KR100579171B1 - 유기전계발광 디바이스, 유기전계발광 디바이스의 제조방법 및 이의 구동 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 삼원색의 조합에 의한 풀 컬러(full-color)를 구현하기 위한 레드 발광 유기전계발광 소자, 그린 발광 유기전계발광 소자 및 블루 발광 유기전계발광 소자의 발광 면적의 차등 및 인가 전류의 차등에 의하여 수명 차이가 큰 각 유기전계발광 소자의 발광 수명 차이를 최소화 및 발광 효율의 극대화를 구현한 유기전계발광 디바이스, 유기전계발광 디바이스의 제조 방법 및 이의 구동방법에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 소자 특성상 수명이 각각 다른 유기전계발광소자의 발광면적을 차등함과 동시에 인가 전류를 차등하여 유기전계발광소자의 수명차이를 최소화함은 물론 균일한 발광효율을 얻을 수 있도록 함으로써 디스플레이 성능을 크게 개선한다.

유기 EL, 발광면적 차등, 전류 차등

Description

유기전계발광 디바이스, 유기전계발광 디바이스의 제조 방법 및 이의 구동 방법{Organic electro luminescent device and method for fabricating thereof and method for driving thereof}

도 1 내지 도 12는 본 발명에 의한 유기전계발광 디바이스의 제조 방법을 설명하기 위한 공정도.

도 13은 본 발명에 의한 유기전계발광 디바이스를 구성하는 유기전계발광 소자의 발광면적, 각 유기전계발광 소자에 인가되는 전류의 세기를 나타낸 그래프 및 휘도의 그래프.

도 14는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 개념도.

본 발명은 유기전계발광 디바이스, 유기전계발광 디바이스의 제조 방법 및 이의 구동 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 삼원색의 조합에 의한 풀 컬러(full-color)를 구현하기 위한 레드 발광 유기전계발광 소자, 그린 발광 유기전계발광 소자 및 블루 발광 유기전계발광 소자의 발광 면적의 차등 및 인가 전류의 차등에 의하여 수명 차이가 큰 각 유기전계발광 소자의 발광 수명 차이를 최소 화 및 발광 효율의 극대화를 구현한 유기전계발광 디바이스, 유기전계발광 디바이스의 제조 방법 및 이의 구동방법에 관한 것이다.

일반적으로 디스플레이 장치는 정보처리기기에서 처리된 결과를 사용자가 인식할 수 있도록 하는 일종의 인터페이스 장치이다.

이와 같은 디스플레이 장치의 성능은 일반적으로 화면이 클수록, 고해상도 일수록, 소비전력이 낮을수록, 중량이 적을수록, 부피가 작을수록, 화면 면적 대비 가격이 낮을수록 좋게 평가된다.

대표적인 디스플레이 장치인 CRT(Cathod Ray Tube) 방식 디스플레이 장치의 경우, 화면 면적 대비 가격이 낮고 고해상도의 구현이 가능하며 시야각이 뛰어난 장점을 갖는 반면 대화면일수록 중량 및 부피가 매우 커지는 단점으로 인하여 주로 고정식 디스플레이 장치로 사용되고 있다.

한편, 최근 개발된 액정표시장치(Liquid Crystal Display device;LCD)의 경우, 고해상도, 낮은 소비전력, CRT 방식 디스플레이 장치에 비하여 획기적으로 감소된 중량 및 부피를 갖음으로써 고정용, 휴대용 디스플레이로써 장점을 모두 만족시킬 수 있는 한층 진보된 디스플레이 장치이지만, 액정표시장치 중 광셔터 기능을 수행하는 액정(Liquid Crystal)은 자체 발광이 안되는 수광 소자로 양질의 디스플레이를 구현하기 위해서는 별도의 광원을 필요로 하며, 수광 소자를 구동하기 위한 구성이 매우 복잡하고, 높은 정밀도가 요구되는 제작 방식으로 인하여 가격이 매우 고가인 문제점을 갖는다.

이와 같은 기존 디스플레이 장치의 단점은 최근 개발된 유기 전계발광 디바 이스에 의하여 극복이 가능하게 되었다.

유기 전계발광 디바이스는 2 개의 전극 사이에 빛의 삼원색인 레드, 그린, 블루가 발광하는 유기 전계발광층을 갖는 단위 유기 전계발광 소자를 투명기판에 매트릭스 형태로 형성하고, 이들을 라인 방식으로 구동하여 풀-컬러 디스플레이가 가능하도록 한다.

이와 같은 유기 전계발광 디바이스의 경우, 유기 전계발광 디바이스를 구성하는 유기 전계발광 소자가 자체 발광하는 능동소자이기 때문에 액정표시장치에서 필요로 하는 광원을 필요로 하지 않음으로 액정표시장치보다 부피 및 중량 측면에서 유리하며, 제작 방법 또한 액정표시장치에 비하여 간단한 장점을 갖음으로써 차세대 디스플레이 장치로 매우 유리하다.

그러나, 각 유기 전계발광 소자의 수명은 그린 유기 전계발광 소자 - 블루 유기 전계발광 소자 - 레드 전계발광 소자의 순서대로 짧으며, 단위 면적당 발광 휘도 또한 위의 순서와 동일하다.

이와 같은 이유로 유기 전계발광 디바이스를 소정 시간 이상 사용한 후에는 유기 전계발광 소자 중 수명이 짧은 레드 유기전계발광 소자의 열화에 의한 디스플레이 성능 저하가 발생하는 문제점을 갖는다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 종래 문제점을 감안한 것으로써, 본 발명의 목적은 유기전계발광 디바이스를 구성하는 유기전계발광 소자의 발광 면적 차등함과 동시에 각 유기전계발광 소자에 가해지는 인가 전류를 변경하여 수명 차이가 있는 각 유기전계발광 소자의 수명 차이를 최소화함 및 발광 효율을 최적화하여 양질의 디스플레이가 이루어질 수 있도록 함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 상세하게 후술될 본 발명의 상세한 설명에 의하여 보다 명확해질 것이다.

이와 같은 본 발명의 목적을 구현하기 위한 본 발명에 의한 유기전계발광 디바이스는 수명 차이가 있는 제 1 유기발광층, 제 2 유기 발광층, 제 3 유기발광층이 2 개의 전극판 사이에 각각 매트릭스 형태로 배열되어 풀-컬러 화상이 디스플레이되도록 하는 유기 전계발광 디바이스에 있어서, 제 1, 제 2, 제 3 유기 발광층의 발광면적은 수명에 반비례하여 증가되도록 차등 조절된다.

이하, 본 발명에 의한 유기전계발광 디바이스의 구성, 작용, 효과 및 유기전계발광 디바이스의 제조 방법 및 구동방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도 1 내지 도 12를 참조하여 유기전계발광 디바이스의 제조 방법을 먼저 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 설명의 편의상 투명 기판에 1 개의 레드 유기전계발광 소자, 1 개의 블루 유기전계발광 소자, 1 개의 그린 유기전계발광 소자로 구성된 1 개의 화소(pixel)를 제작하는 공정이 개시되고 있다.

도 1을 참조하면, 투명 기판, 바람직한 일실시예로 소정 면적을 갖는 유리 기판(10)의 상면에는 전면적에 걸쳐 인듐틴옥사이드 박막(Indum Tin Oxide fil,이 하, ITO라 칭한다)이 소정 두께로 형성되고, 스트라이프(stripe) 형상으로 에칭한다. 이와 같이 스트라이프 형상으로 에칭된 ITO를 애노드 전극(20)이라 정의하기로 한다.

이와 같이 유리 기판(10)에 형성된 애노드 전극(20)의 상면에는 소정 두께를 갖는 절연막(30)이 절연막 형성 설비에 의하여 형성된다.

이후, 절연막(30)중 앞서 설명한 레드 유기전계발광 소자, 블루 유기전계발광 소자, 그린 유기전계발광 소자가 형성될 영역, 즉, 도 2에 도면부호 40으로 도시된 레드 유기전계발광 소자 형성 영역, 도면부호 50으로 도시된 블루 유기전계발광 소자 형성 영역, 도면부호 60로 도시된 그린 유기전계발광 소자 형성 영역은 후술될 유기발광층이 애노드 전극(20)의 상면에 형성되도록 오픈되어야 한다.

이를 구현하기 위하여, 절연막(30)의 상면에는 스핀 코터(spin coater)에 의하여 포토레지스트 박막(80)가 소정 두께를 갖도록 스핀 코팅되고, 패턴 마스크(70)에 의하여 포토레지스트 박막(80)에는 노광이 진행된다.

이때, 패턴 마스크(70) 중 포토레지스트 박막(80)을 노광시키기 위하여 형성된 패턴 마스크(70)의 개구(72,74,76) 형상은 도 13에 사선으로 해칭된 부분의 형상과 동일하다.

즉, 패턴 마스크(70) 중 레드 유기전계발광 소자가 형성될 부분의 개구(72) 면적이 가장 넓고, 블루 유기전계발광 소자가 형성될 부분의 개구(74) 면적은 보다 작으며, 그린 유기전계발광 소자가 형성될 부분의 개구(76) 면적은 가장 작게 형성된다.

이와 같은 패턴 마스크(70)에 의하여 노광이 진행됨으로써 포토레지스트 박막(80)은 도 2에 도시된 바와 같이 패턴 마스크(70)의 개구 형상대로 제거되어 절연막(60)이 외부에 노출된다.

이후, 절연막(30)에는 도 3에 도시된 바와 같이 이방성(anisotropic) 에칭이 진행되어 포토레지스트 박막(80)에 의하여 보호되지 못하는 부분 즉, 절연막(30)중 외부에 대하여 노출된 부분은 모두 제거되고, 결과적으로 절연막(30)의 하부에 위치하던 애노드 전극(20)이 외부에 대하여 오픈되도록 한다.

이어서, 애싱(ashing) 공정 등을 통하여 절연막(30)의 상면에 도포되었던 포토레지스트 박막(80)은 모두 제거됨으로써 도 4의 형상과 같은 절연막 프로파일을 얻는다.

이후, 도 5에 도시된 바와 같이 애노드 전극(20)이 노출된 레드 전계발광 소자 형성 영역(40)에는 도 6에 도시된 바와 같이 레드 전계발광 소자 영역(40)만이 오픈된 개구(92)를 갖는 패턴 마스크(90)를 매개로 복수개의 층으로 구성되는 레드 유기발광층(100)이 순차적으로 형성된다. 도 6은 패턴 마스크(90)의 평면도이다.

이후, 도 7에 도시된 바와 같이 애노드 전극(20)이 노출된 블루 전계발광 소자 형성 영역(50)에는 도 8에 도시된 바와 같이 애노드 전극(20)이 오픈된 곳과 동일한 형상을 갖도록 오픈된 개구(112)를 갖는 패턴 마스크(110)를 매개로 블루 유기발광층(120)이 순차적으로 형성된다. 도 8은 패턴 마스크(110)의 평면도이다.

이어서, 도 9에 도시된 바와 같이 애노드 전극(20)이 노출된 그린 전계발광 소자 형성 영역(60)에는 도 10에 도시된 바와 같이 그린 전계발광 소자 영역(60)의 애노드 전극(20)이 노출된 곳과 동일하게 오픈된 개구(132)를 갖는 패턴 마스크(130)를 매개로 그린 유기발광층(140)이 순차적으로 형성된다. 도 10은 패턴 마스크(130)의 평면도이다.

이후, 레드 전계발광소자 형성 영역(40)에 형성된 레드 유기발광층(100), 블루 전계발광소자 형성 영역(50)에 형성된 블루 유기발광층(120) 및 그린 전계발광소자 형성 영역(60)에 형성된 그린 유기발광층(140)의 상면에는 도 12에 도시된 바와 같이 나머지 하나의 전극인 캐소드 전극(160)이 메탈 공정에 의하여 형성된다.

이때, 레드 전계발광소자 형성 영역(40), 블루 전계발광소자 형성 영역(50), 그린 전계발광 소자 형성 영역(60)에 그대로 메탈 공정이 진행될 경우 각 형성 영역(50,60,70)이 모두 단락되어 디스플레이가 불가능해짐으로 이와 같은 문제를 극복하기 위하여 첨부된 도 11에 도시된 바와 같이 각 형성 영역(50,60,70)의 사이에는 후박한 포토레지스트 재질로 역사다리꼴을 갖는 캐소드 세퍼레이터(150)가 형성된다.

앞서 설명한 바와 같이 캐소드 세퍼레이터(150)가 형성된 상태에서는 전면적에 걸쳐 메탈 공정이 진행되어 도 12에 도시된 바와 같이 각 형성 영역(50,60,70)에는 캐소드 전극(160)이 형성되어 각 유기 전계발광 소자가 형성된다.

이와 같은 제조 방식에 의하여 형성된 유기 전계발광 소자는 모두 발광면적이 다르다.

보다 구체적으로 이와 같이 각 유기 전계발광 소자의 발광면적은 앞서 설명한 바와 같이 레드 유기전계발광 소자의 발광 면적이 가장 넓고, 블루 유기전계발 광 소자 및 그린 유기전계발광 소자로 갈수록 발광 면적이 작아진다.

이때, 굳이 도 1 내지 도 12의 과정을 거쳐 수명이 길수록 각 유기전계발광 소자의 발광면적을 작게하는 이유는 각 유기전계발광 소자의 수명 차이를 최소화함은 물론 발광 휘도 편차를 최소화하기 위함이다.

이때, 수명 차이 최소 및 휘도 편차 최소를 구현하기 위해서는 각 유기전계발광 소자들의 휘도가 인가되는 전류의 세기에 비례하고, 전류의 세기에 비례하여 수명이 단축되는 특성이 이용된다.

이와 같은 이유로 수명이 가장 짧은 레드 유기전계 발광 소자는 도 13에 도시된 바와 같이 낮은 전류(I₁)을 공급하는 대신 상대적으로 넓은 면적에서 발광되도록 하여 원하는 휘도(L)를 얻을 수 있고, 레드 유기전계 발광 소자보다 수명이 긴 블루 유기전계 발광 소자는 레드 유기전계 발광 소자보다 다소 높은 전류(I₂)를 공급하면서 레드 유기전계 발광 소자보다 작은 면적에서 발광되도록 함으로써 원하는 휘도(L)를 얻을 수 있고, 블루 유기전계 발광 소자보다 수명이 긴 그린 유기전계발광 소자는 블루 유기전계 발광 소자보다 다소 높은 전류(I₃)를 공급하면서 블루 유기전계 발광 소자보다 작은 면적에서 발광되도록 하여 원하는 휘도(L)를 얻을 수 있다.

이와 같이 각 유기전계발광 소자의 발광 면적 및 인가 전류를 차등함으로써 각 유기전계발광 소자의 수명 차이를 최소화함은 물론 균일한 휘도를 얻을 수 있다.

이하, 앞서 설명한 유기전계발광 디바이스의 구동방법을 첨부된 설명하면 다음과 같다.

먼저, 유기전계발광 디바이스는 앞서 설명한 유기전계발광 소자가 매트릭스 형태로 배열되며 각 유기전계 발광 소자에는 데이터 라인 및 스캔 라인이 연결된다.

이때, 매트릭스 형태로 배열된 유기전계발광 소자중 어느 하나의 행이 선택되면, 데이터 라인으로는 원하는 휘도를 얻기에 적합한 데이터 신호 즉, 적합한 전류가 인가되고, 이를 한 프레임 내에 반복함으로써 원하는 화면을 얻을 수 있게 된다.

이때, 데이터 라인에 인가되는 데이터 즉, 레드 유기전계발광 소자에 도 13에서와 같이 전류 I₁이 인가되어 휘도 L이 발생할 경우, 블루 유기전계발광 소자에서 레드 유기전계발광 소자와 동일한 휘도 L이 발생하기 위해서는 블루 유기전계발광 소자에는 전류 I₁보다 높은 전류 I₂가 인가되어야 한다.

또한, 그린 유기전계발광 소자에서 발생하는 휘도가 레드 유기전계발광 소자 및 블루 유기전계발광 소자에서 발생한 휘도 L과 동일하기 위해서는 그린 유기전계발광 소자에 인가되는 전류가 I₂보다 높은 전류 I₃가 인가되도록 한다.

첨부된 도 14에는 본 발명의 다른 실시예가 도시되어 있다.

도 14의 유기전계발광 디바이스(300)를 제작하기 위해서는 투명기판(310)의 상부에 ITO를 스트라이프 형태로 형성하여 애노드 전극(320)을 형성한 후, 애노드 전극(320)의 상면에 절연막(330)을 도포한 후, 레드 유기전계발광 소자 형성 영역(340), 블루 유기전계발광 소자 형성 영역(350), 그린 유기전계발광 소자 형성 영역(360)에 해당하는 절연막(330) 부분을 제거하여 애노드 전극(320)이 동일 면적으로 노출되도록 한다.

이후, 노출된 애노드 전극(320)의 상면에 앞서 설명한 대로 발광 면적을 조절하기 위하여 면적이 각기 다른 인슐레이터(355,365)를 형성한 후, 인슐레이터(355,365)의 상면에 해당 유기 발광층을 전체적으로 형성하고, 이후 캐소드 세퍼레이터(370) 및 캐소드 전극(380)을 형성한다.

이때도, 레드 유기전계발광 소자는 가장 넓은 발광면적 및 가장 낮은 전류가 인가되고, 그린 유기전계발광 소자는 가장 작은 발광면적 및 가장 높은 전류가 인가되도록 하여 레드, 블루, 그린 유기전계발광소자의 수명이 균일하게 되도록 함은 물론 발광 효율이 동일 조건에서 균일하게 되도록 한다.

이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 소자 특성상 수명이 각각 다른 유기전계발광소자의 발광면적을 차등함과 동시에 인가 전류를 차등하여 유기전계발광소자의 수명차이를 최소화함은 물론 균일한 발광효율을 얻을 수 있도록 함으로써 디스플레이 성능을 크게 개선하는 효과를 갖는다.

Claims (6)

1. 수명 차이가 있는 제 1 유기발광층, 제 2 유기 발광층, 제 3 유기발광층이 2 개의 전극판 사이에 각각 매트릭스 형태로 배열되어 풀-컬러 화상이 디스플레이되도록 하는 유기 전계발광 디바이스에 있어서,

   상기 제 1, 제 2, 제 3 유기 발광층의 발광면적은 수명에 반비례하여 증가되도록 차등 조절된 유기 전계발광 디바이스.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 유기 발광층은 레드 유기발광층이고, 상기 제 2 유기 발광층은 블루 유기발광층이고, 상기 제 3 유기 발광층은 그린 유기발광층인 유기 전계발광 디바이스.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 유기발광층, 상기 제 2 유기 발광층, 상기 제 3 유기발광층에 인가되는 전류는 발광 면적에 반비례하여 낮아지도록 차등 조절된 유기 전계발광 디바이스.
4. 수명 차이가 있으며, 풀-컬러를 구현하기 위한 제 1 유기발광수단, 제 2 유기 발광수단, 제 3 유기 발광수단으로 수명이 균일한 유기 전계발광 디바이스를 제조하는 방법에 있어서,

   투명기판의 일측면에 제 1 전극을 형성하는 단계와;

   상기 제 1 전극의 상면에 절연막을 형성하는 단계와;

   상기 절연막의 상면에 상기 제 1, 제 2, 제 3 유기 발광수단의 수명에 반비례하는 개구 면적을 갖도록 제 1, 제 2, 제 3 개구를 형성하는 단계와;

   상기 제 1, 제 2, 제 3 개구에 해당 제 1, 제 2, 제 3 유기 발광수단을 순차적으로 형성하는 단계와;

   상기 제 1, 제 2, 제 3 유기 발광수단의 상면에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 유기 전계발광 디바이스의 제조 방법.
5. 삭제
6. 매트릭스 형태로 배열된 복수개의 스캔 라인들과 복수개의 데이터 라인들 사이에 연결되며 각각 발광면적이 다른 복수개의 유기전계발광소자들을 구동하는 방법에 있어서,

   상기 스캔 라인중 어느 하나에 선택 전압을 인가함에 의하여 스캔 라인을 선택하는 제 1 단계와;

   선택된 상기 스캔 라인에 인가되는 각 유기전계발광소자의 발광면적에 반비례하는 전류량이 상기 스캔 라인으로 인가되도록 하는 제 2 단계와;

   복수개의 상기 스캔 라인들 각각에 대하여 상기 제 1, 제 2 단계들을 순차적 으로 수행하는 제 3 단계를 포함하는 유기전계발광 디바이스의 구동방법.

Images