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KR102477831B1 - 나노-섬 구조체를 포함하는 유기 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

나노-섬 구조체를 포함하는 유기 발광소자 및 그 제조방법 Download PDF

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KR102477831B1
KR102477831B1 KR1020210042075A KR20210042075A KR102477831B1 KR 102477831 B1 KR102477831 B1 KR 102477831B1 KR 1020210042075 A KR1020210042075 A KR 1020210042075A KR 20210042075 A KR20210042075 A KR 20210042075A KR 102477831 B1 KR102477831 B1 KR 102477831B1
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light emitting
nano
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substrate
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서민철
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경희대학교 산학협력단
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Publication date
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Abstract

본 발명은 나노-섬 구조체를 포함하는 유기 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 일실시예에 따른 유기 발광소자는 복수의 나노-섬 구조체가 구비된 기판 및 기판 상에 형성된 발광 구조체를 포함하고, 여기서 나노-섬 구조체는 기판 상에 증착된 무기물층의 디웨팅(dewetting) 과정을 통해 형성되되, 증착된 무기물층의 두께, 디웨팅 과정에서의 온도 조건 및 습도 조건 중 적어도 하나에 의해 직경(diameter) 및 높이(height)가 결정될 수 있다.

Description

나노-섬 구조체를 포함하는 유기 발광소자 및 그 제조방법{ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE INCLUDING NANO-ISLAND STRUCTURES AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 유기 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나노-섬 구조체를 이용하여 유기 발광소자의 발광 특성을 개선하는 기술적 사상에 관한 것이다.
유기 발광 다이오드(organic light emitting diode)의 외부 양자 효율은 이론적으로 아래의 식과 같이 산출이 된다.
[수학식1]
Figure 112021037956041-pat00001
여기서,
Figure 112021037956041-pat00002
은 외부 양자 효율,
Figure 112021037956041-pat00003
은 내부 양자 효율,
Figure 112021037956041-pat00004
은 광추출 효율,
Figure 112021037956041-pat00005
는 exciton의 생성량,
Figure 112021037956041-pat00006
는 efficiency of radiative decay of excitons를 의미한다.
수학식1에 의거하였을 때, 밖으로 나오는 외부 양자 효율을 높이기 위해서는 내부 양자 효율이 높아야 한다. 내부 양자 효율을 높이기 위해선 엑시톤(exciton)의 생성량이 많아야 하며 이를 위해선 이상적인 전하 밸런스(charge balance)를 갖춰야 한다. 또한 전하 밸런스를 이상적으로 맞출 경우 계면에서의 열화를 억제할 수 있어 수명 향상에 도움이 된다. 이와 같은 이유로 OLED의 전하 밸런스를 맞추고 소자를 최적화 시키는 작업은 상당한 중요성을 갖는다.
OLED 소자의 전하 밸런스를 맞추기 위해서는 전극에서 주입되는 캐리어(carrier)들이 엑시톤을 형성하고 재결합(recombination)하는 재결합 존(recombination zone)이 발광층(emission layer, EML)의 중앙부분에서 형성되어야 한다. 이 때, 재결합 존은 전자와 정공의 주입특성에 영향을 받는다. 계면 간 에너지 장벽이 0.3eV 내외로 이상적이라고 했을 때, 전자와 정공의 주입특성은 각각의 물질이 갖는 이동성(mobility)에 따른 차이를 보인다.
이와 같이 재료에 따른 이동도나 주입특성의 차이를 보상하기 위해 두께 최적화를 통해 효율을 극대화하는 경우 내부 양자효율이 100%까지도 얻어진다는 보고가 많다.
하지만, 이러한 경우에도 외부양자효율은 20%를 넘기가 어려운데, 이는 빛이 소자를 빠져 나오면서, 도파관 모드(waveguide mode), 기판 모드(substrate mode), 표면 플라즈몬 소자 모드(surface plasomon polariton mode), 흡수 모드(absorption) 등의 모드를 통해 소실이 되기 때문이다. 이를 통해 소실되는 빛의 양은 80%에 육박하는데, 이를 최소화 하기 위해, 다양한 외광추출기법을 사용할 수 있다. 안타까운 것은 그러한 기술들이 디스플레이 기술에는 적용이 될 수 없다는 것인데, 가장 큰 이유로는 나노 및 마이크로 구조체의 적용에 따른 화소의 헤이즈(haze) 현상을 극복하기 어렵다는 것이다.
따라서, 현재 많은 패널 업체들은 마이크로 캐비티 구조를 통해 효율을 극대화 하고 있으며, 이로 인해, 시야각 특성이 떨어지는 비이상적인 소자를 생산하고 있다.
시야각 특성 열화에 대한 문제를 해결하기 위해서는 전방위 산란체의 도입을 고민해야 하며, 실제로 나노 다공성 박막(nanoporous film)을 도입하여 시야각 의존도를 억제했다는 보고들이 발표 되었었다.
하지만, 이러한 기술은 프로세스가 복잡함에 따라, 실제 공정상에 적용하기에는 어려운 부분이 있다.
한국등록특허 제10-1973287호, "복합체를 포함하는 정공 수송층을 구비하는 유기 발광소자" 한국공개특허 제10-2018-0132275호, "계면 보호층(IPL: Interface Protection Layer)을 포함하는 유기 전계 발광소자"
본 발명은 기판 상에 나노-섬 구조체를 형성하여 유기 발광소자의 시야각 의존성을 효과적으로 제어할 수 있는 유기 발광소자 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 기판 상에 형성된 나노-섬 구조체로 인한 낮은 화소 블러링 효과(pixel blurring effect)의 구현을 통해 각 색도 변화(angular chromaticity change)를 개선할 수 있는 유기 발광소자 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 진공증착법(thermal evaporation)을 이용하여 대면적의 디스플레이 장치에도 용이하게 나노-섬 구조체를 형성할 수 있는 유기 발광소자 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 정공 수송층과 애노드 전극의 두께 최적화에 기초한 마이크로 캐비티 특성의 강화를 통해 각 색도 변화와 발광 효율을 향상시킬 수 있는 유기 발광소자 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 유기 발광소자는 복수의 나노-섬 구조체가 구비된 기판 및 기판 상에 형성된 발광 구조체를 포함하고, 여기서 나노-섬 구조체는 기판 상에 증착된 무기물층의 디웨팅(dewetting) 과정을 통해 형성되되, 증착된 무기물층의 두께, 디웨팅 과정에서의 온도 조건 및 습도 조건 중 적어도 하나에 의해 직경(diameter) 및 높이(height)가 결정될 수 있다.
일측에 따르면, 나노-섬 구조체는 기판 상에 50nm 내지 10nm의 두께로 증착된 무기물층의 디웨팅 과정을 통해 형성될 수 있다.
일측에 따르면, 증착된 무기물층은 염화 세슘(CsCl), 플루오린화 세슘(CsF), 아이오딘화 세슘(CsI), 브롬화 세슘(CsBr), 염화 칼슘(CaCl2) 및 염화 란탄(LaCl3) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 나노-섬 구조체는 30℃의 온도와 60%의 상대습도의 환경에서 증착된 무기물층에 대한 디웨팅 과정을 수행하여 형성될 수 있다.
일측에 따르면, 기판은 나노-섬 구조체의 공기 중 노출을 차단하는 패시베이션층(passivation layer)을 더 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 발광 구조체는 기판 상에 순차적으로 형성된 애노드 전극, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층 및 캐소드 전극을 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 발광 구조체는 기판 및 애노드 전극 사이에 형성된 금속 박막층을 더 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 정공 수송층은 애노드 전극의 인접면에 형성된 제1 정공 수송층, 제1 정공 수송층 상에 형성된 정공 생성층 및 정공 생성층 상에 형성된 제2 정공 수송층을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 유기 발광소자의 제조방법은 기판 상에 복수의 나노-섬 구조체를 형성하는 단계 및 기판 상에 발광 구조체를 형성하는 단계를 포함하고, 여기서 나노-섬 구조체를 형성하는 단계는 기판 상에 증착된 무기물층의 디웨팅(dewetting) 과정을 통해 나노-섬 구조체를 형성하되, 증착된 무기물층의 두께, 디웨팅 과정에서의 온도 조건 및 습도 조건 중 적어도 하나에 의해 나노-섬 구조체의 직경(diameter) 및 높이(height)가 결정할 수 있다.
일측에 따르면, 나노-섬 구조체를 형성하는 단계는 염화 세슘(CsCl), 플루오린화 세슘(CsF), 아이오딘화 세슘(CsI), 브롬화 세슘(CsBr), 염화 칼슘(CaCl2) 및 염화 란탄(LaCl3) 중 적어도 하나를 포함하는 무기물층을 기판 상에 50nm 내지 10nm의 두께로 증착하고, 증착된 무기물층의 디웨팅 과정을 수행하여 나노-섬 구조체를 형성할 수 있다.
일측에 따르면, 나노-섬 구조체를 형성하는 단계는 30℃의 온도와 60%의 상대습도의 환경에서 증착된 무기물층에 대한 디웨팅 과정을 수행하여 나노-섬 구조체를 형성할 수 있다.
일측에 따르면, 나노-섬 구조체를 형성하는 단계는 나노-섬 구조체의 공기 중 노출을 차단하는 패시베이션층(passivation layer)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 발광 구조체는 기판 상에 순차적으로 형성된 애노드 전극, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층 및 캐소드 전극을 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 발광 구조체는 기판 및 애노드 전극 사이에 형성된 금속 박막층을 더 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 정공 수송층은 애노드 전극의 인접면에 형성된 제1 정공 수송층, 제1 정공 수송층 상에 형성된 정공 생성층 및 정공 생성층 상에 형성된 제2 정공 수송층을 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 본 발명은 기판 상에 나노-섬 구조체를 형성하여 유기 발광소자의 시야각 의존성을 효과적으로 제어할 수 있다.
일실시예에 따르면, 본 발명은 기판 상에 형성된 나노-섬 구조체로 인한 낮은 화소 블러링 효과(pixel blurring effect)의 구현을 통해 각 색도 변화(angular chromaticity change)를 개선할 수 있다.
일실시예에 따르면, 본 발명은 진공증착법(thermal evaporation)을 이용하여 대면적의 디스플레이 장치에도 용이하게 나노-섬 구조체를 형성할 수 있다.
일실시예에 따르면, 본 발명은 정공 수송층과 애노드 전극의 두께 최적화에 기초한 마이크로 캐비티 특성의 강화를 통해 각 색도 변화와 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 유기 발광소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 유기 발광소자의 기판을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 발광 구조체를 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4a는 내지 도 4c는 일실시예에 따른 나노-섬 구조체의 FS-SEM 이미지를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 내지 도 5d은 일실시예에 따른 나노-섬 구조체의 광학 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 내지 도 6b는 일실시예에 따른 유기 발광소자의 정공 수송층 및 금속 박막층의 두께 변화에 따른 발광 효율 특성 및 각 색도 변화 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 7a 내지 도 7d는 일실시예에 따른 발광 구조체를 구비하는 유기 발광소자의 광학 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 내지 도 8f는 일실시예에 따른 발광 구조체를 구비하는 유기 발광소자의 각 색도 변화 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a 내지 도 9b는 일실시예에 따른 발광 구조체를 구비하는 유기 발광소자의 각 색도 궤적을 설명하기 위한 도면이다.
도 10a 내지 도 10d는 일실시예에 따른 발광 구조체 및 나노-섬 구조체를 구비하는 유기 발광소자의 광학 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 11a 내지 도 11d는 일실시예에 따른 발광 구조체 및 나노-섬 구조체를 구비하는 유기 발광소자의 각 색도 변화 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 12a 내지 도 12b는 일실시예에 따른 유기 발광소자의 화소 블러 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 일실시예에 따른 유기 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 14a 내지 도 14c는 일실시예에 따른 유기 발광소자의 제조방법에서 복수의 나노-섬 구조체를 형성하는 방법을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들면 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 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. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들면 "~사이에"와 "바로~사이에" 또는 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 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 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일실시예에 따른 유기 발광소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일실시예에 따른 유기 발광소자(100)는 기판 상에 나노-섬 구조체를 형성하여 유기 발광소자의 시야각 의존성을 효과적으로 제어할 수 있다.
또한, 유기 발광소자(100)는 기판 상에 형성된 나노-섬 구조체로 인한 낮은 화소 블러링 효과(pixel blurring effect)의 구현을 통해 각 색도 변화(angular chromaticity change)를 개선할 수 있다.
또한, 유기 발광소자(100)는 진공증착법(thermal evaporation)을 이용하여 대면적의 디스플레이 장치에서도 용이하게 나노-섬 구조체를 형성할 수 있다.
또한, 유기 발광소자(100)는 정공 수송층과 애노드 전극의 두께 최적화에 기초한 마이크로 캐비티 특성의 강화를 통해 각 색도 변화와 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
일실시예에 따른 유기 발광소자(100)는 전면 발광소자 또는 배면 발광소자일 수 있으나, 이하에서는 배면 발광소자에 대한 예시를 통해 일실시예에 따른 유기 발광소자(100)를 설명하기로 한다.
일실시예에 따른 유기 발광소자(100)는 복수의 나노-섬 구조체(nano-island, NI)가 구비된 기판(110) 및 기판(110) 상에 형성된 발광 구조체(120)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 일실시에에 따른 유기 발광소자(100)는 기판(110) 상에 복수의 나노-섬 구조체(NI)가 나노-섬 어레이(nano-island array, NIA)의 형태로 형성될 수 있다.
일실시예에 따른 나노-섬 구조체(NI)는 기판(110) 상에 증착된 무기물층의 디웨팅(dewetting) 과정을 통해 형성되되, 증착된 무기물층의 두께, 디웨팅 과정에서의 온도 조건 및 습도 조건 중 적어도 하나에 의해 직경(diameter) 및 높이(height)가 결정될 수 있다.
일측에 따르면, 나노-섬 구조체(NI)는 기판 상에 50nm 내지 10nm의 두께로 증착된 무기물층의 디웨팅 과정을 통해 형성될 수 있다.
또한, 증착된 무기물층은 염화 세슘(CsCl), 플루오린화 세슘(CsF), 아이오딘화 세슘(CsI), 브롬화 세슘(CsBr), 염화 칼슘(CaCl2) 및 염화 란탄(LaCl3) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 증착된 무기물층은 염화 세슘층일 수 있다.
일측에 따르면, 나노-섬 구조체(NI)는 30℃의 온도와 60%의 상대습도의 환경에서 증착된 무기물층에 대한 디웨팅 과정을 수행하여 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 나노-섬 구조체(NI)는 기판(110) 상에 염화 세슘층을 50nm 내지 100nm의 두께로 증착 형성하고, 30℃의 온도와 60%의 상대습도의 환경에서 증착된 염화 세슘층에 대한 디웨팅 과정을 수행하여 600nm 이하의 직경과 200nm 내지 250 nm의 높이로 형성될 수 있다.
일측에 따르면, 기판(110)은 나노-섬 구조체(NI)의 공기 중 노출을 차단하는 패시베이션층(passivation layer)(130)을 더 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 발광 구조체(120)은 기판(110) 상에 순차적으로 형성된 애노드 전극(anode), 정공 수송층(hole transport layer, HTL), 발광층(emission layer, EML), 전자 수송층(electron transport layer, ETL) 및 캐소드 전극(cathode)을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 발광 구조체(120)는 기판(110) 상에 순차적으로 형성되는 애노드 전극, 정공 수송층, 전자 차단층(electron transport layer, ETL), 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층(electron injection layer) 및 캐소드 전극을 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 발광 구조체(120)는 기판 및 애노드 전극 사이에 형성된 금속 박막층과, 기판 및 금속 박막층 사이에 형성된 캡핑층(capping layer)을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 금속 박막층은 은(Ag) 박막층일 수 있다.
일측에 따르면, 정공 수송층은 애노드 전극의 인접면에 형성된 제1 정공 수송층, 제1 정공 수송층 상에 형성된 정공 생성층 및 정공 생성층 상에 형성된 제2 정공 수송층을 포함할 수 있다.
도 2는 일실시예에 따른 유기 발광소자의 기판을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 일실시예에 따른 기판(200)은 유리 기판(210), 유리 기판 상에 형성된 복수의 나노-섬 구조체(NI) 및 패시베이션층(220)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 유리 기판(210) 상에는 염화 세슘층이 진공증착법을 통해 형성될 수 있으며, 유리 기판(210) 상에 증착된 염화 세슘층은 3분 동안 30℃의 온도와 60%의 상대습도의 환경에 노출되면, 디웨팅 과정을 통해 수증기를 흡수하여 무작위로 분포된 복수의 나노-섬 구조체(NI)로 변형될 수 있다.
예를 들면, 복수의 나노-섬 구조체(NI)는 반구형, 타원형 및 부정형 중 적어도 하나의 형상으로 형성될 수 있다.
일측에 따르면, 패시베이션층(220)은 유리 기판(210) 상에 무작위로 분포된 복수의 나노-섬 구조체(NI)가 공기 중에 용해 또는 휘발되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들면, 패시베이션층(220)은 SPC-370 (FOSPIA Co., Ltd.)를 포함할 수 있다.
도 3은 일실시예에 따른 발광 구조체를 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 일실시예에 따른 발광 구조체(300)는 순차적으로 적층 형성되는 캡핑층(310), 금속 박막층(320), 애노드 전극(330), 정공 수송층(340), 전자 차단층(350), 발광층(360), 전자 수송층(370), 전자 주입층(380) 및 캐소드 전극(390)을 포함할 수 있다.
또한, 정공 수송층(340)은 애노드 전극(330)의 인접면에 형성된 제1 정공 수송층(341), 제1 정공 수송층(341) 상에 형성된 정공 생성층(342) 및 정공 생성층(342) 상에 형성된 제2 정공 수송층(343)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 일실시예에 따른 발광 구조체(300)는 애노드 전극(330)의 반사율을 높여 강력한 마이크로 캐비티 효과를 구현하기 위해 얇은 금속 박막층(320)이 애노드 전극(330) 하부에 증착 형성될 수 있으며, 발광 효율을 높이기 위해 금속 박막층(320) 증착 이전에 형성되는 캡핑층을 더 포함할 수 있다.
또한, 일실시예에 따른 발광 구조체(300)는 정공 수송층(340)의 두께 최적화를 통해 마이크로 캐비티 효과의 강화와 정공 수송 효율의 향상을 위해 정공 수송층(340) 내에 정공 생성층(342)이 구비될 수 있다.
이하에서는, 일실시예에 따른 발광 구조체(300)의 제조예를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
캡핑층(310)은 55nm의 두께로 형성되고, ITO(Indium tin oxide)를 포함할 수 있다.
금속 박막층(320)은 16nm 내지 24nm의 두께로 형성되고, 은(Ag)을 포함할 수 있다.
애노드 전극(330)은 10nm의 두께로 형성되고, ITO를 포함할 수 있다.
제1 정공 수송층(341)는 75 nm 내지 85nm의 두께로 형성되고, 제2 정공 수송층(343)은 85nm의 두께로 형성되며, 제1 정공 수송층(341) 및 제2 정공 수송층(343)은 NPB(N, N'-bis (naphthalen-1-yl)-N, N'-bis (phenyl) benzidine)를 포함할 수 있다.
정공 생성층(342)은 7nm의 두께로 형성되고, HAT-CN(1,4,5,8,9,11-hexaazatriphenylene hexacarbonitrile)를 포함할 수 있다.
전자 차단층(350)은 18nm의 두께로 형성되고, TCTA(Tris (4-carbazol-9-ylphenyl) amine)를 포함할 수 있다.
발광층(360)은 20nm의 두께로 형성되고, 청색 인광에 대응되는 Bepp2(beryllium bis(2-(20-hydroxyphenyl) pyridine)) 및 Ir(ppy)2(acac) (bis(2-phenylpyridine) acetylacetonato)iridium(III))를 포함할 수 있으며, 여기서 Bepp2 및 Ir(ppy)2(acac)은 각각 호스트 및 도펀트 재료로 사용될 수 있다.
전자 수송층(370)은 35nm의 두께로 형성되고, BPhen(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline)를 포함할 수 있다.
전자 주입층(380)은 1.5nm의 두께로 형성되고, 플루오린화 리튬(lithium fluoride, LiF)을 포함할 수 있다.
캐소드 전극(390)은 100nm의 두께로 형성되고, 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다.
도 4a는 내지 도 4c는 일실시예에 따른 나노-섬 구조체의 FS-SEM(field emission scanning electron microscope) 이미지를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 참조부호 410은 기판 상에 염화 세슘층(CsCl)을 증착하여 형성된 나노-섬 구조체의 전면 이미지를 도시하고, 참조부호 420은 나노-섬 구조체의 측면 이미지를 도시하며, 참조부호 430은 유기 기판, 나노-섬 구조체 및 패시베이션층으로 구성되는 일실시예에 따른 기판의 측면 이미지를 도시한다.
참조부호 410 내지 430에 따르면, 일실시예에 따른 나노-섬 구조체는 염화 세슘층의 증착 두께에 따라 직경(diameter) 및 높이(height)가 변화할 수 있다.
예를 들면, 기판 상에 증착되는 염화 세슘층은 50nm 또는 100nm의 두께로 증착될 수 있다.
구체적으로, 400nm의 직경과 200nm의 높이를 갖는 복수의 나노-섬 구조체는 50nm 두께로 증착된 염화 세슘층을 30℃의 온도와 60%의 상대습도의 환경에 10분 동안 노출시켜 유리 기판 상에 무작위로 분포될 수 있다.
또한, 600nm 이하의 직경과 250nm의 높이를 갖는 복수의 나노-섬 구조체는 100nm 두께로 증착된 염화 세슘층을 30℃의 온도와 60%의 상대습도의 환경에 10분 동안 노출시켜 유리 기판 상에 무작위로 분포될 수 있다.
이후, 복수의 나노-섬 구조체가 형성된 유리 기판 상에 패시베이션층을 형성할 수 있으며, 패시베이션층 형성 이후에도 복수의 나노-섬 구조체의 형상이 잘 유지되는 것을 확인할 수 있다.
도 2를 통해 설명한 바와 같이, 유리 기판 상에 증착 형성된 염화 세슘층은 공기 중의 수증기를 흡수하여 디웨팅 과정이 수행될 수 있으며, 디웨팅 과정을 통해 형성된 염화 세슘 기반의 나노-섬 구조체는 패시베이션층을 오버 코팅하여 공기 중의 추가 노출을 차단해야하며, 이와 동시에 산란 효과를 증대를 위해 패시베이션층으로 SPC-370을 사용할 수 있다.
도 5a 내지 도 5d은 일실시예에 따른 나노-섬 구조체의 광학 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 내지 도 5d를 참조하면, 참조부호 510은 복수의 나노-섬 구조체(NIAs)의 파장(wavelength) 변화에 따른 평행 투과율(parallel transmittance) 특성을 도시하고, 참조부호 520은 복수의 나노-섬 구조체의 파장 변화에 따른 확산 투과율(diffused transmittance) 특성을 도시하며, 참조부호 530은 복수의 나노-섬 구조체의 파장 변화에 따른 총 투과율(total transmittance) 특성을 도시하고, 참조부호 540은 복수의 나노-섬 구조체의 파장 변화에 따른 헤이즈(haze) 특성을 도시한다.
또한, 참조부호 510 내지 540에 도시된 'NIAs(50nm)'는 두께 50nm의 염화 세슘층을 통해 형성된 복수의 나노-섬 구조체의 광학 특성을 도시하고, 'NIAs(100nm)'는 두께 100nm의 염화 세슘층을 통해 형성된 복수의 나노-섬 구조체의 광학 특성을 도시하며, 'NIAs(50nm)/passivation layer'는 두께 50nm의 염화 세슘층을 통해 형성되고 패시베이션층이 코팅된 복수의 나노-섬 구조체의 광학 특성을 도시하고, 'NIAs(100nm)/passivation layer'는 두께 100nm의 염화 세슘층을 통해 형성되고 패시베이션층이 코팅된 복수의 나노-섬 구조체의 광학 특성을 도시한다.
참조부호 510 내지 520에 따르면, 'NIAs(50nm)'의 비확산 투과율 및 확산 투과율은 550nm 파장에서 각각 66% 및 23%로 나타났고, 'NIAs(100nm)'의 비확산 투과율 및 확산 투과율은 550nm 파장에서 각각 45% 및 40%로 나타났다.
반면, 'NIAs(50nm)/passivation layer'의 비확산 투과율 및 확산 투과율은 550nm 파장에서 각각 89% 및 4%로 나타났고, 'NIAs(100nm)'의 비확산 투과율 및 확산 투과율은 550nm 파장에서 각각 84% 및 9%로 나타났다.
즉, 복수의 나노-섬 구조체는 패시베이션층이 형성되었을 때, 비확산 투과율 특성 및 확산 투과율 특성이 향상되는 것을 확인할 수 있다.
참조부호 530 따르면, 복수의 나노-섬 구조체의 총 투과율은 평행 투과율과 확산 투과율의 산술 합계의 연산을 통해 산출될 수 있으며, 패시베이션층이 없는 복수의 나노-섬 구조체(즉, 'NIAs(50nm)' 및 'NIAs(100nm)')의 총 투과율은 패시베이션층이 형성된 복수의 나노섬 구조체(즉, ' NIAs(50nm)/passivation layer ' 및 ''NIAs(100nm)/passivation layer ')의 총 투과율 보다 상대적으로 낮게 나타났다.
참조부호 540에 따르면, 'NIAs(50nm)'의 광학 헤이즈 값은 26%, 'NIAs(100nm)'의 광학 헤이즈 값은 47%, 'NIAs(50nm)/passivation layer'의 광학 헤이즈 값은 4%, 'NIAs(100nm)/passivation layer'의 광학 헤이즈 값은 10%로 나타났다.
즉, 염화 세슘층의 초기 두께가 증가함에 따라 나노-섬 구조체의 직경과 증가하여 Mie 산란 효과(mie scattering effect)가 감소하고 확산 투과율이 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 이에 따라 두께 100nm의 염화 세슘층을 통해 형성된 나노-섬 구조체의 헤이즈 값이 두께 50nm의 염화 세슘층을 통해 형성된 나노-섬 구조체 보다 크게 나타났다.
도 6a 내지 도 6b는 일실시예에 따른 유기 발광소자의 정공 수송층 및 금속 박막층의 두께 변화에 따른 발광 효율 특성 및 각 색도 변화 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 내지 도 6b를 참조하면, 참조부호 610은 정공 수송층 및 금속 박막층의 두께 변화에 따른 발광 효율의 등고선도 시뮬레이션 결과를 도시하고, 참조부호 620은 정공 수송층 및 금속 박막층의 두께 변화에 따른 각 색도 변화의 등고선도 시뮬레이션 결과를 도시한다.
또한, 참조부호 610 내지 620에서 'A'는 정공 수송층의 두께가 165nm이고 금속 박막층의 두께가 16nm인 경우를 나타내고, 'B'는 정공 수송층의 두께가 165nm이고 금속 박막층의 두께가 24nm인 경우를 나타내며, 'C'는 정공 수송층의 두께가 175nm이고 금속 박막층의 두께가 16nm인 경우를 나타내고, 'D'는 정공 수송층의 두께가 175nm이고 금속 박막층의 두께가 24nm인 경우를 나타낸다. 예를 들면, 금속 박막층은 은(Ag) 박막층일 수 있다.
참조부호 610에 따르면, 일실시예에 따른 유기 발광소자는 정공 수송층의 두께가 165nm인 상태에서 금속 박막층의 두께를 16nm에서 24nm로 변경한 경우에, 발광 효율이 2% 이하로 미미한 증가를 보이나, 정공 수송층의 두께를 165nm에서 175nm로 변경하면 발광 효율이 1.3배 증가하는 것으로 나타났다.
또한, 유기 발광소자는 'D'의 조건에서의 발광 효율이 'A'의 조건에서의 발광 효율 대비 1.4배가 향상된 것으로 나타났다.
참조부호 620에 따르면, 유기 발광소자는 'B'의 조건에서 각 색도 변화가 0.036 이하로 나타났으며, 'D'의 조건에서 각 색도 변화가 0.019로 나타났다.
즉, 일반적으로 강력한 마이크로 캐비티에서 발광 효율과 각 색도 안정성은 트레이드-오프 관계를 보이는데, 일실시예에 따른 유기 발광소자는 참조부호 610 내지 620의 광학 시뮬레이션 결과에 기초하여 정공 수송층의 두께를 최적화 설계하여 높은 발광효율과 안정적인 각 색도 변화를 동시에 구현할 수 있다.
도 7a 내지 도 7d는 일실시예에 따른 발광 구조체를 구비하는 유기 발광소자의 광학 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 7a 내지 도 7d를 참조하면, 참조부호 710은 서로 다른 조건으로 설계된 유기 발광소자(BEOLED A 내지 BEOLED F)의 전류 밀도-전압-휘도(current density-voltage-luminance, J-V-L) 특성을 도시하고, 참조부호 720은 서로 다른 조건으로 설계된 유기 발광소자의 전류 효율-휘도(current efficacy-luminance) 특성을 도시하며, 참조부호 730은 서로 다른 조건으로 설계된 유기 발광소자의 전력 효율-휘도(power efficacy-luminance) 특성을 도시하며, 참조부호 740은 서로 다른 조건으로 설계된 유기 발광소자의 정규화된 휘도-시야각(normalized luminance-viewing angle) 특성을 도시한다.
또한, 참조부호 710 내지 740에서 서로 다른 조건으로 설계된 유기 발광소자(BEOLED A 내지 BEOLED F)의 발광 구조체는 하기 표1의 조건으로 설계될 수 있다.
Figure 112021037956041-pat00007
즉, 이하에서 참조부호 710 내지 740를 통해 설명하는 유기 발광소자의 광학 특성은 발광 구조체의 금속 박막층의 두께를 16nm 내지 24nm로 변경하고, 제1 정공 수송층의 두께를 75nm 내지 85nm로 변경할 때의 광학특성을 나타낸다.
참조부호 710에 따르면, 두께 75nm의 정공 수송층을 갖는 BEOLED A, BEOLED B 및 BEOLED C는 1000cd/m2의 휘도를 구현하기 위해 각각 4.20V, 4.23V 및 4.23V의 구동 전압을 필요로 하는 것으로 나타났고, 두께 85nm의 정공 수송층을 갖는 BEOLED D, BEOLED E 및 BEOLED F는 1000cd/m2의 휘도를 구현하기 위해 각각 4.20V, 4.23V 및 4.23V의 구동 전압을 필요로 하는 것으로 나타났다.
이러한 결과는 두께 85nm의 정공 수송층을 갖는 유기 발광소자의 전류 및 전력 효율이 두께 75nm의 정공 수송층을 갖는 유기 발광소자 보다 높다는 것을 나타낸다.
구체적으로, 참조부호 720 내지 730에 따르면, 두께 75nm의 정공 수송층을 갖는 BEOLED A, BEOLED B 및 BEOLED C는 1000cd/m2의 휘도에서 각각 100.7 cd/A, 97.9 cd/A 및 92.1 cd/A의 전류 효율이 실현되었고, 두께 85nm의 정공 수송층을 갖는 BEOLED D, BEOLED E 및 BEOLED F는 1000cd/m2의 휘도에서 각각 113.6 cd/A, 129.1 cd/A 및 134.1 cd/A의 전류 효율이 실현되었으며, 이는 광학 시뮬레이션을 통해 도출된 효율 특성과 상당히 일치하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 두께 75nm의 정공 수송층을 갖는 BEOLED A, BEOLED B 및 BEOLED C는 1000cd/m2의 휘도에서 각각 61.3 lm/W, 52.5 lm/W 및 44.2 lm/W의 전력 효율이 실현되었고, 두께 85nm의 정공 수송층을 갖는 BEOLED D, BEOLED E 및 BEOLED F는 1000cd/m2의 휘도에서 각각 74.2 lm/W, 76.0 lm/W 및 72.6 lm/W의 전력 효율이 실현된 것을 확인할 수 있다.
즉, BEOLED F의 전류 효율과 전력 효율은 BEOLED C 대비 1.46배 및 1.64배 향상된 것으로 나타났고, BEOLED E의 전류 효율과 전력 효율은 BEOLED B 대비 1.32배 및 1.21배 향상된 것으로 나타났으며, BEOLED D의 전류 효율과 전력 효율은 BEOLED A 대비 1.16배 및 1.21배 향상된 것으로 나타났다.
전류 효율의 향상과 전력 효율 향상 간의 불일치는 각 유기 발광소자(BEOLED A 내지 BEOLED F)의 휘도 변화로 인해 발생될 수 있으며, 전력 효율은 각 유기 발광소자(BEOLED A 내지 BEOLED F)의 휘도 변화를 통합하여 연산될 수 있다.
따라서, 전력 효율의 증가율은 휘도 변화가 Lambertian 거동의 방향으로 확대 될 때 전류 효율의 증가율보다 상당히 크게 나타날 수 있다.
참조부호 740에 따르면, 두께 85nm의 정공 수송층을 갖는 BEOLED D, BEOLED E 및 BEOLED F의 동작이 두께 75nm의 정공 수송층을 갖는 BEOLED A, BEOLED B 및 BEOLED C의 동작보다 Lambertian 거동에 더 가깝다는 것을 확인할 수 있다.
도 8a 내지 도 8f는 일실시예에 따른 발광 구조체를 구비하는 유기 발광소자의 각 색도 변화 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 내지 도 8f를 참조하면, 참조부호 810 내지 860은 도 7a 내지 도 7d를 통해 설명한 BEOLED A 내지 BEOLED F 각각에서의 파장-EL 강도(wavelength - EL intensity)(즉, 각 EL(angular EL) 스펙트럼 변화) 특성을 도시하고, 참조부호 810 내지 860에 삽입된 플롯은 CIE1976 색공간에서의 연산을 통해 획득한 BEOLED A 내지 BEOLED F 각각에서의 각 색도 변화(angular chromaticity changes)를 도시한다.
참조부호 810 내지 830을 참조하면, 두께 75nm의 정공 수송층을 갖는 유기 발광소자는 금속 박막층의 두께가 증가함에 따라 색도 변화가 증가하는 것을 확인할 수 있다.
구체적으로, 0° 내지 60° 범위의 각도에 대한 각 색도 변화 및 각 EL 피크 파장(Wp) 변화는 BEOLED A가 0.017 및 2nm, BEOLED B가 0.028 및 3nm, BEOLED C가 0.037 및 5nm로 나타났다.
참조부호 840 내지 860을 참조하면, 두께 85nm의 정공 수송층을 갖는 유기 발광소자는 금속 박막층의 두께가 증가에 따른 각 EL 피크 파장(Wp) 변화가 두께 75nm의 정공 수송층을 갖는 유기 발광소자 대비 크게 나타났으나, 각 색도 변화는 두께 75nm의 정공 수송층을 갖는 유기 발광소자 보다 적게 나타났다.
구체적으로, 0° 내지 60° 범위의 각도에 대한 각 색도 변화 및 각 EL 피크 파장(Wp) 변화는 BEOLED D가 0.015 및 10nm, BEOLED E가 0.017 및 13nm, BEOLED F가 0.019 및 16nm로 나타났다.
도 9a 내지 도 9b는 일실시예에 따른 발광 구조체를 구비하는 유기 발광소자의 각 색도 궤적을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a 내지 도 9b를 참조하면, 참조부호 910은 두께 75nm의 정공 수송층을 갖는 BEOLED A 내지 BEOLED C의 각 색도 궤적(angular chromaticity loci)을 도시하고, 참조부호 920은 두께 85nm의 정공 수송층을 갖는 BEOLED D 내지 BEOLED F의 각 색도 궤적을 도시하며, 참조부호 910 내지 920의 궤적은 CIE 1976 색 공간(L', u', v')으로부터 평가될 수 있다.
참조부호 910 내지 920에 따르면, 각 색도 궤적의 길이는 BEOLED D는 0.023, BEOLED E는 0.033, 'BEOLED F'는 0.041로 나타났으며, BEOLED D, BEOLED E 및 BEOLED F 각각의 최대 색도 변화 각도는 40°로 나타났다.
이러한 결과는 반투명 전극 또는 유기층의 두께를 증가시킴으로써 각색도 궤적의 길이가 증가 함을 나타내며, 반대로, 궤적에 변곡점이 있는 경우 이러한 두께 증가는 색도 변화 값의 증가를 가져 오지 않음을 의미한다.
따라서, 도 6a 내지 도 6b를 통해 설명한 광학 시뮬레이션 결과에서 볼 수 있듯이 일실시예에 따른 유기 발광소자는 전류 효율을 줄이지 않고 소자의 두께를 조절하여 각 색도 변화를 줄일 수 있다.
도 10a 내지 도 10d는 일실시예에 따른 발광 구조체 및 나노-섬 구조체를 구비하는 유기 발광소자의 광학 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 10a 내지 도 10d를 참조하면, 참조부호 1010은 서로 다른 조건으로 설계된 유기 발광소자(BEOLED D' 내지 BEOLED F')의 전류 밀도-전압-휘도(current density-voltage-luminance, J-V-L) 특성을 도시하고, 참조부호 1020은 서로 다른 조건으로 설계된 유기 발광소자의 전류 효율-휘도(current efficacy-luminance) 특성을 도시하며, 참조부호 1030은 서로 다른 조건으로 설계된 유기 발광소자의 전력 효율-휘도(power efficacy-luminance) 특성을 도시하며, 참조부호 1040은 서로 다른 조건으로 설계된 유기 발광소자의 정규화된 휘도-시야각(normalized luminance-viewing angle) 특성을 도시한다.
또한, 참조부호 1010 내지 1040에서 BEOLED D' 내지 BEOLED F' 각각은 8μm의 두께로 형성된 패시베이션층과 250nm 이하의 높이를 갖는 복수의 나노-섬 구조체를 구비하는 BEOLED D' 내지 BEOLED F'를 나타낸다.
참조부호 1010에 따르면, BEOLED D', BEOLED E' 및 BEOLED F'는 1000cd/m2의 휘도를 구현하기 위해 각각 4.24V, 4.21V 및 4.19V의 구동 전압을 필요로 하는 것으로 나타났으며, 이는 도 7a를 통해 설명한 BEOLED D, BEOLED E 및 BEOLED F의 구동 전압과 비교를 통해 BEOLED D', BEOLED E' 및 BEOLED F'는 기판 상에 복수의 나노-섬 구조체를 형성함에 따라 구동 전압이 약간 증가하는 것을 확인할 수 있다.
참조부호 1020 내지 1040에 따르면, 전류 효율 및 전력 효율은 BEOLED D'가 107.7cd/A 및 73.0 lm/ W, BEOLED E'가 125.4cd/A 및 74.2 lm/W, BEOLED F'가 130.7cd/A 및 71.5 lm/W으로 나타났다.
즉, BEOLED D'의 전류 효율 및 전력 효율은 BEOLED D 대비 5% 및 2% 감소하였고, BEOLED E'의 전류 효율 및 전력 효율은 BEOLED E 대비 3% 및 2% 감소하였으며, BEOLED F'의 전류 효율 및 전력 효율은 BEOLED F 대비 3% 및 2% 감소한 것으로 나타났으며, BEOLED D' 내지 BEOLED F'의 각 휘도 변화가 BEOLED D 내지 BEOLED F 보다 약간(약 2%) 더 큰 것으로 나타났다.
다시 말해, 일실시예에 따른 발광 구조체 및 나노-섬 구조체를 구비하는 유기 발광소자(BEOLED D' 내지 BEOLED F')는 나노-섬 구조체를 구비하지 않은 유기 발광소자(BEOLED D 내지 BEOLED F) 대비 광학 효율이 다소 감소하는 것으로 나타났으나, 효율의 감소율이 크지는 않은 것으로 나타났다.
도 11a 내지 도 11d는 일실시예에 따른 발광 구조체 및 나노-섬 구조체를 구비하는 유기 발광소자의 각 색도 변화 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 11a 내지 도 11d를 참조하면, 참조부호 1110 내지 참조부호 1130은 도 10a 내지 도 10d를 통해 설명한 BEOLED D' 내지 BEOLED F' 각각의 파장-EL 강도(wavelength - EL intensity)(즉, 각 EL(angular EL) 스펙트럼 변화) 특성을 도시하고, 참조부호 1110 내지 참조부호 1130에 삽입된 플롯은 CIE1976 색공간에서의 연산을 통해 획득한 BEOLED D' 내지 BEOLED F' 각각에서의 각 색도 변화(angular chromaticity changes)를 도시한다.
또한, 참조부호 1140은 BEOLED D' 내지 BEOLED F'의 각 색도 궤적(angular chromaticity loci)을 도시한다.
참조부호 1110 내지 1130에 따르면, 0° 내지 60° 범위의 각도에 대한 각 색도 변화 및 각 EL 피크 파장(Wp) 변화는 BEOLED D'가 0.013 및 9nm, BEOLED E'가 0.014 및 12nm, BEOLED F'가 0.016 및 13nm으로 나타났다.
즉, 일실시예에 따른 나노-섬 구조체를 구비하는 유기 발광소자(BEOLED D' 내지 BEOLED F')는 도 10a 내지 도 10d을 통해 설명한 바와 같이 일실시예에 따른 나노-섬 구조체를 구비하지 않은 유기 발광소자(BEOLED D 내지 BEOLED F)에 비해 광학 효율은 다소 감소하였으나, 각 색도 변화는 보다 크게 개선(억제)된 것을 확인할 수 있다.
구체적으로, 참조부호 1140에 따르면, 각 색도 궤적의 길이는 BEOLED D'가 0.013, BEOLED E가 0.014, 'BEOLED F'는 0.016으로 나타났다. 이러한 결과는 일실시예에 따른 나노-섬 구조체가 각 색도 궤적의 형상에 영향을 미치지는 않지만 궤적의 길이는 줄일 수 있음을 의미하며, 일실시예에 따른 나노-섬 구조체에 의한 각 색도 변화의 억제는 강한 마이크로 캐비티 거동을 보이는 유기 발광소자에 보다 효과적인 것으로 나타났다.
도 12a 내지 도 12b는 일실시예에 따른 유기 발광소자의 화소 블러 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 12a 내지 도 12b를 참조하면, 참조부호 1210은 유기 발광소자(BEOLED D, BEOLED D' 및 BEOLED D'')에 대응되는 화소 이미지의 밝기 정보 변환(brightness information conversion) 결과를 도시하고, 참조부호 1220은 유기 발광소자 각각의 에지(edge)로부터 도출된 화소 블러 거리 프로파일(pixel blur distance profiles)을 도시한다. 또한, 참조부호 1210 내지 1220에서 BEOLED D''는 에 80μm 직경을 갖는 복수의 마이크로렌즈(microlens arrays, MLAs)를 적용한 유기 발광소자를 나타낸다.
참조부호 1210 내지 1220에 따르면, 화소 영역이 각각 4mm2인 BEOLED D, BEOLED D' 및 BEOLED D''의 화소 블러 거리(pixel blur distances)는 각각 160 μm, 191 μm 및 594 μm인 것으로 확인되었다. 이는 기존 마이크로 렌즈에 비해 일실시예에 따른 나노-섬 구조체가 낮은 헤이즈 특성 및 나노 크기의 산란 패턴으로 인해 화소의 블러 현상을 억제하는데 훨씬 효과적이다는 것을 나타낸다.
도 13은 일실시예에 따른 유기 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
다시 말해, 도 13은 도 1 내지 도 12b를 통해 설명한 일실시예에 따른 유기 발광소자의 제조방법을 설명하는 도면으로, 이하에서 도 13을 통해 설명하는 내용 중 도 1 내지 도 12b를 통해 설명한 내용과 중복된 설명은 생략하기로 한다.
도 13을 참조하면, 1310 단계에서 일실시예에 따른 유기 발광소자의 제조방법은 기판 상에 복수의 나노-섬 구조체를 형성할 수 있다.
1310 단계에서 일실시예에 따른 유기 발광소자의 제조방법은 기판 상에 증착된 무기물층의 디웨팅(dewetting) 과정을 통해 나노-섬 구조체를 형성하되, 증착된 무기물층의 두께, 디웨팅 과정에서의 온도 조건 및 습도 조건 중 적어도 하나에 의해 나노-섬 구조체의 직경(diameter) 및 높이(height)가 결정될 수 있다.
일측에 따르면, 1310 단계에서 일실시예에 따른 유기 발광소자의 제조방법은 염화 세슘(CsCl), 플루오린화 세슘(CsF), 아이오딘화 세슘(CsI), 브롬화 세슘(CsBr), 염화 칼슘(CaCl2) 및 염화 란탄(LaCl3) 중 적어도 하나를 포함하는 무기물층을 기판 상에 50nm 내지 10nm의 두께로 증착하고, 증착된 무기물층의 디웨팅 과정을 수행하여 나노-섬 구조체를 형성할 수 있다. 바람직하게는, 무기물층은 염화 세슘층일 수 있다.
또한, 1310 단계에서 일실시예에 따른 유기 발광소자의 제조방법은 30℃의 온도와 60%의 상대습도의 환경에서 증착된 무기물층에 대한 디웨팅 과정을 수행하여 나노-섬 구조체를 형성할 수 있다.
일측에 따르면, 1310 단계에서 일실시예에 따른 유기 발광소자의 제조방법은 나노-섬 구조체의 공기 중 노출을 차단하는 패시베이션층(passivation layer)을 형성할 수 있다.
다음으로, 1320 단계에서 일실시예에 따른 유기 발광소자의 제조방법은 기판 상에 발광 구조체를 형성할 수 있다.
일측에 따르면, 발광 구조체는 기판 상에 순차적으로 형성된 애노드 전극, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층 및 캐소드 전극을 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 발광 구조체는 기판 및 애노드 전극 사이에 형성된 금속 박막층과, 기판과 금속 박막층 사이에 형성된 캡핑층을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 금속 박막층은 은(Ag) 박막층일 수 있다.
또한, 정공 수송층은 애노드 전극의 인접면에 형성된 제1 정공 수송층, 제1 정공 수송층 상에 형성된 정공 생성층 및 정공 생성층 상에 형성된 제2 정공 수송층을 포함할 수 있다.
즉, 1320 단계에서 일실시예에 따른 유기 발광소자의 제조방법은 기판 상에 캡핑층, 금속 박막층, 애노드 전극, 제1 정공 수송층, 정공 생성층, 제2 정공 수송층, 전자 차단층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 및 캐소드 전극을 순차적으로 형성할 수 있다.
예를 들면, 1320 단계에서 일실시예에 따른 유기 발광소자의 제조방법은 유기층(organic layer)을 5 x 10-5 Pa의 진공 조건에서 1
Figure 112021037956041-pat00008
/ s 이하의 증착 속도(deposition rate)로 증착하고, 전자 주입층 및 캐소드 전극을 각각 0.15
Figure 112021037956041-pat00009
/ s 및 2.5
Figure 112021037956041-pat00010
/ s의 증착 속도로 증착할 수 있다.
도 14a 내지 도 14c는 일실시예에 따른 유기 발광소자의 제조방법에서 복수의 나노-섬 구조체를 형성하는 방법을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
다시 말해, 도 14a 내지 도 14c는 도 13의 1310 단계에서 수행될 수 있다.
도 14a 내지 도 14c를 참조하면, 1410 단계에서 일실시예에 따른 유기 발광소자의 제조방법은 유리 기판(1411) 상에 무기물층(1412)을 증착 형성할 수 있다. 바람직하게는, 무기물층(1412)은 염화 세슘층일 수 있다.
일측에 따르면, 1410 단계에서 일실시예에 따른 유기 발광소자의 제조방법은 염화 세슘층 증착 이전에 유리 기판(1411)을 아세톤, 이소 프로필 알코올 및 탈 정제수(deionized water, DI)로 연속적으로 세척한 후, UV(ultraviolet rays)와 오존에 노출시키는 전처리 과정을 수행할 수 있다.
구체적으로, 1410 단계에서 일실시예에 따른 유기 발광소자의 제조방법은 전처리된 유리 기판(1411)을 진공 챔버 내에 삽입한 후, 진공증착법(thermal evaporation)이용하여 유리 기판(1411) 상에서 무기물질 분말(일례로, 염화 세슘 분말)을 1
Figure 112021037956041-pat00011
/ s 이하의 증착 속도(deposition rate)로 증착하여 무기물층(1412)을 형성할 수 있다.
다음으로, 1420 단계에서 일실시예에 따른 유기 발광소자의 제조방법은 증착된 무기물층(1412)의 디웨팅 과정을 통해 유리 기판(1411) 상에 복수의 나노-섬 구조체(NI)를 형성할 수 있다.
구체적으로, 1420 단계에서 일실시예에 따른 유기 발광소자의 제조방법은 30℃의 온도와 60%의 상대습도의 환경에서 증착된 무기물층(1412)을 공기 중에 노출시킬 수 있으며, 이 과정에서 공기 중에 노출된 무기물층(1412)은 디웨팅 과정을 통해 수증기를 흡수하여, 복수의 나노-섬 구조체(NI)로 변화할 수 있으며, 이때 복수의 나노-섬 구조체(NI)는 유리 기판(1411) 상에 무작위로 분포될 수 있다.
다음으로, 1430 단계에서 일실시예에 따른 유기 발광소자의 제조방법은 스핀 코팅법을 이용하여 복수의 나노-섬 구조체(NI)가 형성된 유리 기판(1411) 상에 패시베이션층(1431)을 코팅하여 복수의 나노-섬 구조체(NI)가 공기 중으로 노출되어 용해 또는 휘발되는 현상을 방지할 수 있다.
일측에 따르면, 1430 단계에서 일실시예에 따른 유기 발광소자의 제조방법은 패시베이션층(1431)을 코팅한 후, UV 처리를 통해 코팅된 패시베이션층(1431)을 경화시킬 수 있다.
결국, 본 발명을 이용하면, 기판 상에 나노-섬 구조체를 형성하여 유기 발광소자의 시야각 의존성을 효과적으로 제어할 수 있다.
또한, 본 발명은 기판 상에 형성된 나노-섬 구조체로 인한 낮은 화소 블러링 효과(pixel blurring effect)의 구현을 통해 각 색도 변화(angular chromaticity change)를 개선할 수 있다.
또한, 본 발명은 진공증착법(thermal evaporation)을 이용하여 대면적의 디스플레이 장치에도 용이하게 나노-섬 구조체를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명은 정공 수송층과 애노드 전극의 두께 최적화에 기초한 마이크로 캐비티 특성의 강화를 통해 각 색도 변화와 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들면, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 장치, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100: 유기 발광소자 110: 기판
120: 발광 구조체 130: 패시베이션층
NI: 나노-섬 구조체

Claims (14)

  1. 복수의 나노-섬 구조체가 구비된 기판 및 상기 기판 상에 형성된 발광 구조체를 포함하고,
    상기 발광 구조체는,
    상기 기판 상에 순차적으로 형성된 애노드 전극, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층 및 캐소드 전극을 포함하고, 상기 기판 및 상기 애노드 전극 사이에 16nm 내지 24nm 두께로 형성된 금속 박막층을 더 포함하며,
    상기 정공 수송층은,
    상기 애노드 전극의 인접면에 75nm 내지 85nm 두께로 형성된 제1 정공 수송층, 상기 제1 정공 수송층 상에 형성된 정공 생성층 및 상기 정공 생성층 상에 85nm의 두께로 형성된 제2 정공 수송층을 포함하고,
    상기 나노-섬 구조체는,
    상기 기판 상에 증착된 무기물층의 디웨팅(dewetting) 과정을 통해 형성되되, 상기 증착된 무기물층의 두께, 상기 디웨팅 과정에서의 온도 조건 및 습도 조건 중 적어도 하나에 의해 직경(diameter) 및 높이(height)가 결정되는 것을 특징으로 하는
    유기 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 나노-섬 구조체는,
    상기 기판 상에 50nm 내지 10nm의 두께로 증착된 무기물층의 상기 디웨팅 과정을 통해 형성되고,
    상기 증착된 무기물층은,
    염화 세슘(CsCl), 플루오린화 세슘(CsF), 아이오딘화 세슘(CsI), 브롬화 세슘(CsBr), 염화 칼슘(CaCl2) 및 염화 란탄(LaCl3) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는
    유기 발광소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 나노-섬 구조체는,
    30℃의 온도와 60%의 상대습도의 환경에서 상기 증착된 무기물층에 대한 상기 디웨팅 과정을 수행하여 형성되는 것을 특징으로 하는
    유기 발광소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판은,
    상기 나노-섬 구조체의 공기 중 노출을 차단하는 패시베이션층(passivation layer)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    유기 발광소자.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 기판 상에 복수의 나노-섬 구조체를 형성하는 단계 및 상기 기판 상에 발광 구조체를 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 발광 구조체는,
    상기 기판 상에 순차적으로 형성된 애노드 전극, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층 및 캐소드 전극을 포함하고, 상기 기판 및 상기 애노드 전극 사이에 16nm 내지 24nm 두께로 형성된 금속 박막층을 더 포함하며,
    상기 정공 수송층은,
    상기 애노드 전극의 인접면에 75nm 내지 85nm 두께로 형성된 제1 정공 수송층, 상기 제1 정공 수송층 상에 형성된 정공 생성층 및 상기 정공 생성층 상에 85nm의 두께로 형성된 제2 정공 수송층을 포함하고,
    상기 나노-섬 구조체를 형성하는 단계는,
    상기 기판 상에 증착된 무기물층의 디웨팅(dewetting) 과정을 통해 상기 나노-섬 구조체를 형성하되, 상기 증착된 무기물층의 두께, 상기 디웨팅 과정에서의 온도 조건 및 습도 조건 중 적어도 하나에 의해 상기 나노-섬 구조체의 직경(diameter) 및 높이(height)가 결정되는 것을 특징으로 하는
    유기 발광소자의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 나노-섬 구조체를 형성하는 단계는,
    염화 세슘(CsCl), 플루오린화 세슘(CsF), 아이오딘화 세슘(CsI), 브롬화 세슘(CsBr), 염화 칼슘(CaCl2) 및 염화 란탄(LaCl3) 중 적어도 하나를 포함하는 무기물층을 상기 기판 상에 50nm 내지 10nm의 두께로 증착하고, 상기 증착된 무기물층의 상기 디웨팅 과정을 수행하여 상기 나노-섬 구조체를 형성하는 것을 특징으로 하는
    유기 발광소자의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 나노-섬 구조체를 형성하는 단계는,
    30℃의 온도와 60%의 상대습도의 환경에서 상기 증착된 무기물층에 대한 상기 디웨팅 과정을 수행하여 상기 나노-섬 구조체를 형성하는 것을 특징으로 하는
    유기 발광소자의 제조방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 나노-섬 구조체를 형성하는 단계는,
    상기 나노-섬 구조체의 공기 중 노출을 차단하는 패시베이션층(passivation layer)을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    유기 발광소자의 제조방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
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