KR101889020B1 - 유기전계 발광소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 다수의 화소영역을 갖는 표시영역이 정의된 제 1 기판과; 상기 제 1 기판 전면에 형성된 버퍼층과; 상기 버퍼층 위로 상기 각 화소영역 내에 형성된 보텀 게이트 타입의 스위칭 박막트랜지스터 및 구동 박막트랜지스터와; 상기 각 화소영역 내에 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 형성된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극 상부에 형성된 유기 발광층과; 상기 유기 발광층 상부로 상기 표시영역 전면에 형성된 제 2 전극을 포함하는 유기전계 발광소자를 제공한다.
Description
본 발명은 유기전계 발광소자(Organic electroluminescent device)에 관한 것이며, 특히 대면적의 표시장치에 적용될 수 있으며, 반사율을 감소시킬 수 있는 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.
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.
한편, 도 1은 종래의 일반적인 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 대한 개략적인 단면도이다.
도시한 바와 같이, 종래의 유기전계 발광소자(1)는 제 1, 2 기판(10, 70)이 서로 대향되게 배치되어 있다.
상기 제 1 기판(10)에 있어서는 표시영역(AA)과, 상기 표시영역(AA) 외측으로 비표시영역(미도시)이 정의되고 있으며, 상기 표시영역(AA)에는 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(미도시)에 의해 포획되는 영역이라 정의되는 다수의 화소영역(P)이 구비되고 있으며, 상기 데이터 배선(미도시)과 나란하게 전원배선(미도시)이 구비되고 있다. 이러한 다수의 각 화소영역(P)에는 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)가 형성되어 있고, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 연결되며 제 1 전극(47)이 형성되어 있다.
이때, 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터는 폴리실리콘의 반도체층을 구비한 탑 게이트 형태를 갖는 박막트랜지스터로 주로 이루어지고 있다.
또한, 상기 제 1 전극(47) 상부에는 적(Red), 녹(Green), 청(Blue)색을 발광하는 발광물질패턴(55a, 55b, 55c)을 포함하는 유기 발광층(55)이 형성되어 있고, 유기 발광층(55) 상부에는 표시영역 전면에 제 2 전극(58)이 형성되어 있다.
그리고, 전술한 구성요소가 구비된 상기 제 1 기판(10)에 대응하여 인캡슐레이션을 위해 제 2 기판(70)이 대향하여 구비되고 있으며, 상기 제 1 및 제 2 기판(10, 70)의 사이에는 페이스 씰(face Seal)(미도시)이 전면에 구비되거나 또는 테두리를 따라 씰패턴(미도시)이 구비됨으로써 상기 제 1 기판(10)과 제 2 기판(70)이 합착되어 패널을 이루는 상태를 유지하도록 하고 있다.
이러한 구성을 갖는 유기전계 발광소자(1)는 상기 유기 발광층(55)으로부터 발생된 빛은 상기 제 1 전극(47) 또는 제 2 전극(58)을 향해 출사됨으로써 화상을 표시하게 된다.
한편, 최근에는 화상을 표시하는 평판표시장치는 특히 TV 등으로 이용되는 경우 20인치 이상의 대면적을 갖는 것이 추세이다.
따라서, 유기전계 발광소자(1)에 있어서도 이러한 추세에 부응하기 위해 20인치 이상의 대면적을 갖도록 형성해야 하는데, 이러한 20인치 이상의 대면적을 갖는 유기전계 발광소자(1)를 이루기 위해서는 레이저 빔 등을 이용하는 결정화 공정이 요구되는 폴리실리콘을 반도체층(113)으로 하는 박막트랜지스터(DTr)를 구비하는 종래의 유기전계 발광소자(1)로서는 화면 얼룩 등이 발생하여 표시품질이 저하되는 문제가 발생되고 있다.
또한, 폴리실리콘을 반도체층(113)으로 하는 박막트랜지스터(DTr)의 경우, 제 1 기판(10) 상에 폴리실리콘의 반도체층(13)/게이트 절연막(14)/게이트 전극(17)/반도체층 콘택홀(19a, 19b)을 갖는 층간절연막(18)/서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(33, 36)의 적층 구성을 가짐으로서 탑 게이트 타입을 이룬다.
따라서, 이러한 구성을 갖는 탑 게이트 타입의 박막트랜지스터(DTr)는 구성요소의 적층 레이어 수가 비정질 실리콘을 반도체층으로 이용하는 보텀 게이트 타입의 박막트랜지스터(미도시)의 제조 공정 대비 상대적으로 복잡하며, 폴리실리콘의 반도체층(13) 형성을 위해 레이저 결정화 및 불순물의 도핑 공정을 진행해야 하므로 이를 형성하기 위한 시간이 증가하여 단위 시간당 생산성이 저하됨으로써 제조 비용이 상승되는 문제가 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 20인치 이상의 대면적을 가지면서도 레이저 빔 조사로 인한 표시품질 저하를 원천적으로 방지하며, 제조 단계를 단순화하여 제조 비용을 저감시킬 수 있는 유기전계 발광소자를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자는, 다수의 화소영역을 갖는 표시영역이 정의된 제 1 기판과; 상기 제 1 기판 전면에 형성된 버퍼층과; 상기 버퍼층 위로 상기 각 화소영역 내에 형성된 보텀 게이트 타입의 스위칭 박막트랜지스터 및 구동 박막트랜지스터와; 상기 각 화소영역 내에 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 형성된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극 상부에 형성된 유기 발광층과; 상기 유기 발광층 상부로 상기 표시영역 전면에 형성된 제 2 전극을 포함한다.
이때, 상기 버퍼층은 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 것이 특징이다.
그리고, 상기 보텀 게이트 타입의 스위칭 박막트랜지스터 및 구동 박막트랜지스터는 각각 상기 버퍼층 위로 순차 적층된 형태로 게이트 전극과 게이트 절연막과 반도체층과 서로 이격하는 소스 전극 및 드레인 전극으로 이루어진 것이 특징이며, 상기 반도체층은 순수 비정질 실리콘의 액티브층과 불순물 비정질 실리콘으로 이루어지며 서로 이격하는 오믹콘택층의 이중층 구조를 이루거나, 또는 산화물 반도체 물질로 이루어진 단일층 구조를 이루는 것이 특징이다.
그리고, 상기 반도체층이 상기 산화물 반도체 물질로 이루어진 단일층 구조의 반도체층인 경우 상기 반도체층 상부의 중앙부에는 절연물질로 이루어진 에치스토퍼가 구비되며, 상기 소스 전극과 드레인 전극은 상기 에치스토퍼 상부에서 서로 이격하며 상기 에치스토퍼 외측으로 노출된 상기 반도체층과 각각 접촉하는 것이 특징이다.
또한, 상기 산화물 반도체 물질은, 징크 옥사이드(ZnO) 계열의 산화물인 IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), ZTO(Zinc Tin Oxide), ZIO(Zinc Indium Oxide) 중 어느 하나인 것이 특징이다.
상기 제 1 전극은 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드로 이루어지며, 상기 제 2 전극은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 금(Au), 알루미늄마그네슘 합금(AlMg) 중 하나 또는 둘 이상의 물질로 이루어진 것이 특징이다.
그리고, 상기 유기전계 발광소자는 상기 제 1 기판측으로 발광하는 하부발광 방식인 것이 특징이다.
또한, 상기 유기 발광층과 상기 제 1 전극 사이에는 정공주입층(hole injection layer)과 정공수송층(hole transporting layer) 중 어느 하나의 이상의 층이 더 구비되며, 상기 유기 발광층과 상기 제 2 전극 사이에는 전자수송층(electron transporting layer)과 전자주입층(electron injection layer) 중 어느 하나 이상의 층이 더 구비되는 것이 특징이다.
또한, 상기 버퍼층 상부에는 상기 스위칭 박막트랜지스터의 게이트 전극과 연결되며 일 방향으로 연장하는 게이트 배선이 구비되며, 상기 게이트 절연막 상부에는 상기 스위칭 박막트랜지스터의 소스 전극과 연결되며 상기 게이트 배선과 교차하여 상기 화소영역을 정의하는 데이터 배선과, 상기 데이터 배선과 이격하여 나란하게 연장하는 전원배선이 구비된 것이 특징이다.
또한, 상기 제 1 기판에 대응하여 이와 마주하는 제 2 기판이 구비되거나, 또는 상기 제 2 전극과 접촉하며 제 2 기판의 역할을 하는 캡핑막이 구비된 것이 특징이다.
그리고, 상기 제 2 기판은 유리재질 또는 플라스틱 재질이며, 상기 제 1 및 제 2 기판의 테두리를 따라 접착제가 구비되어 밀봉된 상태를 이루며, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이는 진공의 상태 또는 불활성 기체 분위기를 이루거나, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 전면 접착제가 구비되어 합착된 것이 특징이다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시예 및 변형예에 따른 유기전계 발광소자는 비정질 실리콘 또는 산화물 반도체 물질을 반도체층으로 하여 보텀 게이트 타입의 박막트랜지스터를 이용하여 이를 구동 및 스위칭 박막트랜지스터로 구성함으로써 폴리실리콘을 반도체층으로 하는 박막트랜지스터를 구비한 종래의 유기전계 발광소자 대비 폴리실리콘의 반도체층 형성을 위해 레이저 빔을 조사하는 결정화 공정을 필요로 하지 않으므로 표시영역의 대면적화 시 레이저 빔 조사에 기인한 얼룩불량을 원천적으로 방지할 수 있으므로 대면적의 유기전계 발광소자를 제공할 있는 장점이 있다.
나아가, 본 발명의 실시예 및 변형예에 따른 유기전계 발광소자는 폴리실리콘의 반도체층을 갖는 탑 게이트 타입의 스위칭 및 구동 박막트랜지스터를 구비한 종래의 유기전계 발광소자 대비 박막트랜지스터의 제조 공정을 단순화할 수 있으므로 단위 시간당 생산성을 향상시킬 수 있으며, 나아가 제조 비용을 저감시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예 및 변형예에 따른 유기전계 발광소자는 제 1 기판의 내측면에 버퍼층이 구비됨으로써 제 1 기판측으로 빛을 방출하는 하부발광 방식을 취하는 경우, 게이트 배선과 게이트 전극에 의한 외부광의 반사율을 저감시켜 외부 명암 대비비(ambient contrast ratio)를 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 종래의 일반적인 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 대한 개략적인 단면도.
도 2는 일반적인 유기전계 발광소자의 한 화소영역에 대한 회로도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 대한 단면도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 대한 단면도.
도 2는 일반적인 유기전계 발광소자의 한 화소영역에 대한 회로도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 대한 단면도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 대한 단면도.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
우선, 유기전계 발광소자의 구성 및 동작에 대해서 유기전계 발광소자의 하나의 화소영역에 대한 회로도인 도 2를 참조하여 간단히 설명한다.
도시한 바와 같이 유기전계 발광소자의 각 화소영역에는 스위칭(switching) 박막트랜지스터(STr)와 구동(driving) 박막트랜지스터(DTr), 스토리지 캐패시터(StgC), 그리고 유기전계 발광 다이오드(E)가 구비되고 있다.
즉, 제 1 방향으로 게이트 배선(GL)이 형성되어 있고, 상기 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 데이터 배선(DL)이 형성됨으로써 상기 게이트 배선(GL)과 데이터 배선(DL)에 의해 둘러싸인 영역으로 정의되는 화소영역(P)이 구비되고 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)을 통해 전달되는 전원전압은 상기 구동 박마트랜지스터(DTr)을 통해 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 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 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 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)와 유기전계 발광 다이오드(E)가 형성된 제 1 기판(102)과, 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판(170)으로 구성되고 있다. 이때, 상기 제 2 기판(170)은 무기막, 유기막 또는 필름 등으로 대체됨으로써 생략될 수 있다.
우선, 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)와 유기전계 발광 다이오드(E)가 구비된 제 1 기판(102)의 구성에 대해 설명한다.
투명한 재질 예를들면 유리재질 또는 유연한 플라스틱 재질의 상기 제 1 기판(102) 상에는 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 버퍼층(103)이 형성되고 있는 것이 특징이다.
이렇게 상기 제 1 기판(102) 상에 버퍼층(103)을 형성하는 것은, 저저항 금속물질로 이루어진 게이트 전극(105)과 게이트 배선(미도시)에 의한 외부광 하에서의 반사율을 저감시켜 외부 명암 대비비(ambient contrast ratio)를 향상시키기 위함이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101) 특성상 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)는 게이트 전극(105)이 최하층에 위치하는 보텀 게이트 타입이 되고 있으며, 상기 게이트 전극(105)이 형성된 동일한 층에 게이트 배선(미도시)이 형성되는데, 상기 버퍼층(103)을 형성하지 않을 경우, 불투명 재질의 저저항 금속물질로 이루어지는 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)의 게이트 전극(105)과 게이트 배선(미도시)이 상기 제 1 기판(102)과 직접 접촉하며 형성된다.
이 경우, 상기 유기전계 발광소자(101)가 상기 제 1 기판(102)으로 빛이 나오는 하부발광 방식으로 구동되게 되면 사용자가 상기 제 1 기판(102)을 바라보게 되며, 상기 저저항 금속물질로 이루어진 게이트 전극(105)과 게이트 배선(미도시)에 의해 외부광이 반사됨으로서 상기 유기전계 발광소자(101)로부터 나오는 빛과 섞이게 됨으로써 표시품질을 저하시키게 된다.
따라서, 이러한 외부광의 반사에 의한 표시품질 저하를 억제하기 위해 상기 제 1 기판(102) 상부에 버퍼층(103)을 형성한 것이다.
상기 버퍼층(103)은 외부광이 입사되게 되어 상기 게이트 배선(미도시)과 게이트 전극(105)에 의해 반사되는 경우, 상쇄간섭을 유도함으로서 상기 게이트 배선(미도시)과 게이트 전극(105)에 의한 반사율을 저감시킬 수 있는 것이다.
다음, 상기 버퍼층(103) 상부에는 저저항 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금(MoTi) 중 어느 하나로 이루어져 단일층 구조를 갖거나 또는 둘 이상의 물질로 이루어져 다중층 구조를 가지며 일 방향으로 연장하는 게이트 배선(미도시)이 형성되고 있으며, 상기 구동영역(DA)과 스위칭 영역(미도시)에는 각각 게이트 전극(105)이 형성되고 있다. 이때, 상기 스위칭 영역(미도시)에 형성된 게이트 전극(105)과 상기 게이트 배선(미도시)은 연결되고 있다.
그리고, 상기 게이트 배선(미도시)과 스위칭 및 구동영역(미도시, DA)에 형성된 상기 게이트 전극(105) 위로 전면에 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 게이트 절연막(110)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 게이트 절연막(110) 상부에는 전술한 저저항 금속물질로 단일층 또는 다중층 구조를 가지며 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하여 상기 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(미도시)과, 이와 이격하여 나란하게 전원배선(미도시)이 형성되고 있다.
그리고, 각 스위칭 영역(미도시)과 구동영역(DA)에는 상기 게이트 절연막(110) 위로 순수 비정질 실리콘으로 이루어진 액티브층(120a)과 이의 상부로 불순물 비정질 실리콘으로 이루어진 오믹콘택층(120b)으로 이루어진 반도체층(120)이 각각 구비되고 있다. 이때, 상기 오믹콘택층(120b)은 상기 액티브층(120a) 상부에서 서로 이격하며 형성되고 있다.
그리고, 상기 각 스위칭 및 구동영역(미도시, DA)에는 상기 반도체층(120) 상부로 상기 서로 이격하는 오믹콘택층(120b)과 각각 접촉하며 서로 이격하는 소스 전극 및 드레인 전극(133, 136)이 형성되고 있다. 이때, 상기 스위칭 영역(미도시)에 형성된 소스 전극(미도시)은 상기 데이터 배선(미도시)과 연결되고 있다.
한편, 상기 스위칭 및 구동영역(미도시, DA)에 순차 적층된 상기 게이트 전극(105)과 게이트 절연막(110)과 반도체층과 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)은 각각 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)를 이룬다.
한편, 본 발명의 제 1 실시예에 있어서는 전술한 바와같이, 순수 비정질 실리콘의 액티브층(120a)과 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(120b)으로 이루어진 이중층 구조를 갖는 반도체층(120)이 구비된 보텀 게이트 타입 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)가 구비된 것을 보이고 있지만, 제 2 실시예를 도시한 도 4(본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 대한 단면도)를 참조하면, 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)의 반도체층(119)은 비정질 실리콘 이외에 산화물 반도체 물질 예를들면 징크 옥사이드(ZnO) 계열의 산화물인 IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), ZTO(Zinc Tin Oxide), ZIO(Zinc Indium Oxide) 중 어느 하나로 이루어져 단일층 구조를 갖는 산화물 반도체층(119)으로 이루어질 수도 있다.
이때, 이러한 산화물 반도체층(119)이 구비된 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)의 경우, 상기 산화물 반도체층(119) 상부로 그 중앙부에는 절연물질로 이루어진 에치스토퍼(125)가 더욱 구비되고 있으며, 소스 및 드레인 전극(133, 136)은 상기 에치스토퍼(125) 상에서 서로 이격하며 각각 상기 에치스토퍼(125) 외측으로 노출된 상기 각 산화물 반도체층(119)의 끝단과 접촉하는 구성을 이루는 것이 특징이다.
이러한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)의 경우, 전술한 바와 같이 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)의 구성만을 제 1 실시예와 달리하고 그 이외의 구성요소는 제 1 실시예와 동일한 구성을 가지므로, 이후에는 도 3을 참조하여 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)의 구성에 대해 설명한다.
다음, 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr) 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 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)과 상기 드레인 콘택홀(143)을 통해 접촉되며, 각 화소영역(P) 별로 일함수 값이 비교적 큰 즉, 4.8eV 내지 5.2eV 정도의 일함수 값을 갖는 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO)로 이루어진 단일층 구조의 제 1 전극(147)이 형성되어 있다.
또한, 전술한 바와 같이 일함수 값이 상대적으로 높은 투명 도전성 물질로 이루어져 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.
그리고, 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 다중층 구조로 이루어질 수도 있다.
상기 유기 발광층(155)이 다중층 구조를 이루는 경우, 상기 애노드 전극의 역할을 하는 상기 제 1 전극(147) 상부로부터 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 5중층 구조로 형성될 수도 있으며, 또는 정공수송층(hole transporting layer)(155b), 유기 발광 물질층(emitting material layer)(155c), 전자수송층(electron transporting layer)(155d) 및 전자주입층(electron injection layer)(155e)의 4중층 구조, 정공수송층(hole transporting layer)(155b), 유기 발광 물질층(emitting material layer)(155c), 전자수송층(electron transporting layer)(155d)의 3중층 구조로 형성될 수도 있다. 도면에서는 일례로 상기 유기 발광층(155)이 5중층 구조를 이루는 것을 도시하였다.
이때, 상기 정공주입층(155a)은 애노드 전극의 역할을 하는 상기 제 1 전극(147)으로부터 상기 유기 발광 발광 물질층(155c)으로의 정공의 주입을 원활하게 하는 역할을 하며, CuPc(cupper phthalocyanine), PEDOT(poly(3,4)-ethylenedioxythiophene), PANI(polyaniline) 및 NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenyl benzidine) 중에서 선택된 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 정공수송층(155b)은 정공의 수송을 원활하게 하는 역할을 하며, NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenylbenzidine), TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine), s-TAD 및 MTDATA(4,4',4"-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine) 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 물질이 혼합되어 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 전자수송층(155d)은 전자의 수송을 원활하게 하는 역할을 하며, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), PBD, TAZ, spiro-PBD, BAlq 및 SAlq 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 물질로 이루어질 수 있다.
마지막으로 상기 전자주입층(155e)은 전자의 주입을 원활하게 하는 역할을 하며, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), PBD, TAZ, spiro-PBD, BAlq 또는 SAlq 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 물질이 혼합된 상태로 이루어질 수 있다.
다음, 상기 유기 발광층(155) 및 상기 뱅크(150)의 상부에는 표시영역 전면에 캐소드 전극의 역할을 하며, 그 평균적인 일함수 값이 애노드 전극의 역할을 하는 상기 제 1 전극(147)의 일함수 값보다는 작은 즉, 4.2eV 내지 4.9eV 정도의 일함수 값을 갖고 불투명한 특성을 갖는 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 금(Au), 알루미늄마그네슘 합금(AlMg) 중 하나 또는 둘 이상의 물질로 이루어진 제 2 전극(158)이 형성되어 있다.
이때, 상기 제 1 및 제 2 전극(147, 158)과 그 사이에 형성된 유기 발광층(155)은 유기전계 발광 다이오드(E)를 이루게 된다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광 다이오드(E)가 구비된 제 1 기판(102)에 대응하여 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판(170)이 상기 제 1 기판(102)과 이격하며 구비되고 있다.
한편, 상기 제 1 기판(102)과 제 2 기판(170)은 그 가장자리를 따라 실란트(sealant) 또는 프릿(frit)으로 이루어진 접착제(미도시)가 구비되고 있으며, 이러한 접착제(미도시)에 의해 상기 제 1 기판(102)과 제 2 기판(170)이 합착되어 패널상태를 유지하고 있다. 이때, 서로 이격하는 상기 제 1 기판(102)과 제 2 기판(170) 사이에는 진공의 상태를 갖거나 또는 불활성 기체로 채워짐으로써 불활성 가스 분위기를 가질 수 있다.
이 경우, 상기 인캡슐레이션을 위한 상기 제 2 기판(170)은 유연한 특성을 갖는 플라스틱으로 이루어질 수도 있으며, 또는 유리기판으로 이루어질 수도 있다.
또한, 상기 제 1 기판(102)과 제 2 기판(170)은 상기 접착제(미도시)에 의해 합착된 상태를 이루는 이외에 상기 제 1 기판(102) 전면에 패이스씰(face seal)이 구비되어 상기 제 2 기판(170)과 합착된 상태를 이룰 수도 있다.
한편, 전술한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 제 1 기판(102)과 마주하여 이격하는 형태로 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판(170)이 구비된 것을 나타내고 있지만, 그 변형예로서 상기 제 2 기판(170)은 점착층을 포함하는 필름 형태로 상기 제 1 기판(102)의 최상층에 구비된 상기 제 2 전극(158)과 접촉하도록 구성될 수도 있다.
또한, 도면에는 나타내지 않았지만, 본 발명의 실시예에 따른 또 다른 변형예로서 상기 제 2 전극(158) 상부로 유기절연막(미도시) 또는 무기절연막(162)이 더욱 구비되어 캡핑막(미도시)이 형성될 수 있으며, 상기 유기절연막(미도시) 또는 무기절연막(162)은 그 자체로 인캡슐레이션 막으로 이용될 수도 있으며, 이 경우 상기 제 2 기판(170)은 생략할 수도 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 제 1, 2 실시예와 그 변형예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 비정질 실리콘 또는 산화물 반도체 물질을 반도체층(120, 도 4의 119)으로 하여 보텀 게이트 타입의 박막트랜지스터를 이용하여 이를 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)로 구성함으로써 폴리실리콘을 반도체층(도 1의 13)으로 하는 박막트랜지스터(도 1의 DTr)를 구비한 종래의 유기전계 발광소자 대비(도 1의 1) 폴리실리콘의 반도체층(도 1의 13) 형성을 위해 레이저 빔을 조사하는 결정화 공정을 필요로 하지 않으므로 표시영역의 대면적화 시 레이저 빔 조사에 기인한 얼룩불량을 원천적으로 방지할 수 있으므로 대면적의 유기전계 발광소자를 제공할 있는 장점이 있다.
나아가, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 폴리실리콘의 반도체층(도 1의 13)을 갖는 탑 게이트 타입의 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, 도 1의 DTr)를 구비한 종래의 유기전계 발광소자(도 1의 1) 대비 박막트랜지스터의 제조 공정을 단순화할 수 있으므로 단위 시간당 생산성을 향상시킬 수 있으며, 나아가 제조 비용을 저감시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 제 1 기판(102)의 내측면에 버퍼층(103)이 구비됨으로써 제 1 기판(102)측으로 빛을 방출하는 하부발광 방식을 취하는 경우, 게이트 배선(미도시)과 게이트 전극(105)에 의한 외부광의 반사율을 저감시켜 외부 명암 대비비(ambient contrast ratio)를 향상시키는 효과가 있다.
본 발명은 전술한 실시예 및 변형예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
101 : 유기전계 발광소자 102 : 제 1 기판
103 : 버퍼층 105 : 게이트 전극
110 : 게이트 절연막 120 : (비정질 실리콘의) 반도체층
120a : 액티브층 120b : 오믹콘택층
133 : 소스 전극 136 : 드레인 전극
140 : 보호층 143 : 드레인 콘택홀
147 : 제 1 전극 150 : 뱅크
155 : 유기 발광층 155a : 정공주입층
155b : 정공수송층 155c : 유기 발광 물질층
155d : 전자수송층 155e : 전자주입층
158 : 제 2 전극 170 : 제 2 기판
DA : 구동영역 DTr : 구동 박막트랜지스터
P : 화소영역
103 : 버퍼층 105 : 게이트 전극
110 : 게이트 절연막 120 : (비정질 실리콘의) 반도체층
120a : 액티브층 120b : 오믹콘택층
133 : 소스 전극 136 : 드레인 전극
140 : 보호층 143 : 드레인 콘택홀
147 : 제 1 전극 150 : 뱅크
155 : 유기 발광층 155a : 정공주입층
155b : 정공수송층 155c : 유기 발광 물질층
155d : 전자수송층 155e : 전자주입층
158 : 제 2 전극 170 : 제 2 기판
DA : 구동영역 DTr : 구동 박막트랜지스터
P : 화소영역
Claims (12)
- 다수의 화소영역을 갖는 표시영역이 정의된 제 1 기판과;
상기 제 1 기판 전면에 형성된 버퍼층과;
상기 버퍼층 위로 상기 각 화소영역 내에 형성된 보텀 게이트 타입의 스위칭 박막트랜지스터 및 구동 박막트랜지스터와;
상기 각 화소영역 내에 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 형성된 제 1 전극과;
상기 제 1 전극 상부에 형성된 유기 발광층과;
상기 유기 발광층 상부로 상기 표시영역 전면에 형성된 제 2 전극을 포함하고,
상기 버퍼층은 산화실리콘(SiO2)만으로 또는 질화실리콘(SiNx)만으로 이루어지고, 상기 스위칭 박막트랜지스터 및 상기 구동 박막트랜지스터 각각은 상기 버퍼층 바로 위에 위치하는 게이트 전극을 포함하며,
유기전계 발광소자는 상기 제 1 기판측으로 발광하는 하부발광 방식이고, 상기 스위칭 박막트랜지스터 및 상기 구동 박막트랜지스터의 게이트 전극에 의해 반사되는 외부광은 상기 버퍼층에 의해 상쇄간섭되는 것이 특징인 유기전계 발광소자.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 보텀 게이트 타입의 스위칭 박막트랜지스터 및 구동 박막트랜지스터는 각각 상기 버퍼층 위로 순차 적층된 형태로 게이트 전극과 게이트 절연막과 반도체층과 서로 이격하는 소스 전극 및 드레인 전극으로 이루어진 것이 특징인 유기전계 발광소자.
- 제 3 항에 있어서,
상기 반도체층은 순수 비정질 실리콘의 액티브층과 불순물 비정질 실리콘으로 이루어지며 서로 이격하는 오믹콘택층의 이중층 구조를 이루거나,
또는 산화물 반도체 물질로 이루어진 단일층 구조를 이루는 것이 특징인 유기전계 발광소자.
- 제 4 항에 있어서,
상기 반도체층이 상기 산화물 반도체 물질로 이루어진 단일층 구조의 반도체층인 경우 상기 반도체층 상부의 중앙부에는 절연물질로 이루어진 에치스토퍼가 구비되며, 상기 소스 전극과 드레인 전극은 상기 에치스토퍼 상부에서 서로 이격하며 상기 에치스토퍼 외측으로 노출된 상기 반도체층과 각각 접촉하는 것이 특징인 유기전계 발광소자.
- 제 4 항에 있어서,
상기 산화물 반도체 물질은, 징크 옥사이드(ZnO) 계열의 산화물인 IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), ZTO(Zinc Tin Oxide), ZIO(Zinc Indium Oxide) 중 어느 하나인 것이 특징인 유기전계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전극은 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드로 이루어지며,
상기 제 2 전극은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 금(Au), 알루미늄마그네슘 합금(AlMg) 중 하나 또는 둘 이상의 물질로 이루어진 것이 특징인 유기전계 발광소자.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 유기 발광층과 상기 제 1 전극 사이에는 정공주입층(hole injection layer)과 정공수송층(hole transporting layer) 중 어느 하나의 이상의 층이 더 구비되며,
상기 유기 발광층과 상기 제 2 전극 사이에는 전자수송층(electron transporting layer)과 전자주입층(electron injection layer) 중 어느 하나 이상의 층이 더 구비되는 것이 특징인 유기전계 발광소자.
- 제 3 항에 있어서,
상기 버퍼층 상부에는 상기 스위칭 박막트랜지스터의 게이트 전극과 연결되며 일 방향으로 연장하는 게이트 배선이 구비되며,
상기 게이트 절연막 상부에는 상기 스위칭 박막트랜지스터의 소스 전극과 연결되며 상기 게이트 배선과 교차하여 상기 화소영역을 정의하는 데이터 배선과, 상기 데이터 배선과 이격하여 나란하게 연장하는 전원배선이 구비된 것이 특징인 유기전계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 기판에 대응하여 이와 마주하는 제 2 기판이 구비되거나, 또는 상기 제 2 전극과 접촉하며 제 2 기판의 역할을 하는 캡핑막이 구비된 것이 특징인 유기전계 발광소자.
- 제 11 항에 있어서,
상기 제 2 기판은 유리재질 또는 플라스틱 재질이며,
상기 제 1 및 제 2 기판의 테두리를 따라 접착제가 구비되어 밀봉된 상태를 이루며, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이는 진공의 상태 또는 불활성 기체 분위기를 이루거나,
상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 전면 접착제가 구비되어 합착된 것이 특징인 유기전계 발광소자.
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