KR101468972B1 - 광산란층이 형성된 기판의 제조방법과 이에 의해 제조된 광산란층이 형성된 기판, 및 상기 광산란층이 형성된 기판을 포함하는 유기발광소자 - Google Patents
광산란층이 형성된 기판의 제조방법과 이에 의해 제조된 광산란층이 형성된 기판, 및 상기 광산란층이 형성된 기판을 포함하는 유기발광소자 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 광산란층이 형성된 기판의 제조방법과 이에 의해 제조된 광산란층이 형성된 기판, 및 상기 광산란층이 형성된 기판을 포함하는 유기발광소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 광산란층이 형성된 기판의 제조방법과 이에 의해 제조된 광산란층이 형성된 기판, 및 상기 광산란층이 형성된 기판을 포함하는 유기발광소자에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 화학기상증착법을 통해 광산란층이 형성된 기판을 제조하는 방법으로서, 챔버 내로 기판을 장입하는 기판 장입 단계; 및 상기 챔버 내로 티타늄 소스(Ti Source) 및 H2O를 포함하는 산화제를 공급하여 광산란층을 형성하는 광산란층 형성 단계를 포함하고, 상기 광산란층 형성 단계에서 공급되는 Ti에 대한 H2O의 몰비(mole ratio)는 10 이상인 것을 특징으로 하는 광산란층이 형성된 기판의 제조방법을 제공한다.
이를 위해, 본 발명은 화학기상증착법을 통해 광산란층이 형성된 기판을 제조하는 방법으로서, 챔버 내로 기판을 장입하는 기판 장입 단계; 및 상기 챔버 내로 티타늄 소스(Ti Source) 및 H2O를 포함하는 산화제를 공급하여 광산란층을 형성하는 광산란층 형성 단계를 포함하고, 상기 광산란층 형성 단계에서 공급되는 Ti에 대한 H2O의 몰비(mole ratio)는 10 이상인 것을 특징으로 하는 광산란층이 형성된 기판의 제조방법을 제공한다.
Description
본 발명은 광산란층이 형성된 기판의 제조방법과 이에 의해 제조된 광산란층이 형성된 기판, 및 상기 광산란층이 형성된 기판을 포함하는 유기발광소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 광산란층이 형성된 기판의 제조방법과 이에 의해 제조된 광산란층이 형성된 기판, 및 상기 광산란층이 형성된 기판을 포함하는 유기발광소자에 관한 것이다.
유기발광소자(organic emitting diode; OLED)는 두 개의 전극 사이에 발광층이 형성된 자발광소자이다. 구체적으로, 유기발광소자는 전자(electron) 주입전극인 캐소드(cathode)와 정공(hole) 주입 전극인 애노드(anode)로부터 각각 전자와 전공을 발광층 내로 주입시키고, 발광층 내로 주입된 전공과 전자의 결합에 의해 생성된 엑시톤(exciton)이 여기상태(excited state)에서 기저상태(ground state)로 전이하면서 발광하는 소자이다. 이와 같은, 유기발광소자는 전공수송(주입)층, 전자수송성 발광층으로 이루어지는 2층형과 전공수송(주입)층, 발광층, 전자수송(주입)층의 3층형으로 이루어지는 3층형 등의 구조로 이루어질 수 있다.
그리고, 이러한 유기발광소자로 이루어진 유기 전계 발광표시장치는 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 단위화소 영역에는 발광영역을 정의하는 화소전극과 이 화소전극에 전류 또는 전압을 인가하기 위한 단위화소 구동회로가 위치하게 된다. 이때, 단위화소 구동회로는 적어도 하나의 박막트랜지스터(thin film transistor; TFT)를 구비하며, 이를 통해, 화소수와 상관없이 일정한 전류의 공급이 가능해져 안정적인 휘도를 나타낼 수 있다. 그리고 이와 아울러, 능동 매트릭스 방식의 유기 전계 발광표시장치는 전력소모가 적어, 고해상도 및 대형디스플레이의 적용에 유리하다는 장점을 갖고 있다. 그리고 수동 매트릭스 방식은 각 화소에 들어가는 전류를 직접 인가하는 구조로, 능동 매트릭스 방식에 비해 간단하지만, 대화면 고화질 디스플레이에는 적합하지 않아 소형 디스플레이와 조명용으로 주로 쓰인다.
한편, 유기발광소자는 발광층에서 전자와 정공의 재결합 시 스핀통계의 의존성으로 인해 일중항(singlet) 여기자의 생성 확률에 제한이 생기고, 이에 의해 유기발광소자의 발광효율은 최대 약 25%에 불과하게 된다.
또한, 유기발광소자에서는 굴절률 차이로 인해 소자를 구성하는 박막 층과 기판 사이의 계면에서 전반사에 의한 광 손실이 발생하게 되어 실제 광추출 효율이 약 20%에 불과하다는 문제가 발생한다.
이에, 이와 같은 유기발광소자의 낮은 광추출 효율을 향상시키기 위해 다양한 연구가 진행되고 있다.
특히, 산란 입자를 포함하는 광산란층을 기판에 코팅하는 방법이 일반적으로 사용되고 있다. 구체적으로, 금속 산화물 입자(metal oxide particle)를 산란 입자로 사용하여 매트릭스(matrix)에 합침시켜 광산란층을 형성함으로써, 굴절율 차이 및 금속 산화물 입자의 입자 경계에서의 광산란 효과를 얻을 수 있다.
이러한 광산란층은 스핀 코팅(spin coating), 바 코팅(bar coating) 등과 같은 습식 코팅(wet coating)법을 사용하여 형성하는데, 이와 같은 방법에 의할 경우, 매트릭스 내 금속 산화물 입자를 균일하게 분산시키기 어렵고, 습식 코팅의 특성 상 액상의 매트릭스를 베이킹(baking)하는 과정에서 매트릭스의 부피가 1/5 ~ 1/20 정도 줄어들게 된다는 문제가 발생한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 광산란층이 형성된 기판의 제조방법과 이에 의해 제조된 광산란층이 형성된 기판, 및 상기 광산란층이 형성된 기판을 포함하는 유기발광소자를 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 화학기상증착법을 통해 광산란층이 형성된 기판을 제조하는 방법으로서, 챔버 내로 기판을 장입하는 기판 장입 단계; 및 상기 챔버 내로 티타늄 소스(Ti Source) 및 H2O를 포함하는 산화제를 공급하여 광산란층을 형성하는 광산란층 형성 단계를 포함하고, 상기 광산란층 형성 단계에서 공급되는 Ti에 대한 H2O의 몰비(mole ratio)는 10 이상인 것을 특징으로 하는 광산란층이 형성된 기판의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 산화제는 O2, O3, 및 알코올(alcohol) 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 티타늄(Ti) 소스는 TTIP(tetra titanium isopropoxide) 또는 TiCl4일 수 있다.
또한, 상기 광산란층 형성 단계는 상기 기판의 온도가 200 ~ 350℃인 상태에서 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 광산란층 형성 단계는 TiO2 입자(particle) 및 기판과 상기 TiO2 입자를 결합시키는 TiO2 박막을 형성시킬 수 있다.
또한, 상기 광산란층 형성 단계 후, 광산란층 상에 평탄화층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 평탄화층은 SiO2, TiO2, 및 폴리머(polymer) 수지 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명은 기판; 상기 기판 상에 형성되는 다수의 TiO2 입자; 및 상기 기판의 상면에 코팅되어 상기 기판과 TiO2 입자를 결합하는 TiO2 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 광산란층이 형성된 기판을 제공한다.
여기서, 상기 TiO2 입자의 입경은 200 ~ 1000㎚이고, 상기 TiO2 박막의 두께는 10 ~ 100㎚인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 TiO2 입자 및 TiO2 박막 상에 형성되는 평탄화층을 더 포함할 수 있으며, 상기 평탄화층은 SiO2, TiO2, 및 폴리머(polymer) 수지 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 광산란층이 형성된 기판을 포함하는 유기발광소자를 제공한다.
본 발명에 따르면, 광산란 입자인 TiO2 입자들을 기판 상에 균일하면서도 높은 부피 퍼센트(volume %)로 코팅할 수 있어, 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 화학기상증착법 단일 공정에 의해 광산란층을 형성할 수 있으므로 광산란층 형성의 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광산란층이 형성된 기판의 제조방법의 개략적인 흐름도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광산란층이 형성된 기판의 개념적인 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광산란층이 형성된 기판을 포함하는 유기발광소자의 개념적인 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광산란층이 형성된 기판의 개념적인 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광산란층이 형성된 기판을 포함하는 유기발광소자의 개념적인 단면도.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 광산란층이 형성된 기판의 제조방법에 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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광산란층이 형성된 기판의 제조방법의 개략적인 흐름도이고, 도 2는 이에 의해 제조된 광산란층이 형성된 기판의 개념적인 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광산란층이 형성된 기판의 제조방법은 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD)을 통해 기판 상에 광산란층을 형성하는 방법으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 기판 장입 단계 및 광산란층 형성 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
광산란층이 형성된 기판을 제조하기 위해 우선 기판(100)을 챔버 내로 장입한다(S100).
기판(100)은 투명 기판으로, 광 투과율이 우수하고 기계적인 물성이 우수한 것이면 어느 것이든 제한되지 않는다. 예를 들어, 기판(100)은 열경화 또는 UV 경화가 가능한 유기필름인 폴리머 계열의 물질이나 화학강화유리인 소다라임유리(SiO2-CaO-Na2O) 또는 알루미노실리케이트유리(SiO2-Al2O3-Na2O)가 사용될 수 있으며, 이중 Na의 양은 용도에 따라 조절될 수 있다. 이때, 유기발광소자가 조명용인 경우 소다라임유리가 사용될 수 있고, 유기발광소자가 디스플레이용인 경우 알루미노실리케이트유리가 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 기판(100)으로는 두께 1.5㎜ 이하의 박판 유리가 사용될 수 있는데, 이러한 박판 유리는 퓨전(fusion) 공법 또는 플로팅(floating) 공법을 통해 제조될 수 있다.
이후, 챔버 내로 티타늄 소스(Ti Source) 가스와 H2O를 포함하는 산화제 가스를 공급하여 기판 상에 광산란층을 형성한다(S200). 여기서, 티타늄 소스 가스에 의해 공급되는 티타늄에 대한 H2O의 몰비(mole ratio)는 10 이상이다.
티타늄 소스 가스와 산화제 가스는 챔버 내로 주입되기전 서로 반응하는 것을 방지하기 위해 별도의 노즐(nozzle)을 통해 챔버로 주입되는 것이 바람직하다.
챔버 내로 티타늄 소스 가스와 산화제 가스를 주입하면, 티타늄 소스와 산화제가 반응하여 기판 상에 TiO2 박막이 형성된다. 한편, 산화제에 포함된 H2O는 티타늄 소스와의 반응성이 다른 산화제 물질에 비해 매우 높기 때문에, H2O를 일정량 이상 챔버 내로 주입하면 H2O가 티타늄 소스와 반응하여 기판과의 접착성이 없는 TiO2 입자를 형성할 수 있다.
이에, 본 발명은 티타늄에 대한 H2O의 몰비(mole ratio)를 10 이상으로 하여 티타늄 소스와 H2O를 포함하는 산화제를 챔버 내에 동시에 주입함으로써, 산화제에 포함된 H2O와 티타늄 소스가 반응하여 생성되는 TiO2 입자가 산화제와 티타늄 소스가 반응하여 기판 상에 형성되는 TiO2 박막에 의해 기판 상에 결합되도록 한다.
즉, 본 발명에 의하면 도 2에 도시된 바와 같이 기판(100), 기판(100) 상에 형성되는 다수의 TiO2 입자(300), 및 기판(100)의 상면에 코팅되어 기판(100)과 TiO2 입자(300)를 결합하는 TiO2 박막(200)으로 이루어진 광산란층이 형성된 기판을 제조할 수 있다.
여기서, TiO2 입자(300)의 입경은 200 ~ 1000㎚인 것이 바람직하다. 또한, TiO2 박막(200)의 두께는 10 ~ 100㎚인 것이 바람직하다.
한편, 산화제는 H2O 이외에 O2, O3, 및 알코올(alcohol) 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 티타늄 소스로는 TTIP(Ti{OCH(CH3)2}4) 또는 TiCl4가 사용될 수 있다. 특히, TTIP는 금속 산화물 소스(metal oxide source)로서 고온에서 분해되어 스스로 TiO2를 형성하기도 하지만, 산화제와의 반응에 의해 TiO2 박막을 형성하는데 사용되어 왔고, H2O와의 반응성이 크다.
바람직하게, 광산란층 형성 단계(S200)는 기판의 온도가 200 ~ 350℃인 상태에서 이루어질 수 있다. 또는, 챔버 내의 온도를 300 ~ 500℃인 상태에서 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 광산란층을 기판 상에 형성시키는 경우, 광산란 입자인 TiO2 입자들을 기판 상에 균일하면서도 높은 부피 퍼센트(volume %)로 코팅할 수 있어, 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
즉, 종래 기판 상에 TiO2 입자를 형성시키는 방법으로는 SiO2 용액(solution)에 TiO2 입자를 분산시키고 이를 기판 상에 습식 코팅 방법으로 코팅한 후 베이킹(baking) 및 소결(sintering)하는 방법이 사용되고 있다. 그러나, 이와 같은 방법은 SiO2 용액에 TiO2 입자을 균일하게 분산시키기 위해 TiO2 입자를 일정량 이상 넣을 수 없다는 단점을 갖는다. 그러나, 본 발명에 의하는 경우 기상(vapor phase)에서 TiO2 입자가 생성된 후 기판에 결합되는 것으로 TiO2 입자의 분산이 필요없고 이에 의해 보다 많은 TiO2 입자를 기판에 결합시킬 수 있어 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따라 광산란층을 기판 상에 형성시키는 경우 광산란층 형성의 생산성을 향상시킬 수 있다.
즉, 종래 방법은 광산란층을 형성하기 위해 분산, 베이킹, 소결 등의 다단 공정을 거쳐야 하므로 광산란층 형성의 생산성이 낮다는 단점을 가지나, 본 발명은 화학기상증착법 단일 공정에 의해 광산란층을 형성할 수 있으므로 광산란층 형성의 생산성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 광산란층이 형성된 기판은 광산란층 형성 단계(S200) 후, 광산란층(200, 300) 상에 평탄화층(400)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
평탄화층(400)은 광산란층(200, 300) 상부에 유기발광소자의 전극 및 유기 발광층 등을 형성하기 위해 광산란층(200, 300) 상부를 표면 평탄화하는 층을 말한다.
이와 같은 평탄화층(400)은 SiO2, TiO2, 및 폴리머(polymer) 수지 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
도 3은 상술한 광산란층이 형성된 기판을 포함하는 유기발광소자의 개념적인 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광산란층이 형성된 기판(500)은 유기발광소자의 양면에 대향되게 배치되는 기판 중 유기발광소자로부터 발광된 빛이 외부로 방출되는 일면에 배치되는 기판이다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 광산란층이 형성된 기판은 배면 발광(bottom emission)형 유기발광소자에 채용되는 경우, 유기발광소자의 애노드(610)와 마주하게 배치되는 패널 기판일 수 있고, 전면 발광(top emission)형 유기발광소자에 채용되는 경우에는 유기발광소자의 캐소드와 마주하게 배치되는 봉지 기판(encapsulation glass)일 수 있다. 이와 같은 광산란층이 형성된 기판(500)은 기판(510), TiO2 입자(530), TiO2 입자를 기판에 결합시키는 TiO2 박막(520), 및 평탄화층(540)을 포함하여 이루어질 있다. 여기서, 광산란층(520, 530) 특히, TiO2 입자(530)는 유기 발광층(620)으로부터 발생된 빛을 산란시켜 외부로 추출되는 광량을 증가시키는 역할을 한다.
광산란층이 형성된 기판(500)과 이와 대향되는 봉지 기판(미도시) 사이에는 애노드(610), 유기 발광층(620) 및 캐소드(630)가 배치된다.
애노드(610)는 전공 주입이 잘 일어나도록 일함수(work function)가 큰 금속 Au, In, Sn 또는 ITO와 같은 금속 또는 산화물로 이루어질 수 있다. 또한, 캐소드(630)는 전자 주입이 잘 일어나도록 일함수가 작은 Al, Al:Li 또는 Mg:Ag의 금속 박막으로 이루어질 수 있다. 전면 발광형 유기발광소자에서는 캐소드(630)가 유기 발광층(620)에서 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 발광층(620)은 애노드(610) 상에 차례로 적층되는 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층 및 전자 주입층을 포함하여 형성된다. 이러한 구조에 따라, 애노드(610)와 캐소드(630) 사이에 순방향 전압이 인가되면, 캐소드(630)로부터 전자가 전자 주입층 및 전자 수송층을 통해 유기 발광층(620)으로 이동하게 되고, 애노드(610)로부터 정공이 정공 주입층 및 정공 수송층을 통해 유기 발광층(620)으로 이동하게 된다. 그리고 유기 발광층(620) 내로 주입된 전자와 정공은 유기 발광층(620)에서 재결합하여 엑시톤(exciton)을 생성하고, 이러한 엑시톤이 여기상태(excited state)에서 기저상태(ground state)로 전이하면서 빛을 방출하게 되는데, 이때, 방출되는 빛의 밝기는 애노드(610)와 캐소드(630) 사이에 흐르는 전류량에 비례하게 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, 510: 기판 200, 520: TiO2 박막
300, 530: TiO2 입자 400, 540: 평탄화층
500: 광산란층이 형성된 기판 610: 애노드
620: 유기 발광층 630: 캐소드
300, 530: TiO2 입자 400, 540: 평탄화층
500: 광산란층이 형성된 기판 610: 애노드
620: 유기 발광층 630: 캐소드
Claims (12)
- 화학기상증착법을 통해 광산란층이 형성된 기판을 제조하는 방법으로서,
챔버 내로 기판을 장입하는 기판 장입 단계; 및
상기 챔버 내로 티타늄 소스(Ti Source) 및 H2O를 포함하는 산화제를 공급하여 광산란층을 형성하는 광산란층 형성 단계를 포함하고,
상기 광산란층 형성 단계에서 공급되는 Ti에 대한 H2O의 몰비(mole ratio)는 10 이상인 것을 특징으로 하는 광산란층이 형성된 기판의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 산화제는 O2, O3, 및 알코올(alcohol) 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광산란층이 형성된 기판의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 티타늄(Ti) 소스는 TTIP(tetra titanium isopropoxide) 또는 TiCl4인 것을 특징으로 하는 광산란층이 형성된 기판의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 광산란층 형성 단계는 상기 기판의 온도가 200 ~ 350℃인 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 광산란층이 형성된 기판의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 광산란층 형성 단계는 TiO2 입자(particle) 및 기판과 상기 TiO2 입자를 결합시키는 TiO2 박막을 형성시키는 것을 특징으로 하는 광산란층이 형성된 기판의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 광산란층 형성 단계 후,
광산란층 상에 평탄화층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광산란층이 형성된 기판의 제조방법.
- 제6항에 있어서,
상기 평탄화층은 SiO2, TiO2, 및 폴리머(polymer) 수지 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광산란층이 형성된 기판의 제조방법.
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