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KR102461970B1 - 유기발광 표시장치 - Google Patents

유기발광 표시장치 Download PDF

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KR102461970B1
KR102461970B1 KR1020150167803A KR20150167803A KR102461970B1 KR 102461970 B1 KR102461970 B1 KR 102461970B1 KR 1020150167803 A KR1020150167803 A KR 1020150167803A KR 20150167803 A KR20150167803 A KR 20150167803A KR 102461970 B1 KR102461970 B1 KR 102461970B1
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Abstract

본 명세서는 유기발광 표시장치를 개시한다. 상기 유기발광 표시장치는, 어레이 기판 위에 있는 픽셀구동회로 및 유기발광 소자; 상기 픽셀구동회로 및 유기발광 소자를 덮어 수분의 침투를 막는 보호 층; 상기 보호 층 상의 접착 층을 포함하고, 상기 보호 층은 유기 실리콘 화합물 기반의 무기 박막인 것을 특징으로 한다.

Description

유기발광 표시장치{ORGANIC LIGHT EMITTING DISPLAY DEVICE}
본 발명은 유기발광 표시장치 및 봉지 구조에 관한 것이다.
다양한 정보를 화면으로 구현해 주는 영상표시장치는 정보 통신 시대의 핵심 기술로, 더 얇고 더 가볍고 휴대가 가능하면서도 고성능의 방향으로 발전하고 있다. 이에 유기발광층의 발광량을 제어하여 영상을 표시하는 유기발광 표시장치(OLED) 등이 각광받고 있다.
유기발광 표시장치는 전극 사이의 얇은 발광층을 이용한 자발광 소자로 박막화가 가능하다는 장점이 있다. 또한, 유기발광 표시장치는 저전압 구동에 의해 소비 전력 측면에서 유리할 뿐만 아니라, 색상 구현, 응답 속도, 시야각, 명암 대비비(contrast ratio; CR)도 우수하다.
일반적인 유기발광 표시장치는 기판에 화소 구동 회로와 유기발광소자가 형성된 구조를 갖고, 유기발광소자에서 방출된 빛이 기판 또는 배리어층을 통과하면서 화상을 표시하게 된다. 유기발광소자는 산소에 의한 전극 및 발광층의 열화, 발광층-계면간의 반응에 의한 열화 등 내적 요인에 의한 열화가 있는 동시에 외부의 수분, 산소, 자외선 및 소자의 제작 조건 등 외적 요인에 의해 쉽게 열화가 일어난다. 특히 외부의 산소와 수분은 소자의 수명에 치명적인 영향을 주므로 유기발광 표시장치의 봉지(encapsulation)가 매우 중요하다.
봉지 방법 중 하나로 유기발광소자의 상부를 보호 층(passivation), 면 봉지재(face seal) 및 봉지 기판(encapsulation plate)으로 밀봉하는 방법이 있다. 상기 면 봉지재는 흡습제를 포함하여 침투하는 수분을 흡수한다. 봉지 기판은 내측 표면에 면 봉지재가 도포되고, 픽셀 어레이 기판과 합착된다. 합착된 두 기판(봉지 기판과 픽셀 어레이 기판) 사이에 개재된 면 봉지재가 경화된 후, 가압력이 제거되면 유기발광 표시장치는 면 봉지된 구조를 갖는다. 봉지 기판으로 유리, 플라스틱 또는 금속 등이 사용된다.
본 명세서의 목적은, 유기발광 표시장치 및 그에 사용되는 봉지(encapsulation) 구조를 제공하는 데 있다. 보다 구체적으로 본 명세서는 신뢰성이 강화된 유기소자 보호 층을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따라 유기발광 표시장치가 제공된다. 상기 유기발광 표시장치는, 어레이 기판 위에 있는 픽셀구동회로 및 유기발광 소자; 상기 픽셀구동회로 및 유기발광 소자를 덮어 수분의 침투를 막는 보호 층; 상기 보호 층 상의 접착 층을 포함하고, 상기 보호 층은 유기 실리콘 화합물 기반의 무기 박막일 수 있다.
상기 보호 층은, 상기 유기 실리콘 화합물이 산소와 결합하는 산화(oxidation) 반응을 통해 생성될 수 있다.
상기 보호 층은, 플라즈마 상태의 상기 유기 실리콘 화합물이 플라즈마 상태의 산소(O2), 일산화이질소(N2O), 또는 오존(O3)과 반응함으로써 생성될 수 있다.
상기 유기 실리콘 화합물은 HMDSO(hexamethyldisiloxane) 또는 HMDSN(Hexamethyldisilazane)일 수 있다.
상기 보호 층은, 상기 HMDSO 또는 HMDSN에서 Si와 결합된 CH3가 O로 치환되어 증착된 것일 수 있다.
상기 보호 층은, Si-O 결합의 양에 비해 1/1000 이하의 Si-CH3 결합을 포함할 수 있다.
상기 픽셀구동회로는 산화물(oxide) 반도체 층을 구비한 박막트랜지스터(Thin Film Transistor: TFT)를 포함할 수 있다.
상기 유기발광 표시장치는, 실란(SiH4) 또는 암모니아(NH3)를 기반으로 생성된 보호 층에 비하여 상기 박막트랜지스터의 임계 전압(Vth) 변동이 감소될 수 있다.
본 명세서의 실시예에 따르면, 수소 침투로 인한 TFT의 특성 변경이 최소화될 수 있다. 또한, 본 명세서의 실시예에 의하면 휘점 불량이 감소됨으로써 유기발광 표시장치의 신뢰성이 높아질 수 있다.
도 1은 본 명세서의 실시예에 따른 유기발광 표시장치를 나타낸 평면도이다.
도 2는 본 명세서의 실시예에 따른 유기발광 표시장치의 표시 영역 중 일부를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 유기발광 표시장치의 봉지 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 명세서의 일 실시예에 따른 유기발광 표시장치의 보호 층이 제조되는 과정을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 명세서의 일 실시예에 따른 유기발광 표시장치의 특성을 나타낸 그래프이다.
본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 소자 또는 층이 다른 소자 또는 층 "위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 “표시장치”로 지칭될 수도 있는 “유기발광 표시장치”는 유기발광 다이오드 패널 및 그러한 유기발광 다이오드 패널을 채용한 표시 장치에 대한 일반 용어로서 사용된다. 일반적으로, 유기발광 표시장치는 백색 유기발광 타입 및 RGB 유기발광 타입이 있다. 백색 유기발광 타입에서, 화소의 각각의 서브 픽셀들은 백색 광을 발광하도록 구성되고, 컬러 필터들의 세트가 대응하는 서브 픽셀에서 적색 광, 녹색 광 및 청색 광을 생성하도록 백색 광을 필터링하는데 사용된다. 또한, 백색 유기발광 타입은 백색 광을 생성하기 위한 서브 픽셀을 형성하기 위해 컬러 필터 없이 구성된 서브 픽셀을 포함할 수도 있다. RGB 유기발광 타입에서, 각각의 서브 픽셀에서의 유기발광층은 지정된 색의 광을 발광하도록 구성된다. 예를 들어, 하나의 픽셀은 적색 광을 발광하는 유기발광층을 갖는 적색 서브 픽셀, 녹색 광을 발광하는 유기발광층을 갖는 녹색 서브 픽셀, 및 청색 광을 발광하는 유기발광층을 갖는 청색 서브 픽셀을 포함한다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 당업자에 의해 기술적으로 다양한 연동 및 구동될 수 있으며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시되거나 또는 연관 관계로 함께 실시될 수도 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 명세서의 실시예에 따른 유기발광 표시장치를 나타낸 평면도이다.
도 1을 참조하면, 상기 유기발광 표시장치(100)는 적어도 하나의 표시 영역(active area, A/A)을 포함하고, 상기 표시 영역에는 픽셀(pixel)들의 어레이(array)가 배치된다. 하나 이상의 비표시 영역(inactive area, I/A)이 상기 표시 영역의 주위에 배치될 수 있다. 즉, 상기 비표시 영역은, 표시 영역의 하나 이상의 측면에 인접할 수 있다. 도 1에서, 상기 비표시 영역은 사각형 형태의 표시 영역을 둘러싸고 있다. 그러나, 표시 영역의 형태 및 표시 영역에 인접한 비표시 영역의 형태/배치는 도 1에 도시된 예에 한정되지 않는다. 상기 표시 영역 및 상기 비표시 영역은, 상기 표시장치(100)를 탑재한 전자장치의 디자인에 적합한 형태일 수 있다. 상기 표시 영역의 예시적 형태는 오각형, 육각형, 원형, 타원형 등이다.
상기 표시 영역 내의 각 픽셀은 픽셀구동회로와 연관될 수 있다. 상기 픽셀구동회로는, 하나 이상의 스위칭 트랜지스터 및 하나 이상의 구동 트랜지스터를 포함할 수 있다. 각 픽셀구동회로는, 상기 비표시 영역에 위치한 게이트 드라이버, 데이터 드라이버 등과 통신하기 위해, 게이트 라인 및 데이터 라인과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 게이트 드라이버, 데이터 드라이버는 상기 비표시 영역에 TFT(thin film transistor)로 구현될 수 있다. 이러한 드라이버는 GIP(gate-in-panel)로 지칭될 수 있다. 또한, 데이터 드라이버 IC와 같은 몇몇 부품들은, 분리된 인쇄 회로 기판에 탑재되고, FPCB(flexible printed circuit board), COF(chip-on-film), TCP(tape-carrier-package) 등과 같은 회로 필름을 통하여 상기 비표시 영역에 배치된 연결 인터페이스(패드, 범프, 핀 등)와 결합될 수 있다. 상기 인쇄 회로(COF, PCB 등)는 상기 표시장치(100)의 뒤편에 위치될 수 있다.
상기 유기발광 표시장치(100)는, 다양한 신호를 생성하거나 표시 영역내의 픽셀을 구동하기 위한, 다양한 부가 요소들 포함할 수 있다. 상기 픽셀을 구동하기 위한 부가 요소는 인버터 회로, 멀티플렉서, 정전기 방전 회로(electro static discharge) 등을 포함할 수 있다. 상기 유기발광 표시장치(100)는 픽셀 구동 이외의 기능과 연관된 부가 요소도 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 유기발광 표시장치(100)는 터치 감지 기능, 사용자 인증 기능(예: 지문 인식), 멀티 레벨 압력 감지 기능, 촉각 피드백(tactile feedback) 기능 등을 제공하는 부가 요소들을 포함할 수 있다. 상기 언급된 부가 요소들은 상기 비표시 영역 및/또는 상기 연결 인터페이스와 연결된 외부 회로에 위치할 수 있다.
본 명세서에 따른 유기발광 표시장치는, 하부 기판(110) 상의 박막 트랜지스터 및 유기발광소자, 유기발광소자 위의 봉지재(encapsulation), 기판과 봉지재 사이에 합착된 배리어 필름(barrier film) 등을 포함할 수 있다. 하부 기판(또는 어레이 기판)은, 그 위에 형성된 소자 및 기능 층, 예를 들어 스위칭 TFT, 스위칭 TFT와 연결된 구동 TFT, 구동 TFT와 연결된 유기발광 소자, 보호막 등을 포함하는 개념으로 지칭되기도 한다.
하부 기판(110)은 유기발광 표시장치(100)의 다양한 구성요소들을 지지하고, 절연 물질로 형성된다. 하부 기판(110)은 투명한 절연 물질, 예를 들어 유리, 플라스틱 등과 같은 절연 물질로 형성될 수 있다.
하부 기판(110) 상에 유기발광 소자가 배치된다. 유기발광 소자는 애노드, 애노드 상에 형성된 유기발광층 및 유기발광층 상에 형성된 캐소드로 구성된다. 유기발광층은 하나의 빛을 발광하는 단일 발광층 구조로 구성될 수도 있고, 복수 개의 발광층으로 구성되어 백색 광을 발광하는 구조로 구성될 수도 있다. 유기발광 소자는 표시 영역에 대응하도록 하부 기판(110)의 중앙 부분에 형성될 수 있다. 유기발광 소자의 유기발광층이 백색 광을 발광하는 경우, 컬러 필터가 더 구비될 수도 있다.
보호 층(passivation)이 유기발광 소자를 덮을 수 있다. 보호 층은 유기발광 소자를 외부의 수분 또는 산소로부터 보호하기 위해 형성된다. 보호층 상에 면 봉지재(face seal)가 사용될 수 있다. 면 봉지재의 일 예로 면 접착 필름(face seal adhesive film)이 사용되기도 한다. 면 접착 필름은 하부 기판(110)에 배치된 유기발광 소자를 밀봉하고, 하부 기판(110)과 상부 기판(봉지 기판)을 접착시킨다.
도 2는 본 명세서의 실시예에 따른 유기발광 표시장치의 표시 영역 중 일부를 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 하부 기판(110) 상에 박막트랜지스터(102, 104, 106, 108)와 유기발광 소자(112, 114, 116)들의 어레이 및 각종 기능 층(layer)이 위치하고 있다.
하부 기판(또는 어레이 기판)은 유리 또는 플라스틱 기판일 수 있다. 플라스틱 기판인 경우, 폴리이미드 계열 또는 폴리 카보네이트 계열 물질이 사용되어 가요성(flexibility)를 가질 수 있다.
박막트랜지스터는 하부 기판(110) 상에 반도체층(102), 게이트 절연막(103), 게이트 전극(104), 층간 절연막(105), 소스 및 드레인 전극(106, 108)이 순차적으로 배치된 형태일 수 있다.
반도체층(102)은 폴리 실리콘(p-Si)으로 만들어질 수 있으며, 이 경우 소정의 영역이 불순물로 도핑될 수도 있다. 또한, 반도체층(102)은 아몰포스 실리콘(a-Si)으로 만들어질 수도 있고, 펜타센 등과 같은 다양한 유기 반도체 물질로 만들어질 수도 있다. 나아가 반도체층(102)은 산화물(oxide)로 만들어질 수도 있다.
게이트 절연막(103)은 실리콘 산화물(SiOx) 또는 실리콘 질화물(SiNx) 등과 같은 절연성 무기물로 형성될 수 있으며, 이외에도 절연성 유기물 등으로 형성될 수도 있다. 게이트 전극(104)은 다양한 도전성 물질, 예컨대, 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 금(Au) 또는 이들의 합금 등으로 형성될 수 있다.
층간 절연막(105)은 실리콘 산화물(SiOx) 또는 실리콘 질화물(SiNx) 등과 같은 절연성 물질로 형성될 수 있으며, 이외에도 절연성 유기물 등으로 형성될 수도 있다. 층간 절연막(105)과 게이트 절연막(103)의 선택적 제거로 소스 및 드레인 영역이 노출되는 컨택 홀(contact hole)이 형성될 수 있다.
소스 및 드레인 전극(106, 108)은 컨택 홀이 매립되도록 층간 절연막(105) 상에 게이트 전극(104)용 물질로 단일층 또는 다층의 형상으로 형성된다.
박막트랜지스터 상에 평탄막(107)이 위치할 수 있다. 평탄막(107)은 박막트랜지스터를 보호하고 평탄화시킨다. 평탄막(107)은 다양한 형태로 구성될 수 있는데, BCB(Benzocyclobutene) 또는 아크릴(Acryl) 등과 같은 유기 절연막, 또는 실리콘 질화막(SiNx), 실리콘 산화막(SiOx)와 같은 무기 절연막으로 형성될 수도 있고, 단층으로 형성되거나 이중 혹은 다중 층으로 구성될 수도 있는 등 다양한 변형이 가능하다.
유기발광 소자는 제1 전극(112), 유기발광 층(114), 제2 전극(116)이 순차적으로 배치된 형태일 수 있다. 즉, 유기발광 소자는 보호막(107) 상에 형성된 제1 전극(112), 제1 전극(112) 상에 위치한 유기발광 층(114) 및 유기발광 층(114) 상에 위치한 제2 전극(116)으로 구성될 수 있다.
제1 전극(112)은 컨택 홀을 통해 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극(108)과 전기적으로 연결된다. 유기발광 표시장치(100)가 상부 발광(top emission) 방식인 경우, 이러한 제1 전극(112)은 반사율이 높은 불투명한 도전 물질로 만들어질 수 있다. 예를 들면, 제1 전극(112)은 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 크롬(Cr) 또는 이들의 합금 등으로 형성될 수 있다.
뱅크(109)는 발광 영역을 제외한 나머지 영역에 형성된다. 이에 따라, 뱅크(109)는 발광 영역과 대응되는 제1 전극(112)을 노출시키는 뱅크 홀을 가진다. 뱅크(109)는 실리콘 질화막(SiNx), 실리콘 산화막(SiOx)와 같은 무기 절연 물질 또는 BCB, 아크릴계 수지 또는 이미드계 수지와 같은 유기 절연물질로 만들어질 수 있다.
유기발광 층(114)이 뱅크(109)에 의해 노출된 제1 전극(112) 상에 위치한다. 유기발광 층(114)은 발광층, 전자주입층, 전자수송층, 정공수송층, 정공주입층 등을 포함할 수 있다.
제2 전극(116)이 유기발광층(114) 상에 위치한다. 유기발광 표시장치(100)가 상부 발광(top emission) 방식인 경우, 제2 전극(116)은 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO) 또는 인듐 징크 옥사이드(Induim Zinc Oxide; IZO) 등과 같은 투명한 도전 물질로 형성됨으로써 유기발광 층(114)에서 생성된 광을 제2 전극(116) 상부로 방출시킨다.
보호 층(passivation layer, 120)이 제2 전극(116) 상에 위치한다. 이때, 보호 층(120)은 유리, 금속, 산화 알루미늄(AlOx) 또는 실리콘(Si) 계열 물질로 이루어진 무기막으로 구성되거나, 또는 유기막과 무기막이 교대로 적층된 구조일 수도 있다. 보호 층(120)은, 발광 재료와 전극 재료의 산화를 방지하기 위하여, 외부으로부터의 산소 및 수분 침투를 막는다. 유기발광 소자가 수분이나 산소에 노출되면, 발광 영역이 축소되는 화소 수축(pixel shrinkage) 현상이 나타나거나, 발광 영역 내 흑점(dark spot)이 생길 수 있다.
접착 층(140)이 보호 층(120) 상에 위치할 수 있다. 상기 접착 층(140)은 밀봉 역할과 함께 하부 기판(110)과 봉지 기판(190)을 접착하는 역할을 한다.
봉지 기판(encapsulation plate, 190)은 어레이 기판(110)과 대향한다. 봉지 기판(190)의 하면은 접착 층(140)과 접한다. 봉지 기판(190)은 유리, 폴리머(polymer), 금속 등과 같은 물질로 형성될 수 있고, 봉지 기판(190)의 구성 물질은 유기발광 표시장치(100)의 발광 방향에 따라 결정될 수도 있다.
접착 층(140)은, 픽셀구동회로 및 유기발광소자(TFT/OLED)와 상부 봉지 기판(190) 사이에 위치한다. 통상적으로 접착 층(140)이 봉지 기판(190)에 먼저 부착된 후, 접착 층(140)이 픽셀구동회로 및 유기발광소자(TFT/OLED)를 마주보도록 하여 봉지 기판(190)과 하부 기판(110)이 합착된다.
한편, 하부 기판(110) 아래에는 하부 접착 층(160)과 하부 봉지 층(170)이 순차적으로 형성되어 있다. 하부 봉지 층(170)은 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylene Naphthalate; PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Ployethylene Terephthalate; PET), 폴리에틸렌 에테르프탈레이트 (polyethylene ether phthalate), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리아릴레이트(polyarylate), 폴리에테르이미드(polyether imide), 폴리에테르술폰산(polyether sulfonate), 폴리이미드(polyimide) 또는 폴리아크릴레이트(polyacrylate)에서 선택된 하나 이상의 유기 물질로 형성될 수 있다. 하부 봉지 층(170)은 외부로부터 수분 또는 산소가 기판으로 침투하는 것을 방지하는 역할을 한다.
하부 접착 층(160)은 열 경화형 또는 자연 경화형의 접착제로 형성되며, 하부 기판(110)과 하부 봉지 층(170)을 접착시키는 역할을 한다. 예를 들어, 하부 접착 층(160)은 OCA(Optical Cleared Adhesive) 등의 물질로 형성될 수 있다.
도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 유기발광 표시장치의 봉지 구조를 나타낸 도면이다.
유기발광 표시장치(100)는 어레이 기판(110), 픽셀구동회로 및 유기발광 소자(TFT/OLED), 보호 층(120), 접착 층(140) 및 봉지 기판(190)을 포함할 수 있다.
어레이 기판(110)은 절연 물질로 형성되며, 유기발광 표시장치(100)의 다양한 구성요소들을 지지한다.
픽셀구동회로 및 유기발광소자(TFT/OLED)는 어레이 기판(110) 상에 배치된다. 유기발광소자는 애노드(anode), 애노드 상에 형성된 유기발광 층, 유기발광 층 상에 형성된 캐소드(cathode)를 포함한다. 유기발광 층은 하나의 빛을 발광하는 단일 발광층 구조일 수도 있고, 복수 개의 발광층으로 구성되어 백색 광을 발광하는 구조일 수도 있다. 유기발광소자는 표시 영역에 대응하도록 어레이 기판(110)의 중앙 부분에 형성될 수 있다. 유기발광소자를 구동하기 위한 픽셀구동회로, 즉 박막 트랜지스터(thin film transistor), 커패시터(capacitor) 등의 다양한 소자 및 배선들이 유기발광소자와 연관되어 배치될 수 있다. 픽셀구동회로 및 유기발광소자의 예시적인 구조와 기능은 도 2에서 설명된 것과 실질적으로 동일하다.
상기 유기발광 표시장치(100)는 유기발광 소자를 덮어 수분 또는 산소의 침투를 막는 봉지(encapsulation) 구조물을 포함한다. 상기 봉지 구조물은 보호 층(passivation layer), 접착 층(adhesive layer) 및 봉지 기판(encapsulation plate)을 포함하는 페이스 씰(face seal) 구조물 일 수 있다.
상기 보호 층(120)은, 픽셀구동회로 및 유기발광소자(TFT/OLED)를 보호하기 위한 기능 층이며, 픽셀구동회로 및 유기발광 소자를 덮어 수분 또는 산소의 침투를 막는다. 보호 층(120)은 무기막으로 구성되거나, 또는 유기막과 무기막이 교대로 적층된 구조일 수도 있다. 일 실시예로서, 상기 보호 층(120)은 유기 실리콘 화합물 기반의 무기 박막일 수 있다. 이와 같은 보호 층은, 실란(SiH4) 또는 암모니아(NH3)를 기반으로 생성된 보호 층에 비하여 산화물 박막트랜지스터(oxide TFT)의 임계 전압(threshold voltage) 변동이 감소되는 장점이 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 4 이하에서 서술한다.
상기 접착 층(140)은 유기발광 소자를 밀봉하고, 어레이 기판(110)과 봉지 기판(190)을 접착한다. 상기 접착 층(140)은 경화성 수지(resin) 및 기능성 첨가재의 혼합물로 구성될 수 있다. 예컨대, 접착 층(140)는 경화성 수지와, 경화성 수지에 분산된 게터(getter) 및/또는 필러(fller)로 구성될 수 있다. 상기 경화성 수지는 에폭시(epoxy)계, 올레핀(olefin)계 등의 폴리머(polymer) 물질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 접착 층(140)은, 다수 레이어(layer)가 상하(수직)으로 적층된 다층(multi-layer) 구조의 면 접착 부재(face seal adhesive)일 수 있다. 일 예로, 상기 접착 층(140)은 제1 층(제1 접착층) 및 제2 층(제2 접착층)을 포함하는 면 접착 필름일 수 있다.
상기 제1 층(141)은 배리어 층(barrier layer, B-layer)으로 호칭되기도 하며, 봉지 기판(190)의 일 면(어레이 기판을 향하는 면)과 접합될 수 있다. 제1 층(141)은 수분 흡착제(141a)를 포함하는 경화성 수지(141b)로 만들어질 수 있다. 제1 층(141)의 수분 흡착제(141a)는 물리적 또는 화학적 반응 등을 통해 외부로부터 유입되는 수분 또는 산소를 흡착 또는 제거한다. 예를 들어, 수분 흡착제(141-1a)로 알루미나(alumina) 등의 금속 분말, 금속 산화물, 금속염, 오산화인(P2O5) 등의 일종 또는 이종 이상의 혼합물과 같은 반응성 흡착제가 사용될 수 있다, 또 다른 예로서, 수분 흡착제(141-1a)로 실리카(silica), 제올라이트(zeolite), 티타니아(titania), 지르코니아(zirconia), 몬모릴로나이트(montmorillonite) 등과 같은 물리적 흡착제가 사용될 수 있다.
상기 금속 산화물은, 산화리튬(Li2O), 산화나트륨(Na2O), 산화바륨(BaO), 산화칼슘(CaO) 또는 산화마그네슘(MgO) 등일 수 있다. 또한, 상기 금속염은, 황산리튬(Li2SO4), 황산나트륨(Na2SO4), 황산칼슘(CaSO4), 황산마그네슘(MgSO4), 황산코발트(CoSO4), 황산갈륨(Ga2(SO4)3), 황산티탄(Ti(SO4)2) 또는 황산니켈(NiSO4) 등과 같은 황산염일 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 금속염은, 염화칼슘(CaCl2), 염화마그네슘(MgCl2), 염화스트론튬(SrCl2), 염화이트륨(YCl3), 염화구리(CuCl2), 불화세슘(CsF), 불화탄탈륨(TaF5), 불화니오븀(NbF5), 브롬화리튬(LiBr), 브롬화칼슘(CaBr2), 브롬화세슘(CeBr3), 브롬화셀레늄(SeBr4), 브롬화바나듐(VBr3), 브롬화마그네슘(MgBr2), 요오드화바륨(BaI2) 또는 요오드화마그네슘(MgI2) 등과 같은 금속할로겐화물 또는 과염소산바륨(Ba(ClO4)2), 과염소산마그네슘(Mg(ClO4)2) 등과 같은 금속염소산염 등일 수 있다. 다만, 수분 흡착제는 상술한 예시적인 물질로 제한되는 것은 아니다.
제2 층(142)은 투명 층(transparent layer, T-layer)으로 호칭되기도 한다. 제2 층(142)은 투명한 경화성 수지를 기초로 만들어진다. 제2 접착층(142)은 열 경화성 수지 또는 광 경화성 수지일 수 있다. 제2 층(142)의 경화성 수지는, 제1 층(141)을 구성하는 경화성 수지(141b)와 동일한 물질로 된 경화성 수지일 수도 있고, 다른 물질로 된 경화성 수지일 수도 있다. 예를 들어, 상기 경화성 수지는, 글리시딜(glycidyl)기, 이소시아네이트(lsocyanatc)기, 히드록시(hydroxyl)기, 카르복실(Carboxyl)기 또는 아미드(amide)기 등과 같은 열 경화 가능한 관능기를 하나 이상 포함하는 열 경화성 수지일수 있다.
한편, 상기 제2 층(142)의 일 면은 어레이 기판(110) 및 유기발광 소자(또는 그 위의 절연막)와 접합되며, 상기 어레이 기판(110) 봉지 기판(190)의 합착 시에 가해지는 압력을 완충하는 역할을 할 수 있다. 상기 제2 층(142)의 다른 면은 상기 제1 층의 어느 한 면과 맞닿는다.
봉지 기판(encapsulation plate)은 어레이 기판(110)과 대향한다. 봉지 기판(190)의 하면은 접착 층(140)과 접한다. 봉지 기판(190)은 유리, 폴리머, 금속 등과 같은 물질로 형성될 수 있고, 봉지 기판(190)의 구성 물질은 유기발광 표시장치(100)의 발광 방향에 따라 결정될 수도 있다.
도 3을 보면, 접착 층(140)은 픽셀구동회로 및 유기발광소자(TFT/OLED)와 상부 봉지 기판(190) 사이에 위치한다. 통상적으로 접착 층(140)이 봉지 기판(190)에 먼저 부착된 후, 접착 층(140)이 픽셀구동회로 및 유기발광소자(TFT/OLED)를 마주보도록 하여 봉지 기판(190)과 어레이 기판이 합착된다.
도 4는 본 명세서의 일 실시예에 따른 보호 층이 형성되는 과정을 나타낸 도면이다.
상기 보호 층(120)은, 픽셀구동회로 및 유기발광소자(TFT/OLED)를 보호하기 위한 기능 층이며, 픽셀구동회로 및 유기발광 소자를 덮어 수분 또는 산소의 침투를 막는다. 일 실시예로서, 상기 보호 층(120)은 유기 실리콘 화합물 기반의 무기 박막일 수 있다. 이와 같은 보호 층은, 실란(SiH4) 또는 암모니아(NH3)를 기반으로 생성된 보호 층에 비하여 산화물 박막트랜지스터(oxide TFT)의 임계 전압(threshold voltage) 변동이 감소되는 장점이 있다.
보호 층(passivation layer)은, PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 방법을 이용하여 픽셀구동회로 및 유기발광소자 상에 실리콘 질화물(SiNx) 또는 실리콘 산화물(SiOx) 계열의 화합물을 증착하는 방식, 혹은 스퍼터링(Sputtering) 방법을 이용하여 알루미늄 산화물(AlOx) 계열의 화합물을 증착하는 방식으로 형성될 수 있다. 상기 SiNx, SiOx 계열의 막을 형성하기 위해서 PECVD 공정에서 실란(Silane, SiH4) 및 암모니아(Ammonia, NH3) 가스가 일반적으로 사용된다.
유기발광 표시장치의 경우, 유기발광소자의 열화를 피하기 위해 100℃ 이하의 저온 상태에서 PECVD 공정이 수행되는데, 이때 화학 반응이 불완전하게 진행되어 SiH4, NH3 계열의 가스에 포함된 수소(H)가 보호 층(120)에 잔류할 수 있다. 보호 층(120)에 잔류하는 수소는 시간 경과에 따라 픽셀구동회로까지 확산되고, 확산된 수소는 픽셀구동회로에 포함된 박막 트랜지스터의 산화물 반도체 층(채널 층)을 환원시켜 박막 트랜지스터의 성능을 저하시킨다. 일 예로, 상기 확산된 수소는 산화물 박막트랜지스터(oxide TFT)의 임계 전압(Threshold Voltage: Vth)을 변동(shift)시켜 화면 얼룩 또는 휘도 불균일 문제를 야기할 수 있다.
위와 같은 문제를 해결하기 위하여, 본 명세서는 수소 확산 문제가 최소화된 보호 층 및 그 제조 방법을 제공한다. 하나의 실시예로서, 유기 실리콘 화합물을 산소(O2), 오존(O3) 또는 일산화이질소(N2O) 플라즈마에 의해 중합하는 반응을 이용하여 Si-CH3 결합(bonding)이 최소화된 보호 층의 구조를 제시한다. Si-CH3 결합에 포함된 수소들은 저온 반응으로 인해 결합이 약하기 때문에, 시간에 지남에 따라 확산되어 상기 기술한 문제를 발생시킨다. 따라서 Si-CH3 결합이 개수(양)이 적으면 수소 확산에 따른 문제가 줄어들 수 있다.
상기 유기 실리콘 화합물은, 예를 들어 HMDSN(Hexamethyldisilazane: C6H19NSi2) 또는 HMDSO(Hexamethyldisiloxane: C6H18OSi2)일 수 있다. 도 4는 HMDSO 기반으로 보호 층(120)이 만들어지는 과정을 도시하고 있다. 도 4의 (a)는 플라즈마 상태의 HMDSO를 증착하는 과정이고, 도 4의 (b)는 플라즈마 상태의 산소와 플라즈마 상태의 HMDSO의 반응이 진행되는 과정이다. (a)와 (b)의 반응에서는 아르곤(Ar) 등의 비활성 기체가 혼입되어 반응을 촉진하는 역할을 할 수도 있다.
도 4의 (a) 과정에서, HMDSO는 Si-O 사이의 결합이 해리된 후 그 일부가 SiO(CH3)3 상태로 증착되어 보호 층(120)을 형성한다. 반면, 도 4의 (b) 과정을 보면, HMDSO는 Si-O 사이의 결합이 해리된 후, 메틸기(CH3)가 산소 원자(O)로 치환되어 보호 층(120)이 생성된다. 이 때문에, 보호 층(120) 내에 탄소(C)와 수소(H)의 함량이 극히 적어진다. 즉, (b)과정에서는 유기 실리콘 화합물과 산소 (또는 일산화이질소, 오존)의 산화(oxidation) 반응을 통해 보호 층(120)이 생성된다.
도 4의 (a)와 같이 형성된 보호 층(120)에서, Si-CH3 결합에 포함된 수소들은 시간에 지남에 따라 확산된다. 수소는 상기 기술한 문제(TFT 특성 변동)를 발생시킨다. 반면 도 4의 (b)와 같이 형성된 보호 층(120)에서 Si-CH3 결합이 극히 적어서 수소 확산으로 인한 문제가 예방될 수 있다.
Si-CH3 결합이 보호 층(120)내에 적을수록 표시장치의 특성이 좋아진다. 특히 산화물(oxide) 반도체 층을 구비한 박막트랜지스터(Thin Film Transistor: TFT)를 포함하는 픽셀구동회로일수록 수소의 영향을 많이 받기 때문에, 본 명세서의 실시예는 산화물 TFT를 채용한 유기발광 표시장치에 적용되면 그 장점이 극대화될 수 있다.
Si-CH3 결합의 양은, Si-O 결합에 비해 미량(예: 1/1000 이하)인 것이 바람직하다. 화합물 내의 각종 결합을 정량적으로 측정하는 데에는 푸리에 변환 적외선 분광학(Fourier-transform infrared spectroscopy, FT-IR)이 사용될 수 있다. FT-IR은 간섭계를 사용하여 위상 변조한 적외선 영역의 백색광을 사용하는 적외선 분광학의 한 종류로서, 시료에 적외선을 비추어서 쌍극자 모멘트가 변화하는 분자 골격의 진동과 회전에 대응하는 에너지의 흡수를 측정하는 분석법을 말한다. 분자 내에서 원자는 진동이나 회전을 하고 있으며 이러한 움직임에 의해 분자는 적외선 영역의 특정 파장의 빛을 흡수한다. 흡수되는 빛의 파장은 분자의 크기나 다른 부분의 구조와는 거의 무관하게 분자 내의 원자 간 결합에 좌우된다. 따라서 이를 해석하면 원자의 결합의 종류나 분자 내의 관능기 등에 대한 정보를 얻을 수 있다.
도 5의 그래프는 도 4의 과정을 통해 생성된 보호 층을 FT-IR로 분석한 결과이다. 도 5의 (a)는 도 4의 (a) 과정으로 생성된 보호 층을 분석한 그래프이고, 도 5의 (b)는 도 4의 (b) 과정으로 생성된 보호 층을 분석한 그래프이다. 특정 파장에 반응하는 특정 결합은 그래프 상에서 피크로 나타내는데, (a)에서는 Si-CH3 결합에 대응되는 파장에서 피크가 보이지만, (b)에서는 보이지 않는다. 즉, 도 4의 (b) 과정으로 생성된 보호 층에는 Si-CH3 결합이 거의 존재하지 않는다.
FT-IR 분석을 통해 특정 결합을 정량적으로 측정할 때, 도 5와 같은 그래프에서 해당 결합이 나타나는 구간을 적분하고, 그 값을 해당 결합의 밀도(intensity)로 표현하기도 한다. 도 5의 (a)에서 Si-CH3 결합 대 Si-O 결합의 밀도비는 약 4/1000 이고, (b)에서는 0에 근접한 값을 나타내었다. 또한 도 5의 (a), (b)의 특성을 갖는 시료에 대한 신뢰성 평가 결과, 표 1과 같이, (a)와 같은 특성의 시료에서는 모두 강휘점이 발생하였고, (b)와 같은 특성의 시료에서는 모두 강휘점이 발생하지 않았다.
(a) (b)
강휘점 발생현황 발생
@300hrs		 미발생
@850hrs
Panel 수량
(발생/총 수량)		 4/4 0/11
FT-IR(Si-CH3/SiOX*10,000) 41 0
발명자들은 여러 차례의 실험 결과. Si-CH3 결합 대 Si-O 결합의 비가 약 1/1000 이하일 때, 휘점 불량이 발생하지 않았음을 관찰하였다.
Si-CH3 결합을 최소화하기 위하여는, 반응 기체(HMDSO 및 O2/O3/N2O)의 비율, 공정 온도, 공정 압력, 반응 기체를 플라즈마 상태로 만들기 위한 에너지(RF 전력 등) 등이 고려되어야 한다.
본 명세서의 실시예들은, 보호 층을 증착하는 공정에서 유기 실리콘 화합물을 사용하면서, 또한 유기 실리콘 화합물을 플라즈마 상태의 산소(O2), 오존(O3) 또는 일산화이질소(N2O)와 반응시킴으로써 SiH4 또는 NH3를 기반으로 생성된 보호 층에 비하여 신뢰성이 향상된 표시장치(예: 산화물 박막트랜지스터(oxide TFT)의 임계 전압(Vth) 변동이 감소된 표시장치)를 제공할 수 있다. 이상에서의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 나타낸 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 구성의 결합, 분리, 치환 및 변경 등의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 유기발광 표시장치
110: TFT 어레이 기판
120: 보호 층
140: 접착 층
190: 봉지 기판

Claims (11)

  1. 어레이 기판 위에 있는 픽셀구동회로 및 유기발광 소자;
    상기 픽셀구동회로 및 유기발광 소자를 덮어 수분의 침투를 막는 보호 층; 및
    상기 보호 층 상의 접착 층을 포함하며,
    상기 보호 층은 유기 실리콘 화합물 기반의 무기 박막이고, Si-O 결합의 양에 비해 1/1000 이하의 Si-CH3 결합을 포함하는 유기발광 표시장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 보호 층은, 상기 유기 실리콘 화합물이 산소와 결합하는 산화(oxidation) 반응을 통해 생성된 유기발광 표시장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 보호 층은, 플라즈마 상태의 상기 유기 실리콘 화합물이 플라즈마 상태의 산소(O2), 일산화이질소(N2O), 또는 오존(O3)과 반응함으로써 생성된 유기발광 표시장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 유기 실리콘 화합물은 HMDSO(hexamethyldisiloxane) 또는 HMDSN(Hexamethyldisilazane)인 유기발광 표시장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 보호 층은, 상기 HMDSO 또는 HMDSN에서 Si와 결합된 CH3가 O로 치환되어 증착된 유기발광 표시장치.
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 픽셀구동회로는 산화물(oxide) 반도체 층을 구비한 박막트랜지스터(Thin Film Transistor: TFT)를 포함하는 유기발광 표시장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    실란(SiH4) 또는 암모니아(NH3)를 기반으로 생성된 보호 층에 비하여 상기 박막트랜지스터의 임계 전압(Vth) 변동이 감소된 유기발광 표시장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 접착 층은, 수분흡습제를 포함한 수지(resin)로 구성된 제1 접착층 및 투명한 수지로 구성된 제2 접착층을 포함하는 유기발광 표시장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 접착층은, 상기 접착 층을 사이에 두고 상기 어레이 기판과 대향하는 봉지 기판과 접착되고,
    상기 제2 접착층은 상기 보호 층 및 상기 보호 층 외곽의 어레이 기판과 접착된 유기발광 표시장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 봉지 기판은 유리, 폴리머(polymer) 또는 금속인 유기발광 표시장치.
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