KR100966258B1 - 태양전지가 내장된 유기 전기발광 소자 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 태양전지가 내장된 유기 전기발광 소자는 기판, 기판의 일측에 형성되는 유기 전기발광 디스플레이, 기판의 타측에 형성되며 유기 전기발광 디스플레이와 동시에 형성되는 실리콘 태양전지, 실리콘 태양전지로부터 발생한 전원을 유기 전기발광 디스플레이로 공급하는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

태양전지, 비정질 실리콘, 능동형, 유기EL

Description

태양전지가 내장된 유기 전기발광 소자 및 이의 제조방법 {Organic electro luminescence device with built-in solar battery and making method thereof}

도 1은 본 발명에 따른 태양전지가 내장된 유기 전기발광 소자의 구성을 보인 블럭도이다.

도 2는 본 발명에 따른 태양전지를 보인 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 태양전지가 내장된 유기 전기발광 소자의 제조방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.

본 발명은 태양전지가 내장된 유기 전기발광 소자 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비정질실리콘을 이용한 태양전지와 유기 전기발광 소자를 동일 기판상에 제작하여 별도의 외부전원을 필요로 하지 않는 태양전지가 내장된 유기 전기발광 소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

유기 전기발광 소자란 백라이트가 필요한 기존의 다른 디스플레이 장치와 달 리 기판상에 형광체 유기화합물을 발라 전류를 흘려주면 자체적으로 발광하여 문자와 영상을 표시하는 디스플레이 소자이다.

이러한 유기 전기발광 소자는 박막액정표시장치(TFT LCD)보다 시야각이 넓고 응답속도가 빠르며, 백라이트가 불필요하여 두께가 박막액정표시장치의 1/3가량으로 얇고 가벼운 장점이 있다.

유기 전기발광 소자의 적용가능 분야를 살펴보면, 이동전화 단말기나 PDA 등의 휴대용 정보기기와 디지털 카메라, 캠코더, 휴대용 게임기 등 패널 사이즈가 작은 소형 디스플레이 기기, 또한 헤드 마운트 디스플레이나 전자북, 플렉서블 디스플레이(Flexible display), 대형 광고판, PC, TV 등의 분야에도 적용이 가능할 것으로 보인다.

현재 국내 디스플레이 업체들이 차세대 휴대용 정보기기의 가장 유력한 디스플레이로 부상하고 있는 유기 전기발광 소자 분야에 설비 투자를 본격화하고 있는 추세에 따라 이의 보급률이 증가되고 있으며, 이와 같은 유기 전기발광 소자를 적용한 휴대용 정보기기를 구동시키기 위해서는 별도의 배터리를 공급전원으로 사용하는 것이 일반적이다.

별도의 배터리를 이용할 경우 지속적으로 사용하려면 충전 및 교체를 필요로 하고, 충전에 따른 시간이 소요되며, 장시간 이동 및 사용시 충전기를 소지하여야 하는 불편함이 따른다.

이에, 등록실용신안 제 20-0320880 호에 유기 태양전지를 갖는 유기 전계 발광 디스플레이 모듈이 제시되었다. 상기의 유기 태양전지는 기판상에 ITO, 홀 억 셉터층, 전자 억셉터층, 금속막이 순차적으로 형성되어 유기 전기발광 소자와 함께 제작이 가능하고, 배터리의 충전 및 교체에 따른 불편함을 해소할 수는 있으나, 현재까지 알려진 바에 의하면 유기 태양전지는 최고변환효율이 7.45% 수준에 그쳐 그다지 효율적이지 못한 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 본 발명의 목적은 유기 전기발광 소자와 비정질 실리콘 태양전지를 동일 기판상에 형성하여, 외부전원을 필요로 하지 않으면서 높은 변환효율을 나타내는 태양전지가 내장된 유기 전기발광 소자를 제공하고자 하는데 있다.

본 발명의 다른 목적과 특징들은 이하에 서술되는 바람직한 실시예를 통하여 보다 명확하게 이해될 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 기판, 기판의 일측에 형성되는 유기 전기발광 디스플레이, 기판의 타측에 형성되며 유기 전기발광 디스플레이와 동시에 형성되는 실리콘 태양전지, 실리콘 태양전지로부터 발생한 전원을 유기 전기발광 디스플레이로 공급하는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지가 내장된 유기 전기발광 소자가 제공된다.

바람직하게, 유기 전기발광 디스플레이의 구동방식은 액티브 매트릭스 형태 일 수 있다.

또한 바람직하게, 실리콘 태양전지는 비정질 실리콘을 이용하여 제작될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 동일 기판에 유기 전기발광 디스플레이와 실리콘 태양전지가 동시에 형성되는 태양전지가 내장된 유기 전기발광 소자에 적용되며, 유기 전기발광 디스플레이의 게이트 패턴과 실리콘 태양전지의 하부전극을 형성하는 단계, 유기 전기발광 디스플레이의 액티브 패턴과 실리콘 태양전지의 n형 영역을 형성하는 단계, 유기 전기발광 디스플레이의 액티브 패턴과 실리콘 태양전지의 pn 접합영역을 형성하는 단계, 유기 전기발광 디스플레이의 소스 및 드레인 패턴과 실리콘 태양전지의 상부전극을 형성하는 단계, 유기 전기발광 디스플레이와 실리콘 태양전지의 보호층 패턴을 형성하는 단계, 유기 전기발광 디스플레이의 ITO 픽셀 패턴과 실리콘 태양전지의 보호층 패턴을 형성하는 단계, 유기 전기발광 디스플레이의 유기박막을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지가 내장된 유기 전기발광 소자의 제조방법이 제공된다.

바람직하게, 유기 전기발광 디스플레이의 유기박막을 산소 및 수분으로부터 보호하기 위해 캡을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 태양전지가 내장된 유기 전기발광 소자의 구성을 보 인 블럭도이다.

본 발명에 따른 태양전지가 내장된 유기 전기발광 소자는 동일 기판(10)에 동시에 형성되는 유기 전기발광 디스플레이(20)와, 유기 전기발광 디스플레이(20)를 구동시키기 위한 전원을 발생시키는 태양전지(40), 그리고 태양전지(40)로부터 발생되는 전원을 유기 전기발광 디스플레이(20)로 공급하는 구동부(30)로 이루어진다.

기판(10)은 통상적으로 유리를 사용하나, 경우에 따라서는 구부림이 가능한 플라스틱이나 필름 종류를 적용할 수 있으며, 재질에 제한을 두지 않는다.

유기 전기발광 디스플레이(20)는 기판(10)의 일측에 형성되며, 양극(Anode), 정공 주입층(HIL; Hole Injection Layer), 정공 수송층(HTL; Hole Transport Layer), 유기 발광층(EML; Emitting Layer), 전자 수송층(ETL; Electron Transport Layer), 전자 주입층(EIL; Electron Injection Layer), 음극(Cathode)이 순차적으로 기판(10)에 적층된 구조이다.

바람직하게, 유기 전기발광 소자의 특성을 개선하기 위한 방안으로 상기의 구조에 정공 블러킹층을 추가로 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 유기 전기발광 디스플레이(20)는 제품의 수명 및 전기광학특성이 더 우수한 제품을 제공하기 위하여 능동형 방식으로 제작되며, 이를 보다 상세히 살펴보면 하기와 같다.

유기 전기발광 소자에 적용되는 구동방식은 능동형(Active matrix) 방식과 수동형(Passive matrix) 방식으로 분류되는데, 능동형은 박막 트랜지스터의 형태로 존재하고, 수동형은 캐소드와 애노드의 연속배열 형태로 존재한다.

수동형 방식으로 풀-칼라를 구현하기 위해서는 전류밀도의 증가에 의한 소비전력의 증가와 발광효율의 감소, 낮은 구동전압에 기인한 높은 전류밀도 등의 기술적인 장해요인을 고려하여야 하며, 이는 낮은 전류밀도에서 고효율의 발광이 가능한 능동형 방식을 적용함으로써 해결할 수 있다.

능동형 방식은 디스플레이를 보다 빠른 속도로 운용할 수 있기 때문에 수동형 방식보다 색상 대비 특성(Contrast)이 우수하고, 이로 인해 더욱 선명한 화질을 구현할 수 있으며, 화면 깜빡임이 적고 반응시간이 개선되어 동영상의 재생시 우수한 특성을 나타낸다.

구동부(30)는 태양전지(40)로부터 발생되는 전원을 유기 전기발광 디스플레이(20)로 공급하여 유기 전기발광 디스플레이(20)가 구동될 수 있도록 하며, 드라이브-IC를 포함한 모듈 부품일 수 있다.

태양전지(40)는 기판(10)의 타측에 형성되어 태양 빛(photons)을 반도체의 성질을 이용하여 전기에너지로 변환시키는 태양광전지로, 발생된 전기에너지를 구동부(30)를 통해 유기 전기발광 디스플레이(20)로 공급함으로써 유기 전기발광 디스플레이(20)의 구동원을 제공하며, 본 발명에서는 비정질 실리콘을 이용하여 제작된다.

태양전지(40)의 기본원리를 간략히 살펴보면, 반도체 pn 접합으로 구성된 태양 전지에 태양광이 조사되면 광에너지에 의한 전자-양공 쌍이 여기되고, 전자와 양공이 이동하여 n층과 p층을 가로질러 전류가 흐르게 되는 광기전력 효과(photovoltaic effect)에 의해 기전력이 발생하여 외부에 접속된 부하에 전류가 흐르게 된다.

또한, 지표면에 도달하는 태양 빛의 에너지는 평균 1KW/㎡이므로, 변환효율을 15%로 가정하면 150W/㎡이며, 디스플레이에서 사용하는 소비전력을 1인치당 100mW라 하였을 때 필요한 태양전지의 면적은 667㎟(100mW/150W/㎡)로 25.8㎜×25.8㎜의 면적을 필요로 한다.

또한, 디스플레이의 대형화에 따른 소비전력을 예측해 보면, 일반적으로 이동통신 단말기의 크기가 80㎜×50㎜ 이하라고 가정하고, 이중에서 50%를 태양전지로 사용할 경우, 300mW(150W/㎡×2000㎟)정도의 소비전력까지 가능하다.

본 발명에서는 전술한 바와 같은 유기 전기발광 디스플레이(20)와 태양전지(40)가 동일한 기판(10)에 동시에 형성됨으로써, 유기 전기발광 디스플레이(20)가 외부로부터 전원을 공급받지 않더라도 태양전지(40)로부터 충분한 전원을 공급받을 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 태양전지를 보인 단면도로, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 적용되는 태양전지의 구조를 알 수 있다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 적용되는 태양전지(40)는 기판(10)상에 하부전극(41), n형 영역(42), p/n접합영역(43), 상부전극(44), 보호층(45)이 순차적으로 적층된다.

하부전극(41)으로는 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr) 등이 적용될 수 있으며, 하부전극(44)으로는 몰리브덴, 알루미늄 등이 적용될 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 태양전지가 내장된 유기 전기발광 소자의 제조방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.

본 발명에 따른 태양전지가 내장된 유기 전기발광 소자는 하나의 기판(10)상에 유기 전기발광 디스플레이(20)와 태양전지(40)를 모두 형성하기 위하여 각 단계마다 각기 다른 마스크(마스크 #1 내지 #6)를 적용함으로써, 유기 전기발광 디스플레이(20)와 태양전지(40)의 각 영역을 형성할 수 있다.

기판(10)위에 스퍼터링으로 하부전극용 금속을 증착하고, 포토리소그래피 방법으로 마스크 #1을 사용하여 기판(10)의 유기 전기발광 디스플레이(20)가 형성되는 영역에는 게이트 패턴을 형성하고, 기판(10)의 태양전지(40)가 형성되는 영역에는 하부전극을 형성한다.

게이트 패턴과 하부전극이 형성되면, 액티브 영역을 성막 후 포토리소그래피 방법으로 액티브/pn접합 중 n 부분을 형성하는데, 마스크 #2를 사용하여 유기 전기발광 디스플레이(20)가 형성되는 영역에는 액티브 패턴을 형성하고, 태양전지(40)가 형성되는 영역에는 n형 영역을 형성한다.

이후, 마스크 #3을 이용하여 유기 전기발광 디스플레이(20)가 형성되는 영역에는 액티브 패턴을 형성하고, 태양전지(40)가 형성되는 영역에는 p/n 접합영역을 형성한다. 이때, p형 비정질 실리콘 영역을 성막 또는 이온-도핑 및 이온-임플란테이션 등의 방법으로 p/n접합영역을 형성한다.

이후, 소스/드레인용 금속을 성막하고, 포토리소그래피 방법으로 마스크 #4을 이용하여 유기 전기발광 디스플레이(20)가 형성되는 영역에는 소스/드레인 패턴 을 형성하고, 태양전지(40)가 형성되는 영역에는 상부전극을 형성한다.

소스/드레인과 상부전극을 형성한 후, 보호막을 성막하고, 포토리소그래피 방법으로 마스크 #5를 이용하여 두 영역에 각각 보호층을 형성한다.

이후 ITO 박막을 성막하고, 포토리소그래피 방법으로 마스크 #6을 이용하여 유기 전기발광 디스플레이(20)가 형성되는 영역에는 ITO 픽셀 영역을 형성하고, 태양전지(40)가 형성되는 영역에는 보호층을 형성한다.

전술한 바와 같이 태양전지를 형성한 후, 유기 전기발광 디스플레이(20)의 정공 주입층, 정공 수송층, 유기 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층, 음극을 순차적으로 형성하며, 유기물이 공기중의 산소와 수분 등의 영향을 받지 않도록 하기 위하여 인캡슐레이션 공정을 통해 캡을 형성하여 기판상의 공정을 완료한다.

본 발명에 따른 태양전지가 내장된 유기 전기발광 소자에 적용되는 태양전지는 비정질 실리콘을 이용하여 제작됨으로써, 변환효율이 유기 태양전지에 비하여 2배 이상으로 높아 실용화에 용이하다.

또한, 능동형 유기 전기발광 소자는 비정질 실리콘 또는 비정질 실리콘을 성막 후 열적결정화방법 또는 레이저를 이용한 결정화 방법으로 제작한 다결정 실리콘을 이용하여 제작하는 것이 바람직하며, 능동형 유기 전기발광 소자를 제작함으로써, 구동방법상의 차이로 인해 발생하는 소비전력, 제품수명 등의 문제점을 해소할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 당업자에 의해 적절하게 변경하거나 변형할 수 있다. 이와 같은 변경이나 변형은 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 한, 본 발명의 권리범위에 속하는 것은 당연하다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 이하에 서술되는 특허의 청구범위에 의해 정해져야 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 태양전지가 내장된 유기 전기발광 소자는 유기 전기발광 소자와 비정질 실리콘 태양전지를 동일 기판상에 형성하여 외부전원을 공급받지 않더라도 내부에서 구동전원을 공급받을 수 있으며, 이로 인해 배터리의 충전 및 교체를 필요로 하지 않아 사용상의 편의성을 제공할 수 있는 이점이 있다.

또한, 무기박막인 비정질 실리콘을 이용한 태양전지이므로 효율이 좋으며, 능동형 구동방식의 유기 전기발광 소자이므로 제품의 수명 및 전기광학특성이 더욱 우수한 제품의 제작이 가능한 이점이 있다.

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 동일 기판에 유기 전기발광 디스플레이와 실리콘 태양전지를 동시에 형성하는 단계를 포함하는 태양전지가 내장된 유기 전기발광 소자의 제조방법으로서,

   상기 유기 전기발광 디스플레이의 게이트 패턴과 상기 실리콘 태양전지의 하부전극을 형성하는 단계;

   상기 유기 전기발광 디스플레이의 액티브 패턴과 상기 실리콘 태양전지의 n형 영역을 형성하는 단계;

   상기 유기 전기발광 디스플레이의 액티브 패턴과 상기 실리콘 태양전지의 pn 접합영역을 형성하는 단계;

   상기 유기 전기발광 디스플레이의 소스 및 드레인 패턴과 상기 실리콘 태양전지의 상부전극을 형성하는 단계;

   상기 유기 전기발광 디스플레이와 상기 실리콘 태양전지의 보호층 패턴을 형성하는 단계;

   상기 유기 전기발광 디스플레이의 ITO 픽셀 패턴과 상기 실리콘 태양전지의 보호층 패턴을 형성하는 단계; 및

   상기 유기 전기발광 디스플레이의 유기박막을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지가 내장된 유기 전기발광 소자의 제조방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 유기 전기발광 디스플레이의 유기박막 상에 상기 유기 박막을 보호하기 위한 캡을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지가 내장된 유기 전기발광 소자의 제조방법.
6. 제 4항에 있어서, 상기 유기 전기발광 디스플레이의 유기박막을 증착하는 단계를 정공주입층, 정공수송층, 유기발광층, 전자수송층 및 전자주입층을 순차적으로 형성하는 단계를 포함하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지가 내장된 유기 전기발광 소자의 제조방법.
7. 제 6항에 있어서, 상기 전자 주입층 위에 음극을 형성하는 단계를 더 포함하는 태양전지가 내장된 유기전지발광 소자의 제조방법.

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