KR20160053436A

KR20160053436A - 유기 전자소자 및 유기 전자소자의 제조방법

Info

Publication number: KR20160053436A
Application number: KR1020140152257A
Authority: KR
Inventors: 이종람; 이일환
Original assignee: 포항공과대학교 산학협력단
Priority date: 2014-11-04
Filing date: 2014-11-04
Publication date: 2016-05-13

Abstract

본 발명은 유기 전자소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 유기 전자소자의 두 개의 전극이 모두 10nm 이하의 극박 금속으로 이루어져 가시광 영역에서 투명한 유기 전자소자와 이 유기 전자소자의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 유기 전자소자는, 투명 재질의 하부기판 상에 형성되는 2~10nm 두께의 극박 금속 하부전극과, 상기 극박 금속 하부전극 상에 형성되는 유기 화합물층, 및 상기 유기 화합물층 상에 형성되는 2~10nm 두께의 극박 금속 상부전극을 포함하여 구성된다.
본 발명에 따르면, 낮은 면 저항과 높은 투과도를 얻을 수 있고, 굽힘 특성이 좋아 플렉서블 소자에 적용할 수 있다.

Description

유기 전자소자 및 유기 전자소자의 제조방법 {ORGANIC ELECTRONIC DEVICE AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 유기 전자소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 유기 전자소자의 두 개의 전극이 모두 10nm 이하의 극박 금속으로 이루어져 가시광 영역에서 투명한 유기 전자소자와 이 유기 전자소자의 제조방법에 관한 것이다.

최근 유기 전자소자가 차세대 디스플레이로 관심을 받으면서 유기 발광다이오드나 유기 태양전지와 같은 유기 전자소자에 관한 연구가 많이 진행되고 있다.

특히, 투명한 특성을 가진 유기 전자소자는 투명 디스플레이나 유리창에 부착하는 태양 전지, 헬멧이나 차량 유리에 부착하는 디스플레이 등 차세대 디스플레이로 각광받고 있다.

이러한 투명 유기 전자소자를 구현하기 위해서는 흡수와 반사가 적은 투명전극이 중요한데, 현재 대부분의 투명전극으로 사용되는 것은 금속 산화물이다.

이 금속 산화물은 낮은 흡광계수(extinction coefficient)를 가져 빛의 흡수가 적고, 비교적 전기 전도도가 좋아 투명전극으로 사용되기에 적합하다.

그러나 금속 산화물을 증착하기 위해서는 스퍼터(sputter) 혹은 PLD(Pulsed Laser Deposition), ALD(Atomic Layer Deposition)와 같은 방식을 사용해야 하며, 이러한 방식은 유기물에 손상을 주거나 혹은 대량 생산에 적합하지 않은 방법이어서 유기물의 손상을 줄일 수 있는 버퍼층을 사용해야 하고 공정 속도가 떨어져 생산성 혹은 가격 경쟁력에 큰 약점이 있다.

또한, 금속 산화물 자체는 굽힘 특성이 좋지 않아 플렉서블 디스플레이에 적용이 불가능하다.

그러나 금속 산화물을 대체 가능한 우수한 투명전극이 거의 없어 도 1에 도시된 바와 같이, 상부전극(20) 혹은 하부전극(40)에 적어도 하나 이상의 금속 산화물 투명전극이 사용된다.

특히 하부기판(예: 유기기판)(10) 상에는 대부분 금속 산화물(예: ITO)을 사용하여 투명 유기 전자소자를 만들게 된다.

미설명 부호 30은 유기화합물층이다.

그러나 전술한 바와 같이 이러한 금속 산화물의 사용은 소자의 굽힘 특성을 저해하고, 공정상 많은 비용이 들게 하는 요인이 되는 문제점이 있었다.

공개번호 10-2012-0082699(공개일자 2012년07월24일) 공개번호 10-2014-0011444(공개일자 2014년01월28일)

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 과제는 금속 산화물 투명전극의 사용이 배제되고 극박 금속전극을 상부전극과 하부전극으로 사용한 유기 전자소자와 이 유기 전자소자의 제조방법을 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 유기 전자소자는, 투명 재질의 하부기판 상에 형성되는 2~10nm 두께의 극박 금속 하부전극;

상기 극박 금속 하부전극 상에 형성되는 유기 화합물층; 및

상기 유기 화합물층 상에 형성되는 2~10nm 두께의 극박 금속 상부전극;

을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 극박 금속 하부전극은 400~700nm 파장에서 투과도가 60% 이상이고 100% 미만인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 극박 금속 하부전극과 극박 금속 상부전극은 Ag, Au, Cu, Ca, Mg 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 극박 금속 하부전극의 면 저항은 1 이상이고 100Ω/□ 미만인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하부기판은 PET, PDMS, PMMA, PUA, 폴리이미드, SU-8의 고분자 재료나 유리(glass) 중에서 선택된 1종 또는 이들이 다층으로 이루어진 혼합물인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유기 화합물층의 두께는 50~400nm인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 극박 금속 하부전극과 하부기판 사이에 금속층 혹은 금속 산화물층이 더 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 극박 금속 하부전극과 유기 화합물층 사이에 고분자 화합물층 혹은 금속 산화물층이 더 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 극박 금속 상부전극과 유기 화합물층 사이에 금속 산화물층 혹은 금속층이 더 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유기 전자소자는 400~700nm 파장에서 투과도가 30% 이상이고 100% 미만인 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 유기 전자소자의 발광은 양면 발광인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 유기 전자소자의 제조방법은 투명 재질의 하부기판 상에 2~10nm 두께의 극박 금속 하부전극을 형성하는 단계;

상기 극박 금속 하부전극 상에 유기 화합물층을 형성하는 단계; 및

상기 유기 화합물층 상에 2~10nm 두께의 극박 금속 상부전극을 형성하는 단계;

를 포함하여 구성된다.

그리고 상기 극박 금속 하부전극과 극박 금속 상부전극을 열 증착에 의해 형성하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 극박 금속전극을 투명전극으로 사용하므로 유기 화합물층에서 발생된 광이 전극층에 많이 흡수되지 않고 투과하며, 굽힘 특성이 좋아서 플렉서블 소자에 적용가능하고, 열증착 방법으로 극박 금속전극이 형성 가능하므로 공정 속도가 빠르며 별도의 장비 없이 열증착 방법만으로도 소자의 제작이 가능하여 비용을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 극박 금속전극과 적절한 두께의 유기 화합물층을 사용할 경우, 기존 금속 산화물 전극을 사용한 투명 소자와 유사 혹은 더 우수한 투과도를 가진 투명 유기전자 소자를 형성할 수 있고, 이를 통해 다양한 투명 소자에 적용할 수 있다.

도 1은 종래 유기 전자소자의 구조이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전자소자의 구조이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전자소자의 제조 공정도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 박막 시뮬레이터(Macleod)를 이용하여 기존 소자 구조와 극박 금속 전극 소자 구조의 전체 투과도를 나타낸 비교 그래프이다.

본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 구체적인 내용들은 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안된다.

본 출원에서 사용한 용어는 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구체적 내용을 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전자소자의 구조로서, 하부기판(10)과 극박 금속 하부전극(50), 유기 화합물층(30) 및 극박 금속 상부전극(60)으로 이루어진다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 유기 전자소자(1)는 2개의 극박 금속전극(50,60)으로 이루어져 있으며, 극박 금속이 가지는 높은 투과도로 유기 전자소자(1) 전체 구조 역시 투명하다.

상기 하부기판(10)은 빛(광)을 투과하는 재질로 유기 전자소자(1)를 구조적으로 지지할 수 있는 것이라면 어느 특정한 재료에 한정되지 않는다.

예를 들어, 상기 하부기판(10)은 PET(Poly ethylene terephthalate), PDMS(Polydimethylsiloxane), PMMA(Poly(methylmethacrylate)), PUA(Poly urethane acrylate), 폴리이미드(Polyimide), SU-8과 같은 고분자 재료나 유리(glass)로, 이 중에서 선택된 1 종 또는 이들이 다층으로 이루어진 혼합물로 구성될 수 있다.

상기 하부기판(10) 상에 형성되는 극박 금속 하부전극(50)은 2~10nm 두께를 갖고, 가시광선 영역(400~700nm)에서의 평균 투과도가 60% 이상 100% 이하이며 면 저항 역시 1 이상이고 100Ω/□ 이하의 높은 전기전도도를 가지기 때문에 우수한 투명전극의 역할을 수행한다.

바람직하게, 상기 극박 금속 하부전극(50)은 Ag, Au, Cu, Ca, Mg와 같은 금속을 적어도 1종 이상 포함하여 형성되는데, 상기 상술된 금속은 금속 중에서 소멸 계수가 적어 투명전극으로 적합하다.

상기 유기 화합물층(30)은 발광을 위해 50~400nm 두께를 갖는 것이 바람직하다.

또한, 상기 극박 금속 하부전극(50)과 하부기판(10) 사이에는 극박 금속을 형성하는데 필요한 금속 산화물층 혹은 금속층이 삽입될 수 있다.

상기 금속 산화물층은 예를 들어 유연한 텅스텐 옥사이드나 몰리 옥사이드로 이루어지고 그 두께는 30~40nm로 종래 전극 형성을 위한 ITO 두께의 100nm보다 얇다.

상기 극박 금속 하부전극(50)과, 그 위에 형성되는 유기 화합물층(30) 사이에는 광학적 매칭을 위한 금속 산화물층 혹은 정공 주입을 위한 고분자 화합물층이 배치될 수 있다.

상기 고분자 화합물층은 예를 들어 전도성 고분자인 PEDOT-PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonate))로 이루어질 수 있다.

상기 유기 화합물층(30) 상에 형성되는 극박 금속 상부전극(60)은 Ag, Au, Cu, Ca, Mg와 같은 금속을 적어도 1종 이상 포함하여 형성되며, 상기 극박 금속 상부전극(60)과 유기 화합물층(30) 사이에 금속 산화물층 혹은 금속층이 삽입될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전자소자의 제조 공정도이다.

빛을 투과하는 재질의 하부기판(10) 상에 Ag, Au, Cu, Ca, Mg와 같은 금속을 증착하여 극박 금속 하부전극(50)을 2~10nm 두께로 형성한다(S302).

이때 열 증착 장비로 극박 금속 하부전극(50)을 증착하여 형성한다.

상기 극박 금속 하부전극(50) 상에 통상의 방법으로 유기 화합물층(30)을 형성한다(S304).

다음 상기 유기 화합물층(30) 상에 Ag, Au, Cu, Ca, Mg와 같은 금속을 증착하여 극박 금속 상부전극(60)을 2~10nm 두께로 형성한다(S306).

이때에도 열 증착 장비로 극박 금속 상부전극(60)을 증착하여 형성한다.

이와 같이 극박 금속 하부전극(50)과 극박 금속 상부전극(60)을 열 증착 장비로 증착하여, 이를 통해 기존의 공정에 적용 가능함으로써 하부기판(10)으로부터 유기 전자소자(1) 전체 구조까지 하나의 챔버 내에서 증착할 수 있다.

또한, 유기 전자소자(1)는 가시광선 영역에서(400~700nm)에서 평균 투과도가 30% 이상 100% 미만으로 기존 보고되는 금속 산화물 전극 구조의 투명 소자와 유사하거나 더 우수한 특성을 나타낸다.

유기 전자소자의 이러한 특성을 이용해 예를 들어 유기 발광다이오드에 적용하여 양면 발광을 할 수 있고, 다양한 투명 소자에 응용할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 박막 시뮬레이터(Macleod)를 이용하여 기존 소자 구조와 극박 금속 전극 소자 구조의 전체 투과도를 나타낸 비교 그래프이다.

도 4에서 좌측은 시뮬레이션 구조를 나타낸 것으로, 기존 소자는 유리 기판 상에 금속 산화물(예를 들어 ITO) 전극을 형성하고, 본 실시예로 유리 기판 상에 극박 금속 전극을 형성한다.

도 4의 우측 그래프에서 가시광선의 파장인 400~700nm에서 본 실시예에 따른 극박 금속 전극 구조(적색선 표시)가 기존의 금속 산화물 구조(흑색선 표시)보다 투과도가 더 높거나 700nm 대역에서 유사함을 알 수 있다.

이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

1: 유기 전자소자 10: 하부기판
20: 금속 산화물 하부전극 30: 유기 화합물층
40: 금속 or 금속 산화물 상부전극
50: 극박 금속 하부전극 60: 극박 금속 상부전극

Claims

투명 재질의 하부기판 상에 형성되는 2~10nm 두께의 극박 금속 하부전극;
상기 극박 금속 하부전극 상에 형성되는 유기 화합물층; 및
상기 유기 화합물층 상에 형성되는 2~10nm 두께의 극박 금속 상부전극;
을 포함하는 유기 전자소자.
제1항에 있어서,
상기 유기 화합물층의 두께는 50~400nm인 유기 전자소자.
제1항에 있어서,
상기 극박 금속 하부전극은 400~700nm 파장에서 투과도가 60% 이상이고 100% 미만인 유기 전자소자.
제1항에 있어서,
상기 극박 금속 하부전극과 극박 금속 상부전극은 Ag, Au, Cu, Ca, Mg 중 적어도 하나 이상을 포함하는 유기 전자소자.
제1항에 있어서,
상기 극박 금속 하부전극의 면 저항은 1 이상이고 100Ω/□ 미만인 유기 전자소자.
제1항에 있어서,
상기 하부기판은 PET(Poly ethylene terephthalate), PDMS(Polydimethylsiloxane), PMMA(Poly(methylmethacrylate)), PUA(Poly urethane acrylate), 폴리이미드(Polyimide), SU-8과 같은 고분자 재료나 유리(glass) 중에서 선택된 1종 또는 이들이 다층으로 이루어진 혼합물인 유기 전자소자.
제1항에 있어서,
상기 극박 금속 하부전극과 하부기판 사이에 금속층 혹은 금속 산화물층이 더 형성되는 유기 전자소자.
제1항에 있어서,
상기 극박 금속 하부전극과 유기 화합물층 사이에 고분자 화합물층 혹은 금속 산화물층이 더 형성되는 유기 전자소자.
제1항에 있어서,
상기 극박 금속 상부전극과 유기 화합물층 사이에 금속 산화물층 혹은 금속층이 더 형성되는 유기 전자소자.
제1항에 있어서,
상기 유기 전자소자는 400~700nm 파장에서 투과도가 30% 이상이고 100% 미만인 유기 전자소자.
제1항에 있어서,
상기 유기 전자소자의 발광은 양면 발광인 유기 전자소자.
투명 재질의 하부기판 상에 극박 금속 하부전극을 2~10nm 두께로 형성하는 단계;
상기 극박 금속 하부전극 상에 유기 화합물층을 형성하는 단계; 및
상기 유기 화합물층 상에 극박 금속 상부전극을 2~10nm 두께로 형성하는 단계;
를 포함하는 유기 전자소자의 제조방법.
제12항에 있어서,
상기 극박 금속 하부전극과 극박 금속 상부전극을 열 증착에 의해 형성하는 유기 전자소자의 제조방법.