KR20090064786A - 희토류 원소를 포함하는 표시소자의 칼라필터층과 그제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플렉시블 디스플레이(flexible display)에 사용되는 표시소자에 형성되는 칼라필터층에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 상기 칼라필터층은 가시광을 선택적으로 흡수하는 희토류 원소인 네오디미늄(Nd) 또는 프라세오디미늄(Pr)을 포함하고 있는 희토류 산화물 및 일반 산화물이 혼합되어 소성된 산화물 박막인 것을 특징으로 하는 칼라필터층과 그에 관한 제조 방법으로서, 상기 칼라필터층은 굴절률이 전면기판의 굴절률과 투명전극의 굴절률 사이인 것을 특징으로 하여 가시광 영역에서 좋은 칼라필터 기능이 있어 높은 광투과율을 갖으며 외부의 기체나 수증기의 침투를 방지하고, 이온 확산을 방지하는 효과까지 갖는 칼라필터층에 관한 것이다.
평판 디스플레이, 터치스크린, 칼라필터, 희토류 산화물

Description

희토류 원소를 포함하는 표시소자의 칼라필터층과 그 제조방법{The color filter layer including rare-earth element in display device and Method for manufacturing the same}
본 발명은 플렉시블 디스플레이(flexible display)에 사용되는 표시소자에 형성되는 칼라필터층에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 상기 칼라필터층은 가시광을 선택적으로 흡수하는 희토류 원소인 네오디미늄(Nd) 또는 프라세오디미늄(Pr)을 포함하는 희토류 산화물 및 일반 산화물이 혼합되어 소성된 산화물 박막인 것을 특징으로 하는 표시소자의 칼라필터층과 그에 관한 제조 방법에 관한 것이다.
일반적인 평판 디스플레이(display)로 알려진 유기 전계발광소자(OLED), LCD 등과 같은 표시소자의 구조는 소자에 따라서 다소 차이는 있으나 다음과 같은 기본적인 구조를 갖는다. 도 1을 참고하면, 상기 표시소자의 구조는 전면기판(10)과 배면기판(60) 사이에 투명전극(30), 금속전극(50) 및 발광층(40)으로 구성된다. 상기 투명전극(30)과 발광층(40)은 진공증착법이나 후막 인쇄법으로 형성한다.
상기 전면기판(10)과 투명전극(30) 사이에는 이온확산방지층(20)을 두께가 수백 나노미터(nm)가 되도록 형성한다. 상기 이온확산방지층(20)은 전면기판(10) 내의 알칼리 이온(Na, K, Cl 등)이나 라디칼 등의 유동성 이온들이 투명전극으로 확산 이동되어 투명전극(30)의 전기적 특성이 변하는 것을 방지하는 역할을 한다.
상기 발광층(40)은 기본적으로 적색 형광체(41), 녹색 형광체(42), 및 청색 형광체(43)로 구성된다. 상기 발광층(40)은 투명전극(30)과 금속전극(50)에 직류 혹은 교류가 구동회로(70)에 의해 인가될 때 적색 형광체(41), 녹색 형광체(42), 및 청색 형광체(43)가 여기되거나 완화되어 가시광을 냄으로써 화상이나 정보를 나타낼 수 있다.
LCD의 경우에는 발광층에서 발생하는 삼색광 대신에 백라이트에서 나오는 삼색광을 이용한다는 것에서 약간의 차이가 있다. 상기 구동회로는 백라이트 아래에 형성되며, 정보표시를 위해 평판표시 소자의 두 전극사이에 펄스신호를 인가시켜주는 전자회로이다. 또한, 상기 삼색광은 표시소자의 형광층에서 발생하여 소자의 바깥으로 빠져나오는 가시광선(빨강, 파랑, 초록빛과 이들의 혼합된 빛)을 나타낸다.
그러나, 현재의 표시소자용 형광체의 기술 수준은 완벽한 적, 녹, 청색의 재현에 이르지 못하고 있다. 게다가 OLED는 적색 형광체, 녹색 형광체, 및 청색 형광체에서 나오는 빛의 스펙트럼 폭이 매우 넓어 색순도를 떨어뜨리게 되므로 형광체의 색순도에 대한 대폭적인 개선이 요구되고 있었다. 또한, LCD의 경우에도 백라이트에서 발생하는 삼색광은 형광체를 여기시켜 얻기 때문에 색순도에는 근본적인 문제점을 지니고 있었다.
이처럼 OLED용 형광체는 자체적으로 색순도에 문제가 있고, LCD와 같은 경우도 백라이트용 형광체에 근본적인 색순도 문제를 내포하고 있어 상기 문제를 개선 시키기 위한 연구가 시작되었다.
색순도를 개선하여 표시품질을 향상시키는 방법으로 제시되는 것이 칼라필터이다. 유리를 기판으로 사용하는 종래의 평판 표시소자의 경우에는 전면유리기판과 투명전극 사이에 적색 칼라필터와 녹색 칼라필터 및 청색 칼라필터를 스크린 프린팅이나 전기영동법 등의 방법으로 각각 후막으로 소성하여 형성한 뒤 칼라필터 사이에 흑색 유전체를 채우는 방법으로 형성하여 사용하였다.
일반적으로 적색 칼라필터의 재료로는 철산화물 무기안료이며 녹색 및 청색 칼라필터의 재료로써는 코발트산화물 무기안료가 사용된다. 스크린 프린팅의 경우, 이러한 무기 안료를 에틸셀루로우즈(ethylcellulose) 등의 저온 분해성의 수지와 부틸카르비톨아세테이트(buthylcarbitolacetate) 등의 유기용제에 섞어 페이스트를 만든 후 적, 녹, 청색 칼라필터를 순차적으로 3회에 걸쳐 후막 소성하여 형성한다.
이와 같은 종래의 방법에 의해 형성되는 표시소자용 칼라필터는 유리를 기판으로 사용하기 때문에 3번의 후막소성이라는 고온 열공정을 거쳐 제조될 수가 있었다. 그러나, 고분자 필름을 기재로 사용하는 플렉시블 디스플레이(flexible display)의 경우, 전면기판에 사용되는 고분자 기재나 투명전극이 열공정 과정에서 열적, 전기적 특성의 변화가 생겼다. 또한, 상기 고분자 필름과 투명전극이 화학적인 반응이 일어나 소자의 수명이 단축된다는 문제점이 있었다. 따라서 가급적이면 저온(실온) 공정으로 고분자 기재 위에 칼라필터층을 확보할 수 있는 방법이 연구되었다.
한편, 종래 기술인 공개특허공보 10-2001-0026838외의 많은 기술들은 PDP에 무기 안료 대신에 유기 염료를 고분자 바인더와 함께 용매에 녹여 만든 수지잉크를 고분자 기재에 코팅하여 제조할 수 있는 칼라필터를 개발하였다. 상기 종래기술의 칼라필터는 젤라틴과 같은 폴리머 바인더를 2종류 이상의 염료를 단일용매에 녹여서 제조된다. 상기 녹인 염료를 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리카보네이트(polycabonate) 등의 고분자로 된 투명지지체 위에 후막으로 코팅하여 상기 칼라필터층을 소자의 바깥에 두게 하였다. 상기 종래기술에 의하여 제조된 칼라필터는 오렌지광과 근적외선을 제거할 수 있었지만 상기 칼라필터에 사용되는 염료가 열이나 외부광에 취약해서 칼라필터의 신뢰성이 떨어진다는 문제점이 있었다.
그리고, 도 1을 참고하면 플라스틱 LCD나 플렉서블 OLED와 같은 차세대 평판 디스플레이에서는 외부의 산소나 수증기의 침투에 취약한 고분자를 기판재료를 사용하므로 전면기판(10)과 이온확산방지층(20) 사이에 별도의 기체차단막을 설치하여야한다. 기체차단막은 유기 또는 무기물로 된 두께가 수십 내지 수백 나노미터(nm)의 다수의 층으로 구성되므로 소자의 휘도를 떨어뜨린다는 문제점이 있었으며 게다가 불가피하게 제조경비의 상승을 초래하는 문제점이 있었다. 더군다나, 디스플레이에서나 터치스크린에서 칼라필터층을 형성하게 되면 소자의 휘도가 40% 이상 감소됨으로 인하여 선명도가 떨어진다는 문제점도 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명의 칼라필터층은 가시광을 선택적으로 흡수하는 희토류 원소 네오디미늄(Nd) 또는 프라세오디미늄(Pr) 포함하는 희토류 산화물 및 일반 산화물이 혼합되어 소성된 산화물 박막인 것을 특징으로 하여 상기 칼라필터층은 가시광 영역에서 좋은 칼라 필터 기능을 하고, 이온확산방지층의 기능과 기체 차단막 기능뿐만 아니라 휘도감소를 최소화하는 칼라필터층 및 상기 칼라필터층의 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플렉시블 디스플레이에 사용되는 표시소자에 형성되는 칼라필터층은 가시광을 선택적으로 흡수하는 희토류 원소를 포함하는 희토류 산화물 및 일반 산화물이 혼합되어 소성된 산화물 박막인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 희토류 원소를 포함하는 산화물은 산화네오디미늄(Nd2O3) 또는 산화프라세오디미늄(Pr2O3) 중에서 적어도 어느 한 가지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 희토류 원소를 포함하는 산화물은 산화네오디미늄(Nd2O3)과 산화프라세오디미늄(Pr2O3)이 40wt%~60wt% : 60wt%~40wt%의 비율로 포함 되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 희토류 산화물은 중량비로 10wt% 내지 90wt%를 차지하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 일반 산화물은 산화알루미늄(Al2O3) 또는 산화규소(SiO2)인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 플렉시블 디스플레이에 사용되는 표시소자에 형성되는 칼라필터층의 제조방법은 가시광을 선택적으로 흡수하는 희토류 원소를 포함하는 산화물 및 일반 산화물을 혼합하여 소성된 용융물 형성단계, 상기 용융물을 전면기판에 박막으로 형성하는 박막 형성단계 및 상기 박막을 투명전극에 진공 증착시키는 진공증착단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 희토류 원소를 포함하는 산화물은 산화네오디미늄(Nd2O3) 또는 산화프라세오디미늄(Pr2O3) 중에서 적어도 어느 한 가지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 희토류 산화물은 중량비를 10wt% 내지 90wt%로 하여 일반 산화물과 혼합하여 소성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 진공증착단계는 전자빔 증착법, 스퍼터링 증착법 및 이온 플레이팅 증착법 중 어느 한 가지 방법으로 박막을 투명전극에 진공 증착하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 일반 산화물은 산화알루미늄(Al2O3) 또는 산화규소(SiO2) 인 것을 특징으로 하고, 더 바람직하게는 상기 칼라필터층은 굴절률이 전면기판의 굴절률과 투명전극의 굴절률 사이인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 투명전극은 산화인듐주석(In2O3:Sn) 또는 산화인듐아연(In2O3:ZnO)이고, 두께가 100nm 내지 300nm 인 것을 특징으로 하고, 더 바람직하게는 상기 칼라필터층은 굴절률이 1.7 내지 1.9인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 소성된 용융물 형성단계는 희토류 원소를 포함하는 산화물 및 일반 산화물을 혼합하여 800℃ 내지 1500℃ 범위로 소성하는 것을 특징으로 한다.
더 바람직하게는, 상기 전면기판의 재질은 유리 또는 고분자물질이고, 상기 고분자물질은 폴리에테르술폰(PES) 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)이 것을 특징으로 한다.
이상에서 상술한 바와 같이 상기와 같은 본 발명에 따른 칼라필터층은 가시광을 선택적으로 흡수하는 희토류 원소 네오디미늄(Nd) 또는 프라세오디미늄(Pr) 포함하는 희토류 산화물 및 일반 산화물이 혼합되어 소성된 산화물 박막인 것을 특징으로 하는 칼라필터층과 그에 관한 제조 방법으로서, 상기 칼라필터층은 굴절률이 전면기판의 굴절률과 투명전극의 굴절률 사이인 것을 특징으로 하여 가시광 영역에서 좋은 칼라필터 기능을 갖고 외부의 기체나 수증기의 침투를 방지하고, 이온확산방지층을 가지면서 동시에 높은 광투과율을 갖음으로 플렉시블 디스플레이의 선명도를 향상시키는 효과와 수명을 연장하는 효과가 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하고자 한다. 첨부 도면 중, 도 1은 종래의 평판 디스플레이(display)의 일반적인 구조 단면도이고, 도 2는 본 발명의 칼라필터층을 포함한 평판 디스플레이의 구조 단면도이며, 도 3은 본 발명의 칼라필터층을 포함한 표시소자의 광투과 특성을 나타내는 그래프이다.
본 발명은 플렉시블 디스플레이(flexible display)에 사용되는 표시소자에 형성되는 칼라필터층이다. 플렉시블 디스플레이(flexible display)는 재료가 유연하여 접거나 말을 수 있는 디스플레이(display) 장치로서 TFT LCD, 유기EL(OLED)과 전기 영동(electrophoretic), LITI(Laser Induced Thermal Image) 기술 등이 이용되고 있다. 상기 플렉시블 디스플레이(flexible display)의 색순도를 개선하여 표시품질을 향상시키기 위하여 전면기판과 투명전극 사이에 칼라필터층을 형성하였다.
본 발명에서의 상기 칼라필터층은 가시광을 선택적으로 흡수하는 희토류 원 소를 포함한다. 상기 희토류 원소는 주기율표 제3족인 스칸듐·이트륨 및 원자번호 57에서 71인 란탄계열의 15원소를 합친 17원소의 총칭된다. 상기 희토류 원소는 희토류 원소의 원자번호가 홀수인 것이 짝수인 것에 비해 존재량이 적다. 또한, 상기 희토류 원소는 일반적으로 은백색 또는 회색 금속이다.
그리고, 상기 희토류 원소는 공기 중에서 서서히 산화하며, 산 및 뜨거운 물에는 녹지만 알칼리에는 녹지 않는다. 상기 희토류 원소에 속하는 금속들은 화학적 성질은 아주 비슷하며, 보통 모두 ＋3가의 화합물을 만드는데, 세륨·테르븀·프라세오디뮴에서는 ＋4가, 이테르븀·유로퓸·사마륨에서는 ＋2가도 있다. 상기 희토류 원소는 알칼리금속·알칼리토금속에 이어 양성(陽性)이 현저하며 수산화물은 염기이다.
상기 희토류 원소 중에서 네오디미늄(Nd)과 프라세오디미늄(Pr)을 본 발명의 일구성 요소로 채택하였는데, 상기 네오디미늄(Nd)과 프라세오디미늄(Pr)은 가시광 영역의 빛 중에서 삼원색광을 선택적으로 투과시키는 희토류 원소이다. 상기 네오디미늄(Nd)과 프라세오디미늄(Pr)을 산화시켜 산화네오디미늄(Nd2O3)과 산화프라세오디미늄(Pr2O3)을 얻는다.
상기 칼라필터층은 상기 희토류 원소가 포함된 희토류 산화물과 희토류가 함유되어 있지 않은 일반 산화물을 혼합하여 소성시켜서 제조한다. 상기 희토류 원소를 포함하는 산화물인 산화네오디미늄(Nd2O3)과 산화프라세오디미늄(Pr2O3)을 단독 또는 혼합하여 넣는다. 상기 산화네오디미늄(Nd2O3)과 산화프라세오디미늄(Pr2O3)를 혼합하여 첨가하는 경우, 상기 산화네오디미늄(Nd2O3)과 산화프라세오디미늄(Pr2O3)이 40wt%~60wt% : 60wt%~40wt%의 비율로 포함되게 한다. 상기 산화네오디미늄(Nd2O3)과 산화프라세오디미늄(Pr2O3)와 같은 희토류 원소가 포함된 산화물은 중량비로 10wt% 내지 90wt%를 차지한다. 상기 희토류 원소가 10wt%이하로 포함되면 필터의 특성이 기대되지 않고, 90wt%이상으로 포함되면 필터의 특성은 좋아지나 소자의 휘도를 감소하는 원인이 된다. 그러므로, 상기 중량비의 범위 내에서 희토류 원소가 포함된 산화물이 첨가되는 것이 바람직하다.
상기 일반 산화물은 산화알루미늄(Al2O3) 또는 산화규소(SiO2)를 포함한다. 상기 산화알루미늄(Al2O3)은 알루미늄에 산화 막으로 덮인 상태로 자연계에 존재하며, 알루미늄 산화 막은 부식에 대한 높은 저항력을 가진다. 상기 산화규소(SiO2)는 규산무수물로서 일반적으로 실리카라고 불리운다. 상기 실리카는 천연으로 존재하는 각종 규산염 속의 성분으로서의 이산화규산을 말한다. 상기 산화규소(SiO2)는 고온에 견디며 팽창률이 아주 작고 급격한 열변화에 강하기 때문에 내열(耐熱)유리로 사용되거나 자외선을 잘 통과하기 때문에 각종 광학장치에 사용된다.
상기의 칼라필터층으로 사용될 수 있는 산화물로서는 일반적인 산화물이라면 모두 가능하다. 그러나, 광 투과율의 측면에서 볼 때 상기 칼라필터층은 굴절률이 전면기판의 굴절률과 투명전극의 굴절률 사이인 것이 적당하다. 하기 수학식 1을 살펴보면, 경계를 이루는 두 물질의 굴절률을 각각 n1과 n2라고 하고 광투과율을 T 라고 하면 투과율을 다음과 같다.
Figure 112007090459019-PAT00001
상기의 유리나 PES 등의 고분자 기재(굴절률 1.5~1.6) 위에 투명전극으로 사용되는 재료가 굴절률이 2 정도인 산화인듐주석(In2O3:Sn)이나 산화인듐아연(In2O3:ZnO)이기 때문에 이들 사이에 형성되는 칼라필터층은 굴절률이 1.7 내지 1.9인 것을 부근인 것이 바람직하며 굴절률이 1.8 부근인 것이 가장 바람직하다.
따라서, 상기의 칼라필터층으로 사용될 수 있는 산화물로서는 산화물이라면 모두 가능하지만 가시광 영역에서 굴절률이 1.76 정도로 알려진 Al2O3가 가장 적합하다. SiO2는 굴절율이 1.4정도라서 적합하지 않는 듯 보이지만 Nd2O3나 Pr2O3 등이 첨가되면 굴절율이 1.7 정도로 증가하므로 또한 목적에 적합한 재료가 된다. 상기 광투과율 공식에 의하여 굴절률 차이를 조정한 본 발명의 칼라필터층은 휘도감소를 최소화할 수 있다.
상기 투명전극은 산화인듐주석(In2O3:Sn) 또는 산화인듐아연(In2O3:ZnO)으로 두께가 100nm 내지 300nm 이다. 이는 상기 투명전극의 두께가 100nm보다 작으면 전극의 저항이 커지는 단점이 있고, 300nm이상이 되면 소자 내부에서 발생한 광의 투과율이 감소하므로 상기 수치범위 이내가 바람직하다.
상기 플렉시블 디스플레이(flexible display)에 사용되는 표시소자에 형성되는 칼라필터층의 제조 방법은 가시광을 선택적으로 흡수하는 희토류 원소를 포함하는 산화물 및 일반 산화물을 혼합하여 소성된 용융물 형성단계, 상기 용융물을 전면기판에 박막으로 형성하는 박막 형성단계 및 상기 박막을 투명전극에 진공 증착시키는 진공증착단계를 포함한다.
상기 희토류 원소를 포함하는 산화물은 상기 살펴본 바와 같이 산화네오디미늄(Nd2O3) 또는 산화프라세오디미늄(Pr2O3)을 각각의 산화물을 일반 산화물과 혼합시키거나 산화네오디미늄(Nd2O3)과 산화프라세오디미늄(Pr2O3)을 혼합한 뒤 일반 산화물과 다시 혼합시킨다. 상기 산화네오디미늄(Nd2O3)과 산화프라세오디미늄(Pr2O3)를 혼합하여 첨가하는 경우, 상기 산화네오디미늄(Nd2O3)과 산화프라세오디미늄(Pr2O3)이 40wt%~60wt% : 60wt%~40wt%의 비율로 포함되게 한다. 상기 희토류 산화물은 중량비를 10wt% 내지 90wt%로 하여 일반 산화물과 혼합하여 소성한다. 상기 일반 산화물은 산화알루미늄(Al2O3) 또는 산화규소(SiO2)으로 하는데 그 이유는 상기 살펴본 휘도감소율을 최소로 하고자 위함이다.
상기 혼합된 산화물은 800℃ 내지 1500℃ 범위로 소성 한다. 상기 소성온도를 800℃이하로 하면 용융이 잘 되지 않으므로 희토류 원소가 포함된 산화물과 일반 산화물이 물리·화학적으로 혼합되지 않는다. 그리고, 소성온도를 1500℃이상으로 하면 공정의 효율이 떨어지므로 소성온도는 상기의 범위 내에서 이루어지는 것 이 바람직하다.
상기 진공증착단계는 전자빔 증착법(E-beam evaporation), 스퍼터링 증착법(Sputtering evaporation) 및 이온 플레이팅 증착법(ion plating evaporation) 중 어느 한 가지 방법을 선택하여 박막을 투명전극에 진공 증착한다. 상기 방법들은 기상증착법(Vapor Deposition) 중 하나이며, 진공 환경이 필요한 PVD(Physical Vapor Deposition)속한다. 상기 PVD(Physical Vapor Deposition)에 해당하는 증착법에는 스퍼터링 증착법(Sputtering evaporation), 전자빔증착법(E-beam evaporation), 열증착법(Thermal evaporation), 레이저분자빔증착법(L-MBE, Laser Molecular Beam Epitaxy), 펄스레이저증착법(PLD, Pulsed Laser Deposition) 등이 있다. 상기 PVD(Physical Vapor Deposition)에 해당되는 증착법은 증착시키려는 물질이 기판에 증착될 때 기체상태가 고체상태로 바뀌는 물리적인 변화를 포함한다. 상기 PVD(Physical Vapor Deposition) 방법들은 그 화합물들을 우선 소결하거나 녹여서 고체 상태의 target으로 제조해서 열이나 전자빔으로 휘발시켜서 기판에 증착시키는 방법이 있다.
또한, 조금 더 복잡한 방법으로는 각각의 원료 물질을 cell (effusion cell)에 넣은 다음에 cell의 문을 열고 닫는 것으로 원료물질을 열, 레이저, 전자빔 등을 통해 기체상태로 날려서 보내고 날아간 원료 물질이 기판에 닿았을 때 고체 상태로 변화시키는 방법이 있다. 상기 PVD(Physical Vapor Deposition)는 고품질의 박막이나 나노구조를 만들 때 쓰이고 상기 PVD 방법은 고품질의 증착면을 얻을 수 있다.
상기 전자빔 증착법(E-beam evaporation)은 전자빔을 통하여 용융된 산화물을 상기 용융물을 휘발시켜서 기판에 증착시키는 것이다. 스퍼터링 증착법(Sputtering evaporation)은 고체의 표면에 고 에너지의 입자를 표면원자와 충돌시켜 고체 표면의 원자나 분자를 표면으로부터 제거하는 현상을 이용하여 박막을 제조하는 방법이다. 그리고, 상기 이온 플레이팅 증착법(ion plating evaporation)은 진공 챔버(Chamber)내에 아르곤 등의 가스를 주입하여 약 10 torr의 고진공 상태에서 플라즈마를 일으켜 증착물질과 가스를 이온화하여 증착될 물체에 높은 에너지를 가지고 증착하는 방법이다.
상기 전면기판의 재질은 유리 또는 고분자물질이고, 상기 고분자물질은 폴리에테르술폰(PES) 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)가 바람직하다. 현재 디스플레이용 기판으로 이용되는 고분자 수지로는 투명도가 좋은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리에테르술폰(PES) 등이 사용되고 있으며, 이들은 2차 가공을 통해 내용제층과 기체차단층을 코팅하여 이용하고 있다.
상기 폴리에테르술폰(polyethersulfone, PES)은 무정형 방향족 열가소성 수지로서, 그 화학적 구조에 따라 유리전이온도가 180 ∼ 250 ℃에서 나타나는 높은 내열성 및 열산화 안정성과 높은 기계적 강도를 가지며, 투명성 및 낮은 열팽창성(CTE : 60 ppm/℃)을 가지고 있다. 상기 특성으로 폴리에테르술폰(polyethersulfone, PES)은 카드, 휴대전화, 및 전자수첩용 LCD 기판 등의 소재로 많이 사용되고 있다.
그리고, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)는 테레프탈산(terephthalic acid)과 에틸렌글리콜(ethylene glycol)을 중축합하여 얻을 수 있는 포화폴리에스테르이다. 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)는 강성, 전기적 성질, 내후성, 내열성이 좋고, 고온하에서 오랫동안 노출시켜도 인장 강도의 저하는 상당히 적다. 상기 특성으로 인하여 폴리에테르술폰(polyethersulfone, PES)과 유사한 용도로 많이 사용된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예 중 하나인 제 1 실시예를 도면을 참고하여 살펴보고 상기 제 1 실시예에 따라 제조된 칼라필터층의 특성을 제 2 실시예로서 살펴보고자 한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 내용을 설명하기 위한 것일 뿐 발명의 보호범위를 한정하는 것은 아니다.
-제 1 실시예-
본 발명의 플렉시블 디스플레이(flexible display)에 사용되는 표시소자에 형성되는 칼라필터층의 제조방법은 가시광을 선택적으로 흡수하는 희토류 원소를 포함하는 산화물 및 일반 산화물을 혼합하여 소성된 용융물 형성단계, 상기 용융물을 전면기판에 박막으로 형성하는 박막 형성단계 및 상기 박막을 투명전극에 진공 증착시키는 진공증착단계를 포함하여 이루어진다.
도 2를 참고하면, 가시광 영역에서 빛을 선택적으로 투과시키기 위해서 산화물의 형태로 첨가시킬 수 있는 희토류 원소에는 여러 가지가 있지만, 삼원색광(빨강, 파랑, 녹색)을 투과시키는 네오디미늄(Nd)과 프라세오디미늄(Pr)이 이들은 단 독 혹은 혼합의 형태로 SiO2 , Al2O3 등의 산화물에 첨가될 수 있다. 그리고, 본 발명에서 사용한 산화네오디미움(Nd2O3)과 산화프라세오디미움(Pr2O3)은 희토류 원소인 네오디미움(Nd)과 프라세오디미움(Pr)의 광흡수 기능이 어떠한 산화물에서도 거의 변하지 않는 정전적으로 차폐된 내각전자의 전이에 의해 일어나므로, 본 발명에서 사용된 산화규소(SiO2)나 산화알루미늄(Al2O3) 이외의 산화물에 박막으로 형성될 때에도 유사한 효과를 보인다.
상기 일반 산화물은 산화알루미늄(Al2O3) 또는 산화규소(SiO2)을 사용한다. 상기 살펴본 바와 같이 상기 일반 산화물로 한정하는 것은 아니나 상기 칼라필터층은 굴절률이 전면기판(10)의 굴절률과 투명전극(30)의 굴절률 사이가 되어야 한다. 투명전극(30)은 산화인듐주석(In2O3:Sn) 또는 산화인듐아연(In2O3:ZnO)을 사용하는 경우 상기 칼라필터층의 굴절률이 1.7 내지 1.9가 되어야 하며 굴절률이 1.8 내외일 경우에 가장 바람직하다. 상기 굴절률은 투명전극(30)의 종류에 따라 달라질 수 있으며 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 선택되는 투명전극(30)에 따라 칼라필터층의 일반 산화물을 선택할 수 있는 것이다.
상기 Nd2O3과 Pr2O3의 재료를 SiO2와 Al2O3의 산화물에 중량비로 10wt% 내지 90wt%로 첨가하여 전기로에서 800℃ 내지 1500℃ 범위로 소성한다. 상기 소성된 SiO2:Nd2O3,Pr2O3와 Al2O3:Nd2O3,Pr2O3의 증착용 재료를 만들고, 스퍼터링(Sputtering) 방법으로 소다라임 유리나 PES 고분자에 실온에서 두께 1~50 범위에서 증착용 재료 를 증발시켜서 칼라필터층(102)를 형성하였다.
상기 SiO2:Nd2O3,Pr2O3, Al2O3:Nd2O3,Pr2O3 의 재료를 진공속에서 증발시키는 방법으로는 전자빔과 스퍼터링 장비와 같이 잘 알려진 진공증착장비를 사용하여 이들 산화물 재료에 전자나 이온으로 충격시켜 재료를 원자나 분자의 상태로 증발시켜 전면기판(10)에 칼라필터층을 얻는다.
또한, 도 4를 참고하면 칼라필터층(102)은 전면기재(10)의 외부 표면에 형성될 수도 있으며, 이 경우에도 내부 표면에 형성될 때와 유사한 기능을 보인다. 투명전극(30)은 산화인듐주석(In2O3:Sn), 산화인듐아연(In2O3:ZnO)과 같은 산화물을 두께 100~300nm 범위로 스퍼터링, 전자 빔 증착법 등과 같은 통상적인 저온(실온) 진공증착 공정으로 형성한다.
-제 2 실시예-
상기 바람직한 실시예 중 하나인 제 1 실시예는 PES 필름 기재 위에 박막화하여 제조된 표시소자의 칼라필터층은 가시광 영역에서 광투과성이 향상되었다.
도 3을 참고하면, 상기 표시조자의 칼라필터층은 파장 400nm~700nm의 가시광영역에서 뛰어난 적색(600nm 이상), 녹색(500nm ~ 550nm), 청색(470nm 이하) 광투과 특성을 확인할 수 있다. 즉, 하나의 칼라필터층(102)으로 삼원색 광만을 선택적으로 통과시키는 기능을 갖는다.
표 1은 OLED 소자의 색자표 측정결과이고, 표 2는 LCD 소자에서의 색자표 측 정결과를 나타내었다. 상기 표 1과 표 2를 참고하면, 결과적으로 본 발명의 표시소자의 칼라필터층을 채택한 OLED 소자와 LCD 소자에서 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 모두 대폭 개선되었다.
일반적인 투명기판을 채택한 OLED소자의 색좌표(x,y) 본 발명의 기능성 기판을 채택한 OLED소자의 색좌표(x,y)
R (0.608, 0.386) (0.622, 0.371)
G (0.246, 0.672) (0.234, 0.677)
B (0.165, 0.286) (0.158, 0.275)
일반적인 투명기판을 채택한 LCD소자의 색좌표(x,y) 본 발명의 기능성 기판을 채택한 LCD소자의 색좌표(x,y)
R (0.639, 0.347) (0.653, 0.331)
G (0.271, 0.626) (0.244, 0.593)
B (0.142, 0.078) (0.140, 0.071)
또한, 모콘(MOCON)사의 장비 (모델 PERMATRAN-W MODEL 2/21과 OX-TRAN MODEL 3/33)를 사용하여 측정한 본 발명의 바람직한 실시예인 표시소자의 칼라필터층의 기체차단정도(수증기 투과도, 산소 투과도)는 각각 1×10-6 g/m2/day, 1×10-5 cm3/m2/day로 나타났다. 상기 나타난 기체차단정도는 치밀한 산화물 박막이 수십 정도로 두껍게 형성되는 데 기인한 것으로, 상기 결과로 본 발명의 칼라필터층이 대폭적인 기체차단 개선 기능이 있음을 확인하였다. 이들 수치는 고분자를 기판으로 하는 LCD는 물론 OLED까지 적용 가능한 수치이다.
그리고, 본 발명의 칼라필터층(102)는 재료가 종래 기판의 이온확산방지층 (20)과 유사한 산화물 박막이므로 이온확산방지층(20)과 동일한 기능을 가질 수 있다. 게다가 상기 칼라필터층는 두께가 1~50로써 종래의 이온확산방지층(20)의 두께인 수백 나노미터(nm)보다 더 두껍기 때문에 확산 방지 효과는 더 크게 나타나게 된다.
한편, 본 발명에 있어서의 표시소자의 칼라필터층은 희토류 원소를 포함하고 있는 산화물을 이용하여 박막을 제조함으로써 플렉시블 디스플레이(flexible display)의 종전의 문제점인 색순도가 떨어지는 것을 개선하였다. 또한, 상기 칼라필터층은 고분자 필름을 이용하는 경우 발생했던 투명전극의 열적 또는 전기적 특성의 변화가 발생하는 것을 산화물을 이용함으로써 방지하였다. 게다가 본 발명의 칼라필터층은 투명전극과 칼라필터층과의 화학적인 반응이 일어나지 않음으로서 소자의 수명을 단축시키는 것을 개선하였다.
그리고, 본 발명의 칼라필터층은 단일의 층으로 구성되므로 제조경비의 상승을 막았으며, 휘도감소를 최소화하여 표시소자에서 가장 중요한 기능인 빛의 투과 특성을 최대로 향상시켰다. 게다가 기체 차단정도가 뛰어나 외부의 기체나 수증기가 침투하여 표시소자의 수명을 단축시키는 것을 막았다. 또한, 상기 칼라필터층은 이온이 확산되는 것을 막는 역할도 한다. 상기 살펴본 바와 같이 본 발명은 플렉시블 디스플레이(flexible display)에서 다양한 기능을 갖는 유용한 발명이며, 점점 발전해 가는 정보통신사회에서 필수적인 발명이라고 할 수 있다.
도 1은 종래의 평판 디스플레이의 일반적인 구조 단면도;
도 2는 본 발명의 칼라필터층을 포함한 평판 디스플레이의 구조 단면도; 및
도 3은 본 발명의 칼라필터층을 포함한 표시소자의 광투과 특성을 나타내는 그래프이다.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 전면기판 11 : 표시광
20 : 이온확산방지층 30 : 투명전극
40 : 발광층 41 : 적색 형광체
42 : 녹색 형광체 43 : 청색 형광체
50 : 금속전극 60 : 배면기판
70 : 구동회로 102 : 칼라필터층

Claims (15)

  1. 플렉시블 디스플레이에 사용되는 표시소자에 형성되는 칼라필터층에 있어서,
    상기 칼라필터층은 가시광을 선택적으로 흡수하는 희토류 원소를 포함하는 희토류 산화물 및 일반 산화물이 혼합되어 소성된 산화물 박막인 것을 특징으로 하는 표시소자의 칼라필터층.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 희토류 원소를 포함하는 산화물은 산화네오디미늄(Nd2O3) 또는 산화프라세오디미늄(Pr2O3) 중에서 적어도 어느 한 가지를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시소자의 칼라필터층.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 희토류 원소를 포함하는 산화물은 산화네오디미늄(Nd2O3)과 산화프라세오디미늄(Pr2O3)이 40wt%~60wt% : 60wt%~40wt%의 비율로 포함되는 것을 특징으로 하는 표시소자의 칼라필터층.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 희토류 산화물은 중량비로 10wt% 내지 90wt%를 차지하는 것을 특징으로 하는 표시소자의 칼라필터층.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 일반 산화물은 산화알루미늄(Al2O3) 또는 산화규소(SiO2)인 것을 특징으로 하는 표시소자의 칼라필터층.
  6. 플렉시블 디스플레이에 사용되는 표시소자에 형성되는 칼라필터층의 제조방법에 있어서,
    가시광을 선택적으로 흡수하는 희토류 원소를 포함하는 산화물 및 일반 산화물을 혼합하여 소성된 용융물 형성단계;
    상기 용융물을 전면기판에 박막으로 형성하는 박막 형성단계; 및
    상기 박막을 투명전극에 진공 증착시키는 진공증착단계;를 포함하여 이루어지는 칼라필터층의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 희토류 원소를 포함하는 산화물은 산화네오디미늄(Nd2O3) 또는 산화프라세오디미늄(Pr2O3) 중에서 적어도 어느 한 가지를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라필터층의 제조 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 희토류 산화물은 중량비를 10wt% 내지 90wt%로 하여 일반 산화물과 혼합하여 소성하는 것을 특징으로 하는 칼라필터층의 제조 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 일반 산화물은 산화알루미늄(Al2O3) 또는 산화규소(SiO2)인 것을 특징으로 하는 칼라필터층의 제조 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 칼라필터층은 굴절률이 전면기판의 굴절률과 투명전극의 굴절률 사이인 것을 특징으로 하는 칼라필터층의 제조 방법.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 투명전극은 산화인듐주석(In2O3:Sn) 또는 산화인듐아연(In2O3:ZnO)이고, 두께가 100nm 내지 300nm 인 것을 특징으로 하는 칼라필터층의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 칼라필터층은 굴절률이 1.7 내지 1.9인 것을 특징으로 하는 표시소자의 칼라필터층.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 소성된 용융물 형성단계는 희토류 원소를 포함하는 산화물 및 일반 산화물을 혼합하여 800℃ 내지 1500℃ 범위로 소성하는 것을 특징으로 하는 칼라필터층의 제조 방법.
  14. 제 6 항에 있어서,
    상기 진공증착단계는 전자빔 증착법, 스퍼터링 증착법 및 이온 플레이팅 증착법 중 어느 한 가지 방법으로 박막을 투명전극에 진공 증착하는 것을 특징으로 하는 칼라필터층의 제조 방법.
  15. 제 6 항에 있어서,
    상기 전면기판의 재질은 유리 또는 고분자물질이고, 상기 고분자물질은 폴리에테르술폰(PES) 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)이 것을 특징으로 하는 칼라필터층의 제조 방법.
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