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KR101574211B1 - 유기 전계 발광 소자 - Google Patents

유기 전계 발광 소자 Download PDF

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KR101574211B1
KR101574211B1 KR1020080087882A KR20080087882A KR101574211B1 KR 101574211 B1 KR101574211 B1 KR 101574211B1 KR 1020080087882 A KR1020080087882 A KR 1020080087882A KR 20080087882 A KR20080087882 A KR 20080087882A KR 101574211 B1 KR101574211 B1 KR 101574211B1
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Abstract

기판과, 상기 기판의 화소부 상에 형성된 제1 전극과, 상기 제1 전극 상에 형성된 유기 발광층 및 상기 유기 발광층 상에, 주변부로 연장되어 형성된 제2 전극을 포함하는 유기 전계 발광 소자가 제공된다. 상기 기판 상에는 상기 제2 전극과 제2 전극과 접촉하는 보조 전극이 형성되어 있어 상기 제2 전극과 동일한 레벨의 전압이 인가된다.
캐소드 저항, 보조 전극, 전면 발광

Description

유기 전계 발광 소자{ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE DISPLAY }
본 발명은 유기 전계 발광 소자에 관한 것으로, 더 상세하게는 보조 전극을 구비하여 화상의 품질을 높인 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.
최근, 표시장치의 소자개발에 관련한 기술개발이 중요시되고 있고 있다. 그 중 천연색표시소자로써 주목받는 소자가 유기 전계 발광 소자다.
상기 유기 전계 발광 소자는 캐소드와 애노드 및 상기 캐소드와 애노드 사이에 형성된 유기 발광층을 포함하며, 일함수(work function)가 높은 도전물질전극과 낮은 도전물질전극 사이에 유기 발광층이 삽입되어 상기 유기 발광층이 광을 발생시켜 화상을 나타내는 표시장치이다. 유기 전계 발광 소자에서는 일함수가 높은 도전물질전극은 유기 발광층에 정공을 주입하는 애노드(anode)으로 사용되고 일함수가 낮은 도전물질전극은 유기발광물질에 전자를 주입하는 캐소드(cathode)로 사용된다.
발광된 빛이 발광 소자 외부로 발산되게 하기 위하여 상기 유기 전계 발광 소자 중 어느 한쪽 전극으로 발광파장영역에서 빛의 흡수가 거의 없는 투명한 물질을 사용한다.
상기 전극들을 가진 유기 전계 발광 소자의 발광의 원리는 다음과 같다. 일함수가 높은 애노드와 낮은 캐소드에서 각각 정공과 전자가 유기 발광층에 주입되면, 상기 유기 발광층 내에 엑시톤(exciton)이 생성된다. 이 엑시톤이 발광, 소멸(decay)함에 따라 유기 발광층의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)와 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)의 에너지 차이에 해당하는 빛이 발생하게 된다.
여기서, 상기 캐소드와 애노드 중 광이 출사하는 방향의 전극은 투명한 전극으로 형성된다.
그런데 두 전극 중 광이 출사하는 방향의 투명 전극은 표시부의 전면에 형성되게 되는 경우 광 투과효율의 증가나 유기 발광층의 보호를 위해 두껍게 형성할 수가 없다. 이에 따라 투명 전극 전면의 저항이 균일하지 않으며, 이러한 저항의 비균일성으로 인해 전압강하 현상이 발생한다.
이를 극복하기 위해 각 화소의 외부에 별도의 보조 전극을 구비하였으나, 이 경우 상기 보조 전극을 형성하기 위한 별도의 공간이 필요하기 때문에 개구율이 감소하였다.
본 발명은 별도의 포토리소그래피 공정 없이 간단하게 보조 전극을 형성함으로써 제조공정을 단순화하고 화상의 균일성을 높일 뿐만 아니라 개구율이 높은 유기 전계 발광 소자를 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자는 기판과 상기 기판 상에 형성된 화소를 포함하여 구성된다. 상기 화소는 복수의 서브 화소를 포함하며, 복수의 서브 화소와 상기 서브 화소 각각을 둘러싼 주변부로 이루어진다. 상기 서브 화소는 각각 빨간색(R), 녹색(G), 파란색(B), 백색(W)이거나 빨간색(R), 녹색(G), 파란색(B) 을 표시하도록 배열된다.
상기 기판의 서브 화소 상에는 제1 전극이 형성되어 있으며, 상기 제1 전극 상에는 유기 발광층이 형성되어 있다. 상기 유기 발광층은 그 일부가 상기 주변부로 연장되어 있으며, 이에 따라, 상기 주변부는 상기 유기발광층이 연장된 부분인 제1 영역과, 상기 유기발광층이 형성되지 않은 부분인 제2 영역으로 이루어진다.
상기 유기발광층 상에는 제2 전극이 형성되며, 상기 제2 전극은 상기 유기발광층이 형성된 기판의 전면에 형성된다.
상기 기판 상에는 서로 교차하여 상기 서브 화소를 정의하는 게이트 라인과 데이터 라인이 형성되어 있다. 상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인의 교차 영역에는 상기 제1 전극에 전압을 인가하는 트랜지스터가 구비된다.
상기 트랜지스터는 상기 기판 상에 형성된 반도체층과, 상기 반도체층 상에 상기 반도체층과 절연되어 형성된 게이트 전극과, 상기 게이트 전극 상에 형성된 층간 절연막과, 상기 층간 절연막 상에 상기 게이트 전극을 중심으로 서로 이격되어 형성되며 상기 반도체층과 콘택홀을 통해 연결된 소스 전극과 드레인 전극을 포함한다. 여기서, 상기 드레인 전극은 상기 제1 전극에 연결된다.
상기 주변부의 제2 영역에는 상기 제2 전극과 접촉하여 상기 제2 전극에 보조전압을 인가하는 보조 전극이 형성되어 있다.
상기 서브 화소는 사각형 형상으로 구비될 수 있으며, 상기 서브 화소들의 꼭지각 사이에 위치할 수 있다. 또한, 상기 서브 화소의 꼭지각은 곡선 형태로 형성될 수 있다.
상기 유기 발광층을 둘러싸며 상기 주변부 상에 형성된 격벽을 더 포함하며, 상기 격벽은 상기 보조 전극이 형성된 영역에 개구부를 갖는다. 상기 제2 전극은 상기 개구부를 통해 상기 보조 전극과 접촉한다.
상기 보조 전극은 상기 제1 전극과 동일 물질로 동일 층에 형성된다.
상기 기판 상에 형성된 상기 보조 전극에 전압을 인가하는 보조 전극 라인을 더 포함한다. 상기 보조 전극 라인은 상기 게이트 전극과 동일 물질로 동일 층에 형성되거나, 상기 소스 전극과 드레인 전극과 동일 물질로 동일층에 형성될 수 있으며, 상기 제1 전극과 동일 물질로 동일 층에 형성될 수도 있다. 여기서, 상기 보조 전극이 게이트 전극과 동일 층상에 형성된 경우에는 상기 보조 전극과 상기 보조 전극 라인 사이에는 콘택홀을 통해 상기 보조 전극과 상기 보조 전극 라인과 연결하는 보조 전극 연결 라인이 구비되며, 상기 보조 전극 연결 라인은 상기 소스 전극 및 드레인 전극과 동일 물질로 동일 층에 형성될 수 있다.
또한, 상기 보조 전극 라인은 상기 보조 전극과 동일한 층의 주변부에 상기 보조 전극과 일체로 형성될 수 있다.
이때, 상기 유기 발광층을 둘러싸며 상기 주변부 상에 격벽이 형성되어 있 으며, 상기 격벽은 상기 보조 전극이 형성된 영역의 일부에 개구부를 갖는다. 상기 제2 전극은 상기 개구부를 통해 상기 보조 전극과 접촉한다.
상기 보조 전극에 인가되는 전압은 상기 제2 전극에 인가되는 전압 레벨과 동일하며, 상기 공통 전압 라인과 상기 보조 전극 라인이 하나의 전원에 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자는 서브 화소 사이의 간격을 넓히지 않으면서도 유기 발광층 상의 제2 전극에 접촉하는 보조 전극을 형성함으로써 개구율을 최대화할 수 있다.
또한, 그뿐만 아니라, 별도 공정의 추가 없이 트랜지스터를 형성하는 공정을 이용하여 보조 전극을 형성할 수 있다.
이에 따라 별도 비용의 추가 없이 고 개구율을 가지는 고품질의 화상을 제공할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 설명한다.
본 명세서의 실시예들에 대해 참조된 도면은 도시된 형태로 한정하도록 의도된 것이 아니며, 청구항에 의해 정의된 본 발명의 원리 및 범위 내에 있는 모든 변형, 등가물, 및 대안들을 포함하도록 의도된 것이다.
또한, 도면에서는 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 일부 구성요소의 스케일을 과장하거나 축소하여 나타내었다. 명세서 전체에 걸쳐 유사한 참 조 부호는 유사한 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 어떤 막(층)이 다른 막(층)의 '상에' 형성되어(위치하고) 있다는 것은, 두 막(층)이 접해 있는 경우뿐만 아니라 두 막(층) 사이에 다른 막(층)이 존재하는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전면 발광식 유기 전계 발광 소자의 하나의 서브 화소에 대한 등가회로도이다.
도면을 참조하면, 상기 기판에는 일 방향으로 연장되어 있는 복수의 게이트 라인(GL)과, 타 방향으로 연장되며 상기 복수의 게이트 라인(GL)과 교차하여 화소를 정의하는 복수의 데이터 라인(DL)이 형성되어 있다. 상기 게이트 라인(DL)과 상기 데이터 라인의 교차영역에는 구동 트랜지스터(T1)와 제2 트랜지스터(T2)가 형성되어 있다.
상기 데이터 라인(DL) 부근에는 상기 데이터 라인(DL)과 평행하게 형성되며 상기 게이트 라인(GL)과 교차하는 구동 전압 라인(DVL)이 형성되어 있다. 상기 게이트 라인(GL)은 주사신호를 전달하고, 상기 데이터 라인(DL)은 데이터 신호를 전달하며, 상기 구동 전압 라인(DVL)은 구동 트랜지스터(T2)에 구동 전압을 제공한다.
상기 각 화소는 유기 발광층(LE)과, 상기 유기 발광층(LE)에 인가되는 정공이나 전자들을 제어하기 위한 구동 트랜지스터(T1)와, 상기 구동 트랜지스터(T1)를 스위칭하는 스위칭 트랜지스터(T2) 및 커패시터(C)를 포함한다.
상기 구동 트랜지스터(T1) 는 게이트 전극과, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함한다. 상기 게이트 전극은 상기 스위칭 박막트랜지터에 연결되어 있고 상기 소 스 전극은 상기 구동 전압 라인(DVL)에 연결되어 있으며, 상기 드레인 전극은 상기 유기 발광층(LE)에 전압을 인가하는 제1 전극에 연결되어 있다. 상기 유기 발광층(LE)은 상기 구동 트랜지스터(T1)의 출력 신호에 따라 발광함으로써 영상을 표시한다.
상기 스위칭 트랜지스터(T2) 또한 게이트 전극과 소스 전극 및 드레인 전극을 가진다. 상기 게이트 전극은 상기 게이트 라인(GL)에 연결되어 있으며, 상기 소스 전극은 데이터 라인(DL)에 연결되어 있다. 상기 드레인 전극은 구동 트랜지스터(T1)의 상기 게이트 전극에 연결된다. 상기 스위칭 트랜지스터(T2)는 상기 게이트 라인(GL)에 인가되는 주사 신호에 따라 상기 데이터 라인(DL)에 인가되는 데이터 신호를 상기 구동 트랜지스터(T1)에 전달한다.
상기 축전기(C)는 구동 트랜지스터(T1)의 상기 게이트 전극과 상기 소스 전극 사이에 연결되며, 상기 구동 트랜지스터(T1)의 상기 게이트 전극에 입력되는 데이터 신호를 충전하고 유지한다.
상기한 바와 같은 회로를 가진 유기 전계 발광 소자에서, 제2 전극은 상기 기판의 전면에 형성되기 때문에, 상기 공통전압을 공급하는 배선(미도시)에서 멀리 떨어져 있는 영역에는 전압강하가 발생하는 문제가 발생한다.
이러한 전압강하는 특히 상기 유기 발광층의 빛이 제2 전극을 통과하는 전면 발광식의 경우에 휘도 저하를 방지하기 위해 제2 전극의 두께가 제한되기 때문에 발생한다. 저항은 상기 제2 전극의 두께가 제한됨에 따라 그 두께가 얇아지기 때문에 상기 제2 전극을 얇게 형성할수록 저항이 증가하게 된다.
또한 상기 제2 전극에 전압을 인가할 때, 상기 제2 전극의 외곽에서만 전원을 공급하기 때문에 제2 전극 전면의 저항의 균일도도 좋지 않다.
이러한 문제점은 해결하기 위하여 본 발명에 따른 실시예에서는 상기 제2 전극과 접촉하며 상기 제2 전극과 동일한 레벨의 전압을 별도로 추가 인가하는 보조 전극을 형성하는 것을 특징으로 한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자의 하나의 화소를 나타낸 평면도이다. 도 3은 도 2의 화소를 이루는 서브 화소 중 하나를 나타낸 평면도이며, 도 4는 도 3의 IV-IV'선에 따른 단면도이다. 실제의 유기 전계 발광 소자에는 복수의 화소가 존재하지만 설명을 간단히 하기 위해 하나의 화소를 예를 들어 나타내었다.
도면을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자는 복수 개의 화소를 포함하는 기판(101)을 포함하여 구성된다.
상기 기판(101)은 사각의 플레이트 형상을 갖는다. 상기 기판(101)은 유리, 석영, 세라믹 또는 플라스틱 등의 절연성 재질로 만들어질 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 화소는 복수 개의 서브 화소(P)로 이루어진다. 상기 서브 화소(P)는 상기 기판(101) 상에 일 방향으로 연장된 게이트 라인(110)과 상기 게이트 라인(110)과 실질적으로 교차하는 데이터 라인(111)에 의해 정의된다. 상기 서브 화소(P) 각각의 주변에는 상기 서브 화소(P)를 둘러싼 주변부(NP)가 배치된다.
상기 서브 화소(P)는 동일한 모양과 크기로 형성된다. 상기 서브 화소(P)의 모양은 실질적으로는 직사각형 모양으로 형성되며, 일 실시예로서 정사각형 모양으로 형성할 수 있다. 상기 서브 화소(P)는 상기 직사각형의 꼭지점에 해당하는 부분이 소정의 곡률을 가지는 곡선이다. 즉, 상기 서브 화소(P)의 일변과 상기 인접한 타변이 만나는 부분인 꼭지각이 곡선으로 이루어진다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 서브 화소(P)의 상기 게이트 라인(110)과 데이터 라인(111)의 교차영역에는 상기 기판(101)에 형성된 구동 트랜지스터(T1)와, 상기 구동 트랜지스터(T1)를 스위칭하는 스위칭 트랜지스터(T2), 상기 구동 트랜지스터(T1)와 연결된 제1 전극(160)과, 상기 제1 전극(160) 위와 상기 주변부의 일부 영역에 형성된 유기 발광층(170) 및 상기 유기 발광층(170) 위에 형성된 제2 전극(180)을 포함한다.
상기 구동 트랜지스터(T1)와 상기 제1 전극(160) 사이에는 보호층(151)이 형성되어 있으며, 상기 제1 전극(160)은 상기 구동 트랜지스터(T1)의 드레인 전극(125)과 연결된다.
상기 구동 트랜지스터(T1)는 상기 기판(101) 상에 형성된 반도체층(103)과, 상기 반도체층(103)이 형성된 기판(101) 전면에 형성된 게이트 절연막(133)과, 상기 게이트 절연막(121) 상의 상기 반도체층(103) 상부에 상기 반도체층과 절연되여 형성된 게이트 전극(133)과, 상기 게이트 전극(133)이 형성된 기판(101) 전면에 형성된 층간절연막(131)과, 상기 층간절연막(131) 상에 형성되며 상기 게이트 전극(133)을 중심으로 서로 이격하여 형성된 소스 전극(123)과 드레인 전극(125)을 포함한다. 상기 소스 전극(123)은 전원 라인(127)에서 분지되어 형성되어있다. 상 기 소스 전극(133)과 드레인 전극(125)은 상기 층간절연막(131)을 관통하는 콘택홀을 통해 상기 반도체층(103)과 연결된다.
상기 구동 트랜지스터(T1)를 스위칭하는 스위칭 트랜지스터(T2)는 상기 기판(101) 상에 형성된 반도체층(112)과, 상기 반도체층(112) 상에 형성된 상기 게이트 라인(110)으로부터 분지된 게이트 전극(113)과, 상기 게이트 전극(113)을 기준으로 서로 이격하여 위치한 소스 전극(114)와 드레인 전극(115)를 포함한다. 상기 드레인 전극(115)은 상기 구동 트랜지스터(T1)의 게이트 전극(133)과 연결되어 있다.
상기 반도체층(103, 112)은 비정질 실리콘이나 다결정 실리콘으로 이루어진 액티브층과 불순물이 도핑된 오믹콘택층을 포함한다.
상기 소스 전극(123, 114)과 드레인 전극(125, 115)이 형성 기판(101)의 전면에는 보호층(151)이 형성된다. 상기 보호층(151)은 유기막이나 무기막으로 형성할 수 있다. 상기 무기막으로는 실리콘산화물이나 실리콘질화물을 예로 들 수 있으며, 상기 유기막(152)으로는 BCB(benzocyclobutene) 계열, 올레핀 계열, 아크릴수지(acrylic resin)계열, 폴리 이미드(polyimide)계열, 테프론계열, 사이토프(cytop), FCB(perfluorocyclobutane) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 구동 트랜지스터(T1)의 상기 드레인 전극(125)와 연결된 제1 전극(160)은 저저항 금속으로 이루어지며, 필요에 따라 인듐 주석 산화물(indium tin oxide) 또는 인듐 아연 산화물(indium zinc oxide) 등의 투명한 전도물질로 형성될 수 있다.
상기 제1 전극(160) 상에는 상기 각 서브 화소(P)의 주변부(NP) 상에 형성되어 상기 제1 전극(160)을 둘러싸는 격벽(153)이 형성되어 있다. 상기 격벽(153)은 아크릴 수지, 폴리이미드 수지 등의 내열성, 내용매성이 있는 감광물질이나 SiO2, TiO2와 같은 무기재료로 이루어질 수 있으며 유기층과 무기층의 2층 구조도 가능하다.
상기 격벽(153)이 가리지 않은 제1 전극(160) 상에는 고분자 물질을 포함하여 형성된 유기 발광층(170)이 형성되어 있다. 상기 유기 발광층(170)은 단일층으로 형성될 수도 있으나 다중층으로 형성될 수도 있다. 다중층으로 형성되는 경우 정공주입층(hole injecting layer)과, 발광층(light emitting layer) 및 전자주입층 등으로 이루어지며 필요에 따라 정공수송층(hole transfer layer)이나 전자수송층(electron transfer layer) 등이 더 포함될 수 있다.
상기 유기 발광층(170)은 각각 빨간색(R), 녹색(G), 파란색(B), 백색(W) 또는 빨간색(R), 녹색(G), 파란색(B)을 띠는 광이 방출되도록 형성되어 있다. 상기 색깔을 가지는 서브 화소(P)는 특정 순서로 배열할 수 있으며, 필요에 따라 다양한 순서로 배열할 수 있다. 또한, 상기 각 색을 나타내는 유기 발광층(170)을 포함하는 서브 화소(P)들은 휘도나 내구 연한에 차이가 있으므로, 이를 고려하여 상기 서브 화소(P)를 배열한다. 예를 들어, 파란색 유기 발광층(170)의 경우 휘도가 낮기 때문에 한 화소내에 2개의 서브 화소(P)를 배치할 수 있다.
상기 유기 발광층(170)은 상기 제1 전극(160) 상에만 구비될 수도 있고, 도 시한 바와 같이 격벽(153)의 상부 일부 영역까지 연장되도록 형성될 수 있다. 이는 유기 발광층(170)을 증착법으로 형성할 때 마스크(mask)의 밖에도 증착될 수 있기 때문이다.
상기 유기 발광층(170) 상에는 도전성 물질로 제2 전극(180)이 형성되어 있다.
여기서, 본 실시예는 전면 발광형 유기 전계 발광 소자로서, 상기 제1 전극(160)으로부터 상기 제2 전극(180) 방향으로 광이 출사되게 된다. 따라서, 유기 발광층(170)에서 발생된 광이 전면으로 투과할 수 있도록 상기 제2 전극(180)이 투명 도전물질로 형성된다. 상기 제2 전극(180)은 칼슘, 바륨, 마그네슘, 알루미늄, 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 이와는 달리, 상기 제1 전극(160)은 투명한 도전물질로도, 투명하지 않은 도전물질로도 형성할 수 있다.
상기 제1 전극(160)과 제2 전극(180)은 다양한 물질로 형성될 수 있으나, 두 전극 중 일함수가 더 작은 물질로 형성된 전극이 전자를 제공하는 캐소드, 두 전극 중 일함수가 더 큰 물질로 형성된 전극이 정공을 제공하는 애노드가 된다. 이에 따라, 상기 애노드에서 전달된 정공과 상기 캐소드에서 전달된 전자는 발광층에서 결합하여 엑시톤을 형성하면서 발광하게 된다.
상기 제2 전극(180)은 상기 유기 발광층(170)이 형성된 기판(101)의 전면에 형성된다. 그리고, 미설명 부호 C는 커패시터이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 상기 기판(101)의 상기 서브 화소(P) 사이의 주변부(NP) 상에는 상기 제2 전극(180)과 접촉하여 상기 제2 전극(180)에 보조전압 을 인가하는 보조 전극(165)이 구비된다.
여기서, 상기 보조 전극(165)는 상기 유기 발광층(170)에 접촉하지 않도록 상기 유기 발광층(170)이 형성되지 않은 주변부(NP) 상에 형성된다. 즉, 주변부(NP) 영역 중 상부에 상기 유기 발광층(170)이 연장되어 형성된 부분을 제1 영역, 상기 유기 발광층(170)이 형성되지 않은 부분을 제2 영역이라고 하면, 상기 보조 전극(165)은 제2 영역에 형성된다.
제1 실시예에 있어서 상기 보조 전극(165)은 상기 네 개의 서브 화소(P)의 꼭지각 사이의 주변부(NP) 상에 형성된다. 상기 보조 전극(165)이 상기한 위치에 구비되는 이유는 유기 발광층(170)의 증착 마진(margin) 때문이다.
도 2와 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 유기 발광층(170)을 증착법으로 형성하게 되면 상기 제1 전극과 정확히 대응하는 마스크를 사용한다고 하더라도 상기 제1 전극(160)의 서브 화소(P) 영역의 주변부(NP)까지 연장되어 형성되는 것이 일반적이다. 상기 주변부(NP)까지 연장된 유기 발광층(170)은 다른 색의 유기 발광층(170)이 상기 주변부(NP)에서 서로 중첩하여 형성될 수 있으며, 색의 혼색이 일어난다. 따라서, 격벽(153)을 이용하여 상기 혼색 부분을 가릴 수 있도록 적절한 간격을 두고 상기 서브 화소(P)들을 형성해야 한다. 상기 유기 발광층(170)의 증착 마진은 최대 약 30㎛에 해당하므로, 상기 서브 화소(P)와 서브 화소(P)의 간격은 약 30㎛로 형성할 수 있다.
제1 실시예에서, 상기 보조 전극(165)은 유기 발광층(170)이 형성되지 않은 부분, 즉, 각 서브 화소(P)의 꼭지각 사이에 형성된다. 상기 서브 화소(P)는 정확 한 정사각형이 아니라, 꼭지각 부분이 곡선으로 처리되어 있기 때문에, 서로 인접한 서브 화소(P)와 서브 화소(P) 사이의 간격을 최소화하면서도, 정사각형 서브 화소(P)에 비하여 서로 인접한 꼭지각 부분의 주변부(NP)의 넓이가 넓다. 따라서 상기 유기 발광층(170)의 증착마진을 고려하더라도 유기 발광층(170)이 구비되지 않는 부분을 형성할 수 있게 된다.
상기 보조 전극(165)을 제외한 주변부(NP)는 모두 격벽으로 둘러싸이게 되며, 상기 보조 전극(165)이 형성된 부분은 격벽(153)이 형성되지 않는 개구부가 된다. 상기 제2 전극(180)은 상기 격벽(153)의 개구부를 통해 상기 보조 전극(165)과 접촉한다.
상기 보조 전극(165)은 상기 제1 전극(160)과 동일한 물질로, 상기 제1 전극(160)과 동일한 층에, 상기 제1 전극(160)을 제조한 것과 동일한 공정을 이용하여 형성할 수 있다. 예를 들어 도전성 물질을 전면에 증착하고, 상기 도전성 물질을 포토리소그래피를 이용하여 상기 제1 전극(160)과 상기 보조 전극(165)을 동시에 형성할 수 있다.
상기 보조 전극(165)에 인가되는 전원은 별도의 보조 전극 라인(135)을 형성하여 공급한다. 상기 보조 전극 라인(135)은 상기 게이트 라인(110)과 평행하게 상기 주변부(NP) 상에 형성할 수 있다.
상기 보조 전극 라인(135)은 상기 게이트 라인(110)과 동일한 물질로 상기 게이트 라인(110)이 존재하는 층과 동일 층에 상기 게이트 라인(110)을 형성한 것과 동일한 공정을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 보조 전극 라인(135)은 상기 보조 전극(165)과 전기적으로 연결되어야 하는 바, 필요에 따라 보조 전극 연결 라인(145)을 통해 연결된다. 도 4를 참조하면, 상기 게이트 절연막(121) 상에 보조 전극 라인(135)이 형성되며, 상기 보조 전극 라인(135) 상에는 층간 절연막(131)이 형성된다. 상기 층간 절연막(131)에는 상기 보조 전극 라인(135)의 일부를 노출시키는 콘택홀이 형성되어 있다. 상기 보조 전극 라인(135)은 상기 콘택홀을 통해 상기 층간 절연막(131) 상에 형성된 보조 전극 연결 라인(145)과 접촉한다.
상기 보조 전극 연결 라인(145)은 상기 소스 전극(123) 및 드레인 전극(125)과 동일한 층 상에, 상기 소스 전극(123) 및 드레인 전극(125)과 동일한 물질로, 상기 소스 전극(123) 및 드레인 전극(125)과 동일한 공정을 이용하여 형성할 수 있다.
또한, 상기 보조 전극 연결 라인(145) 상에는 상기 보조 전극 연결 라인(145)의 일부를 노출시키는 콘택홀이 형성된 보호층(151)이 형성되어 있다. 상기 보호층(151) 상에는 보조 전극(165)이 형성되어 있으며, 상기 보조 전극(165)이 상기 콘택홀을 통해 보조 전극(165)과 접촉한다.
상기 보조 전극(165)은 각 화소마다, 또는 각 화소내의 서브 화소(P)마다 형성될 필요는 없다. 상기 제2 전극(180)에 적절한 전압을 공급할 수 있을 정도로 형성하는 것이 바람직하며, 필요에 따라 랜덤하게 형성할 수도 있다.
이와 같이, 상기 보조 전극 라인(135)은 상기 보조 전극(165)과 전기적으로 연결됨으로써 전압을 상기 보조 전극(165)에 인가할 수 있게 된다. 상기 보조 전 극(165)에 인가되는 전압은 상기 제2 전극(180)에 인가되는 전압과 동일 레벨일 수 있으며, 상기 제2 전극(180)과 동일한 전원을 사용할 수도 있다. 상기 보조 전극(165)에 인가된 전압은 최종적으로 상기 보조 전극(165)에 접촉된 제2 전극(180)에 인가되게 되며, 이에 따라 제2 전극(180)의 전압강하가 개선된다.
상기한 바와 같은 구조의 유기 전계 발광 소자는 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자는 상기 제2 전극(180)에 인가되는 전압을 보조하는 상기 보조 전극(165)을 형성함으로써 상기 제2 전극(180)의 저항을 균일하게 만들 뿐 아니라, 전체적인 저항을 감소시킨다. 이에 따라, 상기 제2 전극(180)의 전압강하현상이 줄어든다.
그리고, 상기 보조 전극(165)은 별도의 추가 공정없이 형성할 수 있는 장점이 있다. 또한, 상기 보조 전극(165)을 형성할 공간을 확보하기 위해 서브 화소(P)와 서브 화소(P) 사이의 간격을 넓히거나 별도의 공간을 마련하지 않고, 서브 화소(P)의 꼭지점 부분을 단순히 곡선으로 처리함으로써 보조 전극(165)을 형성할 수 있다. 이때, 유기 발광층(170)이 중첩됨으로써 가려져야 할 부분 사이의 공간에 보조 전극(165)을 형성하기 때문에 개구율이 최대화된다.
상기한 바와 같은 제1 실시예에 있어서 서브 화소(P)는 동일한 크기와 형상으로 형성된다. 때문에 단일 마스크를 이용하여 위치를 변화시키면서 사용할 수 있으므로 단일 마스크로 공정 진행이 가능한 장점이 있다.
그러나, 상기 실시예와 같이 각 서브 화소(P)가 동일 크기, 동일 형상으로 형성될 수 도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 크기와 모양으로 형성할 수 있음은 물론이다. 도 5 내지 도 6은 서브 화소의 크기가 서로 다르게 형성된 제2 내지 제3 실시예에서의 하나의 화소를 나타낸 것이다. 상기 제2 실시예는 서브 화소(P)의 모양이 꼭지각을 가지는 사각형의 형태로 형성된 것이며, 상기 제3 실시예는 상기 서브 화소(P)의 꼭지점에 해당하는 부분이 소정의 곡률을 가지는 곡선으로 형성된 것이다.
도 5와 도 6을 참조하면, 하나의 화소는 복수 개의 서브 화소(P)로 이루어진다. 상기 서브 화소(P) 각각의 주변에는 상기 서브 화소(P)를 둘러싼 주변부(NP)가 배치된다. 상기 서브 화소(P)는 비대칭적으로 서로 다른 모양과 크기로 형성될 수 있는데, 제2 내지 제3 실시예에서는 동일한 크기의 두 서브 화소 및 상기 두 서브 화소보다 큰 크기의 하나의 서브 화소의 형태를 갖도록 도시되었다.
상기 서브 화소(P)에는 유기 발광층(170)이 형성되어 있으며 상기 유기 발광층(170)의 일부가 상기 주변부(NP)로 연장되어 있다. 상기 유기 발광층(170)은 각각 R, G, B를 띠는 광이 방출되도록 형성되어 있다. 상기 색을 가지는 서브 화소(P)는 특정 순서로 배열할 수 있으며, 필요에 따라 다양한 순서로 배열할 수 있다. 또한, 상기 각 색을 나타내는 유기 발광층(170)을 포함하는 서브 화소(P)들은 휘도나 내구 연한에 차이가 있으므로, 이를 고려하여 상기 서브 화소(P)의 면적에 따라 배열한다. 예를 들어, 파란색 유기 발광층의 경우 휘도가 낮기 때문에 한 화소 내에서 가장 큰 면적을 가지는 서브 화소에 배치될 수 있다.
상기 유기 발광층(170)은 제1 실시예에서와 유사하게 유기 발광층(170)이 서브 화소(P) 영역의 주변부(NP)까지 연장되어 형성될 수 있다. 상기 주변부(NP)의 상기 유기 발광층(170)이 연장되어 형성된 영역을 제1 영역, 상기 제1 영역에 인접하고 유기 발광층(170)이 형성되지 않은 영역을 제2 영역이라고 하면, 서로 다른 크기의 서브 화소(P)가 위치하고 있기 때문에 어느 한 화소의 일측에 제2 영역이 존재할 수 있게 된다. 즉, 상기 서브 화소(P)는 서로 다른 크기로 형성되어 비대칭의 형상을 갖기 때문에, 서브 화소(P) 일측의 비화소 영역(NP)이 타측보다 더 넓게 형성될 수 있다. 상기 상대적으로 넓게 형성된 상기 일측의 비화소 영역(NP)에는 보조 전극(165)이 형성된다. 예를 들어, 도면을 참조하면, 비슷하거나 또는 동일한 크기의 R, G 서브 화소에 인접하게 넓은 면적의 B 서브 화소가 위치하고 있는데, B 화소의 일측에 유기 발광층이 형성되지 않은 제2 영역이 구비될 수 있다.
상기 보조 전극(165)을 제외한 주변부(NP)는 모두 격벽(153)으로 둘러싸이게 되며, 상기 보조 전극(165)이 형성된 부분은 격벽(153)이 형성되지 않는 개구부가 된다. 상기 제2 전극(180)은 상기 격벽(153)의 개구부를 통해 상기 보조 전극(165)과 접촉한다.
본 발명에 따른 제4 실시예에서는, 제1 실시예와 달리, 보조 전극 라인(135')이 데이터 라인(111)과 평행하게 형성될 수 있다. 도 7는 제4 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자의 한 서브 화소를 나타낸 평면도, 도 8은 도 7의 VIII-VIII'선에 따른 단면도이다. 본 도면에서는 제1 실시예와 다른 점을 위주로 설명하며 설명되지 않은 부분은 제1 실시예에 따른다. 본 실시예에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
제4 실시예에서, 보조 전극 라인(135')은 소스 전극(123) 및 드레인 전 극(125)과 동일층 상에, 상기 소스 전극(123) 및 드레인 전극(125)와 동일한 물질로, 상기 소스 전극(123) 및 드레인 전극(125)와 동일한 공정으로 형성될 수 있다. 상기 보조 전극 라인(135') 상에는 보호층(151)이 형성되어 있다. 상기 보호층(151)에는 상기 보조 전극 라인(135')의 일부 영역을 노출하는 콘택홀이 형성되어 있으며, 상기 보조 전극(165)가 상기 콘택홀을 통해 상기 보조 전극 라인(135')과 곧바로 연결된다. 따라서, 제4 실시예에서는 상기 제1 실시예에서 사용되었던 보조 전극 연결 라인(145)이 생략될 수 있다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자의 화소를 이루는 서브 화소(P) 중 하나를 나타낸 단면도이다. 본 도면은 하나의 서브 화소(P)를 도 4에 도시된 바와 같은 절단면을 따라 절단한 단면도를 나타낸 것이다.
본 도면에서는 제1 실시예와 다른 점을 위주로 설명하며 설명되지 않은 부분은 제1 실시예에 따른다. 본 실시예에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
제4 실시예에서 보조 전극(165')은 보호층(151) 상에 형성되며, 상기 보조 전극(165') 전압을 인가하기 위한 보조 전극 라인(미도시)은 상기 보조 전극(165')에서 연장되어 상기 주변부(NP) 상에 일체로 형성된다. 상기 보조 전극(1656)을 제외한 상기 보조 전극 라인 상에는 격벽이 형성되어 있다. 상기 격벽(153)은 상기 보조 전극(165')이 형성된 부분에 상기 보조 전극(165')을 노출시키는 개구부를 가지며, 상기 개구부를 통해 제2 전극(180)과 상기 보조 전극(165')이 접촉한다.
상기 보조 전극 라인은 도 3의 보조 전극 라인(135)에 상응하는 위치의 상 기 보호층(151) 상의 영역에 형성되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 필요에 따라, 상기 주변부(NP) 중 상기 화소의 둘레, 또는 상기 서브 화소(P)의 둘레, 또는 화소의 일측, 또는 서브 화소(P)의 일측에 형성될 수 있다.
상기한 바와 같이 상기 보조 전극(165')이 상기 보조 전극 라인과 일체로 형성되는 경우에는 별도의 배선이나 콘택홀을 형성할 필요가 없으며, 단일 공정에서 동시에 패터닝할 수 있다. 즉, 상기 보조 전극(165')은 보호층(151) 상에 상기 제1 전극(160)과 동일한 물질로, 상기 제1 전극(160과 동일한 제조 공정을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 보조 전극 라인은 상기 기판(101)의 외곽부까지 연장되어 전원을 인가받는다. 상기 전원은 상기 제2 전극(180)에 전압을 인가하기 위한 전원과 동일 레벨일 수 있으며, 필요에 따라 동일한 전원을 사용할 수 있다.
전술한 본 발명에 대한 상세한 설명은 예시 및 설명을 위한 목적으로 제공된 것이다. 이것은 본 발명을 배타적으로 혹은 본 발명을 개시된 형태로 한정하고자 의도된 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에서는 전면 발광식의 유기 전계 발광 소자를 설명하였지만 필요에 따라 배면 발광식에도 상기 개시 내용을 감안하여 다양한 변경이나 변형이 가능하다. 상기 설명된 실시예들은 본 발명의 원리 및 그것의 실제 적용을 가장 잘 설명할 수 있도록 선택된 것으로서, 이에 의해 당업자이면 고려될 수 있는 특정 사용 목적에 적합한 다양한 실시예 및 다양한 변경으로 본 발명을 가장 잘 이용할 수 있게 될 것이다.
따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자의 하나의 서브 화소에 대한 등가회로도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자의 하나의 화소를 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 2의 화소를 이루는 서브 화소 중 하나를 나타낸 평면도이다.
도 4는 도 3의 IV-IV'선에 따른 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자의 하나의 화소를 나타낸 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자의 하나의 화소를 나타낸 평면도이다.
도 7은 제4 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자의 한 서브 화소를 나타낸 평면도이다.
도 8은 도 7의 VIII-VIII'선에 따른 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자의 화소를 이루는 서브 화소 중 하나를 나타낸 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
101 : 기판 103, 112 : 반도체층
110 : 게이트 라인 111 : 데이터 라인
114, 123 : 소스 전극 115, 125 : 드레인 전극
113, 133 : 게이트 전극 135, 135' : 보조 전극 라인
153 : 격벽 160 : 제1 전극
170 : 유기 발광층 180 : 제2 전극
165 : 보조 전극 P : 서브 화소
NP : 주변부 T1 : 구동 트랜지스터
T2 : 스위칭 트랜지스터

Claims (21)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성되며, 복수의 서브 화소와 상기 서브 화소 각각을 둘러싼 주변부로 이루어진 복수 개의 화소;
    상기 기판의 서브 화소 상에 형성된 제1 전극;
    상기 제1 전극에 전압을 인가하는 트랜지스터;
    상기 제1 전극 상에, 상기 주변부로 연장되어 형성된 유기 발광층;
    상기 유기 발광층이 형성된 기판의 전면에 형성된 제2 전극;
    상기 제2 전극과 접촉하여 상기 제2 전극에 보조 전압을 인가하는 보조 전극; 및
    상기 보조 전극에 전압을 인가하는 보조 전극 라인; 을 포함하며,
    상기 주변부는 상기 유기 발광층이 연장된 제1 영역과 상기 제1 영역과 인접한 제2 영역으로 이루어지며,
    상기 보조 전극은 상기 제2 영역에 형성되며, 상기 제1 전극과 동일 물질로 동일 층에 형성되며,
    상기 보조 전극 라인은 상기 트랜지스터의 게이트 전극과 동일 물질로 동일 층에 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 서브 화소는 사각형 형상이며, 상기 보조 전극은 상기 서브 화소들의 꼭지각 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 서브 화소의 꼭지각은 곡선 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 유기 전 계 발광 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 화소는 네 개의 서브 화소들을 포함하며, 상기 서브 화소들은 각각 빨간색, 녹색, 파란색, 파란색을 표시하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 화소는 네 개의 서브 화소들을 포함하며, 상기 서브 화소들은 각각 빨간색, 녹색, 파란색, 백색을 표시하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 화소는 세 개의 서브 화소들을 포함하며, 상기 서브 화소 중 적어도 하나의 면적이 다른 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유기 발광층을 둘러싸며 상기 주변부 상에 형성된 격벽을 더 포함하 며, 상기 격벽은 상기 보조 전극이 형성된 영역에 개구부를 갖는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 전극은 상기 개구부를 통해 상기 보조 전극과 접촉하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 기판 상에 일 방향으로 연장된 게이트 라인; 및
    상기 게이트 라인에 교차하여 상기 서브 화소를 정의하는 데이터 라인; 을 더 포함하며,
    상기 트랜지스터는 상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인의 교차 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 트랜지스터는
    상기 기판 상에 형성된 반도체층;
    상기 반도체층 상에 상기 반도체층과 절연되어 형성된 상기 게이트 전극;
    상기 게이트 전극 상에 형성된 층간 절연막;
    상기 층간 절연막 상에 상기 게이트 전극을 중심으로 서로 이격되어 형성되며 상기 반도체층과 콘택홀을 통해 연결된 소스 전극과 드레인 전극을 포함하고, 상기 드레인 전극은 상기 제1 전극에 연결된 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제11항에 있어서,
    상기 보조 전극과 상기 보조 전극 라인 사이에 콘택홀을 통해 상기 보조 전극과 상기 보조 전극 라인과 연결하는 보조 전극 연결 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 보조 전극 연결 라인은 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극과 동일 물질로 동일 층에 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 보조 전극 라인은 상기 제1 전극과 동일한 층의 주변부에 상기 보조 전극과 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 유기 발광층을 둘러싸며 상기 주변부 상에 형성된 격벽을 더 포함하며, 상기 격벽은 상기 보조 전극이 형성된 영역의 일부에 개구부를 갖는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제2 전극은 상기 개구부를 통해 상기 보조 전극과 접촉하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 보조 전극 라인은 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극과 동일 층에 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 보조 전극에 인가되는 전압과 상기 제2 전극에 인가되는 전압 레벨이 동일한 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  21. 삭제
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