KR20130066271A - 유기발광다이오드의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기발광다이오드의 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 유기발광다이오드의 제조 방법은 기판에 광산란을 유발하는 요철부를 형성할 수 있다. 상기 요철부는 나노급의 크기를 가지며, 무작위로 배치될 수 있다. 상기 요철부의 제조 방법은 기판 상에 폴리머의 비젖음을 개시시키는 나노입자들을 분산시키는 단계, 폴리머 박막 형성 후 열처리로 폴리머 마스크를 형성하는 단계, 상기 폴리머 마스크를 이용하여 기판을 식각하는 단계, 상기 폴리머 마스크를 제거하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 유기발광다이오드에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 유기발광 다이오드의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 디스플레이 산업은 박막을 이용한 소형 경량화 및 박막화를 추구할 뿐만 아니라 고해상도의 요구에 따라 연구 개발되고 있다. 백열등과 형광등을 대체하는 면 발광체로서 유기 발광 소자가 연구되고 있다.
유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED)는 유기발광물질을 전기적으로 여기(exciting)시켜 발광시키는 자체 발광형 소자이다. 따라서 별도의 광원이 필요 없기 때문에, 소비 전력이 낮다. 유기발광다이오드는 넓은 시야각, 빠른 응답속도, 얇은 두께, 낮은 제조 비용 및 높은 콘트라스트(contrast) 등과 같은 우수한 디스플레이 특성이 있다.
상기 유기발광다이오드는 기판, 제 1 전극, 제 2 전극 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 형성된 유기발광 층을 포함한다. 유기발광층은 제 1 및 제 2 전극들로부터 공급되는 전공들 및 전자들의 결합에 의해 광을 생성한다. 유기발광 다이오드는 유기발광 층을 구성하는 물질의 종류에 따라 다양한 색을 방출할 수 있다.
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. 즉 유기발광 다이오드의 유기발광층으로부터 방사된 광은 투명기판을 통과하여 밖으로 나올 때, 전극과 기판 사이의 계면과 기판과 공기 사이의 계면의 반사로 인해 감쇠가 일어날 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 과제는 보다 용이하게 광 추출 효율을 개선할 수 있는 유기발광다이오드의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 유기발광다이오드의 제조 방법은 기판을 준비하는 단계, 상기 기판 상부에 무작위로 배치되는 요철부를 형성하는 단계, 상기 요철부 상에 상기 요철부를 평탄화시키는 평탄층을 형성하는 단계, 상기 평탄층 상에 제1 전극을 형성하는 단계, 상기 제1 전극 상에 유기 발광층을 형성하는 단계 및 상기 유기 발광층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 요철부를 형성하는 단계는 상기 기판 상에 폴리머의 비젖음을 개시시키는 나노입자들을 분산하는 단계, 상기 나노입자들 상에 폴리머층을 형성하는 단계, 상기 폴리머층을 열처리하여 폴리머 마스크를 형성하는 단계 및 상기 폴리머 마스크를 이용하여 상기 기판을 식각하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 나노입자들을 분산하는 단계는 나노입자를 고휘발성 용매와 혼합해 기판 표면에 분산하는 방법을 포함할 수 있다.
상기 나노입자들을 분산하는 단계는 200℃ 내지 600℃의 온도에서 진행될 수 있다.
상기 금속 박막의 두께는 10nm 내지 50nm일 수 있다.
상기 열처리는 상기 폴리머의 유리천이온도 이상에서 진행될 수 있다.
상기 나노입자는 ZnO, TiO2, SnO2, In2O3 , NiO, Al2O3 등의 금속 산화물 중 하나 이거나, Ag, Au, Cu, Pt, Ni, Cr, Pd, Mg, Cs, Ca, Sn, Sb, Pb등의 금속들 중에서 하나를 포함할 수 있다.
상기 나노입자의 크기는 10nm 내지 50nm일 수 있다.
상기 나노입자의 간격은 100nm 내지 2000nm일 수 있다.
상기 폴리머층의 두께는 50nm 내지 2000nm일 수 있다.
상기 폴리머층은 폴리스타이렌(PS), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메트아크릴라이트(PMMA), 폴리에틸렌계 수지, 폴리아크릴계 수지, 폴리염화비닐(PVC), PVP(polyvinylpyrrolidone), 폴리아미드계 수지, 및 에폭시계 수지 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 평탄층은 상기 기판보다 높은 굴절률을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 유기발광다이오드의 제조 방법은 광추출 마스크를 형성함에 있어 진공 공정을 포함하지 않기 때문에 공정이 용이하고 단순하다. 또한 고온의 열처리 공정을 포함하지 않기 때문에 저비용의 공정이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유기발광 다이오드의 단면도이다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 유기발광 다이오드의 요철부의 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 유기발광 다이오드의 요철부의 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
이하에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 각각의 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되게 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유기발광 다이오드의 단면도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 유기발광 다이오드는 기판(100), 제1 전극(103), 유기 발광층(104), 및 제2 전극(105)을 포함할 수 있다. 상기 기판(100)은 상기 제1 전극(103)과 대향하는 면에 무작위로 형성된 요철부(101)를 포함할 수 있다. 상기 요철부(101)와 상기 제1 전극(103) 사이에 상기 요철부(101)를 평탄화시키는 평탄층(102)을 포함할 수 있다.
상기 기판(100)은 광 투과성 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 기판(100)은 유리 기판 또는 플라스틱 기판일 수 있다. 상기 기판(100)이 유리 기판인 경우, 상기 기판(100)의 굴절률은 약 1.5 정도일 수 있다.
상기 기판(100)은 상기 요철부(101)를 포함할 수 있다. 상기 요철부(101)의 요철들은 무작위로 배치될 수 있다. 상기 요철부(101)의 요철 모양은 불규칙적일 수 있다. 상기 요철부(101)의 요철의 크기는 400nm 내지 700nm일 수 있다. 상기 요철부(101)에서 광의 산란, 굴절, 및 회절이 일어날 수 있다.
상기 평탄층(102)은 산화실리콘, 산화주석, 또는 산화탄탈륨 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 평탄층(102)은 상기 요철부(101)를 포함하는 상기 기판(100)보다 굴절율이 높을 수 있다. 즉 상기 평탄층(102)의 굴절율은 1.5 이상일 수 있다. 상기 평탄층(102)는 스퍼터링법, 증착법, 증착 중합법, 전자 빔 증착법, 플라즈마 증착법, 화화기상 증착법, 졸젤법, 스핀 코팅법, 잉크젯법, 및 오프셋 인쇄법 중 어느 하나의 방법으로 형성될 수 있다.
상기 제1 전극(103)은 투명성을 가지는 도전성 물질일 수 있다. 예를 들면, 상기 제 1 전극(103)은 투명 전도성 산화물들(TCO:Transparent conductive oxide) 또는 전도성 탄소물질 중의 하나일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제 1 전극(103)은 인듐주석산화물(ITO: Indum Tin Oxide), 인듐아연산화물(IZO: Indium Zinc Oxide), 탄소나노튜브(Carbon Nanotube), 또는 그래핀(graphene) 중의 하나일 수 있다. 또한, 제 1 전극(103)은 약 1nm 내지 약 30nm 정도 두께의 그래핀을 포함할 수 있다.
상기 유기 발광층(104)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. 또한, 상기 유기 발광층(104)은 도펀트를 포함하는 유기 발광 물질일 수 있다. 예를 들어, 도펀트는 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 퀴나크리 돈(quinacridone) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 유기 발광층(104)은, 막 구조에 있어서, 단일막 구조 또는 보조층을 포함하는 다층막 구조일 수 있다. 즉, 상기 유기 발광층(104)은 상기한 유기발광 물질들 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 하나의 막을 포함하되, 일부 실시예에 따르면, 상기 유기 발광층(104)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 유기 발광층(104)은 상기 제 1 전극(103) 또는 상기 제 2 전극(105)으로부터 공급되는 정공들 또는 전자들의 재결합을 통하여 광을 생성시킬 수 있다.
상기 제 2 전극(105)은 전도성을 가지는 물질일 수 있다. 예를 들어, 제 2 전극(105)은 알루미늄(Al), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 몰리브덴(Mo) 중 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다. 또한, 제 2 전극(105)은 광 투과성 도전 물질일 수 있다. 상기 제 2 전극(105)은 외부로부터 전압을 인가받아 상기 유기 발광층(104)에 전자를 공급시킬 수 있다. 상기 제 2 전극(105)은 상기 유기 발광층(104)으로부터 생성된 광을 투과시키거나 또는 상기 제 1 전극(103)으로 반사시킬 수 있다. 도시되지는 않았지만, 제 2 전극(105) 상에 보호층(passivation layer)이 배치될 수 있다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 유기발광다이오드의 요철부의 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
도 2를 참조하면, 기판(100) 상에 나노입자들(201)을 분산시킬 수 있다.
상기 나노입자(201)의 크기는 10nm 내지 50nm일 수 있다. 상기 나노입자(201)은 아세톤과 같은 고휘발성 유기용매에 저농도로 포함될 수 있다. 상기 나노입자(201)의 농도는 0.001% 이하 일 수 있다. 상기 나노입자(201)을 포함한 용액의 액적(droplet)을 기판 상에 배치할 수 있다. 상기 액적(droplet)을 건조시키면, 기판 상에 나노입자를 무작위로 배치할 수 있다. 상기 나노입자(201)은 ZnO, TiO2, SnO2, In2O3, NiO, Al2O3 등과 같은 금속화합물 또는 Ag, Au, Cu, Pt, Ni, Cr, Pd, Mg, Cs, Ca, Sn, Sb, Pb 등과 같은 금속 중 하나일 수 있다. 상기 나노입자(201)은 불산계 용액에 대하여 식각저항성을 갖지 못하는 물질일 수 있다. 상기 나노입자(201)은 금속박막의 비젖음 현상을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 금속박막은 10nm 내지 50nm 정도의 두께를 갖는 것이 바람직하며, 상기 금속박막은 Ag, Au, Cu, Pt, Ni, Cr, Pd, Mg, Cs, Ca, Sn, Sb, Pb 중 하나 이상일 수 있다. 비젖음 온도는 200°c 내지 600°c 사이에서 선택될 수 있다. 상기 나노입자(201) 사이의 간격은 100nm 내지 2000nm일 수 있다. 상기 기판(100)의 나노입자들(201)이 배치되지 않는 면에 보호막(202)이 형성될 수 있다. 상기 보호막(202)는 상기 기판(100)이 불산계 용액으로부터 식각저항성을 가질 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 기판(100) 및 상기 나노입자들(201) 상에 폴리머층(301)을 형성할 수 있다.
상기 폴리머층(301)은 폴리머 용액을 이용한 스핀 코팅법으로 형성될 수 있다. 상기 폴리머층(301)은 스핀 코팅법외의 박막 형성 공정으로도 형성될 수 있다. 상기 스핀코팅을 위한 폴리머 용액은 폴리머를 용매에 녹여서 제조할 수 있다. 상기 폴리머층(301)은 유리표면에 대하여 비젖음성(dewetting)을 가지는 물질을 포함할 수 있다. 상기 물질은 폴리스타이렌(PS), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메트아크릴라이트(PMMA), 폴리에틸렌계 수지, 폴리아크릴계 수지, 폴리염화비닐(PVC), 폴리비닐피롤리돈(PVP:polyvinylpyrrolidone), 폴리아미드계 수지, 및 에폭시계 수지 등일 수 있다. 상기 폴리머층(301)은 유리표면에 대하여 비젖음성을 가지는 폴리머계 물질을 포함할 수 있다. 상기 스핀코팅을 위한 폴리머 용액의 폴리머 농도는 1% 내지 5%일 수 있다. 상기 폴리머층(301)의 두께는 50nm 내지 2000nm 일 수 있다.
폴리머의 비젖음(dewetting) 현상은 다음 순서에 따라 일어날 수 있다. 첫번째, 박막의 두께 방향으로 구멍이 형성될 수 있다. 두번째, 상기 구멍들이 합체될 수 있다. 세번째, 액적(droplet)이 형성될 수 있다. 본 발명에서는 비젖음 현상을 첫번째에 멈추게 하여 폴리머 마스크를 형성할 수 있다. 표면에 요철이 없어 평평한 경우에는, 요동증폭(perturbation amplification)의 원인인 스피노달(spinodal) 메커니즘으로 비젖음 현상이 진행될 수 있다. 본 발명의 경우에는, 핵생성-성장(nucleation and growth)메커니즘으로 비젖음 현상이 진행될 수 있다. 즉, 표면에 형성된 상기 나노입자들(201)가 있는 곳에서 선택적으로 비젖음 현상이 진행될 수 있다. 상기 핵생성-성장 메커니즘은 무작위 분포를 형성하는데 유리하다. 상기 비젖음 현상을 이용한 공정은 폴리머의 유리천이 온도 이상에서 실시하는 것이 바람직하다.
도 4를 참조하면, 상기 폴리머층(301)이 형성된 기판(100)을 열처리할 수 있다.
상기 나노입자들(201)은 비젖음 현상이 일어날 때, 핵 생성 위치(nucleation site)가 될 수 있다. 열처리 공정 시, 상기 핵 생성 위치에서 구멍들(401)이 형성될 수 있다. 상기 구멍들(401)을 포함하는 상기 폴리머층(301)이 폴리머 마스크가 될 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 기판(100)을 식각하여 무작위 패턴을 얻을 수 있다.
상기 구멍들(401)을 포함하는 상기 폴리머층(301)이 배치된 상기 기판(100)을 유리 식각액에 넣을 수 있다. 상기 유리 식각액이 상기 구멍들(401)로 들어가서 상기 기판(100)이 식각될 수 있다. 상기 유리 식각액은 불산(HF)계 용액일 수 있다. 상기 기판(100)의 아랫면은 보호막(202)때문에 식각되지 않을 수 있다.
도 6를 참조하면, 상기 플리머층(301)과 보호막(202)을 제거할 수 있다. 상기 플리머층(301)과 보호막(202)은 용매침적법으로 제거될 수 있다.
상기 요철부(101)가 형성된 기판(100)상에 요철부(101)를 평탄화시키는 평탄층(102), 상기 평탄층(102) 상에 제1 전극(103), 상기 제1 전극(103) 상에 유기 발광층(104), 상기 유기 발광층(104) 상에 제2 전극(105)이 차례로 배치될 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명은 실시예에 국한되는 것이 아니다.
100: 기판
101: 요철부
102: 평탄층
103: 제1 전극
104: 유기 발광층
105: 제2 전극
201: 나노입자
202: 보호막
301: 폴리머층
401: 구멍
101: 요철부
102: 평탄층
103: 제1 전극
104: 유기 발광층
105: 제2 전극
201: 나노입자
202: 보호막
301: 폴리머층
401: 구멍
Claims (12)
- 기판을 준비하는 단계;
상기 기판 상부에 무작위로 배치되는 요철부를 형성하는 단계;
상기 요철부 상에 상기 요철부를 평탄화시키는 평탄층을 형성하는 단계;
상기 평탄층 상에 제1 전극을 형성하는 단계;
상기 제1 전극 상에 유기 발광층을 형성하는 단계; 및
상기 유기 발광층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 유기발광다이오드의 제조 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 요철부를 형성하는 단계는
상기 기판 상에 폴리머의 비젖음을 개시시키는 나노입자들을 분산하는 단계;
상기 나노입자들 상에 폴리머층을 형성하는 단계;
상기 폴리머층을 열처리하여 폴리머 마스크를 형성하는 단계; 및
상기 폴리머 마스크를 이용하여 상기 기판을 식각하는 단계를 포함하는 유기발광다이오드의 제조 방법. - 제 2항에 있어서,
상기 나노입자들을 분산하는 단계는 나노입자를 고휘발성 용매와 혼합해 기판 표면에 분산하는 방법을 포함하는 유기발광다이오드의 제조 방법. - 제 2항에 있어서,
상기 나노입자들을 분산하는 단계는 200℃ 내지 600℃의 온도에서 진행되는 금속 박막의 비젖음을 이용하는 방법을 포함하는 유기발광다이오드의 제조 방법. - 제 4항에 있어서,
상기 금속박막의 두께는 10nm 내지 50nm인 유기발광다이오드의 제조 방법. - 제 2항에 있어서,
상기 열처리는 상기 폴리머의 유리천이온도 이상에서 진행되는 유기발광다이오드의 제조 방법. - 제 2항에 있어서,
상기 나노입자는 ZnO, TiO2, SnO2, In2O3 , NiO, Al2O3 등의 금속 산화물 중 하나 이거나, Ag, Au, Cu, Pt, Ni, Cr, Pd, Mg, Cs, Ca, Sn, Sb, Pb등의 금속들 중에서 하나를 포함하는 유기발광다이오드의 제조 방법. - 제 2항에 있어서,
상기 나노입자의 크기는 10nm 내지 50nm인 유기발광다이오드의 제조 방법. - 제 2항에 있어서,
상기 나노입자의 간격은 100nm 내지 2000nm인 유기발광다이오드의 제조 방법. - 제 2항에 있어서,
상기 폴리머층의 두께는 50nm 내지 2000nm인 유기발광다이오드의 제조 방법. - 제 2항에 있어서,
상기 폴리머층은 폴리스타이렌(PS), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메트아크릴라이트(PMMA), 폴리에틸렌계 수지, 폴리아크릴계 수지, 폴리염화비닐(PVC), PVP(polyvinylpyrrolidone), 폴리아미드계 수지, 및 에폭시계 수지 중 하나를 포함하는 유기발광다이오드의 제조 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 평탄층은 상기 기판보다 높은 굴절율을 가지는 유기발광다이오드의 제조 방법.
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