KR20190130815A - 나노 파티클 공정법을 이용한 유연 기판용 백색 유기 발광 다이오드 - Google Patents

나노 파티클 공정법을 이용한 유연 기판용 백색 유기 발광 다이오드 Download PDF

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Abstract

본 발명은 나노 파티클 공정법을 이용한 유연 기판용 Indium Tin Oxide (ITO) 대체 전극 백색 유기 발광 다이오드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존의 양극인 인듐 주석 산화물을 대체할 메탈 메시와 나노 파티클을 이용하여 백색 유기발광 다이오드를 구현한 것으로, 얇은 선(망형상)으로 형성되어 있는 메탈 메시에 정공주입이 가능하게 나노 파티클 박막을 형성하여 기존의 인듐 주석 산화물의 고비용 및 저휨성의 단점을 보완할 수 있는 나노 파티클 공정법을 이용한 유연 기판용 백색 유기 발광 다이오드에 관한 것이다.

Description

나노 파티클 공정법을 이용한 유연 기판용 백색 유기 발광 다이오드{White Organic Light-Emitting Diodes}
본 발명은 나노 파티클 공정법을 이용한 유연 기판용 Indium Tin Oxide (ITO) 대체 전극 백색 유기 발광 다이오드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존의 양극인 인듐 주석 산화물을 대체할 메탈 메시와 나노 파티클을 이용하여 백색 유기발광 다이오드를 구현한 것으로, 얇은 선(망형상)으로 형성되어 있는 메탈 메시에 정공주입이 가능하게 나노 파티클 분산층을 형성하여 기존의 인듐 주석 산화물의 고비용 및 저휨성의 단점을 보완할 수 있는 나노 파티클 공정법을 이용한 유연 기판용 백색 유기 발광 다이오드에 관한 것이다.
일반적으로 유기 발광 다이오드는 두 가지 종류로 구분된다. 하부 발광형 유기 발광 다이오드(BOLED)와 상부 발광형 유기 발광 다이오드(TOLED)이며, 두 가지 전부 양극(anode)으로는 인듐 주석 산화물(ITO)를 사용하고 있다.
상기 인듐 주석 산화물은 우수한 가시광 투과율과 유기 발광 다이오드에서 사용할 수 있는 일함수를 가지고 있어 현재까지 유용하게 사용되고 있다.
하지만, 상기 인듐 주석 산화물은 제조 단가가 비싸고 제한된 인듐의 자원, 인듐 주석 산화물에 휨성 부족으로 인한 유연 기판을 적용한 유기 발광 다이오드 (Flexible OLED)에는 적합하지 않다.
그러므로 인듐 주석 산화물의 역할을 대신할 양극의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명의 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 유기 발광 다이오드에서 사용되는 인듐 주석 산화물을 대체하는 고 투명성, 고 전하주입, 유연 기판에 적용할 수 있는 휨성을 높이고자 그물망 형상의 메탈 메시로 휨성이 좋은 전극을 형성하고, 그 후에 나노 파티클 공정법을 이용하여 메탈이 가지지 못하는 인듐 주석 산화물과 비슷한 일함수를 가지도록 하는 나노 파티클 공정법을 이용한 유연 기판용 Indium Tin Oxide (ITO) 대체 전극 백색 유기 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 나노 파티클 공정법을 이용한 유연 기판용 백색 유기 발광 다이오드는, 기판; 상기 기판상에 형성되는 양극층으로서 메탈 메시층; 상기 메탈 메시층 상에 형성되어 상기 메탈 메시층으로부터 들어오는 정공을 주입시키는 정공주입층; 주입된 정공을 발광층으로 수송시키는 정공수송층; 상기 정공수송층 상에 형성되는 발광층; 상기 발광층 상에 형성되며 주입된 전자를 상기 발광층으로 수송시키는 전자수송층; 상기 전자수송층으로 전자를 주입시키는 전자주입층; 및 상기 전자주입층 상측에 형성된 음극층;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 메탈 메시층은 Ag, Au 또는 Pt 로 된 금속 원자가 망형상으로 이루어짐이 바람직하다.
또한, 상기 메탈 메시층 상에는 미세한 금속분자 또는 금속 산화물분자가 알갱이 형상으로 도포되어 나노 파티클 층이 형성됨이 바람직하다.
상기 다수의 나노 파타클은 미셀과 미셀 코어로 된 각 나노 입자물을 용액 공정 및 산소 플라즈마를 이용하여 형성함이 바람직하다.
또한, 상기 기판은 유연성이 있는 유연성 기판일 수 있다.
또한, 상기 유연성 기판은, PET(polyethylene terephthalate), PES (polyester), PT(polythiophene), PI(polyimide) 중에서 어느 하나인 플라스틱으로 형성되거나, 알루미늄 포일(aluminum foil), 또는 스테인리스 스틸 포일(stainless steel foil)인 유연한 재료로 형성될 수 있다.
또한, 상기 정공 주입층은 상기 양극인 메탈 메시층 및 상기 나노 파티클 분산층상에 형성되어 상기 메탈 메시층으로부터 들어오는 정공이 유기물을 원활히 주입될 수 있게 일함수를 높여줌이 바람직하다.
또한, 상기 정공 수송층은 PEDOT:PSS, PVK(poly(9-vinylcarbazole), TFB(poly(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-(4,4'(N-(4-secbutylphenyl))diphenylamine)), CuPc(Copper Phthalocyanine) 또는 a-NPD(N,N'-diphenyl-N,N'-bis(1-naphthyl)-1,1'biphenyl-4,4'-diamine), TPD(N,N'-Bis-(3-methylphenyl)-N,N'-Bis-phenyl(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine) 중에서 어느 하나를 이용하여 액상으로 용해하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 발광층은 상기 정공 수송층 상에 형성되어 상기 음극층 및 양극층인 메탈 메시로부터 주입 및 이송된 전자와 정공이 재결합(recombination)에 의해 발광됨이 바람직하다.
또한, 상기 발광층은 좌우 대칭으로 적ㆍ녹ㆍ청 3층 발광 영역을 형성하여 백색 혼합을 이루어 백색광을 발광함이 바람직하다.
또한, 상기 발광층은 PPV(poly(p-phenylenevinylene)), PPP(poly(p-phenylene)), PT (polythiophene), PF(polyfluorene), PFO(poly(9.9-dioctylfluorene), PVK (poly(9-vinylcarbazole)) 중 어느 하나와 그 유도체인 고분자 재료로 형성되거나, Al 착화합물 계열인 Alq3 (Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminium), Ir 착화합물 계열인 Ir(ppy)3(fac-tris(2-phenylpyridinato) iridium (III)), 또는 Pt 착화합물 계열인 PtOEP(2,3,7,8,12,13,17,18-octaethyl- 12H, 23H-porphyrine platinum (II))인 금속 착화합물을 포함하는 저분자 재료로 형성될 수 있다.
또한, 상기 발광층은 고분자인 PVK(poly(9-vinylcarbazole))에 저분자 인광재료가 첨가됨이 바람직하다.
또한, 상기 전자 수송층은 상기 전자 주입층에 주입된 전자를 상기 발광층으로 이동시키고, 상기 정공 수송층으로부터 상기 발광층을 통해 수송된 정공을 차단함이 바람직하다.
또한, 상기 전자 주입층은 알칼리 금속이나 알칼리 토금속의 양이온과 음이온을 포함하는 이온성 계면활성제, 또는 전해질을 극성 용매나 비극성 용매에 용해시킨 용액을 이용하여 이를 액상으로 코팅하여 형성될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 나노 파티클 공정법을 이용한 유연 기판용 Indium Tin Oxide (ITO) 대체 전극 백색 유기 발광 다이오드에 의하면, 유기 발광 다이오드의 제조 단가에 큰 항목을 차지하는 종래의 인듐 주석 산화물을 대체하여 조명용 디스플레이를 낮은 가격에 제작할 수 있고, 휨성이 좋아 유연 기판에 적용 가능할 뿐만 아니라, 상부발광형, 하부발광형을 넘어 양면발광형 유기 발광 다이오드까지도 제작할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 에너지 레벨을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 메탈 메시의 확대도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 메탈 메시의 나노 파티클 분산층의 구형 미셀을 형성하는 과정을 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 메탈 메시의 나노 파티클 형성에 대한 AFM 사진도이다.
본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안된다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다", "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
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.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 에너지 레벨을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 메탈 메시의 확대도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 메탈 메시의 나노 파티클 분산층의 구형 미셀을 형성하는 과정을 나타내는 모식도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 메탈 메시의 나노 파티클 형성에 대한 AFM 사진도이다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 백색 유기 발광 다이오드(100)는 기판(10), 양극층(anode)으로서의 메탈 메시층(20), 정공 주입층(HIL; Hole injcetion layer)(30), 정공 수송층(HTL: Hole transprot layer)(40), 발광층(emissive layer)(50), 전자 수송층(Electron tranport layer)(60), 전자 주입층(Electron injection layer)(70), 음극(Cathode)(80)의 순서로 포함하여 이루어진다.
상기 기판(10)은 유연성이 있는 플라스틱으로 형성된다. 기판(10)이 유연성이 있는 플라스틱일 경우, PET(polyethylene terephthalate), PES (polyester), PT(polythiophene), PI(polyimide) 중에서 어느 하나인 플라스틱으로 형성되거나, 알루미늄 포일(aluminum foil), 또는 스테인리스 스틸 포일(stainless steel foil)
인 유연한 재료로 형성되어 유연성을 가진다. 여기서, 유연성이 있는 플라스틱으로 형성된 기판(10)은 기판상에 소정의 층들을 롤투롤 인쇄(roll to roll printing)를 이용하여 형성하는 경우에 이용됨이 바람직하다.
상기 메탈 메시층(20)은 상기 기판(10)상에 형성되는 양극층으로서, 유기 발광 다이오드에서 사용되는 종래의 인듐 주석 산화물을 대체하는 고 투명성, 고 전하주입, 유연 기판에 적용할 수 있는 휨성을 높일 수 있는 장점이 있다.
상기 메탈 메시층(20)의 형성 방법은 포토리소그래피(Photolithography)방식을 사용하는 것으로, 대량생산를 위해 롤타입 포토마스크를 사용하여 PR/금속/유연기판에 굴러가면서 마스크를 통해 open pattern에 부분적으로 노광되어 Developing을 통하여 메쉬 형성 부분만 PR/금속/유연기판이 되고, 나머지 부분은 금속/유연기판 부분이 되도록 하고, 그 이후에 에칭(etching)을 통하여 PR이 도포되어 있지 않은 부분에 금속을 식각하여 메탈 메시를 형성하게 되는 것이다.
즉, 상기 메탈 메시층(20)의 형성은 감광성 용액을 기판에 도포하고 필요한 패턴을 제외한 나머지를 부분적으로 식각하는 포토리소그래피 공정을 통하여 망형상을 이루어도록 하게 되는 것이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 금속(Ag) 원자를 그물(망)처럼 얇은 선으로 형성된 양극층으로서의 메탈 메시로 휨성이 좋은 양극 전극을 상기 기판(10) 상에 형성한다.
여기서, 도시된 예에서는 금속 원자로서, Ag를 예를 들고 있으나, Au 또는 Pt 등도 사용할 수 있음은 물론이다.
한편, 상기 메탈 메시층(20)의 형성 후에는 산소 플라즈마 등을 이용한 나노 파티클 공정법을 이용하여 메탈이 가지지 못하는 기존의 인듐 주석 산화물과 비슷한 일함수를 가지는 나노 파티클 분산층을 형성하도록 하여 정공 주입이 형성될 수 있는 기반을 만들게 된다.
여기서, 상기 나노 파티클 공정법에 의해 미세한 금속분자 또는 금속 산화물분자가 알갱이 형상으로 도포되어 나노 파티클 층이 형성되어 일함수를 조정하는 역할을 하게 된다.
상기 나노 파티클 분산층은, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 입자화가 가능한 다수의 알갱이 형태의 금속 산화물(반도체 물질) 또는 리튬 유도체로 이루어지는 것으로, 상기 메탈 메시층(20) 상에, 내부에 나노 입자 또는 이온이 형성되는 코어를 갖는 구형 미셀을 다수개 분산 도포되어 스핀 코팅된 후, 산소 플라즈마 처리하여 알갱이 형태의 금속 산화물 반도체 물질 또는 리튬 유도체로 이루어진 다수의 나노 입자 알갱이가 상기 메탈 메시층(20)에 분산되어 배치시킨다.
여기서, 상기 구형 미셀은 코어와 이를 둘러싸는 역 미셀로 이루어짐이 헥사고날 형태의 나노 입자의 배치를 추구하는 점에서 더욱 바람직하며, 또한 상기 역 미셀 제작에 사용되는 물질은 친수성과 소수성 블록을 갖는 블록 이중 공중합체 고분자 물질(도 4의 PS-b-P2VP)을 사용함이 바람직하다.
상기 나노 파티클 분산층의 구형 미셀을 형성하는 과정을 도 4를 참조하여 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 친수성인 PS 블록과 소수성인 P2VP 블록이 연결되어 있는 고분자 물질인 블록 이중 공중합체(예를 들면, PS-b-P2VP 제품; polymer source ltd. Canada)를 사용하여 역 미셀을 형성한다. 여기서, P2VP 가 역 미셀의 코어를 형성한다. 즉, 역 미셀의 코어를 형성하는 P2VP 는 전기적으로 강한 음성을 띄게 되고 이에 양의 특성을 가지는 이온들은 역 미셀 코어에 자리잡게 됩니다.
또한, 상기 블록 이중 공중 합체 고분자 물질은 유성 용매인 toluene, O-xylene 등에 용해되어 역 미셀을 형성한다.
Salt는 금속 산화물 반도체 나노입자 또는 리튬 유도체 나노 입자를 만들기 위해 첨가되는 물질이다.
또한, 역 미셀의 용매인 toluene 에 용해되지 않기 때문에 역 미셀 코어인 P2VP에 염화주석을 로딩(loading)하여 반응(reaction) 시킬 수 있다. 이때, 에탄올을 첨가하는 경우 염화주석의 염소는 제거된다.
이와 같이 하여 나노 파티클(NP)을 성장(growth)하여 구형의 미셀(역 미셀)이 형성되어지는 것이다.
이때, 상기 형성된 구형의 역 미셀은 메탈 메시층(20) 상에 도포하여, 스핀 코팅 후, 산소 플라즈마 처리과정을 거치게 되면 역 미셀은 에칭되고 내부에 잔존하던 금속 이온(예를 들면, Sn2 + )과 산소가 반응하여 알갱이 형태의 산화주석 나노 입자와 같은 금속 산화물을 형성하게 된다.
상기 정공 주입층(30)은 상기 양극인 메탈 메시층(20) 및 상기 나노 파티클 분산층상에 형성되어 상기 메탈 메시층으로부터 들어오는 정공이 유기물을 원활히 주입될 수 있게 일함수를 높여주는 역할을 수행한다.
즉, 상기 정공 주입층(30)은 정공이 양극인 메탈 메시층(20)로부터 정공 수송층(40)으로 주입되는 것을 용이하게 하는 역할을 수행하게 된다.
상기 정공 수송층(40)은 주입된 정공을 발광층(50)으로 수송시키는 역할을 수행한다.
즉, 상기 정공 수송층(40)은 양극(20)에서 발생된 정공을 주입하여 발광층(50)으로 수송하는 층으로서, 발광층(50)과 양극(20) 사이에 형성된다. 정공 수송층(40)은, PEDOT:PSS, PVK(poly(9-vinylcarbazole), TFB(poly(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-(4,4'(N-(4-secbutylphenyl))diphenylamine)), CuPc(Copper Phthalocyanine) 또는 a-NPD(N,N'-diphenyl-N,N'-bis(1-naphthyl)-1,1'biphenyl-4,4'-diamine), TPD(N,N'-Bis-(3-methylphenyl)-N,N'-Bis-phenyl(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine) 중에서 어느 하나를 이용하여 액상으로 용해하여 인쇄공정과 같은 용액공정이 적용 가능하다.
상기 발광층(50)은 상기 정공 수송층(40) 상에 형성되어 음극층(80) 및 양극(20)으로부터 주입 및 이송된 전자와 정공이 재결합(recombination)에 의해 발광되며, 발광물질로는 용액화가 가능한 저분자 또는 고분자의 재료를 이용한다. 그리고, 발광원리에 따라 형광(fluorescence) 및 인광(phosphorescence) 물질을 이용한다.
상기 발광층(50)은 PPV(poly(p-phenylenevinylene)), PPP(poly(p-phenylene)), PT (polythiophene), PF(polyfluorene), PFO(poly(9.9-dioctylfluorene), PVK (poly(9-vinylcarbazole)) 중 어느 하나와 그 유도체인 고분자 재료로 형성되거나, Al 착화합물 계열인 Alq3 (Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminium), Ir 착화합물 계열인 Ir(ppy)3(fac-tris(2-phenylpyridinato) iridium (III)), 또는 Pt 착화합물 계열인 PtOEP(2,3,7,8,12,13,17,18-octaethyl- 12H, 23H-porphyrine platinum (II))와 같은 금속 착화합물을 포함하는 저분자 재료로 형성된다. 또한, 고분자인 PVK(poly(9-vinylcarbazole))에 저분자 인광재료가 첨가된 재료가 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 발광층(50)은 좌우 대칭으로 적ㆍ녹ㆍ청 3층 발광 영역을 형성하여 백색 혼합을 이루어 백색광을 발광할 수 있도록 함이 바람직하다.
상기 전자 수송층(60)은 상기 발광층(50) 상에 형성되며 주입된 전자를 상기 발광층(50)으로 수송시키는 역할을 수행한다.
즉, 전자 주입층(70)에 주입된 전자를 발광층(50)으로 이동시키는 층으로 발광층(50) 상에 형성되고, 정공 수송층(40)으로부터 발광층(50)을 통해 수송된 정공을 차단한다. 이때, 전자 수송층(60)은, 용액화가 가능한 ZnO 나노 파티클이나 TiOx 나노 파티클을 포함한다. 전자 수송층(60)은 전자 주입층(70)에 주입된 전자를 발광층(50)으로 이송시키며 소자의 높은 효율을 위해 추가되는 층이다.
상기 전자 주입층(70)은 상기 전자 수송층(60)으로 전자를 주입시키는 역할을 수행한다.
즉, 상기 전자 주입층(70)은, 알칼리 금속이나 알칼리 토금속의 양이온과 음이온을 포함하는 이온성 계면활성제, 또는 전해질을 극성 용매나 비극성 용매에 용해시킨 용액을 이용하여 이를 액상으로 코팅하여 형성될 수 있다. 또한, 전자주입층(70)은, 계면활성제 또는 고분자 전해질을 극성용매나 비극성 용매에 용해시킨 용액을 이용하여서도 형성될 수 있다. 이 경우, 계면활성제 또는 고분자 전해질 용액에 알칼리 금속이나 알칼리 토금속 이온 및 염을 포함하거나 또는 유기 양이온을 포함하는 유기재료가 더 첨가될 수 있다. 계면활성제는, 에틸렌옥사이드(ehtylene oxide)를 가지는 비이온성(non-ionic) 이고, 고분자 전해질은 계면활성제의 고분자 중합체인 PEO(polyethylene oxide), PEG(polyethylene glycol)이다. 에틸렌옥사이드는, 분자내 개수가 증가할수록 극성을 보다 많이 띠게 되는 계면활성제의 특성을 좌우한다. 즉, 에틸렌옥사이드는, 비공유전자쌍을 많이 포함하고 있기 때문에, 음극(80)에서 전자 주입층(70)으로의 전자주입효과를 더 높일 수 있다. 여기서, 이온성 계면활성제는, 비이온 에틸렌옥사이드(ethylene oxide)를 가지고 있는 계면활성제에 알칼리금속(alkali metal) 또는 알칼리 토금속(alkaline earth metal)의 양이온(Li+, Na+, Cs+, K+, Ca++, Mg++)과 음이온(sulfate(SO3-) 또는 phosphate(PO
2-))을 포함하는 물질이다. 이를 극성 또는 비극성 용매에 용해시켜 용액화한다. 또한, 비이온 계면활성제는, 분자량에 따라 분류되는 PEO(polyethylene oxide), PEG (polyethylene glycol) 중 어느 하나를 가진 물질으로서 전해질 역할을 하게 되는데 전해질은 이온의 움직임을 활발히 한다. 비이온 계면활성제는 극성 또는
비극성 용매(solvent)에 용해시켜 용액화한 것이며, 이 용액에 알칼리금속(alkali metal) 또는 알칼리토금속(alkaline earth metal)을 Li, Na, Cs, K, Ca, Mg 포함하는 염(salts)을 첨가하여 전자주입효과를 높일 수 있다.
또한, 전자 주입층(70)은 알칼리 금속이나 알칼리 토금속 이온 및 이들의 염을 포함하거나 또는 암모늄이온과 같은 유기 양이온을 포함하는 유기재료를 이온기로 가지고 있는 이온성 고분자 재료를 이용하여 형성될 수 있다.
구체적으로, 전자 주입층(70)은, 비이온성 계면활성제인 PEO(polyethylene oxide), PEG (polyethylene glycol)를 용매에 용해시킨 전해질 용액, 그리고 이 전해질 용액에 이온을 부가하는 이온기를 갖는 알칼리 금속이나 알칼리 토금속을 포함하는 염, 또는 유기 양이온을 포함하는 유기염이 첨가되어 형성될 수 있으며, 바람직하게는, 비이온성 계면활성제를 극성 용매나 비극성 용매에 용해시킨 전해질 용액에, 유기 양이온(organiccation)인 페닐 암모늄(phenyl ammonium), 테트라메틸 암모늄(tetramethyl ammonium), 테트라프로필 암모늄(tetrapropyl ammonium), 테트라에틸 암모늄(tetraethyl ammonium), 테트라부틸 암모늄 (tetrabutyl ammonium), 테트라부틸 암모늄 테트라플로보레이트 (tetrabutylammonium tetrafluoroboate), 테트라키스 디에틸아미노 에틸렌(Tetrakis(dimethylamino)ethylene), 이미다졸리움 (Imidazolium) 등의 암모늄 염(ammonium salts)을 포함하는 유기재료를 첨가하면 전자주입효과를 높일 수 있다.
상기 음극층(80)은 상기 전자 주입층(70) 상측에 형성되어 음극으로서의 기능을 수행한다.
따라서, 상술한 바와 같이 유기 발광 다이어드에 있어 기존의 인듐주석 산화물을 대체하여 양극으로서의 메탈 메시와 나노 파티클 분산층을 형성함으로써, 조명용 디스플레이를 낮은 가격에 제작할 수 있고, 휨성이 좋아 유연 기판에 적용 가능할 뿐만 아니라, 상부발광형 또는 하부발광형을 넘어 양면발광형 유기 발광 다이오드를 제작할 수 있는 핵심적인 기술력이 확보될 수 있게 되는 것이다.
본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 상기 설명된 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략되었다. 이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 본 발명의 일실시예에 따른 백색 유기 발광 다이오드
10: 기판
20: 메탈 메시층
30: 정공 주입층(HIL; Hole injcetion layer)
40: 정공 수송층(HTL: Hole transprot layer)
50: 발광층(emissive layer)
60: 전자 수송층(Electron tranport layer)
70: 전자 주입층(Electron injection layer)
80: 음극(Cathode)

Claims (16)

  1. 기판;
    상기 기판상에 형성되는 양극층으로서 메탈 메시층;
    상기 메탈 메시층 상에 형성되어 상기 메탈 메시층으로부터 들어오는 정공을 주입시키는 정공주입층;
    주입된 정공을 발광층으로 수송시키는 정공수송층;
    상기 정공수송층 상에 형성되는 발광층;
    상기 발광층 상에 형성되며 주입된 전자를 상기 발광층으로 수송시키는 전자수송층;
    상기 전자수송층으로 전자를 주입시키는 전자주입층; 및
    상기 전자주입층 상측에 형성된 음극층;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노 파티클 공정법을 이용한 유연 기판용 백색 유기 발광 다이오드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 메탈 메시층은 Ag, Au 또는 Pt 로 된 금속 원자가 망형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노 파티클 공정법을 이용한 유연 기판용 백색 유기 발광 다이오드.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 메탈 메시층 상에는 미세한 금속분자 또는 금속 산화물분자가 알갱이 형상으로 도포되어 나노 파티클 층이 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 파티클 공정법을 이용한 유연 기판용 백색 유기 발광 다이오드.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 유연성이 있는 유연성 기판인 것을 특징으로 하는 나노 파티클 공정법을 이용한 유연 기판용 백색 유기 발광 다이오드.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 유연성 기판은, PET(polyethylene terephthalate), PES (polyester), PT(polythiophene), PI(polyimide) 중에서 어느 하나인 플라스틱으로 형성되거나, 알루미늄 포일(aluminum foil), 또는 스테인리스 스틸 포일(stainless steel foil)
    인 유연한 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 파티클 공정법을 이용한 유연 기판용 백색 유기 발광 다이오드.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 정공 주입층은 상기 양극인 메탈 메시층 및 상기 나노 파티클 분산층상에 형성되어 상기 메탈 메시층으로부터 들어오는 정공이 유기물을 원활히 주입될 수 있게 일함수를 높여주는 것을 특징으로 하는 나노 파티클 공정법을 이용한 유연 기판용 백색 유기 발광 다이오드.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 정공 수송층은 PEDOT:PSS, PVK(poly(9-vinylcarbazole), TFB(poly(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-(4,4'(N-(4-secbutylphenyl))diphenylamine)), CuPc(Copper Phthalocyanine) 또는 a-NPD(N,N'-diphenyl-N,N'-bis(1-naphthyl)-1,1'biphenyl-4,4'-diamine), TPD(N,N'-Bis-(3-methylphenyl)-N,N'-Bis-phenyl(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine) 중에서 어느 하나를 이용하여 액상으로 용해하여 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 파티클 공정법을 이용한 유연 기판용 백색 유기 발광 다이오드.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광층은 상기 정공 수송층 상에 형성되어 상기 음극층 및 양극층인 메탈 메시로부터 주입 및 이송된 전자와 정공이 재결합(recombination)에 의해 발광되는 것을 특징으로 하는 나노 파티클 공정법을 이용한 유연 기판용 백색 유기 발광 다이오드.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 발광층은 좌우 대칭으로 적ㆍ녹ㆍ청 3층 발광 영역을 형성하여 백색 혼합을 이루어 백색광을 발광하는 것을 특징으로 하는 나노 파티클 공정법을 이용한 유연 기판용 백색 유기 발광 다이오드.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 발광층은 PPV(poly(p-phenylenevinylene)), PPP(poly(p-phenylene)), PT (polythiophene), PF(polyfluorene), PFO(poly(9.9-dioctylfluorene), PVK (poly(9-vinylcarbazole)) 중 어느 하나와 그 유도체인 고분자 재료로 형성되거나, Al 착화합물 계열인 Alq3 (Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminium), Ir 착화합물 계열인 Ir(ppy)3(fac-tris(2-phenylpyridinato) iridium (III)), 또는 Pt 착화합물 계열인 PtOEP(2,3,7,8,12,13,17,18-octaethyl- 12H, 23H-porphyrine platinum (II))인 금속 착화합물을 포함하는 저분자 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 파티클 공정법을 이용한 유연 기판용 백색 유기 발광 다이오드.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 발광층은 고분자인 PVK(poly(9-vinylcarbazole))에 저분자 인광재료가 첨가되는 것을 특징으로 하는 나노 파티클 공정법을 이용한 유연 기판용 백색 유기 발광 다이오드.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 수송층은 상기 전자 주입층에 주입된 전자를 상기 발광층으로 이동시키고, 상기 정공 수송층으로부터 상기 발광층을 통해 수송된 정공을 차단하는 것을 특징으로 하는 나노 파티클 공정법을 이용한 유연 기판용 백색 유기 발광 다이오드.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 주입층은 알칼리 금속이나 알칼리 토금속의 양이온과 음이온을 포함하는 이온성 계면활성제, 또는 전해질을 극성 용매나 비극성 용매에 용해시킨 용액을 이용하여 이를 액상으로 코팅하여 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 파티클 공정법을 이용한 유연 기판용 백색 유기 발광 다이오드.
  14. 제 1 항에 있어서,
    전자 주입층은 알칼리 금속이나 알칼리 토금속 이온 및 이들의 염을 포함하거나 또는 암모늄이온과 같은 유기 양이온을 포함하는 유기재료를 이온기로 가지고 있는 이온성 고분자 재료를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 파티클 공정법을 이용한 유연 기판용 백색 유기 발광 다이오드.
  15. 제 3 항에 있어서,
    상기 나노 입자 분산층은, 상기 메탈 메시층 상에, 내부에 나노 입자 또는 이온이 형성되는 코어를 갖는 구형 미셀을 다수개 분산 도포되어 스핀 코팅된 후, 산소 플라즈마 처리하여 알갱이 형태의 금속 산화물 반도체 물질 또는 리튬 유도체로 이루어진 다수의 나노 입자 알갱이가 상기 양극 상에 분산되어 배치되는 것을 특징으로 하는 나노 파티클 공정법을 이용한 유연 기판용 백색 유기 발광 다이오드.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 구형 미셀은 코어와 이를 둘러싸는 역 미셀로 이루어지며, 상기 구형 미셀은 친수성과 소수성 블록을 갖는 블록 이중 공중합체 고분자 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노 파티클 공정법을 이용한 유연 기판용 백색 유기 발광 다이오드.
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