KR102379726B1 - 산을 이용한 후처리에 기반하는 전자소자의 제조방법 - Google Patents

산을 이용한 후처리에 기반하는 전자소자의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자소자의 제조방법에 관한 것으로서, 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법은 기판 상에 전극을 형성하는 단계 및 전극이 형성된 기판에 벤조산(benzoic acid)을 이용한 후처리를 수행하는 단계를 포함한다.

Description

산을 이용한 후처리에 기반하는 전자소자의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING OF ELECTRONIC DEVICE BASED ON POST-TREATMENT USING ACID}
본 발명은 전자소자의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산을 이용한 후처리가 수행된 전극을 구비하는 전자소자의 제조방법에 관한 것이다.
플렉시블 전자소자는 형태의 변형을 통해 공간 활용성을 높일 수 있고, 얇고 가벼우며 깨지지 않다는 장점으로 인해 최근 많은 연구가 진행되고 있다.
특히 플렉시블 전자소자에 구비되는 플렉시블 전극에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는데, 기존 ITO 전극은 굽히거나 휘어질 때 발생하는 크랙 현상으로 인하여 플렉시블 소자에 적용하기가 어렵다. 따라서 ITO 전극을 대체할 수 있는 새로운 플렉시블 전극에 대한 연구가 요구된다.
차세대 플렉시블 전극으로서 연구되고 있는 은(Ag) 나노와이어는 우수한 광학적 특성, 유연성과 높은 전도도를 가지고 있어서 투명 전극 소재로 각광 받고 있다. 하지만 은 나노와이어를 사용한 전극은 헤이즈 현상이 발생되어 디스플레이 소자에 사용하기 어렵고, 표면 거칠기가 좋지 않기 때문에 높은 암전류가 나타나 광전자 소자에 적용하기에는 효율성이 낮다는 단점이 있다.
CNT(carbon nanotube) 전극의 경우는 우수한 기계적 강도, 강성, 열과 전기 전도도, 낮은 밀도를 가지고 있어서 고분자, 탄소 섬유 및 금속의 장점을 두루 가지고 있는 이상적인 재료이다. 하지만 CNT는 각각 소자 특성에 맞게 CNT를 분리해내는 기술이 필요한데 CNT의 크기가 굉장히 작아 균일하게 분산하기가 어려워 분산을 위한 추가적인 방법을 필요로 한다는 단점이 있다.
이에, 전도성 고분자를 이용하여 전극을 형성하는 연구가 주목을 받고 있다. 전도성 고분자 전극은 주로 PEDOT:PSS 전극을 사용하는데, 전도성 고분자인 PEDOT:PSS는 낮은 전도도를 특성을 갖는다는 문제가 있다.
이를 해결하고자, PEDOT:PSS에 황산을 이용한 후처리를 수행하여 전도도를 4000 S/cm 수준까지 높이는 기술이 제안된 바가 있으나, 황산과 같은 강산을 이용한 후처리 공정은 기판의 손상과 잔여물로 인하여 소자의 수명이 단축 시킨다는 문제가 있다.
한국공개특허 제10-2017-0124674호, "과불소화산 처리된 전도성 고분자 박막의 제조방법 및 이의 용도"
본 발명은 벤조산을 이용한 후처리를 통해 기판의 손상 없이 전극의 전도도를 향상 시킬 수 있는 전자소자의 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 높은 전도도를 갖는 고효율의 플렉시블 투명 전극을 포함하는 전자소자의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법은 기판 상에 전극을 형성하는 단계 및 전극이 형성된 기판에 벤조산(benzoic acid)을 이용한 후처리를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 기판은 유리(glass), PDMS(polydimethylsiloane), PEN(polyethlene naphthalate), PES(polyethersulfone) 및 PI(polyimide) 중 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 전극은 PEODT:PSS 전극일 수 있다.
일측에 따르면, PEODT:PSS 전극은 은(Ag) 나노 와이어, SCNT(single layer carbon nanotube), MCNT(multi layer carbon nanotube), DCNT(discrete carbon nanotube), BN, MoS2, MoTe2, WTe2, MoSe2, WS2, WSe2, 그래핀 및 그래핀옥사이드 중 적어도 하나의 물질과 혼합되어 형성될 수 있다.
일측에 따르면, 전극을 형성하는 단계는 바 코팅(bar coating), 스핀 코팅(spin coating) 및 스프레이 코팅(spray coating) 중 적어도 하나의 방법을 이용하여 기판 상에 전극을 형성할 수 있다.
일측에 따르면, 후처리를 수행하는 단계는 벤조산의 용매와 DMSO(dimethyl sulfoxide), EG(ethylene glycol), MeOH(methanol) 및 EtOH(ethylalcohol) 중 적어도 하나의 용매가 혼합된 용액을 이용하여 후처리를 수행할 수 있다.
일측에 따르면, 후처리를 수행하는 단계는 벤조산의 용액을 디핑(dipping) 또는 드로핑(dropping)하여 후처리를 수행할 수 있다.
일측에 따르면, 전극을 형성하는 단계는 전극이 형성된 기판을 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 후처리를 수행하는 단계는 후처리가 수행된 기판을 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 후처리를 수행하는 단계는 DMSO(dimethyl sulfoxide) 용액을 이용하여 후처리가 수행된 기판을 세정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 전자소자의 제조방법은 후처리가 수행된 기판 상에 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 및 음극을 순차적으로 적층 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 본 발명은 벤조산을 이용한 후처리를 통해 기판의 손상 없이 전극의 전도도를 향상 시킬 수 있다.
일실시예에 따르면, 본 발명은 높은 전도도를 갖는 고효율의 플렉시블 투명 전극을 포함하는 전자소자를 제조할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 내지 도 2e는 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법의 구현예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 후처리 공정의 수행에 따른 기판의 상태 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 후처리 공정이 수행된 전극의 투과도 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 6은 일실시예에 따른 후처리 공정이 수행된 전극의 면저항 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일실시예에 따른 후처리 공정이 수행된 전극의 AFM 분석 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일실시예에 따른 후처리 공정이 수행된 전극의 XPS 스펙트라 분석 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법을 통해 유기 발광소자를 형성하는 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일실시예에 따른 전자소의 제조방법을 통해 형성된 유기 발광소자의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다.
실시 예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
하기에서 다양한 실시 예들을 설명에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 다양한 실시 예들에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 문서에서, "A 또는 B" 또는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다.
"제1," "제2," "첫째," 또는 "둘째," 등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다.
어떤(예: 제1) 구성요소가 다른(예: 제2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.
본 명세서에서, "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, 하드웨어적 또는 소프트웨어적으로 "~에 적합한," "~하는 능력을 가지는," "~하도록 변경된," "~하도록 만들어진," "~를 할 수 있는," 또는 "~하도록 설계된"과 상호 호환적으로(interchangeably) 사용될 수 있다.
어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다.
예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or' 이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or' 를 의미한다.
즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다' 라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.
상술한 구체적인 실시 예들에서, 발명에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다.
그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 상술한 실시 예들이 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
한편 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 다양한 실시 예들이 내포하는 기술적 사상의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법은 벤조산을 이용한 후처리를 통해 기판의 손상 없이 전극의 전도도를 향상 시킬 수 있다.
또한, 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법은 높은 전도도를 갖는 고효율의 플렉시블 투명 전극을 포함하는 전자소자를 제조할 수 있다.
예를 들면, 일실시예에 따른 전자소자는 발광소자, 태양전지, 센서, 탐지기, 배터리, 압전 소자, 메모리, 멤리스터 및 시냅스 소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 일실시예에 따른 전자소자는 이에 한정되지 않고 플렉시블 투명 전극을 포함하는 다양한 광전자 소자, 플렉시블 소자 및 웨어러블 소자를 포함할 수 있다.
구체적으로, 110 단계에서 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법은 기판 상에 전극을 형성할 수 있다.
120 단계에서 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법은 전극이 형성된 기판에 대한 1차 열처리를 수행할 수 있다.
130 단계에서 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법은 전극이 형성된 기판에 벤조산(benzoic acid)을 이용한 후처리를 수행할 수 있다.
다시 말해, 130 단계에서 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법은 120 단계를 통해 열처리된 전극에 대하여 벤조산을 이용한 후처리를 수행할 수 있다.
한편, 130 단계에서 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법은 DMSO(dimethyl sulfoxide) 용액을 이용하여 후처리가 수행된 기판을 세정할 수 있다.
140 단계에서 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법은 130 단계를 통해 후처리가 수행된 기판에 대한 2차 열처리를 수행할 수 있다.
다시 말해, 140 단계에서 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법은 130 단계를 통해 세정된 전극 및 기판에 대한 2차 열처리를 수행할 수 있다.
150 단계에서 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법은 기판 상에 증착된 전극을 패터닝하여 플렉시블 투명 전극을 완성할 수 있다.
일실시예에 따른 전자소자의 제조방법은 이후 도 2a 내지 도 2e를 통해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2a 내지 도 2e는 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법의 구현예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 내지 도 2e를 참조하면, 210단계에서 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법은 기판(202) 상에 전극을 형성할 수 있다.
예를 들면, 기판(202)은 유리(glass), PDMS(polydimethylsiloane), PEN(polyethlene naphthalate), PES(polyethersulfone) 및 PI(polyimide) 중 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있으며, 전극은 PEODT:PSS 전극일 수 있다.
일측에 따르면, PEODT:PSS 전극은 은(Ag) 나노 와이어, SCNT(single layer carbon nanotube), MCNT(multi layer carbon nanotube), DCNT(discrete carbon nanotube), BN, MoS2, MoTe2, WTe2, MoSe2, WS2, WSe2, 그래핀 및 그래핀옥사이드 중 적어도 하나의 물질과 혼합되어 형성될 수 있다.
일측에 따르면, 210단계에서 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법은 바 코팅(bar coating), 스핀 코팅(spin coating) 및 스프레이 코팅(spray coating) 중 적어도 하나의 방법을 이용하여 기판(202) 상에 전극을 형성할 수 있다. 바람직하게는, 스핀 코팅을 통해 기판(202) 상에 전극을 형성할 수 있다.
220단계에서 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법은 전극(204)이 형성된 기판(202)을 열처리할 수 있다.
예를 들면, 220단계에서 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법은 전극(204)이 형성된 기판(202)에 대하여 140℃에서 20분간의 열처리 과정을 수행할 수 있다.
230단계에서 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법은 전극(204)이 형성된 기판(202)에 벤조산(benzoic acid)을 이용한 후처리를 수행할 수 있다.
일측에 따르면, 230단계에서 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법은 벤조산의 용매와 DMSO(dimethyl sulfoxide), EG(ethylene glycol), MeOH(methanol) 및 EtOH(ethylalcohol) 중 적어도 하나의 용매가 혼합된 용액을 이용하여 후처리를 수행할 수 있다.
또한, 230단계에서 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법은 벤조산의 용액을 디핑(dipping) 또는 드로핑(dropping)하여 후처리를 수행할 수 있으며, 230단계에서 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법은 벤조산의 용액을 PEDOT:PSS 용액과 혼합(mixing)하여 후처리를 수행할 수도 있으나, 바람직하게는, 벤조산의 용액을 디핑하여 후처리를 수행할 수 있다.
예를 들면, 230단계에서 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법은 220단계에서 열처리한 전극(204)을 벤조산 용매를 DMSO 용매에 녹인 용액에 넣은 후에 상온에서 60분간 디핑 처리를 수행할 수 있다.
230단계에서 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법은 스크리닝 효과(screening effect)로 인해 PEDOT(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene))와 PSS(poly(styrenesulfonate))의 쿨롱 힘(Coulomb force)을 낮추어 PEDOT과 PSS의 상 분리를 유도하고 벤조산의 양전하와 PSS의 음전하가 결합하면서 절연체인 PSS의 양이 감소하여 전도성을 띈 PEDOT이 응집하게 되면서 전도도가 향상될 수 있다.
다시 말해, 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법은 약산인 벤조산을 이용한 후처리 공정을 통해 기판의 손상 없이 고효율의 PEDOT:PSS 투명 전극을 형성할 수 있다.
230단계에서 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법은 DMSO(dimethyl sulfoxide) 용액을 이용하여 후처리가 수행된 기판(202)을 세정할 수 있다.
예를 들면, 230단계에서 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법은 DMSO 용액에 후처리가 수행된 기판(202)을 넣어 30분간 세척 공정을 진행할 수 있다.
240단계에서 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법은 후처리가 수행된 기판(202)을 열처리할 수 있다.
다시 말해, 240단계에서 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법은 기판(202) 및 기판(202) 상에 증착된 후처리된 전극(206)에 대하여 열처리를 수행할 수 있다.
예를 들면, 240단계에서 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법은 세정이 완료된 기판(202)과 후처리된 전극(206)에 대하여 140℃에서 20분간의 열처리 과정을 수행할 수 있다.
250단계에서 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법은 기판(202) 상에 증착 형성된 후처리된 전극(206)을 패터닝하여 플렉시블 투명 전극을 완성할 수 있다.
한편, 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법은 후처리가 수행된 기판 상에 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 및 음극을 순차적으로 적층 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다시 말해, 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법은 250단계를 통해 후처리된 전극(206)이 패터닝 되어 있는 기판(202) 상에 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 및 음극을 순차적으로 적층 형성하여 유기 발광소자를 형성할 수 있다.
예를 들면, 유기 발광소자는 후처리된 전극(206)을 양극으로 사용할 수 있으며, 1.2 Х 10-6 압력에서 열 증착을 통해 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 및 음극이 적층 형성될 수 있다.
한편, 유기 발광소자는 후처리된 전극(206)을 정공 수송층으로 사용할 수도 있다.
도 3은 일실시예에 따른 후처리 공정의 수행에 따른 기판의 상태 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 3의 (a)는 PEDOT:PSS 전극에 약산인 벤조산을 이용한 후처리를 수행하였을 때 PEN 기판의 상태 변화를 나타내고, 도 3의 (b)는 PEDOT:PSS 전극에 강산인 황산을 이용한 후처리를 수행하였을 때 PEN 기판의 상태 변화를 나타낸다.
도 3에 따르면, 벤조산을 이용하여 후처리를 진행하였을 때에는 기판에 아무런 손상이 없었으나, 황산을 이용하여 후처리를 진행하였을 때에는 기판의 손상이 확인 되었다.
도 4는 일실시예에 따른 후처리 공정이 수행된 전극의 투과도 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4의 참조부호 400은 후처리가 수행되지 않은 PEDOT:PSS 전극과, 벤조산을 이용한 후처리가 수행된 PEDOT:PSS 전극의 투과도 특성을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 후처리가 수행되지 않은 PEDOT:PSS 전극과 후처리가 수행된 PEDOT:PSS 전극 모두 가시광선 대역에서 80% 이상의 높은 투과도를 보이는 것을 확인 하였다. 즉, 일실시예에 따른 후처리 공정을 진행하더라도 PEDOT:PSS 전극의 투과도는 거의 감소되지 않았다.
다시 말해, 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법을 통해 수행되는 후처리 공정은 PEDOT:PSS 전극의 투과도 특성에 대한 손실 없이 전도도를 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.
도 5 내지 도 6은 일실시예에 따른 후처리 공정이 수행된 전극의 면저항 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5의 참조부호 500은 복수의 후처리 농도(0.1wt%, 0.5wt%, 1wt%, 5wt%, 10wt%)에 따른 PEDOT:PSS 전극의 면저항을 나타낸다.
또한, 도 6의 (a)는 벤조산을 10wt%의 농도로 후처리 하였을 때 PEDOT:PSS 전극의 면저항을 나타내고, 도 5의 (b)는 아세트산(acetic acid) 을 10wt%의 농도로 후처리 하였을 때 PEDOT:PSS 전극의 면저항을 나타낸다.
도 5를 참조하면, 후처리가 수행되지 않은 PEDOT:PSS 전극의 면저항은 150Kohm/sp으로 나타났고, 벤조산의 농도가 높아질수록 면저항이 감소되는 것으로 나타났으며, 특히, 10wt%의 농도로 처리했을 때 면저항이 212ohm/sq로 최소가 되는 것으로 나타났다.
다시 말해, 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법은 5wt% 내지 10wt% 농도의 벤조산을 이용한 후처리를 진행하여, PEDOT:PSS 전극의 전도도를 극대화할 수 있음을 확인할 수 있었다.
도 6을 참조하면, 아세트산으로 후처리를 진행한 PEDOT:PSS 전극은 면저항이 283ohm/sq으로 감소하고, 벤조산으로 후처리를 진행한 PEDOT:PSS 전극은 면저항이 212ohm/sq으로 감소한 것으로 나타났다.
즉, 약산인 아세트산으로 후처리를 진행한 경우에도 면저항이 낮아져서 전도도가 향상될 수 있으나, 아세트산 보다 벤조산으로 후처리를 진행한 경우에 전도도 특성이 더 많이 향상되는 것을 확인할 수 있었다.
도 7은 일실시예에 따른 후처리 공정이 수행된 전극의 AFM 분석 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 7의 (a)는 후처리가 수행되지 않은 PEDOT:PSS 전극의 표면에 대한 AFM(atomic force microscope) 이미지를 나타내고, 도 7의 (b)는 벤조산을 이용한 후처리가 수행된 PEDOT:PSS 전극의 표면에 대한 AFM 이미지를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 후처리가 수행되지 않은 PEDOT:PSS 전극의 표면 거칠기 값은 0.87이고, 벤조산을 이용한 후처리가 수행된 PEDOT:PSS 전극의 표면 거칠기 값은 1.59로 증가하였음을 확인할 수 있었다.
이러한 표면 거칠기의 증가는 PEDOT:PSS 전극의 PSS가 제거되어 스크리닝 효과로 인하여 PEDOT과 PSS간의 쿨롱 힘이 약해지면서 PEDOT 간의 응집으로 인한 것으로 분석된다.
도 8은 일실시예에 따른 후처리 공정이 수행된 전극의 XPS 스펙트라 분석 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 8의 참조부호 800은 후처리가 수행되지 않은 PEDOT:PSS 전극과, 벤조산을 이용한 후처리가 수행된 PEDOT:PSS 전극에 대한 XPS 스펙트라 분석 결과를 나타낸다.
도 8을 참조하면, 벤조산을 이용한 후처리가 수행된 PEDOT:PSS 전극의 168eV 부근의 결합에너지는 PSS의 황 원자 피크치(sulfur atom peak)를 나타내고, 163 eV 부근의 결합에너지는 PEDOT의 황 원자 피크치를 나타낸다.
구체적으로, 참조부호 800의 XPS 스펙트라를 살펴보면, 후처리가 수행된 PEDOT:PSS 전극의 PEDOT 피크의 세기가 후처리가 수행되지 않은 PEDOT:PSS 전극의 PEDOT 피크의 세기 보다 높은 것을 확인할 수 있었다.
이는 PSS가 제거되어 후처리가 수행된 PEDOT:PSS 전극의 PEDOT의 함량 증가함에 따른 결과로 확인되며, 절연체인 PSS가 제거되면서 전도성인 PEDOT 간의 응집으로 인하여 전도도가 향상됨을 의미한다.
도 9는 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법을 통해 유기 발광소자를 형성하는 예시를 설명하기 위한 도면이다.
다시 말해, 도 9는 도 1 내지 도 8를 통해 설명한 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법을 통해 유기 발광소자를 형성하는 예시를 설명하는 도면으로, 이후 도 9를 통해 설명하는 내용 중 도 1 내지 도 8을 통해 설명한 내용과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 9를 참조하면, 일실시예에 따른 전자소자의 제조방법을 통해 형성되는 유기 발광소자(900)는 기판(910), 양극(920), 정공 주입층(930), 정공 수송층(940), 발광층(950), 전자 수송층(960), 전자 주입층(970) 및 음극(980)이 순차적으로 적층 형성될 수 있다.
구체적으로, 양극(920)은 PEDOT:PSS 물질을 기판(910) 상에 증착하고, 기판(910) 상에 증착된 PEDOT:PSS 물질에 대하여 벤조산(benzoic acid)을 이용한 후처리를 수행함으로써 형성될 수 있다.
정공 주입층(930)은 HAT-CN(hexaaza-triphenylene-hexacarbon nitrile), MTDATA(4,4',4"-tris(3-methylphenylphenylamino)triphenylamine), CuPc(copper phthalocyanine) 및 PEDOT:PSS 중 적어도 하나의 물질을 포함하고, 5nm의 두께로 증착 형성될 수 있다.
정공 수송층(940)은 NPB,
Figure 112020023246092-pat00001
, TPD, Spiro-TPD, Spiro-NPB, DMFL-TPD, DMFL-NPB, DPFL-TPD, DPFL-NPB, α-NPD, Spiro-TAD, BPAPF, NPAPF, NPBAPF, Spiro-2NPB, PAPB, 2,2'-Spiro-DBP, Spiro-BPA, TAPC, Spiro-TTB,
Figure 112020023246092-pat00002
, HMTPD,
Figure 112020023246092-pat00003
, α-TNB,
Figure 112020023246092-pat00004
, PEDOT:PSS, PVK, WO3, NiO2, Mo 및 MoO3 중 적어도 하나의 물질을 포함하고, 40nm의 두께로 증착 형성될 수 있다.
발광층(950)은 mCP:Firpic, Alq3, CBP:Ir(ppy)3, mCP:Ir(bt)2(acac), CBP:Rubrene 및 Alq3:PtOEP 중 적어도 하나의 물질을 포함하고, 30nm의 두께로 증착 형성될 수 있다.
전자 수송층(960)은 C60, C70, PCBM(C60), PCBM(C70), PCBM(C75), PCBM(C80), Liq, TPBi, PBD, BCP, Bphen, BAlq, Bpy-OXD, BP-OXD-Bpy, TAZ, NTAZ, NBphen, Bpy-FOXD, OXD-7, 3TPYMB, 2-NPIP, PADN, HNBphen, POPy2, BP4mPy, TmPyPB 및 BTB 중 적어도 하나의 물질을 포함하고, 30nm의 두께로 증착 형성될 수 있다.
전자 주입층(970)은 LiF, NaCl, CsF, Li2O, BaO 및 Liq 중 적어도 하나의 물질을 포함하고, 0.5nm 두께로 형성될 수 있다.
음극(980)은 Al, Au, Ag, Cu, Pt, W, Ni, Zn, Ti, Zr, Hf, Cd, Pd, 그래핀, SWCNT(single walled carbon nanotube), DWCNT(double walled CNT), MWCNT(multi walled CNT), C60 중 적어도 하나의 물질을 포함하고, 100nm 두께로 형성될 수 있다.
한편, 발광층(950)은 제1 발광층 및 제1 발광층 상에 형성되는 제2 발광층으로 구성될 수 있다.
또한, 제1 발광층 및 제2 발광층은 서로 다른 물질로 이루어져 온/오프(on/off) 상태에 따라 발광층(850)의 광량 및 색이 제어되고, 온/오프 상태에 따른 큰 광량 차이를 얻지 못할 경우, 발광층(850)의 색 제어를 통해 데이터를 검출할 수 있다.
예를 들면, 제1 발광층은 mCP:Firpic, Alq3 및 CBP:Ir(ppy)3 중 적어도 하나의 물질을 포함하고, 제2 발광층은 mCP:Ir(bt)2(acac), CBP:Rubrene 및 Alq3:PtOEP 중 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
구체적으로, 발광층(950)은 제1 발광층과 제2 발광층이 서로 상이한 물질로 되어, 유기 발광소자(900)가 오프 상태일 경우에는 주로 제2 발광층에서 광량을 나타내고, 온 상태일 경우에는 오프 상태의 제2 발광층에서 나타내는 광량에 더해 제1 발광층에서 나타내는 추가적인 광량이 합쳐진 색이 발광되어, 발광층(950)의 색을 용이하게 제어할 수 있다.
즉, 유기 발광소자(900)는 두 개의 발광층(제1 발광층, 제2 발광층)을 구비함으로써, 멀티레벨의 색을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 유기 발광소자(900)는 두 개의 발광층(제1 발광층, 제2 발광층)을 이용하기 때문에, 온/오프 상태가 낮은 휘도 차이를 갖더라도 색 변화를 정확하게 검출할 수 있다.
또한, 유기 발광소자(900)는 데이터를 읽고 전송하는 경우, 온/오프 상태 변화를 색 변화로 검출하여 데이터를 병렬 처리할 수 있다.
또한, 유기 발광소자(900)는 소자의 읽기 전압에 따라 두 개의 발광층(제1 발광층, 제2 발광층)에서 생성되는 각각의 광량이 달라지기 때문에, 읽기 전압의 변화에 따라 각각 다른 색을 표현할 수 있어 다중 준위 메모리로 적용할 수 있다.
도 10은 일실시예에 따른 전자소의 제조방법을 통해 형성된 유기 발광소자의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 10의 (a)는 벤조산을 이용한 후처리가 수행되지 않은 PEDOT:PSS 물질을 포함하는 유기 발광소자와 벤조산을 이용한 후처리가 수행된 PEDOT:PSS 물질을 포함하는 유기 발광소자의 전류밀도(current density) 특성을 나타내고, 도 10의 (b)는 벤조산을 이용한 후처리가 수행되지 않은 PEDOT:PSS 물질을 포함하는 유기 발광소자와 벤조산을 이용한 후처리가 수행된 PEDOT:PSS 물질을 포함하는 유기 발광소자의 휘도(luminance) 특성을 나타낸다.
도 10을 참조하면, 후처리가 수행되지 않은 PEDOT:PSS 물질을 사용하였을 경우 최대 전류 밀도는 10V에서 5 mA/cm2로 나타나고, 후처리가 수행된 PEDOT:PSS 물질을 사용하였을 경우 최대 전류 밀도는 10V에서 67 mA/cm2로 나타났다.
즉, 후처리가 수행된 PEDOT:PSS 물질을 사용한 경우에 PEDOT:PSS 물질을 사용하지 않았을 경우 보다 PEDOT:PSS 물질의 전류밀도가 약 13배 증가한 것을 확인할 수 있었다.
또한, 후처리가 수행되지 않은 PEDOT:PSS 물질을 사용하였을 경우 최대 휘도는 10 V에서 약 1400 cd/m2로 나타나고, 후처리가 수행된 PEDOT:PSS 물질을 사용하였을 경우 최대 휘도는 10 V에서 약 14700 cd/m2로 나타났다.
즉, 후처리가 수행된 PEDOT:PSS 물질을 사용한 경우에 PEDOT:PSS 물질을 사용하지 않았을 경우 보다 PEDOT:PSS 물질의 휘도가 약 14배 증가한 것을 확인할 수 있었다.
결국 본 발명을 이용하면, 벤조산을 이용한 후처리를 통해 기판의 손상 없이 전극의 전도도를 향상 시킬 수 있다.
또한, 높은 전도도를 갖는 고효율의 투명 전극을 구비하는 전자소자를 제조할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
110: 전극 형성 단계
120: 전극이 형성된 기판에 대한 1차 열처리 단계
130: 벤조산을 이용한 후처리 단계
140: 후처리가 수행된 기판에 대한 2차 열처리 단계
150: 전극에 대한 패터닝 단계

Claims (10)

  1. 기판 상에 전극을 형성하는 단계;
    상기 전극이 형성된 기판에 5wt% 내지 10wt% 농도의 벤조산(benzoic acid)을 이용한 후처리를 수행하는 단계 및
    상기 후처리가 수행된 기판 상에 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 및 음극을 순차적으로 적층하여 유기 발광소자를 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 유기 발광소자를 형성하는 단계는,
    제1 발광층 및 상기 제1 발광층 상에 형성되는 제2 발광층을 포함하는 상기 발광층을 형성하되, mCP:Firpic, Alq3 및 CBP:Ir(ppy)3 중 적어도 하나의 물질을 이용하여 상기 제1 발광층을 형성하고, mCP:Ir(bt)2(acac), CBP:Rubrene 및 Alq3:PtOEP 중 적어도 하나의 물질을 이용하여 상기 제2 발광층을 형성하는
    전자소자의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 후처리를 수행하는 단계는,
    상기 벤조산의 용매와 DMSO(dimethyl sulfoxide), EG(ethylene glycol), MeOH(methanol) 및 EtOH(ethylalcohol) 중 적어도 하나의 용매가 혼합된 용액을 이용하여 상기 후처리를 수행하는 것을 특징으로 하는
    전자소자의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 후처리를 수행하는 단계는,
    상기 벤조산의 용액을 디핑(dipping) 또는 드로핑(dropping)하여 상기 후처리를 수행하는 것을 특징으로 하는
    전자소자의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전극을 형성하는 단계는,
    상기 전극이 형성된 기판을 열처리하는 단계를 더 포함하고,
    상기 후처리를 수행하는 단계는,
    상기 후처리가 수행된 기판을 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    전자소자의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 후처리를 수행하는 단계는,
    DMSO(dimethyl sulfoxide) 용액을 이용하여 상기 후처리가 수행된 기판을 세정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    전자소자의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 유리(glass), PDMS(polydimethylsiloane), PEN(polyethlene naphthalate), PES(polyethersulfone) 및 PI(polyimide) 중 적어도 하나의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는
    전자소자의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전극은 PEODT:PSS 전극인 것을 특징으로 하는
    전자소자의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 PEODT:PSS 전극은 은(Ag) 나노 와이어, SCNT(single layer carbon
    nanotube), MCNT(multi layer carbon nanotube), DCNT(discrete carbon nanotube), BN, MoS2, MoTe2, WTe2, MoSe2, WS2, WSe2, 그래핀 및 그래핀옥사이드 중 적어도 하나의 물질과 혼합되어 형성되는 것을 특징으로 하는
    전자소자의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전극을 형성하는 단계는,
    바 코팅(bar coating), 스핀 코팅(spin coating) 및 스프레이 코팅(spray coating) 중 적어도 하나의 방법을 이용하여 기판 상에 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는
    전자소자의 제조방법.
  10. 삭제
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