KR100846583B1 - 유기 전자 발광 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 투명 기판; 상기 투명 기판의 일 표면에 스트립 형상으로 평행하게 형성된 투명 전극들; 상기 투명 전극들의 길이 방향에 대하여 직각인 방향에서 스트립 형상으로 평행하게 연장되는 유기 발광층; 상기 유기 발광층의 상부에 적층되는 것으로 스트립 형상의 평행한 금속 전극들; 및, 상기 투명 기판의 다른 표면에 부착되는 것으로, 사각형의 투광부와 상기 투광부를 둘러싸는 발광부로 이루어진 블랙 매트릭스 패턴이 형성된 블랙 매트릭스 필름;을 구비하는 유기 전자 발광 소자가 제공된다.

유기, EL, 접착

Description

유기 전자 발광 소자{Organic electro luminescence device}

도 1 통상적인 유기 전자 발광 소자의 개략적인 사시도.

도 2 는 도 1 의 A-A 선을 따른 단면도.

도 3 은 본 발명의 제 1 실시예에 대한 개략적인 사시도.

도 4 는 도 3 의 B-B 선을 따른 단면도

도 5 는 본 발명의 제 2 실시예에 대한 개략적인 사시도.

도 6 은 도 5 의 C-C 선을 따른 단면도.

도 7 은 도 5 의 D-D 선을 따른 단면도.

도 8 은 기판과 블랙 매트릭스 필름에 대한 단면도.

< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 >

31. 기판 32. 투명 전극

33. 유기 발광막 34. 금속 전극

35. 내부 절연층 36. 세퍼레이터

본 발명은 유기 전자 발광 소자에 관한 것으로, 더 상세하게는 블랙 매트릭 스 패턴이 형성된 블랙 매트릭스 필름을 구비하는 유기 전자 발광 소자에 관한 것이다.

전자 발광 소자는 능동 발광형 표시 소자로서 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라 응답 속도가 빠르다는 장점을 가지고 있어 차세대 표시 소자로서 주목을 받고 있다. 이러한 유기 전자 발광 소자는 발광층을 형성하는 물질에 따라 무기 전자 발광 소자와 유기 전자 발광 소자로 구분되는데, 유기 전자 발광 소자는 무기 전자 발광 소자에 비해 휘도, 응답속도 등의 특성이 우수하고, 컬러 디스플레이가 가능하다는 장점을 가지고 있다.

유기 전자 발광 소자는 유리 또는 기타의 투명 절연 기판 상에 소정 패턴으로 양극인 투명 전극을 형성하고, 상기 투명 전극상에 유기 발광막 및, 상기 투명 전극에 직교하는 소정 패턴으로 음극인 금속막을 순차적으로 적층함으로써 형성된 것이다. 유기 발광막은 공지된 바와 같이 하부로부터 홀 수송층, 발광층, 전자 수송층이 순차로 적층된 구조이고, 이는 유기 화합물로 이루어진 유기막들이다. 이러한 유기막들을 형성하는 재료로는 프탈로시아닌(CuPc: copper phthalocyanine), N,N-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐-벤지딘(N,N'-Di(naphthalene-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine: NPB) , 트리스-8-하이드록시퀴놀린 알루미늄(tris-8-hydroxyquinoline aluminum)(Alq3)등이 이용된다.

상술한 바와 같이 구성된 이러한 유기 전자 발광 소자의 양극(투명 전극) 및 음극(금속 전극)에 전압을 인가하면 양극으로부터 주입된 홀(hole)이 홀 수송층을 경유하여 발광층으로 이동되고, 전자는 음극으로부터 전자 수송층을 경유하여 발광 층으로 주입된다. 이 발광층에서 전자와 홀이 재결합하여 여기자(exiton)를 생성하고, 이 여기자가 여기상태에서 기저상태로 변화됨에 따라, 발광층의 형광성 분자가 발광함으로써 화상이 형성된다.

도 1 에 도시된 것은 통상적인 유기 전자 발광 소자의 개략적인 구성을 도시하는 사시도이며, 도 2 에 도시된 것은 도 1 의 A-A 를 따라 절단한 단면도이다.

도면을 참조하면, 기판(11)의 표면에 투명 전극(12)이 스트립의 형상으로 형성되고, 상기 투명 전극(12)에 직교하는 방향으로 유기 발광막(13)과 금속 전극(14)이 스트립의 형상으로 적층되어 형성된다. 투명 전극(12)의 사이에는 내부 절연층(15)이 형성되어 투명 전극(12)들을 상호 절연하고, 금속 전극(14)의 사이에는 세퍼레이터층(16)이 형성되어 금속 전극(14)들을 상호 절연한다.

한편, 기판(11)의 외측 표면에는 원편광판(17)이 부착된다. 원편광판(17)은 화상 표시의 콘트라스트를 향상시키기 위해 기판의 표면에 부착되는 것이다. 투명 전극(12)과 금속 전극(14)에 전압이 인가되면 유기 발광막(17)에서 발광이 발생하고, 그러한 발광은 기판(11)을 통해서 표시된다. 발광은 원편광판(17)을 통과하게 되는데, 이때 원편광판의 편광 필름은 발광의 50 % 이상을 흡수하게 된다. 결과적으로, 발광 효율을 50 % 이상 저하시키게 된다. 또한 유기 전자 발광 소자는 자발광(自發光) 소자이기 때문에, 동일 휘도의 경우에는 외광이 밝으면 밝을수록 콘트라스트가 저하되는 결과를 가져온다는 문제점이 있다.

한편, 미국 특허 US 5,059,862, US 5,047,687, US 5,059,861 등과 일본 특개평 9-274990 호에도 유기 전자 발광 소자에 대하여 개시되어 있으나, 상기와 같은 문제점에 대해서는 인식하고 있지 않다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 발광 효율이 향상된 유기 전자 발광 소자를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 콘트라스트가 개선된 유기 전자 발광 소자를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 블랙 매트릭스 패턴을 구비한 블랙 매트릭스 필름을 구비한 유기 전자 발광 소자를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 투명 기판; 상기 투명 기판의 일 표면에 스트립 형상으로 평행하게 형성된 투명 전극들; 상기 투명 전극들의 길이 방향에 대하여 직각인 방향에서 스트립 형상으로 평행하게 연장되는 유기 발광층; 상기 유기 발광층의 상부에 적층되는 것으로 스트립 형상의 평행한 금속 전극들; 및, 상기 투명 기판의 다른 표면에 부착되는 것으로, 사각형의 투광부와 상기 투광부를 둘러싸는 발광부로 이루어진 블랙 매트릭스 패턴이 형성된 블랙 매트릭스 필름;을 구비하는 유기 전자 발광 소자가 제공된다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 평행한 투명 전극들 사이에 내부 절연층이 형성되고, 상기 평행한 금속 전극들 사이에 세퍼레이터가 형성된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 평행한 투명 전극들 사이에 사각형의 투광부와 상기 투광부를 둘러싸는 차광부로 이루어진 내부 절연층 패턴이 형성되 고, 상기 평행한 금속 전극들 사이에 사각형의 투광부와 상기 투광부를 둘러싸는 차광부로 이루어진 세퍼레이터 패턴이 형성된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 블랙 매트릭스 필름의 블랙 매트릭스 패턴과, 상기 내부 절연층 패턴과, 상기 세퍼레이터 패턴은 서로에 대하여 정렬된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 블랙 매트릭스 필름의 블랙 매트릭스 패턴의 사각형 투광부의 한 변의 길이(d2)는 10 내지 100 마이크로미터이고, 상기 투광부와 인접한 다른 투광부 사이의 간격(d2)은 10 내지 100 마이크로미터이다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 블랙 매트릭스 필름의 블랙 매트릭스 패턴의 사각형 투광부의 한 변의 길이(d2)는 상기 투광부와 인접한 다른 투광부 사이의 간격(d1)보다 크거나 같다. (d1≤d2)

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 기판의 두께를 d3 라고 하고, 외광이 상기 금속 전극에 의해서 반사되는 반사각을 θ라 할때, d2≥d3 tan(θ/180) 이다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 블랙 매트릭스 필름의 필름은 확산 비이드 또는 필라멘트가 혼합된 재료로부터 만들어짐으로써 확산층이 형성된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 블랙 매트릭스 필름의 필름을 상기 투명 기판에 접착시키는 접착제에는 확산 비이드 또는 필라멘트가 혼합됨으로써 확산층이 형성된다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 3 에 도시된 것은 본 발명에 따른 유기 전자 발광 소자의 제 1 실시예에 대한 개략적인 사시도이며, 도 4 에 도시된 것은 도 3 의 B-B 선을 따라서 절단한 단면도이다.

도면을 참조하면, 기판(31)의 표면에 투명 전극(32)들이 스트립의 형상으로 평행하게 형성된다. 투명 전극(32)의 상부에는 유기 발광막(33)이 적층되고, 다시 유기 발광막(33)의 상부에 금속 전극(34)이 적층된다. 상기 유기 발광막(33)과 금속 전극(34)은 상기 투명 전극(32)에 대하여 직교하는 방향으로 형성된다. 투명 전극(32)의 사이에는 내부 절연층(35)이 형성되어 투명 전극(32)들을 상호 절연하고, 금속 전극(34)의 사이에는 세퍼레이터층(36)이 형성되어 금속 전극(34)들을 상호 절연한다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 기판(31)의 외표면에는 블랙 매트릭스 필름(41)이 부착된다. 블랙 매트릭스 필름(41)은 필름(42)의 일 표면에 블랙 매트릭스 패턴(45)의 층을 형성한 것이다. 블랙 매트릭스 패턴(45)은 M 으로 표시된 원에 도시된 바와 같이, 도면 번호 45a 로 표시된 사각형의 투광부가 발광된 빛을 투과시키며, 다른 부분은 빛을 차단하게 된다. 즉, 빛을 투과시키는 사각형 부분인 투광부(45a)와, 상기 투광부(45a)를 둘러싸는 차광부(45b)로 이루어진다. 즉, 투광부(45a)가 직각 방향으로 소정의 간격을 간격을 두고 전개되는 것으로 형성된다.

이러한 블랙 매트릭스 패턴(45)은, 외광이 있을 경우에 외광이 유기 전자 발광 소자의 금속 전극(34)에 반사되어 나오는 것을 차단함으로써 콘트라스트를 향상시킬 수 있게 한다. 즉, 블랙 매트릭스 패턴(45)의 차광부(45b)와, 그에 의해서 투 영되는 그림자의 효과에 의해서 콘트라스트를 높일 수 있는 것이다.

한편, 블랙 매트릭스 패턴(45)에서 빛을 투과시키는 투광부(45a)에는 비이드(bead)나 필라멘트를 삽입함으로써 광 산란 작용을 할 수 있도록 하며, 그에 의해서 금속 전극(34)에서 반사한 빛이 전반사되지 않고 난반사됨으로써 전면으로 발광할 수 있게 된다. 따라서 발광 효율이 더욱 향상될 수 있다.

상기와 같은 블랙 매트릭스 필름(41)은 접착제를 이용하여 기판(31)의 표면에 부착되는 것이 바람직스럽다. 접착제에는 확산 비이드(bead) 또는 필라멘트가 혼합되어 있는 것이 바람직스럽다. 또한 블랙 매트릭스 필름(41)의 필름(42)도 확산 비이드나 또는 필라멘트를 혼합시켜서 만든 것이 바람직스럽다. 확산 비이드나 필라멘트는 광이 필름(42)이나 접착제 층을 통과할때 광을 산란시키는 역할을 한다. 광의 산란이 없는 경우에는, 전반사각 이상으로 반사되는 모든 외광들이 기판의 모서리 방향으로 나가버리게 되어 기판(31)의 외부로 광을 도출할 수 없다. 확산층이 있는 경우에는 전반사각 이상의 광에 대해서도 광을 확산시킴으로써 난반사시킬 수 있으며, 따라서 광을 외부로 도출할 수 있는 것이다. 실제에 있어서, 광확산층이 없는 경우에 비해서 광학산층이 있는 경우에는 광 효율이 160 % 로 향상되는 것으로 실험 결과 밝혀졌다.

한편, 접착제가 부착되지 아니하는 블랙 매트릭스 필름(41)의 표면에는 AR 코팅(anti reflection coating)을 함으로써 반사를 방지하는 것이 바람직스럽다. AR 코팅은 공지의 방법으로서 수행될 수 있다.

도 5 에 도시된 것은 본 발명에 따른 유기 전자 발광 소자의 제 2 실시예에 대한 개략적인 사시도이며, 도 6 에 도시된 것은 도 5 의 C-C 선을 따라서 절단한 단면도이고, 도 7 에 도시된 것은 도 5 의 B-B 선을 따라서 절단한 단면도이다.

도 5 를 참조하면, 유기 전자 발광 소자의 제 2 실시예의 전체적인 구조는 도 3 에 도시된 제 1 실시예의 전체적인 구조와 유사하다. 즉, 기판(31)의 표면에 투명 전극(32)들이 스트립의 형상으로 형성되고, 투명 전극(32)의 상부에는 유기 발광막(33)이 직교 방향으로 적층되고, 다시 유기 발광막(33)의 상부에 금속 전극(34)이 적층된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 투명 전극(32)들 사이에 형성되는 내부 절연층이 소정의 패턴을 가지는 내부 절연층 패턴(51)으로서 형성되고, 또한 금속 전극(34)들 사이에 형성되는 세퍼레이터층은 소정의 패턴을 가지는 세퍼레이터 패턴(52)으로서 형성된다. 이러한 내부 절연층 패턴(51)과 세퍼레이터 패턴(52)은 기판의 하부에 부착되는 블랙 매트릭스 필름(55)의 블랙 매트릭스 패턴과 대응되도록 형성된다.

도 5 에서 알 수 있는 바와 같이, 투명 전극(32)의 사이에는 내부 절연층 패턴(51)이 형성되는데, 내부 절연층 패턴(51)은 내부 절연층에 투광부(51a)과 차광부(51b)가 형성된 것이다. 투광부(51a)는 직각 방향으로 전개되는 다수의 사각형으로 형성되고, 차광부(51b)는 상기 투광부(51a)를 둘러싸도록 형성된다. 한편, 세퍼레이터 패턴(52)도 도면에 도시된 바와 같이 투광부(52a)와 차광부(52b)가 형성된 것이다. 이와 같은 내부 절연층 패턴(51)과 세퍼레이터 패턴(52)은 기판(31)에 부착되는 블랙 매트릭스 필름(55)의 블랙 매트릭스 패턴에 대하여 대응하는 상태로 정렬될 것이다.

도 6 에 도시된 것은 도 5 에서 C-C 선을 따라서 절단한 단면도이다.

도면을 참조하면, 기판(31)의 상부 표면에 일 방향으로 형성된 투명 전극(32)의 상부에는 직교하는 방향으로 유기 발광막(33)이 소정 패턴으로 형성되고, 그 위에 다시 투명 전극(32)이 적층된다. 세퍼레이터 패턴(52)은 금속 전극(34)들의 상호 절연을 위해서 그들 사이에 형성되는 것으로서, 위에서 설명한 투광부(52a)와 차광부(52b)를 가진 소정의 패턴으로써 형성된다. 상기의 세퍼레이터 패턴(52)은 블랙 매트릭스 필름의 투광부(57a)와 차광부(57b)로 이루어진 블랙 매트릭스 패턴(54)과 상호 대응되는 관계로 정렬된다.

도 7 에 도시된 것은 도 5 에서 D-D 선을 따라서 절단한 단면도이다.

도면을 참조하면, 투명 전극(32)들의 사이에 내부 절연층 패턴(51)이 형성되어 있다. 내부 절연층 패턴(51)은 투명 전극(32)들의 상호 절연을 위해서 투명 전극(32)의 사이에 형성되는 것으로서, 투광부(51a)와 차광부(51b)로 이루어진다. 또한, 세퍼레이터 패턴(52)이 금속 전극(34)의 길이 방향으로 따라서 형성된 것을 알 수 있다. 세퍼레이터 패턴(52)의 투광부(52a) 및, 차광부(52b)는 상기 내부 절연층 패턴(51)의 투광부(51a)와 차광부(51b)에 대하여 각각 정렬되게 형성된다. 도 7 에서 알 수 있는 바와 같이, 투명 전극(32)의 사이에서는 내부 절연층 패턴(51)의 상부에 세퍼레이터 패턴(52)이 형성되고, 금속 전극(34)들의 사이에서는 투명 전극(32)의 상부 표면에 세퍼레이터 패턴(52)이 형성되는 것을 알 수 있다. 이와 같이 형성된 내부 절연층 패턴(51)과 세퍼레이터 패턴(52)은 블랙 매트릭스 필름(53)의 패턴과 상호 대응한다.

도 8 에 도시된 것은 기판(31)에 블랙 매트릭스 필름이 부착된 것을 도시한 단면도이다.

도면을 참조하면, 블랙 매트릭스 필름(53)의 투광부(57a)의 일 변의 폭은 d2 로 표시되어 있고, 투광부(57a)들의 각 변 사이의 간격은 d1 으로 표시되어 있다. d1 과 d2 의 길이는 대략 10 내지 100 마이크로미터 범위내에서 정할 수 있다. 또한 d1≤d2 인 것이 바람직스럽다. 이때, d2 의 길이는 기판(31)의 두께인 d3 에 의해서 결정할 수 있다. 외광이 유기 전자 발광 소자에 대하여 입사되면 금속 전극에 의해서 반사되므로, 그 반사 각도를 고려하여 결정할 수 있다. 즉, 반사각을 θ라고 했을 경우에, 반사각(θ)은 상기 d2 의 일 단부로부터 두께 방향으로 연장된 수직선과, 상기 수직선과 상기 기판(32)의 상부 표면이 교차하는 지점으로부터 상기 d2 의 다른 단부로 연장된 사선이 이루는 각도를 나타낸다. 따라서, tan(θ/180) = d2/d3 로 정의되며, d2≥d3 tan(θ/180)의 조건을 충족시키는 것이 바람직스럽다. 예를 들면 d3 가 0.7 mm 이고, 반사각이 5°일 경우에, d3 x tan (θ/180)=19.4 마이크로이다. 즉, d2≥19.4 마이크로미터이면 금속 전극에 의한 반사를 억제할 수 있다.

위에 설명된 바와 같은 블랙 매트릭스 필름은 PET 등과 같은 범용 필름에 리소그래피나 스크린 인쇄와 같은 범용의 인쇄 기술을 이용하여 제작될 수 있다.

본 발명에 따른 유기 전자 발광 소자는 블랙 매트릭스 패턴을 구비한 블랙 매트릭스 필름으로 콘트라스트를 향상시키고, 또한 확산층에서 광 방출 효율을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다. 원편광판을 사용하지 않으면서 확산층으로 광 취출 효율을 올리기 때문에, 발광 효율이 종래보다 50 % 이상 향상된다. 또한 원편광판을 사용하지 않으므로 저렴한 가격으로 소자를 제작할 수 있다는 장점이 있다. 또한 블랙 매트릭스 필름을 통하여 콘트라스트를 올리기 때문에 외광이 강한 정도로 콘트라스트는 향상된다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (9)

1. 투명 기판;

   상기 투명 기판의 일 표면에 스트립 형상으로 평행하게 형성된 투명 전극들;

   상기 투명 전극들의 길이 방향에 대하여 직각인 방향에서 스트립 형상으로 평행하게 연장되는 유기 발광층;

   상기 유기 발광층의 상부에 적층되는 것으로 스트립 형상의 평행한 금속 전극들; 및,

   상기 투명 기판의 다른 표면에 부착되는 것으로, 사각형의 투광부와 상기 투광부를 둘러싸는 발광부로 이루어진 블랙 매트릭스 패턴이 형성된 블랙 매트릭스 필름;을 구비하는 유기 전자 발광 소자.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 평행한 투명 전극들 사이에 내부 절연층이 형성되고, 상기 평행한 금속 전극들 사이에 세퍼레이터가 형성된 것을 특징으로 하는 유기 전자 발광 소자.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 평행한 투명 전극들 사이에 사각형의 투광부와 상기 투광부를 둘러싸는 차광부로 이루어진 내부 절연층 패턴이 형성되고, 상기 평행한 금속 전극들 사이에 사각형의 투광부와 상기 투광부를 둘러싸는 차광부로 이루어진 세퍼레이터 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 유기 전자 발광 소자.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 블랙 매트릭스 필름의 블랙 매트릭스 패턴과, 상기 내부 절연층 패턴과, 상기 세퍼레이터 패턴은 서로에 대하여 정렬되는 것을 특징으로 하는 유기 전자 발광 소자.
5. 제 1 항에 있어서,

   블랙 매트릭스 필름의 블랙 매트릭스 패턴의 사각형 투광부의 한 변의 길이(d2)는 10 내지 100 마이크로미터이고, 상기 투광부와 인접한 다른 투광부 사 이의 간격(d2)은 10 내지 100 마이크로미터인 것을 특징으로 하는 유기 전자 발광 소자.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 블랙 매트릭스 필름의 블랙 매트릭스 패턴의 사각형 투광부의 한 변의 길이(d2)는 상기 투광부와 인접한 다른 투광부 사이의 간격(d1)보다 크거나 같은 것(d1≤d2)을 특징으로 하는 유기 전자 발광 소자.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 기판의 두께를 d3 라고 하고, 외광이 상기 금속 전극에 의해서 반사되는 반사각을 θ라 할때, d2≥d3 tan(θ/180) 인 것을 특징으로 하는 유기 전자 발광 소자.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 블랙 매트릭스 필름의 필름은 확산 비이드 또는 필라멘트가 혼합된 재료로부터 만들어짐으로써 확산층이 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 전자 발광 소자.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 블랙 매트릭스 필름의 필름을 상기 투명 기판에 접착시키는 접착제에는 확산 비이드 또는 필라멘트가 혼합됨으로써 확산층이 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 전자 발광 소자.

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