KR100774461B1 - 발광 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광학 시트를 적용하여 광 출사 효율을 높인 EL(Electro Luminescence) 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 이를 위하여 상기 발광체의 발광면에는 그 표면에 복수의 요철구조가 형성된 투명 광학 시트를 적용하고, 상기 발광체의 발광면에 대응하는 반대면에는 그 표면에 복수의 요철 구조가 형성되고 그 전면에 반사막이 형성된 반사형 투명 광학 시트를 적용함으로써, 방출광의 내부 전반사를 억제하고 반사 효율을 높여 발광면의 방출광 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

발광 소자 및 그 제조 방법{ELECTRO LUMINESCENCE DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

도 1은 종래의 간단한 EL 소자의 구조를 보인 단면도.

도 2는 종래의 후면 및 전면 발광형 표시 장치의 구조를 보인 단면도.

도 3은 본 발명 일 실시예의 구조를 보인 사시도.

도 4는 본 발명 다른 실시예의 구조를 보인 결합 사시도.

도 5는 본 발명 광학 시트의 예를 보인 사시도, 평면도 및 단면도.

도 6은 본 발명 제 1실시예의 구조를 보인 단면도.

도 7은 본 발명 제 2실시예의 구조를 보인 단면도.

도 8은 본 발명 제 3실시예의 구조를 보인 단면도.

도 9는 본 발명 실시예들에 적용되는 마이크로 렌즈의 예를 보인 전자 현미경 사진.

도 10은 종래 EL소자의 밝기와 본 발명 일 실시예의 EL 소자 밝기를 비교한 그래프도.

***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***

100: EL 소자층 110: 투명 기판

111: 하부 전극 112: 유기 발광부

113: 상부 전극 114: 절연체

120: 발광부 130: 비발광부

200: 투명 광학 시트 210: 마이크로 렌즈

300: 투명 광학 시트 310: 오목 마이크로 미러

320: 반사막

본 발명은 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 광학 시트를 적용하여 광 출사 효율을 높인 EL(Electro Luminescence) 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 음극선관(Cathode Ray Tube : CRT)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 각종 평판 디스플레이 패널들이 개발되고 있다. 이러한 평판 디스플레이 패널에는 액정 표시 장치(LCD : Liquid Crystal Display), 전계 방출 표시 장치(FED : Field Emission Display) 및 플라즈마 표시 장치(PDP : Plasma Display Panel), 유기 EL(Organic Electro Luminescence)을 근간으로 하는 유기 전계 발광소자(Organic Light Emitting Diode, 이하 OLED라 칭함) 디스플레이 등이 있다.

이 중에서도 상기 OLED는 전자 주입전극(캐소드 전극)과 정공 주입 전극(애노드 전극)으로부터 각각 전자와 정공을 발광층 내부로 주입시켜 주입된 전자와 정공이 결합한 엑시톤(exiton)이 여기 상태로부터 기저상태로 떨어질 때 발광하는 소 자이다.

이러한 원리로 인해 종래 박형 표시소자로 사용되던 LCD와는 달리 별도의 광원을 필요로 하지 않으므로 소자의 부피와 무게를 줄일 수 있는 장점이 있으며, 반응속도가 LCD 대비 천배이상 빠르기 때문에 동영상을 표시할 때 잔상이 남지 않아 차세대 표시장치로 부각되고 있다.

이러한 OLED는 그 크기에 따라 다양한 구동 방식이 사용되고 있는데, 대표적으로 중대형의 OLED 디스플레이는 능동(Active) 매트릭스 구동 방식(AM 방식)이 주류를 이루고 있고, 소형 OLED 디스플레이에서는 능동 매트릭스 구동 방식과 수동(Passive) 매트릭스 구동 방식(PM 방식)이 혼재되어 사용된다. 상기 AM 방식 OLED 디스플레이는 각 OLED 소자(픽셀)에 박막 트랜지스터로 형성된 스위칭 소자를 설치하고, 상기 스위칭 소자가 전류 제어를 담당하도록 함으로써, 별도의 제어 신호 없이도 다음번 제어시점까지 특정 픽셀을 발광시킬 수 있는 방식이다. 반면에, PM 방식 디스플레이는 일반적인 매트릭스 구성에 의해 OLED를 순차 구동시켜 잔상을 이용하여 전체 패널 면적을 동작시키는 방식이다.

도 1은 상기 OLED의 기본이 되는 유기 발광 소자(Organic Electro Luminescence, 이하 유기 EL이라 칭함)의 기본 구조를 보인 단면도로서, 도시한 바와 같이 기판(10)상에 제 1전극(11)과 유기 EL층(12) 및 제 2전극(13)을 순차 형성하고, 수분 및 불순 가스의 흡착을 위한 게터(getter)(14)를 보호캡(16)에 부착한 후 실란트(15)를 이용하여 상기 보호캡(16)이 OLED 소자를 보호하도록 캡슐화한다.

도 2a 내지 도 2b는 대표적인 AM OLED의 구조를 보인 것으로, 도시한 바와 같이 기판(10) 상부에 소자층(20)을 형성하고, 평탄층(25)을 형성한 후 순차적으로 화소 전극(30), 유기 발광층(40), 공통 전극(50)을 형성하여 OLED 구조를 만들고, 그 상부에 소자를 보호하면서 보호캡(혹은 기판)(70)과 밀봉 접착시키는 보호막 및 실란트(60)를 적용한다. 도 2a는 후면 발광형 구조이고, 도 2b는 전면 발광형 구조로서, 상기 평탄층(25)의 적용 높이가 상이하다.

상기 기본적인 구조를 보인 일반것인 OLED는 비록 발광 방향이 결정되어 있으나 발광 방향의 반대면으로도 일부 광이 방출되므로 이러한 반대면의 광까지 단일 발광면으로 출사시키기 위해서 상기 반대면에 반사막을 더 형성하기도 한다.

상기 도시된 각 구조를 보면, 광의 발광 방향이 화살표로 표시되어 있는데, 발광체인 유기 EL층(12)이나 유기 발광층(40)으로 부터 발생되는 광은 투명한 재료를 통해 공기중으로 출사되며, 이렇게 출사되는 광은 상기 투명 재료와 공기의 굴절율 차이에 의해 그 출사광 중 일부는 내부 방향으로 반사되는 광을 나타내는 화살표와 같이 내부 전반사(total internal reflection)로 손실되어 실질적인 발광 효율이 줄어들게 된다.

상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 대비한 본 발명 실시예의 목적은 단일 발광면에 복수의 요철 구조가 이차원 배열된 투명 광학 시트를 형성하도록 함으로써, 두께 증가를 줄이면서 방출광의 내부 전반사를 억제하여 방출광의 효율을 높일 수 있도록한 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명 다른 실시예의 목적은 복수의 요철 구조가 이차원 배열된 투명 광학 시트를 단일 발광체가 복수로 구성되어 디스플레이 패널 형태를 가진 소자 상에 형성함으로써, 방출광의 효율을 높이고 최적의 광시야각을 조절할 수 있도록 한 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명 다른 실시예의 목적은 복수의 투명한 반구형 마이크로 렌즈를 투명 광학 시트에 이차원 배열시켜 하부에 위치되는 OLED의 내부 전반사를 억제함으로써, 방출광의 효율을 높일 수 있도록 한 발광 소자를 제공하는 것이다.

본 발명 다른 실시예의 목적은 발광면에 대응하는 후면에 복수의 요철 구조가 이차원 배열되고 해당 요철 구조의 상부면에 반사막이 형성된 반사형 투명 광학 시트를 형성하도록 함으로써, 두께 증가를 줄이면서 후면 방출광의 내부 전반사를 억제하고 해당 후면광을 전면으로 반사시켜 방출광의 효율을 높일 수 있도록한 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명 또다른 실시예의 목적은 육각형 최밀집 구조로 마이크로 반원형 렌즈를 배치 구성한 광학 시트를 평면형 발광 소자의 방출면 상에 형성하거나 해당 광학 시트의 요철부에 반사면을 형성한 반사형 투명 광학 시트를 평면형 발광 소자의 방출면에 대응되는 반사면 상에 형성하거나, 혹은 이들을 모두 형성하도록 함으로써, 방출광 및 반사광의 내부전반사를 최대한 억제하도록 한 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 실시예의 목적은 투명 광학 시트 상에 OLED 소자의 발광면 크기보다 작은 반원형 마이크로 렌즈들을 이차원 배열한 마이크로 렌즈 광학 시트를 마련하고, 이를 OLED 소자 및 이들로 이루어진 패널 상에 광축 정렬 없이 접합 또는 합착하여 형성함으로써, 낮은 두께의 고효율 단품 OLED 소자 또는 패널형 OLED 소자를 용이하게 형성할 수 있도록 한 발광 소자 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 실시예의 목적은 투명 광학 시트 상에 OLED 소자의 발광면 크기보다 작은 반원형 마이크로 렌즈들을 이차원 배열한 후 그 상부 전면에 반사막을 형성하여 실질적으로 오목 마이크로 미러 배열을 구성한 반사형 마이크로 렌즈 광학 시트를 마련하고, 이를 OLED 소자 및 이들로 이루어진 패널의 비발광면 상에 광축 정렬 없이 접합 또는 합착하여 형성함으로써, 방출면에 대응되는 비발광면에 의해 산란되거나 내부 전반사되어 소실되는 광을 발광면으로 집중시킬 수 있는 OLED 소자를 용이하게 형성할 수 있도록 한 발광 소자 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 발광 소자는 전극 사이에 형성된 EL 소재에 의해 발광하는 발광체와; 상기 발광체의 발광면 중 적어도 일측에 형성되며 그 표면에 복수의 요철구조가 형성된 투명 광학 시트를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자는 전극 사이에 형성된 발광 소재에 의해 발광되는 발광체와; 상기 발광체의 발광면에 대응하는 반대면에 형성되며 그 표면에 복수의 요철 구조가 형성되고 그 전면에 반사막이 형성된 반사형 투명 광학 시트를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자는 전극 사이에 형성된 발광 소재에 의해 발광되는 발광체와; 상기 발광체의 발광면에 형성되며 그 표면에 복수의 요철구조가 형성된 투명 광학 시트와; 상기 발광체의 발광면에 대응하는 반대면에 형성되며 그 표면에 복수의 요철 구조가 형성되고 그 전면에 반사막이 형성된 반사형 투명 광학 시트를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법은 기판 상에 차례로 하부 전극, 발광 소재, 상부 전극을 형성하여 발광 구조물을 구성하는 단계와; 상기 발광 구조물의 상부면 또는 하부면 중 적어도 한면에 상기 발광 소재의 발광면 이하의 크기를 가지는 복수의 투명 요철 구조물을 이차원 배열한 투명 광학 시트를 접합 혹은 합착하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법은 기판 상에 차례로 하부 전극, 발광 소재, 상부 전극을 형성하여 발광 구조물을 구성하는 단계와; 상기 발광 소재의 발광면 이하의 크기를 가지는 복수의 투명 요철 구조물을 이차원 배열한 투명 광학 시트의 전면에 반사면을 형성한 반사형 투명 광학 시트를 상기 발광 구조물의 상부면 또는 하부면에 접합 혹은 합착하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법은 기판 상에 차례로 하부 전극, 발광 소재, 상부 전극을 형성하여 발광 구조물을 구성하는 단계와; 상기 발광 구조물의 상부면 또는 하부면 중 일면에 상기 발광 소재의 발광면 이하의 크기를 가지는 복수의 투명 요철 구조물을 이차원 배열한 투명 광학 시트를 접합 혹은 합착하는 단계와; 상기 발광 소재의 발광면 이하의 크기를 가지는 복수의 투 명 요철 구조물을 이차원 배열한 투명 광학 시트의 전면에 반사면을 형성한 반사형 투명 광학 시트를 상기 발광 구조물의 타면에 접합 혹은 합착하는 단계를 포함한다.

상기한 바와 같은 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면들을 통해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명 일 실시예의 전체적인 구조를 보인 사시도로, 광학 시트가 상부면에 적용된 형태를 가진 것이며, 도 4는 본 발명 다른 실시예의 결합 구조를 보인 결합 사시도로서, 상부면 및 하부면에 각각 상이한 특징을 가지는 광학 시트가 적용된 형태를 가진 것이다. 본 실시예들에서는 발광구조물로 유기 발광 다이오드(OLED) 소자를 예로 들어 설명하지만, 무기 발광 다이오드나 단순 EL 소자등도 적용이 가능할 뿐 아니라 양면 발광 방식이면서 일정한 면에 대한 균일 발광이 가능한 발광 구조는 모두 적용이 가능하다는 것에 주의한다. 이하 설명에서는 유기 발광 다이오드(OLED)를 예로 들어 설명하도록 한다.

먼저, 도 3은 본 발명 일 실시예의 구조를 보인 것으로 널리 알려진 OLED 구조물(100) 상부에 다수의 투명한 요철구조(210)가 이차원 배치된 투명 광학 시트(200)가 형성된 것을 알 수 있다.

상기 OLED 구조물(100)은 단순한 수동 OLED 형태로 나타내었으나 능동 OLED 형태를 가질 수도 있다. 상기 도시된 경우는 후면 발광형 수동 OLED 소자를 보인 것으로, 이는 투명한 기판(110) 상에 형성된 투명한 하부 전극(111)과, 그 상부에 형성된 유기 발광층(112) 및 그 상부에 형성된 상부 전극(113)으로 이루어져 있으 며, 각각의 전극 구조(111, 113)와 유기 발광층(112)의 패턴 방식에 따라 단일 기판(110) 상에 복수의 단위 발광 셀들이 형성될 수도 있다. 여기서는 2개의 단위 발광 셀을 보인 것으로, 각각의 단위 발광 셀은 개별 발광 단위가 되며, 그 사이에는 절연체(114)를 배치하여 전극 배선을 위한 비발광 영역을 구성할 수 있다. 상기 상부 전극(113)을 투명한 소재(예를 들어, ITO 등)를 이용하여 형성하는 경우 해당 면으로도 광이 방출될 수 있다.

도시된 후면 발광형 수동 OLED 소자(100)의 경우, 상기 전극들(111, 113)에 전압이 인가되면 상기 유기 발광층(112)으로 부터 방출되는 광이 상기 투명 하부 전극(111)과 투명 기판(110)을 투과하여 외부로 출사된다. 이때, 공기중으로 직접 방출광이 출사되는 경우, 해당 투명 기판(110)과 공기 사이의 방출되는 광의 일부는 소자를 벗어나는 순간 외부 공간인 공기와의 굴절율 차이에 의해 출사되는 평탄한 기판(110)의 표면을 벗어나지 못하게 된다. 즉, 굴절율 차가 큰 두 매질 간의 임계각(critical angle) 이상으로 발광되는 산란광 성분은 외부로 방출되지 못하고 내부 전반사(total internal reflection)로 손실되어 광 출사 효율을 낮추게 되는 것이다.

따라서, 이를 해결하기 위해서 본 실시예에서는 상기 도시된 바와 같은 OLED 소자(100)의 발광면인 투명 기판(110)에 상기 셀을 구성하는 단위 발광셀의 발광 면적(즉, 단위 발광셀의 유기 발광층과 전극들로 정의된 광 방출 면적)보다 작은 크기의 마이크로 렌즈(210)를 가진 투명 광학 시트(200)을 내부 전반사를 방지하기 위한 목적으로 적용하도록 하며, 이때의 상기 마이크로 렌즈(210)의 높이는 수~수 십㎛가 되도록 하고, 그 폭은 수~수백㎛가 되도록 할 수 있다. 물론, 상기 마이크로 렌즈(210)의 구조는 상기 크기로 제한되지는 않는다.

상기 마이크로 렌즈(210)는 투명한 요철 구조의 일종으로 적용된 것으로, 평탄한 표면에 의한 내부 전반사를 적어도 일부 방지하기 위한 목적은 다양한 종류 및 크기의 요철 구조를 가진 투명 광학 시트(200)의 적용으로도 달성될 수 있다. 상기 요철 구조는 도시된 밀집 구성 마이크로 렌즈(210) 배열과 같아도 되지만, 반드시 마이크로 렌즈(210)의 형상을 가지지 않아도 되며, 다양한 다각면체의 구조를 가질 수도 있다. 예를 들어, 삼각형 폴리콘으로 정의될 수 있는 다면체 구조나, 다각뿔 구조, 다각뿔 구조에서 상부가 절단된 형태, 상하부 면적이 상이한 육면체 이상의 다면체등을 포괄하는 다양한 형태의 요철구조를 적용한다 할지라도 상기 내부 전반사를 다소 줄일 수 있기 때문에 효율 향상을 기대할 수 있으며, 그 크기가 균일하지 않아도 상기 방출 효율을 높일 수 있다. 하지만, 그 효율을 최대한 높이면서 집광 효과도 제공하기 위해서는 반원형에 가깝게 형성되는 마이크로 렌즈(210) 형태를 가지도록 형성하는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예의 구조를 보인 결합 사시도로서, 도시한 바와 같이 도 3에 도시된 발광면에 배치되는 투명 광학 시트(200) 외에 OLED 소자(100)의 전면, 즉 발광면의 반대면에 배치되는 또다른 반사형 투명 광학 시트(300)가 더 구성되어 있다. 상기 발광면에 배치되는 투명 광학 시트(200)가 분리된 상태를 보이고 있으므로, 상기 OLED 소자(100)를 구성하는 복수의 발광영역(120)과 비 발광 영역(130)이 구분되는 것을 알 수 있으며, 그 상부에 형성되는 투명 광학 시 트(200)는 발광영역(120)과 비발광 영역(130)을 가리지 않고 모두 일괄 적용되는 것을 확인할 수 있을 것이다. 즉, 상기 투명 광학 시트(200)는 상기 발광영역(120)에 대응되는 부분에 복수개가 배치될 정도 크기를 가지는 요철 구조물을 이차원 배열 방식으로 전체 투명 광학 시트(200)의 전면에 형성한 후 이를 별도의 광축 정렬 없이 외부 규격만 맞추어 일괄 적용할 수 있다. 이때, 구체적으로 상기 각 발광 셀을 의미하는 발광 영역(120) 상에 형성되는 요철 구조물의 수량은 상이할 수 있으나, 시각적으로 차이를 확인할 수 있을 정도로 차이가 나지 않도록 해야 한다. 이는 적절한 크기의 요철 구조를 균일한 패턴으로 형성하는 것으로 대부분 달성할 수 있으며, 도시된 경우처럼 최밀집 구조로 균일한 크기의 마이크로 렌즈(210)를 형성할 경우 단위 셀별 요철 구조물의 수량 편차는 거의 없어질 수 있다.

상기 반사형 투명 광학 시트(300)는 다른 말로 구면 오목 미러 시트라 할 수 있는데, 상기 요철 구조가 형성된 투명 광학 시트(200)와 동일한 투명 재질과 유사한 요철 구조(실시예에서는 오목 마이크로 미러(310)) 배열을 가지고 있으나, 상기 요철 구조를 포함하는 상부 전면에 반사막(320)을 더 형성한 후 이를 상기 OLED 소자(100)의 상부 전극측면에 배치 함으로써, 상기 OLED 소자(100)의 전면으로 방출되는 광을 내부 전반사 없이 모두 다양한 각도로 반사시켜 발광면인 후면측으로 출사되는 광의 효율을 높이도록 한다. 상기 OLED 소자(100)의 상부 전극측에는 보호층이 더 형성될 수 있고, 상기 반사형 투명 광학 시트(300)는 투명한 광학 접착제에 의해 상기 상부 전극이나 보호층에 접합(bonding) 또는 합착(laminating)될 수 있다. 이때, 상기 반사면 구조는 요철부에 의해 오목형 마이크로 미러 배 열(concave micromirror array) 구조가 된다.

상기 투명한 광학 접착제는 상기 OLED 소자(100)의 발광면에 배치되는 투명 광학 시트(200)를 접합이나 합착으로 고정시킬 경우에도 적용될 수 있으며, 이는 상기 OLED 소자(100)를 이루는 광 방출 부분(예를 들어, 투명 기판(110))의 굴절율과 유사하도록 하여 해당 광학 접착제에 의한 내부 전반사가 발생되지 않도록 한다. 일반적으로 사용되는 투명한 광학 접착제가 사용되거나 접착성을 가진 수지가 적용될 수 있다.

상기 설명된 OLED 소자(100)는 수동형 구조를 예로 들었으나, 도 2에 도시된 바와 같은 능동형 구조를 적용하는 경우에도 동일한 방식으로 상기 투명 광학 시트(200) 및 반사형 투명 광학 시트(300)를 적용할 수 있다. 이 경우, 상기 OLED 소자는 투명한 기판 상부에 박막 필름 트랜지스터와 같은 구동 소자층을 형성하고, 상기 구동 소자층 상에 평탄층을 형성한 후, 상기 평탄층 상부에 차례로 화소 전극, 유기 발광층, 공통 전극을 형성하여 구성할 수 있다. 그리고, 필요시 상기 공통 전극 상부에 보호층을 형성하여 소자를 보호할 수도 있다.

또한, 최근 새로운 OLED 소자 구조로 등장하고 있는 양면 발광형 OLED 구조를 이용하는 경우라면 상기 OLED 소자의 양면에 상기 투명 광학 시트(200)를 적용할 수 있으며, 필요한 경우 굳이 양면 발광형 OLED 구조가 아니더라도 발광면에 반대되는 면으로 방출되는 광을 이용하기 위한 목적으로 목표 발광면이 아닌 면에도 상기 투명 광학 시트(200)를 적용할 수도 있다. 상기 양면 발광형 OLED 구조로는 OLED 구조를 배면 대향 접합하는 방식이나 그에 준하여 구성하는 방식이 있으며, 유기 발광 소자에 연결되는 양측 전극을 모두 투명하게 형성하는 방법도 있다.

도 5는 마이크로 렌즈(210)가 배치된 투명 광학 시트(200)의 구조를 보인 사시도, 평면도 및 절단 단면도로, 이를 통해 최적화된 광학 시트의 구조를 설명하도록 한다. 상기 마이크로 렌즈(210)는 하부의 발광 구조물(OLED, EL 등)의 발광면 보다 작은 크기를 가지며, 단일 발광 셀 면적당 2개 이상이 2차원 적인 배열로 배치되어야 하는데, 이러한 2차원 배열로는 간단한 직교 배열, 마름모 배열, 육각 배열등이 가능하며, 특히 육각 최밀집 구조(hexagonal closely packed)로 형성하는 경우 하부면은 균일한 크기의 육각형인 반구형 마이크로 렌즈 구조들을 렌즈 간 간극 없이 형성할 수 있게 된다. 이렇게 간극없이 형성한 구조를 완전 채움률(full-fill factor)을 가진다고 칭한다.

도시된 바와 같이, 간극 없는 밀집형 2차원 배열에 의해 내부 전반사되는 발광소자의 출사광량이 최대 효율로 줄어들게 되므로 실제 가시적인 발광 효율은 극대화 되며, 이때, 상기 마이크로 렌즈(210)와 투명 광학 시트(200)는 동일한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기와 같은 육각 최밀집구조로 완전 채움률을 가지는 경우라도 상기 각 마이크로 렌즈(210)의 높이에 따라 실질적인 집광성능이나 광효율에 차이가 발생하게 되는데, 이론적으로 가장 좋은 구면 마이크로 렌즈(210)의 높이(h)는 상기 마이크로 렌즈(210) 폭의 절반(d/2)즉, 평면도 상에서 볼 경우 상기 각 렌즈의 반경이 되는 경우이며, 이때 최대의 출사 효율을 얻을 수 있게 된다. 또한, 도시된 바와 같이 비록 하부면은 다각형 구조를 가지더라도 그 상부 돌출부가 구형으로 형성되면 출사광의 반사각이 정면 방향을 기준으로 집속되는 효과가 있어 방출광이 전면으로 모여 정면 영역에 대한 광량을 증가시킬 수 있게 된다. 그렇지만, 이러한 광의 집속을 위해 하부에 위치되는 발광 소자와 별도의 정렬을 실시할 필요는 없다.

즉, 단일 광경로 상의 광 방출면에 수~수십개의 마이크로 렌즈 혹은 다양한 형상의 요철부를 구성하는 경우 각각의 렌즈 혹은 돌출부들에 대한 광각 정렬은 실제 무의미해지므로 도시된 마이크로 렌즈(210), 혹은 다양한 요철부를 가진 투명 광학 시트(210)를 적용할 발광 소자(예를 들어, 복수의 OLED 발광 셀들이 모여서 표시 패널을 구성한 경우의 OLED 소자)의 면적보다 더 크게 형성하고 이를 임의대로 자른 후 상기 발광 소자의 광방출면에 접합 또는 합착하면 되기 때문에 정렬 과정이 필요 없고, 투명 광학 시트(210)의 제조 및 적용도 유리해진다.

또한, 동일한 구조의 요철부 전면에 반사도가 높은 반사막을 더 형성하면 내부 전반사로 손실되는 광 없이 모두 전면으로 반사되는 반사형 투명 광학 시트를 형성할 수 있다. 이는 상기 투명 요철부와 투명 광학 시트에 의해 광학적으로 오목형 마이크로 미러 배열 시트의 역할을 하게 된다. 이때, 상기 반사막은 반사도가 높은 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 니켈(Ni), 티타늄(Ti)을 포함하는 금속 중 하나, 혹은 이들의 적층이나 합금을 이용할 수 있으며, 이들을 증착 또는 다양한 방법을 통한 성막으로 형성함으로써, 상기 발광 소자와는 별도의 공정을 통해 제조할 수 있다.

도 6내지 도 8은 앞서 도 3내지 도 4를 통해 설명한 실시예들의 좀더 구체화 시킨 3가지 경우에 대한 구조를 보인 것으로, 각각 발광소자로는 도 3내지 도 4와 동일한 수동형 OLED 소자(100)를 이용하는 경우이다.

먼저, 도 6은 마이크로 렌즈(210)가 배열된 투명 광학 시트(200)를 OLED 소자(100)의 발광면인 후면에 적용한 경우를 보인 것이다. 실제, 상기 투명 광학 시트(200)와 상기 OLED 소자(100)의 투명 기판(110) 사이에는 투명 광학 접착제 혹은 투명 수지가 적용되어 접합 또는 합착 고정된 것이다.

상기 일정 영역(A)을 확대 도시한 바와 같이 발광면에 밀착되어 마이크로 렌즈(210)가 형성되기 때문에 유기 발광층(112)으로부터 방출되는 광은 상기 마이크로 렌즈(210)에 의해 일정한 임계각 이하로 굴절되면서 출사되므로 내부 전반사되는 광량을 줄일 수 있게 된다.

도 7은 반사막(320)에 의해 오목 마이크로 미러(310)를 가지는 반사형 투명 광학 시트(300)를 OLED 소자(100)의 발광면에 대응되는 전면에 적용한 경우를 보인 것이다. 상기 일정 영역(B)을 확대 도시한 바와 같이, 발광면에 대응되어 일부 광이 빠져나가거나 내부 전반사로 소실될 수 있는 발광면의 반대면에 상기 반사형 투명 광학 시트(300)를 밀착 배치하였기 때문에 상기 오목 마이크로 미러(310)에 의해 대부분의 광이 발광면으로 반사됨으로써, 발광면의 발광 효율을 높일 수 있게 된다. 이때, 상기 반사형 투명 광학 시트(300)와 상기 OLED 소자(100)의 상부 전극(113) 사이에는 투명 광학 접착제 혹은 투명 수지가 적용되어 접합 또는 합착 고정되며, 상기 상부 전극(113)은 투명 혹은 반투명 할 수 있다. 그리고, 상기 상부 전극(113)에 직접 형성되지 않고 별도의 보호층이 상기 상부 전극(113)과 상기 반사형 투명 광학 시트(300) 사이에 형성될 수 있다.

도 8은 상기 마이크로 렌즈(210)가 배열된 투명 광학 시트(200)를 OLED 소자(100)의 발광면에 밀착 배치하고, 반사막(320)에 의해 오목 마이크로 미러(310)를 가지는 반사형 투명 광학 시트(300)를 OLED 소자(100)의 발광면에 대응되는 면에 밀착 배치한 경우를 보인 것이다. 상기 일정 영역(C)을 확대 도시한 바와 같이, 내부 전반사 없이 방출면으로 광이 출사되며, 해당 출사광에는 상기 반사형 투명 광학 시트(300)에 의해 반사된 광도 포함되어 전술했던 구조들 중 가장 높은 효율로 유기 발광층(112)에서 발생된 광을 방출할 수 있다. 또한, 상기 투명 광학 시트(200)에 형성되는 마이크로 렌즈(210)에 의해 광을 집광할 수 있어 원하는 시야각을 확보할 수 있으므로, 이를 통해 일정 영역으로 광을 집중시켜 시야각 내에서의 광 효율을 더욱 향상시킬 수도 있다. 이러한 구조를 예를 들어, 이동통신 단말기나 휴대용 멀티미디어 재생 장치 등에 적용할 경우 표시 내용을 측면에서는 잘 볼 수 없고, 전면에서만 뚜렷하게 볼 수 있는 기능성 표시부를 구성할 수도 있다. 이러한 광 시야각 제한 구성이 필요 없는 경우, 상기 마이크로 렌즈(210)의 두께를 낮추거나, 마이크로 렌즈(210)의 크기를 줄이거나, 마이크로 렌즈(210)의 크기를 다양하게 하거나, 혹은 다른 종류의 요철 구조를 적용하면 된다.

도 9는 상기 마이크로 렌즈가 최밀집 형태로 배치된 투명 광학 시트의 현미경 사진으로, 상기 마이크로 렌즈를 포함하는 투명 광학 시트의 두께는 수~수십㎛정도가 적당하며, 최대 100㎛를 넘지 않도록 할 경우 발광소자의 두께를 크게 증가시키지 않으면서도 광량을 높이고 광의 방사각을 조절할 수 있게 된다. 하지만, 상기 광학 시트의 두께나 마이크로 렌즈의 두께는 단위 발광 영역에 복수의 요철 구 조가 이차원 배치될 수 있는 한 크게 제한적이지는 않다.

도 10은 실제 후면 발광형 OLED를 구성하여, 상기 광학적 수단인 투명 광학 시트를 적용한 경우와 적용하지 않은 경우의 파장별 광 강도를 측정한 결과 그래프이다. 도시한 바와 같이 육각 최밀집 구조로 마이크로 렌즈를 구성한 투명 광학 시트를 적용한 OLED의 경우 대부분의 파장에서 해당 투명 광학 시트를 적용하지 않은 OLED에 비해 높은 광 강도를 보였다.

상기한 바와 같이 본 발명 실시예에 따른 발광 소자 및 그 제조 방법은 단일 발광면에 복수의 요철 구조가 이차원 배열된 투명 광학 시트를 형성하도록 함으로써, 두께 증가를 줄이면서 방출광의 내부 전반사를 억제하여 방출광의 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명 실시예에 따른 발광 소자는 복수의 요철 구조가 이차원 배열된 투명 광학 시트를 단일 발광체가 복수로 구성되어 디스플레이 패널 형태를 가진 소자 상에 형성함으로써, 방출광의 효율을 높이고 최적의 광시야각을 상기 요철 구조 배열에 의해 통해 용이하게 조절할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명 실시예에 따른 발광 소자는 복수의 투명한 반구형 마이크로 렌즈를 투명 광학 시트에 최밀집 구조로 이차원 배열시켜 하부에 위치되는 OLED의 내부 전반사를 억제함으로써, 방출광의 효율을 극대화 시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명 실시예에 따른 발광 소자는 발광면에 대응하는 후면에 복수의 요철 구조가 이차원 배열되고 해당 요철 구조의 상부면에 반사막이 형성되어 오목 마이크로 미러 배열이 구비되는 반사형 투명 광학 시트를 적용 함으로써, 두께 증가를 줄이면서 후면 방출광의 내부 전반사를 억제하고 해당 후면광을 전면으로 반사시켜 방출광의 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명 실시예에 따른 발광 소자 및 그 제조 방법은 육각형 최밀집 구조로 마이크로 반원형 렌즈를 배치 구성한 광학 시트를 평면형 발광 소자의 방출면 상에 형성하거나 해당 광학 시트의 요철부에 반사면을 형성한 반사형 투명 광학 시트를 평면형 발광 소자의 방출면에 대응되는 반사면 상에 형성하거나, 혹은 이들을 모두 형성하도록 함으로써, 방출광 및 반사광의 내부전반사를 최대한 억제하는 효과가 있다.

또한, 본 발명 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법은 투명 광학 시트 상에 OLED 소자의 발광면 크기보다 작은 반원형 마이크로 렌즈들을 이차원 배열한 마이크로 렌즈 광학 시트를 마련하고, 이를 OLED 소자 및 이들로 이루어진 패널 상에 광축 정렬 없이 접합 또는 합착하여 형성함으로써, 낮은 두께의 고효율 단품 OLED 소자 또는 패널형 OLED 소자를 용이하게 형성할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법은 투명 광학 시트 상에 OLED 소자의 발광면 크기보다 작은 반원형 마이크로 렌즈들을 이차원 배열한 후 그 상부 전면에 반사막을 형성하여 실질적으로 오목 마이크로 미러 배열을 구성한 반사형 마이크로 렌즈 광학 시트를 마련하고, 이를 OLED 소자 및 이들로 이루어진 패널의 비발광면 상에 광축 정렬 없이 접합 또는 합착하여 형성함으로써, 방출면에 대응되는 비발광면에 의해 산란되거나 내부 전반사되어 소실되는 광을 발광면으로 집중시킬 수 있는 OLED 소자를 용이하게 형성할 수 있는 효과가 있다.

Claims (21)

1. 전극 사이에 형성된 EL 소재에 의해 발광하는 발광체와;

   상기 발광체의 발광면 중 적어도 일측에 형성되며 그 표면에 복수의 요철구조가 형성된 투명 광학 시트를 포함하며,

   여기서, 상기 요철구조는 상기 발광면보다 작은 크기이고, 단일 발광 셀 면적당 적어도 두 개 이상이 이차원 배열로 배치되는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
2. 전극 사이에 형성된 발광 소재에 의해 발광되는 발광체와;

   상기 발광체의 발광면에 대응하는 반대면에 형성되며 그 표면에 복수의 요철 구조가 형성되고 그 전면에 반사막이 형성된 반사형 투명 광학 시트를 포함하며,

   여기서, 상기 요철구조는 상기 발광면보다 작은 크기이고, 단일 발광 셀 면적당 적어도 두 개 이상이 이차원 배열로 배치되는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
3. 전극 사이에 형성된 발광 소재에 의해 발광되는 발광체와;

   상기 발광체의 발광면에 형성되며 그 표면에 복수의 요철구조가 형성된 투명 광학 시트와;

   상기 발광체의 발광면에 대응하는 반대면에 형성되며 그 표면에 복수의 요철 구조가 형성되고 그 전면에 반사막이 형성된 반사형 투명 광학 시트를 포함하며,

   여기서, 상기 요철구조는 상기 발광면보다 작은 크기이고, 단일 발광 셀 면적당 적어도 두 개 이상이 이차원 배열로 배치되는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광체는 유기 발광 다이오드(OLED)인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광체는

   투명 상하부 기판과;

   상기 상하부 기판에 형성된 상하부 전극과;

   상기 상하부 전극 사이에 형성된 유기 발광 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광 소자.
6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광체는 복수의 단위 발광체가 집적되어 패널 구조를 형성하며, 상기 투명 광학 시트는 상기 단위 발광체가 형성되지 않은 영역을 포함하는 패널 구조의 적어도 일측면 전면에 정렬 없이 일괄 배치된 것을 특징으로 하는 발광 소자.
7. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 요철 구조가 형성된 투명 광학 시트는 상기 발광체의 발광면적보다 작은 크기를 가지는 복수 요철 구조가 직교 배열, 마름모 배열, 육각 최밀집 배열을 포함하는 형태로 이차원 배열된 것을 특징으로 하는 발광 소자.
8. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투명 광학 시트에 형성된 요철 구조는 반원형 마이크로 렌즈 구조인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
9. 제 8항에 있어서, 상기 반원형 마이크로 렌즈의 크기는 균일한 것을 특징으로 하는 발광 소자.
10. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투명 광학 시트에 형성된 요철 구조는 삼각형을 기본으로 구성할 수 있는 모든 형태의 다면체 구조인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
11. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투명 광학 시트에 형성된 요철 구조는 돌출부들 간 간극 영역이 없도록 배치되어 완전 채움률을 가지도록 배치된 것을 특징으로 하는 발광 소자.
12. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투명 광학 시트에 형성된 요철 구조는 돌출부의 높이와 상기 돌출부의 반경이 동일한 것을 특징으로 하는 발광 소자.
13. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 반사형 투명 광학 시트에 형성된 반사막은 Al, Ag, Au, Ni 그리고 Ti을 포함하는 금속 중 적어도 하나이거나, 이들 중 둘 이상의 적층이거나 혹은 둘 이상의 합금인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
14. 기판 상에 차례로 하부 전극, 발광 소재, 상부 전극을 형성하여 발광 구조물을 구성하는 단계와;

    상기 발광 구조물의 상부면 또는 하부면 중 적어도 한면에 상기 발광 소재의 발광면 이하의 크기를 가지는 복수의 투명 요철 구조물을 단위 발광 셀 면적당 적어도 두 개 이상이 배치되도록 이차원 배열한 투명 광학 시트를 접합 혹은 합착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조 방법.
15. 기판 상에 차례로 하부 전극, 발광 소재, 상부 전극을 형성하여 발광 구조물을 구성하는 단계와;

    상기 발광 소재의 발광면 이하의 크기를 가지는 복수의 투명 요철 구조물을 단위 발광 셀 면적당 적어도 두 개 이상이 배치되도록 이차원 배열한 투명 광학 시트의 전면에 반사면을 형성한 반사형 투명 광학 시트를 상기 발광 구조물의 상부면 또는 하부면에 접합 혹은 합착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조 방법.
16. 기판 상에 차례로 하부 전극, 발광 소재, 상부 전극을 형성하여 발광 구조물을 구성하는 단계와;

    상기 발광 구조물의 상부면 또는 하부면 중 일면에 상기 발광 소재의 발광면 이하의 크기를 가지는 복수의 투명 요철 구조물을 단위 발광 셀 면적당 적어도 두 개 이상이 배치되도록 이차원 배열한 투명 광학 시트를 접합 혹은 합착하는 단계와;

    상기 발광 소재의 발광면 이하의 크기를 가지는 복수의 투명 요철 구조물을 단위 발광 셀 면적당 적어도 두 개 이상이 배치되도록 이차원 배열한 투명 광학 시트의 전면에 반사면을 형성한 반사형 투명 광학 시트를 상기 발광 구조물의 타면에 접합 혹은 합착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조 방법.
17. 제 14항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하부 전극과 상부 전극 중 적어도 하나는 투명 전극인 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조 방법.
18. 제 14항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광 구조물의 발광 소재는 유기 발광 재료인 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조 방법.
19. 제 18항에 있어서, 상기 발광 구조물은

    상기 기판 상부에 구동 소자층을 형성하는 단계와;

    상기 구동 소자층 상에 평탄층을 형성하는 단계와;

    상기 평탄층 상부에 차례로 화소 전극, 유기 발광층, 공통 전극을 형성하는 단계와;

    상기 공통 전극 상부에 보호층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조 방법.
20. 제 14항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광 구조물을 구성하는 단계는 상기 기판 상의 전극이나 발광 소재를 셀 단위로 형성하는 단계를 더 포함하며,

    상기 발광 구조물의 일측에 상기 투명 광학 시트를 접합 또는 합착하는 단계는 상기 발광 구조물 이상의 면적을 가지는 상기 투명 광학 시트를 마련하여 상기 셀 단위 발광 구조물에 대한 광정렬 없이 상부면에 배치한 후 투명 접착 물질로 접합 또는 합착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조 방법.
21. 제 20항에 있어서, 상기 투명 접착 물질은 상기 발광 구조물의 출사면 광 굴절에 의한 전반사를 발생시키지 않는 수지계열 소재인 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조 방법.

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