KR20100090318A - 저전압 고효율 유기 전자 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

저전압 고효율 유기 전자 소자 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20100090318A
KR20100090318A KR1020090009506A KR20090009506A KR20100090318A KR 20100090318 A KR20100090318 A KR 20100090318A KR 1020090009506 A KR1020090009506 A KR 1020090009506A KR 20090009506 A KR20090009506 A KR 20090009506A KR 20100090318 A KR20100090318 A KR 20100090318A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
organic
layer
electronic device
electrode
ferroelectric
Prior art date
Application number
KR1020090009506A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101092032B1 (ko
Inventor
이준엽
전순옥
육경수
주철웅
Original Assignee
단국대학교 산학협력단
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 단국대학교 산학협력단 filed Critical 단국대학교 산학협력단
Priority to KR1020090009506A priority Critical patent/KR101092032B1/ko
Publication of KR20100090318A publication Critical patent/KR20100090318A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101092032B1 publication Critical patent/KR101092032B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K77/00—Constructional details of devices covered by this subclass and not covered by groups H10K10/80, H10K30/80, H10K50/80 or H10K59/80
    • H10K77/10—Substrates, e.g. flexible substrates
    • 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
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02282—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process liquid deposition, e.g. spin-coating, sol-gel techniques, spray coating
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/14—Carrier transporting layers
    • H10K50/15—Hole transporting layers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/14—Carrier transporting layers
    • H10K50/16—Electron transporting layers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/80—Constructional details
    • H10K50/805—Electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K2102/00—Constructional details relating to the organic devices covered by this subclass
    • H10K2102/301—Details of OLEDs
    • H10K2102/351—Thickness

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (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)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 강유전성 유기물질 포함층을 포함하는 유기 전자 소자에 관한 발명으로서, 본 발명에 따르면, 강유전성 유기물질 포함층을 포함함으로써, 기존의 유기 전자 소자의 문제점인 높은 구동전압 및 낮은 효율의 문제점을 제거할 수 있는 유기 전자 소자를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판;　기판 상에 형성되는 제1전극; 제1전극과 마주하여 형성되는 제2전극; 제1전극 및 상기 제2전극 중 어느 한 전극 측면에 형성되는 유기물층; 및 제1전극 및 상기 제2전극 중 어느 한 전극 측면에 형성되는, 강유전성 유기물질 포함층;을 포함하는 유기 전자 소자로서, 소자의 구동전압을 낮추고, 효율을 증가시키고, 소비전력을 감소시킬 수 있는 유기 전자 소자를 제공할 수 있다
유기 전자 소자, 유기 전계 발광 소자, 유기 태양 전지, 유기 메모리, 유기 트랜지스터, 강유전성 유기물질, 구동전압, 소자특성

Description

저전압 고효율 유기 전자 소자 및 그 제조방법 {Organic Electronic Device with Low Driving Voltage and High Efficiency and Method for Preparing the Same}
본 발명은 유기 전자 소자의 낮은 구동 전압 특성 및 높은 효율 구현을 위하여 강유전성 유기물질 포함층을 유기층과 조합하여 구현하는 유기 전자 소자에 관한 발명이다.　
본 발명은 저전압 및 고효율 유기 전자 소자로서 기존의 유기 전자 소자의 구동전압을 낮추고, 효율을 증가시키기 위한 것이다. 유기 전자 소자는 소비전력을 낮추기 위한 기술이 필수적으로 요구되고 있으며, 소비전력을 낮추기 위하여 구동전압을 낮추고 효율을 증가시키기 위한 많은 기술들이 개발되어 왔다. 구동전압을 낮추기 위하여 다양한 새로운 유기물질이 개발되어 왔으며, 최근에는 구동전압을 낮추기 위한 대표적인 기술로서 정공수송물질 또는 전자수송물질을 p 형 또는 n 형 도펀트를 도핑하는 도핑 기술이 개발되어 왔다.　 그러나 이러한 도핑 기술들은 공정의 조절이 매우 어려우며 데이터의 재현성을 확보하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 기존의 유기 전자 소자가 갖는 높은 구동 전압 및 낮은 효율의 문제점을 해결하기 위하여 용액코팅 및 진공증착의 기존 유기막 형성기술로 층의 형성이 가능한 강유전성 유기물질을 사용함으로써, 기존의 도펀트를 이용한 유기 전자 소자 생산 공정 문제점인 공정 조절의 어려움과 데이터의 재현성 확보의 어려움을 해결하고, 용액코팅 또는 진공증착에 의해 용이하게 제조할 수 있으며, 전극과 유기물 사이의 에너지 장벽을 낮춤에 의해 낮은 구동전압을 구현할 수 있고, 고효율을 구현할 수 있는 강유전성 유기물질을 포함하는 유기 전자 소자를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기판;　상기 기판 상에 형성되는 제1전극; 상기 제1전극과 마주하여 형성되는 제2전극; 상기 제1전극 및 상기 제2전극 중 어느 한 전극 측면에 형성되는 유기물층; 및 상기 제1전극 및 상기 제2전극 중 어느 한 전극 측면에 형성되는, 강유전성 유기물질 포함층;을 포함하는 유기 전자 소자가 제공될 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 유기 전자 소자는 상기 강유전성 유기물질 포함층이 상기 유기물층;과 상기 제1전극 및 상기 제2전극 중 어느 한 전극; 사이에 형성될 수 있고, 또는 상기 강유전성 유기물질 포함층이 상기 유기물층의 내부에 형성될 수 있다.
여기서, 상기 유기물층은 유기 발광층, 유기 광활성층, 유기 메모리 활성층 및 유기 트랜지스터 활성층 중 어느 한 유기물층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 강유전성 유기물질은 폴리비닐리덴 플루오라이드, 비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌 공중합체, 비닐리덴 플루오라이드-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 비닐리덴 플루오라이드-비닐 플루오라이드 공중합체, 폴리비닐리덴 시아나이드, 비닐리덴 시아나이드-비닐 아세테이트 공중합체, 폴리아크릴로니트릴, 방향족폴리아미드, 폴리우레탄, 나일론7, 나일론11 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 강유전성 유기물질은 벤질티오우레아, 타난, 페나진클로로아닐릭액시드, 스크아릭 액시드, 트리클로로아세틱아미드, 페난트렌 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수도 있다.
다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 강유전성 유기물질 포함층의 두께가 0.1nm 내지 50nm일 수 있다.
또 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 유기 전기 소자는 유기 전계 발광 소자, 유기 태양 전지 소자, 유기 메모리 소자 및 유기 트랜지스터 소자 중 어느 하나일 수 있다.
또 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 유기 전자 소자에 포함된 유기물층이 유기 발광층을 포함할 수 있다. 　여기서, 상기 유기물층이 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층 및 전자 주입층 중 하나 이상의 층을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 정공 수송층이 방향족 아민계 화합물, 카바졸계 화합물 및 이 들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 전자 수송층이 유기 금속 착체, 스피로플루오렌계 화합물, 옥사디아졸계 화합물, 페난트롤린계 화합물, 트리아진계 화합물, 트리아졸계 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 유기 발광층이 인광 도펀트; 및 호스트로서, 정공 수송 물질, 전자 수송 물질 및 이들의 혼합물 중 어느 하나의 물질;을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 인광 도펀트가 비스티에닐피리딘 아세틸아세토네이트 이리듐, 비스(벤조티에닐피리딘) 아세틸아세토네이트 이리듐, 비스(2-페닐벤조티아졸) 아세틸아세토네이트 이리듐, 비스(1-페닐이소퀴놀린) 이리듐 아세틸아세토네이트, 트리스(1-페닐이소퀴놀린)이리듐, 트리스(2-페닐피리딘)이리듐 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 기판상에 제1전극을 형성하는 단계; 제1전극 상에 유기층을 형성하는 단계; 및 상기 유기층 상에 제2전극을 형성하는 단계;를 포함하는 유기 전자 소자의 제조 방법에 있어서, 상기 유기층을 형성하는 단계의 전 또는 상기 유기층을 형성하는 단계 중에 용액코팅 또는 진공증착을 이용하여 상기 제1전극 상 또는 상기 유기층 내부에 강유전성 유기물질 포함층을 형성하는 단계를 포함하는 유기 전자 소자의 제조 방법이 제공될 수 있다.
본원 발명에 의한 유기 전자 소자의 제조방법에서 상기 강유전성 유기물질은 폴리비닐리덴 플루오라이드, 비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌 공중합체, 비닐리덴 플루오라이드-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 비닐리덴 플루오라이드-헥 사플루오로프로필렌 공중합체, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 비닐리덴 플루오라이드-비닐 플루오라이드 공중합체, 폴리비닐리덴 시아나이드, 비닐리덴 시아나이드-비닐 아세테이트 공중합체, 폴리아크릴로니트릴, 방향족폴리아미드, 폴리우레탄, 나일론7, 나일론11 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.
또한, 본원 발명에 의한 유기 전자 소자의 제조방법에서 상기 강유전성 유기물질은 벤질티오우레아, 타난, 페나진클로로아닐릭액시드, 스크아릭 액시드, 트리클로로아세틱아미드, 페난트렌 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수도 있다.
다른 바람직한 실시예에 의하면, 본원 발명에 의한 유기 전자 소자의 제조방법에서 상기 강유전성 유기물질 포함층의 두께가 0.1nm 내지 50nm일 수 있다.
또 다른 바람직한 실시예에 의하면, 본원 발명에 의한 유기 전자 소자의 제조방법에서 상기 용액코팅에서 용액의 농도가 0.01중량% 내지 10중량%일 수 있다.
또 다른 바람직한 실시예에 의하면, 본원 발명에 의한 유기 전자 소자의 제조방법에서 상기 용액코팅은 딥코팅, 스핀코팅 및 롤코팅 중 어느 하나일 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 강유전성 유기물질 포함층을 사용함으로써 낮은 구동전압 및 높은 효율을 구현하여 소비전력을 낮춘 유기 전자 소자를 제공할 수 있다.
　또한, 강유전성 유기물질 포함층을 이용함으로써, 기존의 유기 전자 소자의 문제점인 공정 조절의 어려움 및 데이터 재현성 확보의 어려움 등을 해결하여 안정적인 유기 전자 소자를 제공할 수 있다.
또한 종래의 용액코팅법과 진공증착법으로 제작할 수 있는 강유전성 유기물질 포함층을 포함하는 구동 전압이 낮고 높은 효율을 갖는 유기 전자 소자의 제조방법을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 유기 전자 소자의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하되, 첨부도면을 참조함에 있어서 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 이하에서 사용될 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 "형성되어" 있다거나 "적층되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 표면 상의 전면 또는 일면에 직접 부착되어 형성되어 있거나 또는 적층되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 더 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 본 발명에 따른 유기 전자 소자의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기에 앞서 유기 전자 소자의 일반적인 특성에 대해서 먼저 설명하기로 한다.
　도 1은 종래 기술에 따른 유기 전자 소자의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다. 유기 전자 소자(100)는 기판(101), 한 쌍의 전극인 제1전극(103), 제2전극(107), 및 유기층(105)으로 구성되며, 유기층(105)의 역할에 따라 유기 전계 발광 소자, 유기 태양 전지 소자, 유기 메모리 소자 또는 유기 트랜지스터 소자 등으로 사용될 수 있다.
도 1을 참조하여 유기 전자 소자를 종류에 따라 그 작동 원리를 설명한다.
유기 전계 발광 소자의 경우, 반도체 성질을 띠는 유기물 또는 공액 고분자를 발광 소재로 사용한 박막인 유기층(105)을 투명전극인 ITO(indium tin oxide) anode(103)와 Ca, Mg:Ag 합금 등과 같이 낮은 일함수를 가지는 cathode(107) 사이에 놓고 각각의 전극을 통해 주입된 전자(electron)와 정공(hole)이 유기물층(105)인 유기발광층 내에서 재결합(recombination)하여 여기자(excition)을 형성한고 이렇게 형성된 여기자의 radiative decay에 의해 특정 파장의 빛을 발생한다. 이때 전자와 정공의 원활한 주입은 소자의 구동과 수명에 직접적으로 영향을 미치며, 또한 소자의 발광 효율에도 영향을 미친다. 따라서 소자의 높은 발광 효율을 위해선 전자와 정공이 원활하게 주입되어야 하며, 유기 발광층(105) 내에서 주입된 전자와 정공의 재결합이 이뤄져야 한다. 정공과 전자의 주입을 용이하게 하기 위해 정공주 입 및 전달층과 전자 주입 및 전달층의 도입, 또는 도펀트의 도입이 필요하지만, 이러한 다층구조의 제작에는 많은 제약이 있다.
　유기 태양 전지 소자의 경우, 유기 태양 전지의 유기 광활성층(105)에 광을 쬐어주면, donor 물질에서 광을 흡수하여 여기 상태의 전자－정공 쌍(exciton)이 형성된다. 이 exciton은 임의 방향으로 확산하다가 acceptor 물질과의 계면(interface)을 만나면 전자와 정공으로 분리된다. 즉, 계면에서 전자는 전자 친화도가 큰 acceptor 물질 쪽으로 이동하고 정공은 donor 쪽에 남아 각각의 전하 상태로 분리된다. 이들은 양쪽 전극의 일함수 차이로 형성된 내부 전기장과 쌓여진 전하의 농도 차에 의해 전자는 음극(107)으로 이동하고 정공은 양극(103)로 이동하여 수집되며 최종적으로 외부 회로를 통해 전류의 형태로 흐르게 된다. 이 현상을 광기전력 효과(photovoltaic effect)라고 한다.
유기 메모리 소자의 경우, 유기 메모리 소자는 대부분의 경우 두 개의 전극(103, 107) 사이에 유기 메모리 활성층(105)이 박막 형태(Metal-Organic-Metal, MOM 구조)로 삽입되어 있는 구조로 되어 있다. 유기 메모리 활성층의 유기물은 탄소, 수소, 산소 등으로 이루어진 물질(π-전자의 공액이 없는 한)로서 대개는 전기를 잘 통하지 않는 부도체에 가까운 물질로 알려져 있다. 이러한 물질을 이용하여 MOM 구조를 제작하여 전기적 특성을 조사해 보면 전압에 따라 전류가 비선형적으로 증가하는 특성을 보이게 된다. 비휘발성 유기 메모리 소자가 되기 위해서는 일정 크기의 전압 하에서 저항이 큰 상태에서 작은 상태(또는 그 반대로)로 짧은 시간 동안에 전이가 일어나야 하고(쓰기, Writing) 전이가 일어난 후에는 전원을 차단하 더라도 그 상태가 계속 유지되어야 한다. 이때 저항이 큰 상태를 ‘꺼진’ 상태(off state) 또는 ‘0’ 상태라고 하고, 저항이 작은 상태를 ‘켜진’ 상태(on state) 또는 ‘1’ 상태라고 한다. 또한 ‘켜진’ 상태는 적절한 방법을 통하여 다시 ‘꺼진’ 상태로 되돌릴 수 있어야 한다(지우기, Erasing). 또한, 안정성 있는 메모리 소자로 사용되어지기 위해서는 쓰기-읽기-지우기-읽기 Write-Read-Erase-Read, WRER) 사이클의 반복수가 상당히 (>106 cycle) 커야 하고, 각 단계에서 안정한 전기적 특성을 보여야 한다.
유기 트랜지스터 소자의 경우, 소스와 드레인, 게이트에 전압을 인가하지 않으면 유기 트랜지스터 활성층의 유기물 반도체 내의 전하들은 모두 반도체 내에 고루 퍼져 있게 된다.　 이때 소스와 드레인 사이에 전압을 인가하여 전류를 흘리면 낮은 전압 하에서는 전압에 비례하는 전류가 흐르게 된다. 여기에 만약 게이트에 양의 전압을 인가하고 소스와 드레인에 전압을 인가하면 전도 가능한 전하 운반자가 줄어들기 때문에 낮은 전류의 양이 흐르게 된다. 반대로 게이트에 음의 전압을 인가하고 소스와 드레인에 전압을 인가하여 전류를 측적하면 전도 가능한 전하 운반자가 증가하기 때문에 많은 전류가 흐르게 된다. 따라서 소스와 드레인 사이에 전압을 인가한 상태에서 게이트에 양의 전압과 음의 전압을 교대로 인가하여 줌으로써 소스와 드레인 사이에 흐르는 전류의 양을 제어 할 수 있다. 이 전류량의 비를 점멸비(on/off ratio)라 한다. 우수한 성능의 트랜지스터 소자가 되기 위해서는 이 점멸비가 커야 한다.
한편, 유기 전자 소자는 휴대하며 사용할 경우가 많고 또한 절전형이 요구됨에 따라 낮은 소비전력을 구현하기 위하여 정공과 전자의 주입을 원활히 하여 구동전압을 낮추고 효율을 증가시키는 것이 요구된다. 최근에는 구동전압을 낮추기 위한 대표적인 기술로서 정공수송물질 또는 전자수송물질을 p 형 또는 n 형 도펀트를 도핑하는 도핑 기술이 개발되어 왔다.　 그러나 이러한 도핑 기술들은 공정의 조절이 매우 어려우며 데이터의 재현성을 확보하기 어려운 문제점이 있다.
도 2는 종래의 유기 전자 소자의 한 종류인 유기 전계 발광 소자의 개략도이다.
유기 전계 발광 소자(200)는 기판(201)상에 형성되는 제1전극(203)과 제2전극(211) 사이에, 적어도 하나의 유기 발광층(207)을 포함하는 단층 또는 복수층으로 이루어진 유기 화합물 막인 유기층(220)을 갖는 유기 전자 소자이다. 단층형인 경우 기판(201), 양극(203), 음극(211) 그리고 양극(203)과 음극(211)사이에 유기 발광층(207)이 포함되며, 다층형 유기 전자 소자는 양극(203)과 음극(211)사이에 정공 수송층(205), 유기 발광층(207), 전자 수송층(209)을 구성물질의 종류 및 특성에 따라 적절하게 조합하여 2층 이상을 적층시킨 것이 있다. 한편, 상기 다층형의 경우에 유기물 또는 유기금속착체, 금속염 등의 정공 주입층, 전자 저지층, 정공 저지층, 전자 주입층 등을 추가로 적층할 수 있다.
양극(203)으로부터 정공을 주입하는 층을 정공 주입층, 정공 주입층으로부터 정공을 수취하여 발광층(207)까지 정공을 수송하는 층을 정공 수송층(205)이라 부르며, 전자의 정공 수송층으로의 이동을 막는 전자 저지층을 유기발광층(207)과 정 공 수송층(205) 사이에 형성시킬 수도 있다. 또한 필요에 따라서 정공 주입층과 정공 수송층을 따로 구분하지 않고 정공의 주입과 수송을 동시에 할 수 있는 재료를 선택할 수도 있다.
마찬가지로, 음극(211)으로부터 전자를 주입하는 층을 전자 주입층(209), 전자 주입층(209)으로부터 전자를 수취하여 발광층(207)까지 전자를 수송하는 층을 전자 수송층(209)이라 부른다. 정공의 전자 수송층(209)으로의 이동을 막는 정공 저지층을 유기발광층(207)과 전자 수송층(209) 사이에 형성시킬 수도 있다.
유기　발광층(207)은 정공과 전자가 재결합을 통해 빛을 발생시키는 층으로 단독 또는 2~5 가지의 물질로 구성될 수 있다. 2 물질 이상으로 유기 발광층을 구성할 경우, 발광재료의 역할에 따라 막의 주된 구성 재료를 호스트라 하며, 다른 화합물(들)을 도판트라 불린다. 발광파장에 따라 청색, 녹색, 적색 또는 이를 혼합 내지 발광층을 2층 이상 형성시켜 백색의 발광을 얻을 수도 있다. 상기 각 층은 재료의 에너지 준위, 내열성, 유기 화합물막 또는 금속 전극과의 밀착성 등의 각 요인에 의해 선택되어 사용된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전자 소자를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전자 소자(300)는 기판(301);　기판 상에 형성되는 제1전극(303); 제1전극과 마주하여 형성되는 제2전극(313); 제1전극 및 제2전극 중 어느 한 전극 측면에 형성되는 유기물층(320); 및 제1전극 및 제2전극 중 어느 한 전극 측면에 형성되는, 강유전성 유기물질 포함 층(305);을 포함한다. 여기서, 유기 전자 소자(300)의 강유전성 유기물질 포함층(305)이 상기 유기물층(320);과 상기 제1전극(303) 및 상기 제2전극(313) 중 어느 한 전극; 사이에 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 유기 전자 소자(400)의 강유전성 유기물질 포함층(407)이 유기물층(405, 409, 411)의 내부에 형성될 수 있고, 정공수송층(405)과 유기 발광층(409) 사이 또는 정공 주입층과 정공 수송층 사이에 형성될 수 있고, 유기물층 내부의 어느 부분에도 형성될 수 있다.
도 3 및 도4를 참조하면, 기판(301, 401)은 유기 전자 소자의 제조과정 동안의 지지체 및 소자의 구성을 위한 보호층으로의 기능을 한다. 일반적으로 평탄성과 기계적 강도, 여러 가지 공정을 견딜 수 있는 열적 안정성, 휘발성 물질 미배출, 공기 및 수분의 침투 방지 그리고 투명성이 요구된다. 그러나 음극방향이나 측면발광을 필요로 하는 소자의 경우 반사율이 높은 기판을 사용할 수도 있다. 투명성을 지닌 재료로는 유리, 석영, 투명성 수지 필름 등이 있으며, 투명성 수지 필름에는 폴리에틸렌, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체, 에틸렌-비닐알코올 공중합체, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리염화비닐, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 뷰티랄, 나일론, 폴리에테르 에테르 케톤, 폴리설폰, 폴리에테르 설폰, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬 비닐 에테르 공중합체, 폴리비닐 플루오라이드, 테트라플루오로 에틸렌-에틸렌 공중합체, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합 체, 폴리클로로트라이플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 폴리에테르 이미드, 폴리이미드, 폴리프로필렌 등을 예로 들 수 있다. 투명하지 않은 기판재료로는 실리콘 웨이퍼, 세라믹 또는 크롬, 금 등의 금속 등이 사용될 수 있으며 상기 기판재료들이 다층을 이루어 사용될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 전극 중 음극(313, 413)에 사용되는 도전성 물질로서는, 전자의 주입을 위하여 비교적 낮은 일함수(4 eV 이하)를 갖는 것이 적합하고, 마그네슘, 칼슘, 주석, 납, 티탄, 이트륨, 리튬, 루테늄, 망간, 알루미늄 및 이들의 합금이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 합금으로서는 마그네슘/은, 마그네슘/인듐, 리튬/알루미늄 등을 대표예로서 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 합금의 비율은 증착원의 온도, 분위기, 진공도 등에 의해 제어되며, 적절한 비율로 선택된다. 양극(303) 및 음극(313)은 필요에 따라 2 층 이상의 적층 구조를 가질 수 있다. 유기 전기 발광 소자의 경우는 효율적인 발광을 위해 유기 전기발광 소자의 한쪽 면 이상이 소자의 발광 파장 영역에 있어서 충분히 투명한 것이 바람직하다. 투명 전극은 상기 도전성 재료를 사용하고, 증착 또는 스퍼터링 등의 방법으로 예비 결정된 투광성이 확보되도록 설정한다. 발광면의 전극은 10% 이상의 광투과율을 갖는 것이 바람직하다.
도 3 및 도4를 참조하면, 양극(303, 403)의 역할은 정공을 정공 주입층과 정공 수송층(307, 405) 등 유기층에 주입하는 역할을 하며 일함수가 큰 물질이 요구 된다. 양극재료로 사용되는 투명재료로는 산화주석(SnO2), 알루미늄 도핑된 산화아연(ZnO:Al), 인듐주석 산화물(ITO: Indium Tin Oxide) 또는 인듐산아연(In2O3-ZnO(IZO)) 등이 있다.
도 3 및 도4를 참조하면, 유기물층(320)은 유기 발광층, 유기 광활성층, 유기 메모리 활성층 또는 유기 트랜지스터 활성층을 포함할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 유기 발광층(309, 409))은 유기 전자 소자(300, 400)가 유기 전계 발광 소자로서 기능할 경우의 유기층(320, 405, 409, 411)에 포함되는 유기 활성층이다.
유기 발광층(309, 409)의 발광 재료는 극히 높은 형광 양자 수율(~1.0), 높은 전하 수송 능력과 더불어 가지는 균일한 박막을 형성하는 것이 바람직하다. 유기 전계 발광 소자는, 다층 구조로 하는 것에 의해 quenching에 의한 휘도나 수명의 저하를 막을 수 있다. 공지된 발광 호스트 재료, 발광 도판트 재료를 공동으로 사용할 수 있다. 함께 발광층에 사용할 수 있는 발광 재료 또는 도판트 재료로서는, 예컨대, 안트라센, 나프탈렌, 페난트렌, 피렌, 테트라센, 코로넨, 크라이센, 플루오레세인, 페릴렌, 프탈로페릴렌, 프탈로페릴렌, 페리논, 프탈로페리논, 나프탈로페리논, 다이페닐부타다이엔, 테트라페닐부타다이엔, 쿠마린, 옥사다이아졸, 알다진, 비스벤족사졸린, 비스스타이릴, 피라진, 사이클로펜타다이엔, 퀴놀린 금속 착체, 아미노퀴놀린 금속 착체, 벤조퀴놀린 금속 착체, 이민, 다이페닐에틸렌, 비닐안트라센, 다이아미노카바졸, 피란, 티오피란, 폴리메틴, 멜로사이아닌, 이미다 졸 킬레이트화 옥시노이드 화합물, 퀴나크리돈, 루브렌 및 이들의 유도체 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것이 아니다. 상기 발광 재료를 도판트 재료로 사용할 경우 도판트 분자가 고효율의 형광 또는 인광을 갖고, 호스트 물질의 밴드갭보다 약 60% 내지 100%, 바람직하게는 80% 내지 100%의 값을 가지는 재료이다.
유기 광 활성층(309, 409)은 유기 전자 소자(300, 400)가 유기 태양 전지 소자로서 기능할 경우의 유기물층(320, 405, 409, 411)에 포함되는 유기 활성층이다.
유기 광 활성층의 재료는 일차적으로 광흡수 파장 범위가 태양광 스펙트럼과 잘 맞고 매우 강한 광흡수도를 가지고 있어야 하며, 전하의 이동도 등 전기적 물성이 우수하여야 한다. 유기 태양전지의 유기 광활성층은 전자 주게 물질(donor) 및 전자 받게 물질(acceptor)의 2층 막구조 혹은 복합박막구조를 이용할 수 있다. acceptor 물질은 donor와 비교하여 전자 친화도가 커야 하는 전제조건을 만족해야 하지만 donor 와 acceptor 물질은 상대적인 표현으로 경우에 따라 바뀔 수도 있다.
실제 LUMO 수준이 P3HT(poly 3-hexyl thiophene)와 C60(fullerene) -PCBM ([6,6]-phenyl-C61 butyric acid methyl ester)의 사이에 있는 신규 고분자의 경우 P3HT와 함께 사용할 때는 acceptor로 작용하고 C60-PCBM과 사용할 때에는 donor로 작용한다.
전자 받게 물질(acceptor)로는, fullerene(C60) 자체 혹은 C60이 유기 용매에 잘 녹도록 설계된 PCBM 등이 사용될 수 있으며, 그 외 단분자로 perylene, PTCBI 등이 사용되고 이에 한정되는 것은 아니다.
Donor 물질은 acceptor 물질로 fullerene이나 perylene 유도체를 사용하는 경우, 대부분의 고분자는 donor 물질로 작용할 수 있고, 그 예로 poly(p-phenylenevinylene)(PPV) 계열의 물질, polythiophene(PT)의 유도체, flourene(PF)게 물질 및 이의 공중합체 등을 들 수있다. 유기 단분자 물질의 경우에는 CuPc, ZnPc 등 phthalocyanine계 물질이 전자 주게 물질로 사용될 수 있고 이에 한정되는 것은 아니다.
유기 메모리 활성층(309, 409)은 유기 전자 소자(300, 400)가 유기 메모리 소자로서 기능할 경우의 유기물층(320, 405, 409, 411)에 포함되는 유기 활성층이다.
유기 메모리 소자는 소자의 구조를 수정하거나 삽입되는 유기물질을 선택적으로 사용함으로써 구현될 수 있으며 두개의 전극사이에 유기물/금속박막/유기물의 삼중층 또는 전자주게와 전자받게의 성질이 있는 물질간의 불렌드나 고분자와 금속나노입자를 분산시킨 유기물 단일층인 유기 메모리 활성층(309)이 삽입되어 있는 경우이다.
유기물층(320)은 밴드갭이 4.0 ev 이하의 고분자 화합물, 유기화합물, 유기금속화합물 및 이들의 혼합물 중 어느 하나를 포함하는 유기 메모리 활성층(309)을 포함할 수 있다. 상기 밴드갭이 4.0 ev 이하의 고분자 화합물은 폴리페닐렌비닐렌(polyphenylenevinylene) 계열의 고분자 유도체, 폴리플루오렌(polyfluorene) 계열의 고분자 유도체, 카바졸 단위를 포함하는 고분자 유도체, 티오펜(thiophene) 단위를 포함하는 고분자 유도체, 옥사디아졸(oxadiazole) 단위를 포함하는 고분자유도체가 사용될 수 있고 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 상기 물질을 단독 또는 2이상 혼합하여 사용하는 것이 가능하다. 상기 밴드갭이 4.0 ev 이하인 고분자 화합물중 폴리페닐렌비닐렌 계열의 고분자 유도체는 폴리파라페닐렌비닐렌(PPV), 폴리(2-메톡시-5-(2-에틸헥시록시)-1,4-페닐렌비닐렌) (MEH-PPV), 또는 폴리(2-메톡시-5-(3,7-다이메틸옥틸옥시)-1,4-페닐렌비닐렌) 및 이들의 공중합체 등을 포함한다. 상기 폴리플루오렌 계열의 고분자 유도체는 폴리(9,9-다이옥틸플로레닐-2,7-다이일) 및 이들의 공중합체 등을 포함한다. 상기 카바졸단위를 포함하는 고분자 유도체는 폴리비닐카바졸 또는 폴리(에틸카바졸), 폴리(페닐카바졸) 및 이들의 공중합체 등을 포함한다. 상기 티오펜 단위를 포함하는 고분자 유도체는 폴리(티오펜-2,5-일), 폴리(3-헥실티오펜-2.5-일), 폴리(3-옥틸티오펜-2,5-일) 등을 포함한다. 상기 옥시다아졸 단위를 포함하는 고분자 유도체는 폴리옥사다이아졸, 폴리벤족사졸 또는 이의 공중합체 등을 포함한다.
상기 밴드갭 4.0 ev 이하인 유기화합물은 방향족 아민 계열의 화합물로서 N,N'-다이페닐-N,N'-비스-[4-(페닐-m-톨릴아미노)-페닐]-비페닐-4,4'-다이아민, N, N'다이(1-나프틸)-N,N'-다이페닐벤지딘, 4,4'4"-트리스(N-카바졸릴)트리페닐아민, (4,4'-N,N'-다이카바졸)비페닐 및 이의 유도체들이 포함될 수 있으며, 또 다른 방향족 화합물로 2,9-다이메틸-4,7-다이페닐-1,10-페난쓰롤린, 1,3,5-트리스(N-페닐벤지미다졸-2-일)벤젠 및 이의 유도체를 포함한다.
상기 밴드갭 4.0 ev 이하인 유기금속화합물은 트리스(8-하이드록시퀴놀린) 금속, 비스(8-하이드록시퀴놀라토)비페녹시 금속, 비스(8-하이드록시퀴놀라토)페녹시 금속, 비스(2-메틸-8-하이드록시퀴놀라토)비페녹시 금속, 비스(2-메틸-8-하이드 록시퀴놀라토)페녹시 금속), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)(파라-페닐-페놀라토)금속, 비스(2-(2-하이드록시페닐)퀴놀라토) 금속을 포함하고, 상기 금속은 알루미늄(Al), 아연(Zn), 베릴륨(Be), 또는 갈륨(Ga)이며 이에 한정되는 것은 아니다..
유기 트랜지스터 활성층(309, 409)은 유기 전자 소자(300, 400)가 유기 트랜지스터 소자로서 기능할 경우의 유기물층(320, 405, 409, 411)에 포함되는 유기 활성층이다.
초기의 유기트랜지스터 소자는 bipolar transistor였지만 후에 두 전극 사이에 흐르는 전류를 또 다른 세번째 전극의 전압에 의해 조정되는 filed-effect-transistor(PET)가 개발되었다. 유기 트랜지스터 소자의 경우도 유기 활성체인 유기 트랜지스터 활성체의 종류에 따라 p-type과 n-type으로 구분 된다.
P-type의 경우에는 주된 수송체가(carrier)가 홀(hole)이 된다. N-type의 경우에는 주된 수송체가 전자가 된다. P-type channel 물질로는 폴리티오펜(polythiopene), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 알파-헥사티에닐렌(а-hexathienylene), 플러렌(fullerene, C60), 펜타센(pentacene) 또는 티오페닐렌 비닐렌(thiophenylene vinylene)과 이들의 유도체일 수 있으며 단독 또는 둘 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
N-type channel 물질로는 펜타센(pentacene), perylene, 나프탈렌, perylene tetracarboxylic acid anhydride quinoldimethane 화합물, phthalocyanine 및 이들의 유도체 중 어느 하나일 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니며, 단독 또는 2 이상 혼합하여 사용할 있다.
위에서 살펴본 유기 전자 소자인 유기 전계 발광 소자, 유기 태양 전지 소자, 유기 메모리 소자 및 유기 트랜지스터 소자의 소비전력을 낮추기 위하여 구동전압을 낮추고 효율을 증가시켜야 한다. 구동전압을 낮추기 위하여 다양한 새로운 유기물질이 개발되어 왔으며, 최근에는 구동전압을 낮추기 위한 대표적인 기술로서 정공수송물질 또는 전자 수송 물질을 p 형 또는 n 형 도펀트로 도핑하는 도핑 기술이 개발되어 왔다.　 그러나 이러한 도핑 기술들은 공정의 조절이 매우 어려우며 데이터의 재현성을 확보하기 어려운 문제점이 있다.
일반적으로 유기 전자 소자는 두개의 전극 사이에 유기 활성층을 포함하고 있으며, 유기 활성층과 전극 사이에는 정공과 전자 주입을 원활하게 하기 위한 정공수송층 및 전자수송층이 도입되게 된다. 그러나, 전극과 전하전달을 돕기위한 정공수송층 및 전자수송층 사이에는 에너지 장벽이 존재하여 정공 및 전자의 주입이 제한되는 문제점이 있다. 따라서 이러한 에너지 장벽을 낮출 수 있는 물질이 도입될 경우 전하의 주입을 보다 개선할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 강유전성 유기물질의 경우 분자 자체 내에서의 강한 분극에 의하여 높은 유전상수를 가지고 있으며, 따라서 분자 구조에 따라 전극과 유기물층 사이 또는 유기물층 내에 도입될 경우 전극과 유기물 사이에서 계면의 에너지 장벽을 매우 낮출 수 있는 장점이 있다. 전극과 유기물층 사이의 에너지 장벽은 계면에서의 분극 정도에 따라 달라지게 되며 분극이 많이 될 수록 계면에서의 에너지 장벽을 낮추는데 효과적이다. 따라서 유전상수가 큰 강유전성 유기물질은 전극과 유기물 사이에서 에너지 장벽을 낮추고 전하의 주입을 향상시키는 효과가 있다.
강유전성 물질에 의한 계면에서의 에너지 장벽 감소 효과는 소자 내에서의 전하밀도의 증가로 이어진다. 유기 전계 발광 소자를 예로 들면, 소자 내에서의 전하밀도의 증가는 동일전압에서 휘도의 증가를 유도하게 되며, 이에 따라 소자의 구동전압을 낮추고 소비전력을 감소시킬 수 있는 효과가 있다
본원 발명의 강유전성 유기물질은 고분자일 수 있으며, 그 예로는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF, poly(vinylidene fluoride)), 비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌 공중합체(VDF-TrFE copolymer, vinylindene fluoride-trifluoroethylene copolymer), 비닐리덴 플루오라이드-테트라플루오로에틸렌 공중합체 (VDF-TFE copolymer, vinylindene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer), 비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체 (vinylindene fluoride-hexafluoropropylene copolymer), 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체(ETFE, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer), 비닐리덴 플루오라이드-비닐 플루오라이드 공중합체(VDF-VF copolymer, vinylidene fluoride-vinyl fluoride copolymer), 폴리비닐리덴 시아나이드(PVDCN, poly(vinylidene cyanide), 비닐리덴 시아나이드-비닐 아세테이트 공중합체(PVDCN-VAc copolymer, vinylidene cyanide-vinyl acetate copolymer), 폴리아크릴로니트릴(PAN, polyacrylonitrile), 방향족폴리아미드(aromatic polyamide), 폴리우레아(polyurea), 폴리우레탄(polyurethane), 나일론7, 나일론11 및 이들의 혼합물 중 어느 하나일 수 있고 이에 제한되는 것은 아니며, 단독 또는 2 이상 혼합하여 유기 전자 소자의 강유전 성 유기물질 포함층에 사용할 수 있다. 강유전성 고분자 화합물로서 폴리비닐리덴 플루오라이드, 비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌 공중합체, 비닐리덴 플루오라이드-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체 및 비닐리덴 플루오라이드-비닐 플루오라이드 공중합체 중 어느 하나가 강유전성 유기물질 포함층에 보다 바람직하게 사용될 수 있다.
본원 발명의 강유전성 유기물질은 저분자일 수 있으며, 예를 들면 벤질티오우레아, 타난, 페나진클로로아닐릭액시드, 스크아릭 액시드, 트리클로로아세틱아미드, 페난트렌 및 이들의 혼합물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있고 이에 제한되지 않으며, 단독 또는 2 이상 혼합하여 유기 전자 소자에 사용할 있다.
본 발명의 유기 전자 소자에 포함되는 강유전성 유기물질 포함층의 두께가 0.1nm 내지 50nm일 수 있다. 강유전성 유기물질 포함층의 두께가 0.1nm 미만이면 필름 형성이 되지 않아 구동전압 개선효과가 생기지 않고, 50 nm을 초과하면 절연체인 강유전성 물질의 특성으로 인하여 전하의 주입이 어렵다.
본 발명의 유기 전자 소자에 포함되는 유기 전계 발광 소자의 유기물층은 유기 발광층을 포함할 수 있고, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층 및 전자 주입층 중 하나 이상의 층을 더 포함할 수 있다.
유기 전계 발광 소자의 정공 수송층이 방향족 아민계 화합물, 카바졸계 화합물 및 이들의 혼합물 중 어느 하나를 포함할 수 있고 이에 한정되는 것은 아니며, 단독 또는 2 이상 혼합하여 사용될 수 있다. 방향족 아민 계열의 화합물은 전술한 바와 같다.
카바졸계 화합물은 1,3,5-트리카바졸릴벤젠, 4,4'-비스카바졸릴비페닐, 폴리비닐카바졸, m-비스카바졸릴페닐, 4,4'-비스카바졸릴-2,2'-디메틸비페닐, 4, 4',4"-트리(N-카바졸릴)트리페닐아민, 1,3,5-트리(2-카바졸릴페닐)벤젠, 1,3,5-트리스(2-카바졸릴-5-메톡시페닐)벤젠 또는 비스(4-카바졸릴페닐)실란일 수 있고 이에 한정되지 않으며, 단독 또는 2 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
유기 전계 발광 소자의 전자 수송층이 유기 금속 착체, 스피로플루오렌계 화합물, 옥사디아졸계 화합물, 페난트롤린계 화합물, 트리아진계 화합물 또는 트리아졸계 화합물을 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니고, 단독 또는 2 이상 혼합하여 사용될 수 있다.
유기 금속 착체로는 비스(8-하이드록시퀴놀라토)비페녹시 금속, 비스(8-하이드록시퀴놀라토)페녹시, 금속, 비스(2-메틸-8-하이드록시퀴놀라토)비페녹시 금속, 비스(2-메틸-8-하이드록시퀴놀라토)페녹시 금속), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)(파라-페닐-페놀라토)금속, 또는 비스(2-(2-하이드록시페닐)퀴놀라토) 금속일 수 있고 이에 한정되는 것은 아니며, 단독 또는 2 이상 혼합하여 사용할 수 있고, 여기서 상기 금속은 Al, Zn, Be, 또는 Ga일 수 있다.
상기 스피로플루오렌(spirofluorene)계 화합물은 2개의 스피로플루오렌 사이에 연결 고리를 갖고 연결되는 구조로서, 상기 연결은 트리아졸, 옥사디아졸, 나프탈렌, 안트라센, 또는 페닐로 치환되고, 각 플루오렌의 9번 위치가 O, S, Se, N-R, P-R으로 치환된 구조이거나, 또는 2개의 스피로플루오렌 사이를 N-R 또는 P-R이 직 접 연결해 주는 구조이고, 상기 R은 각각 H이거나, 또는 탄소수 1 내지 20개의 알킬기, 탄소수 1 내지 20개의 알킬기를 갖는 탄소수 5 내지 20의 아릴기, 탄소수 2 내지 20의 헤테로아릴기, 및 탄소수 1 내지 20의 알콕시기를 갖는 탄소수 6 내지 20의 아릴기로 이루어지는 군에서 선택되는 치환기일 수 있다. 상기 스피로플루오렌 화합물은 2,5-디스피로비플루오렌-1,3,4-옥사디아졸(2,5-Dispirobifluorene-1,3,4-oxadiazole)인 것이 바람직하다.
상기 옥사디아졸계 화합물이 (4-비페닐일)-5-(4-터트부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸일 수 있다.
상기 페난트롤린계 화합물이 2,9-디메틸-4,7-디페닐-9,10-페난트롤린일 수 있다.
상기 트리아진계 화합물이 2,4,6-트리스(디아릴아미노)-1,3,5-트리아진, 2,4,6-트리스(디페닐아미노)-1,3,5-트리아진, 2,4,6-트리카바졸로-1,3,5-트리아진, 2,4,6-트리스(N-페닐-2-나프틸아미노)-1,3,5-트리아진, 2,4,6-트리스(N-페닐-1-나프틸아미노)-1,3,5-트리아진, 2,4,6-트리스비페닐-1,3,5-트리아진일 수 있고 이에 한정되지 않으며, 단독 또는 2 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 트리아졸계 화합물이 3-페닐-4-(1'-나프틸)-5-페닐-1,2,4-트리아졸일 수 있다.
유기 전계 발광 소자의 유기 발광층이 인광 도펀트; 및 호스트로서, 정공 수송 물질, 전자 수송 물질 및 이들의 혼합물 중 어느 하나의 물질;을 포함할 수 있고 이에 한정되는 것은 아니며, 단독 또는2 이상 혼합하여 사용될 수 있다.
여기서, 인광 도펀트가 비스티에닐피리딘 아세틸아세토네이트 이리듐, 비스(벤조티에닐피리딘)아세틸아세토네이트 이리듐, 비스(2-페닐벤조티아졸) 아세틸아세토네이트 이리듐, 비스(1-페닐이소퀴놀린) 이리듐 아세틸아세토네이트, 트리스(1-페닐이소퀴놀린)이리듐, 트리스(2-페닐피리딘)이리듐 및 이들의 혼합물일 수 있고 이에 제한되는 것은 아니고, 단독 또는 2이상 혼합하여 사용될 수 있다.
도 5는 본 발명에 의한 유기 전자 소자를 제조하는 방법을 보여주는 공정도이다.
본 발명의 다른 일 측면에 의하면, 유기 전자 소자의 제조방법(S10)은 제1전극이 형성된 기판을 준비하는 단계(S11); 상기 제1전극 상에 강유전성 유기물질 포함층을 용액코팅 또는 진공증착을 이용하여 형성하는 단계(S12); 상기 강유전성 유기물질 포함층 상에 유기물층을 형성하는 단계(S13); 및 상기 유기물층 상에 제2전극을 형성하는 단계(S14)를 포함하며, 강유전성 유기물질 포함층이 제1전극과 유기물층 사이에 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 측면에 의하면, 유기 전자 소자의 제조방법(S20)이, 강유전성 유기물질 포함층을 용액코팅 또는 진공증착을 이용하여 형성하는 단계(S23)를 유기층을 형성하는 단계(S22, S24) 중에 포함하여, 강유전성 유기물질 포함층이 유기물층 내부에 형성될 수 있다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전자 소자의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정도이다.
도 5의 S11 단계 및 도3을 참조하면, 제1전극(303)이 형성된 기판(301)을 준 비한다. 제1 전극(303)의 형상은 다양하게 구현할 수 있으며, 제1 전극(303)으로는 상기한 재료를 포함하여 전극 재료로서 이용될 수 있는 물질이라면 제한 없이 이용될 수 있다. 또한, 제1 전극(303)은 소정의 방향으로 길게 뻗은 직선형으로 형성될 수 있고, 또는 기판(301)의 일면을 전부 덮을 수도 있다. 또한 상업적으로 제조하여 판매되는 제1전극이 형성된 기판을 이용할 수 있다.
도 5의 S12 단계 및 도3을 참조하면, 상기 제1전극(303) 상에 강유전성 유기물질 포함층(305)을 용액코팅 또는 진공증착을 이용하여 형성한다. 여기서 강유전성 유기물질은 전술한 화합물이 이용될 수 있다. 강유전성 유기물질 포함층의 형성방법으로는 예를 들어 용액코팅 또는 진공증착 등을 포함하는 다양한 공지된 방법이 적용될 수 있다. 상기한 용액코팅은 공지된 딥코팅, 스핀코팅 또는 롤코팅일 수 있고 이에 제한되지 않으며, 단독 또는 2 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기한 용액코팅 공정에서 용액의 농도는 0.001 내지 10 중량%인 것이 바람직하다. 용액의 농도가 0.001중량% 미만일 경우는 필름 형성이 되지 않고, 10중량% 이상일 경우에는 박막형성이 되지 않고 50 nm 이상의 두꺼운 막이 형성된다.
용액코팅 공정에서 용매는 용질인 강유전성 유기물질의 종류에 따라 공정조건을 고려하여 공지된 유기용매를 선택할 수 있다. 예로 들면, 유기용매로서 이소프로필알콜, 클로로포름, 염화메틸렌, 톨루엔, 다이메틸포름아미드, 다이메틸술폭사이드, 메틸에틸케톤 또는 다이메틸케톤 등을 사용할 수 있고 이에 제한되지 않으며, 단독 또는 2 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
도 5의 S13 단계 및 도3을 참조하면, 상기 강유전성 유기물질 포함층 상(305)에 유기층(320)을 형성한다. 여기서, 유기층은 정공주입층, 정공수송층, 유기활성층, 전자 수송층, 전자주입층 등 상기한 여러 가지 종류의 층들을 포함할 수 있으며, 전술한 물질들이 사용될 수 있다. 유기 활성층은 유기 전자 소자의 종류에 따라 유기 발광층, 유기 광활성층, 유기 메모리 활성층 또는 유기트랜지스터 활성층일 수 있다. 유기층을 형성하는 방법으로는 예를 들어 용액코팅 또는 진공증착 등을 포함하는 다양한 공지된 방법이 적용될 수 있다.
도 5의 S14 단계 및 도3을 참조하면, 상기 상기 유기층(320) 상에 제2전극(313)을 형성을 형성한다. 이때 제2전극은 유기 전자 소자의 종류에 따라 제1전극과 상이한 전극 재료에 의해 형성되거나 또는 동일한 전극재료에 의해 진공증착 또는 스퍼터링 방법으로 형성될 수도 있다. 전극재료는 전술한 바와 동일하다.
도6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 유기 전자 소자의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정도이다.
도4 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 의한 유기 전자 소자의 제조방법(S20)의 다른 실시예는 제1전극이 형성된 기판을 준비하는 단계(S21); 제1전극 상에 유기물층을 형성하는 단계(S22); 유기물층 상에 강유전성 유기물질 포함층을 용액코팅 또는 진공증착을 이용하여 형성하는 단계(S23); 강유전성 유기물질 포함층 상에 유기물층을 형성하는 단계(S24); 및 유기물층 상에 제2전극을 형성하는 단계(S27)를 포함한다.
도 6에 의한 유기 전자 소자의 제조방법(S20)은 유기물층(405, 409, 411)을 형성하는 단계 중에 강유전성 유기물질 포함층(407)을 형성하는 단계가 포함되고, 도 5에 의한 유기 전자 소자의 제조 방법(S10)은 제1전극이 형성된 기판을 준비하는 단계 이후에 강유전성 유기물질 포함층을 형성하는 단계가 포함되는 점에 차이점이 있다. 강유전성 유기물질 포함층의 형성방법으로는 예를 들어 용액코팅 또는 진공증착 등을 포함하는 다양한 공지된 방법이 적용될 수 있다. 상기한 코팅은 공지된 딥코팅, 스핀코팅 또는 롤코팅일 수 있고 이에 제한되지 않으며, 단독 또는 2 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 도 6에 의한 유기 전자 소자의 제조방법은 전술한 유기 전자 소자의 제조방법(S10)을 이용할 수 있다.
본원 발명의 유기 전자 소자 제조방법의 강유전성 유기물질은 고분자일 수 있으며, 그 예로는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF, poly(vinylidene fluoride)), 비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌 공중합체(VDF-TrFE copolymer, vinylindene fluoride-trifluoroethylene copolymer), 비닐리덴 플루오라이드-테트라플루오로에틸렌 공중합체 (VDF-TFE copolymer, vinylindene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer), 비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체 (vinylindene fluoride-hexafluoropropylene copolymer), 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체(ETFE, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer), 비닐리덴 플루오라이드-비닐 플루오라이드 공중합체(VDF-VF copolymer, vinylidene fluoride-vinyl fluoride copolymer), 폴리비닐리덴 시아나이드(PVDCN, poly(vinylidene cyanide), 비닐리덴 시아나이드-비닐 아세테이트 공중합체(PVDCN-VAc copolymer, vinylidene cyanide-vinyl acetate copolymer), 폴리아크릴로니트릴(PAN, polyacrylonitrile), 방향족폴리아미드(aromatic polyamide), 폴리우레 아(polyurea), 폴리우레탄(polyurethane), 나일론7, 나일론11 및 이들의 혼합물 중 어느 하나일 수 있고 이에 제한되는 것은 아니며, 단독 또는 2 이상 혼합하여 유기 전자 소자의 강유전성 유기물질 포함층에 사용할 수 있다. 강유전성 고분자 화합물로서 폴리비닐리덴 플루오라이드, 비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌 공중합체, 비닐리덴 플루오라이드-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체 및 비닐리덴 플루오라이드-비닐 플루오라이드 공중합체 중 어느 하나가 강유전성 유기물질 포함층에 보다 바람직하게 사용될 수 있다.
본원 발명의 유기 전자 소자 제조방법의 강유전성 유기물질은 저분자일 수 있으며, 예를 들면 벤질티오우레아, 타난, 페나진클로로아닐릭액시드, 스크아릭 액시드, 트리클로로아세틱아미드, 페난트렌 및 이들의 혼합물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있고 이에 제한되지 않으며, 단독 또는 2 이상 혼합하여 유기 전자 소자에 사용할 있다.
본원 발명의 유기 전자 소자 제조방법의 강유전성 유기물질 포함층의 두께가 0.1nm 내지 50nm일 수 있다. 강유전성 유기물질 포함층의 두께가 0.1nm 미만이면 필름 형성이 되지 않아 구동전압 개선효과가 생기지 않고, 50 nm을 초과하면 절연체인 강유전성 물질의 특성으로 인하여 전하의 주입이 어렵다.
상기한 유기 전자 소자의 제조방법(S10, S2)에서, 상기 강유전성 유기물질 포함층, 유기물층, 유기 발광층, 유기 광활성층, 유기 메모리 활성층, 유기 트랜지스터 활성층, 강유전성 유기물질, 유기 발광층, 유기 발광 물질, 도펀트, 정공 수송층, 정공 수송물질, 전자수송층 및 전자 수송물질 등은 상기한 유기 전자 소자에서 전술한 바와 같다.
이하 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 이들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 구현하고자 하는 유기 전자 소자는 강유전성 유기물질 포함층을 유기층 내부, 또는 전극과 유기물층 사이에 포함하는 유기 전자 소자로서 구현하였다.　
실시예 1.
본 발명에서 구현하고자 하는 저전압 유기 발광 소자로서 녹색의 인광 발광 소자를 제작하고 이 소자들의 특성을 비교하였다. 실시예로서 강유전성 유기물 포함층을 유기물층 내에 도입한 소자를 제작하였다.
애노드는 코닝(corning) 15Ω/cm2 (120nm) ITO 유리 기판을 50mm x 50mm 크기로 잘라서 이소프로필 알코올과 순수 물 속에서 5 분 동안 초음파 세정한 후, 30분 동안 UV, 오존 세정하여 사용하였다.
상기 기판상에 이소프로필 알코올을 용매로 하여 1.2 중량% 용액으로 스핀코팅에 의해 PEDOT:PSS 층을 형성하고 오븐 건조하여 60nm 두께로 정공 주입층을 형성하였다. 상기 정공주입층 상에 다이메틸포름아미드를 용매로 0.01 중량% 용액으 로 스핀코팅에 의해 PVDF 층을 형성하고 오븐 건조하여 강유전성 유기물질 포함층을 1nm의 두께로 형성하였다. 상기 강유전성 유기물질 포함층 상에 톨루엔을 용매로 0.3중량%용액으로 스핀코팅에 의해 PFO-co-NEPB 층을 형성하고 오븐 건조하여 30nm의 두께로 정공 수송층을 형성하였다. 상기 정공 수송층 상에 호스트인 정공 수송 물질 4,4'-비스카바졸릴비페닐(CBP) 95중량부와 인광 도펀트인 트리스(2-페닐피리딘)이리듐 (Ir(ppy)3) 5중량부를 진공증착하여 30nm의 두께로 발광층을 형성하였다. 상기 발광층 상에 BCP를 진공증착하여 5nm의 두께로 정공 저지층을 형성하였다. 상기 정공 저지층 상부에 전자 수송 물질인 Alq3를 진공증착하여 약 20nm의 두께로 전자 수송층을 형성하였다.
상기 전자 수송층 상부에 LiF (전자 주입층)과 Al (캐소드)을 순차적으로 진공 증착하여 LiF/Al 전극을 형성하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.
소자의 구조는 indium tin oxide(ITO)/polyetheylenedioxythiophene;polystyrenesulfonate (PEDOT:PSS, 60 nm)/polyvinylidenefluoride(PVDF, 1nm)/poly(9,9'-dioctylfluorene-co-bis-N,N'-(4-ethoxycarbonylphenyl)-bis-N,N'-phenyl-benzidine(PFO-co-NEPB, 30 nm)/(4,4'-N,N'-dicarbazole)biphenyl(CBP):　 iridium(III) tris(2-phenylpyridine)(Ir(ppy)3)(30 nm, 5 %)/2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline(BCP. 5 nm)/tris(8-hydroxyquinoline) aluminum(Alq3, 20 nm)/LiF/Al 이었다.
제작된 소자는 전류-전압 특성을 분석하였다. 도 7을 참조하면, 전류 밀도 10 mA/cm2 기준 구동전압이 6.7 V였다.
실시예 2.
본 발명에서 구현하고자 하는 저전압 유기 발광 소자로서 녹색의 인광 발광 소자를 제작하고 이 소자들의 특성을 비교하였다. 실시예 2에서는 강유전성 유기물질 포함층을 전극과 유기물층 사이에 도입한 소자를 제작하였다.
애노드는 코닝(corning) 15Ω/cm2 (120nm) ITO 유리 기판을 50mm x 50mm 크기로 잘라서 이소프로필 알코올과 순수 물 속에서 각 5 분 동안 초음파 세정한 후, 30분 동안 UV, 오존 세정하여 사용하였다.
상기 기판상에 다이메틸포름아미드를 용매로 0.01중량% 용액으로 스핀코팅에 의해 PVDF 층을 형성하고 오븐 건조하여 강유전성 유기물질 포함층을 1nm의 두께로 형성하였다. 상기 강유전성 유기물질 포함층 상에 이소프로필 알코올을 용매로 하여 1.2중량% 용액으로 스핀코팅에 의해 PEDOT:PSS 층을 형성하고 오븐 건조하여 60nm 두께로 정공 주입층을 형성하였다. 상기 정공주입층 상에 톨루엔을 용매로 0.3중량%용액으로 스핀코팅에 의해 PFO-co-NEPB 층을 형성하고 오븐 건조하여 30nm의 두께로 정공 수송층을 형성하였다. 상기 정공 수송층 상에 호스트인 정공 수송 물질 4,4'-비스카바졸릴비페닐(CBP) 95중량부와 인광 도펀트인 트리스(2-페닐피리딘)이리듐 (Ir(ppy)3) 5중량부를 진공증착하여 30nm의 두께로 발광층을 형성하였다. 상기 발광층 상에 BCP를 진공증착하여 5nm의 두께로 정공 저지층을 형성하였다.
상기 정공 저지층 상부에 전자 수송 물질인 Alq3를 진공증착하여 약 20nm의 두께로 전자 수송층을 형성하였다. 상기 전자 수송층 상부에 LiF (전자 주입층)과 Al (캐소드)을 순차적으로 진공 증착하여 LiF/Al 전극을 형성하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.
소자의 구조는 ITO/PVDF(1 nm)/PEDOT:PSS(60 nm)/PFO-co-NEPB(30 nm)/CBP:Ir(ppy)3(30 nm, 5 %)/BCP(5 nm)/Alq3(20 nm)/LiF/Al 이었다. 제작된 소자는 전류-전압 특성을 분석하였다. 도 7을 참조하면, 전류 밀도 10 mA/cm2 기준 구동전압이 5.7 V였다.
실시예 3
강유전성 물질로서 PVDF 대신 비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체를 이용하여 강유전성 유기물 포함층을 유기물층 내에 도입한 발광소자를 구성하였다.
애노드는 코닝(corning) 15Ω/cm2 (120nm) ITO 유리 기판을 50mm x 50mm 크기로 잘라서 이소프로필 알코올과 순수 물 속에서 각 5 분 동안 초음파 세정한 후, 30분 동안 UV, 오존 세정하여 사용하였다.
상기 기판상에 이소프로필 알코올을 용매로 하여 1.2 중량%용액으로 스핀코팅에 의해 PEDOT:PSS 층을 형성하고 오븐 건조하여 60nm 두께로 정공 주입층을 형성하였다. 상기 정공주입층 상에 다이메틸포름아미드를 용매로 0.01 중량%용액으 로 스핀코팅에 의해 비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체 층을 형성하고 오븐 건조하여 강유전성 유기물질 포함층을 1nm의 두께로 형성하였다. 상기 강유전성 유기물질 포함층 상에 톨루엔을 용매로 0.3중량%용액으로 스핀코팅에 의해 PFO-co-NEPB 층을 형성하고 오븐 건조하여 30nm의 두께로 정공 수송층을 형성하였다. 상기 정공 수송층 상에 호스트인 정공 수송 물질 4,4'-비스카바졸릴비페닐(CBP) 95중량부와 인광 도펀트인 트리스(2-페닐피리딘)이리듐 (Ir(ppy)3) 5중량부를 진공증착하여 30nm의 두께로 발광층을 형성하였다. 상기 발광층 상에 BCP를 진공증착하여 5nm의 두께로 정공 저지층을 형성하였다. 상기 정공 저지층 상부에 전자 수송 물질인 Alq3를 진공증착하여 약 20nm의 두께로 전자 수송층을 형성하였다.
상기 전자 수송층 상부에 LiF (전자 주입층)과 Al (캐소드)을 순차적으로 진공 증착하여 LiF/Al 전극을 형성하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.
소자의 구조는 indium tin oxide(ITO)/polyetheylenedioxythiophene;polystyrenesulfonate (PEDOT:PSS, 60 nm)/ vinylidenefluoride- hexafluoropropylene copolymer (1nm)/poly(9,9'-dioctylfluorene-co-bis-N,N'-(4-ethoxycarbonylphenyl)-bis-N,N'-phenyl-benzidine(PFO-co-NEPB, 30 nm)/(4,4'-N,N'-dicarbazole)biphenyl(CBP):　 iridium(III) tris(2-phenylpyridine)(Ir(ppy)3)(30 nm, 5 %)/2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline(BCP. 5 nm)/tris(8-hydroxyquinoline) aluminum(Alq3, 20 nm)/LiF/Al 이었다. 제작된 소자는 전류-전압 특성을 분석하였 다. 도 7을 참조하면, 전류 밀도 10 mA/cm2 기준 구동전압이 6.4 V였다.
비교예 1.
　본 발명에서의 표준 소자로서 녹색의 인광 발광 소자를 제작하였다.
애노드는 코닝(corning) 15Ω/cm2 (120nm) ITO 유리 기판을 50mm x 50mm 크기로 잘라서 이소프로필 알코올과 순수 물 속에서 각 5 분 동안 초음파 세정한 후, 30분 동안 UV, 오존 세정하여 사용하였다.
상기 기판 상에 이소프로필 알코올을 용매로 하여 1.2중량% 용액으로 스핀코팅에 의해 PEDOT:PSS 층을 형성하고 오븐 건조하여 60nm 두께로 정공 주입층을 형성하였다. 상기 정공주입층 상에 톨루엔을 용매로 0.3중량% 용액으로 스핀코팅에 의해 PFO-co-NEPB 층을 형성하고 오븐 건조하여 30nm의 두께로 정공 수송층을 형성하였다. 상기 정공 수송층 상에 호스트인 정공 수송 물질 4,4'-비스카바졸릴비페닐(CBP) 95중량부와 인광 도펀트인 트리스(2-페닐피리딘)이리듐 (Ir(ppy)3) 5중량부를 진공증착하여 30nm의 두께로 발광층을 형성하였다. 상기 발광층 상에 BCP를 진공증착하여 5nm의 두께로 정공 저지층을 형성하였다. 상기 정공 저지층 상부에 전자 수송 물질인 Alq3를 진공증착하여 약 20nm의 두께로 전자 수송층을 형성하였다.
상기 전자 수송층 상부에 LiF (전자 주입층)과 Al (캐소드)을 순차적으로 진공 증착하여 LiF/Al 전극을 형성하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.
소자의 구조는 ITO/PEDOT:PSS(60 nm)/PFO-co-NEPB(30 nm)/CBP:Ir(ppy)3(30 nm, 5 %)/BCP(5 nm)/Alq3(20 nm)/LiF/Al 이었다. 제작된 소자는 전류-전압 특성을 분석하였다. 도 7을 참조하면, 전류 밀도 10 mA/cm2 기준 구동전압이 7.3 V였다.
실시예 1 내지 3 및 비교예 1에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의한 강유전성 유기 화합물층이 전극과 유기물층 사이에 형성되는 유기 전계 발광 소자의 구동전압이 5.7V이었고, 강유전성 유기화합물층이 유기물층 내부에 형성되는 유기 전계 발광 소자의 구동전압이 6.7V 및 6.4 V이었다. 한편, 강유전성 유기화합물층이 포함하지 않는 종래기술에 의한 유기 전계 발광 소자의 구동전압이 7.3V이었다. 따라서 본 발명에 의한 강유전성 유기 화합물층을 포함하는 유기 전계 발광 소자가 종래의 유기 전계 발광 소자에 비하여 작은 구동전압을 보여주어 소비전력을 낮출 수 있음을 알 수 있었다.
실시예 4
강유전성 유기물질을 이용하는 유기 전자 소자로서 유기 태양 전지 소자를 제작하여 강유전성 물질의 효율 특성 개선을 측정하였다.
애노드는 코닝(corning) 15Ω/cm2 (120nm) ITO 유리 기판을 50mm x 50mm 크기로 잘라서 이소프로필 알코올과 순수 물 속에서 각 5 분 동안 초음파 세정한 후, 30분 동안 UV, 오존 세정하여 사용하였다.
상기 기판 상에 이소프로필 알코올을 용매로 하여 1.2중량% 용액으로 스핀코팅에 의해 PEDOT:PSS 층을 형성하고 오븐 건조하여 60nm 두께로 정공 주입층을 형성하였다. 상기 상기 PEDOT:PSS 층 상에 다이메틸포름아미드를 용매로 0.01 중량% 용액으로 스핀코팅에 의해 PVDF 층을 형성하고 오븐 건조하여 강유전성 유기물질 포함층을 1nm의 두께로 형성하였다. 상기 강유전성 유기물층 상에 P3HT와 PCBM을 1:0.7의 중량비율로 4중량%로 톨루엔에 용해한 용액을 스핀코팅을 이용하여 두께 80nm의 P3HT:PCBM 필름을 형성하였다.
필름 코팅 후 150℃에서 20분간 어닐링한 후, 상기 P3HT:PCBM 필름 상부에 LiF (전자 주입층)과 Al (캐소드)을 순차적으로 진공 증착하여 LiF/Al 전극을 증착하였다.
사용한 소자 구조는 ITO/PEDOT:PSS(60 nm)/PVDF(1 nm)/P3HT:PCBM(1:0.7, 80 nm)/LiF/Al 이었다. 제작한 태양전지 소자는 개방전압 0.6 V, 단락전류 7.5 mA/cm2 효율 2.64%를 보였다.
비교예 2
강유전성 물질을 사용하지 않은 태양전지소자를 제작하여 특성을 비교하였다.
애노드는 코닝(corning) 15Ω/cm2 (120nm) ITO 유리 기판을 50mm x 50mm 크기로 잘라서 이소프로필 알코올과 순수 물 속에서 각 5 분 동안 초음파 세정한 후, 30분 동안 UV, 오존 세정하여 사용하였다.
상기 기판 상에 이소프로필 알코올을 용매로 하여 1.2중량% 용액으로 스핀코팅에 의해 PEDOT:PSS 층을 형성하고 오븐 건조하여 60nm 두께로 정공 주입층을 형성하였다. 상기 PEDOT:PSS 층 상에 P3HT와 PCBM을 1:0.7의 중량비율로 4중량%로 톨 루엔에 용해한 용액을 스핀코팅을 이용하여 P3HT:PCBM 필름을 제작하였다.
필름 코팅 후 150℃에서 20분간 어닐링한 후, 상기 P3HT:PCBM 필름 상부에 LiF (전자 주입층)과 Al (캐소드)을 순차적으로 진공 증착하여 LiF/Al 전극을 증착하였다.
사용한 소자 구조는 ITO/PEDOT:PSS(60 nm)/ P3HT:PCBM(1:0.7, 80 nm)/LiF/Al 이었다. 제작한 태양전지 소자는 개방전압 0.6 V, 단락전류 6.5 mA/cm2 효율 2.40%를 보였다.
실시예 4 및 비교예 2에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의한 강유전성 유기 화합물층이 유기물층 내부에 형성되는 유기 태양 전지 소자의 효율이 2.64%이었다. 한편, 강유전성 유기 화합물층이 포함하지 않는 종래기술에 의한 유기 태양 전지 소자의 효율이 2.40%이었다. 따라서 본 발명에 의한 강유전성 유기 화합물층을 포함하는 유기 태양 전지 소자가 종래의 유기 태양 전지 소자에 비하여 높은 효율을 보여줌을 알 수 있었다.
도 1은 종래 기술에 의한 유기 전자 소자의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 종래 기술에 의한 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 도면이다.
　도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전자 소자의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정도이다.
도6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 유기 전자 소자의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정도이다.
도7은 본 발명의 실시예 및 비교예의 전압에 따른 전류밀도 특성을 나타낸 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
300 유기 전계 발광 소자 301 기판
303 제1전극 305 강유전성 유기물질 포함층
307 정공 수송층 309 유기 발광층
311 전자수송층 313 제2전극
320 유기물층

Claims (20)

  1. 기판;　　
    상기 기판 상에 형성되는 제1전극;
    상기 제1전극과 마주하여 형성되는 제2전극;
    상기 제1전극 및 상기 제2전극 중 어느 한 전극 측면에 형성되는 유기물층; 및
    상기 제1전극 및 상기 제2전극 중 어느 한 전극 측면에 형성되는, 강유전성 유기물질 포함층;을
    포함하는 유기 전자 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 강유전성 유기물질 포함층이 상기 유기물층;과 상기 제1전극 및 상기 제2전극 중 어느 한 전극; 사이에 형성되는 유기 전자 소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 강유전성 유기물질 포함층이 상기 유기물층의 내부에 형성되는 유기 전자 소자.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유기물층이 유기 발광층, 유기 광활성층, 유기 메모리 활성층 및 유기 트랜지스터 활성층 중 어느 하나를 포함하는 유기 전자 소자.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항 있어서, 상기 강유전성 유기물질이 폴리비닐리덴 플루오라이드, 비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌 공중합체, 비닐리덴 플루오라이드-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 비닐리덴 플루오라이드-비닐 플루오라이드 공중합체, 폴리비닐리덴 시아나이드, 비닐리덴 시아나이드-비닐 아세테이트 공중합체, 폴리아크릴로니트릴, 방향족폴리아미드, 폴리우레아, 폴리우레탄, 나일론7, 나일론11 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 유기 전자 소자.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항 있어서, 상기 강유전성 유기물질이 벤질티오우레아, 타난, 페나진클로로아닐릭액시드, 스크아릭 액시드, 트리클로로아세틱아미드, 페난트렌 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 유기 전자 소자.
  7. 　제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강유전성 유기물질 포함층의 두께가 0.1nm 내지 50nm인 유기 전자 소자.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유기 전기 소자가 유기 전계 발광 소자, 유기 태양 전지 소자, 유기 메모리 소자 및 유기 트랜지스터 중 선 택된 어느 하나인 유기 전자 소자.
  9. 　　제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유기물층이 유기 발광층을 포함하는 유기 전계 발광 소자를 포함하는 유기 전자 소자.
  10. 제9항에 있어서, 상기 유기물층이 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층 및 전자 주입층 중 하나 이상의 층을 더 포함하는 유기 전계 발광 소자를 포함하는 유기 전자 소자.
  11. 제10항에 있어서, 상기 정공 수송층이 아릴아민계 화합물, 카바졸계 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나를 포함하는 유기 전계 발광 소자를 포함하는 유기 전자 소자.
  12. 제10항에 있어서, 상기 전자 수송층이 유기 금속 착체, 스피로플루오렌계 화합물, 옥사디아졸계 화합물, 페난트롤린계 화합물, 트리아진계 화합물, 트리아졸계 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나를 포함하는 유기 전계 발광 소자를 포함하는 유기 전자 소자.
  13. 　제10항에 있어서, 상기 유기 발광층이 인광 도펀트; 및 호스트로서, 정공 수송 물질, 전자 수송 물질 및 이들의 혼합물 중 어느 하나의 물질;을 포함하는 유 기 전계 발광 소자를 포함하는 유기 전자 소자.
  14. 제13항에 있어서, 상기 인광 도펀트가 비스티에닐피리딘 아세틸아세토네이트 이리듐, 비스(벤조티에닐피리딘)아세틸아세토네이트 이리듐, 비스(2-페닐벤조티아졸)아세틸아세토네이트 이리듐, 비스(1-페닐이소퀴놀린) 이리듐 아세틸아세토네이트, 트리스(1-페닐이소퀴놀린)이리듐, 트리스(2-페닐피리딘)이리듐 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 유기 전계 발광 소자를 포함하는 유기 전자 소자.
  15. 기판상에 제1전극을 형성하는 단계;
    상기 제1전극 상에 유기층을 형성하는 단계; 및
    상기 유기층 상에 제2전극을 형성하는 단계;를 포함하는 유기 전자 소자의 제조 방법에 있어서,
    상기 유기층을 형성하는 단계의 전 또는 상기 유기층을 형성하는 단계 중에 용액코팅 또는 진공증착을 이용하여 상기 제1전극 상 또는 상기 유기층 내부에 강유전성 유기물질 포함층을 형성하는 단계를 포함하는 유기 전자 소자의 제조 방법.
  16. 제15항에서, 상기 강유전성 유기물질이 폴리비닐리덴 플루오라이드, 비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌 공중합체, 비닐리덴 플루오라이드-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 에 틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 비닐리덴 플루오라이드-비닐 플루오라이드 공중합체, 폴리비닐리덴 시아나이드, 비닐리덴 시아나이드-비닐 아세테이트 공중합체, 폴리아크릴로니트릴, 방향족폴리아미드, 폴리우레아, 폴리우레탄, 나일론7, 나일론11 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 유기 전자 소자의 제조방법.
  17. 제15항에서, 상기 강유전성 유기물질이 벤질티오우레아, 타난, 페나진클로로아닐릭액시드, 스크아릭 액시드, 트리클로로아세틱아미드, 페난트렌 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 유기 전자 소자의 제조방법.
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강유전성 유기물질 포함층의 두께가 0.1nm 내지 50nm인 유기 전자 소자의 제조방법.
  19. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용액코팅에서 용액의 농도가 0.01중량% 내지 10중량%인 유기 전자 소자의 제조방법.
  20. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용액코팅이 딥코팅, 스핀코팅 및 롤코팅 중 어느 하나인 유기 전자 소자의 제조방법.
KR1020090009506A 2009-02-06 2009-02-06 저전압 고효율 유기 전자 소자 및 그 제조방법 KR101092032B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090009506A KR101092032B1 (ko) 2009-02-06 2009-02-06 저전압 고효율 유기 전자 소자 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090009506A KR101092032B1 (ko) 2009-02-06 2009-02-06 저전압 고효율 유기 전자 소자 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100090318A true KR20100090318A (ko) 2010-08-16
KR101092032B1 KR101092032B1 (ko) 2011-12-12

Family

ID=42755901

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090009506A KR101092032B1 (ko) 2009-02-06 2009-02-06 저전압 고효율 유기 전자 소자 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101092032B1 (ko)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101465435B1 (ko) * 2013-07-17 2014-11-26 성균관대학교산학협력단 자기정렬 강유전체를 포함하는 유기 태양전지
KR101501266B1 (ko) * 2013-08-05 2015-03-12 경북대학교 산학협력단 화학적으로 개질된 실리콘 나노입자를 이용한 유기태양전지 및 그 제조 방법
KR20150080334A (ko) * 2013-12-31 2015-07-09 엘지디스플레이 주식회사 유기전계발광표시장치
KR20160136479A (ko) * 2015-04-30 2016-11-30 서울시립대학교 산학협력단 강유전체를 이용한 태양전지과 그 제조방법 및 이를 이용한 태양전지 시스템
KR20170136166A (ko) * 2016-06-01 2017-12-11 연세대학교 산학협력단 발광 부재, 발광 부재의 구동 방법, 비휘발성 메모리 소자, 센서, 센서의 구동 방법 및 디스플레이 장치
CN113644224A (zh) * 2021-08-09 2021-11-12 光华临港工程应用技术研发(上海)有限公司 有机发光二极管的制备方法以及有机发光二极管

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6812509B2 (en) * 2002-06-28 2004-11-02 Palo Alto Research Center Inc. Organic ferroelectric memory cells

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101465435B1 (ko) * 2013-07-17 2014-11-26 성균관대학교산학협력단 자기정렬 강유전체를 포함하는 유기 태양전지
KR101501266B1 (ko) * 2013-08-05 2015-03-12 경북대학교 산학협력단 화학적으로 개질된 실리콘 나노입자를 이용한 유기태양전지 및 그 제조 방법
KR20150080334A (ko) * 2013-12-31 2015-07-09 엘지디스플레이 주식회사 유기전계발광표시장치
KR20160136479A (ko) * 2015-04-30 2016-11-30 서울시립대학교 산학협력단 강유전체를 이용한 태양전지과 그 제조방법 및 이를 이용한 태양전지 시스템
KR20170136166A (ko) * 2016-06-01 2017-12-11 연세대학교 산학협력단 발광 부재, 발광 부재의 구동 방법, 비휘발성 메모리 소자, 센서, 센서의 구동 방법 및 디스플레이 장치
US10706768B2 (en) 2016-06-01 2020-07-07 University-Industry Foundation (Uif), Yonsei University Luminous member, method of driving luminous member, non-volatile memory device, sensor, method of driving sensor, and display apparatus
CN113644224A (zh) * 2021-08-09 2021-11-12 光华临港工程应用技术研发(上海)有限公司 有机发光二极管的制备方法以及有机发光二极管

Also Published As

Publication number Publication date
KR101092032B1 (ko) 2011-12-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Vaeth et al. Light-emitting diodes based on phosphorescent guest/polymeric host systems
KR100377321B1 (ko) 피-형 반도체 성질을 갖는 유기 화합물을 포함하는 전기소자
Cai et al. High‐efficiency solution‐processed small molecule electrophosphorescent organic light‐emitting diodes
Gong et al. Electrophosphorescence from a polymer guest–host system with an Iridium complex as guest: Förster energy transfer and charge trapping
CN101085857B (zh) 导电聚合物组合物、使用其的导电膜和含该膜的电子器件
KR100787428B1 (ko) 유기 전계 발광 소자
US20060158105A1 (en) Organic light emitting device and method for preparing the same
WO2005093869A1 (en) Oleds with mixed host emissive layer
KR20090092114A (ko) 초강산의 염을 포함하는 전자 주입층, 이를 포함하는광전변환 소자 및 이를 포함하는 유기 발광 소자
KR20070073454A (ko) 유기 전계 발광 소자
KR101092032B1 (ko) 저전압 고효율 유기 전자 소자 및 그 제조방법
US7948163B2 (en) Small molecule/polymer organic light emitting device capable of white light emission
KR20070078614A (ko) 유기 전계 발광 소자
JP2002151267A (ja) 発光素子
JP2002050482A (ja) 有機発光素子
Jiang et al. Multilayer organic light-emitting diodes
WO2016020646A1 (en) Organic light emitting devices and methods of making them
Hamaguchi et al. Color-variable emission in multilayer polymer electroluminescent devices containing electron-blocking layer
US20020182307A1 (en) Organic electroluminescent devices with organic layers deposited at elevated substrate temperatures
US20190386238A1 (en) Organic Electroluminescent Device And Method For Manufacturing The Same
KR102277670B1 (ko) 가스 차단층, 이를 기능층으로 포함하는 유기무기 반도체 소자, 이의 제조 방법 및 구동방법
Rao et al. Solution-processed cesium carbonate doped electron transport layer for multilayered polymer light emitting devices
Mathai et al. High-efficiency solution processed electrophosphorescent organic light emitting diodes based on a simple bi-layer device architecture
Rao et al. Improving the performance of phosphorescent based white polymer light emitting devices using iridium complexes
Rakurthi Improvement of Efficiencies and Lifetimes of White Light-Emitting Organic Diodes Using a Novel Co-evaporated ‘Hole-Confining’Structure

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140929

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151005

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee