KR101333612B1 - 유기전계 발광소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 화소영역이 정의(定義)된 제 1 기판과; 상기 제 1 기판 상의 상기 화소영역에 형성된 스위칭 박막트랜지스터 및 구동 박막트랜지스터와; 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터를 덮으며 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키며 형성된 보호층과; 상기 보호층 위로 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 형성된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극의 가장자리와 중첩하며 상기 화소영역의 경계에 형성된 버퍼패턴과; 상기 버퍼패턴의 상부로 제 1 높이를 가지며 제 1 방향으로 댐 형태를 가지며 형성된 제 1 스페이서와; 상기 버퍼패턴의 상부로 상기 제 1 높이를 가지며 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 댐 형태를 가지며 형성된 제 2 스페이서와; 상기 버퍼패턴 상부로 상기 제 1 높이보다 큰 제 2 높이를 가지며, 상기 제 1 및 제 2 스페이서가 교차하는 부분에 기둥 형태를 가지며 형성된 제 3 스페이서와; 상기 버퍼패턴 내측으로 상기 제 1 전극 상부에 형성된 유기 발광층과; 상기 유기 발광층과 상기 제 1, 2 및 3 스페이서 상부로 전면에 형성된 제 2 전극과; 상기 제 1 기판과 마주하는 제 2 기판과; 상기 제 1 및 제 2 기판의 테두리에 개재된 씰패턴을 포함하는 유기전계 발광소자를 제공한다.
상부발광, 유기전계발광소자, 쉐도우마스크, 암점화, 찍힘, 이물

Description

유기전계 발광소자 및 그 제조 방법{Organic Electroluminescent Device and method of fabricating the same}
본 발명은 유기전계 발광소자(Organic Electroluminescent Device)에 관한 것이며, 특히 유기발광층 형성을 위한 쉐도우 마스크와의 접촉에 의한 찍힘 불량 을 방지할 수 있는 유기전계 발광소자 및 그 제조방법에 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 단순하 다.
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 것 만큼의 순간 휘도를 내야만 한다.
그러나, 액티브 매트릭스 방식에서는, 픽셀(pixel)을 온/오프(on/off)하는 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Thin Film Transistor)가 서브픽셀(sub pixel)별로 위치하고, 이 박막트랜지스터와 연결된 제 1 전극은 서브픽셀 단위로 온/오프되고, 이 제 1 전극과 대향하는 제 2 전극은 공통전극이 된다.
그리고, 상기 액티브 매트릭스 방식에서는 픽셀에 인가된 전압이 스토리지 커패시터(StgC)에 충전되어 있어, 그 다음 프레임(frame) 신호가 인가될 때까지 전원을 인가해 주도록 함으로써, 주사선 수에 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 유기전계발광 소자의 기본적인 구조 및 동작특성에 대해서 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 액티브 매트릭스형 유기전계 발광소자의 한 화소에 대한 회 로도이다.
도시한 바와 같이 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자의 하나의 화소는 스위칭(switching) 박막트랜지스터(STr)와 구동(driving) 박막트랜지스터(DTr), 스토리지 캐패시터(StgC), 그리고 유기전계발광 다이오드(E)로 이루어진다.
즉, 제 1 방향으로 게이트 배선(GL)이 형성되어 있고, 이 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 형성되어 화소영역(P)을 정의하며 데이터 배선(DL)이 형성되어 있으며, 상기 데이터 배선(DL)과 이격하며 전원전압을 인가하기 위한 전원배선(PL)이 형성되어 있다.
또한, 상기 데이터 배선(DL)과 게이트 배선(GL)이 교차하는 부분에는 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 형성되어 있으며, 상기 스위칭 박막트랜지스터(STr)와 전기적으로 연결된 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되어 있다.
이때, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)는 유기전계 발광 다이오드(E)와 전기적으로 연결되고 있다. 즉, 상기 유기전계발광 다이오드(E)의 일측 단자인 제 1 전극은 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극과 연결되고, 타측 단자인 제 2 전극은 전원배선(PL)과 연결되고 있다. 이때, 상기 전원배선(PL)은 전원전압을 상기 유기전계발광 다이오드(E)로 전달하게 된다. 또한, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 게이트 전극과 소스 전극 사이에는 스토리지 커패시터(StgC)가 형성되고 있다.
따라서, 상기 게이트 배선(GL)을 통해 신호가 인가되면 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 온(on) 되고, 상기 데이터 배선(DL)의 신호가 구동 박막트랜지스터(DTr) 의 게이트 전극에 전달되어 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)가 온(on) 되므로 유기전계발광 다이오드(E)를 통해 빛이 출력된다. 이때, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)가 온(on) 상태가 되면, 전원배선(PL)으로부터 유기전계발광 다이오드(E)에 흐르는 전류의 레벨이 정해지며 이로 인해 상기 유기전계발광 다이오드(E)는 그레이 스케일(gray scale)을 구현할 수 있게 되며, 상기 스토리지 커패시터(StgC)는 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 오프(off) 되었을 때, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 게이트 전압을 일정하게 유지시키는 역할을 함으로써 상기 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 오프(off) 상태가 되더라도 다음 프레임(frame)까지 상기 유기전계발광 다이오드(E)에 흐르는 전류의 레벨을 일정하게 유지할 수 있게 된다.
이러한 구동을 하는 유기전계 발광소자는 유기전계발광 다이오드를 통해 발광된 빛의 투과방향에 따라 상부 발광방식(top emission type)과 하부 발광방식(bottom emission type)으로 나뉜다. 이때 하부 발광방식은 개구율이 저하되는 문제가 발생하므로 최근에는 상부발광 방식이 주로 이용되고 있다.
도 2는 종래의 상부발광 방식 유기전계 발광소자에 대한 개략적인 평면도이며, 도 3은 도 2를 절단선 Ⅲ-Ⅲ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 종래의 상부발광 방식 유기전계 발광소자(1)는 제 1, 2 기판(10, 70)이 서로 대향되게 배치되어 있고, 제 1, 2 기판(10, 70)의 가장자리부는 씰패턴(미도시)에 의해 봉지되어 있다. 상기 제 1 기판(10)의 상부에는 각 화소영역(P)별로 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되어 있고, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr) 상에는 드레인 콘택홀(43)을 포함하는 보호층(40)이 형성되고 있으며, 상 기 드레인 콘택홀(43)을 통해 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 연결되며 제 1 전극(47)이 상기 보호층(40) 상부에 형성되어 있다. 또한, 상기 제 1 전극(47) 상부에는 적(Red), 녹(Green), 청(Blue)색에 대응되는 발광물질패턴(55a, 55b, 55c)을 포함하는 유기 발광층(55)이 형성되어 있고, 유기 발광층(55) 상부에는 전면에 제 2 전극(58)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제 1, 2 전극(47, 58)은 상기 유기 발광층(55)에 전자와 정공을 제공해주는 역할을 한다.
그리고, 전술한 씰패턴(미도시)에 의해서 상기 제 1 기판(10) 상에 형성된 제 2 전극(58)과 제 2 기판(70)은 일정간격 이격하고 있다.
한편, 전술한 바와 같은 구성을 갖는 종래의 상부발광 방식 유기전계 발광소자(1)의 각 화소영역(P)의 경계에는 상기 제 1 전극(47)의 끝단과 중첩하며 버퍼패턴(50)이 구비되고 있다. 또한, 상기 버퍼패턴(50) 상부로는 게이트 배선(미도시)이 연장하는 방향 즉, 적, 녹, 청의 발광물질패턴(55a, 55b, 55c)이 순차 교대하는 방향을 따라 댐 형태의 스페이서(51)가 형성되어 있다. 이러한 스페이서(51)는 상기 유기 발광층(55) 형성 시 이용되는 쉐도우 마스크(미도시)를 지지하는 역할을 한다.
도 4a와 도 4b는 종래의 상부발광 방식 유기전계 발광소자 제조 단계 중 쉐도우 마스크를 이용한 유기 발광층 형성 단계를 나타낸 제조 평면도이며, 도 5a와 도 5b는 각각 도 4a와 도 4b를 절단선 Ⅴ-Ⅴ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도이며, 도 6은 도 4b를 절단선 Ⅵ-Ⅵ을 따라 절단한 부분에 대한 단면도이다.
제 1 기판(10) 상에 유기발광층(55)의 형성은 각 화소영역(P)에 대응하여 오 픈부(OA)를 가지며, 그 외의 영역은 차단부(BA)를 갖는 쉐도우 마스크(90)를 이용하여 이루어진다.
이러한 쉐도우 마스크(90)를 유기 발광층(55)을 형성할 기판(10) 상에 위치시킨 후, 얼라인을 실시하여 상기 기판(10)상의 각 화소영역(P) 내의 유기 발광층(55)이 형성되어야 할 위치에 대응하여 상기 쉐도우 마스크(90)의 오픈부(OA)가 위치하도록 한다. 이러한 과정에서 상기 쉐도우 마스크(90)와 상기 기판(10)의 매우 근접하도록 위치시키게 되는데, 상기 쉐도우 마스크(90)는 금속재질로 형성되므로 그 표면에 제조 시 발생한 돌기(미도시)가 있거나 또는 이물이 부착될 수도 있다. 이 경우 상기 돌기(미도시) 또는 이물은 1㎛ 내지 6㎛ 정도의 크기가 되고 있다.
따라서 이렇게 돌기(미도시)를 그 표면에 갖거나 이물이 부착된 쉐도우 마스크(90)를 유기 발광층(55) 형성을 위한 기판(10) 상에 근접하여 얼라인을 시키는 과정에서 상기 돌기(미도시) 또는 이물이 화소영역(P) 내의 제 1 전극(47)과 접촉하게 됨으로써 찍힘불량이 발생하고 있는 실정이다.
상기 쉐도우 마스크(90)는 금속재질로 형성되므로 대면적의 유기전계 발광소자 제조에 이용되는 것은 처짐이 발생한다. 특히 상기 기판(10)상의 스페이서(51)와 접촉하여 지지된다 하더라도 댐 형태의 스페이서(51)와 스페이서(51) 사이의 화소영역(P)에서 처짐이 발생하고 있다. 종래의 스페이서(51)는 그 제조 특성상 높이가 2.5㎛-3㎛정도가 되며, 버퍼패턴(50)의 두께와 합한다 하더라도 유기 발광층(55)이 형성되는 제 1 전극(47)의 표면을 기준으로 6㎛ 정도 되며 상기 쉐도우 마스크(90) 처짐이 1㎛ 내지 2㎛ 발생하게 되므로 얼라인을 하기 전 쉐도우 마스크(90)를 상기 기판(10)상에 위치시킨 후 근접하여 얼라인 시키는 과정에서 상기 이물 또는 표면의 돌기(미도시)에 의해 찍힘이 발생하고 있는 실정이다.
쉐도우 마스크(90)의 오염 방지를 위해 상기 제 1 기판(10)과 접촉시키지 않도록 하는 경우, 상기 쉐도우 마스크(90)와 제 1 기판(10)과의 얼라인 정확도를 높이기 위해서는 상기 쉐도우 마스크(90)를 최대한 기판(10)과 근접하도록 하여야 한다. 이 경우 상기 스페이서(51)와 접촉하지 않는 범위에서 통상 1㎛ 내지 2㎛정도가 되며, 이 경우 상기 쉐도우 마스크(90)는 지지되는 부분이 없으므로 스페이서(51)에 의해 지지되는 경우보다 더욱 처짐이 발생함으로써 이물 또는 표면 돌기(미도시)에 의해 유기 발광층(55)이 형성될 화소영역(P) 내의 제 1 전극(47) 표면에 찍힘불량이 발생하고 있는 실정이다. 이러한 찍힘불량은 암점으로 표시되어 표시품질을 저하시키는 요인이 되고 있다.
이러한 문제를 해결하고자 상기 댐 형태의 스페이서(51)의 높이를 높게 하는 것이 제한되었지만, 스페이서(51)는 투명한 유기절연물질을 스핀 코팅 등을 통하여 기판 전면에 유기절연물질층을 형성하고 이를 패터닝하여 형성되므로 스핀 코팅 시 전면에 고른 두께를 갖도록 하기 위해서는 점도 조건이 매우 중요하며, 더욱 두꺼운 두께를 갖도록 점도를 높이면 퍼짐 특성이 저하되어 기판의 중앙부와 가장자리부에서 두께차가 심하게 발생하므로 기판 전면에 고른 두께를 갖도록 하기 위해서는 현 기술 수준에서는 3㎛ 정도가 한계치가 되고 있다.
또한, 댐 형태의 스페이서(51)의 높이를 현 3㎛ 정도에서 더 높게 하는 것은 이러한 댐 형태의 스페이서(51) 특성 상 쉐도우 현상이 발생하여 단차 또는 타색의 불량이 발생할 가능성이 큰 실정이다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 유기 발광층 형성 시 쉐도우 마스크에 부착된 이물 또는 표면 요철에 의한 찍힘불량을 원천적으로 방지할 수 있는 상부발광 방식의 유기전계 발광 소자 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
나아가 쉐도우 마스크에 의한 찍힘불량을 방지함으로써 수율을 향상시키고, 표시품질을 향상시키는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기전계 발광소자는, 화소영역이 정의(定義)된 제 1 기판과; 상기 제 1 기판 상의 상기 화소영역에 형성된 스위칭 박막트랜지스터 및 구동 박막트랜지스터와; 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터를 덮으며 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키며 형성된 보호층과; 상기 보호층 위로 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 형성된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극의 가장자리와 중첩하며 상기 화소영역의 경계에 형성된 버퍼패턴과; 상기 버퍼패턴의 상부로 제 1 높이를 가지며 제 1 방향으로 댐 형 태를 가지며 형성된 제 1 스페이서와; 상기 버퍼패턴의 상부로 상기 제 1 높이를 가지며 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 댐 형태를 가지며 형성된 제 2 스페이서와; 상기 버퍼패턴 상부로 상기 제 1 높이보다 큰 제 2 높이를 가지며, 상기 제 1 및 제 2 스페이서가 교차하는 부분에 기둥 형태를 가지며 형성된 제 3 스페이서와; 상기 버퍼패턴 내측으로 상기 제 1 전극 상부에 형성된 유기 발광층과; 상기 유기 발광층과 상기 제 1, 2 및 3 스페이서 상부로 전면에 형성된 제 2 전극과; 상기 제 1 기판과 마주하는 제 2 기판과; 상기 제 1 및 제 2 기판의 테두리에 개재된 씰패턴을 포함한다.
이때, 상기 제 1 높이는 2.5㎛ 내지 3㎛이며, 상기 제 2 높이는 5㎛ 내지 6㎛인 것이 특징이다.
또한, 상기 스위칭 박막트랜지스터와 연결되며 서로 교차하는 게이트 및 데이터 배선과; 상기 데이터 배선과 나란하며 상기 구동 박막트랜지스터와 연결된 전원배선을 포함한다.
상기 유기 발광층은 다중층 구조로서 정공주입층/정공수송층/발광 물질층/전자수송층/전자주입층으로 구성된 것이 특징이며, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 스페이서는 유기절연물질로 이루어진 것이 특징이다.
본 발명에 따른 유기전계 발광소자의 제조 방법은, 화소영역이 정의(定義)된 제 1 기판 상의 상기 화소영역에 스위칭 박막트랜지스터 및 구동 박막트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터를 덮으며 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀을 갖는 보호층을 형성하는 단 계와; 상기 보호층 위로 상기 화소영역에 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 상기 드레인 콘택홀을 통해 접촉하는 제 1 전극을 형성하는 단계와; 상기 제 1 전극의 가장자리와 중첩하며 상기 화소영역의 경계에 버퍼패턴을 형성하는 단계와; 상기 버퍼패턴의 위로 제 1 높이의 댐 형태를 가지며 제 1 방향으로 연장하는 제 1 스페이서를 형성하는 단계와; 상기 버퍼패턴의 위로 상기 제 1 높이의 댐 형태를 가지며 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 연장하는 제 2 스페이서를 형성하며, 동시에 상기 버퍼패턴 상부로 상기 제 1 높이보다 큰 제 2 높이를 가지며, 상기 제 1 및 제 2 스페이서가 교차하는 부분에 기둥 형태를 갖는 제 3 스페이서를 형성하는 단계와; 화소영역에 대응하여 개구부를 갖는 쉐도우 마스크를 이용하여 유기 발광물질을 증착함으로써 상기 버퍼패턴 내측으로 상기 제 1 전극 상부에 유기 발광층을 형성하는 단계와; 상기 유기 발광층과 상기 제 1, 2 및 3 스페이서 위로 전면에 제 2 전극을 형성하는 단계와; 상기 제 1 기판에 대응하여 투명한 절연재질의 제 2 기판을 마주하도록 한 후, 상기 제 1 및 제 2 기판의 테두리에 씰패턴을 형성하고 합착하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 제 1, 2 및 제 3 스페이서를 형성하는 단계는, 상기 버퍼패턴 위로 전면에 감광성의 제 1 유기절연물질을 스핀코팅을 통해 도포함으로써 제 1 스페이서층을 형성하는 단계와; 상기 제 1 스페이서층을 패터닝하여 상기 제 1 스페이서를 형성하는 단계와; 상기 제 1 스페이서 위로 감광성의 제 2 유기절연물질을 스핀코팅을 통해 도포함으로써 제 2 스페이서층을 형성하는 단계와; 상기 제 2 스페이서층을 패터닝하여 상기 제 2 스페이서를 형성하고, 동시에 상기 제 1 스페이서 와 중첩하는 부분에 상기 제 3 스페이서를 형성하는 단계 를 포함한다.
이때, 상기 감광성의 제 1 및 제 2 유기절연물질은 폴리이미드(poly imide), 포토아크릴(photo acryl), 벤조사이클로부텐(BCB) 중 하나인 것이 특징이다.
상기 제 1 스페이서과 상기 제 2 스페이서는 서로 다른 유기절연물질로 이루어지거나, 또는 동일한 유기절연물질로 이루어지는 경우는 동일한 감광 특성을 갖는 유기절연물질로 이루어지는 것이 특징이다.
본 발명에 따른 상부발광 방식 유기전계 발광 소자는 쉐도우 마스크를 이용하여 유기 발광층을 형성 시 쉐도우 마스크에 돌출 형성된 미세 돌기 또는 부착된 이물에 의한 찍힘불량을 방지할 수 있으므로, 제품의 제조 수율을 향상시키고, 나아가 제품의 표시품질을 향상시키는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명에 따른 상부발광 방식 유기전계 발광소자의 표시영역 일부를 도시한 평면도로서 제1전극과 유기 발광층(155)과 제2전극으로 구성된 유기전계 발광다이오드와 버퍼패턴 및 스페이서를 위주로 도시하였으며, 도 8과 도 9는 각각 도 7을 절단선 Ⅷ-Ⅷ, Ⅸ-Ⅸ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도로서 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판은 생략하고 구동 박막트랜지스터와 유기발광 다이오드를 구비한 제 1 기판만을 도시하였다. 도 이때 설명의 편의를 위해 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되는 영역을 구동영역, 그리고 도면에는 나타내지 않았지만 스위칭 박막트랜지스터가 형성되는 영역을 스위칭 영역이라 정의한다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 상부발광 방식 유기전계 발광소자(101)는 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)와 유기전계 발광 다이오드(E)가 형성된 제 1 기판(110)과, 이와 대응하여 그 테두리에 씰패턴(미도시)을 구비하며 상기 유기발광 다이오드(E)를 인캡슐레이션 하기 위한 제 2 기판(미도시)으로 구성되고 있다.
우선, 평면구조를 살펴보면, 도면에 나타나지 않았지만 서로 교차하며 게이트 및 데이터 배선(미도시)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 및 데이터 배선(미도시)과 교차하는 부근에는 스위칭 박막트랜지스터(미도시)가 구비되고 있으며, 상기 각 화소영역(P)에는 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)와 상기 데이터 배선(미도시)과 나란하게 구비된 전원배선(미도시)과 연결되며 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되고 있다.
또한, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)과 접촉하며 각 화소영역(P)별로 제 1 전극이 형성되어 있으며, 각 화소영역(P)의 경계에는 상기 제 1 전극(147)의 테두리와 접촉하며 버퍼패턴(150)이 형성되어 있다. 또한 각 화소영역(P)의 상기 버퍼패턴(150)으로 둘러싸인 영역에 대해서는 각각 순차 반복하는 형태로 적, 녹, 청색을 발광하는 유기 발광층(155)이 형성되어 있다.
또한, 본 발명에 있어서 가장 특징적인 구성으로서 상기 화소영역(P)의 단축 을 연결한 방향 즉, 게이트 배선(미도시)이 연장하는 방향으로 댐 형태를 갖는 제 1 스페이서(151)가 제 1 높이를 가지며 형성되고 있으며, 상기 화소영역(P)의 장축을 연결한 방향 즉, 데이터 배선(미도시)이 연장하는 방향으로 댐 형태를 갖는 제 2 스페이서(152)가 상기 제 1 높이를 가지며 형성되고 있다. 따라서 본 발명에 있어서는 댐 형태를 갖는 제 1 및 제 2 스페이서(151, 152)가 각 화소영역(P)을 둘러싸는 형태로 표시영역 전체에 있어서 그 하부에 위치한 버퍼패턴(150)의 형태와 유사하게 격자형태를 이루며 형성되고 있는 것이 특징이다. 이때, 상기 댐 형태의 제 1 스페이서(151)와 제 2 스페이서(152)가 교차하는 부분에 있어서는 기둥 형태로서 상기 제 1 높이보다 2배 정도 더 높은 더욱 정확히는 상기 제 1 스페이서(151)와 제 2 스페이서(152)의 높이를 합한 제 2 높이를 갖는 스페이서가 형성되고 있는 것이 특징이다. 한편, 이후 설명의 편의를 위해 상기 제 1 스페이서(151)와 제 2 스페이서(152)가 교차하여 상기 제 1 및 제 2 스페이서(151, 152)의 제 1 높이보다 더 큰 제 2 높이를 갖는 부분을 '제 3 스페이서'(153)라 칭한다.
따라서, 전술한 바와같이, 표시영역 내에서 화소영역(P)의 경계를 따라 서로 교차하도록 제 1 높이를 갖는 제 1 및 제 2 스페이서(151, 152)를 형성하고, 이들 제 1 및 제 2 스페이서(151, 152)가 서로 교차하여 중첩하는 부분에 기둥 형태로 제 2 높이를 갖는 제 3 스페이서(153)를 형성함으로써 이후 공정에 의해 유기 발광층(155)을 형성 시 이용되는 쉐도우 마스크(미도시)의 얼라인 시 발생하는 이물 또는 돌기에 의한 찍힘 현상을 최소화 할 수 있는 것이 특징이다.
이 경우 상기 제 1 및 제 2 스페이서(151, 152) 각각의 제 1 높이는 2.5㎛ 내지 3㎛ 정도가 되므로 이들 댐 형태를 갖는 제 1 및 제 2 스페이서(151, 152)가 높아짐으로 인한 쉐도우 발생에 따른 문제점은 발생하지 않으며, 상기 제 1 높이보다 높은 5㎛ 내지 6㎛정도의 제 2 높이를 갖는 제 3 스페이서(153)가 기둥형태로 형성됨으로써 쉐도우 마스크(미도시)가 얼라인 시 상기 제 3 스페이서(153)에 의해 지지되므로 유기 발광층(155)이 형성될 제 1 전극(147)으로부터 상기 쉐도우 마스크(미도시)까지의 높이는 7.5㎛ 내지 9㎛정도가 되며 1㎛ 내지 2㎛ 정도의 처짐이 발생하는 것을 감안하더라도 최소 5.5㎛ 내지 8㎛정도의 이격간각이 유지되므로 주로 1㎛ 내지 6㎛정도의 크기를 갖는 돌기 및 이물에 의한 찍힘은 대부분 방지할 수 있는 것이다.
이후에는 전술한 평면구조를 갖는 본 발명에 따른 상부발광 방식 유기전계 발광소자의 단면구조에 대해 설명한다.
도 8을 참조하면, 제 1 기판(110)에 있어 이의 베이스를 이루는 투명한 절연기판(110) 위로 상기 구동영역(DA) 및 스위칭 영역에 대응하여 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. 이때 상기 반도체층(113)과 상기 절연기판(110) 사이에는 전면에 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 버퍼층(미도시)이 더욱 형성될 수도 있다. 상기 버퍼층(미도시)은 상기 반도체층(113)의 결정화시 상기 절연기판(110) 내부로부터 나오는 알카리 이온의 방출에 의한 상기 반도체층(113)의 특성 저하를 방지하기 위함이다.
또한, 상기 반도체층(113)을 덮으며 게이트 절연막(116)이 전면에 형성되어 있다. 상기 게이트 절연막(116) 위로는 상기 구동영역(DA) 및 스위칭 영역(미도시)에 있어 상기 반도체층(113)의 제 1 영역(113a)에 대응하여 게이트 전극(120)이 형성되어 있다. 또한 상기 게이트 절연막(116) 위로는 상기 스위칭 영역(미도시)에 형성된 게이트 전극(미도시)과 연결되며 일방향(각 화소영역(P)의 단축을 연결한 방향)으로 연장하며 게이트 배선(미도시)이 형성되어 있다.
또한, 상기 게이트 전극(120)과 게이트 배선(미도시) 위로 층간절연막(123)이 형성되어 있다. 이때, 상기 층간절연막(123)과 그 하부의 게이트 절연막(116)에는 상기 제 1 영역(113a) 양측면에 위치한 상기 제 2 영역(113b) 각각을 노출시키는 반도체층 콘택홀(125)이 구비되고 있다.
다음, 상기 반도체층 콘택홀(125)을 포함하는 층간절연막(123) 상부에는 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하며 상기 화소영역(P)의 장축을 연결한 방향으로 연장하며 데이터 배선(미도시)과, 이와 이격하여 전원배선(미도시)이 형성되고 있다.
또한, 상기 층간절연막(123) 위로 각 구동영역(DA) 및 스위칭 영역(미도시)에는 서로 이격하며 상기 반도체층 콘택홀(125)을 통해 노출된 제 2 영역(113b)과 각각 접촉하며 소스 및 드레인 전극(133, 136)이 형성되어 있다. 이때, 상기 소스 및 드레인 전극(133, 136)과, 이들 전극(133, 136)과 각각 접촉하는 제 2 영역(113b)을 포함하는 반도체층(113)과, 상기 반도체층(113) 상부에 형성된 게이트 절연막(116) 및 게이트 전극(120)은 구동 박막트랜지스터(DTr)를 이룬다. 이때 도면에 나타나지 않았지만, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 동일한 구조를 갖는 스위칭 박막트랜지스터(미도시) 또한 상기 스위칭 영역(미도시)에 형성되고 있다. 이때, 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(미도시)과 전기적으로 연결되며 형성되어 있다. 즉, 상기 게이트 배선(미도시)은 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 게이트 전극(미도시)과, 상기 데이터 배선(미도시)은 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 소스 전극(미도시)과 연결되고 있다.
한편, 상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)는 상기 반도체층(113) 중 상기 제 2 영역(113b)에 도핑되는 불순물에 따라 p타입 또는 n타입 박막트랜지스터를 이루게 된다. p타입 박막트랜지스터의 경우는 제 2 영역(113b)에 3족의 원소 예를들면 붕소(B)를 도핑함으로써 이루어지게 되며, n타입 박막트랜지스터의 경우는 상기 제 2 영역(113b)에 5족의 원소 예를들면 인(P)을 도핑함으로써 이루어지게 된다. p타입의 박막트랜지스터는 캐리어로서 정공이 이용되며, n타입의 박막트랜지스터는 캐리어로서 전자가 이용된다. 따라서, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)과 연결되는 제 1 전극(147)은 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 타입에 따라 애노드 또는 캐소드 전극의 역할을 하게 되는 것이다. 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)가 p타입인 경우 상기 제 1 전극(147)은 애노드 전극의 역할을 하며, n타입인 경우 상기 제 1 전극(147)은 캐소드 전극의 역할을 하게 된다. 본 발명에 있어서는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)는 p타입을 이룸으로써 상 기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)과 연결된 제 1 전극(147)이 애노드 전극의 역할을 하는 것을 일례로 설명하고 있다. 하지만, 본 발명에 있어서 상기 구동 박막트랜지스터를 n타입을 형성할 수도 있으며, 이 경우 상기 제 1 전극(147)이 캐소드 전극의 역할을 하도록 형성할 할 수도 있음은 자명하다.
다음, 상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시) 위로는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)을 노출시키는 드레인 콘택홀(143)을 갖는 보호층(140)이 형성되어 있다. 또한, 상기 보호층(140) 위로는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)과 상기 드레인 콘택홀(143)을 통해 접촉되며 각 화소영역(P) 별로 일함수 값이 비교적 큰 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 이루어진 제 1 전극(147)이 형성되어 있다. 도면에 나타나지 않았지만, 이러한 일함수 값이 큰 투명 도전성 물질로 이루어진 제 1 전극(147) 하부에는 상부발광 방식 특성상 발광효율을 극대화하기 위해 반사율이 우수한 물질로 반사판(미도시)이 형성될 수도 있으며, 또는 상기 제 1 전극(147)은 상기 투명 도전성 물질을 상부층 반사효율이 높은 금속물질을 하부층으로 하여 이중층 구조를 이룰 수도 있다. 한편, 이러한 경우 상기 제 1 전극(147)은 애노드 전극의 역할을 하는 것이며, 이미 언급했듯이 캐소드 전극의 역할을 하도록 할 경우 일함수 값이 비교적 낮은 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 은(Ag), 마그네슘(Mg), 금(Au) 등으로 이루어지게 된다.
다음, 전술한 바와 같이 단일층 또는 이중층 구조를 갖는 상기 제 1 전극(147) 위로 각 화소영역(P)의 경계에는 버퍼패턴(150)이 형성되어 있다. 이때 상 기 버퍼패턴(150)은 각 화소영역(P)을 둘러싸는 형태로 상기 제 1 전극(147)의 테두리와 중첩하도록 형성되고 있으며, 표시영역 전체적으로는 다수의 개구부를 갖는 격자형태를 이루고 있다. 또한, 이러한 표시영역 내에서 각 화소영역(P)을 둘러싸는 격자형태를 갖는 상기 버퍼패턴(150) 위로는 상기 버퍼패턴(150)과 완전히 중첩하며 상기 버퍼패턴(150)의 폭보다는 작은 폭을 가지며 상기 게이트 배선(미도시)이 연장한 방향으로 제 1 높이를 갖는 댐 형태의 제 1 스페이서(151)가 형성되어 있으며, 상기 데이터 배선(미도시)이 연장하는 방향으로 상기 제 1 스페이서(151)와 동일한 제 1 높이를 가지며 댐 형태의 제 2 스페이서(152)가 형성되고 있다.
또한, 상기 제 1 스페이서(151)와 제 2 스페이서(152)가 교차하는 부분에는 이들 제 1 및 제 2 스페이서(151, 152)가 중첩하여 형성됨으로써 제 1 높이 보다 더 높은 제 2 높이를 갖는 제 3 스페이서(153)가 기둥형태로 형성되어 있다. 이때 상기 제 1 높이는 2.5㎛ 내지 3㎛정도가 되며, 상기 제 2 높이는 5㎛ 내지 6㎛가 되고 있는 것이 특징이다.
한편, 상기 버퍼패턴(150)로 둘러싸인 각 화소영역(P)에는 상기 제 1 전극(147) 위로 유기 발광층(155)이 형성되고 있다. 상기 유기 발광층(155)은 도면에 나타난 바와같이 유기 발광 물질로 이루어진 단일층으로 구성될 수도 있으며, 또는 도면에 나타나지 않았지만, 발광 효율을 높이기 위해 정공주입층(hole injection layer), 정공수송층(hole transporting layer), 발광 물질층(emitting material layer), 전자수송층(electron transporting layer) 및 전자주입층(electron injection layer)의 다중층으로 구성될 수도 있다. 이때 상기 정공주입층과 전자주 입층, 상기 정공수송층과 전자수송층은 각각 서로 그 위치를 바꾸어 형성될 수 있다. 이는 제 1 전극(147)과 제 2 전극(158)이 각각 애노드 전극의 역할을 하느냐 또는 캐소드 전극의 역할을 하느냐에 달려있다. 본 발명의 경우, 상기 제 1 전극(147)이 애노드 전극의 역할을 하는 것을 일례로 보이고 있으므로, 이 경우는 상기 제 1 전극(147) 상부로 다중층 구조의 유기 발광층(155)이 형성된다면 정공주입층/정공수송층/발광 물질층/전자수송층/전자주입층의 순으로 순차 적층되게 된다.
또한, 상기 유기 발광층(155)과 상기 버퍼패턴(150) 및 제 1, 2 및 3 스페이서(151, 152, 153)의 상부에는 전면에 제 2 전극(158)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제 2 전극(158)은 캐소드 전극의 역할을 하도록 일함수 값이 낮은 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 은(Ag), 마그네슘(Mg), 금(Au) 중 하나로 형성된다.
한편, 만약 상기 제 2 전극(158)이 애노드 전극의 역할을 하는 경우는 일함수 값이 높은 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로써 이루어 질 수도 있다.
한편, 상기 제 1, 2 전극(147, 158)과 그 사이에 형성된 유기 발광층(155)은 유기전계 발광 다이오드(E)를 이룬다.
전술한 구조를 갖는 제 1 기판(110)에 대응하여 투명한 재질로서 제 2 기판(미도시)이 마주하며 위치하고 있으며, 이들 제 1 기판(110)과 제 2 기판(미도시)의 테두리를 따라 이들 두 기판(110, 미도시)이 합착된 상태를 유지할 수 있도록 씰패턴(미도시)이 구비되고 있다. 이때 상기 제 1 기판(110)과 제 2 기판(미도시)은 상기 제 3 스페이서(153)에 의해 지지됨으로서 일정한 간격을 유지할 수 있다. 또한, 상기 씰패턴(미도시)의 내측에는 상기 제 1 기판(110)과 제 2 기판(미도시) 사이의 빈 공간으로 침투하는 수분을 제거하기 위해 흡습제가 구비됨으로써 본 발명에 따른 상부발광 방식 유기전계 발광소자가 완성되고 있다.
이후에는 전술한 구성을 갖는 상부발광 방식 유기전계 발광소자의 제조 방법에 대해 설명한다.
<제조 방법>
도 10a 내지 도 10g는 본 발명에 따른 상부발광 방식 유기전계 발광소자의 제조 단계별 공정 단면도로서 도 7을 절단선 Ⅷ-Ⅷ를 절단한 부분에 대한 제조 단계별 공정 단면도이며, 도 11a와 도 11b는 본 발명에 따른 상부발광 방식 유기전계 발광소자의 제조 공정 단계 중 쉐도우 마스크를 이용하여 유기 발광층을 형성하는 단계를 나타낸 제조 단계별 평면도이다.
우선, 모든 구성요소가 구비되는 제 1 기판(110)의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 10a에 도시한 바와 같이, 절연기판(110) 상에 순수 비정질 실리콘을 증착하여 순수 비정질 실리콘층(미도시)을 형성하고, 이에 대해 레이저 빔을 조사하거나 또는 열처리를 실시하여 상기 비정질 실리콘층을 폴리실리콘층(미도시)으로 결정화시킨다.
이후, 포토레지스트의 도포, 노광 마스크를 이용한 노광, 노광된 포토레지스트의 현상, 식각 및 스트립 등 일련의 단위 공정을 포함하는 마스크 공정을 실시하여 상기 폴리실리콘층(미도시)을 패터닝함으로써 스위칭 및 구동영역(미도시, DA)에 순수 폴리실리콘 상태의 반도체층(113)을 형성한다. 이때, 상기 순수 비정질 실리콘층(미도시)을 형성하기 전에 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 상기 절연기판(110) 전면에 증착함으로써 제 1 버퍼층(미도시)을 형성할 수도 있다.
다음, 상기 순수 폴리실리콘의 반도체층(113) 위로 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착하여 게이트 절연막(116)을 형성한다. 이후, 상기 게이트 절연막(116) 위로 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금 및 크롬(Cr) 중 하나를 증착하여 제 1 금속층(미도시)을 형성하고, 이를 마스크 공정을 진행하여 상기 반도체층(113)의 중앙부에 대응하여 게이트 전극(120)을 형성한다. 이때 상기 게이트 전극(120) 중 스위칭 영역(미도시)에 형성된 게이트 전극(미도시)과 연결되며 일 방향으로 연장하는 게이트 배선(미도시) 또한 형성한다.
다음, 상기 게이트 전극(120)을 블록킹 마스크로 이용하여 상기 기판(110) 전면에 불순물 즉, 3가 원소 또는 5가 원소를 도핑함으로써 상기 반도체층(113) 중 상기 게이트 전극(120) 외측에 위치한 부분에 상기 불순물이 도핑된 제 2 영역(113b)을 이루도록 하고, 불순물의 도핑이 방지된 게이트 전극(120)에 대응하는 부분은 순수 폴리실리콘의 제 1 영역(113a)을 이루도록 한다.
다음, 제 1 및 제 2 영역(113a, 113b)으로 나뉘어진 반도체층(113)이 형성된 기판(110) 전면에 무기절연물질 예를들면 질화실리콘(SiNx) 또는 산화실리콘(SiO2)을 증착하여 전면에 층간절연막(123)을 형성하고, 마스크 공정을 진행하여 상기 층간절연막(123)과 하부의 게이트 절연막(116)을 동시 또는 일괄 패터닝함으로써 상기 반도체층(113)의 제 2 영역(113b)을 각각 노출시키는 반도체층 콘택홀(125)을 형성한다.
이후, 상기 층간절연막(123) 위로 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo) 중 하나를 증착하여 제 2 금속층(미도시)을 형성하고, 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 상기 반도체층 콘택홀(125)을 통해 상기 제 2 영역(113b)과 접촉하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)을 형성한다.
동시에 상기 층간절연막(123) 위로 상기 스위칭 영역(미도시)에 형성된 소스 전극(미도시)과 연결되며 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하는 데이터 배선(미도시)과, 상기 데이터 배선(미도시)과 이격하며 나란히 배치되는 전원배선(미도시)을 형성한다. 이때, 상기 반도체층(113)과 게이트 절연막(116)과 게이트 전극(120)과 층간절연막(123)과 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)은 구동 박막트랜지스터(DTr)를 이룬다. 이때 상기 스위칭 영역(미도시)에는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 동일한 구조의 스위칭 박막트랜지스터(미도시)가 형성되게 된다.
다음, 상기 소스 및 드레인 전극(133, 136) 위로 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착하거나 또는 유기절연물질 예를들면 포토아크릴(photo acryl) 또는 벤조사이클로부텐(BCB)을 도포하여 보호층(140)을 형성하고, 이를 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)을 노출시키는 드레인 콘택홀(143)을 형성한다.
다음, 도 10b에 도시한 바와같이, 상기 보호층(140) 위로 일함수 값이 비교적 높은 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 증착하고 패터닝함으로서 상기 드레인 콘택홀(143)을 통해 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)과 접촉하는 단일층 구조의 제 1 전극(147)을 형성한다.
한편, 상기 제 1 전극(147)을 이중층으로 구성하는 경우, 상기 보호층(140) 위로 반사성이 우수한 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(AlNd)을 증착한 후, 상기 일함수 값이 비교적 높은 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 증착함으로써 2중 금속층(미도시)을 형성한다. 이후 상기 2중 금속층(미도시)을 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 2중층 구조의 제 1 전극(147)을 형성할 수도 있다.
한편, 상기 제 1 전극(147)을 캐소드 전극의 역할을 하도록 하는 경우는, 단일층 구조로서 일함수 값이 비교적 낮은 금속물질인 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 은(Ag), 마그네슘(Mg), 금(Au) 중 하나를 증착하고 이를 패터닝함으로써 상기 제 1 전극(147)을 형성할 수도 있다.
이후, 도 10c에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 전극(147) 위로 유기절연물질 예를들면 포토아크릴(photo acryl) 또는 벤조사이클로부텐(BCB)을 도포하거나 또는 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착함으로써 유기 또는 무기물질층을 형성하고, 이를 패터닝함으로써 각 화소영역(P)을 테두리하는 버퍼패턴(150)을 형성한다.
다음, 도 10d에 도시한 바와 같이, 상기 버퍼패턴(150)이 형성된 기판(110)에 대해 감광성 유기절연물질 예를들면 폴리이미드(poly imide), 포토아크릴(photo acryl) 벤조사이클로부텐(BCB)을 스핀코팅 장비를 이용하여 전면에 도포함으로써 2.5㎛ 내지 3㎛정도의 제 1 두께를 갖는 제 1 스페이서층(미도시)을 형성한다. 이후, 상기 제 1 스페이서층(미도시)을 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 상기 버퍼패턴(150) 위로 상기 게이트 배선(미도시)이 연장하는 방향으로 각 화소영역(P)의 경계에 댐 형태를 갖는 제 1 스페이서(151)를 형성한다.
다음, 도 10e에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 스페이서(151)가 형성된 기판(110) 위로 감광성의 유기절연물질 예를들면 폴리이미드(poly imide), 포토아크릴(photo acryl), 벤조사이클로부텐(BCB) 중 도포하여 2.5㎛ 내지 3㎛정도의 상기 제 1 두께를 갖는 제 2 스페이서층(미도시)을 형성한다. 이 경우, 상기 제 2 스페이서층(미도시)은 상기 제 1 스페이서(151)와 다른 물질이거나 또는 동일한 물질로 이루어져도 형성하는 데에는 문제되지 않는다. 단 동일한 물질로 이루어질 경우 감 광성 특성 또한 동일한 유기물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
일례로 상기 제 1 스페이서(151)가 네가티브 타입 폴리이미드(poly imide)로 이루어지는 경우, 상기 제 2 스페이서층(미도시)은 포토아크릴(photo acryl) 또는 벤조사이클로부텐(BCB)으로 형성하면 패터닝시 폴리이미드(poly imide)와 현상액을 달리하므로 전혀 문제되지 않는다. 한편, 상기 제 2 스페이서층(미도시)을 상기 제 1 스페이서(151)와 같은 물질인 폴리이미드(poly imide)로 형성할 경우는 반드시 네가티브 타입 폴리이미드(poly imide)를 이용하는 것이 바람직하다.
네가티브 타입이란 노광공정 진행 시 빛을 받은 부분이 현상액에 노출 시 분해되지 않고 남게 되는 특성을 갖는다. 상기 제 1 스페이서(151)가 이러한 네가티브 타입의 폴리이미드(poly imide)로 이루어지는 경우, 빛을 받은 부분이 남겨진 것이므로 네가티브 타입 폴리이미드(poly imide)로서 상기 제 2 스페이서층(미도시)을 형성하고, 상기 제 2 스페이서(152)가 형성될 부분에 노광을 실시한 후, 현상액에 노출시키면, 빛에 노출되지 않은 부분만이 분해되어 제거되므로 제 2 스페이서(152)가 형성될 부분을 제외하고는 상기 제 2 스페이서층(미도시)이 제거된다. 이러한 과정에서 상기 제 2 스페이서(152) 또는 상기 제 2 스페이서(152) 형성을 위한 현상액에 노출되지만 상기 제 2 스페이서(152) 또한 이전 노광 단계에서 빛을 받아 상기 제 1 스페이서(151) 패터닝을 위한 현상액에 의해 분해되지 않고 남게 된 부분이므로 상기 제 2 스페이서(152) 패터닝을 위한 현상액에 여전히 반응하지 않게 된다. 따라서, 제 1 스페이서(151) 형성 시 제거되거나 하는 등의 문제는 발생하지 않는다. 상기 제 1 및 제 2 스페이서(151, 152)가 서로 다른 물질로 이루어 지는 경우 현상액 자체가 틀려지므로 전혀 문제되지 않는다.
한편, 전술한 과정에 의해 상기 게이트 배선(미도시)이 연장한 방향으로 댐 형태를 갖는 제 1 스페이서(151)와 상기 데이터 배선(미도시)이 연장한 방향으로 댐 형태를 갖는 제 2 스페이서(152)가 형성되면, 이들 제 1 및 제 2 스페이서(151, 152)가 교차하는 부분에는 자연적으로 이들 제 1 및 제 2 스페이서(151, 152)가 중첩됨으로써 상기 제 1 높이보다 더 큰 5㎛ 내지 6㎛정도의 제 2 높이를 갖는 제 3 스페이서(153)가 기둥형태로 형성되게 된다.
다음, 도 10f 및 도 11a와 도 11b에 도시한 바와 같이, 상기 제 2 및 제 3 스페이서(152, 153)가 형성된 기판(110)에 대응하여 각 화소영역(P)의 중앙부에 대응하여 오픈부(OA)를 가지며, 그 외 영역은 차단부(BA)로 이루어진 쉐도우 마스크(190)를 마주하도록 위치시킨 후, 상기 쉐도우 마스크(190)가 상기 기판(110)과 인접하도록 한다.
이후, 상기 쉐도우 마스크(190)의 오픈부(OA)가 상기 기판(110)상의 각 화소영역(P)의 중앙부에 위치하도록 얼라인을 실시한다.
한편, 상기 쉐도우 마스크(190)의 얼라인을 실시하는 과정에서 상기 쉐도우 마스크(190)의 차단부(BA) 표면에 부착된 이물 또는 돌기(미도시)가 상기 화소영역(P) 내의 제 1 전극(147) 상에 위치한다 하더라도 상기 쉐도우 마스크(190)는 상기 5㎛ 내지 6㎛의 제 2 높이를 갖는 제 3 스페이서(153)에 의해 지지되므로 1㎛ 내지 6㎛ 정도의 크기를 갖는 이물 또는 돌기(미도시)는 상기 제 1 전극(147)과 접촉하지 않게 된다. 따라서 제 1 전극(147) 상에 찍힘이 발생하지 않으므로 이후 유 기 발광층(155)을 상기 제 1 전극(147) 상에 형성한다 하더라도 찍힘불량에 따른 암점화는 발생하지 않는다.
다음, 상기 얼라인이 된 쉐도우 마스크(190)를 통해 유기 발광물질을 열증착을 실시함으로써 상기 쉐도우 마스크(190)의 개구부(OA)에 대응하는 각 화소영역(P)의 중앙부에 유기 발광층(155)을 형성한다. 이때, 상기 유기 발광층(155)은 도시한 바와같이 단일층 구조를 가질 수도 있으며, 또는 도면에 나타내지 않았지만 정공주입층/정공수송층/발광 물질층/전자수송층/전자주입층을 순차적으로 증착함으로써 다중층 구조를 가질 수도 있다.
다음, 도 10g에 도시한 바와같이, 상기 유기 발광층(155) 위로 일함수 값이 비교적 낮은 금속물질인 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 은(Ag), 마그네슘(Mg), 금(Au) 중 하나를 열 증착을 실시함으로써 유기발광층(155)로부터 발광된 빛이 투과할 수 있도록 전면에 5Å 내지 50Å 정도의 비교적 얇은 두께를 갖도록 단일층 구조의 제 2 전극(158)을 형성함으로써 본 발명에 따른 제 1 기판(110)을 완성한다.
한편, 상기 제 2 전극(158)이 애노드 전극의 역할을 하도록 하는 경우는 일함수 값이 비교적 높은 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 증착함으로써 상기 제 2 전극(158)을 형성할 수도 있다.
이후 전술한 바와 같이 완성된 제 1 기판(110)과 투명한 제 2 기판(미도시)을 마주하도록 위치시키고, 이들 두 기판(110, 미도시)의 테두리를 따라 씰패턴(미도시)을 형성한다. 이때, 상기 씰패턴(미도시) 내측으로 산화바륨 또는 산화칼 슘 등의 흡습특성이 강한 물질로서 흡습패턴(미도시)을 더욱 형성할 수도 있다.
이후, 상기 제 1 및 제 2 기판(110, 미도시)을 불활성 가스 분위기 또는 진공의 분위기에서 합착함으로써 본 발명에 따른 상부발광 방식 유기전계 발광 소자를 완성할 수 있다.
도 1은 일반적인 액티브 매트릭스형 유기전계 발광소자의 한 화소에 대한 회로도.
도 2는 종래의 상부발광 방식 유기전계 발광소자에 대한 개략적인 평면도.
도 3은 도 2를 절단선 Ⅲ-Ⅲ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도.
도 4a와 도 4b는 종래의 상부발광 방식 유기전계 발광소자 제조 단계 중 쉐도우 마스크를 이용한 유기 발광층 형성 단계를 나타낸 제조 평면도.
도 5a와 도 5b는 각각 도 4a와 도 4b를 절단선 Ⅴ-Ⅴ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도.
도 6은 도 4b를 절단선 Ⅵ-Ⅵ을 따라 절단한 부분에 대한 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 상부발광 방식 유기전계 발광소자의 표시영역 일부를 도시한 평면도.
도 8은 도 7을 절단선 Ⅷ-Ⅷ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도.
도 9는 도 7을 절단선 Ⅸ-Ⅸ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도.
도 10a 내지 도 10g는 본 발명에 따른 상부발광 방식 유기전계 발광소자의 제조 단계별 공정 단면도로서 도 7을 절단선 Ⅷ-Ⅷ를 절단한 부분에 대한 제조 단계별 공정 단면도.
도 11a와 도 11b는 본 발명에 따른 상부발광 방식 유기전계 발광소자의 제조 공정 단계 중 쉐도우 마스크를 이용하여 유기 발광층을 형성하는 단계를 나타낸 제조 단계별 평면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
110 : 제 1 기판 150 : 버퍼패턴
151 : 제 1 스페이서 152 : 제 2 스페이서
153 : 제 3 스페이서 P : 화소영역

Claims (9)

  1. 화소영역이 정의(定義)된 제 1 기판과;
    상기 제 1 기판 상의 상기 화소영역에 형성된 스위칭 박막트랜지스터 및 구동 박막트랜지스터와;
    상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터를 덮으며 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키며 형성된 보호층과;
    상기 보호층 위로 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 형성된 제 1 전극과;
    상기 제 1 전극의 가장자리와 중첩하며 상기 화소영역의 경계에 형성된 버퍼패턴과;
    상기 버퍼패턴의 상부로 제 1 높이를 가지며 제 1 방향으로 댐 형태를 가지며 형성된 제 1 스페이서와;
    상기 버퍼패턴의 상부로 상기 제 1 높이를 가지며 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 댐 형태를 가지며 형성된 제 2 스페이서와;
    상기 버퍼패턴 상부로 상기 제 1 높이보다 큰 제 2 높이를 가지며, 상기 제 1 및 제 2 스페이서가 교차함으로써 기둥 형태를 가지며 형성된 제 3 스페이서와;
    상기 버퍼패턴 내측으로 상기 제 1 전극 상부에 형성된 유기 발광층과;
    상기 유기 발광층과 상기 제 1, 2 및 3 스페이서 상부로 전면에 형성된 제 2 전극과;
    상기 제 1 기판과 마주하는 제 2 기판과;
    상기 제 1 및 제 2 기판의 테두리에 개재된 씰패턴
    을 포함하는 유기전계 발광소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 높이는 2.5㎛ 내지 3㎛이며,
    상기 제 2 높이는 5㎛ 내지 6㎛인 것이 특징인 유기전계 발광소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 박막트랜지스터와 연결되며 서로 교차하는 게이트 및 데이터 배선과;
    상기 데이터 배선과 나란하며 상기 구동 박막트랜지스터와 연결된 전원배선
    을 포함하는 유기전계 발광소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기 발광층은 다중층 구조로서 정공주입층/정공수송층/발광 물질층/전 자수송층/전자주입층으로 구성된 것이 특징인 유기전계 발광소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 및 제 3 스페이서는 유기절연물질로 이루어진 것이 특징인 유기전계 발광소자.
  6. 화소영역이 정의(定義)된 제 1 기판 상의 상기 화소영역에 스위칭 박막트랜지스터 및 구동 박막트랜지스터를 형성하는 단계와;
    상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터를 덮으며 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀을 갖는 보호층을 형성하는 단계와;
    상기 보호층 위로 상기 화소영역에 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 상기 드레인 콘택홀을 통해 접촉하는 제 1 전극을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 전극의 가장자리와 중첩하며 상기 화소영역의 경계에 버퍼패턴을 형성하는 단계와;
    상기 버퍼패턴의 위로 제 1 높이의 댐 형태를 가지며 제 1 방향으로 연장하는 제 1 스페이서를 형성하는 단계와;
    상기 버퍼패턴의 위로 상기 제 1 높이의 댐 형태를 가지며 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 연장하는 제 2 스페이서를 형성하며, 동시에 상기 버퍼패턴 상부로 상기 제 1 높이보다 큰 제 2 높이를 가지며, 상기 제 1 및 제 2 스페이서가 교차함으로써 기둥 형태를 갖는 제 3 스페이서를 형성하는 단계와;
    화소영역에 대응하여 개구부를 갖는 쉐도우 마스크를 이용하여 유기 발광물질을 증착함으로써 상기 버퍼패턴 내측으로 상기 제 1 전극 상부에 유기 발광층을 형성하는 단계와;
    상기 유기 발광층과 상기 제 1, 2 및 3 스페이서 위로 전면에 제 2 전극을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 기판에 대응하여 투명한 절연재질의 제 2 기판을 마주하도록 한 후, 상기 제 1 및 제 2 기판의 테두리에 씰패턴을 형성하고 합착하는 단계
    를 포함하는 유기전계 발광소자의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 및 제 3 스페이서를 형성하는 단계는,
    상기 버퍼패턴 위로 전면에 감광성의 제 1 유기절연물질을 스핀코팅을 통해 도포함으로써 제 1 스페이서층을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 스페이서층을 패터닝하여 상기 제 1 스페이서를 형성하는 단계와;
    상기 제 1 스페이서 위로 감광성의 제 2 유기절연물질을 스핀코팅을 통해 도포함으로써 제 2 스페이서층을 형성하는 단계와;
    상기 제 2 스페이서층을 패터닝하여 상기 제 2 스페이서를 형성하고, 동시에 상기 제 1 스페이서와 중첩하는 부분에 상기 제 1 및 제 2 스페이서가 교차함으로써 상기 제 3 스페이서를 형성하는 단계
    를 포함하는 유기전계 발광소자의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 감광성의 제 1 및 제 2 유기절연물질은 폴리이미드(poly imide), 포토아크릴(photo acryl), 벤조사이클로부텐(BCB) 중 하나인 것이 특징인 유기전계 발광소자의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 스페이서과 상기 제 2 스페이서는 서로 다른 유기절연물질로 이루어지거나, 또는
    동일한 유기절연물질로 이루어지는 경우는 동일한 감광 특성을 갖는 유기절연물질로 이루어지는 것이 특징인 유기전계 발광소자의 제조 방법.
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