KR100612331B1 - 유기전계 발광소자 - Google Patents

Abstract

유기 발광셀에서 방출되는 빛을 한곳으로 집중시켜 광 이용 효율을 향상시키고, 인접 화소간 빛의 간섭을 억제할 수 있는 유기전계 발광소자를 제공한다.

본 발명이 제공하는 유기전계 발광소자는 금속 물질로 이루어지는 캐소드 전극과; 캐소드 전극과 절연 상태를 유지하며 투명한 도전 물질로 이루어지는 애노드 전극과; 캐소드 전극과 애노드 전극 사이에 위치하며 캐소드 전극 및 애노드 전극과 함께 유기 발광셀을 구성하는 유기 발광층과; 애노드 전극과 전기적으로 연결되어 유기 발광층의 발광에 필요한 전류를 유기 발광셀에 공급하는 트랜지스터와; 트랜지스터가 형성되는 투명한 반도체 기판과; 유기 발광층으로부터 사선으로 진행하는 누설광 경로상에서 상기 누설광 반사를 위한 반사면을 구비하여 상기 누설광을 사용자 방향으로 모아주는 반사부를 포함한다.

전계발광, 유기전계, 이엘, 유기발광셀, 유기발광층, 트랜지스터, 누설광

Description

유기전계 발광소자 {ORGANIC ELECTRO LUMINESCENT DISPLAY}

도 1은 본 발명에 의한 유기전계 발광소자의 단면도.

도 2는 도 1의 부분 확대도.

도 3은 본 발명에 의한 유기전계 발광소자 가운데 유기 발광층과 반사부의 부분 평면도.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 유기전계 발광소자 가운데 유기 발광층과 반사부의 부분 평면도.

도 5는 종래 기술에 의한 유기전계 발광소자의 구동 회로도.

도 6은 종래 기술에 의한 유기전계 발광소자의 단면도.

본 발명은 유기전계 발광소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유기 발광셀에서 방출되는 빛을 한곳으로 집중시켜 광 이용 효율을 향상시키고, 인접 화소간 빛의 간섭을 억제할 수 있는 유기전계 발광소자에 관한 것이다.

일반적으로 유기전계 발광소자는 정공주입 전극(애노드)과 전자주입 전극(캐소드) 사이에 형성된 유기 발광층에 전하를 주입하면 전자와 정공이 쌍을 이룬 후 소멸하면서 빛을 내는 자발광 표시소자로서, 유기전계 발광소자의 구동 방식에는 단순 매트릭스 방식과 트랜지스터를 이용한 능동구동 방식이 있다.

상기 단순 매트릭스(passive matrix) 방식이 애노드 라인과 캐소드 라인을 직교하도록 형성하여 특정 화소에 대응하는 라인을 선택 구동하는데 비하여, 능동구동(active matrix) 방식은 각 유기 발광셀의 애노드 전극에 트랜지스터와 콘덴서를 접속하여 콘덴서 용량에 의해 전압을 유지하도록 하는 구동방식이다.

도 5는 종래 기술에 의한 능동구동 방식 유기전계 발광소자의 구동 회로도로서, 유기 발광셀(EL)은 구동 TFT(M1)와 연결되어 발광을 위한 전류를 공급받고, 구동 TFT(M1)의 전류량은 스위칭 TFT(M2)를 통해 인가되는 데이터 전압에 의해 제어된다. 이 때 인가된 전압을 일정기간 유지하기 위한 콘덴서(C)가 구동 TFT(M1)의 소스와 게이트 사이에 연결되며, 스위칭 TFT(M2)의 게이트와 소스는 각각 스캔 라인과 데이터 라인에 연결된다.

이로서 스캔 라인을 통한 선택 신호에 의해 스위칭 TFT(M2)가 온(on)되면, 데이터 라인을 통해 구동전압이 구동 TFT(M1)의 게이트에 인가되고, 구동 TFT(M1)를 통해 유기 발광셀(EL)에 전류가 흘러 발광이 이루어진다. 상기와 같이 구동하는 유기 발광셀(EL)은 R, G, B 화소별로 구비되어 칼라 화면을 구현하며, 도 6에 한 화소의 유기 발광셀과 구동 TFT의 단면을 도시하였다.

도시한 바와 같이 유기 발광셀(1)은 금속의 캐소드 전극(3)과 투명한 애노드 전극(5) 사이에 유기 발광층(7)을 형성하고, 구동 TFT(M1)는 게이트(9)를 사이로 소스(11)와 드레인(13)이 위치하며, 상기 애노드 전극(5)이 구동 TFT(M1)의 드레인(13)과 전기적으로 연결되어 유기 발광층(7)의 발광에 필요한 전류를 공급받는다.

이와 같이 구동 TFT(M1)로부터 전류를 공급받아 유기 발광층(7)이 발광하는 과정에서, 유기 발광층(7)에서 방출된 빛은 주로 투명한 애노드 전극(5)을 통해 수직 하방향으로 진행하여 사용자에게 도달하게 되나, 빛의 일부는 구동 TFT(M1) 또는 인접 화소를 향해 사선으로 진행하게 된다.

이와 같이 유기 발광층(7)에서 사선으로 진행하는 빛은 인접 화소에 영향을 주어 R, G, B 화소간 빛의 간섭을 일으킴에 따라 화면 품질을 저하시키고, 트랜지스터에 영향을 주어 누설 전류(leakage current)를 증가시킴으로써 전력 소모를 증가시키는 단점이 있다.

또한, 유기 발광층(7)에서 사선으로 진행하는 빛은 사용자에게 도달하지 못하기 때문에, 유기 발광셀(1) 자체의 광 이용 효율을 저하시킬 뿐만 아니라 화면의 휘도를 저하시키는 문제를 안고 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 유기 발광셀에서 방출되는 빛을 한곳으로 집중시켜 R, G, B 화소간 빛의 간섭을 억제하고, 트랜지스터의 누설 전류에 의한 전력 소모를 방지하며, 유기 발광셀 자체의 광 이용 효율과 화면 휘도를 향상시킬 수 있는 유기전계 발광소자를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

금속의 캐소드 전극과 투명한 애노드 전극 및 상기 캐소드 전극과 애노드 전극 사이에 위치하는 유기 발광층으로 이루어지는 유기 발광셀과, 상기 애노드 전극과 전기적으로 연결되어 유기 발광셀에 전류를 공급하는 트랜지스터 및 상기 유기 발광층으로부터 사선으로 진행하는 누설광 경로상에서 누설광 반사를 위한 반사면을 구비하여 누설광을 사용자 방향으로 모아주는 반사부를 포함하는 유기전계 발광소자를 제공한다.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 단면도이고, 도 2는 도 1의 부분 확대도이다.

도시한 바와 같이, 유기전계 발광소자는 캐소드 전극(2)과 애노드 전극(4) 및 유기 발광층(6)으로 구성되는 유기 발광셀(8)과, 유기 발광셀(8)에 전류를 공급하는 트랜지스터(여기서는 구동 TFT를 예로 하여 설명한다)와, 트랜지스터(10)가 형성되는 투명한 반도체 기판(12)과, 유기 발광셀(8)에서 사선으로 진행하는 누설광을 한곳으로 모아 집중시키는 반사부(14)를 포함한다.

상기 캐소드 전극(2)은 금속 물질, 일례로 알루미늄막으로 이루어져 유기 발광층(6)의 빛을 애노드 전극(4)을 향해 반사시키며, 애노드 전극(4)은 유기 발광층(6)의 빛이 투과할 수 있도록 투명한 도전 물질, 일례로 인듐 틴 옥사이드(ITO; Indium Tin Oxide)막으로 이루어진다. 이 때, 상기 캐소드 전극(2) 과 애노드 전극(4)은 일례로 아크릴 등으로 제작되는 제1 절연층(16)에 의해 절연 상태를 유지한다.

그리고 유기 발광층(6)은 캐소드 전극(2)과 애노드 전극(4) 사이에 위치하며, 전자와 정공의 균형을 좋게 하여 발광 효율을 향상시킬 수 있도록 캐소드 전극(2)과 마주하는 일면에 전자 수송층(미도시)을, 애노드 전극(4)과 마주하는 일면에 정공 수송층(미도시)을 적층한 구조로 이루어진다.

상기 구동 TFT(10)는 소스(18)와 드레인(20) 및 이들을 사이에 두고 배치되는 게이트 전극(22)을 포함하며, 상기 드레인(20)은 유기 발광셀(8)의 애노드 전극(4)과 연결되고, 게이트 전극(22)과 이웃하게 절연성 폴리머(Poly-Si layer)(24)가 배치된다. 상기 게이트 전극(22), 소스(18), 드레인(20) 및 절연성 폴리머(24)는 패시베이션층(26)과 제2, 3 절연층(28, 30)에 의해 상호 접촉하지 않도록 한다.

상기한 구동 TFT(10)는 도시하지 않은 스위칭 TFT와 연결되어 유기 발광셀(8) 구동에 필요한 전류를 공급하여 유기 발광층(6)이 발광하도록 한다. 이 때, 유기 발광층(6)에서 방출되는 빛 가운데 일부는 사선으로 진행하여 누설광이 되므로, 상기 반사부(14)가 누설광을 사용자 방향으로 반사시켜 광 이용 효율을 향상시킨다.

즉, 상기 반사부(14)는 유기 발광층(6)으로부터 사선으로 진행하는 누설광 경로상에 배치되고, 누설광 반사를 위한 적어도 하나 이상의 반사면을 구비하는데, 보다 구체적으로 상기 반사부(14)는 유기 발광층(6)의 둘레를 따라 유기 발광층(6) 과 반도체 기판(12) 사이에 위치하면서 유기 발광층(6)의 광경로 중심(A)과 마주하는 반사면을 갖는 금속층으로 이루어진다.

특히 상기 반사부(14)는 유기전계 발광소자 내부에서 소정의 단차를 갖는 제1, 2 반사면(14a, 14b)을 형성한다.

상기 반사부(14)는 누설광에 대한 반사 효율이 높아지도록 상기 애노드 전극(4)과 반도체 기판(12) 사이 또는 상기 제1 절연층(16)과 반도체 기판(12) 사이에 걸쳐 일정 높이로 형성되어 상기 제1, 2 반사면(14a, 14b)이 유기전계 발광소자 내부에서 충분한 높이를 확보하도록 한다.

이와 같이 반사부(14)의 반사면(14a, 14b)이 누설광 경로에 위치함에 따라, 유기 발광층(6)에서 방출된 빛 가운데 구동 TFT(10) 또는 인접 화소를 향해 사선으로 진행하는 누설광은 상기 제1, 2 반사면(14a, 14b)에 의해 굴절되어 유기 발광층(6)의 광경로 중심(A)을 향해 모아진다.

여기서, 상기 제1, 2 반사면(14a, 14b)은 유기 발광층(6)으로부터 사선으로 진행하는 누설광 경로를 고려하여, 상기 누설광이 유기 발광층(6)의 광경로 중심(A)을 향해 균일하게 모아지도록 도면의 Z축과 평행하거나 상기 Z축과 소정의 각도를 갖도록 형성되며, 소정의 곡률을 갖는 곡면으로도 형성될 수 있다.

일례로 상기 제1, 2 반사면(14a, 14b)은 도시한 바와 같이 유기 발광층(6)에서 반도체 기판(12)을 향할수록 유기 발광층(6)의 중심으로 멀어지는 기울기를 갖도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 제1, 2 반사면(14a, 14b)을 구비하는 반사부(14)는 유기 발광층(6)에서 발생하는 누설광을 효과적으로 차단하기 위하여, 유기 발광층(6)의 둘레를 따라 다수의 금속층을 불연속 패턴으로 형성하거나, 하나의 금속층을 연속 패턴으로 형성할 수 있다.

즉, 도 3에 도시한 바와 같이 상기 반사부(14)는 유기 발광층(6)의 둘레를 따라 위치하는 복수개의 금속층, 일례로 제1∼제5 금속층(32a, 32b, 32c, 32d, 32e)으로 구성될 수 있으며, 도 4에 도시한 바와 같이 유기 발광층(6)을 둘러싸는 하나의 단일 금속층(34)으로 구성될 수 있다.

여기서, 상기 반사부(14)가 다수개 금속층의 불연속 패턴으로 형성되는 경우, 금속층의 개수와 위치는 도시한 것에 한정되지 않으며, 유기 발광층(6)의 형상에 따라 다양하게 변형 적용할 수 있다.

상기한 반사부(14) 구성에 의해, 본 실시예에 의한 유기 발광셀(8)은 유기 발광층(6)에서 애노드 전극(4)을 통해 수직 하방향으로 진행하는 빛(점선으로 도시)과 더불어, 반사면(14a, 14b)을 통해 굴절된 누설광(실선으로 도시) 모두를 사용자에게 제공하므로, 유기 발광셀(8) 자체의 광 이용 효율을 높여 화면 휘도를 향상시키는 효과를 갖는다.

한편, 상기 반사부(14)는 표면 반사도가 우수한 금속 물질로 이루어짐은 물론, 유기전계 발광소자에 이미 사용되는 금속 물질, 바람직하게 구동 TFT(10)의 소스(18)와 드레인(20)으로 사용되는 금속물질, 일례로 몰리 텅스텐으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 유기전계 발광소자의 제작을 용이하게 하고, 재료비 상승을 억제하는 장점을 갖는다.

또한, 상기 제1, 2 반사면(14a, 14b)이 유기전계 발광소자 내부에서 충분한 높이를 확보할 수 있도록 유기 발광층(6)의 광경로 중심(A)과 각자의 반사면(14a, 14b) 사이에 높이 유지부(36)를 형성하는데, 바람직하게 상기 높이 유지부(36)는 구동 TFT(10)의 구성 요소와 대응하는 다층막으로 이루어진다.

즉, 도 4에 도시한 바와 같이 상기 높이 유지부(36)는 반도체 기판(12)의 표면에서부터 순차적으로 적층되는 절연성 폴리머(38)와, 제3 절연층(30)과, 게이트 금속층(40) 및 제2 절연층(28)으로 이루어지며, 상기 절연성 폴리머(38)와 게이트 금속층(40)은 각각 구동 TFT(10)의 절연성 폴리머(24) 및 게이트 전극(22)과 동일한 재질로 이루어진다.

이와 같이 높이 유지부(36)를 구동 TFT(10)의 구성 요소와 대응하는 다층막으로 구성하면, 구동 TFT(10) 제작시 높이 유지부(36)를 함께 형성할 수 있으므로, 유기전계 발광소자의 제작을 용이하게 한다. 한편, 높이 유지부(36)의 구성은 위에 설명한 것에 한정되지 않으며, 높이 유지부(36)의 세부 구성과 각 층의 높이에 따라 제1, 2 반사면(14a, 14b)의 높이와 각도 등을 용이하게 조정할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이와 같이 본 발명에 따르면, 유기 발광층의 누설광을 사용자 방향으로 집중 시켜 유기 발광셀 자체의 광 이용 효율과 화면 휘도를 향상시키고, 인접 화소에 침범하는 누설광을 차단하여 R, G, B 화소간 빛의 간섭을 억제하며, 트랜지스터의 누설 전류에 의한 전력 소모를 방지할 수 있다.

Claims (12)

1. 금속 물질로 이루어지는 캐소드 전극과;

   상기 캐소드 전극과 절연 상태를 유지하며 투명한 도전 물질로 이루어지는 애노드 전극과;

   상기 캐소드 전극과 애노드 전극 사이에 위치하며 상기 캐소드 전극 및 애노드 전극과 함께 유기 발광셀을 구성하는 유기 발광층과;

   상기 애노드 전극과 전기적으로 연결되어 유기 발광층의 발광에 필요한 전류를 상기 유기 발광셀에 공급하는 트랜지스터와;

   상기 트랜지스터가 형성되는 투명한 반도체 기판; 및

   상기 유기 발광층으로부터 사선으로 진행하는 누설광 경로상에서 상기 누설광 반사를 위한 반사면을 구비하여 상기 누설광을 사용자 방향으로 모아주는 반사부를 포함하고,

   상기 반사부가 상기 유기 발광층의 둘레를 따라 상기 유기 발광층과 상기 반도체 기판 사이에 위치하고,

   상기 반사면이 상기 유기 발광층의 광경로 중심과 마주하면서 일정한 단차를 갖는 제1, 제2 반사면으로 이루어지는 유기전계 발광소자.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 반사부가 금속층으로 이루어지는 유기전계 발광소자.
3. 삭제
4. 제 2항에 있어서,

   상기 반사면이 유기 발광층에서 반도체 기판을 향할수록 유기 발광층의 중심으로부터 멀어지는 기울기로 형성되는 유기전계 발광소자.
5. 제 2항에 있어서,

   상기 금속층이 유기 발광층의 둘레를 따라 서로 이격되어 배치되는 다수개의 패턴들로 형성되는 유기전계 발광소자.
6. 제 2항에 있어서,

   상기 금속층이 유기 발광층의 둘레를 따라 하나가 연속 패턴으로 형성되는 유기전계 발광소자.
7. 제 2항에 있어서,

   상기 금속층이 상기 트랜지스터에 구비된 소스 및 드레인과 동일한 금속 재질로 이루어지는 유기전계 발광소자.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 금속층이 몰리 텅스텐으로 이루어지는 유기전계 발광소자.
9. 제 2항에 있어서,

   상기 유기 발광층의 광경로 중심과 상기 반사면 사이에 높이 유지부가 형성되는 유기전계 발광소자.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 높이 유지부가 상기 반도체 기판의 표면에서부터 절연성 폴리머, 절연층, 게이트 금속층 및 절연층이 순차적으로 적층된 구성으로 이루어지는 유기전계 발광소자.
11. 제 10항에 있어서,

    상기 절연성 폴리머가 상기 트랜지스터에 구비되는 절연성 폴리머와 동일한 재질로 이루어지는 유기전계 발광소자.
12. 제 10항에 있어서,

    상기 게이트 금속층이 상기 트랜지스터에 구비되는 게이트 전극과 동일한 재질로 이루어지는 유기전계 발광소자.

Images