KR20160008797A - 광추출 효율이 향상된 유기발광소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기발광소자(OLED)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 적층되는 소자들의 굴절률 차이에 따른 빛의 흡수, 반사 및 도파로 현상을 최소화 하여 소자의 성능저하 없이 광추출 효율이 향상된 유기발광소자에 관한 것이다.
Description
본 발명은 유기발광소자(OLED)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 적층되는 소자들의 굴절률 차이에 따른 빛의 흡수, 반사 및 도파로 현상을 최소화 하여 소자의 성능저하 없이 광추출 효율이 향상된 유기발광소자에 관한 것이다.
유기전자소자(Organic Electric Device)는 정공 및/또는 전자를 이용하여 극과 유기물 사이에서 전하의 흐름을 유도할 수 있는 소자를 의미한다. 유기전자소자는 동작 원리에 따라, 외부의 광원으로부터 소자로 유입된 광자에 의하여 유기물층에서 형성된 엑시톤(exiton)이 전자와 정공으로 분리되고, 분리된 전자와 정공이 각각 다른 전극으로 전달되어 전류원으로 사용되는 형태의 전자소자 또는 둘 이상의 전극에 전압 또는 전류를 가하여 유기물에 정공 및/또는 전자를 주입하고, 주입된 전자와 정공에 의하여 동작하는 형태의 전자소자가 있다. 유기전자소자의 예에는 유기발광소자(Organic Light Emitting Diodes, OLED), 유기태양전지, 유기감광체(OPC) 드럼 또는 유기 트랜지스터 등이 포함된다.
유기발광소자는 발광성 유기 화합물에 전류가 흐르면 빛을 내는 전계 발광 현상을 이용한 자체 발광형 소자를 의미한다. 유기발광소자는 열 안정성이 우수하고 구동 전압이 낮다는 장점이 있기 때문에, 디스플레이, 조명 등 다양한 산업 분야에서 차세대 소재로 관심을 받고 있다. 그러나 내부에서 발생된 빛이 소자의 적층 구조를 빠져 나오는 과정에서 전반사 등이 일어나게 되고, 이는 소자의 내부 광추출 효율을 저하시키는 원인이 된다. 이러한 내부 광추출 효율을 높이기 위한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다.
도 1에는 일반적인 유기발광소자용 기판(10)의 적층구조를 나타낸 개략도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 기판(10)은, 발광체인 유기발광층(13)에 전류를 공급하기 위해 양극(Anode)으로 이루어진 투명전극(12)과, 음극(cathode, 14)이 유기발광층(13)의 일면과 타면에 샌드위치 형태로 배치된다. 빛이 나오는 방향 즉 유기발광층(13)의 일측에 위치한 투명전극(12)은 빛의 투과를 위한 통상의 투명전극(ITO)을 사용한다. 또한, 투명전극(12), 유기발광층(13) 및 음극(14)을 적층시키기 위해 투명전극(12)의 일측에 유리기판(11)을 사용한다. 이때 적층되는, 유리기판(11), 투명전극(12), 유기발광층(13) 및 음극(14) 사이에는 경계면이 존재 하며, 일측에서 타측 방향 순서대로 제1 경계면(L1), 제2 경계면(L2) 및 제3 경계면(L3)으로 구분한다.
이때 유기발광층(13)의 굴절률은 통상적으로 1.7~1.8이며, 투명전극(12)의 굴절률은 약 1.95, 유리기판(11)의 굴절률은 약 1.5이다. 따라서 각 층을 구성하는 소자의 굴절률이 서로 상이하기 때문에 제1 내지 제3 경계면(L1, L2, L3) 상에서는 상기 굴절률의 차이에서 오는 반사, 각 층을 구성하는 소자에 의한 흡수 및 굴절률이 높은 층으로 광이 트랩되는 도파로 현상 등이 발생하게 되며, 유기발광층(13)에서 나온 빛의 광추출 효율을 떨어뜨리는 요인으로 작용한다.
특히 투명전극(12)은 일측의 유리기판(11) 및 타측의 유기발광층(13) 보다 굴절률이 높기 때문에 유기발광층(13)에서 발생된 빛이 투명전극(12)에 트랩되는 도파로 현상이 일어나 유리기판(11)으로 전달되는 빛의 양이 줄어들게 되어 광추출 효율을 저해 하는 주요원인이 된다.
도 2에는 상술된 문제점을 해결하기 위한 종래의 유기발광소자용 기판(20)의 적층구조를 나타낸 개략도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 기판(20)은 적층되는 유리기판(21), 광추출층(25), 투명전극(22), 유기발광층(23) 및 음극(24)을 포함하며 이들 사이에는 경계면이 존재 하고, 일측에서 타측 방향 순서대로 제1 경계면(L1), 제4 경계면(L4), 제5 경계면(L5) 및 제3 경계면(L3)로 구분한다.
기판(20)은 기본적으로 공기층(굴절률 1.0)과 유리기판(21) 사이의 굴절률 차이에 따른 빛의 반사를 막기 위해 마이크로 렌즈 어레이 등을 사용하여 유리기판(21)의 타측 표면에 요철(21a)을 형성한다. 따라서 빛이 요철(21a)을 통과하면서 산란하여 공기층과 유리기판(21)사이의 굴절률 차이를 줄이고, 제1 경계면(L1)에서의 빛의 반사를 방지하게 된다.
또한, 기판(20)은 추가적으로 유리기판(21)과 투명전극(22) 사이에 유리기판(21)과 투명전극(22) 각각의 굴절률의 중간 정도에 해당하는 약 1.85의 굴절률을 갖는 광추출층(25)을 삽입하여 제4 경계면(L4) 또는 제5 경계면(L5) 상에서의 굴절률 차이에 의한 빛 반사를 줄여 결과적으로는 상술된 도 1에 도시된 기판(10) 보다 광추출 효율을 향상시킨다. 그러나 여전히 투명전극(22) 층의 굴절률이 가장 높기 때문에 투명전극(22) 층의 도파로 현상은 막을 수 없어 광추출 효율 향상에 제한이 있다.
도 3에는 상술된 문제점을 해결하기 위한 종래의 다른 실시 예의 유기발광소자용 기판(30)의 적층구조를 나타낸 개략도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 기판(30)은 적층되는 유리기판(31), 광추출층(35), 투명전극(32), 유기발광층(33) 및 음극(34)을 포함하며 이들 사이에는 경계면이 존재 하고, 일측에서 타측 방향 순서대로 제1 경계면(L1), 제6 경계면(L6), 제7 경계면(L7) 및 제3 경계면(L3)로 구분한다.
도시된 기판(30) 역시 유리기판(31) 상에 요철(31a)을 적용하였으며, 유리기판(31)과 투명전극(32) 사이에 굴절률이 투명전극(32) 보다 크도록 약 1.95의 굴절률을 갖는 광추출층(35)을 삽입하여 투명전극(32) 층의 도파로 현상을 막아 광추출 효율을 향상시킨다. 하지만 유리기판(31)과 광추출층(35)사이의 굴절률 차이는 더 커지기 때문에 제6 경계면 상에서 빛의 반사에 의한 효율 저하가 어쩔 수 없이 수반 된다.
따라서 적층되는 각각의 소자의 경계층의 굴절률 차이에 따른 빛의 반사 및 투명전극 층의 도파로 현상을 최소화하여 광추출 효율을 향상시킨 유기발광소자의 개발이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 빛의 반사 및 도파로 현상 방지를 위해 최적화된 굴절률을 갖는 복수 개의 광추출층을 유리기판과 투명전극 사이에 적용하여 광추출 효율이 향상된 유기발광소자를 제공함에 있다.
본 발명은, 유리기판과, 상기 유리기판의 타면에 배치되는 양극의 투명전극과, 상기 투명전극의 타면에 배치되는 유기발광층과, 상기 유기발광층의 타면에 배치되는 음극이 적층된 형태를 이루는, 유기발광소자에 있어서, 상기 유기발광소자는, 상기 유리기판과 상기 투명전극 사이에 배치되는 제1 광추출층; 및 상기 제1 광추출층과 상기 투명전극 사이에 배치되는 제2 광추출층; 을 포함하며, 상기 제2 광추출층의 굴절률은 상기 투명전극의 굴절률보다 높고, 상기 제1 광추출층의 굴절률은 상기 투명전극의 굴절률보다 낮고 상기 유리기판의 굴절률보다 높다.
이때, 상기 제1 광추출층은, 상기 유리기판의 타면이 맞닿는 일면에 산란 입자가 도포된 산란층; 을 포함하고, 상기 제2 광추출층의 일면이 맞닿는 타면이 평탄면으로 이루어진다.
또한, 상기 제2 광추출층은, 상기 제1 광추출층과 상기 투명 전극의 접합을 위한 접착층으로 이루어진다.
아울러, 상기 제1 광추출층은, 굴절률이 상기 유리기판의 굴절률과, 상기 투명전극의 굴절률의 평균값인 것을 특징으로 한다.
다른 실시 예로, 상기 제1 광추출층은, 굴절률이 상기 유리기판의 굴절률과, 상기 제2 광추출층의 굴절률의 평균값인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 광추출 효율이 향상된 유기발광소자는, 소자의 성능 저하 없이 광추출 효율이 우수한 효과가 있다. 또한, 광추출층의 평탄도가 우수하여 발광 균일도가 우수한 효과가 있다. 아울러 기존 제조공정에서 크게 벗어나지 않기 때문에 공정 및 소재 비용이 저렴하고, 대량생산이 용이한 효과가 있다.
도 1은 일반적인 유기발광소자의 적층구조를 나타낸 개략도
도 2는 종래의 유기발광소자의 적층구조를 나타낸 개략도
도 3은 종래의 다른 실시 예의 유기발광소자의 적층구조를 나타낸 개략도
도 4는 본 발명의 유기발광소자의 적층구조를 나타낸 개략도
도 2는 종래의 유기발광소자의 적층구조를 나타낸 개략도
도 3은 종래의 다른 실시 예의 유기발광소자의 적층구조를 나타낸 개략도
도 4는 본 발명의 유기발광소자의 적층구조를 나타낸 개략도
이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4에는 본 발명의 일실시 예에 따른 유기발광소자(1000)의 적층구조를 나타낸 개략도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 유기발광소자(1000)는 유리기판(100), 양극의 투명전극(200), 유기발광층(300) 및 음극(400)을 포함하며, 추가적으로 제1 광추출층(500)과 제2 광추출층(600)을 더 포함하여 구성된다.
유기발광소자(1000)는 일측에서 타측으로 유리기판(100), 제1 광추출층(500), 제2 광추출층(600), 투명전극(200), 유기발광층(300) 및 음극(400)이 순차적으로 적층되어 이루어진다. 이하, 공기와 유리기판(100) 사이에 형성된 경계층을 제1 경계층(L10), 유리기판(100)과 제1 광추출층(500) 사이에 형성된 경계층을 제2 경계층(L20), 제1 광추출층(500)과 제2 광추출층(600) 사이에 형성된 경계층을 제3 경계층(L30), 제2 광추출층(600)과 투명전극(200) 사이에 형성된 경계층을 제4 경계층(L40), 투명전극(200)과 유기발광층(500) 사이에 형성된 경계층을 제5 경계층(L50)으로 정의하여 설명한다.
여기서 유리기판(100), 투명전극(200), 유기발광층(300) 및 음극(400)의 구성은 통상의 유기발광소자(OLED)에 적용되는 구성이 동일유사하게 적용될 수 있는 바 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
제1 광추출층(500)은 유리기판(100)과 제2 광추출층(600)사이에 배치되며, 유리기판(100)과 투명전극(200) 사이의 굴절률의 차이를 줄여 빛의 반사를 최소화하기 위해 구성된다. 따라서 제1 광추출층(500)의 굴절률은 유리기판(100)의 굴절률보다 크고 투명전극(200)의 굴절률보다 작게 구성된다. 보다 바람직하게는 유리기판(100)의 굴절률과 투명전극(200)의 굴절률의 평균값과 유사하게 구성될 수 있다. 일예로 유리기판(100)의 굴절률이 1.5이고, 투명전극(200)의 굴절률이 1.95 일 때, 제1 광추출층(500)의 굴절률은 1.5를 초과하고 1.95에 미만하도록 형성되며, 보다 바람직하게는 1.65~1.85 사이에 형성될 수 있다. 제1 광추출층(500)의 굴절률이 1.65 미만일 경우 투명전극(200)과의 굴절률 차이가 커져 제3 경계층(L30)에서의 빛의 반사에 따른 광추출 효율이 저하되는 문제가 발생한다. 또한, 제1 광추출층(500)의 굴절률이 1.85를 초과할 경우 유리기판(100)과의 굴절률 차이가 커져 제2 경계층(L20)에서의 빛의 반사에 따른 광추출 효율이 저하되는 문제가 발생한다.
다른 실시 예로 제1 광추출층(500)의 굴절률은, 유리기판(100)의 굴절률과 제2 광추출층(600)의 굴절률의 평균값과 유사하게 구성될 수도 있다. 일예로 유리기판(100)의 굴절률이 1.5이고, 제2 광추출층(600)의 굴절률이 2.0 일 때, 제1 광추출층(500)의 굴절률은 1.5를 초과하고 2.0에 미만하도록 형성되며, 보다 바람직하게는 1.7~1.9 사이에 형성될 수 있다.
상기와 같은 제1 광추출층(500)을 통해 유리기판(100)과 투명전극(200)의 굴절률 차이를 줄여 투명전극(200)에서 유리기판(100)으로 전달되는 빛의 반사를 최소화함에 따라 광추출 효율이 향상되는 장점이 있다.
또한, 유리기판(100)의 타면에 맞닿는 제1 광추출층(500)의 일면에는 산란입자가 도포되는 산란층(510)이 형성될 수 있다. 산란층(510)은 산란입자의 도포에 따라 요철 형상으로 이루어지며, 공기층(굴절률 1.0)과 유리기판(100) 사이의 제1 경계면(L10)에서의 굴절률 차이에 따른 빛의 반사를 최소화하기 위해 구성된다. 따라서 제1 광추출층(500)을 통해 제1 경계면(L10)의 빛의 반사를 최소화하기 때문에 유리기판(100)상에 제1 경계면(L10)의 빛의 반사를 막기 위한 별도의 공정 예를 들면 요철 형상 가공 공정을 삭제할 수 있는 장점이 있다.
아울러 제2 광추출층(600)의 일면에 맞닿는 제1 광추출층(500)의 타면에는 평탄면이 형성될 수 있다. 제1 광추출층(500)의 타면에 평탄면이 형성됨에 따라 투명전극(200)에서 전달되는 빛의 산란을 방지하여 빛의 발광 균일도가 우수해지는 장점이 있다.
제2 광추출층(600)은 제1 광추출층(500)과, 투명전극(200)사이에 배치되어 투명전극(200)상에 광이 트랩되는 도파로 현상을 최소화하기 위해 구성된다. 따라서 제2 광추출층(600)의 굴절률은 투명전극(200)의 굴절률보다 크게 구성된다. 일예로 투명전극(200)의 굴절률이 1.95 일 때, 제2 광추출층(600)의 굴절률은 1.95를 초과하도록 구성되며, 보다 바람직하게는 2.0~2.05 사이에 형성될 수 있다. 제2 광추출층(600)의 굴절률이 2.0 미만일 경우 도파로 현상 억제 효과가 미미해지며, 2.05 이상일 경우 투명전극(200)과의 굴절률 차이가 커져 제4 경계면(L40)에서의 빛의 반사에 따른 광추출 효율이 저하되는 문제가 발생한다.
상기와 같은 제2 광추출층(600)의 굴절률이 투명전극(200)의 굴절률보다 크기 때문에 유기발광층(300)에서 제5 경계면(L50)을 통해 전달되는 빛이 투명전극(200)에 트랩되지 않고 제2 광추출층(600)으로 전달되도록 하여 광추출 효율이 향상되는 장점이 있다.
또한, 제2 광추출층(600)은 상술된 굴절률을 갖는 접착층으로 이루어져 제2 광추출층(600)을 통해 제1 광추출층(500)과 투명전극(200)을 접착하도록 구성될 수 있다. 상기와 같은 구성을 통해 제조공정이 간단해지고, 제조 비용이 저렴해지는 효과가 있다.
특히 제2 광추출층(600)이 접착층으로 이루어짐에 따라 제2 광추출층(600)의 일면은 제1 광추출층(500)의 타면에 대응되는 평탄면 형상으로 성형이 가능하고, 제2 광추출층(600)의 타면은 투명전극(200)의 일면에 대응되는 평탄면 형상으로 성형이 가능하다, 이에 따라 투명전극(200)에서 전달되는 빛의 산란을 방지하여 제2 광추출층(600)을 투과하는 빛의 발광 균일도가 우수해지는 장점이 있다.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
1000 : 유기발광소자
100 : 유리기판
200 : 투명전극
300 : 유기발광층
400 : 음극
500 : 제1 광추출층 510 : 산란층
600 : 제2 광추출층
L10 : 제1 경계면 L20 : 제2 경계면
L30 : 제3 경계면 L40 : 제4 경계면
L50 : 제5 경계면
100 : 유리기판
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L30 : 제3 경계면 L40 : 제4 경계면
L50 : 제5 경계면
Claims (6)
- 유리기판과, 상기 유리기판의 타면에 배치되는 양극의 투명전극과, 상기 투명전극의 타면에 배치되는 유기발광층과, 상기 유기발광층의 타면에 배치되는 음극이 적층된 형태를 이루는, 유기발광소자에 있어서,
상기 유기발광소자는,
상기 유리기판과 상기 투명전극 사이에 배치되는 제1 광추출층; 및
상기 제1 광추출층과 상기 투명전극 사이에 배치되는 제2 광추출층; 을 포함하며,
상기 제2 광추출층의 굴절률은 상기 투명전극의 굴절률보다 높고, 상기 제1 광추출층의 굴절률은 상기 투명전극의 굴절률보다 낮고 상기 유리기판의 굴절률보다 높은, 광추출 효율이 향상된 유기발광소자.
- 제 1항에 있어서,
상기 제1 광추출층은,
상기 유리기판의 타면이 맞닿는 일면에 산란 입자가 도포된 산란층; 을 포함하는, 광추출 효율이 향상된 유기발광소자.
- 제 2항에 있어서,
상기 제1 광추출층은,
상기 제2 광추출층의 일면이 맞닿는 타면이 평탄면으로 이루어지는, 광추출 효율이 향상된 유기발광소자.
- 제 3항에 있어서,
상기 제2 광추출층은,
상기 제1 광추출층과 상기 투명 전극의 접합을 위한 접착층으로 이루어지는, 광추출 효율이 향상된 유기발광소자.
- 제 1항에 있어서,
상기 제1 광추출층은,
굴절률이 상기 유리기판의 굴절률과, 상기 투명전극의 굴절률의 평균값인 것을 특징으로 하는, 광추출 효율이 향상된 유기발광소자.
- 제 1항에 있어서,
상기 제1 광추출층은,
굴절률이 상기 유리기판의 굴절률과, 상기 제2 광추출층의 굴절률의 평균값인 것을 특징으로 하는, 광추출 효율이 향상된 유기발광소자.
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