KR100700722B1 - 다층막 구성을 갖는 유기 전계 다중면 발광장치 - Google Patents

Abstract

다층막 구성을 갖는 유기 전계 다중면 발광장치를 개시한다. 본 발명에 따른 다층막 구성을 갖는 유기 전계 다중면 발광장치는 자체 발광형이며 면광원으로 사용 가능한 양면 유기 전계 발광 소자와 일면 유기 전계 발광 소자를 이용하여 적ㆍ녹ㆍ청ㆍ백색 발광원을 얻을 수 있으며, 이를 순차적으로 발광시키는 필드 시퀀셜 컬러 방식의 액정 표시 장치 및 백라이트 광원을 위한 분리된 적층형 유기 전계 발광 장치에 관한 것으로, 유기물을 이용하여 전면과 후면이 동시에 발광하는 양면 유기 전계 발광소자와 일면만 발광하는 일면 유기 전계 발광소자로 형성되고, 적ㆍ청색 발광층을 갖는 양면 유기 전계 발광소자와 녹색 발광층만을 갖는 일면 유기 전계 발광소자를 순차적으로 적층시키며, 상기 녹색 발광층 상면과 적색, 청색 발광층 사이 그리고 적색, 청색 발광층 상면에 음전극 또는 양전극이 되도록 초박막 메탈 전극층을 포함하는 투명 전극이 구성되고, 상기 일면 발광소자는 녹색 발광층이 형성되기 전에 기판과 투명 전극 사이에 반사율이 큰 메탈소재의 반사층을 포함하여 이루어지는 특징을 갖는다. 따라서, 본 발명에 의하면 색재현율이 우수하고 고해상도 및 고휘도의 출력광원을 얻을 수 있으며, 소형화 및 박막화가 가능함은 물론, 다양한 형태의 광원 및 디스플레이 소자 등으로 구현 가능함과 동시에, 저렴한 제조원가를 구현할 수 있는 등의 효과가 있다.

ITO, 필드 시퀀셜 컬러(FIELD SEQUENTIAL COLOR), 액정 표시 장치(LCD), 백라이트 유닛

Description

다층막 구성을 갖는 유기 전계 다중면 발광장치{ORGANIC LIGHT MULTI-FACE EMITTING DIODE WITH MULTI-LAYER}

도 1은 종래의 액정 표시 장치의 구성단면도.

도 2 및 도 3은 도1의 백라이트 유닛의 유형별 구성단면도.

도 4는 종래의 필드 시퀀셜 컬러형 액정 표시 장치의 구성단면도.

도 5는 디스플레이 장치에 있어 일반적인 발광 화소와 필드 시퀀셜 컬러형 발광 화소를 비교 도시한 예시도면.

도 6은 본 발명에 따른 다층막 구성을 갖는 유기 전계 다중면 발광장치가 백라이트 유닛으로 구현되기 위한 개략적 구성도.

도 6a는 도 6의 일면 유기 전계 발광 소자의 구성단면도.

도 6b는 도 6의 양면 유기 전계 발광 소자의 구성단면도.

도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 양면 및 일면 유기 전계 발광 소자의 밀봉 체결공정 전과 후를 각각 도시한 예시 사시도.

도 8은 종래의 유기 전계 발광 소자의 적ㆍ녹ㆍ청색의 발광 스펙트럼을 도시한 그래프.

도 9는 도 6b의 제2 및 제3발광부에 각각 적색 발광층과 청색 발광층을 적용 한 상태의 발광 스펙트럼을 도시한 그래프.

도 10은 도 6의 제1 및 제2 및 제3발광부에 각각 녹색 발광층과 적색 발광층과 청색 발광층을 적용한 상태의 발광 스펙트럼을 도시한 그래프.

도 11은 도 6의 양면 유기 전계 발광 소자와 일면 유기 전계 발광 소자가 상호 0.5 ㎛ 및 2.5 ㎛의 간격이 형성된 상태의 발광 스펙트럼을 도시한 그래프.

도 12는 도 10의 양면 유기 전계 발광 소자와 일면 유기 전계 발광 소자의 간격이 20 ㎛일 때의 발광 스펙트럼을 도시한 그래프.

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<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

600 - 백라이트 유닛

800 - 양면 유기 전계 발광 소자 700 - 일면 유기 전계 발광 소자

611 - 제1발광부 612 - 제2발광부

613 - 제3발광부

620 - 기판

630 - 광확산층 640 - 실런트

650 - 흡습제

본 발명은 필드 시퀀셜 컬러 방식의 액정 표시 장치 및 백라이트 광원으로 활용되기 위한 다층막 구성을 갖는 유기 전계 다중면 발광장치에 관한 것이다.

통상적으로, 평판 디스플레이(flat display)는 크게 발광형과 수광형으로 나눌 수 있다.

전술한 발광형 디스플레이로서는 평판 음극선관(flat cathode ray tube)과, 플라즈마 표시장치(plasma display panel)와, 전계 발광 소자(electro luminescent device)와, 발광 다이오드(light display panel) 등이 있으며, 수광형 디스플레이로서는 액정 표시 장치(liquid crystal display)가 그 대표적인 예라 할 수 있다.

여기에서, 상기 액정 표시장치(10)(LCD : Liquid Crystal Display)는 두개의 유리 기판 사이에 액정(12)을 봉입하여 이루어지고, 이에 전압의 세기를 조절 인가하여 기판을 투과하는 광량을 조절할 수 있는 액정의 전기 광학적인 특성을 이용한 디스플레이장치이다.(도 1참조)

도 1을 참조하여 상기 액정 표시장치(10)를 보다 구체적으로 설명하면, 액정 표시 장치(10)는 크게 백라이트 유닛(11), 액정(12), 컬러필터(13)로 이루어지며, 상기 액정(12)은 스스로 발광하지 못하며 단순히 광량 조절 기능만 수행하는 기능만을 가지므로, 어두운 곳에서는 출력화상을 용이하게 관찰할 수 없다는 문제점이 있다.

이에 따라, 어두운 곳에서도 출력화상을 관찰할 수 있도록 하는 백라이트 유닛(11)이 사용되고 있는 바, 상기 백라이트 유닛(11)은 광원의 배치 형태에 따라, 직하 발광형(Direct Light Type)과 가장자리 발광형(Edge Light Type)으로 양분된다.(도 2 및 도 3참조)

도 2 및 도 3을 참조하여 상기 직하 발광형과 가장자리 발광형을 살펴보면, 상기 직하 발광형 백라이트 유닛(20)은, 여러개의 광원(21)이 일정간격으로 배치되고, 상기 광원(21)의 하방으로는 반사판(22)과 보호판(23)이 각각 순차적으로 위치하게 되며, 상기 광원(21)의 상방으로는 광확산판(24)과 프리즘판(25)이 순차적으로 배치되는 구성을 갖는 것이며, 상기 가장자리 발광형 백라이트 유닛(30)은, 도광판(32)의 상방으로는 광확산판(34)과 프리즘판(35)이 그리고, 상기 도광판(32)의 하방으로는 반사판(33)이 그리고, 상기 도광판(32)의 일측면과 인접된 부위면 상에 빛의 집광을 수행하기 위한 광원커버(36)가 구비된 광원(31)을 포함하는 구성을 갖는다.

여기에서, 상기 광원(21, 31)은 일반적으로 냉음극형광램프(CCFL) 등을 사용하고 있으며, 이들은 공히 면광원이 아닌 선광원인 바, 빛의 균일성을 달성하기 위하여는 앞서 기재된 반사판(22, 33), 도광판(32), 확산판(24, 34) 및, 프리즘판(25, 35) 등의 여러 광학 시트들로 이루어진 복잡한 구조로 이루어진다.

결국, 액정 표시 장치(10)는 첨부한 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 백라이트 유닛(11)의 상부에 그레이 스케일(gray scale)을 조절하기 위한 액정(12)이 위치되며, 색을 표현하기 위한 컬러필터(13)가 구비되어야만 하였다.

이러한 종래의 액정 표시 장치는 백라이트 유닛의 소비 전력이 전체 소비 전력의 50 ~ 70 %를 차지하며, 광원으로부터 출사된 빛은 상기한 광학 시트, 액정, 칼라필터 등을 거치면서 약 90% 정도가 소멸되어 10%만이 외부로 표출됨에 따른 많은 폐단이 발생되었다.

한편, 도 4는 종래의 필드 시퀀셜 컬러(Field Sequential Color) 방식에 따른 액정 표시 장치의 구성단면도로서, 기존의 액정 표시 장치의 문제점 즉, 낮은 색재현율과 제한된 시야각을 보완하기 위하여 개량된 발광 방식을 도시한 것이다.

여기에서, 앞서 언급한 필드 시퀀셜 컬러 방식의 가장 큰 특징으로서는, 백라이트 부분과 컬러필터를 일체로 결합한 데에 있다.

도 4를 참조하여 보다 구체적으로 살펴보면, 발광원으로 적색(41), 녹색(42), 청색(43)의 LED를 순차적으로 적층하여 이들을 고속 발광시킴으로써, 액정(12)을 제어하여 그레이 스케일(gray scale)의 조절을 실시하는 방식으로 색상을 조절 출력할 수 있도록 구현되는 것이다. 즉, 기존의 액정 표시 장치의 공간적 혼색 방식이 아닌 시간적 혼색 방식을 이용하여 색상을 구현하는 방식을 일컫는다.

필드 시퀀셜 컬러 방식에서 채택되고 있는 발광 소자는, 그 자체만으로도 디스플레이의 역할을 수행하며, 컬러 필터를 통하지 않고도 적ㆍ녹ㆍ청색의 발광 소자를 통해 색상을 구현할 수 있어 약 87 %에 이르는 색재현율을 달성할 수 있으며, 기존의 액정 표시 장치의 발광 방식보다 동일 면적당 해상도가 9배가량 향상된다는 장점이 있다.

도 5는 종래의 일반적인 액정 표시 장치와 필드 시퀀셜 컬러 방식 각각의 발광 화소(500, 510)를 동일 단위면적 상에서 비교 구현된 예를 도시한 대비도이다.

기존의 액정 표시 장치에서는 빛의 3원색인 적색(501), 녹색(502), 청색(503)의 총 3개의 픽셀(pixel)이 하나의 화소(500)를 형성하고 있으나, 필드 시퀀셜 컬러 방식(510)은 하나의 픽셀(511)이 하나의 화소(511)를 이룸으로써, 고해상도의 구현이 가능하다는 이점이 있다.

그러나, 전술한 적ㆍ녹ㆍ청색 발광원이 각각 LED로 구현되었던 바, 색재현율과 내구성이 탁월하다는 장점은 인정되나, 여전히 소비 전력이 많이 요구되며, 중ㆍ대형화가 곤란하다는 문제점이 있었다.

또한, 전술한 바와 같이 LED를 그 발광원으로 하고 있는 바, 컬러 브레이킹(Color Breaking)현상(레인보우현상 : 시각적 잔상이 나타나는 현상)이 심화되어 안구의 피로감을 가중시키고, 이에 따라 장시간 시청이 곤란하다는 등의 또 다른 폐단이 발생하였다.

본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 전면과 후면이 동시에 발광되는 양면 유기 전계 발광소자와 일방향 발광이 실시되는 일면 유기 전계 발광 소자를 상호 일정한 간격을 유지시킨 상태에서 밀봉 체결되어 이루어져 액정 표시 장치, 백라이트 유닛, 필드 시퀀셜 컬러 방식의 디스플레이 소자 등과 같이 다양하게 적용될 수 있는 다층막 구성을 갖는 유기 전계 다중면 발광장치를 제공함을 그 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은, 제조자의 제조목적에 따라 소형화, 중ㆍ대형화, 박막화 등이 자유로우며, 유기물의 손상을 방지 가능하고 그 수명을 연장할 수 있으면서도 제조원가를 크게 낮출 수 있도록 구현되는 다층막 구성을 갖는 유기 전계 다중면 발광장치를 제공함에 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다층막 구성을 갖는 유기 전계 다중면 발광장치는,

전후면 양방향으로 고휘도의 모노색이 발광되는 제2발광부와 제3발광부가 구비된 양면 유기 전계 발광소자; 고휘도의 모노색이 발광되는 제1발광부가 구비되어 일방향 발광을 이루며, 상기 양면 유기 전계 발광 소자 상에 적층되는 일면 유기 전계 발광소자; 상기 제1발광부 상부와, 상기 제2발광부 및 상기 제3발광부 간에 각각 개재되는 초박막 메탈 전극층; 상기 일면 유기 전계 발광 소자의 기판과 상기 제1발광부간에 개재되는 반사층; 상기 양면 유기 전계 발광소자와 상기 일면 유기 전계 발광소자가 상호 대향되는 기판 상에 삽입되는 흡습제; 상기 기판 중 상기 흡습제가 삽입된 외곽면 상에 도포되어 상기한 발광소자들을 밀봉 체결시키는 투명소재의 실런트; 상기 발광 소자들의 기판 중 광표출 부위면 상에 형성되거나 별도의 시트층으로 구현되는 광확산층;을 포함하는 구성적 특징을 갖는다.

여기에서, 상기 양면 유기 전계 발광 소자와 상기 일면 유기 전계 발광 소자 각각의 상기 발광부들은, 동일 색상의 발광층이 다수개 적층되어 이루어질 수도 있다.

또한, 상기 발광층들은, 하나 이상의 유기 발광 물질로 이루어지는 바, 상기 유기 발광물질은, Alq3, NPB, CBP, DPVBi 로부터 선택되는 호스트 발광 물질; 녹색 도판트인 C545T, 적색 도판트인 DCM2와, DCJTB, 청색 도판트인 페릴렌(Perylene) 로부터 선택되는 도판트 발광 물질; 이 도핑(Doping)되어 이루어짐이 바람직하다.

이 때, 상기 발광 소자들 각각의 기판은, 박막 실리콘 웨이퍼와 유리 또는 가요성 합성수지재를 포함하여 이루어짐이 바람직하며,

상기 발광부들은, 상기 기판 상에, 투명 양전극층, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 정공 제한층, 전자 수송층, 전자 주입층이 순차적으로 적층되어 이루어지는 유기 발광막 구조로 이루어짐이 바람직하다.

그리고, 상기 발광층 상에는, LiF(0.3~2 nm)/Al(0.5~5 nm)/Ag(1~20 nm), Ca/Ag, 또는 Ag/Ca이 하나 또는 그 이상이 적층되어 이루어지며, 두께가 0.1 ~ 30 nm 내외의 초박막 메탈 전극층이 추가로 구비됨이 좋다.

이 때, 상기 초박막 메탈 전극층은, 그 상면에 투명전극인 ITO가 추가로 형성되고, 대기압 또는 진공 상태에서 산소, 아르곤 및 질소 이온을 이용하여 일정 시간동안 플라즈마 처리하여 이루어짐이 이상적이다.

또한, 상기 반사층은, Al, Cr, Ag, Ni APC(Ag, Pd, Cu alloy)로부터 선택 구현됨이 바람직하다.

바람직하기로는, 상기 양면 유기 전계 발광 소자와 상기 일면 유기 전계 발광소자는, 0.5 ㎛ 내지 20 ㎛ 내외의 간격이 유지되도록 밀봉 체결됨이 더욱 바람직하다.

한편, 상기 광확산층은, 높은 굴절률을 갖는 필름형태의 확산시트로 구현되거나, 높은 굴절률을 갖는 투명소재의 에폭시 레진을 상기 기판 상에서 1 ㎛ ~ 1 ㎜ 내외의 두께로 도포 구현됨이 좋으며,

상기 광확산층은, 상기 투명소재의 에폭시 레진에 SiO2 성분의 파우더를 적정비율로써 첨가하여 이루어지기도 한다.

바람직하기로는, 상기 투명 전극층은, 균일한 모양으로 포토 패터닝하여 이루어짐이 좋다.

전술한 구성적 특징을 갖는 본 발명에 따른 다층막 구성을 갖는 유기 전계 다중면 발광장치의 제조방법으로서는,

a) 투명기판을 세정한 후, 상기 기판 상에 애노드 전극을 형성하는 단계;

b) 상기 애노드 전극 상에 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 정공 제한층, 전자 수송층, 전자 주입층을 순차적으로 적층하여 발광부를 형성하는 단계;

c) 상기 유기 발광막 상에 ITO를 이용하여 투명 음전극 또는 투명 양전극 또는 투명 음전극 및 양전극을 형성하는 단계;

d) 상기 발광부와 상기 투명 전극 사이에 LiF/Al, Ag, Ca, Mg 로부터 선택되는 금속을 0.1 ~ 30 nm 두께로 적층하여 초박막 메탈 전극층을 형성하는 단계;

e) 상기 a) 내지 d)단계에 의해 형성된 양면 유기 전계 발광 소자와 일면 유기 전계 발광 소자가 0.5~20 ㎛ 간격이 유지되도록 밀봉 체결하는 단계;

f) 상기 기판 중 발광부위면 상에 광확산층을 형성하는 단계;

를 포함하여 이루어짐이 바람직하다.

상기 a) 내지 e) 단계 중 어느 하나에서는, 상호 밀봉 체결되는 상기 양면 및 일면 유기 전계 발광 소자 각각이 서로 다른 발광영역을 가질 수 있도록 위치 설계되고, 상기 전극층과 연결되는 전극패드가 상호 겹치지 않도록 서로 다른 위치에서 형성됨이 좋다.

여기에서, 상기 a) 단계 내지 e) 단계 중 어느 하나에서는, 상기 기판 상에 요홈을 형성하는 단계를 추가로 포함하여 상기 e) 단계를 진행함에 있어 상기 흡습제(BaO, CaO, MgO)를 상기 요홈에 요입시키는 단계가 진행됨이 바람직하다.

또한, 상기 b) 단계는, 진공 열 증착법, 레이저 빔 증착법, 잉크 젯 증착법, 컬러 패터닝 증착법으로부터 선택 구현되며,

상기 c)단계는, 알에프 스퍼터(RF sputter), 그리드 알에프 스퍼터(Grid RF sputter), DC 스퍼터(DC sputter), DC 펄스 스퍼터(DC pulse sputter), ALD(atomic layer deposition), PEALD(plasma enhanced atomic layer deposition)로부터 선택 구현됨이 바람직하다.

바람직하기로는, 상기 e) 단계는, 고순도의 질소 분위기나 진공상태에서 진행됨이 이상적이다.

한편, 상기 e) 단계는,

i) 고정틀(Zig)에 2개의 유기 전계 발광 소자를 삽입 및 정렬하는 단계와,

ii) 상기 흡습제 삽입 및 실런트를 도포하여 결합하는 단계와,

iii) 상부 기판과 하부 기판을 동시에 재단하는 단계로 이루어짐이 바람직하다.

본 발명에 따른 다층막 구성을 갖는 유기 전계 다중면 발광장치의 다른 제조방법으로서는,

a) 2개의 유기 발광 소자를 상호 대향하도록 배치한 후, 상기 유기 발광 소자의 상호 대향되는 기판 상에 PR, SiO₂, SiN_x 을 이용하여 패턴을 형성하는 단계;

b) 유기 물질 및 최상위 음전극을 형성하는 단계;

c) 상기 최상위 음전극 상에 배리어층인 SiO 층을 형성하는 단계;

d) Ca, CaO, Ba, BaO, Mg, MgO 를 이용하여 박막 보호층을 형성하는 단계;

e) 2개의 유기 전계 발광 소자의 간격을 일정하게 설정한 상태에서 상기 기판의 가장자리면을 따라 실런트 및 흡습제를 도포 및 삽입한 후, 유기 전계 발광 소자를 밀봉 체결하는 단계;

를 포함하여 구현될 수도 있다.

본 발명에 따른 다층막 구성을 갖는 유기 전계 다중면 발광장치의 또 다른 제조방법으로서는,

a) 2개의 유기 발광 소자를 상호 대향토록 배치한 후, 상기 유기 발광 소자의 상호 대향되는 기판 상에 PR, SiOx, SiNx 를 메쉬(Mesh)형상 또는 타일형상으로 패터닝하는 단계;

b) 상기 a) 단계에 의해 형성된 패턴 상에 발광물층, 배리어층, 보호층을 적층하는 단계;

c) 상기 a) 단계에 의해 형성된 패턴 가장자리를 따라 흡습제 및 실런트를 삽입하여 상기 2개의 유기 전계 발광 소자를 상호 체결시키는 단계;

를 포함하여 구현될 수도 있다.

이하, 본 발명에 따른 다층막 구성을 갖는 유기 전계 다중면 발광장치 및 그 제조방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 6은 본 발명에 따른 다층막 구성을 갖는 유기 전계 다중면 발광장치가 필드 시퀀셜 컬러형 액정 표시 장치 및 이에 사용되는 백라이트 유닛으로 구현되기 위해 구현된 개략적 구성도이고, 도 6a 및 도 6b는 도 6의 일면 유기 전계 발광 소자와 양면 유기 전계 발광 소자 각각의 구성단면도이다.

도 6 내지 도 6b를 살펴보면, 본 발명에 따른 다층막 구성을 갖는 유기 전계 다중면 발광 소자(600)는, 도 6a와 같이 일방향만으로 발광이 실시되는 일면 유기 전계 발광 소자(700)와 도 6b와 같이 상하방향 양면으로 발광이 실시되는 양면 유기 전계 발광 소자(800) 및 이들 발광 소자(700, 800)를 상하방향으로 일정거리 이격시킨 상태에서 기판(620, 621)이 상호 대향되는 부위면 상에 흡습제(650)가 삽입되고, 그 외곽면을 따라 투명소재의 에폭시와 같은 실런트(640)가 도포되어 상기한 발광 소자들(700, 800)을 일체화 밀봉 체결시킨 구성을 갖는다.(도 6참조)

도 6a를 참조하여 상기 일면 유기 전계 발광 소자(700)를 보다 구체적으로 살펴보면, 기판(620) 상에 형성되는 양전극인 제1전극(661)과, 유기 물질막인 제1발광부(601, 602, 604, 605, 606, 651)와, 음전극인 투명한 제2전극(663)으로 이루어진다.

여기에서, 상기 기판(620)은 투명 또는 불투명 소재이며, 상기 기판(620)의 상면에는 제1전극인 양전극(661)이 블랙 매트릭스 PR로 패터닝되어 있다. 상기 제1전극(661)은 ITO(indium tin oxide) 등과 같은 투명한 도전막으로 형성 구현되며, 상기 기판(620)과 상기 제1전극(661)간에 우수한 반사효율을 갖는 반사층(664)(예를 들어, Cr, Al, Ag, Ni 등과 같은 금속)이 개재된다.

이 때, 상기 반사층(664)은 일반적인 진공 열 증착이나, 스퍼터 법으로 소정의 두께를 갖는 박막 형태로 형성되며, 상기 제1전극(661) 또한 일반적인 스퍼터 법에 의해 소정의 두께를 갖는 박막 형태로 형성되는 바, 이와 같은 형성공정은 포토레지스트(Photo Resist : PR) 등에 의하거나 소정의 패턴으로 형성한 후, 높은 일함수를 얻기 위하여 대기압 또는 진공 상태에서 산소 및 질소 이온으로 일정 시 간동안 플라즈마 처리된다.

이후, 상기 제1전극(661)이 형성된 상기 기판(620) 상에는 이하의 유기 물질막이 다층 구조로써 적층되어 이루어진다.

이를 보다 상술하면, 상기 제1전극(661)이 형성된 기판 상에는 CuPC, MTDATA 등으로 구현되는 정공 주입층(601)과, NPB, TPD 등으로 구현되는 정공 수송층(602)과, Alq3 또는 Alq3:C545T(0.5%) 등으로 구현되는 녹색 발광층인 제1발광층(651)과, BCP 또는 BAlq로 구현되는 정공 제한층(604)과, Alq3로 구현되는 전자 수송층(605) 및, LiF, BCP:Cs로 구현되는 전자 주입층(606)을 진공 열 증착법에 의해 연속 증착하여 제1발광부(611)를 형성한다.

이어서, 상기 제1발광부(611)의 상부에 형성되는 음전극인 투명 전극(663)을 형성하는 단계에서는 이미 형성된 유기박막의 손상을 최소화하기 위해 LiF/Al/Ag 또는 Ca/Ag 로 구성된 초박막 메탈 전극층(662)을 앞서 언급한 진공 열 증착 방법에 의해 형성시킨다.

ITO 타겟이 설치되어 있는 스퍼터 챔버 내에서 스퍼터 방식으로 상기 초박막 메탈전극층(662) 상에 투명한 ITO로 이루어진 투명한 제2전극(663)을 형성한다.

도 6b를 참조하여 양면 유기 전계 발광 소자(800)의 구성과 제조방법을 살펴보면, 2개의 발광부 즉, 제2발광부(612)와 제3발광부(613)로 구성되는 특징이 있다.

상기 양면 유기 전계 발광 소자(800)는, 기판(621) 상에 형성되는 양전극(665)과, 유기 물질막(601, 602, 604, 605, 606, 652)과, 음전극임과 동시에 양전극인 투명 전극(666)을 포함하고 있다.

이 때, 상기 투명 전극(666) 상에는 제3발광부(613)인 유기 물질막(601, 602, 604, 605, 606, 653)을 형성한 후, 상기 유기 물질막 상에 음전극으로서의 투명 전극(667)을 형성하여 이루어진다.

이를 보다 구체적으로 설명하면, 상기 유기 전계 발광 소자(800)의 상기 기판(621)은 투명소재로 이루어지며, 상기 기판(621) 상에 형성되는 제3전극인 양전극(665) 또한, ITO로써 투명하게 형성된다.

상기 ITO는 일반적인 스퍼터 법에 의해 소정의 박막형태로 형성됨이 바람직하며, 상기 제3전극(665)은 전술한 바 있는 일면 유기 전계 발광 소자(700)와 동일한 방법인 포토레지스트(Photo Resist : PR)에 의해 소정의 패턴으로 형성한 후, 높은 일함수를 얻기 위하여 대기압 또는 진공 상태에서 산소 및 질소 이온으로 일정 시간동안 플라즈마 처리하여 이루어진다.

이후, 상기 제3전극(665)이 형성된 기판 상에 앞서 언급한 방법 즉, 제1발광부(611)와 동일한 방법으로 이루어지되, 상기 제2발광부(612)의 제2발광층(652)으로는 Alq3:DCJTB(1 %) 등과 같은 2개의 유기 발광 물질을 이용하여 적색이 발광될 수 있도록 구현된다.

또한, 상기 제2발광부(612) 상에 제4전극(666)을 형성하는 바, 상기 제4전극(666) 또한 도 6a의 일면 유기 전계 발광 소자(700)에 형성되었던 제2전극(663)과 동일한 형성방법에 의하여 상기 제4전극(666)과 제2발광부(612) 사이에 상기와 같은 방법으로 초박막 메탈 전극층(662)을 형성한다.

바람직하기로는, 상기 제4전극(666) 상에서는 높은 일함수를 얻기 위하여 상기와 같은 방법으로 일정 시간동안 플라즈마 처리한다.

이후, 상기 제4전극(666) 상에 상기 제1 및 제2발광부(611, 612)와 동일한 방법으로 제3발광부(613)을 형성하되, 제3발광층(653)을 구현함에 있어 청색광이 발광될 수 있도록 DPVBi 등의 유기물질이 구성되는 특징이 있다.

전술한 바와 같은 방법에 의해 상기 제3발광부(613) 상에 제5전극(667)을 형성하는 바, 상기 제5전극(667)과 상기 제3발광부(613) 사이에는 앞서 언급하였던 방식으로 초박막 메탈 전극층(662)을 형성한다.

이와 같은 공정에 의하면 기판(621)의 전후면으로 표출광이 동시에 출사되는 양면 유기 전계 발광 소자(800)를 제작할 수 있게 된다.

도 8 및 도 9는 전술한 공정에 의해 제작된 다층막 구성을 갖는 유기 전계 다중면 발광장치의 유기 전계 발광 스펙트럼을 도시하고 있다.

도 8은 상기 일면 유기 전계 발광 소자(700)에 의한 발광부가 1층인 적색, 녹색, 청색을 각각 제조하여 측정한 발광 스펙트럼을 나타낸 것으로, 기판(620) 상에 제1전극으로 ITO를 120 nm 두께로 형성하였고, 그 위에 정공 수송층으로 NPB 60 nm를 그리고, 발광층으로는 적색 발광을 얻기 위해 Alq3:DCJTB(1 %)를 그리고, 녹색 발광을 얻기 위해 Alq3를 그리고, 청색 발광을 얻기 위해 DPVBi를 각각 30 nm의 두께로 형성하였으며, 전자 수송층으로는 Alq3 30 nm를, 그리고 상기 전자 수송층 상에 음전극으로서의 ITO 60 nm를 형성 하였고, 상기 유기 발광막과 음전극인 투명 전극 사이에는 초박막 메탈인 LiF 1 nm, Al 2 nm, Ag 10 nm를 각각 적층하여 반투명 메탈을 형성하였다.

한편, 도 9는 양면 유기 전계 발광 소자(800)로서, 상기 제2발광부(612)의 제2발광층(652)으로는 적색유기발광물질인 Alq3:DCJTB(1%, 30 nm)를, 상기 제3발광부(613)의 제3발광층(653)으로는 DPVBi(30 nm)를 적용하여 얻어진 발광 스펙트럼을 도시하고 있다. 이에 정공 수송층, 전자 주입층, 초박막 메탈 전극층, 투명전극은 상기와 동일한 유기물질과 두께로써 제작하였으며, 발광층 간에 개재되는 투명전극인 ITO(666)는 진공상태에서 산소와 질소 이온을 이용하여 일정시간 동안 플라즈마 처리하여 높은 일함수를 갖도록 제작된 것이다.

이하에서는, 앞서 언급한 공정에 의한 양면 유기 전계 발광 소자(800)와 일면 유기 전계 발광 소자(700)를 밀봉 체결시키는 과정을 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

전술한 공정을 통하여 발광층이 단일층으로 구성된 일면 유기 전계 발광 소자(700)와 발광층이 2개의 다층구조로 이루어진 양면 유기 전계 발광 소자를 각각 제작한다.

상기 두 개의 일면 및 양면 유기 전계 발광 소자(700, 800)의 기판 각각의 사이에는 소자 내의 수분과 산소의 유입을 방지하기 위하여 투명소재의 에폭시와 같은 실런트(640)를 상기 발광 소자(700, 800)의 기판 중 서로 상응하는 면의 가장자리를 따라 도포하고, 잔류하는 수분과 산소를 제거하기 위하여 상기 실런트(640)와 유기 발광막 사이의 기판 상에 흡습제(650)을 삽입하는 공정을 완료하여 상기한 두개의 발광 소자(700, 800)를 상호 밀봉 체결시킨다.

여기에서, 상기 흡습제를 삽입할 시에 상기 발광 소자(700, 800) 각각의 기판 또는 이들 중 어느 하나의 기판 상에 상기 흡습제가 요입될 만한 요홈을 스크래치 패턴을 형성하는 등의 방법에 의해 가공처리한 후, 상기 흡습제를 상기 요홈에 요입시켜 흡습제의 유출 및 유동방지를 도모할 수 있도록 이루어진다. 또한, 전술한 두개의 발광 소자(700, 800)을 결합할 때, 이들 발광 소자(700, 800)간에 스페이서를 삽입함으로써, 간격이 대략 1 ㎛ 내외가 될 수 있도록 설정한다.

그러나, 상기한 방법에 의하지 않고 투명한 에폭시와 같은 실런트(640)를 기판(620, 621) 가장자리뿐만 아니라 유기 발광막에 까지 도포하여 처음부터 수분과 산소를 완전히 제거할 수 있도록 구현할 수도 있다. 이와 같은 방법에 의할 경우에는 소성 시에 비교적 낮은 온도에서 장시간동안 소성과정을 진행하게 되면 유기 발광막의 손상을 방지할 수 있다는 장점이 있다.

도 7a 및 도 7b는 위와 같은 공정을 완료 한 후에 상기 발광 소자들(700, 800)이 결합된 상태에서의 재단공정을 나타낸 예시도이다.

도 7a를 살펴보면, 도면으로부터 관찰할 시에 상판(701)으로는 일면 유기 전계 발광 소자(711)를 제작하였고, 하판(702)으로는 양면 유기 전계 발광소자(721) 를 각각 별도로 제작하여 일정한 틀(zig)(731)에 위치시킨다.

이어서, 상판(701)과 하판(702)을 정확히 정렬(align)하여 도 6과 같이 흡습제 및 실런트를 삽입 및 도포하여 도 7b에서와 같이 밀봉 체결시킨다.

상기와 같이 밀봉 체결시킨 후에 도 7b와 같이 상판과 하판을 재단선(741)을 따라 재단(scribe)을 실시함으로써 대량 생산을 용이하게 이룰 수 있게 되는 것이다.

상기와 같이 양면 유기 전계 발광 소자와 일면 유기 전계 발광 소자를 결합할 때는 고순도의 질소 분위기나 진공 중에서 실시됨이 바람직하다.

한편, 도 10은 앞서 언급되었던 방법에 의해 제작된 제1발광부에 녹색 발광원을 그리고, 제2발광부에 적색 발광원을 마지막으로, 제3발광부에 청색 발광원을 각각 적용하여 얻어진 발광 스펙트럼의 그래프를 도시한 것이다.

도 10과 도 8(단층 유기 전계 발광소자의 발광 스펙트럼을 도시한 그래프)을 대비하여 보면, 본 발명에 따른 다층막 구성을 갖는 유기 전계 다중면 발광장치의 발광 스펙트럼이 단층 유기 전계 발광소자 보다 색순도가 탁월하게 구현됨을 관찰할 수 있다. 또한, 단층보다 방출광이 비교적 많이 출사되고 있음을 확인할 수 있고, 그 광량 또한 많음에 따라 적ㆍ녹ㆍ청색 모두가 고휘도로써 출사되고 있음을 관찰할 수 있다.

도 11 및 도 12는 두 개의 양면 및 일면 유기 전계 발광소자를 결합함에 있어, 양면 및 일면 유기 전계 발광소자의 간격에 따른 발광 스펙트럼을 도시하고 있다.

여기에서 그 간격이 0.5 ㎛, 2.5 ㎛일 경우 스펙트럼의 모양이 크게 변함이 없음을 확인할 수 있다. 그러나 상기한 간격이 20 ㎛일 경우 녹색광원이 감소되었으므로, 상기한 간격의 범위는 0.5 ㎛ ~ 20 ㎛ 내외가 되도록 설정 구현함이 바람직하다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예는 전술한 과정에 의해 형성된 발광 소자로써, 필드 시퀀셜 컬러 방식의 액정 표시 장치 및 이에 사용되는 백라이트 광원을 형성하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

도 6과 같이 양면 유기 전계 발광 소자(800)와 일면 유기 전계 발광 소자(700)를 결합하여 광이 출력되는 부분에 액정패널(미도시)을 설치하면 필드 시퀀셜 컬러 방식을 이용한 액정 표시 장치에 사용 될 수 있다.

보다 상세히 설명하면, 상기 양면 유기 전계 발광 소자와 일면 유기 전계 발광 소자에서 제1 및 제2 및 제3발광부(611, 612, 613)에 각각 녹색, 적색, 청색 발광이 실시될 수 있도록 제작한다.

상기 적색, 녹색, 청색 발광을 짧은 시간동안 순차적으로 작동시키면 각각 적색, 녹색, 청색의 빛이 출력되고, 이들을 동시에 작동 시키면 백색광이 출력되는 바, 이와 같이 출사된 빛은 부착된 액정패널을 통하여 그레이 스케일(gray scale)이 조절됨으로써 필드 시퀀셜 컬러 방식의 액정 표시 장치와 같은 디스플레이에 적용 가능하게 되는 것이다.

액정 표시 장치에 사용되는 백라이트 광원을 형성하는 방법은, 도 6과 같이 양면 유기 전계 발광 소자(800)와 일면 유기 발광 소자(700)를 결합하여 빛이 나오는 부분에 투명하고 굴절률이 높은 에폭시 수지를 도포하거나 광확산층(630)을 삽입하면 빛의 균일성을 개선시킴과 동시에 고휘도의 출력광원을 얻을 수 있는 백라이트 유닛 등의 설계 및 제작이 가능하다.

이상과 같이, 본 발명에 의할 것 같으면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

액정 표시 장치와 같은 디스플레이로서, 유기 전계 발광 소자를 이용함으로써 높은 시야각, 빠른 응답속도, 저전력 구동이 가능하고;

필드 시퀀셜 컬러 방식을 이용함으로써, 액정 상면 상에 컬러 필터를 형성하는 공정을 생략할 수 있으면서도, 색재현율이 탁월하며;

필드 시퀀셜 컬러 방식을 이용함으로써, 기존의 공간 분할 방식의 형태에서 시간 분할 방식의 형태로 전환함에 따라, 해상도를 높여 크기가 작으면서도 고해상도의 액정 표시 장치를 제작 가능하고;

액정 표시 장치에 사용되는 백라이트로서, 반사판, 프리즘 시트, 도광판 등의 구성물을 생략할 수 있어 빛의 손실을 최소화하고, 이에 소요되는 비용 및 공정을 현저히 저감시킬 수 물론;

유기 전계 발광 소자의 발광층이 다층이 아닌 1층 내지 2층으로 구성할 수 있어 다층으로 형성할 때 나오는 제품의 낮은 수율을 높일 수 있음과 동시에;

유기 전계 발광 소자를 이용하여 액정 표시 장치 및 이에 사용되는 백라이트와 비교할 경우 두께가 얇아짐에 따라 박형화가 가능하다는 등의 효과가 있는 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (22)

1. 전후면 양방향으로 고휘도의 모노색이 발광되는 제2발광부와 제3발광부가 구비된 양면 유기 전계 발광소자;

   고휘도의 모노색이 발광되는 제1발광부가 구비되어 일방향 발광을 이루며, 상기 양면 유기 전계 발광 소자 상에 적층되는 일면 유기 전계 발광소자;

   상기 제1발광부 상부와, 상기 제2발광부 및 상기 제3발광부 간에 각각 개재되는 초박막 메탈 전극층;

   상기 일면 유기 전계 발광 소자의 기판과 상기 제1발광부간에 개재되는 반사층;

   상기 양면 유기 전계 발광소자와 상기 일면 유기 전계 발광소자가 상호 대향되는 기판 상에 삽입되는 흡습제;

   상기 기판 중 상기 흡습제가 삽입된 외곽면 상에 도포되어 상기한 발광소자들을 밀봉 체결시키는 투명소재의 실런트;

   상기 발광 소자들의 기판 중 광표출 부위면 상에 형성되거나 별도의 시트층으로 구현되는 광확산층;

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층막 구성을 갖는 유기 전계 다중면 발광장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1발광부는 정공 주입층, 정공 수송층, 제1발광층, 정공 제한층, 전자 수송층, 전자 주입층이 순차적으로 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 다층막 구성을 갖는 유기 전계 다중면 발광장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제1발광층은 녹색 발광을 하는 것을 특징으로 하는 다층막 구성을 갖는 유기 전계 다중면 발광장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제2발광부는 정공 주입층, 정공 수송층, 제2발광층, 정공 제한층, 전자 수송층, 전자 주입층이 순차적으로 적층되어 형성되고, 상기 제3발광부는 정공 주입층, 정공 수송층, 제3발광층, 정공 제한층, 전자 수송층, 전자 주입층이 순차적으로 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 다층막 구성을 갖는 유기 전계 다중면 발광장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 제2발광층은 적색 발광을 하는 것을 특징으로 하는 다층막 구성을 갖는 유기 전계 다중면 발광장치.
6. 제4항에 있어서,

   상기 제3발광층은 청색 발광을 하는 것을 특징으로 하는 다층막 구성을 갖는 유기 전계 다중면 발광장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 초박막 메탈 전극층은 LiF(0.3~2 nm)/Al(0.5~5 nm)/Ag(1~20 nm)또는 Ca/Ag가 적층되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 다층막 구성을 갖는 유기 전계 다중면 발광장치.
8. 삭제
9. 제1항에 있어서, 상기 반사층은,

   Al, Cr, Ag, Ni APC(Ag, Pd, Cu alloy)로부터 선택된 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 다층막 구성을 갖는 유기 전계 다중면 발광장치.
10. 제1항에 있어서,

    상기 양면 유기 번계 발광 소자와 상기 일면 유기 전계 발광소자는, 0.5 ㎛ 내지 20 ㎛ 내외의 간격이 유지되도록 밀봉 체결되는 것을 특징으로 하는 다층막 구성을 갖는 유기 전계 다중면 발광장치.
11. 제1항에 있어서, 상기 광확산층은,

    높은 굴절률을 갖는 필름형태의 확산시트이거나, 상기 기판 상에서 1 ㎛ ~ 1 ㎜ 내외의 두께로 도포된 높은 굴절률을 갖는 투명소재의 에폭시 레진인 것을 특징으로 하는 다층막 구성을 갖는 유기 전계 다중면 발광장치.
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