KR100779980B1 - 유기 발광 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 능동구동형 유기 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 유기 발광 소자는 기판상에 적층되는 복수의 유기 발광부와, 상기 각각의 유기 발광부 상부 및 하부 중 적어도 일 영역에 적층되며, 투명성을 갖는 반도체 물질 및 도전 물질로 이루어진 능동 구동부를 포함한다. 이에 따라, 종래의 유기발광소자에 비해 발광 면적을 극대화할 수 있어 발광 효율을 향상시킬 수 있으며, 유기 발광 소자의 수명을 연장함으로써 소자 특성을 향상시킬 수 있다.
양면 발광, 투명 능동 구동부

Description

유기 발광 소자 및 그 제조방법{Organic Emission Device and The Manufacturing Method thereof}
도 1a는 종래 기술에 따른 배면 발광형 유기 발광 표시 장치의 구성을 나타내는 평면도이고, 도 1b 도 1a의 Ⅰ-Ⅰ선에 따른 개략적 단면 구조도이다.
도 2a는 종래 기술에 따른 전면 발광형 유기 발광 표시 장치의 구성을 나타내는 평면도이고, 도 2b 도 2a의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 개략적 단면 구조도이다.
도 3a는 종래 기술에 따른 양면 발광형 유기 발광 표시 장치의 구성을 나타내는 평면도이고, 도 3b는 도 3a의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 개략적 단면 구조도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 양면 발광형 유기 발광 소자의 구성을 나타내는 개략적 적층 구조도이고, 도 4b는 도 4a에 표시된 A영역을 구체적으로 도시한 부분 확대 단면도이다.
도 5a는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 양면 발광형 유기 발광 소자의 구성을 나타내는 개략적 적층 구조도이다.
도 5b는 본 발명에 따른 유기 발광 소자를 포함하는 유기 발광 표시장치의 개략도이다.
도 6a는 본 발명에 따른 전면 발광형 유기 발광 소자의 개략적인 적층 구조 도이고, 도 6b는 본 발명에 따른 배면 발광형 유기 발광 소자의 개략적인 적층 구조도이다.
** 도면의 주요 부분에 대한 설명 **
400, 500, 600, 600': 유기 발광 소자
410, 510: 능동 구동부 420: 적색 유기 발광부
440: 녹색 유기 발광부 460: 청색 유기 발광부
461: 제1 전극 462: 유기 발광층
463: 제2 전극 424, 464: 반사막
본 발명은 투명 반도체를 이용한 능동구동부를 포함하는 유기 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 복수의 유기 발광부와, 투명성을 갖는 반도체 물질 및 전도 물질로 이루어진 복수의 능동구동부가 적층된 유기 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
유기 발광 소자(organic emitting light device)는 전류가 흐르면 발광하는 유기물을 사용하는 발광 소자로, 일반적으로 애노드(anode)와 캐소드(cathod)로 이루어진 한 쌍의 전극과, 이들 전극 사이에 정공 주입층, 정공 수송층, 유기 발광 층, 전자 수송층 및 전자 주입층 등을 포함하는 구조이다. 이러한 구조의 유기 발광 소자는, 애노드와 캐소드로부터 유기 발광층으로 주입된 정공 및 전자가 결합하면서 빛을 발생시킨다. 상기 유기 발광 소자는 다른 평판표시장치보다 사용 온도 범위가 넓고 충격이나 진동에 강하여, 시야각이 넓고, 응답속도가 빠른 유기 발광 표시 장치에 이용될 수 있다.
도 1a는 종래 기술에 따른 배면 발광형 유기 발광 표시 장치의 구성을 나타내는 평면도이고, 도 1b 도 1a의 Ⅰ-Ⅰ선에 따른 개략적 단면 구조도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 유기 발광 표시 장치(100)는 기판(101)상에 형성되는 복수의 픽셀(102, 103, 104)을 포함한다. 각 픽셀(102, 103, 104)은 컬러 구현(R, G, B)을 위한 유기 발광부(120, 140, 160)와 각 유기 발광부(120, 140, 160)를 구동하는 구동부(110)를 포함한다. 구동부(110)는 유기 발광부(120, 140, 160)를 구동 제어하기 위해, 박막트랜지스터(미도시), 캐패시터(미도시) 및 전원선(미도시) 등을 포함한다. 구동부(110)를 구성하는 박막 트랜지스터는 일반적으로, 폴리 실리콘, 비정질 실리콘 및 유기 반도체 물질이 이용되며, 이들 물질은 빛을 투과하지 않기 때문에 구동부(110)가 형성된 영역에는 빛이 전달되지 않는다. 도 1b를 참조하면, 상기 유기 발광 표시 장치(100)는 구동부(110)가 형성된 영역으로는 빛이 투과하지 않으며, 유기 발광부(120, 140, 160)가 형성된 영역으로만 투과한다.
도 2a는 종래 기술에 따른 전면 발광형 유기 발광 표시 장치의 구성을 나타내는 평면도이고, 도 2b 도 2a의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 개략적 단면 구조도이다.
도 2a를 참조하면, 유기 발광 표시 장치(200)는 기판(201)상에 형성되는 복수의 픽셀(202, 203, 204)을 포함한다. 각 픽셀(202, 203, 204)은 컬러 구현을 위한 유기 발광부(220, 240, 260)와 각 유기 발광부(220, 240, 260)를 구동하는 구동부(210)를 포함한다. 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 각 픽셀(202, 203, 204)을 구성하는 구동부(210)는 유기 발광부(220, 240, 260)의 하부 영역에 형성되어 있다. 도 1a 및 도 1b에서 설명한 바와 같이, 구동부(210)를 구성하는 반도체 물질이 빛을 투과하지 않기 때문에 구동부(210)가 형성된 영역으로는 빛이 전달되지 않으며, 유기 발광부(220, 240, 260)가 형성된 상부 영역으로 빛이 전달된다.
최근에는, 전술한 유기 발광 표시 장치(100, 200)의 단점을 해결하기 위하여, 투명성을 갖는 반도체 물질(예를 들면, 넓은 광학적 갭을 갖는 산화물 계통의 물질)로 제작된 구동부를 이용하여 유기 발광 표시 장치를 제작한다.
도 3a는 종래 기술에 따른 양면 발광형 유기 발광 표시 장치의 구성을 나타내는 평면도이고, 도 3b는 도 3a의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 개략적 단면 구조도이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 유기 발광 표시 장치(300)는 기판(301)상에 형성된 복수의 픽셀(302, 303, 304)을 포함하며, 각 픽셀(302, 303, 304)은 컬러 구현을 위해 유기 발광부(320, 340, 360)와 유기 발광부(320, 340, 360)를 구동하는 구동부(310)를 포함한다. 상기 구동부(310)는 투명성을 갖는 반도체층과 도전층으 로 이루어진 미도시된 박막 트랜지스터 등을 포함한다. 도 3a 및 도 3b에 따르면, 구동부(310)가 투명성을 갖는 물질로 제작되기 때문에, 양면 발광이 가능하다.
그러나, 도 1 및 도 2의 유기 발광 표시 장치의 경우에는 불투명한 구동부의 설치 면적에 의해 발광 면적이 줄어든다는 단점이 있으며, 도 3은 구동부가 투명하기 때문에, 도 1 및 도 2에 비해 발광 면적이 넓다는 장점은 갖고 있지만, 일반적으로, 하나의 픽셀에 하나의 컬러만을 구현하기 때문에 유기 발광 표시 장치의 전체 발광 면적을 향상시키는 것은 용이하지 않다.
따라서, 본 발명은 전술한 문제점들을 개선하기 위해 고안된 발명으로, 본 발명의 목적은 투명성을 갖는 구동부를 사용하고, 하나의 픽셀 영역에 유기 발광부 및 구동부를 복수 개 적층함으로써, 하나의 유기 발광 소자가 복수 개의 색상을 구현하고, 이에 의해 발광 표시 장치의 전체 발광 면적을 극대화시킬 수 있는 유기 발광 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 투명성을 갖는 구동부를 이용함으로써, 구동부의 면적을 크게 할 수 있으므로 안전성 및 균일성이 향상된 안정한 회로를 포함하는 유기 발광 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 유기 발광 소자는 기판상에 적층되는 복수의 유기 발광부와, 상기 각각의 유기 발광부 상부 및 하부 중 적어도 일 영역에 적층되며, 투명성을 갖는 반도체 물질 및 도전 물질로 이루어진 능동구동부를 포함한다.
바람직하게, 상기 각 유기 발광부는 투명성을 갖는 제1 전극과, 상기 제1 전극 상에 형성되는 유기 발광층과, 상기 유기 발광층 상에 형성되는 투명성을 갖는 제2 전극을 포함한다. 상기 유기 발광층은 적색 유기 발광층, 녹색 유기 발광층, 청색 유기 발광층 및 백색 유기 발광층 중 하나이다. 전면 발광 가능하도록 상기 복수의 유기 발광부 중 최하부에 형성되는 유기 발광부는 상기 유기 발광층 하부에 형성되는 반사막을 포함한다. 배면 발광 가능하도록 상기 복수의 유기 발광부 중 최상부에 형성되는 유기 발광부는 상기 유기 발광층 상부에 형성되는 반사막을 포함한다. 상기 능동 구동부는 상기 유기 발광부에 전원(power source)을 전달하는 적어도 하나의 박막 트랜지스터를 포함한다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 본 유기 발광 소자의 제조 방법은 (ⅰ)기판상에 투명성을 갖는 반도체 물질과 도전 물질을 이용하여 능동구동부를 형성하는 단계와, (ⅱ) 상기 능동구동부와 전기적으로 연결되도록 상기 능동구동부의 상부 및 하부 중 어느 일 영역에 유기 발광부를 형성하는 단계와, (ⅲ) 상기 (ⅰ)단계 및 상기 (ⅱ) 단계를 소정 회수 반복 형성하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 소정 회수는 3 ~ 4회이다. 상기 유기 발광부를 형성하는 단계는, 투명성을 갖는 물질로 이루어진 제1 전극을 형성하는 단계, 상기 제1 전극 상에 유기 발광층을 형성하는 단계, 및 상기 유기 발광층 상에 투명성을 갖는 물질로 이루어진 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 유기 발광층은 적색 유기 발광층, 녹색 유기 발광층, 청색 유기 발광층 및 백색 유기 발광층 중 하나이다. 상기 투명성을 갖는 물질은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide) 및 ITZO(indium tin zinc oxide) 등과 같은 도전성 금속 산화물이다. 전면 발광 가능하도록 상기 복수의 유기 발광부 중 최하부에 적층된 유기 발광부의 유기 발광층 하부에 반사막을 형성한다. 배면 발광 가능하도록 상기 복수의 유기 발광부 중 최상부에 적층된 유기 발광부의 유기 발광층 상부에 반사막을 형성한다. 상기 능동구동부는 상기 유기 발광부에 전원을 전달하는 적어도 하나의 박막 트랜지스터를 포함한다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 소자 및 그 제조방법과 그를 이용한 유기 발광 표시 장치의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 4a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 양면 발광형 유기 발광 소자의 구성을 나타내는 개략적 적층 구조도이고. 도 4b는 도 4a에 표시된 A영역을 구체적으로 도시한 부분 확대 단면도이다.
도 4a를 참조하면, 본 유기 발광 소자(400)는 기판(401)과, 기판(401)상에 형성되는 복수의 능동구동부(410)와, 각 능동구동부(410) 상에 각각 형성되는 유기 발광부(420, 440, 460)를 포함한다.
기판(401)은 투명성을 갖는 물질(예를 들면, 유리 기판, 투명 플라스틱 등)을 이용하며, 기판(401) 상에는 능동구동부(410)를 형성하고, 능동구동부(410) 상에는 적색 유기 발광부(420)를 형성한다. 적색 유기 발광부(420) 상에는 능동구동부(410)가 형성되고, 능동구동부(410) 상에는 녹색 유기 발광부(440)가 형성된다. 다음, 녹색 유기 발광부(440) 상에는 능동구동부(410)가 형성되고, 능동구동부(410) 상에는 청색 유기 발광부(460)가 형성된다. 여기서, 적색, 녹색 및 청색 유기 발광부(420, 440, 460)는 각각 투명성을 갖는 도전 물질로 이루어진 제1 전극(미도시)과, 제1 전극 상에 형성되는 적색, 녹색 및 청색 유기 발광층(미도시)과, 적색, 녹색 및 청색 유기 발광층 상에 형성되는 제2 전극(미도시)을 포함한다.
각 능동구동부(410)는 각 유기 발광부(420, 440, 460)를 구동하기 위해 적어도 하나의 박막 트랜지스터(미도시)를 포함하며, 상기 박막 트랜지스터는 투명성을 갖는 반도체 물질 및 도전 물질을 이용하여 형성한다. 능동구동부(410)는 각 유기 발광부(420, 440, 460)의 면적보다 작거나 같은 크기로 형성할 수 있으며, 각 능동구동부(410)의 형성 위치 역시 적절하게 조절할 수 있다. 본 실시 예에서는 능동구동부(410)의 크기를 유기 발광부(420, 440, 460)보다 작게 하고 각 능동구동부(410)의 형성위치가 상호 겹치지 않게 적층 형성한다.
도 4b는 도 4a의 A영역을 확대한 측단면도로, 청색 유기 발광부(460)와 이를 구동하는 능동구동부(410)의 세부 구조가 구체적으로 개시되어 있다. 능동구동부(410)를 구성하는 박막 트랜지스터(411)는 투명한 반도체 물질로 이루어진 반도체층(412), 게이트 전극(413a), 및 소스/드레인 전극(413b)을 포함한다. 이들 각층과 층 사이에는 절연막이 형성되어 있으며, 소스/드레인 전극(413b) 상에 형성된 절연막 상에는 청색 유기 발광부(460)의 제1 전극(461)이 연결된다. 청색 유기 발광부(460)는 제1 전극(461), 청색 유기 발광층(462) 및 제2 전극(463)을 포함한다. 제1 전극(461) 및 제2 전극(463)은 투명성을 갖는 도전 물질(예를 들면, ITO(Indium Tine Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 등)으로 이루어진다.
이처럼, 투명성을 갖는 물질로 이루어진 능동구동부(410)를 이용하여, 양면 발광할 수 있으며, 각 능동구동부(410)에 연결된 유기 발광부(420, 440, 460)를 개별적으로 구동시킬 수 있다.
전술한 실시 예에서는 청색 유기 발광부(460)와 이를 구동하는 능동구동부(410)를 구체적으로 설명하였으나, 적색 및 녹색 유기 발광부(420, 440) 역시 역시 청색 유기 발광부(460) 및 능동구동부(410)와 그 구조가 동일하다.
도 5a는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 양면 발광형 유기 발광 소자의 구성을 나타내는 개략적 적층 구조도이다. 도 5a를 참조하면, 본 유기 발광 소자(500)는 기판(401)과, 기판(401)상에 형성되는 복수의 능동구동부(510), 각 능동구동부(510) 상에 각각 형성되는 유기 발광부(420, 440, 446)를 포함한다. 도 5a를 참조하면, 능동 구동부(510)의 형성영역이 유기 발광부(420, 440, 460) 크기와 거의 동일한 크기로 형성되어 있다. 그외 다른 구성 요소들(적색, 녹색 및 청색 유기 발광부(420, 440, 460))은 도 4에 개시된 구성요소들과 동일하므로 전술한 도 4의 설명을 참조한다. 또한, 능동 구동부(510)는 능동 구동부(410)와 형성 크기만 상 이할 뿐 그 구조는 동일하다.
도 5b는 본 발명에 따른 유기 발광 소자(500)를 포함하는 유기 발광 표시장치의 개략도이다. 도 5b를 참조하면, 본 발명에 따른 유기 발광 표시장치(1)는 기판(401)상에 복수의 픽셀(402,..., 402n)이 형성되어 있으며, 각 픽셀(402,...,402n)에는 유기 발광 소자(500,..., 500n)가 각각 형성된다. 각 유기 발광 소자(500,..., 500n)는 적색, 녹색 및 청색 유기 발광부(420, 440, 460)와 유기 발광부(420, 440, 460)를 각각 구동하는 적색, 녹색 및 청색 능동구동부(510)를 포함하고 있으므로, 픽셀 면적이 단위 픽셀 면적과 동일하여도 최소한 3배 이상의 발광면적을 증대할 수 있다. 즉, 기존의 유기 발광 표시장치는 하나의 픽셀에 하나의 색상만을 구현할 수 있으나, 본 실시 예에 따르면, 각 능동구동부에 각각 연결된 유기 발광부에 의해 하나의 픽셀 영역에서 세 가지 이상의 컬러를 구현할 수 있다. 또한, 능동구동부의 형성 면적이 증대되어 유기 발광 소자의 구동을 더욱 안정하게 제어할 수 있다.
도 6a는 본 발명에 따른 전면 발광형 유기 발광 소자의 개략적인 적층 구조도이고, 도 6b는 본 발명에 따른 배면 발광형 유기 발광 소자의 개략적인 적층 구조도이다. 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 유기 발광 소자(600, 600')는 기판(401)과, 기판(401)상에 형성되는 복수의 능동구동부(510), 각 능동구동부(510) 상에 각각 형성되는 유기 발광부(420, 440, 460)를 포함한다. 이들 실시 예에 개 시된 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략하고, 전술을 참조한다. 도 4b를 참조하면, 일반적으로 유기 발광부(460)는 제1 전극(461), 유기 발광층(462) 및 제2 전극(463)을 포함한다. 도 6a를 참조하면, 최하부의 유기 발광부(420)에 반사막(424)이 형성되어 있기 때문에, 기판(401) 측(즉, 배면)으로의 빛의 방출 없이 전면 발광을 유도한다. 또한, 도 6b를 참조하면, 최상부의 유기 발광부(460)에 반사막(464)이 형성되어 있기 때문에 배면 발광을 유도한다. 일반적으로, 반사막(424, 464)은 Al, Ag, LiAl, Mg/Al, Mg/Ag 등을 이용하여 형성한다.
전술한 실시 예들에서는 각 유기 발광부와 능동 구동부를 순차 적층하는 것이 개시되어 있으나, 이와 달리 색상별로 패널을 제작하여, 즉, 적색 유기 발광부와 이와 연결되어 있는 능동 구동부를 하나의 패널에 제작하고, 청색 유기 발광부와 능동 구동부, 및 녹색 유기 발광부와 능동 구동부를 각각 패널 단위로 제작하여 패널을 적층할 수 있다.
전술한 실시 예들에서는 적색, 청색, 녹색 유기 발광부가 모두 형성된 유기 발광 소자가 형성되어 있으나, 이들에 한정하지 않고 다양한 다른 색상 또는 백색 등을 선택하여 다양한 형태로 적층 할 수 있다.
이상, 전술에 따르면, 본 발명은 투명성을 갖는 반도체 물질을 이용하는 능동 구동부와, 투명성을 갖는 도전층을 이용하는 유기 발광부를 복수 개 적층함으로써, 발광 면적을 극대화시킬 수 있다.
또한, 능동 구동부의 크기를 적절하게 조절함으로써, 소자의 동작 안정성 및 균일성을 보장할 수 있는 더욱 안정한 회로를 다양하게 구현할 수 있다. 이에 따라, 유기 발광 소자의 발광 효율을 향상시키고 소자의 수명을 연장함으로써 소자 특성을 향상시킬 수 있다.

Claims (14)

  1. 기판상에 적층되는 복수의 유기 발광부와,
    상기 각각의 유기 발광부 상부 및 하부 중 적어도 일 영역에 적층되고, 투명성을 갖는 반도체 물질 및 도전 물질로 이루어지며, 상기 유기 발광부에 전원(power source)을 전달하는 적어도 하나의 박막 트랜지스터를 포함하는 능동구동부
    를 포함하는 유기 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각 유기 발광부는
    투명성을 갖는 제1 전극과, 상기 제1 전극 상에 형성되는 유기 발광층과, 상기 유기 발광층 상에 형성되는 투명성을 갖는 제2 전극을 포함하는 유기 발광 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유기 발광층은 적색 유기 발광층, 녹색 유기 발광층, 청색 유기 발광층 및 백색 유기 발광층 중 하나인 유기 발광 소자.
  4. 제2항에 있어서,
    전면 발광 가능하도록 상기 복수의 유기 발광부 중 최하부에 형성되는 유기 발광부는 상기 유기 발광층 하부에 형성되는 반사막을 더 포함하는 유기 발광 소자.
  5. 제2항에 있어서,
    배면 발광 가능하도록 상기 복수의 유기 발광부 중 최상부에 형성되는 유기 발광부는 상기 유기 발광층 상부에 형성되는 반사막을 더 포함하는 유기 발광 소자.
  6. 삭제
  7. (ⅰ)기판상에 투명성을 갖는 반도체 물질과 도전 물질을 이용하여 능동구동부를 형성하는 단계와,
    (ⅱ) 상기 능동구동부와 전기적으로 연결되도록 상기 능동구동부의 상부 및 하부 중 어느 일 영역에 유기 발광부를 형성하는 단계와,
    (ⅲ) 상기 (ⅰ)단계 및 상기 (ⅱ) 단계를 소정 회수 반복 형성하는 단계
    를 포함하는 유기 발광 소자의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 소정 회수는 3 ~4회인 유기 발광 소자의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 유기 발광부를 형성하는 단계는,
    투명성을 갖는 물질로 이루어진 제1 전극을 형성하는 단계,
    상기 제1 전극 상에 유기 발광층을 형성하는 단계, 및
    상기 유기 발광층 상에 투명성을 갖는 물질로 이루어진 제2 전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 유기 발광 소자의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 유기 발광층은 적색 유기 발광층, 녹색 유기 발광층, 청색 유기 발광층 및 백색 유기 발광층 중 하나인 유기 발광 소자의 제조 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 투명성을 갖는 물질은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide) 및 ITZO(indium tin zinc oxide) 등과 같은 도전성 금속 산화물인 유기 발광 소자의 제조 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    전면 발광 가능하도록 상기 복수의 유기 발광부 중 최하부에 적층된 상기 유기 발광부의 유기 발광층 하부에 반사막을 형성하는 유기 발광 소자의 제조방법.
  13. 제9항에 있어서,
    배면 발광 가능하도록 상기 복수의 유기 발광부 중 최상부에 적층된 상기 유기 발광부의 유기 발광층 상부에 반사막을 형성하는 유기 발광 소자의 제조방법.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 능동구동부는 상기 유기 발광부에 전원을 전달하는 적어도 하나의 박막 트랜지스터를 포함하는 유기 발광 소자의 제조방법.
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