KR20160092105A - 유기발광 다이오드 - Google Patents

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KR20160092105A
KR20160092105A KR1020150012113A KR20150012113A KR20160092105A KR 20160092105 A KR20160092105 A KR 20160092105A KR 1020150012113 A KR1020150012113 A KR 1020150012113A KR 20150012113 A KR20150012113 A KR 20150012113A KR 20160092105 A KR20160092105 A KR 20160092105A
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광 다이오드는, 기판 상에 순차적으로 적층된 하부전극, 유기 발광층 및 상부전극; 상기 상부전극 상에 유전 물질을 포함하는 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 상기 버퍼층과 표면에너지가 다른 재료로 형성된 핵층; 및 상기 핵층 상에, 상기 핵층으로부터 이방성 성장된 복수개의 다각형의 광산란 결정들을 포함하는 광산란층을 포함할 수 있다. 이때, 각각의 상기 광산란 결정들은 150nm 내지 1μm의 폭 및 150nm 내지 1μm의 높이를 가질 수 있다.

Description

유기발광 다이오드{An organic emitting diode}
본 발명은 유기발광 다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 표면구조를 갖는 유기발광 다이오드 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
유기발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED)는 유기발광물질을 전기적으로 여기(exciting)시켜 발광시키는 자체 발광형 소자이다. 상기 유기발광 다이오드는 기판, 하부전극, 상부전극 및 상기 하부전극과 상기 상부전극 사이에 형성된 유기발광층을 포함한다. 상기 하부전극 및 상부전극들로부터 공급되는 정공 또는 전자들은 상기 유기발광층 내에서 결합하여 외부로 방출되는 광을 생성한다.
유기발광 다이오드의 발광 효율을 나타내는 외부 에너지 효율은, 소자 의 내부 에너지 효율과 광추출 효율의 곱으로 나타낼 수 있다. 유기 발광층에서 방출된 광이 굴절률이 다른 층들간의 경계면을 통과하는 과정에서 전반사와 표면 플라즈몬 흡수 등의 이유로 유기발광 다이오드 외부로 방출되지 못하고 각 층의 내부에서 흡수되기 때문에 일반적으로 광추출 효율은 20%를 넘지 못할 수 있다. 광이 유기발광 다이오드 내의 각각의 층에 갇혀 층 내부에서 도파되는 광을 도파모드 광이라 하고, 유리기판 내에 갇혀 있는 광을 기판모드 광이라 하며. 각 층의 경계면을 지나 외부 공기로 방출되는 광을 방출모드 광이라고 한다. 도파모드 광 및 기판모드 광을 방출모드 광으로 전환시켜 소자 외부로 출사시키는 것을 광추출이라고 한다.
상기 도파모드 광 및 상기 기판 모드 광 이외에 상부전극으로 사용되는 금속막에 의한 표면 플라즈몬 효과로 손실되는 광도 상당하다. 금속막의 표면 플라즈몬 손실은 상기 유기 발광층의 구조와 두께에 따라 크게 달라질 수 있다. 따라서, 표면 플라즈몬 효과로 인한 광 흡수를 감소시키고, 광이 상기 유기발광 다이오드 내에서 도파되지 않고 외부로 방출될 수 있도록 광추출 효율을 증가시키는 연구가 수행되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 표면 플라즈몬 흡수를 최소화 하고 높은 광추출 효율을 나타낼 수 있는 표면구조를 갖는 유기발광 다이오드를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광 다이오드는, 기판 상에 순차적으로 적층된 하부전극, 유기 발광층 및 상부전극; 상기 상부전극 상에 유전 물질을 포함하는 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 상기 버퍼층과 표면에너지가 다른 재료로 형성된 핵층; 및 상기 핵층 상에, 상기 핵층으로부터 이방성 성장된 복수개의 다각형의 광산란 결정들을 포함하는 광산란층을 포함할 수 있다. 이때, 각각의 상기 광산란 결정들은 150nm 내지 1μm의 폭 및 150nm 내지 1μm의 높이를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 유기발광 다이오드는, 상부전극 상에 순차적으로 형성된 버퍼층, 핵층 및 광산란층을 포함할 수 있다. 금속 전극 또는 투명 전극으로 이루어진 상부전극을 통하여 광이 외부로 방출될 때, 상기 광산란층은 표면 플라즈몬 흡수를 최소화 하고 광추출 효율을 향상시킬 수 있다. 나아가, 상온의 조건에서도 밀집된 다각뿔 형태의 광산란 결정들을 갖도록 상기 광산란층을 형성시킬 수 있으므로, 더 높은 효율을 갖는 유기발광 다이오드를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광 다이오드에 관한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기발광 다이오드에 관한 단면도이다.
도 3은 상온에서 열증착법을 이용하여 유리기판 상에 직접 형성된 광산란층(AgCl 500nm 박막)의 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 4a는 상온에서 열증착법을 이용하여 유리기판 상에 형성된 핵층의 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 4b는 상온에서 열증착법을 이용하여 핵층(60) 상에 형성된 광산란층의 SEM 사진을 나타낸 것이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
실시예 1
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광 다이오드에 관한 단면도이다. 유기발광 다이오드는 상부발광형, 하부발광형 및 투명형(양면발광형)으로 구분될 수 있다. 하부발광형 구조에서는, 유기 발광층에서 발생된 광이 금속 상부전극에서 반사되어 투명한 하부전극 방향으로 방출되므로, 발생된 광은 대부분 하부전극 방향으로 방출된다. 상부발광형 구조에서는 상부전극을 매우 얇은 금속으로 형성하거나 투명전극으로 형성할 수 있다. 그리고 하부전극을 반사형 금속전극을 사용하거나 투명한 하부전극 아래에 반사층을 배치함으로써, 발생된 광은 대부분 상부전극 방향으로 방출될 수 있다. 투명형은 상부 및 하부전극들을 광이 투과하는 투명전극들로 형성하여, 광이 양방향으로 방출될 수 있다. 본 발명의 실시예들에서는 상부발광형 및/또는 투명형 유기발광 다이오드를 예시하여 설명한다.
도 1을 참조하면, 기판(10) 상에 하부전극(20)이 형성될 수 있다. 상기 기판(10)은 유리기판, 석영기판, 플리스틱 기판, 또는 금속기판을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 기판(10)은 반사기판으로 사용될 수 있다. 상기 하부전극(20)은 투명성을 가지는 도전성 물질을 포함할 수 있다. 상기 하부전극(20)은 예를 들어, 투명 전도성 산화물들(TCO: Transparent conductive oxide) 또는 전도성 탄소물질 중의 하나일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 하부전극(20)은 ITO(Indum Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 상기 하부전극(20)은 전도성 유기 박막을 포함할 수 있다. 상기 하부전극(20)은 예를 들어, 요오드화 구리, 폴리아닐린, 폴리(3-메틸티오펜) 및 폴리 피롤 등의 전도성 유기 물질들 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 하부전극(20)은 그래핀 박막을 포함할 수 있다.
상기 하부전극(20) 상에 유기 발광층(30)이 형성될 수 있다. 상기 유기 발광층(30)은 상기 하부전극(20) 상에 차례로 적층된 정공 주입층(32a), 정공 수송층(32b), 발광층(34), 전자 수송층(36a), 및 전자 주입층(36b)을 포함할 수 있다.
상기 정공 주입층(32a)은 구리 페로사이닌(Copper Phthalocyanine: CuPc), TNANA(4,4’, 4”-트리스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]-트리페닐-아민), TCTA(4,4’4”-트리스(N-카바졸릴), PEDOT(폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)), PANI(폴리아닐린; polyaniline), 및 PSS(폴리스틸렌설포네이트) 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
HOMO(The Highest Occupied Molecular Orbital)는 가전자 띠(Valence Band)의 가장 높은 에너지 레벨이고, LUMO(The Lowest Unoccupied Molecular Orbital)는 전도성 띠(Conduction Band)의 가장 낮은 에너지 레벨을 나타낸다.
상기 하부전극(20)의 일함수 레벨과 상기 정공 수송층(32b)의 HOMO 레벨의 차이를 줄이는 것에 의하여, 상기 정공 주입층(32a)은 상기 하부전극(20)으로부터 상기 정공 수송층(32b)으로의 정공의 주입을 용이하게 하는 기능을 수행할 수 있다. 따라서, 상기 정공 주입층(32a)에 의해서 상기 유기 발광 다이오드의 구동 전류 또는 구동 전압을 줄일 수 있다.
상기 정공 수송층(32b)은 폴리(9-비닐카바졸)를 포함하는 고분자 유도체, 4,4’-dicarbazolyl-1,1’-diamine)를 포함하는 고분자 유도체 또는 NPB(4,4’-dis[N-(1-naphthyl-1-)-N-Phenyl-amino]-biphenyl)를 포함하는 고분자 유도체, 트리아릴아민(triarylamine)을 포함하는 저분자 유도체 피라졸린(pyrazoline)을 포함하는 저분자 유도체, 또는 정공 수송 관능기(holetransportingmoiety)를 포함하는 유기 분자를 포함할 수 있다. 상기 정공 수송층(32b)은 상기 정공 주입층(32a)을 통하여 이동된 정공을 상기 발광층(34)에 제공할 수 있다. 상기 정공 수송층(32b)의 HOMO 레벨은 상기 발광층(34)의 HOMO 레벨보다 높을 수 있다.
상기 발광층(34)은 형광 재료 도는 인광 발광 재료를 포함할 수 있다. 상기 발광층(34)은, 예를 들어, DPVBi, IDE 120, IDE 105, Alq3, CBP, DCJTB, BSN, DPP, DSB, PESB, PPV 유도체, PFO 유도체, C545t, Ir(ppy)3, PtOEP를 포함할 수 있다. 상기 발광층(34)은 단일층 또는 다층일 수 있다. 상기 발광층(34)은 제1 색상, 제2 색상, 제3 색상 또는 백색광의 빛을 생성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제1 내지 제3 색상들은 각각 적(Red), 녹(Green), 또는 청(Blue) 중에서 어느 하나일 수 있다. 이와는 달리, 상기 제1 내지 제3 색상들은 각각 청록(Cyan), 적보라(magenta), 또는 황(yellow) 중에서 어느 하나일 수 있다.
상기 전자 수송층(36a)은 TPBI(2,2’,2’-(1,3,5-phenylene)-tris[1-phenyl-1H-benzimidazole]), Poly(penylquinoxaline), 1,3,5-tris[(6,7-dimethyl-3-phenyl)quinoxaline-2-yl]benzene(Me-TPQ), Polyquinoline, tris(8-hydroxyquinoline)aluminum(Alq3), {6-N,N-diethylamino-1-methyl-3-phenyl-1H-pyrazolo[3,4-b]quinoline}(PAQ-Net2) 또는 전자 수송 관능기(electron transporting moiety)를 함유하는 유기 분자 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 전자 주입층(36b)은 높은 전자 이동도를 가지는 물질을 포함할 수 있다. 상기 전자 주입층(36b)은 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 칼슘(Ca), 은(Ag) 또는 세슘(Cs)을 포함할 수 있다. 상기 전자 주입층(36b)은 예를 들어, 플루오르화 리튬(LiF) 또는 플루오르화 세슘(CsF)를 포함할 수 있다. 상기 전자 주입층(36b)은 상기 발광층(34)에 전자를 안정적으로 공급하는 기능을 수행할 수 있다.
일 예로, 상기 전자 수송층(36a) 및/또는 상기 전자 주입층(36b)은 약 20nm 내지 약 100nm의 두께를 가질 수 있다.
상기 유기 발광층(30) 상에 상부전극(40)이 형성될 수 있다. 상기 상부전극(40)은 상기 하부전극(20)보다 일함수가 낮은 전도성 물질을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 상부전극(40)은 반투명하거나 반사율이 높은 전도성 물질을 포함할 수 있다. 상기 상부전극 (40)은, 예를 들어, 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 이리듐(Ir), 모리브데늄, 팔라듐(Pd) 또는 백금(Pt)을 포함하는 금속 전극일 수 있다. 다른 예로, 상기 상부전극(40)은 ITO(Indum Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)를 포함하는 투명 산화물 전극, 또는 그래핀을 포함하는 탄소계 투명 전극일 수 있다.
상기 상부전극(40)이 금속 전극일 경우, 광이 상기 상부전극(40)을 통과할 때 표면 플라즈몬 흡수가 상당히 발생될 수 있다. 따라서, 이 경우 표면 플라즈몬 흡수를 최소화시켜 광 추출 효율을 증가시킬 수 있다. 이를 위해, 후술할 광산란층(70)이 적용될 수 있다. 나아가, 상기 상부전극(40)이 투명 전극일 경우, 전극 내에 자유전자 밀도가 크게 감소하므로 표면 플라즈몬 폴라리톤의 생성이 크게 줄어들어 표면 플라즈몬 흡수가 감소될 수 있다. 그러나, 투명 전극과 외부 공기 사이의 굴절률 차이로 인하여 광자는 외부로 방출되지 못하고 대부분 도파모드로 상기 상부전극(40) 내에 갇힐 수 있다. 따라서, 이 경우에도 후술할 광산란층(70)을 이용함으로써 광을 외부로 추출할 수 있다.
상기 상부전극(40)은 약 10nm 내지 약 60nm의 두께를 가질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 발광층(34)의 상면과 상기 상부전극(40)의 상면 사이의 간격은 약 30nm 내지 약 160nm일 수 있다.
상기 상부전극(40) 상에 버퍼층(50)이 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(50)은 20℃ 내지 100℃의 저온에서 열증착법(thermal evaporation) 및/또는 대향 타겟 스퍼터링법(facing target sputtering)을 이용해 형성될 수 있다.
상기 열증착법은 고진공(5×10-5torr 내지 1×10-7torr)에서 전자빔이나 전기 필라멘트를 이용하여 유전체 물질을 녹여 기화시킨 후, 기화된 유전체 물질을 상기 상부전극(40) 상에 증착시키는 방법이다. 상기 유전체 물질을 기화시키는 온도는 약 100℃ 이하로 유지시킬 수 있다. 상기 대향 타겟 스퍼터링법은 마주보는 두 개의 타겟들과, 상기 타겟들 사이의 수직한 위치에 상기 상부전극(40)을 배치하고, 상기 상부전극(40) 상에 상기 버퍼층(50)을 형성하는 방법이다. 상기 대향 타겟 스퍼터링법은 증착기판과 타겟이 서로 마주본 상태에서 박막이 증착되는 일반적인 스퍼터링 증착법보다 상기 상부전극(40)과 인접하는 상기 유기 발광층(30)의 손상을 억제할 수 있다.
상기 버퍼층(50)은 파장 550nm의 광에 대하여 1.8 이상의 굴절률을 갖는 무기화합물을 이용하여 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 버퍼층(50)은, WO3, ZnO, SnO2, TiO2, ITO(indium tin oxide), 또는 IZO(indium zinc oxide)를 포함할 수 있다. 상기 버퍼층(50)은 약 50nm 내지 200의 두께를 가질 수 있다. 나아가, 상기 버퍼층(50)은 80% 이상의 가시광선 투과율을 갖는 박막일 수 있다.
상기 상부전극(40)이 금속 전극일 경우, 상기 버퍼층(50)은 표면 플라즈몬 폴라리톤의 커플링을 유도하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 상부전극(40)이 투명 산화물 전극일 경우, 상기 버퍼층(50)은, 상기 상부전극(40)과 그 아래의 상기 유기 발광층(30)에 도파모드가 형성되어 광이 고립되지 않도록 에바네센트 필드를 확산시키는 역할을 수행할 수 있다. 상기 버퍼층(50)은, 이의 상에 후술할 다각형의 광산란 결정들(72)이 용이하게 형성될 수 있는 표면을 제공할 수 있다. 나아가 상기 버퍼층(50)은, 상기 광산란 결정들(72)의 화학성분들 중 일부가 상기 유기 발광층(30)으로 확산되는 것을 방지할 수 있다.
상기 버퍼층(50)을 형성한 후 후술할 핵층(60)을 형성하기 전에, 약한 표면 플라즈마 처리, 및/또는 표면 가스 처리를 추가로 수행할 수 있다. 상기 처리 공정들을 통하여, 상기 버퍼층(50)의 표면에너지를 변화시킬 수 있다.
상기 버퍼층(50) 상에 상기 핵층(60)이 형성될 수 있다. 상기 핵층(60)은 후술할 광산란 결정들(72)의 형성을 도울 수 있으며, 또한 상기 광산란 결정들(72)의 사이즈를 조절하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 핵층(60)은 20℃ 내지 100℃의 저온에서 열증착법 및/또는 대향 타겟 스퍼터링법을 이용해 형성될 수 있다. 상기 핵층(60)은 버퍼층(50)과 표면에너지가 다른 재료로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 핵층(60)은 AgCl, BaCl2, ZnS, ZnSe, ZnCl2, LiF 또는 LiCl을 포함할 수 있다. 상기 핵층(60)은 5nm 이상 100nm 이하의 두께를 가지도록 얇게 형성될 수 있다.
상기 핵층(60) 상에 광산란층(70)이 형성될 수 있다. 상기 광산란층(70)은 복수개의 다각형의 광산란 결정들(72)을 포함할 수 있다. 상기 광산란층(70)은, 상기 광산란 결정들(72)을 통해 상기 상부전극(40) 밖으로 유도되는 광을 산란시켜, 외부로 추출하는 역할을 수행할 수 있다. 구체적으로, 상기 광산란 결정들(72)은 불규칙한 다각뿔 형상의 나노구조 집합체일 수 있다. 일 예로, 상기 광산란 결정들(72)은 150nm 내지 1μm의 폭 및 150nm 내지 1μm의 높이를 가질 수 있다. 상기 광산란 결정들(72)은 0.5 이상의 높이/폭 비를 가질 수 있다. 상기 광산란 결정들(72)은 파장 550nm의 광에 대하여 1.75 이상의 굴절률을 가지며, 또한 80% 이상의 가시광 투과율을 가질 수 있다. 일 예로, 상기 광산란 결정들(72)은 AgCl, BaCl2, MgO, ZnO, SnO2, ZnS 또는 ZnSe를 포함할 수 있다.
상기 광산란층(70)은 20℃ 내지 100℃의 저온에서 열증착법 및/또는 대향 타겟 스퍼터링법을 이용해 유전체 물질을 증착하여 형성될 수 있다. 상기 광산란 결정들(72)은 상기 핵층(60)으로부터 이방성 성장을 통해 형성될 수 있다. 즉, 상기 광산란 결정들(72)은 방향에 따라 결정 성장의 속도가 다르게 형성되기 때문에, 결과적으로 상기 광산란 결정들(72)은 복수개의 다각뿔이 밀집된 것과 같은 형태를 가질 수 있다. 따라서, 상기 광산란층(70)은 거친 표면을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 상부전극(40) 상의 상기 버퍼층(50), 상기 핵층(60) 및 상기 광산란층(70)은 모두 저온의 증착방법들을 이용하여 형성될 수 있다. 특히, 앞서 설명한 열증착법 또는 대향 타겟 스퍼터링법은 다른 증착법에 비해 낮은 증착 온도 및 상압에 가까운 조건에서 수행될 수 있다. 따라서, 상기 버퍼층(50), 상기 핵층(60) 및 상기 광산란층(70)이 상기 상부전극(40) 상에 형성될 때 상기 유기 발광층(30)의 손상을 최소화할 수 있다.
상기 유기 발광층(30)에서 발광되는 광은 상기 상부전극(40)(예를 들어, 금속 전극)에 의한 표면 플라즈몬 효과로 인하여 상기 상부전극(40)에 흡수되어 손실될 수 있다. 상기 표면 플라즈몬 효과에 의한 광의 손실은 상기 전자 수송층(22a) 및/또는 상기 전자 주입층(22b)의 두께에 의하여 크게 좌우된다. 상기 상부전극(40)에 의한 광의 흡수를 억제하기 위해 상기 전자 수송층(22a) 및/또는 상기 전자 주입층(22b)의 두께를 두껍게 할 수 있다. 그러나, 상기 전자 수송층(22a) 및/또는 상기 전자 주입층(22b)의 두께를 두껍게 할 경우, 상기 전자 수송층(22a) 및/또는 상기 전자 주입층(22b)의 전자 주입 효율이 감소하여 발광효율이 감소된다.
한편, 상기 상부전극(40)의 두께가 충분히 얇고, 상기 상부전극(40)의 상에 높은 굴절률을 가지는 투명한 유전체층이 존재하는 경우, 표면 플라즈몬 폴라리톤을 상기 상부전극(40) 밖으로 커플링할 수 있다. 이로써, 상기 유전체층으로 광을 전이하여, 상기 광이 상기 상부전극(40) 밖으로 방출될 수 있다.
그러나, 단순히 상기 상부전극(40) 상에 높은 굴절률의 상기 유전체층을 형성하는 것 만으로 유기발광 다이오드의 광추출 효율을 증가시키긴 어려울 수 있다. 즉, 상기 유전체층으로 인해 에바네센트 필드가 형성되지만, 상기 유전체층의 굴절률과 외부 공기의 굴절률 차이가 크므로, 상기 유전체층 내에 도파모드 및 표면 플라즈몬 폴라리톤이 형성되며 외부 공기로 방출되는 광이 적어질 수 있다. 상기 유전체층에 커플링된 광을 외부로 방출하기 위해서는 상기 유전체층의 표면에 적절한 광추출 구조물을 형성하여 상기 표면(공기와 접촉하는 면)을 거칠게 할 수 있다. 상기 유전체층의 상기 표면이 거칠어지면, 상기 유전체층 내로 커플링된 광이 도파모드를 형성하지 않고 상기 거친 표면에 의해 사방으로 산란되면서 광추출 효율이 증가될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 상부전극(40) 상에 형성된 상기 버퍼층(50), 상기 핵층(60) 및 상기 광산란층(70)은 상기 유전체층을 구성할 수 있다. 이로써, 표면 플라즈몬 플라리톤을 상기 상부전극(40) 밖으로 커플링하여 외부로 방출시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 표면 플라즈몬에 의해 광이 상기 상부전극(40)에서 흡수되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 광산란층(70)은 상기 광산란 결정들(72)을 통해 거친 표면을 가질 수 있으므로, 상기 광산란층(70) 내에 도파모드가 형성되지 않을 수 있다. 광은 상기 광산란 결정들(72)을 통해 산란되어, 상기 광산란층(70) 외부로 방출될 수 있다. 따라서, 광은 손실 없이 상기 유기발광 다이오드 외부로 방출되어, 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
실시예 2
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기발광 다이오드에 관한 단면도이다. 설명의 간결함을 위해, 앞서 도 1을 참조하여 설명한 일 실시예와 실질적으로 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하며, 해당 구성 요소에 대한 설명은 생략할 수 있다.
도 2를 참조하면, 버퍼층(50) 상에, 복수개의 핵 입자들(62)을 포함하는 핵층(60)이 형성될 수 있다. 상기 핵 입자들(62)은 상기 버퍼층(50) 상에 섬 형태로 형성될 수 있다(도 4a 참조). 일 실시예에 따르면, 상기 핵 입자들(62)은 섬 형태로 서로 이격되어 상기 버퍼층(50)의 표면 상에 균일하게 분산될 수 있다. 각각의 상기 핵 입자들(62)은 500nm 이하의 직경을 가질 수 있다. 그 외, 상기 핵층(60)에 관한 구체적인 설명은 앞서 도 1을 참조하여 설명한 바와 같다.
상기 핵층(60) 상에 복수개의 광산란 결정들(72)을 포함하는 광산란층(70)이 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 광산란 결정들(72)은 상기 핵 입자들(62)을 기반으로하여 이방성 성장을 통해 형성될 수 있다. 섬 형태로 분산된 상기 핵 입자들(62) 상에 상기 광산란 결정들(72)이 각각 성장되므로, 상기 광산란 결정들(72)은 보다 잘 발달된 다각뿔 형태를 가질 수 있다. 즉, 밀집된 다각뿔 형태의 상기 광산란 결정들(72)을 통해, 상기 광산란층(70)은 높은 표면 거칠기를 가질 수 있다. 상기 광산란층(70)은 높은 표면 거칠기를 가짐으로써, 광 산란을 증대시켜 유기발광 다이오드의 광추출 효율을 더욱 향상시킬 수 있다. 그 외, 상기 광산란층(70)에 관한 구체적인 설명은 앞서 도 1을 참조하여 설명한 바와 같다.
실험예 1: FDTD 전산모사에 의한 광산란 결정들(72)의 나노구조 실험
본 발명의 실시예들에 따른 광산란 결정들(72)을 통해 유기발광 다이오드의 광추출 효율의 개선 정도를 FDTD 전산모사를 통해 다음과 같이 확인하였다.
먼저, 순차적으로 적층된 하부전극: Al 100nm/ 유기 발광층: Alq3 240nm/ 상부전극: Ag 20nm/ 광커플링층: TCTA(4,4',4"-트리스(N-카바졸릴) 60nm/ 광산란 결정들: AgCl 피라미드 구조를 OLED 구조 모델로 이용하였다. 상기 광산란 결정들(AgCl 피라미드 구조)는 높이/폭의 비를 1.0으로 하여 폭과 높이 같게 하였다. 상기 광산란 결정들의 높이는 150nm, 300nm 및 500nm로 하여 각각 전산모사를 실시하였다.
모델링된 OLED 소자에 있어서, x, y, z 축 방향의 다이폴 광원을 상기 상부전극 아래 60nm 위치에 삽입하고, 전기장에 의한 파워(electric field 세기의 제곱) 모니터를 상기 광산란 결정들 위 약 500nm 위치에 설치한 후 FDTD 계산을 실시하였다. 모니터에 수집된 전기장 파워 분포 결과를 far-field 조건에 의한 계산으로 OLED 소자 상부로 방출되는 광의 파워 분포를 산출하였다. 상기 광산란 결정들이 적용되지 않은 OLED 소자 모델과 비교하여, 본 실시예들에 따른 OLED 소자는 더 높은 파워가 방출되는 것을 확인할 수 있었다. 그 결과를 아래의 표1과 같이 정리하였다.
AgCl 광산란 결정들의 높이 없음(대조군) 150nm 300nm 500nm
E2 intensity 4.87e-9 5.37e-9 1.01e-8 1.1e-8
대조군 대비 광추출 효율 증가(%) 10% 107% 126%
표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 광산란 결정들은 150nm 이상의 폭 및 높이를 갖는 경우, 광산란 결정들이 적용되지 않은 OLED 소자들에 비해 현저히 높은 광추출 효율을 가질 수 있음을 확인할 수 있다.
실험예 2: 열증착법에 의한 광산란 결정들 제조 실험
본 발명의 실시예들에 따른 광산란 결정들을 형성함에 있어, 다각형의 구조물들이 더욱 잘 형성될 수 있는 조건을 다음과 같이 확인하였다.
도 3은 상온에서 열증착법을 이용하여 유리기판 상에 직접 형성된 광산란층(AgCl 500nm 박막)의 SEM 사진을 나타낸 것이다. 도 3을 참조하면, 상기 광산란층을 이루는 광산란 결정들의 크기가 100nm 내지 200nm 로 작음을 확인할 수 있다. 나아가, 표면 상으로 돌출된 상기 광산란 결정들의 부분들의 높이도 100nm 정도로 낮다. 이와 같이, 비정질 표면이나 금속박막 표면에 AgCl을 증착하면 비교적 평탄한 표면이 형성되어, 광추출 효율 증가가 미미할 수 있다.
도 4a는 상온에서 열증착법을 이용하여 유리기판 상에 형성된 핵층의 SEM 사진을 나타낸 것이다. 구체적으로, 유리기판 상에 100nm의 WO3 버퍼층 및 80nm의 LiF 핵층을 상온에서 순차적으로 증착할 수 있다. 도 4를 참조하면, 치밀한 WO3 박막 상에, 폭 200nm 내지 300nm의 LiF 핵 입자들이 서로 이격되어 섬 형태로 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다.
도 4b는 상온에서 열증착법을 이용하여 핵층 상에 형성된 광산란층의 SEM 사진을 나타낸 것이다. 앞서 도 4a를 참조하여 설명한 상기 핵 입자들은, 광산란층을 이루는 광산란 결정들의 성장을 위한 성장핵의 역할을 할 수 있다. 상기 WO3 버퍼층 상에 섬 형태로 분산된 상기 핵 입자들은 그 분포에 따라 상기 광산란 결정들의 크기 및 높이/폭 비를 조절할 수 있다. 나아가, 상기 핵 입자들은 상기 광산란층의 표면 거칠기를 조절할 수 있다. 구체적으로, 도 4b를 참조하면, 상기 핵층 상에 600nm의 두께로 AgCl 광산란층을 성장시켰다. 즉, 고온의 조건을 사용하지 않고 상온의 열증착법 만으로도, OLED의 상부전극 상에 폭 150nm 내지 1μm 및 높이 150nm 내지 1μm 미만의 불규칙한 다각뿔 형상의 나노구조를 형성할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (1)

  1. 기판 상에 순차적으로 적층된 하부전극, 유기 발광층 및 상부전극;
    상기 상부전극 상에 유전 물질을 포함하는 버퍼층;
    상기 버퍼층 상에 상기 버퍼층과 표면에너지가 다른 재료로 형성된 핵층; 및
    상기 핵층 상에, 상기 핵층으로부터 이방성 성장된 복수개의 다각형의 광산란 결정들을 포함하는 광산란층을 포함하되,
    각각의 상기 광산란 결정들은 150nm 내지 1μm의 폭 및 150nm 내지 1μm의 높이를 갖는 유기발광 다이오드.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190033991A (ko) * 2017-09-22 2019-04-01 한국전자통신연구원 유기 발광 다이오드

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050066970A (ko) * 2003-12-26 2005-06-30 닛토덴코 가부시키가이샤 전자발광 장치, 이를 사용하는 면광원 및 디스플레이
KR100843551B1 (ko) * 2007-05-14 2008-07-04 한국전자통신연구원 광 확산층을 포함하는 유기 전계 발광 표시 소자 및 그제조방법
JP2013531866A (ja) * 2010-05-28 2013-08-08 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ ビーム整形機能を有する光学スタック、光源、及び照明器具

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050066970A (ko) * 2003-12-26 2005-06-30 닛토덴코 가부시키가이샤 전자발광 장치, 이를 사용하는 면광원 및 디스플레이
KR100843551B1 (ko) * 2007-05-14 2008-07-04 한국전자통신연구원 광 확산층을 포함하는 유기 전계 발광 표시 소자 및 그제조방법
JP2013531866A (ja) * 2010-05-28 2013-08-08 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ ビーム整形機能を有する光学スタック、光源、及び照明器具

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190033991A (ko) * 2017-09-22 2019-04-01 한국전자통신연구원 유기 발광 다이오드

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