KR20210076421A - 광추출용 필름이 구비된 유기발광소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

광추출용 필름이 구비된 유기발광소자 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광추출용 필름이 구비된 유기발광소자에 관한 것으로, 유기발광소자, 유기발광소자 상부에 형성되어 유기발광소자를 보호하는 캡핑층 및 캡핑층 상부에 형성되고 오목 또는 볼록 렌즈 형상으로 배열된 액정 분자를 포함하는 매질로 이루어지는 광추출용 필름을 포함한다.
본 발명은 광추출용 필름이 구비된 유기발광소자의 제조 방법에 관한 것으로, 유기발광소자를 준비하는 단계, 유기발광소자 상부에 형성되어 유기발광소자를 보호하는 캡핑층을 형성하는 단계, 오목 또는 볼록 렌즈 형상으로 배열된 액정 분자를 포함하는 매질로 이루어지는 광추출용 필름을 준비하는 단계 및 광추출용 필름을 캡핑층의 상부에 적층하는 단계를 포함한다.

Description

광추출용 필름이 구비된 유기발광소자 및 그 제조 방법{ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE WITH FILM FOR LIGHT EXTRACTION AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 광추출용 필름이 구비된 유기발광소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제작 공정이 간단한 광추출용 필름을 제조하고, 유기발광소자에 구비해 광추출 효율을 향상시켜 높은 휘도를 갖는 광추출용 필름이 구비된 유기발광소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
유기발광소자(Organic Light Emitting Diode, 이하, OLED)는 LCD와 달리 백라이트가 필요 없기 때문에 박막화가 가능하고 색 재현력이 우수하며, 응답 속도가 빠른 장점을 갖고 있어 차세대 디스플레이 장치로 각광받고 있다.
OLED는 높은 내부 양자 효율에 비해 OLED를 구성하는 소재 간의 굴절률 차이에 의한 도파관(wave guiding) 모드와 함께 유리 기판과 공기의 굴절률 차이에 의한 전반사 효과로 인한 문제로 광추출 효율이 낮은 문제가 있었다.
OLED의 광추출 효율을 높이는 기술은 애노드 층과 기판 사이의 굴절률 차이에 의한 유기층/애노드층의 고립광을 외부로 추출하는 내부 광추출 기술과 기판 내 고립광을 외부로 추출하는 외부 광추출 기술로 나눌 수 있다. 내부 광추출 기술은 이론적으로 3배 이상의 외광효율 향상을 보일 수 있는 혁신적인 기술로 평가되고 있으나, 매우 민감하게 내부 OLED 경계면에 영향을 주기 때문에 기술적으로 문제가 있어 외부 광추출 기술에 비해 어려움이 있다.
외부 광추출 기술은 OLED 기판상에 규칙적인 배열을 갖는 마이크로 렌즈 어레이(micro lens array 또는 외부 광산란층을 적층하는 기술이 확립되어 있다. 이 중 외부 광추출 기술은 마이크로렌즈어레이를 적층하는 것에 집중되어 있다.
마이크로렌즈 어레이는 제작하고자 하는 형상의 몰드를 이용하여 인쇄하듯이 찍어내는 공정을 이용하여 제작되는 것이 일반적이다. 하지만, 이러한 몰드를 이용하는 방법은 몰드의 정교한 가공이 필요할 뿐만 아니라, 렌즈의 형상이 변화하는 경우 몰드를 변경해야 하고, 새로운 형상의 몰드가 구비되지 않은 경우 새 몰드를 제작해야 하는 등 제작공정이 복잡해지는 문제가 있었다. 이에 제작 공정이 간단하면서 유기발광소자의 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 광추출용 필름의 개발이 요구되고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1567312호, 2015.11.03.자 공개
본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 마이크로 렌즈 어레이보다 제작 공정이 간단한 광추출용 필름을 제조하고, 유기발광소자에 구비해 광추출 효율을 향상시켜 높은 휘도를 갖는 광추출용 필름이 구비된 유기발광소자 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일면에 따른 광추출용 필름이 구비된 유기발광소자는 유기발광소자, 유기발광소자 상부에 형성되어 유기발광소자를 보호하는 캡핑층 및 캡핑층 상부에 형성되고 오목 또는 볼록 렌즈 형상으로 배열된 액정 분자를 포함하는 매질로 이루어지는 광추출용 필름을 포함한다.
전술한 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일면에 따른 광추출용 필름이 구비된 유기발광소자의 제조 방법은 유기발광소자를 준비하는 단계, 유기발광소자 상부에 형성되어 유기발광소자를 보호하는 캡핑층을 형성하는 단계, 오목 또는 볼록 렌즈 형상으로 배열된 액정 분자를 포함하는 매질로 이루어지는 광추출용 필름을 준비하는 단계 및 광추출용 필름을 캡핑층의 상부에 적층하는 단계를 포함한다.
상기한 구성에 의한 본 발명의 실시예에 따른 광추출용 필름이 구비된 유기발광소자 및 그 제조 방법은 복잡한 공정으로 제조되는 마이크로렌즈 어레이 대신 간단한 공정으로 광추출용 필름을 제조하여 유기발광소자에 구비함으로써, 유기발광소자의 광추출 효율을 보다 간단하게 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광추출용 필름이 구비된 유기발광소자의 유기발광소자를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광추출용 필름이 구비된 유기발광소자를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광추출용 필름이 구비된 유기발광소자의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광추출용 필름이 구비된 유기발광소자의 제조 방법의 광추출용 필름 제조 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 실시예 1 내지 2 및 비교예의 normal direction에서의 EL 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 6은 실시예 1 내지 2 및 비교예의 -5 내지 5°에서의 EL 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 광추출용 필름이 구비된 유기발광소자 및 이의 제조 방법을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광추출용 필름이 구비된 유기발광소자의 유기발광소자를 도시한 단면도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광추출용 필름이 구비된 유기발광소자를 도시한 단면도, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광추출용 필름이 구비된 유기발광소자의 제조 방법을 나타낸 순서도, 도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광추출용 필름이 구비된 유기발광소자의 제조 방법의 광추출용 필름 제조 단계를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 광추출용 필름이 구비된 유기발광 소자의 제조 방법은 본 발명의 일 실시예에 따른 광추출용 필름이 구비된 유기발광 소자를 제조하기 위한 시계열적인 수행단계들을 포함한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 광추출용 필름이 구비된 유기발광소자의 제조 방법으로 제조된 광추출용 필름이 구비된 유기발광소자는 유기발광소자(100), 캡핑층(200), 봉지층(300), 광추출용 필름(400)을 포함할 수 있다.
설명의 편의를 위하여 본 발명의 실시예들에 따른 광추출용 필름이 구비된 유기발광소자 및 광추출용 필름이 구비된 유기발광소자의 제조 방법을 설명하는데 있어서 실질적으로 동일한 구성요소는 도면부호를 일치시켜서 기재하고 반복 설명은 생략하도록 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광추출용 필름이 구비된 유기발광소자의 제조 방법은 유기발광소자 준비 단계(S100), 캡핑층 형성 단계(S200), 봉지층 형성 단계(S300), 광추출용 필름 준비 단계(S400), 광추출용 필름 적층 단계(S500)을 포함한다.
먼저, 유기발광소자(100)를 준비한다(S100).
유기발광소자 준비 단계(S100)는 일반적인 구조를 가진 유기발광소자를 준비하는 것일 수 있다. 여기서 일반적인 구조란 애노드 층(110), 유기층(120), 캐소드 층(130)을 포함할 수 있다.
유기층(120)은 정공 주입층(121), 정공 수송층(122), 전자 차단층(123), 발광층(124), 정공차단층(125), 전자 수송층(126), 전자 주입층(127)을 포함할 수 있다.
유기발광소자(100)의 발광 원리 또한 일반적인 유기발광소자와 동일할 수 있다. 여기서 일반적인 유기발광소자의 발광 원리는 애노드 층(110)과 캐소드 층(130)에 전압을 인가하면 애노드 층(110)으로부터 주입된 정공이 정공 수송층(122)을 경유하여 발광층(124)으로 이동하고 캐소드 층(130)로부터 주입된 전자는 전자수송층(126)을 경유하여 발광층(124)으로 이동할 수 있다. 정공 및 전자가 발광층(124)에서 재결합하여 엑시톤을 형성하고 이 엑시톤이 여기 상태에서 기저 상태로 전이하면서 광이 방출되는 것일 수 있다.
애노드 층(110)은 정공을 유기층(120)에 수송하기에 충분한 전도성이 있는 전도성 금속 산화물과 금속일 수 있다.
바람직하게 애노드 층(110)은 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 알루미늄 아연 산화물(AlZnO)일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 인듐 주석 산화물일 수 있다.
정공 수송층(122)은 애노드 층(110)에서 정공 주입층(121)을 통해 전달된 정공을 보다 원활하게 발광층(124)으로 이동하게 하는 층일 수 있다.
정공 수송층(122)은 높은 정공 이동도를 갖는 방향족 아민 계열의 소재를 사용할 수 있다.
발광층(124)은 정공과 전자가 만나 엑시톤을 형성하고, 형성된 엑시톤이 낮은 에너지 상태로 떨어지면서 빛을 내는 층으로, 애노드 층(110)과 캐소드 층(130)에 전압이 인가될 때 발광 가능한 유기 재료를 사용할 수 있다.
전자 수송층(126)은 캐소드 층(130)에서 전자 주입층(127)을 통해 전달된 전자를 보다 원활하게 발광층(124)으로 이동하게 하는 층일 수 있다.
전자 수송층(126)은 높은 전자이동도를 갖는 소재를 사용하는 것이 바람직하다.
더욱 바람직하게 전자 수송층(126)은 높은 전자이동도를 갖는 옥사디아졸 유도체, 트리아졸 유도체, 트리아진 유도체, 벤젠 유도체 중에 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
다음으로, 유기발광소자(100)의 상부에 캡핑층(200)을 형성한다(S200).
캡핑층 형성 단계(S200)는 유기발광소자(100)가 대기 중 산소에 의한 산화나 수분에 의한 부식을 방지하는 층을 형성하는 것일 수 있다.
또한, 캡핑층 형성 단계(S200)는 유기발광소자(100)의 내부 전반사를 방지해 광추출 효율을 높이는 데 도움을 주는 층을 형성하는 것일 수 있다.
캡핑층 형성 단계(S200)는 굴절률이 1.1 내지 2.5인 캡핑층(200)을 형성하는 것일 수 있다.
캡핑층(200)의 굴절률이 1.1 미만이면 굴절률이 낮아 유기발광소자(100)의 광추출 효율이 떨어질 수 있고, 2.5를 초과하면 굴절률이 높아 유기발광소자(100)의 광추출 효율이 떨어질 수 있다.
캡핑층 형성 단계(S200)는 두께가 0.01 내지 100㎛인 캡핑층(200)을 형성하는 것일 수 있다.
캡핑층(200)의 두께가 0.01 ㎛미만이면 캡핑층(200)의 두께가 얇아 유기발광소자(100)를 효과적으로 보호하지 못할 수 있고, 100㎛를 초과하면 캡핑층(200)이 두꺼워 유기발광소자(100)의 광추출 효율이 떨어질 수 있다.
캡핑층(200)은 열증착법(thermal evaporation), 전자빔증발법(e-beam evaporation), 스퍼터링법(sputtering), 스프레이 코팅(spray coating), 닥터 블레이드(doctor blade), 침지-인상법(dip-drawing), 스핀 코팅(spin coating) 중 어느 하나의 방법으로 형성되는 것일 수 있다.
캡핑층(200)은 유기발광소자의 상부에 형성되는 것일 수 있다.
캡핑층(200)은 유기발광소자가 대기 중 산소에 의한 산화나 수분에 의한 부식을 방지하는 층일 수 있다.
또한, 캡핑층(200)은 유기발광소자의 내부 전반사를 방지해 외부 광추출 효율을 높이는 데 도움을 주는 층일 수 있다.
캡핑층(200)은 유기 또는 무기 재료로 구성될 수 있다.
캡핑층(200)에 사용될 수 있는 무기 물질은 산화 아연(Znic oxide), 산화 티타늄(titani㎛ oxide), 산화 지르코늄(zirconi㎛ oxide), 산화 질소(silicon nitride), 산화 나이오븀(niobi㎛ oxide), 산화탄탈(tantal㎛ oxide), 산화 주석(tin oxide), 산화 니켈(nickel oxide), 질화 인듐(indi㎛ nitride), 및 질화 갈륨(galli㎛ nitride) 중 적어도 하나 이상일 수 있다.
캡핑층(200)에 사용되는 유기 물질은 아크릴(acrylic), 폴리이미드(polyimide), 폴리아마이드(polyamide) 중에 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
바람직하게 캡핑층(200)에 사용될 수 있는 유기 물질은 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene), PEDOT), 4,4'－비스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐 아미노]비페닐(ＴＰＤ), 4,4',4''-트리스[(3-메틸페닐)페닐 아미노]트리페닐아민(m-ＭＴＤＡＴＡ), 1,3,5-트리스[N,N-비스(2-메틸페닐)-아미노]-벤젠(o-ＭＴＤＡＢ), 1,3,5-트리스[N,N-비스(3-메틸페닐)-아미노]-벤젠(m-ＭＴＤＡＢ), 1,3,5-트리스[N,N-비스(4-메틸페닐)-아미노]-벤젠(p-ＭＴＤＡＢ), 4,4'－비스[N,N-비스(3-메틸페닐)-아미노]-디페닐메탄(ＢＰＰＭ), 4,4'－디카르바졸릴-1,1'－비페닐(ＣＢＰ), 4,4',4''-트리스(N-카르바졸)트리페닐아민(ＴＣＴＡ), 2,2',2''-(1,3,5-벤젠톨릴)트리스-[1-페닐-1H-벤조이미다졸](ＴＰＢＩ), 및 3-(4-비페닐)-4-페닐-5-t-부틸페닐-1,2,4-트리아졸(ＴＡＺ) 중 적어도 하나 이상일 수 있다.
캡핑층(200)으로 사용될 수 있는 소재는 이에 한정되는 것은 아니며, 유기발광소자에 부적절한 영향을 주지 않고, 캡핑층(200)의 사용 목적에 부합하는 소재이면 제한되지 않는다.
다음으로, 캡핑층(200)의 상부에 봉지층을 형성하는 단계(S300)를 더 포함할 수 있다.
봉지층 형성 단계(S300)는 캡핑층(200)의 상부에 두께가 100 내지 990㎛이고, 굴절률이 1.1 내지 2.5인 봉지층(encapsulation layer)(300)을 형성하는 것일 수 있다.
봉지층(300)은 유기발광소자(100)를 밀봉하여 유기발광소자(100)가 대기 중 산소나 수분과 반응해 부식 또는 산화하는 것을 방지하는 것을 보호하는 층일 수 있다.
봉지층(300)의 두께가 100㎛ 미만이면 봉지층(300)의 두께가 얇아 유기발광소자(100)가 산소나 수분과 반응해 부식 또는 산화하는 것을 방지하지 못할 수 있고, 두께가 990 ㎛를 초과하면 봉지층(300)의 두께가 굵어 유기발광소자(100)의 광추출 효율이 떨어질 수 있다.
봉지층(300)의 굴절률이 1.1 미만이면 굴절률이 낮아 유기발광소자(100)의 광추출 효율이 떨어질 수 있고, 2.5를 초과하면 굴절률이 높아 유기발광소자(100)의 광추출 효율이 떨어질 수 있다.
봉지층(300)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 레진, 무기박막 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
다음으로, 광추출용 필름(400)을 준비한다(S400).
광추출용 필름(400)은 유기발광소자(100)의 내부 전반사를 방지함으로써 유기발광소자(100)의 광추출 효율을 향상시키는 층일 수 있다.
바람직하게, 광추출용 필름(400)은 반응성 메조겐(reactive mesogene), 액정 물질, 개시제를 포함하는 조성물이 경화된 것일 수 있다.
반응성 메조겐(reactive mesogene)은 메조겐 분자의 말단에 광 혹은 열에 반응하는 작용기를 갖는 물질로, 메조겐 분자를 배향시킨 후 광 혹은 열로 반응시키면 메조겐 분자의 말단에 작용기가 서로 반응하여 메조겐 분자간에 고분자 네트워크(polymer network)가 형성되어 메조겐 분자가 배향된 상태를 유지할 수 있도록 하는 것일 수 있다.
바람직하게, 반응성 메조겐은 메조겐 분자의 말단에 광에 반응하는 작용기를 갖는 물질일 수 있다.
한편, 메조겐 분자는 액정의 특성을 나타나게 하는 분자로 강직한 막대형 구조(rigid rod-like) 를 가지는 분자일 수 있다.
개시제는 광 혹은 열에 의해 반응하여 반응성 메조겐의 말단기의 반응을 촉진하기 위해 첨가되는 것일 수 있다.
바람직하게, 개시제는 광 의해 반응하는 광 개시제(photo initiator)일 수 있다.
광추출용 필름(400)은 450 내지 480nm의 파장대에서 광추출 효율을 향상시키는 것일 수 있다.
더욱 바람직하게 광추출용 필름(400)은 시야각 -5 내지 5°에서의 450 내지 480nm의 파장대에서 광추출 효율을 향상시키는 것일 수 있고, 460nm에서 광추출 효율 향상 효과가 최대화되는 것일 수 있다.
한편, 사람의 눈은 코를 기준으로 일정 간격 이격되어 있어 텔레비전, 휴대용 단말기를 포함하는 영상 출력 장치를 시청할 시 정면에서 시청한다고 하더라도 화면의 중심부와 눈 사이에는 -5 내지 5°정도의 시야각이 형성될 수 있다.
본 발명의 일면에 따른 광추출용 필름이 구비된 유기발광소자는 시야각 -5 내지 5°에서의 광추출 효율을 향상시킴에 따라 사람이 영상 출력 장치를 시청할 시 형성되는 화면의 중심부와 눈 사이의 소정 시야각에 해당하는 영역의 광추출 효율을 향상시킴에 따라 영상 출력 장치에서 방출되는 빛의 휘도를 높일 수 있는 효과가 있을 수 있다.
광추출용 필름(400)은 매질(matrix)과 매질 내에 분산된 액정 분자(410)을 포함하는 것일 수 있다.
광추출용 필름(400)의 매질 내에 액정 분자는 액정 분자 간에 형성된 고분자 네트워크에 의해 속박되어 배열된 상태일 수 있다.
광추출용 필름(400)은 광추출용 필름(400) 내 복수 개의 액정 분자(410)가 볼록 또는 오목 렌즈의 형상으로 배열된 것일 수 있다.
바람직하게, 광추출용 필름(400)은 광추출용 필름(400) 내 복수 개의 액정 분자(410)가 볼록 또는 오목 렌즈의 형상으로 배열되어 초점거리(focal length)가 0.1 내지 100 cm인것 일 수 있다.
한편, 광추출용 필름(400)은 광추출용 필름(400) 내 복수 개의 액정 분자(410)가 복수 개의 볼록 또는 오목 렌즈가 반복 배열된 형상으로 배열된 것일 수 있다.
광추출용 필름(400)은 굴절률이 1.1 내지 2.8인 것일 수 있다.
광추출용 필름(400)은 굴절률이 높을수록 광추출 효율 향상 효과가 향상될 수 있다.
광추출용 필름(400)의 굴절률이 1.1 미만이면, 광추출용 필름(400)의 굴절률이 낮아 광추출 효율 향상 효과가 떨어질 수 있고, 2.8을 초과하면 굴절률이 너무 높아 광추출 효율 향상 효과가 떨어질 수 있다.
광추출용 필름(400)은 두께가 1 내지 100 ㎛일 수 있다.
광추출용 필름(400)은 두께가 얇을수록 유기발광소자(100)의 광추출 효율 향상 효과가 향상될 수 있다.
바람직하게 광추출용 필름(400)은 두께가 1 내지 33㎛일 수 있다.
광추출용 필름(400)의 두께가 1㎛ 미만이면 광추출용 필름(400)의 두께가 얇아 광추출용 필름(400)의 손상이 쉽게 일어날 수 있고 33㎛를 초과하면 광추출용 필름(400)의 두께가 굵어 광추출 효율 향상 효과가 떨어질 수 있다.
더욱 바람직하게 광추출용 필름(400)은 두께가 30㎛일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광추출용 필름 준비 단계(S400)는 기판 준비 단계(S410), 조성물 준비 단계(S420), 조성물 주입 단계(S430), 자외선 조사 단계(S440), 기판 분리 단계(S450)로 구성될 수 있다.
먼저, 표면에 인듐 주석 산화물(indi㎛ tin oxide, ITO)이 코팅된 한 쌍의 기판을 준비한다.
한 쌍의 기판은 제1 기판(10)과 내면에 제2 기판(20)을 포함할 수 있다.
제1 기판(10)은 내면에 450 내지 550㎛의 간격을 갖는 복수 개의 제1 전극(11)이 형성된 것일 수 있다.
바람직하게, 제1 기판(10)은 내면에 500㎛의 간격을 갖는 복수 개의 제1 전극(11)이 형성된 것일 수 있다.
제1 전극(10)은 조성물에 전압을 인가 시 조성물 내 복수 개의 액정 분자(410)가 0.1 내지 100 cm의 초점 거리를 갖는 오목 또는 볼록 렌즈의 형태로 배열할 수 있도록 균일하지 않은 자기장(inhomogeneous electric field)을 공급하기 위한 기설정된 패턴이 형성된 전극(patterned electrode)일 수 있다.
제2 기판(20)의 내면에는 제2 전극(21)이 형성된 것일 수 있다. 제2 전극(21)은 공통 전압을 인가 받는 공통 전극일 수 있다.
또한, 제2 전극(21)은 제1 전극(11)에 대응되는 것일 수 있다.
제1 기판(10)의 내면에는 제1 배향층(12)이 형성될 수 있다.
제2 기판(20)의 내면에는 제2 배향층(22)이 형성될 수 있다.
제1 배향층(12)과 제2 배향층(22)은 제1 기판(10)과 제2 기판(20)의 내면에 형성된 폴리이미드(polyimide) 층일 수 있다.
제1 배향층(12)과 제2 배향층(22)은 제1 기판(10)과 제2 기판(20)의 내면에 폴리이미드를 스핀 코팅(spin-coating) 기법으로 얇게 도포한 후, 도포된 폴리이미드를 가열 경화시켜 형성되는 것일 수 있다.
바람직하게, 제1 배향층(12)과 제2 배향층(22)은 제1 기판(10)과 제2 기판(20)의 내면에 폴리이미드를 스핀 코팅(spin-coating) 기법으로 얇게 도포한 후, 도포된 폴리이미드를 90 내지 110℃로 9 내지 11분동안 가열한 후, 200 내지 250℃에서 1시간 50분 내지 2시간 10분동안 가열하여 경화시켜 형성되는 것일 수 있다.
더욱 바람직하게, 제1 배향층(12)과 제2 배향층(22)은 제1 기판(10)과 제2 기판(20)의 내면에 폴리이미드를 스핀 코팅(spin-coating) 기법으로 얇게 도포한 후, 도포된 폴리이미드를 100℃로 10분동안 가열한 후, 230℃에서 2시간동안 가열하여 경화시켜 형성되는 것일 수 있다.
제1 배향층(12)과 제2 배향층(22)은 조성물 내의 복수 개의 액정 분자(410)가 장축이 제1 기판(10)과 제2 기판(20)에 평행하게 수평으로 배열되게 하는 것일 수 있다.
제1 기판(10)과 제2 기판(20)은 두께가 27 내지 33㎛인 광추출용 필름(400)을 제조할 수 있도록 제1 배향층(12)과 제2 배향층(22) 사이의 간격이 27 내지 33㎛ 되도록 합착될 수 있다.
바람직하게, 제1 기판(10)과 제2 기판(20)은 두께가 30㎛인 광추출용 필름(400)을 제조할 수 있도록 제1 배향층(12)과 제2 배향층(22) 사이의 간격이 30㎛ 되도록 합착될 수 있다.
조성물 내 복수 개의 액정 분자가 0.1 내지 100cm의 초점 거리를 갖는 오목 또는 볼록 렌즈의 형태로 배열할 수 있도록 균일하지 않은 자기장(inhomogeneous electric field)을 공급하기 위해 조성물에 1 내지 1000V의 전압을 인가하는 것 일 수 있다.
바람직하게, 조성물 내 복수 개의 액정 분자가 0.1 내지 100cm의 초점 거리를 갖는 오목 또는 볼록 렌즈의 형태로 배열할 수 있도록 균일하지 않은 자기장(inhomogeneous electric field)을 공급하기 위해 조성물에 7 내지 20V의 전압을 인가하는 것 일 수 있다.
더욱 바람직하게, 조성물 내 복수 개의 액정 분자가 0.1 내지 100cm의 초점 거리를 갖는 오목 또는 볼록 렌즈의 형태로 배열할 수 있도록 균일하지 않은 자기장(inhomogeneous electric field)을 공급하기 위해 조성물에 7V의 전압을 인가하는 것 일 수 있다.
다음으로, 반응성 메조겐, 개시제, 액정 물질을 혼합하고, 가열 교반하여 조성물을 제조한다(S320).
반응성 메조겐(reactive mesogene)은 메조겐 분자의 말단에 광 혹은 열에 반응하는 작용기를 갖는 물질로, 메조겐 분자를 배향시킨 후 광 혹은 열로 반응시키면 메조겐 분자의 말단에 작용기가 서로 반응하여 메조겐 분자간에 고분자 네트워크(polymer network)가 형성되어 메조겐 분자가 배향된 상태를 유지할 수 있도록 하는 것일 수 있다.
바람직하게, 반응성 메조겐은 메조겐 분자의 말단에 광에 반응하는 작용기를 갖는 물질일 수 있다.
한편, 메조겐 분자는 액정의 특성을 나타나게 하는 분자로 강직한 막대형 구조(rigid rod-like) 를 가지는 분자일 수 있다.
개시제는 광 혹은 열에 의해 반응하여 반응성 메조겐의 말단기의 반응을 촉진하기 위해 첨가되는 것일 수 있다.
바람직하게, 개시제는 광 의해 반응하는 광 개시제(photo initiator)일 수 있다.
조성물을 제조하는 단계(S320)는 액정 물질 18 내지 22 중량부, 반응성 메조겐 76.9 내지 81.1 중량부, 개시제 0.9 내지 1.1 중량부를 혼합하고 90 내지 110℃에서 22 내지 26시간동안 교반하는 것일 수 있다.
액정 물질이 18 중량부 미만이면 광추출용 필름(400)의 광추출 효율 향상 효과가 떨어질 수 있고, 22 중량부를 초과하면 광추출용 필름(400)의 광추출 효율 향상 효과가 떨어질 수 있다.
반응성 메조겐이 76.9 중량부 미만이면 광추출용 필름(400)의 광추출 효율 향상 효과가 떨어질 수 있고, 81.1 중량부를 초과하면 광추출용 필름(400)의 광추출 효율 향상 효과가 떨어질 수 있다.
개시제가 0.9 중량부 미만이면 개시제의 양이 적어 광추출용 필름(400)을 제조하는데 어려움이 있을 수 있고, 1.1 중량부를 초과하면 개시제의 양이 광추출용 필름(400)을 제조하는데 어려움이 있을 수 있다.
바람직하게, 조성물을 제조하는 단계(S320)는 액정 물질 20 중량부, 반응성 메조겐 79 중량부, 개시제 1 중량부를 혼합하고 100℃에서 24시간동안 교반하는 것일 수 있다.
상기 조성물을 제1 기판(10)과 제2 기판(20)의 내면 사이에 주입하여 광추출용 필름(400)을 형성한다.
조성물 주입 단계(S330)는 제1 기판(10)과 제2 기판(20) 내면 사이에 형성된 간격에 조성물을 주입하여 광추출용 필름(400)을 형성하는 것일 수 있다.
제1 전극(11)과 제2 전극(21)에 기설정된 전압을 인가하면서 광추출용 필름(400)에 자외선을 조사해 광추출용 필름(400)을 경화한다(S340).
제1 전극(11)과 제2 전극(21)에 기설정된 전압을 인가하면서 광추출용 필름(400)에 자외선을 조사하면 광추출용 필름(400)에 전기장이 인가되어 광추출용 필름(400) 내의 복수 개의 액정 분자(410)가 볼록 또는 오목 렌즈의 형상으로 배열되고, 액정 분자(410)가 배열된 상태에서 자외선을 조사시켜 광추출용 필름(400)을 경화하여 전압을 가하지 않아도 광추출용 필름(400) 내 액정 분자(410)의 배열 상태가 유지될 수 있다.
자외선 조사 단계(S340)는 90 내지 110℃에서 광추출용 필름(400)에 일률 밀도(power density)가 1.3 내지 1.7 mW/cm2인 자외선을 2분 내지 3분동안 조사하는 것일 수 있다.
자외선 조사 시 온도가 90℃ 미만이면, 온도가 낮아 광추출용 필름(400)을 경화시키는데 어려움이 있을 수 있고, 110℃를 초과하면 온도가 높아 광추출용 필름(400)을 경화시키는데 어려움이 있을 수 있다.
자외선의 일률 밀도가 1.3 mW/cm2미만이면 자외선의 일률 밀도가 낮아 광추출용 필름(400)을 경화시키는데 어려움이 있을 수 있고, 1.7 mW/cm2를 초과하면 자외선의 일률 밀도가 높아 광추출용 필름(400)이 손상을 입을 수 있다.
자외선 조사 시간이 2분 미만이면 조사 시간이 짧아 광추출용 필름(400)이 충분히 경화되지 않을 수 있고, 3분을 초과하면 광추출용 필름(400)이 충분히 경화되어 더 이상의 자외선 조사 효과가 떨어질 수 있다.
바람직하게, 자외선 조사 단계(S340)는 100℃에서 광추출용 필름(400)에 일률 밀도(power density)가 1.5mW/cm2인 자외선을 2분 30초동안 조사하는 것일 수 있다.
광추출용 필름(400)이 경화되어 광추출용 필름(400)이 제조되면 제1 기판(10)과 제2 기판(20)을 제거하여 광추출용 필름(400)을 얻는다(S350).
마지막으로, 광추출용 필름 제조 단계(S400)에서 제조된 광추출용 필름(400)을 캡핑층(200)의 상부에 적층한다(S500).
캡핑층(200)의 상부에 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 레진, 무기물박막 중 어느 하나 이상을 포함하는 봉지층(300)이 형성된 경우 광추출용 필름(400)을 봉지층(300)의 상부에 적층하는 것일 수 있다.
<실시예 1>
(1) 유기발광소자 준비
먼저, 애노드 층(110), 유기층(120), 캐소드 층(130)으로 구성되고, 애노드 층(110)과 캐소드 층(130)에 전압을 인가하면 애노드 층으로부터 주입된 정공이 유기층(120)으로 이동하고, 캐소드 층(130)으로부터 주입된 전자가 유기층(120)으로 이동하여 유기층(120)에서 정공 및 전자가 결합하여 엑스톤을 형성하고, 이 엑시톤이 여기 상태에서 기저 상태로 전이하면서 광을 방출할 수 있는 유기발광소자(100)를 준비하였다. 다음으로, 유기발광소자(100)의 상부에 열증착법을 이용하여 캡핑층(200)을 형성하고, 캡핑층(200)의 상부에 열증착법을 이용하여 봉지층(300)을 형성하였다.
(2) 광추출용 필름 준비 및 적층
먼저, 내면에 500㎛의 간격으로 복수 개의 기설정된 패턴이 형성된 전극(patterned electrode)가 형성되고 표면에 인듐 주석 산화물이 코팅된 제1 기판과 내면에 내면에 공통 전극(common electrodie)이 형성되고 표면에 인듐 주석 산화물이 코팅된 제2 기판을 준비 하였다.
제1 기판과 제2 기판의 내면에 각각 폴리이미드 재료(AL16301K, JSR Micro Korea)를 스핀 코팅(spin-coating) 기법으로 코팅하여 각각 제1 배향막과 제2 배향막을 형성하였다. 다음으로, 제1 배향막과 제2 배향막의 이미드화(imidization) 반응을 위해 100℃에서 1시간동안 가열하고, 230℃에서 2시간동안 가열하고, 제1 기판과 제2 기판을 30㎛의 간격을 갖도록 이격하여 내면이 서로 마주보게 배열하였다.
다음으로, 액정 물질(MAT-10-566, Merck) 20 중량부, 반응성 메조겐(RM257, Merck) 79 중량부, 개시제(Irgacure 651, Ciba) 1 중량부를 혼합하고 100℃에서 24시간동안 혼합한 후, 제1 기판과 제2 기판의 사이에 주입하여 광추출용 필름을 형성하였다.
다음으로, 제1 전극과 제2 전극에 7V의 전압을 인가하면서, 100℃에서 광추출용 필름(400)에 일률밀도가 1.5mW/cm2인 자외선을 2분 30초동안 조사하여 광추출용 필름(400)을 제조하고, 제조된 광추출용 필름(400)을 봉지층(300)의 상부에 부착하여 적층하였다.
<실시예 2>
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 광추출용 필름이 구비된 유기발광소자를 제조하였다. 단, 제1 전극과 제2 전극에 20V의 전압을 인가하면서, 100℃에서 광추출용 필름(400)에 일률밀도가 1.5mW/cm2인 자외선을 2분 30초동안 조사하여 광추출용 필름(400)을 제조하고, 제조된 광추출용 필름(400)을 봉지층(300)의 상부에 부착하여 적층하였다.
<비교예>
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기발광소자(100)에 캡핑층(200)과 봉지층(300)을 형성하였다. 다만, 광추출 필름(400)의 광추출 효율 향상 효과를 측정하기 위해 봉지층(300)의 상부에 광추출용 필름(400)을 적층하지 않았다.
<시험예 1>
시험예 1은 본 발명의 실시예에 따른 광추출용 필름이 구비된 유기발광소자의 normal direction에서의 광추출 효율 향상 효과를 확인하기 위하여 실시예 1 내지 2와 비교예의 normal direction에서의 EL(electroluminescence) 스펙트럼을 분광복사기를 이용하여 측정한 것이다.
도 5는 실시예 1 내지 2와 비교예의 normal direction에서의 380 내지 550 nm 파장대에서 EL 스펙트럼을 측정한 결과를 그래프로 도시한 것으로, 가로축은 파장(wavelength), 세로축은 실시예 1 내지 2와 비교예의 EL 스펙트럼 측정에 따른 빛의 세기값을 비교예 1의 피크값으로 나누어 정규화(normalization)한 상대 세기를 나타내는 것이다.
범위 A1은 380 내지 450nm의 파장대를 나타내는 것이고, 범위 A2는 450 내지 480nm의 파장대를 나타내는 것이고, 범위 A3는 480 내지 550nm의 파장대를 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면 실시예 1의 EL 스펙트럼(901)과 실시예 2의 EL 스펙트럼(903)과 비교예의 EL 스펙트럼(905)은 모두 피크 파장대가 460nm로 나타났다.
비교예와 실시예 1 내지 2의 빛의 세기는 범위 A1과 A3에서는 큰 차이가 없는 것을 확인할 수 있었으나, 범위 A2에서는 차이가 크게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
특히, 피크 파장대인 460nm에서는 실시예 1 내지 2의 빛의 세기가 비교예에 비해 15%정도 강하게 측정되는 것으로 확인되었고, 이는 광추출용 필름(400)이 유기발광소자(100)의 광추출 효율을 향상시키는 것을 확인할 수 있는 결과이다.
다만, normal direction에서는 실시예 1과 실시예 2의 빛의 세기가 비슷하게 나타나, 광추출 효율 향상 효과에 있어서 광추출용 필름(400) 제조 시 인가하는 전압에 따른 차이는 크지 않은 것을 확인할 수 있었다.
<시험예 2>
시험예 2는 본 발명의 실시예에 따른 광추출용 필름이 구비된 유기발광소자의 시야각 -5 내지 5°에서의 광추출 효율 향상 효과를 확인하기 위하여 실시예 1 내지 2와 비교예의 시야각 -5 내지 5°에서의 EL(electroluminescence) 스펙트럼을 분광복사기를 이용하여 측정한 것이다.
도 6은 실시예 1 내지 2와 비교예의 380 내지 550 nm 파장대에서 EL 스펙트럼을 측정한 결과를 그래프로 도시한 것으로, 가로축은 파장(wavelength), 세로축은 실시예 1 내지 2와 비교예의 EL 스펙트럼 측정에 따른 빛의 세기값을 비교예 1의 피크값으로 나누어 정규화(normalization)한 상대 세기를 나타내는 것이다.
범위 B1은 380 내지 450nm의 파장대를 나타내는 것이고, 범위 B2는 450 내지 480nm의 파장대를 나타내는 것이고, 범위 B3는 480 내지 550nm의 파장대를 나타낸 것이다.
도 6을 참조하면 실시예 1의 EL 스펙트럼(901)과 실시예 2의 EL 스펙트럼(903)과 비교예의 EL 스펙트럼(905) 모두 피크 파장대가 460nm로 나타났다.
비교예와 실시예 1 내지 2의 빛의 세기는 범위 B1과 B3에서는 큰 차이가 없는 것을 확인할 수 있었으나, 범위 B2에서는 차이가 크게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
특히, 피크 파장대인 460nm에서는 비교예에 비해 실시예 1과 실시예 2의 빛의 세기가 각각 25%와 18% 정도 강하게 측정되는 것을 확인하였고, 이는 광추출용 필름(400)이 유기발광소자(100)의 광추출 효율을 향상시키는 것을 확인할 수 있는 결과이다.
다만, 범위 B2에서 실시예 1의 빛의 세기에 비해 실시예 2의 빛의 세기가 7% 정도 낮게 나타나는 것으로 확인할 수 있는데, 이는 실시예 1에 비해 실시예 2의 광추출 효율 향상 효과가 떨어지는 것을 나타내는 결과이다.
이는 광추출용 필름(400) 제조 시 인가하는 전압의 차이에 인한 것으로 파악되고, 이는 인가되는 전압에 따라 광추출용 필름(400) 내 액정 분자의 렌즈 형상으로 배열된 상태에 따른 초점 거리(focal length)의 차이로 인한 것으로 파악된다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 제1 기판, 11: 제1 전극, 12: 제1 배향층,
20: 제2 기판, 21: 제2 전극, 22: 제2 배향층,
100: 유기발광소자, 110: 애노드 층, 120: 유기층,
121: 정공 주입층, 122: 정공 수송층, 123: 전자 차단층,
124: 발광층, 125: 정공 차단층, 126: 전자 수송층, 127: 전자 주입층,
130: 캐소드 층,
200: 캡핑층, 300: 봉지층,
400: 광추출용 필름, 410: 액정 분자,
S100: 유기발광소자 준비 단계, S200: 캡핑층 형성 단계,
S300: 봉지층 형성 단계, S400: 광추출용 필름 준비 단계,
S410: 기판 준비 단계, S420: 조성물 준비 단계, S430: 조성물 주입 단계,
S440: 자외선 조사 단계, S450: 기판 제거 단계,
S500: 광추출용 필름 적층 단계.

Claims (11)

  1. 유기발광소자를 준비하는 단계;
    상기 유기발광소자 상부에 형성되어 상기 유기발광소자를 보호하는 캡핑층을 형성하는 단계;
    오목 또는 볼록 렌즈 형상으로 배열된 액정 분자를 포함하는 매질로 이루어지는 광추출용 필름을 준비하는 단계; 및
    상기 광추출용 필름을 상기 캡핑층의 상부에 적층하는 단계;
    를 포함하는 광추출용 필름이 구비된 유기발광소자의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 캡핑층을 형성하는 단계 이후 상기 광추출용 필름을 준비하는 단계 이전에 있어서,
    상기 캡핑층의 상부에 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 레진 중에 선택되는 적어도 하나 이상인 봉지층을 형성하는 단계;
    를 더 포함하는 광추출용 필름이 구비된 유기발광소자의 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 광추출용 필름을 준비하는 단계는,
    내면에 제1 전극이 형성된 제1 기판과 내면에 제1 전극과 대응되는 제2 전극이 형성된 제2 기판을 준비하는 단계;
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 소정 간격을 갖도록 이격하여 합착하는 단계;
    반응성 메조겐, 액정 물질, 개시제를 혼합하여 조성물을 제조하는 단계;
    상기 제1 기판의 내면과 상기 제2 기판의 내면 사이에 상기 조성물을 주입하여 상기 광추출용 필름을 형성하는 단계;
    상기 광추출용 필름에 자외선을 조사하여 경화시키는 단계; 및
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 제거하여 상기 광추출용 필름을 얻는 단계;를 포함하는 것인 광추출용 필름이 구비된 유기발광소자의 제조 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 기판을 준비하는 단계는,
    표면에 인듐 주석 산화물이 코팅된 제1 기판과 제2 기판을 준비하는 단계;
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 내면에 각각 제1 전극과 제2 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 내면에 각각 제1 배향층과 제2 배향층을 형성하는 단계;
    를 포함하는 것인 광추출용 필름이 구비된 유기발광 소자의 제조 방법.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 제1 전극은 기설정된 패턴이 형성된 전극이며,
    상기 제2 전극은 공통 전압을 인가 받는 공통 전극이고,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 기설정된 전압이 인가되면 균일하지 않은 전기장(inhomogeneous electric field)이 형성되는 것
    을 특징으로 하는 광추출용 필름이 구비된 유기발광 소자의 제조 방법.
  6. 제 3항에 있어서, 상기 합착하는 단계는,
    상기 제1 기판과 제2 기판의 내면 사이 간격이 27 내지 33㎛가 되도록 이격하여 합착하는 것
    인 광추출용 필름이 구비된 유기발광 소자의 제조 방법.
  7. 제 3항에 있어서, 상기 조성물을 제조하는 단계는,
    상기 액정 물질 18 내지 22 중량부, 반응성 메조겐 76.9 내지 81.1 중량부, 개시제 0.9 내지 1.1 중량부를 혼합하고, 가열 교반하는 것
    인 광추출용 필름이 구비된 유기발광소자의 제조 방법.
  8. 제 3항에 있어서, 상기 자외선을 조사하는 단계는,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 전압을 인가하면서 상기 광추출용 필름에 자외선을 조사하는 것
    인 광추출용 필름이 구비된 유기발광소자의 제조 방법.
  9. 제 3항에 있어서, 상기 자외선을 조사하는 단계는
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 7 내지 20V의 전압을 인가하면서 90 내지 110℃에서 일률 밀도가 1.3 내지 1.7mW/cm2 인 자외선을 상기 광추출용 필름에 자외선을 2분 내지 3분동안 조사하는 것
    인 광추출용 필름이 구비된 유기발광소자의 제조 방법.
  10. 유기발광소자;
    상기 유기발광소자 상부에 형성되어 상기 유기발광소자를 보호하는 캡핑층; 및
    상기 캡핑층 상부에 형성되고 오목 또는 볼록 렌즈 형상으로 배열된 액정 분자를 포함하는 매질로 이루어지는 광추출용 필름;
    을 포함하는 광추출용 필름이 구비된 유기발광소자.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 유기발광소자를 밀봉하기 위해 상기 캡핑층과 상기 광추출용 필름 사이에는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 레진 중에 선택되는 어느 하나 이상인 봉지층을 더 포함하는 것
    인 광추출용 필름이 구비된 유기발광소자.
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