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KR20120054887A - 유기발광소자 및 그의 제조방법 - Google Patents

유기발광소자 및 그의 제조방법 Download PDF

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KR20120054887A
KR20120054887A KR1020100116253A KR20100116253A KR20120054887A KR 20120054887 A KR20120054887 A KR 20120054887A KR 1020100116253 A KR1020100116253 A KR 1020100116253A KR 20100116253 A KR20100116253 A KR 20100116253A KR 20120054887 A KR20120054887 A KR 20120054887A
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KR
South Korea
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light emitting
electrode
organic
layer
emitting device
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Application number
KR1020100116253A
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Inventor
정영관
한규일
김상대
조영덕
윤홍제
Original Assignee
엘지디스플레이 주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 유기전계발광표시장치에 적용되는 유기발광소자 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 유기발광소자는, 투과성을 갖는 기판; 상기 기판 상에, 투과성 및 올록볼록한 요철 형태의 상면을 갖도록 형성되는 광추출층; 상기 광추출층 상에, 투과성 및 도전성을 갖도록 형성되는 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 유기물질로 형성되어, 정공과 전자를 이용하여 광을 방출하는 유기층; 및 상기 유기층 상에 도전성을 갖도록 형성되는 제2 전극을 포함한다.

Description

유기발광소자 및 그의 제조방법{ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 유기발광소자 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히, 유기전계발광표시장치(Organic Light Emitting Display device)에 적용되는 유기발광소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
최근, 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 전기적 정보신호를 시각적으로 표현하는 디스플레이(display)분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 여러 가지 다양한 평판 표시장치(Flat Display Device)가 개발되어 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube: CRT)을 빠르게 대체하고 있다.
이 같은 평판 표시장치의 구체적인 예로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 유기전계발광 표시장치(Organic Light Emitting Display device), 전기영동표시장치(Electrophoretic Display: EPD, Electric Paper Display device), 플라즈마표시장치(Plasma Display Panel device: PDP), 전계방출표시장치(Field Emission Display device: FED), 전기발광표시장치(Electro luminescence Display Device: ELD) 및 전기습윤표시장치(Electro-Wetting Display: EWD) 등을 들 수 있다. 이들은 공통적으로 영상을 구현하는 평판 표시패널을 필수적인 구성요소로 하는 바, 평판 표시패널은 고유의 발광물질 또는 편광물질층을 사이에 두고 한 쌍의 기판을 대면 합착시킨 구성을 갖는다.
그 중, 유기전계발광표시장치는, 서로 대향하는 양극과 음극, 및 양극과 음극 사이에 발광성의 유기물질로 형성되는 발광층을 포함하는 유기발광소자(Organic Light Emitting Device)를 이용하여 화상을 표시하는 장치이다. 이때, 유기발광소자는, 순방향전압이 인가된 양극과 음극 각각으로부터 정공과 전자가 발광층으로 이송되면, 이송된 정공과 전자가 발광층에서 재결합하여 생성되는 여기자(exiton)가 여기상태에서 기저상태로 떨어지고, 이때 방출되는 에너지를 특정 파장영역의 광으로 방출하는 자체 발광형 소자이다. 이러한 유기발광소자는 발광층을 형성하는 물질에 따라 특정 색상의 광을 방출할 수 있으므로, 유기전계발광표시장치는, 다양한 색상의 광을 방출하는 복수의 유기발광소자를 포함하여, 별도의 컬러필터 없이도 컬러화상을 구현할 수 있다.
이러한 유기전계발광표시장치는, 백라이트유닛에서 조사되는 광 또는 외부광의 투과율을 조절하여 화상을 표시하는 액정표시장치(LCD)와 달리, 별도의 광원을 필요로 하지 않으므로, 액정표시장치보다 소형화, 박막화에 유리하고, 시야각이 넓으며, 액정표시장치보다 1000배 이상 빠른 반응속도를 나타내어 잔상이 남지 않는 장점이 있다. 이러한 유기전계발광표시장치는, 시야각이 넓고 소형화에 유리한 장점이 있어, 이미 이동통신 단말기, 개인정보 단말기, 캠코더, 디지털 카메라 등의 소형 디스플레이 장치에 널리 적용되고 있다. 최근들어, 발광층에 도핑되는 불순물인 인광 재료 및 정공 또는 전자를 이송하는 물질에 대한 연구 및 개발을 통해, 소비전력이 낮아지고 있어, 액정표시장치를 대체할 차세대 평면표시장치로써 주목받고 있다.
도 1은 종래기술에 따른 유기발광소자를 나타낸 단면도이고, 도 2a 내지 도 2f는 도 1에 도시된 유기발광소자에서 발생된 광의 경로를 나타낸 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 유기발광소자(10)는, 기판(11) 상에 순차적으로 적층되는 제1 전극(12), 유기층(13) 및 제2 전극(14)를 포함하여 이루어진다. 여기서 유기층(13)은, 제1 전극(12)과 제2 전극(14)을 통해 주입되는 정공과 전자의 재결합으로 여기자를 생성하는 유기물질로 이루어져서, 여기자가 여기상태에서 기저상태로 떨어지면서 방출되는 에너지를 광으로 생성하는 발광층을 포함한다. 그리고, 기판(11)과 제1 전극(12)은 투과성을 갖는 재료로 각각 이루어지고, 제2 전극(14)은 반사성을 갖는 재료로 이루어진다. 이러한 종래의 유기발광소자(10)는, 제1 전극(12)과 제2 전극(14) 사이에 순방향전압이 인가되면, 제1 전극(12)과 제2 전극(14)에서 각각 주입되는 정공과 전자가 유기층(13)으로 이동하고, 유기층(13)의 발광층에서 정공과 전자의 재결합으로 생성된 여기자가 기저상태로 떨어지면서, 광을 방출하는 소자이다.
그런데, 유기층(13)에서 발생된 광은, 제1 전극(12)과 기판(11)을 지나서, 외부로 방출되는데, 유기층(13), 제1 전극(12) 및 기판(11)은, 개개의 굴절율을 갖는 다른 재료로 형성되기 때문에, 유기층(13)과 제1 전극(12) 사이의 계면, 제1 전극(12)과 기판(11) 사이의 계면 및 기판(11)과 외부 사이의 계면에서, 대부분의 광이 소자 내부에 구속되어 외부로 방출되지 못하고 손실된다.
즉, 도 2a에 도시된 바와 같이, 유기층(13)에서 생성된 광은 유기층(13)과 제1 전극(12)의 계면에서 굴절되고, 제1 전극(12)과 기판(11) 사이의 계면에서 굴절되며, 기판(11)과 외부 사이의 계면에서 다시 굴절되어 외부로 방출된다. 이때, 기판(11)과 외부 사이의 계면에, 광이 임계각 이상의 입사각으로 입사되는 경우, 도 2b에 도시된 바와 같이, 광이 소자 내부로 반사되어, 기판(11) 및 제1 전극(12) 내에 구속된다. 또는, 제1 전극(12)과 기판(11) 사이의 계면에, 광이 임계각 이상의 입사각으로 입사되는 경우, 도 2c에 도시된 바와 같이, 광이 소자 내부로 반사되어, 제1 전극(12) 내에 구속된다. 그리고, 기판(11) 및 제1 전극(12) 내에 구속된 광 중에서, 소자의 측면에 임계각 미만의 입사각으로 입사되는 광은, 도 2d 내지 도 2f에 도시된 바와 같이, 상면이 아닌, 측면을 통해 외부로 방출되므로, 결국, 소자 상부로 방출되는 광량이 감소된다.
이상과 같이, 종래의 유기발광소자(10)는, 유기층(13)에서 생성된 대부분의 광이 유기층(13)과 제1 전극(12) 사이의 계면, 제1 전극(12)과 기판(11) 사이의 계면 및 기판(11)과 외부 사이의 계면에서 반사되어, 소자 내에 구속되므로, 외부에서 주입된 전하(여기서, "전하"는 정공과 전자에 의해 운송되는 양전하와 음전하를 통칭함)가 광으로 변환되는 비율, 즉, 광효율이 약 20% 내외로 낮은 문제점이 있다.
본 발명은, 각 층 사이의 계면에서 광의 입사각이 불규칙적으로 변동될 수 있는 구조로 이루어져서, 유기층에서 생성된 광이 외부로 방출되는 비율이 증가될 수 있는 유기발광소자 및 그의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
이와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 투과성을 갖는 기판; 상기 기판 상에, 투과성 및 올록볼록한 요철 형태의 상면을 갖도록 형성되는 광추출층; 상기 광추출층 상에, 투과성 및 도전성을 갖도록 형성되는 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 유기물질로 형성되어, 정공과 전자를 이용하여 광을 방출하는 유기층; 및 상기 유기층 상에 도전성을 갖도록 형성되는 제2 전극을 포함하여 이루어지는 유기발광소자를 제공한다.
그리고, 본 발명은, 투과성을 갖는 기판의 일면 상에, 올록볼록한 요철 형태의 상면 및 투과성을 갖는 광추출층을 형성하는 단계; 상기 광추출층 상에 투과성 및 도전성을 갖는 제1 전극을 형성하는 단계; 상기 제1 전극 상에 유기물질을 적층하여, 전자와 정공을 이용하여 광을 방출하는 유기층을 형성하는 단계; 및 상기 유기층 상에 도전성을 갖는 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 유기발광소자의 제조방법을 제공한다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 유기발광소자는, 기판과 제1 전극 사이에 형성되고, 요철 형태의 상면을 갖는 광추출층을 포함한다. 이때, 광추출층 상에 형성되는 제1 전극의 상면은 광추출층 상면의 요철 형태가 전사되어, 요철 형태를 갖게 되므로, 제1 전극과 유기층 사이의 계면 및 광추출층과 제1 전극 사이의 계면 각각에 입사되는 광은 임계각 미만의 입사각을 가질 확률이 높아져서, 소자 밖으로 방출되는 광의 비율, 즉, 광효율이 향상될 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 유기발광소자를 나타낸 단면도이다.
도 2a 내지 도 2f는 도 1에 도시된 유기발광소자 내부의 광경로를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유기발광소자를 나타낸 단면도이다.
도 4a는 도 3에 도시된 광추출층의 상면에 대한 일 예시를 나타낸 이미지이다.
도 4b는 도 4a의 일부 영역을 확대하여 나타낸 이미지이다.
도 4c 및 도 4d는, 도 4a 및 도 4b에 도시한 광추출층 상면에 요철형태를 형성하는 볼록부의 단면을 각각 나타낸 이미지이다.
도 4e는 광추출층의 상면에 대한 다른 예시를 나타낸 이미지이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유기발광소자 내부의 광경로를 나타낸 예시도이다.
도 6a 및 도 6b는, 종래의 유기발광소자 내부의 광과, 본 발명의 실시예에 따른 유기발광소자 내부의 광을 각각 촬영한 이미지이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 유기발광소자의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 8a 내지 도 8e는, 도 7에 도시된 유기발광소자의 제조방법에 있어서 각 단계를 나타낸 공정도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 유기발광소자 및 그의 제조방법에 대하여, 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 도 3, 도 4a 내지 도 4e, 도 5, 도 6a 및 도 5b를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 유기발광소자에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유기발광소자를 나타낸 단면도이다. 도 4a는 도 3에 도시된 광추출층의 상면에 대한 일 예시를 나타낸 이미지이고, 도 4b는 도 4a의 일부 영역을 확대하여 나타낸 이미지이며, 도 4c 및 도 4d는, 도 4a 및 도 4b에 도시한 광추출층 상면에 요철형태를 형성하는 볼록부의 단면을 각각 나타낸 이미지이다. 도 4e는 광추출층의 상면에 대한 다른 예시를 나타낸 이미지이다. 그리고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유기발광소자 내부의 광경로를 나타낸 예시도이고, 도 6a 및 도 6b는, 종래의 유기발광소자 내부의 광과, 본 발명의 실시예에 따른 유기발광소자 내부의 광을 각각 촬영한 이미지이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유기발광소자(100)는, 투과성을 갖는 기판(110), 기판(110) 상에, 투과성 및 올록볼록한 요철 형태의 상면을 갖도록 형성되는 광추출층(120), 광추출층(120) 상에 투과성 및 도전성을 갖도록 형성되는 제1 전극(130), 제1 전극(130) 상에 유기물질로 형성되어, 정공과 전자를 이용하여 광을 방출하는 유기층(140) 및 유기층(140) 상에 도전성을 갖도록 형성되는 제2 전극(150)을 포함하여 이루어진다.
기판(110)은, 유리(GLASS) 또는 스테인레스(stainless: SUS)와 같이, 투과성을 갖는 물질로 형성된다.
광추출층(120)은, 유기층(140)에서 방출되는 광이 광추출층(120)에 의해 유기층(140) 측으로 반사되는 비율이 최소화되도록, 투과성, 및 기판(110)의 굴절율보다 높고, 제1 전극(130)의 굴절율보다 낮은 제1 굴절율을 갖고, 내부에 제1 굴절율과 다른 제2 굴절율을 갖는 산란입자(121)가 분산되는 적층재료(122)로 형성된다. 여기서, 제1 굴절율과 제2 굴절율 사이의 차이가 0.3 이상이 되도록, 산란입자(121)와 적층재료(122)를 선택한다. 이와 같이 하면, 유기층(140)에서 생성되어 광추출층(120)으로 입사된 광이, 산란입자(121)와 적층재료(122) 사이의 굴절율 차이에 의해, 산란 및 분산되어, 광경로가 증가되므로, 유기층(140)에서 생성된 광이 외부로 방출되는 비율(이하, "광효율"이라 지칭함)이 향상될 수 있다.
특히, 산란입자(121)는, 광을 반사하지 않고 투과하도록, 직경이 1nm 내지 300nm에 해당하는 나노크기의 구형으로 이루어진다. 이때, 산란입자(121)는 1nm 내지 300nm의 직경을 갖는데, 이것은, 산란입자(121)의 직경이 1nm 미만이면, 산란입자(121)에 의한 광 산란이 적절히 일어나지 않게 되고, 산란입자(121)의 직경이 300nm 이상이면, 산란입자(121)에 의해 광이 반사될 수 있기 때문이다. 그리고, 산란입자(121)는, 적층재료(122)의 제1 굴절율과 다른 제2 굴절율을 갖는 적어도 하나의 재료로 선택될 수 있는데, 특히, Au, Ag, Pt, Co 및 W 중 어느 하나의 단일금속 또는 어느 하나를 포함하는 합금, Sb2O3, CaO, In2O3, TiO2, SiO2가 코팅된 TiO2 중 어느 하나의 산화무기물, 유기재료 및 공기 중에서, 적어도 하나 선택될 수 있다. 더불어, 산란입자(121)는 상기 재료들 중에서, 서로 다른 굴절율을 갖는 둘 이상의 재료로 이루어질 수도 있다.
적층재료(122)는, 광이 광추출층(122) 내에 속박되는 비율이 최소화되도록 기판(110)의 굴절율보다 높고 제1 전극(130)의 굴절율보다 낮은 제1 굴절율을 갖고, 제1 전극(130)의 전기적특성에 영향을 주지 않도록 절연성을 가지며, 기판(120) 상에 용이하게 도포될 수 있는 재료로 선택된다. 이러한 적층재료(122)는, 폴리이미드(PI: Polyimide), 폴리아크릴(PA: Polyacryl), 아크릴레이트계 모노머, 아크릴계 모노머, 폴리우레탄아크릴레이트(PUA: Polyurethane Acrylate), 폴리에틸테레프탈레이트(PET: PolyEthyleneTerephthalate), 폴리카보네이트(PC: PolyCarbonate), 폴리프로필렌(PP: PolyPropylene), 폴리에틸렌(PE: PolyEthylene), 폴리스티렌(PS: PolyStyrene) 및 폴리에폭시(Polyepoxy) 중에서 어느 하나로 선택될 수 있고, 특히, 접근성이 우수한 저가의 폴리이미드(PI: Polyimide) 또는 폴리아크릴(PA: Polyacryl)로 선택될 수 있다.
또한, 광추출층(120)의 상면은 올록볼록한 요철형태로 패턴되어, 광이 방출되는 영역의 면적을 증가시키고, 외부로 향하는 광이 각 층간의 계면에 불규칙적인 입사각으로 입사되도록 한다.
즉, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 광추출층(120)의 상면이 가지는 올록볼록한 요철형태는, 반구형으로 이루어진 복수의 볼록부가 불규칙적인 이격거리로 이격되어 배치되는 형태인 것일 수 있다. 또는, 별도로 도시되어 있지 않으나, 광추출층(120) 상면의 요철형태는, 반구형으로 이루어진 복수의 볼록부가 규칙적으로 배치되는 형태인 것일 수 있다. 이때, 도 4c 및 도 4d에 도시된 바와 같이, 복수의 볼록부는 반구 형의 단면을 갖는 볼록렌즈 형태를 각각 가지는데, 복수의 볼록부는 마이크로(um) 크기를 가지며, 서로 다른 직경과 형태를 가질 수도 있고, 또는 모두 동일한 직경과 형태를 갖도록 형성될 수도 있다. 그리고, 도 4e에 도시된 바와 같이, 광추출층(120) 상면의 요철형태는, 서로 다른 크기의 뿔형이 불규칙하게 얽혀진 형태인 것일 수도 있다. 한편, 광추출층(120) 상면의 요철형태가, 반구형으로 이루어진 복수의 볼록부가 배치되는 형태인 경우, 유기층(140)과 광추출층(120) 사이의 거리로 인한 블루어(blur) 현상을 줄일 수 있다.
다시, 도 3에 도시된 유기발광소자를 이어서 설명한다.
제1 전극(130)은, 투과성 또는 반투과성을 갖고, 일함수가 비교적 높은 도전물질의 박막(thin film)으로 형성된다. 예를들어, 제1 전극(130)은, ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ITZO(Indium Tin Zinc Oxide), SnO2, ZnO, In2O3, TiO2 중 어느 하나의 금속산화물 및 이들 금속산화물에 F, Sn, Al, Fe, Ga, Nb 중 적어도 하나의 불순물이 도핑된 물질 중에서 선택될 수 있고, 또는, 반투과성을 갖는 LiF/Al, CsF/Al, Mg:Ag, Ca/Ag, Ca:Ag, LiF/Mg:Ag, LiF/Ca/Ag, LiF/Ca:Ag 중에서 선택될 수도 있다.
유기층(140, Emission Layer: EML)은, 유기물질의 박막으로 형성되어, 제1 전극(130)과 제2 전극(150)을 통해 주입된 정공과 전자를 이용하여 광을 생성한다. 도 2에 구체적으로 도시되어 있지 않으나, 유기층(140)은, 정공주입층(Hole Injection Layer: HIL), 정공수송층(Hole Transport Layer: HTL), 발광층(EMission Layer: EML), 전자수송층(Electron Transport Layer: ETL)을 포함하여 이루어진다. 여기서, 정공주입층(HIL)은 제1 전극(130)과 발광층 사이의 에너지장벽을 낮추어, 제1 전극(130)로부터 정공이 주입되는 효율을 향상시키기 위한 완충층이다. 정공수송층(HTL)은 제2 전극(150)에서 주입되어 발광층으로 이송된 전자를 발광층 내에 속박하여, 발광층에서 전자와 정공이 재결합되는 효율을 증가시킨다. 이와 마찬가지로, 전자수송층은, 제2 전극(150)과 발광층 사이의 에너지장벽을 낮추는 완충층으로써, 제2 전극(150)에서 전자가 주입되는 효율을 향상시키고, 발광층으로 이송된 정공을 발광층 내에 속박하여, 발광층에서 전자와 정공이 재결합되는 효율을 증가시킨다. 발광층은 저분자 또는 고분자 계열의 유기물질의 박막으로 형성되어, 제1 전극(130)과 제2 전극(150) 각각에서 주입되고 발광층으로 이송되는 정공과 전자가 재결합하여, 여기상태(exited state)의 유기물질인 여기자(exiton)가 생성되고, 여기자가 여기상태에서 기저상태로 떨어지면서 방출하는 에너지를 광으로 생성한다. 이때, 발광층을 형성하는 유기물질에 따라, 광의 색상이 달라진다.
제2 전극(150)은, 반사성을 갖는 도전물질로 형성된다. 이때, 제2 전극(120)은, Al, Al/Li, Ma/Ag, Al/Nd 등과 같이, 반사성을 갖는 금속(metal)을 포함한 단일층 또는 둘 이상의 복수층 또는 둘 이상의 합금구조로 형성될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유기발광소자는, 기판(110)과 제1 전극(130) 사이에, 요철형태의 상면을 갖는 광추출층(120)을 포함한다.
이때, 광추출층(120)을 통과하는 광은, 산란입자(121)와 적층재료(122) 간의 굴절율 차이로 인하여 분산 및 산란되어, 소자 밖으로 방출될 수 있는 확률이 높아진다.
또한, 광추출층(120) 상의 제1 전극(130), 유기층(140) 및 제2 전극(150)은, 얇은 두께로 적층되어 형성되므로, 도 3에 도시된 바와 같이, 광추출층(120) 상면의 요철형태가 전사되어, 제1 전극(130), 유기층(140) 및 제2 전극(150) 각각은 요철형태의 상면을 가지게 된다. 특히, 광추출층(120)의 상면에 형성되는 제1 전극(130)은, 다른 유기층(140) 및 제2 전극(150)보다, 광추출층(120) 상면과 유사한 요철형태의 상면을 가지게 된다. 그리고, 광추출층(120) 상면의 요철형태 및 적층 두께에 따라, 유기층(140) 및 제2 전극(150)도, 광추출층(120) 상면의 요철형태보다 완만한 요철형태의 상면을 가질 수 있다.
이와 같이, 유기층(140)과 제1 전극(130) 사이의 계면 및 제1 전극(130)과 광추출층(120) 사이의 계면이 요철형태로 이루어져서, 각 층 사이의 계면은 종래보다 넓은 면적으로 발생되고, 요철 형태에 의해 광의 입사각이 불규칙해지므로, 각 층 사이의 계면에서 임계각 미만의 입사각으로 입사되는 광이 증가됨으로써, 소자의 광효율이 향상될 수 있다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 유기층(140)에서 발생된 광 중에서, 제2 전극(150)측으로 향하는 광은 반사성을 갖도록 형성된 제2 전극(150)에 의해 반사된다. 이때, 제2 전극(150)과 유기층(140) 사이의 계면은 광추출층(120)으로부터 전사된 요철 형태를 가지므로, 제2 전극(150)에 의해 반사되는 광은 다양한 반사각으로 반사되어, 유기층(140)과 제1 전극(130) 사이의 계면에 임계각 미만의 입사각으로 입사되는 광이 증가됨으로써, 유기층(140) 내에 속박되는 광이 종래보다 감소될 수 있다. 이와 마찬가지로, 유기층(140)에서 발생된 광 중에서, 기판(110) 측으로 향하는 광은, 제1 전극(130), 광추출층(120) 및 기판(110)을 경유하여 외부로 방출된다. 이때, 제1 전극(130)과 유기층(140) 사이의 계면 및 제1 전극(130)과 광추출층(120) 사이의 계면은 요철형태를 가지므로, 제1 전극(130)과 유기층(140) 사이의 계면 및 제1 전극(130)과 광추출층(120) 사이의 계면 각각에 임계각 미만의 입사각으로 입사되는 광이 증가될 수 있어, 소자 내에 속박되는 광이 종래보다 감소될 수 있다.
광추출층을 포함하는 것을 제외하고, 동일한 조건 하에서, 종래의 유기발광소자와 본 발명의 실시예에 따른 유기발광소자를 비교한 결과는 다음과 같다. 즉, 종래의 유기발광소자는 각 층 사이의 계면이 평평한 형태이므로, 도 6a에 도시된 바와 같이, 많은 양의 광이 임계각 이상의 입사각으로 각 계면에 입사되어 소자 내에 속박된다. 이에 반해, 본 발명의 실시예에 따른 유기발광소자는, 요철 형태를 갖는 각 층 사이의 계면에 의해, 임계각 이상의 입사각으로 각 계면에 입사되어, 도 6b에 도시된 바와 같이, 종래의 유기발광소자보다 적은 양의 광이 소자 내에 속박되는 것을 확인할 수 있다. 이때, 본 발명의 실시예에 따르면, 유기발광소자 상부에서 추출되는 광량은, 종래의 유기발광소자보다 약 30% 높게 관측되었다. 그러므로, 본 발명의 실시예에 따른 유기발광소자의 광효율은 종래보다 증가된 것을 확인할 수 있다.
다음, 도 7 및 도 8a 내지 도 8e를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 유기발광소자의 제조방법에 대해 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 유기발광소자의 제조방법을 나타낸 순서도이고, 도 8a 내지 도 8e는, 도 7에 도시된 유기발광소자의 제조방법에 있어서 각 단계를 나타낸 공정도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유기발광소자의 제조방법은, 기판(110) 상에 광추출층(120)을 형성하는 단계(S100), 광추출층(120) 상에 제1 전극(130)을 형성하는 단계(S110), 제1 전극(130) 상에 유기층(140)을 형성하는 단계(S120) 및 유기층(140) 상에 제2 전극(150)을 형성하는 단계(S130)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 기판(110) 상에 광추출층(120)을 형성하는 단계(S100)는, 기판(110) 상에 액상재료를 도포하는 단계(S101) 및 기판(110) 상에 도포된 액상재료를 패턴하여 광추출층(120)을 형성하는 단계(S102)를 포함한다.
구체적으로, 도 8a에 도시된 바와 같이, 기판(110) 상에 액상재료를 도포하는 단계(S101)에서, 기판(110) 상에, 제1 굴절율 및 투과성을 갖고 산란입자(121)가 분산되는 적층재료(122)의 액상 상태인, 액상재료(120')를 도포한다. 이때, 액상재료(120')의 도포는 슬릿 코팅(slit coating) 또는 스핀 코팅(spin coating)을 이용하여 실시될 수 있다. 여기서, 슬릿 코팅은 슬릿 형태의 노즐을 이용하여 액상재료를 분사하여 코팅하는 방식이고, 스핀 코팅은 방울 형태로 떨어지는 액상재료를 회전력을 이용하여 펼쳐서 코팅하는 방식이다. 그리고, 액상재료(120')는 액체 상태 뿐만 아니라, 젤(gel) 상태인 것일 수도 있다.
도 8b에 도시된 바와 같이, 기판(110) 상에 도포된 액상재료(120')를 패턴하여 광추출층(120)을 형성하는 단계(S102)에서, 기판(110) 상에 도포된 액상재료(120')를 식각하거나 스템핑하여, 액상재료(120')의 상면을 요철형태로 패턴한다. 이때, 액상재료(120')의 패턴은 복수의 볼록부가 배열되는 형태에 대비되는 몰드로 스탬핑(stamping)하는 방식으로 실시되어, 액상재료(120')의 상면은 도 4a 내지 도 4d에 도시된 복수의 볼록부가 배열된 요철 형태로 패턴될 수 있다. 또는, 액상재료(120')의 패턴은 식각방향이 불규칙한 습식식각 방식으로 실시되어, 액상재료(120')의 상면은 도 4e에 도시된 뿔 형이 불규칙하게 얽혀진 요철 형태로 패턴될 수도 있다. 이와 같이, 패턴된 액상재료(120')는, 그대로 광추출층(120)으로 적용될 수 있고, 또는, 건조 또는 어닐링과정을 통해 용매를 증발시켜, 고화되어, 고체상태로써 광추출층(120)으로 적용될 수도 있다. 이때, 건조 과정은 섭씨 100도 이하의 온도 분위기에서 실시되고, 어닐링 과정은 섭씨 100도 이상의 온도 분위기에서 실시될 수 있다.
다음, 도 8c에 도시된 바와 같이, 광추출층(120) 상에 제1 전극(130)을 형성하는 단계(S110)에서, 광추출층(120) 상에 투과성과 도전성을 갖는 재료를 적층하여, 제1 전극(130)을 형성한다. 그리고, 도 8d에 도시된 바와 같이, 제1 전극(130) 상에 유기층(140)을 형성하는 단계(S120)에서, 제1 전극(130) 상에 유기물질을 적층하여 유기층(140)을 형성하고, 도 8e에 도시된 바와 같이, 유기층(140) 상에 제2 전극(150)을 형성하는 단계(S130)에서, 유기층(140) 상에 반사성과 도전성을 갖는 재료를 적층하여, 제2 전극(150)을 형성한다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다.
100: 유기발광소자 110: 기판
120: 광추출층 121: 산란입자
122: 적층재료 120': 액상재료
130: 제1 전극 140: 유기층
150: 제2 전극

Claims (16)

  1. 투과성을 갖는 기판;
    상기 기판 상에, 투과성 및 올록볼록한 요철 형태의 상면을 갖도록 형성되는 광추출층;
    상기 광추출층 상에, 투과성 및 도전성을 갖도록 형성되는 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 유기물질로 형성되어, 정공과 전자를 이용하여 광을 방출하는 유기층; 및
    상기 유기층 상에 도전성을 갖도록 형성되는 제2 전극을 포함하여 이루어지는 유기발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 요철형태는, 반구형으로 이루어진 복수의 볼록부가 불규칙적인 이격거리로 이격되어 배치되는 형태인 유기발광소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 요철형태는, 반구형으로 이루어진 복수의 볼록부가 규칙적인 이격거리로 이격되어 배치되는 형태인 유기발광소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 요철형태는, 서로 다른 크기의 뿔형이 불규칙하게 얽혀진 형태인 유기발광소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극의 상면은, 상기 광추출층 상면의 요철형태가 전사되어, 요철형태를 가지는 유기발광소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광추출층은, 투과성을 갖고, 상기 기판의 굴절율보다 높고 상기 제1 전극의 굴절율보다 낮은 제1 굴절율을 가지며, 내부에 상기 제1 굴절율과 다른 제2 굴절율을 갖는 산란입자가 분산되는 적층재료로 이루어지는 유기발광소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 굴절율과 상기 제2 굴절율 사이의 차이는 0.3 이상인 유기발광소자.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 산란입자는, 나노크기의 구형이고,
    Au, Ag, Pt, Co 및 W 중 어느 하나의 단일금속 또는 어느 하나를 포함하는 합금, Sb2O3, CaO, In2O3, TiO2, SiO2가 코팅된 TiO2 중 어느 하나의 산화무기물, 유기재료 및 공기 중에서, 적어도 하나 선택되는 유기발광소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 산란입자의 직경은 1nm 내지 300nm인 유기발광소자.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 적층재료는, 폴리이미드(PI: Polyimide), 폴리아크릴(PA: Polyacryl), 아크릴레이트계 모노머, 아크릴계 모노머, 폴리우레탄아크릴레이트(PUA: Polyurethane Acrylate), 폴리에틸테레프탈레이트(PET: PolyEthyleneTerephthalate), 폴리카보네이트(PC: PolyCarbonate), 폴리프로필렌(PP: PolyPropylene), 폴리에틸렌(PE: PolyEthylene), 폴리스티렌(PS: PolyStyrene) 및 폴리에폭시(Polyepoxy) 중에서 어느 하나로 선택되는 유기발광소자.
  11. 투과성을 갖는 기판의 일면 상에, 올록볼록한 요철 형태의 상면 및 투과성을 갖는 광추출층을 형성하는 단계;
    상기 광추출층 상에 투과성 및 도전성을 갖는 제1 전극을 형성하는 단계;
    상기 제1 전극 상에 유기물질을 적층하여, 전자와 정공을 이용하여 광을 방출하는 유기층을 형성하는 단계; 및
    상기 유기층 상에 도전성을 갖는 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 유기발광소자의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광추출층을 형성하는 단계는,
    상기 기판의 일면 상에, 투과성을 갖고, 상기 기판의 굴절율보다 높고 상기 제1 전극의 굴절율보다 낮은 제1 굴절율을 가지며, 내부에 상기 제1 굴절율과 다른 제2 굴절율을 갖는 산란입자가 분산되는 적층재료를 도포하는 단계; 및
    상기 적층재료의 상면을 상기 요철형태로 패턴하는 단계를 포함하는 유기발광소자의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 적층재료를 도포하는 단계에서,
    상기 산란입자는, Au, Ag, Pt, Co 및 W 중 어느 하나의 단일금속 또는 어느 하나를 포함하는 합금, Sb2O3, CaO, In2O3, TiO2, SiO2가 코팅된 TiO2 중 어느 하나의 산화무기물, 유기재료 및 공기 중에서, 적어도 하나 선택되고, 나노크기의 구형으로 형성되며,
    상기 제1 굴절율과 상기 제2 굴절율 사이의 차이는 0.3 이상인 유기발광소자의 제조방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 적층재료를 도포하는 단계에서,
    상기 적층재료는 폴리이미드(PI: Polyimide), 폴리아크릴(PA: Polyacryl), 아크릴레이트계 모노머, 아크릴계 모노머, 폴리우레탄아크릴레이트(PUA: Polyurethane Acrylate), 폴리에틸테레프탈레이트(PET: PolyEthyleneTerephthalate), 폴리카보네이트(PC: PolyCarbonate), 폴리프로필렌(PP: PolyPropylene), 폴리에틸렌(PE: PolyEthylene), 폴리스티렌(PS: PolyStyrene) 및 폴리에폭시(Polyepoxy) 중에서 어느 하나로 선택되는 유기발광소자의 제조방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 적층재료의 상면을 상기 요철형태로 패턴하는 단계는,
    반구형으로 이루어진 복수의 볼록부가 규칙적 또는 불규칙적으로 배치되는 요철형태에 대응하는 몰드를 이용하여, 상기 적층재료의 상면을 스템핑하는 단계를 포함하는 유기발광소자의 제조방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 적층재료의 상면을 상기 요철형태로 패턴하는 단계는,
    상기 적층재료의 상면을, 불규칙적으로 식각하여, 서로 다른 크기의 뿔형이 불규칙하게 얽혀진 요철형태로 패턴하는 단계를 포함하는 유기발광소자의 제조방법.
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Patent event date: 20160929

J201 Request for trial against refusal decision
PJ0201 Trial against decision of rejection

Patent event date: 20170512

Comment text: Request for Trial against Decision on Refusal

Patent event code: PJ02012R01D

Patent event date: 20170414

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PJ02011S01I

Patent event date: 20170327

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PJ02011S01I

Appeal kind category: Appeal against decision to decline refusal

Decision date: 20181228

Appeal identifier: 2017101002316

Request date: 20170512

J301 Trial decision

Free format text: TRIAL NUMBER: 2017101002316; TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20170512

Effective date: 20181228

PJ1301 Trial decision

Patent event code: PJ13011S01D

Patent event date: 20181228

Comment text: Trial Decision on Objection to Decision on Refusal

Appeal kind category: Appeal against decision to decline refusal

Request date: 20170512

Decision date: 20181228

Appeal identifier: 2017101002316