KR101466833B1 - 유기발광소자용 광추출 기판, 그 제조방법 및 이를 포함하는 유기발광소자 - Google Patents

유기발광소자용 광추출 기판, 그 제조방법 및 이를 포함하는 유기발광소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기발광소자용 광추출 기판, 그 제조방법 및 이를 포함하는 유기발광소자에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 유기발광소자로부터 발광된 빛이 외부로 방출되는 전방에 비주기적 구조의 광결정 패턴을 형성함으로써, 종래 주기적인 광결정 패턴에서 나타나는 특정 파장대에서의 광추출 의존성을 탈피하고, 보다 넓은 파장대에서 광추출을 유도할 수 있는 유기발광소자용 광추출 기판, 그 제조방법 및 이를 포함하는 유기발광소자에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은, 유기발광소자로부터 발광된 빛이 외부로 방출되는 일면에 배치되는 광추출 기판에 있어서, 베이스 기판; 상기 유기발광소자와 상기 베이스 기판 사이에 형성되는 매트릭스 층; 및 상기 베이스 기판 상에 형성되고, 상기 매트릭스 층 내부에 위치되며, 비주기적인 구조로 이루어진 광결정 패턴을 포함하고, 상기 매트릭스 층과 상기 광결정 패턴은 상기 유기발광소자의 내부 광추출층을 이루는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판, 그 제조방법 및 이를 포함하는 유기발광소자를 제공한다.

Description

유기발광소자용 광추출 기판, 그 제조방법 및 이를 포함하는 유기발광소자{LIGHT EXTRACTION SUBSTRATE FOR OLED, METHOD OF FABRICATING THEREOF AND OLED INCLUDING THE SAME}
본 발명은 유기발광소자용 광추출 기판, 그 제조방법 및 이를 포함하는 유기발광소자에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 유기발광소자로부터 발광된 빛이 외부로 방출되는 전방에 비주기적 구조의 광결정 패턴을 형성함으로써, 종래 주기적인 광결정 패턴에서 나타나는 특정 파장대에서의 광추출 의존성을 탈피하고, 보다 넓은 파장대에서 광추출을 유도할 수 있는 유기발광소자용 광추출 기판, 그 제조방법 및 이를 포함하는 유기발광소자에 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 7에 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.
종래에는 상기와 같은 유기발광소자의 발광 효율 개선을 위해 다양한 광추출 기법이 제안되었다. 이 가운데, 유기발광소자의 광이 발광되는 전방에 주기적인 패턴을 형성하여 광을 추출하는 광결정(photonic crystal) 구조가 있다. 이러한 광결정 구조는 패턴의 크기와 주기가 특정 파장에 의존적이어서, 이를 통한 광추출 향상은 특정 파장대로 제한된다. 즉, 상기의 광결정 구조는 특정 파장대에서 파장의 피크(peak)가 다른 파장에 비해 상대적으로 높아지거나, 파장 피크가 시프트(shift)되는 현상을 유발하게 된다. 이에 따라, 종래의 광결정 구조는 넓은 파장대에서 고른 발광 세기가 확보되어야 하는 조명용 백색 유기발광소자에는 적용할 수 없는 단점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1000120호(2010.12.03.)
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 유기발광소자로부터 발광된 빛이 외부로 방출되는 전방에 비주기적 구조의 광결정 패턴을 형성함으로써, 종래 주기적인 광결정 패턴에서 나타나는 특정 파장대에서의 광추출 의존성을 탈피하고, 보다 넓은 파장대에서 광추출을 유도할 수 있는 유기발광소자용 광추출 기판, 그 제조방법 및 이를 포함하는 유기발광소자를 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은, 유기발광소자로부터 발광된 빛이 외부로 방출되는 일면에 배치되는 광추출 기판에 있어서, 베이스 기판; 상기 유기발광소자와 상기 베이스 기판 사이에 형성되는 매트릭스 층; 및 상기 베이스 기판 상에 형성되고, 상기 매트릭스 층 내부에 위치되며, 비주기적인 구조로 이루어진 광결정 패턴을 포함하고, 상기 매트릭스 층과 상기 광결정 패턴은 상기 유기발광소자의 내부 광추출층을 이루는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판을 제공한다.
여기서, 상기 광결정 패턴은 상기 베이스 기판 상에서 스트라이프 패턴을 이룰 수 있다.
이때, 상기 광결정 패턴은 상기 베이스 기판 상에 일 방향을 따라 배열되는 복수 개의 바(bar)로 이루어지되, 상기 복수 개의 바는, 각각의 폭, 간격 및 피치가 비주기적으로 이루어질 수 있다.
게다가, 상기 복수 개의 바 각각의 두께는 동일 또는 다르게 형성될 수 있다.
또한, 상기 바의 상면에는 비주기적인 요철 패턴이 형성되어 있을 수 있다.
그리고 상기 바 내부에는 산란 입자들이 분포되어 있을 수 있다.
아울러, 상기 광결정 패턴은, 상기 베이스 기판 상에 형성되는 제1 광결정 패턴, 및 상기 제1 광결정 패턴 상에 형성되는 제2 광결정 패턴의 적층 구조로 이루어지되, 상기 제2 광결정 패턴은 상기 제1 광결정 패턴의 배열 방향 기준으로 틸트(tilt)되어 있을 수 있다.
이때, 상기 제2 광결정 패턴의 틸트 각도는 10~90도일 수 있다.
또한, 상기 제1 광결정 패턴의 굴절률은 상기 매트릭스 층의 굴절률보다 상대적으로 낮고, 상기 매트릭스 층의 굴절률은 상기 제2 광결정 패턴의 굴절률보다 상대적으로 낮을 수 있다.
한편, 본 발명은, 유기발광소자로부터 발광된 빛이 외부로 방출되는 일면에 배치되는 광추출 기판을 제조하는 방법에 있어서, 바 코팅 시 롤링 속도를 조절하여 베이스 기판 상에 비주기적인 구조로 이루어진 광결정 패턴을 형성하는 광결정 패턴 형성단계; 및 상기 유기발광소자와 접하는 표면이 평탄면을 이루고 상기 광결정 패턴이 내부에 위치되도록 매트릭스 층을 형성하는 매트릭스 층 형성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 광결정 패턴 형성단계에서는 상기 광결정 패턴을 적층 구조로 형성하되, 상기 베이스 기판 상에 제1 광결정 패턴을 형성한 다음, 상기 베이스 기판을 회전시켜 상기 제1 광결정 패턴과 배열 방향이 다른 제2 광결정 패턴을 형성할 수 있다.
이때, 상기 베이스 기판을 회전시키는 각도는 10~90도일 수 있다.
또한, 상기 제1 광결정 패턴, 상기 제2 광결정 패턴 및 상기 매트릭스 층으로는 서로 다른 굴절률을 갖는 물질로 형성하되, 상기 제1 광결정 패턴의 굴절률이 가장 낮고 상기 제2 광결정 패턴의 굴절률이 가장 높도록 형성할 수 있다.
그리고 상기 광결정 패턴 형성단계에서는 상기 바 코팅 시 외주면에 비주기적으로 코일이 감긴 롤링 바를 사용할 수 있다.
게다가, 상기 광결정 패턴 형성단계에서는 상기 바 코팅 전, 상기 광결정 패턴으로 코팅되는 물질에 산란 입자들을 혼합할 수 있다.
한편, 본 발명은, 상기의 유기발광용 광추출 기판을, 발광된 빛이 외부로 방출되는 일면에 구비하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자를 제공한다.
본 발명에 따르면, 유기발광소자로부터 발광된 빛이 외부로 방출되는 전방에 비주기적인 구조의 광결정 패턴을 형성함으로써, 종래 주기적인 광결정 패턴에서 나타나는 특정 파장대에서의 광추출 의존성을 탈피, 즉, 특정 파장대에서 광추출이 급격히 증대되는 현상을 방지하고, 보다 넓은 파장대에서 광추출을 유도할 수 있으며, 이를 통해 조명용 백색 유기발광소자의 내부 광추출 기판으로 적용 가능하다.
또한, 본 발명에 따르면, 광 산란 입자가 함유된 물질로 비주기적인 구조의 광결정 패턴을 형성함으로써, 광추출 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상대적으로 공정 비용이 저렴한 바 코팅 기법을 통해 비주기적인 구조의 광결정 패턴을 형성함으로써, 광추출 기판 제조를 위한 공정 비용을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기발광소자용 광추출 기판 및 이를 내부 광추출 기판으로 구비한 유기발광소자를 개략적으로 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기발광소자용 광추출 기판을 나타낸 평면도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기발광소자용 광추출 기판을 나타낸 일측 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유기발광소자용 광추출 기판을 나타낸 일측 단면도.
도 5는 도 4의 타측 단면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유기발광소자용 광추출 기판을 나타낸 평면도.
도 7은 종래 기술에 따른 유기 발광소자의 단면도 및 광추출 효율을 설명하기 위한 개념도.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 유기발광소자용 광추출 기판, 그 제조방법 및 이를 포함하는 유기발광소자에 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 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기발광소자용 광추출 기판(100)은 유기발광소자(10)로부터 발광된 빛이 외부로 방출되는 일면에 배치되어 유기발광소자(10)의 광추출 효율을 향상시키는 기판이다.
여기서, 도시하진 않았지만, 유기발광소자(10)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광추출 기판(100)과 이와 대향되는 기판 사이에 배치되는 애노드, 유기 발광층 및 캐소드의 적층 구조로 이루어진다. 이때, 애노드는 정공 주입이 잘 일어나도록 일함수(work function)가 큰 금속, 예컨대, Au, In, Sn 또는 ITO와 같은 금속 또는 금속산화물로 이루어질 수 있다. 또한, 캐소드는 전자 주입이 잘 일어나도록 일함수가 작은 Al, Al:Li 또는 Mg:Ag의 금속 박막으로 이루어질 수 있다. 이때, 유기발광소자(10)가 전면 발광형인 경우, 캐소드는 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 발광층은 애노드 상에 차례로 적층되는 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층 및 전자 주입층을 포함하여 형성될 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기발광소자(10)는 조명용 백색 유기발광소자로 구현되므로, 예컨대, 발광층은 청색 영역의 광을 방출하는 고분자 발광층과 오렌지-적색 영역의 광을 방출하는 저분자 발광층의 적층 구조로 형성될 수 있고, 이 외에도 다양한 구조로 형성되어 백색 발광을 구현할 수 있다.
이러한 구조에 따라, 애노드와 캐소드 사이에 순방향 전압이 인가되면, 캐소드로부터 전자가 전자 주입층 및 전자 수송층을 통해 발광층으로 이동하게 되고, 애노드로부터 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 애노드와 캐소드 사이에 흐르는 전류량에 비례하게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기발광소자용 광추출 기판(100)은 베이스 기판(110), 매트릭스 층(120) 및 광결정 패턴(130)을 포함하여 형성된다.
베이스 기판(110)은 이의 일면에 형성되는 매트릭스 층(120) 및 광결정 패턴(130)을 지지하는 기판이다. 또한, 베이스 기판(110)은 유기발광소자(10)의 전방, 즉, 유기발광소자(10)로부터 발광된 빛이 외부로 방출되는 전방에 배치되어, 발광된 빛을 외부로 투과시킴과 아울러, 유기발광소자(10)를 외부 환경으로부터 보호하는 봉지(encapsulation) 기판으로서의 역할을 한다.
이러한 베이스 기판(110)은 투명 기판으로, 광 투과율이 우수하고 기계적인 물성이 우수한 것이면 어느 것이든 제한되지 않는다. 예를 들어, 베이스 기판(110)으로는 열경화 또는 UV 경화가 가능한 유기필름인 고분자 계열의 물질이 사용될 수 있다. 또한, 베이스 기판(110)으로는 화학강화유리인 소다라임 유리(SiO2-CaO-Na2O) 또는 알루미노실리케이트계 유리(SiO2-Al2O3-Na2O)가 사용될 수 있다. 여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 광추출 기판(100)을 채용한 유기발광소자(10)가 조명용인 경우, 베이스 기판(110)으로는 소다라임 유리가 사용될 수 있다. 이외에도 베이스 기판(110)으로는 금속산화물이나 금속질화물로 이루어진 기판이 사용될 수도 있다. 그리고 본 발명의 일 실시 예에서는 베이스 기판(110)으로 두께 1.5㎜ 이하의 박판 유리가 사용될 수 있는데, 이러한 박판 유리는 퓨전(fusion) 공법 또는 플로팅(floating) 공법을 통해 제조될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에서, 매트릭스 층(120)과 광결정 패턴(130)은 유기발광소자(10)의 내부 광추출층을 이루게 된다. 이에 따라, 매트릭스 층(120)의 일면은 베이스 기판(110)과 접하고, 타면은 유기발광소자(10), 구체적으로는 유기발광소자(10)의 애노드와 접하게 된다. 즉, 매트릭스 층(120)은 유기발광소자(10)와 베이스 기판(110) 사이에 형성된다. 이와 같이, 매트릭스 층(120)의 타면이 유기발광소자(10)와 접함에 따라, 유기발광소자(10)의 전기적 특성 저하 방지를 위해, 매트릭스 층(120)의 타면은 고평탄도를 갖도록 형성되어야 한다. 본 발명의 일 실시 예에서는 매트릭스 층(120) 내부에 광결정 패턴(130)이 위치된다. 즉, 매트릭스 층(120)은 광결정 패턴(130)을 덮는 평탄층으로서의 역할을 하게 된다. 이러한 매트릭스 층(120)은 내부에 위치되는 광결정 패턴(130)과 굴절률이 다른 물질로 이루어진다. 이때, 매트릭스 층(120)은 금속산화물이나 금속질화물로 이루어질 수 있는데, 예를 들어, TiO2, SnO2, Al2O3 및 ZnO 등과 같은 금속산화물이나 SiNx와 같은 금속질화물로 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에서, 매트릭스 층(120)은 대략 1㎛ 두께로 형성될 수 있다.
매트릭스 층(120)과 함께 유기발광소자(10)의 내부 광추출층을 이루는 광결정 패턴(130)은 베이스 기판(110) 상에 형성된다. 또한, 광결정 패턴(130)은 매트릭스 층(120) 내부에 위치된다. 이러한 광결정 패턴(130)은 유기발광소자(10)로부터 방출되는 광의 경로를 다변화하여 유기발광소자(10)의 광추출 효율을 향상시키는 역할을 한다.
여기서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기발광소자(10)가 조명용 백색 유기발광소자인 경우에는 넓은 파장대에서 광추출이 유도되어야 한다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광결정 패턴(130)은 종래 주기적인 구조의 광결정 패턴의 경우 특정 파장대에서 광추출이 급격히 증대되는 현상을 방지하기 위해, 비주기적인 구조로 이루어진다. 구체적으로, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 광결정 패턴(130)은 베이스 기판(110) 상에 복수 개의 바(bar)(131)가 일 방향을 따라 배열된 스트라이프 패턴을 이룬다. 이때, 복수 개의 바(131)의 폭(w), 간격(d) 및 피치(p)가 비주기적으로, 혹은 랜덤(random)하게 형성되므로, 전체적인 광결정 패턴(130)은 비주기적인 구조를 이루게 된다. 예를 들어, 바(131)의 폭(w)은 1~3㎛ 내에서 다양한 폭으로 형성될 수 있고, 간격(d)은 10㎚~1㎛ 내에서 다양하게 형성될 수 있다. 또한, 바(131)의 높이는 250~500㎚로 형성될 수 있다. 또한, 복수 개의 바(131) 각각의 두께도 동일 또는 다르게, 즉, 랜덤하게 형성될 수 있다.
이와 같이, 유기발광소자(10)로부터 발광된 광이 방출되는 전방에 비주기적인 구조로 이루어진 광결정 패턴(130)이 형성되어 있으면, 조명용 유기발광소자(10)에 적합하게 넓은 파장대에서 광추출이 고르게 유도된다. 이러한 광결정 패턴(130)은 바 코팅(bar coating)을 통해 형성될 수 있는데, 이에 대해서는 하기에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
한편, 도 3에 도시한 바와 같이, 광결정 패턴(130)을 이루는 바(131)의 상면(도면 기준)에는 비주기적인 요철 패턴(132)이 형성될 수 있다. 이와 같이, 비주기적인 폭과 배열 구조를 갖는 바(131)의 상면에 비주기적인 요철 패턴(132)이 형성되면, 유기발광소자(10)로부터 발생된 광의 방출 경로가 더욱 다변화되어, 광추출 효율을 더욱 향상될 수 있다. 이와 아울러, 도시하진 않았지만, 바(131)의 내부에는 광을 산란시키는 산란 입자들이 분포되어 있을 수 있다. 이때, 산란 입자의 직경은 대략 100㎚일 수 있다. 그리고 산란 입자는 바(131) 및 매트릭스 층(120)과 서로 다른 굴절률을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
이와 같은 요철 패턴(132)과 산란 입자를 통해, 유기발광소자(10)의 광추출 효율을 배가될 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유기발광소자용 광추출 기판에 대하여 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유기발광소자용 광추출 기판을 나타낸 일측 단면도이고, 도 5는 도 4의 타측 단면도이며, 도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유기발광소자용 광추출 기판을 나타낸 평면도이다.
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유기발광소자용 광추출 기판(200)은 베이스 기판(110), 매트릭스 층(120) 및 광결정 패턴(230)을 포함하여 형성된다.
본 발명의 다른 실시 예는 본 발명의 일 실시 예와 비교하여 광결정 패턴의 구조에만 차이가 있을 뿐이므로, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하고 이들에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 광결정 패턴(230)은 제1 광결정 패턴(230a) 및 제2 광결정 패턴(230b)의 적층 구조로 이루어진다. 제1 광결정 패턴(230a)은 베이스 기판(110) 상에 형성된다. 이때, 제1 광결정 패턴(230a)은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광결정 패턴(130)과 동일한 비주기적인 구조로 형성될 수 있다. 또한, 제2 광결정 패턴(230b)은 제1 광결정 패턴(230a) 상에 형성된다. 이러한 제2 광결정 패턴(230b)은 제1 광결정 패턴(230a)과 마찬가지로, 비주기적인 구조로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에서, 제1 광결정 패턴(230a)의 굴절률(n)은 매트릭스 층(120)의 굴절률보다 상대적으로 낮고, 매트릭스 층(120)의 굴절률은 제2 광결정 패턴(230b)의 굴절률보다 상대적으로 낮을 수 있다. 예들 들어, 제1 광결정 패턴(230a)은 굴절률이 1.5인 물질, 매트릭스 층(120)은 굴절률이 1.8인 물질 및 제2 광결정 패턴(230b)은 굴절률이 2.4인 물질로 형성될 수 있다. 이때, 본 발명의 다른 실시 예 또한 본 발명의 일 실시 예와 마찬가지로, 제1 광결정 패턴(230a) 및 제2 광결정 패턴(230b) 내부에 산란 입자들이 분포되어 있을 수 있다. 이 경우, 제1 광결정 패턴(230a)과 제2 광결정 패턴(230b) 내부에 분포되는 산란 입자의 굴절률은 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 광결정 패턴(230a) 내부에 분포되는 산란 입자는 제1 광결정 패턴(230a)보다 굴절률이 상대적으로 높은, 예컨대, 굴절률이 2.4인 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 제2 광결정 패턴(230b) 내부에 분포되는 산란 입자는 제2 광결정 패턴(230b)보다 굴절률이 상대적으로 낮은, 예컨대, 굴절률이 1.5인 물질로 이루어질 수 있다.
한편, 제2 광결정 패턴(230b)은 제1 광결정 패턴(230a)의 배열 방향 기준으로 틸트(tilt)되도록 형성될 수 있다. 즉, 도 6에 도시한 바와 같이, 제2 광결정 패턴(230b)은 틸트 각도가 10~90도인 범위에서, 다양한 각도로 제1 광결정 패턴(230a)의 배열 방향 기준으로 틸트될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유기발광소자용 광추출 기판(200)은 비주기적인 구조로 이루어진 제1 광결정 패턴(230a)과 제2 광결정 패턴(230b)이 적층 구조를 이룸에 따라, 광의 산란 및 방출 경로가 복잡화 혹은 다변화되어, 이를 채용한 유기발광소자(도 1의 10)는 넓은 파장대에서 더욱 향상된 광추출을 유도할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법에 대하여 설명하기로 한다. 여기서, 각 구성요소들에 대한 도면 부호는 도 1 내지 도 6을 참조한다.
본 발명의 실시 예에 따른 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법은 유기발광소자(10)로부터 발광된 빛이 외부로 방출되는 일면에 배치되는 광추출 기판(100, 200)을 제조하는 방법으로, 광결정 패턴 형성단계 및 매트릭스 층 형성단계를 포함한다.
먼저, 광결정 패턴 형성단계는 베이스 기판(110) 상에 비주기적인 구조로 이루어진 광결정 패턴(130)을 형성하는 단계이다. 광결정 패턴 형성단계에서는 바 코팅을 통해 광결정 패턴(130)을 형성한다. 이때, 비주기적인 구조의 광결정 패턴(130) 형성을 위해, 바 코팅 시 롤링 바(미도시)의 롤링 속도를 조절함으로써, 비주기적인 구조의 광결정 패턴(130)을 형성한다. 즉, 광결정 패턴 형성단계에서는 롤링 바(미도시)의 롤링 속도를 비주기적으로 가감한다. 이에 따라, 롤링 속도를 줄인 영역에서는 광결정 패턴(130)을 이루는 바(131)가 베이스 기판(110) 상에 형성된다. 이때, 롤링 속도를 줄인 후 그 속도를 유지하는 시간을 조절함으로써, 코팅되는 바(131)의 폭(w) 및 코팅 두께를 조절할 수 있다. 그 다음, 롤링 속도를 증가시키면, 롤링 바(미도시)가 이동되는 동안에는 베이스 기판(110) 상에 바(131)가 코팅되지 않는다. 이때, 롤링 속도를 증가시킨 후 그 속도를 유지하는 시간을 조절함으로써, 바(131)가 코팅되지 않은 비 코팅 영역의 폭, 즉, 이웃하는 바(131)들 간의 간격(d) 및 피치(p)를 조절할 수 있다. 이와 같이, 롤링 속도를 비주기적으로 가감하면, 베이스 기판(110) 상에 폭(w), 간격(d) 및 피치(p)가 비주기적이고 코팅 두께 또한 랜덤한 광결정 패턴(130)이 형성된다.
이때, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유기발광소자용 광추출 기판(200)과 같이 광결정 패턴(230)을 적층 구조로 형성할 수 있다. 즉, 광결정 패턴 형성단계에서는 광결정 패턴(230)을 적층 구조로 형성하기 위해, 먼저, 바 코팅을 통해 베이스 기판(110) 상에 제1 광결정 패턴(230a)을 형성한 다음, 베이스 기판(110)을 예컨대, 10~90도 범위로 회전시킨 후 제1 광결정 패턴(230a) 상에 제2 광결정 패턴(230b)을 바 코팅하면, 서로 다른 배열 방향을 갖는 제1 광결정 패턴(230a)과 제2 광결정 패턴(230b)의 적층 구조로 이루어진 광결정 패턴(230)이 형성된다.
또한, 광결정 패턴 형성단계에서는 서로 다른 굴절률을 갖는 물질로 제1 광결정 패턴(230a), 제2 광결정 패턴(230b)을 형성할 수 있는데, 굴절률이 상대적으로 낮은 물질로 제1 광결정 패턴(230a)을 형성할 수 있다.
그리고 광결정 패턴 형성단계에서는 바 코팅 시 외주면에 비주기적으로 코일이 감긴 롤링 바(미도시)를 사용할 수 있다. 이와 같은 롤링 바(미도시)를 사용하여 광결정 패턴(130, 230)을 형성하면, 광결정 패턴(130, 230)의 표면에는 광 경로를 다변화시키는 요철 패턴(132)이 형성된다.
한편, 광결정 패턴 형성단계에서는 바 코팅 전, 광을 산란시키는 산란 입자들을 광결정 패턴(130, 230) 내부에 분포시키기 위해, 광결정 패턴(130, 230)으로 코팅되는 물질에 산란 입자들을 혼합할 수 있다.
다음으로, 매트릭스 층 형성단계는 광결정 패턴(130, 230)과 함께 유기발광소자(10)의 내부 광추출층을 이루는 매트릭스 층(120)을 형성하는 단계이다. 매트릭스 층 형성단계에서는 광결정 패턴(130, 230)이 내부에 위치되도록, 광결정 패턴(130, 230)을 덮는 형태로 매트릭스 층(120)을 형성한다. 이때, 유기발광소자(10)와 접하는 매트릭스 층(120)의 표면은 평탄면으로 이루어져야 하므로, 내부에 위치되는 광결정 패턴(130, 230)의 형상이 표면에 드러나지 않도록 하기 위해, 매트릭스 층(120)을 두꺼운 후막이 되도록 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 광결정 패턴(130, 230)이 250~500㎚ 두께로 형성되는 경우, 매트리스 층(120)은 1㎛ 두께로 형성될 수 있다.
이와 같이, 매트릭스 층 형성단계가 완료되면, 본 발명의 실시 예에 따른 유기발광소자용 광추출 기판(100, 200)이 제조된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법에서는 상대적으로 공정 비용이 저렴한 바 코팅 기법을 통해 비주기적인 구조의 광결정 패턴(130, 230)을 형성한다. 종래에는 랜덤한 패턴을 형성하기 위해 나노 리소그래픽 임프린트 기법을 사용하였으나 나노 레벨의 1차 몰드를 가공하는 것 자체가 어렵고 시간과 비용 또한 많이 소요되는 문제가 있었으나 본 발명의 실시 예와 같이 바 코팅을 사용하면, 용이하게 비주기적인 구조의 광결정 패턴(130, 230)을 형성할 수 있어, 종래보다 광추출 기판 제조를 위한 공정 비용을 대폭 감소시킬 수 있게 된다.
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, 200: 유기발광소자용 광추출 기판 110: 베이스 기판
120: 매트릭스 층 130, 230: 광결정 패턴
131: 바 132: 요철 패턴
230a: 제1 광결정 패턴 230b: 제2 광결정 패턴
10: 유기발광소자

Claims (16)

  1. 유기발광소자로부터 발광된 빛이 외부로 방출되는 일면에 배치되는 광추출 기판에 있어서,
    베이스 기판;
    상기 유기발광소자와 상기 베이스 기판 사이에 형성되는 매트릭스 층; 및
    상기 베이스 기판 상에 형성되고, 상기 매트릭스 층 내부에 위치되며, 비주기적인 구조로 이루어진 광결정 패턴;
    을 포함하고,
    상기 매트릭스 층과 상기 광결정 패턴은 상기 유기발광소자의 내부 광추출층을 이루며,
    상기 광결정 패턴은,
    상기 베이스 기판 상에 형성되는 제1 광결정 패턴, 및
    상기 제1 광결정 패턴 상에 형성되는 제2 광결정 패턴의 적층 구조로 이루어지되,
    상기 제2 광결정 패턴은 상기 제1 광결정 패턴의 배열 방향 기준으로 틸트(tilt)되어 있는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광결정 패턴은 상기 베이스 기판 상에서 스트라이프 패턴을 이루는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광결정 패턴은 상기 베이스 기판 상에 일 방향을 따라 배열되는 복수 개의 바(bar)로 이루어지되,
    상기 복수 개의 바는, 각각의 폭, 간격 및 피치가 비주기적으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수 개의 바 각각의 두께는 동일 또는 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 바의 상면에는 비주기적인 요철 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 바 내부에는 산란 입자들이 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 광결정 패턴의 틸트 각도는 10~90도인 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광결정 패턴의 굴절률은 상기 매트릭스 층의 굴절률보다 상대적으로 낮고, 상기 매트릭스 층의 굴절률은 상기 제2 광결정 패턴의 굴절률보다 상대적으로 낮은 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판.
  10. 유기발광소자로부터 발광된 빛이 외부로 방출되는 일면에 배치되는 광추출 기판을 제조하는 방법에 있어서,
    바 코팅 시 롤링 속도를 조절하여 베이스 기판 상에 비주기적인 구조로 이루어진 광결정 패턴을 형성하는 광결정 패턴 형성단계; 및
    상기 유기발광소자와 접하는 표면이 평탄면을 이루고 상기 광결정 패턴이 내부에 위치되도록 매트릭스 층을 형성하는 매트릭스 층 형성단계;
    를 포함하고,
    상기 광결정 패턴 형성단계에서는 상기 광결정 패턴을 적층 구조로 형성하되,
    상기 베이스 기판 상에 제1 광결정 패턴을 형성한 다음, 상기 베이스 기판을 회전시켜 상기 제1 광결정 패턴과 배열 방향이 다른 제2 광결정 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서,
    상기 베이스 기판을 회전시키는 각도는 10~90도인 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제1 광결정 패턴, 상기 제2 광결정 패턴 및 상기 매트릭스 층으로는 서로 다른 굴절률을 갖는 물질로 형성하되, 상기 제1 광결정 패턴의 굴절률이 가장 낮고 상기 제2 광결정 패턴의 굴절률이 가장 높도록 형성하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 광결정 패턴 형성단계에서는 상기 바 코팅 시 외주면에 비주기적으로 코일이 감긴 롤링 바를 사용하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 광결정 패턴 형성단계에서는 상기 바 코팅 전, 상기 광결정 패턴으로 코팅되는 물질에 산란 입자들을 혼합하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  16. 제1항에 따른 유기발광용 광추출 기판을, 발광된 빛이 외부로 방출되는 일면에 구비하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
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