KR20170028493A - 유기 발광 소자의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

투명기판 상에 요철 구조의 광산란 패턴을 형성하는 것, 상기 광산란 패턴 상에 평탄층을 형성하는 것, 및 상기 평탄층 상에 제 1 전극, 유기층, 제 2 전극 및 보호층을 차례로 적층하는 것을 포함하는 유기 발광 소자의 제조 방법을 제공한다.
일 실시예에 따르면, 상기 광산란 패턴 상에 상기 평탄층을 형성하는 것은 지지 기판 상에 전구체를 도포하는 것, 상기 광산란 패턴 상에 상기 전구체를 전사하는 것, 상기 전구체를 경화시켜 상기 평탄층을 형성하는 것, 및 상기 지지 기판을 제거하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 전구체는 열경화 개시제 또는 광경화 개시제를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 투명기판 및 상기 평탄층의 사이에 상기 투명기판, 상기 광산란 패턴 및 상기 평탄층에 의해 둘러싸인 공간으로 정의되는 에어 갭을 포함할 수 있다.

Description

유기 발광 소자의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE}

본 발명은 발광 소자에 관한 것으로, 상세하게는 유기 발광 소자의 제조 방법에 관한 것이다.

유기 발광 다이오드(organic light emitting diode, OLED)는 유기 발광 물질을 전기적으로 여기시켜 발광시키는 자체 발광형 소자이다. 유기 발광 다이오드의 성능을 향상시키기 위하여, 빛이 외부로 발산되는 정도 즉, 광출력의 향상이 필요하다.

유기 발광 다이오드는 유기층을 구성하는 물질의 종류에 따라 다양한 색을 방출할 수 있다. 이때, 유기 발광 다이오드는 굴절률이 상이한 물질들 및 기판이 적층되어 형성되며, 기판은 대기와 큰 굴절률 차이를 갖는다. 이와 같은 큰 굴절률의 차이는 발광다이오드의 유기 발광 층에서 방출된 빛이 외부로 빠져나가지 못하고 유기 발광 다이오드 내부에서 전반사 되도록 한다. 이러한 내부 전반사를 도파 모드라 하며, 전반사 된 빛은 내부에서 다시 흡수되어 광출력을 저하시키는 주요 원인으로 작용하고 있다. 이러한 효율 저하의 문제를 해결하기 위해, 유기 발광 다이오드의 상부에 광추출을 위한 나노 스케일의 구조체를 형성하는 방법이 알려져 있다. 이 경우, 나노 스케일의 구조체 상에 전기적 안정성을 위한 높은 굴절률의 평탄층을 형성한다. 높은 굴절률을 갖는 재료는 두께가 얇은 경우 나노 구조체의 형태에 따라 거친 표면을 가질 수 있다. 따라서, 높은 굴절률을 갖는 재료는 평탄하게 만드는데 일정 이상의 두께가 필요하다. 그러나, 높은 굴절률을 갖는 재료는 그 구조의 두께가 두꺼워질 경우, 크랙의 발생이 증가하며, 그 자제에 의한 광 흡수도 증가하게 된다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 광추출 효율이 향상된 유기 발광 소자의 제조방법을 제공하는 데 있다..

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 기술적 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 유기 발광 소자의 제조 방법은 투명기판 상에 요철 구조의 광산란 패턴을 형성하는 것, 상기 광산란 패턴 상에 평탄층을 형성하는 것, 및 상기 평탄층 상에 제 1 전극, 유기층, 제 2 전극 및 보호층을 차례로 적층하는 것을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 광산란 패턴 상에 상기 평탄층을 형성하는 것은 지지 기판 상에 전구체를 도포하는 것, 상기 광산란 패턴 상에 상기 전구체를 전사하는 것, 상기 전구체를 경화시켜 상기 평탄층을 형성하는 것, 및 상기 지지 기판을 제거하는 것을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 전구체는 열경화 개시제 또는 광경화 개시제를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 투명기판 및 상기 평탄층의 사이에 상기 투명기판, 상기 광산란 패턴 및 상기 평탄층에 의해 둘러싸인 공간으로 정의되는 에어 갭을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 유기 발광 소자의 제조 방법은 평탄층을 형성하는 과정에 있어서 그 두께 및 굴절률의 제한이 없다. 따라서, 발광층 및 광추출 패턴 사이의 거리를 조절하기가 용이하므로, 광추출 패턴의 산란 효율을 증가시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

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, 여러 가지 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. 당해 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 개념이 어떤 적합한 환경에서 수행될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

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 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

본 명세서에서 어떤 면(또는 층)이 다른 면(또는 층) 또는 기판상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 면(또는 층) 또는 기판상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 면(또는 층)이 개재될 수도 있다.

본 명세서의 다양한 실시예들에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어가 다양한 영역, 면들(또는 층들) 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 면들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 면(또는 층)을 다른 영역 또는 면(또는 층)과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시예에서의 제 1 면으로 언급된 면이 다른 실시예에서는 제 2 면으로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시예는 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

또한, 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, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 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 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 1을 참조하여, 유기 발광 소자의 제조 방법은 투명기판 상에 요철 구조의 광산란 패턴을 형성하는 것(S10), 상기 광산란 패턴 상에 평탄층을 형성하는 것(S20), 및 상기 평탄층 상에 제 1 전극, 유기 발광층, 제 2 전극 및 보호층을 차례로 적층하는 것(S30)을 포함할 수 있다.

도 2 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

도 1 및 도 2를 참조하여, 투명기판(10) 상에 광산란 패턴(20)을 형성할 수 있다. 광산란 패턴(20)은 요철 구조를 가질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 광산란 패턴(20)은 투명기판(10)의 일면에 수직한 방향으로 돌출되는 복수 개의 나노 구조체들에 의해 형성될 수 있다. 이때, 광산란 패턴(20)은 평면상에서 볼 때 아일랜드 형태를 가질 수 있다. 즉, 광산란 패턴(20)은 복수의 도메인들을 가지도록 형성되며, 각 도메인들은 서로 이격될 수 있다. 또는, 광산란 패턴(20)은 평면상에서 볼 때 매시 형태로 형성될 수도 있다. 그러나 본 발명의 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니고, 광산란 패턴(20)은 다양한 형태로 형성될 수도 있다. 나노 구조체들의 폭(a)은 50 나노미터 내지 5000 나노미터일 수 있다. 나노 구조체들의 측벽들에 의해 리세스 영역(R)이 정의될 수 있다. 나노 구조체들의 측벽 간의 거리로 정의되는 리세스 영역(R)의 폭(w)은 50 나노미터 내지 5000 나노미터일 수 있다. 나노 구조체들의 상면과 리세스 영역(R)의 바닥면 사이의 거리로 정의되는 나노 구조체들의 높이(H)는 50 나노미터 내지 1000 나노미터일 수 있다. 나노 구조체들은 투명기판(10) 상에 형성된 박막층을 패터닝하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 박막층은 스퍼터(sputter), 화학적 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD), 전자빔 증착법(E-beam evaporation), 열 증착법(thermal evaporation) 또는 원자층 증착법(atomic layer deposition, ALD)을 포함하는 증착 공정을 통해 형성될 수 있다. 예를 들어, 박막층은 스핀 코팅(spin coating), 딥 코팅(dip coating), 슬릿 코팅(slit coating), 바 코팅(bar coating) 또는 스프레이 코팅(spray coating)을 포함하는 코팅 공정을 통해 형성될 수 있다. 이때, 박막층은 실리콘 산화물(SiO2), 티타늄 산화물(TiO2), 알루미늄 산화물(Al2O3) 또는 ITO(indium tin oxide)를 포함하는 산화물, 실리콘 질화물(SiNx)을 포함하는 질화물, 또는 투명 고분자 수지를 포함할 수 있다. 이후, 포토 리소그래피(photo lithography) 공정 또는 식각(etching) 공정을 통해 박막층을 패터닝 하여 나노 구조체들을 형성할 수 있다. 도 2에서는 광산란 패턴(20)이 투명기판(10) 상의 나노 구조체들에 의해 형성된 것을 도시하였지만, 이와는 다르게, 다른 실시예에 따르면, 광산란 패턴(20)은 투명기판(10)의 일면을 패터닝하여 형성될 수도 있다. 예를 들어, 투명기판(10)의 일면을 식각하여 트랜치들(trench)을 형성할 수 있다.

이후, 광산란 패턴(20) 상에 평탄층을 형성할 수 있다(S20). 이하 도 3 내지 도 6을 참조하여 평탄 층의 형성 공정이 보다 상세하게 설명된다.

도 3을 참조하여, 지지 기판(30) 상에 전구체(32)를 도포할 수 있다. 예를 들어, 지지 기판(30) 상에 전구체(32)를 도포하는 것은 스핀 코팅(spin coating) 또는 바 코팅(bar coating)을 통해 수행될 수 있다. 이때, 전구체(32)가 도포되는 지지 기판(30)의 일면은 평탄(flat)할 수 있다. 지지 기판(30) 상에 도포되는 전구체(32)의 두께는 10 내지 5000 나노미터일 수 있다. 지지 기판(30)은 유리 기판, 실리콘 웨이퍼 또는 플라스틱 기판을 포함할 수 있다. 전구체(32)는 투명기판(10) 및 후술되는 유기 발광층보다 높은 굴절률을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 구체적으로, 전구체(32)는 1 내지 5의 굴절률을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전구체(32)는 티타늄 산화물(TiO2), 지르코늄 산화물(ZrO), 주석 산화물(SnO2), 인듐 산화물(In2O3) 등을 포함하는 무기 물질, 상기 무기 물질을 포함하는 유무기 하이브리드 재료, 폴리 이미드, 또는 상기 무기 물질과 폴리머의 복합 재료로 형성될 수 있다. 전구체(32)는 광 경화제 또는 열 경화제를 더 포함할 수 있다.

도 4를 참조하여, 광산란 패턴(20) 상에 전구체(32)를 전사할 수 있다. 예를 들어, 전구체(32)가 광산란 패턴(20)을 덮도록 지지 기판(30) 상에 투명기판(10)을 접근시킬 수 있다. 이때, 전구체(32)는 평탄한 형상을 유지할 수 있다. 즉, 전구체(32)는 광산란 패턴(20) 상에 전사되는 과정에서 광산란 패턴(20)의 리세스 영역(R)을 채우지 않을 수 있다. 여기서, 광산란 패턴(20)의 리세스 영역(R) 즉, 투명기판(10), 광산란 패턴(20) 및 전구체(32)에 둘러싸인 영역은 에어 갭(air gap, G)으로 정의될 수 있다.

도 5a 및 도 5b를 참조하여, 전구체(32)를 경화할 수 있다. 전구체(32)가 열 경화제를 포함하는 경우, 도 5a와 같이, 전구체(32)는 열처리를 통해 경화될 수 있다. 전구체(32)가 광 경화제를 포함하는 경우, 도 5b와 같이, 전구체(32)는 자외선(UV)의 조사를 통해 경화될 수 있다. 전구체(32)는 경화공정을 통해 평탄층(34)으로 형성될 수 있다.

도 6을 참조하여, 지지 기판(30)을 제거할 수 있다. 평탄층(34)의 상면(34a)은 지지 기판(30)에 제거된 후에도 그루브(groove)가 형성되지 않고 평탄할 수 있다. 이는 광산란 패턴(20) 상에 전구체(32)를 전사하는 공정에서 전구체(32)가 광산란 패턴(20)의 리세스 영역(R)을 채우지 않기 때문이다.

도 1 및 도 7을 참조하여, 평탄층(34) 상에 유기 발광층(40)을 형성할 수 있다(S30). 유기 발광층(40)은 평탄층(34) 상에 제 1 전극(42), 유기층(44), 제 2 전극(46) 및 보호층(48)을 차례로 적층하여 형성할 수 있다.

제 1 전극(42)은 투명전극 또는 반사전극으로 형성될 수 있다. 제 1 전극(42)이 투명전극인 경우 예를 들어, 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 또는 주석 산화물을 사용하여 형성할 수 있다. 제 1 전극(42)이 반사전극인 경우 예를 들어, 금(Au), 은(Ag), 구리Gu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 백금(Pt), 또는 팔라듐(Pd)을 사용하여 형성할 수 있다. 제 1 전극(42)의 굴절률은 평탄층(34)의 굴절률과 실질적으로 동일하거나, 평탄층(34)의 굴절률보다 작을 수 있다.

유기층(44)은 통상적으로 유기 발광 소자에 사용하는 것이라면 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, 폴리플루오렌(polyfluorene) 유도체, (폴리)파라페닐렌비닐렌((poly)paraphenylenevinylene) 유도체, 폴리페닐렌(polyphenylene) 유도체, 폴리비닐카바졸(polyvinylcarbazole) 유도체, 폴리티오펜(polythiophene) 유도체, 안트라센(anthracene) 유도체, 부타디엔(butadiene) 유도체, 테트라센(tetracene) 유도체, 디스티릴아릴렌(distyrylarylene) 유도체, 벤자졸(benzazole) 유도체 또는 카바졸(carbazole) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 유기 발광 물질일 수 있다. 또한, 유기층(44)은 도펀트를 포함하는 유기 발광 물질일 수도 있다. 예를 들어, 도펀트는 크산텐(xanthene), 페릴렌(perylene), 쿠마린(cumarine), 로더민(rhodamine), 루브렌(rubrene), 디시아노메틸렌피란(dicyanomethylenepyran), 티오피란(thiopyran), (티아)피릴리움((thia)pyrilium), 페리플란텐(periflanthene) 유도체, 인데노페릴렌(indenoperylene) 유도체, 카보스티릴(carbostyryl), 나일레드(Nile red), 또는 퀴나크리돈(quinacridone) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

유기층(44)은 정공주입층(hole injecting layer), 정공수송층(hole transfer layer), 전자수송층(electron transfer layer), 또는 전자주입층(electron injecting layer) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 유기층(44)은 제 1 전극(42) 또는 제 2 전극(46)으로부터 공급되는 정공 또는 전자의 재결합을 이용하여 광을 생성시킬 수 있다.

제 2 전극(46)은 반투명하거나 반사성의 전도성 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 2 전극(46)은 금(Au), 은(Ag), 이리듐(Ir), 모리브덴늄(Mo), 팔라듐(Pd) 또는 백금(Pt) 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.

보호층(48)은 제 2 전극(46)을 보호하는 기능을 할 수 있다. 보호층(48)은 투명 물질을 포함할 수 있고, 고분자 물질을 이용하여 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 제조 방법은 평탄층(34)을 광산란 패턴(20) 상에 직접 적층하지 않고, 지지 기판(30) 상에 평탄층(34)을 형성한 후 광산란 패턴(20) 상에 전사한다. 따라서, 평탄층(34)을 얇게 형성하여도 광산란 패턴(20)의 표면 형상을 따라 그루브(groove)가 형성되지 않고 평탄성을 유지할 수 있다. 또한, 평탄층(34)의 두께를 얇게 형성할 수 있어서, 유기 발광층(40)에서 생산되어 평탄층(34)을 통과하는 빛이 평탄층(34)에 흡수되는 것을 최소화할 수 있다.

이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 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 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10: 투명기판 20: 광산란 패턴
30: 지지 기판 32: 전구체
34: 평탄층 40: 유기 발광층
42: 제 1 전극 44: 유기층
46: 제 2 전극 48: 보호층
R: 리세스 영역 G: 에어 갭

Claims (1)

1. 투명기판 상에 요철 구조의 광산란 패턴을 형성하는 것;
   상기 광산란 패턴 상에 평탄층을 형성하는 것; 및
   상기 평탄층 상에 제 1 전극, 유기층, 제 2 전극 및 보호층을 차례로 적층하는 것을 포함하되,
   상기 광산란 패턴 상에 상기 평탄층을 형성하는 것은:
   지지 기판 상에 전구체를 도포하는 것, 상기 전구체는 열경화 개시제 또는 광경화 개시제를 포함하고;
   상기 광산란 패턴 상에 상기 전구체를 전사하는 것;
   상기 전구체를 경화시켜 상기 평탄층을 형성하는 것; 및
   상기 지지 기판을 제거하는 것을 포함하고,
   상기 투명기판 및 상기 평탄층의 사이에 상기 투명기판, 상기 광산란 패턴 및 상기 평탄층에 의해 둘러싸인 공간으로 정의되는 에어 갭을 포함하는 유기 발광 소자의 제조 방법.

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