KR20180137400A - 회전 편광 발광장치 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 회전 편광 발광장치의 제조방법은 제1 전극을 형성하는 단계, 상기 제1 전극 상에 발광 분자 및 카이럴 도펀트로 이루어진 발광층을 포함하는 광출사층을 형성하는 단계 및 상기 광출사층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 광출사층을 형성하는 단계에서, 상기 카이럴 도펀트는 상기 발광 분자의 층상 비틀림 각도를 조절하여, 상기 발광층에서 발광되는 광의 g-factor가 제어될 수 있다.

Description

회전 편광 발광장치 및 그 제조방법{Emitting Device for Circularly Polarized Light and the Manufacturing Method thereof}

본 발명은 회전 편광 발광장치 및 그 제조방법에 관련된 것으로, 보다 구체적으로는, 높은 회전 편광비를 제공하는 회전 편광 발광장치 및 그 제조방법에 관련된 것이다.

회전 편광 발광장치 예를 들어, 유기 발광 소자는 유기 물질의 전계 발광 현상을 이용한 표시 소자이다. 유기 발광 소자는 애노드 전극 및 캐소드 전극 사이에 유기 발광 물질을 배치시키고, 애노드 전극 및 캐소드 전극 사이에 흐르는 전류에 의해 발광층의 전자와 정공이 결합하여 생성된 여기자(exciton)가 여기 상태에서 기저 상태로 떨어질 때 발생하는 에너지에 의해 광을 발생시킨다.

이러한, 회전 편광 발광장치의 경우, 외부에서 유기 발광 소자로 입사되는 광이 유기 발광 소자에서 반사되어 외부로 방출되는 것을 방지하기 위해, 특허 공개 공보 2013-075525에 도시된 바와 같이, 위상차 필름 및 편광판을 유기 발광 소자 상에 배치시킨다.

하지만, 종래 기술의 경우, 고가의 위상차 필름으로 인해 생산 단가 문제를 야기할 수 있다. 또한, 편광판에 의해, 유기 발광층에서 방출된 광의 일부가 편광판에 의해 차단되어 시인성 및 발광 효율이 저하될 수 있다.

이에 따라, 본 발명자들은, 외부 광의 반사를 최소화하면서도 발광층에서 출사되는 광의 효율은 극대화하는 회전 편광 발광장치를 발명하게 되었다.

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 높은 회전 편광비를 제공하는 회전 편광 발광장치 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 외부 광 반사를 최소화하는 회전 편광 발광장치 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 발광층에서 출사된 광이 뷰어(viewer)에게 제공되는 광 효율을 극대화하여 우수한 시인성을 가지는 회전 편광 발광장치 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상기 언급한 기술적 과제에 의하여 제한되지 아니한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 회전 편광 발광장치의 제조방법은, 제1 전극을 형성하는 단계, 상기 제1 전극 상에 발광 분자 및 카이럴 도펀트로 이루어진 발광층을 포함하는 광출사층을 형성하는 단계 및 상기 광출사층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 광출사층을 형성하는 단계에서, 상기 카이럴 도펀트는 상기 발광 분자의 층상 비틀림 각도를 조절하여, 상기 발광층에서 발광되는 광의 g-factor가 제어될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 광출사층을 형성하는 단계는, 상기 층상 비틀림 각도의 제어, 상기 광출사층의 굴절율 제어, 상기 발광층의 발광 존 제어 중 적어도 하나를 제어하며, 상기 발광층의 발광 존은, 상기 제1 및 제2 전극 중 어느 하나의 전극과의 거리를 기준으로 정의될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 층상 비틀림 각도는 180도 이하로 제어될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극은 투명 전극이고 상기 제2 전극은 반사 전극인 경우, 상기 발광층의 발광 존은 상기 제2 전극에 가깝도록 제어될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 발광층의 발광 존은, 상기 발광층의 두께 대비 20%이내에서, 상기 제2 전극에 가깝도록 제어될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 광출사층의 굴절율은, 상기 발광층의 발광 존의 위치에 따라 제어될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 회전 편광 발광장치는 광 출사 방향에 배치되는 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하는 제2 전극; 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되며, 상기 제1 전극을 향하여, 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제1 광을 출사하고, 상기 제2 전극을 향하여, 상기 제1 방향과 역 방향인 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제2 광을 출사하는, 광출사층; 및 상기 제1 전극을 기준으로 광 출사 방향에 배치되며, 상기 제1 방향으로 회전하는 광을 통과시키는, 편광층을 포함하되, 상기 광출사층은 상기 광출사층의 발광 분자들의 층상 비틀림 각도를 조절하는 카이럴 물질을 포함하며, 상기 층상 비틀림 각도는 180도 이하일 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 회전 편광 발광장치는, 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하며 광 출사 방향에 위치하는 제2 전극; 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되며, 상기 제2 전극을 향하여, 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제1 광을 출사하고 상기 제1 전극을 향하여, 상기 제1 방향과 역 방향인 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제2 광을 출사하는 광출사층; 및 상기 제2 전극을 기준으로 광 출사 방향에 배치되며, 상기 제1 방향으로 회전하는 광을 통과시키는, 편광층을 포함하되, 상기 광출사층은 상기 광출사층의 발광 분자들의 층상 비틀림 각도를 조절하는 카이럴 물질을 포함하며, 상기 층상 비틀림 각도는 180도 이하일 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 및 다른 실시 예에 따르면, 상기 광출사층의 발광 존은 상기 광 출사 방향에 배치되는 전극으로 가깝도록 위치할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 회전 편광 발광장치 및 그 제조방법은 높은 회전 편광비를 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 회전 편광 발광장치 및 그 제조방법은 외부 광 반사를 최소화할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 회전 편광 발광장치 및 그 제조방법은 발광층에서 출사된 광이 뷰어(viewer)에게 제공되는 광 효율을 극대화하여 우수한 시인성을 가지는 회전 편광 발광장치 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 효과는 상기 언급한 발명의 효과에 의하여 제한되지 아니한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전 편광 발광장치를 설명하기 위한 부분 단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 분자의 나선 적층 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전 편광 발광장치의 작동 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전 편광 발광장치를 설명하기 위한 부분 단면도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 회전 편광 발광장치의 작동 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전 편광 발광장치의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 분자의 꼬임 각도에 따른 회전 편광비를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 존의 위치 별 회전 편광비를 나타내는 그래프이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

도 1는 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전 편광 발광장치를 설명하기 위한 부분 단면도를 도시한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전 편광 발광장치는, 상부 발광(top emission) 표시 장치를 상정하며, 하부 발광(bottom emission) 표지 장치에 적용될 수 있음은 물론이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 디스플레이(100)는, 제1 전극(110), 제2 전극(170), 광출사층(105), 편광층(180)을 포함하여 이루어질 수 있다. 이 때, 각 구성은, y’에서 y 방향으로, 편광층(180), 제1 전극(110), 광출사층(100), 제2 전극(170) 순서로 적층될 수 있고, 상기 광출사층(105)에서 출사된 광은, y’방향으로 뷰어에게 제공됨으로써, 하부 발광 타입 디스플레이가 구현될 수 있다. 이하 각 구성에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

상기 제1 전극(110)은, 상기 광출사층(105)으로 정공을 제공하는 애노드(anode) 전극 일 수 있다. 상기 제1 전극(110)은, 광을 투과시키기 위하여 투명 전극으로 이루어질 수 있다.

만약, 상기 제1 전극(110)의 일함수가 상기 제2 전극(170)의 일함수 보다 작은 경우, 상기 제1 전극(110)이 캐소드 전극에 해당할 수 있음은 물론이다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 상기 제1 전극(110)은 애노드 전극인 경우를 상정하기로 한다.

상기 제1 전극(110)은 이웃하는 픽셀 간에 공유 되도록 공유 전극으로서 형성될 수도 있고, 각 픽셀 마다 분할하여 형성될 수도 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 상기 제1 전극(110)은 분할 전극인 경우를 상정하기로 한다. 이 경우, 상기 제1 전극(110)은 각 픽셀 마다 개별적으로 제어될 수 있다.

도시하지는 않았으나, 상기 제1 전극(110)과 상기 편광층(180) 사이에는 다른 구성이 마련될 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 상기 제1 전극(110)과 상기 편광층(180) 사이에는, 기판, 기판 상에 형성된 액티브 소자 등이 마련될 수 있다. 이 때, 기판은, 글래스(Glass) 기판뿐만 아니라, PET(Polyethylen terephthalate), PEN(Polyethylennaphthalate), PI(Polyimide) 중 적어도 하나의 물질로 구성될 수 있다.

상기 광출사층(105)은 광을 생성하여 출사하는 층을 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 광출사층(105)은, 광을 생성 및 출사하기 위한 물질로서, 유기 분자 또는 퀀텀 무기 분자 중 하나의 물질로 이루어질 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 상기 광출사층(105)이 유기 발광층인 경우를 상정하기로 한다.

상기 광출사층(105)은 y’에서 y 방향으로, 정공 주입층(120), 정공 수송층(130), 발광층(140), 전자 주입층(150) 및 전자 수송층(160) 순서로 적층된 층으로 이루어질 수 있다. 다만, 상기 광출사층(105)이 이 보다 적거나 많은 층으로 이루어질 수 있음은 물론이다.

상기 광출사층(105)은, 상기 제1 전극(110)과 상기 제2 전극(170) 사이에 배치되며, 상기 제1 전극(110)을 향하여, 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제1 광을 출사하고, 상기 제2 전극(170)을 향하여, 상기 제1 방향과 역 방향인 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제2 광을 출사할 수 있다.

이 때, 제1 방향 및 제2 방향은, 제1 위치에서 제2 위치로 향하는 광 진행 경로 상에서, 상기 제1 위치에서 상기 제2 위치를 바라보는 관점을 기준으로 하여 정의되는 방향일 수 있다.

또한, 제1 방향 또는 제2 방향으로 회전하는 편광 상태라 함은, 원 편광 또는 타원 편광을 포함하는 개념으로 이해될 수 있다. 원 편광이라 함은, z 축 방향으로 진행하는 광에 있어서, 입사평면에서 x축 자기장과 y축 자기장 벡터 합이 원형으로 계속 변화하는 경우 즉, x축 자기장과 y축 자기장 두 성분의 진폭이 정확히 같고 위상차가 90˚일 경우를 의미할 수 있다. 또한, 타원 편광이라 함은, 직선편광과 원편광이 아닌 다른 모든 경우. 즉 합성된 자기장 벡터가 회전하면서 크기도 변하는 경우 편광상태는 타원을 그리게 되는데 이를 타원 편광으로 정의할 수 있다.

이하에서는 설명의 편의를 위하여, 광이 제1 위치에서 제2 위치로 향하는 경우, 제1 위치에서 제2 위치를 바라보았을 때, 반 시계 방향으로 회전하는 광을 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 광으로 정의하고, 이와 달리 시계 방향으로 회전하는 광을 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 광으로 정의하기로 한다.

상기 정공 주입층(120, hole injection layer: HTL)은, 상기 제1 전극(110) 상에 형성되며, 정공의 주입을 원활하게 하는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위하여, 상기 정공 주입층(120)은, MTDATA(4,4',4"-tris(3-methylphenylphenylamino)triphenylamine), CuPc(copper phthalocyanine), PEDOT/PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiphene, polystyrene sulfonate) 및 NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenylbenzidine) 중 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 정공 수송층(130, hole transporting layer; HTL)은, 상기 정공 주입층(120) 상에 형성되며, 정공의 수송을 원활하게 하는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위하여, 상기 정공 수송층(130)은, 예를 들어, NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenylbenzidine), TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine), s-TAD 및 MTDATA(4,4',4"-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine) 중 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 정공 주입층(120) 및 상기 정공 수송층(130)은, 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법(Laser induced thermal imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.

상기 발광층(140)에서는, 정공 수송층(130)을 통해 공급된 정공과 전자 수송층(150)을 통해 공급된 전자 들이 재결합되어 광이 생성될 수 있다.

상기 발광층(140)은 발광 분자들로 구성될 수 있다. 상기 발광 분자들은 예를 들어, 비-카이럴 형상을 가질 수 있다. 다른 관점에서 상기 비-카이럴 형상의 발광 분자는 막대 형상(rodlike)을 가질 수 있다. 또 다른 관점에서, 상기 발광 분자들은 컨쥬게이티드 폴리머(conjugated polymer)일 수 있다. 또 다른 관점에서, 상기 발광 분자들은 비-카이럴 폴리머(Achiral Polymer)일 수 있다.

이하에서 발광 분자는 유기 분자, 유기 발광 분자로 호칭될 수 있다.

상기 발광 분자들은 분자량에 따라 분류될 수 있다. 예를 들어, 상기 발광 분자들은 또한 저분자 발광 분자일 수도 있고, 고분자 발광 분자일 수 있다. 구체적으로, 상기 고분자 발광 분자는, poly(9,9-dioctylfluorene-co-benzothiadiazole; F8BT) 및 poly(9,9-dioctyl-2,7-fluorene;PFO) 중 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있고, 상기 저분자 발광 분자는, KSW-1-14 및 KSW-1-20 중 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있다.

상기 발광층(140)의 발광 분자들은 상기 발광층(140)이 출사하는 광의 파장에 따라 정의될 수도 있다. 상기 발광층(140)이 적색 광을 생성하는 경우, 상기 발광층(140)은 예를 들어, CBP(carbazole biphenyl) 또는 mCP(1,3-bis(carbazol-9-[0058] yl)를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, PIQIr(acac)(bis(1-phenylisoquinoline) acetylacetonate iridium), PQIr(acac)(bis(1-phenylquinoline) acetylacetonate iridium), PQIr(tris(1-phenylquinoline) iridium) 및 PtOEP(octaethylporphyrin platinum) 중 적어도 하나의 도펀트를 포함하는 인광 물질로 이루어질 수 있고, 이와 달리 PBD:Eu(DBM)3(Phen) 또는 Perylene을 포함하는 형광 물질로 이루어질 수 있다. 만약, 상기 발광층(140)이 녹색 광을 생성하는 경우, 상기 발광층(140)은, 호스트 물질로 TCTA (Tris(4-carbazoyl-9-ylphenyl)amine), CBP (4,4′-Bis(Ncarbazolyl)-1,1′-biphenyl), Balq (Bis(8-hydroxy-2-methylquinoline)-(4-phenylphenoxy)aluminum) 및 PPV(poly(p phenylene vinylene)) 중 적어도 하나의 인광 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 발광층(140)이 청색 광을 생성하는 경우, 상기 발광층(140)은 CBP 또는 mCP를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, (4,6-F2ppy)2Irpic을 포함하는 도펀트 물질을 포함하는 인광 물질로 이루어질 수 있다. 이와는 달리, spiro-DPVBi, spiro-6P, 디스틸벤젠(DSB), 디스트릴아릴렌(DSA), PFO계 고분자 및 PPV계 고분자 중 적어도 하나의 형광 물질로 이루어질 수 있다.

상기 발광층(140)은 상기 발광층(140)에서 출사되는 광이 특정 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지도록 카이럴(chiral) 물질(190), 예를 들어, 카이럴 도펀트(dopant)를 포함할 수 있다. 카이럴상기 카이럴 물질(190)은, 주변의 발광 유기 분자의 배향 방향에 영향을 미칠 수 있다. 상기 카이럴 도펀트(190)는 상기 발광 분자들의 두께 방향으로 비틀림 각도를 제공하여 상기 발광 분자들을 나선형 구조로 적층시킬 수 있다. 이로써, 발광 분자에서 생성된 광이 회전하는 편광 상태를 가지도록 할 수 있다. 보다 구체적인 설명을 위하여 도 2를 참조하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 분자의 나선 적층 구조를 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로 도 2(a)는 종래 기술에 따른 회전 편광 상태를 구현하기 위한 구조를 도시하고, 도 2(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전 편광 상태를 구현하기 위한 구조를 도시한다.

도 2(a)를 참조하면, 발광 분자 자체가 나선형 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 발광 분자 자체가 나선형 구조이기 때문에 발광 분자에서 생성된 광이 회전하는 편광 상태를 가질 수 있다. 또한, 발광 분자에 나선형 도펀트 예를 들어, 1-aza(6)heliscene이 부착될 수 있다. 이 경우, 나선형 도펀트에 의하여 발광 분자에서 생성된 광이 회전하는 편광 상태를 가질 수 있다.

그러나 도 2(a)에 도시된 경우에는 도펀트의 합성에 따라 생성되는 광의 파장 즉 색이 달라지는 어려움이 있다. 또한, 생성되는 광에 회전 편광 상태를 부여하는 능력이, 발광 분자 자체의 구조 또는 도펀트 자체의 구조에 의존하기 때문에 회전 편광 생성 능력에 한계가 있다.

이와 달리, 도 2(b)를 참조하면, 카이럴 도펀트는 발광 분자들에게 비틀림 각도를 제공할 수 있다. 발광 분자들이 발광 분자들의 두께 방향으로 Layer 1 부터 Layer 4까지 적층된 경우, 카이럴 도펀트는 Layer 2의 발광 분자들을 θ1, Layer 3의 발광 분자들을 θ2, Layer 4의 발광 분자들을 θ3 각도 회전시킬 수 있다. 이를 위하여 상기 카이럴 도펀트는 발광 분자들에게 비틀림 각도를 제공하기 위한 헬리컬 트위스팅 파워(Helical Twisting Power; HTP)가 10/um 이상 바람직하게는 100/um일 수 있다. 일 예에 따르면 상기 카이럴 도펀트는 비-나선 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 카이럴 도펀트는 R5011로 이루어질 수 있다. 다시 말해, 상기 카이럴 도펀트는 거시적인 레벨(macroscopic level)에서 상기 발광 분자들의 비틀림 스태킹 형상을 제공할 수 있는 것이다.

일 실시 예에 따르면, 발광 분자들과 카이럴 도펀트를 혼합시킨 상태에서 열 어닐링 예를 들어, 140도 이상으로 열 어닐링을 수행하고 상온에서 냉각시키는 경우, 발광 분자는 카이럴 도펀트에 의하여 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 나선형 적층 구조를 가질 수 있다. 즉, 열 어닐링을 통하여, 메조 페이즈(mesophase)로 상 변이를 시킨 후 냉각시키는 경우, 발광 분자가 나선형 적층 구조를 가질 수 있는 것이다.

상기 카이럴 물질에 의하여, 발광 분자들이 나선형 적층 구조를 가지기 때문에, 발광 분자에서 생성된 광은, 특정 방향으로 회전하는 편광 상태를 가질 수 있다. 나선 적층된 발광 분자들로 이루어진 발광층(140)은, 상기 제1 전극(110)을 향하여, 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제1 광을 출사하고, 상기 제2 전극(170)을 향하여, 상기 제1 방향과 역 방향인 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제2 광을 출사할 수 있게 된다.

이 때, 종래 기술과 달리, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 발광 분자들이 발광 분자들의 적층 방향으로 나선형 형상을 가지도록 함으로써, 생성되는 광에 부여되는 회전 편광 특성을 극대화할 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 상기 발광층(140)은. 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 및 레이저 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.

상기 전자 수송층(150, electron transporting layer, ETL)은, 상기 발광층(140)에 형성되어, 상기 광출사층(105)으로 전자를 수송할 수 있다. 이를 위하여, 상기 전자 수송층(150)은 예를 들어, Alq3, PBD, TAZ, spiro-PBD, BAlq, Liq(lithium quinolate), BMB-3T, PF-6P, TPBI, COT 및 SAlq 중 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 전자 주입층(160, electron injection layer, EIL)은, 상기 전자 수송층(150) 상에 형성되어, 상기 전자 수송층(150)으로 전자를 주입할 수 있다. 이를 위하여, 상기 전자 주입층(160)은, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), PBD, TAZ, spiro-PBD, BAlq 및 SAlq 중 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있다.

상기 전자 수송층(150) 및 상기 전자 주입층(160)은 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.

상기 제2 전극(170)은, 상기 전자 주입층(160) 상에 형성되며, 상기 전자 주입층(160)으로 전자를 제공할 수 있다. 상기 제2 전극(170)은, 고 전도도를 가지며, 상기 제2 전극(170)으로 출사된 광을 y’방향으로 반사할 수 있도록 반사도를 가질 수 있다. 상기 제2 전극(170)은 예를 들어, 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 마그네슘(Mg) 중 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제2 전극(170)은 서브 픽셀들에 의하여 공유되는 공유 전극으로 구성될 수 있다.

상기 제2 전극(170) 상에는 캡핑층(미도시, Capping Layer)이 형성될 수 있다. 상기 캡핑층은 광 추출 효과를 증진시키는 역할을 한다. 상기 캡핑층은 정공 수송능력이 있는 유기물로 이루어질 수도 있고, 발광층을 구성하는 호스트 물질로 이루어질 수도 있다. 다만, 상기 캡핑층은 생략될 수도 있다.

한편, 상기 제2 전극(170) 상에는 도시하지는 않았으나, 투습을 방지하는 봉지층이 형성될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극(110)을 기준으로 광 출사 방향 즉, y’방향에는 편광층(180)이 위치할 수 있다. 상기 편광층은, 원 편광층과 상기 원 편광층을 기준으로 y’방향에 위치한 선 편광층으로 이루어질 수 있다. 상기 편광층(180)은 상기 원 편광층의 편광 상태와 부합하는 광을 선택적으로 통과시킬 수 있다. 이 때, 상기 편광층(180)의 원 편광층은 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가진 광을 선택적으로 통과시킬 수 있다. 즉, 상기 편광층(180)은, 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가진 광이 상기 편광층(180)을 통과하지 못하도록 차단할 수 있다. 상기 편광층(180)의 구체적인 기능에 대해서는 도 2를 참조하여, 후술하기로 한다. 상기 편광층의 원 편광층은 타원 편광층도 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.

이상 도 1을 참조하여 본 발명의 제1 실시 예에 따른 디스플레이를 설명하였다. 이하에서는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 디스플레이의 작동 예를 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 디스플레이의 작동 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하여, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 디스플레이가 외부 광 반사를 차단하는 예를 설명하고, 광 효율을 극대화하는 예를 설명하기로 한다.

상기 디스플레이(100)는 상기 외부 광(Lout)이 y’에서 y방향으로 입사된 후, 다시 y에서 y’로 진행함에 있어서, 편광층(180) 외측으로 벗어나지 못하도록 차단할 수 있다. 이로써, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 디스플레이는 외부 광 차단 효과를 제공할 수 있다. 이하 구체적으로 설명하기로 한다.

계속하여 도 3을 참조하면, 먼저, 외부 광(Lout)이 디스플레이(100) 내부로 진입하는 환경이 조성될 수 있다. 이 때, 외부 광(Lout)은 디스플레이(100)로 진입하기 전에는 무 편광 상태(non polarized state)를 가질 수 있다. 그러나, 상기 편광층(180)이 진행 방향에 대하여 제1 방향 즉, 반 시계 방향으로 회전하는 광을 선택적으로 통과시키기 때문에, 상기 외부 광(Lout)이 상기 디스플레이(100)의 편광층(180)을 통과한 이후에는 광 진행 방향(y’에서 y)을 기준으로 y’에서 바라 보았을 때, 반 시계 방향인 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지게 된다.

상기 반 시계 방향인 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 외부 광(Lout))은 y’방향에서 y 방향으로 진행할 수 있다. 이에, 상기 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 외부 광(Lout)은 상기 광출사층(105)을 통과하여, 상기 제2 전극(170)에 의하여 반사될 수 있다. 이에 따라 외부 광(Lout)의 진행 방향이 y’에서 y 방향이었다가 y에서 y’방향으로 변경될 수 있다. 상기 외부 광(Lout)의 편광 상태는 반사에 의하여 회전 방향이 바뀔 수 있다. 즉, 외부 광(Lout)의 편광 방향은 진행 방향(y’에서 y)에 대하여 반 시계 방향인 제1 방향에서, 진행 방향(y에서 y’에 대하여 시계 방향인 제2 방향으로 바뀔 수 있다. 제2 전극(170) 반사에 의하여 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 외부 광(Lout)은 광출사층(105)을 통과하여, 편광층(180)에 이를 수 있다. 그러나, 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 외부 광(Lout)은, 제1 방향으로 회전하는 광을 선택적으로 통과시키는 편광층(180)을 통과할 수 없다. 이에 따라, 외부 광(Lout)이 디스플레이(100) 내부로 조사되는 경우에도, 디스플레이(100) 내부로 진입한 외부 광(Lout)이 뷰어에게 시인되는 것을 차단할 수 있다.

이상, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 디스플레이가 외부 광 반사를 차단하는 효과를 제공함을 설명하였다. 이하에서는 광 효율을 극대화하는 예를 설명하기로 한다.

상기 발광층(140)에서 생성된 광은, 제1 전극(110)을 향하여 진행하는 제1 광(Lin1)과, 제2 전극(170)을 향하여 진행하는 제2 광(Lin2)으로 구별될 수 있다. 이 때, 상기 발광층(140)에서 생성된 광은 상기 카이럴 물질(190)에 의하여 나선형 형상으로 적층된 발광 분자들에 의하여 회전 편광 상태를 가질 수 있다.

구체적으로, 상기 제1 광(Lin1)은, 카이럴광 진행 방향(y에서 y’에 대하여, 반 시계 방향인 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가질 수 있다. 상기 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제1 광(Lin1)은 편광층(180)을 통과할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 광(Lin1)은 뷰어에게 전달될 수 있다.

상기 제2 광(Lin2)은, 카이럴광 진행 방향(y’에서 y)에 대하여, 시계 방향인 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가질 수 있다. 상기 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제2 광(Lin2)은 상기 제2 전극(170)에 의하여 반사될 수 있다. 상기 제2 전극(170)에 의하여 반사된 제2 광(Lin2)은, 광 진행 방향(y에서 y’에 대하여 반 시계 방향인 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가질 수 있다. 상기 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제2 광(Lin2)은 편광층(180)을 통과할 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 광(Lin2)은 뷰어에게 전달될 수 있다.

요약하면, 상기 발광층(140)에서 생성된 광은, 무작위 방향으로 진행하는 광 진행 경로를 가질 수 있다. 상기 발광층(140)에서 생성된 광은, 무작위 경로를 가지되, 제1 전극(110)을 향하는 제1 광(Lin1)과 제2 전극(170)을 향하는 제2 광(Lin2)으로 크게 구분될 수 있다. 이 때, 제1 광(Lin1)은, 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지므로 편광층(180)을 통과할 수 있고, 제2 광(Lin2)은, 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 초기에 가지지만, 제2 전극(170)에 반사됨으로써, 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가질 수 있다. 이에 따라, 제1 광 뿐 만 아니라, 제2 광 모두 편광층(180)을 통과할 수 있다. 이에 따라 뷰어에게 전달되는 광 효율이 극대화될 수 있다.

이상 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시 예를 설명하였다. 이하 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 다른 실시 예를 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 디스플레이를 설명하기 위한 부분 단면도를 도시한다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 디스플레이는, y’에서 y 방향으로 기판(미도시), 액티브층(미도시), 제1 전극(210), 광출사층(205), 제2 전극(270), 편광층(280) 순서로 적층된 구조를 가질 수 있다.

상기 다른 실시 예에 따른 제1 전극(210)은 제1 실시 예의 제1 전극(110)과 달리, 반사면을 제공하도록 불투명성을 가지는 고 전도도의 전극 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극(210)은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide: ITO)와 같이 일함수가 높은 투명 도전성 물질층과 은(Ag) 또는 은 합금(Ag alloy)과 같은 반사 물질층을 포함할 수 있다.

상기 제1 전극(210)은 이웃하는 픽셀 간에 공유 되도록 공유 전극으로서 형성될 수도 있고, 각 픽셀 마다 분할하여 형성될 수도 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 상기 제1 전극(210)은 분할 전극인 경우를 상정하기로 한다. 이 경우, 상기 제1 전극(110)은 각 픽셀 마다 개별적으로 제어될 수 있다.

상기 광출사층(205)은 각 픽셀 별로 적색, 청색, 녹색을 발광할 수 있도록 구성될 수 있다. 이를 위하여, 상기 광 출사층(205)은 정공 주입층(220), 정공 수송층(230), 발광층(240), 전자 수송층(250), 전자 주입층(260)을 포함할 수 있다.

다른 실시 예에 따른 정공 주입층(220), 정공 수송층(230), 발광층(240), 전자 수송층(250), 전자 주입층(260)은 각각 제1 실시 예에 따른 정공 주입층(120), 정공 수송층(130), 발광층(140), 전자 수송층(150), 전자 주입층(160)에 각각 대응되므로 구체적인 설명을 생략하기로 한다.

다른 실시 예에 따른 발광층(240)도 카이럴 물질(290)을 포함할 수 있다. 상기 카이럴 물질(290)은 상기 발광층(240)을 이루는 유기 발광 분자들이 나선형 적층 구조를 가지도록 비틀림 각도를 제공할 수 있다.카이럴 상기 나선형 적층 구조에 의하여, 상기 발광층(240)에서 생성된 광은, 상기 제2 전극(270)을 향하여, 제1 방향(진행 방향에 대하여, 반 시계 방향, 즉, y’경로에 대하여 반 시계 방향)으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제1 광을 출사하고, 상기 제1 전극(210)을 향하여, 상기 제1 방향과 역 방향인 제2 방향(진행 방향에 대하여, 시계 방향, 즉, y-y’경로에 대하여 시계 방향)으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제2 광을 출사할 수 있다.

제2 전극(270)은, 광을 y 방향으로 출사하기 위하여, 투명 전극으로 이루어질 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제2 전극(270)은 서브 픽셀들에 의하여 공유되는 공유 전극으로 구성될 수 있다.

상기 제2 전극(270) 상에는 캡핑층(미도시, Capping Layer)이 형성될 수 있다. 상기 캡핑층은 광 추출 효과를 증진시키는 역할을 한다. 상기 캡핑층은 정공 수송능력이 있는 유기물로 이루어질 수도 있고, 발광층을 구성하는 호스트 물질로 이루어질 수도 있다. 다만, 상기 캡핑층은 생략될 수도 있다.

한편, 상기 제2 전극(270) 상에는 도시하지는 않았으나, 투습을 방지하는 봉지층이 형성될 수 있다.

상기 제2 전극(270) 상에는 편광층(280)이 형성될 수 있다. 상기 편광층(280)은 원 편광층과 상기 원 편광층을 기준으로 y 방향에 위치한 선 편광층으로 이루어질 수 있다. 상기 편광층(280)은 상기 원 편광층의 편광 상태와 부합하는 광을 선택적으로 통과시킬 수 있다. 이 때, 상기 편광층(280)의 상기 원 편광층은 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가진 광을 선택적으로 통과시킬 수 있다. 즉, 상기 편광층(280)은, 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가진 광이 상기 편광층(280)을 통과하지 못하도록 차단할 수 있다.

이상 도 4를 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 디스플레이를 설명하였다. 이하에서는 도 5를 참조하여, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 디스플레이의 작동 예를 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 디스플레이의 작동 예를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 다른 실시 예에 다른 디스플레이도 상술한 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이와 같이, 외부 광 반사를 차단할 수 있고, 광 효율을 극대화할 수 있다.

상기 디스플레이(200)는 y에서 y’방향으로 입사한 외부 광(Lout)이 상기 디스플레이(100) 내부에서 반사되어 뷰어에게 전달되지 못하도록 외부 광 차단 효과를 제공할 수 있다.

도 5를 참조하면, 먼저, 외부 광(Lout)이 디스플레이(200) 내부로 진입하는 환경이 조성될 수 있다. 이 때, 외부 광(Lout)은 디스플레이(200)로 진입하기 전에는 무 편광 상태를 가질 수 있다. 그러나, 상기 편광층(280)이 진행 방향에 대하여 제1 방향 즉, 반 시계 방향으로 회전하는 광을 선택적으로 통과시키기 때문에, 상기 외부 광(Lout)이 상기 디스플레이(200)의 편광층(280)을 통과한 이후에는 광 진행 방향(y에서 y’을 기준으로 y에서 바라 보았을 때, 반 시계 방향인 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지게 된다.

상기 반 시계 방향인 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 외부 광(Lout))은 y 방향에서 y’방향으로 진행할 수 있다. 이에, 상기 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 외부 광(Lout)은 상기 광출사층(205)을 통과하여, 상기 제1 전극(210)에 의하여 반사될 수 있다. 이에 따라 외부 광(Lout)의 진행 방향이 y에서 y’방향이었다가 y’에서 y 방향으로 변경될 수 있다. 상기 외부 광(Lout)의 편광 상태는 반사에 의하여 회전 방향이 바뀔 수 있다. 즉, 외부 광(Lout)의 편광 방향은 진행 방향(y’에서 y)에 대하여 반 시계 방향인 제1 방향에서, 진행 방향(y’에서 y)에 대하여 시계 방향인 제2 방향으로 바뀔 수 있다. 제1 전극(210) 반사에 의하여 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 외부 광(Lout)은 광출사층(205)을 통과하여, 편광층(280)에 이를 수 있다. 그러나, 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 외부 광(Lout)은, 제1 방향으로 회전하는 광을 선택적으로 통과시키는 편광층(280)을 통과할 수 없다. 이에 따라, 외부 광(Lout)이 디스플레이(200) 내부로 조사되는 경우에도, 디스플레이(200) 내부로 진입한 외부 광(Lout)이 뷰어에게 시인되는 것을 차단할 수 있다.

이상, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 디스플레이가 외부 광 반사를 차단하는 효과를 제공함을 설명하였다. 이하에서는 광 효율을 극대화하는 예를 설명하기로 한다.

상기 발광층(240)에서 생성된 광은, 제2 전극(270)을 향하여 진행하는 제1 광(Lin1)과, 제1 전극(210)을 향하여 진행하는 제2 광(Lin2)으로 구별될 수 있다. 이 때, 상기 발광층(240)에서 생성된 광은 상기 카이럴 물질(290)에 의하여 나선형 형상으로 적층된 발광 분자들에 의하여 회전 편광 상태를 가질 수 있다.

구체적으로, 상기 제1 광(Lin1)은, 카이럴광 진행 방향(y’에서 y)에 대하여, 반 시계 방향인 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가질 수 있다. 상기 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제1 광(Lin1)은 편광층(280)을 통과할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 광(Lin1)은 뷰어에게 전달될 수 있다.

상기 제2 광(Lin2)은, 카이럴광 진행 방향(y에서 y’에 대하여, 시계 방향인 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가질 수 있다. 상기 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제2 광(Lin2)은 상기 제1 전극(210)에 의하여 반사될 수 있다. 상기 제1 전극(210)에 의하여 반사된 제2 광(Lin2)은, 광 진행 방향(y’에서 y)에 대하여 반 시계 방향인 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가질 수 있다. 상기 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제2 광(Lin2)은 편광층(280)을 통과할 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 광(Lin2)은 뷰어에게 전달될 수 있다.

요약하면, 상기 발광층(240)에서 생성된 광은, 무작위 경로를 가지되, 제2 전극(270)을 향하는 제1 광(Lin1)과 제2 전극(210)을 향하는 제2 광(Lin2)으로 크게 구분될 수 있다. 이 때, 제1 광(Lin1)은, 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지므로 편광층(280)을 통과할 수 있고, 제2 광(Lin2)은, 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 초기에 가지지만, 제1 전극(210)에 반사됨으로써, 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가질 수 있다. 이에 따라, 제1 광 뿐 만 아니라, 제2 광 모두 편광층(280)을 통과할 수 있다. 이에 따라 뷰어에게 전달되는 광 효율이 극대화될 수 있다.

즉, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 설명한 회전 편광 발광장치는, 나선 적층 구조의 발광 분자를 통하여, 외부 광 차단을 위한 원 편광판을 통과할 수 있는 편광 상태의 광을 생성함으로써, 광 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시 예 및 다른 실시 예에 따르면 단순히 발광층에서 회전 편광 상태의 광을 출사하는 것 외에, 나아가서, g-factor를 향상시키는 구조 및 방법이 제공될 수 있다. 이 때, g-factor는 아래의 식으로 정의될 수 있다.

G-factor :

(IL: 좌원 편광의 세기, IR: 우원편광의 세기)

이하 g-factor 향상 구조 및 방법이 설명된다.

이하 도 6을 참조하여, 향상된 g-factor를 제공하는 회전 편광 발광장치의 제조방법이 설명된다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전 편광 발광장치의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다. 설명의 편의를 위하여 도 6을 참조하여 설명하는 제조방법은 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 회전 편광 발광장치의 제조방법을 상정하나, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 회전 편광 발광장치에도 적용될 수 있음은 물론이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전 편광 발광장치의 제조방법은, 제1 전극을 형성하는 단계(S110), 상기 제1 전극 상에 발광 분자 및 카이럴 도펀트로 이루어진 발광층을 포함하는 광출사층을 형성하는 단계(S120) 및 상기 광출사층 상에 제2 전극을 형성하는 단계(S130) 중 적어도 하나의 단계를 포함하여 이루어질 수 있다. 이하 각 단계에 대하여 상술하기로 한다.

단계 S110에서 제1 전극이 형성될 수 있다. 이를 위하여 기판이 먼저 준비될 수 있다. 기판 상에, 포토리소그래피 공정을 통하여 각 픽셀을 제어하는 적어도 하나의 트랜지스터, 적어도 하나의 커패시턴스를 포함하는 구동층이 형성될 수 있다. 상기 구동층 상에는, 제1 전극(110)이 포토 리소그래피 공정 또는 액상 공정으로 형성될 수 있다. 이로써 도 1에 도시된 제1 전극(110)이 형성될 수 있는 것이다.

단계 S120에서, 제1 전극 상에 광출사층이 형성될 수 있다. 이 때, 상기 광출사층은, 유기 분자가 고분자인 경우, 용액 공정 즉, 솔루블(soluble) 공정으로 도포될 수 있다. 이와 달리, 유기 분자가 저분자인 경우, 기상 증착 공정을 통하여, 증착될 수 있다. 상기 카이럴 물질은, 상기 광출사층 예를 들어, 발광층과 함께 형성될 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 전극 상에, 전극 주입층, 전극 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층이 순차적으로 형성될 수 있다. 이로써 도 1에 도시된 광출사층(105)가 형성될 수 있다.

단계 S120는, 향상된 g-factor를 제공하기 위하여, 광출사층의 굴절율 제어, 발광 분자의 꼬임 각도 제어, 발광 존 제어(emission zone), 선 편광 상태 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.

이 때, 상기 광출사층의 굴절율 제어라 함은, 상술한 광 출사층의 굴절율으로 정의될 수 있다. 상기 광출사층의 굴절율은 광출사층을 이루는 물질의 종류에 따라 정의될 수 있다.

상기 발광 분자의 꼬임 각도라 함은 카이럴 도펀트가 제공하는 헬리컬 트위스팅 파워(HTP)에 의하여 발광 분자가 층 상으로 꼬인 각도를 의미할 수 있다. 상기 발광 분자의 꼬임 각도는 도펀트의 종류 및 도펀트의 농도에 따라 정의될 수 있다.

상기 발광 분자의 꼬임 각도가 증가할수록 g-factor는 사이파의 형상을 가질 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 발광 분자의 꼬임 각도는 사인파의 첫 번째 봉우리에 해당하는 꼬임 각도 범위 내에서 두 번째 봉우리보다 g-factor가 큰 꼬임 각도를 정의될 수 있다. 또한 상기 발광 분자의 꼬임 각도는 180도 이하로 제어될 수 있다.

상기 발광 존이라 함은 발광층에서 전자와 정공이 만나서 광이 생성되는 존을 의미할 수 있다. 예를 들어, 도 1을 참조하여 설명한 하부 발광 방식의 경우, 상기 발광 존이 전자 수송층(150)에 가까울수록 g-factor가 증가할 수 있다. 이를 위하여, 정공 수송층(130)을 통하여 발광 존을 전자 수송층(150) 방향으로 이동시킬 수 있다. 다른 관점에서, 상기 제1 전극(110)이 투명 전극이고 상기 제2 전극(170)이 반사 전극인 경우, 상기 발광층의 발광 존은 상기 제2 전극(170)에 가깝도록 제어될 수 있다. 보다 구체적으로 상기 발광층의 발광 존은, 상기 발광층의 두께 대비 20%이내에서, 상기 제2 전극(170)에 가깝도록 제어될 수 있다.

상기 선 편광 상태라 함은 상기 발광층(140)에서 생성되는 광이 선 편광 상태를 가짐을 의미한다. 이는 상기 발광층(240)에서 생성된 선 편광 상태의 광이 도 2(b)를 참조하여 설명한 발광 분자의 나선형 적층 구조를 통과하면서 회전 편광 상태로 변이되는 경우 g-factor가 보다 높이지는 현상을 고려한 것이다.

상기 발광층(140)이 선 편광을 생성하기 위해서는 발광층(140)을 이루는 발광 분자가 특정 방향으로 배향되어야 하는 바, 발광 분자의 배향 방법을 설명하기로 한다.

상기 발광층(140)의 발광 분자가 정렬되기 위해서, 상기 발광층(140)과 계면하는 인접하는 층이 특정 방향으로 배향될 수 있다. 예를 들어, 상기 발광층(140)보다 먼저 형성되는 정공 수송층(130)이 특정 방향으로 배향될 수 있다. 상기 정공 수송층(130)의 표면이 특정 방향으로 배열됨으로써, 상기 정공 수송층(130)과 계면하는 발광층(140)도 특정 방향으로 배열 유도될 수 있다.

예를 들어, 상기 정공 수송층(130)은 러빙(rubbing)을 통하여 특정 방향으로 정렬될 수 있다. 이와 달리, 상기 정공 수송층(130)은 선 평광된 광을 조사하는 광 배향을 통하여 특정 방향으로 정렬될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 광배향되는 경우를 상정하기로 한다.

광배향을 위하여, 상기 정공 수송층(130)은 폴리이미드(Polyimide), 폴리아믹산(Polyamic acid), 폴리노보넨, 페닐 말레이미드 공중합체, 폴리비닐신나메이트(polyvinylcinnamate), 폴리아조벤젠(polyazobenzene), 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine), 폴리비닐알콜(Polyvinyl alcohol), 폴리아미드(Polyamide), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리스틸렌(Polystylene), 폴리페닐렌프탈아미드(Polyphenylenephthalamide), 폴리에스테르(Polyester), 폴리우레탄(Polyurethane), 폴리실록산에시나메이트(Polysiloxanecinnamate), 셀룰로세신나메이트(cellulosecinnamate)계화합물 및 폴리메틸 메타크릴 레이트(Polymethyl methacrylate)계 화합물로 구성된 군에서 선택된 고분자물질을 더 포함할 수 있다. 즉, 도 1을 참조하여 설명한 정공 수송 물질에 상술한 광배향 물질이 더 포함될 수 있다. 이와 달리, 상기 정공 수송층(130)은 광배향 물질로만 이루어질 수도 있다.

단계 S130에서 제2 전극이 형성될 수 있다. 상기 제2 전극(170)은 포토 리소그래피 공정 또는 액상 공정으로 형성될 수 있다. 이로써 도 1에 도시된 제2 전극(170)이 형성될 수 있는 것이다.

이상 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전 편광 발광장치의 제조방법을 설명하였다. 이하, 본 발명의 실험 예들 및 본 발명의 우수성이 설명된다.

도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 분자의 꼬임 각도에 따른 회전 편광비(g-facator)를 나타내는 그래프이다.

먼저, ITO(두께 : 100 nm, 제1 전극)/CuPC(두께 : 2 nm, 정공 주입층)/polyimide(두께 : 20 nm, 배향층 및 정공 수송층)/F8BT(발광 분자)+R5011(카이럴 도펀트)(두께 : 200 nm)/TPBi (두께 : 20 nm, hole blocking layer)/LiF:Al (1 nm:70 nm, 제2 전극)으로 이루어진 회전 편광 발광장치를 준비하였다. 또한, F8BT로 이루어진 발광 분자들에게 R5011 카이럴 도펀트를 포함시킨 상태에서 140도 이상으로 열 어닐링을 수행하고 상온에서 냉각시켜, 발광 분자에 본 발명의 일 실시 예에 따른 나선형 적층 구조를 부여하였다. 또한, 정공 수송층을 러빙하여 발광 분자가 배향되도록 하였다.

이 때, 광 출사층의 굴절율은 0.67으로 하였고, 발광 존은 발광층과 TPBi의 계면인 0nm로 하였다. 다른 관점에서 발광층과 TPBi가 계면하는 면을 발광 존의 기준 라인으로 정의하였다.

실험 결과, 도 7에 도시된 바와 같이, g-factor는 발광 분자의 나선형 층상 꼬임 각도가 증가할수록 사인파 형태로 증가 및 감소를 반복하는 것으로 나타났다. 따라서, 카이럴 도펀트를 적게 포함하도록 나선형 층상 꼬임 각도는 180도 이하로 하는 것이 바람직한 것을 확인할 수 있다.

또한 꼬임 각도는 첫 번째 봉우리 중 두 번째 봉우리의 g-factor 피크보다 큰 값으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 발광 존이 0nm인 경우 꼬임 각도는 14.73도 내지 127.31도 사이의 값이 될 수 있다. 이로써, 최소의 꼬임 각도로 최대의 g-factor를 도출할 수 있는 것으로 해석된다.

또한, g-factor는 발광 존의 위치에 영향을 받는 것으로 확인되었다. 도 7 및 도 8의 g-factor가 음수인 경우 좌원 편광이 우원 편광 대비 우세하고, g-factor가 양수인 경우 우원 편광이 좌원 편광 대비 우세한 것을 의미하는데 g-factor의 절대 값을 보면, 발광 존의 위치가 0nm 인 경우가 가장 우세한 것을 확인할 수 있다.

또한 다른 변수를 동일하게 유지한 상태에서 발광 존의 위치를 제어하는 것으로 발광층에서 생성되는 광의 편광 상태를 좌원 편광 또는 우원 편광으로 제어할 수 있음을 확인할 수 있다.

한편 도 9를 참조하면, 발광 존의 위치 별로, 출사면에서 보았을 때를 기준으로 도 3의 Lin1(도 9에서 top로 표기)과 Lin2(도 9에서 bottom으로 표기)의 편광 상태를 확인할 수 있다. 도 9를 살펴보면, 발광 존의 위치가 40nm까지는 g-factor의 첫 번째 골까지 Lin1과 Lin2의 편광 상태가 비슷하게 나오는 것을 확인할 수 있다. 이 경우 도 3을 참조하여 설명한 광 효율 극대화가 보다 원활하게 수행될 것으로 예상된다. 따라서, 발광 존의 위치는 발광층의 전체 두께 200nm에서 정공 수송층 방향으로 20% 이내인 40nm 이내로 제어되는 것이 바람직할 수 있다.

이상 도 7 내지 도 9를 참조하여 발광 존의 위치, 꼬임 각도가 g-factor에 미치는 영향에 대한 시뮬레이션 결과를 설명하였다.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 존의 위치 별 회전 편광비를 나타내는 그래프이다.

실험을 위하여 도 7 내지 도 9를 참조하여 설명한 회전 편광 발광장치를 준비하였다. 이 때, 카이럴 도펀트에 의한 발광 분자의 층 상 꼬임 각도는 60도로 하였다.

도 10의 가로축은 발광 존의 위치를 의미하는 것으로 전체 광 출사층의 두께 200nm에 대한 발광 존의 위치를 비율로 표시한 것이다. 발광 존의 값이 0인 경우는 광의 생성 위치가 발광층과 TPBi의 계면임을 의미하고, 발광 존의 값이 1.0인 경우는 광의 생성 위치가 발광층과 polyimide의 계면임을 의미한다.

도 10을 참조하면, 발광 존의 위치에 따라 굴절율이 g-factor에 미치는 영향이 상이함을 확인할 수 있다. 즉 발광 존의 위치가 0에서 0.23까지는 굴절율이 1.1인 경우 가장 높은 g-factor를 제공함을 확인할 수 있고, 발광 존의 위치가 0.23에서 0.87까지는 굴절율이 1.5인 경우 가장 높은 g-factor를 제공함을 확인할 수 있다.

이상 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전 편광 발광장치 및 그 제조방법에 따르면, 카이럴 도펀트를 통하여 나선 적층 구조의 발광 분자를 통하여 회전 편광 상태의 광을 생성할 수 있다. 이로써, 외부 광 차단을 위한 원 편광판을 통과할 수 있는 광량을 증가시킴으로써, 광 효율을 향상시킬 수 있다.

나아가, 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전 편광 발광장치 및 그 제조방법에 따르면, 광출사층의 굴절율 제어, 발광 분자의 꼬임 각도 제어, 발광 존 제어(emission zone), 선 편광 상태 중 적어도 하나의 변수를 제어함으로써, g-factor를 향상시킬 수 있다. 이로써, 광 효율을 보다 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 실시 예들에 따르면, 발광층이 유기 발광층인 경우를 상정하였으나, 이와 달리 무기 발광층 예를 들어, 퀀텀 발광층일 수도 있다. 이 경우, 광출사층 자체가 무기 발광층으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 퀀텀 발광층은 퀀텀닷 및/또는 퀀텀 로드로 이루어질 수 있다. 이 경우, 퀀텀닷 및/또는 퀀텀 로드와 같은 발광 무기 분자들도 카이럴 도펀트에 의하여 나선형 적층 구조를 가질 수 있으며, 나선형 적층 구조는 출사되는 광의 편광 상태를 상술한 바와 같이 변경할 수 있다.퀀텀닷 및 퀀텀 로드는, 나노 사이즈의 반도체 물질일 수 있고, Ⅱ-Ⅵ족, Ⅲ-Ⅵ족, Ⅳ족 물질 및 이들의 혼합물 중 어느 하나 이상의 물질일 수 있다. 구체적으로, 퀀텀닷 및 퀀텀 로드는, 산화 마그네슘(MgO), 황화 마그네슘(MgS), 마그네슘 셀레나이드(MgSe), 마그네슘 텔루라이드(MgTe), 산화 칼슘(CaO), 황화 칼슘(CaS), 칼슘 셀레나이드(CaSe), 칼슘 텔루라이드(CaTe), 산화 스트론튬(SrO), 황화 스트론튬(SrS), 스트론튬 셀레나이드(SrSe), 스트론튬 텔루라이드(SrTe), 산화 바륨(BaO), 황화 바륨(BaS), 바륨 셀레나이드(BaSe), 바륨 텔루라이드(BaTE), 산화 아연(ZnO), 산화 구리(Cu2O), 황화 아연(ZnS), 징크 셀레나이드(ZnSe), 징크 텔루라이드(ZnTe), 산화 카드뮴(CdO), 황화 카드뮴(CdS), 카드뮴 셀레나이드(CdSe), 카트뮴 텔루라이드(CdTe), 산화 수은(HgO), 황화 수은(HgS), 머큐리 셀레나이드(HgSe), 머큐리 텔루라이드(HgTe), 황화 알루미늄(Al2S3), 알루미늄 셀레나이드(Al2Se3), 알루미늄 텔루라이드(A12Te3), 산화 갈륨(Ga2O3), 황화 갈륨(Ga2S3), 갈륨 셀레나이드(Ga2Se3), 갈륨 텔루라이드(Ga2Te3), 산화 인듐(In2O3), 황화 인듐(In2S3), 인듐 셀레나이드(In2Se3), 인듐 텔루라이드(In2Te3), 산화 저마늄(GeO2), 산화 주석(SnO2), 황화 주석(SnS), 스탠넘 셀레나이드(SnSe), 스탠넘 텔루라이드(SnTe), 산화 납(PbO), 이산화 납(PbO2), 황화 납(PbS), 납 셀레나이드(PbSe), 납 텔루라이드(PbTe), 질화 알루미늄(AlN), 인화 알루미늄(AlP), 알루미늄 아스나이드(AlAs), 알루미늄 안티모나이드(AlSb), 질화 갈륨(GaN), 인화 갈륨(GaP), 갈륨 아스나이드(GaAs), 갈륨 안티모나이드(GaSb), 질화 인듐(InN), 인화 인듐(InP), 인듐 아스나이드(InAs), 인듐 안티모나이드(InSb), 인화 보론(BP), 실리콘(Si) 또는 저마늄(Ge) 중 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시 예를 설명함에 있어서 발광층이 전계 발광(electroluminescence)인 경우를 상정하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 발광층이 포토 전계(photoluminescence)인 경우에도 적용됨은 물론이다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

Claims (9)

1. 제1 전극을 형성하는 단계;
   상기 제1 전극 상에 발광 분자 및 카이럴 도펀트로 이루어진 발광층을 포함하는 광출사층을 형성하는 단계; 및
   상기 광출사층 상에 제2 전극을 형성하는 단계;를 포함하되,
   상기 광출사층을 형성하는 단계에서, 상기 카이럴 도펀트는 상기 발광 분자의 층상 비틀림 각도를 조절하여, 상기 발광층에서 발광되는 광의 g-factor가 제어되는, 회전 편광 발광장치의 제조방법.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 광출사층을 형성하는 단계는,
   상기 층상 비틀림 각도의 제어, 상기 광출사층의 굴절율 제어, 상기 발광층의 발광 존 제어 중 적어도 하나를 제어하며,
   상기 발광층의 발광 존은, 상기 제1 및 제2 전극 중 어느 하나의 전극과의 거리를 기준으로 정의되는, 회전 편광 발광장치의 제조방법.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 층상 비틀림 각도는 180도 이하로 제어되는, 회전 편광 발광장치의 제조방법.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 제1 전극은 투명 전극이고 상기 제2 전극은 반사 전극인 경우, 상기 발광층의 발광 존은 상기 제2 전극에 가깝도록 제어되는, 회전 편광 발광장치의 제조방법.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 발광층의 발광 존은, 상기 발광층의 두께 대비 20%이내에서, 상기 제2 전극에 가깝도록 제어되는, 회전 편광 발광장치의 제조방법.
6. 제2 항에 있어서,
   상기 광출사층의 굴절율은, 상기 발광층의 발광 존의 위치에 따라 제어되는, 회전 편광 발광장치의 제조방법.
7. 광 출사 방향에 배치되는 제1 전극;
   상기 제1 전극과 대향하는 제2 전극;
   상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되며, 상기 제1 전극을 향하여, 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제1 광을 출사하고, 상기 제2 전극을 향하여, 상기 제1 방향과 역 방향인 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제2 광을 출사하는, 광출사층; 및
   상기 제1 전극을 기준으로 광 출사 방향에 배치되며, 상기 제1 방향으로 회전하는 광을 통과시키는, 편광층을 포함하되,
   상기 광출사층은 상기 광출사층의 발광 분자들의 층상 비틀림 각도를 조절하는 카이럴 물질을 포함하며, 상기 층상 비틀림 각도는 180도 이하인, 회전 편광 발광장치.
8. 제1 전극;
   상기 제1 전극과 대향하며 광 출사 방향에 위치하는 제2 전극;
   상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되며, 상기 제2 전극을 향하여, 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제1 광을 출사하고 상기 제1 전극을 향하여, 상기 제1 방향과 역 방향인 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제2 광을 출사하는 광출사층; 및
   상기 제2 전극을 기준으로 광 출사 방향에 배치되며, 상기 제1 방향으로 회전하는 광을 통과시키는, 편광층을 포함하되,
   상기 광출사층은 상기 광출사층의 발광 분자들의 층상 비틀림 각도를 조절하는 카이럴 물질을 포함하며, 상기 층상 비틀림 각도는 180도 이하인, 회전 편광 발광장치.
9. 제7 항 또는 제8 항에 있어서,
   상기 광출사층의 발광 존은 상기 광 출사 방향에 배치되는 전극으로 가깝도록 위치하는, 회전 편광 발광장치.

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