KR100617155B1 - 유기전계발광 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기전계발광 디스플레이의 화질을 향상시키는 유기전계발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명은 제 1 전극, 유기전계 발광층, 제 2 전극으로 이루어진 다수의 픽셀들을 포함하는 다양한 방식의 유기전계발광 소자에 있어서, 상기 각 픽셀들을 제외한 전영역에 형성되어 외부 입사광의 반사를 줄이고 각 픽셀들을 절연시키는 블랙 절연층(black insulator)과, 상기 발광층에서 발생된 빛이 외부로 나오는 방향에 형성된 광 필터(optical filter)를 포함하여 구성되는 유기전계발광 소자를 제공한다. 따라서, 높은 휘도와 충분한 콘트라스트를 동시에 얻는 효과가 있다.

유기 EL, 휘도, 콘트라스트

Description

유기전계발광 소자 및 그 제조 방법{Organic electroluminescence device and fabrication method of the same}

도 1은 종래의 유기전계발광 소자를 나타낸 도면

도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 유기전계발광 소자를 나타낸 제 1 실시예

도 3a는 도 2c의 a-a' 선상의 단면을 보여주는 단면도

도 3b는 도 2c의 b-b' 선상의 단면을 보여주는 단면도

도 4는 본 발명에 따른 유기전계발광 소자를 나타낸 제 2 실시예

도 5는 본 발명에 따른 유기전계발광 소자를 나타낸 제 3 실시예

도 6은 본 발명에 따른 유기전계발과 소자를 나타낸 제 4 실시예

도 7은 본 발명에 따른 유기전계발광 소자를 나타낸 제 5 실시예

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 투명기판 12 : 양극

13 : 블랙 절연막 14 : 격벽

15 : 유기전계발광층 16 : 음극

17 : 광 필터

본 발명은 표시 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화질이 향상된 유기 전계발광소자(Organic Electroluminescence Device) 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근 표시장치의 대형화에 따라 공간 점유가 적은 평면표시소자의 요구가 증대되고 있는데, 이러한 평면표시소자 중 하나로서 전계발광 소자가 주목되고 있다.

이 전계발광소자는 사용하는 재료에 따라 무기전계발광소자와 유기전계발광소자로 크게 나뉘어진다.

무기전계발광소자는 일반적으로 발광부에 높은 전계를 인가하고 전자를 이 높은 전계중에서 가속하여 발광 중심으로 충돌시켜 이에 의해 발광 중심을 여기함으로써 발광하는 소자이다.

또한, 유기전계발광소자는 전자주입전극(cathod)과 정공주입전극(anode)으로부터 각각 전자와 정공을 발광부내로 주입시켜 주입된 전자와 정공이 결합하여 생성된 액시톤(excition)이 여기상태로부터 기저상태로 떨어질 때 발광하는 소자이다.

상기와 같은 동작원리를 갖는 무기전계발광소자는 높은 전계가 필요하기 때문에 구동전압으로서 100~200V의 높은 전압을 필요로 하는 반면에 유기전계발광소자는 5~20V 정도의 낮은 전압으로 구동할 수 있다는 장점이 있어 연구가 활발히 진행되고 있다.

또한, 유기전계발광소자는 넓은 시야각, 고속 응답성, 고 콘트라스트 (contrast) 등의 뛰어난 특징을 갖고 있으므로 그래픽 디스플레이 픽셀(pixel), 텔레비전 영상 디스플레이 표면광원(surface light source)의 픽셀로서 사용될 수 있으며, 얇고 가벼우며 색감이 좋기 때문에 차세대 평면 디스플레이에 적합한 소자이다.

이러한 용도를 갖는 유기전계발광소자에 있어서는 콘트라스트(contrast) 및 휘도가 좋아야 하는데, 외광이 밝을 경우 콘트라스트가 좋지 않다.

그리고, 일반적으로 소자의 음극이 반사율이 우수한 금속으로 되어있기 때문에 외부에서 소자내부로 들어오는 빛이 음극면에 반사되어 발광층에서 나오는 빛과 섞이게 된다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 현재 대부분의 유기전계발광소자는 투명기판 하부에 원편광판(Circular polarizer)을 형성함으로써 음극에 의한 외부 입사광의 반사를 줄였다.

도 1을 참조하여, 종래 유기전계발광 소자를 설명하면 다음과 같다.

종래의 유기전계발광 소자는 투명기판(1)상에 투명 양극(2)을 형성하고, 그 위에 홀 주입층(HIL), 홀 이동층(HTL), 발광층(EML), 전자 이동층(ETL), 전자 주입층(EIL)의 유기 EL층(3)을 진공증착 방법으로 입힌 후, 이 유기 EL층(3) 상에 반사율이 우수한 금속 음극(4)을 형성한다.

상기와 같은 구조적인 특징은 외부가 밝을 경우 소자내로 입사된 외부 빛이 금속 전극(4)에 반사되어 발광층(3)에서 나오는 빛과 섞이기 때문에 명암비가 현저히 감소하게 된다.

이와 같은 단점을 해결하기 위하여 종래에는 유기전계발광 소자 앞에 원편광판(5)을 부착함으로써 외광 반사를 줄였다. 즉 상기 원편광판(5)에 의해 외부의 빛이 입사될 때 절반이 차단되고 나머지 반은 음극에 반사되어 나올 때 차단됨으로써 외광에 의한 명암비 저하를 억제할 수 있다.

그러나 상술한 종래의 투명기판 위에 원평광판을 붙인 유기전계발광 소자는 다음과 같은 문제가 있다.

첫째, 원편광판을 붙임으로 음극에 의한 외부 입사광의 반사를 크게 줄여줌과 동시에 유기 발광층으로부터 외부로 발산되는 빛까지도 차단하기 때문에 콘트라스트는 향상되는 반면 휘도가 50%이상 감소하는 문제점이 있었다.

둘째, 외광 반사를 줄이기 위해 부착한 원편광판의 가격이 비싸므로 유기전계 발광 소자의 가격이 상승하며 이로 인한 소비자의 부담을 가중시키는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 블랙 절연체와 광 필터를 적용하여 유기전계발광 소자의 명암비 및 색감을 높여 디스플레이 화질을 향상시키는 유기전계발광소자를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 제 1 전극, 유기전계 발광층, 제 2 전극으로 이루어진 다수의 픽셀들을 포함하는 다양한 방식의 유기전계발광 소자에 있어서, 상기 각 픽셀들을 제외한 전영역에 형성되어 외부 입사광의 반사를 줄이고 각 픽셀들을 절연시키는 블랙 절연층(black insulator)과, 상기 발광층에서 발생된 빛이 외부로 나오는 방향에 형성된 광 필터(optical filter)를 포함하여 구성되는 유기전계발광 소자를 제공한다.

그리고, 상기 블랙 절연층은 스트립(stripe) 형태 또는 매트릭스(matrix) 형태로 패터닝되고, 유기물, 무기물, 고분자, 무기물 옥사이드, 또는 무기물과 고분자를 혼합한 물질 중 어느 하나를 이용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 블랙 절연층은 가시광선 영역의 빛을 모두 흡수하며, 상기 광 필터(optical filter)는 가시광선 영역에서 50% 투과율을 갖는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 다양한 방식의 유기전계발광 소자는 구동하는 방식과 빛이 외부로 나오는 방향에 관계없으며, 상기 구동 방식이 액티브형이고, 빛이 외부로 나오는 방향이 버텀 에미션(bottom emission)일 경우, 상기 블랙 절연층을 구동 TFT의 반도체 물질 하부에 증착한다.

본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 본 발명은 투명기판 상에 소정간격을 갖는 다수개의 제 1 전극들을 형성하는 단계와, 상기 제 1 전극의 발광영역을 제외한 전면에 블랙 절연막을 형성하는 단계와, 상기 각 발광영역 사이의 블랙 절연막상에 제 1 전극에 수직한 방향으로 격벽들을 형성하는 단계와, 상기 격벽들을 포함한 전면에 유기전계발광층 및 제 2 전극을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 유기전계발광층의 빛이 외부로 나오는 방향에 광 필터를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 유기전계발광 소자 제조 제조 방법을 제공한다.

이하 상기의 목적으로 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

종래와 동일한 구성 요소는 설명의 편의상 동일 명칭 및 동일 부호를 부여하며 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 2a 및 도 2c를 참조하여, 본 발명에 따른 패시브형 유기전계발광소자의 제 1 실시예를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이 투명기판(11)상에 ITO(indium Tin Oxide)로 이루어진 다수의 양극(12)을 일정간격으로 형성하고 발광 영역이 될 픽셀(A) 부분을 제외한 전면에 픽셀간을 절연시키는 블랙 절연막(13)을 형성한다.

이때, 상기 블랙 절연막(13)은 발광영역(픽셀) 이외의 부분을 덮을수록 효과적이며 스트립(stripe) 형태 또는 매트릭스(matrix) 형태로 패턴된다.

그리고, 블랙 절연막은 유기물, 무기물, 고분자, 무기물 옥사이드, 또는 상기 물질들의 혼합물 중 어느 것이나 가능하고 색깔은 가시광선 영역의 빛을 모두 흡수하며 픽셀간을 절연하도록 충분한 절연특성을 가지고 있다.

이어, 도 2b에 도시된 바와 같이 각 픽셀(A) 부분 사이의 블랙 절연층(13)상에 양극(12)에 대해 수직한 방향으로 격벽(14)들을 형성한다. 이어 도 2c에 도시된 바와 같이 격벽(14)을 포함한 전면에 유기전계발광층(15) 및 음극(16)을 순차적으로 형성한다.

여기서, 상기 각 픽셀(A)의 유기전계발광층(15)과 음극(16)은 각 픽셀(A) 상이의 블랙 절연층(13)과 그 위에 형성된 격벽(14) 들에 의해 전기적으로 절연된다.

상기와 같이 형성된 유기전계발광 소자의 발광층(15)에서 발생한 빛이 외부 로 나오는 방향에 광 필터(optical filter)(17)를 형성한다.

상기 광 필터(17)는 가시광선 영역에서 일정한 투과율(50% 이상)을 갖는다. 이때 파장에 따라 투과율을 조절하여 색좌표 및 색재현율을 조절한다.

그리고 상기 광 필터(17)는 필름형태로 제작하여 부착할 수 있고, 기판에 직접 코팅 또는 증착하여 형성할 수도 있다.

물질로는 유기물, 무기물, 고분자, 무기물 옥사이드, 또는 상기 물질들의 혼합물 중 어느것이나 가능하고 가시광선 투과율이 적어도 50%이상이다.

도 3a는 도 2c 상의 a-a' 선상의 단면을 보여주는 도면이고, 도 3b는 도 2c의 b-b' 선상의 단면을 보여주는 도면이다.

도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 유기전계발광 소자의 제 2 실시예를 설명하면 다음과 같다. 이때 본 제 2 실시예의 기본적인 구성은 제 1 실시예와 동일하다. 다만 본 제 2 실시예에서는 상술한 제 1 실시예와는 달리 액티브형 유기전계발광 소자이다.

먼저 투명기판(21)위에 박막트랜지스터의 활성층으로 사용할 다결정 실리콘과 같은 반도체 물질(22)을 형성하고 패터닝한다.

그 다음 게이트 절연막(23)을 형성한 다음, 게이트 전극(24)을 증착한 후 패터닝한다. 그리고 상기 반도체층(22)의 일부분에 B나 P와 같은 불순물을 주입하고 열처리하여 박막트랜지스터의 소스-드레인(22a-22c) 영역을 형성한다.

상기 게이트 전극(24) 위에 층간 절연막(25)을 증착하고, 트랜지스터의 소스-드레인 영역(22a-22c) 위의 게이트 절연막(23), 층간 절연막(25)의 일부분을 에칭 하여 콘택홀을 형성한 다음 전극 라인(26)을 형성한다.

이때, 스위칭 트랜지스터의 드레인 영역 위에도 컨택홀이 형성되게 하고 이 컨택홀 위와 커패시터가 형성되는 영역 위에 메탈 전극이 형성되도록 한다.

그 다음 공정으로 상기 전극 라인(26) 위에 절연막(27)을 형성한 다음, 소스 영역의 일부 절연막(26)을 에칭하여 제거하고 그 위에 양극 전극(28)으로 ITO, IZO와 같은 투명한 전도성 물질을 증착하고, 이 양극 전극(28)의 일부분이 덮이게 블랙 절연막(29)을 형성한 다음, 이 블랙 절연막(29) 상에 유기 발광층(30), 음극 전극(31)을 순차적으로 형성한다.

이때, 상기 블랙 절연막(29)은 발광영역(픽셀) 이외의 부분을 덮을수록 효과적이며 스트립(stripe) 형태 또는 매트릭스(matrix) 형태로 패턴된다.

그리고, 블랙 절연막(29)은 유기물, 무기물, 고분자, 무기물 옥사이드, 또는 상기 물질들의 혼합물 중 어느 것이나 가능하고 색깔은 가시광선 영역의 빛을 모두 흡수하며 픽셀간을 절연하도록 충분한 절연특성을 가지고 있다.

이어서 상기와 같이 형성된 유기전계발광 소자의 발광층(30)에서 발생한 빛이 외부로 나오는 방향에 광 필터(optical filter)(31)를 형성하는데 제 2 실시예에서는 버텀 에미션(bottom emission) 타입이다.

상기 광 필터(31)는 가시광선 영역에서 일정한 투과율(50% 이상)을 갖는다. 이때 파장에 따라 투과율을 조절하여 색좌표 및 색재현율을 조절한다.

그리고 상기 광 필터(31)는 필름형태로 제작하여 부착할 수 있고, 기판에 직접 코팅 또는 증착하여 형성할 수도 있다.

물질로는 유기물, 무기물, 고분자, 무기물 옥사이드, 또는 상기 물질들의 혼합물 중 어느것이나 가능하고 가시광선 투과율이 적어도 50%이상이다.

도 5는 본 발명에 따른 유기전계발광 소자의 제 3 실시예로, 구조는 도 4와 같으며, 다만 블랙 절연막(42)을 반도체 물질(42)이 기판(41)에 형성되기 전에 증착한다.

상기와 같이 액티브형 구동 방식의 버텀 에미션 타입의 유기전계발광 소자에 블랙 절연막(42)과 광 필터(53)를 적용하므로 디스플레이의 화질 향상뿐만 아니라 외광 및 내광에 의한 구동소자(Driving TFT)의 퇴화(degradation)도 막을 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 유기전계발광 소자의제 4 실시예로 이 또한 도 4 의 구조와 같으며, 다만 양극(68)을 투명 전극이 아닌 메탈 전극을 사용하며, 음극(76)을 투명하게 하여 유기전계발광 소자의 발광층(70)에서 발생된 빛이 음극 전극(71)쪽으로 나오는 탑 에미션(top-emission) 타입이다.

상기 음극 전극(31)이 형성되면 유기전계발광소자의 유기막(70)의 보호를 위해 패시베이션 레이어나 실링 캡(72)을 형성한 후, 광 필터(73)를 형성한다.

한편, 상기 광 필터(73) 자체가 수분 및 산소 등의 외기에 베리어(barrier)특성을 갖도록 제작하여 패시베이션 레이어로 사용할 수도 있다.

도 7은 본 발명에 따른 유기전계발광 소자의 제 5 실시예로, 구조는 도 4와 동일하며, 다만 유기전계발광 소자를 구동하는 TFT 구동부와 유기전계발광층을 각각의 기판에 형성하여 이를 전도성 물질로 부착하는 형태의 유기전계발광 소자이다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가지 자에 의해 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.

상기에서 설명한 본 발명에 따른 유기전계발광 소자의 효과를 설명하면 다음과 같다.

첫째, 블랙 절연막과 광 필터를 동시에 유기전계발광 소자에 적용하므로 콘트라스트의 큰 감소 없이 휘도가 현저히 개선되는 효과가 있다.

둘째, 상기와 같이 유기전계발광 소자의 화질 향상뿐만 아니라 외광 및 내광에 의한 구동소자의 퇴화도 막을 수 있다.

셋째, 고가의 편광판을 사용하지 않고, 저렴한 광 필터를 사용하므로 제조단가를 낮추는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 제 1 전극과 유기전계 발광층과 제 2 전극을 구비한 다수의 픽셀들을 포함하여 이루어지는 유기전계발광 소자에 있어서,

   상기 각 픽셀들을 제외한 영역의 적어도 일부에 형성되어 외부 입사광의 반사를 줄이고 각 픽셀들을 절연시키는 블랙 절연층(black insulator)과;

   투명기판 상에 형성되고, 50% 이상의 가시광선 투과율을 가지며 파장에 따라 투과율이 다른 광 필터(optical filter)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기전계발광 소자.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 블랙 절연층은 스트립(stripe) 형태 또는 매트릭스(matrix) 형태로 패터닝 되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광 소자.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 블랙 절연층은 유기물, 무기물, 고분자, 무기물 옥사이드, 또는 무기물과 고분자를 혼합한 물질 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광 소자.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서,

   액티브형으로 구동되고 버텀 에미션(bottom emission) 방식으로 빛이 방출될 경우, 상기 블랙 절연층이 구동 TFT의 반도체 물질 하부에 증착된 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 유기전계발광 소자.
8. 투명기판 상에 소정간격을 갖는 다수 개의 제 1 전극들을 형성하는 단계와;

   상기 제 1 전극들의 발광영역을 제외한 전면에, 외부 입사광의 반사를 줄이고 각 픽셀들을 절연시키는 블랙 절연막을 형성하는 단계와;

   상기 각 발광영역 사이의 블랙 절연막상에 제 1 전극에 수직한 방향으로 격벽들을 형성하는 단계와;

   상기 격벽들을 포함한 전면에 유기전계발광층 및 제 2 전극을 순차적으로 형성하는 단계와

   유기전계발광층의 빛이 외부로 방출되는 방향에 형성되고, 50% 이상의 가시광선 투과율을 가지며 파장에 따라 투과율이 다른 광 필터를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기전계발광 소자의 제조방법.

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