KR20120054625A - 디스플레이 및 조명 디바이스와 태양 전지를 위한 광학적 및 전기적 성능이 개선된 전도성 필름 또는 전극 - Google Patents

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Abstract

전도성 필름 또는 디바이스 다층 전극은 기재와, 투명 또는 반투명 중간 층에 의해 분리된 2개의 투명 또는 반투명 전도성 층을 포함한다. 중간 층은 전도성 필름 또는 전극을 포함하는 디바이스에서 특정 층들 사이에서 발생하는 계면 반사를 줄이는 데 도움이 되도록 제1 전도성 층과 제2 전도성 층 사이의 전기 전도성 경로를 포함한다.

Description

디스플레이 및 조명 디바이스와 태양 전지를 위한 광학적 및 전기적 성능이 개선된 전도성 필름 또는 전극{CONDUCTING FILM OR ELECTRODE WITH IMPROVED OPTICAL AND ELECTRICAL PERFORMANCE FOR DISPLAY AND LIGHTING DEVICES AND SOLAR CELLS}
콜레스테릭 액정(cholesteric liquid crystal; ChLC) 재료는 잘 한정된 피치를 갖는 나선형 구조를 자연스럽게 형성하도록 함께 블렌딩된 네마틱(nematic) 액정과 카이랄(chiral) 첨가제로 이루어진다. 이러한 피치는 재료에 의해 반사된 광의 파장과 그에 따른 재료의 색을 결정한다. 색은 또한 네마틱 액정과 카이랄 성분의 비를 변경함으로써 조정될 수 있다. ChLC 디스플레이 내의 픽셀은 적합한 구동 방식의 적용에 의해 그의 평면 반사 (색) 상태와 그의 반투명 포컬 코닉 상태(focal conic state) 사이에서 절환될 수 있다.
도 1은 도시된 구성으로 하기의 층들, 즉 기재(12), 전극(14), ChLC 재료(16), 전극(18), 기재(20), 및 블랙 흡수체(black absorber; 22)를 갖는 스택(stack)을 포함하는 단색 ChLC 디스플레이(10)를 도시한다. ChLC 재료(16)로부터의 반사(26)가 디스플레이되는 색을 생성하게 된다. 풀컬러 ChLC 디스플레이는, 개별 RGB 서브픽셀들이 서로의 상부에 중첩된 일 세트의 RGB 패널을 적층하여 상이한 스펙트럼 영역을 반사하게 함으로써 구성될 수 있다. 디스플레이 패널의 배면은 이전의 층들에 의해 반사되지 않은 광을 흡수하는 광대역 흡수체(22)로 코팅된다. 블랙 흡수체는 하기의 예시적인 재료, 즉 크릴론(KRYLON) 무광택(matte) 또는 광택(glossy) 흑색 아크릴 에나멜 스프레이 페인트를 포함한다.
도 2는 종래 기술의 ChLC 디스플레이용 전극(30)을 도시한다. 기재(38)는 디바이스를 지지한다. 종래 기술의 전극은 유전성 중합체의 연속층(34)에 의해 분리된 투명 전도성 산화물(TCO) 층의 2개의 층들(32, 36)을 포함한다.
층들 사이에, 예를 들어 기재와 전극의 계면에서, 도 1에 도시된, 계면 반사(24, 28)가 일어날 수 있고, 이러한 계면 반사는 디바이스 성능을 저하시킨다는 점에서 바람직하지 못하다. 다른 유형의 반사형 및 방출형 디스플레이에서의 반사 손실이 또한 그들의 성능에 해로울 수 있다. 더욱이, 가요성 디스플레이 및 고상 조명 소자의 경우, 표준 TCO, 예컨대 인듐 주석 산화물(ITO)의 취성은 TCO의 균열 및 전도도의 손실로 인한 조기 디바이스 고장으로 이어질 수 있다.
본 발명에 부합되는 전도성 필름 또는 전극은, 기재(substrate)와, 투명 또는 반투명 중간 층(intervening layer)에 의해 분리된 2개의 투명 또는 반투명 전도성 층을 포함한다. 이러한 전극을 포함하는 디바이스에서 발생하는 원치않는 계면 반사(interfacial reflection)를 줄이는 데 도움이 되는 중간 층은 2개의 전도성 층들 사이의 전기 전도성 경로(pathway)를 포함한다. 중간 층은 또한 굴곡 및 굽힘의 조건 하에서 전도성 층의 내구성을 개선시킨다. 전도성 층들 사이의 전도성 경로 및 중간 층의 사용은 더 얇은 개별 전도성 층들을 허용한다. 더 얇은 개별 전도성 층들은 합한 전도성 층 두께가 동일한 단일 전도성 층보다 더 가요성이다. 단일의 두꺼운 전도성 층의 굴곡은 2개의 더 얇은 전도성 층들이 온전하게 견뎌낼 조건 하에서 균열을 일으킬 것이다. 2개의 전도성 층들 사이의 전도성 경로는 또한 하나의 전도성 층에서의 균열이 전도도의 전체 손실로 이어지지 않도록 여분의 전기적 경로를 제공한다. 단일의 두꺼운 전도성 층에서, 균열은 개방 회로 및 조기 디바이스 고장으로 이어질 수 있다. 중간 층은 전도성 필름의 전체 가요성을 최적화하도록 선택될 수 있다.
첨부 도면은 본 명세서에 포함되고 본 명세서의 일부를 구성하며, 상세한 설명과 더불어 본 발명의 이점 및 원리를 설명한다.
도 1은 단색 ChLC 디스플레이 구성의 사시도.
도 2는 종래 기술의 ChLC 디스플레이용 전극의 도면.
도 3은 전도성 경로를 구비한 중간 층을 갖는 디바이스 전극의 도면.
도 4는 중간 전도성 층을 갖는 디바이스 전극의 도면.
도 5는 전도성 입자가 결합제에 분산된 중간 층을 갖는 디바이스 전극의 도면.
도 6은 디스플레이 매체와 접촉하게 될 전도성 층 및 다수의 중간 층을 갖는 디바이스 전극의 도면.
도 7은 디스플레이 매체와 접촉하게 될 절연성 층 및 다수의 중간 층을 갖는 디바이스 전극의 도면.
도 8은 발광 디바이스를 도시한 사시도.
도 9는 태양 전지를 도시한 사시도.
본 발명의 실시 형태는 전기적 및 광학적 특성이 개선된 디바이스 기재 전극에 관한 것이다. 전극은, 예컨대 층들 사이에 일어나는 반사가 디바이스 성능에 해로운 임의의 디스플레이에 사용될 수 있다. 전극은 또한 ChLC 재료 또는 전기변색(electrochromic) 재료와 같은 다양한 유형의 디스플레이 재료와 함께 사용될 수 있다. 디스플레이 재료라는 용어는 디스플레이 디바이스의 전극에 의해 활성화되는 임의의 유형의 재료를 칭한다. 전극을 포함할 수 있는 다른 디스플레이 디바이스에는 액정 디스플레이 디바이스, 전기영동 디바이스, 무기 전계발광 디바이스, 중합체 분산된 액정 디바이스, 및 유기 발광 다이오드(OLED) 디바이스가 포함된다. 전극은 또한, 예컨대 패시브 윈도우(passive window), 스마트 윈도우(smart window), 태양 전지, 고상 조명, 및 전기 광학(electro-optic) 디바이스와 같은 디스플레이가 아닌 디바이스에 사용될 수도 있다.
본 발명의 다른 실시 형태는 디스플레이 디바이스 전극으로서 사용되지 않는 전도성 필름을 포함한다. 이러한 전도성 필름은 전도도가 적외선 반사를 제공하는 필름 용도에 사용될 수 있다. 그러한 필름 응용의 예에는 창문, 조명, 건축, 자동차, 전기 기구(appliance), 및 과학 기기(scientific instrument)가 포함된다. 전도성 필름은 또한 가시광은 투과되고 적외선 열은 필름에 의해 반사되는 조명 및 프로젝터(projector)에 사용될 수 있다.
전극 또는 전도성 필름은 특정 굴절률을 갖는 2개 이상의 전도성 층과, 상이한 굴절률을 갖고 전기 전도성 경로를 갖는 중간 전도성 층 또는 절연성 층을 포함한다. 전도성 층과 중간 층은 각각 투명 또는 반투명이다. 전극 스택 내의 개별 층들의 두께와 개별 층들의 광 굴절률은 이들 기재가 ChLC 디스플레이 내에 포함될 때 원치않는 프레넬 반사(Fresnel reflection)를 최소화하도록 조정된다. 바람직한 실시 형태에서, 전도성 층들은 대칭이며, 이는 이 층들이 동일한 두께를 가짐을 의미한다. 다른 실시 형태에서, 전도성 층들은 상이한 두께를 가질 수 있다.
이러한 전극 구성은 블랙 레벨(black level), 채도(color saturation), 그리고 그에 따른 디스플레이의 콘트라스트(contrast)를 상당히 개선시킨다. 또한, 중간 층들은 전극의 전도성 층들 사이의 전기적 접촉을 가능하게 한다. 그 결과, 다층 전극의 전기 전도도는 스택 내의 개별 전도성 층들의 전기 전도도보다 더 높다. 전극의 표면 저항(sheet resistance)에 의해 디스플레이의 크기가 제한될 수 있으므로, 다층 전극은 더 큰 디스플레이 패널의 제조를 가능하게 한다. 다층 전극을 사용하여 제조된 디스플레이는 단층 전극을 갖는 디바이스에 비하여 상당히 개선된 전기적 및 광학적 성능을 나타낸다.
종래의 네마틱 액정(nematic liquid crystal; NLC) 기반의 디스플레이와는 달리, ChLC 디스플레이는 편광기 또는 색 필터를 필요로 하지 않으며, 그 결과 잠재적으로 더 낮은 비용의 더 간단한 디바이스 구성으로 이어진다. 풀컬러 NLC 디스플레이에서는, 적색-녹색-청색(RGB) 서브픽셀들이 나란히 정렬된다. 그 결과, 개별 RGB 원색의 각각이 시야 영역(viewing area)의 1/3만을 차지한다. 반면에, 각각의 ChLC RGB 서브픽셀은 하나의 원색을 반사시키지만 다른 2개는 투과시킨다.
ChLC 디스플레이의 각각의 서브픽셀은 2개의 전도성 기재들 사이에 개재된 ChLC 재료를 포함한다. 서브픽셀들은 광학 접착제를 사용하여 함께 접합될 수 있다. 대안적으로, 전도체가 각각의 기재의 양 면에 코팅 및 패터닝되어, 광학 접착제 층을 없앨 수 있다. 채도를 개선시키고 시야각에 따른 색 변이(color shift)를 최소화하도록 적색 및 황색 필터가 포함될 수 있다. 각각의 적층된 픽셀의 관찰된 색은 각 서브픽셀로부터의 반사의 합에 의해 결정된다. 전체 시야 영역이 RGB 원색에 의해 활용됨으로써 휘도가 상당히 개선된다.
온(on)(반사) 상태에서, 픽셀에 의해 반사된 광은 ChLC 평면 반사와, 굴절률 부정합(mismatch)으로 인한 각 계면에서의 원치않는 프레넬 반사 - 반사(24, 28)로 나타냄 - 를 포함한다(도 1 참조). 프레넬 반사는 전형적으로 광대역이며, 따라서 디스플레이의 채도를 저하시킨다. 오프(off) 상태에서, 픽셀에 의해 반사된 광은 반투명 포컬 코닉 상태로부터의 산란과 계면 프레넬 반사를 포함한다. 이들 반사는 디스플레이의 블랙 레벨을 저하시키고 그에 따라 콘트라스트 비를 저하시킨다.
프레넬 반사의 크기는 계면에서의 굴절률 비에 따라 좌우된다. 수직 입사에서, 이는 하기 식에 의해 결정된다:
Figure pct00001
여기서, n은 굴절률 n2, n1을 갖는 2개의 매체의 상대 굴절률(relative index)이다. 가장 높은 상대 굴절률을 갖는 계면에서 프레넬 반사가 가장 강하다. 도 1에 도시된 디바이스(10)의 다양한 층들의 굴절률들은, 전극의 경우 n = 2.0; 기재의 경우 n = 1.65; 및 ChLC 재료의 경우 n = 1.55이다. 따라서, 디바이스(10)에서, 가장 높은 굴절률 스텝(step)은 고굴절률 인듐 주석 산화물(ITO) 투명 전극과 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 기재 또는 ChLC 사이의 계면에서 일어난다. 디바이스(10)는 2개의 ITO/PET 및 2개의 ITO/ChLC 계면을 포함한다. 조명 및 시야 기하학적 형상(illumination and viewing geometry)에 따라, 이들 계면에서의 광대역 프레넬 반사는 ChLC의 반사율을 초과하여 디스플레이 성능을 상당히 저하시킬 수 있다.
이에 비하여, 본 발명의 실시 형태의 전극 설계는 양호한 광학적 및 전기적 성능 둘 모두를 수득한다. 이 전극 설계에서의 중간 층은 2개의 전도성 층들 사이의 전기적 접촉을 가능하게 하는 전기 전도성 경로를 갖는 투명 또는 반투명 층이다. 이 경로는 중간 층의 두께 및 침착 조건을 제어함으로써 자연적으로 형성될 수 있다. 기재에 가장 가까운 제1 전도성 층의 화학적 및 물리적 특성은 또한, 중간 층이 불연속적이어서 인접한 층들 사이의 전기적 접촉을 가능하게 하도록 중간 층의 습윤 특성을 변경함으로써 이들 경로의 형성을 가능하게 하도록 조정될 수 있다. 대안적으로, 이 경로는 레이저 어블레이션(laser ablation), 이온 충격 또는 습식/건식 에칭과 같은 기술을 사용하여 생성될 수 있다.
중간 층은 스퍼터링, 전자빔, 또는 열 증착(thermal evaporation)과 같은 증착 기술을 사용하여 침착될 수 있다. 중간 층은 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리올레핀, 폴리에폭사이드, 폴리에테르 등과 같은 공중합체를 비롯한 중합체, 및 금속 산화물, 질화물, 탄화물, 및 그 혼합물과 같은 무기 재료를 포함할 수 있다. 바람직한 비전도성 중간 층은 폴리아크릴레이트 및 규소산화물을 포함한다. 중간 층은 또한 용액 코팅을 사용하여 형성될 수 있다. 단량체가 기재 상에 증발되며 원 위치에서(in-situ) 경화되는 울트라배리어 필름(ultrabarrier film) 공정도 또한 사용될 수 있다. 울트라배리어 필름은, 전체적으로 기재되어 있는 것처럼 본 명세서에 참조로 포함된 미국 특허 제5,440,446호, 제5,877,895호 및 제6,010,751호에 기재된 바와 같이, 예를 들어 유리나 다른 적합한 기재 상의 다수의 층들로 순차적으로 2개의 무기 유전체 재료를 진공 증착시키거나 또는 무기 재료와 유기 중합체의 교대 층들을 진공 증착시킴으로써 제조된 다층 필름을 포함한다.
일 실시 형태가 도 3의 다층 디바이스 전극(40)으로서 도시되어 있다. 이러한 전극은, 투명 층(46) 내의 개구(48)를 통해 연장하여 전극(42, 50)을 접속시키는 전도성 링크(link; 44)를 포함하는 전기 전도성 경로를 갖는 저굴절률 투명 또는 반투명 층(46)에 의해 분리된 TCO 또는 반투명 전도성 산화물의 2개의 고굴절률 전도성 층(42, 50)을 포함한다. 기재(52)는 디바이스를 지지한다. 이들 층들은 개념을 설명하기 위해 떨어져 있는 것으로 도시되어 있다.
다른 실시 형태에서, 도 4의 다층 디바이스 전극(54)에 도시된 바와 같이, 중간 층은 양 면의 전도성 층보다 더 낮은 굴절률을 갖는 투명 또는 반투명 전도체이다. 전극(54)에서, 중간 전도성 층(58)이 TCO 또는 반투명 전도성 산화물의 2개의 인접한 전도성 층들(56, 60) 사이의 연속적인 전기 전도성 경로를 제공할 수 있다. 기재(62)는 디스플레이를 지지한다. 중간 층(58)은 용액 코팅 또는 전착된 전도성 중합체를 포함할 수 있다. 이는 또한 증착된 투명 전도체일 수 있다. 전도성 중합체는 하기의 예시적인 재료, 즉 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 및 PEDOT/PSS(폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)/폴리스티렌설폰산)를 포함한다. 전도성 층들의 합한 두께는 표면 저항 요건에 의해 제한되며, 개별 층들의 두께는 원하는 광학적 특성을 위해 최적화된다.
또 다른 실시 형태에서, 도 5의 다층 디바이스 전극(64)에 도시된 바와 같이, 중간 층은 결합제에 분산된 전도성 입자를 포함한다. 결합제(68) 내의 전도성 입자(70)는 TCO 또는 반투명 전도성 산화물의 전도성 층들(66, 72) 사이의 전도성 경로를 제공한다. 기재(74)는 디바이스를 지지한다. 결합제는 전도성 또는 절연성일 수 있다. 전도성 입자는 유기, 무기 또는 금속성일 수 있다. 전도성 입자는 또한 금속 코팅된 입자를 포함한다. 중간 층의 굴절률은 결합제와 전도성 입자의 부피 분율(volume fraction)을 변경함으로써 조정될 수 있다.
다층 전극을 위한 매트릭스와 매립된 전도성 나노입자에는 하기가 포함될 수 있다. 매트릭스에는 임의의 투명 또는 반투명(전도성 또는 절연성) 중합체(예를 들어, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 또는 상기 열거된 전도성 중합체), 또는 전도성(예를 들어, 상기 열거된 TCO) 또는 절연성(SiO2, 규소 질화물(SixNy), 아연 산화물(ZnO), 알루미늄 산화물(Al2O3), 또는 마그네슘 불화물(MgF2))인 투명 또는 반투명 무기 재료가 포함될 수 있다. 전도성 나노입자에는 상기 열거된 것들과 같은 전도성 중합체, 금속(예를 들어, 은, 금, 니켈, 크롬), 또는 금속 코팅된 입자가 포함될 수 있다. 매트릭스가 전도성이라면, 나노입자는 절연성일 수 있고, 특히 상기 열거된 절연성 재료(예를 들어, SiO2, 실리콘 질화물, 아연 산화물, 또는 기타 절연성 재료)의 나노입자일 수 있다.
다층 전극을 사용하는 디바이스를 위한 기재에는 디스플레이 또는 전자 디바이스를 제조하는 데 사용하기 위한 임의의 유형의 기재 재료가 포함될 수 있다. 기재는, 예를 들어 유리 또는 기타 재료의 사용에 의해 강성으로 될 수 있다. 또한, 기재는 예를 들어 플라스틱 또는 기타 재료의 사용에 의해 만곡되거나 가요성으로 될 수 있다. 기재는 하기의 예시적인 재료, 즉 유리, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리카르보네이트(PC), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르설폰(PES), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리이미드(PI), 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA), 폴리사이클릭 올레핀(PCO), 셀룰로오스 트라이아세테이트(TAC), 및 폴리우레탄(PU)을 사용하여 제조될 수 있다.
기재에 적합한 기타 재료에는 클로로트라이플루오로에틸렌-비닐리덴 플루오라이드 공중합체(CTFE/VDF), 에틸렌-클로로트라이플루오로에틸렌 공중합체(ECTFE), 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체(ETFE), 플루오르화 에틸렌-프로필렌 공중합체(FEP), 폴리클로로트라이플루오로에틸렌(PCTFE), 퍼플루오로알킬-테트라플루오로에틸렌 공중합체(PFA), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리비닐 플루오라이드(PVF), 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(TFE/HFP), 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌-비닐리덴 플루오라이드 삼원중합체(THV), 폴리클로로트라이플루오로에틸렌(PCTFE), 헥사플루오로프로필렌-비닐리덴 플루오라이드 공중합체(HFP/VDF), 테트라플루오로에틸렌-프로필렌 공중합체(TFE/P) 및 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로메틸에테르 공중합체(TFE/PFMe)가 포함된다.
다른 적합한 기재에는 배리어 필름 및 울트라배리어 필름이 포함된다. 전체적으로 기재되어 있는 것처럼 본 명세서에 참조로 포함된 미국 특허 제7,468,211호에 배리어 필름의 일 예가 기재되어 있다. 울트라배리어 필름은, 전체적으로 기재되어 있는 것처럼 본 명세서에 참조로 포함된 미국 특허 제5,440,446호, 제5,877,895호 및 제6,010,751호에 기재된 바와 같이, 예를 들어 유리나 다른 적합한 기재 상의 다수의 층들로 순차적으로 2개의 무기 유전체 재료를 진공 증착시키거나 또는 무기 재료와 유기 중합체의 교대 층들을 진공 증착시킴으로써 제조된 다층 필름을 포함한다.
다층 전극을 위한 TCO에는 하기의 예시적인 재료, 즉 ITO; 주석 산화물; 카드뮴 산화물(CdSn2O4, CdGa2O4, CdIn2O4, CdSb2O6, CdGeO4); 인듐 산화물(In2O3, Ga, GaInO3 (Sn, Ge), (GaIn)2O3); 아연 산화물(ZnO(Al), ZnO(Ga), ZnSnO3, Zn2SnO4, Zn2In2O5, Zn3In2O6); 및 마그네슘 산화물(MgIn2O4, MgIn2O4--Zn2In2O5)이 포함된다.
전술한 실시 형태는 중간 층에 의해 분리된 2개의 투명 또는 반투명 전도성 층들을 포함하지만, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 원하는 광학적 및 전기적 특성에 따라 추가적인 투명 또는 반투명 전도성 층 및 중간 층이 추가될 수 있다. 도 6 및 도 7에 도시된 디바이스 전극(76, 90)은 단일 전극으로서 기능하는 하기의 층들, 즉 다수의 투명 또는 반투명 전도성 층(78, 82, 86), 이 전도성 층들 사이의 투명 또는 반투명 중간 층(80, 84), 및 기재(88)를 포함한다. 전극이 특정 디바이스에 대해 최적화되거나 조정된 임의의 수의 층들을 갖도록 전도성 층과 중간 층의 추가적인 층들이 마찬가지로 추가될 수 있다. 또한, 전극이 디스플레이 디바이스와 함께 사용될 때 디스플레이 매체와 접촉하는 층, 예컨대 도 6에 도시된 전도성 층(78) 또는 도 7에 도시된 절연성 층(92)은 절환 메커니즘(예를 들어, 구동되는 전기장 또는 전류)에 따라 절연성이거나 전도성일 수 있다. 더욱이, 다층 전극은 원하는 최종 용도를 위한 상이한 광학적 특성에 맞추어 "조정될" 수 있다. 예를 들어, 중간 층을 위한 재료, 및 층들의 두께는 원하는 용도 또는 특성을 위해, 예를 들어 광 아웃커플링을 향상시키기 위한 OLED 광 공동(optical cavity) 또는 다층 배리어 기재와의 정합을 위해 변할 수 있다.
3색 ChLC 디스플레이의 경우, 각각의 색에 대한 전극은 계면 반사를 최소화하기 위하여 특정 파장 범위에 대하여 설계되거나 조정될 수 있다. 표 1은 ChLC 디스플레이 디바이스에서 개별 색(RGB ChLC 재료 층들)에 대한 최적화된 전극 구성의 두께(나노미터(㎚) 단위)를 포함한다.
Figure pct00002
다층 전극은 전기영동 디바이스(브리지스톤(Bridgestone)의 분말의 사용을 포함함), 중합체 분산된 액정(PDLC) 디바이스, 및 무기 전계발광(IEL) 디스플레이 및 조명 디바이스와 같은 다른 디스플레이 디바이스와 함께 사용될 수 있다. 전기영동, PDLC, 및 IEL 디바이스의 예가 각각, 전체적으로 기재되어 있는 것처럼 본 명세서에 참조로 포함된 미국 특허 제7,365,900호, 제5,629,783호, 및 제7,538,483호에 기재되어 있다. 브리지스톤의 분말은 브리지스톤 코포레이션(Bridgestone Corporation)으로부터의 제목이 "신속 응답 - 액체 분말 디스플레이(Quick Response - Liquid Powder Display; QR-LPD)"인 간행물에 기재되어 있으며, 또한 전체적으로 기재되어 있는 것처럼 본 명세서에 참조로 포함된 미국 특허 제7,495,820호에 기재되어 있다.
다층 전극은 또한 OLED 디스플레이 및 조명 디바이스와 함께 사용될 수 있다. OLED는 유기 발광 재료를 포함하는 전계발광 디바이스를 칭한다. 발광 재료에는 예를 들어 소분자(SM) 발광체, SM 도핑된 중합체(분자적으로 도핑된 중합체(molecularly doped polymer) 또는 MDP라고도 함), 발광 중합체(LEP), 도핑된 LEP, 블렌딩된 LEP, 또는 이들 재료의 임의의 조합이 포함될 수 있다. 이러한 발광 재료는 단독으로 제공되거나, 또는 OLED 디바이스에서 기능적 또는 비기능적인 임의의 다른 유기 또는 무기 재료 - 예를 들어, 결합제, 색 변환 재료, 산란 재료, 및 전해질을 포함함 - 와 조합하여 제공될 수 있다. 전해질의 첨가는, 전체적으로 기재되어 있는 것처럼 본 명세서에 참조로 포함된 미국 특허 제5,682,043호에 기재된 것들과 같은 발광 전기화학 전지(LEC)를 제공한다. LEC는, 전체적으로 기재되어 있는 것처럼 본 명세서에 참조로 포함된 미국 특허 제7,115,216호에 기재된 바와 같은 제조상의 이점을 갖는 OLED의 한 부류이다. 유기 발광 재료 및 추가적인 재료, 예컨대 전하 주입 및 수송 재료는 전형적으로 2개의 평면 전극들 - 이들 중 하나는 전형적으로 투명함 - 사이에 단일 또는 다수의 층으로서 개재되어 확산 광원 또는 픽셀화된(pixilated) 디스플레이를 생성한다. R. H. 프렌드(R. H. Friend) 등("컨쥬게이트된 중합체에서의 전계발광(Electroluminescence in Conjugated Polymers)" 네이처(Nature), 397, 1999, 121, 전체적으로 기재되어 있는 것처럼 본 명세서에 참조로 포함됨)은 그러한 재료의 전계발광의 하나의 메커니즘을 설명한다.
도 8은 다층 전극을 포함시킬 수 있는 발광 디바이스(100)를 도시한 사시도이다. 디바이스(100)는 도시된 구성으로 하기의 층들, 즉 기재(102), 전극(104), 발광 재료(106), 전극(108), 및 기재(110)를 갖는 스택을 포함한다. 전극(104, 106)들 중 하나 또는 둘 모두는 전술한 다층 전극 실시 형태로 구현될 수 있다. 발광 재료(106)는 활성화될 때 화살표(112)로 나타낸 바와 같이 광을 방출하며, 이 발광 재료에는 OLED 또는 IEL 재료, 또는 디스플레이 또는 고상 조명 디바이스를 위한 다른 유형의 발광 재료가 포함될 수 있다. 디바이스(100)는 또한 추가적인 층, 예를 들어 IEL 디바이스를 위한 발광 층과 전극들 사이의 절연성 층을 가질 수 있다.
도 9는 다층 전극을 포함시킬 수 있는 태양 전지(120)의 사시도이다. 태양 전지(120)는 도시된 구성으로 하기의 층들, 즉 기재(122), 전극(124), 활성 재료(126), 전극(128), 및 기재(130)를 갖는 스택을 포함한다. 전극(124, 126)들 중 하나 또는 둘 모두는 전술한 다층 전극 실시 형태로 구현될 수 있다. 활성 물질(126)은 광 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위하여 태양 전지를 활성화하도록 화살표(132)로 나타낸 바와 같이 광을 흡수한다. 태양 전지에는 광기전 전지, 특히 유기 광기전(OPV) 태양 전지가 포함된다. 전체적으로 기재되어 있는 것처럼 본 명세서에 참조로 포함된 미국 특허 제5,350,459호에 OPV 태양 전지의 일 예가 기재되어 있다. 다층 전극의 일부로서, 수광하는 태양 전지 측에 있는 TCO 전극은 반사율 손실을 감소시킬 수 있으며, 따라서 태양 전지의 디바이스 효율을 개선시킬 수 있다. 태양 전지는 또한 환경으로부터 태양 전지, 및 특히 활성 재료를 보호하기 위하여 배리어 필름을 포함할 수 있다.
실시예
실시예 1
도 4에 도시된 3층 전극 설계를 갖는 기재를 제조하였다. 중간 층은 상기에 나타낸 울트라배리어 공정을 사용하여 침착된 아크릴레이트 중합체로 이루어졌고, 2개의 전도성 층들은 스퍼터 증착된 ITO로 이루어졌다. 표 2에 나타낸 바와 같이 중간 층 두께 및 ITO 층 두께가 상이한 3층 전극을 0.127 ㎜(0.005 인치) 두께의 PET의 롤 상에 제조하였다.
Figure pct00003
개별 층 두께는 ITO 및 울트라배리어 필름 침착 공급원을 가로지르는 분당 미터(분당 피트(fpm)) 단위의 필름 속도에 의해 결정하였다. 속도가 빠를수록 더 얇은 층을 수득한다. 이들 샘플의 표면 저항은 양 ITO 층들의 합한 전도도를 측정하는 비접촉 프로브(델콤(Delcom)) 및 상면의 노출 표면의 전도도를 측정하는 표면 접촉 4-프로브 기기를 사용하여 측정하였다. 양 측정 기술은 측정 오차 내에서 동일한 표면 저항값을 산출하였으며, 이는 중간 층이 2개의 인접한 ITO 층들 사이의 전기적 접촉을 가능하게 함을 나타낸다.
굴절률 정합된 3층 전극 및 굴절률 정합되지 않은 단층 전극을 갖는 기재를 사용하여 제조된 풀컬러 RGB, ChLC 디바이스를 비교하였다. 광대역 계면 반사는 굴절률 정합되지 않은 전극의 경우 훨씬 더 현저하였다. 이들 반사는 굴절률 정합된 전극을 갖는 디바이스에 비하여 채도를 저하시킨다.
굴절률 정합된 전극을 갖는 디바이스의 색역(color gamut)은 굴절률 정합되지 않은 전극을 갖는 디바이스의 색역보다 3배 더 컸다. 또한, 더 강한 계면 반사는 굴절률 정합된 전극을 갖는 디바이스에 비해 굴절률 정합되지 않은 전극을 갖는 디바이스의 블랙 레벨을 저하시켰다. 그 결과, 백색 상태 대 흑색 상태의 휘도(CIE Y)의 비로서 정의되는 콘트라스트 비는 굴절률 정합된 전극을 갖는 디바이스의 경우 훨씬 더 높았다.
또한, 중간 층이 울트라배리어 필름 층 대신에 SiO2 무기 재료로 이루어진 3층 전극 기재로부터 디바이스를 제조하였다. 3층 전극은 0.127 ㎜(5 밀(mil)) PET(듀폰 테이진(Dupont Teijin), ST-504) 상에 스퍼터링된 ITO(20 ㎚)/SiO2(42 ㎚)/ITO(20 ㎚)로 이루어졌다. 이들 기재는 ChLC, RGB 디바이스에 포함될 때 개선된 전기적 및 광학적 특성을 또한 나타냈다. 굴절률 정합된 3층 전극을 갖는 디바이스의 경우 채도(색역)와 콘트라스트 둘 모두가 상당히 더 높았다. 굴절률 정합된 3층 전극의 경우, 색역은 4배 더 높았고 콘트라스트는 5배 더 높았다.
3층 전극 설계는 또한 양호한 광학적 성능과 함께 낮은 표면 저항을 가능하게 한다. 각각의 저굴절률 중간 층은 인접한 투명 전도성 층들 사이의 전기적 접촉을 가능하게 한다. 그 결과, 다층 전극의 전도도는 모든 전도성 층들의 합한 두께에 의해 결정된다. 3층 전극을 갖는 기재로부터 디스플레이를 제조하였다. 단층 전극을 사용한 것에 비하여 이러한 기재의 더 낮은 표면 저항(대략 100 ohm/sq)은 디스플레이에 걸쳐 패턴의 페이딩(fading) 없이 우수한 디스플레이 균일성을 가능하게 하였다. 채도와 디스플레이 균일성 둘 모두가 매우 양호한 것으로 관찰되었다.
실시예 2
실시예 1에 사용된 것과 동일한 공정으로 다층 ITO/중합체/ITO 스택을 PET 필름 상에 제조하였다. 레이저 어블레이션 기술을 사용하여 OLED 제조를 위한 전극을 형성하였다. OLED 제조 전에, ITO/중합체/ITO 다층 스택을 갖는 PET 필름을, 그 필름으로부터 수분을 제거하기 위하여 질소 분위기에서 80℃로 하룻밤 예비 베이킹하였다. OLED 제조 직전에, 필름을 표준 산소 플라즈마 절차로 처리하여 ITO 표면으로부터 유기 잔류물을 제거하고 OLED에서의 최적의 성능을 위한 ITO 표면 특성을 조정하였다. 약 0.13 mPa(10-6 torr)의 기본 압력의 진공 시스템에서 표준 열 증착에 의해 OLED를 제조하였다. 하기의 OLED 구조물을 침착시켰다: HIL(300 ㎚)/HTL(40 ㎚)/EML(30 ㎚, 6% 도펀트)/ETL(20 ㎚)/LiF(1 ㎚)/Al(200 ㎚).
완료 후에, 봉지 필름과 OLED 캐소드 사이에 산소 스캐빈저(scavenger) 및 건조제로서 사에스(SAES) 게터(getter)를 사용하여 OLED를 쓰리엠(3M) 봉지 배리어 필름으로 봉지하였다. 배리어 필름은 미국 특허 제7,018,713호에 기재된 바와 같이 제조된 0.127 ㎜(5 밀) PET였다. 건조제는 미국 콜로라도주 콜로라도 스프링즈 소재의 사에스 게터스(SAES Getters)로부터의 CaO였다. 표준 PET/ITO(100 ㎚) 기재 상의 기준 OLED 및 PET/ITO/중합체/ITO 다층 스택 상의 OLED 둘 모두를 전술된 통상의 방식에 따라 제조하였다.
제조된 OLED의 휘도-전압-전류(LIV) 특성 및 전계발광 스펙트럼을 전류 소스/전압 검출기로서 키슬리(Keithley) 2400 소스 미터(source meter)와, 휘도 및 스펙트럼 검출기로서 포토리서치(PhotoResearch) PR650 카메라를 사용하여 기록하였다. 다층 스택 ITO를 갖는 디바이스는 기준 디바이스와 매우 유사한 LIV 거동을 보여주었는데, 이는 다층 스택 ITO가 기준 ITO와 등가의 전기적 성능을 가지며, 추가적인 광학적 손실이 다층 스택 ITO에 의해 유도되지 않음을 나타낸다. 휘도 및 전계발광 스펙트럼을 또한, 기준 디바이스 및 다층 스택 ITO 디바이스 둘 모두에 대해 다양한 각도에서 기록하였으며, 두 ITO 모두 매우 유사한 각도 성능을 나타내며, 이와 함께 다층 ITO 스택에 대해 광 공동 효과가 약간 감소됨을 확인하였다.

Claims (20)

  1. 하기의 순서로 배열된 층들:
    제1 기재;
    제1 전극;
    디스플레이 재료;
    제2 전극; 및
    제2 기재를 포함하며,
    제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나는
    제1 투명 또는 반투명 전도성 층;
    제2 투명 또는 반투명 전도성 층; 및
    제1 전도성 층과 제2 전도성 층 사이에 위치되고 제1 전도성 층과 제2 전도성 층 사이의 전기 전도성 경로를 포함하는 투명 또는 반투명 중간 층을 포함하는,
    디스플레이 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 제1 전도성 층 및 제2 전도성 층은 각각 투명 또는 반투명 전도성 산화물을 포함하는 디바이스.
  3. 제1항에 있어서, 중간 층은 유전성 중합체 재료 또는 무기 유전체 재료를 포함하는 디바이스.
  4. 제1항에 있어서, 중간 층은 제1 전도성 층 및 제2 전도성 층의 굴절률과 상이한 굴절률을 갖는 전도성 층을 포함하는 디바이스.
  5. 제1항에 있어서, 전기 전도성 경로는 제1 전도성 층과 제2 전도성 층 사이의 개구를 통해 연장하는 전도성 링크를 포함하는 디바이스.
  6. 제1항에 있어서, 중간 층은 결합제를 포함하며, 전기 전도성 경로는 제1 전도성 층과 제2 전도성 층 사이에서 연장하고 결합제 내에 현탁되어 있는 전도성 입자를 포함하는 디바이스.
  7. 제1항에 있어서, 제1 전도성 층과 디스플레이 재료 사이에 위치되는 절연성 층을 추가로 포함하는 디바이스.
  8. 제1항에 있어서, 제1 전도성 층의 두께는 제2 전도성 층의 두께와 실질적으로 동일한 디바이스.
  9. 제1항에 있어서, 제1 기재 및 제2 기재 중 적어도 하나는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 디바이스.
  10. 제1항에 있어서, 제1 기재 및 제2 기재 중 적어도 하나는 배리어 층을 포함하는 디바이스.
  11. 제1항에 있어서, 디스플레이 재료는 OLED 재료를 포함하는 디바이스.
  12. 제1항에 있어서, 디스플레이 재료는 IEL 재료를 포함하는 디바이스.
  13. 제1항에 있어서, 디스플레이 재료는 전기영동 재료를 포함하는 디바이스.
  14. 제1항에 있어서, 디스플레이 재료는 중합체 분산된 액정 재료를 포함하는 디바이스.
  15. 하기의 순서대로 배열된 층들:
    제1 기재;
    제1 전극;
    발광 재료;
    제2 전극; 및
    제2 기재를 포함하며,
    제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나는
    제1 투명 또는 반투명 전도성 층;
    제2 투명 또는 반투명 전도성 층; 및
    제1 전도성 층과 제2 전도성 층 사이에 위치되고 제1 전도성 층과 제2 전도성 층 사이의 전기 전도성 경로를 포함하는 투명 또는 반투명 중간 층을 포함하는,
    고상 조명 소자(solid state lighting element).
  16. 제15항에 있어서, 발광 재료는 OLED 재료를 포함하는 고상 조명 소자.
  17. 제15항에 있어서, 발광 재료는 IEL 재료를 포함하는 고상 조명 소자.
  18. 하기의 순서로 배열된 층들:
    제1 기재;
    제1 전극;
    광 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 활성 재료;
    제2 전극; 및
    제2 기재를 포함하며,
    제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나는
    제1 투명 또는 반투명 전도성 층;
    제2 투명 또는 반투명 전도성 층; 및
    제1 전도성 층과 제2 전도성 층 사이에 위치되고 제1 전도성 층과 제2 전도성 층 사이의 전기 전도성 경로를 포함하는 투명 또는 반투명 중간 층을 포함하는,
    태양 전지.
  19. 제18항에 있어서, 활성 재료는 유기 광기전 재료를 포함하는 태양 전지.
  20. 제18항에 있어서, 제1 기재 및 제2 기재 중 적어도 하나는 배리어 필름을 포함하는 태양 전지.
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