KR101644581B1 - 투명 디스플레이 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
각 픽셀을 구동하도록 투명한 기판 상에 마련된 투명한 박막트랜지스터 백플레인과, 유기발광소자의 유기발광층이 형성되어 발광이 이루어지는 픽셀 영역을 가지는 투명 디스플레이가 개시된다. 개시된 투명 디스플레이에서, 유기발광소자는, 픽셀 영역에 대응하는 위치에 형성된 양극 전극과, 양극 전극 상에 형성되는 유기 발광층과, 유기발광층을 덮는 제1스트라이프영역과 이 제1스트라이프 영역에 크로스되는 방향으로 픽셀의 중심에서 벗어난 영역에 제1스트라이프 영역보다 작은 폭을 가지도록 형성된 제2스트라이프 영역을 포함하는 음극 전극을 포함한다.
Description
투명 디스플레이 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광투과도를 개선한 투명 디스플레이 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
디스플레이 구현을 위한 박막트랜지스터 백플레인(TFT backplane)을 투명 전극물질 배선과 가시광 영역에 광을 투과하는 산화물 반도체를 사용하여 제조하는 경우, 투명 디스플레이를 구현할 수 있다.
예를 들어, 박막트랜지스터 백플레인 상에 유기발광소자(OLED:Organic Light Emitting Devices) 등을 도포하면, 투명한 유기발광 디스플레이를 제작할 수 있다.
불투명 재질로 형성되는 음극 전극 패턴 구조를 개선하여 광투과도가 우수한 투명 디스플레이 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 투명 디스플레이는, 각 픽셀을 구동하도록 투명한 기판 상에 마련된 투명한 박막트랜지스터 백플레인과; 유기발광소자의 유기발광층이 형성되어 발광이 이루어지는 픽셀 영역을 가지며, 상기 유기발광소자는, 상기 픽셀 영역에 대응하는 위치에 형성된 양극 전극과; 상기 양극 전극 상에 형성되는 유기 발광층과; 상기 유기발광층을 덮는 제1스트라이프영역과, 상기 제1스트라이프 영역에 크로스되는 방향으로 픽셀의 중심에서 벗어난 영역에 상기 제1스트라이프 영역보다 작은 폭을 가지도록 형성된 제2스트라이프 영역을 포함하는 음극 전극;을 포함한다.
상기 박막트랜지스터 백플레인은, 스위칭용 박막트랜지스터와 이에 연결된 구동용 박막트랜지스터를 포함하며, 상기 기판 상에 상기 픽셀 영역의 일측으로부터 상기 스위칭용 박막트랜지스터 및 구동용 박막트랜지스터가 형성된 영역 일측으로 연장되는 데이터 라인이 형성되며, 상기 제2스트라이프 영역은 상기 데이터 라인이 존재하는 영역을 덮도록 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 투명 디스플레이 제조방법은, 각 픽셀을 구동하도록 투명한 기판 상에 마련된 투명한 박막트랜지스터 백플레인이 형성되고, 픽셀 영역에 유기 발광소자의 양극 전극 및 유기발광층이 형성된 기판을 준비하는 단계와; 상기 준비된 기판 상에 상기 유기발광층을 덮는 제1스트라이프영역과, 상기 제1스트라이프 영역에 크로스되는 방향으로 픽셀의 중심에서 벗어난 영역에 상기 제1스트라이프 영역보다 작은 폭을 가지도록 형성된 제2스트라이프 영역을 포함하는 음극 전극을 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 음극 전극을 형성하는 단계는, 상기 준비된 기판 상에 상기 제1스트라이프영역에 대응하는 개구를 가지는 제1새도우마스크를 위치시키고, 이 제1새도우마스크를 통해 음극 전극 물질을 상기 준비된 기판 상에 증착시켜, 상기 음극 전극의 제1스트라이프 영역을 형성하는 단계와; 상기 준비된 기판 상에 상기 제2스트라이프영역에 대응하는 개구를 가지는 제2새로우마스크를 위치시킨 다음, 상기 제2새도우마스크를 통해 음극 전극 물질을 상기 준비된 기판 상에 증착시켜, 상기 음극 전극의 제2스트라이프 영역을 형성하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 투명 디스플레이에 따르면, 광투과도를 저해하는 음극 전극의 면적을 줄일 수 있기 때문에 투명 디스플레이의 광 투과도를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 투명 디스플레이에 적용될 수 있는 유기발광소자의 적층 구조의 일 예를 보여준다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 투명 디스플레이의 픽셀을 개략적으로 보인 평면도로, 도 2는 유기발광소자의 음극 전극이 생략된 상태를 보여주며, 도 3은 유기발광소자의 음극 전극이 형성된 상태를 보여준다.
도 4a 및 도 4b는 도 3의 음극 전극를 제조하는 과정을 개략적으로 보여준다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 투명 디스플레이의 픽셀을 개략적으로 보인 평면도로, 도 2는 유기발광소자의 음극 전극이 생략된 상태를 보여주며, 도 3은 유기발광소자의 음극 전극이 형성된 상태를 보여준다.
도 4a 및 도 4b는 도 3의 음극 전극를 제조하는 과정을 개략적으로 보여준다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 투명 디스플레이에 적용될 수 있는 유기발광소자(OLED:1)의 적층 구조의 일 예를 보여준다.
도 1을 참조하면, 유기발광소자(1)는, 투명 박막트랜지스터 백플레인(Transparent TFT Backplane:10) 상에 형성되는 양극 전극(Anode:20), 유기발광층(30) 및 음극 전극(Cathode:40)을 포함한다. 유기발광층(30)은 양극 전극(20)과 음극 전극(40) 사이에 형성되며, 홀 주입층(HIL:Hole Injection Layer), 홀 수송층(HTL:Hole Transfer Layer), 발광 물질층(EML:Emission Material Layer), 전자 수송층(ETL:Electron Transfer Layer), 전자 주입층(EIL:Electron Injection Layer) 등을 포함할 수 있다.
양극 전극(20)은 인듐-틴 옥사이드(ITO), 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 포함하는 투명한 도전성 금속 산화물을 사용할 수 있다. 음극 전극(40)은, 전자의 주입이 쉽게 이루어지도록, 칼슘(Ca), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 리듐(Li)과 같은 일함수가 낮은 금속을 사용할 수 있다. 이때, 이러한 물질들은 불투명하기 때문에, 유기발광소자(1)를 적용한 투명 디스플레이의 투과도를 상당히 감소시킬 수 있다. 따라서, 음극 전극(40)에 의한 투과도 감소를 최소화하기 위해, 예를 들어, Mg:Ag 등의 물질을 얇게 증착하여 투과도를 최적화시킨 구조로 사용한다. 하지만, 이러한 음극 전극(40)의 투과도는 여전히 가시광 영역에서 60% 정도를 넘기 어렵다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 투명 디스플레이의 픽셀을 개략적으로 보인 평면도이다. 도 2는 유기발광소자(1)의 음극 전극(40)이 생략된 상태를 보여주며, 도 3은 유기발광소자(1)의 음극 전극(40)이 형성된 상태를 보여준다. 도 2 및 도 3에 도시된 픽셀은 단색 구동형인 경우, 단일 픽셀을 나타내며, 칼라 구동형인 경우, 하나의 칼라 요소를 나타내는 서브 픽셀을 나타낸다. 본 발명의 실시예에 따른 투명 디스플레이는, 실질적으로는 도 2 및 도 3의 픽셀이 행렬 배치된 형태를 가진다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 투명 디스플레이는 각 픽셀을 구동하도록 투명한 기판(5) 상에 마련된 투명한 박막트랜지스터 백플레인(10)과, 유기발광소자(1)의 유기발광층(30)이 형성되어 발광이 이루어지는 픽셀 영역(50)을 가진다. 유기발광소자(1)는 도 1을 참조로 전술한 바와 마찬가지로, 양극 전극(20), 유기발광층(30) 및 음극 전극(40)을 포함한다.
박막트랜지스터 백플레인(10)은 투명 전극물질 배선과 가시광 영역에서 광을 투과하는 산화물 반도체를 사용하여 제작된다. 이 박막트랜지터 백플레인(10)은 각 픽셀 또는 서브 픽셀 별로, 픽셀 영역(50)을 정의하도록 마련되고, 스위칭용 박막트랜지스터(60)와 이에 연결된 구동용 박막트랜지스터(70)를 포함한다.
기판(5) 예컨대, 절연 기판상에는 게이트 라인(81)과, 이 게이트 라인(81)과 교차하는 데이터 라인(83)과, 데이터 라인(83)과 교차하고 게이트 라인(81)과 나란하게 형성된 전원 라인(85)을 구비한다. 스위칭용 박막트랜지스터(60)는 게이트 라인(81) 및 데이터 라인(83)과 접속된다. 구동용 박막트랜지스터(70)는, 스위칭용 박막트랜지스터(60) 및 전원 라인(85)과, 유기발광소자(1)의 음극 전극(40) 사이에 접속된다. 스토리지 캐패시터는 전원 라인(85)과 스위칭용 박막트랜지스터(60)의 드레인 전극 사이에 접속된다.
게이트 라인(81)은 스위칭용 박막트랜지스터(60)에 스캔 신호를 공급하며, 데이터 라인(83)은 스위칭용 박막트랜지스터(60)에 데이터 신호를 공급하며, 전원 라인(85)은 구동용 박막트랜지스터(70)에 전원 신호를 공급한다. 스위칭용 박막트랜지스터(60)는 게이트 라인(81)에 스캔 펄스가 공급되면 턴-온되어 데이터 라인(83)에 공급된 데이터 신호를 구동용 박막트랜지스터(70)의 게이트 전극으로 공급한다.
구동용 박막트랜지스터(70)는 그 게이트 전극으로 공급되는 데이터 신호에 응답하여 전원 라인(85)으로부터 유기발광소자(1)로 공급되는 전류를 제어하여 유기발광소자(1)의 발광을 조절하게 된다. 이를 위해, 구동용 박막트랜지스터(70)는 스위칭용 박막트랜지스터(60)의 드레인 전극과 접속된 게이트 전극, 전원 라인(85)과 접속된 소스 전극, 이 소스 전극과 마주하며 유기발광소자(1)의 양극 전극(20)과 접속된 드레인 전극을 구비한다.
스토리지 캐패시터는 전원 라인(85)과 구동용 박막트랜지스터(70)의 게이트 전극이 게이트 절연막을 사이에 두고 중첩됨으로써 형성된다. 이러한 스토리지 캐패시터에 충전된 전압에 의해 스위칭용 박막트랜지스터(60)가 턴-오프되더라도 구동용 박막트랜지스터(70)는 다음 프레임의 데이터 신호가 공급될 때까지 일정한 전류를 공급하여 유기발광소자(1)이 발광을 유지하게 한다.
여기서, 스위칭용 트랜지스터(60), 구동용 박막트랜지터(70) 및 스토리지 캐패시터의 구조 및 게이트 라인(81), 데이터 라인(83) 및 전원 라인(85)와의 접속 관계에 대해서는 유기발광 디스플레이 분야에서 잘 알려져 있으므로, 여기서는 그 자세한 설명 및 도시를 생략한다.
유기발광소자(1)의 양극 전극(20)은 구동용 박막트랜지스터(70)의 드레인 전극과 접속되도록 픽셀 영역(50)에 대응하는 위치에 픽셀 또는 서브 픽셀 단위로 독립적으로 형성된다. 이 양극 전극(20)이 노출되도록 격벽(25)이 형성되며, 이 양극 전극(20)과 격벽 위에 유기발광층(30)이 형성된다. 그리고, 유기발광층(30) 위에는 도 3에서와 같이, 음극 전극(40)이 형성된다. 유기발광층(30)은 예를 들어, 도 1의 층 구조를 가질 수 있다.
여기서, 유기발광소자(1)의 음극 전극(40)은 투명 디스플레이의 전면에 증착할 수 있다. 즉, 픽셀 영역(50) 및 박막트랜지스터 백플레인(10) 전체를 덮도록 음극 전극(40)이 형성될 수 있다.
그런데, 실질적으로 음극 전극(40)은 전술한 바와 같이, 일함수가 낮은 물질인 불투명 물질을 얇게 증착하여 형성되므로, 전술한 바와 같이 광투과도를 60% 정도 이상으로 높이기가 쉽지 않다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 투명 디스플레이에서, 음극 전극(40)은 불투명 재질을 사용하는 것을 고려하여, 유기발광층(30)을 덮으면서, 음극 전극(40)이 덮지 않는 투명영역(87:도 3에서 점선으로 표시된 영역)이 확보되어 투명영역(87) 즉, 음극 전극(40)이 덮지 않는 투명 영역(87)이 최대화되도록 형성될 수 있다.
상기 음극 전극(40)은, 이 음극 전극(40)에 의한 투과도 감소를 최소화하기 위해, 칼슘(Ca), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 리듐(Li)과 같은 일함수가 낮은 금속, 예를 들어, Mg:Ag등의 물질을 얇게 증착하여 투과도를 최적화시키도록 마련될 수 있다. 상기 음극 전극(40)은 투명 디스플레이의 투과도를 높일 수 있도록 도 3에서와 같이 패터닝될 수 있다.
즉, 음극 전극(40)은, 유기발광층(30)이 존재하는 부분을 덮는 제1스트라이프 영역(41)과, 이에 크로스되는 방향으로 픽셀의 사이드부분 즉, 데이터 라인(83)이 존재하는 영역을 덮는 제2스트라이프영역(45)을 포함하여, 투명영역(87)을 최대화화면서, 박막 금속의 저항이 높은 것을 고려한 형태로 형성될 수 있다. 제2스트라이프 영역(45)은 상기 제1스트라이프 영역(41)에 크로스되는 방향으로 픽셀의 중심에서 벗어난 영역에 제1스트라이프 영역(41)보다 작은 폭을 가지도록 형성될 수 있다. 데이터 라인(83)은 제2스트라이프 영역(41)은 픽셀 영역의 일측으로부터 스위칭용 박막트랜지스터(60) 및 구동용 박막트랜지스터(70)가 형성된 영역 일측으로 연장되어 형성되는데, 상기 제2스트라이프 영역(45)은 상기 데이터 라인(83)이 존재하는 영역을 덮도록 형성될 수 있다. 그러면, 제1스트라이프 영역(41)에서 음극 전극(40)은 60% 정도의 광투과도를 가지며, 박막트랜지스터 등이 존재하는 투명 영역(87)에서는 최대의 광투과도를 가질 수 있으므로, 투명 디스플레이의 전체 광투과도를 크게 향상시킬 수 있다. 여기서, 박막 금속은 면적이 넓을수록 저항이 낮아질 수 있으므로, 음극 전극(40)은 제1스트라이프 영역(41)에 부가하여 제2스트라이프 영역(45)을 가지도록 함으로써, 저항은 충분히 낮게 하면서, 투명 디스플레이의 전면에 음극 전극(40)을 형성하는 경우에 비해 전체적인 광투과도를 높일 수 있다.
이때, 상기 음극 전극(40) 패터닝은 기존의 포토리소그래피(photolithography)를 사용하는 대신에, 음극 전극(40) 하부에 위치되는 유기발광층(30)의 손상을 최소화 하기 위해 새도우 마스크(shadow mask)를 사용한 증착법으로 패터닝할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 도 3의 음극 전극(40)을 제조하는 과정을 개략적으로 보여준다.
먼저, 박막트랜지스터 백플레인(10)이 형성되고, 유기발광소자(1)의 양극 전극(20) 및 유기발광층(30)이 형성된 기판(5')을 준비한다. 이 준비된 기판(5')은 기판(5) 상에 박막트랜지스터 백플레인(10), 유기발광소자(1)의 양극 전극(20) 및 유기발광층(30)이 형성된 상태를 나타낸다.
도 4a를 참조하면, 이 준비된 기판(5) 상에 제1스트라이프영역(41)에 대응하는 개구(91)를 가지는 제1새도우마스크(shadow mask:90)를 위치시킨 다음, 이 제1새도우마스크(90)를 통해 음극 전극(40) 물질을 준비된 기판(5') 상에 증착시킨다. 그러면, 음극 전극(40)의 제1스트라이프영역(41)이 형성된다.
다음으로, 상기 준비된 기판(5') 상에 제2스트라이프영역(45)에 대응하는 개구(96)를 가지는 제2새도우마스크(95)를 위치시킨 다음, 이 제2새도우마스크(95)를 통해 음극 전극(40) 물질을 준비된 기판(5') 상에 증착시킨다. 그러면 제2스트라이프영역(45)이 형성되어, 제1 및 제2스트라이프영역(41)(45)을 가지는 음극 전극(40)이 형성된다.
이와 같이 새도우 마스크를 2회 사용하여 음극 전극(40) 물질을 증착하는 경우, 원하는 패턴을 쉽게 얻을 수 있다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 투명 디스플레이에 따르면, 기존 픽셀 구조에 비해 광투과도를 저해하는 음극 전극(40)의 면적을 줄일 수 있기 때문에 투명 디스플레이의 광 투과도를 높일 수 있다.
Claims (5)
- 각 픽셀을 구동하도록 투명한 기판 상에 마련된 투명한 박막트랜지스터 백플레인과; 유기발광소자의 유기발광층이 형성되어 발광이 이루어지는 픽셀 영역을 가지며,
상기 유기발광소자는,
상기 픽셀 영역에 대응하는 위치에 형성된 양극 전극과;
상기 양극 전극 상에 형성되는 유기 발광층과;
상기 유기발광층을 덮는 제1스트라이프영역과, 상기 제1스트라이프 영역에 크로스되는 방향으로 픽셀의 중심에서 벗어난 영역에 상기 제1스트라이프 영역보다 작은 폭을 가지도록 형성된 제2스트라이프 영역을 포함하는 음극 전극;을 포함하며,
상기 박막트랜지스터 백플레인은, 스위칭용 박막트랜지스터와 이에 연결된 구동용 박막트랜지스터를 포함하며,
상기 기판 상에 상기 픽셀 영역의 일측으로부터 상기 스위칭용 박막트랜지스터 및 구동용 박막트랜지스터가 형성된 영역 일측으로 연장되는 데이터 라인이 형성되며,
상기 제2스트라이프 영역은 상기 데이터 라인이 존재하는 영역을 덮도록 형성되는 투명 디스플레이. - 삭제
- 각 픽셀을 구동하도록 투명한 기판 상에 마련된 투명한 박막트랜지스터 백플레인이 형성되고, 픽셀 영역에 유기 발광소자의 양극 전극 및 유기발광층이 형성된 기판을 준비하는 단계와;
상기 준비된 기판 상에 상기 유기발광층을 덮는 제1스트라이프영역과, 상기 제1스트라이프 영역에 크로스되는 방향으로 픽셀의 중심에서 벗어난 영역에 상기 제1스트라이프 영역보다 작은 폭을 가지도록 형성된 제2스트라이프 영역을 포함하는 음극 전극을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 박막트랜지스터 백플레인은, 스위칭용 박막트랜지스터와 이에 연결된 구동용 박막트랜지스터를 포함하며,
상기 기판 상에 상기 픽셀 영역의 일측으로부터 상기 스위칭용 박막트랜지스터 및 구동용 박막트랜지스터가 형성된 영역 일측으로 연장되는 데이터 라인이 형성되며,
상기 제2스트라이프 영역은 상기 데이터 라인이 존재하는 영역을 덮도록 형성되는 투명 디스플레이 제조방법. - 제3항에 있어서, 상기 음극 전극을 형성하는 단계는,
상기 준비된 기판 상에 상기 제1스트라이프영역에 대응하는 개구를 가지는 제1새도우마스크를 위치시키고, 이 제1새도우마스크를 통해 음극 전극 물질을 상기 준비된 기판 상에 증착시켜, 상기 음극 전극의 제1스트라이프 영역을 형성하는 단계와;
상기 준비된 기판 상에 상기 제2스트라이프영역에 대응하는 개구를 가지는 제2새도우마스크를 위치시킨 다음, 상기 제2새도우마스크를 통해 음극 전극 물질을 상기 준비된 기판 상에 증착시켜, 상기 음극 전극의 제2스트라이프 영역을 형성하는 단계;를 포함하는 투명 디스플레이 제조 방법. - 삭제
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