KR101543689B1 - 전도성 필라멘트가 형성된 투명 전극을 구비하는 유기 발광소자 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 투명 전극을 구비하는 유기 발광 소자 및 그 제조 방법을 공개한다. 본 발명은 자외선 영역의 빛에 대한 투과도가 높고, 물질에 고유한 임계전압을 초과하는 전압이 인가되면, 내부에 전류가 흐를 수 있는 전도성 필라멘트가 형성되어, 물질의 저항상태가 고저항 상태에서 저저항 상태로 변화되는 저항변화 물질로 유기 발광소자의 투명 전극을 형성함으로써, 유기 발광소자에서 발생하는 가시광선 영역의 빛뿐만 아니라 자외선 영역의 빛에 대해서도 높은 광투과율을 나타낼뿐만 아니라, 유기 반도체층을 구성하는 유기물층과 오믹 컨택이 이루어져 전기 전도도가 양호한 투명 전극을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명은 기판 위에 도전막을 형성하고, 도전막의 일부 영역에 저항 변화 물질로 투명 전극을 형성한 후, 도전막과 투명 전극 사이에 전압을 인가함으로써, 투명 전극에 보다 신속하게 균일한 투명 전극을 형성할 수 있다. 또한, 본 발명은 도전성 기판 위에 저항 변화 물질로 투명 전극을 형성한 후, 도전성 기판과 투명 전극 사이에 전압을 인가함으로써, 투명 전극에 보다 신속하게 균일한 투명 전극을 형성할 수 있다. 또한, 본 발명은 전도성 필라멘트가 형성된 투명 전극과 접촉하도록, 전도성 나노 물질로 전류 분산층을 형성함으로써, 유기물층에 보다 균일한 전류 주입이 가능하다.
Description
본 발명은 유기 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 오믹 콘택 특성 및 광투과도가 양호한 투명 전극을 구비하는 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 정부의 저탄소 녹색성장 정책기조에 부응하여 반도체 광원인 LED (Light Emitting Diode) 와 OLED (Organic Light Emitting Diode) 조명이 주목받고 있다. 반도체 조명은 친환경 조명으로 수은과 납과 같은 환경유해물질이 포함되어 있지 않으며, 저소비전력형 조명으로 기존 전통조명보다 전력효율이 월등히 높다. 특히 점광원인 LED와 달리 OLED는 얇은 면광원의 형태를 가지며 기존 광원이 구현하기 힘든 투명하면서 유연한 조명이 가능하다.
또한, OLED는 투명 FLEXIBLE 조명으로 신개념 smart window, 두루마리처럼 말아서 휴대할 수 있는 조명, 커튼조명 등에 응용될 수 있어 최근 활발한 연구가 진행되고 있다.
하지만, OLED가 여러 분야에서 응용되기 위해서는, 투명전극과 유기반도체 사이의 낮은 오믹특성으로 인한 높은 구동 전압의 문제점이 해결되어야 한다. OLED의 구동 전압은 크게 전하의 주입과 이동에 의하여 결정되며, 구동전압 개선을 위해서는 이 두 가지 특성이 모두 개선되어야 한다.
전하의 주입 특성은 전극과 유기반도체 사이의 에너지 준위에 의하여 결정되므로, 각 층간의 에너지 장벽 차이를 줄여 오믹접촉을 형성하면 원활한 전하의 주입과 이동이 가능하여 낮은 구동 전압에서 소자를 구현할 수 있다.
그러나, 현재 OLED에서 투명 전극으로 주로 이용되는 ITO(4.3eV)는 유기반도체(6.3eV)와의 큰 일함수 차이로 인하여 오믹 특성이 저하되고, 이에 따라서 전하 주입 효율이 낮은 문제점이 발생하고 있다. 또한, ITO는 자외선 영역에서 높은 투과도 손실을 가지기 때문에 현재 Organic UV-LED는 낮은 광추출 효율의 문제점이 발생한다.
이를 해결하기 위해서는, 투명전극으로 사용되는 ITO와 유기반도체 사이에 오믹 접촉을 형성하여 원활한 전하 주입이 이루어져야 하는데, 현재 일반적으로 적용되는 투명전극은 투과도와 전기 전도도 사이의 Trade-off 관계를 갖는다. 즉, 자외선 영역에서 이용될 수 있을 만큼 높은 투과도를 가지는 물질은 큰 밴드갭(wide band-gap)을 가지므로, 전극으로 이용되기에는 전도성이 매우 낮고 반도체 물질과 Ohmic contact 이 이루어지지 않아 전극으로 이용하는 것이 불가능하다.
현재의 기술로는 가시광 영역뿐만 아니라 자외선 영역에서도 높은 투과도를 나타내면서도, Ohmic contact 이 이루어져 높은 전기전도도를 나타내는 투명 전극을 구현할 수 없다. 따라서, 가시광 영역부터 자외선 영역까지 적용될 수 있는 OLED를 구현하기 위해서는, 높은 투과도를 지니는 동시에 유기 반도체층과 오믹 접촉 형성이 가능한 투명전극 개발이 필수적이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 자외선 영역의 빛에 대해서도 높은 투과도를 나타내면서도 유기 반도체층과 양호한 오믹 콘택 특성을 나타내는 투명 전극을 구비하는 유기 발광소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 본 발명의 유기 발광 소자에 구비되는 투명 전극 내부에 형성되는 전도성 필라멘트를 신속하면서도 균일하게 형성할 수 있는 유기 발광 소자 제조 방법 및 이를 이용한 유기 발광 소자를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 유기 발광 소자 제조 방법은, 기판위에 투명 재질의 도전막을 형성하는 단계; 상기 도전막 위에 인가되는 전계에 의해서 저항상태가 고저항 상태에서 저저항 상태로 변화되는 투명 재질의 절연물질로 제 1 전극을 형성하고, 그 내부에 전도성 필라멘트를 형성하는 제 1 전극 형성 단계; 내부에 발광층을 포함하는 유기물층을 상기 제 1 전극 위에 형성하는 유기물층 형성 단계; 및 상기 유기물층 위에 제 2 전극을 형성하는 제 2 전극 형성 단계를 포함한다.
또한, 상기 제 1 전극 형성 단계는, 상기 도전막과 상기 제 1 전극에 서로 반대되는 극성의 전압을 인가하되, 상기 제 1 전극에 임계 전압 이상의 전압을 인가함으로써 포밍(forming) 공정을 수행하여, 상기 제 1 전극 내부에 전도성 필라멘트를 형성할 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극 형성 단계는, 상기 도전막의 일부 영역에만 상기 제 1 전극을 형성하고, 전압 인가 장치의 일 전극을 상기 도전막 중 상기 제 1 전극이 형성되지 않은 영역에 접촉시키고, 다른 전극을 상기 제 1 전극에 접촉시켜, 전압을 인가할 수 있다.
한편, 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 유기 발광 소자는, 기판; 상기 기판 위에 형성된 투명 재질의 도전막; 상기 도전막 위에 형성되고, 인가되는 전계에 의해서 전도성 필라멘트가 형성되어 저항상태가 고저항 상태에서 저저항 상태로 변화된 투명 재질의 절연 물질로 형성된 제 1 전극; 상기 제 1 전극 위에 형성되고, 내부에 발광층을 포함하는 유기물층; 및 상기 유기물층 위에 형성되는 제 2 전극을 포함한다.
또한, 상기 제 1 전극은 고유한 임계 전압 이상의 전압이 인가되어 포밍(forming) 공정이 수행됨으로써, 내부에 전도성 필라멘트가 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극은 상기 도전막의 일부 영역에만 형성되고, 전압 인가 장치의 일 전극은 상기 도전막 중 상기 제 1 전극이 형성되지 않은 영역에 접촉되고, 다른 전극이 상기 제 1 전극에 접촉되어, 전압이 인가됨으로써 전도성 필라멘트가 형성될 수 있다.
한편, 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자 제조 방법은, 도전성 기판 위에, 인가되는 전계에 의해서 저항상태가 고저항 상태에서 저저항 상태로 변화되는 투명 재질의 절연물질로 제 1 전극을 형성하고, 그 내부에 전도성 필라멘트를 형성하는 제 1 전극 형성 단계; 내부에 발광층을 포함하는 유기물층을 상기 제 1 전극 위에 형성하는 유기물층 형성 단계; 상기 유기물층 위에 제 2 전극을 형성하는 제 2 전극 형성 단계; 및 상기 도전성 기판을 상기 제 1 전극으로부터 제거하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 제 1 전극 형성 단계는, 상기 도전성 기판과 상기 제 1 전극에 서로 반대되는 극성의 전압을 인가하되, 상기 제 1 전극에 임계 전압 이상의 전압을 인가함으로써 포밍(forming) 공정을 수행하여, 상기 제 1 전극 내부에 전도성 필라멘트를 형성할 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극 형성 단계는, 상기 도전성 기판의 일부 영역에만 상기 제 1 전극을 형성하고, 전압 인가 장치의 일 전극을 상기 도전성 기판 중 상기 제 1 전극이 형성되지 않은 영역에 접촉시키고, 다른 전극을 상기 제 1 전극에 접촉시켜, 전압을 인가할 수 있다.
또한, 상기 유기 발광 소자 제조 방법은, 상기 제 1 전극의 상기 도전성 기판이 제거된 표면에 도전성 나노 물질을 흡착시켜 전류 분산층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 유기 발광 소자 제조 방법은, 상기 제 1 전극 형성 단계 및 상기 유기물층 형성단계 사이에, 상기 제 1 전극 위에 도전성 나노 물질을 이용하여 전류 분산층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 유기물층은 상기 전류 분산층 위에 형성될 수 있다.
또한, 상기 도전성 나노 물질은 그래핀, 탄소나노튜브, 은나노와이어 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 제 2 전극 형성 단계는, 상기 유기물층 위에, 인가되는 전계에 의해서 저항상태가 고저항 상태에서 저저항 상태로 변화되는 투명 재질의 절연물질로 제 2 전극을 형성하는 단계; 및 상기 제 2 전극 내부에 전도성 필라멘트를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전도성 필라멘트를 형성하는 단계는, 상기 제 2 전극 위에 도전층을 형성하는 단계; 상기 도전층에 전압 인가 장치의 전극을 접촉시키고 전압을 인가하여 상기 투명 전극 내부에 전도성 필라멘트를 형성하는 단계; 및 상기 전도성 필라멘트가 형성된 투명 전극으로부터 상기 도전층을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자는, 내부에 발광층을 포함하는 유기물층; 상기 유기물층의 일면에 접촉하도록 형성되고, 인가되는 전계에 의해서 전도성 필라멘트가 형성되어 저항상태가 고저항 상태에서 저저항 상태로 변화된 투명 재질의 절연 물질로 형성된 제 1 전극; 상기 유기물층 중 상기 제 1 전극이 형성된 반대면에 접촉하도록 형성되는 제 2 전극을 포함한다.
또한, 상기 제 1 전극은 고유한 임계 전압 이상의 전압이 인가되어 포밍(forming) 공정이 수행됨으로써, 내부에 전도성 필라멘트가 형성될 수 있다.
또한, 상기 유기 발광 소자는, 상기 제 1 전극의 일 면에 도전성 나노 물질이 흡착되어 형성된 전류 분산층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 유기 발광 소자는, 상기 제 1 전극과 상기 유기물층 사이에 도전성 나노 물질로 형성된 전류 분산층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 도전성 나노 물질은 그래핀, 탄소나노튜브, 은나노와이어 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 제 2 전극은, 인가되는 전계에 의해서 전도성 필라멘트가 형성되어 저항상태가 고저항 상태에서 저저항 상태로 변화된 투명 재질의 절연 물질로 형성될 수 있다.
한편, 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자 제조 방법은, 반사 전극 위에, 내부에 발광층을 포함하는 유기물층을 형성하는 유기물층 형성 단계; 상기 유기물층 위에, 인가되는 전계에 의해서 저항상태가 고저항 상태에서 저저항 상태로 변화되는 투명 재질의 절연물질로 투명 전극을 형성하는 투명 전극 형성 단계; 및 상기 투명 전극 내부에 전도성 필라멘트를 형성하는 전도성 필라멘트 형성 단계를 포함한다.
또한, 상기 전도성 필라멘트 형성 단계는, 상기 투명 전극 위에 도전층을 형성하는 단계; 상기 도전층에 전압 인가 장치의 전극을 접촉시키고 전압을 인가하여 상기 투명 전극 내부에 전도성 필라멘트를 형성하는 단계; 및 상기 전도성 필라멘트가 형성된 투명 전극으로부터 상기 도전층을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전도성 필라멘트를 형성하는 단계는, 상기 투명 전극에 고유한 임계 전압 이상의 전압이 인가되어 포밍(forming) 공정이 수행됨으로써, 내부에 전도성 필라멘트가 형성될 수 있다.
한편, 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따fms 유기 발광 소자는, 반사 전극; 상기 반사 전극 위에 형성되고, 내부에 발광층을 포함하는 유기물층; 및 상기 유기물층 위에 형성되고, 인가되는 전계에 의해서 전도성 필라멘트가 형성되어 저항상태가 고저항 상태에서 저저항 상태로 변화된 투명 재질의 절연 물질로 형성된 투명 전극을 포함할 수 있다.
또한, 상기 투명 전극은 고유한 임계 전압 이상의 전압이 인가되어 포밍(forming) 공정이 수행됨으로써, 내부에 전도성 필라멘트가 형성될 수 있다.
본 발명은 자외선 영역의 빛에 대한 투과도가 높고, 물질에 고유한 임계전압을 초과하는 전압이 인가되면, 내부에 전류가 흐를 수 있는 전도성 필라멘트가 형성되어, 물질의 저항상태가 고저항 상태에서 저저항 상태로 변화되는 저항변화 물질로 유기 발광소자의 투명 전극을 형성함으로써, 유기 발광소자에서 발생하는 가시광선 영역의 빛뿐만 아니라 자외선 영역의 빛에 대해서도 높은 광투과율을 나타낼뿐만 아니라, 유기 반도체층을 구성하는 유기물층과 오믹 컨택이 이루어져 전기 전도도가 양호한 투명 전극을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 기판 위에 도전막을 형성하고, 도전막의 일부 영역에 저항 변화 물질로 투명 전극을 형성한 후, 도전막과 투명 전극 사이에 전압을 인가함으로써, 투명 전극에 보다 신속하게 균일한 투명 전극을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명은 도전성 기판 위에 저항 변화 물질로 투명 전극을 형성한 후, 도전성 기판과 투명 전극 사이에 전압을 인가함으로써, 투명 전극에 보다 신속하게 균일한 투명 전극을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명은 전도성 필라멘트가 형성된 투명 전극과 접촉하도록, 전도성 나노 물질로 전류 분산층을 형성함으로써, 유기물층에 보다 균일한 전류 주입이 가능하다.
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도 1은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 투명 전극을 구비하는 유기 발광소자의 구조를 도시하는 도면이다.
도 2a 및 도 2b 는 저항 변화 물질의 특성을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 유기 발광소자를 제조하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 유기 발광 소자의 구조를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따라서 유기 발광 소자를 제조 하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 유기 발광 소자의 구조를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 유기 발광 소자를 제조 방법의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 2a 및 도 2b 는 저항 변화 물질의 특성을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 유기 발광소자를 제조하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 유기 발광 소자의 구조를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따라서 유기 발광 소자를 제조 하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 유기 발광 소자의 구조를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 유기 발광 소자를 제조 방법의 일 예를 도시하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 투명 전극을 구비하는 유기 발광소자의 구조를 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 유기 발광소자는 bottom-emission 방식의 유기 발광 소자로서, 유리와 같은 투명한 기판(110)위에, 도전막(112), 제 1 전극(120) 및 발광층(135)을 포함하는 유기물층(130), 및 제 2 전극(140)이 순차적으로 형성되어 있다.
도전막(112)은 ITO(Indium-Tin-Oxide)와 같이, 종래에 투명 전극으로 많이 사용되는 투명한 재질의 전도성 물질을 이용하여 기판(110)의 전체 면적에 형성된다. 도전막(112)은 후술하는 전도성 필라멘트 형성 과정에서, 제 1 전극(120) 내부에 전도성 필라멘트(122)가 보다 신속하면서도 균일하게 형성될 수 있도록 하는 역할을 수행한다. 여기서, 도전막(112)의 두께가 두꺼우면 자외선 영역의 빛에 대한 투과도 및 유기물층과의 오믹 특성이 저하될 수 있으므로, 도전막(112)은 제 1 전극(120)의 전체에 원활하게 전류를 공급할 수 있는 한도내에서 가능한 얇게 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 도전막(112) 위에는 본 발명의 투명한 재질의 제 1 전극(120:이하 "투명 전극"으로 칭함)이 형성되어 있다. 단, 투명 전극(120)은 후술하는 바와 같이, 전압 인가 장치(900)의 일 전극이 도전막(112)과 접촉할 수 있도록 도전막(112)의 일부분에는 형성되지 않는다. 즉, 도전막(112)의 일 부분 영역에만 투명 전극(120)이 형성된다.
본 발명의 투명 전극(120)은 자외선 영역을 포함하는 빛에 대한 투과도가 높으면서도 인가된 전계에 의해서 저항상태가 변화되는 투명 재질의 절연 물질(저항 변화 물질)로 형성된다. 이러한, 저항 변화 물질은 주로 ReRAM(Resistive RAM) 분야에서 이용되는 것으로서, 물질에 고유한 임계치 이상의 전압을 물질에 인가하면, electro-forming이 수행되어, 최초에는 절연체인 물질의 저항 상태가 고저항 상태에서 저저항 상태로 변화되어 전도성을 나타내게 된다.
구체적으로, 절연체인 저항 변화 물질에 임계치 이상의 전압을 인가하면, 전기적 스트레스(forming process)에 의해 박막 내부로 전극 금속 물질이 삽입되거나 박막내 결함구조에 의해 도 1에 도시된 바와 같이 저항 변화 물질 내부에 전도성 필라멘트(122:conducting filaments)(또는, 금속 필라멘트(metallic filaments))가 형성된다. 이 후에는, 물질에 인가된 전압이 제거되어도 전도성 필라멘트(122)는 유지되고, 이러한 전도성 필라멘트(122)를 통해서 전류가 흐르게 되어, 물질의 저항 상태가 저저항 상태로 유지된다. 저저항 상태가 유지됨에 따라서, 투명 전극(120)은 양호한 전기적 특성을 나타낸다. 즉, 유기반도체층(유기물층)과 양호한 오믹 접촉 특성을 나타낸다.
도 2a 및 도 2b 는 저항 변화 물질의 특성을 설명하는 도면이다.
도 2a를 참조하면, 저항 변화 물질(예컨대, AlN)은 forming과정 전에는 절연체 특성을 보이다가 forming 과정 이후 금속의 I-V 특성을 나타냄을 확인 할 수 있다.
도 2b는 전도성 필라멘트(122)가 형성된 후 얼마나 안정적으로 유지 될 수 있는가를 보여 주는 그래프로서, 그래프의 빨간색 점선이 보여 주는 것과 같이 전도성 필라멘트(122)가 형성 된 후 10년 동안 안정적으로 저저항 상태가 유지 될 수 있음을 알 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는, 이러한 저항 변화 물질로서, 투명한 전도성 Oxide 계열의 물질(SiO2, Ga2O3, Al2O3, ZnO, ITO 등), 투명한 전도성 Nitride 계열의 물질(Si3N4, AlN, GaN, InN 등), 투명한 전도성 폴리머 계열의 물질(polyaniline(PANI)), poly(ethylenedioxythiophene)-polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS) 등), 및 투명한 전도성 나노 물질(CNT, CNT-oxide, Graphene, Graphene-oxide 등) 등을 이용하였으나, 상술한 물질 이외에도 투명하고 상술한 저항 변화 특성을 나타내는 물질이라면 본 발명의 투명 전극(120)을 형성하는데 이용될 수 있음은 물론이다. 다만, 상기 물질들이 전도성을 갖는다는 의미는, 포밍(forming) 공정에 의해서 내부에 전도성 필라멘트(122)가 형성된 이 후에, 전도성을 갖는다는 의미이고, 본 발명의 투명 전극(120)은 포밍 공정이 수행되어, 내부에 전도성 필라멘트(122)가 형성된 것임을 주의해야 한다.
아울러, 후술하는 제 2 실시예 내지 제 5 실시예의 투명 전극은 모두, 상술한 투명한 재질로서 가시광선 영역 및 자외선 영역의 빛의 투과도가 양호한 저항 변화 물질로 형성된 후, 포밍 공정이 수행되어 내부에 전도성 필라멘트가 형성됨으로써 저항 상태가 고저항 상태에서 저저항 상태로 변화되어 양호한 전기적 특성을 나타내는 전극임을 미리 밝혀둔다.
한편, 유기물층(130)은 정공 주입층(131), 정공 수송층(133), 발광층(135), 전자 수송층(137) 및 전자 주입층(139)이 순차적으로 형성된 구조로 구현될 수 있으며, 이하에서는 유기물층(130)이 정공 주입층(131) 내지 전자 주입층(139)을 포함하는 경우를 예시적으로 설명한다. 기판(110)부터 전자 주입층(139)까지의 구성은 현재 공지된 모든 유기 발광소자에 적용되는 구조가 동일하게 적용될 수 있으므로, 자세한 설명은 생략한다.
또한, 제 2 전극(140) 역시 종래 기술의 유기 발광 소자에서 이용되는 음극과 동일한 전극으로 형성될 수 있으므로, 구체적인 설명은 생략한다.
도 1에 도시된 바와 같이 유기 발광 소자가 완성되면, 투명 전극(120)으로 주입된 정공은 투명 전극(120) 내부에서 서로 연결된 전도성 필라멘트(122)를 통해서 전체 영역으로 확산되어 정공 주입층(131) 전체 영역으로 주입되고, 자외선 영역의 빛을 포함한 발광층(135)에서 발생된 모든 빛은 밴드 갭이 큰 투명 전극(120)과 도전막(112) 및 기판(110)을 차례로 통과하여 하부로 유출된다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 유기 발광소자를 제조하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 유기 발광소자의 제조 방법을 설명하면, 먼저, 종래의 유기 발광소자 제조에 이용되는 유리와 같은 투명한 기판(110)위 전면에 도전막(112)을 형성한다. 상술한 바와 같이, 도전막(112)은 ITO와 같은 일반적으로 투명 전극 형성에 이용되는 투명한 전도성 물질로 형성될 수 있다.
그 후, 도전막(112)의 일부 영역을 제외한 나머지 영역 위에, 투명한 저항 변화 물질을 이용하여 제 1 전극(투명 전극)(120)을 형성한다. 투명한 저항 변화 물질에 대해서는 상술하였으므로, 구체적인 설명은 생략한다.
투명 전극(120)이 형성된 후, 투명 전극(120)에 대해서 포밍(forming) 공정을 수행하여 투명 전극(120) 내부에 전도성 필라멘트를 생성한다. 이 때, 도 3의 (b) 에 도시된 바와 같이, 전압 인가 장치의 일 전극을 도전막(112)에 접촉시키고, 전압 인가 장치의 나머지 한 전극을 투명 전극(120)에 접촉시킨 후, 투명 전극 형성에 이용된 저항 변화 물질에 고유한 임계 전압 이상의 전압을 인가하면, 도전막(112)에 의해서 투명 전극 전체에 전계가 인가되면서 포밍 공정이 수행되어, 보다 신속하고 균일하게 투명 전극 내부에 전도성 필라멘트가 형성되고, 전도성 필라멘트에 의해서 투명 전극의 저항 상태가 고저항 상태에서 저저항 상태로 변화된다.
투명 전극 내부에 전도성 필라멘트가 형성되면, 투명 전극 위에 발광층(135)을 포함하는 유기물층(130)을 형성하고, 종래의 유기 발광 소자의 전극 형성 방식과 동일한 방식으로 유기물층(130) 위에 제 2 전극(140)을 형성한다(도 3의 (c) 참조). 상술한 바와 같이, 유기물층(130)은 정공 주입층(131), 정공 수송층(133), 발광층(135), 전자 수송층(137) 및 전자 주입층(139)이 순차적으로 형성된 구조로 구현될 수 있다.
지금까지 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 유기 발광소자 및 그 제조 방법에 대해서 설명하였다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 유기 발광 소자의 구조를 도시하는 도면이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따라서 유기 발광 소자를 제조 하는 방법을 설명하는 도면이다.
먼저, 도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 유기 발광 소자는 bottom-emission 방식으로서, 유기물층(230) 아래에 투명한 제 1 전극(220)이 유기물층(230)에 접촉하도록 형성되고, 유기물층(230) 위에는 유기 발광 소자에서 일반적으로 이용되는 음전극으로서 제 2전극(240)이 유기물층(230)에 접촉하도록 형성되어 있어, 유기물층(230)에서 발생된 빛은 투명 전극인 제 1 전극(220)을 통해서 외부로 방출된다.
제 1 전극(220)은 상술한 제 1 실시예의 제 1 전극(120)과 동일한 물질로 형성될 수 있으며, 제 1 실시예와 마찬가지로, 제 1 전극(220)은 포밍 공정이 수행되어 내부에 전도성 필라멘트(222)가 형성됨으로써 전극의 저항 상태가 고저항 상태에서 저저항 상태로 변화되었다.
유기물층(230)은 일반적인 유기 발광 소자와 마찬가지로, 제 1 전극(220) 위에 정공 주입층(231), 정공 수송층(233), 발광층(235), 전자 수송층(237) 및 전자 주입층(239)이 순차적으로 형성된 구조로 구현될 수 있다. 유기물층(230)은 제 1 실시예의 유기물층(130)과 동일한 방식으로 형성될 수 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.
도 4에 도시된 바와 같이 유기 발광 소자가 완성되면, 투명한 제 1 전극(220)으로 주입된 정공은 제 1 전극(220) 내부에서 서로 연결된 전도성 필라멘트(222)를 통해서 전체 영역으로 확산되어 정공 주입층(231) 전체 영역으로 주입되고, 자외선 영역의 빛을 포함한 발광층(235)에서 발생된 모든 빛은 밴드 갭이 큰 제 1 전극(220)을 통과하여 하부로 유출된다.
도 5를 참조하여, 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 유기 발광 소자의 제조 방법을 설명하면, 먼저, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 도전성 기판(210) 위에 제 1 전극(220)을 형성한다. 도전성 기판(210)으로는 금속 기판이 이용될 수도 있고, 고농도로 도핑된 실리콘 기판이 이용될 수도 있다.
또한, 제 1 전극(220)은 제 1 실시예의 투명 전극(120)과 동일하게, 저항 변화성 투명한 절연 물질로 형성되며, 도전성 기판(210)의 전면에 형성될 수도 있으나, 제 1 실시예와 마찬가지로 도전성 기판(210)의 일부 영역을 제외한 나머지 일부 영역에 형성될 수도 있다.
그 후, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 전압 인가 장치(900)의 일 전극을 도전성 기판(210)에 접촉시키고, 나머지 전극을 투명한 제 1 전극(220)에 접촉 시킨 후, 제 1 전극(220)을 형성한 저항 변화 물질에 고유한 임계 전압 이상의 전압을 인가하여, 제 1 전극(220) 내부에 전도성 필라멘트(222)를 형성한다.
전도성 필라멘트(222)가 형성되면, 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이, 제 1 전극(220) 위에 유기물층(230) 및 제 2 전극(240)을 순차적으로 형성하고, 도 5의 (d) 에 도시된 바와 같이, 제 1 전극(220)으로부터 불투명한 도전성 기판(210)을 분리함으로써 유기 발광 소자를 완성한다. 도전성 기판(210)을 분리하는 방식으로는 CMP, lift off, etching 방식 등 상황에 따라서 다양하게 적용될 수 있다.
지금까지 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 유기 발광 소자 및 그 제조 방법을 설명하였다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 유기 발광 소자의 구조를 도시하는 도면이고, 도 7은 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 유기 발광 소자 제조 방법의 일 예를 도시하는 도면이다.
먼저, 도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 유기 발광 소자는, 도 4에 도시된, 제 2 실시예에 따른 유기 발광 소자의 투명 전극인 제 1 전극(220)에 형성된 전도성 필라멘트들(222)이 보다 용이하게 상호 연결되어 전류가 분산되어 균일하게 유기물층(230)으로 공급될 수 있도록, 제 1 전극(220)에 나노 물질을 흡착시켜 제 1 전극(220)과 접촉하도록 전류 분산층(310)을 추가로 형성한다(도 6의 (a) 참조). 이 때, 도 5의 (d)에 도시된 바와 같이, 도전성 기판(210)을 제 1 전극(220)으로부터 분리한 후, dipping 공정, CVD 공정, 또는 스프레이 공정 등을 수행하여 전도성 나노 물질을 제 1 전극(220)에 흡착시켜 전류 분산층(310)을 제 1 전극(220) 아래면에 접촉하도록 형성할 수 있다. 이 때, 전도성 나노 물질로는 그래핀, CNT, 은나노와이어 등이 이용될 수 있다.
또한, 도 6의 (b)에 도시된 예에서, 전류 분산층(310)은 나노 물질을 이용하여, 투명 전극인 제 1 전극(220)과 유기물층(230) 사이에 형성될 수도 있다.
도 7은 도 6의 (b)에 도시된 유기 발광 소자의 제조 방법을 설명하는 도면이다. 도 7을 참조하면, 먼저, 도 5의 (a) 내지 (b)와 동일한 방식으로 전도성 기판(210) 위에 투명 전극인 제 1 전극(220)을 형성하고, 제 1 전극(220) 내부에 전도성 필라멘트(222)를 형성한다(도 7의 (a) 참조).
그 후, dipping 공정, CVD 공정, 또는 스프레이 공정 등을 이용하여, 제 1 전극(220) 위에 전도성 나노 물질(예컨대, 그래핀, CNT, 은나노와이어 등)로 이루어진 전류 분산층(310)을 형성한다(도 7의 (b) 참조).
그 후, 도 7의 (c)에 도시된 바와 같이, 전류 분산층(310) 위에 유기물층(230) 및 제 2 전극(240)을 순차적으로 형성하고, 도 5의 (d)에 도시된 바와 동일한 방식으로 도전성 기판(210)을 제거하여, 전류 분산층(310)이 삽입된 유기 발광 소자를 완성한다.
지금까지 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 유기 발광 소자 및 그 제조 방법에 대해서 설명하였다.
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이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
110 기판 112 도전막
120 제 1 전극(투명 전극)
122,222 전도성 필라멘트
130,230 유기물층 131,231 정공 주입층
133,233 정공 수송층 135,235 발광층
137,237 전자 수송층 139,239 전자 주입층
140,240 제 2 전극
310 전류 분산층 900 전압 인가 장치
120 제 1 전극(투명 전극)
122,222 전도성 필라멘트
130,230 유기물층 131,231 정공 주입층
133,233 정공 수송층 135,235 발광층
137,237 전자 수송층 139,239 전자 주입층
140,240 제 2 전극
310 전류 분산층 900 전압 인가 장치
Claims (25)
- 기판위에 투명 재질의 도전막을 형성하는 단계;
상기 도전막 위에 인가되는 전계에 의해서 저항상태가 고저항 상태에서 저저항 상태로 변화되는 투명 재질의 절연물질로 제 1 전극을 형성하고, 그 내부에 전도성 필라멘트를 형성하는 제 1 전극 형성 단계;
내부에 발광층을 포함하는 유기물층을 상기 제 1 전극 위에 형성하는 유기물층 형성 단계; 및
상기 유기물층 위에 제 2 전극을 형성하는 제 2 전극 형성 단계를 포함하고,
상기 제 1 전극 형성 단계는
상기 도전막의 일부 영역에만 상기 제 1 전극을 형성하고,
전압 인가 장치의 일 전극을 상기 도전막 중 상기 제 1 전극이 형성되지 않은 영역에 접촉시키고, 다른 전극을 상기 제 1 전극에 접촉시켜,
상기 도전막과 상기 제 1 전극에 서로 반대되는 극성의 전압을 인가하되, 상기 제 1 전극에 임계 전압 이상의 전압을 인가함으로써 포밍(forming) 공정을 수행하여, 상기 제 1 전극 내부에 전도성 필라멘트를 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 발광소자 제조방법. - 삭제
- 삭제
- 기판;
상기 기판 위에 형성된 투명 재질의 도전막;
상기 도전막 위에 형성되고, 인가되는 전계에 의해서 전도성 필라멘트가 형성되어 저항상태가 고저항 상태에서 저저항 상태로 변화된 투명 재질의 절연 물질로 형성된 제 1 전극;
상기 제 1 전극 위에 형성되고, 내부에 발광층을 포함하는 유기물층; 및
상기 유기물층 위에 형성되는 제 2 전극;을 포함하고
상기 제 1 전극은 상기 도전막의 일부 영역에만 형성되고,
전압 인가 장치의 일 전극은 상기 도전막 중 상기 제 1 전극이 형성되지 않은 영역에 접촉되고, 다른 전극이 상기 제 1 전극에 접촉되어,
상기 제 1 전극에 고유한 임계 전압 이상의 전압이 인가되어 포밍(forming) 공정이 수행됨으로써, 내부에 전도성 필라멘트가 형성된 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
- 삭제
- 삭제
- 도전성 기판 위에, 인가되는 전계에 의해서 저항상태가 고저항 상태에서 저저항 상태로 변화되는 투명 재질의 절연물질로 제 1 전극을 형성하고, 그 내부에 전도성 필라멘트를 형성하는 제 1 전극 형성 단계;
내부에 발광층을 포함하는 유기물층을 상기 제 1 전극 위에 형성하는 유기물층 형성 단계;
상기 유기물층 위에 제 2 전극을 형성하는 제 2 전극 형성 단계; 및
상기 도전성 기판을 상기 제 1 전극으로부터 제거하는 단계를 포함하고,
상기 제 1 전극 형성 단계는
상기 도전성 기판의 일부 영역에만 상기 제 1 전극을 형성하고, 전압 인가 장치의 일 전극을 상기 도전성 기판 중 상기 제 1 전극이 형성되지 않은 영역에 접촉시키고, 다른 전극을 상기 제 1 전극에 접촉시켜,
상기 도전성 기판과 상기 제 1 전극에 서로 반대되는 극성의 전압을 인가하되, 상기 제 1 전극에 임계 전압 이상의 전압을 인가함으로써 포밍(forming) 공정을 수행하여, 상기 제 1 전극 내부에 전도성 필라멘트를 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 발광소자 제조방법. - 삭제
- 삭제
- 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 전극의 상기 도전성 기판이 제거된 표면에 도전성 나노 물질을 흡착시켜 전류 분산층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광소자 제조 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 전극 형성 단계 및 상기 유기물층 형성단계 사이에,
상기 제 1 전극 위에 도전성 나노 물질을 이용하여 전류 분산층을 형성하는 단계를 더 포함하고,
상기 유기물층은 상기 전류 분산층 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자 제조 방법. - 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 도전성 나노 물질은 그래핀, 탄소나노튜브, 은나노와이어 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기 발광소자 제조 방법. - 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 전극 형성 단계는
상기 유기물층 위에, 인가되는 전계에 의해서 저항상태가 고저항 상태에서 저저항 상태로 변화되는 투명 재질의 절연물질로 제 2 전극을 형성하는 단계; 및
상기 제 2 전극 내부에 전도성 필라멘트를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광소자 제조 방법. - 제 13 항에 있어서, 상기 전도성 필라멘트를 형성하는 단계는
상기 제 2 전극 위에 도전층을 형성하는 단계;
상기 도전층에 전압 인가 장치의 전극을 접촉시키고 전압을 인가하여 상기 투명 전극 내부에 전도성 필라멘트를 형성하는 단계; 및
상기 전도성 필라멘트가 형성된 투명 전극으로부터 상기 도전층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자 제조 방법. - 삭제
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