KR20160046934A - 내부광추출층을 구비한 유연성 유기발광소자의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 유연 기판을 롤러에 감아 구동시키고, 나노 입자를 용액에 혼합한 혼합액을 전기분무기로 분사하여 유연 기판상에 나노입자가 무작위적으로 균일하게 분포된 FOLED용 광 추출 필름의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 유연 기판을 롤투롤 장치에 감아 한쪽 롤러 상에서는 나노입자를 전기분무기로 분사하여 광 추출용 나노요철구조를 형성하고, 다른 쪽 롤러 상에서는 슬롯 코터로 평탄층 제작용 용액을 도포하여 평탄층을 형성하는 FOLED용 광 추출 필름의 제조방법을 제공한다.

Description

내부광추출층을 구비한 유연성 유기발광소자의 제조방법{MANUFACTURING METHOD FOR FOLED WITH INTERNAL LIGHT EXTRACTING LAYER}

본 발명은 소자 내부에 광 추출층을 구비한 유연성 유기발광소자(FOLED)의 제조방법에 관한 것이다.

OLED의 여러 가지 장점으로 인해 디스플레이 소자는 물론 조명소자로서도 각광받고 있다. 특히, 휘어지는 디스플레이 또는 조명으로서 극히 얇은 두께로 제작될 수 있는 OLED는 조명제품을 다양하게 연출할 수 있다. 이러한 FOLED 조명은 상용화되기에는 밝기 면에서 아직 어두운 편에 속한다. 이를 극복하기 위해, OLED의 발광층의 양자효율 향상과 더불어 생성된 빛을 소자 외부로 추출해내기 위해 광 추출층을 형성하고 있다.

OLED 밝기 향상을 위한 광 추출층은 마이크로렌즈 어레이와 비슷한 구성을 같는 나노/마이크로 요철 구조를 발광층에 인접하여 형성하는 것으로 다양한 방법이 시도되고 있다. 도 1에는 OLED 필름의 일반적 구조를 단면도로 보여주며, 이에 대해 광 추출 효율을 개선하기 위해 광 추출층을 형성한 OLED 필름 구조를 도 2에 도시한다.

대한민국 공개특허 제10-2013-0054273호에는 나노구조층을 구비한 FOLED 구조가 나와있다. 상기공보의 FOLED의 나노구조층은 그 제조방법에 대해 기재하지 않고 있다. FOLED를 형성하는 필름소재의 기판은 가볍고 충격에 강하며 가공성이 좋고 연속제조에 알맞다는 장점이 있으나, 취약한 내열성과 내화학성, 기체투과성 및 높은 열팽창계수 등을 단점으로 들 수 있다. 따라서 FOLED의 광 추출층으로서 나노구조층의 형성과 그에 따른 평탄층 형성은 유연성 필름이 갖는 상기 특성을 고려하여 제안되어야 할 것이다. 즉, 이미 여러 가지로 제안되어 있는 유리기판을 전제로한 나노요철 층의 형성방법 대부분은 내열성과 내화학성이 취약한 필름 소재 기판에는 적용할 수 없다.

따라서 본 발명의 목적은 필름 소재의 유연 기판에 나노요철 구조와 이를 덮는 평탄층을 효율적으로 제작할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적에 따라 본 발명은, 유연 기판을 롤러에 감아 구동시키고, 나노 입자를 용액에 혼합한 혼합액을 전기분무기로 분사하여 유연 기판상에 나노입자가 무작위적으로 균일하게 분포된 FOLED용 광 추출 필름의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기 유연 기판을 롤투롤 장치에 감아 한쪽 롤러 상에서는 나노입자를 전기분무기로 분사하여 광 추출용 나노요철구조를 형성하고, 다른 쪽 롤러 상에서는 슬롯 코터로 평탄층 제작용 용액을 도포하여 평탄층을 형성하는 FOLED용 광 추출 필름의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기와 같은 광 추출층의 형성을 OLED나 FOLED의 내부뿐 아니라 외부에도 형성하여 광 추출 효율을 극히 높인 OLED 또는 FOLED를 제공한다.

본 발명에 따르면, 유연 기판을 롤러 감아 여기에 전기분무기를 이용하여 나노 요철구조를 형성하므로 내열성과 내화학성이 좋지 못한 필름 소재의 유연 기판에 대해 안정된 공정을 진행할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 설비가 간소화되고 신속하고 연속적인 공정이 진행되어 양산성이 우수하다.

특히, 본 발명은 롤투롤 공정에 의해 나노요철구조와 그 위를 덮어 평탄면을 만드는 평탄층 제작 과정이 거의 동시에 이루어지므로 별개의 챔버를 사용하여 별개의 공정 단계를 거쳐야 하던 종래기술에 비해 생산성이 매우 향상될 수 있다.

도 1은 일반적인 FOLED의 구조를 보여주는 단면도이다.
도 2는 광 추출층을 도입한 FOLED 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따라 FOLED용 광 추출 필름을 형성하는 방법을 설명하기 위한 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따라 롤투롤 방식으로 광 추출층과 평탄층을 형성하는 방법을 설명하기 위한 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따라 제작된 광 추출 필름의 형성을 순서에 따라 설명하는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 방법에 의해 FOLED 기판 내부 뿐 아니라 기판 외부에도 광추출층을 형성한 것을 보여주는 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

유연 기판의 소재로서 투명성을 구비한 각종 폴리머를 선택할 수 있다. CPI(Colorless Polyimide: 무색 폴리이미드, PI(Polyimide), PES(Polyethersulfone), PC(Polycarbonate), PEI(Polyetherimide), FRP(Fiber reinforced plastic), PEN(Polyethylenenapthalate), HIPS(High impact polystyrene), PMMA(poly(methylmethacrylate)), PET(Polyester)등이 그 소재가 될 수 있다. 이러한 유연 기판 위에 수분과 산소를 차단하기 위해 배리어층이 형성된다. 필름소재에 배리어층을 형성한 유연 기판은 상용화되어 있다. 따라서 배리어층이 있는 필름 소재의 유연 기판에 대해 나노요철구조와 평탄층을 제작하는 방법을 본 실시예에서 제안할 것이다.

도 3에는 유연기판에 나노요철층을 형성하는 방법이 나와 있다.

먼저, 배리어층을 구비한 유연기판을 롤러에 감는다. 롤러 몸체 표면은 도전체로 된 것이 바람직하며, 전기분무기를 사용함에 있어, 안전성을 고려하여 도전성 롤러면을 접지시킨다. 롤러의 구동은 모터와 같은 구동수단에 의하며, 롤러에 감긴 유연 기판의 배리어층이 공간을 향하게 하고, 그 위에 나노요철층을 형성하도록 전기분무기를 설치한다.

전기분무기의 노즐이 유연기판을 향하도록 위치를 잡아 고정하고, 전기분무기의 호퍼(또는 용기)에 나노 분말을 용액으로 제조하여 넣고, 전기분무기에 고전압을 인가한다. 필름의 폭 전체를 하나의 전기분무기 노즐이 커버하지 못할 경우, 다중 노즐 또는 여러 대의 전기분무기를 설치할 수 있다. 롤러와 전기분무기를 구동하여 유연 기판에 나노입자들을 분사하여 정착시킴으로써 광 추출층을 신속하게 형성할 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 따라 간단한 설비로 광 추출층을 형성할 수 있다.

나노요철층 위에 평탄층을 형성하여야 이후 투명전극과 발광층 등을 유효하게 형성할 수 있다. 이에 대해 본 실시예는 도 4와 같은 롤투롤 방식의 제조장치를 제공한다.

두 개의 롤러를 준비하고, 유연 기판을 두 개의 간격을 두고 배치된 롤러를 통해 이송되게 한다. 한쪽 롤러('제1 롤러'라 부리기로 한다)의 표면은 도전체를 포함하게 하고 이것을 접지시킨다. 제1 롤러를 통해 이송되는 유연 기판면에 나노요철층을 형성하기 위해 상술한 바와 같이 전기분무기를 설치한다.

제2 롤러는 도전체 표면이나 접지를 요하지 않는다. 제2 롤러를 통해 이송되는 유연 기판 면에 평탄층을 형성하도록 슬롯 코터를 설치한다. 즉, 제1롤러 상에서 나노요철이 형성된 다음, 제2롤러에서 나노요철 위에 평탄층을 형성하는 것이다. 슬롯 코터의 구성은 유연 기판의 폭에 맞추어 슬롯의 사이즈를 설계할 수 있다. 또한, 슬롯 코터의 내부에 충진 되는 용액의 성질(점도 등)과 평탄층의 두께 조절에 따라 노즐 크기가 결정될 수 있다.

상기에서 나노요철층의 형성을 위한 용액의 제조 및 전기분무기 동작은 다음과 같이 실시될 수 있다.

SiO₂ 분말 또는 그 외 투명하고 융점 또는 굴절률이 비슷하거나 높은 물질의 투명 분말을 준비하고 이를 극성 용매에 혼합한다. ZnO_, ZrO₂ 또는 WO₃ 분말을 예로 들 수 있다. 극성 용매로는 물, 알콜 등이 사용될 수 있다. 이러한 혼합액은 용액 또는 콜로이드 용액 상태로 존재하게 되며, 전기적으로 + 전하를 띠게 된다. 여기에 점성과 접착을 부여할 수 있는 접착제를 혼합액에 넣는다. 혼합액의 농도는 10 내지 30 중량%로 할 수 있으나 변동 가능하다.

전기분무기의 도체 호퍼(hopper)에 상기 혼합액을 넣고, 도체 호퍼 노즐 아래 적당한 간격(예를 들면, 50mm 내지 500mm)을 유연 기판 면과 유지하게 배치한다. 상기 호퍼의 하단의 노즐은 직경 mm 정도 또는 그 이하인 것이 바람직하다. 도체 호퍼에 전원장치의 (+) 또는 (-)극을 연결하고, 전원장치를 접지시킨다. 인가전압은 수 kV 내지 수십 kV(1 내지 50kV 일 수 있다)의 고전압을 인가한다. 전압은 형성하고자 하는 구조체에 따라 설정할 수 있다.

또한, 전기분무기에 전원장치의 (+) 또는 (-)극을 연결하고, 반대극성의 단자를 제1롤러의 도전체면에 연결할 수도 있다. 이 경우, 제1롤러의 도전체면은 접지되지 않는다.

이와 같이 고전압이 인가되면, 혼합액이 호퍼의 노즐로부터 분사될 때, 혼합액에 (+) 전하가 대전 되어 서로 반발력을 미치게 되고, 그로 인해 혼합액을 분무기로 강하게 뿜어준 것과 같이 공간 중에 넓게 분산된다. 혼합액에 포함된 분말 입자는 극성 용매에 둘러싸인 상태로 입자 간에도 정전기 반발에 의해 뭉치지 않고 공간 중에 넓게 분산되어 퍼져나간다. 따라서 유연 기판 위에 전반적으로 불규칙적이지만 균일한 2차원 분포를 형성하면서 유연 기판 위에 부착된다.

나노구조기판은 분무액 속의 분말 입자에 의해 그대로 결정되므로, 분말 입자의 크기를 원하는 크기의 것으로 선택하면 된다. 따라서 분말입자지름은 나노구조체를 만들 경우 100 내지 600nm 정도의 것이 일반적으로 사용될 수 있다.

SiO₂ 등의 나노구조체가 형성된 광 추출 유리기판은 내부에서 생성된 빛의 상당량을 기판 밖으로 빠져나올 수 있게 하여 휘도 및 소자 수명을 향상시킨다. 이와 같은 광 추출 유연기판의 제조가 상술한 정전기 분무에 의할 경우, 클린룸에서 실시하는 것이 바람직하나 특별한 진공 챔버를 요하지 않고 대기 중에서 실시할 수 있어 설비비를 줄일 수 있다.

한편, 본 발명에서 사용될 수 있는 평탄층 형성 액체는 고형화되었을 때 그 굴절율이 1.9 내외인 것으로 택하며, 이러한 굴절율을 나타내기 위해, 물이나 아세톤 등의 극성 용매에 TiO₂, CuO, Al₂O₃ 등의 금속산화물 분말을 점착제 및/또는 바인더와 혼합한 콜로이드 용액일 수 있다. 극성 용매 50 내지 60 중량부, 금속산화물 40 내지 50 중량부, 점착제 1 내지 20 중량부, 바인더 1 내지 20 중량부로 혼합될 수 있으나 이는 예시적이다.

도 5에는 본 실시예에 따라 유연 기판 위에 나노입자를 분사 및 정착시켜 광 추출 층을 형성한 다음, 평탄층을 형성하고, 이후 투명전극과 발광층을 형성하는 FOLED 제조과정을 도시하여 공정에 대한 이해를 돕는다.

도 6은 상술한 바와 같은 나노요철 형성 방법을 FOLED 기판 외부쪽에도 형성한 것을 보여준다. 즉, FOLED 봉지기판이나 베이스기판의 내부에 형성된 내부광추출층과 동일한 방법(롤투롤 방식과 전기분무 방식의 적용)을 사용하여 베이스기판이나 봉지기판 외부면에 요철층을 형성한 것이다. 외부광추출층의 경우, 내부광추출층의 나노요철에 비해 좀 더 입도가 큰 요철구조를 갖게 하는 것이 바람직하다. 투명한 입자들을 기판 외부에 부착시켜 내부에서 생성되고 추출되는 빛을 좀 더 고효율로 추출되게 하기 위해, 외부면의 나노입자들의 직경은 5 내지 10μm 정도로 구성한다. 입도를 키우는 방법은 본래 용액에 포함되는 입자의 입도를 큰 것으로 선택하는 것 그리고/또는 전기분무기의 노즐을 키우고 용액의 점도를 높이는 것을 조합적으로 고려할 수 있다. 이러한 외부광추출층의 형성은 FLOED뿐만 아니라 일반적인 OLED에도 적용되어 광 추출 효율을 높일 수 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

도면부호 없음.

Claims (7)

1. FOLED(Flexible Orgarnic Light Emitting Device)에 적용되는 광 추출층 형성방법으로서,
   유연 기판을 롤러에 감아 이송되게 하고,
   상기 유연 기판 면에 나노입자를 분사하여 정착시키기 위한 전기분무기를 상기 유연 기판 면 위에 배치하고,
   상기 전기분무기의 용기에 나노입자를 포함한 용액을 넣고, 전기분무기에 전압을 인가하여 전하를 띤 액적을 상기 롤러에 의해 이송되는 유연 기판 면에 분사하여 나노입자가 유연 기판 위에 무작위로 균일분포하여 나노 요철 층으로 된 광 추출층을 형성하게 하는 것을 특징으로 하는 FOLED 광 추출층 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 전기분무기는 하나 이상의 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 FOLED 광 추출층 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 전기분무기는 하나 이상 배치되는 것을 특징으로 하는 FOLED 광 추출층 제조방법.
4. FOLED(Flexible Orgarnic Light Emitting Device)에 적용되는 광 추출층 및 평탄층 형성방법으로서,
   유연 기판을 이송하는 제1 롤러와 제2롤러를 배치하고,
   상기 제1 롤러에 의해 이송되는 유연 기판 면 위에는 전기분무기를 배치하고, 상기 제2 롤러에 의해 이송되는 유연 기판 면 위에는 슬롯 코터를 배치하고,
   상기 전기분무기의 용기에 나노입자를 포함한 용액을 넣고, 전기분무기에 전압을 인가하여 전하를 띤 액적을 상기 제1 롤러에 의해 이송되는 유연 기판 면에 분사하여 나노입자가 유연 기판 위에 무작위로 균일분포하여 나노 요철 층으로 된 광 추출층을 형성하고,
   상기 슬롯 코터에는 평탄층 형성을 위한 용액을 넣어 슬롯 코터의 슬롯 노즐을 통해 상기 제2 롤러에 의해 이송되는 유연 기판 면에 용액을 코팅하여 평탄층을 형성하는 것을 특징으로 하는 FOLED용 광 추출 필름의 제조방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 전기분무기는 하나 이상의 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 FOLED 광 추출층 제조방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 슬롯 코터의 슬롯 길이는 상기 유연 기판의 폭에 일치되거나 더 작게 구성하는 것을 특징으로 하는 FOLED 광 추출층 제조방법.
7. 제1항의 방법을 사용하여 OLED 또는 FOLED의 봉지기판 또는 베이스기판 안쪽에 나노사이즈의 나노요철 구조의 내부광추출층이 구비되고, 상기 봉지기판 또는 베이스기판 외부에도 마이크로사이즈의 마이크로요철 구조의 외부광추출층이 구비된 것을 특징으로 하는 OLED 또는 FOLED.
   
   
   
   
   
   
   
   

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