KR100497094B1 - 하이브리드 구조 유기전계 발광소자 및 그의 제조방법 - Google Patents
하이브리드 구조 유기전계 발광소자 및 그의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
유기전계 발광소자는 저분자 물질 또는 고분자 물질을 발광층으로 하여 구성된다. 그러나 고분자 물질을 이용한 유기전계 발광소자는 청색 고분자 물질이 적색 및 녹색 고분자 물질에 비해 그 수명이 짧은 것이 단점이다. 또한 저분자 물질을 이용한 유기전계 발광소자는 저분자 물질층을 섀도우 마스크를 이용한 열증착법에 의해 형성하는데, 이는 대면적 기판에 적용시 상기 섀도우 마스크의 휨현상 등으로 불량률이 높아지며 화질저하의 요소가 되고 있다.
따라서, 본 발명에서는 상기 고분자 물질 및 저분자 물질을 동시에 적용하는 하이브리드 구조의 유기전계 발광소자를 구성함으로써 고분자 물질만으로 이루어진 유기전계 발광소자의 단점인 청색 발광층의 수명을 연장하고, 동시에 섀도우 마스크 없이 공정을 진행함으로써 대면적 기판 적용시에도 불량률 상승 및 화질저하의 요소를 제거함으로써 고품질의 하이브리드 구조 유기전계 발광소자를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 유기전계 발광소자(Organic Electro-luminescent Device)에 관한 것으로, 특히 하이브리드(hybrid) 구조의 유기전계 발광소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근에 액정표시장치(LCD ; Liquid Crystal Display Device)는 가볍고 전력 소모가 적은 장점이 있어, 평판 디스플레이(FPD ; Flat Panel Display)로서 현재 가장 많이 사용되고 있다.
그러나, 액정표시장치는 자체 발광소자가 아니라 수광소자이며 밝기, 콘트라스트(contrast), 시야각, 그리고 대면적화 등에 기술적 한계가 있기 때문에 이러한 단점을 극복할 수 있는 새로운 평판디스플레이를 개발하려는 노력이 활발하게 전개되고 있다.
새로운 평판디스플레이 중 하나인 유기전계 발광소자는 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 유기전계 발광소자의 제조공정에는, 액정표시장치나 PDP(Plasma Display Panel)와 달리 증착 및 봉지(encapsulation) 장비가 전부라고 할 수 있기 때문에, 공정이 매우 단순하다.
유기전계 발광소자는 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.
이러한 유기전계 발광소자를 풀컬러(full-color) 제품으로 제작하기 위해서는, 적, 녹, 청의 3 원색 발광재료가 요구되는데, 종래에는 3원색의 발광층을 전부 고분자계 발광물질을 사용하거나, 또는 저분자계열 발광물질을 사용하여 풀컬러 제품을 제작하였다.
이하, 적, 녹, 청 발광층을 구성하는 유기전계 발광소자에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 종래의 고분자 발광층을 포함하는 유기전계 발광소자의 한 픽셀부에 대한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 화면을 구현하는 최소 단위인 적, 녹, 청 서브픽셀(Pr, Pg, Pb)이 정의된 기판(10) 상에, 서브픽셀 단위로 반도체층(12), 게이트 전극(14), 소스 전극(16) 및 드레인 전극(18)으로 이루어진 박막 트랜지스터(T)가 형성되어 있고, 상기 반도체층(12)과 소스 및 드레인 전극(16, 18) 사이에는 상기 반도체층(14)을 일부 노출시키는 층간 절연막(15)이 형성되어 있으며, 상기 층간 절연막(15)의 노출된 부분을 통해 반도체층(12)과 접촉하며 소스 및 드레인 전극(16, 18)이 형성되어 있으며, 상기 박막 트랜지스터(T)를 덮는 영역에는 드레인 전극(18)을 일부 노출시키는 드레인 콘택홀(20)을 가지는 보호층(22)이 형성되어 있고, 보호층(22) 상부에는 드레인 콘택홀(20)을 통해 드레인 전극(18)과 연결되는 제 1 전극(24)이 서브픽셀(Pr, Pg, Pb) 단위로 패터닝되어 있으며, 상기 박막 트랜지스터(T)의 보호층(22) 위로 오버랩되며, 제 1 전극(24)의 양끝 일부를 각각 덮는 버퍼패턴(28 ; buffer pattern)이 형성되어 있고, 상기 버퍼패턴(28) 영역 내에는 기둥형상의 뱅크(30 ; bank)가 형성되어 있다.
이때, 상기 버퍼패턴(28) 및 뱅크(30)는 적, 녹, 청 서브픽셀(Pr, Pg, Pb) 영역별 경계부를 두르는 위치에 형성되어, 상기 뱅크(30)를 경계부로 하여 적, 녹, 청 서브픽셀(Pr, Pg, Pb) 영역 내에는 제 1 캐리어 전달층(32), 발광층(34), 제 2 캐리어 전달층(36)이 차례대로 형성되어 있다.
상기 캐리어 전달층(32), 발광층(34), 제 2 캐리어 전달층(36)은 고분자 물질로 이루어지고, 용액상(solution state) 도포 방식을 이용하여 형성된 것을 특징으로 하고, 상기 발광층(34)은 적, 녹, 청 발광층(34a, 34b, 34c)이 적, 녹, 청 서브픽셀(Pr, Pg, Pb) 영역별로 차례대로 배열된 구조를 가진다.
그리고, 상기 제 2 캐리어 전달층(36) 및 뱅크(30)를 덮는 기판 전면에는 제 2 전극(38)이 형성되어 있다.
도면으로 상세히 제시하지는 않았지만, 상기 제 1 전극(24)이 양극, 제 2 전극(38)이 음극에 해당될 경우, 상기 제 1 캐리어 전달층(32)은 정공 수송층(Hole-Transport Layer)으로 이루어지고, 제 2 캐리어 전달층(36)은 전자 수송층(Electron-Transport Layer)으로 이루어진다.
이러한, 고분자 발광층을 포함하는 유기전계 발광소자는, 청색에 해당하는 발광 고분자 물질이 적색, 녹색의 발광 고분자 물질에 비하여 수명이 상당히 떨어지는 문제점이 있다. 예를들어 100cd/m2 밝기로 발광시 적색 및 녹색 발광 고분자 물질은 3,000시간 내지 10,000시간 수명을 지니는 반면, 청색 고분자 물질은 대략 300시간 내지 1000시간 정도의 수명을 지니는 것을 실험적으로 알 수 있었다.
이는, 고분자 청색 발광물질의 합성시 분자 결함에 의해 불순물이 생성되어, 해당 컬러의 발광효율 및 수명이 저하되는 것으로 분석되고 있다.
저분자 발광 물질을 이용한 유기전계 발광소자 제품의 경우, 상기 발광층의 증착에 있어 섀도우 마스크(shadow mask)를 이용한 열증착법(thermal evaporation)을 주로 이용하게 된다. 이는 저분자 발광물질은 용매에 녹여 용액상으로 만드는 과정 진행시 발광특성 또한 없어지므로 용액상으로 만들어 도포하는 방식이 아닌 증착방식을 이용한다. 이때 상기 섀도우 마스크를 이용한 열증착법은 발광재료의 이용률이 낮고, 기판의 사이즈가 커질 경우 상기 섀도우 마스크의 처짐 현상이 심하게 발생하여 마스킹이 제대로 이루어지지 않아, 화질저하등의 문제를 일으켜 대면적 기판 대응이 어려운 실정이다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 고분자 발광 물질의 특정 컬러 결함 문제를 해결하면서, 대면적 기판에도 용이하게 적용할 수 있는 구조의 유기전계 발광소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 위하여, 본 발명에서는 고분자 발광층과 저분자 발광층을 모두 가지는 하이브리드(hybrid) 구조를 제안한다. 잉크젯 프린팅법 또는 노즐 코팅에 의해 고분자 발광층을 해당 컬러 서브픽셀 영역에 형성한 다음, 섀도우 마스크 없이 열증착법에 의해 청색 저분자 발광층을 액티브 영역 전면에 형성한다. 이때, 상기 고분자 및 저분자 발광 물질 사이에 금속박막을 형성함으로써 상기 금속박막이 적 및 녹 서브픽셀에서는 제 2 전극으로 작용하게 하고, 청 서브픽셀에서는 단지 전도체로써 작용하게 한다.
전술한 구성은 청 서브픽셀에서만 청색 발광층을 구성하는 것이 가능하며, 청색 발광층의 수명을 길게 할 수 있는 장점이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 유기전계 발광소자는 적, 녹, 청 서브픽셀이 정의되어 있는 기판과; 상기 기판 상에 서브픽셀 단위로 구성된 스위칭 소자와; 상기 스위칭 소자와 연결되며, 서브픽셀 단위로 패터닝 된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극의 주영역을 노출시키며 상기 서브픽셀 영역별 경계부에 구성된 수직뱅크 및 청 서브픽셀 열의 마지막 청 서브픽셀 하부에 형성된 수평뱅크와; 상기 수직뱅크를 경계부로 하여, 상기 서브픽셀 영역에 구성된 캐리어 전달층과; 상기 뱅크를 경계부로 하여, 상기 적, 녹 서브픽셀 영역에 구성된 적, 녹의 고분자 발광층과; 상기 적, 녹 서브픽셀의 적, 녹의 고분자 발광층과 청 서브픽셀의 제 1 전극 위에 형성된 금속박막과; 상기 적, 녹, 청 서브픽셀의 금속박막 위에 구성된 청색 저분자 발광층과; 상기 청색 저분자 발광층 위에 구성된 제 2 전극을 포함하여 구성된다.
이때, 제 1 전극과 수직뱅크 사이에는, 박막 트랜지스터와 오버랩되며, 상기 제 1 전극의 양끝 일부를 덮도록 구성된 버퍼패턴을 더욱 포함한다.
또한, 상기 제 1 전극은 양극(anode electrode)이고, 상기 제 2 전극은 음극(cathode electrode)이며, 상기 캐리어 전달층은 정공 수송층(Hole-Transport Layer)이며, 상기 금속박막은 적, 녹 서브픽셀에서는 제 2 전극과 전기적 연결되어 제 2 전극의 역할을 하고, 청 서브픽셀에서는 제 2 전극과 연결되지 않고 제 1 전극과 접촉하여 전도체 역할을 하는 것이 특징이다.
이때, 상기 금속박막은 알루미늄, 칼슘 또는 이들의 합금으로 이루어지며, 500Å이하의 두께로 형성된다.
상기 제 2 전극은 패널 공통전극과 전기적으로 연결된 것이 특징이다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 구조 유기전계 발광소자의 제조방법은 적, 녹, 청 서브픽셀이 정의되어 있는 기판 상에 서브픽셀 단위로 스위칭 소자인 박막 트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 연결되며, 서브픽셀 단위로 제 1 전을 형성하는 단계와; 상기 제 1 전극의 주영역을 노출시키며 상기 서브픽셀 영역별 경계부에 수직뱅크 및 스트라이프 타입의 청 서브픽셀 열의 마지막 청 서브픽셀 하부에 수평뱅크를 형성하는 단계와; 상기 수직뱅크를 경계부로 하여, 적, 녹 서브픽셀 내에 고분자 물질인 캐리어 전달층을 형성하는 단계와; 상기 적, 녹 서브픽셀 내의 캐리어 전달층 위로 적, 녹의 고분자 발광층을 각각 형성하는 단계와; 상기 적, 녹 서브픽셀의 적, 녹 고분자 발광층과 청 서브픽셀의 제 1 전극 위로 금속박막을 형성하는 단계와; 상기 적, 녹, 청 서브픽셀의 금속박막 위로 청색 저분자 발광층을 형성하는 단계와; 상기 청색 저분자 발광층 위로 적 및 녹 서브픽셀 내의 금속박막과 전기적으로 연결된 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 캐리어 전달층 및 적, 녹의 고분자 발광층은 잉크젯 프린팅(ink-jet printing) 방식 또는 노즐 코팅 방식으로 형성되며, 상기 청색 저분자 발광층은 열증착법에 의해 섀도우 마스크 없이 형성된다.
또한, 상기 청 서브픽셀 열의 마지막 청 서브픽셀 하부에 형성된 수평뱅크에 의해, 상기 청 서브픽셀 열은 금속박막은 패널 공통전극과 전기적 연결되지 않고, 수평뱅크가 형성되지 않은 적, 녹 서브픽셀 열의 금속박막은 패널 공통전극과 전기적 연결되어 형성된다.
이때, 상기 금속박막은 500Å이하의 두께로 형성되는 것이 특징이다.
상기 박막 트랜지스터는 게이트 전극과, 소스 전극 및 드레인 전극으로 이루어지고, 상기 박막 트랜지스터를 덮는 영역에는 상기 드레인 전극을 일부 노출시키는 드레인 콘택홀을 가지는 보호층이 형성되며, 상기 제 1 전극은 실질적으로 상기 드레인 콘택홀을 통해 드레인 전극과 접촉되는 방식으로 박막 트랜지스터와 연결된다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 구조 유기전계 발광소자의 한 픽셀부에 대한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 화면을 구현하는 최소 단위인 적, 녹, 청 서브픽셀(Pr, Pg, Pb)이 정의된 기판(100) 상에, 서브픽셀 단위로 반도체층(103), 게이트 전극(110), 소스 전극(120) 및 드레인 전극(125)으로 이루어진 박막 트랜지스터(T)가 형성되어 있고, 박막 트랜지스터(T)를 덮는 영역에는 드레인 전극(125)의 일부 노출시키는 드레인 콘택홀(133)을 가지는 보호층(130)이 형성되어 있고, 보호층(130) 상부에는 드레인 콘택홀(133)을 통해 드레인 전극(125)과 연결되는 제 1 전극(135)이 적, 녹, 청 서브픽셀(Pr, Pg, Pb) 단위로 패터닝되어 있다. 또한, 상기 박막 트랜지스터(T)의 보호층 위로 버퍼패턴(140)이 형성되어 있다. 상기 버퍼패턴(140)은 제 1 전극(135)의 양끝 일부를 덮으며, 제 1 전극의 주영역은 오픈시키고, 상기 제 1 전극 에지(edge)에서의 필드 왜곡을 방지하는 역할을 한다. 또한, 상기 버퍼패턴(140)과 대응된 위치의 상부에는 수직뱅크(145)가 형성되어 있다.
또한, 상기 버퍼패턴(140) 및 수직뱅크(145)는 적, 녹, 청의 서브픽셀(Pr, Pg, Pb) 영역별 경계부를 이루는 위치에 형성되어, 상기 수직뱅크(145)를 경계부로 하여 적, 녹 서브픽셀(Pr, Pg) 내에는 고분자 물질로 이루어진 캐리어 전달층(150)이 형성되어 있고, 상기 캐리어 전달층(150) 위로 적색 또는 녹색의 고분자 발광층(153, 157)이 형성되어 있다. 상기 적색 및 녹색의 고분자 발광층(153, 157) 위로 금속박막(165a)이 형성되어 있다. 반면, 청색 서브픽셀(Pb)의 경우, 수직뱅크(145) 사이에 캐리어 전달층 없이 금속박막(165b)이 형성되어 있다. 상기 적, 녹, 청 서브픽셀(Pr, Pg, Pb)내의 금속박막(165a, 165b) 위로 청색 저분자 발광물질이 증착되어 청색 저분자 발광층(160a, 160b)을 이루고 있으며, 상기 청색 저분자 발광층(160a, 160b) 위로 금속물질이 형성되어 제 2 전극(170)을 이루고 있다.
요약하여 설명하면, 적 또는 녹 서브픽셀의 경우, 수직뱅크 사이에 제 1 전극, 캐리어 전달층, 적 또는 녹색 고분자 발광층, 금속박막, 청색 저분자 발광층, 제 2 전극이 순자척으로 적층되어 구성되는 반면, 청 서브픽셀의 경우, 수직뱅크 사이에 제 1 전극, 금속박막, 청색 저분자 발광층, 제 2 전극이 순차적으로 구성되어 있다.
도 3a 내지 도 3d는 도 2의 제조 공정 단면도이다. 상기 도면을 참조하여 제조 방법에 대해 설명한다.
우선, 도 3a에 도시한 바와 같이, 화면을 구현하는 최소 단위인 적, 녹, 청 서브픽셀(Pr, Pg, Pb)이 정의된 기판(100) 상에, 서브픽셀 단위로 반도체층(103), 게이트 전극(110), 게이트 절연막(105), 층간절연막(115), 소스 전극(120) 및 드레인 전극(125)으로 이루어진 박막 트랜지스터(T)를 형성한다. 상기 반도체층(103)은 기판(100)상에 비정질 실리콘(a-Si:H)을 증착하여 이를 레이저 등을 이용하여 결정화한 후, 마스크 공정을 진행하여 패터닝한다. 상기 패터닝된 반도체층(103)은 차후에 도핑 공정에 의해 액티브채널의 역할을 하는 액티브채널층(103a)과 상기 소스 전극(120)및 드레인 전극(125)과 직접 접촉하는 오믹콘택층(103b)으로 형성된다. 이때, n형 도핑의 경우 상기 오믹콘택층(103b)과 액티브채널층(103a) 사이에 LDD층(미도시)을 형성하는데 이는 핫캐리어의 분산 및 누설전류 증가 방지를 위한 것이다.
다음으로, 상기 반도체층(103)이 형성된 기판(100)의 전면에 산화 실리콘(SiO2)과 질화 실리콘(SiNx) 등의 무기절연물질을 증착하여, 게이트 절연막(105)을 형성한다. 이후, 상기 게이트 절연막(105) 상부에 도전성 금속물질 예를들면 크롬(Cr) 등을 증착한 후, 마스크 공정을 진행하여 게이트 전극(110)을 형성한다.
다음으로, 상기 반도체층(103)에 n형 또는 p형 불순물을 이온주입하는 도핑하는 공정을 진행한다. 상기 불순물이 3족 원소이면 p형 반도체로, 5족 원소이면 n형 반도체로서 동작을 하게 된다. 상기 이온주입에 의해 도핑된 반도체층(103)은 오믹콘택층(103b)을 이루고, 게이트 전극(110)으로 블록킹되어 도핑이 이루어지지 않은 반도체층은 액티브채널층(103a)을 이룬다.
다음으로, 상기 게이트 전극(110)이 형성된 기판(100)의 전면에 절연물질을 증착하여 층간절연막(115)을 형성한 후, 마스크 공정을 진행하여 상기 오믹콘택층(103b)의 일부를 노출시킨다. 이후, 상기 층간절연막(115)이 형성된 기판(100)의 전면에 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 알루미늄(Al) 및 이의 합금(AlNd)등의 도전성 금속을 증착하고 패터닝하여, 상기 일부가 노출된 양측의 오믹콘택층(103b)과 접촉하는 소스전극(120)과 드레인 전극(125)을 형성한다.
상기 소스 및 드레인 전극(120, 125)이 형성된 기판(100)의 전면에 벤조사이클로부텐(BCB)과 아크릴(acryl)계 수지(resin)등의 투명한 유기절연물질을 도포하고, 마스크 공정을 진행하여 드레인 전극 콘택홀(133)을 갖는 보호층(130)을 형성한다.
다음으로 도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 드레인 콘택홀(133)을 가지는 보호층(130) 위로 투명 도전성 물질로써 일함수가 높은 금속물질인 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide : ITO)를 증착하고 패터닝하여, 상기 각 서브픽셀(Pr, Pg, Pb) 영역에 드레인 콘택홀(133)을 통해 드레인 전극(125)과 접촉하는 제 1 전극(135)을 형성한다. 상기 제 1 전극(135)은 양(anode)전극을 이룬다. 이후, 상기 제 1 전극(135)의 각 양끝과 일부 겹치며 박막 트랜지스터(T)를 가리도록 상기 보호층(130) 위에 버퍼패턴(140)을 형성한다. 상기 버퍼패턴(140)은 적, 녹, 청 서브픽셀(Pr, Pg, Pb)에 있어서, 제 1 전극(135)의 양끝 에지(edge)에서의 필드 왜곡을 방지하기 위하여 형성하며, 상기 버퍼패턴(140) 위로 수직뱅크(145)를 형성한다. 상기 수직뱅크(145)는 적, 녹, 청 서브픽셀(Pr, Pg, Pb)별로 고분자 물질을 잉크젯 프린팅 또는 노즐 코팅법을 이용하여 형성하기 위함이다. 통상적으로 상기 수직뱅크(145)는 수 ㎛ 높이를 갖도록 형성된다.
다음으로, 도 3c에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 전극(135) 및 수직뱅크(145)가 형성된 기판(100)의 적, 녹 서브픽셀(Pr, Pg, Pb)에 캐리어 전달층(150) 및 적 및 녹색의 고분자 발광층(153, 157)을 노즐코팅법이나 잉크젯 프린팅방법을 이용하여 순차적으로 형성한다. 상기 캐리어 전달층(150)은 홀 수송층(HTL)을 이룬다. 이후, 상기 적 및 녹색 고분자 발광층(153, 157)과 청 서브픽셀(Pb)의 제 1 전극(135) 위로 알루미늄(Al), 칼슘(Ca) 또는 이들의 합금과 같은 도전성 물질을 증착하여 금속박막(165a, 165b)을 형성한다. 상기 금속박막(165a, 165b)은 적 및 녹 서브픽셀(Pr, Pg)에 있어서는 이후에 형성될 제 2 전극과 연결되어 제 2 전극 역할을 하게 된다. 또한 청 서브픽셀(Pb)에 있어서는 제 1 전극(135) 위에 바로 형성되므로 상기 제 1 전극(135)과 연결된 전도체로서의 역할을 한다. 상기 금속박막(165a, 165b)의 또 한가지 특징으로는 빛을 통과시킬 수 있도록 투명해야 한다.
전술한 조건 즉 제 2 전극 및 전도체 역할 및 투명함의 세가지 조건을 만족시키기 위해서는 상기 금속 금속박막(165a, 165b)의 재질 및 두께가 중요한 요소가 된다. 상기 금속박막의 형성은 추후에 다시 설명한다.
다음으로 도 3d에 도시한 바와 같이, 상기 금속박막(165a, 165b)이 형성된 기판(100)위로 청색 저분자 발광물질을 섀도우 마스크 없이 열증착법에 의해 증착하여 청색 저분자 발광층(160a, 160b)을 형성한다. 이후, 상기 청색 저분자 발광층(160a, 160b) 위로 알루미늄(Al), 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg)과 같은 일 함수(work function)가 낮은 도전성 금속을 증착하고 패터닝하여 제 2 전극(170)을 형성한다.
도 3a 내지 도 3d의 단면도 상에는 나타나지 않았지만, 각각의 서브픽셀에 있어서, 고분자 발광층과 저분자 발광층 사이에 구성된 금속박막과 음극의 역할을 하는 제 2전극과 유기전계 발광소자의 패널의 공통전극과는 전기적으로 연결되는 등의 밀접한 관계를 갖는다. 즉 제 2 전극은 패널 공통전극으로부터 전압을 인가받아야 함으로 패널의 공통전극과 접촉하여 형성되어야 한다. 또한 본 발명의 실시예에 의해 구성된 금속박막은 청 및 녹 서브픽셀에 제 2 전극의 역할을 해야 함으로 제 2 전극과 연결되어야하는 반면, 청 서브픽셀에 있어서는 제 2 전극의 열할을 하지 않으므로 상기 제 2 전극과는 전기적으로 연결되지 않도록 구성되어야 한다.
상기한 구조 형성을 도면을 참조하여 설명한다.
도 4는 액티브 영역의 마지막 데이터 배선 및 픽셀과 패널 공통전극을 간략히 도시한 평면도이고, 도 5a 내지 도 5c와 도 6a 내지 6c는 도 4의 I-I', II-II'에 따라 절단한 공정 단면도이다. 상기 평면도는 액티브 영역 일부 및 패널 공통전극만 간단히 나타내었으며, 스위칭 소자인 박막 트랜지스터를 포함하는 여러 레이어를 통합하여 간단히 한 레이어로써 표현하였다.
도 4에 도시한 바와 같이, 게이트 배선(180) 및 데이터 배선(185)과 상기 두 배선의 교차지점에 도시하지 않았지만 스위칭 소자인 박막 트랜지스터가 형성된 액티브 영역(A)과 상기 액티브 영역(A)에서 일정간격 이격하여 패널 공통전극(PCV)이 기판(100)상에 형성되어 있다. 또한, 액티브 영역(A)에 있어 스트라이프(stripe) 형태의 적, 녹, 청의 서브픽셀(R, G, B)이 반복되며 형성되어 있으며, 상기 적, 녹, 청 각각의 서브픽셀 열에 있어서 고분자 물질의 도포를 위해 수직뱅크(145)가 상기 데이터 배선(185) 위로 데이터 배선(185)을 따라 형성되어 있다. 또한 청 서브픽셀 열의 하부 끝단에는 상기 수직뱅크(145) 외에 상기 수직뱅크(145)를 연결하는 수평뱅크(190)가 형성되어 있다. 이는 패널 공통전극(PCV)과 연결되는 금속박막 형성시 전기적으로 단선시키기 위함이다.
도 4의 절단선 I-I'과 II-II'에 따른 공정 단면도를 참조하여 금속박막 및 제 2 전극의 형성에 대해 설명한다. 절단선 I-I'는 적(녹) 서브픽셀과 패널 공통전극을 자른 공정 단면이고, 절단선 II-II'는 청 서브픽셀과 패널 공통전극을 자른 공정 단면이다.
도 5a 및 도 6a에 도시한 바와 같이, 기판(100)상에 도시하지 않았지만, 게이트 배선 및 데이터 배선과 스위칭 소자인 박막 트랜지스터가 형성된 액티브 영역(A)의 박막 트랜지스터층(TL)과 상기 액티브 영역에서 일정간격 이격하여 패널 공통전극(PCV)을 형성한다. 이때, 액티브 영역(A)의 적(녹) 서브픽셀 열의 끝단(도 5a)에는 수평뱅크(190)를 형성하지 않고, 청 서브픽셀 열의 끝단(도 6a)에는 수평뱅크(190)를 형성한다.
다음으로 도 5b 및 도 6b에 도시한 바와 같이, 액티브 영역(A)의 적 서브픽셀 열(도 5b)에 제 1 전극(135)과 캐리어 전달층(미도시) 및 적색 고분자 발광층(153)을 순차적으로 형성한다. 액티브 영역(A) 중 청 서브픽셀 열(도 6b)에 있어서는, 제 1 전극(135)만을 형성하고 고분자 물질층인 캐리어 전달층과 고분자 발광층은 형성하지 않는다. 이후 적 서브픽셀의 적색 고분자 발광층(153)과 청 서브픽셀의 제 1 전극(135)위로 금속박막(165a, 165b)을 형성한다. 이때, 상기 적 서브픽셀에 형성된 금속박막(165a)은 패널 공통전극(PCV) 일부와 접촉하며 연결되어 형성되지만, 청 서브픽셀에 형성된 금속박막(165b)는 청 서브픽셀 열의 마지막 픽셀에 수평뱅크(190)가 형성되기 때문에 상기 금속박막(165b)은 패널 공통전극(PCV)과 연결되지 않고, 상기 수평뱅크(190)에 의해 끊어져서 형성된다. 따라서 상기 금속박막(165a, 165b)은 적, 녹 서브픽셀 열은 패널 공통전극(PCV)에 전압 인가시 전기적으로 도통하게 되고, 청 서브픽셀 열에 있어서는 패널 공통전극(PCV)과 연결되지 않았으므로 패널 공통전극(PCV)에 전압 인가시 아무런 영향을 주지 않는다. 단지 상기 금속박막(165b)은 제 1 전극(135)과 접촉하여 형성되므로 제 1 전극(135)에 전압 인가시 전도체 역할을 하게 된다.
다음으로 도 5c 및 도 6c에 도시한 바와 같이, 상기 금속박막(165a, 165b) 위로 청색의 저분자 발광층(160a, 160b)을 형성하고, 그 위로 제 2 전극(170)을 두껍게 형성한다. 상기 제 2 전극(170)은 적, 녹 서브픽셀에 있어서 그 하부의 금속박막(165a) 및 패널 공통전극(PCV)과 연결되며 형성된다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 구조에 있어서, 내부의 발광 현상에 대해 설명한다. 본 발명은 고분자 발광 물질 및 저분자 발광물질을 이용하여 구성한 하이브리드형 유기전계 발광소자이다. 상기 구조에 있어서, 청 서브픽셀에 있어서는 청색의 저분자 발광층만으로 형성되었으므로 색간섭이 없고, 고분자로 형성한 발광층과 비교하여 수명이 다른 두 색의 발광층과 비슷하게 되었다.
그러나, 적, 녹 서브픽셀에 있어서는 고분자의 적 및 녹 발광층 위에 저분자의 청 발광층이 존재하므로 색간섭이 일어나게 된다. 하지만 본 발명에 의해 상기 적 및 녹의 고분자 발광층과 청의 저분자 발광층 사이에 제 2 전극 및 패널 공통전극과 연결된 금속박막을 형성함으로써 적과 청 또는 녹과 청의 색간섭 현상을 방지하였다.
도 7은 발광층으로부터 방출되는 빛의 경로를 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 적 및 녹 서브픽셀(Pr, Pg)에 있어서, 주된 발광경로는 제 1 전극(135)과 제 2 전극(170)과 연결된 금속박막(165a)과 캐리어 전달층(150)과 적색 또는 녹색 고분자 발광층(153, 157)의 상호작용에 의해 방출되는 빛이 기판(100) 하부로 나오는 1번 경로이다. 다른 한 가지 경로는 극히 일부이지만, 상기 적색 또는 녹색의 고분자 발광층(153, 157)에서 방출된 빛이 상부로 금속박막(165a)을 통과하여 청색 저분자 발광층(160a)을 지나 두껍게 형성된 제 2 전극(170)에 도달 후 반사되어 하부로 나오는 2번 경로이다. 이때 상기 적 및 녹 서브픽셀(Pr, Pb)에 형성된 청색 저분자 발광층(160a)은 등전위를 이루는 제 2 전극과 연결된 금속박막(165a)과 제 2 전극(170) 사이에 형성되므로 발광하지 않으므로 두 경로를 지나는 빛은 모두 색간섭없이 기판(100) 하부로 나오게 된다.
청 서브픽셀(Pb)에 있어서는, 제 1 전극(135)과 제 2 전극(170) 사이에 단색인 청색 저분자 발광층(160b)만이 있으므로 직접 하부로 방출되는 빛과 제 2 전극(170)에서 반사되어 방출되는 빛 모두 색간섭없이 순수 청색으로 방출되므로 문제되지 않는다. 이때, 청색 저분자 발광층(160b)에서 방출된 빛은 금속박막(165b)을 통과한 후 기판(100) 하부로 방출되는데 금속박막(165b)의 두께가 얇고 투명하므로 방출되는 빛의 양의 차이는 거의 없다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 구조 유기전계 발광소자에 의하면, 고분자 물질을 이용하는 유기전계 발광소자에 별도의 섀도우 마스크 공정없이 저분자 물질을 도입하고 상기 고분자 및 저분자 발광층 사이에 제 2 전극 및 전도체 역할을 하는 투명한 금속박막을 형성함으로써 유기전계 발광소자 제품의 성능을 개선할 수 있고, 고수명화를 실현할 수 있으며, 대면적 기판에 용이하게 적용할 수 있어, 제품 경쟁력을 높일 수 있는 장점을 가진다.
도 1은 종래의 고분자 발광층을 포함하는 유기전계 발광소자의 한 픽셀부에 대한 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 구조 유기전계 발광소자의 한 픽셀부에 대한 단면도
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 구조 유기전계 발광소자의 제조 공정 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 유기전계 발광소자의 액티브 영역의 마지막 데이터 배선 및 픽셀과 패널 공통전극을 간단히 도시한 평면도.
도 5a 내지 도 5c는 도 4의 I-I'에 따라 절단한 공정 단면도.
도 6a 내지 도 6c는 도 4의 II-II'에 따라 절단한 공정 단면도.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 유기전계 발광소자의 발광층으로부터 방출되는 빛의 경로를 도시한 도면.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
100 : 기판 103 : 반도체층
110 : 게이트 전극 115 : 층간 절연막
120 : 소스 전극 125 : 드레인 전극
130 : 보호층 133 : 드레인 콘택홀
135 : 제 1 전극 140 : 버퍼패턴
145 : 수직뱅크 150 : 캐리어 전달층
153 : 적색 고분자 발광층 157 : 녹색 고분자 발광층
160a, 160b : 청색 저분자 발광층
165a, 165b : 금속박막 170 : 제 2 전극
T : 박막 트랜지스터 Pr, Pg, Pb : 적, 녹, 청 서브픽셀
Claims (13)
- 적, 녹, 청 서브픽셀이 정의되어 있는 기판과;상기 기판 상에 서브픽셀 단위로 구성된 스위칭 소자와;상기 스위칭 소자와 연결되며, 서브픽셀 단위로 패터닝 된 제 1 전극과;상기 제 1 전극의 주영역을 노출시키며 상기 서브픽셀 영역별 경계부에 구성된 수직뱅크 및 청 서브픽셀 열의 마지막 청 서브픽셀 하부에 형성된 수평뱅크와;상기 수직뱅크를 경계부로 하여, 상기 적, 녹 서브픽셀 영역에 형성된 캐리어 전달층과;상기 적, 녹 서브픽셀 영역의 캐리어 전달층 상부로 각 영역별로 분리 형성된 적색 및 녹색 고분자 발광층과;상기 적, 녹 서브픽셀 영역의 적, 녹색의 고분자 발광층 및 상기 청 서브픽셀 영역의 상기 제 1 전극 위에 형성된 금속박막과;상기 적, 녹, 청 서브픽셀 영역의 금속박막 위로 형성된 청색 저분자 발광층과;상기 적, 녹, 청 서브픽셀 영역의 청색 저분자 발광층 위에 형성된 제 2 전극을 포함하는 하이브리드 구조 유기전계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,제 1 전극과 수직뱅크 사이에는, 박막 트랜지스터와 오버랩되며, 상기 제 1 전극의 양끝 일부를 덮도록 구성된 버퍼패턴을 더욱 포함하는 하이브리드 구조 유기전계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 전극은 양극(anode electrode)이고, 상기 제 2 전극은 음극(cathode electrode)이며, 상기 캐리어 전달층은 정공 수송층(Hole-Transport Layer)인 하이브리드 구조 유기전계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 금속박막은 적, 녹 서브픽셀에서는 제 2 전극과 전기적 연결되어 제 2 전극의 역할을 하고, 청 서브픽셀에서는 제 2 전극과 연결되지 않고 제 1 전극과 접촉하여 전도체 역할을 하는 것이 특징인 하이브리드 구조 유기전계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 금속박막은 알루미늄, 칼슘 또는 이들의 합금으로 이루어진 것이 특징인 하이브리드 구조 유기전계 발광소자.
- 제 3 항 또는 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 제 2 전극은 패널 공통전극과 전기적으로 연결된 것이 특징인 하이브리드 구조 유기전계 발광소자.
- 제 5 항에 있어서,상기 금속박막은 500Å이하의 두께로 형성되는 하이브리드 구조 유기전계 발광소자.
- 적, 녹, 청 서브픽셀이 정의되어 있는 기판 상에 서브픽셀 단위로 스위칭 소자인 박막 트랜지스터를 형성하는 단계와;상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 연결되며, 서브픽셀 단위로 제 1 전을 형성하는 단계와;상기 제 1 전극의 주영역을 노출시키며 상기 서브픽셀 영역별 경계부에 수직뱅크 및 스트라이프 타입의 청 서브픽셀 열의 마지막 청 서브픽셀 하부에 수평뱅크를 형성하는 단계와;상기 수직뱅크를 경계부로 하여, 적, 녹 서브픽셀 내에 고분자 물질인 캐리어 전달층을 형성하는 단계와;상기 적, 녹 서브픽셀 내의 캐리어 전달층 위로 적, 녹의 고분자 발광층을 각각 형성하는 단계와;상기 적, 녹 서브픽셀의 적, 녹 고분자 발광층과 청 서브픽셀의 제 1 전극 위로 금속박막을 형성하는 단계와;상기 적, 녹, 청 서브픽셀의 금속박막 위로 청색 저분자 발광층을 형성하는 단계와;상기 청색 저분자 발광층 위로 적 및 녹 서브픽셀 내의 금속박막과 전기적으로 연결된 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 하이브리드 구조 유기전계 발광소자 제조 방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 캐리어 전달층 및 적, 녹의 고분자 발광층은 잉크젯 프린팅(ink-jet printing) 방식 또는 노즐 코팅 방식으로 형성된 하이브리드 구조 유기전계 발광소자 제조 방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 청색 저분자 발광층은 열증착법에 의해 섀도우 마스크 없이 형성되는 하이브리드 구조 유기전계 발광소자 제조 방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 청 서브픽셀 열의 마지막 청 서브픽셀 하부에 형성된 수평뱅크에 의해, 상기 청 서브픽셀 열은 금속박막은 패널 공통전극과 전기적 연결되지 않고, 수평뱅크가 형성되지 않은 적, 녹 서브픽셀 열의 금속박막은 패널 공통전극과 전기적 연결되어 형성되는 유기전계 발광소자 제조 방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 박막 트랜지스터는 게이트 전극과, 소스 전극 및 드레인 전극으로 이루어지고, 상기 박막 트랜지스터를 덮는 영역에는 상기 드레인 전극을 일부 노출시키는 드레인 콘택홀을 가지는 보호층이 형성되며, 상기 제 1 전극은 실질적으로 상기 드레인 콘택홀을 통해 드레인 전극과 접촉되는 방식으로 박막 트랜지스터와 연결되는 하이브리드 구조 유기전계 발광소자 제조 방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 금속박막은 500Å이하의 두께로 형성되는 하이브리드 구조 유기전계 발광소자 제조 방법.
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