KR20050050049A - Integrated microlens array on glass for high output light efficiency of oled - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기전계발광소자의 외부 광 효율 향상에 관한 것으로서, 상기 기판의 반대쪽 면에 집적화된 마이크로렌즈를 포함하는 것으로서 상기 마이크로렌즈가 집적화된 기판위에 형성된 두 전극(제 1전극, 제 2전극), 상기 전극 사이에 형성된 유기 반도체 층을 포함하는 유기발광다이오드(OLED)가 형성되어 외부 발광 효율이 향상된 유기전계발광소자에 대한 것이다. The present invention relates to an improvement in the external light efficiency of an organic light emitting display device, which includes a microlens integrated on an opposite side of the substrate, and includes two electrodes (first electrode and second electrode) formed on the integrated substrate. An organic light emitting diode (OLED) including an organic semiconductor layer formed between the electrodes is formed to improve an organic light emitting device.
Description
본 발명은 유기전계발광소자의 성능 향상, 구체적으로 외부 발광 효율의 향상을 위한 구조물 형성에 관한 것이다. 외부 발광효율의 향상을 위하여 마이크로 렌즈를 사용하고, 상기 마이크로렌즈는 유리 기판에 직접 가공하여 집적화된다. 유기전계발광소자는 그 제조 방법이 용이하고, 그 발광성 및 소비전력 면에서 높은 이점이 있어 점광원 및 면광원에 적용 되고 있으며, 특히 PDP, LCD 에 이어 차세대 표시 정보 소자로서 각광을 받고 있다. 또한 두 전극 사이에 증착되는 유기층은 수 nm 의 두께로 휘어지는 투명한 기판을 적용하면 진정한 휘어지는 표시 장치(Flexible Display)을 구현할 수 있다. The present invention relates to the formation of a structure for improving the performance of the organic light emitting device, specifically, the external luminous efficiency. In order to improve external luminous efficiency, a microlens is used, and the microlens is directly processed and integrated on a glass substrate. The organic light emitting display device is easy to manufacture and has high advantages in terms of its luminescence and power consumption. Therefore, the organic light emitting display device is applied to a point light source and a surface light source. In addition, if the organic layer deposited between the two electrodes is applied with a transparent substrate that is bent to a thickness of several nm, a true flexible display device may be realized.
유기전계발광소자는 투명한 기판위에 형성된 제 1전극과 제 2전극 사이에 특정한 유기 반도체 물질을 증착 또는 침착시킴으로서 제작된다. 이러한 공정은 단일 기판상에 연장된 하나의 공정을 통하여 점, 면광원의 생산을 가능케 한다. Organic electroluminescent devices are fabricated by depositing or depositing certain organic semiconductor materials between a first electrode and a second electrode formed on a transparent substrate. This process enables the production of point and surface light sources through one process extending on a single substrate.
종래 유기전계발광소자의 특성 및 그 바람직한 적용을 개시하고 있다. [예를 들어 Chien 에게 2001년 1월 2일자로 허가된 미국 특허 제 6,168,282 호]. 이 경우에 있어서 조명용으로 적용된 유기전계발광소자를 개시하고 있으나, 유기 반도체에서 제한된 광 방출양으로 인하여 유용하게 적용하기 힘들다. 이를 위하여 기존의 마이크로머시닝 및 반도체 패턴형성 공정을 적용하여 기판위에 형성된 유기발광다이오드(OLED), 상기 유기발광다이오드가 형성된 기판의 반대쪽에 마이크로 렌즈를 배열하여 제한된 광효율을 향상하려는 노력이 적용되고 있다. 이는 기판위에 유기발광다이오드(OLED) 형성 공정과 마이크로 렌즈 형성 공정을 별개의 공정으로 진행하며, 두 공정 후, 서로 접합하는 형태의 공정으로 복잡성을 가중시키고, 대량 생산의 한계성을 갖고 있으며 그 단가를 향상시킨다. The characteristics of the conventional organic light emitting device and its preferred application are disclosed. [See, for example, US Pat. No. 6,168,282, licensed to Chien on January 2, 2001]. In this case, although the organic light emitting device applied for lighting is disclosed, it is difficult to apply usefully due to the limited amount of light emitted from the organic semiconductor. To this end, efforts are being made to improve limited light efficiency by arranging organic light emitting diodes (OLEDs) formed on a substrate and microlenses arranged on opposite sides of the substrate on which the organic light emitting diodes are formed by applying existing micromachining and semiconductor pattern forming processes. This is a process of forming an organic light emitting diode (OLED) and a microlens forming process on a substrate in a separate process, and after the two processes are bonded to each other to increase the complexity, has the limitation of mass production and the unit cost Improve.
본 발명은 유기전계발광소자의 외부 발광효율의 향상을 위한 새로운 방법을 제공한다. The present invention provides a new method for improving the external luminous efficiency of the organic light emitting device.
본 발명에 따라, 기판에 집적화된 마이크로 렌즈 배열, 상기 마이크로 렌즈가 배열된 기판위에 형성된 유기발광다이오드로 구성된 유기전계발광소자는 상기 본 발명의 요구에 부응한다. According to the present invention, an organic electroluminescent device composed of a microlens array integrated on a substrate, and an organic light emitting diode formed on the substrate on which the microlenses are arranged, meets the needs of the present invention.
본 발명은 기존의 반도체 및 마이크로머시닝 기술을 적용하는 공정으로서 단순공정을 제공하고, 및 그 단가를 낮춘다. The present invention provides a simple process as a process of applying existing semiconductor and micromachining techniques, and lowers the cost thereof.
본 발명의 또 다른 목적은, 본 발명을 응용한 광의 선로 및 전송을 위한 다른 구조물의 형성에 응용될 수 있는 방법을 제공한다.It is yet another object of the present invention to provide a method that can be applied to the formation of other structures for the transmission and transmission of light to which the present invention is applied.
기타, 본 발명의 다른 목적 및 특징은 이하의 상세한 설명에서 더욱 명확하게 제시될 것이다.Other objects and features of the present invention will be more clearly shown in the following detailed description.
본 발명은 유기전계발광소자의 외부 광효율 향상을 위하여 반도체 및 마이크로머시닝 공정을 적용하여 유기전계발광소자의 기판으로 적용할 유리 기판에 직접 마이크로 렌즈 구조물을 형성하여 기존의 복잡하고, 단가가 높은 마이크로 렌즈 형성 기술을 보완하여, 향상된 외부 광효율을 갖는 유기전계발광소자를 제공한다. The present invention is a complex, high-cost micro lens by forming a micro lens structure directly on the glass substrate to be applied as a substrate of the organic light emitting device by applying a semiconductor and micromachining process to improve the external light efficiency of the organic light emitting device Complementing the forming technology, to provide an organic light emitting device having an improved external light efficiency.
도 1은 기본적인 유기전계발광소자의 구조, 2개의 전극(2, 8), 예를 들어 정공의 주입을 위한 제 1전극과 전자의 주입을 위한 제 2전극 사이에 배치된 유기층, 즉 정공 주입층(3), 상기 정공 주입층 위에 형성된 정공 수송층(4), 상기 정공 주입층 위에 형성된 발광층(5), 상기 발광층 위에 형성된 전자 수송층(6), 상기 전자 수송층 위에 형성된 완충층(7)을 포함하는 구조를 대략적으로 도시한 것이다. 상기 기판은 바람직하게 투명한 유리 기판이며, 얇은 유리 기판을 이용하여 휘어지는 기판을 적용할 수 있다. 또한 상기 유기전계발광소자의 특성을 향상하기 위하여 여타 기능성 있는 유기물의 첨가 및 삽입을 배제하지 않는다. 상기 언급된 유기전계발광소자는 적용되는 유기 반도체의 특성 및 기판의 투과율에 따라 그 광 효율이 크게 변하게 된다. 예를 들어, 발광층을 이루는 유기 반도체를 형광의 유기 반도체를 적용하면 그 효율은 최고 25% 이며, 여타 내부의 광 반사, 굴절 등의 손실을 감안하면 그 효율은 더욱 작다. 기타 특성화된 유기 반도체 층을 사용하고, 에너지 전달을 위한 소량의 첨가물을 적용하는 등, 내부 광 효율을 향상시키는 방법이 적용되고 있으나, 결국 반도체 내부의 광 반사 및 굴절 등 외부 적으로 손실되는 요인이 많은 것이 현실이다. 1 is a structure of a basic organic electroluminescent device, an organic layer disposed between two electrodes 2 and 8, for example, a first electrode for hole injection and a second electrode for electron injection, that is, a hole injection layer (3), a structure including a hole transport layer 4 formed on the hole injection layer, a light emitting layer 5 formed on the hole injection layer, an electron transport layer 6 formed on the light emitting layer, and a buffer layer 7 formed on the electron transport layer It is shown roughly. The substrate is preferably a transparent glass substrate, and a substrate that is bent using a thin glass substrate may be applied. In addition, the addition and insertion of other functional organic materials are not excluded in order to improve the characteristics of the organic light emitting device. The above-mentioned organic electroluminescent device has a large change in its light efficiency depending on the characteristics of the organic semiconductor and the transmittance of the substrate. For example, when the organic semiconductor constituting the light emitting layer is applied to the fluorescent organic semiconductor, the efficiency is up to 25%, and the efficiency is even smaller when considering other internal light reflection and refraction. In order to improve the internal light efficiency, such as using other specialized organic semiconductor layers and applying a small amount of additives for energy transfer, external loss factors such as light reflection and refraction inside the semiconductor have been applied. Many are real.
이를 해결하기 위한 기존의 방법으로서 도 2에 도시되었다. 투명한 유리 기판(1)에 형성된 유기발광다이오드(201)를 포함하는 유기전계발광소자의 외부 광 효율 향상을 위하여 상기 기판의 반대쪽에 마이크로 렌즈(200)를 형성한다. 마이크로 렌즈의 형성은 외부로 굴절되어 손실되는 광을 집속하여 그 효율을 향상 시키고, 점광원 또는 면광원으로의 응용을 가능케 한다. 또한 픽셀과 픽셀 사이의 격벽의 크기로 인하여 광이 미치지 못하는 곳을 렌즈를 통하여 해결한다. 렌즈 구조 형성 시 중요한 요인은 필펙터(fill factor:r) 와 렌즈 자체의 높이(s), 반경(D), 렌즈와 렌즈 사이의 거리(P) 이며 각각은 다음과 같은 수식 1, 2 에 결정된다.It is shown in Figure 2 as a conventional method for solving this. The microlens 200 is formed on the opposite side of the substrate to improve the external light efficiency of the organic light emitting diode including the organic light emitting diode 201 formed on the transparent glass substrate 1. The formation of the micro lens focuses the light lost by refraction and improves its efficiency, and enables the application to a point light source or a surface light source. In addition, the lens solves the area where the light cannot reach due to the size of the partition wall between the pixels. Important factors in forming the lens structure are the fill factor ( r ), the height of the lens itself (s), the radius (D), and the distance between the lens (P) and are determined by Equations 1 and 2 as follows: do.
<수식 1><Equation 1>
<수식 2><Formula 2>
r max는 최대가 되는 필팩터의 값이다. 따라서, 픽셀과 픽셀사이 절연층으로 이루어진 격벽으로 인하여 광이 미치지 못하는 단점을 막기 위하서는 렌즈의 반경 및 렌즈와 렌즈의 거리 등을 적당히 조절하면 그 손실을 막을 수 있으며, 그 광 효율 또한 향상시킬 수 있다. r max is the maximum fill factor. Therefore, in order to prevent the disadvantage that light does not reach due to the partition wall formed between the pixel and the pixel, the loss of the lens can be prevented by appropriately adjusting the radius of the lens and the distance between the lens and the lens. have.
기존의 마이크로 렌즈의 형성기술은 다양하다. 예를 들어, 렌즈를 위한 틀(몰드)를 형성한 후, 투명한 폴리머를 사용하여 렌즈 구조물을 만든 후, 제작된 유기전계발광소자에 접합하는 방법, 유리 기판에 반도체 패턴 형성을 위한 투명한 폴리머를 원형, 또는 다른 모형으로 형성 후, 열적 재형성을 통한 방법 등이 있으나, 이는 이후의 유기전계발광소자의 공정을 복잡하게 하거나, 서로 다른 공정으로 형성 후, 이후 접합하는 것으로서 복잡하고, 때문에 단가를 상승시키는 단점이 있다. 또한 렌즈를 접합하는 공정은 까다로워 대량 생산시 생산성을 떨어뜨리는 단점이 있다. Conventional microlens formation techniques vary. For example, after forming a mold for a lens, using a transparent polymer to form a lens structure, and then bonded to the fabricated organic electroluminescent device, a transparent polymer for forming a semiconductor pattern on a glass substrate circular , Or by forming a different model, and thermal reforming, etc., but this is complicated by the subsequent process of the organic light emitting device, or is complicated by forming after joining in different processes and then increasing the unit cost There is a drawback to this. In addition, the process of bonding the lens is difficult to reduce the productivity in mass production.
본 발명을 위한 유기전계발광소자를 도 3에서 도시한다. 본 발명은 유기전계발광소자를 위한 기판(1)에 직접 마이크로 렌즈(300)를 형성하는 방법을 제공한다. 즉, 상기 기술한 종래의 단점을 보완하고 향상된 외부 광 효율을 갖는 소자를 이루기 위해서 기존의 반도체 공정 및 마이크로머시닝 공정을 이용하여 유리 기판(401)에 직접 마이크로 렌즈 구조물을 형성한다. 유기발광다이오드(201)를 위한 기판은 유기발광다이오드를 형성하기 전 공정으로서, 포토리소그라피 공정을 이용하여 마이크로 렌즈 패턴을 형성한다. 이는 도 4에 자세히 도시하였다. 즉, 유리 기판에 식각 마스크로서 폴리머(403)(바람직하게 두꺼운 포토레지스트)를 사용하여 마이크로 렌즈 모양의 패턴을 형성한다. 이 후, 마이크로 렌즈는 직접 식각을 통하여 형성하고, 형성된 마이크로 렌즈는 유기발광다이오드(201)를 위한 기판으로서 이는 본 발명이 명시한 마이크로 렌즈가 집적화된 기판으로 적용한다. 이후 상기 기판의 반대쪽에 유기발광다이오드(201)를 형성한다. 도 6은 상기 공정을 거쳐 형성된 마이크로 렌즈 구조가 형성된 유리 기판을 나타낸다.3 illustrates an organic light emitting display device according to the present invention. The present invention provides a method of forming the micro lens 300 directly on the substrate (1) for an organic light emitting device. That is, the microlens structure is directly formed on the glass substrate 401 by using a conventional semiconductor process and a micromachining process to compensate for the above-mentioned disadvantages and to achieve an element having an improved external light efficiency. The substrate for the organic light emitting diode 201 forms a microlens pattern using a photolithography process as a process before forming the organic light emitting diode. This is illustrated in detail in FIG. 4. That is, a microlens-shaped pattern is formed on the glass substrate by using the polymer 403 (preferably thick photoresist) as an etching mask. Thereafter, the microlenses are formed through direct etching, and the formed microlenses are used as substrates for the organic light emitting diode 201, which are applied to the integrated microlens substrate of the present invention. Thereafter, an organic light emitting diode 201 is formed on the opposite side of the substrate. 6 shows a glass substrate having a micro lens structure formed through the above process.
유리 기판의 식각으로서 기존의 식각 용액(바람직하게 버퍼드-옥사이드-에천트)을 사용하며, 유리 기판은 식각 용액에 등방성으로 식각이 되어 도 3과 같은 마이크로 렌즈를 형성할 수 있다.As an etching of the glass substrate, an existing etching solution (preferably buffered-oxide-etchant) is used, and the glass substrate may be isotropically etched into the etching solution to form a microlens as shown in FIG. 3.
본 발명의 집적화된 마이크로 렌즈의 크기는 반도체 공정이 가능한 크기로 원하는 렌즈 구조를 형성할 수 있으며, 기본적인 반도체 공정 및 장비를 이용하여 형성되기 때문에 단가를 낮출 수 있다.The size of the integrated micro lens of the present invention can form a desired lens structure in a size capable of a semiconductor process, and can be lowered because it is formed using basic semiconductor processes and equipment.
도 5는, 본 발명의 또 다른 예로서 마이크로 렌즈가 형성된 기판에 광의 회절 및 필터, 전송로로서 포토닉크리스탈의 형성을 가능하게 한다. 기존의 포토닉크리스탈은 고가이며 복잡한 공정의 이빔 포토(E-beam lithography) 공정을 사용하며, 상대적으로 대면적의 적용이 불가능하고, 단가도 상승하게 된다. 이를 위하여 본 발명의 마이크로 렌즈가 집적화된 기판면의 렌즈에 포토닉크리스탈의 형성에 주로 사용되는 투명한 옥사이드 무기박막(바람직하게 SiO2, TiO2)을 단층 또는 다층으로 형성한 후, 제 1전극을 형성한 후, 이후 유기 반도체 층과, 제 2전극을 포함하는 유기발광다이오드를 형성함으로서 보다 쉬운 공정으로 상기 제시한 기존의 포토닉크리스탈을 형성할 수 있다. 또한 그 두께는 식각 마스크의 두께와 비례하므로 식각마스크는 일반적인 반도체 공정에서 사용하는 금속 및 폴리머를 사용하면 원하는 크기의 포토닉크리스탈 제작이 가능하다.Fig. 5 enables diffraction of light and formation of photonic crystals as a filter and a transmission path on a substrate on which a microlens is formed as another example of the present invention. Existing photonic crystals use an expensive and complex E-beam lithography process, and relatively large area is not applicable, and the unit price increases. To this end, a transparent oxide inorganic thin film (preferably SiO 2 , TiO 2 ), which is mainly used for the formation of photonic crystals, is formed on the lens of the substrate surface in which the microlenses of the present invention are integrated into a single layer or a multilayer, and then the first electrode is formed. After the formation, the organic photoluminescent diode including the organic semiconductor layer and the second electrode may then be formed to form the conventional photonic crystal as described above in an easier process. In addition, since the thickness is proportional to the thickness of the etching mask, the etching mask can be fabricated with a photonic crystal having a desired size by using a metal and a polymer used in a general semiconductor process.
본 발명의 유기전계발광소자는 높은 외부 광효율을 위한 광손실을 막아주는 마이크로 렌즈 구조를 직접 기판에 형성하는 방법을 제공하며, 이로서 향상된 광 효율을 갖는 유기전계발광소자를 제공한다. The organic electroluminescent device of the present invention provides a method of directly forming a micro lens structure on a substrate to prevent light loss for high external light efficiency, thereby providing an organic electroluminescent device having improved light efficiency.
본 발명에 의하면, 기존의 반도체 공정과 장비를 사용하기 때문에 단가의 상승을 막고, 공정 시간을 단축하고, 단순공정을 가능케 한다.According to the present invention, the use of existing semiconductor processes and equipment prevents an increase in unit cost, shortens the process time, and enables a simple process.
또한 본 발명에 의하면, 기판에 집적화된 마이크로렌즈 구조는 다른 목적의 구조물을 형성하는데 유용하게 적용된다.In addition, according to the present invention, the microlens structure integrated on the substrate is usefully applied to form a structure of another purpose.
도 1은 본래의 유기전계발광소자의 구조를 나타낸 단면도 1 is a cross-sectional view showing the structure of an original organic light emitting display device
도 2는 본래의 광효율 향상을 위한 마이크로렌즈가 부착된 유기전계발광소자의 단면도 2 is a cross-sectional view of an organic light emitting diode with a microlens for improving the original light efficiency
도 3은 본 발명이 적용된 유기전계발광소자를 도시한 단면도 3 is a cross-sectional view showing an organic light emitting display device to which the present invention is applied.
도 4는 본 발명을 위한 패터닝된 유리 기판의 구조도4 is a structural diagram of a patterned glass substrate for the present invention
도 5는 본 발명이 응용된 외부 광효율 향상을 위한 포토닉크리스탈 구조의 단면도5 is a cross-sectional view of a photonic crystal structure for improving the external light efficiency to which the present invention is applied
도 6은 본 발명의 실시예로서 글라스 기판에 패터닝된 마이크로렌즈 구조물의 단면 사진6 is a cross-sectional photograph of a microlens structure patterned on a glass substrate as an embodiment of the invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1 : 기판 2 : 제 1전극(투명양극)1 substrate 2 first electrode (transparent anode)
3 : 정공 주입층 4 : 정공 수송층3: hole injection layer 4: hole transport layer
5 : 발광층 6 : 전자 수송층5: light emitting layer 6: electron transport layer
7 : 완충층 8 : 제 2전극(금속음극)7: buffer layer 8: second electrode (metal cathode)
200 : 기존의 마이크로 렌즈200: conventional micro lens
201 : 기판위에 형성된 유기발광다이오드201: organic light emitting diode formed on substrate
300 : 본 발명을 위한 마이크로렌즈300: microlens for the present invention
401 : 본 발명을 위한 패터닝된 유리 기판401: Patterned Glass Substrate for the Invention
402 : 식각 마스크402: etching mask
403 : 마이크로 렌즈 형성부403: micro lens forming unit
500 : 광필터 및 전송로를 위한 옥사이드 무기박막500: Oxide inorganic thin film for optical filter and transmission path
501 : 본 발명을 이용한 포토닉크리스탈501: Photonic crystal using the present invention
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