KR100721569B1 - 칼라필터층을 갖는 유기전계발광소자 - Google Patents
칼라필터층을 갖는 유기전계발광소자 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 유기전계발광소자에 관한 것으로, 보다 자세하게는 박막트랜지스터와 제 1 전극 사이에 칼라필터층을 형성함으로써, 패시베이션막을 생략하여 공정을 단순화하고, 칼라필터층 합착시 상, 하 기판의 얼라인먼트 마진(Alignment Margin)을 크게 하여 공정 안정성을 높이고, 전면 발광 및 배면 발광 구현이 용이한 유기전계발광소자 및 그의 제조 방법을 제공한다.
유기전계발광소자, 칼라필터층, 전면 발광, 배면 발광
Description
도 1은 종래 기술에 의한 칼라필터층을 갖는 배면 발광형 유기전계발광소자의 단면도이다.
도 2는 종래 기술에 의한 칼라필터층을 갖는 전면 발광형 유기전계발광소자의 단면도이다.
도 3은 종래 기술의 다른 실시예에 의한 칼라필터층을 갖는 전면 발광형 유기전계발광소자의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 칼라필터층을 갖는 배면 발광형 유기전계발광소자의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 칼라필터층을 갖는 전면 발광형 유기전계발광소자의 단면도이다.
<도면의 주요 부위에 대한 부호의 설명>
300 : 기판 305 : 블랙 매트릭스
310 : 반도체층 320 : 게이트 절연막
330 : 게이트 전극 340 : 층간 절연막
341 : 콘택홀 345 : 소오스/드레인 전극
350 : 반사막 360R, 360G, 360B : 칼라필터층
365 : 비아홀 370 : 제 1 전극
380 : 화소정의막(PDL) 385 : 개구부
390 : 발광층 400 : 제 2 전극
본 발명은 유기전계발광소자에 관한 것으로, 보다 자세하게는 박막트랜지스터와 제 1 전극 사이에 칼라필터층을 갖는 유기전계발광소자에 관한 것이다.
평판표시소자(Flat Panel Display Device) 중에서 유기전계발광소자(Organic Electroluminescence Display Device)는 자발광이며, 시야각이 넓고, 응답 속도가 빠르고, 얇은 두께와 낮은 제작비용 및 높은 콘트라스트(Contrast) 등의 특성을 나타냄으로써 향후 차세대 평판표시소자로 주목받고 있다.
일반적으로 유기전계발광소자는 기판, 상기 기판 상에 위치한 애노드(anode), 상기 애노드 상에 위치한 발광층(emission layer;EML), 상기 발광층 상에 위치한 캐소드(cathode)로 이루어진다. 이러한 유기전계발광소자에 있어서, 상기 애노드와 캐소드 간에 전압을 인가하면, 정공과 전자가 상기 발광층 내로 주입되고, 상기 발광층내로 주입된 정공과 전자는 상기 발광층에서 재결합하여 여기자(exiton)를 생성하고, 이러한 여기자가 여기상태에서 기저상태로 전이하면서 발생되는 에너지에 의해 발광하게 된다.
유기전계발광소자는 매트릭스 형태로 배치된 화소들을 구동하는 방식에 따라 수동 매트릭스(Passive matrix)방식과 능동 매트릭스(Active matrix)방식으로 나뉘어진다. 상기 수동 매트릭스방식은 애노드 전극과 캐소드 전극을 직교하도록 형성하고 라인을 선택하여 구동하며, 반면 능동 매트릭스방식은 표시 영역이 각 화소마다 박막트랜지스터와 커패시터를 각 ITO 화소 전극에 접속하여 커패시터 용량에 의해 전압을 유지하도록 하는 구동방식이다.
또한, 유기전계발광소자는 유기발광층으로부터 발생된 광이 방출되는 방향에 따라 배면 발광형과 전면 발광형으로 나뉘어지는데, 배면 발광형은 형성된 기판측으로 광이 방출되는 것으로서 유기발광층 상부에 반사전극이 형성되고 상기 유기발광층 하부에는 투명전극이 형성되어진다. 여기서, 유기전계발광소자가 능동 매트릭스 방식을 채택할 경우에 박막트랜지스터가 형성된 부분은 광이 투과하지 못하게 되므로 빛이 나올 수 있는 면적이 줄어들 수 있다. 이와 달리, 전면 발광형은 유기발광층 상부에 투명전극이 형성되고 상기 유기발광층 하부에 반사전극이 형성됨으로써 광이 기판측과 반대되는 방향으로 방출되어지므로 빛이 투과하는 면적이 넓어지므로 휘도가 향상될 수 있다.
상기 유기전계발광소자의 풀칼라화를 구현하기 위해서는 R, G 및 B 각각에 해당하는 발광층을 형성하는 방법이 있다. 그러나, 이 경우 상기 R, G 및 B 각각에 해당하는 발광층은 서로 다른 수명특성을 가지고 있어, 장시간 구동할 경우 화이트 밸런스를 유지하기 어려운 단점이 있다. 이를 해결하기 위해 상기 단일색의 광을 방출하는 발광층을 형성하고, 상기 발광층으로부터 방출되는 광으로부터 소정색에 해당하는 광을 추출하기 위한 칼라 필터 또는 상기 발광층으로부터 방출되는 광을 소정색의 광으로 변환하는 색변환층을 형성하는 방법이 있다. 이에 대한 예시로, 대한민국 공개특허 제 2004-0000540호에는 백색광을 발하는 유기발광층과 컬러필터층 및 색변환층을 형성하여 R, G 및 B의 광을 취출하는 유기전계발광소자를 개시하고 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 칼라필터층을 갖는 배면 발광형 유기전계발광소자의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 배면 발광형 유기전계발광소자는 투명한 기판(10) 위에 칼라필터층(11)(11(R), 11(G), 11(B))이 형성되어 있고, 상기 칼라필터층(11) 상부에는 기판 전면에 걸쳐 패시베이션막(12)이 형성되어 있다. 이어서, 상기 패시베이션막(12) 상부에 투명 전극층(13)이 상기 칼라필터층(11)에 대응되도록 패터닝되어 형성되어 있다. 상기 투명 전극층(13) 상부에는 정공 전달층(14), 발광층(15), 전자 주입층(16) 및 배면 전극층(17)이 형성되어 있다. 여기에서 배면 전극층(17)을 제외한 정공 전달층(14), 발광층(15), 전자 주입층(16)은 모두 유기 박막이다.
도 2 및 도 3은 종래 기술에 의한 칼라필터층을 갖는 전면 발광형 유기전계발광소자의 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 실리콘(SiO2) 또는 유리 기판(11) 위에 패터닝된 캐소드 전극 또는 애노드 전극인 제 1 전극층(12)이 형성되어 있다. 상기 제 1 전극층(12)이 형성된 후 유기막층(21)이 형성된다. 상기 유기막층(21)은 유기 발광 물질(20)을 포함하며, 백색 발광 물질 또는 청색 발광 물질을 사용할 수 있다.
상기 유기막층(21) 상부에는 제 2 전극층(16)이 형성되어 있다. 제 2 전극층(16)은 제 1 전극층(12)이 캐소드 전극인 경우에는 애노드 전극층이 되고(도 2참조), 제 1 전극층(16)이 애노드 전극층인 경우에는 캐소드 전극층이 된다(도 3참조). 이러한 제 1 전극층(16)으로는 ITO 또는 IZO와 같은 투명 전극이 사용된다. 상기 유기막층(21)은 필요에 따라 정공 주입층(13), 정공 전달층(19) 및 전자 전달층(15)을 포함할 수 있다. 상기 유기막층(21)이 정공 주입층(13), 정공 전달층(19) 및 전자 전달층(15)을 포함하는 경우에는 제 1 전극층이 애노드 전극인 경우에는 정공 주입층(HIL)(13), 정공 전달층(HTL)(19), 유기 발광 물질(20) 및 전자 전달층(ETL)(15)의 순서로 유기막층이 적층되고(도 2참조), 캐소드 전극인 경우에는 역순으로 적층된다(도 3참조). 또한, 상기 제 1 전극층(16)으로 애노드 전극을 적층하는 경우에는 애노드 전극에 반사판을 구비하여 적층된다(도 3 참조).
상기 제 2 전극층(16) 상부에는 투명한 무기 물질인 보호막층(17)이 기판 전면에 걸쳐 일정 두께로 도포되어 있다. 상기 보호막층은 SiO2, Y2O3 등과 같은 투명 무기 물질이 사용된다.
이어서, 상기 보호막층(17) 위에 종래의 R/G/B에 해당하는 화소 영역에 유기 발광 물질로 백색 발광 물질을 사용하는 경우에는 컬러 필터(18')를 사용하고, 유기 발광 물질로 청색 발광 물질을 사용하는 경우에는 컬러 필터(18') 대신에 색변환층(CCM;color changing medium)을 사용한다.
종래의 칼라필터층을 갖는 배면 발광 및 전면 발광 유기전계발광소자는 칼라 필터층의 위치로 인해 상판 또는 하판 유리에 칼라필터층을 형성하는 공정을 진행하여 칼라필터층을 합착함으로써 칼라필터층 합착시 상, 하 기판의 얼라인먼트 마진(Alignment Margin)이 작아 공정 안정성이 낮고, 공정이 복잡해지며, 전면 발광 및 배면 발광 구현이 용이하지 않다는 문제점을 안고 있다. 또한, 박막트랜지스터 상부에 패시베이션막을 형성하므로 공정이 복잡해진다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 박막트랜지스터 상부와 제 1 전극 사이에 칼라필터층을 형성함으로써, 패시베이션막을 생략하여 공정을 단순화하고, 칼라필터층 합착시 상, 하 기판의 얼라인먼트 마진(Alignment Margin)을 크게 하여 공정 안정성을 높이고, 전면 발광 및 배면 발광 구현이 용이한 유기전계발광소자 및 그의 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명은,
복수개의 화소 영역을 갖는 기판,
상기 기판의 각각의 화소 영역 상에 형성되어 있으며 반도체층, 게이트 전극 및 소오스/드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터,
상기 각각의 화소 영역의 박막트랜지스터의 상부에 형성되어 있는 칼라필터층,
상기 칼라필터층 내의 비아홀을 통해 상기 박막트랜지스터의 소오스/드레인 전극 중 어느 하나와 콘택하도록 패터닝되어 형성되어 있는 제 1 전극,
상기 제 1 전극의 표면 일부를 노출시키도록 형성된 개구부를 갖는 화소정의막,
상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 형성되어 있는 발광층, 및
기판 전면에 걸쳐 상기 발광층 상부에 형성되는 제 2 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자를 제공한다.
또한, 본 발명은
복수개의 화소 영역을 갖는 기판을 제공하고,
상기 기판의 각각의 화소 영역 상에 반도체층, 게이트 전극 및 소오스/드레인 전극을 포함하는 박막트랜지스터를 형성하고,
상기 각각의 화소 영역의 박막트랜지스터 상부에 칼라필터층을 형성하고,
상기 칼라필터층 내의 비아홀을 통해 상기 박막트랜지스터의 소오스/드레인 전극 중 어느 하나에 콘택하도록 제 1 전극을 패터닝하여 형성하고,
상기 제 1 전극의 표면 일부를 노출시키는 개구부를 갖는 화소정의막을 형성하고,
상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 발광층을 형성하고, 및
기판 전면에 걸쳐 상기 발광층 상부에 제 2 전극을 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조 방법에 의해서도 달성된다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 칼라필터층을 갖는 배면 발광형 유기전계발광소자의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 칼라필터층을 갖는 배면 발광형 유기전계발광소자는 적색(a), 녹색(b) 및 청색(c)의 화소 영역들을 갖는 기판(300) 상에 서로 이격된 블랙 매트릭스(BM;Black Matrix)(305)를 형성할 수 있다. 상기 블랙 매트릭스(305)는 외광 및 산란광을 흡수하는 역할을 한다. 보다 자세하게는, 상기 블랙 매트릭스(305)는 배면 발광 시 R, G 및 B의 칼라필터층에서 광이 취출되면서 게이트 전극 및 소오스/드레인 전극 등과 같은 금속 배선에 의한 광의 반사를 통한 인접된 칼라필터층 사이의 혼색을 방지하기 위해 형성하며, Cr, Cr/CrOx의 금속 물질 또는 수지와 같은 유기막 등으로 형성한다. 상기 금속 물질은 스퍼터링법으로 형성하고, 유기막은 진공증착법이나 스핀코팅법으로 형성한다.
이어서, 상기 블랙 매트릭스(305) 상의 각 화소 영역(a, b, c)에 소오스/드레인 영역(310a, 310c) 및 채널 영역(310b)을 구비하는 반도체층(310)이 형성되어 있다. 상기 반도체층(310)은 비정질 실리콘 또는 다결정 실리콘으로 형성할 수 있으나, 바람직하게는 다결정 실리콘으로 형성한다.
상기 반도체층(310)은 비정질 실리콘을 화학기상증착법(CVD;Chemical Vapor Deposition) 방식을 이용하여 증착한 후 결정화법을 이용하여 폴리실리콘막으로 결정화시킨 후 패터닝하여 형성한다. 상기 CVD방식에는 PECVD, LPCVD와 같은 화학기상증착법을 이용할 수 있다. 이 때, 상기 비정질 실리콘을 PECVD 방식으로 수행할 경우에는 실리콘막 증착 후 열처리로 탈수소처리하여 수소의 농도를 낮추는 공정을 진행한다. 또한, 상기 비정질 실리콘막의 결정화법은 RTA(Rapid Thermal Annealing)공정, SPC법(Solid Phase Crystallization), ELA법(Excimer Laser Crystallization), MIC법(Metal Induced Crystallization), SLS법(Sequential Lateral Solidification) 또는 MILC법(Metal Induced Lateral Crystallization) 중 어느 하나 이상을 이용할 수 있다.
이어서, 상기 반도체층(310)을 포함한 기판 상부 전면에 걸쳐 게이트 절연막(320)이 형성된다. 상기 게이트 절연막(320)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 또는 이들의 이중층으로 형성할 수 있으며, PECVD나 LPCVD법 등을 이용하여 형성한다.
이어서, 상기 게이트 절연막(320) 상에 상기 반도체층(310)의 소정영역에 대응되는 게이트 전극(330)을 형성한다. 상기 게이트 전극(330)은 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 텅스텐몰리브덴(MoW), 텅스텐 실리사이드(WSi2), 몰리브데늄 실리사이드(MoSi2) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종으로 형성하며 스퍼터링법이나 진공증착법으로 형성한다.
이어서, 마스크를 이용하여 상기 반도체층(310)에 불순물을 주입함으로써, 상기 반도체층에 소오스/드레인 영역들(310a, 310c)을 형성함과 동시에 상기 소오스/드레인 영역들(310a, 310c) 사이에 개재된 채널 영역(310b)을 정의한다. 상기 불순물은 n형 또는 p형 중에서 선택되는 하나의 물질일 수 있다. 상기 n형 불순물은 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi) 및 안티몬(Sb)과 같은 물질 중에서 선택되는 1종으로 형성한다. 상기 p형 불순물은 붕소(B), 플루오르화 붕소(BF), 알루미늄 (Al), 갈륨(Ga), 티타늄(Ti) 및 인듐(In) 등과 같은 물질 중에서 선택되는 1종으로 형성한다.
이어서, 상기 게이트 전극(330)을 포함한 기판 상부 전체에 걸쳐 층간절연막(340)이 형성된다. 상기 층간절연막(340)은 외부로부터의 수분 흡착을 방지하기 위해 상부는 실리콘 질화막(SiNx)으로, 하부는 실리콘 산화막(SiO2)으로 이루어진 이중층으로 형성하며, PECVD나 LPCVD법 등을 이용하여 형성한다.
상기 층간절연막(340) 내에 상기 소오스/드레인 영역들(310a, 310c)을 각각 노출시키는 콘택홀(Contact hole)(341)들을 형성한다. 상기 콘택홀들(341) 내에 노출된 상기 소오스/드레인 영역들(310a, 310c) 및 상기 층간절연막(340) 상에 금속막을 적층하고 이를 패터닝함으로써 상기 소오스/드레인 영역들(310a, 310c)을 전기적으로 연결시키는 소오스/드레인 전극들(345)을 형성한다.
이상과 같이, 상기 반도체층(310), 상기 게이트 전극(330) 및 상기 소오스/드레인 전극들(345)은 박막트랜지스터를 구성하며, 상기 각각의 화소 영역(a, b, c) 상에 형성된다.
이어서, 상기 기판 상부의 각각의 화소 영역(a, b, c)의 전면에 걸쳐 박막트랜지스터 상부에 칼라필터층(360)을 형성한다. 본 발명에 있어서, 상기 칼라필터층(360)은 종래의 패시베이션막 위치에 형성하며, 상기 각 화소 영역(a, b, c)은 적색 화소 영역(a), 녹색 화소 영역(b) 및 청색 화소 영역(c)으로 형성한다. 상기 적색 화소 영역(a)에는 적색 칼라필터층(360R), 녹색 화소 영역(b)에는 녹색 칼라필터층(360G) 및 청색 화소 영역(c)에는 청색 칼라필터층(360B)을 형성한다. 상기 칼 라필터층(360)은 상기 박막트랜지스터와 후속 공정에서 형성되는 제 1 전극과의 절연층으로서 기능도 수행한다.
또한, 상기 각각의 칼라필터층(360R, 360G, 360B)은 지지체인 아크릴 수지 외에 안료, 고분자 바인더 및 기능성 단량체를 포함할 수 있는데, 색상을 구현하는 상기 안료의 종류에 따라서 적색 칼라필터층(360R), 녹색 칼라필터층(360G) 및 청색 칼라필터층(360B)으로 구분할 수 있다. 상기 적색 칼라필터층(360R), 상기 녹색 칼라필터층(360G) 및 상기 청색 칼라필터층(360B)은 후속하는 공정에서 형성되는 발광층으로부터 발광된 광을 각각 적색영역의 파장, 녹색영역의 파장 및 청색영역의 파장으로 투과시키는 특성을 갖는다. 이 때, 상기 구성물은 각각의 R, G, B의 착색을 띤다. 상기 고분자 바인더는 상온에서 액체 상태의 단량체를 현상액으로부터 보호하며, 안료분산의 안정화 및 RGB 패턴의 내열성, 내광성 및 내약품 등의 신뢰성을 좌우한다. 상기 안료는 내광성, 내열성이 우수한 유기물 입자로 빛을 산란시키며 입자의 크기가 작을수록 투명도가 높고 우수한 분산 특성을 나타낸다.
본 발명에 있어서, 증착에 의하여 형성되는 컬러필터층은 1.0 내지 2.5㎛ 두께로 형성한다. 상기 컬러필터층이 1.0㎛이하로 지나치게 얇으면 색순도가 저하되고, 2.5㎛이상이면 투과도가 낮아지고, 안료의 결정이 석출하거나, 컬러필터층 혹은 컬러필터에 금이갈 수 있다.
상기 칼라필터층(360)은 안료분산법 또는 염색법을 이용하여 형성할 수 있으며, 이에 한정하지는 않는다. 바람직하게는 상기 칼라필터층(360)은 안료분산법으로 형성한다. 상기 안료분산법은 투명한 기판 위에 착색제를 함유하는 광중합성 조 성물을 코팅하고, 형성하고자 하는 형태의 패턴을 노광한 후, 비노광부위를 용제로 제거하여 열경화시키는 일련의 단계를 반복함으로써 R, G, B의 칼라필터를 제조하는 방법이다. 이러한 안료분산법은 칼라필터의 가장 중요한 성질인 내열성 및 내구성을 향상시키며 필름의 두께를 균일하게 유지시킬 수 있다는 장점을 가지고 있어 칼라필터의 제조에 많이 이용되고 있다.
상기 칼라필터층(360)은 박막트랜지스터 상부에 바로 형성함으로써, 봉지(Encapsulation) 공정 시 상, 하 기판의 얼라인먼트 마진(Alignment Margin)을 크게 하여 공정 안정성을 높일 수 있고, 패시베이션막 공정을 생략하여 공정을 단순화할 수 있다.
이어서, 상기 각 화소 영역(a, b, c)에 상기 칼라필터층(360) 상부의 칼라필터층 내로 상기 비아홀(365)을 통해 상기 박막트랜지스터의 소오스/드레인 전극들(345) 중 어느 하나와 콘택하도록 제 1 전극(370)을 형성한다.
상기 제 1 전극(370)은 애노드 전극인 경우 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명 전극으로 형성하고, 캐소드 전극인 경우 Mg, Ca, Al, Ag 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 물질로서 얇은 두께의 투과전극으로 형성한다. 상기 제 1 전극(370)은 광을 방출할 수 있는 전극으로 형성하며, 바람직하게 ITO로 형성한다.
상기 제 1 전극(370)은 스퍼터링(Sputtering), 이온 플레이팅(Ion Plating) 또는 진공증착법(Evaporation)과 같은 방법으로 형성한다. 바람직하게 제 1 전극(370)은 스퍼터링의 통상적인 방법으로 형성한다. 상기 제 1 전극(370)은 증착 후 사진공정에서 형성된 포토레지스트(PR) 등의 패턴을 이용하여 선택적으로 제거해 내는 습식 식각(Wet Etching) 공정을 통해 패터닝한다. 상기 제 1 전극(370)을 패터닝하는 습식 식각 공정은 상기 제 1 전극(370)과 상기 칼라필터층(360)과의 선택비(Etch Rate)가 큰 에천트(etchant)를 통해 상기 컬러필터가 손상 받는 것을 방지한다.
이어서, 상기 제 1 전극(370) 상부에 상기 제 1 전극의 표면 일부를 노출시키는 개구부(385)를 갖는 화소정의막(PDL;Pixel Define Layer)(380)을 형성한다. 상기 화소정의막(380)은 통상적으로 유기계로서 폴리이미드(polyimide;PI), 폴리아마이드(polyamide;PA), 아크릴 수지(Acryl Resin), 벤조사이클로부텐(Benzo Cyclo Butene;BCB) 및 페놀수지(Phenolic Resin)로 이루어진 군에서 선택되는 1종으로 형성한다. 상기 화소정의막(380)은 스핀 코팅(Spin Coating)법을 통해 형성한다.
이어서, 기판 전면에 걸쳐 상기 노출된 제 1 전극(370) 상부에 발광층(390)을 형성한다. 상기 발광층(390)은 단일색 광을 방출하도록 형성하며, 백색광 또는 청색광일 수 있다. 바람직하게 상기 발광층은 백색광을 방출하는 발광층으로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 발광층(390)은 제각기 다른 색을 내는 발광 물질과 도펀트(Dopant)를 첨가하여 사용하는 경우 또는 PVK라는 고분자에 PBD, TPB, Coumarin6, DCM1, Nile red를 적정 비율로 섞어 백색광을 얻을 수 있다. 상기 발광층(390)은 다른 두 가지 색상의 발광 물질을 혼합한 후 나머지 다른 발광 물질을 추가하여 백색 발광 물질을 얻을 수 있다. 예를 들면, 적색 발광 물질과 녹색 발광 물질을 혼합한 후 청색 발광 물질을 추가하여 백색 발광 물질을 얻는다. 상기 적색 발광 물질은 저분자 물질인 BSA-2, 고분자 물질인 폴리티오펜(PT;polythiophene) 및 그 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 하나로 형성한다. 상기 녹색 발광 물질은 저분자 물질인 알루니 키노륨 복합체(Alq3), BeBq2 및 Almq, 고분자 물질인 폴리(p-페닐렌비닐렌)(PPV;poly(p-phenylenevinylene)) 및 그 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 하나로 형성한다. 상기 청색 발광 물질은 저분자 물질인 ZnPBO, Balq, DPVBi 및 OXA-D, 고분자 물질인 폴리페닐렌 (PPP;polyphenylene) 및 그 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 하나로 형성한다.
상기 유기발광층은 정공수송성 화합물, 혹은 전자수송성 화합물 또는 이들의 혼합물인 호스트(Host) 물질을 포함하고, 정공 및 전자의 주입기능, 정공 및 전자의 수송기능 또 정공 및 전자의 재결합에 의하여 여기자를 생성시키는 기능을 갖고 있고, 전자적으로 비교적 유트럴한 화합물을 포함할 수 있다. 상기 유기발광측의 호스트물질로서 사용되는 정공 수송성 화합물로서는, 트리아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 페닐렌디아민 유도체, 아릴아민 유도체 및 방향족 3차아민일 수 있고, 트리페닐디아민 유도체의 테트라아릴벤지딘 화합물(트리아릴디아민 내지 트리페닐디아민:TPD)이 바람직하게 사용된다. 유기발광층의 호스트물질로서 사용되는 전자수송성 화합물로서는 트리스(8-퀴놀리나토)알루미늄(Alq3)이 바람직하게 사용된다.
상기 유기발광층은 홀수송성 화합물 혹은 전자수송성 화합물 또는 이들의 혼합물인 호스트 물질에 형광물질인 도펀트가 도프된 구조를 갖고 있는 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서, 도펀트로서 함유시키는 형광물질로서는 루브렌계 화합물, 쿠마린계 화합물, 퀴나클리돈계 화합물, 디시아노메틸필란계 화합물 등의 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 화합물이 바람직하게 사용된다. 상기 도펀트를 소량 첨가함에 따라 발광 효율 및 내구성을 향상시킬 수 있다. 상기 발광층(390)은 진공증착법 또는 스핀코팅 방식을 통해 적층한다.
한편, 상기 발광층이 청색광을 방출하는 발광층인 경우, 상기 칼라필터층 대신 청색 색변환층(Color Change Medium)이 형성된다.
상기 색변환층은 형광물질과 고분자 바인더를 포함할 수 있다. 상기 형광물질은 상기 발광층으로부터 입사된 광에 의해 여기되고 바닥상태로 전이하면서 상기 입사광보다 장파장의 광을 방출하게 되는데, 상기 형광물질의 종류에 따라 상기 입사광을 적색으로 변환시키는 적색 색변환층, 상기 입사광을 녹색으로 변환시키는 녹색 색변환층 및 상기 입사광을 청색으로 변환시키는 청색 색변환층으로 구분된다. 상기 색변환층들을 안료분산법 또는 염색법 중에서 선택하여 형성할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 바람직하게는 노광과 현상을 반복하여 수행하는 안료분산법을 사용하여 상기 색변환층을 형성한다.
이어서, 상기 발광층(390) 상에 제 2 전극(400)을 형성한다. 상기 제 2 전극(400)은 상기 제 1 전극(370)이 애노드 전극인 경우 Mg, Ca, Al, Ag 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 1종으로 반사전극으로 형성하고, 상기 제 1 전극(370)이 캐소드인 경우 ITO 또는 IZO와 같은 두꺼운 두께를 갖는 투명전극인 반사전극으로 형성한다. 바람직하게 상기 제 2 전극(400)은 Al 또는 MgAg로 형성한다.
이어서, 상기 제 2 전극(400)까지 형성된 기판을 통상적인 방법으로 상부 기 판과 합착하여 봉지함으로써, 배면 발광형 능동 매트릭스 유기전계발광소자를 완성한다.
이로써, 상기 유기전계발광소자의 구동 시 상기 발광층(390)은 백색광을 방출한다. 상기 발광층(390)으로부터 방출된 백색광은 상기 투명전극인 제 1 전극(370) 및 상기 투명 기판(300)을 통하여 외부로 취출된다. 이 때, 상기 칼라필터층들(360R, 360G, 360B)은 상기 백색 발광층(390)으로부터 외부로 취출되는 광이 통과하는 경로에 위치한다. 따라서, 상기 유기전계발광소자의 구동 시, 상기 발광층(390)으로부터 방출된 백색광은 상기 적색 칼라필터층(360R), 상기 녹색 칼라필터층(360G) 및 상기 청색 칼라필터층(360B)을 각각 통과하여 외부로 취출된다. 결과적으로, 상기 유기전계발광소자는 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 풀칼라를 구현할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 칼라필터층을 갖는 전면 발광형 백색 발광 능동 매트릭스 유기전계발광소자의 단면도이다.
도 5를 참조하면, 상기 전면 발광형 백색 발광 능동 매트릭스 유기전계발광소자는 각각의 화소영역(a, b, c)을 갖는 기판(300) 상에 도 4와 동일한 방법으로 소오스/드레인 영역(310a, 310c) 및 채널 영역(310b)을 갖는 반도체층(310), 게이트 전극(330) 및 콘택홀(341)을 통해 상기 소오스/드레인 영역(310a, 310c)과 연결되는 소오스/드레인 전극(345)을 포함하는 박막트랜지스터, 게이트 절연막(320) 및 층간절연막(340)을 형성한다.
이어서, 상기 층간 절연막(340) 상부와 상기 제 1 전극(370)에 대응되는 하 부의 칼라필터층(360R, 360G, 360B) 영역에 반사막(350)을 형성한다. 상기 반사막(350)은 Al, Ag, Ni, Pd, Pt 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 물질로서 형성하며, 고반사율의 특성을 갖는다.
이어서, 상기 칼라필터층(360R, 360G, 360B)의 콘택홀(365)을 통해 상기 소오스/드레인 전극(345)을 연결시키는 제 1 전극(370)을 형성한다. 상기 제 1 전극(370) 상부에는 상기 제 1 전극(370)의 표면 일부를 노출시키는 개구부(385)를 갖는 화소정의막(PDL;Pixel Define Layer)(380)을 형성한다. 상기 화소정의막(380)은 통상적으로 유기계로서 폴리이미드(polyimide;PI), 폴리아마이드(polyamide;PA), 아크릴 수지(Acryl Resin), 벤조사이클로부텐(Benzo Cyclo Butene;BCB) 및 페놀수지(Phenolic Resin)로 이루어진 군에서 선택되는 1종으로 형성한다. 한편, 컬러필터층을 갖는 전면 발광 유기전계발광소자에서 상기 화소정의막(380)은 광이 기판의 반대면인 탑(top)으로 취출될 때 외광 및 산란광을 흡수하는 역할을 하는 블랙 매트릭스(BM)로서도 사용된다. 보다 자세하게는 전면 발광 시 R, G 및 B의 칼라필터층에서 광이 취출되면서 소오스/드레인 전극 등과 같은 금속 배선에 의한 광의 반사를 통한 인접된 칼라필터층 사이의 혼색을 방지하며, Cr, Cr/CrOx의 금속 물질로도 형성할 수 있다. 상기 금속 물질은 스퍼터링법으로 형성하고, 유기막은 진공증착법이나 스핀코팅법으로 형성한다.
또한, 제 2 전극(400)은 애노드이거나 캐소드일 수 있으며, 애노드인 경우 ITO 또는 IZO와 같은 투명전극으로 형성하고, 캐소드인 경우 빛을 투과할 수 있는 얇은 두께의 투과전극으로 형성한다.
이어서, 상기 제 2 전극(400)까지 형성된 기판을 통상적인 방법으로 상부 기판과 합착하여 봉지함으로써, 전면 발광형 능동 매트릭스 유기전계발광소자를 완성한다.
상기 유기전계발광소자의 구동 시 상기 발광층(390)은 백색광을 방출한다. 상기 발광층(390)으로부터 방출된 백색광은 상기 투명전극인 제 1 전극(370)을 통과하여 반사막(350)에 의해 반사되어 다시 제 1 전극(370)을 거치며 제 2 전극(400)을 통하여 외부로 취출된다. 이 때, 상기 칼라필터층들(360R, 360G, 360B)은 상기 백색 발광층(390)으로부터 외부로 취출되는 광이 통과하는 경로에 위치한다. 따라서, 상기 유기전계발광소자의 구동 시, 상기 발광층(390)으로부터 방출된 백색광은 상기 적색 칼라필터층(360R), 상기 녹색 칼라필터층(360G) 및 상기 청색 칼라필터층(360B)을 각각 통과하여 외부로 취출된다. 결과적으로, 상기 유기전계발광소자는 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 풀칼라를 구현할 수 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 유기전계발광소자에서 박막트랜지스터와 제 1 전극 사이에 칼라필터층을 형성함으로써, 패시베이션막을 생략하여 공정을 단순화하고, 칼라필터층 합착시 상, 하 기판의 얼라인먼트 마진(Alignment Margin) 을 크게 하여 공정 안정성을 높이고, 전면 발광 및 배면 발광 구현이 용이하다.
또한, 서로 수명 특성을 달리하는 적색 발광층, 녹색 발광층 및 청색 발광층을 각각 형성하지 않고 상기 단일색 광을 방출하는 발광층을 형성할 수 있어, 장기간 구동 후에도 화이트 밸런스를 유지할 수 있다.
Claims (30)
- 복수개의 화소 영역을 갖는 기판;상기 기판의 각각의 화소 영역 상에 형성되어 있으며 반도체층, 게이트 전극 및 소오스/드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터;상기 각각의 화소 영역의 전면에 걸쳐 박막트랜지스터 상부에 형성되어 있는 칼라필터층;상기 칼라필터층 내의 비아홀을 통해 상기 박막트랜지스터의 소오스/드레인 전극 중 어느 하나와 콘택하도록 패터닝되어 형성되어 있는 제 1 전극;상기 제 1 전극의 표면 일부를 노출시키도록 형성된 개구부를 갖는 화소정의막;상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 형성되어 있는 발광층; 및상기 기판 전면에 걸쳐 상기 발광층 상부에 형성되는 제 2 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 화소 영역은 적색 화소 영역, 녹색 화소 영역 및 청색 화소 영역으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제 2 항에 있어서,상기 적색 화소 영역은 적색 칼라필터층, 녹색 화소 영역은 녹색 칼라필터층 및 청색 화소 영역은 청색 칼라필터층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 칼라필터층의 두께는 0.1㎛ 내지 2.5㎛인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 칼라필터층은 아크릴 수지 이외에 안료, 고분자 바인더 및 기능성 단량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제 5 항에 있어서,상기 칼라필터층은 안료분산법 또는 염색법 중에서 선택하는 하나의 방법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 발광층은 단일색 광을 방출하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제 7 항에 있어서,상기 단일색 광은 칼라필터층을 갖는 경우 백색광 또는 청색광을 방출하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제 7 항에 있어서,상기 단일색 광은 색변환층을 갖는 경우 청색광을 방출하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제 7 항에 있어서,상기 발광층은 적색, 녹색 및 청색 발광 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제 10 항에 있어서,상기 적색, 녹색 및 청색 발광 물질은 저분자 또는 고분자 발광 물질인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 발광층은 정공 주입층, 정공 전달층 및 전자 전달층 중 하나 이상을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 전극은 애노드 또는 캐소드인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 유기전계발광소자는 블랙 매트릭스를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 유기전계발광소자는 반사막을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제 15 항에 있어서,상기 반사막은 Al, Ag, Ni, Pd, Pt 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 물질로서 형성하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 복수개의 화소 영역을 갖는 기판을 제공하고;상기 기판의 각각의 화소 영역 상에 반도체층, 게이트 전극 및 소오스/드레인 전극을 포함하는 박막트랜지스터를 형성하고;상기 각각의 화소 영역의 전면에 걸쳐 박막트랜지스터 상부에 칼라필터층을 형성하고;상기 칼라필터층 내의 비아홀을 통해 상기 박막트랜지스터의 소오스/드레인 전극 중 어느 하나에 콘택하도록 제 1 전극을 패터닝하여 형성하고;상기 제 1 전극의 표면 일부를 노출시키는 개구부를 갖는 화소정의막을 형성하고;상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 발광층을 형성하고; 및기판 전면에 걸쳐 상기 발광층 상부에 제 2 전극을 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조 방법.
- 제 17 항에 있어서,상기 화소 영역은 적색 화소 영역, 녹색 화소 영역 및 청색 화소 영역으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조 방법.
- 제 18 항에 있어서,상기 적색 화소 영역은 적색 칼라필터층, 녹색 화소 영역은 녹색 칼라필터층 및 청색 화소 영역은 청색 칼라필터층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조 방법.
- 제 19 항에 있어서,상기 칼라필터층의 두께는 0.1㎛ 내지 2.5㎛인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조 방법.
- 제 17 항에 있어서,상기 발광층은 단일색 광을 방출하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조 방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 단일색 광은 칼라필터층을 갖는 경우 백색광 또는 청색광을 방출하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조 방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 단일색 광은 색변환층을 갖는 경우 청색광을 방출하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조 방법.
- 제 17 항에 있어서,상기 발광층은 정공 주입층, 정공 전달층 및 전자 전달층을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조 방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 발광층은 적색, 녹색 및 청색 발광 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조 방법.
- 제 25 항에 있어서,상기 적색, 녹색 및 청색 발광 물질은 저분자 또는 고분자 발광 물질인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조 방법.
- 제 17 항에 있어서,상기 제 1 전극은 애노드 또는 캐소드인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조 방법.
- 제 17 항에 있어서,상기 유기전계발광소자는 블랙 매트릭스를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조 방법.
- 제 17 항에 있어서,상기 유기전계발광소자는 반사막을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조 방법.
- 제 29 항에 있어서,상기 반사막은 Al, Ag, Ni, Pd, Pt 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 물질로서 형성하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조 방법.
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