KR101677174B1 - 발광 소자 - Google Patents

Abstract

발광 소자를 제공한다. 발광 소자는, 상부면에 불규칙한 패턴의 요철을 갖는 광 투과성의 기판, 상기 기판 상에 배치되며, 상기 기판 표면 프로파일에 대응되는 굴곡을 갖는 광 투과성의 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 배치되며, 상기 제1 전극 표면 프로파일에 대응되는 굴곡을 갖는 유기 발광층, 및 상기 유기 발광층 상에 배치되며, 상기 유기 발광층 표면 프로파일에 대응되는 굴곡을 갖는 제2 전극을 포함한다.

Description

발광 소자{Emitting device}

본 발명은 발광 소자에 관련된 것으로서, 더욱 상세하게는 유기 발광 다이오드에 관련된 것이다.

본 발명은 지식경제부의 정보통신연구개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.[과제관리번호 : 2009-F-016-01, 과제명 : 환경/감성형 OLED 면조명 기술]

발광 소자는 스스로 발광하는 소자로서 넓은 시야각, 빠른 응답 속도 및 높은 색 재현율로 인하여 디스플레이 장치에 응용되어 개발되어 왔다. 최근 발광 소자를 조명에 응용하는 연구 개발이 활발히 진행되고 있다. 이러한 발광 소자는 얇은 평탄 층상 구조를 가짐으로써, 외부 발광 효율이 약 20% 이하로 매우 낮은 단점이 있다. 따라서, 발광 효율이 증대된 발광 소자의 개발이 시급한 실정이다.

본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는 넓은 면적에 저비용으로 형성된 고효율의 발광 소자를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 개념에 따른 일 실시예는 발광 소자를 제공한다. 발광 소자는, 상부면에 불규칙한 패턴의 요철을 갖는 광 투과성의 기판, 상기 기판 상에 배치되며, 상기 기판 표면 프로파일에 대응되는 굴곡을 갖는 광 투과성의 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 배치되며, 상기 제1 전극 표면 프로파일에 대응되는 굴곡을 갖는 유기 발광층 및 상기 유기 발광층 상에 배치되며, 상기 유기 발광층 표면 프로파일에 대응되는 굴곡을 갖는 제2 전극을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 요철은 상기 기판과 일체형일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 요철은, 상기 기판의 상부면에 부착된 입자들(particles); 및 상기 입자들을 상기 기판 상부면에 포획시키기 위한 접착막을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 발광 소자는, 상기 요철이 형성된 기판 상부면 및 제1 전극 사이에 개재되며, 상기 요철의 형상, 크기 및 간격을 변형시키는 변형층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 요철의 평균 높이가 20 nm 내지 5 ㎛이고, 상기 요철 사이의 평균 간격은 20 nm 내지 10 ㎛이고, 상기 요철의 정상 부위의 단면 곡률반경은 5 nm 이상일 수 있다.
본 발명의 개념에 따른 일 실시예는 발광 소자의 제조 방법을 제공한다. 발광 소자의 제조 방법은: 광 투과성의 기판 상부면에 불규칙한 패턴의 요철을 형성하고; 상기 요철이 형성된 기판 상에, 상기 요철의 표면 프로파일을 따라 연속적으로 광 투과성의 제1 전극을 형성하고; 상기 제1 전극 상에, 상기 제1 전극의 표면 프로파일을 따라 연속적으로 유기 발광층을 형성하고; 및 상기 유기 발광층 상에, 상기 제1 전극의 표면 프로파일을 따라 연속적으로 제2 전극을 형성하는 것을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기판 상부면에 요철을 형성하는 것은, 평탄한 상부면을 갖는 기판을 마련하고; 상기 기판의 상부면을 습식 식각하여 요철을 형성하고; 및 상기 요철이 형성된 기판을 세척하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 기판 상부면에 요철을 형성하는 것은, 평탄한 상부면을 갖는 기판을 마련하고; 상기 기판의 상부면에 기판 보다 경도가 높은 입자들을 물리적으로 가압하여 상기 기판 상부면에 요철을 형성하고; 및 상기 입자들을 제거하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 기판 상부면에 요철을 형성하는 것은, 평탄한 상부면을 갖는 기판에 입자들을 부착시키고; 및 상기 입자들이 부착된 기판 상부면에 접착막을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 발광 소자의 제조 방법은, 상기 기판의 상부면에 상기 요철을 형성한 후, 상기 요철의 형상, 크기 및 간격을 변형하기 위한 변형층을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 개념에 따른 실시예들에 따르면, 기존의 방법에 비해 적용하기 용이하고, 제조 공정이 복잡하지 않아 저비용으로 광추출 효율을 높인 대면적 발광 소자를 제조할 수 있다. 또한, 요철의 형상, 크기 및 간격을 조절할 수 있어, 광 추출 효율을 조절하고, 요철 형상에 의해 발생하는 문제들을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도들이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도들이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도들이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다.

(발광 소자- 제1 실시예 )

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 발광 소자(10)는, 기판(100), 요철(102), 제1 전극(104), 유기 발광층(106) 및 제2 전극(108)을 포함할 수 있다.

기판(100)은 제1 면과, 제1 면에 대향하는 제2 면을 포함할 수 있다. 이하에서는, 설명의 용이성을 위하여 제1 면을 상부면이라 한다. 기판(100)은 광 투과성 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 기판(100)으로는 유기 기판 또는 플라스틱 기판이 채용될 수 있다. 유리 기판을 기판(100)으로 채용하는 경우, 기판(100)의 굴절률은 약 1.5 정도일 수 있다.

기판(100)의 상부면에는 요철(102)이 형성한다. 기판(100)의 상부면에 형성된 요철(102)은 기판(100)과 일체형으로 형성될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예들에 따르면, 기판(100)의 상부면에 화학적 또는 물리적 공정을 수행하여, 기판(100) 상부면에 요철(102)을 형성할 수 있다.

기판(100)의 상부면에 형성된 요철(102)은 불규칙적으로 형성되는 것을 특징으로 한다. 요철(102)은 다각형 또는 원형의 단면을 가질 수 있으며, 상부로 갈수록 단면적이 감소할 수 있다. 일 예로, 요철(102)은 첨단(cusp)을 가질 수 있다. 다른 예로는, 요철(102)은 완만한 끝단을 가질 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예들에 따르면, 요철(102)의 평균 높이는 약 20nm 내지 약 5.0㎛일 수 있다. 불규칙한 요철(102) 사이의 평균 간격은 약 20nm 내지 약 10㎛일 수 있다. 요철(102) 정상 부위의 단면 장축의 길이는 약 5nm 이상일 수 있다.

제1 전극(104)은 기판(100) 상에, 기판(100) 표면 프로파일에 대응되는 굴곡을 가지며 배치될 수 있다. 제1 전극(104)은 통상적으로 발광 소자(10)에서 투명 전극이라고도 한다. 제1 전극(104)은 광 투과성이 우수한 ITO(Indium Tin Oxide)나 IZO(Indium Zinc Oxide)로 이루어질 수 있다. 제1 전극(104)은 약 1.8 내지 약 1.9의 굴절률을 가질 수 있다. 또한, 제1 전극(104)은 발광 소자(10)의 홀을 공급하는 애노드(anode)로 기능할 수 있다.

유기 발광층(106)은 제1 전극(104) 상에, 제1 전극(104) 표면 프로파일에 대응되는 굴곡을 가지며 배치될 수 있다. 유기 발광층(106)은 광을 생성하는 하나 이상의 층으로 이루어진 발광층(106)을 포함한다. 일 예로, 유기 발광층(106)은 홀 주입층, 홀 수송층, 발광층, 전자 수송층 및 전자 주입층이 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있다. 다른 예로, 발광층은 청색 발광층, 녹색 발광층 및 적색 발광층 등의 다수의 발광층을 포함할 수도 있다.

하기 식(1)의 스넬 법칙에 따르면, 면의 수직에 대하여 임계각 이상의 각도로 굴절률이 높은 매질에서 낮은 매질로 경계면에 입사되는 광들은 모두 전반사되어 외부로 방출되지 못하고 발광 소자(10) 내부에서 소멸될 수 있다.

---------- 식(1)

n₁는 입사 전의 물질의 굴절률, n₂는 입사 후의 물질의 굴절률, a₁는 입사면 법선에 대한 입사각, a₂는 입사면 법선에 대한 굴절각을 각각 말한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 발광 소자(10)의 유기 발광층(106)의 굴절률이 약 1.6 내지 약 1.8이고, 제1 전극(104)의 굴절률이 약 1.8 내지 약 1.9일 때, 애노드로 사용되는 제1 전극(104)의 굴절률이 유기 발광층(106)의 굴절률보다 크기 때문에 유기 발광층(106)과 제1 전극(104) 사이의 전반사는 발생하지 않는다.

유기 발광층(106)과 제1 전극(104) 사이의 전반사는 발생하지 않을 수 있다.

제2 전극(108)은 유기 발광층(106) 상에, 유기 발광층(106)의 표면 프로파일에 대응되는 굴곡을 가지며 배치될 수 있다. 제2 전극(108)은 배면 발광형 발광 소자에서 통상적으로 반사 전극이라고도 한다. 제2 전극(108)은 알루미늄과 같이 반사율이 우수한 금속을 포함할 수 있다. 또한, 제2 전극(108)은 유기 발광층(106)에 전자를 공급하는 캐소드(cathode)의 기능할 수 있다.

발광 소자(10)의 원리를 간략하게 설명하면 다음과 같다. 제1 전극(104)과 제2 전극(108) 사이에 전압이 인가되면, 캐소드인 제2 전극(108)에서 공급하는 전자와 애노드인 제1 전극(104)에서 공급하는 홀이 유기 발광층(106)에서 결합하여, 엑시톤(exciton)이 형성된다. 형성된 엑시톤이 발광 재결합(radiative recombination)을 하면서 광이 생성된다. 이때, 생성된 광의 발광 파장에 비해서 엑시톤이 형성된 위치가 제1 전극(104) 또는 제2 전극(108)과의 거리가 아주 가까이 있기 때문에 광학 간섭 현상에 의해서 발생된 광의 외부 방출 과정에서 방출 요율 및 특정 파장의 비율이나 방향이 큰 영향을 받을 수 있다.

또한, 유기 발광층(106)을 구성하는 각 층의 두께가 광학 파장에 비해 얇기 때문에 이렇게 생성된 광이 최종적으로 발광 소자(10)의 외부로 방출되기 위해서는 각 층들의 경계에서의 다층 반사-투과 및 간섭 현상들을 모두 만족하여야 한다.

여기에서 발광 소자(10)를 광학적으로 보면, 유리 재질의 기판(100)의 굴절률이 1.5 정도이고, 유기 발광층(106) 및 제1 전극(104)이 수백 nm 미만으로 매우 얇아 유기 발광층(106)에서 발생된 광의 대부분이 기판(100)에 표면에 수직이지 않고, 기판(100)에 평행에 가까운 각도로 입사하게 되어, 발광 소자(10) 밖으로 방사되지 않고 제1 전극(104) 또는 유기 발광층(106)의 도파 모드로 잔류할 수 있다. 여기에서, 도파 모드는 발광 소자(10) 내의 각 층에 갇혀 층 내부에서 도파되는 광의 상태를 이른다. 한편, 발광 소자(10)의 각 층들의 경계면을 지나 외부 공기로 방출되는 광의 상태를 방출 모드라 한다. 또한, 도파 모드의 광을 방출 모드의 광으로 전환시켜 발광 소자(10) 외부로 출사 시키는 것을 광추출이라 한다.

톰슨(Thompsom) 등에 의하면 유기 발광 소자의 발광 효율을 나타내는 외부 에너지 효율은, 소자의 내부 에너지 효율과 광 추출 효율의 곱으로 나타낼 수 있고, 유기 발광층(106)에서 방출된 광이 굴절률이 다른 상기 각 층의 경계면을 통과하는 과정에서 전반사 등의 이유로 기판 외부로 방출되지 못하고 각 층 내부에 붙잡히기 때문에 외부 광 효율이 20%가 넘지 못한다고 알려져 있다. (Optics Letters 22, 6, 396, 1997)

본 발명의 몇몇 실시예들에 따르면, 기판(100) 상부면에 형성된 불규칙한 요철(102)에 의해, 제1 전극(104) 및 기판(100) 사이에서 발생하는 전반사에 의한 광추출 효율 저하를 방지할 수 있다. 언급한 바와 같이, 유기 발광층(106)과 제1 전극(104)을 따라 도파되는 광 모드가, 요철(102)과 부딪치면서 산란되어 기판(100) 외부로 방출되는 가능성이 높아질 수 있다.

또한, 임계각 이상으로 입사된 광은 제1 전극(104)에서 기판(100)의 경계면에 입사되어 전반사될 광 경로의 광도 제1 전극(104)에서 기판(100)의 요철(102)에서 수직 방향으로 꺾이거나 경계면의 접선면이 광 경로의 수직에 가깝게 되어 전반사를 일으키지 않을 수 있다. 따라서, 전반사되어 발광 소자(10) 안에 갇히게 될 광이 발광 소자(100) 밖으로 출사될 수 있다. 이는 고 굴절률 매질의 볼록 렌즈에서 저 굴절률 매질로 광이 이동할 때 렌즈에 의해 법선에 가까운 방향으로 광이 굴절되는 원리를 이용하는 것이다.

상세하게 도시되어 있지는 않지만, 발광 소자(10)는, 마이크로 렌즈 어레이 및 보호막을 더 포함할 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이는 기판(100)의 제2 면에 배치될 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이는 특히, 패턴 형태의 면 광원에서 광추출 효율을 높일 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이는 구면 또는 비구면으로 형성할 수도 있고, 피라미드 형태의 사각뿔 형태로 형성할 수도 있다. 본 발명에서는 마이크로 렌즈 어레이의 형태를 한정하는 것은 아니다. 보호막은 제2 전극(108) 상부면에 배치될 수 있다. 제2 전극(108) 상부에 배치된 보호막으로는 유기 발광층(106)을 보호하기 위하여 밀폐 보호층 또는 유리판 등으로 패키징하는 것이 적용될 수 있다.

(발광 소자- 제2 실시예 )

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.

도 2를 참조하면, 발광 소자(20)는 기판(200), 요철(202, 204), 제1 전극(206), 유기 발광층(208) 및 제2 전극(210)을 포함할 수 있다.

기판(200)은 평탄한 상부면을 가질 수 있다.

요철(202, 204)은 기판(200) 상부면에 배치되며, 광 투과성 물질을 포함할 수 있다. 요철(202, 204)은 입자들(202) 및 접착막(204)을 포함할 수 있다.

입자들(202)은 기판의 상부면에 뿌려질 수 있다. 일 예로, 입자들(202)은 기판(200)의 상부면에 불규칙하게 뿌려질 수 있다. 다른 예로, 입자들(202)은 기판(200)의 상부면에 규칙적으로 뿌려질 수도 있다.

본 발명의 몇몇 실시예들에 따르면, 입자들(202)은 1 내지 1.6의 굴절률을 가질 수 있다. 또한, 입자들(202)은 파우더 타입 또는 구슬(bead) 타입일 수 있다.

접착막(204)은 기판(200) 상부면에 배치된 입자들(202)을 기판(200) 상부면에 접착시키는 기능을 수행할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예들에 따르면, 접착막(204)은 1.4 내지 2.4의 굴절률을 가질 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예들에 따르면, 요철(202, 204)의 평균 높이는 약 20nm 내지 약 5.0㎛일 수 있다. 불규칙한 요철(202, 204) 사이의 평균 간격은 약 20nm 내지 약 10㎛일 수 있다. 요철(202, 204) 정상 부위의 단면 곡률 반경은 약 5nm 이상일 수 있다.

본 실시예의 제1 전극(206), 유기 발광층(208) 및 제2 전극(210)은 제1 실시예 및 도 1에서 설명된 것들과 실질적으로 동일하여 그 설명을 생략하기로 한다.

(발광 소자- 제3 실시예 )

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.

도 3을 참조하면, 발광 소자(30)는 기판(300), 요철(302), 변형층(304), 제1 전극(306), 유기 발광층(308) 및 제2 전극(310)을 포함할 수 있다.

기판(300) 상부면에 요철(302)이 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(100)의 상부면을 화학적 또는 물리적 방법으로 요철을 형성하여, 요철(102)이 기판(100)과 일체형으로 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(200) 상부면에 입자들(202) 및 접착막(204)을 포함하는 요철(202, 204)이 구비될 수 있다.

변형층(304)은 요철(302)이 형성된 기판(300)의 상부면에 배치될 수 있다. 변형층(304)은 기판(300) 상부면의 요철(302)의 형상, 크기 및 간격을 변형시킬 수 있다. 변형층(304)은 유기 수지, 무기 물질의 나노 입자를 포함하는 유기 수지 또는 무기 물질을 포함할 수 있다. 나노 입자는 산화 티탄, 산화 주석, 산화 지르코늄, 산화 인듐 및 황화 아연으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 변형층(304)은 약 1.5 내지 2.5의 굴절률을 가질 수 있다.

본 실시예의 제1 전극(306), 유기 발광층(308) 및 제2 전극(310)은 제1 실시예 및 도 1에서 설명된 것들과 실질적으로 동일하여 그 설명을 생략하기로 한다.

(발광 소자의 제조 방법- 제1 실시예 )

도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도들이다.

도 4a를 참조하면, 상부면이 평탄한 기판(100)을 마련할 수 있다.

기판(100)은 광 투과성이 우수한 재질일 수 있다. 예컨대, 기판(100)으로 유리 기판을 적용할 수 있다.

도 4b를 참조하면, 기판(100)의 상부면을 습식 식각하여 요철(102)을 형성할 수 있다.

일 예로, 습식 식각은 평탄한 상부면을 갖는 기판(100)을 식각 용액에 담가 수행될 수 있다. 다른 예로, 습식 식각은 기판(100)의 상부면으로 식각 용액을 스프레이 하여 수행될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 기판(100)의 상부면을 습식 식각하는 동안 기판(100)을 회전시킬 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 습식 식각 중에 식각 용액을 교반하거나 초음파를 가할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 습식 식각 중에 기판(100)을 진동시킬 수 있다.

기판(100)은 식각 용액과 화학 반응하여 기판(100)의 상부면이 식각되기 시작한다. 식각 용액과 기판(100) 상부면의 화학 반응 속도가 기판(100)의 위치에 따라 부분적으로 동일하지 않기 때문에 상대적으로 깊이 식각되는 부분이 발생될 수 있다. 따라서, 식각 속도가 빠른 부분은 상대적으로 깊이 식각되고, 느린 부분은 상대적으로 조금 식각되기 때문에 결과적으로 기판(100)의 상부면에 요철(102)이 형성될 수 있다.

식각 용액의 조성과 농도, 온도, 기판(100)에 식각 용액을 도포하는 방법, 식각 시간, 식각 용액의 교반 인자 제어, 진동수, 진동 폭, 회전 속도 등의 식각 공정 인자들을 조절하면, 요철(102) 형상을 제어할 수 있다. 예를 들면, 목적하는 크기, 높이 및 간격을 일정한 분포를 가지고 제어할 수 있는 불규칙한 요철(102)을 형성할 수 있다.

요철(102)을 형성한 후, 기판(100)을 세정하여 식각 용액을 기판(100)으로부터 제거한다.

이처럼, 기판(100) 상부면을 습식 식각으로 요철(102)을 형성함으로써, 후속하여 형성되는 발광 소자를 저비용으로 완성할 수 있다.

더욱 상세하게 설명하면, 일반적으로 기판(100)에 요철(102)을 형성하는데 있어서, 포토-리소그라피(photo-lithography) 방법이나 전자빔-리소그라피(electron beam-lithography)와 같은 고비용의 패턴 형성 방법을 사용한다. 포토레지스트 패턴을 만든 후 식각하여 미세 패턴을 제작하거나 유연성 및 가소성을 지닌 코팅막을 올린 후 포토-리소그라피 또는 전자빔-리소그라피 등의 방법으로 미세 패턴을 금형에 형성한 후 금형으로 코팅막을 압착하여 기판(100)에 일정한 규칙을 갖는 미세 패턴을 형성한다. 또한, 별도의 기판과 열 가소성 수지를 사용하여 볼록한 렌즈 어레이를 인쇄한 후 별도의 기판 위에 하지층이라는 접착 수지를 도포하고 렌즈 어레이를 거꾸로 붙이고 렌즈 어레이 성형 시 사용한 별도의 기판(100)을 떼어내는 방식으로 형성하는 방법이 있다. 상기 언급한 방법들은 복잡하고 정밀한 여러 단계의 공정을 거쳐야 하는 불편한 점이 있어 공정 비용이 높아지고 생산 수율을 떨어뜨리는 원인이 될 수 있다.

따라서, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따라 형성된 요철(102)은 저비용의 습식 식각 공정을 이용하여 공정 비용을 낮출 수 있다. 또한, 별도의 필름을 접착하는 과정에서 발생할 수 있는 추가적인 광흡수에 의한 손실을 억제할 수 있다.

도 4c를 참조하면, 요철(102)이 형성된 기판(100)을 열처리할 수 있다.

열처리 공정으로 요철(102)의 형상 및 높이를 조절할 수 있다.

더욱 상세하게 설명하면, 유리 또는 플라스틱 소재의 기판(100)은 유리전이온도 이상으로 온도를 높이면, 물질 이동이 부분적으로 일어날 수 있다. 특히, 뾰족한 형상을 지닌 부분과 기계적 스트레스를 받고 있는 부분은 활발하게 물질이동이 일어나 뾰족한 부분이 둥근 형상으로 변화하고 스트레스가 완화되는 특징이 있다. 발광 소자는 부분적으로 뾰족한 형상이 돌출되어 있는 경우, 그 부분에 국부적으로 전압이 높아져 소자가 파괴는 위험이 있어, 결과적으로 발광 소자의 수명이 단축될 수 있다. 요철(102) 중 형상이 뾰족하거나 기계적 스트레스가 부분적으로 크게 걸려 있는 부위가 있을 때 열처리에 의해 형상을 둥글게 변화시키고 스트레스를 완화하면 발광 소자의 수명이 단축되는 문제를 해결할 수 있다. 또한, 요철(102) 형상이 변화되는 과정에서 요철(102)의 높이, 크기 및 간격이 변화되므로, 열처리 온도, 시간 및 분위기를 조절하여 요철(102)의 높이, 크기 및 간격을 조절할 수 있다.

기판(100)을 열처리하는 공정은 공정의 간략화 또는 용이성을 위해 생략될 수 있다.

도 4d를 참조하면, 요철(102)이 형성된 기판(100)의 표면 프로파일을 따라 연속적으로 제1 전극(104), 유기 발광층(106) 및 제2 전극(108)이 순차적으로 형성될 수 있다.

제1 전극(104)은 기판(100) 상에 형성되며, 기판(100)의 표면 프로파일에 대응되는 굴곡을 가지며 형성될 수 있다. 제1 전극(104)은 광 투과성 물질을 포함할 수 있다.

유기 발광층(106)은 제1 전극(104) 상에 형성되며, 제1 전극(104)의 표면 프로파일에 대응되는 굴곡을 가지며 형성될 수 있다.

제2 전극(108)은 유기 발광층(106) 상에 형성되며, 유기 발광층(106)의 표면 프로파일에 대응되는 굴곡을 가지며 형성될 수 있다.

(발광 소자의 제조 방법- 제2 실시예 )

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 본 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법은 도 4a 내지 도 4d에 도시된 제조 방법과는 상이하지만, 각각의 공정 단계에서 형성되는 구조들이 도 4a 내지 도 4d에 도시된 구조들과 유사하여, 순서도로 대신하기로 한다.

도 5를 참조하면, 평탄한 상부면을 갖는 기판 상부면에 샌드 블라스팅 공정을 이용하여, 요철을 형성할 수 있다.

샌드 블라스팅 공정을 간략하게 설명하기로 한다. 우선, 매우 가는 모래와 같은 입자를 강한 공기압으로 기판 상부면에 분사할 수 있다. (단계 S 10) 기판 상부면에 분사된 입자로 물리적 충격을 가하여(단계 S 20), 기판 상부면에 분사된 입자의 크기 및 위치에 대응되는 오목한 홈이 형성되는데, 이것이 요철이 될 수 있다. (단계 S 30)

샌드 블라스팅에 사용되는 입자의 재료, 입경, 입도 분포, 분사 압력, 분사 각도 등을 제어하면 요철의 크기, 높이 및 간격을 제어할 수 있다.

요철이 형성된 기판을 열처리할 수 있다. (단계 S 40)

열처리 공정으로 요철의 형상 및 높이를 조절할 수 있다.

열처리 공정으로 요철의 형상, 높이, 크기 및 간격을 조절할 수 있다. 또한, 발광 소자의 국부적인 고전압 발생을 방지하여 발광 소자의 수명을 증가시킬 수 있다.

요철이 형성된 기판의 표면 프로파일을 따라 연속적으로 제1 전극, 유기 발광층 및 제2 전극이 순차적으로 형성될 수 있다. (단계 S 50)

본 실시예의 발광 소자의 제조 방법에서 생략된 설명은 도 4c 및 4d에서 설명한 것과 실질적으로 동일할 수 있다.

(발광 소자의 제조 방법- 제3 실시예 )

도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도들이다.

도 6a를 참조하면, 상부면이 평탄한 기판(200) 상에 입자들(202)을 부착시킬 수 있다.

입자들(202)은 파우더 형태 또는 구슬 형태를 가질 수 있다. 입자들(202)의 굴절률은 기판(200)의 굴절률과 1:1 내지 1.6:1의 비율을 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 입자들(202)은, 기판(200) 상부면에 점착성이 있는 수지를 코팅한 후, 입자들(202)을 기판(200) 상부로 분사시킴으로써, 기판(200) 상부면에 부착될 수 있다. 이 경우, 점착성 수지의 굴절률은 기판(200)의 굴절률과 실질적으로 동일한 것이 바람직하다.

다른 실시예에 따르면, 입자들(202)은, 기판(200) 상부면에 정전기를 발생시킨 후, 입자들(202)을 기판(200) 상부로 분사시킴으로써, 기판(200) 상부면에 부착될 수 있다.

도 6b를 참조하면, 입자들(202)이 부착된 기판(200)의 상부면에 접착막(204)을 형성하여, 기판(200) 상부면에 요철(202, 204)을 형성할 수 있다. 요철(202, 204)은 입자들(202)과 접착막(204)을 포함할 수 있다.

접착막(204)을 형성하는 공정을 이하에서 상세하게 설명하기로 한다. 목적하는 점도를 갖는 코팅 용액을 도포할 수 있다. 이때, 코팅 용액의 굴절률은 입자들(202)의 굴절률과 실질적으로 동일하거나 클 수 있다. 바람직하게는 코팅 용액의 굴절률은 2.4 이하이다. 입자들(202)이 부착된 기판(200) 상부면에 코팅 용액을 도포하면, 입자들(202) 사이로 용액이 침투하여 채우게 될 수 있다. 코팅 용액은 기판(200) 상부면에 스프레이 방법, 스핀 코팅 또는 딥(dip) 코팅 방법 등에 의해 도포될 수 있다. 이어서, 코팅 용액을 경화시킬 수 있다.

입자들(202)의 입경 및 입도 분포와, 코팅 용액의 종류, 점도 및 각 코팅 방법의 공정 인자를 조절하면서, 요철(202, 204)의 크기, 높이 및 간격을 제어할 수 있다.

도 6c를 참조하면, 요철(202, 204)이 형성된 기판(200) 상에 제1 전극(206), 유기 발광층(208) 및 제2 전극(210)을 형성할 수 있다.

본 실시예의 발광 소자의 제조 방법에서 생략된 설명은 도 4a 내지 도 4d에서 설명한 것과 실질적으로 동일할 수 있다.

(발광 소자의 제조 방법- 제4 실시예 )

도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도들이다.

도 7a를 참조하면, 기판(300) 상부면에 요철(302)을 형성할 수 있다. 요철(302)은 습식 식각 공정, 샌드 블라스팅 공정 또는 입자 접착 공정 등을 이용하여 형성할 수 있다.

습식 식각 공정으로 요철(102)을 형성하는 공정은 도 4a 내지 도 4c에서 설명한 것과, 샌드 블라스팅 공정으로 요철을 형성하는 공정은 도 5에서 설명한 것과, 입자 접착 공정으로 요철을 형성(202, 204)하는 공정은 도 6a 및 도 6b에서 설명한 것과 각각 실질적으로 동일하여 생략하기로 한다.

요철(302)이 형성된 기판(300) 상부면에 변형층(304)을 형성하여, 요철(302)의 형상, 크기, 높이 및 간격을 조절할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 변형층(304)은 스프레이 공정, 딥 공정 또는 스핀 공정에 의해, 변형 용액을 기판(300) 상부면에 도포함으로써 형성될 수 있다. 변형 용액은 유기 수지 또는 무기 물질의 나노 입자를 포함하는 유기 수지 복합체 또는 무기물질을 포함할 수 있다. 무기 물질은 산화 티탄, 산화 주석, 산화 지르코늄, 산화 인듐 및 황화 아연으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 또한, 변형층 물질은 가시광선 영역에서 투명해야 하며, 굴절률은 약 1.5 내지 약 2.0일 수 있다. 이 경우, 변형층(304)의 두께 및 표면 에너지 관계에 의해 기판(300) 상부면 상에 형성된 요철(302)의 형상, 크기, 높이 및 간격을 변형시킬 수 있다. 또한, 변형 용액의 종류, 농도, 점도 또는 도포 방법의 공정 인자를 조절하여 최종적으로 형성되는 요철(302)의 형상, 크기, 높이 및 간격을 조절할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 변형층(304)은 졸-겔(gol-gel) 방법으로 무기 물질을 코팅하여 형성될 수 있다. 변형층(304)은 목적하는 점도를 갖는 졸 용액을 요철(302)이 형성된 기판(300)의 상부면에 스프레이 공정, 딥 공정 또는 스핀 공정 등의 방법으로 도포하고 열처리함으로써 형성될 수 있다. 졸-겔 방법으로 형성된 무기 물질의 코팅막의 굴절률은 약 1.5 내지 2.5일 수 있다. 이 경우, 변형층(304)의 두께 및 표면 에너지 관계에 의해 기판(300) 상부면에 형성된 요철(302)의 형상, 크기, 높이 및 간격이 변형될 수 있다. 또한, 졸 용액의 종류, 용매, 첨가제의 양과 종류, 점도, 도포 방법의 공정 인자를 조절하여 최종적으로 형성되는 요철(302)의 형상, 크기 높이 및 간격을 조절할 수 있다.

상기의 공정으로 형성된 변형층(304)을 형성함으로써, 요철(302)이 형성된 기판(300) 상부면의 표면 거칠기 및 표면 특성을 조절할 수 있다. 따라서, 제1 전극의 특성 및 발광 소자의 특성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 요철(302)에 의해 도파 모드를 감소시키고, 방사 모드를 증가시켜, 발광 소자의 외부 발광 효율을 증가시킬 뿐만 아니라, 발광 소자의 수명 및 발광 균일도를 향상시킬 수 있다.

도 7b를 참조하면, 변형층(304) 상에 제1 전극(306), 유기 발광층(308) 및 제2 전극(310)을 형성할 수 있다. 본 실시예의 발광 소자의 제조 방법에서 생략된 설명은 도 4a 내지 도 4d에서 설명한 것과 실질적으로 동일할 수 있다.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10, 20, 30: 발광 소자 100, 200, 300: 기판
102, 202, 204, 302 : 요철 104, 206, 306: 제1 전극
106, 208, 308: 유기 발광층 108, 210, 310: 제2 전극
304: 변형층

Claims (10)

1. 상부면에 불규칙한 패턴의 요철을 갖는 광 투과성의 기판;
   상기 기판 상에 배치되며, 상기 기판 표면 프로파일에 대응되는 굴곡을 갖는 광 투과성의 제1 전극;
   상기 제1 전극 상에 배치되며, 상기 제1 전극 표면 프로파일에 대응되는 굴곡을 갖는 유기 발광층; 및
   상기 유기 발광층 상에 배치되며, 상기 유기 발광층 표면 프로파일에 대응되는 굴곡을 갖는 제2 전극을 포함하되,
   상기 요철은:
   상기 기판의 상부면에 부착된 입자들(particles); 및
   상기 입자들을 상기 기판 상부면에 포획시키기 위한 접착막을 포함하며,
   상기 접착막은 상기 입자들을 덮는 발광 소자.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 요철이 형성된 기판 상부면 및 제1 전극 사이에 개재되며, 상기 요철의 형상, 크기 및 간격을 변형시키는 변형층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
5. 제1항에 있어서,
   상기 요철의 평균 높이가 20 nm 내지 5 ㎛이고, 상기 요철 사이의 평균 간격은 20 nm 내지 10 ㎛이고, 상기 요철의 정상 부위의 단면 곡률반경은 5 nm 이상인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
6. 광 투과성의 기판 상부면에 불규칙한 패턴의 요철을 형성하고;
   상기 요철이 형성된 기판 상에, 상기 요철의 표면 프로파일을 따라 연속적으로 광 투과성의 제1 전극을 형성하고;
   상기 제1 전극 상에, 상기 제1 전극의 표면 프로파일을 따라 연속적으로 유기 발광층을 형성하고; 및
   상기 유기 발광층 상에, 상기 제1 전극의 표면 프로파일을 따라 연속적으로 제2 전극을 형성하는 것을 포함하되,
   상기 기판 상부면에 요철을 형성하는 것은:
   평탄한 상부면을 갖는 기판에 입자들을 부착시키는 것; 및
   상기 입자들이 부착된 기판 상부면에 접착막을 형성하는 것을 포함하고,
   상기 접착막은 상기 입자들을 덮는 발광 소자의 제조 방법.
7. 삭제
8. 광 투과성의 기판 상부면에 불규칙한 패턴의 요철을 형성하고;
   상기 요철이 형성된 기판 상에, 상기 요철의 표면 프로파일을 따라 연속적으로 광 투과성의 제1 전극을 형성하고;
   상기 제1 전극 상에, 상기 제1 전극의 표면 프로파일을 따라 연속적으로 유기 발광층을 형성하고; 및
   상기 유기 발광층 상에, 상기 제1 전극의 표면 프로파일을 따라 연속적으로 제2 전극을 형성하는 것을 포함하되,
   상기 기판 상부면에 요철을 형성하는 것은,
   평탄한 상부면을 갖는 기판을 마련하고;
   상기 기판의 상부면에 기판 보다 경도가 높은 입자들을 물리적으로 가압하여 상기 기판 상부면에 요철을 형성하고; 및
   상기 입자들을 제거하는 것을 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
9. 삭제
10. 제6항에 있어서,
    상기 기판의 상부면에 상기 요철을 형성한 후,
    상기 요철의 형상, 크기 및 간격을 변형하기 위한 변형층을 형성하는 것을 더 포함하는 발광 소자의 제조 방법.

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