KR20120023421A - Organic light emitting diode - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 유기 발광 다이오드에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 광 효율이 향상되고 단순한 공정을 통해 제조됨으로써 제조비용이 저감되고 공정 효율이 향상되는 유기 발광 다이오드에 관한 것이다.
The present invention relates to an organic light emitting diode. More specifically, the present invention relates to an organic light emitting diode in which the light efficiency is improved and manufactured through a simple process, thereby reducing the manufacturing cost and improving the process efficiency.
일반적으로 유기 발광 다이오드는 2개의 전극 사이에 개재된 유기 발광층에서 전자와 정공의 결합에 의해 생성된 엑시톤(exciton)이 바닥상태로 천이하는 과정에서 방출되는 광을 이용한 디스플레이 소자이다.In general, the organic light emitting diode is a display device using light emitted in the process of the excitons generated by the combination of electrons and holes in the organic light emitting layer interposed between the two electrodes transition to the ground state.
도 1은 이러한 종래의 유기 발광 다이오드를 나타낸 도면이고, 도 2는 종래의 유기 발광 다이오드에서의 광 방출 경로를 나타낸 도면이다.1 is a view showing such a conventional organic light emitting diode, Figure 2 is a view showing a light emission path in the conventional organic light emitting diode.
도 1과 도 2를 참조하면, 1987년 C. W. Tang과 S. A. Van Slyke가 유기 발광 다이오드를 발표한 이래로 양극의 기능을 수행하는 제1 전극(30)은 투명하고 전기 전도성이 좋으며 일함수가 4.7 eV로 큰 ITO (indium tin oxide)막이 일반적으로 사용되고 있다. 이 ITO로 이루어진 양극을 사용하는 유기 발광 다이오드의 경우, 발광층(42)에서 생성된 빛이 양극인 제1 전극(30), 즉 ITO를 통해서 방출된다. 일반적인 ITO의 굴절률은 1.9 이상 2.2 이하이며 유기 발광 다이오드의 기판으로 사용되는 유리 기판(10)의 굴절률은 1.5로 알려져 있다. 이와 같은 굴절률의 차이로 인해 발광층(42)에서 생성된 광은 ITO(30)와 유리 기판(10)의 계면에서 전반사를 일으키게 되고 외부로 방출되는 광의 양을 감소시키게 되어 소자의 휘도를 저하시키며 광추출 효율을 감소시키는 문제점을 일으키게 된다.1 and 2, since CW Tang and SA Van Slyke announced organic light emitting diodes in 1987, the
이와 같은 문제점을 해결하기 위해서 대한민국 공개특허공보 제10-2008-0040129호에서는 ITO 양극위에 광 결정 부재를 형성하여 발광층에서 형성된 빛을 광 결정을 통해 주입하여 계면에서의 전반사 효과를 감소시켜 광추출 효율을 향상시키는 방법을 제시하고 있다. 그러나 이와 같은 광결정 부재를 유리 기판상에 형성시키기 위해서는 전자선 또는 포토 마스크를 이용한 리소그래피(lithography) 공정을 수행해야 하기 때문에 소자의 제조 비용이 상승하고 공정 효율이 저하되는 문제점이 발생한다.In order to solve this problem, Korean Patent Publication No. 10-2008-0040129 discloses a light crystallization member formed on the ITO anode and injects the light formed in the light emitting layer through the photonic crystal to reduce the total reflection effect at the interface to reduce the light extraction efficiency. It suggests ways to improve. However, in order to form such a photonic crystal member on a glass substrate, a lithography process using an electron beam or a photo mask must be performed, resulting in an increase in manufacturing cost of the device and a decrease in process efficiency.
또한 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0047855호에서는 미세 복제된 산란 나노 구조를 이용하여 광추출 효율을 높이는 방법을 제시하고 있다. 이와 같이 굴절률이 큰 나노 구조를 전극과 유기물의 계면에 삽입하게 되면 발광층에서 발생한 광의 전반사를 억제하여 광추출 효율을 높이는 효과가 있다고 알려져 있다. 하지만 이 역시 나노 구조체를 형성하는 과정에서 추가적인 나노 임프린팅 또는 나노 전사 인쇄와 같은 공정을 포함하게 되어 소자의 공정 효율이 저하되는 문제점이 발생한다.
In addition, the Republic of Korea Patent Publication No. 10-2010-0047855 proposes a method for increasing the light extraction efficiency by using a micro-replicated scattering nanostructure. As such, when the nanostructure having a large refractive index is inserted at the interface between the electrode and the organic material, it is known that the light extraction efficiency is enhanced by suppressing total reflection of light generated in the light emitting layer. However, this also includes a process such as additional nanoimprinting or nanotransfer printing in the process of forming the nanostructure occurs a problem that the process efficiency of the device is reduced.
본 발명은 유기 발광 다이오드를 구성하는 기능층 계면에서의 전반사를 효율적으로 억제하여 유기 발광 다이오드의 광 효율을 향상시키는 것을 기술적 과제로 한다.An object of the present invention is to efficiently suppress total reflection at the functional layer interface constituting the organic light emitting diode, thereby improving the light efficiency of the organic light emitting diode.
또한, 본 발명은 광 효율을 향상을 위하여 단순한 공정을 적용함으로써 유기 발광 다이오드의 제조비용을 저감하고 공정 효율을 향상시키는 것을 기술적 과제로 한다.
In addition, the present invention is to reduce the manufacturing cost and improve the process efficiency of the organic light emitting diode by applying a simple process for improving the light efficiency.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 유기 발광 다이오드는 기판 상에 형성되어 있으며 하나 이상의 층으로 이루어진 굴절률 조절층, 상기 굴절률 조절층 상에 형성된 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 형성된 유기 화합물층 및 상기 유기 화합물층 상에 형성된 제2 전극을 포함하여 구성되고, 상기 굴절률 조절층의 굴절률은 상기 기판의 굴절률보다 크고 상기 제1 전극의 굴절률보다 작은 것을 특징으로 한다.The organic light emitting diode according to the present invention for solving this problem is formed on the substrate and the refractive index control layer consisting of one or more layers, the first electrode formed on the refractive index control layer, the organic compound layer formed on the first electrode and And a second electrode formed on the organic compound layer, wherein the refractive index of the refractive index adjusting layer is larger than the refractive index of the substrate and smaller than the refractive index of the first electrode.
상기 굴절률 조절층은 상기 유기 화합물층으로부터의 광을 서로 다른 굴절률로 굴절시키는 제1 굴절률 조절층과 제2 굴절률 조절층이 순차적으로 적층되어 이루어진 것을 특징으로 한다.The refractive index adjusting layer may be formed by sequentially stacking a first refractive index adjusting layer and a second refractive index adjusting layer for refracting light from the organic compound layer at different refractive indices.
상기 제1 굴절률 조절층과 상기 제2 굴절률 조절층 중 적어도 하나의 단면 형상은 불규칙적인 나노 패싯(facet) 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.At least one cross-sectional shape of the first refractive index control layer and the second refractive index control layer has an irregular nano facet structure.
상기 제1 굴절률 조절층과 상기 제2 굴절률 조절층 중 적어도 하나는 스퍼터링 증착법 또는 전자선 증착법 또는 레이저 증착법에 의해 형성된 것을 특징으로 한다.At least one of the first refractive index control layer and the second refractive index control layer is formed by a sputtering deposition method, an electron beam deposition method or a laser deposition method.
상기 제1 굴절률 조절층과 상기 제2 굴절률 조절층 중 적어도 하나는 스퍼터링 증착법 또는 전자선 증착법 또는 레이저 증착법에 의해 자발적으로 나노 패싯(facet) 구조를 형성하는 물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.At least one of the first refractive index control layer and the second refractive index control layer may be formed of a material that spontaneously forms a nano facet structure by sputter deposition, electron beam deposition, or laser deposition.
상기 제1 굴절률 조절층은 MgO, ZnO, ITO, V2O5, RuO, CuO, SnO2, AgO, WO3 및 TiO2로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.The first refractive index control layer is characterized in that it comprises one or more selected from the group consisting of MgO, ZnO, ITO, V 2 O 5 , RuO, CuO, SnO 2 , AgO, WO 3 and TiO 2 .
상기 제2 굴절률 조절층은 ZrO2, MgO, ITO, WO3, V2O5, RuO, TiO2, PdO 및 MoO3로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.The second refractive index control layer is characterized in that it comprises one or more selected from the group consisting of ZrO 2 , MgO, ITO, WO 3 , V 2 O 5 , RuO, TiO 2 , PdO and MoO 3 .
상기 제1 굴절률 조절층의 두께는 50Å 이상 5000Å 이하인 것을 특징으로 한다.The thickness of the first refractive index control layer is 50 kPa or more and 5000 kPa or less.
상기 제2 굴절률 조절층의 두께는 50Å 이상 5000Å 이하인 것을 특징으로 한다.The thickness of the second refractive index control layer is characterized in that 50 to more than 5000 GPa.
상기 제1 굴절률 조절층과 상기 제2 굴절률 조절층의 증착 온도는 20℃ 이상 1000℃ 이하인 것을 특징으로 한다.The deposition temperature of the first refractive index control layer and the second refractive index control layer is characterized in that 20 ℃ to 1000 ℃.
상기 제1 전극은 양극이고 상기 제2 전극은 음극인 것을 특징으로 한다.The first electrode is an anode and the second electrode is characterized in that the cathode.
상기 기판은 유리 또는 폴리머로 이루어진 것을 특징으로 한다.
The substrate is characterized in that made of glass or polymer.
본 발명에 따르면, 유기 발광 다이오드를 구성하는 기능층 계면에서의 전반사가 효율적으로 억제되어 광 효율이 향상된 유기 발광 다이오드가 제공되는 효과가 있다.According to the present invention, total reflection at the functional layer interface constituting the organic light emitting diode is effectively suppressed, thereby providing an organic light emitting diode having improved light efficiency.
또한, 단순한 공정에 의해 제조됨으로써 제조비용이 저감되고 공정 효율이 향상된 유기 발광 다이오드가 제공되는 효과가 있다.In addition, there is an effect that the organic light-emitting diode is improved by manufacturing by a simple process and the manufacturing cost is reduced and the process efficiency is improved.
보다 구체적으로, 본 발명은 자발적으로 형성된 나노 패싯(facet) 구조를 포함하는 굴절률 조절층을 이용하기 때문에, 기존 유기 발광 다이오드에 비해 향상된 광추출 효율 특성의 유기 발광 다이오드가 제공되는 효과가 있다.
More specifically, since the present invention uses a refractive index control layer including a spontaneously formed nano facet structure, there is an effect that an organic light emitting diode having improved light extraction efficiency characteristics is provided as compared to a conventional organic light emitting diode.
도 1은 종래의 유기 발광 다이오드의 단면도이다.
도 2는 종래의 유기 발광 다이오드에서의 광 방출 경로를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 발광 다이오드를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 발광 다이오드에서의 광 방출 경로를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 발광 다이오드에 포함된 굴절률 조절층의 증착 온도에 따른 굴절률 특성을 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 발광 다이오드에 포함된 굴절률 조절층의 종류에 따른 광 투과도 특성을 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 발광 다이오드에 포함된 굴절률 조절층인 MgO의 증착 온도에 따른 표면 주사전자 현미경 이미지를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 굴절률 조절층을 포함하는 유기 발광 다이오드의 전류밀도에 따른 휘도 특성을 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 굴절률 조절층을 포함하는 유기 발광 다이오드의 전류밀도에 따른 전력 효율 특성을 도시한 그래프이다.1 is a cross-sectional view of a conventional organic light emitting diode.
2 is a view showing a light emission path in a conventional organic light emitting diode.
3 illustrates an organic light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a light emission path in an organic light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph illustrating refractive index characteristics according to deposition temperatures of a refractive index control layer included in an organic light emitting diode according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph illustrating light transmittance characteristics according to types of refractive index adjusting layers included in an organic light emitting diode according to an exemplary embodiment of the present invention.
7 illustrates a surface scanning electron microscope image according to a deposition temperature of MgO, which is a refractive index control layer included in an organic light emitting diode according to an exemplary embodiment of the present invention.
8 is a graph illustrating luminance characteristics according to current density of an organic light emitting diode including a refractive index control layer according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph illustrating power efficiency characteristics according to current density of an organic light emitting diode including a refractive index control layer according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 발광 다이오드를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 발광 다이오드에서의 광 방출 경로를 나타낸 도면이다.3 is a view showing an organic light emitting diode according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a view showing a light emission path in the organic light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 발광 다이오드는 기판(10), 굴절률 조절층(20), 유기 화합물층(40) 및 제2 전극(50)을 포함하여 구성된다.3 and 4, an organic light emitting diode according to an embodiment of the present invention includes a
기판(10)은 광 투과성이 높은 유리 또는 폴리머 재질로 구성될 수 있다.The
굴절률 조절층(20)은 기판(10) 상에 형성되어 있으며 하나 이상의 층으로 이루어진다. 이러한 굴절률 조절층(20)은 후술하는 유기 화합물층(40)에 포함되어 있는 발광층(42)에서 발산되어 정공 수송층(41)과 제1 전극(30)을 거쳐 전달된 광을 굴절시켜 기판(10)으로 전달하는 기능을 수행한다. 여기서, 굴절률 조절층(20)의 굴절률은 기판(10)의 굴절률보다 크고 제1 전극(30)의 굴절률보다 작게 구성함으로써, 제1 전극(30)과 기판(10)과의 굴절율 차이로 인해 형성되는 임계각을 늘리고 전반사 효과를 억제하여 발광층(42)에서 발생한 광을 보다 효과적으로 기판(10)을 통하여 외부로 방출함으로써 소자의 광출력을 향상시킬 수 있다.The refractive
하나의 예로, 이러한 굴절률 조절층(20)은 발광층(42)으로부터의 광을 서로 다른 굴절률로 굴절시키는 제1 굴절률 조절층(21)과 제2 굴절률 조절층(22)이 순차적으로 적층되어 이루어질 수 있으며, 제1 굴절률 조절층(21)과 제2 굴절률 조절층(22) 중 적어도 하나의 단면 형상은 불규칙적인 나노 패싯(facet) 구조를 갖도록 구성될 수 있다. 다른 예로, 굴절률 조절층(20)을 3개 이상의 다층 구조로 형성할 수도 있다. 이하에서는 굴절률 조절층(20)이 2층 구조인 경우를 예로 들어 설명한다.As an example, the refractive
제1 굴절률 조절층(21)과 제2 굴절률 조절층(22)의 단면 형상이 나노 패싯 구조를 갖도록 하기 위한 구체적인 방법의 예를 설명하면 다음과 같다.An example of a specific method for making the cross-sectional shapes of the first and second refractive
결정방면에 따라 표면 에너지가 서로 다른 물질을 스퍼터링 증착법 또는 전자선 증착법 또는 레이저 증착법을 이용하여 증착하면, 이 물질들은 자발적으로 표면 에너지가 낮은 면으로 성장하는 특징이 있다.When materials with different surface energies are deposited by sputtering deposition, electron beam deposition, or laser deposition, the materials spontaneously grow to low surface energy.
본 실시 예는 이에 착안하여, 제1 굴절률 조절층(21)과 제2 굴절률 조절층(22)을 스퍼터링 증착법 또는 전자선 증착법 또는 레이저 증착법에 의해 자발적으로 나노 패싯(facet) 구조를 형성하는 물질을 채택하여 구성한 후, 이 물질에 대해 증착 온도 20℃ 이상 1000℃ 이하에서, 스퍼터링 증착공정 또는 전자선 증착공정 또는 레이저 증착공정을 수행함으로써, 제1 굴절률 조절층(21)과 제2 굴절률 조절층(22)의 단면 형상을 별도의 리소그래피(lithography) 및 패터닝 공정을 수행하지 않고 자발적으로 나노 패싯 구조를 갖도록 할 수 있다.In the present embodiment, the first refractive
이를 위하여 제1 굴절률 조절층(21)은 MgO, ZnO, ITO, V2O5, RuO, CuO, SnO2, AgO, WO3 및 TiO2로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하도록 구성하고, 제2 굴절률 조절층(22)은 ZrO2, MgO, ITO, WO3, V2O5, RuO, TiO2, PdO 및 MoO3로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하도록 구성될 수 있다.To this end, the first refractive
또한 광 투과성을 고려하여 제1 굴절률 조절층(21)과 제2 굴절률 조절층(22)의 두께는 각각 50Å 이상 5000Å 이하가 되도록 구성할 수 있다. 하한치인 50Å은 층 형성을 위한 최소한의 두께이며, 상한치인 5000Å은 광 투과성을 고려한 것이다.In addition, in consideration of light transmittance, the thicknesses of the first refractive
도 2 및 도 4를 참조하여, 본 발명에 적용된 굴절률 조절층(20)의 광추출 효율 향상 원리를 종래의 경우와 비교하여 설명한다.2 and 4, the light extraction efficiency improvement principle of the refractive
도 2를 참조하면, 기판(10)과 제1 전극(30) 사이에 굴절률 조절층(20)이 없는 경우 발광층(42)에서 생성된 광이 제1 전극(30)과 기판(10)의 굴절률 차이로 인해 임계각을 만족시키지 못하는 경우가 발생한다. 이에 따라, 발광층(42)에서 생성된 광이 제1 전극(30)과 기판(10) 간의 계면에서 전반사를 일으켜 기판(10)을 통해 외부로 방출되지 못하고 내부에서 소멸되기 때문에, 소자의 광 효율이 저하된다. 도면부호 Ray 2는 전반사로 인해 소자 내부에서 소멸되는 광이고, Ray 1은 기판(10) 외부로 방출되는 광이다.Referring to FIG. 2, when there is no refractive
하지만 도 4를 참조하면, 본 발명의 굴절률 조절층(20)을 적용할 경우, 제1 전극(30)과 기판(10)의 굴절률 차이가 감소하여 계면에서의 임계각이 증가한다. 또한 굴절률 조절층(20)에 형성된 나노 패싯 구조로 인해 발광층(42)에서 생성된 광의 방출 확률이 증가하여 소자의 광추출 효율이 크게 향상된다. Ray 3은 본 실시 예에 따라 기판(10) 외부로 방출되는 광이다.However, referring to FIG. 4, when the refractive
유기 화합물층(40)은 제1 전극(30), 정공 수송층(41), 발광층(42), 정공 유입 방지층(43), 전자 수송층(44) 및 전자 주입층(45)을 포함하여 구성될 수 있다.The
제1 전극(30)은 굴절률 조절층(20) 상에 형성되어 있으며, 양극의 기능을 수행한다. 예를 들어, 제1 전극(30)은 전기전도성과 광 투과성이 높고 일함수가 큰 ITO로 구성될 수 있다.The
정공 수송층(41)은 제1 전극(30) 상에 형성되어 있으며, 정공 이동도를 향상시키는 기능을 수행한다. 예를 들어, 정공 수송층(41)은 N,N′-dinaphtyl-N,N-diphenyl bendizine (α-NPD)와 같은 방향족 아민(amine) 계열의 유도체일 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(30)과 정공 수송층(41) 사이에는 이들의 접합 계면에서의 에너지 장벽을 낮게 하여 정공 주입 효율을 향상시키기 위한 정공 주입층이 개재될 수 있다.The
발광층(42)은 정공 수송층(41) 상에 형성되어 있다. 이 발광층(42)에서 양극인 제1 전극(30)으로부터 주입된 정공과 음극인 제2 전극(50)으로부터 주입된 전자가 쿨롱 힘으로 결합하여 엑시톤(exciton)이 생성되며, 이 엑시톤이 바닥상태로 천이하는 과정에서 에너지를 광의 형태로 방출한다. 이 발광층(42)은 tris(8-hydroxyquinoline)aluminum(Alq3)로 구성될 수 있다.The
정공 유입 방지층(43)은 발광층(42) 상에 형성되어 있으며, 음극으로의 정공 유입을 방지하는 기능을 수행한다. 이 정공 유입 방지층(43)은 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1 ,10-phenanthroline(BCP)로 구성될 수 있다.The hole
전자 수송층(44)은 정공 유입 방지층(43) 상에 형성되어 있으며, 전자 이동도를 향상시키는 기능을 수행한다. 이 전자 수송층(44)은 Alq3로 구성될 수 있다.The
전자 주입층(45)은 전자 수송층(44) 상에 형성되어 있으며, 음극인 제2 전극(50)과 전자 수송층(44)간의 접합 계면에서의 에너지 장벽을 낮게 하여 전자 주입 효율을 향상시키는 기능을 수행한다. 이 전자 주입층(45)은 LiF로 구성될 수 있다.The
제2 전극(50)은 전자 주입층(45) 상에 형성되어 있으며, 양극의 기능을 수행하는 제1 전극(30)에 대응하여 음극의 기능 및 발광층(42)으로부터의 광을 기판(10)쪽으로 반사시키는 기능을 수행한다. 이 제2 전극(50)은 알루미늄(Al)으로 구성될 수 있다.The
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 기판(10)과 제1 전극(30)사이에 굴절률 조절층(20)을 삽입함으로써 제1 전극(30)과 기판(10)과의 굴절률 차이로 인해 형성되는 임계각을 늘리고 전반사 효과를 억제하여 발광층(42)에서 발생한 빛을 보다 효과적으로 기판(10)을 통하여 외부로 방출함으로써 소자의 광 출력을 향상시킬 수 있다. 이 굴절률 조절층(20) 표면에는 나노 사이즈의 패싯이 형성되어 있어 광 추출 효율을 극대화할 수 있으며 이와 같은 나노 패싯은 별도의 리소그래피 공정이나 패터닝 공정을 거치지 않고 증착 과정 중에 자발적으로 형성되기 때문에 고효율 유기 발광 다이오드의 제조 비용을 저감할 수 있으며 제조 효율을 향상시킬 수 있게 된다.As described in detail above, according to the present invention, the refractive index difference between the
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 발광 다이오드에 포함된 굴절률 조절층(20)의 증착 온도에 따른 굴절률 특성을 도시한 그래프이다.FIG. 5 is a graph illustrating refractive index characteristics according to deposition temperatures of the refractive
이 경우, 증착 기판(10)으로는 유리 기판(10)을 사용하였으며 75 nm의 두께를 갖는 MgO, 70 nm 두께를 갖는 ZrO2를 기판(10) 상에 증착하여 엘립소미터(elipsometry)를 이용하여 증착 온도에 따른 굴절률을 측정하였다. 엘립소미터는 시편에 입사한 광이 반사되어 생성된 타원 편광의 편광상태를 분석하여 굴절률을 측정하는 방식이다.In this case, the
도 5에 개시된 바와 같이, MgO의 경우 증착 온도에 관계없이 약 1.72 정도의 비교적 일정한 굴절률을 갖는 것을 확인할 수 있다. 반면에 ZrO2의 경우 증착 온도에 따라 굴절률이 점차 증가하였는데 구체적으로 상온(RT)에서 증착한 ZrO2의 경우 굴절률이 1.84이며, 300 ℃에서 증착한 시편의 경우 2.09의 굴절률을 보이고 있다. 이는 일반적으로 알려진 ITO의 굴절률 2.0 보다 작고 유리의 굴절률인 1.5 보다는 큰 값들이다. 따라서 본 발명의 굴절률 조절층(20) 물질인 MgO와 ZrO2가 ITO와 유리 기판(10)의 굴절률 차이를 조절하고 임계각을 증가시켜 효과적으로 광추출 효율을 증가시킬 수 있다.As shown in FIG. 5, it can be seen that MgO has a relatively constant refractive index of about 1.72 regardless of the deposition temperature. On the other hand, in the case of ZrO 2 , the refractive index gradually increased according to the deposition temperature. Specifically, in the case of ZrO 2 deposited at room temperature (RT), the refractive index is 1.84, and the specimen deposited at 300 ° C. has a refractive index of 2.09. These are generally values less than the refractive index 2.0 of ITO and greater than 1.5, the refractive index of glass. Accordingly, MgO and ZrO 2, which are materials of the refractive
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 발광 다이오드에 포함된 굴절률 조절층(20)의 종류에 따른 광 투과도 특성을 도시한 그래프이다.FIG. 6 is a graph illustrating light transmittance characteristics according to the type of the refractive
이 경우, 증착 기판(10)으로는 유리 기판(10)을 사용하였으며 75 nm의 두께를 갖는 MgO와 70 nm의 두께를 갖는 ZrO2를 기판(10) 상에 증착하여 텅스텐-할로겐 램프를 이용하여 증착 온도에 따른 광 투과도를 측정하였다.In this case, the
도 6에 개시된 바와 같이, ZrO2는 가시광선 영역에서 90 % 이상의 높은 광 투과도 특성을 나타내고 있으며, MgO 역시 가시광선 영역에서 90 % 수준의 높은 광 투과도 특성을 나타내고 있다. 구체적으로, 본 발명의 유기 발광 다이오드의 발광물질인 Alq3의 발광영역 520 nm에서 ZrO2와 MgO 각각 92.5 %, 91.2 %의 광 투과도 특성을 나타내고 있다. 따라서 본 발명의 굴절율 조절층 물질인 MgO와 ZrO2의 경우 높은 광 투과도 특성으로 인해 광의 손실 및 흡수 없이 소자의 광추출 효율을 향상시키게 되어 고효율의 유기 발광 다이오드의 제조가 가능하다.As shown in FIG. 6, ZrO 2 exhibits high light transmittance of 90% or more in the visible region, and MgO also exhibits high light transmittance of 90% in the visible region. Specifically, the light transmittance of ZrO 2 and MgO is 92.5% and 91.2%, respectively, in the light emitting region of Alq 3 of the organic light emitting diode of the present invention. Therefore, in the case of MgO and ZrO 2 , which are the refractive index control layer materials of the present invention, the light extraction efficiency of the device can be improved without loss and absorption of light due to the high light transmittance characteristics, thereby making it possible to manufacture high-efficiency organic light emitting diodes.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 발광 다이오드에 포함된 굴절률 조절층(20)인 MgO의 증착 온도에 따른 표면 주사전자 현미경 이미지를 나타낸 것이다.FIG. 7 illustrates a surface scanning electron microscope image according to a deposition temperature of MgO, which is a refractive
이 경우, 증착 기판(10)으로는 유리 기판(10)을 사용하였으며 MgO를 75 nm 두께로 전자선 증착법으로 증착하여 증착 온도에 따른 표면 이미지를 관찰하였다.In this case, the
도 7에 개시된 바와 같이, 전자선 증착법으로 상온(RT)에서 증착한 MgO는 추가적인 표면 처리, 리소그패피 공정 없이 표면에 선명한 나노 패싯 구조가 형성됨을 확인할 수 있다. 증착 온도가 증가함에 따라 표면 나노 패싯 구조는 점차 사라지고 있는데 300 ℃에서 증착된 시편의 경우 나노 패싯 구조가 가장 많이 파괴된 형상을 나타내고 있다. 따라서 상온에서 증착한 MgO가 본 발명의 굴절률 조절층(20)으로 가장 적합함을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 7, it can be seen that MgO deposited at room temperature (RT) by electron beam deposition forms a clear nano facet structure on the surface without additional surface treatment and lithography process. As the deposition temperature increases, the surface nano facet structure gradually disappears. In the case of the specimen deposited at 300 ° C., the nano facet structure shows the most fractured shape. Therefore, it can be confirmed that MgO deposited at room temperature is most suitable as the refractive
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 굴절률 조절층(20)을 포함하는 유기 발광 다이오드의 전류밀도에 따른 휘도 특성을 도시한 그래프이다.8 is a graph illustrating luminance characteristics according to current density of the organic light emitting diode including the refractive
도 8에서, Reference는 본 발명의 굴절률 조절층(20)을 사용하지 않는 경우이고, MgO는 굴절률 조절층(20)으로 75 nm 두께의 MgO만을 사용한 경우이고, MgO/ZrO2는 굴절률 조절층(20)으로 MgO와 ZrO2 모두를 사용한 2층 구조를 적용한 경우이다.In FIG. 8, Reference is a case where the refractive
도 8에서 알 수 있듯이, 굴절률 조절층(20)을 적용한 경우에 보다 향상된 휘도 특성을 나타내고 있다. 보다 구체적으로, 220 mA/cm2의 전류밀도에서 Reference, MgO, MgO/ZrO2의 경우 각각 28750, 31510, 34200 cd/m2의 휘도 특성을 나타내고 있다.As can be seen in FIG. 8, when the refractive
이것은 본 발명의 굴절율 조절층인 MgO가 표면에 나노 패싯 구조를 가지기 때문에 발광층(42)에서 발생한 빛의 방출 확률을 증가시켜 휘도가 증가한 것으로 해석할 수 있다. MgO/ZrO2 구조의 굴절율 조절층을 사용한 경우 ITO와 유리 기판(10) 계면에서의 임계각이 증가하여 더욱더 향상된 휘도 특성을 보이게 된다.This may be interpreted that the luminance is increased by increasing the emission probability of light generated in the
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 굴절률 조절층(20)을 포함하는 유기 발광 다이오드의 전류밀도에 따른 전력 효율 특성을 도시한 그래프이다.9 is a graph illustrating power efficiency characteristics according to current density of the organic light emitting diode including the refractive
도 9에서, Reference는 굴절률 조절층(20)을 사용하지 않은 경우이고, MgO/ZrO2는 굴절률 조절층(20)으로 MgO/ZrO2를 사용한 경우이다. 도 9를 통하여 알 수 있는 바와 같이, 굴절률 조절층(20)을 사용한 경우에 보다 향상된 휘도 특성을 나타내고 있다. 보다 구체적으로, 10 mA/cm2의 전류밀도에서 Reference, MgO/ZrO2의 경우 각각 4.66 lm/W, 6.28 lm/W의 전력 효율 특성을 나타내고 있다. 이를 통하여, 본 발명의 굴절률 조절층(20)인 MgO/ZrO2를 사용하는 경우 소자의 휘도 및 광추출 효율이 향상되어 유기 발광 다이오드의 전력 효율이 향상되는 것을 알 수 있다.In Figure 9, Reference is if it is not using the refractive
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 유기 발광 다이오드를 구성하는 기능층 계면에서의 전반사가 효율적으로 억제되어 광 효율이 향상된 유기 발광 다이오드가 제공되는 효과가 있다.As described in detail above, according to the present invention, total reflection at the functional layer interface constituting the organic light emitting diode is effectively suppressed, thereby providing an organic light emitting diode having improved light efficiency.
또한, 단순한 공정에 의해 제조됨으로써 제조비용이 저감되고 공정 효율이 향상된 유기 발광 다이오드가 제공되는 효과가 있다.In addition, there is an effect that the organic light-emitting diode is improved by manufacturing by a simple process and the manufacturing cost is reduced and the process efficiency is improved.
보다 구체적으로, 본 발명은 자발적으로 형성된 나노 패싯(facet) 구조를 포함하는 굴절률 조절층(20)을 이용하기 때문에, 기존 유기 발광 다이오드에 비해 향상된 광추출 효율 특성의 유기 발광 다이오드가 제공되는 효과가 있다. 즉, 본 발명에서는 굴절률 조절층(20)을 이용하여 기판(10)과 제1 전극(30)의 계면에서의 임계각을 증가시켰으며 나노 패싯 구조를 이용하여 발생한 광의 방출 확률을 증가시켜 소자의 전기적 특성 저하 및 파장 왜곡 없이 높은 광추출 효율의 유기 발광 다이오드를 구현할 수 있다. 특히 본 발명에서의 굴절률 조절층(20)의 경우 추가적인 리소그래피 공정 또는 패터닝 공정 없이 나노 구조의 패싯이 형성되기 때문에 상용화를 목적으로 연구 중에 있는 유기 발광 다이오드로의 적용이 가능하며 산업체에서 일반적으로 사용되고 있는 스퍼터링, 전자선 증착법 등의 이용이 가능하여 대면적, 고효율의 유기 발광 다이오드의 상용화에 중요한 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.
More specifically, since the present invention uses the refractive
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.
Although the technical spirit of the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, the present invention has been described by way of example and is not intended to limit the present invention. In addition, it is obvious that any person skilled in the art may make various modifications and imitations without departing from the scope of the technical idea of the present invention.
10: 기판 20: 굴절률 조절층
21: 제1 굴절률 조절층 22: 제2 굴절률 조절층
30: 제1 전극 40: 유기 화합물층
41: 정공 수송층 42: 발광층
43: 정공 유입 방지층 44: 전자 수송층
45: 전자 주입층 50: 제2 전극10: substrate 20: refractive index control layer
21: first refractive index adjusting layer 22: second refractive index adjusting layer
30: first electrode 40: organic compound layer
41: hole transport layer 42: light emitting layer
43: hole inflow prevention layer 44: electron transport layer
45: electron injection layer 50: second electrode
Claims (12)
상기 굴절률 조절층 상에 형성된 제1 전극;
상기 제1 전극 상에 형성된 유기 화합물층; 및
상기 유기 화합물층 상에 형성된 제2 전극을 포함하고,
상기 굴절률 조절층의 굴절률은 상기 기판의 굴절률보다 크고 상기 제1 전극의 굴절률보다 작은 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드.A refractive index control layer formed on the substrate and composed of one or more layers;
A first electrode formed on the refractive index control layer;
An organic compound layer formed on the first electrode; And
A second electrode formed on the organic compound layer,
The refractive index of the refractive index control layer is greater than the refractive index of the substrate, characterized in that less than the refractive index of the first electrode, the organic light emitting diode.
상기 굴절률 조절층은 상기 유기 화합물층으로부터의 광을 서로 다른 굴절률로 굴절시키는 제1 굴절률 조절층과 제2 굴절률 조절층이 순차적으로 적층되어 이루어진 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드.The method according to claim 1,
The refractive index control layer is an organic light emitting diode, characterized in that the first refractive index control layer and the second refractive index control layer for refracting the light from the organic compound layer at different refractive indexes are sequentially stacked.
상기 제1 굴절률 조절층과 상기 제2 굴절률 조절층 중 적어도 하나의 단면 형상은 불규칙적인 나노 패싯(facet) 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드.The method of claim 2,
The cross-sectional shape of at least one of the first refractive index control layer and the second refractive index control layer has an irregular nano facet structure, the organic light emitting diode.
상기 제1 굴절률 조절층과 상기 제2 굴절률 조절층 중 적어도 하나는 스퍼터링 증착법 또는 전자선 증착법 또는 레이저 증착법에 의해 형성된 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드.The method of claim 3,
At least one of the first refractive index control layer and the second refractive index control layer is formed by a sputtering deposition method, an electron beam deposition method or a laser deposition method, the organic light emitting diode.
상기 제1 굴절률 조절층과 상기 제2 굴절률 조절층 중 적어도 하나는 스퍼터링 증착법 또는 전자선 증착법 또는 레이저 증착법에 의해 자발적으로 나노 패싯(facet) 구조를 형성하는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드.The method of claim 2,
At least one of the first refractive index control layer and the second refractive index control layer is made of a material that spontaneously forms a nano facet structure by sputter deposition, electron beam deposition or laser deposition method, the organic light emitting diode.
상기 제1 굴절률 조절층은 MgO, ZnO, ITO, V2O5, RuO, CuO, SnO2, AgO, WO3 및 TiO2로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드.The method of claim 2,
The first refractive index control layer is MgO, ZnO, ITO, V 2 O 5 , RuO, CuO, SnO 2 , AgO, WO 3 And TiO 2 characterized in that it comprises one or more selected from the group consisting of, organic light emitting diode.
상기 제2 굴절률 조절층은 ZrO2, MgO, ITO, WO3, V2O5, RuO, TiO2, PdO 및 MoO3로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드.The method of claim 2,
The second refractive index control layer comprises at least one selected from the group consisting of ZrO 2 , MgO, ITO, WO 3 , V 2 O 5 , RuO, TiO 2 , PdO and MoO 3 , an organic light emitting diode .
상기 제1 굴절률 조절층의 두께는 50Å 이상 5000Å 이하인 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드.The method of claim 6,
An organic light emitting diode, characterized in that the thickness of the first refractive index control layer is 50 GPa or more and 5000 GPa or less.
상기 제2 굴절률 조절층의 두께는 50Å 이상 5000Å 이하인 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드.The method of claim 7, wherein
An organic light emitting diode, characterized in that the thickness of the second refractive index control layer is 50 kPa or more and 5000 kPa or less.
상기 제1 굴절률 조절층과 상기 제2 굴절률 조절층의 증착 온도는 20℃ 이상 1000℃ 이하인 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드.The method of claim 3,
An organic light emitting diode, characterized in that the deposition temperature of the first refractive index control layer and the second refractive index control layer is 20 ℃ to 1000 ℃.
상기 제1 전극은 양극이고 상기 제2 전극은 음극인 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드.The method of claim 2,
And the first electrode is an anode and the second electrode is a cathode.
상기 기판은 유리 또는 폴리머로 이루어진 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드.
The method of claim 2,
And the substrate is made of glass or polymer.
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