플렉시블 투명 디스플레이 소자의 신뢰성 향상을 위한 유기 재료 기반 구조에 관한 연구 = Organic based structure for enhancing reliability of flexible transparent display devices
서명 / 저자 플렉시블 투명 디스플레이 소자의 신뢰성 향상을 위한 유기 재료 기반 구조에 관한 연구 = Organic based structure for enhancing reliability of flexible transparent display devices / 장철.
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2012].
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DEE 12032

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Currently, there are numerous types of display devices in our lives. We see them from the moment we wake until we fall asleep at the end of the day. Flat-panel displays are common in our surroundings, and mobile devices have made strides owing to the evolution of display technology. These display devices have transformed the lifestyle of human beings. During the past decade, the time between paradigm shifts as this pertains to display devices has become shorter, and new types of display devices, such as flexible displays, have been demonstrated. In the impending ubiquitous society, walls and windows will be replaced by novel display devices such as flexible displays and transparent displays, as predicted in SF movies. Vigorous study of these novel displays has been conducted, with various display platforms, such as liquid-crystal displays, organic light-emitting diodes, electrophoretic displays and plasma displays being developed. The plasma display platform is one of the most promising applicants as a future display device. The plasma display has good feasibility as a large-area display device, as evidenced by its simple structure and self-emission characteristics. Therefore, we have concentrated on development of a flexible display and a flexible transparent display using the plasma display platform. Many technical issues associated with these displays remain to be solved. We demonstrated a flexible photoluminescent display device as an intermediate stage in the realization of high-resolution and large area flexible transparent displays and suggested various methods to realize a flexible photoluminescent display. The proposed structure is quite simple and nearly identical to that of conventional AC PDPs. In order to realize a flexible photoluminescent display, new flexible, reliable and cost-effective materials should be chosen. 250 ??m thick polyethylene terephthalate films were used as a substrate. The organic-based materials used in the inner components are characterized by high flexibility and low fabrication temperature. The fabrication temperature is a critical issue, as a flexible photoluminescent display requires flexible plastic substrates. The test panel was fabricated via a low-temperature process such as UV exposure, spin-coating, thermal evaporation, and e-beam evaporation processes. The sustain electrodes and address electrodes are made of copper. A 500-nm thick copper layer was thermally evaporated and patterned using a conventional photolithography process. To prevent gas permeation through the PET film, a multilayer barrier composed of organic and inorganic layers was fabricated on the PET film. MgO and a UV-curable epoxy hybrid material were deposited alternately on the plastic film to form a multilayer barrier. By using this multilayer barrier as a dielectric layer, we could eliminate the fabrication step for a dielectric layer. Barrier ribs which define the display pixels and determine the resolution of photoluminescent displays were fabricated with a type of UV-curable resin using a simple imprinting method. The UV-curable resin used in fabrication of flexible barrier ribs is known for its flexibility, and the pixel size was 1.08 mm x 0.36 mm corresponding to a 42-inch VGA resolution. Through the use of a spraying method, the phosphor layer was fabricated at a temperature of less than 90 oC. Front and rear substrates were sealed with an UV-curable polymer. Finally, Ne and Xe (4%) gas mixture filled the inside of the panel and was used as a discharge gas at a gas pressure of 700 torr. After its fabrication, the reliability of the components fabricated with newly adapted fabrication methods was examined. The electrical and optical properties of the test panel were observed to characterize the proposed flexible photoluminescent display. The results show that the proposed fabrication method allows the flexible photoluminescent display to be a promising candidate in future display applications. A flexible transparent photoluminescent display was demonstrated by replacing the opaque materials, such as barrier ribs and phosphor layer, used in a flexible photoluminescent display with transparent materials. In case of barrier ribs, opaque UV-curable resin was replaced with a SU-8 photoresist which is easy to handle and optically transparent. The optical characteristics of each component in a flexible transparent photoluminescent display were investigated. Photoluminescent displays are viable nominees as large-area future displays including flexible and transparent displays, as this platform has a very simple structure and does not require thin film tran-sistors to drive the display device. Due to its structural simplicity, the proposed flexible transparent photolumi-nescent display shows relatively high transmittance. The measured transmittance of the entire panel was approx-imately 57.5% over the entire visible spectral range. The long term reliability was confirmed that the lifetime measured from the test panel was longer than 10,000 hours. Moreover, the proposed flexible transparent photo-luminescent display is applicable to any type of plastic substrate, since low-temperature fabrication methods were used in the fabrication of the proposed flexible transparent display. From the results obtained in this study, we conclude that the proposed flexible transparent display has a strong potential as a future type of display, especially as a large-area transparent display.

본 연구는 유기 재료를 기반으로 한 플렉시블 투명 디스플레이 소자를 구현하고 소자의 신뢰성 향상을 위한 연구에 그 목적을 가지고 있다. 먼저 플렉시블 광자 발광 디스플레이의 구현을 위해 유리 기판 대신 PET 플라스틱 기판을 사용하였고, 기존 플라즈마 디스플레이에 사용되던 단단한 세라믹 기반 물질들을 유연한 특성을 가지는 유기 재료들로 대체하였으며, 새로운 재료의 적용에 따라 적합한 공정 방법을 개발하였다. PET 필름을 기판으로 사용하기 때문에 내부 구조물을 90 oC 이하의 저온 공정을 통해 제작할 수 있도록 고안하였다. 또한 대면적 플렉시블 디스플레이 구현이 가능하도록 공정 비용이 낮고 간단한 방식을 통해 소자를 구현하였다. 구현된 플렉시블 디스플레이 소자를 기반으로 내부 구조물의 투과도 및 개구율 향상에 관한 연구를 통해 투명한 플렉시블 디스플레이를 구현에 관한 연구를 진행하였다. 다른 디스플레이 방식과 달리 구동이 간단한 플렉시블 광자 발광 디스플레이 소자는 소자 자체의 투명도만 향상시키면 플렉시블 투명 디스플레이의 구현이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 플렉시블 광자 발광 디스플레이에서 가장 큰 부피를 차지하는 격벽의 경우 투명한 UV curable polymer를 이용하여 투명하고 유연한 형태의 격벽을 제작하였다. PET 기판을 이용하여 60 oC 이하의 저온 공정을 기반으로 플렉시블 투명 광자 발광 디스플레이를 구현하였다. 구현을 위해 적용한 새로운 재료나 공정 방법에 따른 소자의 신뢰성을 확인하기 위해 테스트 패널 제작을 통한 장시간 구동 테스트를 진행하였고, 이를 통해 구동에 따른 열이나 가스 방전에 의한 내부 구조물의 안정성을 확인하였다. 각 내부 구조물들의 투과도에 대한 최적화 연구를 통해 각 구성 요소들은 90% 이상의 매우 높은 투과도를 나타내었고, 이를 이용하여 제작한 테스트 패널의 경우 57.5%의 매우 높은 투과율을 나타냈다. 마지막으로 플렉시블 투명 디스플레이 소자가 외부로부터의 수분, 산소와 같은 가스 유입으로 인해 손상되는 것을 막기 위한 신뢰성 향상에 관한 연구를 진행하여 오랜 시간 동안 안정적인 작동이 가능한 플렉시블 투명 디스플레이 소자를 구현하였다. 본 연구에서 제안된 플렉시블 디스플레이 구조에서 외부로부터 디스플레이 소자 내부로 가스가 침투하는 경로는 플라스틱 기판을 통한 유입과 sealant를 통한 유입으로 나누어 볼 수 있다. 먼저 플라스틱 기판을 통한 유입은 플라스틱 기판에 다층 박막 베리어 구조를 이용하여 차단하였다. 플라스틱에 적용한 다층 박막 베리어의 경우 칼슘 부식 테스트를 통해 평가하였는데 30 oC, 90% RH의 측정 조건에서 측정 방식의 한계에 달하는 1 10-6 g/m2-day 수준의 WVTR을 나타냈다. 또한 기판과 기판을 부착시켜주고 소자 내부를 외부로 밀폐시켜주는 sealant을 통한 가스 유입을 막기 위해 유연한 무기막이 코팅된 유기 구조물에 관한 연구를 진행하였다. 제안된 플렉시블 디스플레이 구조와 같이 상, 하판의 거리, 즉 sealant의 두께가 두꺼운 경우 이를 통해 유입되는 양이 무시할 수 없는 수준이기 때문에, 무기막이 코팅된 유기 구조물을 sealant 안에 심어줌으로써 effective permeation window를 줄일 수 있는 구조에 관한 연구를 진행하였다. 칼슘 부식 테스트를 통해 무기막이 코팅된 유기 구조물의 특성을 평가해본 결과 sealant만 사용하는 경우보다 steady-state flux가 유입되기까지의 시간인 lag time이 크게 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 마지막으로 플라스틱 기판에 적용한 다층 박막 베리어 구조와 플렉시블 투명 디스플레이 소자 내부 구조물의 구부림에 대한 내구성에 관한 평가를 진행하여 구부림에 대한 안정성을 확인하였다. 이러한 신뢰성 향상 기술을 기반으로 제작한 테스트 패널로부터 플렉시블 투명 광자 발광 디스플레이의 수명을 측정하였고, 그 결과 10,000시간 이상 안정적으로 구동이 가능한 플렉시블 투명 디스플레이 소자를 구현하였음을 확인할 수 있었다.


청구기호 {DEE 12032
형태사항 x, 94 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 한국어
일반주기 저자명의 영문표기: Cheol Jang
지도교수의 한글표기 : 최경철
지도교수의 영문표기 : Kyung-Cheol Choi
수록잡지명 : "Flexible Photoluminescent Display Fabricated with Low-temperature Process using PET substrates". IEEE/OSA Journal of Display Technology, accepted,
수록잡지명 : "Toward Flexible Transparent Plasma Display: Optical Characteristics of Low-temperature Fabricated Organic-based Display Structure". IEEE Electron Device Letters, aceepted,
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 전기및전자공학과,
서지주기 참고문헌 : p.87-92
주제 플렉시블 디스플레이
투명 디스플레이
광자 발광 디스플레이
저온 공정
flexible display
transparent display
photoluminescent display
low-temperature process
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