KR0170490B1 - 전기장 발광 고분자를 이용한 칼라 디스플레이 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

전기장 발광 고분자를 이용한 칼라 디스플레이 소자 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기장 발광 고분자를 이용한 칼라 디스플레이 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 투명기판 위에 광표백된 발광 고분자에 묻힌 패턴된 투명전극과, 투명전극 상면에 형성되는 발광 고분자 A의 광표백된 영역(비발광 영역)과, 투명전극의 일정부분에 형성되는 발광 고분자 A의 광표백 안된 영역(발광영역)과, 발광 고분자 A의 광표백된 영역 상면에 형성되는 발광 고분자 B의 광표백된 영역과, 발광 고분자 A의 광표백된 영역 상면의 일정 부분에 형성되는 발광 고분자 B의 광표백 안된 영역(발광영역)과, 발광 고분자 A의 광표백 안된 영역(발광영역) 상면에 고분자 A, B 사이에 패턴된 제1금속전극과, 발광 고분자 B의 광표백된 영역 상면에 형성되는 발광 고분자 C의 광표백된 영역과, 발광 고분자 B의 광표백된 영역의 일정 상면에 형성되는 발광 고분자 C의 광표백 안된 영역(발광영역)과, 발광 고분자 B의 광표백 안된 영역의 상면에 고분자 B, C 사이에 패턴된 제2 금속전극과, 발광 고분자 C의 광표백 안된 영역의 상면에 패턴된 제3금속전극으로 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

전기장 발광 고분자를 이용한 칼라 디스플레이 소자 및 그 제조방법
제1도는 칼라 디스플레이 구현을 위한 고분자 소자 적층 구조.
제2도의 (a) 내지 (n) 공정은 본 발명에 따른 제1도의 적층 구조를 형성하기 위한 소자 제작 공정도.
제3도는 광표백시의 광유도발광(photoluminescence)의 소멸 곡선.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 투명기판 2 : 투명 전극
3 : 발광고분자 A의 광표백된 영역 3' : 발광고분자 A의 박막
4 : 발광 고분자 A의 광표백 안된 영역(발광 영역)
5 : 발광 고분자 B의 광표백된 영역
6 : 발광 고분자 B의 광표백 안된 영역(발광 영역)
6' : 발광고분자 B의 박막 7 : 발광 고분자 C의 광표백된 영역
7' : 광표백된 고분자 A, B, C가 차례로 묻혀있는 고분자 비발광 영역
7 : 발광고분자 C의 박막
8 : 발광 고분자 C의 광표백 안된 영역(발광 영역)
9', 9'', 9 : 제1내지 제3금속전극
본 발명은 전기장하에서 빛의 삼원색 혹은 서로 다른 색을 내는 고분자 물질들을 두가지 혹은 그 이상을 이용하여 칼라 디스플레이 화소를 제조하는 방법에 관한 것으로, 특히 유기물 고분자에서의 전기장 발광(electroluminescence)을 이용하여 칼라 디스플레이를 구현하기 위한 소자 제작에 있어서 비발광 영역을 광표백으로 형성하기 위한 전기장 발광 고분자를 이용한 칼라 디스플레이(A color display using electroluminescent polymer) 제조방법에 관한 것이다.
전기장 발광을 이용하는 발광소자는 기본적으로 투명기판 위에 투명전극이 입혀지고 그 위에 전기장 발광고분자, 그리고 음극으로 쓰이는 금속 전극으로 이루어져 있다.
유기물을 이용하여 전기장 발광 소자를 제작하고자 하는 것이 근래에 많이 시도되어 왔다.
무기물에 비해 가공이 용이하고 저가이며 합성이 용이하며 여러 가지 색깔을 만들 수 있는 잇점이 있다.
특히 무기물로는 거의 제작이 불가능한 대형 평면 디스플레이의 필요성의 증가에 따라 유기물 전기장 발광소자에 대한 연구가 급증하고 있다.
유기물 전기장 발광 소자는 구동 전압이 낮고 또 능동형 발광 소자이므로 수광 소자인 LCD와는 달리 색상이 밝고 응답속도가 빠른 잇점이 있다.
따라서 고분자의 전기장 발광을 이용하여 디스플레이 구현을 이루고자 하는 노력이 필요하게 되었다.
일반적으로 유기 전도성 고분자(conjugated polymer) 또는 유기물 색소체 분자(dyes)를 이용하여 전기장 발광소자를 제작하는 데 있어서 파장의 변환은 물질의 선택에 따른다.
즉 발광층의 물질이 무엇인가에 따라 그 물질 고유의 발광 파장을 알아내어 원하는 파장을 얻는다.
이렇게 각기 다른 색을 내는 여러 가지 발광 물질을 이용하여 칼라 디스플레이를 제작하는 데는 무기물을 이용하여 제작할 때 사용되는 진공 증착이나 적층구조를 하는 방법이 활용될 수 있다.
그러나, 적층 구조의 경우 각 층에서 나오는 발광 빛이 혼합되어 나오기 쉬우므로 적절한 화소의 형성과 색상의 조절 등이 용이하지 않다.
유기 전도성 고분자(conjugated polymer) 또는 유기물 색소체 분자(dyes)에서의 전기장 발광을 이용하여 칼라 디스플레이를 구현하는 데 있어서는 무기물을 이용한 디스플레이 제작에 쓰이는 방법을 활용한 여러 가지 방법이 가능하다.
즉, 전기장 발광으로 백색광을 낼 수 있는 물질을 선택하고 전기장 발광을 시킨 후에 칼라 필터를 씀으로써 색상을 조절하는 방법, 삼원색 중의 한 색상을 내는 발광 고분자를 각각 적층하여 하는 방법등이 있을 수 있다.
유기 전도성 고분자는 자외선 내지 가시 영역의 빛을 쪼여 주면 빛을 받은 부분은 광화학 반응을 일으켜 표백되며(이를 광표백이라 한다) 이 부분에서는 전기장을 가해도 발광을 하지 않는다.
따라서, 본 발명은 칼라 디스플레이를 구현하기 위하여 전도성 고분자의 위와 같은 성질을 이용하여 서로 다른 색(빨강, 초록, 파랑)을 내는 고분자들을 적층 구조를 형성하여 소자를 제작하되, 각층에서 색을 내지 않도록 하고자 하는 영역은 각각 광표백을 함으로써 윗층의 고분자에서의 발광이 밑층의 고분자에 의해 흡수되거나 혹은 밑층에서 전기장 발광이 일어나지 않게 함으로써 각 층에서 발광된 고유의 색이 투명기판으로 잘 투과하게 하는 전기장 발광 고분자를 이용한 칼라 디스플레이 소자 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 발광색이 서로 다른 두 가지 혹은 그 이상의 유기물 고분자 전기장 발광 물질을 적층시켜 소자를 구현하는 것과 각 적층 구조에서 발광 및 비발광 영역을 광표백으로 패턴하는 방법으로 구성되어 있다.
기존에 알고 있는 밴드갭을 가진 두 가지 혹은 그이상의 발광 물질을 투명전극이 얇게 입혀진 투명기판 위에 차례로 스핀 코팅(spin coating)을 하여 얇은 박막을 형성하여 적층 구조로 한다.
이때에 각 층에서 금속전극이 입혀지지 않은 부분은 광표백으로 비발광 영역을 형성한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적인 특징은, 하나의 특징은 칼라 디스플레이 구현을 위한 소자 구조가 투명기판 위에 광표백된 발광 고분자에 묻힌 패턴된 투명전극과, 상기 투명전극 상면에 형성되는 발광 고분자 A의 광표백된 영역(비발광 영역)과, 상기 투명전극의 일정부분에 형성되는 발광 고분자 A의 광표백 안된 영역(발광영역)과, 상기 발광 고분자 A의 광표백된 영역 상면에 형성되는 발광 고분자 B의 광표백된 영역과, 상기 발광 고분자 A의 광표백된 영역 상면의 일정 부분에 형성되는 발광 고분자 B의 광표백 안된 영역(발광영역)과, 상기 발광 고분자 A의 광표백 안된 영역(발광영역) 상면에 고분자 A, B 사이에 패턴된 제1금속전극과, 상기 발광 고분자 B의 광표백된 영역 상면에 형성되는 발광 고분자 C의 광표백된 영역과, 상기 발광 고분자 B의 광표백된 영역의 일정 상면에 형성되는 발광 고분자 C의 광표백 안된 영역(발광영역)과, 상기 발광 고분자 B의 광표백 안된 영역의 상면에 고분자 B, C사이에 패턴된 제2금속전극과, 상기 발광 고분자 C의 광표백 안된 영역의 상면에 패턴된 제3금속전극으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
다른 특징은, 칼라 디스플레이 구현을 위한 소자의 제조공정이 투명 전극을 투명 기판 위에 증착하여 박막을 형성시키는 제1공정과, 투명 전극을 소정의 공정을 통해 패턴을 형성시키는 제2공정과, 패턴된 투명 전극 위에 고분자 A의 박막을 형성시킨 후 열처리하여 단단한 막을 형성하는 제3공정과, 고분자 박막 위에 발광하고자 하는 영역에 금속 전극을 띠 형태로 패턴을 형성시키는 제4공정과, 패턴된 금속 전극을 마스크로 하여 위에서 빛을 쪼여 줌으로써 금속 전극으로 덮이지 않은 부분을 광표백하여 금속으로 덮인 부분이 변하지 않게 하고 그 외의 부분이 광표백되게 하는 제5공정과, 고분자 물질 B를 사용하여 상기 제5공정의 구조 위에 상기 제3공정 내지 제5공정을 반복하는 제6공정과, 고분자 물질 C를 사용하여 상기 제6공정의 구조 위에 상기 제3공정 내지 제5공정을 반복하는 제7공정으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도의 (a)는 칼라 디스플레이를 구현하기 위해 제작된 소자의 수직구조(vertical structure)이며, (b)는 평면도이다.
소자의 자세한 구조는 다음과 같다.
제1도의 (a)를 참조하여 설명하면, 투명기판(1) 위에 광표백된 발광 고분자에 묻힌 패턴된 투명전극(2)과, 상기 패턴된 투명전극(2) 상면에 형성되는 발광 고분자 A의 광표백된 영역(비발광 영역)(3)과, 상기 패턴된 투명전극(2)의 일정부분에 형성되는 발광 고분자 A의 광표백 안된 영역(발광영역)(4)과, 상기 발광 고분자 A의 광표백된 영역(3) 상면에 형성되는 발광 고분자 B의 광표백된 영역(5)과, 상기 발광 고분자 A의 광표백된 영역(3) 상면의 일정 부분에 형성되는 발광 고분자 B의 광표백 안된 영역(발광영역)(6)과, 상기 발광 고분자 A의 광표백 안된 영역(발광영역)(4) 상면에 고분자 A, B 사이에 패턴된 제1금속전극(9')과, 상기 발광 고분자 B의 광표백된 영역(5) 상면에 형성되는 발광 고분자 C의 광표백된 영역(7)과, 상기 발광 고분자 B의 광표백된 영역(5)의 일정 상면에 형성되는 발광 고분자 C의 광표백 안된 영역(발광영역)(8)과, 상기 발광 고분자 B의 광표백 안된 영역(6)의 상면에 고분자 B, C 사이에 패턴된 제2금속전극(9'')과, 상기 발광 고분자 C의 광표백 안된 영역(8)의 상면에 패턴된 제3금속전극(9)으로 형성된 구조이다.
그리고 이 구조에 대한 평면도인 제1도의 (b)에서, 도면부호 7'는 광표백된 고분자 A,B,C가 차례로 묻혀있는 고분자 비발광 영역을 나타낸다.
즉, 이와같은 구조에서 투명기판(1)위에 있는 투명전극(2)은 먼저 화소의 크기를 고려하여 적절한 선폭으로 패턴되어야 한다.
패턴된 투명전극(양극)(2)이 입혀진 투명기판(1) 위에 첫 번째 고분자 박막을 스핀 코팅하여 얻은 뒤, 빛을 내고자 하는 부분만 남겨두고 나머지 모든 부분은 광표백한다.
그후 첫 번째 층의 전기장 발광을 위하여 광표백되지 않은 부분 위에 음극용 전극을 증착하여 패턴을 형성시킨다.
나머지 두 층도 이와같은 방법으로 만들면 제1도와 같은 구조를 얻을 수 있다.
이와같은 구조에서 칼라 디스플레이를 위한 3원색 발광을 얻는 원리는 다음과 같다.
기판 위의 첫 번째 전기장 발광은 단층의 전기장 발광과 같이 투명 전극과 기판을 통과하는 것이 가능하다.
두 번째 층의 전기장 발광의 경우 전장이 첫 번째 층의 광표백된 층과 둘째층의 표백되지 않은 부분에 동시에 걸리게 되나, 첫 번째 층의 광표백된 영역은 발광하지 않으므로 두 번째 층에서만의 발광이 가능하다.
그리고 발광된 빛이 투명기판 쪽으로 통과하여 나오게 될 때 첫 번째 층의 광표백된 영역을 지나게 되므로 빛의 흡수가 있을 수 있으나, 광표백된 경우는 표백되지 않은 부분에 비해 흡수가 매우 적어 표백 층에서의 흡수는 무시할 수 있다.
세 번째 층의 경우도 같은 원리로 설명이 가능하다.
따라서, 각 층에 대한 음극 전압의 온(on), 오프(off) 및 크기 조절로 각 층의 발광 빛의 세기를 조절할 수 있으므로 한 개 화소에 대한 색상 조절이 가능하다.
제2도의 (a) 내지 (n) 공정은 칼라 디스플레이 구현을 위한 소자 제조방법을 나타낸 것이다.
그 제조 공정을 설명하면, 먼저 투명 전극(2)을 투명 기판(1) 위에 증착하여 박막을 형성시키는 제1공정(a)과, 투명 전극(2)을 소정의 공정을 통해 패턴을 형성시키는 제2공정(b)과, 패턴된 투명 전극(2) 위에 발광 고분자 A의 박막(3')을 형성시킨 후 열처리하여 단단한 막을 형성하는 제3공정(c)과, 상기 발광 고분자 A의 박막(3')위에 발광하고자 하는 영역에 제1금속 전극(9')을 띠 형태로 패턴을 형성시키는 제4공정(d)과, 상기 패턴된 제1금속 전극(9')을 마스크로 하여 위에서 빛을 쪼여 줌으로써(e) 금속 전극으로 덮이지 않은 부분을 광표백에 의해 금속으로 덮인 부분이 변하지 않게 하여 발광 고분자 A의 광표백 안된 영역(발광영역)(4)을 형성하고, 그 외의 부분은 광표백되게 하여 발광 고분자 A의 광표백된 영역(3)을 형성하는 제5공정(f)과, 고분자 물질 B를 사용하여 상기 제5공정(f)의 구조 위에 발광 고분자B의 박막(6')을 형성하고(g), 이 위의 소정 부분에 일정 패턴의 제2금속전극(9'')을 형성하며(h), 이 위에 상기 제2금속전극(9'')을 마스크로 하여 위에서 빛을 쪼여줌으로써(i) 금속 전극으로 덮이지 않은 부분을 광표백에 의해 금속으로 덮인 부분이 변하지 않게 하여 발광 고분자 B의 광표백 안된 영역(발광영역)(6)을 형성하고 그 외의 부분은 광표백되게 하여 발광 고분자 B의 광표백된 영역(5)을 형성하는(j), 즉 상기 제3공정 내지 제5공정(c∼f)을 반복하는 제6공정(g∼j)과, 고분자 물질 C를 사용하여 상기 제6공정(j)의 구조 위에 발광 고분자 C의 박막(7'')을 형성하고(k), 이 위의 소정 부분에 일정 패턴의 제3금속전극(9)을 형성하며(1), 상기 제3금속전극(9)을 마스크로 하여 빛을 쪼여 줌으로써(m) 금속 전극으로 덮이지 않은 부분을 광표백에 의해 금속으로 덮인 부분이 변하지 않게 하여 발광 고분자 C의 광표백 안된 영역(발광영역)(8)을 형성하고 그 외의 부분은 광표백되게 하여 발광 고분자 C의 광표백된 영역(7)을 형성하는(n), 즉 상기 제3공정 내지 제5공정(c∼f)을 반복하는 제7공정(k∼n)으로 이루어진 것이다.
상기 (n) 공정은 제1도의 구조와 같은 것으로 금속 전극 3개를 입히는 부분만을 보인 것이다.
이와같이 본 발명은 전기장 발광의 세기를 감소시키고 가시광선 영역에서의 광흡수를 줄일 수 있고, 칼라 디스플레이 구현시 발광 및 비발광 부분을 광표백으로 형성한다.
또한 상기 발광 및 비발광부분을 광표백으로 형성하는 방법으로 형성된 발광 물질이 두 층 이상의 적층 구조로 된 칼라디스플레이 소자를 구현할 수 있다.
그리고 상기 제1도와 같이 3층의 3원색 적층 구조와 층에서의 발광 부분 및 비발광 부분에 광표백법으로 형성된 구조의 칼라 디스플레이 소자를 구현할 수가 있는 것이다.
제3도는 빛을 쪼였을 때에 발생되는 광유도 발광(photoluminescence)의 세기가 감소하는 것을 나타낸 것이다.
빛을 조사하는 시간이 길어질수록 광표백이 진행하면서 광유도 발광이 급격히 감소하는 것을 보여주고 있다.
전기장 발광이 광유도발광과 같은 메카니즘으로 발생하는 것으로 미루어 볼 때, 광표백이 진행함에 따라 전기장 발광의 세기가 감소하고 궁극적으로는 전기장 발광이 발생하지 않는다.
이상과 같은 본 발명은 다음과 같은 효과들을 갖는다.
적층 구조 형성과 광표백으로 인한 비발광 영역의 형성을 통한 방법으로 i) 다중 색상(multi-color)의 표시소자, 발광소자의 기본 요소 ii)칼라 디스플레이 화소로서 활용될 수 있다.
이것은 산업, 경제적 측면에서 LCD 또는 브라운관을 대체할 수 있으며, 사회 문화적인 측면에서 대형 벽걸이 화면의 등장 등으로 보다 빠르고 신속한 정보의 교류 및 공유에 기여하는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 투명기판 위에 광표백된 발광 고분자에 묻힌 패턴된 투명전극과, 상기 투명전극 상면에 형성되는 발광 고분자 A의 광표백된 영역(비발광 영역)과, 상기 투명전극의 일정부분에 형성되는 발광 고분자 A의 광표백 안된 영역(발광영역)과, 상기 발광 고분자 A의 광표백된 영역 상면에 형성되는 발광 고분자 B의 광표백된 영역과, 상기 발광 고분자 A의 광표백된 영역 상면의 일정 부분에 형성되는 발광 고분자 B의 광표백 안된 영역(발광영역)과, 상기 발광 고분자 A의 광표백 안된 영역(발광영역) 상면에 고분자 A, B 사이에 패턴된 제1금속전극과, 상기 발광 고분자 B의 광표백된 영역 상면에 형성되는 발광 고분자C의 광표백된 영역과, 상기 발광 고분자 B의 광표백된 영역의 일정 상면에 형성되는 발광 고분자 C의 광표백 안된 영역(발광영역)과, 상기 발광 고분자 B의 광표백 안된 영역의 상면에 고분자 B, C사이에 패턴된 제2금속전극과, 상기 발광 고분자 C의 광표백 안된 영역의 상면에 패턴된 제3금속전극으로 형성된 것을 특징으로 전기장 발광 고분자를 이용한 칼라 디스플레이 소자.
  2. 제1항에 있어서, 3층의 3원색 적층구조와 각 층에서의 발광영역 및 비발광 영역이 광표백법으로 형성된 것을 특징으로 하는 전기장 발광 고분자를 이용한 칼라 디스플레이 소자.
  3. 투명 전극을 투명 기판 위에 증착하여 박막을 형성시키는 제1공정과, 투명 전극을 소정의 공정을 통해 패턴을 형성시키는 제2공정과, 패턴된 투명 전극 위에 발광 고분자 A의 박막을 형성시킨 후 열처리하여 단단한 막을 형성하는 제3공정과, 상기 발광 고분자 A의 박막 위에 발광하고자 하는 영역에 제1금속 전극을 띠 형태로 패턴을 형성시키는 제4공정과, 상기 패턴된 제1금속 전극을 마스크로 하여 위에서 빛을 쪼여 줌으로써 금속 전극으로 덮이지 않은 부분을 광표백에 의해 금속으로 덮인 부분이 변하지 않게 하여 발광 고분자 A의 광표백 안된 영역(발광영역)을 형성하고, 그 외의 부분은 광표백되게 하여 발광 고분자 A의 광표백된 영역을 형성하는 제5공정과, 고분자 물질 B를 사용하여 상기 제5공정의 구조 위에 발광 고분자 B의 박막을 형성하고 이 위의 소정 부분에 일정 패턴의 제2 금속전극을 형성하며, 이 위에 상기 제2금속전극을 마스크로 하여 위에서 빛을 쪼여 줌으로써 금속 전극으로 덮이지 않은 부분을 광표백에 의해 금속으로 덮인 부분이 변하지 않게 하여 발광 고분자 B의 광표백 안된 영역(발광영역)을 형성하고 그 외의 부분은 광표백되게 하여 발광 고분자 B의 광표백된 영역을 형성하는 제6공정과, 고분자 물질 C를 사용하여 상기 제6공정의 구조 위에 발광 고분자 C의 박막을 형성하고, 이 위의 소정 부분에 일정 패턴의 제3금속전극을 형성하며, 상기 제3금속전극을 마스크로 하여 빛을 쪼여 줌으로써 금속 전극으로 덮이지 않은 부분을 광표백에 의해 금속으로 덮인 부분이 변하지 않게 하여 발광 고분자 C의 광표백 안된 영역(발광영역)을 형성하고 그 외의 부분은 광표백되게 하여 발광 고분자 C의 광표백된 영역을 형성하는 제7공정으로 형성하는 것을 특징으로 하는 전기장 발광 고분자를 이용한 칼라 디스플레이 소자 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 광표백은 전기장 발광의 세기를 감소시키고, 가시광선영역에서의 광흡수를 줄이는 특징으로 하는 전기장 발광 고분자를 이용한 칼라 디스플레이 소자 제조방법.
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