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KR101436548B1 - 유기발광소자용 광추출 기판 및 그 제조방법 - Google Patents

유기발광소자용 광추출 기판 및 그 제조방법 Download PDF

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KR101436548B1
KR101436548B1 KR1020130060260A KR20130060260A KR101436548B1 KR 101436548 B1 KR101436548 B1 KR 101436548B1 KR 1020130060260 A KR1020130060260 A KR 1020130060260A KR 20130060260 A KR20130060260 A KR 20130060260A KR 101436548 B1 KR101436548 B1 KR 101436548B1
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KR
South Korea
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metal oxide
thin film
oxide thin
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light emitting
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윤홍
김현빈
이현희
Original Assignee
코닝정밀소재 주식회사
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Abstract

본 발명은 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 유기발광소자의 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은, 유기발광소자로부터 발광된 빛이 외부로 방출되는 일면에 배치되는 광추출 기판을 제조하는 방법에 있어서, 베이스 기판의 양면 중 적어도 한 면에 금속산화물을 증착하여 제1 금속산화물 박막을 형성하는 제1 금속산화물 박막 형성단계; 상기 제1 금속산화물 박막 상에 상기 금속산화물과 확산계수가 다른 금속산화물을 증착하여 제2 금속산화물 박막을 형성하는 제2 금속산화물 박막 형성단계; 및 원자의 확산을 통해 상기 베이스 기판과 상기 제1 금속산화물 박막 간의 계면 및 상기 제1 금속산화물 박막과 상기 제2 금속산화물 박막 간의 계면 중 적어도 어느 한 계면으로부터 상대적인 확산계수가 큰 쪽의 내측 방향으로 복수 개의 기공을 형성시키기 위해, 상기 베이스 기판, 상기 제1 금속산화물 박막 및 상기 제2 금속산화물 박막을 열처리하는 기공 형성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법을 제공한다.

Description

유기발광소자용 광추출 기판 및 그 제조방법{LIGHT EXTRACTION SUBSTRATE, AND METHOD OF FABRICATING LIGHT EXTRACTION SUBSTRATE FOR OLED}
본 발명은 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 유기발광소자의 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 유기발광소자(organic light emitting diode; OLED)는 애노드(anode), 발광층 및 캐소드(cathode)를 포함하여 형성된다. 여기서, 애노드와 캐소드 간에 전압을 인가하면, 정공은 애노드로부터 전공 주입층 내로 주입된 후 전공 수송층을 거쳐 발광층으로 이동되며, 전자는 캐소드로부터 전자 주입층 내로 주입된 후 전자 수송층을 거쳐 발광층으로 이동된다. 그리고 발광층 내로 주입된 정공과 전자는 발광층에서 재결합하여 엑시톤(excition)을 생성하고, 이러한 엑시톤이 여기상태(excited state)에서 기저상태(ground state)로 전이하면서 빛을 방출하게 된다.
한편, 이러한 유기발광소자를 채용한 유기발광 표시장치는 매트릭스 형태로 배치된 N×M개의 화소들을 구동하는 방식에 따라, 수동 매트릭스(passive matrix) 방식과 능동 매트릭스(active matrix) 방식으로 나뉘어진다.
여기서, 능동 매트릭스 방식의 경우 단위 화소 영역에는 발광영역을 정의하는 화소 전극과 이 화소 전극에 전류 또는 전압을 인가하기 위한 단위 화소 구동회로가 위치하게 된다. 이때, 단위화소 구동회로는 적어도 두 개의 박막트랜지스터(thin film transistor; TFT)와 하나의 캐패시터(capacitor)를 구비하며, 이를 통해, 화소 수와 상관없이 일정한 전류의 공급이 가능해져 안정적인 휘도를 나타낼 수 있다. 이러한 능동 매트릭스 방식의 유기발광 표시장치는 전력 소모가 적어, 고해상도 및 대형 디스플레이의 적용에 유리하다는 장점을 갖고 있다.
하지만, 도 8에 도시한 바와 같이, 유기발광소자는 발광량의 약 20%만 외부로 방출되고 80% 정도의 빛은 유리 기판(10)과 애노드(20) 및 정공 주입층과 정공수송층(31), 발광층(32), 전자 수송층과 전자 주입층(33) 등을 포함한 유기 발광층(30)의 굴절률 차이에 의한 도파관(wave guiding) 효과와 유리 기판(10)과 공기의 굴절률 차이에 의한 전반사 효과로 손실된다. 즉, 내부 유기 발광층(30)의 굴절률은 1.7 내지 1.8이고, 애노드(20)로 일반적으로 사용되는 ITO의 굴절률은 1.8 내지 1.9이다. 이때, 두 층의 두께는 대략 200~400㎚로 매우 얇고, 유리 기판(10)을 이루는 유리의 굴절률은 1.5 정도이므로, 유기발광소자 내에는 평면 도파로가 자연스럽게 형성된다. 계산에 의하면, 상기 원인에 의한 내부 도파모드로 손실되는 빛의 비율이 약 45%에 이른다. 그리고 유리 기판(10)의 굴절률은 약 1.5이고, 외부 공기의 굴절률은 1.0이므로, 유리 기판(10)에서 외부로 빛이 빠져 나갈 때, 임계각 이상으로 입사되는 빛은 전반사를 일으켜 유리 기판(10) 내부에 고립되는데, 이렇게 고립된 빛의 비율은 약 35%에 이르기 때문에, 불과 발광량의 20% 정도만 외부로 방출된다.
한편, 도 9에 도시한 바와 같이, 종래에는 상기의 문제를 해결하기 위해, 저굴절률을 갖는 그리드(low index grid; LIG)(50)를 ITO 애노드(20) 위에 형성하여 도파 모드로 움직이는 빛의 방향을 전면으로 바꾸어 줌으로써 광추출 효율을 향상시킬 수 있었다.
도 10는 도 9의 유기발광소자에 대한 시뮬레이션 결과로, 그리드(50)의 굴절률이 낮을수록 효과가 있으나 실제 굴절률 1.2 이하인 물질은 거의 없으며 그나마 굴절률이 낮을수록 물질의 가격이 높은 문제가 있다. 또한, 도 9에 도시한 바와 같이, ITO 애노드(20) 위에 그리드(50)가 형성되면, 단차가 발생하기 때문에 누설전류가 발생할 수 있다. 그리고 도 9의 유기발광소자는 ITO 애노드(20) 위에 그리드(50)를 형성하는 공정에서 유기 발광층(30)과 접촉하는 애노드(20) 면이 변성되어 일함수(work function)가 달라지는 경우가 있는 등 공정이 까다로운 문제가 있다. 게다가, 그리드(50)가 형성된 부분은 애노드(20)에서 정공이 유기 발광층(30)으로 주입되지 않으며, 인가되는 전기장의 크기도 주변과 달라서 발광 균일도가 떨어지는 문제가 있다.
또한, 도 11에 도시한 바와 같이, 종래에는 애노드(20) 아래(도면기준) 즉, 애노드(20)와 유리 기판(10) 사이의 경계면에 나노 스케일의 요철 구조물(60)을 형성하여 광추출 효율을 향상시키고자 하였다.
상술한 바와 같이, 애노드(20)와 유기 발광층(30)은 일반적으로 캐소드(40)와 유리 기판(10) 사이에서 하나의 광도파로 역할을 하게 된다. 따라서, 애노드(20)와 유기 발광층(30)에 도파모드가 존재하는 가운데, 애노드(20)에 인접한 경계면에 광산란을 일으키는 나노 스케일의 요철 구조물(60)을 형성하면, 도파모드가 교란되어 외부로 추출되는 빛이 증가하게 된다. 하지만, 애노드(20) 아래에 요철 구조물(60)이 형성되어 있으면, 그 위의 애노드(20) 형상이 아래 요철 구조물(60)의 형상을 따라 가게 되어, 애노드(20)에 국부적으로 뾰족한 부분이 발생할 가능성이 높아진다. 유기발광소자는 매우 얇은 박막의 적층구조로 이루어져 있으므로, 애노드(20)에 뾰족하게 돌출된 부분이 형성되면, 그 부분에 전류가 집중하게 되고, 이는, 큰 누설전류의 원인이 되거나 전력 효율의 저하를 가져온다. 따라서, 이러한 전기적 특성의 저하를 방지하기 위해, 애노드(20) 아래 요철 구조물(60)을 형성할 경우에는 고굴절률의 평탄막(70)을 반드시 함께 사용한다. 이때, 평탄막(70)은 애노드(20)와 유사한 굴절률을 가진 소재를 사용해야 한다. 이는, 평탄막(70)의 굴절률이 낮으면, 빛이 요철 구조물(60)에 의해 교란되기도 전에 애노드(20)/평탄막(70)의 경계면에서 대부분 반사되어 애노드(20)/유기 발광층(30)에 갇히는 도파모드로 되기 때문이다. 또한, 평탄막(70)의 두께는 가능한 얇은 것이 좋다. 평탄막(70)이 너무 두꺼우면, 불필요한 광흡수가 증가할 수 있고 요철 구조물(60)과 유기 발광층(30)과의 거리가 너무 멀어 산란 효과가 감소될 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제2011-0062236호(2011.06.10.)
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 유기발광소자의 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법을 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은, 유기발광소자로부터 발광된 빛이 외부로 방출되는 일면에 배치되는 광추출 기판을 제조하는 방법에 있어서, 베이스 기판의 양면 중 적어도 한 면에 금속산화물을 증착하여 제1 금속산화물 박막을 형성하는 제1 금속산화물 박막 형성단계; 상기 제1 금속산화물 박막 상에 상기 금속산화물과 확산계수가 다른 금속산화물을 증착하여 제2 금속산화물 박막을 형성하는 제2 금속산화물 박막 형성단계; 및 원자의 확산을 통해 상기 베이스 기판과 상기 제1 금속산화물 박막 간의 계면 및 상기 제1 금속산화물 박막과 상기 제2 금속산화물 박막 간의 계면 중 적어도 어느 한 계면으로부터 상대적인 확산계수가 큰 쪽의 내측 방향으로 복수 개의 기공을 형성시키기 위해, 상기 베이스 기판, 상기 제1 금속산화물 박막 및 상기 제2 금속산화물 박막을 열처리하는 기공 형성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 제1 금속산화물 박막 형성단계에서는 상기 금속산화물 증착 시 상온~600℃ 온도를 상기 베이스 기판에 인가할 수 있다.
이때, 상기 제1 금속산화물 박막 형성단계에서는 상기 금속산화물 증착 시 400~600℃ 온도를 상기 베이스 기판에 인가할 수 있다.
또한, 상기 제1 금속산화물 박막 형성단계에서는 스퍼터링을 통해 상기 금속산화물을 증착시킬 수 있다.
그리고 상기 제1 금속산화물 박막 형성단계에서는 ZnO를 증착하고, 상기 제2 금속산화물 박막 형성단계에서는 Al2O3를 증착할 수 있다.
아울러, 상기 기공 형성단계에서는 700~900℃에서 1~5시간 동안 열처리할 수 있다.
이때, 상기 기공 형성단계에서는 800℃에서 5시간 동안 열처리할 수 있다.
또한, 상기 기공은 비등방성을 가질 수 있다.
이때, 상기 기공의 종횡비(aspect ratio; r)는 1보다 클 수 있다.(r>1)
또한, 상기 기공은 로드(rod) 형상으로 이루어질 수 있다.
그리고 상기 복수 개의 기공 각각의 종횡비는 동일 또는 다를 수 있다.
본 발명에 따르면, 확산 계수가 서로 다른 금속산화물 박막을 적층 및 열처리함으로써, 커캔달 효과(Kirkendall effect)를 통해 금속산화물 박막 간의 계면에 비등방성의 기공을 형성할 수 있고, 이와 같이 내부에 기공이 형성되어 있는 금속산화물 박막을 유기발광소자의 내부 또는 외부, 아니면 내부와 외부의 광추출층으로 적용 시 기공과 금속산화물 박막 간의 굴절률 차이로 인해 유기발광소자로부터 입사되는 빛이 굴절 및 산란됨에 따라, 유기발광소자의 광추출 효율을 증가시킬 수 있고, 이를 통해, 저 전류로도 유기발광소자를 구동할 수 있게 되어, 유기발광소자의 소비 전력을 감소시킬 수 있고, 휘도 또한 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 금속산화물 박막 증착 시 열처리 조건 제어를 통해 금속산화물 박막의 결정성을 조절함으로써, 결정성에 따라 변하는 기공의 형상을 제어할 수 있고, 이를 통해, 원하는 광추출 효율을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 유기발광소자용 기판 제조방법을 나타낸 공정 순서도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 유기발광소자용 광추출 기판 및 이를 내부 광추출 기판으로 구비한 유기발광소자를 개략적으로 나타낸 단면도.
도 3은 기공의 종횡비에 따른 광추출 효율을 나타내 그래프.
도 4는 실시 예1 및 비교 예1의 ZnO 열처리 온도에 따른 XRD 그래프.
도 5는 실시 예1 및 비교 예1에 따라 제조된 광추출 기판의 온도 별 단면을 주사전자현미경으로 촬영한 사진.
도 6은 실시 예2 및 비교 예2의 ZnO 열처리 온도에 따른 XRD 그래프.
도 7은 실시 예2 및 비교 예2에 따라 제조된 광추출 기판의 오도 및 두께별 단면을 주사전자현미경으로 촬영한 사진.
도 8은 종래 기술에 따른 유기 발광소자의 단면도 및 광추출 효율을 설명하기 위한 개념도.
도 9는 종래 기술에 따른 다른 유기 발광소자를 나타낸 단면, 분해 및 결합 사시도.
도 10은 도 9의 유기 발광소자의 광추출 효율에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프.
도 11은 종래 기술에 따른 또 다른 유기 발광소자를 나타낸 부분 분해 사시도.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법에 대해 상세히 설명한다.
아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법은, 유기발광소자(1)의 양면 중 상기 유기발광소자(1)로부터 발광된 빛이 외부로 방출되는 일면에 배치되어 유기발광소자(1)의 광추출 효율을 향상시키는 광추출 기판(100)을 제조하는 방법으로, 제1 금속산화물 박막 형성단계(S1), 제2 금속산화물 박막 형성단계(S2) 및 기공 형성단계(S3)를 포함한다.
먼저, 제1 금속산화물 박막 형성단계(S1)에서는 베이스 기판(110)의 양면 중 적어도 한 면에 금속산화물을 증착하여 제1 금속산화물 박막(120)을 형성한다. 여기서, 제1 금속산화물 박막 형성단계(S1)에서는 유기발광소자(1)의 전방, 즉, 유기발광소자(1)로부터 발광된 빛이 외부로 방출되는 전방에 배치되어, 발광된 빛을 외부로 투과시킴과 아울러, 유기발광소자(1)를 외부 환경으로부터 보호하는 봉지(encapsulation) 기판으로서의 역할을 하는 베이스 기판(110)으로, 열경화 또는 UV 경화가 가능한 유기필름인 고분자 계열의 물질이나 화학강화유리인 소다라임 유리(SiO2-CaO-Na2O) 또는 알루미노실리케이트계 유리(SiO2-Al2O3-Na2O)를 사용할 수 있다. 이때, 본 발명의 실시 예에 따라 제조되는 광추출 기판(100)을 채용하는 유기발광소자(1)가 조명용인 경우에는 베이스 기판(110)으로 소다라임 유리를 사용할 수 있고, 유기발광소자(1)가 디스플레이용인 경우에는 알루미노실리케이트계 유리를 베이스 기판(110)으로 사용할 수 있다. 이 외에, 금속산화물이나 금속질화물로 이루어진 기판을 베이스 기판(110)으로 사용할 수도 있다. 또한, 베이스 기판(110)으로는 두께 1.5㎜ 이하의 박판 유리를 사용할 수 있는데, 이러한 박판 유리는 퓨전(fusion) 공법 또는 플로팅(floating) 공법을 통해 제조될 수 있다.
이때, 제1 금속산화물 박막 형성단계(S1)에서는 제1 금속산화물 박막(120)의 결정성을 향상시켜 후속 공정 시 커캔달 효과(Kirkendall effect)에 의한 원자의 확산을 통해 형성될 기공(140)의 종횡비가 1보다 크도록 제어하기 위해, 금속산화물 증착 시 상온~600℃, 바람직하게는 400~600℃ 온도를 베이스 기판(110)에 인가할 수 있다. 또한, 제1 금속산화물 박막 형성단계(S1)에서는 RF 스퍼터링 또는 DC 스퍼터링릉 통해 금속산화물을 증착시킬 수 있다.
한편, 제1 금속산화물 박막 형성단계(S1)에서는 커캔달 효과에 의한 기공(140) 형성을 위해, 후속 공정을 통해 형성될 제2 금속산화물 박막(130)과 확산계수가 다른 금속산화물을 사용하여 제1 금속산화물 박막(120)을 형성할 수 있다. 이때, 본 발명의 실시 예에서는 제1 금속산화물 박막(120) 측으로 기공(140) 형성을 유도함에 따라, 제2 금속산화물 박막(130)보다 상대적인 확산계수가 큰 금속산화물로 제1 금속산화물 박막(120)을 형성한다. 또한, 제1 금속산화물 박막 형성단계(S1)에서는 제2 금속산화물 박막(130)보다 상대적으로 굴절률이 큰 금속산화물로 제1 금속산화물 박막(120)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에서는 제1 금속산화물 박막(120)을 이루는 금속산화물로 ZnO를 사용하고, 제2 금속산화물 박막(130)을 이루는 금속산화물로 Al2O3를 사용할 수 있다.
다음으로, 제2 금속산화물 박막 형성단계(S2)에서는 제1 금속산화물 박막(120) 상에 제2 금속산화물 박막(130)을 형성한다. 이때, 제2 금속산화물 박막 형성단계(S2)에서는 후속 공정 시 원자 확산에 의한 커캔달 효과가 유발되도록 제1 금속산화물 박막(120)과 확산계수가 다른 금속산화물, 보다 상세하게는 제1 금속산화물 박막(120)보다 확산계수가 작은 금속산화물로 제2 금속산화물 박막(130)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 제2 금속산화물 박막 형성단계(S2)에서는 Al2O3를 증착하여 제2 금속산화물 박막(130)으로 형성할 수 있다. 또한, 제2 금속산화물 박막 형성단계(S2)에서는 제1 금속산화물 박막 형성단계(S1)와 마찬가지로 RF 또는 DC 스퍼터링을 통해 제2 금속산화물 박막(130)을 증착시킬 수 있다.
이와 같이, 제2 금속산화물 박막 형성단계(S2)를 통해 제1 금속산화물 박막(120) 상에 형성된 제2 금속산화물 박막(130)은, 본 발명의 실시 예에 따른 광추출 기판(100)이 유기발광소자(1)의 내부 광추출 기판으로 적용되는 경우, 투명전극인 애노드(11)와 접하게 된다. 이 경우, 제2 금속산화물 박막(130)은 제1 금속산화물 박막(120)과 함께 유기발광소자(1)의 내부 광추출층을 이루게 된다.
마지막으로, 기공 형성단계(S3)에서는 원자 확산을 통한 기공(140) 형성 즉, 커캔달 효과를 구현하기 위해, 일 방향을 따라 적층되어 있는 베이스 기판(110), 제1 금속산화물 박막(120) 및 제2 금속산화물 박막(130)을 열처리한다. 이때, 기공 형성단계(S3)에서는 700~900℃에서 1~5시간, 바람직하게는 800℃에서 5시간 동안 열처리할 수 있다. 여기서, 열처리 온도가 700℃ 미만이면, 기공(140)이 형성되지 않고, 열처리 온도가 900℃를 넘으면, 형성되는 기공(140)들을 원하는 형상으로 제어하기가 어려워진다. 또한, 충분한 기공(140)의 크기를 확보하기 위해서는 열처리 시간이 1시간 이상이 되어야 하고, 이때, 열처리 시간이 5시간을 넘으면, 확산되는 원자들이 포화(saturation)되어 더 이상 원자의 확산이 일어나지 않게 된다. 즉, 열처리 시간이 5시간을 넘으면, 기공(140)들이 더 이상 형성되지 않으므로, 5시간 넘게 열처리하는 의미가 없어진다.
이와 같이 열처리를 진행하면, 베이스 기판(110)과 제1 금속산화물 박막(120) 간의 계면, 제1 금속산화물 박막(120)과 제2 금속산화물 박막(130) 간의 계면에 원자의 확산으로 인한 기공(140)이 형성된다. 이때, 기공(140)은 각 계면으로부터 상대적인 확산계수가 가장 큰 제1 금속산화물 박막(120)의 내측 방향으로 복수 개 형성될 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 제1 금속산화물 박막(120)을 제2 금속산화물 박막(130)에 비해 상대적인 확산계수가 큰 금속산화물로 형성함에 따라, 열처리를 통해 형성되는 기공(140)은 각 계면으로부터 제1 금속산화물 박막(120)의 내측 방향으로 복수 개 형성될 수 있다. 도 2는 제1 금속산화물 박막(120)과 제2 금속산화물 박막(130)의 계면으로부터 제1 금속산화물 박막(120)의 내측으로 기공(140)이 형성되어 있는 것을 도시하고 있지만, 베이스 기판(110)과 제1 금속산화물 박막(120)의 계면으로부터 제1 금속산화물 박막(120)의 내측으로도 형성될 수 있다.
이와 같이, 기공 형성단계(S3)를 통해 형성된 기공(140)은 유기발광소자(1)로부터 발광된 빛을 산란시켜 유기발광소자(1)의 광추출 효율을 향상시키는 역할을 한다.
여기서, 커캔달 효과에 의해 형성되는 기공(140)은 비등방성을 갖는 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 도 3의 그래프에 나타낸 바와 같이, 광추출 효율을 향상시키기 위해서는 기공(140)의 종횡비(aspect ratio; r)는 1보다 커야 한다. (r>1) 예를 들어, 기공(140)은 종횡비가 1보다 큰 로드(rod) 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예에서는 제1 금속산화물 박막 형성단계(S1)에서 제1 금속산화물 박막(120) 증착 시 상온~600℃, 바람직하게는 400~600℃로 열처리를 진행하여, 증착되는 제1 금속산화물 박막(120)에 높은 결정성을 부여하고, 이를 통해, 형성되는 기공(140)의 형상을 제어, 즉, 종횡비가 1보다 큰 로드 형상의 기공(140)을 구현하게 된다. 이때, 형성되는 복수 개의 기공(140) 각각의 종횡비는 1보다 큰 가운데, 서로 동일하거나 다를 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 유기발광소자용 광추출 기판(100) 즉, 굴절률이 다른 제1 금속산화물 박막(120), 제2 금속산화물 박막(130) 및 종횡비가 1보다 큰 로드 형상의 복수 개의 기공(140)을 포함하는 광추출 기판(100)은 유기발광소자(1)의 광추출 기판으로 적용될 수 있는데, 이 경우, 광추출 기판(100)을 통과하는 빛은 산란 경로가 다변화되거나 증가된다. 이를 통해, 유기발광소자(1)의 광추출 효율은 증가되고, 이를 통해, 저 전류로도 유기발광소자(1)를 구동할 수 있게 되어, 유기발광소자(1)의 소비 전력을 감소시킬 수 있고, 이를 채용한 디스플레이 또는 조명의 휘도 또한 향상시킬 수 있다.
여기서, 본 발명이 실시 예에 따라 제조된 광추출 기판(100)을 채용한 유기발광소자(1)는 광추출 기판(100) 및 이와 대향되는 기판 사이에 배치되고 제2 금속산화물 박막(130)과 접하는 애노드(11)와, 유기 발광층(12) 및 캐소드(13)의 적층 구조로 이루어진다. 애노드(11)는 전공 주입이 잘 일어나도록 일함수(work function)가 큰 금속 Au, In, Sn 또는 ITO와 같은 금속 또는 산화물로 이루어질 수 있다. 또한, 캐소드(13)는 전자 주입이 잘 일어나도록 일함수가 작은 Al, Al:Li 또는 Mg:Ag의 금속 박막으로 이루어질 수 있다. 전면 발광형 유기발광소자에서는 캐소드가 유기 발광층에서 발광된 빛이 잘 투과될 수 있도록 Al, Al:Li 또는 Mg:Ag의 금속 박막의 반투명 전극(semitransparent electrode)과 인듐 주석산화물(indium tin oxide; ITO)과 같은 산화물 투명 전극(transparent electrode) 박막의 다층구조로 이루어질 수 있다. 그리고 유기 발광층(12)은 애노드(11) 상에 차례로 적층되는 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층 및 전자 주입층을 포함하여 형성된다. 이러한 구조에 따라, 애노드(11)와 캐소드(13) 사이에 순방향 전압이 인가되면, 캐소드(13)로부터 전자가 전자 주입층 및 전자 수송층을 통해 발광층으로 이동하게 되고, 애노드(11)로부터 정공이 정공 주입층 및 정공 수송층을 통해 발광층으로 이동하게 된다. 그리고 발광층 내로 주입된 전자와 정공은 발광층에서 재결합하여 엑시톤(exciton)을 생성하고, 이러한 엑시톤이 여기상태(excited state)에서 기저상태(ground state)로 전이하면서 빛을 방출하게 되는데, 이때, 방출되는 빛의 밝기는 애노드(11)와 캐소드(13) 사이에 흐르는 전류량에 비례하게 된다.
실시 예1
유리기판 상에 ZnO와 Al2O3를 차례로 증착한 후 800℃에서 5시간 동안 열처리하였다. 이때, ZnO와 Al2O3는 RF 스퍼터링을 통해 성막하였고, ZnO 성막 시 유리기판에 600℃ 온도를 인가하였다.
비교 예1
유리기판 상에 ZnO와 Al2O3를 차례로 증착한 후 800℃에서 5시간 동안 열처리하였다. 이때, ZnO와 Al2O3는 DC 스퍼터링을 통해 성막하였고, Al2O3의 두께는 실시 예1과 동일한 50㎚로 제어하였다.
먼저, 도 4를 보면, 실시 예1과 같이, ZnO를 600℃로 열처리한 경우 ZnO의 결정성이 대폭 증가되는 것으로 확인되었다. 이에 따라, 도 5의 주사전자현미경 사진에서 보여지는 바와 같이, 계면에 비등방성의 기공이 형성됨을 확인할 수 있다.(a) 한편, 도 5의 (b)는 비교 예1에 대한 사진으로, 각 계면에 기공이 형성되나 종횡비가 1보다 작은 것을 확인할 수 있다. 이와 같이, 종횡비가 1보다 작으면, 도 3에 나타낸 바와 같이, 종횡비가 1보다 큰 기공보다 광추출 효율이 낮게 된다.
실시 예2
유리기판 상에 ZnO와 Al2O3를 차례로 증착한 후 700~800℃에서 5시간 동안 열처리하였다. 이때, ZnO와 Al2O3는 RF 스퍼터링을 통해 성막하였고, ZnO 성막 시 유리기판에 400℃ 온도를 인가하였다. 또한, Al2O3의 두께는 각각 100㎚, 200㎚, 400㎚로 변화시켰다.
비교 예2
유리기판 상에 ZnO와 Al2O3를 차례로 증착한 후 700~800℃에서 5시간 동안 열처리하였다. 이때, ZnO와 Al2O3는 RF 스퍼터링을 통해 성막하였고, ZnO 성막 시 유리기판에 150℃ 온도를 인가하였다. 또한, Al2O3의 두께는 각각 100㎚, 200㎚, 400㎚로 변화시켰다.
먼저, 도 6을 보면, 실시 예1과 같이, ZnO를 400℃로 열처리한 경우 ZnO의 결정성이 대폭 증가되는 것으로 확인되었다. 또한, 도 7의 주사전자현미경 사진에서 보여지는 바와 같이, 계면에 비등방성의 기공이 형성됨을 확인할 수 있다.(a)(b)(c) 이때, Al2O3의 두께가 100㎚인 경우(a) 보다 Al2O3의 두께가 400㎚인 경우 더 많은 기공이 형성됨을 확인할 수 있다. 한편, 도 7의 (d)(e)(f)는 비교 예2에 대한 사진으로, 실시 예2와 마찬가지로 Al2O3의 두께가 400㎚인 경우(f) 더 많은 기공이 형성되나 각 계면에 기공이 형성되나 종횡비가 1보다 작은 것을 확인할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 유기발광소자용 광추출 기판 110: 베이스 기판
120: 제1 금속산화물 박막 130: 제2 금속산화물 박막
140: 기공 1: 유기발광소자
11: 애노드 12: 유기 발광층
13: 캐소드

Claims (15)

  1. 유기발광소자로부터 발광된 빛이 외부로 방출되는 일면에 배치되는 광추출 기판을 제조하는 방법에 있어서,
    베이스 기판의 양면 중 적어도 한 면에 금속산화물을 증착하여 제1 금속산화물 박막을 형성하는 제1 금속산화물 박막 형성단계;
    상기 제1 금속산화물 박막 상에 상기 금속산화물과 확산계수가 다른 금속산화물을 증착하여 제2 금속산화물 박막을 형성하는 제2 금속산화물 박막 형성단계; 및
    원자의 확산을 통해 상기 베이스 기판과 상기 제1 금속산화물 박막 간의 계면 및 상기 제1 금속산화물 박막과 상기 제2 금속산화물 박막 간의 계면 중 적어도 어느 한 계면으로부터 상대적인 확산계수가 큰 쪽의 내측 방향으로 복수 개의 기공을 형성시키기 위해, 상기 베이스 기판, 상기 제1 금속산화물 박막 및 상기 제2 금속산화물 박막을 열처리하는 기공 형성단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 금속산화물 박막 형성단계에서는 상기 금속산화물 증착 시 상온~600℃ 온도를 상기 베이스 기판에 인가하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 금속산화물 박막 형성단계에서는 상기 금속산화물 증착 시 400~600℃ 온도를 상기 베이스 기판에 인가하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 금속산화물 박막 형성단계에서는 스퍼터링을 통해 상기 금속산화물을 증착시키는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 금속산화물 박막 형성단계에서는 ZnO를 증착하고, 상기 제2 금속산화물 박막 형성단계에서는 Al2O3를 증착하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기공 형성단계에서는 700~900℃에서 1~5시간 동안 열처리하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기공 형성단계에서는 800℃에서 5시간 동안 열처리하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기공은 비등방성을 갖는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기공의 종횡비(aspect ratio; r)는 1보다 큰 것(r>1)을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 기공은 로드(rod) 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수 개의 기공 각각의 종횡비는 동일 또는 다른 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  12. 유기발광소자의 양면 중 상기 유기발광소자로부터 발광된 빛이 외부로 방출되는 일면에 배치되는 광추출 기판에 있어서,
    베이스 기판;
    상기 베이스 기판의 양면 중 적어도 한 면에 형성되는 제1 금속산화물 박막;
    상기 제1 금속산화물 박막 상에 형성되고, 상기 제1 금속산화물 박막과 확산계수가 다른 금속산화물로 이루어지는 제2 금속산화물 박막; 및
    상기 베이스 기판과 상기 제1 금속산화물 박막 간의 계면 및 상기 제1 금속산화물 박막과 상기 제2 금속산화물 박막 간의 계면 중 적어도 어느 한 계면에 형성되되, 상기 계면으로부터 상대적인 확산계수가 큰 쪽의 내측 방향으로 형성되는 복수 개의 기공을 포함하고,
    상기 기공은 비등방성을 갖는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 기공의 종횡비(aspect ratio; r)는 1보다 큰 것(r>1)을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 기공은 로드(rod) 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 복수 개의 기공 각각의 종횡비는 동일 또는 다른 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판.
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