WO2016036151A1 - 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법, 유기발광소자용 광추출 기판 및 이를 포함하는 유기발광소자 - Google Patents

유기발광소자용 광추출 기판 제조방법, 유기발광소자용 광추출 기판 및 이를 포함하는 유기발광소자 Download PDF

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light extraction
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a light extraction substrate for an organic light emitting device, and more particularly, to improve light dispersibility and substrate adhesion of light scattering particles distributed in a matrix layer, thereby improving light extraction efficiency and structural stability of an organic light emitting device. It relates to a method for manufacturing a light extraction substrate for an organic light emitting device that can be increased.
  • the light emitting device may be classified into an organic light emitting device that forms a light emitting layer using organic materials and an inorganic light emitting device that forms a light emitting layer using inorganic materials.
  • organic light emitting device of the organic light emitting device electrons injected from an electron injection electrode and holes injected from a hole injection electrode are combined in an organic light emitting layer to form an exciton, and the excitons are energy.
  • It is a self-luminous device that emits light while emitting light, and has advantages such as low power driving, self-luminous, wide viewing angle, high resolution and natural colors, and fast response speed.
  • the light extraction efficiency depends on the refractive index of each layer constituting the organic light emitting device.
  • the refractive index of each layer constituting the organic light emitting device when light emitted from the light emitting layer is emitted above the critical angle, total reflection occurs at an interface between a layer having a high refractive index such as a transparent electrode layer as an anode and a layer having a low refractive index such as substrate glass. The efficiency is lowered, and thus, the overall luminous efficiency of the organic light emitting device is reduced.
  • the organic light emitting device emits only 20% of the emitted light to the outside, and the light of about 80% includes the substrate glass, the anode and the hole injection layer, the hole transport layer, the light emitting layer, the electron transport layer, the electron injection layer, etc.
  • the wave guiding effect due to the refractive index difference of the organic light emitting layer and the total reflection effect due to the refractive index difference between the substrate glass and the air are lost. That is, the refractive index of the internal organic light emitting layer is 1.7 to 1.8, and the refractive index of ITO generally used as the anode is about 1.9.
  • the refractive index of the substrate glass is 1.5
  • the planar waveguide is naturally formed in the organic light emitting device. According to the calculation, the ratio of light lost in the internal waveguide mode by the cause reaches about 45%. Since the refractive index of the substrate glass is about 1.5 and the refractive index of the outside air is 1.0, when light exits from the substrate glass to the outside, light incident above the critical angle causes total reflection and is isolated inside the substrate glass. Since the ratio of about 35%, only 20% of the light emission amount is emitted to the outside.
  • the light extraction layer is largely divided into an inner light extraction layer and an outer light extraction layer.
  • the external light extraction layer by providing a film including various types of micro lenses on the outside of the substrate, it is possible to obtain a light extraction effect, there is a characteristic not largely affected by the shape of the micro lens.
  • the internal light extraction layer directly extracts the light lost in the optical waveguide mode, there is an advantage that the possibility of efficiency increase is much higher than the external light extraction layer.
  • the internal light extraction layer may rather interfere with the light incident on the substrate glass close to the vertical.
  • the inner light extraction layer implements an excellent light extraction effect compared to the outer light extraction layer, but also causes a loss of light.
  • the internal light extraction layer must be formed during the organic light emitting device manufacturing process, is affected by the subsequent process, and has a problem that it is not easy to form technically.
  • the metal oxide particles can be impregnated into the matrix by using the light scattering particles, so that the difference in refractive index and the light scattering effect at the particle boundary of the metal oxide particles can be expected.
  • a conventional method has a deterioration in dispersibility due to agglomeration between light scattering particles, not only reduces the light extraction effect, but also deteriorates the surface roughness characteristics, thereby shortening the lifespan and device stability of the organic light emitting device. This has a problem that is inhibited.
  • due to the voids between the spherical light scattering particles to achieve a weak adhesion with the substrate, which makes the subsequent process difficult.
  • an object of the present invention is to improve the dispersibility and substrate adhesion of the light scattering particles distributed in the matrix layer, the light extraction efficiency of the organic light emitting device And it provides a light extraction substrate manufacturing method for an organic light emitting device that can increase the structural stability.
  • the present invention the first mixing step of mixing the transparent magnetic nanoparticles with the volatile first solution; A second mixing step of mixing the mixed solution and the light scattering particles made through the first mixing step with a second solution including nonmagnetic oxide particles; A coating step of coating the coating liquid made through the second mixing step on the base substrate; And applying a magnetic field from the lower side of the base substrate to the coating solution side, thereby applying a magnetic field to self-align the transparent magnetic nanoparticles included in the coating solution.
  • Ti 1 - x M x O 2 may be used as the transparent magnetic nanoparticles.
  • M may be Co or Ni.
  • x may be 0.1 ⁇ 0.5.
  • x may be 0.2.
  • a material having a refractive index difference of 0.3 or more from the nonmagnetic oxide particles may be used as the light scattering particles.
  • the coating step and the magnetic field applying step may be performed at the same time.
  • a magnetic field may be applied to the coating liquid while moving the magnetic field applying device along the direction of coating the coating liquid on the base substrate.
  • the plurality of light scattering particles exist in contact with the surface of the base substrate in a state of being aggregated with neighboring light scattering particles, and the plurality of transparent magnetic nanoparticles and the plurality of nonmagnetic oxides.
  • the particles may be present in a state in which they are attached in a disordered arrangement to the surface of the plurality of light scattering particles.
  • the plurality of transparent magnetic nanoparticles may be moved and arranged in a void formed between the light scattering particles, which are agglomerated with each other, and the light scattering particles adjacent to the base substrate.
  • a firing step of firing the coating solution after the magnetic field applying step may be further included.
  • the light scattering particles and the transparent magnetic nanoparticles may have a structure in which they are distributed in a matrix layer made of the nonmagnetic oxide particles.
  • the matrix layer may face the transparent electrode of the organic light emitting device.
  • the light scattering particles distributed inside the light extraction layer through a plurality of transparent magnetic nanoparticles are self-aligned in a structure to separate the light scattering particles are aggregated by a magnetic field applied from the base substrate to the coating liquid side. Dispersibility may be improved, and through this, light extraction efficiency of the organic light emitting device may be increased.
  • the light through the plurality of transparent magnetic nanoparticles are self-aligned in a structure to fill the light scattering particles and the void formed by the base substrate by the magnetic field applied from the base substrate to the coating liquid side,
  • the adhesion between the extraction layer and the base substrate can be improved, and through this, the structural stability of the light extraction substrate can be improved, and further, the device stability of the organic light emitting device applied to the light emission path can be improved.
  • FIG. 1 is a process flow diagram illustrating a method of manufacturing a light extraction substrate for an organic light emitting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2 and 3 are schematic diagrams showing the arrangement state of the transparent magnetic nanoparticles before and after applying a magnetic field in the method of manufacturing a light extraction substrate for an organic light emitting device according to an embodiment of the present invention.
  • the light extraction substrate is disposed on one surface of the light emitted from the organic light emitting device to the outside to improve the light extraction efficiency of the organic light emitting device (see FIG. 2). 100).
  • the organic light emitting device is an anode, an organic light emitting layer and a cathode disposed between the light extraction substrate (100 of FIG. 2) and the substrate that is opposed to the encapsulation is manufactured according to an embodiment of the present invention It consists of a laminated structure.
  • the anode is a transparent electrode formed to face the light extraction substrate (100 of FIG. 2) manufactured according to an embodiment of the present invention, a metal having a large work function (for example, Au) so that hole injection occurs well It may be made of a metal or metal oxide, such as In, Sn or ITO.
  • the cathode may be a metal electrode, and the cathode may be formed of a metal thin film of Al, Al: Li, or Mg: Ag having a small work function so that electron injection may occur well.
  • the organic emission layer may include a hole injection layer, a hole transport layer, an emission layer, an electron transport layer, and an electron injection layer that are sequentially stacked on the anode.
  • the cathode when a forward voltage is applied between the anode and the cathode, electrons move from the cathode to the light emitting layer through the electron injection layer and the electron transport layer, and holes from the anode move to the light emitting layer through the hole injection layer and the hole transport layer. do.
  • the electrons and holes injected into the light emitting layer recombine in the light emitting layer to generate excitons, and the excitons emit light while transitioning from the excited state to the ground state.
  • the brightness of the light is proportional to the amount of current flowing between the anode and the cathode.
  • the organic light emitting layer may be formed of a laminated structure of a polymer light emitting layer for emitting light in the blue region and a low molecular light emitting layer for emitting light in the orange-red region, In addition, it may be formed in various structures to implement white light emission.
  • the organic light emitting layer may have a tandem structure. That is, a plurality of organic light emitting layers may be provided, and each organic light emitting layer may be alternately arranged through an interconnecting layer.
  • the method of manufacturing a light extraction substrate for an organic light emitting diode according to an exemplary embodiment of the present invention for manufacturing a light extraction substrate (100 of FIG. 2) applied to such an organic light emitting diode may include a first mixture. It includes a step (S1), a second mixing step (S2), a coating step (S3) and a magnetic field applying step (S4).
  • a step (S1) a second mixing step
  • S3 a coating step
  • S4 magnetic field applying step
  • the first mixing step (S1) is a step of mixing the transparent magnetic nanoparticles 120 with the first solution to make a mixed solution.
  • the colloidal transparent magnetic nanoparticles 120 are mixed with a first solution having a volatile like alcohol.
  • Ti 1 - x M x O 2 may be used as the transparent magnetic nanoparticles 120 mixed with the first solution.
  • M may be Co or Ni.
  • x may be 0.1 to 0.5, preferably x is 0.2.
  • Ti 0. 0 is a ferromagnetic material having a magneto-optic effect in the wavelength range of 280 to 380 nm but no interference to visible light . 8 Co 0 . 2 O 2 may be used as the transparent magnetic nanoparticles 120.
  • the second mixing step S2 is a step of mixing the mixed solution and the light scattering particles 130 made through the first mixing step S1 with the second solution.
  • the second solution is coated on the base substrate 110 through a subsequent process, and includes the nonmagnetic oxide particles 140 serving as a matrix layer of the transparent magnetic nanoparticles 120 and the light scattering particles 130. It is solution. That is, in the second mixing step S2, a mixed solution including the transparent magnetic nanoparticles 120, a second solution including the light scattering particles 130, and the nonmagnetic oxide particles 140 are mixed to form an organic light emitting device. This step is to create a coating solution to be made of a light extraction layer.
  • the light scattering particles 130 and the nonmagnetic oxide particles 140 serving as a matrix layer thereof have to have a refractive index difference to be applied to the light extraction layer of the organic light emitting device.
  • a material having a refractive index difference of 0.3 or more as the light scattering particle 130 in the nonmagnetic oxide particles 140.
  • a metal oxide having a refractive index difference of 0.3 or more may be used as the nonmagnetic oxide particles 140 forming the matrix layer.
  • the light scattering particles 130 have a refractive index difference of 0.3 or more with the matrix layer formed of the nonmagnetic oxide particles 140, that is, the light scattering particles having different refractive indices between the organic light emitting element and the base substrate 110 are different.
  • the internal light extraction layer formed of the 130 and the matrix layer it reduces the total reflection generated at the interface between the substrate glass and the organic light emitting device, and disturbs the waveguide mode formed at the interface. The light extraction efficiency can be greatly increased.
  • the coating step (S3) is a step of coating a coating liquid to be formed as a light extraction layer on the base substrate 110. That is, in the coating step (S3), a coating liquid containing the transparent magnetic nanoparticles 120, the light scattering particles 130, and the nonmagnetic oxide particles 140 is coated on the base substrate 110.
  • FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing the arrangement structure of the transparent magnetic nanoparticles 120, the light scattering particles 130, and the nonmagnetic oxide particles 140 after the coating step (S3).
  • the plurality of light scattering particles 130 is lowered to the lower side inside the matrix layer made of nonmagnetic oxide particles 140 by gravity, the base It is present in contact with the surface of the substrate 110.
  • the plurality of light scattering particles 130 are present in a state of being aggregated with the neighboring light scattering particles 130. Aggregation of the light scattering particles 130 is a factor to reduce the surface roughness and the light extraction efficiency of the light extraction layer.
  • a void 10 is naturally formed between the light scattering particles 130 and the base substrate 110 which are spherical and agglomerated with each other.
  • the void 10 is a factor that weakens the interface adhesion between the base substrate 110 and the light extraction layer. That is, immediately after coating the light scattering particles 130 and the nonmagnetic oxide particles 140 forming the matrix layer on the base substrate 110, the light composed of the light scattering particles 130 and the nonmagnetic oxide particles 140 The initial state of the extraction layer is inadequate to realize excellent light extraction efficiency and adhesion.
  • a plurality of transparent magnetic nanoparticles 120 and nonmagnetic oxide particles 140 are in close contact with each other by van der Waals attraction or electromagnetic attraction acting between the particles It exists in a state.
  • the attraction force acts not only on the transparent magnetic nanoparticles 120 and the nonmagnetic oxide particles 140, but also between them 120 and 140 and the light scattering particles 130, and the light scattering particles 130 aggregated together.
  • the transparent magnetic nanoparticles 120 and the nonmagnetic oxide particles 140 form a structure in which the light scattering particles 130 are attached to a surface of agglomerates.
  • the transparent magnetic nanoparticles 120 and the nonmagnetic oxide particles 140 form a structure attached to the remaining surface except for the contact surface between the light scattering particles 130 that are aggregated. At this time, the transparent magnetic nanoparticles 120 and the nonmagnetic oxide particles 140 are present in a disordered arrangement.
  • the base substrate 110 coated with the coating liquid containing the transparent magnetic nanoparticles 120, the light scattering particles 130, and the nonmagnetic oxide particles 140 is a transparent substrate, and has excellent light transmittance and mechanical properties. Anything that is excellent is not limited.
  • a polymer-based material which is an organic film capable of thermosetting or UV curing may be used as the base substrate 110.
  • the base substrate 110 is a chemically tempered glass of soda lime glass (SiO 2 -CaO-Na 2 O ) or alumino-silicate glass (SiO 2 -Al 2 O 3 -Na 2 O) may be used.
  • soda-lime glass may be used as the base substrate 110.
  • a substrate made of metal oxide or metal nitride may be used as the base substrate 110.
  • a thin glass having a thickness of 1.5 mm or less may be used as the base substrate 110. Such thin glass may be manufactured by a fusion method or a floating method.
  • the magnetic field applying step (S4) is a step of self-aligning the transparent magnetic nanoparticles 120 randomly attached to the surface of the light scattering particles 130. To this end, in the magnetic field applying step (S4) to apply a magnetic field from the lower side of the base substrate 110 toward the coating liquid coated on the base substrate 110.
  • the coating step (S3) and the magnetic field applying step (S4) can be performed at the same time. That is, during the coating of the coating liquid on the base substrate 110, the magnetic field may be sequentially applied to the coating liquid side, for example, while moving the magnetic field applying device along the coating liquid coating direction. In addition, the magnetic field may be sequentially applied to the coating liquid while moving the base substrate 110 itself according to the coating method.
  • the coating liquid in the liquid state coated on the base substrate 110 to the light extraction layer in the solid state
  • the magnetic field applying step (S4) is followed by a baking process for the coating liquid.
  • the thickness of the matrix layer made of the nonmagnetic oxide particles 140 when the coating liquid is fired is reduced, in this case, light scattering.
  • the surface roughness of the matrix layer is increased by the particles 130.
  • the organic light emitting diode may be degraded. That is, in order to use the matrix layer as an internal light extraction layer of the organic light emitting device, the surface of the matrix layer in contact with the transparent electrode must have a high flat surface. Therefore, a process of forming a separate flat layer on the formed light extraction layer may be further performed so as to be suitable for the internal light extraction layer of the organic light emitting device requiring high flatness.

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Abstract

본 발명은 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 매트릭스 층 내부에 분포되는 광 산란입자의 분산성 및 기판 부착력을 향상시킴으로써, 유기발광소자의 광추출 효율 및 구조적인 안정성을 증가시킬 수 있는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법에 관한 것이다. 이를 위해, 본 발명은, 투명 자성 나노입자를 휘발성의 제1 용액과 혼합하는 제1 혼합단계; 상기 제1 혼합단계를 통해 만들어진 혼합액 및 광 산란입자를 비자성 산화물 입자를 포함하는 제2 용액과 혼합하는 제2 혼합단계; 상기 제2 혼합단계를 통해 만들어진 코팅액을 베이스 기판 상에 코팅하는 코팅단계; 및 상기 베이스 기판의 하부에서 상기 코팅액 측으로 자기장을 인가하여, 상기 코팅액 내부에 포함되어 있는 상기 투명 자성 나노입자를 자기 정렬시키는 자기장 인가단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법을 제공한다.

Description

유기발광소자용 광추출 기판 제조방법, 유기발광소자용 광추출 기판 및 이를 포함하는 유기발광소자
본 발명은 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 매트릭스 층 내부에 분포되는 광 산란입자의 분산성 및 기판 부착력을 향상시킴으로써, 유기발광소자의 광추출 효율 및 구조적인 안정성을 증가시킬 수 있는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 발광장치는 크게 유기물을 이용하여 발광층을 형성하는 유기 발광장치와 무기물을 이용하여 발광층을 형성하는 무기 발광장치로 구분할 수 있다. 이중, 유기 발광장치를 이루는 유기발광소자는 전자주입전극(cathode)으로부터 주입된 전자와 정공주입전극(anode)으로부터 주입된 정공이 유기 발광층에서 결합하여 엑시톤(exiton)을 형성하고, 이 엑시톤이 에너지를 방출하면서 발광하는 자체 발광형 소자로서, 저전력 구동, 자체발광, 넓은 시야각, 높은 해상도와 천연색 실현, 빠른 응답 속도 등의 장점을 가지고 있다.
최근에는 이러한 유기발광소자를 휴대용 정보기기, 카메라, 시계, 사무용기기, 자동차 등의 정보 표시 창, 텔레비전, 디스플레이 또는 조명용 등에 적용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
상술한 바와 같은 유기발광소자의 발광 효율을 향상시키기 위해서는 발광층을 구성하는 재료의 발광 효율을 높이거나 발광층에서 발광된 광의 광추출 효율을 향상시키는 방법이 있다.
이때, 광추출 효율은 유기발광소자를 구성하는 각 층들의 굴절률에 의해 좌우된다. 일반적인 유기발광소자의 경우, 발광층으로부터 방출되는 광이 임계각 이상으로 출사될 때, 애노드인 투명전극층과 같이 굴절률이 높은 층과 기판유리와 같이 굴절률이 낮은 층 사이의 계면에서 전반사를 일으키게 되어, 광추출 효율이 낮아지게 되고, 이로 인해, 유기발광소자의 전체적인 발광 효율이 감소되는 문제점이 있었다.
이를 구체적으로 설명하면, 유기발광소자는 발광량의 20%만 외부로 방출되고, 80% 정도의 빛은 기판유리와 애노드 및 정공 주입층, 전공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 등을 포함하는 유기 발광층의 굴절률 차이에 의한 도파관(wave guiding) 효과와 기판유리와 공기의 굴절률 차이에 의한 전반사 효과로 손실된다. 즉, 내부 유기 발광층의 굴절률은 1.7~1.8이고, 애노드로 일반적으로 사용되는 ITO의 굴절률은 약 1.9이다. 이때, 두 층의 두께는 대략 200~400㎚로 매우 얇고, 기판유리의 굴절률은 1.5이므로, 유기발광소자 내에는 평면 도파로가 자연스럽게 형성된다. 계산에 의하면, 상기 원인에 의한 내부 도파모드로 손실되는 빛의 비율이 약 45%에 이른다. 그리고 기판유리의 굴절률은 약 1.5이고, 외부 공기의 굴절률은 1.0이므로, 기판유리에서 외부로 빛이 빠져 나갈 때, 임계각 이상으로 입사되는 빛은 전반사를 일으켜 기판유리 내부에 고립되는데, 이렇게 고립된 빛의 비율은 약 35%에 이르기 때문에, 불과 발광량의 20% 정도만 외부로 방출된다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 광도파모드에 의해 소실되는 80%의 빛을 외부로 끌어내는 광추출층에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 여기서, 광추출층은 크게 내부 광추출층과 외부 광추출층으로 나뉜다. 이때, 외부 광추출층의 경우에는 다양한 형태의 마이크로 렌즈를 포함하는 필름을 기판 외부에 설치함으로써, 광추출 효과를 얻을 수 있는데, 마이크로 렌즈의 형태에 크게 구애 받지 않은 특성이 있다. 또한, 내부 광추출층은 광도파모드로 소실되는 빛을 직접적으로 추출함으로써, 외부 광추출층에 비해 효율증대 가능성이 훨씬 높은 장점이 있다. 하지만, 내부 광추출층은 수직에 가깝게 기판유리에 입사되는 빛에 대해서는 오히려 방해가 될 수 있다. 즉, 내부 광추출층은 외부 광추출층에 비해 우수한 광추출 효과를 구현하는 반면, 광 손실을 유발하는 요인이 되기도 한다. 또한, 내부 광추출층은 유기발광소자 제작 공정 중에 형성시켜야만 하고, 후속 공정에 영향을 받으며, 기술적으로도 형성이 쉽지 않은 문제점을 가지고 있다.
한편, 광추출을 위해, 광 산란입자를 포함하는 광산란층을 기판에 코팅하는 것이 일반적인 기술이다. 즉, 금속산화물 입자를 광 산란입자로 사용하여 매트릭스에 함침시켜 굴절률 차이 및 금속산화물 입자의 입자 경계에서의 광산란 효과를 기대할 수 있다. 하지만, 이와 같은 종래의 방법은 광 산란입자들 간의 뭉침으로 인해 분산성이 악화되어, 광추출 효과가 감소될 뿐만 아니라, 이로 인해, 표면조도 특성 또한 악화되어, 유기발광소자의 수명 단축 및 소자 안정성이 저해되는 문제점을 가지고 있다. 또한, 종래에는 구형으로 이루어진 광 산란입자 간의 공극으로 인해 기판과의 약한 부착력을 이루게 되는데, 이는, 후속 공정을 어렵게 한다.
[선행기술문헌]
대한민국 등록특허공보 제1093259호(2011.12.06.)
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 매트릭스 층 내부에 분포되는 광 산란입자의 분산성 및 기판 부착력을 향상시킴으로써, 유기발광소자의 광추출 효율 및 구조적인 안정성을 증가시킬 수 있는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법을 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은, 투명 자성 나노입자를 휘발성의 제1 용액과 혼합하는 제1 혼합단계; 상기 제1 혼합단계를 통해 만들어진 혼합액 및 광 산란입자를 비자성 산화물 입자를 포함하는 제2 용액과 혼합하는 제2 혼합단계; 상기 제2 혼합단계를 통해 만들어진 코팅액을 베이스 기판 상에 코팅하는 코팅단계; 및 상기 베이스 기판의 하부에서 상기 코팅액 측으로 자기장을 인가하여, 상기 코팅액 내부에 포함되어 있는 상기 투명 자성 나노입자를 자기 정렬시키는 자기장 인가단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법을 제공한다.
*여기서, 상기 투명 자성 나노입자로는 Ti1 - xMxO2를 사용할 수 있다.
이때, 상기 M은 Co 또는 Ni일 수 있다.
또한, 상기 x는 0.1~0.5일 수 있다.
바람직하게, 상기 x는 0.2일 수 있다.
아울러, 상기 광 산란입자로는 상기 비자성 산화물 입자와의 굴절률 차이가 0.3 이상인 물질을 사용할 수 있다.
또한, 상기 코팅단계 및 상기 자기장 인가단계를 동시에 진행할 수 있다.
이때, 상기 코팅액을 상기 베이스 기판 상에 코팅하는 방향을 따라 자기장 인가장치를 이동시키면서 상기 코팅액 측으로 자기장을 인가할 수 있다.
또한, 상기 코팅단계 후 다수의 상기 광 산란입자는 이웃하는 광 산란입자들과 뭉쳐진 상태로 상기 베이스 기판의 표면에 접촉된 상태로 존재하고, 다수의 상기 투명 자성 나노입자 및 다수의 상기 비자성 산화물 입자는 다수의 상기 광 산란입자의 표면에 무질서한 배열로 부착되어 있는 상태로 존재할 수 있다.
그리고 상기 자기장 인가단계 후 다수의 상기 투명 자성 나노입자는 서로 뭉쳐져 있는 상기 광 산란입자들 사이 및 베이스 기판과 서로 이웃하는 상기 광 산란입자들이 형성하는 보이드(void)로 이동 배열될 수 있다.
아울러, 상기 자기장 인가단계 후 상기 코팅액을 소성하는 소성단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 소성단계를 진행하면, 상기 광 산란입자 및 상기 투명 자성 나노입자가 상기 비자성 산화물 입자로 이루어진 매트릭스 층 내부에 분포되어 있는 구조를 이룰 수 있다.
또한, 상기 매트릭스 층은 유기발광소자의 투명전극과 마주하게 될 수 있다.
본 발명에 따르면, 베이스 기판 하부에서 코팅액 측으로 인가되는 자기장에 의해, 뭉쳐져 있는 광 산란입자들을 이격시키는 구조로 자기 정렬되는 다수의 투명 자성 나노입자를 통해, 광추출층 내부에 분포되는 광 산란입자의 분산성을 향상시킬 수 있고, 이를 통해, 유기발광소자의 광추출 효율을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 베이스 기판 하부에서 코팅액 측으로 인가되는 자기장에 의해, 광 산란입자들과 베이스 기판이 형성하는 보이드(void)를 채우는 구조로 자기 정렬되는 다수의 투명 자성 나노입자를 통해, 광추출층과 베이스 기판 간의 부착력을 향상시킬 수 있고, 이를 통해, 광추출 기판의 구조적인 안정성을 향상시킬 수 있고, 나아가, 이를 광 방출 경로 상에 적용시킨 유기발광소자의 소자 안정성 또한 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법을 나타낸 공정 흐름도.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법에서, 자기장 인가 전, 후 투명 자성 나노입자의 배열 상태 변화를 나타낸 모식도.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법에 대해 상세히 설명한다.
아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시 예에 따른 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법은 유기발광소자로부터 발광된 빛이 외부로 방출되는 일면에 배치되어 유기발광소자의 광추출 효율을 향상시키는 광추출 기판(도 2의 100)을 제조하는 방법이다.
여기서, 도시하진 않았지만, 유기발광소자는 본 발명의 실시 예에 따라 제조되는 광추출 기판(도 2의 100) 및 이와 인캡슐레이션을 위해 대향되게 위치되는 기판 사이에 배치되는 애노드, 유기 발광층 및 캐소드의 적층 구조로 이루어진다. 이때, 애노드는 본 발명의 실시 예에 따라 제조되는 광추출 기판(도 2의 100)과 마주하게 형성되는 투명전극으로, 정공 주입이 잘 일어나도록 일함수(work function)가 큰 금속, 예컨대, Au, In, Sn 또는 ITO와 같은 금속 또는 금속산화물로 이루어질 수 있다. 또한, 캐소드는 금속전극으로, 캐소드는 전자 주입이 잘 일어나도록 일함수가 작은 Al, Al:Li 또는 Mg:Ag의 금속 박막으로 이루어질 수 있다. 그리고 유기 발광층은 애노드 상에 차례로 적층되는 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층 및 전자 주입층을 포함하여 형성될 수 있다.
이러한 구조에 따라, 애노드와 캐소드 사이에 순방향 전압이 인가되면, 캐소드로부터 전자가 전자 주입층 및 전자 수송층을 통해 발광층으로 이동하게 되고, 애노드로부터 정공이 정공 주입층 및 정공 수송층을 통해 발광층으로 이동하게 된다. 그리고 발광층 내로 주입된 전자와 정공은 발광층에서 재결합하여 엑시톤(exciton)을 생성하고, 이러한 엑시톤이 여기상태(excited state)에서 기저상태(ground state)로 전이하면서 빛을 방출하게 되는데, 이때, 방출되는 빛의 밝기는 애노드와 캐소드 사이에 흐르는 전류량에 비례하게 된다.
이때, 유기발광소자가 조명용 백색 유기발광소자로 이루어지는 경우, 예컨대, 발광층은 청색 영역의 광을 방출하는 고분자 발광층과 오렌지-적색 영역의 광을 방출하는 저분자 발광층의 적층 구조로 형성될 수 있고, 이 외에도 다양한 구조로 형성되어 백색 발광을 구현할 수 있다. 또한, 유기 발광층은 텐덤(tandem) 구조를 이룰 수 있다. 즉, 유기 발광층은 복수 개로 구비될 수 있고, 각각의 유기 발광층은 연결층(interconnecting layer)을 매개로 교번 배치될 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 이와 같은 유기발광소자에 적용되는 광추출 기판(도 2의 100)을 제조하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법은, 제1 혼합단계(S1), 제2 혼합단계(S2), 코팅단계(S3) 및 자기장 인가단계(S4)를 포함한다. 이때, 하기의 각 구성들에 대한 도면 부호는 도 2 및 도 3을 참조한다.
먼저, 제1 혼합단계(S1)는 투명 자성 나노입자(120)를 제1 용액과 혼합하여, 혼합액을 만드는 단계이다. 이러한 혼합액을 만들기 위해, 제1 혼합단계(S1)에서는 콜로이드 상태의 투명 자성 나노입자(120)를 알코올과 같은 휘발성의 제1 용액과 혼합한다. 이때, 제1 용액과 혼합되는 투명 자성 나노입자(120)로는 Ti1 - xMxO2를 사용할 수 있다. 여기서, M은 Co 또는 Ni일 수 있다. 또한, x는 0.1~0.5, 바람직하게는 x가 0.2일 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는, 280~380㎚ 파장대에서는 자기광학 효과가 있으나 가시광에 대해서는 간섭이 없는 강자성체인 Ti0 . 8Co0 . 2O2를 투명 자성 나노입자(120)로 사용할 수 있다.
다음으로, 제2 혼합단계(S2)는 제1 혼합단계(S1)를 통해 만들어진 혼합액 및 광 산란입자(130)를 제2 용액과 혼합하는 단계이다. 이때, 제2 용액은 후속 공정을 통해 베이스 기판(110) 상에 코팅되어, 투명 자성 나노입자(120) 및 광 산란입자(130)의 매트릭스 층으로서의 역할을 하는 비자성 산화물 입자(140)를 포함하는 용액이다. 즉, 제2 혼합단계(S2)는 투명 자성 나노입자(120)를 포함하는 혼합액, 광 산란입자(130) 및 비자성 산화물 입자(140)를 포함하는 제2 용액을 혼합하여, 유기발광소자의 광추출층으로 만들어질 코팅액을 만드는 단계이다. 이때, 광 산란입자(130) 및 이의 매트릭스 층으로 작용하는 비자성 산화물 입자(140)가 유기발광소자의 광추출층으로 적용되기 위해서는 서로 굴절률 차이를 가져야 한다. 이를 위해, 제2 혼합단계(S2)에서는 비자성 산화물 입자(140)와의 굴절률 차이가 0.3 이상인 물질을 광 산란입자(130)로 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 실라카나 티타니아 등을 광 산란입자(130)로 사용하는 경우, 매트릭스 층을 이루는 비자성 산화물 입자(140)로는 이와 굴절률 차이가 0.3 이상인 금속 산화물을 사용할 수 있다. 이와 같이, 광 산란입자(130)가 비자성 산화물 입자(140)로 이루어지는 매트릭스 층과 0.3 이상의 굴절률 차이를 갖게 되면, 즉, 유기발광소자와 베이스 기판(110) 사이에 서로 굴절률이 상이한 광 산란입자(130) 및 매트릭스 층으로 이루어진 내부 광추출층이 형성되면, 종래 기판유리와 유기발광소자의 계면에서 발생되던 전반사를 줄이고, 계면에 형성되어 있는 도파모드를 교란시키는 구조가 되어, 유기발광소자의 광추출 효율을 대폭 증대시킬 수 있다.
다음으로, 코팅단계(S3)는 베이스 기판(110) 상에 광추출층으로 형성될 코팅액을 코팅하는 단계이다. 즉, 코팅단계(S3)에서는 투명 자성 나노입자(120), 광 산란입자(130) 및 비자성 산화물 입자(140)를 함유하는 코팅액을 베이스 기판(110) 상에 코팅한다.
도 1은 이러한 코팅단계(S3)를 진행한 후, 투명 자성 나노입자(120), 광 산란입자(130) 및 비자성 산화물 입자(140)의 배열 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 코팅단계(S3)를 진행한 후, 다수의 광 산란입자(130)들은 중력에 의해, 비자성 산화물 입자(140)로 이루어진 매트릭스 층 내부의 하측으로 하강하여, 베이스 기판(110)의 표면에 접촉된 상태로 존재하게 된다. 이때, 다수의 광 산란입자(130)들은 이웃하는 광 산란입자(130)들과 뭉쳐진 상태로 존재하게 된다. 이와 같은 광 산란입자(130)들의 뭉침 현상은 광추출층의 표면조도 및 광추출 효율을 저하시키는 요인이 된다. 또한, 구형으로 이루어지고 서로 뭉쳐있는 광 산란입자(130)들과 베이스 기판(110) 사이에는 보이드(void)(10)가 자연 발생적으로 형성된다. 이러한 보이드(10)는 베이스 기판(110)과 광추출층 간의 계면 부착력을 약화시키는 요인이 된다. 즉, 광 산란입자(130)와 이의 매트릭스 층을 이루는 비자성 산화물 입자(140)를 베이스 기판(110) 상에 코팅한 직후, 광 산란입자(130)와 비자성 산화물 입자(140)로 이루어진 광추출층의 초기 상태는 우수한 광추출 효율 및 부착력을 구현하기에 부적합한 구조를 이루게 된다.
*한편, 코팅단계(S3)를 진행한 후, 다수의 투명 자성 나노입자(120) 및 비자성 산화물 입자(140)들은 입자들 사이에 작용하는 반데르발스 인력이나 전자기적 인력에 의해 서로 밀착된 상태로 존재하게 된다. 이때, 이러한 인력은 투명 자성 나노입자(120)와 비자성 산화물 입자(140) 뿐만 아니라, 이들(120, 140)과 광 산란입자(130) 간에도 작용하게 되는데, 서로 뭉쳐져 있는 광 산란입자(130)들로 인해, 투명 자성 나노입자(120)와 비자성 산화물 입자(140)들은 광 산란입자(130)들이 뭉쳐져 이루는 덩어리의 표면에 부착되어 있는 구조를 이루게 된다. 즉, 투명 자성 나노입자(120)들과 비자성 산화물 입자(140)들은 뭉쳐져 있는 광 산란입자(130)들 간의 접촉 표면을 제외한 나머지 표면에 부착된 구조를 이루게 된다. 이때, 투명 자성 나노입자(120)들과 비자성 산화물 입자(140)들은 무질서한 배열 상태로 존재하게 된다.
한편, 투명 자성 나노입자(120), 광 산란입자(130) 및 비자성 산화물 입자(140)를 함유하는 코팅액이 코팅되는 베이스 기판(110)은 투명 기판으로, 광 투과율이 우수하고 기계적인 물성이 우수한 것이면 어느 것이든 제한되지 않는다. 예를 들어, 베이스 기판(110)으로는 열경화 또는 UV 경화가 가능한 유기필름인 고분자 계열의 물질이 사용될 수 있다. 또한, 베이스 기판(110)으로는 화학강화유리인 소다라임 유리(SiO2-CaO-Na2O) 또는 알루미노실리케이트계 유리(SiO2-Al2O3-Na2O)가 사용될 수 있다. 여기서, 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 광추출 기판(100)을 채용하는 유기발광소자가 조명용인 경우, 베이스 기판(110)으로는 소다라임 유리가 사용될 수 있다. 이외에도 베이스 기판(110)으로는 금속산화물이나 금속질화물로 이루어진 기판이 사용될 수도 있다. 그리고 본 발명의 일 실시 예에서는 베이스 기판(110)으로 두께 1.5㎜ 이하의 박판 유리가 사용될 수 있는데, 이러한 박판 유리는 퓨전(fusion) 공법 또는 플로팅(floating) 공법을 통해 제조될 수 있다.
마지막으로, 자기장 인가단계(S4)는 광 산란입자(130)의 표면에 무질서하게 부착되어 있는 투명 자성 나노입자(120)를 자기 정렬시키는 단계이다. 이를 위해, 자기장 인가단계(S4)에서는 베이스 기판(110) 하부에서 베이스 기판(110) 상에 코팅된 코팅액 측으로 자기장을 인가한다.
이때, 본 발명의 실시 예에서는 코팅단계(S3)와 자기장 인가단계(S4)를 동시에 진행할 수 있다. 즉, 베이스 기판(110) 상에 코팅액을 코팅하는 도중에, 코팅액을 코팅하는 방향을 따라, 예컨대, 자기장 인가장치를 이동시키면서 코팅액 측으로 순차적으로 자기장을 인가할 수 있다. 또한, 코팅방식에 따라 베이스 기판(110) 자체를 이동시키면서 코팅액 측에 순차적으로 자기장을 인가할 수도 있다.
이와 같이, 자기장 인가단계(S4)를 통해, 베이스 기판(110)의 하부에서 투명 자성 나노입자(120)가 포함되어 있는 코팅액 측으로 자기장을 인가하게 되면, 도 2에 도시한 바와 같이, 투명 자성 나노입자(120)들이 자기 극성에 따른 배열 움직임을 통해, 서로 뭉쳐있는 광 산란입자(130)들 사이로 침투하여 광 산란입자(140) 간의 이격을 발생시킨다. 이를 통해, 광 산란입자(140)들의 분산 특성은 향상된다. 또한, 이 경우, 베이스 기판(110) 쪽으로 이동, 즉, 자기 정렬된 투명 자성 나노입자(120)들에 의해, 베이스 기판(110)과 서로 이웃하던 광 산란입자(140)들로 인해 형성되었던 보이드(10)가 메워지게 되어, 결국, 광 산란입자(130) 및 비자성 산화물 입자(140)로 이루어지는 광추출층과 베이스 기판(110) 간의 계면 부착력이 향상된다.
아울러, 자기장 인가에 따라, 이동된 투명 자성 나노입자(120)들이 차지했던 자리에는 매트릭스 층을 이루는 나머지 비자성 산화물 입자(140)들 중 일부가 반데르발스 인력 등에 의해 끌려와 채워지게 된다.
한편, 베이스 기판(110) 상에 코팅된 액체 상태의 코팅액을 고체 상태의 광추출층으로 성막하기 위해, 자기장 인가단계(S4) 후에는 코팅액에 대한 소성 공정이 수반된다. 이때, 본 발명의 실시 예와 같이, 습식 코팅법을 통해 광추출층을 형성하는 경우에는 코팅액에 대한 소성 시 비자성 산화물 입자(140)로 이루어진 매트릭스 층의 두께가 줄어들게 되는데, 이 경우, 광 산란입자(130)에 의해 매트릭스 층의 표면조도가 높아지게 된다. 이와 같이 표면조도가 높은 매트릭스 층을 유기발광소자의 애노드로 작용하는 투명전극에 접촉시키거나 매트릭스 층 상에 유기발광소자의 투명전극을 형상하게 되면, 매트릭스 층의 표면 구조가 투명전극에 전사되어, 결국, 유기발광소자의 전기적 특성이 저하될 수 있다. 즉, 매트릭스 층을 유기발광소자의 내부 광추출층으로 사용하기 위해서는 투명전극과 접하는 매트릭스 층의 표면이 고 평탄면을 이뤄야 한다. 따라서, 고평탄도가 요구되는 유기발광소자의 내부 광추출층에 적합하도록, 성막된 광추출층 상에 별도의 평탄층을 형성하는 공정을 추가로 진행할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (15)

  1. 투명 자성 나노입자를 휘발성의 제1 용액과 혼합하는 제1 혼합단계;
    상기 제1 혼합단계를 통해 만들어진 혼합액 및 광 산란입자를 비자성 산화물 입자를 포함하는 제2 용액과 혼합하는 제2 혼합단계;
    상기 제2 혼합단계를 통해 만들어진 코팅액을 베이스 기판 상에 코팅하는 코팅단계; 및
    상기 베이스 기판의 하부에서 상기 코팅액 측으로 자기장을 인가하여, 상기 코팅액 내부에 포함되어 있는 상기 투명 자성 나노입자를 자기 정렬시키는 자기장 인가단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 투명 자성 나노입자로는 Ti1 - xMxO2를 사용하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 M은 Co 또는 Ni인 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 x는 0.1~0.5인 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 x는 0.2인 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광 산란입자로는 상기 비자성 산화물 입자와의 굴절률 차이가 0.3 이상인 물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 코팅단계 및 상기 자기장 인가단계를 동시에 진행하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 코팅액을 상기 베이스 기판 상에 코팅하는 방향을 따라 자기장 인가장치를 이동시키면서 상기 코팅액 측으로 자기장을 인가하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 코팅단계 후 다수의 상기 광 산란입자는 이웃하는 광 산란입자들과 뭉쳐진 상태로 상기 베이스 기판의 표면에 접촉된 상태로 존재하고, 다수의 상기 투명 자성 나노입자 및 다수의 상기 비자성 산화물 입자는 다수의 상기 광 산란입자의 표면에 무질서한 배열로 부착되어 있는 상태로 존재하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 자기장 인가단계 후 다수의 상기 투명 자성 나노입자는 서로 뭉쳐져 있는 상기 광 산란입자들 사이 및 베이스 기판과 서로 이웃하는 상기 광 산란입자들이 형성하는 보이드(void)로 이동 배열되는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 자기장 인가단계 후 상기 코팅액을 소성하는 소성단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 소성단계를 진행하면, 상기 광 산란입자 및 상기 투명 자성 나노입자가 상기 비자성 산화물 입자로 이루어진 매트릭스 층 내부에 분포되어 있는 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 매트릭스 층은 유기발광소자의 투명전극과 마주하게 되는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판 제조방법.
  14. 베이스 기판;
    상기 베이스 기판 상에 형성되고, 비자성 산화물 입자로 이루어진 매트릭스 층;
    상기 베이스 기판과 접촉되는 형태로 상기 매트릭스 층 내부에 형성되는 다수의 광 산란입자; 및
    상기 매트릭스 층 내부에 형성되고, 인가되는 자기장으로 인한 자기 극성에 따른 배열 움직임을 통해, 상기 다수의 광 산란입자 사이로 침투하여 상기 광 산란입자 간의 이격을 발생시키며, 상기 베이스 기판과 서로 이웃하던 상기 광산란입자들로 인해 생성되는 보이드를 메우는 형태로 형성되는 다수의 투명 자성 나노입자;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 광추출 기판.
  15. 제14항에 따른 유기발광소자용 광추출 기판을, 발광된 빛이 외부로 방출되는 일면에 구비하되, 상기 매트릭스 층은 투명전극과 마주하게 배치되는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
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