KR101242030B1 - 유기전계발광 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화소영역과 상기 화소영역 내에 박막트랜지스터가 형성되는 소자 영역이 정의된 기판 상의 상기 소자영역에 대응하여 형성된 제 1 차광패턴과; 상기 차광패턴 상부로 전면에 형성된 버퍼층과; 상기 버퍼층 상부로 상기 제 1 차광패턴에 대응하여 형성된 액티브층과 상기 액티브층 양측으로 각각 형성된 오믹콘택층을 포함하는 반도체층과, 상기 반도체층 상부로 형성된 게이트 절연막과, 상기 게이트 절연막 위로 상기 액티브층과 중첩하며 형성된 게이트 전극, 그리고 상기 액티브층 양측의 오믹콘택층과 각각 접촉하며 형성된 소스 및 드레인 전극을 포함하는 구동 박막트랜지스터와; 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 형성된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극 위로 형성된 유기 발광층과; 상기 유기 발광층 위로 전면에 형성된 제 2 전극을 포함하며 상기 제 1 차광패턴은 상기 액티브층과 "일부분만이 중첩"하도록 형성된 것을 특징으로 함으로써 광누설전류 발생을 방지하는 동시에 상기 차광패턴에 기인한 바디효과를 억제할 수 있는 유기전계발광 소자를 제공한다.

유기전계발광 소자, 광누설전류, 바디효과, 웨이빙 노이즈, 차광패턴

Description

유기전계발광 소자 {Organic Electroluminescent Device}

도 1은 일반적인 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자의 한 화소에 대한 회로도.

도 2는 종래의 하부발광방식 유기전계발광 소자에 대한 개략적인 단면도.

도 3은 상기 도 2에 도시한 하부발광방식 유기전계발광 소자의 구동 박막트랜지스터를 포함하는 하나의 화소영역에 대한 확대 단면도.

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 하부발광 방식 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자의 일부를 도시한 것으로써 구동 박막트랜지스터 및 유기전계발광 다이오드를 포함하는 하나의 화소영역에 대한 단면도.

도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계발광 소자의 구동 박막트랜지스터가 형성된 구동영역 일부를 도시한 평면도.

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 하부발광 방식 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자의 일부를 도시한 것으로써 구동 박막트랜지스터 및 유기전계발광 다이오드를 포함하는 하나의 화소영역에 대한 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

100 : 절연기판 105 : 차광패턴

108 : 버퍼층 115 : 반도체층

115a : 액티브층 115b, 115c : 오믹콘택층

118 : 게이트 절연막 125 : 게이트 전극

130 : 층간절연막 133, 136 : 제 1, 2 반도체층 콘택홀

145 : 소스 전극 147 : 드레인 전극

150 : 전원배선 155 : 제 1 전극

160 : 격벽 165 : 유기 발광층

170 : 제 2 전극

DA : 구동영역 LA : 발광영역

P : 화소영역

본 발명은 유기전계발광 소자(Organic Electroluminescent Device)에 관한 것이며, 특히 외부광에 의한 광누설 전류를 억제하며 명암비 및 소비전력을 개선시킨 것을 특징으로 하는 유기전계발광 소자에 관한 것이다.

평판 디스플레이(FPD ; Flat Panel Display)중 하나인 유기전계발광 소자는 높은 휘도와 낮은 동작 전압 특성을 갖는다. 또한 스스로 빛을 내는 자체발광형이기 때문에 명암대비(contrast ratio)가 크고, 초박형 디스플레이의 구현이 가능하며, 응답시간이 수 마이크로초(㎲) 정도로 동화상 구현이 쉽고, 시야각의 제한이 없으며 저온에서도 안정적이고, 직류 5 내지 15V의 낮은 전압으로 구동하므로 구동회로의 제작 및 설계가 용이하다.

또한 상기 유기전계발광 소자의 제조공정은 증착(deposition) 및 인캡슐레이션(encapsulation) 장비가 전부라고 할 수 있기 때문에 제조 공정이 매우 단순하다.

이러한 특성을 갖는 유기전계발광 소자는 크게 패시브 매트릭스 타입과 액티브 매트릭스 타입으로 나뉘어지는데, 패시브 매트릭스 방식에서는 주사선(scan line)과 신호선(signal line)이 교차하면서 매트릭스 형태로 소자를 구성하므로, 각각의 픽셀을 구동하기 위하여 주사선을 시간에 따라 순차적으로 구동하므로, 요구되는 평균 휘도를 나타내기 위해서는 평균 휘도에 라인수를 곱한 것 만큼의 순간 휘도를 내야만 한다.

그러나, 액티브 매트릭스 방식에서는, 픽셀(pixel)을 온/오프(on/off)하는 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Thin Film Transistor)가 서브픽셀(sub pixel)별로 위치하고, 이 박막트랜지스터와 연결된 제 1 전극은 서브픽셀 단위로 온/오프되고, 이 제 1 전극과 대향하는 제 2 전극은 공통전극이 된다.

그리고, 상기 액티브 매트릭스 방식에서는 픽셀에 인가된 전압이 스토리지 캐패시터(C_ST ; storage capacitance)에 충전되어 있어, 그 다음 프레임(frame) 신호가 인가될 때까지 전원을 인가해 주도록 함으로써, 주사선 수에 관계없이 한 화면동안 계속해서 구동한다. 따라서, 낮은 전류를 인가하더라도 동일한 휘도를 나타내므로 저소비전력, 고정세, 대형화가 가능한 장점을 가지므로 최근에는 액티브 매트릭스 타입의 유기전계발광 소자가 주로 이용되고 있다.

이하, 이러한 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자의 기본적인 구조 및 동작특성에 대해서 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 일반적인 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자의 한 화소에 대한 회로도이다.

도시한 바와 같이 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자의 하나의 화소는 스위칭(switching) 박막트랜지스터(STr)와 구동(driving) 박막트랜지스터(DTr), 스토리지 캐패시터(StgC), 그리고 유기전계발광 다이오드(E)로 이루어진다.

즉, 제 1 방향으로 게이트 배선(GL)이 형성되어 있고, 이 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 형성되어 화소영역(P)을 정의하며 데이터 배선(DL)이 형성되어 있으며, 상기 데이터 배선(DL)과 이격하며 전원전압을 인가하기 위한 전원배선(PL)이 형성되어 있다.

또한, 상기 데이터 배선(DL)과 게이트 배선(GL)이 교차하는 부분에는 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 형성되어 있으며, 상기 스위칭 박막트랜지스터(STr)와 전기적으로 연결된 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되어 있다.

이때, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)는 유기전계발광 다이오드(E)와 전기적으로 연결되고 있다. 즉 상기 유기전계발광 다이오드(E)의 일측 단자인 제 1 전극은 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극과 연결되고, 타측 단자인 제 2 전극은 전원배선(PL)과 연결되고 있다. 이때, 상기 전원배선(PL)은 전원전압을 상기 유기전계발광 다이오드(E)로 전달하게 된다.

또한, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 게이트 전극과 소스 전극 사이에는 스토리지 커패시터(StgC)가 형성되고 있다.

따라서, 상기 게이트 배선(GL)을 통해 신호가 인가되면 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 온(on) 되고, 상기 데이터 배선(DL)의 신호가 구동 박막트랜지스터(DTr)의 게이트 전극에 전달되어 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)가 온(on) 되므로 유기전계발광 다이오드(E)를 통해 빛이 출력된다. 이때, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)가 온(on) 상태가 되면, 전원배선(PL)으로부터 유기전계발광 다이오드(E)에 흐르는 전류의 레벨이 정해지며 이로 인해 상기 유기전계발광 다이오드(E)는 그레이 스케일(gray scale)을 구현할 수 있게 되며, 상기 스토리지 커패시터(StgC)는 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 오프(off) 되었을 때, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 게이트 전압을 일정하게 유지시키는 역할을 함으로써 상기 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 오프(off) 상태가 되더라도 다음 프레임(frame)까지 상기 유기전계발광 다이오드(E)에 흐르는 전류의 레벨을 일정하게 유지할 수 있게 된다.

이러한 구동을 하는 유기전계발광 소자는 유기전계발광 다이오드를 통해 발광된 빛의 투과방향에 따라 상부 발광방식(top emission type)과 하부 발광방 식(bottom emission type)으로 나뉜다.

도 2는 종래의 하부발광방식 유기전계발광 소자에 대한 개략적인 단면도이다.

도시한 바와 같이, 제 1, 2 기판(10, 30)이 서로 대향되게 배치되어 있고, 제 1, 2 기판(10, 30)의 가장자리부는 씰패턴(40 ; seal pattern)에 의해 봉지되어 있으며, 제 1 기판(10)의 상부에는 각 화소영역 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되어 있고, 상기 각각의 구동 박막트랜지스터(DTr)와 연결되어 제 1 전극(12)이 형성되어 있고, 상기 제 1 전극(12) 상부에는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 연결되며 적(Red), 녹(Green), 청(Blue)색에 대응되는 발광물질을 포함하는 유기 발광층(14)이 형성되어 있고, 유기 발광층(14) 상부에는 전면에 제 2 전극(16)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제 1, 2 전극(12, 16)은 상기 유기 발광층(14)에 전계를 인가해주는 역할을 한다.

그리고, 전술한 씰패턴(40)에 의해서 상기 제 1 기판(10) 상에 형성된 제 2 전극(16)과 제 2 기판(30)은 일정간격 이격되어 있으며, 상기 제 2 기판(30)의 내부면에는 외부로의 수분을 차단하는 흡습제(32) 및 상기 흡습제(32)와 제 2 기판(30)간의 접착을 위한 반투성 테이프가 포함되어 있다.

이러한 구조를 갖는 유기전계발광 소자는 상기 제 1 전극(12)을 양극(anode)으로, 제 2 전극(16)을 음극(cathode)으로 구성할 경우, 상기 제 1 전극(12)은 투명도전성 물질 중 일함수가 높은 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO)로써 형성하고, 제 2 전극(16)은 일함수가 낮은 금속물질에서 선택되며 상기 유기 발광층은 발광 효율 을 극대화하기 위해 다층으로 형성되기도 한다.

도 3은 상기 도 2에 도시한 하부발광방식 유기전계발광 소자의 구동 박막트랜지스터를 포함하는 하나의 화소영역에 대한 확대 단면도이다. 이때, 유기전계발광 다이오드가 형성된 제 1 기판만을 도시하였다.

도시한 바와 같이, 투명한 절연기판(50) 상에는 실리콘의 액티브층(55a)과 오믹콘택층(55b)으로 구성된 반도체층(55), 게이트 절연막(58), 게이트 전극(63), 상기 오믹콘택층(55b)을 각각 노출시키는 제 1, 2 반도체층 콘택홀(69, 71)을 갖는 층간절연막(67), 소스 및 드레인 전극(75, 77)이 차례대로 형성되어 구동 박막트랜지스터(DTr)를 구성하고 있으며, 상기 소스 및 드레인 전극(75, 77)은 각각 전원배선(79) 및 유기전계발광 다이오드(E)와 연결되어 있다.

또한 상기 유기전계발광 다이오드(E)는 유기 발광층(87)이 개재된 상태로 서로 대향된 제 1 전극(82) 및 제 2 전극(89)으로 구성된다. 상기 유기전계발광 다이오드(E)는 자체 발광된 빛을 외부로 방출시키는 발광 영역에 위치한다.

하지만 이러한 구조를 갖는 하부발광 방식 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자에 있어 특히 스위칭 및 구동 소자로 사용되는 박막트랜지스터는 빛에 대해 매우 민감하며, 빛이 상기 스위칭 또는 구동 박막트랜지스터에 입사 될 경우, 광누설 전류가 생기게 되며, 이는 상기 박막트랜지스터의 문턱전압(threshold voltage) 또는 상기 액티브층 내에서의 이동도 등의 소자 특성에 영향을 끼치게 되어 결과적으로는 명암 대비비(contrast ratio)를 낮추며 소비전력을 증가시키고, 화면상에 웨이빙 노이즈(waving noise)를 야기 시킴으로써 표시 품질을 저하시키게 된다.

특히 박막트랜지스터의 액티브층 내부로 입사되어 광누설 전류의 발생을 야기시키는 광으로는 유기전계발광 다이오드가 빛을 발할 때 생기는 내부광과 외부의 태양광이나 실내 형광등 또는 백열등과 같은 외부광이 있는데, 대부분의 광누설 전류는 주로 외부광에 의해 발생한다.

더욱이 이러한 광누설 전류는 조사되는 빛의 광량에 따라 바뀌지만 심한 경우 수 나노 암페어(nA : nano ampere)까지 누설되어, 발광 후 수 밀리 초(ms : milli-second) 경과 후 빛이 발광하지 않는 문제를 더욱 발생시키며, 광누설 전류에 의해 원하지 않을 때에도 유기전계발광 다이오드에서 빛이 방출되므로 박막트랜지스터 및 유기전계발광 다이오드가 쉽게 열화되는 문제가 발생한다.

또한 이러한 광 누설 전류에 의해 웨이빙 노이즈(waving noise)가 발생하여 화질불량을 초래하는 문제가 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 박막트랜지스터 하부에 차광패턴을 형성하여 박막트랜지스터의 광누설 전류의 발생을 억제하여 이에 의해 발생하는 웨이빙 노이즈(waving noise) 불량과 명암 대비비(contrast ration) 저하 및 소비전력 상승의 문제를 해결하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기전계발광 소자는 화소영역과 상기 화소영역 내에 박막트랜지스터가 형성되는 소자 영역이 정의된 기판 상의 상기 소자영역에 대응하여 형성된 제 1 및 제 2 차광패턴과; 상기 제 1 및 제 2 차광패턴 상부로 전면에 형성된 버퍼층과; 상기 버퍼층 상부로 상기 제 1 차광패턴에 대응하여 형성된 액티브층과 상기 액티브층 양측으로 각각 형성된 오믹콘택층을 포함하는 반도체층과, 상기 반도체층 상부로 형성된 게이트 절연막과, 상기 게이트 절연막 위로 상기 액티브층과 중첩하며 형성된 게이트 전극, 그리고 상기 액티브층 양측의 오믹콘택층과 각각 접촉하며 형성된 소스 및 드레인 전극을 포함하는 구동 박막트랜지스터와; 상기 버퍼층 상부로 상기 제 2 차광패턴에 대응하여 형성되며 상기 구동 박막트랜지스터와 동일한 적층 구성을 갖는 스위칭 박막트랜지스터와; 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 형성된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극 위로 형성된 유기 발광층과; 상기 유기 발광층 위로 전면에 형성된 제 2 전극을 포함하며 상기 제 1 차광패턴은 상기 구동 박막트랜지스터의 액티브층과 "일부분만이 중첩"하도록 형성되며, 상기 제 2 차광패턴은 상기 스위칭 박막트랜지스터의 액티브층과 완전 중첩되도록 형성된 것이 특징으로 한다.

이때, 상기 반도체층과 소스 및 드레인 전극 사이에는 상기 오믹콘택층을 각각 노출시키는 제 1, 2 반도체층 콘택홀을 갖는 층간절연막이 더욱 형성된다.

또한, 상기 게이트 전극이 형성된 동일한 층에 일방향으로 연장하는 게이트 배선과; 상기 소스 및 드레인 전극이 형성된 동일한 층에 상기 게이트 배선과 교차하여 상기 화소영역을 정의하는 데이터 배선을 더욱 포함하며, 상기 게이트 배선과 데이터 배선은 상기 스위칭 박막트랜지스터와 연결된 것이 특징이며, 상기 데이터 배선이 형성된 동일한 층에 상기 데이터 배선과 이격하며 전력배선이 더욱 형성된 것이 특징이다. 또한 이때, 상기 데이터 배선과 구동 박막트랜지스터 및 스위칭 박막트랜지스터 위로 이들 구성요소와 중첩하며 상기 제 1 전극을 노출시키는 개구부를 갖는 보호층을 더욱 포함하며, 상기 유기 발광층은 제 1 전극의 상부를 포함하여 상기 개구부 내의 보호층 측면까지 연장 형성된 것이 특징이다.

삭제

또한, 상기 구동 박막트랜지스터의 액티브층과 일부 중첩하는 상기 제 1 차광패턴 영역은 상기 구동 박막트랜지스터의 액티브층 면적의 90% 내지 95%인 것이 특징이며, 상기 구동 박막트랜지스터의 액티브층과 중첩된 제 1 차광패턴 영역은 상기 구동 박막트랜지스터의 소스 전극과 접촉하는 오믹콘택층과 인접한 액티브층과는 완전히 중첩하며 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하는 오믹콘택층과 인접한 액티브층 부분에 대해 소정폭은 중첩되지 않도록 형성됨으로써 상기 소정폭이 상기 구동 박막트랜지스터의 오믹콘택층 사이에 형성된 상기 액티브층의 폭(채널길이)의 5% 내지 10%가 되도록 형성된 것이 특징이다.

또한, 상기 제 1 또는 제 2 차광패턴은 빛을 차단하는 특성을 갖는 무기 또는 유기 절연물질로 이루어진 것이 특징이다.

본 발명에 따른 또 다른 특징을 갖는 유기전계발광 소자는 화소영역과 상기 화소영역 내에 박막트랜지스터가 형성되는 소자 영역이 정의된 기판 상의 상기 소자영역에 대응하여 형성된 제 1 및 제 2 차광패턴과; 상기 제 1 및 제 2 차광패턴 상부로 전면에 형성된 버퍼층과; 상기 버퍼층 상부로 상기 제 1 차광패턴에 대응하여 형성된 액티브층 및 상기 액티브층 양측으로 각각 형성된 오믹콘택층을 포함하는 반도체층과, 상기 반도체층 상부에 형성된 게이트 절연막과, 상기 게이트 절연막 위로 상기 액티브층과 중첩하며 형성된 게이트 전극과, 상기 게이트 전극과 게이트 절연막을 덮으며 상기 액티브층 양측의 오믹콘택층을 각각 노출시키는 제 1, 2 반도체층 콘택홀을 가지며 형성된 층간절연막과, 상기 층간절연막 위로 상기 제 1, 2 반도체층 콘택홀을 통해 오믹콘택층과 각각 접촉하며 형성된 소스 및 드레인 전극을 포함하는 구동 박막트랜지스터와; 상기 버퍼층 상부로 상기 제 2 차광패턴에 대응하여 형성되며 상기 구동 박막트랜지스터와 동일한 적층 구성을 갖는 스위칭 박막트랜지스터와; 상기 층간절연막 위로, 상기 층간절연막 내에 더욱 형성되어 상기 제 1 차광패턴을 노출시키는 차광패턴 콘택홀을 통해 상기 제 1 차광패턴과 접촉하는 전력배선과; 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 형성된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극 위로 형성된 유기 발광층과; 상기 유기 발광층 위로 전면에 형성된 제 2 전극을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 차광패턴은 각각 상기 구동 박막트랜지스터 및 스위칭 박막트랜지스터의 액티브층과 각각 완전 중첩하도록 형성된 것이 특징이다.

이때, 상기 게이트 전극이 형성된 동일한 층에 일방향으로 연장하는 게이트 배선과; 상기 소스 및 드레인 전극이 형성된 동일한 층에 상기 게이트 배선과 교차하여 상기 화소영역을 정의하는 데이터 배선을 더욱 포함하며, 상기 게이트 배선과 데이터 배선은 상기 스위칭 박막트랜지스터와 연결된 것이 특징이다. 이때, 상기 제 1 및 제 2 차광패턴은 불투명 도전 물질로 이루어진 것이 특징이며, 또한 이때, 상기 데이터 배선과 구동 박막트랜지스터 및 스위칭 박막트랜지스터 위로 이들 구성요소와 중첩하며 상기 제 1 전극을 노출시키는 개구부를 갖는 보호층을 더욱 포함하며, 상기 유기 발광층은 제 1 전극의 상부를 포함하여 상기 개구부 내의 보호층의 측면까지 연장 형성된 것이 특징이다.

삭제

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

<제 1 실시예>

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 하부발광 방식 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자의 일부를 도시한 것으로써 구동 박막트랜지스터 및 유기전계발광 다이오드를 포함하는 하나의 화소영역에 대한 단면도이다. 이때 설명의 편의를 위해 구동 박막트랜지스터가 형성되는 영역을 구동영역, 그리고 발광 다이오드가 형성되는 영역을 발광영역이라 정의한다. 그리고 도면에는 나타내지 않았지만 스위칭 박막트랜지스터가 형성되는 영역을 스위칭 영역이라 정의한다.

도시한 바와 같이, 투명한 절연기판(100) 상에 각 화소영역(P) 내의 구동영역(DA) 더욱 정확히는 반도체층(115) 내의 채널이 형성되는 액티브층(115a) 일부에 대응하여 빛의 투과를 차단하는 유기 또는 무기절연물질 및 금속물질로 이루어진 차광패턴(105)이 형성되어 있으며, 상기 차광패턴(105) 위로 전면에 버퍼층(108)이 형성되어 있다. 이때 상기 버퍼층(108)은 그 표면이 평탄하게 형성되고 있음을 알 수 있다. 이는 그 상부에 형성되는 반도체층(115)이 단차가 발생하지 않도록 하기 위함이다.

또한 상기 버퍼층(108) 상부로는 상기 구동영역(DA)에 대응하여 실리콘으로 이루어지며 그 중앙부는 채널을 이루는 액티브층(115a) 그리고 상기 액티브층(115a) 양측면으로 고농도의 불순물이 도핑된 오믹콘택층(115b, 115c)으로 구성된 반도체층(115)이 형성되어 있으며, 상기 반도체층(115) 위로는 게이트 절연막(118)이 형성되어 있다.

또한 상기 게이트 절연막(118) 위로는 상기 액티브층(115a)에 대응하여 게이트 전극(125)과 도면에 나타내지 않았지만 일방향으로 연장하는 게이트 배선이 형성되어 있다.

또한, 상기 게이트 전극(125)과 게이트 배선(미도시) 위로 전면에 층간절연막(130)이 형성되어 있으며, 이때, 상기 층간절연막(130)과 그 하부의 게이트 절연막(118)은 상기 액티브층(115a) 양측면에 위치한 상기 오믹콘택층(115b, 115c)을 각각 노출시키는 제 1, 2 반도체층 콘택홀(133, 136)이 형성되어 있다.

다음, 상기 제 1, 2 반도체층 콘택홀(133, 136)을 포함하는 층간절연막(130) 상부로는 상기 구동영역(DA)에 대응하여 서로 이격하며 상기 제 1, 2 반도체층 콘택홀(133, 136)을 통해 노출된 오믹콘택층(115b, 115c)과 각각 접촉하는 소스 및 드레인 전극(145, 147)이 형성되어 있다. 이때, 상기 소스 및 드레인 전극(145, 147)과 이들 전극(145, 147)과 접촉하는 오믹콘택층(115b, 115c)을 포함하는 반도 체층(115)과 상기 반도체층(115) 상부에 형성된 게이트 절연막(118) 및 게이트 전극(125)은 구동 박막트랜지스터(DTr)를 형성하게 된다.

이때 도면에 나타나지 않았지만, 상기 스위칭 영역에는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 동일한 형태로써 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(미도시)과 연결된 스위칭 박막트랜지스터(미도시) 또한 형성되어 있다.

또한, 상기 층간절연막(130) 상부에는 상기 소스 및 드레인 전극(145, 147)과 이격하며 전원배선(150)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(미도시)이 형성되어 있다. 이때 상기 전원배선(150)은 도면에는 접속되고 있지 않은 것처럼 보이지만 실질적으로는 유기전계발광 다이오드(E)의 일전극과 접속되고 있으며, 또한, 상기 데이터 배선(미도시)은 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 소스 전극(미도시)과 연결되고 있다.

또한, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(147)과 연결되며 상기 층간절연막(130) 위로는 실질적으로 화상을 표시하는 영역 즉 발광영역(PA)에는 예를들어 일함수 값이 비교적 높은 물질로써 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로서 유기전계발광 다이오드(E)를 구성하는 일 구성요소로써 양극(anode)을 이루는 제 1 전극(155)이 형성되어 있다.

다음, 상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)와 데이터 배선(미도시)과 전력배선(150) 위로는 이들 부분에 대응하여 유기절연물질로써 격벽의 역할을 하는 보호층(160)이 형성되어 있으며, 상기 보호층(160) 외부로 노출된 발광 영역의 상기 제 1 전극(155) 상부를 포함하여 상기 제 1 전극(155)과 만나는 상기 격벽(160)의 측면에는 유기 발광층(165)이 형성되어 있으며, 상기 유기 발광층(165) 및 상기 보호층(160)의 상부로는 전면에 음극(cathode)을 이루는 제 2 전극(170)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제 1, 2 전극(155, 170)과 그 사이에 형성된 유기 발광층(165)은 유기전계발광 다이오드(E)를 이루게 된다.

상기 유기 발광층(165)은 발광물질로 이루어진 단일층으로 구성될 수도 있으며, 발광 효율을 높이기 위해 정공주입층(hole injection layer), 정공수송층( hole transporting layer), 발광층(emitting material layer), 전자수송층(electron transporting layer) 및 전자주입층(electron injection layer)의 다중층으로 구성될 수도 있다.

또한, 도면에는 나타나지 않았지만, 상기 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(미도시)의 교차지점에는 전술한 구동 박막트랜지스터(DTr)와 동일한 구성을 가지며 상기 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(미도시) 및 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 연결되는 갖는 스위칭 박막트랜지스터(미도시)가 더욱 형성되어 있다. 이때, 상기 게이트 배선(미도시)은 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 게이트 전극(미도시)과, 상기 데이터 배선(미도시)은 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 소스 전극(미도시)과 각각 연결되어 있다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계발광 소자에 있어 상기 차광패턴과 그 상부에 형성된 반도체층의 위치 관계에 대해 조금 더 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계발광 소자의 구동 박막트랜지스터가 형성된 구동영역 일부를 도시한 평면도이다.

본 발명의 제 1 실시예의 경우 외부로부터 구동 박막트랜지터(DTr)의 액티브층(115a)에 입사되는 외부광을 차단하고자 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 액티브층(115a)에 대응하여 차광패턴(105)이 형성되고 있는 것이 특징이며, 이때 상기 차광패턴(105)은 상기 액티브층(115a) 전면을 완전히 가리도록 형성되는 것이 아니라 소스 전극(145)과 연결된 오믹콘택층(115b)에 인접한 상기 액티브층(115a) 부분에 대해서는 완전히 중첩 형성됨으로써 빛을 완전히 가리지만, 상기 드레인 전극(147)과 연결된 오믹콘택층(115c)에 인접한 상기 액티브층(115a) 부분(A영역)에 대해서는 소정 폭 중첩되지 않아 외부광이 투과되는 영역이 존재하도록 형성되고 있는 것이 본 발명의 제 1 실시예의 가장 특징적인 면이 된다.

이때, 상기 차광패턴(105)이 상기 액티브층(115a)을 가리는 영역은 상기 액티브층(115a) 전체 면적의 90% 내지 95%가 되는 것이 바람직하다. 더욱 정확히는 상기 오믹콘택층(115b, 115c) 사이의 거리를 채널의 길이(ChL)라 정의할 때, 상기 액티브층(115a)과 중첩하는 영역의 차광패턴(105)의 폭(w1)은 상기 채널의 길이(ChL)의 90% 내지 95% 범위에서 결정되는 것이 바람직하며, 이때 상기 차광패턴(105)은 상기 액티브층(115a)의 폭방향(상기 채널 길이(ChL)방향과 수직한 방향)으로는 상기 액티브층(115a)을 충분히 덮는 구조가 되도록 하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 차광패턴(105)과 중첩하지 않는 액티브층(115a) 영역(A)의 채널 방향으로의 폭(w2)은 채널 전체 길이(ChL)의 5% 내지 10%가 되도록 상기 차광패 턴(105)을 형성하는 것이 바람직하다.

이러한 구조가 되도록 차광패턴(105)을 형성하는 이유는, 상기 액티브층(115a)을 완전히 가리도록 상기 차광패턴(105)을 형성하게 되면 상기 차광패턴(105)이 빛을 투과시키지 않는 금속물질을 포함하여 유기 또는 무기절연물질로 이루어졌다고 하더라도 상기 차광패턴(105)이 플로팅 게이트(floating gate) 역할을 하게 되어 문턱전압(threshold voltage)을 이동시키는 바디효과(body effect)를 초래하게 됨으로서 표시품질을 저하시키는 문제를 유발하게 되기 때문이며, 따라서 이러한 바디효과를 상쇄시키기 위함이다.

전술한 차광패턴(105) 구조를 갖는 유기전계발광 소자의 경우 상기 차광패턴(105)이 액티브층(115a) 내부로 입사되는 외부광을 완벽하게 차단하지 않아 소량의 외부광이 입사됨으로써 소량의 광누설전류를 발생시키게 되지만 이렇게 발생된 광 누설전류가 상기 차광패턴(105)의 플로팅 게이트 역할에 의한 바디효과를 상쇄시키는 역할을 하게 됨으로써 표시품질의 저하를 방지하게 되는 것이다.

전술한 바와 같은 구조를 갖는 차광패턴(105)은 상기 유기전계발광 다이오드(미도시)와 전기적으로 연결되는 구동 박막트랜지스터(DTr)에서는 전술한 구조대로 형성하고, 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(미도시)과 연결된 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)에 있어서는 액티브층(미도시)을 완전히 가리도록 형성해도 무방하다.

또한, 상기 차광패턴(105)의 구조(액티브층을 완전히 차광하지 않는 구조) 는 다수의 화소영역(P)으로 구성된 표시영역 이외의 회로 등이 형성되는 회로부에 형성되는 박막트랜지스터에 있어서도 적용될 수 있음은 자명하다.

<제 2 실시예>

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 하부발광 방식 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자의 일부를 도시한 것으로써 구동 박막트랜지스터 및 유기전계발광 다이오드를 포함하는 하나의 화소영역에 대한 단면도이다.

본 발명의 제 2 실시예는 전원배선 및 차광패턴의 형태를 제외하고는 전술한 제 1 실시예와 동일한 구조를 가지므로 동일한 부분에 대해서는 간단히 기술하고 차이가 있는 부분에 대해서 자세히 설명하였다. 이때 도면에 있어서 제 1 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 제 1 실시예에서 부여된 도면부호에 100을 더하여 부여 하였으며, 화소영역(P) 내에서 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되는 부분을 구동영역(DA) 그리고 도면에는 나타내지 않았지만 스위칭 박막트랜지스터가 형성되는 영역을 스위칭 영역이라 정의하였다.

도시한 바와 같이, 투명한 절연기판(200) 상에 빛을 차단하며 동시에 도전 특성을 갖는 물질 예를들면 불투명한 금속물질로써 구동 영역에 대응하여 차광패턴(205)이 형성되어 있으며, 상기 차광패턴(205) 상부로 절연물질로써 버퍼층(208)이 형성되어 있다. 이때 상기 버퍼층(208)은 그 표면이 단차없이 평탄하게 형성된 것이 특징이다. 이는 그 상부에 형성되는 실리콘의 반도체층(215)이 단차없이 형성되도록 하기 위함이다.

또한 상기 버퍼층(208) 상부로는 실리콘의 액티브층(215a)과 상기 액티브 층(215a) 양측으로 불순물이 도핑된 오믹콘택층(215b, 215c) 으로 구성된 반도체층(215)이 형성되어 있다. 이때, 상기 반도체층(215)과 중첩 위치 연관하여 상기 차광패턴(205)의 구조에 대해 살펴보면, 상기 차광패턴(205)은 상기 반도체층(215) 내의 액티브층(215a)을 완전히 가리도록 형성되어 있으며, 그 일끝단은 더욱 연장하여 상기 반도체층(215) 일끝단 외부까지 형성되어 있는 것이 특징이다. 이렇게 상기 차광패턴(205)이 상기 반도체층 일끝단 외부로 연장 형성된 이유는 그 상부에 형성된 전원배선(250)과 중첩하여 이와 전기적으로 연결되도록 구성하기 위함이다.

한편, 상기 반도체층(215) 상부로는 게이트 절연막(218)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 절연막(218) 상부로 상기 액티브층(215a)에 대응하여 게이트 전극(225)이 형성되어 있다. 이때 도면에는 나타나지 않았지만, 상기 게이트 절연막(218) 상부에는 일 방향으로 연장하며 게이트 배선(미도시)이 형성되고 있다.

다음, 상기 게이트 배선(미도시)과 게이트 전극(225) 및 게이트 절연막(218) 위로 전면에 층간절연막(230)이 형성되어 있다. 이때, 상기 층간절연막(230)과 그 하부의 게이트 절연막(218)에는 상기 반도체층(215) 중 상기 액티브층(215a) 양측면에 위치한 오믹콘택층(215b, 215c)을 각각 노출시키는 제 1, 2 반도체층 콘택홀(233, 236)과 상기 반도체층(215) 외부로 연장 형성된 차광패턴(205)의 일부를 노출시키는 차광패턴 콘택홀(238)이 형성되어 있다.

다음, 상기 제 1, 2 반도체층 콘택홀(233, 236) 및 차광패턴 콘택홀(238)을 포함하는 층간절연막(230) 상부로 상기 구동영역(DA)에 대응하여 서로 이격하며, 상기 제 1, 2 반도체층 콘택홀(233, 236)을 통해 노출된 오믹콘택층(215b, 215c)과 각각 접촉하는 소스 및 드레인 전극(245, 247)이 형성됨으로써 구동 박막트랜지스터(DTr)를 구성하고 있다.

또한, 상기 층간절연막(230) 상부로 상기 소스 및 드레인 전극(245, 247)을 형성한 동일한 금속물질로서 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하는 전원배선(250)이 형성되어 있으며, 이때 상기 전원배선(250)은 상기 차광패턴 콘택홀(238)을 통해 상기 차광패턴(205)과 접촉하도록 형성되고 있는 것이 제 2 실시예의 가장 특징적인 것이 되고 있다.

이 경우, 상기 구동 영역(DA)에 있어 상기 차광패턴(205)이 상기 액티브층(215a)을 완전히 가리는 구조가 되더라도 상기 차광패턴(205)이 바디효과를 유발시키는 플로팅 게이트 역할을 하지 않도록 상기 전원배선(250)을 통해 상기 차광패턴(205)에 전원전압을 인가하는 구조를 갖도록 한 것이다.

한편, 도면에는 나타나지 않았지만, 상기 층간절연막(230) 상부에 있어서는 상기 전원배선(250)과 이격하여 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(미도시)이 더욱 형성되어 있으며, 상기 스위칭 영역에는 상기 데이터 배선(미도시)과 게이트 배선(미도시) 및 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 각각 전기적으로 연결되며 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 동일한 구조를 갖는 스위칭 박막트랜지스터(미도시)가 형성되어 있다. 이때 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시) 더욱 정확히는 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)를 구성하는 액티브층(미도시)에 대응해서는 제 1 실시예에서와 같이 상기 액티브층(미도시)과 완전히 중첩하는 형태로 상기 전원배선(250)과는 연결되지 않는 형태로 제 2 차광패턴(미도시)이 더욱 형성되고 있다.

또한, 상기 층간절연막(230) 상부로 실질적으로 화상을 표시하는 영역 즉 발광영역(LA)에는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(247)과 연결되며 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로서 유기전계발광 다이오드(E)를 구성하는 일 구성요소로써 양극(anode)을 이루는 제 1 전극(255)이 형성되어 있다.

다음, 상기 발광영역을 제외한 상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)와 데이터 배선(미도시)과 전원배선(250) 상부로 이들 구성요소에 대응하여 유기절연물질로써 격벽의 역할을 하는 보호층(260)이 형성되어 있으며, 상기 보호층(260) 외부로 드러난 상기 발광영역(LE)의 제 1 전극(255) 상부를 포함하여 상기 제 1 전극(255)과 만나는 상기 보호층(260)의 측면에는 유기 발광층(265)이 형성되어 있으며, 상기 유기 발광층(265) 및 보호층(260)의 상부로는 전면에 음극(cathode)을 이루는 제 2 전극(270)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제 1, 2 전극(255, 270)과 그 사이에 형성된 유기 발광층(265)은 유기전계발광 다이오드(E)를 이루게 된다.

이때, 상기 유기 발광층(265)은 발광물질로 이루어진 단일층으로 구성될 수도 있으며, 발광 효율을 높이기 위해 정공주입층(hole injection layer), 정공수송층(hole transporting layer), 발광층(emission layer), 전자수송층(electron transporting layer) 및 전자주입층(electron injection layer)의 다중층으로 구성될 수도 있다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계발광 소자는 구동 박막트랜지스터의 액티브층에 대응하여 형성된 차광패턴이 플로팅 게이트로 작용하여 문턱전압을 이동시키는 등의 바디효과를 억제하기 위해 전원전압을 인가하기 위해 형성되는 전원배선과 접촉하는 구조를 갖도록 구성함에 특징이 있다.

본 발명에 따른 유기전계발광 소자는 구동 및 스위칭 소자의 액티브층에 대응하여 그 일부와 중첩되는 형태의 차광패턴 또는 전원배선과 연결된 형태의 차광패턴을 형성함으로써 차광패턴 자체로서 외부광의 입사를 방지하여 광누설전류 발생을 억제함과 동시에 상기 차광패턴의 플로팅 게이트로서의 역할을 방지하는 구조를 이루도록 하여 바디효과를 방지하는 효과를 갖는다.

또한 광누설 전류의 형성을 억제함으로써 화면상의 웨이빙 노이즈(waving noise ) 불량을 방지하며 나아가 명암 대비비(contrast ratio)를 향상시키는 효과가 있다.

Claims (18)

1. 화소영역과 상기 화소영역 내에 박막트랜지스터가 형성되는 소자 영역이 정의된 기판 상의 상기 소자영역에 대응하여 형성된 제 1 및 제 2 차광패턴과;

   상기 제 1 및 제 2 차광패턴 상부로 전면에 형성된 버퍼층과;

   상기 버퍼층 상부로 상기 제 1 차광패턴에 대응하여 형성된 액티브층과 상기 액티브층 양측으로 각각 형성된 오믹콘택층을 포함하는 반도체층과, 상기 반도체층 상부로 형성된 게이트 절연막과, 상기 게이트 절연막 위로 상기 액티브층과 중첩하며 형성된 게이트 전극, 그리고 상기 액티브층 양측의 오믹콘택층과 각각 접촉하며 형성된 소스 및 드레인 전극을 포함하는 구동 박막트랜지스터와;

   상기 버퍼층 상부로 상기 제 2 차광패턴에 대응하여 형성되며 상기 구동 박막트랜지스터와 동일한 적층 구성을 갖는 스위칭 박막트랜지스터와;

   상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 형성된 제 1 전극과;

   상기 제 1 전극 위로 형성된 유기 발광층과;

   상기 유기 발광층 위로 전면에 형성된 제 2 전극

   을 포함하며 상기 제 1 차광패턴은 상기 구동 박막트랜지스터의 액티브층과 "일부분만이 중첩"하도록 형성되며, 상기 제 2 차광패턴은 상기 스위칭 박막트랜지스터의 액티브층과 완전 중첩되도록 형성된 것이 특징인 유기전계발광 소자.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 반도체층과 소스 및 드레인 전극 사이에는 상기 오믹콘택층을 각각 노출시키는 제 1, 2 반도체층 콘택홀을 갖는 층간절연막이 더욱 형성된 유기전계발광 소자.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 게이트 전극이 형성된 동일한 층에 일방향으로 연장하는 게이트 배선과;

   상기 소스 및 드레인 전극이 형성된 동일한 층에 상기 게이트 배선과 교차하여 상기 화소영역을 정의하는 데이터 배선

   을 더욱 포함하며, 상기 게이트 배선과 데이터 배선은 상기 스위칭 박막트랜지스터와 연결된 것이 특징는 유기전계발광 소자.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 데이터 배선이 형성된 동일한 층에 상기 데이터 배선과 이격하며 전력배선을 더욱 형성된 것이 특징인 유기전계발광 소자.
5. 삭제
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 데이터 배선과 구동 박막트랜지스터 및 스위칭 박막트랜지스터 위로 이들 구성요소와 중첩하며 상기 제 1 전극을 노출시키는 개구부를 갖는 보호층을 더욱 포함하는 유기전계발광 소자.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 유기 발광층은 제 1 전극의 상부를 포함하여 상기 개구부 내의 상기 보호층 측면까지 연장 형성된 것이 특징인 유기전계발광 소자.
8. 삭제
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 구동 박막트랜지스터의 액티브층과 일부 중첩하는 상기 제 1 차광패턴 영역은 상기 구동 박막트랜지스터의 액티브층 면적의 90% 내지 95%인 것이 특징인 유기전계발광 소자.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 구동 박막트랜지스터의 액티브층과 중첩된 제 1 차광패턴 영역은 상기 구동 박막트랜지스터의 소스 전극과 접촉하는 오믹콘택층과 인접한 액티브층과는 완전히 중첩하며 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하는 오믹콘택층과 인접한 액티브층 부분에 대해 소정폭이 중첩되지 않도록 형성됨으로써 상기 소정폭은 상기 구동 박막트랜지스터의 오믹콘택층 사이에 형성된 액티브층의 폭(채널길이)의 5% 내지 10%가 되도록 형성된 것이 특징인 유기전계발광 소자.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 제 1 또는 제 2 차광패턴은 빛을 차단하는 특성을 갖는 무기 또는 유기 절연물질로 이루어진 유기전계발광 소자.
12. 화소영역과 상기 화소영역 내에 박막트랜지스터가 형성되는 소자 영역이 정의된 기판 상의 상기 소자영역에 대응하여 형성된 제 1 및 제 2 차광패턴과;

    상기 제 1 및 제 2 차광패턴 상부로 전면에 형성된 버퍼층과;

    상기 버퍼층 상부로 상기 제 1 차광패턴에 대응하여 형성된 액티브층 및 상기 액티브층 양측으로 각각 형성된 오믹콘택층을 포함하는 반도체층과, 상기 반도체층 상부에 형성된 게이트 절연막과, 상기 게이트 절연막 위로 상기 액티브층과 중첩하며 형성된 게이트 전극과, 상기 게이트 전극과 게이트 절연막을 덮으며 상기 액티브층 양측의 오믹콘택층을 각각 노출시키는 제 1, 2 반도체층 콘택홀을 가지며 형성된 층간절연막과, 상기 층간절연막 위로 상기 제 1, 2 반도체층 콘택홀을 통해 오믹콘택층과 각각 접촉하며 형성된 소스 및 드레인 전극을 포함하는 구동 박막트랜지스터와;

    상기 버퍼층 상부로 상기 제 2 차광패턴에 대응하여 형성되며 상기 구동 박막트랜지스터와 동일한 적층 구성을 갖는 스위칭 박막트랜지스터와;

    상기 층간절연막 위로, 상기 층간절연막 내에 더욱 형성되어 상기 제 1 차광패턴을 노출시키는 차광패턴 콘택홀을 통해 상기 제 1 차광패턴과 접촉하는 전력배선과;

    상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 형성된 제 1 전극과;

    상기 제 1 전극 위로 형성된 유기 발광층과;

    상기 유기 발광층 위로 전면에 형성된 제 2 전극

    을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 차광패턴은 각각 상기 구동 박막트랜지스터 및 스위칭 박막트랜지스터의 액티브층과 각각 완전 중첩하도록 형성된 것이 특징인 유기전계발광 소자.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 게이트 전극이 형성된 동일한 층에 일방향으로 연장하는 게이트 배선과;

    상기 소스 및 드레인 전극이 형성된 동일한 층에 상기 게이트 배선과 교차하여 상기 화소영역을 정의하는 데이터 배선

    을 더욱 포함하며, 상기 게이트 배선과 데이터 배선은 상기 스위칭 박막트랜지스터와 연결된 것이 특징인 유기전계발광 소자.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 차광패턴은 불투명 도전 물질로 이루어진 것이 특징인 유기전계발광 소자.
15. 삭제
16. 제 14 항에 있어서,

    상기 데이터 배선과 구동 박막트랜지스터 및 스위칭 박막트랜지스터 위로 이들 구성요소와 중첩하며 상기 제 1 전극을 노출시키는 개구부를 갖는 보호층을 더욱 포함하는 유기전계발광 소자.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 유기 발광층은 제 1 전극의 상부를 포함하여 상기 개구부 내의 보호층 의 측면까지 연장 형성된 것이 특징인 유기전계발광 소자.
18. 삭제

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