KR20140122363A - 발광장치용 광추출층 및 이를 이용한 발광장치 - Google Patents

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KR
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coating
layer
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light
light emitting
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KR20130038847A
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박정우
박준형
백일희
최은호
김서현
유영조
윤근상
이주영
이현희
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코닝정밀소재 주식회사
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Abstract

발광장치용 광추출층 및 이를 이용한 발광장치가 개시된다. 개시된 발광장치용 광추출층은, 기판의 일면 상에 순차적으로 적층된 복수의 코팅막을 포함하며, 상기 코팅막들을 서로 다른 결정 구조를 가지는 물질들을 포함한다.

Description

발광장치용 광추출층 및 이를 이용한 발광장치{Light extraction layer and light emitting apparatus using the same}
발광장치용 광추출층 및 이를 이용한 발광장치에 관한 것이다.
일반적으로, 발광소자(light emitting device)는 전기 에너지나 빛 에너지를 이용하여 가시광선 영역의 빛을 발생시키는 소자를 말하는 것으로, 예를 들면, LED(Light Emitting Diode), OLED(Organic Light Emitting Diode), 포토 트랜지스터(photo transistor) 등이 있다. 이러한 발광소자는 일반 조명장치, 산업용 조명장치, 특수 조명장치, 백라이트 유닛(backlight unit) 등과 같은 조명장치나, 또는 화상을 표시하는 디스플레이 장치에 응용될 수 있다. 이와 같은 발광소자, 조명장치, 디스플레이 장치 등과 같은 발광장치에서는 소자의 박막 층상 구조나 굴절률의 차이로 인해 발광된 빛의 일부가 손실되게 되며, 이로 인해 발광장치의 효율이 감소할 수 있다. 이에 따라, 추가적인 전력이 필요하게 되며, 발광장치의 수명 또한 줄어들 수 있다.
이러한 광손실 문제를 해결하기 위해서는 손실되는 빛을 다시 사용할 수 있게 하는 광추출 기술이 필요하게 된다. 광추출 기술은 발광장치에서 빛이 손실되는 과정을 제거하거나 줄여주는 것으로, 최근에 발광장치의 광추출 효율을 향상시키기 위한 연구들이 활발히 진행되고 있다. 이러한 연구의 일환으로서, 발광장치에 사용되는 유리기판의 굴절률보다 큰 굴절률을 가지는 결정성 금속 산화물로 이루어진 광추출층층을 유리 기판 상에 증착시킴으로써 손실되는 빛을 다시 사용할 수 있는 광추출 기술이 개발되고 있다. 한편, 광추출층을 이루는 금속 산화물의 결정성 특성으로 인해 외부로 빛을 추출하는데 한계가 있다.
발광장치용 광추출층 및 이를 포함하는 발광장치을 제공한다.
일 측면에 있어서,
기판의 일면 상에 순차적으로 적층된 복수의 코팅막을 포함하며,
상기 코팅막들 중 적어도 두 개의 막은 서로 다른 결정 구조를 가지는 물질들을 포함하는 발광장치용 광추출층이 제공된다.
상기 코팅막들은 결정성(crystalline) 물질 또는 비결정성(amorphous) 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 코팅막들은 산화물(oxide) 또는 질화물(nitride)을 포함할 수 있다.
상기 복수의 코팅막은, 상기 기판의 일면 상에 마련되는 제1 코팅막과, 상기 제1 코팅막 상에 마련되는 것으로 상기 제1 코팅막과 다른 결정 구조를 가지는 물질을 포함하는 제2 코팅막을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 코팅막은 결정성 물질을 포함하고, 상기 제2 코팅막은 비결정성 물질을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 코팅막은 비결정성 물질을 포함하고, 상기 제2 코팅막은 결정성 물질을 포함할 수도 있다. 그리고, 상기 제1 및 제2 코팅막은 서로 다른 결정구조를 가지는 결정성 물질을 포함할 수도 있다. 상기 제1 및 제2 코팅막은 금속 산화물, 실리콘 산화물 또는 질화물을 포함할 수 있다.
상기 복수의 코팅막은 상기 제2 코팅막 상에 마련되는 하나 이상의 추가 코팅막을 더 포함할 수 있다. 상기 기판은 투명 기판을 포함하며, 상기 기판의 타면 상에 상기 발광장치의 발광층이 마련될 수 있다.
다른 측면에 있어서,
기판;
상기 기판의 일면 상에 순차적으로 적층된 것으로, 적어도 두 개의 막이 서로 다른 결정 구조를 가지는 물질들로 이루어진 복수의 코팅막을 포함하는 광추출층; 및
상기 기판 타면 상에 마련되는 것으로, 소정 색상의 빛을 방출하는 발광층;을 포함하는 발광장치가 제공된다.
실시예들에 따르면, 광추출층이 서로 다른 결정구조를 가지는 복수의 코팅막을 포함하여 발광장치의 내부에서 발생된 빛을 보다 효과적으로 외부로 추출함으로써 발광장치의 휘도 및 발광 효율을 향상시킬 수 있고, 또한 외부로 균일하게 빛을 추출할 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 발광장치용 광추출층을 도시한 것이다.
도 2는 기판 상에 결정성 산화 아연 코팅막을 코팅하여 형성된 광추출층의 표면을 찍은 사진이다.
도 3은 기판 상에 결정성 산화 아연의 제1 코팅막 및 비결정성 실리콘 산화물의 제2 코팅막을 순차적으로 코팅하여 형성된 광추출층의 표면을 찍은 사진이다.
도 4는 다른 예시적인 실시예에 따른 발광장치용 광추출층을 도시한 것이다.
도 5는 기판 상에 결정성 산화 아연의 제1 코팅막, 비결정성 실리콘 산화물의 제2 코팅막 및 비결정성 실리콘 산화물의 제3 고팅막을 순차적으로 코팅하여 형성된 광추출층의 표면을 찍은 사진이다.
도 6은 다른 예시적인 실시예에 따른 발광장치용 광추출층을 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세히 설명한다. 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 또한, 소정의 물질층이 기판이나 다른 층 상에 존재한다고 설명될 때, 그 물질층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 존재할 수도 있고, 그 사이에 다른 제3의 층이 존재할 수도 있다. 그리고, 아래의 실시예에서 각 층을 이루는 물질은 예시적인 것이므로, 이외에 다른 물질이 사용될 수도 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 발광장치용 광추출층(110)을 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 기판(100) 상에 광추출층(110)이 마련되어 있다. 상기 광추출층(110)은 기판(100)의 상면에 마련되어 있으며, 상기 기판(100)의 하면 쪽에는 발광장치(150)가 마련될 수 있다. 상기 발광장치(150)에는 소정 색상을 빛을 방출하는 발광층(미도시)이 포함될 수 있다.
상기 기판(100)은 발광장치(150)에 구비된 투명 기판을 의미한다. 상기 발광장치(150)는 발광소자, 조명 장치 및 디스플레이 장치를 포함할 수 있다. 발광소자(light emitting device)는 전기 에너지나 빛 에너지를 이용하여 가시광선 영역의 빛을 발생시키는 소자를 의미하는 것으로, 예를 들면, 발광 다이오드(LED), 유기발광 다이오드(OLED), 포토 트랜지스터(photo transistor) 등을 포함할 수 있다. 그리고, 조명 장치는 전술한 발광소자를 조명에 이용한 장치로서, 일반 조명장치, 산업용 조명장치, 특수 조명장치를 포함하며, 디스플레이 장치의 후면에 장작되는 백라이트 유닛도 포함할 수 있다. 또한, 상기 디스플레이 장치는 전술한 발광소자를 픽셀로 이용하여 정지화상이나 동영상을 구현하는 장치를 의미한다. 상기 기판(100)은 발광장치(150)의 종류에 따라 다양한 재질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 기판(100)으로는 유리기판, 사파이어 기판 또는 GaN 기판 등과 같은 반도체 기판 등이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 기판(100) 상에는 복수의 코팅막으로 이루어지는 광추출층(110)이 마련되어 있다. 구체적으로, 상기 광추출층(110)은 기판(100)의 상면에 마련되는 제1 코팅막(111)과, 상기 제1 코팅막(111)의 상면에 마련되는 제2 코팅막(112)을 포함한다. 여기서, 상기 제1 및 제2 코팅막(111,112)은 서로 다른 결정 구조를 가지는 물질들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 코팅막(111)은 결정성(crystalline) 물질을 포함하고, 상기 제2 코팅막(112)은 비결정성(amorphous) 물질을 포함할 수 있다. 상기한 결정성 또는 비결정성 물질은 예를 들면, 금속 산화물이나 실리콘 산화물 등과 같은 산화물 또는 실리콘 질화물 등과 같은 질화물을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.
구체적인 예로서, 상기 제1 코팅막(111)은 결정성 금속 산화물(예를 들면, 결정성 산화 아연)을 포함하고, 상기 제2 코팅막(112)은 비결정성 산화물(예를 들면, 실리콘 산화물)을 포함할 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것으로 이외에도 상기 제1 및 제2 코팅막(111,112)은 다양한 물질을 포함할 수 있다. 이러한 제1 및 제2 코팅막(111,112)은 예를 들면 화학 기상 증착법(CVD), 물리 기상 증착법(PVD) 또는 액상 코팅 등과 같은 다양한 방법에 의해 형성될 수 있다.
도 2에는 기판 상에 결정성 산화 아연의 코팅막을 코팅하여 형성된 광추출층의 표면을 찍은 사진이 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 광추출층의 표면은 산화 아연의 고유한 결정성 특성으로 인해 육각형 모양을 기반으로 한 뾰족한 형상들을 가지게 된다. 따라서, 결정성 산화 아연을 포함하는 광추출층의 경우에는 결정성에 따른 표면 형상으로 인해 빛을 특정 각도 범위로만 산란시킴으로써 발광장치의 발광층으로부터 발생된 빛을 효과적으로 추출할 수 없거나 또는 빛을 외부로 균일하게 추출하는데 한계가 있다는 문제가 있다.
전술한 바와 같이, 상기 광추출층(110)은 기판(100)의 상면에 형성되는 결정성 물질을 포함하는 제1 코팅막(111)과, 상기 제1 코팅막(111)의 상면에 형성되는 비결정성 물질을 포함하는 제2 코팅막(112)을 포함한다. 여기서, 상기 제1 코팅막(111)은 예를 들면, 결정성 산화 아연을 포함하고 있으며, 상기 제1 코팅막(111)의 표면은 도 2에 도시된 바와 같이 뾰족한 형상들을 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 코팅막(111)의 상면에는 예를 들면 비결정성 실리콘 산화물 등을 포함하는 제2 코팅막(112)의 형성되어 있다. 상기 제2 코팅막(112)은 제1 코팅막(111)과는 다른 결정 구조, 즉, 비결정 구조를 가지고 있으므로, 그 표면은 제1 코팅막(112)에 비하여 곡면 형상을 가질 수 있다.
도 3에는 기판(도 1의 100) 상에 결정성 산화 아연의 제1 코팅막(도 1의 111) 및 비결정성 실리콘 산화물의 제2 코팅막(도 1의 112)을 순차적으로 코팅하여 형성된 실시예에 따른 광추출층(도 1의 110)의 표면을 찍은 사진이 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 기판(100) 상에 결정성 산화 아연을 코팅한 다음, 그 위에 비결정 실리콘 산화물을 코팅함으로써 형성된 광추출층(110)은 그 표면이 결정성 산화 아연층 만을 코팅하여 형성된 광추출층의 경우에 비하여 평탄한 형상을 가지게 된다. 이와 같이, 결정성 물질을 포함하는 제1 코팅막(111) 상에 비결정성 물질을 포함하는 제2 코팅막(112)을 형성하게 되면, 제2 코팅막(112)의 표면은 제1 코팅막(111)에 비하여 그 표면이 평탄하게 되어 발광장치(150)에서 발생되어 기판(100)을 통하여 입사되는 빛의 산란 각도를 넓힐 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 광추출층(110)에서는 서로 다른 결정구조를 가지는 복수의 코팅막(111,112)이 기판(100) 상에 적층됨으로써 결정성 물질만을 포함하는 광추출층에 비하여 발광장치(150)의 발광층으로부터 발생되어 기판(100)을 통해 입사된 빛을 효과적으로 외부로 추출함으로써 발광장치의 휘도 및 발광효율을 향상시킬 수 있고, 또한 빛을 외부로 균일하게 추출할 수 있다.
도 4는 다른 예시적인 실시예에 따른 발광장치용 광추출층(210)을 도시한 것이다. 이하에서는 전술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명한다.
도 4를 참조하면, 기판(100) 상에 광추출층(210)이 마련되어 있다. 상기 광추출층(210)은 기판(100)의 상면에 마련되어 있으며, 상기 기판(100)의 하면 쪽에는 발광장치(150)가 마련될 수 있다. 상기 발광장치(150)에는 소정 색상을 빛을 방출하는 발광층이 포함될 수 있다. 상기 기판(100)은 발광장치(150)에 구비된 투명 기판을 의미하며, 상기 발광장치(150)는 발광소자, 조명 장치 및 디스플레이 장치를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 기판(100)으로는 유리기판, 사파이어 기판 또는 GaN 기판 등과 같은 반도체 기판 등이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 기판(100) 상에는 복수의 코팅막으로 이루어지는 광추출층(210)이 마련되어 있다. 구체적으로, 상기 광추출층(210)은 기판(100)의 상면에 마련되는 제1 코팅막(211)과, 상기 제1 코팅막(211)의 상면에 마련되는 제2 코팅막(212)과, 상기 제2 코팅막(212)의 상면에 마련되는 제3 코팅막(213)을 포함한다. 여기서, 상기 제1, 제2 및 제3 코팅막(211,1212,213) 중 적어도 두 개의 코팅막은 서로 다른 결정 구조를 가지는 물질들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 코팅막(211)은 결정성 물질을 포함하고, 상기 제2 코팅막(212)은 비결정성 물질을 포함할 수 있으며, 상기 제3 코팅막(213)은 상기 제1 및/또는 제2 코팅막(211,212)과는 다른 결정구조를 가지는 물질을 포함할 수 있다. 이러한 제1, 제2 및 제3 코팅막(211,212,213)은 예를 들면 화학 기상 증착법(CVD), 물리 기상 증착법(PVD) 또는 액상 코팅 등과 같은 다양한 방법에 의해 형성될 수 있다. 상기한 결정성 또는 비결정성 물질은 예를 들면, 금속 산화물이나 실리콘 산화물 등과 같은 산화물 또는 실리콘 질화물 등과 같은 질화물을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.
구체적인 예로서, 상기 제1 코팅막(211)은 결정성 금속 산화물(예를 들면, 결정성 산화 아연)을 포함하고, 상기 제2 및 제3 코팅막(212,213)은 비결정성 산화물(예를 들면, 실리콘 산화물)을 포함할 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것으로 이외에도 상기 제1, 제2 및 제3 코팅막(211,212,213)은 다양한 물질을 포함할 수 있다. 이러한 제1, 제2 및 제3 코팅막(211,212,213)은 예를 들면 화학 기상 증착법(CVD), 물리 기상 증착법(PVD) 또는 액상 코팅 등과 같은 다양한 방법에 의해 형성될 수 있다.
도 5에는 기판(도 4의 100) 상에 결정성 산화 아연의 제1 코팅막(도 4의 211), 비결정성 실리콘 산화물의 제2 코팅막(도 4의 212) 및 비결정성 실리콘 산화물의 제3 코팅막(도 4의 213)을 순차적으로 코팅하여 형성된 광추출층(도 4의 210)의 표면을 찍은 사진이 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 제3 코팅막(213)의 표면은 제1 및 제2 코팅막(211,212,213)에 비하여 그 표면이 보다 평탄하게 형성됨을 알 수 있다. 따라서, 제1, 제2 및 제3 코팅막(211,212,213)으로 구성된 광추출층(210)의 경우에는 전술한 실시예에 비하여 보다 효과적으로 빛을 외부로 추출할 수 있으므로, 휘도 및 발광 효율을 더 향상시킬 수 있다. 한편, 본 실시예에서는 광추출층(210)이 3개의 코팅막(211,212,213)으로 구성된 경우가 예시적으로 설명되었으며, 상기 광추출층이 4개 이상의 코팅막으로 구성되는 것도 얼마든지 가능하다.
도 6은 다른 예시적인 실시예에 따른 발광장치용 광추출층(310)을 도시한 것이다. 이하에서는 전술한 실시예들과 다른 점을 중심으로 설명한다.
도 6을 참조하면, 기판(100) 상에 광추출층(310)이 마련되어 있다. 상기 광추출층(310)은 기판(100)의 상면에 마련되어 있으며, 상기 기판(100)의 하면 쪽에는 발광장치(150)가 마련될 수 있다. 상기 발광장치(150)에는 소정 색상을 빛을 방출하는 발광층(미도시)이 포함될 수 있다. 상기 기판(100)은 발광장치(150)에 구비된 투명 기판을 의미하며, 상기 발광장치(150)는 발광소자, 조명 장치 및 디스플레이 장치를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 기판(100)으로는 유리기판, 사파이어 기판 또는 GaN 기판 등과 같은 반도체 기판 등이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 기판(100) 상에는 복수의 코팅막으로 이루어지는 광추출층(310)이 마련되어 있다. 상기 광추출층(310)은 기판(100)의 상면에 마련되는 제1 코팅막(311)과, 상기 제1 코팅막(311)의 상면에 마련되는 제2 코팅막(312)을 포함한다. 여기서, 상기 제1 및 제2 코팅막(311,312)은 서로 다른 결정 구조를 가지는 물질들을 포함할 수 있다. 상기한 결정성 또는 비결정성 물질은 예를 들면, 금속 산화물이나 실리콘 산화물 등과 같은 산화물 또는 실리콘 질화물 등과 같은 질화물을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 구체적으로, 상기 제1 코팅막(311)은 비결정성 산화물(예를 들면, 실리콘 산화물)을 포함하고, 상기 제2 코팅막(312)은 결정성 금속 산화물(예를 들면, 결정성 산화 아연)을 포함할 수 있다.
본 실시예에서와 같이, 기판(100)의 상면에 마련되는 제1 코팅막(311)이 비결정성 물질을 포함하고, 상기 제1 코팅막(311)의 상면에 마련되는 제2 코팅막(312)이 결정성 물질을 포함하는 경우에도 발광장치(150)의 발광층으로부터 발생되어 기판(100)을 통해 입사된 빛이 효과적으로 외부로 추출될 수 있으며, 이에 따라 발광장치의 휘도 및 발광효율을 향상시킬 수 있고, 또한 빛을 외부로 균일하게 추출할 수 있다.
한편, 도 1에는 제1 코팅막(111)이 결정성 물질을 포함하고, 제2 코팅막(112)이 비결정성 물질을 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있고, 도 6에는 제1 코팅막(311)이 비결정성 물질을 포함하고, 제2 코팅막(312)이 결정성 물질을 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 그러나, 상기 제1 코팅막(111,311) 및 제2 코팅막(112,312)이 모두 결정구조가 서로 다른 결정성 물질을 포함하거나 또는 결정구조가 서로 다른 비결정성 물질을 포함하는 것도 가능하다. 이상에서 예시적인 실시예들을 통하여 기술적 내용을 설명하였으나, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
100... 기판 110,210,310... 광추출층
111,211,311... 제1 코팅막 112,212,312... 제2 코팅막
213... 제3 코팅막 150.. 발광장치

Claims (14)

  1. 기판의 일면 상에 순차적으로 적층된 복수의 코팅막을 포함하며,
    상기 코팅막들 중 적어도 두개의 막은 서로 다른 결정 구조를 가지는 물질들을 포함하는 발광장치용 광추출층.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅막들은 결정성(crystalline) 물질 또는 비결정성(amorphous) 물질을 포함하는 발광장치용 광추출층.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 코팅막들은 산화물(oxide) 또는 질화물(nitride)을 포함하는 발광장치용 광추출층.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 코팅막은, 상기 기판의 일면 상에 마련되는 제1 코팅막과, 상기 제1 코팅막 상에 마련되는 것으로 상기 제1 코팅막과 다른 결정 구조를 가지는 물질을 포함하는 제2 코팅막을 포함하는 발광장치용 광추출층.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 코팅막은 결정성 물질을 포함하고, 상기 제2 코팅막은 비결정성 물질을 포함하는 발광장치용 광추출층.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 코팅막은 비결정성 물질을 포함하고, 상기 제2 코팅막은 결정성 물질을 포함하는 발광장치용 광추출층.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 코팅막은 서로 다른 결정구조를 가지는 결정성 물질을 포함하는 발광장치용 광추출층.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 코팅막은 금속 산화물, 실리콘 산화물 또는 질화물을 포함하는 발광장치용 광추출층.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 코팅막은 상기 제2 코팅막 상에 마련되는 하나 이상의 추가 코팅막을 더 포함하는 발광장치용 광추출층.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 투명 기판을 포함하며, 상기 기판의 타면 상에 상기 발광장치의 발광층이 마련되는 발광장치용 광추출층.
  11. 기판;
    상기 기판의 일면 상에 순차적으로 적층된 것으로, 적어도 두 개의 막이 서로 다른 결정 구조를 가지는 물질들로 이루어진 복수의 코팅막을 포함하는 광추출층; 및
    상기 기판 타면 상에 마련되는 것으로, 소정 색상의 빛을 방출하는 발광층;을 포함하는 발광장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 코팅막들은 결정성 물질 또는 비결정성 물질을 포함하는 발광장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 코팅막은, 상기 기판의 일면 상에 마련되는 제1 코팅막과, 상기 제1 코팅막 상에 마련되는 것으로 상기 제1 코팅막과 다른 결정 구조를 가지는 물질을 포함하는 제2 코팅막을 포함하는 발광장치용 광추출층.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 코팅막은 상기 제2 코팅막 상에 마련되는 하나 이상의 추가 코팅막을 더 포함하는 발광장치용 광추출층.
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