KR20140103455A - 광결정을 이용하는 표시장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일례에서는, 발광트랜지스터상에 광결정을 배치하여 상기 광결정에서 빛이 반사되는 위치에 따라 반사되는 빛의 파장이 달라지는 것을 이용하여 컬러를 표시하는 표시장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 광결정(photonic crystal)을 이용하는 표시장치에 관한 것으로서, 발광 트랜지스터상에 광결정을 배치하여, 상기 광결정에서 빛이 반사되는 위치에 따라 반사되는 빛의 파장이 달라지는 것을 이용하여 색상(color)을 표시하는 표시장치에 관한 것이다.
표시장치(Display Device)는 빛을 방출하는 소자를 가지고 화상을 표시한다. 최근 표시장치로서 평판 표시장치가 널리 사용되고 있는데, 대표적인 평판 표시장치로서 액정표시장치와 유기발광 표시장치가 있다.
액정 표시장치의 경우 자발광 소자를 사용하지 않기 때문에 백라이트(back light)라는 추가적인 발광 부품이 필요하며, 상기 백라이트에서 발광된 빛이 컬러필터를 거치면서 색상이 표현되도록 하는 장치이다. 한편 유기발광 표시장치(Organic Light Emitting Device)는 자발광 유기발광소자를 사용함으로써 백라이트를 사용하지 않을 뿐 아니라, 구조가 단순하고, 광취출 효율이 높다는 장점이 있어 최근 각광을 받고 있다.
상기와 같은 표시장치에서는, 하나의 화소에서 원하는 색상을 표현하기 위하여 적색, 녹색, 청색을 포함하는 적어도 세개의 서브화소를 사용한다. 즉, 하나의 화소에서 원하는 색상을 표현하기 위하여 상기 적색 서브화소, 녹색 서브호소 및 청색 서브화소를 사용하며, 이들 서브화소 각각의 발광량을 조절하여 전체적으로 하나의 원하는 색상을 표현되도록 한다. 이때 상기 적색 서브화소, 녹색 서브화소, 청색 서브화소의 각각의 발광의 조절하기 위해서는 각각의 서브화소마다 트랜지스터가 사용된다. 이와 같이, 상기 표시장치에서는 하나의 화소에서 원하는 색상을 표현하기 위하여 적어도 세 개의 서브화소가 필요하게 되며, 상기 적어도 세개의 서브화소마다 트랜지스터가 필요하기 때문에, 하나의 화소에서는 적어도 세개의 트랜지스터가 필요하게 된다.
이에 본 발명에서는 트랜지스터의 숫자를 줄이면서도 원하는 색상을 표현하는 것이 가능한 표시장치를 제공하고자 한다.
본 발명에서는 하나의 트랜지스터만을 이용하더라도 하나의 원하는 색상을 표현할 수 있는 표시장치를 제공하고자 한다.
이에 본 발명의 일례에서는, 발광 트랜지스터; 및 상기 발광트랜지스터상에 배치된 광결정;을 포함하는 표시장치를 제공한다.
본 발명의 일례에 따르면, 상기 발광 트랜지스트는, 기판; 상기 기판상에 형성된 게이트 전극; 상기 게이트 전극 상에 배치되는 게이트 절연막; 상기 게이트 절연막에 의하여 상기 게이트 전극과 이격되어 배치되는 소스 전극과 드레인 전극; 및 상기 소스 전극과 드레인 전극 사이에 배치되는 발광층;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일례에 따르면, 상기 발광층은 유기물에 의하여 형성될 수 있다.
본 발명의 일례에 따르면, 상기 게이트 전극에는 전압이 인가되며, 상기 게이트 전극에 인가되는 전압의 크기가 달라짐에 따라 발광층에서 발광이 일어나는 위치가 달라질 수 있다.
본 발명의 일례에 따르면, 상기 게이트 전극에 전압이 인가되지 않을 경우 소스 전극쪽에서 상기 발광이 일어나며, 상기 게이트 전극에 양극의 전압이 인가되는 경우 상기 전압이 커짐에 따라 상기 발광이 일어나는 위치가 드레인 전극 쪽으로 이동할 수 있다.
본 발명의 일례에 따르면, 상기 소스 전극은 음극역할을 하며, 상기 드레인 전극은 양극 역할을 할 수 있다.
본 발명의 일례에 따르면, 상기 발광 트랜지스터에서 발생된 빛은 상기 광결정에서 반사된다.
본 발명의 일례에 따르면, 상기 광결정은 기재부에 복수개의 패턴이 형성되어 있는 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일례에 따르면, 상기 패턴의 크기는 상기 기재부의 한쪽에서 반대쪽으로 갈수록 점진적으로 커지도록 할 수 있다.
본 발명의 일례에 따르면, 상기 패턴은 오목 홈 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 일례에 따르면, 상기 오목 홈은 직경이 100nm 내지 300nm의 범위를 가질 수 있다.
본 발명의 일례에 따르면, 상기 오목 홈의 직경은 상기 기재부의 한쪽에서 반대쪽으로 갈수록 점진적으로 커지도록 할 수 있다.
본 발명의 일례에 따르면, 상기 오목 홈은 깊이가 100nm 내지 200nm의 범위를 가질 수 있다.
본 발명의 일례에 따르면, 상기 광결정은 기재부 상에 복수개의 미세 입자가 형성되어 있는 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일례에 따르면, 상기 미세 입자는 입경이 100nm 내지 300nm의 범위를 가질 수 있다.
본 발명의 일례에 따르면, 상기 미세입자의 입경은 기재부의 한쪽에서 반대쪽으로 갈수록 점진적으로 커지도록 할 수 있다.
본 발명의 일례에 따르면, 상기 광결정에서 반사되는 빛 중 소스 전극에 인접한 영역에서 발광된 빛은 적색 계열이며, 상기 드레인 전극에 인접한 영역에서 발광된 빛은 청색 계열인 것이 가능하다.
본 발명의 일례에 따르면, 상기 광결정에서 반사되는 빛 중 소스 전극에 인접한 영역에서 발광된 빛은 청색 계열이며, 상기 드레인 전극에 인접한 영역에서 발광된 빛은 적색 계열인 것이 가능하다.
본 발명의 일례에 따르면, 발광 트랜지스터 및 상기 발광트랜지스터상에 배치된 광결정을 포함하되, 상기 발광트랜지스터는, 게이트 전극; 상기 게이트 전극상에 배치된 게이트 절연막; 상기 게이트 절연막상에서 서로 이격되어 배치된 소스 전극과 드레인 전극; 및 상기 소스 전극과 드레인 전극 사이에 배치되는 발광층;을 포함하고, 상기 게이트 전극의 전압에 따라서 상기 발광층에서 발광이 일어나는 위치가 달라지며, 상기 광결정은 빛이 반사되는 위치에 따라 반사시키는 빛의 파장이 다른 표시장치를 제공한다.
본 발명의 일례에 따른 표시장치에서는 하나의 트랜지스터를 이용하여 원하는 색상을 표현할 수 있다. 그 결과 표시장치에서 트랜지스터의 숫자를 줄일 수 있다는 장점이 있다. 또한 발광 트랜지스터는 개구율이 좋기 때문에 효율적인 발광이 이루어지도록 할 수 있다.
도 1은 발광 트랜지스터의 구조를 개략적으로 표현한 것이다.
도 2는 게이트 전압에 따라 발광 트랜지스터의 발광위치가 달라지는 것을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일례에 따른 표시장치의 구조를 개략적으로 보여준다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일례에 따른 광결정의 사시도 및 단면도를 각각 보여준다.
도 5는 본 발명이 다른 일례에 따른 광결정의 단면을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일례에 따른 광결정에서, 패턴의 크기와 반사되는 빛의 관계를 도식적으로 표현한 것이다.
도 7은 본 발명의 다른 일례에 따른 표시장치의 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일례에 따른 표시장치의 구조를 개략적으로 표현한 것으로서, 바텀 게이트 구조를 갖는 발광 트랜지스터를 보여준다.
도 9는 본 발명의 다른 일례에 따른 표시장치의 구조를 개략적으로 표현한 것으로서, 탑 게이트 구조를 갖는 발광 트랜지스터를 보여준다.
도 2는 게이트 전압에 따라 발광 트랜지스터의 발광위치가 달라지는 것을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일례에 따른 표시장치의 구조를 개략적으로 보여준다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일례에 따른 광결정의 사시도 및 단면도를 각각 보여준다.
도 5는 본 발명이 다른 일례에 따른 광결정의 단면을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일례에 따른 광결정에서, 패턴의 크기와 반사되는 빛의 관계를 도식적으로 표현한 것이다.
도 7은 본 발명의 다른 일례에 따른 표시장치의 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일례에 따른 표시장치의 구조를 개략적으로 표현한 것으로서, 바텀 게이트 구조를 갖는 발광 트랜지스터를 보여준다.
도 9는 본 발명의 다른 일례에 따른 표시장치의 구조를 개략적으로 표현한 것으로서, 탑 게이트 구조를 갖는 발광 트랜지스터를 보여준다.
이하, 구체적인 도면을 참조하여 본 발명의 예들을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 하기 설명하는 실시예나 도면들로 한정되는 것은 아니다. 이하에서 설명되는 내용과 도면에 도시된 실시예들로부터 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 표현하기 위해 사용된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
참고로, 상기 도면에서는, 이해를 돕기 위하여 각 구성요소와 그 형상 등이 간략하게 그려지거나 또는 과장되어 그려지기도 하였다. 동일한 기능을 하는 요소에 대해서는 비록 실시예가 다르다 할지라도 동일한 부호로 표시한다.
또한, 어떤 층이나 구성요소가 다른 층이나 또는 구성요소의 '상'에 있다 라고 기재되는 경우에는, 상기 어떤 층이나 구성요소가 상기 다른 층이나 구성요소와 직접 접촉하여 배치된 경우뿐만 아니라, 그 사이에 제3의 층이 개재되어 배치된 경우까지 모두 포함하는 의미이다.
본 발명의 일례에 따른 표시장치는 발광 트랜지스터(10) 및 상기 발광 트랜지스터상에 배치된 광결정(400)을 포함한다.
도 1에는 상기 발광 트랜지스터(10)의 일례가 개시되어 있다. 상기 발광 트랜지스트(10)는, 기판(100), 상기 기판(100)상에 형성된 게이트 전극(210), 상기 게이트 전극(210) 상에 배치되는 게이트 절연막(220), 상기 게이트 절연막(220)에 의하여 상기 게이트 전극(210)과 이격되어 배치되는 소스 전극(230)과 드레인 전극(240) 및 상기 소스 전극(230)과 드레인 전극(240) 사이에 배치되는 발광층(300)을 포함한다. 여기서, 상기 게이트 전극(210)은 게이트 절연막(220)에 의하여 상기 소스 전극(230) 및 상기 드레인 전극(240)과 전기적으로 절연되어 있다.
상기 개시된 일례에서는 발광층(300)은 유기물에 의하여 형성된다. 즉 상기 발광층(300)은 유기 발광층이다. 상기 발광층(300)은 무기물에 의하여 형성될 수도 있음은 물론이다.
상기 발광층(300)은 박막트랜지스터(TFT)의 활성층에 대응될 수 있다. 즉 상기 발광층(300)은 박막트랜지스터의 활성층인 반도체층에 대응된다. 따라서, 상기 발광층(300)이 무기 발광재료에 의하여 형성되면 무기 반도체층 역할을 할 수 있고, 상기 발광층(300)이 유기 발광재료에 의하여 형성되면 유기 반도체층 역할을 할 수 있다.
상기 발광 트랜지스터(10)에서는 상기 게이트 전극(210)에 전압이 인가되는데, 상기 게이트 전극(210)에 인가되는 전압의 크기가 달라짐에 따라 발광층(300)에서 발광이 일어나는 위치가 달라진다. 즉, 빛(L)이 발생되는 위치가 달라진다.
도 2에서는 게이트 전압이 변함에 따라 발광 트랜지스터의 발광위치가 달라지는 것을 설명하고 있다. 도 2에서 가로축은 음극과 양극 사이의 위치를 나타내며 세로축은 전하의 밀도를 나타낸다.
구체적으로, 게이트 전압이 작거나 없을 경우, 일반적인 유기 발광층의 경우 정공의 밀도 및 이동도가 전자의 밀도 및 이동도에 비해 높기 때문에 음극에 가까운 위치에서 발광이 이루어져 빛(L)이 발생한다(도 2의 (a) 참조). 반면, 게이트에 플러스 전압이 걸린 상태에서는 상기 유기 발광층(300) 내에 n채널이 형성되어 전자의 이동도 및 밀도가 증가되어 발광 위치가 변하게 되어 빛(L)이 발생하는 위치가 달라지게 된다(도 2의 (b) 참조). 이와 같이, 게이트 전압을 조절하여 발광 위치를 변화시킬 수 있다.
본 발명의 일례에 따른 표시장치에서는, 상기 소스 전극(230)은 음극역할을 하며, 상기 드레인 전극(240)은 양극 역할을 한다.
즉, 상기 게이트 전극(210)에 전압이 인가되지 않을 경우 소스 전극(230)쪽에서 상기 발광이 일어난다. 반면, 상기 게이트 전극(210)에 양극의 전압이 인가되는 경우, 상기 전압이 커짐에 따라 상기 발광이 일어나는 위치가 드레인 전극(240)쪽으로 이동하게 된다.
상기 발광 트랜지스터(10)는 당업계에서 통상적으로 알려진 방법에 의하여 제조될 수 있다. 당업자라면 필요에 따라 상기 발광 트랜지스터(10)를 설계하거나 또는 그 구조를 변경시킬 수 있을 것이다.
도 3에서는, 상기 발광 트랜지스터(20)에 광결정(400)이 배치된, 본 발명의 일례에 따른 표시장치의 구조를 개략적으로 보여준다.
상기 발광 트랜지스터(20)의 발광층(300)에서 발생된 빛은 상기 광결정(400)에서 반사된다. 이 때 상기 광결정(400)에 형성된 패턴 또는 미세입자의 크기에 따라 반사되는 빛의 파장이 달라져서 특정 파장의 빛만 반사되고, 그 결과 특정 색의 빛을 나타낼 수 있게 된다. 필요에 따라 상기 반사되는 빛의 방향을 조절할 수도 있을 것이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일례에 따른 광결정(400)의 사시도(도 4a) 및 단면도(도 4b)를 각각 보여준다.
본 발명의 일례에 따르면, 상기 광결정(400)은, 기재부(401)에 복수개의 패턴(402)이 형성되어 있는 구조를 가질 수 있다. 도 4a 및 4b에서 보는 바와 같이, 상기 패턴(402)은 오목 홈 구조를 가질 수 있다.
상기 오목 홈의 형태는 오목렌즈, 원기둥, 각기둥, 원뿔 및 각뿔 중 어느 하나의 형태를 가질 수 있으며, 이외에 다른 형태를 가질 수도 있음은 물론이다.
상기 오목 홈의 직경은 100nm 내지 300nm의 범위를 가질 수 있다. 또한 상기 오목 홈은 깊이가 100nm 내지 200nm의 범위를 가질 수 있다.
본 발명의 일례에서는, 상기 패턴(402)의 크기는 상기 기재부(401)의 어느 한쪽에서 반대쪽으로 갈수록 점진적으로 커질 수 있다. 예컨대, 상기 도 4a 및 4b에서 기재부(401)에 형성된 패턴인 오목 홈의 직경이 상기 기재부(401)의 왼쪽에서 반대쪽오른쪽으로 갈수록 점진적으로 커지도록 할 수 있다.
상기 광결정(400)에서는 패턴의 크기에 따라 반사되는 빛의 파장이 달라진다. 따라서, 상기 패턴(402)의 크기를 특정 방향을 따라 점진적으로 변화시킬 경우, 상기 광결정(400)에서 반사된 빛은 다양한 파장을 가지게 될 것이다. 예를 들어, 상기 광결정을 통하여 백색광을 반사시킬 경우, 반사부위에 형성된 패턴(402)의 크기에 따라 서로 다른 파장의 빛이 반사될 것이다. 그 결과 가시광선 스펙트럼에 있는 모든 빛이 반사되도록 하는 것도 가능하다.
상기 광결정에 의하여 반사되는 빛의 파장은 광결정을 형성하는 재료의 종류, 특히 재료의 굴절률에도 영향을 받을 수 있다. 상기 광결정 형성용 재료로는 다양한 굴절률을 갖는 재료들을 사용할 수 있다.
이와 같이, 상기 광결정(400)에서 반사되는 빛의 파장은 상기 광결정(400)에 형성된 패턴의 크기 및 광결정 형성 재료의 굴절률에 따라 달라질 수 있다. 상기 광결정(400)에서 반사되는 빛의 파장을 계산하는 방법으로서, 평면파 전개 방법, 전달행렬법, 다증산란법 등 여러 가지 방법이 있다. 상기 파장 계산 방법을 이용하여 광결정이 반사시키는 빛의 파장을 계산할 수 있으며, 반대로, 특정한 파장의 빛을 반사시키고자 하는 경우에는 상기 광결정의 재료 및 패턴의 크기를 상기 계산결과에 따라 조정할 수 있다. 예를 들어, 약 1.5 이상의 굴절률을 가지는 재료로 이용하여 광결정을 형성하는 경우, 상기 광결정에 백색의 빛을 조사한다면, 패턴의 크기가 약 145nm 정도되는 부분에서는 청색이 반사되며, 패턴의 크기가 약 180nm 정도되는 부분에서는 녹색이 반사되며, 패턴의 크기가 약 216nm 정도되는 부분에서는 적색이 반사될 수 있다.
광결정 형성재료가 달라질 경우, 동일한 색을 반사시키기 위한 패턴의 크기가 달라질 것이다. 반면, 동일한 재료로 형성된 광결정에 있어서는, 패턴의 크기가 작을 때는 단파장의 빛이 반사되며, 패턴의 크기가 커질수록 장파장의 빛이 반사된다. 즉, 패턴의 크기가 작은 부분에서는 청색쪽 파장의 빛이 반사되며, 패턴의 크기가 큰 부분에서는 적색쪽 파장의 빛이 반사된다.
상기 발광 트랜지스터(20)는 게이트 전압을 조절하여 발광 위치를 조절 할 수 있기 때문에, 상기 발광 트랜지스터(20)상에 상기 광결정(400)을 배치하고, 상기 발광 트랜지스터의 발광 위치를 조절함으로써, 광결정에서 반사가 이루어지는 위치가 달라지도록 하여 원하는 색이 반사되도록 할 수 있다. 또한, 상기 발광 트랜지스터(20)와 상기 광결정(400) 사이의 간격이 매우 인접할 경우, 발광 트랜지스터(20)의 특정 위치에서 발생한 빛은 바로 그 위에 있는 광결정의 패턴 부분에서 반사될 것이기 때문에 색상 조절이 가능해진다.
도 5은 본 발명에 따른 광결정의 다른 일례를 보여준다.
도 5에 개시된 광결정(410)은 기재부(411) 상에 복수개의 미세 입자(412)가 형성되어 있는 구조를 가진다.
상기 미세 입자(412)는 입경이 100nm 내지 300nm의 범위를 가질 수 있다.
상기 도 4a 및 도 4b에 개시된 미세패턴과 마찬가지로, 상기 미세 입자(412)의 입경은 기재부의 한쪽에서 반대쪽으로 갈수록 점진적으로 커지도록 할 수 있다. 도 5에 개시된 광결정(410)에 있어서, 상기 미세 입자(412)의 크기가 작을 때는 단파장의 빛이 반사되며, 상기 미세 입자(412)의 크기가 커질수록 장파장의 빛이 반사된다. 즉, 상기 미세 입자(412)의 크기가 작을 때는 청색쪽 파장의 빛이 반사되며, 상기 미세 입자(412)의 크기가 커질수록 적색쪽 파장의 빛이 반사된다.
본 발명의 일례에 의한 표시장치에서, 상기 광결정에서 반사되는 빛 중 소스 전극에 인접한 영역에서 발광된 빛은 적색 계열이며, 상기 드레인 전극에 인접한 영역에서 발광된 빛은 청색 계열이 되도록 할 수 있다. 반대로, 상기 광결정에서 반사되는 빛 중 드레인 전극에 인접한 영역에서 발광된 빛은 적색 계열이며, 상기 소스 전극에 인접한 영역에서 발광된 빛은 청색 계열이 되도록 할 수도 있다. 상기 광결정의 배치 위치를 바꿈으로써 반사되는 색상이 달라지도록 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일례에 따른 광결정(400)에서, 패턴의 크기와 반사되는 빛의 관계를 도식적으로 나타낸 것이다. 도 6에서 보는 바와 같이, 상기 패턴의 크기가 작을 때는 청색쪽 파장의 빛이 반사되며, 패턴의 크기가 커질수록 적색쪽 파장의 빛이 반사되도록 광결정을 형성할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 일례에 따른 표시장치의 구조를 개략적으로 보여주는 도면으로서, 여기서는 발광 트랜지스터(30)에 게이트 전극이 두 개(211, 212) 배치된 구조를 보여준다. 상기와 같이 다중 게이트 전극 구조를 적용할 경우, 전자의 밀도와 이동도 뿐만 아니라 정공의 밀도와 이동도도 함께 조정할 수 있기 때문에 발광층(300)에서의 발광 위치를 보다 정확하게 조정할 수 있다.
도 8 및 도 9은 각각 본 발명의 다른 일례에 따른 표시장치의 구조를 개략적으로 표현한 것인데, 도 8은 바텀 게이트 구조를 갖는 발광 트랜지스터(40)를 구비한 표시장치의 일례를 보여주고 있고, 도 9는 탑 게이트 구조를 갖는 발광 트랜지스터(50)를 구비한 표시장치의 일례를 보여주고 있다.
상기 바텀 게이트 구조와 탑 게이트 구조는 상기 게이트 전극의 배치 위치만 달라 질 뿐, 발광 트랜지스터의 기본 구성요소에는 변화가 없다.
먼저, 도 8에서 보면, 상기 바텀 게이트 구조를 갖는 발광 트랜지스터(40)는, 기판(100), 상기 기판상에 형성된 버퍼층(101), 상기 버퍼층(101)상에 형성된 게이트 전극(210), 상기 게이트 전극(210)을 덮는 게이트 절연막(220), 상기 게이트 전극(210)과 대응되는 상기 게이트 절연막(220)상에 형성된 발광층(300), 상기 발광층(300)의 일단에 연결된 소스전극(230), 상기 발광층(300)의 타단에 연결된 드레인 전극 (240)을 포함한다.
상기 기판(100)은, 세라믹 기판, 실리콘 웨이퍼, 유리, 플라스틱 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있다. 특히, 양방향 발광 표시 장치에 사용되는 경우, 상기 기판(100)은 유리 또는 투명 플라스틱 등에 의하여 형성될 수 있다. 유리로 된 기판은 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 투명 플라스틱으로 된 기판은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에릴렌나프탈레이트 (PEN), 폴리이미드와 같은 폴리머 재질로 형성될 수 있다.
상기 게이트 전극(210)은 상기 기판(100)의 버퍼층(101)에 형성된다. 이러한 게이트 전극(210)은 불투명 반사 금속으로 형성될 수도 있고, 투명재료로 형성될 수도 있다. 상기 게이트 전극(210)이 불투명 반사 금속으로 형성되는 경우, 알루미늄(Al), 주석(Sn), 텅스텐(W), 금(Au), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 니켈(Ni), 티타늄(Ti) 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나를 이용할 수 있다. 상기 게이트 전극이 투명재료로 형성될 경우 투명 도전성 산화물로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 게이트 전극(210)은 인듐주석 산화물(Indium Tin Oxide: ITO), 인듐아연산화물(Indium Zinc Oxide: IZO), 산화아연(Zinc Oxide), 산화주석(SnO2), 산화인듐(In2O3) 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나의 투명 도전성 산화물로 형성될 수 있다.
상기 게이트 절연막(220)은 상기 게이트 전극(210) 및 그 외주연의 버퍼층(101)을 덮는다. 이러한 게이트 절연막(220)은 통상의 산화막, 질화막 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 발광층(300)은 상기 게이트 전극(210)과 대응되는 상기 게이트 절연막(220)상에 형성된다. 상기 발광층(300)은 발광 기능과 반도체 기능을 동시에 가질 수 있다. 즉, 상기 발광층(300)은 박막트랜지스터(TFT)의 활성층 또는 반도체층에 대응된다. 상기 발광층(300)은 소스 전극(230) 및 드레인 전극(240)과 전기적으로 연결된다. 상기 발광층(300)의 크기는 화소의 크기에 따라 달라질 수 있다. 상기 발광층(300)의 두께는 필요에 따라 달라질 수 있는데, 발광이 가능하기만 한다면 그 두께에 특별한 제한이 있는 것은 아니다. 예를 들어 상기 발광층(300)의 두께를 10 내지 500nm 정도로 할 수 있다.
상기 발광층(300)은 무기 발광재료 또는 유기 발광재료에 의하여 형성될 수 있다. 즉, 상기 발광층(300)은 박막트랜지스터(TFT)의 활성층인 반도체층에 대응될 수 있는데, 상기 발광층이 무기 발광재료에 의하여 형성되면 무기 반도체층에 해당되고, 상기 발광층이 유기 발광재료에 의하여 형성되면 유기 반도체층에 해당될 것이다.
상기 발광층(300)은 백색의 발광을 하는 재료에 의하여 형성될 수도 있고, 적색 발광재료, 녹색 발광재료 또는 청색 발광재료에 의하여 형성될 수도 있다. 본 발명의 일례에서는 백색의 발광재료에 의하여 상기 발광층이 형성된다.
상기 발광재료로는 당업계에서 통상적으로 사용되는 재료를 사용할 수 있다. 또한 상기 발광재료를 이용한 발광층의 형성방법 역시 당업계에서 통상적으로 사용되는 방법을 적용할 수 있다.
상기 발광층(300)에 사용되는 화합물은 여러 가지 방법으로 합성하여 사용할 수도 있고, 시판되는 제품을 구입하여 사용할 수도 있다. 상기 발광층(300) 형성 물질로서, 예를 들어, 아센(acene)계 물질, 티오펜(thiophene)계 물질, 플루오렌(fluorene)계 물질, PPV(PolyPhenyleneVinylene)계 물질, 및 페릴렌(perylene)계 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기 발광 트랜지스터(40) 상부에 광결정(400)을 배치한다.
상기 광결정으로서는 상기 도 4a, 4b에 개시된 광결정(400) 또는 도 5에 개시된 광결정(410)을 사용할 수 있으며, 당업계에 알려진 다른 광결정을 사용할 수도 있다.
상기 광결정(photonic crystal)은, 주기성을 가지며 굴절율이 변하는 구조로서, 1차원, 2차원 및 3차원 광결정으로 구별될 수 있다. 1차원 광결정은 굴절율이 다른 물질층을 교대로 적층하여 형성할 수 있다.
최근 관심을 갖는 것은 2차원 광결정으로서, 상기 2차원 광결정은 z축 방향으로는 변화가 없으나, x-y평면 상에 주기적으로 다른 물질이 배열되어 있는 것이다. 상기 2차원 광결정의 경우, 기재부가 되는 막에 2차원적으로 패턴이 배열된 구조를 가질 수 있다. 도 4a 및 4b에서와 같이, 상기 패턴으로서 등간격으로 2차원 배열된 홀을 적용할 수 있다. 상기 패턴은 특정파장의 빛을 100% 반사하거나, 광결정 내부의 빛이 외부로 새어나가지 않도록 할 수도 있다.
즉, 상기 광결정은 격자 간격이 수십 나노∼수 마이크로의 규칙적인 구조를 가지는 결정으로 자외선, 가시광선, 적외선 영역의 빛의 특성을 조절할 수 있다.
상기와 같은 광결정을 제조하는 대표적인 방법으로는, 반도체 공정에 이용되던 포토리소그라피와 이온빔 에칭과 같은 탑다운(top-down) 방법과, 균일한 크기의 나노입자를 규칙적으로 배열하는 바텀업(bottom-up) 방법이 등이 있다.
상기 포토리소그라피와 이온빔 에칭을 통한 광결정의 제조방법은 정교하게 규칙적인 구조를 만들 수 있다는 장점이 있으나, 대면적의 광결정 제조를 위하여는 매우 비싼 부대비용과 많은 공정시간이 요구된다.
반면, 나노입자의 자기조립을 통한 광결정의 제조는 부대장비가 필요하지 않고 빠른 시간에 대면적의 광결정을 제조할 수 있다는 장점이 있으나, 이 또한 결함이 없는 대면적이 광결정을 제조하는 데는 어려움이 있다. 그러나 최근 나노입자의 자기조립을 통한 광결정의 제조 분야에 있어서, 결함이 없는 대면적의 광결정을 빠른 시간 내에 쌓을 수 있는 기술이 개발되어 상업적으로 적용되고 있다.
특히, 고분자 콜로이드 나노입자를 이용한 광결정의 제조는 최근들어 많이 연구가 되어 왔으며, 대표적으로 중력에 의한 침전법, 수직 침전법, 온도 분포를 통한 수직 침전법, 전기 영동법 등이 있다. 이 중, 상기 중력에 의한 침전법은 고분자 및 실리카 콜로이드가 분산된 용액을 오랫동안 놓아두면 중력에 의하여 입자들이 바닥으로 침전되면서 자기조립이 되는 현상을 이용한 것이다.
한편 광결정 패턴과 반대의 패턴을 갖는 스탬프를 이용하여 기재부 상부를 임프린팅(Imprinting)하는 방법에 의하여 광결정을 형성할 수도 있다. 즉, 스탬프를 막에 찍어 눌러서 스탬프의 패턴을 기재부에 전사하는 방법도 있다.
또한, 최근에는 나노 임프린트 리소그래피 공정 기술을 적용하여 보다 간단한 공정을 통하여 나노 패턴을 갖는 광결정을 형성할 수도 있다.
또한 도 9에서는 탑 게이트 발광 트랜지스터(50)를 구비하는 표시장치를 예시하고 있다. 상기 발광 트랜지스터(50)는 기판(100)의 버퍼층(101) 위에 형성된 발광층(300), 상기 발광층(300)을 덮는 게이트 절연막(220), 상기 발광층(300)에 대응되는 상기 게이트 절연막(220) 위에 형성된 게이트 전극(210), 상기 게이트 절연막(220)에 의하여 상기 게이트 전극(210)과 이격된 상태로 상기 발광층(300)과 연결된 소스 전극(230) 및 드레인 전극(240)을 포함한다. 여기서, 상기 발광층(300)은 발광 기능과 반도체 기능을 동시에 갖는 상술한 재질과 동일한 재질이며, 또한 상기 소스 전극(230) 및 상기 드레인 전극(240) 역시 상술한 재질과 동일한 재질일 수 있다.
도 9에 개시된 표시장치에서는 상기 발광 트랜지스터(50) 하부에 광결정(400)을 배치한다.
이러한 본 발명의 일례에서는, 발광 트랜지스터 및 상기 발광트랜지스터상에 배치된 광결정(400)을 포함하며, 상기 발광트랜지스터는 게이트 전극(210), 상기 게이트 전극(210)상에 배치된 게이트 절연막(220), 상기 게이트 절연막(220)상에서 서로 이격되어 배치된 소스 전극(230)과 드레인 전극(240) 및 상기 소스 전극(230)과 드레인 전극(240) 사이에 배치되는 발광층(300)을 포함하고, 상기 게이트 전극(210)의 전압에 따라 상기 발광층(300)에서 발광이 일어나는 위치가 달라지며, 상기 광결정(400)은 빛이 반사되는 위치에 따라 반사시키는 빛의 파장이 다른 표시장치를 제공한다.
이상 실시예와 도면을 참고하여 본 발명의 설명하였다. 상기 실시예와 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시일 뿐, 본 발명의 범위가 상기 실시예나 도면에 의하여 한정되지 않는다.
100: 기판 101: 버퍼층
210: 게이트 전극 220: 게이트 절연막
230: 소스전극 240: 드레인 전극
300: 발광층 400, 410: 광결정
210: 게이트 전극 220: 게이트 절연막
230: 소스전극 240: 드레인 전극
300: 발광층 400, 410: 광결정
Claims (19)
- 발광 트랜지스터; 및
상기 발광트랜지스터상에 배치된 광결정;
을 포함하는 표시장치. - 제 1항에 있어서, 상기 발광 트랜지스트는,
기판;
상기 기판상에 형성된 게이트 전극;
상기 게이트 전극 상에 배치되는 게이트 절연막;
상기 게이트 절연막에 의하여 상기 게이트 전극과 이격되어 배치되는 소스 전극과 드레인 전극; 및
상기 소스 전극과 드레인 전극 사이에 배치되는 발광층;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치. - 제 2항에 있어서, 상기 발광층은 유기물에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
- 제 2항에 있어서, 상기 게이트 전극에는 전압이 인가되며, 상기 게이트 전극에 인가되는 전압의 크기가 달라짐에 따라 발광층에서 발광이 일어나는 위치가 달라지는 것을 특징으로 하는 표시장치.
- 제 4항에 있어서, 상기 게이트 전극에 전압이 인가되지 않을 경우 소스 전극쪽에서 상기 발광이 일어나며, 상기 게이트 전극에 양극의 전압이 인가되는 경우 상기 전압이 커짐에 따라 상기 발광이 일어나는 위치가 드레인 전극 쪽으로 이동하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
- 제 5항에 있어서, 상기 소스 전극은 음극역할을 하며, 상기 드레인 전극은 양극 역할을 하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 발광 트랜지스터에서 발생된 빛은 상기 광결정에서 반사되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 광결정은 기재부에 복수개의 패턴이 형성되어 있는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 표시장치.
- 제 8항에 있어서, 상기 패턴의 크기는 상기 기재부의 한쪽에서 반대쪽으로 갈수록 점진적으로 커지는 것을 특징으로 하는 표시장치.
- 제 8항에 있어서, 상기 패턴은 오목 홈 형태인 것을 특징으로 하는 표시장치.
- 제 10항에 있어서, 상기 오목 홈은 직경이 100nm 내지 300nm의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 표시장치.
- 제 11항에 있어서, 상기 오목 홈의 직경은 상기 기재부의 한쪽에서 반대쪽으로 갈수록 점진적으로 커지는 것을 특징으로 하는 표시장치.
- 제 11항에 있어서, 상기 오목 홈은 깊이가 100nm 내지 200nm의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 표시장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 광결정은 기재부 상에 복수개의 미세 입자가 형성되어 있는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 표시장치.
- 제 14항에 있어서, 상기 미세 입자는 입경이 100nm 내지 300nm의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 표시장치.
- 제 15항에 있어서, 상기 미세입자의 입경은 기재부의 한쪽에서 반대쪽으로 갈수록 점진적으로 커지는 것을 특징으로 하는 표시장치.
- 제 7항에 있어서, 상기 광결정에서 반사되는 빛 중 소스 전극에 인접한 영역에서 발광된 빛은 적색 계열이며, 상기 드레인 전극에 인접한 영역에서 발광된 빛은 청색 계열인 것을 특징으로 하는 표시장치.
- 제 17항에 있어서, 상기 광결정에서 반사되는 빛 중 소스 전극에 인접한 영역에서 발광된 빛은 청색 계열이며, 상기 드레인 전극에 인접한 영역에서 발광된 빛은 적색 계열인 것을 특징으로 하는 표시장치.
- 발광 트랜지스터 및 상기 발광트랜지스터상에 배치된 광결정을 포함하되,
상기 발광트랜지스터는,
게이트 전극;
상기 게이트 전극상에 배치된 게이트 절연막;
상기 게이트 절연막상에서 서로 이격되어 배치된 소스 전극과 드레인 전극; 및
상기 소스 전극과 드레인 전극 사이에 배치되는 발광층;을 포함하고,
상기 게이트 전극의 전압에 따라서 상기 발광층에서 발광이 일어나는 위치가 달라지며,
상기 광결정은 빛이 반사되는 위치에 따라 반사시키는 빛의 파장이 다른 것을 특징으로 하는 표시장치.
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