KR101580596B1 - 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법, 유기발광소자용 광추출 기판 및 이를 포함하는 유기발광소자 - Google Patents

유기발광소자용 광추출 기판 제조방법, 유기발광소자용 광추출 기판 및 이를 포함하는 유기발광소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법, 유기발광소자용 광추출 기판 및 이를 포함하는 유기발광소자에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 유기발광소자의 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법, 유기발광소자용 광추출 기판 및 이를 포함하는 유기발광소자에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은, 베이스 기판의 표면에 다수의 몰리브덴(Mo) 입자를 분산시키는 분산단계; 상기 다수의 몰리브덴 입자가 분산되어 있는 상기 베이스 기판의 표면에 금속산화물 나노졸을 코팅하는 코팅단계; 및 상기 금속산화물 나노졸을 소성하는 소성단계를 포함하되, 상기 소성단계 시 상기 다수의 몰리브덴 입자는 승화되고, 상기 다수의 몰리브덴 입자가 승화된 자리 각각에는 기공이 형성되며, 상기 소성단계가 완료되면, 상기 금속산화물 나노졸은 다수의 상기 기공에 대한 매트릭스 층으로 만들어지고, 상기 매트릭스 층의 표면에는 다수의 상기 기공의 형상에 의해 버클링(buckling) 구조가 형성되는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법, 유기발광소자용 광추출 기판 및 이를 포함하는 유기발광소자를 제공한다.

Description

유기발광소자용 광추출 기판 제조방법, 유기발광소자용 광추출 기판 및 이를 포함하는 유기발광소자{METHOD OF FABRICATING LIGHT EXTRACTION SUBSTRATE, LIGHT EXTRACTION SUBSTRATE FOR OLED AND OLED INCLUDING THE SAME}
본 발명은 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법, 유기발광소자용 광추출 기판 및 이를 포함하는 유기발광소자에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 유기발광소자의 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법, 유기발광소자용 광추출 기판 및 이를 포함하는 유기발광소자에 관한 것이다.
일반적으로, 발광장치는 크게 유기물을 이용하여 발광층을 형성하는 유기 발광장치와 무기물을 이용하여 발광층을 형성하는 무기 발광장치로 구분할 수 있다. 이중, 유기 발광장치를 이루는 유기발광소자는 전자주입전극(cathode)으로부터 주입된 전자와 정공주입전극(anode)으로부터 주입된 정공이 유기 발광층에서 결합하여 엑시톤(exciton)을 형성하고, 이 엑시톤이 에너지를 방출하면서 발광하는 자체 발광형 소자로서, 저전력 구동, 자체발광, 넓은 시야각, 높은 해상도와 천연색 실현, 빠른 응답 속도 등의 장점을 가지고 있다.
최근에는 이러한 유기발광소자를 휴대용 정보기기, 카메라, 시계, 사무용기기, 자동차 등의 정보 표시 창, 텔레비전, 디스플레이 또는 조명용 등에 적용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
상술한 바와 같은 유기발광소자의 발광 효율을 향상시키기 위해서는 발광층을 구성하는 재료의 발광 효율을 높이거나 발광층에서 발광된 광의 광추출 효율을 향상시키는 방법이 있다.
이때, 광추출 효율은 유기발광소자를 구성하는 각 층들의 굴절률에 의해 좌우된다. 일반적인 유기발광소자의 경우, 발광층으로부터 방출되는 광이 임계각 이상으로 출사될 때, 애노드인 투명전극층과 같이 굴절률이 높은 층과 기판유리와 같이 굴절률이 낮은 층 사이의 계면에서 전반사를 일으키게 되어, 광추출 효율이 낮아지게 되고, 이로 인해, 유기발광소자의 전체적인 발광 효율이 감소되는 문제점이 있었다.
이를 구체적으로 설명하면, 유기발광소자는 발광량의 20%만 외부로 방출되고, 80% 정도의 빛은 기판유리와 애노드 및 정공 주입층, 전공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 등을 포함하는 유기 발광층의 굴절률 차이에 의한 도파관(wave guiding) 효과와 기판유리와 공기의 굴절률 차이에 의한 전반사 효과로 손실된다. 즉, 내부 유기 발광층의 굴절률은 1.7~1.8이고, 애노드로 일반적으로 사용되는 ITO의 굴절률은 약 1.9이다. 이때, 두 층의 두께는 대략 200~400㎚로 매우 얇고, 기판유리의 굴절률은 1.5이므로, 유기발광소자 내에는 평면 도파로가 자연스럽게 형성된다. 계산에 의하면, 상기 원인에 의한 내부 도파모드로 손실되는 빛의 비율이 약 45%에 이른다. 그리고 기판유리의 굴절률은 약 1.5이고, 외부 공기의 굴절률은 1.0이므로, 기판유리에서 외부로 빛이 빠져 나갈 때, 임계각 이상으로 입사되는 빛은 전반사를 일으켜 기판유리 내부에 고립되는데, 이렇게 고립된 빛의 비율은 약 35%에 이르기 때문에, 불과 발광량의 20% 정도만 외부로 방출된다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 광도파모드에 의해 소실되는 80%의 빛을 외부로 끌어내는 광추출층에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 여기서, 광추출층은 크게 내부 광추출층과 외부 광추출층으로 나뉜다. 이때, 외부 광추출층의 경우에는 다양한 형태의 마이크로 렌즈를 포함하는 필름을 기판 외부에 설치함으로써, 광추출 효과를 얻을 수 있는데, 마이크로 렌즈의 형태에 크게 구애 받지 않은 특성이 있다. 또한, 내부 광추출층은 광도파모드로 소실되는 빛을 직접적으로 추출함으로써, 외부 광추출층에 비해 효율증대 가능성이 훨씬 높은 장점이 있다.
여기서, 종래에는 이러한 내부 광추출층을 제조하기 위해, 패터닝을 통해 층 내에 굴절률이 다른 구조를 형성하는 방법이나 금속산화물입자와 같은 굴절률이 다른 물질을 코팅하는 방법을 주로 사용하였다.
하지만, 내부 광추출층을 통해 광추출 효율이 증대되더라도 외부로 방출되는 발광량을 기준으로 보면, 그 효과가 여전히 미진하고, 공정적으로도 복잡하므로, 보다 간단한 방법으로 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 방법 혹은 기술에 대한 연구가 절실히 요구되고 있는 실정이다.
대한민국 등록특허공보 제1093259호(2011.12.06.)
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 유기발광소자의 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법, 유기발광소자용 광추출 기판 및 이를 포함하는 유기발광소자를 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은, 베이스 기판의 표면에 다수의 몰리브덴(Mo) 입자를 분산시키는 분산단계; 상기 다수의 몰리브덴 입자가 분산되어 있는 상기 베이스 기판의 표면에 금속산화물 나노졸을 코팅하는 코팅단계; 및 상기 금속산화물 나노졸을 소성하는 소성단계를 포함하되, 상기 소성단계 시 상기 다수의 몰리브덴 입자는 승화되고, 상기 다수의 몰리브덴 입자가 승화된 자리 각각에는 기공이 형성되며, 상기 소성단계가 완료되면, 상기 금속산화물 나노졸은 다수의 상기 기공에 대한 매트릭스 층으로 만들어지고, 상기 매트릭스 층의 표면에는 다수의 상기 기공의 형상에 의해 버클링(buckling) 구조가 형성되는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 코팅단계에서는 상기 금속산화물로 SiO2, TiO2, ZrOx, ZnO 및 SnO2를 포함하는 금속산화물 후보군 중 어느 하나 또는 둘 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
이때, 상기 코팅단계에서는 상기 금속산화물로, 루타일(rutile) 결정상의 TiO2를 사용할 수 있다.
또한, 상기 소성단계 후 상기 매트릭스 층 내부에는 부정형의 다수의 나노기공이 형성될 수 있다.
게다가, 상기 소성단계에서, 상기 다수의 몰리브덴 입자의 승화로 인해 상기 다수의 몰리브덴 입자가 차지했던 자리 각각 에 형성된 상기 기공은 상기 베이스 기판과 상기 금속산화물 간의 열팽창계수(CTE) 차이에 의해 크기가 증가될 수 있다.
그리고 상기 소성단계에서는 500℃ 이상의 온도로 상기 금속산화물 나노졸을 소성할 수 있다.
게다가, 상기 코팅단계에서는 상기 금속산화물 나노졸에 다수의 산란입자를 혼합할 수 있다.
이때, 상기 산란입자로는 코어 및 상기 코어와 굴절률 차이를 가지며 상기 코어를 감싸는 쉘로 이루어진 산란입자를 사용할 수 있다.
또한, 상기 산란입자로는 상기 코어가 중공으로 이루어진 산란입자를 사용할 수 있다.
그리고 상기 베이스 기판으로는 플렉서블 기판을 사용할 수 있다.
이때, 상기 베이스 기판으로는 두께 1.5㎜ 이하의 박판 유리를 사용할 수 있다.
한편, 본 발명은, 베이스 기판; 상기 베이스 기판 상에 형성되고, 금속산화물로 이루어진 매트릭스 층; 및 상기 베이스 기판과 상기 매트릭스 층 간의 경계면에서 상기 매트릭스 층 측으로 형성되어 있고, 다수의 몰리브덴(Mo) 입자가 승화되어 형성된 다수의 기공을 포함하되, 상기 매트릭스 층의 표면에는 상기 다수의 기공의 형상이 전사된 형태의 버클링(buckling) 구조가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판을 제공한다.
여기서, 상기 기공은 상기 몰리브덴 입자보다 크기가 클 수 있다.
또한, 상기 매트릭스 층 내부에는 다수의 산란입자가 분산되어 있을 수 있다.
이때, 상기 산란입자는 코어 및 상기 코어와 굴절률 차이를 가지며 상기 코어를 감싸는 쉘로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 코어는 중공으로 이루어질 수 있다.
그리고 상기 매트릭스 층은 루타일(rutile) 결정상의 TiO2로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 매트릭스 층의 내부에는 부정형의 나노기공이 다수 개 형성되어 있을 수 있다.
한편, 본 발명은 상기의 유기발광소자용 광추출 기판이 빛이 방출되는 경로 상에 구비되는 것을 특징으로 하는 유기발광소자를 제공한다.
본 발명에 따르면, 금속산화물 나노졸을 매트릭스 층으로 만드는 소성 과정에서, 베이스 기판과 금속산화물 나노졸 간의 경계에 형성되어 있던 몰리브덴을 승화시킴으로써, 그 자리에 광 산란이 가능한 기공을 형성할 수 있고, 만들어지는 매트릭스 층의 표면에 광 도파모드의 교란이 가능한 버클링(buckling) 구조를 형성할 수 있으며, 이를 통해, 유기발광소자의 광추출 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법을 나타낸 공정 흐름도.
도 2 내지 5는 본 발명의 실시 예에 따른 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법을 공정 순으로 나타낸 공정 모식도.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 광추출 기판 제조방법을 통해 제조된 광추출 기판을 유기발광소자에 적용한 단면 모식도.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법, 유기발광소자용 광추출 기판 및 이를 포함하는 유기발광소자에 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.
본 발명의 실시 예에 따른 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법은 유기발광소자(도 6의 10)로부터 발광된 빛이 외부로 방출되는 경로 상에 배치되어, 유기발광소자(10)로부터 발광된 빛을 외부로 방출시키는 통로 역할을 하는 한편, 유기발광소자(10)의 광추출 효율을 향상시킴과 아울러, 유기발광소자(10)를 외부 환경으로부터 보호하는 역할을 하는 광추출 기판(도 6의 100)을 제조하는 방법이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 이러한 본 발명의 실시 예에 따른 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법은 분산단계(S1), 코팅단계(S2) 및 소성단계(S3) 포함한다.
먼저, 도 2에 도시한 바와 같이, 분산단계(S1)는 베이스 기판(110)의 표면에 다수의 몰리브덴(Mo) 입자(120)를 분산시키는 단계이다. 분산단계(S1)에서는 스퍼터(sputter)를 이용하여 몰리브덴 입자(120)를 베이스 기판(110)의 표면에 분산시킬 수 있다. 이 외에도 분산단계(S1)에서는 프린팅(printing)이나 스프레이(spray) 등을 통해서도 다수의 몰리브덴 입자(120)를 베이스 기판(110) 표면에 분산시킬 수 있다. 이러한 다수의 몰리브덴 입자(120)는 후속공정으로 진행되는 소성단계(S3)에서 승화되고, 다수의 몰리브덴 입자(120)가 승화된 자리 각각에는 광 산란체 역할을 하는 기공(도 5의 140)이 형성되는데, 이에 대해서는 하기에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
한편, 표면에 다수의 몰리브덴 입자(120)가 분산되는 베이스 기판(110)은 본 발명의 실시 예에 따라 제조되는 광추출 기판(도 5의 100)이 유기발광소자(도 6의 10)에 적용되는 경우, 유기발광소자(10)의 전방, 즉, 유기발광소자(10)로부터 발광된 빛이 외기와 접하는 부분에 배치되어, 발광된 빛을 외부로 투과시킴과 아울러, 유기발광소자(10)를 외부 환경으로부터 보호하는 봉지(encapsulation) 기판으로서의 역할을 한다. 이러한 베이스 기판(110)은 투명 기판으로, 광 투과율이 우수하고 기계적인 물성이 우수한 것이면 어느 것이든 제한되지 않는다. 예를 들어, 베이스 기판(110)으로는 열경화 또는 UV 경화가 가능한 유기필름인 고분자 계열의 물질이 사용될 수 있다. 또한, 베이스 기판(110)으로는 화학강화유리인 소다라임 유리(SiO2-CaO-Na2O) 또는 알루미노실리케이트계 유리(SiO2-Al2O3-Na2O)가 사용될 수 있다. 여기서, 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 광추출 기판(100)을 채용하는 유기발광소자(10)가 조명용인 경우, 베이스 기판(110)으로는 소다라임 유리가 사용될 수 있다. 이외에도 베이스 기판(110)으로는 금속산화물이나 금속질화물로 이루어진 기판이 사용될 수도 있다. 그리고 본 발명의 실시 예에서는 베이스 기판(110)으로 플렉서블(flexible) 기판이 사용될 수 있는데, 특히, 두께 1.5㎜ 이하의 박판 유리가 사용될 수 있다. 이때, 이러한 박판 유리는 퓨전(fusion) 공법 또는 플로팅(floating) 공법을 통해 제조될 수 있다.
다음으로, 도 3에 도시한 바와 같이, 코팅단계(S3)는 다수의 몰리브덴 입자(120)가 분산되어 있는 베이스 기판(110)의 표면에 금속산화물 나노졸(nano sol)(131)을 코팅하는 단계이다. 코팅단계(S2)에서는 다수의 몰리브덴 입자(120)가 승화됨으로써 형성되는 다수의 기공(도 5의 140)에 대한 매트릭스 층(도 5의 130)을 이루게 될 나노졸(131)을 이루는 금속산화물로, 고굴절(high refractive index; HRI) 금속산화물, 예컨대, 굴절률(n)이 1.5~2.7인 금속산화물을 사용할 수 있다. 예를 들어, 코팅단계(S2)에서는 나노졸(131)을 이루는 금속산화물로, SiO2, TiO2, ZrOx, ZnO 및 SnO2를 포함하는 금속산화물 후보군 중 어느 하나 또는 둘 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 특히, 코팅단계(S1)에서는 나노졸(131)을 이루는 금속산화물로 루타일(rutile) 결정상의 TiO2를 사용할 수 있다. 나노졸(131)을 이루는 금속산화물로 루타일(rutile) 결정상의 TiO2를 사용하게 되면, 후속 공정으로 진행되는 소성과정에서, TiO2 내부에 몰리브덴 입자(120)가 승화됨으로써 형성되는 기공(도 5의 140)과는 별개인 부정형의 다수의 나노기공(미도시)이 형성되는데, 이에 대해서는 하기에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
한편, 도시하진 않았지만, 코팅단계(S2)에서는 금속산화물 나노졸(131)에 다수의 산란입자를 혼합할 수 있다. 예를 들어, 코팅단계(S2)에서는 금속산화물 나노졸(131)과 굴절률 차이가 0.3 이상인 산란입자들을 금속산화물 나노졸(131)에 혼합할 수 있다. 이때, 산란입자로는 코어 및 코어와 굴절률 차이를 가지며 코어를 감싸는 쉘로 이루어진 산란입자를 사용할 수 있고, 특히, 코어가 중공으로 이루어진 산란입자를 사용할 수 있다. 즉, 코팅단계(S2)에서는 단일 물질로 이루어져 단일 굴절률을 갖는 통상의 산란입자들, 코어와 쉘이 굴절률 차이를 갖는 코어-쉘 구조의 산란입자들 및 코어가 중공으로 이루어진 코어-쉘 구조의 산란입자들 중 어느 하나의 산란입자들을 금속산화물 나노졸(131)에 혼합하는 다수의 산란입자로 사용할 수 있다. 또한, 코팅단계(S2)에서는 이들 중 둘 이상을 소정 비율로 섞어, 금속산화물 나노졸(131)에 혼합하는 다수의 산란입자로 사용할 수 있다. 이와 같이, 다양한 조합으로 이루어질 수 있는 다수의 산란입자는 후속공정을 통해 형성되는 다수의 기공(도 5의 140)과 함께, 유기발광소자(10)로부터 방출되는 빛을 다양한 혹은 복잡한 경로로 산란시켜, 유기발광소자(10)의 광추출 효율을 향상시키는 역할을 하게 된다. 특히, 산란입자가 서로 굴절률 차이를 갖는 코어-쉘 구조로 이루어지면, 코어와 쉘 간의 굴절률 차이를 통해, 유기발광소자(10)로부터 방출되는 빛을 외부로 추출하는 효율을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
다음으로, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 소성단계(S3)는 코팅단계(S2)를 통해, 베이스 기판(110) 및 베이스 기판(110)의 표면에 분산되어 있는 다수의 몰리브덴 입자(120) 상에 코팅된 금속산화물 나노졸(131)을 소성하는 단계이다. 본 발명의 실시 예에 따른 소성단계(S3)에서는 금속산화물 나노졸(131)을 소성하여, 이를 매트릭스 층(130)으로 만든다. 이때, 금속산화물 나노졸(131)을 소성하는 과정에서, 베이스 기판(110)의 표면에 분산되어 있는 다수의 몰리브덴 입자(120)는 승화되고, 다수의 몰리브덴 입자(120)가 승화된 자리 각각에는 기공(140)이 형성된다. 이를 위해, 즉, 금속산화물 나노졸(131)에 대한 소성과 아울러, 몰리브덴 입자(120)를 승화시키기 위해, 소성단계(S3)에서는 몰리브덴 입자(120)의 승화점 이상의 온도, 예컨대, 500℃ 이상의 온도로 금속산화물 나노졸(131)을 소성한다.
여기서, 몰리브덴 입자(120)가 승화된 자리, 즉, 소성 전, 몰리브덴 입자(120)가 차지했던 자리에 형성되는 기공(140)은 베이스 기판(110)과 나노졸(131)을 이루는 금속산화물 간의 열팽창계수(CTE) 차이에 의해 크기가 증가될 수 있다. 즉, 베이스 기판(110)의 열팽창계수(CTE)가 나노졸(131)을 이루는 금속산화물의 열팽창계수(CTE)보다 클 때, 소성과정에서 나노졸(131)은 수축하게 되고, 이 과정에서, 몰리브덴 입자(120)의 승화로 인해 형성된 기공(140)의 크기는 증가하게 된다. 그리고 이로 인해, 소성되어 만들어진 매트릭스 층(130)의 표면에는 크기가 증가된 다수의 기공(140)의 형상에 의해 버클링(buckling) 구조가 형성된다. 이러한 버클링 구조는 유기발광소자(10)로부터 방출된 빛이 베이스 기판(110)과의 굴절률 차이에 따른 광 도파모드로 인해 손실되는 것을 방지하는 역할을 한다. 즉, 매트릭스 층(130)의 표면에 형성되는 버클링 구조는 광 도포모드를 교란시키는 역할을 하고, 이를 통해, 유기발광소자(10)의 광추출 효율은 증가하게 된다.
한편, 코팅단계(S2)에서, 소성 후 매트릭스 층(130)을 이루게 될 금속산화물 나노졸(131)로, 루타일(rutile) 결정상의 TiO2를 사용한 경우에는 TiO2 내부에 부정형의 다수의 나노기공(미도시)이 형성된다. 이때, 나노기공(미도시)은 몰리브덴 입자(120)가 승화됨으로써 형성되는 기공(140)과 달리, TiO2가 소성되는 과정에서 자연 발생된다. 이러한 나노기공(미도시)은 몰리브덴 입자(120)의 승화로 형성된 기공(140)과 함께 복잡한 산란구조를 이뤄, 유기발광소자(10)의 광추출 효율을 향상시키는 역할을 한다. 이때, 부정형의 나노기공(미도시)은 리브덴 입자(120)의 승화로 인해 정형화된 형태로 형성된 기공(140)과 비교할 때, 이와 동등하거나 그 이상의 광 산란 효과를 구현할 수 있다. 즉, 루타일 결정상의 TiO2로 이루어진 매트릭스 층(130) 내부에 부정형의 나노기공(미도시)이 많이 형성될수록, 다시 말해, 매트릭스 층(130)에서 다수의 나노기공(미도시)이 차지하는 면적이 넓을수록, 우수한 광추출 효율을 구현할 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 이러한 소성단계(S3)가 완료되면, 본 발명의 실시 예에 따른 유기발광소자용 광추출 기판(100)이 제조된다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 유기발광소자용 광추출 기판(100)은 베이스 기판(110), 매트릭스 층(130) 및 다수의 기공(140)을 포함하여 형성된다. 이때, 다수의 기공(140)은 다수의 몰리브덴 입자(120)가 승화된 자리에 형성되는 것으로, 베이스 기판(110)과 매트릭스 층(130) 간의 경계면에서 매트릭스 층(130) 측으로 형성된다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 매트릭스 층(130)의 표면에는 다수의 기공(140)의 형상에 의해 버클링 구조가 형성된다.
여기서, 이러한 기공(140)은 상술했듯이, 본 발명의 실시 예에 따른 소성단계(S3) 시 몰리브덴 입자(120)의 승화로 인해, 그 자리에 형성된 후, 매트릭스 층(130)으로 만들어진 나노졸(131)을 이루는 금속산화물과 베이스 기판(110) 간의 열팽창계수(CTE) 차이로 인해, 나노졸(131)이 수축되는 과정에서 그 크기가 증가되고, 이에 따라, 몰리브덴 입자(120)보다 크기가 증가된 형태를 이룬다.
또한, 도시하진 않았지만, 매트릭스 층(130) 내부에는 단일 굴절률 또는 다중 굴절률을 갖는 코어-쉘 구조의 산란입자들이 분산되어 있을 수 있는데, 이러한 산란입자들은 다수의 기공(140)과 함께 복잡한 산란구조를 이루게 된다.
한편, 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 광추출 기판(100)은 유기발광소자(10)로부터 발광된 빛이 방출되는 경로 상에 배치되어, 유기발광소자(10)의 광추출 효율을 향상시키는 역할을 하는 광 기능성 기판으로서의 역할을 하게 된다. 이때, 매트릭스 층(130) 및 이의 내부에 형성되어 있는 다수의 기공(140)은 유기발광소자(10)의 내부 광추출층을 이루게 된다.
매트릭스 층(130)의 내부에 형성되어 있는 다수의 기공(140)은 매트릭스 층(130)과의 굴절률 차이를 이룸과 아울러, 유기발광소자(10)로부터 발광된 빛의 경로를 복잡화 혹은 다변화시켜, 전방으로의 광의 추출 효율을 향상시키는 역할을 하게 된다. 또한, 다수의 기공(140)의 형상으로 인해, 매트릭스 층(130)의 표면에 형성된 버클링 구조는 유기발광소자(10)로부터 발광된 빛에 대한 광 도포모드를 교란시켜, 기공(140)과 마찬가지로, 전방으로의 광의 추출 효율을 향상시키는 역할을 하게 된다. 그리고 매트릭스 층(130) 내부에 분산되어 있는 다수의 산란입자(미도시) 또한, 다수의 기공(140)과 함께 복잡한 광 산란구조를 이룸으로써, 전방으로의 광의 추출 효율을 향상시키는 역할을 하게 된다.
한편, 구체적으로 도시하진 않았지만, 유기발광소자(10)는 본 발명의 실시 예에 따른 광추출 기판(100) 및 유기발광소자(10)에 대한 인캡슐레이션을 위해, 이와 대향되게 위치되는 기판(미도시) 사이에 배치되는 애노드 전극, 유기 발광층 및 캐소드 전극의 적층 구조로 이루어진다. 이때, 애노드 전극은 정공 주입이 잘 일어나도록 일함수(work function)가 큰 금속, 예컨대, Au, In, Sn 또는 ITO와 같은 금속 또는 금속산화물로 이루어질 수 있다. 또한, 캐소드 전극은 전자 주입이 잘 일어나도록 일함수가 작은 Al, Al:Li 또는 Mg:Ag의 금속 박막으로 이루어질 수 있다. 이때, 유기발광소자가 전면 발광형인 경우, 캐소드 전극은 유기 발광층에서 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 발광층은 애노드 상에 차례로 적층되는 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층 및 전자 주입층을 포함하여 형성될 수 있다. 이때, 유기발광소자가 조명용 백색 유기발광소자로 이루어지는 경우, 예컨대, 발광층은 청색 영역의 광을 방출하는 고분자 발광층과 오렌지-적색 영역의 광을 방출하는 저분자 발광층의 적층 구조로 형성될 수 있고, 이 외에도 다양한 구조로 형성되어 백색 발광을 구현할 수 있다. 또한, 유기발광소자는 텐덤(tandem) 구조로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 유기 발광층은 복수 개로 구비되고, 각각의 유기 발광층은 전하 생성층(charge generation layer; CGL)으로 이루어진 연결층(interconnecting layer)을 매개로 교번 배치될 수 있다.
이러한 구조에 따라, 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 순방향 전압이 인가되면, 캐소드 전극으로부터 전자가 전자 주입층 및 전자 수송층을 통해 발광층으로 이동하게 되고, 애노드 전극으로부터 정공이 정공 주입층 및 정공 수송층을 통해 발광층으로 이동하게 된다. 그리고 발광층 내로 주입된 전자와 정공은 발광층에서 재결합하여 엑시톤(exciton)을 생성하고, 이러한 엑시톤이 여기상태(excited state)에서 기저상태(ground state)로 전이하면서 빛을 방출하게 되는데, 이때, 방출되는 빛의 밝기는 애노드 전극과 캐소드 전극 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: 유기발광소자용 광추출 기판 110: 베이스 기판
120: 몰리브덴 입자 131: 금속산화물 나노졸
130: 매트릭스 층 140: 기공
10: 유기발광소자

Claims (19)

  1. 베이스 기판 표면에 다수의 몰리브덴(Mo) 입자를 분산시키는 분산단계;
    상기 다수의 몰리브덴 입자가 분산되어 있는 상기 베이스 기판 표면에 금속산화물 나노졸을 코팅하는 코팅단계; 및
    상기 금속산화물 나노졸을 소성하는 소성단계;
    를 포함하되,
    상기 소성단계 시 상기 다수의 몰리브덴 입자는 승화되고, 상기 다수의 몰리브덴 입자가 승화된 자리 각각에는 기공이 형성되며,
    상기 소성단계가 완료되면, 상기 금속산화물 나노졸은 다수의 상기 기공에 대한 매트릭스 층으로 만들어지고,
    상기 매트릭스 층의 표면에는 다수의 상기 기공의 형상에 의해 버클링(buckling) 구조가 형성되는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코팅단계에서는 상기 금속산화물로 SiO2, TiO2, ZrOx, ZnO 및 SnO2를 포함하는 금속산화물 후보군 중 어느 하나 또는 둘 이상을 조합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 코팅단계에서는 상기 금속산화물로, 루타일(rutile) 결정상의 TiO2를 사용하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 소성단계 후 상기 매트릭스 층 내부에는 부정형의 다수의 나노기공이 형성되는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 소성단계에서, 상기 다수의 몰리브덴 입자의 승화로 인해 상기 다수의 몰리브덴 입자가 차지했던 자리 각각에 형성된 다수의 상기 기공은 상기 베이스 기판과 상기 금속산화물 간의 열팽창계수(CTE) 차이에 의해 크기가 증가되는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 소성단계에서는 500℃ 이상의 온도로 상기 금속산화물 나노졸을 소성하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 코팅단계에서는 상기 금속산화물 나노졸에 다수의 산란입자를 혼합하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 산란입자로는 코어 및 상기 코어와 굴절률 차이를 가지며 상기 코어를 감싸는 쉘로 이루어진 산란입자를 사용하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 산란입자로는 상기 코어가 중공으로 이루어진 산란입자를 사용하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 기판으로는 플렉서블 기판을 사용하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 베이스 기판으로는 두께 1.5㎜ 이하의 박판 유리를 사용하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  12. 베이스 기판;
    상기 베이스 기판 상에 형성되고, 금속산화물로 이루어진 매트릭스 층; 및
    상기 베이스 기판과 상기 매트릭스 층 간의 경계면에서 상기 매트릭스 층 측으로 형성되어 있고, 다수의 몰리브덴(Mo) 입자가 승화되어 형성된 다수의 기공;
    을 포함하되,
    상기 매트릭스 층의 표면에는 상기 다수의 기공의 형상에 의해 버클링(buckling) 구조가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 기공은 상기 몰리브덴 입자보다 크기가 큰 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 매트릭스 층 내부에는 다수의 산란입자가 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 산란입자는 코어 및 상기 코어와 굴절률 차이를 가지며 상기 코어를 감싸는 쉘로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 코어는 중공으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 매트릭스 층은 루타일(rutile) 결정상의 TiO2로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 매트릭스 층의 내부에는 부정형의 나노기공이 다수 개 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판.
  19. 제12항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 유기발광소자용 광추출 기판이 빛이 방출되는 경로 상에 구비되는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
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