KR20170096583A - 양자점층과 칼라필터층이 적층이 된 유기발광소자 - Google Patents

양자점층과 칼라필터층이 적층이 된 유기발광소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 OLED 디스플레이의 광효율을 올리기 위한 구조로서, 청색광원이 적색 칼라필터층과 녹색칼라필터층에서 흡수가 되어 광 손실이 일어나는 것을 줄이는 구조로서, 청색광이 입사되면 적색광으로 변환되는 형광물질층과, 청색광이 입사되면 녹색광으로 변환되는 형광물질층을 칼라필터층의 적색과 녹색 칼라필터에 대응되게 형성하는 것이다.
특히 형광물질로서 양자점(Quantum Dot)을 이용한 것이다.

Description

양자점층과 칼라필터층이 적층이 된 유기발광소자 {OLED with quzntum dot layer and color filter layer}
본 발명은 유기발광소자 (OLED : Organic Light Emitting Diode) 의 효율향상에 관한 것으로서, 특히 백색광원으로서 OLED 를 사용하는 구조를 갖는 디스플레이에서 OLED 의 광 효율을 향상시키는 구조 및 공정에 관한 것이다.
Active Matrix OLED 는 스마트폰 용 등의 모바일 디스플레이에 사용이 되거나 대형 TV 에 사용이 된다.
특히 OLED 를 청색, 녹색, 적색의 층을 적층으로 올려서 백색광원을 만든 다음 그 위에 칼라필터를 청색 녹색 백색으로 형성을 해서 칼라(color) 를 형성하는 방법이 대형 디스플레이 OLED TV 로서 적용이 되고 시장에 출시되어 있다.
특히 백색광원은 청색 OLED 광원층에 녹색 OLED 층과 적색 OLED 층으로 바로 백색을 내는 것과 청색 OLED 광원층에 황색 OLED 광원층을 적층하는 방법 등으로 다양한 방업으로 백색 광원을 낸다.
이러한 백색광원을 TFT 구동으로 픽셀별로 구동을 해서 디스플레이의 발광을 제어하며, 각 픽셀별로 청색, 녹색, 적색의 칼라필터가 있어서 다양한 칼라를 내도록 한 것이다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 OLED 의 청색광이 적색필터나 녹색필터에 흡수가 되어 광 손실이 발생하는 것을 감소시켜 줌으로써 광 효율을 향상시키고자 하는 것이다.
특히 백색광원을 이용한 OLED 에 있어서 각 색상의 스펙트럼은 다른 색상의 칼라필터를 통과할 때 컬러필터가 갖는 투과 스펙트럼의 영역을 벗어난 스펙트럼은 흡수가 된다. 특히 청색광은 녹색과 적색의 칼라필터에서 흡수가 되어버리며 이것은 광 효율이 떨어지게되는 주된 요인이 된다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 본 발명에서는 양자점층과 칼라필터층을 적층으로 형성을 하며, 양자점층이 청색광을 녹색광으로 변환하는 녹색광 변환 양자점층과, 청색광을 적색광으로 변환하는 적색광 변환 양자점층으로 구분되어 형성되며, 녹색광 변환 양자점층은 녹색 필터층에 대응이 되게 적층되고, 적색광 변환 양자점층은 적색 필터층에 대응이 되게 적층될 수 있도록 구성한다.
이에 따라 백색광원에서 청색광이 녹색광 변환 양자점층을 통과하면 그 일부가 녹색광으로 변환되어 녹색필터를 통과하며, 적색광 변환 양자점층을 통과하는 청색광은 그 일부가 적색광으로 변환되어 적색필터를 통과하게 되어 흡수 소멸되는 청색광을 활용함으로서 전체적인 광 효율을 향상시키는 것이다.
특히 본 발명에 의한 OLED의 백색광원 위에 칼라필터층과 백색광원층 사이에 광변환층인 양자점층을 형성함에 있어서, 양자점층의 양자점을 수십나노미터에서 수 마이크로미터 사이의 크기인 캡슐내에 형성을 하고, 양자점이 포함된 양자점 캡슐을 고분자 수지(Polymer Resin)내에 균일하게 분산시켜 양자점층을 형성함으로서 양자점의 밀도를 높일 수 있다.
더욱이 백색 OLED 광원이 아닌 청색 OLED 광원을 이용한 구조에 있어서도 청색 OLED 광원위에 양자점이 포함된 캡슐을 이용한 광변환층인 캡슐 양자점층을 형성을 하며, 그 위에 칼라필터층을 형성함으로서 광 변환 효율을 높일 수 있다.
본 발명에 따른 백색 OLED 광원 위에 광변환층인 양자점층을 형성하며, 그 위에 칼라필터층을 형성함으로서 백색 OLED 광원의 청색광을 부분적으로 녹색광과 적색광으로 변환시킴으로서 백색 OLED 의 광 효율을 높이는 것이다.
도 1 에는 기존의 청색광과 녹색광과 적색광을 발산해서 백색광을 발산하는 백색광 OLED 발광층(White Organic LED : White OLED) 을 가지는 OLED Display 구조의 단면도가 도시되어 있다.
도 2 에는 백색광 OLED 발광층에서 백색광이 발광되는 구조가 단면 모식도로 나타나있다.
도 3 에는 백색광 OLED 발광층에서 발산되는 빛이 칼라필터층을 통과하면서 RGB로 분리되는 과정이 단면도로서 도시되어 있다.
도 4 에는 백색광 OLED 발광층과 칼라필터층 사이에 칼라필터층과 매칭(natching)이 되는 본 발명에 따른 양자점 형광층을 형성한 구조의 단면도가 도시되어 있다.
도 5 에는 본 발명에 따른 양자점을 이용한 형광층이 형성된 구조에서 빛의 발광 구조가 도시되어 있다.
도 6 에는 본 발명에 따른 양자점을 이용한 형광층이 형성이 된 구조에서 칼라필터층에 의해서 발광되는 구조가 도시되어 있다.
도 7 에는 OLED 디스플레이의 구조에서 본 발명에 의한 양자점에 의한 변환광이 투과되는 모식도의 단면도가 나타나있다.
도 8 에는 OLED 발광층에 의한 광 스펙트럼과 양자점에 의한 광 스펙트럼의 일례가 나타나있다.
도 9 에는 일반적인 OLED 디스플레이의 구조로서 TFT 쪽으로 발광되는 OLED 구조와 OLED층의 방향으로 발광되는 구조의 일례가 단면도로서 나타나 있다.
도 10 에는 본 발명의 응용으로서 백색광 OLED 발광층과 칼라필터층 사이에 적색 부분만 양자점 형광층을 형성한 구조이다.
도 11 에는 공정을 단순화 시키기 위한 또 다른 실시례 로서 청색 칼라 필터층과 OED 발광층 사이에는 투명 고분자 수지층을 형성하지 않고 청색 칼라필터층을 바로 형성한 구조가 나타나 있다.
도 12 에는 본 발명에 따른 구조로서 청색광 발광영역을 넓게 만든 단면도가 나타나 있다.
도 13 에는 칼라필터층을 형성하기 위한 투명기판의 평면도가 나타나 있다.
도 14 에는 적색 필터층을 형성한 구조와 과정이 나타나 있다.
도 15 에는 녹색 필터층을 형성한 구조와 과정이 나타나 있다.
도 16 에는 청색 필터층을 형성한 구조와 과정이 나타나 있다.
도 17 에는 본 발명에 따른 적색 필터층에 다시 적색 형광층을 형성한 구조와 과정이 나타나 있다.
도 18 에는 본 발명에 따른 녹색 필터층에 다시 녹색 형광층을 형성한 구조와 과정이 나타나 있다.
도 19 에는 칼라필터층과 형광층을 적층으로 제조하는 공정에서 OLED 디스플레이 구조를 제작하는 과정의 순서를 나타내는 모식도가 단면도로서 나타나있다.
도 20 에는 본 발명의 또 다른 응용례로서 적색 형광층의 양자점을 청색광을 적색광으로 변환시키는 양자점과 함께 녹색광을 적색광으로 변환시키는 양자점도 같이 포함시킨 것이다.
도 21 에는 적색 형광층에 녹색광을 적색광으로 변환시키는 양자점이 포함된 구조의 광의 발광 구조가 나타나 있다.
도 22 에는 본 발명의 또 다른 실시례로서 양자점을 캡슐과 같은 양자점 유기물 복합 입자로 제작한 다음 고분자 수지에 혼합해서 양자점 형광층을 형성하는 것이다.
도 23 에는 본 발명에 의한 청색광 OLED 발광층과 양자점형광층과 칼라필터층을 형성한 구조의 단면도가 도시되어 있다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 상기 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 1 에는 기존의 청색광과 녹색광과 적색광을 발산해서 백색광을 발산하는 백색광 OLED 발광층(White Organic LED : White OLED) 을 가지는 OLED Display 구조의 단면도가 도시되어 있다.
도면에 도시된 바 와같이 일반적인 백색 OLED Display의 구조는 양 쪽의 기판(101, 106)의 사이에 박막트랜지스트층(Thin Film Transistor, TFT)(102)이 있으며, 박막트랜지스트 층에 백색광 OLED 발광층(103)이 형성되며, 그 상부에 ITO 등의 투명전극(104)이 형성되며, 그 위에 R,G,B (Red, Green. Blue)의 칼라필터층(105)이 형성된 구조이다.
박막트랜지스트층에 의해서 디스플레이의 픽셀별로 백색광 유기 발광층이 발광이 되며, 이를 칼라필터층에서 R,G,B 칼라로 필터링이 되면서, 디스플레이 기능을 가능하게 하는 것이다.
박막트랜지스트 쪽의 기판(101)과 칼라필터 쪽의 기판(106)은 투명유리이거나, 고분자 필름 등을 사용하게되며, 고분자 필름은 특히 폴리이미드필름을 사용하기도 한다.
백색 OLED 디스플레이의 제조순서는 통상적으로 투명한 기판에 칼라필터를 먼저 형성을 하고 그 다음에 투명전극을 형성하며, 백색광 OLED 발광층을 형성한 다음 박막트랜지스터층을 형성하고, 필름등으로 봉지(Encapsulation)를 한다.
위의 제조순서는 일례이며, 박막트랜지스터를 먼저 형성을 하고 그 위에 유기발광층, 투명 전극. 칼라필터층을 형성할 수도 있다.
백색광 OLED 발광층은 통상적으로 양면의 전극과 전자 수송층과 정공 수송층으로 구성되며 전자수송층과 정공수송층 사이에 유기물 형광층이 형성이 된다.
백색광 OLED 발광층은 유기물 형광층을 청색광과 녹색광과 적색광 발광층을 적층으로 형성하거나 청색광 발광층과 황색광 발광층을 적층으로 형성해서 백색광을 만들 수도 있다.
칼라필터층은 박막트랜지스터에 의해서 제어되는 청색발광부(107b), 녹색발광부(107g), 적색발광부(107r) 등으로 형성된다.
제품에 따라서는 R,G,B 발광층에 추가해서 칼라필터층이 없는 백색발광 픽셀이 추가되어 R,G,B,W OLED 디스플레이를 만들기도 한다.
RGBW OLED 디스플레이도 Red, Green, Blue 필터층은 칼라필터를 사용하므로 본 발명에 동일하게 적용된다.
도 2 에는 백색광 OLED 발광층에서 백색광이 발광되는 구조가 단면 모식도로 나타나있다.
백색광 OLED 발광층(103)은 청색광 OLED 발광층(103b)과, 녹색광 OLED 발광층(103g)과, 적색광 OLED 발광층(103r)이 형성된다.
청색광과 녹색광과 적색광이 합쳐져서 백색광이 된다.
구조에 따라서는 청색광 OLED 발광층과 황색광 OLED 발광층의 두개의 층 만으로 백색광을 형성하기도 하며, 본 발명의 내용에 포함된다.
백색광 OLED 발광층에서 백색광(201)이 발광되며, 백색광은 청색광(201b)과 녹색광(201g)과 적색광(201r)으로 구성된다.
각각의 b, g, r 은 blue, green, red 를 나타내는 약어이다.
도 3 에는 백색광 OLED 발광층에서 발산되는 빛이 칼라필터층을 통과하면서 RGB로 분리되는 과정이 단면도로서 도시되어 있다.
백색광 OLED 발광층(103r, 103g, 103b)에 의해 각각 청색광과 녹색광과 적색광이 발광되며, 백색광 OLED층에서 발광이 된 빛은 적색 필터층(105r)에서는 청색광과 녹색광은 흡수가 되며 적색광(201r)만 투과를 하며, 녹색 필터층(105g)에서는 청색광과 적색광은 흡수가 되며 녹색광(201g)만 투과를 하며, 청색 필터층(105b)에서는 적색광과 녹색광은 흡수가 되며 청색광(201b)만 투과를 한다.
따라서 적색광 발광영역(107r)과 녹색광 발광영역(107g)과 청색광 발광영역(107b)에서 각각의 파장대의 빛이 발광이 되어 TV 화면 등을 구성한다.
본 도면에 나타나듯이 백색광 OLED 발광 방식은 백색광의 발광은 전면적에서 일으나지만, 칼라필터층에서 적색광 녹색광 청색광 중 통과시키는 빛 외에는 흡수를 함으로 광 손실이 발생하게 되며 이는 전력손실에 직접적으로 크게 영향을 미치게 된다.
이에 따라 녹색 필터층과 적색 필터층에서 흡수가 일어나는 청색광을 흡수를 최소화 시킬 수 있다면 광 효율을 향상시킬 수 있다.
청색광은 단파장이어서 녹색광 내지 적색광으로의 변환이 가능하므로 청색광을 그대로 녹색 필터층과 적색 필터층에서 흡수를 시키지 않고 광 변환을 시키면 그만큼 광 효율을 올릴 수 있다.
도 4 에는 백색광 OLED 발광층과 칼라필터층 사이에 칼라필터층과 매칭(matching)이 되는 본 발명에 따른 양자점 형광층을 형성한 구조의 단면도가 도시되어 있다.
(a)에 도시가 된대로 OLED Display의 구조에 형광층이 추가된 구조로서 양 쪽의 기판(101, 106)의 사이에 박막트랜지스트층(Thin Film Transistor, TFT)(102)이 있으며, 박막트랜지스트 층에 백색광 OLED 발광층(103)이 형성되며, 다시 ITO 등의 투명전극(104)이 형성되며, R,G,B (Red, Green. Blue)의 칼라필터층(105)이 형성된 구조에서 백색광 OLED 발광층(103)과 칼라필터층(105)사이에는 형광층(401)이 형성된다.
형광층의 형광물질은 YAG를 포함한 다양한 형광물질을 사용할 수 있으며 본 발명에서는 특히 양자점(Quantum Dot)을 형광물질로 이용해서 형성한다.
양자점은 캐드뮴 설파이드계(CdS), 캐드늄 테레라이드 계(CdTe)나 인듐 포스파이트 (InP)계 등의 반도체 물질이 적당하며, 수나노미터 크기를 갖는 입자로서, 그 크기에 따라서 청색광을 녹색광이나 적색광 등으로 변환시킨다.
(b)에 나타나 있듯이 적색광 발광영역(107r)에는 청색(Blue Light)을 적색(Red Light)으로 변환시키는 형광층(401)로서 청색광을 적색광으로 변환시키는 적색양자점(Red Quantum Dot)(402r)이 고분자 수지(403)에 혼합되어 적색형광층(401r)으로 형성되어 있으며, 녹색광 발광영역(107g)에는 청색광(Blue Light)을 녹색광(Green Light)으로 변환시키는 녹색양자점(Green Quantum Dot)(402g)이 고분자 수지(403)에 혼합되어 녹색형광층(401g)으로 형성되어 있으며, 청색광 발광영역(107b)은 청색광을 그대로 통과시키기 위해 별도의 형광체층이 형성되지 않는다.
본 발명에서 표현하는 녹색양자점(Green Quantum Dot)과 적색양자점(Red Quantum Dot)은 청색광과 스캐터링해서 녹색광으로 변환시키거나 청색광과 스캐터링해서 적색광으로 변환시키는 양자점을 지칭한다.
양자점을 포함하는 고분자 수지(403)는 잉크젯이나 마스킹을 이용한 스프레이 공법, 혹은 아랫면에 표면장력의 차이를 이용한 패턴형성을 통해 형성할 수도 있으며, 아크릴계나 프로린계를 포함하는 투명한 감광성 고분자 수지를 사용하여, 감광성특성에 의해서 픽셀별로 코팅과 포토레지스터공법(Photoresist)에 의한 패턴형성이 가능하다.
도 5 에는 본 발명에 따른 양자점을 이용한 형광층이 형성된 구조에서 빛의 발광 구조가 도시되어 있다.
백색광 OLED 발광층(103)에 의해 각각 청색광과 녹색광과 적색광이 발광되며, 백색광 층에서 발광이 된 빛은 적색형광층 영역(401r) 에서는 청색광(201b)은 적색형광층의 적색양자점(402r)과 스캐터링이 일어나서 양자점에 의한 적색광(501qr)로 변환되며, 백색광 층에서 발광이 된 빛은 청색형광층 영역(401g)에서 출사되는 청색광(201b)이 녹색형광층의 녹색양자점(402g)과 스캐터링이 일어나서 양자점(Quantum Dot)에 의한 녹색광(501qg)로 변환된다.
도 6 에는 본 발명에 따른 양자점을 이용한 형광층이 형성이 된 구조에서 칼라필터층에 의해서 발광되는 구조가 도시되어 있다.
백색광 OLED 발광층(103)에 의해 각각 청색광과 녹색광과 적색광이 발광되며, 백색광 층에서 발광이 된 빛은 적색형광층 영역(401r) 에서는 청색광(201b)이 적색형광층의 적색양자점(402r)과 스캐터링이 일어나서 양자점에 의한 적색광(501qr)로 변환되며, 백색광 층에서 발광이 된 빛은 청색형광층 영역(401g) 에서의 청색광(201b)이 녹색형광층의 녹색양자점(402g)과 스캐터링이 일어나서 양자점(Quantum Dot)에 의한 녹색광(501qg)로 변환된 상태에서, 백색광 OLED 발광층(103)에 의해 각각 청색광과 녹색광과 적색광이 발광되며, 적색 필터층(105r)에서는 적색광(201r)과 양자점에 의한 적색광(501qr)이 투과를 하며, 녹색 필터층(105g)에서는 녹색광(201g)과 양자점(Quantum Dot)에 의한 녹색광(501qg)이 투과를 하며, 청색 필터층(105b)에서는 적색광과 녹색광은 흡수가 되며 청색광(201b)만 투과를 한다.
따라서 본 발명에 의한 구조에서 나타나듯이 형광층이 없으면 흡수가 되는 청색광이 형광층에 의해서 각각 녹색광과 적색광으로 변환되어 녹색 필터층과 적색 필터층을 통과함으로서 광효율을 향상시킬 수 있는 것이다.
본 발명에서 특히 형광층으로 양자점을 활용하는 이유는 양자점의 광 변환 효율과 함께 광 스펙트럼이 기존의 형광층보다 넓은 영역을 만들 수 있기 때문에 칼라스펙트럼도 넓어지는 효과가 있어서이다.
도 7 에는 OLED 디스플레이의 구조에서 본 발명에 의한 양자점에 의한 변환광이 투과되는 모식도의 단면도가 나타나있다.
OLED Display의 구조에 형광층이 추가된 구조로서 양 쪽의 기판(101, 106)의 사이에 박막트랜지스트층(Thin Film Transistor, TFT)(102)이 있으며, 박막트랜지스트 층에 백색광 OLED 발광층(103)이 형성되며, 다시 ITO 등의 투명전극(104)이 형성되며, RGB (Red, Green. Blue)의 칼라필터층(105)이 형성된 구조에서 백색광 OLED 발광층(103)과 칼라필터층(105)사이에는 형광층(401)이 형성된 구조에서, 백색광 OLED 발광층(103)에서 발광된 백색광 중에 청색광은 형광층에 의해서 녹색광 내지 적색광으로 변환되면서, 적색 필터층(105r)에서는 적색광(201r)과 양자점에 의한 적색광(501qr)이 투과를 하며, 녹색 필터층(105g)에서는 녹색광(201g)과 양자점(Quantum Dot)에 의한 녹색광(501qg)이 투과를 하며, 청색 필터층(105b)에서는 적색광과 녹색광은 흡수가 되며 청색광(201b)만 투과를 한다.
따라서 각각의 청색발광부(107b), 녹색발광부(107g), 적색발광부(107r) 에서, 녹색 발광부에는 양자점(Quantum Dot)에 의한 녹색광(501qg)이 추가적으로 투과를 하며, 적색 발광부에는 양자점에 의한 적색광(501qr)이 추가적으로 투과되어 발광 효율이 증대된다.
본 발명에 의해 표시된 적색광과 녹색광과 청색광과, 양자점에 의해서 청색광이 변환된 녹색광과 적색광의 광 스펙트럼은 단일의 파장을 가지지 않고 일정한 범위의 파장대를 나타낸다.
따라서 이의 조합으로 백색광을 만드는 것이다.
도 8 에는 OLED 발광층에 의한 광 스펙트럼과 양자점에 의한 광 스펙트럼의 일례가 나타나있다.
(a)에는 엘지화학의 백색광을 내기 위한 OLED 발광층의 광 스펙트럼으로서 청색광(201b)과 녹색광(201g)과 적색광(201r)의 스펙트럼이 나타나 있으며, (b)에는 양자점에 의해 변환되는 녹색광(501qg)과 적색광(501qr)이 나타나 있다.
따라서 이 두 광원의 조합으로 본 발명에 의한 백색광을 형성할 수 있는 것이다.
도 9 에는 일반적인 OLED 디스플레이의 구조로서 TFT 쪽으로 발광되는 OLED 구조와 OLED층의 방향으로 발광되는 구조의 일례가 단면도로서 나타나 있다.
따라서 본 발명에서도 이러한 발광되는 구조에 관계 없이 형광층의 구조를 변경하여 제작할 수 있다.
(a)에는 OLED 층103)의 방향으로 발광되는 구조를 나타내며, (b)에는 TFT 층의 방향으로 발광되는 구조를 나타낸 것이다.
도 10 에는 본 발명의 응용으로서 백색광 OLED 발광층과 칼라필터층 사이에 적색 부분만 양자점 형광층을 형성한 구조이다.
제조공정에 의해서 형광층이 많아지면 공정이 증가하기 때문에 적생의 형광층만 추가할 수 있다.
도면에 나타난 대로 OLED Display의 구조에 형광층이 추가된 구조로서 양 쪽의 기판(101, 106)의 사이에 박막트랜지스트층(Thin Film Transistor, TFT)(102)이 있으며, 박막트랜지스트 층에 백색광 OLED 발광층(103)이 형성되며, 다시 ITO 등의 투명전극(104)이 형성되며, RGB (Red, Green. Blue)의 칼라필터층(105)이 형성된 구조에서 백색광 OLED 발광층(103)과 칼라필터층(105)사이에는 적색 형광층(401r)만 형성한 구조이다.
일반적으로 적색의 스펙트럼을 넓히기가 어렵기 때문에 양자점으로 적색광의 스펙트럼을 넓히면 광 스펙트럼을 향상시키는 효과가 있다.
도 11 에는 공정을 단순화 시키기 위한 또 다른 실시례 로서 청색 칼라 필터층과 OED 발광층 사이에는 투명 고분자 수지층을 형성하지 않고 청색 칼라필터층을 바로 형성한 구조가 나타나 있다.
도면에 나타나듯이 청색 칼라필터층(105b)은 OLED 발광층(103)의 투명전극층(104)에 직접 형성되어 있다.
따라서 청색광 발광층 쪽에는 추가적인 투명 고분자 수지층을 형성하는 공정을 줄일 수 있다.
본 발명에 따른 양자점 형광층을 이용해서 녹색 필터층과 적색 필터층을 통과하는 녹색광과 적색광의 광량을 증가시킬 수 있기 때문에 적색광 발광영역(107r)과 녹색광 발광영역(107g)과 청색광 발광영역(107b)의 비율에서 청색광 발광영역의면적을 늘리고 적색광과 녹색광 발광 영역을 상대적으로 줄일 수 있다.
이는 OLED 에서 청색광 용 OLED 소재의 휘도나 수명이 적색광용 OLED 소재나 녹색광용 OLED 소재의 휘도나 수명 보다도 낮기 때문에 청색광 영역을 넓히는 것이 중요하다.
도 12 에는 본 발명에 따른 구조로서 청색광 발광영역을 넓게 만든 단면도가 나타나 있다.
도면 (a)에 나타난 대로 양 쪽의 기판(101, 106)의 사이에 박막트랜지스트층(Thin Film Transistor, TFT)(102)이 있으며, 박막트랜지스트 층에 백색광 OLED 발광층(103)이 형성되며, 다시 ITO 등의 투명전극(104)이 형성되며, RGB (Red, Green. Blue)의 칼라필터층(105)이 형성된 구조에서 백색광 OLED 발광층(103)과 칼라필터층(105)사이에는 양자점 형광층(401)이 형성된 구조에서, 적색광 발광영역(107r)과 녹색광 발광영역(107g)과 청색광 발광영역(107b)의 비율에서 청색광 발광영역의 면적을 늘리고 적색광과 녹색광 발광 영역을 상대적으로 줄인 도면이 나타나 있다.
(b)에는 비교를 위해서 양자점 형광층이 형성되지 않은 구조에서 상대적으로 청색 발광 영역의 면적이 좁은 것을 나타낸다.
상기의 단면도에서 본 발명을 설명하기 위해서 단면도로서 설명하였으며, 적색광 발광영역(107r)과 녹색광 발광영역(107g)과 청색광 발광영역(107b)을 일렬로 배치하여 설명하였지만, 실제의 구조에서는 적색광 발광영역(107r)과 녹색광 발광영역(107g)과 청색광 발광영역(107b)의 배치를 다양하게 할 수 있다.
또한 본 발명의 구조에서 형광층의 형성 방법은 칼라필터층과 마찬가지로 포토리쏘그라피 (Photolithography) 공법에 의해서 제조가 가능하다,
잉크젯 공법등으로도 제조가 가능하며 인쇄등의 다양한 방법도 사용이 가능하다.
본 발명에서는 감광성 고분자 재료를 이용해서 양자점을 포토리쏘그라피공법으로 제조하는 것을 일례로서 설명하지만 양자점 형광층의 형성방법으로 잉크젯 프린팅을 포함한 다양한 방법도 본 발명의 제조공정과 구조에 포함된다.
도 13 에는 칼라필터층을 형성하기 위한 투명기판의 평면도가 나타나 있다.
투명기판(106)의 재질은 유리이거나 투명한 폴리이미드 등의 고분자 필름등의 다양한 소재를 사용할 수 있다.
도 14 에는 적색 필터층을 형성한 구조와 과정이 나타나 있다.
(a)에는 포토리쏘그라피 공정을 하기 위해서 감광성 적색 필터재료(105pr)를 투명기판(106)에 슬릿코팅이거나 스핀코팅법등으로 전체적으로 코팅한 평면도이다.
(b)에는 포토리쏘그라피 공법등으로 투명기판(106)에 부분적으로 적색 필터층(105r)을 형성한 평면도이다.
(c)에는 투명기판(106)에 부분적으로 적색 필터층(105r)을 형성한 부분의 단면도이다.
도 15 에는 녹색 필터층을 형성한 구조와 과정이 나타나 있다.
본 도면에서는 적색필터층을 형성한 다음 녹색필터층을 형성한 것으로 나와있지만 칼라필터층을 형성하는 순서는 제조사별로 임의로 바굴 수 있다.
(a)에는 포토리쏘그라피 공정을 하기 위해서 감광성 녹색 필터재료(105pg)를 투명기판(106)에 슬릿코팅이거나 스핀코팅법등으로 전체적으로 코팅한 평면도이다.
(b)에는 포토리쏘그라피 공법등으로 투명기판(106)에 부분적으로 녹색 필터층(105g)을 형성한 평면도이다.
(c)에는 투명기판(106)에 부분적으로 녹색 필터층(105g)을 형성한 부분의 단면도이다.
도 16 에는 청색 필터층을 형성한 구조와 과정이 나타나 있다.
(a)에는 포토리쏘그라피 공정을 하기 위해서 감광성 청색 필터재료(105pb)를 투명기판(106)에 슬릿코팅이거나 스핀코팅법등으로 전체적으로 코팅한 평면도이다.
(b)에는 포토리쏘그라피 공법등으로 투명기판(106)에 부분적으로 청색 필터층(105b)을 형성한 평면도이다.
(c)에는 투명기판(106)에 부분적으로 청색 필터층(105b)을 형성한 부분의 단면도이다.
이와같이 단계적으로 칼라필터층을 형성을 한다.
백색 OLED 디스플레이를 제조하기 위한 청색과 녹색과 적색의 필터층의 각각의 면적과 배열은 제조사에 따라 다르게 할 수 있으며, 본 발명에 포함된다.
또 한 회사에 따라서는 청색과 녹색과 적색의 필터층에 추가해서 칼라필터층이 없는 화이트 픽셀부분도 추가적으로 형성해서 RGBW 픽셀의 구조로 제조하기도 한다.
일반적으로 칼라필터층의 두께는 수마이크로미터 정도이며, 면적은 가로세로 수십마이크로미터 정도이다.
이는 TV 이거나 스마트폰이거나의 화면의 크기에 따라서 칼라필터층의 면적이 다르게 된다.
도 17 에는 본 발명에 따른 적색 필터층에 다시 적색 형광층을 형성한 구조와 과정이 나타나 있다.
(a)에는 포토리소그라피 공정을 하기 위해서 감광성 적색 형광층 재료(401pr)를 투명기판(106)에 슬릿코팅이거나 스핀코팅법등으로 전체적으로 코팅한 평면도이다.
(b)에는 포토리소그라피 공법등으로 투명기판(106) 부분적으로 적색 형광층(401r)을 형성한 평면도이다.
(c)에는 투명기판(106)에 부분적으로 적색 필터층(105r)을 형성한 다음 적색 형광층(401r)을 형성한 단면도이다.
도 18 에는 본 발명에 따른 녹색 필터층에 다시 녹색 형광층을 형성한 구조와 과정이 나타나 있다.
(a)에는 포토리쏘그라피 공정을 하기 위해서 감광성 녹색 형광층 재료(401pg)를 투명기판(106)에 슬릿코팅이거나 스핀코팅법등으로 전체적으로 코팅한 평면도이다.
(b)에는 포토리쏘그라피 공법등으로 투명기판(106) 부분적으로 녹색 형광층(401g)을 형성한 평면도이다.
(c)에는 투명기판(106)에 부분적으로 녹색 필터층(105r)을 형성한 다음 녹색 형광층(401g)을 형성한 단면도이다.
상기의 구조에서 포토리소그라피로 순차적으로 칼라필터층과 형광층을 형성하는 과정을 설명하였지만. 잉크젯 프린팅을 포함한 다양한 방법으로 본 발명의 구조를 제조할 수 있다.
도 19 에는 칼라필터층과 형광층을 적층으로 제조하는 공정에서 OLED 디스플레이 구조를 제작하는 과정의 순서를 나타내는 모식도가 단면도로서 나타나있다.
(a)에는 투명기판(106)에 칼라필터층(105)을 형성한 구조이다.
(b)는 칼라필터층의 다음에 형광층(401)을 형성한다.
형광층은 특히 양자점을 혼합한 고분자 수지를 이용해서 형성한다.
(c)에는 형광층이 형성된 다음 ITO 등의 투명전극(104)과 백색광 OLED 발광층(103)과 박막트랜지스트층(Thin Film Transistor, TFT)(102)을 형성하며, 기판(101)으로 PET나 폴리이미드등과 같은 필름이나 유리기판으로 encapsulation 을 한다.
상기의 구조는 본 발명의 형광층을 포함하는 백색 OLED 디스플레이의 일ㄹP이며, OLED 디플레이의 제조를 위한 공정의 순서와 구조는 바뀔 수 있다.
도 20 에는 본 발명의 또 다른 응용례로서 적색 형광층의 양자점을 청색광을 적색광으로 변환시키는 양자점과 함께 녹색광을 적색광으로 변환시키는 양자점도 같이 포함시킨 것이다.
(a)에 단면도로 나타나 있듯이 적색 형광층(402brgr)에는 청색광을 적색광으로 변환시키는 양자점과 함께 녹색광을 적색광으로 변환시키는 양자점이 포함되어 있다.
(b)에 청색광을 적색광으로 변환시키는 양자점(402r)과 함께 녹색광을 적색광으로 변환시키는 양자점(2001r)이 포함되어 있는 구조의 단면 모식도가 나타나 있다.
양자점의 크기응 수 나노미터 정도이며 광 변환의 파장에 따라 다른 크기로 제작된다.
도 21 에는 적색 형광층에 녹색광을 적색광으로 변환시키는 양자점이 포함된 구조의 광의 발광 구조가 나타나 있다.
OLED Display의 구조에 형광층이 추가된 구조로서 양 쪽의 기판(101, 106)의 사이에 박막트랜지스트층(Thin Film Transistor, TFT)(102)이 있으며, 박막트랜지스트 층에 백색광 OLED 발광층(103)이 형성되며, 다시 ITO 등의 투명전극(104)이 형성되며, RGB (Red, Green. Blue)의 칼라필터층(105)이 형성된 구조에서 백색광 OLED 발광층(103)과 칼라필터층(105)사이에는 형광층(401)이 형성된 구조에서, 백색광 OLED 발광층(103)에서 발광된 백색광 중에 청색광은 형광층에 의해서 녹색광 내지 적색광으로 변환되면서, 적색 필터층(105r)에서는 적색광(201r)과 양자점에 의한 청색광이 변환된 적색광(501qbr)과 녹색광이 변환된 적색광(501qgr)이 투과를 하며, 녹색 필터층(105g)에서는 녹색광(201g)과 양자점(Quantum Dot)에 의한 청색광이 변환된 녹색광(501qg)이 투과를 하며, 청색 필터층(105b)에서는 적색광과 녹색광은 흡수가 되며 청색광(201b)만 투과를 한다.
따라서 각각의 청색발광부(107b), 녹색발광부(107g), 적색발광부(107r) 에서, 녹색 발광부에는 양자점(Quantum Dot)에 의한 녹색광(501qg)이 추가적으로 투과를 하며, 적색 발광부에는 양자점에 의한 청색광이 변환된 적색광(501qbr)과 양자점에 의해서 녹색광이 변환된 적색광(501qgr) 추가적으로 투과되어 발광 효율이 증대된다.
이와 같이 본 발명에 의해서 백색광 OLED 발광층과 칼라필터층의 사이에 양자점을 포함하는 형광층을 추가함으로서 광효율을 높임과 함께 광스펙트럼을 넓게 할 수 있다.
도 22 에는 본 발명의 또 다른 실시례로서 양자점을 캡슐과 같은 양자점 유기물 복합 입자로 제작한 다음 고분자 수지에 혼합해서 양자점 형광층을 형성하는 것이다.
양자점은 크기가 수 나노미터이기 때문에 직접 고분자 수지(Polymer Resin)에 혼합하는 것이 용이하지 않다.
따라서 본 발명에서는 양자점을 수십만개에서 수천만개에 이르기 까지 다수의 양자점을 유기물 수지에 혼합한 형태의 캡슐과 같은 양자점 유기물 복합 입자로 제작해서 또 다시 고분자 수지와 혼합해서 형광층을 제조하는 방법이 있다.
(a)에 도시가 된대로 OLED Display의 구조에 형광층이 추가된 구조로서 양 쪽의 기판(101, 106)의 사이에 박막트랜지스트층(Thin Film Transistor, TFT)(102)이 있으며, 박막트랜지스트 층에 백색광 OLED 발광층(103)이 형성되며, 다시 ITO 등의 투명전극이 형성되며, RGB (Red, Green. Blue)의 칼라필터층(105)이 형성된 구조에서 백색광 OLED 발광층(103)과 칼라필터층(105)사이에는 양자점이 캡슐형태로 제작된 양자점-고분자 복합입자(402qcr, 402qcg)로 제작되어 고분자 수지에 분산된 형광층(401)이 형성되어 있다.
양자점은 캐드뮴 설파이드계나 인듐 포스파이트계등의 물질로서 수나노미터 크기를 가지면서 크기에 따라서 청색광을 녹색광이나 적색광 등으로 변환시킨다.
양자점-고분자 복합 입자(Quantum Dot-Polymer Composite Particle)의 고분자는 아크릴 수지, 에틸렌 수지 등을 보함하는 고분자 수지를 일반적으로 사용하며, 실리콘(Silicone)과 같은 무기물 고분자도 사용할 수 있으며, 복합입자의 크기는 수백나노미터에서 수 마이크로미터 크기의 입자를 일반적으로 제조해서 사용한다.
복합입자의 내부에는 양자점이 수십만개 내지 수백만개 이상으로 혼합되어 있다.
(b)에는 형광층에 포함되는 양자점-고분자 복합입자가 단면도로서 상세히 도시되어 있으며, 양자점-고분자 복합입자(402qcr, 402qcg)의 내부에는 다수개의 양자점(402g, 402r)이 고분자(2201)에 혼합이 된 구조이다.
이렇게 양자점을 고분자에 혼합한 캡슐의 형태로 제작해서 자외선 경화형 내지 열 경화형 수지와 혼합해서 사용할 경우 분산이 균일하며 양자점의 밀도를 높일 수 있다.
본 발명의 또 다른 응용으로서는 OLED 광원으로서 백색광원이 아니라 청색광원만을 사용해도 본 발명의 구조를 응용할 수 있는 것이다.
일반적으로 형광층은 청색광을 100% 적색광이나 녹색광으로 변환시키려면 두께가 두거워 져야하는 단점이 있다.
본 발명에 의한 구조를 사용하면, 청색광 중에서 형광층에서 변환되지 않은 청색광은 칼라필터층에서 흡수가 되기 때문에 색 순도를 유지하면서 청색광원만을 사용할 수 있다.
도 23 에는 본 발명에 의한 청색광 OLED 발광층과 양자점형광층과 칼라필터층을 형성한 구조의 단면도가 도시되어 있다.
도시가 된대로 OLED Display의 구조에 형광층이 추가된 구조로서 양 쪽의 기판(101, 106)의 사이에 박막트랜지스트층(Thin Film Transistor, TFT)(102)이 있으며, 박막트랜지스트 층에 청색광 OLED 발광층(103b)이 형성되며, 다시 ITO 등의 투명전극(104)이 형성되며, R,G,B (Red, Green. Blue)의 칼라필터층(105)이 형성된 구조에서 백색광 OLED 발광층(103)과 칼라필터층(105)사이에는 형광층(401)이 형성된다.
형광층은 YAG를 포함한 다양한 형광층을 사용할 수 있으며 본 발명에서는 특히 양자점(Quantum Dot)을 이용해서 형성한다.
양자점은 캐드뮴 설파이드계(CdS), 캐드늄 테레라이드 계(CdTe)나 인듐 포스파이트 (InP)계 등의 반도체 물질이 적당하며, 수나노미터 크기를 갖는 입자로서, 그 크기에 따라서 청색광을 녹색광이나 적색광 등으로 변환시킨다.
상기의 구조에서 광원에서 청색만 나오기 때문에 청색 칼라필터층은 생략할 수도 있다.
이러한 구조로서 청색광원만을 사용하더라도 색 순도가 높은 OLED 디스플레이의 제조가 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
양 쪽의 기판(101, 106)
박막트랜지스트층(Thin Film Transistor, TFT)(102)
백색광 OLED 발광층(103) 투명전극(104)
칼라필터층(105) 청색광 OLED 발광층(103b)
녹색광 OLED 발광층(103g) 적색광 OLED 발광층(103r)
백색광(201) 청색광(201b)
녹색광(201g) 적색광(201r)
형광층(401) 적색광 발광영역(107r)
적색양자점(402r) 고분자 수지(403)
적색형광층(401r) 녹색광 발광영역(107g)
녹색양자점(402g) 녹색형광층(401g)
청색광 발광영역(107b) 양자점에 의한 적색광(501qr)
양자점(Quantum Dot)에 의한 녹색광(501qg)
적색 형광층(401r) 감광성 적색 필터재료(105pr)
감광성 녹색 필터재료(105pg)
감광성 청색 필터재료(105pb)
감광성 적색 형광층 재료(401pr)
감광성 녹색 형광층 재료(401pg)
양자점에 의한 청색광이 변환된 적색광(501qbr)
녹색광이 변환된 적색광(501qgr)
양자점-고분자 복합입자(402qcr, 402qcg)

Claims (7)

  1. OLED Display의 구조에 형광층이 추가된 구조로서,
    백색광 OLED 발광층과 칼라필터층과 투명기판층으로 구성된 구조에서,
    백색광 OLED 발광층과 칼라필터층사이에는 형광층이 형성되며,
    형광층에는 다수개의 양자점이 고분자수지와 혼합된 구조로 형성이 된 것을 특징으로 하는 OLED Display.
  2. 청구항 1 에 있어서,
    백색광 발광 OLED층 위에 형성이 되는 양자점을 포함하는 형광층과 형광층 위에 형성이 되는 칼라필터층에 있어서,
    적색의 칼라필터층에 대응되는 형광층에는 청색광을 적색광으로 변환시키는 적색 양자점이 포함된 형광층이 형성된 것과,
    녹색의 칼라필터층에 대응되는 형광층에는 청색광을 녹색광으로 변환시키는 녹색 양자점이 포함된 형광층이 형성된 것을 특징으로 하는 OLED Display.
  3. 청구항 1 에 있어서,
    백색광 OLED 발광층에 의해 각각 청색광과 녹색광과 적색광이 발광되며,
    백색광 층에서 발광이 된 빛은 적색형광층 영역에서는 청색광이 적색형광층의 적색양자점과 스캐터링이 일어나서 양자점에 의한 적색광으로 변환되며,
    백색광 층에서 발광이 된 빛은 청색형광층 영역에서의 청색광이 녹색형광층의 녹색양자점과 스캐터링이 일어나서 녹색광으로 변환된 상태에서
    백색광 OLED 발광층에 의해 각각 청색광과 녹색광과 적색광이 발광되며,
    적색 필터층에서는 백색광 OLED 발광층에 의한 적색광과 적색 양자점에 의한 청색광이 변환된 적색광이 투과를 하며,
    녹색 필터층에서는 백색광 OLED 발광층에 의한 녹색광과 양자점(Quantum Dot)에 의해서 청색광이 변환된 녹색광이 투과를 하며,
    청색 필터층에서는 백색광 OLED 발광층에 의한 청색광만 투과를 하는 것을 특징으로 하는 OLED Display.
  4. 청구항 1 에 있어서,
    백색 OLED 의 형광층을 형성하는 공정으로서,
    투명기판에 칼라필터층을 형성하며,
    칼라필터층의 다음에 형광층을 형성하며,
    형광층이 형성된 다음 ITO 등의 투명전극과 백색광 OLED 발광층과 박막트랜지스트층을 형성하며,
    PET나 폴리이미드등과 같은 필름이나 유리기판으로 encapsulation 한 공정으로 제조되는 것을 특징으로 하는 OLED Display.
  5. 청구항 1 에 있어서,
    형광층은 다수개의 양자점이 캡슐형태로 혼합이 된 양자점-유기물 복합입자가 고분자수지에 혼합이 된 구조로 형성이 된 것을 특징으로 하는 OLED Display
  6. OLED Display의 구조에 형광층이 추가된 구조로서,
    백색광 OLED 발광층과 칼라필터층과 투명기판층으로 구성된 구조에서,
    백색광 OLED 발광층과 칼라필터층사이에는 청색광을 녹색광 내지 적색광으로 변환시키는 형광층이 형성되며,
    형광층의 형성 구조로서는 적색의 칼라필터층에 대응되는 형광층에는 청색광을 적색광으로 변환시키는 적색형광물질이 포함된 형광층이 형성된 것과,
    녹색의 칼라필터층에 대응되는 형광층에는 청색광을 녹색광으로 변환시키는 녹색 형광물질이 포함된 형광층이 형성된 것을 특징으로 하는 OLED Display.
  7. OLED Display의 구조에 형광층이 추가된 구조로서,
    청색광 OLED 발광층과 칼라필터층과 투명기판층으로 구성된 구조에서,
    청색광 OLED 발광층과 칼라필터층사이에는 청색광을 녹색광 내지 적색광으로 변환시키는 형광층이 형성되며,
    형광층의 형성 구조로서는 적색의 칼라필터층에 대응되는 형광층에는 청색광을 적색광으로 변환시키는 적색형광물질이 포함된 형광층이 형성된 것과,
    녹색의 칼라필터층에 대응되는 형광층에는 청색광을 녹색광으로 변환시키는 녹색 형광물질이 포함된 형광층이 형성된 것을 특징으로 하는 OLED Display.

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