KR102358817B1 - 광소자의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 광소자의 제조 방법이 제공된다. 광소자의 제조 방법은 제1 표면 에너지를 갖는 기판을 준비하는 것; 상기 기판 상에 제2 표면 에너지를 갖는 표면 개질층을 형성하는 것; 및 상기 표면 개질층 상에 곡면체를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 제2 표면 에너지는 제1 표면 에너지보다 작을 수 있다.

Description

광소자의 제조 방법{Method for manufacturing Optical device}
본 발명은 광소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광소자용 기판의 표면 개질 및 그 방법에 관한 것이다.
광소자(optical device)는 전기에 의해 전자기 방사선(electromagnetic radiation)이 생성되거나, 전자기 방사선에 의해 전기가 생성되는 광전소자(Optoelectronic device)를 포함할 수 있다. 광소자는 광굴절층(light refraction film), 광산란층(light scattering film), 안티 글래어층(anti-glare film), 및 헤이즈층(haze film)과 같이 광학 기능을 하는 필름을 포함할 수 있다. 광소자의 예로 유기발광다이오드, 태양전지, 및 광 검출기(photo-detector)가 제시될 수 있다.
유기발광소자는 유기발광물질을 전기적으로 여기(exciting)시켜 발광시키는 자체 발광형 소자이다. 유기발광소자는 기판, 캐쏘드, 애노드, 및 유기발광층을 포함한다. 유기발광층은 캐쏘드와 애노드 사이에 배치될 수 있다. 유기발광소자에 전압을 인가하면 케쏘드로부터 주입된 전자 및 애노드로부터 주입된 정공이 유기발광층에서 재결합하여 분자 엑시톤를 형성한다. 분자 엑시톤은 바닥상태에 되돌아올 때에 에너지를 방출함으로써 발광한다.
태양 전지는 외부의 광으로부터 전기를 형성하는 소자이다. 입사된 광은 광흡수층에서 광전효과(Photoelectric effect)에 의해 전자와 정공을 형성한다. 상기 전자와 정공은 전극(애노드 및 캐쏘드)로 이동하여 전기를 형성시킨다. 광흡수층을 통과한 빛은 광산란층에 의해 산란/반사되어, 광흡수층으로 재흡수될 수 있다. 광검출기는 외부의 광을 전기적 신호로 변환하는 소자이다. 광 검출기는 투입된 광신호의 강도를 전기 신호로 변환 및 검출하는 장치이다.
광굴절층은 특정 파장 영역의 빛을 굴절시켜, 원하는 곳으로 보다 많이 빛을 유입시키는 역할을 할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 낮은 표면 에너지를 갖는 광소자용 기판을 제공하는 것에 있다.
광소자의 제조 방법이 제공된다. 본 발명에 따르면, 광소자의 제조 방법은 제1 표면 에너지를 갖는 기판을 준비하는 것; 상기 기판 상에 제2 표면 에너지를 갖는 표면 개질층을 형성하는 것; 및 상기 표면 개질층 상에 곡면체를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 제2 표면 에너지는 제1 표면 에너지보다 작을 수 있다.
본 발명에 따르면, 기판 상에 표면 개질 공정이 수행되어, 표면 개질층 또는 표면 개질된 기판이 형성될 수 있다. 표면 개질층의 표면 에너지는 표면 개질 공정 이전의 기판의 표면 에너지보다 작을 수 있다. 표면 개질된 기판의 표면 에너지는 표면 개질 공정 이전의 기판의 표면 에너지보다 작을 수 있다. 이에 따라, 곡면체가 표면 개질층 또는 표면 개질된 기판 상에 용이하게 형성될 수 있다. 곡면체는 빛을 분산, 집중, 또는 산란시킬 수 있다. 광소자는 적어도 하나 이상의 곡면체를 포함하므로, 광소자의 성능이 향상될 수 있다.
도 1 내지 도 2는 일 실시예들에 따른 기판의 표면 개질 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3은 실시예들에 따른 곡면체의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 광소자를 도시한 단면도이다.
도 5는 다른 실시예들에 따른 기판의 표면 개질 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은 실시예들에 따른 표면 개질된 기판 및 곡면체를 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 다른 실시예들에 따른 광소자를 도시한 단면도이다.
도 8은 비교예 1A의 평면을 45도로 틸팅하여 전자 주사 현미경(SEM)으로 관찰한 결과이다.
도 9a는 실험예 1A의 평면을 45도로 틸팅하여 전자 주사 현미경으로 관찰한 결과이다.
도 9b는 실험예 1A의 단면을 전자 주사 현미경으로 관찰한 결과이다.
도 10a는 실험예 2A의 평면을 45도로 틸팅하여 전자 주사 현미경으로 관찰한 결과이다.
도 10b는 실험예 2A의 단면을 전자 주사 현미경으로 관찰한 결과이다.
도 11a는 실험예 3A의 평면을 45도로 틸팅하여 전자 주사 현미경으로 관찰한 결과이다.
도 11b는 실험예 3A의 단면을 전자 주사 현미경으로 관찰한 결과이다.
도 12a는 비교예 2A의 평면을 45도로 틸팅하여 전자 주사 현미경으로 관찰한 결과이다.
도 12b는 비교예 2A의 단면을 전자 주사 현미경으로 관찰한 결과이다.
도 13a는 실험예 4A의 평면을 45도로 틸팅하여 전자 주사 현미경으로 관찰한 결과이다.
도 13b는 실험예 4A의 단면을 전자 주사 현미경으로 관찰한 결과이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 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 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
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.
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 소자에 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서, 전문에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭할 수 있다.
이하, 본 발명의 개념에 따른 기판의 표면 개질 방법을 설명한다.
도 1 내지 도 2는 일 실시예들에 따른 기판의 표면 개질 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 1을 참조하면, 기판(100)이 준비될 수 있다. 기판(100)은 별도의 표면 개질 공정이 수행되지 않은 상태일 수 있다. 기판(100)은 높은 표면 에너지를 가질 수 있다. 예를 들어, 기판(100)은 제1 표면 에너지를 가지고, 상기 제1 표면 에너지는 비교적 클 수 있다. 본 명세서에서, 기판(100)의 표면 에너지 및 제1 표면에너지는 기판(100)의 상면(100a)에서의 표면 에너지를 의미한다. 기판(100)은 실리콘 및/또는 질화규소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 질화규소 박막이 실리콘 기판 상에 증착되어, 실리콘 기판이 준비될 수 있다.
도 2를 참조하면, 표면 개질층(110)이 기판(100)의 상면(100a) 상에 형성될 수 있다. 실시예들에 따르면, 기판(100)의 표면 개질 공정은 기판(100) 상에 표면 개질층(110)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 표면 개질층(110)은 기판(100)보다 낮은 표면 에너지를 가질 수 있다. 예를 들어, 표면 개질층(110)은 제2 표면 에너지를 가질 수 있다. 제2 표면 에너지는 제1 표면 에너지보다 작을 수 있다. 본 명세서에서, 제2 표면 에너지는 표면 개질층(110)의 상면(110a)에서의 표면 에너지를 의미할 수 있다. 표면 개질층(110)의 상면(110a)은 기판(100)의 상면(100a)과 다른 물리적 또는 화학적 특성을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 표면 개질층(110)은 자기 조립 단분자층(self-assembled monolayer, SAM)을 포함할 수 있다. 자기 조립 단분자층은 자기 조립 전구체를 사용하여 제조될 수 있다. 자기 조립 전구체는 헤드 그룹 및 테일 그룹, 및 기능성 그룹을 포함할 수 있다. 헤드 그룹은 티올(thiol) 그룹 또는 실란(silane) 그룹 등을 포함할 수 있다. 테일 그룹은 알칸(alkane) 계열의 유기물 및 방향족(aromatic) 화합물과 같은 유기물을 포함할 수 있다. 기능성 그룹이 테일 그룹에 선택적으로 더 결합될 수 있다. 기능성 그룹은 자기 조립 단분자막에 특정한 기능을 부여하는 기능을 할 수 있다. 기능성 그룹은 -OH, -NH2, -COOH, -SH, -F, 및/또는 -Cl 등을 포함할 수 있다. 일 예로, 자기 조립 전구체는 트리클로로알킬실란(trichloroalkylsilane), 디클로로디알킬실란(dichlorodialkylsilane), 클로로트리알킬실란(chlorotrialkylsilane), 트리클로로퍼플루오로옥틸실란(Trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane), 헥사메틸디실록산(Hexamethyldisiloxane), 헥사알킬실록산(hexaalkylsiloxane) 알킬실록산(alkylsiloxane), 알칸싸이올(alkanethiol), 알칸인산(Alkanephosphonic Acid), 알칸트리클로로실란(alkanetrichlorosilane), 및 알칸트리알콕시실란(alkanetrialkoxysilane) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다른 실시예들에 따르면, 3,4-Dihydroxyphenylethylamine(Dopamine), Dextran, 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 및 Azobenzene 중 적어도 하나가 기판(100)의 상면(100a) 상에 부착되어, 표면 개질층(110)을 형성할 수 있다.
또 다른 실시예들에 따르면, 표면 개질층(110)을 형성하는 것은 자기 조립 전구체, 3,4-Dihydroxyphenylethylamine(Dopamine), Dextran, 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 및/또는 Azobenzene 중에서 적어도 하나를 가열하여 유기 증기를 형성하는 것 및 상기 유기 증기를 상기 기판(100)(예를 들어, 기판(100)의 상면(100a))과 접촉시키는 것을 포함할 수 있다. 상기 유기 증기를 형성하는 것은 공기, 불활성 분위기 가스, 또는 진공 조건에서 진행될 수 있다.
또 다른 실시예들에 따르면, 표면 개질층(110)은 자기 조립 전구체, 3,4-Dihydroxyphenylethylamine(Dopamine), Dextran, 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 및/또는 Azobenzene 중에서 적어도 하나를 기판(100) 상에 코팅하는 것 및 상기 코팅된 층 내의 용매를 자연 증발시키는 것을 포함할 수 있다. 상기 코팅하는 것은 공기, 불활성 분위기 가스, 또는 진공 조건에서 진행될 수 있다. 상기 코팅하는 것은 스핀 코팅, 스프레이 코팅 또는 잉크젯 코팅 등의 방법에 의해 수행될 수 있다.
또 다른 실시예들에 따르면, 표면 개질층(110)은 저표면 에너지 물질을 포함할 수 있다. 이 경우, 표면 개질층(110)은 0 초과 100nm 미만이 두께를 가질 수 있다. 저표면 에너지 물질은 기판(100)보다 낮은 표면 에너지를 갖는 물질을 의미할 수 있다. 일 예로, 기판(100)이 질화물(예를 들어, 질화규소(SiNx) 및 질화티타늄(TiNx 등) 또는 금속(예를 들어, 크롬, 니켈, 및/또는 철 등)을 포함하는 경우, 비정질 산화물 및 불화 유기물 중에서 적어도 하나가 저표면 에너지 물질로 사용될 수 있다. 비정질 산화물은 예를 들어, 비정질 산화규소(SiO2) 및 비정질 산화알루미늄(Al2O3), 비정질 산화인듐아연(indium zinc oxide, IZO), 비정질 산화인듐주석(indium tin oxide, ITO), 및/또는 유리(glass) 등을 포함할 수 있다. 불화 유기물은 예를 들어, Polytetrafluoroethylene을 포함할 수 있다. 일 예로, 비정질 산화물이 화학기상증착법(CVD), 스퍼터링(Sputtering), 또는 원자층증착법(ALD)에 의해 기판(100) 상에 증착되어, 표면 개질층(110)이 형성될 수 있다. 다른 예로, 표면 개질층(110)의 형성은 전구체 용액을 코팅하여 비정질 산화물층을 형성하는 것 및 상기 비정질 산화물층을 열처리하는 것을 포함할 수 있다. 상기 전구체 용액은 비정질 산화물을 포함할 수 있다.
기판(100)이 산화물을 포함하는 경우, 불화 유기물이 저표면 에너지 물질로 사용될 수 있다. 불화 유기물은 산화물보다 낮은 표면 에너지를 가질 수 있다. 불화 유기물이 용매에 첨가되어, 불화 유기 용액이 제조될 수 있다. 상기 불화 유기 용액이 기판(100) 상에 코팅되어, 표면 개질층(110)이 형성될 수 있다. 또 다른 예로, 표면 개질층(110)의 형성은 상기 불화 유기 용액을 기판(100) 상에 스핀 코팅하여 코팅층을 형성하는 것 및 상기 코팅층을 열처리하는 것을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예들에 따르면, 표면 개질층(110)은 계면 활성제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 계면 활성제가 기판(100)의 표면 상에 흡착되어, 표면 개질층(110)이 형성될 수 있다. 계면활성제는 폴리옥시에틸렌, 이미다졸린 유도체, 알킬설포베타인(RR'R"N(CH2)nSO3), 알킬카르복시베타인(R(CH3)2NCH2COO), 폴리옥시에틸렌알킬에테르(RO(CH2CH2O)mH), 지방산 솔비탄에스테르, 지방산 디에탄올아민(RCON(CH2CH2OH)2), 및/또는 알킬모노글리세릴에테르(ROCH2CH(OH)CH2OH) 등을 포함할 수 있다.
도 3은 실시예들에 따른 곡면체의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 곡면체(200)가 표면 개질층(110)의 상면(110a) 상에 형성될 수 있다. 실시예들에 따르면, 표면 개질층(110)이 형성됨에 따라, 곡면체(200)가 표면 개질층(110) 상에 용이하게 형성될 수 있다. 곡면체(200)는 적어도 한면이 곡면인 구조체를 의미할 수 있다. 예를 들어, 곡면체(200)의 상부면의 적어도 일부는 곡면일 수 있다. 다른 예로, 곡면체(200)의 측면의 적어도 일부는 곡면일 수 있다. 곡면체(200)는 구(sphere) 또는 반구(hemisphere)의 형상을 가질 수 있다. 곡면체(200)는 200nm 내지 500nm 크기를 가질 수 있다. 곡면체(200)는 복수의 곡면체들(200)을 포함할 수 있다. 이하, 설명의 간소화를 위해 단수의 곡면체(200)에 대하여 기술하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
곡면체(200)는 유기 화합물을 포함할 수 있다. 상기 결정질의 유기 화합물은 파이 컨쥬게이션 구조를 가질 수 있다. 상기 곡면체(200)는 benzene, naphtalene, phenanthrene, biphyenyl, quinoline, fluorine, phenylpyrazole, phenanthroline, quinodimethane, quinoxaline, indolocarbazole, carbazole, spirobifluorene, pyridine, thiophene, dibenzothiophene, furan, diazafluoren, benzofuropyridine, triazine, antracene, pyrene, benzothiazolel, coumarine, quinacridone, phenylpyridine, oxadiazole, phenoxazine, 또는 이들의 유도체를 포함할 수 있다. 다른 예로, 곡면체(200)는 NPB(N,N′-Di(1-naphthyl)-N,N′-diphenyl-(1,1′-biphenyl)-4,4′-diamine), Alq3 {Tris-(8-hydroxyquinoline) aluminum}, 및 이들의 유도체들 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
유기 기상 증착법을 사용하여 기판(100) 위에 유기 화합물을 증착할 때, 유기 화합물이 곡면체(200)로 형성되기 위해서는, 유기 화합물의 표면 에너지(식 1의 γ유기화합물)와 유기 화합물과 기판(100)간 계면에서의 표면 에너지(식 1의 γ유기화합물 /기판)의 합(γ유기화합물 + γ유기화합물 /기판)이 기판(100)의 표면 에너지(γ기판) 보다 커야 한다. 즉, 아래의 식1을 만족할 때 곡면체(200)가 형성될 수 있다.
[식 1]
γ유기화합물 + γ유기화합물 /기판 > γ기판
상기 기판(100)은 적어도 하나 이상의 고체 물질로 구성될 수 있으며, 기판(100) 물질 중 가장 상층부에 있는 물질의 표면 에너지가 γ기판 에 해당할 수 있다. 한 종류의 고체 물질로 구성된 기판(100)의 예로는 실리콘 기판이 제시될 수 있으며, 이 경우 실리콘의 표면 에너지가 식 1의 γ기판에 해당할 수 있다. 두 종류의 고체 물질로 구성된 기판(100)의 예로는 실리콘 위에 질화규소 박막이 형성된 기판(100)이 제시될 수 있으며, 이 경우 질화규소의 표면 에너지가 식 1의 γ기판에 해당할 수 있다. 세 종류 이상의 고체 물질로 구성된 기판(100)의 예로는 유리, 캐소드, 유기 발광층, 및 애노드가 차례로 형성된 기판이 제시될 수 있으며, 이 경우 애노드의 표면 에너지가 γ기판에 해당할 수 있다. 이하, 기판(100)의 표면 에너지는 기판(100)을 구성하는 적어도 하나 이상의 고체 물질 중 최상부에 있는 물질의 표면 에너지를 지칭할 수 있다.
실리콘, 금속, 산화물, 및 질화물 등을 기판(100)으로 사용하는 경우, 이들의 표면 에너지는 매우 커서 상기 식 1이 만족되지 않을 수 있다. 이 경우, 유기 화합물은 평평한 평면 필름(planar film) 형태로 증착되어, 곡면체(200)가 형성되지 않을 수 있다.
따라서, 식 1에서, γ기판 값이 γ유기화합물 + γ유기화합물 / 기판 보다 커서 유기 화합물이 곡면체(200)로 형성되지 않을 때, γ기판을 낮추거나 또는 γ유기화합물을 높임으로써, 상기 수식을 만족하게 되면 곡면체(200)가 형성될 수 있다.
본 발명에서는 식 1의 γ기판을 낮춤으로써, 유기 화합물로 구성된 곡면체(200)를 형성하는 방법을 개시한다. 예를 들어, 표면 개질층(110)이 기판(100) 상에 형성됨에 따라, 곡면체(200)가 표면 개질층(110) 상에 형성될 수 있다.
실시예들에 따르면, 곡면체(200)가 형성된 기판(100)은 광검출기 또는 광소자에 사용될 수 있다. 광검출기는 외부의 광을 전기적 신호로 변환하는 소자이다. 광 검출기는 투입된 광신호의 강도를 전기 신호로 변환 및 검출하는 장치이다.
광소자는 곡면체(200)를 포함함으로써, 광소자의 성능이 향상될 수 있다. 예를 들어, 곡면체(200)의 크기 또는 곡률 반경을 조절하여, 곡면체(200)을 투과한 빛의 이동 방향이 조절될 수 있다. 다른 예로, 곡면체(200)의 크기 또는 곡률 반경을 조절하여, 투과되는 빛의 파장을 조절할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 광소자는 유기발광소자를 포함하고, 곡면체(200)는 유기발광소자 위에 형성될 수 있다. 이 경우, 유기발광소자의 발광효율이 향상될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 광소자는 태양전지를 포함하고, 곡면체(200)는 태양 전지 위에 형성될 수 있다. 빛은 곡면체(200)를 통과하여 태양전지의 광흡수층으로 입사될 수 있다. 곡면체(200)에 의해, 광흡수층의 광흡수효율이 향상될 수 있다. 다른 예로, 태양 전지의 광흡수층을 통과한 빛이 곡면체(200)에 의해 산란/반사되어, 태양 전지의 광흡수층으로 재흡수될 수 있다. 또 다른 예로, 곡면체(200)는 창에 부착되어, 빛이 실내로 보다 많이 유입될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 광소자는 광검출기를 포함할 수 있다. 광검출기는 전기 신호를 검출할 수 있다. 곡면체(200)에 의해, 광검출기의 검출 성능이 향상될 수 있다. 또 다른 실시예로, 광소자는 안티 클래어층, 광 산란층, 광 굴절층, 및 헤이즈층 등과 같이 광학 필름을 포함할 수 있다. 예를 들어, 곡면체(200)는 안티 글레어층에 사용되어, 빛의 반사 및 굴절을 제어하고, 눈부심을 억제할 수 있다. 또 다른 실시예로, 곡면체(200)는 헤이즈층으로 기능할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 광소자를 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 광소자(1)는 적층된 제1 기판(10), 제1 전극층(20), 중간층(30), 제2 전극층(40), 및 제2 기판(50)을 포함할 수 있다. 제1 기판(10)은 유리 기판, 플라스틱 기판, 또는 고분자 기판일 수 있다. 제1 전극층(20)이 기판(100) 상에 제공될 수 있다. 제1 전극층(20)은 금속 또는 투명 전도성 산화물을 포함할 수 있다.
중간층(30)이 제1 전극층(20) 상에 형성될 수 있다. 일 예로, 중간층(30)은 유기발광층으로 기능하고, 광소자는 유기발광소자일 수 있다. 다른 예로, 중간층(30)은 광흡수층으로 기능하며, 광소자는 태양전지 또는 광검출기일 수 있다.
제2 전극층(40)이 중간층(30) 상에 제공될 수 있다. 제2 전극층(40)은 금속 또는 투명 전도성 산화물을 포함할 수 있다.
제2 기판(50)이 제2 전극층(40) 상에 제공될 수 있다. 제2 기판(50)은 앞서 도 3에서 설명한 바와 같은 기판(100), 표면 개질층(110), 및 곡면체(200)를 포함할 수 있다.
다른 예로, 제2 전극층(40)은 생략될 수 있다. 이 경우, 제2 기판(50)이 전극층의 기능을 수행할 수 있다.
도 5는 다른 실시예들에 따른 기판의 표면 개질 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 이하, 앞서 설명한 바와 중복되는 내용은 설명하며, 도 1을 함께 참조하여 설명한다.
도 1을 참조하면, 기판(100)이 준비될 수 있다. 기판(100)의 상면(100a)은 앞서 설명한 바와 같이 비교적 높은 제1 표면 에너지를 가질 수 있다.
도 5를 참조하면, 표면 개질 공정이 기판(100) 상에 수행되어, 표면 개질된 기판(101)이 형성될 수 있다. 표면 개질된 기판(101)은 상면(101a)은 도 1의 기판(100)의 상면(100a)보다 작은 표면 에너지를 가질 수 있다. 예를 들어, 표면 개질된 기판(101)은 상면(101a)은 제2 표면 에너지를 가질 수 있다. 제2 표면 에너지는 제1 표면에너지보다 작을 수 있다. 일 예로, 표면 개질 공정은 기판(100) 상에 플리즈마 처리 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 상기 플리즈마는 산소 플라즈마, 아르곤 플라즈마, 및/또는 질소 플라즈마를 포함할 수 있다.
다른 예로, 표면 개질 공정은 기판(100) 상에 자외선을 조사하는 것을 포함할 수 있다.
도 6은 실시예들에 따른 표면 개질된 기판 및 곡면체를 설명하기 위한 단면도이다. 이하, 앞서 설명한 바와 중복되는 내용은 설명한다.
도 6을 참조하면, 곡면체(200)가 표면 개질된 기판(101) 상에 형성될 수 있다. 표면 개질된 기판(101)은 앞서 도 5의 예에서 설명한 방법에 의해 제조될 수 있다. 실시예들에 따르면, 표면 개질된 기판(101)이 형성됨에 따라, 곡면체(200)가 표면 개질된 기판(101) 상에 용이하게 형성될 수 있다. 곡면체(200)의 형성 공정은 앞서 도 3에서 설명한 바와 실질적으로 동일할 수 있다.
도 7은 다른 실시예들에 따른 광소자를 도시한 단면도이다.
도 7를 참조하면, 광소자(2)는 적층된 제1 기판(10), 제1 전극층(20), 중간층(30), 제2 전극층(40), 및 제2 기판(51)을 포함할 수 있다. 제1 기판(10), 제1 전극층(20), 중간층(30), 및 제2 전극층(40)은 앞서 도 4에서 설명한 바와 동일할 수 있다. 다만, 도 6에서 설명한 표면 개질된 기판(101) 및 곡면체(200)가 제2 기판(51)으로 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 실험예들에 따른 곡면체의 제조 및 그 평가결과를 설명하도록 한다.
기판의 표면 개질 공정-표면 개질층의 형성
[비교예 1]
질화규소 박막을 증착한 실리콘 기판을 준비한다. 실리콘 기판 및 질화규소 박막 상에 별도의 표면 개질 공정은 수행되지 않았다.
[실험예 1]
비교예 1의 기판을 준비한다. 상기 기판 및 Trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane을 진공 박스에 넣는다. Trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane을 진공상태에서 15분 가열하여 질화규소 박막 상에 표면 개질층을 형성한다.
[실험예 2]
비교예 1의 기판을 준비한다. 상기 기판 및 Hexamethyldisiloxane을 진공 박스에 넣는다. Hexamethyldisiloxane을 진공상태에서 15분 가열하여 질화규소 박막 상에 표면 개질층을 형성한다.
[실험예 3]
비교예 1의 기판을 준비한다. 상기 기판 상에 원자층 증착법을 이용하여 비정질 산화 알루미늄을 50nm 두께로 증착하여, 표면 개질층을 형성한다.
[비교예 2]
인듐 아연 산화물(IZO)층이 형성된 유리 기판을 준비한다. 인듐 아연 산화물층은 증착 공정에 의해 형성될 수 있다. 유리 기판 및 인듐 아연 산화물층 상에 별도의 표면 개질 공정은 수행되지 않았다.
[실험예 4]
비교예 2의 기판을 준비한다. 기판 및 Hexamethyldisiloxane을 진공 박스에 넣는다. Hexamethyldisiloxane을 진공상태에서 15분 가열하여 인듐 주석 산화물층 상에 표면 개질층을 형성한다.
곡면체의 형성
[비교예 1A]
비교예 1의 질화규소 박막 상에 N,N′-Di(1-naphthyl)-N,N′-diphenyl-(1,1′-biphenyl)-4,4′-diamine(이하, NPB)를 유기 기상 증착법으로 증착하였다. 그러나, 곡면체가 형성되지 않았다.
[비교예 2A]
비교예 2의 인듐 주석 산화물층 상에 N,N′-Di(1-naphthyl)-N,N′-diphenyl-(1,1′-biphenyl)-4,4′-diamine(이하, NPB)를 유기 기상 증착법으로 증착하여, 곡면체를 형성하였다.
[실험예 1A]
NPB 를 실험예 1의 표면 개질층 상에 유기 증착한다. NPB 의 증착 방법 및 공정 조건은 비교예 1과 동일하다.
[실험예 2A]
NPB 를 실험예 2의 표면 개질층 상에 유기 증착한다. NPB 의 증착 방법 및 공정 조건은 비교예 1과 동일하다.
[실험예 3A]
NPB 를 실험예 3의 표면 개질층 상에 유기 증착한다. NPB 의 증착 방법 및 공정 조건은 비교예 1과 동일하다.
[실험예 4A]
NPB 를 실험예 4의 표면 개질층 상에 유기 증착한다. NPB 의 증착 방법 및 공정 조건은 비교예 2과 동일하다.
도 8은 비교예 1A의 평면을 45도로 틸팅하여 전자 주사 현미경(SEM)으로 관찰한 결과이다.
도 8를 참조하면, 별도의 표면 개질 공정이 수행되지 않은 비교예 1A의 경우, 곡면체가 관찰되지 않았다.
도 9a는 실험예 1A의 평면을 45도로 틸팅하여 전자 주사 현미경으로 관찰한 결과이다. 도 9b는 실험예 1A의 단면을 전자 주사 현미경으로 관찰한 결과이다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 실험예 1A의 경우, 곡면체가 형성된 것이 관찰되었다. 곡면체의 크기는 약 80nm로 관찰되었다.
도 10a는 실험예 2A의 평면을 45도로 틸팅하여 전자 주사 현미경으로 관찰한 결과이다. 도 10b는 실험예 2A의 단면을 전자 주사 현미경으로 관찰한 결과이다.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 실험예 2A의 경우, 곡면체가 형성된 것이 관찰되었다. 곡면체의 크기는 약 200nm 내지 500nm로 관찰되었다.
도 11a는 실험예 3A의 평면을 45도로 틸팅하여 전자 주사 현미경으로 관찰한 결과이다. 도 11b는 실험예 3A의 단면을 전자 주사 현미경으로 관찰한 결과이다.
도 11a 및 도 11b를 참조하면, 실험예 3A의 경우, 곡면체가 형성된 것이 관찰되었다. 곡면체의 크기는 약 200nm 내지 500nm로 관찰되었다.
도 12a는 비교예 2A의 평면을 45도로 틸팅하여 전자 주사 현미경으로 관찰한 결과이다. 도 12b는 비교예 2A의 단면을 전자 주사 현미경으로 관찰한 결과이다. 도 13a는 실험예 4A의 평면을 45도로 틸팅하여 전자 주사 현미경으로 관찰한 결과이다. 도 13b는 실험예 4A의 단면을 전자 주사 현미경으로 관찰한 결과이다.
도 12a 및 도 12b를 참조하면, 별도의 표면 개질 공정이 수행되지 않은 비교예 2A의 경우, 곡면체가 관찰되었다. 그러나 곡면체의 크기는 약 200nm로 관찰되었다.
도 13a 및 도 13b를 참조하면, 실험예 4A의 경우, 곡면체가 형성된 것이 관찰되었다. 실험예 4A의 곡면체의 크기는 약 500nm로 관찰되었다. 실험예 4A의 곡면체의 크기는 비교예 2A의 곡면체의 크기보다 큰 것이 관찰되었다. 실험예 4A의 곡면체는 비교예 2A의 곡면체보다 더 조밀하게 배열된 것이 관찰되었다. 실험예 4A의 곡면체는 비교예 2A의 곡면체보다 2배 이상 더 조밀하게 배열된 것이 관찰되었다.
표 1은 비교예 1 및 실험예 1의 물에 대한 접촉각(contact angle)을 측정한 결과이다.
접촉각
비교예 1 40도
실험예 1 100도
표 1을 참조하면, 비교예 1의 접촉각은 실험예 1의 접촉각에 비해 크게 증가한다. 비교예 1은 별도의 표면 개질 공정이 수행되지 않은 질화규소 박막의 접촉각을 측정한 결과이고, 실험예 1은 표면 개질층의 접촉각을 측정한 결과이다. 아래의 식 2 및 식 3에서 γSiN - untreated는 비교예 1(표면 개질되지 않은 질화규소)의 표면 에너지이다. γSiN - treated는 실험예 1(표면 개질층)의 표면 에너지이다. γwater는 물의 표면에너지이다. γSiN - untreated / water는 비교예 1(표면 개질되지 않은 질화규소)과 물의 계면에서의 표면에너지이다. γSiN - treated / water는 실험예 1(표면 개질층)과 물의 계면에서의 표면 에너지이다. γSiN - untreated / water 와 γSiN - treated / water 의 차이가 크지 않다고 가정하면, 아래 식 2 및 식 3으로부터, 표면 개질층의 표면 에너지는 기판(질화규소 박막)의 표면 에너지값보다 작은 것을 알 수 있다.
[식 2]
표면 개질 전: γSiN - untreated = γSiN - untreated / water + γwater ⅹ cos 40o
[식 3]
표면 개질 후: γSiN - treated = γSiN - treated / water + γwater ⅹ cos 100o
다시 도 3 및 도 6을 참조하면, 기판(100)의 표면 에너지(즉, 제2 표면 에너지)는 유기 화합물의 표면 에너지보다 클 수 있다. 이 때, 유기 화합물은 곡면체(200)의 유기 기상 증착 공정에서 증착되는 유기 화합물을 의미할 수 있다.
도 3의 표면 개질층(110)의 표면 에너지 및 도 6의 표면 개질된 기판(101)의 표면 에너지는 상기 유기 화합물의 표면 에너지보다 작을 수 있다. 이에 따라, 유기 화합물은 유기 기상 증착 공정에서 Volmer-Weber 성장모드의 섬 형상의 성장(island growth)을 유발할 수 있다. 이에 따라, 곡면체(200)가 도 3의 표면 개질층(110) 또는 도 6의 표면 개질된 기판(101) 상에 용이하게 형성될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형 및 변경이 가능하다.

Claims (10)

  1. 제1 표면 에너지를 갖는 기판을 준비하는 것;
    상기 기판 상에 제2 표면 에너지를 갖는 표면 개질층을 형성하는 것; 및
    상기 표면 개질층 상에 곡면체를 형성하는 것을 포함하되,
    상기 제2 표면 에너지는 제1 표면 에너지보다 작고,
    상기 표면 개질층을 형성하는 것은:
    전구체를 가열하여, 유기 증기를 형성하는 것; 및
    상기 유기 증기를 상기 기판의 상면과 접촉시키는 것을 포함하고,
    상기 곡면체는 유기 화합물을 포함하고, 결정질 구조를 갖는 광소자 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 곡면체는 NPB(N,N′-Di(1-naphthyl)-N,N′-diphenyl-(1,1′-biphenyl)-4,4′-diamine), Alq3 {Tris-(8-hydroxyquinoline) aluminum}, 및 이들의 유도체들 중에서 적어도 하나를 포함하는 광소자 제조 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    제1 기판 상에 제1 전극층을 형성하는 것;
    상기 제1 전극층 상에 중간층을 형성하는 것;
    상기 중간층 상에 제2 전극층을 형성하는 것; 및
    상기 제2 전극층 상에 제2 기판을 제공하는 것을 포함하되,
    상기 제2 기판은 상기 기판, 상기 표면 개질층, 및 상기 곡면체를 포함하고,
    상기 중간층은 유기 발광층 또는 광흡수층을 포함하는 광소자 제조 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 표면 개질층은 자기 조립 단분자층을 포함하는 광소자 제조 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 전구체는 3,4-Dihydroxyphenylethylamine(Dopamine), Dextran, 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 및/또는 Azobenzene 중에서 적어도 하나를 포함하는 광소자 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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