KR100196737B1 - 2차원 유기 박막 el 디스플레이 유닛 - Google Patents
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Abstract
2차원 유기 박막 EL 디스플레이 유닛은 제 1 방향으로 뻗어 상기 제 1 방향에 수직인 제 2 방향으로 함께 부착된 복수의 1차원 유기 EL 어레이들을 갖는다. 상기 EL 어레이는 제 1 방향의 주평면과, 상기 주평면상에 형성되어 어레이에 수직하게 뻗는 복수의 제 1 층의 투명 전극군, 유기 EL 박막, 및 어레이를 따라 뻗는 제 2 층의 금속 전극을 포함하는 적층 EL 구조를 갖는다. EL 어레이는 상기 제 1 및 제 2 방향에 수직인 제 3 방향으로 발광하며, 제 1 층 전극군 및 제 2 층 전극이 상기 EL 어레이를 매트릭스 구동으로 구동한다. 상기 유기 EL 디스플레이 유닛은 뛰어난 표시품질, 콘트라스트, 및 휘도를 갖는다.
Description
본 발명은 유기 박막 일렉트로루미네슨스(electroluminescence : 이하, EL 이라 함) 디스플레이 유닛에 관한 것으로서, 더 상세히는 한쌍의 전극군에 의해 구동될 수 있는 2차원 유기 박막 EL 디스플레이 유닛에 관한 것이다.
양극과 음극의 두 전극사이에 유기 박막을 끼워 넣었을때 발광현상이 일어나는 몇 종의 유기 박막들이 공지되어 있다. 이들 유기 박막내에서, 전극들로 부터 주입된 정공과 전자가 재결합하여 EL 현상에 기초한 발광현상이 일어나 에너지를 발산하게 된다. 이러한 EL 현상은, 통상 유기 박막 EL 이라고 하며, 이 EL 디스플레이 유닛에 대한 활발한 연구가 계속되었는데, 그 이유는 다른 디스플레이 장치에 비해 저전압 구동성이 있고 에너지 효율이 높기 때문이다. 유기 박막 EL 디스플레이 유닛은 수 볼트 내지 수십 볼트의 직류전압하에 구동할 수 있다.
유기 박막 EL 현상은 단층의 유기 EL 박막에서도 일어날 수가 있다. 그런데, 저인가 전압하에 높은 에너지의 발광현상을 일으키기 위해서는 각 전극으로 부터 유기 EL 박막으로의 캐리어 주입효율을 증가시키는 것이 바람직하다. 이를 위해, 전극과 유기 EL 박막간의 에너지 장벽을 줄이고 전극과 유기 EL 박막간의 캐리어 이동을 용이하게 할 목적으로, 전극과 유기 EL 박막간에 캐리어 주입층 또는 캐리어 수송층을 부가한 적층구조가 몇몇 간행물에 제안되어 있다.
예를 들면, 양극/유기 정공 수송층/유기 EL 박막층/음극의 적층구조를 제안한 JP-A-1982-51781호 공보 ; 양극/유기 EL 박막층/유기 전자 수송층/음극의 또다른 적층구조를 제안하여 발사층으로서 정공 컨덕터를 갖는 유기 EL 장치라는 타이틀로서 아다찌 등이 출원한 Appl. Phys. Lett. 55, 1489 (1989) ; 그리고, 양극/복수의 유기 정공 주입 수송층/유기 EL 박막층/복수의 유기 전자 주입 수송층/음극의 또다른 적층구조를 제안한 JP-A-1994-314594호 공보 등을 그 예로 들 수가 있다. 이들 적층구조에 있어, 그 적층순서는 거꾸로 역순위어도 상관없다.
도 1 은 지지기판(40)상에 순차적으로 형성된 양극(41)/유기 정공 수송층(42)/유기 EL 박막층(43)/음극(44)의 구조를 갖는 종래의 적층구조들중의 하나를 나타낸 것이다. 적어도 전극들중의 한쪽 전극은 광을 방출해내야 하므로 투광성을 가지고 있어야 하며, 이를 위해 양극(41) 재료로서는 인듐-주석-산화물(Indium-Tin-Oxide; ITO)이 일반적으로 사용된다. 한편 음극(44) 재료로서는, 전자의 주입 장벽을 낮게 할 목적으로, 일 상관계수가 작은 마그네슘, 알루미늄 및 인듐과 같은 금속막이나, 예컨대 JP-A-1993-121172 호 공보에 기재된 바와 같이 이들에 은 또는 리튬을 첨가하거나 첨가하지 않은 막을 사용하고 있다.
유기 정공 수송층(42) 재료로서는 방향족 3급 아민, 포르피린 유도체 등이 이용되고, 유기 EL 박막층(43) 재료로서는 8-히드록시 퀴놀린 금속 착체, 부타디엔 유도체, 쿠말린 유도체, 벤즈옥사졸 유도체, 옥사디아졸 유도체, 옥사졸 유도체, 티아디아졸 유도체, 스티렌아민 유도체, 비스스티릴벤젠 유도체, 비스스티릴안트라센 유도체, 페릴렌 유도체, 아미노피렌 유도체 등이 이용된다. 또한, 유기 전자 수송층 재료로서는 경우에 따라 나프탈이미드 유도체, 페릴렌 테트라카본산 디이미드 유도체, 퀴나크리돈 유도체 등이 이용되고 있다. 전극(41,44)과 유기 박막층(42,43)은 유리 또는 수지막의 지지기판(40)상에, 진공증착 또는 스퍼터링(sputtering)등의 건식 성막법, 또는 상기 재료를 수지 또는 용매에 분산 또는 용해한 용액으로 부터 스핀-코팅(spin-coating) 또는 디핑(dipping)등의 습식 성막법을 이용하여 차례로 적층하여 형성한다. 투광성 전극을 제 1 층 전극(41)으로서 형성하는 경우에는, 발광의 발산을 위해 지지기판(40)도 또한 투광성이어야 한다.
유기 박막 EL 을 이용한 2차원 발광 디스플레이 유닛에서는, 전술한 유기 박막 EL 적층구조에 의해 각각 형성된 복수의 단위 화소 또는 EL 셀등이 2차원 어레이로 지지기판상에 배열된다(JP-A-1995-78690호 공보 참조). 도 2 는 제시된 2차원 디스플레이 유닛을 나타낸 것인데, 지지기판(40)상에는, 서로 나란히 뻗는 제 1 의 띠형 전극군(41a)과, 하나 이상의 유기 EL 박막층을 포함하는 유기적층 박막층(43b)과, 상기 제 1 전극군(41a)과 직교하여 나란히 뻗는 제 2 의 띠형 전극군(44a)이 연속하여 형성되어 있다. 상기 제 1 의 전극군(41a)과 상기 제 2 의 전극군(44a)의 교차부분은, 2차원 어레이로 배열되며 한쌍의 전극군(41a,44a)에 의해 매트릭스 구동으로 구동되는 EL 셀을 구성한다.
하지만, 전술한 2차원 EL 디스플레이 유닛은, 얼마간의 셀에 있어 발광의 산란이나 변형이 일어나거나 일부 결함이 생길 경우 현저한 표시품질(image quality)의 저하를 초래한다. 또한, 제 1 전극군 및 제 2 전극군(41a,44a)의 재료에 있어서 이들중의 하나가 투광성이고 다른 하나가 금속성이기 때문에, 비발광시의 셀에서는 금속전극군, 배면에 배치된 금속전극이 외광을 반사하여 콘트라스트(contrast)가 저하되는 결점이 있다.
또한, EL 재료는 일반적으로 산성 또는 알칼리성 용액, 유기 용제 등에 대해 내성이 약하기 때문에, 이러한 유기 EL 재료에 EL 디스플레이 유닛의 제조공정에 있어 필수인 공지기술의 사진석판 기술에 의한 패턴화기술을 적용하는 것은 곤란하다. 특히, 칼라 디스플레이 유닛을 위한 색상구현에 있어서는 여러 가지 유기 EL 재료를 사용하게 되는데, 그중 일부는 내성이 약한 것도 있다. JP-A-1995-142169호 공보에서는 이와 같은 문제를 해결하기 위해, 3원색을 발생하는 유기 EL 박막층으로 된 적층구조를 양극과 음극사이에 구성하여 백색 발광을 일으키고, 수득한 백색광을 액정표시장치 등에서 사용되고 있는 칼라 필터로 분리하는 것을 제안하고 있다. 그러나, 이러한 방안에서는 유기 적층 박막층의 적층수가 증가함으로 인해 막의 두께가 커져서 유기 EL 박막을 구동하는데 요구되는 구동전압이 높아지고, 필터를 위한 셧터 기구(shutter mechanism)가 필요하며, 삽입된 칼라 필터로 인해 EL 에너지가 흡수된다는 결점이 있다.
JP-A-1981-62284호 공보에는 또다른 2차원 유기 EL 디스플레이 유닛이 기재되어 있는데, 여기서는 띠형의 지지 기판위에 각기 배치된 복수의 1차원 EL 어레이들을 부착하여 2차원 디스플레이 유닛을 실현하고 있다. 그러나 위에 제시된 디스플레이 유닛은 역시나 발광의 산란으로 인해 표시품질이 떨어지는 결점이 있다. 상기 후자의 두 디스플레이 유닛은 화소면적이 작은 경우, 특히 미세한 화소인 경우에 스크린상의 휘도가 낮다는 비슷한 결점을 갖는다.
상기 문제점을 감안하여, 본 발명은, 콘트라스트를 향상시키고 셀의 미세화에 따른 광도저하를 개선하며 EL 셀의 산란현상을 감소시킬 수 있는, 특히 칼라 디스플레이 유닛에 적합한 개량된 유기 박막 EL 디스플레이 유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1 은 유기 박막 EL 디스플레이 유닛의 일반적 배치를 나타내는 단면도.
도 2 는 종래의 2차원 유기 박막 EL 디스플레이 유닛의 사시도.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 유기 박막 EL 디스플레이 유닛의 사시도.
도 4 는 도 3 의 유기 박막 EL 디스플레이 유닛에 나타낸 1차원 유기 EL 어레이의 상세 사시도.
도 5 는 도 3 의 2차원 유기 박막 EL 디스플레이 유닛의 단면도.
도 6 은 도 4 에 나타난 투광성 기판의 제조방법을 나타내는 사시도.
도 7 내지 9 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 박막 EL 디스플레이 유닛의 스크린의 사시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
12 : 투명 전극 13 : 유기 적층 박막층
14 : 금속 전극 15 : 광반사 격벽
20 : 투광성 기판 22 : 흑색층
25 : 리드 전극 30 : 1차원 EL 어레이
31 : 지지 기판 41a : 제 1 전극군
44a : 제 2 전극군 50 : 몰드
본 발명에 따르면, 지지 기판과, 상기 지지 기판상에 놓여 제 1 방향으로 배열된 복수의 1차원 유기 EL 어레이를 포함하는 2차원 유기 박막 발광(EL) 디스플레이 유닛이 제공되며, 상기 유기 EL 어레이는 제 1 방향의 주평면과 상기 주평면상의 적층구조를 갖는 투광성 기판을 포함한다. 상기 적층구조는, 서로 나란히 뻗으며 그 위에 놓이는 하나 이상의 유기 EL 박막을 갖는 제 1 층의 띠형 전극군과, 상기 유기 EL 박막위에 놓이고 상기 제 1 층의 띠형 전극군과는 수직하게 뻗는 제 2 층의 띠형 전극군을 포함하는 복층으로 이루어지며, 각 유기 EL 어레이는 제 1 방향에 수직인 제 2 방향으로 배열된 복수의 EL 셀을 포함한다. 각각의 상기 제 1 층의 전극군과 제 2 층의 전극군이 EL 셀을 구동하여 상기 제 1 및 제 2 방향과는 수직인 제 3 방향으로 발광한다.
이하, 본 발명의 실시예에 관하여 첨부도면을 참조하여 설명한다.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 유기 박막 EL 디스플레이 유닛을 나타낸 것이다. 이 EL 디스플레이 유닛은, EL 어레이(30)들에 수직인 방향으로 그리고 EL 어레이(30)의 투광성 기판의 주평면에 수직인 방향으로 1차원 EL 어레이(30)들을 101매 배열하여 부착함으로써 제조된다. 각 EL 어레이(30)는 도면에서 보는 바와 같이 EL 어레이(30)의 제 1 측면으로 부터 상방향으로 발광하는 64개의 EL 셀을 포함한다. EL 어레이(30)와 이 EL 어레이에 인접하는 어레이(30)사이의 계면에서 상응하는 EL 어레이(30)를 구동하기 위해, EL 셀의 금속 전극(14)과 전기접촉하게끔 배치하여 리드 전극(25)을 설치한다. 따라서, 전극군(제 2 전극군 ; 44a)을 구성하는 100개의 리드 전극(25)이 101개의 EL 어레이(30)들 사이에 배치된다.
EL 어레이(30)들의 대응하는 열들이 제 1 측면에 대향한 EL 어레이(30)의 제 2 측면에서 함께 접속되어 전극군(제 1 전극군 ; 41a)을 형성하도록, 64개의 띠형 투명 전극(12)을 64개의 띠형 패턴을 프린트한 지지 기판(31)에 부착한다. 제 1 전극군(41a)에는 64개의 투명 전극(12)에 정 시프트 펄스(positive shift pulses)를 출력하는 주사회로(도시하지 않음)를 접속하고, 제 2 전극군(44a)에는 주사 정 펄스와 동기로 제 2 전극군(44a)에 부 이미지 데이터 펄스(negative image data pulses)를 출력하는 이미지 데이터 출력회로를 접속하여 매트릭스 구동을 실시함으로써, 가로 100 × 세로 64 의 EL 셀을 갖는 2차원 모노크롬 디스플레이 유닛을 얻을 수가 있다.
도 4 는 도 3 에 나타낸 1차원 유기 박막 EL 어레이(30)의 상세도이다. 이 1차원 EL 어레이(30)는 어레이 방향의 광반사 격벽(15)에 의해 격리된, 길이 100 mm, 폭 10 mm, 두께 1 mm의 투광성 기판(20)을 갖는다. 상기 광반사 격벽(15)은 1.5 mm의 일정한 간격으로 투광성 기판(20)내에 배치된다. 여기서 제 2 측면(23)이라고 하는 상기 투광성 기판(20)의 저면을 흑색의 절연도료로 흑색도장을 실시하여 흑색층(22)을 형성한다. 적층 EL 셀들이 형성된 상기 투광성 기판(20)의 주평면과 흑색층(22)위에는, 스퍼터링된 인듐 산화물로 이루어져 있으며 주평면으로 부터 흑색층(22)으로 뻗는 64개의 띠형 투명 전극(12)을 형성한다. 상기 투명 전극(12)들의 폭은 1 mm 이며, 또다르게는 광반사 격벽(15)과 일정한 간격으로 배치된다. 1,1-비스-(4-디파라트릴아미노페닐)시클로헥산으로 제조된 막 두께 50 nm의 유기 정공 수송층과, 트리스(8-퀴놀리놀)알루미늄으로 제조된 막 두께 70 nm의 유기 EL 박막층을 진공증착법으로 만들어 유기 적층 박막층(13)을 형성하고, 다시 투광성 기판(20)의 긴 모서리를 따라 알루미늄-리튬 합금으로 제조된 폭 7 mm의 금속 전극(14)을 진공증착법으로 형성하여, 황록색으로 발광하는 1차원 EL 어레이를 완성한다.
1차원 어레이(30)에서의 띠형 투명 전극(12)을 양극으로 하고 금속 전극(14)을 음극으로 하여 통전하면 띠형 투명 전극(12)과 금속 전극(14)과의 64개소의 교차부에 끼워져 있는, 1차원 셀 어레이를 구성하는 유기 적층 박막층(13)가운데 유기 EL 박막층이 황록색을 발광한다. 각 셀의 형상은 1 mm × 7 mm의 직사각형을 형성한다. 각 셀로 부터의 광은 금속 전극(14)에 의해 반사되어 투광성 기판(20)에 입사하지만, 투광성 기판(20)내에 배치된 광반사 격벽(15)이 셀들간의 광을 격리하기 때문에, 인접하는 셀들에게 까지 확산되지는 않는다.
도 5 는 도 3 의 유기 박막 EL 디스플레이 유닛의 중앙부의 단면도이다. 이는 디스플레이 유닛에서 어레이에 수직인 방향으로 부착된 복수의 1차원 발광 어레이(30)에 의해 형성되기 때문에, 투광성 기판(20)에 입사하는 각 셀로 부터의 광은 인접하는 어레이의 금속 전극(14)에 의해서도 반사되어, 각 셀의 광학적 해방단을 형성하는 투광성 기판(20)의 제 1 측면을 통해 특정 셀로 부터 출사된다. 본 실시예에서는, 각 셀당 단면에서의 등가적인 발광면적은 가로 1 mm (투광성 기판(20)의 두께와 같음), 세로 1mm (투명 전극(12)의 폭과 같음)이나, 특정 셀에 대한 발광면적으로서 기능하는 셀 면적은 종래의 셀 면적에 7배 만큼 큰 1 mm × 7 mm 와 같다. 제 1 측면에서의 셀당 광의 휘도는 종래의 1 mm × 1 mm인 셀의 휘도의 3배이다. 여기서, 휘도가 7배가 아니고 3배인 이유는 투광성 기판(20)내에서의 흡광 감쇄때문이다.
다른 색의 EL을 위한 1차원 셀은 상기 다른 유기 적층구조에 형광색소를 소량 도핑(doping)하여 실현할 수 있다. 예컨대, 청록색용으로 쿠말린을, 그리고 적등색용으로 DCM(4-(디시아노메틸렌)-2-메틸-6-(p-디메틸아미노스티릴)-4H-피란)을 각각 도핑하여 1차원 어레이를 만들고, 상기 황록색용의 1차원 어레이와 조합하여 3색의 어레이를 차례로 반복하여 부착함으로써 2차원의 칼라 디스플레이 유닛을 형성한다.
도 6 은 도 3 의 유기 박막 EL 디스플레이 유닛의 투광성 기판의 제조방법을 나타낸 것이다. 이 투광성 기판(20)은, 몰드(50)내에 폭 1 mm의 복수의 알루미늄박 리본을 1.5 mm의 일정한 간격으로 서로 평행하게 배열하고, 상기 몰드(50)에 폴리카보네이트 수지를 유입시키고 굳혀서, 두께 1 mm의 복수의 띠형 폴리카보네이트를 형성하고, 커팅에 의해 폭 10 mm의 띠형 기판(20)을 형성함으로써 얻어진다.
도 7 은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 유기 박막 EL 디스플레이 유닛의 스크린의 구성을 나타낸 것이다. 도 7 의 EL 디스플레이 유닛은 만곡되거나 약간 층이 진 형태의 스크린을 갖는다. 이 만곡형의 스크린은, 복수의 1차원 EL 어레이(30)의 제 1 측면을 스크린에 법선인 방향으로, 특히 스크린의 수평 가장자리 부분을 더 조금씩 슬립-오프시켜 부착함으로써 얻을 수가 있다. 유기 EL 디스플레이 유닛의 스크린의 구성은 CRT 디스플레이 유닛의 스크린 구성과 유사하다.
도 8 은 유기 박막 EL 디스플레이 유닛의 스크린의 또다른 만곡구성을 나타낸 것이다. 이 만곡면은 1차원 EL 어레이(30)의 폭을 순차로 조금씩 바꿔줌으로써 얻을 수가 있으며, 도 7 의 디스플레이 유닛의 1차원 어레이의 슬립-오프에 유사하게 디스플레이 유닛의 스크린의 만곡면 또는 약간 층이 진 면을 제공한다. 도 7 및 8 에 나타낸 디스플레이 유닛에서는, 스크린의 층이 진 부분들이 평활해지도록 특정의 수지 등을 도포하여 스크린의 면을 평활하게 할 수도 있다.
도 9 는 디스플레이 유닛의 스크린의 만곡면의 또다른 구성을 나타낸 것이다. 이 만곡면은 긴 변 방향을 따라 상이한 폭을 제공하는 각각의 1차원 EL 어레이(30)의 만곡된 제 1 측면에 의해, 특히 중앙부의 폭이 크고 단부쪽의 폭이 작으며 브리지 부분이 약간 테이퍼링된 어레이(30)에 의해 얻을 수가 있다.
이상, 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 여기에 한정되는 것은 아니며, 부속 청구항에 따른 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 수정과 변형이 가능함을 당업자들은 알 수 있을 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 2차원 유기 EL 디스플레이 유닛에 따르면, 각 셀의 적층구조는 발광방향에 수직으로 배치되므로, 발광의 산란현상이나 그 밖의 결함으로 인한 콘트라스트의 표시품질의 저하가 덜하다. 더욱이, 발광 셀의 면적을 디스플레이 유닛의 스크린의 셀 크기를 증가시키지 않고서 발광방향에 평행하게 증가시킬 수가 있어서 스크린의 단위면적당 휘도를 높일 수가 있다.
Claims (8)
- 지지 기판과, 상기 지지 기판상에 놓여 제 1 방향으로 배열된 복수의 1차원 유기 EL 어레이를 포함하는 2차원 유기 박막 발광(EL) 디스플레이 유닛에 있어서,상기 유기 EL 어레이는 상기 제 1 방향의 주평면과 상기 주평면상의 적층구조를 갖는 투광성 기판을 포함하고, 상기 적층구조는 서로 나란히 뻗으며 그 위에 놓이는 하나 이상의 유기 EL 박막을 갖는 복수의 제 1 층의 띠형 전극군과, 상기 유기 EL 박막위에 놓이고 상기 제 1 층의 띠형 전극군과는 수직하게 뻗는 제 2 층의 띠형 전극을 포함하며, 상기 각 유기 EL 어레이는 상기 제 1 방향에 수직인 제 2 방향으로 배열된 복수의 EL 셀을 포함하며,각각의 상기 제 1 층의 전극군과 제 2 층의 전극이 상기 EL 셀을 구동하여 상기 제 1 및 제 2 방향과는 수직인 제 3 방향으로 발광이 이루어지는 것을 특징으로 하는 2차원 유기 박막 EL 디스플레이 유닛.
- 제 1 항에 있어서, 상기 투광성 기판은 상기 EL 셀들을 서로 격리시키기 위한 복수의 광반사 격벽을 내부에 갖는 것을 특징으로 하는 2차원 유기 박막 EL 디스플레이 유닛.
- 제 1 항에 있어서, 상기 유기 EL 어레이들중의 각 인접 어레이가 함께 결합되는 것을 특징으로 하는 2차원 유기 박막 EL 디스플레이 유닛.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 띠형 전극군과 제 2 띠형 전극군은 각각 투과성 및 금속성인 것을 특징으로 하는 2차원 유기 박막 EL 디스플레이 유닛.
- 제 1 항에 있어서, 상기 유기 EL 어레이는 상기 제 3 방향에 대향하는 방향에 놓인 흑색층을 갖는 것을 특징으로 하는 2차원 유기 박막 EL 디스플레이 유닛.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전극군과 제 2 전극이 상기 EL 셀을 매트릭스 구동으로 구동시키는 것을 특징으로 하는 2차원 유기 박막 EL 디스플레이 유닛.
- 제 1 항에 있어서, 상기 유기 EL 어레이는 그 각각이 3원색을 발광하는 복수 조합의 EL 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차원 유기 박막 EL 디스플레이 유닛.
- 제 1 항에 있어서, 만곡 스크린을 갖는 것을 특징으로 하는 2차원 유기 박막 EL 디스플레이 유닛.
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