ADVANCED TECHNOLOGY CTR MATERIALS RESEARCH TEAM HUD 투명 디스플레이의 자동차 응용 현대. 기아 연구개발본부 금속재료연구팀

ADVANCED TECHNOLOGY CTR MATERIALS RESEARCH TEAM OLED & TOLED Technologies OLED & TOLED Technologies Possibility for the Automobile Display Possibility for the Automobile Display Requirements for the Automobile Display Requirements for the Automobile Display Technologies for the Development Technologies for the Development

ADVANCED TECHNOLOGY CTR MATERIALS RESEARCH TEAM 유기 EL 은 기본적으로 음극, 양극의 전극과 유기물 그리고 기판의 구조로 되어 있다. 전 극에 전기를 가하면 양극에서 발생된 정공 과 음극에서 발생된 전자가 유기물 층에서 재결합되며 이 때 생긴 에너지 갭에 해당하 는 빛이 발생하게 된다. 일반적으로 유기 박막 층들과 electrode 는 금속 shadow mask 를 이용하여 torr 이하의 고진공 상태에서 증착한다. 유기 EL 소자는 수분과 공기에 매우 취약하므로 sealing 공정도 중요한 소자의 수명에 지대한 영향을 준다. 유기 EL 의 기본 구조

ADVANCED TECHNOLOGY CTR MATERIALS RESEARCH TEAM - Self-Emissive Full Color Display - Very High Brightness(>100K cd/m 2 ), Efficiency(up to 80 lm/W) - Low Driving Voltage - Very Thin Form-factor  Possibly Flexible - Simple Device Structure - Fast Response Time ( order of nsec) - No eye-fatigue: best for head-mount display in vehicles (HMD and HUD, ex: eMagin Co.) - Best Candidate for Immersive Display OLED Advantages of OLED Displays

ADVANCED TECHNOLOGY CTR MATERIALS RESEARCH TEAM 유기 EL 의 구동 방법  Passive matrix ( 수동 구동 )  양극과 음극이 교차하는 부분에 유기 EL 소자를 위치 시키는 방식  패널의 해상도와 크기가 증가할수록 소비전력이 급격히 증가하게 되므로 5 인치 미만의 디스플레 이 기기로 활용  소자의 효율 증가나 구동 전압의 감소, 배선의 저 저항화 기술, 저 소비전력 구동 IC 개발 필요  Active matrix ( 능동 구동 )  하나의 유기 EL 소자당 한 개 이상의 트랜지스터 를 사용하여 각 소자 별로 On/Off 를 조절  저장용량을 이용하여 정보를 저장하기 때문에 소 비전력이 작아지고 픽셀 형성 공정이 간단하고, 고해상도의 패널을 제작할 수 있는 장점  개구율, 소자 수명 개선 필요

ADVANCED TECHNOLOGY CTR MATERIALS RESEARCH TEAM * ON going Development Area in OLED * OLED 를 위한 플라스틱 기판 개발 연구 - 유기 - 무기 다층 복합 PET 기판 OLED 소자의 박막형 봉합 연구 (thin film encapsulation) 플라스틱 기판의 수분 침투 측정 및 방지 연구 LCD 백라이트용 백색 OLED 소자 저전력 OLED 개발 연구

ADVANCED TECHNOLOGY CTR MATERIALS RESEARCH TEAM 자동차용 OLED

ADVANCED TECHNOLOGY CTR MATERIALS RESEARCH TEAM Possible Applications - High Efficiency Flat Illumination System - BLU (Back-light Unit) for LCD Display Signage - Transparent Vehicle Display - Flexible and Rugged Display for Civilian and Military Applications source: GE source: UDC source: MicroSoft source: ARL/DARPA

ADVANCED TECHNOLOGY CTR MATERIALS RESEARCH TEAM 자동차 유리에 적용하기 위한 투명 유기 EL (TOLED)  Directed top emission  Transparency  High-ambient contrast  Multi-stacked devices 기존의 금속 Cathode (Top electrode) 를 투명한 전도성 ITO 등으로 대체 -> 상하부 양방향으로의 emission 투명성으로 인한 다층 구조 가능 -> Smart Glass 와 병행하여 사용 가능

ADVANCED TECHNOLOGY CTR MATERIALS RESEARCH TEAM * 자동차용 TOLED 성능 요구사항 * ※ Brightness for Brake Lamp ; 25~100 cd/bulb ※ cd/ ㎡ (nit) = fL, LCD : 250~300 nit

ADVANCED TECHNOLOGY CTR MATERIALS RESEARCH TEAM * 자동차용 TOLED 요구사항 *

ADVANCED TECHNOLOGY CTR MATERIALS RESEARCH TEAM Flexible TOLED 의 장점 - 안전성 * 플라스틱 기판의 적용 → 차량 적용 곡면에 장착 가능 - 곡면에 장착 가능 HUD (Head Up Display) 로 활용 가능 - HUD (Head Up Display) 로 활용 가능 ※ Inserting in laminated auto glass panel !!!!

ADVANCED TECHNOLOGY CTR MATERIALS RESEARCH TEAM 3 mm Off On 1 On 2 On 3 warning - Transparent (Window) Display; Demonstration

ADVANCED TECHNOLOGY CTR MATERIALS RESEARCH TEAM Vehicle Displays (chances and requirements) -Reconfigurable Cluster Lower logistics cost and better performance -Better human-vehicle interaction: Safety Minimizing driver distraction  better crash avoidance Communication between vehicles -May not have to be full-color, at the beginning Low density on-window display High density (such as navigation system) in-vehicle display Instrument Cluster on Windshield (RPM, Speed, Blindspot image -Should be environmentally robust; Temperature, UV, Humidity, mechanical shocks…

ADVANCED TECHNOLOGY CTR MATERIALS RESEARCH TEAM TOELD 의 자동차 Application  일광 (Daylight) 에서 판독 가능한 자동차 계기판  야간에도 식별하기 쉬운 W/S Navigation System  차량 내부 엔터테인먼트용 (PlayStation, HDTV)  차량용 Door Glass 화상 전화  내 외부 동시에 정보 표시 가능한 자동차 유리  차량 외부의 광고용 판넬  안전성을 높이는 브레이크 등 Universaldisplay Technology company Head-up Display Helmet for F1 driver

ADVANCED TECHNOLOGY CTR MATERIALS RESEARCH TEAM 영상표시계 (combiner) 으로 사용된 Windshield 허상 HUD Un i t Windshield Windshield - 영상표시 기능 반사거울 기본 영상 기본 영상 ( 밝기가 중요 ) 투영 거울 ( 표시화면의 주요 영상을 제공하며 앞유리 형상에 따른 왜곡을 보정해줌 ) 허상 운전자의 눈 기존 HUD 시스템 Windshield 에는 반사율이 유리와 다른 산화물 코팅 (TiO2/SiO2 복합층 ) 을 하거나 쐐기 형태의 PVB 필름을 삽입하는 방법등으로 유리 에 허상을 맺히게 하는 방안을 이용하고 있다.

ADVANCED TECHNOLOGY CTR MATERIALS RESEARCH TEAM 본 장치를 이용하면 자동차유리면 위에 휘도가 우수한 뚜렸한 실상을 맺히게 하므로 운전자가 정보를 명확하게 인식할 수 있으며 다 음장의 그림에서와 같이 투영장치가 없이 제작된 기본영상의 전기적 신호를 유리에 직접 공급하게 되므로 구성에 큰 공간이 필요한 기존의 HUD 용 Display 장치의 단점을 보완 할 수 있다. 자동차 접합 유리의 전면 또는 일부에 OLED 를 삽입하여 투 명한 Display 역할이 가능한 기능성 유리 (Tansparent Organic Light Emitting Device) OLED Glass 발광 상태 PVB (Poly Vinyl Butal) 접합필름 Substrate (PET) OLED Glass TOLED Glass 의 구조 Glass HUD System 의 영상표시장치를 제공함에 있어서, 자동차용 Windshield( 접 합유리 ) 내부에 직접 표시하고자 하는 영상을 컴퓨터 모니터와 같이 맺히게 하는 장치로서 전원 신호를 인가하는 경우숮자나 그림등의 정보가 유리에 표시되고 전원 신호를 차단하면 투명하게 되어 기존의 유리와 같은 기능을 하는 것을 특징으로 하는 표시 장치 임. 장치의 구조는 윗그림과 같이 투명 한 PET-film 위에 구성된 OLED 표시장치와 이 장치를 두 장의 접합유리 사이 에 넣고 접합 시킬 때 사용하는 PVB 또는 EVA film 으로 구성 되었음.

ADVANCED TECHNOLOGY CTR MATERIALS RESEARCH TEAM Windshield Windshield - TOLED 장치 삽입된 기본 영상 제공장치 실상 운전자의 눈 TOLED - HUD 시스템 TOLED - HUD 제조공정 유리 절단 / 성형 접합필름 준비 (PVB) OLED 장치 삽입  접합필름 공기빼기 - 3 단계처리 각 단계 4 분 torr 전극 장치 삽입 통전 / 검사 De-Airing & Bonding 공정 De-Airing & Bonding 공정 유리 접합 AutoCleve 가열, 가압 (10Bar, 75 분, 150 ℃ )

ADVANCED TECHNOLOGY CTR MATERIALS RESEARCH TEAM Outer Glass (2.1mm) Inner Glass (2.1mm) Poly Vinyl Butiral Film (0.78) 절 단 세 척 성 형 (650 ℃ X 2~3 분 ) 접 합 (150 ℃, 10 기압 ) 검 사 Laminated Glass 자동차용 접합유리

ADVANCED TECHNOLOGY CTR MATERIALS RESEARCH TEAM TOLED 를 이용한 디스플레이 장치의 예상 제조공정은 전 페이지의 그림과 같음. 공정은 대략 기존의 자동차용 유리의 접합 공정 중에 투명한 PET-film 위에 구성된 OLED 장치를 삽입하고 전원 신호를 보낼 수 있는 전극을 끼워 넣은 다음 후 기존의 PVB-film 을 접합하는 것과 같은 공정을 통하여 유리를 접합하게 됨. 상세 공정 * 1. 일반 자동차용 유리의 절단 / 성형공정을 거쳐 준비된 두께가 같은 2 장의 유리를 사용 함. 2. 두께 2.1mm 두 장의 유리와 같은 크기로 절단된 접합용 두께 0.38 mm Film 2 매 사이에 약 0.38 mm 두께로 제작 된 투명한 PET Film 상에 형성된 OLED 장치와 전극을 삽입. 3. 상기 공정은 일반적인 유리 접합에 사용되는 Clean Room 조건에서 수행 함. 4. 이렇게 접합 Film 사이에 삽입된 TOLED 장치에서 이들 사이에 존재하는 공기를 제거하기 위하여 진공 백에 정렬된 유리와 필름을 넣고 1 차로 10 -4torr 까지 감압 시킨 다음 50 ℃ 로 가열시키면서 약 4 분간 유지한다 차 유지 후 다시 같은 진공 하에서 약 100 ℃ 가열 하면서 다시 4 분간 유지 시킨다. 6. 이 후 마지막으로 전 항과 같은 조건으로 4 분간 유지하여 Deairing 시킨다. 7. 이렇게 공기 빼기를 실시한 가 접합 상태의 제품을 Auto – Cleve 내에 넣고 150 ℃의 온도로 9Bar 의 압력을 가하면서 75 분간 유지 시켜서 유리와 필름, TOLED 와 전극이 완전하게 접합 되도록 한다. 가능성 타진 1 단계 : Full Color 구현이 아닌 3 색 또는 5 색의 단순 정보 표시 장치가 가능한가 ? 2 단계 : 상기가 가능하다면 이를 기존 접합 필름 사이에 넣고 기존 자동차 유리 접합공정을 거쳐서 제작이 가능한가 ?

ADVANCED TECHNOLOGY CTR MATERIALS RESEARCH TEAM * Technological Requirements for TOLED * 박막형 봉합 필요성 (thin film encapsulation) - 기존 자동차 유리 접합공정 적용 플라스틱 기판을 사용하는 것이 절대 유리 - 가시광 투과율 ＞ 70% 플라스틱 기판을 사용하는 경우에 수분침투방지가 필수 - 우수한 전도성 ; ITO/FTA on PC, PET with 1.30×10 -4 Ω ㎝ - 내열성 : 150 ℃ X 75 min - 내압성 : 10 bar 저전력, 고효율 소자 필요성

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