KR101561321B1 - 워터젯을 이용하여 패턴화된 광추출층을 포함하는 유기전자소자의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기재상에 빛을 산란시키는 산란구조를 포함하는 광추출층을 형성하는 단계; 워터젯을 이용한 패터닝을 통해 발광 영역을 벗어난 부분에 형성된 광추출층을 제거하는 단계; 제1 전극, 발광층을 포함하는 유기층, 및 제2 전극을 적층하는 단계; 및 봉지층을 형성하는 단계를 포함하는 유기전자소자의 제조방법을 제공한다. 상기 방법으로 제조된 유기발광소자는, 광추출 효율이 우수하고, 소자 내부로의 수분이나 공기의 침투를 효과적으로 차단할 수 있다.

Description

워터젯을 이용하여 패턴화된 광추출층을 포함하는 유기전자소자의 제조방법{Manufacturing Method for Organic Electronic Devices Comprising Patterned Light Extracting Layer Using Water-Jet}

본 발명은 워터젯을 이용하여 광추출층을 패턴화하는 것을 포함하는 유기전자소자의 제조방법에 관한 것이다.

유기전자소자(organic electric device)는 정공 및/또는 전자를 이용하여 전극과 유기물 사이에서 전하의 흐름을 유도할 수 있는 소자를 의미한다. 유기전자소자는 동작 원리에 따라, 외부의 광원으로부터 소자로 유입된 광자에 의하여 유기물층에서 형성된 엑시톤(exiton)이 전자와 정공으로 분리되고, 분리된 전자와 정공이 각각 다른 전극으로 전달되어 전류원으로 사용되는 형태의 전자소자; 또는 둘 이상의 전극에 전압 또는 전류를 가하여 유기물에 정공 및/또는 전자를 주입하고, 주입된 전자와 정공에 의하여 동작하는 형태의 전자소자가 있다. 유기전자소자의 예에는 유기 발광 소자(Organic Light Emitting Diodes, OLED), 유기태양전지, 유기감광체(OPC) 드럼 또는 유기 트랜지스터 등이 포함된다.

유기 발광 소자는 발광성 유기 화합물에 전류가 흐르면 빛을 내는 전계 발광 현상을 이용한 자체 발광형 소자를 의미하며, 디스플레이, 조명 등 다양한 산업 분야에서 차세대 소재로 관심을 받고 있다.

유기 발광 소자의 상용화를 위해서는 보다 높은 휘도와 저전력 동작 특성이 요구되며, 이를 위해서는 광추출 효율 개선이 필요하다. 광추출 효율을 향상을 위해 여러 가지 구조의 광추출층이 형성될 수 있다. 그러나, 형성된 광추출층을 통해서, 혹은 층간 계면을 따라 외부의 수분 내지 산소가 유입될 수 있으며, 이는 소자의 수명을 저하시키는 원인이 된다.

본 발명의 목적은 워터젯을 이용하여 광추출층을 패턴화하는 것을 포함하는 유기전자소자의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 기재상에 빛을 산란시키는 산란구조를 포함하는 광추출층을 형성하는 단계; 워터젯을 이용한 패터닝을 통해 발광 영역을 벗어난 부분에 형성된 광추출층을 제거하는 단계; 제1 전극, 발광층을 포함하는 유기층, 및 제2 전극을 적층하는 단계; 및 봉지층을 형성하는 단계를 포함하는 유기전자소자의 제조방법을 제공한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 방법으로 제조된 유기발광소자는, 광추출 효율이 우수하고, 소자 내부로의 수분이나 공기의 침투를 효과적으로 차단할 수 있다.

도 1은 패턴화되지 않은 광추출층을 포함하는 유기전자소자를 나타낸 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 유기전자소자를 나타낸 모식도이다;
도 3 및 4는 워터젯을 이용한 광추출층에 대한 패터닝 과정을 촬영한 사진들이다;
도 5는 패턴화되지 않은 광추출층을 포함하는 유기전자소자의 초기(a) 및 85℃에서 500 시간 경과후(b) 발광 균일도를 비교 측정한 사진이다;
도 6은 패턴화된 광추출층을 포함하는 유기전자소자의 초기(a) 및 85℃에서 500 시간 경과 후(b) 발광 균일도를 비교 측정한 사진이다;
도 7 내지 11은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 워터젯을 이용하여 광추출층을 패터닝한 결과를 촬영한 사진들이다;
도 12 및 13은 레이저를 이용하여 광추출층을 패터닝한 결과를 촬영한 사진들이다.

본 발명에 따른 유기전자소자의 제조방법은, 기재상에 빛을 산란시키는 산란구조를 포함하는 광추출층을 형성하는 단계; 워터젯을 이용한 패터닝을 통해 발광 영역을 벗어난 부분에 형성된 광추출층을 제거하는 단계; 제1 전극, 발광층을 포함하는 유기층, 및 제2 전극을 적층하는 단계; 및 봉지층을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 제조방법은 워터젯(water jet) 방식을 이용하여 광추출층을 패터닝(patterning)하는 것을 특징으로 한다. 구체적으로는, 소자의 발광 영역을 벗어난 부분에 형성된 광추출층은 워터젯을 이용하여 제거하게 된다. 광추출층에 패터닝을 가하는 이유는, 첫째, 내부 광추출층을 통해 유기전자소자의 봉지영역 내부로 침투하는 산소 또는 수분의 이동경로를 차단할 수 있다. 광추출층은 기재와 제1 전극에 의해 둘러싸인 구조를 형성하게 되므로, 외부의 산소 또는 수분이 침투하는 것을 차단하게 된다. 둘째, 봉지층과 기재 사이에 안정적인 부착력을 확보할 수 있다. 발광 영역을 벗어난 부분은 기재와 제1 전극이 접촉하는 구조를 형성하기 때문에 보다 우수한 부착력을 구현할 수 있다. 셋째, 소자의 발광영역을 벗어난 부분에는, 광추출층이 아닌 기재 상에 제1 전극 또는 제2 전극에서 확장된 단자부가 형성된다. 이를 통해, 소자 외곽 부분의 표면 경도를 유지할 수 있다.

이처럼 광추출층을 패터닝하게 되면 여러 가지 이점이 있다. 그러나, 기존에 알려진 방법으로는 광추출층을 패터닝하는 것이 용이하지 않다. 구체적으로, 패터닝의 일반적인 방법인 포토 공정 또는 프린팅 공정을 사용하기에는 사용 재료의 특성이 매우 까다롭다. 예를 들어, 효과적인 내부 광추출 효율을 확보하기 위해서는, 광추출층 중에서 일부 영역의 평균 굴절율을 1.8 수준으로 조절하여야 한다. 이를 위해서 약 10~50 nm 크기의 TiO₂ 입자가 사용된다. 경우에 따라서는, 광추출층의 광 산란기능을 부여하는 약 200 nm 크기의 TiO₂ 입자를 사용한다. 그러나, 광추출층을 습식 코팅(wet coating)을 하는 과정에서, 이러한 입자들을 코팅액 내에 균일하게 분산시키는 것이 쉽지 않다. 또한, 감광성 또는 프린팅이 용이한 물질을 첨가하여 패터닝하는 방법이 있다. 그러나, 광추출층을 형성하는 과정에서 감광성 또는 프린팅이 용이한 물성을 추가로 부여하는 것은 현재 기술 수준에 비추어 구현이 어렵다.

따라서, 본 발명의 발명자들은 기재의 전영역에 광추출층을 형성한 후 선택적으로 제거하는 방안을 검토하였다. 이러한 방안으로, 포토공정 또는 레이저 에칭을 적용하는 방안이 고려되었다. 그러나, 포토공정을 사용하기 위해서는 적절한 에칭 용액이 요구되나, 광추출층을 녹여내는 에칭 용액이 알려져 있지 않은 상황이다. 또한, 레이저 에칭은 패터닝 경계면이 깨끗하지 않고, 패터닝 영역의 표면이 매우 거칠어지는 문제가 확인되었다.

또한, 광추출층을 패터닝하기 위해서는 몇 가지 특성이 요구된다. 먼저, 패터닝 경계면의 표면이 매끄러워야 한다. 이 경계 영역의 표면이 매끄럽지 못하면, 이후 투명 전극이 형성되었을 때 면저항이 증가하게 된다. 그리고, 패터닝 경계면에서 광추출층의 들뜸 현상이 없어야 한다. 수직 방향으로 커다란 높낮이 변화가 생기면 소자 제작 후 제1 전극과 제2 전극 사이에 단락(short)이 발생할 위험이 증가한다. 혹은 투명전극이 형성될 때, 전기적인 연결이 원활하지 않을 수 있다.

본 발명에서는 기존의 패터닝 방법들이 극복하지 못한 문제점들을 해결하고, 동시에 위에서 언급한 특성들을 모두 만족할 수 있는 방법으로, 워터젯을 이용한 패터닝 기법을 도입하였다.

이하에서는, 본 발명에 따른 유기전자소자를 제조하는 방법을 각 단계별로 보다 구체적으로 살펴본다.

먼저, 본 발명에 따른 유기전자소자를 제조하는 방법은 기판상에 빛을 산란시키는 산란구조를 포함하는 광추출층을 형성하는 단계를 포함한다.

유기전자소자, 예를 들어, 유기발광소자는 소자를 구성하는 각 층들 간의 굴절율 차이로 인해 내부 전반사가 발생되며, 이로 인해 발광 효율이 악화되고, 휘도가 저하될 수 있다. 본 발명은 기재상에 빛을 산란시키는 산란구조를 포함하는 광추출층을 형성함으로써, 내부 광추출 효율을 향상시키게 된다.

상기 기재로는 예를 들어, 광투과성 플라스틱 기재 또는 유리 기재 등이 사용될 수 있다.

상기 광추출층은 광 산란을 유도하여 소자의 내부 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 구조라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 광추출층은 굴절율이 1.7 이상, 구체적으로는 굴절율이 1.7 내지 3.0인 영역을 포함할 수 있다. 광추출층 내에 굴절율이 1.7 이상인 물질을 포함함으로써, 상대적으로 굴절율이 낮은 다른 영역과의 굴절율 차이에 의한 광산란 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 하나의 예로서, 상기 광추출층을 형성하는 단계는, 기판상에 산란입자 및 바인더를 포함하는 코팅액을 사용하여 광추출층을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 이를 통해 제조된 광추출층은 바인더 내에 산란입자가 분산된 구조를 형성하게 된다. 상기 바인더는 산란입자에 비해 굴절율이 높을 수 있으며, 바인더와 산란입자 사이의 계면에서 굴절율 차이로 인한 광산란을 유도할 수 있다. 예를 들어, 상기 바인더는 굴절율이 1.7 이상, 또는 1.7 내지 3.0 범위일 수 있다.

또 다른 예로서, 상기 광추출층을 형성하는 단계는, 기판상에 산란입자 및 바인더를 포함하는 코팅액을 사용하여 산란층을 형성하는 단계; 및 형성된 산란층 위에 평탄층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이를 통해 제조된 광추출층은 산란입자 및 바인더를 포함하고, 기재와 접하는 면의 반대면에는 산란입자에 의한 요철이 형성되는 산란층; 및 산란층상에 형성되며, 산란층의 요철구조로 인한 표면 굴곡을 평탄화시키는 평탄층을 포함할 수 있다. 상기 광추출층은 산란입자와 평탄층 간의 굴절율 차이를 크게 형성함으로써 내부 광추출 효율을 높일 수 있다. 상기 평탄층은 산란입자에 비해 굴절율이 높은 경우일 수 있으며, 예를 들어, 상기 평탄층의 굴절율은 1.7 이상, 또는 1.7 내지 3.0 범위일 수 있다.

또 다른 예로서, 상기 광추출층을 형성하는 단계는, 기판에 마이크로 엠보싱을 통해 요철 구조를 형성하고, 형성된 요철구조 위에 표면을 평탄화하는 평탄층을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 이를 통해 제조된 광추출층은 기재상에 형성되며 요철 구조를 형성하는 바인더층; 및 상기 바인더층상에 형성되어 평탄면을 형성하는 평탄층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 평탄층의 굴절율은 1.7 이상, 또는 1.7 내지 3.0 범위일 수 있다.

본 발명에서 굴절율은, 진공조건 하에서 400 내지 450 nm 파장의 광에 대한 굴절율을 측정한 결과를 나타낸 것이다.

상기 산란입자는 구형, 타원체형 또는 무정형의 형상일 수 있으며, 바람직하게는 구형 또는 타원체형의 형상일 수 있다. 산란입자의 평균 직경은 100 내지 400 nm일 수 있으며, 구체적으로는 150 내지 200 nm일 수 있다.

상기 산란입자는 바인더 내지 평탄층과의 굴절율 차이를 이용하여 빛을 산란시킬 수 있는 경우라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 공기, 실리콘, 실리카, 글래스, 산화 티탄, 불화 마그네슘, 산화 지르코늄, 알루미나, 산화 세륨, 산화 하프늄, 오산화 니오브, 오산화 탄탈, 산화 인듐, 산화 주석, 산화 인듐 주석, 산화 아연, 규소, 황아연, 탄산칼슘, 황산바륨, 실리콘 나이트라이드 및 알루미늄 나이트라이드로 구성된 군으로부터 선택되는 1 종 이상일 수 있다. 하나의 예로서, 상기 산란입자는 이산화티탄일 수 있다.

상기 바인더는 특별히 제한되는 것은 아니며, 유기, 무기 또는 유무기 복합체 바인더일 수 있다. 예를 들어, 상기 바인더는 무기 또는 유무기 복합체 바인더일 수 있다. 무기 또는 유무기 복합체 바인더는 유기 바인더에 비해 내열성 및 내화학성이 우수하여 소자의 성능 특히 수명에 유리하고, 소자 제작 과정에 있을 수 있는 150도 이상의 고온 공정, 포토 공정 및 식각 공정 등에서도 열화가 일어나지 않기 때문에 다양한 소자 제작에 유리하다는 장점이 있다. 예를 들어, 상기 바인더는 실리콘 옥사이드, 실리콘 나이트라이드(silicon nitride), 실리콘 옥시나이트라이드(silicon oxynitride), 알루미나(alumina) 및 실록산(siloxane) 결합(Si-O)을 기반으로 하는 무기 또는 유무기 복합체 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상일 수 있다. 예를 들어, 실록산을 이용하여 축중합시켜 [Si-O] 결합을 기반으로 한 무기 바인더를 형성하거나, 실록산 결합에서 알킬기가 완전히 제거되지 않은 유무기 복합체의 형태도 사용 가능하다.

상기 평탄층을 구성하는 성분은 앞서 설명한 산란층을 구성하는 바인더와 동일한 범위에서 선택될 수 있다. 상기 산란층 내의 바인더와 상기 평탄층은 동일 성분이 사용되거나, 서로 다른 성분이 사용될 수 있다. 또한, 상기 평탄층은 굴절율을 높일 수 있는 고굴절 필러를 더 포함할 수 있다. 상기 고굴절 필러는 광추출층 내에 분산되어 굴절율을 높일 수 있는 경우라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 알루미나, 알루미늄 나이트라이드, 산화 지르코늄, 산화 티탄, 산화 세륨, 산화 하프늄, 오산화 니오브, 오산화 탄탈, 산화 인듐, 산화 주석, 산화 인듐 주석, 산화 아연, 규소, 황아연, 탄산칼슘, 황산바륨 및 실리콘 나이트라이드로 구성된 군으로부터 선택된 1 종 이상일 수 있다. 하나의 예에서, 상기 고굴절 필러는 이산화티탄일 수 있다.

상기 고굴절 필러의 평균 입경은 5 내지 30 nm, 구체적으로는 15 내지 25 nm 범위일 수 있다. 고굴절 필러의 입경이 지나치게 작으면 굴절율을 높이는 효과가 미미하고, 반대의 경우에는 광투과율을 저하시킬 수 있다.

본 발명에서, 상기 광추출층을 형성하는 단계는 CVD(chemical vapor deposition; 화학기상증착법), PVD(physical vapor deposition; 물리증착법) 또는 졸-겔(sol-gel) 코팅에 의해 수행할 수 있으며, 그 방법이 특별히 제한되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 유기전자소자를 제조하는 방법은, 워터젯을 이용한 패터닝을 통해 발광 영역을 벗어난 부분에 형성된 광추출층을 제거하는 단계를 포함한다. 구체적으로는, 광추출층을 제거하는 영역은 봉지층과의 접합을 위해 접착제가 도포되는 영역과, 소자 제작 완료 후 봉지 영역 바깥쪽 기판상에 형성된 단자 영역이다.

워터젯을 이용한 패터닝 과정을 거쳐 형성된 광추출층은, 소자가 증착되는 면쪽으로, 소자의 발광영역에 한정하여 형성된다. 이후에, 소자의 상부에 봉지층을 형성하여 밀봉하게 된다. 그러나, 광추출층이 형성된 경로를 통해서 외부의 공기(예를 들어, 산소) 또는 수분이 소자 내부로 침투할 수 있다. 소자 내부로 유입된 산소 또는 수분은 소자의 수명을 단축시키는 원인이 된다. 본 발명에서는 광추출층을 소자의 발광영역에 한정하여 형성함으로써, 광추출층으로 인한 산소 내지 수분의 유입을 차단할 수 있다.

상기 워터젯을 이용한 패터닝을 통해 발광 영역을 벗어난 부분에 형성된 광추출층을 제거하는 단계는, 워터젯을 500 내지 2000 기압의 압력으로 분사하여 광추출층을 식각하는 과정을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 워터젯을 분사하는 압력은 800 내지 1300 기압 범위일 수 있다. 상대적으로 높은 압력으로 물을 분사함으로써, 광추출층에 포함되어 있는 바인더 성분 및 입자 성분들을 매끈하게 식각할 수 있다.

상기 워터젯은 보다 효율적인 식각을 위해서는 연마제를 포함하는 물을 사용할 수 있다. 상기 연마제는 상업적으로 판매되는 다양한 종류가 사용될 수 있으며, 유리기판 등의 표면을 손상하지 않는 경우라면 그 종류 및 함량은 특별히 제한되지 않는다.

상기 워터젯을 적용하는 과정에서 압력수의 분사반경 내지 식각 속도는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 워터젯을 이용한 패터닝을 통해 발광 영역을 벗어난 부분에 형성된 광추출층을 제거하는 단계는, 1 내지 10 mm의 폭으로 워터젯을 분사하여 광추출층을 식각할 수 있다. 혹은 2 내지 5 mm의 폭으로 워터젯을 분사하여 광추출층을 식각할 수 있다. 상기 범위보다 압력수의 분사반경이 커지면 광추출층에 대한 정밀한 식각이 어려워진다. 또한, 상기 워터젯을 이용한 패터닝을 통해 발광 영역을 벗어난 부분에 형성된 광추출층을 제거하는 단계는, 워터젯을 이용하여 광추출층을 식각하는 속도는 300 내지 2000 mm/min, 구체적으로는 500 내지 1200 mm/min 범위일 수 있다. 식각속도가 상기 범위보다 빠른 경우에는 입자 성분들에 대한 식각이 충분치 못하게 되고, 상기 범위보다 식각속도가 느린 경우에는 공정 효율이 저하될 수 있다.

본 발명에 따른 유기전자소자를 제조하는 방법은, 제1 전극, 발광층을 포함하는 유기층, 및 제2 전극을 적층하는 단계를 포함한다. 상기 제1 전극, 발광층을 포함하는 유기층, 및 제2 전극을 적층하는 단계는, 제1 전극을 광추출층이 형성된 영역을 포함하여 기재 전면에 형성하는 것을 포함할 수 있다. 이를 통해, 상기 제1 전극은 광추출층이 형성된 영역을 포함하여 연장되어 형성된다. 광추출층의 하부면은 기재에 의해, 광추출층의 상부면 및 측면은 제1 전극에 의해 둘러싸인 구조를 형성하게 된다.

상기 제1 전극으로는 광투과성을 갖는 전도성 물질이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극으로는 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxdie), SnO₂, CNT(Carbon Nano Tube) 또는 그래핀(Graphene) 등이 사용될 수 있다. 상기 발광층을 포함하는 유기층은 당해 기술분야에서 통상적으로 적용되는 다양한 적층구조를 포함한다. 예를 들어, 상기 광추출층 상에 형성되는 적층구조는 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층 중 어느 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 경우에 따라서는, 상기 적층구조는 2 스택 또는 3 스택 구조를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2 전극은 알루미늄 박막과 같은 다양한 성분의 금속 박막이 특별한 제한없이 사용될 수 있다.

다음으로, 본 발명에 따른 유기전자소자를 제조하는 방법은 봉지층을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 봉지층을 형성하는 단계는, 소자의 상부에 봉지층을 구비하되, 봉지층의 끝단은 기재 상에 형성된 제1 전극과 접하도록 형성할 수 있다. 구체적으로는, 봉지층과 기재가 접합되는 영역에 제1 전극과 봉지용 접착제 이외에 다른 물질 또는 추가적인 계면이 형성되는 것을 방지함으로써, 봉지를 통한 밀봉효과를 극대화하였다. 경우에 따라서는, 일부의 제2 전극과 연결된 기판상의 ITO 영역과도 접할 수 있다.

상기 봉지층은 소자 내부로 유입되는 수분 및 산소를 차단할 수 있는 경우라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 봉지층은 수분차단 필름, 글래스 캡, 금속 호일 및 전도성 필름 중 어느 하나 혹은 둘 이상이 적층된 구조일 수 있다. 경우에 따라서는, 상기 봉지층은 에폭시 수지를 이용하여 형성될 수 있다.

봉지층이 기재 상에 형성된 광추출층과 직접 접촉하지 않기 때문에 광추출층과의 접합성이 문제되지 않는다. 예를 들어, 상기 제1 전극은 광추출층이 형성된 영역을 포함하여 연장되어 형성되며, 제1 전극이 광추출층을 벗어나 형성된 부분은 기재와 접합되고, 봉지층의 단부는 제1 전극의 연장된 부분과 접하는 구조일 수 있다. 상기 봉지층의 단부가 기재 또는 제1 전극과 접합되는 부위는 접착물질을 매개로 접합될 수 있다. 상기 접착물질은 봉지층 밀봉시 통상적으로 사용되는 접착제가 사용될 수 있으며, 그 종류는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 접착물질은 열경화성 수지 및 전도성 필러를 포함하거나, 글래스 프릿(glass frit) 등을 포함할 수 있다. 열경화성 수지로는 이소시아네이트 수지, 아크릴 수지, 폴리에스테르 수지 또는 에폭시 수지 등을 사용할 수 있다. 전도성 필러로는 카본 블랙, 탄소나노튜브, 그래파이트, ITO, AZO, InO, AZO, InO, ZnO, TiO₂, SnO, RuO₂, IrO₂, 지르코니아, 금, 은, 니켈, 구리, 탄탈, 팔라듐, 은/구리 합금, 은/팔라듐 합금, 폴리아닐린, 폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리파라페닐렌, 폴리티오펜, 폴리디에닐렌, 폴리페닐비닐렌, 폴리페닐렌 술피드 및 폴리설퍼니트라이드 중 1 종 이상을 사용할 수 있다. 이외에도, 필요에 따라 다양한 경화제 및 바인더 등을 추가로 사용할 수 있다.

본 발명은 앞서 설명한 방법으로 제조한 유기전자소자를 제공한다. 상기 유기전자소자는 기판과 봉지층이 접합하는 계면에는 접착제가 형성되고, 접착제가 형성되는 영역에는 광추출층이 존재하지 않는 구조일 수 있다. 상기 유기전자소자는 다양한 형태의 전자 장치에 사용될 수 있으며, 예를 들어, 디스플레이 장치 내지 조명 장치 등에 활용 가능하다.

이하, 도면을 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 1에는 패턴화되지 않은 광추출층을 포함하는 유기전자소자의 단면을 도시하였다. 도 1을 참조하면, 투명 기재(110)의 전면에는 산란입자(도시하지 않음)를 포함하는 광추출층(120)이 형성된다. 광추출층(120) 위에는 제1 전극(130), 발광층을 포함하는 유기층(140) 및 제2 전극(150)이 순차 형성된다. 또한, 점선으로 표시된 부분(A)은 광추출층을 통한 수분 및 산소의 유입 경로를 나타낸 것이다. 외부의 수분 내지 산소는 광추출층(120)을 통해서, 혹은 광추출층(120)과 인접하는 층 사이의 계면을 통해서 유입될 수 있다. 이는 광추출층(120) 자체의 수분 내지 산소 차단 성능이 낮거나, 혹은 광추출층(120)과 다른 층(110 혹은 130) 사이의 접착 능력이 떨어지기 때문이다.

도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 유기전자소자를 나타내었다. 도 2를 참조하면, 투명 기재(210) 상에는 광추출층(220)이 형성된다. 광추출층(220) 상에는 제1 전극(230), 발광층을 포함하는 유기층(240) 및 제2 전극(250)이 순차적층되고, 그 상부를 봉지층(260)이 밀봉하고 있는 구조이다. 도 2의 광추출층(220)은 발광층을 포함하는 유기층(240)이 형성된 영역에 대응되는 부분에만 형성되어 있다. 즉, 광추출층(220)에서 발광 영역을 벗어나는 부분은 패터닝 과정을 거쳐 제거된 모습이다. 패터닝된 광추출층(220)은 제1 전극(230)이 연장되어 형성되어 있다. 연장된 제1 전극(230)은 광추출층(220)의 상부면 및 측면을 모두 덮도록 형성된다. 또한, 봉지층(260)의 단부는 제1 전극(230)의 연장된 부분과 접착체(270)을 매개로 접하게 된다. 이를 통해, 광추출층(220)은 투명 기재(210) 및 제1 전극(230)에 의해 완전히 감싸진 형상을 갖추게 된다. 따라서, 광추출층(220)의 수분 내지 산소 차단력의 저하, 혹은 다른 인접층(210, 230)과의 접착력 저하 등으로 인해 소자의 밀봉성이 저하되는 것을 사전에 차단할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예

실록산 바인더(Si(OCH₃)₄) 용액에 평균 입경이 약 200 nm인 TiO₂ 입자를 충분히 분산하여 코팅액을 조제하였다. 유리 기재 상에 제조된 코팅액을 도포하여 산란층을 형성하였다. 그런 다음, 평균 입경이 약 10 nm인 고굴절 필러(이산화티탄)가 분산되어 있는 실록산 바인더(건조후 굴절율은 약 1.8)를 산란층 상에 코팅하여 표면이 평탄한 고굴절 코팅층을 형성하였다. 이를 통해, 유리 기재 상에 광추출층을 형성하였다.

그런 다음, 1,000 기압의 압력으로 워터젯을 분사하여 광추출층을 패터닝하였으며, 1회 노즐 이동시 식각되는 패터닝의 폭은 약 3 mm로 조절하였다. 발광 영역을 제외한 나머지 영역에 코팅되어 있는 광추출층을 제거하였으며, 패터닝 과정은 도 3 및 4에 도시하였다. 먼저 워터젯을 이용하여 가로 방향으로 패터닝을 실시하고(도 3), 다시 세로 방향으로 패터닝을 거쳤다(도 4). 도 3 및 4에서, 흰색 부분은 유리 기재 상에 광추출층이 형성되어 있는 영역이고, 투명한 부분(검게 표시됨)은 광추출층이 제거된 영역이다.

그 후, 광추출층이 패턴화된 기재 전면에 ITO 투명전극을 형성하고, 발광층을 포함하는 유기층과 금속 전극을 차례로 적층하였다. 그런 다음, 봉지유리를 이용한 봉지작업을 거쳤다.

비교예 1

실시예와 동일한 방법으로, 유리 기재상에 광추출층을 형성하였다. 실시예와는 달리, 워터젯을 이용한 광추출층에 대한 패터닝 과정을 거치지 않았다. 그런 다음, 투명전극, 발광층을 포함하는 유기층과 금속 전극을 차례로 형성하고, 봉지유리를 이용한 봉지작업을 거쳤다.

비교예 2

실시예와 동일한 방법으로, 유리 기재상에 광추출층을 형성하였다.

형성된 광추출층에 대하여, 레이저를 이용한 에칭을 통해 패터닝을 실시하였다. 구체적인 레이저 에칭 장비 및 조건은 다음과 같다.

Laser etcher 355 nm UV laser max 2W

에칭 조건(Etching condition)

- Hatch: 0.01 mm grid pattern etch

- Frequency: 100 Hz

- Power: 100%

- Speed: 0.1 m/s

그런 다음, 투명전극, 발광층을 포함하는 유기층과 금속 전극을 차례로 형성하고, 봉지유리를 이용한 봉지작업을 거쳤다.

실험예 1

실시예 및 비교예 1에서 각각 제조된 유기전자소자를 대상으로 발광 상태를 촬영하였다. 그런 다음, 85℃ 오븐에서 500 시간이 지난 시점에서, 소자의 외관을 다시 촬영하였다. 도 5은 비교예에 따른 유기전자소자의 초기(a) 및 500 시간이 지난 시점(b)에서 외관을 관찰한 결과이다. 도 6는 실시예에 따른 유기전자소자의 초기(a) 및 500 시간이 지난 시점(b)에서 외관을 관찰한 결과이다.

도 5(비교예)을 참조하면, 500 시간이 지난 시점에서 상대적으로 어두워진 발광 영역이 많이 증가되었고, 전체적으로 발광 균일도가 현저히 저하되어 있음을 알 수 있다. 이에 비해, 도 6(실시예)의 경우에는, 500 시간이 지난 시점에서도 어두워진 발광 영역이 많지 않고, 발광 균일도가 유지되고 있음을 확인하였다.

실험예 2

실시예에서 워터젯을 이용하여 광추출층에 대한 패터닝이 이루어진 영역을 전자현미경을 통해 확대 관찰하였다. 관찰결과는 도 7 내지 11에 나타내었다.

도 7은 워터젯을 이용하여 광추출층에 대한 패터닝을 실시하고, 그 결과를 촬영한 것이다. 도 7을 참조하면, 가운데 세로 방향으로 물결 형상을 띠는 부분이 패터닝 영역의 경계이다. 패터닝 영역의 경계 부분에는 광추출층 중에서 바인더 성분은 제거되었으나, 일부 산란입자 성분들이 남아있음을 알 수 있다. 상기 패터닝 영역의 경계를 기준으로 좌측은 광추출층이 남아 있는 영역이고, 우측이 광추출층이 식각되어 유리 기재가 드러난 영역이다. 도 8은 도 7에서 패터닝 영역의 경계에서 패터닝이 이루어지지 않은 영역과 인접한 부분을 확대한 것이고, 도 9는 패터닝 영역의 경계에서 패터닝이 이루어진 영역과 인접한 부분을 확대한 것이다.

도 10은 패터닝 영역의 경계를 확대비율을 달리하여 재촬영한 것으로, 패터닝 영역의 경계 부분은 남아 있는 산란입자들로 인해 부분적인 굴곡은 형성되어 있지만, 전체적으로 평탄한 수준을 확보하고 있 있다. 도 11은 패터닝 이후 광추출층이 제거된 부분을 확대 촬영한 것으로, 광추출층이 깨끗하게 제거되었으며, 노출된 유리 기재는 매끄러운 평탄면을 형성하고 있음을 알 수 있다.

실험예 3

비교예 2에서 레이저를 이용하여 광추출층에 패터닝이 이루어진 영역을 전자현미경을 통해 확대 관찰하였다. 관찰결과는 도 12 및 13에 나타내었다.

도 12 및 13은 레이저를 이용하여 광추출층에 대한 패터닝을 실시하고, 그 결과를 촬영한 것이다.

도 12는 가운데 경계를 기준으로 좌측은 광추출층이 형성된 영역이고, 우측은 패터닝이 실시된 영역이다. 도 12에 확인할 수 있듯이, 레이저 패터닝을 실시한 경우에는 경계면의 광추출층이 들뜨는 문제가 발생한다. 이로 인해, 투명 전극과 전기적인 연결이 불안정해지는 문제가 발생한다.

또한, 도 13은 도 12의 패터닝이 실시된 영역의 표면을 확대한 것이다. 도 13을 참조하면, 레이저를 이용하여 패터닝된 영역의 표면에 광추출층 잔류물이 남아서 매우 거친 표면을 형성하고 있다. 따라서, 그 위에 형성되는 투명 전극(ITO)의 면저항이 증가되는 문제가 발생한다.

100, 200: 유기전자소자 110, 210: 투명 기재
120, 220: 광추출층 130, 230: 제1 전극
140, 240: 발광층을 포함하는 유기층
150, 250: 제2 전극 160, 260: 봉지층
170, 270: 접착제

Claims (13)

1. 산란입자 및 바인더를 포함하는 코팅액을 사용하여 기재 상에 요철 구조를 갖는 산란층을 형성하는 단계 및 형성된 산란층의 요철구조 위에 표면을 평탄화하는 평탄층을 형성하는 단계를 통해, 기재상에 빛을 산란시키는 산란구조를 포함하는 광추출층을 형성하는 단계;
   500 내지 2,000 기압의 압력으로 분사되는 워터젯을 이용한 패터닝을 통해 발광 영역을 벗어난 부분에 형성된 광추출층을 제거하는 단계;
   제1 전극, 발광층을 포함하는 유기층, 및 제2 전극을 적층하는 단계; 및
   봉지층을 형성하는 단계를 포함하는 유기전자소자의 제조방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   광추출층을 형성하는 단계는, 기재상에 산란입자 및 바인더를 포함하는 코팅액을 사용하여 산란층을 형성하는 단계; 및 형성된 산란층 위에 평탄층을 형성하는 단계를 포함하는 유기전자소자의 제조방법.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서,
   워터젯을 이용한 패터닝을 통해 발광 영역을 벗어난 부분에 형성된 광추출층을 제거하는 단계는,
   연마제가 포함된 물을 분사하여 광추출층을 식각하는 유기전자소자의 제조방법.
8. 제 1 항에 있어서,
   워터젯을 이용한 패터닝을 통해 발광 영역을 벗어난 부분에 형성된 광추출층을 제거하는 단계는,
   1 내지 10 mm의 폭으로 워터젯을 분사하여 광추출층을 식각하는 유기전자소자의 제조방법.
9. 제 8 항에 있어서,
   워터젯을 이용한 패터닝을 통해 발광 영역을 벗어난 부분에 형성된 광추출층을 제거하는 단계는,
   워터젯을 이용하여 광추출층을 식각하는 속도는 300 내지 2000 mm/min인 유기전자소자의 제조방법.
10. 제 1 항에 있어서,
    제1 전극, 발광층을 포함하는 유기층, 및 제2 전극을 적층하는 단계는,
    제1 전극을 광추출층이 형성된 영역을 포함하여 기재 전면에 형성하는 것을 포함하는 유기전자소자의 제조방법.
11. 제 1 항에 있어서,
    봉지층을 형성하는 단계는, 소자의 상부에 봉지층을 구비하되, 봉지층의 끝단은 기재 상에 형성된 제1 전극과 접하도록 형성하는 유기전자소자의 제조방법.
12. 제 1 항, 제 3 항 및 제 7 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조된 유기전자소자.
13. 제 12 항에 있어서,
    기판과 봉지층이 접합하는 계면에는 접착제가 형성되고,
    접착제가 형성되는 영역에는 광추출층이 존재하지 않는 유기전자소자.

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