KR20060024545A - 고휘도 유기 발광 표시장치 - Google Patents

고휘도 유기 발광 표시장치 Download PDF

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KR20060024545A
KR20060024545A KR1020040073336A KR20040073336A KR20060024545A KR 20060024545 A KR20060024545 A KR 20060024545A KR 1020040073336 A KR1020040073336 A KR 1020040073336A KR 20040073336 A KR20040073336 A KR 20040073336A KR 20060024545 A KR20060024545 A KR 20060024545A
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고영욱
임종태
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(주)케이디티
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Abstract

본 발명의 백색광 표시장치는 청색 유기 발광 소자, 에폭시 라미네이팅 필름, 광학 플리즘 필름의 순으로 적층된 구조이며 휘도가 강화된 고효율 백색광 표시 장치에 대한 것이다.
에폭시 라미네이팅 필름은 에폭시 주제와 에폭시 경화제에 첨가제로써 확산 제 (scattering agent)와 여기 제인 무기 형광체, 유기형광 염료, 유기형광 안료, 나노 메탈, 나노 복합재료 등이 각각 또는 2종 이상 구성된다.
백색광은 제 1 층인 유기 발광 소자에서 발광된 청색광으로부터 제 2 층인 투명 에폭시 여기 도포 층으로 통과됨으로써 청색, 녹색, 노란색, 오렌지색, 적색, 혼합색 등의 다른 백색광 구성 색들이 투과 및 광 에너지 전달에 의해 발생된다.
에폭시 라미네이팅 필름을 구성하는 확산 제(scattering particle) 또는 광학 플리즘 필름은 빛의 직진 성을 향상시켜 백색광 휘도를 강화시킨다.
청색 유기 발광 소자, 휘도 향상 필름, 에폭시수지, 무기형광체, 확산 제, 나노 복합재료, 나노금속, 양자 점, 유기 형광체, 유기염료, LCD 백라이트

Description

고휘도 유기 발광 표시장치{ High-Luminance Organic Light-Emitting Device Displays}
도 1은 기존의 백색 유기 발광 소자의 구조를 나타낸 개략적 단면도;
도 2는 본 발명의 실시 예 1의 제조 방법에 의해 만들어진 백색 발광 소자의 구조를 나타낸 개략적 단면도;
도 3a는 본 발명의 실시 예 1에 따른 "청색 유기 발광 소자”의 발광 스펙트럼;
도 3b는 본 발명의 실시 예 1에 따른 "청색 유기 발광 소자/YAG(5%)와 확산 제 (6%)를 포함한 에폭시 레진의 라미네이팅 필름”의 구조를 갖는 분리 적층된 소자의 발광 스펙트럼;
도 3c는 본 발명의 실시 예 1에 따른 “청색 유기 발광 소자/YAG(5%)와 확산 제 (6%)를 포함한 에폭시 레진의 라미네이팅 필름/휘도 향상필름”의 구조를 갖는 분리 적층된 소자의 발광 스펙트럼;
도 3d는 본 발명의 실시 예 1에 따른 “청색 유기 발광 소자/YAG(5%)와 확산 제 (6%) 및 DCJTB(1×10-2%)를 포함한 에폭시 레진의 라미네이팅 필름”의 구조를 갖는 백색 발광 스펙트럼;
도 4a는 본 발명의 실시 예 1에 따른 “청색 유기 발광 소자"의 발광 스펙트럼;
도 4b는 본 발명의 실시 예 1에 따른 “청색 유기 발광 소자/C545T (6.1×10-3%)와 확산 제 (6%)를 포함하는 에폭시 레진의 라미네이팅 필름”의 구조를 갖는 분리 적층된 소자의 발광 스펙트럼;
도 4c는 본 발명의 실시 예 1에 따른 “청색 유기 발광 소자/C545T(6.1×10-3%)와 확산 제(6%)를 포함하는 에폭시 레진의 라미네이팅 필름/휘도 향상 필름”의 구조를 갖는 분리 적층된 소자의 발광 스펙트럼; 및 도 4d는 본 발명의 실시 예 1에 다른 “청색 유기 발광 소자/C545T(6.1×10-3%), DCJTB(1.5×10-2%) 및 확산 제 (6%)를 포함하는 에폭시 레진의 라미네이팅 필름”의 구조를 갖는 분리 적층된 소자의 백색 발광 스펙트럼.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 제 1층
2 : 제 2층
3 : 제 3층
10 : 투명기판
20 : 인듐 주석 산화 막
30 : 정공 주입 층
40 : 정공 수송 층
50 : 청색 발광 층
60 : 녹색 발광 층
70 : 적색 발광 층
80 : 전자 수송 층
90 : 전자 주입 층
100 : 음극 층
본 발명은 액정소자 (Liquid Crystal Display)의 백라이트 광원, 총천연색 유기 발광 소자, 조명 기구 신호기 및 각종 인디케이터에 이용되는 백색 발광 소자의 제작에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 청색 유기 발광 소자가 발생시키는 청색광의 일부를 적절하게 녹, 노란, 오렌지 및 적색으로 변환시키거나 그대로 통과시켜 백색을 발광시키는 발광 장치 및 그것을 이용한 표시 장치에 관한 것이다.
유기 발광 소자는 넓은 시야각, 고속 응답성, 고 명조대비 (contrast)의 특성을 가지므로 텔레비전 영상 디스플레이나 표면 광원의 픽셀로 사용될 수 있고, 얇고 가벼우며 색도가 좋기 때문에 차세대 디스플레이로 각광을 받고 있다. 또한, 플라스틱 기판을 채용할 경우에는 휘어지는 소자를 제작할 수도 있고, 백색광을 방출하는 소자는 유기 발광 소자의 자체 후면 광원이나 액체 결정 디스플레이의 후면 광원으로 사용될 수도 있다.
일반적인 백색광을 내는 유기 발광 소자는 청록과 적색 및 청색과 오렌지의 보색 관계를 이용한 두 가지 발광 층을 포함한 헤테로 다층구조나 청색, 녹색, 적색의 삼원색의 발광 층을 각각 포함하는 헤테로 다층구조의 혼색을 이용하여 제조되고 있다. 삼 파장을 이용한 일예의 구조를 도 1에 나타내었다. 멀티 유기 발광 소자는, 도 1에 도시된 바와 같이, 투명 기판(10) 위에 인듐 주석 산화물 (Indium Tin Oxide; ITO)을 진공 증착하여 형성되는 양극 층(20)과 상기 양극 층(20) 위에 정공 주입 층(30), 정공 수송 층(40), 청색 발광 층(50), 녹색 발광 층 (60), 적색 발광 층 (70), 전자 수송 층(80), 전자 주입 층(90), 음극 층(100) 순으로 진공 증착한 구조를 갖는다. 이와 같이 구성된 유기 발광 소자에서는, 음극 층(100)으로부터 전자가 주입되고 전자 주입 층(90)과 전자 수송 층(80)을 거쳐 발광 층(50,60,70)으로 전자가 주입된다. 또한, 양극 층(20)으로부터 주입된 정공은 정공 주입 층(30), 정공 수송 층(40)을 거쳐 발광 층으로 주입된다. 발광 층으로 각각 이동한 전자와 정공은 쌍을 이루고 이렇게 형성된 각 발광 층의 엑시톤이 재결합하면서 청색, 녹색 및 적색의 빛이 방출하고 혼색되어 백색 빛이 방출된다.
종래에 문헌상에 보고 된 백색 유기 발광 소자를 제작 방법은 다음과 같다. 보색관계의 두 파장을 이용한 는 LCD BLU (Back Light Unit)에서 요구하는 백색광을 위한 적, 녹, 청색의 고른 분포를 얻기 힘들며, 색 좌표의 범위가 짧고 고효율 풀 칼라 및 디스플레이 응용 백색광원을 만족시키기 어렵다. 또한 3파장을 이용한 백색 유기 전계 발광소자는 청색에서 녹색으로 또는 녹색에서 적색으로의 에너지 전달에 의해 안정된 삼 파장을 구현하기 어렵다. 특히, 이러한 연차적인 에너지 전달에 의해 발광 스펙트럼 상에 백색광의 구성하는 구성 색 중에서 일정한 강도를 지니는 녹색을 확보하는 기술이 가장 큰 요소 기술이다. 또한, 종래의 백색 유기 발광소자는 구동전압이 올라갈수록 청색으로 발광스펙트럼이 이동하여 소자의 수명 및 안정성에 많은 문제가 있다.
유기 발광 소자의 방광 층에 사용되는 재료 중에서 청색 발광 재료는 낮은 발광 효율과 짧은 수명 때문에 이를 극복하기 위한 노력이 가장 활발히 연구되고 있다. 또한, 백색 유기 발광 소자의 개발에 사용되는 높은 휘도와 높은 발광 효율을 지닌 심청색의 재료의 개발도 대두되고 있는 실정이다.
기존에 발광 층에 사용되는 청색 재료는 (4,4'-비스(2,2-디페닐-에텐-1-일)디페닐 (DPVBi), 비스(스티릴)아민 (DSA)계, 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)(트리페닐실록시)알루미늄 (III) (SAlq), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)(파라-페놀라토)알루미늄 (III) (BAlq), 비스(살렌)진크 (II), 1,3-비스[4-(N,N-디메틸아미노)페닐-1,3,4-옥사디아조릴]벤젠 (OXD8),3-(비페닐-4-일)-5-(4-디메틸아미노)4-(4-에틸페닐)-1,2,4-트리아졸 (p-EtTAZ), 3-(4-비페닐)-4-페닐-5-(4-터셔리-부틸페닐)-1,2,4-트리아졸 (TAZ), 2, 2', 7, 7'-테트라키스(비-페닐-4-일)-9,9'-스피로플루오렌 (Spiro-DPVBI), 트리스(파라-터-페닐-4-일)아민 (p-TTA), 5,5-비스(디메지틸보릴)-2,2-비티오펜 (BMB-2T) 및 퍼릴렌 (perylene)이 있다.
또한, 녹색 발광재료로는 트리스(8-퀴놀리나토)알루미늄 (III) (Alq3), Almq3 (트리스(4-메틸-8-퀴노리놀라토)알루미늄 (III)), 큐마린 6 및 퀴나크리돈이 있다.
마지막으로 적색 발광재료 DCM1 (4-디시아노메틸렌-2-메틸-6-(파라-디메틸아미노스틸릴)-4H-피란), DCM2 (4-디시아노메틸렌-2-메틸-6-(줄로리딘-4-일-비닐)-4H-피란), DCJT (4-(디시아노메틸렌)-2-메틸-6-(1,1,7,7-테트라메틸줄로리딜-9-에닐)-4H-피란), DCJTB (4-(디시아노메틸렌)-2-터셔리부틸-6-(1,1,7,7-테트라메틸줄로리딜-9-에닐)-4H-피란), DCJTI (4-(디시아노메틸렌)-2-아이소프로필-6-(1,1,7,7-테트라메틸줄로리딜-9-에닐)-4H-피란) 및 나일레드 (Nile red) 등이 있다.
무기 형광체를 이용한 발광 다이오드는 효율적으로 선명한 색의 광을 발광할 수 있으며 , 반도체 소자이기 때문에 소실 염려가 없고, 초기 구동 특성 및 내진 성이 뛰어나고, ON/OFF 점등의 반복에 강하다는 특성을 가진다. 이에 따라, 각종 인디케이터와 광원으로써 널리 사용되고 있다. 또한, 최근에는 초고휘도, 고효율의 적색, 녹색, 청색의 무기 형광체 (inorganic phosphor)를 이용한 다양한 색의 발광 다이오드가 각각 개발되어, 이들 발광 다이오드를 이용한 대형 화면의 LED (light emitting diode) 디스플레이가 사용되게 되었다. 이 LED는 적은 전력으로 동작시킬 수 있고, 경량이면서 수명이 길다는 우수한 특성을 가지므로 , 더욱더 많이 사용될 것으로 기대된다. LED 소자에 의한 백색광 생성은 주로 질화갈륨 (GaN)계의 반도체소자에 의해 점광원인 청색광원이 만들어지고 이 광원 위에 무기 형광체가 도포 되어있는 에폭시 수지 층을 통하여 일부 청색광은 그대로 통과되며, 나머지 일부 청색광이 투명 에폭시 수지 층에 도포되어 있는 백색광의 구성색인 적색 또는 오렌지색을 여기시킴으로써 생성되나, 평판 디스플레이에서 요구되는 평면광원 특성을 낼 수 없는 한계점을 가지고 있다.
LED (Electroluminecent Device)에 의한 백색광 연구는 주로 일본의 니키아 화학 주식회사에 의해 주로 연구 되어지고 있으며, 청색 계 무기 형광체로서 질화물 화합물 반도체 IniGajAlkN ; 단, 0≤i, 0≤j, 0≤k, i+j+k ; InGaN, 각종 불순물이 도핑된 GaN를 포함가 사용되어진다. 400 ~ 530 nm의 파장대는 이트륨,알루미늄,가넷트 형광체(Y1-rGdr)3Al5O12 : Ce ; 단, 0≤r≤1 ; Al 중 일부가 Ga 및 / 또는 In 으로 치환으로 사용한다. 마지막으로 황색계의 형광체로는 이트륨, 알루미늄, 가넷트 형광체 Y3(Al1-sGas)5O12 : Ce, 레니움, 알루미늄,가넷계 형광체 (Re1-rSmr)3(Al1-sGas)5O12 : Ce ; 단, 0≤r<, 0≤s≤1; Re는 Y, Gd에서 선택되는 일종, 레니움,알루미늄,가넷트 형광체 Re3Al5O12 : Ce, 이트륨, 알루미늄 형광체 Y1-p-q-r GdpCeqSmr)3(Al1-sGas)5O12 ; 단, 0≤p≤0.8, 0.003≤q≤0.2, 0.0003≤r≤0.08, 0≤s≤1, 이트륨, 알루미늄 형광체 Y1-p-q-rGdpCeqSmr)3Al5O 12 ; 단, 0≤p≤0.8, 0.003≤q≤0.2, 0.0003≤r≤0.08 및 레니움, 알루미늄 가넷트 형광체 (Re1-rSmr)3(Al1-sGa s)5O12 ; 단, 0≤r<1, 0≤s<1 Re는 Y와 Gd에서 선택되는 적어도 일종가 사용된다.독일의 오스람 (Osram) 사에서는 황색계의 Re3(Al : Ga)5O12 : Ce가 사용된다.
기타 청색 형광체로는 (Sr, Ca, Ba, Mg)10(PO4)6C12 :Eu, 녹색 발광특성을 가지는 무기 형광체로서 ZnS : Cu,Au,Al, 녹황색 Y1-x-a-bGdxTbaTmb) 3(Al1-yGay)5O12 ; 단, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤a≤0.1, 0≤b≤0.03 및 적색 형광체 Y1-pGdp)3(Al 1-x-yGaxCry)5O12 ; 단, 0≤p≤0.9, 0≤x≤0.99, 0.001≤y≤0.1와 Y2O2S : Eu 등이 있다.
유기물 염료나 안료는 에폭시에 대부분 잘 용해되므로 층의 고른 분산성으로 일정 두께의 에폭시 막을 스크린 프린팅이나 스핀 코팅으로 조절하는 데 많은 장점이 있다. 또한 이들 안료나 염료는 청색 유기 발광 소자의 빛을 흡수 하여 여기 될 수 있는 특성이 있는 재료이다.
기존에 사용되는 유기 안료로는 아조계로는 불용성 아조안료, 아조레이크 안료, 축합 아조안료 및 금속염 아조안료가 있으며, 프탈로시아닌계로는 구리 프탈로시아닌, 할로겐화 구리 프탈로시아닌, 무금속 프탈로시아닌 및 구리 프탈로시아닌 레이크 안료가 있다. 염료 레이크 안료로는 산성연료 레이크 및 염기성염료 레이크 안료 등이 있으며, 축합다환 안료로는 안트라퀴논, 티오인디고, 퍼릴렌, 프리논, 퀴나크리돈, 다이옥사진, 이소인도리논, 이소인도린, 퀴나프탈론 등이 있다. 기타 안료로는 니트로소 안료, 알리자린, 금속착염 아조메틴, 아닐린 블랙, 알칼리 블루 및 화광 형광이 있다.
기존에 유기물 염료로는 직접염료, 산성염료, 매염염료, 산성매염염료, 염기성 염료, 카치온 염료, 황화염료, 황화건염염료, 건염염료, 가용성염료, 아조익염료, 분산염료, 반응성염료, 산화염료, 유기용제염료 및 형광염료 등이 있다.
기존에 사용되는 고분자 유기 발광 소자에 이용된 나노 금속과 마모 복합 재료의 양자 점 (quantum dot)은 실처럼 뒤엉킨 고분자의 주축 (backbone)에 공간적으로 위치하거나 고분자의 주축에 달려있는 부축의 작용기 (functional group)에 hyperbranch 된 형태로 사용된다. 전도성 고분자에서 여기된 가시광선 에너지가 양자 점으로 전달되어 양자 점에서 발광된다. 또한, 용매 내에 나노 크기의 양자점 을 분산하여 자외선을 여기 원으로 양자 점에서 발광이 된다. 이때 양자 점의 나노 크기에 따라 다양한 가시 광 영역의 우수한 색순도를 나타내며 따라서 좁은 선폭의 분광 스펙트럼을 나타낸다. 양자 점의 재료는 주로 나노 크기의 금속이나 나노 복 합 재료가 사용된다. 나노 금속으로는 백금, 금, 은 , 니켈, 마그네슘, 팔라듐 등등이 이용되고 나노 복합 재료는 카드늄 설파이드 (CdS), 카드늄 셀레나이드 (CdSe), 진크 설파이드 (ZnS), 진크 셀레나니드 (ZnSe), 인듐 포스파이트 (InP), 티타늄 옥사이드 (TiO2), 진크 옥사이드 (ZnO), 틴 옥사이드 (SnO), 실리콘 옥사이드 (SiO2), 마그네슘 옥사이드 (MgO) 등이 있다.
본 발명의 평면 백색 발광 소자의 대표 도는 도 2에 도시되어 있다.
본 발명은 상기 상술한 기존의 적, 녹, 청의 삼원색을 이용하거나 보색 관계를 이용하여 백색 유기 발광 소자를 제작할 때의 문제점을 보안하기 위하여 종래에 사용하던 효율이 높은 제 1 층인 청색 유기 발광 소자에서 방출되는 빛을 제 2 층의 무기 형광체, 유기 안료, 유기 염료, 나노 복합 재료 및 나노 금속의 양자 점 (metal quantum dot)이 흡수하는 원리를 이용하여 효율적인 백색광을 얻고자 한다. 제 2 층인 에폭시 수지에 용융되거나 분산되어 빛을 흡수하여 여기 할 수 있는 여기 제 도포 층을 이용한 평면 백색 발광원은 디스플레이 소자에서 요구하는 칼라필터와 결합하여 LCD 백라이트, 조명기구, 인디케이터 등의 특성을 소화할 수 있을 것으로 기대한다. 또한, 백색 발광 소자를 제작할 때 제 2 층인 에폭시 여기 제 도포 층의 적, 녹색 및 오렌지 색 등을 발광 원으로 이용할 경우 기존의 제 1 층인 백색 유기 발광 다이오드에서 발생하는 단점을 보완해 장 수명, 고효율, 고 안정성의 평면 백 색광원으로 제품화 될 것으로 기대되며, 구동 중 시간이 증가함에 따라 발생하는 적, 녹, 청색 등 각각의 수명의 차이, 이에 따른 백색광 색도의 변화 등을 예방할 수 있다.
제작된 백색광의 휘도를 더 향상시키기 위하여 에폭시 층에 확산 제(scattering particle)를 첨가하여 백색 발광 표시 장치를 구성할 때 발생되는 유리 측면에서 발생하는 waveguiding 등의 휘도 저하를 감소시켜 색도의 다양화 및 구동 안정성 등을 개선할 수 있다.
또한, 빛을 효율적으로 반사시키거나 굴절시키는 원리를 적용한 광학 프리즘 필름을 백색 발광 소자 위에 적층하여 휘도를 더욱더 강화시키고자 한다.
본 발명의 기술적 과제는, 확산 기능을 강화시키는 산화실리콘 볼(silicon oxide ball)과 같은 확산 제와 여기 제를 포함하는 에폭시 라미네이팅 필름, 광학 프리즘 필름 등을 청색 유기 발광 소자 위에 순차적으로 적층하여 색도, 휘도, 고효율 및 구동 안정성 면에서 우수한 평면 백색 발광 소자의 제작 방법을 제공하는 것이다.
(실시 예1)
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 제공한다. 다만, 하기 실시 예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시될 뿐 본 발명이 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
실시 예 1은 청색 발광 소자인 제 1 층과 확산 제와 여기 제가 도포된 에폭시 라미네이팅 필름인 제 2 층의 제작 방법을 일예에 대해 상세하게 기술하고 마지막으로 휘도가 강화된 청색 발광 소자/에폭시 라미네이팅 필름/광학 플리즘 필름의 순으로 적층된 구조인 백색광 표시장치를 기술한다.
(1) 청색 발광 표시 장치의 제작
본 백색 발광 표시장치를 구성하는 실시 예 1의 제 1 층인 청색 유기 발광 소자의 대표적인 예는 다음과 같다.
주석 인듐 산화물이 증착된 유리 기판에 정공 주입 물질인 copper phthalocyanine(CuPc)를 초당 0.04 ~ 0.07 nm의 속도로 15 m,의 두께로 진공 증착한다. 그 위에 정공 수송 물질인 N,N'-디페닐 -N,N'-비스(1-나프틸)-(1,1'-비페닐)-4,4'-디아민 (NPB)을 초당 0.04 ~ 0.07 nm의 속도로 60 nm의 두께로 진공 증착한다. 상기 정공 수송 층 위에 발광 층 역할을 하도록 (4,4'-비스(2,2-디페닐-에텐-1-일)디페닐 (DPVBi)을 초당 0.03 ~ 0.06 nm 속도로 30 nm 증착한다. 그 후에 전자 수송 층 역할을 하는 트리스(8-퀴놀리나토)알루미늄 (III) (Alq3)를 초당 0.04 ～ 0.06 nm의 속도로 30 nm 속도로 증착한다. 또한 상기 전자 수송 층 위에 전자 주입 층인 리튬 플로라이드 (LiF)를 초당 0.02 ~ 0.03 nm의 속도로 1 nm 증착한다. 마지막으로 전극 형성을 위한 마스크를 위치시킨 후 알루미늄 초당 0.05 ~ 0.15의 속도 로 150 nm 증착하여 전극을 형성한다. 이 때 형성된 소자 구조를 도 2에 나타냈다.
(2) 에폭시 라미네이팅 필름의 제작
본 백색 유기 발광 표시장치를 구성하는 실시 예 1의 제 2층의 제조 방법은 다음과 같이 구성된다.
에폭시 라미네이팅 필름의 제조 방법은 확산 제인 산화 실리콘 볼(silicon oxide ball, x%)과 여기 제(x%)인 유/무기 형광체, 유기 안료, 유기 염료, 나노 크기의 메탈 및 복합 재료의 양자 점 등을 투명 에폭시 주제(100%), 에폭시 경화제(100%) 등과 혼합한 후 초음파세척기에서 상온에서 약 20분간 혼합한다. 혼합이 완료된 후 혼합물은 현탁액으로 각각 형성된다. 형성된 혼합물을 이형제가 도포된 적당한 주형에 가한 후, 125 ℃에서 3시간 동안 경화시킨다. 상온에서 약 1시간동안 방치한 후 다시 3시간동안 125 ℃에서 재경화 시켰다. 이때 사용한 확산제와 여기 제의 총 질 질량은 에폭시 주제와 에폭시 경화제의 총 질량 대비 1 ~ 50 % 범위이다. 소성 후 최종 층의 두께는 1마이크로미터 (um) ~ 0.1밀리미터 (mm) 범위로 제작하였다.
(3) 백색 유기 발광 표시장치의 제작
제 1층인 청색 유기 발광소자의 유리면 위에 제 2층인 라미네이션 필름을 적 층하고 이 적층된 라미네이션 필름 위에 제 3 층인 광학 플리즘 필름을 적층하여 백색 발광 표시장치를 구성했다.
실시 예1에 의해 제작된 여기원인 청색 유기 발광 소자는 15V의 bias voltage, 10%의 pulse duty, 250 Hz의 pulse frequency에서 구동되었다.
(본 발명의 실시 예 1에 따른 YAG를 이용한 백색광의 제작)
도 3a는 본 발명의 실시 예에 의해 제작된 소자들의 청색 유기 발광소자의 발광 스펙트럼이다. 477 nm에서 피크 첨두치를 나타내며, 64 cd/m2의 휘도를 나타내며 (0.175, 0.264)의 색 좌표를 나타냈다.
도 3b는 본 발명의 실시 예에 따른 “청색 발광 소자/YAG(5%)와 SiO2(6%)를 포함한 에폭시 레진의 라미네이팅 필름"의 구조를 갖는 분리 적층된 소자의 발광 스펙트럼이다. 확산 제를 사용한 경우, 도 3a에 비해 19%가 향상된 76 cd/m2의 휘도를 보였으며 (0.245, 0.369)의 색 좌표를 나타낸다. 또한, 이때의 피크 첨두치는 505 nm을 나타냈다.
도 3c는 본 발명의 실시 예에 따른 “청색 유기 발광 소자/YAG(5%)와 SiO2(6%)를 포함한 에폭시 레진의 라미네이팅 필름/휘도향상필름”의 구조를 갖는 분리 적층된 소자의 발광 스펙트럼이다. 확산 제와 휘도향상 필름을 적층한 경우, 도 3a에 비해서 도 3c는 61%의 향상된 103 cd/m2의 휘도를 보였으며 (0.270, 0.414)의 색 좌표를 나타낸다. 또한, 이때의 피크 첨두치는 512 nm로 휘도향상필름에 의해 심녹색으로 색좌표가 이동한다.
도 3d는 본 발명의 실시 예에 따른 “청색 유기 발광 소자/YAG(5%)와 SiO2(6%)/ 및 DCJTB(1×10-2%)를 포함한 에폭시 레진의 라미네이팅 필름”의 구조를 갖는 백색 유기 발광 소자의 발광 스펙트럼이다. 이때의 색 좌표는 (0.310, 0.345)를 나타냈다. 한편, YAG의 구성비가 5 중량 %일 때 가장 우수한 휘도의 백색을 나타냈으며 YAG의 농도가 증가할수록 장파장 이동(bathochromic shift)을 보였으며 청색 여기원의 파장이 단파장으로 갈수록 단파장 이동(hypsochromic shift)을 보였다.
(본 발명의 실시 예 1에 따른 유기 형광체를 이용한 백색광의 제작)
도 4a는 본 발명의 실시 예에 의해 제작된 소자들의 청색 유기 발광소자의 발광 스펙트럼이다. 480 nm에서 피크 첨두치를 나타내며, 67 cd/m2의 휘도를 나타내며 (0.176, 0.265)의 색 좌표를 나타냈다.
도 4b는 본 발명의 실시 예에 따른 “청색 발광 소자/C545T(6.1×10-3%)와 SiO2(6%)를 포함한 에폭시 레진의 라미네이팅 필름"의 구조를 갖는 분리 적층된 소자의 발광 스펙트럼이다. 확산 제를 사용한 경우, 도 4a에 비해 34%가 향상된 90 cd/m2의 휘도를 보였으며 (0.217, 0.424)의 색 좌표를 나타낸다. 또한, 이때의 피크 첨두치는 517 nm을 나타냈다.
도 4c는 본 발명의 실시 예에 따른 “청색 유기 발광 소자/C545T(6.1×10-3%)와 SiO2(6%)를 포함한 에폭시 레진의 라미네이팅 필름/휘도향상필름”의 구조를 갖는 분리 적층된 소자의 발광 스펙트럼이다. 확산 제와 휘도향상 필름을 적층한 경우, 도 4a에 비해서 도 4c는 96%의 향상된 131 cd/m2의 휘도를 보였으며 (0.232, 0.481)의 색 좌표를 나타낸다. 또한, 이때의 피크 첨두치는 521 nm로 휘도향상필름에 의해 장파장으로 색 좌표가 이동한다.
도 4d는 본 발명의 실시 예에 따른 “청색 유기 발광 소자/C545T(6.1×10-3%), SiO2(6%) 및 DCJTB(1.5×10-2%)를 포함한 에폭시 레진의 라미네이팅 필름”의 구조를 갖는 백색 유기 발광 소자의 발광 스펙트럼이다. 이때의 색 좌표는 (0.344, 0.322)을 나타냈다.
본 발명의 백색 발광소자는 청색 유기 발광 원의 일부를 에폭시 층의 여기 제 흡수하여 백색광의 다른 구성색인 적, 녹, 오렌지색 등을 발광하며 나머지 청색은 그대로 투과하여 백색광을 내는 효율적인 구조이다. 청색 유기 발광소자의 발광 재료는 높은 효율과 휘도를 가지는 재료를 사용했으며 에폭시 수지 층은 높은 청색광 흡수를 통한 여기 제를 사용하여 효율이 극대화된 백색 발광 소자 특성을 보인다. 특히, 이러한 형태의 발광소자는 지금까지 보고되지 않은 새로운 형태의 평면 백색 발광 표시 장치이며, 저 가격 평면 백색 발광 소자제작에 적합한 공정들로 이루어져있다.
또한, 본 발명에서 제시된 평면 백색광을 제조하는 방법에 의하면, 제조 및 정제 과정이 종래 백색 유기 발광 소자에 비해 매우 간단하다. 또한, 본 발명의 확산 제나 여기 제가 포함된 라미네이팅 필름이나 광학 플리즘 시트와 같은 휘도향상필름이 적층된 상기구조의 백색 발광소자는 종래의 보고되지 않은 고 휘도, 고효율, 고 안정성의 백색광을 방출하며 광 특성이 특히 양호하다.
특히, 실시 예 1의 소자들은 지금까지 발견된 무기 발광 소자에서 보다 높은 휘도와 탁월한 발광 특성을 보이고 있다. 무엇보다도 기존에 유기 발광 소자에서 백색광을 구현하는데 녹색을 확보하는 기술이 문제점으로 대두되었는데 이러한 원천 요소기술을 개발했다는 면에서 큰 장점이 될 수 있다.

Claims (17)

  1. 본 발명의 백색광 표시장치는 유기 발광 소자, 첨가제가 함유된 라미네이팅 필름, 휘도 향상 필름의 순으로 분리되어 적층된 구조이며 휘도가 강화된 고효율 백색광 표시 장치에 대한 것으로,
    제 1층으로 구비된 여기 원인 청색을 방출하는 유기 발광 소자와,
    상기 청색 유기 발광 소자의 투명 기판 쪽을 투과하는 일부 청색광 에너지를 흡수하며 백색광원의 하나 또는 둘이상의 다른 구성색인 녹, 노란, 오렌지, 적색을 발생하는 여기 제 및 분산제로 구비되는 제 2 층인 여기 제 도포 층,
    마지막으로 휘도를 향상시키는 필름인 제 3 층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 백색 발광 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    대 면적 백색 광원 제작 할때, 제 2 층인 여기 제 도포 층을 라미네이팅 필름으로 먼저 형성한 후, 청색 유기 발광 소자의 기판에 분리된 형태로 적층하거나, 제 1 층인 청색 유기 발광 소자가 형성된 투명 기판의 반대면에 붙은 형태로 적층하여 여 고 휘도의 백색 발광 표시장치를 제작하는 것을 특징으로 하는 소자구조.
  3. 제 1항에 있어서,
    백색광원 제작할 때, 투과되는 백색광의 휘도 향상 및 효율 증대 및 공정을 단순화하기 위해, 제 3 층인 빛의 굴절이나 반사의 원리를 이용한 광학 프리즘 필름같은 휘도 향상 필름을 선 제작된 유기 발광 소자에 분리된 형태로 적층하여 광학 특성을 향상시키는 것을 특징으로 하는 평면 백색 발광 소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    백색광을 형성하는 순서에 있어서, 청색 유기 발광 소자, 라미네이팅 필름, 휘도향상필름의 군에서 조합된 어느 하나의 구조이며 각각의 구성인자는 하나 또는 복수로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 분리되어 적층된 백색광 표시장치의 구조.
  5. 제 1 항에 있어서,
    제 1 층인 유기 발광 소자는 배면 발광 또는 전면 발광으로 빛을 발출하는 한 쌍 또는 2 쌍 이상의 투명전극으로 분리된 청색 여기 원 발광 층을 포함하며, 한층 또는 2층 이상의 백색광 구성색인 녹, 노란, 오렌지, 적색의 발광 층을 구비할 수도 있는 것을 특징으로 하는 백색 발 광표시장치의 구조.
  6. 제 1 항에 있어서,
    제 1 층인 청색 여기 원 발광 소자를 구성하는 청색 발광 재료는 DCS(4,4'-비스[카르바조릴-(9)]-스틸벤), ([Tris(4-oxo-1,5-나프티리딘)알루미늄 (II)]((NQ1)3Al), (4,4'-비스(2,2-디페닐-에텐-1-일)디페닐 (DPVBi), 비스(스티릴)아민 (DSA)계, 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)(트리페닐실록시)알루미늄 (III)(SAlq), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)(파라-페놀라토)알루미늄 (III) (BAlq), 비스(살렌)진크 (II), 1,3-비스[4-(N,N-디메틸아미노)페닐-1,3,4-옥사디아조릴]벤젠(OXD8), 3-(비페닐-4-일)-5-(4-디메틸아미노)4-(4-에틸페닐)-1,2,4-트리아졸 (p-EtTAZ), 3-(4-비페닐)-4-페닐-5-(4-터셔리-부틸페닐)-1,2,4-트리아졸 (TAZ), 2, 2', 7, 7'-테트라키스(비-페닐-4-일)-9,9'-스피로플루오렌 (Spiro-DPVBI),트리스(파라-터-페닐-4-일)아민 (p-TTA), 5,5-비스(디메지틸보릴)-2,2-비티오펜 (BMB-2T) 및 퍼릴렌 (perylene) 등등을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어,
    백색 발광 표시 장치를 구성함에 있어서, 제 2 층인 라미네이팅 필름 형태인 여기 제 도포 층은 일정 비율의 투명주제, 경화제, 바인더 등에 하나 또는 2층 이상의 분산제, 무기 형광체, 유기 형광체, 유기 안료, 나노 메탈 및 복합 재료의 양자 점 등의 첨가제가 소정의 양으로 구성되는 것을 특징하는 구성방법.
  8. 제 1 항에 있어,
    백색광을 제작함에 있어서 여기 제 도포 층을 구성하는 주제는 에폭시 계, 우레탄 계, 아크릴 계 , PET 계 등을 포함한 투명 플라스틱이며,
    필름 제조 방법으로는 몰드방식, 압출방식, exclusion 방식, 현탁액 인쇄방식, 핫롤러 방식 (hot roll type)의 코팅, 열판 방식 (heat plate type) 코팅, 콜드 방식 (cold type) 코팅, 스크린 프린팅, 딥 코팅, 디스레이 방식, 스핀 코팅 방식, 닥터 브레이드 등이 사용되며,
    제작된 필름의 투과도는 70 ~100%로 구성되며,
    제작된 필름의 평탄도는 70~100%로 구성되고,
    제작된 필름의 경도는 10 ~ 100 % (Shore D)를 지니며,
    소성 후 최종 여기 제 도포 층의 두께가 1마이크로미터 (um) ~ 1밀리미터 (mm) 범위이며,
    여기 제와 분산제를 포함한 총 첨가제는 전체 질량의 0~90% 이내에 있는 것을 특징으로 하는 라미네이팅 필름의 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    제 2 층을 구성하는 분산제로는,
    방출되는 평면 백색광의 광학적 균일성 확보를 위해 제 2 층인 여기 도포 층에 실리콘산화물(SiO2), 타이타늄산화물(TiO2), 진크산화물(ZnO) 등을 포함한 고굴절 무기산화물 등이 하나 또는 복수로 구성된 볼이나 파우더를 첨가하여 빛의 산란에 의해 빛의 휘도를 향상시킬 수 있는 고 굴절성을 지닌 라미네이팅 필름의 제조방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    제 2 층을 구성하는 무기 형광체로는,
    IniGajAlkN, InGaN, GaN, Y1-rGdr)3 Al5O12 : Ce, Y3(Al1-sGas)5O 12
    : Ce,(Re1-rSmr)3(Al1-sGas)5O12 : Ce,Re3Al5O12 : Ce, Y1-p-q-rGdpCeq Smr)3
    (Al1-sGas)5O12, Y1-p-q-rGdpCeq Smr)3Al5O12, (Re1-rSmr)3 (Al1-sGas)5O12, Re3(Al :Ga)5O 12 : Ce, Sr, Ca, Ba, Mg)10(PO4)6C12 : Eu, ZnS : Cu, Au, Al, Y1-x-
    a-bGdxTbaTmb)3(Al1-yGay) 5O12, Y1-pGdp)3(Al1-x-yGaxCr y)5O12, Y2O2S : Eu 등을 포함하는 것을 특징으로 하는 라미네이팅 필름의 제조방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    제 2 층을 구성하는 유기 형광체로는
    청색 염료로 (4,4'-비스(2,2-디페닐-에텐-1-일)디페닐(DPVBi), 비스(스티릴)아민(DSA)계,비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)(트리페닐실록시)알루미늄 (III)(SAlq),비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)(파라-페놀라토)알루미늄 (III)(BAlq),비스(살렌)진크 (II),1,3-비스[4-(N,N-디메틸아미노)페닐-1,3,4-옥사디아조릴]벤젠(OXD8),3-(비페닐-4-일)-5-(4-디메틸아미노)4-(4-에틸페닐)-1,2,4-트리아졸(p-EtTAZ),3-(4-비페닐)-4-페닐-5-(4-터셔리-부틸페닐)-1,2,4-트리아졸(TAZ), 2, 2', 7, 7'-테트라키스(비-페닐-4-일)-9,9'-스피로플루오렌(Spiro-DPVBI),트리스(파라-터-페닐-4-일)아민(p-TTA),5,5-비스(디메지틸보릴)-2,2-비티오펜(BMB-2T) 및 퍼릴렌(perylene) 등이 있으며,
    녹색염료로 트리스(8-퀴놀리나토)알루미늄 (III)(Alq3),트리스(4-메틸-8-퀴노리놀라토)알루미늄 (III)(Almq3), 큐마린 6 및 퀴나크리돈 등이 있으며,
    적색 발광재료 DCM1(4-디시아노메틸렌-2-메틸-6-(파라-디메틸아미노스틸릴)-4H-피란),DCM2(4-디시아노메틸렌-2-메틸-6-(줄로리딘-4-일-비닐)-4H-피란),DCJT(4-(디시아노메틸렌)-2-메틸-6-(1,1,7,7-테트라메틸줄로리딜-9-에닐)-4H-피란),DCJTB(4-(디시아노메틸렌)-2-터셔리부틸-6-(1,1,7,7-테트라메틸줄로리딜-9-에닐)-4H-피란),DCJTI(4-(디시아노메틸렌)-2-아이소프로필-6-(1,1,7,7-테트라메틸줄로리딜-9-에닐)-4H-피란) 및 나일레드(Nile red) 등을 특징으로 하는 라미네이팅 필름.
  12. 제 1 항에 있어서,
    제 2 층을 구성하는 유기 안료로는
    아조계로는 불용성 아조안료, 아조레이크 안료, 축합 아조안료 및 금속염 아조안료를 포함하며,
    프탈로시아닌계로는 구리 프탈로시아닌, 할로겐화 구리 프탈로시아닌, 무금속 프탈로시아닌 및 구리 프탈로시아닌 레이크 안료로 구성되며,
    염료 레이크 안료로는 산성연료 레이크 및 염기성염료 레이크 안료 등이 있으로 구성되며,
    축합다환 안료로는 안트라퀴논, 티오인디고, 퍼릴렌, 프리논, 퀴나크리돈, 다이옥사진, 이소인도리논, 이소인도린, 퀴나프탈론 등이며.
    기타 안료로는 니트로소 안료, 알리자린, 금속착염 아조메틴, 아닐린 블랙, 알칼리 블루 및 화광 형광이 등등이 포함된 라미네이팅 필름의 제조방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    제 2 층을 구성하는 나노 메탈 및 복합 재료의 양자 점 등의 재료로는 나노 크기의 금속이나 나노 복합 재료가 사용되는데,
    나노 금속으로는 백금, 금, 은 , 니켈, 마그네슘, 팔라듐 등등이 이용되고,
    나노 복합 재료는 카드늄 설파이드 (CdS), 카드늄 셀레나이드 (CdSe), 진크 설파이드 (ZnS), 진크 셀레나니드 (ZnSe), 인듐 포스파이트 (InP), 티타늄 옥사이드 (TiO2), 진크 옥사이드 (ZnO), 틴 옥사이드 (SnO), 실리콘 옥사이드 (SiO2), 마그네슘 옥사이드 (MgO) 등으로 구성되는 것을 특징으로 하는 라미네이팅 필름.
  14. 제 1 항에 있어서,
    제 2 층인 여기 제 도포 층을 구성하는 유/무기 형광체, 유기 안료, 나노 메탈 및 나노 복합 재료의 양자 점 등이 투명주제, 경화제, 바인더 등에 의해 혼합 소성되며,
    전체 도포 층의 총 질량기준 색소 혼합비율은 1~50% 범위이며,
    소성 온도는 섭씨 50~150 ℃ 범위이며,
    소성시간은 1, 2차로 나누어 진행하며 각각 30 분 ~ 2 시간, 1 ~ 4시간 진행하는 것을 특징으로 하는 백색광의 제작방법.
  15. 제 1 항에 청색 유기 발광 소자는,
    한 쌍 또는 2쌍 이상의 투명 전극 전극으로 분리된 제 1 층인 유기 발광 소 자 제작의 경우 유기박막 위 투명전극의 제조법으로 RF sputter, Grid RF sputter, DC sputter, DC pulse sputter, ALD (atomic layer deposition), PEALD(plasma enhanced atomic layer deposition) 등의 방법을 사용하며,
    투명전극을 제작할 때 유기박막의 손상을 최소화하기 위해 하나 또는 2이상의 초박막 메탈(Al, Ag, Cr, Mg, MgAg, Al/Ag,..)로 구성된 버퍼 층을 삽입하며 총 메탈 버퍼 층의 두께가 1-20나노미터(nm)의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  16. 제 1항에 있어서,
    평면 백색 발광 소자를 위한 투명기판은 유리, 플라스틱, PET, PES, PC, thin Si wafer 등을 포함하며, 불 투명기판은 각종 메탈 (SUS, Al, Ag,..) 포일, Si wafer, 불투명 플라스틱 등을 포함하며, 백색광의 방출방향은 투명기판 쪽을 향하는 것을 특징으로 하는 평면 백색광원.
  17. 제 1 항에 있어서,
    평면 백색 광원의 유기 발광소자의 제작에 있어 소자내의 수분 및 산소 침투 방지하거나 제거하는 목적으로 막 흡수 층, 유 / 무기 혼합 박막 층, 스테인레스 스틸 (SUS) 캔, 유리 캔 등의 사용을 특징으로 하는 평면 백색광의 제작방법.
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