KR101558293B1 - 유기전계 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

유기전계 발광소자 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기전계 발광소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판과 새도우 마스크 간의 접촉 불량에 기인한 스티킹 현상을 방지하는 것을 통해 생산 수율을 향상시킬 수 있는 유기전계 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명에 따른 유기전계 발광소자는 제 1 기판과; 상기 제 1 기판 상에 수직 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과; 상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차지점에 위치하는 스위칭 트랜지스터 및, 상기 스위칭 트랜지스터에 연결된 구동 트랜지스터와; 상기 구동 트랜지스터의 드레인 전극과 연결된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극의 상부로, 상기 화소 영역 간의 경계부를 둘러싸며 그 단면이 반원 형태를 가지는 뱅크층과; 상기 제 1 전극과 차례로 연결된 유기 발광층 및 제 2 전극과; 상기 제 1 기판과 대향 합착된 제 2 기판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

유기전계 발광소자 및 그 제조방법{Organic Electro-luminescent Device and method for fabricating thereof}
본 발명은 유기전계 발광소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판과 새도우 마스크 간의 접촉 불량에 기인한 스티킹 현상을 방지하는 것을 통해 생산 수율을 향상시킬 수 있는 유기전계 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 평판 표시장치 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, 직류의 5V 내지 15V의 낮은 전압으로 구동하므로 구동회로의 제작 및 설계가 용이하다.
이러한 특성을 갖는 유기전계 발광소자는 수동 매트릭스 방식과 능동 매트릭스 방식으로 구분된다. 상기 수동 매트릭스 방식에서는 주사선(scan line)과 신호 선(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, 능동 매트릭스 방식에서는, 화소를 온/오프(on/off)하는 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Thin Film Transistor)가 화소 별로 위치하고, 이 박막트랜지스터와 연결된 제 1 전극은 화소 단위로 온/오프되고, 상기 제 1 전극과 대향하는 제 2 전극은 전면에 형성되어 공통전극이 된다.
상기 능동 매트릭스 방식에서는 픽셀에 인가된 전압이 스토리지 커패시터(storage capacitor: Cst)에 충전되어 있어, 그 다음 프레임(frame)의 신호가 인가될 때까지 전원을 인가해 주도록 함으로써, 주사선의 수에 관계없이 한 화면동안 계속해서 구동한다. 따라서, 낮은 전류를 인가하더라도 동일한 휘도를 나타내므로 저소비전력, 고정세, 대형화가 가능한 장점으로 최근에는 능동 매트릭스 방식의 유기전계 발광소자가 주로 이용되고 있다.
이러한 능동 매트릭스 방식의 유기전계 발광소자의 기본적인 구조 및 동작특성에 대해서는 이하 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 일반적인 능동 매트릭스 방식의 유기전계 발광소자의 단위 화소에 대해 나타낸 회로도이다.
도시한 바와 같이, 종래에 따른 능동 매트릭스 방식의 유기전계 발광소자의 단위 화소는 스위칭 트랜지스터(Ts), 구동 트랜지스터(Td), 스토리지 커패시 터(Cst) 및 유기발광 다이오드(E)로 이루어진다.
즉, 일 방향으로 형성된 게이트 배선(GL)과, 상기 게이트 배선(GL)과 수직 교차하여 화소 영역(P)을 정의하는 데이터 배선(DL)과, 상기 데이터 배선(DL)과 이격하며 전원전압을 인가하기 위한 전원배선(PL)이 각각 형성된다.
또한, 상기 게이트 배선(GL)과 데이터 배선(DL)의 교차지점에는 스위칭 트랜지스터(Ts)가 형성되고, 상기 스위칭 트랜지스터(Ts)와 전기적으로 연결된 구동 트랜지스터(Td)가 형성된다.
이 때, 상기 구동 트랜지스터(Td)는 유기발광 다이오드(E)와 전기적으로 연결된다. 즉, 상기 유기발광 다이오드(E)의 일측 단자인 제 1 전극은 상기 구동 트랜지스터(Td)의 드레인 전극과 연결되고, 타측 단자인 제 2 전극은 전원배선(PL)과 연결된다. 상기 전원배선(PL)은 전원전압을 유기발광 다이오드(E)로 전달하는 기능을 한다. 또한, 상기 구동 트랜지스터(Td)의 게이트 전극과 소스 전극 사이에는 스토리지 커패시터(Cst)가 형성된다.
따라서, 상기 게이트 배선(GL)을 통해 신호가 인가되면 스위칭 트랜지스터(Ts)가 턴-온(turn-on) 되고, 상기 데이터 배선(DL)의 신호가 구동 트랜지스터(Td)의 게이트 전극에 전달되어 구동 트랜지스터(Td)의 턴-온으로 이에 연결된 유기발광 다이오드(E)의 전계-전공쌍에 의해 빛이 출력된다. 이 때, 상기 구동 트랜지스터(Td)가 턴-온 상태가 되면, 전원배선(PL)으로부터 유기발광 다이오드(E)에 흐르는 전류의 레벨이 정해지며 이로 인해 유기발광 다이오드(E)는 그레이 스케일(gray scale)을 구현할 수 있게 된다.
또한, 상기 스토리지 커패시터(Cst)는 스위칭 트랜지스터(Ts)가 오프(off) 되었을 때, 상기 구동 트랜지스터(Td)의 게이트 전압을 일정하게 유지시키는 역할을 함으로써 상기 스위칭 트랜지스터(Ts)가 오프(off) 상태가 되더라도 다음 프레임(frame)까지 유기발광 다이오드(E)에 흐르는 전류의 레벨을 일정하게 유지할 수 있게 된다.
도 2는 종래에 따른 유기전계 발광소자를 개략적으로 나타낸 단면도로, 구동 트랜지스터부를 중점적으로 나타낸 것이다.
도시한 바와 같이, 종래에 따른 유기전계 발광소자(1)는 화소 영역(P) 및 구동 영역(Dr)으로 구분된 제 1 기판(5)과, 상기 제 1 기판(5)과 대향 합착된 제 2 기판(10)을 포함한다. 이러한 제 1 기판(5)과 제 2 기판(10)을 포함하여 패널(30)이라 한다.
이 때, 상기 화소 영역(P)은 게이트 배선(도 1의 GL)과 데이터 배선(도 1의 DL)이 교차하여 정의되는 영역이고, 상기 구동 영역(Dr)은 구동 트랜지스터(Td)가 형성되는 영역이다.
상기 제 1 기판(5)의 상부 전면에는 버퍼층(20)이 형성된다. 상기 버퍼층(20) 상부에는 보호막(55)을 사이에 두고 서로 교차하여 화소 영역(P)을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선이 형성된다. 상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차지점에는 스위칭 트랜지스터(미도시) 및, 상기 스위칭 트랜지스터에 연결된 구동 트랜지스터(Td)가 형성된다.
또한, 스위칭 트랜지스터와 구동 트랜지스터(Td)의 상부로는 구동 트랜지스 터(Td)의 드레인 전극(34)을 노출하는 드레인 콘택홀(DCH)을 포함하는 층간 절연막(65)이 형성된다. 상기 층간 절연막(65)의 상부로 드레인 콘택홀(DCH)을 통해 드레인 전극(34)과 연결된 제 1 전극(70)이 형성된다.
상기 구동 트랜지스터(Td)는 반도체층(40), 게이트 절연막(45), 게이트 전극(25)과 소스 및 드레인 전극(32, 34)을 포함할 수 있다. 이러한 구동 트랜지스터(Td)는 게이트 전극(25)이 최하부에 위치하는 바텀 게이트 방식, 또는 게이트 전극(25)이 최상부에 위치하는 탑 게이트 방식 등이 이용될 수도 있다.
또한, 상기 제 1 전극(70)의 상부로는 뱅크층(60)을 사이에 두고, 제 1 전극(70)과 연결되는 유기 발광층(72)과 제 2 전극(74)이 차례로 형성된다. 제 1 전극(70), 유기 발광층(72) 및 제 2 전극(74)을 포함하여 유기발광 다이오드(E)라 한다.
한편, 상기 제 2 기판(10)의 하부 면에는 화상을 구현하지 않는 비표시 영역(미도시)의 최외곽 가장자리를 따라 도포된 씰패턴(미도시)이 형성된다. 이러한 씰패턴에 의해 제 1 기판(5)과 제 2 기판(10)은 일정한 이격 거리를 유지하며 대향 합착된다. 이 때, 제 2 기판(10)의 하부 표면으로 오목부가 정의되고, 이러한 오목부에 흡습제(미도시)가 더 탑재될 수 있다.
도 3은 새도우 마스크를 이용한 유기 발광층의 형성 단계를 나타낸 공정 단면도로, 도 2와의 중복 설명은 생략하도록 한다.
도시한 바와 같이, 드레인 콘택홀(DCH)을 통해 구동 트랜지스터(Td)의 드레 인 전극(34)과 연결된 제 1 전극(70)을 형성하고 나서, 제 1 전극(70)의 상부로 화소 영역(P)간의 경계부를 둘러싸는 뱅크층(60)을 형성하게 된다. 이 때, 뱅크층(60)의 상부로는 격벽(80)이 더 형성될 수 있다. 이러한 격벽(80)은 뱅크층(60)과 동일물질로 형성될 수 있으며, 필요에 따라서는 생략할 수 있다. 이하에서는 격벽(80)이 형성된 구조를 일 예로 설명하도록 한다.
다음으로, 상기 뱅크층(60)과 격벽(80)이 형성된 제 1 기판(5)과 이격된 상부로 새도우 마스크(SM)를 정렬하는 단계를 진행한다. 이 때, CCD 카메라(charge coupled device camera, 미도시)를 통해 제 1 기판(70)과 새도우 마스크(SM)의 위치 정렬이 완료되면, 제 1 기판(5)의 최상측에 형성된 격벽(80)과 새도우 마스크(SM)를 접촉시키는 단계를 진행하게 된다.
다음으로, 열증발 증착법으로 유기 발광층(72)과 제 2 전극(74)을 차례로 형성하는 단계를 진행하게 된다. 도면으로 상세히 제시하지는 않았지만, 상기 새도우 마스크(SM)는 증발원으로부터의 증착물이 증착되는 개구부와 차단부로 이루어진다. 상기 새도우 마스크(SM)의 개구부는 화소 영역(P), 차단부는 화소 영역(P)을 제외한 부분을 가리도록 설계된다.
상기 제 1 기판(5)의 최상측에 위치하는 격벽(80)은 벤조싸이클로부텐(benzocyclobutene)과 포토 아크릴(photo acryl)을 포함하는 유기절연물질 그룹 중 선택된 하나를 이용한 도포 공정으로 그 표면이 매끄러운 형태로 형성하게 된다.
그러나, 전술한 구성을 가지는 격벽(80)은 그 표면이 매끄럽게 형성되는 관 계로 새도우 마스크(SM)와의 접촉 면적이 넓어지는 요인으로 작용한다. 특히, 최근에는 대면적화 추세에 발맞춰 제 1 기판(5)의 크기가 점점 커지고 있는 상황이다.
이와 같이, 격벽(80)과 새도우 마스크(SM)와의 접촉 면적이 넓어질 경우, CCD 카메라를 이용한 얼라인 공정 과정에서 미스 얼라인이 발생되거나, 유기 발광층(72)의 증착 공정이 완료된 후 제 1 기판(5)과 새도우 마스크(SM)를 분리하는 과정에서 제 1 기판(5)과 격벽(80)이 달라붙는 스티킹(sticking) 현상을 유발하는 요인이 된다.
이러한 스티킹 현상은 제 1 기판(5)과의 접촉 면적이 넓어짐에 따라 제 1 기판(5)과 격벽(80) 간의 반데르발스 힘에 의한 것이다. 즉, 제 1 기판(5)과 새도우 마스크(SM)를 강제적으로 떼어내려다 보면 제 1 기판(5)이 깨지거나, 새도우 마스크(SM)가 떨리면서 제 1 기판(5)에 손상을 주는 결과를 초래하게 되고, 나아가 생산 수율에 막대한 손실을 가져오는 요인으로 작용한다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 유기 발광층의 증착 공정의 완료후, 제 1 기판과 새도우 마스크를 분리하는 과정에서 제 1 기판과 뱅크층 또는 격벽이 달라붙는 스티킹 현상을 최소화하는 것을 통해 생산 수율을 개선하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자는 제 1 기판과; 상기 제 1 기판 상에 수직 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과; 상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차지점에 위치하는 스위칭 트랜지스터 및, 상기 스위칭 트랜지스터에 연결된 구동 트랜지스터와; 상기 구동 트랜지스터의 드레인 전극과 연결된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극의 상부로, 상기 화소 영역 간의 경계부를 둘러싸며 그 단면이 반원 형태를 가지는 뱅크층과; 상기 제 1 전극과 차례로 연결된 유기 발광층 및 제 2 전극; 상기 제 1 기판과 대향 합착된 제 2 기판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 뱅크층은 벤조싸이클로부텐, 포토 아크릴, 폴리이미드를 포함하는 유기절연물질 그룹 중 선택된 하나로 형성된다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조방법은 제 1 기판 상에 수직 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선을 형성하는 단계와; 상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차지점에 스위칭 트랜지스터 및, 상기 스위칭 트랜지스터에 연결된 구동 트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 구동 트랜지스터의 드레인 전극과 연결된 제 1 전극을 형성하는 단계와; 상기 제 1 전극의 상부로, 상기 화소 영역 간의 경계부를 둘러싸며 그 단면이 반원 형태를 가지는 뱅크층을 형성하는 단계와; 상기 뱅크층이 형성된 제 1 기판 상에 새도우 마스크를 위치 정렬하고, 열증발 증착법으로 유기 발광층과 제 2 전극을 차례로 형성하는 단계와; 상기 제 2 전극이 형성된 제 1 기판과 제 2 기판을 씰패턴을 도포하여 대향 합착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 뱅크층은 벤조싸이클로부텐, 포토 아크릴, 폴리이미드를 포함하는 유기절연물질 그룹 중 선택된 하나를 도포하고, 상기 유기절연물질을 선택적인 노광 및 현상 공정으로 패턴한 후, 오븐에서 열처리 과정을 통해 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 뱅크층은 잉크제트 방법을 이용한 선택적인 분사에 의해 형성될 수 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자는 제 1 기판과; 상기 제 1 기판 상에 수직 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과; 상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차지점에 위치하는 스위칭 트랜지스터 및, 상기 스위칭 트랜지스터에 연결된 구동 트랜지스터와; 상기 구동 트랜지스터의 드레인 전극과 연결된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극의 상부로, 상기 화소 영역 간의 경계부를 둘러싸는 뱅크층과; 상기 뱅크층의 상부로, 상기 뱅크층과 중첩된 상부 내측으로 그 단면이 반원 형태로 설계된 격벽과; 상기 제 1 전극과 차례로 연결된 유기 발광층 및 제 2 전극과; 상기 제 1 기판과 대향 합착된 제 2 기판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 격벽은 벤조싸이클로부텐, 포토 아크릴, 폴리이미드를 포함하는 유기절연물질 그룹 중 선택된 하나로 형성된다.
또한, 상기 격벽은 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차지점 마다 패턴 형상으로 위치하거나, 2, 4 또는 8개의 교차지점 당 1개가 위치하는 도트 타입으로 배 치되는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 격벽은 게이트 배선과 중첩된 평행한 방향으로 단위 화소 영역의 전면을 가리는 라인 형태로 배치되며, 이웃한 게이트 배선에 위치하는 상기 격벽 간에는 서로 평행하거나, 엇갈리도록 배치될 수 있다. 상기 격벽은 평면적으로 바라보았을 때, 타원, 사각형, 육각형, 적십자형, 원, 오각형, 팔각형 등을 포함하는 다각형 중 선택되는 것을 특징으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조방법은 제 1 기판 상에 수직 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선을 형성하는 단계와; 상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차지점에 스위칭 트랜지스터 및, 상기 스위칭 트랜지스터에 연결된 구동 트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 구동 트랜지스터의 드레인 전극과 연결된 제 1 전극을 형성하는 단계와; 상기 제 1 전극의 상부로, 상기 화소 영역 간의 경계부를 둘러싸는 뱅크층을 형성하는 단계와; 상기 뱅크층과 중첩된 상부 내측으로 그 단면이 반원 형태로 설계된 격벽을 형성하는 단계와; 상기 뱅크층 및 격벽이 형성된 제 1 기판 상에 새도우 마스크를 위치 정렬하고, 열증발 증착법으로 유기 발광층과 제 2 전극을 차례로 형성하는 단계와; 상기 제 2 전극이 형성된 제 1 기판과 제 2 기판을 씰패턴을 도포하여 대향 합착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 첫째, 화소 영역의 경계부에 위치하는 뱅크층 또는 뱅크층 상 부의 격벽의 단면을 반원 형태로 설계하는 것을 통해 유기 발광층의 증착 공정시, 뱅크층 또는 격벽과 새도우 마스크 간의 접촉 면적을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
둘째, 기판과 새도우 마스크 간의 접촉 면적의 최소화로 기판과 새도우 마스크 간의 스티킹 현상에 의한 공정 불량의 해소로 생산 수율을 개선할 수 있다.
--- 제 1 실시예 ---
본 발명의 제 1 실시예는 열증발 증착법을 이용한 유기 발광층의 증착 공정시, 뱅크층과 새도우 마스크 간의 접촉 면적을 최소화할 수 있도록 뱅크층의 단면을 반원형으로 설계한 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자에 대해 설명하도록 한다.
도 4a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자용 제 1 기판을 개략적으로 나타낸 평면도이고, 도 4b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 단위 화소를 개략적으로 나타낸 단면도로, 구동 트랜지스터부를 중점적으로 나타낸 것이다.
도 4a와 도 4b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 화소 영역(P) 및 구동 영역(Dr)으로 구분된 제 1 기판(105)과, 상기 제 1 기판(105)과 대향 합착된 제 2 기판(110)을 포함한다. 이러한 제 1 기 판(105)과 제 2 기판(110)을 포함하여 패널(130)이라 한다. 상기 화소 영역(P)은 게이트 배선(GL)과 데이터 배선(DL)이 교차하여 정의되는 영역이고, 구동 영역(Dr)은 구동 트랜지스터(Td)가 형성되는 영역이다.
상기 제 1 기판(105)의 상부 전면에는 버퍼층(120)을 형성한다. 상기 버퍼층(120) 상부에는 보호막(155)을 사이에 두고 서로 교차하여 화소 영역(P)을 정의하는 게이트 배선(GL) 및 데이터 배선(DL)을 형성한다. 상기 게이트 배선(GL) 및 데이터 배선(DL)의 교차지점에는 스위칭 트랜지스터(미도시) 및, 상기 스위칭 트랜지스터에 연결된 구동 트랜지스터(Td)를 형성한다.
또한, 스위칭 트랜지스터와 구동 트랜지스터(Td)의 상부로는 구동 트랜지스터(Td)의 드레인 전극(134)을 노출하는 드레인 콘택홀(DCH)을 포함하는 층간 절연막(165)을 형성한다. 상기 층간 절연막(165)의 상부로 드레인 콘택홀(DCH)을 통해 드레인 전극(134)과 연결된 제 1 전극(170)을 형성한다.
상기 구동 트랜지스터(Td)는 반도체층(140), 게이트 절연막(145), 게이트 전극(125)과 소스 및 드레인 전극(132, 134)을 포함할 수 있다. 이러한 구동 트랜지스터(Td)는 게이트 전극(125)이 최하부에 위치하는 바텀 게이트 방식, 또는 게이트 전극(125)이 최상부에 위치하는 탑 게이트 방식 등이 이용될 수도 있다.
이 때, 반도체층(140)은 결정질 실리콘(p-Si)으로 이루어진 단일층으로 형성할 수 있다. 또한, 상기 반도체층(140)은 이중층으로 형성될 수 있는 바, 제 1 층으로는 순수한 비정질 실리콘(a-Si:H)으로, 제 2 층으로는 불순물을 포함하는 비정질 실리콘(n+ a-Si:H)으로 각각 형성할 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극(170)의 상부로는 그 단면이 반원 형태로 설계되며, 화소 영역(P)간의 경계부를 둘러싸는 뱅크층(160)을 형성한다. 상기 뱅크층(160)은 가로 방향으로 설계된 게이트 배선(GL), 세로 방향으로 설계된 데이터 배선(DL)과 각각 중첩된 상부에 대응되도록 형성된다. 이 때, 상기 뱅크층(165)의 폭이 게이트 배선(GL) 및 데이터 배선(DL)의 폭 보다 큰 폭으로 설계된 것으로 도시하였으나, 경우에 따라서는 게이트 배선(GL) 및 데이터 배선(DL)의 폭 보다 작거나 동일하게 형성될 수 있다.
상기 뱅크층(160)에 둘러싸인 내부 공간에 위치하는 화소 영역(P)에 대응하여 제 1 전극(170)과 연결되는 유기 발광층(172)과 제 2 전극(174)을 차례로 형성한다. 제 1 전극(170), 유기 발광층(172) 및 제 2 전극(174)을 포함하여 유기발광 다이오드(E)라 한다.
상기 뱅크층(160)은 벤조싸이클로부텐(benzocyclobutene), 포토 아크릴(photo acryl), 폴리이미드(polyimide)를 포함하는 유기절연물질 그룹 중에서 선택된 하나로 형성될 수 있다. 이 때, 상기 유기 발광층(172)은 화소 영역(P)별로 적색, 녹색, 청색을 발광하는 유기물질로 이루어지도록 설계하여 풀 컬러를 구현할 수 있다.
또한, 상기 유기 발광층(172)과 애노드 전극의 역할을 하는 제 1 전극(170) 사이에는 정공수송층(hole transporting layer)과 정공주입층(hole injection layer)을, 상기 유기 발광층(172)과 캐소드 전극으로의 역할을 하는 제 2 전극(184) 사이에 전자주입층(electron injection layer) 및 전자수송층(electron transporting layer)을 더욱 형성할 수도 있다.
한편, 상기 제 2 기판(110)의 하부 면에는 화상을 구현하지 않는 비표시 영역(미도시)의 최외곽 가장자리를 따라 도포된 씰패턴(미도시)이 형성된다. 이러한 씰패턴에 의해 제 1 기판(105)과 제 2 기판(110)은 일정한 이격 거리를 유지하며 대향 합착된다. 이 때, 제 2 기판(110)의 하부 표면으로 오목부가 정의되고, 이러한 오목부에 흡습제(미도시)가 더 탑재될 수 있다.
전술한 구성에서 특징적인 것은 화소 영역(P)의 경계부에 위치하는 뱅크층(160)의 단면을 반원 형태로 설계하는 것을 통해 유기 발광층(172)의 증착 공정시, 뱅크층(160)과 새도우 마스크 간의 접촉 면적을 최소화할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 제 1 기판(105)과 새도우 마스크 간의 스티킹 현상에 의한 공정 불량의 해소로 생산 수율을 개선할 수 있다.
이에 대해서는, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조방법을 통해 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조방법을 공정 순서에 따라 순차적으로 나타낸 공정 단면도이다.
도 5a에 도시한 바와 같이, 화소 영역(P)과 구동 영역(Dr)이 정의된 제 1 기판(105)을 준비하는 단계를 진행한다. 이 때, 화소 영역(P)은 게이트 배선(도 4a의 GL)과 데이터 배선(도 4a의 DL)이 수직 교차하여 정의하는 영역이고, 구동 영역(Dr)은 구동 트랜지스터(Td)가 형성되는 영역이다.
상기 제 1 기판(105) 상에 수직 교차하여 화소 영역(P)을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과, 상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차지점에 스위칭 트랜지스터 및, 상기 스위칭 트랜지스터에 연결된 구동 트랜지스터(Td)를 형성하는 단계를 진행한다.
이 때, 상기 스위칭 트랜지스터와 구동 트랜지스터(Td)를 형성하는 단계는 버퍼층(120), 게이트 절연막(145) 및 보호막(155)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
도 5b에 도시한 바와 같이, 구동 트랜지스터(Td)가 형성된 제 1 기판(105)의 상부로 구동 트랜지스터(Td)의 드레인 전극(134)을 노출하는 드레인 콘택홀(DCH)을 포함하는 층간 절연막(165)을 형성한다. 다음으로, 상기 층간 절연막(165)의 상부로 드레인 콘택홀(DCH)을 통해 구동 트랜지스터(Td)의 드레인 전극(134)과 연결된 제 1 전극(170)을 형성한다.
다음으로, 상기 제 1 전극(170)이 형성된 제 1 기판(105)의 상부로 화소 영역(P)간의 경계부를 둘러싸는 뱅크층(160)을 형성한다. 이 때, 뱅크층(160)은 벤조싸이클로부텐(benzocyclobutene), 포토 아크릴(photo acryl) 및 폴리이미드(polyimide)를 포함하는 유기절연물질 그룹 중 선택된 하나로 형성될 수 있다.
상기 뱅크층(160)은 제 1 전극(170)의 상부 전면에 도포한 상태에서 선택적인 노광 및 현상 공정으로 패턴한 후, 오븐(oven)에서 열처리 과정을 거치는 것을 통해 엠보싱 형상, 즉 그 단면이 반원 형태로 형성된다. 이 때, 상기 뱅크층(160)은 선택적 노광 및 현상 공정 없이 바로 잉크제트 방법(ink-jet method)을 사용하 여 제 1 전극(105)의 상부에 물방울처럼 선택적으로 분사하여 그 단면을 반원 형태로 형성할 수도 있다.
도 5c에 도시한 바와 같이, 상기 뱅크층(160)이 형성된 제 1 기판(105)과 이격된 상부로 새도우 마스크(SM)를 정렬하는 단계를 진행한다. 이 때, CCD 카메라(미도시)를 통해 제 1 기판(170)과 새도우 마스크(SM)의 위치 정렬이 완료되면, 제 1 기판(105)의 최상측에 형성된 뱅크층(160)과 새도우 마스크(SM)를 접촉시키는 단계를 진행하게 된다.
다음으로, 열증발 증착법으로 유기 발광층(미도시)과 제 2 전극(미도시)을 차례로 형성하는 단계를 진행한다. 도면으로 상세히 제시하지는 않았지만, 상기 새도우 마스크(SM)는 증발원으로부터의 증착물이 증착되는 개구부와 차단부로 이루어진다. 상기 새도우 마스크(SM)의 개구부는 화소 영역(P), 차단부는 화소 영역(P)을 제외한 부분을 가리도록 설계된다.
전술한 구성은 뱅크층(160)의 단면이 반원 형태로 설계되므로, 제 1 기판(105)과 새도우 마스크 간의 접촉이 면접촉이 아닌, 점접촉 또는 선접촉이 이루어지는 구조적인 장점이 있다. 따라서, 새도우 마스크(SM)를 이용한 증착 공정시, 뱅크층(160)과 제 1 기판(105) 간의 접촉 면적을 최소화할 수 있게 되고, 나아가 접촉 면적의 최소화로 CCD 카메라를 이용한 얼라인 공정 과정에서 미스 얼라인이 발생하더라도 제 1 기판(105)에 손상이 가해지지 않으면서 손쉽게 떼어낼 수 있게 된다.
따라서, 미스 얼라인에 따른 기판 손상 문제와 뱅크층(160)과 제 1 기 판(105)이 달라붙는 스티킹 현상을 방지할 수 있다. 그 결과, 스티킹 현상에 의한 공정 불량의 해소로 생산 수율을 개선할 수 있다.
도 5d에 도시한 바와 같이, 전술한 증착 공정으로 화소 영역(P)에 대응하여 제 1 전극(170)과 접촉하는 유기 발광층(172)과 제 2 전극(174)이 차례로 형성된다. 다음으로, 상기 유기 발광층(172)과 제 2 전극(174)이 형성된 제 1 기판(105)을 화상을 구현하지 않는 비표시 영역을 따라 씰패턴이 도포된 제 2 기판(110)과 대향 합착하는 단계를 진행한다.
이상으로, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자를 제작할 수 있다.
--- 제 2 실시예 ---
본 발명의 제 2 실시예는 열증발 증착법을 이용한 유기 발광층의 증착 공정시, 격벽과 새도우 마스크 간의 접촉 면적을 최소화할 수 있도록 격벽의 단면을 반원형으로 설계한 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자에 대해 설명하도록 한다.
도 6a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자용 제 1 기판을 개략적으로 나타낸 평면도이고, 도 6b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 단위 화소를 개략적으로 나타낸 단면도로, 구동 트랜지스터부를 중점적으로 나타낸 것이다.
도 6a와 도 6b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자(201)는 화소 영역(P) 및 구동 영역(Dr)으로 구분된 제 1 기판(205)과, 상기 제 1 기판(205)과 대향 합착된 제 2 기판(210)을 포함한다. 상기 화소 영역(P)은 게이트 배선(GL)과 데이터 배선(DL)이 교차하여 정의되는 영역이고, 구동 영역(Dr)은 구동 트랜지스터(Td)가 형성되는 영역이다.
상기 제 1 기판(205)의 상부 전면에는 버퍼층(220)이 형성된다. 상기 버퍼층(220) 상부에는 보호막(255)을 사이에 두고 서로 교차하여 화소 영역(P)을 정의하는 게이트 배선(GL) 및 데이터 배선(DL)을 형성한다. 상기 게이트 배선(GL) 및 데이터 배선(DL)의 교차지점에는 스위칭 트랜지스터(미도시) 및, 상기 스위칭 트랜지스터에 연결된 구동 트랜지스터(Td)를 형성한다.
또한, 스위칭 트랜지스터와 구동 트랜지스터(Td)의 상부로는 구동 트랜지스터(Td)의 드레인 전극(234)을 노출하는 드레인 콘택홀(DCH)을 포함하는 층간 절연막(265)을 형성한다. 상기 층간 절연막(265)의 상부로 드레인 콘택홀(DCH)을 통해 구동 트랜지스터(Td)의 드레인 전극(234)과 연결된 제 1 전극(270)을 형성한다.
또한, 상기 제 1 전극(270)의 상부로는 그 표면이 평탄하고, 화소 영역(P)간의 경계부를 둘러싸는 뱅크층(260)을 형성한다. 상기 뱅크층(260)은 가로 방향으로 설계된 게이트 배선(GL), 세로 방향으로 설계된 데이터 배선(DL)과 각각 중첩된 상부에 대응되도록 형성된다. 이 때, 상기 뱅크층(265)의 폭이 게이트 배선(GL) 및 데이터 배선(DL)의 폭 보다 큰 폭으로 설계된 것으로 도시하였으나, 경우에 따라서는 게이트 배선(GL) 및 데이터 배선(DL)의 폭 보다 작거나 동일하게 형성될 수 있다.
상기 뱅크층(260)과 중첩된 상부로는 그 단면이 반원 형태로 설계된 격벽(280)을 형성한다. 이 때, 격벽(280)은 게이트 배선(GL)과 중첩된 상부에 대응하여 게이트 배선(GL)의 폭 보다 큰 폭, 또는 작거나 동일한 폭으로 형성될 수 있다.
상기 뱅크층(260) 및 격벽(280)에 둘러싸인 내부 공간에 위치하는 화소 영역(P)에 대응하여 제 1 전극(270)과 연결되는 유기 발광층(272)과 제 2 전극(274)을 차례로 형성한다. 제 1 전극(270), 유기 발광층(272) 및 제 2 전극(274)을 포함하여 유기발광 다이오드(E)라 한다.
상기 뱅크층(260) 및 격벽(280)은 벤조싸이클로부텐(benzocyclobutene), 포토 아크릴(photo acryl) 및 폴리이미드(polyimide)을 포함하는 유기절연물질 그룹 중에서 선택된 하나로 형성될 수 있다.
한편, 상기 제 2 기판(210)의 하부 면에는 화상을 구현하지 않는 비표시 영역(미도시)의 최외곽 가장자리를 따라 도포된 씰패턴(미도시)이 형성된다. 이러한 씰패턴에 의해 제 1 기판(205)과 제 2 기판(210)은 일정한 이격 거리를 유지하며 대향 합착된다. 이 때, 제 2 기판(210)의 하부 표면으로 오목부가 정의되고, 이러한 오목부에 흡습제(미도시)가 더 탑재될 수 있다.
전술한 격벽(280)은 제 1 실시예와 동일하게 유기 발광층(272)을 형성하는 단계에, 격벽(280)과 새도우 마스크 간의 접촉 면적을 최소화하기 위한 것이다. 따라서, 본 발명의 제 2 실시예에서는 제 1 실시예와 동일하게 제 1 기판과 새도우 마스크 간의 스티킹 현상에 의한 공정 불량의 해소로 생산 수율을 개선할 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조방법은 격벽을 형성하는 단계 이외에는 제 1 실시예의 공정 단계와 큰 차이가 없는 바, 그 설명은 생략하도록 한다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 변형예를 나타낸 각각의 평면도이고, 도 7d는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 격벽의 변형예를 나타낸 평면도이다. 즉, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 격벽의 경우 다양한 형태로 설계 변경할 수 있다.
우선, 도 7a에 도시한 바와 같이, 다수의 화소 영역(P)이 정의된 제 1 기판(305) 상의 게이트 배선(GL)과 데이터 배선(DL)의 교차지점에 각각 대응되는 위치에 패턴된 도트 형태로 격벽(380)을 설계하거나, 도 7b에 도시한 바와 같이, 게이트 배선(GL) 및 데이터 배선(DL)의 교차지점에 형성하되, 2, 4 또는 8개의 교차지점 당 1개의 격벽을 설계하는 방식 등 다양하게 설계 변경할 수 있다.
또한, 도 7c에 도시한 바와 같이, 게이트 배선(GL)과 중첩된 평행한 방향으로 단위 화소 영역(P)의 전면을 가리는 라인 형태로 격벽(380)을 형성할 수 있다. 이러한 라인 형태의 격벽(380)의 경우, 이웃한 게이트 배선(GL)에 위치하는 격벽(380)간에는 서로 평행하거나, 엇갈리도록 형성할 수 있다.
전술한 도 7a 내지 도 7c에서 설명한 변형예는 일예에 불과한 것이며, 다양한 형태로 설계 변경할 수 있다는 것은 자명한 사실일 것이다.
또한, 도 7d의 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 격벽(380)은 평면적으로 바라보았을 때, 타원, 사각형, 육각형, 적십자형, 원, 오각형, 팔각형 등을 포함하는 다각형 중에서 선택될 수 있으며, 그 형상은 다양한 형태로 설계 변경 형성할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기 제 1 및 제 2 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 정신 및 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변형 및 변경할 수 있다는 것은 자명한 사실일 것이다.
도 1은 일반적인 능동 매트릭스 방식의 유기전계 발광소자의 단위 화소에 대해 나타낸 회로도.
도 2는 종래에 따른 유기전계 발광소자를 개략적으로 나타낸 단면도.
도 3은 새도우 마스크를 이용한 유기 발광층의 형성 단계를 나타낸 공정 단면도.
도 4a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자용 제 1 기판을 개략적으로 나타낸 평면도.
도 4b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 단위 화소를 개략적으로 나타낸 단면도.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조방법을 공정 순서에 따라 순차적으로 나타낸 공정 단면도.
도 6a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자용 제 1 기판을 개략적으로 나타낸 평면도.
도 6b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 단위 화소를 개략적으로 나타낸 단면도.
도 7a, 도 7b 및 도 7c는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 변형예를 나타낸 각각의 평면도.
도 7d는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 격벽의 변형예를 나타낸 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
105 : 제 1 기판 120 : 버퍼층
125 : 게이트 전극 132 : 소스 전극
134 : 드레인 전극 140 : 반도체층
145 : 게이트 절연막 155 : 보호막
160 : 뱅크층 165 : 층간 절연막
170 : 제 1 전극 172 : 유기 발광층
174 : 제 2 전극 180 : 격벽
SM : 새도우 마스크 DCH : 드레인 콘택홀

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 기판과;
    상기 제 1 기판 상에 수직 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과;
    상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차지점에 위치하는 스위칭 트랜지스터 및, 상기 스위칭 트랜지스터에 연결된 구동 트랜지스터와;
    상기 구동 트랜지스터의 드레인 전극과 연결된 제 1 전극과;
    상기 제 1 전극의 상부로, 상기 화소 영역 간의 경계부를 둘러싸는 뱅크층과;
    상기 뱅크층의 상부로, 상기 뱅크층과 중첩된 상부 내측으로 그 단면이 반원 형태로 설계된 격벽과;
    상기 제 1 전극과 차례로 연결된 유기 발광층 및 제 2 전극과;
    상기 제 1 기판과 대향 합착된 제 2 기판
    을 포함하고,
    상기 격벽은 상기 유기 발광층으로부터 이격되고, 상기 게이트 배선 및 상기 데이터 배선의 교차지점에 대응되는 위치에 패턴된 도트 형태를 갖는 유기전계 발광소자.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 격벽은 벤조싸이클로부텐, 포토 아크릴, 폴리이미드를 포함하는 유기절연물질 그룹 중 선택된 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 격벽은 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차지점 마다 위치하거나, 2, 4 또는 8개의 교차지점 당 1개가 위치하는 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자.
  9. 삭제
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 격벽은 평면적으로 바라보았을 때, 타원, 원 또는 사각형, 오각형, 육각형, 팔각형, 십자형을 포함하는 다각형 중 선택되는 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자.
  11. 제 1 기판 상에 수직 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선을 형성하는 단계와;
    상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차지점에 스위칭 트랜지스터 및, 상기 스위칭 트랜지스터에 연결된 구동 트랜지스터를 형성하는 단계와;
    상기 구동 트랜지스터의 드레인 전극과 연결된 제 1 전극을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 전극의 상부로, 상기 화소 영역 간의 경계부를 둘러싸는 뱅크층을 형성하는 단계와;
    상기 뱅크층과 중첩된 상부 내측으로 그 단면이 반원 형태로 설계된 격벽을 형성하는 단계와;
    상기 뱅크층 및 격벽이 형성된 제 1 기판 상에 새도우 마스크를 위치 정렬하고, 열증발 증착법으로 유기 발광층과 제 2 전극을 차례로 형성하는 단계와;
    상기 제 2 전극이 형성된 제 1 기판과 제 2 기판을 씰패턴을 도포하여 대향 합착하는 단계
    를 포함하고,
    상기 격벽은 상기 유기 발광층으로부터 이격되고, 상기 게이트 배선 및 상기 데이터 배선의 교차지점에 대응되는 위치에 패턴된 도트 형태를 갖는 유기전계 발광소자의 제조방법.
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