WO2021182719A1 - 광 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

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WO2021182719A1
WO2021182719A1 PCT/KR2020/017613 KR2020017613W WO2021182719A1 WO 2021182719 A1 WO2021182719 A1 WO 2021182719A1 KR 2020017613 W KR2020017613 W KR 2020017613W WO 2021182719 A1 WO2021182719 A1 WO 2021182719A1
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유창재
김재훈
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    • H10K2102/302—Details of OLEDs of OLED structures
    • H10K2102/3023—Direction of light emission

Definitions

  • the present invention relates to an optical device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to an optical device capable of emitting circularly polarized light without forming a light emitting layer in a twist structure, and a method for manufacturing the same.
  • Display which is one of the core technologies of the recent information and communication era, which implements various information on a screen, is thinner and lighter, and is rapidly developing in the direction to be portable and to have high-performance quality at the same time.
  • OLED organic light emitting diode
  • LCD liquid crystal display
  • One technical problem to be solved by the present invention is to provide an optical device capable of emitting circularly polarized light without forming a light emitting layer in a twisted structure, and a method for manufacturing the same.
  • the technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.
  • the present invention provides an optical device.
  • the optical device includes an organic light emitting layer disposed between substrates facing each other, wherein the organic light emitting layer is aligned in a first direction and a first light emitting molecule having a first optical axis in the first direction.
  • a first light emitting layer made of; and a second light emitting layer stacked on the first light emitting layer, arranged in a second direction different from the first direction, and made of second light emitting molecules having a second optical axis in the second direction
  • the first optical axis and the second optical axis may not be parallel to each other and may not cross each other perpendicularly at the same time.
  • the light emitted from the first light emitting molecule may be emitted as circularly polarized light while passing through the second light emitting layer.
  • the first light emitting molecule and the second light emitting molecule may have an anisotropic structure, wherein the first light emitting molecule may be formed of a polymer material, and the second light emitting molecule may be formed of a low molecular material.
  • the first light emitting molecule and the second light emitting molecule may emit light of the same or different color.
  • the optical device further includes an alignment layer, the alignment layer being formed between the first light emitting layer and the second light emitting layer, and aligning the second light emitting molecules in the second direction.
  • An alignment pattern may be provided on one side facing the second light emitting layer.
  • the present invention provides a method for manufacturing an optical device.
  • a first light emitting layer formed of a first light emitting molecule having a first optical axis in the first direction by aligning a first light emitting molecule on an alignment layer rubbed in a first direction forming a first light emitting layer; an alignment pattern forming step of forming an alignment pattern on the first light emitting layer in a second direction different from the first direction; and forming a second light emitting layer comprising a second light emitting molecule having a second optical axis in the second direction on the first light emitting layer on which the alignment pattern is formed.
  • a polymer material having an anisotropic structure is used as the first light emitting molecule, and the polymer material is coated on the alignment layer through a solution process and then heated, and the polymer material may be aligned in the first direction.
  • the alignment pattern in the forming of the alignment pattern, may be formed in the second direction through any one of rubbing, optical alignment, and stamping.
  • the alignment pattern in the forming of the alignment pattern, may be formed in the second direction, but the second direction may be set in a direction that is not parallel to and not perpendicular to the first direction.
  • a low-molecular material having an anisotropic structure is used as the second light-emitting molecule, and in a vacuum atmosphere, the alignment pattern is formed on the first light-emitting layer in the second direction.
  • the low-molecular material may be aligned in the second direction.
  • an organic light emitting layer is provided between substrates facing each other, wherein the organic light emitting layer is arranged in a first direction and made of first light emitting molecules having a first optical axis in the first direction.
  • the first optical axis and the second optical axis may not be parallel to each other and may not cross each other perpendicularly at the same time.
  • an optical device capable of emitting circularly polarized light without forming a light emitting layer in a twisted structure and a method for manufacturing the same can be provided.
  • FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing an organic light emitting layer provided in an optical device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of an organic light emitting layer provided in an optical device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a graph showing circular polarization characteristics of an organic light emitting layer provided in an optical device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an optical device according to an embodiment of the present invention in order of process.
  • FIG. 5 is a process schematic diagram illustrating step S110 of FIG. 4 .
  • FIG. 6 is a process schematic diagram illustrating step S120 of FIG. 4 .
  • step S120 of FIG. 4 is another process schematic diagram illustrating step S120 of FIG. 4 .
  • step S130 of FIG. 4 is a process schematic diagram illustrating step S130 of FIG. 4 .
  • first, second, third, etc. are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Accordingly, what is referred to as a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment.
  • a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment.
  • a second component in another embodiment may be referred to as a second component in another embodiment.
  • Each embodiment described and illustrated herein also includes a complementary embodiment thereof.
  • 'and/or' is used to mean including at least one of the elements listed before and after.
  • connection is used to include both indirectly connecting a plurality of components and directly connecting a plurality of components.
  • FIG 1 to 3 are views for explaining an optical device according to an embodiment of the present invention.
  • an optical device may include a substrate (not shown) facing each other and an organic light emitting layer 100 disposed therebetween.
  • an electrode layer may be provided between the upper substrate and the organic light emitting layer 100 and between the lower substrate and the organic light emitting layer 100 .
  • the upper substrate that is, the substrate provided on the path through which the light emitted from the organic light emitting layer 100 is emitted, and the electrode layer provided between the organic light emitting layer 100, hole injection into the organic light emitting layer 100 occurs well.
  • the materials having a large work function it is preferable that the light generated from the organic light emitting layer 100 be easily transmitted.
  • the electrode layers on both sides may be made of the same material.
  • the electrode layer may be made of ITO.
  • the electrode layer formed between the lower substrate and the organic light emitting layer 100 may be formed of a metal electrode.
  • the electrode layer may be made of a material having a small work function so that electron injection into the organic light emitting layer 100 occurs well among materials that reflect light generated from the organic light emitting layer 100 toward the upper substrate.
  • the electrode layer formed between the lower substrate and the organic light emitting layer 100 may be formed of a metal thin film such as Al, Al:Li, or Mg:Ag.
  • the upper substrate and the lower substrate may be made of the same material.
  • the upper substrate and the lower substrate are transparent substrates, and any one is not limited as long as it has excellent light transmittance and excellent mechanical properties.
  • a polymer-based material that is an organic film capable of thermal curing or UV curing may be used as the upper substrate and the lower substrate.
  • chemically strengthened glass soda-lime glass (SiO 2 -CaO-Na 2 O) or aluminosilicate-based glass (SiO 2 -Al 2 O 3 -Na 2 O) may be used as the upper substrate and the lower substrate.
  • a substrate made of a metal oxide or a metal nitride may be used as the upper substrate and the lower substrate.
  • the upper substrate provided on the path through which the light generated from the organic light emitting layer 100 is emitted serves as a path through which the light generated from the organic light emitting layer 100 is emitted to the outside.
  • the lower substrate, together with the upper substrate serves to protect the organic light emitting layer 100 and the electrode layer from the external environment.
  • the upper substrate and the lower substrate may be bonded to each other through a sealing material formed along the edges thereof, for example, epoxy.
  • the inner space partitioned by the upper substrate and the lower substrate facing each other, and the sealing material formed on the edges, that is, the space in which the organic light emitting layer 100 and the electrode layer are disposed, is filled with an inert gas or created in a vacuum atmosphere.
  • the organic light emitting layer 100 may be disposed between the upper and lower substrates facing each other in the vertical direction.
  • the organic light emitting layer 100 may be formed to include a first light emitting layer 110 and a second light emitting layer 120 .
  • the first light emitting layer 110 may be formed of first light emitting molecules 112 .
  • the first light emitting layer 110 may be formed of a plurality of first light emitting molecules 112 arranged on the alignment layer 101 in the first direction (the y-axis direction of the drawing).
  • the alignment direction of the plurality of first light emitting molecules 112 may be determined by the rubbing direction formed on the alignment layer 101 .
  • the alignment layer 101 having a rubbing direction in the first direction (the y-axis direction based on the drawing) is used, the plurality of first light-emitting molecules 112 aligned thereon are aligned in the first direction ( may be aligned in the y-axis direction based on the drawing.
  • the first light emitting molecule 112 may be made of a polymer material having an anisotropic structure having liquid crystal properties. Accordingly, the alignment of the first light-emitting molecules 112 in the first direction (the y-axis direction in the drawing) means that the long axis of the first light-emitting molecules 112 faces the first direction (the y-axis direction in the drawing). do. Accordingly, the first light emitting molecule 112 according to an embodiment of the present invention may have a first optical axis in a first direction (a y-axis direction based on the drawing).
  • the first optical axis of the first light emitting molecule 112 and the second optical axis of the second light emitting molecule 122 to be described later may not be parallel to each other.
  • the first optical axis of the first light emitting molecule 112 and the second optical axis of the second light emitting molecule 122 may not cross each other perpendicularly.
  • the second optical axis of the second light emitting molecule 122 may have an angle greater than 0° and less than 90° with respect to the first optical axis of the first light emitting molecule 112 .
  • light emitted from the first light emitting molecule 112 may be absorbed while passing through the second light emitting layer 120 or may be circularly polarized while undergoing a phase delay and emitted in the z-axis direction (based on the drawing).
  • circularly polarized light means that, in light traveling in the z-axis direction (based on the drawing), the sum of the x-axis (based on the diagram) magnetic field and the y-axis (based on the diagram) magnetic field vector in the incident plane continues to change in a circular fashion, That is, it may mean a case where the amplitudes of the two components of the x-axis magnetic field and the y-axis magnetic field are exactly the same and the phase difference is 90°.
  • the first light emitting molecules 112 may be made of a polymer material that emits light of a specific color upon absorption of ultraviolet light.
  • the first light emitting molecule 112 may be formed of at least one of poly (9,9-dioctylfluorene-cobenzothiadiazole; F8BT) and poly(9,9-dioctyl-2,7-fluorene; PFO).
  • the first light emitting molecule 112 may be made of a polymer material that emits light of the same color as the second light emitting molecule 122 .
  • the first light emitting molecule 112 may be made of a polymer material that emits light of a color different from that of the second light emitting molecule 122 .
  • the plurality of first light emitting molecules 112 aligned on the alignment layer 101 may have a first optical axis in a first direction (a y-axis direction based on the drawing), and may be arranged in a lattice form.
  • the plurality of first light emitting molecules 112 arranged in a lattice form on the alignment layer 101 may have a single-layer structure or a multi-layer structure.
  • the alignment layer 101 may have a rubbing direction in the first direction (the y-axis direction based on the drawing).
  • the alignment layer 101 has a plurality of first light-emitting molecules 112 such that the plurality of first light-emitting molecules 112 made of a polymer material having an anisotropic structure have a first optical axis in a first direction (the y-axis direction based on the drawing). ) to determine the alignment direction.
  • the alignment layer 101 may be provided between the lower substrate and the first light emitting layer 110 .
  • the second light emitting layer 120 may be formed of second light emitting molecules 122 .
  • the second light emitting layer 120 may have a structure stacked on the first light emitting layer 110 .
  • the second light-emitting layer 120 is a plurality of second light-emitting molecules arranged on the first light-emitting layer 110 in a second direction different from the first direction (the y-axis direction in the drawing) that is the alignment direction of the first light-emitting molecules 112 . (122).
  • the alignment direction of the plurality of second light emitting molecules 122 may be determined by a specific rubbing direction formed on the first light emitting layer 110 .
  • the second light emitting molecule 122 may be formed of a low molecular material having an anisotropic structure. Accordingly, the alignment of the second light-emitting molecules 122 in the second direction may mean that the long axis of the second light-emitting molecules 122 faces the second direction. Accordingly, the second light emitting molecule 122 according to an embodiment of the present invention may have a second optical axis in the second direction.
  • the second optical axis of the second light emitting molecule 122 is the first optical axis of the first light emitting molecule 122 , that is, the first direction (the y-axis direction based on the drawing).
  • the optical axis may not be parallel to each other.
  • the second optical axis of the second light-emitting molecule 122 according to an embodiment of the present invention may not intersect with the first optical axis of the first light-emitting molecule 122 perpendicularly, that is, along the x-y axis.
  • the second optical axis of the second light emitting molecule 122 may have an angle greater than 0° and less than 90° with respect to the first optical axis of the first light emitting molecule 112 .
  • light emitted from the first light emitting molecule 112 may be absorbed while passing through the second light emitting layer 120 or may be circularly polarized while undergoing a phase delay and emitted in the z-axis direction (based on the drawing).
  • the second light emitting molecule 122 may be made of a low molecular material that emits light of the same color as that of the first light emitting molecule 112 .
  • the second light-emitting molecule 122 may be made of at least one material selected from the group of light-emitting low-molecular materials including arylamine-based, carbazole-based, hydrazone-based, and stilbene-based materials.
  • the second light-emitting molecule 122 may be selected from various light-emitting low-molecular materials.
  • the second light emitting molecule 122 may be made of a low molecular material that emits light of a color different from that of the first light emitting molecule 112 .
  • the light emitting molecules 112 and 122 constituting the first light emitting layer 110 and the second light emitting layer 120 may be defined according to the wavelength of the light emitted from the light emitting layer 110 and 120 .
  • the light emitting layers 110 and 120 are, for example, CBP (carbazole biphenyl) or mCP (1,3-bis (carbazol-9-[0058] yl) Includes a host material comprising, PIQIr (acac) (bis (1-phenylisoquinoline) acetylacetonate iridium), PQIr (acac) (bis (1-phenylquinoline) acetylacetonate iridium), PQIr (tris (1-phenylquinoline) iridium) and It may be made of a phosphorescent material including at least one dopant of octaethylporphyrin platinum (PtOEP), and alternatively, it
  • the light emitting layers 110 and 120 are, as host materials, TCTA (Tris(4-carbazoyl-9-ylphenyl)amine), CBP (4,4′-Bis(Ncarbazolyl)- 1,1′-biphenyl), Balq (Bis (8-hydroxy-2-methylquinoline)-(4-phenylphenoxy)aluminum), and PPV (poly(p phenylene vinylene)) may be formed of a phosphorescent material.
  • the emission layers 110 and 120 include a host material containing CBP or mCP, and a dopant material containing (4,6-F2ppy)2Irpic.
  • the fluorescent material may be formed of at least one of spiro-DPVBi, spiro-6P, distylbenzene (DSB), distrylarylene (DSA), PFO-based polymer, and PPV-based polymer.
  • spiro-DPVBi spiro-DPVBi
  • spiro-6P spiro-6P
  • DSB distylbenzene
  • DSA distrylarylene
  • PFO-based polymer PFO-based polymer
  • PPV-based polymer PPV-based polymer
  • the plurality of second light emitting molecules 122 aligned on the first light emitting layer 110 are not parallel to each other in the second direction, that is, in the first direction (the y-axis direction based on the drawing), and at the same time do not intersect each other perpendicularly. It has a second optical axis in two directions, and may be arranged in a lattice form. In this case, the plurality of second light-emitting molecules 122 arranged in a lattice form on the first light-emitting layer 110 may have a single-layer structure or a multi-layer structure.
  • the optical device according to an embodiment of the present invention may be formed to further include an alignment layer 130 .
  • the alignment layer 130 may be formed between the first emission layer 110 and the second emission layer 120 .
  • the alignment layer 130 may determine the alignment direction of the second light emitting molecules 122 aligned on the first light emitting layer 110 .
  • the alignment layer 130 aligns the second light emitting molecules 122 in the second direction, that is, in a second direction that is not parallel to the first direction (the y-axis direction based on the drawing) and at the same time does not cross each other perpendicularly.
  • a second direction alignment pattern (R2 in FIG. 6 ) may be provided.
  • the second direction alignment pattern (R2 in FIG. 6 ) may be provided on one side of the alignment layer 130 facing the second emission layer 120 . Accordingly, the plurality of second light emitting molecules 122 provided on the alignment layer 130 having the alignment pattern (R2 in FIG. 6 ) on one side of the second direction are aligned in the second direction, direction may have a second optical axis.
  • the alignment layer 101 may determine the alignment direction of the first light emitting molecules 112 .
  • the first light emitting molecules 112 may be aligned in a first direction (a y-axis direction based on the drawing) by the alignment layer 101 and have a first optical axis in the first direction (a y-axis direction based on the drawing).
  • the second light emitting molecules 122 are not parallel to each other in the second direction, that is, the first direction (the y-axis direction based on the drawing) by the alignment layer 130 , and at the same time, the second direction that does not intersect each other perpendicularly. and may have a second optical axis in the second direction. Accordingly, when viewed in the height direction (z-axis direction), the first light emitting molecule 112 and the second light emitting molecule 122 form a structure that is crossed with each other.
  • the second light emitting molecules 122 may be aligned in the second direction through various methods on the first light emitting layer 110 , so the alignment layer 130 according to an embodiment of the present invention may be omitted. .
  • the first light emitting molecule 112 and the second light emitting molecule 122 may be made of an electroluminescence (EL) material.
  • EL electroluminescence
  • a hole injection layer and a hole transport layer may be provided between the electrode layer and the organic light emitting layer 100 provided on the upper substrate side.
  • an electron injection layer and an electron transport layer may be provided between the electrode layer provided on the lower substrate side and the organic light emitting layer 100 .
  • first light emitting molecules 112 and the second light emitting molecules 122 are stacked alternately in such a way that each of the optical axes, that is, the first optical axis and the second optical axis are not parallel to each other and do not intersect each other perpendicularly at the same time. Electrons and holes injected into the organic light emitting layer 100 are recombine to generate excitons, and these excitons emit light while transitioning from an excited state to a ground state. At this time, The brightness of the emitted light is proportional to the amount of current flowing between the electrode layers on both sides.
  • FIG. 3 is a graph showing circular polarization characteristics of an organic light emitting layer provided in an optical device according to an embodiment of the present invention.
  • the light emission wavelength of the polymer material (LHCP) aligned on the alignment layer 101, that is, the first light emitting material is 432 nm, and is not parallel to its optical axis but perpendicular to each other at the same time on the first light emitting material.
  • the light emission wavelength of the low molecular weight material (RHCP), that is, the second light emitting material, which is aligned in a direction that does not intersect with each other and has different optical axes, is 546 nm.
  • Light emitted from a polymer material having an optical axis in a specific direction is absorbed while passing through a light emitting layer made of a low molecular material having optical axes that are not parallel to the optical axis of the polymer material and do not intersect perpendicular to each other, or circularly polarized light while experiencing a phase delay can be released as
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an optical device according to an embodiment of the present invention in process order
  • FIG. 5 is a process schematic diagram illustrating step S110 of FIG. 4
  • FIG. 6 is a process schematic diagram illustrating step S120 of FIG.
  • FIG. 7 is another process schematic diagram showing step S120 of FIG. 4
  • FIG. 8 is a process schematic diagram showing step S130 of FIG. 4 .
  • the method of manufacturing an optical device may include a first light emitting layer forming step S110 , an alignment pattern forming step S120 , and a second light emitting layer forming step S130 . .
  • the step of forming the first light emitting layer ( S110 ) the first light emitting layer 110 including the first light emitting molecules 112 having a first optical axis in the first direction (the y-axis direction of the drawing) is formed. is a step to
  • the alignment layer 101 rubbed in the first direction (the y-axis direction based on the drawing) is prepared.
  • the first light emitting molecules 112 are oriented on the alignment layer 101 having the first direction alignment pattern R1 aligned in the first direction (the y-axis direction of the drawing), The first light emitting molecules 112 are aligned in the first direction (the y-axis direction based on the drawing).
  • a polymer material having an anisotropic structure may be used as the first light emitting molecule 112 .
  • a polymer material emitting light of the same color or a different color from that of the second light emitting molecule 122 may be used as the first light emitting molecule 112 .
  • a polymer material having an anisotropic structure is coated on the alignment layer 101 having an alignment pattern R1 in the first direction through a solution process, and then heated to heat the polymer material in the first direction (based on the drawing). y-axis direction).
  • the polymer material constituting the first light emitting molecule 112 has an anisotropic structure
  • the polymer material oriented on the alignment layer 101 having the first direction alignment pattern R1 has an optical axis in the same direction as the first direction alignment pattern R1.
  • the first light emitting molecules 112 aligned on the alignment layer 101 may have a first optical axis in a first direction (a y-axis direction based on the drawing).
  • a plurality of first light emitting molecules 112 are aligned on the alignment layer 101 having the first direction alignment pattern R1 aligned in the first direction (the y-axis direction of the drawing) as described above.
  • the first light emitting layer 110 including a plurality of first light emitting molecules 112 having a first optical axis in the first direction (the y-axis direction based on the drawing) may be formed on the alignment layer 101 .
  • the plurality of first light emitting molecules 112 may be arranged in a lattice form on the alignment layer 101 .
  • the second direction alignment pattern R2 is formed on the first light emitting layer 110 in a second direction different from the first direction (the y-axis direction in the drawing). It is a forming step.
  • the second direction alignment pattern R2 for determining the alignment direction of the second light-emitting molecules 122 constituting the second light-emitting layer 120 formed on the first light-emitting layer 110 is applied to the first light-emitting layer ( 110) may be formed on it.
  • the second direction alignment pattern R2 may be formed on the first light emitting layer 110 through any one of rubbing, photo-alignment, and stamping.
  • the second direction is not parallel to the first direction (the y-axis direction in the drawing) to which the first optical axis of the first light emitting molecules 112 is directed, and is not perpendicular to each other at the same time.
  • a direction alignment pattern R2 may be formed.
  • the alignment layer 130 may be formed on the first light emitting layer 110 .
  • the second direction alignment pattern R2 on the surface of the alignment layer 130 that is, the first direction in which the first optical axis of the first light emitting molecules 112 is directed (the y-axis in the drawing) direction
  • the second direction alignment pattern R2 may be formed in a second direction not parallel to each other and not perpendicular to each other at the same time.
  • the second direction alignment pattern R2 is applied to the surface of the alignment layer 130 through any one of rubbing, photo-alignment, and stamping. can form.
  • the step of forming the second light emitting layer ( S130 ) is a step of forming the second light emitting layer 120 made of the second light emitting molecules 122 having a second optical axis in the second direction.
  • the second light emitting layer forming step (S130) aligns the second light emitting molecules 122 in the second direction by aligning the second light emitting molecules 122 on the first light emitting layer 110 on which the second direction alignment pattern R2 is formed. .
  • a low molecular material having an anisotropic structure may be used as the second light emitting molecule 122 in the step of forming the second light emitting layer ( S130 ).
  • a low-molecular material emitting light of the same or different color from the first light-emitting molecule 112 made of a polymer material may be used as the second light-emitting molecule 122 in the step of forming the second light emitting layer ( S130 ).
  • a low molecular material having an anisotropic structure may be deposited on the first light emitting layer 110 on which the second direction alignment pattern R2 is formed in a second direction in a vacuum atmosphere.
  • the second light emitting molecules 122 made of a low molecular material on the first light emitting layer 110 may be aligned in the second direction.
  • the second light emitting molecule 122 oriented on the surface of the first light emitting layer 110 having the second direction alignment pattern R2 moves in the second direction. It may have an optical axis in the same direction as the alignment pattern R2. That is, the second light-emitting molecules 122 oriented on the surface of the first light-emitting layer 110 differ from the first light-emitting molecules 112 having a first optical axis in the first direction (the y-axis direction of the drawing) in the first direction.
  • the second optical axis may be provided in a direction that is not parallel to (the reference y-axis direction in the drawing) and does not intersect vertically at the same time.
  • the second light-emitting molecule 122 has an angle greater than 0° and less than 90° with respect to the first optical axis of the first light-emitting molecule 112 facing the first direction (the y-axis direction in the drawing). It may have a second optical axis.
  • a second light emitting layer 120 including a plurality of second light emitting molecules 122 having second optical axes that are not parallel to the first optical axis of the first light emitting molecules 112 and do not intersect vertically on the first light emitting layer 110 can form.
  • each of the plurality of second light emitting molecules 122 may form a stacked structure with each of the plurality of first light emitting molecules 112 staggered in the height direction (the z-axis direction of the drawing).
  • the plurality of second light-emitting molecules 122 may be arranged in a lattice form on the first light-emitting layer 110 .
  • light emitted from the first light emitting molecule 112 may be absorbed while passing through the second light emitting layer 120 or may be circularly polarized while undergoing a phase delay and emitted in the z-axis direction (based on the drawing).
  • the light emitting layer 100 is manufactured.

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Abstract

광 소자가 제공된다. 광 소자는, 서로 대향되는 기판 사이에 배치되는 유기발광층을 포함하며, 상기 유기발광층은, 제1 방향으로 정렬되며, 상기 제1 방향으로 제1 광축을 갖는 제1 발광분자로 이루어진 제1 발광층; 및 상기 제1 발광층 상에 적층되며, 상기 제1 방향과 방향이 다른 제2 방향으로 정렬되고, 상기 제2 방향으로 제2 광축을 갖는 제2 발광분자로 이루어진 제2 발광층을 포함하되, 상기 제1 광축과 상기 제2 광축은 서로 평행하지 않고, 동시에 서로 수직으로 교차하지 않을 수 있다.

Description

광 소자 및 그 제조 방법
본 발명은 광 소자 및 그 제조 방법에 관련된 것으로 보다 구체적으로는, 발광층을 트위스트(twist) 구조로 형성하지 않고서도 원편광된 빛을 방출할 수 있는 광 소자 및 그 제조 방법에 관련된 것이다.
최근 정보 통신 시대의 핵심 기술 중 하나인, 다양한 정보를 화면으로 구현하는 디스플레이는 보다 얇고 가벼워서 휴대가 가능하면서도 동시에 고성능의 품질을 갖추기 위한 방향으로 빠르게 발전하고 있다. 특히, 유기발광소자(Organic Light Emitting Diode, OLED)를 이용한 표시장치는 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD)와 달리 별도의 광원을 필요로 하지 않으므로 보다 가볍고 얇은 두께로 제조가 가능할 뿐만 아니라, 높은 휘도, 낮은 소비 전력 등의 고품질 특성을 갖춰 휴대용 전자기기의 차세대 표시장치로 주목 받고 있다.
한편, 일반적으로 복굴절 기반의 원편광 유기발광소자를 구현하기 위해서는 발광층의 트위스트 구조를 유도한다. 하지만, 발광층을 트위스트 구조로 유도하는 방식은 구조 및 공정 상의 여러 문제를 가지고 있어, 원편광된 빛을 발광하는 새로운 형태의 발광층 구조가 요구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 발광층을 트위스트 구조로 형성하지 않고서도 원편광된 빛을 방출할 수 있는 광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 광 소자를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 광 소자는, 서로 대향되는 기판 사이에 배치되는 유기발광층을 포함하며, 상기 유기발광층은, 제1 방향으로 정렬되며, 상기 제1 방향으로 제1 광축을 갖는 제1 발광분자로 이루어진 제1 발광층; 및 상기 제1 발광층 상에 적층되며, 상기 제1 방향과 방향이 다른 제2 방향으로 정렬되고, 상기 제2 방향으로 제2 광축을 갖는 제2 발광분자로 이루어진 제2 발광층을 포함하되, 상기 제1 광축과 상기 제2 광축은 서로 평행하지 않고, 동시에 서로 수직으로 교차하지 않을 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 발광분자로부터 발광된 빛은 상기 제2 발광층을 통과하면서 원편광된 빛으로 방출될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 발광분자와 상기 제2 발광분자는 비등방성 구조로 이루어지되, 상기 제1 발광분자는 고분자 물질로 이루어지고, 상기 제2 발광분자는 저분자 물질로 이루어질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 발광분자와 상기 제2 발광분자는 동일 또는 다른 색상의 빛을 발광할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 광 소자는, 얼라인층을 더 포함하며, 상기 얼라인층은 상기 제1 발광층과 상기 제2 발광층 사이에 형성되며, 상기 제2 발광분자를 상기 제2 방향으로 정렬시키는 배향 패턴이 상기 제2 발광층과 마주하는 일측면에 구비될 수 있다.
한편, 본 발명은, 광 소자 제조 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 광 소자 제조 방법은, 제1 방향으로 러빙된 배향막 상에 제1 발광분자를 배향하여, 상기 제1 방향으로 제1 광축을 갖는 제1 발광분자로 이루어진 제1 발광층을 형성하는 제1 발광층 형성 단계; 상기 제1 발광층 상에 상기 제1 방향과 방향이 다른 제2 방향으로 배향 패턴을 형성하는 배향 패턴 형성 단계; 및 상기 배향 패턴이 형성된 상기 제1 발광층 상에 상기 제2 방향으로 제2 광축을 갖는 제2 발광분자로 이루어진 제2 발광층을 형성하는 제2 발광층 형성 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 발광층 형성 단계에서는 상기 제1 발광분자로 비등방성 구조로 이루어진 고분자 물질을 사용하고, 용액 공정을 통해 상기 배향막 상에 상기 고분자 물질을 코팅 후 가열하여, 상기 고분자 물질을 상기 제1 방향으로 정렬시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 배향 패턴 형성 단계에서는 러빙, 광배향 및 스탬핑 중 어느 하나의 방법을 통해 상기 제2 방향으로 상기 배향 패턴을 형성할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 배향 패턴 형성 단계에서는 상기 제2 방향으로 상기 배향 패턴을 형성하되, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 서로 평행하지 않고 동시에 수직하지 않는 방향으로 설정될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 발광층 형성 단계에서는 상기 제2 발광분자로 비등방성 구조로 이루어진 저분자 물질을 사용하고, 진공 분위기에서, 제2 방향으로 상기 배향 패턴이 형성된 상기 제1 발광층 상에 상기 저분자 물질을 증착시켜, 상기 저분자 물질을 상기 제2 방향으로 정렬시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 서로 대향되는 기판 사이에 배치되는 유기발광층을 포함하며, 상기 유기발광층은, 제1 방향으로 정렬되며, 상기 제1 방향으로 제1 광축을 갖는 제1 발광분자로 이루어진 제1 발광층; 및 상기 제1 발광층 상에 적층되며, 상기 제1 방향과 방향이 다른 제2 방향으로 정렬되고, 상기 제2 방향으로 제2 광축을 갖는 제2 발광분자로 이루어진 제2 발광층을 포함하되, 상기 제1 광축과 상기 제2 광축은 서로 평행하지 않고, 동시에 서로 수직으로 교차하지 않을 수 있다.
이에 따라, 발광층을 트위스트 구조로 형성하지 않고서도 원편광된 빛을 방출할 수 있는 광 소자 및 그 제조 방법이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 소자에 구비되는 유기발광층을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 소자에 구비되는 유기발광층의 평면 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 소자에 구비되는 유기발광층의 원편광 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 소자 제조 방법을 공정 순으로 나타낸 흐름도이다.
도 5은 도 4의 S110 단계를 나타낸 공정 모식도이다.
도 6은 도 4의 S120 단계를 나타낸 공정 모식도이다.
도 7은 도 4의 S120 단계를 나타낸 다른 공정 모식도이다.
도 8은 도 4의 S130 단계를 나타낸 공정 모식도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3 의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 형상 및 크기는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 소자를 설명하기 위한 도면들이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 소자는 서로 대향되는 기판(미도시) 및 이들 사이에 배치되는 유기발광층(100)을 포함할 수 있다.
이때, 도시하진 않았지만, 예컨대, 상부 기판과 유기발광층(100) 사이, 그리고 하부 기판과 유기발광층(100) 사이에는 각각, 전극층이 구비될 수 있다. 여기서, 상부 기판, 즉, 유기발광층(100)으로부터 발광된 빛이 방출되는 경로 상에 구비되는 기판과, 유기발광층(100) 사이에 구비되는 전극층은 유기발광층(100)으로의 정공 주입이 잘 일어나도록 일함수(work function)가 큰 물질 중 유기발광층(100)에서 발생된 광이 잘 투과될 수 있는 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
유기발광층(100)을 이루는 발광분자(112, 122)가 포토루미네선스(PL) 소재로 구비되는 경우, 양측의 전극층은 서로 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 전극층은 ITO로 이루어질 수 있다. 반면, 유기발광층(100)을 이루는 발광분자(112, 122)가 일렉트로루미네선스(EL) 소재로 구비되는 경우, 하부 기판과 유기발광층(100) 사이에 형성되는 전극층은 금속전극으로 이루어질 수 있다.
이러한 전극층은 유기발광층(100)으로부터 발생된 광을 상부 기판 측으로 반사시키는 물질 중 유기발광층(100)으로의 전자 주입이 잘 일어나도록 일함수가 작은 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 하부 기판과 유기발광층(100) 사이에 형성되는 전극층은 Al, Al:Li 또는 Mg:Ag와 같은 금속 박막으로 이루어질 수 있다.
상부 기판과 하부 기판은 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 상부 기판과 하부 기판은 투명 기판으로, 광 투과율이 우수하고 기계적인 물성이 우수한 것이면 어느 것이든 제한되지 않는다. 예를 들어, 상부 기판과 하부 기판으로는 열경화 또는 UV 경화가 가능한 유기필름인 고분자 계열의 물질이 사용될 수 있다. 또한, 상부 기판과 하부 기판으로는 화학강화유리인 소다라임 유리(SiO2-CaO-Na2O) 또는 알루미노실리케이트계 유리(SiO2-Al2O3-Na2O)가 사용될 수 있다. 이외에도 상부 기판 및 하부 기판으로는 금속산화물이나 금속질화물로 이루어진 기판이 사용될 수도 있다.
유기발광층(100)으로부터 발생된 광이 방출되는 경로 상에 구비되는 상부 기판은 유기발광층(100)으로부터 발생된 광을 외부로 방출시키는 통로 역할을 한다. 또한, 하부 기판은 상부 기판과 함께, 유기발광층(100) 및 전극층 등을 외부 환경으로부터 보호하는 역할을 한다. 이를 위해, 즉, 유기발광층(100) 및 전극층 등을 인캡슐레이션 시키기 위해, 상부 기판과 하부 기판은 이의 테두리를 따라 형성되는 씰링재, 예컨대, 에폭시(epoxy)를 매개로 서로 접합될 수 있다.
이때, 서로 대향되는 상부 기판과 하부 기판, 그리고 이들 테두리에 형성되는 씰링재에 의해 구획되는 내부 공간, 즉, 유기발광층(100)과 전극층 등이 배치되는 공간은 불활성 기체로 채워지거나 진공 분위기로 조성될 수 있다.
유기발광층(100) 전술한 바와 같이 서로 상하 방향으로 대향되는 상부 기판과 하부 기판 사이에 배치될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에서, 이러한 유기발광층(100)은 제1 발광층(110) 및 제2 발광층(120)을 포함하여 형성될 수 있다.
제1 발광층(110)은 제1 발광분자(112)로 이루어질 수 있다. 제1 발광층(110)은 배향막(101) 상에 제1 방향(도면 기준 y축 방향)으로 정렬되는 다수의 제1 발광분자(112)로 이루어질 수 있다. 이때, 다수의 제1 발광분자(112)의 정렬 방향은 배향막(101)에 형성된 러빙 방향에 의해 결정될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에서는 제1 방향(도면 기준 y축 방향)의 러빙 방향을 갖는 배향막(101)이 사용됨에 따라, 이의 상에 정렬되는 다수의 제1 발광분자(112)는 제1 방향(도면 기준 y축 방향)으로 정렬될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 제1 발광분자(112)는 액정 특성을 갖는 비등방성 구조의 고분자 물질로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 제1 발광분자(112)가 제1 방향(도면 기준 y축 방향)으로 정렬된다는 것은 제1 발광분자(112)의 장축이 제1 방향(도면 기준 y축 방향)을 향한다는 것을 의미한다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 발광분자(112)는 제1 방향(도면 기준 y축 방향)으로 제1 광축을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 제1 발광분자(112)의 제1 광축과 후술될 제2 발광분자(122)의 제2 광축은 서로 평행하지 않을 수 있다. 동시에 제1 발광분자(112)의 제1 광축과 제2 발광분자(122)의 제2 광축은 서로 수직으로 교차하지 않을 수 있다. 예를 들어, 제2 발광분자(122)의 제2 광축은 제1 발광분자(112)의 제1 광축을 기준으로, 0° 초과, 90° 미만의 각도를 가질 수 있다.
이에 따라, 제1 발광분자(112)로부터 발광된 빛은 제2 발광층(120)을 통과하면서 흡수되거나 위상 지연을 겪으면서 원편광되어 z축 방향(도면 기준)으로 방출될 수 있다.
여기서, 원편광이라 함은, z축 방향(도면 기준)으로 진행하는 빛에 있어서, 입사평면에서 x축(도면 기준) 자기장과 y축(도면 기준) 자기장 벡터 합이 원형으로 계속 변화하는 경우, 즉, x축 자기장과 y축 자기장 두 성분의 진폭이 정확히 같고 위상차가 90°일 경우를 의미할 수 있다.
이러한 제1 발광분자(112)는 자외선 흡수 시 특정 색상의 빛을 발광하는 고분자 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 발광분자(112)는 poly (9,9-dioctylfluorene-cobenzothiadiazole; F8BT) 및 poly(9,9-dioctyl-2,7-fluorene; PFO) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시 예에서, 제1 발광분자(112)는 제2 발광분자(122)와 동일한 색상의 빛을 발광하는 고분자 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 제1 발광분자(112)는 제2 발광분자(122)와 다른 색상의 빛을 발광하는 고분자 물질로 이루어질 수 있다.
한편, 배향막(101) 상에 정렬되는 다수의 제1 발광분자(112)는 제1 방향(도면 기준 y축 방향)으로 제1 광축을 가지며, 격자 형태로 배열될 수 있다. 이때, 배향막(101) 상에 격자 형태로 배열되는 다수의 제1 발광분자(112)는 단층 구조 또는 다층 구조로 이루어질 수 있다.
전술한 바와 같이, 배향막(101)는 제1 방향(도면 기준 y축 방향)의 러빙 방향을 가질 수 있다. 이러한 배향막(101)은, 비등방성 구조의 고분자 물질로 이루어지는 다수의 제1 발광분자(112)가 제1 방향(도면 기준 y축 방향)으로 제1 광축을 갖도록, 다수의 제1 발광분자(112)의 정렬 방향을 결정할 수 있다. 이러한 배향막(101)은 하부 기판과 제1 발광층(110) 사이에 구비될 수 있다.
계속해서, 도 1 및 도 2를 참조하면, 제2 발광층(120)은 제2 발광분자(122)로 이루어질 수 있다. 제2 발광층(120)은 제1 발광층(110) 상에 적층되는 구조로 이루어질 수 있다. 제2 발광층(120)은 제1 발광층(110) 상에 제1 발광분자(112)의 정렬 방향인 제1 방향(도면 기준 y축 방향)과 다른 제2 방향으로 정렬되는 다수의 제2 발광분자(122)로 이루어질 수 있다. 이때, 다수의 제2 발광분자(122)의 정렬 방향은 제1 발광층(110) 상에 형성되는 특정 러빙 방향에 의해 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 제2 발광분자(122)는 비등방성 구조의 저분자 물질로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 제2 발광분자(122)가 제2 방향으로 정렬된다는 것은 제2 발광분자(122)의 장축이 제2 방향을 향한다는 것을 의미할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 제2 발광분자(122)는 제2 방향으로 제2 광축을 가질 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시 예에 따른 제2 발광분자(122)의 제2 광축은 제1 발광분자(122)의 제1 광축, 즉, 제1 방향(도면 기준 y축 방향)을 향하는 제1 광축과 서로 평행하지 않을 수 있다. 동시에, 본 발명의 일 실시 예에 따른 제2 발광분자(122)의 제2 광축은 제1 발광분자(122)의 제1 광축과 서로 수직으로, 즉, x-y축으로 교차하지 않을 수 있다. 예를 들어, 제2 발광분자(122)의 제2 광축은 제1 발광분자(112)의 제1 광축을 기준으로, 0° 초과, 90° 미만의 각도를 가질 수 있다.
이에 따라, 제1 발광분자(112)로부터 발광된 빛은 제2 발광층(120)을 통과하면서 흡수되거나 위상 지연을 겪으면서 원편광되어 z축 방향(도면 기준)으로 방출될 수 있다.
제2 발광분자(122)는 제1 발광분자(112)와 동일한 색상의 빛을 발광하는 저분자 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제2 발광분자(122)는 아릴아민계, 카바졸계, 히드라존계 및 스틸벤계 물질을 포함하는 발광 저분자 물질 군 중 선택된 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있다. 하지만, 이는 일례일 뿐, 제2 발광분자(122)는 다양한 발광 저분자 물질로부터 선택될 수 있음은 물론이다. 또한, 제2 발광분자(122)는 제1 발광분자(112)와 다른 색상의 빛을 발광하는 저분자 물질로 이루어질 수 있다.
여기서, 제1 발광층(110) 및 제2 발광층(120)을 이루는 발광분자(112, 122)들은 상기 발광층(110, 120)이 출사하는 광의 파장에 따라 정의될 수도 있다. 상기 발광층(110, 120)이 적색 광을 생성하는 경우, 상기 발광층(110, 120)은 예를 들어, CBP(carbazole biphenyl) 또는 mCP(1,3-bis(carbazol-9-[0058] yl)를 포함하는 호스트 물질을 포함하며,PIQIr(acac)(bis(1-phenylisoquinoline) acetylacetonate iridium),PQIr(acac)(bis(1-phenylquinoline) acetylacetonate iridium), PQIr(tris(1-phenylquinoline) iridium) 및 PtOEP(octaethylporphyrin platinum) 중 적어도 하나의 도펀트를 포함하는 인광 물질로 이루어질 수 있고, 이와 달리 PBD:Eu(DBM)3(Phen) 또는 Perylene을 포함하는 형광 물질로 이루어질 수 있다. 만약, 상기 발광층(110, 120)이 녹색 광을 생성하는 경우, 상기 발광층(110, 120)은, 호스트 물질로 TCTA (Tris(4-carbazoyl-9-ylphenyl)amine), CBP (4,4′-Bis(Ncarbazolyl)-1,1′-biphenyl), Balq (Bis (8-hydroxy-2-methylquinoline)-(4-phenylphenoxy)aluminum) 및 PPV(poly(p phenylene vinylene)) 중 적어도 하나의 인광 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 발광층(110, 120)이 청색 광을 생성하는 경우, 상기 발광층(110, 120)은 CBP 또는 mCP를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, (4,6-F2ppy)2Irpic을 포함하는 도펀트 물질을 포함하는 인광 물질로 이루어질 수 있다. 이와는 달리, spiro-DPVBi, spiro-6P, 디스틸벤젠(DSB), 디스트릴아릴렌(DSA), PFO계 고분자 및 PPV계 고분자 중 적어도 하나의 형광 물질로 이루어질 수 있다.
제1 발광층(110) 상에 정렬되는 다수의 제2 발광분자(122)는 제2 방향, 즉, 제1 방향(도면 기준 y축 방향)과 서로 평행하지 않고, 동시에 서로 수직으로 교차하지 않는 제2 방향으로 제2 광축을 가지며, 격자 형태로 배열될 수 있다. 이때, 제1 발광층(110) 상에 격자 형태로 배열되는 다수의 제2 발광분자(122)는 단층 구조 또는 다층 구조로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 소자는 얼라인층(alignment layer)(130)을 더 포함하여 형성될 수 있다.
얼라인층(130)은 제1 발광층(110)과 제2 발광층(120) 사이에 형성될 수 있다. 얼라인층(130)은 제1 발광층(110) 상에 정렬되는 제2 발광분자(122)의 정렬 방향을 결정할 수 있다. 이를 위해, 얼라인층(130)은 제2 발광분자(122)를 제2 방향, 즉, 제1 방향(도면 기준 y축 방향)과 서로 평행하지 않고, 동시에 서로 수직으로 교차하지 않는 제2 방향으로 정렬시키는 제2 방향 배향 패턴(도 6의 R2)를 구비할 수 있다. 이때, 제2 방향 배향 패턴(도 6의 R2)는 제2 발광층(120)과 마주하는 얼라인층(130)의 일측면에 구비될 수 있다. 이에 따라, 제2 방향의 배향 패턴(도 6의 R2)을 일측면에 구비하는 얼라인층(130) 상에 구비되는 다수의 제2 발광분자(122)는 제2 방향으로 정렬되어, 제2 방향으로 제2 광축을 가질 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시 예에서, 배향막(101)은 제1 발광분자(112)의 정렬 방향을 결정할 수 있다. 제1 발광분자(112)은 배향막(101)에 의해 제1 방향(도면 기준 y축 방향)으로 정렬되어, 제1 방향(도면 기준 y축 방향)으로 제1 광축을 가질 수 있다. 또한, 제2 발광분자(122)는 얼라인층(130)에 의해 제2 방향, 즉, 제1 방향(도면 기준 y축 방향)과 서로 평행하지 않고, 동시에 서로 수직으로 교차하지 않는 제2 방향으로 정렬되어, 제2 방향으로 제2 광축을 가질 수 있다. 이에 따라, 높이 방향(z축 방향)을 기준으로 보면, 제1 발광분자(112)와 제2 발광분자(122)는 서로 엇갈린 구조를 이루게 된다.
이때, 제2 발광분자(122)은 제1 발광층(110) 상에서 다양한 방식을 통해 제2 방향으로 정렬될 수 있는 바, 본 발명의 일 실시 예에 따른 얼라인층(130)은 생략될 수 있다.
한편, 다른 예로서, 제1 발광분자(112) 및 제2 발광분자(122)는 일렉트로루미네선스(EL) 소재로 이루어질 수 있다. 이 경우, 도시하진 않았지만, 상부 기판 측에 구비되는 전극층과 유기발광층(100) 사이에는 전공 주입층과 정공 수송층이 구비될 수 있다. 또한, 하부 기판 측에 구비되는 전극층과 유기발광층(100) 사이에는 전자 주입층과 전자 수송층이 구비될 수 있다. 이러한 구조에 따라, 양측 전극층에 순방향 전압이 인가되면, 상부 기판 측에 구비되는 전극층으로부터 정공이, 정공 주입층 및 정공 수송층을 통해 유기발광층(100) 측으로 이동하게 되고, 하부 기판 측에 구비되는 전극층으로부터 전자가, 전자 주입층 및 전자 수송층을 통해 유기발광층(100) 측으로 이동하게 된다.
이와 같이, 제1 발광분자(112)와 제2 발광분자(122)이 각각이 광축, 즉, 제1 광축과 제2 광축이 서로 평행하지 않고, 동시에 서로 수직으로 교차하지 않는 형태로 엇갈리게 적층되어 이루어진 유기발광층(100)으로 주입된 전자와 정공은 재결합하여 엑시톤(exciton)을 생성하고, 이러한 엑시톤이 여기상태(excited state)에서 기저상태(ground state)로 전이하면서 광을 방출하게 되는데, 이때, 방출되는 광의 밝기는 양측의 전극층 사이에 흐르는 전류량에 비례하게 된다.
한편, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 소자에 구비되는 유기발광층의 원편광 특성을 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, 배향막(101) 상에 정렬되어 있는 고분자 물질(LHCP), 즉, 제1 발광물질의 발광 파장은 432㎚이고, 제1 발광물질 상에 이의 광축과 평행하지 않고 동시에 서로 수직으로 교차하지 않는 방향으로 정렬되어 다른 광축을 갖는 저분자 물질(RHCP), 즉, 제2 발광물질의 발광 파장은 546㎚이다.
특정 방향의 광축을 갖는 고분자 물질로부터 발광된 빛은 고분자 물질의 광축과 평행하지 않고 동시에 서로 수직으로 교차하지 않는 광축을 갖는 저분자 물질로 이루어진 발광층을 통과하면서 흡수되거나 위상 지연을 겪으면서 원편광된 빛으로 방출될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 소자 제조 방법에 대하여, 도 4 내지 도 8을 참조하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 소자 제조 방법을 공정 순으로 나타낸 흐름도이고, 도 5은 도 4의 S110 단계를 나타낸 공정 모식도이며, 도 6은 도 4의 S120 단계를 나타낸 공정 모식도이고, 도 7은 도 4의 S120 단계를 나타낸 다른 공정 모식도이며, 도 8은 도 4의 S130 단계를 나타낸 공정 모식도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 소자 제조 방법은, 제1 발광층 형성 단계(S110), 배향 패턴 형성 단계(S120) 및 제2 발광층 형성 단계(S130)를 포함할 수 있다.
먼저, 도 5를 참조하면, 제1 발광층 형성 단계(S110)는 제1 방향(도면 기준 y축 방향)으로 제1 광축을 갖는 제1 발광분자(112)로 이루어진 제1 발광층(110)을 형성하는 단계이다.
제1 발광층 형성 단계(S110)에서는 제1 방향(도면 기준 y축 방향)으로 러빙된 배향막(101)을 준비한다. 그 다음, 제1 발광층 형성 단계(S110)에서는 제1 방향(도면 기준 y축 방향)으로 정렬된 제1 방향 배향 패턴 R1을 갖는 배향막(101) 상에 제1 발광분자(112)를 배향하여, 제1 발광분자(112)를 제1 방향(도면 기준 y축 방향)으로 정렬시킨다.
이때, 제1 발광층 형성 단계(S110)에서는 제1 발광분자(112)로 비등방성 구조로 이루어진 고분자 물질을 사용할 수 있다. 또한, 제1 발광층 형성 단계(S110)에서는 제2 발광분자(122)와 동일 또는 다른 색상의 빛을 발광하는 고분자 물질을 제1 발광분자(112)로 사용할 수 있다.
제1 발광층 형성 단계(S110)에서는 비등방성 구조로 이루어진 고분자 물질을 용액 공정을 통해 제1 방향 배향 패턴 R1을 갖는 배향막(101) 상에 코팅한 후 가열하여, 고분자 물질을 제1 방향(도면 기준 y축 방향)으로 정렬시킬 수 있다.
제1 발광분자(112)를 이루는 고분자 물질이 비등방성 구조로 이루어짐에 따라, 제1 방향 배향 패턴 R1를 갖는 배향막(101) 상에 배향되는 고분자 물질은 제1 방향 배향 패턴 R1과 동일한 방향의 광축을 가질 수 있다. 즉, 배향막(101) 상에 배향되는 제1 발광분자(112)는 제1 방향(도면 기준 y축 방향)으로 제1 광축을 가질 수 있다.
제1 발광층 형성 단계(S110)에서는 이와 같이, 제1 방향(도면 기준 y축 방향)으로 정렬된 제1 방향 배향 패턴 R1을 갖는 배향막(101) 상에 다수의 제1 발광분자(112)를 배향시킴으로써, 배향막(101) 상에 제1 방향(도면 기준 y축 방향)으로 제1 광축을 갖는 다수의 제1 발광분자(112)로 이루어진 제1 발광층(110)을 형성할 수 있다. 이때, 다수의 제1 발광분자(112)는 배향막(101) 상에서 격자 형태로 배열될 수 있다.
다음으로, 도 6을 참조하면, 배향 패턴 형성 단계(S120)는 제1 발광층(110) 상에 제1 방향(도면 기준 y축 방향)과 방향이 다른 제2 방향으로 제2 방향 배향 패턴 R2를 형성하는 단계이다.
배향 패턴 형성 단계(S120)에서는 제1 발광층(110) 상에 형성되는 제2 발광층(120)을 이루는 제2 발광분자(122)의 정렬 방향을 결정하는 제2 방향 배향 패턴 R2를 제1 발광층(110) 상에 형성될 수 있다.
배향 패턴 형성 단계(S120)에서는 러빙(rubbing), 광배향(photo-alignment) 및 스탬핑(stamping) 중 어느 하나의 방법을 통해, 제1 발광층(110) 상에 제2 방향 배향 패턴 R2를 형성할 수 있다.
이때, 배향 패턴 형성 단계(S120)에서는 제1 발광분자(112)의 제1 광축이 향하는 제1 방향(도면 기준 y축 방향)과 서로 평행하지 않고, 동시에 서로 수직하지 않는 제2 방향으로 제2 방향 배향 패턴 R2를 형성할 수 있다.
한편, 도 7을 참조하면, 다른 예로서, 배향 패턴 형성 단계(S120)에서는 먼저, 제1 발광층(110) 상에 얼라인층(130)을 형성할 수 있다. 그 다음, 배향 패턴 형성 단계(S120)에서는 얼라인층(130)의 표면에 제2 방향 배향 패턴 R2, 즉, 제1 발광분자(112)의 제1 광축이 향하는 제1 방향(도면 기준 y축 방향)과 서로 평행하지 않고, 동시에 서로 수직하지 않는 제2 방향으로 제2 방향 배향 패턴 R2를 형성할 수 있다. 이때, 배향 패턴 형성 단계(S120)에서는 러빙(rubbing), 광배향(photo-alignment) 및 스탬핑(stamping) 중 어느 하나의 방법을 통해, 얼라인층(130)의 표면에 제2 방향 배향 패턴 R2를 형성할 수 있다.
마지막으로, 도 8을 참조하면, 제2 발광층 형성 단계(S130)는 제2 방향으로 제2 광축을 갖는 제2 발광분자(122)로 이루어진 제2 발광층(120)을 형성하는 단계이다.
제2 발광층 형성 단계(S130)는 제2 방향 배향 패턴 R2가 형성된 제1 발광층(110) 상에 제2 발광분자(122)를 배향하여, 제2 발광분자(122)를 제2 방향으로 정렬시킨다.
이때, 제2 발광층 형성 단계(S130)에서는 제2 발광분자(122)로 비등방성 구조로 이루어진 저분자 물질을 사용할 수 있다. 또한, 제2 발광층 형성 단계(S130)에서는 고분자 물질로 이루어지는 제1 발광분자(112)와 동일 또는 다른 색상의 빛을 발광하는 저분자 물질을 제2 발광분자(122)로 사용할 수 있다.
제2 발광층 형성 단계(S130)에서는 비등방성 구조로 이루어진 저분자 물질을 진공 분위기에서, 제2 방향으로 제2 방향 배향 패턴 R2가 형성된 제1 발광층(110) 상에 증착시킬 수 있다. 이를 통해, 제2 발광층 형성 단계(S130)는 제1 발광층(110) 상에 저분자 물질로 이루어진 제2 발광분자(122)를 제2 방향으로 정렬시킬 수 있다.
제2 발광분자(122)를 이루는 저분자 물질이 비등방성 구조로 이루어짐에 따라, 제2 방향 배향 패턴 R2를 갖는 제1 발광층(110)의 표면에 배향되는 제2 발광분자(122)는 제2 방향 배향 패턴 R2와 동일한 방향의 광축을 가질 수 있다. 즉, 제1 발광층(110)의 표면에 배향되는 제2 발광분자(122)는 제1 방향(도면 기준 y축 방향)으로 제1 광축을 갖는 제1 발광분자(112)와 달리, 제1 방향(도면 기준 y축 방향)과 평행하지 않고, 동시에 수직으로 교차하지도 않는 방향으로 제2 광축을 가질 수 있다.
예를 들어, 제2 발광분자(122)는 제1 방향(도면 기준 y축 방향)을 향하는 제1 발광분자(112)의 제1 광축을 기준으로, 0° 초과, 90° 미만의 각도를 갖는 제2 광축을 가질 수 있다.
제2 발광층 형성 단계(S130)에서는 이와 같이, 제2 방향으로 정렬된 제2 방향 배향 패턴 R2를 표면에 갖는 제1 발광층(110) 상에 다수의 제2 발광분자(122)를 배향시킴으로써, 제1 발광층(110) 상에 제1 발광분자(112)의 제1 광축과 평행하지 않고 동시에 수직으로 교차하지 않는 제2 광축을 갖는 다수의 제2 발광분자(122)로 이루어진 제2 발광층(120)을 형성할 수 있다.
이에 따라, 다수의 제2 발광분자(122) 각각은, 높이 방향(도면 기준 z축 방향)으로, 다수의 제1 발광분자(112) 각각과 서로 엇갈린 적층 구조를 이룰 수 있다. 이때, 다수의 제2 발광분자(122)는 제1 발광층(110) 상에서 격자 형태로 배열될 수 있다.
이에 따라, 제1 발광분자(112)로부터 발광된 빛은 제2 발광층(120)을 통과하면서 흡수되거나 위상 지연을 겪으면서 원편광되어 z축 방향(도면 기준)으로 방출될 수 있다.
제2 발광층 형성 단계(S130)가 완료되면, 제1 발광층(110)을 이루면서 제1 방향(도면 기준 y축 방향)으로 제1 광축을 갖는 제1 발광분자(112)와, 제2 발광층(120)을 이루면서 제1 광축과 평행하지 않고, 동시에 수직으로 교차하지 않은 제2 방향으로 제2 광축을 갖는 제2 발광분자(122)가 높이 방향(도면 기준 z축 방향)으로 적층된 광 소자용 유기발광층(100)이 제조된다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에서는 발광층(110, 120)을 이루는 제1 발광분자(112)와 제2 발광분자(122)를 트위스트 구조로 형성하지 않고서도 원편광된 빛을 방출할 수 있는 광 소자 및 그 제조 방법이 제공될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 서로 대향되는 기판 사이에 배치되는 유기발광층을 포함하며,
    상기 유기발광층은,
    제1 방향으로 정렬되며, 상기 제1 방향으로 제1 광축을 갖는 제1 발광분자로 이루어진 제1 발광층; 및
    상기 제1 발광층 상에 적층되며, 상기 제1 방향과 방향이 다른 제2 방향으로 정렬되고, 상기 제2 방향으로 제2 광축을 갖는 제2 발광분자로 이루어진 제2 발광층;을 포함하되,
    상기 제1 광축과 상기 제2 광축은 서로 평행하지 않고, 동시에 서로 수직으로 교차하지 않는 광 소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 발광분자로부터 발광된 빛은 상기 제2 발광층을 통과하면서 원편광된 빛으로 방출되는 광 소자.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 발광분자와 상기 제2 발광분자는 비등방성 구조로 이루어지되,
    상기 제1 발광분자는 고분자 물질로 이루어지고, 상기 제2 발광분자는 저분자 물질로 이루어지는 광 소자.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 발광분자와 상기 제2 발광분자는 동일 또는 다른 색상의 빛을 발광하는 광 소자.
  5. 제1 항에 있어서,
    얼라인층을 더 포함하며,
    상기 얼라인층은 상기 제1 발광층과 상기 제2 발광층 사이에 형성되며, 상기 제2 발광분자를 상기 제2 방향으로 정렬시키는 배향 패턴이 상기 제2 발광층과 마주하는 일측면에 구비되는 광 소자.
  6. 제1 방향으로 러빙된 배향막 상에 제1 발광분자를 배향하여, 상기 제1 방향으로 제1 광축을 갖는 제1 발광분자로 이루어진 제1 발광층을 형성하는 제1 발광층 형성 단계;
    상기 제1 발광층 상에 상기 제1 방향과 방향이 다른 제2 방향으로 배향 패턴을 형성하는 배향 패턴 형성 단계; 및
    상기 배향 패턴이 형성된 상기 제1 발광층 상에 상기 제2 방향으로 제2 광축을 갖는 제2 발광분자로 이루어진 제2 발광층을 형성하는 제2 발광층 형성 단계;를 포함하는 광 소자 제조 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 발광층 형성 단계에서는 상기 제1 발광분자로 비등방성 구조로 이루어진 고분자 물질을 사용하고, 용액 공정을 통해 상기 배향막 상에 상기 고분자 물질을 코팅 후 가열하여, 상기 고분자 물질을 상기 제1 방향으로 정렬시키는 광 소자 제조 방법.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 배향 패턴 형성 단계에서는 러빙, 광배향 및 스탬핑 중 어느 하나의 방법을 통해 상기 제2 방향으로 상기 배향 패턴을 형성하는 광 소자 제조 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 배향 패턴 형성 단계에서는 상기 제2 방향으로 상기 배향 패턴을 형성하되, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 서로 평행하지 않고 동시에 수직하지 않는 방향으로 설정되는 광 소자 제조 방법.
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 제2 발광층 형성 단계에서는 상기 제2 발광분자로 비등방성 구조로 이루어진 저분자 물질을 사용하고, 진공 분위기에서, 제2 방향으로 상기 배향 패턴이 형성된 상기 제1 발광층 상에 상기 저분자 물질을 증착시켜, 상기 저분자 물질을 상기 제2 방향으로 정렬시키는 광 소자 제조 방법.
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