KR101335642B1 - 유기 발광 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 유기 발광 표시 장치는 기판, 기판 위에 위치하며 빈 공간을 포함하는 공기층, 공기층 위에 형성되어 있는 제1 전극, 제1 전극 위에 형성되어 있는 발광층, 발광층 위에 형성되어 있는 제2 전극을 포함하고, 빈 공간은 밀폐된 복수의 공간 또는 채움 입자 사이의 공극이다.

Description

유기 발광 표시 장치 및 그 제조 방법{ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE DISPLAY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 유기 발광 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
유기 발광 표시 장치(organic light emitting diode display)는 빛을 방출하는 유기 발광 소자(organic light emitting diode)를 가지고 화상을 표시하는 자발광형 표시 장치이다. 유기 발광 표시 장치는 낮은 소비 전력, 높은 휘도 및 높은 반응 속도 등의 고품위 특성을 나타내므로 휴대용 전자 기기의 차세대 표시 장치로 주목 받고 있다.
이러한 유기 발광 표시 장치는 유기 발광층을 중심으로 양쪽에 위치하는 한 쌍의 전극을 포함한다. 한 쌍의 전극 중 한 전극은 정공 주입 전극이고, 나머지 하나는 전자 주입 전극으로, 유기 발광층으로 주입된 전공과 전자가 결합한 엑시톤(exciton)이 여기 상태로부터 기저 상태로 떨어질 때 발광이 이루어진다.
유기 발광층에서 방출된 빛은 투명한 전극과 투명한 기판을 투과해서 외부로 방출된다. 이때, 기판으로 사용하는 ITO, IZO와 같은 물질은 굴절률이 1.7이상~2.1사이며, 유리 기판은 굴절률이 1.4~1.5사이로 굴절률 차이로 인해서 이들의 경계면에서 전반사가 일어나고 빛들이 소자내에서 소멸되어 유기 발광층에서 방출된 빛의 대략 20% 정도만이 기판 외부로 방출되는 문제점이 있다.
이를 위해서 유리 기판과 투명 전극 사이에 고굴절률 물질의 패턴 혹은 요철 구조를 형성하고 있으나, 이를 형성하는 공정이 복잡한 문제점이 있다. 그리고 이들을 평탄화하기 위해서 평실리콘 산화막과 같은 물질층을 형성하고 있으나 이는 굴절율이 1.4~1.5로 고굴절율 물질층과 평탄화 산화막 사이의 굴절율 차이가 작아 광추출 효율이 높지 않으므로, 유기 발광층에서 발생된 빛이 외부로 방출되는 광 추출 효율이 낮아 이를 높이기 위한 방안이 요구되고 있다.
따라서 본 발명은 광 추출 효율을 높이면서도, 유기 발광 표시 장치의 제조 방법을 간소화할 수 있는 유기 발광 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기 발광 표시 장치는 기판, 기판 위에 위치하며 빈 공간을 포함하는 공기층, 공기층 위에 형성되어 있는 제1 전극, 제1 전극 위에 형성되어 있는 발광층, 발광층 위에 형성되어 있는 제2 전극을 포함하고, 빈 공간은 밀폐된 복수의 공간 또는 채움 입자 사이의 공극이다.
상기 밀폐된 공간은 채움 부재로 둘러싸여 있을 수 있고, 밀폐된 공간은 구형일 수 있다.
상기 밀폐된 공간은 밀폐된 공간의 중심으로부터 채움 부재까지의 거리가 서로 다른 부분을 포함할 수 있다.
상기 밀폐된 공간 내에 위치하는 변형 입자를 더 포함할 수 있다.
상기 변형 입자는 금속산화물로 이루어질 수 있다.
상기 변형 입자의 부피는 빈 공간 부피의 50%이하를 차지할 수 있다.
상기 채움 부재는 ZrO2, HfO2, TiO2, SiO2, Y2O3, SrO 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 채움 입자 사이의 공극에 위치하는 변형 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 변형 부재는 금속산화물로 이루어질 수 있다.
상기 변형 부재의 부피는 상기 빈 공간 부피의 50%이하를 차지할 수 있다.
상기 채움 입자는 ZrO2, HfO2, TiO2, SiO2, Y2O3, SrO 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 공기층 위에 형성되어 있는 중간층을 더 포함할 수 있다.
상기 중간층은 ZrO2, HfO2, TiO2, SiO2, Y2O3, SrO 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 중간층 및 공기층의 두께 합은 1㎛이하일 수 있다.
상기 채움 입자는 표면에 요철이 형성될 수 있다.
상기한 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 유기 발광 표시 장치의 제조 방법은 기판 위에 서로 다른 내열 온도를 가지는 희생 입자 및 채움 부재를 도포하여 희생층을 형성하는 단계, 희생 입자를 기화 또는 수축 시켜 빈 공간을 포함하는 공기층을 형성하는 단계, 공기층 위에 제1 전극을 형성하는 단계, 제1 전극 위에 발광층을 형성하는 단계, 그리고 발광층 위에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 희생 입자는 열가소성 고분자로 형성하고, 열가소성 고분자는 폴리스티렌, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리비닐 알코올 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 희생 입자는 금속-유기물 하이브리드 물질로 이루어질 수 있다.
상기 희생 입자는 수축되어 빈 공간 내에 금속산화물로 이루어지는 변형 입자를 생성할 수 있다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 유기 발광 표시 장치의 제조 방법은 기판 위에 서로 다른 내열 온도를 가지는 채움 입자 및 희생 부재를 도포하여 희생층을 형성하는 단계, 희생 부재를 기화 또는 수축 시켜 빈 공간을 포함하는 포함하는 공기층을 형성하는 단계, 공기층 위에 제1 전극을 형성하는 단계, 제1 전극 위에 발광층을 형성하는 단계, 그리고 발광층 위에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 희생 부재는 열가소성 고분자로 형성할 수 있다.
상기 열가소성 고분자는 폴리스티렌, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리비닐 알코올 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 희생 부재는 금속-유기물 하이브리드 물질로 이루어질 수 있다.
상기 희생 부재는 수축되어 빈 공간 내에 금속산화물로 이루어지는 변형 입자를 생성할 수 있다.
본 발명에서와 같이 공기층을 이용하면 유기 발광 표시 장치의 광 추출 효율을 증가시킬 수 있다.
또한, 별도의 추가 공정 없이 공기층을 형성할 수 있으므로 유기 발광 표시 장치의 제조 공정을 간소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 일부분을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 유기 발광 표시 장치의 공기층을 형성하는 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 일부분을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 도 3의 유기 발광 표시 장치의 공기층을 형성하는 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 일부분을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 도 5의 유기 발광 표시 장치의 공기층을 형성하는 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 일부분을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 8은 도 7의 유기 발광 표시 장치의 공기층을 형성하는 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따라서 열처리 후의 사진이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기층의 단면도이다.
도 12은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 일부분을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 일부분을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 14는 본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 15는 도 14의 유기 발광 표시 장치가 갖는 화소 회로를 나타낸 회로도이다.
도 16는 도 14 및 도 15의 유기 발광 표시 장치의 한 화소를 나타낸 단면도이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이하, 본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치 및 그 제조 방법을 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 일부분을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치는 기판(111), 기판(111) 위에 위치하는 공기층(300), 공기층(300) 위에 위치하는 제1 전극(710), 제1 전극(710) 위에 위치하는 발광층(720), 발광층(720) 위에 위치하는 제2 전극(730)을 포함한다.
기판(111)은 투명 소재로 형성되며, 투명한 유리 기판(111)일 수 있다. 이 경우 기판(111)의 굴절률은 대략 1.5이다. 기판(111)은 유리 이외에 결정 상태의 석영 또는 고분자 필름으로도 형성될 수 있다.
공기층(300)은 공기 방울 또는 공극 등과 같이 공기가 들어갈 수 있는 빈 공간(30)을 포함한다. 빈 공간(30)은 공기층(300)을 형성하는 방법에 따라서 다양한 형태를 가질 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 빈 공간(30)은 빈 공간(30)을 둘러싸는 채움 부재(32)에 의해서 밀폐되어 있는 구형이며, 공기층(300) 전체에 균일하게 분포할 수 있다. 구형의 빈 공간(30)의 직경(L1)은 1㎛이하인 것이 바람직하고, 빈 공간(30) 사이의 간격(L2)은 50nm이상 떨어지는 것이 바람직하다. 이때, 빈 공간(30)은 공기층(300) 상부층을 지지하기 위해서 전체 부피에서 74%이하로 형성하는 것이 바람직하다.
채움 부재(32)는 내열성을 가지는 물질로, 400℃ 이상의 온도에서도 변형이 발생하지 않는 물질로 이루어지며, 예를 들어 ZrO2, HfO2, TiO2, SiO2, Y2O3, SrO 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1 전극(710)은 투과형 전극으로서 투명 전도성 산화물(transparent conducting oxide, TCO), 예를 들어 인듐주석산화물(indium tin oxide)로 형성된다. 인듐주석산화물로 형성된 제1 전극(710)의 굴절율은 대략 1.8이다. 제1 전극(710)은 유기 발광 표시 장치의 정공 주입 전극(애노드 전극)일 수 있다.
제2 전극(730)은 반사형 전극으로서 금속, 예를 들어 알루미늄(Al), 은(Ag) 또는 구리(Cu) 등으로 형성된다. 제2 전극(730)은 전자주입 전극(캐소드 전극)일 수 있다.
발광층(720)은 제1 전극(710)과 제2 전극(730) 사이에 위치하며 제1 전극(710)과 제2 전극(730)으로부터 각각 정공과 전자를 제공받는다. 발광층(720)은 제1 전극(710)으로부터 순서대로 적층된 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층(720), 전자 수송층 및 전자 주입층을 포함한다.
그럼 도 2와 기 설명한 도 1을 참조하여 공기층을 형성하는 방법에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 2는 도 1의 유기 발광 표시 장치의 공기층을 형성하는 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
먼저, 도 2에서와 같이 기판(111) 위에 희생 입자(3)를 포함하는 채움 부재(32)를 스핀코팅으로 도포하여 희생층을 형성한다.
이때, 희생 입자(3)는 콜로이드 상태로 1㎛이하의 크기를 가질 수 있다. 그리고 희생 입자(3)는 열가소성 고분자로 폴리스티렌, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리비닐 알코올 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
그리고 채움 부재(32)는 희생 입자(3)를 둘러싸고, 평탄면을 제공하기 위해서 1 ㎛이상의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 한 실시예에서는 희생 입자(3)와 채움 부재(32)를 함께 도포하였으나, 희생 입자(3)는 도포용 용매와 함께 도포한 후 채움 부재를 추가로 도포할 수 있다.
도포용 용매는 도포 후 증발가능한 물질로 예를 들어 물, 에탄올(ethanol), 메탄올(methanol), 톨루엔(toluene), 이소프로필알코올(isopropyl alcohol), 프로필렌 글리콘 모노메틸에테르 아세테이트(Propylene Glycol Monomethylether Acetate), 메틸이소부틸케톤(methylisobutylketone), 테트라하이드로푸란(tetrahydrofuran), 헥산(hexan), 4-메틸-2-펜타논(4-methyl-2-pentanone), 케톤(ketone), 메틸에틸 케톤(methylethylketone), 프로판올(prophanol), 부탄올(butanol), 펜탄올(pentanol), 헥산올(hexanol), 디메틸설폭사이드(Dimethylsulfoxide), 디메틸포름아마이드(Dimethylformamide), N-메틸피롤리돈(n-methyl pyrroolidone), 아세톤(acetone), 아세토니트릴(acetonitrile), 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran, 테칸(tecan), 노난(nonane), 옥탄(octane), 헵탄(heptane) 및 펜탄(pentane) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
그런 다음, 도 1에서와 같이 열처리로 희생층의 희생 입자를 기화시켜 제거함으로써 빈 공간(30)을 포함하는 공기층(300)을 형성한다. 열처리는 희생 입자가 기화되어 제거될 수 있는 온도로 400℃이상의 온도로 진행한다.
이처럼 열에 의해서 희생 입자가 기화되어 제거되므로 희생 입자가 차지한 공간만큼 빈 공간(30)이 형성된다. 따라서 희생 입자의 형태와 동일하게, 예를 들어 구형의 빈 공간(30)이 형성된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 일부분을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3의 유기 발광 표시 장치는 도 1의 유기 발광 표시 장치의 층간 구성과 대부분 동일하므로, 다른 부분에 대해서만 구체적으로 설명한다.
도 3에 도시한 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치는 기판(111), 기판(111) 위에 위치하는 공기층(400), 공기층(400) 위에 위치하는 제1 전극(710), 제1 전극(710) 위에 위치하는 발광층(720), 발광층(720) 위에 위치하는 제2 전극(730)을 포함한다.
공기층(400)은 공기 방울 또는 공극 등과 같이 공기가 들어갈 수 있는 빈 공간(30)을 포함한다. 빈 공간(30)은 공기층(400)을 형성하는 방법에 따라서 다양한 형태를 가질 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 빈 공간(30)은 빈 공간(30)을 둘러싸는 채움 부재에 의해서 밀폐되어 있는 구형이며, 공기층(400) 전체에 균일하게 분포할 수 있다. 구형의 빈 공간(30)의 직경(L1)은 1㎛이하인 것이 바람직하고, 빈 공간(30) 사이의 간격(L2)은 50nm이상 떨어지는 것이 바람직하다. 이때, 빈 공간(30)은 공기층(400) 전체 부피에서 70%이하로 형성하는 것이 바람직하다.
채움 부재(32)는 내열성을 가지는 물질로, 400℃ 이상의 온도에서도 변형이 발생하지 않는 물질로 이루어지며, 예를 들어 ZrO2, HfO2, TiO2, SiO2, Y2O3, SrO 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
구형의 빈 공간(30) 내에는 변형 입자(40)가 위치한다. 변형 입자(40)의 부피는 빈 공간(30) 부피의 50%이하를 가지는 것이 바람직하다.
변형 입자(40)는 금속산화물일 수 있으며, 예를 들어 리튬(Li), 베릴륨(Be), 붕소(B), 나트륨(Na), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 규소(Si), 인(P), 황(S), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 스칸듐(Sc), 타이타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 갈륨(Ga), 저마늄(Ge), 비소(As), 셀레늄(Se), 류비듐(Rb), 스트론튬(Sr), 지르코늄(Zr), 나이오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 인듐(In), 주석(Sn), 안티몬(Sb), 바륨(Ba), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 가돌리늄(Gd), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 이리듐(Ir), 납(Pb), 비스무스(Bi), 폴로늄(Po), 우라늄(U)으로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 금속을 포함하는 산화물일 수 있다.
그럼 도 4와 기 설명한 도 3을 참조하여 공기층을 형성하는 방법에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 4는 도 3의 유기 발광 표시 장치의 공기층을 형성하는 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
먼저, 도 4에서와 같이 기판(111) 위에 희생 입자(4)를 포함하는 채움 부재(32)를 도포하여 희생층을 형성한다.
이때, 희생 입자(3)는 콜로이드 상태로 1㎛이하의 크기를 가질 수 있다.
그리고 희생 입자(4)는 일정 온도에서 수축 가능한 금속-유기물 하이브리드 물질로, 금속에 유기물 리간드가 붙어있는 물질 일 수 있다. 이때, 금속은 리튬(Li), 베릴륨(Be), 붕소(B), 나트륨(Na), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 규소(Si), 인(P), 황(S), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 스칸듐(Sc), 타이타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 갈륨(Ga), 저마늄(Ge), 비소(As), 셀레늄(Se), 류비듐(Rb), 스트론튬(Sr), 지르코늄(Zr), 나이오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 인듐(In), 주석(Sn), 안티몬(Sb), 바륨(Ba), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 가돌리늄(Gd), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 이리듐(Ir), 납(Pb), 비스무스(Bi), 폴로늄(Po), 우라늄(U)으로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 금속 일 수 있다. 그리고 유기물 리간드는 에틸헥사노네이트(ethylhexanoate), 아세틸아세토네이트(acetylacetonate), 디알킬디티오
카바메이트(dialkyldithiocarbamates), 카르복실산(carboxylic acids), 카르복실레이트(carboxylates), 피리딘(pyridine), 디아민(diamines), 아르신(arsines), 디아르신(diarsines), 포스핀(phosphines), 디포스핀(diphosphines), 부톡사이드(butoxide), 이소프로팍사이드(isopropoxide), 에톡사이드(ethoxide), 클로라이드(chloride), 아세테이트(acetate), 카르보닐(carbonyl), 카르보네이트(carbonate), 하이드록사이드(hydroxide), 아레네스(arenas), 베타-디케토네이트(beta-diketonate), 2-니트로벤잘디하이드(2-nitrobenzaldehyde) 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택되는 것일 수 있다.
예를 들어, 지르코늄 에틸헥사노네이트(Zirconium ethylhexanoate)와 같이 지르코늄 금속에 에틸헥사노네이트가 리간드로 붙거나, 지르코늄 카르복시 아크릴레이트(Zirconium carboxyethyl acrylate)와 같이 지르코늄 금속에 카르복실아크릴레이트가 리간드로 붙거나, 지르코늄 아크릴레이트(Zirconium acrylate)와 같이 지르코늄 금속에 아크릴레이트가 리간드로 붙거나, 하프늄 카르복시에틸 아크릴레이트(Hafnium carboxylethyl acrylate)와 같이 하프늄 금속에 카르복시에틸 아크릴레이트가 리간드로 붙은 형태를 가질 수 있다.
그리고 채움 부재(32)는 희생 입자(4)를 둘러싸고, 평탄면을 제공하기 위해서 1 ㎛이상의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 한 실시예에서는 희생 입자(4)와 채움 부재(32)를 함께 도포하였으나, 희생 입자(4)는 도포용 용매와 함께 도포한 후 채움 부재(32)를 추가로 도포할 수 있다. 도포용 용매는 도포 후 증발가능한 물질로 예를 들어 물, 에탄올(ethanol), 메탄올(methanol), 톨루엔(toluene), 이소프로필알코올(isopropyl alcohol), 프로필렌 글리콘 모노메틸에테르 아세테이트(Propylene Glycol Monomethylether Acetate), 메틸이소부틸케톤(methylisobutylketone), 테트라하이드로푸란(tetrahydrofuran), 헥산(hexan), 4-메틸-2-펜타논(4-methyl-2-pentanone), 케톤(ketone), 메틸에틸 케톤(methylethylketone), 프로판올(prophanol), 부탄올(butanol), 펜탄올(pentanol), 헥산올(hexanol), 디메틸설폭사이드(Dimethylsulfoxide), 디메틸포름아마이드(Dimethylformamide), N-메틸피롤리돈(n-methyl pyrroolidone), 아세톤(acetone), 아세토니트릴(acetonitrile), 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran, 테칸(tecan), 노난(nonane), 옥탄(octane), 헵탄(heptane) 및 펜탄(pentane) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
그런 다음, 도 3에서와 같이 열처리로 희생 입자를 수축시켜 변형 입자(40) 및 빈 공간(30)을 포함하는 공기층(400)을 형성한다.
열처리는 희생 입자가 수축 가능한 온도로 400℃ 이상의 온도로 진행할 수 있다. 이때, 희생 입자 내에 포함된 유기물 리간드가 기화되어 제거되고 남겨진 금속산화물이 변형 입자가 된다. 따라서 희생 입자가 줄어든 만큼 빈 공간(30)이 형성되고, 빈 공간(30)의 부피는 유기물 리간드의 양에 따라서 달라지므로 유기물 리간드의 양을 조절하여 변형 입자의 부피가 빈 공간(30) 부피의 50%를 넘지 않도록 형성한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 일부분을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5의 유기 발광 표시 장치는 도 1의 유기 발광 표시 장치의 층간 구성과 대부분 동일하므로, 다른 부분에 대해서만 구체적으로 설명한다.
도 5의 유기 발광 표시 장치는 기판(111), 기판(111) 위에 위치하는 공기층(500), 공기층(500) 위에 위치하는 제1 전극(710), 제1 전극(710) 위에 위치하는 발광층(720), 발광층(720) 위에 위치하는 제2 전극(730)을 포함한다.
공기층(500)은 공기 방울 또는 공극 등과 같이 공기가 들어갈 수 있는 빈 공간(30)을 포함한다. 빈 공간(30)은 공기층(500)을 형성하는 방법에 따라서 달라질 수 있으며 도 5의 공기층(500)은 도 1의 빈 공간(30) 및 채움 부재와 반대 형상을 가진다.
구체적으로는 도 5의 공기층(500)은 복수의 채움 입자(34)를 포함한다. 채움 입자(34)는 대략 구형으로 채움 입자(34)와 채움 입자(34) 사이에 형성되는 공극이 공기가 채워질 수 있는 빈 공간(30)이 된다.
채움 입자(34)는 공기층(500) 전체에 균일하게 분포할 수 있으며, 채움 입자(34)의 직경(L1)은 1㎛이하인 것이 바람직하다. 그리고 채움 입자(34) 사이의 간격(L2) 즉, 공극의 폭(L2)은 50nm이상 인 것이 바람직하다. 이때, 빈 공간(30)은 공기층(500) 전체 부피에서 30%이상(26%로 변경 가는한지요?)에서 90%이하로 형성하는 것이 바람직하다. 도 1 및 도 3의 실시예에서와 달리 도 5의 공기층(500)은 채움 입자(34)가 지지하고 있으므로 빈공간의 부피를 90%까지 증가시킬 수 있다.
채움 입자(34)는 내열성을 가지는 물질로, 400℃ 이상의 온도에서도 변형이 발생하지 않는 물질로 이루어지며, 예를 들어 ZrO2, HfO2, TiO2, SiO2, Y2O3, SrO 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
그럼 도 6과 기 설명한 도 5를 참조하여 공기층을 형성하는 방법에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 6은 도 5의 유기 발광 표시 장치의 공기층을 형성하는 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
먼저, 도 6에서와 같이 기판(111) 위에 채움 입자(34)를 포함하는 희생 부재(5)를 도포하여 희생층을 형성한다.
이때, 채움 입자(34)는 콜로이드 상태로 1㎛이하의 크기를 가질 수 있고, ZrO2, HfO2, TiO2, SiO2, Y2O3, SrO 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 그리고 희생 부재(5)는 열가소성 고분자로 폴리스티렌, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리비닐 알코올 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에서는 채움 입자(34)와 희생 부재(5)를 함께 도포하였으나, 채움 입자(34)는 도포용 용매와 함께 도포한 후 채움 부재를 추가로 도포할 수 있다. 도포용 용매는 도포 후 증발 가능한 물질로 예를 들어, 물, 에탄올(ethanol), 메탄올(methanol), 톨루엔(toluene), 이소프로필알코올(isopropyl alcohol), 프로필렌 글리콘 모노메틸에테르 아세테이트(Propylene Glycol Monomethylether Acetate), 메틸이소부틸케톤(methylisobutylketone), 테트라하이드로푸란(tetrahydrofuran), 헥산(hexan), 4-메틸-2-펜타논(4-methyl-2-pentanone), 케톤(ketone), 메틸에틸 케톤(methylethylketone), 프로판올(prophanol), 부탄올(butanol), 펜탄올(pentanol), 헥산올(hexanol), 디메틸설폭사이드(Dimethylsulfoxide), 디메틸포름아마이드(Dimethylformamide), N-메틸피롤리돈(n-methyl pyrroolidone), 아세톤(acetone), 아세토니트릴(acetonitrile), 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran, 테칸(tecan), 노난(nonane), 옥탄(octane), 헵탄(heptane) 및 펜탄(pentane) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
그런 다음, 도 5에서와 같이 열처리로 희생층의 희생 부재(5)를 기화시켜 제거함으로써 빈 공간(30)을 포함하는 공기층(500)을 형성한다. 열처리는 희생 부재(5)가 기화되어 제거될 수 있는 온도로 400℃이상의 온도로 진행한다.
이처럼 열에 의해서 희생 부재(5)가 기화되어 제거되므로 희생 부재(5)가 차지한 공간만큼 빈 공간(30)이 형성된다. 따라서 희생 부재(5)의 형태와 동일하게, 예를 들어 채움 부재(34) 사이의 빈 공간(30)인 공극이 형성된다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 일부분을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7의 유기 발광 표시 장치는 도 1의 유기 발광 표시 장치의 층간 구성과 대부분 동일하므로, 다른 부분에 대해서만 구체적으로 설명한다.
도 7에 도시한 유기 발광 표시 장치는 기판(111), 기판(111) 위에 위치하는 공기층(600), 공기층(600) 위에 위치하는 제1 전극(710), 제1 전극(710) 위에 위치하는 발광층(720), 발광층(720) 위에 위치하는 제2 전극(730)을 포함한다.
공기층(600)은 공기 방울 또는 공극 등과 같이 공기가 들어갈 수 있는 빈 공간(30)을 포함한다. 빈 공간(30)은 공기층(600)을 형성하는 방법에 따라서 달라질 수 있으며 도 7의 공기층(600)은 도 3의 빈 공간(30) 및 채움 부재와 반대 형상을 가진다.
구체적으로 도 7의 공기층(600)은 복수의 채움 입자(34)를 포함한다. 채움 입자(34)는 대략 구형으로 채움 입자(34)와 채움 입자(34) 사이에 형성되는 공극이 공기가 채워질 수 있는 빈 공간(30)이 된다.
채움 입자(34)는 공기층(600) 전체에 균일하게 분포할 수 있으며, 채움 입자(34)의 직경(L1)은 1㎛이하인 것이 바람직하다. 그리고 채움 입자(34) 사이의 간격(L2) 즉, 공극의 폭(L2)은 50nm이상 인 것이 바람직하다. 이때, 빈 공간(30)은 공기층(600) 전체 부피에서 30%이상에서 90%이하로 형성하는 것이 바람직하다.
채움 입자(34)는 내열성을 가지는 물질로, 400℃ 이상의 온도에서도 변형이 발생하지 않는 물질로 이루어지며, 예를 들어 ZrO2, HfO2, TiO2, SiO2, Y2O3, SrO 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
공극에는 변형 부재(50)가 위치한다. 변형 부재(50)의 부피는 빈 공간(30) 부피의 50%이하를 가지는 것이 바람직하다.
변형 부재(50)의 금속산화물은 리튬(Li), 베릴륨(Be), 붕소(B), 나트륨(Na), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 규소(Si), 인(P), 황(S), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 스칸듐(Sc), 타이타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 갈륨(Ga), 저마늄(Ge), 비소(As), 셀레늄(Se), 류비듐(Rb), 스트론튬(Sr), 지르코늄(Zr), 나이오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 인듐(In), 주석(Sn), 안티몬(Sb), 바륨(Ba), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 가돌리늄(Gd), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 이리듐(Ir), 납(Pb), 비스무스(Bi), 폴로늄(Po), 우라늄(U)으로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 금속을 포함하는 금속산화물일 수 있다.
그럼 도 8과 기 설명한 도 7을 참조하여 공기층을 형성하는 방법에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 8은 도 7의 유기 발광 표시 장치의 공기층을 형성하는 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
먼저, 도 8에서와 같이 기판(111) 위에 채움 입자(34)를 포함하는 희생 부재(6)를 도포하여 희생층을 형성한다.
이때, 채움 입자(34)는 콜로이드 상태로 1㎛이하의 크기를 가질 수 있고, ZrO2, HfO2, TiO2, SiO2, Y2O3, SrO 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
그리고 희생 부재(6)는 일정 온도에서 수축 가능한 금속-유기물 하이브리드 물질로, 금속에 유기물 리간드가 붙어있는 물질 일 수 있다. 이때, 금속은 리튬(Li), 베릴륨(Be), 붕소(B), 나트륨(Na), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 규소(Si), 인(P), 황(S), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 스칸듐(Sc), 타이타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 갈륨(Ga), 저마늄(Ge), 비소(As), 셀레늄(Se), 류비듐(Rb), 스트론튬(Sr), 지르코늄(Zr), 나이오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 인듐(In), 주석(Sn), 안티몬(Sb), 바륨(Ba), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 가돌리늄(Gd), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 이리듐(Ir), 납(Pb), 비스무스(Bi), 폴로늄(Po), 우라늄(U)으로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 금속일 수 있다. 그리고 유기물 리간드는 에틸헥사노네이트(ethylhexanoate), 아세틸아세토네이트(acetylacetonate), 디알킬디티오
카바메이트(dialkyldithiocarbamates), 카르복실산(carboxylic acids), 카르복실레이트(carboxylates), 피리딘(pyridine), 디아민(diamines), 아르신(arsines), 디아르신(diarsines), 포스핀(phosphines), 디포스핀(diphosphines), 부톡사이드(butoxide), 이소프로팍사이드(isopropoxide), 에톡사이드(ethoxide), 클로라이드(chloride), 아세테이트(acetate), 카르보닐(carbonyl), 카르보네이트(carbonate), 하이드록사이드(hydroxide), 아레네스(arenas), 베타-디케토네이트(beta-diketonate), 2-니트로벤잘디하이드(2-nitrobenzaldehyde) 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택되는 것일 수 있다.
예를 들어, 지르코늄 에틸헥사노네이트(Zirconium ethylhexanoate)와 같이 지르코늄 금속에 에틸헥사노네이트가 리간드로 붙거나, 지르코늄 카르복시 아크릴레이트(Zirconium carboxyethyl acrylate)와 같이 지르코늄 금속에 카르복실아크릴레이트가 리간드로 붙거나, 지르코늄 아크릴레이트(Zirconium acrylate)와 같이 지르코늄 금속에 아크릴레이트가 리간드로 붙거나, 하프늄 카르복시에틸 아크릴레이트(Hafnium carboxylethyl acrylate)와 같이 하프늄 금속에 카르복시에틸 아크릴레이트가 리간드로 붙은 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 한 실시예에서는 채움 입자(34)와 희생 부재(6)를 함께 도포하였으나, 채움 입자(34)는 도포용 용매와 함께 도포한 후 희생 부재를 추가로 도포할 수 있다. 도포용 용매는 도포 후 증발 가능한 물질로 예를 들어 물, 에탄올(ethanol), 메탄올(methanol), 톨루엔(toluene), 이소프로필알코올(isopropyl alcohol), 프로필렌 글리콘 모노메틸에테르 아세테이트(Propylene Glycol Monomethylether Acetate), 메틸이소부틸케톤(methylisobutylketone), 테트라하이드로푸란(tetrahydrofuran), 헥산(hexan), 4-메틸-2-펜타논(4-methyl-2-pentanone), 케톤(ketone), 메틸에틸 케톤(methylethylketone), 프로판올(prophanol), 부탄올(butanol), 펜탄올(pentanol), 헥산올(hexanol), 디메틸설폭사이드(Dimethylsulfoxide), 디메틸포름아마이드(Dimethylformamide), N-메틸피롤리돈(n-methyl pyrroolidone), 아세톤(acetone), 아세토니트릴(acetonitrile), 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran, 테칸(tecan), 노난(nonane), 옥탄(octane), 헵탄(heptane) 및 펜탄(pentane) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
그럼 다음, 도 7에서와 같이 열처리로 희생 부재를 수축시켜 변형 부재(50) 및 빈 공간(30)을 포함하는 공기층(600)을 형성한다. 열처리는 희생 부재가 수축 가능한 온도로 400℃이상의 온도로 진행할 수 있다. 이때, 희생 부재 내에 포함된 유기물 리간드가 기화되어 제거되고 남겨진 금속이 변형 부재(50)가 된다. 따라서 희생 부재가 줄어든 만큼 빈 공간(30)이 형성되고, 빈 공간(30)의 부피는 유기물 리간드의 양에 따라서 달라지므로 유기물 리간드의 양을 조절하여 변형 부재의 부피가 빈 공간(30) 부피의 50%를 넘지 않도록 형성한다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따라서 열처리 후의 사진이다. 이때, 채움 입자는 SiO2로 이루어지고, 희생 부재는 지르코늄 에틸헥사노네이트를 사용하여 1500rpm으로 스핀 코팅 후 400℃의 온도에서 2시간 동안 열처리하였다.
도 9에 도시한 바와 같이, 열처리 후에 채움 입자 사이에 공극이 형성되고, 공극에 변형 부재가 남겨지는 것을 알 수 있다. 이때, 변형 부재는 공극 부피의 50%를 넘지 않는다.
이상에서와 같이 공기층을 포함하여 유기 발광 표시 장치를 형성하면, 유기 발광 표시 장치의 내부에서 발생되는 빛의 전반사 현상을 감소시켜 기판(111)의 외부로 방출되는 빛의 양을 증가시킬 수 있다.
구체적으로는, 발광층에서 방출된 빛의 일부는 발광층 내의 유기층 및 전극층에 흡수되고, 발광층을 향한 기판의 내측 표면에서 전반사되어 광 추출 효율이 저하된다. 즉, 투명전극(710)과 투명기판(111) 사이의 높은 굴절률 차이로 인해 많은 빛들이 소자내에서 반사되어 소멸될 수 있다. 따라서 전반사를 줄이고 광추출 효과를 보다 극대화하기 위해서는 본 발명의 실시예에서와 같이 공기층을 형성하면, 공기층 내의 빈 공간과(공기는 굴절률 1.0) 채움 부재(또는 채움 입자) 사이의 높은 굴절율 차이(최대 굴절률 차이가 1.0을 넘길 수 있음)로 인해서 기판에서 반사되어 손실되는 빛을 감소시킴으로써 보강 간섭 등에 의해서 기판을 통해서 추출되는 빛의 양을 최대로 증가시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 표면에 요철을 포함하지 않는 구형의 희생 입자 및 채움 입자에 대해서 설명하였다.
그러나 도 10및 도 11에서와 같이 희생 입자 및 채움 입자는 표면에 돌기 또는 요철을 포함할 수 있다.
도 10에 도시한 바와 같이 요철을 포함하는 희생 입자로 공기층(300)을 형성하면, 채움 부재(32)와 빈 공간(30) 사이에 나노 크기의 요철에 의해서 난반사 효과가 증가된다. 이러한 요철구조를 만들어 주기 위해서는 입자 합성시 입자모양을 무정형의 입자 요철을 제작하는 방법도 가능하지만, 보다 간편하게 구형의 입자에 작은 입자를 코팅하거나 혹은 플라즈마 에칭과 같은 건식식각공정을 거치면 입자표면이 매끄러운 표면에서 나노 요철이 있는 구조로 쉽게 변형이 가능하다.
그리고 도 11에서와 같이 요철을 포함하는 채움 입자로 공기층(500)을 형성하면, 채움 입자(34)와 빈 공간(30) 사이에 나노 요철로 인해서 난반사 효과가 증가된다.
따라서 발광층 내부 및 기판으로부터 반사되는 빛이 회절 및 난반사로 인해서 기판 외부로 추출될 수 있도록 한다.
도 12은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 일부분을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 12의 유기 발광 표시 장치는 도 1의 층간 구성과 대부분 동일하므로 다른 부분에 대해서만 구체적으로 설명한다.
도 12의 유기 발광 표시 장치는 기판(111), 기판(111) 위에 위치하는 공기층(300), 공기층(300) 위에 위치하는 제1 전극(710), 제1 전극 위에 위치하는 발광층(720) 및 발광층(720) 위에 위치하는 제2 전극(730)을 포함한다.
도 12의 유기 발광 표시 장치는 도 1의 유기 발광 표시 장치와 달리 공기층(300) 위에 위치하는 중간층(60)을 더 포함한다. 이때, 광손실을 최소화하기 위해서 공기층(300)과 중간층(60)의 두께 합은 1㎛이하인 것이 바람직하다.
본 발병에서 투명전극(710)과 공기층(30)이 반드시 서로 접할 필요는 없으며, 추가적으로 중간층(60)이 삽입될 수 있다. 중간층(60)은 채움 부재(32)와 동일한 물질로 형성될 수 있으며, 공기층(300)에 형성될 수 있는 단차를 제거하여 평탄한 투명전극(710)의 증착이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 중간층은 채움 부재와 같은 물질이거나, 투명하면서 채움부재와 굴절률이 다른 고굴절률을 가지는 제3의 물질을 중간층으로 삽입할 수 있기 때문에, 제 3의 물질이 채움부재의 굴절률과 투명전극 굴절률 사이의 물질이면, 빛의 경로 면에서 굴절률의 갑작스런 변화가 아닌 점진적인 변화측면에서 광추출에 보다 효율적일 수 있다.
중간층(60)은 도 2에서와 같이 희생층을 형성하고, 희생층 위에 중간층을 적층한 다음 열처리를 진행한다.
이상의 중간층(60)은 도 3의 유기 발광 표시 장치의 공기층(400) 위에도 형성될 수 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 일부분을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 13의 유기 발광 표시 장치는 도 5의 층간 구성과 대부분 동일하므로 다른 부분에 대해서만 구체적으로 설명한다.
도 13의 유기 발광 표시 장치는 기판(111), 기판(111) 위에 위치하는 공기층(300), 공기층(300) 위에 위치하는 제1 전극(710), 제1 전극 위에 위치하는 발광층(720) 및 발과층(720) 위에 위치하는 제2 전극(730)을 포함한다.
그러나 도 13의 유기 발광 표시 장치는 도 5의 유기 발광 표시 장치와 달리, 공기층(500) 위에 중간층(60)을 더 포함한다. 이때, 광손실을 최소화하기 위해서 공기층(300)과 중간층(60)의 두께 합은 1㎛이하인 것이 바람직하다.
중간층(60)은 채움 입자(34)와 동일한 물질로 형성될 수 있으며, 공기층(500)에 형성될 수 있는 단차를 제거하며, 중간층은 채움 부재와 같은 물질이거나, 투명하면서 채움부재와 굴절률이 다른 고굴절률을 가지는 제3의 물질을 중간층으로 삽입할 수 있기 때문에, 제 3의 물질이 채움부재의 굴절률과 투명전극 굴절률 사이의 물질이면, 빛의 경로 면에서 굴절률의 갑작스런 변화가 아닌 점진적인 변화측면에서 광추출에 보다 효율적일 수 있다.
중간층(60)은 도 6에서와 같이 희생층을 형성하고, 희생층 위에 중간층을 적층한 다음 열처리를 진행한다.
희생층을 형성하고 열처리를 진행한 다음, 중간층을 형성하면 중간층이 희생층의 빈공간(30)을 채울 수 있으므로 중간층(60)을 형성한 후 열처리를 진행한다.
이상의 중간층(60)은 도 7의 공기층(600) 위에 형성될 수도 있다.
도 14는 본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 평면도이고, 도 15은 도 14의 유기 발광 표시 장치가 갖는 화소 회로를 나타낸 회로도이다.
도 14에 도시한 바와 같이, 유기 발광 표시 장치는 표시 영역(DA)과 비 표시 영역(NA)으로 구분된 기판(111) 본체를 포함한다. 기판 본체의 표시 영역(DA)에는 다수의 화소들(PE)이 형성되어 화상을 표시하고, 비 표시 영역(NA)에는 하나 이상이 구동 회로(GD, DD)가 형성된다.
도 15에 도시한 바와 같이, 하나의 화소(PE)가 유기 발광 소자(organic light emitting diode)(70), 두 개의 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)(10, 20), 그리고 하나의 캐패시터(capacitor)(80)를 구비하는 2Tr-1cap 구조를 갖는다. 하지만, 본 발명의 한 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
따라서 유기 발광 표시 장치는 하나의 화소(PE)에 셋 이상의 박막 트랜지스터와 둘 이상의 캐패시터를 구비할 수 있으며, 별도의 배선이 더 형성되어 다양한 구조를 갖도록 형성할 수도 있다. 이와 같이 추가로 형성되는 박막 트랜지스터 및 캐패시터는 보상 회로의 구성이 될 수 있다.
보상 회로는 각 화소(PE)마다 형성된 유기 발광 소자(70)의 균일성을 향상시켜 화질에 편차가 생기는 것을 억제한다. 일반적으로 보상 회로는 2개 내지 8개의 박막 트랜지스터를 포함한다.
또한, 기판(111) 본체의 비 표시 영역(NA) 상에 형성된 구동 회로(GD, DD)도 추가의 박막 트랜지스터를 포함할 수 있다.
유기 발광 소자(70)는 정공 주입 전극인 애노드(anode) 전극과 전자 주입 전극인 캐소드(cathode) 전극, 그리고 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 배치된 발광층을 포함한다.
본 발명의 한 실시예에서 하나의 화소(PE)는 제1 박막 트랜지스터(10)와 제2 박막 트랜지스터(20)를 포함한다.
제1 박막 트랜지스터(10) 및 제2 박막 트랜지스터(20)는 각각 게이트 전극, 반도체층, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함한다. 그리고 제1 박막 트랜지스터(10) 및 제2 박막 트랜지스터(20) 중 하나 이상의 박막 트랜지스터의 반도체층은 불순물이 도핑된 다결정 규소막을 포함한다. 즉, 제1 박막 트랜지스터(10) 및 제2 박막 트랜지스터(20) 중 하나 이상의 박막 트랜지스터는 다결정 규소 박막 트랜지스터이다.
도 15에는 게이트 라인(GL), 데이터 라인(DL) 및 공통 전원 라인(VDD)과 함께 캐패시터 라인(CL)이 나타나 있으나, 캐패시터 라인(CL)은 경우에 따라 생략될 수도 있다.
데이터 라인(DL)에는 제1 박막 트랜지스터(10)의 소스 전극이 연결되고, 게이트 라인(GL)에는 제1 박막 트랜지스터(10)의 게이트 전극이 연결된다. 그리고 제1 박막 트랜지스터(10)의 드레인 전극은 캐패시터(80)를 통하여 캐패시터 라인(CL)에 연결된다. 제1 박막 트랜지스터(10)의 드레인 전극과 캐패시터(80) 사이에 노드가 형성되어 제2 박막 트랜지스터(20)의 게이트 전극이 연결된다. 그리고 제2 박막 트랜지스터(20)의 소스 전극에는 공통 전원 라인(VDD)이 연결되며, 드레인 전극에는 유기 발광 소자(70)의 애노드 전극이 연결된다.
제1 박막 트랜지스터(10)는 발광시키고자 하는 화소(PE)를 선택하는 스위칭 소자로 사용된다. 제1 박막 트랜지스터(10)가 순간적으로 턴온되면 캐패시터(80)는 충전되고, 이때 충전되는 전하량은 데이터 라인(DL)으로부터 인가되는 전압의 전위에 비례한다. 그리고 제1 박막 트랜지스터(10)가 턴오프된 상태에서 캐패시터 라인(CL)에 한 프레임 주기로 전압이 증가하는 신호가 입력되면, 제2 박막 트랜지스터(20)의 게이트 전위는 캐패시터(80)에 충전된 전위를 기준으로 인가되는 전압의 레벨이 캐패시터 라인(CL)을 통하여 인가되는 전압을 따라서 상승한다. 그리고 제2 박막 트랜지스터(20)는 게이트 전위가 문턱 전압을 넘으면 턴온된다. 그러면 공통 전원 라인(VDD)에 인가되던 전압이 제2 박막 트랜지스터(20)를 통하여 유기 발광 소자(70)에 인가되고, 유기 발광 소자(70)는 발광한다.
이하, 도 16을 참조하여 본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치를 구체적으로 설명한다.
도 16은 도 14 및 도 15의 유기 발광 표시 장치의 한 화소를 나타낸 단면도이다.
도 16에서는 도 14 및 도 15의 제2 박막 트랜지스터(20) 및 캐패시터(80)의 구조를 중심으로 적층 순서에 따라 상세히 설명한다. 이하에서는 제2 박막 트랜지스터(20)를 박막 트랜지스터라 한다.
기판(111)은 유리, 석영, 세라믹 또는 플라스틱 등으로 이루어진 절연성 기판 일 수 있수 있다.
기판(111) 위에는 버퍼층(120)이 형성되어 있다.
버퍼층(120)은 질화 규소(SiNx)의 단일막 또는 질화 규소(SiNx)와 산화 규소(SiO2)가 적층된 이중막 구조로 형성될 수 있다. 버퍼층(120)은 불순물 또는 수분과 같이 불필요한 성분의 침투를 방지하면서 동시에 표면을 평탄화하는 역할을 한다.
버퍼층(120) 위에는 다결정 규소로 이루어진 반도체(135)와 제1 캐패시터 전극(138)이 형성되어 있다.
반도체(135)는 채널 영역(1355)과 채널 영역(1355)의 양측에 각각 형성된 소스 영역(1357) 및 드레인 영역(1356)으로 구분된다. 반도체(135)의 채널 영역(1355)은 불순물이 도핑되지 않은 다결정 규소, 즉 진성 반도체(intrinsic semiconductor)이다. 반도체(135)의 소스 영역(1357) 및 드레인 영역(1356)은 도전성 불순물이 도핑된 다결정 규소, 즉 불순물 반도체(impurity semiconductor)이다.
제1 캐패시터 전극(138)은 도전성 불순물이 도핑되어 있다.
소스 영역(1357) 및 드레인 영역(1356)과 제1 캐패시터 전극(138)에 도핑되는 불순물은 p형 불순물 및 n형 불순물 중 어느 하나 일 수 있다.
반도체(135)와 제1 캐패시터 전극(138) 위에는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(140)은 테트라톡시실란(tetra ethyl ortho silicate, TEOS), 질화 규소 및 산화 규소 중 적어도 하나를 포함한 단층 또는 복수층일 수 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 게이트 전극(155)과 제2 캐패시터 전극(158)이 형성되어 있다. 게이트 전극(155)은 채널 영역(1355)과 중첩하고, 제2 캐패시터 전극(158)은 제1 캐패시터 전극(138)과 중첩한다.
제1 캐패시터 전극(138)과 제2 캐패시터 전극(158)은 게이트 절연막(140)을 유전체로 하여 캐패시터(80)를 이룬다.
게이트 전극(155) 및 제2 캐패시터 전극(158) 위에는 층간 절연막(160)이 형성된다. 층간 절연막(160)은 게이트 절연막(140)과 마찬가지로 테트라에톡시실란(tetra ethyl ortho silicate, TEOS), 질화 규소 또는 산화 규소 등으로 형성될 수 있다.
층간 절연막(160)과 게이트 절연막(140)에는 소스 영역(1357)과 드레인 영역(1356)을 각각 노출하는 소스 접촉 구멍(167)과 드레인 접촉 구멍(166)을 갖는다.
층간 절연막(160) 위에는 소스 전극(177) 및 드레인 전극(176)이 형성되어 있다. 소스 전극(177)과 드레인 전극(176)은 소스 접촉 구멍(167) 및 드레인 전극 구멍(166)을 통해서 소스 영역(1357) 및 드레인 영역(1356)과 각각 연결된다.
층간 절연막(160) 위에는 캐패시터 전극(도시하지 않음)이 더 형성될 수 있다. 추가의 캐패시터 전극은 제1 캐패시터 전극(138) 또는 제2 캐패시터 전극(158)과 중첩하여 충전 용량을 증가시킬 수 있다.
층간 절연막(160) 위에는 공기층(300)이 형성되어 있다.
공기층(300)은 도 1 내지 도 11의 공기층 중 어느 하나일 수 있다. 도 14의 실시예에서는 도 1의 공기층을 도시하였으나, 도 3, 도 5, 도 7, 도 10 및 도 11의 공기층을 형성할 수도 있다.
본 발명의 한 실시예에서와 같이 공기층을 형성하면 기판(111) 외부로 전달되는 빛의 효율을 증가시킬 수 있다.
공기층 위에는 유기 발광 소자(70)의 화소 전극(710) 및 화소 정의막(190)이 형성되어 있다. 화소 전극(710)은 도 1의 제1 전극일 수 있다.
화소 전극(710)은 평탄화막(180)의 애노드 접촉 구멍(186)을 통해서 드레인 전극(176)과 연결되어 유기 발광 소자의 애노드 전극이 된다. 화소 전극(710)은 소스 전극과 연결될 수도 있다(도시하지 않음).
화소 정의막(190)은 화소 전극(710)을 노출하는 개구부(195)를 가진다. 화소 정의막(190)은 폴리아크릴계(polyacrylates) 또는 폴리이미드계(polyimides) 등의 수지와 실리카 계열의 무기물 등을 포함하여 이루어질 수 있다.
화소 정의막(190)의 개구부(195)에는 발광층(720)이 형성되어 있다.
발광층(720)은 유기 발광층, 정공 수송층(hole-injection layer, HIL), 정공 수송층(hole-transporting layer, HTL), 전자 수송층(electron-transporting layer, ETL) 및 전자 주입층(electron-injection layer, EIL) 중 하나 이상을 포함하는 복수층으로 형성된다.
발광층(720)이 이들 모두를 포함할 경우 정공 주입층이 애노드 전극인 화소 전극(710) 위에 위치하고 그 위로 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층이 차례로 적층될 수 있다.
화소 정의막(190) 및 발광층(720) 위에는 공통 전극(730)이 형성되어 있다. 공통 전극(730)은 도 1의 제2 전극이다.
공통 전극(730)은 유기 발광 소자의 캐소드 전극이 된다. 따라서 화소 전극(710), 유기 발광층(720) 및 공통 전극(730)은 유기 발광 소자(70)를 이룬다.
유기 발광 소자(70)가 빛을 방출하는 방향에 따라서 유기 발광 표시 장치는 전면 표시형, 배면 표시형 및 양면 표시형 중 어느 한 구조를 가질 수 있다.
전면 표시형일 경우 화소 전극(710)은 반사막으로 형성하고 공통 전극(730)은 투과막 또는 반투과막으로 형성한다. 반면, 배면 표시형일 경우 화소 전극(710)은 투과막 또는 반투과막으로 형성하고 공통 전극(730)은 반사막으로 형성한다. 그리고 양면 표시형일 경우 화소 전극(710) 및 공통 전극(730)은 투과막 또는 반투과막으로 형성한다.
반사막 및 반투과막은 마그네슘(Mg), 은(Ag), 금(Au), 칼슘(Ca), 리튬(Li), 크롬(Cr) 및 알루미늄(Al) 중 하나 이상의 금속 또는 이들의 합금을 사용하여 만들어진다. 반사막과 반투과막은 두께로 결정되며, 반투과막은 200nm 이하의 두께로 형성될 수 있다. 두께가 얇아질수록 빛의 투과율이 높아지나, 너무 얇으면 저항이 증가한다.
투과막은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(산화 아연) 또는 In2O3(indium oxide) 등의 물질로 이루어진다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
3, 4: 희생 입자 5, 6: 희생 부재
10: 제1 박막 트랜지스터 20: 제2 박막 트랜지스터
30: 빈 공간 32: 채움부재
34: 채움 입자 40: 변형 입자
50: 변형 부재
70: 유기 발광 소자 80: 캐패시터
90: 제1 금속막 111: 기판
120: 버퍼층 135: 반도체
138: 제1 캐패시터 전극 140: 게이트 절연막
155: 게이트 전극 158: 제2 캐패시터 전극
160: 층간 절연막 180: 평탄화막
190: 화소 정의막 195: 개구부
300, 400, 500, 600: 공기층
710: 화소 전극 720: 유기 발광층
730: 공통 전극 1355: 채널 영역
1356: 드레인 영역 1357: 소스 영역

Claims (26)

  1. 기판,
    상기 기판 위에 위치하며 채움 부재로 둘러싸여 밀폐된 복수의 빈 공간을 포함하는 공기층,
    상기 공기층 위에 형성되어 있는 제1 전극,
    상기 제1 전극 위에 형성되어 있는 발광층,
    상기 발광층 위에 형성되어 있는 제2 전극
    을 포함하고,
    상기 공기층은 상기 빈 공간에 위치하는 변형 입자를 포함하는 유기 발광 표시 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 밀폐된 공간은 구형인 유기 발광 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 밀폐된 공간은 상기 밀폐된 공간의 중심으로부터 상기 채움 부재까지의 거리가 서로 다른 부분을 포함하는 유기 발광 표시 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에서,
    상기 변형 입자는 금속산화물로 이루어지는 유기 발광 표시 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 변형 입자의 부피는 상기 빈 공간 부피의 50%이하를 차지하는 유기 발광 표시 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 채움 부재는 ZrO2, HfO2, TiO2, SiO2, Y2O3, SrO 중 적어도 하나를 포함하는 유기 발광 표시 장치.
  9. 기판,
    상기 기판 위에 위치하며 빈 공간을 포함하는 공기층,
    상기 공기층 위에 형성되어 있는 제1 전극,
    상기 제1 전극 위에 형성되어 있는 발광층,
    상기 발광층 위에 형성되어 있는 제2 전극
    을 포함하고,
    상기 빈 공간은 채움 입자 사이의 공극인 유기 발광 표시 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 공극에 위치하는 변형 부재를 더 포함하고,
    상기 변형 부재의 부피는 상기 빈 공간 부피의 50%이하를 차지하는 유기 발광 표시 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 변형 부재는 금속산화물로 이루어지는 유기 발광 표시 장치.
  12. 제11항에서,
    상기 채움 입자는 ZrO2, HfO2, TiO2, SiO2, Y2O3, SrO 중 적어도 하나를 포함하는 유기 발광 표시 장치.
  13. 제1항 또는 제9항에서,
    상기 공기층 위에 형성되어 있는 중간층을 더 포함하는 유기 발광 표시 장치.
  14. 제13항에서,
    상기 중간층은 ZrO2, HfO2, TiO2, SiO2, Y2O3, SrO 중 적어도 하나를 포함하는 유기 발광 표시 장치.
  15. 제14항에서,
    상기 중간층 및 상기 공기층의 두께 합은 1㎛이하인 유기 발광 표시 장치.
  16. 제9항에서,
    상기 채움 입자는 표면에 요철이 형성되어 있는 유기 발광 표시 장치.
  17. 기판 위에 서로 다른 내열 온도를 가지는 희생 입자 및 채움 부재를 도포하여 희생층을 형성하는 단계,
    상기 희생 입자를 기화 또는 수축 시켜 빈 공간을 포함하는 공기층을 형성하는 단계,
    상기 공기층 위에 제1 전극을 형성하는 단계,
    상기 제1 전극 위에 발광층을 형성하는 단계, 그리고
    상기 발광층 위에 제2 전극을 형성하는 단계
    를 포함하는
    유기 발광 표시 장치의 제조 방법.
  18. 제17항에서,
    상기 희생 입자는 열가소성 고분자로 형성하는 유기 발광 표시 장치의 제조 방법.
  19. 제18항에서,
    상기 열가소성 고분자는 폴리스티렌, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리비닐 알코올 중 적어도 하나를 포함하는 유기 발광 표시 장치의 제조 방법.
  20. 제17항에서,
    상기 희생 입자는 금속-유기물 하이브리드 물질로 이루어지는 유기 발광 표시 장치의 제조 방법.
  21. 제20항에서,
    상기 희생 입자는 수축되어 상기 빈 공간 내에 금속으로 이루어지는 변형 입자를 생성하는 유기 발광 표시 장치의 제조 방법.
  22. 기판 위에 서로 다른 내열 온도를 가지는 채움 입자 및 희생 부재를 도포하여 희생층을 형성하는 단계,
    상기 희생 부재를 기화 또는 수축 시켜 빈 공간을 포함하는 포함하는 공기층을 형성하는 단계,
    상기 공기층 위에 제1 전극을 형성하는 단계,
    상기 제1 전극 위에 발광층을 형성하는 단계, 그리고
    상기 발광층 위에 제2 전극을 형성하는 단계
    를 포함하는
    유기 발광 표시 장치의 제조 방법.
  23. 제22항에서,
    상기 희생 부재는 열가소성 고분자로 형성하는 유기 발광 표시 장치의 제조 방법.
  24. 제23항에서,
    상기 열가소성 고분자는 폴리스티렌, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리비닐 알코올 중 적어도 하나를 포함하는 유기 발광 표시 장치의 제조 방법.
  25. 제22항에서,
    상기 희생 부재는 금속-유기물 하이브리드 물질로 이루어지는 유기 발광 표시 장치의 제조 방법.
  26. 제25항에서,
    상기 희생 부재는 수축되어 상기 빈 공간 내에 금속산화물로 이루어지는 변형 입자를 생성하는 유기 발광 표시 장치의 제조 방법.
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