KR102015846B1 - 유기전계 발광소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 다수의 화소영역을 갖는 표시영역이 정의된 제 1 기판과; 상기 각 화소영역 별로 형성된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극의 가장자리와 중첩하며 각 화소영역을 둘러싸는 형성되며, 제 1 두께와 제 1 폭을 갖는 제 1 뱅크와; 상기 제 1 뱅크의 상부로 상기 제 1 뱅크와 완전 중첩하며 형성되며 상기 제 1 폭보다 작은 제 2 폭을 갖는 제 2 뱅크와; 상기 제 2 뱅크로 둘러싸인 영역 내부에 상기 제 1 뱅크 및 제 1 전극 상부에 형성된 유기 발광층과; 상기 유기 발광층 상부로 상기 표시영역 전면에 형성된 제 2 전극을 포함하는 유기전계 발광소자를 제공한다.
Description
본 발명은 유기전계 발광소자(Organic Electro-luminescent Device)에 관한 것이며, 특히 이중 구조의 뱅크를 구비하여 액상의 유기 발광층 형성 시 각 화소영역 내에서 가장자리 부분과 중앙부의 두께 차이로 인해 발생되는 개구율 저하 및 이에 따른 수명 저하를 억제할 수 있는 유기전계 발광소자에 관한 것이다.
평판 디스플레이(FPD ; Flat Panel Display)중 하나인 유기전계 발광소자는 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 5V 내지 15V의 낮은 전압으로 구동하므로 구동회로의 제작 및 설계가 용이하다.
따라서, 전술한 바와 같은 장점을 갖는 유기전계 발광소자는 최근에는 TV, 모니터, 핸드폰 등 다양한 IT기기에 이용되고 있다.
이하, 유기전계 발광소자의 기본적인 구조에 대해서 조금 더 상세히 설명한다.
유기전계 발광소자는 크게 어레이 소자와 유기전계 발광 다이오드로 이루지고 있다. 상기 어레이 소자는 게이트 및 데이터 배선과 연결된 스위칭 박막트랜지스터와, 상기 유기전계 발광 다이오드와 연결된 구동 박막트랜지스터로 이루어지며, 상기 유기전계 발광 다이오드는 상기 구동 박막트랜지스터와 연결된 제 1 전극과 유기 발광층 및 제 2 전극으로 이루어지고 있다.
이러한 구성을 갖는 유기전계 발광소자는 상기 유기 발광층으로부터 발생된 빛이 상기 제 1 전극 또는 제 2 전극을 향해 출사됨으로써 화상을 표시하게 되며, 개구율 등을 고려할 때, 근래에는 통상 상기 제 2 전극을 향해 출사되는 빛을 이용하여 화상을 표시하는 상부 발광 방식으로 제조되고 있다.
한편, 이러한 일반적인 유기발광 표시장치에 있어 상기 유기 발광층은 통상 쉐도우 마스크를 이용한 열증착법에 의해 형성되고 있는데, 근래들어 표시장치의 대형화에 의해 쉐도우 마스크의 처짐 등이 심하게 발생되어 증착 불량이 증가됨으로서 대면적의 기판에 대해서는 적용이 점점 어려워지고 있으며, 쉐도우 마스크를 이용한 열증착의 경우 쉐도우 이팩트(shadow effect) 등이 발생됨으로서 현 기술력으로는 250PPI 이상의 고해상도를 갖는 유기전계 발광소자를 제조하는데 무리가 있다.
따라서, 대면적의 유기전계 발광소자 제조를 위해 쉐도우 마스크를 이용한 열증착 공정을 대체하는 유기 발광층의 형성 방법이 제안되었다.
제안된 유기 발광층의 형성방법은 액상의 유기 발광물질을 잉크젯 장치 또는 노즐 코팅 장치를 통해 격벽으로 둘러싸인 영역에 분사 또는 드롭핑 한 후 경화시키는 것이다.
도 1은 노즐 코팅 장치를 통해 액상의 유기 발광물질을 드롭핑하여 유기 발광층을 형성하는 단계를 진행한 후의 유기전계 발광소자의 단면도이다.
액상의 유기 발광물질을 잉크젯 장치를 통해 각 화소영역별로 분사하거나 또는 노즐 코팅 장치를 통해 드롭핑을 하기 위해서는 액상 상태의 유기 발광물질이 각 화소영역(P) 내에서 주위로 흘러가는 것을 방지하기 위해 필수적으로 제 1 전극(50)이 형성된 각 화소영역(P)을 둘러싸는 형태의 뱅크가 필요로 되고 있다.
따라서, 도시한 바와같이 유기 발광층(도 1b의 55)이 구비되기 전에 각 화소영역(P)의 경계를 따라 단일층 구조를 갖는 뱅크(53)가 구비되고 있다.
이때, 상기 뱅크(53)는 소수성 특성을 갖는 유기물질로 이루어지고 있다. 이렇게 뱅크(53)가 소수성 특성을 갖도록 하는 것은 액상의 유기 발광 물질이 분사 또는 드롭핑 될 때 장비 자체가 가지는 오차 등에 의해 뱅크로 둘러싸인 화소영역(P) 내의 중앙부 분사되지 않고 약간 치우쳐 분사되어 뱅크(53) 상에도 소정량 분사되더라도 상기 뱅크(53)에서 흘러내려 각 화소영역(P) 내에 위치하도록 하고, 나아가 액상의 유기 발광 물질의 분사량이 조금 과하게 이루어졌을 경우도 상기 뱅크(53) 상부로 넘쳐 흐르는 것을 억제시키기 위함이다.
소수성 특성을 갖게 되면 친수성 특성을 갖는 액상의 유기 발광 물질을 밀어내는 특성을 가지므로 상기 뱅크(53)의 상부에는 유기 발광 물질이 코팅되지 않고 뱅크(53)로 둘러싸인 영역에 대해서만 집중적으로 모이도록 할 수 있기 때문이다.
상기 뱅크(53)로 둘러싸인 각 화소영역(P) 내에 잉크젯 장치의 헤드 또는 노즐 코팅 장치(98)의 노즐이 위치하여 액상의 유기 발광 물질을 분사 또는 드롭핑 하게 되면 각 화소영역(P) 내에 유기 발광 물질이 채워지게 되며, 이러한 상태에서 열처리를 진행하여 건조 및 경화시킴으로서 유기 발광층(55)이 형성되고 있다.
하지만, 전술한 바와같이 잉크 젯 장치 또는 노즐 코팅 장치를 통해 유기 발광층(55)을 형성하게 되면 각 뱅크(53)로 둘러싸인 영역 내의 중앙부 대비 상기 뱅크(53)와 인접하는 가장자리 부분의 두께가 두껍게 형성되는 현상이 발생된다.
이는 경화되는 과정에서 뱅크(53)와 접촉하는 부분이 상대적으로 느리게 경화되며 중앙부로부터 경화가 이루어지면서 내부적으로 유기 발광물질이 가장자리 부분으로 이동하고 이 상태에서 최종적으로 경화되기 때문이다.
따라서 이러한 현상에 의해 각 화소영역(P) 내에서 상기 유기 발광층(55)은 중앙부에 대해서는 그 두께 편차가 거의 없이 평탄하게 형성되지만, 뱅크(53)와 인접하는 가장자리 부분으로 갈수록 점진적으로 그 두께가 증가하는 단면 형태를 이루게 된다.
한편, 유기 발광층(55)은 두께가 다를 경우, 동일한 크기의 전류가 인가됨에 의해 그 발광 효율의 차이가 발생되며 이로 인해 도 2(종래의 소수성 특성을 갖는 단일층 구조의 뱅크를 구비하고 액상의 유기 발광물질을 이용하여 유기 발광층을 형성한 유기전계 발광소자에 있어 구동된 하나의 화소영역을 찍은 사진)에 도시한 바와같이, 뱅크 주변으로 유기 발광층이 평탄한 표면을 갖지 못하고 타 영역 대비 두껍게 형성된 부분이 어둡게 나타나게 되며, 이러한 어둡게 표시되는 부분은 사용자가 바라볼 때 얼룩처럼 느끼게 되므로 이렇게 두껍게 형성되는 부분에 대해서는 이를 사용자에게 보이지 않도록 하여 실질적인 발광영역이 되지 않도록 하고 있다.
따라서, 도 1을 참조하면 사용자가 실질적으로 바라보게 되는 각 화소영역(P)은 뱅크(53)로 둘라싸인 영역 전면이 아니라 유기 발광층(55)이 평판한 표면을 가지며 형성되어 균일한 휘도를 가지며 발광되는 발광영역(EA1) 부분이 되고 있으며, 이러한 구성을 갖는 종래의 유기전계 발광소자는 개구율이 매우 저하되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 뱅크로 둘러싸인 영역에서 뱅크와 인접하는 주변부까지 평탄한 표면을 갖도록 하여 각 화소영역 내에서 균일한 발광특성을 갖는 부분을 확장시킴으로서 개구율을 향상시킬 수 있는 유기전계 발광소자를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자는, 다수의 화소영역을 갖는 표시영역이 정의된 제 1 기판과; 상기 각 화소영역 별로 형성된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극의 가장자리와 중첩하며 각 화소영역을 둘러싸는 형성되며, 제 1 두께와 제 1 폭을 갖는 제 1 뱅크와; 상기 제 1 뱅크의 상부로 상기 제 1 뱅크와 완전 중첩하며 형성되며 상기 제 1 폭보다 작은 제 2 폭을 갖는 제 2 뱅크와; 상기 제 2 뱅크로 둘러싸인 영역 내부에 상기 제 1 뱅크 및 제 1 전극 상부에 형성된 유기 발광층과; 상기 유기 발광층 상부로 상기 표시영역 전면에 형성된 제 2 전극을 포함한다.
이때, 상기 제 2 뱅크는 소수성 특성을 갖는 것이 특징이다.
그리고, 상기 제 1 두께는 상기 유기 발광층의 두께보다 얇으며, 상기 유기 발광층은 상기 제 1 뱅크로 둘러싸인 영역 전면에 대해 균일한 두께를 갖는 것이 특징이다.
또한, 상기 제 1 뱅크는 무기절연물질인 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 것이 특징이다.
그리고, 상기 제 1 기판 상의 상기 각 화소영역에 상기 제 1 전극 하부에 형성된 스위칭 박막트랜지스터 및 구동 박막트랜지스터와; 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터를 덮으며 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키며 형성된 보호층을 포함하며, 상기 제 1 전극은 상기 보호층 위로 상기 각 화소영역 내에 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 형성된 것이 특징이다.
또한, 상기 제 1 기판에 대응하여 이와 마주하는 제 2 기판이 구비되거나, 또는 상기 제 2 전극과 접촉하며 상기 제 2 기판의 역할을 하는 인캡슐레이션막이 구비된 것이 특징이다.
본 발명에 따른 유기전계 발광 소자는, 제 1 폭을 갖는 제 1 뱅크와, 상기 제 1 뱅크와 완전 중첩하는 형태로 소수성 특성을 가지며 상기 제 1 폭보다 작은 제 2 폭을 갖는 제 2 뱅크가 형성되며, 나아가 상기 제 1 뱅크는 유기 발광층의 두께보다 얇은 두께를 가지며 형성됨으로서 상기 제 1 뱅크 상부에는 유기 발광층이 형성된다. 이때, 상기 제 1 뱅크 상에 형성되는 유기 발광층은 각 화소영역의 중앙부에서의 동일한 수준의 평탄화된 표면을 갖는 부분이 존재함으로서 각 화소영역 내에서 유기 발광층의 평탄한 표면을 이루는 영역을 확장시키게 되며, 이에 의해 상기 제 1 뱅크로 둘러싸인 전 영역에 있어 유기 발광층은 평탄한 표면을 가지며 동일한 두께를 갖게 된다.
따라서, 종래의 단일층 구조를 갖는 뱅크가 구비된 유기전계 발광소자 대비 각 화소영역 내에서 그 발광영역이 확장되므로 개구율을 향상시키는 효과가 있다.
나아가, 각 화소영역 내에서 평탄한 표면을 갖는 유기 발광층이 확대됨으로서 균일한 휘도 특성을 갖게 됨으로서 휘도 불균일에 의한 얼굴 불량이 억제되어 표시품질을 향상시키는 효과가 있다.
그리고, 상기 제 1 뱅크가 구성됨으로서 유기 발광층의 두께 균일도가 향상됨으로서 유기 발광층의 열화를 억제하여 수명을 연장시키는 효과가 있다.
도 1은 노즐 코팅 장치를 통해 액상의 유기 발광물질을 드롭핑하여 유기 발광층을 형성하는 단계를 진행한 후의 유기전계 발광소자의 단면도.
도 2는 종래의 소수성 특성을 갖는 단일층 구조의 뱅크를 구비하고 액상의 유기 발광물질을 이용하여 유기 발광층을 형성한 유기전계 발광소자에 있어 구동된 하나의 화소영역을 찍은 사진.
도 3은 유기전계 발광소자의 하나의 화소영역에 대한 회로도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 대한 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예의 일 변형예에 따른 유기전계 발광소자에 있어서 구동 박막트랜지스터에 대한 단면도.
도 6은 본 발명의 실시예의 또 다른 변형예에 따른 유기전계 발광소자에 있어서의 구동 박막트랜지스터에 대한 단면도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자에 있어 제 1 및 제 2 뱅크를 구비하고 액상의 유기 발광물질을 이용하여 유기 발광층을 형성한 후 구동된 하나의 화소영역을 찍은 사진.
도 8은 비교예로서 종래의 단일층 구조를 갖는 유기전계 발광소자와 본 발명의 실시예에 따른 서로 다른 폭을 갖는 제 1 및 제 2 뱅크가 구비된 유기전계 발광소자에 있어 유기 발광층이 형성된 단계를 진행한 후의 하나의 화소영역을 각각 도시한 단면도.
도 2는 종래의 소수성 특성을 갖는 단일층 구조의 뱅크를 구비하고 액상의 유기 발광물질을 이용하여 유기 발광층을 형성한 유기전계 발광소자에 있어 구동된 하나의 화소영역을 찍은 사진.
도 3은 유기전계 발광소자의 하나의 화소영역에 대한 회로도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 대한 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예의 일 변형예에 따른 유기전계 발광소자에 있어서 구동 박막트랜지스터에 대한 단면도.
도 6은 본 발명의 실시예의 또 다른 변형예에 따른 유기전계 발광소자에 있어서의 구동 박막트랜지스터에 대한 단면도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자에 있어 제 1 및 제 2 뱅크를 구비하고 액상의 유기 발광물질을 이용하여 유기 발광층을 형성한 후 구동된 하나의 화소영역을 찍은 사진.
도 8은 비교예로서 종래의 단일층 구조를 갖는 유기전계 발광소자와 본 발명의 실시예에 따른 서로 다른 폭을 갖는 제 1 및 제 2 뱅크가 구비된 유기전계 발광소자에 있어 유기 발광층이 형성된 단계를 진행한 후의 하나의 화소영역을 각각 도시한 단면도.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
우선, 유기전계 발광소자의 구성 및 동작에 대해서 유기전계 발광소자의 하나의 화소영역에 대한 회로도인 도 3을 참조하여 간단히 설명한다.
도시한 바와 같이 유기전계 발광소자의 각 화소영역(P) 에는 스위칭(switching) 박막트랜지스터(STr)와 구동(driving) 박막트랜지스터(DTr), 스토리지 캐패시터(StgC), 그리고 유기전계 발광 다이오드(E)가 구비되고 있다.
즉, 제 1 방향으로 게이트 배선(GL)이 형성되어 있고, 상기 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 데이터 배선(DL)이 형성됨으로써 상기 게이트 배선(GL)과 데이터 배선(DL)에 의해 둘러싸인 영역으로 정의되는 화소영역(P)이 구비되고 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.
상기 유기전계 발광 다이오드(E)의 일측 단자인 제 1 전극은 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극과 연결되고 있으며, 타측 단자인 제 2 전극은 접지되고 있다. 이때, 상기 전원배선(PL)을 통해 전달되는 전원전압은 상기 구동 박마트랜지스터(DTr)을 통해 상기 유기전계 발광 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 유기전계 발광 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.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 대한 단면도이다. 이때, 구동 박막트랜지스터는 각 화소영역별로 형성되지만, 도면에 있어서는 하나의 화소영역에 대해서만 나타내었다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)와 유기전계 발광 다이오드(E)가 형성된 제 1 기판(110)과, 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판(170)으로 구성되고 있다. 이때, 상기 제 2 기판(170)은 무기절연막 또는 유기절연막 등으로 대체됨으로써 생략될 수 있다.
우선, 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)와 유기전계 발광 다이오드(E)가 구비된 제 1 기판(110)의 구성에 대해 설명한다.
상기 제 1 기판(110)에는 상기 표시영역에는 서로 교차하며 화소영역(P)을 정의하며 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(130)이 형성되고 있으며, 상기 게이트 배선(미도시) 또는 상기 데이터 배선(130)과 나란하게 전원배선(미도시)이 형성되고 있다.
또한, 다수의 각 화소영역(P)에는 상기 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(130)과 연결되며 스위칭 박막트랜지스터(미도시)가 형성되어 있으며, 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 일 전극 및 상기 전원배선(미도시)과 연결되며 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되고 있다.
이때, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)는 게이트 전극(115)과, 게이트 절연막(118)과, 산화물 반도체층(120)과, 에치스토퍼(122)와, 상기 에치스토퍼(122) 상에서 서로 이격하며 각각 상기 산화물 반도체층(120)과 접촉하는 소스 전극(133) 및 드레인 전극(136)으로 구성되고 있으며, 도면에 나타내지 않았지만 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시) 또한 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 동일한 구조를 이루고 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 있어서는 상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)이 각각 상기 산화물 반도체층(120)이 구비된 것을 특징으로 하는 것을 일례로 보이고 있지만, 도 5(본 발명의 실시예의 일 변형예에 따른 유기전계 발광소자에 있어서 구동 박막트랜지스터에 대한 단면도)에 도시한 바와같이, 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)는 게이트 전극(213)과, 게이트 절연막(218)과, 순수 비정질 실리콘의 액티브층(220a)과 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(220b)으로 구성된 반도체층(220)과, 상기 반도체층(220) 상에서 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(233, 236)으로 구성될 수도 있다.
상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(DTr, 미도시)는 실시예 및 일 변형예에 있어서는 게이트 전극(도 4의 115, 도 5의 213)이 최하부에 위치하는 보텀 게이트 구조를 이루는 것을 보이고 있지만, 반도체층이 최하부에 위치하며 이의 상부에 게이트 전극이 형성된 탑 게이트 구조를 이룰 수도 있다.
즉, 도 6(본 발명의 실시예의 또 다른 변형예에 따른 유기전계 발광소자에 있어서 구동 박막트랜지스터에 대한 단면도)에 도시한 바와같이, 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)는 상기 제 1 기판(210)의 최하부에 폴리실리콘의 반도체층(313)을 구비하여 탑 게이트 구조를 갖도록 구성될 수도 있다.
이러한 경우, 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)는 순수 폴리실리콘의 액티브영역(313a)과 이의 양측에 불순물이 도핑된 폴리실리콘의 소스 및 드레인 영역(313b)으로 이루어진 반도체층(313)과, 게이트 절연막(316)과, 상기 액티브영역(313a)과 중첩하여 형성된 게이트 전극(320)과, 상기 소스 및 드레인 영역(313b)을 노출시키는 반도체층 콘택홀(325)을 갖는 층간절연막(323)과, 상기 반도체층 콘택홀(325)을 통해 각각 상기 소스 및 드레인 영역(313b)과 접촉하며 서로 이격하며 형성된 소스 및 드레인 전극(333, 336)을 포함하여 구성된다.
이렇게 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)가 탑 게이트 구조를 이루는 경우, 보텀 게이트 구조 대비 층간절연막(323)이 더욱 구비되며, 게이트 배선(미도시)은 상기 게이트 절연막(316) 상에 구비되며, 데이터 배선(미도시)은 상기 층간절연막(323) 상에 형성된다.
한편, 도 4를 참조하면, 상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시) 상부로 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)을 노출시키는 드레인 콘택홀(143)을 갖는 보호층(140)이 형성되어 있다. 이때, 상기 보호층(140)은 평탄한 표면을 이루도록 유기절연물질 예를들면 포토아크릴로 이루어지고 있다.
다음, 상기 보호층(140) 위로 상기 드레인 콘택홀(143)을 통해 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)과 접촉하며 각 화소영역(P)별로 제 1 전극(150)이 형성되어 있다.
이때, 상기 제 1 전극(150)은 일함수 값이 비교적 큰 즉, 4.8eV 내지 5.2eV 정도의 일함수 값을 갖는 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO)로 이루어짐으로서 애노드 전극의 역할을 한다.
한편, 상기 제 1 전극(147)은 일함수 값이 큰 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO)로 이루어진 경우, 상부발광 방식으로 동작 시에는 유기전계 발광 다이오드(E)의 상부로의 발광효율 증대를 위해 반사율이 우수한 금속물질인 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd) 중 어느 하나로 이루어진 반사층(미도시)이 상기 제 1 전극(150) 하부에 더욱 구비될 수 있다.
이러한 반사층(미도시)이 상기 제 1 전극(150) 하부에 구비되는 경우, 상기 제 1 전극(150)의 상부에 형성되는 유기 발광층(155)으로부터 발광된 빛이 상기 반사층(미도시)을 통해 반사되어 상부로 반사시킴으로서 발광된 빛의 이용 효율을 증대시켜 최종적으로 휘도 특성을 향상시키는 효과를 갖게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)에 있어서 가장 특징적인 것으로, 상기 제 1 전극(150) 위로 각 화소영역(P)의 경계에 상기 제 1 전극(150)의 테두리와 중첩하며 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어지며 상기 제 1 전극(150)의 중앙부를 노출시키며 제 1 폭을 갖는 제 1 뱅크(153a)가 형성되어 있다. 이때 상기 제 1 뱅크(153a)는 그 두께가 이의 상부에 형성되는 유기 발광층(155)의 두께보다 얇은 두께를 갖는 것이 특징이다.
그리고, 상기 제 1 뱅크(153a) 위로 상기 제 1 뱅크(153a)와 동일한 평면 구조를 가지며, 소수성 특성을 갖는 유기물질로 이루어지거나 또는 소수성 물질이 함유된 유기물질로 이루어지며, 상기 제 1 뱅크(153a)의 제 1 폭보다 작은 제 2 폭을 가지며 제 2 뱅크(153b)가 형성되고 있다.
이때 상기 제 1 폭은 종래의 유기전계 발광소자에 있어서 단일층 구조를 갖는 뱅크의 폭 수준이 되는 것이 특징이다.
본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 전술한 바와같이 제 1 폭을 가지며 유기 발광층(155)의 두께보다 얇은 두께를 갖는 제 1 뱅크(153a)와, 상기 제 1 폭보다 작은 제 2 폭을 갖는 제 2 뱅크(153b)가 구비됨으로서 상기 제 1 뱅크(153a) 상부에 유기 발광층(155)이 형성되며 이러한 제 1 뱅크(153a)에 의해 화소영역의 중앙부로 유기 발광 물질의 드로핑 시 모이도록 하여 뱅크와 인접하는 부분에서의 유기 발광층(155)의 두께가 두꺼워 지는 현상을 저감시키는 역할을 한다.
나아가 상기 제 1 폭을 갖는 제 1 뱅크(153a)로 둘러싸인 영역이 실질적으로 종래의 유기전계 발광소자의 뱅크로 둘러싸인 영역과 동일한 크기를 가지며, 이에 의해 상기 제 1 폭보다 작은 제 2 폭을 갖는 제 2 뱅크(153b)로 둘러싸인 영역은 종래의 유기전계 발광소자에 있어 뱅크로 둘러싸인 영역보다 큰 면적을 이루는 것이 특징이다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 특성 상 상기 제 1 뱅크(153a)는 유기 발광층(155)의 두께보다 얇은 두께를 가지며 형성됨으로서 상기 제 1 뱅크(153a) 상부에는 유기 발광층(155)이 형성된다.
더욱이 상기 제 1 뱅크(153a) 상에 형성되는 유기 발광층(155)은 각 화소영역의 중앙부에서의 동일한 수준의 평탄화된 표면을 갖는 부분이 존재함으로서 각 화소영역 내에서 유기 발광층(155)의 평탄한 표면을 이루는 영역을 확장시키게 되며, 이에 의해 상기 제 1 뱅크(153a)로 둘러싸인 전 영역에 있어 유기 발광층(155)은 평탄한 표면을 가지며 동일한 두께를 갖게 된다.
따라서, 유기 발광층(155)이 평탄한 부분을 이루는 영역이 실질적으로 사용자가 바라보게 되는 발광영역이 된다고 하였을 경우, 종래의 단일층 구조를 갖는 뱅크가 구비된 유기전계 발광소자 대비 그 발광영역이 확장되므로 개구율을 향상시키게 된다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자에 있어 제 1 및 제 2 뱅크를 구비하고 액상의 유기 발광물질을 이용하여 유기 발광층(155)을 형성한 후 구동된 하나의 화소영역을 찍은 사진이다.
도시한 바와같이, 종래의 유기전계 발광소자의 하나의 화소영역을 찍은 도 2와 비교할 때 각 화소영역 내에서 발광영역이 확장되었음을 알 수 있으며, 발광영역 전면에 걸쳐 유기 발광층(155)이 평탄한 표면을 가짐으로서 밝고 어두운 부분없이 고른 휘도 특성을 가지며 발광됨을 알 수 있다.
도 8은 비교예로서 종래의 단일층 구조를 갖는 유기전계 발광소자와 본 발명의 실시예에 따른 서로 다른 폭을 갖는 제 1 및 제 2 뱅크가 구비된 유기전계 발광소자에 있어 유기 발광층이 형성된 단계를 진행한 후의 하나의 화소영역을 각각 도시한 단면도이다.
도시한 바와같이, 동일한 크기의 화소영역이 구비되는 경우, 상기 화소영역은 실질적으로 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(130)에 의해 포획되는 영역이라 정의되지만, 설명의 편의를 위해 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자에 있어 제 1 폭을 갖는 제 1 뱅크(153a)로 둘러싸인 영역이 새로운 화소영역(SP)이라 가정하면, 비교예의 경우는 단일층 구조의 뱅크(53)로 둘러싸인 영역이 화소영역(SP)이 된다.
이 경우 이들 두 유기전계 발광소자(1, 101)는 동일한 크기의 화소영역(SP)을 가짐을 알 수 있다.
하지만, 각 화소영역(SP) 내에서의 발광영역(EA1, EA2)의 크기는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)가 더 큼(EA1 < EA2)을 알 수 있다.
비교예에 따른 단일층 구조의 뱅크(53)를 갖는 유기전계 발광소자(1)는 뱅크(53)로 둘러싸인 화소영역(SP) 전면이 발광영역이 되지 않고 상기 뱅크(53)를 기준으로 소정폭 즉, 유기전계 발광소자(53)의 표면이 평탄한 상태를 이루는 부분으로 이루어진 부분이 발광영역(EA1)이 된다.
따라서, 비교예에 따른 단일층 구조의 뱅크(53)를 갖는 유기전계 발광소자(1)는 화소영역(P) 내부에 상기 화소영역(P) 보다 작은 면적을 갖는 발광영역(EA1)이 형성된다.
하지만, 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 제 1 뱅크(153a)로 둘러싸인 영역과 제 2 뱅크(153b)로 둘러싸인 영역이 구성되며, 제 1 뱅크(153a)로 둘러싸인 영역이 비교예에 따른 유기전계 발광소자의 화소영역(SP)에 대응되며, 제 2 뱅크(153b)로 둘러싸인 영역은 종래의 화소영역(SP) 대비 더 큰 면적을 이루고 있다.
그리고, 이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자는 제 1 뱅크(153a)로 둘러싸인 전 면적에 대응하여 평탄한 표면을 갖는 유기 발광층(155)이 형성됨으로서 상기 제 1 뱅크(153a)로 둘러싸인 전 면적이 발광영역(EA2)이 된다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 종래의 유기전계 발광소자(1) 대비 각 화소영역(SP) 내에서의 발광영역(EA2)을 확대시키며, 이에 의해 개구율이 향상되는 효과를 가짐을 알 수 있다.
한편, 도 4를 참조하면, 이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 제 2 뱅크(153b)로 둘러싸인 영역 내부에 상기 제 1 뱅크(153a)와 제 1 전극(150) 위로 유기 발광층(155)이 구비되고 있다. 이때, 상기 유기 발광층(155)은 각 화소영역(P)에 대해 순차 반복하는 형태로 각각 적, 녹, 청색을 발광하는 물질로 이루지는 것이 특징이다.
이러한 유기 발광층(155)은 액상의 유기 발광 물질을 잉크젯 장치 또는 노즐 코팅 장치를 통해 분사 또는 드롭핑 하여 형성한 후 경화시킴으로서 완성된 것이 특징이다.
한편, 상기 유기 발광층(155)은 도면에 있어서는 유기 발광 물질만으로 이루어진 단일층으로 구성됨을 보이고 있지만, 발광 효율을 높이기 위해 다중층 구조로 이루어질 수도 있다.
상기 유기 발광층(155)이 다중층 구조를 이루는 경우, 도면에 나타내지 않았지만, 상기 애노드 전극의 역할을 하는 상기 제 1 전극(150) 상부로부터 순차적으로 정공주입층(hole injection layer), 정공수송층(hole transporting layer), 유기 발광 물질층(emitting material layer), 전자수송층(electron transporting layer) 및 전자주입층(electron injection layer)의 5중층 구조로 형성될 수도 있으며, 또는 정공수송층(hole transporting layer), 유기 발광 물질층(emitting material layer), 전자수송층(electron transporting layer) 및 전자주입층(electron injection layer)의 4중층 구조, 정공수송층(hole transporting layer), 유기 발광 물질층(emitting material layer), 전자수송층(electron transporting layer)의 3중층 구조로 형성될 수도 있다.
또한, 상기 유기 발광층(155) 상부에는 상기 표시영역 전면에 제 2 전극(160)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제 2 전극(160)은 일함수 값이 비교적 낮은 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 금(Au), 알루미늄마그네슘 합금(AlMg) 중 하나로 이루어짐으로서 캐소드 전극의 역할을 한다.
이때, 상기 제 1 전극(150)과 유기 발광층(155)과 상기 제 2 전극(160)은 유기전계 발광 다이오드(E)를 이룬다.
한편, 전술한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)의 제 1 기판(110)에 대응하여 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판(170)이 구비되고 있다.
상기 제 1 기판(110)과 제 2 기판(170)은 그 가장자리를 따라 실란트 또는 프릿으로 이루어진 접착제(미도시)가 구비되고 있으며, 이러한 접착제(미도시)에 의해 상기 제 1 기판(110)과 제 2 기판(170)이 합착되어 패널상태를 유지하고 있다.
이때, 서로 이격하는 상기 제 1 기판(110)과 제 2 기판(170) 사이에는 진공의 상태를 갖거나 또는 불활성 기체로 채워짐으로써 불활성 가스 분위기를 가질 수 있다.
상기 인캡슐레이션을 위한 상기 제 2 기판(170)은 유연한 특성을 갖는 플라스틱으로 이루어질 수도 있으며, 또는 유리기판으로 이루어질 수도 있다.
한편, 전술한 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 제 1 기판(110)과 마주하여 이격하는 형태로 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판(170)이 구비된 것을 나타내고 있지만, 변형예로서 상기 제 2 기판(170)은 점착층을 포함하는 필름 형태로 상기 제 1 기판(110)의 최상층에 구비된 상기 제 2 전극(160)과 접촉하도록 구성될 수도 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 또 다른 변형예로서 상기 제 2 전극(160) 상부로 유기절연막(미도시) 또는 무기절연막(미도시)이 더욱 구비되어 캡핑막이 형성될 수 있으며, 상기 유기절연막(미도시) 또는 무기절연막(162)은 그 자체로 인캡슐레이션 막(미도시)으로 이용될 수도 있으며, 이 경우 상기 제 2 기판(170)은 생략할 수도 있다.
전술한 바와같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 유기전계 발광 소자(101)는, 제 1 폭을 갖는 제 1 뱅크(153a)와, 상기 제 1 뱅크(153a)와 완전 중첩하는 형태로 소수성 특성을 가지며 상기 제 1 폭보다 작은 제 2 폭을 갖는 제 2 뱅크(153b)가 형성되며, 나아가 상기 제 1 뱅크(153a)는 유기 발광층(155)의 두께보다 얇은 두께를 가지며 형성됨으로서 상기 제 1 뱅크(153a) 상부에는 유기 발광층(155)이 형성되며, 이때, 상기 제 1 뱅크(153a) 상에 형성되는 유기 발광층(155)은 각 화소영역(P)의 중앙부에서의 동일한 수준의 평탄화된 표면을 갖는 부분이 존재함으로서 각 화소영역(P) 내에서 유기 발광층(155)의 평탄한 표면을 이루는 영역을 확장시키게 되며, 이에 의해 상기 제 1 뱅크(153a)로 둘러싸인 전 영역에 있어 유기 발광층(155)은 평탄한 표면을 가지며 동일한 두께를 갖게 된다.
따라서, 종래의 단일층 구조를 갖는 뱅크가 구비된 유기전계 발광소자 대비 각 화소영역(P) 내에서 그 발광영역이 확장되므로 개구율을 향상시키는 효과가 있다.
나아가, 각 화소영역(P) 내에서 평탄한 표면을 갖는 유기 발광층(155)이 확대됨으로서 균일한 휘도 특성을 갖게 됨으로서 휘도 불균일에 의한 얼굴 불량이 억제되어 표시품질을 향상시키는 효과가 있다.
그리고, 상기 제 1 뱅크(153a)가 구성됨으로서 유기 발광층(155)의 두께 균일도가 향상됨으로서 유기 발광층(155)의 열화를 억제하여 수명을 연장시키는 효과가 있다.
본 발명은 전술한 실시예 및 변형예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
101 : 유기전계 발광소자 110 : 제 1 기판
115 : 게이트 전극 118 : 게이트 절연막
120 : 산화물 반도체층 122 : 에치스토퍼
133 : 소스 전극 136 : 드레인 전극
140 : 보호층 143 : 드레인 콘택홀
150 : 제 1 전극 153a : 제 1 뱅크
153b : 제 2 뱅크 155 : 유기 발광층
160 : 제 2 전극 170 : 제 2 기판
DTr : 구동 박막트랜지스터 P : 화소영역
115 : 게이트 전극 118 : 게이트 절연막
120 : 산화물 반도체층 122 : 에치스토퍼
133 : 소스 전극 136 : 드레인 전극
140 : 보호층 143 : 드레인 콘택홀
150 : 제 1 전극 153a : 제 1 뱅크
153b : 제 2 뱅크 155 : 유기 발광층
160 : 제 2 전극 170 : 제 2 기판
DTr : 구동 박막트랜지스터 P : 화소영역
Claims (8)
- 다수의 화소영역을 갖는 표시영역이 정의된 제 1 기판과;
상기 각 화소영역 별로 형성된 제 1 전극과;
상기 제 1 전극의 가장자리와 중첩하며 각 화소영역을 둘러싸도록 형성되며, 제 1 두께와 제 1 폭을 갖는 제 1 뱅크와;
상기 제 1 뱅크의 상부로 상기 제 1 뱅크와 완전 중첩하여 형성되며 상기 제 1 폭보다 작은 제 2 폭을 갖는 제 2 뱅크와;
상기 제 2 뱅크로 둘러싸인 영역 내부에 상기 제 1 뱅크 및 제 1 전극 상부에 형성된 유기 발광층과;
상기 유기 발광층 상부로 상기 표시영역 전면에 형성된 제 2 전극을 포함하며,
상기 제 1 기판 위에 형성된 게이트 전극과, 상기 게이트 전극 상에 형성된 게이트 절연막과, 상기 게이트 절연막 상에 형성된 반도체층과, 상기 반도체층 상에 서로 이격하여 형성된 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하며, 상기 반도체층은 순수 비정질 실리콘으로 형성된 액티브층과, 불순물 비정질 실리콘으로 상기 액티브층 상에 이격하여 형성된 오믹콘택층으로 이루어지며, 상기 소스 전극 및 드레인 전극은 각각 상기 오믹콘택층을 전부 덮는 스위칭 및 구동 박막트랜지스터를 포함하고,
상기 구동 박막트랜지스터는 상기 제 1 및 제 2 뱅크의 하부에 형성되고 상기 제 1 및 제 2 뱅크와 완전히 중첩하며,
상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터를 덮고 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 보호층을 포함하며, 상기 보호층에서 드레인 전극이 노출된 영역 안에는 상기 제 1 전극과 상기 제 1 및 제 2 뱅크가 형성되고, 상기 제 1 전극은 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며,
상기 스위칭 박막트랜지스터의 소스 전극과 연결되는 데이터 배선을 포함하고,
상기 데이터 배선은 상기 제 1 및 제 2 뱅크와 완전히 중첩하며,
상기 유기 발광층은 상기 제 1 뱅크로 둘러싸인 전 영역에 있어 평탄한 표면을 가지며 동일한 두께를 가지는 유기전계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 뱅크는 소수성 특성을 갖는 것이 특징인 유기전계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 두께는 상기 유기 발광층의 두께보다 얇은 것이 특징인 유기전계 발광소자.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 뱅크는 무기절연물질인 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 것이 특징인 유기전계 발광소자.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 기판에 대응하여 이와 마주하는 제 2 기판이 구비되거나, 또는 상기 제 2 전극과 접촉하며 상기 제 2 기판의 역할을 하는 인캡슐레이션막이 구비된 것이 특징인 유기전계 발광소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 데이터 배선과 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선과;
상기 데이터 배선과 이격하여 형성되는 전원배선과;
게이트 전극은 상기 게이트 배선과 연결되는 스위칭 박막트랜지스터와;
게이트 전극은 상기 스위칭 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결되고 소스 전극은 상기 전원배선과 연결되는 구동 박막트랜지스터와;
상기 구동 박막트랜지스터의 게이트 전극과 소스 전극 사이에 형성되는 스토리지 커패시터와;
상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결되는 유기전계 발광 다이오드를 포함하는 유기전계 발광소자.
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