KR101299941B1 - 유기 발광 다이오드의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기 발광 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 유기 발광 다이오드는 기판, 상기 기판 상에 형성된 평탄화층, 상기 평탄화층에 형성되어 있으며 상기 평탄화층과 다른 열팽창 계수를 갖는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 형성된 유기 발광층 및 상기 유기 발광층 상에 형성된 제2 전극을 포함하여 구성되고, 상기 제1 전극은 상기 평탄화층과의 열팽창 계수의 차이로 인하여 생성된 버클링(buckling) 나노 구조를 갖고, 상기 유기 발광층에서 생성된 광을 난반사시켜 상기 제2 전극을 통한 광의 방출효율을 향상시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 버클링 나노 구조를 이용하여 유기 발광층에서 생성된 광을 난반사시킴으로써 유기 발광 다이오드의 광 방출효율을 크게 향상시킬 수 있고, 열팽창 계수의 차이를 이용하여 버클링 나노 구조를 형성함으로써, 전체적인 유기 발광 다이오드의 제조비용을 저감하고 제조시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 유기 발광 다이오드는 기판, 상기 기판 상에 형성된 평탄화층, 상기 평탄화층에 형성되어 있으며 상기 평탄화층과 다른 열팽창 계수를 갖는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 형성된 유기 발광층 및 상기 유기 발광층 상에 형성된 제2 전극을 포함하여 구성되고, 상기 제1 전극은 상기 평탄화층과의 열팽창 계수의 차이로 인하여 생성된 버클링(buckling) 나노 구조를 갖고, 상기 유기 발광층에서 생성된 광을 난반사시켜 상기 제2 전극을 통한 광의 방출효율을 향상시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 버클링 나노 구조를 이용하여 유기 발광층에서 생성된 광을 난반사시킴으로써 유기 발광 다이오드의 광 방출효율을 크게 향상시킬 수 있고, 열팽창 계수의 차이를 이용하여 버클링 나노 구조를 형성함으로써, 전체적인 유기 발광 다이오드의 제조비용을 저감하고 제조시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 유기 발광 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 유기 발광층에서 생성된 광의 광 방출효율을 크게 향상시킬 수 있으며 제조비용을 저감하는 동시에 제조시간을 단축할 수 있는 유기 발광 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
현재 상용화되고 있는 유기 발광 다이오드는 유리 기판 상에 형성된 산화인듐 주석 (indium tin oxide, ITO)을 하부 양극으로 이용하여 발생한 빛을 하부 양극 방향으로 방출하는 발광 방식 구조를 가지고 있다.
이와 같은 유리 기판의 경우 높은 광투과도 특성 및 공정의 편의성을 가지고 있지만 구부림 특성이 없어 플렉서블(flexible) 유기 발광 다이오드로의 적용이 어렵다는 문제점을 안고 있다.
이를 해결하기 위해서 금속 호일, 플라스틱과 같은 구부림 특성이 우수한 기판을 이용한 플렉서블 유기 발광 다이오드의 제조에 관한 연구가 활발히 진행 중에 있다. 특히 금속 호일의 경우 플라스틱에 비해 내열성, 내화학성 및 수분/산소 침투억제 특성이 우수하여 보다 다양한 분야에 광범위하게 적용이 가능할 것으로 예상된다.
도 1은 종래의 유기 발광 다이오드를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 금속 호일을 기판으로 사용할 경우, 금속 기판을 통한 빛의 방출이 불가능하기 때문에 금속 기판 상에 하부 반사 전극을 형성하고, 이 하부 반사 전극 위에 유기 발광층과 상부 투명 전극을 형성하여 유기 발광층에서 발생한 빛을 상부 투명 전극을 통해 외부로 방출시키는 전면 발광 방식의 유기 발광 다이오드 구조의 사용이 필수적이다. 또한 금속의 표면 거칠기 문제와 소자간의 절연 문제를 해결하기 위한 금속 기판에 평탄화층 및 절연층을 형성하는 공정이 수반되어야 한다.
그러나 이러한 종래의 유기 발광 다이오드에 따르면, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 유기 발광층에서 생성된 빛이 내부 전반사로 인해 소실되어 소자의 광 방출 효율이 저하된다는 문제점이 있다.
즉, 유기 발광층에서 생성된 빛은 금속 기판/평탄화층/하부 반사 전극의 표면에서 반사되어 상부 투명 전극을 통해 외부로 방출되는데, 이때 임계각 이하의 낮은 각으로 하부 반사 전극에 입사되는 빛은 상부 투명 전극으로 방출되지 못하고 내부 전반사되어 소멸되기 때문에, 소자의 광 출력이 크게 감소된다는 문제점이 있다.
본 발명은 하부 반사 전극이 버클링 나노 구조를 갖도록 하여 유기 발광층에서 생성된 광을 하부 반사 전극에서 난반사시킴으로써 유기 발광 다이오드의 광 방출효율을 크게 향상시키는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 열팽창 계수의 차이를 이용하여 하부 반사 전극에 버클링 나노 구조를 형성함으로써, 전체적인 유기 발광 다이오드의 제조비용을 저감하고 제조시간을 단축시키는 것을 기술적 과제로 한다.
특히, 버클링 나노 구조를 평탄화층과 하부 반사 전극의 열팽창 계수의 차이를 이용하여 간단히 형성함으로써, 별도의 리소그래피(lithography) 공정이나 패터닝 공정을 필요로 하지 않으며, 고효율 유기 발광 다이오드를 저비용으로 제조하는 동시에 공정 시간도 크게 단축시키는 것을 기술적 과제로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 유기 발광 다이오드는 기판, 상기 기판 상에 형성된 평탄화층, 상기 평탄화층에 형성되어 있으며 상기 평탄화층과 다른 열팽창 계수를 갖는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 형성된 유기 발광층 및 상기 유기 발광층 상에 형성된 제2 전극을 포함하여 구성되고, 상기 제1 전극은 상기 평탄화층과의 열팽창 계수의 차이로 인하여 생성된 버클링(buckling) 나노 구조를 갖고, 상기 유기 발광층에서 생성된 광을 난반사시켜 상기 제2 전극을 통한 광의 방출효율을 향상시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유기 발광 다이오드에 있어서, 상기 기판은 유리 또는 고분자 또는 금속 재질을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유기 발광 다이오드에 있어서, 상기 기판은 강(steel), 스테인리스(stainless), 구리, 은, 알루미늄, 마그네슘 및 도금 강으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유기 발광 다이오드에 있어서, 상기 평탄화층은 폴리이미드(polyimid), SU8, spin-on-glass, PUA, PDMS, photo-resist 및 PMMA로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유기 발광 다이오드에 있어서, 상기 제1 전극은 Ag, Al, Mg, Cu, Ni, Pd, Cr, Au, Pt 및 Mo로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유기 발광 다이오드에 있어서, 상기 제1 전극이 갖는 버클링 나노 구조는 상기 제1 전극을 50 ℃ 이상의 고온에서 상기 평탄화층 상에 증착한 후 상온에서 냉각시킴으로써 생성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유기 발광 다이오드에 있어서, 상기 평탄화층은 스핀 코팅, 바 코팅, 스크린 프린팅, 열 증착 및 화학 기상 증착 중 하나의 방식을 이용하여 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유기 발광 다이오드에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 열 증착, 전자선 증착, 스퍼터링, 스핀코팅, 화학 기상 증착 및 레이저 증착 중 하나의 방식을 이용하여 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유기 발광 다이오드에 있어서, 상기 버클링 나노 구조에 의한 상기 제1 전극의 표면 거칠기는 AFM(Atomic Force Microscope)을 이용하여 10 ㎛ × 10 ㎛의 스캔 범위로 관측할 때, 1 nm < Rms < 10 ㎛인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유기 발광 다이오드에 있어서, 상기 제2 전극은 광투과 특성이 있는 금속 박막 또는 전도성 산화막으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유기 발광 다이오드에 있어서, 상기 제1 전극이 양극이고 상기 제2 전극이 음극인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유기 발광 다이오드에 있어서, 상기 제1 전극이 음극이고 상기 제2 전극이 양극인 인버티드(inverted) 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유기 발광 다이오드의 제조방법은 기판 상에 평탄화층을 형성하는 평탄화층 형성단계, 상기 평탄화층 상에 상기 평탄화층과 다른 열팽창 계수를 갖는 제1 전극을 50 ℃ 이상의 고온에서 형성하는 제1 전극 형성단계, 상기 제1 전극이 상기 평탄화층과의 열팽창 계수의 차이로 인하여 버클링(buckling) 나노 구조를 갖도록 상기 제1 전극을 상온에서 냉각하는 제1 전극 냉각단계, 상기 제1 전극 상에 유기 발광층을 형성하는 유기 발광층 형성단계 및 상기 유기 발광층 상에 제2 전극을 형성하는 제2 전극 형성단계를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 유기 발광 다이오드의 제조방법에 있어서, 상기 제1 전극이 갖는 버클링 나노 구조는 상기 유기 발광층에서 생성된 광을 난반사시켜 상기 제2 전극을 통한 광의 방출효율을 향상시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유기 발광 다이오드의 제조방법에 있어서, 상기 기판은 유리 또는 고분자 또는 금속 재질을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유기 발광 다이오드의 제조방법에 있어서, 상기 기판은 강(steel), 스테인리스(stainless), 구리, 은, 알루미늄, 마그네슘 및 도금 강으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유기 발광 다이오드의 제조방법에 있어서, 상기 평탄화층은 폴리이미드(polyimid), SU8, spin-on-glass, PUA, PDMS, photo-resist 및 PMMA로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유기 발광 다이오드의 제조방법에 있어서, 상기 제1 전극은 Ag, Al, Mg, Cu, Ni, Pd, Cr, Au, Pt 및 Mo로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유기 발광 다이오드의 제조방법에 있어서, 상기 제1 전극 형성단계에서 인가되는 온도와 상기 제1 전극 냉각단계에서 인가되는 온도의 차이를 조절하여 상기 버클링 나노 구조의 크기를 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유기 발광 다이오드의 제조방법에 있어서, 상기 평탄화층은 스핀 코팅, 바 코팅, 스크린 프린팅, 열 증착 및 화학 기상 증착 중 하나의 방식을 이용하여 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유기 발광 다이오드의 제조방법에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 열 증착, 전자선 증착, 스퍼터링, 스핀코팅, 화학 기상 증착 및 레이저 증착 중 하나의 방식을 이용하여 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유기 발광 다이오드의 제조방법에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 평탄화층 간의 열팽창 계수의 차이를 조절하여 상기 제1 전극이 갖는 버클링 나노 구조의 수직방향의 단차의 크기를 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유기 발광 다이오드의 제조방법에 있어서, 상기 버클링 나노 구조에 의한 상기 제1 전극의 표면 거칠기는 AFM(Atomic Force Microscope)을 이용하여 10 ㎛ × 10 ㎛의 스캔 범위로 관측할 때, 1 nm < Rms < 10 ㎛인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유기 발광 다이오드의 제조방법에 있어서, 상기 제2 전극은 광투과 특성이 있는 금속 박막 또는 전도성 산화막으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유기 발광 다이오드의 제조방법에 있어서, 상기 제1 전극이 양극이고 상기 제2 전극이 음극인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유기 발광 다이오드의 제조방법에 있어서, 상기 제1 전극이 음극이고 상기 제2 전극이 양극인 인버티드(inverted) 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 하부 반사 전극이 버클링 나노 구조를 갖도록 하여 유기 발광층에서 생성된 광을 하부 반사 전극에서 난반사시킴으로써 유기 발광 다이오드의 광 방출효율을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 열팽창 계수의 차이를 이용하여 하부 반사 전극에 버클링 나노 구조를 형성함으로써, 전체적인 유기 발광 다이오드의 제조비용을 저감하고 제조시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.
특히, 버클링 나노 구조는 평탄화층과 하부 반사 전극의 열팽창 계수의 차이를 이용하여 간단히 형성되므로, 별도의 리소그래피(lithography) 공정이나 패터닝 공정을 필요로 하지 않아, 고효율 유기 발광 다이오드를 저비용으로 제조할 수 있으며 공정 시간도 크게 단축할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 유기 발광 다이오드를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 유기 발광 다이오드에서의 내부 전반사로 인한 광 방출효율 저하 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 발광 다이오드의 제조방법의 공정 순서도이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 발광 다이오드의 제조방법의 공정 단면도들이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 발광 다이오드에서의 버클링(buckling) 나노 구조를 이용한 난반사로 광 방출효율을 향상시키는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 발광 다이오드에 구비된 버클링 나노 구조가 형성되어 있는 제1 전극의 표면을 광학 현미경으로 촬영한 사진이다.
도 2는 종래의 유기 발광 다이오드에서의 내부 전반사로 인한 광 방출효율 저하 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 발광 다이오드의 제조방법의 공정 순서도이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 발광 다이오드의 제조방법의 공정 단면도들이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 발광 다이오드에서의 버클링(buckling) 나노 구조를 이용한 난반사로 광 방출효율을 향상시키는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 발광 다이오드에 구비된 버클링 나노 구조가 형성되어 있는 제1 전극의 표면을 광학 현미경으로 촬영한 사진이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 발광 다이오드를 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 발광 다이오드에서의 버클링(buckling) 나노 구조를 이용한 난반사로 광 방출효율을 향상시키는 원리를 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 발광 다이오드에 구비된 버클링 나노 구조가 형성되어 있는 제1 전극의 표면을 광학 현미경으로 촬영한 사진이다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 발광 다이오드는 기판(10), 평탄화층(20), 제1 전극(30), 유기 발광층(40) 및 제2 전극(50)을 포함하여 구성된다.
기판(10)은 유리 또는 고분자 또는 금속 재질을 갖도록 구성될 수 있으며, 금속인 경우, 기판(10)은 강(steel), 스테인리스(stainless), 구리, 은, 알루미늄, 마그네슘 및 도금 강으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하여 구성될 수 있다.
평탄화층(20)은 기판(10) 상에 형성되어 있으며, 기판(10)의 표면 거칠기를 보상하는 역할을 한다. 또한, 평탄화층(20)을 절연성 물질로 구성하면 절연층의 기능도 수행할 수 있다.
예를 들어, 이러한 평탄화층(20)은 폴리이미드(polyimid), SU8, spin-on-glass, PUA, PDMS, photo-resist 및 PMMA로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하여 구성될 수 있으며, 스핀 코팅(spin coating), 바 코팅(bar coating), 스크린 프린팅(screen printing), 열 증착(thermal deposition) 및 화학 기상 증착(chemical vapour deposition) 중 하나의 방식을 이용하여 기판(10) 상에 형성될 수 있다.
제1 전극(30)은 평탄화층(20)에 형성되어 있으며, 후술하는 유기 발광층(40)에서 생성된 광을 반사시켜 제2 전극(50)을 통해 외부로 방출되도록 하는 반사 전극으로서의 기능을 수행한다.
제1 전극(30)과 평탄화층(20)은 서로 다른 열팽창 계수를 갖도록 구성되며, 제1 전극(30)은 평탄화층(20)과의 열팽창 계수의 차이로 인하여 생성된 버클링(buckling) 나노 구조를 갖는다. 제1 전극(30)이 갖는 버클링 나노 구조(A)는 유기 발광층(40)에서 생성된 광을 난반사시켜 제2 전극(50)을 통한 광의 방출효율을 향상시키는 기능을 수행한다.
예를 들어, 제1 전극(30)은 Ag, Al, Mg, Cu, Ni, Pd, Cr, Au, Pt 및 Mo로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하도록 구성될 수 있으며, 제1 전극(30)이 갖는 버클링 나노 구조(A)는 제1 전극(30)을 50 ℃ 이상의 고온에서 평탄화층(20) 상에 증착한 후 상온에서 냉각시키는 방식으로 생성될 수 있다.
또한 예를 들어, 난반사 효과를 극대화하는 동시에 버클링 나노 구조(A)에 의한 누설전류와 단락을 방지하기 위하여, 버클링 나노 구조(A)에 의한 제1 전극(30)의 표면 거칠기는 AFM(Atomic Force Microscope)을 이용하여 10 ㎛ × 10 ㎛의 스캔 범위로 관측할 때, 1 nm < Rms < 10 ㎛인 것이 바람직하다. 표면 거칠기 Rms가 1 nm 이하인 경우에는 생성된 빛이 난반사를 일으킬 수 있을 만큼의 버클링 형상이 형성되지 않고, 10 ㎛ 이상으로 형성될 경우에는 표면에 유기 발광층(40)이 균일하게 형성되지 못하여 소자의 누설전류 또는 단락을 유발하게 되기 때문이다.
이러한 제1 전극(30)과 후술하는 제2 전극(50)은 열 증착, 전자선 증착(electron beam deposition), 스퍼터링(sputtering), 스핀코팅(spin coating), 화학 기상 증착 및 레이저 증착(laser deposition) 중 하나의 방식을 이용하여 형성될 수 있다.
이와 같이, 제1 전극(30)은 미세한 버클링 나노 구조(A)를 가지고 있어 난반사 효과를 극대화 할 수 있으며, 이러한 버클링 나노 구조(A)는 평탄화층(20)과 제1 전극(30)의 열팽창 계수의 차이를 이용하여 간단히 형성되므로, 별도의 리소그래피(lithography) 공정이나 패터닝 공정을 필요로 하지 않아, 고효율 유기 발광 다이오드를 저비용으로 제조할 수 있으며 공정 시간도 크게 단축할 수 있는 효과가 있다.
유기 발광층(40)은 제1 전극(30) 상에 형성되어 있으며, 외부로부터 공급되는 전원에 의해 광을 생성하여 출력한다. 도면에 도시하지는 않았으나, 유기 발광층(40)은 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층 및 전자 주입층을 포함하여 구성될 수 있다.
정공 수송층은 반사 전극인 제1 전극(30) 상에 형성되어 있으며, N,N′-dinaphtyl-N,N-diphenyl bendizine(α-NPD)로 구성할 수 있다. 발광층은 정공 수송층 상에 형성되어 있으며, Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum(Alq3)로 구성할 수 있다. 전자 수송층은 발광층상에 형성되어 있으며, 이 전자 수송층 역시 Alq3로 형성할 수 있다. 전자 주입층은 전자 수송층상에 형성되어 있으며, LiF로 구성할 수 있다.
제2 전극(50)은 상기 유기 발광층(40) 상에 형성되어 있으며, 광투과 특성이 우수한 금속 박막 또는 전도성 산화막으로 이루어질 수 있다.
제2 전극(50)을 금속 박막으로 구성하는 경우 그 두께는 광 투과성 확보를 위하여 50nm 이하로 하는 것이 바람직하고, 제2 전극(50)을 전도성 산화막으로 구성하는 경우 광 투과성과 전기 전도성이 우수한 ITO가 적합하다.
한편, 제1 전극(30)을 양극으로, 제 2전극을 음극으로 구성하거나, 제1 전극(30)을 음극으로, 제2 전극(50)을 양극으로 구성할 수도 있다. 제1 전극(30)이 음극이고 제2 전극(50)이 양극인 경우, 유기 발광 다이오드는 인버티드(inverted) 구조를 갖게 된다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 발광 다이오드에서의 버클링(buckling) 나노 구조를 이용한 난반사로 광 방출효율을 향상시키는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 9를 참조하면, 버클링 나노 구조(A)가 없는 종래의 하부 반사 전극의 경우 발광층에서 생성된 광 중에서 하부 반사 전극에 임계각 이하로 입사되는 광은 상부로 방출되지 못하고 내부에서 전반사된 후 소멸된다. 하지만 본 발명의 일 실시 예에서와 같이, 제1 전극(30)에 버클링 나노 구조(A)를 형성하면, 발광층에서 생성된 광이 제1 전극(30)에 형성되어 있는 버클링 나노 구조(A)로 인해 난반사되기 때문에, 광의 방출 확률이 크게 증가하여 소자의 광 방출 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 발광 다이오드에 구비된 버클링 나노 구조가 형성되어 있는 제1 전극의 표면을 광학 현미경으로 촬영한 사진이다.
도 10을 참조하면, 강(steel) 재질의 기판 상에 평탄화층으로 폴리이미드(polyimid)를 코팅하고, 200 ℃ 온도에서 제1 전극으로 Ag를 100 nm 두께로 증착한 후, 상온으로 냉각시킨 후 이미지를 관찰하였다. 평탄화층 상부에 Ag를 상온에서 증착한 샘플도 동시에 제작하여 표면 구조를 비교하였다.
도 10에서, RT는 상온에서 증착한 기판/평탄화층/제1 전극 샘플을 의미하며, 200 ℃는 Ag를 200 ℃에서 증착후 상온으로 냉각시킨 기판/평탄화층/제1 전극 샘플을 의미한다. 도 10에서 보는 바와 같이, 상온에서 형성된 Ag 재질의 제1 전극은 매우 평탄한 표면 형상을 나타나는데 비해, 200 ℃에서 형성된 Ag 재질의 제1 전극은 평탄화층과의 열팽창 계수의 차이로 인해 수백 micro-meter 크기의 버클링 나노 구조를 가지는 것을 확인할 수 있다. 따라서 이와 같은 버클링 나노 구조를 유기 발광 다이오드의 하부 반사 전극으로 이용할 경우 유기 발광층(40)에서 발생한 빛이 반사 전극 표면에서 난반사 되어 소자의 광추출 효율이 향상된다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 발광 다이오드의 제조방법의 공정 순서도이고, 도 4 내지 도 8은 그 공정 단면도들이다.
도 3 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 발광 다이오드의 제조방법은 평탄화층 형성단계(S10), 제1 전극 형성단계(S20), 제1 전극 냉각단계(S30), 유기 발광층 형성단계(S40) 및 제2 전극 형성단계(S50)를 포함하여 구성된다.
<평탄화층 형성단계(S10)>
먼저 도 3과 도 4를 참조하면, 평탄화층 형성단계(S10)에서는, 기판(10) 상에 평탄화층(20)을 형성하는 과정이 수행된다.
기판(10)은 유리 또는 고분자 또는 금속 재질을 갖도록 구성될 수 있으며, 금속인 경우, 기판(10)은 강(steel), 스테인리스(stainless), 구리, 은, 알루미늄, 마그네슘 및 도금 강으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하여 구성될 수 있다.
평탄화층(20)은 기판(10)의 표면 거칠기를 보상하는 역할을 한다. 또한, 평탄화층(20)을 절연성 물질로 구성하면 절연층의 기능도 수행할 수 있다.
예를 들어, 이러한 평탄화층(20)은 폴리이미드(polyimid), SU8, spin-on-glass, PUA, PDMS, photo-resist 및 PMMA로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하여 구성될 수 있으며, 스핀 코팅(spin coating), 바 코팅(bar coating), 스크린 프린팅(screen printing), 열 증착(thermal deposition) 및 화학 기상 증착(chemical vapour deposition) 중 하나의 방식을 이용하여 기판(10) 상에 형성될 수 있다.
<제1 전극 형성단계(S20)>
다음으로 도 3과 도 5를 참조하면, 제1 전극 형성단계(S20)에서는, 평탄화층(20) 상에 평탄화층(20)과 다른 열팽창 계수를 갖는 제1 전극(30)을 50 ℃ 이상의 고온에서 형성하는 과정이 수행된다.
제1 전극(30)은 유기 발광층(40)에서 생성된 광을 반사시켜 제2 전극(50)을 통해 외부로 방출되도록 하는 반사 전극으로서의 기능을 수행하며, 후술하는 제1 전극 냉각단계(S30)를 통해 제1 전극(30)에 버클링 나노 구조(A)가 형성되면, 유기 발광층(40)에서 생성된 광이 이 버클링 나노 구조(A)로 인해 난반사되어 광 방출 효율이 크게 향상된다.
예를 들어, 이러한 제1 전극(30)은 Ag, Al, Mg, Cu, Ni, Pd, Cr, Au, Pt 및 Mo로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하도록 구성될 수 있으며, 제1 전극(30)과 후술하는 제2 전극(50)은 열 증착, 전자선 증착(electron beam deposition), 스퍼터링(sputtering), 스핀코팅(spin coating), 화학 기상 증착 및 레이저 증착(laser deposition) 중 하나의 방식을 이용하여 형성될 수 있다.
<제1 전극 냉각단계(S30)>
다음으로 도 3과 도 6을 참조하면, 제1 전극 냉각단계(S30)에서는, 제1 전극(30)이 평탄화층(20)과의 열팽창 계수의 차이로 인하여 버클링(buckling) 나노 구조를 갖도록 제1 전극(30)을 상온에서 냉각하는 과정이 수행된다.
이를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
제1 전극(30)과 평탄화층(20)은 서로 다른 열팽창 계수를 갖고 있다. 이런 조건에서, 제1 전극(30)을 고온 환경에서 평탄화층(20)에 증착한 후, 상온에서 냉각시키게 되면, 열팽창 계수의 차이에 의해 평탄화층(20) 상에 형성되어 있는 제1 전극(30)에 변형이 일어나게 되며, 버클링 나노 구조(A)가 생성되는 것이다.
예를 들어, 난반사 효과를 극대화하는 동시에 버클링 나노 구조(A)에 의한 누설전류와 단락을 방지하기 위하여, 버클링 나노 구조(A)에 의한 제1 전극(30)의 표면 거칠기는 AFM(Atomic Force Microscope)을 이용하여 10 ㎛ × 10 ㎛의 스캔 범위로 관측할 때, 1 nm < Rms < 10 ㎛인 것이 바람직하다. 표면 거칠기 Rms가 1 nm 이하인 경우에는 생성된 빛이 난반사를 일으킬 수 있을 만큼의 버클링 형상이 형성되지 않고, 10 ㎛ 이상으로 형성될 경우에는 표면에 유기 발광층(40)이 균일하게 형성되지 못하여 소자의 누설전류 또는 단락을 유발하게 되기 때문이다.
이와 같이, 제1 전극(30)은 미세한 버클링 나노 구조(A)를 가지고 있어 난반사 효과를 극대화할 수 있으며, 이러한 버클링 나노 구조(A)는 평탄화층(20)과 제1 전극(30)의 열팽창 계수의 차이를 이용하여 간단히 형성되므로, 별도의 리소그래피(lithography) 공정이나 패터닝 공정을 필요로 하지 않아, 고효율 유기 발광 다이오드를 저비용으로 제조할 수 있으며 공정 시간도 크게 단축할 수 있는 효과가 있다.
<유기 발광층 형성단계(S40)>
다음으로 도 3과 도 7을 참조하면, 유기 발광층 형성단계(S40)에서는, 제1 전극(30) 상에 유기 발광층(40)을 형성하는 과정이 수행된다.
유기 발광층(40)은 외부로부터 공급되는 전원에 의해 광을 생성하여 출력한다. 도면에 도시하지는 않았으나, 유기 발광층(40)은 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층 및 전자 주입층을 포함하여 구성될 수 있다.
정공 수송층은 반사 전극인 제1 전극(30) 상에 형성되어 있으며, N,N′-dinaphtyl-N,N-diphenyl bendizine(α-NPD)로 구성할 수 있다. 발광층은 정공 수송층 상에 형성되어 있으며, Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum(Alq3)로 구성할 수 있다. 전자 수송층은 발광층상에 형성되어 있으며, 이 전자 수송층 역시 Alq3로 형성할 수 있다. 전자 주입층은 전자 수송층상에 형성되어 있으며, LiF로 구성할 수 있다.
<제2 전극 형성단계(S50)>
다음으로 도 3과 도 8을 참조하면, 제2 전극 형성단계(S50)에서는, 유기 발광층(40) 상에 제2 전극(50)을 형성하는 과정이 수행된다.
제2 전극(50)은 광투과 특성이 우수한 금속 박막 또는 전도성 산화막으로 이루어질 수 있다.
제2 전극(50)을 금속 박막으로 구성하는 경우 그 두께는 광 투과성 확보를 위하여 50nm 이하로 하는 것이 바람직하고, 제2 전극(50)을 전도성 산화막으로 구성하는 경우 광 투과성과 전기 전도성이 우수한 ITO가 적합하다.
한편, 제1 전극(30)을 양극으로, 제2 전극(50)을 음극으로 구성하거나, 제1 전극(30)을 음극으로, 제2 전극(50)을 양극으로 구성할 수도 있다. 제1 전극(30)이 음극이고 제2 전극(50)이 양극인 경우, 유기 발광 다이오드는 인버티드(inverted) 구조를 갖게 된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 하부 반사 전극이 버클링 나노 구조(A)를 갖도록 함으로써, 유기 발광층(40)에서 생성된 광을 하부 반사 전극에서 난반사시킴으로써 유기 발광 다이오드의 광 방출효율을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 열팽창 계수의 차이를 이용하여 하부 반사 전극에 버클링 나노 구조(A)를 형성함으로써, 전체적인 유기 발광 다이오드의 제조비용을 저감하고 제조시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.
특히, 이러한 버클링 나노 구조(A)는 평탄화층(20)과 하부 반사 전극의 열팽창 계수의 차이를 이용하여 간단히 형성되므로, 별도의 리소그래피(lithography) 공정이나 패터닝 공정을 필요로 하지 않아, 고효율 유기 발광 다이오드를 저비용으로 제조할 수 있으며 공정 시간도 크게 단축할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
10: 기판
20: 평탄화층
30: 제1 전극
40: 유기 발광층
50: 제2 전극
A: 버클링 나노 구조
S10: 평탄화층 형성단계
S20: 제1 전극 형성단계
S30: 제1 전극 냉각단계
S40: 유기 발광층 형성단계
S50: 제2 전극 형성단계
20: 평탄화층
30: 제1 전극
40: 유기 발광층
50: 제2 전극
A: 버클링 나노 구조
S10: 평탄화층 형성단계
S20: 제1 전극 형성단계
S30: 제1 전극 냉각단계
S40: 유기 발광층 형성단계
S50: 제2 전극 형성단계
Claims (26)
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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- 유기 발광 다이오드의 제조방법에 있어서,
기판 상에 평탄화층을 형성하는 평탄화층 형성단계;
상기 평탄화층 상에 상기 평탄화층과 다른 열팽창 계수를 갖는 제1 전극을 50 ℃ 이상의 고온에서 형성하는 제1 전극 형성단계;
상기 제1 전극을 상온에서 냉각하여 상기 평탄화층과의 열팽창 계수의 차이로 인해 제1 전극에 변형이 일어나게 하여 버클링(buckling) 나노 구조를 갖도록 형성하는 제1 전극 냉각단계;
상기 제1 전극 상에 유기 발광층을 형성하는 유기 발광층 형성단계; 및
상기 유기 발광층 상에 제2 전극을 형성하는 제2 전극 형성단계를 포함하고,
상기 버클링 나노 구조에 의한 상기 제1 전극의 표면 거칠기는 AFM(Atomic Force Microscope)을 이용하여 10 ㎛ × 10 ㎛의 스캔 범위로 관측할 때, 1 nm < Rms < 10 ㎛인 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드의 제조방법. - 삭제
- 제13 항에 있어서,
상기 기판은 유리 또는 고분자 또는 금속 재질을 갖는 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드의 제조방법. - 제13 항에 있어서,
상기 기판은 강(steel), 스테인리스(stainless), 구리, 은, 알루미늄, 마그네슘 및 도금 강으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드의 제조방법. - 제13 항에 있어서,
상기 평탄화층은 폴리이미드(polyimid), SU8, spin-on-glass, PUA, PDMS, photo-resist 및 PMMA로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드의 제조방법. - 제13 항에 있어서,
상기 제1 전극은 Ag, Al, Mg, Cu, Ni, Pd, Cr, Au, Pt 및 Mo로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드의 제조방법. - 제13 항에 있어서,
상기 제1 전극 형성단계에서 인가되는 온도와 상기 제1 전극 냉각단계에서 인가되는 온도의 차이를 조절하여 상기 버클링 나노 구조의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드의 제조방법. - 제13 항에 있어서,
상기 평탄화층은 스핀 코팅, 바 코팅, 스크린 프린팅, 열 증착 및 화학 기상 증착 중 하나의 방식을 이용하여 형성된 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드의 제조방법. - 제13 항에 있어서,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 열 증착, 전자선 증착, 스퍼터링, 스핀코팅, 화학 기상 증착 및 레이저 증착 중 하나의 방식을 이용하여 형성된 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드의 제조방법. - 제13 항에 있어서,
상기 제1 전극과 상기 평탄화층 간의 열팽창 계수의 차이를 조절하여 상기 제1 전극이 갖는 버클링 나노 구조의 수직방향의 단차의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드의 제조방법. - 삭제
- 제13 항에 있어서,
상기 제 2 전극은 광투과 특성이 있는 금속 박막 또는 전도성 산화막으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드의 제조방법. - 제13 항에 있어서,
상기 제1 전극이 양극이고 상기 제2 전극이 음극인 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드의 제조방법. - 제13 항에 있어서,
상기 제1 전극이 음극이고 상기 제2 전극이 양극인 인버티드(inverted) 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드의 제조방법.
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