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KR102193091B1 - 낮은 반사율을 갖는 블랙 매트릭스를 구비한 평판 표시장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

낮은 반사율을 갖는 블랙 매트릭스를 구비한 평판 표시장치 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR102193091B1
KR102193091B1 KR1020140061756A KR20140061756A KR102193091B1 KR 102193091 B1 KR102193091 B1 KR 102193091B1 KR 1020140061756 A KR1020140061756 A KR 1020140061756A KR 20140061756 A KR20140061756 A KR 20140061756A KR 102193091 B1 KR102193091 B1 KR 102193091B1
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Abstract

본 발명은 낮은 반사율을 갖는 블랙 매트릭스를 구비한 평판 표시장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 평판 표시장치는, 개구 영역 및 비 개구 영역이 정의된 기판; 상기 기판의 내측면에서 상기 비 개구 영역에 대응되는 위치에만 선택적으로 형성된 난반사층; 상기 난반사층 위에 적층된 블랙 매트릭스; 상기 비 개구 영역에 형성된 구동 소자; 그리고 상기 개구 영역에 형성되고 상기 구동 소자에 의해 작동하는 표시 소자를 포함한다.

Description

낮은 반사율을 갖는 블랙 매트릭스를 구비한 평판 표시장치 및 그 제조 방법{Flat Panel Display Having Low Reflective Black Matrix And Method For Manufacturing The Same}
본 발명은 낮은 반사율을 갖는 블랙 매트릭스를 구비한 평판 표시장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 색 순도를 높이기 화소 사이에 배치된 블랙 매트릭스에 의해 외부광이 반사되는 것을 방지하기 위해 반사광 분산층을 더 포함하는 블랙 매트릭스를 구비한 평판 표시장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 음극선관(Cathode Ray Tube)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 각종 평판 표시장치들이 개발되고 있다. 이러한 평판 표시장치에는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display, LCD), 전계 방출 표시장치(Field Emission Display, FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP) 및 전계발광장치(Electro-Luminescence device, EL) 등이 있다. 특히, 저온 다결정 실리콘(Low Temperature Poly Silicon; LTPS)을 채널 층으로 사용한 고품질의 평판 표시장치가 각광을 받고 있다.
전계발광 표시장치는 발광층의 재료에 따라 무기 전계발광장치와 유기발광다이오드장치로 대별되며, 스스로 발광하는 자발광소자로서 응답속도가 빠르고 발광효율, 휘도 및 시야각이 큰 장점이 있다. 특히, 에너지 효율이 우수하고, 누설 전류가 적고, 전류 조절로 계조 표현이 용이한, 유기발광 다이오드 표시장치에 대한 요구가 급증하고 있다.
도 1은 유기발광 다이오드의 구조를 나타내는 도면이다. 유기발광 다이오드는 도 1과 같이 전계발광하는 유기 전계발광 화합물층과, 유기 전계발광 화합물층을 사이에 두고 대향하는 캐소드 전극(Cathode) 및 애노드 전극(Anode)을 포함한다. 유기 전계발광 화합물층은 정공주입층(Hole injection layer, HIL), 정공수송층(Hole transport layer, HTL), 발광층(Emission layer, EML), 전자수송층(Electron transport layer, ETL) 및 전자주입층(Electron injection layer, EIL)을 포함한다.
유기발광 다이오드는 애노드 전극(Anode)과 캐소드 전극(Cathode)에 주입된 정공과 전자가 발광층(EML)에서 재결합할 때의 여기 과정에서 여기자(excition)가 형성되고 여기자로부터의 에너지로 인하여 발광한다. 유기발광다이오드 표시장치는 도 1과 같은 유기발광 다이오드의 발광층(EML)에서 발생하는 빛의 양을 전기적으로 제어하여 영상을 표시한다.
전계발광소자인 유기발광 다이오드의 특징을 이용한 유기발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Diode display: OLEDD)에는 패시브 매트릭스 타입의 유기발광 다이오드 표시장치(Passive Matrix type Organic Light Emitting Diode display, PMOLED)와 액티브 매트릭스 타입의 유기발광 다이오드 표시장치(Active Matrix type Organic Light Emitting Diode display, AMOLED)로 대별된다.
액티브 매트릭스 타입의 유기발광 다이오드 표시장치(AMOLED)는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, 혹은 "TFT")를 이용하여 유기발광 다이오드에 흐르는 전류를 제어하여 화상을 표시한다.
도 2는 유기발광 다이오드 표시장치에서 한 화소의 구조를 나타내는 등가 회로도의 한 예이다. 도 3은 종래 기술에 의한 박막 트랜지스터를 이용한 유기발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Diode Display: OLED)의 구조를 나타내는 평면도이다. 도 4는 도 3에서 절취선 I-I'로 자른 단면으로 종래 기술에 의한 하부 발광형(Bottom Emission Type) 유기발광 다이오드 표시장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 5는 도 3에서 절취선 I-I'로 자른 단면으로 종래 기술에 의한 상부 발광형(Top Emission Type) 유기발광 다이오드 표시장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 하부 발광형과 상부 발광형의 구조적 차이점은 평면도에서 잘 나타나지 않기 때문에, 도 3을 공통으로 사용하였다.
도 2 및 3을 참조하면, 액티브 매트릭스 유기발광 다이오드 표시장치는 스위칭 박막 트랜지스터(ST), 스위칭 TFT와 연결된 구동 TFT(DT), 구동 TFT(DT)에 접속된 유기발광 다이오드(OLE)를 포함한다. 스캔 배선(SL), 데이터 배선(DL) 및 구동 전류 배선(VDD)이 기판(SUB) 위에 배치되어 화소 영역을 정의한다. 유기발광 다이오드(OLE)가 화소 영역 내에 형성되면서, 발광 영역을 정의한다.
스위칭 TFT(ST)는 스캔 배선(SL)과 데이터 배선(DL)이 교차하는 부위에 형성되어 있다. 스위칭 TFT(ST)는 화소를 선택하는 기능을 한다. 스위칭 TFT(ST)는 스캔 배선(SL)에서 분기하는 게이트 전극(SG)과, 반도체 층(SA)과, 소스 전극(SS)과, 드레인 전극(SD)을 포함한다. 그리고 구동 TFT(DT)는 스위칭 TFT(ST)에 의해 선택된 화소의 유기발광 다이오드(OLE)를 구동하는 역할을 한다.
구동 TFT(DT)는 스위칭 TFT(ST)의 드레인 전극(SD)과 연결된 게이트 전극(DG)과, 반도체 층(DA), 구동 전류 배선(VDD)에 연결된 소스 전극(DS)과, 드레인 전극(DD)을 포함한다. 구동 TFT(DT)의 드레인 전극(DD)은 유기발광 다이오드(OLE)의 애노드 전극(ANO)과 연결되어 있다. 애노드 전극(ANO)과 캐소드 전극(CAT) 사이에는 유기발광 층(OL)이 개재되어 있다. 캐소드 전극(CAT)은 기저 전압(VSS)에 연결된다. 구동 TFT(DT)의 게이트 전극(DG)과 구동 전류 배선(VDD) 사이 혹은 구동 TFT(DT)의 게이트 전극(DG)과 구동 TFT(DT)의 드레인 전극(DD) 사이에는 보조 용량(Cst)을 포함한다.
도 4를 참조하여, 하부 발광형 유기발광 다이오드 표시장치에 대해서 좀 더 상세히 설명한다. 기판(SUB) 상에 스위칭 TFT(ST) 및 구동 TFT(DT)의 게이트 전극(SG, DG)이 형성되어 있다. 게이트 전극(SG, DG) 위에는 게이트 절연막(GI)이 덮고 있다. 게이트 전극(SG, DG)과 중첩되는 게이트 절연막(GI)의 일부에 반도체 층(SA, DA)이 형성되어 있다. 반도체 층(SA, DA) 위에는 일정 간격을 두고 소스 전극(SS, DS)과 드레인 전극(SD, DD)이 마주보고 형성된다. 스위칭 TFT(ST)의 드레인 전극(SD)은 게이트 절연막(GI)에 형성된 드레인 콘택홀(DH)을 통해 구동 TFT(DT)의 게이트 전극(DG)과 접촉한다. 이와 같은 구조를 갖는 스위칭 TFT(ST) 및 구동 TFT(DT)를 덮는 보호막(PAS)이 전면에 도포된다.
이와 같이 박막 트랜지스터들(ST, DT)이 형성된 기판은 여러 구성 요소들이 형성되어 표면이 평탄하지 못하고, 단차가 많이 형성되어 있다. 유기발광 층(OL)은 평탄한 표면에 형성되어야 발광이 일정하고 고르게 발산될 수 있다. 따라서, 기판의 표면을 평탄하게 할 목적으로 오버코트 층(OC) (혹은 평탄화 막)을 기판(SUB) 전면에 도포한다.
그리고 오버코트 층(OC) 위에 유기발광 다이오드(OLE)의 애노드 전극(ANO)이 형성된다. 여기서, 애노드 전극(ANO)은 오버코트 층(OC) 및 보호막(PAS)에 형성된 화소 콘택홀(PH)을 통해 구동 TFT(DT)의 드레인 전극(DD)과 연결된다.
애노드 전극(ANO)이 형성된 기판 위에, 발광 영역을 정의하기 위해 스위칭 TFT(ST), 구동 TFT(DT) 그리고 각종 배선들(DL, SL, VDD)이 형성된 영역 위에 뱅크(BN)를 형성한다. 뱅크(BN)에 의해 노출된 애노드 전극(ANO)이 발광 영역이 된다. 뱅크(BN)에 의해 노출된 애노드 전극(ANO) 위에 유기발광 층(OL)을 형성한다. 유기발광 층(OL) 위에는 캐소드 전극층(CAT)이 형성된다.
캐소드 전극(CAT)이 완성된 기판(SUB) 위에 스페이서(SP)가 배치된다. 스페이서(SP)는 비 개구 영역인 뱅크(BN) 위에 형성하는 것이 바람직하다. 스페이서(SP)를 사이에 두고 상부에 인-캡 기판(ENC)이 하부 기판(SUB)과 합착된다. 인-캡 기판(ENC)와 하부 기판(SUB)을 합착하기 위해 그 사이에 접착층 혹은 접착 물질(미도시)이 더 개재될 수 있다.
하부 발광형(Bottom Emission)이며, 풀-칼라를 구현하는 유기발광 다이오드 표시장치의 경우, 유기발광 층(OL)에서 출광하는 빛은 하부 기판(SUB)을 향해 출광한다. 따라서, 오버코트 층(OC)과 보호막(PAS) 사이에 칼라 필터(CF)를 더 포함하고, 애노드 전극(ANO)은 투명 도전물질로 형성하는 것이 바람직하다. 그리고, 캐소드 전극(CAT)은 유기발광 층(OL)에서 발생한 빛을 하부 방향으로 반사시킬 수 있도록 반사율이 우수한 금속 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 유기발광 층(OL)은 백색광을 발현하는 유기물질로 이루어질 수 있다. 그리고 유기발광 층(OL)과 캐소드 전극(CAT)은 기판 전체 표면에 걸쳐 도포될 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여, 상부 발광형(Top Emission) 풀-칼라를 구현하는 유기발광 다이오드 표시장치를 상세히 살펴본다. 기본적인 구성은 하부 발광형 유기발광 다이오드 표시장치와 동일하다. 따라서, 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다. 상부 발광형의 경우, 유기발광 층(OL)에서 방사된 빛은, 하부 기판(SUB)에서 상부에 합착된 인-캡 기판(ENC)을 향해 출광한다. 따라서, 애노드 전극(ANO)은 반사 전극으로 형성하고, 캐소드 전극(CAT)은 투명 도전 물질로 형성하는 것이 바람직하다.
색상을 표현하기 위해서는, 유기발광 층(OL)이 적색, 녹색, 청색 중 어느 한 색상을 발현하는 유기물질로 이루어질 수 있다. 그리고 캐소드 전극(CAT)은 기판 전체 표면에 걸쳐 도포될 수 있다. 또 다른 예로, 유기발광 층(OL)을 백색광을 발현하는 유기물질로 형성하고, 유기발광 층(OL) 위에 혹은 캐소드 전극(CAT) 위에 칼라 필터(CF)를 형성할 수 있다. 여기서는, 편의상 칼라 필터(CF)가 캐소드 전극(CAT) 위에 형성된 경우에 대해서만 도시하였다. 칼라 필터(CF)는 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 순으로 배치될 수 있다.
하부 발광형은 하부 기판(SUB)의 외측에서 관람자가 위치하여 관측한다. 반면에, 상부 발광형은 인-캡 기판(ENC)의 외측에서 관람자가 위치하여 관측한다. 따라서, 외부광이 하부 기판(SUB)의 외측 표면 혹은 인-캡 기판(ENC)의 외측 표면에서 반사되어, 관측 시감을 저해할 수 있다. 특히, 화소와 화소 사이에 블랙 매트릭스를 배치하는 경우에는 블랙 매트릭스의 표면에 외부광이 반사되어 시감을 더욱 저해할 수 있다.
이를 방지하기 위해, 관람자가 바라보는 표면에 λ/4 편광판을 부착할 수 있다. 예를 들어, 하부 발광형의 경우, 하부 기판(SUB)의 외측 표면에 편광판(POL)을 부착할 수 있다. 또한, 상부 발광형의 경우, 인-캡 기판(ENC)의 외측 표면에 편광판(POL)을 부착할 수 있다. 하지만, 편광판(POL)을 부착할 경우, 전체적으로 빛의 투과율이 저하되어, 표시 품질이 저하되는 문제가 발생한다. 또한, 전체적으로 어두워지기 때문에 더 높은 소비 전력을 사용하여야 하는 문제도 발생한다.
본 발명의 목적은 상기 문제점들을 극복하기 위해 고안된 것으로, 컬러 시감을 개선하기 위해, 외부광 반사를 방지하기 위해 관측 방향의 외측 표면에 배치된 편광판을 제거한 평판 표시장치 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다. 본 발명의 다른 목적은, 화소 사이에 혼색을 방지하기 위해 배치된 블랙 매트릭스에 의해 반사되는 외부광의 양을 줄이기 위해, 낮은 반사율을 갖는 블랙 매트릭스를 구비한 평판 표시장치 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은, 외부광 반사를 저감하여 컬러 시감을 개선하기 위해 배치되는 편광판을 제거할 수 있도록, 낮은 반사율을 갖는 블랙 매트릭스를 구비한 평판 표시장치 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 평판 표시장치는, 개구 영역 및 비 개구 영역이 정의된 기판; 상기 기판의 내측면에서 상기 비 개구 영역에 대응되는 위치에만 선택적으로 형성된 난반사층; 상기 난반사층 위에 적층된 블랙 매트릭스; 상기 비 개구 영역에 형성된 구동 소자; 그리고 상기 개구 영역에 형성되고 상기 구동 소자에 의해 작동하는 표시 소자를 포함한다.
상기 난반사층과 상기 블랙 매트릭스의 계면은 거칠기 향상 처리하여 상기 기판의 외부에서 유입된 빛을 난반사 시킨다.
상기 난반사층이 형성된 상기 기판의 외측 표면으로 화상 정보를 제공하도록 배치된다.
상기 난반사층은, 산화 실리콘, 질화 실리콘 및 아몰퍼스 실리콘 중 적어도 선택된 어느 하나를 포함한다.
또한, 본 발명에 의한 평판 표시장치의 제조 방법은, 기판 위에 무기층을 형성하는 단계; 상기 무기층의 표면을 처리하여 거칠기가 높아진 난반사층을 형성하는 단계; 상기 난반사층 위에 블랙 매트릭스를 형성하는 단계; 상기 블랙 매트릭스를 마스크로 하여 상기 난반사층을 패턴하는 단계; 그리고 상기 기판 위에 표시 소자를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 무기층의 표면을 처리하는 단계는, 습식 시각, 건식 식각 및 플라즈마 처리 중 적어도 어느 하나를 수행한다.
상기 무기층을 형성하는 단계는, 상기 기판 위에 산화 실리콘, 질화 실리콘 및 아몰퍼스 실리콘 중 적어도 선택된 어느 한 물질을 200Å 내지 5,000Å 두께로 도포한다.
상기 기판 위에 상기 표시 소자를 형성하는 단계는, 상기 블랙 매트릭스가 형성된 상기 기판 위에 버퍼 층을 도포하는 단계; 그리고 상기 버퍼 층 위에 유기발광 다이오드 표시소자를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 기판 위에 상기 표시 소자를 형성하는 단계는, 상기 블랙 매트릭스가 형성된 상기 기판 위에서 상기 블랙 매트릭스 사이에 칼라 필터를 형성하는 단계; 상기 기판과 대향하여 합착할 하부 기판 위에 유기발광 다이오드 표시소자를 형성하는 단계; 그리고 상기 기판과 상기 하부 기판을 일정 간격으로 합착하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의한 평판 표시장치는, 관측자가 평판 표시장치를 관측하는 방향의 기판 내부에 형성된 블랙 매트릭스에 의해 외부광이 반사되는 것을 방지하기 위해, 난반사층을 더 구비하는 구조를 갖는다. 특히, 난반사층은 표면 처리를 수행하여 거칠기를 향상한 특징이 있다. 그 결과, 블랙 매트릭스에 의한 외부광의 반사율을 현저히 저감할 수 있다. 이는, 편광판 없이도 평판 표시장치의 시감을 확보할 수 있다. 또한, 편광판이 필요 없으므로, 구조가 단순해 지고, 제조 비용을 절감할 수 있으며, 낮은 소비 전력으로도 휘도 및 광 투과율을 더 향상할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 유기발광 다이오드의 구조를 나타내는 도면.
도 2는 유기발광 다이오드 표시장치에서 한 화소의 구조를 나타내는 등가 회로도.
도 3은 종래 기술에 의한 박막 트랜지스터를 이용한 유기발광 다이오드 표시장치의 구조를 나타내는 평면도.
도 4는 도 3에서 절취선 I-I'로 자른 단면으로 종래 기술에 의한 하부 발광형 유기발광 다이오드 표시장치의 구조를 나타내는 단면도.
도 5는 도 3에서 절취선 I-I'로 자른 단면으로 종래 기술에 의한 상부 발광형 유기발광 다이오드 표시장치의 구조를 나타내는 단면도.
도 6은 본 발명에 의한 박막 트랜지스터를 이용한 유기발광 다이오드 표시장치의 구조를 나타내는 평면도.
도 7은 도 6에서 절취선 II-II'로 자른 단면으로 본 발명의 제1 실시 예에 의한 하부 발광형 유기발광 다이오드 표시장치의 구조를 나타내는 단면도.
도 8은 도 5에서 절취선 II-II'로 자른 단면으로 본 발명의 제2 실시 예에 의한 상부 발광형 유기발광 다이오드 표시장치의 구조를 나타내는 단면도.
도 9a 내지 9e는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 하부 발광형 유기발광 다이오드 표시장치를 제조하는 방법을 나타내는 단면도들.
도 10a 내지 10e는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 상부 발광형 유기발광 다이오드 표시장치를 제조하는 방법을 나타내는 단면도들.
도 11은 본 발명에 의한 유기발광 다이오드 표시장치의 제조 공정을 개략적으로 나타내는 순서도.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 실질적으로 동일한 구성 요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기술 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명의 제1 실시 예에 대하여 설명한다. 도 6은 본 발명에 의한 박막 트랜지스터를 이용한 유기발광 다이오드 표시장치의 구조를 나타내는 평면도이다. 도 7은 도 6에서 절취선 II-II'로 자른 단면으로 본 발명의 제1 실시 예에 의한 하부 발광형 유기발광 다이오드 표시장치의 구조를 나타내는 단면도이다.
본 발명의 제1 실시 예에 의한 하부 발광형 유기발광 다이오드 표시장치는, 기판(SUB) 위에 매트릭스 방식으로 배열된 다수 개의 화소 영역들을 포함한다. 화소 영역에는 화소 데이터를 화상으로 표현하기 위한 유기발광 다이오드가 형성된 개구 영역(AA), 그리고 유기발광 다이오드를 구동하기 위한 여러 소자들이 배치된 비 개구 영역(NA)을 포함한다.
기판(SUB) 상에 스위칭 TFT(ST) 및 구동 TFT(DT)의 게이트 전극(SG, DG)이 형성되어 있다. 게이트 전극(SG, DG) 위에는 게이트 절연막(GI)이 덮고 있다. 게이트 전극(SG, DG)과 중첩되는 게이트 절연막(GI)의 일부에 반도체 층(SA, DA)이 형성되어 있다. 반도체 층(SA, DA) 위에는 일정 간격을 두고 소스 전극(SS, DS)과 드레인 전극(SD, DD)이 마주보고 형성되어 있다. 스위칭 TFT(ST)의 드레인 전극(SD)은 게이트 절연막(GI)에 형성된 드레인 콘택홀(DH)을 통해 구동 TFT(DT)의 게이트 전극(DG)과 접촉한다. 이와 같은 구조를 갖는 스위칭 TFT(ST) 및 구동 TFT(DT)를 덮는 보호막(PAS)이 전면에 도포되어 있다.
이와 같이 박막 트랜지스터들(ST, DT)이 형성된 기판은 여러 구성 요소들이 형성되어 표면이 평탄하지 못하고, 단차가 많이 형성되어 있다. 기판의 표면을 평탄하게 할 목적으로 오버코트 층(OC)(혹은, 평탄화 막)이 기판(SUB) 전면에 도포되어 있다.
오버코트 층(OC) 위에는 유기발광 다이오드(OLE)의 애노드 전극(ANO)이 형성되어 있다. 여기서, 애노드 전극(ANO)은 오버코트 층(OC) 및 보호막(PAS)에 형성된 화소 콘택홀(PH)을 통해 구동 TFT(DT)의 드레인 전극(DD)과 연결되어 있다.
애노드 전극(ANO)이 형성된 기판 위에, 개구 영역(AA)을 정의하기 위해 스위칭 TFT(ST), 구동 TFT(DT) 그리고 각종 배선들(DL, SL, VDD)이 형성된 영역 위에 뱅크(BN)가 형성되어 있다. 뱅크(BN)에 의해 노출된 애노드 전극(ANO)이 개구 영역(AA)이 된다. 뱅크(BN)에 의해 노출된 애노드 전극(ANO) 위에 유기발광 층(OL)이 형성되어 있다. 유기발광 층(OL) 위에는 캐소드 전극층(CAT)이 형성되어 있다.
캐소드 전극(CAT)이 완성된 기판(SUB) 위에 스페이서(SP)가 배치되어 있다. 스페이서(SP)는 비 개구 영역(NA)에 형성된 뱅크(BN) 위에 형성하는 것이 바람직하다. 스페이서(SP)를 사이에 두고 상부에 인-캡 기판(ENC)이 하부 기판(SUB)과 합착된다. 인-캡 기판(ENC)와 하부 기판(SUB)을 합착하기 위해 그 사이에 접착층 혹은 접착 물질(미도시)이 더 개재될 수 있다.
하부 발광형(Bottom Emission)이며, 풀-칼라를 구현하는 유기발광 다이오드 표시장치의 경우, 유기발광 층(OL)에서 출광하는 빛은 하부 기판(SUB)을 향해 출광한다. 따라서, 오버코트 층(OC)과 보호막(PAS) 사이에 칼라 필터(CF)를 더 포함하고, 애노드 전극(ANO)은 투명 도전물질로 형성하는 것이 바람직하다. 그리고, 캐소드 전극(CAT)은 유기발광 층(OL)에서 발생한 빛을 하부 방향으로 반사시킬 수 있도록 반사율이 우수한 금속 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 유기발광 층(OL)은 백색광을 발현하는 유기물질로 이루어질 수 있다. 그리고 유기발광 층(OL)과 캐소드 전극(CAT)은 기판(SUB) 전체 표면에 걸쳐 도포될 수 있다.
이와 같은 하부 발광형 유기발광 다이오드 표시장치는 기판(SUB)의 외측 표면 방향에서 관측자가 영상을 관측한다. 관측자가 바라보는 방향에서, 비 개구 영역(NA)에 해당하는 부분에 블랙 매트릭스(BM)를 더 구비할 수 있다. 블랙 매트릭스(BM)는 이웃하는 화소들 사이에서 (예를 들어, R과 G 혹은 G와 B 사이) 색상이 혼색되어 색상 표현이 왜곡되는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 박막 트랜지스터(ST, DT) 혹은 배선들(DL, VDD)에 의해 외부광이 반사되는 것을 방지할 수 있다.
즉, 블랙 매트릭스(BM)는 검은색 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 하지만, 검은색 물질로 형성하더라도, 자체적으로 반사율을 어느 정도 가지고 있다. 따라서, 외부광이 블랙 매트릭스(BM)의 표면에서 반사되어 관측자에게 인지될 수 있다. 이 경우, 무 구동시에는 블랙 매트릭스(BM)에 의해 비 개구 영역(NA)이 개구 영역(AA)에 비해 반사율이 높아 두드러져 보여 시감이 저하되는 문제가 생길 수 있다. 또한, 구동시에는 블랙 매트릭스(BM)의 표면에서 반사되는 외부광으로 인해 색상이 왜곡되는 문제도 발생할 수 있다.
본 발명의 제1 실시 예에서는, 하부 발광형 유기발광 다이오드 표시장치의 비 개구 영역에 배치되는 블랙 매트릭스(BM)에 의해 외부광이 반사되어 시감을 저해하는 문제를 해결하기 위해, 블랙 매트릭스(BM)의 하부에 난반사층(SIO)을 더 구비한다. 즉, 블랙 매트릭스(BM)와 기판(SUB) 사이에 난반사층(SIO)을 개재한 구조적 특징을 갖는다. 난반사층(SIO)은 산화 실리콘(SiOx), 질화 실리콘(SiNx) 혹은 아몰퍼스 실리콘(a-Si)과 같은 무기 물질을 포함할 수 있다. 특히, 난반사층(SIO)은 블랙 매트릭스(BM)와의 계면을 표면 처리하여, 거칠기(Roughness)를 더 부여하는 것이 바람직하다.
이하, 도 9a 내지 9e 및 도 11을 참조하여, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 하부 발광형 유기발광 다이오드 표시장치를 제조하는 방법을 설명한다. 도 9a 내지 9e는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 하부 발광형 유기발광 다이오드 표시장치를 제조하는 방법을 나타내는 단면도들이다. 도 11은 본 발명에 의한 유기발광 다이오드 표시장치의 제조 공정을 개략적으로 나타내는 순서도이다. 여기서는, 비 개구 영역에 형성되는, 난반사층(SIO)을 포함하는 블랙 매트릭스(BM)와 버퍼층(BUF)을 형성하는 과정까지만 도면으로 표시하였다. 이후 공정은, 본 발명에서 크게 중요하지 않으므로, 생략하였다.
도 9a와 같이, 기판(SUB)의 내측 표면 위에 산화 실리콘(SiOx), 질화 실리콘(SiNx) 혹은 아몰퍼스 실리콘(a-Si)과 같은 물질을 200Å 내지 5,000Å의 두께로 도포하여 무기층(SI)을 형성한다. 무기층(SI)은 무기 물질을 증착 방법으로 도포하기 때문에, 표면의 거칠기 정도가 상당히 균일한 편이다. 따라서, 현재 상태에서 무기층(SIO)을 반사율을 저감하기 위한 소재로 사용하기에는 적합하지 않다. (S10)
도 9b에 도시한 바와 같이, 무기층(SI)의 표면을 처리하여, 거칠기(Roughness)를 부여하여, 난반사층(SIO)을 형성한다. 예를 들어, 건식 식각 혹은 습식 식각법을 응용하여 무기층(SI) 표면을 불규칙하게 거친 표면으로 만들 수 있다. 혹은, 플라즈마 처리 공정을 이용하여, 무기층(SI)의 표면 일정 두께를 불규칙적으로 산화함으로써 거칠기를 부여할 수도 있다. (S20)
도 9c에 도시한 바와 같이, 검은색 물질을 도포하고 패턴하여 비 개구 영역(NA)에 블랙 매트릭스(BM)을 형성한다. 비 개구 영역(NA)은, 추후에 박막 트랜지스터(ST, DT) 및 배선들(SL, DL, VDD)이 형성될 영역이다. (S30)
도 9d에 도시한 바와 같이, 블랙 매트릭스(BM)를 마스크로 하여, 난반사층(SIO)를 패턴하여, 개구 영역(AA)을 덮고 있는 난반사층(SIO)을 제거한다. 블랙 매트릭스(BM)와 난반사층(SIO)의 계면은 거칠기가 매우 거친 상태를 유지하며 적층된 구조를 갖는다. 반면, 개구 영역(AA)에는 난반사층(SIO)이 모두 제거된다. (S40)
도 9e에 도시한 바와 같이, 비 개구 영역(NA)에만 선택적으로 블랙 매트릭스(BM)와 난반사층(SIO)이 적층되어 형성된 기판(SUB)의 표면 위에 버퍼층(BUF)을 도포한다. 블랙 매트릭스(BM)와 난반사층(SIO)이 비 개구 영역(NA)에만 형성되어 있으므로, 기판(SUB)의 표면이 평탄하지가 않다. 평탄하지 않은 표면 위에 박막 트랜지스터(ST, DT) 및 유기발광 다이오드(OLE)를 형성할 경우, 소자의 안정성을 확보할 수 없다. 따라서, 소자를 평탄한 표면 위에 형성하기 위해 버퍼층(BUF)을 형성하는 것이 바람직하다. 이후, 도면으로 도시하지 않았지만, 박막 트랜지스터들(ST, DT)을 형성하고, 칼라 필터(CF)를 형성하고, 애노드 전극(ANO), 유기발광층(OL) 및 캐소드 전극(CAT)을 포함하는 유기발광 다이오드(OLE)를 형성한다. (S50)
이하, 도 8을 참조하여, 본 발명의 제2 실시 예에 의한 상부 발광형(Top Emission) 풀-칼라를 구현하는 유기발광 다이오드 표시장치를 상세히 살펴본다. 도 8은 도 5에서 절취선 II-II'로 자른 단면으로 본 발명의 제2 실시 예에 의한 상부 발광형 유기발광 다이오드 표시장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 상부 발광형 유기발광 다이오드 표시장치의 기본적인 구성은 하부 발광형 유기발광 다이오드 표시장치와 거의 동일하다. 따라서, 공통적인 부분에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상부 발광형의 경우, 유기발광 층(OL)에서 방사된 빛은, 하부 기판(SUB)에서 상부에 합착된 인-캡 기판(ENC)을 향해 출광한다. 따라서, 애노드 전극(ANO)은 반사 전극으로 형성하고, 캐소드 전극(CAT)은 투명 도전 물질로 형성하는 것이 바람직하다.
색상을 표현하기 위해서는, 유기발광 층(OL)이 적색, 녹색, 청색 중 어느 한 색상을 발현하는 유기물질로 이루어질 수 있다. 그리고 캐소드 전극(CAT)은 기판 전체 표면에 걸쳐 도포될 수 있다. 또 다른 예로, 유기발광 층(OL)을 백색광을 발현하는 유기물질로 형성하고, 유기발광 층(OL) 위에 혹은 캐소드 전극(CAT) 위에 하부 칼라 필터(CFL)를 형성할 수 있다.
여기서는, 편의상 하부 칼라 필터(CFL)가 유기발광 층(OL)과 캐소드 전극(CAT) 사이에 형성된 경우로 설명한다. 하부 칼라 필터(CFL)는 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 순으로 배치될 수 있다. 또한, 하부 칼라 필터(CFL)의 두께를 서로 다르게 표시하였다. 이는, 색상별로 색상 순도를 향상하기 위해 마이크로 캐비티 효과를 부여하기 위한 구조를 나타낸 것이다. 즉, 애노드 전극(ANO)과 캐소드 전극(CAT) 사이의 거리를 구현하는 색상의 파장의 정수배를 갖도록 조절하기 위해, 색상 화소별로 하부 칼라 필터(CFL)의 두께를 적절하게 조절할 수 있다. 이러한 구조적 특징을 도면으로 표시하기 위해 하부 칼라 필터(CFL)의 두께가 과장되게 두껍게 도시하였다. 실제로 하부 칼라 필터(CFL)는 애노드 전극(ANO)과 캐소드 전극(CAT) 사이에 개재된 유기발광 층(OL)에서 충분히 발광 현상이 일어날 수 있도록 적절한 두께를 가지는 것이 바람직하다.
또한, 제2 실시 예에서는, 색상의 순도를 더 높이기 위해 인-캡 기판(ENC)의 내측 표면에 상부 칼라 필터(CFU)를 더 포함할 수 있다. 상부 칼라 필터(CFU)는 하부 칼라 필터(CFL)와 정확하게 중첩하도록 배치하는 것이 바람직하다.
이와 같은 상부 발광형 유기발광 다이오드 표시장치는 인-캡 기판(ENC)의 외측 표면 방향에서 관측자가 영상을 관측한다. 관측자가 바라보는 방향에서, 비 개구 영역(NA)에 해당하는 부분에 블랙 매트릭스(BM)를 더 구비할 수 있다. 블랙 매트릭스(BM)는 이웃하는 화소들 사이에서 (예를 들어, R과 G 혹은 G와 B 사이) 색상이 혼색되어 색상 표현이 왜곡되는 것을 방지할 수 있다.
예를 들어, 블랙 매트릭스(BM)는 검은색 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 하지만, 검은색 물질로 형성하더라도, 자체적으로 반사율을 어느 정도 가지고 있다. 따라서, 외부광이 블랙 매트릭스(BM)의 표면에서 반사되어 관측자에게 인지될 수 있다. 이 경우, 무 구동시에는 블랙 매트릭스(BM)에 의해 비 개구 영역(NA)이 개구 영역(AA)에 비해 반사율이 높아 두드러져 보여 시감이 저하되는 문제가 생길 수 있다. 또한, 구동시에는 블랙 매트릭스(BM)의 표면에서 반사되는 외부광으로 인해 색상이 왜곡되는 문제도 발생할 수 있다.
본 발명의 제2 실시 예에서는, 상부 발광형 유기발광 다이오드 표시장치의 비 개구 영역에 배치되는 블랙 매트릭스(BM)에 의해 외부광이 반사되어 시감을 저해하는 문제를 해결하기 위해, 블랙 매트릭스(BM)의 상부에 난반사층(SIO)을 더 구비한다. 즉, 블랙 매트릭스(BM)와 인-캡 기판(ENC) 사이에 난반사층(SIO)을 개재한 구조적 특징을 갖는다. 난반사층(SIO)은 산화 실리콘(SiOx)과 같은 무기 물질을 포함할 수 있다. 특히, 난반사층(SIO)은 블랙 매트릭스(BM)와의 계면을 표면 처리하여, 거칠기(Roughness)를 더 부여하는 것이 바람직하다.
이하, 도 10a 내지 10e 및 도 11을 참조하여, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 하부 발광형 유기발광 다이오드 표시장치를 제조하는 방법을 설명한다. 도 10a 내지 10e는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 상부 발광형 유기발광 다이오드 표시장치를 제조하는 방법을 나타내는 단면도들이다. 여기서는, 비 개구 영역에 형성되는, 난반사층(SIO)을 포함하는 블랙 매트릭스(BM)와 상부 칼라 필터(CFU)를 형성하는 과정까지만 도면으로 표시하였다. 이후 공정은, 본 발명에서 크게 중요하지 않으므로, 생략하였다.
도 10a와 같이, 인-캡 기판(ENC)의 내측 표면 위에 산화 실리콘(SiOx), 질화 실리콘(SiNx) 혹은 아몰퍼스 실리콘(a-Si)과 같은 물질을 200Å 내지 5,000Å의 두께로 도포하여 무기층(SI)을 형성한다. 무기층(SI)은 무기 물질을 증착 방법으로 도포하기 때문에, 표면의 거칠기 정도가 상당히 균일한 편이다. 따라서, 현재 상태에서 무기층(SI)을 반사율을 저감하기 위한 소재로 사용하기에는 적합하지 않다. (S10)
도 10b에 도시한 바와 같이, 무기층(SI)의 표면을 처리하여, 거칠기(Roughness)를 부여함으로써, 난반사층(SIO)을 형성한다. 예를 들어, 건식 식각 혹은 습식 식각법을 응용하여 무기층(SI) 표면을 불규칙하게 거친 표면으로 만들 수 있다. 혹은, 플라즈마 처리 공정을 이용하여, 무기층(SI)의 표면 일정 두께를 불규칙적으로 산화함으로써 거칠기를 부여할 수도 있다. (S20)
도 10c에 도시한 바와 같이, 검은색 물질을 도포하고 패턴하여 비 개구 영역(NA)에 블랙 매트릭스(BM)를 형성한다. 비 개구 영역(NA)은, 추후에 하부 기판 위에 박막 트랜지스터(ST, DT) 및 배선들(SL, DL, VDD)이 형성될 영역과 중첩하는 영역이다. (S30)
도 10d에 도시한 바와 같이, 블랙 매트릭스(BM)를 마스크로 하여, 난반사층(SIO)를 패턴하여, 개구 영역(AA)을 덮고 있는 난반사층(SIO)을 제거한다. 블랙 매트릭스(BM)와 난반사층(SIO)의 계면은 거칠기가 매우 거친 상태를 유지하며 적층된 구조를 갖는다. 반면, 개구 영역(AA)에는 난반사층(SIO)이 모두 제거된다. (S40)
도 10e에 도시한 바와 같이, 비 개구 영역(NA)에 상부 칼라 필터(CFU)를 형성한다. 특히, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)을 갖는 상부 칼라 필터(CFU)들이 순차적으로 반복되도록 배치하는 것이 바람직하다. 이후, 도면으로 도시하지 않았지만, 하부 기판(SUB) 위에 박막 트랜지스터들(ST, DT)을 형성하고, 애노드 전극(ANO), 유기발광층(OL), 칼라 필터(CF) 및 캐소드 전극(CAT)을 포함하는 유기발광 다이오드(OLE)를 형성한다. 그리고, 인-캡 기판(ENC)과 하부 기판(SUB)을, 개구 영역(AA)과 비 개구 영역(NA)이 서로 대응하도록 합착하여 유기발광 다이오드 표시장치를 완성한다. (S50)
이와 같이 본 발명의 실시 예들에서는, 블랙 매트릭스(BM)에 의해 외부광이 반사되는 것을 방지하기 위해, 난반사층(SIO)을 더 구비하는 구조를 갖는다. 종래 기술에서는 관측자가 위치하는 기판의 외측 표면에 편광판을 부착하는 경우가 있는데, 편광판을 부착하는 경우, 빛의 투과율이 현저히 떨어지는 문제가 있다. 반면에, 본 발명에서는 편광판이 없으므로, 빛의 투과율이 저하되지 않는다. 따라서, 더 적은 소비 전력으로 더 높은 휘도를 표현할 수 있다.
또한, 단순히, 빛 반사를 저감하기 위한 물질층을 기판과 블랙 매트릭스 사이에 개재하는 것만으로는 블랙 매트릭스(BM)에서 외부광의 반사율을 저하시키는 데는 한계가 있다. 하지만, 본 발명에서는 블랙 매트릭스(BM)와 기판(SUB, ENC) 사이에 표면 거칠기를 증가시킨 난반사층(SIO)이 개재함으로써, 외부광의 반사율을 현저히 저하시킬 수 있다.
예를 들어, 블랙 매트릭스(BM)만 존재할 경우, 외부광의 반사율은 적어도 8% 이상이 관측된다. 하지만, 블랙 매트릭스(BM)와 기판(SUB, ENC) 사이에 난반사층(SIO)을 삽입한 상태에서, 외부광의 반사율을 6% 미만으로 측정되어 약 20% 이상 반사율이 저감되는 효과를 얻을 수 있었다. 또한, 블랙 매트릭스(BM)와 기판(SUB, ENC) 사이에 표면 거칠기를 증가하지 않은 무기층(SI)만 개재된 상태에서의 외부광의 반사율은 블랙 매트릭스(BM)만 존재하는 경우와 큰 차이를 보이지 않았다. 무기층(SI)의 재질인 산화 실리콘(SiOx), 질화 실리콘(SiNx) 혹은 아몰퍼스 실리콘(a-Si)의 경우, 빛을 어느 정도 흡수하는 성질이 있다. 그러나 실질적으로 실험을 해보면, 무기층(SI)을 추가하는 것으로는 외부광의 반사율을 원하는 수준으로 줄이는 데 한계가 있다. 즉, 단순히 무기층(SI)만 삽입하는 것보다는 표면 거칠기를 증가시킨 난반사층(SIO)을 개재하는 것이 외부광 반사율을 저감하는 데 훨씬 더 효과적임을 알 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해 정해져야만 할 것이다.
SUB: 기판 ENC: 인-캡 기판
SI: 무기층 SIO: 난반사층
BM: 블랙 매트릭스 CF: 칼라 필터
CFL: 하부 칼라 필터 CFU: 상부 칼라 필터

Claims (9)

  1. 개구 영역 및 비 개구 영역이 정의된 기판;
    상기 기판의 내측면에서 상기 비 개구 영역에 대응되는 위치에만 선택적으로 형성된 난반사층;
    상기 난반사층 위에 적층된 블랙 매트릭스;
    상기 비 개구 영역에 형성된 구동 소자; 그리고
    상기 개구 영역에 형성되고 상기 구동 소자에 의해 작동하는 표시 소자를 포함하며,
    상기 블랙 매트릭스와 상기 난반사층의 외각라인은 일치하는 평판 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 난반사층과 상기 블랙 매트릭스의 계면은 거칠기 향상 처리하여 상기 기판의 외부에서 유입된 빛을 난반사 시키는 평판 표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 난반사층이 형성된 상기 기판의 외측 표면으로 화상 정보를 제공하도록 배치된 평판 표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 난반사층은,
    산화 실리콘, 질화 실리콘 및 아몰퍼스 실리콘 중 적어도 선택된 어느 하나를 포함하는 평판 표시장치.
  5. 기판 위에 무기층을 형성하는 단계;
    상기 무기층의 표면을 건식 식각, 습식 식각 및 플라즈마 처리 중 적어도 어느 하나를 수행하여 거칠기가 높아진 난반사층을 형성하는 단계;
    상기 난반사층 위에 검은색 물질을 도포하고 패턴하여 블랙 매트릭스를 형성하는 단계;
    상기 블랙 매트릭스를 마스크로 하여 상기 난반사층을 패턴하여 상기 블랙 매트릭스와 상기 난반사층의 외각라인이 일치하도록 하는 단계; 그리고
    상기 기판 위에 표시 소자를 형성하는 단계를 포함하는 평판 표시장치 제조 방법.
  6. 삭제
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 무기층을 형성하는 단계는,
    상기 기판 위에 산화 실리콘, 질화 실리콘 및 아몰퍼스 실리콘 중 적어도 선택된 어느 한 물질을 200Å 내지 5,000Å 두께로 도포하는 평판 표시장치 제조 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 기판 위에 상기 표시 소자를 형성하는 단계는,
    상기 블랙 매트릭스가 형성된 상기 기판 위에 버퍼 층을 도포하는 단계; 그리고
    상기 버퍼 층 위에 유기발광 다이오드 표시소자를 형성하는 단계를 포함하는 평판 표시장치 제조 방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 기판 위에 상기 표시 소자를 형성하는 단계는,
    상기 블랙 매트릭스가 형성된 상기 기판 위에서 상기 블랙 매트릭스 사이에 칼라 필터를 형성하는 단계;
    상기 기판과 대향하여 합착할 하부 기판 위에 유기발광 다이오드 표시소자를 형성하는 단계; 그리고
    상기 기판과 상기 하부 기판을 일정 간격으로 합착하는 단계를 포함하는 평판 표시장치 제조 방법.
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