KR20040020197A - 편광 유기 전기 발광 소자 및 그 제조 방법과, 이를이용한 액정 디스플레이 장치 - Google Patents

편광 유기 전기 발광 소자 및 그 제조 방법과, 이를이용한 액정 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 편광 유기 전기 발광 소자 및 그 제조 방법과 및 이를 이용한 액정 디스플레이 장치에 관한 것으로, 자체 편광된 발광 기능을 가지는 편광 유기 전기 발광 소자와 이를 백라이트로 이용하는 LCD에 관한 것이다.
본 발명은 (a) 기판에 제 1전극을 형성하는 단계와; (b) 상기 제 1전극 위에 유기 분자막을 형성하는 단계와; (c) 상기 유기 분자막을 상기 기판에 대하여 일정 방향으로 배향시켜서 제 1배향막을 형성하는 단계와; (d) 상기 제 1배향막 위에 제 2배향막을 형성하는 단계와; (e) 상기 제 2배향막 위에 제 2전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 유기 전기 발광 소자의 제조 방법을 제공한다.

Description

편광 유기 전기 발광 소자 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 액정 디스플레이 장치{Polarized Organic Electroluminescent Devices And Fabricating Process Thereof, Liquid Crystal Display Using The Same}
본 발명은 편광 유기 전기 발광 소자 및 그 제조 방법과 및 이를 이용한 액정 디스플레이 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자체 편광된 발광 기능을 가지는 편광 유기 전기 발광 소자와 이를 백라이트로 이용하는 LCD에 관한 것이다.
일반적으로, 종래의 액정 디스플레이(LCD) 장치는 두 개의 편광판을 사용하여 제작된다. 한 개의 편광판은 백라이트의 위에 위치하여 액정층으로 주입되는 빛을 편광시켜 주며, 다른 편광판은 칼라 필터 위에 위치하여 액정층을 통해 방출되는 빛을 통과 또는 차단시킨다. 이와 같은 구조를 가진 종래의 LCD 구조를 도 1에 나타내었다.
도 1에서 1a는 상부 편광판, 1b는 하부 편광판, 2는 컬러 필터 기판, 3은 블랙 매트릭스(Black Matrix), 4는 컬러 필터, 5는 공통전극(ITO), 6은 배향막, 7은 쇼트(Short), 8은 실런트(Sealant), 9는 본딩 패드(Bonding Pad), 10은 스페이서(Spacer), 11은 액정, 12는 화소 전극, 13은 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT), 14는 축적 용량, 15는 백라이트를 나타낸다.
상기와 같이 구성되는 종래의 액정 디스플레이는 도 2에 나타낸 바와 같이동작한다. 백라이트(15)로부터 입사된 빛은 하부 편광판(1b)을 거치면서 편광되며, 편광된 빛은 액정 분자의 장축 방향을 따라 돌면서 진행하므로, 도 2의 (A)와 같은 상태(ON)에서는 상부 편광판(1a)을 통과하지만, 도 2의 (B)와 같은 상태(OFF)에서는 상부 편광판(1b)에 의하여 차단된다.
따라서 종래의 액정 디스플레이 구조에서는 백라이트(15)에 발광되는 빛을 제어하기 위해서는 두 개의 편광판이 필수적이기 때문에 코스트를 상승시키면서 제품의 필수 구성 요소의 증가로 인한 신뢰성이 하락하는 문제점을 안고 있다.
그리고, 종래의 LCD에서 백라이트로 이용되는 광원은 5∼10mm의 자체 두께를 가지는 형광램프를 이용하기 때문에 LCD 자체 두께를 증가시키는 요인으로 작용하여 LCD의 박막화를 방해하는 요인으로 작용한다.
따라서, 본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 자체 두께가 매우 얇으면서 편광된 빛을 발생하는 편광 유기 전기 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
그리고, 본 발명은 상기 편광 유기 전기 발광 소자를 백라이트로 사용함으로써 한 개의 편광판으로 빛의 온/오프 제어가 가능하고, 패널의 두께가 얇은 액정 디스플레이 장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
도 1은 종래의 LCD 구조를 설명하기 위한 단면도.
도 2는 종래의 LCD에서 액정의 ON/OFF에 따른 빛 투과 상태를 설명하기 위한 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 OLEDs의 제조 공정을 설명하기 위한 공정도.
도 4는 러빙 처리되지 않은 α-7T 박막의 편광된 빛의 흡수도를 나타낸 그래프.
도 5는 러빙 처리된 α-7T 박막의 편광된 빛의 흡수도를 나타낸 그래프.
도 6은 HOBP-OXD 물질을 사용한 OLEDs의 편광 특성을 나타내는 그래프.
도 7은 p-sexiphenyl 물질을 사용한 OLEDs의 편광 특성을 나타내는 그래프.
도 8은 OLEDs의 구조(A)와, 유기 분자의 장축을 따라 편광되어 방출되는 빛의 상태를 나타낸 예시도.
도 9a∼도 9c는 LCD의 백라이트로 장착되는 편광 OLEDs 구조.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
20 : OLEDs21, 24 : 전극
22 : 유기 분자막22a : 배향전 유기 분자
22b : 제 1배향막22c : 제 2배향막
25 : 기판26 : 롤러
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판에 제 1전극을 형성하는 단계와; 상기 제 1전극 위에 유기 분자막을 형성하는 단계와; 상기 유기 분자막을 상기 기판에 대하여 일정 방향으로 배향시켜서 제 1배향막을 형성하는 단계와; 상기 제 1배향막 위에 제 2배향막을 형성하는 단계와; 상기 제 2배향막 위에 제 2전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 유기 전기 발광 소자의 제조 방법을 제공한다.
상기 유기 분자막은 막대 형태의 분자 중에서 방향성 제어가 가능한 물질로 이루어지고, 상기 제 1배향막을 형성하는 방법은 러빙 처리법, 광배향법, Vapor Phase Growth 방법, 기판의 온도 변화를 통한 배향법, 성막 속도 조절을 통한 배향법 중에서 한 방법이다.
본 발명은 기판과, 상기 기판 위에 형성된 제 1전극과, 상기 제 1전극 위에 일정 방향으로 배향 처리된 유기 분자막과, 상기 유기 분자막 위에 형성되어 상기 제 1전극과 함께 상기 유기 분자막에 전계를 가해 주는 제 2전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 유기 전기 발광 소자를 아울러 제공한다.
본 발명은 액정 디스플레이 장치에 있어서, 편광된 빛을 발생하는 편광 유기 전기 발광 소자와; 상기 편광 유기 전기 발광 소자로부터 발생되는 편광을 온오프시켜 주는 제어 소자와; 상기 제어 소자에 의하여 온/오프된 편광을 통과 또는 차단시켜 주는 편광판을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치를 제공한다.
상기 편광 유기 전기 발광 소자는 기판과, 상기 기판 위에 형성된 제 1전극과, 상기 전극 위에 일정 방향으로 배향 처리된 유기 분자막과, 상기 유기 분자막 위에 형성되어 상기 제 1전극과 함께 상기 유기 분자막에 전계를 가해 주는 제 2전극으로 구성된다.
(실시예)
이하에 상기한 본 발명을 바람직한 실시예가 도시된 첨부 도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명한다.
첨부한 도면, 도 3은 본 발명에 따른 OLEDs의 제조 공정을 설명하기 위한 공정도, 도 4는 러빙 처리되지 않은 α-7T 박막의 편광된 빛의 흡수도를 나타낸 그래프, 도 5는 러빙 처리된 α-7T 박막의 편광된 빛의 흡수도를 나타낸 그래프, 도 6은 HOBP-OXD 물질을 사용한 OLEDs의 편광 특성을 나타내는 그래프, 도 7은 p-sexiphenyl 물질을 사용한 OLEDs의 편광 특성을 나타내는 그래프, 도 8은 OLEDs의 구조(A)와, 유기 분자의 장축을 따라 편광되어 방출되는 빛의 상태를 나타낸 예시도, 도 9a∼도 9c는 LCD의 백라이트로 장착되는 편광 OLEDs 구조이다.
본 발명 중 편광 유기 전기 발광 소자에 대하여 먼저 설명한다.
본 발명의 편광 유기 전기 발광 소자는 도 3에 나타낸 바와 같이, 기판(25) 위에 형성된 제 1전극(21)에(도 3의 A 참조) 유기 분자막(22a)을 5∼10nm의 두께로 성장시킨다(도 3의 B 참조). 여기서, 상기 기판(25)에 성막된 유기 분자막의 유기 분자들은 기판(25)에 대하여 수직한 배향을 이루고 있어야 한다.
그리고, 상기 유기 분자막(22a)을 일정 방향 즉, 상기 기판(25)의 면 방향과 평행이면서 어느 한 방향으로 배향시키기 위하여, 부드러운 천이 감겨져 있는 롤러(26)를 사용하여 기판(25)에 수평한 방향으로 문지른다. 따라서, 상기 롤러(26)에 의하여 문질러진 유기 분자는 기판(25)에 수평한 배향을 형성한다(도 3의 C 참조).
상기와 같이 제 1배향막(22b)이 형성되면, 상기 제 1배향막(22b) 위에 40nm 정도의 동일한 유기 분자를 재성장시켜 제 2배향막(22c)을 형성한다(도 3의 D 참조).
이 때, 상기 제 2배향막(22c)은 제 1배향막(22b)이 이미 일정 방향으로 배향된 상태이기 때문에 배향된 상태로 성장된다.
그리고, 러빙 처리 후의 분자 배향 정도를 확인하기 위해 이방도(Dichroic Ratio)를 조사하였다. 도 4에 나타낸 바와 같이 러빙 처리되지 않은 α-7T 박막의 경우에 각기 수평으로 편광된 빛과 수직으로 편광된 빛을 조사하여 흡수도를 살펴본 결과 전 파장대에 걸쳐서 흡수도 차이가 없었으나, 도 5를 보면 러빙된 α-7T 박막에 러빙 분자 배향 방향에 각기 수평으로 편광된 빛과 수직으로 편광된 빛을 조사하여 흡수도를 살펴본 결과 러빙에 의해 438nm의 파장에서 4.2 정도의 이방도를 나타내었으며, 러빙에 의해 분자가 기판에 수평한 배향을 이루었음을 확인할 수 있다.
상기 이방도 검사는 X-ray diffraction 또는 UV/vis. 흡광도 스펙트럼을 통해 분자의 배향성 및 결정 상태를 확인하였으며, 예로써 UV/vis. 흡광도 스펙트럼을 통한 배향성의 확인은 아래의 이방도(Dichroic ratio) 수식인 수학식 1을 이용한다.
그리고, 유기 분자를 일정 방향으로 배향시키는 방법은 본 발명의 실시예에서 이용한 러빙법 외에도 광배향, Vapor Phase Growth 방법 등이 있다.
광배향법은 주로 고분자 물질의 방향성 제어를 목적으로 이루어지는 방법으로, 이는 UV를 형성된 고분자 막에 주사하는 방법이다. 따라서 원하는 방향으로의 배향은 편광된 UV를 사용함으로써 가능하다.
Vapor Phase Growth 방법은 가스의 stream과 벽의 온도를 이용하는 방법이다. 이러한 방법으로 형성된 막의 결정성 및 분자 방향성의 확인은 X-ray diffraction을 통해서 이루어진다.
또한, 분자의 방향성 제어를 위한 방법으로 이상의 방법 이외에도 기판의 온도를 변화시킴으로써 가능하며, 단순하게는 성막 속도의 조절을 통해서도 가능하다.
그리고, 도 6 및 도 7은 편광된 발광 특성을 갖는 유기 전기발광 소자들의 특성을 나타낸 그래프로써, 도 6은 HOBP-OXD 물질을 사용하여 편광 특성을 나타내는 유기 전기발광 소자의 특성으로 그래프에서 실선은 분자 장축에 평행한 EL, 점선은 분자 장축에 수직인 EL의 특성을 나타낸 것이다.
도 7은 p-sexiphenyl 물질을 사용하여 편광 특성을 나타내는 유기 전기 발광 소자의 특성 그래프로써, ●은 분자 장축에 평행한 EL, ○은 분자 장축에 수직인EL의 특성을 나타낸 것이다.
이와 같은 편광 특성 확인은 소자로부터의 발광을 각각 다른 위상의 편광판에 통과시켜 측정하는 방식의 편광 EL 측정을 통해 가능하다. 이 경우, 편광의 이방정도를 규정하기 위하여 수학식 2를 사용한다.
상기 IEL//,IEL┴은 분자가 배향된 방향에의 수평/수직 전기발광 세기를 표시한다.
상기와 같은 과정을 거친 편광 유기 전기 발광 소자의 구조를 정리하면 도 8에 나타낸 바와 같이, 기판(25) 위에 형성된 제 1전극(21)과, 상기 제 1전극(21) 위에 일정 방향으로 배향 처리된 유기 분자막(22)과, 상기 유기 분자막(22) 위에 형성되어 상기 제 1전극(21)과 함께 상기 유기 분자막(22)에 전계를 가해 주는 제 2전극(24)으로 구성된다.
한편, 상기와 같은 구조적 특징과 편광 특성을 가지는 빛을 발광하는 편광 유기 전기 발광 소자를 이용한 액정 디스플레이 장치는 상기 편광 유기 전기 발광 소자(20)와; 상기 편광 유기 전기 발광 소자(20)로부터 발생되는 편광을 온오프시켜 주기 위하여 TFT 소자와 액정 등으로 이루어진 제어 소자와; 상기 제어 소자에 의하여 온/오프된 편광을 통과 또는 차단시켜 주는 편광판으로 구성된다.
도 9a와 같이 분자 장축의 발광층으로부터 편광된 빛의 발광하는 편광OLEDs(Organic Electroluminescence Devices; 30)는 LCD의 백라이트로 사용되는데 있어서, 도 9b와 도 9c에 나타낸 바와 같은 구조를 가지는 OLEDs 소자를 적용할 수 있다.
도 9b와 같이 편광 OLEDs(30)가 위에서부터 양극(30), 유기물(32), 음극(33) 순으로 구성되어 있는 경우에는, 투명 전극인 ITO로 이루어진 양극(31)을 빛이 통과하는 것이므로 광손실이 비교적 적은 반면, 도 9c와 같이 편광 OLEDs(30)가 위에서부터 음극(35), 유기물(36), 양극(37) 순으로 구성되어 있는 경우에는 금속 전극으로 이루어진 음극(35)을 빛이 통과하므로 광손실이 발생한다.
하지만 현재 이러한 광손실을 줄여주는 구조로써 음극을 ITO로 하여 제작된 소자가 보고되고 있다. 이 경우 음극의 투명도는 80% 정도로써 금속 전극의 60% 정도에 비해 훨씬 효율적인 것이다.
따라서, 상기와 같은 액정 디스플레이 장치는 기존의 장치에 비하여 단 한 개의 편광판만으로도 구성이 가능하며, 특히 편광 유기 전기 발광 소자의 두께가 200∼250nm 정도로 얇아서 액정 디스플레이 장치 전체 두께를 매우 얇게 구성할 수 있는 것이다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명은 첫째, 편광판 중 하나를 제거할 수 있으므로 액정 디스플레이 장치의 구조를 단순하게 해 준다.
둘째, 박막 형태의 OLEDs를 사용함으로써 백라이트의 두께를 극복할 수 있어서 경량 및 박형화가 가능하다.
셋째, 기존의 형광 램프에 의한 백라이트가 소모하는 전력량에 비하여 전력 소모가 적은 OLEDs를 이용함으로써 전력 소모량을 줄일 수 있어서 휴대용 기기의 전지 사용 시간을 연장시켜 준다.
넷째, OLEDs의 휘도가 높고, 광량 손실을 초래하는 편광관 중에서 한 개를 제거함으로써 디스플레이의 휘도를 향상시켜 준다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예로 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (7)

  1. (a) 기판에 제 1전극을 형성하는 단계와;
    (b) 상기 제 1전극 위에 유기 분자막을 형성하는 단계와;
    (c) 상기 유기 분자막을 상기 기판에 대하여 일정 방향으로 배향시켜서 제 1배향막을 형성하는 단계와;
    (d) 상기 제 1배향막 위에 제 2배향막을 형성하는 단계와;
    (e) 상기 제 2배향막 위에 제 2전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 유기 전기 발광 소자의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 유기 분자막은 막대 형태의 분자 중에서 방향성 제어가 가능한 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 편광 유기 전기 발광 소자의 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 1배향막은 러빙 처리법, 광배향법, Vapor Phase Growth 방법, 기판의 온도 변화를 통한 배향법, 성막 속도 조절을 통한 배향법 중에서 선택된 어느 한 방법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 편광 유기 전기 발광 소자의 제조 방법.
  4. 기판과,
    상기 기판 위에 형성된 제 1전극과,
    상기 제 1전극 위에 일정 방향으로 배향 처리된 유기 분자막과,
    상기 유기 분자막 위에 형성되어 상기 제 1전극과 함께 상기 유기 분자막에 전계를 가해 주는 제 2전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 유기 전기 발광 소자.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 유기 분자막은 방향성 제어가 가능한 분자 중에서 분자의 장축을 따라 빛을 내는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 편광 유기 전기 발광 소자의 제조 방법.
  6. 액정 디스플레이 장치에 있어서,
    편광된 빛을 발생하는 편광 유기 전기 발광 소자와;
    상기 편광 유기 전기 발광 소자로부터 발생되는 편광을 온오프시켜 주는 제어 소자와;
    상기 제어 소자에 의하여 온/오프된 편광을 통과 또는 차단시켜 주는 편광판을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 유기 전기 발광 소자를 이용한 액정 디스플레이 장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 편광 유기 전기 발광 소자는 기판과, 상기 기판 위에 형성된 제 1전극과, 상기 전극 위에 일정 방향으로 배향 처리된 유기 분자막과, 상기 유기 분자막 위에 형성되어 상기 제 1전극과 함께 상기 유기 분자막에 전계를 가해 주는 제 2전극으로 구성된 것을 특징으로 하는 편광 유기 전기 발광 소자를 이용한 액정 디스플레이 장치.
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