KR101770592B1 - 유기전계 발광소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 다수의 화소영역을 갖는 표시영역이 정의된 제 1 기판과; 상기 제 1 기판 상의 상기 각 화소영역에 형성된 스위칭 박막트랜지스터 및 구동 박막트랜지스터와; 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터를 덮으며 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키며 형성된 보호층과; 상기 보호층 위로 상기 각 화소영역별로 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며, 하부층, 중간층 및 상부층의 3중층 구조를 가지며 형성된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극의 가장자리와 중첩하며 상기 화소영역의 경계에 형성된 뱅크와; 상기 뱅크 내측으로 상기 제 1 전극 상부에 형성된 유기 발광층과; 상기 유기 발광층 및 상기 뱅크 상부로 상기 표시영역 전면에 형성된 제 2 전극을 포함하며, 상기 중간층은 상기 하부층의 상면 및 그 측단까지 완전히 덮도록 형성된 것이 특징인 유기전계 발광소자를 제공한다.

Description

유기전계 발광소자{Organic electro-luminescent Device}

본 발명은 유기전계 발광소자(Organic Electro-luminescent Device)에 관한 것이며, 특히 상부발광 방식의 구조에서 애노드 전극의 반사율을 향상시킨 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.

또한, 상기 유기전계 발광소자의 제조공정은 증착(deposition) 및 인캡슐레이션(encapsulation) 장비가 전부라고 할 수 있기 때문에 제조 공정이 매우 단순하다.

따라서, 전술한 바와 같은 장점을 갖는 유기전계 발광소자는 최근에는 TV, 모니터, 핸드폰 등 다양한 IT기기에 이용되고 있다.

이하, 유기전계 발광 소자의 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 빛은 상기 제 1 전극 또는 제 2 전극을 향해 출사됨으로써 화상을 표시하게 된다. 이러한 유기전계 발광소자는 개구율 등을 고려할 때, 통상 상기 제 2 전극을 향해 출사되는 빛을 이용하여 화상을 표시하는 상부 발광 방식으로 제조되고 있다.

이러한 구성을 갖는 종래의 유기전계 발광소자에 있어서 빛의 경로를 살펴보면, 제 1 및 제 2 전극(47, 58)에 전압이 가해짐으로써 유기 발광층(55)에 전자와 홀이 공급되고, 상기 유기 발광층(55) 내에서 재결합이 이루어짐으로써 빛이 생성된다. 이렇게 유기 발광층(55)에서 발생된 빛은 제 1 전극과 제 2 전극을 향하여 출사되며, 내부 반사를 통해 최종적으로 상기 제 2 전극 및 제 2 기판(10)을 통과해 외부로 빠져나오게 되며, 이렇게 제 1 기판(10)면을 통과하여 외부로 나온 빛이 사용자의 눈으로 입사됨으로서 사용자는 화상을 시청할 수 있는 것이다.

하지만, 유기 발광층(55)에서 생성된 빛은 상기 유기 발광층(55) 상부 및 하부에 위치하는 구성요소를 통과하면서 그 내부에서 손실이 발생됨으로써 실질적으로 사용자의 눈으로 입사되는 빛은 유기 발광층(55)에서 발생된 빛의 약 19% 정도가 되고 있는 실정이다.

조금 더 상세히 설명하면, 상부 발광 방식 유기전계 발광소자는 발광특성 향상을 위해 마이크로 커비티 효과가 구현되도록 형성하고 있다. 즉, 제 1 전극을 이종의 금속물질 또는 투명 도전성 물질을 연속 증착하고 동시에 패터닝함으로써 평면적으로 동일한 형태를 갖는 이중층 이상의 구조를 갖도록 형성하며, 제 2 전극 또한 반사가 이루어지는 물질로 형성함으로써 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에서 반사가 이루어지도록 구성되고 있다.

하지만, 이러한 구성을 갖는 종래의 상부 발광 방식 유기전계 발광소자는 특히 제 1 전극의 구조 특성 상 상기 제 1 전극의 측면을 통해 사라지는 빛이 많아 반사효율이 저하되는 문제가 발생하고 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 상부 발광 방식의 유기전계 발광 소자에 있어 제 1 전극에 내부에서 사라지는 빛을 최소화함으로써 반사효율을 향상시킬 수 있는 상부 발광 방식 유기전계 발광소자를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 발광방식 유기전계 발광소자는, 다수의 화소영역을 갖는 표시영역이 정의된 제 1 기판과; 상기 제 1 기판 상의 상기 각 화소영역에 형성된 스위칭 박막트랜지스터 및 구동 박막트랜지스터와; 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터를 덮으며 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키며 형성된 보호층과; 상기 보호층 위로 상기 각 화소영역별로 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며, 하부층, 중간층 및 상부층의 3중층 구조를 가지며 형성된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극의 가장자리와 중첩하며 상기 화소영역의 경계에 형성된 뱅크와; 상기 뱅크 내측으로 상기 제 1 전극 상부에 형성된 유기 발광층과; 상기 유기 발광층 및 상기 뱅크 상부로 상기 표시영역 전면에 형성된 제 2 전극을 포함하며, 상기 중간층은 상기 하부층의 상면 및 그 측단까지 완전히 덮도록 형성된 것이 특징이다.

이때, 상기 하부층은 투명 도전성 물질로 이루어지며, 상기 중간층은 반사율이 우수한 금속물질로 이루어지며, 상기 상부층은 일함수 값이 낮은 투명 도전성 물질로 이루어진 것이 특징이다.

또한, 상기 하부층을 이루는 투명 도전성 물질은 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)이며, 상기 중간층을 이루는 반사율이 우수한 금속물질은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 은(Ag), APC(Ag, Pd, Cu 합금) 중 어느 하나이며, 상기 상부층을 이루는 일함수 값이 낮은 투명 도전성 물질은 인듐-틴-옥사이드(ITO)인 것이 특징이다.

또한, 상기 하부층은 그 측면이 테이퍼 구조를 이루며, 상기 보호층 표면을 기준을 상기 하부층의 측면이 이루는 각도는 30도 내지 90도인 것이 특징이며, 상기 하부층은 그 두께가 100Å 내지 1000Å인 것이 바람직하다.

또한, 상기 제 2 전극은 일함수 값이 낮은 금속물질로 단일층 구조를 갖도록 형성되거나, 또는 일함수 값이 낮은 금속물질로 이루어진 제 1 층과 투명 도전성 물질로 이루어진 제 2 층의 이중층 구조를 갖도록 형성되며, 이때, 상기 일함수 값이 낮은 금속물질은 은(Ag), 마그네슘-은 합금(MgAg), 금(Au), 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 칼슘(Ca) 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

또한, 상기 제 1 기판에는 서로 교차하여 상기 화소영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과, 상기 데이터 배선과 나란하게 위치하는 전원배선이 형성되며, 상기 게이트 및 데이터 배선은 각각 상기 스위칭 박막트랜지스터의 게이트 전극 및 소스 전극과 연결되며, 상기 제 1 기판과 마주하여 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판이 구비된 것이 특징이다.

본 발명에 따른 상부발광 방식 유기전계 발광 소자는, 애노드 전극의 역할을 하는 제 1 전극이 3중층 구조를 이루며, 반사효율이 우수한 물질로 이루어진 중간층이 하부층을 평면적으로 완전히 덮는 형태를 이루도록 형성함으로써 투명 도전성 물질로 이루어지는 제 1 전극의 하부층의 측면을 통해 사라지는 빛을 상기 중간층에 의해 상부로 반시시킴으로써 반사효율을 향상시키는 효과가 있다.

더욱이 상기 제 1 전극의 하부층의 측면을 테이퍼 구조를 이루도록 형성함으로써 제 2 전극이 위치하는 상측으로 반사되는 빛량을 증대시킴으로써 반사효율을 더욱 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 유기전계 발광소자의 한 화소에 대한 회로도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 상부발광 방식 유기전계 발광소자의 하나의 화소영역에 대한 단면도.
도 3은 제 1 전극이 이중층 구조를 갖는 경우와, 3중층 구조를 이루는 경우 입사된 빛의 파장 변화에 따른 반사율을 측정한 것을 나타내 그래프.
도 4는 비교예에 따른 상부발광 방식 유기전계 발광소자의 제 1 전극만을 간략히 도시한 단면도.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

우선, 유기전계 발광소자의 구성 및 동작에 대해서 유기전계 발광소자의 하나의 화소에 대한 회로도인 도 1을 참조하여 간단히 설명한다.

도시한 바와 같이 유기전계 발광소자의 하나의 화소에는 스위칭(switching) 박막트랜지스터(STr)와 구동(driving) 박막트랜지스터(DTr), 스토리지 캐패시터(StgC), 그리고 유기전계발광 다이오드(E)가 구비되고 있다.

즉, 제 1 방향으로 게이트 배선(GL)이 형성되어 있고, 이 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 화소영역(P)을 정의하며 데이터 배선(DL)이 형성되어 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)은 전원전압을 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 2는 본 발명의 실시예에 따른 상부발광 방식 유기전계 발광소자의 하나의 화소영역에 대한 단면도이다. 이때, 설명의 편의를 위해 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되는 영역을 구동영역(DA), 그리고 도면에는 나타내지 않았지만 각 화소영역(P) 내에 스위칭 박막트랜지스터가 형성되는 영역을 스위칭 영역(미도시)이라 정의한다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 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 무기막, 유기막, 투명한 필름 중 어느 하나로 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) 상의 상기 구동영역(DA) 및 스위칭 영역에는 각각 순수 폴리실리콘으로 이루어지며, 그 중앙부는 채널의 통로를 이루는 제 1 영역(113a) 그리고 상기 제 1 영역(113a) 양측면으로 고농도의 불순물이 도핑된 제 2 영역(113b)으로 구성된 반도체층(113)이 형성되어 있다.

이때, 상기 반도체층(113)과 상기 제 1 기판(110) 사이에는 전면에 무기절연물질 예를들면, 산화실리콘(SiO₂) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 버퍼층(미도시)이 더욱 구비될 수도 있다. 상기 버퍼층(미도시)은 상기 반도체층(113)의 결정화시 상기 제 1 기판(110) 내부로부터 나오는 알카리 이온의 방출에 의한 상기 반도체층(113)의 특성 저하를 방지하기 위함이다.

또한, 상기 반도체층(113)을 덮으며 게이트 절연막(116)이 전면에 형성되어 있으며, 상기 게이트 절연막(116) 위로 상기 구동영역(DA) 및 스위칭 영역(미도시)에는 상기 각 반도체층(113)의 제 1 영역(113a)에 대응하여 각각 게이트 전극(120)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 게이트 절연막(116) 위로는 상기 스위칭 영역(미도시)에 형성된 게이트 전극(미도시)과 연결되며 일방향으로 연장하며 게이트 배선(미도시)이 형성되어 있다.

다음, 상기 게이트 전극(120)과 게이트 배선(미도시) 위로 무기절연물질 예를들면, 산화실리콘(SiO₂) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 층간절연막(123)이 형성되어 있다. 이때, 상기 층간절연막(123)과 그 하부의 게이트 절연막(116)에는 상기 제 1 영역(113a) 양측면에 위치한 상기 제 2 영역(113b)을 각각 노출시키는 반도체층 콘택홀(125)이 구비되고 있다.

다음, 상기 반도체층 콘택홀(125)이 구비된 상기 층간절연막(123) 상부에는 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(미도시)과, 이와 이격하여 나란하게 전원배선(미도시)이 형성되고 있다.

또한, 상기 층간절연막(123) 위로 각 구동영역(DA) 및 스위칭 영역(미도시)에는 서로 이격하며 상기 반도체층 콘택홀(125)을 통해 노출된 제 2 영역(113b)과 각각 접촉하며 소스 및 드레인 전극(133, 136)이 형성되어 있다.

한편, 상기 구동영역(DA)에 순차 적층된 상기 반도체층(113)과 게이트 절연막(116)과 게이트 전극(120)과 층간절연막(123)과 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)은 구동 박막트랜지스터(DTr)를 이룬다. 이때, 상기 스위칭 영역(미도시)에도 상기 구동영역(DA)에 형성된 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 동일한 구조의 스위칭 박막트랜지스터(미도시)가 형성되고 있다.

상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(미도시)과 전기적으로 연결되고 있으며, 나아가 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 도 연결되고 있다.

한편, 상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)는 상기 제 2 영역(113b)에 도핑되는 불순물에 따라 p타입 또는 n타입 박막트랜지스터를 이루게 된다. p타입 박막트랜지스터의 경우는 제 2 영역(113b)에 3족의 원소 예를들면 붕소(B)를 도핑함으로써 이루어지게 되며, n타입 박막트랜지스터의 경우는 상기 제 2 영역(113b)에 5족의 원소 예를들면, 인(P)을 도핑함으로써 이루어지게 된다.

p타입의 박막트랜지스터는 캐리어로서 정공이 이용되며, n타입의 박막트랜지스터는 캐리어로서 전자가 이용된다. 따라서, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)과 연결되는 제 1 전극(147)은 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 타입에 따라 애노드 또는 캐소드 전극의 역할을 하게 되는 것이다.

즉, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)가 p타입인 경우, 상기 제 1 전극(147)은 애노드 전극의 역할을 하며, n타입인 경우 상기 제 1 전극(147)은 캐소드 전극의 역할을 하게 된다.

본 발명의 실시예에 있어서는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)가 p타입을 이룸으로써 상기 제 1 전극(147)이 애노드 전극의 역할을 하는 것을 일례로 설명하고 있다.

다음, 상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시) 위로는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)을 노출시키는 드레인 콘택홀(143)을 갖는 보호층(140)이 형성되어 있다.

또한, 상기 보호층(140) 위로는 본 발명의 실시예에 따른 상부발광 방식 유기전계 발광소자에 있어서 가장 특징적인 구성으로서 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)과 상기 드레인 콘택홀(143)을 통해 접촉되며, 3중층 구조를 갖는 제 1 전극(147)이 형성되어 있다.

이때, 상기 제 1 전극(147)의 구조를 살펴보면, 상기 제 1 전극(147)은 하부층(147a)과 중간층(147b) 및 상부층(147c)의 3중층 구조를 이루는 것이 특징이다. 상기 하부층(147a)은 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 이루어지고 있으며, 측단은 그 단면형태가 테이퍼 구조를 이루는 것이 특징이다. 이때, 상기 테이퍼 구조를 이루는 측단은 각각 상기 보호층(140) 표면을 기준을 30도 내지 90도 정도의 각도를 이루며, 상기 하부층(147a)의 두께는 100Å 내지 1000Å 정도인 것이 특징이다.

한편, 상기 하부층(147a) 상부에 위치하는 중간층(147b)은 반사율이 우수한 금속물질 예를들면, 알루미늄 합금(AlNd), 은(Ag), APC(Ag, Pd, Cu 합금) 중 어느 하나로 이루어지고 있다. 이때, 상기 중간층(147b)은 평면적으로 상기 하부층(147a)보다 넓은 면적을 가지며 상기 하부층(147a)과 완전 중첩하도록 구성됨으로써 평면적으로 상기 중간층(147b)은 상기 하부층(147a)을 완전히 덮도록 형성되고 있는 것이 특징이다.

또한, 상기 중간층(147b) 상부에 형성되는 상부층(147c)은 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 이루어질 수 있다.
여기서, 상부층(147c)은 애노드 전극의 역할을 하며, 그 평면 형태는 상기 중간층(147b)과 동일한 구성을 가져 그 끝단이 상기 중간층(147b)과 일치하도록 형성되거나, 또는 상기 하부층(147a)과 같이 상기 중간층(147b)보다 작은 면적으로 가지며 상기 중간층(147b)과 완전 중첩하도록 형성되고 있는 것이 특징이다. 이렇게 제 1 전극(147)에 있어 투명 도전성 물질로 이루어진 하부층(147a)을 형성하는 이유는 공정성과 신뢰성 향상을 위해서이다.

한편, 도면에 나타내지 않았지만, 상기 제 1 전극은 이중층 구조 즉, 반사율이 우수한 금속으로 이루어진 제 1 층과 애노드 전극의 역할을 할 수 있도록 비교적 높은 일함수 값을 갖는 인듐-틴-옥사이드로 이루어진 제 2 층을 갖도록 형성할 수도 있다.

하지만, 이러한 이중층 구조를 갖는 제 1 전극은 보호층(140)과의 접합력 및 스텝 커버리지 특성과 드레인 콘택홀(143) 내부에서의 드레인 전극(136)과의 접촉 특성과 반사율 등을 감안할 때, 투명 도전성 물질로 하부층(147a) 및 상부층(147c)을 형성하고, 두 물질층(147a, 147b) 사이에 반사성이 우수한 금속물질로 이루어진 중간층(147b)을 형성한 3중층 구조를 갖는 제 1 전극(147)을 대비 그 성능이 저하되고 있다.

도 3은 제 1 전극이 이중층 구조를 갖는 경우와, 3중층 구조를 이루는 경우 입사된 빛의 파장 변화에 따른 반사율을 측정한 것을 나타내 그래프이다. 이때, 상기 그래프는 3중층 구조의 경우 ITO/APC/ITO로 이루어진 것에 대한 반사율을 측정하였으며, 2중층 구조의 경우 ITO/AlNd로 이루어진 것에 대한 반사율을 측정하였다.

도시한 바와같이, 가시광선 영역인 360nm 내지 800nm의 파장대의 빛에 대해서는 3중층 구조를 갖는 제 1 전극의 반사율은 75% 내지 97%정도가 됨을 보이고 있지만, 2중층 구조를 갖는 제 1 전극은 62% 내지 78%정도가 됨을 알 수 있으며, 이를 통해 이중층 구조를 갖는 제 1 전극 대비 3중층 구조를 갖는 제 1 전극이 반사효율이 우수함을 알 수 있다.

따라서, 3중층 구조를 갖는 제 1 전극을 형성하는 것이 유기전계 발광소자의 성능 향상 측면에서 더욱 유리하므로 본 발명에 있어서는 제 1 전극이 3중층 구조를 이루며 이에 부가하여 더욱 반사효율을 증대시킬 수 있는 구조를 제안하고 있는 것이다.

한편, 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 유기전계 발광소자(101)는 상기 제 1 전극(147)이 전술한 바와 같은 구성을 가짐으로써 상기 제 1 전극(147) 상부에 위치하는 유기 발광층(155)으로부터 발광된 빛이 상기 제 1 전극(147)에 입사될 때, 제 1 전극(147)에 의해 반사되는 빛의 반사효율을 극대화하며 제 1 전극(147) 내부에서의 손실을 최소화함으로써 최종적으로 발광효율을 향상시키는 효과를 갖게 된다.

도 4는 비교예에 따른 상부발광 방식 유기전계 발광소자의 제 1 전극만을 간략히 도시한 단면도이다.

비교예에 따른 상부발광 방식 유기전계 발광소자의 경우도 제 1 전극은 도시한 바와 같이 3중층 구조를 이루고 있지만, 상부층(147c)과 중간층 및 하부층의 측단이 일치하는 형태로 형성됨을 알 수 있다. 즉, 투명 도전성 물질로 이루어진 하부층 및 상부층과 반사율이 우수한 금속물질로 이루어진 중간층이 모두 평면적으로 동일한 면적을 가지며 완전 중첩하는 형태로 형성되고 있다.

제 1 전극이 비교예와 같은 형태를 갖는 경우, 상기 제 1 전극 상부에 위치하는 유기 발광층으로부터 나온 빛이 상기 제 1 전극에 입사되고, 이렇게 입사된 빛 중 일부는 상기 중간층에 의해 반사됨으로써 다시 유기 발광층으로 입사되지만, 상기 중간층은 반사도가 100%가 아니므로 일부 빛은 상기 중간층을 통과하여 하부층으로 입사된다. 이렇게 하부층으로 입사된 빛 중 일부는 다시 중간층을 통과하여 유기 발광층으로 입사되지만, 대부분은 상기 하부층의 측면을 통해 격벽이 위치한 부분으로 빠져 나가게 됨으로써 소실되게 된다. 이러한 현상을 아웃 커플링이라 하며, 비교예의 경우 이러한 아웃 커플링에 의해 소실되는 빛이 상당량 발생함으로써 반사율이 더욱 감소된다.

하지만, 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 유기전계 발광소자(101)의 경우, 제 1 전극(147)은 반사율이 높은 금속물질로 이루어진 중간층(147b)이 이의 하부에 위치한 하부층(147a)을 완전히 덮는 구성을 가지고 있다. 즉, 중간층(147b)이 하부층(147a)의 측단을 완전히 덮으며 형성되고 있으므로 상기 하부층(147a)으로 입사된 빛이 상기 하부층(147a)의 내부에서 전반사되어 측단으로 이동한다 하더라도 반사율이 우수한 금속물질로 이루어진 상기 중간층(147b)에 의해 반사되어 최종적으로 유기 발광층(155)으로 재입사됨으로써 최종적으로 사용자의 눈으로 입사되는 빛량을 향상시킬 수 있는 것이 특징이다.

한편, 전술한 바와 같이 중간층(147b)이 하부층(147a)을 완전히 덮는 형태로 3중층 구조를 가지며 애노드 전극의 역할을 하는 상기 제 1 전극(147)의 가장자리와 중첩하며 상기 보호층(140) 위로 각 화소영역(P)의 경계에는 뱅크(150)가 형성되어 있다.

또한, 상기 뱅크(150)로 둘러싸인 각 화소영역(P) 내부에는 상기 제 1 전극(147) 위로 유기 발광층(155)이 형성되고 있다. 이때, 상기 유기 발광층(155)은 유기 발광 물질로 이루어진 단일층으로 구성될 수도 있으며, 또는 발광 효율을 높이기 위해 상기 애노드 전극의 역할을 하는 상기 제 1 전극(147)의 상부층(147c) 표면으로부터 순차적으로 정공주입층(hole injection layer)(155a), 정공수송층(hole transporting layer)(155b), 유기 발광 물질층(emitting material layer)(155c), 전자수송층(electron transporting layer)(155d) 및 전자주입층(electron injection layer)(155e)의 다중층 구조를 갖도록 형성될 수도 있다. 도면에서는 상기 유기 발광층(155)이 5중층 구조를 이루는 것을 일례로 도시하였다.

다음, 상기 유기 발광층(155) 및 상기 뱅크(150)의 상부에는 표시영역 전면에 캐소드 전극의 역할을 하는 제 2 전극(158)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제 2 전극은 캐소드 전극의 역할을 할 수 있도록 일함수 값이 낮은 금속물질 예를들면, 은(Ag), 마그네슘-은 합금(MgAg), 금(Au), 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 칼슘(Ca) 중 어느 하나로 50Å 내지 200Å 정도의 두께를 갖도록 형성되고 있는 것이 특징이다. 이때, 상기 제 2 전극(158)은 전술한 바와같이, 일함수 값이 비교적 낮은 금속물질로 단일층 구조를 갖도록 형성될 수도 있지만, 변형예로서 이중층 구조를 갖도록 형성될 수도 있다. 즉, 그 하부층은 전술한 바와같이 일함수 값이 비교적 낮은 금속물질로 이루어지며, 이의 상부에 투명한 도전성 물질인 인듐-징크-옥사이드(ITO) 또는 인듐-틴-옥사이드(ITO) 중 어느 하나로 이루어진 상부층이 더욱 구비됨으로써 이중층 구조를 갖도록 형성될 수도 있다.

이렇게 변형예에서와 같이 제 2 전극을 이중층 구조를 갖도록 형성한 것은 제 2 전극 자체의 면저항을 저감시키기 위함이다. 상기 제 2 전극은 상부발광 방식 유기전계 발광소자 특성 상 캐소드 전극의 역할을 하도록 일함수 값이 낮은 금속물질로 형성해야 하는데, 이를 너무 두껍게 형성하면 투과도가 떨어져 표시장치로서 요구되는 휘도 특성의 발현이 어려우며, 이를 위해 얇은 두께로 제 2 전극을 형성하게 되면 면저항이 증가하므로 구동전압이 높아져 소비전력이 증가되기 때문에 이를 방지하기 위해 투명 도전성 물질로 이루어진 상부층을 더욱 형성한 것이다.

한편, 상기 제 1 및 제 2 전극(147, 158)과 그 사이에 형성된 유기 발광층(155)은 유기전계 발광 다이오드(E)를 이루게 된다.

전술한 바와같은 구성요소를 포함하는 본 발명의 실시예 또는 변형예에 따른 유기전계 발광소자(101)용 제 1 기판(110)에 대응하여 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판(170)이 상기 제 1 기판(110)과 이격하며 구비되고 있다. 이때, 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 합착됨으로써 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)가 완성되고 있다.

이때, 서로 이격하는 상기 제 1 기판(110)과 제 2 기판(170) 사이에는 진공의 분위기를 갖거나 또는 불활성 기체로 채워짐으로써 불활성 가스 분위기를 이루고 있다.

상기 인캡슐레이션을 위한 상기 제 2 기판(170)은 유연한 특성을 갖는 플라스틱으로 이루어질 수도 있으며, 또는 유리기판으로 이루어질 수도 있다.

한편, 전술한 실시예 및 변형예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 제 1 기판(110)과 마주하여 이격하는 형태로 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판(170)이 구비된 것을 나타내고 있지만, 상기 제 2 기판(170)은 점착층을 포함하는 필름 형태로 상기 제 1 기판(110)의 최상층에 구비된 상기 제 2 전극(158)과 접촉하도록 구성될 수도 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
113 : 반도체층 113a, 113b : 제 1 및 제 2 영역
116 : 게이트 절연막 120 : 게이트 전극
123 : 층간절연막 125 : 반도체층 콘택홀
133 : 소스 전극 136 : 드레인 전극
140 : 보호층 143 : 드레인 콘택홀
147 : 제 1 전극 147a : 하부층
147b : 중간층 147 : 상부층
150 : 뱅크 155 : 유기 발광층
155a : 정공주입층 155b : 정공수송층
155c : 유기 발광 물질층 155d : 전자수송층
155e : 전자주입층 158 : 제 2 전극
DA : 구동영역 DTr : 구동 박막트랜지스터
P : 화소영역

Claims (8)

1. 다수의 화소영역을 갖는 표시영역이 정의된 제 1 기판과;
   상기 제 1 기판 상의 상기 화소영역 각각에 형성된 스위칭 박막트랜지스터 및 구동 박막트랜지스터와;
   상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터를 덮으며 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키며 형성된 보호층과;
   상기 보호층 위로 상기 화소영역별로 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며, 하부층, 중간층 및 상부층의 3중층 구조를 가지며 형성된 제 1 전극과;
   상기 제 1 전극의 가장자리와 중첩하며 상기 화소영역의 경계에 형성된 뱅크와;
   상기 뱅크 내측으로 상기 제 1 전극 상부에 형성된 유기 발광층과;
   상기 유기 발광층 및 상기 뱅크 상부로 상기 표시영역 전면에 형성된 제 2 전극
   을 포함하며,
   상기 하부층 및 상부층은 투명 도전성 물질로 이루어지고, 상기 중간층은 반사율이 우수한 금속물질로 이루어지며, 상기 중간층은 상기 하부층의 상면 및 측면을 덮는 유기전계 발광소자.
   
   
   
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 하부층 및 상부층을 이루는 투명 도전성 물질은 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)이며, 상기 중간층을 이루는 반사율이 우수한 금속물질은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 은(Ag), APC(Ag, Pd, Cu 합금) 중 어느 하나인 유기전계 발광소자.
   
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 하부층은 그 측면이 테이퍼 구조를 이루며, 상기 보호층 표면을 기준을 상기 하부층의 측면이 이루는 각도는 30도 내지 90도인 것이 특징인 유기전계 발광소자.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 하부층은 그 두께가 100Å 내지 1000Å인 것이 특징인 유기전계 발광소자.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2 전극은 일함수 값이 낮은 금속물질로 단일층 구조를 갖도록 형성되거나, 또는 일함수 값이 낮은 금속물질로 이루어진 제 1 층과 투명 도전성 물질로 이루어진 제 2 층의 이중층 구조를 갖도록 형성된 것이 특징인 유기전계 발광소자.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 일함수 값이 낮은 금속물질은 은(Ag), 마그네슘-은 합금(MgAg), 금(Au), 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 칼슘(Ca) 중 어느 하나인 유기전계 발광소자.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 기판과 마주하며 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판을 더 포함하며,
   상기 제 1 기판은,
   서로 교차하여 상기 화소영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과, 상기 데이터 배선과 나란하게 위치하는 전원배선을 포함하고,
   상기 게이트 배선은 상기 스위칭 박막트랜지스터의 게이트 전극과 연결되며, 상기 데이터 배선은 상기 스위칭 박막트랜지스터의 소스 전극과 연결되는 유기전계 발광소자.

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