KR101104453B1 - 유기 이엘 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광 효율을 극대화하여 구동 전압의 감소 및 소비 전력을 줄일 수 있으며 편광판을 대체하여 대비비를 증가시킬 수 있는 유기 EL 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서,
본 발명에 따른 유기 EL 소자는 단면이 사다리꼴 형상의 메사 구조를 갖는 투명 기판과, 상기 사다리꼴의 경사면에 적층된 나노 입자층과, 상기 사다리꼴의 상부면에 순차적으로 적층된 유기 발광층 및 음극을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
유기발광, 메사, 나노

Description

유기 이엘 소자 및 그 제조방법{Organic electro-luminescent device and fabricating method for the same}
도 1은 본 발명에 따른 유기 EL 소자의 단면 구조도.
도 2는 유기 발광층에 첨가된 나노 입자에 따른 형광 세기의 변화를 나타낸 그래프.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따른 유기 EL 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
101 : 투명 기판 102 : 투명 전극
103 : 감광막 104 : 나노 입자층
105 : 유기 발광층 106 : 음극
본 발명은 유기 EL 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발광 효율을 극대화하여 구동 전압의 감소 및 소비 전력을 줄일 수 있는 유기 EL 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
현재, 평판표시장치로서 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD)가 주로 사용되고 있으나 액정표시장치는 별도의 광원을 필요로 하는 수광 소자로서 밝기, 시야각 및 대면적화 등에 한계가 있다. 이에, 자기발광, 저전압구동, 경량박형, 광시야각 및 빠른 응답속도 등의 장점을 갖고있는 전계발광소자(Electro-luminescent Display)의 개발이 활발하게 진행되고 있다.
이러한 전계발광소자는 발광층(emitter layer)의 물질에 따라 무기 EL(Electro-Luminescent) 소자와 유기 EL 소자로 구분된다. 이 중에서, 유기 EL 소자는 무기 EL 소자에 비하여 휘도, 구동전압 및 응답속도 특성이 우수하고 다색화가 가능하다는 장점을 가지고 있다.
한편, 유기 EL 소자를 제작함에 있어서 고려해야 할 사항 중의 하나가 아웃풋 커플링(output coupling, I/Io)이다. 유기 EL 소자는 음극(cathode)에서 유기 발광층으로 주입된 전자와 양극(anode)에서 유기 발광층으로 주입된 정공이 유기 발광층에서 전자-정공 쌍을 이루다가 소멸되면서 에너지를 방출하면서 빛을 방출하는데, 아웃풋 커플링(I/Io)이란 최초의 빛 중 양극 및 투명 기판을 거치면서 잃게 되는 빛의 양을 뺀 값 즉, 순수하게 투명 기판을 빠져나온 빛의 양(I)의 최초 빛의 양(Io)에 대한 비(I/Io)이다.
통상의 유기 EL 소자는, 유기 발광층으로부터 출력되는 빛의 양을 100%라 할 때, 이 빛은 양극을 통과하면서 약 51% 정도의 빛이 웨이브 가이딩(waveguiding)되어 손실되고 그 나머지의 빛은 투명 기판을 통과하면서 약 31.5% 정도가 웨이브 가이딩되거나 기판 측면으로 유실된다. 최종적으로 유기 발광층에서 나온 빛의 약 17.5% 만이 외부로 출력됨에 따라 유기 EL 소자의 발광 효율이 극히 떨어짐을 알 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 발광 효율을 극대화하여 구동 전압의 감소 및 소비 전력을 줄일 수 있는 유기 EL 소자 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기 EL 소자는 단면이 사다리꼴 형상의 메사 구조를 갖는 투명 기판과, 상기 사다리꼴의 경사면에 적층된 나노 입자층과, 상기 사다리꼴의 상부면에 순차적으로 적층된 유기 발광층 및 음극을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 나노 입자층은 100∼400nm 정도의 두께를 갖는다.
바람직하게는, 상기 나노 입자층은 나노 크기의 금, 은, TiO2, CdS, CdSe 를 포함한다.
바람직하게는, 상기 나노 입자층은 콜로이드 형태로 구성된다.
본 발명에 따른 유기 EL 소자의 제조방법은 투명 기판 상에 투명 전극을 적층하는 단계와, 상기 투명 전극 상에 감광막을 도포하고 선택적으로 패터닝하여 식각, 제거될 대상의 투명 전극을 노출시키는 단계와, 상기 패터닝된 감광막을 이용하여 상기 투명 전극을 식각, 제거하여 투명 기판을 노출시키는 단계와, 상기 패터닝된 감광막 및 투명 전극을 식각 마스크로 이용하여 상기 노출된 투명 기판을 소정 두께만큼 식각, 제거하여 단면이 사다리꼴 형상을 갖는 메사 구조의 투명 기판을 형성하는 단계와, 상기 사다리꼴의 경사면에 나노 입자층을 적층하는 단계와, 상기 사다리꼴의 상부면에 유기 발광층, 음극을 순차적으로 적층하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징에 따르면, 기본적으로 메사 구조를 채택하고 사다리꼴 사이의 경사면에 금, 은, TiO2, CdS, CdSe 등으로 구성되는 나노 입자층을 구성시킴에 따라 유기 발광층으로부터 생성되는 빛이 전반사되는 것을 최소화하여 유기 발광층의 발광 효율을 증진시킬 수 있으며 또한, 형광 세기를 증가시킬 수 있게 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 유기 EL 소자를 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명에 따른 유기 EL 소자의 단면 구조도이다.
먼저, 도 1에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 유기 EL 소자는 기본적으로 메사(mesa) 구조를 채택한다. 즉, 양극(anode)(102), 유기 발광층(105), 음극(cathode)(106) 등이 순차적으로 적층되는 투명 기판(101)(101)이 사다리꼴 형상을 이룬다. 상기 투명 기판(101) 상에 형성되는 사다리꼴 형상은 상기 투명 기판(101) 상에 일정 간격을 두고 반복적으로 배치되며 상기 순차적으로 적층되는 양극(102), 유기 발광층(105), 음극(106)은 상기 각각의 사다리꼴의 상부면에 형성된다.
상기 투명 기판(101) 상에 복수의 사다리꼴 형상이 패터닝되어 있음에 따라 각각의 사다리꼴 사이에는 소정의 경사각을 갖는 경사면이 존재한다. 상기 각각의 경사면에는 본 발명의 핵심 구성 요소인 나노(nano) 입자층(104)이 적층되어 있다. 상기 나노 입자층(104)은 유기 발광층(105)으로부터 생성되는 빛이 전반사되는 것을 최소화하여 상기 유기 발광층(105)의 발광 효율을 증진시키고 형광 세기를 증가시키는 역할을 수행하는 것으로서, 100∼400nm 정도의 두께로 적층되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 나노 입자층(104)의 구성 물질은 나노 크기의 금, 은, TiO2, CdS, CdSe 이 바람직하며 상기 금, 은, TiO2, CdS, CdSe의 나노 입자들은 콜로이드(colloid) 형태로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 나노 입자층(104)은 전술한 바와 같은 유기 발광층(105)의 발광 효율 향상 이외에 입자 크기 및 입자 종류를 제어하여 가시광선을 흡수하는 역할을 수행하여 궁극적으로 유기 EL 소자에 있어서 편광판을 대체할 수 있다. 도면에 도시하지 않았지만, 상기 나노 입자층(104) 상에는 소정의 절연 물질로 구성되는 분리막(separator)이 형성될 수 있다.
한편, 상기 나노 입자층(104)의 형광 세기 증가 효과에 대한 실험 결과를 제 시하면 다음과 같다. 도 2는 유기 발광층에 첨가된 나노 입자에 따른 형광 세기의 변화를 나타낸 그래프로서, 유기 발광층(100mg)에 나노 크기의 금(Au)을 콜로이드 형태로 첨가하여 파장에 따른 형광 세기의 변화를 도시한 것이다. 도 2에 도시한 바와 같이 나노 입자의 첨가에 따라 형광 세기가 다양하게 변화하며 특히, 약 0.9ml 의 나노 입자층을 첨가했을 때 형광 세기가 가장 세짐을 알 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 유기 EL 소자의 제조방법을 설명하면 다음과 같다. 도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따른 유기 EL 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
먼저, 도 3a에 도시한 바와 같이 투명 기판(101) 예를 들어, 유리 기판을 준비하고 상기 투명 기판(101)의 전면 상에 투명 전극(102)을 적층한다. 상기 투명 전극(102)으로는 ITO(Indium Tin Oxide) 등이 사용될 수 있다. 이어, 상기 기판 전면 상에 감광막(103)을 도포하고 포토리소그래피 공정을 이용하여 상기 감광막(103)을 선택적으로 패터닝한다. 이에 따라, 식각, 제거될 대상의 투명 전극(102)이 노출된다. 이와 같은 상태에서 도 3b에 도시한 바와 같이 소정의 식각 용액을 이용하여 상기 노출된 투명 전극(102)을 선택적으로 식각하여 제거하여 투명 기판(101)을 노출시킨다. 그런 다음, 상기 패터닝된 감광막(103) 및 투명 전극(102)을 식각 마스크로 이용하여 상기 투명 기판(101)을 소정 두께만큼 식각 제거한다. 여기서, 상기 투명 전극(102)의 식각 및 투명 기판(101)의 식각은 동일 챔버 내에서 인-시츄(in-situ) 공정으로 진행시킬 수 있으며 단지 식각 용액만을 달리하면 된다. 이에 따라, 상기 투명 기판(101)은 사다리꼴 형상 즉, 메사(mesa) 구조를 갖게 된다.
상기 투명 기판(101)이 메사 구조로 패터닝된 상태에서 도 3c에 도시한 바와 같이 상기 감광막(103)을 제거한 후 상기 사다리꼴 사이의 경사면 상에 나노 입자층(104)을 적층한다. 여기서, 상기 나노 입자층(104)은 100∼400nm 정도의 두께로 적층되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 나노 입자층(104)의 구성 물질은 나노 크기의 금, 은, TiO2, CdS, CdSe 이 바람직하며 상기 금, 은, TiO2, CdS, CdSe 의 나노 입자들은 콜로이드(colloid) 형태로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 콜로이드를 선택적으로 원하는 부분에 코팅하기 위해 화학적 전처리를 하는 것도 가능하다. 상기 나노 입자층(104)은 전술한 바와 같이, 유기 발광층(105)으로부터 생성되는 빛이 전반사되는 것을 최소화하여 상기 유기 발광층(105)의 발광 효율을 증진시키고 형광 세기를 증가시키는 역할을 수행한다.
이어, 도 3d에 도시한 바와 같이 상기 투명 전극(102) 상에 유기 발광층(105) 및 음극(106)을 순차적으로 적층시키면 본 발명에 따른 유기 EL 소자의 제조공정은 완료된다.
본 발명에 따른 유기 EL 소자 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
기본적으로 메사 구조를 채택하고 사다리꼴 사이의 경사면에 금, 은, TiO2, CdS, CdSe 등으로 구성되는 나노 입자층을 구성시킴에 따라 유기 발광층으로부터 생성되는 빛이 전반사되는 것을 최소화하여 유기 발광층의 발광 효율을 증진시킬 수 있으며 또한, 형광 세기를 증가시킬 수 있게 된다.

Claims (8)

  1. 단면이 사다리꼴 형상의 메사 구조를 갖는 투명 기판;
    상기 사다리꼴의 경사면에 적층된 나노 입자층;
    상기 사다리꼴의 상부면에 순차적으로 적층된 유기 발광층 및 음극을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 나노 입자층은 100∼400nm 정도의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 나노 입자층은 나노 크기의 금, 은, TiO2, CdS, CdSe 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 나노 입자층은 콜로이드 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  5. 투명 기판 상에 투명 전극을 적층하는 단계;
    상기 투명 전극 상에 감광막을 도포하고 선택적으로 패터닝하여 식각, 제거될 대상의 투명 전극을 노출시키는 단계;
    상기 패터닝된 감광막을 이용하여 상기 투명 전극을 식각, 제거하여 투명 기판을 노출시키는 단계;
    상기 패터닝된 감광막 및 투명 전극을 식각 마스크로 이용하여 상기 노출된 투명 기판을 소정 두께만큼 식각, 제거하여 단면이 사다리꼴 형상을 갖는 메사 구조의 투명 기판을 형성하는 단계;
    상기 사다리꼴의 경사면에 나노 입자층을 적층하는 단계;
    상기 사다리꼴의 상부면에 유기 발광층, 음극을 순차적으로 적층하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 나노 입자층은 100∼400nm 정도의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자의 제조방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 나노 입자층은 나노 크기의 금, 은, TiO2, CdS, CdSe 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자의 제조방법.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 나노 입자층은 콜로이드 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자의 제조방법.
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