KR102010849B1

KR102010849B1 - 유기발광소자

Info

Publication number: KR102010849B1
Application number: KR1020120153124A
Authority: KR
Inventors: 강연숙; 이재원
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2019-08-14
Also published as: KR20140083411A

Abstract

본 발명은 OLED에 관한 것으로 특히, 광 추출효율이 향상된 OLED에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 평탄화층 상부로 아웃커플링패턴층을 더욱 구비하고, OLED를 인캡슐레이션하는 보호필름의 무기보호필름을 유기보호필름에 비해 높은 굴절율을 갖도록 형성함으로써, 평탄화층을 통해 각 계면에서 전반사되는 광을 간섭에 의해 상쇄되도록 함으로써, 광의 소실 및 층 측면에서의 방출을 줄여 1차적을 광 추출효율을 향상시킬 수 있으며, 아웃커플링패턴층을 통해 평탄화층의 측면으로 방출되는 광을 줄임으로써 2차적으로 광 추출효율을 향상시키게 된다.
또한, 보호필름을 통해 보호필름 내에서 전반사에 의해 손실되는 광을 줄임으로써 3차적으로 광 추출효율을 향상시키게 됨으로써, 본 발명의 실시예에 따른 OLED는 매우 높은 광 추출효율을 갖게 된다.
이를 통해, 수명의 감소 및 전류의 증가 없이도 고휘도를 갖는 OLED를 구현할 수 있다.

Description

유기발광소자{Organic light emitting diode}

본 발명은 유기발광소자에 관한 것으로 특히, 광 추출효율이 향상된 유기발광소자에 관한 것이다.

최근까지, CRT(cathode ray tube)가 표시장치로서 주로 사용되었다. 그러나, 최근에 CRT를 대신할 수 있는, 플라즈마표시장치(plasma display panel : PDP), 액정표시장치(liquid crystal display device : LCD), 유기발광소자(organic light emitting diodes : OLED)와 같은 평판표시장치가 널리 연구되며 사용되고 있는 추세이다.

위와 같은 평판표시장치 중에서, 유기발광소자(이하, OLED라 함)는 자발광소자로서, 비발광소자인 액정표시장치에 사용되는 백라이트가 필요하지 않기 때문에 경량 박형이 가능하다.

그리고, 액정표시장치에 비해 시야각 및 대비비가 우수하며, 소비전력 측면에서도 유리하며, 직류 저전압 구동이 가능하고, 응답속도가 빠르며, 내부 구성요소가 고체이기 때문에 외부충격에 강하고, 사용 온도범위도 넓은 장점을 가지고 있다.

특히, 제조공정이 단순하기 때문에 생산원가를 기존의 액정표시장치 보다 많이 절감할 수 있는 장점이 있다.

이러한 OLED는 유기전계 발광다이오드를 통해 발광하는 자발광소자로서, 유기전계 발광다이오드는 유기발광현상을 통해 발광하게 된다.

도 1은 일반적인 유기발광현상에 의한 발광원리를 갖는 유기전계 발광다이오드의 밴드다이어그램이다.

도시한 바와 같이, 유기전계 발광다이오드(10)는 애노드 및 캐소드전극(21, 25)과 이들 사이에 위치하는 정공수송막(hole transport layer : HTL)(33)과 전자수송막(electron transport layer : ETL)(35) 그리고 정공수송막(33)과 전자수송막(35) 사이로 개재된 발광막(emission material layer : EML)(40)으로 이루어진다.

그리고, 발광 효율을 향상시키기 위하여 애노드전극(21)과 정공수송막(33) 사이로 정공주입막(hole injection layer : HIL)(37)이 개재되며, 캐소드전극(25)과 전자수송막(35) 사이로 전자주입막(electron injection layer : EIL)(39)이 개재된다.

이러한 유기전계 발광다이오드(10)는 애노드전극(21)과 캐소드전극(25)에 각각 양(+)과 음(-)의 전압이 인가되면 애노드전극(21)의 정공과 캐소드전극(25)의 전자가 발광막(40)으로 수송되어 엑시톤을 이루고, 이러한 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 천이될 때 광이 발생되어 발광막(40)에 의해 가시광선의 형태로 방출된다.

이러한 유기전계 발광다이오드(10)를 포함하는 OLED의 휘도는 OLED를 통해 흐르는 전류의 크기와 더불어 증가한다. 그러나, 전류 강도가 증가하면, 전력 소모가 커지고 OLED의 수명이 상당히 감소한다.

따라서, 고 휘도, 저 전력 소모 그리고 긴 수명 시간을 갖는 OLED를 구현하기 위하여, OLED로부터 유기전계 발광다이오드(10)에 의해 방출된 광을 보다 효율적으로 추출하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 내부 광 추출을 향상시킴으로써 광 효율을 극대화할 수 있는 OLED를 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 구동 박막트랜지스터와 유기전계 발광다이오드가 형성된 제 1 기판과; 상기 유기전계 발광다이오드 상부에 위치하는 평탄화층과; 상기 평탄화층 상부에 위치하는 아웃커플링패턴층(out-coupling pattern layer)과; 상기 구동 박막트랜지스터 및 상기 유기전계 발광다이오드를 덮으며, 제 1 굴절율을 가지며 적어도 하나의 무기보호필름과 상기 무기보호필름 상부에 위치하며 상기 제 1 굴절율이 비해 큰 제 2 굴절율을 갖는 적어도 하나의 유기보호필름을 포함하는 보호필름을 포함하며, 상기 유기전계 발광다이오드에서 발광하는 광은 상기 보호필름 상부로 투과하는 상부발광 방식인 유기발광소자를 제공한다.

이때, 상기 평탄화층은 1.7 ~ 2.6 범위 내의 굴절율을 가지며, 상기 아웃커플링패턴층은 마이크로렌즈 어레이(microlens array), 나노패턴(nano pattern), 확산패턴(diffuse pattern), 실리카비드(silica bead : 미도시)를 포함하는 광 산란층으로 이루어진다.

그리고, 상기 평탄화층과 상기 아웃커플링패턴층 사이에 개재되는 접착층은 상기 평탄화층과 동일한 굴절율을 가지며, 상기 제 1 굴절율은 1.5 ~ 1.6 이며, 상기 제 2 굴절율은 1.7 ~ 1.8로 이루어진다.

이때, 상기 무기보호필름과 상기 유기보호필름은 서로 교대로 반복 적층되며, 상기 무기보호필름은 상기 유기보호필름을 감싼다.

그리고, 상기 기판과 상기 유기전계 발광다이오드 사이에 베리어층(berrier)이 개재되며, 상기 베리어층은 적어도 하나의 무기절연물질과 적어도 하나의 유기절연물질이 교대로 적층된다.

이때, 상기 구동 박막트랜지스터는 반도체층과, 게이트전극, 소스 및 드레인전극을 포함하며, 상기 발광다이오드는 상기 구동 박막트랜지스터와 연결되는 제 1 전극과 유기발광층 그리고 제 2 전극을 포함한다.

위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 평탄화층 상부에 아웃커플링 패턴층을 더욱 구비하고, OLED를 인캡슐레이션하는 보호필름의 유기보호필름을 무기보호필름에 비해 높은 굴절율을 갖도록 형성함으로써, 평탄화층을 통해 각 계면에서 전반사되는 광을 간섭에 의해 상쇄되도록 함으로써, 3차에 걸친 광 추출효과를 구현할 수 있어, 매우 높은 광 추출효율을 갖게 되는 효과가 있다.

이를 통해, 수명의 감소 및 전류의 증가 없이도 고휘도를 갖는 OLED를 구현할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 유기발광현상에 의한 발광원리를 갖는 유기전계 발광다이오드의 밴드다이어그램.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 OLED를 개략적으로 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광다이오드(E)의 단면구조를 간략화하여 도시한 도면.
도 4a ~ 4b는 평탄화층만 존재하는 OLED와 본 발명의 실시예와 같이 평탄화층 상부에 아웃커플링패턴층이 구비된 OLED의 광 추출효율광 추출효율을 개략적으로 도시한 단면도.
도 5는 평탄화층과 아웃커플링패턴층의 결합으로 이루어진 OLED에서 광 추출효율을 시뮬레이션 결과.
도 6a ~ 6b는 본 발명의 실시예에 따른 보호필름의 광 추출효율을 개략적으로 도시한 단면도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 OLED를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 OLED(100)는 구동 박막트랜지스터(DTr)와 유기전계 발광다이오드(E)가 형성된 기판(101)이 보호필름(230)에 의해 인캡슐레이션(encapsulation)된다.

이에 대해 좀더 자세히 살펴보면, 기판(101) 상의 화소영역(P)에는 반도체층(103)이 형성되는데, 반도체층(103)은 실리콘으로 이루어지며 그 중앙부는 채널을 이루는 액티브영역(103a) 그리고 액티브영역(103a) 양측면으로 고농도의 불순물이 도핑된 소스 및 드레인영역(103b, 103c)으로 구성된다.

이러한 반도체층(103) 상부로는 게이트절연막(105)이 형성되어 있다.

게이트절연막(105) 상부로는 반도체층(103)의 액티브영역(103a)에 대응하여 게이트전극(107)과 도면에 나타내지 않았지만 일방향으로 연장하는 게이트배선이 형성되어 있다.

또한, 게이트전극(107)과 게이트배선(미도시) 상부 전면에 제 1 층간절연막(109a)이 형성되어 있으며, 이때 제 1 층간절연막(109a)과 그 하부의 게이트절연막(105)은 액티브영역(103a) 양측면에 위치한 소스 및 드레인영역(103b, 103c)을 각각 노출시키는 제 1, 2 반도체층 콘택홀(116)을 구비한다.　

다음으로, 제 1, 2 반도체층 콘택홀(116)을 포함하는 제 1 층간절연막(109a) 상부로는 서로 이격하며 제 1, 2 반도체층 콘택홀(116)을 통해 노출된 소스 및 드레인영역(103b, 103c)과 각각 접촉하는 소스 및 드레인전극(110a, 110b)이 형성되어 있다.

그리고, 소스 및 드레인전극(110a, 110b)과 두 전극(110a, 110b) 사이로 노출된 제 1 층간절연막(109a) 상부로 드레인전극(110b)을 노출시키는 드레인콘택홀(117)을 갖는 제 2 층간절연막(109b)이 형성되어 있다.

이때, 소스 및 드레인전극(110a, 110b)과 이들 전극(110a, 110b)과 접촉하는 소스 및 드레인영역(103b, 103c)을 포함하는 반도체층(103)과 반도체층(103) 상부에 형성된 게이트절연막(105) 및 게이트전극(107)은 구동 박막트랜지스터(DTr)를 이루게 된다.

한편, 도면에 나타나지 않았지만, 게이트배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터배선(미도시)이 형성되어 있다. 그리고, 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 구동 박막트랜지스터(DTr)와 동일한 구조로, 구동 박막트랜지스터(DTr)와 연결된다.

그리고, 스위칭 박막트랜지스터(미도시) 및 구동 박막트랜지스터(DTr)는 도면에서는 반도체층(103)이 폴리실리콘 반도체층으로 이루어진 탑 게이트(top gate) 타입을 예로써 보이고 있으며, 이의 변형예로써 순수 및 불순물의 비정질질실리콘으로 이루어진 보텀 케이트(bottom gate) 타입으로 형성될 수도 있다.

또한, 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인전극(110b)과 연결되며 제 2 층간절연막(109b) 상부로는 실질적으로 화상을 표시하는 영역에는 예를 들어 일함수 값이 비교적 높은 물질로 유기전계 발광다이오드(E)를 구성하는 일 구성요소로서 양극(anode)을 이루는 제 1 전극(111)이 형성되어 있다.

이러한 제 1 전극(111)은 각 화소영역(P) 별로 형성되는데, 각 화소영역(P) 별로 형성된 제 1 전극(111) 사이에는 뱅크(bank : 119)가 위치한다.

즉, 뱅크(119)를 각 화소영역(P) 별 경계부로 하여 제 1 전극(111)이 화소영역(P) 별로 분리된 구조로 형성되어 있다.　

그리고 제 1 전극(111)의 상부에 유기발광층(113)이 형성되어 있다.

여기서, 유기발광층(213)은 정공수송막(도 3의 113b), 정공주입막(도 3의 113d), 발광막(도 3의 113a), 전자수송막(도 3의 113c) 및 전자주입막(도 3의 113e)으로 이루어진다.

그리고, 유기발광층(113)의 상부로는 전면에 음극(cathode)을 이루는 제 2 전극(115)이 형성되어 있다.

이때, 제 2 전극(115)은 이중층 구조로, 일함수가 낮은 금속 물질을 얇게 증착한 반투명 금속막을 포함한다. 이때, 제 2 전극(115)은 반투명 금속막 상에 투명한 도전성 물질을 두껍게 증착된 이층 구조일 수도 있다.

따라서, 유기발광층(113)에서 발광된 광은 제 2 전극(115)을 향해 방출되는 상부 발광방식으로 구동된다.

이러한 OLED(100)는 선택된 색 신호에 따라 제 1 전극(111)과 제 2 전극(115)으로 소정의 전압이 인가되면, 제 1 전극(111)으로부터 주입된 정공과 제 2 전극(115)으로부터 제공된 전자가 유기발광층(113)으로 수송되어 엑시톤(exciton)을 이루고, 이러한 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 천이 될 때 광이 발생되어 가시광선의 형태로 방출된다.

이때, 발광된 광은 투명한 제 2 전극(115)을 통과하여 외부로 나가게 되므로, OLED(100)는 임의의 화상을 구현하게 된다.

여기서, 본 발명의 특징적인 구성은 제 2 전극(115)의 상부로 평탄화층(210)과 아웃커플링패턴층(out-coupling pattern layer : 220)이 순차적으로 부착되는 것을 특징으로 한다.

이때, 평탄화층(210)은 1.8 이상의 굴절율을 가지며 바람직하게는 1.7 ~ 2.6의 굴절율을 가지며, 이러한 구성을 통해 본 발명의 OLED(100)는 유기전계 발광다이오드(E)로부터 방출되는 광을 보다 효과적으로 추출할 수 있어, OLED(100)의 발광효율을 향상시키게 된다.

이에 대해 추후 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.

그리고, 이러한 구동 박막트랜지스터(DTr)와 유기전계 발광다이오드(E) 상부에는 얇은 박막필름 형태인 보호필름(230)이 형성되어, 본 발명의 실시예에 따른 OLED(100)는 보호필름(230)을 통해 인캡슐레이션(encapsulation)된다.

보호필름(230)은 외부 산소 및 수분이 OLED(100) 내부로 침투하는 것을 방지하기 위하여, 유기보호필름(230b)과 무기보호필름(230a)을 서로 교대로 적층하여 사용하는 것이 바람직하다.

이때, 유기보호필름(230b)은 1.7 이상의 굴절율을 가져, 본 발명의 OLED(100)는 보호필름(230)을 통해 광손실이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

이를 통해, OLED(100)의 발광효율을 보다 향상시키게 된다.

즉, 본 발명의 OLED(100)는 유기전계 발광다이오드(E)의 유기발광층(113)에서 발하는 광은 외부로 많이 방출되게 할 수 있어, OLED(100) 전체적인 휘도를 향상시키게 되는 효과를 갖게 된다.

이렇게 OLED(100)의 휘도를 향상시키게 됨으로써, 동일한 밝기를 구현하기 위한 소비전력을 낮출 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광다이오드의 단면구조를 간략화하여 도시한 도면이다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광다이오드(도 2의 E)에 대해 좀더 자세히 살펴보면, 유기전계 발광다이오드(도 2의 E)는 애노드전극인 제 1 전극(111)과 캐소드전극인 제 2 전극(115) 그리고 제 1 전극(111)과 제 2 전극(115) 사이에 적층되어 이루어진 유기발광층(113)으로 이루어진다.

그리고, 제 2 전극(115)의 상부에는 평탄화층(210)과 아웃커플링 패턴층(220)이 순차적으로 적층되어 있다.

여기서, 유기발광층(113)에 대해 좀더 자세히 살펴보면, 유기발광층(113)은 정공수송막(113b), 발광막(113a), 전자수송막(113c)으로 이루어진다.

여기서, 전자와 정공을 발광막(113a)으로 보다 효과적으로 전달되도록 함으로써 발광효율을 높이기 위해 제 1 전극(111)과 정공수송막(113b) 사이로 정공주입막(113d)을 더욱 형성하며, 제 2 전극(115)과 전자수송막(113c) 사이로 전자주입막(113e)을 더욱 형성하는 것이 바람직하다.

이렇게, 정공수송막(113b)과 제 1 전극(111) 사이에 정공주입막(113d)을 더욱 형성하며, 제 2 전극(115)과 전자수송막(113c) 사이에 전자주입막(113e)을 더욱 형성하게 되면, 정공주입막(113d)과 전자주입막(113e)이 정공 주입에너지 및 전자 주입에너지의 장벽을 낮추는 역할을 하여, 발광효율을 증가시키고 구동 전압을 낮추게 된다.

이에, 유기전계 발광다이오드(도 2의 E)는 제 1 전극(111)과 제 2 전극(115)에 각각 양(+)과 음(-)의 전압이 인가되면 제 1 전극(111)의 정공과 제 2 전극(115)의 전자가 발광막(113a)으로 수송되어 엑시톤을 이루고, 이러한 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 천이될 때 광이 발생되어 발광막(113a)에 의해 가시광선의 형태로 방출하게 된다.

이때, 본 발명의 OLED(100)는 제 2 전극(115)의 상부에 평탄화층(210)이 위치함에 따라, 유기전계 발광다이오드(도 2의 E)를 통하여 광을 방출하는 것의 효율성을 증가시키게 된다.

즉, 평탄화층(210)에 의해 광 추출효율이 향상되는데, 여기서 광 추출효율이란 유기발광층(113)의 발광에 대하여 OLED(100)의 정면으로부터 대기 중에 방출되는 발광의 비율을 말한다.

이때, 유기발광층(113)에서의 발광이 대기 중에 방출되기까지 굴절율이 상이한 매질의 계면을 통과해야 하지만, 각 계면에 임계각 이상의 각도로 입사된 광은 계면에서 전반사되어 층 안에 도파하여 소실되거나 층 측면으로 방출되어, 정면에서의 광의 방출이 감소된다.

따라서, 본 발명의 OLED(100)는 제 2 전극(115)의 상부에 즉, 광이 출사되는 일면에 평탄화층(210)을 형성하여, 평탄화층(210)을 통해 제 2 전극(115) 계면에서 전반사되는 광을 간섭에 의해 상쇄되도록 함으로써, 광의 소실 및 층 측면에서의 방출을 줄이는 것이다.

따라서, OLED(100)의 광 추출효율을 향상시키게 된다.

여기서, 평탄화층(210)은 셀렌화납(PbSe) 및/또는 황화납(PbS) 및/또는 셀렌화아연(ZnSe) 및/또는 황화아연(ZnS) 및/또는 텔루르화납(PbTe) 및/또는 산화 몰리브덴(MoO3)으로 이루어질 수 있다.

이러한 평탄화층(210)은 1.8 이상의 굴절율을 가질 수 있는데, 바람직하게는 1.7 내지 2.6 사이의 굴절율을 가질 수 있다.

그러나, 평탄화층(210)에서 OLED(100)외부 즉, 대기 중으로 광이 방출되는 과정에서, 평탄화층(210)과 대기의 공기층과의 굴절율 차에 의해 일정 각도로 입사된 광이 평탄화층(210)과 공기층의 계면에서 굴절되어 평탄화층(210) 측면으로 방출하게 된다.

즉, 평탄화층(210)이 구비될 경우, 평탄화층(210)이 구비되지 않은 경우에 비해서는 높은 광 추출효율을 가지나, 평탄화층(210)에 의해서 일부 광이 평탄화층(210) 측면으로 방출됨으로써, OLED(100)의 정면으로부터 대기 중에 방출되는 광 추출효율은 실질적으로 매우 낮다.

이에, 본 발명의 OLED(100)는 평탄화층(210) 상부에 아웃커플링패턴층(220)을 더욱 형성함으로써, 평탄화층(210)을 통해 평탄화층(210) 측면으로 방출된 광을 아웃커플링패턴층(220)을 통해 산란되도록 함으로써, OLED(100)의 정면을 향해 대기 중으로 방출되는 광량을 향상시키게 된다.

따라서, 광 추출효율을 보다 향상시키게 된다.

즉, 아웃커플링패턴층(220)은 마이크로렌즈 어레이(microlens array), 나노패턴(nano pattern), 확산패턴(diffuse pattern), 실리카비드(silica bead : 미도시) 등 광을 산란시킬 수 있도록 형성됨에 따라, 평탄화층(210)을 통과한 광이 아웃커플링패턴층(220)에 의해 산란됨으로써, 평탄화층(210)의 측면으로 방출되는 광을 줄일 수 있는 것이다.

따라서, 평탄화층(210)만 구비되는 OLED(100)에 비해 더욱 광 추출효율을 향상시키게 된다. 이때, 아웃커플링패턴층(220) 표면의 반사율을 조정함으로써, 외부 광으로부터의 입사광의 반사를 줄여, OLED(100)의 명암비를 향상시킬 수도 있다.

그리고, 아웃커플링패턴층(220)을 평탄화층(210) 상부에 위치시키는 과정에서 사용되는 접착층(미도시)은 평탄화층(210)의 굴절율과 동일한 재질을 사용함으로써, 평탄화층(210)의 광 추출효율에 접착층(미도시)이 영향을 미치지 않도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 이러한 아웃커플링패턴층(220) 상부에는 얇은 박막필름 형태인 보호필름(230)이 형성되어, 본 발명의 실시예에 따른 OLED(100)는 보호필름(230)을 통해 인캡슐레이션(encapsulation)된다.

보호필름(230)은 외부 산소 및 수분이 OLED(100) 내부로 침투하는 것을 방지하기 위하여, 무기보호필름(230a)을 적어도 2장 적층하여 사용하는데, 이때, 2장의 무기보호필름(230a) 사이에는 무기보호필름(230a)의 내충격성을 보안하기 위한 유기보호필름(230b)이 개재되는 것이 바람직하다.

이러한 유기보호필름(230b)과 무기보호필름(230a)이 교대로 반복하여 적층된 구조에서는 유기보호필름(230b)의 측면을 통해서 수분 및 산소가 침투하는 것을 막아주어야 하기 때문에 무기보호필름(230a)이 유기보호필름(230b)을 완전히 감싸는 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 OLED(100)는 외부로부터 수분 및 산소가 OLED(100) 내부로 침투하는 것을 방지할 수 있다.

이를 통해, 내부로 유입된 산소나 수분으로 인해, 전극층의 산화 및 부식이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 따라서 유기발광층(113)의 발광특성이 저하되고, 유기발광층(113)의 수명이 단축되었던 문제점을 방지할 수 있다.

또한, 전류 누설 및 단락이 발생하는 것을 방지하게 되며, 화소불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이를 통해 휘도나 화상 특성의 불균일이 발생되었던 문제점을 방지하게 된다.

그리고, 기판(101)을 통해서 OLED(100) 내부로 산소나 수분이 유입되는 것을 방지하고자, 기판(101)과 유기전계 발광다이오드(도 2의 E) 사이에 하부봉지층으로 베리어층(barrier layer : 240)을 더욱 구비하는데, 베리어층(240)은 적어도 한층의 무기절연물질 및 적어도 한층의 유기절연물질을 교대로 적층한 복수의 층으로 이루어진다.

이때, 본 발명의 OLED(100)는 아웃커플링패턴층(220) 상부에는 위치하는 보호필름(230)의 유기보호필름(230b)이 1.7 이상, 더욱 바람직하게는 1.7 ~ 1.8의 굴절율을 가지며, 무기보호필름(230a)은 유기보호필름(230b)의 굴절율인 1.7 ~ 1.8에 비해 작은 굴절율을 1.5 ~ 1.6의 굴절율을 갖는 것을 특징으로 한다.

이를 통해, OLED(100)는 보호필름(230)을 통해 광손실이 발생하는 것을 방지할 수 있어, OLED(100)의 발광효율을 보다 향상시키게 된다.

즉, 각 무기보호필름(230a)과 유기보호필름(230b) 사이의 계면에서 임계각 이상의 각도로 입사된 광이 무기보호필름(230a)과 유기보호필름(230b)의 계면에서 전반사되어 층 안에 도파하여 소실되거나 층 측면으로 방출되는 것을 방지할 수 있다.

따라서, 본 발명의 OLED(100)는 보호필름(230)을 통해서도 광손실이 발생하는 것을 방지함으로써, 매우 높은 광 추출효율을 구현할 수 있다.

여기서, 무기보호필름(230a)은 실리콘산화막(SiO2), 실리콘 나이트라이드(SixNy), 실리콘 산화질화막(SiON), 알루미늄 산화물(AlOx), 질화알루미늄(Alon), TIO, ZnO 등으로 이루어질 수 있으며, 유기보호필름(230b)은 모노머(monomer) 또는 고분자 박막을 이용할 수 있는데, 모노머로는 아크릴레이트 모노머(acrylate monomer), 페닐아세틸렌(phenylacetylene), 디아민(diamine) 및 디안하이드라이드(dianhydride), 실롯산(siloxane), 실란(silane), 파릴렌(parylene) 등이 사용될 수 있다.　　　

또한, 고분자 박막으로는 올레핀계 고분자(polyethylene, polypropylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 플루오르수지(fluororesin), 폴리실록산(polysiloxane) 등이 사용될 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 OLED(100)는 외부로부터 수분 및 산소가 OLED(100) 내부로 침투하는 것을 방지하게 됨으로써, OLED(100) 내부로 유입된 산소나 수분으로 인해, 전극층의 산화 및 부식이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 이를 통해 유기발광층(113)의 발광특성이 저하되고, 유기발광층(113)의 수명이 단축되었던 문제점을 방지할 수 있다.

또한, 유기보호필름(230b)이 1.7 이상의 굴절율을 가지며, 무기보호필름(230a)은 유기보호필름(230b)의 굴절율인 1.7에 비해 작은 굴절율을 1.5 ~ 1.6의 굴절율을 갖도록 형성함으로써, 보호필름(230)을 통해 광손실이 발생하는 것을 방지할 수 있어, OLED(100)의 발광효율을 보다 향상시키게 된다.

즉, 본 발명의 OLED(100)는 평탄화층(210) 상부로 아웃커플링패턴층(220)을 더욱 구비함으로써, 평탄화층(210)에 의해 각 계면에서 전반사되는 광을 간섭에 의해 상쇄되도록 함으로써, 광의 소실 및 층 측면에서의 방출을 줄여 1차적을 광 추출효율을 향상시킬 수 있으며, 아웃커플링패턴층(220)을 통해 평탄화층(210)의 측면으로 방출되는 광을 줄임으로써 2차적으로 광 추출효율을 향상시키게 된다.

또한, 보호필름(230)을 통해 보호필름(230) 내에서 전반사에 의해 손실되는 광을 줄임으로써 3차적으로 광추출 효율을 향상시키게 됨으로써, 본 발명의 실시예에 따른 OLED(100)는 매우 높은 광추출 효율을 갖게 된다.

이를 통해, 수명의 감소 및 전류의 증가 없이도 고휘도를 갖는 OLED(100)를 구현할 수 있다.

도 4a ~ 4b는 평탄화층만 존재하는 OLED와 본 발명의 실시예와 같이 평탄화층 상부에 아웃커플링패턴층이 구비된 OLED의 광 추출효율을 개략적으로 도시한 단면도이다.

먼저 도 4a에 도시한 바와 같이 유기전계 발광다이오드(도 2의 E) 상부로 평탄화층(210)만이 위치할 경우 평탄화층(210)을 통과하는 광 중 일정 각도로 입사된 광은 평탄화층(210)과 대기중의 공기층의 굴절율 차에 의해 평탄화층(210)과 공기층의 계면에서 굴절되어 층 측면으로 방출하게 된다.

이와 같이, 평탄화층(210) 측면으로 방출된 광에 의해 실질적으로 OLED(도 3의 100)의 정면으로부터 대기중으로 방출되는 광 추출효율은 낮게 나타나게 된다.

이에 반해, 도 4b에 도시한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따라 평탄화층(210) 상부로 아웃커플링패턴층(220)을 더욱 구비함으로써, 평탄화층(210)의 측면으로 방출되는 광은 아웃커플링패턴층(220)에 의해 산란됨으로써, 평탄화층(210)의 측면으로 방출되는 광을 줄이고, OLED(도 3의 100)의 정면으로 많은 양의 광이 방출되도록 한다.

따라서, 평탄화층(210)만 구비되는 OLED(도 3의 100)에 비해 더욱 광 추출효율을 향상시키게 된다.

도 5는 평탄화층(210)과 아웃커플링패턴층(220)의 결합으로 이루어진 OLED(100)에서 광 추출효율을 시뮬레이션 결과로, 여기서 Sample 1은 평탄화층(210)만이 형성된 OLED이며, Sample 2 와, Sample 3그리고 Sample 4는 본 발명의 실시예에 따라 평탄화층(210) 상부에 아웃커플링패턴층(220)을 더욱 형성한 OLED(도 3의 100)의 광 추출효율을 나타낸 시뮬레이션 결과이다.

여기서, Sample 2 는 평탄화층(210)이 1.8의 굴절율을 가지며, Sample 3은 2.2의 굴절율을 가지며, Sample 4는 2.6의 굴절율을 갖는다.

도 5를 참조하면, Sample 2 와, Sample 3그리고 Sample 4의 광 추출효율이 Sample 1에 비해 높은 것을 확인할 수 있다.

특히, Sample 1에 비해 Sample 2는 평탄화층(210)의 굴절율이 낮아도, 광 추출효율이 더욱 향상된 것을 확인할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예와 같이 평탄화층(210) 상부에 아웃커플링패턴층(220)을 더욱 형성함으로써, 본 발명의 OLED(도 3의 100)는 평탄화층(210)만 구비되는 OLED(도 3의 100)에 비해 더욱 광 추출효율을 향상됨을 알 수 있다.

도 6a ~ 6b는 본 발명의 실시예에 따른 보호필름의 광 추출효율을 개략적으로 도시한 단면도이다.

먼저 도 6a에 도시한 바와 같이, 일반적인 보호필름(230)은 유기발광층(도 3의 113)으로부터 발광된 광 중 임계각 이상의 각도로 입사되는 광은 무기보호필름(230a)으로부터 유기보호필름(230b)으로 투과하는 과정에서 전반사되어 무기보호필름(230a) 층 안에 도파하여 소실되거나, 무기보호필름(230a)의 측면으로 방출되게 된다.

따라서, 보호필름(230)을 통해서 광손실이 발생하게 된다.
이에 반해, 도 6b에 도시한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 보호필름(230)은 유기전계 발광다이오드(도 2의 E)의 발광막(도 3의 113a)과 인접하게 위치하는 무기보호필름(230a)이 유기보호필름(230b)에 비해 낮은 굴절율을 갖도록 형성함으로써, 광이 임계각 이상의 각도로 입사되더라도 무기보호필름(230a)과 유기보호필름(230b) 사이의 계면에서의 전반사가 상쇄되는 것을 확인할 수 있다.

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즉, 본 발명의 OLED(도 3의 100)는 무기보호필름(230a)과 유기보호필름(230b)의 계면에서 전반사되어 층 안에 도파하여 소실되거나 무기보호필름(230a) 측면으로 방출되는 것을 방지함으로서, 광손실이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 OLED(도 3의 100)는 평탄화층(도 4b의 210) 상부로 아웃커플링패턴층(도 4b의 220)을 더욱 구비하고, OLED(도 3의 100)를 인캡슐레이션하는 보호필름(230)의 유기보호필름(230b)을 무기보호필름(230a)에 비해 높은 굴절율을 갖도록 형성함으로써, 평탄화층(도 4b의 210)을 통해 각 계면에서 전반사되는 광을 간섭에 의해 상쇄되도록 함으로써, 광의 소실 및 층 측면에서의 방출을 줄여 1차적을 광 추출효율을 향상시킬 수 있으며, 아웃커플링패턴층(도 4b의 220)을 통해 평탄화층(도 4b의 210)의 측면으로 방출되는 광을 줄임으로써 2차적으로 광 추출효율을 향상시키게 된다.

또한, 보호필름(230)을 통해 보호필름(230) 내에서 전반사에 의해 손실되는 광을 줄임으로써 3차적으로 광 추출효율을 향상시키게 됨으로써, 본 발명의 실시예에 따른 OLED(도 3의 100)는 매우 높은 광 추출효율을 갖게 된다.

이를 통해, 수명의 감소 및 전류의 증가 없이도 고휘도를 갖는 OLED(도 3의 100)를 구현할 수 있다.

본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

100 :유기발광소자
101 : 기판
111 : 제 1 전극
113 : 유기발광층(113a : 발광막, 113b : 정공수송막, 113c : 전자수송막, 113d : 정공주입막, 113e : 전자주입막)
115 : 제 2 전극
210 : 평탄화층
220 : 아웃커플링패턴층
230 : 보호필름(230a : 무기보호필름, 230b : 유기보호필름)
E : 유기전계 발광다이오드

Claims

구동 박막트랜지스터와 유기전계 발광다이오드가 형성된 제 1 기판과;
상기 유기전계 발광다이오드 상부에 위치하는 평탄화층과;
상기 평탄화층 상부로, 상기 평탄화층과 직접 밀착되어 위치하는 아웃커플링패턴층(out-coupling pattern layer)과;
상기 구동 박막트랜지스터 및 상기 유기전계 발광다이오드를 덮으며 상기 아웃커플링패턴층과 직접 밀착되어 위치하며, 제 1 굴절율을 가지며 적어도 하나의 무기보호필름과 상기 무기보호필름 상부에 위치하며 상기 제 1 굴절율이 비해 큰 제 2 굴절율을 갖는 적어도 하나의 유기보호필름을 포함하는 보호필름
을 포함하며, 상기 유기전계 발광다이오드에서 발광하는 광은 상기 보호필름 상부로 투과하는 상부발광 방식이며,
상기 평탄화층은 상기 제 1 굴절율 보다 큰 제 3 굴절율을 갖는 유기발광소자.
제 1 항에 있어서,
상기 제 3 굴절율은 1.7 ~ 2.6 범위 내의 굴절율을 갖는 유기발광소자.
제 1 항에 있어서,
상기 아웃커플링패턴층은 마이크로렌즈 어레이(microlens array), 나노패턴(nano pattern), 확산패턴(diffuse pattern), 실리카비드(silica bead : 미도시)를 포함하는 광 산란층으로 이루어지는 유기발광소자.
제 2 항에 있어서,
상기 평탄화층과 상기 아웃커플링패턴층 사이에 개재되는 접착층은 상기 평탄화층과 동일한 굴절율을 갖는 유기발광소자.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 굴절율은 1.5 ~ 1.6 이며, 상기 제 2 굴절율은 1.7 ~ 1.8인 유기발광소자.
제 1 항에 있어서,
상기 무기보호필름과 상기 유기보호필름은 서로 교대로 반복 적층되는 유기발광소자.
제 6 항에 있어서,
상기 무기보호필름은 상기 유기보호필름을 감싸는 유기발광소자.
제 1 항에 있어서,
상기 기판과 상기 유기전계 발광다이오드 사이에 베리어층(berrier)이 개재되는 유기발광소자.
제 8 항에 있어서,
상기 베리어층은 적어도 하나의 무기절연물질과 적어도 하나의 유기절연물질이 교대로 적층된 유기발광소자.
제 1 항에 있어서,
상기 구동 박막트랜지스터는 반도체층과, 게이트전극, 소스 및 드레인전극을 포함하는 유기발광소자.
제 10 항에 있어서,
상기 발광다이오드는 상기 구동 박막트랜지스터와 연결되는 제 1 전극과 유기발광층 그리고 제 2 전극을 포함하는 유기발광소자.