KR101819617B1 - 유기전계발광소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기전계발광소자에 관한 것으로서, 패턴층이 구비됨으로써 광추출 효율이 향상된 유기전계발광소자에 관한 것이다. 이러한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기전계발광소자는, 제1 전극; 상기 제1 전극과 소정 간격을 두고 제1 전극 위에 위치하는 제2 전극; 상기 제1 전극과 제2 전극의 사이에 위치하여 제1 전극과 제2 전극에 연결된 유기발광층; 및 상기 제2 전극과 공기층 사이에 위치하며, 나노미터의 불규칙한 간격의 다수의 제1 돌기를 포함하는 제1 패턴층; 를 포함하여 구성된다.

Description

유기전계발광소자{ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE}

본 발명은 유기전계발광소자에 관한 것으로서, 패턴층이 구비됨으로써 광추출 효율이 향상된 유기전계발광소자에 관한 것이다.

유기전계발광소자(Organic Light-Emitting Diode)는 빛을 내는 층이 유기 화합물로 되어 있는 박막 발광 다이오드로서, 광원(backlight) 및 디스플레이 분야에서 주목받고 있다.

도 1에 도시한 바와 같이 일반적인 유기전계발광소자는, 애노드(1)와, 상기 애노드(1) 상에 위치하는 유기발광층(2)과, 상기 유기발광층(2) 상에 위치하는 캐소드(3)와, 상기 캐소드(3) 상에 위치하는 유리기판(4)으로 구성된다. 상기 애노드(1)는 알루미늄으로 형성되어 반사층으로서의 역할도 겸하고, 상기 캐소드(3)는 광이 투과 가능한 ITO로 형성됨으로써 유기발광층(2)에서 생성된 광이 유리기판(4)을 통해 외부로 추출될 수 있도록 한다.

이러한 유기전계발광소자는 유리기판과 공기층의 경계면에서 발생하는 전반사와, ITO-유기발광층으로 형성되는 광도파로를 따라 진행하는 도파모드 결합으로 인해 내부에서 생성된 빛의 80% 이상이 외부로 추출되지 못하게 된다. 따라서, 유기전계발광소자로부터 방출되는 광의 양을 증가시키기 위해서 상대적으로 고전류에서 구동하는 방법이 고안되었지만, 상대적으로 높은 구동 전류는 유기전계발광소자의 수명을 단축시키는 요인이 되어왔다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 유리기판과 공기층 사이, 또는 유리기판과 공기층 사이 및 유기발광층과 ITO층 사이에 패턴층을 형성함으로써 광추출 효율이 향상된 유기전계발광소자를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기전계발광소자는, 제1 전극; 상기 제1 전극과 소정 간격을 두고 제1 전극 위에 위치하는 제2 전극; 상기 제1 전극과 제2 전극의 사이에 위치하여 제1 전극과 제2 전극에 연결된 유기발광층; 및 상기 제2 전극과 공기층 사이에 위치하며, 나노미터의 불규칙한 간격의 다수의 제1 돌기를 포함하는 제1 패턴층; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 유기전계발광소자는, 제1 전극; 상기 제1 전극과 소정 간격을 두고 제1 전극 위에 위치하는 제2 전극; 상기 제1 전극과 제2 전극의 사이에 위치하여 제1 전극과 제2 전극에 연결된 유기발광층; 상기 제2 전극과 공기층 사이에 위치하며, 나노미터의 불규칙한 간격의 다수의 제1 돌기를 포함하는 제1 패턴층; 및 상기 제2 전극과 유기 발광층 사이에는 나노미터의 불규칙한 간격의 다수의 제2 돌기를 포함하는 제2 패턴층; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 또다른 실시예에 따른 유기전계발광소자는, 제1 전극; 상기 제1 전극과 소정 간격을 두고 제1 전극 위에 위치하는 제2 전극; 상기 제1 전극과 제2 전극의 사이에 위치하여 제1 전극과 제2 전극에 연결된 유기발광층; 및 상기 유기발광층과 제2 전극 사이에 위치하며, 나노미터의 불규칙한 간격의 다수의 제1 돌기를 포함하는 제1 패턴층; 상기 제2 전극 상에 위치하는 기판; 상기 기판 상에 위치하는 필름층; 상기 기판과 필름층 사이에 위치하여 기판과 필름층을 접착하는 접착층; 및 상기 필름층과 공기층 사이에 위치하며, 나노미터의 불규칙한 간격의 다수의 제2 돌기를 포함하는 제2 패턴층; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기전계발광소자는, 패턴층이 구비됨으로써 광추출 효율이 향상되는 효과가 있다.

이에 따라, 고전류를 이용해 구동하지 않아도 되므로 유기전계발광소자의 수명이 연장되는 장점이 있다.

도 1은 종래의 일반적인 유기전계발광소자의 단면의 모습을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 유기전계발광소자의 단면의 모습을 도시한 도면.
도 3a와 도 3b는 도 2의 패턴층의 표면 및 단면을 촬영한 사진.
도 4는 도 2의 패턴층으로 인해 증가된 광추출 효율을 설명하기 위한 도면.
도 5는 종래의 유기전계발광소자와 도 2의 본 발명에 따른 유기전계발광소자의 효율 특성을 시뮬레이션한 결과를 함께 보여주는 도면.
도 6은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 유기전계발광소자의 단면의 모습을 도시한 도면.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기전계발광소자에 대하여 설명한다.

먼저, 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 유기전계발광소자에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도시한 바와 같이 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 유기전계발광소자는, 제1 전극(101); 상기 제1 전극(101)과 소정 간격을 두고 제1 전극(101) 위에 위치하는 제2 전극(103); 상기 제1 전극(101)과 제2 전극(103)의 사이에 위치하여 제1 전극(101)과 제2 전극(103)에 연결된 유기발광층(102); 제2 전극(103) 상에 위치하는 유리기판(104); 상기 유리기판(104) 상에 위치하는 접착층(105); 상기 접착층(105) 상에 위치하는 필름층(106); 상기 접착층(105)과 공기층 사이에 위치하며, 나노미터의 불규칙한 간격의 다수의 돌기를 포함하는 패턴층(107); 을 포함하여 구성된다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 유기전계발광소자의 각 구성요소에 대하여 설명하면 다음과 같다.

상기 제1 전극(101)은 양극(anode)이고 상기 제2 전극(103)은 음극(cathode)으로서, 제1 전극(101)과 제2 전극(103)은 각각 유기발광층(102)의 상하에 위치하여 유기발광층(102)을 구동한다.

상기 제1 전극(101)은 도전성이 있음과 동시에 반사 특성이 높은 금속으로 형성됨으로써, 양극으로서의 역할 및 반사층으로서의 역할을 함께 수행한다. 이러한 제1 전극(101)을 이루는 금속의 예로서 알루미늄(Al)이 있다.

상기 제2 전극(103)은 전도성과 광투과 특성을 동시에 가지는 금속산화물로 형성됨으로써, 음극으로서의 역할을 하면서도 광이 투과되어 광이 유리기판(104) 및 패턴층(107)을 통과하여 외부로 추출될 수 있도록 한다. 이러한 제2 전극(103)을 이루는 금속산화물의 예로서 ITO(Indium Tin Oxide)가 있다.

상기 유기발광층(102)은 제1 전극(101)과 제2 전극(103)의 사이에 위치하여 제1 전극(101)과 제2 전극(103)에 연결된다. 이러한 유기발광층(102)은 제1 전극(101)과 제2 전극(103)에 의해 구동되어 광을 발생시킨다.

상기 제2 전극(103) 상에는 유리기판(104), 접착층(105) 및 필름층(106)이 차례로 위치한다.

상기 필름층(106)은 플라스틱 소재로 이루어지는 것이 바람직하며, 소재의 일 예로서 PVC(PolyVinylChloride), OPS(Oriented Polystyrene), PET(Polyester), PE(PolyEthylene), PO(Poly Olefin), PP(PolyPropylene) 등이 있다.

상기 필름층(106) 상에는 외부 공기층과 마주하는 패턴층(107)이 형성되어 있으며, 이러한 패턴층(107)은 액상 수지 또는 액상 고분자가 경화되어 형성된다.

도 3a는 상기 패턴층(107)의 표면을 측정한 사진이며 도 3b는 상기 패턴층(107)의 단면을 측정한 사진이다.

도 3a와 도 3b의 사진과 같이, 상기 패턴층(107)은 나노미터의 불규칙한 간격의 다수의 돌기를 포함하며, 이러한 다수의 돌기 간의 간격은 70[nm] 이상 300[nm] 이하의 범위 내에서 불규칙한 것이 바람직하다. 이는, 다수의 돌기 간의 간격이 70[nm] 이하인 경우는 구현이 어려우며, 300[nm] 이상인 경우는 반사율이 높게 나타나므로 사용할 수준이 되지 않기 때문이다.

그리고, 상기 패턴층(107)의 다수의 돌기는 Aspect Ratio가 1:1~1:3을 만족하는 형상을 가지는 것이 바람직하며, 구체적으로는 100[nm] 이상 250[nm] 이하의 높이를 가지는 것이 바람직하다. 이는, Aspect Ratio가 1:1 이하인 경우에는 반사율이 높게 나타나 사용 수준이 되지 않고, 1:3 이상일 경우에는 형상의 구현이 어려우며, 돌기의 높이가 100[nm] 이하인 경우에는 반사율이 높게 나타나 사용 수준이 되지 않고, 돌기의 높이가 250[nm] 이상일 경우에는 형상의 구현이 힘들기 때문이다.

상기 패턴층(107)을 이루는 다수의 돌기는 원뿔, 삼각뿔, 사각뿔, 원기둥, 직육면체 형상 등이 가능하다.

도 4에는 상기와 같은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 유기전계발광소자에 있어서 패턴층(107)으로 인해 증가된 광추출 효율을 설명하기 위한 도면을 나타내었다. 이와 같은 도 4를 참조하면, 유리기판(104)과 공기층 사이에 패턴층(107)이 위치함으로써 전반사되는 광의 양이 최소화되어 광추출 효율이 증가됨을 알 수 있다.

도 5에는 종래의 유기전계발광소자와 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 유기전계발광소자의 효율 특성을 시뮬레이션한 결과를 함께 나타내었다. 이와 같은 도 5를 참조하면, 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 유기전계발광소자는 패턴층(107)이 구비됨으로써 종래의 유기전계발광소자에 비교하여 효율이 약 20[%] 향상됨을 알 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 유기전계발광소자에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 6에 도시한 바와 같이 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 유기전계발과소자는, 제1 전극(201); 상기 제1 전극(201)과 소정 간격을 두고 제1 전극(201) 위에 위치하는 제2 전극(203); 상기 제1 전극(201)과 제2 전극(203)의 사이에 위치하여 제1 전극(201)과 제2 전극(203)에 연결된 유기발광층(202); 및 상기 유기발광층(202)과 제2 전극(203) 사이에 위치하며, 나노미터의 불규칙한 간격의 다수의 제1 돌기를 포함하는 제1 패턴층(208); 상기 제2 전극(203) 상에 위치하는 기판(204); 상기 기판(204) 상에 위치하는 필름층(206); 상기 기판(204)과 필름층(206) 사이에 위치하여 기판(204)과 필름층(206)을 접착하는 접착층(205); 및 상기 필름층(206)과 공기층 사이에 위치하며, 나노미터의 불규칙한 간격의 다수의 제2 돌기를 포함하는 제2 패턴층(207); 을 포함한다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 유기전계발광소자의 각 구성요소에 대하여 설명하면 다음과 같다.

상기 제1 전극(201)은 양극(anode)이고 상기 제2 전극(203)은 음극(cathode)으로서, 제1 전극(201)과 제2 전극(203)은 각각 유기발광층(202)의 상하에 위치하여 유기발광층(202)을 구동한다.

상기 제1 전극(201)은 도전성이 있음과 동시에 반사 특성이 높은 금속으로 형성됨으로써, 양극으로서의 역할 및 반사층으로서의 역할을 함께 수행한다. 이러한 제1 전극(201)을 이루는 금속의 예로서 알루미늄(Al)이 있다.

상기 제2 전극(203)은 전도성과 광투과 특성을 동시에 가지는 금속산화물로 형성됨으로써, 음극으로서의 역할을 하면서도 광이 투과되어 유리기판(204) 및 제2 패턴층(207)을 통해 광이 외부로 추출될 수 있도록 한다. 이러한 제2 전극(203)을 이루는 금속산화물의 예로서 ITO(Indium Tin Oxide)가 있다.

상기 유기발광층(202)은 제1 전극(201)과 제2 전극(203)의 사이에 위치하여 제1 전극(201)과 제2 전극(203)에 연결되어 제1 전극(201)과 제2 전극(203)에 의해 구동되어 광을 발생시킨다. 설명의 편의를 위하여 도면에는 상세히 도시하지 않았지만, 상기 제2 전극(203)은 일부 영역이 유기발광층(202)과 연결되는 것이 바람직하다.

상기 유기발광층(202)과 제2 전극(203) 사이에는 제1 패턴층(208)이 형성되어 있으며, 이러한 제2 패턴층(208)은 액상 수지 또는 액상 고분자가 경화되어 형성된다.

상기 제1 패턴층(208)은 나노미터의 불규칙한 간격의 다수의 제1 돌기를 포함하며, 이러한 다수의 제1 돌기 간의 간격은 100[nm] 이상 300[nm] 이하의 범위 내에서 불규칙하며, 다수의 제1 돌기는 100[nm] 이상 250[nm] 이하의 높이를 가지는 것이 바람직하다.

상기 제1 패턴층(208)을 이루는 다수의 제1 돌기는 원뿔, 삼각뿔, 사각뿔, 원기둥, 직육면체 형상 등이 가능하다.

상기 제2 전극(203) 상에는 유리기판(204), 접착층(205) 및 필름층(206)이 차례로 위치한다.

상기 필름층(206)은 플라스틱 소재로 이루어지는 것이 바람직하며, 소재의 일 예로서 PVC(PolyVinylChloride), OPS(Oriented Polystyrene), PET(Polyester), PE(PolyEthylene), PO(Poly Olefin), PP(PolyPropylene) 등이 있다.

상기 필름층(206) 상에는 외부 공기층과 마주하는 제2 패턴층(207)이 형성되어 있으며, 이러한 제2 패턴층(207)은 액상 수지 또는 액상 고분자가 경화되어 형성된다.

상기 제2 패턴층(207)은 나노미터의 불규칙한 간격의 다수의 제2 돌기를 포함하며, 상기 제2 돌기는 제1 패턴층(208)의 제1 돌기와는 상/하 반전된 형상을 가진다.

상기 다수의 제2 돌기 간의 간격은 100[nm] 이상 300[nm] 이하의 범위 내에서 불규칙하며, 다수의 제2 돌기는 100[nm] 이상 250[nm] 이하의 높이를 가지는 것이 바람직하다.

상기 제2 패턴층(207)을 이루는 다수의 제2 돌기는 원뿔, 삼각뿔, 사각뿔, 원기둥, 직육면체 형상 등이 가능하다.

상술한 바와 같은 본 발명의 바람직한 제1 및 제2 실시예에 다른 유기전계발광소자는, 패턴층(107) 또는 제1 및 제2 패턴층(208, 207)이 구비됨으로써 광추출 효율이 향상되는 효과가 있으므로, 고전류를 이용해 구동하지 않아도 되어 수명이 연장되는 장점이 있다.

101, 201 : 제1 전극 102, 202 : 유기발광층
103, 203 : 제2 전극 104, 204 : 유리기판
105, 205 : 접착층 106, 206 : 필름층
107 : 패턴층 207 : 제2 패턴층
208 : 제1 패턴층

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15. 제1 전극;
    상기 제1 전극과 소정 간격을 두고 제1 전극 위에 위치하는 제2 전극;
    상기 제1 전극과 제2 전극의 사이에 위치하여 제1 전극과 제2 전극에 연결된 유기발광층; 및
    상기 유기발광층과 제2 전극 사이에 위치하며, 나노미터의 불규칙한 간격의 다수의 제1 돌기를 포함하는 제1 패턴층;
    상기 제2 전극 상에 위치하는 기판;
    상기 기판 상에 위치하는 필름층;
    상기 기판과 필름층 사이에 위치하여 기판과 필름층을 접착하는 접착층; 및
    상기 필름층과 공기층 사이에 위치하며, 나노미터의 불규칙한 간격의 다수의 제2 돌기를 포함하는 제2 패턴층;을 포함하되,
    상기 제1 패턴층에 형성된 다수의 제1 돌기와 상기 제2 패턴층에 형성된 다수의 제2 돌기는 Aspect Ratio가 1:1 이상 1:3 이하이며,
    상기 제1 패턴층의 돌기와 상기 제2 패턴층의 돌기를 상하 반전된 형상으로 구비하고, 상기 제1 패턴층에서 1차로 전반사를 방지하고, 동시에 제2 패턴층에서 2차로 전반사를 방지하여 광추출 효율을 높이는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제1 패턴층에 형성된 다수의 제1 돌기 간의 간격과 제2 패턴층에 형성된 다수의 제2 돌기 간의 간격은 70[nm] 이상 300[nm] 이하의 범위 내에서 불규칙하며,
    상기 제1 패턴층에 형성된 다수의 제1 돌기와 제2 패턴층에 형성된 다수의 제2 돌기는 100[nm] 이상 250[nm] 이하의 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
    

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