KR101519317B1 - 온도센서 및 그 제조방법 - Google Patents

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김태환
전영표
최용훈
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Abstract

온도센서 및 그 제조방법을 제공한다. 온도센서는 지연형광물질을 포함하는 유기발광층을 포함하는 센서부, 상기 센서부의 하부에 위치하며, 외부온도를 상기 센서부에 전달하는 온도전달부, 상기 센서부의 상부에 위치하는 상부 전극, 상기 센서부의 하부에 위치하되, 상기 온도전달부와 이격하여 위치하는 제2 전극, 상기 제2 전극의 하부에 위치하며, 상기 유기발광층에서 방출된 광량을 측정하는 광량측정부 및 상기 온도 전달 부 및 상기 제2 전극 사이에 위치하여 상기 온도전달부로부터 상기 제2 전극으로의 온도 전달을 차단하는 온도차단부를 포함한다. 따라서, 지연형광을 이용한 광량의 변화를 이용하여 온도를 측정함으로써, 향상된 민감도를 갖는 온도센서를 제공할 수 있다.

Description

온도센서 및 그 제조방법{Temperature sensor and method of manufacturing the same}
본 발명은 온도센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 지연형광을 이용한 광량의 변화를 이용하여 온도를 측정할 수 있는 온도센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
재료나 전자 소자가 온도에 따라 전기특성이 변화는 것을 이용하는 것이 온도센서이다.
검출 온도 영역, 검출 정밀도, 온도 특성, 양산성 및 신뢰성과 같은 면에서 사용목적에 알맞는 온도센서를 사용하는 것이 일반적이다.
온도 센서의 종류로 접촉식으로는 저항온도센서, 서미스터, 열전대, 바이메탈이 있고, 비접촉식으로는 방사온도계, 광고온도계가 많이 쓰이고 있다.
온도 센서는 크게 접촉식과 비접촉식으로 나누게 된다. 접촉식에 경우 온도를 측정하는 정밀성에서 높지만 직접 온도를 측정해야 하는 부분과 접촉을 해야 되기 때문에 사용할 수 있는 범위가 한정적이고, 비접촉식의 경우 다양하게 응용하여 사용할 수 있지만 그 정밀성과 신뢰성에서 문제를 가지고 있다.
따라서, 종래 센서들과 비교하여 간단한 공정과 낮은 비용으로 높은 민간도의 온도 센서를 연구할 필요가 있다.
대한민국 공개특허 제10-1998-042672호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 지연형광을 이용한 광량의 변화를 이용하여 온도를 측정할 수 있는 온도센서 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 온도센서를 제공한다. 상기 온도센서는 지연형광물질을 포함하는 유기발광층을 포함하는 센서부, 상기 센서부의 하부에 위치하며, 외부온도를 상기 센서부에 전달하는 온도전달부, 상기 센서부의 상부에 위치하는 제1 전극, 상기 센서부의 하부에 위치하되, 상기 온도전달부와 이격하여 위치하는 제2 전극, 상기 제2 전극의 하부에 위치하며, 상기 유기발광층에서 방출된 광량을 측정하는 광량측정부 및 상기 온도전달부 및 상기 제2 전극 사이에 위치하여 상기 온도전달부로부터 상기 제2 전극으로의 온도 전달을 차단하는 온도차단부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 온도전달부를 통해 전달되는 온도에 따라 상기 유기발광층에서 방출되는 광량이 변화되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지연형광물질은 SnF2-Copro III, SnF2-Meso IX, SnF2-Hemato IX, SnF2-Proto IX, SnF2-OEP, SnF2-Etiol, 2CzPN, 4CzIPN, 4CzPN, 4CzTPN, 4CzTPN-Me, 4CzTPN-Ph, PXZ-OXD, 2PXZ-OXD, PXZ-TAZ 및 2PXZ-TAZ로 구성된 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 유기발광층은 호스트 물질 및 도판트 물질을 포함하고, 상기 지연형광물질은 도판트 물질일 수 있다.
상기 호스트 물질은 지연형광물질이 아닌 유기발광물질인 것을 특징으로 한다. 이때의 유기발광물질은 tris(8-hydroxyquinolinato)aluminium (Alq3), 9,10-Di(2-naphthyl)anthracene (ADN), 2-tert-butyl-9,10-di 2- naphthylanthracene (TBADN), (ter(9,9-diarylfluorene) (TDAF), 2-methyl-9,10-di-(2- naphthyl)anthracene (MADN), 3,3'-dibromo-9,9'-spirobifluorene-2,2'-diamine (BSBF), 2,2-bis[4-(4-aminophenoxy)phenyll hexafluoropropane (4-BDAF), 1,3,5-tris(1-pyrenyl]benzene (TPB3), 9,9-Bis[4-(pyrenyl)phenyl]-9H-fluorene (BPPF), N',N'',N'''-tris(pyrid-3-ylmethyl)-1,3,5-benzenetricarboxamide (TPBA), 2,7-Dipyrenyl-9,9-spirobifluorene (Spiro-Pye), 1,4-Di(pyren-1-yl)benzene (p-Bpye), 1,3-Di(pyren-1-yl)benzene (m-Bpye), 6,13-Di-biphenyl-4-yl-pentacene (DBpenta), 3,9-Di(naphthalen-2-yl)perylene and 3,10-di(naphthalen- 2-yl) perylene mixture (DNP), 1,1'-(2,5-Dimethyl-1,4-phenylene)dipyrene (DMPPP), Tris[4-(pyrenyl)-phenyl]amine (TPyPA), 10,10'-Di(biphenyl-4-yl)-9,9'-bianthracene (BANE), N,N'-Di-(1-naphthalenyl)-N,N'-diphenyl-[1,1':4',1'':4'',1'''- quaterphenyl]-4,4'''-diamine (4P-NPB), 4,4'-Di[10-(naphthalen-1-yl)anthracen-9-yl]biphenyl (BUBH-3), Dibenzo{[f,f']-4,4',7,7'-tetraphenyl}diindeno[1,2,3-cd:1',2',3'-lm]perylene (DBP), 1-(7-(9,9'-Bianthracen-10-yl)-9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl)pyrene (BAnFPye), 3-(2-Benzothiazolyl)-7-(diethylamino)coumarin (Coumarin 6), 2,3,6,7-Tetrahydro-1,1,7,7,-tetramethyl-1H ,5H ,11H -10-(2-benzothiazolyl)quinolizino[9,9a ,1gh ]coumarin (C545T), N,N'-Dimethyl-quinacridone (DMQA), 9,10-Bis[N,N-di-(p-tolyl)-amino]anthracene (TTPA), 9,10-Bis[phenyl(m-tolyl)-amino]anthracene (TPA), N10,N10,N10',N10'-Tetra-tolyl-9,9'-bianthracene-10,10'-diamine (BA-TTB), N10,N10,N10',N10'-Tetraphenyl-9,9'-bianthracene-10,10'-diamine (BA-TAD), N10,N10'-Diphenyl-N10,N10'-dinaphthalenyl-9,9'-bianthracene-10,10'-diamine (BA-NPB), 4,4'-Bis(9-ethyl-3-carbazovinylene)-1,1'-biphenyl (BCzVBi), Perylene, 2,5,8,11-Tetra-tert-butylperylene (TBPe), 1,4-Bis[2-(3-N-ethylcarbazoryl)vinyl]benzene (BCzVB), 4,4'-Bis[4-(di-p-tolylamino)styryl]biphenyl (DPAVBi), 4-(Di-p-tolylamino)-4'-[(di-p-tolylamino)styryl]stilbene (DPAVB), 4,4'-Bis[4-(diphenylamino)styryl]biphenyl (BDAVBi), N,N'-Bis(naphthalen-2-yl)-N,N'-bis(phenyl)-tris-(9,9-dimethylfluorenylene) (BNP3FL), 2,7-Bis{2-[phenyl(m-tolyl)amino]-9,9-dimethyl-fluorene-7-yl}-9,9-dimethyl-fluorene (MDP3FL), N-(4-((E)-2-(6-((E)-4-(Diphenylamino)styryl)naphthalen-2-yl)vinyl)phenyl)-N-phenylbenzenamine (N-BDAVBi), 2,7-Bis[4-(diphenylamino)styryl]-9,9-spirobifluorene (Spiro-BDAVBi), 6-Methyl-2-(4-(9-(4-(6-methylbenzo[d ]thiazol-2-yl) phenyl)anthracen-10-yl)phenyl)benzo[d ]thiazole (DBzA), 1-4-Di-[4-(N,N -diphenyl)amino]styryl-benzene (DSA-Ph), 1,4-Bis(4-(9H-carbazol-9-yl)styryl)benzene (BCzSB), (E)-6-(4-(Diphenylamino)styryl)-N,N-diphenylnaphthalen-2-amine (DPASN), Bis(2-(2-hydroxyphenyl)-pyridine)beryllium (Bepp2), (E)-2-(2-(4-(Dimethylamino)styryl)-6-methyl-4H -pyran-4- ylidene)malononitrile (DCM), 4-(Dicyanomethylene)-2-methyl-6-julolidyl-9-enyl-4H - pyran (DCM2), 4-(Dicyanomethylene)-2-methyl-6-(1,1,7,7- tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H -pyran (DCJT), 4-(dicyanomethylene)-2-tert-butyl-6-(1,1,7,7-tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H-pyran (DCJTB), 5,6,11,12-Tetraphenylnaphthacene (Rubrene), (E)-2-(2-tert-Butyl-6-(2-(2,6,6-trimethyl-2,4,5,6- tetrahydro-1H-pyrrolo[3,2,1-ij]quinolin-8-yl)vinyl)-4H-pyran-4-ylidene)malononitrile (DCQTB), Tris(2,4,6-trimethyl-3-(pyridin-3-yl)phenyl)borane (3TPYMB), Diphenyl-4-triphenylsilylphenyl-phosphine oxide (TSPO1), Di-[4-(N,N -di-p -tolyl-amino)-phenyl]cyclohexane (TAPC), 9-(3-(9H -Carbazol-9-yl)phenyl)-3-(diphenylphosphoryl)-9H -carbazole (mCPP01), 1,3-Bis(carbazol-9-yl)benzene (mCP), 3,5-Di(9H -carbazol-9-yl)biphenyl (Ph-mCP), 4,4'-Bis(carbazol-9-yl)biphenyl (CBP), 2,2',7,7'-Tetrakis(carbazol-9-yl)-9,9-spirobifluorene (Spiro-CBP), 및 2,2',2"-(1,3,5-Benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole) (TPBi)로 구성된 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 유기발광층은 호스트 물질 및 도판트 물질을 포함하고, 상기 지연형광물질은 호스트 물질일 수 있다.
이때의 도판트 물질은 지연형광물질이 아닌 유기발광물질인 것을 특징으로 한다. 상기 유기발광물질은 tris(8-hydroxyquinolinato)aluminium (Alq3), 9,10-Di(2-naphthyl)anthracene (ADN), 2-tert-butyl-9,10-di 2- naphthylanthracene (TBADN), (ter(9,9-diarylfluorene) (TDAF), 2-methyl-9,10-di-(2- naphthyl)anthracene (MADN), 3,3'-dibromo-9,9'-spirobifluorene-2,2'-diamine (BSBF), 2,2-bis[4-(4-aminophenoxy)phenyll hexafluoropropane (4-BDAF), 1,3,5-tris(1-pyrenyl]benzene (TPB3), 9,9-Bis[4-(pyrenyl)phenyl]-9H-fluorene (BPPF), N',N'',N'''-tris(pyrid-3-ylmethyl)-1,3,5-benzenetricarboxamide (TPBA), 2,7-Dipyrenyl-9,9-spirobifluorene (Spiro-Pye), 1,4-Di(pyren-1-yl)benzene (p-Bpye), 1,3-Di(pyren-1-yl)benzene (m-Bpye), 6,13-Di-biphenyl-4-yl-pentacene (DBpenta), 3,9-Di(naphthalen-2-yl)perylene and 3,10-di(naphthalen- 2-yl) perylene mixture (DNP), 1,1'-(2,5-Dimethyl-1,4-phenylene)dipyrene (DMPPP), Tris[4-(pyrenyl)-phenyl]amine (TPyPA), 10,10'-Di(biphenyl-4-yl)-9,9'-bianthracene (BANE), N,N'-Di-(1-naphthalenyl)-N,N'-diphenyl-[1,1':4',1'':4'',1'''- quaterphenyl]-4,4'''-diamine (4P-NPB), 4,4'-Di[10-(naphthalen-1-yl)anthracen-9-yl]biphenyl (BUBH-3), Dibenzo{[f,f']-4,4',7,7'-tetraphenyl}diindeno[1,2,3-cd:1',2',3'-lm]perylene (DBP), 1-(7-(9,9'-Bianthracen-10-yl)-9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl)pyrene (BAnFPye), 3-(2-Benzothiazolyl)-7-(diethylamino)coumarin (Coumarin 6), 2,3,6,7-Tetrahydro-1,1,7,7,-tetramethyl-1H ,5H ,11H -10-(2-benzothiazolyl)quinolizino[9,9a ,1gh ]coumarin (C545T), N,N'-Dimethyl-quinacridone (DMQA), 9,10-Bis[N,N-di-(p-tolyl)-amino]anthracene (TTPA), 9,10-Bis[phenyl(m-tolyl)-amino]anthracene (TPA), N10,N10,N10',N10'-Tetra-tolyl-9,9'-bianthracene-10,10'-diamine (BA-TTB), N10,N10,N10',N10'-Tetraphenyl-9,9'-bianthracene-10,10'-diamine (BA-TAD), N10,N10'-Diphenyl-N10,N10'-dinaphthalenyl-9,9'-bianthracene-10,10'-diamine (BA-NPB), 4,4'-Bis(9-ethyl-3-carbazovinylene)-1,1'-biphenyl (BCzVBi), Perylene, 2,5,8,11-Tetra-tert-butylperylene (TBPe), 1,4-Bis[2-(3-N-ethylcarbazoryl)vinyl]benzene (BCzVB), 4,4'-Bis[4-(di-p-tolylamino)styryl]biphenyl (DPAVBi), 4-(Di-p-tolylamino)-4'-[(di-p-tolylamino)styryl]stilbene (DPAVB), 4,4'-Bis[4-(diphenylamino)styryl]biphenyl (BDAVBi), N,N'-Bis(naphthalen-2-yl)-N,N'-bis(phenyl)-tris-(9,9-dimethylfluorenylene) (BNP3FL), 2,7-Bis{2-[phenyl(m-tolyl)amino]-9,9-dimethyl-fluorene-7-yl}-9,9-dimethyl-fluorene (MDP3FL), N-(4-((E)-2-(6-((E)-4-(Diphenylamino)styryl)naphthalen-2-yl)vinyl)phenyl)-N-phenylbenzenamine (N-BDAVBi), 2,7-Bis[4-(diphenylamino)styryl]-9,9-spirobifluorene (Spiro-BDAVBi), 6-Methyl-2-(4-(9-(4-(6-methylbenzo[d ]thiazol-2-yl) phenyl)anthracen-10-yl)phenyl)benzo[d ]thiazole (DBzA), 1-4-Di-[4-(N,N -diphenyl)amino]styryl-benzene (DSA-Ph), 1,4-Bis(4-(9H-carbazol-9-yl)styryl)benzene (BCzSB), (E)-6-(4-(Diphenylamino)styryl)-N,N-diphenylnaphthalen-2-amine (DPASN), Bis(2-(2-hydroxyphenyl)-pyridine)beryllium (Bepp2), (E)-2-(2-(4-(Dimethylamino)styryl)-6-methyl-4H -pyran-4- ylidene)malononitrile (DCM), 4-(Dicyanomethylene)-2-methyl-6-julolidyl-9-enyl-4H - pyran (DCM2), 4-(Dicyanomethylene)-2-methyl-6-(1,1,7,7- tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H -pyran (DCJT), 4-(dicyanomethylene)-2-tert-butyl-6-(1,1,7,7-tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H-pyran (DCJTB), 5,6,11,12-Tetraphenylnaphthacene (Rubrene), 및 (E)-2-(2-tert-Butyl-6-(2-(2,6,6-trimethyl-2,4,5,6- tetrahydro-1H-pyrrolo[3,2,1-ij]quinolin-8-yl)vinyl)-4H-pyran-4-ylidene)malononitrile (DCQTB)로 구성된 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 유기발광층은 다층 구조일 수 있다.
상기 온도센서부는 상기 유기발광층 상부에 위치하는 전자수송층 및 상기 유기발광층 하부에 위치하는 정공수송층을 더 포함할 수 있다.
상기 정공수송층은 N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidine (NPB), N,N'-Bis(naphthalen-2-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidine (β-NPB), N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidine (TPD), N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-2,7-diamino-9,9-spirobifluorene (Spiro-TPD), N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-2,7-diamino-9,9-spirobifluorene (Spiro-NPB), N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-2,7-diamino-9,9-dimethyl-fluorene (DMFL-TPD), N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-2,7-diamino-9,9-dimethyl-fluorene (DMFL-NPB), N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N' -bis(phenyl)-2,7-diamino-9,9-diphenyl-fluorene (DPFL-TPD), N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-2,7-diamino-9,9-diphenyl-fluorene (DPFL-NPB), N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-2,2'- dimethylbenzidine (α-NPD), 2,2',7,7'-Tetrakis(N,N-diphenylamino)-2,7-diamino-9,9-spirobifluorene (Spiro-TAD), 9,9-Bis[4-(N,N-bis-naphthalen-2-yl-amino)phenyl]-9H-fluorene (NPAPF), 9,9-Bis[4-(N-naphthalen-1-yl-N-phenylamino)-phenyl]-9H-fluorene (NPBAPF), 2,2',7,7'-Tetrakis[N-naphthalenyl(phenyl)-amino]-9,9-spirobifluorene (Spiro-2NPB), N,N'-Bis(phenanthren-9-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidine (PAPB), 2,2'-Bis[N,N-bis(biphenyl-4-yl)amino]-9,9-spirobifluorene (2,2'-Spiro-DBP), 2,2'-Bis(N,N-di-phenyl-amino)-9,9-spirobifluorene (Spiro-BPA), Di-[4-(N,N-di-p-tolyl-amino)-phenyl]cyclohexane (TAPC), 2,2',7,7'-Tetra(N,N-di-p-tolyl)amino-9,9-spirobifluorene (Spiro-TTB), N,N,N',N'-Tetra-naphthalen-2-yl-benzidine (β-TNB), N,N,N',N'-Tetra-(3-methylphenyl)-3,3'-dimethylbenzidine (HMTPD), N,N' -Di(naphthalenyl)-N,N'-di(naphthalen-2-yl)-benzidine (α, β-TNB), N,N,N',N' -Tetra-naphthalen-2-yl-benzidine (β-TNB), N,N'-Di(naphthalen-2-yl)-N,N'-diphenylbenzene-1,4-diamine (β- NPP), Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS), Poly(9-vinylcarbazole) (PVK), WO3, NiO2, Mo 및 MoO3로 구성된 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 전자수송층은 C60, C70, PCBM(C60), PCBM(C70), PCBM(C75), PCBM(C80), Liq, 2,2',2"-(1,3,5-Benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole) (TPBi), 2-(4-Biphenyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole (PBD), 2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (BCP), 4,7-Diphenyl-1,10-phenanthroline (Bphen), Bis(2-methyl-8-quinolinolate)-4-(phenylphenolato) aluminium (BAlq), 1,3-Bis[2-(2,2'-bipyridine-6-yl)-1,3,4-oxadiazo-5-yl]benzene (Bpy-OXD), 6,6'-Bis[5-(biphenyl-4-yl)-1,3,4-oxadiazo-2-yl]-2,2'-bipyridyl (BP-OXD-Bpy), 3-(4-Biphenyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole (TAZ), 4-(Naphthalen-1-yl)-3,5-diphenyl-4H-1,2,4-triazole (NTAZ), 2,9-Bis(naphthalen-2-yl)-4,7-diphenyl-1,10- phenanthroline (NBphen), 2,7-Bis[2-(2,2'-bipyridine-6-yl)-1,3,4-oxadiazo-5-yl]-9,9- dimethylfluorene (Bpy-FOXD), Tris(2,4,6-trimethyl-3-(pyridin-3-yl)phenyl)borane (3TPYMB), 1-Methyl-2-(4-(naphthalen-2-yl)phenyl)-1H-imidazo[4,5f] [1,10]phenanthroline (2-NPIP), 2-(Naphthalen-2-yl)-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (HNBphen), Phenyl-dipyrenylphosphine oxide (POPy2), 3,3',5,5'-Tetra[(m-pyridyl)-phen-3-yl]biphenyl (BP4mPy), 1,3,5-Tri[(3-pyridyl)-phen-3-yl]benzene (TmPyPB) 및 4,4'-Bis(4,6-diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)biphenyl (BTB)로 구성된 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 광량측정부는 상기 발광층에서 발광된 광량의 변화량에 따라 온도를 결정하는 것을 특징으로 한다.
상기 온도전달부는 PET(polyethyleneterephthalate), PS(Polystyrene), PI(Polyimide), PVC(Polyvinylchloride), PVP(Polyvinylpyrolidon) 및 PE(Polyethlyene)로 구성된 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 유기물 기판인 온도센서.
또한, 상기 온도전달부는 Al, Au, Ag, Cu, Pt, W, Ni, Zn, Ti, Zr, Hf, Cd 및 Pd로 구성된 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 전도성 박막기판일 수 있다.
상기 제1 전극은 Al, Au, Ag, Cu, Pt, W, Ni, Zn, Ti, Zr, Hf, Cd 및 Pd로 구성된 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 전극은 투명전극일 수 있다. 이때의 상기 제2 전극은 ITO, Al-doped ZnO(AZO), Ga-doped ZnO(GZO), In,Ga-doped ZnO(IGZO), Mg-doped ZnO(MZO), Mo-doped ZnO, Al-doped MgO, Ga-doped MgO, F-doped SnO2, Nb-doped TiO2 및 CuAlO2로 구성된 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 전극 및 제2 전극은 그래핀, CNT 및 C60를 포함할 수 있다.
상기 제1 전극 및 제2 전극은 CuAlO2/Ag/CuAlO2, ITO/Ag/ITO, ZnO/Ag/ZnO, ZnS/Ag/ZnS, TiO2/Ag/TiO2, ITO/Au/ITO, WO3/Ag/WO3 또는 MoO3/Ag/MoO3의 다층구조일 수 있다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 온도센서 제조방법을 제공한다. 상기 온도센서 제조방법은 제1 전극 기판을 준비하는 단계, 상기 제1 전극 기판 상에 지연형광물질을 포함하는 유기발광층을 포함하는 센서부를 형성하는 단계, 상기 센서부 상의 일부 영역에 외부온도를 상기 센서부에 전달하는 온도전달부를 형성하는 단계, 상기 센서부 상에 형성하되, 상기 온도전달부의 측부에 인접하여 온도차단부를 형성하는 단계, 상기 센서부 상에 형성하되, 상기 온도전달부와 이격되어 위치하면서 상기 온도차단부의 측부에 인접하도록 제2 전극을 형성하는 단계 및 상기 제2 전극 상에 유기발광층에서 방출된 광량을 측정하는 광량측정부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이때의 온도차단부는 상기 온도전달부로부터 상기 제2 전극으로의 온도 전달을 차단할 수 있다.
또한, 상기 온도전달부를 통해 전달되는 온도에 따라 상기 유기발광층에서 방출되는 광량이 변화되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지연형광물질은 SnF2-Copro III, SnF2-Meso IX, SnF2-Hemato IX, SnF2-Proto IX, SnF2-OEP, SnF2-Etiol, 2CzPN, 4CzIPN, 4CzPN, 4CzTPN, 4CzTPN-Me, 4CzTPN-Ph, PXZ-OXD, 2PXZ-OXD, PXZ-TAZ 및 2PXZ-TAZ로 구성된 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 센서부를 형성하는 단계는, 상기 제1 전극 기판 상에 전자수송층을 형성하는 단계, 상기 전자수송층 상에 지연형광물질을 포함하는 유기발광층을 형성하는 단계 및 상기 유기발광층 상에 정공수송층을 형성하는 단계 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 지연형광을 이용한 광량의 변화를 이용하여 온도를 측정함으로써, 향상된 민감도를 갖는 온도센서를 제공할 수 있다.
또한, 지연형광물질을 호스트에 도핑하거나, 지연형광물질을 호스트로 하여 유기발광물질을 도핑하여 유기발광층을 형성함으로써, 지연형광물질 단일층에 비하여 보다 민감도가 향상된 온도센서를 제공할 수 있다.
또한, 이러한 온도센서는 간단한 공정과 낮은 비용으로 높은 민감도의 온도 센서를 제작할 수 있다.
또한, 투명한 온도전달부 및 투명전극을 활용하여 투명한 형태의 온도 센서를 제공할 수 있다.
또한, 센서부 물질을 유기물로 사용하기 때문에 플렉서블한 상태의 소자를 구현할 수 있다.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서의 개략단면도이다.
도 2는 센서부의 개략단면도이다.
도 3은 지연형광을 이용한 지연형광을 이용한 온도센서의 구동원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 지연형광을 이용한 지연형광을 이용한 온도센서의 구동원리를 설명하기 위한 다른 개념도이다.
도 5 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 11은 본 발명에 따른 온도센서의 센서부의 발광세기 변화를 측정한 그래프이다.
도 12는 본 발명에 따른 온도센서의 센서부의 발광세기 변화를 측정한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서의 개략단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서는 센서부(100), 온도전달부(200), 제1 전극(300), 제2 전극(400), 광량측정부(500) 및 온도차단부(600)를 포함할 수 있다.
센서부(100)는 지연형광물질을 포함하는 유기발광층을 포함할 수 있다. 따라서, 후술하는 온도전달부(200)를 통해 전달되는 온도에 따라 상기 유기발광층에서 방출되는 광량이 변화된다.
즉, 유기발광층에 지연형광물질을 포함하고 있는 바, 외부의 온도가 유기발광층에 전달될 경우, 이러한 외부의 온도에 의해 지연형광의 재계간전이 효율이 변화하여 유기발광층에서 방출되는 광량이 변화하게 된다. 즉, 유기발광층의 발광효율이 변화하게 된다. 따라서, 이러한 유기발광층의 광량 또는 발광효율의 변화를 후술하는 광량측정부(500)를 통해 측정하여 온도의 변화를 감지할 수 있다. 예컨대, 광량측정부(500)를 통해 측정되는 광량의 변화량을 기설정된 기준에 대응시켜 온도 변화를 알 수 있다.
예를 들어, 이러한 지연형광물질은 SnF2-Copro III, SnF2-Meso IX, SnF2-Hemato IX, SnF2-Proto IX, SnF2-OEP, SnF2-Etiol, 2CzPN, 4CzIPN, 4CzPN, 4CzTPN, 4CzTPN-Me, 4CzTPN-Ph, PXZ-OXD, 2PXZ-OXD, PXZ-TAZ 및 2PXZ-TAZ로 구성된 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
한편, 유기발광층은 지연형광물질로만 단일층으로 사용할 수 있으나, 보다 높은 민감도의 온도 센서를 제공하기 위하여 유기발광층은 호스트 물질 및 도판트 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 지연형광물질은 호스트 물질 또는 도판트 물질이 되고, 지연형광물질이 아닌 유기발광물질을 도판트 물질 또는 호스트 물질로 하여 유기발광층을 형성할 수 있다.
이때의 두 종류의 물질을 호스트 물질과 도판트 물질로 정의하는 기준은 에너지 밴드갭 크기로서, 에너지 밴드갭이 상대적으로 큰 물질이 호스트 물질이 될 것이고, 에너지 밴드갭이 상대적으로 작은 물질이 도판트 물질이 될 것이다.
따라서, 지연형광물질(도판트)을 지연형광물질이 아닌 유기발광물질(호스트)에 도핑하여 유기발광층을 구성할 경우, 지연형광물질만으로 유기발광층을 구성한 경우 보다 높은 발광 세기를 나타낼 수 있고, 온도 민감도를 향상시킬 수 있다.
또한, 지연형광물질을 호스트로 사용하여 지연형광물질이 아닌 유기발광물질(도판트)을 도핑하여 유기발광층을 구성하는 경우, 지연형광물질의 에너지가 효과적으로 유기발광물질(도판트)에 전이가 되는 바, 발광 세기와 발광 파장을 조절할 수 있다.
예를 들어, 상기 유기발광층은 호스트 물질 및 도판트 물질을 포함하고, 지연형광물질은 도판트 물질일 수 있다. 그리고, 상기 호스트 물질은 지연형광물질이 아닌 유기발광물질일 수 있다. 이때의 유기발광물질은 Alq3, ADN, TBADN, TDAF, MADN, BSBF, 4-BDAF, TPB3, BPPF, TPBA, Spiro-Pye, p-Bpye, m-Bpye, DBpenta, DNP, DMPPP, TPyPA, BANE, 4P-NPB, BUBH-3, DBP, BAnFPye, Coumarin 6, C545T, DMQA, TTPA, TPA, BA-TTB, BA-TAD, BA-NPB, BCzVBi, Perylene, TBPe, BCzVB, DPAVBi, DPAVB, FIrPic, BDAVBi, BNP3FL, MDP3FL, N-BDAVBi, Spiro-BDAVBi, DBzA, DSA-Ph, BCzSB, DPASN, Bepp2, DCM, DCM2, DCJT, DCJTB, Rubrene, DCQTB, 3TPYMB, TSPO1, TAPC, mCPP01, Ph-mCP, CBP, Spiro-CBP 및 TPBi로 구성된 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
다른 예를 들어, 상기 유기발광층은 호스트 물질 및 도판트 물질을 포함하고, 상기 지연형광물질은 호스트 물질일 수 있다. 그리고, 상기 도판트 물질은 지연형광물질이 아닌 유기발광물질일 수 있다. 이때의 유기발광물질은 Alq3, ADN, TBADN, TDAF, MADN, DPVBi, BSBF, 4-BDAF, TPB3, BPPF, TPBA, Spiro-Pye, p-Bpye, m-Bpye, DBpenta, DNP, DMPPP, TPyPA, BANE, 4P-NPB, BUBH-3, DBP, BAnFPye, Coumarin 6, C545T, DMQA, TTPA, TPA, BA-TTB, BA-TAD, BA-NPB, BCzVBi, Perylene, TBPe, BCzVB, DPAVBi, DPAVB, BDAVBi, BNP3FL, MDP3FL, N-BDAVBi, Spiro-BDAVBi, DBzA, DSA-Ph, BCzSB, DPASN, Bepp2, DCM, DCM2, DCJT, DCJTB, Rubrene 및 DCQTB로 구성된 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
이와 관련하여 유기발광층의 호스트물질 및 도판트 물질의 조합예로 하기 표 1과 같이 구성할 수 있다.
호스트 물질 도판트 물질
호스트: 유기발광물질
도판트: 지연형광물질		 UGH3 2CzPN
mCP 4CzIPN
TPBi 2PXZ-OXD
CBP 4CzTPN-Ph
호스트: 지연형광물질
도판트: 유기발광물질		 2CzPN MADN
4CzIPN Alq3
2PXZ-OXD Rubrene
4CzTPN-Ph DCM
또한, 이러한 유기발광층(300)은 다층구조로 형성할 수 도 있다. 예컨대, 이종의 지연형광물질층을 다층으로 적층한 구조일 수 있다.
한편, 센서부(100)는 유기발광층에 전자수송층 및 정공수송층을 더 포함할 수 있다. 이러한 정공 수송층과 전자 수송층을 사용하여 전계에 의해 소자가 구동 될 때 가해지는 전압을 낮추는 역할을 한다.
이와 관련하여 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 센서부의 개략단면도이다. 도 2를 참조하면, 온도센서부(100)는 유기발광층(110), 이러한 유기발광층(110) 상부에 위치하는 전자수송층(120) 및 상기 유기발광층(110) 하부에 위치하는 정공수송층(130)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 정공수송층(130)은 NPB, β-NPB, TPD, Spiro-TPD, Spiro-NPB, DMFL-TPD, DMFL-NPB, DPFL-TPD, DPFL-NPB, α-NPD, Spiro-TAD, BPAPF, NPAPF, NPBAPF, Spiro-2NPB, PAPB, 2,2'-Spiro-DBP, Spiro-BPA, TAPC, Spiro-TTB, β-TNB, HMTPD, α,β-TNB, β-TNB, β- NPP, PEDOT: PSS, PVK, WO3, NiO2, Mo 및 MoO3로 구성된 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 전자수송층(120)은 C60, C70, PCBM(C60), PCBM(C70), PCBM(C75), PCBM(C80), Liq, TPBi, PBD, BCP, Bphen, BAlq, Bpy-OXD, BP-OXD-Bpy, TAZ, NTAZ, NBphen, Bpy-FOXD, 3TPYMB, 2-NPIP, HNBphen, POPy2, BP4mPy, TmPyPB 및 BTB로 구성된 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
따라서, 전자수송층(120) 및 정공수송층(130)을 도입함으로써, 발광효율을 증가시켜, 외부 온도변화에 따른 유기발광층(110)에서 방출되는 광량의 변화비를 증가시킬 수 있는 바, 온도센서의 민감도를 보다 향상시킬 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 온도전달부(200)는 센서부(100)의 하부에 위치하며, 외부온도를 상기 센서부(100)에 전달한다. 예를 들어, 이러한 온도전달부(200)은 센서부(100)의 하부의 일부 영역에 위치할 수 있다.
따라서, 이러한 온도전달부(200)은 외부온도의 전달 역할을 할 수 있도록 전도성 물질을 포함하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 온도전달부(200)는 PET(polyethyleneterephthalate), PS(Polystyrene), PI(Polyimide), PVC(Polyvinylchloride), PVP(Polyvinylpyrolidon) 및 PE(Polyethlyene)로 구성된 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 유기물 기판일 수 있다. 이러한 유기물 기판을 사용할 경우, 플렉서블한 소자를 제작할 수 있는 장점이 있다.
다른 예를 들어, 온도전달부(200)는 Al, Au, Ag, Cu, Pt, W, Ni, Zn, Ti, Zr, Hf, Cd 및 Pd로 구성된 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 전도성 금속기판일 수 있다. 이때의 금속기판은 얇은 두께로 형성된 박막기판일 수 있다. 따라서, 온도전달부(200)의 두께를 얇은 형태로 제작하여 플렉서블한 소자에 적용할 수 있다. 또한, 온도전달부(200)는 전도성 투명 소재를 사용할 수 있고, 이 경우 투명 소자에 적용할 수 있다.
제1 전극(300)은 상기 센서부(100)의 상부에 위치할 수 있다.
예를 들어, 이러한 제1 전극(300)은 Al, Au, Ag, Cu, Pt, W, Ni, Zn, Ti, Zr, Hf, Cd 및 Pd로 구성된 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
다른 예를 들어, 제1 전극(300)은 그래핀, CNT 및 C60를 포함할 수 있다.
또 다른 예를 들어, 제1 전극(300)은 CuAlO2/Ag/CuAlO2, ITO/Ag/ITO, ZnO/Ag/ZnO, ZnS/Ag/ZnS, TiO2/Ag/TiO2, ITO/Au/ITO, WO3/Ag/WO3 또는 MoO3/Ag/MoO3 의 다층구조일 수 있다.
제2 전극(400)은 상기 센서부(100)의 하부에 위치하되, 상기 온도전달부(200)와 이격하여 위치할 수 있다. 이러한 제2 전극(400)은 센서부(100)의 유기발광층에서 발광된 광이 통과하여 후술하는 광량측정부(500)에 도달하도록 투과율이 높은 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 이러한 제2 전극(400)은 ITO, Al-doped ZnO(AZO), Ga-doped ZnO(GZO), In,Ga-doped ZnO(IGZO), Mg-doped ZnO(MZO), Mo-doped ZnO, Al-doped MgO, Ga-doped MgO, F-doped SnO2, Nb-doped TiO2 및 CuAlO2로 구성된 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
다른 예를 들어, 이러한 제2 전극(400)은 그래핀, CNT 및 C60를 포함할 수 있다.
또 다른 예를 들어, 이러한 제2 전극(400)은 CuAlO2/Ag/CuAlO2, ITO/Ag/ITO, ZnO/Ag/ZnO, ZnS/Ag/ZnS, TiO2/Ag/TiO2, ITO/Au/ITO, WO3/Ag/WO3 또는 MoO3/Ag/MoO3 의 다층구조일 수 있다.
광량측정부(500)는 상기 제2 전극(400)의 하부에 위치하며, 상기 유기발광층(도 2의 110)에서 방출된 광량을 측정한다. 따라서, 광량측정부(500)는 유기발광층(도 2의 110)에서 발광된 광량의 변화량에 따라 온도를 결정할 수 있다. 즉, 센서부(110)에서 방출된 광량의 변화를 통해 외부온도의 변화를 감지할 수 있다.
예컨대, 이러한 광량측정부(500)는 공지된 다양한 광검출기(photodetector)를 이용할 수 있다.
이러한 광검출기는 제2 전극(400)의 하부에 박막형태로 위치함으로써 플렉서블 소자를 구현할 수 있다.
예를 들어, 광검출기는 PEDOT:PSS/P3HT/PCBM/Al의 구조의 박막형태의 광측정 소자를 사용할 수 있다.
온도차단부(600)는 온도전달부(200) 및 제2 전극(400) 사이에 위치하여 상기 온도전달부(200)로부터 제2 전극(400)으로의 온도 전달을 차단한다. 또한, 제2 전극(400)의 하부에 광량측정부(500)가 위치하므로, 온도차단부(600)는 온도전달부(200)로부터 광량측정부(500)로의 온도 전달도 차단될 것이다.
따라서, 온도차단부(600)는 온도전달을 차단할 수 있도록 절연물질로 구성하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 온도차단부(600)는 스티로폼, 섬유 소재, 에어로젤과 같은 비금속 물질 또는 비금속 물질 코팅 소재를 사용할 수 있다.
따라서, 제1 전극 및 제2 전극에 전압을 인가한 상태에서 센서부의 발광층에서 광이 방출되고, 발광층으로부터 방출된 광을 광량측정부에서 감지하게 된다. 그리고 온도전달부로부터 전달되는 외부온도가 변하게 되면 발광층의 재계간전이 효율이 변화되고, 방출되는 광량이 변화하게 된다. 따라서, 이러한 변화된 광량을 광량측정부에서 감지함으로써, 광량의 변화를 이용하여 온도의 변화를 측정할 수 있다.
도 3은 지연형광을 이용한 지연형광을 이용한 온도센서의 구동원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 유기발광층으로 지연형광물질을 사용하는 경우이다.
도 3을 참조하면, 기저상태 (ground state; S0)에서 일중항 상태 (singlet state; S1)로 여기된 전자는 다시 S0 상태로 안정화 되기 전에 계간전이(청색 점선)을 통해 삼중항 상태(triplet state; T1)로 이동된다.
일반적으로 T1 상태의 여기된 상태의 전자는 열화 되거나 소멸되는데 유기물 중 T1 상태와 S1 상태의 에너지 차이를 조절할 경우 T1의 전자가 재계간전이(적색 점선)를 일으켜 S1 상태로 이동하여 안정화 되어 발광하며, 이 발광 과정을 지연형광이라 한다.
이때의 재계간전이 효율은 T1 상태와 S1 상태의 에너지 차이와 관련 있고, 외부에 온도에 의해서 그 효율이 변화한다.
따라서, 지연형광물질을 유기발광층으로 이용함으로써, 외부의 온도변화에 따라 재계간전이 효율이 변화되고 이에 따라 변화하는 발광효율을 이용하여 외부온도를 감지할 수 있다.
도 4는 지연형광을 이용한 온도센서의 구동원리를 설명하기 위한 다른 개념도이다.
도 4는 호스트 물질로 지연형광물질을 이용하고, 도판트 물질로 지연형광물질이 아닌 유기발광물질을 이용한 경우이다.
도 4를 참조하면, 호스트의 지연형광의 원리에 대한 설명은 도 3에서 이미 상술한 바 생략한다. 도 4는 지연형광물질이 호스트이고 지연형광물질이 아닌 유기발광물질이 도판트인 경우로서, 호스트 물질은 외부에서 전달된 온도에 의해 재계간전이 효율이 변화하면서 발광되는 광량이 변화한다. 이때 호스트 물질에서 방출된 광은 도판트 물질에 에너지가 전이(Energy transition)되고, 도판트 물질에서는 전달받은 에너지를 통해 다시 광(light)을 방출하게 된다. 결국 도판트 물질에서 방출되는 광량의 변화를 광량측정부에서 측정하게 된다.
따라서, 이 경우, 다양한 도펀트를 사용함으로써 발광 세기와 발광 파장을 조절할 수 있는 장점이 있다.
도 5 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 5를 참조하면, 제1 전극(300)을 소자 공정을 위한 기판(300)으로 준비한다. 예를 들어, Al 금속호일(Al metal foil)을 제1 전극 기판으로 준비할 수 있다. 이때, 제1 전극기판 상에 유기물을 진공증착하기 위해 세정 공정과 건조 공정을 수행할 수 있다.
도 6을 참조하면, 그 다음에 상기 제1 전극 기판(300) 상에 지연형광물질을 포함하는 유기발광층을 포함하는 센서부(100)를 형성할 수 있다. 따라서, 지연형광물질을 포함함으로써 후술하는 온도전달부(200)를 통해 전달되는 온도에 따라 상기 유기발광층에서 방출되는 광량이 변화되는 것을 특징으로 한다.
예를 들어, 유기발광층은 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, Langmuir-Blodgett (LB)법, 스프레이 코팅법, 딥코팅법, 그래비어 코팅법, 리버스 오프셋 코팅법, 스크린 프린팅법, 슬롯-다이 코팅법 및 노즐프린팅법 등과 같은 공지된 다양한 방법 중에서 임의로 선택된 방법에 따라 형성될 수 있다.
이때의 지연형광물질은 SnF2-Copro III, SnF2-Meso IX, SnF2-Hemato IX, SnF2-Proto IX, SnF2-OEP, SnF2-Etiol, 2CzPN, 4CzIPN, 4CzPN, 4CzTPN, 4CzTPN-Me, 4CzTPN-Ph, PXZ-OXD, 2PXZ-OXD, PXZ-TAZ 및 2PXZ-TAZ로 구성된 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 유기발광층은 호스트 물질 및 도판트 물질을 포함하고, 지연형광물질은 도판트 물질일 수 있다. 그리고, 상기 호스트 물질은 지연형광물질이 아닌 유기발광물질일 수 있다. 이때의 유기발광물질은 Alq3, ADN, TBADN, TDAF, MADN, BSBF, 4-BDAF, TPB3, BPPF, TPBA, Spiro-Pye, p-Bpye, m-Bpye, DBpenta, DNP, DMPPP, TPyPA, BANE, 4P-NPB, BUBH-3, DBP, BAnFPye, Coumarin 6, C545T, DMQA, TTPA, TPA, BA-TTB, BA-TAD, BA-NPB, BCzVBi, Perylene, TBPe, BCzVB, DPAVBi, DPAVB, FIrPic, BDAVBi, BNP3FL, MDP3FL, N-BDAVBi, Spiro-BDAVBi, DBzA, DSA-Ph, BCzSB, DPASN, Bepp2, DCM, DCM2, DCJT, DCJTB, Rubrene, DCQTB, 3TPYMB, TSPO1, TAPC, mCPP01, Ph-mCP, CBP, Spiro-CBP 및 TPBi로 구성된 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
다른 예를 들어, 상기 유기발광층은 호스트 물질 및 도판트 물질을 포함하고, 상기 지연형광물질은 호스트 물질일 수 있다. 그리고, 상기 도판트 물질은 지연형광물질이 아닌 유기발광물질일 수 있다. 이때의 유기발광물질은 Alq3, ADN, TBADN, TDAF, MADN, DPVBi, BSBF, 4-BDAF, TPB3, BPPF, TPBA, Spiro-Pye, p-Bpye, m-Bpye, DBpenta, DNP, DMPPP, TPyPA, BANE, 4P-NPB, BUBH-3, DBP, BAnFPye, Coumarin 6, C545T, DMQA, TTPA, TPA, BA-TTB, BA-TAD, BA-NPB, BCzVBi, Perylene, TBPe, BCzVB, DPAVBi, DPAVB, BDAVBi, BNP3FL, MDP3FL, N-BDAVBi, Spiro-BDAVBi, DBzA, DSA-Ph, BCzSB, DPASN, Bepp2, DCM, DCM2, DCJT, DCJTB, Rubrene 및 DCQTB로 구성된 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
한편, 이러한 센서부(100)를 형성하는 단계는 소자의 발광효율을 높이기 위해 유기물 보조층(정공수송층 및 전자수송층)을 유기발광층과 함께 증착할 수 있다.
예를 들어, 센서부(100)를 형성하는 단계는, 상기 제1 전극 기판(100) 상에 전자수송층을 형성하는 단계, 상기 전자수송층 상에 지연형광물질을 포함하는 유기발광층을 형성하는 단계 및 상기 유기발광층 상에 정공수송층을 형성하는 단계 포함할 수 있다.
이러한 전자수송층 및 정공수송층은 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, Langmuir-Blodgett (LB)법, 스프레이 코팅법, 딥코팅법, 그래비어 코팅법, 리버스 오프셋 코팅법, 스크린 프린팅법, 슬롯-다이 코팅법 및 노즐프린팅법 등과 같은 공지된 다양한 방법 중에서 임의로 선택된 방법에 따라 형성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 센서부(100) 상의 일부 영역에 외부온도를 상기 센서부(100)에 전달하는 온도전달부(200)를 형성할 수 있다.
온도전달부(200)는 공지된 다양한 증착법을 이용하여 형성할 수 있다. 예를 들어, Shadow mask를 사용하여 센서부(100) 상의 일부 영역에 온도전달부(200)인 Ag층을 증착할 수 있다.
도 8을 참조하면, 센서부(100) 상에 형성하되, 상기 온도전달부(200)의 측부에 인접하여 온도차단부(600)를 형성할 수 있다.
예를 들어, Shadow mask를 사용하여 센서부(100) 상에 상기 온도전달부(200)의 측부에 인접하여 절연체를 진공증착할 수 있다.
따라서, 이러한 온도차단부(600)는 온도전달부(200)로부터 후술하는 제2 전극(400)으로의 온도 전달을 차단할 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 센서부(100) 상에 형성하되, 상기 온도전달부(200)와 이격되어 위치하면서 상기 온도차단부(600)의 측부에 인접하도록 제2 전극(400)을 형성할 수 있다. 즉, 온도차단부(600)가 온도전달부(200)와 제2 전극(400) 사이에 위치함으로써 온도전달부(200)로부터 외부온도가 직접 제2 전극(400)으로 전달되지 않게 된다.
제2 전극(400)은 진공 증착법, 스퍼터링(sputtering)법, 기상증착법 또는 이온빔 증착법을 사용하여 형성될 수 있다.
예를 들어, 센서부(100) 상에 Shadow mask를 사용하여 상기 온도전달부(200)와 이격되어 위치하면서 상기 온도차단부(600)의 측부에 인접하는 영역에 전극물질을 진공 증착하여 제2 전극(400)을 형성할 수 있다.
도 10을 참조하면, 제2 전극(400) 상에 센서부(100)의 유기발광층에서 방출된 광량을 측정하는 광량측정부(500)를 형성할 수 있다.
이러한 광량측정부(500)는 용액 공정을 수행하여 제2 전극(400) 상에 형성할 수 있다.
예컨대, PEDOT:PSS/P3HT/PCBM/Al의 유기물 광검출 소자를 광량측정부(500)로 사용할 수 있다.
도 11은 본 발명에 따른 온도센서의 센서부의 발광세기 변화를 측정한 그래프이다.
도 11을 참조하면, 센서부의 유기발광층을 지연형광물질 단일로 사용한 경우(제조예 1)와 지연형광물질을 도판트로 하여 호스트에 도핑하여 사용한 경우(제조예 2)의 발광 세기 변화를 측정하였다.
제조예 1의 경우 N-메틸-2-피롤리돈(N-Methyl-2-pyrrolidone) 용매에 TADF 지연형광물질을 녹인 후, 파장(Wavelength)에 따른 PL 강도(PL intensity)를 측정하였고, 도 11의 녹색선이 그 결과이다.
제조예 2의 경우 N-메틸-2-피롤리돈(N-Methyl-2-pyrrolidone) 용매에 EBCz-ThX 호스트 물질과 TADF 지연형광물질을 녹인 후, 파장(Wavelength)에 따른 PL 강도(PL intensity)를 측정하였고, 도 11의 빨간선이 그 결과이다.
따라서, 지연형광물질 단일층을 사용하는 것보다 지연형광물질을 호스트 물질에 도핑하여 사용하는 경우 보다 높은 발광 세기를 나타냄을 알 수 있고, 보다 높은 민감도의 온도센서를 제조할 수 있음을 알 수 있다.
도 12는 본 발명에 따른 온도센서의 센서부의 발광세기 변화를 측정한 그래프이다.
도 12를 참조하면, 센서부의 유기발광층을 지연형광물질 단일로 사용한 경우(제조예 1)와 지연형광물질을 호스트로 하여 유기발광물질을 도핑하여 사용한 경우(제조예 3)의 발광 세기 변화를 측정하였다.
제조예 1의 경우 N-메틸-2-피롤리돈(N-Methyl-2-pyrrolidone) 용매에 TADF 지연형광물질을 녹인 후, 파장(Wavelength)에 따른 PL 강도(PL intensity)를 측정하였고, 도 12의 녹색선이 그 결과이다.
제조예 3의 경우 N-메틸-2-피롤리돈(N-Methyl-2-pyrrolidone) 용매에 TADF 호스트 물질과 Red Flourescence 도판트 물질을 녹인 후, 파장(Wavelength)에 따른 PL 강도(PL intensity)를 측정하였고, 도 12의 파란선이 그 결과이다.
도 12를 참조하면, 지연형광물질을 호스트로 사용하여 유기발광물질을 도핑하는 경우 지연형광층의 에너지가 효과적으로 유기발광물질에 전이가 되어 발광 세기와 발광 파장을 조절 할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명에 따르면, 지연형광을 이용한 광량의 변화를 이용하여 온도를 측정함으로써, 향상된 민감도를 갖는 온도센서를 제공할 수 있다.
또한, 지연형광물질을 호스트에 도핑하거나, 지연형광물질을 호스트로 하여 유기발광물질을 도핑하여 유기발광층을 형성함으로써, 지연형광물질 단일층에 비하여 보다 민감도가 향상된 온도센서를 제공할 수 있다.
또한, 이러한 온도센서는 간단한 공정과 낮은 비용으로 높은 민감도의 온도 센서를 제작할 수 있다.
또한, 투명한 온도전달부 및 투명전극을 활용하여 투명한 형태의 온도 센서를 제공할 수 있다.
또한, 센서부 물질을 유기물로 사용하기 때문에 플렉서블한 상태의 소자를 구현할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100: 센서부 110: 유기발광층
120: 정공수송층 130: 전자수송층
200: 온도전달부 300: 제1 전극
400: 제2 전극 500: 광량측정부
600: 온도차단부

Claims (25)

  1. 지연형광물질을 포함하는 유기발광층을 포함하는 센서부;
    상기 센서부의 하부에 위치하며, 외부온도를 상기 센서부에 전달하는 온도전달부;
    상기 센서부의 상부에 위치하는 제1 전극;
    상기 센서부의 하부에 위치하되, 상기 온도전달부와 이격하여 위치하는 제2 전극;
    상기 제2 전극의 하부에 위치하며, 상기 유기발광층에서 방출된 광량을 측정하는 광량측정부; 및
    상기 온도전달부 및 상기 제2 전극 사이에 위치하여 상기 온도전달부로부터 상기 제2 전극으로의 온도 전달을 차단하는 온도차단부를 포함하는 온도센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 온도전달부를 통해 전달되는 온도에 따라 상기 유기발광층에서 방출되는 광량이 변화되는 것을 특징으로 하는 온도센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지연형광물질은 SnF2-Copro III, SnF2-Meso IX, SnF2-Hemato IX, SnF2-Proto IX, SnF2-OEP, SnF2-Etiol, 2CzPN, 4CzIPN, 4CzPN, 4CzTPN, 4CzTPN-Me, 4CzTPN-Ph, PXZ-OXD, 2PXZ-OXD, PXZ-TAZ 및 2PXZ-TAZ로 구성된 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 온도센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유기발광층은 호스트 물질 및 도판트 물질을 포함하고,
    상기 지연형광물질은 도판트 물질인 것을 특징으로 하는 온도센서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 호스트 물질은 지연형광물질이 아닌 유기발광물질인 것을 특징으로 하는 온도센서.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 유기발광물질은 Alq3, ADN, TBADN, TDAF, MADN, BSBF, 4-BDAF, TPB3, BPPF, TPBA, Spiro-Pye, p-Bpye, m-Bpye, DBpenta, DNP, DMPPP, TPyPA, BANE, 4P-NPB, BUBH-3, DBP, BAnFPye, Coumarin 6, C545T, DMQA, TTPA, TPA, BA-TTB, BA-TAD, BA-NPB, BCzVBi, Perylene, TBPe, BCzVB, DPAVBi, DPAVB, FIrPic, BDAVBi, BNP3FL, MDP3FL, N-BDAVBi, Spiro-BDAVBi, DBzA, DSA-Ph, BCzSB, DPASN, Bepp2, DCM, DCM2, DCJT, DCJTB, Rubrene, DCQTB, 3TPYMB, TSPO1, TAPC, mCPP01, Ph-mCP, CBP, Spiro-CBP 및 TPBi로 구성된 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 온도센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유기발광층은 호스트 물질 및 도판트 물질을 포함하고,
    상기 지연형광물질은 호스트 물질인 것을 특징으로 하는 온도센서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 도판트 물질은 지연형광물질이 아닌 유기발광물질인 것을 특징으로 하는 온도센서.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 유기발광물질은 Alq3, ADN, TBADN, TDAF, MADN, DPVBi, BSBF, 4-BDAF, TPB3, BPPF, TPBA, Spiro-Pye, p-Bpye, m-Bpye, DBpenta, DNP, DMPPP, TPyPA, BANE, 4P-NPB, BUBH-3, DBP, BAnFPye, Coumarin 6, C545T, DMQA, TTPA, TPA, BA-TTB, BA-TAD, BA-NPB, BCzVBi, Perylene, TBPe, BCzVB, DPAVBi, DPAVB, BDAVBi, BNP3FL, MDP3FL, N-BDAVBi, Spiro-BDAVBi, DBzA, DSA-Ph, BCzSB, DPASN, Bepp2, DCM, DCM2, DCJT, DCJTB, Rubrene 및 DCQTB로 구성된 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 온도센서.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 유기발광층은 다층 구조인 온도센서.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 센서부는 상기 유기발광층 상부에 위치하는 전자수송층 및 상기 유기발광층 하부에 위치하는 정공수송층을 더 포함하는 온도센서.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 정공수송층은 NPB, β-NPB, TPD, Spiro-TPD, Spiro-NPB, DMFL-TPD, DMFL-NPB, DPFL-TPD, DPFL-NPB, α-NPD, Spiro-TAD, BPAPF, NPAPF, NPBAPF, Spiro-2NPB, PAPB, 2,2'-Spiro-DBP, Spiro-BPA, TAPC, Spiro-TTB, β-TNB, HMTPD, α,β-TNB, β-TNB, β- NPP, PEDOT: PSS, PVK, WO3, NiO2, Mo 및 MoO3로 구성된 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 온도센서.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 전자수송층은 C60, C70, PCBM(C60), PCBM(C70), PCBM(C75), PCBM(C80), Liq, TPBi, PBD, BCP, Bphen, BAlq, Bpy-OXD, BP-OXD-Bpy, TAZ, NTAZ, NBphen, Bpy-FOXD, 3TPYMB, 2-NPIP, HNBphen, POPy2, BP4mPy, TmPyPB 및 BTB로 구성된 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 온도센서.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 광량측정부는 상기 발광층에서 발광된 광량의 변화량에 따라 온도를 결정하는 것을 특징으로 하는 온도센서.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 온도전달부는 PET(polyethyleneterephthalate), PS(Polystyrene), PI(Polyimide), PVC(Polyvinylchloride), PVP(Polyvinylpyrolidon) 및 PE(Polyethlyene)로 구성된 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 유기물 기판인 온도센서.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 온도전달부는 Al, Au, Ag, Cu, Pt, W, Ni, Zn, Ti, Zr, Hf, Cd 및 Pd로 구성된 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 전도성 박막기판인 온도센서.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극은 Al, Au, Ag, Cu, Pt, W, Ni, Zn, Ti, Zr, Hf, Cd 및 Pd로 구성된 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 온도센서.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극은 투명전극인 온도센서.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극은 ITO, Al-doped ZnO(AZO), Ga-doped ZnO(GZO), In,Ga-doped ZnO(IGZO), Mg-doped ZnO(MZO), Mo-doped ZnO, Al-doped MgO, Ga-doped MgO, F-doped SnO2, Nb-doped TiO2 및 CuAlO2로 구성된 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 온도센서.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 제2 전극은 그래핀, CNT 및 C60를 포함하는 온도센서.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 제2 전극은 CuAlO2/Ag/CuAlO2, ITO/Ag/ITO, ZnO/Ag/ZnO, ZnS/Ag/ZnS, TiO2/Ag/TiO2, ITO/Au/ITO, WO3/Ag/WO3 또는 MoO3/Ag/MoO3 의 다층구조인 온도센서.
  22. 제1 전극 기판을 준비하는 단계;
    상기 제1 전극 기판 상에 지연형광물질을 포함하는 유기발광층을 포함하는 센서부를 형성하는 단계;
    상기 센서부 상의 일부 영역에 외부온도를 상기 센서부에 전달하는 온도전달부를 형성하는 단계;
    상기 센서부 상에 형성하되, 상기 온도전달부의 측부에 인접하여 온도차단부를 형성하는 단계;
    상기 센서부 상에 형성하되, 상기 온도전달부와 이격되어 위치하면서 상기 온도차단부의 측부에 인접하도록 제2 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 전극 상에 유기발광층에서 방출된 광량을 측정하는 광량측정부를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 온도차단부는 상기 온도전달부로부터 상기 제2 전극으로의 온도 전달을 차단하는 온도센서 제조방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 온도전달부를 통해 전달되는 온도에 따라 상기 유기발광층에서 방출되는 광량이 변화되는 것을 특징으로 하는 온도센서 제조방법.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 지연형광물질은 SnF2-Copro III, SnF2-Meso IX, SnF2-Hemato IX, SnF2-Proto IX, SnF2-OEP, SnF2-Etiol, 2CzPN, 4CzIPN, 4CzPN, 4CzTPN, 4CzTPN-Me, 4CzTPN-Ph, PXZ-OXD, 2PXZ-OXD, PXZ-TAZ 및 2PXZ-TAZ로 구성된 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 온도센서 제조방법.
  25. 제22항에 있어서,
    상기 센서부를 형성하는 단계는,
    상기 제1 전극 기판 상에 전자수송층을 형성하는 단계;
    상기 전자수송층 상에 지연형광물질을 포함하는 유기발광층을 형성하는 단계; 및
    상기 유기발광층 상에 정공수송층을 형성하는 단계 포함하는 온도센서 제조방법.
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