KR20110087433A

KR20110087433A - 곡선 구조 발광층을 이용하여 도파광을 누출시켜서 발광 효율을 개선한 유기 발광 소자 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20110087433A
Application number: KR1020100006850A
Authority: KR
Inventors: 오민철; 장지향
Original assignee: 부산대학교 산학협력단
Priority date: 2010-01-26
Filing date: 2010-01-26
Publication date: 2011-08-03

Abstract

본 발명은 유기 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 유기 발광 소자에서 발생하는 ITO-유기층 광 도파 모드로 인해 유기 발광 소자 내부에 갇히게 되는 빛을 외부로 추출해낼 수 있는 유기 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 PDMS(Polydimethylsiloxane) 몰드 위에 마이크로 파티클을 코팅하고, 폴리머가 코팅된 기판 위로 임프린팅을 실시하여 폴리머에 마이크로 크기의 반경을 주기적으로 가지는 요철 형태의 폴리머 층이 형성되며, 그 위에 유기 발광 소자를 제작한다. 이와 같이 유기 발광 소자 내부의 ITO-유기층 광 도파 모드가 형성되는 구조에 주기적인 마이크로 크기의 곡률(miro curvature)를 가지는 폴리머 층을 삽입하여 광 도파로 굴곡 손실(waveguide bending loss)를 발생시키고자 한다. 따라서 유기 발광 소자의 발광층에서 형성된 빛들 중에 ITO-유기층 광 도파 모드로 진행하던 빛들의 대부분이 광 도파로의 손실로 발생되면서 유리 기판까지 도달할 수 있어 외부 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

곡선 구조 발광층을 이용하여 도파광을 누출시켜서 발광 효율을 개선한 유기 발광 소자 및 그 제조방법{Organic light emitting device with enhanced luminance efficiency by incorporating a curved emitting layer to cause the radiation of guided light and method of manufacturing the same}

본 발명은 유기 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 유기 발광 소자 내부에서 형성된 빛들 중에 ITO-유기층 광 도파 모드로 인해 유기 발광 소자 내부에 갇히게 되는 빛을 기판 외부로 추출해낼 수 있는 유기 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

디스플레이 장치들 중, 유기 발광 디스플레이 장치는 시야각이 넓고 컨트라스트가 우수할 뿐만 아니라 응답속도가 빠르다는 장점을 가지므로 차세대 디스플레이 장치로서 주목을 받고 있다. 유기 발광 디스플레이 장치에 사용되는 유기 발광 소자는 일반적으로 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 유기물로 이루어진 발광층을 구비하고 있다. 유기 발광 소자는 이들 전극들에 양극 및 음극 전압이 각각 인가됨에 따라 애노드 전극으로부터 주입된 정공(hole)이 정공 수송층을 경유하여 발광층으로 이동되고, 전자는 캐소드 전극으로부터 전자 수송층을 경유하여 발광층으로 이동되어서, 발광층에서 전자와 정공이 재결합하여 여기자(exiton)을 생성하게 된다. 이 여기자가 여기 상태에서 기저 상태로 변화됨에 따라, 발광층의 형광성 분자가 발광함으로써 화상을 형성하게 된다. 풀 컬러(full color)형 유기 발광 소자의 경우에는 적(R), 녹(G), 청(B)의 삼색을 발광하는 화소(pixel)를 구비토록 함으로써 풀 컬러를 구현한다.

일반적으로 기판, ITO 전극(애노드 전극), 발광층을 포함하는 여러 유기층 및 금속 전극(캐소드 전극)의 다층 구조로 이루어지는 유기 발광 소자의 전력 효율은 소자 구동에 필요한 전력 소비량을 결정하는 아주 중요한 변수이다. 전력 효율의 개선은 적은 전류로 원하는 휘도를 얻게 해줌으로써 소자 수명 연장에도 기여하게 된다. 유기 발광 소자의 전력 효율을 높이기 위한 세 가지 중요한 요인은 다음과 같다.

첫 번째 요소는 높은 내부 양자 효율을 구현하는 것이다. 내부 양자 효율은 유기 발광 소자의 양극과 음극으로 주입되는 전자 및 정공의 수와 내부에서 생성되는 광자 수의 비율로 정의할 수 있다. 높은 내부 양자 효율을 얻기 위해서는, 전자-정공의 재결합을 높일 수 있는 재료를 개발하여 발광층으로 사용하거나, 발광 물질에 형광 색소나 인광 색소를 도핑 하여 소자를 제작한다. 또한 전자, 정공 수송층 역할을 하는 유기물들의 에너지 레벨을 고려하여 적절히 배열함으로써, 전자와 정공이 발광층까지 많이 전달되고 각 전하량의 균형이 잘 맞추어져 주입된 전자와 정공이 엑시톤으로 변환하는데 기여할 수 있도록 한다.

두 번째 요소는 전극과 유기 주입층 사이에서 차지 캐리어(charge carrier)의 주입에 영향을 미치는 에너지 갭을 최소화시키기 위한 물질들을 선택하여 적절히 잘 배열시킴으로써, 오믹(Ohmic) 손실을 낮추고 낮은 구동 전압으로 원하는 휘도를 구현하는 것이다.

세 번째, 외부 광 추출 결합 효율이 높아야 한다. 상세히, 유기 발광 소자의 발광층에서 형성된 빛들은 ITO와 유기층의 높은 굴절률로 인해 발생하는 광 도파 모드, 기판과 공기층의 굴절률 차이에 의한 내부 전반사 모드로 인해 80% 이상의 빛들이 내부로 갇히게 되어 최종적으로 사용자 측으로 추출되는 광량은 상당히 적은 값으로 제한된다. 이러한 한계를 극복하기 위하여, 마이크로 렌즈나 나노 크기의 구조물을 소자 내부에 삽입하여 유기 발광 소자의 외부 광 추출 효율을 향상시키는 방법이 개발되고 있다.

현재, 높은 내부 양자 효율을 가지는 물질을 적용하고, 다층 박막의 여러 유기물들을 전하의 주입과 전달이 용이하도록 적층시킨 유기 발광 소자들이 다양한 제품에 적용되면서 넓은 시장을 형성해 나가고 있다. 이렇듯 내부 양자 효율을 향상시키고자 하는 연구들은 활발히 이루어지고 상당 부분 개선이 되어 가고 있으나, 유기 발광 소자의 외부 광 추출 효율이 상당히 낮은 수준으로 제한되어 있는 것은 유기 발광 소자 개발의 큰 걸림돌이라 할 수 있다. 높은 내부 양자 효율을 가지는 발광층에서 생성된 빛의 대부분이 소자 외부로 추출되기 위한 방법을 찾는 것은 전력 효율을 개선할 뿐만 아니라 저 전력으로 소자를 구동시킴으로써 유기 발광 소자의 수명 연장에도 기여하는 매우 중요한 기술이라 할 수 있다.

본 발명은 유기 발광 소자의 구조에 의해 발생하는 외부 광 추출 효율의 한계를 극복하고 전력 효율이 개선된 유기 발광 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 즉, 유기 발광 소자의 발광층에서 형성된 빛의 50% 가량은 ITO-유기층 광 도파 모드에 의해 소자 내부에 갇히게 되고, 나머지의 30% 정도는 기판과 공기층의 굴절률 차이로 인한 전반사 모드로 인해 소자 내부에 갇히게 되는 문제점을 해결하는 것을 본 발명의 목적으로 한다.

본 발명은 기판; 상기 기판상에 배치되며, 소정의 곡률을 가진 요철부가 반복적으로 형성되는 폴리머; 및 상기 폴리머 상에 차례로 적층되는 제1 전극, 유기층 및 제2 전극을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기층에서 발산하는 빛은 상기 제1 전극과 상기 유기층이 형성하는 광 도파 모드가 삽입된 상기 요철부에 의해 손실모드로 형성되면서 상기 기판까지 도달할 수 있게 된다.

본 발명에 있어서, 상기 요철부는 구형 또는 타원 형상으로 형성될 수 있다.

다른 측면에 관한 본 발명은 기판을 준비하는 단계; 상기 기판상에 산소 플라스마 표면처리 과정을 통해 수산기(H: hydroxyl)를 형성하는 단계; 상기 수산기가 형성된 기판상에 상기 폴리머를 코팅하는 단계; 상기 폴리머가 코팅된 상기 기판상에 마이크로 파티클이 코팅된 몰드를 임프린팅하는 단계; 및 상기 폴리머 상에 제1 전극, 유기층 및 제2 전극을 차례로 적층하는 단계를 포함하는 유기 발광 소자의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 폴리머가 코팅된 상기 기판상에 마이크로 파티클이 코팅된 몰드를 임프린팅하는 단계는, PDMS(Polydimethylsiloxane) 재질의 몰드 위에 산소 플라스마 표면처리 과정을 통해 수산기(H: hydroxyl)를 형성하는 단계; 상기 몰드 위에 마이크로 파티클을 코팅하는 단계; 및 상기 폴리머가 코팅된 상기 기판상에 상기 마이크로 파티클이 코팅된 상기 몰드를 임프린팅(imprinting) 하여 마이크로 파티클의 형상에 대응되는 요철부가 상기 폴리머에 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 기존에 실시해오던 유기 발광 소자 제작 과정에, 폴리머 위에 마이크로 파티클을 이용한 임프린팅 공정을 추가하는 것만으로도 손쉽게 외부 광 추출 효율이 향상된 소자를 얻을 수 있다.

즉, 본 발명은 여러 가지 크기의 마이크로 파티클을 폴리머 위에 임프린팅 함으로써 마이크로 반경을 가지는 폴리머 층을 형성하여, 유기 발광 소자의 발광층 내부에서 형성된 빛들 중 ITO-유기층 광 도파 모드로 갇히던 상당량의 광 도파로 모드를 마이크로 크기의 곡률(micro curvature)을 갖는 폴리머 층에 의한 굴곡 손실(bending loss)로 발생시켜 기판까지 도달될 수 있도록 한다. 이로 인해 마이크로 크기의 반경이 주기적으로 형성된 폴리머 층을 가지는 유기 발광 소자는 기본 소자에 비해 최대 2배 이상 개선된 전력 효율을 얻을 수 있다. 또한 디스플레이 및 조명기구 등에 활용되는 유기 발광 소자의 경우 필요한 휘도를 구현하기 위한 구동 전압이 낮아지기 때문에 저 전력으로 소자 구동이 가능하며 유기 발광 소자의 수명 연장 또한 실현할 수 있다. 나아가, 고효율의 유기 발광 소자 제작을 위해 간단한 임프린팅 과정만을 추가하기 때문에, 저분자, 고분자 그리고 플렉서블 유기 발광 소자까지 두루 손쉽게 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 디스플레이 장치를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 유기 발광 디스플레이 장치 중 유기 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 비교예에 따른 유기 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 4a 내지 도 4h는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 제조방법을 순차적으로 도시한 개략적인 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 디스플레이 장치를 도시한 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 글라스재 또는 플라스틱재의 제1 기판(50)상에 버퍼층(51)이 형성되어 있고, 이 위에 박막 트랜지스터(TFT)와, 유기 발광 소자(OLED)가 형성된다. 이를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1 기판(50)의 버퍼층(51) 상에 소정 패턴의 활성층(52)이 구비된다. 활성층(52)의 상부에는 게이트 절연막(53)이 구비되고, 게이트 절연막(53) 상부의 소정 영역에는 게이트 전극(54)이 형성된다. 게이트 전극(54)은 박막 트랜지스터 온/오프 신호를 인가하는 게이트 라인(미도시)과 연결되어 있다. 게이트 전극(54)의 상부로는 층간 절연막(55)이 형성되고, 컨택 홀을 통해 소스/드레인 전극(56)(57)이 각각 활성층(52)의 소스/드레인 영역(52b)(52c)에 접하도록 형성된다. 소스/드레인 전극(56)(57) 상부로는 SiO₂, SiNx 등으로 이루어진 패시베이션막(58)이 형성되고, 패시베이션막(58)의 상부에는 아크릴(acryl), 폴리 이미드(polyimide), BCB(Benzocyclobutene) 등의 유기물질로 평탄화막(59)이 형성되어 있다. 평탄화막(59)의 상부에 유기 발광 소자(OLED)의 애노드 전극이 되는 제1 전극(61)이 형성되고, 이를 덮도록 유기물로 화소 정의막(Pixel Define Layer: 60)이 형성된다. 화소 정의막(60)에 소정의 개구를 형성한 후, 화소 정의막(60)의 상부 및 개구가 형성되어 외부로 노출된 제1 전극(61)의 상부에 유기층(62)을 형성한다. 유기층(62)은 발광층을 포함한 것이 된다. 본 발명은 반드시 이와 같은 구조로 한정되는 것은 아니며, 다양한 유기 발광 디스플레이 장치의 구조가 그대로 적용될 수 있음은 물론이다.

유기 발광 소자(OLED)는 전류를 인가하여 적, 녹, 청색의 빛을 발광시켜서 소정의 화상 정보를 표시하는 것으로, 박막 트랜지스터의 드레인 전극(56)에 연결되어 이로부터 플러스 전원을 공급받는 제1 전극(61)과, 전체 화소를 덮도록 구비되어 마이너스 전원을 공급하는 제2 전극(63) 및 이들 제1 전극(61)과 제2 전극(63)의 사이에 배치되어 발광하는 유기층(62)으로 구성된다.

제1 전극(61)과 제2 전극(63)은 유기층(62)에 의해 서로 절연되어 있으며, 유기층(62)에 서로 다른 극성의 전압을 가해 유기층(62)에서 발광이 이뤄지도록 한다.

유기층(62)은 저분자 또는 고분자 유기층이 사용될 수 있는 데, 저분자 유기층을 사용할 경우 홀 주입층(HIL: Hole Injection Layer), 홀 수송층(HTL: Hole Transport Layer), 발광층(EML: Emission Layer), 전자 수송층(ETL: Electron Transport Layer), 전자 주입층(EIL: Electron Injection Layer) 등이 단일 혹은 복합의 구조로 적층되어 형성될 수 있으며, 사용 가능한 유기 재료도 구리 프탈로시아닌(CuPc: copper phthalocyanine), N,N-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐-벤지딘 (N,N'-Di(naphthalene-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine: NPB), 트리스-8-하이드록시퀴놀린 알루미늄(tris-8-hydroxyquinoline aluminum)(Alq3) 등을 비롯해 다양하게 적용 가능하다. 이들 저분자 유기층은 진공증착의 방법으로 형성된다.

고분자 유기층의 경우에는 대개 홀 수송층(HTL) 및 발광층(EML)으로 구비된 구조를 가질 수 있으며, 이때, 홀 수송층으로 PEDOT를 사용하고, 발광층으로 PPV(Poly-Phenylenevinylene)계 및 폴리플루오렌(Polyfluorene)계 등 고분자 유기물질을 사용하며, 이를 스크린 인쇄나 잉크젯 인쇄방법 등으로 형성할 수 있다.

이와 같은 유기층은 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 다양한 실시예들이 적용될 수 있음은 물론이다.

제1 전극(61)은 애노드 전극의 기능을 하고, 제2 전극(63)은 캐소드 전극의 기능을 하는 데, 물론, 이들 제1 전극(61)과 제2 전극(63)의 극성은 반대로 되어도 무방하다.

제1 전극(61)은 투명 전극 또는 반사형 전극으로 구비될 수 있는 데, 투명 전극으로 사용될 때에는 ITO, IZO, ZnO, 또는 In₂O₃로 구비될 수 있고, 반사형 전극으로 사용될 때에는 Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, 및 이들의 화합물 등으로 반사막을 형성한 후, 그 위에 ITO, IZO, ZnO, 또는 In₂O₃를 형성할 수 있다.

한편, 제2 전극(63)도 투명 전극 또는 반사형 전극으로 구비될 수 있는데, 투명 전극으로 사용될 때에는 제2 전극(63)이 캐소드 전극으로 사용되므로, 일함수가 작은 금속 즉, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Ag, Mg, 및 이들의 화합물이 유기층(62)의 방향을 향하도록 증착한 후, 그 위에 ITO, IZO, ZnO, 또는 In₂O₃ 등의 투명 전극 형성용 물질로 보조 전극층이나 버스 전극 라인을 형성할 수 있다. 그리고, 반사형 전극으로 사용될 때에는 위 Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Ag, Mg, 및 이들의 화합물을 전면 증착하여 형성한다.

한편, 유기 발광 소자(OLED)의 상부에는 제2 기판(미도시)이 더 배치될 수 있다. 이와 같은 제2 기판(미도시)은 글라스재 또는 플라스틱재로 형성되어, 봉지 (encapsulation) 기판의 역할을 수행할 수 있다.

도 2는 도 1의 유기 발광 디스플레이 장치 중 유기 발광 소자를 도시한 단면도이다. 참고로, 도 2에서는 도 1에 도시된 박막 트랜지스터(TFT)가 생략된 구조를 도시하고 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 관한 유기 발광 소자는 제1 기판(50), 폴리머(70), 제1 전극(61), 제2 전극(63) 및 이들 제1 전극(61)과 제2 전극(63)의 사이에 배치되어 발광하는 유기층(62)으로 구성된다. 본 실시예에서는, 제1 전극(61)이 ITO 등으로 이루어진 투명 전극이고, 제2 전극(63)이 금속 전극인 배면 발광 구조를 상정하고 있다. 그러나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 전면 발광 구조 등 다양한 유기 발광 디스플레이 장치에 적용가능하다 할 것이다.

상세히, 제1 기판(50) 상에는 폴리머(70)가 형성된다. 그리고, 폴리머(70) 상에는 소정의 곡률을 가진 요철부(71)가 반복적으로 형성되어 있다. 이와 같은 요철부(71)는 원형 또는 타원형의 일부 형상으로 나타낼 수 있고, 바람직하게는 반구의 형상으로 형성될 수 있다. 파티클이 완전히 구형인 경우보다 타원 형상인 경우에는 급격한 곡률 형태가 나타나기 때문에 곡률 손실이 더 크게 발생할 수 있을 것으로 보인다.

이와 같은 요철부(71)를 가진 폴리머(70)는 여러 가지 크기의 파티클을 폴리머(70) 위에 임프린팅 함으로써 형성될 수 있다. 이러한 요철부(71)의 제조 과정은 도 4 이하에서 상세히 설명하도록 한다.

본 발명에서 파티클은 다양한 크기로 형성될 수 있다. 곡률 손실이 적절하게 발생될 수 있는 형태나 크기이면 무난하다. 바람직하게는 300 nm 내지 200 ㎛의 크기이다. 파티클의 크기가 너무 작을 경우에는 폴리머 층에 형성되는 곡률이 너무 작아지게 되어 곡률 손실이 미세하게 발생되어 여전히 많은 빛들이 광 도파 모드로 가이드될 수 있다. 폴리머 층의 두께에 비하여 파티클의 크기가 너무 커지게 되어도 곡률이 너무 작게 형성됨으로써 곡률 손실이 거의 발생되지 않게 되어 바람직하지 못하다. 본 발명의 명세서에서 '마이크로 파티클'이라는 용어가 사용되고 있으나 이는 반드시 마이크로 크기의 파티클로 한정되어야 한다는 것을 의미하지는 않는다. 마이크로 단위보다 약간 작은 수백 나노 단위의 파티클이라고 하더라도 사용될 수 있다.

이와 같은 마이크로 차원의 반경을 가지는 요철부(71)가 형성된 폴리머(70) 로 인해 제1 전극(61)과 유기층(62)이 마이크로 크기의 곡률 굴곡을 가지는 광 도파로 구조로 형성됨으로써 광 도파 모드의 빛이 손실 모드로 변하게 되고, 따라서 유기층(62)에서 발산된 빛이 제1 기판(50) 외부로 더 많이 추출되게 된다. 이때, 제1 기판(50) 외부로 추출되는 광 효율은 임프린팅에 사용되는 마이크로 파티클의 형태에 의해 영향을 받게 된다. 즉, 마이크로 파티클이 완벽한 구 형태일 때보다 타원 형태로 제작되어 장축방향으로 폴리머에 임프린팅 될 때, 급격히 변화하는 마이크로 곡률로 인해 도파 모드의 빛들 대부분이 마이크로 크기의 곡률에 의한 굴곡 손실로 형성되어 기판까지 도달함으로써 외부 광 추출 효율을 극대화시킬 수 있는 것이다.

한편, 상기 요철부(71)가 형성된 폴리머(70) 상부에는 제1 전극(61), 유기층(62) 및 제2 전극(63)이 차례로 적층된다. 이때, 제1 전극(61), 유기층(62) 및 제2 전극(63)들은 폴리머(70)에 형성된 요철부(71)의 요철을 따라 같은 패턴을 이루면서 굴곡지게 형성될 수도 있다. 또한, 제2 전극(63) 상부에는 봉지(encapsulation) 기판의 역할을 수행하는 제2 기판(미도시)이 더 배치될 수도 있다. 상기 제1 전극(61), 유기층(62) 및 제2 전극(63)에 대하여는 도 1에서 상세히 설명하였으므로, 여기서는 그 상세한 설명은 생략하도록 한다.

이하, 비교예에 대비한 본 발명의 광 추출 효율의 향상을 설명한다.

도 3은 본 발명의 비교예에 따른 유기 발광 소자를 도시한 단면도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 비교예에 따른 유기 발광 소자는 제1 기판(50'), 제1 전극(61'), 제2 전극(63') 및 이들 제1 전극(61')과 제2 전극(63')의 사이에 배치되어 발광하는 유기층(62')으로 구성된다.

여기서, 도 3의 화살표 a'는 유기층(62')에서 형성되어 사방으로 진행해 나가는 빛의 방향을 나타내고, 화살표 b'는 제1 기판(50')에 수직 방향으로 진행하여 유기 발광 소자 외부로 빠져나가는 빛의 진행 방향을 나타낸다. 화살표 c'는 ITO-유기층 광도파 모드로 결합되지 않고 제1 기판(50')까지 도달한 빛 중 제1 기판(50')과 공기층 사이의 임계각보다 큰 각도로 진행하여 유기 발광 소자 내부에 갇히는 빛의 진행 방향을 나타낸다. 그리고, 화살표 e는 ITO-유기층 광 도파 모드 분포를 나타내며, 화살표 d'는 ITO-유기층 광 도파 모드를 형성하며 진행하는 빛의 진행 방향을 나타낸다.

도 3의 화살표 d'에 도시된 바와 같이, 유기층(62')에서 형성된 빛의 상당 부분, 대략 50% 가량은 ITO-유기층 광 도파 모드를 형성하여 유기 발광 소자 외부로 빠져나가지 못하고, 따라서 외부 광 추출 효율을 현저하게 감소시키는 원인이 된다.

이에 반하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 도시한 도 2를 참조하면, 화살표 a는 ITO-유기층 광 도파 모드 분포를 나타내며, 화살표 b1, b2, b3는 ITO-유기층 광 도파 모드로 진행하던 빛이 마이크로 크기의 반경을 가지는 요철부(71)가 형성된 폴리머(70)에 의해 굴곡 손실로 발생하여 기판까지 도달한 뒤 외부로 추출되는 모습을 나타내며, 화살표 c1, c2는 ITO-유기층 광 도파 모드로 진행하다 마이크로 크기의 반경을 가지는 요철부(71)가 형성된 폴리머(70)에 의한 굴곡 손실로 발생한 빛들 중 일부가 금속으로 이루어진 제2 전극(63)에 반사되면서 외부로 추출되는 모습을 나타내고, 화살표 d는 마이크로 크기의 반경을 가지는 요철부(71)가 형성된 폴리머(70)의 영향을 미처 받지 못하고 ITO-유기층 광 도파 모드로 진행하고 있는 빛의 진행 모습을 나타낸다. 그리고 ITO-유기층 광 도파 모드의 빛이 폴리머로 형성된 요철부에 의해 바로 손실되면서 기판으로 진행하는 빛(b1)과 광 도파 모드로 결합되어 계속적으로 도파하다가 요철부에 도달하여 손실되면서 기판까지 도달하게 되는 빛(b2, b3)은 화살표의 두께 차이로 표현한 바와 같이 빛의 세기에서 다소 차이가 있음을 나타낸다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자는, 마이크로 차원의 반경을 가지는 요철부(71)가 형성된 폴리머(70)를 구비함으로써, ITO-유기층 광 도파 모드로 갇히는 빛의 양을 현저하게 감소시킬 수 있게 되는 것이다. 이와 같은 본 발명에 의하여, 유기 발광 소자의 광 추출 효율을 극대화시킬 수 있으며, 이로 인하여 기본 소자에 비해 최대 2배 이상 개선된 전력 효율을 얻을 수 있다. 또한 디스플레이 및 조명기구 등에 활용되는 유기 발광 소자의 경우 필요한 휘도를 구현하기 위한 구동 전압이 낮아지기 때문에, 저 전력으로 소자 구동이 가능하며 유기 발광 소자의 수명 연장 또한 실현할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 제조방법을 설명한다.

도 4a 내지 도 4h는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 제조방법을 순차적으로 도시한 개략적인 단면도이다.

도 4a 내지 도 4h를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 제조방법은, 제1 기판(50)을 준비하는 단계, 제1 기판(50)상에 폴리머(70)를 코팅하는 단계, 폴리머(70)가 코팅된 제1 기판(50)상에 마이크로 파티클(90)이 코팅된 몰드(80)를 임프린팅하는 단계 및 제1 기판(50)상에 제1 전극(61), 유기층(62) 및 제2 전극(63)을 차례로 적층하는 단계를 포함한다.

이를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제1 기판(50)을 준비한다. 상세히, 폴리머(70)를 코팅할 제1 기판(50)을 초음파 분해(sonication) 방식을 이용하여 세정제, 아세톤, 이소프로필알콜(IPA) 그리고 초순수(DI water) 순으로 세정(cleanining) 과정을 실시한 뒤, 제1 기판(50)을 가열하여 제1 기판(50) 위의 남아있을 미세한 수분까지 모두 제거한다.

다음으로, 제1 기판(50)상에 폴리머(70)를 코팅한다. 즉, 도 4a에 도시된 바와 같이 산소 플라스마 표면처리 과정으로 제1 기판(50) 위에 수산기(H: hydroxyl)를 고르게 형성한 후, 도 4b에 도시된 바와 같이, 1~2 um의 두께를 가지도록 폴리머(70)를 코팅한다.

다음으로, 폴리머(70)가 코팅된 제1 기판(50)상에 마이크로 파티클(90)이 코팅된 몰드(80)를 임프린팅한다. 상세히, 도 4c에 도시된 바와 같이 임프린팅(imprinting) 공정의 스탬프(stamp)로 사용하게 될 평평한 PDMS(Polydimethylsiloxane) 재질의 몰드(80) 위에 산소 플라스마 표면처리 과정을 통해 수산기(H: hydroxyl)를 형성한다. 그리고, 도 4d에 도시된 바와 같이, 산소 플라스마 처리를 통해 친수성으로 변화된 몰드(80) 위에 10wt%의 PS(Polystyrene) 마이크로 파티클(90)을 500rpm, 60sec의 조건으로 코팅하여 모노레이어(mono-layer)를 형성한다. 그리고 나서, 도 4e에 도시된 바와 같이, 폴리머(70)가 코팅된 제1 기판(50) 위에 마이크로 파티클(90)이 코팅된 몰드(80)를 임프린팅(imprinting) 한 뒤, 5분가량 질소 분위기에서 UV 경화를 실시한다. 경화가 끝난 뒤 몰드(80)를 떼어내면, 도 4f에 도시된 바와 같이, 마이크로 파티클(90)의 크기에 해당하는 반경을 주기적으로 가지는 요철부(71)가 반복적으로 형성된 폴리머(70)가 형성된다.

여기서, 임프린팅(imprinting) 공정이란, 나노 형상의 제품을 제조하는데 있어서, 종이 위에 도장을 찍는 것과 유사한 방법을 사용하는 공정을 의미한다. 상세히, 단단한 금형(몰드) 표면에 나노 구조물(nanostructured pattern)을 새기고, 상대적으로 강도가 약한 물질의 표면에 이를 눌러서, 나노 구조물을 반복적으로 복사하는 공정을 수행한다. 나노 임프린팅은 열가소성, 열경화성 또는 포토레지스트 재료에 적용가능하며, 경제적이고도 효과적으로 나노 구조물을 제조하는 것이 가능한 공정이다.

마지막으로, 제1 기판(50)상에 제1 전극(61), 유기층(62) 및 제2 전극(63)을 차례로 적층한다.

상세히, 도 4g에 도시된 바와 같이, 마이크로 크기의 곡률(curvature)을 가지는 요철부(71)가 반복적으로 형성되어 있는 폴리머(70) 위로 200 nm 가량의 두께로 ITO를 스퍼터링(sputtering) 한다.

그리고, ITO 위에 포토리소그라피 공정으로 포토레지스트 패턴을 제작한 뒤 ITO 식각액(etchant)을 이용한 습식 식각(wet etching)을 실시하여 ITO를 패터닝 하여 제1 전극(61)을 형성한다.

그리고 패터닝 된 제1 전극(61) 위에 발광영역을 제한하기 위해, 폴리이미드를 이용한 패터닝 과정을 거쳐서 화소 정의막을 형성한다. 제1 전극(61)의 패터닝 과정을 마친 제1 기판(50)은 제1 기판(50) 위에 남아있는 불순물을 제거하기 위한 세척작업과 앞서 포토레지스트 패터닝 작업등을 거치며 표면에 남아있는 탄소를 제거하고 산소의 량을 증가시켜서 제1 전극(61)의 일함수가 커질 수 있도록 전처리 과정을 실시한다.

마지막으로, 도 4h에 도시된 바와 같이, 제1 전극(61) 위에 유기층(62)과 제2 전극(63)을 진공 속에서 차례로 열 증착을 마친 뒤, 질소 분위기에서 봉지(encapsulation) 과정을 거치면 마이크로 크기의 반경이 형성된 요철부(71)를 가지는 폴리머(70)를 구비한 유기 발광 소자의 제작이 완성된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

50...제1 기판 51...버퍼층
52...활성층 53...게이트 절연막
54...게이트 전극 55...층간 절연막
56...소스 전극 57...드레인 전극
58... 패시베이션막 59...평탄화막
60...화소 정의막 61...제1 전극
62...유기층 63...제2 전극
70...폴리머 71...요철부
80...몰드 90...마이크로 파티클

Claims

기판;
상기 기판상에 배치되며, 소정의 곡률을 가진 요철부가 반복적으로 형성되는 폴리머; 및
상기 폴리머 상에 차례로 적층되는 제1 전극, 유기층 및 제2 전극을 포함하는 유기 발광 소자로서,
상기 유기층에서 발산하는 빛은 상기 제1 전극과 상기 유기층이 소정의 곡률을 가지는 광 도파로 구조로 형성됨으로써 광 도파 모드로 진행하던 빛들이 굴곡 손실이 발생하여 기판까지 도달하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
제 1 항에 있어서, 상기 요철부는 원형 또는 타원형의 일부 형상을 나타내는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
기판을 준비하는 단계;
상기 기판상에 산소 플라스마 표면처리 과정을 통해 수산기(H: hydroxyl)를 형성하는 단계;
상기 수산기가 형성된 기판상에 상기 폴리머를 코팅하는 단계;
상기 폴리머가 코팅된 상기 기판상에 마이크로 파티클이 코팅된 몰드를 임프린팅하는 단계; 및
상기 폴리머 상에 제1 전극, 유기층 및 제2 전극을 차례로 적층하는 단계를 포함하는 유기 발광 소자의 제조방법.
제 3 항에 있어서,
상기 폴리머가 코팅된 상기 기판상에 마이크로 파티클이 코팅된 몰드를 임프린팅하는 단계는,
PDMS(Polydimethylsiloxane) 재질의 몰드 위에 산소 플라스마 표면처리 과정을 통해 수산기(H: hydroxyl)를 형성하는 단계;
상기 몰드 위에 마이크로 파티클을 코팅하는 단계; 및
상기 폴리머가 코팅된 상기 기판상에 상기 마이크로 파티클이 코팅된 상기 몰드를 임프린팅(imprinting) 하여 마이크로 파티클의 형상에 대응되는 요철부가 상기 폴리머에 형성하는 단계를 포함하는 유기 발광 소자의 제조방법.