KR101567312B1 - Oled 광추출용 마이크로 렌즈 어레이 제조방법 - Google Patents

Oled 광추출용 마이크로 렌즈 어레이 제조방법 Download PDF

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Abstract

OLED 광추출용 마이크로 렌즈 어레이 제조방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 OLED 광추출용 마이크로 렌즈 어레이 제조방법은 기판 상에 피라미드형 오목부와 평탄부를 갖는 마이크로 패턴을 형성하는 1단계; 마이크로 패턴 상에 제1 성형체 형성용 수지를 도포 및 경화시킴으로써 일면에 피라미드형 오목부와 평탄부에 대응하는 표면을 가진 제1 성형체를 형성하는 2단계; 및 제1 성형체를 상기 기판으로부터 분리하는 3단계를 포함한다.

Description

OLED 광추출용 마이크로 렌즈 어레이 제조방법{FABRICATION METHOD OF MICROLENS ARRAY FOR OLED OUT-COUPLING EFFICIENCY}
본 발명은 마이크로 렌즈 어레이 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 OLED(유기발광다이오드) 광추출용 마이크로 렌즈 어레이 제조방법에 관한 것이다.
유기발광다이오드(Organic light emitting diode, 이하 OLED)는 빠른 응답속도와, 광 시야각, 저전압 구동 등의 장점으로 인해 최근 차세대 디스플레이 및 조명장치로 기대되고 있다. OLED의 해결해야 할 과제 중에 대표적인 것은 광 추출 효율을 향상시키는 것이다. OLED 소자 내부에서 발생한 빛은 wave-guide 효과 등으로 인해 약 20% 정도 밖에 외부로 방출되지 못한다. 내부에서 발생한 빛이 유리 기판과 외부 공기의 굴절률 차이로 인해 경계면에서 전반사되기 때문이다.
이를 해결하기 위한 다양한 연구가 진행 되고 있으며 대표적으로는 마이크로 렌즈가 있다. 마이크로 렌즈는 OLED 소자의 유리 기판과 공기 표면의 계면에 입사되는 각을 변화시킴으로써 광 추출 효율을 증가시키는 역할을 한다. 마이크로 렌즈와 관련된 내용은 특허문헌 1,2에 개시되고 있다.
마이크로 렌즈의 제작과 관련해서는 많은 방법들이 제안되어 있다. 예컨대, 리플로우(thermal reflow) 공정, 포토레지스트 공정, 고분자의 자외선 경화를 이용하는 방법, 마이크로 젯 기술, 자외선을 이용하여 리소그래피를 한 후에 도금 및 주형을 만들어 마이크로 렌즈를 제작하는 방법, 소수성을 이용하여 마이크로 렌즈를 제작하는 방법 등이 그것이다. 스넬의 법칙(Snell's law)에 따르면 마이크로 렌즈의 종횡비(aspect ratio)가 크면 클수록, OLED의 광추출이 향상된다고 알려져 있다. 그러나 상기에서 나열한 종래의 방법들은 아직 높은 종횡비를 갖는 마이크로 렌즈를 제조하는 데에는 한계가 있다.
특허문헌 1: 한국공개특허 제10-2010-0037334호(2010.04.09 공개) 특허문헌 2: 한국공개특허 제10-2008-0041435호(2008.05.13 공개)
본 발명의 실시예들에서는 높은 종횡비를 가짐으로 인해 기판 및 공기 계면에서의 내부 전반사 손실을 최소화함으로써 휘도를 향상시킬 수 있는 OLED 광추출용 마이크로 렌즈 어레이 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기판 상에 피라미드형 오목부와 평탄부를 갖는 마이크로 패턴을 형성하는 1단계; 상기 마이크로 패턴 상에 제1 성형체 형성용 수지를 도포 및 경화시킴으로써 일면에 상기 피라미드형 오목부와 평탄부에 대응하는 표면을 가진 제1 성형체를 형성하는 2단계; 및 상기 제1 성형체를 상기 기판으로부터 분리하는 3단계를 포함하는 OLED 광추출용 마이크로 렌즈 어레이 제조방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 기판 상에 피라미드형 오목부와 평탄부를 갖는 마이크로 패턴을 형성하는 1단계; 상기 기판 상에 템플릿 형성용 막을 코팅하고, 상기 템플릿 형성용 막 상부에 질소 가스를 주입함으로써 상기 템플릿 형성용 막을 상기 피라미드형 오목부와 상응하는 반구형 오목부를 갖는 템플릿으로 형성하는 2단계; 상기 템플릿 상에 제2 성형체 형성용 수지를 도포 및 경화시킴으로써 일면에 상기 반구형 오목부와 대응하는 표면을 가진 제2 성형체를 형성하는 3단계; 및 상기 제2 성형체를 상기 기판으로부터 분리하는 4단계를 포함하는 OLED 광추출용 마이크로 렌즈 어레이 제조방법이 제공될 수 있다.
이 때, 상기 제1 성형체 형성용 수지 또는 제2 성형체 형성용 수지의 경화는 상기 제1 성형체 형성용 수지 또는 제2 성형체 형성용 수지의 상부면에 유리 기판을 배치하고, 상기 유리 기판 위로 자외선 조사를 수행하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 기판은 실리콘 웨이퍼, 금속 판재, 고분자 재질의 판재, 고분자 재질의 필름이 코팅된 종이 판재 또는 스텐슬 처리된 종이 판재일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면 본 발명에 따른 OLED 광추출용 마이크로 렌즈 어레이 제조방법에 따라 제조된 마이크로 렌즈 어레이를 포함하는 유기발광다이오드가 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면 본 발명에 따른 OLED 광추출용 마이크로 렌즈 어레이 제조방법에 따라 제조된 마이크로 렌즈 어레이를 별도의 제조공정에 의해 제조된 유기발광다이오드의 투광성 기판 상에 부착하는 단계를 포함하는 유기발광다이오드 제조방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 비교적 간단한 공정으로 높은 종횡비를 갖는 OLED 광추출용 마이크로 렌즈 어레이를 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 방법으로 제조된 마이크로 렌즈 어레이는 OLED의 휘도를 최대 117% 가량 향상 시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 OLED 광추출용 마이크로 렌즈 어레이 제조방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 OLED 광추출용 마이크로 렌즈 어레이 제조방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 마이크로 패턴이 형성된 기판의 SEM 이미지이다.
도 4는 피라미드형 볼록부를 갖는 마이크로 렌즈 어레이의 SEM 이미지이다.
도 5는 기판 상에 코팅된 PMMA 박막이 변형하는 모습의 SEM 이미지이다.
도 6 및 도 7은 반구형 볼록부를 갖는 마이크로 렌즈 어레이의 SEM 이미지이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 렌즈 어레이의 입사 파장에 따른 투과율을 나타내는 그래프이다.
도 9는 실시예 및 비교예의 상대 휘도를 나타내는 그래프이다.
도 10은 실시예 및 비교예의 EL 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 OLED 광추출용 마이크로 렌즈 어레이 제조방법(이하 마이크로 렌즈 어레이 제조방법)을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 마이크로 렌즈 어레이 제조방법은 기판(110) 상에 마이크로 패턴(120)을 형성하는 1단계와, 마이크로 패턴(120) 상에 제1 성형체 형성용 수지(131)를 도포 및 경화시켜 제1 성형체(130)를 형성하는 2단계와, 제1 성형체(130)를 기판(110)으로부터 분리하는 3단계를 포함한다. 이하, 각 단계에 대하여 설명한다.
1단계는 기판(110) 상에 마이크로 패턴(120)을 형성하는 단계다. 마이크로 패턴(120)은 피라미드형 오목부(121)와 평탄부(122)를 구비한다.
기판(110)은 실리콘 웨이퍼 등과 같은 반도체 판재, 유리 판재, 스테인레스 스틸, 구리 등과 같은 재질의 금속 판재, OHP(over head projector) 필름, 아크릴 판 등과 같은 고분자 판재, 고분자 재질의 필름이 코팅되거나 스텐슬(stencil) 처리된 종이 판재일 수 있으며, 상기 나열된 것들로 한정되는 것은 아니다. 설명의 편의를 위해서 본 명세서에서는 기판(110)이 (001) 실리콘 웨이퍼인 경우를 중심으로 설명하도록 한다.
마이크로 패턴(120)은 기판(110) 상에 습식 식각(wet etching)을 통해 형성될 수 있다. 마이크로 패턴(120)은 도 1b에 도시된 것과 같이 피라미드형 오목부(121)와 평탄부(122)가 번갈아 배치되는 형태를 가질 수 있다. 한편 도 1b에서는 피라미드형 오목부(121) 및 평탄부(122)가 규칙적으로 배치된 모습을 도시하고 있으나, 불규칙적으로 배치되는 것도 가능하다.
2단계는 마이크로 패턴(120) 상에 제1 성형체 형성용 수지(131)를 도포 및 경화시킴으로써 일면에 피라미드형 오목부(121)와 평탄부(122)에 대응하는 표면을 가진 제1 성형체(130)를 형성하는 단계다.
제1 성형체 형성용 수지(131)는 점도가 있는 액상 수지이고, 예컨대 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA, Polymethylmethacrylate), 포토레지스트(photoresist) 또는 폴리카보네이트(PC, Polycarbonate)일 수 있다.
제1 성형체 형성용 수지(131)를 마이크로 패턴(120) 상에 도포하면 액상인 제1 성형체 형성용 수지(131)는 마이크로 패턴(120)의 표면을 따라 채워지게 되는 바, 하면이 도 1c에 도시된 것과 같이 피라미드형 오목부(121)와 평탄부(122)와 대응하는 표면을 가지게 된다. 즉, 제1 성형체 형성용 수지(131)의 하면은 피라미드형 볼록부(131a)와 평탄부(131b)를 갖는다.
다음으로 제1 성형체 형성용 수지(131)의 경화를 위해 제1 성형체 형성용 수지(131)의 상부면에 유리 기판(140)을 전면 배치하고, 유리 기판(140)의 위로 자외선(UV)을 조사함으로써 제1 성형체 형성용 수지(131)를 경화시킨다. 본 명세서에서는 경화된 제1 성형체 형성용 수지(131)를 제1 성형체(130)로 지칭한다.
3단계는 제1 성형체(130)를 기판(110)으로부터 분리하는 단계다. 경화된 제1 성형체(130)는 실리콘 웨이퍼 등의 기판(110)과 쉽게 분리되고, 분리된 제1 성형체(130)는 도 1d에 도시된 것과 같이 피라미드형 볼록부(131a)를 갖는 마이크로 렌즈 어레이가 된다. 도 1d에 도시된 제1 성형체(130)는 도 1c에 도시된 제1 성형체(130)의 상하를 뒤집어 도시한 것이다. 한편 분리된 제1 성형체(130)는 메탄올 등을 통해 세정된 후에 불활성 가스 등을 통해 건조될 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 OLED 광추출용 마이크로 렌즈 어레이 제조방법에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 OLED 광추출용 마이크로 렌즈 어레이 제조방법(이하 마이크로 렌즈 어레이 제조방법)을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 마이크로 렌즈 어레이 제조방법은 기판(210) 상에 마이크로 패턴(220)을 형성하는 1단계와, 기판(210) 상에 템플릿 형성용 막(231)을 코팅하고 이를 성형하여 반구형 오목부(230a)를 갖는 템플릿(230)을 형성하는 2단계와, 템플릿(230) 상에 제2 성형체 형성용 수지(241)를 도포 및 경화시켜 제2 성형체(240)를 형성하는 3단계와, 제2 성형체(240)를 기판(210)으로부터 분리하는 4단계를 포함한다. 이하, 각 단계에 대하여 설명한다.
1단계는 기판(210) 상에 마이크로 패턴(220)을 형성하는 단계다. 마이크로 패턴(220)은 피라미드형 오목부(221)와 평탄부(222)를 구비한다. 본 실시예에서의 1단계는 전술한 실시예에서의 1단계와 동일하다. 즉, 전술한 실시예의 1단계에서 제조된 마이크로 패턴이 형성된 기판은 본 실시예에서도 적용될 수 있으며, 그 경우 본 실시예에서의 1단계는 생략될 수도 있다.
기판(210)은 실리콘 웨이퍼 등과 같은 반도체 판재, 유리 판재, 스테인레스 스틸, 구리 등과 같은 재질의 금속 판재, OHP(over head projector) 필름, 아크릴 판 등과 같은 고분자 판재, 고분자 재질의 필름이 코팅되거나 스텐슬(stencil) 처리된 종이 판재일 수 있으며, 상기 나열된 것들로 한정되는 것은 아니다. 설명의 편의를 위해서 본 명세서에서는 기판(210)이 (001) 실리콘 웨이퍼인 경우를 중심으로 설명하도록 한다.
마이크로 패턴(220)은 기판(210) 상에 습식 식각(wet etching)을 통해 형성될 수 있다. 마이크로 패턴(220)은 도 2b에 도시된 것과 같이 피라미드형 오목부(221)와 평탄부(222)가 번갈아 배치되는 형태를 가질 수 있다. 한편 도 2b에서는 피라미드형 오목부(221) 및 평탄부(222)가 규칙적으로 배치된 모습을 도시하고 있으나, 불규칙적으로 배치되는 것도 가능하다.
2단계는 기판(210) 상에 템플릿 형성용 막(231)을 코팅하고, 템플릿 형성용 막(231) 상부에 질소 가스를 주입함으로써 템플릿 형성용 막(231)을 마이크로 패턴(220)의 피라미드형 오목부(221)와 상응하는 반구형 오목부(230a)를 갖는 템플릿(230)으로 형성하는 단계다.
템플릿 형성용 막(231)은 마이크로 패턴(220)이 형성된 기판(210) 상에 코팅된다. 즉 템플릿 형성용 막(231)은 도 2c에 도시된 것과 같이 마이크로 패턴(220)의 평탄부(222)들에 의해 하면이 지지된 형태로 기판(210) 상에 코팅될 수 있다.
템플릿 형성용 막(231)은 PMMA(폴리메틸메타크릴레이트) 파우더와 클로로포름제(chloroform agent)가 중량비로 10:1 혼합된 혼합물로 형성될 수 있다.
템플릿 형성용 막(231)이 코팅된 후에는 그 상부에 질소 가스(N2 gas)를 주입하여 템플릿 형성용 막(231)을 변형시킨다. 질소 가스는 질소건(nitrogen gun)을 이용하여 주입될 수 있다. 템플릿 형성용 막(231)은 상술한 것과 같이 마이크로 패턴(220)의 평탄부(222)들에 의해 하면이 지지되고, 마이크로 패턴(220)의 피라미드형 오목부(221)에 의해서는 지지되지 않는다. 피라미드형 오목부(221)는 하방향으로 패인 형태를 가지기 때문이다.
따라서 템플릿 형성용 막(231)의 상부에 질소 가스를 주입하는 경우에는 템플릿 형성용 막(231)에서 마이크로 패턴(220)에 의해 지지되지 않는 부분, 즉 마이크로 패턴(220)의 피라미드형 오목부(221)와 상응하는 부분이 도 2d에 도시된 것과 같이 아래 방향으로 볼록한 형태의 곡면을 갖도록 변형된다(라운드 형태). 여기에서 상기 곡면의 곡률(curvature)은 질소건으로부터 나오는 질소 가스 스트림(N2 gas stream)의 세기, 점성 그리고 템플릿 형성용 막(231)의 중량에 따라 달라질 수 있으며, 이들 요소들을 조정함으로써 상기 곡면의 곡률을 제어하는 것도 가능하다. 예컨대 상기 곡면의 곡률은 마이크로 패턴(220)의 피라미드형 오목부(221)의 경사면과 접하도록 제어할 수 있다.
템플릿 형성용 막(231)의 변형이 완료되면 자연 경화되어 템플릿(230)이 형성된다. 템플릿(230)은 피라미드형 오목부(221)와 상응하는 반구형 오목부(230a)를 가지며, 반구형 오목부(230a)가 도 2d에 도시된 것과 같이 피라미드형 오목부(221)에 끼워진 형태가 된다.
3단계는 템플릿(230) 상에 제2 성형체 형성용 수지(241)를 도포 및 경화시킴으로써 일면에 반구형 오목부(230a)와 대응하는 표면을 가진 제2 성형체(240)를 형성하는 단계다.
제2 성형체 형성용 수지(241)는 점도가 있는 액상 수지이고, 예컨대 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA, Polymethylmethacrylate), 포토레지스트(photoresist) 또는 폴리카보네이트(PC, Polycarbonate)일 수 있다. 제2 성형체 형성용 수지(241)는 전술한 실시예에서의 제1 성형체 형성용 수지(131)와 동일 또는 유사한 물질일 수 있다.
제2 성형체 형성용 수지(241)를 템플릿(230) 상에 도포하면 액상인 제2 성형체 형성용 수지(241)는 템플릿(230)의 표면을 따라 채워지게 되는 바, 하면이 도 2e에 도시된 것과 같이 템플릿(230)의 반구형 오목부(230a)와 대응하는 표면을 가지게 된다. 즉, 제2 성형체 형성용 수지(241)의 하면은 반구형 볼록부(241a)를 갖는다.
다음으로 제2 성형체 형성용 수지(241)의 경화를 위해 제1 성형체 형성용 수지(241)의 상부면에 유리 기판(250)을 전면 배치하고, 유리 기판(250)의 위로 자외선(UV)을 조사함으로써 제2 성형체 형성용 수지(241)를 경화시킨다. 본 명세서에서는 경화된 제2 성형체 형성용 수지(241)를 제2 성형체(240)로 지칭한다.
3단계는 제2 성형체(240)를 기판(210)으로부터 분리하는 단계다. 경화된 제2 성형체(240)는 실리콘 웨이퍼 등의 기판(210)과 쉽게 분리되고, 분리된 제2 성형체(240)는 도 2f에 도시된 것과 같이 반구형 볼록부(241a)를 갖는 마이크로 렌즈 어레이가 된다. 도 2f에 도시된 제2 성형체(240)는 도 2e에 도시된 제2 성형체(240)의 상하를 뒤집어 도시한 것이다. 한편 분리된 제2 성형체(240)는 메탄올 등을 통해 세정된 후에 불활성 가스 등을 통해 건조될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예들은 비교적 간단한 공정으로 높은 종횡비를 갖는 OLED 광추출용 마이크로 렌즈 어레이(130,240)를 제조할 수 있으며, 본 발명에 따른 방법으로 제조된 마이크로 렌즈 어레이(130,240)는 OLED의 휘도를 최대 117% 가량 향상 시킬 수 있다(반구형 볼록부를 갖는 마이크로 렌즈의 경우). 이에 대해서는 후술할 시험예에서 보충 설명될 것이다.
본 발명은 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 OLED 광추출용 마이크로 렌즈 어레이 제조방법에 따라 제조된 마이크로 렌즈 어레이(130,240)를 포함하는 유기발광다이오드를 추가적으로 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 본 발명의 실시예들에 따라 제조된 마이크로 렌즈 어레이(130,240)를 별도의 제조공정에 의해 제조된 유기발광다이오드의 투광성 기판 상에 부착하는 단계를 포함하는 유기발광다이오드 제조방법을 추가적으로 제공할 수 있다.
유기발광다이오드는 공지의 제조 공정에 의해 투광성 절연 기판(예컨대, 유리기판)의 일면에 투광성 애노드 전극, 유기 발광층, 캐소드 전극이 순차적으로 적층됨으로써 제조될 수 있다. 경우에 따라서는 전자 주입층(EIL), 전자 수송층(ETL), 정공 주입층(HIL) 또는 정공 수송층(HTL) 등의 기능층이 추가 적층될 수 있다. 유기발광다이오드의 구조 또는 제조 공정에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
이와 같은 유기발광다이오드의 투광성 기판에 본 발명의 실시예들에 따라 제조되는 마이크로 렌즈 어레이(130,240)를 부착할 수 있다. 상기 부착은 부착제를 통해 이루어질 수 있다. 부착제의 예로는 유리 기판보다 높은 굴절률을 가진 부착용 젤(굴절률 약 1.457)이 있으며, 상기 부착용 젤은 적외선, 가시광선, 자외선에 대해 투명한 특성을 가진다.
이하, 본 발명의 시험예에 대하여 설명하도록 한다. 하기의 시험예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명이 하기의 시험예로 한정되지 않음은 자명하다.
시험예
(1) 피라미드형 볼록부를 갖는 마이크로 렌즈 어레이 제조
(100) 실리콘 웨이퍼 기판을 습식 식각하여 피라미드형 오목부와 평탄부를 갖는 마이크로 패턴을 형성하였다. 관련하여 도 3은 마이크로 패턴이 형성된 기판의 SEM(Scanning Electron Microscope)이미지이다. 도 3에서는 역형태(오목형)의 사각 피라미드가 배열된 마이크로 패턴의 모습을 확인할 수 있다. 형성된 사각 피라미드의 바닥면 길이는 150㎛이었다.
다음으로 액상 PMMA 혼합물(CCTech Inc.,상품명:NE0304-4)를 마이크로 패턴 위에 도포하고 유리 기판으로 덮었다. 그리고 UV 조사를 통해 경화하여 피라미드형 볼록부를 갖는 마이크로 렌즈 어레이를 형성하고 기판으로부터 분리하였다. 관련하여 도 4는 피라미드형 볼록부를 갖는 마이크로 렌즈 어레이의 SEM 이미지이다. 도 4a는 액상 PMMA 혼합물이 마이크로 패턴의 피라미드형 오목부에 채워진 모습을 나타내는 이미지이고, 도 4b는 제조된 마이크로 렌즈 어레이의 이미지이며, 도 4c는 도 4b의 마이크로 렌즈 어레이를 확대한 것이다. 도 4b 및 도 4c에서 확인할 수 있듯이 마이크로 렌즈 어레이에 배열된 마이크로 렌즈는 완전한 피라미드 형태를 구비하고 있으며, 제조된 마이크로 렌즈의 높이는 110㎛, 경사면은 150㎛ 였다. 이는 종래의 리플로우 방법에 의해 제조되는 마이크로 렌즈의 종횡비보다 큰 값에 해당한다.
(2) 반구형 볼록부를 갖는 마이크로 렌즈 어레이 제조
(100) 실리콘 웨이퍼 기판을 습식 식각하여 피라미드형 오목부와 평탄부를 갖는 마이크로 패턴을 형성하였다. 다음으로 PMMA 파우더(Sigma Aldrich)와 클로로포름제(Duksan Scientific Co.Ltd)가 10:1의 중량비로 혼합된 PMMA 혼합물을 상기 실리콘 웨이퍼 기판 상에 코팅하여 PMMA 박막을 형성하였다.
다음으로 질소건을 사용하여 상기 PMMA 박막 상부에 질소 가스(N2 gas)를 주입함으로써, 상기 박막을 반구형 오목부를 갖는 템플릿으로 변형시켰다. 관련하여 도 5는 기판 상에 코팅된 PMMA 박막이 변형하는 모습의 SEM 이미지이다. 한편, 질소건에 의해 주입되는 질소 가스 스트림의 세기를 조정함으로써 PMMA 박막이 변형되어 형성되는 템플릿에서의 반구형 오목부의 깊이를 50㎛ 및 80㎛로 각각 조정하였다.
다음으로 액상 PMMA 혼합물(CCTech Inc.,상품명:NE0304-4)를 마이크로 패턴 위에 도포하고 유리 기판으로 덮었다. 그리고 UV 조사를 통해 경화하여 반구형 볼록부를 갖는 마이크로 렌즈 어레이를 형성하고 기판으로부터 분리하였다. 분리시에 PMMA 박막 잔여물들은 아세톤으로 제거하였다.
관련하여 도 6 및 도 7은 반구형 볼록부를 갖는 마이크로 렌즈 어레이의 SEM 이미지이다. 도 6a 및 도 6b에 나타난 반구형 볼록부를 갖는 마이크로 렌즈의 경우 바닥면의 길이는 대략 150㎛이고, 높이는 대략 50㎛이다. 도 7a 및 도 7b에 나타난 반구형 볼록부를 갖는 마이크로 렌즈의 경우 바닥면의 길이는 대략 150㎛이고, 높이는 대략 80㎛이다. 두 경우 모두 종래의 리플로우 방법에 의해 제조되는 마이크로 렌즈의 종횡비보다 큰 값에 해당한다.
(3) 투과율 측정
상기 (1), (2)에서 제작한 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 렌즈 어레이의 투과율을 측정하였다. 도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 렌즈 어레이의 입사 파장에 따른 투과율을 나타내는 그래프이다. 피라미드형 볼록부를 갖는 마이크로 렌즈 어레이는 피라미드형으로 표기하였고(높이 110㎛), 반구형 볼록부를 갖는 마이크로 렌즈 어레이는 반구형으로 표기하였다(높이 50㎛ 및 80㎛). 투과율 측정 결과, 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 렌즈 어레이를 갖는 PMMA 플레이트들의 투과율은 파장 범위 320~780nm에서 대략 52%로 나타났다. 이는 상기 PMMA 마이크로 렌즈 플레이트가 OLED의 광추출용으로 적합하다는 것을 의미한다.
(4) 휘도 측정
본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 렌즈 어레이를 OLED 소자에 부착하였을 때의 휘도 향상 정도를 알아보기 위하여 OLED 소자를 제작하였다. OLED 소자는 우선 음극으로 기능하는 150nm 두께의 ITO 유리 기판(ITO가 코팅된 유리 기판)을 열증착 챔버에 로딩하기 이전에 산소 플라즈마 처리하였다(50W, 5분). 상기 산소 플라즈마 처리는 ITO 음극의 표면을 세척하고 일함수(work function)를 증가시키기 위함이다. 다음으로 상기 ITO 유리 기판 상부에 40nm 두께의 NPB층(N,N'-bis(naphthalene-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidine)을 증착하였다. 이어서 60nm 두께의 Alq3(tris(8-hydroxy-quinoline)aluminum)층, 1nm 두께의 LiF층 및 100nm 두께의 Al층을 순차적으로 증착하여 OLED 소자를 제작하였다(ITO(150nm)/NPB(40nm)/Alq3(60nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)).
상기와 같이 제작된 OLED 소자의 유리 기판 상에 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 렌즈 어레이를 부착하였다. 상기 부착은 대략 1.5의 굴절율을 갖는 부착용 젤(Refractive-index-matched oil, Uni-Onward Corp., AK350)을 이용하였다. 한편 비교를 위하여 마이크로 렌즈 어레이가 부착되지 않은 동일한 OLED 소자를 비교예로 사용하였다.
도 9는 실시예 및 비교예의 상대 휘도를 나타내는 그래프이다(구동 전압 9V, normal direction 기준). 도 9를 참조하면, 피라미드형 볼록부를 갖는 마이크로 렌즈 어레이가 부착된 OLED 소자의 종횡비가 더 높음에도 불구하고, 반구형 볼록부를 갖는 마이크로 렌즈 어레이가 부착된 OLED 소자의 상대 휘도가 더 높음을 알 수 있다. 이는 반구형 볼록부를 갖는 마이크로 렌즈 어레이의 전반사가 일어나는 임계각(critical angle)이 피라미드형 볼록부를 갖는 마이크로 렌즈 어레이보다 더 크다는 것으로 설명될 수 있다. 한편, 반구형 볼록부를 갖는 마이크로 렌즈 어레이들의 경우에는 80㎛의 높이를 가질 때가 50㎛의 높이를 가질 때보다 상대 휘도가 더 큰 것으로 나타났다. 이는 80㎛ 높이를 가지는 반구형 볼록부를 갖는 마이크로 렌즈 어레이의 경우가 보다 구형에 가까운 바, 마찬가지로 전반사가 일어나는 임계각이 50㎛ 높이를 가질 때보다 더 크기 때문인 것으로 설명될 수 있다.
또한, 실시예 및 비교예들의 EL(electroluminescence) 스펙트럼을 분광복사기(spectroradiometer, Minolta CS1000)를 이용하여 측정하였다. 도 10은 실시예 및 비교예의 EL 스펙트럼을 나타내는 그래프이다(구동 전압 9V, normal direction 기준). 도 10을 참조하면, 실시예 및 비교예들 모두 피크 파장은 대략 530nm로 나타났으며, 반구형 볼록부를 갖는 마이크로 렌즈 어레이의 광추출 효율이 피라미드형 볼록부를 갖는 마이크로 렌즈 어레이보다 더 큰 것으로 나타났다. 그리고 반구형 볼록부를 갖는 마이크로 렌즈 어레이들의 경우에는 80㎛의 높이를 가질 때가 50㎛의 높이를 가질 때보다 광추출 효율이 더 큰 것으로 나타났다. 한편 실시예들 모두 마이크로 렌즈 어레이가 없는 OLED 소자와 비교하여 더 높은 휘도를 보였으며, 피라미드형 볼록부, 반구형 볼록부(50㎛ 높이) 및 반구형 볼록부(80㎛ 높이)를 갖는 마이크로 렌즈 어레이가 비교예들에 비해 각각 64%, 96% 및 117% 가량 휘도가 향상되었음을 확인하였다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
110: 기판 120: 마이크로 패턴
121: 피라미드형 오목부 122: 평탄부
130: 제1 성형체(피라미드형 볼록부를 갖는 마이크로 렌즈 어레이)
131: 제1 성형체 형성용 수지 131a: 피라미드형 볼록부
131b: 평탄부 140: 유리 기판
210: 기판 220: 마이크로 패턴
221: 피라미드형 오목부 222: 평탄부
230: 템플릿 230a: 반구형 오목부
231: 템플릿 형성용 막
240: 제2 성형체(반구형 볼록부를 갖는 마이크로 렌즈 어레이)
241: 제2 성형체 형성용 수지 241a: 반구형 볼록부
250: 유리 기판

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 기판 상에 피라미드형 오목부와 평탄부를 갖는 마이크로 패턴을 형성하는 1단계;
    상기 기판 상에 템플릿 형성용 막을 코팅하고, 상기 템플릿 형성용 막 상부에 질소 가스를 주입함으로써 상기 템플릿 형성용 막을 상기 피라미드형 오목부와 상응하는 반구형 오목부를 갖는 템플릿으로 형성하는 2단계;
    상기 템플릿 상에 제2 성형체 형성용 수지를 도포 및 경화시킴으로써 일면에 상기 반구형 오목부와 대응하는 표면을 가진 제2 성형체를 형성하는 3단계; 및
    상기 제2 성형체를 상기 기판으로부터 분리하는 4단계를 포함하는 OLED 광추출용 마이크로 렌즈 어레이 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    제2 성형체 형성용 수지의 경화는 제2 성형체 형성용 수지의 상부면에 유리 기판을 배치하고, 상기 유리 기판 위로 자외선 조사를 수행하여 이루어지는 것인 OLED 광추출용 마이크로 렌즈 어레이 제조방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 기판은 실리콘 웨이퍼, 금속 판재, 고분자 재질의 판재, 고분자 재질의 필름이 코팅된 종이 판재 또는 스텐슬 처리된 종이 판재인 OLED 광추출용 마이크로 렌즈 어레이 제조방법.
  5. 삭제
  6. 청구항 2에 따른 OLED 광추출용 마이크로 렌즈 어레이 제조방법에 따라 제조된 마이크로 렌즈 어레이를 별도의 제조공정에 의해 제조된 유기발광다이오드의 투광성 기판 상에 부착하는 단계를 포함하는 유기발광다이오드 제조방법.
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