KR20190007229A - 발광 소자 및 발광 소자의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발광 소자 및 발광 소자의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 발광 소자는 발광 물질과 전해질로 구성된 단일 활성층의 구조 대신에 새로운 구조에 의하여, 발광 소자로서의 제반 특성뿐만 아니라 수명 및 응답 속도가 우수한 발광 소자 및 발광 소자의 제조 방법을 제공한다. 이러한 발광 소자는 조명 장치, 디스플레이 장치 등에 사용될 수 있다.
Description
본 발명은 발광 소자 및 발광 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
전기 화학 발광 소자는 발광 물질의 환원과 산화 반응에 의해 생성된 산화제와 환원제가 전도층 내에서 충돌해 인광을 발생시키는 자발광소자이다. 발광 소자 내 전해질은 정전기적 힘(electrostatic force)에 의해 이동하여 주입 장벽(Injection barrier)을 저감시키지만, 소자 내 발광층에 높은 이온 전도도(ion conductivity)를 가져 발광 물질의 반응이 일어나는 진정 영역(intrinsic region)이 줄어들게 된다. 이에 따라 일정 시간의 구동 후 발광이 소멸되고 전류만 흐르는 문제가 발생하게 된다.
본 발명의 과제는 상기 문제를 해결하기 위한 것으로, 발광 물질과 전해질로 구성된 단일 활성층의 구조 대신에 새로운 구조의 발광 소자를 통하여, 발광 소자로서의 제반 특성뿐만 아니라 수명 및 응답 속도가 우수한 발광 소자 및 발광 소자의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 발광 소자에 관한 것이다. 본 발명의 발광 소자는 제 1 전도층, 발광층 및 제 2 전도층을 순차로 포함할 수 있다. 상기 제 1 전도층 및 제 2 전도층 중 하나 이상은 이온성 폴리머 및 상기 이온성 폴리머에 비하여 크기가 작은 상대 이온을 포함하는 전해질층일 수 있다. 상기와 같은 전해질층은 이온성 폴리머의 전해질층으로 약칭할 수 있다.
본 발명의 발광 소자에 따르면, 상기 전해질층이 이온성 폴리머를 포함함으로써 공정성이 좋으며 발광 소자 내 pin 접합(p-i-n junction)을 고정시키므로 발광 물질의 반응이 일어나는 진정 영역이 그대로 유지되며 전하 수송 이동성(charge carrier mobility)을 조절하여 이온 이동을 제한할 수 있으므로 소자의 특성 및 수명을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 소자에 따르면, 상기 전해질층이 이온성 폴리머에 비하여 크기가 작은 상대 이온을 포함하므로 발광 소자를 턴온(turn-on)하는 경우 상대 이온의 이동 속도를 높여 빠른 응답속도를 가질 수 있으며, pin 접합의 형성으로 기존의 발광 물질과 전해질의 단일 활성층과 같이 주입 장벽을 낮춰주는 효과를 가질 수 있다.
이하, 본 발명의 발광 소자에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
하나의 예시에서, 본 발명의 발광 소자는 전기 화학 발광 소자일 수 있다. 본 명세서에서 전기 화학 발광 소자는 전기화학적으로 발광 물질이 산화/환원 반응을 일으키고 상기 반응에 의해 생성된 산화제와 환원제가 재결합하는 과정에서 빛을 생성하는 자 발광 소자를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 용어 『전도층』은 전기 전도성을 갖는 층을 의미할 수 있다. 본 명세서에서 용어 『전기 전도성』은 전위차가 있는 두 물체를 상기 층으로 연결하였을 때 전류가 흐르는 특성을 의미할 수 있다. 본 명세서에 용어 『전해질층』은 용매에 녹아서 이온으로 해리되어 전류를 흐르게 하는 물질을 포함하는 층을 의미할 수 있다. 본 명세서에서 상기 전도층은 상기 전해질층의 상위개념일 수 있다.
상기 전해질층의 이온성 폴리머는 음이온성 폴리머 또는 양이온성 폴리머일 수 있다. 상기 전해질층이 음이온성 폴리머를 포함하는 경우 양이온성 폴리머를 포함하지 않으며, 양이온성 폴리머를 포함하는 경우 음이온성 폴리머를 포함하지 않을 수 있다. 상기 전해질층이 음이온성 폴리머를 포함하는 경우 상대 이온은 양이온이며, 양이온성 폴리머를 포함하는 경우 상대 이온은 음이온이다.
본 출원의 제 1 실시예에 따르면, 상기 제 1 전도층 및 제 2 전도층 중 어느 하나는 이온성 폴리머의 전해질층일 수 있고, 다른 하나는 상기 이온성 폴리머의 전해질층이 아닐 수 있다. 이 경우 상기 다른 하나의 전도층은 전도성 고분자를 포함할 수 있다. 상기 전도성 고분자는 이온성 폴리머가 아닐 수 있다. 상기 전도성 고분자로는 PEDOT(poly(ethylenedioxy)thiophene), 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리사이오펜, 폴리아세틸렌, 폴리페닐렌, 폴리에틸렌 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 전도성 고분자로는 PEDOT을 사용할 수 있다. 상기 PEDOT은 단독으로 사용되거나 또는 PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate)와 같이 PEDOT 이 다른 고분자 사슬에 결합된 상태로도 사용할 수 있다. 상기 PEDOT:PSS PEDOT+와 PSS-간의 강한 정전기적 상호 작용력으로 인하여 우수한 안정성을 가지므로 용액공정 및 프린팅 공정에 적합하다는 장점이 있다.
본 출원의 제 2 실시예에 따르면, 상기 제 1 전도층 및 제 2 전도층은 각각 상기 이온성 폴리머의 전해질층일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 전도층에 포함되는 이온성 폴리머는 양이온성 폴리머이고, 상기 제 2 전도층에 포함되는 이온성 폴리머는 음이온성 폴리머일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 이온성 폴리머는 양이온성 폴리에틸렌이민, 양이온성 폴리알릴아민, 양이온성 폴리디메틸디알릴암모늄, 이미다졸리움계 양이온성 폴리머, 피롤리늄계 양이온성 폴리머, 피롤리디윰계 양이온성 폴리머, 피페리디늄계 양이온성 폴리머, 암모늄계 양이온성 폴리머 및 포스포늄계 양이온성 폴리머로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 양이온성 폴리머일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 양이온성 폴리머 및 상대 이온으로 이루어지는 염은 하기 화학식 a1 내지 a9로 표시될 수 있다.
[화학식 a1]
[화학식 a2]
[화학식 a3]
[화학식 a4]
[화학식 a5]
[화학식 a6]
[화학식 a7]
[화학식 a8]
[화학식 a9]
상기 화학식 a1 내지 a9에서, () 표시는 반복단위를 의미하고, X-는 음이온성 상대 이온을 나타내고, R1 내지 R3는 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 20의 1가의 탄화수소기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기 또는 탄소수 6 내지 25의 아릴기이다.
하나의 예시에서, 상기 이온성 폴리머는 음이온성 폴리스티렌설포네이트, 음이온성 폴리아닐린프로판설폰산, 음이온성 폴리 아크릴산, 설포네이트계 음이온성 폴리머, 설포네이트계 음이온성 폴리머 및 포스페이트계 음이온성 폴리머로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 음이온성 폴리머일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 음이온성 폴리머 및 상대 이온으로 이루어지는 염은 하기 화학식 b1-b5로 표시될 수 있다.
[화학식 b1]
[화학식 b2]
[화학식 b3]
[화학식 b4]
[화학식 b5]
상기 화학식 b1 내지 b5에서, () 표시는 반복단위를 의미하고, A+는 양이온성 상대 이온을 나타낸다.
본 명세서에서 상대 이온(counter ion)은 상기 전해질층에 포함되는 이온성 폴리머와 반대 부호의 전하를 가지는 이온을 의미할 수 있다. 상기 상대 이온은 무기 이온 또는 유기 이온일 수 있다. 상기 상대 이온은 단원자 이온 또는 다원자 이온일 수 있다. 상기 상대 이온은 이온성 폴리머가 아닐 수 있다.
상기 상대 이온은 Li+, Na+, K+, 피리디늄 양이온, 피페리디늄 양이온, 피롤리디늄 양이온, 이미다졸륨 양이온, 테트라히드로피리미디늄 양이온, 디히드로피리미디늄 양이온, 피라졸륨 양이온, 피라졸리늄 양이온, 트라알킬암모늄 양이온, 트리알킬술포늄 양이온 및 테트라알킬포스포늄 양이온으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 양이온이거나, 또는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3-, (CN)2N-, BF4 -, ClO4 -, RSO3 -, RCOO-, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-,(CF3)6P-, (CF3SO3 -)2, (CF2CF2SO3 -)2, (C2F5SO2)2N-, (CF3SO3)2N-, (CF3SO2)(CF3CO)N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3COO-, C3F7COO- 및 CF3SO3 -, C4F9SO3 -로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 음이온인 발광 소자 (상기에서, R은 탄소수 1 내지 9의 알킬기 또는 페닐기이다).
하나의 예시에서, 상기 이온성 폴리머 및 상대 이온은 각각 1가의 이온일 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 전도층은 전기적으로 중성을 나타낼 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 이온성 폴리머와 상대 이온은 전기적 특성에 의하여 이온 결합하여 염 형태의 화합물을 이룰 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 제 1 전도층 및 제 2 전도층은 각각 상기 이온성 폴리머와 상대 이온의 염을 용해시킨 액상전해질, 젤상전해질, 고상전해질의 형태일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 전도층 및 제 2 전도층의 두께는 각각 1nm 내지 1㎛일 수 있다. 상기 전도층은 후술하는 전극층으로부터 전자를 받아 발광층으로 이동시키는데, 상기 전도층의 전도도가 높을수록 발광층으로 전자를 이동시키는데 용이하다 상기 전도층의 두께기 지나치게 두꺼운 경우 발광층으로 전자가 이동하는 시간이 오래 걸리므로 발광 소자의 작동 시 턴온 타임이 지연될 수 있다. 따라서, 상기 제 1 전도층 및 제 2 전도층의 두께는 각각 상기 범위 내인 것이 유리할 수 있고, 전도층의 두께가 얇을수록 이온 주입 장벽을 낮춰주는 역할을 하는 동시에 턴온 타임을 지연시키지 않는다는 점에서 유리할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 발광층은 발광 물질을 포함할 수 있다. 상기 발광층은 전도성 고분자 또는 전해질을 포함하지 않는다. 상기 전도성 고분자 또는 전해질은 상기 제 1 전도층 및/또는 제 2 전도층에 포함되는 전도성 고분자 또는 전해질을 의미할 수 있다. 본 발명의 발광 소자는 발광 물질과 전해질을 포함하는 단일 활성층의 구조를 갖는 종래의 발광 소자와 상이하다. 본 발명의 발광 소자에 따르면, 상기 발광층의 양면에 배치된 제 1 전도층 및 제 2 전도층 중 하나 이상을 이온성 폴리머의 전해질층으로 하여 pin 접합을 형성할 수 있으므로, 상기 종래의 발광 소자의 구조에 의하지 않더라도, 주입 장벽을 낮추는 효과를 가질 수 있다.
상기 발광 물질로는 발광 소자에 사용되는 공지의 발광 물질을 사용할 수 있다. 하나의 예시에서, 발광 물질로는 이온성 전이금속 착화합물, 단분자 반도체 또는 공액형 고분자 반도체 등을 사용할 수 있다. 대표적인 발광 물질로 (ppy)2Ir(bpy), Ru(bpy)3 2 +, 루브렌, 안트라센, 피렌, 9,10-디페닐안트라센, poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)- 1,4-phenylenevinylene] (MEH-PPV) 등을 예시할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 발광층은 상기 제 1 전도층과 직접 접하며, 상기 제 2 전도층과 직접 접하고 있을 수 있다. 본 명세서에서 직접 접하고 있다는 것은 그 사이에 점착제층 또는 접착제층 등의 중간층의 존재 없이 서로 적층되어 있음을 의미할 수 있다
하나의 예시에서, 상기 발광 소자는 제 1 전극층 및 제 2 전극층을 더 포함할 수 있다. 이 경우 상기 제 1 전극층, 제 1 전도층, 발광층, 제 2 전도층 및 제 2 전극층이 순차로 배치될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 전극층은 양극(Anode)이고 제 2 전극층은 음극(Cathode)일 수 있다. 이 경우, 상기 제 1 전도층이 상기 이온성 폴리머의 전해질층인 경우 양이온성 폴리머를 포함하며, 상기 제 2 전도층이 상기 이온성 폴리머의 전해질층인 경우 음이온성 폴리머를 포함할 수 있다.
상기 제 1 전극층 및 제 2 전극층으로는 각각 전극층으로 사용되는 공지의 전도성 물질을 포함할 수 있다. 상기 제 1 전극층 및 제 2 전극층은 각각 투명 또는 불투명 전극층일 수 있다. 상기 제 1 전극층 및 제 2 전극층은 각각 금속, 전도성 산화물, 전도성 고분자 등의 전도성 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극층 및 제 2 전극층은 각각 상기 전도성 물질 중 2 이상의 물질이 적층된 구조로 형성될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 전도성 산화물로는 ITO(Indium Tin Oxide), FTO(Fluor doped Tin Oxide), AZO(Aluminium doped Zinc Oxide), GZO(Galium doped Zinc Oxide), ATO(Antimony doped Tin Oxide), IZO(Indium doped Zinc Oxide), NTO(Niobium doped Titanium Oxide), ZnO, 또는 CTO 등을 사용할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 양극으로는 전도성 산화물을 사용할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 음극으로 금속 전극을 사용하는 경우, Al, Ag, Au 등의 금속 전극이 사용될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 전극층 및 제 2 전극층은 각각 전극의 비표면적을 증대시킴으로써 전극 표면에서의 전하 전달 및 반응의 극대화를 꾀함으로써 발광 효율을 개선하기 위하여 나노 구조물의 형태로 제작될 수도 있다.
도 1 및 도 2는 각각 본 출원의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 발광 소자를 예시적으로 나타낸다.
도 1은 제 1 전극층(10), 전도성 고분자(201)를 포함하는 제 1 전도층(20), 발광 물질(301)을 포함하는 발광층(30), 이온성 폴리머의 전해질층인 제 2 전도층(40) 및 제 2 전극층(50)을 순차로 포함하는 발광 소자를 예시적으로 나타낸다.
도 2는 제 1 전극층(10), 이온성 폴리머의 전해질층인 제 1 전도층(20), 발광 물질(301)을 포함하는 발광층(30), 이온성 폴리머의 전해질층인 제 2 전도층(40) 및 제 2 전극층(50)을 순차로 포함하는 발광 소자를 예시적으로 나타낸다.
도 1 및 도 2는 제 1 전극층(10)이 양극이고 제 2 전극층(50)이 음극인 경우를 예시적으로 나타낸다. 또한, 전해질 층에서 (-) 표시는 음이온성 폴리머 또는 상대 이온으로서의 음이온을 나타내고, (+) 표시는 양이온성 폴리머 또는 상대 이온으로서의 양이온을 나타낸다. 또한, (-) 표시 및 (+) 표시의 크기는 각각 음이온 및 양이온의 크기를 나타낸다.
본 발명은 상기 발광 소자의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 발광 소자의 제조 방법은 제 1 전도층 상에 발광층을 형성하는 단계 및 상기 발광층 상에 제 2 전도층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제조 방법에 따르면, 상기 제 1 전도층 및 제 2 전도층 중 하나 이상은 이온성 폴리머 및 상기 이온성 폴리머에 비하여 크기가 작은 상대 이온을 포함하는 전해질층이 되도록 형성될 수 있다. 상기 제 1 전도층, 제 2 전도층 및 발광층에 대한 구체적인 사항은 상기 발광 소자의 항목에서 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
상기 제조 방법은 상기 발광층 형성 단계 전에, 상기 제 1 전도층을 제 1 전극층 상에 형성하는 단계 및 상기 제 2 전도층 형성 단계 후에, 상기 제 2 전도층 상에 제 2 전극층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 제 1 전극층 및 제 2 전극층에 대한 구체적인 사항은 상기 발광 소자의 항목에서 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 전도층, 발광층 및 제 2 전도층은 각각 용액 공정에 의해 형성될 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 의하면 상기 제 1 전도층, 발광층 및 제 2 전도층은 각각 용액 상태로 스핀 코팅에 의해 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 전극층 제 2 전극층은 각각 증착 공정에 의해 형성될 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 의하면, 상기 제 2 전극층은 상기 제 2 전도층 상에 음극 물질을 전자 빔(e-beam) 또는 열 증착(thermal evaporator)을 이용하여 증착될 수 있다. 상기 제 1 전극층은 플라스틱 기판 또는 유리 기판 상에 양극 물질을 증착함으로써 준비할 수 있다. 상기 제 1 전극층은 패턴화된 전극층일 수 있다. 상기 제조 방법은 필요에 따라 상기 제 2 전극층을 형성한 후에 소자의 안전성을 위하여 봉지 글라스(encap glass)를 이용하여 봉지(encap)하는 공정을 추가로 포함할 수 있다.
상기 방법으로 제조된 본 발명의 발광 소자는 발광 소자로서의 제반 특성이 우수할 뿐만 아니라 수명 및 응답속도도 우수하다. 이러한 발광 소자는 조명 장치, 디스플레이 장치 등에 사용될 수 있다. 상기 조명 장치 내지 디스플레이 장치를 구성하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 상기 발광 소자가 사용되는 한 통상적인 방식이 적용될 수 있다.
본 발명의 발광 소자는 제반 특성, 수명 및 응답속도가 우수하다. 본 발명의 발광 소자는 조명 장치, 디스플레이 장치 등에 사용될 수 있다.
도 1은 실시예 1의 발광 소자의 구조를 예시적으로 나타낸다.
도 2는 실시예 2의 발광 소자의 구조를 예시적으로 나타낸다.
도 3은 비교예 1의 발광 소자의 구조를 예시적으로 나타낸다.
도 4는 비교예 2의 발광 소자의 구조를 예시적으로 나타낸다.
도 2는 실시예 2의 발광 소자의 구조를 예시적으로 나타낸다.
도 3은 비교예 1의 발광 소자의 구조를 예시적으로 나타낸다.
도 4는 비교예 2의 발광 소자의 구조를 예시적으로 나타낸다.
이하 실시예를 통하여 본 출원을 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예
1
패턴된 ITO기판에 4wt% PEDOT: PSS를 스핀 코팅하여 약 40nm의 두께를 가지도록 형성한 후 아세토니트릴에 발광물질인 (ppy)2Ir(bpy)을 녹여 스핀 코팅하여 발광층을 형성하였다. 그 후 poly(sodium-p-styrenesulfonate) 용액을 이용하여 음이온 폴리머 전해질층을 형성하였다. 각각의 층을 적층한 후 음이온 폴리머 전해질층 위에 전자 빔(e-beam)이나 열 증착(thermal evaporator)을 이용하여 Al을 전극으로 증착하였다. 제조된 소자의 안정성을 위해서 봉지 글라스로 봉지하여 도 1의 구조의 발광 소자를 제조하였다.
실시예
2.
패턴된 ITO기판에 폴리머 형태의 poly[1-{2-(Methylacryloyloxy)ethyl}-3-methyl imidazolium bis(trifluoromethyl-sulfonyl)imide]를 용액형태로 스핀 코팅하여 양이온 폴리머 전해질층을 형성한 후 아세토니트릴에 발광 물질인 (ppy)2Ir(bpy)을 녹여 스핀 코팅하여 발광층을 형성하였다. 그 후 poly(sodium-p-styrenesulfonate)용액을 이용하여 음이온 폴리머 전해질층을 형성하였다. 각각의 층을 적층한 후 음이온 폴리머 전해질층 위에 전자 빔(e-beam)이나 열 증착(thermal evaporator)을 이용하여 Al을 전극으로 증착하였다. 제조된 소자의 안정성을 위해서 봉지 글라스로 봉지하여 도 2의 구조의 발광 소자를 제조하였다.
실시예
3
패턴된 ITO기판에 폴리머 형태의 poly[1-{2-(Methylacryloyloxy)ethyl}-trimethyl ammonium bis(trifluoromethyl-sulfonyl)imide]를 용액형태로 스핀 코팅하여 양이온 폴리머 전해질층을 형성한 후 아세토니트릴에 발광 물질인 (ppy)2Ir(bpy)을 녹여 스핀 코팅하여 발광층을 형성하였다. 그 후 poly(sodium-p-styrenesulfonate)용액을 이용하여 음이온 폴리머 전해질층을 형성하였다. 각각의 층을 적층한 후 음이온 폴리머 전해질층 위에 전자 빔(e-beam)이나 열 증착(thermal evaporator)을 이용하여 Al을 전극으로 증착하였다. 제조된 소자의 안정성을 위해서 봉지 글라스로 봉지하여 도 2의 구조의 발광 소자를 제조하였다.
실시예
4
패턴된 ITO기판에 폴리머 형태의 poly[1-{2-(Methylacryloyloxy)ethyl}-3-methyl imidazolium bromide]를 용액형태로 스핀 코팅하여 양이온 폴리머 전해질층을 형성한 후 아세토니트릴에 발광 물질인 (ppy)2Ir(bpy)을 녹여 스핀 코팅하여 발광층을 형성하였다. 그 후 poly(sodium-p-styrenesulfonate)용액을 이용하여 음이온 폴리머 전해질층을 형성하였다. 각각의 층을 적층한 후 음이온 폴리머 전해질층 위에 전자 빔(e-beam)이나 열 증착(thermal evaporator)을 이용하여 Al을 전극으로 증착하였다. 제조된 소자의 안정성을 위해서 봉지 글라스로 봉지하여 도 2의 구조의 발광 소자를 제조하였다.
실시예
5
패턴된 ITO기판에 폴리머 형태의 poly[1-{2-(Methylacryloyloxy)ethyl}-trimethyl ammonium chloride]를 용액형태로 스핀 코팅하여 양이온 폴리머 전해질층을 형성한 후 아세토니트릴에 발광 물질인 (ppy)2Ir(bpy)을 녹여 스핀 코팅하여 발광층을 형성하였다. 그 후 poly(sodium-p-styrenesulfonate)용액을 이용하여 음이온 폴리머 전해질층을 형성하였다. 각각의 층을 적층한 후 음이온 폴리머 전해질층 위에 전자 빔(e-beam)이나 열 증착(thermal evaporator)을 이용하여 Al을 전극으로 증착하였다. 제조된 소자의 안정성을 위해서 봉지 글라스로 봉지하여 도 2의 구조의 발광 소자를 제조하였다.
비교예
1
패턴된 ITO기판에, 아세토니트릴에 발광 물질인 (ppy)2Ir(bpy)을 녹인 용액을 스핀 코팅하여 발광층을 형성하였다. 그 후 발광층 상에 전자 빔(e-beam)이나 열 증착(thermal evaporator)을 이용하여 Al을 전극으로 증착하였다. 제조된 소자의 안정성을 위해서 봉지 글라스로 봉지하여 도 3의 구조의 발광 소자를 제조하였다.
비교예
2
패턴된 ITO기판 상에, 아세토니트릴에 발광 물질인 (ppy)2Ir(bpy) 및 전해질을 녹인 용액을 스핀 코팅하여 발광층을 형성하였다. 그 후 발광층 상에 전자 빔(e-beam)이나 열 증착(thermal evaporator)을 이용하여 Al을 전극으로 증착하였다. 제조된 소자의 안정성을 위해서 봉지 글라스로 봉지하여 도 4의 구조의 발광 소자를 제조하였다. 도 4에서 발광층의 (+)표시는 전해질의 양이온을, (-) 표시는 전해질의 음이온을 나타낸다.
평가예
1. 응답 속도 및 구동 특성 평가
수명 장비를 통한 photo current 측정 및 I-V-L 측정으로 소자의 응답속도와 구동특성을 확인한 결과, 실시예 1 내지 5가 비교예 1 내지 2에 비하여 상기 특성이 우수함을 확인할 수 있다.
10: 제 1 전극층, 20: 제 1 전도층, 201: 전도성 고분자, 30: 발광층, 301: 발광 물질, 40: 제 2 전극층, 50: 제 2 전극층
Claims (17)
- 제 1 전도층, 발광층 및 제 2 전도층을 순차로 포함하고,
상기 제 1 전도층 및 제 2 전도층 중 하나 이상은 이온성 폴리머 및 상기 이온성 폴리머에 비하여 크기가 작은 상대 이온을 포함하는 전해질층인 발광 소자. - 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전도층 및 제 2 전도층 중 어느 하나는 상기 전해질층이고, 다른 하나는 전도성 고분자를 포함하는 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전해질층의 이온성 폴리머는 음이온성 폴리머 또는 양이온성 폴리머인 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전도층 및 제 2 전도층은 각각 상기 전해질층인 발광 소자.
- 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 전도층에 포함되는 이온성 폴리머는 양이온성 폴리머이고 상기 제 2 전도층에 포함되는 이온성 폴리머는 음이온성 폴리머인 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 이온성 폴리머는 양이온성 폴리에틸렌이민, 양이온성 폴리알릴아민, 양이온성 폴리디메틸디알릴암모늄, 이미다졸리움계 양이온성 폴리머, 피롤리늄계 양이온성 폴리머, 피롤리디윰계 양이온성 폴리머, 피페리디늄계 양이온성 폴리머, 암모늄계 양이온성 폴리머 및 포스포늄계 양이온성 폴리머로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 양이온성 폴리머인 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 이온성 폴리머는 음이온성 폴리스티렌설포네이트, 음이온성 폴리아닐린프로판설폰산, 음이온성 폴리 아크릴산, 설포네이트계 음이온성 폴리머, 설포네이트계 음이온성 폴리머 및 포스페이트계 음이온성 폴리머로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 음이온성 폴리머인 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 상대 이온은 이온성 폴리머가 아닌 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 상대 이온은 Li+, Na+, K+, 피리디늄 양이온, 피페리디늄 양이온, 피롤리디늄 양이온, 이미다졸륨 양이온, 테트라히드로피리미디늄 양이온, 디히드로피리미디늄 양이온, 피라졸륨 양이온, 피라졸리늄 양이온, 트라알킬암모늄 양이온, 트리알킬술포늄 양이온 및 테트라알킬포스포늄 양이온으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 양이온이거나, 또는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3-, (CN)2N-, BF4 -, ClO4 -, RSO3 -, RCOO-, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-,(CF3)6P-, (CF3SO3 -)2, (CF2CF2SO3 -)2, (C2F5SO2)2N-, (CF3SO3)2N-, (CF3SO2)(CF3CO)N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3COO-, C3F7COO- 및 CF3SO3 -, C4F9SO3 -로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 음이온인 발광 소자 (상기에서, R은 탄소수 1 내지 9의 알킬기 또는 페닐기이다).
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전도층 및 제 2 전도층의 두께는 각각 1nm 내지 1㎛인 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 발광층은 발광 물질을 포함하고, 전해질을 포함하지 않는 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 발광층은 상기 제 1 전도층 및 제 2 전도층과 직접 접하는 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 발광 소자는 제 1 전극층 및 제 2 전극층을 더 포함하고, 상기 제 1 전극층, 제 1 전도층, 발광층, 제 2 전도층 및 제 2 전극층이 순차로 배치된 발광 소자.
- 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 전극층은 양극이고, 상기 제 2 전극층은 음극이며, 상기 제 1 전도층이 상기 전해질층인 경우 양이온성 폴리머를 포함하며, 상기 제 2 전도층이 상기 전해질층인 경우 음이온성 폴리머를 포함하는 발광 소자.
- 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 전극층과 상기 제 1 전도층은 직접 접하고, 상기 제 2 전극층과 상기 제 2 전도층은 직접 접하는 발광 소자.
- 제 1 전도층 상에 발광층을 형성하는 단계 및 상기 발광층 상에 제 2 전도층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 전도층 및 제 2 전도층 중 하나 이상은 이온성 폴리머 및 상기 이온성 폴리머에 비하여 크기가 작은 상대 이온을 포함하는 전해질층이 되도록 형성되는 발광소자의 제조 방법.
- 제 16 항에 있어서, 상기 발광층 형성 단계 전에, 상기 제 1 전도층을 제 1 전극층 상에 형성하는 단계 및 상기 제 2 전도층 형성 단계 후에, 상기 제 2 전도층 상에 제 2 전극층을 형성하는 단계를 더 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
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