KR20200058987A - 유기 발광 소자 - Google Patents

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KR20200058987A
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서정대
김재훈
유창재
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극으로 사이에 위치하는 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 메소젠성 고분자 발광 재료 및 카이랄 도펀트를 포함하고, 상기 발광층의 상기 제1 전극을 향하는 일면과 상기 발광층의 상기 제2 전극을 향하는 다른 일면이 각각 소정의 방향으로 배향되고, 상기 발광층에서, 상기 일면의 배향 방향과 상기 다른 일면의 배향 방향이 상이하고, 상기 메소젠성 고분자 발광 재료의 분자 배열이 상기 비틀림 각을 따라 나선형으로 비틀어지면서 형성한 비틀림 구조를 포함하고, 상기 일면의 배향 방향에 대하여 상기 다른 일면의 배향 방향이 비틀어진 방향으로 이루는 각이 비틀림 각이고, 상기 발광층의 비틀림 각이 상기 메소젠성 고분자 발광 재료의 포화 비틀림 각 보다 큰 유기 발광 소자를 제공하는 것이다.

Description

유기 발광 소자{Organic Light Emitting Device}
본 발명은 유기 발광 소자에 관한 것이다.
표시장치가 대형화됨에 따라 최근 표시장치의 대형화에 따라 공간 점유가 적은 평면표시소자에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 평면표시소자 중 하나로서 유기 발광 소자(organic light emitting diode, OLED)를 포함하는 유기 발광 표시장치의 기술이 빠른 속도로 발전하고 있다.
유기발광다이오드는 양극과 음극 사이에 형성된 발광층에 전하를 주입하면 전자와 정공이 쌍을 이루어 여기자(엑시톤)을 형성한 후, 여기자의 에너지를 광으로 방출하는 소자이다. 유기발광다이오드는 기존의 디스플레이 기술에 비해 저 전압 구동이 가능하고 전력소모가 비교적 적으며, 뛰어난 색감을 가질 뿐만 아니라, 플랙서블 기판 적용이 가능하여 다양한 활용이 가능하다는 장점을 가지고 있다.
본 발명의 목적은 회전 편광판을 적용하면서도 광투과율 및 광효율이 우수한 유기 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 회전 편광판을 적용하면서도 광투과율 및 광효율이 우수한 유기 발광 소자를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 소자는 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극으로 사이에 위치하는 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 메소젠성 고분자 발광 재료 및 카이랄 도펀트를 포함하고, 상기 발광층의 상기 제1 전극을 향하는 일면과 상기 발광층의 상기 제2 전극을 향하는 다른 일면이 각각 소정의 방향으로 배향되고, 상기 발광층에서, 상기 일면의 배향 방향과 상기 다른 일면의 배향 방향이 상이하고, 상기 메소젠성 고분자 발광 재료의 분자 배열이 상기 비틀림 각을 따라 나선형으로 비틀어지면서 형성한 비틀림 구조를 포함하고, 상기 일면의 배향 방향에 대하여 상기 다른 일면의 배향 방향이 비틀어진 방향으로 이루는 각이 비틀림 각이고, 상기 발광층의 비틀림 각이 상기 메소젠성 고분자 발광 재료의 포화 비틀림 각 보다 크다.
본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 소자는 1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극으로 사이에 위치하는 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 메소젠성 고분자 발광 재료 및 카이랄 도펀트를 포함하고, 상기 발광층의 상기 제1 전극을 향하는 일면과 상기 발광층의 상기 제2 전극을 향하는 다른 일면이 각각 소정의 다른 방향으로 배향되고, 상기 발광층은, 상기 일면의 배향 방향과 상기 다른 일면의 배향 방향의 차이를 따라 상기 메소젠성 고분자 발광 재료의 분자 배열이 형성한 비틀림 구조를 포함하고, 상기 일면의 배향 방향에 대하여 상기 다른 일면의 배향 방향이 비틀어진 방향으로 이루는 각도가 60° 내지 100°이다.
본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 소자를 제조하는 방법은 제1 전극 상에 정공수송층을 형성하는 단계, 상기 정공수송층의 상면을 배향하여 배향막을 형성하는 단계, 상기 배향된 정공수송층의 상부 면 상에 메소젠성 고분자 발광 재료 및 카이랄 도펀트를 포함하는 용액을 도포하여 건조시켜 예비발광층을 형성하는 단계, 상기 예비발광층의 상부 면이 상기 정공수송층의 상면의 배향 방향과 차이가 생기도록 배향하는 단계, 상기 예비발광층의 배향된 상부 면 상에 광경화성 고분자를 코팅하여 코팅층을 형성한 뒤 상기 코팅층을 광경화하는 단계, 상기 예비발광층을 가열하여 비틀림 구조를 갖는 발광층을 형성하는 단계, 상기 코팅층을 제거하는 단계, 및 상기 발광층 상부에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자는 우회전 편광 또는 좌회전 편광이 우세한 회전 편광 발광의 특성을 갖는 발광층을 포함하고, 발광층의 회전 편광 발광의 방향과 회전 편광판의 회전 편광 방향과 동일하게 하여 광투과율을 향상시키고, 광효율을 개선한다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자를 제조하는 방법에 의해 우회전 편광 또는 좌회전 편광이 우세한 회전 편광 발광 특성을 가지는 발광층을 구비한 유기 발광 소자를 제조할 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기 발광 소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기 발광 소자의 발광층 중 메소젠성 고분자 발광 재료가 형성한 비틀림 구조를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기 발광 소자 소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기 발광 소자를 제조하는 방법을 예시적으로 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기 발광 소자를 제조하는 방법을 따라 얻어진 유기 발광 소자의 모식적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에서 따른 유기 발광 소자를 적용한 유기발광 표시장치의 모식적인 단면도이다.
도 7 내지 도 10은 실시예 및 비교예의 광학 분석 스펙트럼이다.
도 11은 실시예 및 비교예에서 제작된 발광층의 상부면에 대하여 얻은 AFM texture이다.
도 12는 본 발명의 일 구현예에서 따른 유기 발광 소자의 발광층의 비틀림 각을 측정하기 위한 실험 setup을 모식적으로 나타낸 것이다.
도 13은 실시예에서 제작된 발광층 샘플에 대하여 얻은 투과 texure 이미지이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 유기 발광 소자를 설명하도록 한다.
본 발명의 일 구현예에서, 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극으로 사이에 위치하는 발광층을 포함하는 유기 발광 소자를 제공하고, 상기 발광층은 메소젠성 고분자 발광 재료 및 카이랄 도펀트를 포함하고, 상기 발광층의 상기 제1 전극을 향하는 일면과 상기 발광층의 상기 제2 전극을 향하는 다른 일면이 각각 소정의 방향으로 배향되고, 상기 발광층에서, 상기 일면의 배향 방향과 상기 다른 일면의 배향 방향이 상이하고, 상기 메소젠성 고분자 발광 재료의 분자 배열이 상기 비틀림 각을 따라 나선형으로 비틀어지면서 형성한 비틀림 구조를 포함하고, 상기 일면의 배향 방향에 대하여 상기 다른 일면의 배향 방향이 비틀어진 방향으로 이루는 각이 비틀림 각이고, 상기 발광층의 비틀림 각이 상기 메소젠성 고분자 발광 재료의 포화 비틀림 각 보다 크다.
상기 비틀림 각은, 구체적으로, 상기 비틀림 각이 60° 내지 100°일 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기 발광 소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 따른 유기 발광 소자(100)는 제1 전극(10), 발광층(30) 및 제2 전극(20)을 포함한다.
상기 발광층(30)은 제1 전극(10)을 향하는 일면(30a)과 제2 전극(20)을 향하는 다른 일면(30b)을 포함하고, 상기 일면(30a)과 상기 다른 일면(30b)이 각각 소정이 방향으로 배향된다.
상기 발광층(30)은 메소젠성 고분자 발광 재료 및 카이랄 도펀트를 포함하고, 상기 메소젠성 고분자 발광 재료는 상기 일면(30a)의 배향 방향과 상기 다른 일면(30b)의 배향 방향의 차이를 따라 나선형으로 적층되어 비틀림 구조 또는 나선형 적층 구조를 형성한다.
도 2는 메소젠성 고분자 발광 재료가 상기 발광층(30)에서 형성한 비틀림 구조를 모식적으로 나타낸 도면이다. 상기 메소젠성 고분자 발광 재료의 분자(M)는 도 2에서와 같이, 길이가 긴 형상일 수 있다. 상기 발광층(30)의 두께 방향을 z 방향으로 정의하면, 상기 발광층(30)의 양면에서 상기 메소젠성 고분자 발광 재료의 분자(M)는 길이 방향의 x-y 벡터 방향이 서로 상이하다.
도 2에서, 상기 메소젠성 고분자 발광 재료의 분자(M)가 상기 일면(30a)에서 배향된 x-y 벡터 방향을 'X' 방향으로 표시하고, 상기 다른 일면(30b)에서 배향된 방향을 x-y 벡터 방향을'Y' 방향으로 표시한다. 비틀림 구조는 상기 일면(30a)의 배향 방향(X)과 상기 다른 일면(30b)의 배향 방향(Y)의 차이를 따라 메소젠성 고분자 발광 재료의 분자(M)가 나선형으로 비틀어지면서 두께 방향으로 적층되어 배열됨으로써 형성한다.
상기 비틀림 각은 X 방향에 대한 상대적인 Y방향으로 정의될 수 있다.
상기 발광층(30)은 비틀림 구조를 가짐으로써 회전 편광 특성을 가지는 광을 생성하여 출사한다. 비틀림 구조의 구조적 특성에 따라, 상기 발광층(30)으로부터 출사되는 광은 우회전 편광 및 좌회전 편광 중 어느 한 쪽이 우세하게 나타날 수 있다. 상기 비틀림 각의 방향에 따라 우회전 편광 및 좌회전 편광 중 어느 한 쪽을 선택할 수 있다.
본 명세서에서, 회전 편광이란, 원 편광 또는 타원 편광을 포함하는 개념이다. 원 편광이란, z축 방향으로 진행하는 광에 있어서, 입사 평면의 x축 자기장과 y축 자기장의 벡터 합이 원형으로 변화하는 경우, 즉, x축 자기장과 y축 자기장 두 성분의 진폭이 정확히 같고 위상차가 90°인 경우를 의미한다. 또한, 타원 편광이란, 직선 편광과 원 편광이 아닌 다른 모든 경우를 의미한다. 즉, 합성된 자기장 벡터가 회전하면서 크기도 변하는 경우 편광 상태는 타원을 그리게 되고, 이를 타원 편광으로 정의한다. 또한, 광의 진행 방향을 정대(正對)하는 관측자로부터 볼 때, 시계 방향인 것을 우회전 편광이라 하고, 반시계 방향인 것을 좌회전 편광이라 한다.
상기 유기 발광 소자에 반사방지막으로 회전 편광판을 적용시, 발광층에서 출사되는 광이 회전 편광판의 회전 편광 방향과 반대 방향의 회전 편광 방향을 가지게 되면 반사방지막을 통과하지 못하게 되어, 광 투과율의 저하를 가져온다.
상기 유기 발광 소자(100)는 상기 발광층(30)에서 출사되는 광이 우회전 편광 및 좌회전 편광 중 어느 한 쪽이 우세하고, 그 우세한 회전 편광 방향과 회전 편광판의 회전 편광 방향을 동일하게 하여, 상기 발광층(30)에서 출사되는 광이 우세하게 반사방지막을 통과할 수 있게 된다. 그 결과, 상기 유기 발광 소자(100)는 높은 광 투과율을 나타내어, 우수한 광효율 특성을 나타낼 수 있다.
상기 유기 발광 소자(100)는 회전 편광판의 반사방지막을 적용할 때 광 투과율은 g-factor과 관련된다. g-factor란 하기 수학식 1에 의해 계산되고, 우회전 편광 및 좌회전 편광 중의 우세한 정도를 나타낸다.
[수학식 1]
g-factor = 2* (IL-IR)/(IL+IR)
IL은 좌회전 편광 특성을 가지는 광의 세기 (intensity)이다.
IR은 우회전 편광 특성을 가지는 광의 세기 (intensity)이다.
g-factor가 0인 경우, 우회전 편광 및 좌회전 편광 중 어느 쪽이 우세하지 않고, 동등하게 발현되는 것을 의미한다. 반면, g-factor 의 절대값이 커지게 되면, 우회전 편광 및 좌회전 편광 중 어느 한 쪽이 우세함을 의미한다. g-factor는 EL 스펙트럼에서 계산된 값으로 얻는 것이 일반적이나, PL 스펙트럼에서 계산된 값일 수도 있다.
본 명세서에서, gPL은 PL 스펙트럼에서 측정된 g-factor이고, gEL은 EL 스펙트럼에서 측정된 g-factor이다.
상기 유기 발광 소자(100)의 발광층(30)은 전술한 바와 같이 높은 비틀림 각을 갖는 비틀림 구조를 가짐으로써, 우회전 편광 및 좌회전 편광 중 어느 한 쪽이 우세한 높은 값의 g-factor를 구현할 수 있다.
g-factor를 최대화하기 위해 상기 발광층의 일면(30a)의 배향 방향(X)과 다른 일면(30b)의 배향 방향(Y)의 차이, 즉, 비틀림 각(twist angle, θT)을 높여야 한다.
발광층의 일면(30a)을 배향하기 위해, 접하는 층(도 1에서 정공수송층(40)임)을 배향막으로 형성하고, 배향막의 상부에 발광층을 용액 공정으로 형성한다. 상기 배향막은 표면에 러빙 또는 광배향 등에 의해 표면 방위각 고정 에너지(surface azimuthal anchoring energy)를 형성하여 배향될 수 있고, 상기 배향막과 접하는 계면, 즉, 상기 발광층의 일면(30a)이 상기 배향막의 배향 방향을 따라 배향되어 형성된다. 발광층의 다른 일면(30b)을 상기 배향막의 배향 방향과 각도의 차이를 두어 배향하여 비틀림 구조를 형성할 수 있다. 발광층의 다른 일면(30b)에도 러빙 또는 광배향 등에 의해 표면 방위각 고정 에너지(surface azimuthal anchoring energy)를 형성하여 메소젠성 고분자 발광 재료의 분자들을 한 방향으로 배향시킬 수 있다.
발광층의 다른 일면(30b)을 배향시킨 뒤, 그 배향 방향은 후술되는 추가 공정에 의해 고정시키고, 이어서, 열처리에 의해 발광층의 비틀림 구조를 형성하면, 발광층의 비틀림 구조에 의해 형성된 비틀림 각(twist angle, θT)은 배향막의 배향 방향과 발광층의 다른 일면(30b)의 배향 방향의 차이에 비례하여 증가한다.
그러나, 메소젠성 고분자 발광 재료 단독으로 발광층을 구성하게 되는 경우, 배향막의 배향 방향과 발광층의 다른 일면(30b)의 배향 방향의 차이가 일정 각도 이상 증가하면 더 이상 비틀림 각(twist angle, θT)이 증가하지 않고 유지하게 되어서, 즉, 포화되고, 이 각도를 메소젠성 고분자 발광 재료의 포화 비틀림 각(θS)이라 칭한다. 포화 비틀림 각(θS)은 탄성계수를 달리하는 발광 재료의 종류에 따라 결정된다. 따라서, 포화 비틀림 각(θS)은 소정의 메소젠성 고분자 발광 재료가 발광층에서 구현할 수 있는 최대 비틀림 각이 된다.
상기 발광층(30)은 일면(30a)의 배향 방향을 결정하는 배향막의 배향 방향과 다른 일면(30b)의 배향 방향이 비틀어진 상태로 유지한 상태에서, 특히, 후술하는 제조방법에 의해 다른 일면(30b)의 배향 방향을 고정한 상태에서 상기 비틀림 구조를 형성하기 때문에, 포화 비틀림 각(θS) 보다 크게 비틀림 각(twist angle, θT)을 형성할 수 있고, 이는 후술하는 제조방법에서 자세히 설명될 예정이다.
또한, 상기 발광층(30)은 메소젠성 고분자 발광 재료에 더하여 카이랄 도펀트를 함께 포함하기 때문에, 비틀림 각(twist angle, θT)이 메소젠성 고분자 발광 재료의 포화 비틀림 각(θS)보다 커지도록 영향을 줄 수 있다.
즉, 상기 발광층(30)은 카이랄 도펀트를 함께 사용하고, 배향막의 배향 방향과 발광층(30)의 다른 일면(30b)의 배향 방향의 차이를 메소젠성 고분자 발광 재료의 포화 비틀림 각(saturated twist angle, θS) 보다 크게 하고, 다른 일면(30b)의 배향 방향을 고정한 상태에서 비틀림 구조를 형성하여, 상기 발광층(30)은 보다 큰 비틀림 각(twist angle, θT)을 구현할 수 있다.
포화 비틀림 각(θS)이 발생하는 이유는 비틀림 구조에 영향을 미치는 메소젠성 고분자 발광 재료의 탄성계수(K2)가 약 10-11 내지 10-10N 정도로 높은 값을 가지기 때문이다. 통상적으로 고분자의 경우 탄성계수가 높다.
이와 같이, 상기 발광층(30)은 보다 큰 비틀림 각(twist angle, θT)을 구현하면서, 보다 큰 g-factor 값을 구현할 수 있다.
구체적으로, 상기 발광층(30)의 비틀림 각(twist angle, θT), 즉, 상기 일면(30a)의 배향 방향과 상기 다른 일면(30b)의 배향 방향이 이루는 각도가 60° 내지 100°일 수 있다.
상기 발광층(30)의 비틀림 각(twist angle, θT)은 배향막의 배향 방향과 발광층(30)의 다른 일면(30b)의 배향 방향을 조절하고, 더하여, 메소젠성 고분자 발광 재료의 탄성계수(K2), 표면 방위각 고정 에너지, 발광층 두께 등을 조절하여 상기 범위로 구현할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 유기 발광 소자(100)는 상기 발광층(30)에서 출사되는 광의 g-factor의 절대값이 0.01 내지 2 일 수 있고, 구체적으로, 0.4 내지 2로 우회전 편광 또는 좌회전 편광이 우세하게 구현할 수 있다.
본 명세서에서, 발광층(30)의 비틀림 각을 측정하기 위해서 러빙 방향으로 선편광된 빛을 비틀린 필름을 투과시킨 후 측정된 Stokes 변수와 비틀린 각도에 따라 Mueller 행렬을 통해 계산된 Stokes 변수를 비교하여 평가할 수 있다. 측정을 위한 실험 setup은 도 12에 모식적으로 나타나 있다. 도 12에서, 비틀림 각을 측정하고자 하는 발광층 샘플을 sample 위치에 놓고 측정할 수 있다. Laser에서 나오는 광은 발광층에서 흡수하지 않는 광의 파장을 선택한다. 비틀림 각을 측정 및 계산하는 상세한 설명은 "Control of Circularly Polarized Electroluminescence in Induced Twist Structure of Conjugate Polymer, Jae-Hoon Kim, et al., Adv. Mater. 2017, 29, p1700907"의 논문에 기재된 바에 따른다.
상기 메소젠성 고분자 발광 재료는, 구체적으로, 폴리(9,9-디옥틸플루오렌-코벤조티아졸) (poly(9,9-dioctylfluorene-cobenzothiadiazole; F8BT), 폴리(9,9-디옥틸-2,7-플루오렌) (poly(9,9-dioctyl-2,7-fluorene; PFO) 등일 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 메소젠(mesogenic) 특성과 발광 특성을 가지는 고분자를 사용할 수 있다.
상기 발광층(30)은 카이랄 도펀트를 포함함으로써, 상기 메소젠성 고분자 발광 재료의 포화 비틀림 각(θS)을 초과하는 비틀림 각(θT)을 구현하여, 우회전 편광이 우세하거나, 좌회전 편광이 우세한 광을 출사할 수 있다. 상기 카이랄 도펀트는 주변의 메소젠성 고분자 발광 재료의 분자의 배향 방향에 영향을 미칠 수 있다.
상기 발광층(30)은 카이랄 도펀트를 0.1 내지 30 wt% 포함할 수 있다. 상기 발광층(30)은 카이랄 도펀트를 상기 범위로 포함하여, 상기 발광층(30)이 형성하는 비틀림 각(θT)이 상기 메소젠성 고분자 발광 재료의 포화 비틀림 각(θS)을 초과하여 형성될 수 있도록 카이랄 도펀트가 효과적으로 작용할 수 있다.
제1 전극(10)은 정공을 주입하는 양극(anode)으로, 일함수(workfunction)가 높은 도전성 물질, 예를 들어, 인듐-주석-산화물(Indium-tin-oxide, ITO), 인듐-아연-산화물(Indium-zinc-oxide, IZO), 아연-산화물(ZnO) 중 어느 하나의 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
제2 전극(20)은 전자를 주입하는 음극(cathode)으로, 일함수가 작은 도전성 물질, 예를 들어, 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 알루미늄-마그네슘 합금(AlMg) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기 배향막은 정공수송층(40)일 수 있다. 상기 정공수송층(40)은 상기 발광층(30)과 접하는 계면이 배향된다.
상기 정공수송층(40)(HTL, hole transport layer)은 배향될 수 있는 정공 수송 재료를 포함한다. 상기 정공수송층(40)을 배향막으로 형성하고, 그 상부에, 예를 들어 용액 공정에 의해, 상기 메소젠성 고분자 발광 재료를 도포하여, 상기 정공수송층(40)에 접하는 상기 발광층(30)의 일면(30a)을 배향할 수 있게 된다. 구체적으로, 상기 정공수송층(40)은 폴리이미드계 고분자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 폴리이미드계 고분자는 고온에서 이미드화 반응에 의해 열가교된 후, 일정 방향으로 러빙 공정을 수행하여 상기 정공수송층(40)의 일면을 배향할 수 있다.
상기 유기 발광 소자(100)는 상기 발광층(30), 상기 정공수송층(40) 이외에도 정공주입층(HIL, hole injection layer), 전자수송층(ETL, electron transport layer), 전자주입층(EIL, electron injection layer) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 더 포함할 수 있고, 공지된 기능층을 필요에 따라 적절히 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 1에서는 상기 유기 발광 소자(100)는 상기 발광층(30)과 상기 제2 전극(20) 사이에 전자수송층(50)을 더 포함한다.
정공주입층(HIL)은 정공의 주입을 원활하게 하는 역할을 할 수 있으며, CuPc(cupper phthalocyanine), PEDOT(poly(3,4)-ethylenedioxythiophene), PANI(polyaniline), NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenyl benzidine) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
전자수송층은 제2 전극(20)으로부터 전자를 공급받는다. 전자수송층은 공급받은 전자를 발광층(30)으로 전달한다. 전자 수송층은 전자수송 물질로 구성된다. 음이온화됨으로써(즉, 전자를 얻음으로써) 전기화학적으로 안정화되는 물질은 전자수송 물질일 수 있다. 또는, 안정한 라디칼 음이온을 생성하는 물질은 전자수송 물질일 수 있다. 또는, 헤테로사이클릭 링(Heterocyclic Ring)을 포함함으로써, 헤테로 원자에 의해 음이온화되기에 용이한 물질은 전자수송 물질일 수 있다. 예를 들어, 전자수송 물질은, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), Liq(8-hydroxyquinolinolatolithium), PBD(2-(4-biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4oxadiazole), TAZ(3-(4-biphenyl)4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole), spiro-PBD, BAlq(bis(2-methyl-8-quinolinolate)-4-(phenylphenolato)aluminium), SAlq, TPBi(2,2',2-(1,3,5-benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole), 옥사디아졸(oxadiazole), 트리아졸(triazole), 페난트롤린(phenanthroline), 벤족사졸(benzoxazole) 또는 벤즈티아졸(benzthiazole)중 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
전자주입층은 전자의 주입을 원활하게 하는 역할을 하며, 전자주입 물질로는 Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), PBD, TAZ, spiro-PBD, BAlq, SAlq 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또는, 전자주입층은 금속화합물로 이루어질 수 있으며, 금속화합물은 예를 들어 LiQ, LiF, NaF, KF, RbF, CsF, FrF, BeF2, MgF2, CaF2, SrF2, BaF2 및 RaF2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 발명은 일 구현예에서, 상기 유기 발광 소자는 반사방지막(80)을 더 구비하고, 상기 반사방지막은 회전 편광판이다.
도 3에서, 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기 발광 소자(200)이고, 상기 유기 발광 소자(200)는 상기 제1 전극(10)의 외측 또는 상기 제2 전극(20)의 외측으로 반사방지막(80)을 구비할 수 있다.
상기 반사방지막(80)은 외부 광(Lout)이 상기 유기 발광 소자(200) 내부에서 반사되어 뷰어에게 전달되지 못하도록 외부 광(Lout)을 차단할 수 있다.
도 3을 참조하면, 외부 광(Lout)은 상기 유기 발광 소자(200)를 진입하기 전에는 무 편광 상태이나, 상기 반사방지막(80)을 통과하면, 상기 반사방지막(80)의 회전 편광 방향에 따라 회전하는 광을 선택적으로 통과시킨다. 예를 들어, 상기 반사방지막(80)의 회전 편광 방향이 우회전 편광 방향이면, 이를 통과하는 외부 광(Lout)은 우회전 편광 되고, 좌회전 편광 방향이면, 이를 통과하는 외부 광(Lout)은 좌회전 편광된다. 도 3에서, 예시적으로, 상기 반사방지막(80)의 회전 편광 방향이 좌회전 편광 방향을 갖고, 이를 통과하는 외부 광(Lout)은 좌회전 편광 상태를 나타낸다. 상기 좌회전 편광된 외부 광(Lout)은 제1 전극(10)을 향하는 방향으로 진행하고, 제1 전극(10)에 의해서 반사되어 진행 방향이 다시 상기 반사방지막(80) 쪽으로 변경될 수 있다. 상기 반사방지막(80) 쪽으로 진행 방향이 변경된 외부 광(Lout)의 회전 방향이 바뀌어 우회전 편광 방향을 갖는다. 우회전 편광 방향을 갖는 외부 광(Lout)은 상기 반사방지막(80) 쪽으로 진행하지만, 상기 반사방지막(80)을 통과하지 못한다. 이러한 원리에 따라, 외부 광(Lout)이 상기 유기 발광 소자(200)의 내부로 진입하더라도 상기 반사방지막(80)에 의해 차단되어 뷰어에게 시인되는 것을 막을 수 있다.
한편, 상기 발광층(30)에서 생성된 광은 제2 전극(20)을 향하는 제1 광(Lin1)과 제1 전극(10)을 향하는 제2 광(Lin1)으로 구별될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 발광층(30)에서 생성된 광은 회전 편광 상태를 가진다. 상기 발광층(30)에서 출사되는 광이 상기 반사방지막(80)의 회전 편광 방향이 동일하게 하고, 예시적으로, 상기 반사방지막(80)의 회전 편광 방향이 좌회전 편광 방향을 갖는다면, 제1 광(Lin1)은 좌회전 편광 방향을 갖고, 제2 광(Lin1)은 진행 방향이 제1 광(Lin1)과 반대 방향이므로 우회전 편광 방향을 갖는다.
상기 제1 광(Lin1)은 상기 반사방지막(80)의 회전 편광 방향과 동일한 좌회전 편광 방향을 가지므로, 상기 반사방지막(80)을 통과하여 뷰어에게 전달될 수 있다.
상기 제2 광(Lin1)은 우회전 편광 방향을 갖고 제1 전극(10)을 향하는 방향으로 진행하고, 제1 전극(10)에 의해서 반사되어 진행 방향이 다시 상기 반사방지막(80) 쪽으로 변경될 수 있다. 상기 반사방지막(80) 쪽으로 진행 방향이 변경된 제2 광(Lin1)은 회전 편광 방향이 바뀌어 좌회전 편광 방향을 갖는다. 좌회전 편광 방향을 갖는 제2 광(Lin1)은 상기 반사방지막(80)의 회전 편광 방향과 동일하므로, 상기 반사방지막(80)을 통과하여 뷰어에게 전달될 수 있다.
이와 같이, 상기 유기 발광 소자(200)는 상기 발광층(30)에서 생성된 제1 광(Lin1) 및 제2 광(Lin1)은 모두 상기 반사방지막(80)을 통과하게 되어, 광 투과율이 향상되고, 그 결과, 광 효율이 개선된다.
본 발명의 일구현예에서, 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극으로 사이에 위치하는 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 메소젠성 고분자 발광 재료 및 카이랄 도펀트를 포함하고, 상기 발광층의 상기 제1 전극을 향하는 일면과 상기 발광층의 상기 제2 전극을 향하는 다른 일면이 각각 소정의 다른 방향으로 배향되고, 상기 발광층은, 상기 일면의 배향 방향과 상기 다른 일면의 배향 방향의 차이를 따라 상기 메소젠성 고분자 발광 재료의 분자 배열이 형성한 비틀림 구조를 포함하고, 상기 일면의 배향 방향에 대하여 상기 다른 일면의 배향 방향이 비틀어진 방향으로 이루는 각도가 60° 내지 100°인 유기 발광 소자를 제공한다.
본 발명의 일구현예에서, 전술한 유기 발광 소자를 제조하는 방법을 제공한다. 상기 유기 발광 소자를 제조하는 방법은:
제1 전극 상에 정공수송층을 형성하는 단계;
상기 정공수송층의 상면을 배향하여 배향막을 형성하는 단계;
상기 배향된 정공수송층의 상부 면 상에 메소젠성 고분자 발광 재료 및 카이랄 도펀트를 포함하는 용액을 도포하여 건조시켜 예비발광층을 형성하는 단계;
상기 예비발광층의 상부 면이 상기 정공수송층의 상면의 배향 방향과 차이가 생기도록 배향하는 단계;
상기 예비발광층의 배향된 상부 면 상에 광경화성 고분자를 코팅하여 코팅층을 형성한 뒤 상기 코팅층을 광경화하는 단계;
상기 예비발광층을 가열하여 비틀림 구조를 갖는 발광층을 형성하는 단계;
상기 코팅층을 제거하는 단계; 및
상기 발광층 상부에 제2 전극을 형성하는 단계;
를 포함한다.
도 4는 상기 유기 발광 소자를 제조하는 방법을 예시적으로 나타낸 모식도이다.
도 4(a)에서, 클리닝된 패턴 ITO 글래스(제1 전극, 양극)에 정공주입층(HIL) 재료를 박막으로 형성하고, 이어서, 정공수송층(HTL) 재료로서 폴리이미드계 고분자를 15nm 두께의 박막으로 형성한 뒤, 건조하고, 가열하여 이미드화 반응시켜 열가교시킨 뒤, 그 상면을 러빙 기기를 이용하여 러빙(1차)하여 배향시킴으로써 배향막을 형성한다.
도 4(b)에서, 상기 배향막 상부에 메소젠성 고분자 발광 재료 (F8BT)를 코팅한다.
도 4(c)에서, 메소젠성 고분자 발광 재료 (F8BT) 상면을 러빙 기기를 이용하여 러빙(2차)하여 배향시킨다. 2차 러빙 방향은 1차 러빙 방향과 상이하게 한다.
도 4(d)에서, 2차 러빙에 의해 배향된 메소젠성 고분자 발광 재료 (F8BT) 상면을 광경화성 고분자로 코팅하고 광경화시켜 고정한다.
도 4(e)에서, 메소젠성 고분자 발광 재료 (F8BT)의 유리전이온도 이상의 온도로 가열하여 메소페이스(meso-phase)를 유도하여 메소젠성 고분자 발광 재료 (F8BT)의 분자 배열이 비틀림 구조를 형성하게 한다.
도 4(f)에서, 광경화성 고분자를 제거한다. 발광층은 메소젠성 고분자 발광 재료(Polymer)가 비틀림 구조(Twist Structure)를 형성하고 있다.
도 4(g)에서, 전자수송층(ETL) 및 LiF/Al(제2 전극, 음극)을 차례로 적층하여 유기 발광 소자를 제작한다.
도 5는 상기 도 4의 방법에 의해 얻어진 유기 발광 소자(300)의 모식적인 단면도이다. 도 5에서 제1 전극(10), 정공주입층(60), 정공수송층(40), 발광층(30), 전자수송층(50) 및 제2 전극(20)이 순차적으로 적층되고, 상기 발광층(30)은 비틀림 구조를 가지며, 상기 발광층(30)에 대한 상세한 설명은 전술하여 설명한 바와 같다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에서 따른 유기 발광 소자를 적용한 유기발광 표시장치(3000)의 모식적인 단면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 유기발광 표시장치(3000)는 기판(3010)과, 유기 발광 소자(4000)와, 유기 발광 소자(4000)를 덮는 인캡슐레이션 필름(3900)을 포함할 수 있다. 기판(3010) 상에는 구동 소자인 구동 박막트랜지스터(Td)와, 구동 박막트랜지스터(Td)에 연결되는 유기 발광 소자(4000)가 위치한다.
도시하지 않았으나, 기판(3010) 상에는 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선과 데이터 배선, 게이트 배선 및 데이터 배선 중 어느 하나와 평행하게 이격되어 연장되는 파워 배선, 게이트 배선 및 데이터 배선에 연결되는 스위칭 박막트랜지스터, 파워 배선 및 스위칭 박막트랜지스터의 일 전극에 연결되는 스토리지 캐패시터가 더 형성된다.
구동 박막트랜지스터(Td)는 스위칭 박막트랜지스터에 연결되며, 반도체층(3100)과, 게이트 전극(3300)과, 소스 전극(3520)과 드레인 전극(3540)을 포함한다.
반도체층(3100)은 기판(3010) 상에 형성되며, 산화물 반도체 물질로 이루어지거나 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다. 반도체층(3100)이 산화물 반도체 물질로 이루어질 경우 반도체층(3100) 하부에는 차광패턴(도시하지 않음)이 형성될 수 있으며, 차광패턴은 반도체층(3100)으로 광이 입사되는 것을 방지하여 반도체층(3010)이 광에 의해 열화되는 것을 방지한다. 이와 달리, 반도체층(3100)은 다결정 실리콘으로 이루어질 수도 있으며, 이 경우 반도체층(3100)의 양 가장자리에 불순물이 도핑되어 있을 수 있다.
반도체층(3100) 상부에는 절연물질로 이루어진 게이트 절연막(3200)이 기판(3010) 전면에 형성된다. 게이트 절연막(3200)은 실리콘산화물 또는 실리콘질화물과 같은 무기절연물질로 이루어질 수 있다.
게이트 절연막(3290) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 게이트 전극(3300)이 반도체층(3100)의 중앙에 대응하여 형성된다. 게이트 전극(3300)은 스위칭 박막트랜지스터에 연결된다.
게이트 전극(3300) 상부에는 절연물질로 이루어진 층간 절연막(3400)이 기판(3010) 전면에 형성된다. 층간 절연막(3400)은 실리콘산화물이나 실리콘질화물과 같은 무기 절연물질로 형성되거나, 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)이나 포토아크릴(photo-acryl)과 같은 유기 절연물질로 형성될 수 있다.
층간 절연막(3400)은 반도체층(3100)의 양측을 노출하는 제1 및 제2 반도체층 콘택홀(3420, 3440)을 갖는다. 제1 및 제2 반도체층 콘택홀(3420, 3440)은 게이트 전극(3300)의 양측에 게이트 전극(3300)과 이격되어 위치한다.
층간 절연막(3400) 상에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어지는 소스 전극(3520)과 드레인 전극(3540)이 형성된다. 소스 전극(3520)과 드레인 전극(3540)은 게이트 전극(3300)을 중심으로 이격되어 위치하며, 각각 제1 및 제2 반도체층 콘택홀(3420, 3440)을 통해 반도체층(3100)의 양측과 접촉한다. 소스 전극(3520)은 파워 배선(미도시)에 연결된다.
반도체층(3100)과, 게이트 전극(3300), 소스 전극(3520), 드레인 전극(3540)은 구동 박막트랜지스터(Td)를 이루며, 구동 박막트랜지스터(Td)는 반도체층(3100)의 상부에 게이트 전극(3300), 소스 전극(3520) 및 드레인 전극(3540)이 위치하는 코플라나(coplanar) 구조를 가진다.
이와 달리, 구동 박막트랜지스터(Td)는 반도체층의 하부에 게이트 전극이 위치하고 반도체층의 상부에 소스 전극과 드레인 전극이 위치하는 역 스태거드(inverted staggered) 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 반도체층은 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다. 한편, 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 구동 박막트랜지스터(Td)와 실질적으로 동일한 구조를 가질 수 있다.
한편, 유기발광 표시장치(3000)는 유기 발광 소자(4000)에서 생성된 광을 흡수하는 컬러 필터(3600)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터(3600)는 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 광을 흡수할 수 있다. 이 경우, 광을 흡수하는 적색, 녹색 및 청색의 컬러 필터 패턴이 각각의 화소영역 별로 분리되어 형성될 수 있으며, 이들 각각의 컬러 필터 패턴은 흡수하고자 하는 파장 대역의 광을 방출하는 유기 발광 소자(4000) 중의 발광층(4300)과 각각 중첩되게 배치될 수 있다. 컬러 필터(3600)를 채택함으로써, 유기발광 표시장치(3000)는 풀-컬러를 구현할 수 있다.
예를 들어, 유기발광 표시장치(3000)가 하부 발광 타입인 경우, 유기 발광 소자(4000)에 대응하는 층간 절연막(3400) 상부에 광을 흡수하는 컬러 필터(3600)가 위치할 수 있다. 선택적인 실시형태에서, 유기발광 표시장치(3000)가 상부 발광 타입인 경우, 컬러 필터는 유기 발광 소자(4000)의 상부, 즉 제2 전극(4200) 상부에 위치할 수도 있다. 일례로, 컬러 필터(3600)는 2 내지 5 ㎛의 두께로 형성될 수 있다. 이때, 유기 발광 소자(4000)는 도 1 내지 도 6에 도시되어 있는 탠덤 구조를 가지는 백색 발광다이오드일 수 있다.
한편, 구동 박막트랜지스터(Td)의 드레인 전극(3540)을 노출하는 드레인 콘택홀(3720)을 갖는 보호층(3700)이 구동 박막트랜지스터(Td)를 덮으며 형성된다.
보호층(3700) 상에는 드레인 콘택홀(3720)을 통해 구동 박막트랜지스터(Td)의 드레인 전극(3540)에 연결되는 제1 전극(4100)이 각 화소 영역 별로 분리되어 형성된다.
제1 전극(4100)은 양극(anode)일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 큰 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(410)은 ITO. IZO 또는 ZnO와 같은 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
한편, 유기발광 표시장치(3000)가 상부 발광 방식(top-emission type)인 경우, 제1 전극(4100) 하부에는 반사전극 또는 반사층이 더욱 형성될 수 있다. 예를 들어, 반사전극 또는 반사층은 알루미늄(Al), 은(Ag), 니켈(Ni), 알루미늄-팔라듐-구리(aluminum-paladium-copper: APC) 합금 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기 유기 발광 소자(4000)는 발광층(4300)으로부터 발광된 빛이 제1 전극(4100)을 통해 외부로 출력되는 하부 발광 방식(bottom emission type)이거나, 발광층(4300)으로부터 발광된 빛이 제2 전극(4200)을 통해 외부로 출력되는 상부 발광 방식(top emission type)일 수 있다. 하부 발광 방식의 경우, 회전 편광판의 반사방지막(미도시)은 제1 전극(4100)의 하부에 배치되고, 상부 발광 방식의 경우, 회전 편광판의 반사방지막(미도시)은 제2 전극(4200)의 상부에 배치된다.
보호층(3700) 상에는 제1 전극(4100)의 가장자리를 덮는 뱅크층(3800)이 형성된다. 뱅크층(3800)은 화소영역에 대응하여 제1 전극(4100)의 중심을 노출시킨다.
발광층(4300)이 형성된 기판(3010) 상부로 제2 전극(4200)이 형성된다. 제2 전극(4200)은 표시영역의 전면에 위치하며 일함수 값이 비교적 작은 도전성 물질로 이루어져 캐소드(cathode)로 이용될 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(4200)은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 알루미늄-마그네슘 합금(AlMg) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
제1 전극(4100), 발광층(4300) 및 제2 전극(4200)은 유기 발광 소자(4000)를 이룬다.
제2 전극(4200) 상에는, 외부 수분이 유기 발광 소자(4000)로 침투하는 것을 방지하기 위해, 인캡슐레이션 필름(encapsulation film, 3900)이 형성된다. 도시하지 않았으나, 인캡슐레이션 필름(3900)은 제1 무기층과, 유기층과 무기층이 순차 적층된 삼중층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러한 하기한 실시예는 본 발명의 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예)
<유기 발광 소자의 제작>
클리닝된 패턴 ITO glass에 CuPc(정공주입층, HIL) 2nm를 진공증착하였다. AL22636(정공수송층, HTL, 배향층) 15 nm를 코팅한 후, 100℃에서, 10분 동안 용매를 건조시켰다. 다시, 210℃에서, 60분 동안 가열하여 이미드화 반응에 의해 열가교시킨 후, 러빙 기기를 이용하여 1차 러빙 공정을 진행하여 제1 러빙 방향을 갖는 배향막으로 형성하였다.
메소젠성 고분자 발광 재료로서 하기 구조식을 갖는 F8BT(발광층, EML, 톨루엔 중 4wt%)에 하기 구조식을 갖는 카이랄 도펀트를 혼합하여 코팅한 후, 건조시켜 예비발광층을 형성하였다. 카이랄 도펀트의 혼합비는 고형분 함량 기준으로 예비발광층 중 3 wt%이었다.
예비발광층 상층부에 2차 러빙 공정을 진행하여 제2 러빙 방향의 비등방성 몰폴로지를 형성하였다.
상기 예비 발광층 상부에 UV 경화 고분자(NOA 65, Norland社 제조)를 코팅한 뒤 UV 경화시켰다.
상기 예비 발광층을 150 ℃로 가열하여 meso-phase 유도한 후, NOA 65를 제거하였다. Meso-phase에서 하부 일면의 1차 러빙 방향으로 형성된 방위각 고정 에너지와 상부 다른 일면에서 2차 러빙 방향으로 형성된 방위각 고정 에너지에 의해서 균일하게 비틀어진 비틀림 구조를 갖는 발광층을 형성하였다.
발광층 상부에 TPBi(전자수송층, ETL, 20 nm) 및 LiF(1 nm)/Al(70 nm)를 차례로 증착하여 유기 발광 소자를 제작하였다.
< F8BT 구조식>
Figure pat00001
<카이랄 도펀트 구조식>
Figure pat00002
실시예 1-2
실시예 1-2는 1차 러빙 방향에 대한 2차 러빙 방향을 차이를 각각 80° 및 100°로 하여 제작하였다.
비교예 1-4
비교예 1-4는 1차 러빙 방향에 대한 2차 러빙 방향을 차이를 각각 0°, 20°, 40° 및 60°으로 하여 제작하였다.
비교예 5
상기 유기 발광 소자 제작 과정에서, 상기 예비 발광층의 2차 러빙 공정에 의해 배향시킨 상부면에 UV 경화 고분자(NOA 65, Norland社 제조)를 코팅하여 고정하지 않고, 바로 열처리에 의해 코팅층을 형성한 후, 이어서 전자수송층을 형성하여 유기 발광 소자를 제작하였다. 1차 러빙 방향에 대한 2차 러빙 방향을 차이는 80°으로 하여 제작하였다.
실험예 1
실시예 1-2 및 비교예 1-4에 대하여 분광분석법에 의해 PL 스펙트럼 및 EL 스펙트럼을 평가하였고, PL 스펙트럼 결과로부터 얻어진 비틀림 각(θT)을 표 1에 나타내었다.
상기 비틀림 각은 “Control of Circularly Polarized Electroluminescence in Induced Twist Structure of Conjugate Polymer, Jae-Hoon Kim, et al., Adv. Mater. 2017, 1700907”의 논문에 기재된 방법에 따라 도 12에 나타난 구조를 가지는 측정 기기를 사용하여 측정하였다. Lazer 조건은 5.0mW, 633nm 파장이었다.
구분 비틀림 각(θT)
실시예 1 82°
실시예 2 100°
비교예 1 0°
비교예 2 20°
비교예 3 33°
비교예 4 52°
비교예 5 56°
도 7은 실시예 1-2의 PL 스펙트럼이다.
도 8은 비교예 1-4의 PL 스펙트럼이다.
도 9는 실시예 1-2의 EL 스펙트럼이다.
도 10은 비교예 1-4의 EL 스펙트럼이다.
상기 표 1의 결과로부터 실시예 1-2는 발광층이 높은 비틀림 각을 갖는 비틀림 구조를 형성함을 확인할 수 있다. 도 7-10으로부터, 실시예 1-2가 비교예 1-4 보다 좌회전 편광(LHCP)이 우회전 편광(RHCP)에 비해 더욱 우세함을 확인할 수 있다.
실험예 2
실시예 1과 비교예 5에서 제작된 발광층의 표면 특성을 평가하기 위해, AFM(Atomic Force Microscopy) 분석에 의해 texture 이미지를 얻었다.
도 11은 실시예 1과 비교예 5에서 제작된 발광층의 제조 과정 중 예비 발광층의 2차 러빙 전후 상부면 및 가열에 의해 비틀림 구조 형성 후 발광층 상부면에 대하여 얻은 AFM texture이다.
도 11(a)는 비교예 5의 예비 발광층의 2차 러빙 전의 상부면 AFM texture 이다.
도 11(b)는 비교예 5의 예비 발광층의 2차 러빙 후의 상부면 AFM texture 이다. 2차 러빙 방향에 따른 비등방 몰폴로지가 형성되고 있다.
도 11(c)는 실시예 1의 가열에 의해 비틀림 구조 형성 후 발광층 상부면 AFM texture 이다. UV 경화 고분자(NOA 65, Norland社 제조)로 고정하였기 때문에 표면의 비등방 몰폴로지가 잘 유지되고 있음을 확인할 수 있다. 따라서, 구현된 발광층의 비틀림 각이 1차 러빙 방향과 2차 러빙 방향을 차이에 비례하여 형성되고 있음을 알 수 있다.
도 11(d)는 비교예 5의 가열에 의해 비틀림 구조 형성 후 발광층 상부면 AFM texture 이다. UV 경화 고분자(NOA 65, Norland社 제조)로 고정하지 않았기 때문에 표면 몰폴로지가 무너진 것을 확인할 수 있다. 발광층 상부면의 2차 배향 방향을 유지하지 못했기 때문에, 비틀림 각이 1차 러빙 방향과 2차 러빙 방향을 차이만큼 구현하지 못할 것임을 알 수 있다.
실험예 3
실시예 1-2에서 제작된 발광층 샘플(sample)에 대하여 도 12와 같이 세팅된 실험 기구를 이용하여 투과 texture를 평가하였다.
도 13은 실시예 1-2에서 제작된 발광층 샘플에 대하여 얻은 투과 texure이다.
도 13(a)는 실시예 1의 투과 texture 이고, 도 13(b)는 실시예 2의 투과 texture 이다. 좌회전 편광판을 사용하는 도 12의 실험 기구를 통해 발광층의 비틀림 구조의 회전 방향을 확인할 수 있다. 좌회전 편광판을 통과하기 때문에, 편광된 빛이 좌회전으로 비틀림 구조를 갖는 발광층 구조를 지날 때 빛의 투과량이 증가하며, 우회전으로 비틀림 구조를 갖는 발광층 구조를 지날 때 빛의 투과량이 감소한다.
도 13(a) 및 도 13(b)에서는 모든 영역에서 균일하게 좌회전 비틀림 구조가 잘 형성되고 있음을 확인할 수 있다. 즉, 실시예 1 및 실시예 2에서 발광층은 균일하게 좌회전 비틀림 구조가 우세하게 형성됨을 확인할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
100, 200, 300: 유기 발광 소자
10: 제1 전극
20: 제2 전극
30: 발광층
40: 정공수송층
50: 전자수송층
60: 정공주입층
80: 반사방지막
3000: 유기발광 표시장치

Claims (14)

  1. 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극으로 사이에 위치하는 발광층을 포함하고,
    상기 발광층은 메소젠성 고분자 발광 재료 및 카이랄 도펀트를 포함하고,
    상기 발광층의 상기 제1 전극을 향하는 일면과 상기 발광층의 상기 제2 전극을 향하는 다른 일면이 각각 소정의 방향으로 배향되고,
    상기 발광층에서, 상기 일면의 배향 방향과 상기 다른 일면의 배향 방향이 상이하고, 상기 메소젠성 고분자 발광 재료의 분자 배열이 상기 비틀림 각을 따라 나선형으로 비틀어지면서 형성한 비틀림 구조를 포함하고,
    상기 일면의 배향 방향에 대하여 상기 다른 일면의 배향 방향이 비틀어진 방향으로 이루는 각이 비틀림 각이고,
    상기 발광층의 비틀림 각이 상기 메소젠성 고분자 발광 재료의 포화 비틀림 각 보다 큰
    유기 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발광층의 비틀림 각이 60° 내지 100°인
    유기 발광 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 발광층은 카이랄 도펀트를 0.1 내지 30 wt% 포함하는
    유기 발광 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 발광층의 상기 일면에 접하도록 정공수송층을 더 포함하고, 상기 정공수송층은 상기 발광층과 접하는 계면이 배향된 배향막인
    유기 발광 소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 정공수송층은 폴리이미드계 고분자를 포함하는
    유기 발광 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 발광층과 상기 제2 전극으로 사이에 위치하는 전자수송층을 더 포함하는
    유기 발광 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 발광층은 우회전 편광 또는 좌회전 편광의 회전 편광의 발광 특성을 갖는
    유기 발광 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 발광층에서 출사되는 광의 g-factor의 절대값이 0.01 내지 2인
    유기 발광 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극의 외측 또는 상기 제2 전극의 외측으로 반사방지막을 구비하고, 상기 반사방지막이 회전 편광판인
    유기 발광 소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 반사방지막의 회전 편광 방향과 상기 발광층에서 출사되는 광의 회전 편광 방향이 동일한
    유기 발광 소자.
  11. 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극으로 사이에 위치하는 발광층을 포함하고,
    상기 발광층은 메소젠성 고분자 발광 재료 및 카이랄 도펀트를 포함하고,
    상기 발광층의 상기 제1 전극을 향하는 일면과 상기 발광층의 상기 제2 전극을 향하는 다른 일면이 각각 소정의 다른 방향으로 배향되고,
    상기 발광층은, 상기 일면의 배향 방향과 상기 다른 일면의 배향 방향의 차이를 따라 상기 메소젠성 고분자 발광 재료의 분자 배열이 형성한 비틀림 구조를 포함하고,
    상기 일면의 배향 방향에 대하여 상기 다른 일면의 배향 방향이 비틀어진 방향으로 이루는 각도가 60° 내지 100°인
    유기 발광 소자.
  12. 제1 전극 상에 정공수송층을 형성하는 단계;
    상기 정공수송층의 상면을 배향하여 배향막을 형성하는 단계;
    상기 배향된 정공수송층의 상부 면 상에 메소젠성 고분자 발광 재료 및 카이랄 도펀트를 포함하는 용액을 도포하여 건조시켜 예비발광층을 형성하는 단계;
    상기 예비발광층의 상부 면이 상기 정공수송층의 상면의 배향 방향과 차이가 생기도록 배향하는 단계;
    상기 예비발광층의 배향된 상부 면 상에 광경화성 고분자를 코팅하여 코팅층을 형성한 뒤 상기 코팅층을 광경화하는 단계;
    상기 예비발광층을 가열하여 비틀림 구조를 갖는 발광층을 형성하는 단계;
    상기 코팅층을 제거하는 단계; 및
    상기 발광층 상부에 제2 전극을 형성하는 단계;
    를 포함하는 유기 발광 소자를 제조하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 예비발광층의 유리전이온도 이상의 온도로 가열하여 메소페이스(meso-phase)를 유도하여 상기 비틀림 구조를 형성하는
    유기 발광 소자를 제조하는 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 발광층에 있어서, 상기 정공수송층에 접하는 일면의 배향 방향과 상기 발광층의 다른 일면의 배향 방향이 이루는 각도가 상기 메소젠성 고분자 발광 재료의 포화 비틀림 각도보다 큰
    유기 발광 소자를 제조하는 방법.
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