KR100484400B1 - 액티브 매트릭스형 유기전계발광소자에서의전원전압강하를 줄이기 위한 배선 구조 및 그배선방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기전계발광소자를 이용한 패널에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유기전계발광다이오드와 박막트랜지스터에 전원을 공급하는 전원전위배선, VDD배선의 확장을 가능하게 하여 전압강하의 화질 불안정 요소를 제거할 수 있는 배선 구조 및 그 방법에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은 다수의 박막트랜지스터와 유기전계발광다이오드 소자가 형성되어 엑티브영역으로 정의되고, 상기 엑티브영역의 일측에는 상기 각 박막트랜지스터와 유기전계발광다이오드로 전원을 공급하는 전원전위(VDD) 배선이 형성되어 있는 제 1 기판과, 상기 제 1기판과 대향되어 상기 박막트랜지스터와 유기전계발광다이오드소자를 보호하기 위해 씰패턴에 의해 결합되는 제 2 기판으로 구성되는 유기전계발광소자에 있어서, 상기 제 2 기판의 내면에 형성된 도전성 배선과; 상기 제 1 기판에 형성된 전원전위배선과 상기 제 2 기판에 형성된 도전성 배선을 전기적으로 연결하는 도전결합물을 포함하는 액티브 매트릭스형 유기전계발광소자에서의 전원전압강하를 줄이기 위한 배선 구조를 제시한다.

Description

액티브 매트릭스형 유기전계발광소자에서의 전원전압강하를 줄이기 위한 배선 구조 및 그 배선방법{Electric wiring and the method for Voltage stability}

본 발명은 유기전계발광소자(Organic Electroluminescent Device)에 관한 것으로, 특히 액티브 매트릭스형 유기전계발광소자에서의 전원전압강하를 줄이기 위한 배선 구조 및 그 배선방법에 관한 것이다.

유기물/고분자 LED는 반도체 성질을 갖는 유기물 또는 공액 고분자를 발광소재로 하여 이를 두 전극 사이에 끼워 놓고 전압을 가하면 전류가 발광소재 내로 흐르면서 유기물 또는 고분자로부터 빛이 발생되는 원리 (전기발광이라 부른다)를 이용하는 발광 디스플레이 소자이다. 구동측면에서 보면 현재 FPD로 크게 주목받고 있는 TFT LCD는 액정에 일정한 전압을 인가하여 백라이트에서 나오는 빛의 양을 조절하여 계조를 구현하므로 단위화소는 스위칭 역할을 하는 한 개의 TFT와 storage capacitor로만 구성된다. 이와는 달리 AMOLED는 소자 내에 흐르는 전류량에 따라 빛의 발광을 조절하여 계조를 구현하므로 단위화소는 스위칭 역할을 하는TFT와 ELD에 전류를 흘려주는 구동 TFT, 최소한 두개로 구성된다.

AMOLED(active matrix organic light emitting diode)란 바로 Active matrix위에 유기EL(Electro Luminescence)를 올려 만드는 디스플레이 소자로서, 유기EL 소자는 구조에 따라 패시브 매트릭스형(Passive Matrix)과 액티브 매트릭스형(Active Matrix)으로 나뉘어 질 수 있는 바, 그 작동원리를 간단히 살펴보면, 전원이 공급되면 전자가 이동하면서 전류가 흐르게 되는데 음극에서는 전자(-)가 전자수송층의 도움으로 발광층으로 이동하고, 상대적으로 양극에서는 Hole(+개념, 전자가 빠져나간 상태)이 Hole수송층의 도움으로 발광층으로 이동하게 된다. 유기물질인 발광층에서 만난 전자와 홀은 높은 에너지를 갖는 여기자를 생성하게 되는데 이때, 여기자가 낮은 에너지로 떨어지면서 빛을 발생하게 된다. 발광층을 구성하고 있는 유기물질이 어떤 것이냐에 따라 빛의 색깔을 달라지게 되며, R, G, B를 내는 각각의 유기물질을 이용하여 Full Color를 구현할 수 있는 것이다. 이는 단순히 pixel을 열고 닫는 기능을 하는 LCD와는 달리 직접 발광하는 유기물을 이용한다는 점이 특징이다.

이렇듯 새로운 평판 디스플레이(FPD ; Flat Panel Display)중 하나인 유기전계발광 소자는 자체발광형이기 때문에 액정표시장치에 비해 시야각, 콘트라스트 등이 우수하며 백라이트가 필요하지 않기 때문에 경량박형이 가능하고, 소비전력 측면에서도 유리하다. 그리고, 직류저전압 구동이 가능하고 응답속도가 빠르며 전부 고체이기 때문에 외부충격에 강하고 사용온도범위도 넓으며 특히 제조비용 측면에서도 저렴한 장점을 가지고 있다.

특히, 상기 유기전계발광 소자의 제조공정에는, 액정표시장치나 PDP(Plasma Display Panel)와 달리 증착(deposition) 및 인캡슐레이션(encapsulation) 장비가 전부라고 할 수 있기 때문에, 공정이 매우 단순하다.

종래에는 이러한 유기전계발광 소자의 구동방식으로 별도의 스위칭 소자를 구비하지 않는 패시브 매트릭스형(passive matrix)이 주로 이용됐었다.

그러나, 상기 패시브 매트릭스 방식에서는 주사선(scan line)과 신호선(signal line)이 교차하면서 매트릭스 형태로 소자를 구성하여, 각각의 픽셀을 구동하기 위하여 주사선을 시간에 따라 순차적으로 구동하므로, 요구되는 평균 휘도를 나타내기 위해서는 평균 휘도에 라인수를 곱한 것 만큼의 순간 휘도를 내야만 한다.

그러나, 액티브 매트릭스 방식에서는, 픽셀(pixel)을 온/오프(on/off)하는 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Thin Film Transistor)가 화면이 구현되는 최소단위 영역으로 정의되는 서브픽셀(sub pixel)별로 위치하고, 이 박막트랜지스터와 연결된 제 1 전극은 서브픽셀 단위로 온/오프되고, 이 제 1 전극과 대향하는 제 2 전극은 공통전극이 된다.

그리고, 상기 액티브 매트릭스 방식에서는 데이터전압이 스토리지 캐패시터(CST ; storage capacitor)에 충전되어 있어, 그 다음 프레임(frame) 신호가 인가될 때까지 전원을 인가해 주도록 함으로써, 주사선 수에 관계없이 한 프레임동안 계속해서 구동한다.

따라서, 액티브 매트릭스 방식에 의하면 낮은 전류를 인가하더라도 동일한 휘도를 나타내므로 저소비전력, 고정세, 대형화가 가능한 장점을 가진다.

이하, 이러한 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자의 기본적인 구조 및 동작특성에 대해서 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 일반적인 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자의 기본 픽셀 구조를 나타낸 도면이다.

도시한 바와 같이, 제 1 방향으로 주사선이 형성되어 있고, 이 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 형성되며, 서로 일정간격 이격된 신호선 및 전력공급 라인(powersupply line:VDD)이 형성되어 있어, 하나의 서브픽셀 영역을 정의한다.

상기 주사선과 신호선의 교차지점에는 어드레싱 엘리먼트(addressing element)인 스위칭 박막트랜지스터(switching TFT)가 형성되어 있고, 이 스위칭 박막트랜지스터 및 전력공급 라인(VDD)과 연결되어 스토리지 캐패시터(C_ST)가 형성되어 있으며, 이 스토리지 캐패시터(C_ST) 및 전력공급 라인(VDD)과 연결되어, 전류원 엘리먼트(current source element)인 구동 박막트랜지스터가 형성되어 있고, 이 구동 박막트랜지스터와 연결되어 유기전계발광 다이오드(Electroluminescent Diode)가 구성되어 있다.

이 유기전계발광 다이오드는 유기발광물질에 순방향으로 전류를 공급하면, 정공 제공층인 양극(anode electrode)과 전자 제공층인 음극(cathode electrode)간의 P(positive)-N(negative) 접합(Junction)부분을 통해 전자와 정공이 이동하면서 서로 재결합하여, 상기 전자와 정공이 떨어져 있을 때보다 작은 에너지를 가지게 되므로, 이때 발생하는 에너지 차로 인해 빛을 방출하는 원리를 이용하는 것이다.

상기 유기전계발광 소자는 유기전계발광 다이오드에서 발광된 빛의 진행방향에 따라 상부 발광방식(top emission type)과 하부 발광방식(bottom emission type)으로 나뉜다.

이하, 도 2는 종래의 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자에 대한 개략적인 단면도이다.

도시한 바와 같이, 화면을 구현하는 최소단위인 서브픽셀 영역이 정의된 제 1 기판(10) 내부면에 서브픽셀 단위로 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있고, 박막트랜지스터(T)와 연결되어 서브픽셀 단위로 제 1 전극(12)이 형성되어 있으며, 제 1 전극(12) 하부에서 제 1 전극(12)의 가장자리부를 덮으며, 제 1 전극(12)의 주영역을 개구부(14)로 가지는 층간 절연막(16)이 형성되어 있고, 층간 절연막(16) 하부에는 전술한 개구부(14)를 통해 제 1 전극(12)과 연결되는 유기전계발광층(18)이 형성되어 있으며, 유기전계발광층(18)을 덮는 기판 전면에는 제 2 전극(20)이 형성되어 있다.

전술한 서브픽셀은 적, 녹, 청 컬러를 발광시키는 적, 녹, 청 서브픽셀로 이루어지고, 적, 녹, 청 서브픽셀은 하나의 픽셀(화소) 단위를 이룬다.

상기 제 1, 2 전극(12, 20) 그리고, 제 1, 2 전극(12, 20) 사이에 개재된 유기전계발광층(18)은 유기전계발광 다이오드 소자(E)를 이룬다.

상기 박막트랜지스터(T)는 반도체층(2), 게이트 전극(4), 소스 전극(6) 및 드레인 전극(8)으로 이루어지고, 상기 제 1 전극(12)은 실질적으로 소스전극(8)과의 연결을 통해 박막트랜지스터(T)로부터 전류를 공급받는다.

도 2에는 상세히 제시하지는 않았지만, 상기 유기전계발광 소자용 박막트랜지스터는 게이트 배선 및 데이터 배선이 교차되는 지점에 위치하여 스위칭 소자 역할을 하는 스위칭 박막트랜지스터와, 상기 스위칭 박막트랜지스터의 드레인 전극 및 전력공급 배선(VDD)과 연결되어 유기전계발광 다이오드 소자(E)에 전류를 공급하는 구동 박막트랜지스터로 이루어지며, 도면상의 박막트랜지스터(T)는 구동 박막트랜지스터에 해당된다.

그리고, 상기 제 1 기판(10)과 대향되고, 상기 유기전계발광 다이오드 소자(E)와 일정간격 이격되게 인캡슐레이션용 기판인 제 2 기판(22)이 배치되어 있고, 상기 제 1, 2 기판(10, 22)기판 간의 가장자리부는 씰패턴(30)에 의해 봉지되어 있다.

그리고, 상기 제 2 기판(22)의 내부 중앙부에는 오목부(24)가 형성되어 있으며, 오목부(24) 내에는 흡습제(26)가 내포되어 있고 흡습제(26)가 내포된 기판 내부면에는 테이프(28)가 부착되어 있다.

상기와 같은 패널 구성을 가지는 액티브 매트릭스형 유기전계발광소자는 상기 유기전계발광다이오드의 애노드측으로 전원을 공급하기 위한 VDD배선은 패널상의 패드를 통해 상기 각 서브픽셀에 전원을 공급하게 된다.

즉, 도 3에 상기 액티브 매트릭스형 유기전계발광소자를 이용한 서브픽셀이 집중된 액티브영역에 전원을 공급하기 위한 패널상의 VDD배선의 개략도를 도시하고 있다.

그러나 상기 도 3에서와 같은 제 1 기판(10) 상의 전원전위(VDD) 배선(50)의 구성에서는 상기 전원배선(VDD)에서의 전압강하가 적어야 상기 N번째(N th) 픽셀까지 상기 첫 번째 픽셀(1st)과 동일한 전압이 공급되어 패널 상의 화질이 균일하게 표현되는데 실제로는 그러하지 못하고 있다.

이는 상기 전원전위(VDD)가 N번째 화소까지 전달되는 VDD배선 자체가 고해상도 패널 구성상(layout)의 문제로 인해 배선폭(Width)과 배선의 두께에 한계를 가지고 있기 때문이다.

그 원인을 이하 도체의 저항을 구하는 공식,

R = ρ * (L/A) (단위:Ω) (ρ:저항율, L:길이, A:단면적)

에서 추론할 수 있듯이, 패널 구성상의 문제로 인해 배선폭을 넓히지 못할 경우, 배선의 길이에 비례하여 배선 자체의 저항이 증대되기 때문에 N번째(N th)화소의 경우 VDD배선자체의 저항에 의해 전압강하가 발생하게 되는 것이다.

이는 결국 상기 VDD배선의 폭을 넓히거나 두께를 늘이는 현실적인 방안을 통해 해결해야 하는데 패널의 설계상 고해상도로 갈수록 일 화소가 차지하는 영역이 더욱 협소해지는 특성으로 인해 이러한 문제를 해결하기에 어려움이 있음은 자명한 현실이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 각 화소에 전원을 공급하는 배선의 영역을 더욱 확장하여 배선 자체의 저항에 의한 전압강하 문제를 해결하여 화질의 균일도를 유지하는 데에 그 주목적이 있다.

또한 이는 기존의 패널 배선에 영향을 주지 않으면서 그 설계를 가능하게 하는 독특한 방안을 제시하는데 또다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 다수의 박막트랜지스터와 유기전계발광다이오드 소자가 형성되어 엑티브영역으로 정의되고, 상기 엑티브영역의 외측에는 상기 각 박막트랜지스터와 유기전계발광다이오드로 전원을 공급하는 전원전위(VDD) 배선이 형성되어 있는 제 1 기판과, 상기 제 1기판과 대향되어 상기 박막트랜지스터와 유기전계발광다이오드소자를 보호하기 위해 씰패턴에 의해 결합되는 제 2 기판으로 구성되는 유기전계발광소자에 있어서, 상기 제 2 기판의 내면에 형성된 도전성 배선과; 상기 제 1 기판에 형성된 전원전위배선과 상기 제 2 기판에 형성된 도전성 배선을 전기적으로 연결하는 도전결합물을 포함하는 액티브 매트릭스형 유기전계발광소자에서의 전원전압강하를 줄이기 위한 배선 구조를 제안한다.

여기서 상기 제 2 기판에 형성되는 도전성 배선은 상기 제 1 기판에 형성된 전원전위 배선의 일부 또는 동일한 패턴을 가지는 것을 특징으로 한다.

아울러 상기 도전결합물은 은(Ag)인 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따른 배선구조를 형성하기 위해, 상기 제 1 기판에 박막트랜지스터와 유기전계발광다이오드 소자와 전원전위(VDD) 배선을 형성하는 단계와; 상기 제 1 기판의 전원전위 배선에서 도전로를 확장할 배선 구역을 설정하여 도전성 배선에 대한 패턴을 설계하는 단계와; 상기 설계된 도전성 배선을 상기 제 1 기판과 결합되는 상기 제 2 기판의 내면에 형성하는 단계와; 상기 제 1 기판의 전원전위 배선과 상기 제 2 기판의 도전성 배선을 상기 도전결합물을 이용해 최소 2 지점 이상 결합하는 단계를 포함하는 액티브 매트릭스형 유기전계발광소자에서의 전원전압강하를 줄이기 위한 배선 방법을 제안한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액티브 매트릭스형 유기전계발광소자에서의 전원전압강하를 줄이기 위한 배선 구조 및 그 배선방법에 대해 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 액티브 매트릭스형 유기전계발광소자에서의 전원전압강하를 줄이기 위한 배선 구조를 형성한 유기전계발광소자의 패널 단면도인데 배선구조 위주로 보여주기 위한 도면이다.

상기 도 4에서 하부에 위치한 것이 다수의 박막트랜지스터(미도시)와 유기전계발광다이오드(미도시)와 전원전위(VDD)(50) 배선이 형성되는 제 1 기판(10)이고, 상부에 위치한 것이 본 발명에 따른 도전성 배선(60)이 부가된 제 2 기판(22)이다. 상기 VDD배선(50)과 도전성배선(60)과의 연결은 도전결합체(70)를 이용해 전기적으로 연결되고 있다.

상기 도전성배선(60)은 상기 VDD배선(50)과 동일한 재질의 금속 또는 도전성을 가지는 소재라면 모두 이용 가능하겠다.

상기 도전성배선(60)과 VDD배선(50)는 최소 2군데 이상 상기 도전결합체(70)를 이용해 결합되는 것이 도전을 위해 당연하며, 상기 도전결합체의 재료는 LCD 패널의 제조공정에서 사용하는 은(Ag)을 이용한 점(Dot)형식이 바람직하나 도전이 가능한 기타 물질도 사용 가능하다.

상기와 같이 도전성배선(60)을 부가한 뒤 상기 VDD배선과 결합하여 사용할 경우, 상기 VDD배선(50)의 도전로를 확장시켜주는 역할을 수행하는 결과가 되므로 상기 VDD배선(50)의 배선폭 확장 또는 두께의 늘임이 필요 없이 VDD배선(50)자체에 의한 전압강하 문제를 해결할 수 있는 것이다.

도 5a와 5b는 각각 상기 도 4와 같이 도시된, 본 발명에 따른 액티브 매트릭스형 유기전계발광소자에서의 전원전압강하를 줄이기 위한 배선방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 상기 배선방법의흐름을 도시한 흐름도이다.

먼저 상기 제1 기판(10)상에는 다수의 박막트랜지스터와 유기전계발광다이오드 소자가 구성되어 다수의 서브픽셀의 결합구조인 화소부를 이루고 있는 액티브영역(Active Area)이 구성되고, 또한 상기 각 서브픽셀로 전원을 인가하기 위한 전원전위인 VDD배선(50)이 상기 액티브영역의 측면에 형성되어 있다.(S1)

상기와 같이 구성작업이 완료된 상기 제 1 기판의 전원전위 배선에서 상기 도전성배선(60)을 이용해 도전로를 확장할 배선 구역을 설정하고 이에 대한 패턴을 설계한다. (S2)

상기 설계된 도전성 배선을 도 5a에서와 같이, 상기 제 1 기판(50)과 결합되는 상기 제 2 기판(22)의 내면에 형성한다.(S3)

상기와 같이 제 1 기판(10)의 VDD배선(50)의 도전로를 확장하기 위한 도전성배선(60)이 형성된 제 2 기판(22)을 결합하기 위해, 도 5b와 같이, 상기 제 1 기판(50)의 전원전위 배선(VDD)(50)과 상기 제 2 기판(22)의 도전성 배선(60)이 결합될 부분에 은(Ag)을 최소 2 지점 이상 접착한 후 상기 제 1 기판(50)과 제 2 기판(60)을 결합한다.(S4)

상기와 같이 전술한 본 발명에 따른 액티브 매트릭스형 유기전계발광소자에서의 전원전압강하를 줄이기 위한 배선 구조 및 그 배선방법은 고해상도와 콤팩트한 모델을 지향하는 평면표시장치(FPD) 모델에 있어서 그 활용가능성을 예시하고 있으며, 또한 구조적인 발전과 더불어 화질의 안정화를 수행할 수 있는 방법이라는 점이 가장 큰 장점일 것이다.

도 1은 일반적인 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자의 기본 픽셀 구조를 나타낸 도면

도 2는 종래의 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자에 대한 개략적인 단면도

도 3에 상기 액티브 매트릭스형 유기전계발광소자를 이용한 화소부가 집중된 액티브영역에 전원을 공급하기 위한 패널상의 VDD배선

도 4는 본 발명에 따른 액티브 매트릭스형 유기전계발광소자에서의 전원전압강하를 줄이기 위한 배선 구조를 형성한 유기전계발광소자의 패널 단면도

도 5a와 5b는 각각 본 발명에 따른 액티브 매트릭스형 유기전계발광소자에서의 전원전압강하를 줄이기 위한 배선방법을 설명하기 위한 도면

도 6은 상기 배선방법의흐름을 도시한 흐름도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 제 1 기판 22 : 제 2 기판

50 : VDD배선 60 : 도전성 배선

70 : 도전결합체

Claims (4)

1. 다수의 박막트랜지스터와 유기전계발광다이오드 소자가 형성되어 엑티브영역으로 정의되고, 상기 엑티브영역의 외측에는 상기 각 박막트랜지스터와 유기전계발광다이오드로 전원을 공급하는 전원전위(VDD) 배선이 형성되어 있는 제 1 기판과, 상기 제 1기판과 대향되어 상기 박막트랜지스터와 유기전계발광다이오드소자를 보호하기 위해 씰패턴에 의해 결합되는 제 2 기판으로 구성되는 유기전계발광소자에 있어서,

   상기 제 2 기판의 내면에 형성된 도전성 배선과;

   상기 제 1 기판에 형성된 전원전위배선과 상기 제 2 기판에 형성된 도전성 배선을 전기적으로 연결하는 도전결합물

   을 포함하는 액티브 매트릭스형 유기전계발광소자에서의 전원전압강하를 줄이기 위한 배선 구조
2. 청구항 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 기판에 형성되는 도전성 배선은 상기 제 1 기판에 형성된 전원전위 배선의 일부 또는 동일한 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스형 유기전계발광소자에서의 전원전압강하를 줄이기 위한 배선 구조
3. 청구항 제 1 항에 있어서,

   상기 도전결합물은 은(Ag)인 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스형 유기전계발광소자에서의 전원전압강하를 줄이기 위한 배선 구조
4. 다수의 박막트랜지스터와 유기전계발광다이오드 소자가 형성되어 엑티브영역으로 정의되고, 상기 엑티브영역의 외측에는 상기 각 박막트랜지스터와 유기전계발광다이오드로 전원을 공급하는 전원전위(VDD) 배선이 형성되어 있는 제 1 기판과, 상기 제 1기판과 대향되어 상기 박막트랜지스터와 유기전계발광다이오드소자를 보호하기 위해 씰패턴에 의해 결합되는 제 2 기판으로 구성되는 유기전계발광소자에 있어서, 상기 제 2 기판의 내면에 형성된 도전성 배선과; 상기 제 1 기판에 형성된 전원전위배선과 상기 제 2 기판에 형성된 도전성 배선을 전기적으로 연결하는 도전결합물을 포함하여 구성되는 액티브 매트릭스형 유기전계발광소자에서의 전원전압강하를 줄이기 위한 배선 구조를 형성하기 위해,

   상기 제 1 기판에 박막트랜지스터와 유기전계발광다이오드 소자와 전원전위(VDD) 배선을 형성하는 단계와;

   상기 제 1 기판의 전원전위 배선에서 도전로를 확장할 배선 구역을 설정하여 도전성 배선에 대한 패턴을 설계하는 단계와;

   상기 설계된 도전성 배선을 상기 제 1 기판과 결합되는 상기 제 2 기판의 내면에 형성하는 단계와;

   상기 제 1 기판의 전원전위 배선과 상기 제 2 기판의 도전성 배선을 상기 도전결합물을 이용해 최소 2 지점 이상 결합하는 단계

   를 포함하는 액티브 매트릭스형 유기전계발광소자에서의 전원전압강하를 줄이기 위한 배선 방법