KR101321878B1 - 유기전계 발광소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 제 1, 2, 3 화소영역과 상기 각 화소영역 내에 구동영역과 스위칭 영역 정의된 제 1 기판 상의 상기 각 화소영역의 경계에 서로 교차하며 형성된 게이트 및 데이터 배선과; 상기 스위칭 및 구동영역에 각각 형성된 스위칭 및 구동 박막트랜지스터와; 상기 화소영역 전면에 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀을 가지며 형성된 보호층과; 상기 각 화소영역 내에 상기 보호층 위로 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 상기 드레인 콘택홀을 통해 접촉하며 형성된 반사패턴과; 상기 제 3, 1 및 2 화소영역 내에 각각 상기 반사패턴 상부로 투명 도전성 물질로 형성되어 애노드 전극의 역할을 하며 순차적으로 낮아지는 제 1, 2 및 3 두께를 가지며 형성된 제 1 전극과; 상기 제 1, 2, 3 두께를 갖는 상기 제 1 전극 위로 각각 순차적으로 적층된 제 1 보조층과, 청색 발광층과, 제 2 보조층과, CGL(charge generation layer)층과, 제 3 보조층과, 적색과 녹색 인광물질로 이루어진 적녹 발광층과, 제 4 보조층 및 캐소드 역할을 하는 제 2 전극과; 상기 제 1 기판과 마주하는 제 2 기판과; 상기 제 1 및 제 2 기판 가장자리를 따라 형성된 접착제를 포함하는 유기전계 발광소자를 제안한다.
유기전계, 발광소자, 휘도, 색재현율, 반사패턴, 발광효율, 2스택
Description
본 발명은 유기전계 발광소자(organic electro luminescent device)에 관한 것이며, 특히 발광효율을 극대화시키고 수명을 향상시킨 유기전계 발광소자에 관한 것이다.
평판 디스플레이(FPD; Flat Panel Display)중 하나인 유기전계 발광소자는 높은 휘도와 낮은 동작 전압 특성을 갖는다. 또한 스스로 빛을 내는 자체발광형이기 때문에 명암대비(contrast ratio)가 크고, 초박형 디스플레이의 구현이 가능하며, 응답시간이 수 마이크로초(㎲) 정도로 동화상 구현이 쉽고, 시야각의 제한이 없으며 저온에서도 안정적이고, 직류 5 내지 15V의 낮은 전압으로 구동하므로 구동회로의 제작 및 설계가 용이하다.
또한, 상기 유기전계 발광소자의 제조공정은 증착(deposition) 및 인캡슐레이션(encapsulation) 장비가 전부라고 할 수 있기 때문에 제조 공정이 매우 단순하다.
이러한 특성을 갖는 유기전계 발광소자는 크게 패시브 매트릭스 타입과 액티브 매트릭스 타입으로 나뉘어지는데, 패시브 매트릭스 방식에서는 주사선(scan line)과 신호선(signal line)이 교차하면서 매트릭스 형태로 소자를 구성하므로, 각각의 픽셀을 구동하기 위하여 주사선을 시간에 따라 순차적으로 구동하므로, 요구되는 평균 휘도를 나타내기 위해서는 평균 휘도에 라인수를 곱한 것만큼의 순간 휘도를 내야만 한다.
그러나 액티브 매트릭스 방식에서는, 픽셀(pixel)을 온(on)/오프(off)하는 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Thin Film Transistor)가 화소영역별로 위치하고, 이 박막트랜지스터와 연결된 제 1 전극은 화소영역 단위로 온(on)/오프(off)되고, 이 제 1 전극과 대향하는 제 2 전극은 공통전극이 된다.
그리고 상기 액티브 매트릭스 방식에서는 화소영역에 인가된 전압이 스토리지 커패시터에 충전되어 있어, 그 다음 프레임(frame) 신호가 인가될 때까지 전원을 인가해 주도록 함으로써, 주사선수에 관계없이 한 화면동안 계속해서 구동한다. 따라서 낮은 전류를 인가하더라도 동일한 휘도를 나타내므로 저소비전력, 고정세, 대형화가 가능한 장점을 가지므로 최근에는 액티브 매트릭스 타입의 유기전계 발광소자가 주로 이용되고 있다.
이하, 이러한 액티브 매트릭스형 유기전계 발광소자의 기본적인 구조 및 동작특성에 대해서 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 종래의 유기전계 발광소자에 대한 개략적인 단면도이다.
도시한 바와 같이, 통상적으로 유리로 이루어진 제 1 기판(3)과, 상기 제 1 기판(3)과 마주하며 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판(31)이 서로 대향되게 배치되어 있다.
또한, 상기 제 1, 2 기판(3, 31)의 가장자리는 씰패턴(40)에 의해 봉지되어 있으며, 제 1 기판(3)의 상부에는 각 화소영역 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되어 있고, 상기 각각의 구동 박막트랜지스터(DTr)와 연결되어 제 1 전극(12)이 형성되어 있고, 상기 제 1 전극(12) 상부에는 적, 녹, 청색을 각각 발광하는 발광 물질 패턴(14a, 14b, 14c)을 포함하는 유기 발광층(14)이 형성되어 있고, 상기 유기 발광층(14) 상부에는 전면에 제 2 전극(16)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제 1, 2 전극(12, 16)은 상기 유기 발광층(14)에 전계를 인가해주는 역할을 하며, 이들 제 1, 2 전극(12, 16)과 그 사이에 형성된 유기 발광층(14)은 유기전계 발광 다이오드(도 1의 E)를 이룬다.
그리고, 전술한 씰패턴(40)에 의해서 상기 제 1, 2 기판(3, 31)은 합착된 상태를 유지하며, 서로 이격하여 즉, 상기 제 1 기판(3) 상에 형성된 제 2 전극(16)과 상기 제 2 기판(31)은 일정간격 이격되어 있다.
전술한 구성을 갖는 종래의 유기전계 발광소자는 각 화소영역 별로 적, 녹, 청색을 발광하는 유기 발광층이 각각 패터닝되어 형성되고 있으며, 이때 각 색을 발광하는 유기 발광층의 물질 특성에 따라 그 수명을 달리하고 있으므로 가장 짧은 수명을 갖는 청색의 유기 발광층의 열화 발생 시 유기전계 발광소자로서의 수명이 다하게 되는 문제가 있다.
또한, 유기전계 발광 다이오드에서 빛이 나오는 메커니즘을 살펴보면, 광원 인 유기 발광 물질층으로부터 이를 이루는 유기 발광 물질의 특성에 따라 특정 파장대의 빛이 방출되고, 여러 층을 통과하면서 빛의 세기와 색이 결정되고 있다. 빛의 진행 경로 상에 있어서, 여러 층을 구성하는 여러 매질을 통과할 때 매질의 파장대별로 굴절율이 결정되어 있기 때문에, 이에 따라 반사율과 투과율이 결정된다. 이를 이용하여 빛의 색도와 세기를 최적화가 가능한데, 종래의 구성에 있어서는 최적화 구성이 이루지지 않음으로써 광효율이 상대적으로 저감되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 수명을 극대화하며, 광효율 극대화 및 휘도 특성을 향상시킨 유기전계 발광소자를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기전계 발광소자는, 제 1, 2, 3 화소영역과 상기 각 화소영역 내에 구동영역과 스위칭 영역 정의된 제 1 기판 상의 상기 각 화소영역의 경계에 서로 교차하며 형성된 게이트 및 데이터 배선과; 상기 스위칭 및 구동영역에 각각 형성된 스위칭 및 구동 박막트랜지스터와; 상기 화소영역 전면에 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀을 가지며 형성된 보호층과; 상기 각 화소영역 내에 상기 보호층 위로 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 상기 드레인 콘택홀을 통해 접촉하며 형성된 반사패턴과; 상기 제 3, 1 및 2 화소영역 내에 각각 상기 반사패턴 상부로 투명 도전성 물질로 형성되어 애노드 전극의 역할을 하며 순차적으로 낮아지는 제 1, 2 및 3 두께를 가지며 형성된 제 1 전극과; 상기 제 1, 2, 3 두께를 갖는 상기 제 1 전극 위로 각각 순차적으로 적층된 제 1 보조층과, 청색 발광층과, 제 2 보조층과, CGL(charge generation layer)층과, 제 3 보조층과, 적색과 녹색 인광물질로 이루어져 1 호스트 2 도펀트 구성을 가짐으로서 단일층 구조를 이루는 것이 특징인 적녹 발광층과, 제 4 보조층 및 캐소드 역할을 하는 제 2 전극과; 상기 제 1 기판과 마주하는 제 2 기판과; 상기 제 1 및 제 2 기판 가장자리를 따라 형성된 접착제를 포함한다.
상기 제 1 두께는 550Å 내지 650Å이며, 상기 제 2 두께는 420Å 내지 520Å이며, 상기 제 3 두께는 50Å 내지 100Å인 것이 특징이며, 특징이며, 상기 제 2, 3, 1 두께의 제 1 전극이 각각 구비된 상기 제 1, 2, 3 화소영역은 각각 적, 녹, 청색을 발광하는 것이 특징이다. 이때, 상기 청색 발광층은 상기 제 1 전극의 표면으로부터 550Å 내지 800Å 정도의 이격거리를 가지며 위치하며, 상기 적녹 발광층은 상기 제 1 전극의 표면으로부터 1800Å 내지 2050Å 정도의 이격거리를 가지며 위치하는 것이 특징이다.
또한, 상기 제 1 보조층은 제 1 정공주입층과 제 1 정공수송층으로 이루어지며, 상기 제 2 보조층은 제 1 전자주입층으로 이루어지며, 상기 제 3 보조층은 제 2 정공주입층과 제 2 정공수송층으로 이루어지며, 상기 제 4 보조층은 전자수송층과 제 2 전자주입층으로 이루어지는 것이 특징이다.
또한, 상기 제 2 기판의 내측면에 상기 게이트 배선과 데이터 배선에 대응하여 형성된 블랙매트릭스와; 상기 블랙매트릭스와 그 테두리가 중첩하며 상기 제 1, 2, 3 화소영역에 대응하여 각각 형성된 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴을 갖는 컬러필터층을 포함한다.
또한, 상기 제 1 전극의 가장자리와 중첩하며 상기 화소영역의 경계에 형성된 뱅크를 포함한다.
또한, 상기 청색 발광층은 청색을 발광하는 형광 물질로 이루어지며, 상기 적녹 발광층은 적색과 녹색을 각각 발광하는 인광물질이 혼합된 물질로 이루어진 것이 특징이다.
본 발명에 따른 유기전계 발광 소자는, 2스택으로 적, 녹, 청색을 발광하는 물질층을 구성함으로써 특정 색을 발광하는 유기 발광 물질의 수명에 의해 제품의 수명이 좌우되지 않도록 함으로써 제품의 평균 수명을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 각 색을 발광하는 발광층의 광경로 등이 최적화됨으로서 각 색의 발광 효율 극대화할 수 있는 장점을 가지며, 나아가 발광효율 극대화를 통해 휘도 특성이 향상되는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 구동 박막트랜지스터를 포함하는 3개의 화소영역에 대한 단면도이다. 이때, 설명의 편의를 위해 하나의 화소영역에 대해서만 구동 박막트랜지스터를 도시하였으며, 각 화소영역 내에서 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되는 영역을 구동영역(DA), 그리고 도면에는 나타내지 않았지만 스위칭 박막트랜지스터가 형성되는 영역을 스위칭 영역이라 정의한다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 유기전계 발광소자(101)는 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)와 유기전계 발광 다이오드(E)가 형성된 제 1 기판(110)과, 각 화소영역에 대응하여 순차 반복하는 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴이 구비된 컬러필터층을 포함하는 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판(170)으로 구성되고 있다.
우선, 제 1 기판(110)의 구성에 대해 설명한다.
상기 제 1 기판(110) 상부로 상기 구동영역(DA) 및 스위칭 영역(미도시)에 대응하여 각각 순수 폴리실리콘으로 이루어지며 그 중앙부는 채널을 이루는 제 1 영역(113a) 그리고 상기 제 1 영역(113a) 양측면으로 고농도의 불순물이 도핑된 제 2 영역(113b)으로 구성된 반도체층(113)이 형성되어 있다.
다음, 상기 스위칭 및 구동영역(미도시, DA)에 구비된 반도체층(113)을 덮으며 전면에 무기절연물질로써 게이트 절연막(116)이 형성되어 있다. 또한, 상기 게이트 절연막 위로 상기 스위칭 및 구동영역(미도시, DA)에는 각각 상기 반도체층(113) 중 순수 폴리실리콘만으로 이루어진 제 1 영역(113a)에 대응하여 게이트 전극(121)이 형성되어 있다.
한편, 상기 게이트 전극(121) 위로는 무기절연물질로써 층간절연막(123)이 형성되어 있다. 이때, 상기 스위칭 및 구동영역(미도시, DA)에 있어서는 상기 불순 물이 도핑된 제 2 영역(113b)에 대응하여 상기 층간절연막(123)과 그 하부의 게이트 절연막이 제거됨(116)으로써 상기 게이트 전극(121) 양측의 상기 제 2 영역(113b)을 각각 노출시키는 반도체층 콘택홀(125)이 구비되고 있다.
또한, 상기 층간절연막(123) 상부로 상기 스위칭 및 구동영역(미도시, DA)에 있어서는 상기 반도체 콘택홀(125)을 통해 상기 불순물 도핑된 폴리실리콘의 제 2 영역(113b)과 각각 접촉하며, 상기 게이트 전극(121)을 사이에 두고 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)이 각각 형성되어 있다. 이때, 상기 소스 및 드레인 전극(133, 136)과, 이들 전극(133, 136)과 접촉하는 제 2 영역(113b)을 포함하는 반도체층(113)과, 상기 반도체층(113) 상부에 형성된 게이트 절연막(116) 및 게이트 전극(121)은 각각 구동 박막트랜지스터(DTr) 및 스위칭 박막트랜지스터(미도시)를 이룬다.
또한, 도면에 나타나지 않았지만, 상기 층간절연막(123) 위로는 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 소스 전극(미도시)과 연결되며 상기 게이트 배선(130)과 교차하여 상기 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(130)이 형성되어 있으며, 상기 데이터 배선(130)과 나란하게 이격하며 전원배선(미도시)이 형성되어 있다.
한편, 상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시) 위로는 무기절연물질인 산화실리콘(SiO2)으로써 보호층(140)이 형성되어 있으며, 이때 상기 보호층 (140)에는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)을 노출시키는 드레인 콘택홀(143)이 형성되어 있다.
상기 드레인 콘택홀(143)을 구비한 보호층(140) 위로는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)과 상기 드레인 콘택홀(143)을 통해 접촉되며, 각 화소영역(P) 별로 반사효율 증대를 위해 반사효율이 우수하며 금속물질 예를들면 알루미늄 또는 은(Ag)로서 반사패턴(145)이 형성되어 있다.
또한, 상기 반사패턴(145) 위로는 본 발명의 특징적인 구성으로서 제 1 전극(147)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제 1 전극(147)은 애노드 전극의 역할을 하는 것으로, 일함수 값이 비교적 크며 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 이루어지고 있으며, 적, 녹 및 청색을 발광하는 유기 발광물질의 반사 및 굴절 특성을 고려하여 마이크로 커비티(micro cavity) 효과(빛이 투과하는 물질층의 두께를 다르게 함으로써 상기 제 2 전극(147)과 상기 반사패턴(145) 사이에서 유기 발광층으로부터 나온 빛이 선택적 반사를 반복하여 최종적으로 원하는 파장대의 빛만을 투과시키게 현상)를 구현하여 색재현율 및 발광효율 극대화를 위해 연속된 3개의 화소영역(P1, P2, P3) 별로 그 두께를 달리하여 형성되고 있는 것이 특징이다. 즉, 상기 투명 도전성 물질로 이루어진 제 1 전극(147c, 147a, 147b)은 각각 청색 유기 발광물질의 색재현율 및 발광효율 특성 향상을 위해 550Å 내지 650Å 정도의 제 1 두께(t1)를 갖도록 제 3 화소영역(P3)에 형성되어 있으며, 적색 유기 발광물질의 색재현율 및 발광효율 특성 향상을 위해 420Å 내지 520Å 정도의 제 2 두께(t2)를 갖도록 제 1 화소영역(P1)에 형성되어 있으며, 녹색 유기 발광물질의 색재현율 및 발광효율 특성 향상을 위해 50Å 내지 150Å 정도의 제 3 두께(t3)를 갖도록 제 2 화소영역(P2)에 형성되어 있다.
다음, 상기 제 1 전극(147a, 147b. 147c) 위로 각 화소영역(P)의 경계에는 뱅크(150)가 형성되어 있다. 이때 상기 뱅크(150)는 각 화소영역(P)을 둘러싸는 형태로 상기 제 1 전극(147a, 147b, 147c)의 테두리와 중첩하며 상기 제 1 전극(147a, 147b, 147c)의 중앙부를 노출시키며 형성되고 있다.
한편, 상기 각 화소영역(P1, P2, P3)의 상기 뱅크(150)로 둘러싸인 영역의 상기 제 1 전극(147a, 147b, 147c) 상부에는 발광효율 향상을 위해 순차적으로 제 1 보조층(158)과, 청색 발광층(159)과, 제 2 보조층(161)과, CGL(charge generation layer)층(163)과, 제 3 보조층(168)과, 적 및 녹색 인광물질이 섞여 적 및 녹색을 동시에 발광하는 적녹 발광층(169)과, 제 4 보조층(174)이 형성되어 있으며, 상기 제 4 보조층(174) 위로는 일함수 값이 비교적 낮은 금속물질로서 캐소드 전극의 역할을 하는 제 2 전극(174)이 형성되어 있다.
이때, 상기 제 1 보조층(158)은 2개의 층으로 나뉘어 그 하부로부터 상부로 제 1 정공주입층(155)과 제 1 정공 수송층(157)으로 구성되며, 상기 제 3 보조층(168)도 2개의 층으로 나뉘어 그 하부로부터 제 2 정공주입층(165)과 제 2 정공수송층(167)으로 구성되며, 상기 제 4 보조층(174)도 2개의 층으로 나뉘어 그 하부로부터 상부로 전자수송층(171)과 제 2 전자주입층(173)으로 구성되며, 상기 제 2 보조층(161)은 단일층으로 제 1 전자주입층(161)으로 구성되는 것이 특징이다.
한편, 본 발명에 따른 또 다른 특징적인 구성으로서 상기 제 1 보조층(158)은 그 두께가 550Å 내지 700Å정도의 두께를 가지며, 제 2 보조층(161)과 제 3 보 조층(168)은 그 두께의 합이 1000Å 내지 1100Å정도가 되며, 제 4 보조층(174)은 350Å 내지 400Å 정도의 두께를 갖도록 형성되고 있는 것이 특징이다.
이때, 상기 제 1 보조층(158)을 이루는 제 1 정공주입층(155)과 제 1 정공수송층(157)의 두께비는 1:10정도가 되어 상기 제 1 정공수송층(157)의 두께가 제 1 정공주입층(155)의 두께보다 10배정도 더 두껍게 형성되는 것이 특징이다. 또한, 상기 제 3 보조층(168)을 이루는 제 2 정공주입층(165)과 제 2 정공수송층(167)의 두께비는 1:3.5 내지 1:3.7정도가 되어 상기 제 2 정공수송층(167)의 두께가 제 2 정공주입층(165)의 두께보다 3.5배 내지 3.7배 정도 더 두껍게 형성되는 것이 특징이다. 또한, 상기 CGL층(163) 및 제 2 전자 주입층(173)의 경우 5Å 내지 10Å 정도의 두께를 갖도록 형성되고 있는 것이 특징이다.
또한, 상기 청색 발광층(159)은 그 두께가 150Å 내지 250Å정도의 두께를 가지며, 상기 적색 및 녹색을 동시에 발광하는 상기 적녹 발광층(169) 또한 150Å 내지 250Å 정도의 두께를 갖도록 형성되고 있는 것이 특징이다.
따라서, 전술한 구성에 의해 상기 제 1 전극(147a, 147b, 147c)의 표면으로부터 상기 청색 발광층(159)은 550Å 내지 800Å 정도의 범위에 위치하고 있으며, 상기 적녹 발광층(169)은 상기 제 1 전극(147a, 147b, 147c)의 표면으로부터 1800Å 내지 2050Å정도의 범위에 위치하고 있는 것이 특징이다.
한편 전술한 실시예의 구성은 각 화소영역 내에서 제 1 전극(147a, 147b, 147c)의 두께 조절에 의해 상기 제 1 전극(147a, 147b, 147c)의 표면으로부터 상기 청색 발광층(159)과 적녹 발광층(169)의 형성 위치가 변화되고 있음을 보이고 있지 만, 이러한 청색 발광층(159) 및 적녹 발광층(169)의 형성 위치는 상기 제 1 전극(147a, 147b, 147c)의 두께는 모두 동일하게 형성되고, 상기 제 1 전극(147a, 147b, 147c)의 하부에 서로 두께가 다른 버퍼패턴(미도시)을 형성함으로써 조절될 수도 있다. 즉, 상기 제 1 전극의 두께를 50Å정도가 되도록 형성되었다 할 경우, 상기 반사패턴(145) 위로 각 화소영역(P1, P2, P3)별로 청색의 발광효율을 극대화시키기 위한 제 3 화소영역(P3)에는 500Å 내지 600Å의 두께가 되도록, 적색의 발광효율을 극대화시키기 위한 제 1 화소영역(P1)에는 420Å 내지 520Å의 두께가 되도록, 그리고 녹색의 발광효율을 극대화시키기 위한 제 2 화소영역(P2)에는 0Å 내지 100Å의 두께가 되도록 버퍼패턴(미도시)을 형성함으로써 전술한 실시예와 동일한 효과를 구현할 수 있다. 이때, 상기 버퍼패턴(미도시)은 그 굴절율이 2.02정도인 질화실리콘(SiNx)로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 상기 청색 발광층(159)을 이루는 청색 발광물질은 저전압 고효율의 형광물질인 것이 바람직하며, 상기 적녹 발광층(169)을 이루는 유기 물질은 적색을 발광하는 인광물질과 녹색을 발광하는 인광물질로 이루어져 1호스트 2도펀트의 구성을 갖는 것이 바람직하다.
전술한 바와같이 청색 발광층(159)을 제 1 및 제 2 보조층(158, 161) 사이에 구성하여 실질적으로 제 1 스택(S1)의 제 1 유기전계 다이오드를 이루도록 하고, 상기 제 1 유기전계 다이오드 상부로 CGL층(163)을 개재한 상태에서 제 3 및 제 4 보조층(168, 174) 사이에 적녹 발광층(169)을 구성하여 제 2 스택(S2)의 제 2 유기전계 다이오드를 이루도록 하여 수직적으로 총 2스택의 유기전계 발광 다이오드를 갖는 구조를 이루도록 함으로써 발광효율 및 색재현율을 극대화할 수 있는 것이다.
즉, 전술한 구조를 갖는 본 발명의 실시예 및 그 변형예에 따른 유기전계 발광소자(100)의 경우, 상기 반사패턴(145)에 의해 반사된 빛과 또는 상기 반사패턴(145)에 의해 반사된 후 상기 제 2 전극(175)에 의해 다시 반사된 빛과 상기 발광 물질층(159, 169)으로부터 상기 제 1 기판(110)을 향하여 발광한 빛과 보강 및 상쇄 간섭을 일으키도록 상기 제 1 전극(147a, 147b, 147c)(또는 변형예의 경우 버퍼패턴)의 두께와, 제 1 내지 제 4 보조층(158, 161, 168, 174) 각각의 두께를 적절히 조절하여 형성함으로써 각 색을 발광하는 발광 물질의 특성별 광경로가 최적화됨으로서 색재현율 및 휘도를 향상시킨 것이다.
이러한 현상이 발생할 수 있는 것은, 각 색의 유기 물질층에서 발광된 빛은 그 특성상 그 파장을 달리하며, 상기 반사패턴(145)과 상기 제 2 전극(175) 사이에 형성된 각 물질층의 굴절율의 다름으로 인해 일부 반사되거나 또는 전반사 조건(빛이 굴절률이 큰 매질에서 굴절률이 작은 매질로 진행할 때 입사각이 임계각 보다 클 경우 경계면에서 전부 반사되는 현상이다)을 만족하는 경우, 특정 각도로 입사되는 빛에 대해서는 각 물질층에서의 전반사가 이루어짐으로써 상기 반사패턴(145)과 상기 제 2 전극(175) 사이에서 빛의 리사이클링이 가능하게 됨으로써 휘도를 극대화 할 수 있는 것이다.
한편, 전술한 구성을 갖는 제 1 기판(110)에 대응하여 제 2 기판(181)이 구비됨으로써 본 발명에 따른 유기전계 발광소자가 완성되고 있다. 이때, 상기 제 2 기판(181)에는 각 화소영역(P1, P2, P3)에 대응하여 그 경계에 블랙매트릭스(183)가 형성되어 있으며, 상기 블랙매트릭스(183)와 그 테두리가 중첩되며 각 화소영역(P1, P2, P3)에 대응하여 적, 녹 ,청색의 컬러필터 패턴(185a, 185b, 185c)이 구비된 컬러필터층(185)이 형성되고 있다.
본 발명에 따른 유기전계 발광소자용 제 1 기판(110)은 실질적으로 하나의 화소영역(P1, P2, P3) 내에 적녹 발광층(169)과, 청색 발광층(159)이 모두 형성됨으로써 각 화소영역(P1, P2, P3)이 화이트를 발광하게 되므로, 제 2 기판에 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3) 각각에 대응하여 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴(185a, 185b, 185c)이 형성되고 있다. 이때, 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3) 각각에서 특히, 각 화소영역(P1, P2, P3)별로 적, 녹, 청색의 발광효율과 휘도가 극대화됨으로써 상기 적, 녹 및 청색 컬러필터 패턴(185a, 185b, 185c)을 통과하여 나오는 빛은 색재현율이 향상될 수 있는 것이다.
이후에는 전술한 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 단계별 공정 단면도이다.
우선, 도 4a에 도시한 바와같이, 투명한 제 1 절연기판(110) 상에 비정질 실리콘을 증착하여 비정질 실리콘층(미도시)을 형성하고, 이에 대해 레이저 빔을 조사하거나 또는 열처리를 실시하여 상기 비정질 실리콘층을 폴리실리콘층(미도시)으 로 결정화시킨다.
이후, 포토레지스트의 도포, 노광 마스크를 이용한 노광, 노광된 포토레지스트의 현상, 식각 및 스트립을 포함하는 마스크 공정을 실시하여 상기 폴리실리콘층(미도시)을 패터닝함으로써, 스위칭 및 구동영역(미도시, DA)에는 순수 폴리실리콘 상태의 반도체패턴(미도시)을 형성한다.
다음, 상기 순수 폴리실리콘의 반도체패턴(미도시) 위로 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착하여 게이트 절연막(116)을 표시영역 전면에 형성한다.
다음, 상기 게이트 절연막(116) 위로 저저항 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금 중 하나를 증착하여 제 1 금속층(미도시)을 형성하고, 이를 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 상기 스위칭 및 구동영역(미도시, DA)의 형성된 각 반도체패턴(미도시)의 중앙부에 대응하여 각각 게이트 전극(121)을 형성한다. 동시에 상기 게이트 절연막(116) 위로 상기 스위칭 영역(미도시)에 형성된 게이트 전극(121)과 연결되며 일방향으로 연장하는 게이트 배선(미도시)을 형성한다.
다음, 상기 게이트 전극(121)을 블록킹 마스크로 이용하여 상기 스위칭 및 구동영역(미도시, DA)에 형성된 각 반도체 패턴(미도시)에 불순물 즉, 3가 원소 또는 5가 원소를 도핑함으로써 상기 게이트 전극(121) 외측에 위치한 부분이 상기 불순물이 도핑된 제 2 영역(113b)을 이루며, 도핑이 방지된 게이트 전극(121)에 대응 하는 부분은 순수 폴리실리콘의 제 1 영역(113a)을 이루는 반도체층(113)을 형성한다.
다음, 제 1 및 제 2 영역(113a, 113b)으로 나뉘어진 반도체층(113) 위로 전면에 무기절연물질인 산화실리콘(SiO2) 또는 산화실리콘(SiO2)을 증착하여 층간절연막(123)을 형성한다. 이후, 마스크 공정을 진행하여 상기 층간절연막(123)과 그 하부의 게이트 절연막(116)을 패터닝함으로써 상기 스위칭 및 구동영역(미도시, DA)에 형성된 반도체층의 제 2 영역(113b)을 각각 노출시키는 반도체층 콘택홀(125)을 형성한다.
다음, 상기 층간절연막(123) 위로 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo) 중 하나를 증착하여 제 3 금속층(미도시)을 형성하고, 이를 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 상기 스위칭 및 구동영역(미도시, DA)에 각각 상기 반도체층 콘택홀(125)을 통해 상기 제 2 영역(113b)과 각각 접촉하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)을 형성한다. 이때, 상기 스위칭 및 구동영역(미도시, DA)에 순차 적층된 상기 반도체층(113)과 제 1 및 제 2 게이트 절연막(116)과 게이트 전극(121)과 층간절연막(123)과 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)은 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)를 이룬다. 동시에 상기 층간절연막(123) 위로 상기 스위칭 영역(미도시)에 형성된 소스 전극(미도시)과 연결되며 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P1, P2, P3)을 정의하는 데이터 배선(130)과, 상기 데이터 배 선(130)과 이격하며 나란히 배치되는 전원배선(미도시)을 형성한다.
다음, 상기 소스 및 드레인 전극(133, 136) 위로 무기절연물질인 산화실리콘(SiO2)을 증착하여 보호층(140)을 형성하고 이를 패터닝함으로써 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)을 노출시키는 드레인 콘택홀(143)을 형성한다.
다음, 도 4b에 도시한 바와같이, 상기 드레인 콘택홀(143)을 갖는 상기 보호층(140) 위로 반사효율이 우수한 금속물질 예를들면 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)을 증착하여 제 4 금속층(미도시)을 형성하고, 연속하여 상기 제 4 금속층(미도시) 상부로 일함수 값이 비교적 높은 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 증착하여 투명 도전성 물질층(미도시)을 형성한다. 이때 상기 투명 도전성 물질층(미도시)은 본 발명의 특징상 가장 두께운 두께를 갖도록 형성되는 청색 유기 발광층의 휘도를 극대화한 제 3 화소영역(P3)에 형성될 두께 즉 550Å 내지 650Å 정도의 두께가 되도록 형성하는 것이 특징이다.
이후, 상기 투명 도전성 물질층(미도시) 위로 그 두께를 달리하는 포토레지스트 패턴(미도시)을 제 1, 2 및 3 화소영역(P1, P2, P3)에 대응하여 형성한다. 이때, 청색 컬러필터 패턴(미도시)과 대응되는 제 3 화소영역(P3)에서 가장 두꺼운 두께를 갖는 제 1 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성하고, 적색 컬러필터 패턴(미도시)에 대응하는 제 1 화소영역(p1)에 대응해서는 상기 제 1 포토레지스트 패턴(미도시)의 두께보다 얇은 두께의 제 2 포토레지스트 패턴(미도시)을, 녹색 컬러필 터 패턴(미도시)에 대응하는 제 2 화소영역(P2)에 대응해서는 상기 제 2 포토레지스트 패턴(미도시)의 두께보다 더 얇은 두께의 제 3 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성한다.
이후, 상기 제 1 내지 제 3 포토레지스트 패턴(미도시) 외부로 노출된 상기 투명도전성 물질층(미도시)과 그 하부의 제 4 금속층(미도시)을 연속하여 제거함으로써 각 화소영역(P1, P2, P3) 내에 반사패턴(145) 및 제 1 전극패턴(미도시)을 형성한다. 이 경우 현 상태에서는 상기 제 1 전극패턴(미도시)은 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3) 내에서 동일한 두께를 갖는다.
다음, 제 1 애싱(ashing)을 실시하여 제일 얇은 두께의 상기 제 3 포토레지스트 패턴(미도시)을 제거하여 제 2 화소영역(P1)의 제 1 전극패턴(미도시)을 노출시킨다.
이후, 노출된 제 1 전극패턴(미도시)에 대해 식각을 진행하여 그 두께를 1차적으로 얇게한다.
다음, 2차 애싱(ashing)을 실시하여 제 1 화소영역(P2)에 형성된 제 2 포토레지스트 패턴(미도시)을 제거한다.
이후 2차 식각을 진행하여 상기 제 1 및 제 2 화소영역(P1, P2) 내의 제 1 전극패턴(미도시)의 두께를 얇게 하고, 상기 제 3 화소영역(P3)에 남아있는 상기 제 1 포토레지스트 패턴(미도시)을 스트립(strip)을 통해 제거함으로써 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3) 각각에 각각 서로 다른 두께를 갖는 제 1 전극(147a, 147b, 147c)을 형성하다. 이때, 상기 제 3 화소영역(P3)의 제 1 전극(147c)은 그 두께(t1)가 550Å 내지 650Å 정도가 되도록, 제 1 화소영역(P1)의 제 1 전극(147a)의 두께(t2)는 420Å 내지 520Å정도가 되도록, 그리고 제 2 화소영역(P2)의 제 1 전극(147b)의 두께(t3)는 50Å 내지 150Å 정도가 되도록 제 1 및 제 2 식각을 적절히 조절하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 제 1 전극(147a, 147b, 147c)은 1회의 투명 도전성 물질층(미도시)을 증착하고 이를 순차적으로 식각하여 각 화소영역(P1, P2, P3)별로 서로 다른 두께가 되도록 하는 것을 일례로 보이고 있지만, 제일 얇은 50Å 내지 150Å의 두께를 증착하고 1차 패터닝을 실시하고, 그 상부로 다시 2차로 투명 도전성 물질층을 증착하고 2차 패터닝을 실시한 후, 3차로 투명 도전성 물질층을 증착하고 3차 패터닝을 실시함으로써 제 1 내지 제 3 화소영역(P1, P2, P3)별로 서로 다른 두께를 갖는 제 1 전극(147a, 147b, 147c)을 형성할 수도 있다.
다음, 도 4c에 도시한 바와같이, 상기 제 1 전극(147a, 147b, 147c) 상부로 유기절연물질 예를들면 포토아크릴(photo acryl) 또는 벤조사이클로부텐(BCB)을 도포하여 제 1 유기절연물질층(미도시)을 형성하고, 이를 패터닝함으로써 각 화소영역(P)의 경계를 포함하여 상기 각 제 1 전극(147a, 147b, 147c)의 가장자리를 테두리하는 형태로 뱅크(150)를 형성한다.
다음, 상기 뱅크(150)가 형성된 기판(110)에 대해 상기 뱅크(150) 사이로 노출된 상기 제 1 전극(147a, 147b, 147c) 위로 표시영역 전면에 순차적으로 연속하여 증착 또는 도포하거나 또는 하나의 공통 마스크를 통해 상기 뱅크로 둘러싸인 영역에 대해서만 증착 또는 도포함으로서 각각 전술한 두께를 갖는 제 1 정공주입 층(155)과 제 1 정공수송층(157)과 청색 발광층(159)과 제 1 전자주입층(161)과 CGL층(163)과 제 2 정공주입층(165)과 제 2 정공수송층(167)과 적녹 발광층(169)과 전자수송층(171)과 제 2 전자주입층(173) 및 제 2 전극(175)을 형성함으로써 제 1 기판(110)을 완성한다. 이때, 상기 각 물질층을 전술한 두께 정도 범위로 형성함으로써 각 화소영역(P1, P2, P3)에서 상기 제 1 전극(147a, 147b, 147c)의 표면으로부터 청색 발광층(159)까지의 거리가 550Å 내지 800Å가 되며, 상기 제 1 전극(147a, 147b, 147c)의 표면으로부터 상기 적녹 발광층(169)까지의 거리가 1800Å 내지 2050Å 정도가 되는 것이 특징이다.
다음, 도 4d에 도시한 바와같이, 투명한 제 2 절연기판(181)에 크롬(Cr) 또는 산화크롬(CrOx)을 전면에 증착하고 이를 패터닝하여 상기 제 1 기판(110)에 형성된 게이트 및 데이터 배선(미도시, 130)에 대응하여 블랙매트릭스(183)를 형성하고, 상기 블랙매트릭스(193)로 둘러싸인 영역에 대응하여 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(185a, 185b, 185c)을 형성함으로써 제 2 기판(181)을 완성한다.
다음, 상기 제 1 기판(110)과 제 2 기판(181)을 상기 적, 녹 ,청색 컬러필터 패턴(185a, 185b, 185c)이 각각 제 1, 2 및 3 화소영역(P1, P2, P3)에 대응되도록 정렬하고, 표시영역 외측으로 비표시영역에 씰패턴(미도시) 또는 프릿패턴(미도시)을 형성 후 상기 두 기판(110, 181)을 불활성 기체 분위기 또는 진공의 분위기에서 합착함으로써 본 발명에 따른 유기전계 발광소자(100)를 완성할 수 있다.
도 1은 일반적인 액티브 매트릭스형 유기전계 발광소자의 한 화소에 대한 회로도.
도 2는 종래의 유기전계 발광소자에 대한 개략적인 단면도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 구동 박막트랜지스터를 포함하는 3개의 화소영역에 대한 단면도.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 단계별 공정 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
101 : 유기전계 발광소자 110 : 제 1 기판
113 : 반도체층 113a, 113b : 제 1 및 제 2 영역
116 : 게이트 절연막 121 : 게이트 전극
123 : 층간절연막 125 : 반도체층 콘택홀
130 : 데이터 배선 133 : 소스 전극
136 : 드레인 전극 140 : 보호층
143 : 드레인 콘택홀 145 : 반사패턴
147a, 147b, 147c : 제 1 전극 150 : 뱅크
155 : 제 1 정공주입층 157 : 제 1 정공수송층
158 : 제 1 보조층 159 : 청색 발광층
161 : 제 1 전자주입층(제 2 보조층) 163 : CGL층
165 : 제 2 정공주입층 167 : 제 2 정공수송층
168 : 제 3 보조층 169 : 적녹 발광층
171 : 전자수송층 173 : 제 2 전자주입층
174 : 제 4 보조층 175 : 제 2 전극
181 : 제 2 기판 183 : 블랙매트릭스
185 : 컬러필터층
185a, 185b, 185c : 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴
DA : 구동영역 DTr : 구동 박막트랜지스터
P1, P2, P3 : 제 1, 2, 3 화소영역
Claims (7)
- 제 1, 2, 3 화소영역과 상기 각 화소영역 내에 구동영역과 스위칭 영역 정의된 제 1 기판 상의 상기 각 화소영역의 경계에 서로 교차하며 형성된 게이트 및 데이터 배선과;상기 스위칭 및 구동영역에 각각 형성된 스위칭 및 구동 박막트랜지스터와;상기 각 화소영역 전면에 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀을 가지며 형성된 보호층과;상기 각 화소영역 내에 상기 보호층 위로 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 상기 드레인 콘택홀을 통해 접촉하며 형성된 반사패턴과;상기 제 3, 1 및 2 화소영역 내에 각각 상기 반사패턴 상부로 투명 도전성 물질로 형성되어 애노드 전극의 역할을 하며 순차적으로 낮아지는 제 1, 2 및 3 두께를 가지며 형성된 제 1 전극과;상기 제 1, 2, 3 두께를 갖는 상기 제 1 전극 위로 각각 순차적으로 적층된 제 1 보조층과, 청색 발광층과, 제 2 보조층과, CGL(charge generation layer)층과, 제 3 보조층과, 적색과 녹색 인광물질로 이루어져 1 호스트 2 도펀트 구성을 가짐으로서 단일층 구조를 이루는 것이 특징인 적녹 발광층과, 제 4 보조층 및 캐소드 역할을 하는 제 2 전극과;상기 제 1 기판과 마주하는 제 2 기판과;상기 제 1 및 제 2 기판 가장자리를 따라 형성된 접착제를 포함하며, 상기 제 1 두께는 550Å 내지 650Å이며, 상기 제 2 두께는 420Å 내지 520Å이며, 상기 제 3 두께는 50Å 내지 100Å인 것이 특징이며, 상기 제 2, 3, 1 두께의 제 1 전극이 각각 구비된 상기 제 1, 2, 3 화소영역은 각각 적, 녹, 청색을 발광하는 것이 특징인 유기전계 발광소자.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 청색 발광층은 상기 제 1 전극의 표면으로부터 550Å 내지 800Å의 이격거리를 가지며 위치하며, 상기 적녹 발광층은 상기 제 1 전극의 표면으로부터 1800Å 내지 2050Å의 이격거리를 가지며 위치하는 것이 특징인 유기전계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 보조층은 제 1 정공주입층과 제 1 정공수송층으로 이루어지며,상기 제 2 보조층은 제 1 전자주입층으로 이루어지며,상기 제 3 보조층은 제 2 정공주입층과 제 2 정공수송층으로 이루어지며,상기 제 4 보조층은 전자수송층과 제 2 전자주입층으로 이루어지는 것이 특징인 유기전계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 기판의 내측면에 상기 게이트 배선과 데이터 배선에 대응하여 형성된 블랙매트릭스와;상기 블랙매트릭스와 그 테두리가 중첩하며 상기 제 1, 2, 3 화소영역에 대응하여 각각 형성된 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴을 갖는 컬러필터층을 포함하는 유기전계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 전극의 가장자리와 중첩하며 상기 화소영역의 경계에 형성된 뱅크를 포함하는 유기전계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 청색 발광층은 청색을 발광하는 형광 물질로 이루어지며, 상기 적녹 발광층은 적색과 녹색을 각각 발광하는 인광물질이 혼합된 물질로 이루어진 것이 특징인 유기전계 발광소자.
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