KR102587008B1 - 내부 광 추출용 광결정 및 내부 산란층을 포함하는 유기발광소자 - Google Patents

내부 광 추출용 광결정 및 내부 산란층을 포함하는 유기발광소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자 및 정공을 공급받아 특정 파장의 빛을 발생시키는 유기 발광층, 상기 유기 발광층의 상단에 형성되어 상기 유기 발광층에 전자를 공급하는 음극(Cathode), 상기 유기 발광층의 하단에 형성되어 상기 유기 발광층에 정공을 공급하고 상기 유기 발광층에서 발생한 빛을 투과시키는 양극(Anode), 상기 양극(Anode)의 하단의 특정 부분 영역에 형성되어 상기 유기 발광층에서 발생한 빛 중 특정 파장을 갖는 빛의 세기를 증가시켜 기판층으로 전달하는 광결정체, 상기 양극(Anode)의 하단 중 상기 광결정체가 형성된 특정 부분 영역의 나머지 영역에 형성되어 상기 유기 발광층에서 발생한 빛을 산란시켜 기판층으로 전달하는 내부 산란층 및 상기 광결정체 및 내부 산란층의 하단에 형성되어 상기 유기 발광층에서 발생한 빛을 외부로 발광하는 기판층을 포함하고, 상기 내부 산란층은, 주름 구조를 형성하여 상기 유기 발광층에서 발생한 빛을 산란시켜 상기 기판층으로 전달하는 내부 산란 구조막 및 상기 내부 산란 구조막 내에 분산된 형태로 구비되어 상기 유기 발광층에서 발생한 빛을 산란시켜 상기 기판층으로 전달하는 복수의 산란 입자체를 포함하고, 상기 내부 산란 구조막은, 폴리머(Polymer) 조성물을 상기 기판층의 상단에 스핀 코팅(Spin Coating) 및 경화시킨 후 이온(Ion) 식각 방식으로 식각하여 요철 구조를 형성한 투명 나노(Nano) 구조체 및 상기 투명 나노 구조체의 외부에 금속 산화물을 스퍼터링(Sputtering) 방식으로 증착시켜 상기 투명 나노 구조체의 요철 구조를 평탄한 주름 구조로 변경시킨 평탄화 부재를 포함하며, 상기 평탄화 부재의 굴절률은, 상기 양극(Anode)의 굴절률과 같거나 상기 양극(Anode)의 굴절률보다 큰 것을 특징으로 한다.

Description

내부 광 추출용 광결정 및 내부 산란층을 포함하는 유기발광소자 {OLED HAVING INTERNAL LIGHT EXTRACTING PHOTONIC CRYSTAL STRUCTURE AND INTERNAL LIGHT SCATTERING LAYER}
본 발명은 내부 광 추출 효율을 높인 OLED(Organic Light Emitting Diodes) 제품에 관한 것이다.
OLED는 낮은 전력 소비량, 높은 색 재현도, 넓은 색 영역, 빠른 응답 속도 및 구부릴 수 있는 특성 등으로 인하여 차세대 디스플레이 소자로 많은 관심을 받고 있다. 그러나 OLED에서 방출된 빛의 약 20% 만이 디스플레이 소자로부터 추출될 수 있어 광 추출 효율이 많이 떨어진다. 광 추출 효율이 떨어지는 이유는 투명 전극(ITO) 층과 기판 사이의 계면 및 기판과 공기 사이의 계면에 빛이 가두어지기 때문인데 이것은 각 물질의 굴절률의 차이에 기인한다. 광 투과 효율을 높이기 위하여 마이크로 캐버티(Micro Cavity) 구조가 주로 적용되는데, 이 구조는 디스플레이 패널을 보는 각도에 따라 광 추출량의 차이가 발생하여 디스플레이 패널의 시야각이 좁아지는 문제를 가지고 있다.
대한민국 공개특허 제10-2020-0018954호 (명칭: 굴절률 조절이 가능한 나노입자, 이를 포함하는 광 산란층 및 그 제조 방법, 공개일: 2020.02.21.) PCT 공개특허 WO2014-191733호 (명칭: Organic Light Emitting Diode Structure, 공개일: 2014.04.12.)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, OLED 소자로부터의 광 추출 효율을 높인 OLED 소자 제작에 그 목적이 있다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 광 추출용 광결정 및 내부 산란층을 포함하는 유기발광소자는 전자 및 정공을 공급받아 특정 파장의 빛을 발생시키는 유기 발광층, 상기 유기 발광층의 상단에 형성되어 상기 유기 발광층에 전자를 공급하는 음극(Cathode), 상기 유기 발광층의 하단에 형성되어 상기 유기 발광층에 정공을 공급하고 상기 유기 발광층에서 발생한 빛을 투과시키는 양극(Anode), 상기 양극(Anode)의 하단의 특정 부분 영역에 형성되어 상기 유기 발광층에서 발생한 빛 중 특정 파장을 갖는 빛의 세기를 증가시켜 기판층으로 전달하는 광결정체, 상기 양극(Anode)의 하단 중 상기 광결정체가 형성된 특정 부분 영역의 나머지 영역에 형성되어 상기 유기 발광층에서 발생한 빛을 산란시켜 기판층으로 전달하는 내부 산란층 및 상기 광결정체 및 내부 산란층의 하단에 형성되어 상기 유기 발광층에서 발생한 빛을 외부로 발광하는 기판층을 포함하고, 상기 내부 산란층은, 주름 구조를 형성하여 상기 유기 발광층에서 발생한 빛을 산란시켜 상기 기판층으로 전달하는 내부 산란 구조막 및 상기 내부 산란 구조막 내에 분산된 형태로 구비되어 상기 유기 발광층에서 발생한 빛을 산란시켜 상기 기판층으로 전달하는 복수의 산란 입자체를 포함하고, 상기 내부 산란 구조막은, 폴리머(Polymer) 조성물을 상기 기판층의 상단에 스핀 코팅(Spin Coating) 및 경화시킨 후 이온(Ion) 식각 방식으로 식각하여 요철 구조를 형성한 투명 나노(Nano) 구조체 및 상기 투명 나노 구조체의 외부에 금속 산화물을 스퍼터링(Sputtering) 방식으로 증착시켜 상기 투명 나노 구조체의 요철 구조를 평탄한 주름 구조로 변경시킨 평탄화 부재를 포함하며, 상기 평탄화 부재의 굴절률은, 상기 양극(Anode)의 굴절률과 같거나 상기 양극(Anode)의 굴절률보다 큰 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 내부 산란 구조막의 주름 구조와 동일한 형상의 주름 구조가 상기 유기 발광층과 양극(Anode)의 계면 및 상기 유기 발광층과 음극(Cathode)의 계면에 전사되어 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 폴리머 조성물은, 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate, PMMA)를 포함하고, 상기 금속 산화물은, ZnO을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 내부 광 추출용 광결정 및 내부 산란층을 포함하는 유기발광소자는, 내부 광 추출용 광결정을 사용하여 내부 광 추출 효율을 향상시킬 수 있으며, 내부 나노 산란 구조 및 산란 입자로 복합 구성된 내부 산란층을 적용하여 내부 광 추출 효율을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 광 추출용 광결정 및 내부 산란층을 포함하는 유기발광소자의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 산란층의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 산란 구조막의 구성요소 중 투명 나노 구조체의 형상을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 산란 구조막의 구성요소 중 투명 나노 구조체의 외부에 평탄화 부재를 증착시킨 형상을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광결정의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 광 추출용 광결정 및 내부 산란층을 포함하는 유기발광소자의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 광 추출용 광결정 및 내부 산란층을 포함하는 유기발광소자(10)는 전자 및 정공을 공급받아 특정 파장의 빛을 발생시키는 유기 발광층(100), 상기 유기 발광층(100)의 상단에 형성되어 상기 유기 발광층(100)에 전자를 공급하는 음극(Cathode)(200), 상기 유기 발광층(100)의 하단에 형성되어 상기 유기 발광층(100)에 정공을 공급하고 상기 유기 발광층(100)에서 발생한 빛을 투과시키는 양극(Anode)(300), 상기 양극(Anode)(300)의 하단의 특정 부분 영역에 형성되어 상기 유기 발광층(100)에서 발생한 빛 중 특정 파장을 갖는 빛의 세기를 증가시켜 기판층(600)으로 전달하는 광결정체(400), 상기 양극(Anode)(300)의 하단 중 상기 광결정체(400)가 형성된 특정 부분 영역의 나머지 영역에 형성되어 상기 유기 발광층(100)에서 발생한 빛을 산란시켜 기판층(600)으로 전달하는 내부 산란층(500) 및 상기 광결정체(400) 및 내부 산란층(500)의 하단에 형성되어 상기 유기 발광층(100)에서 발생한 빛을 외부로 발광하는 기판층(600)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 광결정체(400)는, 1차원적 광결정, 2차원적 광결정, 3차원적 광결정 및 이들을 혼합하여 이루어진 군으로부터 선택되는 광결정으로 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 산란층의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면 상기 내부 산란층(500)은, 주름 구조를 형성하여 상기 유기 발광층(100)에서 발생한 빛을 산란시켜 상기 기판층(600)으로 전달하는 내부 산란 구조막(510) 및 상기 내부 산란 구조막(510) 내에 분산된 형태로 구비되어 상기 유기 발광층(100)에서 발생한 빛을 산란시켜 상기 기판층(600)으로 전달하는 복수의 산란 입자체(520)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 복수의 상기 산란 입자체(520)는, 실리콘(Silicon) 계열, 폴리머 계열, 금속 산화물 계열 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 입자로 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 산란 구조막의 구성요소 중 투명 나노 구조체의 형상을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면 상기 내부 산란 구조막(510)은, 폴리머(Polymer) 조성물을 상기 기판층(600)의 상단에 스핀 코팅(Spin Coating) 및 경화시킨 후 이온(Ion) 식각 방식으로 식각하여 요철 구조를 형성한 투명 나노(Nano) 구조체(511)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 폴리머 조성물(미도시)은, 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate, PMMA)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 폴리머 조성물을 스핀 코팅하는 속도에 따라 상기 투명 나노 구조체(511)의 높이가 달라질 수 있다. 도 3의 (a)는 스핀 코팅 속도를 1500 rpm, 도 3의 (b)는 스핀 코팅 속도를 1750 rpm, 도 3의 (c)는 스핀 코팅 속도를 2000 rpm 그리고 도 3의 (d)는 스핀 코팅 속도를 2500 rpm 으로 적용 시의 상기 투명 나노 구조체(511)의 형상일 수 있다. 스핀 코팅 속도가 높을수록 주름 구조의 높이가 낮아질 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 산란 구조막의 구성요소 중 투명 나노 구조체의 외부에 평탄화 부재를 증착시킨 형상을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면 상기 투명 나노 구조체(511)의 외부에 금속 산화물을 스퍼터링(Sputtering) 방식으로 증착시켜 상기 투명 나노 구조체(511)의 요철 구조를 평탄한 주름 구조로 변경시킨 평탄화 부재(512)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 평탄화 부재(512)의 굴절률은, 상기 양극(Anode)(300)의 굴절률과 같거나 상기 양극(Anode)(300)의 굴절률보다 클 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 금속 산화물은, ZnO을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 내부 산란 구조막(510)의 주름 구조와 동일한 형상의 주름 구조가 상기 유기 발광층(100)과 양극(Anode)(300)의 계면 및 상기 유기 발광층(100)과 음극(Cathode)(200)의 계면에 형성될 수 있다.
상기 투명 나노 구조체(511)를 요철 형상으로 형성한 후 상기 평탄화 부재(512)를 상기 투명 나노 구조체(511)의 외부에 증착하여 요철 형상을 주름 구조로 변경하지 않고 바로 상기 양극(Anode)(300)을 형성하면, 요철 형상이 상기 양극(Anode)(300)에 전사되어 상기 양극(Anode)(300)의 돌출된 부분에 전류가 집중하게 되어 누설 전류의 원인이 되게나 전기적 특성이 저하될 수 있다.
상기 평탄화 부재(512)의 굴절률은 상기 양극(Anode)(300)의 굴절률보다 같거나 클 수 있다. 상기 평탄화 부재(512)의 굴절률이 상기 양극(Anode)(300)의 굴절률보다 작으면 빛이 상기 양극(Anode)(300)과 상기 평탄화 부재(512)의 계면에서 반사되는 추가적인 도파모드(Mode)가 형성될 수 있기 때문이다.
상기 평탄화 부재(512)가 두껍게 형성되면 상기 평탄화 부재(512)로 인한 광흡수가 발생할 수 있으므로 상기 평탄화 부재(512)는 가능한 한 얇게 형성할 수 있다. 번 발명의 일 실시예에 따르면 상기 평탄화 부재는 400㎚의 두께로 증착될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 투명 나노 구조체(511)의 높이에 따라 주름 형상의 높이도 달라질 수 있다. 도 4의 (a)는 스핀 코팅 속도를 1500 rpm, 도 4의 (b)는 스핀 코팅 속도를 1750 rpm, 도 4의 (c)는 스핀 코팅 속도를 2000 rpm 그리고 도 4의 (d)는 스핀 코팅 속도를 2500 rpm 으로 적용하여 형성한 상기 투명 나노 구조체(511)의 외부에 상기 평탄화 부재(512)를 증착한 형상일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광결정의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광결정체(400)는 가시광 영역의 광에 대해 공진 현상을 일으켜, 결과적으로 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 광학 구조일 수 있다. 상기 광결정체(400)의 높이 및 피치는 300nm 보다 같거나 크고 700nm보다 같거나 작을 수 있다. 상기 광결정체(400)는 일정 두께 이상에서는 평탄층을 필요로 할 수 있다.
상기 광결정체(400)의 개구율(apertuare ratio, fill factor)은 물질, 광학 특성 (굴절율, 등) 및 소자 구조에 따라 다양하게 조절할 수 있다 (예: 5~95%). 상기 광결정체(400)는 홀 또는 기둥 등의 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 광결정체(400)는 사각형(rectangular) 또는 육각형(hexagonal)의 형상으로 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 내부 광 추출용 광결정 및 내부 산란층을 포함하는 유기발광소자는, 내부 광 추출용 광결정을 사용하여 내부 광 추출 효율을 향상시킬 수 있으며, 내부 나노 산란 구조 및 산란 입자로 복합 구성된 내부 산란층을 적용하여 내부 광 추출 효율을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
100 : 유기 발광층
200 : 음극(Cathode)
300 : 양극(Anode)
400 : 광결정체
500 : 내부 산란층
510 : 내부 산란 구조막
511 : 투명 나노 구조체
512 : 평탄화 부재
520 : 산란 입자체
600 : 기판층
10 : 유기발광소자

Claims (3)

  1. 전자 및 정공을 공급받아 특정 파장의 빛을 발생시키는 유기 발광층;
    상기 유기 발광층의 상단에 형성되어 상기 유기 발광층에 전자를 공급하는 음극(Cathode);
    상기 유기 발광층의 하단에 형성되어 상기 유기 발광층에 정공을 공급하고 상기 유기 발광층에서 발생한 빛을 투과시키는 양극(Anode);
    상기 양극(Anode)의 하단의 특정 부분 영역에 형성되어 상기 유기 발광층에서 발생한 빛 중 특정 파장을 갖는 빛의 세기를 증가시켜 기판층으로 전달하는 광결정체;
    상기 양극(Anode)의 하단 중 상기 광결정체가 형성된 특정 부분 영역의 나머지 영역에 형성되어 상기 유기 발광층에서 발생한 빛을 산란시켜 기판층으로 전달하는 내부 산란층; 및
    상기 광결정체 및 내부 산란층의 하단에 형성되어 상기 유기 발광층에서 발생한 빛을 외부로 발광하는 기판층;을 포함하고,
    상기 내부 산란층은,
    주름 구조를 형성하여 상기 유기 발광층에서 발생한 빛을 산란시켜 상기 기판층으로 전달하는 내부 산란 구조막; 및
    상기 내부 산란 구조막 내에 분산된 형태로 구비되어 상기 유기 발광층에서 발생한 빛을 산란시켜 상기 기판층으로 전달하는 복수의 산란 입자체;를 포함하고,
    상기 내부 산란 구조막은,
    폴리머(Polymer) 조성물을 상기 기판층의 상단에 스핀 코팅(Spin Coating) 및 경화시킨 후 이온(Ion) 식각 방식으로 식각하여 요철 구조를 형성한 투명 나노(Nano) 구조체; 및
    상기 투명 나노 구조체의 외부에 금속 산화물을 스퍼터링(Sputtering) 방식으로 증착시켜 상기 투명 나노 구조체의 요철 구조를 평탄한 주름 구조로 변경시킨 평탄화 부재;를 포함하며,
    상기 평탄화 부재의 굴절률은,
    상기 양극(Anode)의 굴절률과 같거나 상기 양극(Anode)의 굴절률보다 큰 것을 특징으로 하는 내부 광 추출용 광결정 및 내부 산란층을 포함하는 유기발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내부 산란 구조막의 주름 구조와 동일한 형상의 주름 구조가 상기 유기 발광층과 양극(Anode)의 계면 및 상기 유기 발광층과 음극(Cathode)의 계면에 전사되어 형성된 것을 특징으로 하는 내부 광 추출용 광결정 및 내부 산란층을 포함하는 유기발광소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머 조성물은,
    폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate, PMMA)를 포함하고,
    상기 금속 산화물은,
    ZnO을 포함하는 것을 특징으로 하는 내부 광 추출용 광결정 및 내부 산란층을 포함하는 유기발광소자.
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