KR20170114252A - 패턴화된 광효율 향상층을 가지는 유기발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

패턴화된 광효율 향상층을 가지는 유기발광소자 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

유기발광소자의 광추출 효율을 향상시키기 위해, 투명전극에 상에 패턴화된 광효율 향상층을 형성한다. 상분리의 형태를 제어할 수 있는 블록 공중합체(block copolymer)를 이용하여 금속 나노구조를 다양한 패턴과 밀도를 가질 수 있도록 구성할 수 있다. 광효율 향상층은 광효율 향상은 물론 다양한 칼라의 단위소자에 적합하게 광효율층 설계가 가능해진다.

Description

패턴화된 광효율 향상층을 가지는 유기발광소자 및 그 제조방법{ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE WITH PATTERNED LAYER FOR LIGHT EFFICIENCY}
본 발명은 유기발광소자 분야에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 패턴화된 광효율 향상층을 가지는 유기발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
유기발광소자는 자체 발광형 디바이스로서, 별도의 광원이 필요한 다른 액정 표시 장치와는 달리, 이를 이용하여 경량 박형의 디스플레이 장치를 제조하는 것이 가능하다.
또한, 유기발광소자를 적용한 표시 장치는 저전압 구동에 의해 소비 전력 측면에서 유리할 뿐만 아니라, 색상 구현, 응답 속도, 시야각, 명암 대비비(contrast ratio; CR)도 우수하여, 차세대 디스플레이로서 연구되고 있다.
이러한 유기발광소자는 유기 발광층에서 발광된 광이 소자의 여러 요소들을 통과하여 외부로 나오게 된다. 그러나, 발광층에서 발광된 광 중 외부로 나오지 못하고 유기발광소자 내부에 갇히는 광들이 존재하게 되어, 광추출 효율이 낮은 문제가 있다. 이는 일반적으로 유기 발광 소자에 포함되는 금속 전극 부근에서 발생하는 표면 플라즈몬 현상으로 인한 것이며, 금속/전도체 투명전극에 가까운 영역에서 표면 플라즈몬 형태로 상당한 양의 광이 손실된다.
이와 같이 유기발광소자에서 발광된 광의 50% 이상이 도파관 모드와 표면 플라즈몬 모드로 손실되기 때문에 표면 플라즈몬 형태의 발광 손실을 억제할 수 있는 나노수준 크기의 금속입자 구형(sphere) 분산층이 유기발광소자의 광효율 향상층으로서 기존에 도입된 바 있다. 이를테면, 콜로이드 형태의 나노입자의 직접 코팅 방식, 금속의 열증착 공정에서 증착속도를 조절하는 방식, 전도성고분자(PEDOT:PSS 등) 내에 금속 나노입자를 분산시키는 방식 등과 같이 다양한 방법으로 표면 플라즈몬 손실을 막는 광효율 향상층이 시도되고 있다. 그러나 이들 기존의 방법들은 금속입자 간의 응집(aggregation), 제어된 형태 구조로의 형성의 어려움 등 공정상 많은 애로점들이 존재하고 있다.
본 발명은 블중공합체의 자기 조립 특성을 이용하여 형성되는 패턴화된 광효율 향상층을 가지는 유기발광소자를 제공한다.
본 발명은 상술한 패턴화된 광효율 향상층을 가지는 유기발광소자의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 유기발광소자를 제공하며, 이는: 어노드층; 상기 어노드층 상에 형성된 유기층; 상기 유기층 상에 형성된 캐소드층; 및 상기 어노드층 상에 형성되어 상기 유기층 내에 삽입된 금속 나노입자 패턴층을 포함하고, 상기 금속 나노입자 패턴층은 도트가 분산된 도트 패턴, 복수의 라인을 포함하는 라인 패턴, 또는 상기 도트 패턴과 상기 라인 패턴이 혼합된 혼합 패턴일 수 있다.
상기 금속 나노입자 패턴층은 상기 어노드층 상에 배치된 정공주입층 내에 삽입된 것일 수 있다.
본 발명은 또한 유기발광 소자 제조방법을 제공하며, 이는: (a) 어노드층이 형성된 하부구조를 준비하는 단계; (b) 상기 어느드층 상에 블록공중합체층을 형성하는 단계; (c) 상기 블록공중합체층을 소정 시간 동안 특정 용매 기체에 노출시켜서 재배열된 블록공중합체의 나노 패턴을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 재배열된 패턴을 나노 금속 입자로 치환하여 소정의 금속 나노입자 패턴층을 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 블록공중합체는 polystrene-block-poly(2-vinylpyridine)copolymer (PS-b-P2VP)일 수 있다.
상기 단계 (c)는 tetrahydrofuran(THF) 용매 기체에 2시간 내지 4시간 노출시켜서 어노드층 상에 분산된 도트 패턴을 가지는 금속 나노입자 패턴을 형성하는 것일 수 있다.
상기 단계 (c)는 chloroform 용매 기체에 노출시키는 것일 수 있다. 이때, 상기 용매 기체에 노출시키는 시간은 50분 내지 1시간 20분이고 상기 금속 나노입자 패턴은 상기 어노드 상에 형성된 도트 패턴과 복수의 라인 패턴이 혼합된 혼합 패턴일 수 있다. 또한, 상기 용매 기체에 노출시키는 시간은 2시간 내지 4시간이고 상기 금속 나노입자 패턴은 상기 어노드 상에 형성된 복수의 라인 패턴일 수 있다.
상기 단계 (d)는 금속 성분을 포함하는 용액에 적어도 상기 특정 블록의 재배열된 패턴을 딥핑한 후, O2 플라즈마 처리로 유기막 성분을 제거하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 금속 성분을 포함하는 용액은 HAuCl4을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은 투명전극 표면에 위치한 금속 나노입자의 형태/패턴 제어에 의해 표면 플라즈몬 광손실을 억제하는 기능층을 제공하며, 동일 역할을 하는 기존기술/공정에 비해 세밀하게 나노구조 패턴층의 형태/크기를 제어할 수 있다. 또한 포토리소그래피 등 정밀패턴이 필요한 공정을 사용하지 않고 효과적이면서 간단한 방법(용액공정/어닐링)을 통해 미세구조의 나노 광효율 향상층의 정밀제작이 가능하다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 금속 나노입자 패턴을 포함하는 유기발광소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 유기발광소자 제조방법을 설명하기 위해 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3의 (a), (b), 및 (c)는 본 발명에 따라 PS-b-P2VP 블록공중합체를 솔벤트 어닐링하는 과정에서, 용매의 선택과 어닐링 시간(노출 시간)을 조절하여 얻어진 P2VP 블록의 재배열 패턴을 나타내는 사진이다.
도 4의 (a), (b), 및 (c)는 도 3에서 얻어진 블록의 재배열 패턴을 금속 성분으로 치환하여 얻어진 금속 나노입자 패턴을 나타내는 사진이다.
도 5는 도 4의 본 발명에 따라 얻어진 결과물들의 파장에 따른 투과도를 글라스와 금(Au) 나노구조의 투과도와 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 6a 및 6d는 본 발명의 실시예에 따른 유기발광소자와 비교예의 스펙트럼(spectrum), 전류밀도(current efficiency), 휘도(luminance), 외부양자효율(EQE)을 나타낸 그래프이다.
본 발명은 블록공중합체의 상분리 현상을 이용하여 금속 나노입자 패턴을 유기발광소자의 투명전극층에 형성함으로써 광추출 효율을 향상시키는 기술에 관한 것이다. 유기발광소자의 광효율 향상을 위해 적용되었던 기존의 나노 금속층 형성 방식은 전도성 고분자의 코팅층(예컨대, PEDOT:PSS 등) 내에서 금속 분산의 어려운 점이 있었다. 본 발명에서는 블록공중합체의 상분리 및 재배열 현상을 이용하여 용이하고 효율적으로 원하는 패턴의 형태를 얻을 수 있다. 이를테면, polystyrene-block-poly(2-vinylpyridine)copolymer (PS-b-P2VP)와 같은 블록공중합체를 투명전극층(예컨대 ITO)에 스핀코팅하고 이를 용매(solvent)에 노출시키는 솔벤트 어닐링(solvent annealing) 공정을 진행함으로써 블록공중합체에 특정 블록의 미세상이 재배열된 특정 패턴을 형성한다. 이어 금속 성분이 포함된 용액에 딥핑하여 금속 성분이 패턴 상에 선택적으로 존재하도록 한 후, 산소플라즈마 처리를 통해 유기막 성분을 제거하고 금속이온을 환원하여 금속 나노입자 패턴을 형성한다. 이후, 투명전극층 상에 정공주입층, 정공수송층, 발광층 등을 포함하는 유기층을 형성하면, 금속 나노입자 패턴이 정공주입층 내에 삽입된 형태로 배치된다. 이와 같은 방식으로 금속 나노입자의 분산계(sphere dot)나 평평한 실린더(line) 모양의 연속 패턴 등을 용이하게 형성시킬 수 있다. 금 나노입자(AuNPs)는 ITO 상부에 코팅된 블록공중합체의 특정부분을 녹여내고 금 성분을 치환시켜 도트(dot) 또는 라인 패턴(line pattern)을 가지는 나노구조를 만들 수 있고, 용매의 종류, 용매에 대한 노출시간의 조절을 통해 금속의 함량, 나노 패턴의 형태 등이 제어 가능하여 표면 플라즈몬 형태의 빛 손실을 억제하는 기능층으로 활용할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속 나노입자 패턴을 포함하는 유기발광소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.
본 발명의 따른 유기발광소자는 어노드층(20) 상에 형성된 금속 나노입자 패턴(30)을 포함한다. 금속 나노입자 패턴(30)은 어노드층(20) 상에 배치된 유기층(40)에 삽입된 형태로 배치되며, 유기층(40) 상에는 캐소드층(50)이 배치된다. 어노드층(20) 상에 형성된 금속 나노입자 패턴(30)은, 예를 들어, 분산된 도트 패턴, 복수의 라인 패턴, 그들의 혼합 패턴일 수 있다(도 3 참조).
어노드층(20)은 글라스와 같은 기판(10) 상에 형성되며, 예를 들어 ITO와 같은 투명 전극물질이 적용될 수 있다. 어노드층(20) 상에 형성되는 금속 나노입자 패턴(30)으로는 금(Au)이 적용될 수 있다. 유기층(40)은 정공주입층(41), 정공수송층(42), 발광층(43), 전자수송층(44), 전자주입층(45), 및 캐소드층(50)을 포함할 수 있다.
이러한 금속 나노입자 패턴(30)들의 형태, 입자의 크기, 단위블록 고분자의 크기 등은 아래의 제조방법에서 설명되는 바와 같이 솔벤트 어닐링 과정에서의 용매와 어닐링 시간(노출 시간)의 조절을 통하여 제어할 수 있다. 결과적으로, 매우 용이하고 효율적으로 표면 플라즈몬 효과의 제어기능을 가지는 광효율 향상을 포함하는 유기발광소자를 제공할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 유기발광소자 제조방법을 설명하기 위해 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2에서는 본 발명에 따른 유기발광소자 제조방법에서 사용된 블록공중합체의 화학구조, 금 나노입자의 패턴의 형성을 위해 사용된 용매 처리(solvent annealing) 공정, 및 그에 따라 얻어지는 금속 나노입자 패턴의 형태 변화를 개략적으로 보여준다. 참고적으로, 도 2에 도시된 금속 나노입자 패턴(30)의 형태는 이해의 편의를 위해 개략적이고 상징적으로 도시한 것이다. 보다 실제적인 패턴 형태는 아래에서 설명되는 도 3의 사진을 참조할 수 있다.
도 2를 참조하여, 본 발명의 유기발광 소자 제조방법은, 먼저 (a)와 같이 어노드층(20)이 형성된 하부구조를 준비하는 단계를 수행한다. 어노드층(20)은 예를 들어 ITO와 같은 투명 전극물질이 적용될 수 있다. 하부구조는 글라스기판(도 2에서는 미도시)을 포함할 수 있고, 그 위에 어노드층(20)이 형성된 상태일 수 있다.
이어, 도 2의 (b)와 같이 어노드층(20) 상에 블록공중합체층(3)을 형성한다.
블록공중합체층(3)은, 예를 들어, polystrene-block-poly(2-vinylpyridine)copolymer (PS-b-P2VP)로 형성할 수 있고, 스핀코팅과 같은 용액 공정을 이용할 수 있다.
이어, 도 2의 (c1) 또는 (c2)와 같이, 블록공중합체층(3)을 THF 또는 chloroform을 포함하는 용매 기체에 각각 정해진 소정 시간 동안 노출시켜서, 특정 블록의 재배열된 패턴을 형성한다. 이를테면, THF 용매를 이용할 경우 그에 정해진 시간, 예를 들어 2시간 내지 4시간 동안 노출시키면 도 2의 (c1)과 같이 어노드층(20) 상에 P2VP 블록이 도메인 형태인 도트 패턴(3A)으로 발현된다. 어닐링 시간이 2시간 이하이면 상분리에 충분히 일어나지 않아 규칙적인 패턴을 얻을 수 없으며, 4시간 이상이면 블록공중합체의 필름 찢어짐 현상(dewetting)으로 인해 원하는 결과를 얻을 수 없어 문제가 된다.
또한, chloroform 용매를 이용할 경우 그에 정해진 시간, 예를 들어 2시간 내지 4시간 동안 노출시키면 도 2의 (c2)와 같이 어노드층(20) 상에 P2VP 블록이 복수의 라인 패턴(3B)을 형성할 수 있다. 어닐링 시간이 2시간 이하이면 앞서 설명한 바와 같이 규칙적인 패턴을 얻을 수 없거나, 도트+라인 혼합패턴을 얻게 되며, 4시간 이상이면 블록공중합체의 필름 찢어짐 현상(dewetting)으로 인해 원하는 결과를 얻을 수 없어 문제가 된다.
그에 더해, 도 2에서는 도시되지 않았지만, chloroform 용매를 이용할 때 그에 정해진 시간, 예를 들어 50분 내지 1시간 20분 동안 노출시키면 도트 패턴과 복수의 라인 패턴이 혼합된 혼합 패턴을 형성할 수 있다. CHF는 THF보다 증발효과가 더 빠르기 때문에 더 빠른 시간내에 어닐링 공정이 이루어진다. 어닐링 시간이 50분 이하이면 THF의 경우와 마찬가지인 이유로 규칙적인 패턴을 얻을 수 없으며, 1시간 20분 이상이면 혼합패턴이 아닌 라인패턴을 얻기 때문에 이 시간 영역대에서 솔벤트 어닐링 공정을 하는 것이 중요하다. 1시간 20분부터 2시간 사이의 시간대에서는 도트와 라인패턴이 5:5비율이 아닌 라인패턴의 비율이 3:7, 2:8 이상으로 증가한다.
박막 상에서 솔벤트 어닐링에 따른 블록공중합체의 모폴로지 전이는 필름의 두께와 어닐링 용매의 종류 및 용매 증기의 노출 시간에 의존하며, 이 중에서 연속적인 요소는 용매 증기의 노출 시간이다. 초기 스핀 코팅을 이용한 박막 코팅 직후 표면은 랜덤 마이셀 (random micelle) 형태로 규칙성을 띄지 않다가 용매 노출 시간에 따라 도트 → 도트　+ 라인 → 라인 형태로 변화하게 된다. 이러한 용매 노출 시간이 더 길어지면 이 과정을 반복적으로 거치면서 grain boundary가 커지다가 결국에는 dewetting (필름이 용매 증기를 버티지 못하고 찢어지는 현상)이 발생한다. 따라서 발현하고자 하는 패턴에 따라 용매 노출 시간 구간 설정이 매우 중요하다.
계속하여, 도 2의 (d1) 또는 (d2)와 같이, 금속성분을 포함하는 용액, 예를 들어 금(Au)의 전구체인 HAuCl4를 포함하는 용액에 재배열된 패턴이 침지되도록 기판(도2에서는 미도시)를 딥핑하여 재배열된 패턴 상에 금속 성분이 배치되도록 한 후 O2 플라즈마를 이용하여 유기막을 제거하고 금속이온을 환원함으로써, 금속(Au) 나노입자 패턴(30A, 30B)을 형성한다. 이렇게 형성된 금속 나노입자 패턴(30)은 도 2의 (c1) 및 (c2)에 도시한 단계에서 형성된 블록 패턴(3A, 3B)의 각각과 거의 동일한 패턴(30A, 30B)가 얻어진다.
도시하지 않았지만 이후에는 정공주입층(41), 정공수송층(42), 발광층(43), 전자수송층(44), 전자주입층(45), 등의 유기층(40)과 캐소드층(50)을 형성할 수 있다.
도 3의 (a), (b), 및 (c)는 본 발명에 따라 PS-b-P2VP 블록공중합체를 솔벤트 어닐링하는 과정에서, 용매의 선택과 어닐링 시간(노출 시간)을 조절하여 얻어진 P2VP 블록의 재배열 패턴을 나타내는 사진이다. 도 4의 (a), (b), 및 (c)는 도 3에서 얻어진 블록의 재배열 패턴을 금속 성분으로 치환하여 얻어진 금속 나노입자 패턴을 나타내는 사진이다. 도 3과 도 4는 AFM(Atomic Force Microscope)으로 측정한 결과물이다.
도 3의 (a)는 입자 형태로 형성된 도트 패턴을 보여주고, 도 3의 (b)는 도트와 실린더 모양의 라인 패턴이 혼합된 혼합 패턴을 보여주며, 도 3의 (c)는 누운 실린더 연속체 형태의 라인 패턴을 보여준다.
도 4의 (a), (b), 및 (c)는 각각 도 3의 (a), (b), 및 (c)의 블록 재배열 패턴을 HAuCl4 3H2O/ethanol용액에 1분간 디핑(dipping)한 후 산소 플라즈마 처리를 통해 유기막을 제거하고 금 전구체를 전환함으로써 얻어진 금속 나노입자 패턴이다.
THF(tetrahydrofuran)와 CHF(chloroform) 용매 기체를 이용하여 솔벤트 어닐링 통해 나노 패턴을 형성한 PS-b-P2VP 박막을 gold-ethanol solution에 디핑하면 금 전구체가 비공유 전자쌍을 보유한 pyridine 분자에 위치하게 되어 상기와 같은 형태가 얻어진다. 이후 산소플라즈마 처리를 하면 유기물인 고분자 영역은 모두 제거되고 P2VP에 존재하던 금 전구체들은 금 나노 입자로 전환되어 AuNPs 패턴을 ITO기판 위에 구현할 수 있다.
도 4의 (a)에서 보이는 도트 패턴의 경우 AuNPs가 전체 기판의 약 30%을 차지한다. 도 4의 (c)에서 보이는 혼합 패턴(dot/line)의 경우 전체 기판의 약 40%를 차지한다. 또한, 도 4의 (d)에서 보이는 실린더모양의 라인 패턴의 경우 거의 기판의 50%에 이르는 커버리지(coverage)가 얻어진다.
따라서, 금속 나노입자의 패턴이 가지는 금속 나노 구조의 밀도(density)/형태의 조절에 따라 표면 플라즈몬 현상에 의한 광손실 억제가 어느 정도 가능한지 평가할 수 있으며, 용매의 선택과 솔벤트 어닐링 시간의 제어를 통해 적정하고 소망하는 패턴을 얻을 수 있다.
도 5는 도 4의 본 발명에 따라 얻어진 결과물들의 파장에 따른 투과도를 글라스와 금(Au) 나노구조의 투과도와 비교하여 나타낸 그래프이다. 도 5에서 보이는 바와 같이 본 발명에 따라 얻어진 결과물들은 매우 양호한 투과도를 나타낸다.
이하, 본 발명의 실시예를 들어 설명한다.
[실시예 1]
실시예 1에서는 UV-O3를 조사시킨 ITO전극 상부에 제어된 구형(dot) 형태의 AuNPS 패턴을 형성한 예이다.
PS-b-P2VP 블록공중합체를 1wt%의 농도로 톨루엔에 용해시켜 24시간 동안 교반(stirring)한 후 ITO 기판 상부에 2,000rpm의 속도로 60초간 스핀코팅하였다.
스핀코팅된 PS-b-P2VP층을 유리챔버 안에서 tetrahydrofuran(THF/0.3ml)을 이용하여 3시간 동안 솔벤트 어닐링하였다.
이를 HAuCl4 3H2O/ethanol용액에 1분간 디핑한 후, 3차 증류수로 세정하였다. 이어, 30분간 산소 플라즈마로 에칭하여 결과적으로 투명전극 상에 분산 정렬된 Au 나노입자 패턴을 제조하였다.
AuNP 패턴 층 상부에는 정공주입층으로서 PEDOT:PSS를 스핀코팅하고 정공수송층으로서 NPB를 30nm 진공증착하고 발광층(emitting layer)으로서 CBP:Ir(ppy) 3-7wt%를 30nm 진공증착하였다. 계속하여 전자수송층으로서 Bphen을 30nm 증착하였다. 캐소드층으로 3.0 X 10-6 Torr 고진공 조건에서 리튬플로라이드(LiF)를 0.5nm, 그리고 알루미늄(Al)을 100nm 증착하였다.
제조된 유기발광소자에 대하여 전압-전류밀도 특성, 전압-휘도특성 뿐 아니라 전류효율(cd/A) 및 양자효율과 전류밀도 간의 관계를 측정하였고, 또한 파장에 따른 발광스펙트럼의 변화를 계측하였다.
[실시예 2]
실시예 2는 실시예 1의 경우와 동일한 소자 구조의 유기전기발광소자를 제작하였으나, PS-b-P2VP의 솔벤트 어닐링 공정에서 용매를 THF가 아닌 chloroform(0.3 ml)을 이용하여 1 시간 10분 동안 처리하였다.
그 결과로 도트/라인 혼재된 혼합 나노구조(mixed nanostructure) 패턴이 형성되었다. 이후, 실시예1과 마찬가지로 유기층과 캐소드층을 형성하여 유기발광소자를 제조하였다.
[실시예 3]
실시예 3은 실시예 2의 경우와 동일한 소자 구조의 유기발광소자를 제작하였으나, PS-b-P2VP의 솔벤트 어닐링 공정에서 chloroform 용매 기체에 블록공중합체가 노출되는 시간을 3시간으로 증가 시켰다. 그 결과로 실린더 모양의 라인 패턴이 ITO 기판(투명전극) 상에 누운 형상으로 보이는 나노구조 패턴이 형성되었다. 실시예 1 및 2와 마찬가지로 그 이후에는 유기층과 캐소드층을 형성하여 유기발광소자를 제조하였다.
[비교예 1]
비교예 1은 실시예1 내지 3에서와 같은 방법으로 세정된 ITO기판에 금속 나노입자 패턴등과 같은 나노 구조체 형성 없이 유기발광소자를 제조하였다.
도 6a는 비교예와 실시예의 발광스펙트럼을 동일한 전류밀도하에서 표준화시킨 것으로 발광스펙트럼을 살펴볼때 비교예에 비해서 실시예 1 내지 3은 발광피크의 폭이 더 넓어 동일 전류밀도상에서 더 많은 광량이 나옴을 확인 할 수 있다.
도 6b는 비교예와 실시예의 전류밀도에 따른 광효율을 나타낸 것이다. 라인형태의 패턴을 지닌 실시예 3에서 가장 높은 광효율 증가를 보인다.
도 6c는 비교예와 실시예의 전류밀도에 따른 휘도를 나타낸 것이다. 라인형태의 패턴을 지닌 실시예 3에서 동일 전류밀도에 따라 가장 높은 휘도를 나타낸다.
도 6d는 비교예와 실시예의 전류밀도에 따른 외부양자효율을 나타낸 것이다. 라인형태의 패턴을 지닌 실시예 3에서 가장 높은 회부 양자효율을 보인다.
이상에서 알 수 있는 바와 같이, 적절한 형태/크기의 금 나노입자 패턴을 ITO와 같은 어노드 상에 형성하면 브래그 산란(Bragg scattering) 등의 현상이 나타나므로, 표면 플라즈몬(surface plasmon) 모드와 도파관(waveguide) 모드에 갇혀 끄집어낼 수 없는 유기발광소자의 외부광효율 저하를 어느 정도 억제할 수 있다. 따라서 광 손실률을 낮추어 유기발광소자의 외부양자효율이 증가한다. 기존 방법에 의해 적절한 크기의 입자를 분산시키거나 1-2차원 나노구조물을 형성하는 방법들은 의도하지 않는 입자 응집으로 크기분포가 변하거나 포토리소그래피/임프린팅(imprinting) 등 복잡한 패턴형성을 요하는 가공기술이 필요하여 비용면에서 불리한 점이 있었다. 본 발명에서 제안하는 자발적인 나노구조 형성 공정을 적용하면 블록공중합체의 단위블록 고분자 유닛(unit)의 크기 제어와 솔벤트 어닐링 상태의 노출 시간 조절만으로 효과적인 표면 플라즈몬 효과 제어기능을 갖는 나노구조 광효율 향상층을 얻을 수 있다. 특히, 금 나노입자의 함량이 증가함에 따라 대략적으로 효율이 상승하는 경향이 보인다. 나노구조 패턴 표면의 형상이 유기발광소자의 발광 픽셀의 균일도 유지에 매우 중요하기 때문에, 본 발명에 따르면 제어된 형태의 나노구조층 또는 패턴의 제작이 용이하여 RGB 각각의 컬러 구현범위에 최적설계가 가능하게 된다. 따라서 백색 조명 소자 뿐 아니라 OLED 디스플레이 소자처럼 발광부분의 확산이 일어나지 않아야 하고 컬러구현-색순도에 민감한 소자에도 무리 없이 적용할 수 있는 장점이 있다.

Claims (10)

  1. 유기발광소자로서:
    어노드층;
    상기 어노드층 상에 형성된 유기층;
    상기 유기층 상에 형성된 캐소드층; 및
    상기 어노드층 상에 형성되어 상기 유기층 내에 삽입된 금속 나노입자 패턴층을 포함하고,
    상기 금속 나노입자 패턴층은 도트가 분산된 도트 패턴, 복수의 라인을 포함하는 라인 패턴, 또는 상기 도트 패턴과 상기 라인 패턴이 혼합된 혼합 패턴인 유기발광소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속 나노입자 패턴층은 상기 어노드층 상에 배치된 정공주입층 내에 삽입된 것인 유기발광소자.
  3. 유기발광 소자 제조방법으로서:
    (a) 어노드층이 형성된 하부구조를 준비하는 단계;
    (b) 상기 어느드층 상에 블록공중합체층을 형성하는 단계;
    (c) 상기 블록공중합체층을 소정 시간 동안 특정 용매 기체에 노출시켜서 재배열된 블록공중합체의 나노 패턴을 형성하는 단계; 및
    (d) 상기 재배열된 패턴을 나노 금속 입자로 치환하여 소정의 금속 나노입자 패턴층을 형성하는 단계;를 포함하는 유기발광 소자 제조방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 블록공중합체는 polystrene-block-poly(2-vinylpyridine)copolymer (PS-b-P2VP)인 유기발광 소자 제조방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 단계 (c)는 tetrahydrofuran(THF) 용매 기체에 2시간 내지 4시간 노출시켜서 어노드층 상에 분산된 도트 패턴을 가지는 금속 나노입자 패턴을 형성하는 것인 유기발광 소자 제조방법.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 단계 (c)는 chloroform 용매 기체에 노출시키는 것인 유기발광 소자 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 용매 기체에 노출시키는 시간은 50분 내지 1시간 20분이고 상기 금속 나노입자 패턴은 상기 어노드 상에 형성된 도트 패턴과 복수의 라인 패턴이 혼합된 혼합 패턴인 것인, 유기발광 소자 제조방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 용매 기체에 노출시키는 시간은 2시간 내지 4시간이고 상기 금속 나노입자 패턴은 상기 어노드 상에 형성된 복수의 라인 패턴인, 유기발광 소자 제조방법.
  9. 청구항 3에 있어서,
    상기 단계 (d)는 금속 성분을 포함하는 용액에 적어도 상기 특정 블록의 재배열된 패턴을 딥핑한 후, O2 플라즈마 처리로 유기막 성분을 제거하는 것인 유기발광 소자 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 금속 성분을 포함하는 용액은 HAuCl4을 포함하는 것인 유기발광 소자 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102027304B1 (ko) * 2018-05-15 2019-10-01 (주)에이프로 나노 입자를 활용한 유기 발광 다이오드
KR20220008241A (ko) * 2020-07-13 2022-01-20 경희대학교 산학협력단 디웨팅에 기반하는 나노-섬 구조체를 구비하는 유기 발광 소자 및 그 제조방법
US11527593B2 (en) 2019-12-30 2022-12-13 Lg Display Co., Ltd. Bottom organic light-emitting display device including red color filter overlapping out-coupling enhancing members, and manufacturing method thereof

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