KR101471089B1 - 다층의 광결정층을 갖는 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

다층의 광결정층을 갖는 발광소자 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 제조방법은, 기판 상에 나노 구조물 패턴의 광결정 구조를 갖는 제1 광결정층을 형성하는 단계와, 상기 제1 광결정층 상에 나노 구조물 패턴의 광결정 구조를 갖는 제2 광결정층을 형성하는 단계, 및 상기 제2 광결정층 상에 제1 전극층, 발광층, 제2 전극층을 순차적으로 형성하는 단계를 포함한다.

Description

다층의 광결정층을 갖는 발광소자 및 그 제조방법{LIGHT EMITTING DIODE HAVING MULTI-LAYERED PHOTONIC CRYSTAL LAYERS}
본 발명은 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광결정 구조를 구비하여 광추출효율을 향상시킬 수 있는 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
유기발광 다이오드(organic light emitting diode, OLED)는 1987년 이스트만 코닥(Eastman Kodak)의 Ching W. Tang 등에 의해 처음 개발된 이후 주로 디스플레이 용도로 개발되어 왔으나 최근 들어 백색 OLED를 응용하는 OLED 조명 분야로도 새롭게 주목 받고 있다. 유기발광소자는 형광 또는 인광 유기층에 전류를 흘려주면, 전자와 정공이 유기층에서 결합하면서 빛이 발생되는 현상을 이용한 자발광형 소자이다. 유기발광소자는 경량이고, 부품이 간소하며, 제작공정이 간단하면서도, 고화질 및 광 시야각을 구현할 수 있다.
그러나 유기발광소자의 광추출효율(light extraction efficiency)은 일반적으로 20% 정도로 나머지 80% 정도의 빛은 유리 기판과 ITO 및 유기소재층의 굴절률 차이에 의한 wave-guiding 효과와 유리 기판과 공기의 굴절률 차이에 의한 전반사 효과로 인해 손실된다. 이 광추출효율은 여러 가지 방법으로 향상시킬 수 있는데, 크게 애노드(ITO)와 기판 사이의 굴절률 차이에 의한 유기층/ITO층의 고립광을 외부로 추출하는 내부광추출과 기판 내 고립광을 외부로 추출하는 외부광추출이 있다.
유기발광소자는 외부 발광 효율이 제품의 발광효율을 판별하는 기준이 되는데, 이런 유기발광소자의 외부 발광 효율은 내부 양자 효율과 광학 연계 효율에 의하여 결정된다. 내부 양자 효율은 비방사 재결합 손실과 일중-삼중 갈래(singlet-triplet branching) 비율에 의하여 결정된다. 내부 양자 효율은 실험적으로 80% 이상까지 향상될 수 있다. 반면, 광학 연계 효율은 내부 양자 효율에 비해 상대적으로 매우 낮아서 20%까지 향상되는 것으로 인식되고 있다. 따라서, 유기발광소자는 광학 연계 효율을 보다 높이기 위한 연구가 진행 중에 있으며, 관련 기술개발도 꾸준히 진행되고 있다.
상기한 바와 같은 기술적 배경을 바탕으로, 본 발명은 기판 상에 나노 구조물 패턴을 갖는 다층의 광결정층을 형성함으로써 광추출효율이 향상된 발광소자를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 나노 임프린트 공정과 어닐링 공정을 도입하여 나노 구조물 패턴을 갖는 다층의 광결정층 구조를 용이하게 대량으로 생산할 수 있는 발광소자 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다층의 광결정층을 갖는 발광소자는, 기판과, 상기 기판 상에 형성되면서 광결정 구조를 갖는 광추출효율향상층과, 상기 광추출효율향상층 상에 형성되는 제1 전극층과, 상기 제1 전극층 상에 형성되면서 전류의 흐름에 따라 빛을 발하는 발광층, 및 상기 발광층 상에 형성되는 제2 전극층을 포함한다.
상기 광추출효율향상층은, 이종 재질의 물질이 상기 기판 면에 평행한 제1 방향을 따라 교번하여 배열된 나노 구조물 패턴을 갖는 광결정층이 상기 기판 면에 수직한 제2 방향을 따라 복수 개 적층되어 형성된다.
상기 광결정층은 제1 오목부와 제1 볼록부를 갖는 제1 나노구조물층과, 상기 제1 나노구조물층과 서로 다른 재질을 포함하며 상기 제1 나노구조물층의 제1 오목부에 적어도 일부가 삽입되어 적층된 제1 평탄화층을 포함할 수 있다.
상기 제1 평탄화층은 상기 제1 나노구조물층의 제1 오목부에 채워지는 제2 볼록부를 포함할 수 있다.
상기 제1 평탄화층은 상기 제1 나노구조물층의 제1 오목부의 일부에 삽입되는 제2 볼록부를 포함할 수 있다.
상기 제1 나노구조물층과 상기 제1 평탄화층의 사이에는 빈 공간(cavity)을 포함할 수 있다.
상기 제1 나노구조물층 및 제1 평탄화층 중 어느 하나는 산화지르코늄(ZrO2)으로 이루어지고, 다른 하나는 SOG (spin on glass)로 이루어질 수 있다.
상기 광결정층은 상기 나노 구조물 패턴으로 형성된 빈 공간(cavity)을 포함할 수 있다.
상기 광결정층은 산화지르코늄(ZrO2) 또는 SOG (spin on glass)로 이루어질 수 있다.
상기 발광층은 유기 발광층으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 제조방법은, 기판 상에 나노 구조물 패턴의 광결정 구조를 갖는 제1 광결정층을 형성하는 단계와, 상기 제1 광결정층 상에 나노 구조물 패턴의 광결정 구조를 갖는 제2 광결정층을 형성하는 단계, 및 상기 제2 광결정층 상에 제1 전극층, 발광층, 제2 전극층을 순차적으로 형성하는 단계를 포함한다.
상기 제1 광결정층을 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 나노구조물층 물질을 도포하는 예비 나노구조물층 형성단계와, 상기 예비 제1 나노구조물층 상에 몰드를 가압하여 나노 구조물 패턴을 갖도록 임프린트 시키는 나노임프린트 단계와, 상기 예비 제1 나노구조물층을 경화시켜 나노임프린트 패턴된 나노구조물층을 형성하는 나노구조물층 형성단계와, 상기 나노구조물층 상에 평탄화층 물질을 도포하고 경화시켜 평탄화층을 형성하는 평탄화층 형성단계를 포함하며, 상기 예비 나노구조물층 형성단계 내지 상기 어닐링 단계를 반복하여, 상기 평탄화층 상에 상기 제2 광결정층을 적층한다.
상기 예비 나노구조물층 형성단계 내지 상기 평탄화층 형성단계를 반복하여, 상기 제2 광결정층과 제1 전극층 사이에 적어도 1층 이상의 광결정층을 더 형성할 수 있다.
상기 나노구조물층 형성단계는, 자외선 경화법으로 상기 예비 나노구조물층을 경화시키는 것을 포함할 수 있다.
상기 제1 광결정층을 형성하는 단계는, 상기 임프린트 패턴된 나노구조물층을 어닐링(annealing) 하는 어닐링 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 광결정층을 형성하는 단계는, 점착방지물질을 이용하여 상기 나노임프린트 패턴된 상기 나노구조물층 표면에 자기조립단분자막(self-assembled monolayer)을 형성시켜 점착방지층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 광결정층을 형성하는 단계는, 상기 점착방지층이 형성된 상기 나노구조물층 표면을 에어 플라즈마 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 광결정층을 형성하는 단계는, 상기 나노구조물층과 평탄화층을 어닐링하는 어닐링단계를 더 포함할 수 있다.
상기 나노구조물층은 자외선 경화성 폴리머 재질로 이루어지고, 상기 어닐링 단계에서 상기 나노물질층은 하소(calcinations)될 수 있다.
상기 평탄화층은 산화지르코늄(ZrO2) 또는 SOG (spin on glass)로 이루어질 수 있다.
상기 나노구조물층 및 평탄화층 중 어느 하나는 산화지르코늄(ZrO2)으로 이루어지고, 다른 하나는 SOG (spin on glass)로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 발광소자에 의하면, 나노 구조물 패턴을 갖는 다층의 광결정층을 형성함으로써 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 발광소자 제조방법에 의하면, 나노 임프린트 공정과 어닐링 공정을 도입하여 나노 구조물 패턴을 갖는 다층의 광결정층 구조를 용이하게 대량으로 생산할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기발광소자의 단면도이다.
도 2a 내지 2f는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기발광소자의 제조방법을 도시한 공정도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기발광소자의 단면도이다.
도 4a 내지 4d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기발광소자의 제조방법을 도시한 공정도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 유기발광소자의 단면도이다.
도 6a 내지 6d는 본 발명의 제3 실시예에 따른 유기발광소자의 제조방법을 도시한 공정도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예들에서는 제1 실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며, 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고, 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다. 어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수도 있다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 한 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기발광소자의 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 유기발광소자는 기판(10), 제1 전극층(30), 발광층(35) 및 제2 전극층(40)이 적층되어 구성되며, 상기 기판(10)과 제1 전극층(30) 사이에 광추출효율향상층(50)이 개재되어 있다. 광추출효율향상층(50)은 기판(10)과 제1 전극층(30) 사이의 굴절률 차이로 인해 빛이 내부 반사되는 것을 방지하기 위한 광결정 구조를 갖는다.
기판(10)은 투명 기판으로서 유기발광소자의 내부에서 발생된 빛을 외부로 발산시킨다. 기판(10)은 일반적으로 유리 기판이 사용되는데, 그 굴절률이 약 1.5 정도이다. 투명 기판으로는 결정상태의 쿼츠(quartz) 기판과 비결정상태(amorphous)의 유리 기판을 사용할 수 있다. 또한, 투명 기판으로 사파이어(Al2O3) 기판과 플라스틱 기판도 사용할 수 있으며, 플렉서블 기판이 적용될 수도 있다.
제1 전극층(30)은 기판(10)에 광추출효율향상층(50)이 형성된 후에 상기 광추출효율향상층(50)의 일면에 적층 형성된다. 제1 전극층(30)은 투명한 투명 전도성 산화물(Transparent Conducting Oxide, TCO) 재료로서 일반적으로 ITO(Indium Tin Oxide) 소재를 사용하고, 그 굴절률은 1.8 내지 2.2의 범위에 속하며, 대표적으로 약 1.9 정도이다. 제1 전극층(30)은 애노드(anode) 또는 양(+)극이 될 수 있다.
발광층(Emission Layer, EML)(35)은 유기발광층으로서 제1 전극층(30)의 일면에 적층 형성된다. 발광층(35)은 양극인 제1 전극층(30)으로부터 음(-)극인 제2 전극층(40)으로 전류가 흐르면, 전자와 정공이 결합한다. 이로 인해, 발광층(35)에서는 빛을 발생시키는 자발광 현상이 유발된다.
제2 전극층(40)은 발광층(35)의 일면에 적층 형성된다. 제2 전극층(40)은 금속 소재가 사용되며, 캐소드(cathode) 또는 음(-)극이 될 수 있다.
광추출효율향상층(50)은 이종(異種) 재질의 물질이 기판(10) 면에 평행한 제1 방향을 따라 교번하여 배열된 나노 구조물 패턴을 갖는 광결정층(photonic crystal layer)(150, 150', 150")이 상기 기판(10) 면에 수직한 제2 방향을 따라 복수 개 적층되어 형성된다.
상기 광결정층(150)은 제1 오목부(15a)와 제1 볼록부(15b)를 갖는 제1 나노구조물층(15)과, 상기 제1 나노구조물층(15)과 서로 다른 재질을 포함하며 상기 제1 나노구조물층(15)의 제1 오목부(15a)에 채워지는 제2 볼록부(25b)를 구비한 제1 평탄화층(25)을 포함한다. 일례로, 상기 제1 나노구조물층의 제1 오목부와 제1 볼록부의 평면 형상은 원형, 타원형 및 다각형의 형상으로 이루어질 수 있고, 이러한 제1 오목부와 제1 볼록부는 격자상으로 배열될 수 있다.
상기 제1 나노구조물층(15)은 산화지르코늄(ZrO2)로 이루어지고, 제1 평탄화층(25)은 SOG (spin on glass)로 이루어진다.
도 2a 내지 2f는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기발광소자의 제조방법을 도시한 공정도이다.
먼저, 기판(10) 상에 나노 구조물 패턴의 광결정 구조를 갖는 제1 광결정층(150)을 형성한다. 제1 광결정층(150)을 형성하는 단계는 다음과 같다.
즉, 상기 기판(10) 상에 제1 나노구조물층 물질을 도포하여 예비 제1 나노구조물층(14)을 형성한다(도 2a 및 도 2b 참조). 일례로, 상기 제1 나노구조물층 물질로 자외선 경화성 산화지르코늄(ZrO2)을 기판(10) 상에 스핀코팅할 수 있다. 이 때, 상기 기판(10)을 미리 세척하는 공정을 거칠 수 있다. 일례로, 아세톤(acetone) 5분 → 이소프로판올(IPA) 5분 → 탈이온수(deionized water) 5분 → 에어 플라즈마 2분의 과정을 거쳐 기판(10)을 세척할 수 있다.
다음으로, 상기 예비 제1 나노구조물층(14) 상에 몰드(20)를 가압하여 나노 구조물 패턴을 갖도록 임프린트 시킨다(도 2c 참조). 상기 몰드(20)는 폴리머 몰드가 적용될 수 있다.
다음으로, 상기 몰드(20)로 가압된 상기 예비 제1 나노구조물층(14)을 경화시켜 나노임프린트 패턴된 제1 나노구조물층(15)을 형성한다(도 2d 참조). 상기 예비 제1 나노구조물층(14)에 자외선(UV light)을 조사하여 경화시킬 수 있다.
다음으로, 상기 몰드(20)를 제거하고 상기 임프린트 패턴된 제1 나노구조물층(15)을 어닐링(annealing) 한다(도 2e 참조). 일례로, 400℃에서 1시간 동안 제1 나노구조물층(15)을 어닐링하여 결정화시킨다. 어닐링은 전기로(furnace)를 이용하여 수행할 수 있고, 선택적으로 오븐 또는 핫플레이트를 사용할 수도 있다. 어닐링 공정은 경화된 물질에 적절한 온도를 가한 뒤 냉각시키면서 내부 결손을 제거하고 결정을 미세화 하면서 결정성을 띠게 하는 공정이다.
제1 나노구조물층(15)을 구성하는 자외선 경화성 산화지르코늄(ZrO2) 재료에는 산화지르코늄(ZrO2)과 자외선에 의해 경화시키기 위한 모노머(경화 후 폴리머로 변환됨)가 포함되어 있다. 상기 어닐링 과정은 제1 나노구조물층(15)에 포함되어 있는 폴리머를 태워서 제거하고, 산화지르코늄(ZrO2)을 결정화 시키는 작용을 한다. 결정화된 산화지르코늄(ZrO2)은 굴절율이 증가하게 되고, 상기 제1 전극층(30)을 구성하는 ITO의 굴절율(1.8 ~ 2.2)과 비슷해지게 된다. 이와 같이 층 사이에 굴절율 차이가 작을수록 임계각(빛이 전반사를 일으키는 입사각도)이 커지게 되므로 빛의 손실을 줄일 수 있다. 또한 결정화된 산화지르코늄(ZrO2)은 열적으로 안정적이기 때문에 추후 소자 공정 시 고온과정에서 유리하다.
다음으로, 상기 제1 나노구조물층(15) 상에 제1 평탄화층 물질을 도포하고 경화시켜 제1 평탄화층(25)을 형성한다(도 2f 참조). 일례로, 상기 제1 평탄화층 물질로 SOG (spin on glass)를 상기 제1 나노구조물층(15) 상에 스핀코팅 한 다음 경화(curing)시킬 수 있다. 일례로, 상기 제1 평탄화층(25)을 250℃에서 30분동안 경화할 수 있다. 경화방법은 자외선(UV) 또는 열 등을 이용하여 수행할 수 있으며, 상기 SOG의 경우 열에너지에 의해 SOG가 화학반응을 일으켜 액상에서 고상으로 변하게 된다.
이상과 같이 1차로 제1 광결정층(150)을 형성하고 나서, 상기 제1 평탄화층(25) 상에 예비 나노구조물층 형성단계 내지 평탄화층 형성단계를 반복하여, 상기 제1 광결정층 상에 나노 구조물 패턴의 광결정 구조를 갖는 제2 광결정층(150')을 적층한다. 3층 이상의 절연층을 형성하기 위해서는 예비 나노구조물층 형성단계 내지 평탄화층 형성단계를 3번 이상 순차적으로 반복함으로써 복수층의 광결정층을 적층할 수 있다.
마지막으로, 상기 제2 광결정층(150') 상에 제1 전극층(30), 발광층(35), 제2 전극층(40)을 순차적으로 형성하여 발광소자를 완성한다. 이 때, n개의 광결정층을 적층하는 경우에는 제n 광결정층 상에 제1 전극층(30), 발광층(35), 제2 전극층(40)을 순차적으로 형성하게 된다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기발광소자의 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 유기발광소자는 기판(10), 제1 전극층(30), 발광층(35) 및 제2 전극층(40)이 적층되어 구성되며, 상기 기판(10)과 제1 전극층(30) 사이에 다층의 광결정층(170, 170', 170")으로 이루어지는 광추출효율향상층(70)이 개재되어 있다.
본 실시예의 광추출효율향상층(70)은 이종 재질의 물질이 기판(10) 면에 평행한 제1 방향을 따라 교번하여 배열된 나노 구조물 패턴을 갖는 광결정층(170, 170', 170")이 상기 기판(10) 면에 수직한 제2 방향을 따라 복수 개 적층되어 형성된다.
광결정층(170)은 제1 오목부(17a)와 제1 볼록부(17b)를 갖는 제1 나노구조물층(17)과, 상기 제1 나노구조물층(17)과 서로 다른 재질을 포함하며 상기 제1 나노구조물층(17)의 제1 오목부(17a)의 일부에 삽입되는 제2 볼록부(27b)를 구비한 제1 평탄화층(27)을 포함한다. 따라서 상기 제1 나노구조물층(17)과 제1 평탄화층(27)의 사이에는 빈 공간(cavity)이 형성된다.
상기 제1 나노구조물층(17)은 산화지르코늄(ZrO2)으로 이루어지고, 제1 평탄화층(27)은 SOG (spin on glass)로 이루어진다.
도 4a 내지 4d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기발광소자의 제조방법을 도시한 공정도이다.
본 실시예에서 제1 광결정층(170)을 형성하는 단계는 다음과 같다. 그 외의 전극형성 및 발광층 형성단계는 상기 제1 실시예에 따른 유기발광소자 제조방법과 동일하다.
먼저, 상기 기판(10) 상에 제1 나노구조물층 물질을 도포하여 예비 제1 나노구조물층을 형성하고, 상기 예비 제1 나노구조물층 상에 몰드를 가압하여 나노 구조물 패턴을 갖도록 임프린트 시킨다.
일례로, 상기 제1 나노구조물층 물질로 자외선 경화성 산화지르코늄(ZrO2)을 기판(10) 상에 스핀코팅할 수 있다. 이 때, 상기 기판(10)을 미리 세척하는 공정을 거칠 수 있다. 일례로, 아세톤(acetone) 5분 → 이소프로판올(IPA) 5분 → 탈이온수(deionized water) 5분 → 에어 플라즈마 2분의 과정을 거쳐 기판(10)을 세척할 수 있다. 상기 몰드는 폴리머 몰드가 적용될 수 있다.
다음으로, 상기 몰드로 가압된 상기 예비 제1 나노구조물층을 경화시켜 나노임프린트 패턴된 제1 나노구조물층(17)을 형성한다(도 4a 참조). 상기 예비 제1 나노구조물층(17)에 자외선을 조사하여 경화시킬 수 있다.
다음으로, 점착방지물질을 이용하여 나노임프린트 패턴된 상기 제1 나노구조물층(17)의 표면에 자기조립단분자막 (self-assembled monolayer)을 형성시켜 점착방지층(anti-adhesion layer)(21)을 형성한다(도 4b 참조).
다음으로, 상기 점착방지층(21)의 표면에 에어 플라즈마 처리하여 제1 평탄화층 물질이 원활하게 코팅될 수 있도록 표면처리 한다.
다음으로, 상기 제1 나노구조물층(17) 상에 제1 평탄화층 물질을 도포하고 경화시켜 제1 평탄화층(27)을 형성하고, 상기 제1 나노구조물층(15)과 함께 제1 평탄화층(25)을 어닐링한다(도 4c 참조). 일례로, 상기 제1 평탄화층 물질로 SOG (spin on glass)를 상기 제1 나노구조물층(17) 상에 스핀코팅 한 다음 250℃에서 30분 동안 가열하여 경화(curing)시킬 수 있다.
다음으로, 상기 제1 나노구조물층(17)과 제1 평탄화층(27)을 어닐링하여 결정화시켜 내부에 빈 공간(cavity)이 형성된 제1 광결정층(170)을 형성한다(도 4d 참조). 일례로, 산화지르코늄(ZrO2)으로 상기 제1 나노구조물층(17)을 형성하고, SOG로 제1 평탄화층(27)을 형성하는 경우, 먼저 250℃에서 30분 동안 가열하면 SOG가 경화되고, 다음으로 400℃에서 1시간 동안 어닐링하면 산화지르코늄(ZrO2) 패턴의 제1 나노구조물층(17)으로부터 폴리머가 하소(calcinations)되면서 오목부 패턴 크기가 커지게 되면서 빈 공간(cavity)이 형성된다. 직경 265nm/깊이 200nm 오목 패턴의 경우 400℃ 어닐링 후 직경 430nm/깊이 50nm 정도로 수축될 수 있다.
이상과 같이 1차로 제1 광결정층(170)을 형성하고 나서, 상기 제1 평탄화층(27) 상에 예비 나노구조물층 형성단계 내지 어닐링 단계를 반복하여, 상기 제1 광결정층 상에 나노 구조물 패턴의 광결정 구조를 갖는 제2 광결정층(170')을 적층한다. 3층 이상의 절연층을 형성하기 위해서는 예비 나노구조물층 형성단계 내지 어닐링 단계를 3번 이상 순차적으로 반복함으로써 복수층의 광결정층을 적층할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 유기발광소자의 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 유기발광소자는 기판(10), 제1 전극층(30), 발광층(35) 및 제2 전극층(40)이 적층되어 구성되며, 상기 기판(10)과 제1 전극층(30) 사이에 다층의 광결정층(29, 29', 29")으로 이루어지는 광추출효율향상층(90)이 개재되어 있다.
본 실시예의 광추출효율향상층(90)은 이종 재질의 물질이 기판(10) 면에 평행한 제1 방향을 따라 교번하여 배열된 나노 구조물 패턴을 갖는 광결정층(29, 29', 29")이 상기 기판(10) 면에 수직한 제2 방향을 따라 복수 개 적층되어 형성된다.
광결정층(29)은 제1 오목부(29a)와 제1 볼록부(29b)를 포함한다. 이러한 광결정층(29)이 복수 개 적층되어 형성되므로, 서로 이웃한 광결정층(29) 사이에는 상기 제1 오목부(29a)에 해당하는 부분에 빈 공간(cavity)이 형성된다.
상기 광결정층(29)은 산화지르코늄(ZrO2) 또는 SOG (spin on glass)로 이루어진다.
도 6a 내지 6d는 본 발명의 제3 실시예에 따른 유기발광소자의 제조방법을 도시한 공정도이다.
본 실시예에서 제1 광결정층(29)을 형성하는 단계는 다음과 같다. 그 외에 전극형성 및 발광층 형성단계는 상기 제1 실시예에 따른 유기발광소자 제조방법과 동일하다.
먼저, 기판(10) 상에 제1 나노구조물층 물질을 도포하여 예비 제1 나노구조물층을 형성하고, 상기 예비 제1 나노구조물층 상에 몰드를 가압하여 나노 구조물 패턴을 갖도록 임프린트 시킨다. 이 때, 상기 제1 나노구조물층 물질은 자외선 경화성 폴리머 재질로 이루어진다.
일례로, 상기 제1 나노구조물층 물질로 자외선 경화성 산화지르코늄(ZrO2)을 기판(10) 상에 스핀코팅할 수 있다. 이 때, 상기 기판(10)을 미리 세척하는 공정을 거칠 수 있다. 일례로, 아세톤(acetone) 5분 → 이소프로판올(IPA) 5분 → 탈이온수(deionized water) 5분 → 에어 플라즈마 2분의 과정을 거쳐 기판(10)을 세척할 수 있다. 상기 몰드는 폴리머 몰드가 적용될 수 있다.
다음으로, 상기 몰드로 가압된 상기 예비 제1 나노구조물층을 경화시켜 나노임프린트 패턴된 제1 나노구조물층(23)을 형성한다(도 6a 참조). 상기 예비 제1 나노구조물층(23)에 자외선을 조사하여 경화시킬 수 있다.
다음으로, 점착방지물질을 이용하여 나노임프린트 패턴된 상기 제1 나노구조물층(23)의 표면에 자기조립단분자막(self-assembled monolayer)을 형성시켜 점착방지층(anti-adhesion layer)(21)을 형성한다(도 6b 참조).
다음으로, 상기 점착방지층(21)의 표면에 에어 플라즈마 처리하여 제1 평탄화층 물질이 원활하게 코팅될 수 있도록 표면처리 한다.
다음으로, 상기 제1 나노구조물층(23) 상에 제1 평탄화층 물질을 도포하고 경화시켜 제1 평탄화층(28)을 형성한다(도 6c 참조).
다음으로, 상기 제1 나노구조물층(23)과 제1 평탄화층(28)을 어닐링하여 결정화시켜 내부에 빈 공간(cavity)이 형성된 제1 광결정층(29)을 형성한다(도 6d 참조).
일례로, 상기 제1 평탄화층 물질로 SOG (spin on glass)를 상기 제1 나노구조물층(23) 상에 스핀코팅 하는 경우, 300℃에서 5시간 동안 가열하여 경화(curing) 및 결정화시킬 수 있다. 다른 예로, 상기 제1 평탄화층 물질로 산화지르코늄(ZrO2)를 상기 제1 나노구조물층(23) 상에 스핀코팅 하는 경우, 400℃에서 1시간 동안 어닐링하여 경화(curing) 및 결정화시킬 수 있다.
상기 경화 및 결정화 과정에서 폴리머 재질로 이루어진 제1 나노구조물층(23)은 하소(calcinations)되어 제거된다. 따라서 상기 제1 광결정층(29)는 나노구조물 패턴으로 형성된 빈 공간(cavity)를 포함하게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10: 기판 15, 17, 19: 제1 나노구조물층
25, 27, 29: 제1 평탄화층 50, 70, 90: 광추출효율향상층
150, 170, 190: 제1 광결정층 30: 제1 전극층
35: 유기 발광층 40: 제2 전극층
21: 점착방지층

Claims (19)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성되면서 광결정 구조를 갖는 광추출효율향상층;
    상기 광추출효율향상층 상에 형성되는 제1 전극층;
    상기 제1 전극층 상에 형성되면서 전류의 흐름에 따라 빛을 발하는 발광층; 및
    상기 발광층 상에 형성되는 제2 전극층
    을 포함하고,
    상기 광추출효율향상층은, 이종 재질의 물질이 상기 기판 면에 평행한 제1 방향을 따라 교번하여 배열된 나노 구조물 패턴을 갖는 광결정층이 상기 기판 면에 수직한 제2 방향을 따라 복수 개 적층되어 형성되고,
    상기 광결정층은 제1 오목부와 제1 볼록부를 갖는 제1 나노구조물층과, 상기 제1 나노구조물층과 서로 다른 재질을 포함하며 상기 제1 나노구조물층의 제1 오목부에 적어도 일부가 삽입되어 적층된 제1 평탄화층을 포함하는, 다층의 광결정층을 갖는 발광소자.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 평탄화층은 상기 제1 나노구조물층의 제1 오목부에 채워지는 제2 볼록부를 포함하는, 다층의 광결정층을 갖는 발광소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 평탄화층은 상기 제1 나노구조물층의 제1 오목부의 일부에 삽입되는 제2 볼록부를 포함하는, 다층의 광결정층을 갖는 발광소자.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 나노구조물층과 상기 제1 평탄화층의 사이에는 빈 공간(cavity)을 포함하는, 다층의 광결정층을 갖는 발광소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 나노구조물층 및 제1 평탄화층 중 어느 하나는 산화지르코늄(ZrO2)으로 이루어지고, 다른 하나는 SOG (spin on glass)로 이루어지는, 다층의 광결정층을 갖는 발광소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광결정층은 상기 나노 구조물 패턴으로 형성된 빈 공간(cavity)을 포함하는, 다층의 광결정층을 갖는 발광소자.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 광결정층은 산화지르코늄(ZrO2) 또는 SOG (spin on glass)로 이루어지는, 다층의 광결정층을 갖는 발광소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광층은 유기 발광층인 것을 특징으로 하는, 다층의 광결정층을 갖는 발광소자.
  10. 기판 상에 나노 구조물 패턴의 광결정 구조를 갖는 제1 광결정층을 형성하는 단계;
    상기 제1 광결정층 상에 나노 구조물 패턴의 광결정 구조를 갖는 제2 광결정층을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 광결정층 상에 제1 전극층, 발광층, 제2 전극층을 순차적으로 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 광결정층을 형성하는 단계는,
    상기 기판 상에 나노구조물층 물질을 도포하는 예비 나노구조물층 형성단계;
    상기 예비 제1 나노구조물층 상에 몰드를 가압하여 나노 구조물 패턴을 갖도록 임프린트 시키는 나노임프린트 단계;
    상기 예비 제1 나노구조물층을 경화시켜 나노임프린트 패턴된 나노구조물층을 형성하는 나노구조물층 형성단계; 및
    상기 나노구조물층 상에 평탄화층 물질을 도포하고 경화시켜 평탄화층을 형성하는 평탄화층 형성단계
    를 포함하며,
    상기 예비 나노구조물층 형성단계 내지 상기 평탄화층 형성단계를 반복하여, 상기 평탄화층 상에 상기 제2 광결정층을 적층하고,
    상기 제1 광결정층은, 제1 오목부와 제1 볼록부를 갖는 제1 나노구조물층과, 상기 제1 나노구조물층과 서로 다른 재질을 포함하며 상기 제1 나노구조물층의 제1 오목부에 적어도 일부가 삽입되어 적층된 제1 평탄화층을 포함하는, 발광소자 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 예비 나노구조물층 형성단계 내지 상기 평탄화층 형성단계를 반복하여, 상기 제2 광결정층과 제1 전극층 사이에 적어도 1층 이상의 광결정층을 더 형성하는, 발광소자 제조방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 나노구조물층 형성단계는,
    자외선 경화법으로 상기 예비 나노구조물층을 경화시키는 것을 포함하는, 발광소자 제조방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 광결정층을 형성하는 단계는,
    상기 임프린트 패턴된 나노구조물층을 어닐링(annealing) 하는 어닐링 단계를 더 포함하는, 발광소자 제조방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 광결정층을 형성하는 단계는,
    점착방지물질을 이용하여 상기 나노임프린트 패턴된 상기 나노구조물층의 표면에 자기조립단분자막(self-assembled monolayer)을 형성시켜 점착방지층(anti-adhesion layer)을 형성하는 단계를 더 포함하는, 발광소자 제조방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제1 광결정층을 형성하는 단계는,
    상기 점착방지층이 형성된 상기 나노구조물층의 표면을 에어 플라즈마 처리하는 단계를 더 포함하는, 발광소자 제조방법.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 광결정층을 형성하는 단계는,
    상기 나노구조물층과 상기 평탄화층을 어닐링(annealing)하는 어닐링단계를 더 포함하는, 발광소자 제조방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 나노구조물층은 자외선 경화성 폴리머 재질로 이루어지고,
    상기 어닐링 단계에서 상기 나노구조물층은 하소(calcinations)되는, 발광소자 제조방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 평탄화층은 산화지르코늄(ZrO2) 또는 SOG (spin on glass)로 이루어지는, 발광소자 제조방법.
  19. 제 10 항에 있어서,
    상기 나노구조물층 및 평탄화층 중 어느 하나는 산화지르코늄(ZrO2)으로 이루어지고, 다른 하나는 SOG (spin on glass)로 이루어지는, 발광소자 제조방법.
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