KR20140107488A - 표면 플라즈몬 구조를 구비한 유기 광전자 디바이스 및 그것의 제조방법 - Google Patents
표면 플라즈몬 구조를 구비한 유기 광전자 디바이스 및 그것의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20140107488A KR20140107488A KR1020147019890A KR20147019890A KR20140107488A KR 20140107488 A KR20140107488 A KR 20140107488A KR 1020147019890 A KR1020147019890 A KR 1020147019890A KR 20147019890 A KR20147019890 A KR 20147019890A KR 20140107488 A KR20140107488 A KR 20140107488A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- organic
- electrode layer
- layer
- anode electrode
- wavelength
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 71
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 title claims abstract description 21
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 56
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 327
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 154
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims abstract description 103
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 57
- 239000012044 organic layer Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 79
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 79
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 68
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 46
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 35
- MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N [60]pcbm Chemical compound C123C(C4=C5C6=C7C8=C9C%10=C%11C%12=C%13C%14=C%15C%16=C%17C%18=C(C=%19C=%20C%18=C%18C%16=C%13C%13=C%11C9=C9C7=C(C=%20C9=C%13%18)C(C7=%19)=C96)C6=C%11C%17=C%15C%13=C%15C%14=C%12C%12=C%10C%10=C85)=C9C7=C6C2=C%11C%13=C2C%15=C%12C%10=C4C23C1(CCCC(=O)OC)C1=CC=CC=C1 MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 229920000301 poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) polymer Polymers 0.000 claims description 21
- 238000013086 organic photovoltaic Methods 0.000 claims description 19
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims description 14
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 12
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 claims description 12
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 11
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 10
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 claims description 10
- -1 1-octylnonyl Chemical group 0.000 claims description 9
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 claims description 9
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 claims description 4
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 claims description 3
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 claims description 3
- 229920001467 poly(styrenesulfonates) Polymers 0.000 claims description 3
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 3
- QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N (r)-(6-ethoxyquinolin-4-yl)-[(2s,4s,5r)-5-ethyl-1-azabicyclo[2.2.2]octan-2-yl]methanol;hydrochloride Chemical compound Cl.C([C@H]([C@H](C1)CC)C2)CN1[C@@H]2[C@H](O)C1=CC=NC2=CC=C(OCC)C=C21 QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N 0.000 claims description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 2
- 238000005401 electroluminescence Methods 0.000 claims 1
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 claims 1
- 208000016030 Oculootodental syndrome Diseases 0.000 description 56
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 28
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 239000010408 film Substances 0.000 description 12
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 11
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 10
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 9
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 8
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 8
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 description 6
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 5
- 238000003491 array Methods 0.000 description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 5
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 5
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 5
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N chlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1 MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 3
- 238000000609 electron-beam lithography Methods 0.000 description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 3
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 238000000276 deep-ultraviolet lithography Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 2
- 238000004049 embossing Methods 0.000 description 2
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 description 2
- 238000001127 nanoimprint lithography Methods 0.000 description 2
- 238000010422 painting Methods 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 239000010944 silver (metal) Substances 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 238000000411 transmission spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000032369 Primary transmission Diseases 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- IDLFZVILOHSSID-OVLDLUHVSA-N corticotropin Chemical compound C([C@@H](C(=O)N[C@@H](CO)C(=O)N[C@@H](CCSC)C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(=O)N[C@@H](CC=1NC=NC=1)C(=O)N[C@@H](CC=1C=CC=CC=1)C(=O)N[C@@H](CCCNC(N)=N)C(=O)N[C@@H](CC=1C2=CC=CC=C2NC=1)C(=O)NCC(=O)N[C@@H](CCCCN)C(=O)N1[C@@H](CCC1)C(=O)N[C@@H](C(C)C)C(=O)NCC(=O)N[C@@H](CCCCN)C(=O)N[C@@H](CCCCN)C(=O)N[C@@H](CCCNC(N)=N)C(=O)N[C@@H](CCCNC(N)=N)C(=O)N1[C@@H](CCC1)C(=O)N[C@@H](C(C)C)C(=O)N[C@@H](CCCCN)C(=O)N[C@@H](C(C)C)C(=O)N[C@@H](CC=1C=CC(O)=CC=1)C(=O)N1[C@@H](CCC1)C(=O)N[C@@H](CC(N)=O)C(=O)NCC(=O)N[C@@H](C)C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(=O)N[C@@H](CC(O)=O)C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(=O)N[C@@H](CO)C(=O)N[C@@H](C)C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(=O)N[C@@H](C)C(=O)N[C@@H](CC=1C=CC=CC=1)C(=O)N1[C@@H](CCC1)C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(=O)N[C@@H](CC=1C=CC=CC=1)C(O)=O)NC(=O)[C@@H](N)CO)C1=CC=C(O)C=C1 IDLFZVILOHSSID-OVLDLUHVSA-N 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- CKHJYUSOUQDYEN-UHFFFAOYSA-N gallium(3+) Chemical compound [Ga+3] CKHJYUSOUQDYEN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M lithium fluoride Chemical compound [Li+].[F-] PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000001748 luminescence spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 150000004702 methyl esters Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 1
- 238000000255 optical extinction spectrum Methods 0.000 description 1
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000000527 sonication Methods 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- 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
- H10K50/81—Anodes
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/80—Constructional details
- H10K30/81—Electrodes
-
- 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
- H10K50/81—Anodes
- H10K50/813—Anodes characterised by their shape
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Electroluminescent Light Sources (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
유기 광전자 디바이스가 개시된다. 유기 광전자 디바이스는 캐리어 기판, 상기 캐리어 기판 상에 적어도 부분적으로 위치하는 애노드 전극층, 하나 이상의 유기층을 포함하고 상기 애노드 전극층 상에 적어도 부분적으로 위치하는 유기 전자 활성 영역 및 상기 유기 광활성층 상에 적어도 부분적으로 위치하는 캐소드 전극층을 포함한다. 상기 애노드 전극층은 서브-파장 나노구조의 주기적 어레이를 갖는다. 유기 광전자 디바이스의 제조 방법이 또한 개시된다.
Description
본 발명은 일반적으로는 유기 광전자 디바이스, 더욱 자세하게는 그것의 성능 및/또는 제조 방법을 개선하기 위해 표면 플라즈몬 구조를 구비한 유기 광전자 디바이스에 관한 것이다.
벌크 이종접합(bulk heterojunction, "BHJ") 구조에 관한 연구는 9%에 가까운 효율을 갖는 유기 광전지 디바이스(organic photovoltaics devices, "OPVs")의 발전을 이끌어 왔다. 그럼에도 불구하고, 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide, "IPT")의 의존은 OPVs 및 다른 유기 광전자 디바이스(organic optoelectronic devices, "OODs")의 설계 및 성능의 요인을 제한하는 키(key)로 남아 있다.
투명 컨덕터인 ITO가 몇몇의 단점 및 설계와 성능 제한이 있음은 알려져 있다. 첫째로, OOD에 사용되는 ITO는 디바이스 결함의 주요 요인이다. ITO는 가요성 기판에 침착되고 굽어지는 경우에 크랙(crack) 또는 깨짐(break)이 생기는 성향이 있다. ITO에서 크랙의 형성 및 확대는 차례로 그것의 전기 저항을 증가켜서, 전도성의 손실을 가져온다. ITO는 산소 및 수분이 OOD의 유기층들로 확산되도록 하고, 역으로 OOD의 작동 시간에 영향을 주어서, 시간이 지날수록 저하되는 경향이 있다. ITO의 또다른 단점은 비용이다. ITO는 인듐이 필요하며, 인듐 부족시 높은 재료 비용은 가격을 의식한 산업, 예컨대 OPV 산업에서 ITO를 널리 발달시키는 것을 막는다. ITO는 또한 전도성과 투명성 사이의 절충물 사이에서 악화된다. ITP 막 증착 동안, 고농도의 전하 캐리어는 ITO의 전도성을 증가시키나, 그것의 투명성은 감소시키며, OOD는 최적의 디바이스 성능을 위해 전형적으로 높은 애노드(anode) 전도성 및 투명성의 둘 다를 요구하기 때문에, 이는 바람직하지 않다.
고전도성 폴리머 또는 탄소 나노튜브의 투명 막이 ITO를 대체하도록 제안되어 왔다 할지라도, 그 결과로 OPV 및 그외 OOD의 성능이 지금까지 실질적으로 개선되지는 않았다.
그러므로, ITO 재료와 연관된 문제점이 없는 OOD의 응용에 적합한 대안의 광학 전달 컨덕터(optically transmissive conductor)에 대한 필요성이 존재한다.
제1 측면에 따르면, 유기 광전자 디바이스가 개시된다. 유기 광전자 디바이스는 캐리어 기판, 상기 캐리어 기판 상에 적어도 부분적으로 위치하는 금속 애노드 전극층, 하나 이상의 유기층을 포함하고 상기 금속 애노드 전극층 상에 적어도 부분적으로 위치하는 유기 전자 활성 영역, 및 유기 광활성층(organic photoactive layer) 상에 적어도 부분적으로 위치하는 캐소드 전극층을 포함한다. 상기 금속 애노드 전극층은 서브-파장 나노구조의 주기적 어레이를 포함한다.
추가의 측면에 따르면, 유기 광전자 디바이스도 개시된다. 유기 광전자 디바이스의 제조방법은 캐리어 기판 상에 적어도 부분적으로 금속 애노드 전극층을 형성하는 단계; 천공성(perforated) 금속 애노드 전극층으로 규정되는 금속 애노드 전극층에 서브-파장 나노구조의 주기적 어레이를 형성하는 단계; 천공성 금속 애노드 전극층 상에 적어도 부분적으로, 하나 이상의 유기층을 포함하는 유기 전자 활성 영역을 형성하는 단계; 및 유기 전자 활성 영역 상에 적어도 부분적으로 캐소드 전극층을 형성하는 단계를 포함한다.
추가의 측면에 따르면, 유기 광전지 디바이스의 제조방법이 개시된다. 유기 광전지 디바이스의 제조방법은: 금속 애노드 전극층 상에 적어도 부분적으로 형성되는 유기 광활성층의 피크 광 흡수 파장(peak optical absorption wavelength)을 결정하는 단계; 상기 유기 광활성층의 결정된 피크 광 흡수 파장에 기초하여 금속 애노드 전극층 내에 형성되도록 구성된 서브-파장 나노구조의 주기적 어레이의 원하는 피크 광 전달 파장(peak optical transmission wavelength)을 규정하는 단계; 서브-파장 나노구조의 주기적 어레이의 상기 원하는 피크 광 전달 파장, 상기 캐리어 기판의 유전율, 및 상기 금속 애노드 전극층의 유전율에 적어도 부분적으로 기초하여 서브-파장 나노구조의 주기적 어레이의 원하는 주기를 결정하는 단계; 상기 유기 광활성층의 광 흡수 대역폭(optical absorption bandwidth)에 기초하여 서브-파장 나노구조의 상기 주기적 어레이의 원하는 광 전달 대역폭(optical transmission bandwidth)을 규정하는 단계; 및 서브-파장 나노구조의 주기적 어레이의 상기 원하는 광 전달 대역폭에 기초하여 상기 나노구조 각각의 원하는 기하학적 구조(geometry) 및 상기 금속 애노드 전극층의 원하는 두께를 규정하는 단계를 포함한다.
이전 단계들에 이어서, 유기 광전지 디바이스를 제조하는 방법은, 캐리어 기판 상에 적어도 부분적으로 상기 원하는 두께를 가진 금속 애노드 전극층를 형성하는 단계; 상기 금속 애노드 전극층 내에 나노구조 각각에 대한 원하는 기하학적 구조 및 상기 원하는 주기를 가진 서브-파장 나노구조의 주기적 어레이를 형성하는 단계; 적어도 하나가 광활성인 유기층들을 상기 금속 애노드 전극층 상에 적어도 부분적으로 형성하는 단계; 및 상기 유기 광활성층 상에 적어도 부분적으로 캐소드 전극층을 형성하는 단계를 진행한다.
추가의 측면에 따르면, 유기 발광 다이오드 디바이스의 제조방법이 개시된다. 유기 발광 다이오드 디바이스의 제조방법은: 금속 애노드 전극층 상에 적어도 부분적으로 형성되는 유기 전계 발광층(emissive electroluminescent layer)의 피크 광 방출 파장(peak optical emission wavelength)을 결정하는 단계; 상기 유기 전계 발광층의 결정된 피크 광 방출 파장에 기초하여 금속 애노드 전극층 내에 형성되도록 구성된 서브-파장 나노구조의 주기적 어레이의 원하는 피크 광 전달 파장을 규정하는 단계; 서브-파장 나노구조의 주기적 어레이의 원하는 피크 광 전달 파장, 상기 유기 광활성층의 유전율, 및 상기 금속 애노드 전극층의 유전율에 적어도 부분적으로 기초하여 서브-파장 나노구조의 주기적 어레이의 원하는 주기를 결정하는 단계; 상기 유기 전계 발광층의 광 전달 대역폭에 기초하여 서브-파장 나노구조의 상기 주기적 어레이의 원하는 광 전달 대역폭을 규정하는 단계; 및 서브-파장 나노구조의 상기 주기적 어레이의 상기 원하는 광 전달 대역폭에 기초하여 상기 나노구조 각각의 원하는 기하학적 구조 및 상기 금속 애노드 전극층의 원하는 두께를 규정하는 단계를 포함한다.
이전의 단계에 이어서, 발광 다이오드 디바이스의 제조방법은, 캐리어 기판 상에 적어도 부분적으로 상기 원하는 두께를 가진 금속 애노드 전극층을 형성하는 단계; 상기 금속 애노드 전극층 내에 나노구조 각각에 대한 원하는 기하학적 구조 및 원하는 주기를 가진 서브-파장 나노구조의 상기 주기적 어레이를 형성하는 단계; 적어도 하나가 전계 발광층인 유기층들을 상기 금속 애노드 전극층 상에 적어도 부분적으로 형성하는 단계; 및 상기 유기 전계 발광층 상에 적어도 부분적으로 캐소드 전극층을 형성하는 단계를 진행한다.
본 발명의 또다른 구현예에 따르면, 캐리어 기판; 캐리어 기판 상에 적어도 부분적으로 위치하고, 서브-파장 나노구조의 주기적 어레이를 갖는 캐소드 전극층; 캐소드 전극층 상에 적어도 부분적으로 위치하고, 하나 이상의 유기층을 포함하는 유기 전자 활성 영역; 및 유기 광활성층 상에 적어도 부분적으로 위치하는 애노드 전극층을 포함하는, 유기 광전자 디바이스가 제공된다.
상세한 설명과 연관된 도면을 고려하여 본 발명의 추가의 장점이 개시될 것이다.
본 발명의 일 구현예에서, 유기 광전자 디바이스("OOD"), 예컨대 유기 광전지 디바이스("OPV") 또는 유기 발광 다이오드 디바이스("OLED")의 애노드로서 사용하기 위해, 서브-파장 나노구조의 규칙적(ordered) 또는 주기적 어레이가 금속층, 예컨대 일례로 금속성 호일(foil) 또는 막(film)에 최적으로 형성된다. 바람직하게는, 종래의 높은 일함수(high work function), 전형적으로 인듐 틴 옥사이드("ITO")로 이루어진, 광-전달 전면 전극의 대체 또는 대안으로서 OOD에 사용되기 위해 하나 이상의 나노구조를 포함하는 금속 애노드 층이 채택될 수 있다. 종래의 ITO-OOD와 비교하여, 본 발명의 ITO-부재 OOD(ITO-free OOD) 구성은, OOD 디바이스 효율을 바람직하게 증가시키기 위해 천공성 금속 애노드 전극층에서 관찰되는 표면 플라즈모닉(Surface Plasmonic, "SP") 및 이상 광전달(Extraordinary Optical Transmission, "EOT") 성질, 및 애노드 재료(예를 들어, 은(Ag), 금(Au), 및 구리(Cu))와 같은 금속의 비교적 높은 전도성에 영향을 준다.
EOT는 금속막이 서브-파장-기하학적 구조(sub-wavelength-geometry)를 갖는 정공의 어레이로 구멍이 뚫리는 경우 나타나는 광 전달이 크게 향상된 것이다. EOT 현상은 광자와 표면 플라즈모닉("SP")의 상호 작용의 결과로서 인식되어 왔다. SP는 전형적으로 금속 및 유전체의 인터페이스에서 자유 전자의 발진으로 이해된다. 금속과 유전체 층 사이의 인터페이스에 입사되는 광자는 SP과 공진적으로(resonantly) 상호작용하여 SP의 여기를 초래하며, SP는 표면 플라즈몬 플라리톤(surface plasmon polariton, "SPP")을 형성하기 위해 광자와 결합된다. SPP는 서브-파장 정공의 어레이로 구멍이 뚫린 금속 막을 통해 전달되는 입사광을 유발하고, 금속 막 재료 내의 서브-파장 정공을 통해 전달되는 광의 특정 파장 범위를 위해 광 전달의 강한 개선이 주시된다는 것을 알 수 있다.
본 발명의 일 구현예는, 이하 자세히 기술될 OOD 작동의 결과를 가져오도록 유용한 광자의 최대 양이 이용되는 것과 같이, 전체로 또는 부분적으로 천공성인 금속 애노드 전극층의 광 전달 특성을 구성하기 위해 OOD의 EOT 및 SP의 원리가 적용된다. 종래의 ITO-기반 OOD와 비교하면, 본 발명의 구현예의 최종 결과는 OOD 디바이스 저하에 대해 유리하게 견디고, 더 높은 애노드 전도성, 더 낮은 제조 비용, 및 더 작은 제조 단계를 제공하는 나노구조를 갖는 금속 애노드 층을 포함하는 효과적인 OOD이다. OPV 응용을 채택하는 본 발명의 OOD의 특정 구현예는 또한 종래의 ITO-OPV와 비교하여 상당히 더 높은 전력 변환 효율을 발휘한다.
유기 광전자 디바이스 및 본원의 OOD 제조방법이 수반되는 도면을 참조하여 기술될 것이다.
도 1은 본 발명의 구현예에 따른 OOD의 단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 구현예에 따른 OPV의 구성을 포함하는 OOD의 단면도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 구현예에 따른 OLED의 구성을 포함하는 OOD의 단면도를 도시한다.
도 4는 각각의 도 1-3에서 도시된 OOD, OPV, 및 OLED의 금속 애노드 전극층의 투시도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 구현예에 따른 OOD의 제조방법의 흐름도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 구현예에 따른 OPV의 제조에 적합한 주기적 어레이 및 나노 정공(nanohole)의 기하학적 파라미터를 규정하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 또다른 구현예에 따른 OLED의 제조에 적합한 주기적 어레이 및 나노 정공의 기하학적 구조를 규정하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 8은 본 발명의 구현예에 따른 주기성의 400 nm-600 nm의 주기적 나노 정공 어레이로 구멍이 뚫린 복수의 은 금속 애노드 층에 대한 다수의 전달 커브(예, 강도 대 파장)의 플롯을 도시한다.
도 9는 본 발명의 구현예에 따른 450 nm의 주기를 가진 나노 정공-천공성 은 금속 애노드 층의 전달 커브, 및 유기 기판 상의 ITO 층의 전달 커브의 플롯을 도시한다.
도 10은 본 발명의 구현예에 따른 육방정계 격자 서브-파장 나노구조를 형성하도록 배열된 나노 정공의 평면의 주기적 어레이의 개략도를 도시한다.
도 11은 본 발명의 구현예에 따라, 도 10의 육방정계 격자 서브-파장 나노구조의 스캐닝 전자 현미경(SEM) 이미지를 도시한다.
도 12a는 본 발명의 구현예에 따른 동심원의 원형 서브-파장 나노구조를 형성하도록 배열된 나노 정공의 주기적 패턴의 평면의 개략도를 도시한다.
도 12b는 본 발명의 구현예에 따라, 실질적으로 환상형 개구를 포함하는 도 12a의 동심원의 원형 서브-파장 나노구조의 SEM 이미지를 도시한다.
도 13은 본 발명의 또 다른 구현예에 따른, 중심의 나노 정공 주면의 복수의 링으로 배열되는 나노 정공을 포함하는 도 12a에 도시된 동심원의 원형 서브-파장 나노구조의 SEM 이미지를 도시한다.
도 14a는 본 발명의 구현예에 따른 환상형 링 서브-파장 나노구조를 형성하도록 배열된 나노 정공의 주기적 패턴의 평면의 개략도를 도시한다.
도 14b는 본 발명의 추가의 구현예에 따라, 도 14a의 환상형 링 서브-파장 나노구조의 주기적 패턴의 SEM 이미지를 도시한다.
도 15a는 본 발명의 구현예에 따른, 육방정계 격자 서브-파장 나노구조를 형성하도록 배열된 나노 정공의 다수의 동심원의 링의 주기적 패턴의 평면의 개략도를 도시한다.
도 15b는 본 발명의 또 다른 구현예에 따라, 도 15a의 육방정계 격자 서브-파장 나노구조에 배열된 나노 정공의 다수의 동심원 링의 주기적 패턴의 SEM 이미지를 도시한다.
도 16a는 본 발명의 구현예에 따라 서브-파장 나노구조를 형성하기 위해 중심 나노 정공 주변의 동심원 나노 정공 링의 주기적 패턴의 평면의 개략도를 도시한다.
도 16b는 본 발명의 추가의 구현예에 따라 도 16a의 서브-파장 나노구조에 배열된 중심 나노 정공 주변의 동심원의 나노 정공 링의 주기적 패턴의 SEM 이미지를 도시한다.
도 17은 본 발명의 구현예에 따른, 도 10-16에 도시된 일례의 주기적 패턴을 가진 다수의 서브-파장 나노구조에 대한 전달된 광 대역폭 및 강도의 스펙트로그램 플롯을 도시한다.
본 발명의 추가의 장점이 상세한 설명과 연관되는 도면을 고려할 때 명백해질 것이다.
유사한 도면 부호는 도면의 다양한 관점에 걸쳐 대응하는 부분을 가리킨다.
도 1은 본 발명의 구현예에 따른 OOD의 단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 구현예에 따른 OPV의 구성을 포함하는 OOD의 단면도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 구현예에 따른 OLED의 구성을 포함하는 OOD의 단면도를 도시한다.
도 4는 각각의 도 1-3에서 도시된 OOD, OPV, 및 OLED의 금속 애노드 전극층의 투시도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 구현예에 따른 OOD의 제조방법의 흐름도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 구현예에 따른 OPV의 제조에 적합한 주기적 어레이 및 나노 정공(nanohole)의 기하학적 파라미터를 규정하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 또다른 구현예에 따른 OLED의 제조에 적합한 주기적 어레이 및 나노 정공의 기하학적 구조를 규정하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 8은 본 발명의 구현예에 따른 주기성의 400 nm-600 nm의 주기적 나노 정공 어레이로 구멍이 뚫린 복수의 은 금속 애노드 층에 대한 다수의 전달 커브(예, 강도 대 파장)의 플롯을 도시한다.
도 9는 본 발명의 구현예에 따른 450 nm의 주기를 가진 나노 정공-천공성 은 금속 애노드 층의 전달 커브, 및 유기 기판 상의 ITO 층의 전달 커브의 플롯을 도시한다.
도 10은 본 발명의 구현예에 따른 육방정계 격자 서브-파장 나노구조를 형성하도록 배열된 나노 정공의 평면의 주기적 어레이의 개략도를 도시한다.
도 11은 본 발명의 구현예에 따라, 도 10의 육방정계 격자 서브-파장 나노구조의 스캐닝 전자 현미경(SEM) 이미지를 도시한다.
도 12a는 본 발명의 구현예에 따른 동심원의 원형 서브-파장 나노구조를 형성하도록 배열된 나노 정공의 주기적 패턴의 평면의 개략도를 도시한다.
도 12b는 본 발명의 구현예에 따라, 실질적으로 환상형 개구를 포함하는 도 12a의 동심원의 원형 서브-파장 나노구조의 SEM 이미지를 도시한다.
도 13은 본 발명의 또 다른 구현예에 따른, 중심의 나노 정공 주면의 복수의 링으로 배열되는 나노 정공을 포함하는 도 12a에 도시된 동심원의 원형 서브-파장 나노구조의 SEM 이미지를 도시한다.
도 14a는 본 발명의 구현예에 따른 환상형 링 서브-파장 나노구조를 형성하도록 배열된 나노 정공의 주기적 패턴의 평면의 개략도를 도시한다.
도 14b는 본 발명의 추가의 구현예에 따라, 도 14a의 환상형 링 서브-파장 나노구조의 주기적 패턴의 SEM 이미지를 도시한다.
도 15a는 본 발명의 구현예에 따른, 육방정계 격자 서브-파장 나노구조를 형성하도록 배열된 나노 정공의 다수의 동심원의 링의 주기적 패턴의 평면의 개략도를 도시한다.
도 15b는 본 발명의 또 다른 구현예에 따라, 도 15a의 육방정계 격자 서브-파장 나노구조에 배열된 나노 정공의 다수의 동심원 링의 주기적 패턴의 SEM 이미지를 도시한다.
도 16a는 본 발명의 구현예에 따라 서브-파장 나노구조를 형성하기 위해 중심 나노 정공 주변의 동심원 나노 정공 링의 주기적 패턴의 평면의 개략도를 도시한다.
도 16b는 본 발명의 추가의 구현예에 따라 도 16a의 서브-파장 나노구조에 배열된 중심 나노 정공 주변의 동심원의 나노 정공 링의 주기적 패턴의 SEM 이미지를 도시한다.
도 17은 본 발명의 구현예에 따른, 도 10-16에 도시된 일례의 주기적 패턴을 가진 다수의 서브-파장 나노구조에 대한 전달된 광 대역폭 및 강도의 스펙트로그램 플롯을 도시한다.
본 발명의 추가의 장점이 상세한 설명과 연관되는 도면을 고려할 때 명백해질 것이다.
유사한 도면 부호는 도면의 다양한 관점에 걸쳐 대응하는 부분을 가리킨다.
유기 광전자
디바이스
(100)
본 발명은 도면을 참조하여 추가로 기술될 것이다. 도 1은 본 발명의 일례의 구현예에 따른 OOD(100)의 단면도이다. OOD(100)는 캐리어 기판(150) 및 캐리어 기판(150) 상에 적어도 부분적으로 위치하는 금속 애노드 전극층(140)를 포함한다. 금속 애노드 전극층(140)은, 그것을 통해 구멍이 뚫린 서브-파장 나노구조 (예, 나노 정공(144))의 규칙적 또는 주기적 어레이(142)를 갖는다. OOD(100)는 금속 애노드 전극층(140) 상에 적어도 부분적으로 위치하는 유기 전자 활성 영역(120) 및 유기 전자 활성 영역(120) 상에 적어도 부분적으로 위치하는 캐소드 전극층(110)을 추가로 포함한다.
본 명세서에 사용된, 소정의 재료의 "층"은 그것의 길이나 너비보다 작은 두께의 재료의 영역을 포함한다. 실시예인 층은 시트, 호일, 막, 라미네이션(lamination), 코팅, 유기 폴리머의 블렌드(blend), 금속 플레이팅, 및 접착층 등을 포함할 수 있다. 추가로, 본 명세서에 사용된 "층"은 평면일 필요는 없으나, 대안으로 접히거나, 구부려지거나 그렇지 않으면 예컨대 적어도 한 방향으로 윤곽이 이루어질 수 있다.
도 1을 참조하면, OOD(100)(예, OPV(101) 및 OLED(102))의 캐리어 기판(150) 및 일례인 애노드 전극층(140)를 구성하는 재료는 그들 사이의 인터페이스(180)에 표면 플라즈몬(SP)(도시되지 않음)이 존재도록 유리하게 선택된다. 바람직하게, 캐리어 기판(150)을 위한 재료는 또한 실질적으로 광 투과성이고 유기 전자 활성 영역(120)의 유기층(들), 및 그들 상에 위치하는 전극층(110 및 140)을 지지할 수 있다. 일례로 그러한 재료는 플라스틱 및 유리를 포함하나, 예컨대 그외 적합한 공지된 유전체 물질도 사용될 수 있다. 애노드 전극층(140)을 위한 적합한 일례의 재료는, 예컨대 적합한 반도체 및 적합한 공지된 일함수를 갖는 도전성 폴리머 뿐만 아니라 은(Ag), 금(Au), 및 구리(Cu)와 같이 실질적으로 광 불투명성(opaque) 애노드 금속과 같이 공지된 높은 일함수 재료를 포함한다.
OOD(100)의 유기 전자 활성 영역(120)은 하나 이상의 유기층을 포함한다. 유기 전자 활성 영역(120)의 유기층을 형성하도록 선택되는 특정 재료는, 예컨대 이하 추가로 자세히 논의될, 도 2 및 3의 각각에서 도시되는 것과 같은 OPV(101) 또는 OLED(102)일 수 있는 OOD(100)의 특정 구성에 의존한다.
OOD(100)의 캐소드 전극층(110)은 임의의 적합한 낮은 일함수 캐소드 전극 재료, 예컨대 인듐(In), 칼슘/알루미늄(Ca/Al), 알루미늄(Al), 리튬 플루오라이드(LiF), 및 알루미늄 옥사이드/알루미늄(Al2O3/Al) 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른, 도 1 및 OOD(100)(예, OPV(101) 또는 OLED(102))의 일례인 금속 애노드 전극층(140)의 투시도인 도 4를 참조하면, 금속 애노드 전극층(140)은 그것을 통해 구멍이 뚫린 서브-파장 나노구조(예, 나노 정공(144))의 규칙적 또는 주기적 어레이(142)를 포함한다. 즉, 금속 애노드 전극층(140)에 서브-파장 나노 정공(144)이 규정되거나, 형성되거나, 제조되며, 그것의 두께 t 를 통해 부분적으로 또는 완전히 연장하여, 금속 애노드 전극층(140)에 형성된 나노 정공(144)을 통해 광에너지(160)의 선택적인 전달을 바람직하게 제어가능하게 허용할 수 있고, 그렇지 않으면, 바람직하게는 금속 애노드 전극층(140) 그 자체가 실질적으로 광 불투명성 금속 재료, 예컨대 은(Ag), 금(Au), 및 구리(Cu)로 이루어진다. 이와 같이, 그 결과인 금속 애노드 전극층(140)은, 집합적으로 천공성 금속 애노드 전극층(146)을 형성하는, 서브-파장 나노 정공(144)의 주기적 어레이(142)를 가지고 형성되고, 전형적인 ITO 및 OOD에 사용되는 그외 투명 컨덕터에 대안인 고 전도성의, 광-전달 애노드로서 제공되며, 바람직하게는 이하 기술되는 바와 같이, ITO와 연관된 설계 및 성능 제한 및 절충을 방지한다.
본 명세서에서, "서브-파장" 나노구조(예, 나노 정공(144))는 나노 정공 및/또는 그외 나노구조 예컨대 나노-슬릿 또는 슬롯을 지칭하며, 나노구조의 하나 이상의 기하학적 치수(dimension)는 금속 애노드 전극층(140)와 캐리어 기판(150) 사이의 인터페이스(180)에 있는 주기적 어레이(142) 상에 입사하는 광자(예, 태양광 및/또는 인공광)의 파장 미만이다.
바람직한 구현예인 도 1 및 4를 여전히 참조하면, 나노 정공(144)은 실질적으로 균일한 치수, 예컨대 각각 둘 또는 세 개 치수로 이루어진 실질적으로 원형 및 원통형 형태를 가질 수 있으며, 이때 원통형의 높이 h 는 금속 애노드 전극층(140)의 두께 t 와 평행하다. 서브-파장 나노구조의 그외 기하학적 치수, 예컨대 직사각형, 삼각형, 다면체형, 타원형(elliptical), 난형(ovoid), 선형 또는 비규칙형 또는 물결 모양의 정공 또는 개구는 예를 들어 다른 구현예에서 대안으로 선택될 수 있다.
주기적 패턴 내의 서브-파장 나노 정공을 제조할 수 있는 임의의 적합한 공지된 기술, 예컨대 공지된 밀링 기술(milling technique)(예, 집속이온빔(focused ion beam, "FIB") 밀링), 리소그래피 기술(예, 나노-임프린트 리소그래피, 딥 UV(deep UV) 리소그래피, 및 전자빔 리소그래피), 핫 스탬핑(hot stamping), 및 엠보싱(embossing), 또는 이들의 조합에 의해, 금속 애노드 전극층(140) 내에 서브-파장 나노 정공(144)의 주기적 어레이(142)가 형성될 수 있다. 일 구현예에서, FIB 공정, 예컨대 지층(Strata)(235) 이중빔(Dualbeam) 스캐닝 전자 현미경(Scanning Electron Microscope, "SEM")/FIB를 사용하여 금속 애노드 전극층(140) 내에 나노 정공(144)이 형성된다. 예를 들어, 그러한 일 구현예에서 FIB 구현 소스로서 갈륨 이온(Ga+)이 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 OOD(100)의 구성요소를 일반적으로 기술해 보면, 이 구성요소들의 특정한 특징들이 OOD(100)의 특정 구성을 참고하여 기술된다.
유기 광전지("
OPV
")
디바이스
(101)
도 2를 참조하면, 본 발명의 구현예에 따른 OPV 디바이스(101)(이하 "OPV(101)"라 함)의 구성을 갖는 OOD의 단면도가 제공된다. OOD가 OPV(101)인 구현예의 도 2에 도시된 것처럼, 유기 전자 활성 영역(120)은 하나 이상의 유기층을 포함한다. 특히, 일 구현예에서, 유기 전자 활성 영역(120)은 제1 전극층(120) 상에 직접 위치하는 유기 광활성층(122)을 포함한다. 유기 광활성층(122)은 흡수 전자기 방사선(예, 광(161))에 반응하여 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 유기 광활성 재료로 이루어진다.
보조 구현예에서, 이 분야에서 알려진 바대로, 유기 전자 활성 영역(120)은 애노드 전극층(140)과 광활성층(122) 사이에 위치하는 정공 수송층(도시되지 않음)을 추가로 포함할 수 있다. 상기 정공 수송층은 유기 광활성층으로부터 애노드 전극층(140)으로 전자 정공의 수송을 용이하게 하는 유기 정공 수송 재료로 이루어진다.
OPV(101)의 캐소드 전극층(110), 애노드 전극층(140), 및 캐리어 기판(150)을 위한 적합한 재료들이 OOD(100)와 연관되어 위에서 상술한 것처럼 각각 대응하는 층에 대한 일례의 재료들의 동일한 리스트로부터 유사하게 선택될 수 있다.
바람직한 구현예에서, OPV(101)는 벌크 이종접합 OPV이며, 유기 광활성층(122)의 일례의 유기 광활성 재료은 광활성 전자 공여체-수용체 블렌드, 예컨대 폴리(3-헥실티오펜):[6,6]-페닐-C61-부티르산 메틸 에스테르(P3HT:PCBM)를 포함할 수 있다. 정공 수송층을 위한 일례의 정공 수송 물질은 전도성 폴리머, 예컨대 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌술포네이트)("PEDOT:PSS")를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 적합한 화합물이 특정 일례의 구현예에서 하나 이상의 일례의 유기 광활성 재료, 예컨대 PDCTBT(폴리[[(9-(1-옥틸노닐)-9H-카르바졸-2,7-디일]-2,5-티오펜디일-2,1,3-벤조티아디아졸-4,7-디일-2,5-티오펜디일]):PC70BM([6,6]-페닐-C61-부티르산 메틸 에스테르), 또는 이 분야에 알려진 다른 적합한 광활성 재료 등으로 이용될 수 있음이 이해된다.
사용시, OPV(101)는 도 2에 도시된 OPV(101)의 밑면 또는 하부면으로 또는 밑면 또는 하부면에서, 또는 더욱 자세하게는, 캐리어 기판(150)과 애노드 전극층(140) 사이의 인터페이스(180)에 대향하여 위치하는 캐리어 기판(150)의 하부 주요 표면(170)에서 입사하는 전자기 에너지(예, 광(161))를 수용하도록 구성된다. 캐리어 기판(150)은 광(161)이 캐리어 기판(150)의 두께를 통해 전파되거나 전달되고 캐리어 기판(150)과 금속 애노드 전극층(140) 사이의 인터페이스(180)에 도달되도록 허용하기 위하여 바람직하게는 실질적으로 광 투명성이다. 인터페이스(180)에서 광자 형태인 광(161)과 표면 플라즈몬("SP")의 상호작용은 광(161)의 선택적인 부분들이 나노 정공(144)을 통해 전달되고 이상 광전달("EOT") 특성을 나타내도록 유발한다. 피크 광 전달의 파장, 피크에서 전달된 광의 세기, 및 광 전달 스펙트럼 또는 대역폭을 포함하는 주기 나노 정공 어레이(142)의 광 특성은 나노 정공(144)을 통한 광(161)의 개선된 전달 또는 EOT가, OPV(101)의 전력 및/또는 효율의 전반적인 증대에 관한 것인, 유기 광활성층(122) 내의 광자의 개선된 흡수가 가능하도록 바람직하게 구성될 수 있다.
일 구현예에서, 피크 광 전달 세기 및/또는 주기적 어레이(142)의 파장 및 광 전달 대역폭이 피크 흡수 세기 및/또는 광활성층(122)의 파장 및 광 흡수 대역폭과 대응하거나 매칭되도록 구성될 수 있으며, 이로써 광전지 변환에 유용한 광자의 최대양이 나노 정공(144)을 통해 전달되고 광활성층(122)에 흡수될 수 있음이 보장된다. 이 경우에, 주기적 어레이(142)는 광활성층(122)에 광 흡수를 개선시키고, 또한 유기 광활성층(122)을 저하시키고 OPV(101)의 작동 수명을 줄이는 것으로 보여지는 자외선(UV) 파장과 같은 유해 방사선 필터링하거나 차단하기 위해 스펙터럼 필터로 기능하도록 작동한다.
도 2 내지 4를 참조하면, 나노 정공(144)과 주기적 어레이(142)의 기하학적 파라미터 및 주기적 어레이(142)의 광자의 또는 광학적 특성 사이의 관계가 이하 기재된다. 상세하게는, 주기적 어레이(142)의 원하는 주기 p , 또는 두 개의 이웃하는 나노 정공(144)의 중심으로부터 중심까지의 거리가, 다음의 1차 근사치에 기초하여, 주기적 어레이(142)의 원하는 피크 광 전달 파장, 캐리어 기판(150)의 유전율 및 금속 애노드 전극층(140)의 유전율에 적어도 부분적으로 의존할 수 있다:
λ SP (i,j) = p sqrt(e m e d ) /[sqrt ( i 2 + j 2 ) sqrt(e d + e m )] (1)
상기 함수에서, λ SPP (i,j)는 주기적 어레이(142)의 (1차) 피크 광 전달 파장 또는 입사광(161)이 주기적 어레이(142)의 평면에 법선인 경우 정방형 격자(square lattice)에 대한 나노 정공(144) 상의 SP 공명 모드의 피크 파장일 수 있으며; p 는 어레이(142)의 주기이고; e d 및 e m 은 금속-유전체 인터페이스(180)와 금속 애노드 층(140) 각각의 유전율이고; 및 인덱스 i 및 j 는 피크 순서를 나타내는 정수이다.
또한, 금속 애노드 층(140) 내의 각각의 상기 나노 정공(144)의 원하는 기하학적 구조 d 및 원하는 깊이 또는 높이 h (후자는 금속 애노드 전극층(140)의 두께 t 에 대응함)는 주기적 어레이(142)의 원하는 광 전달 대역폭에 기초하거나 의존하며, OPV(101)의 경우에 원하는 광 전달 대역폭은 위에서 논한 바처럼 유기 광활성층(122)의 최적 광 흡수 대역폭에 대응하도록 바람직하게 선택될 수 있다.
특정 구현예에서, OPV(101)에서 사용된 주기적 어레이(142)는, 약 100 나노미터(nm)의 특성 기하학적 치수 d, 약 105 nm의 금속 애노드 층(140)의 높이 h, 및 약 450 nm의 주기를 각각 갖는 나노 정공(144)을 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, OPV(101)의 주기적 어레이(142)는 일반적으로 약 400 nm 내지 약 600 nm의 주기를 가질 수 있다.
유기 발광 다이오드 (
OLED
(102))
도 3은 본 발명의 구현예에 따른, OLED(102)의 구성을 갖는 OOD의 단면도이다.
도 3에 도시된 바대로, OOD가 OLED(102)인 구현예에서, 유기 전자 활성 영역(120)은 하나 이상의 유기층을 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 유기 전자 활성 영역(120)은 전류의 흐름에 반응하여 전자기 방사선(예, 광(162))을 방출하도록 구성되는 유기 전계 발광층(126)을 포함할 수 있다. 유기 전계 발광층(126)은 서브-파장 나노 정공(144)의 주기적 어레이(142)로 천공성인 일례의 금속 애노드 전극층(140) 상에 적어도 부분적으로 배치된다.
유기 전계 발광층(126)을 위한 적합한 재료는 몇몇의 공지된 발광 염료(light-emitting dye) 또는 적합한 호스트 물질로 분산되는 도펀트, 감광 재료, 및/또는 발광 폴리머 재료 등 중 임의의 하나를 포함할 수 있다.
또 다른 구현예에서, 유기 전자 활성 영역(120)은, 이 분야에서 공지된 것처럼, 일례의 금속 애노드 전극층(140)과 전계 발광층(126) 사이에 적어도 부분적으로 배치되는 정공 수송층(도시되지 않음)을 추가로 포함할 수 있다. 정공 수송층이 금속 애노드 전극층(140)으로부터 전계 발광층(126)으로의 양전하 또는 "정공"의 전달을 조력하는데 유리하게 제공될 수 있다. 다른 구현예에서, 이 분야에서 공지된 것처럼, 유기 전자 활성 영역(120)은 캐소드 전극층(110)으로부터 전계 발광층(126)으로의 전자의 전달을 조력하는데 유리하게 제공될 수 있는 추가의 유기층(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
OLED(102)의 캐소드 전극층(110), 애노드 전극층(140), 및 캐리어 기판(150)을 위한 적합한 재료는, OOD(100)와 관련하여 위에서 언급한 것처럼 각각의 대응하는 층에 대한 재료의 일부 일례의 리스트로부터 유사하게 선택될 수 있다.
사용시, OLED(102)는 전극층(110 및 150) 상에 외부 전계를 적용하는 경우, 유기 전계 발광층(126)이 전자기 방사선, 예컨대 광(162)을 방출하도록 구성된다. 일 구현예에서, OLED(102)는 유기 전계 발광층(126)에 의해 방출된 광(162)이 금속 애노드 전극층(140)의 나노 정공(144)을 통해 전달되고 캐리어 기판(150)을 통해 OLED(102)를 나가고 이로써 조명 효과를 내도록 발광하는 하부가 되도록 구성될 수 있다. 피크 광 전달의 파장, 피크에서 전달된 광의 강도, 및 광 전달 대역폭을 포함하는 주기적 나노 정공 어레이(142)의 광 전달 특성은 바람직하게는 주기적 나노 정공 어레이(142)의 광 전달 특성(예, 광 전달 스펙트럼)이 유기 전계 발광층(126)의 발광 특성(예, 발광 스펙트럼)에 대응하거나 매칭되고, 유기 전계 발광층(126)에 의해 광(162)이 방출되는 특정 파장(색)이 그렇지 않으면 광 불투명성 비 금속 애노드 전극층(140)을 통해 전달되어서, 종래의 ITO-OLED와 비교하여 바람직하게 디바이스 성능이 전반적으로 증대되고 유기층 상으로 습기 및 산소의 확산 영향으로부터 더욱 양호하게 보호되고 가격 면에서도 저렴한, 나노 정공(144)의 주기적 어레이(142)로 구멍이 뚫린 금속 애노드 전극층(140)에 기초하는 ITO-부재 OLED(102)의 결과를 가져오도록 구성될 수 있다.
일 구현예에서, OLED(102)의 주기적 나노 정공 어레이(142)의 광 전달 특성은 유기 전계 발광층(126)에 의해 방출되고, 나노 정공(144)을 통해 전달되는 광(162)의 강도가 강화되어서, OELD(102) 조명에서 증대된 투명 "휘도(brightness)"의 결과를 가져오도록 구성될 수 있다. 그러한 강화된 발광은 유기 전계 발광층(126)의 유사한 발광 특성(예, 피크 발광의 파장, 피크에서 방출된 광의 강도, 및 발광 대역폭)과 매칭되거나 대응하는 OLED의 주기적 나노 정공 어레이(142)의 광 전달 특성을 구성함으로써 달성될 수 있다.
OLED(102)의 주기적 어레이(142)의 원하는 주기 p 는 OPV(101)와 관련하여 위에서 기술한 바와 같이 유사하게 함수 (1)에 의해 결정될 수 있다.
OELD(102)의 금속 애노드 층(140)에 있는 나노 정공(144) 각각의 원하는 기하학적 치수 d 및 원하는 깊이 또는 높이 h 가 유사하게 주기적 어레이(142)의 원하는 광 전달 대역폭에 기초하거나 의존하며, 상기 원하는 광 전달 대역폭은 바람직하게는 OLED(102)의 경우에 위에서 언급한 바와 같이 유기 전계 발광층(126)의 발광 대역폭과 대응하도록 선택될 수 있다.
대안의 구현예에서, 본 발명의 구현예에 따른 OOD는, 캐소드 층이 적합한 캐리어 기판 상에 적어도 부분적으로 위치하고, 적합한 유기 전자 활성 영역(활성층 및 정공 수송층 중 적어도 하나를 포함할 수 있음)이 상기 캐소드 층에 적어도 부분적으로 위치하고, 애노드 층이 상기 유기 광활성층 상에 적어도 부분적으로 위치하는 역 구성(inverse configuration)을 포함할 수 있다.
나노구조의 일례의 기하학적 구조 및 패턴
금속 애노드 전극층(140)에 형성된 서브-파장 나노구조의 기하학적 구조 및 배열 패턴은 유기 광전자 디바이스(100)의 의도된 사용 및 서브-파장 나노구조의 원하는 광 전달 특성에, 적어도 부분적으로 의존할 수 있다. 일 구현예에서, 예를 들어, 서브-파장 나노구조는 실질적으로 원형의 정공, 예컨대 도 1을 참조하여 위에서 기술한 나노 정공(144), 또는 서브-파장 나노구조가 예를 들어 원하는 광 전달 특성을 디스플레이 하도록 하나 이상의 주기적 패턴에서 배열될 수 있는, 하나 이상의 서브-파장 기하학적 치수를 갖는 그외 기하학적 형상의 대안인 정공 또는 개구, 예컨대 직사각형, 삼각형, 다면체형, 타원형, 난형, 또는 비규칙형 또는 물결 모양의 정공 또는 개구를 포함할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 서브-파장 나노구조는, 선택적으로 나노-특징 격자(grating) 등과 같은 격자를 제공하기 위해 서로 실질적으로 평행하게 방향을 이룰 수 있는, 실질적으로 가늘고 긴(elongated) 개구, 예컨대 라인, 스릿, 호형(arced), 또는 만곡된 개구 등을 포함할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 서브-파장 나노구조는, 선택적으로 금속 애노드 전극층(140)을 통해 연장하는 개구가 없고, 금속 애노드 전극층(140)에서 적어도 서브-파장 치수를 갖는 특징, 예컨대 캔틸레버(cantilever), 그루브(groove), 범프(bump), 보스(boss), 인덴트(indent), 또는 웨이브(wave) 등을 포함할 수 있다.
추가의 일례의 주기적 패턴 및 기하학적 구조로 구성되는 서브-파장 나노구조의 구현예가 도 10 내지 17을 참조하여 기재된다. 이러한 일례의 서브-파장 나노구조는 임의의 적합한 공지의 방법 또는 공정에 의한 본 발명의 OLED, OPV 또는 그외 OOD의 금속 애노드 전극층에 형성되도록 구성될 수 있다. 도 10 및 11은 본 발명의 구현예에 따른 제1 일례의 주기적 패턴(1200)에 배열된 서브-파장 나노구조의 개략적인 도면 및 스캐닝 전자 현미경(SEM) 이미지를 도시한다. 도 10의 구현예에서, 일례의 서브-파장 나노구조는 주기적 어레이 또는 패턴(1200)에 조직화되고, 금속 애노드 전극층(1208)에 형성된 복수의 나노 정공(1201)을 포함한다. 금속 애노드 전극층(1208)에 서브-파장 나노구조(나노 정공(1201)) 및 금속 애노드 전극층(1208)의 특성을 형성하는 방법은 도 1을 참조하여 위에서 언급한 금속 애노드 전극층(140)의 방법과 유사할 수 있다. 정방형 격자 구성을 갖는 주기적 어레이(142)에 배열된 도 4에 도시된 나노 정공(144)과 비교하여, 나노 정공(1201)은 육방정계 격자 구성의 주기적 어레이 또는 패턴(1200)으로 배열된다. 일례의 나노 정공(1201)의 각각은 나노 정공(1201) 상에 입사되거나, 나노 정공에 의해 반사되거나, 나노 정공을 통해 전달되는 광의 파장 미만의 기하학적 치수(예컨대 그 직경)를 갖는다. 예를 들어, 나노 정공(1201) 각각은 약 150 nm의 직경 d 을 가질 수 있고, 바람직하게는 650 nm의 간격, 피치(pitch), 또는 주기로 서로 동일한 간격으로 이격될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따라, 도 12a 및 12b는 제2 일례의 주기적 패턴(1300)으로 배열된 서브-파장 나노구조의 개략도 및 SEM 도를 각각 도시한다. 이 구현예에서, 주기적 패턴(1300)은 중앙 정공(1301) 상에 입사하는 광의 파장에 대하여 크기 면에서 서브-파장인 하나 이상의 기하학적 치수를 갖는 중앙 정공 또는 개구(1301)를 포함하는 원형의 주기적 패턴(1300)이다. 중앙 정공(1301)의 일례의 기하학적 형상은 원형, 직사각형, 삼각형, 다면체형, 타원형, 난형, 또는 비규칙형 또는 물결 모양의 정공 또는 개구 등을 포함할 수 있다. 도 12a 및 12b의 구현예에서, 중앙 정공(1301)은 실질적으로 원형의 나노 정공이다. 원형의 나노 정공(1301)은 원형의 나노 정공(1301) 상에 입사하는 광의 파장에 대하여 크기 면에서 서브-파장인 직경 d , 예컨대 150 nm의 직경을 가질 수 있다. 제2 주기적 패턴(1300)은 중앙 정공(1301) 주변에 동심원으로 위치하는 복수의 환상형 링(1303)을 추가로 포함한다. 바람직하게, 제2 주기적 패턴(1300)이 제2 주기적 패턴(1300)이 형성되는 금속 애노드 전극층(1308)의 전체 표면에 걸쳐지도록(span), 적당한 수의 환상형 링(1303)이 선택될 수 있다. 환상형 링(1303)들은 서로에 관련하여, 그리고 약 650 nm의 간격 또는 주기 p 를 갖는 중앙 정공(1301)에 관련하여 위치할 수 있다. 환상형 링(1303)의 너비는 환상형 링(1303) 상에 입사하는 광의 파장에 대한 크기인 서브-파장으로 구성될 수 있고, 또한 중앙 정공(1301)의 직경 d 와 동일한 치수, 예컨대 약 150 nm 등을 갖도록 구성될 수 있다. 일 구현예에서, 환상형 링(1303)이 도 13b에 가장 잘 도시된 환상형 정공 또는 개구(1305)에 의해 형성된다. 그러나, 대안의 구현예에서, 환상형 링(1303)이 도 13에 도시된 중앙 정공(1301) 주변에 동심으로 위치하는 복수의 링으로 배열되는 나노 정공에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 구현예에 따른 도 13은 제3 일례의 주기적 패턴(1302)으로 배열된 서브-파장 나노구조의 SEM 도면이다. 도 12b에 도시된 구현예와 유사하게, 도 13에 도시된 구현예에 따른 제3 주기적 패턴(1302)은 중앙 정공 또는 개구(1301)를 포함한다. 그러나, 도 12b에 도시된 구현예와 달리, 도 13에 도시된 대안의 구현예의 환상형 링(1303)은 중앙 정공(1301) 주변에 동심으로 위치하는 복수의 링으로 배열된 복수의 나노 정공(1307)에 의해 형성된다. 각각의 나노 정공(1307) 및 중앙 정공(1301)은 나노 정공(1307) 상에 입사한 광의 파장에 대한 서브-파장의 크기인 직경 d , 예컨대 150 nm의 직경 d 를 가진다. 나노 정공(1307)의 환상형 링(1303)은 서로에 관련하여, 그리고 약 650 nm 의 간격 또는 주기 p 를 가진 중앙 정공(1301)에 관련하여 위치될 수 있다.
도 14a 및 14b는 본 발명의 구현예에 따른 제4 일례의 주기적 패턴(1400)으로 배열된 일례의 서브-파장 나노구조의 개략도 및 SEM 도를 각각 도시한다. 이 구현예에서, 주기적 패턴(1400)은 육방정계 격자 구성으로 위치하는 복수의 환상형 정공 또는 개구(1405)를 포함한다.
그러나, 육방정계, 정방형, 사방정계(rhombic), 직사각형, 및 평행사변형 격자 등과 같은 환상형 개구(1405)를 배열하기 위한 그외 주기적 패턴이 선택될 수 있다. 환상형 개구(1405)의 너비 d 는 환상형 개구(1405) 상에 입사하는 광의 파장에 대한 서브-파장의 크기, 예컨대 약 150 nm가 되도록 구성될 수 있다. 바람직하게 환상형 개구(1405)는 650 nm의 간격, 피치, 또는 주기 p 로 서로 동일한 간격으로 이격될 수 있다.
도 15a 및 15b는 본 발명의 구현예에 따른 제5 일례의 주기적 패턴(1500)으로 배열된 일례의 서브-파장 나노구조의 개략도 및 SEM 도를 각각 도시한다. 이 구현예에서, 제5 주기적 패턴(1500)은 중앙 정공(1501) 상에 입사하는 광의 파장에 대한 서브-파장의 크기인 하나 이상의 기하학적 치수를 각각 갖는 복수의 중앙 정공 또는 개구(1501)를 포함한다. 중앙 정공(1501)의 일례의 기하학적 형상은 원형, 직사각형, 삼각형, 다면체형, 타원형, 난형 또는 비규칙형 또는 물결 모양의 정공 또는 개구 등을 포함한다. 도 15a 및 15b에 도시된 구현예에서, 중앙 정공(1501)은 실질적으로 원형의 나노 정공이다. 원형의 나노 정공(1501)은 원형의 나노 정공(1501) 상에 입사하는 광의 파장에 대한 서브-파장의 크기인 직경 d , 예컨대 150 nm의 직경 d 를 각각 갖는다. 제5 주기적 패턴(1500)은 복수의 쌍의 환상형 링(1503)을 추가로 포함한다. 각 쌍의 환상형 링(1503)은 고유의 중앙 정공(1501)에 대응하여, 이 대응하는 중앙 정공(1501) 주변에 동심으로 위치한다. 각 쌍의 환상형 링(1503)은 서로 관련하여, 그리고 약 650 nm의 간격 또는 주기 p 를 갖는 대응하는 중앙 정공(1501)에 관련하여 위치할 수 있다. 환상형 링(1503)은 너비는 환상형 링(1503) 상에 입사하는 광의 파장에 대한 서브-파장의 크기가 되도록 구성될 수 있고, 또한 중앙 정공(1501)의 직경 d 와 동일한 치수, 예컨대 약 150 nm를 갖도록 구성될 수 있다. 도 15b에 도시된 구현예에서, 환상형 링(1503)은 그것의 대응하는 중앙 정공(1501)의 주변에 동심으로 위치하는 한 쌍의 링으로 배열되는 나노 정공(1507)에 의해 형성된다. 대안의 구현예(도시되지 않음)에서, 그러나, 각 쌍의 환상형 링(1503)은, 환상형 링(1303)이 중심 링의 환상형 개구(1305)에 의해 형성되는, 도 12b에 도시된 구현예와 유사하게, 환상형 정공 또는 개구(1507)에 의해 형성될 수 있다. 본 명세서에 사용된 것처럼, 대응하는 중앙 정공(1501)을 갖는 각 쌍의 환상형 링(1503)은, 제5 주기적 패턴(1500)이 주기적으로 배열된 복수의 단일 셀(1509)로 이루어지도록, 단일 셀(1509)로 규정된다. 도시된 구현예에서, 단일 셀(1509)은 육방정계 격자 구성으로 배열된다. 그러나, 육방정계, 정방형, 사방정계, 직사각형, 및 평행사변형 격자 등과 같은, 단일 셀(1509)을 배열하기 위한 다른 주기적 패턴이 선택될 수 있다.
도 16a 및 16b는 본 발명의 구현예에 따른 제6 일례의 주기적 패턴(1600)으로 배열된 서브-파장 나노구조의 개략도 및 SEM 도를 각각 도시한다. 이 구현예에서, 제6 주기적 패턴(1600)은 중앙 정공(1601) 상에 입사하는 광의 파장에 대한 서브-파장의 크기인 하나 이상의 기하학적 치수를 갖는 복수의 중앙 정공 또는 개구(1601)를 포함한다. 중앙 정공(1601)의 일례의 기하학적 형상은 원형, 직사각형, 삼각형, 다면체형, 타원형, 난형 또는 비규칙형 또는 물결 모양의 정공 또는 개구 등을 포함한다. 도 6a 및 16b에 도시된 구현예에서, 각각의 중앙 정공(1601)은 실질적으로 원형의 나노 정공이다. 원형의 나노 정공(1601)은 각각 원형의 나노 정공(1601) 상에 입사하는 광의 파장에 대한 서브-파장인 직경 d , 예컨대 150 nm의 직경 d 를 갖는다. 제6 주기적 패턴(1600)은 고유의 원형의 나노 정공(1601)에 각각 대응하는 복수의 환상형 링(1603)을 추가로 포함한다. 각각의 환상형 링(1603)은 그것의 대응하는 중앙 정공(1601) 주변에 동심으로 위치한다. 환상형 링(1603)은 그것의 대응하는 중앙 정공(1601)에 관련하여, 그리고 약 650 nm의 간격 또는 주기 p 를 가진 이웃하는 환상형 링들(1603)에 관련하여 위치할 수 있다. 환상형 링(1603)의 너비는 환상형 링(1503) 상에 입사하는 광의 파장에 대한 서브-파장의 크기로 구성될 수 있고, 또한 중앙 정공(1501)의 직경 d 와 동일한 치수, 예컨대 약 150 nm를 갖도록 구성될 수 있다. 도시된 구현예에서, 환상형 링(1603) 및 원형의 나노 정공(1601) 쌍들은 육방정계 격자 구성으로 배열된다. 육방정계, 정방형 격자, 사방정계, 직사각형, 및 평행사변형 격자 등과 같은, 환상형 링(1603) 및 원형의 나노 정공(1601) 쌍들을 배열하기 위한 그외 주기적 패턴이 선택될 수 있다.
바람직하게는, 도 13에 도시된 중심 링의 나노 정공(1307)을 배열하여 환상형 링(1303)이 형성되는 방법과 유사하게, 각각의 환상형 링(1603)이 그것의 대응하는 중앙 정공(1601) 주변에 동심으로 위치하는 단일 링으로 배열되는 복수의 나노 정공(1607)에 의해 형성된다. 그러나, 대안의 구현예에서, 각각의 환상형 링(1603)은, 환상형 링(1303)이 동심으로 배치된 환상형 개구(1305)에 의해 형성된 도 12b에 도시된 구현예와 유사하게, 그것의 대응하는 중앙 정공(1601) 주변에 동심으로 위치하는 단일의 환상형 정공 또는 개구(도시되지 않음)에 의해 형성될 수 있다.
본 명세서에 기재된 바와 같이, 그것의 대응하는 중앙 정공(1601)을 갖는 각 환상형 링(1603)이 단일 셀(1609)로 규정되어, 주기적 패턴(1600)이 주기적으로 배열된 복수의 단일 셀(1609)로 이루어질 수 있도록 할 수 있다. 도시된 구현예에서, 단일 셀(1609)은 육방정계 격자 구성으로 배열된다. 그러나, 육방정계, 정방형, 사방정계, 직사각형, 및 평행사변형 격자 등과 같은, 단일 셀(1609)을 배열하기 위한 다른 주기적 패턴이 선택될 수 있다.
도 17은 스펙트로그램 커브(2300, 2400, 2302, 2500, 2600, 및 2200)에 각각 대응하는 주기적 패턴(1300, 1400, 1302, 1500, 1600, 및 1200)을 갖는 서브-파장 나노구조의 스펙트로그램 플롯(1700)을 도시한다. 도 17에서 일반적으로 알 수 있는 바와 같이, 상이한 주기적 패턴(1300, 1400, 1302, 1500, 1600, 및 1200)으로 서브-파장 나노구조를 배열하는 것은 광이 상이한 대역폭 및 강도를 갖고 서브파장 나노구조를 통해 전달되도록 한다. 그러므로, 서브-파장 나노구조를 통해 전달된 광의 원하는 대역폭 및/또는 강도에 따라서, 서브-파장 나노구조를 배열하기 위한 적합한 주기적 패턴이 선택될 수 있다. 따라서, 본 발명의 구현예는 본 발명의 OOD의 금속 애노드 전극층에 형성되도록 구성되는 경우에 성능을 더욱 바람직하게 개선할 수 있는 서브-파장 나노구조의 광 전달 특성의 가변성(tunability)을 제공한다.
예를 들어, 서브-파장 나노구조가 본 발명의 OLED(예, 도 3의 OLED(102))의 금속 애노드 전극층에 형성되도록 구성되는 일 구현예에서, OLED(102)에 의해 방출된 광은 OLED(102)를 관찰하는 사람의 시각으로 "샤퍼(sharper)" 색을 가지도록 요구될 수 있다. 이 구현예에서, 서브-파장 나노구조는 적합한 주기적 패턴, 예컨대 주기적 패턴 1200(커브 2200에 대응함) 및 1302(커브 2302)로 구성되어, OLED(102)의 유기 전계 발광층(126)에 의해 방출된 광이, OLED(102)의 금속 애노드 전극층에 있는 서브-파장 나노구조를 통해 전달되면, OLED(102)를 관찰하는 사람의 시각으로 "샤퍼" 색에 대응하는 비교적 좁은 대역폭을 갖도록 변경되거나 조정된다.
유사하게, OLED(102)에 의해 방출된 광이 특정의, 미리 규정된 파장(들)을 갖도록 요구되는 경우, 서브-파장 나노구조는 적합한 주기적 패턴, 예컨대 주기적 패턴 1200(커브 2200) 및 1302(커브 2302)로 구성되어서, 유기 전계 발광층(126)에 의해 방출된 광이, 서브-파장 나노구조를 통해 전달되면, 요구된, 미리 규정된 파장(들)에 대응하는 비교적 좁은 대역폭을 갖도록 변경되거나 조정된다.
OLED(102)에 의해 방출된 광이 특정한, 미리 규정된 파장을 갖도록 요구되지 않는 또다른 구현예에서, 서브-파장 나노구조는 적합한 주기적 패턴, 예컨대 주기적 패턴 1300(커브 2300)로 배열되어, 유기 전계 발광층(126)에 의해 방출된 광이, 서브-파장 나노구조를 통해 전달되면, OLED(102)의 효율의 효과적인 전반적인 증대에 바람직하게 부합할 수 있는 비교적 높은 조명 강도를 갖도록 변경되거나 조정된다.
서브-파장 나노구조가 본 발명의 OPV(예, 도 2의 OPV(101))의 금속 애노드 전극층에 형성되도록 구성되는 일 구현예에서, 서브-파장 나노구조는 적합한 주기적 패턴, 예컨대 주기적 패턴 1300(커브 2300)로 배열되어, OPV(101)에 입사하는 광(161)이, 금속 애노드 전극층(140)의 서브-파장 나노구조를 통해 전달되면, 광전지 변환에 유용한 OPV(101)의 유기 광활성층(122) 내의 광자의 개선된 흡수가 되게하는, 개선된 광 전달에 부합하는 비교적 높은 조명 강도를 갖도록 조정되거나 변경되어, 이로써 OPV(101)의 전체 전력 및/또는 효율을 효과적으로 증대시킨다.
OPV(101)가 낮은 밴드갭을 가져서, 광자 흡수의 비교적 더 넓은 스펙트럼을 갖는 일 구현예에서, 서브-파장 나노구조는 OPV(101)의 유기 광활성층(122)의 흡수 스펙트럼에 매칭하는 비교적 넓은 광 전달 스펙트럼을 갖도록 유사하게 구성되어, OPV(101)의 전체 전력 및/또는 효율을 개선하도록 유용한 광자의 최대량이 이용된다. 이 구현예에서, 서브-파장 나노구조는 적합한 주기적 패턴, 예컨대 주기적 패턴 1300, 1400, 1500, 1600(스펙트로그램 커브 2300, 2400, 2500, 2600에 각각 대응함)으로 배열되어, OPV(101) 상에 입사하는 광(161)이, 금속 애노드 전극층(140) 내의 서브-파장 나노구조를 통해 전달되면, 원하는 비교적 넓은 전달 스펙트럼을 갖도록 조정되거나 변경된다.
OOD
제조 방법
도 5를 참조하면, 본 발명의 일례의 구현예에 따른 OOD 제조 방법(500)의 흐름도가 도시되어 있다. 이 일례의 구현예에 따른 방법(500)은 도 1에 도시된 OOD(100)를 제조하는데 이용될 수 있으며, OOD, 예컨대 OPV(예, 도 2의 OPV(101)), 또는 OLED(예, 도 3에 도시된 OLED(102)) 등의 임의의 하나의 원하는 유형을 제조하도록 특히 이용될 수 있다. 이 일례의 구현예인 방법(500)은 동작 510에 도시된 것과 같이, 캐리어 기판(150) 상의 금속 애노드 전극층(140)을 형성하는 것으로 시작한다. 이러한 구현예에서, 캐리어 기판(150)은 시트 또는 연속성 막의 형태일 수 있다. 연속성 막은, 대량(high-volume) 제조 환경에 사용되는데 특히 바람직할 수 있기 때문에, 예를 들어 본 발명에 따른 롤-투-롤 연속 제조 공정(roll-to-roll continuous manufacturing process)을 제공하기 위해 사용될 수 있다. OPV(101) 제조에 이용되는 방법(500)의 일례의 구현예에서, 캐리어 기판(151)(예, 유리 슬라이드 또는 가요성 폴리에틸렌 테레프탈레이트("PET")가 그 위에 금속 애노드 전극층(140)을 증착 또는 형성하기 이전에 먼저 구멍이 뚫릴 수 있다. 예를 들어, 유리 슬라이드 또는 PET 기판(150)은 아세톤, 2-프로판올("IPA") 및 탈이온수("DI") 중에서 각각 10분 동안 완전 초음파 분해에 의해 전처리된 후, 질소(N2)로 건조될 수 있다.
금속 애노드 전극층(140)이, 캐리어 기판(150)의 상부 표면의 적어도 일부분에 금속 애노드 전극층(140)을 적합하게 침착, 부착, 접착, 그렇지 않으면 연결하기 위하여, 임의의 적합한 수단 또는 방법에 의해 캐리어 기판(150) 상에 형성될 수 있다. 일 구현예에서, 금속 애노드 전극층(140)은, 물리적 증착법, 화학적 증착법, 에피탁시, 에칭, 스퍼터링 및/또는 이 분야에서 공지된 그외 기술 및 이들의 조합을 포함하는, 임의의 적합한 침착 기술에 의해 캐리어 기판(150) 상에 형성될 수 있다. 금속 애노드 전극층(140)을 위한 전형적인 애노드 재료가 도 1과 관련한 "OOD(100)"에 대한 상기 부분에서 열거되어 있다.
OPV(101) 제조에 적용되는 방법(500)의 일례의 구현예에서, 금속 애노드 전극층(140)을 위한 애노드 재료가 각각 5 nm 내지 100 nm 두께를 가진 크롬(Cr)/은(Ag)의 박막들로부터 선택되며, 스퍼터링에 의해 캐리어 기판(150) 상에 침착된다.
다음으로, 동작 520에 도시된 것처럼, 방법(500)은 금속 애노드 전극층(140)에 있는 서브-파장 나노구조(예, 나노 정공(144))의 주기적 어레이(142)를 형성하는 것을 진행한다. 위에서 언급한 것처럼, 서브-파장 나노 정공(144)의 주기적 어레이(142)는, 주기적 패턴에 있는 서브-파장 나노 정공을 제조할 수 있는 임의의 적합한 공지의 기술, 예컨대 공지의 밀링 기술(예, 집속이온빔("FIB") 밀링), 리소그래피 기술(예, 나노-임프린트 리소그래피, 딥 UV 리소그래피, 및 전자빔 리소그래피), 핫 스탬핑, 및 엠보싱, 또는 이들의 조합에 의해, 금속 애노드 전극층(140) 내에 형성될 수 있다. OPV(101) 제조에 이용되는 방법(500)의 일례의 구현예에서, 나노 정공(144) 제조는 FIB 밀링, 예컨대 StrataTM 235 이중빔 스캐닝 전자현미경("SEM")/집속이온빔("FIB")를 사용하여 실행된다. 450 nm 주기를 갖고, 기하학적으로 약 100 nm의 다수의 주기적 어레이(142)는 그 후 FIB의 갈륨 이온(Ga+ ) 소스를 사용하여 105 nm 금속 애노드 층(140)(예, 막)으로 밀링된다. 후속하여 약 1 mm2 의 나노 정공 영역이 다수의 625 ㎛2 주기적 어레이(142)를 x5000 배율로 연속하여 밀링함으로써 생성된다.
주기적 어레이(142)(예, 주기 p) 및 나노 정공(144)(예, 정공 기하학적 구조 d 및 정공 높이 h)의 특정 기하학적 파라미터는 방법(500)의 개시에 앞서 미리-정의될 수 있고, 도 6에 도시된 OPV(101)의 제조를 위한 예비 단계에 따라, 그리고 도 7에 도시된 OLED(102)의 제조를 위한 예비 단계에 따라, 미리-정의될 수 있으며, 이하 상세하게 기술된다.
일부 구현예에서, 방법(500)은, 예컨대 유기 활성 영역(122)의 광-변환을 최적하는 제어된 환경에서 선택적으로 수행될 수 있는, 베이킹 또는 어닐링 단계를 추가적으로 포함할 수 있다.
다음으로, 동작 530에 도시된 것처럼, 방법(500)은 천공성의 금속 애노드 전극층(146) 상에 유기 전자 활성 영역(120)을 형성하도록 진행한다. 유기 전자 활성 영역(120)은 하나 이상의 유기층을 포함한다.
방법(500)이 OPV(예, OPV(101))의 최적의 제조에 특히 이용되는 일 구현예에서, 유기 전자 활성 영역(120)은 광활성층(122)을 포함한다. 금속 애노드 전극층(140) 상에 유기 전자 활성 영역(120)을 형성하는 동작(530)은 천공성의 금속 애노드 전극층(146) 상에 유기 광활성층(122)을 형성하는 단계를 포함한다. 유기 광활성층(122)을 형성하기 위해, 이에 제한되는 것은 아니나, 천공성의 금속 애노드 전극층(146) 상의 광활성 재료 상에 스핀 코팅, 용사(spraying), 프린팅, 브러시 페인팅(brush painting), 몰딩, 및/또는 증발을 포함하는, 임의의 적합한 유기 막 침착 기술에 의해 동작(530)에서 천공성의 금속 애노드 전극층(146) 위에 유기 광활성층(122)이 형성될 수 있다. 일례의 적합한 유기 광활성 재료이 도 2와 관련한 "OPV(101)"에 대한 상기 부분에서 열거되어 있다. OPV(101)제조를 이용하는 방법(500)의 일례의 구현예에서, 유기 광활성층(122)은 폴리(3-헥실티오펜):[6,6]-페닐-C61-부티르산 메틸 에스테르(P3HT:PCBM) 블렌드이며, 10 mg/ml의 P3HT와 8 mg/ml의 PCBM을 각각 클로로벤젠(무수물)에 용해시키고 약 12시간 동안 공기 중 실온에서 교반하는 것에 의해 제조될 수 있다. 그 후, 두 개의 클로로벤젠 용액을 혼합한 후, 약 12시간 동안 공기 중 45oC에서 자석 교반기로 교반하는 것에 의해 P3HT:PCBM (1:0.8) 블렌드를 제조한다. 그 후, 임의의 용해되지 않은 클러스터를 제거하기 위해, 수득된 P3HT:PCBM 활성 중합체 용액을 0.45 ㎛ 폴리프로필렌("PP") 시린지 필터로 여과시킨다.
OLED(예, OLED(102))를 제조하는데 특히 이용되는 방법(500)인 일 구현예에서, 유기 전자 활성 영역(120)은 유기 전계 발광층(126)을 포함한다. 대안으로, 금속 애노드 전극층(140) 상의 유기 전자 활성 영역(120)을 형성하는 동작(530)은 천공성의 금속 애노드 전극층(146) 상에 유기 전계 발광층(126)을 형성하는 단계를 포함한다. 유기 전계 발광층(126)을 형성하기 위해, 이에 제한되는 것은 아니나, 천공성의 금속 애노드 전극층(146) 상의 광활성 재료 상에 스핀 코팅, 용사, 프린팅, 브러시 페인팅, 몰딩, 및/또는 증발을 포함하는, 임의의 적합한 유기 막 침착 기술에 의해 동작(530)에서 천공성의 금속 애노드 전극층(146) 위에 유기 광활성층(122)이 유사하게 형성될 수 있다. 유기 전계 발광층(126)을 위한 일례의 적합한 재료는 몇몇의 공지된 발광 염료 또는 적합한 호스트 물질로 분산되는 도펀트, 감광 재료, 및/또는 발광 폴리머 재료 등 중 임의의 하나를 포함할 수 있다.
동작 530에서 천공성의 금속 애노드 전극층(140) 상에 유기 전자 활성 영역(120)의 형성에 이어서, 캐소드 전극층(110)가 유기 전자 활성 영역(120) 상에 적어도 부분적으로 형성되는 동작 540이 진행되고, 이로써 OOD(100) 제조가 완성된다. 금속 애노드 전극층(140)과 유사하게, 유기 전자 활성 영역(120)의 유기층(들)의 상단 표면의 적어도 일부분에 캐소드 전극층(110)을 적합하게 침착, 부착, 접착, 그렇지 않으면 연결하기 위하여 임의의 적합한 수단 또는 방법에 의해 캐소드 전극층(110)이 유기 전자 활성 영역(120) 상에 형성될 수 있다. 일 구현예에서, 캐소드 전극층(110)은 물리적 증착법, 화학적 증착법, 에피탁시, 에칭, 스퍼터링 및/또는 이 분야에서 공지된 그외 기술 및 이들의 조합을 포함하는, 임의의 적합한 침착 기술에 의해 유기 전자 활성 영역(120) 상에 형성될 수 있다.
OPV(101) 제조를 위해 사용되는 방법(500)의 일례의 구현예에서, 캐소드 전극층(110)은 바람직하게 약 100 nm의 두께의 알루미늄으로 이루어지고, 열 증착(thermal evaporation)에 의해 P3HT:PCBM 유기 광활성층(122) 상에 침착된다.
OOD를 제조하는 방법(500)의 그외 방법 구현예가 고려되어 왔다. 예를 들어, OPV(예, 도 2의 OPV(101)) 제조에 특히 이용되는 방법(500)의 구현예에서, 유기 전자 활성 영역(120)은 이 분야에 공지된 바와 같이, 유기 광활성층(122)에 추가하여 정공 수송층(도시되지 않음)을 선택적으로 포함할 수 있다. 이 구현예에서, 천공성의 금속 애노드 전극층(146) 상에 유기 전자 활성 영역(120)을 형성하는 방법(500)의 동작(530)은 천공성의 금속 애노드 전극층(146) 상에 정공 수송층을 먼저 형성하고, 뒤이어 정공 수송층 상에 유기 광활성층(122)을 형성하는 서브-단계들을 포함하고, 그 이후에 위에서 기술된 것처럼, 유기 전자 활성 영역(유기 광활성층(122)) 상에 캐소드 전극층(110)을 형성하는 단계(540)를 진행한다. OPV(101) 제조를 위해 이용되는 방법(500)의 일례의 구현예에서, 정공 수송층은 하나 이상의 전도성 폴리머, 예컨대 PEDOT:PSS을 포함하며, 유기 광활성층(122)은 광활성 전자 공여체-수용체 블렌드, 예컨대 (P3HT:PCBM)이다. PEDOT:PSS는 공기 중에서 최적인 약 2000 rpm에서 천공성의 애노드 전극층(146) 상에 스핀 코팅될 수 있다. PEDOT:PSS는 그것의 침착에 앞서 0.45㎛ 시린지 필터를 사용하여 필터링할 수 있다. 후속하여 P3HT:PCBM가 상기 PEDOT:PSS 층의 상단에 공기 중에서 약 700 rpm에서 최적으로 스핀-캐스팅된다(spin-casted). 바람직하게는, PEDOT:PSS 층 상에 P3HT:PCBM 침착 이전에, 샘플이 열판(hotplate)에 전달되어 공기 중에서 20분 동안 건조된다. PEDOT:PSS 층 상에 P3HT:PCBM 침착 이후에, 그 결과의 샘플이 이후에 바람직하게 페트리-디시(petri-dish)로 코팅되고, 단게 540에서 캐소드 침착 이전에 공기 중에서 최적으로 20분 동안 건조되도록 한다.
일부 구현예에서, 도 5의 동작 510의 방법(500)의 개시에 앞서, OOD 제조의 방법(500)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 주기적 어레이(142) 및 서브-파장 나노 정공(144)의 기하학적 파라미터를 미리-정의하기 위한 예비 구성 단계를 추가로 포함할 수 있다.
도 6을 참조하면, 특히 OPV(101)의 최적의 제조를 이용한, 주기적 어레이(142)와 서브-파장 나노 정공(144)의 기하학적 파라미터를 미리-정의하는 예비 구성 단계가 도시된다. 위에서 언급한 바에 따라, 주기적 어레이(142)의 광 특성은 바람직하게는 OPV(101)의 유기 광활성층(122)의 광 특성에 매칭되거나 대응하도록 규정되며, 이로써 입사광(161)이 유기 광활성층(122)에서 최적 흡수를 위해 나노 정공(144)을 통한 강화된 전달을 수행하는 것이 가능하다. 도 6의 단계들은 그러한 강화된 광 흡수에 영향을 끼치도록 수행될 수 있다.
도 6에서, 주기적 어레이(142) 및 서브-파장 나노 정공(144)의 기하학적 파라미터를 미리-정의하는 예비 단계는 금속 애노드 전극층(140) 상에 적어도 부분적으로 형성되는 유기 광활성층(122)의 피크 광 흡수 파장이 결정되는 동작 610에서 시작된다. OPV(101) 제조의 일례의 구현예에서, 유기 광활성층(122)은, 가시 스펙트럼의 녹색 영역에 대응하는 약 500 nm 의 피크 광 흡수 파장을 갖기 위하여 동작 610에서 결정될 수 있는, P3HT:PCBM 블렌드가 되도록 선택될 수 있다.
다음으로, 동작 620에서, 금속 애노드 전극층(140)에 형성되도록 구성되는 주기적 어레이(142)의 원하는 피크 광 전달 파장이 동작(610)에서 결정되는 유기 광활성층(122)의 피크 광 흡수 파장에 기초하여 규정된다. OPV(101) 제조의 일례의 구현예에서, 금속 애노드 전극층(140)은 은 애노드층이도록 선택될 수 있다. 그러므로, 동작 620에서, 은 금속 애노드 전극층(140)에 형성되도록 구성된 주기적 어레이(142)의 원하는 피크 광 전달 파장은 바람직하게는 동작 620에서 결정된 유기 광활성층(122)의 피크 광 흡수 파장, 또는 500 nm를 매칭하도록 규정된다.
동작 620 다음으로, 주기적 어레이(142)의 원하는 주기 p 가 동작 620에서 결정된 주기적 어레이(142)의 원하는 피크 광 전달 파장, 캐리어 기판(150)의 유전율, 및 금속 애노드 전극층(140)의 유전율에 적어도 부분적으로 기초하여 동작 630에서 결정된다. 주기적 어레이(142)의 주기는, 상기 함수 (1)에 알려진 다른 파라미터들과 함께, 상기 함수 (1)의, 주기적 어레이(142)의 피크 광 전달 파장 λ SP (i,j)의 제 1차 근사치에 기초하여 결정될 수 있다. OPV(101) 제조의 일례의 구현예에서, 은 애노드 층(140)에 형성되는 주기적 어레이(142)의 피크 전달 파장이 P3HT:PCBM 유기 광활성층(122)의 피크 흡수 파장과 가장 가까운, 원하는 주기 p 가 450 nm가 되도록 함수 (1)로부터 계산된다.
다음으로, 동작 640에서, 주기적 어레이(142)의 원하는 광 전달 대역폭이 유기 광활성층(122)의 광 흡수 대역폭에 기초하여 정의된다. OPV(101) 제조의 일례의 구현예에서, P3HT:PCBM 유기 광활성층(122)의 광 흡수 대역폭은 400 nm 내지 650 nm인 가시 스펙트럼의 녹색 영역에 대응하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 주기적 어레이(142)의 원하는 광 전달 대역폭이, P3HT:PCBM 유기 광활성층(122)의 광 흡수 대역폭에 대응하는 가시 스펙트럼의 녹색 영역을 포함하는, 380 nm 내지 650 nm, 또는 전자기 스펙트럼의 가시 영역 및 근적외선 영역 내가 되도록 선택될 수 있다.
동작 640 다음으로, 각 나노 정공(144)의 원하는 직경 d 및 금속 애노드 전극층(140)의 원하는 두께 t 가, 동작 650로서, 주기적 어레이(142)의 원하는 광 전달 대역폭에 기초하여 규정된다. 나노 주기 p 및 금속 애노드 유형이 피크 광 전달 파장, 또는 나노 정공 어레이를 통해 공명하고 전달할 광의 특정 파장에 의존한다고 알려져 있다. 주기적 어레이(142)의 광 전달 대역폭이 나노 정공 직경 d 및 금속 두께 t 에 의존한다고 추가로 알려져 있다. 따라서, 일례의 OPV(101) 제조에서, 380 nm 내지 850 nm가 되도록 동작(640)으로부터 결정되는, 주기적 어레이(142)의 원하는 광 전달 대역폭에 기초하여, 나노 정공(144) 각각의 직경 d 및 은 애노드 전극층(140)의 원하는 두께 t 가 각각 100 nm 및 약 105 nm가 되도록 규정된다.
동작 650 다음으로, 주기적 어레이(142) 및 서브-파장 나노 정공(144)의 기하학적 파라미터를 미리-정의하기 위한 예비 단계가 완성된다. OPV(101)를 제조하도록 구성된 도 5에 도시된 방법(500)은 동작 650으로부터 결정된 원하는 층 두께 h 로 캐리어 기판(150) 상에 금속 애노드 전극층(140)이 동작 510에서 형성되도록 동작 650을 뒤따른다. 따라서, 일례의 OPV(101) 제조에서, 은 애노드 전극층(140)은 동작 650으로부터 결정되는 두께에 기초하여 캐리어 기판(150) 상에 약 105 nm의 원하는 두께로 형성된다.
동작 510 다음으로, 주기적 어레이(142)는, 각각의 나노 정공(144)에 대한 원하는 직경 d (동작 650에서 결정됨), 및 원하는 주기 p (동작 630에서 결정됨)로 금속 애노드 전극층(140)에 동작 520 동안 형성될 수 있으며, 일례의 OPV(101) 제조에서 직경 d 및 주기 p 에 대해 각각 100 nm 및 450 nm로 결정된다.
동작 520 다음으로, 도 5에서 도시되고 위에서 언급된 OPV(101) 제조를 완수하기 위하여 단계 530 및 540를 진행한다.
도 7을 참조하면, 방법(500)의 개시 이전에, 금속 애노드 전극층(140)에 형성되는 서브-파장 나노 정공(144) 및 주기적 어레이(142)의 기하학적 파라미터를 미리-정의하는 예비 단계가 도시된 OLED(102)를 최적으로 제조하도록 특히 구성된다. 도 7의 예비 구성 단계는 OPV(101)의 제조를 위해 구성되는 도 6의 대응하는 예비 단계와 유사하다.
위에서 언급한 것처럼, OLED(102) 제조에 대해, 주기적 어레이(142)의 광 특성은 바람직하게는 OLED(102)의 유기 전계 발광층(126)의 광 특성에 매칭되거나 대응하도록 규정되어, 이로써 광(162)이 유기 전계 발광층(126)에 의해 방출되는 특정 파장(색)이 그렇지 않으면 광 불투명성 금속 애노드 전극층(140)을 통해 전달하도록 할 수 있다. 도 7의 단계는 이러한 광전달(photonic transmission)에 영향을 주도록 수행될 수 있다.
도 6과 유사한, 도 7을 참조하면, 금속 애노드 전극층(140) 상에 적어도 부분적으로 형성되는 유기 전계 발광층(126)의 피크 광 방출 파장이 결정되는 동작 710에서 OLED(101) 제조를 위해 구성되는 주기적 어레이(142) 및 서브-파장 나노 정공(144)의 기하학적 파라마터를 미리-정의하는 예비 단계가 시작된다.
다음으로, OPV(101) 제조를 위한 동작 620과 유사한, 동작 720에서, OLED(102) 제조를 위해 금속 애노드 전극층(140)에 형성되도록 구성되는 주기적 어레이(142)의 원하는 피크 광 전달 파장은 동작 710에서 결정되는 유기 전계 발광층(126)의 피크 광 방출 파장에 기초한다.
동작 720 다음으로, 주기적 어레이(142)의 원하는 주기 p 가 동작 720에서 결정된 주기적 어레이(142)의 피크 광 전달 파장, 캐리어 기판(150)의 유전율, 및 금속 애노드 전극층(140)의 유전율에 적어도 부분적으로 기초하여 동작 730에서 결정된다. 주기적 어레이(142)의 주기는 동작 630에 기재된 바와 유사하게 상기 함수 (1)에 제시된 주기적 어레이(142)의 피크 광 전달 파장 λ SP (i,j)의 제 1차 근사치에 기초하여 결정될 수 있다.
다음으로, 동작 750에서, 각 나노 정공(144)의 원하는 직경 d 및 금속 애노드 전극층(140)의 원하는 두께 h 가 동작 760의 주기적 어레이(142)의 원하는 광 전달 대역폭에 기초하여 규정된 후에, 동작 760에서 OLED(102)의 주기적 어레이(142)의 원하는 광 전달 대역폭이 유기 전계 발광층(126)의 발광 대역폭에 기초하여 규정된다.
동작 760 다음으로, OLED(102) 제조를 위한 주기적 어레이(142) 및 서브-파장 나노 정공(144)의 기하학적 파라미터를 미리-정의하기 위한 예비 단계가 완수되고, OLED(102) 제조를 위해 구성되는 도 5에 도시된 방법(500)이 그 이후에 금속 애노드 전극층(140)이 원하는 두께 h (동작 750에서 결정됨)로 캐리어 기판(150) 상에 적어도 부분적 형성될 수 있도록 동작 510에서 시작된다. 동작 510 다음으로, 금속 애노드 전극층(140)에 주기적 어레이(142)가 각각의 나노 정공(144)에 대해 원하는 기하학적 치수 d (동작 750에서 결정됨)를 갖고 원하는 주기 p (동작 730에서 결정됨)를 갖도록 동작 520에서 형성될 수 있다. 동작 520 다음으로, 도 5에 도시되고 상기 OPV(101) 제조와 관련하여 유사하게 기재된 OLED(102) 제조를 완료하기 위해 단계 530과 540을 진행한다.
따라서, 기재된 것처럼, OOD(100) 및 특정예인 OPV(101)와 OLED(102) 구성("디바이스"), 및 OPV(101)와 OLED(102)를 제조하도록 특히 구성된 OOD(100) 제조 방법("방법")이 종래의 ITO-기반 OOD를 개선하는데 유리하게 사용될 수 있다. 본 발명의 구현예에 따른 상기 디바이스와 방법은 바람직하게는 적어도 하나 이상의 다음의 장점을 제공할 것이다:
A. 낮은 제조 가격
바람직하게는, 천공성의 금속 애노드 전극층(146)-기반 디바이스 및 방법의 특정 구현예는, ITO와 비교하여 더 낮은 금속 애노드 재료(예, Au, Ag, 및 Cu) 가격로 인해 종래의 ITO-기반 OOD 보다 더 낮은 가격으로 제조할 수 있다. 또한, 투명 ITO 컨덕터를 통해 관통하여 유기층 상에 역으로 충격을 줄 수 있는 유해한 UV 파장의 영향에 대해 보호하기 위하여 추가의 보호층을 필요로 하는 종래의 ITO-기반 OOD와 비교하여, 천공성의 금속 애노드 전극층(146)은 추가의 보호층을 더하지 않고 유해한 UV를 차단하거나 각각 필터링하기 위해 스펙트럼 필터로서 기능을 하도록 구성하여, 제조 가격을 낮추고 제조 공정을 단순화할 수 있다.
B. 높은 디바이스 안정성
유기층으로 산소와 습기의 침투를 초래할 수 있는 두 가지인, 구부리는 경우에 크랙이 생기고, 장기 사용 이후에 ITO가 저하되거나 분해되는 경향에 민감할 수 있는, 종래 OOD 응용에 사용되는 ITO의 경성의(rigid) 성질과 비교하여, 방법 및 디바이스의 특정 구현예에 사용되는 금속 애노드 재료는 바람직하게는 산소 및 습기 저항성을 제공하여, OOD 디바이스 작동 수명을 연장시킬 수 있다.
C. 높은 애노드 전도성
ITO를 사용하는 종래 디바이스는 전도성(캐리어 이동성) 및 광 전달 사이에서 타협한다. 본 발명의 디바이스 및 방법 구현예에 따른 천공성의 금속 애노드 층(146)을 형성하도록 선택된 애노드 재료 전도성 금속 예컨대 Ag, Au, 및 Cu으로부터 선택될 수 있고, 또한 강화된 광 전달을 위해 구성될 수 있어서, 종래 ITO-OOD에 존재하는 구성을 효과적으로 피할 수 있다.
D. 높은 효율성
OPV(101) 디바이스 제조에 응용하면, 본 발명의 구현예의 특정 디바이스와 방법은, ITO-기반 OPV와 비교하여, 더 높은 전력 출력 및/또는 전력 변환 효율성의 증가를 보여준다. OLED(102)에 적용되는 특정 구현예에서, OLED(102)의 주기적 나노 정공 어레이 (142)의 광 전달 특성은 유기 전계 발광층(126)에 의해 발광되고 나노 정공(144)을 통해 전달되는 광(162)의 강도가 강화되어서, 종래 ITO-OLED와 비교하여 OLED의 조명 및 효율 면에서 증대된 투명 "휘도"의 결과를 가져오도록 구성될 수 있다.
시험 결과
본 발명의 일 구현예에서, OPV(101) 제조에 대한 도 6의 예비 구성 단계에서 도시된 동작 620에서 이론적으로 결정되는 450 nm 나노 정공 주기가 사실상 P3HT:PCBM 유기 광활성층(122)에서 강화된 광흡수(photonic absorption)를 제공하는지 여부를 결정하기 위하여, 다수의 천공성의 은 애노드 층(이하 "AgSPP"라 함)은 400 nm 내지 600 nm로 변하는 주기를 가지도록 제조되었고, 각 AgSPP의 전달 강도는 실험적 비교로 측정되었다. 이러한 일례의 시험 구성에서, 나노 정공 어레이의 광 특성은 제이스(Zeiss ®) 엑시오 이미저(Axio ImagerTM) M1m 광학 현미경 상에 선형의 편광(linearly polarized light)을 가진 암 시야 조명(dark field illumination)에 특징이 있었다. 나노 정공(144)으로부터의 산란광은(scattered light) 100x 배율 대물렌즈를 사용하여 수집되고, 프릭스(PIXISTM) 400BR CCD 카메라 시스템을 구비한 PI/아크톤(PI/Acton®) 마이크로스펙(MicroSpecTM)-2360 분광계를 사용하여 분석되었다.
도 8 및 표 1을 참조하여 이하 기술되는 것처럼, 본 발명의 실험적 일 구현예에 따른 결과는 사실상 이론적으로 결정된 400 nm의 주기에 반대하여, 450 nm 주기를 갖는 주기적 어레이가 본 발명의 일 구현예에 따른 전달 강도 피크 및 대역폭의 바람직한 조합을 내는 것을 보여준다.
도 8을 참조하면, 주기가 400 nm, 450 nm, 500 nm, 550 nm, 및 600 nm인 각각의 주기적 나노 정공 어레이로 구멍이 뚫린 은 금속 애노드 층(140)의 전달 커브 810, 820, 830, 840, 850, 및 860(예, 강도 대 파장)을 도시하는 플롯(800)이 일 구현예에 따라 도시된다. 400 nm 내지 600 nm로 변하는 주기를 갖는 천공성의 은 금속 애노드 층(146)이 일례의 OPV(101) 제조를 위해 구성되는 도 5에 도시된 일례의 방법(500)에 따라 유리 캐리어 기판(150) 상에 제조되었다. 즉, 각각 다양한 주기의 천공성의 은 금속 애노드 층(146)은 약 100 nm의 나노 정공 기하학적 치수(이 경우 직경) d , 및 약 105 nm의 나노 정공 높이 h 를 갖는다.
도 8의 유리 캐리어 기판(150) 상에 제조되는 AgSPP와 비교하여, 400 nm 내지 600 nm의 동일한 다양한 주기를 갖는 AgSPP도 PET 캐리어 기판(150) 상에 제조된다. 유리 및 PET 캐리어 기판(150) 상에 제조되는 OPV(101)의 천공성의 은 금속 애노드 층(146)의 측정된 (제 1차) 피크 광 전달 파장 λSPP은 각각 상이한 나노 정공 주기에 대한 아래 표 1의 컬럼 4와 5 에서 보여진다. 또한, 함수 (1)에 따라 계산된 추정된 (제 1차) 피크 광 전달 파장 λSPP이 일 구현예에 따른 컬럼 2와 3에 도시된다.
| 주기 (nm) | 추정치 (0,1) λSPP (nm) | 측정치 (0,1) λSPP (nm) | ||
| 유리 | PET | 유리 | PET | |
| 400 | 480 | 539 | 486 | 545 |
| 450 | 540 | 606 | 567 | 633 |
| 500 | 600 | 674 | 606 | 679 |
| 550 | 660 | 741 | 633 | 714 |
| 600 | 720 | 809 | 643 | 731 |
도 8에 도시된 바와 같이, 400 nm 주기의 일례의 주기적 어레이(142)(커브 810)를 가진 AgSPP가, 약 500 nm(도시되지 않음)의 일례의 P3HT:PCBM 유기 광활성층(122)의 피크 광 흡수 파장에 가깝게 매칭되는, 486 nm의 (제 1차) 피크 광 전달 파장 λSPP을 야기한다 할지라도(도면 부호 811의 화살표가 가리키는 커브 810 상의 위치), 486 nm의 피크 광 전달 파장 λSPP에서의 전달 강도(811)는 일 구현예에 따라 대략 0.4 임의의 유닛("a.u.")에서 사실상 비교적 낮다. 도 8 및 표 1을 보면 사실상, 유리와 PET 각각에 대해 표 1에 도시된 것처럼, 567 nm 및 633 nm 피크 광 전달 파장 λSPP을 갖고, 380 nm 내지 850 nm의 측정된 대역폭 및 약 0.9 a.u.의 측정된 제 1차 전달 강도 피크(821)의 최적의 조합을 내는 450 nm 주기(커브 820) 나노 정공 어레이이다. 언급한 것처럼, 일례의 P3HT:PCBM 유기 광활성층(122)은 495 nm 내지 570 nm의 대역폭에 대응하는 가시 스펙트럼의 녹색 영역 내의 광자를 흡수하고, 약 480 nm의 피크 광 흡수 파장을 가진다. 따라서, 450 nm 주기의 일례의 주기적 어레이(142)를 갖는 AgSPP의 제조는 나노 정공(144)이 가시 스펙트럼의 녹색 영역 내의 광자가 그것을 통과하여 전달하고, 선택된 파장(유리에 대해 567 nm의 λSPP 또는 PET에 대해 633 nm의 λSPP)에서 강화된 광 전달을 수행하기 위해 충분히 넓은 전달 대역폭(380 nm 내지 850 nm)을 가질 것을 보장하며, 상기 선택된 파장은 이후 광전지 변환을 위해 일례의 P3HT:PCBM 유기 광활성층(122)에 의해 효과적으로 흡수될 수 있다. 또한, 종래 ITO에 대하여 450 nm 의 일례의 주기를 갖는 AgSPP 의 전달에서의 개선이 도 9에서 보여질 수 있다.
이제 도 9를 참조하면, 유리 상에서 종래의 ITO의 전달 커브 920 및 450 nm의 주기를 갖는 AgSPP 층의 전달 커브 910의 플롯(900)이 본 발명의 구현예에 따라 도시된다. 도 9에서, 종래 ITO-OPV에 대한 커브 910의 약 0.5 a.u.로부터 AgSPP에 대한 커브 920의 약 1 a.u.까지의 전달 강도의 증가에 대응하는 전달 개선인 500 nm와 600 nm 사이의 일례의 파장이 보여진다. 일 구현예에서, 이러한 전달의 개선은, 도 10 및 11을 참조하여 이하 기술되는 것처럼, 종래 ITO-OPV와 비교하여 AgSPP-OPV에 대한 전력 변환 효율(Power Conversion Efficiency, "PCE")의 세겹 증대(three-fold increase)로 이어진다.
또 다른 일례의 구현예에서, 유리 상에 천공성의 은 애노드에 기반한 OPV 디바이스(이하, "AgSPP-OPV"라 함) 및 ITO-OPV에 대한 현재의 강도-전압(J-V) 특성이 각각 결정된다. 이 구현예에서, ITO(100 nm 두께의 ITO, 20 Ω/㎠)는 도 6과 7을 참조하여 언급된 것과 일례의 OPV(101)를 구성하는데 실질적으로 동일한 방식으로 이루어진다. 이 구현예에서, 일례의 유리 기판 상의 두 개의 일례의 참조 ITO-OPV 셀이 일례의 유리 기판 상에 제조되는 세 개의 일례의 AgSPP-OPV 셀과 비교하여 제조되었다. 적절한 전류 밀도-전압 특성을 측정하기 위하여, ITO-OPV 및 AgSPP-OPV 셀이 상온의 적합한 태양 시뮬레이터로 조명되었고, 각각의 두-단자 전류 밀도-전압(J-V) 측정이 수집되었다. 그 결과의 일례의 ITO-OPV 셀의 전류 밀도-전압 특성과 일례의 AgSPP-OPV 셀의 비교에서, AgSPP-OPV 셀은 일례의 ITO-OPV 셀과 비교하여 3.1 배의 상대적인 효율성의 증가를 보여준다. 따라서, 이 시험 결과는 본 발명의 일 구현예에 따른 AgSPP-OPV가 종래의 ITO-OPV에 의해 충족되지 않는 고 전력 소비 및 증대된 효율성이 전형적으로 요구되는 전자 디바이스의 전력에 특히 적용가능할 수 있다.
본 발명의 특정 구현예에서, 임의의 적합한 원하는 주기 또는 간격을 이용하는 주기적 나노 특성 어레이는 본 발명에 따른 OPV 셀 상에 형성될 수 있고, 임의의 적합한 또는 원하는 형태 또는 패턴으로 배열될 수 있다. 일 구현예에서, 주기적 나노 정공 어레이는: 삼각형, 정방형, 육방정계 또는 임의의 다른 원하는 다변형 그리드 패턴, 원형 또는 동심원 원형 패턴, 또는 원형 슬롯 또는 동심원 원형 슬롯 패턴 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일례의 구현예는 완전하거나 개시된 정밀한 형태로 본 발명의 범위를 한정하려는 의도가 아니다. 이들은 다른 통상의 기술자가 그 내용을 이해하기 위하여 본 발명의 원리 및 그것의 응용과 실용을 설명하기 위해 선택되고 기재되었다.
앞서 언급한 개시의 면에서 통상의 기술자에게 명백할 것이므로, 본 발명의 개념 또는 범위를 벗어나지 않는 한 다양한 변경 및 개조가 본 발명의 실행에 있어서 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위는 다음의 특허청구범위에 의해 정의되는 본질에 따라 이해될 수 있다.
Claims (26)
- 유기 광전자 디바이스로서,
캐리어 기판;
상기 캐리어 기판 상에 적어도 부분적으로 위치하고, 서브-파장 나노구조의 주기적 어레이를 갖는 애노드 전극층;
상기 애노드 전극층 상에 적어도 부분적으로 위치하고, 하나 이상의 유기층을 포함하는 유기 전자 활성 영역; 및
상기 유기 전자 활성 영역 상에 적어도 부분적으로 위치하는 캐소드 전극층
을 포함하는
유기 광전자 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 나노구조는 약 250 나노미터(nm) 내지 약 1400 나노미터(nm)의 주기를 가지는, 유기 광전자 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 나노구조는 나노 정공들을 포함하는, 유기 광전자 디바이스. - 제3항에 있어서,
상기 나노 정공들은 각각 약 100 나노미터(nm)의 직경을 가지는, 유기 광전자 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 나노 정공들은 각각 상기 애노드 전극층의 두께에 대응하는 깊이를 가지는, 유기 광전자 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 애노드 층은 금속성 재료, 반도체 재료, 및 전도성 폴리머 재료 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 애노드 층의 일함수(work function)는 상기 유기 활성층과 호환될 수 있는(compatible), 유기 광전자 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 유기 전자 활성 영역이 상기 애노드 전극층 상에 적어도 부분적으로 위치하는 유기 광활성층를 포함하는, 유기 광전지 디바이스(organic photovoltaics device); 및
상기 유기 전자 활성 영역이 상기 애노드 전극층 상에 적어도 부분적으로 위치하는 유기 전계 발광층을 포함하는, 유기 발광 다이오드 디바이스
중 하나를 포함하는, 유기 광전자 디바이스. - 제7항에 있어서,
상기 서브-파장 나노구조의 주기적 어레이는,
상기 유기 광전지 디바이스의 유기 광전지 층의 광 흡수 스펙트럼; 및
상기 유기 발광 다이오드 디바이스의 유기 전계 발광층의 발광 스펙트럼
중 하나에 대응하는 광 전달 스펙트럼을 가지는, 유기 광전자 디바이스. - 제7항에 있어서,
상기 유기 발광 다이오드 디바이스의 유기 전계 발광층은 광을 방출하도록 구성되고, 상기 서브-파장 나노구조의 주기적 어레이는 상기 유기 전계 발광층에 의해 방출된 광이 그것을 통하여 통과하도록 기하학적으로, 광학적으로, 공간적으로(spatially) 구성되는, 유기 광전자 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 서브-파장 나노구조의 주기적 어레이는 나노구조의 기하학적 치수(dimension) 및 상기 애노드 전극층의 두께 중 적어도 하나를 선택하여 구성될 수 있는 광 전달 대역폭을 가지는, 유기 광전자 디바이스. - 제8항에 있어서,
상기 유기 광전지 다비이스의 유기 광활성층의 광 흡수 스펙트럼은 서브-파장 나노구조의 주기적 어레이의 주기 및 상기 애노드 전극층을 포함하는 재료 중 적어도 하나를 선택하여 구성될 수 있는, 유기 광전자 디바이스. - 제7항에 있어서,
상기 유기 광활성층은:
폴리(3-헥실티오펜):[6,6]-페닐-C61-부티르산 메틸 에스테르(P3HT:PCBM); 및
폴리[[(9-(1-옥틸노닐)-9H-카르바졸-2,7-디일]-2,5-티오펜디일-2,1,3-벤조티아디아졸-4,7-디일-2,5-티오펜디일]):[6,6]-페닐-C61-부티르산 메틸 에스테르(PDCTBT:PC70BM)
중 적어도 하나를 포함하는, 유기 광전자 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 캐리어 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트("PET") 및/또는 유리와 같은 가요성 및/또는 경성(rigid) 재료를 포함하는, 유기 광전자 디바이스. - 제7항에 있어서,
상기 유기 광전지 디바이스는 상기 애노드 전극층과 상기 유기 광활성층 사이에 적어도 부분적으로 위치하는 유기 정공 수송층을 더 포함하는, 유기 광전자 디바이스. - 제14항에 있어서,
상기 유기 정공 수송층은:
폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌술포네이트)(PEDOT:PSS)를 포함하는, 유기 광전자 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 나노구조는:
하나 이상의 나노 정공 어레이, 중심 나노 정공 주변에 동심으로 위치하는 복수의 환상형 개구, 중심 나노 정공 주변에 동심으로 위치하는 복수의 링으로 배열된 복수의 나노 정공, 및 환상형 개구
중 하나 이상을 포함하는, 유기 광전자 디바이스. - 제16항에 있어서,
상기 복수의 환상형 개구는 상기 중심 나노 정공 주변에 동심으로 위치하는 두 개의 환상형 개구를 포함하는, 유기 광전자 디바이스. - 제16항에 있어서,
상기 나노구조는 육방정계, 정방형, 사방정계(rhombic), 직사각형, 또는 평행사변형 격자 중 적어도 하나로 배열되는, 유기 광전자 디바이스. - 유기 광전자 디바이스를 제조하는 방법으로서,
캐리어 기판 상에 적어도 부분적으로 애노드 전극층을 형성하는 단계;
천공성의 금속 애노드 전극층으로 형성된 애노드 전극층 내에 서브-파장 나노구조의 주기적 어레이를 형성하는 단계;
하나 이상의 유기층을 포함하는 유기 전자 활성 영역을 상기 천공성의 애노드 전극층 상에 적어도 부분적으로 형성하는 단계; 및
상기 유기 전자 활성 영역 상에 적어도 부분적으로 캐소드 전극층을 형성하는 단계
를 포함하는,
유기 광전자 디바이스의 제조방법. - 유기 광전지 디바이스를 제조하는 방법으로서,
애노드 전극층 상에 적어도 부분적으로 형성되는 유기 광활성층의 피크 광 흡수 파장을 결정하는 단계;
상기 유기 광활성층의 결정된 피크 광 흡수 파장에 기초하여 애노드 전극층 내에 형성되도록 구성된 서브-파장 나노구조의 주기적 어레이의 원하는 피크 광 전달 파장을 규정하는 단계;
상기 서브-파장 나노구조의 주기적 어레이의 상기 원하는 피크 광 전달 파장, 캐리어 기판의 유전율, 및 애노드 전극층의 유전율에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 서브-파장 나노구조의 주기적 어레이의 원하는 주기를 결정하는 단계;
상기 유기 광활성층의 광 흡수 대역폭에 기초하여 상기 서브-파장 나노구조의 주기적 어레이의 원하는 광 전달 대역폭을 규정하는 단계;
상기 서브-파장 나노구조의 주기적 어레이의 상기 원하는 광 전달 대역폭에 기초하여 상기 나노구조 각각의 원하는 기하학적 치수 및 상기 애노드 전극층의 원하는 두께를 규정하는 단계;
상기 원하는 두께를 가진 애노드 전극층을 캐리어 기판 상에 적어도 부분적으로 형성하는 단계;
상기 애노드 전극층에 상기 나노구조 각각에 대한 상기 원하는 기하학적 치수를 가진, 그리고 상기 원하는 주기를 가진 상기 서브-파장 나노구조의 주기적 어레이를 형성하는 단계;
상기 애노드 전극층 상에 적어도 부분적으로 유기 광활성층을 형성하는 단계; 및
상기 유기 광활성층 상에 적어도 부분적으로 캐소드 전극층을 형성하는 단계
를 포함하는,
유기 광전지 디바이스의 제조방법. - 유기 발광 다이오드 디바이스를 제조하는 방법으로서,
애노드 전극층 상에 적어도 부분적으로 형성되는 유기 전계 발광층의 피크 광 방출 파장을 결정하는 단계;
상기 유기 전계 발광층의 결정된 피크 광 방출 파장에 기초하여 상기 애노드 전극층 내에 형성되도록 구성된 서브-파장 나노구조의 주기적 어레이의 원하는 피크 광 전달 파장을 규정하는 단계;
상기 서브-파장 나노구조의 주기적 어레이의 상기 원하는 피크 광 전달 파장, 상기 유기 전계 발광층의 유전율, 및 상기 애노드 전극층의 유전율에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 서브-파장 나노구조의 주기적 어레이의 원하는 주기를 결정하는 단계;
상기 유기 전계 발광층의 광 전달 대역폭에 기초하여 상기 서브-파장 나노구조의 주기적 어레이의 원하는 광 전달 대역폭을 규정하는 단계;
상기 서브-파장 나노구조의 주기적 어레이의 상기 원하는 광 전달 대역폭에 기초하여 상기 나노구조 각각의 원하는 기하학적 치수 및 상기 애노드 전극층의 원하는 두께를 규정하는 단계;
상기 원하는 두께를 가진 애노드 전극층을 캐리어 기판 상에 적어도 부분적으로 형성하는 단계;
상기 애노드 전극층에 상기 나노구조 각각에 대한 상기 원하는 기하학적 치수 및 상기 원하는 주기를 가진 상기 서브-파장 나노구조의 주기적 어레이를 형성하는 단계;
상기 애노드 전극층 상에 적어도 부분적으로 전계 발광층을 형성하는 단계; 및
상기 유기 전계 발광층 상에 적어도 부분적으로 캐소드 전극층을 형성하는 단계
를 포함하는,
유기 발광 다이오드 디바이스의 제조방법. - 유기 광전자 디바이스로서,
캐리어 기판;
상기 캐리어 기판 상에 적어도 부분적으로 위치하고, 서브-파장 나노구조의 주기적 어레이를 갖는 캐소드 전극층;
캐소드 전극층 상에 적어도 부분적으로 위치하고, 하나 이상의 유기층을 포함하는 유기 전자 활성 영역; 및
상기 유기 전자 활성층 상에 적어도 부분적으로 위치하는 애노드 전극층
을 포함하는,
유기 광전자 디바이스. - 제22항에 있어서,
상기 유기 전자 활성 영역이 상기 캐소드 전극층 상에 적어도 부분적으로 위치하는 유기 광활성층을 포함하는, 유기 광전지 디바이스; 및
상기 유기 전자 활성 영역이 상기 캐소드 전극층 상에 적어도 부분적으로 위치하는 유기 전계 발광층을 포함하는, 유기 발광 다이오드 디바이스
중 하나를 포함하는, 유기 광전자 디바이스. - 제23항에 따른 유기 광전지 디바이스로서,
애노드 전극층과 유기 광활성층 사이에 적어도 부분적으로 위치하는 유기 정공 수송층을 더 포함하는, 유기 광전지 디바이스. - 제24항에 있어서,
상기 유기 정공 수송층은:
폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌술포네이트)(PEDOT:PSS)를 포함하는, 유기 광전지 디바이스. - 제22항에 있어서,
상기 나노구조는:
하나 이상의 나노 정공 어레이, 중심 나노 정공 주변에 동심으로 위치하는 복수의 환상형 개구, 중심 나노 정공 주변에 동심으로 위치하는 복수의 링으로 배열된 복수의 나노 정공, 및 환상형 개구
중 하나 이상을 포함하는, 유기 광전자 디바이스.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US13/329,075 | 2011-12-16 | ||
| US13/329,075 US20130153861A1 (en) | 2011-12-16 | 2011-12-16 | Organic optoelectronic devices with surface plasmon structures and methods of manufacture |
| PCT/CA2012/050903 WO2013086640A1 (en) | 2011-12-16 | 2012-12-14 | Organic optoelectronic devices with surface plasmon structures and methods of manufacture |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20140107488A true KR20140107488A (ko) | 2014-09-04 |
Family
ID=48609202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020147019890A KR20140107488A (ko) | 2011-12-16 | 2012-12-14 | 표면 플라즈몬 구조를 구비한 유기 광전자 디바이스 및 그것의 제조방법 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20130153861A1 (ko) |
| EP (1) | EP2791987A4 (ko) |
| JP (1) | JP2015507351A (ko) |
| KR (1) | KR20140107488A (ko) |
| CN (1) | CN104115297A (ko) |
| AU (1) | AU2012350425A1 (ko) |
| CA (1) | CA2858890A1 (ko) |
| WO (1) | WO2013086640A1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017526119A (ja) * | 2014-07-24 | 2017-09-07 | ユニバーサル ディスプレイ コーポレイション | エンハンスメント層を有するｏｌｅｄデバイス |
| WO2023085841A1 (ko) * | 2021-11-11 | 2023-05-19 | 경북대학교 산학협력단 | 패브릿 패럿 플라즈모닉 컬러 필터 |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5744594B2 (ja) * | 2011-03-30 | 2015-07-08 | パナソニック株式会社 | 有機ｅｌ素子およびその製造方法 |
| GB201309601D0 (en) * | 2013-05-29 | 2013-07-10 | Lomox Ltd | Organic light emitting diode structure |
| FR3007534A1 (fr) * | 2013-06-20 | 2014-12-26 | St Microelectronics Crolles 2 | Realisation d'un filtre spectral nanostructure |
| CN103955023B (zh) * | 2014-05-23 | 2016-04-13 | 中国科学院微电子研究所 | 一种制备表面等离子体激元纳米光子器件的方法 |
| JP2019526937A (ja) * | 2016-09-02 | 2019-09-19 | 国立大学法人九州大学 | 連続波有機薄膜分布帰還型レーザ及び電気駆動有機半導体レーザダイオード |
| FR3064114A1 (fr) * | 2017-03-15 | 2018-09-21 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Diode electroluminescente organique a rendement optimise par confinement de plasmons et dispositif d'affichage comprenant une pluralite de telles diodes |
| FR3064113A1 (fr) | 2017-03-15 | 2018-09-21 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Diode electroluminescente organique a rendement optimise par extraction de plasmons et modes guides et son procede de fabrication |
| CN109979876B (zh) * | 2017-12-22 | 2021-01-15 | 首都师范大学 | 一种利用软光刻技术制备有机半导体材料环形阵列集成光电器件的方法 |
| CN108287178B (zh) * | 2017-12-29 | 2021-07-30 | 广东工业大学 | 一种肿瘤标志物分子检测装置 |
| CN109742093B (zh) * | 2018-12-18 | 2024-07-02 | 暨南大学 | 一种增强蓝光型硅基雪崩光电二极管阵列及其制备方法 |
| US11245086B2 (en) | 2019-03-12 | 2022-02-08 | Universal Display Corporation | Nano-objects for purcell enhancement, out-coupling and engineering radiation pattern |
| CN110224068B (zh) * | 2019-07-02 | 2021-01-22 | 电子科技大学中山学院 | 一种基于钙钛矿纳米线的光探测结构 |
| CN112802913A (zh) * | 2021-01-11 | 2021-05-14 | 浙江师范大学 | 一种表面织构化太阳能玻璃自清洁增透结构及方法 |
| WO2023100672A1 (ja) * | 2021-12-03 | 2023-06-08 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 表示装置および電子機器 |
| CN116347903A (zh) * | 2021-12-15 | 2023-06-27 | 深圳先进技术研究院 | 一种微纳器件及其制备方法 |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6946597B2 (en) * | 2002-06-22 | 2005-09-20 | Nanosular, Inc. | Photovoltaic devices fabricated by growth from porous template |
| WO2007094817A2 (en) * | 2005-08-02 | 2007-08-23 | University Of Utah Research Foundation | Biosensors including metallic nanocavities |
| JP2007225767A (ja) * | 2006-02-22 | 2007-09-06 | Nec Corp | 受光装置 |
| JP4805043B2 (ja) * | 2006-07-05 | 2011-11-02 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光電陰極、光電陰極アレイ、および電子管 |
| US20100096004A1 (en) * | 2006-10-25 | 2010-04-22 | Unidym, Inc. | Solar cell with nanostructure electrode(s) |
| JP4621270B2 (ja) * | 2007-07-13 | 2011-01-26 | キヤノン株式会社 | 光学フィルタ |
| WO2009142787A2 (en) * | 2008-02-18 | 2009-11-26 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Photovoltaic devices based on nanostructured polymer films molded from porous template |
| US8936874B2 (en) * | 2008-06-04 | 2015-01-20 | Nanotek Instruments, Inc. | Conductive nanocomposite-based electrodes for lithium batteries |
| GB2462108A (en) * | 2008-07-24 | 2010-01-27 | Sharp Kk | Deposition of a thin film on a nanostructured surface |
| US8802965B2 (en) * | 2008-09-19 | 2014-08-12 | Regents Of The University Of Minnesota | Plasmonic nanocavity devices and methods for enhanced efficiency in organic photovoltaic cells |
| US20110127508A1 (en) * | 2009-04-22 | 2011-06-02 | Badr Omrane | Organic electronic device and method of manufacture |
| US8253536B2 (en) * | 2009-04-22 | 2012-08-28 | Simon Fraser University | Security document with electroactive polymer power source and nano-optical display |
| US8545062B2 (en) * | 2009-12-08 | 2013-10-01 | Industrial Technology Research Institute | Light uniformization structure and light emitting module |
| US9184400B2 (en) * | 2010-03-09 | 2015-11-10 | The Regents Of The University Of Michigan | Methods of making organic photovoltaic cells having improved heterojunction morphology |
| WO2011139785A2 (en) * | 2010-04-27 | 2011-11-10 | The Regents Of The University Of Michigan | Display device having plasmonic color filters and photovoltaic capabilities |
| KR101675109B1 (ko) * | 2010-08-06 | 2016-11-11 | 삼성전자주식회사 | 표면 플라즈몬 공명을 이용하여 발광 특성이 향상된 발광 소자 및 그 제조 방법 |
-
2011
- 2011-12-16 US US13/329,075 patent/US20130153861A1/en not_active Abandoned
-
2012
- 2012-12-14 AU AU2012350425A patent/AU2012350425A1/en not_active Abandoned
- 2012-12-14 CN CN201280069536.8A patent/CN104115297A/zh active Pending
- 2012-12-14 WO PCT/CA2012/050903 patent/WO2013086640A1/en active Application Filing
- 2012-12-14 EP EP12858442.2A patent/EP2791987A4/en not_active Withdrawn
- 2012-12-14 JP JP2014546256A patent/JP2015507351A/ja active Pending
- 2012-12-14 KR KR1020147019890A patent/KR20140107488A/ko not_active Application Discontinuation
- 2012-12-14 CA CA2858890A patent/CA2858890A1/en not_active Abandoned
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017526119A (ja) * | 2014-07-24 | 2017-09-07 | ユニバーサル ディスプレイ コーポレイション | エンハンスメント層を有するｏｌｅｄデバイス |
| JP2019216104A (ja) * | 2014-07-24 | 2019-12-19 | ユニバーサル ディスプレイ コーポレイション | エンハンスメント層を有するｏｌｅｄデバイス |
| WO2023085841A1 (ko) * | 2021-11-11 | 2023-05-19 | 경북대학교 산학협력단 | 패브릿 패럿 플라즈모닉 컬러 필터 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20130153861A1 (en) | 2013-06-20 |
| EP2791987A1 (en) | 2014-10-22 |
| EP2791987A4 (en) | 2015-08-19 |
| WO2013086640A1 (en) | 2013-06-20 |
| CA2858890A1 (en) | 2013-06-20 |
| JP2015507351A (ja) | 2015-03-05 |
| AU2012350425A1 (en) | 2014-07-24 |
| CN104115297A (zh) | 2014-10-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR20140107488A (ko) | 표면 플라즈몬 구조를 구비한 유기 광전자 디바이스 및 그것의 제조방법 | |
| Zhang et al. | Synergetic transparent electrode architecture for efficient non-fullerene flexible organic solar cells with> 12% efficiency | |
| Xu et al. | Microcavity-free broadband light outcoupling enhancement in flexible organic light-emitting diodes with nanostructured transparent metal–dielectric composite electrodes | |
| US9139917B2 (en) | Transparent conductive porous nanocomposites and methods of fabrication thereof | |
| Zhou et al. | Light manipulation for organic optoelectronics using bio-inspired moth's eye nanostructures | |
| KR102341963B1 (ko) | 광전자 및 광자 공학 응용을 위한 도핑된 귀금속 초박막 | |
| Myers et al. | A universal optical approach to enhancing efficiency of organic-based photovoltaic devices | |
| US9263689B2 (en) | Organic optoelectronic devices incorporating plasmonic electrodes | |
| KR101557587B1 (ko) | 유기태양전지 및 이의 제조방법 | |
| WO2013001891A1 (ja) | 有機エレクトロルミネッセンス素子 | |
| Wen et al. | Tunable surface plasmon-polariton resonance in organic light-emitting devices based on corrugated alloy electrodes | |
| EP2720285B1 (en) | Method of fabricating patterned substrate | |
| Jürgensen et al. | A single‐step hot embossing process for integration of microlens arrays in biodegradable substrates for improved light extraction of light‐emitting devices | |
| TWI426633B (zh) | 倒置式有機太陽能元件及其製作方法 | |
| US20170179198A1 (en) | Tandem organic photovoltaic devices that include a metallic nanostructure recombination layer | |
| Chiang et al. | Orthogonally weaved silver nanowire networks for very efficient organic optoelectronic devices | |
| Park et al. | Bifunctional graphene oxide hole-transporting and barrier layers for transparent bifacial flexible perovskite solar cells | |
| JP2012212705A (ja) | 太陽電池モジュールおよび太陽電池 | |
| KR101549773B1 (ko) | 광 추출 효율이 증대된 유기 전계 발광소자 및 그 제조방법 | |
| KR101516474B1 (ko) | 은나노입자들을 포함하는 전도성 고분자 전극 기반의 플라즈몬 유기 광전자 디바이스 | |
| KR101397071B1 (ko) | 광추출 효율이 향상된 나노 캐버티 유기 발광 소자 및 그의 제조방법 | |
| KR20170049691A (ko) | 투명 전자 디바이스 및 그 제조 방법 | |
| US9293659B2 (en) | Method for fabricating microstructure to generate surface plasmon waves | |
| Kim et al. | Thermally Induced Phase Separation of the PEDOT: PSS Layer for Highly Efficient Laminated Polymer Light-Emitting Diodes | |
| KR101543258B1 (ko) | 불규칙한 나노구조 표면의 전극을 가지는 역상 폴리머 태양전지 및 그 제조 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0105 | International application |
Patent event date: 20140716 Patent event code: PA01051R01D Comment text: International Patent Application |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| A201 | Request for examination | ||
| PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 20171205 Comment text: Request for Examination of Application |
|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20190129 Patent event code: PE09021S01D |
|
| E601 | Decision to refuse application | ||
| PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20190514 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20190129 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |