]quinoline}(PAQ-Net2) 또는 전자 수송 관능기(electron transporting moiety)를 함유하는 유기 분자 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.The electron transport layer 36a is TPBI(2,2',2'-(1,3,5-phenylene)-tris[1-phenyl-1H-benzimidazole]), Poly(penylquinoxaline), 1,3,5- tris[(6,7-dimethyl-3-phenyl)quinoxaline-2-yl]benzene(Me-TPQ), Polyquinoline, tris(8-hydroxyquinoline)aluminum(Alq3), (6-N,N-diethylamino-1- It may include at least one of organic molecules containing methyl-3-phenyl-1H-pyrazolo[3,4-b]quinoline}(PAQ-Net2) or an electron transporting moiety.

상기 전자 주입층(36b)은 높은 전자 이동도를 가지는 물질을 포함할 수 있다. 상기 전자 주입층(36b)은 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 칼슘(Ca), 은(Ag) 또는 세슘(Cs)을 포함할 수 있다. 상기 전자 주입층(36b)은 예를 들어, 플루오르화 리튬(LiF) 또는 플루오르화 세슘(CsF)를 포함할 수 있다. 상기 전자 주입층(36b)은 상기 발광층(34)에 전자를 안정적으로 공급하는 기능을 수행할 수 있다.The electron injection layer 36b may include a material having high electron mobility. The electron injection layer 36b may include lithium (Li), magnesium (Mg), aluminum (Al), calcium (Ca), silver (Ag), or cesium (Cs). The electron injection layer 36b may include, for example, lithium fluoride (LiF) or cesium fluoride (CsF). The electron injection layer 36b may perform a function of stably supplying electrons to the emission layer 34.

일 예로, 상기 전자 수송층(36a) 및/또는 상기 전자 주입층(36b)은 약 20nm 내지 약 100nm의 두께를 가질 수 있다.For example, the electron transport layer 36a and/or the electron injection layer 36b may have a thickness of about 20 nm to about 100 nm.

상기 유기 발광층(30) 상에 상부전극(40)이 형성될 수 있다. 상기 상부전극(40)은 상기 하부전극(20)보다 일함수가 낮은 전도성 물질을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 상부전극(40)은 반투명하거나 반사율이 높은 전도성 물질을 포함할 수 있다. 상기 상부전극 (40)은, 예를 들어, 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 이리듐(Ir), 모리브데늄, 팔라듐(Pd) 또는 백금(Pt)을 포함하는 금속 전극일 수 있다. 다른 예로, 상기 상부전극(40)은 ITO(Indum Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)를 포함하는 투명 산화물 전극, 또는 그래핀을 포함하는 탄소계 투명 전극일 수 있다.An upper electrode 40 may be formed on the organic emission layer 30. The upper electrode 40 may include a conductive material having a lower work function than the lower electrode 20. According to an embodiment, the upper electrode 40 may include a translucent or highly reflective conductive material. The upper electrode 40 is a metal electrode including, for example, aluminum (Al), gold (Au), silver (Ag), iridium (Ir), molybdenum, palladium (Pd), or platinum (Pt). Can be As another example, the upper electrode 40 may be a transparent oxide electrode including indum tin oxide (ITO) or indium zinc oxide (IZO), or a carbon-based transparent electrode including graphene.

상기 상부전극(40)이 금속 전극일 경우, 광이 상기 상부전극(40)을 통과할 때 표면 플라즈몬 흡수가 상당히 발생될 수 있다. 따라서, 이 경우 표면 플라즈몬 흡수를 최소화시켜 광 추출 효율을 증가시킬 수 있다. 이를 위해, 후술할 광산란층(70)이 적용될 수 있다. 나아가, 상기 상부전극(40)이 투명 전극일 경우, 전극 내에 자유전자 밀도가 크게 감소하므로 표면 플라즈몬 폴라리톤의 생성이 크게 줄어들어 표면 플라즈몬 흡수가 감소될 수 있다. 그러나, 투명 전극과 외부 공기 사이의 굴절률 차이로 인하여 광자는 외부로 방출되지 못하고 대부분 도파모드로 상기 상부전극(40) 내에 갇힐 수 있다. 따라서, 이 경우에도 후술할 광산란층(70)을 이용함으로써 광을 외부로 추출할 수 있다.When the upper electrode 40 is a metal electrode, surface plasmon absorption may occur considerably when light passes through the upper electrode 40. Therefore, in this case, it is possible to increase the light extraction efficiency by minimizing the absorption of surface plasmon. To this end, a light scattering layer 70 to be described later may be applied. Further, when the upper electrode 40 is a transparent electrode, since the density of free electrons in the electrode is greatly reduced, generation of surface plasmon polaritons may be greatly reduced, and thus surface plasmon absorption may be reduced. However, due to the difference in refractive index between the transparent electrode and the outside air, photons cannot be emitted to the outside and may be trapped in the upper electrode 40 in most of the waveguide mode. Therefore, even in this case, light can be extracted to the outside by using the light scattering layer 70 to be described later.

상기 상부전극(40)은 약 10nm 내지 약 60nm의 두께를 가질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 발광층(34)의 상면과 상기 상부전극(40)의 상면 사이의 간격은 약 30nm 내지 약 160nm일 수 있다. The upper electrode 40 may have a thickness of about 10 nm to about 60 nm. According to an embodiment, an interval between the upper surface of the light emitting layer 34 and the upper electrode 40 may be about 30 nm to about 160 nm.

상기 상부전극(40) 상에 버퍼층(50)이 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(50)은 20℃ 내지 100℃의 저온에서 열증착법(thermal evaporation) 및/또는 대향 타겟 스퍼터링법(facing target sputtering)을 이용해 형성될 수 있다.A buffer layer 50 may be formed on the upper electrode 40. The buffer layer 50 may be formed using thermal evaporation and/or facing target sputtering at a low temperature of 20°C to 100°C.

상기 열증착법은 고진공(5×10-5torr 내지 1×10-7torr)에서 전자빔이나 전기 필라멘트를 이용하여 유전체 물질을 녹여 기화시킨 후, 기화된 유전체 물질을 상기 상부전극(40) 상에 증착시키는 방법이다. 상기 유전체 물질을 기화시키는 온도는 약 100℃ 이하로 유지시킬 수 있다. 상기 대향 타겟 스퍼터링법은 마주보는 두 개의 타겟들과, 상기 타겟들 사이의 수직한 위치에 상기 상부전극(40)을 배치하고, 상기 상부전극(40) 상에 상기 버퍼층(50)을 형성하는 방법이다. 상기 대향 타겟 스퍼터링법은 증착기판과 타겟이 서로 마주본 상태에서 박막이 증착되는 일반적인 스퍼터링 증착법보다 상기 상부전극(40)과 인접하는 상기 유기 발광층(30)의 손상을 억제할 수 있다. The thermal evaporation method melts and vaporizes a dielectric material using an electron beam or an electric filament in a high vacuum (5×10 -5 torr to 1×10 -7 torr), and then deposits the vaporized dielectric material on the upper electrode 40. That's how to do it. The temperature at which the dielectric material is vaporized may be maintained below about 100°C. The counter target sputtering method is a method of arranging the upper electrode 40 at a vertical position between two targets facing each other and the targets, and forming the buffer layer 50 on the upper electrode 40 to be. The counter target sputtering method may suppress damage to the organic emission layer 30 adjacent to the upper electrode 40 than a general sputtering deposition method in which a thin film is deposited while the deposition substrate and the target face each other.

상기 버퍼층(50)은 파장 550nm의 광에 대하여 1.8 이상의 굴절률을 갖는 무기화합물을 이용하여 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 버퍼층(50)은, WO3, ZnO, SnO2, TiO2, ITO(indium tin oxide), 또는 IZO(indium zinc oxide)를 포함할 수 있다. 상기 버퍼층(50)은 약 50nm 내지 200의 두께를 가질 수 있다. 나아가, 상기 버퍼층(50)은 80% 이상의 가시광선 투과율을 갖는 박막일 수 있다.The buffer layer 50 may be formed using an inorganic compound having a refractive index of 1.8 or more for light having a wavelength of 550 nm. For example, the buffer layer 50 may include WO 3 , ZnO, SnO 2 , TiO 2 , indium tin oxide (ITO), or indium zinc oxide (IZO). The buffer layer 50 may have a thickness of about 50 nm to 200. Furthermore, the buffer layer 50 may be a thin film having a visible light transmittance of 80% or more.

상기 상부전극(40)이 금속 전극일 경우, 상기 버퍼층(50)은 표면 플라즈몬 폴라리톤의 커플링을 유도하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 상부전극(40)이 투명 산화물 전극일 경우, 상기 버퍼층(50)은, 상기 상부전극(40)과 그 아래의 상기 유기 발광층(30)에 도파모드가 형성되어 광이 고립되지 않도록 에바네센트 필드를 확산시키는 역할을 수행할 수 있다. 상기 버퍼층(50)은, 이의 상에 후술할 다각형의 광산란 결정들(72)이 용이하게 형성될 수 있는 표면을 제공할 수 있다. 나아가 상기 버퍼층(50)은, 상기 광산란 결정들(72)의 화학성분들 중 일부가 상기 유기 발광층(30)으로 확산되는 것을 방지할 수 있다. When the upper electrode 40 is a metal electrode, the buffer layer 50 may serve to induce coupling of the surface plasmon polaritone. When the upper electrode 40 is a transparent oxide electrode, the buffer layer 50 forms a waveguide mode in the upper electrode 40 and the organic emission layer 30 below it, so that light is not isolated. It can play a role of spreading the field. The buffer layer 50 may provide a surface on which polygonal light scattering crystals 72 to be described later can be easily formed. Furthermore, the buffer layer 50 may prevent some of the chemical components of the light scattering crystals 72 from being diffused into the organic emission layer 30.

상기 버퍼층(50)을 형성한 후 후술할 핵층(60)을 형성하기 전에, 약한 표면 플라즈마 처리, 및/또는 표면 가스 처리를 추가로 수행할 수 있다. 상기 처리 공정들을 통하여, 상기 버퍼층(50)의 표면에너지를 변화시킬 수 있다.After forming the buffer layer 50 and before forming the nuclear layer 60 to be described later, a weak surface plasma treatment and/or a surface gas treatment may be additionally performed. Through the treatment processes, the surface energy of the buffer layer 50 may be changed.

상기 버퍼층(50) 상에 상기 핵층(60)이 형성될 수 있다. 상기 핵층(60)은 후술할 광산란 결정들(72)의 형성을 도울 수 있으며, 또한 상기 광산란 결정들(72)의 사이즈를 조절하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 핵층(60)은 20℃ 내지 100℃의 저온에서 열증착법 및/또는 대향 타겟 스퍼터링법을 이용해 형성될 수 있다. 상기 핵층(60)은 버퍼층(50)과 표면에너지가 다른 재료로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 핵층(60)은 AgCl, BaCl2, ZnS, ZnSe, ZnCl2, LiF 또는 LiCl을 포함할 수 있다. 상기 핵층(60)은 5nm 이상 100nm 이하의 두께를 가지도록 얇게 형성될 수 있다.The nuclear layer 60 may be formed on the buffer layer 50. The nuclear layer 60 may help form light-scattering crystals 72 to be described later, and may also play a role of adjusting the size of the light-scattering crystals 72. The nuclear layer 60 may be formed using a thermal evaporation method and/or a counter target sputtering method at a low temperature of 20°C to 100°C. The nuclear layer 60 may be formed of a material having a surface energy different from that of the buffer layer 50. For example, the nuclear layer 60 may include AgCl, BaCl 2 , ZnS, ZnSe, ZnCl 2 , LiF or LiCl. The nuclear layer 60 may be thinly formed to have a thickness of 5 nm or more and 100 nm or less.

상기 핵층(60) 상에 광산란층(70)이 형성될 수 있다. 상기 광산란층(70)은 복수개의 다각형의 광산란 결정들(72)을 포함할 수 있다. 상기 광산란층(70)은, 상기 광산란 결정들(72)을 통해 상기 상부전극(40) 밖으로 유도되는 광을 산란시켜, 외부로 추출하는 역할을 수행할 수 있다. 구체적으로, 상기 광산란 결정들(72)은 불규칙한 다각뿔 형상의 나노구조 집합체일 수 있다. 일 예로, 상기 광산란 결정들(72)은 150nm 내지 1μm의 폭 및 150nm 내지 1μm의 높이를 가질 수 있다. 상기 광산란 결정들(72)은 0.5 이상의 높이/폭 비를 가질 수 있다. 상기 광산란 결정들(72)은 파장 550nm의 광에 대하여 1.75 이상의 굴절률을 가지며, 또한 80% 이상의 가시광 투과율을 가질 수 있다. 일 예로, 상기 광산란 결정들(72)은 AgCl, BaCl2, MgO, ZnO, SnO2, ZnS 또는 ZnSe를 포함할 수 있다.A light scattering layer 70 may be formed on the nuclear layer 60. The light scattering layer 70 may include a plurality of polygonal light scattering crystals 72. The light scattering layer 70 may perform a role of scattering light guided out of the upper electrode 40 through the light scattering crystals 72 and extracting the light to the outside. Specifically, the light scattering crystals 72 may be a nanostructure aggregate having an irregular polygonal pyramid shape. For example, the light scattering crystals 72 may have a width of 150 nm to 1 μm and a height of 150 nm to 1 μm. The light scattering crystals 72 may have a height/width ratio of 0.5 or more. The light scattering crystals 72 may have a refractive index of 1.75 or more for light having a wavelength of 550 nm, and may have a visible light transmittance of 80% or more. For example, the light scattering crystals 72 may include AgCl, BaCl 2 , MgO, ZnO, SnO2, ZnS, or ZnSe.

상기 광산란층(70)은 20℃ 내지 100℃의 저온에서 열증착법 및/또는 대향 타겟 스퍼터링법을 이용해 유전체 물질을 증착하여 형성될 수 있다. 상기 광산란 결정들(72)은 상기 핵층(60)으로부터 이방성 성장을 통해 형성될 수 있다. 즉, 상기 광산란 결정들(72)은 방향에 따라 결정 성장의 속도가 다르게 형성되기 때문에, 결과적으로 상기 광산란 결정들(72)은 복수개의 다각뿔이 밀집된 것과 같은 형태를 가질 수 있다. 따라서, 상기 광산란층(70)은 거친 표면을 가질 수 있다.The light scattering layer 70 may be formed by depositing a dielectric material using a thermal evaporation method and/or a counter target sputtering method at a low temperature of 20°C to 100°C. The light scattering crystals 72 may be formed from the nuclear layer 60 through anisotropic growth. That is, since the light-scattering crystals 72 are formed at different speeds of crystal growth depending on a direction, as a result, the light-scattering crystals 72 may have a shape such that a plurality of polygonal pyramids are densely formed. Accordingly, the light scattering layer 70 may have a rough surface.

일 실시예에 따르면, 상기 상부전극(40) 상의 상기 버퍼층(50), 상기 핵층(60) 및 상기 광산란층(70)은 모두 저온의 증착방법들을 이용하여 형성될 수 있다. 특히, 앞서 설명한 열증착법 또는 대향 타겟 스퍼터링법은 다른 증착법에 비해 낮은 증착 온도 및 상압에 가까운 조건에서 수행될 수 있다. 따라서, 상기 버퍼층(50), 상기 핵층(60) 및 상기 광산란층(70)이 상기 상부전극(40) 상에 형성될 때 상기 유기 발광층(30)의 손상을 최소화할 수 있다.According to an embodiment, the buffer layer 50, the nuclear layer 60, and the light scattering layer 70 on the upper electrode 40 may all be formed using low-temperature deposition methods. In particular, the thermal evaporation method or the counter target sputtering method described above may be performed at a lower deposition temperature and conditions close to atmospheric pressure compared to other deposition methods. Accordingly, when the buffer layer 50, the nuclear layer 60, and the light scattering layer 70 are formed on the upper electrode 40, damage to the organic emission layer 30 can be minimized.

상기 유기 발광층(30)에서 발광되는 광은 상기 상부전극(40)(예를 들어, 금속 전극)에 의한 표면 플라즈몬 효과로 인하여 상기 상부전극(40)에 흡수되어 손실될 수 있다. 상기 표면 플라즈몬 효과에 의한 광의 손실은 상기 전자 수송층(22a) 및/또는 상기 전자 주입층(22b)의 두께에 의하여 크게 좌우된다. 상기 상부전극(40)에 의한 광의 흡수를 억제하기 위해 상기 전자 수송층(22a) 및/또는 상기 전자 주입층(22b)의 두께를 두껍게 할 수 있다. 그러나, 상기 전자 수송층(22a) 및/또는 상기 전자 주입층(22b)의 두께를 두껍게 할 경우, 상기 전자 수송층(22a) 및/또는 상기 전자 주입층(22b)의 전자 주입 효율이 감소하여 발광효율이 감소된다. Light emitted from the organic emission layer 30 may be absorbed and lost by the upper electrode 40 due to a surface plasmon effect caused by the upper electrode 40 (eg, a metal electrode). The loss of light due to the surface plasmon effect is largely influenced by the thickness of the electron transport layer 22a and/or the electron injection layer 22b. In order to suppress absorption of light by the upper electrode 40, the electron transport layer 22a and/or the electron injection layer 22b may be thickened. However, when the thickness of the electron transport layer 22a and/or the electron injection layer 22b is increased, the electron injection efficiency of the electron transport layer 22a and/or the electron injection layer 22b decreases, resulting in luminous efficiency. Is reduced.

한편, 상기 상부전극(40)의 두께가 충분히 얇고, 상기 상부전극(40)의 상에 높은 굴절률을 가지는 투명한 유전체층이 존재하는 경우, 표면 플라즈몬 폴라리톤을 상기 상부전극(40) 밖으로 커플링할 수 있다. 이로써, 상기 유전체층으로 광을 전이하여, 상기 광이 상기 상부전극(40) 밖으로 방출될 수 있다.On the other hand, when the thickness of the upper electrode 40 is sufficiently thin and a transparent dielectric layer having a high refractive index is present on the upper electrode 40, the surface plasmon polariton can be coupled to the outside of the upper electrode 40. have. Accordingly, light may be transferred to the dielectric layer and the light may be emitted outside the upper electrode 40.

그러나, 단순히 상기 상부전극(40) 상에 높은 굴절률의 상기 유전체층을 형성하는 것 만으로 유기발광 다이오드의 광추출 효율을 증가시키긴 어려울 수 있다. 즉, 상기 유전체층으로 인해 에바네센트 필드가 형성되지만, 상기 유전체층의 굴절률과 외부 공기의 굴절률 차이가 크므로, 상기 유전체층 내에 도파모드 및 표면 플라즈몬 폴라리톤이 형성되며 외부 공기로 방출되는 광이 적어질 수 있다. 상기 유전체층에 커플링된 광을 외부로 방출하기 위해서는 상기 유전체층의 표면에 적절한 광추출 구조물을 형성하여 상기 표면(공기와 접촉하는 면)을 거칠게 할 수 있다. 상기 유전체층의 상기 표면이 거칠어지면, 상기 유전체층 내로 커플링된 광이 도파모드를 형성하지 않고 상기 거친 표면에 의해 사방으로 산란되면서 광추출 효율이 증가될 수 있다.However, it may be difficult to increase the light extraction efficiency of the organic light emitting diode simply by forming the dielectric layer having a high refractive index on the upper electrode 40. That is, the ebanescent field is formed due to the dielectric layer, but since the difference between the refractive index of the dielectric layer and the external air is large, the waveguide mode and the surface plasmon polariton are formed in the dielectric layer, and less light is emitted to the outside air. I can. In order to emit light coupled to the dielectric layer to the outside, the surface (a surface in contact with air) may be roughened by forming an appropriate light extraction structure on the surface of the dielectric layer. When the surface of the dielectric layer becomes rough, light coupled into the dielectric layer does not form a waveguide mode and is scattered in all directions by the rough surface, thereby increasing light extraction efficiency.

일 실시예에 따르면, 상기 상부전극(40) 상에 형성된 상기 버퍼층(50), 상기 핵층(60) 및 상기 광산란층(70)은 상기 유전체층을 구성할 수 있다. 이로써, 표면 플라즈몬 플라리톤을 상기 상부전극(40) 밖으로 커플링하여 외부로 방출시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 표면 플라즈몬에 의해 광이 상기 상부전극(40)에서 흡수되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 광산란층(70)은 상기 광산란 결정들(72)을 통해 거친 표면을 가질 수 있으므로, 상기 광산란층(70) 내에 도파모드가 형성되지 않을 수 있다. 광은 상기 광산란 결정들(72)을 통해 산란되어, 상기 광산란층(70) 외부로 방출될 수 있다. 따라서, 광은 손실 없이 상기 유기발광 다이오드 외부로 방출되어, 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
According to an embodiment, the buffer layer 50, the nuclear layer 60, and the light scattering layer 70 formed on the upper electrode 40 may constitute the dielectric layer. As a result, the surface plasmon plaitone can be coupled to the outside of the upper electrode 40 and released to the outside. Accordingly, it is possible to prevent light from being absorbed by the upper electrode 40 by the surface plasmon. In addition, since the light scattering layer 70 may have a rough surface through the light scattering crystals 72, a waveguide mode may not be formed in the light scattering layer 70. Light may be scattered through the light-scattering crystals 72 and emitted to the outside of the light-scattering layer 70. Accordingly, light is emitted to the outside of the organic light emitting diode without loss, thereby improving light extraction efficiency.

실시예Example 2 2

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기발광 다이오드에 관한 단면도이다. 설명의 간결함을 위해, 앞서 도 1을 참조하여 설명한 일 실시예와 실질적으로 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하며, 해당 구성 요소에 대한 설명은 생략할 수 있다.2 is a cross-sectional view of an organic light emitting diode according to another embodiment of the present invention. For the sake of brevity, the same reference numerals are used for components that are substantially the same as those of the embodiment described above with reference to FIG. 1, and descriptions of the components may be omitted.

도 2를 참조하면, 버퍼층(50) 상에, 복수개의 핵 입자들(62)을 포함하는 핵층(60)이 형성될 수 있다. 상기 핵 입자들(62)은 상기 버퍼층(50) 상에 섬 형태로 형성될 수 있다(도 4a 참조). 일 실시예에 따르면, 상기 핵 입자들(62)은 섬 형태로 서로 이격되어 상기 버퍼층(50)의 표면 상에 균일하게 분산될 수 있다. 각각의 상기 핵 입자들(62)은 500nm 이하의 직경을 가질 수 있다. 그 외, 상기 핵층(60)에 관한 구체적인 설명은 앞서 도 1을 참조하여 설명한 바와 같다.Referring to FIG. 2, a nuclear layer 60 including a plurality of nuclear particles 62 may be formed on the buffer layer 50. The nuclear particles 62 may be formed in an island shape on the buffer layer 50 (see FIG. 4A). According to an embodiment, the nuclear particles 62 may be spaced apart from each other in an island shape and uniformly dispersed on the surface of the buffer layer 50. Each of the nuclear particles 62 may have a diameter of 500 nm or less. In addition, a detailed description of the nuclear layer 60 is as described above with reference to FIG. 1.

상기 핵층(60) 상에 복수개의 광산란 결정들(72)을 포함하는 광산란층(70)이 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 광산란 결정들(72)은 상기 핵 입자들(62)을 기반으로하여 이방성 성장을 통해 형성될 수 있다. 섬 형태로 분산된 상기 핵 입자들(62) 상에 상기 광산란 결정들(72)이 각각 성장되므로, 상기 광산란 결정들(72)은 보다 잘 발달된 다각뿔 형태를 가질 수 있다. 즉, 밀집된 다각뿔 형태의 상기 광산란 결정들(72)을 통해, 상기 광산란층(70)은 높은 표면 거칠기를 가질 수 있다. 상기 광산란층(70)은 높은 표면 거칠기를 가짐으로써, 광 산란을 증대시켜 유기발광 다이오드의 광추출 효율을 더욱 향상시킬 수 있다. 그 외, 상기 광산란층(70)에 관한 구체적인 설명은 앞서 도 1을 참조하여 설명한 바와 같다.
A light scattering layer 70 including a plurality of light scattering crystals 72 may be formed on the nuclear layer 60. Specifically, the light scattering crystals 72 may be formed through anisotropic growth based on the nuclear particles 62. Since the light-scattering crystals 72 are respectively grown on the nuclear particles 62 dispersed in an island shape, the light-scattering crystals 72 may have a more well-developed polygonal pyramid shape. That is, the light scattering layer 70 may have a high surface roughness through the dense polygonal pyramid-shaped light scattering crystals 72. Since the light scattering layer 70 has a high surface roughness, light scattering may be increased to further improve light extraction efficiency of the organic light emitting diode. In addition, a detailed description of the light scattering layer 70 is as described above with reference to FIG. 1.

실험예Experimental example 1: One: FDTDFDTD 전산모사에 의한 Computational simulation 광산란Light scattering 결정들(72)의 나노구조 실험 Nanostructure experiment of crystals 72

본 발명의 실시예들에 따른 광산란 결정들(72)을 통해 유기발광 다이오드의 광추출 효율의 개선 정도를 FDTD 전산모사를 통해 다음과 같이 확인하였다. The degree of improvement of the light extraction efficiency of the organic light emitting diode through the light scattering crystals 72 according to the embodiments of the present invention was confirmed through FDTD computational simulation as follows.

먼저, 순차적으로 적층된 하부전극: Al 100nm/ 유기 발광층: Alq3 240nm/ 상부전극: Ag 20nm/ 광커플링층: TCTA(4,4',4"-트리스(N-카바졸릴) 60nm/ 광산란 결정들: AgCl 피라미드 구조를 OLED 구조 모델로 이용하였다. 상기 광산란 결정들(AgCl 피라미드 구조)는 높이/폭의 비를 1.0으로 하여 폭과 높이 같게 하였다. 상기 광산란 결정들의 높이는 150nm, 300nm 및 500nm로 하여 각각 전산모사를 실시하였다.First, sequentially stacked lower electrode: Al 100nm/ Organic light emitting layer: Alq3 240nm/ Upper electrode: Ag 20nm/ Photocoupling layer: TCTA (4,4',4"-tris (N-carbazolyl) 60nm/ Light scattering crystals : The AgCl pyramid structure was used as an OLED structure model The light scattering crystals (AgCl pyramid structure) were set to have a height/width ratio of 1.0 to make the width and height equal to the height of the light scattering crystals at 150 nm, 300 nm and 500 nm, respectively. Computational simulation was performed.

모델링된 OLED 소자에 있어서, x, y, z 축 방향의 다이폴 광원을 상기 상부전극 아래 60nm 위치에 삽입하고, 전기장에 의한 파워(electric field 세기의 제곱) 모니터를 상기 광산란 결정들 위 약 500nm 위치에 설치한 후 FDTD 계산을 실시하였다. 모니터에 수집된 전기장 파워 분포 결과를 far-field 조건에 의한 계산으로 OLED 소자 상부로 방출되는 광의 파워 분포를 산출하였다. 상기 광산란 결정들이 적용되지 않은 OLED 소자 모델과 비교하여, 본 실시예들에 따른 OLED 소자는 더 높은 파워가 방출되는 것을 확인할 수 있었다. 그 결과를 아래의 표1과 같이 정리하였다.In the modeled OLED device, a dipole light source in the x, y, z axis directions is inserted at a position of 60 nm below the upper electrode, and a power (electric field intensity square) monitor is placed at a position of about 500 nm above the light scattering crystals. After installation, FDTD calculation was performed. The electric field power distribution result collected in the monitor was calculated based on the far-field condition to calculate the power distribution of light emitted to the top of the OLED element. Compared with the OLED device model to which the light scattering crystals are not applied, it was confirmed that the OLED device according to the present embodiments emits higher power. The results are summarized in Table 1 below.

AgCl 광산란 결정들의 높이Height of AgCl light scattering crystals 없음(대조군)None (control) 150nm150nm 300nm300nm 500nm500nm E2 intensityE 2 intensity 4.87e-94.87e-9 5.37e-95.37e-9 1.01e-81.01e-8 1.1e-81.1e-8 대조군 대비 광추출 효율 증가(%)Increased light extraction efficiency compared to the control group (%) 10%10% 107%107% 126%126%

표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 광산란 결정들은 150nm 이상의 폭 및 높이를 갖는 경우, 광산란 결정들이 적용되지 않은 OLED 소자들에 비해 현저히 높은 광추출 효율을 가질 수 있음을 확인할 수 있다.
As can be seen in Table 1, when the light-scattering crystals according to the present invention have a width and height of 150 nm or more, it can be seen that the light-scattering crystals can have significantly higher light extraction efficiency compared to non-applied OLED devices.

실험예Experimental example 2: 2: 열증착법에Thermal evaporation method 의한 by 광산란Light scattering 결정들 제조 실험 Crystals manufacturing experiment

본 발명의 실시예들에 따른 광산란 결정들을 형성함에 있어, 다각형의 구조물들이 더욱 잘 형성될 수 있는 조건을 다음과 같이 확인하였다.In forming the light scattering crystals according to the embodiments of the present invention, conditions in which polygonal structures can be better formed were confirmed as follows.

도 3은 상온에서 열증착법을 이용하여 유리기판 상에 직접 형성된 광산란층(AgCl 500nm 박막)의 SEM 사진을 나타낸 것이다. 도 3을 참조하면, 상기 광산란층을 이루는 광산란 결정들의 크기가 100nm 내지 200nm 로 작음을 확인할 수 있다. 나아가, 표면 상으로 돌출된 상기 광산란 결정들의 부분들의 높이도 100nm 정도로 낮다. 이와 같이, 비정질 표면이나 금속박막 표면에 AgCl을 증착하면 비교적 평탄한 표면이 형성되어, 광추출 효율 증가가 미미할 수 있다. 3 shows an SEM photograph of a light scattering layer (AgCl 500nm thin film) formed directly on a glass substrate by using a thermal evaporation method at room temperature. Referring to FIG. 3, it can be seen that the size of the light scattering crystals constituting the light scattering layer is as small as 100 nm to 200 nm. Furthermore, the height of the portions of the light scattering crystals protruding onto the surface is also as low as 100 nm. In this way, when AgCl is deposited on an amorphous surface or on a surface of a metal thin film, a relatively flat surface is formed, so that an increase in light extraction efficiency may be insignificant.

도 4a는 상온에서 열증착법을 이용하여 유리기판 상에 형성된 핵층의 SEM 사진을 나타낸 것이다. 구체적으로, 유리기판 상에 100nm의 WO3 버퍼층 및 80nm의 LiF 핵층을 상온에서 순차적으로 증착할 수 있다. 도 4를 참조하면, 치밀한 WO3 박막 상에, 폭 200nm 내지 300nm의 LiF 핵 입자들이 서로 이격되어 섬 형태로 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다.4A shows an SEM photograph of a nuclear layer formed on a glass substrate by using a thermal evaporation method at room temperature. Specifically, a 100 nm WO 3 buffer layer and an 80 nm LiF nuclear layer may be sequentially deposited on a glass substrate at room temperature. Referring to FIG. 4, it can be seen that LiF nuclei particles having a width of 200 nm to 300 nm are separated from each other to form an island shape on a dense WO 3 thin film.

도 4b는 상온에서 열증착법을 이용하여 핵층 상에 형성된 광산란층의 SEM 사진을 나타낸 것이다. 앞서 도 4a를 참조하여 설명한 상기 핵 입자들은, 광산란층을 이루는 광산란 결정들의 성장을 위한 성장핵의 역할을 할 수 있다. 상기 WO3 버퍼층 상에 섬 형태로 분산된 상기 핵 입자들은 그 분포에 따라 상기 광산란 결정들의 크기 및 높이/폭 비를 조절할 수 있다. 나아가, 상기 핵 입자들은 상기 광산란층의 표면 거칠기를 조절할 수 있다. 구체적으로, 도 4b를 참조하면, 상기 핵층 상에 600nm의 두께로 AgCl 광산란층을 성장시켰다. 즉, 고온의 조건을 사용하지 않고 상온의 열증착법 만으로도, OLED의 상부전극 상에 폭 150nm 내지 1μm 및 높이 150nm 내지 1μm 미만의 불규칙한 다각뿔 형상의 나노구조를 형성할 수 있다.4B shows an SEM photograph of a light scattering layer formed on a nuclear layer by using a thermal evaporation method at room temperature. The nuclear particles described above with reference to FIG. 4A may serve as growth nuclei for the growth of light scattering crystals constituting the light scattering layer. The nuclear particles dispersed in the form of islands on the WO3 buffer layer may adjust the size and height/width ratio of the light scattering crystals according to their distribution. Furthermore, the nuclear particles may adjust the surface roughness of the light scattering layer. Specifically, referring to FIG. 4B, an AgCl light scattering layer was grown on the nuclear layer to a thickness of 600 nm. That is, it is possible to form an irregular polygonal pyramid-shaped nanostructure having a width of 150 nm to 1 μm and a height of 150 nm to less than 1 μm on the upper electrode of the OLED by only the thermal evaporation method at room temperature without using high temperature conditions.

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.In the above, embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, but those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. You can understand that there is. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not limiting.

Claims (10)

기판 상에 순차적으로 적층된 하부전극, 유기 발광층 및 상부전극;
상기 상부전극 상에 유전 물질을 포함하는 버퍼층;
상기 버퍼층 상에 상기 버퍼층과 표면에너지가 다른 재료로 형성된 핵층; 및
상기 핵층 상에, 상기 핵층으로부터 이방성 성장된 복수개의 다각형의 광산란 결정들을 포함하는 광산란층을 포함하되,
상기 핵층은 복수개의 핵 입자들을 포함하고,
상기 핵 입자들은 상기 버퍼층 상에 섬 형태로 형성되며,
상기 광산란 결정들은 상기 핵 입자들로부터 성장되고,
각각의 상기 광산란 결정들은 150nm 내지 1μm의 폭 및 150nm 내지 1μm의 높이를 갖는 유기발광 다이오드.
A lower electrode, an organic emission layer, and an upper electrode sequentially stacked on the substrate;
A buffer layer including a dielectric material on the upper electrode;
A nuclear layer formed of a material having a surface energy different from that of the buffer layer on the buffer layer; And
On the nuclear layer, including a light scattering layer including a plurality of polygonal light scattering crystals anisotropically grown from the nuclear layer,
The nuclear layer includes a plurality of nuclear particles,
The nuclear particles are formed in an island shape on the buffer layer,
The light scattering crystals are grown from the nuclear particles,
Each of the light scattering crystals is an organic light emitting diode having a width of 150nm to 1μm and a height of 150nm to 1μm.
제1항에 있어서,
각각의 상기 광산란 결정들은 150nm 내지 500nm의 높이를 갖는 유기발광 다이오드.
The method of claim 1,
Each of the light scattering crystals is an organic light emitting diode having a height of 150nm to 500nm.
제1항에 있어서,
상기 핵층은 AgCl, BaCl2, ZnS, ZnSe, ZnCl2, LiF 또는 LiCl을 포함하는 유기발광 다이오드.
The method of claim 1,
The nuclear layer is an organic light emitting diode comprising AgCl, BaCl 2 , ZnS, ZnSe, ZnCl 2, LiF or LiCl.
제1항에 있어서,
상기 광산란 결정들은 AgCl, BaCl2, MgO, ZnO, SnO2, ZnS 또는 ZnSe를 포함하는 유기발광 다이오드.
The method of claim 1,
The light-scattering crystals are AgCl, BaCl 2 , MgO, ZnO, SnO 2 , an organic light emitting diode comprising ZnS or ZnSe.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 유기 발광층은, 상기 하부전극 상에 차례로 적층된 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 및 전자 주입층을 포함하는 유기발광 다이오드.
The method of claim 1,
The organic light emitting layer includes a hole injection layer, a hole transport layer, an emission layer, an electron transport layer, and an electron injection layer sequentially stacked on the lower electrode.
기판 상에 하부전극, 유기 발광층 및 상부전극을 순차적으로 형성하는 단계;
상기 상부전극 상에 유전 물질을 포함하는 버퍼층을 형성하는 단계;
상기 버퍼층 상에 상기 버퍼층과 표면에너지가 다른 재료로 핵층을 형성하는 단계; 및
상기 핵층으로부터 복수개의 다각형의 광산란 결정들을 이방성 성장시켜 광산란층을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 핵층을 형성하는 단계는, 상기 버퍼층 상에 섬 형태의 복수개의 핵 입자들을 형성하는 것을 포함하고,
상기 광산란 결정들은 상기 핵 입자들로부터 성장되며,
각각의 상기 광산란 결정들은 150nm 내지 1μm의 폭 및 150nm 내지 1μm의 높이를 갖는 유기발광 다이오드의 제조 방법.
Sequentially forming a lower electrode, an organic emission layer, and an upper electrode on a substrate;
Forming a buffer layer including a dielectric material on the upper electrode;
Forming a nuclear layer on the buffer layer of a material having a surface energy different from that of the buffer layer; And
Including the step of anisotropically growing a plurality of polygonal light scattering crystals from the nuclear layer to form a light scattering layer,
The forming of the nuclear layer includes forming a plurality of island-shaped nuclear particles on the buffer layer,
The light scattering crystals are grown from the nuclear particles,
Each of the light scattering crystals has a width of 150 nm to 1 μm and a height of 150 nm to 1 μm.
제7항에 있어서,
상기 핵층을 형성하는 단계는, 상기 기판의 온도가 20℃ 내지 100℃에서 열증착법(thermal evaporation) 또는 대향 타겟 스퍼터링법(facing target sputtering)을 수행하는 것을 포함하는 유기발광 다이오드의 제조 방법.
The method of claim 7,
The forming of the nuclear layer includes performing thermal evaporation or facing target sputtering at a temperature of the substrate of 20°C to 100°C.
제7항에 있어서,
상기 광산란층을 형성하는 단계는, 상기 기판의 온도가 20℃ 내지 100℃에서 열증착법 또는 대향 타겟 스퍼터링법을 수행하는 것을 포함하는 유기발광 다이오드의 제조 방법.
The method of claim 7,
The forming of the light scattering layer includes performing a thermal evaporation method or a counter target sputtering method at a temperature of the substrate of 20°C to 100°C.
삭제delete
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