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KR101248904B1 - 유기 발광 소자, 유기 발광 소자를 포함하는 조명 장치, 및 유기 발광 소자를 포함하는 디스플레이 장치 - Google Patents

유기 발광 소자, 유기 발광 소자를 포함하는 조명 장치, 및 유기 발광 소자를 포함하는 디스플레이 장치 Download PDF

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KR101248904B1
KR101248904B1 KR1020100101466A KR20100101466A KR101248904B1 KR 101248904 B1 KR101248904 B1 KR 101248904B1 KR 1020100101466 A KR1020100101466 A KR 1020100101466A KR 20100101466 A KR20100101466 A KR 20100101466A KR 101248904 B1 KR101248904 B1 KR 101248904B1
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KR
South Korea
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microlens array
light emitting
organic light
electrode
substrate
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유승협
고태욱
최정민
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한국과학기술원
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Abstract

본 발명의 일 측면에 의하면, 기판; 상기 기판 상에 위치하는 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 위치하는 유기 발광층; 상기 유기 발광층 상에 위치하는 제2 전극; 및 상기 기판과 상기 제1 전극 사이에 구비되고, 상기 기판의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는 제1 마이크로렌즈 어레이;를 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.

Description

유기 발광 소자, 유기 발광 소자를 포함하는 조명 장치, 및 유기 발광 소자를 포함하는 디스플레이 장치{Organic light emitting device, lighting equipment comprising the same, and organic light emitting apparatus comprising the same}
본 발명은 유기 발광 소자, 유기 발광 소자를 포함하는 조명 장치, 및 유기 발광 소자를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외부 광 추출 효율이 향상된 유기 발광 소자, 유기 발광 소자를 포함하는 조명 장치, 및 유기 발광 소자를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부 및 한국과학기술원 산학협력단의 전자정보디바이스산업원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다. [과제관리번호: 10035573-2010-01, 과제명: 디스플레이 구조 혁신을 통한 선택적 투명 디스플레이 연구]
또한, 본 발명은 교육과학기술부 및 한국과학기술원 산학협력단의 기초연구사업(선도연구센터육성사업)의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다. [과제관리번호: 20100009867, 과제명: 플렉시블 투명 유기발광 소자의 특성 향상 연구]
유기 발광 소자는 서로 대향하는 두 전극 사이에 유기 발광층을 위치시켜, 한쪽 전극에서 주입된 전자와 다른 쪽 전극에서 주입된 정공이 유기 발광층에서 결합하고, 이때의 결합을 통해 발광층의 발광 분자가 여기 된 후 기저 상태로 돌아가면서 방출되는 에너지를 빛으로 발광시키는 발광 소자이다.
유기 발광 소자의 발광층에서 발광되는 빛은 일반적으로 발광층 내 모든 방향으로 방사될 수 있는데, 일정 임계각 이상의 각도로 방사되는 빛은 전반사 현상에 의하여 소자 내부에 갇히게 되어 소자의 외부로 방출되지 못하는 문제점이 있다. 이 때문에 유기 발광 소자의 발광층 내에서 생성된 총 광자(photon) 수 대비 소모되지 않고 실제 관측자에게 도달하는 광자 수의 비율, 즉, 외부 광 추출 효율(Outcoupling Efficiency;ηout)은, 유기 발광 소자를 구성하는 각 층의 굴절률의 값에 따라 차이가 있을 수 있지만, 통상적으로 대략 15~20% 미만에 그치고 있는 실정이다.
유기 발광 소자의 외부 광 추출 효율은 전반적인 외부 양자 효율 및 전력 효율을 제한하고, 외부 양자 효율이나 전력 효율은 유기 발광 소자의 전체적인 전력 소모량을 결정하여 유기 발광 소자의 수명에 큰 영향을 주는 요인이므로, 이를 증대시키고자 여러 방면으로 노력이 있어 왔다.
본 발명은 상기와 같은 문제 및 그 밖의 문제를 해결하기 위하여, 외부 광 추출 효율이 향상된 유기 발광 소자, 유기 발광 소자를 포함하는 조명 장치, 및 유기 발광 소자를 포함하는 유기 발광 디스플레이 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 기판; 상기 기판 상에 위치하는 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 위치하는 유기 발광층; 상기 유기 발광층 상에 위치하는 제2 전극; 및 상기 기판과 상기 제1 전극 사이에 구비되고, 상기 기판의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는 제1 마이크로렌즈 어레이;를 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 기판은 투광성 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제1 전극은 투광성 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제1 마이크로렌즈 어레이를 구성하는 복수의 마이크로렌즈의 형상은 주기적 패턴을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 주기적 패턴은 상기 유기 발광층에서 방출되는 빛의 파장보다 클 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제1 마이크로렌즈 어레이를 구성하는 복수의 마이크로렌즈의 형상은 비주기적인 패턴을 갖가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 복수의 마이크로렌즈는 반구 형상을 구비하고, 상기 복수의 마이크로렌즈는 상기 제1 전극과 일정한 접촉각을 형성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제1 마이크로렌즈 어레이는 가시광선에 투명한 산화물, 질화물, 실리콘 화합물, 황화물, 및 고분자 유기물에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제1 전극과 상기 제1 마이크로렌즈 어레이 사이에 중간층이 더 구비될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 중간층의 굴절률은 상기 제1 전극의 굴절률보다 크거나 같을 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 중간층의 굴절륭은 상기 제1 마이크로렌즈 어레이의 굴절률보다 작거나 같을 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 중간층은 상기 제1 전극과 제1 마이크로렌즈 어레이 사이의 물질의 침투를 방지하는 보호막, 평탄화막, 또는 상기 제1 전극과 제1 마이크로렌즈 어레이의 접착을 강화하기 위한 것 일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 복수의 마이크로렌즈는 반구 형상을 구비하고, 상기 복수의 마이크로렌즈는 상기 중간층과 일정한 접촉각을 형성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 기판의 외측에 제2 마이크로렌즈 어레이가 더 구비될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제2 마이크로렌즈 어레이의 굴절률은 상기 기판의 굴절률과 동일하거나 더 클 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제2 마이크로렌즈 어레이를 구성하는 복수의 마이크로렌즈의 형상은 주기적 패턴을 구비하고, 상기 주기적 패턴은 상기 유기 발광층에서 방출되는 빛의 파장보다 클 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제2 마이크로렌즈 어레이를 구성하는 복수의 마이크로렌즈의 형상은 비주기적인 패턴을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 복수의 마이크로렌즈는 반구 형상을 구비하고, 상기 복수의 마이크로렌즈는 상기 기판과 일정한 접촉각을 형성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제2 마이크로렌즈 어레이와 상기 기판 사이에 중간층이 더 구비될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 전술한 유기 발광 소자를 포함하는 조명 장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 전술한 유기 발광 소자를 포함하는 유기 발광 디스플레이 장치를 제공한다.
상술한 본 발명의 일 측면에 의한 유기 발광 소자에 따르면, 투명 전극과 투명 기판 사이에 마이크로렌즈 어레이를 삽입함으로써, 광도파 모드의 빛을 전반사 없이 소자 외부로 추출하여 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 투명 기판 외측에 마이크로렌즈 어레이를 추가로 배치함으로써, 광도파 모드뿐만 아니라, 기판 갇힘 모드의 빛까지 소자 외부로 추출하여 광추출 효율을 더욱 향상 시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 발광 소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 발광 소자에 있어서 제1 마이크로렌즈 어레이의 굴절률, 접촉각 및 광 추출 효율 사이의 관계를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 3은 도 2의 제1 마이크로렌즈 어레이의 일부 굴절률에 따른 접촉각 및 광 추출 효율 사이의 관계를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기 발광 소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기 발광 소자에 있어서, 제1 마이크로렌즈 어레이의 굴절률, 접촉각 및 광 추출 효율 사이의 관계를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 6은 도 5의 제1 마이크로렌즈 어레이의 일부 굴절률에 따른 접촉각 및 광 추출 효율 사이의 관계를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 발광 소자를 개략적으로 도시한 단면도이다. 상기 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 유기 발광 소자(100)는 기판(110), 제1 마이크로렌즈 어레이(120), 중간층(170), 제1 전극(130), 유기 발광층(140), 및 제2 전극(150)을 포함한다.
기판(110)은 본 실시예와 같이 기판(110) 측으로 빛이 방출되는 배면 발광형(bottom-emitting type) 유기 발광 소자(100)의 경우 투명하게 형성된다. 이와 같은 투명한 기판으로 글라스재 기판을 사용할 수 있다.
기판(110) 상에 제1 전극(130)과 제2 전극(150)이 서로 대향되도록 배치되며, 제1 전극(130)과 제2 전극(150) 중 적어도 하나는 투명하게 형성된다. 본 실시예와 같이 배면 발광형 유기 발광 소자(100)의 경우, 적어도 제1 전극(130)은 투명 전극으로 구비되고, 제2 전극(150)은 반사 전극으로 구비될 수 있다. 제1 전극(130)은 ITO(Indium Tim Oxide), IZO(Indume Zinc Oxide), ZnO, 및 In2O3에서 선택된 물질을 포함하는 투명 전극, 제2 전극(150)은 Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Mg, Ag, Cs2CO3 및 이들의 화합물에서 선택된 물질을 포함하는 반사 전극으로 구비될 수 있다.
제1 전극(130)과 제2 전극(150) 사이에 유기 발광층(140)이 구비된다. 유기 발광층(140)은 여러 물질들이 사용된 다층구조로 형성될 수 있으며, 무기 물질층을 더 포함할 수도 있다. 이와 같은 유기 발광층(140)은 저분자 또는 고분자 유기물로 구비될 수 있다. 유기 발광층(140)에서 발광되는 빛은 반사 전극인 제2 전극(150)에서 반사 되고, 투명 전극인 제1 전극(130)을 통하여 투명 기판(110) 측으로 방출된다.
일반적인 유기 발광 소자에서, 일정 임계각 이상의 각도로 방사되는 빛은 전반사 현상에 의해 (i) 유기 발광 소자 내의 유기 발광층과 투명 전극(예: ITO) 층에 갇혀 궁극적으로 소모되는 광도파 모드 (waveguided mode)와, (ii) 기판과 공기층 사이의 전반사에 의해 기판에 갇히게 되는 기판 갇힘 모드 (substrate-confined mode)에 의해 소자 내부에 갇히게 되어 소자의 외부로 방출되지 못한다. 예를 들어, 배면 발광형의 경우, 유기 발광 소자 내에서 생성된 총 광 전력 대비 실제 사용자에게 도달하는 광 전력의 비율은 대략 16% 정도로서, 나머지 84%는 소자 밖으로 추출되지 못하고 소모되어 유기 발광 소자의 효율을 저하시키는 주된 원인이 된다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 종래에는 빛이 방출되는 측 투명 기판의 외측에 마이크로렌즈 어레이가 적용된 유기 발광 소자가 제공되었다. 다만, 이러한 구조의 유기 발광 소자는 기판 갇힘 모드의 빛을 추출할 수는 있으나, 광도파 모드의 빛을 추출하지는 못한다.
그러나, 본 실시예에 따른 유기 발광 소자(100)는 투명한 기판(110)과 투명한 제1 전극(130) 사이에 복수의 마이크로렌즈가 구비된 제1 마이크로렌즈 어레이(120)를 구비함으로써, 광도파 모드의 빛을 소자 밖으로 추출할 수 있도록 구성된다.
제1 마이크로렌즈 어레이(120)는 통상적으로 복수의 렌즈가 평면 상에 주기적 패턴 또는 비주기적 패턴을 갖도록 나열된 것으로, 육방조밀구조, 정방격자구조 등 다양한 분포로 형성될 수 있다. 또한, 제1 마이크로렌즈 어레이(120) 내의 개별 렌즈는 반구, 피라미드 / 역피라미드, 원뿔 등의 다양한 형상을 구비할 수 있으며, 개별 렌즈의 크기는 대략 수 마이크로미터(㎛)부터 수백 마이크로미터(㎛) 이상까지 실사용도에 따라 변화할 수 있다. 제1 마이크로렌즈 어레이(120)가 주기적 패턴을 가질 경우, 그 주기성은 발광되는 빛의 파장보다 크게 형성함으로써, 가시광 영역에서의 빛의 파장 의존성을 줄일 수 있도록 한다.
제1 마이크로렌즈 어레이(120)는 높은 굴절률을 갖는 것이 바람직하다. 여기서 높은 굴절률이란, 제1 마이크로렌즈 어레이(120)의 굴절률이 투명한 기판(110)의 굴절률보다 높은 것을 의미한다. 또한, 제1 마이크로렌즈 어레이(120)의 굴절률은 투명한 제1 전극(130) 및 유기 발광층(140)의 굴절률에 비하여 작을 수 있으나, 유기 발광층(140)의 굴절률과 유사하거나 클 경우 광추출 효율에 기여하는 바가 크다. 해당되는 높은 굴절률의 제1 마이크로렌즈 어레이 (120)는 가시광선에 투명한, 산화 티타늄 또는 산화 아연 등을 포함하는 산화물, 질화물, 황화물 또는 이들을 포함하는 화합물을 활용할 수 있으며, 상기 물질을 포함하는 솔-젤, 에폭시, 레진 등의 다양한 물질로 이용하여 제작될 수 있다.
제1 마이크로렌즈 어레이(120)와 투명한 제1 전극(130) 사이에 중간층(170)이 구비될 수 있다. 중간층(170)은 제1 전극(130)과 제1 마이크로렌즈 어레이(120) 사이의 물질의 침투를 방지하는 보호막, 평탄화막, 또는 제1 전극(130)과 제1 마이크로렌즈 어레이(120)의 접착을 강화하기 위한 박막 등으로 기능할 수 있다. 중간층(170)의 굴절률은 제1 전극(130)의 굴절률보다 크거나 같거나, 제1 마이크로렌즈 어레이(120)의 굴절률보다 작거나 같을 수 있다.
한편, 반구 형상의 렌즈가 적용되었을 때, 제1 마이크로렌즈 어레이(120)를 구성하는 복수의 마이크로렌즈들은 중간층(170)에 일정한 제1 접촉각(θ1)으로 접촉한다. 제1 접촉각(θ1)은 중간층(170)의 표면과 반구형 렌즈의 접선이 이루는 각으로서, 반구형 레즈가 일정한 곡률을 가지도록 형성될 때 중간층(170) 표면에 대한 렌즈의 제1 접촉각(θ1)은 일정하게 유지된다. 한편, 상기 실시예에서는 제1 마이크로렌즈 어레이(120)가 중간층(170)에 직접 접촉하도록 형성되었으나, 중간층(170)이 생략되거나, 중간층(170) 이외에 다른 층이 더 구비된 경우, 제1 접촉각(θ1)은 제1 마이크로렌즈 어레이(120)와 직접 접촉하는 층의 표면과 렌즈의 접선이 이루는 각으로 정의될 수 있다.
상술한 본 실시예에 따른 유기 발광 소자(100)에 따르면, 투명한 기판(110)에 비하여 상대적으로 굴절률이 높은 제1 마이크로렌즈 어레이(120)를 기판(110)과 제1 전극(130) 사이에 삽입함으로써, 제1 전극(130)과 유기 발광층(140) 내부에서 전반사를 통해 진행하는 광도파 모드의 빛을 전반사 없이 제1 마이크로렌즈 어레이(120)로 진행할 수 있도록 한다. 제1 마이크로렌즈 어레이(120)로 전달된 빛은 렌즈 구조가 갖는 곡률로 인하여 거의 전반사 없이 투명한 기판(110) 측으로 추출된다. 물론, 제1 마이크로렌즈 어레이(120)로 전달된 빛 중 일부는 다시 기판 갇힘 모드로 갇히기도 하지만, 제1 마이크로렌즈 어레이(120) 없이 원래 소자 외부로 추출되는 광량에 비하여 전반적으로 광추출 효율이 증가된다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 발광 소자에 있어서 제1 마이크로렌즈 어레이의 굴절률, 접촉각 및 광 추출 효율 사이의 관계를 개략적으로 도시한 그래프로서, 유기 발광 소자의 광 추출 효율 개선 정도를 나타내는 전산모사 결과이고, 도 3은 도 2의 제1 마이크로렌즈 어레이의 일부 굴절률에 따른 접촉각 및 광 추출 효율 사이의 관계를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 2의 그래프에서, 제1 마이크로렌즈 어레이(120)의 굴절률이 x축, 사용된 반구 형태의 마이크로렌즈들의 제1 접촉각(contact angle)(θ1)이 y축으로 전산모사의 변수로 이용되었다.
상기 전산모사에 이용된 제1 마이크로렌즈 어레이(120)의 렌즈 반지름은 4 마이크로미터(㎛)이며 육방조밀구조로 배치되었다. 종래 구조의 유기 발광 소자의 광 추출 효율 대비 최대 3배까지 광 추출 효율을 향상시킬 수 있음을 당해 전산모사를 통해 알 수 있다. 이는 종래 유기 발광 소자의 구조에서 제1 마이크로렌즈 어레이가 투명 기판의 외측 표면에 사용된 경우의 이론적인 상승 값인 2.2배보다 월등히 향상된 수치이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기 발광 소자를 개략적으로 도시한 단면도이다. 상기 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 유기 발광 소자(200)는 순서대로 제2 마이크로렌즈 어레이(260), 기판(210), 제1 마이크로렌즈 어레이(220), 중간층(270), 제1 전극(230), 유기 발광층(240), 및 제2 전극(250)을 포함한다.
전술한 제1 실시예에 따른 유기 발광 소자(100)와 비교할 때, 본 실시예에 따른 유기 발광 소자(200)는 기판(210) 외측에 제2 마이크로렌즈 어레이(260)가 더 구비된다. 즉, 본 실시예는 제1 및 제2 마이크로렌즈 어레이(220, 260)가 기판(210)의 외측과 내측에 동시에 적용된 배면 발광형 유기 발광 소자(200)이다. 따라서, 본 실시예에 따른 유기 발광 소자(200)의 기판(210)은 투명 기판으로 구비된다. 또한, 제1 전극(230)은 투명 전극으로 구비되고, 제2 전극(250)은 반사 전극으로 구비될 수 있다. 제1 전극(230)과 제2 전극(250) 사이에 유기 발광층(240)이 구비되고, 유기 발광층(240)에서 방출된 빛이 진행하는 제1 전극(230)과 기판(210) 사이에 제1 마이크로렌즈 어레이(220)가 구비된다. 제1 전극(230)과 제1 마이크로렌즈 어레이(220) 사이에 중간층(270)이 구비되고, 기판(210)의 외측에 제2 마이크로렌즈 어레이(260)가 구비된다. 중간층(270)의 굴절률은 제1 전극(230)의 굴절률보다 크거나 같거나, 제1 마이크로렌즈 어레이(220)의 굴절률보다 작거나 같을 수 있다.
상술한 본 실시예에 따른 유기 발광 소자(200)에 따르면, 전술한 제1 실시예에서와 마찬가지로, 투명한 기판(210)에 비하여 상대적으로 굴절률이 높은 제1 마이크로렌즈 어레이(220)를 기판(320)과 제1 전극(230) 사이에 삽입함으로써, 제1 전극(230)과 유기 발광층(240) 내부에서 전반사를 통해 진행하는 광도파 모드의 빛이 전반사 없이 제1 마이크로렌즈 어레이(220)로 진행한다. 제1 마이크로렌즈 어레이(220)를 통과한 후, 기판(210)에 도달한 모드 중 일부는 기판(210)에 다시 갇히는 모드가 되는데, 기판(210) 외측에 구비된 제2 마이크로렌즈 어레이(260)는 기판(210)에 갇힌 모드를 기판(210) 외부로 추출하는 역할을 하므로, 광도파 모드뿐만 아니라, 기판 갇힘 모드의 빛까지 거의 모든 빛을 소자 외부로 추출하는 것이 가능해진다.
이와 같은 제2 마이크로렌즈 어레이(260)의 굴절률은 기판(210)과 같거나 약간 더 높은 물질로 이루어 지는 것이 바람직하다. 또한, 제2 마이크로렌즈 어레이(260)는 제1 마이크로렌즈 어레이(220)와 마찬가지로 복수의 렌즈가 평면 상에 주기적 패턴 또는 비주기적 패턴을 갖도록 나열된 것으로, 육방조밀구조, 정방격자구조 등 다양한 분포로 형성될 수 있다. 또한, 제2 마이크로렌즈 어레이(260) 내의 개별 렌즈는 반구, 피라미드 / 역피라미드, 원뿔 등의 다양한 형상을 구비할 수 있다. 반구 형상의 렌즈가 적용되었을 때, 제1 마이크로렌즈 어레이(220)는 중간층(270)에 일정한 제1 접촉각(θ1)으로 접촉하고, 제2 마이크로렌즈 어레이(260)는 기판(210)에 일정한 제2 접촉각(θ2)으로 접촉한다.
한편, 상기 도면에는 도시되어 있지 않으나, 제2 마이크로렌즈 어레이(260)와 기판(210) 사이에, 기판(210)과 제2 마이크로렌즈 어레이(260) 사이의 물질의 침투를 방지하는 보호막, 평탄화막, 또는 기판(210)과 제2 마이크로렌즈 어레이(260)의 접착을 강화하기 위한 박막 등으로 기능할 수 있는 중간층(미도시)이 더 구비될 수 있다. 이때 중간층(미도시)의 굴절률은 기판(210)과 제2 마이크로렌즈 어레이(260)의 굴절률과 실질적으로 동일하게 형성함으로써 유기 발광 소자(200)의 광학적 성능을 저하시키지 않는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 유기 발광 소자에 있어서 제1 마이크로렌즈 어레이의 굴절률, 접촉각 및 광 추출 효율 사이의 관계를 개략적으로 도시한 그래프로서, 유기 발광 소자의 광 추출 효율 개선 정도를 나타내는 전산모사 결과이고, 도 6은 도 5의 제3 마이크로렌즈 어레이의 일부 굴절률에 따른 접촉각 및 광 추출 효율 사이의 관계를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
상기 전산모사에 이용된 제2 마이크로렌즈 어레이(260)로는 제2 접촉각(θ2)이 90도, 굴절률 1.7을 갖는 반지름 50 마이크로미터(㎛)의 반구형 육발조밀구조로 배열된 렌즈들이 사용되었고, 제1 전극(230)과 기판(210) 사이에 구비된 제1 마이크로렌즈 어레이(220)의 굴절률과, 사용된 반구 형태의 마이크로렌즈들의 제1 접촉각(θ1)이 전산모사의 변수로 이용되었다. 최적화된 조건의 경우 제1 실시예에 따른 유기 발과 소자(200)는 종래의 유기 발광 소자에 비하여 광추출 효율이 최대 4배까지 향상시킬 수 있음을 당해 전산모사를 통해 알 수 있다.
상술한 광 추출 효율이 향상된 유기 발광 소자는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형 및 응용 가능하며 상기 실시예들에 한정되지 않는다. 또한, 상기 실시예들과 도면은 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 목적은 아니며, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 상기 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아님은 물론이며, 후술하는 청구범위뿐만이 아니라 청구범위와 균등 범위를 포함하여 판단되어야 한다.
100,200: 유기 발광 소자
110, 210: 기판
120, 220: 제1 마이크로렌즈 어레이군
130, 230: 제1 전극
140, 240: 유기 발광층
150, 250: 제2 전극
170, 270: 중간층
260: 제2 마이크로렌즈 어레이군

Claims (21)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 위치하는 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 위치하는 유기 발광층;
    상기 유기 발광층 상에 위치하는 제2 전극;
    상기 기판과 상기 제1 전극 사이에 구비되고, 상기 기판의 굴절률보다 크고 상기 유기 발광층의 굴절률보다 크거나 같은 굴절률을 갖는 제1 마이크로렌즈 어레이; 및
    상기 제1 전극과 상기 제1 마이크로렌즈 어레이 사이에 구비되고, 상기 제1 전극의 굴절률보다 크거나 같고 상기 제1 마이크로렌즈 어레이의 굴절률보다 작거나 같은 굴절률을 갖는 중간층;을 포함하는 유기 발광 소자.
  2. 청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1 항에 있어서,
    상기 기판은 투광성 물질을 포함하는 유기 발광 소자.
  3. 청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1 항에 있어서,
    상기 제1 전극은 투광성 물질을 포함하는 유기 발광 소자.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 마이크로렌즈 어레이를 구성하는 복수의 마이크로렌즈의 형상은 주기적 패턴을 갖는 유기 발광 소자.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 주기적 패턴은 상기 유기 발광층에서 방출되는 빛의 파장보다 큰 유기 발광 소자.
  6. 청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1 항에 있어서,
    상기 제1 마이크로렌즈 어레이를 구성하는 복수의 마이크로렌즈의 형상은 비주기적인 패턴을 갖는 유기 발광 소자.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 마이크로렌즈 어레이를 구성하는 복수의 마이크로렌즈는 반구 형상을 구비하고, 상기 복수의 마이크로렌즈는 상기 제1 전극과 일정한 접촉각을 형성하는 유기 발광 소자
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 마이크로렌즈 어레이는 가시광선에 투명한 산화물, 질화물, 실리콘 화합물, 황화물, 및 고분자 유기물에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함하는 유기 발광 소자.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 중간층은 상기 제1 전극과 제1 마이크로렌즈 어레이 사이의 물질의 침투를 방지하는 보호막, 평탄화막, 또는 상기 제1 전극과 제1 마이크로렌즈 어레이의 접착을 강화하기 위한 박막인 유기 발광 소자.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 마이크로렌즈 어레이를 구성하는 복수의 마이크로렌즈는 반구 형상을 구비하고, 상기 복수의 마이크로렌즈는 상기 중간층과 일정한 접촉각을 형성하는 유기 발광 소자.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 기판의 외측에 제2 마이크로렌즈 어레이가 더 구비된 유기 발광 소자.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제2 마이크로렌즈 어레이의 굴절률은 상기 상기 기판의 굴절률과 동일하거나 더 큰 유기 발광 소자.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 제2 마이크로렌즈 어레이를 구성하는 복수의 마이크로렌즈의 형상은 주기적 패턴을 구비하고, 상기 주기적 패턴은 상기 유기 발광층에서 방출되는 빛의 파장보다 큰 유기 발광 소자.
  17. 청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제14 항에 있어서,
    상기 제2 마이크로렌즈 어레이를 구성하는 복수의 마이크로렌즈의 형상은 비주기적인 패턴을 갖는 유기 발광 소자.
  18. 제14 항에 있어서,
    상기 제2 마이크로렌즈 어레이를 구성하는 복수의 마이크로렌즈는 반구 형상을 구비하고, 상기 복수의 마이크로렌즈는 상기 기판과 일정한 접촉각을 형성하는 유기 발광 소자.
  19. 제14 항에 있어서,
    상기 제2 마이크로렌즈 어레이와 상기 기판 사이에 중간층이 더 구비된 유기 발광 소자.
  20. 제1 항의 유기 발광 소자를 포함하는 조명 장치.
  21. 제1 항의 유기 발광 소자를 포함하는 유기 발광 디스플레이 장치.
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