KR101896038B1 - 유기발광소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기발광소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 투명 기판 상에 광학 패턴부를 제공하여 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 유기발광소자에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 유기발광소자는 투명 기판; 상기 투명 기판 상에 제공되며, 일정한 패턴 주기를 갖는 광학 패턴부; 상기 광학 패턴부 상에 제공되는 평탄화층; 및 상기 평탄화층 상에 제공되는 유기 발광층;을 포함하고, 상기 평탄화층은 상기 유기 발광층보다 높은 굴절률을 가지며, 상기 광학 패턴부는 상기 평탄화층보다 낮은 굴절률을 가질 수 있다.

Description

유기발광소자{Organic light emitting device}
본 발명은 유기발광소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 투명 기판 상에 광학 패턴부를 제공하여 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 유기발광소자에 관한 것이다.
일반적으로 발광소자는 크게 유기물을 이용하여 발광층을 형성하는 유기발광소자와 무기물을 이용하여 발광층을 형성하는 무기발광소자로 구분할 수 있다. 이 중에서 유기발광소자는 캐소드(cathode) 전극으로부터 주입된 전자와 애노드(anode) 전극으로부터 주입된 정공이 유기 발광층에서 결합하여 여기됨으로써, 발광하는 자체 발광형 소자로서, 저전력 구동, 자체 발광, 넓은 시야각, 높은 해상도와 천연색 실현, 빠른 응답 속도 등의 장점을 가지고 있다.
하지만, 종래의 유기발광소자는 발광량의 20%만 외부로 방출되고, 80% 정도의 빛은 정공 주입층, 전공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 등을 포함하는 유기 발광층과 유리 기판 및 애노드 전극의 굴절률 차이에 의한 도파관 효과(waveguide effect) 및 유리 기판과 공기의 굴절률 차이에 의한 전반사 효과로 손실되는 문제가 있었다. 즉, 유기 발광층의 굴절률은 1.7 ~ 1.8이고, 애노드 전극에 일반적으로 사용되는 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide; ITO)의 굴절률은 약 1.9인데, 두 층의 두께는 대략 200 ~ 400㎚로 매우 얇고, 유리 기판의 굴절률은 1.5이므로, 유기발광소자 내에는 평면 도파로(waveguide)가 자연스럽게 형성된다. 계산에 의하면, 이러한 원인에 의한 내부 도파 모드(waveguide-mode)로 손실되는 빛의 비율이 약 45%에 이른다. 그리고 유리 기판의 굴절률은 약 1.5이고, 외부 공기의 굴절률은 1.0이어서, 유리 기판에서 외부로 빛이 빠져나갈 때에 임계각(critical angle) 이상으로 입사되는 빛은 전반사를 일으켜 유리 기판 내부에 고립되는데, 이렇게 고립된 빛의 비율은 약 35%에 이른다. 따라서, 종래의 유기발광소자에서는 외부로 방출되는 빛이 발광량의 20% 정도에 불과하였다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 광 도파 모드 및 내부 전반사에 의해 소실되는 빛을 외부로 끌어내는 광추출 구조에 대한 기술이 요구되고 있다.
한국공개특허공보 제10-2015-0089682호
본 발명은 투명 기판 상에 일정한 패턴 주기를 갖는 광학 패턴부를 제공하고 광학 패턴부 상에 유기 발광층보다 높은 굴절률을 갖는 평탄화층을 제공함으로써, 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 유기발광소자를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 유기발광소자는 투명 기판; 상기 투명 기판 상에 제공되며, 일정한 패턴 주기를 갖는 광학 패턴부; 상기 광학 패턴부 상에 제공되는 평탄화층; 및 상기 평탄화층 상에 제공되는 유기 발광층;을 포함하고, 상기 평탄화층은 상기 유기 발광층보다 높은 굴절률을 가지며, 상기 광학 패턴부는 상기 평탄화층보다 낮은 굴절률을 가질 수 있다.
상기 광학 패턴부의 적어도 일부는 상기 투명 기판보다 낮은 굴절률을 가질 수 있다.
상기 광학 패턴부는 상기 투명 기판 상에 위치하고, 상기 투명 기판의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 저굴절률부; 및 상기 저굴절률부를 덮어 상기 저굴절률부의 영역을 정의하는 커버부를 포함할 수 있다.
상기 저굴절률부는 공극을 포함할 수 있다.
상기 커버부는 상기 평탄화층과 상기 저굴절률부 사이의 굴절률을 가질 수 있다.
상기 커버부의 굴절률은 상기 저굴절률부에서 상기 평탄화층 방향으로 증가할 수 있다.
상기 커버부는 상기 저굴절률부를 향하는 면과 상기 평탄화층을 향하는 면 중 적어도 어느 하나의 면에 요철 표면을 가질 수 있다.
상기 커버부는 굴절률이 서로 다른 복수의 층으로 이루어질 수 있다.
상기 커버부는 상기 평탄화층보다 높은 소광 계수를 가질 수 있다.
상기 커버부는 금속으로 이루어질 수 있다.
상기 커버부의 두께는 표피 깊이 내지 150 ㎚일 수 있다.
상기 커버부는 다공성막일 수 있다.
상기 커버부는 유기물, 비정질 무기물 또는 다결정 무기물로 이루어질 수 있다.
상기 커버부의 두께는 20 ㎚ 내지 λ/ｎ122(여기서, λ는 유기 발광층에서 발광되는 빛의 유효 파장이고, ｎ122는 커버부의 평균 굴절률)일 수 있다.
상기 저굴절률부의 폭은 0.1λ/ｎ 내지 20λ/ｎ(여기서, λ는 상기 유기 발광층에서 발광되는 빛의 유효 파장, ｎ은 상기 유기 발광층의 평균 굴절률)일 수 있다.
상기 광학 패턴부는 일정한 주기를 가질 수 있다.
상기 광학 패턴부의 주기는 λ/ｎ 내지 20λ/ｎ(여기서, λ는 상기 유기 발광층에서 발광되는 빛의 유효 파장, ｎ은 상기 유기 발광층의 평균 굴절률)일 수 있다.
상기 투명 기판은 유기물 기판, 유리 기판, 비정질 기판, 다결정 기판 중 어느 하나일 수 있다.
상기 유기 발광층 상에 제공되는 반사 전극; 및 상기 평탄화층과 상기 유기 발광층 사이에 제공되는 투명 전극;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 유기발광소자는 투명 기판 상에 서로 이격된 복수의 단위 패턴을 갖는 광학 패턴부를 제공하여 투명 기판보다 굴절률이 낮은 영역을 형성함으로써, 투명 기판과의 계면에서 빛의 반사를 줄여 광추출 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 광학 패턴부를 통해 빛을 굴절 및/또는 회절시켜 광추출 효과를 향상시킬 수 있으며, 광학 패턴부가 공극을 포함하는 경우에는 투명 기판과의 굴절률 차이를 크게 하여 광추출 효율을 보다 더 향상시킬 수 있다.
그리고 광학 패턴부 상에 유기 발광층보다 높은 굴절률을 갖는 평탄화층을 제공함으로써, 굴절률이 낮은 유기 발광층에서 투명 기판 방향으로 광추출이 효과적으로 이루어지도록 할 수 있고, 유기 발광층의 형성을 위한 평탄면을 제공할 수 있다. 이에 따라 유기발광소자의 광추출 효율이 더욱 향상될 수 있고, 안정적으로 유기 발광층을 형성할 수 있어 고효율 및 고신뢰성을 갖는 유기발광소자를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 유기 발광층에서 발광되는 빛의 유효 파장에 따라 광학 패턴부가 일정한 주기를 갖게 함으로써, 유효 파장의 빛을 효과적으로 추출할 수도 있다.
한편, 저굴절률부에서 평탄화층 방향으로 갈수록 굴절률이 높아지도록 광학 패턴부의 커버부를 형성하는 경우에는 높은 굴절률을 갖는 평탄화층과의 굴절률 차이를 완화시킴으로써, 평탄화층에서 저굴절률부로 진행하는 빛의 반사 확률을 줄일 수 있고, 이에 따라 유기발광소자의 광추출 효율이 극대화될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유기발광소자를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 저굴절률부의 조건별 광추출 효율을 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 저굴절률부에서 평탄화층 방향으로 굴절률이 증가하는 커버부를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 금속으로 이루어진 커버부를 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 광학 패턴부를 설명하기 위한 그림.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 설명 중, 동일 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하도록 하고, 도면은 본 발명의 실시예를 정확히 설명하기 위하여 크기가 부분적으로 과장될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유기발광소자를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 유기발광소자(100)는 투명 기판(110); 상기 투명 기판(110) 상에 제공되며, 서로 이격된 복수의 단위 패턴을 갖는 광학 패턴부(120); 상기 광학 패턴부(120) 상에 제공되는 평탄화층(130); 및 상기 평탄화층(130) 상에 제공되는 유기 발광층(140);을 포함할 수 있다.
투명 기판(110)은 그 일면 상에 형성되는 광학 패턴부(120), 평탄화층(130) 및 유기 발광층(140)을 지지할 수 있다. 또한, 투명 기판(110)은 유기발광소자(100)의 발광 방향(즉, 유기 발광층에서 발광된 빛이 유기발광소자의 내부에서 외부로 출사되는 방향)에 배치되어 유기 발광층(140)에서 발광된 빛을 외부로 투과시킬 수 있다. 그리고 투명 기판(110)은 유기발광소자(110)를 외부 환경으로부터 보호하는 패시베이션(passivation) 기판으로서의 역할을 수행할 수도 있다. 이러한 투명 기판(110)은 광 투과율이 우수하고 기계적인 물성이 우수한 것이면 족하고, 이에 특별히 제한되지 않는다.
그리고 투명 기판(110)은 유기물 기판, 유리 기판, 비정질 기판, 다결정 기판 중 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, 투명 기판(110)으로는 열경화 또는 UV 경화가 가능한 유기필름인 고분자 계열의 물질이나 화학강화유리인 소다라임 유리(SiO2-CaO-Na2O) 또는 알루미노실리케이트계 유리(SiO2-Al2O3-Na2O)가 사용될 수 있다. 유기물 기판 또는 유리 기판은 내열성이 높지 않지만, 제조공정이 낮은 온도(예를 들어, 800 ℃ 이하의 온도)에서 수행되는 본 발명의 유기발광소자(100)에는 적합할 수 있다. 본 발명에 따른 유기발광소자(100)의 제조공정에서의 최고 온도가 일반적으로 사용되는 유리 기판의 연화점(예를 들어, 800 내지 1,000 ℃)이나 유기물 기판의 변형점(예를 들어, 300 내지 400 ℃)보다 낮으므로, 단결정이 아닌 유기물 기판 또는 유리 기판을 사용할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 단결정 성장 또는 에피택셜(epitaxial) 성장을 요하지 않는 유기 발광층(140)을 투명 기판(110) 상에 성장시키므로, 비정질 기판 또는 다결정 기판을 사용할 수도 있다.
광학 패턴부(120)는 투명 기판(110) 상에 제공될 수 있고, 서로 이격된 복수의 단위 패턴을 가질 수 있다. 광학 패턴부(120)는 유기 발광층(140)이 제공되는 투명 기판(110)의 일면에 형성될 수 있고, 유기 발광층(140)에서 발광된 빛을 투명 기판(110) 방향으로 추출하는 역할을 수행할 수 있다. 이때, 광학 패턴부(120)는 유기 발광층(140)에서 발광된 빛을 굴절 및/또는 회절시켜 유기발광소자(100)의 광추출 효율을 향상시킬 수 있다. 그리고 서로 이격된 복수의 단위 패턴을 통해 광학 패턴부(120)의 주기를 조절할 수 있고, 투명 기판(110) 상에 굴절률이 낮은 부분(즉, 저굴절률부)이 차지하는 비율을 조절할 수도 있다.
또한, 광학 패턴부(120)의 적어도 일부는 투명 기판(110)보다 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 이에 따라 투명 기판(110)의 계면에 투명 기판(110)보다 굴절률이 낮은 영역을 제공함으로써, 투명 기판(110)의 계면에서 발생되는 빛의 내부 반사를 줄일 수 있어 유기발광소자(100)의 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
그리고 광학 패턴부(120)는 투명 기판(110) 상에 위치할 수 있고, 투명 기판(110)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 저굴절률부(121); 및 저굴절률부(121)를 덮어 저굴절률부(121)의 영역을 정의하는 커버부(122)를 포함할 수 있다. 저굴절률부(121)는 투명 기판(110) 상에 위치할 수 있는데, 투명 기판(110)과 접하여 위치할 수 있고, 투명 기판(110)의 표면에서 외측 방향으로 형성될 수 있다. 그리고 저굴절률부(121)는 투명 기판(110)의 표면에 투명 기판(110)보다 굴절률이 낮은 영역을 제공함으로써, 투명 기판(110)의 계면에서 발생되는 빛의 내부 반사를 줄일 수 있다. 또한, 저굴절률부(121)는 유기 발광층(140)에서 발광된 빛의 산란 경로를 다변화 또는 증가시킬 수도 있어 유기발광소자(100)의 광추출 효율이 향상될 수 있다. 그리고 저굴절률부(121)의 형상은 x축 또는 y축 방향으로 연장되는 라인형일 수도 있고, 2차원적으로 배열할 수 있는 섬(island)형(또는 도트형)일 수도 있으며, 원뿔(cone)형, 원통(cylinder)형, 박스형, 삼각뿔(triangular pyramid)형, 사각뿔(pyramid)형 등 다양할 수 있다.
일반적으로, 투명 기판 상에 투명 전극, 유기 발광층이 차례로 적층되어 투명 기판으로 빛을 출사시키는 종래의 유기발광소자는 투명 기판과의 계면 및/또는 투명 전극과 유기 발광층의 계면에서 빛이 내부 반사를 일으켜 투명 전극 및/또는 유기 발광층 내에 빛이 갇히게 되는데, 이렇게 손실되는 빛은 상당한 비율을 차지한다. 또한, 종래의 유기발광소자에서는 투명 기판과 공기의 굴절률 차이에 의한 빛의 내부 반사로 투명 기판 내에도 빛이 갇히게 된다. 종래에는 투명 기판의 외측 표면에 광추출 패턴(즉, 외부 광추출 패턴)을 형성하여 빛을 추출하는 방법이 제시되었으나, 이러한 방법은 투명 기판 내에 갇힌 빛만을 일부 추출할 수 있을 뿐이고, 투명 전극 및/또는 유기 발광층 내에 갇힌 빛은 결코 추출할 수 없다. 하지만, 본 발명에서는 투명 기판(110)과 투명 전극(160) 사이(즉, 투명 기판 상)에 광학 패턴부(120) 및/또는 평탄화층(130)을 제공하여 투명 전극(160) 및/또는 유기 발광층(140) 내에 갇힌 빛을 추출할 수 있으면서 투명 기판(110) 내에 갇힌 빛도 추출할 수 있다. 특히, 광학 패턴부(120)를 투명 기판(110)과 접하여 형성하는 경우에는 투명 전극(160) 및/또는 유기 발광층(140) 내에 갇힌 빛을 효과적으로 추출할 수 있을 뿐만 아니라 투명 기판(110) 내에 갇힌 빛도 효과적으로 추출할 수 있고, 이에 따라 최적의 광추출 효율을 얻을 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 저굴절률부의 조건별 광추출 효율을 나타낸 그래프로, 도 2(a)는 저굴절률부의 굴절률에 따른 광추출 효율을 나타낸 그래프이고, 도 2(b)는 저굴절률부의 재료에 따른 광추출 효율을 나타낸 그래프이다.
도 2를 참조하면, 저굴절률부(121)는 공극(Air gap)을 포함할 수 있다. 공기의 굴절률은 1.0이므로, 저굴절률부(121)가 공극인 경우에는 1.0보다 높은 굴절률을 갖는 재료보다 투명 기판(110)과의 굴절률 차이를 크게 할 수 있고, 이에 따라 유기발광소자(100)의 광추출 효율을 보다 향상시킬 수 있다. 또한, 공극은 빛을 산란시킬 수 있으며, 유기 발광층(140)에서 발광된 빛의 산란 경로를 다변화 또는 증가시켜 유기발광소자(100)의 광추출 효율을 보다 더 향상시킬 수 있다. 이렇게 유기발광소자(100)의 광추출 효율이 향상되는 경우에는 저전류로도 유기발광소자를 구동할 수 있고, 이에 따라 유기발광소자(100)의 소비 전력을 감소시킬 수 있으며, 이를 포함하는 디스플레이 또는 조명의 휘도를 향상시킬 수도 있다.
그리고 저굴절률부(121)가 공극으로 형성되면, 외부에서 응력(stress)이 가해졌을 때, 공극 구조물(즉, 광학 패턴부의 단위 패턴) 자체가 변형되면서 응력을 흡수할 수 있고, 상대적으로 유연성이 떨어지는 평탄화층(130)과 투명 전극(160)에 인접하여 상기 공극 구조물이 제공될 뿐만 아니라 평탄화층(130)에는 상기 공극 구조물이 삽입되어 제공됨으로써, 상기 공극 구조물이 주변 응력까지 흡수하면서 유기발광소자(100)의 유연성을 크게 개선시킬 수 있다.
커버부(122)는 저굴절률부(121)를 덮어 저굴절률부(121)가 수용되는 틀을 제공함으로써, 저굴절률부(121) 영역을 정의할 수 있다. 커버부(122)는 복수의 저굴절률부(121) 상에 제공됨으로써 하나로 연속되어 형성될 수도 있고, 서로 분리되어 각각의 저굴절률부(121)의 테두리에 제공될 수도 있다. 그리고 커버부(122)는 저굴절률부(121)가 공극인 경우에 공극(Air gap)을 정의하는 역할을 할 수 있고, 구조적으로 안정된 공극이 투명 기판(110) 상에 존재하기 위해서는 커버부(122)의 적어도 일부가 투명 기판(110)에 직접 접촉하는 것이 바람직하다. 또한, 커버부(122)는 물리 증착(Physical Vapor Deposition; PVD), 원자층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD), 습식 합성(wet synthesis), 금속 박막 형성 후 산화공정(metal deposition and oxidation) 등 다양한 방법으로 형성될 수 있는데, 스퍼터링(sputtering)과 같은 물리 증착법으로 커버부(122)를 형성하는 경우에는 200 ℃ 이하의 낮은 온도에서 형성할 수 있으며, 물리적 증착을 위한 전구체(precusor)로는 순금속이나 질화물 또는 산화물이 사용될 수 있다.
그리고 커버부(122)는 유기물, 비정질 무기물 또는 다결정 무기물로 이루어질 수 있다. 커버부(122)는 저온(예를 들어, 200 ℃ 이하)에서 형성되는 유기물로 이루어질 수도 있고, 비정질 또는 다결정의 무기물로 이루어질 수도 있다. 여기서, 커버부(122)를 무기물로 저온에서 형성하는 경우에는 커버부(122)가 일반적으로 비정질이거나 매우 작은 입자로 이루어진 다결정을 가질 수 있는데, 커버부(122)는 이산화규소(SiO2), 알루미나(Al2O3), 이산화티타늄(TiO2), 지르코니아(ZrO2), 이트리아(Y2O3), 산화구리(CuO or Cu2O) 및 산화탄탈륨(Ta2O5) 중 적어도 어느 하나 또는 둘 이상의 화합물로 이루어질 수 있다.
질화물계(예를 들어, GaN) 등의 화합물 반도체 발광다이오드(LED)의 경우에는 광학 특성을 좋게 하기 위해 화합물 반도체층을 단결정 또는 에피택셜로 성장시키는데, 커버부(122) 상에 단결정 화합물 반도체층을 성장시키기 위해서는 화합물 반도체층의 기저층인 커버부(122)를 1,000 ℃ 이상의 온도에서 열처리하여 단결정으로 결정화시켜야 하며, 커버부(122)의 물성(또는 재료) 선택에도 제한이 따르게 된다. 하지만, 본 발명의 유기발광소자(100)는 커버부(122) 상에 유기물 반도체층(즉, 유기 발광층)을 성장시키기 때문에 커버부(122)를 단결정으로 결정화시키기 위한 고온(예를 들어, 1,000 ℃ 이상)에서의 열처리없이 유기발광소자(100)를 제조할 수 있고, 비정질 무기물 또는 다결정 무기물로 이루어진 커버부(122)는 비정질 또는 다결정의 결정 상태가 유지될 수 있다. 또한, 커버부(122)가 유기물로 이루어진 경우에는 유기물이 열에 약하기 때문에 열처리를 할 수 없는데, 본 발명에서는 결정화를 위한 고온의 열처리없이도 커버부(122) 상에 상기 유기물 반도체층이 잘 성장할 수 있으므로, 커버부(122)에 유기물을 용이하게 적용할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 커버부(122)를 저온(예를 들어, 상온(약 20℃) ~ 300 ℃)에서 물리 증착법으로 형성할 수 있으므로, 커버부(122)의 물성(또는 재료) 선택이 자유로울 수 있다. 커버부(122)의 물성을 투명 기판(110)의 재질과 무관하게 선택할 수 있고, 커버부(122)의 재료로 유기물이나 비정질 물질도 가능할 수 있으며, 커버부(122)가 비정질 또는 다결정의 결정 상태를 유지하여도 무방하므로, 유기발광소자(100)의 제조공정에서의 열처리량(thermal budget)을 감소시킬 수도 있다.
또한, 커버부(122)는 다공성막일 수 있다. 저굴절률부(121)에 공극(Air gap)을 형성하는 방법은 유기물질 등으로 이루어진 희생층(미도시)을 투명 기판(110)의 표면에 형성하여 커버부(122)를 형성한 후에 상기 희생층(미도시)을 제거하는 방법이 있는데, 상기 희생층(미도시)을 열산화(또는 열분해)시켜 제거할 수도 있고, 상기 희생층(미도시)을 유기용제(organic solvant)로 녹여 제거할 수도 있다. 이러한 경우, 열산화되거나 유기용제에 녹은 상기 희생층(미도시) 물질들이 커버부(122)를 투과하여 외부로 빠져나올 수 있어야 하는데, 커버부(122)가 다공성막으로 이루어지면, 상기 희생층(미도시) 물질들을 커버부(122)를 통해 효과적으로 배출시킬 수 있다. 또한, 커버부(122)가 다공성막인 경우에는 유기용제를 이용하여 상기 희생층(미도시)을 습식 제거 혹은 클리닝할 때에 유기용제가 다공성의 커버부(122)를 잘 통과할 수 있어 상기 희생층(미도시)에 효과적으로 유기용제가 제공될 수 있고, 상기 희생층(미도시)을 효과적으로 제거할 수 있다.
한편, 커버부(122)의 조성, 강도 및 두께 중 적어도 어느 하나를 조절하면 후속적으로 형성되는 유기 발광층(140)에 걸리는 응력을 조절할 수 있으며, 커버부(122)는 저굴절률부(121)를 덮으면서 투명 기판(110) 상에 전면적으로 형성될 수도 있고, 형성 방법에 따라서는 저굴절률부(121)만을 덮도록 형성될 수도 있다.
평탄화층(130)은 광학 패턴부(120) 상에 제공될 수 있고, 광학 패턴부(120)에 의해 굴곡(또는 요철)이 형성된 상부 증착면을 평탄화시킬 수 있다. 유기물 반도체층(즉, 유기 발광층)의 성장시 상부 증착면의 굴곡이 대부분 반사 전극(150)까지 전이되므로, 평탄화층(130)을 통해 상부 증착면을 평탄화시킴으로써, 반사 전극(150)의 굴곡에 의한 표면 플라즈몬(surface plasmon) 현상으로 인해 반사 전극(150)의 반사도가 급감하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 평탄화층(130)의 표면에는 일반적으로 유기발광소자(100)의 애노드 전극으로 작용하는 투명 전극(160)이 접합되므로, 유기발광소자(100)의 전기적 특성 저하를 방지하기 위해 평탄화층(130)의 표면은 고평탄면으로 이루어질 수도 있다.
그리고 평탄화층(130)은 유기 발광층(140)보다 높은 굴절률을 가질 수 있다. 일반적으로 유기 발광층(140)은 약 1.7의 굴절률을 가지는데, 유기 발광층(140)의 굴절률은 투명 기판(110)의 굴절률(예를 들어, 유리 기판의 경우에는 약 1.5)과 거의 차이가 없으므로, 투명 기판(110)의 계면에서 내부 반사가 일어나 유기 발광층(140)에서 발광되는 빛 중에서 약 45 %가 손실되게 된다. 하지만, 본 발명에서는 평탄화층(130)을 통해 유기 발광층(140)과 투명 기판(110)의 사이에 고굴절률층(즉, 평탄화층)을 제공함으로써, 투명 기판(110)의 계면에서 내부 반사가 일어나는 것을 억제 또는 방지할 수 있고, 유기 발광층(140)에서 발광되는 빛을 굴절시켜 광추출을 용이하게 할 수 있다. 이에 따라 종래에 손실되던 빛을 외부로 추출할 수 있어 유기발광소자(100)의 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 광학 패턴부(120)는 평탄화층(130)보다 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 여기서, 광학 패턴부(120)는 복수의 재료로 형성될 수 있으므로, 광학 패턴부(120)의 굴절률은 광학 패턴부(120) 소재(들)의 평균 굴절률일 수 있다. 평탄화층(130)은 고굴절률층이어서 투명 기판(110)과의 굴절률 차이가 많이 나므로, 평탄화층(130)과 투명 기판(110) 사이의 계면에서 빛이 내부 반사될 확률이 높아질 수 있다. 이로 인해 유기발광소자(100)의 외부로 출사되지 못하고 내부 반사되는 빛의 양이 늘어나 유기발광소자(100)의 광추출 효율이 저하될 수 있다. 하지만, 본 발명에서는 광학 패턴부(120)의 적어도 일부가 평탄화층(130)보다 낮은 굴절률을 갖도록 함으로써, 투명 기판(110)과 높은 굴절률을 갖는 평탄화층(130)의 굴절률 차이를 완화시켜 유기 발광층(140)에서 발광된 빛이 광학 패턴부(120)와 평탄화층(130)의 계면에서 평탄화층(130)으로 내부 반사되는 확률을 낮출 수 있고, 이에 따라 유기발광소자(100)의 광추출 효율이 저하되는 문제를 해결할 수 있다.
유기 발광층(140)은 평탄화층(130) 상에 제공될 수 있고, 정공 주입/수송층(141), 발광층(142) 및 전자 주입/수송층(143)을 포함할 수 있다. 이러한 구조에 따라, 애노드(anode) 전극인 투명 전극(160)과 캐소드(cathode) 전극인 반사 전극(150) 사이에 순방향 전압이 인가되면, 반사 전극(150)으로부터 전자가 전자 주입/수송층(143)을 통해 발광층(142)으로 이동하게 되고, 투명 전극(160)으로부터 정공이 정공 주입/수송층(141)을 통해 발광층(142)으로 이동하게 된다. 그리고 발광층(142) 내로 주입된 전자와 정공은 발광층(142)에서 재결합하여 여기자(exciton)를 생성하고, 이러한 여기자가 여기 상태(excited state)에서 기저 상태(ground state)로 전이하면서 빛을 방출하게 되는데, 이때 방출되는 빛의 밝기는 애노드 전극으로 작용하는 투명 전극(160)과 캐소드 전극으로 작용하는 반사 전극(150) 사이에 흐르는 전류량에 비례하게 된다.
본 발명에 따른 유기발광소자(100)는 유기 발광층(140) 상에 제공되는 반사 전극(150); 및 평탄화층(130)과 유기 발광층(140) 사이에 제공되는 투명 전극(160);을 더 포함할 수 있다. 반사 전극(150)은 유기 발광층(140) 상에 제공될 수 있는데, 캐소드 전극으로 작용할 수 있고, 전자 주입이 잘 일어나도록 일함수(work function)가 작은 Al, Al:Li 또는 Mg:Ag 등의 금속 박막으로 이루어질 수 있다. 그리고 반사 전극(150)은 투명 기판(110) 방향으로 빛을 출사시키기 위해 반사 전극(150)으로 입사되는 빛을 투명 기판(110) 방향으로 반사시킬 수 있다.
투명 전극(160)은 평탄화층(130)과 유기 발광층(140) 사이에 제공될 수 있는데, 애노드 전극으로 작용할 수 있고, 정공 주입이 잘 일어나도록 일함수가 큰 주석(Sn), 인듐(In), 백금(Pt), 금(Au) 등의 금속 박막이나 이들의 금속 산화물 또는 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide; ITO)과 같은 산화 화합물로 이루어질 수 있다. 또한, 투명 전극(160)은 투명 기판(110) 방향으로 빛을 출사시키기 위해 투명 전극(160)으로 입사되는 빛을 투과(또는 굴절)시킬 수 있다.
그리고 커버부(122)는 평탄화층(130)과 저굴절률부(121) 사이의 굴절률을 가질 수 있다. 평탄화층(130)은 고굴절률층이어서 저굴절률부(121)와의 굴절률 차이가 많이 나므로, 평탄화층(130)에서 저굴절률부(121)로 진행하는 빛이 평탄화층(130)과 저굴절률부(121) 사이의 계면에서 내부 반사될 확률이 높아질 수 있다. 이로 인해 유기발광소자(100)의 외부로 출사되지 못하고 내부 반사되는 빛의 양이 늘어나 유기발광소자(100)의 광추출 효율이 저하될 수 있다. 하지만, 본 발명에서는 커버부(122)가 평탄화층(130)과 저굴절률부(121) 사이의 굴절률을 갖도록 함으로써, 저굴절률부(121)와 높은 굴절률을 갖는 평탄화층(130)과의 굴절률 차이를 완화시켜 유기 발광층(140)에서 발광된 빛이 평탄화층(130)의 계면에서 내부 반사되는 확률을 낮출 수 있고, 이에 따라 유기발광소자(100)의 광추출 효율이 저하되는 문제를 해결할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 저굴절률부에서 평탄화층 방향으로 굴절률이 증가하는 커버부를 나타낸 단면도로, 도 3(a)는 요철 표면을 갖는 커버부를 나타낸 그림이고, 도 3(b)는 굴절률이 서로 다른 복수의 층으로 이루어진 커버부를 나타낸 단면도이다.
도 3을 참조하면, 커버부(122)의 굴절률은 저굴절률부(121)에서 평탄화층(130) 방향으로 증가할 수 있다. 여기서, 커버부(122)의 굴절률은 점차적 또는 점진적으로 증가할 수 있는데, 선형적(또는 연속적)으로 증가할 수도 있고, 단계적(또는 계단식)으로 증가할 수도 있다. 커버부(122)의 굴절률이 저굴절률부(121)에서 평탄화층(130) 방향으로 갈수록 증가하는 경우에는 높은 굴절률을 갖는 평탄화층(130)과의 계면에서 굴절률 차이를 완화시킴으로써, 유기 발광층(140)에서 발광된 빛이 평탄화층(130)에서 저굴절률부(121)로 진행하는 동안에 내부 반사되는 확률을 줄일 수 있고, 이에 따라 유기발광소자(100)의 광추출 효율이 더욱 향상될 수 있다.
도 3(a)와 같이, 커버부(122)는 저굴절률부(121)를 향하는 면과 평탄화층(130)을 향하는 면 중 적어도 어느 하나의 면에 요철 표면을 가질 수 있다. 커버부(122)가 요철 표면을 갖게 되면, 저굴절률부(121)와 커버부(122) 및/또는 커버부(122)와 평탄화층(130)이 접하는 부분에서 평균 굴절률이 평탄화층(130) 방향으로 갈수록 점진적으로 증가할 수 있다. 이때, 상기 요철 표면은 도 3(a)와 같이 커버부(122)의 외측으로 갈수록 폭(또는 단면적)이 줄어드는 요철 형상을 가질 수 있다. 저굴절률부(121)와 커버부(122) 및/또는 커버부(122)와 평탄화층(130)이 접하는 부분에서 평균 굴절률이 평탄화층(130) 방향으로 갈수록 점진적으로 증가함으로써, 평탄화층(130)에서 커버부(122)로의 빛의 입사와 커버부(122)에서 저굴절률부(121)로의 빛의 입사가 효과적으로 이루어질 수 있다.
그리고 도 3(b)와 같이, 커버부(122)는 굴절률이 서로 다른 복수의 층(122a,122b)으로 이루어질 수 있다. 저굴절률부(121)에 접하여 형성되는 층(122a)에서부터 평탄화층(130) 방향으로 갈수록 굴절률이 점점 증가하여 평탄화층(130)에 접하여 형성되는 층(122b)이 커버부(122)에서 가장 높은 굴절률을 가질 수 있다. 도 3(b)에는 두 층만이 도시되어 있지만, 3층, 4층, …, n층으로 구성될 수도 있으며, 저굴절률부(121)에서 평탄화층(130) 방향으로 갈수록 굴절률이 점점 증가하면 족하고, 층(122a,122b)의 수는 특별히 한정되지 않는다. 저굴절률부(121)에서 평탄화층(130) 방향으로 갈수록 굴절률이 점점 증가하는 복수의 층(122a,122b)으로 커버부(122)가 이루어지면, 높은 굴절률을 갖는 평탄화층(130)과의 굴절률 차이를 점차적으로 완화시킴으로써, 유기 발광층(140)에서 발광된 빛이 평탄화층(130)에서 저굴절률부(121)로 진행하는 동안에 내부 반사되는 확률을 줄일 수 있고, 이에 따라 유기발광소자(100)의 광추출 효율이 보다 향상될 수 있다.
한편, 커버부(122)는 평탄화층(130)보다 높은 소광 계수(extinction coefficient)를 가질 수 있다. 광학적으로 상이한 두 물질(예를 들어, 유전체와 금속)이 접하는 경우, 두 물질 간의 복소 굴절률 차이가 클수록 회절의 강도가 강해질 수 있고, 이로 인해 광추출 확률이 증가할 수 있다.
이때, 복소 굴절률은 식 1로 나타낼 수 있다.
[식 1]
복소 굴절률 η = (n + ik)2 (여기서, n은 굴절률이고, k는 소광 계수)
표 1은 본 발명의 일실시예에 따른 재료별 굴절률, 소광 계수 및 표피 깊이를 나타낸 표이다.
n @ 450㎚ k @ 450㎚ 표피 깊이 @ 450㎚
평탄화층 2.7 < 0.1

금속
 Ag 0.1 2.4 15 ㎚
Al 0.6 5.3 7 ㎚
Ni 1.6 2.7 13 ㎚
공기 1.0 0
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 금속으로 이루어진 커버부를 나타낸 단면도이다.
표 1 및 도 4를 참조하면, 커버부(122)는 금속으로 이루어질 수 있다. 금속은 유전체(dielectric material) 등 일반적으로 평탄화층(130)에 사용되는 재료보다 소광 계수(k)가 매우 크므로, 커버부(122)가 금속으로 이루어진 경우에는 회절의 강도가 크게 증가하여 광추출 확률이 증가하면서 광추출 효율이 극대화될 수 있다.
그리고 커버부(122)가 금속으로 이루어진 경우에는 커버부(122)가 저굴절률부(121)만을 덮도록 형성될 수 있다. 투과도가 낮은 금속 박막이 저굴절률부(121)가 없이 투명 기판(110)의 표면에 접하여 존재할 경우, 회절 현상과는 무관하게 금속 박막이 빛의 흡수체로 작용할 수 있다. 이에 따라 회절의 생성과 밀접한 평탄화층(130)과 저굴절률부(121) 사이에만 존재하는 것이 바람직하다.
한편, 커버부(122)는 투명 전도성 산화물(Transparent Conductive Oxide; TCO) 등의 투명 전도성 박막으로 이루어질 수 있는데, 저굴절률부(121)와 커버부(122) 간에 굴절률 차이가 극대화되어 광추출 효과가 향상될 수 있고, 투명 전극(160)과 전기적으로 연결되어 전기적 배선으로 작용할 수도 있다. 또한, 평탄화층(130)도 투명 전도성 박막으로 형성하는 경우에는 커버부(122)와 평탄화층(130)이 전류 확산과 같은 전극의 역할을 수행할 수 있으므로, 별도의 투명 전극(160)을 생략할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 광학 패턴부를 설명하기 위한 그림으로, 도 5(a)는 패턴 주기, 저굴절률부의 폭과 높이 및 커버부의 두께를 설명하기 위한 단면도이고, 도 5(b)는 저굴절률부가 공극일 때, 커버부의 두께에 따른 광추출 효율을 나타내는 그래프이다.
표 1 및 도 5를 참조하면, 커버부(122)의 두께(d)는 표피 깊이(Skin depth) 내지 150 ㎚일 수 있다. 금속 박막(122´)의 두께(즉, 커버부의 두께)가 너무 얇으면, 빛이 금속의 존재를 인식하지 못하고 투과하는 터널링(tunneling) 현상이 발생하게 된다. 여기서, 이러한 터널링 현상이 없이 금속이 금속으로서의 기능을 수행하기 위한 최소한의 두께가 표피 깊이(Skin depth)이다. 금속 고유의 광학적 물성을 활용하여 회절 현상을 강화하기 위해서는 금속 박막(122´)이 표피 깊이 이상의 두께를 가지는 것이 바람직하다.
이때, 표피 깊이는 식 2로 나타낼 수 있다.
[식 2]
표피 깊이(Skin depth) = λ/4πk (여기서, λ는 빛의 파장이고, k는 소광 계수)
반면에, 커버부(122)의 두께(d)가 150 ㎚보다 두껍게 되면, 상기 희생층(미도시)을 열산화시켜 제거할 경우에 커버부(122)를 통한 확산 및/또는 침투가 잘 일어나지 않게 되고, 상기 희생층(미도시)을 습식으로 제거할 경우에 커버부(122)를 통한 유기용제의 침투가 용이하지 않게 될 수 있다.
따라서, 표피 깊이(Skin depth) 내지 150 ㎚의 두께로 커버부(122)를 형성함으로써, 금속 고유의 광학적 물성을 활용하여 회절 현상을 강화할 수 있으면서 상기 희생층(미도시)을 열산화시키거나 습식으로 제거할 경우에 확산 및/또는 침투가 잘 일어나게 하여 상기 희생층(미도시)을 효과적으로 제거할 수 있다.
또한, 커버부(122)가 유전막 등의 비금속으로(즉, 유기물, 비정질 무기물 또는 다결정 무기물로) 이루어진 경우에 커버부(122)의 두께(d)는 20 ㎚ 내지 λ/ｎ122(여기서, λ는 유기 발광층에서 발광되는 빛의 유효 파장이고, ｎ122는 커버부의 평균 굴절률)일 수 있다. 커버부(122)의 두께(d)가 20 ㎚보다 얇게 되면, 유기발광소자(100)의 제조 공정 중에 커버부(122)가 무너지는 등 손상될 수 있고, 커버부(122)의 두께(d)가 λ/ｎ122보다 두껍게 되면, 커버부(122)에 의해 형성된 공극의 공기와 외부의 빛 사이에 직접적인 간섭이 없게 된다. 그리고 커버부(122)의 두께(d)가 20 ㎚ 내지 λ/ｎ122인 경우에는 광추출 효율이 약 0.3 이상이 될 수 있는데, 커버부(122)의 두께(d)가 200 ㎚ 이상에서 광추출 효율이 새츄레이션(saturation)되어 200 ㎚ 내지 λ/ｎ122인 경우에는 광추출 효율이 약 0.3이 되게 된다. 또한, 도 5(b)를 보면, 커버부(122)의 두께(d)가 20 내지 80 ㎚일 경우에 0.35 이상으로 매우 높은 광추출 효율을 보이는 것을 알 수 있다. 한편, 도 5(b)에서는 광추출 효율이 새츄레이션되기 전인 200 ㎚ 이하의 범위만 나타내었고, 커버부(122)의 두께(d)가 20 ㎚보다 얇은 구간은 저굴절률부(121)가 공극인 경우에 커버부(122)가 무너져 측정이 불가하였다.
그리고 광학 패턴부(120)는 일정한 주기(T)를 가질 수 있다. 이러한 경우, 유효 파장대의 빛을 효율적으로 추출할 수 있고, 각 저굴절률부(121)가 인접한 주변 저굴절률부(121´)의 회절 강도에 영향을 주는 것을 방지할 수도 있으며, 전체적으로 균일하게 빛을 추출할 수 있다.
또한, 광학 패턴부(120)의 주기(T)는 λ/ｎ 내지 20λ/ｎ(여기서, λ는 유기 발광층에서 발광되는 빛의 유효 파장이고, ｎ은 유기 발광층의 평균 굴절률)일 수 있다. 광학 패턴부(120)의 패턴 주기(T)가 λ/ｎ보다 작으면, 회절 격자 방적식에 의하여 회절 강도가 급격하게 떨어지게 되어 유기발광소자(100)의 광추출 효율이 저하되게 되고, 광학 패턴부(120)의 패턴 주기(T)가 20λ/ｎ보다 크게 되면, 파동 광학의 영역을 벗어나게 되어 유기발광소자(100)의 광추출 효율이 저하되게 된다.
여기서, 복수의 발광층(142)을 포함하는 유기발광소자(100)의 경우에는 발광층(142)별로 광추출 효율의 차이가 심하면, 유기 발광층(140)에서 발광되는 빛의 유효 파장(λ)은 광추출 효율이 가장 낮은 발광층(142)의 파장일 수 있고, 발광층(142)별로 광추출 효율이 유사하면, 유기 발광층(140)에서 발광되는 빛의 유효 파장(λ)은 복수의 발광층(142)의 파장들의 중간값일 수 있다.
따라서, 광학 패턴부(120)의 주기(T)는 λ/ｎ 내지 20λ/ｎ일 수 있고, 이에 따라 강한 회절 강도를 유지할 수 있어 우수한 유기발광소자(100)의 광추출 효율을 얻을 수 있다.
그리고 저굴절률부(121)의 폭(ℓ)은 0.1λ/ｎ 내지 20λ/ｎ(여기서, λ는 유기 발광층에서 발광되는 빛의 유효 파장이고, ｎ은 유기 발광층의 평균 굴절률)일 수 있다. 여기서, 저굴절률부(121)의 폭(ℓ)은 수평 방향의 최장폭일 수 있는데, 저굴절률부(122)의 수직 단면 형상이 삼각형이나 반원 또는 호 형상 등 밑변의 길이가 제일 긴 형상인 경우에는 최장폭인 밑변의 길이가 저굴절률부(121)의 폭(ℓ)일 수 있고, 저굴절률부(122)의 수직 단면 형상이 원 또는 마름모 등 중앙폭(또는 가운데 폭)이 제일 긴 형상인 경우에는 최장폭인 중앙폭이 저굴절률부(121)의 폭(ℓ)일 수 있으며, 저굴절률부(122)의 수직 단면 형상이 역삼각형 또는 역반원 등 상단폭(또는 윗변)이 제일 긴 형상인 경우에는 최장폭인 상단폭이 저굴절률부(121)의 폭(ℓ)일 수 있다. 그리고 저굴절률부(121)의 폭(ℓ)이 20λ/ｎ인 경우는 저굴절률부(121)의 수평 방향의 폭이 높이에 따라 다를 때에 저굴절률부(121)의 수평 방향 최장폭(예를 들어, 밑변의 길이)만 서로 맞닿는 형태일 수 있는데, 이러한 경우에 저굴절률부(121)의 총 부피(volume)를 극대화(또는 최대화)할 수 있고, 이에 따라 광학 패턴부(120)의 기능을 극대화할 수 있다. 저굴절률부(121)의 폭(ℓ)이 0.1λ/ｎ보다 작게 되면, 저굴절률부(121)의 총 부피가 매우 작아 광학 패턴부(120)의 기능을 상실하게 되고, 저굴절률부(121)의 폭(ℓ)이 20λ/ｎ보다 크게 되면, 상기 단위 패턴 간의 경계가 모호해져(또는 없어져) 파동 광학에 의한 빛의 회절 효과가 미미해질 수 있다.
또한, 저굴절률부(121)의 폭(ℓ)이 20λ/ｎ이면, 투명 기판(110)에 접촉되는 커버부(122)의 부분이 적어져 저굴절률부(121)가 공극인 경우에 광학 패턴부(120)가 구조적으로 안정하지 않을 수 있는데, 저굴절률부(121)가 공극인 경우에는 커버부(122)의 많은 부분이 투명 기판(110)에 접촉될 수 있도록 저굴절률부(121)의 폭(ℓ)이 20λ/ｎ 미만일 수 있고, 저굴절률부(121)의 폭(ℓ)이 10λ/ｎ 이하인 경우에는 구조적으로 안정된 공극 영역을 형성할 수 있으면서 각 저굴절률부(121)가 인접한 주변 저굴절률부(121´)의 회절 강도에 영향을 주지 않을 수 있다. 이에 저굴절률부(121)의 폭(ℓ)은 0.1λ/ｎ 내지 20λ/ｎ에서 정해질 수 있는데, 여러 조건들(예를 들어, 저굴절률부가 공극인 조건)을 고려하여 저굴절률부(121)의 폭(ℓ)이 0.1λ/ｎ 내지 10λ/ｎ일 수도 있다.
한편, 저굴절률부(121)의 높이(h)는 λ/2ｎ121 내지 2 ㎛(여기서, λ는 유기 발 광층에서 발광되는 빛의 유효 파장이고, ｎ121은 저굴절률부의 굴절률)일 수 있다. 저굴절률부(121)의 높이(h)가 2 ㎛보다 높아지면, 전체적인 패턴의 높이가 높아져서 평탄화층(130)의 형성이 어려워질 수 있고, 저굴절률부(121)의 높이(h)가 λ/2ｎ121보다 낮아지면, 너무 얇아져 빛이 저굴절률부(121)를 인식하지 못하게 된다. 또한, 저굴절률부(121)의 폭(ℓ)은 상기 단위 패턴의 간격보다 넓을 수 있다. 저굴절률부(121)의 폭(ℓ)이 상기 단위 패턴의 간격보다 좁게 되면, 상기 단위 패턴의 분포 밀도(packing density)가 50 %보다 작아져 광학 패턴부(120)의 효과가 미미해질 수 있다.
그리고 본 발명에서는 800 ℃ 이하의 낮은 온도에서 유기발광소자(100)를 제조할 수 있다. 유기발광소자(100) 제조방법의 일실시예를 설명하면, 다음과 같다.
먼저, 투명 기판(111) 상에 공극을 형성하기 위한 희생층(미도시)을 형성할 수 있다. 상기 희생층(미도시)은 200 ℃ 이하에서 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 희생층(미도시) 상에 커버부(122)를 형성할 수 있다. 커버부(122)는 상기 희생층(미도시)에 영향을 주지 않을 정도의 온도에서 형성될 수 있는데, 예를 들어 200 ℃ 이하일 수 있고, 바람직하게는 100 ℃ 이하일 수 있다.
그 다음 상기 희생층(미도시)을 제거할 수 있다. 상기 희생층(미도시)은 열산화(또는 열분해)시켜 제거할 수도 있고, 유기용제(organic solvant)로 녹여 제거할 수도 있는데, 열산화시켜 제거하는 경우에는 산소 분위기에서 600 내지 700 ℃의 온도로 가열하여 산화시킴으로써, 상기 희생층(미도시)을 제거할 수 있고, 유기용제로 제거하는 경우에는 가열을 최소화하여 유기용제로 상기 희생층(미도시)을 제거할 수 있어 200 ℃ 이하의 낮은 온도에서 상기 희생층(미도시)을 제거할 수 있다. 이때, 가열없이 유기용제만으로 상기 희생층(미도시)을 제거할 수도 있고, 가열하여 유기용제를 사용하는 경우에는 더욱 효과적으로(또는 더 빠르게) 상기 희생층(미도시)을 제거할 수 있다. 일반적으로 사용되는 유리 기판의 연화점은 800 내지 1,000 ℃이므로, 유리 기판의 경우에는 열산화시켜 상기 희생층(미도시)을 제거할 수 있지만, 유기물 기판은 일반적으로 300 내지 400 ℃의 온도에서 변형이 일어나므로, 열산화시켜 상기 희생층(미도시)을 제거하는 것보다는 유기용제로 상기 희생층(미도시)을 제거하는 것이 바람직하다.
그리고 평탄화층(130), 투명 전극(160), 유기 발광층(140) 및 반사 전극(150)을 순서대로 적층할 수 있다. 평탄화층(130), 투명 전극(160), 유기 발광층(140) 및 반사 전극(150)은 모두 200 ℃ 이하에서 형성될 수 있고, 바람직하게는 100 ℃ 이하에서 형성될 수 있다.
한편, 커버부(122)와 평탄화층(130)은 모두 유기 물질, 비정질 물질 또는 다결정 물질로 이루어질 수 있다. 커버부(122)와 평탄화층(130)은 저온(200 ℃ 이하)에서 형성되어 일반적으로 비정질이거나 매우 작은 입자로 이루어진 다결정을 가질 수 있는데, 본 발명의 유기발광소자(100)는 커버부(122) 상에 유기물 반도체층(즉, 유기 발광층)을 성장시키기 때문에 단결정으로 결정화시키기 위한 고온(1,000 ℃ 이상)에서의 열처리없이 유기발광소자(100)를 제조할 수 있고, 커버부(122)와 평탄화층(130)은 비정질 또는 다결정의 결정 상태가 유지될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 800 ℃ 이하의 온도에서 유기발광소자(100)를 제조할 수 있고, 바람직하게는 300 ℃ 이하의 온도에서 유기발광소자(100)를 제조할 수 있다.
이처럼, 본 발명에서는 투명 기판 상에 서로 이격된 복수의 단위 패턴을 갖는 광학 패턴부를 제공하여 투명 기판보다 굴절률이 낮은 영역을 형성함으로써, 투명 기판과의 계면에서 빛의 반사를 줄여 광추출 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 광학 패턴부를 통해 빛을 굴절 및/또는 회절시켜 광추출 효과를 향상시킬 수 있으며, 광학 패턴부가 공극을 포함하는 경우에는 투명 기판과의 굴절률 차이를 크게 하여 광추출 효율을 보다 더 향상시킬 수 있다. 그리고 광학 패턴부 상에 유기 발광층보다 높은 굴절률을 갖는 평탄화층을 제공함으로써, 굴절률이 낮은 유기 발광층에서 투명 기판 방향으로 광추출이 효과적으로 이루어지도록 할 수 있고, 유기 발광층의 형성을 위한 평탄면을 제공할 수 있다. 이에 따라 유기발광소자의 광추출 효율이 더욱 향상될 수 있고, 안정적으로 유기 발광층을 형성할 수 있어 고효율 및 고신뢰성을 갖는 유기발광소자를 구현할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 유기 발광층에서 발광되는 빛의 유효 파장에 따라 광학 패턴부가 일정한 주기를 갖게 함으로써, 유효 파장의 빛을 효과적으로 추출할 수도 있다. 한편, 저굴절률부에서 평탄화층 방향으로 갈수록 굴절률이 높아지도록 광학 패턴부의 커버부를 형성하는 경우에는 높은 굴절률을 갖는 평탄화층과의 굴절률 차이를 완화시킴으로써, 평탄화층에서 저굴절률부로 진행하는 빛의 반사 확률을 줄일 수 있고, 이에 따라 유기발광소자의 광추출 효율이 극대화될 수 있다.
상기 설명에서 사용한 “~ 상에”라는 의미는 위치에 관계없이 표면에 직접 접촉하는 경우와 직접 접촉하지는 않지만 위치상 상부(위쪽) 또는 하부(아래쪽)에 대향하여 위치하는 경우를 포함하고, 상부면 또는 하부면 전체에 대향하여 위치하는 것뿐만 아니라 부분적으로 대향하여 위치하는 것도 가능하며, 그 면적에 관계없이 위치상 떨어져 대향하거나 상부면 또는 하부면에 직접 접촉한다는 의미로 사용하였다. 예를 들어, “투명 기판 상에”는 투명 기판의 표면(상부면 또는 하부면)이 될 수도 있고, 투명 기판의 표면에 증착된 막의 표면이 될 수도 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 유기발광소자 110 : 투명 기판
120 : 광학 패턴부 121 : 저굴절률부
122 : 커버부 130 : 평탄화층
140 : 유기 발광층 141 : 정공 주입/수송층
142 : 발광층 143 : 전자 주입/수송층
150 : 반사 전극 160 : 투명 전극

Claims (19)

  1. 투명 기판;
    상기 투명 기판 상에 제공되며, 서로 이격된 복수의 단위 패턴을 갖는 광학 패턴부;
    상기 광학 패턴부 상에 제공되는 평탄화층; 및
    상기 평탄화층 상에 제공되는 유기 발광층;을 포함하고,
    상기 평탄화층은 상기 유기 발광층보다 높은 굴절률을 가지며,
    상기 광학 패턴부는 상기 평탄화층보다 낮은 굴절률을 갖고,
    상기 광학 패턴부는,
    상기 투명 기판 상에 위치하고, 상기 투명 기판의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 저굴절률부; 및
    상기 저굴절률부를 덮어 상기 저굴절률부의 영역을 정의하는 커버부를 포함하며,
    상기 커버부의 굴절률은 상기 저굴절률부에서 상기 평탄화층 방향으로 증가하는 유기발광소자.
  2. 투명 기판;
    상기 투명 기판 상에 제공되며, 서로 이격된 복수의 단위 패턴을 갖는 광학 패턴부;
    상기 광학 패턴부 상에 제공되는 평탄화층; 및
    상기 평탄화층 상에 제공되는 유기 발광층;을 포함하고,
    상기 평탄화층은 상기 유기 발광층보다 높은 굴절률을 가지며,
    상기 광학 패턴부는 상기 평탄화층보다 낮은 굴절률을 갖고,
    상기 광학 패턴부는,
    상기 투명 기판 상에 위치하고, 상기 투명 기판의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 저굴절률부; 및
    상기 저굴절률부를 덮어 상기 저굴절률부의 영역을 정의하는 커버부를 포함하며,
    상기 커버부는 상기 평탄화층보다 높은 소광 계수를 갖는 유기발광소자.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 광학 패턴부의 적어도 일부는 상기 투명 기판보다 낮은 굴절률을 갖는 유기발광소자.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 저굴절률부는 공극을 포함하는 유기발광소자.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 커버부는 상기 평탄화층과 상기 저굴절률부 사이의 굴절률을 갖는 유기발광소자.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 커버부는 상기 저굴절률부를 향하는 면과 상기 평탄화층을 향하는 면 중 적어도 어느 하나의 면에 요철 표면을 갖는 유기발광소자.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 커버부는 굴절률이 서로 다른 복수의 층으로 이루어진 유기발광소자.
  9. 삭제
  10. 청구항 2에 있어서,
    상기 커버부는 금속으로 이루어진 유기발광소자.
  11. 청구항 2에 있어서,
    상기 커버부의 두께는 표피 깊이 내지 150 ㎚인 유기발광소자.
  12. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 커버부는 다공성막인 유기발광소자.
  13. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 커버부는 유기물, 비정질 무기물 또는 다결정 무기물로 이루어진 유기발광소자.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 커버부의 두께는 20 ㎚ 내지 λ/ｎ122(여기서, λ는 유기 발광층에서 발광되는 빛의 유효 파장이고, ｎ122는 커버부의 평균 굴절률)인 유기발광소자.
  15. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 저굴절률부의 폭은 0.1λ/ｎ 내지 20λ/ｎ(여기서, λ는 상기 유기 발광층에서 발광되는 빛의 유효 파장, ｎ은 상기 유기 발광층의 평균 굴절률)인 유기발광소자.
  16. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 광학 패턴부는 일정한 주기를 갖는 유기발광소자.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 광학 패턴부의 주기는 λ/ｎ 내지 20λ/ｎ(여기서, λ는 상기 유기 발광층에서 발광되는 빛의 유효 파장, ｎ은 상기 유기 발광층의 평균 굴절률)인 유기발광소자.
  18. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 투명 기판은 유기물 기판, 유리 기판, 비정질 기판, 다결정 기판 중 어느 하나인 유기발광소자.
  19. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 유기 발광층 상에 제공되는 반사 전극; 및
    상기 평탄화층과 상기 유기 발광층 사이에 제공되는 투명 전극;을 더 포함하는 유기발광소자.
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