KR102273631B1 - 유기발광 다이오드 및 그 제조방법 - Google Patents

유기발광 다이오드 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102273631B1
KR102273631B1 KR1020150128498A KR20150128498A KR102273631B1 KR 102273631 B1 KR102273631 B1 KR 102273631B1 KR 1020150128498 A KR1020150128498 A KR 1020150128498A KR 20150128498 A KR20150128498 A KR 20150128498A KR 102273631 B1 KR102273631 B1 KR 102273631B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
thin film
nanostructures
light emitting
organic light
layer
Prior art date
Application number
KR1020150128498A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160070673A (ko
Inventor
신진욱
이종희
이정익
조현수
한준한
문제현
조남성
조두희
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to US14/942,510 priority Critical patent/US9799852B2/en
Publication of KR20160070673A publication Critical patent/KR20160070673A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102273631B1 publication Critical patent/KR102273631B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H01L51/5268—
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76—Making of isolation regions between components
    • H01L21/762—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
    • H01L21/7624—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using semiconductor on insulator [SOI] technology
    • H01L21/76264—SOI together with lateral isolation, e.g. using local oxidation of silicon, or dielectric or polycristalline material refilled trench or air gap isolation regions, e.g. completely isolated semiconductor islands
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76—Making of isolation regions between components
    • H01L21/764—Air gaps
    • H01L51/0002—
    • H01L51/502—
    • H01L51/56—
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1204—Optical Diode
    • H01L2924/12044—OLED

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 유기발광 다이오드는 기판, 상기 기판 상에 배치된 나노 구조체들, 상기 나노 구조체들 상에 배치된 전사 가능한 박막 및 상기 나노 구조체들 사이에 배치되는 에어 갭을 포함하는 광 산란 구조체, 상기 박막을 덮고, 상기 박막보다 더 큰 두께를 갖는 평탄층, 상기 평탄층 상에 배치된 제 1 전극, 상기 제 1 전극 상에 배치된 유기 발광층, 및
상기 유기 발광층 상에 배치된 제 2 전극을 포함할 수 있다.

Description

유기발광 다이오드 및 그 제조방법{Organic light emitting diode and method of fabricating the same}
본 발명은 유기발광 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광 산란 구조체를 포함하는 유기발광 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
유기발광 다이오드는 유기발광 물질을 전기적으로 여기(exciting)시켜 발광시키는 자체 발광 소자이다. 유기발광 다이오드는 기판, 제 1 전극, 제 2 전극 및 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 형성된 유기발광 층을 포함한다. 유기발광 층은 제 1 및 제 2 전극들로부터 공급되는 정공들 및 전자들의 결합에 의해 광을 생성한다. 유기발광 다이오드는 스스로 발광하는 장치로서, 넓은 시야각, 빠른 응답속도 및 높은 색 재현율을 가진다. 유기발광 다이오드는 디스플레이 장치에 응용되고 있다. 최근에는 유기발광 다이오드를 조명에 응용하는 연구가 진행되고 있다.
유기발광 다이오드는 기판, 광산란층 및 유기 발광층 등의 요소가 적층되어 구성된다. 유기 발광층에서 생성된 빛은 이종 물질들 사이의 계면 및 굴절률이 상이한 물질막들을 통과해야 가시적으로 인지된다. 이종물질들 사이의 계면 및 상이한 굴절률로 인하여, 생성된 빛은 광도파되거나 내부 전반사가 일어난다. 이와 같은 광학적 구조 때문에 유기발광 다이오드의 생성광은 대부분 소실된다. 생성광은 작은 분율(~20%)만 소자로부터 발생되어 외부에서 시각적으로 인지된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 광추출 효율을 높이는 유기발광 다이오드를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 신뢰성이 보다 향상된 유기발광 다이오드의 제조 방법을 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 유기발광 다이오드는 기판, 상기 기판 상에 배치된 나노 구조체들, 상기 나노 구조체들 상에 배치된 박막, 및 상기 나노 구조체들 사이에 배치되는 에어 갭을 포함하는 광 산란 구조체, 상기 박막을 덮고, 상기 박막보다 더 큰 두께를 갖는 평탄층, 상기 평탄층 상에 배치된 제 1 전극, 상기 제 1 전극 상에 배치된 유기 발광층, 및 상기 유기 발광층 상에 배치된 제 2 전극을 포함하는 유기발광 다이오드.
상기 나노 구조체들은 입자 형태 또는 라인 형태를 가질 수 있다.
상기 나노 구조체들의 폭은 50nm 내지 3000nm이고, 상기 나노 구조체들 사이의 거리는 50nm 내지 3000nm일 수 있다.
상기 박막은 그래핀, 이황화 몰리브덴 및 황화텅스텐 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 박막은 0.1nm 내지 10nm의 두께를 갖고, 상기 평탄층은 1nm 이상 내지 100nm 이하의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광 다이오드의 제조 방법은 기판 상에 나노 구조체들을 형성하는 것, 상기 나노 구조체들 상에 박막을 전사하여, 상기 나노 구조체들 사이에 에어 갭을 형성하는 것, 상기 박막을 덮는 평탄층을 형성하는 것, 상기 평탄층 상에 제 1 전극을 형성하는 것; 및 상기 제 1 전극 상에 유기 발광층을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
상기 나노 구조체들 상에 상기 박막을 제공하는 것은, 씨드막에 상기 박막을 성장시키는 것, 상기 박막을 씨드막으로부터 분리하는 것, 상기 나노 구조체들 상에 상기 박막을 전사하는 것; 및 상기 박막에 열처리하는 것을 포함할 수 있다.
상기 평탄층은 상기 박막보다 두껍게 형성될 수 있다.
상기 박막은 그래핀, 이황화 몰리브덴 및 황화텅스텐 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광 다이오드는 나노 구조체들 및 나노 구조체들 상에 배치된 박막을 포함하는 광 산란 구조체와, 박막을 덮는 평탄층을 포함할 수 있다. 평탄층은 박막 보다 두꺼운 두께로 박막 상에 배치되어, 얇은 두께를 갖는 박막의 기계적, 화학적 강도를 높일 수 있다. 뿐만 아니라, 평탄층은 후속 공정으로부터 박막을 보호하는 기능을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유기발광 다이오드의 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 광 산란 구조체의 나노 구조체들을 나타낸 사시도들이다.
도 3 내지 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기발광 다이오드의 제조방법을 나타내는 단면도들이다.
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 실시 예에 따른 유기발광 다이오드의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 기판(100) 상에 광 산란 구조체(200), 평탄층(300), 제 1 전극(400), 유기 발광층(500), 제 2 전극(600) 및 보호층(700)이 순차적으로 적층될 수 있다.
기판(100)은 투명 기판일 수 있다. 기판(100)은 예를 들어, 유리, 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(SiN), 실리콘(Si) 및 이산화티탄(TiO2) 중에서 적어도 하나를 포함하는 무기 기판일 수 있다. 기판(100)은 휘어질 수 있는 유연 기판일 수 있다. 기판(100)은 예를 들어, 폴리이미드(Polyimide), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (Polyethylene terephthalate, PET) 및/또는 폴리아크릴레이트(Polyacrylate), 폴리에틸렌나프탈레이트 (Polyehtylene naphthalate, PEN) 중에서 적어도 하나를 포함하는 유기 기판일 수 있다.
기판(100) 상에 광 산란 구조체(200)가 배치될 수 있다. 광 산란 구조체(200)는 특정 파장에 대한 의존성 없이 입사되는 광을 산란, 난반사, 굴절 및 회절 효과를 통하여 광경로를 조절할 수 있다. 광 산란 구조체(200)는 기판(100) 상에 차례로 적층된 나노 구조체들(230) 및 박막(250)을 포함할 수 있다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 평면적인 관점에서, 나노 구조체들(230)은 입자 형태 또는 라인 형태일 수 있다. 나노 구조체들(230)은 기판(100) 상에 규칙적 또는 불규칙적으로 배열될 수 있으며, 크기 또한 규칙적 또는 불규칙적일 수 있다. 구체적으로, 도 2a를 참조하면, 입자 형태의 나노 구조체들(230)은 균일하게 배열될 수 있다. 평면적인 관점에서, 나노 구조체들(230)은 예를 들어, 원형, 타원형, 캡슐형, 또는 오목한 형상을 갖는 원형을 가질 수 있다. 도 2b를 참조하면, 라인 형태의 나노 구조체들(230)은 서로 교차하며, 랜덤하게 배열될 수 있다.
나노 구조체들(230)이 규칙적인 크기와 배열을 갖게 될 경우, 입사된 광은 특정 파장에 대한 의존성을 가질 수 있다.
나노 구조체들(230)은 균일하거나 또는 불균일한 폭을 가질 수 있다. 예를 들어, 나노 구조체들(230)은 약 50nm 내지 약 3000nm의 폭을 가질 수 있다. 나노 구조체들(230)은 소정의 거리로 이격될 수 있다. 예를 들어, 나노 구조체들(230)은 약 50nm 내지 약 3000nm 거리로 서로 이격될 수 있다. 나노 구조체들(230)은 투명한 물질들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예들 들어, 나노 구조체들(230)은 SiO2, SnO2, TiO2, TiO2-SiO2, ZrO2, Al2O3, HfO2, In2O3, ITO 등의 산화물, SiNx 등의 질화물, 또는 폴리에틸렌계, 폴리아크릴계, 폴리염화비닐(PVC) 수지, 폴리비닐피롤리딘(polyvinylpyrrolidone) 수지, 폴리이미드계, 폴리스티렌계, 에폭시계 등의 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다른 예로, 나노 구조체들(230)은 기판 자체를 매질층으로 사용하여 제작할 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 나노 구조체들(230) 상에 박막(250)이 배치될 수 있다. 박막(250)은 나노 구조체들(230) 상에 직접 전사된(transferred) 막일 수 있다. 예를 들어, 박막(250)은 그래핀(Graphene), 이황화 몰리브덴(MoS2), 및 황화텅스텐(WS2) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 박막(250)은 약 0.1nm 내지 약 10nm의 두께를 가질 수 있다.
광 산란 구조체(200)는 에어 갭(270)을 포함할 수 있다. 에어 갭(270)은 고상 물질이 제공되지 않는 영역으로, 실질적으로 빈 공간일 수 있다. 일 예로, 에어 갭(270)은 공기로 채워진 영역일 수 있다. 에어 갭(270)은 나노 구조체들(230) 사이에 배치될 수 있다. 일반적으로, 나노 구조체들(230)의 굴절률과 나노 구조체들(230)을 감싸는 매질 간의 굴절률의 차가 클수록 광 산란 구조체(200)의 광 추출 효율이 증가될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 나노 구조체들(230) 사이에 굴절률이 1인 공기로 구성된 에어 갭(270)이 배치되기 때문에, 광 추출 효율이 증가된 광 산란 구조체(200)를 제공할 수 있다.
박막(250) 상에 평탄층(300)이 배치될 수 있다. 평탄층(300)은 박막(250)의 상부면을 덮을 수 있고, 나노 구조체들(230)의 측벽들(SW)과 이격될 수 있다. 평탄층(300)은 박막(250) 보다 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 평탄층(300)은 약 1nm 이상 내지 약 100nm 이하의 두께를 가질 수 있다. 평탄층(300)은 나노 구조체들(230) 및 제 1 전극(400)의 굴절률과 동일하거나 또는 높을 수 있다. 예를 들어, 평탄층(300)은 약 1.0 이상 내지 약 2.5 이하의 굴절률를 가질 수 있다. 평탄층(300)은 절연층일 수 있다. 평탄층(300)은 예를 들어, TiO2, ZrO2, ZnS, TiO2-SiO2, SnO2, In2O3 등의 무기 물질을 포함할 수 있다. 이와 달리, 평탄층(300)은 예를 들어, 폴리비닐 페놀 수지, 에폭시 수지, 폴리 이미드 수지, 폴리 스티렌 수지, 폴리 카보네이트 수지, 폴리 에틸렌 수지, PMMA 수지, 폴리 프로필렌 수지 등의 폴리머와 무기 물질을 포함하는 복합체일 수 있다. 평탄층(300)을 박막(250) 상에 배치하여, 박막(250)의 기계적 또는 화학적 강도를 높여 줄 수 있다. 또한 평탄층(300)은 후속 공정으로부터 박막(250)을 보호하는 기능을 가질 수 있다.
평탄층(300) 상에 제 1 전극(400)이 배치될 수 있다. 제 1 전극(400)은 투명한 애노드(anode) 전극일 수 있다. 이에 따라, 제 1 전극(400)은 외부에서 전압을 인가받아 유기 발광층(500)에 정공을 공급할 수 있다. 제 1 전극(400)은 산화물계, 고분자계, 탄소계 물질, 금속계 물질 및 합성 고분자 중 적어도 하나를 포함한다. 구체적으로, 제 1 전극(400)은 (PEDOT:PSS) (poly(3,4-ethylenedioxythiophene) : poly(4- styrenesulfonate), Polyacetylene, Poly-(p-Phenylene), Polythiophene, Poly(ethylenedioxythiophene), Polypyrrole, Poly(p-phenylene vinylene), Poly(thienylene vinylene), polyaniline, Polyisothianaphthene 및 Poly(p-phenylene sylfide) 등을 포함 할 수 있다. 다른 예로, 제 1 전극(400)은 인듐주석산화물(ITO, Indium Tin Oxide) 및 인듐아연산화물(IZO, Indium zinc oxide)을 포함할 수 있다. 또 다른 예로, 제 1 전극(400)은 그래핀(Graphene), 이황화 몰리브덴(MoS2), 및 황화텅스텐(WS2)을 포함할 수 있다.
제 1 전극(400) 상에 유기 발광층(500)이 배치될 수 있다. 유기 발광층(500)은 제 1 전극(400)으로부터 공급되는 정공들과 제 2 전극(600)으로부터 공급되는 전자들의 재결합을 통하여 광을 생성시킬 수 있다. 유기 발광층(500)의 발광효율을 높이는 보조층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 보조층은 정공주입층(hole injecting layer), 정공수송층(hole transfer layer), 전자수송층(electron transfer layer) 및 전자주입층(electron injecting layer) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
유기 발광층(500)은 유기발광 물질들 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 유기 발광층(500)은 폴리플루오렌(polyfluorene) 유도체, (폴리)파라페닐렌비닐렌 ((poly)paraphenylenevinylene) 유도체, 폴리페닐렌(polyphenylene) 유도체, 폴리비닐카바졸(polyvinylcarbazole) 유도체, 폴리티오펜(polythiophene) 유도체, 안트라센(anthracene) 유도체, 부타디엔(butadiene) 유도체, 테트라센(tetracene) 유도체, 디스티릴아릴렌(distyrylarylene) 유도체, 벤자졸(benzazole) 유도체 및 카바졸 (carbazole) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 다른 실시 예들에 따르면, 유기 발광층(500)은 도펀트를 포함하는 유기 발광 물질일 수 있다. 예를 들어, 도펀트는 크산텐(xanthene), 페릴렌(perylene), 쿠마린 (cumarine), 로더민(rhodamine), 루브렌(rubrene), 디시아노메틸렌피란 (dicyanomethylenepyran), 티오피란(thiopyran), (티아)피릴리움 ((thia)pyrilium), 페리플란텐(periflanthene) 유도체, 인데노페릴렌(indenoperylene) 유도체, 카보스티릴(carbostyryl), 나일레드(Nile red), 또는 퀴나크리돈(quinacridone) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 유기 발광 물질은 폴리플루오렌 (polyfluorene) 유도체, (폴리)파라페닐렌비닐렌 ((poly)paraphenylenevinylene) 유도체, 폴리페닐렌(polyphenylene) 유도체, 폴리비닐카바졸(polyvinylcarbazole) 유도체, 폴리티오펜(polythiophene) 유도체, 안트라센(anthracene) 유도체, 부타디엔(butadiene) 유도체, 테트라센(tetracene) 유도체, 디스티릴아릴렌(distyrylarylene) 유도체, 벤자졸(benzazole) 유도체 또는 카바졸(carbazole) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
유기 발광층(500) 상에 제 2 전극(600)이 배치될 수 있다. 제 2 전극(600)은 캐소드(cathode) 전극일 수 있다. 제 2 전극(600)은 외부에서 전압을 인가받아 유기 발광층(500)에 전자를 공급할 수 있다. 제 2 전극(600)은 유기 발광층(500)으로부터 생성된 광을 투과시키거나, 제 1 전극(400)을 향하여 반사시킬 수 있다. 제 2 전극(600)은 금속 또는 광 투과성 도전 물질과 같은 전도성 물질을 포함할 수 있다. 금속 물질은 예를 들어, 알루미늄(Al), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 몰리브덴(Mo) 또는 이들의 합금일 수 있다. 광 투과성 도전 물질은 예를 들어, ITO(indium tin oxide)일 수 있다. 제 2 전극(600)의 두께에 따라서 투과하는 빛의 파장이 다를 수 있다.
제 2 전극(600) 상에 보호층(700)이 배치될 수 있다. 보호층(700)은 유기 발광층(500)을 보호하는 기능을 가질 수 있다. 보호층(700)은 밀폐 보호층 및 패키징된 유리판일 수 있다. 보호층(700)은 공기 불투과성 재료 또는 투명한 재료를 포함할 수 있다.
도 3 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광 다이오드의 제조방법을 나타내는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 기판(100) 상에 광산란 매질층(210) 및 금속 박막층(220)을 순차적으로 형성할 수 있다. 기판(100)은 광산란 매질층(210)이 형성되기 전에 세척될 수 있다. 세척은 증류수, 유기용매, 염기용액 및 산용액을 사용하여 수행될 수 있다. 광산란 매질층(210)은 예를 들어, 물리 기상 증착법(PVD), 화학적 기상 증착법(CVD), 전자빔 증착법(E-beam evaporation), 열 증착법(Thermal evaporation) 및/또는 원자층 증착법(Atomic layer deposition; ALD)에 의하여 형성될 수 있다. 광산란 매질층(210)은 기판(100)보다 굴절률이 큰 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광산란 매질층(210)은 SiO2, SnO2, TiO2, TiO2-SiO2, ZrO2, Al2O3, HfO2, In2O3, ITO(indium tin oxide) 등의 산화물, SiNx 등의 질화물 또는 폴리에틸렌계 수지, 폴리아크릴계 수지, 폴리염화비닐(PVC) 수지, PVP(polyvinylpyrrolidone), 폴리아미드계 수지, 폴리스티렌계 수지, 또는 에폭시계 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 광산란 매질층(210)은 약 50nm 내지 약 1000nm의 두께를 가지도록 형성될 수 있다. 다른 예로, 광산란 매질층(210)은 추가적은 물질의 증착없이 기판 자체를 이용할 수 있다.
금속 박막층(220)은 광산란 매질층(210) 상에 형성될 수 있다. 금속 박막층(220)은 증착 및 코팅에 의하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 금속 박막층(220)은 물리 기상 증착법(PVD), 화학적 기상 증착법(CVD), 전자빔 증착법(E-beam evaporation), 열 증착법(Thermal evaporation), 및 원자층 증착법(Atomic layer deposition; ALD)에 의하여 형성될 수 있다. 금속 박막층(220)은 건식 식각에 저항성을 가지는 물질을 포함할 수 있다, 예를 들어, 금속 박막층(220)은 금속(예를 들어, 백금, 금, 은, 구리, 니켈, 크롬, 텅스텐, 아연, 주석, 티타늄, 지르코늄, 알루미늄, 및/또는 이들의 조합), 포토레지스트(예를 들어, 폴리메틸메타크릴레이트(Poly(methyl methacrylate; PMMA), 폴리디메틸글루타르이미드(poly(dimethylglutarimide; PMGI)) , 세라믹 재료(예를 들어, Al2O3) 및/또는 유기화합물 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 금속 박막층(220)은 약 10nm 내지 약 100nm의 두께를 가지도록 형성될 수 있다. 금속 박막층(220)이 얇게 증착될 경우, 금속 박막층(220)은 막(layer) 형태가 아닌 서로 분리된 입자(particle) 또는 아일랜드(island) 형태로 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 광산란 매질층(210) 상에 광산란 매질층(210)의 일부분을 노출시키는 식각 마스크(225)를 형성할 수 있다. 식각 마스크(225)를 형성하기 위해 금속 박막층(220)에 열처리 공정이 수행될 수 있다. 열처리 공정은 오븐(Oven) 또는 핫플래이트(Hot-plate)가 사용될 수 있다. 열처리 공정은 열처리법(Thermal Annealing) 또는 급속 열처리법(Rapid Thermal Annealing; RTA)을 사용하여 수행될 수 있다. 열처리 공정은 기판(100)의 연화점 이하의 범위에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 열처리는 약 상온(25°C) 내지 약 250도 이하의 온도에서 수행될 수 있다.
식각 마스크(225)는 비젖음 현상에 의하여 광산란 매질층(210)을 노출하도록 변형될 수 있다. 비젖음 현상(Dewetting)이란 비젖음 성질을 가지는 물질을 포함하는 필름에 열처리를 하여, 필름에 비젖음성을 유발시켜, 균일 또는 불균일한 패턴을 형성하는 것일 수 있다. 식각 마스크(225)의 평균직경 및 평균두께는 공정 조건에 의해 조절될 수 있다. 예를 들어, 식각 마스크(225)는 약 50nm 내지 약 3000nm의 크기를 가질 수 있다.
도 5를 참조하면, 식각 마스크(225)에 노출된 광산란 매질층(210)을 식각하여 나노 구조체들(230)을 형성할 수 있다. 나노 구조체들(230)은 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching; RIE) 또는 유도결합 플라즈마(Inductively coupled plasma; ICP)를 이용하는 건식 식각 공정을 이용하여 형성될 수 있다. (도 2a 참조)
다른 예로, 나노 구조체들(230)은 imprint lithography 방법을 통해 형성될 수 있다. 구체적으로, 모양을 갖는 몰드(mold)를 제작 후, 기판(100) 위에 코팅된 고분자 층(미도시)에 열과 압력을 가하여 나노 구조체들(230)을 형성할 수 있다. (도 2a 참조)
또 다른 예로, 기판(100) 또는 광산란 매질층(210) 보다 높은 식각 선택비(Etching selectivity)를 갖는 비드 (bead) 또는 나노 와이어 등을 기판(100) 상에 코팅할 수 있다. 코팅된 비드 또는 나노 와이어를 식각 마스크로 사용하여 기판(100)을 식각 하고, 비드 및 나노 와이어를 제거하여 나노 구조체들(230)을 형성할 수 있다. (도 2b 참조)
나노 구조체들(230)은 균일하거나 또는 불균일한 패턴을 갖도록 형성될 수 있다. 평면적인 관점에서, 나노 구조체들(230)은 예를 들어, 입자 형태(도 2a 참조) 또는 라인 형태(도 2b 참조)로 형성될 수 있다. 단면적인 관점에서, 나노 구조체들(230)의 단면은 사각형 모양, 사다리꼴 모양 또는 원형 모양 일 수 있다.
도 6을 참조하면, 식각 마스크(225)를 제거할 수 있다. 식각 마스크(225)는 식각 용액을 사용하여 제거될 수 있다. 예를 들어, 식각 용액은 질산(HNO3), 황산(H2SO4), 왕수(aquaregia; HCl : HNO3) 및 인산(H3PO4) 등을 포함할 수 있다. 식각 용액(산)을 이용하여 나노 구조체(230)를 식각하지 않고 식각 마스크(225)를 제거할 수 있다.
도 7을 참조하면, 나노 구조체들(230) 상에 준비된 박막(250)을 제공할 수 있다. 박막(250)은 나노 구조체들(230) 상에 직접 전사하여 제공될 수 있다. 나노 구조체(230) 상에 박막(250)을 제공하는 것은 씨드막(예를 들어, 니켈(Ni)막 또는 구리(Cu)막) 상에 별도 공정을 통해 박막(250)을 형성하는 것, 씨드막으로부터 분리한 박막(250)을 나노 구조체들(230) 상에 전사하는 것, 및 박막(250)에 열처리하는 것을 포함할 수 있다. 이때, 씨드막은 증착 장비에 제공된 금속 박막일 수 있다. 다른 예로, 박막(250)은 롤투롤 전사 공정을 통해 제공될 수 있다. 롤투롤 전사 공정은 씨드막 상에 형성된 박막(250)을 접착 롤러를 통해 열 박리성 테이프를 접착시키는 것, 식각 용액을 통해 씨드막을 제거하는 것, 전사 롤러를 통해 나노 구조체들(230) 상에 박막을 제공하는 것을 포함할 수 있다. 박막(250)은 그래핀(Graphene), 이황화 몰리브덴(MoS2), 및 황화텅스텐(WS2) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 박막(250)은 2차원 구조를 갖는 그래핀(Graphene), 이황화 몰리브덴(MoS2), 또는 황화텅스텐(WS2)로 형성된 것일 수 있다. 박막(250)은 약 0.1nm 내지 약 10 nm 이하의 두께를 가질 수 있다.
나노 구조체들(230) 상에 박막(250)을 제공함으로써, 나노 구조체들(230) 사이에 에어 갭(270)이 형성될 수 있다. 구체적으로, 에어 갭(270)은 공기로 채워질 수 있고, 기판(100)의 상부면, 인접하는 나노 구조체들(230)의 측벽들(SW) 및 박막(250)의 하부면으로 정의될 수 있다. 나노 구조체들(230), 에어 갭(270)(굴절률: 약 1) 및 박막(250)은 광 산란 구조체(200)로 구성될 수 있다. 에어 갭(270)이 포함된 광 산란 구조체(200)는 굴절률 차이를 최적화할 수 있다. 따라서, 유기발광 다이오드의 광추출 효율을 높일 수 있다.
도 8을 참조하면, 박막(250) 상에 평탄층(300)이 형성될 수 있다. 평탄층(300)은 에어 갭(270)을 채우지 않을 수 있다. 평탄층(300)은 광 산란 구조체(200)의 광 산란 기능을 저하시키지 않을 정도의 얇은 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 평탄층(300)은 약 1nm 이상 내지 약 100nm 이하의 두께를 가질 수 있다. 평탄층(300)은 투명할 수 있고, 약 1.0 이상 내지 약 2.5 이하의 굴절률을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 평탄층(300)은 TiO2, ZrO2, ZnS, TiO2-SiO2, SnO2, In2O3 등의 무기 물질을 포함할 수 있다. 다른 예로, 평탄층(300)은 폴리비닐 페놀 수지, 에폭시 수지, 폴리 이미드 수지, 폴리 스티렌 수지, 폴리 카보네이트 수지, 폴리 에틸렌 수지, PMMA 수지, 폴리 프로필렌 수지 등의 폴리머와 무기 물질을 포함하는 복합체일 수 있다.
평탄층(300)은 물리 기상 증착법(PVD), 화학적 기상 증착법(CVD), 전자빔 증착법(E-beam evaporation), 열 증착법(Thermal evaporation) 또는 원자 층 증착법(Atomic layer deposition; ALD)을 이용하여 형성될 수 있다. 다른 예로, 평탄층(300)은 박막(250) 상에 스핀 코팅, 딥코팅 또는 스프레이 코팅 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 코팅 방법을 이용하여 평탄층(300)을 형성할 경우, 액상으로 된 재료를 사용할 수 있다. 일 예로, 평탄층(300)을 형성하기 위해 무기재료를 사용할 경우, 졸-겔 법을 이용하여 전구체를 사용할 수 있다. 다른 예로, 평탄층(300)을 형성하기 위해 폴리머와 무기 재로의 복합체를 사용할 경우, 용매에 나노 입자를 분산시킨 후 모노머 또는 폴리머를 첨가하여 액상을 사용할 수 있다. 박막(250) 상에 코팅된 액상막은 열처리 또는 자외선을 조사하여 경화될 수 있다.
앞서 설명한 것과 같이, 광 산란 구조체(200)의 광 산란 효율을 증가시키기 위해서는 공기로 구성된 에어 갭(270)을 포함하는 광 산란 구조체(200)를 형성하여야 한다. 나노 구조체들(230) 사이에 에어 갭(270)을 형성하기 위해서, 나노 구조체들(230) 상에 전사 가능한 막이 제공되어야 한다. 왜냐하면, 증착 공정을 통해 나노 구조체들(230) 상에 박막을 형성할 경우, 증착 물질이 나노 구조체들(230) 사이의 공간을 채우기 때문이다. 다시 말해, 나노 구조체들(230) 사이에 에어 갭(270)이 제공되지 않게 된다. 하지만, 박막(250)은 얇은 두께로 인해 기계적 또는 화학적 강도가 취약할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 박막(250) 상에 평탄층(300)을 형성하여 박막(250)의 기계적, 화학적 강도를 높일 수 있다. 또한, 에어 갭(270)에 따른 평탄층(300)은 후속 공정에서의 박막(250)을 보호하는 역할을 할 수 있다.
도 9를 참조하면, 평탄층(300) 상에 제 1 전극(400)이 형성될 수 있다. 제 1 전극(400)은 투명한 애노드(anode) 전극일 수 있다. 제 1 전극(400)은 산화물계, 고분자계, 탄소계 물질, 금속계 물질 및 합성 고분자 중 적어도 하나를 포함하도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 전도성 고분자(conducting polymer)는 (PEDOT:PSS) (poly(3,4-ethylenedioxythiophene) : poly(4- styrenesulfonate), Polyacetylene, Poly-(p-Phenylene), Polythiophene, Poly(ethylenedioxythiophene), Polypyrrole, Poly(p-phenylene vinylene), Poly(thienylene vinylene), polyaniline, Polyisothianaphthene 및 Poly(p-phenylene sylfide) 등을 포함 할 수 있다. 투명 전도성 산화물(TCO : Transparent conductive oxide)은 인듐주석산화물(ITO, Indium Tin Oxide) 및 인듐아연산화물(IZO, Indium zinc oxide)을 포함할 수 있다. 제 1 전극(400)은 그래핀(Graphene), 이황화 몰리브덴(MoS2), 및 황화텅스텐(WS2)을 포함할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 제 1 전극(400) 상에 유기 발광층(500), 제 2 전극(600) 및 보호층(700)을 순차적으로 형성할 수 있다. 유기 발광층(500)은 화학 기상 증착법(CVD), 물리 기상 증착법(PVD) 또는 전자빔증착(E-beam evaporation) 법을 사용하여 형성될 수 있다. 유기 발광층(500)은 제 1 전극(400)으로부터 공급되는 정공들과 제 2 전극(600)으로부터 공급되는 전자들의 재결합을 통하여 광을 생성시킬 수 있다. 유기 발광층(500)으로부터 생성된 광은 기판(100)에 의해 부분 반사(partial reflection) 또는 전반사(total reflection)되어 제 1 전극(400) 및 유기 발광층(500) 내부로 도파될 수 있다. 유기 발광층(500) 내부로 도파된 광은 기판(100)으로 방출되지 못할 수 있다.
유기 발광층(500)은 유기발광 물질들 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 유기 발광층(500)은 폴리플루오렌(polyfluorene) 유도체, (폴리)파라페닐렌비닐렌 ((poly)paraphenylenevinylene) 유도체, 폴리페닐렌(polyphenylene) 유도체, 폴리비닐카바졸(polyvinylcarbazole) 유도체, 폴리티오펜(polythiophene) 유도체, 안트라센(anthracene) 유도체, 부타디엔(butadiene) 유도체, 테트라센(tetracene) 유도체, 디스티릴아릴렌(distyrylarylene) 유도체, 벤자졸(benzazole) 유도체 및 카바졸 (carbazole) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 다른 실시 예들에 따르면, 유기 발광층(500)은 도펀트를 포함하는 유기 발광 물질일 수 있다. 예를 들어, 도펀트는 크산텐(xanthene), 페릴렌(perylene), 쿠마린 (cumarine), 로더민(rhodamine), 루브렌(rubrene), 디시아노메틸렌피란 (dicyanomethylenepyran), 티오피란(thiopyran), (티아)피릴리움 ((thia)pyrilium), 페리플란텐(periflanthene) 유도체, 인데노페릴렌(indenoperylene) 유도체, 카보스티릴(carbostyryl), 나일레드(Nile red), 또는 퀴나크리돈(quinacridone) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 유기 발광 물질은 폴리플루오렌 (polyfluorene) 유도체, (폴리)파라페닐렌비닐렌 ((poly)paraphenylenevinylene) 유도체, 폴리페닐렌(polyphenylene) 유도체, 폴리비닐카바졸(polyvinylcarbazole) 유도체, 폴리티오펜(polythiophene) 유도체, 안트라센(anthracene) 유도체, 부타디엔(butadiene) 유도체, 테트라센(tetracene) 유도체, 디스티릴아릴렌(distyrylarylene) 유도체, 벤자졸(benzazole) 유도체 또는 카바졸(carbazole) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
제 2 전극(600)은 캐소드(cathode) 전극일 수 있다. 제 2 전극(600)은 외부에서 전압을 인가받아 유기 발광층(500)에 전자를 공급할 수 있다. 제 2 전극(600)은 유기 발광층(500)으로부터 생성된 광을 투과시키거나, 제 1 전극(400)을 향하여 반사시킬 수 있다. 제 2 전극(600)은 금속 또는 광 투과성 도전 물질과 같은 전도성 물질로 형성될 수 있다. 금속 물질은 예를 들어, 알루미늄(Al), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 몰리브덴(Mo) 또는 이들의 합금일 수 있다. 광 투과성 도전 물질은 ITO(indium tin oxide)일 수 있다. 박막의 두께에 따라서 투과하는 빛의 파장이 다를 수 있다.
보호층(700)은 유기 발광층(500)을 보호할 수 있다. 보호층(700)은 밀폐 보호층 및 패키징된 유리판일 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.
100: 기판
200: 광 산란 구조체
230: 나노 구조체들
250: 박막
270: 에어 갭
300: 평탄층
400: 제 1 전극
500: 유기 발광층
600: 제 2 전극
700: 보호층

Claims (9)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치된 나노 구조체들, 상기 나노 구조체들 상에 배치된 박막, 및 상기 나노 구조체들 사이에 배치되는 에어 갭을 포함하는 광 산란 구조체;
    상기 박막을 덮고, 상기 박막보다 더 큰 두께를 갖는 평탄층;
    상기 평탄층 상에 배치된 제 1 전극;
    상기 제 1 전극 상에 배치된 유기 발광층; 및
    상기 유기 발광층 상에 배치된 제 2 전극을 포함하되,
    상기 나노 구조체들은 상기 기판의 상부면으로부터 상기 박막의 하부면을 향하여 연속적으로 연장되고,
    상기 에어 갭은 상기 기판의 상기 상부면, 상기 나노 구조체들의 측면들, 및 상기 박막의 상기 하부면에 의해 정의되는 영역인 유기발광 다이오드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노 구조체들은, 평면적 관점에서, 입자 형태 또는 라인 형태를 갖는 유기발광 다이오드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노 구조체들의 폭은 50nm 내지 3000nm이고, 상기 나노 구조체들 사이의 거리는 50nm 내지 3000nm인 유기발광 다이오드.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막은 그래핀, 이황화 몰리브덴 및 황화텅스텐 중 어느 하나를 포함하는 유기발광 다이오드.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막은 0.1nm 내지 10nm의 두께를 갖고,
    상기 평탄층은 1nm 이상 내지 100nm 이하의 두께를 갖는 유기발광 다이오드.
  6. 기판 상에 나노 구조체들을 형성하는 것;
    상기 나노 구조체들 상에 박막을 전사하여, 상기 나노 구조체들 사이에 에어 갭을 형성하는 것;
    상기 박막을 덮는 평탄층을 형성하는 것;
    상기 평탄층 상에 제 1 전극을 형성하는 것; 및
    상기 제 1 전극 상에 유기 발광층을 형성하는 것을 포함하는 유기발광 다이오드의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 나노 구조체들 상에 상기 박막을 전사하는 것은:
    씨드막에 상기 박막을 성장시키는 것;
    상기 박막을 씨드막으로부터 분리하는 것;
    상기 나노 구조체들 상에 상기 박막을 전사하는 것; 및
    상기 박막에 열처리하는 것을 포함하는 유기발광 다이오드의 제조 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 평탄층은 상기 박막보다 두껍게 형성되는 유기발광 다이오드의 제조 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 박막은 그래핀, 이황화 몰리브덴 및 황화텅스텐 중 어느 하나를 포함하는 유기발광 다이오드의 제조 방법.
KR1020150128498A 2014-12-09 2015-09-10 유기발광 다이오드 및 그 제조방법 KR102273631B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/942,510 US9799852B2 (en) 2014-12-09 2015-11-16 Organic light emitting diode and method of fabricating the same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20140176126 2014-12-09
KR1020140176126 2014-12-09

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160070673A KR20160070673A (ko) 2016-06-20
KR102273631B1 true KR102273631B1 (ko) 2021-07-07

Family

ID=56354466

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150128498A KR102273631B1 (ko) 2014-12-09 2015-09-10 유기발광 다이오드 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102273631B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220009216A (ko) 2020-07-15 2022-01-24 삼성전자주식회사 발광 소자, 발광 소자의 제조 방법, 및 발광 소자를 포함하는 디스플레이 장치

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010529598A (ja) * 2007-05-31 2010-08-26 イーストマン コダック カンパニー 光出力が改善されたエレクトロルミネッセンス・デバイス

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013008982A1 (ko) * 2011-07-14 2013-01-17 엘티씨 (주) 높은 광추출 성능을 갖는 무기 산란막 {inorganic scattering films having high light extraction performance}

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010529598A (ja) * 2007-05-31 2010-08-26 イーストマン コダック カンパニー 光出力が改善されたエレクトロルミネッセンス・デバイス

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160070673A (ko) 2016-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8859309B2 (en) Organic light emitting diode and method of fabricating the same
KR101942092B1 (ko) 유기발광소자 제조방법
KR101871803B1 (ko) 유기발광다이오드 및 그의 제조방법
US9799856B2 (en) Method of manufacturing organic light emitting diode with light-scattering layer
US9799852B2 (en) Organic light emitting diode and method of fabricating the same
KR101339440B1 (ko) 유기 발광 소자 및 유기 발광 소자 제조 방법
US9123914B2 (en) Electronic device and method of fabricating the same
EP2698836A1 (en) Foil, electro-optic component and method of manufacturing these
KR20120027339A (ko) 유기 광전자 소자를 위한 저비용 고효율의 투명한 유기 전극
WO2011161998A1 (ja) 有機ｅｌ素子
KR101726731B1 (ko) 광전자 컴포넌트를 생성하기 위한 방법 및 유기 광전자 컴포넌트를 패터닝하기 위한 방법
KR20120133961A (ko) 유기발광다이오드 및 그 제조방법
US9450205B2 (en) Opto-electric device and method for manufacturing the same
US20120214272A1 (en) Method of manufacturing organic thin film solar cell
KR102273631B1 (ko) 유기발광 다이오드 및 그 제조방법
US20130149803A1 (en) Method of fabricating organic light emitting diode
US10763456B2 (en) EL device use front plate and lighting device
JP2015011760A (ja) 半導体発光素子用積層体及びその製造方法並びに半導体発光素子
KR20160056598A (ko) 광 추출 효율이 증대된 유기 전계 발광소자 및 그 제조방법
US20160056408A1 (en) Optical device
KR20170028493A (ko) 유기 발광 소자의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant