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KR101328577B1 - 편광 유기 발광 소자 및 그의 제조 방법 - Google Patents

편광 유기 발광 소자 및 그의 제조 방법 Download PDF

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KR101328577B1
KR101328577B1 KR1020120016257A KR20120016257A KR101328577B1 KR 101328577 B1 KR101328577 B1 KR 101328577B1 KR 1020120016257 A KR1020120016257 A KR 1020120016257A KR 20120016257 A KR20120016257 A KR 20120016257A KR 101328577 B1 KR101328577 B1 KR 101328577B1
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KR
South Korea
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light emitting
layer
polymer film
emitting polymer
stamp
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김학린
박창섭
박지섭
노희연
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경북대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 편광 유기 발광 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 편광 유기 발광 소자의 제조 방법은 (a) 제1 소스 기판 상에 사전에 설정된 방향으로 정렬된 발광 고분자막을 형성하는 단계; (b) 스탬프를 이용하여 상기 발광 고분자막을 픽업하는 단계; (c) 상기 스탬프에 의해 픽업된 상기 발광 고분자막을 버퍼층(buffer layer)을 포함하는 소자 기판에 전사 프린팅하여, 상기 버퍼층 상에 상기 발광 고분자막을 배치하여 발광층을 형성하는 단계;를 포함한다. 본 발명에 따른 편광 유기 발광 소자의 제조 방법은 자기조립단분자막층을 정렬시키고, 그 위에 발광 고분자막을 형성한 후, 스탬프를 이용하여 상기 발광 고분자막을 소자기판 상으로 전사프린팅함으로써, 패턴 형성 및 편광 방향의 제어가 가능하다는 장점을 갖는다.

Description

편광 유기 발광 소자 및 그의 제조 방법{Polarizing organic light emitting diode and manufacturing method of the same}
본 발명은 편광 유기 발광 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 비등방성 계면 처리를 통해 하나의 방향으로 정렬된 액정상 발광 고분자막을 낮은 표면에너지를 갖는 소스 기판 상에 형성하고, 상기 액정상 발광 고분자막을 소자 기판으로 전사 프린팅(transfer printing)하여 유기 발광 소자를 제조함으로써, 선택적으로 패턴 제작 및 편광 방향의 제어가 가능한 편광 유기 발광 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
복합 고분자(conjugated polymers)는 긴 사슬 분자 구조를 갖는 비정질 반도체 물질로서, 유기 발광 소자(OLEDs; organic light emitting devices), 유기 광전지 소자(organic photovoltaic devices) 및 유기 박막 트랜지스터(organic thin film transistors)와 같은 유기 전자 장치에 사용된다. 상기 복합 고분자를 이용하는 유기 전자학에서 박막의 형태학상 성질, 즉 정렬 정도, 정렬 방향 및 중합체 사슬의 충전밀도(packing density) 등은 전자적 특성 및 광학 특성을 결정짓는 중요한 파라미터들이다. 여기서, 상기 복합 고분자를 정렬시키는 것에 의해 비편재화된 전자 오비탈이 매우 겹쳐지기 때문에, 전하운반체의 이동성, on/off 비, 광 흡수와 같은 유기 전자 장치의 성능은 효과적으로 향상될 수 있다. 유기발광소자의 발광층이 정렬 방법에 의해 방향 정렬을 갖는 복합 고분자로 형성되면, 상기 유기 발광 소자는 정렬된 박막층에서의 높은 충전밀도에 의해 광효율이 향상될 뿐만 아니라, 쌍극자 모멘트 축의 비등방성에 의해 편광된 빛을 방출할 있게 된다.
전술한 편광된 빛을 방출하는 유기발광소자는 광효율의 증가와 소비 전력의 감소를 위해 LCD의 백라이트 시트로 사용될 수 있다. 이때, LCD 패널에는 선편광된 빛이 입사되어야 하므로, 백라이트에서 발광된 빛은 LCD 패널에 입사되기 전에 편광자를 반드시 통과하게 된다. 따라서, 현재의 CCFL, LED 등을 이용한 백라이트와 같이 무편광된 빛을 방출하는 일반적인 OLED 소자를 백라이트로 사용할 경우 최대 50% 광량만이 LCD 패널에 입사되어 계조 구현에 활용될 수 있다. 즉, 편광된 발광 특성을 가지는 광원을 백라이트로 사용할 경우 무편광된 빛을 발하는 일반적인 LCD 백라이트 보다 최대 2배의 광효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 외부광으로부터 반사되는 빛을 차단하여 높은 명암비를 얻어야 하는 모바일 어플리케이션에 적용하기 위해, 편광판을 포함하는 외부 광학 필름이 필요한 LCD에 비해, 상기 유기 발광 소자는 스스로 편광된 빛을 방출하기 때문에 외광 반사를 차단하기 위해 외부 광학 필름을 부착하더라도 광학 필름의 설계에 따라 광 효율 및 밝기가 향상될 수 있다.
종래에는 고분자 박막의 방향 정렬을 유도하기 위해, 러빙된 폴리이미드(PI;polyimide)층을 고분자 박막의 밑에 배치시키는 방법, 발광층인 고분자 박막을 직접 연마하는 방법 및 Langmuir-Blodgett 방법 등의 여러가지 박막 표면 처리 기술들이 제시되고 있다. 여기서, 러빙된 폴리이미드 층을 이용하여 발광층을 형성하면 뛰어난 정렬 성질로 인해 매우 정렬된 발광층을 형성할 수 있지만, 폴리이미드는 전기적으로 뛰어난 절연체이므로 발광층으로 주입되는 전류의 흐름을 방해한다는 문제점이 있다. 또한, 유기 발광 소자 구조의 내부 층에 기계적으로 러빙 처리를 하는 것은 러빙에 의한 스크래치가 불가피하게 발생될 수 밖에 없어, 다수 개의 캐리어 트랩(carrier trap) 또는 형태학적인 결점(morphological defects)가 생성될 수 밖에 없다. 한편, 상기 LB 방법은 매우 정렬되고 균일한 박막을 얻을 수 있으나, 대면적 박막에 적용이 어려우며, 공정 속도 또한 느리다는 단점이 있다. 그리고, OLED의 Red, Green, Blue 화소 정의를 위해서는 화소별 패터닝이 가능한 공정 기술이어야 하지만, 전술한 기존의 방법들은 화소별 패터닝 공정이 불가능하다. 또한, 전술한 방법들은 선택적으로 편광 방향을 제어하는 것도 불가능하다는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 비등방성 계면 처리를 통해 하나의 방향으로 정렬된 액정상 발광 고분자막을 낮은 표면에너지를 갖는 소스 기판 상에 형성하고, 상기 액정상 발광 고분자막을 소자 기판으로 전사 프린팅(transfer printing)하여 유기 발광 소자를 제조함으로써, 선택적으로 패턴 제작 및 편광 방향의 제어가 가능한 편광 유기 발광 소자 및 그의 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제1 특징은, (a) 제1 소스 기판 상에 사전에 설정된 방향으로 정렬된 발광 고분자막을 형성하는 단계; (b) 스탬프를 이용하여 상기 발광 고분자막을 픽업하는 단계; (c) 상기 스탬프에 의해 픽업된 상기 발광 고분자막을 버퍼층(buffer layer)을 포함하는 소자 기판에 전사 프린팅하여, 상기 버퍼층 상에 상기 발광 고분자막을 배치하여 발광층을 형성하는 단계;를 포함한다.
전술한 제1 특징을 갖는 본 발명에 따른 편광 유기 발광 소자의 제조 방법에 있어서, 상기 제조 방법은 상기 (c) 단계 이후에, 상기 스탬프를 이용하여 제2 소스 기판 상에 형성된 제2 박막을 픽업하고, 상기 스탬프에 의해 픽업된 제2 박막을 상기 소자기판에 형성된 발광층 상에 전사 프린팅하여, 상기 발광층과 동일한 구조를 갖는 제2 버퍼층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 제1 특징을 갖는 본 발명에 따른 편광 유기 발광 소자의 제조방법에 있어서, 상기 스탬프는 표면에 사전에 설정된 패턴이 형성되어 있으며, 상기 (b) 단계에서, 상기 스탬프는 상기 패턴에 대응되는 발광 고분자막을 픽업하고, 상기 (c) 단계는 상기 소자 기판의 버퍼층 상에 상기 패턴을 갖는 발광 고분자막을 배치하여 발광층을 형성하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 제1 특징을 갖는 본 발명에 따른 편광 유기 발광 소자의 제조방법에 있어서, 상기 (a) 단계는 상기 제1 소스 기판을 둘 이상 구비하여, 각각에 서로 다른 방향으로 정렬된 발광 고분자막을 형성하는 것을 특징으로 하며, 상기 제조 방법은 사전에 설정된 패턴을 갖는 하나의 스탬프를 이용하여, 상기 둘 이상의 제1 소스 기판들에 대해 상기 (b) 단계 및 (c)단계를 반복적으로 수행함으로써, 상기 발광 고분자막들을 상기 버퍼층의 동일한 평면상에 배치되도록 하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 제1 특징을 갖는 본 발명에 따른 편광 유기 발광 소자의 제조방법에 있어서, 상기 (a) 단계는 상기 제1 소스 기판을 둘 이상 구비하여, 각각에 서로 다른 방향으로 정렬된 발광 고분자막을 형성하는 것을 특징으로 하며, 상기 제조 방법은 서로 다른 패턴이 형성된 둘 이상의 스탬프를 이용하여, 상기 둘 이상의 제1 소스 기판들에 대해 각각 (b) 단계 및 (c) 단계를 수행함으로써, 상기 발광 고분자막들이 상기 버퍼층의 동일한 평면상에 배치되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 제1 특징을 갖는 본 발명에 따른 편광 유기 발광 소자의 제조방법에 있어서, 상기 (a) 단계는 (a1) 제1 소스 기판 상에 자기 조립 단분자막층(Self assembly monolayer;SAM)을 형성하는 단계; (a2) 상기 자기 조립 단분자막층을 사전에 설정된 방향으로 정렬시키는 단계; (a3) 상기 자기 조립 단분자막층 상에 액상 프로세스를 이용하여 사전에 설정된 방향으로 정렬된 발광 고분자막을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 (a2) 단계는 상기 자기 조립 단분자막층의 상면을 러빙(rubbing)하는 것에 의해 사전에 설정된 방향으로 정렬시키는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 제1 특징을 갖는 본 발명에 따른 편광 유기 발광 소자의 제조방법에 있어서, 상기 (a) 단계는 (a0) 제1 소스 기판 상에 계면층을 형성하는 단계; (a1) 상기 계면층 상에 자기 조립 단분자막층(Self assembly monolayer;SAM)을 형성하는 단계; (a2) 상기 자기 조립 단분자막층을 사전에 설정된 방향으로 정렬시키는 단계; (a3) 상기 자기 조립 단분자막층 상에 액상 프로세스를 이용하여 사전에 설정된 방향으로 정렬된 발광 고분자막을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 (a2) 단계는 상기 자기 조립 단분자막층의 상면을 러빙(rubbing)하는 것에 의해 사전에 설정된 방향으로 정렬시키는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 제1 특징을 갖는 본 발명에 따른 편광 유기 발광 소자의 제조방법에 있어서, 상기 (a) 단계는 (a0) 제1 소스 기판 상에 계면층을 형성하는 단계; (a1) 상기 계면층 상에 자기 조립 단분자막층(Self assembly monolayer;SAM)을 형성하는 단계; (a2) 상기 자기 조립 단분자막층을 사전에 설정된 방향으로 정렬시키는 단계; (a3) 상기 자기 조립 단분자막층 상에 액상 프로세스를 이용하여 사전에 설정된 방향으로 정렬된 발광 고분자막을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 (a2) 단계는 상기 계면층의 상면을 이온빔 처리하는 것에 의해 상기 계면층의 상면에 형성되는 상기 자기 조립 단분자막층을 사전에 설정된 방향으로 정렬시키는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 제1 특징을 갖는 본 발명에 따른 편광 유기 소자의 제조방법에 있어서, 상기 스탬프는 PDMS(polydimethylsiloxane) 재질의 탄성 스탬프로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 제1 특징을 갖는 본 발명에 따른 편광 유기 발광 소자의 제조방법에 있어서, 상기 제조 방법은 상기 자기조립단분자막층과 발광 고분자막 사이에 형성되는 제1 표면 에너지, 상기 스탬프와 발광 고분자막 사이에 형성되는 제2 표면 에너지 및 상기 발광 고분자막과 상기 소자기판의 버퍼층 사이에 형성되는 제3 표면 에너지를 제어하여, 상기 스탬프를 이용하여 상기 발광 고분자막을 자기조립단분자막층으로부터 픽업하거나, 상기 픽업된 발광 고분자막을 상기 소자 기판으로 전사 프린팅하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 제1 특징을 갖는 본 발명에 따른 편광 유기 발광소자의 제조방법에 있어서, 상기 제1 내지 제3 표면 에너지는 상기 자기조립단분자막층, 발광 고분자막, 스탬프, 버퍼층 각각의 물질 종류에 따라 제어되거나, 픽업 또는 전사 프린팅하는 과정에서 가해지는 압력 및 열, 상기 스탬프를 이용하여 상기 발광 고분자막을 픽업 및 분리하는 속도 중 어느 하나 이상을 조절하는 것에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제2 특징은, 제1 전극, 상기 제1 전극 위에 배치되는 제1 버퍼층, 상기 제1 버퍼층 위에 배치되는 발광층(emissive laver), 상기 발광층 위에 배치되는 제2 버퍼층, 및 상기 제2 버퍼층 위에 배치되는 제2 전극으로 이루어지는 편광 유기 발광 소자에 있어서, 상기 발광층은 제1 소스 기판 상에 사전에 설정된 방향으로 정렬된 발광 고분자막을 스탬프를 이용하여 픽업한 후, 상기 스탬프에 의해 픽업된 발광 고분자막을 상기 제1 버퍼층 상에 전사 프린팅하는 것에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.
전술한 제2 특징을 갖는 본 발명에 따른 편광 유기 발광 소자에 있어서, 상기 제2 버퍼층은 제2 소스 기판 상에 형성된 제2 박막을 상기 스탬프를 이용하여 픽업한 후, 상기 스탬프에 의해 픽업된 제2 박막을 상기 발광층 상에 전사 프린팅하는 것에 의해 상기 발광층과 동일한 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 제2 특징을 갖는 본 발명에 따른 편광 유기 발광 소자에 있어서, 상기 스탬프는 사전에 설정된 패턴이 형성되어, 상기 패턴에 대응되는 발광고분자막을 픽업하여 상기 버퍼층에 전사프린팅하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 제2 특징을 갖는 본 발명에 따른 편광 유기 발광 소자에 있어서, 상기 발광층은 둘 이상의 제1 소스 기판에 각각 서로 다른 방향으로 정렬된 발광 고분자막들을 하나 또는 둘 이상의 스탬프를 이용하여 픽업한 후, 상기 제1 버퍼층 상의 동일한 평면상에 배치되도록 순차적으로 전사 프린팅하는 것에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 제2 특징을 갖는 본 발명에 따른 편광 유기 발광 소자에 있어서, 상기 제1 소스 기판 상에 사전에 설정된 방향으로 정렬된 발광 고분자막은 상기 제1 소스 기판 상에 자기 조립단분자막층을 형성하고, 상기 자기조립단분자막층을 사전에 설정된 방향으로 정렬시킨 후, 상기 자기조립단분자막층 상에 액상 프로세스를 이용하여 상기 발광 고분자막을 형성하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 제2 특징을 갖는 본 발명에 따른 편광 유기 발광 소자에 있어서, 상기 자기조립단분자막층은 상면을 러빙하는 것에 의해 사전에 설정된 방향으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 제2 특징을 갖는 본 발명에 따른 편광 유기 발광 소자에 있어서, 상기 제1 소스 기판 상에 사전에 설정된 방향으로 정렬된 발광 고분자막은 상기 제1 소스 기판 상에 계면층을 형성하고, 상기 계면층 상에 자기조립단분자막층을 형성하고, 상기 자기조립단분자막층을 사전에 설정된 방향으로 정렬시킨 후, 상기 자기조립단분자막층 상에 액상 프로세스를 이용하여 상기 발광 고분자막을 형성하고, 상기 자기조립단분자막층은 상기 계면층의 상면을 이온빔 처리하는 것에 의해 사전에 설정된 방향으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 편광 유기 발광 소자의 제조 방법은 자기조립단분자막층을 정렬시키고, 그 위에 코팅하여 정렬된 발광 고분자막을 형성한 후, 스탬프를 이용하여 상기 정렬된 발광 고분자막을 소자기판 상으로 전사프린팅함으로써, 패턴 형성 및 편광 방향의 제어가 가능해진다. 또한, 본 발명에 따른 유기 발광 소자의 제조 방법은 각 계면들의 표면에너지를 조절하여 상기 발광 고분자막을 픽업하거나 전사하므로, 픽업 및 전사가 용이하며, 소자 기판 상에 균일한 발광 고분자막을 형성할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 유기 발광 소자의 제조 방법은 복수 개의 제1 소스 기판을 통해 복수 개의 정렬 방향을 갖는 발광 고분자막을 소자 기판의 동일한 평면상에 배치시킴으로써, 복수 개의 편광 방향을 갖는 편광 유기 발광 소자의 제작이 가능해진다.
한편, 디스플레이는 다수 개의 화소들로 이루어져, 상기 화소들을 이용하여 영상을 표현하는 것이다. 종래의 기술로는 이러한 화소들을 제작함에 있어, 금속 재질의 마스크를 이용하여 원치 않은 영역을 블록킹함으로써, 원하는 형상이나 크기의 화소들을 증착하는 것에 의해 제작하였다. 그러나, 이러한 마스크는 공정 내의 편차 등으로 인해 최소 50 um정도 이하의 사이즈의 화소를 제작하는 것이 어려워, 고정세 유기 발광 소자를 구현하는 것이 어려웠다. 하지만, 본 발명에 따른 편광 유기 발광 소자는 상기 스탬프를 이용하여 전사 프린팅하는 것에 의해 화소들로 구성되는 발광층을 형성할 수 있기 때문에, 상기 스탬프의 형상 및 크기를 조절함으로써, 상기 화소들의 형상 및 크기를 용이하게 조절할 수 있다는 장점을 갖게 된다. 따라서, 고정세 유기 발광 소자의 구현이 가능해진다.
또한, 본 발명에 따른 편광 유기 발광 소자는 전사 프린팅을 이용하기 때문에, 여러가지 장점을 갖게 된다. 먼저, 종래에 스핀 코팅을 통해 발광층을 형성하는 경우에는 고분자층의 용매가 상기 고분자층의 하부로 흘러내릴 수 있기 때문에 상기 고분자층의 용매를 신중히 결정해야하는 반면, 본 발명에서는 픽업한 발광 고분자막을 용매 증발시킨 다음 소자 기판에 부착하는 전사 프린팅(transfer printing) 방법을 사용하기 때문에, 이러한 용매의 직교성(solvent orthogonality) 문제를 해결할 수 있게 된다. 또한, 전사 프린팅 방법은 상기 발광층의 하부를 열화시키지 않으면서, 패턴된 발광층의 다중박막을 적층시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 전사 프린팅 공정 중에 패턴된 탄성 중합체 몰드에 의한 접촉 압력으로 인하여, 유기층들 사이의 계면 저항을 줄일 수 있어, 전류 효율이나 수명을 상당히 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 편광 유기 발광 소자를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 편광 유기 발광 소자의 제조 방법을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 편광 유기 발광 소자의 제조 방법에 있어서, 계면층에 이온빔 처리를 하는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 일반적으로 스탬프의 분리속도에 따른 표면에너지를 그래프로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 편광 유기 발광 소자의 제조 방법에 있어서, 전사프린팅되기 전과 후를 표면 처리 조건에 따라 관찰한 편광 현미경 사진이다.
도 6은 본 발명에 따른 편광 유기 발광 소자의 제조 방법에 따라 제작된 편광 유기 발광 소자의 발광 고분자막의 두께를 측정한 SEM 이미지이다.
도 7은 본 발명에 따른 편광 유기 발광 소자에 있어서, 각 조건에 따라 편광 의존에 따른 흡수 스펙트럼을 측정하여 발광 고분자막의 정렬 정도를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 편광 유기 발광 소자의 편광된 EL 커브를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 편광 유기 발광 소자를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 편광 유기 발광 소자의 제조방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 편광 유기 발광 소자의 제조 방법을 이용하여 RGB 화소를 제조하는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 편광 유기 발광 소자 및 그의 제조방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
제1 실시예
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 편광 유기 발광 소자를 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 편광 유기 발광 소자(10)는 제1 전극(100), 제1 버퍼층(120), 발광층(140), 제2 버퍼층(도시하지 않음) 및 제2 전극(도시하지 않음)으로 이루어지며, 상기 발광층(140)은 제1 소스 기판 상에 사전에 설정된 방향으로 정렬된 발광 고분자막을 스탬프를 이용하여 픽업한 후, 상기 제1 버퍼층 상에 전사 프린팅하는 것에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에서는 상기 발광층(140)을 제1 소스 기판 상에 정렬된 발광 고분자막을 전사프린팅하여 형성하는 것에 특징이 있는바, 도 1에서는 편의상 제1 전극(100), 제1 버퍼층(120) 및 발광층(140)만을 도시하고, 제2 버퍼층 및 제2 전극은 생략하였다. 여기서, 제1 버퍼층(120)은 정공수송층(Hole Transfer Layer)을 의미하며, 정공주입층(Hole Injection Layer)을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2 버퍼층은 전자수송층(Electron Transfer Layer)를 의미하며, 전자주입층(Elcetron Injection Layer)를 더 포함할 수 있다. 이렇듯 제1 버퍼층은 도 1에서는 간단히 하나의 층으로 도시하였지만, 다층 박막 구조로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1 전극은 ITO Glass로 형성되어, 전극의 기능 및 기판으로서의 기능을 동시에 수행하도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 편광 유기 발광 소자(10)는 사전에 설정된 패턴을 갖는 스탬프를 이용하여 전사프린팅함으로써, 사전에 설정된 패턴에 대응되는 발광 고분자막을 픽업하여 상기 제1 버퍼층(120)에 전사 프린팅할 수 있다. 상기 스탬프가 하나로 이루어지는 경우에는 하나의 스탬프를 이용하여 반복적으로 전사프린팅 공정을 진행함으로써, 제1 버퍼층 상에 발광층을 형성할 수 있다. 또한, 상기 스태프가 둘 이상으로 이루어지는 경우에는 서로 다른 패턴으로 형성될 수 있으며, 각각 순차적으로 전사프린팅 공정을 진행함으로써, 제1 버퍼층 상에 발광층을 형성할 수 있다. 한편, 상기 스탬프는 PDMS 재질의 탄성 스탬프로 이루어져 패턴 형성이 쉽기 때문에, 상기 발광 고분자막의 패턴을 원하는 형태로 픽업할 수 있어, 상기 발광층의 패턴 형성을 용이하게 할 수 있다.
디스플레이는 다수 개의 화소들로 이루어져, 상기 화소들을 이용하여 영상을 표현하는 것이다. 종래의 기술로는 이러한 화소들을 제작함에 있어, 금속 재질의 마스크를 이용하여 원치 않은 영역을 블록킹함으로써, 원하는 형상이나 크기의 화소들을 증착하는 것에 의해 제작하였다. 그러나, 이러한 마스크는 공정 내의 편차 등으로 인해 최소 50 um정도 이하의 사이즈의 화소를 제작하는 것이 어려워, 고정세 유기 발광 소자를 구현하는 것이 어려웠다. 하지만, 본 발명의 제1 실시예에 따른 편광 유기 발광 소자는 상기 스탬프를 이용하여 전사 프린팅하는 것에 의해 화소들로 구성되는 발광층을 형성할 수 있기 때문에, 상기 스탬프의 형상 및 크기를 조절함으로써, 상기 화소들의 형상 및 크기를 용이하게 조절할 수 있다는 장점을 갖게 된다. 따라서, 고정세 유기 발광 소자의 구현이 가능해진다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 편광 유기 발광 소자는 상기 발광층 상에 형성되는 제2 버퍼층도 동일한 스탬프를 이용하여 전사프린팅하는 것에 의해 형성할 수 있다. 다시 말해, 제2 소스 기판에 제2 버퍼층을 형성할 제2 박막을 형성하고, 상기 제2 박막을 상기 스탬프를 이용하여 픽업한 후, 상기 발광층 상에 전사프린팅함으로써, 상기 발광층과 동일한 구조를 갖는 제2 버퍼층을 형성할 수 있게 된다.
전술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 편광 유기 발광 소자는 상기 발광층에서 발생하는 빛을 편광된 상태로 출력하기 위하여, 상기 발광층을 구성하는 발광 고분자들을 일방향으로 정렬해야 한다. 종래에는 상기 발광층을 정렬시키기 위해서, 상기 발광층을 소자 기판 상에 스핀 코팅을 통해 형성한 후, 직접 러빙하거나, LB(Langmuir-Blodgett)법 등을 이용하였으나, 본 발명에서는 제1 소스 기판에서 정렬된 발광 고분자막을 형성하고, 스탬프를 이용하여 전사 프린팅(transfer printing)함으로써, 정렬된 발광층을 형성하는 것을 특징으로 한다. 이러한 제1 소스 기판 상에 정렬된 발광 고분자막을 형성하기 위한 자세한 방법은 후술하기로 한다.
본 발명에 따른 편광 유기 발광 소자는 전사 프린팅을 이용하기 때문에, 여러가지 장점을 갖게 된다. 먼저, 종래에 스핀 코팅을 통해 발광층을 형성하는 경우에는 고분자층의 용매가 상기 고분자층의 하부로 흘러내릴 수 있기 때문에 상기 고분자층의 용매를 신중히 결정해야하는 반면, 본 발명에서는 픽업한 발광 고분자막을 용매 증발시킨 다음 소자 기판에 부착하는 전사 프린팅(transfer printing) 방법을 사용하기 때문에, 이러한 용매의 직교성(solvent orthogonality) 문제를 해결할 수 있게 된다. 또한, 전사 프린팅 방법은 상기 발광층의 하부를 열화시키지 않으면서, 패턴된 발광층의 다중박막을 적층시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 전사 프린팅 공정 중에 패턴된 탄성 중합체 몰드에 의한 접촉 압력으로 인하여, 유기층들 사이의 계면 저항을 줄일 수 있어, 전류 효율이나 수명을 상당히 향상시킬 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 편광 유기 발광 소자의 제조 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 편광 유기 발광 소자의 제조 방법을 순차적으로 도시한 도면이다. 도 2의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 먼저, 본 발명에 따른 편광 유기 발광 소자의 제조 방법은 제1 소스 기판(DS; Donor substrate) 상에 사전에 설정된 방향으로 정렬된 발광 고분자막(340')을 형성한다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 제1 소스 기판(DS) 상에 자기조립 단분자막층(SAM; Self assembly monolayer)을 형성하고(도 2의 (a)), 상기 자기조립 단분자막층(SAM)을 사전에 설정된 방향으로 정렬시킨 후(도 2의 (b)), 상기 정렬된 자기조립 단분자막층 상에 액상 프로세스를 이용하여 상기 방향으로 정렬된 발광 고분자막(340')을 형성하게 된다(도 2의 (c)).
여기서, 상기 자기조립 단분자막층(SAM)은 제1 소스 기판 상에 계면층을 더 형성한 후 형성될 수 있다. 이때, 상기 계면층을 구성하는 물질은 상기 계면층 상에 형성될 자기조립단분자막층의 물질 종류에 따라 달라지게 된다. 특히, 후술하는 상기 자기조립단분자막층의 헤드그룹의 물질 종류에 따라 그 특성이 결정된다. 예를 들면, RSiCl3 , RSi(OR')3으로 자기 조립 단분자막층의 헤드 그룹이 형성되는 경우, 상기 계면층은 SiO2 로 이루어져 결합을 이루는 것이 바람직하다. 또는, 티올기(thiols group)로 상기 자기조립단분자막층의 헤드 그룹이 형성되는 경우에는, 상기 계면층은 금(Au)으로 이루어져 결합을 이루게 된다. 이렇듯, 상기 계면층을 구성하는 물질은 SiO2 뿐만 아니라, 다양한 금속 재질로 이루어질 수 있다.
상기 자기조립단분자막층은 도 2의 (a)에서와 같이, 높은 충전 밀도(packing density) 조건에서 유연한 알킬(alkyl) 사슬의 입체 효과(steric effect)로 인하여, 잘 정렬된 알킬(alkyl) 사슬 구조를 갖게 된다. 그러나, 상기 자기조립 단분자막층은 다수의 국소 영역으로 형성되는데, 각각의 국소 영역 안에서는 상기 알킬 사슬들이 동일한 방향으로 정렬되어 있지만, 다수의 국소 영역들은 각각 다른 방향을 갖으므로, 전체적으로 보았을 때 무작위한 방향을 갖게 된다. 따라서, 자기조립 단분자막층을 한 방향으로 정렬하기 위해서는, 상기 자기 조립 단분자막층의 상면을 러빙(rubbing)하거나, 상기 계면층의 상면을 이온빔 처리하는 방법이 있으며, 상기 자기조립단분자막층을 정렬시키기 위한 어떠한 방법이든 적용이 가능하다.
도 3은 본 발명에 따른 편광 유기 발광 소자의 제조 방법에 있어서, 계면층에 이온빔 처리를 하는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 상기 계면층의 상면을 이온빔 처리하여 사전에 설정된 방향으로 정렬시키게 되면, 상기 계면층의 상면에 형성되는 자기조립 단분자막층 또한 상기 방향으로 정렬하게 된다.
이렇게 사전에 설정된 방향으로 정렬된 자기조립 단분자막층 상에 액상 프로세스, 예를 들어, 스핀 코팅(spin coating)을 이용하여 상기 발광 고분자막을 형성하게 되면, 상기 발광 고분자막도 상기 자기조립단분자막층의 정렬 방향의 영향으로 사전에 설정된 방향으로 정렬하게 된다. 이후, 상기 발광 고분자막은 가벼운 열처리를 통해 용매를 제거하게 된다.
다음, 도 2의 (d) 내지 (e)를 참조하면, 스탬프(400)를 이용하여 상기 발광 고분자막(340')을 픽업한다. 상기 스탬프는 표면에 사전에 설정된 패턴이 형성되어 있으며, 상기 스탬프는 상기 패턴에 대응되는 발광 고분자막을 픽업하고, 상기 소자 기판의 버퍼층 상에 상기 패턴을 갖는 발광 고분자막을 배치하여 발광층을 형성하게 된다. 상기 스탬프가 둘 이상인 경우, 서로 다른 패턴이 형성되어 있어, 각각의 패턴에 대응되는 발광 고분자막을 픽업할 수 있다. 또한, 상기 스탬프(400)는 PDMS(polyimethylsiloxane) 재질의 탄성 스탬프로 이루어지는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 스탬프(400)는 상기 발광 고분자막 위에 배치되어 사전에 설정된 압력으로 상기 발광 고분자막을 누른 후, 상기 발광 고분자막을 벗겨내게 된다(peel off). 이때, 상기 발광 고분자막을 균일하게 벗겨내기 위해서, 상기 스탬프와 발광 고분자막 사이에 형성되는 제2 표면 에너지에 비해, 상기 자기조립단분자막층과 발광 고분자막 상에 형성되는 제1 표면에너지가 더 작아야 하며, 이것이 상기 자기조립단분자막층을 제1 소스 기판 사에 형성해야 하는 이유이다.
일반적으로 제1 소스 기판과 발광 고분자막 사이의 표면 에너지는 굉장히 큰 반면(예를 들어,1140 mJ/m2), 스탬프와 발광 고분자막 사이의 표면에너지는 상대적으로 작기 때문에(예를 들어, 19.8 mJ/m2), 상기 제1 소스 기판 위에 바로 발광 고분자막을 형성하는 경우에는, 상기 스탬프에 상기 발광 고분자막이 픽업되지 않는다. 따라서, 자기조립 단분자막층을 제1 소스 기판 상에 형성함으로써, 이러한 제1 표면 에너지를 줄일 수 있게 된다. 이때, 자기조립단분자막층 분자는 각각 헤드 그룹(head group), 사슬 그룹(flexible chain), 엔드 그룹(end group)으로 형성되는데, 헤드 그룹의 종류에 따라서 상기 제1 소스 기판에 선택적으로 결합을 하게 된다. 그리고, 사슬그룹은 자기조립단분자막층 분자의 방향을 결정할 수 있고, 엔드 그룹의 종류에 따라서 표면에너지를 제어할 수 있다. 여기서 발광 고분자막과 자기조립단분자막층 사이의 제1 표면에너지는 21 mJ/m2으로 상기 스탬프와 발광 고분자막 사이의 제2 표면에너지인 19.8 mJ/m2 보다 조금 크나, 후술하는 방법을 이용하여 상기 제1 표면에너지를 줄일 수 있다.
여기서, 표면 에너지는 상기 자기조립단분자막층, 발광 고분자막, 스탬프, 버퍼층 각각의 물질 종류에 따라 제어되거나, 픽업 또는 전사 프린팅되는 과정에서 가해지는 압력 및 열, 상기 스탬프를 이용하여 상기 발광 고분자막을 픽업 및 분리하는 속도 중 어느 하나 이상을 조절하는 것에 의해 제어될 수 있다. 본 발명에서는 상기 제1 표면 에너지를 줄이기 위해서, 상기 자기조립단분자막층(SAM)의 표면을 소수성 처리를 하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 사용된 자기조립단분자막층 분자는 ODTS(octadecyltrichlorosilane) 분자로서, 사슬 그룹의 사슬(CH2) 갯수는 18개 이고, 헤드 그룹은 SiCl3로 상기 계면층에 접착되며, 엔드그룹(-CH3)은 상기 자기조립단분자막층의 표면을 소수성으로 형성한다. 이렇게 소수성 처리된 자기조립단분자막층로부터 상기 스탬프는 상기 발광 고분자막을 용이하게 픽업할 수 있게 된다.
한편, 픽업하는 과정을 더욱 용이하게 하기 위해, 상기 스탬프를 상기 발광 고분자막에 누른 후 벗겨내는 과정에서 상기 스탬프의 분리 속도를 제어할 수 있다. 도 4는 일반적으로 스탬프의 분리속도에 따른 표면에너지를 그래프로 도시한 것이다. 도 4를 참조하면, 상기 스탬프의 분리 속도를 빠르게 하게 되면, 점탄성(viscoelasticity)이 증가하기 때문에, 상기 스탬프와 발광 고분자막 사이의 제2 표면 에너지가 증가하게 되어 상대적으로 제1 표면에너지보다 크게 된다. 이러한 성질은 후술하는 소자기판 상에 발광 고분자막을 부착시키는 과정에서 반대로 스탬프의 분리 속도를 느리게 함으로써, 상기 스탬프와 발광 고분자막 사이의 제2 표면 에너지를 제3 표면에너지에 비해 상대적으로 작게 함으로써, 상기 발광 고분자막을 상기 소자기판 상에 형성할 수 있게 되는 것이다.
다시 도 2로 돌아가, 도 2의 (f)를 참조하면, 상기 스탬프(400)에 의해 픽업된 상기 발광 고분자막(340)을 버퍼층(buffer layer)을 포함하는 소자 기판에 전사 프린팅(transfer printing)하여, 상기 버퍼층 상에 발광층을 형성한다. 여기서, 상기 버퍼층은 정공수송층(HTL; Hole Transfer Layer)이다. 또한, 상기 버퍼층과 상기 발광 고분자막의 접착력을 높이기 위해서, 상기 스탬프를 분리하기 전에 열처리를 하는 것이 바람직하다. 이러한 상기 버퍼층과 발광 고분자막 사이의 제3 표면 에너지는 상기 제2 표면에너지에 비해 상대적으로 크기 때문에, 용이하게 스탬프만의 분리가 가능하다. 특히, 상기 스탬프의 분리속도를 느리게 하여, 제2 표면에너지를 작게 함으로써, 발광 고분자막을 버퍼층에 균일하게 형성할 수 있게 된다.
한편, 상기 스탬프는 사전에 설정된 패턴으로 형성되며, 상기 스탬프를 이용하여 발광 고분자막을 픽업하게 되면, 상기 패턴에 대응되는 발광 고분자막을 상기 소자 기판 상에 형성할 수 있게 된다. 상기 패턴은 도 2에서와 같은 형태를 예로 들 수 있으나, 이는 예시일 뿐이며, 필요에 따라 다양한 형태의 패턴 형성이 가능하다. 또한, 둘 이상의 스탬프를 이용하는 경우, 상기 둘 이상의 스탬프는 각각 서로 다른 패턴이 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에 따른 편광 유기 발광 소자의 제조 방법은 상기 스탬프를 이용하여 전사 프린팅하기 때문에, 발광 고분자막으로 이루어지는 발광층의 패턴 제어가 가능하게 된다.
한편, 전술한 과정을 갖는 본 발명에 따른 편광 유기 발광 소자의 제조 방법은 발광층을 형성한 후, 제2 소스 기판에 형성된 제2 박막을 상기 스탬프를 이용하여 픽업하여, 상기 스탬프에 의해 픽업된 제2 박막을 상기 발광층 상에 전사 프린팅함으로써, 상기 발광층과 동일한 구조를 갖는 제2 버퍼층을 형성할 수 있게 된다. 이는 하나의 스탬프를 이용하게 되므로, 발광층과 동일한 구조를 갖는 제2 버퍼층을 마스크를 따로 제작하여 제조할 필요가 없이 용이하게 제조할 수 있어 공정 과정의 간소화 및 비용 절감 효과를 갖게 된다.
전술한 과정을 갖는 본 발명에 따른 편광 유기 발광 소자의 제조 방법은 자기조립단분자막층을 정렬시키고, 그 위에 발광 고분자막을 형성한 후, 스탬프를 이용하여 상기 발광 고분자막을 소자기판 상으로 전사프린팅함으로써, 패턴 형성 및 편광 방향의 제어가 가능해진다. 또한, 본 발명에 따른 유기 발광 소자의 제조 방법은 각 계면들의 표면에너지를 조절하여 상기 발광 고분자막을 픽업하거나, 전사하므로, 픽업 및 전사가 용이하며, 소자 기판 상에 균일한 발광 고분자막을 형성할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 유기 발광 소자의 제조 방법은 복수 개의 제1 소스 기판을 통해 복수 개의 정렬 방향을 갖는 발광 고분자막을 소자 기판의 동일한 평면상에 배치시킴으로써, 복수 개의 편광 방향을 갖는 편광 유기 발광 소자의 제작이 가능해진다.
도 5는 전사프린팅되기 전과 후를 표면 처리 조건에 따라 관찰한 편광 현미경(POM; Polarizing optical microscopy) 사진이다. 모든 실험에서 동일한 스탬프를 이용하여 동일한 시간에 전사프린팅하였으며, 스탬프의 분리속도, 압력 등과 같은 전사 프린팅의 조건들을 동일하다. 도 5의 (a) 및 (b)는 자기조립단분자막층이 형성되지 않고 계면층만 형성된 경우, 각각 러빙되지 않은 제1 소스 기판 및 러빙된 제1 소스 기판 상에 형성된 발광 고분자막을 도시한 사진이다. 러빙되지 않은 경우의 도 5의 (a)에 있어서, 발광 고분자막은 거시적인 방향 정렬을 의미하는 복굴절 현상이 없다. 반면에, 도 5의 (b)에서와 같이, 러빙된 계면층 상에 형성된 발광 고분자막은 상기 계면층의 이방성 배치에 따른 정렬된 형태를 나타낸다. 그러나, 상기 계면층 상에 형성되는 발광 고분자막은 상기 계면층과의 표면에너지가 스탬프의 표면에너지보다 매우 크기 때문에 전사가 불가능하다. 이는 전사된 후의 형태를 나타내는 도 5의 (a') 및 (b')를 참조하면, 전사가 제대로 이루어지지 않았음을 알 수 있다.
도 5의 (c) 및 (d)는 각각 러빙되지 않은 자기조립단분자막층 및 러빙된 자기조립단분자막층 사에 형성된 발광 고분자막의 편광 현미경 사진이다. 도 5의 (c)를 참조하면, 러빙되지 않은 자기조립단분자막층은 각기 다른 정렬방향을 갖는 도메인들로 이루어져 거시적으로는 무작위한 방향을 갖게 되므로, 상기 자기조립단분자막층 상에 형성된 발광 고분자막 또한 정렬된 배치 형태가 없다. 반면, 도 5의 (d)를 참조하면, 러빙된 자기조립 단분자막층 상에 형성된 발광 고분자막은 직교하는 편광판들을 통해 복굴절된 빛을 투과시키는 정렬 방향을 보여준다. 이러한 발광 고분자막은 전술한 상기 자기조립단분자막층의 표면에너지를 줄이기 위한 방법을 통해, 쉽게 전사가 가능하다. 도 5의 (d')는 소자기판으로 전사된 후의 발광 고분자막을 나타낸 것으로서, 전사 프린팅된 후에도 방향 정렬이 그대로 남아있음을 알 수 있다.
한편, 유기 발광 소자에서의 발광 고분자막의 두께는 전자-정공 결합, 발광 효율, 낮은 작동 전압을 위해 매우 중요하다. 도 6은 본 발명에 따른 편광 유기 발광 소자의 제조 방법에 따라 제작된 편광 유기 발광 소자의 발광 고분자막의 두께를 측정한 SEM 이미지이다. 도 6의 (a)를 참조하면, 희석된 PFO-DMP(poly(9,9-dioctylfluorene end capped with dimethylphenyl) 용액을 스핀 코팅함으로써 자기조립단분자막층(SAM) 상에 형성된 발광 고분자막(PFO; poly(9,9-dioctylfluorene))의 두께는 약 62nm 이다. 이를 스탬프를 이용하여 제1 소스 기판으로부터 소자기판으로 전사시킨 후의 SEM 이미지인 도 6의 (b)를 참조하면, 상기 발광 고분자막의 두께가 약 62 nm로 거의 변하지 않았음을 알 수 있다. 이는 스탬프를 이용하여 전사시키는 과정에서 발광 고분자막의 손실 및 변형이 발생하지 않았음을 의미한다.
한편, 도 7은 각 조건에 따라 편광 의존에 따른 흡수 스펙트럼을 측정하여 발광 고분자막의 정렬 정도를 나타낸 것으로서, 도 7의 (a) 및 (b)는 각각 전사 프린팅 공정 전과 후의 흡수 스펙트럼을 상대적으로 나타낸 그래프이다. 도 7의 (a)를 참조하면, 러빙되지 않은 자기조립단분자막층(SAM) 상에 형성된 발광 고분자막(PFO)의 경우(sample 1), 조사광(probing beam)의 편광 방향이 달라져도 흡수 스펙트럼의 변화는 없다. 그러나, 러빙된 자기조립단분자막층(SAM) 상에 형성된 발광 고분자막(PFO)의 경우(sample 2), 흡수 스펙트럼은 조사광의 편광 방향에 따라 다른 양상을 나타낸다. 여기서, 조사광의 편광 방향을 무시하면, 흡수 최대량은 407 nm에서 관찰된다. 이는 발광 고분자막의 불소 백본(fluorine backbones)에서의 비편재화된 π-π* 천이와 관련된 것이다.
도 7의 (b)를 참조하면, 전사프린팅 후의 발광 고분자막의 흡수 최대량은 전사 프린팅 전의 흡수 최대량 프로파일과 동일하다. 마찬가지로, 정렬되지 않은 발광 고분자막(PFO)의 경우(sample 3), 조사광(probing beam)의 편광 방향이 달라져도 흡수 스펙트럼의 변화는 없다. 그러나, 정렬된 발광 고분자막(PFO)의 경우(sample 4), 흡수 스펙트럼은 조사광의 편광 방향에 따라 다른 양상을 나타낸다. 그러나, 흡수 최대량의 정도는 편광판의 방향과 러빙 방향이 평행할 때 더 높게 측정된다. 또한, 발광 고분자막의 정렬 정도는 편광 의존을 갖는 흡수 스펙트럼에 대한 정렬 파라미터(order parameter; S)에 의해 측정될 수 있다. 상기 정렬 파라미터(S)는 수학식 1로 표현된다.
[수학식 1]
S = (D// - D⊥)/(2 ×D⊥ + D//)
여기서, D// 및 D⊥는 각각 조사광의 편광 방향과 자기조립단분자막층의 러빙 방향이 평행 및 직각인 경우의 흡수 최대량의 정도이다. 러빙된 자기조립단분자막층 상에 형성된 발광 고분자층에 있어서, 전사 프린팅 전 및 후의 정렬 파라미터(S) 상대적으로 약 0.1 및 0.09 로 측정되었다. 이는 전사 프린팅 공정이 방향 발광 고분자막의 방향 정렬 정도에 영향을 미치지 않음을 나타낸다. 상기 정렬 파라미터(S)의 정도는 분자 무게가 가벼운 액정 단위체의 그것과 비교할 수는 없다. 이러한 결과는 분자 무게가 무거운 발광 고분자막에 적용되는 것이다. 러빙된 자기조립단분자막층의 azimuthal anchoring energy가 약한 것은 자기조립단분자막층의 엔드그룹의 소수성 성질 때문이기도 하지만, 본 발명에서는 낮은 정렬 파라미터(S)가 또 다른 이유가 될 수 있다.
한편, 도 8은 본 발명에 따른 편광 유기 발광 소자의 편광된 EL(electroluminescence) 커브를 나타낸 그래프이다. 여기서, 상기 편광 유기 발광 소자의 적층 구조는 도 6의 (b)에 도시된 제2 전극(Al)/발광 고분자막(PFO-DMP)/정공수송층(PEDOT:PSS)/제1 전극(ITO)으로 구성된다. 상기 EL 커브는 본 발명에 따른 상기 편광 유기 발광 소자에 편광판을 부착하여 측정하였다. 본 발명에 따른 편광 유기 발광 소자의 발광 고분자막에 있어서, 발광되는 빛의 편광은 자기조립단분자막층의 러빙방향과 평행하다. 따라서, 상기 편광판의 편광 방향과 발광 고분자막의 정렬 방향이 평행한 EL 세기(L//)는 상기 편광 방향에 직각인 EL 세기(L⊥)에 비해 큰 값을 갖는다. 상기 최대 EL 색선별 비율(L///L⊥)은 약 3:1이다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 편광 유기 발광 소자의 제조 방법은 제1 소스 기판 상에 자기조립단분자막층을 형성하고, 러빙이나 이온빔 처리를 통해 이를 정렬시키게 된다. 이러한 정렬된 자기조립단분자막층은 이방성 계면 분자의 상호 작용으로 인하여 상기 발광 고분자막을 정렬시킬 뿐만 아니라, 낮은 표면 에너지를 통해 용이하게 제1 소스 기판으로부터 픽업이 가능하도록 한다. 또한, 정렬된 발광 고분자막을 소자 기판으로 전사 프린팅을 이용해 전사시킴으로써, 제1 소스 기판에 형성되었던 발광 고분자막의 두께와 동일한 두께로 전사시킬 수 있을 뿐만 아니라, 균일한 박막을 소자 기판 상에 형성할 수 있게 되어, 뛰어난 광학 특성을 갖는 편광 유기 발광 소자를 제작할 수 있게 된다.
제2 실시예
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 편광 유기 발광 소자를 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 편광 유기 발광 소자(20)는 제1 전극(200), 제1 버퍼층(220), 발광층(240), 제2 버퍼층(도시하지 않음) 및 제2 전극(도시하지 않음)을 포함한다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 편광 유기 발광 소자는 제1 실시예와 유사하나, 상기 발광층이 둘 이상의 정렬된 방향을 갖는다는 것에 차이점이 있다. 여기서는 제1 실시예와 중복되는 설명은 생략한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 편광 유기 발광 소자는 제1 소스 기판을 둘 이상 구비하여, 각각에 서로 다른 방향으로 정렬된 발광 고분자막을 형성한다. 예를 들어, 도 9에서와 같이, 하나의 발광고분자막은 0° 방향으로 정렬하고, 나머지 하나의 발광 고분자막은 45°방향으로 정렬할 수 있다. 여기서, 0°방향으로 정렬된 발광 고분자막을 상기 제1 발광 고분자막(142)으로 정의하고, 45°방향으로 정렬된 발광 고분자막을 상기 제2 발광고분자막(144)으로 정의하기로 한다. 상기 제1 발광 고분자막 및 제2 발광 고분자막은 서로 다른 방향으로 정렬되기 때문에, 본 발명의 제2 실시예에 따른 편광 유기 발광 소자는 두 개의 편광 방향을 갖는 빛살을 출사할 수 있다. 이렇듯 본 발명에 따른 편광 유기 발광 소자는 영역에 따라 선택적인 편광 방향의 제어가 가능하며, 여기서 2개의 편광 방향을 갖는 것만 설명하였지만, 이러한 방법을 사용하여 복수 개의 편광 방향을 제어하는 것이 가능하게 된다.
이하, 본 발명의 제2 실시예에 따른 편광 유기 발광 소자의 제조 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 편광 유기 발광 소자의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 10을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 편광 유기 발광 소자의 제조 방법은 제1 실시예의 제조방법과 동일한 과정으로 형성되나, 제1 소스 기판을 둘 이상 구비하여, 각각에 서로 다른 방향으로 정렬된 발광 고분자막을 형성하게 된다. 이렇게 제작된 둘 이상의 발광 고분자막은 하나 또는 둘 이상의 스탬프를 이용하여 상기 소자 기판의 제1 버퍼층 상에 전사한다.
상기 둘 이상의 제1 소스 기판에는 각각 계면층 및 자기조립단분자막층을 형성하는 것은 제1 실시예와 동일하며, 도 10에서와 같이, 정렬시키는 방향만 달라지게 된다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다. 이렇게 형성된 둘 이상의 발광 고분자막은 하나 또는 둘 이사의 스탬프를 이용하여 상기 소자 기판의 제1 버퍼층 상에 전사된다.
사전에 설정된 패턴을 갖는 하나의 스탬프를 이용하여 전사하는 경우, 상기 둘 이상의 제1 소스 기판들에 대해 제1 실시예의 제조 과정과 동일하게 발광 고분자막을 픽업하고, 소자기판으로 전사하는 과정을 반복적으로 수행함으로써, 상기 발광 고분자막들을 상기 제1 버퍼층의 동일한 평면상에 배치함으로써 발광층을 형성할 수 있다.
또한, 서로 다른 패턴을 갖는 둘 이상의 스탬프를 이용하여 전사하는 경우에는, 상기 둘 이상의 제1 소스 기판들에 대해 각각 제1 실시예의 제조 과정과 동일하게 발광 고분자막을 픽업하고, 소자기판으로 전사하는 과정을 수행함으로써, 상기 발광 고분자막들을 상기 제1 버퍼층의 동일한 평면상에 배치되도록 함으로써, 발광층을 형성하게 된다. 여기서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 편광 유기 발광 소자의 제조 방법은 영역에 따라 선택적인 편광 방향의 제어를 할 수 있을 뿐만 아니라 각 영역을 다양한 패턴으로 형성할 수 있다는 장점을 갖게 된다.
한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 편광 유기 발광 소자의 제조 방법은 다른 실시 형태로, 동일한 방향으로 정렬되되, 서로 다른 발광 특성을 갖는 발광 고분자막을 상기 둘 이상의 제1 소스 기판에 형성하고, 상기 스탬프에 의해 각 제1 소스 기판마다 형성된 발광 고분자막을 픽업하여, 소자기판 상에 배치시킴으로써, 발광층을 형성할 수 있다. 도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 편광 유기 발광 소자의 제조 방법을 이용하여 RGB 화소를 제조하는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 11을 참조하면, 발광 파장 대역이 서로 다른 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 세 개의 발광 고분자막이 각각의 제1 소스 기판 상에 형성될 수 있으며, 이러한 제2 실시예에 따른 제조 방법에 의해 적, 녹, 청색의 컬러를 갖는 디스플레이를 제작할 수 있게 된다. 이 세 개의 발광 고분자막은 동일한 방향으로 정렬될 수 있다.
전술한 과정을 갖는 본 발명의 제2 실시예에 따른 편광 유기 발광 소자의 제조 방법은 제1 실시예의 제조 과정에 비해 복수 개의 정렬방향을 갖는다는 것만 다를 뿐, 동일한 과정으로 발광 고분자막을 형성하여 소자기판 상에 배치시키게 된다. 이렇게 제조된 서로 다른 편광 방향을 갖는 편광 유기 발광 소자는 입체 디스플레이 분야에서 널리 활용이 가능하다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 그리고, 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 따른 편광 유기 발광 소자 및 그의 제조 방법은 디스플레이 분야에 널리 적용할 수 있다. 연속적인 스탬프 공정으로 적(Red), 녹(Green), 청(Blue)의 화소정의가 가능하며 스탬프 패턴에 따라 화소 사이즈가 결정되므로 고정세 유기발광 소자 제작이 가능하다. 특히, 서로 다른 편광 방향을 갖는 편광 유기 발광 소자의 경우, 입체 디스플레이 분야에 활용할 수 있다.
10, 20 : 편광 유기 발광 소자
100, 200 : 제1 전극
120, 220 : 제1 버퍼층
140, 240 : 발광층(발광 고분자막)
142 : 패턴된 제1 발광 고분자막
242 : 패턴된 제2 발광 고분자막

Claims (22)

  1. (a) 제1 소스 기판 상에 사전에 설정된 방향으로 정렬된 발광 고분자막을 형성하는 단계;
    (b) 스탬프를 이용하여 상기 발광 고분자막을 픽업하는 단계;
    (c) 상기 스탬프에 의해 픽업된 상기 발광 고분자막을 제1 버퍼층을 포함하는 소자 기판에 전사 프린팅하여, 상기 제1 버퍼층 상에 상기 발광 고분자막을 배치하여 발광층을 형성하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 (a) 단계는
    (a1) 제1 소스 기판 상에 자기 조립 단분자막층(Self assembly monolayer;SAM)을 형성하는 단계;
    (a2) 상기 자기 조립 단분자막층을 사전에 설정된 방향으로 정렬시키는 단계;
    (a3) 상기 자기 조립 단분자막층 상에 액상 프로세스를 이용하여 사전에 설정된 방향으로 정렬된 발광 고분자막을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 유기 발광 소자의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제조 방법은
    상기 (c) 단계 이후에, 상기 스탬프를 이용하여 제2 소스 기판 상에 형성된 제2 박막을 픽업하고, 상기 스탬프에 의해 픽업된 제2 박막을 상기 소자기판에 형성된 발광층 상에 전사 프린팅하여, 상기 발광층과 동일한 구조를 갖는 제2 버퍼층을 형성하는 단계;
    를 더 포함하는 편광 유기 발광 소자의 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 스탬프는 표면에 사전에 설정된 패턴이 형성되어 있으며,
    상기 (b) 단계에서, 상기 스탬프는 상기 패턴에 대응되는 발광 고분자막을 픽업하고,
    상기 (c) 단계는 상기 소자 기판의 제1 버퍼층 상에 상기 패턴을 갖는 발광 고분자막을 배치하여 발광층을 형성하는 것을 특징으로 하는 편광 유기 발광 소자의 제조 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 (a) 단계는
    상기 제1 소스 기판을 둘 이상 구비하여, 각각에 서로 다른 방향으로 정렬된 발광 고분자막을 형성하는 것을 특징으로 하며,
    상기 제조 방법은 사전에 설정된 패턴을 갖는 하나의 스탬프를 이용하여, 상기 둘 이상의 제1 소스 기판들에 대해 상기 (b) 단계 및 (c)단계를 반복적으로 수행함으로써, 상기 발광 고분자막들을 상기 제1 버퍼층의 동일한 평면상에 배치되도록 하는 것을 특징으로 하는 편광 유기 발광 소자의 제조 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 (a) 단계는
    상기 제1 소스 기판을 둘 이상 구비하여, 각각에 서로 다른 방향으로 정렬된 발광 고분자막을 형성하는 것을 특징으로 하며,
    상기 제조 방법은 서로 다른 패턴이 형성된 둘 이상의 스탬프를 이용하여, 상기 둘 이상의 제1 소스 기판들에 대해 각각 (b) 단계 및 (c) 단계를 수행함으로써, 상기 발광 고분자막들이 상기 제1 버퍼층의 동일한 평면상에 배치되는 것을 특징으로 하는 편광 유기 발광 소자의 제조 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 (a2) 단계는 상기 자기 조립 단분자막층의 상면을 러빙(rubbing)하는 것에 의해 사전에 설정된 방향으로 정렬시키는 것을 특징으로 하는 편광 유기 발광 소자의 제조 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 (a) 단계는 상기 (a1) 단계 이전에 (a0) 제1 소스 기판 상에 계면층을 형성하는 단계;를 더 구비하고,
    상기 자기 조립 단분자막층(Self assembly monolayer;SAM)은 상기 계면층상에 형성하는 것을 특징으로 하며,
    상기 (a2) 단계는 상기 자기 조립 단분자막층의 상면을 러빙(rubbing)하는 것에 의해 사전에 설정된 방향으로 정렬시키는 것을 특징으로 하는 편광 유기 발광 소자의 제조 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 (a) 단계는 상기 (a1) 단계 이전에 (a0) 제1 소스 기판 상에 계면층을 형성하는 단계;를 더 구비하고,
    상기 자기 조립 단분자막층(Self assembly monolayer;SAM)은 상기 계면층상에 형성하는 것을 특징으로 하며,
    상기 (a2) 단계는 상기 계면층의 상면을 이온빔 처리하는 것에 의해 상기 계면층의 상면에 형성되는 상기 자기 조립 단분자막층을 사전에 설정된 방향으로 정렬시키는 것을 특징으로 하는 편광 유기 발광 소자의 제조 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 스탬프는
    PDMS(polydimethylsiloxane) 재질의 탄성 스탬프로 이루어지는 것을 특징으로 하는 편광 유기 발광 소자의 제조 방법.
  10. 제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제조 방법은
    상기 자기조립단분자막층과 발광 고분자막 사이에 형성되는 제1 표면 에너지, 상기 스탬프와 발광 고분자막 사이에 형성되는 제2 표면 에너지 및 상기 발광 고분자막과 상기 소자기판의 버퍼층 사이에 형성되는 제3 표면 에너지를 제어하여, 상기 스탬프를 이용하여 상기 발광 고분자막을 자기조립단분자막층으로부터 픽업하거나, 상기 픽업된 발광 고분자막을 상기 소자 기판으로 전사 프린팅하는 것을 특징으로 하는 편광 유기 발광 소자의 제조 방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 제1 내지 제3 표면 에너지는
    상기 자기조립단분자막층, 발광 고분자막, 스탬프, 버퍼층 각각의 물질 종류에 따라 제어되거나, 픽업 또는 전사 프린팅하는 과정에서 가해지는 압력 및 열, 상기 스탬프를 이용하여 상기 발광 고분자막을 픽업 및 분리하는 속도 중 어느 하나 이상을 조절하는 것에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 편광 유기 발광 소자의 제조 방법.
  12. 제1 전극;
    상기 제1 전극 위에 배치되는 제1 버퍼층;
    사전에 설정된 방향으로 정렬된 발광 고분자막으로 구성되어 상기 제1 버퍼층 위에 배치되어, 편광된 광을 출력하는 발광층(emissive laver);
    상기 발광층 위에 배치되는 제2 버퍼층; 및
    상기 제2 버퍼층 위에 배치되는 제2 전극;
    을 구비하고,
    상기 발광층은
    제1 소스기판상에 발광 고분자막이 형성되고, 편광된 빛을 출력시키기 위하여 상기 발광 고분자막이 사전 설정된 방향으로 정렬된 후 스탬프에 의해 픽업되며, 상기 스탬프에 의해 픽업된 발광 고분자막을 상기 제1 버퍼층 상에 전사 프린팅하는 것에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 편광 유기 발광 소자.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 제2 버퍼층은
    제2 소스 기판 상에 형성된 제2 박막을 상기 스탬프를 이용하여 픽업한 후, 상기 스탬프에 의해 픽업된 제2 박막을 상기 발광층 상에 전사 프린팅하는 것에 의해 상기 발광층과 동일한 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 편광 유기 발광 소자.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 스탬프는
    사전에 설정된 패턴이 형성되어, 상기 패턴에 대응되는 발광고분자막을 픽업하여 상기 제1 버퍼층 상에 전사 프린팅하는 것을 특징으로 하는 편광 유기 발광 소자.
  15. 제 12항에 있어서, 상기 발광층은
    둘 이상의 제1 소스 기판에 각각 서로 다른 방향으로 정렬된 발광 고분자막들을 하나 또는 둘 이상의 스탬프를 이용하여 픽업한 후, 상기 제1 버퍼층 상의 동일한 평면상에 배치되도록 순차적으로 전사 프린팅하는 것에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 편광 유기 발광 소자.
  16. 제 12항에 있어서, 상기 제1 소스 기판 상에 사전에 설정된 방향으로 정렬된 발광 고분자막은
    상기 제1 소스 기판 상에 자기조립단분자막층을 형성하고, 상기 자기조립단분자막층을 사전에 설정된 방향으로 정렬시킨 후, 상기 자기조립단분자막층 상에 액상 프로세스를 이용하여 상기 발광 고분자막을 형성하는 것을 특징으로 하는 편광 유기 발광 소자.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 자기조립단분자막층은
    상면을 러빙하는 것에 의해 사전에 설정된 방향으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 편광 유기 발광 소자.
  18. 제 12항에 있어서, 상기 제1 소스 기판 상에 사전에 설정된 방향으로 정렬된 발광 고분자막은
    상기 제1 소스 기판 상에 계면층을 형성하고, 상기 계면층 상에 자기 조립단분자막층을 형성하고, 상기 자기조립단분자막층을 사전에 설정된 방향으로 정렬시킨 후, 상기 자기조립단분자막층 상에 액상 프로세스를 이용하여 상기 발광 고분자막을 형성하고,
    상기 자기조립단분자막층은 상기 계면층의 상면을 이온빔 처리하는 것에 의해 사전에 설정된 방향으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 편광 유기 발광 소자.
  19. 제12항에 있어서, 상기 발광층은 상기 제1 버퍼층 상의 동일한 평면상에 배치된 다수 개의 발광 고분자막으로 구성되며, 상기 다수 개의 발광 고분자막은 동일한 방향으로 정렬되되 서로 다른 발광 파장 대역을 갖는 것을 특징으로 하는 편광 유기 발광 소자.
  20. 제19항에 있어서, 상기 다수 개의 발광 고분자막은 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 발광 파장 대역을 갖는 발광 고분자막들인 것을 특징으로 하는 편광 유기 발광 소자.
  21. 제 1항에 있어서, 상기 (a) 단계는
    상기 제1 소스 기판을 둘 이상 구비하여, 각각의 제1 소스 기판에 동일한 방향으로 정렬되되 서로 다른 발광 파장 대역을 갖는 발광 고분자막을 형성하는 것을 특징으로 하며,
    상기 제조 방법은 사전에 설정된 패턴을 갖는 하나의 스탬프를 이용하여, 상기 둘 이상의 제1 소스 기판들에 대해 상기 (b) 단계 및 (c)단계를 반복적으로 수행함으로써, 상기 발광 고분자막들을 상기 제1 버퍼층의 동일한 평면상에 배치되도록 하는 것을 특징으로 하는 편광 유기 발광 소자의 제조 방법.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 (a) 단계에 있어서, 상기 발광 고분자막은 각각 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 발광 파장 대역을 갖는 발광 고분자막들인 것을 특징으로 하는 편광 유기 발광 소자의 제조 방법.
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