KR100652352B1 - 유기전계발광 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 유기전계발광 소자는, 서로 일정간격 이격되어 대향되게 배치된 제 1, 2 기판과; 상기 제 1기판 내부에 형성되고, 박막트랜지스터를 포함하는 어레이 소자와; 상기 제 2기판의 투명 기판 상에 서브픽셀 단위로 패터닝되어 형성된 제 1전극(anode)와 상기 제 1 전극 상에 형성된 유기전계발광층과, 상기 유기전계발광층 상에 형성된 제 2 전극을 포함하는 유기전계발광다이오드와; 상기 박막트랜지스터(T)의 드레인 전극과 상기 유기전계발광 다이오드의 제 1전극(anode)을 전기적으로 연결시키는 소정의 금속이 씌워진 스페이서를 포함한다.

Description

유기전계발광 소자 및 그 제조방법{Organic Electro luminescence Device and fabrication method thereof}
도 1은 종래의 AMOLED의 기본 화소(서브픽셀) 구조를 나타낸 회로도.
도 2는 종래의 유기전계발광 소자에 대한 개략적인 단면도.
도 3은 상기 도 2에 도시된 하부발광방식 유기전계발광 소자의 하나의 서브픽셀 영역에 대한 확대 단면도.
도 4는 듀얼 패널 타입의 유기전계발광 소자의 개략적인 단면도.
도 5는 본 발명에 의한 유기전계발광 소자의 개략적인 단면도.
도 6은 도 5에 도시된 본 발명에 의한 유기전계발광 소자의 상부기판에 대한 평면도.
도 7a 내지 도 7f는 본 발명에 의한 유기전계발광 소자의 제조 공정을 나타내는 공정단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
501 : 투명기판 530 : 제 2기판
532 : 제 1전극(anode) 533 : 버퍼
534 : 격벽 536 : 유기전계 발광층
538 : 제 2전극(cathode)
본 발명은 유기전계발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 폴리 실리콘(p-Si) 박막트랜지스터가 구동소자로 채용되는 유기전계발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
평판디스플레이(FPD ; Flat Panel Display) 분야에서, 지금까지는 가볍고 전력소모가 적은 액정표시장치(LCD ; Liquid Crystal Display Device)가 가장 주목받는 디스플레이 소자였지만, 상기 액정표시장치는 발광소자가 아니라 수광소자이며 밝기, 콘트라스트(contrast), 시야각, 그리고 대면적화 등에 기술적 한계가 있기 때문에 이러한 단점을 극복할 수 있는 새로운 평판디스플레이 소자에 대한 개발이 활발하게 전개되고 있다.
새로운 평판디스플레이 중 하나인 상기 유기전계발광 소자는 자체발광형이기 때문에 액정표시장치에 비해 시야각, 콘트라스트 등이 우수하며 백라이트가 필요하지 않기 때문에 경량 박형이 가능하고, 소비전력 측면에서도 유리하다.
그리고, 직류 저전압 구동이 가능하고 응답속도가 빠르며 전부 고체이기 때문에 외부충격에 강하고 사용 온도범위도 넓으며, 특히 제조비용 측면에서도 저렴한 장점을 가지고 있다.
특히, 상기 유기전계발광 소자의 제조공정에는, 액정표시장치나 PDP(Plasma Display Panel)와 달리 증착 및 봉지(encapsulation) 장비가 전부라고 할 수 있기 때문에, 공정이 매우 단순하다.또한, 각 화소마다 스위칭 소자인 박막트랜지스터를 가지는 액티브 매트릭스방식으로 유기전계발광 소자를 구동하게 되면, 낮은 전류를 인가하더라도 동일한 휘도를 나타내므로 저소비 전력, 고정세, 대형화가 가능한 장점을 가진다.
이하, 이러한 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자(이하, AMOLED)의 기본적인 구조 및 동작 특성에 대해서 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 종래의 AMOLED의 기본 화소(서브픽셀) 구조를 나타낸 회로도이다.
도시한 바와 같이, 제 1 방향으로 게이트 라인(GL)(2)이 형성되어 있고, 이 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 형성되며, 서로 일정간격 이격된 데이터 라인(DL)(3) 및 전원 라인(VDD)(4)이 형성되어 있어, 하나의 화소 영역을 정의한다.
상기 게이트 라인(2)과 데이터 라인(3)의 교차지점에는 어드레싱 엘리먼트(addressing element)인 스위칭 박막트랜지스터(switching TFT)(5)가 형성되어 있고, 이 스위칭 박막트랜지스터(5) 및 전원 라인(4)과 연결되어 스토리지 캐패시터(CST)(6)가 형성되어 있으며, 이 스토리지 캐패시터(CST)(6) 및 전원 라인(4)과 연결되어, 전류원 엘리먼트(current source element)인 구동 박막트랜지스터(7)가 형성되어 있고, 이 구동 박막트랜지스터(7)와 연결되어 유기전계발광 다이오드(Electro luminescent Diode)(8)가 구성되어 있다.
이 유기전계발광 다이오드(8)는 유기발광물질에 순방향으로 전류를 공급하 면, 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.
즉, 상기 AMOLED의 화소는 기본적으로 게이트 구동전압인 화소 전압을 어드레싱(addressing) 하기 위한 스위칭 박막트랜지스터(5)와 AMOLED의 구동전류를 제어하는 구동 박막트랜지스터(7)로 구성되어 있으며, 화소 전압을 안정적으로 유지하기 위한 스토리지 캐패시터(storage capacitor)(6)가 필수적으로 요구된다.
또한, 상기 유기전계발광 소자는 유기전계발광 다이오드에서 발광된 빛의 진행방향에 따라 상부 발광방식(top emission type)과 하부 발광방식(bottom emission type)으로 나뉜다.
이 때, 상기 AMOLED에 사용되는 박막트랜지스터는 액티브 채널로서의 역할을 수행하는 반도체 박막의 상태에 따라 비정질 실리콘(a-Si) 박막트랜지스터와, 폴리 실리콘(p-Si) 박막트랜지스터로 구분될 수 있다.
최근 들어서는 높은 전계 효과 이동도(field effect mobility)를 갖는 폴리 실리콘 박막트랜지스터를 상기 AMOLED에 적용하도록 하는 연구가 활발히 진행되고 있다.
상기 도 1은 폴리 실리콘 박막트랜지스터를 적용한 AMOLED를 나타내는 것으로, 이 경우 상기 박막트랜지스터는 p-type으로 구성되며, 그에 따라 도 1에 도시 된 바와 같이 상기 유기전계발광 다이오드의 양극(anode)는 구동 박막트랜지스터(7)의 드레인 전극(D)에 연결되도록 구성되어야 하며, 상기 전원 라인(4)은 구동 박막트랜지스터(7)의 소스 전극(S)에 연결되도록 구성된다.
도 2는 종래의 유기전계발광 소자에 대한 개략적인 단면도로서, 이는 하부 발광방식으로 동작하는 AMOLED의 단면 구조를 나타내고 있다.
도시한 바와 같이, 제 1, 2 기판(10, 30)이 서로 대향되게 배치되어 있고, 제 1, 2 기판(10, 30)의 가장자리부는 씰패턴(40 ; seal pattern)에 의해 봉지되어 있는 구조에 있어서, 제 1 기판(10)의 투명 기판(1) 상부에는 서브 픽셀별로 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있고, 박막트랜지스터(T)와 연결되어 제 1 전극(12)이 형성되어 있고, 박막트랜지스터(T) 및 제 1 전극(12) 상부에는 박막트랜지스터(T)와 연결되어 제 1 전극(12)과 대응되게 배치되는 적(Red), 녹(Green), 청(Blue) 컬러를 띠는 발광물질을 포함하는 유기전계발광층(14)이 형성되어 있고, 유기전계발광층(14) 상부에는 제 2 전극(16)이 형성되어 있다.
상기 제 1, 2 전극(12, 16)은 유기전계발광층(14)에 전계를 인가해주는 역할을 한다.
그리고, 전술한 씰패턴(40)에 의해서 제 2 전극(16)과 제 2 기판(30) 사이는 일정간격 이격되어 있으며, 도면으로 제시하지는 않았지만, 제 2 기판(30)의 내부면에는 외부로부터 인입되는 수분을 흡수하는 흡습제(미도시) 및 흡습제와 제 2 기판(30)간의 접착을 위한 반투성 테이프(미도시)가 포함된다.
한 예로, 하부발광방식 구조에서 상기 제 1 전극(12)을 양극(anode)으로, 제 2 전극(16)을 음극(cathode)으로 구성할 경우 제 1 전극(12)은 투명도전성 물질에서 선택되고, 제 2 전극(16)은 일함수가 낮은 금속물질에서 선택되며, 이런 조건 하에서 상기 유기전계발광층(14)은 제 1 전극(12)과 접하는 층에서부터 정공주입층(14a ; hole injection layer), 정공수송층(14b ; hole transporting layer), 발광층(14c ; emission layer), 전자수송층(14d ; electron transporting layer) 순서대로 적층된 구조를 이룬다.
이때, 상기 발광층(14c)은 서브픽셀별로 적, 녹, 청 컬러를 구현하는 발광물질이 차례대로 배치된 구조를 가진다.
도 3은 상기 도 2에 도시된 하부발광방식 유기전계발광 소자의 하나의 서브픽셀 영역에 대한 확대 단면도이다.
도시한 바와 같이, 투명 기판(1) 상에는 반도체층(62), 게이트 전극(68), 소스 및 드레인 전극(80, 82)이 차례대로 형성되어 폴리 실리콘(p-Si) 박막트랜지스터 영역을 이루고, 소스 및 드레인 전극(80, 82)에는 전원라인(미도시)에서 형성된 파워 전극(72) 및 유기전계발광 다이오드(E)가 각각 연결되어 있다.
그리고, 상기 파워 전극(72)과 대응하는 하부에는 절연체가 개재된 상태로 캐패시터 전극(64)이 위치하여, 이들이 대응하는 영역은 스토리지 캐패시터 영역을 이룬다.
상기 유기전계발광 다이오드(E)이외의 박막트랜지스터 영역 및 스토리지 캐패시터 영역에 형성된 소자들은 어레이 소자(A)를 이룬다.
상기 유기전계발광 다이오드(E)는 유기전계발광층(14)이 개재된 상태로 서로 대향된 제 1 전극(12) 및 제 2 전극(16)으로 구성된다. 상기 유기전계발광 다이오드(E)는 자체발광된 빛을 외부로 방출시키는 발광 영역에 위치한다.
이 때, 도 1에서 설명한 바와 같이 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극(82)과 전기적으로 접속하는 제 1전극(12)은 양극(anode)으로서의 ITO 전극이 사용되며, 상기 제 2전극(16)은 음극(cathode)으로서의 일함수가 낮은 Al 등이 사용된다.
이와 같이, 기존의 유기전계발광 소자는 어레이 소자(A)와 유기전계발광 다이오드(E)가 동일 기판 상에 적층된 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하였다.
그러나, 앞서 설명한 종래의 하부 발광방식의 유기전계발광 소자에 있어서, 상기 폴리 실리콘 박막트랜지스터가 구비되는 어레이 소자는 전류 불균일도 해소를 위해 전류보상회로 적용이 필요하며, 이에 따라 하나의 픽셀 내에 4개의 박막트랜지스터가 필요하게 되는데, 이 경우 소형 디스플레이에서는 개구율 확보가 불가능하다는 문제점이 있다.
또한, 종래의 하부 발광방식의 유기전계발광 소자는, 상기 어레이 소자 및 유기전계발광 다이오드가 형성된 기판과 별도의 인캡슐레이션용 기판의 합착을 통해 소자를 제작하는데, 이 경우 어레이 소자의 수율과 유기전계발광 다이오드의 수율의 곱이 유기전계발광 소자의 수율을 결정하기 때문에, 후반 공정에 해당되는 유기전계발광 다이오드 공정에 의해 전체 공정 수율이 크게 제한되는 문제점이 있다. 예를 들어, 어레이 소자가 양호하게 형성되었다 하더라도, 1000Å 정도의 박막을 사용하는 유기전계발광층의 형성 시 이물이나 기타 다른 요소에 의해 불량이 발생하게 되면, 유기전계발광 소자는 불량 등급으로 판정된다.
이로 인하여, 양품의 어레이 소자를 제조하는데 소요되었던 제반 경비 및 재료비 손실이 초래되고, 생산수율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 어레이 소자와 유기전계발광 다이오드를 서로 다른 기판에 구성하는 유기전계발광 소자에 있어서, 각 화소의 구동 소자를 이루는 박막트랜지스터를 폴리 실리콘 박막트랜지스터로 구성하고, 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극에 상기 유기전계발광 다이오드의 제 1전극(anode)이 접속되도록 하면서, 투명한 제 2전극(cathode)을 채용하지 않음으로써, 유기전계발광 소자를 용이하고, 안정적으로 구동케 하는 유기전계발광 소자 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 유기전계발광 소자는, 서로 일정간격 이격되어 대향되게 배치된 제 1, 2 기판과; 상기 제 1기판 내부에 형성되고, 박막트랜지스터를 포함하는 어레이 소자와; 상기 제 2기판의 투명 기판 상에 서브픽셀 단위로 패터닝되어 형성된 제 1전극(anode)와 상기 제 1 전극 상에 형성된 유기전계발광층과, 상기 유기전계발광층 상에 형성된 제 2 전극을 포함하는 유기전계발광다이오드와; 상기 박막트랜지스터(T)의 드레인 전극과 상기 유기전계발광 다이오드의 제 1전극(anode)을 전기적으로 연결시키는 소정의 금속이 씌워진 스페이서를 포함한다.
여기서, 상기 제 2기판에 형성된 유기전계발광 다이오드는, 상기 제 1전극의 에지(edge) 영역 및 상기 제 1전극 상의 소정의 영역에 형성되는 버퍼와, 상기 소정의 영역에 형성된 버퍼의 상부 형성되는 격벽을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 유기전계발광 소자의 제조방법은, 제 1기판 내부에 박막트랜지스터를 구비한 어레이 소자가 형성되는 단계와; 제 2기판의 투명 기판 상에 서브픽셀 단위로 제 1전극(anode)과, 상기 제 1 전극 상에 형성된 유기전계발광층과, 상기 유기전계발광층 상에 형성된 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 유기전계발광다이오드 형성단계와; 상기 제 1 기판 상에는 금속이 씌워진 스페이서를 형성하는 단계와; 상기 제 1, 2기판이 금속이 씌워진 스페이서에 의해 전기적으로 연결되고, 상기 제 1, 2기판이 합착되는 단계가 포함되며, 상기 금속이 씌워진 스페이서에 의해 상기 박막트랜지스터(T)의 드레인 전극과 상기 유기전계발광 다이오드의 제 1전극(anode)이 전기적으로 연결됨을 특징으로 한다.
본 발명의 설명에 앞서 듀얼 패널 타입의 유기전계발광 소자에 대해 설명하도록 한다.
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도 4는 듀얼 패널 타입의 유기전계발광 소자의 개략적인 단면도로서, 설명의 편의상 인접한 서브 픽셀 영역을 중심으로 도시하였다.
도시한 바와 같이, 서로 일정간격 이격 되게 제 1, 2 기판(110, 130)이 배치되어 있고, 제 1 기판(110)의 투명 기판(100) 내부면에는 어레이 소자(A)가 형성되어 있고, 제 2 기판(130)의 투명 기판(101) 내부면에는 유기전계발광 다이오드 소자(E)가 형성되어 있으며, 상기 제 1 및 2기판(110, 130)의 가장자리부는 씰패턴(미도시)에 의해 봉지 된다.
상기 유기전계발광 다이오드 소자(E)에는, 공통전극으로 이용되는 제 1 전극(132)과, 제 1 전극(132) 하부에서 서브픽셀별 경계부에 위치하는 버퍼(133) 및 격벽(134)과, 버퍼(133) 내 영역에서 유기전계발광층(136)이 형성되고, 상기 격벽(134)에 의해 서브 픽셀 단위로 분리되는 패턴을 갖는 제 2 전극(138)이 차례대로 형성되어 있다.
상기 유기전계발광층(136)은 제 1 캐리어 전달층(136a), 발광층(136b), 제 2 캐리어 전달층(136c)가 차례대로 적층된 구조로 이루어지며, 상기 제 1, 2 캐리어 전달층(136a, 136c)은 발광층(136b)에 전자(electron) 또는 정공(hole)을 주입(injection) 및 수송(transporting)하는 역할을 한다.
상기 제 1, 2 캐리어 전달층(136a, 136c)은 양극 및 음극의 배치구조에 따라 정해지는 것으로, 한 예로 상기 발광층(136b)이 고분자 물질에서 선택되고, 제 1 전극(132)을 양극(anode), 제 2 전극(138)을 음극(cathode)으로 구성하는 경우에는 제 1 전극(132)과 연접하는 제 1 캐리어 전달층(136a)은 정공주입층, 정공수송층이 차례대로 적층된 구조를 이루고, 제 2 전극(138)과 연접하는 제 2 캐리어 전달층(136c)은 전자주입층, 전자수송층이 차례대로 적층된 구조로 이루어진다.
그리고, 상기 어레이 소자(A)는 폴리 실리콘 박막트랜지스터(T)를 포함하는 소자로써, 상기 유기전계발광 다이오드 소자(E)에 전류를 공급하기 위하여, 서브픽셀 단위로 제 2 전극(138)과 박막트랜지스터(T)를 연결하는 위치에 기둥형상의 스페이서(114)가 위치하며, 상기 스페이서의 외곽부에는 소정의 금속(113)이 형성되고, 상기 소정의 금속(113)은 박막트랜지스터(T)의 드레인 전극(112)과 전기적으로 연결된다.
그에 따라 상기 스페이서(114)는 일반적인 액정표시장치용 스페이서와 달리, 셀갭 유지 기능보다 두 기판을 전기적으로 연결시키는 것을 주목적으로 하는 것으로, 두 기판 간의 사이 구간에서 기둥형상으로 일정 높이를 가지는 특성을 갖는다.
상기 스페이서(114)와 박막트랜지스터(T)의 연결부위를 좀 더 상세히 설명하면, 박막트랜지스터(T)를 덮는 영역에 드레인 전극(112)을 일부 노출시키는 드레인 콘택홀을 가지는 보호층(124)이 형성되어 있고, 보호층(124) 상부에는 드레인 콘택홀을 통해 드레인 전극(112)과 연결되는 상기 소정의 금속(113)이 형성되며, 상기 소정의 금속(113)은 상기 스페이서(114)를 덮도록 형성되어, 결과적으로 제 2기판 상에 형성된 유기전계발광 다이오드(E)와 상기 박막트랜지스터(T)가 전기적으로 연결되도록 한다.
전술한 박막트랜지스터(T)는, 상기 유기전계발광 다이오드(E)와 연결되는 구동용 폴리 실리콘(p-Si) 박막트랜지스터에 해당되며, 상기 소정의 금속(113)은 전도성 물질에서 선택되며, 바람직하기로는 연성을 띠고, 비저항값이 낮은 금속물질 에서 선택되는 것이 바람직하다.
그리고, 이는 상기 유기전계발광층(136)에서 발광된 빛을 제 2 기판(130) 쪽으로 발광시키는 상부발광 방식인 것을 특징으로 한다.
도면으로 제시하지 않았지만, 상기 어레이 소자(A)는 게이트 라인과, 게이트 라인과 교차하며, 서로 일정간격 이격되는 데이터 라인 및 전원라인과, 게이트 라인과 데이터 라인이 교차하는 지점에 위치하는 스위칭 박막트랜지스터 그리고, 스토리지 캐패시터를 더욱 포함한다.
이와 같은 듀얼 패널 타입의 유기전계발광 소자는, 어레이 소자와 유기전계발광 다이오드 소자를 서로 다른 기판 상에 구성하기 때문에, 기존의 어레이 소자와 유기전계발광 다이오드 소자를 동일 기판 상에 형성하는 경우와 비교할 때, 어레이 소자의 수율에 유기전계발광 다이오드 소자가 영향을 받지 않아 각 소자의 생산관리 측면에서도 양호한 특성을 나타낼 수 있다.
또한, 전술한 조건 하에서 상부발광방식으로 화면을 구현하게 되면, 개구율을 염두하지 않고 박막트랜지스터를 설계할 수 있어 어레이 공정효율을 높일 수 있고, 고개구율/고해상도 제품을 제공할 수 있으며, 듀얼 패널(dual panel) 타입으로 유기전계발광 다이오드 소자를 형성하기 때문에, 기존의 상부발광 방식보다 외기를 효과적으로 차단할 수 있어 제품의 안정성을 높일 수 있다.
또한, 종래의 하부발광방식 제품에서 발생되었던 박막트랜지스터 설계에 대해서도 유기전계발광 다이오드 소자와 별도의 기판에 구성함에 따라, 박막트랜지스터 배치에 대한 자유도를 충분히 얻을 수 있고, 유기전계발광 다이오드 소자의 제 1 전극을 투명 기판 상에 형성하기 때문에, 기존의 어레이 소자 상부에 제 1 전극을 형성하는 구조와 비교해볼 때, 제 1 전극에 대한 자유도를 높일 수 있는 장점을 가지게 된다.
단, 앞서 도 1을 통해 설명한 바와 같이 폴리 실리콘(p-Si) 박막트랜지스터는 p-type으로 구성되는 것이 일반적이며, 그에 따라 상기 구동 박막트랜지스터(T)의 드레인 전극(122)에 전기적으로 연결되는 유기전계발광 다이오드(E)의 전극은 양극이 되어야 안정적인 동작이 가능하게 된다.
따라서, 상기 제 1전극(132)을 양극(anode)으로서의 ITO 전극을 사용하고, 상기 제 2전극(138)을 음극(cathode)으로서 일함수가 낮은 알루미늄(Al) 등의 금속을 사용하게 되면, 상기 구동 박막트랜지스터(T)의 드레인 전극(122)이 유기전계발광 다이오드(E)의 음극과 접하게 되어 결과적으로 안정적인 동작을 구현할 수 없게되는 문제가 발생한다.
이를 극복하기 위해 상기 제 1전극(anode)(132)과 제 2전극(cathode)(138)의 위치를 서로 바꾸는 inverted EL 구조를 적용하는 방법이 제안될 수 있으나, 이 경우 상부발광을 위해서는 투명 음극막을 개발 적용해야 한다는 문제가 있다.
또한, 상기 투명 음극막의 증착을 위해 플라즈마(plasma)를 사용하는 경우 유기전계발광층(136)이 손상될 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 극복하기 위해 창출된 것으로 이하 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명에 의한 유기전계발광 소자의 개략적인 단면도로서, 설명의 편의상 인접한 서브 픽셀 영역을 중심으로 도시하였다.
또한, 도 6은 도 5에 도시된 본 발명에 의한 유기전계발광 소자의 상부기판에 대한 평면도로, 하나의 서브 픽셀 영역을 중심으로 도시하였다.
단, 도 5는 도 4에 도시된 듀얼 패널 타입의 유기전계발광 소자의 단면과 대응되는 것으로, 도 4와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하며, 그에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
즉, 본 발명은 도 4와 비교할 때 제 1기판(110)의 구성은 동일하나, 제 2기판(530)에 형성된 제 1전극(anode)(532) 및 제 2전극(cathode)(538), 버퍼(533) 및 격벽(534)이 종래와 상이한 형태로 형성되어, 상기 제 1기판(110) 상에 구비된 p-type의 구동 박막트랜지스터(T)의 드레인 전극(112)이 제 2기판(130) 상에 형성된 유기전계발광 다이오드(E)의 양극, 즉 제 1전극(532)과 전기적으로 연결되고, 상기 유기전계발광 다이오드(E)의 음극 즉, 제 2전극(538)을 상부발광을 위해 투명하게 형성하지 않아도 됨을 특징으로 한다.
다시 말하면, 본 발명은 상기 유기전계발광 다이오드의 적층 순서를 inverted EL 구조가 아닌 conventional EL 구조를 유지하면서, 상부발광 방식을 구현할 수 있는 것이다.
상기 conventional EL 구조는 상기 유기전계발광 다이오드를 형성함에 있어, 기판(제 2기판)으로부터 제 1전극(anode), 정공주입층(HIL), 정공전달층(HTL), 발광층(EML), 전자전달층(ETL), 제 2전극(cathode)의 순서로 적층하는 것을 말하는 것이고,
상기 inverted EL 구조는 그 반대로 기판(제 2기판)으로부터 제 2전극(cathode), 전자전달층(ETL), 발광층(EML), 정공전달층(HTL), 정공주입층(HIL), 제 1전극(anode)의 순서로 적층하는 것을 말한다.
상기 inverted EL 구조는 앞서 언급한 유기전계발광 소자의 구동 불안정 문제를 극복하기 위해 제시된 구조이나, 이는 유기발광층 및 양극의 계면이 손상(damage) 받기 쉽고, 소자의 특성에 영향을 줄 수 있다는 문제점을 가지고 있다.
이에 본 발명은 상기 conventional EL 구조를 유지하면서 유기전계발광 다이오드의 제 1전극(anode)(532)과 제 1기판 상에 형성된 구동 박막트랜지스터(T)의 드레인 전극(112)이 전기적으로 연결되도록 제 2기판(530)을 구성함으로써, 안정적인 상부발광 방식 구동을 가능케 한다. 단, 상기 구동 박막트랜지스터(T)는 p-type의 폴리 실리콘(p-Si) 박막트랜지스터이다.
즉, 도 5 및 도 6을 참조하면, 제 2 기판(530)의 투명 기판(501) 상에 유기전계발광 다이오드(E)의 제 1전극(anode)(532)이 각 서브픽셀 단위로 패터닝되어 형성되어 있으며, 상기 제 1전극(532)의 에지(edge) 영역(B) 및 상기 제 1전극(532) 상의 소정의 영역(C) 즉, 상기 제 1기판(110)에 형성된 금속(113)이 씌워진 스페이서(114)와 접하게 되는 부분의 외곽부에 버퍼(533)가 형성되고, 상기 소정의 영역(C)에 형성된 버퍼(533)의 상부에는 격벽(separator)(534)이 형성된다.
여기서, 상기 버퍼(533)는 각각의 서브 픽셀의 영역을 구획하는 역할 및 유기전계 발광층(536)이 형성되는 영역을 정의하는 역할을 수행한다.
즉, 버퍼(533)가 상기 제 1전극(anode)(532)의 에지 영역(B)에 형성됨으로써, 각 서브 픽셀의 영역을 구획하며, 또한, 유기전계 발광층(536)은 각 서브 픽셀에 있어서 상기 버퍼(533)에 의해 정의된 영역 내에서만 형성된다.
단, 상기 버퍼(533) 및 격벽(534)에 의해 둘러싸여진 서브 픽셀 내의 영역에는 상기 유기전계 발광층이 형성되지 않는다.
상기 유기전계발광층(536)은 정공 전달층(536a), 발광층(536b), 전자 전달층(536c)가 차례대로 적층된 구조로 이루어지며, 상기 정공/전자 전달층(536a, 536c)은 발광층(536b)에 정공(hole) 또는 전자(electron)를 주입(injection) 및 수송(transporting)하는 역할을 한다.
이 때, 상기 제 1 전극(anode)(532)과 연접하는 정공 전달층(536a)은 정공주입층, 정공수송층이 차례대로 적층된 구조를 이루고, 제 2 전극(cathode)(538)과 연접하는 제 전자 전달층(536c)은 전자주입층, 전자수송층이 차례대로 적층된 구조로 이루어 질 수 있다.
이와 같이 상기 유기전계 발광층(536)이 상기 버퍼(533) 내 영역에 형성되면, 그 상부에 제 2전극(cathode)(538)이 형성된다. 단, 상기 제 2전극(cathode)(538)은 기판의 전면에 형성되는 것으로 공통전극(common electrode)의 역할을 수행하게 된다.
이에 따라, 상기 제 1전극(anode)(532)은 각 서브 픽셀 단위로 패터닝되어 형성되어 있으므로 이는 화소 전극으로서의 역할을 수행하는 것이다.
본 발명의 경우 상기 서브픽셀 내 영역 중 버퍼(533) 및 격벽(534)에 의해 둘러싸여진 영역 즉, 제 1기판(110) 상에 형성된 금속(113)이 씌워진 스페이서(114)와 접하게 되는 부분은 유기전계 발광층이 형성되지 않기 때문에 제 1전극(532)과 제 2전극(538)이 연접하게 된다.
앞서 도 4를 통해 설명한 바와 같이, 제 1기판 상에 형성된 어레이 소자(A)는 폴리 실리콘 박막트랜지스터(T)를 포함하는 소자로써, 제 2기판 상에 형성된 상기 유기전계발광 다이오드(E)에 전류를 공급하기 위하여, 서브픽셀 단위로 유기전계발광 다이오드(E)와 박막트랜지스터(T)를 연결하는 위치에 기둥형상의 스페이서(114)가 위치하며, 상기 스페이서의 외곽부에는 소정의 금속(113)이 형성되고, 상기 소정의 금속(113)은 박막트랜지스터(T)의 드레인 전극(112)과 전기적으로 연결된다.
즉, 상기 소정의 금속(113)은 상기 스페이서(114)를 덮도록 형성되어, 결과적으로 제 2기판 상에 형성된 유기전계발광 다이오드(E)와 상기 박막트랜지스터(T)의 드레인 전극이 전기적으로 연결되도록 하는데, 본 발명의 경우 상기 금속(113)이 씌워진 스페이서(114)가 상기 유기전계발광 다이오드(E)에 접함에 있어, 제 2전극(cathode)(538)을 거쳐 제 1전극(anode)(532)과 접하게 되기 때문에 상기 박막트랜지스터(T)의 드레인 전극(112)은 유기전계발광 다이오드(E)의 제 1전극(anode)(532)와 전기적으로 연결될 수 있게 된다.
이에 따라 본 발명에 의한 제 2기판의 구조에 의할 경우, conventional EL 구조를 유지하면서 유기전계발광 다이오드의 제 1전극(anode)과 제 1기판 상에 형성된 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극이 전기적으로 연결되도록 제 2기판을 구 성함으로써, 안정적인 상부발광 방식 구동을 가능케 할 수 있는 것이다. 단, 상기 구동 박막트랜지스터는 p-type의 폴리 실리콘(p-Si) 박막트랜지스터이다.
도 7a 내지 도 7f는 본 발명에 의한 유기전계발광 소자의 제조 공정을 나타내는 공정단면도이다. 단, 이는 도 5에 도시된 단면도를 중심으로 도시된 것이다.
먼저 도 7a를 참조하면, 제 1 기판(110) 상에 어레이 소자(A)가 형성된다. 이 단계에서는 투명 기판 상에 버퍼층을 형성하는 단계와, 버퍼층 상부에 반도체층 및 캐패시터 전극을 형성하는 단계와, 반도체층 상부에 게이트 전극, 소스 및 드레인 전극 즉, 박막트랜지스터를 형성하는 단계와, 상기 캐패시터 전극 상부에 위치하며, 상기 소스 전극과 연결되는 파워 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
이 때, 상기 박막트랜지스터는 구동용 박막트랜지스터(T)를 포함하여 각 서브픽셀 별로 다수개가 형성될 수 있으며, 이는 p-type의 폴리 실리콘 박막트랜지스터임을 특징으로 한다.
이 단계에서는, 후속 공정으로 제 1, 2 기판 간의 전기적 연결을 위한 전기적 연결패턴으로서, 소정의 금속(113)이 씌워진 스페이서(114)가 형성될 수 있다.
다음으로 도 7b에 도시된 바와 같이, 제 2기판의 투명기판(501) 상에 유기전계발광 다이오드의 제 1전극(anode)(532)이 각 서브픽셀 단위로 패터닝되어 형성된다.
이 때, 상기 제 1전극(532)은 투명 도전물질로서 ITO(Indium-Tin-Oxide) 전극이 사용되는 것이 바람직하다.
다음으로 도 7c에 도시된 바와 같이 상기 제 1전극(532)의 에지(edge) 영역(B) 및 상기 제 1전극(532) 상의 소정의 영역(C) 상에 버퍼가 형성되고, 상기 소정의 영역(C)에 형성된 버퍼(533)의 상부에는 격벽(separator)(534)이 형성된다.
여기서, 상기 소정의 영역(C)은 어레이 소자(도 5의 A)가 구비된 제 1기판에 형성된 금속(113)이 씌워진 스페이서(114)와 접하게 되는 부분의 외곽 영역을 의미하는 것이며, 상기 영역에는 버퍼(533) 및 격벽(534)이 형성된다.
이 때, 상기 버퍼(533)는 각각의 서브 픽셀의 영역을 구획하는 역할 및 유기전계 발광층이 형성되는 영역을 정의하는 역할을 수행한다.
다음으로는 도 7d에 도시된 바와 같이 유기전계 발광층(536)이 각 서브 픽셀에 있어 상기 버퍼(533)에 의해 정의된 영역 내에서 형성된다.
단, 상기 버퍼(533) 및 격벽(534)에 의해 둘러싸여진 서브 픽셀 내의 영역에는 상기 유기전계 발광층이 형성되지 않는다.
여기서, 상기 유기전계발광층(536)은 정공 전달층(536a), 발광층(536b), 전자 전달층(536c)가 차례대로 적층된 구조로 이루어지며, 상기 정공/전자 전달층(536a, 536c)은 발광층(536b)에 정공(hole) 또는 전자(electron)를 주입(injection) 및 수송(transporting)하는 역할을 한다.
이 때, 상기 제 1 전극(anode)과 연접하는 정공 전달층(536a)은 정공주입층, 정공수송층이 차례대로 적층된 구조를 이루고, 추후 제 2 전극(cathode)과 연접하는 제 전자 전달층(536c)은 전자주입층, 전자수송층이 차례대로 적층된 구조로 이루어 질 수 있다.
이와 같이 상기 유기전계 발광층(536)이 상기 버퍼(533) 내 영역에 형성되 면, 도 7e에 도시된 바와 같이, 그 상부에 유기전계발광 다이오드의 제 2전극(cathode)(538)이 형성된다. 단, 상기 제 2전극(cathode)(538)은 기판의 전면에 형성되는 것으로 공통전극(common electrode)의 역할을 수행하게 된다. 또한, 상기 제 2전극은 일함수가 낮은 금속 중에서 선택되는 것이 바람직한 것으로, 그 예로 알루미늄(Al) 등을 들 수 있다.
즉, 본 발명의 경우 상기 서브픽셀 내 영역 중 버퍼(533) 및 격벽(534)에 의해 둘러싸여진 영역 즉, 제 1기판 상에 형성된 금속(113)이 씌워진 스페이서(114)와 접하게 되는 부분은 유기전계 발광층이 형성되지 않기 때문에 제 1전극(532)과 제 2전극(538)이 연접하게 된다.
그 후 도 7f에 도시된 바와 같이 상기 제 1, 2기판을 합착하고, 인캡슐레이션 하게 되면 상기 금속(113)이 씌워진 스페이서(114)에 의해 상기 제 1, 2기판이 서로 전기적으로 연결되며, 이는 결과적으로 상기 제 2기판 상에 형성된 유기전계발광 다이오드의 제 1전극(anode)(532)과 제 1기판 상에 형성된 구동 박막트랜지스터(T)의 드레인 전극(112)이 전기적으로 연결되는 것이다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 유기전계발광 소자 및 그 제조방법에 의하면, 첫째, 생산수율 및 생산관리 효율을 향상시킬 수 있고, 둘째, 상부발광 방식이기 때문에 박막트랜지스터 설계가 용이해지고 고개구율/고해상도 구현이 가능하며, 셋째, 기판 상에 유기전계발광 다이오드용 전극을 구성하기 때문에, 재료선택 폭을 넓힐 수 있으며, 넷째, 상부발광 방식이면서 인캡슐레이션 구조이기 때 문에, 외기로부터 안정적인 제품을 제공할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 각 화소의 구동 소자를 이루는 박막트랜지스터를 폴리 실리콘 박막트랜지스터로 구성하고, 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극에 상기 유기전계발광 다이오드의 제 1전극(anode)이 접속되도록 하여, 투명한 제 2전극을 채용할 필요가 없으며, 유기전계발광 소자의 안정적인 구동을 가능케 하는 장점이 있다.

Claims (23)

  1. 서로 일정간격 이격되어 대향되게 배치된 제 1, 2 기판과;
    상기 제 1기판 내부에 형성되고, 박막트랜지스터를 포함하는 어레이 소자와;
    상기 제 2기판의 투명 기판 상에 서브픽셀 단위로 패터닝되어 형성된 제 1전극(anode)과 상기 제 1 전극 상에 형성된 유기전계발광층과, 상기 유기전계발광층 상에 형성된 제 2 전극을 포함하는 유기전계발광다이오드와;
    상기 박막트랜지스터(T)의 드레인 전극과 상기 유기전계발광 다이오드의 제 1전극(anode)을 전기적으로 연결시키는 소정의 금속이 씌워진 스페이서를 포함하는 유기전계발광 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2기판에 형성된 유기전계발광 다이오드는,
    상기 제 1전극의 에지(edge) 영역 및 상기 제 1전극 상의 소정의 영역에 형성되는 버퍼와, 상기 소정의 영역에 형성된 버퍼의 상부 형성되는 격벽을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광 소자.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 소정의 영역은 상기 제 1기판에 형성된 금속이 씌워진 스페이서와 접하게 되는 부분의 외곽 영역임을 특징으로 하는 유기전계발광 소자.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 소정의 영역 내에는 유기전계 발광층이 형성되지 않음을 특징으로 하는 유기전계발광 소자.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 소정의 영역 내에는 제 1전극과 제 2전극이 서로 연접되어 있음을 특징으로 하는 유기전계발광 소자.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 투명 금속이고, 상기 제 2 전극은 불투명 금속인 것을 특징으로 하는 유기전계발광 소자.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터는 p-type의 폴리 실리콘 박막트랜지스터임을 특징으로 하는 유기전계발광 소자.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전극은 상기 유기전계발광 다이오드의 애노드(anode) 전극인 것을 특징으로 하는 유기전계발광 소자.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 버퍼는 상기 제 1 전극을 전기적으로 분리하기 위해 형성된 것을 특징으로 하는 유기전계발광 소자.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 격벽은 상기 제 2 전극을 전기적으로 분리하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광 소자.
  11. 제 1기판 내부에 박막트랜지스터를 구비한 어레이 소자가 형성되는 단계와;
    제 2기판의 투명 기판 상에 서브픽셀 단위로 제 1전극(anode)과, 상기 제 1 전극 상에 형성된 유기전계발광층과, 상기 유기전계발광층 상에 형성된 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 유기전계발광다이오드 형성단계와;
    상기 제 1 기판 상에는 금속이 씌워진 스페이서를 형성하는 단계와;
    상기 제 1, 2기판이 금속이 씌워진 스페이서에 의해 전기적으로 연결되고, 상기 제 1, 2기판이 합착되는 단계가 포함되며,
    상기 금속이 씌워진 스페이서에 의해 상기 박막트랜지스터(T)의 드레인 전극과 상기 유기전계발광 다이오드의 제 1전극(anode)이 전기적으로 연결됨을 특징으로 하는 유기전계발광 소자의 제조방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 유기전계발광 다이오드가 형성되는 단계는,
    제 2기판의 투명기판 상에 유기전계발광 다이오드의 제 1전극(anode)이 각 서브픽셀 단위로 패터닝되어 형성되는 단계와;
    상기 제 1전극의 에지(edge) 영역 및 상기 제 1전극 상의 소정의 영역 상에 버퍼가 형성되고, 상기 소정의 영역에 형성된 버퍼의 상부에는 격벽(separator)이 형성되는 단계와;
    유기전계 발광층이 각 서브 픽셀에 있어 상기 버퍼에 의해 정의된 영역 내에서 형성되는 단계와;
    상기 유기전계 발광층이 형성된 제 2기판의 전면에 유기전계발광 다이오드의 제 2전극(cathode)이 형성되는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광 소자의 제조방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 스페이서를 형성하는 단계는, 상기 스페이서의 외부에 소정의 금속이 형성되는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광 소자의 제조방법.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 금속이 씌워진 스페이서는 서브픽셀 단위로 제 2기판에 구비된 유기전계발광 다이오드와, 제 1기판에 구비된 박막트랜지스터를 전기적으로 연결함을 특징으로 하는 유기전계발광 소자의 제조방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 금속이 씌워진 스페이서가 상기 유기전계발광 다이오드(E)에 접함에 있어, 제 2전극(cathode)를 거쳐 제 1전극(anode)과 전기적으로 연결됨에 의해, 상기 박막트랜지스터(T)의 드레인 전극이 유기전계발광 다이오드(E)의 제 1전극(anode)과 전기적으로 연결됨을 특징으로 하는 유기전계발광 소자의 제조방법.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 소정의 영역은 상기 제 1기판에 형성된 금속이 씌워진 스페이서와 접하게 되는 부분의 외곽 영역임을 특징으로 하는 유기전계발광 소자의 제조방법.
  17. 제 12항에 있어서,
    상기 소정의 영역 내에는 유기전계 발광층이 형성되지 않음을 특징으로 하는 유기전계발광 소자의 제조방법.
  18. 제 12항에 있어서,
    상기 소정의 영역 내에는 제 1전극과 제 2전극이 서로 연접되어 있음을 특징으로 하는 유기전계발광 소자의 제조방법.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 투명 금속이고, 상기 제 2 전극은 불투명 금속인 것을 특징으로 하는 유기전계발광 소자의 제조방법.
  20. 제 11항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터는 p-type의 폴리 실리콘 박막트랜지스터임을 특징으로 하는 유기전계발광 소자의 제조방법.
  21. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 상기 유기전계발광 다이오드의 애노드(anode) 전극인 것을 특징으로 하는 유기전계발광 소자의 제조방법.
  22. 제 12 항에 있어서,
    상기 버퍼는 상기 제 1 전극을 전기적으로 분리하기 위해 형성하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광 소자의 제조방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 격벽은 상기 제 2 전극을 전기적으로 분리하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광 소자의 제조방법.
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