KR102368511B1 - 유기전자소자 및 이의 제조 방법 - Google Patents

유기전자소자 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기전자소자 및 이의 제조 방법을 제공한다. 이 유기 전자 소자는, 서로 옆으로 이격된 제 1 영역과 제 2 영역을 포함하는 유연 기판; 상기 유연 기판의 상기 제 1 영역 상에 배치되는 유기 발광 다이오드; 및 상기 유연 기판의 상기 제 2 영역 상에 배치되는 광 센서(photodetector)를 포함하되, 상기 유기 발광 다이오드와 상기 광 센서는 동일 평면 위에 위치한다.

Description

유기전자소자 및 이의 제조 방법{Organic electronic device and method of fabricating the same}
본 발명은 유기전자소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 금융권 등에서는 기존의 비밀번호 체계를 대체할 수단으로 생체 인식 기기가 사용되고 있다. 생체 인식 수단으로는 지문과 정맥 인식 등을 들 수 있다. 지문과 정맥 인식의 장단점을 비교하면, 지문 인식은 인식에 필요한 시간이 짧고 간편하여 가장 널리 쓰이고 있다는 장점을 가지고 있지만, 쉽게 도용이 가능하다는 단점이 있다. 반면, 정맥 인식은 도용이 거의 불가능하다는 장점을 가지고 있지만, 지문 인식 대비 인식에 필요한 시간이 길고 고가의 장비가 필요하다는 단점을 가지고 있다.
정맥 인식을 예로 든다면, 광원을 이용하여 사람의 손가락이나 손에 빛을 비추면, 상기 생체 (living body) 로부터 전자기파가 발생하고, 발생된 전자기파를 감지하는 동작 메커니즘을 가지고 있다.
최근 스마트 폰 등의 모바일 기기 적용을 위한 생체 인식 소자와 관련된 연구들이 많이 진행되고 있다. 스마트 폰의 경우 휠 수 있는 플렉서블 (Flexible) 이 대세가 되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고효율의 유연한 생체 인식 소자를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 유연한 유기 전자 소자의 제조 방법을 제공하는데 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기 전자 소자는, 서로 옆으로 이격된 제 1 영역과 제 2 영역을 포함하는 유연 기판; 상기 유연 기판의 상기 제 1 영역 상에 배치되는 유기 발광 다이오드; 및 상기 유연 기판의 상기 제 2 영역 상에 배치되는 광 센서(photodetector)를 포함하되, 상기 유기 발광 다이오드와 상기 광 센서는 동일 평면 위에 위치한다.
상기 유기 발광 다이오드는 생체를 향해 제 1 전자기파를 발생시키고, 상기 생체는 상기 제 1 전자기파를 받아 제 2 전자기파를 발생시키고, 상기 광 센서는 상기 제 2 전자기파를 감지할 수 있다.
상기 유연 기판은 상기 생체에 대향하도록 휘어지며, 상기 유연 기판이 휘어질 때 상기 생체가 받는 상기 제 1 전자기파의 양은 상기 유연 기판이 평평할 때 상기 생체가 받는 상기 제 1 전자기파의 양보다 많을 수 있다.
상기 광 센서는 제 1 도전성 유기층과 제 2 도전성 유기층을 포함하는 포토 다이오드와 광 흡수층을 포함하는 포토 트랜지스터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 유기 전자 소자는, 상기 유기 발광 다이오드 위에 배치되는 제 1 유기 곡면체를 더 포함할 수 있다.
상기 유기 전자 소자는, 상기 유기 발광 다이오드 위에 배치되는 색변환층을 더 포함할 수 있다.
상기 유기 전자 소자는, 상기 광 센서 위에 배치되는 제 2 유기 곡면체를 더 포함할 수 있다.
상기 유기 전자 소자는, 상기 광 센서 위에 배치되는 대역 필터층을 더 포함할 수 있다.
상기 유기 전자 소자는, 상기 유연 기판의 상기 제 1 영역 상에 배치되며, 상기 유기 발광 다이오드를 구동하기 위한 제 1 트랜지스터; 및 상기 유연 기판의 상기 제 2 영역 상에 배치되며, 상기 광 센서를 구동하기 위한 제 2 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.
상기 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 유기 전자 소자의 제조 방법은, 제 1 영역과 제 2 영역을 포함하는 유연 기판을 준비하는 단계; 상기 유연 기판의 상기 제 1 영역에서 제 1 전극, 유기 발광층 및 제 2 전극을 차례로 적층하는 단계; 및 상기 유연 기판의 상기 제 2 영역에서 광센서를 형성하는 단계를 포함한다.
일 예에 있어서, 상기 광센서를 형성하는 단계는, 상기 유연 기판의 상기 제 2 영역에서 제 3 전극, 제 1 도전성 유기층, 제 2 도전성 유기층 및 제 4 전극을 차례로 적층하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 예에 있어서, 상기 광센서를 형성하는 단계는, 상기 유연 기판의 상기 제 2 영역에서 제 5 전극을 형성하는 단계; 상기 제 5 전극 상에 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막 상에 서로 이격된 제 6 전극 및 제 7 전극을 형성하는 단계; 및 상기 제 6 전극과 상기 제 7 전극 사이에 광 흡수층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면 고효율의 유연한 생체 인식 소자를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면 유연하며 고집적화된 유기 전자 소자를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 유기 전자 소자의 평면도이다.
도 2는 도 1을 A-A'선을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 유기 전자 소자의 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예들에 따른 유기 전자 소자의 동작 원리를 나타내는 도면들이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 유기 전자 소자의 단면도들이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 유기 전자 소자의 단면도들이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소 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.
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 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 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(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 유기 전자 소자의 평면도이다. 도 2는 도 1을 A-A'선을 따라 자른 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 유기 전자 소자(100)는 기판(1)을 포함한다. 상기 기판(1)은 제 1 영역(R1)과 제 2 영역(R2)을 포함할 수 있다. 상기 기판(1)은 유리, 폴리이미드 및 PEN(polyethylene naphthalene) 중 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 만약 상기 기판(1)이 폴리이미드나 PEN으로만 이루어진다면 상기 기판(1)은 유연할 수 있다. 상기 기판(1)은 유연 기판(flexible substrate)으로 명명될 수 있다. 상기 유기 전자 소자(100)는 생체 인식 소자로 명명될 수 있다.
계속해서, 상기 기판(1)의 상기 제 1 영역(R1)에는 단위 발광 소자(ULD)가 배치될 수 있다. 상기 단위 발광 소자(ULD)는 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode)로 명명될 수 있다. 상기 기판(1)의 상기 제 2 영역(R2)에는 단위 수광 소자(UPD)가 배치될 수 있다. 일 예로, 상기 단위 수광 소자(UPD)는 광 센서 (photodetector)로 명명될 수 있다. 상기 단위 발광 소자(ULD)는 차례로 적층된 제 1 전극(3), 정공주입층(5), 정공운송층(7), 발광층(9), 전자운송층(11), 전자주입층(13) 및 제 2 전극(15)을 포함할 수 있다. 다른 예로, 제 1 전극(3)과 제 2 전극(15) 사이에 전자주입층, 전자운송층, 발광층, 정공운송층, 정공주입층이 차례로 제공될 수 있다. 이하 설명의 간소화를 위하여 상기 단위 발광 소자(ULD)가 차례로 적층된 제 1 전극(3), 정공주입층(5), 정공운송층(7), 발광층(9), 전자운송층(11), 전자주입층(13) 및 제 2 전극(15)을 포함하는 것으로 설명되나 이에 한정되지 않는다.
상기 발광층(9)은 유기 발광층으로 명명될 수 있다. 상기 제 1 전극(3), 상기 정공주입층(5), 상기 정공운송층(7), 상기 발광층(9), 상기 전자운송층(11), 상기 전자주입층(13) 및 상기 제 2 전극(15)은 모두 유연한 물질로 형성될 수 있다.
상기 제 1 전극(3)과 상기 제 2 전극(15)은 알루미늄, 구리와 같은 금속의 박막이거나 또는 ITO(Indium tin oxide)나 IZO(Indium zinc oxide)와 같은 도전성 산화물 박막, 또는 PEDOT:PSS와 같은 유기 물질로 형성될 수 있다. 특히 상기 제 2 전극(15)은 금속 박막과 도전성 산화물 박막이 교대로 적층된 구조를 포함할 수 있다. 이 경우 상기 금속 박막은 5nm~15nm의 두께를 가질 수 있다.
상기 정공주입층(5)은 예를 들면, 예를 들면, N,N′-디페닐-N,N′-비스-[4-(페닐-m-톨일-아미노)-페닐]-비페닐-4,4′-디아민(N,N′-diphenyl-N,N′-bis-[4-(phenyl-m-tolyl-amino)-phenyl]-biphenyl-4,4′-diamine:DNTPD), 구리프탈로시아닌 등의 프탈로시아닌 화합물, m-MTDATA [4,4',4''-tris (3-methylphenylphenylamino)triphenylamine], NPB(N,N'-디(1-나프틸)-N,N'-디페닐벤지딘(N,N'-di(1-naphthyl)-N,N'-diphenylbenzidine)), TDATA, 2-TNATA, Pani/DBSA (Polyaniline/Dodecylbenzenesulfonic acid:폴리아닐린/도데실벤젠술폰산), PEDOT/PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/Poly(4-styrenesulfonate):폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(4-스티렌술포네이트)), Pani/CSA (Polyaniline/Camphor sulfonicacid:폴리아닐린/캠퍼술폰산) 또는 PANI/PSS(Polyaniline)/Poly(4-styrenesulfonate):폴리아닐린)/폴리(4-스티렌술포네이트))등으로 형성될 수 있다.
상기 정공운송층(7)은 예를 들면, N-페닐카바졸, 폴리비닐카바졸 등의 카바졸 유도체, N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1-비페닐]-4,4'-디아민(TPD), TCTA(4,4',4"-트리스(N-카바졸일)트리페닐아민(4,4',4"-tris(N-carbazolyl)triphenylamine)), NPB(N,N'-디(1-나프틸)-N,N'-디페닐벤지딘(N,N'-di(1-naphthyl)-N,N'-diphenylbenzidine))등으로 형성될 수 있다.
상기 발광층(9)은 PPV(poly(p-phenylenevinylene)), PPP(poly(p-phenylene)), PT (polythiophene), PF(polyfluorene), PFO(poly(9.9-dioctylfluorene), PVK (poly(9-vinylcarbazole)) 중 어느 하나와 그 유도체인 고분자 재료로 형성되거나, Al 착화합물 계열인 Alq3 (Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminium), Ir 착화합물 계열인 Ir(ppy)3(fac-tris(2-phenylpyridinato) iridium (III)), 또는 Pt 착화합물 계열인 PtOEP(2,3,7,8,12,13,17,18-octaethyl- 12H, 23H-porphyrine platinum (II))와 같은 금속 착화합물을 포함하는 저분자 재료로 형성될 수 있다. 또한, 고분자인 PVK(poly(9-vinylcarbazole))에 저분자 인광재료가 첨가된 재료도 가능하다.
상기 전자운송층(11)은 퀴놀린 유도체로 형성될 수 있다.
상기 전자주입층(13)은 LiF, NaCl, CsF, Li2O, BaO등으로 형성될 수 있다.
상기 단위 수광 소자는 차례로 적층된 제 3 전극(33), 제 1 도전성 유기층(35), 제 2 도전성 유기층(37) 및 제 4 전극(39)을 포함할 수 있다. 상기 제 3 전극(33), 상기 제 1 도전성 유기층(35), 상기 제 2 도전성 유기층(37) 및 상기 제 4 전극(39)은 모두 유연한 물질로 형성될 수 있다.
상기 제 3 전극(33)과 상기 제 4 전극(39)은 알루미늄, 구리와 같은 금속의 박막이거나 또는 ITO(Indium tin oxide)나 IZO(Indium zinc oxide)와 같은 도전성 산화물 박막, 또는 PEDOT:PSS와 같은 유기 물질로 형성될 수 있다.
상기 제 1 도전성 유기층(35)과 상기 제 2 도전성 유기층(37)은 PN 접합(junction)을 구성할 수 있다. 즉, 상기 제 1 도전성 유기층(35)과 상기 제 2 도전성 유기층(37)은 포토다이오드(photodiode)를 구성할 수 있다. 또는 상기 포토다이오드는 상기 제 1 도전성 유기층(35)과 상기 제 2 도전성 유기층(37)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 도전성 유기층(35)과 상기 제 2 도전성 유기층(37)은 도전성 유기화합물로 구성될 수 있으며, 파이 결합(pi conjugation)을 가질 수 있다. 상기 제 1 도전성 유기층(35)과 상기 제 2 도전성 유기층(37) 중 어느 하나는 낮은 고체 상태 이온화 포텐셜을 가지는 도전성 유기 화합물을 포함할 수 있다. 상기 제 1 도전성 유기층(35)과 상기 제 2 도전성 유기층(37) 중 다른 하나는 높은 전자 드리프트(drift) 이동도를 가지는 도전성 유기 화합물을 포함할 수 있으며, 상기 제 3 전극(33) 또는 상기 제 4 전극(39)으로부터 전자 주입에 용이한 에너지 레벨을 가질 수 있다.
상기 낮은 고체 상태 이온화 포텐셜을 가지는 도전성 유기 화합물은, m-MTDATA (4,4′,4′′-Tris[phenyl(m-tolyl)amino]triphenylamine), TDAB (1,3,5-tris(diphenylamino)benzene), TDATA (4,4',4''-tris(diphenylamino)-triphenylamine), TDAPB (1,3,5-tris[4-(diphenylamino)phenyl]benzene), DPH (4-diphenylaminobenzaldehyde diphenylhydrazone), CuPc(Copper(II) phthalocyanine), PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate) 및 도전성 고분자 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 높은 전자 드리프트(drift) 이동도를 가지는 도전성 유기 화합물은 Tris(8-quinolinolato)aluminum, 붕소 함유 복합체, Oxadiazole-containing Oligo(arylene), Oligo(arylenevinylene) 계열 물질, 벤젠이나 트리아진 중심 코어를 가지는 화합물, 1,3,5-Triphenylbenzene 이나 2,4,6-Triphenyltriazine 중심 코어를 가지는 화합물, Triarylborane 및 Silole 유도체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 단위 발광 소자(ULD)는 상기 제 2 전극(15) 상에 배치되는 제 1 유기 곡면체(17)을 더 포함할 수 있다. 상기 제 1 유기 곡면체(17)는 복수개로 존재하며 어레이 형태로 배열될 수 있다. 하나의 제 1 유기 곡면체(17)의 직경은 50nm~1㎛일 수 있다. 상기 단위 수광 소자(UPD)는 상기 제 4 전극(39) 상에 배치되는 제 2 유기 곡면체(41)를 더 포함할 수 있다. 상기 제 2 유기 곡면체(41)는 복수개로 존재하며 어레이 형태로 배열될 수 있다. 하나의 제 2 유기 곡면체(41)의 직경은 50nm~1㎛일 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 유기 곡면체들(17, 41)은 벤젠, 나프탈렌, 페난트렌, 비페닐, 퀴놀린, 불소, 페닐피라졸(phenylpyrazole), 페난트롤린(phenanthroline), 퀴노디메탄(quinodimethane), 퀴녹살린(quinoxaline), 인돌로카르바졸(indolocarbazole), 카르바졸(carbazole), 스피로비플루오렌(spirobifluorene), 피리딘(pyridine), 티오펜, 디벤조티오펜, 퓨란, 디아자플루오렌(diazafluoren), 벤조퓨로피리딘(benzofuropyridine), 트리아진, 안트라센(antracene), 피렌(pyrene), 벤조티아졸렐(benzothiazolel), 쿠마린(coumarine), 퀴나크리돈(quinacridone), 페닐피리딘(phenylpyridine), 옥사디아졸(oxadiazole), 페녹사진(phenoxazine), 또는 이들의 유도체를 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 제 1 및 제 2 유기 곡면체들(17, 41)은 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. 상기 제 1 및 제 2 유기 곡면체들(17, 41) 각각은 50nm 이상 1㎛ 미만의 폭과 높이를 가질 수 있다.
상기 단위 발광 소자(ULD)는 상부 발광형(top emission) 유기발광다이오드일 수 있다. 상기 단위 수광 소자(UPD)는 유기 포토 다이오드일 수 있다. 상기 단위 수광 소자(UPD)에 포함되는 PN 접합을 구성하는 상기 제 1 및 제 2 도전성 유기층들(35, 37)은 유기 화합물을 포함하므로 유연성을 가질 수 있다. 상기 단위 발광 소자(ULD), 상기 단위 수광 소자(UPD) 및 상기 기판 모두 유연한 물질로 형성될 수 있기에 상기 유기 전자 소자(100)는 유연성을 가질 수 있다. 만약 상기 단위 수광 소자(UPD)가 실리콘 기반의 PN 접합 구조를 가진다면 유연성을 가질 수 없을 것이다.
또한 상기 단위 발광 소자(ULD)와 상기 단위 수광 소자(UPD)가 하나의 기판(1) 상에 옆으로 나란히 배치되므로 고집적화된 유기 전자 소자(100)를 제공할 수 있다.
도 1과 도 2를 참조하여 설명한 유기 전자 소자(100)의 제조 방법은 다음과 같다. 먼저, 유연한 기판(1)을 준비한다. 상기 기판(1)의 제 1 영역(R1) 상에 제 1 전극(3), 정공주입층(5), 정공운송층(7), 발광층(9), 전자운송층(11), 전자주입층(13) 및 제 2 전극(15)을 차례로 형성하여 단위 발광 소자(ULD)를 형성할 수 있다. 그리고 상기 기판(1)의 제 2 영역(R2) 상에 제 3 전극(33), 제 1 도전성 유기층(35), 제 2 도전성 유기층(37) 및 제 4 전극(39)을 차례로 형성하여 단위 수광 소자(UPD)를 형성할 수 있다. 상기 단위 발광 소자(ULD)와 상기 단위 수광 소자(UPD)를 각각 별도로 증착, 코팅, 건조 및 식각 공정 등을 진행하여 제조할 수 있다.
또는 상기 단위 발광 소자(ULD)의 구성들 중 일부가 상기 단위 수광 소자(UPD)의 구성과 동일할 경우, 동시에 형성될 수 있다. 예를 들면 상기 제 1 전극(3)과 상기 제 3 전극(33)은, 예를 들면 금속이나 ITO, 또는 유기 물질과 같은 동일한 물질로 동시에 형성될 수 있다. 상기 정공주입층(5)과 상기 제 1 도전성 유기층(35)은 예를 들면 TDATA와 같은 동일한 물질로 동시에 형성될 수 있다. 상기 발광층(9)과 상기 제 2 도전성 유기층(37)은 예를 들면 Alq3와 같은 동일한 물질로 동시에 형성될 수 있다. 상기 제 2 전극(15)과 상기 제 4 전극(39)은 예를 들면 금속이나 ITO, 또는 유기 물질과 같은 동일한 물질로 동시에 형성될 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 유기 곡면체들(17, 41)은 예를 들면, NPB와 같은 동일한 물질로 동시에 형성될 수 있다. 이와 같이 상기 단위 수광 소자(UPD)의 PN 접합 구조를 유기 화합물로 형성할 수 있어 상기 단위 발광 소자(ULD)의 구성 물질과 중복될 수 있으므로 동시에 형성될 수 있어 공정을 단순화시킬 수 있는 장점을 가질 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 유기 전자 소자의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 유기 전자 소자(101)에는 단위 발광 소자(ULD)가 제 1 영역(R1)에서 복수개로 배치되고 단위 수광 소자(UPD)가 제 2 영역(R2)에서 복수개로 배치될 수 있다. 그 외의 구성은 도 1과 도 2를 참조하여 설명한 바와 동일/유사할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예들에 따른 유기 전자 소자의 동작 원리를 나타내는 도면들이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상기 단위 발광 소자(ULD)는 상기 제 2 전극(15) 밖으로 제 1 전자기파(L1)을 생체로 발생시킬 수 있다. 상기 제 1 유기 곡면체(17)은 상기 제 1 전자기파(L1)를 상기 제 2 전극(15) 밖으로 보다 많이 발생/산란시키는 역할을 할 수 있다. 상기 생체는 예를 들면 손가락(Finger)일 수 있다. 상기 제 1 전자기파(L1)을 받은 상기 생체는 제 2 전자기파(L2)를 발생할 수 있다. 상기 기판(1)은 상기 생체에 대향하도록 휘어지며, 상기 기판(1)이 휘어질 때 상기 생체가 받는 상기 제 1 전자기파(L1)의 양은 상기 기판(1)이 평평할 때 상기 생체가 받는 상기 제 1 전자기파(L1)의 양보다 많을 수 있다. 상기 제 2 전자기파(L2)는 예를 들면 상기 손가락에 있는 정맥(vein)이나 지문(Fingerprint)의 이미지 정보를 가질 수 있다. 상기 제 2 전자기파(L2)는 상기 단위 수광 소자(UPD)에 의해 감지될 수 있다. 상기 제 2 유기 곡면체(41)은 상기 제 2 전자기파(L2)가 상기 제 1 및 제 2 도전성 유기층들(35, 37)로 흡수되도록 하는 역할을 할 수 있다. 상기 제 1 전자기파(L1)는 380nm 이상 780nm 이하의 파장을 갖는 가시광선 (visible light) 및/또는 780nm 이상 5um 이하의 파장을 갖는 적외선일 수 있다. 상기 제 2 전자기파(L2)가 상기 단위 수광 소자(UPD)의 제 1 및 제 2 도전성 유기층들(35, 37) 사이의 PN 접합 구조에 흡수됨으로써 광전효과가 발생하고 이에 의해 발생된 전하를 감지하여, 생체 이미지 정보(200, 200a)를 얻을 수 있다. 이때 상기 유기 전자 소자(101)가 유연하여 생체의 형태에 맞게 휘어질 수 있으므로 상기 생체로 향하는 상기 제 1 전자기파(L1)을 보다 많게 할 수 있어 상기 생체 이미지 정보(200, 200a)를 얻기가 보다 용이할 수 있다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 유기 전자 소자의 단면도들이다.
도 5를 참조하면, 본 예에 따른 유기 전자 소자(102)에서는 제 1 유기 곡면체(17)과 제 2 전극(15) 사이에 제 1 산화물층(20)이 개재될 수 있다. 그리고 제 2 유기 곡면체(41)과 제 4 전극(39) 사이에 제 2 산화물층(50)이 개재될 수 있다. 상기 제 2 전극(15)과 상기 제 4 전극(39)이 금속만으로 형성된 경우, 상기 제 1 및 제 2 유기 곡면체들(17, 41)의 형성이 어려울 수 있다. 즉, 금속은 높은 표면 에너지를 가져 상기 제 1 및 제 2 유기 곡면체들(17, 41)를 형성하기 위한 반구 형태의 액적이 형성되기 어려울 수 있다. 따라서 이를 해결하기 위하여 상기 제 2 전극(15)과 상기 제 4 전극(39) 상에 각각 제 1 및 제 2 산화물층들(20, 50)을 형성할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 산화물층들(20, 50)은 알루미늄 산화막, ITO나 IZO로 형성될 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 산화물층들(20, 50)이 알루미늄산화막으로 형성된 경우 두께를 수십 나노미터로 얇게 형성하여 유연성을 가지게 할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 산화물층들(20, 50)은 동일한 물질로 동시에 형성될 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 예에 따른 유기 전자 소자(103)에서는 제 1 유기 곡면체(17)과 제 2 전극(15) 사이에 색변환층(22)이 개재될 수 있다. 그리고 제 2 유기 곡면체(41)과 제 4 전극(39) 사이에 대역 필터층(52)이 개재될 수 있다. 상기 색변환층(22)은 양자점, 희토류를 포함한 산화물, 폴리메틴계 유기물 및 공액 고분자 유기물을 포함할 수 있다. 상기 대역 필터층(52)은 원하는 파장의 빛만 통과시키는 역할을 할 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 예에 따른 유기 전자 소자(104)는 기판(1)의 제 1 영역(R1) 상에 배치되며, 제 1 전극(3)에 연결되며 단위 발광 소자(ULD)를 구동하기 위한 제 1 트랜지스터(TR1)를 더 포함할 수 있다. 상기 제 1 트랜지스터(TR1)은 상기 기판(1)의 상기 제 1 영역(R1)에 배치되는 제 1 게이트 전극(60), 상기 제 1 게이트 전극(60)과 상기 기판(1)을 덮는 게이트 절연막(64), 상기 게이트 절연막(64) 상에 배치되며 상기 제 1 전극(3)과 이격되는 제 1 소오스/드레인 전극(66) 및 상기 제 1 전극(3)과 상기 제 1 소오스/드레인 전극(66) 사이에 배치되며 상기 게이트 절연막(64)과 접하는 제 1 채널층(70)을 포함할 수 있다. 상기 게이트 절연막(64)은 연장되어 상기 제 2 영역(R2)의 상기 기판(1)을 덮을 수 있다. 상기 제 1 전극(3)은 상기 게이트 절연막(64) 상에 배치될 수 있다.
제 1 게이트 전극(60)은 금속이나 도전성 산화물 또는 유기물로 형성될 수 있다. 상기 게이트 절연막(64)은 예를 들면, 폴리실라잔, 폴리실록산, 테트라에틸 오르소실리케이트(Tetraethyl orthosilicate)과 같은 실리콘 산화물(SiO2)의 전구체, 트리메틸알루미늄(Trimethylaluminium)과 같은 알루미늄산화물(Al2O3)의 전구체, 또는 지르코늄산화물(ZrO2)이나 티타늄산화물(TiO2)과 같은 절연성이 좋은 산화물의 전구체를 포함하는 용액을 인쇄하고 건조한 후 열처리하여 형성될 수 있다. 상기 제 1 소오스/드레인 전극(66)은 금속이나 도전성 산화물 또는 유기물로 형성될 수 있다. 상기 제 1 채널층(70)은 예를 들면 펜타센 등의 유기반도체 물질로 형성될 수 있다.
본 예에 따른 유기 전자 소자(104)는 기판(1)의 제 2 영역(R2) 상에 배치되며, 제 3 전극(33)에 연결되며 단위 수광 소자(UPD)를 구동하기 위한 제 2 트랜지스터(TR2)를 더 포함할 수 있다. 상기 제 2 트랜지스터(TR2)는 상기 기판(1)의 제 2 영역(R2) 상에 배치되며 상기 게이트 절연막(64)으로 덮이는 제 2 게이트 전극(62), 상기 게이트 절연막(64) 상에 배치되며 상기 제 3 전극(33)과 이격되는 제 2 소오스/드레인 전극(68), 및 상기 제 3 전극(33)과 상기 제 2 소오스/드레인 전극(68) 사이에 개재되며 상기 게이트 절연막(64)을 덮는 제 2 채널층(72)을 포함할 수 있다. 상기 제 3 전극(33)은 상기 게이트 절연막(64) 상에 배치될 수 있다. 상기 제 2 게이트 전극(62)과 상기 제 2 소오스/드레인 전극(68)은 금속이나 도전성 산화물 또는 유기물로 형성될 수 있다. 상기 제 2 채널층(72)도 상기 제 1 채널층(70)과 동일한 물질로 형성될 수 있다.
상기 제 1 트랜지스터(TR1)과 상기 제 2 트랜지스터(TR2) 모두 유연한 물질로 형성될 수 있다.
도 7의 유기 전자 소자(104)를 제조하는 방법은 다음과 같다. 제 1 영역(R1)과 제 2 영역(R2)을 포함하는 기판(1)을 준비한다. 상기 제 1 영역(R1)에서 상기 기판(1) 상에 제 1 게이트 전극(60)을 형성하고 상기 제 2 영역(R2)에서 상기 기판(1) 상에 제 2 게이트 전극(62)을 형성한다. 상기 기판(1)의 전면 상에 게이트 절연막(64)을 형성한다. 상기 제 1 영역(R1)에서 상기 게이트 절연막(64) 상에 서로 이격된 제 1 전극(3)과 제 1 소오스/드레인 전극(66)을 형성한다. 상기 제 2 영역(R2)에서 상기 게이트 절연막(64) 상에 서로 이격된 제 3 전극(33)과 제 2 소오스/드레인 전극(68)을 형성한다. 상기 제 1 전극(3)과 상기 제 1 소오스/드레인 전극(66) 사이에 제 1 채널층(70)을 형성하고, 상기 제 3 전극(33)과 상기 제 2 소오스/드레인 전극(68) 사이에 제 2 채널층(72)을 형성한다. 상기 제 1 전극(3) 상에 정공주입층(5), 정공운송층(7), 발광층(9), 전자운송층(11), 전자주입층(13) 및 제 2 전극(15)을 차례로 형성하여 단위 발광 소자(ULD)를 형성할 수 있다. 상기 제 3 전극(33) 상에 제 1 도전성 유기층(35), 제 2 도전성 유기층(37) 및 제 4 전극(39)을 차례로 형성하여 단위 수광 소자(UPD)를 형성할 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 유기 전자 소자의 단면도들이다.
도 8을 참조하면, 본 예에 따른 유기 전자 소자(105)에서는 단위 수광 소자(UPD1)가 포토 트랜지스터(photo transistor)를 포함할 수 있다. 상기 단위 수광 소자(UPD1)는 제 5 전극(80), 상기 제 5 전극(80)을 덮는 절연막(82), 상기 절연막(82) 상에 배치되며 서로 이격된 제 6 전극(84)과 제 7 전극(86), 상기 제 6 전극(84)과 상기 제 7 전극(86) 사이에 개재되는 광 흡수층(88)을 포함할 수 있다. 상기 광 흡수층(88), 상기 제 6 전극(84) 및 상기 제 7 전극(86)은 평탄화층(90)으로 덮일 수 있다. 상기 평탄화층(90)은 평탄한 상부면을 가질 수 있다. 상기 평탄화층(90) 상에는 제 2 유기 곡면체(41)가 배치될 수 있다. 상기 제 5 내지 제 7 전극들(80, 84, 86)은 예를 들면, 구리와 같은 금속의 박막이거나 또는 ITO(Indium tin oxide)나 IZO(Indium zinc oxide)와 같은 도전성 산화물 박막, 또는 PEDOT:PSS와 같은 유기 물질로 형성될 수 있다. 상기 절연막(82)과 상기 평탄화층(90)은 각각 예를 들면, 폴리실라잔, 폴리실록산, 테트라에틸 오르소실리케이트(Tetraethyl orthosilicate)과 같은 실리콘 산화물(SiO2)의 전구체, 트리메틸알루미늄(Trimethylaluminium)과 같은 알루미늄산화물(Al2O3)의 전구체, 또는 지르코늄산화물(ZrO2)이나 티타늄산화물(TiO2)과 같은 절연성이 좋은 산화물의 전구체를 포함하는 용액을 인쇄하고 건조한 후 열처리하여 형성될 수 있다. 상기 광 흡수층(88)은 빛을 흡수하여 정공 및 전자와 같은 전하를 생성할 수 있다. 상기 광 흡수층(88)은 쿠퍼 프탈로 시아닌이나 펜타센으로 형성될 수 있다. 상기 제 5 전극(80)은 포토트랜지스터의 게이트 전극으로서 기능을 할 수 있다. 상기 제 6 전극(84)과 상기 제 7 전극(86)은 포토트랜지스터의 소오스/드레인 전극으로서 기능을 할 수 있다. 그 외의 구조는 도 2를 참조하여 설명한 바와 동일/유사할 수 있다.
도 8의 유기 전자 소자(106)를 제조하는 과정은 다음과 같다. 먼저 상기 기판(1)의 제 1 영역(R1)에 단위 발광 소자(ULD)를 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이 제조할 수 있다. 상기 기판(1)의 제 2 영역(R2) 상에 단위 수광 소자(UPD1)를 형성할 수 있다. 상기 단위 수광 소자(UPD1)를 제조하는 과정은 다음과 같다. 상기 기판(1)의 제 2 영역(R2)에 제 5 전극(80)을 형성하고 상기 제 5 전극(80)을 덮는 절연막(82)을 형성한다. 상기 절연막(82) 상에 서로 이격된 제 6 전극(84)과 제 7 전극(86)을 형성한다. 상기 제 6 전극(84)과 상기 제 7 전극(86) 사이에 광 흡수층(88)을 형성한다. 상기 광 흡수층(88), 상기 제 6 전극(84)과 상기 제 7 전극(86)을 덮는 평탄화층(90)을 형성한다. 상기 평탄화층(90) 상에 제 2 유기 곡면체(41)를 형성한다.
도 9를 참조하면, 본 예에 따른 유기 전자 소자(106)에서는 제 2 영역(R2)에 도 8을 참조하여 설명한 단위 수광 소자(UPD1)과 도 7을 참조하여 설명한 제 2 트랜지스터(TR2)가 배치될 수 있다. 구체적으로 기판(1)의 제 2 영역(R2)에는 제 2 게이트 전극(62), 및 상기 제 2 게이트 전극(62)을 덮는 게이트 절연막(64)이 배치될 수 있다. 상기 게이트 절연막(64) 상에는 제 2 소오스/드레인 전극(68)과 제 5 전극(80)이 서로 이격되어 배치될 수 있다. 상기 제 2 소오스/드레인 전극(68)과 상기 제 5 전극(80) 사이에는 제 2 채널층(72)이 배치될 수 있다. 상기 제 5 전극의 일부는 절연막(82)으로 덮일 수 있다. 상기 절연막(82)은 상기 제 2 채널층(72)과 이격될 수 있다. 상기 절연막(82) 상에 제 6 전극(84) 및 제 7 전극(86)이 배치될 수 있다. 상기 제 6 전극(84)과 상기 제 7 전극(86) 사이에 광 흡수층(88)이 배치될 수 있다. 상기 광 흡수층(88) 상에 평탄화층(90)과 제 2 유기 곡면체(41)가 순차적으로 배치될 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.

Claims (12)

  1. 서로 옆으로 이격된 제 1 영역과 제 2 영역을 포함하는 유연 기판;
    상기 유연 기판의 상기 제 1 영역 상에 배치되는 유기 발광 다이오드; 및
    상기 유연 기판의 상기 제 2 영역 상에 배치되는 광 센서(photodetector)를 포함하되,
    상기 유기 발광 다이오드와 상기 광 센서는 동일 평면 위에 위치하고,
    상기 유기 발광 다이오드는 생체를 향해 제 1 전자기파를 발생시키고,
    상기 생체는 상기 제 1 전자기파를 받아 제 2 전자기파를 발생시키고,
    상기 광 센서는 상기 제 2 전자기파를 감지하고,
    상기 유연 기판은 상기 생체에 대향하도록 휘어지며,
    상기 유연 기판이 휘어질 때 상기 생체가 받는 상기 제 1 전자기파의 양은 상기 유연 기판이 평평할 때 상기 생체가 받는 상기 제 1 전자기파의 양보다 많은 유기 전자 소자.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 센서는 제 1 도전성 유기층과 제 2 도전성 유기층을 포함하는 포토 다이오드와 광 흡수층을 포함하는 포토 트랜지스터 중 적어도 하나를 포함하는 유기 전자 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기 발광 다이오드 위에 배치되는 제 1 유기 곡면체를 더 포함하는 유기 전자 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기 발광 다이오드 위에 배치되는 색변환층을 더 포함하는 유기 전자 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 센서 위에 배치되는 제 2 유기 곡면체를 더 포함하는 유기 전자 소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 센서 위에 배치되는 대역 필터층을 더 포함하는 유기 전자 소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 유연 기판의 상기 제 1 영역 상에 배치되며, 상기 유기 발광 다이오드를 구동하기 위한 제 1 트랜지스터; 및
    상기 유연 기판의 상기 제 2 영역 상에 배치되며, 상기 광 센서를 구동하기 위한 제 2 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전자 소자.
  10. 제 1 영역과 제 2 영역을 포함하는 유연 기판을 준비하는 단계;
    상기 유연 기판의 상기 제 1 영역에서 제 1 전극, 유기 발광층 및 제 2 전극을 차례로 적층하는 단계; 및
    상기 유연 기판의 상기 제 2 영역에서 광센서를 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 광센서를 형성하는 단계는,
    상기 유연 기판의 상기 제 2 영역에서 제 5 전극을 형성하는 단계;
    상기 제 5 전극 상에 절연막을 형성하는 단계;
    상기 절연막 상에 서로 이격된 제 6 전극 및 제 7 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 제 6 전극과 상기 제 7 전극 사이에 광 흡수층을 형성하는 단계를 포함하는 유기 전자 소자의 제조 방법.

  11. 삭제
  12. 삭제
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