KR20050102361A - 적층형 유기 발광 소자 - Google Patents

적층형 유기 발광 소자 Download PDF

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KR20050102361A
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Abstract

본 발명은 적색, 녹색, 청색 색상을 순차적으로 발광시키는 필드 시퀀셜 칼라 방식을 이용한 자체 발광형이며 면광원으로 사용 가능한 적녹청(RGB) 삼색의 발광층을 가진 적층형 유기 발광 소자에 관한 것이다.
본 발명에서는 발광층이 3층으로 적층되어 있는 구조로, 그 적층된 발광층의 사이에는 양전극 또는 음전극이 되도록 반투과 메탈 버퍼층을 포함하는 ITO 투명 전극을 구성한 유기 발광 소자의 구조를 가진다. 특히, 상기 발광층 중 최상위층은 청색 발광층으로 구성되며, 적색, 녹색 발광층은 순서에 상관없이 적층되어 구성된다. 상기 구비된 발광층을 각각 스위칭 소자가 온/오프 동작제어를 하게 되며, 그 상기 유기 발광 소자 위에 위치한 액정을 이용하여 그레이 스케일(gray scale)을 조절함으로써 디스플레이를 구성하게 된다.
또한, 유기 발광 소자가 적층되어진 기판 반대 면을 따라 발광된 빛의 직진성을 좋게 하기 위하여 투명한 확산층을 도포하여 고휘도의 발광 효율을 갖게 한다.

Description

적층형 유기 발광 소자{STACKING ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE}
본 발명은 유리 또는 가요성 필름에 의한 액정 표시 장치에 적용되는 적층형 유기 발광 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 적색, 녹색, 청색 색상을 순차적으로 발광시키는 필드 시퀀셜 칼라(Field Sequential Color) 방식을 이용하여 자체 발광형이며 면광원으로 사용 가능한 적층형 유기 발광 소자에 관한 것이다.
일반적으로 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display ; LCD)는 두개의 유리 기판 사이에 들어 있는 액정물질에 외부에서 전압을 인가하고, 이 전압의 세기를 조절하여 기판에 투과되는 빛의 양을 조절할 수 있는 액정의 전기 광학적인 특성을 사용한 디스플레이 기구이다. 상기 액정 표시 장치는 공간적 혼색 즉, 발광 방식과 시간적 혼색 즉, 필드 시퀀셜 칼라 방식으로 구분된다.
도 1은 종래 기술에 의한 발광 방식의 액정 표시 장치의 구조를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
상기 첨부도면 도 1을 참조하면, 액정 표시 장치(10)의 구조는 백라이트 유닛(11), 액정(12), 칼라필터(13) 부분으로 나눌 수 있다. 상기 액정(12)은 스스로 빛을 내지 못하고 단순히 빛의 양을 조절하는 기능만 함으로 빛의 공급원으로 백라이트 유닛(11)을 사용하는데, 상기 백라이트 유닛(11)은 액정 표시 장치(10)의 발광원 뿐만 아니라, 조명, 간판 등과 같은 면광원 장치에도 사용할 수 있다.
상기 백라이트 유닛(11)은 광원의 배치 형태에 따라서, 직하 발광형(direct light type)과 가장자리 발광형(edge light type)으로 분류할 수 있다.
도 2는 직하 발광형 방식의 백라이트 유닛에 대한 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 3은 가장자리 발광형 방식의 백라이트 유닛에 대한 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
상기 첨부도면 도 2를 참조하면, 직하 발광형 백라이트 유닛(20)은 여러 광원(21)이 일정한 간격으로 배치되어 있고, 상기 광원(21)의 하부에 설치된 반사판(22)과, 상기 반사판(22)의 하부에 설치된 보호판(23)과, 상기 광원(21)의 상부에 설치된 확산판(24)과, 상기 확산판(24)의 상부에 설치된 프리즘판(25)을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 첨부도면 도 3을 참조하면, 가장자리 발광형 백라이트 유닛(30)은 광원(31)과, 상기 광원(31)으로부터 나온 빛을 안내해주는 도광판(32)과, 상기 도광판(32)의 하부에 설치된 반사판(33)과, 상기 도광판(32)의 상부에 설치된 확산판(34)과, 상기 확산판(34)의 상부에 설치된 프리즘판(35)과, 상기 광원(31)의 외부에는 광원을 보호하는 광원 커버(36)를 포함하여 구성된다.
상기 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 백라이트 유닛(20, 30)의 광원(21, 31)으로는 냉음극형광램프 등을 사용하며, 광원(21, 31)이 면광원이 아닌 선광원이기 때문에 빛을 균일하게 내기 위하여 반사판(22, 33), 도광판(32), 확산판(24, 34), 프리즘판(25, 35) 등 여러 광학 시트들로 이루어진 복잡한 구조로 되어 있다.
결국, 액정 표시 장치는 첨부도면 도 1에 도시된 바와 같이 상기와 같은 구조를 갖는 백라이트 유닛(11)의 위에 그레이 스케일(gray scale)을 조절하기 위하여 액정(12)이 위치하며, 또한 색을 표현하기 위하여 칼라필터(13)가 다시 위치한다.
상기와 같은 종래 기술에 의한 발광 방식의 액정 표시 장치에서 백라이트 유닛 부분의 소비 전력은 전체 소비 전력의 50 ~ 70 %를 차지하며, 발광원에서 나온 빛은 광학 시트, 액정과 칼라필터 등을 거치면서 약 90% 정도가 소멸되는 문제점을 가지고 있다.
또한, 디스플레이가 점차 대형화됨에 따라서, 광량을 높이기 위하여 다수의 광원이 필요하게 된다. 따라서, 백라이트 유닛의 소비 전력은 증가하게 되며, 냉음극형광램프의 경우 장시간 사용 시 휘도의 균일성이 급격히 저하되는 문제점을 가지고 있다. 이러한 백라이트 유닛을 사용하는 액정 표시 장치의 경우 중대형화가 어렵고, 또한 칼라필터를 통해 색상을 구현함으로 색재현율이 약 40% 정도에 불과하며, 시야각이 제한적이라는 문제점도 있다.
도 4는 종래 기술에 의한 필드 시퀀셜 칼라(Field Sequential Color) 방식의 액정 표시 장치의 구조를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
필드 시퀀셜 칼라 방식은 기존의 발광 방식의 낮은 색재현율과 제한된 시야각 등의 문제점을 보완하기 위해 개량된 시간적 혼색 방식으로서, 백라이트 부분과 칼라필터를 결합한 방식이라는 데 그 주된 특징이 있다.
상기 첨부도면 도 4를 참조하면, 발광원(40)으로 순서에 상관없이 위치한 적색 LED(41), 녹색 LED(42), 청색 LED(43)를 순차적으로 고속으로 발광시켜 빛을 내며, 액정(12)을 제어하여 그레이 스케일(gray scale)의 조절을 통해 색상을 구현하는 방식이다. 즉, 필드 시퀀셜 칼라 방식의 발광 소자는 그 자체만으로 디스플레이의 역할을 하며, 칼라 필터를 통하지 않고, 적색, 녹색, 청색의 LED를 사용하여 색상을 구현하기 때문에 색재현율도 약 87 %에 다다르게 되는 효과가 있다.
또한, 필드 시퀀셜 칼라 방식은 첨부도면 도 5에 도시된 바와 같이 기존의 발광 방식보다 동일 면적당 해상도가 9배 향상된다는 장점을 가지고 있다. 첨부도면 도 5를 참조하면, 발광 방식에서는 적색(501), 녹색(502), 청색(503) 3개의 도트(dot)가 하나의 화소를 구성하지만, 필드 시퀀셜 칼라 방식에서는 하나의 도트(511)가 하나의 화소를 구성한다.
그러나, 상기 필드 시퀀셜 칼라 방식에서도 적색, 녹색, 청색의 LED를 사용함으로써 뛰어난 색재현율과 장수명의 장점을 가지고 있지만, 여전히 높은 소비 전력을 요구하며, 중대형화가 어려운 문제점을 가지고 있다. 또한 LED를 사용하기 때문에 칼라 브레이킹(color breaking) 현상이 심해 눈에 심한 피로감을 주는 문제점도 가지고 있다.
본 발명에서는 상기와 같은 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 백라이트와 칼라필터를 결합한 형태로 낮은 소비전력과 고휘도의 발광 효율을 갖는 적층형 유기 발광 소자를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 백라이트 부분의 소비 전력을 감소시키고, 액정과 칼라필터, 광학 시트 등을 거치면서 소멸되는 빛의 양을 최소화하기 위하여 필드 시퀀셜 칼라 방식을 가진 자체 발광형이며 면광원으로 사용 가능한 적층형 유기 발광 소자를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 발광층이 3층으로 적층되어 있는 구조로, 그 적층된 발광층 사이에는 양전극 또는 음전극이 되도록 반투과 메탈 버퍼층을 포함하는 ITO 투명 전극을 구성한 적층형 유기 발광 소자를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 3층의 발광층 중 최상위층은 청색 발광층으로 구성되며, 적색 및 녹색 발광층은 순서에 상관없이 적층되어 구성되고, 상기 발광층을 각각 스위칭 소자가 온/오프 동작제어를 하게 되는 적층형 유기 발광 소자를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 적층되어진 기판 반대 면을 따라 발광된 빛의 직진성을 좋게 하기 위하여 투명한 확산층을 도포하여 고휘도의 발광 효율을 갖게 하는 적층형 유기 발광 소자를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 양전극과 음전극에 유기막으로 적층된 발광층을 포함하는 유리 또는 가요성 필름 기판을 사용한 적층형 유기 발광 소자에 있어서, 상기 발광층은 적색, 녹색, 청색의 3개의 발광층이 적층되는 구조를 갖고, 각각의 발광층 사이에는 양전극 또는 음전극이 되도록 반투과 메탈 버퍼 층을 포함하는 ITO 투명 전극으로 구성되어지는 적층형 유기 발광 소자를 제공한다.
이때, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 발광층 중 적색, 녹색, 청색의 삼색광의 표면 광 효율을 높이기 위해 청색 발광층을 최상위층으로 하며, 적색, 녹색 발광층은 순서에 상관없이 적층 되어지는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 부가적인 특징에 따르면, 상기 발광층이 형성된 기판 반대 면을 따라 직진성을 좋게 하여 발광 효율을 향상시키기 위해 에폭시 수지 층 혹은 확산시트 등으로 이루어지는 투명한 고 굴절률 확산 층이 구비되고, 상기 확산 층은 몰드법, 닥터 블레이드, 스프레이, 스크린 프린팅, 스핀코팅, 잉크젯 프린팅 등의 방법을 사용하여 형성되며, 소성 후 최종 도포 층의 두께가 1㎛ ~ 1㎜ 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
이때, 상기 확산 층은 필름 형태의 확산시트를 기판 위에 붙이거나, 투명한 에폭시 레진 등을 이용하여 도포함으로써 형성될 수 있으며, 광의 광학적 균일성을 확보하기 위해 에폭시 레진에 SiO2 성분으로 구성된 파우더를 첨가하여 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 부가적인 특징에 따르면, 수명 및 생산수율을 향상시키기 위하여, 최하위 투명 또는 불투명 전극을 균일한 모양으로 포토 패터닝 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 부가적인 특징에 따르면, 상기 발광층의 경계면에 형성되는 전극은 소정의 전압인가에 의하여 산소 이온을 컨트롤하는 그리드막과 상기 전극의 스퍼터 타겟이 설치된 반응실 내에서 그 전극의 스퍼터 타겟의 이온 및 산소 이온을 플라즈마 여기 시켜 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 부가적인 특징에 따르면, 진공 상태에서 산소 RF/UV 플라즈마로 일정 시간동안 처리하여 상기 발광층의 경계면에 형성되는 반투과 메탈 버퍼층을 포함하는 ITO 투명 전극 위에 일함수 조정막을 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 부가적인 특징에 따르면, 상기 발광층 사이에 구성되는 투명 전극은 RF sputter, Grid RF sputter, DC sputter, DC pulse sputter, ALD(atomic layer deposition), PEALD(plasma enhanced atomic layer deposition)등의 방법으로 제조되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 부가적인 특징에 따르면, 상기 발광층 사이에 구성되는 ITO 투명 전극 형성 시 유기박막의 손상을 최소화하기 위하여 LiF/Al/Ag, Ca/Ag 또는 Ag/Ca과 같이 2층 이상을 적층하여 초박막 메탈을 구성하고, 금속의 일함수 조정 및 유기 발광막과의 접착력을 높이기 위하여 합금(alloy)하며, 메탈 버퍼 층의 전체 두께가 1 ~ 20㎚의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 부가적인 특징에 따르면, 상기 발광층은 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층을 더 포함할 수 있으며, 3개의 발광층이 각각 상기 정공 수송층과 전자 수송층 사이에 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 부가적인 특징에 따르면, 플라스틱, PET, PES, PC, 얇은 실리콘 웨이퍼(thin Si wafer) 등의 재질을 갖는 투명기판을 포함하며, 광의 방출방향은 투명기판 쪽을 향하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 부가적인 특징에 따르면, 수분 및 산소의 침투 방지를 위하여 유/무기 혼합 박막 적층, 스테인레스 스티일 (SUS) 캔, 유리 캔 등을 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에의해, 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
이하, 본 발명에 의한 적층형 유기 발광 소자의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 6a는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 적층형 유기 발광 소자의 구조를 설명하기 위한 단면도이고, 도 6b는 도 6a에서 제1 발광부의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
상기 첨부도면 도 6a를 참조하면, 투명 기판(600) 위에 ITO박막으로 된 제1 전극(610)을 형성한다. 상기 제1 전극(610)은 일반적인 스퍼터 법으로 소정의 막 두께로 형성되고, 상기 형성된 막을 에칭에 의하여 소정의 패턴으로 형성 혹은 포토레지스트(Photo Resist : PR) 등을 이용하여 소정의 패턴으로 형성한 후, 일함수 조정막(620)을 형성하기 위하여 대기압 또는 진공 상태에서 산소 및 질소, 아르곤 이온으로 일정 시간동안 플라즈마 처리한다.
이어서, 상기 제1 전극(610)이 형성된 기판 위에 제1 발광부(630)을 구성한다. 이때, 상기 제1 발광부(630)의 구조를 첨부도면 도 6b를 참조하여 설명하면, 상기 제1 전극(610)이 형성된 기판 위에 CuPC, MTDATA 등의 유기막으로 된 100Å의 정공 주입층(631)과, NPB, TPD 등의 유기막으로 된 500Å의 정공 수송층(632)과, Alq3 혹은Alq3:C545T(0.5%) 등으로 된 300Å의 녹색(Green) 발광층(633)과, Alq3 로 된 300Å의 전자 수송층(634)과, LiF, BCP:Cs로 된 5Å의 전자 주입층(635)을 진공 열 증착법으로 연속 증착하여 제1 발광부(630)를 구성한다.
이어서, 상기 제1 발광부(630)의 경계면에 형성되는 투명 전극을 형성하는 단계에서 이미 형성된 유기박막의 손상을 최소화하기 위해 Al 20Å와 Ag 100Å로 구성된 반투과 메탈 버퍼층(640)을 삽입한다.
이어서, 0 - 100V의 전압을 가변하여 인가할 수 있는 메쉬형으로 형성되는 그리드막과 ITO의 스퍼터 타겟이 설치되고, 상기 그리드막의 상부에 산소 이온 주입구가 설치되고, 상기 그리드막의 하부에 아르곤 이온 주입구가 설치된 반응실 내에 상기 제1 발광부(630)가 형성된 기판을 넣어서 상기 반응실 내의 이온을 플라즈마 상태로 여기시켜 상기 메탈 버퍼층(640) 위에 ITO 600Å으로 된 투명한 제2 전극(650)을 형성한다. 상기 제2 전극(650) 위에 일함수 조정막(620)을 구성하기 위하여 대기압 및 진공 상태에서 산소 및 질소 혹은 아르곤 이온으로 일정 시간동안 플라즈마 처리한다.
반응실 내에 그리드막을 설치함으로써 그리드막이 기판 쪽으로 이동하는 반응실 내의 플라즈마 상태의 산소 이온의 일부를 포획하거나 이동 속도를 제어하면 발광층에 미치는 영향을 최소로 할 수 있다.
이어서, 상기 제2 전극(650)이 형성된 기판 위에 상기 제1 발광부(630)를 형성할 때와 같은 방법으로 Alq3:DCJTB (1%)로 된 300Å의 적색(red) 발광층을 가진 제2 발광부(660)를 형성한다.
이어서, 상기와 같은 방법으로 메탈 버퍼층(640)을 형성하고, 제3 전극(670)과 일함수 조정막(620)을 형성한다.
이어서, 상기 제3 전극(670)이 형성된 기판 위에 상기 제1 발광부(630)를 형성할 때와 같은 방법으로 SAlq 혹은 DPVBi 등으로 된 300Å의 청색(Blue) 발광층을 가진 제3 발광부(680)를 형성한다.
상기 제3 발광부(680)가 형성된 기판 위에 제4 전극(690)이 약 1000Å의 두께로 구성된다. 상기 제4 전극(690)은 Al, Ca, Mg 중 선택되는 어느 하나의 박막으로 구성된다.
이어서, 상기 제4 전극(690)이 형성된 기판 위에는 발광 소자를 보호하고 방습기능을 겸하는 한층 이상의 보호막(691)이 구성된다. 본 발명의 실시예에서는 상기 보호막(691)을 NPB, Alq3 등의 유기막 혹은 SiN, SiON 등으로 된 무기막을 이용하여 각각 1000Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 고휘도의 효율을 갖게 하기 위하여 유기 발광 소자가 적층된 기판 반대 면을 따라 굴절률이 큰 투명한 에폭시 수지 층 혹은 확산시트 등 확산층(692)을 도포하여 빛의 직진성을 좋게 하여 발광 효율을 향상시켰다. 상기 에폭시 수지 층을 형성하기위한 방법으로서는 스크린 프린팅, 스핀코팅, 잉크젯 프린팅, 닥터 블레이드, 몰드법등을 사용하며, 소성 후 최종 도포 층의 두께가 1마이크로미터(um)-1밀리미터(mm) 범위 내에 있도록 형성하였다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 발광 스펙트럼을 설명하기 위해 상기 본 발명의 제1 발광부와 같은 구조로 제작한 적색, 녹색, 청색 유기 발광 소자의 발광 스펙트럼이다.
소자 구조를 자세히 설명하면, 투명 기판위에 ITO박막으로 양전극을 형성하고, 일함수 조정막(620)을 형성하기 위하여 대기압 상태에서 산소 및 질소 이온으로 일정 시간동안 플라즈마 처리한다.
이어서, 상기 양전극이 형성된 기판 위에 CuPC 100Å의 정공 주입층과 NPB 500Å의 정공 수송층과 300Å의 발광층과 Alq3 300Å의 전자 수송층과 LiF 5Å의 전자 주입층과 Al 1000Å의 음전극을 진공 열 증착법으로 연속 증착하여 유기 발광 소자를 구성한다.
상기 발광층의 구조는 적색 발광층의 경우 Alq3:DCJTB (1%)이며, 녹색 발광층의 경우 Alq3이며, 청색 발광층의 경우 DPVBi로 구성된다.
도 7의 발광 스펙트럼을 살펴보면 454nm, 534nm, 620nm의 청색, 녹색, 적색 발광 스펙트럼을 보이는 것을 알 수 있다.
도 8은 본 발명에 의하여 적색 유기 발광 소자를 제작하였을 때 제1, 2, 3 발광부의 발광 스펙트럼을 나타낸다. 도 8의 발광 스펙트럼을 살펴보면, 3층 적층 구조의 발광층 중 제1 발광부(1-layer)에 위치한 스펙트럼은 615nm의 발광 스펙트럼을 보이며, 제2 발광부(2-layer)는 620nm, 제3 발광부(3-layer)는 630nm과 740nm의 발광 스펙트럼을 보인다. 이것은 유기 발광 소자 내부에서 발생한 발광 스펙트럼이 발광 소자 내부를 통과하여 나올 때의 광학 효과에 의해서 각 발광부의 스펙트럼이 달라지는 것이다.
도 9는 본 발명에 의하여 녹색 유기 발광 소자를 제작하였을 때 제1, 2, 3 발광부의 발광 스펙트럼을 나타낸다. 도 9의 발광 스펙트럼을 살펴보면, 3층 적층 구조의 발광층 중 제1 발광부(1-layer)에 위치한 스펙트럼은 560nm의 발광 스펙트럼을 보이며, 제2 발광부(2-layer)는 482nm와 584nm, 제3 발광부(3-layer)는 476nm와 594nm에서 발광 스펙트럼을 보인다. 제1 발광부의 스펙트럼은 약간 장파장으로 이동하지만, 제2 발광부와 제3 발광부의 발광 스펙트럼은 많이 변하는 것을 볼 수 있다.
도 10은 본 발명에 의하여 청색 유기 발광 소자를 제작하였을 때 제1, 2, 3 발광부의 발광 스펙트럼을 나타낸다. 도 10의 발광 스펙트럼을 살펴보면, 3층 적층 구조의 발광층 중 제1 발광부(1-layer)에 위치한 스펙트럼은 436nm와 482nm의 발광 스펙트럼을 보이며, 제2 발광부(2-layer)는 468nm, 제3 발광부(3-layer)는 465nm의 발광 스펙트럼을 보인다.
적색과 녹색 유기 발광 소자는 발광층이 상위층으로 올라갈수록 발광 휘도가 많이 떨어지고, 녹색 유기 발광 소자의 경우 광학 효과에 의해 발광 스펙트럼이 변하는 것에 비해, 청색 유기 발광 소자는 오히려 제1 발광부에 위치할 때 광학 효과에 의해 발광 스펙트럼이 436nm와 482nm로 분리되고 휘도 또한 낮으나, 상위층에 위치하면 발광 스펙트럼의 선폭이 줄어들어 색순도가 좋아지며 발광 휘도 또한 올라감을 볼 수 있다.
상기의 실험결과를 바탕으로 본 발명의 3층 적층형 유기 발광 소자의 구조에서는 청색 발광층을 최상위층에 위치한 것을 특징으로 하여 3층 적층형 유기 발광 소자를 제작하였다.
도 11은 제1 발광부에 녹색 발광층을, 제2 발광부에 적색 발광층을, 제3 발광부에 청색 발광층을 적층한 유기 발광 소자의 각각의 발광부의 스펙트럼을 나타낸다. 3층 적층 구조의 발광층 중 제1 발광부(1-layer)에 위치한 스펙트럼은 560nm의 발광 스펙트럼을 보이며, 제2 발광부(2-layer)는 620nm, 제3 발광부(3-layer)는 465nm의 발광 스펙트럼을 보인다.
한편, 첨부도면 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 의하여 기판 위에 형성된 전극 패턴을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
유기 발광 소자를 대형화함에 있어서 가장 큰 결점은 기판위의 불순물 입자에 의해 다크스팟(dark spot) 등이 생겨 균일한 발광을 내기 어렵다는 것이다. 이런 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 기판 위에 도 12와 같이 전극 패턴을 형성하고, 유기 발광층이 있는 기판 반대 면에 방출되는 광의 광학적 균일성 확보를 위해 확산 기능을 가진 투명한 에폭시 수지 층을 도포하거나, 또는 도포 층에 SiO2 성분으로 구성된 파우더를 첨가하거나, 확산시트 등을 도포한다.
첨부도면 도 12를 참조하면, 투명 또는 불투명 전극이 형성된 기판(1200)위에 일정한 패턴(1210)을 가지도록 PR(photoresist) 등을 이용하여 패턴(1220)을 형성한다.
이어서, 상기 패턴이 형성된 기판을 사용하여 상기에서 설명한 바와 같이 발광층을 형성한다. 상기 패턴이 형성된 기판을 사용하면 기판위의 불순물 입자에 의해 다크스팟이 생기더라도 PR 패턴으로 인하여 다크스팟이 생긴 일부분만 발광 휘도가 떨어지는 장점을 가지게 된다.
이어서, 유기 발광층이 형성된 기판 반대 면에 확산 기능을 가진 투명한 에폭시 수지 층을 도포하거나, 또는 도포 층에 SiO2 성분으로 구성된 파우더를 첨가하거나, 확산시트 등을 도포한다. 이 확산층은 상기 유기 발광 소자에서 다크스팟이 생긴 일부분의 발광 휘도가 떨어지더라도 방출되는 광의 광학적 균일성을 확보해주는 역할을 하게 된다.
이상에서 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 본 발명의 권리범위는 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 특허청구범위에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.
본 발명의 적층형 유기 발광 소자는 적녹청(RGB) 삼색의 유기 발광 소자를 이용하여 적색, 녹색, 청색 색상을 순차적으로 발광시키는 시간 분할 방식의 형태로 한 백라이트로써 고휘도의 발광 효율을 갖는 백라이트와 칼라 필터를 결합한 형태의 디스플레이에 관한 것으로서, 백라이트와 칼라필터를 결합한 형태를 OLED로 만들 경우 기존의 백라이트 형태에 비해 초 박형으로 제작 가능하고, 소비전력을 최소화할 수 있고, 면광원이기 때문에 디스플레이의 중대형화를 할 수 있다는 장점을 가지고 있다.
또한, 이상의 설명에서와 같이 본 발명의 필드 시퀀셜 칼라 방식 액정 표시 장치를 위한 적층형 유기 발광 소자는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 기존 액정 표시 장치는 공간적 분할 방식인 것에 비하여 본 발명 필드 시퀀셜 칼라 방식을 이용함으로써 시간적 분할 방식의 형태로 화소면에서 보면 기존의 방식보다 9배나 많은 화소를 얻을 수 있으므로 고해상도에 적합한 형태이다.
둘째, 본 발명은 백라이트 유닛과 칼라필터를 결합한 필트 시퀀셜 칼라 방식 액정 표시 장치이므로 제품의 박형화, 제조 공정 수를 줄일 수 있다.
셋째, 반사판, 프리즘 시트, 도광판 등 광학적 시트를 사용하지 않게 됨으로써, 빛의 손실을 최소화시키게 되고, 결과적으로 빛의 효율을 향상시킬 수가 있다.
넷째, 본 발명은 점광원 또는 면광원이기 때문에 디스플레이의 소형 및 중형화 또는 대형화 할 수 있다는 장점을 가지고 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 발광 방식의 액정 표시 장치의 구조를 설명하기 위한 개략적인 단면도
도 2는 도 1에서 직하 발광형 방식의 백라이트 유닛에 대한 구조를 개략적으로 나타내는 단면도
도 3은 도 1에서 가장자리 발광형 방식의 백라이트 유닛에 대한 구조를 개략적으로 나타내는 단면도
도 4는 종래 기술에 의한 필드 시퀀셜 칼라(Field Sequential Color) 방식의 액정 표시 장치의 구조를 설명하기 위한 개략적인 단면도
도 5는 종래 기술에 의한 액정 표시 장치에서 발광 방식의 발광 화소와 필드 시퀀셜 칼라 방식의 발광 화소를 비교하여 설명하기 위한 도면
도 6a는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 적층형 유기 발광 소자의 구조를 설명하기 위한 단면도
도 6b는 도 6a에서 제1 발광부의 구조를 설명하기 위한 단면도
도 7은 도 6b의 제1 발광부와 같은 구조로 제작한 적색, 녹색, 청색 유기 발광 소자의 발광 스펙트럼
도 8은 본 발명에 의하여 적색 유기 발광 소자를 제작하였을 때 제1, 2, 3 발광부의 발광 스펙트럼
도 9는 본 발명에 의하여 녹색 유기 발광 소자를 제작하였을 때 제1, 2, 3 발광부의 발광 스펙트럼
도 10은 본 발명에 의하여 청색 유기 발광 소자를 제작하였을 때 제1, 2, 3 발광부의 발광 스펙트럼
도 11은 제1 발광부에 녹색 발광층을, 제2 발광부에 적색 발광층을, 제3 발광부에 청색 발광층을 적층한 유기 발광 소자의 각각의 발광부의 스펙트럼
도 12는 기판위에 형성된 전극 패턴을 설명하기 위한 개략적인 도면
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
600 : 기판 610 : 제1 전극
620 : 일함수 조정막 630 : 제1 발광부
640 : 메탈 버퍼층 650 : 제2 전극
660 : 제2 발광부 670 : 제3 전극
680 : 제3 발광부 690 : 제4 전극
691 : 보호막 692 : 확산층
693 : 흡습제 694 : 유리 캔

Claims (15)

  1. 유리 또는 가요성 필름에 의한 액정 표시 장치 및 이에 사용되는 칼라필터 기능을 갖는 백라이트 장치에 관한 것으로,
    상기 광원은 양전극과 음전극에 유기막으로 적층된 발광층을 포함하는 유리 또는 가요성 필름 기판을 사용한 유기 발광 소자에 있어서,
    특히 상기 발광층은 적색, 녹색, 청색의 3개의 발광층이 적층되어 있는 구조로, 청색 발광층이 최상위층에 적층되어 있는 구조를 특징으로 하며,
    각각의 발광층 사이에는 양전극 또는 음전극이 되도록 반투과 메탈 버퍼 층을 포함하는 ITO 투명 전극으로 구성되어지며,
    상기 발광층(들)이 형성된 기판 반대 면을 따라 투명한 고 굴절률 확산 층이 구비되는 것을 특징으로 하는 적층형 유기 발광 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광층 중 적색, 녹색, 청색의 삼색광의 표면 광 효율을 높이기 위해 청색 발광층을 최상위층으로 하며, 적색, 녹색 발광층은 순서에 상관없이 적층 되어지는 것을 특징으로 하는 적층형 유기 발광 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 확산 층은 몰드법, 닥터 블레이드, 스프레이, 스크린 프린팅, 스핀코팅, 잉크젯 프린팅 등의 방법을 사용하여 형성되며, 소성 후 최종 도포 층의 두께가 1㎛ ~ 1㎜ 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 적층형 유기 발광 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 확산 층은 필름 형태의 확산시트를 기판 위에 붙이거나, 투명한 에폭시 레진 등을 이용하여 도포함으로써 형성된 것을 특징으로 하는 적층형 유기 발광 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 확산 층은 광의 광학적 균일성을 확보하기 위해 에폭시 레진에 SiO2 성분으로 구성된 파우더를 첨가하여 형성되는 것을 특징으로 하는 적층형 유기 발광 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    발광소자 제작 시, 대 면적 기판에 의해 확산 층을 먼저 형성한 후, 유기증착장비와의 호환을 위해 기판을 잘라서 제작하는 것을 특징으로 하는 적층형 유기 발광 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    투명 기판에 의한 유기 발광 소자 제작 시, 투과되는 광의 광 효율 증대 및 공정을 단순화하기 위해, 유기 발광 소자의 제작을 선 진행하고, 확산 층 제작을 나중에 진행하는 것을 특징으로 하는 적층형 유기 발광 소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    수명 및 생산수율을 향상시키기 위하여, 최하위 투명 또는 불투명 전극을 균일한 모양으로 포토 패터닝 하는 것을 특징으로 하는 적층형 유기 발광 소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광층의 경계면에 형성되는 전극은 소정의 전압인가에 의하여 산소 이온을 컨트롤하는 그리드막과 상기 전극의 스퍼터 타겟이 설치된 반응실 내에서 그 전극의 스퍼터 타겟의 이온 및 산소 이온을 플라즈마 여기 시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 적층형 유기 발광 소자.
  10. 제 1 항에 있어서,
    진공 상태에서 산소 RF/UV 플라즈마로 일정 시간동안 처리하여 상기 발광층의 경계면에 형성되는 반투과 메탈 버퍼층을 포함하는 ITO 투명 전극 위에 일함수 조정막을 구성하는 것을 특징으로 하는 적층형 유기 발광 소자.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광층 사이에 구성되는 투명 전극은 RF sputter, Grid RF sputter, DC sputter, DC pulse sputter, ALD(atomic layer deposition), PEALD(plasma enhanced atomic layer deposition)등의 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 적층형 유기 발광 소자.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광층 사이에 구성되는 ITO 투명 전극 형성 시 유기박막의 손상을 최소화하기 위하여 LiF/Al/Ag, Ca/Ag 또는 Ag/Ca과 같이 2층 이상을 적층하여 초박막 메탈을 구성하고, 금속의 일함수 조정 및 유기 발광막과의 접착력을 높이기 위하여 합금(alloy)하며, 메탈 버퍼 층의 전체 두께가 1 ~ 20㎚의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 적층형 유기 발광 소자.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광층은 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층을 더 포함할 수 있으며, 3개의 발광층이 각각 상기 정공 수송층과 전자 수송층 사이에 구성되는 것을 특징으로 하는 적층형 유기 발광 소자.
  14. 제 1 항에 있어서,
    유기 발광 소자를 위한 투명기판은 유리 등과 휘어질 수 있는 특징을 가진 플라스틱, PET, PES, PC, 얇은 실리콘 웨이퍼(thin Si wafer) 등의 재질을 사용하는 것을 특징으로 하는 적층형 유기 발광 소자.
  15. 제 1 항에 있어서,
    수분 및 산소의 침투 방지를 위하여 유기 박막 적층, 무기 박막 적층, 유/무기 혼합 박막 적층, 스테인레스 스티일 (SUS) 캔, 유리 캔 등을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층형 유기 발광 소자.
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