KR20120133961A - 유기발광다이오드 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
유기발광 다이오드 및 그 제조 방법을 제공한다. 이 유기발광 다이오드는 기판 상에 광산란층, 제 1 전극, 유기발광층, 및 제 2 전극을 차례로 적층하되, 광산란층은 불규칙적인 폭과 간격을 갖는 요철 형상의 나노 구조체들을 포함할 수 있다. 이 유기발광 다이오드의 제조 방법은 기판 상에 고굴절 매질층 및 금속합금층을 차례로 적층하는 단계, 금속합금층을 열처리하여 에칭 마스크 패턴을 형성하는 단계, 에칭 마스크 패턴을 이용하여 고굴절 매질층을 식각하여 광산란층을 형성하는 단계, 에칭 마스크 패턴을 제거하는 단계 및 광산란층 상에 평탄층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 유기발광다이오드에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 유기발광 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED)는 유기발광물질을 전기적으로 여기(exciting)시켜 발광시키는 자체 발광형 소자이다. 상기 유기발광 다이오드는 기판, 제 1 전극, 제 2 전극 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 형성된 유기발광층을 포함한다. 상기 제 1 및 제 2 전극들로부터 공급되는 전공들 및 전자들은 상기 유기발광층 내에서 결합하여 외부로 방출되는 광을 생성한다. 상기 유기발광 다이오드는 상기 유기발광층을 구성하는 물질의 종류에 따라 다양한 색을 방출할 수 있다. 이에 더하여, 이러한 유기발광 다이오드는 넓은 시야각, 빠른 응답속도, 얇은 두께, 낮은 제조 비용 및 높은 콘트라스트(contrast) 등과 같은 우수한 디스플레이 특성을 갖는다. 이에 따라, 상기 유기발광 다이오드는 차세대 평판 디스플레이 소자(flat panel display device) 및 조명으로서 각광을 받고 있다. 하지만, 종래의 유기발광다이오드 소자는 외부 발광효율이 20% 이하로 매우 낮은 단점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 광 추출효율을 개선시킬 수 있는 유기발광 다이오드의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시예는 유기발광 다이오드에 관한 것이다. 이 유기발광 다이오드는 기판, 상기 기판 상에 형성된 요철 형상의 나노 구조체들을 갖는 광산란층, 상기 광산란층 상에 제 1 전극, 상기 제 1 전극 상에 유기발광층, 및 상기 유기발광층 상에 제 2 전극을 포함할 수 있다.
상기 나노 구조체들의 폭은 100nm 내지 1000nm이고, 상기 나노 구조체들 사이의 간격은 100nm 내지 3000nm일 수 있으며, 불규칙적인 폭과 간격을 가질 수 있다. . 상기 나노 구조체들은 그 단면이 사각형 모양 또는 원형으로 파인 모양일 수 있다. 상기 광산란층과 상기 제 1 전극 사이에 평탄층을 더 포함할 수 있으며, 상기 평탄층은 상기 광산란층과 다른 굴절률을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 유기발광 다이오드의 제조 방법에 관한 것이다. 이 유기발광 다이오드의 제조 방법은 기판 상에 광산란 매질층 및 금속합금층을 차례로 적층하는 단계, 상기 금속합금층에 열처리하여 에칭 마스크 패턴들을 형성하는 단계, 상기 에칭 마스크 패턴들을 이용하여 상기 광산란 매질층을 식각하여 광산란층을 형성하는 단계, 및 상기 에칭 마스크 패턴들을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 광산란 매질층은 SiO2, SnO2, TiO2, TiO2-SiO2, ZrO2, Al2O3, HfO2, In2O3, ITO(indium tin oxide), 금속질화물, 폴리에틸렌계 수지, 폴리아크릴계 수지, 폴리염화비닐(PVC) 수지, PVP(polyvinylpyrrolidone), 폴리아미드계 수지, 폴리스티렌계 수지, 또는 에폭시계 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일례로, 상기 광산란 매질층은 상기 기판보다 굴절률이 큰 물질을 포함할 수 있다. 상기 광산란 매질층은 상기 기판보다 굴절률이 작은 물질을 포함할 수 있다. 상기 광산란 매질층은 50nm 내지 1000nm 사이의 두께를 가지도록 형성될 수 있다.
상기 금속합금층은 Ag, Au, Cu, Pt, Ni, Cr, Pd, Mg, Cs, Ca, Sn, Sb, Pb 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 5nm 내지 300nm 사이의 두께를 가지도록 형성될 수 있다.
상기 에칭 마스크 패턴들의 폭은 50nm 내지 1000nm이고, 상기 에칭 마스크 패턴들 사이의 간격은 100nm 내지 3000nm일 수 있다.
상기 광산란층을 형성하는 단계는 상기 광산란 매질층을 건식 식각 또는 습식 식각하여 형성하는 것을 포함하되, 상기 건식 식각은 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching; RIE) 또는 유도결합 플라즈마(Inductively coupled plasma; ICP) 식각을 포함하고, 상기 습식 식각은 불산 또는 버퍼 옥사이드 식각(Buffered Oxide Etchant; BOE)을 포함할 수 있다.
상기 광산란층은 불규칙적인 요철 형상의 나노 구조체들을 포함하되, 상기 나노 구조체들의 폭은 100nm 내지 1000nm이고, 상기 나노 구조체들 사이의 간격은 100nm 내지 3000nm일 수 있다
상기 광산란층 상에 평탄층을 형성하는 것을 더 포함하되, 상기 평탄층은 상기 광산란층과 다른 굴절률을 가질 수 있으며, 상기 제 1 전극과 같거나 높은 굴절률을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 유기발광 다이오드는 불규칙적인 요철 형상을 가지는 나노 구조체들을 포함하는 광산란층을 구비한다. 유기발광층에서 방출되는 광은 상기 광산란층에 의해 산란, 난반사, 굴절 또는 회절될 수 있다. 상기 광산란층에 의해 산란, 난반사, 굴절 또는 회절된 광은 광산란층을 포함하지 않은 평탄한 기판보다 상기 기판의 외부로 방출될 가능성이 증가한다. 그 결과로서, 전반사와 같은 광추출 효율을 떨어뜨리는 기술적 어려움은 본 발명에 따른 유기발광 다이오드에 의해 개선될 수 있다. 또한 광산란 매질층을 이용할 경우, 광산란 매질층 없이 바로 기판에 나노 구조 산란층을 형성한 경우보다 기판 또는 평탄층과의 굴절률 차이를 최적화하여 광산란 효과를 극대화함으로써 광추출 효율을 보다 효과적으로 높일 수 있다.
본 발명에 따른 유기발광 다이오드의 제조 방법은 광산란층 및 상기 광산란층의 제작을 위한 에칭 마스크 패턴들의 제조 방법을 제공한다. 이는 종래의 제조 방법에 비해 낮은 제조 비용과 간단한 공정이 가능하여 본 발명에 따른 유기발광 다이오드는 적은 비용으로 대량 생산될 수 있다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광 다이오드의 구조 및 그 제조 방법을 도시하는 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광 다이오드의 일 측면을 보다 상세하게 설명하기 위하여 도 5의 A를 확대한 단면도이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기발광 다이오드의 구조 및 그 제조 방법을 도시하는 단면도들이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 유기발광 다이오드의 구조 및 그 제조 방법을 도시하는 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광 다이오드의 일 측면을 보다 상세하게 설명하기 위하여 도 5의 A를 확대한 단면도이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기발광 다이오드의 구조 및 그 제조 방법을 도시하는 단면도들이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 유기발광 다이오드의 구조 및 그 제조 방법을 도시하는 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 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 막이 다른 막 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 또한, 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 영역, 막들 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 막을 다른 영역 또는 막과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시예에의 제1막질로 언급된 막질이 다른 실시예에서는 제2막질로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광 다이오드의 구조 및 그 제조 방법을 도시하는 단면도들이다.
도 1을 참조하면, 기판(100)의 상부면에 광산란층을 형성하기 위한 광산란 매질층(110) 및 상기 광산란 매질층(110) 상에 에칭 마스크를 형성하기 위한 금속합금층(120)을 차례로 형성한다.
상기 기판(100)은 투명한 물질들 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 기판(100)은 유리, 석영 또는 투명 플라스틱들 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 광산란 매질층(110)은 광산란층으로 이용될 수 있다. 상기 광산란 매질층(110)은 상기 기판(100)보다 굴절률이 클 수 있다. 이와는 달리, 상기 광산란 매질층(110)은 상기 기판(100)보다 굴절률이 작을 수 있다. 상기 광산란 매질층(110)은 투명한 물질들 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일례로, 상기 광산란 매질층(110)은 SiO2, SnO2, TiO2, TiO2-SiO2, ZrO2, Al2O3, HfO2, In2O3, ITO 등의 산화물, SiNx 등의 질화물, 또는 폴리에틸렌계, 폴리아크릴계, PVC, PVP, 폴리이미드계, 폴리스티렌계, 에폭시계 등의 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 광산란 매질층(110)은 상기 기판(100)과 식각 선택성을 가질 수 있다. 상기 기판(100)과 식각 선택성을 가짐으로써, 상기 광산란 매질층(110)에 형성되는 상기 광산란층의 나노 구조체들은 원하는 폭과 높이의 비를 갖도록 형성될 수 있다. (도 4의 115 참조)
상기 광산란 매질층(110)은 스퍼터(Sputter), 화학적 기상증착법(Chemical vapor deposition, CVD), 전자빔 증착법(E-beam evaporation), 열 증착법(Thermal evaporation), 또는 원자층 증착법(Atomic layer deposition; ALD)를 이용하여 형성될 수 있다. 상기 광산란 매질층(110)은 상기 증착법을 이용해 원하는 두께(d1)로 형성될 수 있으며, 일례로 대략 50nm에서 1000nm의 두께(d1)로 형성될 수 있다.
상기 금속합금층(120)은 에칭 마스크 패턴으로 이용될 수 있다. 상기 금속합금층(120)은 Ag, Au, Cu, Pt, Ni, Cr, Pd, Mg, Cs, Ca, Sn, Sb, Pb 또는 이들의 조합을 포함하는 합금일 수 있다.
상기 금속합금층(120)은 스퍼터(Sputter), 화학적 기상증착법(Chemical vapor deposition, CVD), 전자빔 증착법(E-beam evaporation), 열 증착법(Thermal evaporation), 또는 원자층 증착법(Atomic layer deposition; ALD)를 이용하여 형성될 수 있다. 상기 금속합금층(120)은 상기 증착법을 이용해 원하는 두께(d2)로 형성될 수 있으며, 일례로 대략 5nm에서 300nm의 두께(d2)로 형성될 수 있다.
상기 금속합금층(120)의 표면에너지는 상기 고굴절 매질층(110)의 표면 에너지보다 높을 수 있으며, 상기 금속합금층(120)의 용융점은 상기 기판(100)과 상기 광산란 매질층(110)의 연화점보다 낮을 수 있다. 상기 금속합금층(120)은 상기 광산란 매질층(110)과의 식각 선택성이 높은 것이 바람직하다.
도 2를 참조하면, 상기 광산란 매질층(110) 상에 에칭 마스크 패턴들(125)을 형성한다.
상기 에칭 마스크 패턴들(125)은 상기 금속합금층(120)을 열처리함으로써 형성될 수 있다. 상기 열처리 공정을 통해 비젖음(dewetting) 현상을 이용하여 형성될 수 있다. 여기에서, 비젖음(dewetting) 현상이라 함은 비젖음(dewetting) 성질을 가지는 물질이 표면상에 균일하게 도포된 필름 상태에서 부분적으로 움푹 들어가거나 불쑥 튀어 나온 모양으로 불균일한 패턴이 형성되는 것을 말한다. 즉, 상기 금속합금층(120)을 열처리함으로써 비젖음(dewetting) 현상을 유발시켜 임의의 미세 패턴들을 형성할 수 있다.
상기 에칭 마스크 패턴들(125)은 상기 금속합금층의 조성 및 두께, 또는 열처리 공정의 온도 및 시간을 달리함으로써 패턴들의 모양, 크기 또는 간격을 조절할 수 있다. 즉, 상기 금속합금층(120)을 열처리 하면 비젖음(dewetting) 현상의 진행속도가 순수한 금속의 경우보다 느릴 수 있다. 이로써, 상기 에칭 마스크 패턴들(125)을 보다 정밀하게 원하는 모양으로 형성할 수 있다.
일례로, 상기 에칭 마스크 패턴들(125)은 물방울(Droplet) 모양으로 형성될 수 있다. 상기 에칭 마스크 패턴들(125)의 폭(w1)은 대략 100nm에서 1000nm일 수 있으며, 상기 에칭 마스크 패턴들(125) 간의 간격(l1)은 대략 100nm에서 3000nm 사이일 수 있다.
상기 열처리 공정은 열처리법(Thermal Annealing), 급속 열처리법(Rapid Thermal Annealing; RTA), 오븐(Oven), 또는 Hot-plate 열처리법을 이용하여 진행될 수 있다. 상기 열처리 공정은 상기 기판(100)의 연화점 또는 상기 광산란 매질층(110)과 상기 기판(100) 사이의 연화점 이하의 범위에서 시행될 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 광산란 매질층(110)을 식각함으로써 광산란층(115)을 형성한다. 상기 광산란층(115)은 상기 에칭 마스크 패턴들(125)을 식각 마스크로 이용하여 건식 식각 또는 습식 식각하여 형성될 수 있다.
상기 건식 식각은 비등방성 식각법인 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching; RIE), 또는 유도결합 플라즈마(Inductively coupled plasma; ICP) 식각을 이용할 수 있으며, 상기 습식 식각은 등방성 식각법인 불산 또는 버퍼 옥사이드 식각(Buffered Oxide Etchant; BOE)를 이용할 수 있다. 상기 식각 공정을 통해 상기 광산란층(115)은 요철 형상의 나노 구조체들을 가지고 형성될 수 있다.
상기 광산란층(115) 내의 나노 구조체들은 불규칙적인 폭과 간격을 가지고 형성될 수 있다. 상기 광산란층(115)은 상기 에칭 마스크 패턴들(125)의 폭과 주기에 따라 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 광산란층(115) 내의 상기 나노 구조체들의 폭(w2)은 대략 100nm에서 1000nm 사이일 수 있으며, 상기 나노 구조체들 사이의 간격(l2)은 대략 100nm에서 3000nm 사이일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 기판(100)상에 실리콘 산화물(SiO2)층으로 상기 광산란 매질층(110)을 형성할 수 있다. 상기 실리콘 산화물(SiO2)층 상에 Ag 합금층으로 상기 금속합금층(120)을 형성할 수 있으며, 그 후 열처리에 의한 비젖음(dewetting) 현상을 이용하여 상기 에칭 마스크 패턴들(125)을 형성할 수 있다. 상기 에칭 마스크 패턴들(125)을 식각 마스크로 하여 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching; RIE), 또는 유도결합 플라즈마(Inductively coupled plasma; ICP)를 이용하는 건식 식각 공정을 통해 상기 광산란층(115)을 형성할 수 있다. 상기 건식 식각 공정을 진행하여 형성된 상기 광산란층(115)은 비등방성으로 식각되어, 그 단면이 사각형 형태인 나노 구조체들이 형성될 수 있다.
상기 에칭 마스크 패턴들(125)은 상기 광산란층(115)을 형성한 후 산(acid) 에 의해 상기 광산란층(115)을 파괴하지 않고 제거될 수 있다. 상기 산(acid)은 질산(HNO3), 황산(H2SO4), 왕수(aqua regia), 또는 인산(H3PO4)을 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 광산란층(115) 상에 평탄층(130)을 형성한다. 상기 평탄층(130)은 상기 광산란층(115) 상에 형성되어 상기 광산란층(115)의 상부면을 평탄하게 하는 역할을 할 수 있다. 이로써, 상기 광산란층(115) 내의 나노 구조체들에 의한 요철을 보호하고, 평평한 상기 기판(100) 상에 형성된 유기발광 다이오드와 유사한 전기적 특성을 가지는 유기발광 다이오드를 제조할 수 있다.
상기 평탄층(130)은 투명한 물질일 수 있다. 상기 평탄층(130)은 높은 굴절률을 가지는 물질로 형성될 수 있다. 상기 평탄층(130)은 제 1 전극으로 사용되는 전도체의 굴절률과 유사하거나 높을 수 있다. 예를 들어, 상기 평탄층(130)은 굴절률이 대략 1.7 이상 2.5이하일 수 있다. 상기 평탄층(130)의 굴절률과 상기 광산란층(115)의 굴절률 차이가 클수록 광추출 효율이 증가할 수 있다.
일례로, 상기 평탄층(130)은 TiO2, ZrO2, ZnS, TiO2-SiO2, SnO2, In2O3 등의 무기 물질, 또는 폴리비닐 페놀 수지, 에폭시 수지, 폴리 이미드 수지, 폴리 스티렌 수지, 폴리 카보네이트 수지, 폴리 에틸렌 수지, PMMA 수지, 폴리 프로필렌 수지 등의 폴리머와 상기 무기 물질의 복합체로 형성될 수 있다.
상기 평탄층(130)은 스핀코팅, 딥코팅, 슬릿코팅, 바코팅 또는 스프레이 코팅 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 코팅 방법을 사용하기 위하여 상기 평탄층(130)의 재료는 액상으로 준비될 수 있다. 일례로, 상기 무기 물질은 졸-겔 법을 이용하여 전구체로 준비될 수 있으며, 상기 폴리머와 상기 무기 물질의 복합체는 용매에 나노 입자를 분산시킨 후 해당 모노머 또는 폴리머를 첨가하여 액상으로 준비될 수 있다. 상기 평탄층(130)은 상기 코팅 방법으로 코팅한 후, 열처리 또는 자외선을 조사하여 경화시켜 형성될 수 있다.
상기 평탄층(130)은 스퍼터(Sputter), 화학적 기상증착법(Chemical vapor deposition, CVD), 전자빔 증착법(E-beam evaporation), 열 증착법(Thermal evaporation), 또는 원자층 증착법(Atomic layer deposition; ALD)을 이용하여 형성될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 평탄층(130)을 형성하지 않고, 상기 광산란층(115)을 구비한 유기발광다이오드를 형성할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 평탄층(130) 상에, 제 1 전극(200), 유기발광층(300), 제 2 전극(400) 및 보호층(500)을 차례로 형성할 수 있다.
상기 제 1 전극(200)은 투명성을 가지는 도전성 물질일 수 있다. 예를 들면, 상기 제 1 전극(200)은 투명 전도성 산화물들(TCO:Transparent conductive oxide) 중의 하나일 수 있다. 일례로, 상기 제 1 전극(200)은 인듐주석산화물(ITO: Indum Tin Oxide) 또는 인듐아연산화물(IZO: Indium Zinc Oxide) 중의 하나일 수 있다.
상기 유기발광층(300)은 유기발광 물질들 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 유기발광층(300)은 폴리플루오렌(polyfluorene) 유도체, (폴리)파라페닐렌비닐렌((poly)paraphenylenevinylene) 유도체, 폴리페닐렌(polyphenylene) 유도체, 폴리비닐카바졸(polyvinylcarbazole) 유도체, 폴리티오펜(polythiophene) 유도체, 안트라센(anthracene) 유도체, 부타디엔(butadiene) 유도체, 테트라센(tetracene) 유도체, 디스티릴아릴렌(distyrylarylene) 유도체, 벤자졸(benzazole) 유도체 또는 카바졸(carbazole) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
다른 실시예들에 따르면, 상기 유기발광층(300)은 도펀트를 포함하는 유기 발광 물질일 수 있다. 일례로, 상기 유기발광층(300)은, 상기 도펀트로서, 크산텐(xanthene), 페릴렌(perylene), 쿠마린(cumarine), 로더민(rhodamine), 루브렌(rubrene), 디시아노메틸렌피란(dicyanomethylenepyran), 티오피란(thiopyran), (티아)피릴리움((thia)pyrilium), 페리플란텐(periflanthene) 유도체, 인데노페릴렌(indenoperylene) 유도체, 카보스티릴(carbostyryl), 나일레드(Nile red), 또는 퀴나크리돈(quinacridone) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 유기 발광 물질로서, 폴리플루오렌(polyfluorene) 유도체, (폴리)파라페닐렌비닐렌((poly)paraphenylenevinylene) 유도체, 폴리페닐렌(polyphenylene) 유도체, 폴리비닐카바졸(polyvinylcarbazole) 유도체, 폴리티오펜(polythiophene) 유도체, 안트라센(anthracene) 유도체, 부타디엔(butadiene) 유도체, 테트라센(tetracene) 유도체, 디스티릴아릴렌(distyrylarylene) 유도체, 벤자졸(benzazole) 유도체 또는 카바졸(carbazole) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 유기발광층(300)은 단일막 구조 또는 보조층을 포함하는 다층막 구조일 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 상기 유기발광층(300)의 발광효율을 높이는 보조층을 더 포함할 수도 있다. 상기 보조층은 정공주입층(hole injecting layer), 정공수송층(hole transfer layer), 전자수송층(electron transfer layer), 또는 전자주입층(electron injecting layer) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 유기발광층(300)은 상기 제 1 전극(200) 또는 제 2 전극(400)으로부터 공급되는 정공들 또는 전자들의 재결합을 통하여 광을 생성시킬 수 있다.
상기 제 2 전극(400)은 전도성을 가지는 물질일 수 있다. 상기 제 2 전극(400)은 금속 또는 광 투과성 도전 물질일 수 있다. 일례로, 상기 금속은 알루미늄(Al), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 몰리브덴(Mo) 또는 그들의 합금이 사용될 수 있다. 상기 제 2 전극(400)을 위한 광 투과성 도전 물질로는, 상기 금속 물질의 박막이 사용될 수 있다. 상기 박막의 두께에 따라서 투과하는 빛의 파장이 다를 수 있다.
상기 제 2 전극(400)은 외부에서 전압을 인가받아 상기 유기발광층(300)에 전자를 공급하도록 구성될 수 있다. 상기 제 2 전극(400)은 상기 유기발광층(300)으로부터 생성된 광을 투과시키거나 또는 상기 제 1 전극(200)을 향하여 반사시킬 수 있다.
상기 보호층(500)은 공기 불투과성 재료로 이루어질 수 있다. 상기 보호층(500)은 투명한 재료일 수 있다. 상기 보호층(500)은 상기 유기발광 다이오드를 덮도록 구성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광 다이오드의 일 측면을 보다 상세하게 설명하기 위하여 도 5의 A를 확대한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 상기 유기발광층(300)으로부터 생성된 광들(l)은 상기 제 1 전극(200)을 통과하여 상기 기판(100)에 입사될 수 있다.
상기 유기발광층(300)으로부터 생성된 광들(l)은 상기 기판(100)에 의해 부분 반사(partial reflection) 또는 전반사(total reflection)되어 제 1 전극(200) 및 유기발광층(300) 내부로 도파될 수 있다. 상기 내부로 도파된 광은 기판 외부로 방출되지 못할 수 있다.
일반적인 유기발광 다이오드는 상기 제 1 전극(200)의 굴절률과 상기 기판(100)의 굴절률의 차이에 따라 상기 제 1 전극(200) 및 상기 유기발광층(300) 내부로 도파되는 광이 전체 발광량의 대략 45% 발생할 수 있다.
하지만, 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 기판(100) 상에 상기 평탄층(130) 및 상기 광산란층(115)이 형성되어 상기 기판(100)으로 입사되는 광(l)의 부분적 반사 또는 전반사를 감소시킬 수 있다. 상기 기판(100)에 입사된 광(l)은 상기 제 1 전극(200)의 굴절률과 유사하거나 큰 상기 평탄층(130)에 의해 상기 제 1 전극(200) 내부로 도파되는 광을 줄일 수 있다. 또한, 나노 구조체들을 포함하는 상기 광산란층(115)에 의해 산란, 난반사 및/또는 굴절(s)되어, 상기 제 1 전극(200)의 내부가 아니라 상기 기판(100)의 외부로 방출될 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 전극(200)의 내부로 반사되는 광에 대한 상기 기판(100)의 외부로 방출되는 광의 비율이 증가될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 유기발광 다이오드는 증가된 광추출 효율을 가질 수 있다.
이에 더하여, 상기 기판(100)에 입사된 광(l)은 상기 광산란층(115) 내의 상기 나노 구조체들에 의해 회절될 수 있다. 상기 회절된 광(d)은 상기 기판(100)의 외부로 방출됨으로써, 본 발명에 따른 유기발광 다이오드의 광추출 효율을 증가시키는데 기여할 수 있다.
또한, 상기 광산란층(115) 내의 나노 구조체들은 불규칙한 폭과 주기를 가짐으로써, 입사되는 가시광선 영역대의 광들을 특정 파장에 대한 의존성 없이 전체의 광을 산란, 난반사, 굴절, 및/또는 회절시킬 수 있어 상기 유기발광 다이오드의 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기발광 다이오드의 구조 및 그 제조 방법을 도시하는 단면도들이다.
도 7을 참조하면, 도 1 및 도 2에서 설명한 바와 같이 상기 기판(100) 상에 상기 광산란 매질층(110) 및 상기 에칭 마스크 패턴들(126)을 차례로 형성한다. 상기 에칭 마스크 패턴들(126)은 상기 금속합금층(120)을 열처리함으로써 형성될 수 있다. 상기 열처리 공정을 통해 비젖음(dewetting) 현상을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 에칭 마스크 패턴들(126)은 금속 입자의 어레이 또는 다공성 금속막으로 형성될 수 있다. 상기 에칭 마스크 패턴들(126)은 불규칙적인 폭과 간격을 가지고 형성될 수 있다. 일례로, 상기 금속 입자의 어레이로 이루어진 상기 에칭 마스크 패턴들(126)의 폭(w3)은 대략 50nm에서 500nm 사이일 수 있으며, 상기 에칭 마스크 패턴들(126) 간의 간격(l3)은 대략 150nm에서 1500nm 사이일 수 있다. 상기 다공성 금속막으로 이루어진 상기 에칭 마스크 패턴들(126)의 구멍의 폭(w3)은 대략 20nm에서 200nm 사이일 수 있으며, 구멍 사이의 간격(l3)은 150 nm 에서 1500nm 사이일 수 있다.
상기 열처리 공정은 열처리법(Thermal Annealing), 급속 열처리법(Rapid Thermal Annealing; RTA), 오븐(Oven), 또는 Hot-plate 열처리법을 이용하여 진행될 수 있다. 상기 열처리 공정은 상기 기판(100)의 연화점 또는 상기 광산란 매질층(110)과 상기 기판(100) 사이의 연화점 이하의 범위에서 시행될 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 광산란 매질층(110)을 식각함으로써 광산란층(116)을 형성한다. 상기 광산란층(116)은 상기 에칭 마스크 패턴들(126)을 식각 마스크로 이용하여 건식 식각 또는 습식 식각하여 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 기판(100)상에 실리콘 산화물(SiO2)층으로 상기 고굴절 매질층(110)을 형성할 수 있다. 상기 실리콘 산화물(SiO2)층 상에 Ag 합금층으로 상기 금속합금층(120)을 형성할 수 있으며, 그 후 열처리에 의한 비젖음(dewetting) 현상을 이용하여 상기 에칭 마스크 패턴들(126)을 형성할 수 있다. 상기 에칭 마스크 패턴들(126)을 식각 마스크로 하여 버퍼 옥사이드 에칭(Buffered Oxide Etchant; BOE)을 이용하여 습식 식각하여 상기 광산란층(116)을 형성할 수 있다. 상기 습식 식각 공정을 진행하면, 상기 광산란층(116)은 등방성으로 식각되어, 그 단면이 둥근 형태로 파인 나노 구조체들이 형성될 수 있다.
상기 광산란층(116) 내의 나노 구조체들은 불규칙적인 폭과 주기를 가지고 형성될 수 있다. 상기 광산란층(116)은 상기 에칭 마스크 패턴들(126)의 폭과 주기에 따라 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 광산란층(116) 내의 상기 나노 구조체들의 폭(w4)은 대략 100nm에서 1000nm 사이일 수 있으며, 상기 나노 구조체들의 간격(l4)은 대략 100nm에서 3000nm일 수 있다.
상기 에칭 마스크 패턴들(126)은 상기 광산란층(116)을 형성한 후 산(acid) 물질에 의해 상기 광산란층(116)을 파괴하지 않고 제거될 수 있다. 상기 산 물질은 질산(HNO3), 황산(H2SO4), 왕수(aqua regia), 또는 인산(H3PO4)을 포함할 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 광산란층(116) 상에 도 4에서 설명한 바와 같이 상기 평탄층(130)을 형성한다. 그 후, 상기 기판(100), 상기 광산란층(116), 및 상기 평탄층(130)이 형성된 결과물 상에, 상기 제 1 전극, 상기 유기발광층, 상기 제 2 전극 및 상기 보호층을 차례로 형성할 수 있다. (도 5 참조)
다른 실시예에 따르면, 상기 평탄층(130)을 형성하지 않고, 상기 광산란층(116)을 구비한 유기발광다이오드 장치를 형성할 수 있다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 유기발광 다이오드의 구조 및 그 제조 방법을 도시하는 단면도들이다
도 10을 참조하면, 상기 광산란 매질층을 형성하지 않고 상기 기판(100) 표면 상에 상기 금속합금층(120)을 형성한다. 그 후 도 11에 도시한 바와 같이, 상기 금속합금층(120)을 열처리함으로써 상기 에칭 마스크 패턴들(125)을 형성할 수 있다. 상기 에칭 마스크 패턴들(125)은 상기 열처리 공정을 통해 비젖음(dewetting) 현상을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 열처리 공정은 열처리법(Thermal Annealing), 급속 열처리법(Rapid Thermal Annealing; RTA), 오븐(Oven), 또는 Hot-plate 열처리법을 이용하여 진행될 수 있다. 상기 열처리 공정은 상기 기판(100) 또는 상기 광산란 매질층(110)과 상기 기판(100)의 연화점 이하의 범위에서 시행될 수 있다.
도 12를 참조하면, 상기 기판(100) 상에 광산란 패턴들(105)을 형성한다. 상기 광산란 패턴들(105)은 상기 에칭 마스크 패턴들(125)을 식각 마스크로 이용하여 상기 기판(100)의 상부면을 식각하여 형성될 수 있다. 일례로, 상기 식각 공정은 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching; RIE), 또는 유도결합 플라즈마(Inductively coupled plasma; ICP)를 이용한 건식 식각 공정일 수 있다. 상기 건식 식각 공정을 진행하여 형성된 상기 기판(100)의 표면은 비등방성으로 식각되어, 상기 기판(100)의 상부는 그 단면이 사각형 형태인 나노 구조체들을 포함하는 상기 광산란 패턴들(105)이 형성될 수 있다.
상기 기판(100)의 광산란 패턴들(105)은 불규칙적인 폭과 간격을 가지고 형성될 수 있다. 상기 광산란 패턴들(105)은 상기 에칭 마스크 패턴들(125)의 폭과 주기에 따라 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 광산란 패턴들(105)의 폭은 대략 100nm에서 1000nm 사이일 수 있으며, 상기 나노 구조체들 사이의 간격은 대략 100nm에서 3000nm 사이일 수 있다.
상기 광산란 패턴들(105)은 상기 광산란 매질층을 식각하여 형성한 상기 광산란층(도 5의 115 참조)과 유사한 광산란 효과를 나타낼 수 있다.
상기 에칭 마스크 패턴들(125)은 상기 광산란 패턴들(105)을 형성한 후 산(acid) 에 의해 상기 광산란 패턴들(105)을 파괴하지 않고 제거될 수 있다. 상기 산(acid)은 질산(HNO3), 황산(H2SO4), 왕수(aqua regia), 또는 인산(H3PO4)을 포함할 수 있다.
Claims (20)
- 기판;
상기 기판 상에 형성된 요철 형상의 나노 구조체들을 갖는 광산란층;
상기 광산란층 상에 제 1 전극;
상기 제 1 전극 상에 유기발광층; 및
상기 유기발광층 상에 제 2 전극을 포함하되,
상기 나노 구조체들의 폭은 100nm 내지 1000nm이고, 상기 나노 구조체들 사이의 간격은 100nm 내지 3000nm인 유기발광 다이오드. - 제 1 항에 있어서,
상기 나노 구조체들은 불규칙적인 폭과 간격을 가지는 유기발광 다이오드. - 제 1 항에 있어서,
상기 나노 구조체들은 그 단면이 사각형 모양인 것을 특징으로 하는 유기발광 다이오드. - 제 1 항에 있어서,
상기 나노 구조체들은 그 단면이 원형으로 오목한 모양인 것을 특징으로 하는 유기발광 다이오드. - 제 1 항에 있어서,
상기 광산란층과 상기 제 1 전극 사이에 평탄층을 더 포함하는 유기발광 다이오드. - 제 5 항에 있어서,
상기 평탄층은 상기 광산란층과 다른 굴절률을 갖는 유기발광 다이오드. - 기판 상에 광산란 매질층 및 금속합금층을 차례로 적층하는 단계;
상기 금속합금층에 열처리하여 에칭 마스크 패턴들을 형성하는 단계;
상기 에칭 마스크 패턴들을 이용하여 상기 광산란 매질층을 식각하여 광산란층을 형성하는 단계; 및
상기 에칭 마스크 패턴들을 제거하는 단계;
를 포함하는 유기발광 다이오드의 제조 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 광산란 매질층은 SiO2, SnO2, TiO2, TiO2-SiO2, ZrO2, Al2O3, HfO2, In2O3, ITO, 금속질화물, 폴리에틸렌계 수지, 폴리아크릴계 수지, 폴리염화비닐(PVC) 수지, PVP(polyvinylpyrrolidone), 폴리아미드계 수지, 폴리스티렌계 수지, 또는 에폭시계 수지 중 적어도 하나를 포함하는 유기발광 다이오드의 제조 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 광산란 매질층은 상기 기판보다 굴절률이 큰 유기발광 다이오드의 제조 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 광산란 매질층은 상기 기판보다 굴절률이 작은 유기발광 다이오드의 제조 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 광산란 매질층은 50nm 내지 1000nm 사이의 두께를 가지도록 형성되는 것을 포함하는 유기발광 다이오드의 제조 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 금속합금층은 Ag, Au, Cu, Pt, Ni, Cr, Pd, Mg, Cs, Ca, Sn, Sb, Pb 또는 이들의 조합을 포함하는 유기발광 다이오드의 제조 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 금속합금층은 5nm 내지 300nm 사이의 두께를 가지도록 형성되는 것을 포함하는 유기발광 다이오드의 제조 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 에칭 마스크 패턴들의 폭은 50nm 내지 1000nm이고, 상기 에칭 마스크 패턴들 사이의 간격은 100nm 내지 3000nm인 유기발광 다이오드의 제조 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 광산란층을 형성하는 단계는,
상기 광산란 매질층을 건식 식각 또는 습식 식각하여 형성하는 것을 포함하되,
상기 건식 식각은 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching; RIE) 또는 유도결합 플라즈마(Inductively coupled plasma; ICP) 식각을 포함하고, 상기 습식 식각은 불산 또는 버퍼 옥사이드 식각(Buffered Oxide Etchant; BOE)을 포함하는 유기발광 다이오드의 제조 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 광산란층은 불규칙적인 요철 형상의 나노 구조체들을 포함하는 유기발광 다이오드의 제조 방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 나노 구조체들의 폭은 100nm 내지 1000nm이고, 상기 나노 구조체들 사이의 간격은 100nm 내지 3000nm인 유기발광 다이오드의 제조 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 광산란층 상에 평탄층을 형성하는 것을 더 포함하는 유기발광 다이오드의 제조 방법. - 제 18항에 있어서,
상기 평탄층은 상기 광산란층과 다른 굴절률을 갖는 유기발광 다이오드의 제조 방법. - 제 18항에 있어서,
상기 평탄층은 상기 제 1 전극과 같거나 높은 굴절률을 갖는 유기발광 다이오드의 제조 방법.
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