KR20100004221A - 상부 발광방식 유기전계발광소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 상부 발광방식 유기전계발광소자에 관한 것으로, 특히, 제 2 전극의 전압강하 방지를 위한 보조전극에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 컬러필터층이 형성된 제 2 기판의 블랙매트릭스 상부에 보조전극을 형성하고, 제 1 기판 상에 형성된 제 2 전극이 컬럼 스페이서를 통해 보조전극과 전기적으로 접촉되도록 하는 것이다.
이를 통해, 제 2 전극의 전압강하를 방지할 수 있어, 유기전계발광소자의 휘도 및 화상 특성을 균일하게 할 수 있다.
특히, 보조전극을 비화소영역의 블랙매트릭스 상부에 형성하므로, 발광영역의 개구율에 영향을 주지 않게 된다.
유기전계발광소자, 보조전극, 전압강하
Description
본 발명은 상부 발광방식 유기전계발광소자에 관한 것으로, 특히, 제 2 전극의 전압강하 방지를 위한 보조전극에 관한 것이다.
최근까지, CRT(cathode ray tube)가 표시장치로서 주로 사용되었다. 그러나, 최근에 CRT를 대신할 수 있는, 플라즈마표시장치(plasma display panel : PDP), 액정표시장치(liquid crystal display device : LCD), 유기전계발광소자(organic electro-luminescence device : OLED)와 같은 평판표시장치가 널리 연구되며 사용되고 있는 추세이다.
위와 같은 평판표시장치 중에서, 유기전계발광소자(이하, OLED라 함)는 자발광소자로서, 비발광소자인 액정표시장치에 사용되는 백라이트가 필요하지 않기 때문에 경량 박형이 가능하다.
그리고, 액정표시장치에 비해 시야각 및 대비비가 우수하며, 소비전력 측면에서도 유리하며, 직류 저전압 구동이 가능하고, 응답속도가 빠르며, 내부 구성요소가 고체이기 때문에 외부충격에 강하고, 사용 온도범위도 넓은 장점을 가지고 있 다.
특히, 제조공정이 단순하기 때문에 생산원가를 기존의 액정표시장치 보다 많이 절감할 수 있는 장점이 있다.
이러한 특성을 갖는 OLED는 크게 패시브 매트릭스 타입(passive matrix type)과 액티브 매트릭스 타입(active matrix type)으로 나뉘어 지는데, 패시브 매트릭스 타입은 신호선을 교차하면서 매트릭스 형태로 소자를 구성하는 반면, 액티브 매트릭스 타입은 화소를 온/오프(on/off)하는 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 화소 별로 위치하도록 한다.
최근, 패시브 매트릭스 타입은 해상도나 소비전력, 수명 등에 많은 제한적인 요소를 가지고 있어, 고해상도나 대화면을 구현할 수 있는 액티브 매트릭스 타입 OLED의 연구가 활발히 진행되고 있다.
도 1은 일반적인 액티브 매트릭스 타입 OLED의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, OLED(10)는 제 1 기판(1)과, 제 1 기판(1)과 마주하는 제 2 기판(2)으로 구성되며, 제 1 및 제 2 기판(1, 2)은 서로 이격되어 이의 가장자리부를 실패턴(seal pattern : 20)을 통해 봉지되어 합착된다.
이를 좀더 자세히 살펴보면, 제 1 기판(1)의 상부에는 각 화소영역 별로 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되어 있고, 각각의 구동 박막트랜지스터(DTr)와 연결되는 제 1 전극(3)과 제 1 전극(3)의 상부에 특정한 색의 빛을 발광하는 유기발광층(5)과, 유기발광층(5)의 상부에는 제 2 전극(7)이 구성된다.
유기발광층(5)은 적, 녹, 청의 색을 표현하게 되는데, 일반적인 방법으로는 각 화소마다 적, 녹, 청색을 발광하는 별도의 유기물질(5a, 5b, 5c)을 패턴하여 사용한다.
이들 제 1 및 제 2 전극(3, 7)과 그 사이에 형성된 유기발광층(5)은 유기전계 발광다이오드를 이루게 된다. 이때, 이러한 구조를 갖는 OLED(10)는 제 1 전극(3)을 양극(anode)으로 제 2 전극(7)을 음극(cathode)으로 구성하게 된다.
한편, 제 2 기판(2)의 내부면에는 외부의 수분을 차단하는 흡습제(13)가 형성된다.
이러한 OLED(10)는 유기발광층(5)을 통해 발광된 빛의 투과방향에 따라 상부 발광방식(top emission type)과 하부 발광방식(bottom emission type)으로 나뉘게 되는데, 하부 발광방식은 안정성 및 공정이 자유도가 높은 반면 개구율의 제한이 있어 고해상도 제품에 적용하기 어려운 문제점이 있다.
이에, 최근에는 고개구율 및 고해상도를 갖는 상부 발광방식에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있으나, 상부 발광방식은 유기발광층(5) 상부에 통상적으로 음극(cathode)이 위치함에 따라 재료 선택폭이 좁아 투과도가 제한되어 광효율이 저하되는 문제점이 있다.
특히, 음극인 제 2 전극(7)으로 일함수가 낮은 금속 물질을 얇게 증착한 반투명 금속막 상에 투명한 도전성 물질을 두껍게 증착하여 사용하는데, 이러한 제 2 전극(7)은 유기발광층(5)의 상부에 형성하므로 열이나 플라즈마에 의한 유기발광층(5)의 손상을 최소화하기 위하여 저온 증착에 의해 형성하게 된다. 이에, 제 2 전극(7)은 막질이 나쁘고 비저항이 높아지게 된다.
여기서, 제 2 전극(7)의 비저항이 높다는 것은 화소의 위치별로 동일한 음극 전압이 인가되는 것이 아니라 전압강하(IR drop)에 의해 전압이 입력되는 부위에서 가까운 영역과 먼 영역에서 전압 차이가 발생하게 한다.
이는, 결국 휘도나 화상 특성의 불균일을 발생시키게 되며, 소비전력을 상승시키는 문제점을 야기하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전압강하를 방지할 수 있는 유기전계발광소자를 제공하고자 하는 것을 제 1 목적으로 한다.
이를 통해, 균일한 신호를 제공함으로써, 휘도 및 화상 특성을 향상시키고자 하는 것을 제 2 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 화소영역과 비화소영역이 정의되며, 서로 마주대하는 제 1 및 제 2 기판과; 상기 제 2 기판과 마주보는 상기 제 1 기판의 일면 형성된 구동 박막트랜지스타와; 상기 구동 박막트랜지스터와 연결되며, 상기 각 화소영역에 형성된 제 1 전극과; 상기 각 화소영역에 대응하여 상기 각 제 1 전극 사이의 상기 비화소영역에 형성되는 뱅크와; 상기 뱅크 상에 형성된 컬럼 스페이서와; 상기 컬럼 스페이서를 포함한 상기 제 1 기판의 전면에 형성된 유기발광층과; 상기 유기발광층 상부에 형성된 제 2 전극과; 상기 제 1 기판과 마주보는 상기 제 2 기판의 일면에 상기 화소영역 별로 독립적으로 구성된 적, 녹, 청의 컬러필터와; 상기 적, 녹, 청의 컬러필터의 경계에 대응하는 상기 비화소영역에 형성되는 블랙매트릭스와; 상기 블랙매트릭스 상부에 형성되며, 상기 제 2 전극과 전기적으로 접촉하는 보조전극을 포함하며, 상기 유기발광층에서 발광하는 빛은 상기 제 2 전극 상부로 투과하는 상부발광 방식으로 구동되는 유기전계발광소자을 제공한다.
이때, 상기 제 2 전극은 반투명 금속막과 투명한 도전성 물질층으로 이루어진 것을 특징으로 하며, 상기 블랙매트릭스와 상기 보조전극은 이중층의 패턴 구조인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보조전극은 상기 제 2 전극에 비해 비저항값이 낮은 금속물질인 것을 특징으로 하며, 상기 유기발광층은 단색 유기발광층인 것을 특징으로 한다.
상기 구동 박막트랜지스터는 반도체층과, 게이트전극, 소스 및 드레인전극을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 제 1 전극은 상기 드레인전극과 전기적으로 접촉하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 화소영역과 비화소영역이 정의된 제 1 기판의 일면에 구동 박막트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 구동 박막트랜지스터와 전기적으로 연결되는 제 1 전극을 형성하는 단계와; 상기 비화소영역에 대응하여 상기 제 1 전극 사이에 뱅크를 형성하는 단계와; 상기 뱅크의 상부에 컬럼 스페이서를 형성하는 단계와; 상기 컬럼 스페이서를 포함한 상기 기판의 전면에 유기발광층을 형성하는 단계와; 상기 유기발광층 상부에 제 2 전극을 형성하는 단계와; 상기 제 1 기판을 마주보는 제 2 기판의 일면에 상기 비화소영역에 대응하여 블랙매트릭스와 보조전극을 형성하는 단계와; 상기 블랙매트릭스와 상기 보조전극을 사이에 두고 상기 화소영역에 대응하여 적, 녹, 청의 컬러필터를 형성하는 단계와; 상기 제 2 전극이 상기 보조전극과 전기적으로 접촉되도록 상기 제 1 및 제 2 기판을 진공합착하는 단계를 포함하는 유기전계발광소자 제조방법을 제공한다.
이때, 상기 제 2 전극은 반투명 금속막과 투명한 도전성 물질층으로 이루어진 이중층 구조로, 상부발광 방식으로 구동되는 것을 특징으로 하며, 상기 블랙매트릭스와 상기 보조전극은 상기 제 2 기판의 일면에 제 1 및 제 2 물질층을 순차적으로 증착한 후, 마스크 공정을 통해 제 1 및 제 2 물질층을 동시에 패터닝하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 물질층은 불투명한 수지 또는 크롬(Cr)및 크롬화합물(Cr/CrOX) 중 선택된 하나이며, 상기 제 2 물질층은 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 은-인듐-틴-옥사이드(Ag-ITO) 중의 선택된 하나의 물질인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 구동 박막트랜지스터를 형성하는 단계는 반도체층을 형성하는 단계와; 상기 반도체층 상부 게이트 절연막과 게이트전극을 형성하는 단계와; 상기 반도체층에 이온주입을 통해 액티브층과 오믹콘택층을 형성하는 단계와; 상기 오믹콘택층을 노출하는 제 1, 2 반도체층 콘택홀을 갖는 층간절연막을 형성하는 단계와; 상기 제 1, 2 반도체층 콘택홀을 통해 상기 오믹콘택층과 접촉하는 소스 및 드 레인전극을 형성하는 단계와; 상기 드레인전극을 노출하는 보호층을 형성하는 단계를 포함하는 유기전계발광소자 제조방법을 제공한다.
위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 상부 발광방식 유기전계발광소자에 있어서 컬러필터층이 형성된 제 2 기판의 블랙매트릭스 상부에 보조전극을 형성함으로써, 음극전극의 전압강하를 방지할 수 있는 효과가 있다.
이에 유기전계발광소자에 균일한 신호를 인가할 수 있어, 휘도 및 화상 특성을 균일하게 할 수 있는 효과가 있다.
특히, 보조전극을 비화소영역의 블랙매트릭스 상부에 형성하므로, 발광영역의 개구율에 영향을 주지 않아 고휘도를 구현할 수 있는 효과가 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 상부 발광방식 OLED의 일부를 도시한 것으로써 구동 박막트랜지스터 및 유기전계발광 다이오드를 포함하는 하나의 화소에 대한 단면도이다.
이때 설명의 편의를 위해 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되는 영역을 구동영역(DA), 구동영역(DA)과 대응되는 비화소영역(NP)과 유기전계발광 다이오드(E)가 형성되는 영역을 발광영역(PA)이라 정의한다. 그리고 도면에는 나타내지 않았지만 스위칭 박막트랜지스터가 형성되는 영역을 스위칭 영역이라 정의한다.
도시한 바와 같이, OLED(100)는 구동 박막트랜지스터(DTr) 및 스위칭 박막트랜지스터(미도시) 그리고 유기전계발광 다이오드(E)가 형성된 제 1 기판(101)과, 컬러필터(131a, 131b, 131c)가 형성된 제 2 기판(102)이 서로 마주하며 대향하고 있다.
여기서, 제 1 기판(101) 상에는 반도체층(105)이 형성되는데, 반도체층(105)은 구동영역(DA)에 대응하여 실리콘으로 이루어지며 그 중앙부는 채널을 이루는 액티브영역(105a) 그리고 액티브영역(105a) 양측면으로 고농도의 불순물이 도핑된 소스 및 드레인영역(105b, 105c)으로 구성된다.
이러한 반도체층(105) 상부로는 게이트 절연막(108)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(108) 상부로는 반도체층(105a)에 대응하여 게이트 전극(109)과 도면에 나타내지 않았지만 일방향으로 연장하는 게이트 배선이 형성되어 있다.
또한, 게이트 전극(109)과 게이트 배선(미도시) 상부 전면에 층간절연막(111)이 형성되어 있으며, 이때 층간절연막(111)과 그 하부의 게이트 절연막(108)은 액티브영역(105a) 양측면에 위치한 소스 및 드레인영역(105b, 105c)을 각각 노출시키는 제 1, 2 반도체층 콘택홀(111a, 111b)을 구비한다.
다음으로, 제 1, 2 반도체층 콘택홀(111a, 111b)을 포함하는 층간절연막(111) 상부로는 구동영역(DA)에 대응하여 서로 이격하며 제 1, 2 반도체층 콘택홀(111a, 111b)을 통해 노출된 소스 및 드레인영역(105b, 105c)과 각각 접촉하는 소스 및 드레인 전극(115, 117)이 형성되어 있다.
그리고, 소스 및 드레인전극(115, 117)과 두 전극(115, 117) 사이로 노출된 층간절연막(111) 상부로 보호층(119)이 형성되어 있다.
이때, 소스 및 드레인 전극(115, 117)과 이들 전극(115, 117)과 접촉하는 소스 및 드레인영역(105b, 105c)을 포함하는 반도체층(105)과 반도체층(105) 상부에 형성된 게이트 절연막(108) 및 게이트 전극(109)은 구동 박막트랜지스터(DTr)를 이루게 된다.
이때 도면에 나타나지 않았지만, 게이트 배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(미도시)이 형성되어 있으며, 스위칭 영역에는 구동 박막트랜지스터(DTr)와 동일한 형태로 스위칭 박막트랜지스터(미도시) 또한 형성되어 있다.
이때, 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 구동 박막트랜지스터(DTr)와 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(미도시)과 연결되며, 데이터 배선(미도시)은 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 소스 전극(미도시)과 연결된다.
또한, 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(117)과 연결되며 보호층(119) 상부로는 실질적으로 화상을 표시하는 영역 즉, 발광영역(PA)에는 예를들어 일함수 값이 비교적 높은 물질로 유기전계발광 다이오드(E)를 구성하는 일 구성요소로써 양극(anode)을 이루는 제 1 전극(120)이 형성되어 있다.
이러한 제 1 전극(120)은 각 화소영역별로 형성되는데, 각 화소영역(P) 별로 형성된 제 1 전극(120) 사이에는 뱅크(bank : 121)가 위치한다.
즉, 뱅크(121)를 각 화소영역(P) 별 경계부로 하여 제 1 전극(120)이 화소영 역(P)별로 분리된 구조로 형성되어 있다.
그리고, 이러한 뱅크(121) 상부로는 컬럼 스페이서(123)가 형성되는데, 컬럼 스페이서(123)는 유기물질로 이루어지므로 뱅크(121) 상부에 쉽게 형성할 수 있다.
이의 컬럼 스페이서(123)는 제 1 및 제 2 기판(101, 102)이 서로 전기적으로 연결되도록 하는 연결패턴이다.
다음으로 이러한 컬럼 스페이서(123)를 포함하여 기판(101)의 전면에 유기발광층(125)이 형성되어 있다.
여기서, 유기발광층(125)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.
그리고, 유기발광층(125)의 상부로는 전면에 음극(cathode)을 이루는 제 2 전극(127)이 형성되어 있다.
제 1, 2 전극(120, 127)과 그 사이에 형성된 유기발광층(125)은 유기전계발광 다이오드(E)를 이루게 된다.
이때, 제 2 전극(127)을 이중층 구조로, 일함수가 낮은 금속 물질을 얇게 증착한 반투명 금속막 상에 투명한 도전성 물질을 두껍게 증착된 이층 구조이다.
따라서, 유기발광층(125)에서 발광된 빛은 제 2 전극(127)을 향해 방출되는 상부 발광방식으로 구동된다.
한편, 제 1 기판(101)과 서로 마주하며 대향하고 있는 제 2 기판(102) 상에는 각 화소영역(P) 별로 적(R), 녹(G), 청(B) 컬러필터(131a, 131b, 131c)가 차례대로 반복 배열되어 있고, 적(R), 녹(G), 청(B) 컬러필터(131a, 131b, 131c)의 컬러별 경계부를 포함하는 비화소영역(NP)에는 블랙매트릭스(133)가 형성되어 있다.
여기서, 블랙매트릭스(133)는 불투명한 수지를 사용하거나 크롬(Cr)및 크롬화합물(Cr/CrOX)을 적층하여 형성할 수 있다.
이에, 제 1 기판(101) 상에 형성된 유기발광층(125)은 단색 발광층으로 이루어지며, 일예로 백색발광층으로 이루어질 수 있다.
특히, 본 발명은 블랙매트릭스(133) 상부에 보조전극(200)이 더욱 형성되는 것을 특징으로 한다. 즉, 유기전계발광 다이오드(E)의 음극전극인 제 2 전극(127)의 전압강하를 방지하기 위한 보조전극(200)을 비화소영역(NP)인 각 발광영역(PA)의 사이에 형성하는 것이다.
이에, 제 1 기판(101) 상의 컬럼 스페이서(123)로 인하여 각 발광영역(PA)의 유기전계발광 다이오드(E)의 제 2 전극(127)은 보조전극(200)과 전기적으로 연결된다.
이는, OLED(100)가 상부 발광방식인 경우 유기발광층(125)으로부터 발광되는 빛이 제 2 전극(127)을 투과하여 전면으로 조사되게 되는데, 이때 제 2 전극(127)을 유기발광층(125) 상부에 형성하는 과정에서 유기발광층(125)의 손상을 최소화하기 위하여 제 2 전극(127)은 비저항이 높아지게 되어, 화소영역(P)의 위치별로 동 일한 전압이 인가되는 것이 아니라 전압강하(IR drop)에 의해 전압이 입력되는 부위에서 가까운 영역과 먼 영역에서 전압 차이가 발생하게 된다.
이에, 휘도나 화상 특성의 불균일을 발생시키게 되며 소비전력을 상승시키는 문제점을 야기하게 되는데, 본 발명은 각 화소영역(P) 별로 제 2 전극(127)이 보조전극(200)과 전기적으로 연결되도록 함으로써 제 2 전극(127)의 전압강하를 방지할 수 있다.
여기서, 보조전극(200)은 제 2 전극(127)의 전압강하를 최저화하기 위해 제 2 전극(127)에 비해 비저항이 낮은 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 은-인듐-틴-옥사이드(Ag-ITO)물질로 형성한다.
이때, 제 2 전극(127)이 ITO로 이루어질 경우, 보조전극(200)은 ITO와 갈바닉 부식(galvanic corrosion)이 발생되지 않는 금속물질에서 선택되며, 알루미늄(Al)계 금속물질은 제외되는 것이 바람직하다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 OLED(100)는 스위칭 및 구동박막트랜지스터(DTr)와 유기전계발광 다이오드(E)를 갖는 제 1 기판(101)과 적, 녹, 청의 컬러필터(131a, 131b, 131c)을 갖는 제 2 기판(102)을 각각 따로 형성한 후, 이들 두 기판(101, 102)을 합착하여 OLED(100)를 완성한다.
이러한 OLED(100)는 선택된 색 신호에 따라 제 1 전극(120)과 제 2 전극(127)으로 소정의 전압이 인가되면, 제 1 전극(120)으로부터 주입된 정공과 제 2 전극(127)으로부터 제공된 전자가 유기발광층(125)으로 수송되어 엑시톤(exciton)을 이루고, 이러한 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 천이 될 때 빛이 발생되어 가시광선의 형태로 방출된다.
이때, 발광된 빛은 투명한 제 2 전극(127)을 통과하여 외부로 나가게 되므로, OLED(100)는 임의의 화상을 구현하게 된다.
이 과정에서, 제 2 전극(127)이 보조전극(200)과 전기적으로 연결되어 있으므로, 전압 인가 부위로부터 멀어짐에 따른 전압강하를 방지할 수 있게 된다.
이를 통해, 휘도 및 화상 특성을 균일하게 할 수 있다.
특히, 보조전극(200)을 비화소영역(NP)의 블랙매트릭스(133) 상부에 형성하므로, 발광영역(PA)의 개구율에 영향을 주지 않게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 OLED(100)는 크게 유기전계발광 다이오드(E)가 형성된 제 1 기판(101 : 이하, 유기전계발광 다이오드 기판이라 함)과 컬러필터(131a, 131b, 131c)가 형성된 제 2 기판(102 : 이하, 컬러필터기판이라 함)을 각각 형성 한 후, 진공합착 공정을 통해 합착함으로써 형성한다.
이때, 블랙매트릭스(133) 상부에 형성하는 보조전극(200)은 별도의 추가 마스크 공정 없이 형성 가능한데, 이에 대해 도 3a ~ 3j와 도 4a ~ 4b를 참조하여 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
도 3a ~ 3j는 본 발명의 실시예에 따른 상부 발광방식 OLED의 유기전계발광 다이오드 기판의 제조 단계별 단면도이다.
도시한 바와 같이, 각 화소영역(P)을 구동 박막트랜지스터가 형성되는 구동영역(DA)으로 정의하여 도시하였다.
먼저, 도 3a에 도시한 바와 같이 제 1 기판(101) 상에 비정질실리콘을 증착 한 후, 포토레지스트의 도포, 마스크를 통한 노광, 노광된 포토레지스트의 현상 및 현상후 남아 있는 포토레지스트 외부로 노출된 비정질실리콘층의 식각 및 남아 있는 포토레지스트의 애싱(ashing) 또는 스트립(strip) 등의 마스크 공정을 통한 패터닝이라 칭하는 일련의 공정을 진행하여 실리콘패턴(205)을 형성한다.
이때, 실리콘패턴(205)의 탈수소 과정을 거쳐 열처리에 의해 폴리실리콘으로 결정화하는 공정을 더욱 포함한다.
제 1 기판(101)은 유리 기판이나 플라스틱 기판 또는 플렉서블(flexible) 기판중 어느 하나로 하는 것이 바람직하다.
다음으로 도 3b에 도시한 바와 같이, 실리콘패턴(205)이 형성된 기판(101) 상에 제 2 절연물질 및 제 1 금속층을 차례대로 증착한 후, 앞서 설명한 바와 같이 마스크 공정을 통해 실리콘패턴(205)의 중앙부에 제 2 절연물질을 게이트 절연막(108)으로 형성한다.
그리고 게이트 절연막(108)을 하부층으로 하여 제 1 금속층을 게이트 전극(109)으로 형성한다.
여기서, 제 2 절연물질은 무기절연물질인 질화실리콘(SiNx) 또는 산화실리콘(Si02) 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
그리고, 제 1 금속층은 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(AlNd), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 텅스텐(W) 등의 금속 물질 중에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 물질을 증착하여 단일층 또는 이중층으로 하는 것이 바람직하다.
이때, 도면상에 도시하지는 않았지만 게이트전극(109)과 연결되며 데이터배선과 함께 화소영역(P)을 정의하는 일방향의 게이트배선이 형성되며, 전원공급배선과 연결된 파워전극이 같이 형성될 수도 있다.
다음으로 도 3c에 도시한 바와 같이, 실리콘패턴(205)이 형성된 기판(101)에 있어서, 게이트전극(109) 및 게이트배선(미도시)과 파워전극(미도시) 외부로 노출된 게이트 절연막(108)을 식각하여 제거한 후, 기판(101) 상에 적정 도즈량을 갖는 이온주입에 의해 n+ 또는 p+ 도핑을 실시한다.
이때, 구동영역(DA)의 실리콘패턴(205)에 있어서 게이트전극(109)에 의해 이온주입이 블록킹된 부분은 액티브영역(105a)을 형성하게 되고, 그 외의 이온주입된 액티브 영역은 소스 및 드레인영역(105b, 105c)을 형성하게 된다.
이로써 액티브영역(105a)과 소스 및 드레인영역(105b, 105c)으로 이루어진 반도체층(105)을 완성하게 된다.
다음으로 도 3d에 도시한 바와 같이, 게이트전극(109)을 포함하여 노출된 소스 및 드레인영역(105b, 105c) 상부로 무기절연물질을 증착하고 마스크공정을 진행하여 패터닝함으로써, 구동영역(DA)에 있어서 게이트전극(109) 양측의 소스 및 드레인영역(105b, 105c) 일부를 각각 노출시키는 제 1, 2 반도체층 콘택홀(111a, 111b)을 갖는 층간절연막(111)을 형성한다.
다음으로 도 3e에 도시한 바와 같이, 제 1, 2 반도체층 콘택홀(111a, 111b)을 갖는 층간절연막(111)이 형성된 기판(101) 전면에 금속물질을 증착하고 마스크공정을 진행하여 패터닝함으로써 구동영역(DA)에 있어서, 제 1, 2 반도체층 콘택 홀(111a, 111b)을 통해 각각 소스 및 드레인영역(105b, 105c)과 접촉하는 소스 및 드레인전극(115, 117)을 형성한다.
이때, 소스 및 드레인전극(115, 117)은 게이트전극(109)을 사이에 두고 서로 이격하게 위치한다.
다음으로 도 3f에 도시한 바와 같이, 소스 및 드레인전극(115, 117)이 형성된 기판(101) 전면에 유기절연물질을 도포하고 마스크공정을 통해 패터닝함으로써, 기판(101) 전면에 보호층(119)을 형성한다.
이때, 보호층(119)은 드레인전극(117)을 노출하는 드레인전극 콘택홀(119a)를 가지며, 이러한 보호층(119)의 구동영역(DA) 이외의 영역 상부로는 유기전계발광 다이오드(E)를 구성하는 일 구성요소로써 양극(anode)을 이루는 제 1 전극(120)을 형성한다.
다음으로 도 3g에 도시한 바와 같이, 제 1 전극(120)의 상부에 감광성의 유기절연물질 예를 들면 포토아크릴(photo acryl) 또는 벤조사이클로부텐(BCB)을 도포하고 이를 패터닝함으로써 제 1 전극(120) 상부로 뱅크(121)를 형성한다.
뱅크(121)는 기판(101) 전체적으로 격자 구조의 매트릭스 타입으로 형성되어 화소영역(P) 간을 구분하게 된다.
다음으로 도 3h에 도시한 바와 같이, 뱅크(121) 상부에 유기물질을 증착하고 이를 패터닝함으로써, 뱅크(121)에 근접한 밑면이 넓고 위로 갈수록 폭이 좁아지는형상의 컬럼 스페이서(123)를 형성한다.
다음으로 도 3i에 도시한 바와 같이, 뱅크(121) 및 컬럼 스페이서(123) 상부 로 유기발광물질을 도포 또는 증착함으로써, 유기발광층(125)을 형성한다.
이때, 유기발광물질은 노즐코팅 장치, 디스펜싱 장치 또는 잉크젯 장치를 이용하여 코팅 또는 분사함으로써, 각 화소영역(P) 별로 각각 분리된 유기발광층(125)을 형성할 수도 있으며, 쉐도우 마스크를 이용하여 유기발광물질을 열증착 함으로써 각 화소영역(P) 별로 유기발광층(125)을 형성할 수도 있다.
유기발광층(125)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.
여기서, 본 발명의 유기발광층(125)은 단색 발광층으로 구성된다.
다음으로 도 3j에 도시한 바와 같이, 유기발광층(125) 상부에 일함수가 낮은 금속 물질을 얇게 증착한 반투명 금속막 상에 투명한 도전성 물질을 두껍게 증착한 제 2 전극(127)을 형성함으로써, 본 발명에 따른 상부 발광방식 OLED의 유기전계발광 다이오드 기판을 완성한다.
도 4a ~ 4b는 본 발명의 실시예에 따른 상부 발광방식 OLED의 컬러필터기판의 제조 단계별 단면도이다.
도 4a에 도시한 바와 같이, 절연기판인 제 2 기판(102)에 유기전계발광 다이오드 기판의 각 화소영역(P)과 대응되는 화소영역(P)을 정의한다.
여기서, 제 2 기판(102) 또한 유리 기판이나 플라스틱 기판 또는 플렉서 블(flexible) 기판 중 어느 하나로 하는 것이 바람직하다.
그리고 제 2 기판(102) 상에 제 1 및 제 2 물질층을 순차적으로 증착한 후, 마스크공정을 통해 패터닝하여 화소영역(P)의 경계부를 포함하는 비화소영역(NP)에 블랙매트릭스(133)와 보조전극(200)을 형성한다.
이때, 블랙매트릭스(133)는 불투명한 수지 또는 크롬(Cr)및 크롬화합물(Cr/CrOX) 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고, 보조전극(200)은 유기전계발광 다이오드 기판 상에 형성한 제 2 전극(도 3j의 127)의 전압강하를 최저화하기 위해 비저항이 낮은 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 은-인듐-틴-옥사이드(Ag-ITO) 중의 선택된 하나의 물질로 형성하는 것이 바람직하다.
다음으로 도 4b에 도시한 바와 같이, 블랙매트릭스(133)와 보조전극(200)이 형성된 제 2 기판(102)의 전면에 적, 녹, 청 컬러수지를 나타내는 감광성 컬러수지를 도포하여 컬러수지층을 형성한 후, 마스크공정을 통해 패터닝하여 적, 녹, 청의 컬러필터(131)를 순차 형성함으로써, 본 발명에 따른 상부 발광방식 OLED의 컬러필터기판을 완성한다.
이후, 도면에 도시하지는 않았지만 전술한 공정을 통해 완성된 유기전계발광 다이오드 기판과 컬러필터기판 중 어느 하나의 기판의 테두리를 따라 씰패턴을 형성한다.
다음으로 이들 두 기판을 서로 대향시킨 후, 컬럼 스페이서(도 3j의 123) 상에 형성된 제 2 전극(도 3j의 127)과 보조전극(200)이 서로 맞닿도록 한 상태에서 진공 또는 불활성 기체인 질소 분위기에서 합착함으로써 상부 발광방식 OLED(도 2의 100)를 완성한다.
이때, 실패턴(미도시)의 내측으로 흡습제(미도시)가 형성되어 있는데, 흡습제(미도시)는 외부의 수분을 차단하기 위하여 구비되는데, 이는 유기발광층(도 3j의 125)이 산소 및 수분에 노출되면 쉽게 열화되는 특성 때문에 이를 방지하기 위함이다.
전술한 바와 같이, 상부 발광방식 OLED(도 2의 100)에 있어서 컬러필터층이 형성된 제 2 기판(102)의 블랙매트릭스(133) 상부에 보조전극(200)을 형성하여, 음극전극인 제 2 전극(도 3j의 127)의 전압강하를 방지할 수 있다.
이를 통해, OLED(도 2의 100)의 휘도 및 화상 특성을 균일하게 할 수 있다.
특히, 보조전극(200)을 비화소영역(NP)의 블랙매트릭스(133) 상부에 형성하므로, 발광영역(PA)의 개구율에 영향을 주지 않게 된다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
도 1은 일반적인 액티브 매트릭스형 OLED의 단면을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 상부 발광방식 OLED의 일부를 도시한 단면도.
도 3a ~ 3j는 본 발명의 실시예에 따른 상부 발광방식 OLED의 유기전계발광 다이오드 기판의 제조 단계별 단면도.
도 4a ~ 4b는 본 발명의 실시예에 따른 상부 발광방식 OLED의 컬러필터기판의 제조 단계별 단면도.
Claims (11)
- 화소영역과 비화소영역이 정의되며, 서로 마주대하는 제 1 및 제 2 기판과;상기 제 2 기판과 마주보는 상기 제 1 기판의 일면 형성된 구동 박막트랜지스타와;상기 구동 박막트랜지스터와 연결되며, 상기 각 화소영역에 형성된 제 1 전극과;상기 각 화소영역에 대응하여 상기 각 제 1 전극 사이의 상기 비화소영역에 형성되는 뱅크와;상기 뱅크 상에 형성된 컬럼 스페이서와;상기 컬럼 스페이서를 포함한 상기 제 1 기판의 전면에 형성된 유기발광층과;상기 유기발광층 상부에 형성된 제 2 전극과;상기 제 1 기판과 마주보는 상기 제 2 기판의 일면에 상기 화소영역 별로 독립적으로 구성된 적, 녹, 청의 컬러필터와;상기 적, 녹, 청의 컬러필터의 경계에 대응하는 상기 비화소영역에 형성되는 블랙매트릭스와;상기 블랙매트릭스 상부에 형성되며, 상기 제 2 전극과 전기적으로 접촉하는 보조전극을 포함하며, 상기 유기발광층에서 발광하는 빛은 상기 제 2 전극 상부로 투 과하는 상부발광 방식으로 구동되는 유기전계발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 전극은 반투명 금속막과 투명한 도전성 물질층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 블랙매트릭스와 상기 보조전극은 이중층의 패턴 구조인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제 3 항에 있어서,상기 보조전극은 상기 제 2 전극에 비해 비저항값이 낮은 금속물질인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 유기발광층은 단색 유기발광층인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소 자.
- 제 1 항에 있어서,상기 구동 박막트랜지스터는 반도체층과, 게이트전극, 소스 및 드레인전극을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 제 1 전극은 상기 드레인전극과 전기적으로 접촉하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 상기 화소영역과 비화소영역이 정의된 제 1 기판의 일면에 구동 박막트랜지스터를 형성하는 단계와;상기 구동 박막트랜지스터와 전기적으로 연결되는 제 1 전극을 형성하는 단계와;상기 비화소영역에 대응하여 상기 제 1 전극 사이에 뱅크를 형성하는 단계와;상기 뱅크의 상부에 컬럼 스페이서를 형성하는 단계와;상기 컬럼 스페이서를 포함한 상기 기판의 전면에 유기발광층을 형성하는 단계와;상기 유기발광층 상부에 제 2 전극을 형성하는 단계와;상기 제 1 기판을 마주보는 제 2 기판의 일면에 상기 비화소영역에 대응하여 블랙매트릭스와 보조전극을 형성하는 단계와;상기 블랙매트릭스와 상기 보조전극을 사이에 두고 상기 화소영역에 대응하여 적, 녹, 청의 컬러필터를 형성하는 단계와;상기 제 2 전극이 상기 보조전극과 전기적으로 접촉되도록 상기 제 1 및 제 2 기판을 진공합착하는 단계를 포함하는 유기전계발광소자 제조방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 제 2 전극은 반투명 금속막과 투명한 도전성 물질층으로 이루어진 이중층 구조로, 상부발광 방식으로 구동되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자 제조방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 블랙매트릭스와 상기 보조전극은 상기 제 2 기판의 일면에 제 1 및 제 2 물질층을 순차적으로 증착한 후, 마스크 공정을 통해 제 1 및 제 2 물질층을 동시에 패터닝하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자 제조방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 제 1 물질층은 불투명한 수지 또는 크롬(Cr)및 크롬화합물(Cr/CrOX) 중 선택된 하나이며, 상기 제 2 물질층은 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 은-인듐-틴-옥사이드(Ag-ITO) 중의 선택된 하나의 물질인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자 제조방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 구동 박막트랜지스터를 형성하는 단계는 반도체층을 형성하는 단계와;상기 반도체층 상부 게이트 절연막과 게이트전극을 형성하는 단계와;상기 반도체층에 이온주입을 통해 액티브층과 오믹콘택층을 형성하는 단계와;상기 오믹콘택층을 노출하는 제 1, 2 반도체층 콘택홀을 갖는 층간절연막을 형성하는 단계와;상기 제 1, 2 반도체층 콘택홀을 통해 상기 오믹콘택층과 접촉하는 소스 및 드레인전극을 형성하는 단계와;상기 드레인전극을 노출하는 보호층을 형성하는 단계를 포함하는 유기전계발광소자 제조방법.
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