KR20100118870A - 플렉시블 디스플레이 기판을 활용한 유기전계 발광장치 - Google Patents

플렉시블 디스플레이 기판을 활용한 유기전계 발광장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기전계 발광장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 유리 기판 및 상기 유리 기판 상면 및 하면에 지지체가 라미네이트 되며, 상기 유리 기판의 두께가 10~400㎛인 플렉시블한 지지 기판; 상기 지지 기판의 일면에 형성된 것으로, 한 쌍의 전극 사이에 유기 발광층이 포함된 유기전계 발광부; 및 상기 유기 전계 발광부를 외기로부터 차단할 수 있도록 상기 지지 기판과 밀봉재로 결합되는 플렉시블한 밀봉 기판을 포함하는 것으로, 상기 밀봉재는 상기 밀봉 기판의 가장자리를 따라 구비되는 것을 특징으로 하는 플렉시블한 디스플레이 기판을 활용한 유기전계 발광장치를 제공한다.
플렉시블, 유기전계 발광장치, 밀봉기판, 밀봉재

Description

플렉시블 디스플레이 기판을 활용한 유기전계 발광장치{OLED used flexible display substrate}
본 발명은 유기전계 발광장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 기판이 유리박판으로 되어 있으며 플렉시블한 특성을 갖는 유기전계 발광장치에 관한 것이다.
유기전계 발광장치에 있어서 유기전계 발광부는 일반적으로 전자(electron) 주입전극(cathode)과 홀(hole) 주입전극(anode)으로부터 각각 전자(electron)와 홀(hole)을 발광층 내부로 주입시켜, 주입된 전자(electron)와 홀(hole)이 결합한 엑시톤(exciton)이 여기상태로부터 기저상태로 떨어질 때 발광하는 소자이다.
이러한 원리로 인해 종래의 박막 액정표시소자와는 달리 별도의 광원을 필요로 하지 않으므로 소자의 부피와 무게를 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한, 유기전계 발광장치는 고품위 패널특성(저전력, 고휘도, 고반응속도, 저중량)을 나타낸다. 이러한 특성때문에 OELD는 이동통신 단말기, CNS(Car Navigation System), PDA (personal digital assistances), Palm PC등의 휴대용 통 신제품에 응용될 수 있는 강력한 차세대 디스플레이로 여겨지고 있다.
일반적인 유기전계 발광장치는 투명한 특징이 있는 지지 기판 및 밀봉 기판이 서로 이격되어 구성되어 있으며, 지지 기판과 밀봉 기판은 밀봉재에 의해 서로 밀봉(encapsulation) 되어 있다. 지지 기판의 상부에는 다수의 박막트랜지스터, 게이트 및 데이터 배선 및 스토리지 커패시터를 포함하고 있는 어레이부가 형성되어 있으며, 적/녹/청색의 빛을 발하며 발광영역을 구성하는 유기층 또한 지지 기판의 상부에 구성되어 있다. 이때, 상기 유기층은 적(R), 녹(G),청(B)의 컬러를 표현하게 되는데, 일반적인 방법으로는 화소(pixel)마다 적(R), 녹(G), 청(B)색을 발광하는 별도의 유기물질을 패턴하여 사용한다.
상기 밀봉 기판의 하부에는 흡습제(Desiccant)가 형성되어 있는데, 상기 흡습제는 밀봉 기판의 내부에 형성된다. 즉, 상기 흡습제는 지지 기판 및 밀봉 기판이 이룬 밀봉 내부에 침투할 수 있는 수분을 제거하는 역할을 수행한다.
상기 지지 기판과 밀봉 기판을 합착시키는 데 있어서 밀봉 기판의 가장자리에 밀봉재가 놓여지게 되는 데, 상기 밀봉재는 경화되며 접착제의 역할을 수행하여 지지 기판 및 밀봉 기판이 합착됨으로서 유기전계 발광장치가 완성된다.
이러한 유기전계 발광장치(OLED)는 자기발광형이기 때문에 LCD에 비해서 시야각이 넓고 콘트라스트가 좋으며 또한 백라이트가 필요 없기 때문에 경량화가 가능하며 소비전력 면에서도 TFT-LCD보다 유리하다. 또한 다른 디스플레이에 비해 감성화면 구현 및 응답속도가 빨라 동영상 표시가 용이하며 LCD와는 달리 고체 박막으로 구성되어 있기 때문에 진동에 강하고 사용 온도범위가 상대적으로 넓은 장점 이 있어 차세대 디스플레이로 주목받고 있다.
이러한 유기전계 발광장치에서 활용되는 디스플레이 기판은 가스 배리어 특성으로 대표되는 기판을 통한 산소나 수분 등의 기체 투과성이 중요하다. 이는 표시소자를 구성하는 소재의 내구성이 투과된 산소나 수분에 의해 영향을 받기 때문이며, 발광층의 재료가 산소나 수분에 매우 민감하게 반응하여 열화되는 문제점을 안고 있기 때문에, 이들 침입에 의해 유기전계발광소자의 성능이 저하되고 수명이 단축되어 발광효율이 급격히 저하되는 문제점이 있다.
이러한 표시소자의 내구성에 영향을 미치는 기체의 침입을 막고, 미세크기의 표시소자를 형성하기에 적합한 표면평탄성과 기계적 특성 그리고 투광성이 좋은 소재로 유리가 일반적으로 사용되었다. 그러나, 유리판의 두께를 줄여 플렉시블 디스플레이 기판에 사용하기 위해서는 유리의 깨짐성이 문제가 될 수 있다.
이와는 대조적으로 플라스틱은 일반적으로 0.1 내지 0.2mm 두께의 필름형태로 플렉시블한 디스플레이 장치의 기판으로 사용되고 있다. 이러한 플라스틱 기판은 유리보다 더 유연하고, 깨짐성이 적으며, 밀도가 유리보다 작아서 가벼운 표시소자를 구성할 수 있는 장점들을 가지고 있다. 그러나, 유리에 비해 산소, 수분의 투과성이 높은 문제점이 있어 이로 부터 제조된 장치는 수명이 단축되는 문제점이 발생한다.
한편, 종래의 밀봉 방식은 밀봉 기판에 흡습제를 부착하고 유기 발광 소자가 형성된 기판과 밀봉 기판을 합착하여 형성한다. 이러한 흡습제를 부착하는 방식은 공정이 복잡하여 재료 및 공정단가가 상승하고, 전체적인 기판의 두께가 두꺼워 지 며, 흡습제로 쓰이는 재료가 투명하지 않은 이유로 인하여 전면 발광 또는 양면 발광에 이용될 수 없다.
대한민국 공개특허 제2002-0065124호에서는 밀봉용 기판과; 상기 밀봉용 기판의 내부면에 박막으로 형성되는 흡습제와; 상기 밀봉용 기판의 가장자리에 형성되는 밀봉재와; 상기 밀봉용 기판의 밀봉재와 접착되어 밀봉용 기판이 하면에 형성된 발광층을 밀봉시켜 수분의 침투를 방지하도록 구성되는 발광 기판을 포함하는 유기 전계 발광 소자를 제공하도록 하고, 이러한 유기 전계 발광 소자를 제조하는 봉지 방법으로는 밀봉용 기판에 흡습제 박막을 형성하는 것을 특징으로 한 유기 전계 발광소자가 개시되어 있으며, 밀봉기판으로는 유리 또는 플라스틱 재질을 사용하였다. 그러나, 이와 같은 유지전계 발광장치는 흡습제의 사용으로 공정이 복잡하여 재료 및 공정단가가 상승하고, 전체적인 기판의 두께가 두꺼워지는 문제점이 발생하며, 밀봉기판으로 유리 또는 플라스틱 재질을 사용하였는 데, 유리의 사용시 경량화 및 깨짐의 문제점과 플라스틱의 사용시 산소, 수분의 투과성의 문제로 수명이 단축되는 문제점이 발생한다.
또한 필름 형태로 밀봉하는 방식이 있는 데, 이 경우에는 수분의 침투를 방지하는 데 한계가 있고 제조공정 또는 사용 중에 파손의 우려가 있어 내구성과 신뢰성이 높지 못하여 실제로 양산에 적용되는 데는 적당하지 않다.
따라서, 유기전계 발광장치를 제조함에 있어서, 경량 및 경박하면서도 수분 및 산소를 차단할 수 있으며 플렉시블한 특성을 갖는 유기전계 발광장치의 개발이 소망되었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 본 발명은 경량 및 경박한 유기전계 발광장치를 제조하는 데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 흡습제를 부착하는 공정을 없애 제조단가 및 제조공정을 단순히 하려는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 수분 및 산소 침투를 방지함으로써 유기전계 발광소자의 내구력 및 수명을 향상시킬 수 있는 유기전계 발광장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 기판이 플렉시블한 특성을 가지며, 투명하게 형성됨으로써 전면 발광형 및 양면 발광형으로 적용이 가능한 유기전계 발광장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 유리 기판 및 상기 유리 기판 상면 및 하면에 지지체가 라미네이트 되며, 상기 유리 기판의 두께가 10~400㎛인 플렉시블한 지지 기판; 상기 지지 기판의 일면에 형성된 것으로, 한 쌍의 전극 사이에 유기 발광층이 포함된 유기전계 발광부; 및 상기 유기 전계 발광부를 외기로부터 차단할 수 있도록 상기 지지 기판과 밀봉재로 결합되는 플렉시블한 밀봉 기판을 포함하는 것으로, 상기 밀봉재는 상기 밀봉 기판의 가장자리를 따라 구비되는 것을 특징으로 하는 플렉시블한 디스플레이 기판을 활용한 유기전계 발광장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 지지체의 두께가 10~200㎛인 광학필름으로 된 것을 특징으로 하는 플렉시블한 유기전계 발광장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 광학필름이 폴리에틸렌나트탈레이트(PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌술폰(PES), 투명형 폴리이미드(PI), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리싸이클릭올레핀(PCO), 가교형 에폭시, 가교형 우레탄필름으로 이루어진 군에서 1이상 선택되는 것을 특징으로 하는 플렉시블한 디스플레이 기판을 활용한 유기전계 발광장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 유리 기판 및 상기 지지체 사이의 중간 접착층이 자외선 경화형수지 조성물인 우레탄 아크릴레이트계 접착물질인 것을 특징으로 하는 플렉시블한 디스플레이 기판을 활용한 유기전계 발광장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 지지 기판의 상면 및 유기전계 발광부 하면 사이에 버퍼층 기능을 하는 평탄화층을 더 포함하는 플렉시블한 디스플레이 기판을 활용한 유기전계 발광장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 평탄화층의 표면 평탄도(Ra)가 0.5 내지 5㎚인 것을 특징으로 하는 플렉시블한 디스플레이 기판을 활용한 유기전계 발광장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 밀봉재가 열경화성 접착제 또는 UV 경화 접착제인 것을 특징으로 하는 플렉시블한 디스플레이 기판을 활용한 유기전계 발광장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 밀봉 기판이 상기 지지 기판과 동일한 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉시블한 디스플레이 기판을 활용한 유기전계 발광장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 지지 기판과 상기 밀봉 기판에 의해 구획되는 내부공간이 질소, 네온 또는 아르곤 중 어느하나의 불활성기체로 충전되는 것을 특징으로 하는 플렉시블한 디스플레이 기판을 활용한 유기전계 발광장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 유기전계 발광부가 전극층 및 상기 전극층 사이에 홀주입층, 홀수송층, 유기 발광층, 전자수송층, 전자주입층이 차례대로 적층된 것을 특징으로 하는 플렉시블한 디스플레이 기판을 활용한 유기전계 발광장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 전극층이 인듐-징크 옥사이드(IZO)로 형성된 플렉시블한 디스플레이 기판을 활용한 유기전계 발광장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 유기전계 발광장치가 밀봉기판 및 지지 기판이 투명하게 형성됨으로써 전면 발광형 또는 양면 발광형으로 형성가능한 플렉시블한 디스플레이 기판을 활용한 유기전계 발광장치를 제공한다.
상기 본 발명에 따른 유기전계 발광장치는 경량 및 경박한 플렉시블 디스플레이 기판을 활용하여 발광장치를 경량이면서 경박화시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 유기전계 발광장치는 지지 기판 및 밀봉 기판의 특성상 투습도가 매우 뛰어나 흡습제를 따로 형성하지 않더라도 수분을 흡수할 수 있어, 흡습제를 부착하는 공정이 없으므로 제조공정이 단순하다.
또한 본 발명에 따른 유기전계 발광장치는 밀봉기판으로 투명기판인 플렉시블한 디스플레이 기판을 형성하여 수분 침투를 방지함으로써 유기전계 발광소자의 내구력 및 수명을 향상시키는데 있어서 뛰어난 효과를 가진다.
또한 본 발명에 따른 유기전계 발광장치는 밀봉기판 및 지지 기판이 유연성을 가지므로 플렉시블 디스플레이 구현이 가능하며, 밀봉 기판이 투명하게 형성됨으로써 전면 발광형 및 양면 발광형으로 적용이 가능한 유기전계 발광장치를 제공하는 효과가 있다.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본 발명은 플렉시블한 박판 유리를 이용하여 플렉시블한 디스플레이 기판을 지지 기판 및 밀봉 기판으로 활용한 유기전계 발광장치(OLED)에 관한 것으로 유리 기판 및 상기 유리 기판 상면 및 하면에 지지체가 라미네이트 되며, 상기 유리 기판의 두께가 10~400㎛인 플렉시블한 지지 기판; 상기 지지 기판의 일면에 형성된 것으로, 한 쌍의 전극 사이에 유기 발광층이 포함된 유기전계 발광부; 및 상기 유기 전계 발광부를 외기로부터 차단할 수 있도록 상기 지지 기판과 밀봉재로 결합되는 플렉시블한 밀봉 기판을 포함하는 것으로, 상기 밀봉재는 상기 밀봉 기판의 가장자리를 따라 구비되는 것을 특징으로 하는 플렉시블한 디스플레이 기판을 활용한 유기전계 발광장치를 특징으로 한다.
먼저 본 발명의 지지 기판 및 밀봉 기판에 활용되는 기판에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 기판에 활용되는 것으로는 유리를 사용하는 데, 유리는 우수한 경도 및 화학적으로 매우 안정하여 높은 내열성 및 반응성 물질들에 대한 저항성을 가지며, 빛에 대한 투명성이 우수한다.
기체 투과성에 있어서 수분과 산소는 모든 종류의 유기 물질을 공격해서 디스플레이 내부의 화학적 변화를 유발하여 수명을 단축시키는 데, 유리는 디스플레이 기술에서 중요한 요소 중의 하나인 공기와 습도에 대한 투과성이 매우 낮다. 상기 유리는 산소, 물과 매우 강한 결합을 하기 때문에 낮은 투과율을 보인다. 유리판이 갖는 산소와 물에 대한 투과율 값은 매우 낮아서 측정하기도 힘들다. 따라서 산소와 물은 유리판을 거의 통과하지 않는다고 볼 수 있다.
상기 유리를 이용해 평판디스플레이에 사용하는 경우, 높은 내열성, 투명성, 투과성 때문에 디스플레이산업에서 유용한 장점이 있지만, 떨어뜨리면 깨지기 쉽고 유연성이 없으며, 비교적 무거워서 플렉시블 디스플레이를 구현하는데 많은 제약이 따른다.
이러한 유리를 플렉시블 디스플레이 기판으로 활용하기 위해서는 경량, 경박 및 유연함을 구현하여야 하는 것은 물론 쉽게 깨지는 문제점이 해결되어야 하며, 기존 평판디스플레이 유리기판의 투과도와 광학적 성질의 기본적인 특성을 만족해야 한다. 그러므로 유연함을 구비한 플렉시블 디스플레이의 기판으로 활용할 수 있는 박판 유리는 얇은 유리이어야 하며 기존 유리기판의 성질을 유지하고 있어야 한다.
본 발명의 기판에 활용되는 유리는 현재 기술로서 유리의 두께를 10㎛까지 식각하여 제조할 수 있는 기술이 개발되었는 바, 본 발명은 이러한 초박판 유리를 이용하여 플렉시블한 디스플레이 기판에 적용하고자 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 유기전계 발광장치에 사용되는 기판의 단면도를 나타낸 것이다. 도 1에 따른 상기 유기전계 발광장치의 기판은 한 쌍의 박막 광학필름 130 사이에 박판 유리 110이 형성되어 있으며, 상기 광학필름 130 및 박판 유리 110 사이에 중간 접착층 120으로서 자외선 경화형수지 조성물인 우레탄아크릴레이트계 접착물질이 라미네이트된 기판을 제공한다.
상기 박판 유리 110는 식각기술을 활용하여 제조된 두께 10~400㎛인 유리이며 기존의 유리와는 달리 플렉시블한 특징이 있어 휘거나 구부려도 깨지지 않는 특 징이 있다. 유리의 두께가 작으면 작을수록 플렉시블한 느낌은 더하나 깨지기 쉬우며 현재의 기술로는 10㎛의 박판유리를 식각할 수 있는 기술이 개발되었는 바 그 보다 더 얇은 두께의 유리를 현재로써는 얻을 수 없으며, 또한 너무 얇은 박판 유리는 공정과정 중에 파단되기 쉬운 문제점이 있다. 또한 박판 유리의 두께가 400㎛를 초과하는 경우에는 유연성이 떨어져 휘거나 구부러지지 않게 된다. 따라서 상기 박판 유리의 두께는 10~400㎛인 것이 바람직하며, 50 내지 300㎛인 것이 더 바람직하다.
또한 상기 박판 유리 110은 투명도가 우수할 뿐만 아니라 배리어층(barrier)을 형성하여 산소나 수분 등을 외부로 부터 차단한다. 배리어 특성과 관련하여 기판을 통한 산소나 수분 등의 기체 투과성이 높은 경우에는 표시소자를 구성하는 소재가 투과된 산소나 수분에 의해 영향을 받기 때문에 수명이 단축되며 발광효율이 떨어지는 문제점이 있으므로 배리어 특성이 얼마나 좋냐에 따라 제품의 품질이 좌우될 수 있다. 상기 박판 유리를 평판표시장치로 활용되는 것으로써 산소 및 수증기 투과도를 측정한 결과 배리어(Barrier)특성과 광투과성이 우수한 결과를 얻을 수 있다.
본 발명의 기판에 있어서 박판 유리 110에 라미네이트 되는 지지체는 투명한 광학필름 130이 바람직하다. 상기 광학필름은 박판 유리 110의 상면 및 하면의 양쪽에(도 1 참조)에 구현될 수 있다. 상기 광학필름을 지지체로 지지함으로써 기판의 강도가 강해져 유리가 외부충격을 받더라도 잘 깨지지 않게 되며, 또한, 공정시 유리의 90%이상이 모서리 부분에서 손상이 발생하는 데 광학필름으로 표면을 라미 네이팅한 기판을 제조함으로써 유리강도를 보존하게 된다. 상기 박막 광학필름 130의 두께는 10 내지 200㎛로 하는 것이 바람직하다. 상기 범위 내로 광학필름 130을 제조할 경우 기판의 플렉시블한 성질을 그대로 유지할 수 있다.
본 발명의 기판에 사용되는 상기 광학필름 130으로는 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌술폰(PES), 투명형 폴리이미드(PI), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리싸이클릭올레핀(PCO), 가교형 에폭시, 가교형 우레탄필름으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
한편, 상기 박판 유리 110와 상기 광학필름 130과의 사이에 접착층(adhesion layer) 120을 형성하는 데, 상기 접착층 120으로 사용된 물질은 자외선 경화형 수지 조성물로서 우레탄 아크릴레이트계 접착물질로 표면을 사용하여 처리하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 박판 유리 110과 상기 광학필름 130과의 사이에 접착층(adhesion layer) 120을 형성하였는 데, 상기 접착층 120으로 사용된 물질은 자외선 경화형 수지 조성물로서 우레탄 아크릴레이트계 접착물질로 표면을 처리하는 것이 바람직하다.
접착층으로 사용될 수 있는 물질은 아크릴레이트계 접착 물질, 실리콘계 접착 물질, 에폭시계 접착 물질 등이 있으나, 실리콘계 및 에폭시계 접착 물질은 완전경화에 이르는 데 까지 장시간이 필요하여 생산성이 떨어지며, 박판 유리와 광학 필름간의 접착력이 떨어지는 단점이 있다. 또한 계면을 통한 수분 침투가 용이하여 본 발명에서 사용하는 자외선 경화형 수지 조성물보다 가교밀도가 낮아 접착제의 수분 투과도 또한 떨어지는 단점이 있다.
이에 본 발명의 접착층으로 사용한 자외선 경화형 수지 조성물인 우레탄 아크릴레이트계 접착물질은 우레탄 특유의 응집력과 강인성으로 인해 접착력이 우수하며, 고온 및 고습 조건 하에 있어서도 우수한 접착력을 유지할 수 있고, 경화 후 접착제의 저수분 투과율의 물성도 갖추고 있으며, 또한 투명성이 우수하고 고굴절률을 가져 각종 광학 부재로서 사용되는 플라스틱 필름 등의 박층 피착체의 접착에 유효하고, 특히 액정 표시 장치 등에 이용하는 광학 필름간의 접착력을 향상시켜 보다 안정적인 플렉시블 기판을 제조할 수 있다.
또한, 자외선 경화형수지 조성물인 상기 우레탄아크릴레이트계 접착물질은 무용제 타입으로서 기판의 열적 변형이나 아웃게싱(outgasing)에 의해 형성되는 공간전하(dimensional charge)의 문제점을 해결할 수 있다.
상기 접착층 120 은 박판 유리 110 및/또는 광학필름 130 에 도포될 수 있으며, 박판 유리 110 와 광학필름 130을 접합하는 데 있어 수동으로 수행할 수 있으나 본 발명의 비제한적인 예로 라미네이팅법을 이용하여 접합한다. 대표적인 라미네이터는 조정 가능한 압력을 가지며 고정속도 또는 조정가능 속도로 움직이는 한 쌍의 가열 가능한 롤러들을 구비하며, 접착제는 양 재료들 사이에서 도포될 수 있으며, 도포 후 라미네이터의 롤러 사이를 통과하게 된다. 이와 같이 상기 라미네이팅법을 이용하면 고가의 장비 없이 간편하게 박판 유리 110와 광학필름 130 을 적층시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의한 플렉시블 디스플레이 기판은 경량, 경박, 플렉시블한 특징이 있으며, 플렉시블 디스플레이 기판의 박판 유리는 배리어(Barrier)로 작용하여 외부로부터 수분과 산소에 대한 확산 방지막의 기능을 수행하여 제품의 성능을 유지시키고 수명을 연장시킬 수 있는 특징이 있으며, 흡습효과 또한 우수한 특징이 있다.
다음으로 상기의 플렉시블 디스플레이 기판을 활용한 유기전계 발광장치에 대하여 설명한다.
본 발명자들은 상기에서 언급한 플렉시블한 디스플레이 기판을 이용하여 플렉시블한 유기전계 발광장치를 착안하였다. 따라서, 지지 기판 및 밀봉 기판에 상기의 플렉시블 디스플레이 기판을 활용하여 유기전계 발광장치가 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시에 따른 유기전계 발광장치의 단면도를 나타낸 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 유기전계 발광장치는 상기에서 언급한 플렉시블한 특성을 갖는 지지 기판 210과, 상기 지지 기판의 일면, 즉, 지지 기판 상에 형성된 유기전계 발광부 240과, 상기 유기전계 발광부를 외기로부터 차단하도록 상기 지지 기판 210 상에 대향하여 접합되는 밀봉 기판 220으로 구비된다.
상기 지지 기판은 상기에서 언급한 바와 같이, 유리 기판 및 상기 유리 기판 상면 및 하면에 지지체가 라미네이트 되며, 상기 유리 기판의 두께가 10~400㎛인 플렉시블한 기판으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 지지 기판 에 대향되어 접합되는 밀봉 기판 220이 형성되는 데, 상기 밀봉 기판 220은 상기 지지 기판과 동일한 재료로 형성될 수 있다. 상기 지지 기판 210및 밀봉 기판 220이 동일한 재료로 사용하는 경우의 장점은 첫째, 플렉시블한 기판이 접합됨으로써 유기전계 발광장치가 플렉시블한 특징을 가질 수 있게 된다. 둘째, 지지 기판과 밀봉 기판이 동일한 재료로 형성되기 때문에, 지지 기판과 밀봉 기판의 열팽창 계수가 같아져, 온도 변화에 대한 패널의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다. 셋째, 유리를 활용한 기판으로 밀봉 기판을 형성함으로써, 금속제의 밀봉 기판을 채용하는 경우와 비교하여 패널의 박형화 및 경량화가 가능하다. 네째, 유리를 활용한 기판은 금속제 등의 밀봉 기판에 비해서 표면의 평활성이 높기 때문에 밀봉재와의 계면에 간극이 생기기 어려워 접착력을 높일 수 있다. 따라서, 외부에서 수분 등이 침입하기 어렵게 되어 밀봉 성능을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따라 상기 지지 기판의 상면에는 버퍼층 기능을 하는 평탄화층이 형성될 수 있다. 상기 평탄층은 유기 혹은 유기-무기 하이브리드층 형성용 조성물을 부분적으로 가수 분해시켜 졸 상태의 용액으로 제조한 후, 이를 투명 기판인 상기 지지 기판 210위에 코팅하고 경화하여 얻을 수 있다. 상기 코팅 방법은 스핀코팅, 롤코팅, 바코팅, 딥코팅, 그라비어 코팅, 스프레이 코팅 등의 방법을 사용할 수 있다. 상기 졸상태의 경화방법은 열경화, UV 경화, 적외선 경화, 고주파 열처리 방법 등을 이용할 수 있다. 상기 평탄층이 경화된 후의 두께는 0.1 ㎛ 내지 50 ㎛이고, 바람직하게는 0.1 ㎛ 내지 20 ㎛, 더욱 바람직하게는 0.1 ㎛ 내지 10 ㎛이다. 상기 두께가 0.1 ㎛보다 얇을 경우에는 핀홀 결함으로 인한 장애를 받기 쉽고, 후에 누설 전류(Leakage Current)가 나타나는 제한을 겪게 되며, 또 한 상기 두께가 50 ㎛를 초과할 경우에는 크랙(Crack) 현상 및 표면 요철 형성의 문제가 있다.
본 발명에서 버퍼 층으로 기능하는 평탄화층은 표면 평탄도 Ra(average of roughness)가 중요한데, 상기 평탄화층이 평탄하지 않으면 평탄화층 상부의 연결 전극과 유기 발광층이 증착될 때 결함이 발생하고 이에 따라 누설전류(Leakage Current)가 발생하여 유기전계 발광부의 수명에 제한을 겪게 된다. 이에 본 발명에서는 상기 평탄층의 표면 평탄도는 촉침법에 근거하여 평탄도는 0.5 nm 내지 5 nm 가 바람직하며, 0.5 내지 1 nm 인 것이 더 바람직하다. 또한, 본 발명에서의 최대높이거칠기(maximum peak-to-valley roughness)로 5 nm 내지 50nm 사이 또는 제곱평균거칠기(root-mean-square roughness, RMS value)로 0.5 nm 내지 10nm 정도의 거칠기를 갖는 유기전계 발광장치를 제공하는것이 바람직하다. 이와 같이 형성하였을 경우 동일전압에서 휘도가 증가하여 유기전계 발광장치의 품질이 향상되는 효과가 있다.
한편, 유기전계 발광부에 대해서 알아보면, 상기 유기전계 발광부 240은 전극층과 유기층으로 형성되는 데, 상기 전극층은 홀(hole)을 공급하는 애노드(anode) 전극 241과, 전자(electron)를 공급하는 캐소드(cathode) 전극 245가 서로 대향되도록 배치되고, 이들 애노드 전극 241과 캐소드 전극 245의 사이에 배치되어 발광하는 유기 발광층 243이 구성된다. 애노드 전극 241은 상기 지지 기판 210상에 형성되고, 상기 애노드 전극 241 위로 유기 발광층 243이 형성되며, 상기 유기 발광층 243의 위로 캐소드 전극 245이 형성된다.
상기 애노드 전극 241은 투명 전극으로 형성할 수 있는 데, ITO, IZO, ZnO 또는 In2O3로 형성될 수 있으며, 인듐-징크 옥사이드(IZO)를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 인듐-징크 옥사이드(IZO)은 대기상태에서 높은 전도성을 가져 스위칭 특성이 우수하며, 동작속도가 빠른 장점이 있다. 또한, 상기 IZO는 다른 물질에 비해 공정온도를 낮출수 있는 데, 상기 IZO의 공정온도는 80℃ 이하에서도 실행가능하다.
상기 애노드 전극 241 상에는 유기 발광층 243을 형성하고, 상기 유기 발광층 243 상에는 캐소드 전극 245을 형성할 수 있다. 상기 캐소드 전극 245은 투명전극으로 형성될 수 있는 데, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Mg 및 이들의 화합물이 유기층 243을 향하도록 증착한 후, 그 위에 ITO, IZO, ZnO 또는 In2O3 등의 투명한 전도성 물질로 보조 전극이나 버스 전극 라인을 형성함으로써 캐소드 전극 245을 형성할 수 있다. 상기 물질 중에 인듐-징크 옥사이드(IZO)를 사용하는 것이 바람직한 데, 그 이유는 상기 IZO는 다른 물질에 비해 공정온도를 낮출수 있는 데, 상기 IZO의 공정온도는 80℃ 이하에서도 실행가능하다.
이러한 애노드 전극 241과 캐소드 전극 245은 소정의 패턴으로 형성될 수 있는 데, 능동 발광형의 경우 상기 캐소드 전극 245은 전면 증착될 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 패턴될 수도 있다.
상기 애노드 전극 241과 상기 캐소드 전극 245의 사이에 게재된 유기 발광층 243은 저분자 또는 고분자 유기층이 사용될 수 있는 데, 저분자 유기층을 사용할 경우 홀 주입층(HIL: Hole Injection Layer), 홀 수송층(HTL: Hole Transport Layer), 유기 발광층(EML: Emission Layer), 전자 수송층(EIL: Electron Injection Layer), 전자 주입층(ETL: Electron Transport Layer) 등이 단일 혹은 복합의 구조로 적층되어 형성될 수 있으며, 이들 저분자 유기층은 진공증착의 방법으로 형성될 수 있다.
고분자 유기층의 경우에는 대개 홀 수송층(HTL) 및 발광층(EML)으로 구비된 구조를 가질 수 있으며, 이 때, 상기 홀 수송층으로 PEDOT를 사용하고, 발광층으로 PPV(Poly-Phenylenevinylene)계 및 폴리플루오렌(Polyfluorene)계 등 고분자 유기물질을 사용하며, 이를 스크린 인쇄나 잉크젯 인쇄방법 등으로 형성할 수 있다.
이러한 유기전계 발광부 240에서는 상기 애노드 전극 241 및 캐소드 전극 245에 양극 및 음극 전압이 각각 인가됨에 따라 애노드 전극 241으로부터 주입된 홀(hole)이 발광층으로 이동되고, 전자는 캐소드 전극 245으로부터 발광층으로 주입되어, 이 발광층에서 전자와 홀이 재결합하여 여기자(exiton)를 생성하고, 이 여기자가 여기상태에서 기저상태로 변화됨에 따라, 발광층의 형광성 분자가 발광함으로써 화상을 형성한다. 상기 발광층은 발광층은 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)을 각각 구현하는 발광층들이 순차적으로 적층되어 3층 구조로 형성되거나 보색관계를 가지는 발광층들이 적층되어 2층 구조로 형성되거나 백색을 구현하는 발광층으로 이루어진 단층 구조로 형성될 수 있다.
또한, 상기 지지 기판 210과 밀봉 기판 220은 밀봉재 250을 통해 접합될 수 있다. 상기 밀봉재 250은 열경화성 접착제나 UV 경화 접착제를 통해 지지 기판 210 과 밀봉 기판 220을 접합시키는 것으로, 밀봉 기판 220의 가장자리를 따라 위치될 수 있다. 상기 밀봉재 250은 유기전계 발광부 240을 포함하는 지지 기판 210과 밀봉 기판 220을 합착하기 위하여 밀봉 기판 220의 가장자리부에 밀봉재 250을 0.1 내지 2mm 폭으로 형성한다. 밀봉재 250 형성은 스크린 마스크(Screen Mask)를 이용하여 인쇄하는 방법, 또는 밀봉재 디스펜스나 시린지를 이용하여 직접 해당 위치에 도포하는 방법을 사용할 수 있다. 본 발명의 일실시예에서는 발광영역의 바깥쪽에 설치되는 사각 틀체 형상으로 구비하여 UV(Ultra violate) 경화 접착제로 나가세(XNR 5570) 제품을 사용하여 형성하였다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 유기전계 발광장치의 평면도를 나타낸 것으로, 밀봉재가 사각틀체 형상으로 밀봉 기판 220의 가장자리에 형성된 것을 확인할 수 있다.
한편, 상기 지지 기판 210과 상기 밀봉 기판 220에 의해 구획되는 내부공간은 진공으로 형성하거나 불활성기체를 충전하는 것이 바람직하다. 불활성기체로는 질소, 네온나 아르곤 등의 기체로 충전되는 것이 바람직하다. 특히 불활성기체를 충전하는 경우에는 산소 및 수분의 침투를 적절히 방어할 수 있는 상태가 된다.
유기전계 발광장치는 지지 기판 및 밀봉 기판의 특성상 투습도가 매우 뛰어나 흡습제를 따로 형성하지 않더라도 수분을 흡수할 수 있어, 흡습제를 부착하는 공정이 없으므로 제조공정이 단순하다.
또한, 본 발명에 따른 유기전계 발광장치는 밀봉 기판의 우수한 흡습효과로 흡습제의 형성 없이도 밀봉 내부의 수분을 제거할 수 있으며, 밀봉기판 및 지지 기 판이 투명하게 형성됨으로써 전면 발광형 또는 양면 발광형으로의 형성이 가능한 유기전계 발광장치를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명에 지지 기판 및 밀봉 기판에 활용된 플렉시블 디스플레이 기판의 물성에 대하여 상세히 살펴본다.
실시예 1
20㎛ 두께의 박판 유리를 100mm×100mm의 크기로 준비하여, 두께 30㎛의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름을 자외선 경화형수지 조성물인 우레탄아크릴레이트계 접착물질로 도포하는 데, 상기 박판 유리의 상하 양면에 상기 필름을 라미네이팅법으로 접합하였다. 제조된 기판을 자외선 램프의 광량을 1.5J/㎠~2.0J/㎠으로 조사하여 제작하였다.
실시예 2 내지 5
실시예 1과 동일하게 실시하되, 박판 유리의 두께를 각각 50㎛, 100, 200, 400㎛로 하고, 두께 100㎛의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름을 접합하여 플렉시블 디스플레이 기판을 제조하였다.
실시예 6
20㎛ 두께의 박판 유리를 100mm×100mm의 크기로 준비하여, 두께 30㎛의 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 필름을 자외선 경화형수지 조성물인 우레탄아크릴레이 트계 접착물질로 도포하는 데, 상기 박판 유리의 상면에 상기 필름을 라미네이팅법으로 접합하였다. 제조된 기판을 자외선 램프의 광량을 1.5J/㎠~2.0J/㎠으로 조사하여 제작하였다.
실시예 7 내지 10
실시예 5와 동일하게 실시하되, 박판유리의 두께를 각각 50㎛, 100, 200, 400㎛로 하고, 두께 100㎛의 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 필름을 접합하여 플렉시블 디스플레이 기판을 제조하였다.
※ 분석방법
(1) 광투과도 : 투과도는 JASCO사의 측정기[모델 : V-7100 UV/VIS/NIR Spectrophotometer]로 측정.
(2) 산소 투과도의 측정 : 산소 투과도의 측정은 온도 23℃, 습도 90%RH의 조건으로 미국, 모콘(MOCON)사제의 측정기[모델 : OX-TRAN Model 2/21]로 측정.
(3) 수증기 투과도의 측정 : 수증기 투과도의 측정은 온도 40℃, 습도 90%RH의 조건으로 미국, 모콘(MOCON)사제의 측정기[ AQUATRAN W Model 1]로 측정.
측정 결과는 하기의 [표 1]에 나타내는 바와 같다.
구 분 투명성(%) 산소투과도
(cc/㎡/day)		 수증기투과도
(g/㎡/day)
실시예 1 91.4 0.005 0.0005
실시예 2 91.4 0.005 0.0003
실시예 3 91.3 0.004 0.0003
실시예 4 91.2 0.005 0.0002
실시예 5 91.2 0.004 0.0003
실시예 6 90.4 0.005 0.0005
실시예 7 90.1 0.003 0.0003
실시예 8 90.1 0.005 0.0002
실시예 9 89.7 0.004 0.0003
실시예 10 89.5 0.003 0.0003
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유기전계 발광장치의 기판에 적용되는 플렉시블 디스플레이 기판의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시에 따른 유기전계 발광장치의 단면도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시에 따른 유기전계 발광장치의 평면도를 나타낸 것이다.

Claims (12)

  1. 유리 기판 및 상기 유리 기판 상면 및 하면에 지지체가 라미네이트 되며, 상기 유리 기판의 두께가 10~400㎛인 플렉시블한 지지 기판;
    상기 지지 기판의 일면에 형성된 것으로, 한 쌍의 전극 사이에 유기 발광층이 포함된 유기전계 발광부; 및
    상기 유기 전계 발광부를 외기로부터 차단할 수 있도록 상기 지지 기판과 밀봉재로 결합되는 플렉시블한 밀봉 기판을 포함하는 것으로,
    상기 밀봉재는 상기 밀봉 기판의 가장자리를 따라 구비되는 것을 특징으로 하는 플렉시블한 디스플레이 기판을 활용한 유기전계 발광장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지체는 두께가 10~200㎛인 광학필름으로 된 것을 특징으로 하는 플렉시블한 유기전계 발광장치.
  3. 제2항에 있어서
    상기 광학필름은 폴리에틸렌나트탈레이트(PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌술폰(PES), 투명형 폴리이미드(PI), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리싸이클릭올레핀(PCO), 가교형 에폭시, 가교형 우레탄필름으로 이루어진 군에서 1이상 선택되는 것을 특징으로 하는 플렉시블한 디스플레이 기 판을 활용한 유기전계 발광장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유리 기판 및 상기 지지체 사이의 중간 접착층은 자외선 경화형수지 조성물인 우레탄 아크릴레이트계 접착물질인 것을 특징으로 하는 플렉시블한 디스플레이 기판을 활용한 유기전계 발광장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지지 기판의 상면 및 유기전계 발광부 하면 사이에 버퍼층 기능을 하는 평탄화층을 더 포함하는 플렉시블한 디스플레이 기판을 활용한 유기전계 발광장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 평탄화층의 표면 평탄도(Ra)는 0.5 내지 5㎚인 것을 특징으로 하는 플렉시블한 디스플레이 기판을 활용한 유기전계 발광장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 밀봉재는 열경화성 접착제 또는 UV 경화 접착제인 것을 특징으로 하는 플렉시블한 디스플레이 기판을 활용한 유기전계 발광장치.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한항에 있어서,
    상기 밀봉 기판은 상기 지지 기판과 동일한 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉시블한 디스플레이 기판을 활용한 유기전계 발광장치.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한항에 있어서,
    상기 지지 기판과 상기 밀봉 기판에 의해 구획되는 내부공간은 질소, 네온 또는 아르곤 중 어느 하나의 불활성기체로 충전되는 것을 특징으로 하는 플렉시블한 디스플레이 기판을 활용한 유기전계 발광장치.
  10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한항에 있어서,
    상기 유기전계 발광부는 전극층 및 상기 전극층 사이에 홀주입층, 홀수송층, 유기 발광층, 전자수송층, 전자주입층이 차례대로 적층된 것을 특징으로 하는 플렉시블한 디스플레이 기판을 활용한 유기전계 발광장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전극층은 인듐-징크 옥사이드(IZO)로 형성된 플렉시블한 디스플레이 기판을 활용한 유기전계 발광장치.
  12. 제1항 내지 제5항 중 어느 한항에 있어서,
    상기 유기전계 발광장치는 밀봉기판 및 지지 기판이 투명하게 형성됨으로써 전면 발광형 또는 양면 발광형으로 형성가능한 플렉시블한 디스플레이 기판을 활용 한 유기전계 발광장치.
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