KR20050016626A - 개선된 광 출력을 갖는 전자발광 디바이스 - Google Patents
개선된 광 출력을 갖는 전자발광 디바이스Info
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Abstract
본 발명은 기판(1), 및 제 1 전극(3), 전자발광 층(4) 및 제 2 전극(5)으로 구성된 적층체(laminated body)를 포함하는 전자발광 디바이스에 관한 것이다. 상기 전자발광 디바이스의 광 출력은 기판(1)과 적층체 사이에 콜로이드성 층(2)을 배열함으로써 증가된다. 콜로이드성 층(2)에 안료를 사용함으로써, 전자발광 디바이스의 방출 컬러를 변경시킬 수 있고, 일광 콘트라스트를 개선시킬 수 있다.
Description
본 발명은 기판, 및 제 1 전극 , 전자발광 층 및 제 2 전극으로 구성된 적층체(laminated body)를 포함하는 전자발광 디바이스에 관한 것이다.
상이한 원리에 기초하여 전기적으로 구동되는 디스플레이 시스템의 다양한 실시태양이 공지되어 있고 광범위하게 사용된다.
상기 원리 중 하나에 따라, 광원으로서 유기 발광 다이오드, 소위 OLED를 사용한다. 유기 발광 다이오드는 복수의 작용 층으로 구성된다. 문헌[Philips Journal of Research, 1998, 51, 467]에서, OLED의 전형적인 구조에 관해 설명하고 있다. 전형적인 구조는 투과성 전극(애노드)으로서의 ITO(산화인듐주석) 층, 전도성 중합체 층, 전자발광 층, 즉 발광 물질의 층, 특히 발광 중합체, 및 금속, 바람직하게는 낮은 일 함수(work function)를 갖는 금속의 층(캐쏘드)을 포함한다. 이 같은 구조는 통상적으로 기판, 일반적으로는 유리 상에 제공된다. 생성된 광은 기판을 통해 관측자에게 도달한다. 전자발광 층에서 발광 중합체를 포함하는 OLED는 폴리LED 또는 PLED로서 지칭된다.
전자발광 층에서 생성된 광의 일부가 디바이스를 관측자 쪽으로 향하도록 하기 위해 가장 짧은 거리를 이동하지 못하지만, 대신에 개개의 층 사이의 인터페이스(interface), 예를 들어 투과성 전극과 기판 사이의 인터페이스에서 총 내부 반사의 결과로서 디바이스의 외부 가장자리에 도달한다는 점에서 이 같은 디바이스의 단점이 존재한다. 생성된 광의 80% 이하가 상기 총 내부 반사로 인해 손실된다.
본 발명의 이들 및 기타 양태는 2개의 도면 및 3개의 실시예로부터 명백해 질 것이고, 이들을 참고하여 규명될 것이다.
도 1은 전자발광 디바이스의 횡단면을 나타낸 도면.
도 2는 전자발광 디바이스의 추가적인 실시태양의 단면도를 나타낸 도면.
도 1에 도시된 바와 같이, 전자발광 디바이스는 기판(1), 바람직하게는 투명 유리판 또는 투명 중합체 호일을 포함한다. 상기 기판(1) 상에 전자발광 디바이스에 의해 방출된 광에 투과성인 콜로이드성 층(2)이 제공된다. 콜로이드성 층(2)의 층 두께는 바람직하게는 300 내지 5,000㎚ 범위이다. 상기 콜로이드성 층(2)은 직경이 바람직하게는 1 내지 400㎚ 범위인 입자를 포함한다. 층 두께 및 입자 직경은 입자가 명백한 광 산란을 야기하지 않도록 각각 선택된다.
콜로이드성 층(2)은 하나 이상의 제 1 전극(3), 전자발광 층(4) 및 제 2 전극(5)을 포함하는 적층체에 의해 인접한다. 제 1 전극(3)은 애노드로서 작용하고, 제 2 전극(5)은 캐쏘드로서 작용한다. 전극(3 및 5)은 이들이 2차원 배열을 형성하도록 제공된다. 제 1 전극(3)은 바람직하게는 투과성이고, 예를 들어 p-도핑된 실리콘 또는 인듐-도핑된 산화주석(ITO)을 포함할 수 있다. 제 2 전극(5)은, 예를 들어 알루미늄, 구리, 은 또는 금과 같은 금속, 합금 또는 n-도핑된 실리콘을 포함할 수 있다. 제 2 전극(5)은 2개 이상의 전도성 층을 포함하는 것이 바람직하다. 제 2 전극(5)은 칼슘 또는 바륨과 같은 알칼리 토금속의 제 1 층, 및 알루미늄의 제 2 층을 포함하는 것이 바람직하다.
전자발광 층(4)은 발광 중합체 또는 유기 소분자를 포함할 수 있다. 전자발광 층(4)에 사용된 물질의 유형에 따라, 상기 디바이스는 LEP(발광 중합체) 또는 폴리LED 또는 SMOLED(소분자 유기 발광 다이오드)로서 지칭된다. 바람직하게는, 전자발광 층(4)은 발광 중합체를 포함할 수 있다. 발광 중합체에 있어서, 예를 들어 PPV 또는 치환된 PPV(예를 들어, 다이알콕시-치환된 PPV)를 사용할 수 있다.
다르게는, 적층체는 정공-수송층 및/또는 전자-수송층과 같은 부가적인 층을 포함할 수 있다. 정공-수송층은 제 1 전극(3)과 전자발광 층(4) 사이에 배열된다. 전자-수송층은 제 2 전극(5)과 전자발광 층(4) 사이에 위치한다. 2개의 층은 바람직하게는 전도성 중합체를 포함한다.
전자발광 층(4)은 적색, 녹색 및 청색으로 광을 방출하는 복수의 컬러 픽셀로 분류된다. 유색 광을 발생하기 위해, 전자발광 층(4) 중의 물질은 형광 염료로 도핑될 수 있거나, 유색 광을 방출하는 중합체가 전자발광 층(4) 중의 물질로서 사용될 수 있다. 상이한 실시태양에서, 중합체는 전자발광 층(4)에서 사용되며, 상기 중합체는 광범위한 파장 범위에서 광을 방출하고, 컬러 필터는 이러한 광으로부터 3개의 원색인 적색, 녹색 또는 청색 중 임의의 원색으로 광을 생성시키기 위해 사용된다.
전형적으로, 적은 볼트(volt)의 적합한 전압이 전극(3 및 5)에 인가되는 경우, 양전하 및 음전하 운반체는 이들이 재조합되는 전자발광 층(4)으로 이동하도록 주입되어, 광을 발생시킨다. 이러한 광은 관측자에게 도달하기 전에 제 1 전극(3), 콜로이드성 층(2) 및 기판(1)을 통해 이동한다. 전자발광 층(4)이 형광 염료로 도핑되는 경우, 전자-정공 재조합에 의해 생성된 광은 염료를 여기시키며, 이어 이는 3개의 원색 중 하나로 광을 방출한다.
콜로이드성 층(2)은 콜로이드 또는 콜로이드성 용액으로부터 제조된 층이다. 콜로이드 또는 콜로이드성 용액은 광학 현미경 하에서는 보이지 않는 매우 작은 입자를 포함하는 이원성(heterogenic) 물질 시스템으로, 상기 입자는 액체 또는 가스성 매체에서 분산된다. 이들 입자는 매우 높은 표면-대-질량비를 특징으로 한다. 결과적으로, 콜로이드성 층(2)은 콜로이드성 용액의 매우 작은 입자로 구성되며, 상기 입자의 크기는 1 내지 400㎚의 범위, 바람직하게는 10 내지 200㎚의 범위이다. 콜로이드성 용액과 고착성 용액(fast solution) 사이의 명확하고 물리-화학적으로 정의된 경계는 콜로이드성 용액과 침전 현탁액 사이의 경계와 같이 존재하지 않는다.
콜로이드성 층(2)은, 예를 들어 SnO2, ZrO2 또는 CeO2와 같은 산화 금속을 포함할 수 있다. 콜로이드성 층(2)은 또한, 예를 들어 SiO4를 포함할 수 있다. 다르게는, 콜로이드성 층(2)은 무기 안료를 포함할 수 있다. 또한, 콜로이드성 층(2)은 상기 물질의 2개 이상의 조합물을 포함하는 것이 바람직하다. 적합한 무기 안료는, 예를 들어 CoO-Al2O3, 울트라마린(ultramarine), TiO2-CoO-NiO-ZrO
2, CeO-Cr2O3-TiO2-Al2O3, TiO2-ZrO-CoO-NiO, Fe2O3, CdS-CdSe, TaON 또는 Ca1-xLaxTaO2-xN1+x
(여기서, 0.3 ≤x ≤1임)이다. 단색화(monochrome) 전자발광 디바이스에서, 콜로이드성 층(2)은 적정 일광 콘트라스트를 얻기 위해 Ca1-xLaxTaO2-xN1+x
(여기서, 0.3 ≤x ≤1임)와 같은 황색 안료를 포함하는 것이 유리할 수 있다.
컬러 디스플레이 스크린으로서 작용하는 전자발광 디바이스에서, 전자발광 층(4) 및 콜로이드성 층(2)은 픽셀화되는 것이 유리할 수 있다. 이러한 실시태양에서, 픽셀이 전자발광 층(4)의 청색-방출 컬러 픽셀의 맞은 편에 위치한 콜로이드성 층(2)의 픽셀은 CoO-Al2O3 또는 울트라마린과 같은 청색 안료를 포함하고, 구획이 전자발광 층(4)의 녹색-방출 컬러 픽셀의 맞은 편에 위치한 콜로이드성 층(2)의 구획은 TiO2-CoO-NiO-ZrO2, CeO-Cr2O3-TiO2-Al2
O3 또는 TiO2-ZrO-CoO-NiO와 같은 녹색 안료를 포함하고, 픽셀이 전자발광 층(4)의 적색-방출 컬러 픽셀의 맞은 편에 위치한 콜로이드성 층(2)의 픽셀은 Fe2O3, CdS-CdSe 또는 TaON을 포함한다.
도 2는, 콜로이드 층(2)만이 픽셀로 분류되고 전자발광 층(4)은 백색 광을 방출하는 추가적인 대체 실시태양을 나타낸다. 픽셀형 콜로이드성 층(2)에서 상기 상이한 유색 안료에 의해, 유색 광은 백색으로부터 생성된다.
콜로이드성 층(2)을 제조하기 위해, 입자의 콜로이드성 수용액이 먼저 제조된다. 이러한 용액 중의 입자의 농도는 바람직하게는 3 내지 10중량%의 범위이다. 또한, 첨가제는 상기 용액과 혼합될 수 있으며, 상기 첨가제는 상기 콜로이드성 수용액의 습윤 특성 또는 점도를 증가시킨다.
콜로이드성 수용액은 바람직하게는 기판(1) 상에 스핀-코팅(spin-coating)된다. 이러한 공정에서, 먼지 및 기타 과립성 불순물을 제거하기 위해 콜로이드성 수용액을 멤브레인 필터(membrane filter)를 통해 압착하는 것이 바람직할 수 있다. 코팅될 기판(1)은 스핀-코터(spin-coater) 상에 부착되고, 콜로이드성 수용액은 100 내지 1,000rpm의 회전 기판(1)에 도포된다. 상기 기판의 상기 회전 동안에, 액체 필름을 적외선 램프를 이용하여 건조시키고, 이어 수득된 코팅된 기판을 노(furnace)에서 150 내지 180℃ 범위의 온도에 노출시킨다. 기판(1)에 견고하게 접착하는 투명 콜로이드성 층(2)이 수득된다.
픽셀화된 콜로이드성 층(2)을 제조하기 위해, 예를 들어 음극선관에서 흑색 매트릭스를 제조하기 위해 사용되는 바와 같은, 예를 들어 "이륙(lift-off)" 공정을 사용할 수 있다.
콜로이드성 층(2)은 다양한 굴절률을 가질 수 있다. 이러한 이유로 인해, 상술한 제조 공정은 2회 이상 반복되고, 매회 콜로이드성 수용액은 상이한 입자 농도를 갖는다. 이러한 실시태양에서, 상기 콜로이드성 층(2)에서 기판(1)의 맞은 편에 있는 측면 상의 굴절률은 기판(1) 상에 인접한 측면 상의 굴절률보다 큰 것이 바람직하다.
콜로이드성 층(2)이 제조된 후에, 적층체의 층은 공지된 방법을 이용하여 제공되고, 이들의 기능에 의존하여 구성된다. 가공된 전자발광 디바이스에는 추가적인 층, 또는 기계적인 부하, 습도 등에 대해 전자발광 디바이스에 사용된 물질을 보호하는 하우징(housing)이 제공된다.
다르게는, 콜로이드성 층(2)은 기판의 맞은 편에 있는 적층체의 측면 상에 존재할 수 있다. 이는 능동적 구동 전자발광 디바이스의 경우에 특히 유리하다. 능동적 구동 전자발광 디바이스에서, 제 1 전극 (3)은 픽셀 구조를 갖고, 개개의 픽셀 구조 각각은 2개 이상의 박막 트랜지스터 및 하나의 콘덴서(capacitor)에 의해 구동된다. 능동 전자발광 디바이스에서, 픽셀화된 제 1 전극(3)을 구동하기 위해 필요한 구조 성분은 기판(1) 상에 제공되고, 적층체는 기판(1) 상에 인접한다. 전자발광 층(4)에서 생성된 광은 투명 제 2 전극(5)을 통해 방출된다. 능동적 구동 전자발광 디바이스에서, 광 출력은 콜로이드성 층(2)이 제 2 전극(5)에 인접한 위치에 적층체 상의 콜로이드성 층(2)을 제공함으로써 증가된다.
따라서, 본 발명의 목적은 개선된 광 출력을 갖는 OLED계 전자발광 디바이스를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 기판; 상기 기판에 인접한 콜로이드성 층; 및 상기 콜로이드성 층에 인접하고 제 1 전극, 전자발광 층 및 제 2 전극으로 구성된 적층체를 포함하는 전자발광 디바이스에 의해 달성된다.
상기 비-고체의 콜로이드성 층을 전자발광 디바이스의 층 순서 내에 도입함으로써, 방출된 광의 총 내부 반사를 인접한 치밀층(compact layer)과의 인터페이스에서 교란시키고, 추가의 광을 전자발광 디바이스에 커플링(coupling)시킨다. 광은 콜로이드성 층이 총 내부 반사를 교란시키고 저굴절률을 나타내기 때문에 기판을 통해 방출된다.
특허청구범위 제 2 항에 따른 유리한 실시태양에 의해, 수동 전자발광 디바이스의 광 출력은 방출된 광의 총 내부 반사가 콜로이드성 층에 의해 기판과의 인터페이스에서 교란되기 때문에 증가한다.
특허청구범위 제 3 항에 따른 유리한 실시태양에 의해, 능동 전자발광 디바이스의 광 출력은 증가한다.
특허청구범위 제 4 항 또는 제 5 항에 따른 유리한 실시태양에 의해, 콜로이드성 층은 수직 침투성 가시광에 대해 투과성이고, 주위 광 조건하에 콘트라스트를 감소시키지 않을 수 있는 명백한 광 산란이 발생하지 않는다는 것이 확인된다. 유기 안료가 콜로이드성 층에서 입자로서 사용되는 경우, 광 출력이 증가할 뿐만 아니라, 전자발광 디바이스의 방출 컬러도 변할 수 있고, 일광 콘트라스트도 개선될 수 있다.
특허청구범위 제 6 항에 따른 유리한 실시태양에 의해, 콜로이드성 층에서의 입자는 적층체의 특성, 예를 들어 전자발광 디바이스에 의해 방출된 광의 파장에 적합할 수 있다.
실시예 1
탈-이온화수를 이용하여 50㎚의 입자 직경을 갖는 SiO2의 콜로이드성 용액(Levasil ⓒVPAC 4056)을 희석함으로써 5중량%의 SiO2 농도를 갖는 SiO2의 콜로이드성 수용액을 제조한다. 수득된 콜로이드성 수용액은 5μm의 공극 크기를 갖는 멤브레인 필터를 통과시킨다. 기판(1)에 있어서, 스핀-코터에 죄이고 SiO2의 상기 콜로이드성 수용액으로 코팅된 두께가 1.1㎜인 유리판을 사용할 수 있다. 이러한 공정에서, 기판(1)을 200rpm으로 회전시키고, 상기 회전 동안에 상기 용액을 적외선 램프로 건조시킨다. 이어, 코팅된 기판(1)을 오븐에 넣고, 150℃의 온도에 노출시킨다. 기판(1)에 양호하게 부착된 SiO2의 콜로이드성 층(2)은 200㎚의 층 두께를 갖는다.
이어, 제 1 전극(3)으로서의 두께가 140㎚인 ITO층이 콜로이드성 층(2) 상에 제공되어, 구성된다. 이어, 연속해서 정공-전도층으로서의 두께가 200㎚인 폴리에틸렌 다이옥시티오펜(PDOT), 및 전자발광 층(4)으로서의 폴리(p-페닐렌 비닐렌)(PPV)이 제공된다. 두께가 5㎚인 Ba 층 및 두께가 200㎚인 Al 층으로 구성된 제 2 전극(5)은 PPV 층에 인가된다.
실시예 2
전자발광 디바이스는 실시예 1에서 기술된 방식과 유사한 방식으로 제조되었으며, 상기 전자발광 디바이스는 콜로이드성 층(2)에서 10 내지 20㎚ 범위의 입자 직경을 갖는 CeO2를 포함하였다. 콜로이드성 수용액을 제조하기 위해, 52g의 10% 폴리비닐 알콜 수용액 및 249g의 탈-이온수를 150g의 20% CeO2-졸(Nyacol ⓒCeria CeO2 ACT)에 첨가하였다. 가공된 콜로이드성 층(2)은 1.5μm의 층 두께를 갖는다.
실시예 3
전자발광 디바이스는 실시예 1에서 기술된 방식과 유사한 방식으로 제조되었으며, 상기 전자발광 디바이스는 콜로이드성 층(2)에서 약 150㎚의 입자 직경을 갖는 Ca0.5La0.5TaO1.5N1.5를 포함하였다. 콜로이드성 수용액을 제조하기 위해, 안료를 Ca0.5La0.5TaO1.5N1.5에 대해 2.5중량%의 양의 음이온성 고분자 전해질(polyelectrolyte)이 분산제로서 용해되는 적정량의 탈-이온수에 현탁하였다. 콜로이드성 용액은 1.5중량% 폴리비닐 알콜을 추가로 포함하였다. 가공된 콜로이드성 층(2)은 3μm의 층 두께를 갖는다.
본 발명에 따른 적색, 녹색 및 청색으로 광을 방출하는 전자발광 디바이스가 광범위하게 사용된다.
Claims (6)
- 기판(1)과, 콜로이드성 층(2)과, 제 1 전극(3), 전자발광 층(4) 및 제 2 전극(5)으로 구성된 적층체(laminated body)를 포함하는, 전자발광 디바이스.
- 제 1 항에 있어서, 상기 콜로이드성 층(2)은 상기 기판 상에 인접하고, 상기 적층체는 콜로이드성 층(2) 상에 인접하는 것을 특징으로 하는, 전자발광 디바이스.
- 제 1 항에 있어서, 상기 적층체는 기판(1) 상에 인접하고, 상기 콜로이드성 층(2)은 상기 적층체 상에 인접하는 것을 특징으로 하는, 전자발광 디바이스.
- 제 1 항에 있어서, 상기 콜로이드성 층(2)은 산화금속, SiO2, 무기 안료 및 이들 물질의 조합물로 구성된 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자발광 디바이스.
- 제 3 항에 있어서, 상기 물질은 1 내지 400㎚ 범위의 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는, 전자발광 디바이스.
- 제 1 항에 있어서, 상기 콜로이드성 층은 픽셀화 층(pixelated layer)인 것을 특징으로 하는, 전자발광 디바이스.
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (2)
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2003
- 2003-06-18 KR KR10-2004-7020988A patent/KR20050016626A/ko not_active Application Discontinuation
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Patent event date: 20100908 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20100630 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |