KR20130016601A - 유기 발광 다이오드용 기판, 이의 제조방법 및 이를 구비한 유기 발광 다이오드 - Google Patents

유기 발광 다이오드용 기판, 이의 제조방법 및 이를 구비한 유기 발광 다이오드 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제1전극, 정공층, 발광층, 전자층 및 제2전극이 상면에 형성되는 유기 발광 다이오드용 기판, 이의 제조방법 및 이를 구비한 유기 발광 다이오드에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 유기 발광 다이오드용 기판은, 광투과성을 가진 기판부재, 및 상기 기판부재의 상면에 형성되는 공명 억제층을 포함하되, 상기 공명 억제층은 상기 기판부재와 상기 제1전극의 계면에서 표면 플라즈마 공명이 발생하는 것을 억제하도록 상기 제1전극의 유전율의 절대값보다 큰 양의 유전율을 갖는 유전체 물질로 이루어진다.
본 발명에 의하면, 제1전극의 유전율의 절대값보다 큰 양의 유전율을 갖는 유전체 물질로 이루어져 상기 제1전극과의 계면에서 표면 플라즈마 공명이 발생하는 것을 억제하는 공명 억제층이 구비됨으로써, 발광층에서 발생한 빛이 표면 플라즈마 공명으로 흡수, 산란되지 않게 하여 유기 발광 다이오드의 광 추출효율을 제고할 수 있고, 이러한 공명 억제층은 추가적인 리소그래피 공정이나 패터닝 공정에 의하지 않고 일반적인 반도체 공정에서 사용되는 물리적, 화학적 기상법으로 간편하면서도 저렴한 비용으로 제조될 수 있다.

Description

유기 발광 다이오드용 기판, 이의 제조방법 및 이를 구비한 유기 발광 다이오드 {SUBSTRATE FOR ORGANIC LIGHT EMITTING DIODES, MANUFACTURING METHOD THEREOF AND ORGANIC LIGHT EMITTING DIODES WITH THE SAME}
본 발명은 유기 발광 다이오드용 기판, 이의 제조방법 및 이를 구비한 유기 발광 다이오드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제1전극, 정공층, 발광층, 전자층 및 제2전극이 상면에 형성되는 유기 발광 다이오드용 기판, 이의 제조방법 및 이를 구비한 유기 발광 다이오드로서, 광 추출효율을 제고할 수 있고, 간편하면서도 저렴한 비용으로 제조될 수 있는 유기 발광 다이오드용 기판, 이의 제조방법 및 이를 구비한 유기 발광 다이오드에 관한 것이다.
일반적으로 유기 발광 다이오드(OLED; Organic Light Emitting Diode)는 유기화합물을 이용해 자체 발광시키는 차세대 디스플레이 소자로 반응속도가 매우 빠르고 자체 발광으로 인해 색감을 떨어뜨리는 후광장치가 불필요한 여러 가지 장점 때문에 대형 텔레비전부터 모바일 기기까지 널리 이용되고 있다.
도 1은 이러한 유기 발광 다이오드의 일반적인 구조를 보여주는 도면이다. 유기 발광 다이오드는 투명기판(10) 위에 양전극(20), 정공주입층과 정공수송층 같은 정공층(30), 유기물로 이루어져 전자와 정공이 결합하면서 빛이 발생되는 발광층(40), 전자주입층과 전자수송층 같은 전자층(50) 및 음전극(60)이 순서대로 적층되어 이루어진다.
이와 같은 유기 발광 다이오드의 효율 개선은, 발광층(40)의 발광효율을 향상시키거나, 발광층(40)에서 발생된 빛이 최대한 투명기판(10)까지 통과하여 전방측으로 방출될 수 있도록 광 추출효율을 향상시키는 형태로 이루어진다.
한편, 플라즈몬(Plasmon)은 금속 내의 자유전자가 집단적으로 움직이는 것을 일컫는데, 표면 플라즈몬 공명(SPR; Surface Plasmon Resonance)이란 나노 구조의 아주 작은 스케일에서 이 플라즈몬이 빛의 전자기장과 짝지어지면서 공진하여 빛을 흡수하는 현상을 말한다.
전술된 유기 발광 다이오드에 있어서, 유리 등과 같은 양의 유전율을 갖는 유전체로 이루어진 투명기판(10) 상에 음의 유전율을 갖는 Ag 등과 같은 금속으로 이루어진 양전극(20)이 형성되면, 도 1의 확대도에 도시된 바와 같이, 발광층(40)에서 방출된 빛(가시광선)이 양전극(20)과 투명기판(10)을 통과할 때에 그 계면에서 상술한 바와 같은 표면 플라즈몬 공명이 일어나게 된다.
이렇게 양전극(20)과 투명기판(10)의 계면에서 표면 플라즈몬 공명이 일어나면, 빛이 표면 플라즈몬 공명에 의해 흡수, 산란되면서 광투과성이 저하되고, 유기 발광 다이오드의 광 추출효율이 낮아지는 문제점이 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 제1전극과 기판의 계면에서 빛을 흡수, 산란시키는 표면 플라즈마 공명의 발생을 억제할 수 있고, 일반적인 반도체 공정에서 사용되는 물리적, 화학적 기상법으로 간편하면서도 저렴한 비용으로 제조될 수 있는 유기 발광 다이오드용 기판, 이의 제조방법 및 이를 구비한 유기 발광 다이오드를 제공하고자 한다.
상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 유기 발광 다이오드용 기판은, 제1전극, 정공층, 발광층, 전자층 및 제2전극이 상면에 형성되는 유기 발광 다이오드용 기판으로서, 광투과성을 가진 기판부재, 및 상기 기판부재의 상면에 형성되는 공명 억제층을 포함하되, 상기 공명 억제층은 상기 기판부재와 상기 제1전극의 계면에서 표면 플라즈마 공명이 발생하는 것을 억제하도록 상기 제1전극의 유전율의 절대값보다 큰 양의 유전율을 갖는 유전체 물질로 이루어진다.
상기 공명 억제층은, WO3, MoO3, CaO, Ga2O3, MgO, ITO, ZnO, AZO, NiO, SiO2, SiO, V2O5, SnO2, In2O3 및 ZnS로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 물질로 이루어질 수 있다.
상기 제1전극은, Ag, Au, Al, Cu, Ni, Pt, Ir, Rh, Mo, W, Ti, Mg, Li 및 Ru로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 물질로 이루어질 수 있다.
상기 공명 억제층은 5 ~ 5,000Å의 두께로 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 유기 발광 다이오드용 기판의 제조방법은, 제1전극, 정공층, 발광층, 전자층 및 제2전극이 상면에 형성되는 유기 발광 다이오드용 기판의 제조방법으로서, 광투과성을 가진 기판부재의 상면에 상기 제1전극의 유전율의 절대값보다 큰 양의 유전율을 갖는 유전체 물질로 이루어져 상기 기판부재와 상기 제1전극의 계면에서의 표면 플라즈마 공명의 발생을 억제하는 공명 억제층을 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 공명 억제층은, WO3, MoO3, CaO, Ga2O3, MgO, ITO, ZnO, AZO, NiO, SiO2, SiO, V2O5, SnO2, In2O3 및 ZnS로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 물질로 이루어질 수 있다.
상기 공명 억제층은 5 ~ 5,000Å의 두께로 형성될 수 있다.
상기 공명 억제층은 스퍼터링법, 전자선증착법, 열증착법, 화학기상법 또는 레이저증착법으로 증착 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 유기 발광 다이오드는, 광투과성을 갖는 기판부재 및 상기 기판부재의 상면에 형성되며 양의 유전율을 갖는 유전체 물질로 이루어진 공명 억제층을 포함하는 기판; 금속으로 이루어져 상기 기판의 상기 공명 억제층의 상면에 형성되는 제1전극; 상기 제1전극의 상면에 형성되며, 정공을 주입 및 수송하는 정공층; 상기 정공층의 상측에 구비되며, 전자를 주입 및 수송하는 전자층; 상기 정공층과 상기 전자층의 사이에 구비되고, 유기물로 이루어져 상기 전자와 상기 정공의 결합으로 인한 빛을 발생하는 발광층; 및 금속으로 이루어져 상기 전자층의 상면에 형성되는 제2전극;을 포함하되, 상기 공명 억제층을 이루는 유전체 물질은, 상기 기판부재와 상기 제1전극의 계면에서 표면 플라즈마 공명이 발생하는 것을 억제하도록 상기 제1전극의 유전율의 절대값보다 큰 유전율을 갖는 물질로 구비된다.
상기 공명 억제층을 이루는 유전체 물질은, WO3, MoO3, CaO, Ga2O3, MgO, ITO, ZnO, AZO, NiO, SiO2, SiO, V2O5, SnO2, In2O3 및 ZnS로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 물질일 수 있다.
상기 제1전극은, Ag, Au, Al, Cu, Ni, Pt, Ir, Rh, Mo, W, Ti, Mg, Li 및 Ru로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 물질로 이루어질 수 있다.
상기 제1전극의 두께는 5 ~ 1,000Å일 수 있다.
상기 공명 억제층의 두께는 5 ~ 5,000Å일 수 있다.
이러한 본 발명의 유기 발광 다이오드용 기판, 이의 제조방법 및 이를 구비한 유기 발광 다이오드에 의하면, 제1전극의 유전율의 절대값보다 큰 양의 유전율을 갖는 유전체 물질로 이루어진 공명 억제층이 기판부재의 상면에 구비됨으로써, 제1전극과 기판의 계면에서 표면 플라즈마 공명이 발생하는 것을 효과적으로 억제하여, 발광층에서 발생한 빛이 제1전극과 기판을 통과하면서 표면 플라즈마 공명으로 인해 흡수, 산란되는 것을 방지할 수 있다.
이에 따라, 발광층에서 발생한 빛이 제1전극과 기판의 계면에서 표면 플라즈마 공명으로 인해 소실되지 않게 하여 광투과성을 향상시킬 수 있고, 유기 발광 다이오드의 광 추출효율을 제고할 수 있다.
또한, 이러한 공명 억제층은 추가적인 리소그래피 공정이나 패터닝 공정에 의하지 않고 일반적인 반도체 공정에서 사용되는 스퍼터링법, 전자선증착법, 열증착법, 레이저증착법 등의 물리적, 화학적 기상법으로 간편하게 증착 형성될 수 있으므로, 본 발명에 따른 유기 발광 다이오드용 기판은 저렴하면서도 용이하게 제조될 수 있다.
도 1은 종래의 유기 발광 다이오드용 기판을 구비한 일반적인 유기 발광 다이오드의 구조도 및 표면 플라즈몬 공명에 의해 빛이 흡수, 산란되는 상태를 보여주는 확대도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기 발광 다이오드용 기판을 구비한 유기 발광 다이오드의 구조도 및 표면 플라즈몬 공명이 억제되어 빛이 제1전극과 기판을 그대로 통과하는 상태를 보여주는 확대도,
도 3은 ITO, SiO2, MgO, WO3, CaO, Ga2O3로 공명 억제층을 각각 형성한 유기 발광 다이오드용 기판에 Ag로 제1전극을 형성한 비교 시편들과 시편들에 대한 각각의 암시야상(dark field image) 산란 이미지,
도 4는 ITO, SiO2, MgO, WO3, CaO, Ga2O3로 공명 억제층을 각각 형성한 유기 발광 다이오드용 기판에 Ag로 제1전극을 형성한 비교 시편들과 시편들에 대한 각각의 암시야상 산란 스펙트럼을 도시한 그래프,
도 5는 ITO, SiO2, MgO, WO3, CaO, Ga2O3로 공명 억제층을 각각 형성한 유기 발광 다이오드용 기판에 Ag로 제1전극을 형성한 비교 시편들과 시편들에 대한 각각의 가시광선 파장 영역 광투과도를 도시한 그래프,
도 6은 ITO, SiO2로 공명 억제층을 각각 형성한 기판을 구비한 비교 유기 발광 다이오드들과 WO3, CaO로 공명 억제층을 각각 형성한 기판을 구비한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기 발광 다이오드들의 전압-전류밀도 특성을 도시한 그래프,
도 7은 ITO, SiO2로 공명 억제층을 각각 형성한 기판을 구비한 비교 유기 발광 다이오드들과 WO3, CaO로 공명 억제층을 각각 형성한 기판을 구비한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기 발광 다이오드들의 전류밀도-휘도 특성을 도시한 그래프,
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기 발광 다이오드용 기판 및 이를 구비한 유기 발광 다이오드의 제조방법을 도시한 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, '당업자'라 한다)가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 그 범위가 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 유기 발광 다이오드용 기판, 이의 제조방법 및 이를 구비한 유기 발광 다이오드는, 제1전극과 기판의 계면에서 표면 플라즈몬 공명이 발생하는 것을 최대한 억제하여 광 추출효율을 제고할 수 있고, 물리적, 화학적 기상법으로 간편하고 저렴하게 제조할 수 있는 유기 발광 다이오드용 기판, 이의 제조방법 및 이를 구비한 유기 발광 다이오드에 관한 것이다.
이하, 첨부된 도 2 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기 발광 다이오드(100) 및 이에 구비된 유기 발광 다이오드용 기판(110, 이하 줄여서 '기판'이라고 한다)의 구성 및 작용효과를 구체적으로 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기 발광 다이오드(100)는, 기판(110), 제1전극(120), 정공층(130), 발광층(140), 전자층(150) 및 제2전극(160)을 포함하여 이루어진다.
상기 기판(110)은 제1전극(120), 정공층(130), 발광층(140), 전자층(150) 및 제2전극(160)을 지지하는 역할을 하는데, 도 2에 도시된 바와 같이 기판부재(111) 및 공명 억제층(112)을 포함한다.
상기 기판부재(111)는 발광층(140)에서 생성된 빛이 제1전극(120) 측, 다시 말해 전방측으로 방출될 수 있도록 광투과성을 갖는 물질로 이루어지며, 다른 구성요소들이 지지 형성될 수 있게 기판(110)의 몸체를 이룬다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 기판부재(111)는 유전율이 3.7～9.0 F/m인 유리(Glass)로 이루어졌으나, 이에 한정되지 않고 유기 발광 다이오드용 기판으로 사용되는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에스터(PES), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC) 등의 수지로 이루어질 수도 있다.
상기 공명 억제층(112)은 기판부재(111)의 상면에 형성되며, 유전율이 -9.3 F/m인 Ag와 같이 음의 유전율을 갖는 금속으로 이루어지는 제1전극(120)의 유전율 절대값보다 큰 양의 유전율을 갖는 유전체 물질로 이루어진다. 즉, 제1전극(120)이 Ag로 이루어진 경우, 상기 공명 억제층(112)은 유전율이 9.3 F/m보다 큰 유전체 물질로 이루어진다.
본 발명의 바람직한 실시예로써 본 명세서에서 상기 공명 억제층(112)은 유전율이 35.2 F/m인 WO3, 21.8 F/m인 CaO, 10.7인 Ga2O3로 이루어진 경우를 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 제1전극(120)을 이루는 물질에 따라 그 물질의 유전율 절대값보다 큰 양의 유전율을 갖는 다양한 유전체 물질이 적용될 수 있다.
예를 들어, 상기 공명 억제층(112)은 비교적 큰 양의 유전율을 갖는 유전체 물질인 MoO3, MgO, ITO, ZnO, AZO, NiO, SiO2, SiO, V2O5, SnO2, In2O3 , ZnS이나 이들 중 하나 이상을 포함하는 혼합 물질로 이루어질 수도 있다.
한편, 표면 플라즈몬 공명의 특성은 대부분 맥스웰 방정식 등으로부터 유도 정리할 수 있는데, 음의 유전율을 갖는 금속과 유전체의 계면에서 발생하는 표면 플라즈몬 공명에 있어서, 금속의 유전율을 εm, 유전체의 유전율을 εd라고 하고, 관계식을 맥스웰 방정식을 이용해 정리한 후 경계 조건과 연속 조건으로 식을 간소화하면, 표면 플라즈마 발생 조건의 파수 벡터(wave vector)는 다음과 같이 산출된다.
Figure pat00001
여기서 파수 벡터, q(ω)가 실제값을 갖는 q(ω)>0 조건을 만족하기 위해서는 │εm│>│εd│ 이어야 한다. 예를 들어, 금속이 Ag인 경우에는 εm = εAg = -9.7 + i0.45이므로 유전체의 유전율이 9.7보다 작은 경우에는 표면 플라즈몬 공명이 발생하게 된다.
상술한 바와 같은 표면 플라즈몬 공명 발생 조건을 통해 알 수 있듯이, 제1전극(120)의 유전율 절대값보다 큰 양의 유전율을 갖는 유전체 물질로써 기판부재(111)와 제1전극(120)의 사이에 공명 억제층(112)이 형성되면, 기판(110)과 제1전극(120)의 계면에서 표면 플라즈몬 공명이 발생하는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
즉, 도 2의 확대도에 도시된 바와 같이, 빛이 기판(110)과 제1전극(120)의 계면을 통과할 때에 그 계면에서의 표면 플라즈몬 공명 발생이 효과적으로 억제될 수 있으므로, 표면 플라즈몬 공명에 의해 빛이 흡수, 산란되는 양을 크게 줄일 수 있어 광투과도가 향상되고 유기 발광 다이오드(100)의 광 추출효율이 제고될 수 있다.
도 3은 이와 같이 기판부재(111)와 공명 억제층(112)으로 이루어지는 본 발명에 따른 기판(110)의 상면에 Ag로 제1전극(120)을 형성한 시편에 빛을 통과시키며 광학 현미경으로 관찰한 암시야상 산란 이미지이다.
도 3에 있어서, 시편은 본 발명의 바람직한 실시예로써, 기판부재(111)는 유리로 구비되고 공명 억제층(112)은 WO3, CaO, Ga2O3로써 10㎚의 두께로 각각 형성하였고, 그 상면에 제1전극(120)을 Ag로써 역시 10㎚의 두께로 형성하였으며, 그 효과의 대비를 위해 공명 억제층(112)을 제1전극(120)보다 유전율의 절대값이 작은 ITO, SiO2, MgO로써 동일한 두께로 형성한 비교 시편을 비교 실시예로써 함께 도시하였다.
상측의 1열에 도시된 암시야상 산란 이미지가 공명 억제층(112)을 ITO, SiO2, MgO로 형성한 비교 시편의 암시야상 산란 이미지인데, 기판(110)과 제1전극(120)의 계면에서 표면 플라즈몬 공명이 억제되지 못하여 밝은 산란 이미지가 관찰되는 것을 확인할 수 있다.
이에 반해, 하측의 2열에 도시된 암시야상 산란 이미지가 본 발명의 바람직한 실시예인 시편의 암시야상 산란 이미지로써, 공명 억제층(112)을 WO3, CaO, Ga2O3로 형성한 경우인데, 기판(110)과 제1전극(120)의 계면에서의 표면 플라즈몬 공명 발생이 효과적으로 억제되면서 흡수, 산란되는 빛이 크게 줄어 어두운 산란 이미지가 관찰되는 것을 확인할 수 있다.
도 4는 도 3의 본 발명의 바람직한 실시예인 시편과 그 비교 시편의 암시야상 이미지 스펙트럼을 각각 도시한 그래프이다.
먼저, 공명 억제층(112)을 ITO, SiO2, MgO로 형성한 비교 시편의 경우, 가시광선 영역(400 ~ 700㎚)에서 높은 광강도(intensity)를 나타내고 있는데, 이는 앞서 살펴본 도 3과 같이 기판(110)과 제1전극(120)의 계면에서 표면 플라즈몬 공명이 억제되지 못하여 적지 않은 빛이 산란, 흡수되었기 때문이다.
반면, 공명 억제층(112)을 WO3, CaO, Ga2O3로 형성한 본 발명의 바람직한 실시예인 시편의 경우, 전체적으로 매우 낮은 광강도를 나타내고 있는데, 이는 기판(110)과 제1전극(120)의 계면에서의 표면 플라즈몬 공명 발생이 효과적으로 억제되면서 흡수, 산란되는 빛이 크게 줄었기 때문으로 해석된다.
도 5는 역시 도 3의 본 발명의 바람직한 실시예인 시편과 그 비교 시편의 광투과도를 텅스텐-할로겐 램프를 이용하여 파장에 따른 변화를 관찰할 후, 그 결과를 각각 도시한 그래프이다.
우선, 공명 억제층(112)을 ITO, SiO2, MgO로 형성한 비교 시편의 경우, 발광층(140)의 발광 파장 영역인 400 ~ 600㎚에서 60% 미만의 낮은 광투과도 특성을 보이는 것을 확인할 수 있는데, 이는 도 3 및 도 4의 설명에서 언급한 바와 같이 표면 플라즈몬 공명이 효과적으로 억제되지 못하여 흡수, 산란으로 인한 빛의 손실이 켜졌기 때문이다.
이에 반해, 공명 억제층(112)을 WO3, CaO, Ga2O3로 형성한 본 발명의 바람직한 실시예인 시편의 경우, 모두 해당 파장 영역에서 60% 이상의 광투과도 특성을 보이는 것을 확인할 수 있는데, 이는 표면 플라즈몬 공명이 공명 억제층(112)에 의해 효과적으로 억제되어 빛의 손실이 줄었기 때문으로 해석된다.
한편, 상기 공명 억제층(112)은 기판부재(111)의 상면에 5 ~ 5,000Å의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
그 이유는, 상기 공명 억제층(112)의 두께가 5Å 이하인 경우, 그 두께가 너무 얇아 기판(110)과 제1전극(120)의 계면에서 표면 플라즈몬 공명 발생의 억제 효과가 너무 미미하여 바람직하지 않고, 그 두께가 5,000Å을 넘게 형성되는 경우, 공명 억제층(112) 자체의 광투과도가 감소하여 투명전극의 역할을 수행할 수 없으므로 바람직하지 않기 때문이다.
이러한 공명 억제층(112)은 스퍼터링, 전자선 증착법, 열증착법, 화학 기상법 또는 레이저증착법 등으로 간편하고 저렴하게 기판부재(111) 상에 형성될 수 있다.
전술된 제1전극(120)은 광투과성을 가지며 전기 전도도가 높은 금속으로, 공명 억제층(112)과 접하도록 기판(110)의 상면에 형성된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 제1전극(120)은 Ag로 이루어졌으나 이에 한정되는 것은 아니며, 유기 발광 다이오드의 전극으로 사용되는 Au, Al, Cu, Ni, Pt, Ir, Rh, Mo, W, Ti, Mg, Li, Ru나 이들 중 하나 이상을 포함하는 혼합 물질로 이루어질 수도 있다.
상기 제1전극(120)의 두께는 5 ~ 1,000Å으로 형성되는 것이 바람직한데, 그 이유는 제1전극(120)의 두께가 5Å 이하인 경우 면 저항이 매우 큰 값을 가지기 때문에 소자의 전기적 특성을 크게 저하시키므로 바람직하지 않고, 제1전극(120)의 두께가 1,000Å 이상인 경우 광투과도가 저하되며 광반사 특성이 강하게 나타나 투명전극의 역할을 수행할 수 없어 바람직하지 않기 때문이다.
이 같은 제1전극(120)도 스퍼터링, 전자선 증착법, 열증착법, 화학 기상법 또는 레이저증착법 등으로 간편하고 저렴하게 기판(110) 상에 형성될 수 있다.
상기 정공층(130)은 정공을 주입, 수송하여 발광층(140)에 전달할 수 있도록 α-NPD 등으로 단층 또는 다층 형태로 제1전극(120)의 상면에 형성된다.
상기 발광층(140)은 정공층(130)의 상측에 형성되며, Flr6가 도핑된 TCTA 등의 유기물로 이루어져 정공층(130)을 통해 전달되는 정공과 전자층(150)을 통해 전달되는 전자의 결합으로 인한 빛이 생성되는 곳이다.
그리고 상기 전자층(150)은 전자를 주입, 수송하여 발광층(140)에 전달할 수 있도록 LiF, Alq3 등으로 단층 또는 다층 형태로 발광층(140)의 상측에 형성된다. 즉, 상기 전자층(150)과 정공층(130)의 사이에 발광층(140)이 개재된다.
상기 제2전극(160)은 전자층(150)의 상측에 전기 전도도가 높은 Al과 같은 금속으로 형성되며, 발광층(140)에서 생성된 빛이 최대한 기판(110) 측인 전방측으로 방출될 수 있도록 제2전극(160)은 후방측으로 방출되는 빛을 전방측으로 반사할 수 있게 높은 반사율을 갖도록 구비될 수 있다.
도 6은 이러한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기 발광 다이오드(100)의 전압-전류밀도 특성을 도시한 그래프이다.
여기서, 본 발명의 바람직한 실시예로서 공명 억제층(112)이 WO3, CaO로써 10㎚의 두께로 각각 형성된 기판(110)을 구비한 유기 발광 다이오드(100)를 사용하였으며, 그 효과의 대비를 위해 공명 억제층(112)을 제1전극(120)보다 유전율의 절대값이 작은 ITO, SiO2,로 형성한 기판(110)을 구비한 비교 유기 발광 다이오드의 전압-전류밀도 특성을 함께 도시하였다.
도 6을 보면, 모든 유기 발광 다이오드(100)에 있어서 전압-전류밀도 특성은 크게 다르지 않음을 알 수 있다. 이는 공명 억제층(112)과는 큰 상관없이, 각 유기 발광 다이오드(100)에 인가된 전압에 의해, 모두 동일한 전하가 제1전극(120)을 통해 주입되기 때문이 그 전하 주입 효율이 각 유기 발광 다이오드(100)마다 동일하기 때문으로 해석된다.
즉, 표면 플라즈몬 공명을 억제하는 공명 억제층(112)이 구비된 유기 발광 다이오드(100)의 경우, 전압-전류밀도 특성이 나빠지는 현상은 없음을 알 수 있다.
도 7은 도 6의 본 발명의 바람직한 실시예인 유기 발광 다이오드(100)와 그 비교 유기 발광 다이오드의 전류밀도-휘도 특성을 각각 도시한 그래프이다.
도 7을 보면, 공명 억제층(112)을 WO3, CaO로 형성한 기판(110)이 구비된 유기 발광 다이오드(100)가, 공명 억제층(112)을 ITO, SiO2,로 형성한 기판(110)을 구비한 비교 유기 발광 다이오드에 비해, 전체적으로 높은 휘도, 즉 향상된 광학적 특성을 나타내고 있다.
구체적으로 살펴보면, 220mA/㎠의 전류밀도에서 공명 억제층(112)을 WO3, CaO로 형성한 기판(110)이 구비된 유기 발광 다이오드(100)는 각각 27,500cd/㎡, 25,000cd/㎡의 휘도를 나타내지만, 공명 억제층(112)을 제1전극(120)보다 유전율의 절대값이 작은 ITO, SiO2로 형성한 기판(110)이 구비된 비교 유기 발광 다이오드는 각각 21,900cd/㎡, 19,800cd/㎡에 불과한 휘도를 나타내고 있음을 확인할 수 있다.
이와 같은 결과는, WO3, CaO로 형성된 공명 억제층(112)에 의해 기판(110)과 제1전극(120)의 계면에서 표면 플라즈몬 공명이 발생하는 것이 효과적으로 억제됨으로 인해 투과성이 향상되었기 때문이다.
이하, 도 2 및 도 8을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기 발광 다이오드용 기판(110) 및 이를 구비한 유기 발광 다이오드(100)의 제조방법을 구체적으로 설명한다.
먼저, 광투과성을 갖는 유리나 수지 등의 물질로 이루어진 기판부재(111)를 준비하고, 이 기판부재(111)의 상면에 증착 형성할 공명 억제층(112)을 이루는 물질인 WO3, CaO, Ga2O3 등을 전자선 주사를 통해 증발시킨 후, 증발된 WO3, CaO, Ga2O3를 기판부재(111)의 상면에 진공 증착시키고 그 두께가 5 ~ 5,000Å으로 증착 형성되면 그 증착을 중단함으로써, 기판부재(111)의 상면에 5 ~ 5,000Å의 두께를 갖는 공명 억제층(112)이 형성된 기판(110)을 제조한다(s100).
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 공명 억제층(112)은 전자선증착법을 통해 형성되었으나, 그 형성 방법은 이에 한정되지 않고 스퍼터링법, 열증착법, 화학기상법 또는 레이저증착법으로 형성될 수도 있다. 이와 같은 간편하고 저렴한 방법으로 공명 억제층(112)을 형성할 경우, 별도의 복잡한 리소그래피 공정이나 패터닝 공정을 진행할 필요가 없으므로 공명 억제층(112)을 용이하게 저렴하게 형성할 수 있다.
다음, 기판(110)의 상면에 Ag, Au, Al, Cu, Ni, Pt, Ir, Rh, Mo, W, Ti, Mg, Li, Ru 또는 이들 중 하나 이상을 포함하는 혼합 물질로 이루어진 제1전극(120)을 상술한 공명 억제층(112)의 형성 방법과 유사하게 5 ~ 1,000Å의 두께로 증착 형성한다(s200).
이후, 제1전극(120)의 상면에 α-NPD 등으로 이루어진 정공주입층과 정공수송층 같은 정공층(130)을 형성하고(s300), 이 정공층(130)의 상면에 Flr6가 도핑된 TCTA 등의 유기물로 이루어진 발광층(140)을 형성한다(s400).
그 다음, 상기 발광층(140)의 상면에 LiF, Alq3 등으로 이루어진 전자주입층과 전자수송층 같은 전자층(150)을 형성하고(s500), 이어서 전자층(150)의 상면에 전기전도도와 반사율이 높은 Al 등으로 제2전극(160)을 적층 형성함으로써(s600), 유기 발광 다이오드(100)가 완성된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 유기 발광 다이오드용 기판(110), 이의 제조방법 및 이를 구비한 유기 발광 다이오드(100)에 의하면, 제1전극(120)의 유전율의 절대값보다 큰 양의 유전율을 갖는 유전체 물질로 이루어져 제1전극(120)과의 계면에서 표면 플라즈마 공명이 발생하는 것을 억제하는 공명 억제층(112)이 구비됨으로써, 발광층(140)에서 발생한 빛이 표면 플라즈마 공명으로 흡수, 산란되지 않게 하여 유기 발광 다이오드(100)의 광 추출효율을 제고할 수 있고, 이러한 공명 억제층(112)은 추가적인 리소그래피 공정이나 패터닝 공정에 의하지 않고 일반적인 반도체 공정에서 사용되는 물리적, 화학적 기상법으로 간편하면서도 저렴한 비용으로 제조될 수 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부되어 있는 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
＊ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ＊
100 : 유기 발광 다이오드 110 : 유기 발광 다이오드용 기판
111 : 기판부재 112 : 공명 억제층
120 : 제1전극 130 : 정공층
140 : 발광층 150 : 전자층
160 : 제2전극

Claims (13)

  1. 제1전극, 정공층, 발광층, 전자층 및 제2전극이 상면에 형성되는 유기 발광 다이오드용 기판으로서,
    광투과성을 가진 기판부재, 및 상기 기판부재의 상면에 형성되는 공명 억제층을 포함하되,
    상기 공명 억제층은 상기 기판부재와 상기 제1전극의 계면에서 표면 플라즈마 공명이 발생하는 것을 억제하도록 상기 제1전극의 유전율의 절대값보다 큰 양의 유전율을 갖는 유전체 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 발광 다이오드용 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공명 억제층은, WO3, MoO3, CaO, Ga2O3, MgO, ITO, ZnO, AZO, NiO, SiO2, SiO, V2O5, SnO2, In2O3 및 ZnS로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 발광 다이오드용 기판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극은, Ag, Au, Al, Cu, Ni, Pt, Ir, Rh, Mo, W, Ti, Mg, Li 및 Ru로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 발광 다이오드용 기판.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공명 억제층의 두께는 5 ~ 5,000Å인 것을 특징으로 하는 유기 발광 다이오드용 기판.
  5. 제1전극, 정공층, 발광층, 전자층 및 제2전극이 상면에 형성되는 유기 발광 다이오드용 기판의 제조방법으로서,
    광투과성을 가진 기판부재의 상면에 상기 제1전극의 유전율의 절대값보다 큰 양의 유전율을 갖는 유전체 물질로 이루어져 상기 기판부재와 상기 제1전극의 계면에서의 표면 플라즈마 공명의 발생을 억제하는 공명 억제층을 형성하는 단계;
    를 포함하는 유기 발광 다이오드용 기판의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 공명 억제층은, WO3, MoO3, CaO, Ga2O3, MgO, ITO, ZnO, AZO, NiO, SiO2, SiO, V2O5, SnO2, In2O3 및 ZnS로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 발광 다이오드용 기판의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 공명 억제층의 두께는 5 ~ 5,000Å인 것을 특징으로 하는 유기 발광 다이오드용 기판의 제조방법.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공명 억제층은 스퍼터링법, 전자선증착법, 열증착법, 화학기상법 또는 레이저증착법으로 증착 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 다이오드용 기판의 제조방법.
  9. 광투과성을 갖는 기판부재 및 상기 기판부재의 상면에 형성되며 양의 유전율을 갖는 유전체 물질로 이루어진 공명 억제층을 포함하는 기판;
    금속으로 이루어져 상기 기판의 상기 공명 억제층의 상면에 형성되는 제1전극;
    상기 제1전극의 상면에 형성되며, 정공을 주입 및 수송하는 정공층;
    상기 정공층의 상측에 구비되며, 전자를 주입 및 수송하는 전자층;
    상기 정공층과 상기 전자층의 사이에 구비되고, 유기물로 이루어져 상기 전자와 상기 정공의 결합으로 인한 빛을 발생하는 발광층; 및
    금속으로 이루어져 상기 전자층의 상면에 형성되는 제2전극;을 포함하되,
    상기 공명 억제층을 이루는 유전체 물질은, 상기 기판부재와 상기 제1전극의 계면에서 표면 플라즈마 공명이 발생하는 것을 억제하도록 상기 제1전극의 유전율의 절대값보다 큰 유전율을 갖는 물질로 구비되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 다이오드.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 공명 억제층을 이루는 유전체 물질은, WO3, MoO3, CaO, Ga2O3, MgO, ITO, ZnO, AZO, NiO, SiO2, SiO, V2O5, SnO2, In2O3 및 ZnS로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 물질인 것을 특징으로 하는 유기 발광 다이오드.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1전극은, Ag, Au, Al, Cu, Ni, Pt, Ir, Rh, Mo, W, Ti, Mg, Li 및 Ru로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 발광 다이오드.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제1전극의 두께는 5 ~ 1,000Å인 것을 특징으로 하는 유기 발광 다이오드.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공명 억제층의 두께는 5 ~ 5,000Å인 것을 특징으로 하는 유기 발광 다이오드.
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