KR101564630B1 - 유기전계 발광소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 다수의 화소영역을 포함하는 표시영역과 이의 외측으로 비표시영역이 정의(定義)된 제 1 기판과, 이와 마주하는 제 2 기판과, 상기 각 화소영역에 구동 및 스위칭 박막트랜지스터와 유기전계 발광 다이오드를 구비한 유기전계 발광소자에 있어서, 상기 제 1 기판의 상기 비표시영역에 제 1 폭을 가지며 형성된 제 1 금속패턴과; 상기 제 1 기판 상부와 제 1 금속패턴 하부 사이에 탄성계수가 15gPa 내지 25gPa인 물질로서 상기 제 1 폭보다 작은 폭을 가지며 상기 제 1 금속패턴과 완전 중첩하며 형성된 충격 완화패턴과; 상기 비표시영역에 제 1 금속패턴 상부 표면과 접촉하며 동시에 상기 제 2 기판과 접촉하며 상기 표시영역을 테두리하며 상기 제 1 폭보다 작은 폭을 가지며 상기 제 1 금속패턴과 완전 중첩하도록 형성된 프릿패턴을 포함하며, 상기 프릿패턴은 레이저 빔 조사에 의해 소성되어 경화되며, 상기 제 1 금속패턴은 상기 레이저 빔을 반사시켜 표시영역으로의 열전달을 방지하는 역할을 하는 것이 특징인 유기전계 발광소자를 제공한다.

유기전계발광소자, 프릿패턴, 충격완화패턴, 보강패턴, 박리, 탄성

Description

유기전계 발광소자{Organic electro luminescent device}

본 발명은 유기전계 발광소자(Organic electroluminescent device)에 관한 것이며, 특히 물리적 외부 충격에 의한 박리 현상을 저감시킬 수 있는 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 것 만큼의 순간 휘도를 내야만 한다.

그러나, 액티브 매트릭스 방식에서는, 화소영역을 온(on)/오프(off)하는 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Thin Film Transistor)가 각 화소영역별로 위치하고, 이러한 스위칭 박막트랜지스터와 연결된 제 1 전극은 화소영역 단위로 온(on)/오프(off)되고, 상기 제 1 전극과 대향하는 제 2 전극은 공통전극이 된다.

그리고, 상기 액티브 매트릭스 방식에서는 화소영역에 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 회로도이다.

도시한 바와 같이 액티브 매트릭스형 유기전계 발광소자의 하나의 화소는 스위칭 박막트랜지스터(STr)와 구동 박막트랜지스터(DTr), 스토리지 커패시터(StgC), 그리고 유기전계발광 다이오드(E)로 이루어진다.

제 1 방향으로 게이트 배선(GL)이 형성되어 있고, 이 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 배치되어 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 각 화소영역(P) 내부에는 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 유기전계 발광 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 유기전계 발광 다이오드(E)에 흐르는 전류의 레벨을 일정하게 유지할 수 있게 된다.

한편, 도 2는 종래의 일반적인 유기전계 발광소자에 대한 개략적인 단면도이다.

도시한 바와 같이, 종래의 유기전계 발광소자(1)는 제 1, 2 기판(10, 70)이 서로 대향되게 배치되어 있다.

상기 제 1 기판(10)에 있어서는 표시영역(AA)과, 상기 표시영역(AA) 외측으로 비표시영역(NA)이 정의되고 있으며, 상기 표시영역(AA)에는 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(미도시)에 의해 포획되는 영역이라 정의되는 다수의 화소영역(P)이 구비되고 있으며, 상기 데이터 배선(미도시)과 나란하게 전원배선(미도시)이 구비되고 있다. 이러한 다수의 각 화소영역(P)에는 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)가 형성되어 있고, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 연결되며 제 1 전극(47)이 형성되어 있다.

또한, 상기 제 1 전극(47) 상부에는 적(Red), 녹(Green), 청(Blue)색을 발광하는 발광물질패턴(55a, 55b, 55c)을 포함하는 유기 발광층(55)이 형성되어 있고, 유기 발광층(55) 상부에는 전면에 제 2 전극(58)이 형성되어 있다.

그리고, 상기 두 기판(10, 70)의 상기 표시영역(AA) 외측으로 비표시영역(NA)에는 상기 표시영역(AA)을 테두리하며 씰패턴(80)이 형성되고 있다. 이때, 상기 두 기판(10, 70) 사이의 내부 영역이 수분 및 대기 중에 노출되지 않도록 그 테두리에 상기 씰패턴(80)이 형성된 상태에서 불활성 기체나 또는 진공의 분위기에서 상기 두 기판(10, 70)이 합착됨으로써 패널 상태를 유지하고 있다.

이때, 상기 씰패턴(80)은 통상적으로 유기 또는 고분자 재질로 이루어진 실란트(sealant)로 이루어지고 있으며, 이러한 실란트(sealant)는 그 내부 분자구조 특성상 분자와 분자 사이의 공극이 물분자가 충분히 이동할 수 있을 정도의 크기가 되고 있다. 따라서 시간이 지남에 따라 외부의 습기가 상기 씰패턴(80)을 투과하여 내부로 침투함으로써 유기 발광층(미도시)에 악영향을 주어 수명을 단축시키는 문제를 야기 시키고 있다.

따라서, 이러한 문제를 해결하고자, 최근에는 유기 또는 고분자 재질의 실란트(sealant)로 이루어진 씰패턴 대신에 주성분이 무기물질인 프릿(Frit)으로 이루어진 프릿패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자가 제안되었다.

도 3은 종래의 프릿패턴이 구비된 유기전계 발광소자에 대한 개략적인 단면도이다. 동일한 구성요소에 대해서는 도 2와 동일한 동면부호를 부여하였다.

도시한 바와 같이, 비표시영역(NA)에 있어서 제 1 기판(10) 및 제 2 기 판(70) 사이에는 프릿패턴(82)이 구성되고 있다.

이러한 프릿패턴(82)은 그 자체가 상기 제 1 및 제 2 기판(10, 70)을 이루는 유리 재질로 이루어짐으로써 상기 제 1 및 제 2 기판(10, 70)과의 접착력이 매우 우수하며 그 재질 특성상 그 공극이 물분자보다 작다. 따라서 외부로부터 수분이 침투하는 것을 방지하는 측면에서 실란트 재질의 씰패턴보다 훨씬 우수하므로 수분 침투에 의한 열화 방지를 통한 상기 유기전계 발광소자의 수명을 연장시킬 수 있다.

이때, 상기 프릿패턴(82)은 상기 제 1 기판(10)에 있어서, 상기 제 1 기판(10) 내측면에 바로 형성되고 있지 않고, 그 하부에는 금속패턴(81)이 구비되고 있음을 알 수 있다. 이렇게 상기 제 1 기판(10)에 있어서 프릿패턴(82) 하부에 금속패턴(81)을 구비하는 것은 상기 프릿패턴(82)의 소성 공정 진행 시 발생될 수 있는 불량을 방지하기 위함이다.

즉, 상기 프릿패턴(82)의 소성공정은 레이저 빔을 조사함으로써 이루어지고 있는데, 레이저 빔 조사 시 오차에 의해 상기 프릿패턴(82)이 형성된 부분에 대해서만 조사되지 않고, 그 외측으로 조사될 수 있는데, 이 경우, 상기 레이저 빔은 매우 큰 에너지를 갖고 있으며, 이러한 레이저 빔이 표시영역(AA) 내에 구비된 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)와 유기 발광층(55)에 영향을 주어 소자 특성 저하 및 유기 발광층(55)의 발광 효율 등의 저하를 야기 시킬 수 있다.

따라서, 이렇게 프릿패턴(82) 외측으로 조사되는 레이저 빔을 반사시켜 표시영역 내의 구성요소에 악영향을 주는 것을 방지하기 위해 표시영역(AA)에 구성된 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)의 소스 및 드레인 전극(미도시)을 형성 시에 함께 상기 소스 및 드레인 전극(미도시)을 형성한 동일한 금속물질 예를 들면 몰리브덴(Mo)으로서 상기 프릿패턴(82)의 폭보다 넓은 폭을 갖도록 상기 금속패턴(82)을 형성하고 있는 것이다.

하지만, 이렇게 프릿패턴(82)이 상기 금속패턴(81) 상부에 형성됨으로써 외부 충격에 의해 박리되는 현상이 빈번히 발생하고 있는 실정이다.

즉, 금속물질 더욱 정확히는 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 상기 금속패턴(81)의 탄성계수는 0.19gPa 정도가 되고 있으며, 이러한 탄성계수 수치는 매우 작아 외부로부터의 충격이 가해질 경우 탄성특성이 거의 발현되지 않음으로 상기 프릿패턴(82)의 박리가 쉽게 발생하고 있는 실정이다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 상기 프릿패턴이 금속패턴 상부에 형성되더라도 외부로부터의 충격을 잘 흡수할 수 있는 구성을 갖도록 함으로써 외부 충격에 의해 쉽게 박리되는 불량을 저감시킬 수 있는 유기전계 발광소자를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광 소자 는, 다수의 화소영역을 포함하는 표시영역과 이의 외측으로 비표시영역이 정의(定義)된 제 1 기판과, 이와 마주하는 제 2 기판과, 상기 각 화소영역에 구동 및 스위칭 박막트랜지스터와 유기전계 발광 다이오드를 구비한 유기전계 발광소자에 있어서, 상기 제 1 기판의 상기 비표시영역에 제 1 폭을 가지며 형성된 제 1 금속패턴과; 상기 제 1 기판 상부와 제 1 금속패턴 하부 사이에 탄성계수가 15gPa 내지 25gPa인 물질로서 상기 제 1 폭보다 작은 폭을 가지며 상기 제 1 금속패턴과 완전 중첩하며 형성된 충격 완화패턴과; 상기 비표시영역에 제 1 금속패턴 상부 표면과 접촉하며 동시에 상기 제 2 기판과 접촉하며 상기 표시영역을 테두리하며 상기 제 1 폭보다 작은 폭을 가지며 상기 제 1 금속패턴과 완전 중첩하도록 형성된 프릿패턴을 포함하며, 상기 프릿패턴은 레이저 빔 조사에 의해 소성되어 경화되며, 상기 제 1 금속패턴은 상기 레이저 빔을 반사시켜 표시영역으로의 열전달을 방지하는 역할을 하는 것이 특징이다.

이때, 상기 탄성계수가 15gPa 내지 25gPa인 물질은 고분자 물질인 폴리이미드(polyimide)인 것이 바람직하다.

또한, 상기 충격완화 패턴은 상기 프릿패턴과 동일한 형태를 가져 상기 비표시영역에서 끊김없이 형성되거나, 끊김부를 구비하여 상기 제 1 폭방향 또는 상기 프릿패턴이 연장하는 길이방향으로 일정간격 이격하는 형태를 가지며 형성된 것이 특징이다.

또한, 상기 구동 박막트랜지스터와 상기 스위칭 박막트랜지스터는 그 하부로부터의 적층구조가 폴리실리콘의 반도체층과, 게이트 절연막과, 게이트 전극과, 콘 택홀을 갖는 층간절연막과, 상기 콘택홀을 통해 각각 상기 반도체층과 접촉하며 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극의 구성을 이룸으로써 탑 게이트 타입이거나, 또는, 게이트 전극과, 게이트 절연막과, 순수 비정질 실리콘의 액티브층과 서로 이격하며 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층으로 이루어진 반도체층과, 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극의 구성을 이룸으로써 보텀 게이트 타입인 것이 특징이다. 이때, 상기 제 1 금속패턴은 상기 소스 및 드레인 전극을 이루는 동일한 금속물질로 이루어진 것이 특징이며, 상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터가 탑 게이트 타입인 경우 상기 충격완화 패턴 하부에는 층간절연막과 게이트 절연막과 상기 탑 게이트 타입 구동 및 스위칭 박막트랜지스터의 게이트 전극과 동일한 금속물질로 이루어진 제 2 금속패턴이 구비되며, 상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터가 보텀 게이트 타입인 경우 상기 충격완화패턴 하부에는 게이트 절연막과 상기 보텀 게이트 타입 구동 및 스위칭 박막트랜지스터의 게이트 전극과 동일한 금속물질로 이루어진 제 2 금속패턴이 구비되는 것이 특징이다.

또한, 상기 스위칭 박막트랜지스터의 게이트 전극과 연결된 다수의 게이트 배선과, 상기 스위칭 박막트랜지스터의 소스 전극과 연결되며 상기 다수의 각 게이트 배선과 교차하여 상기 다수의 화소영역을 정의하는 다수의 데이터 배선이 구비된다.

또한, 상기 프릿패턴의 외측면에는 상기 외측면과 접촉하며 동시에 상기 제 1 및 데 2 기판 각각의 내측면과 접촉하는 보강패턴이 형성된 것이 특징이며, 이때, 상기 보강패턴은 탄성계수가 5gPa 내지 15gPa 정도인 우레탄 또는 아크릴 재질 로 이루어진 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 유기전계 발광소자는 제 1 기판에 있어 비표시영역에 구비된 금속패턴 하부에 탄성 특성이 매우 우수한 고분자 물질로서 충격 완화 패턴을 구비함으로써 외부로부터의 충격 발생 시 그 충격을 내부적으로 흡수하여 프릿패턴이 상기 제 1 기판으로부터 박리되는 불량을 최소화하는 효과가 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 비표시영역을 포함하는 일부 영역에 대한 단면도이다. 표시영역(AA) 내에 각 화소영역(P)내에 구동 박막트랜지스터가 형성되는 영역을 구동영역(DA), 스위칭 박막트랜지스터가 형성되는 영역을 스위칭 영역(미도시)이라 정의한다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 표시영역(AA)과 상기 표시영역(AA)의 주변에 비표시영역(NA)이 정의되고, 상기 표시영역(AA)내에 다수의 화소영역(P)이 구비되며, 상기 각 화소영역(P) 내에 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)와 유기전계 발광 다이오드(E)가 구비된 제 1 기판(110)과 이와 대응하여 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판(170)이 서로 대향하며 배치되고 있다.

상기 제 1 기판(110)에 있어서는 상기 표시영역(AA)에는 각 화소영역(P)의 경계에 서로 교차하며 게이트 및 데이터 배선(121, 미도시)이 형성되고 있으며, 상기 게이트 배선(121) 또는 데이터 배선(미도시)과 나란하게 전원배선(미도시)이 형성되고 있다.

또한, 다수의 각 화소영역(P)에는 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)가 형성되어 있으며, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)과 연결되며 제 1 전극(147)이 형성되어 있다. 또한, 상기 제 1 전극(147) 상부에는 적(Red), 녹(Green), 청(Blue)색을 발광하는 유기 발광 패턴(미도시)을 포함하는 유기 발광층(155)이 형성되어 있으며, 상기 유기 발광층(155) 상부에는 상기 표시영역(AA) 전면에 제 2 전극(158)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제 1 전극(147)과 유기 발광층(155)과 상기 제 2 전극(158)은 유기전계 발광 다이오드(E)를 이룬다.

그리고, 전술한 구성을 갖는 제 1 기판(110)과 대응하여 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판(170)이 구비되고 있으며, 이들 두 기판(110, 170)의 표시영역(AA) 외측의 비표시영역(NA)에는 상기 표시영역(AA)을 테두리하며 프릿(Frit)으로 이루어진 프릿패턴(161)이 구비되고 있다. 이때, 상기 제 1 기판(110)에 있어서 상기 프릿패턴(161)의 하부에는 금속패턴(제 2 금속패턴)(138)이 구비되고 있다. 따라서, 상기 프릿패턴(161)은 상기 제 1 기판(110)에 있어서는 상기 금속패턴(제 2 금속패턴)(138)과 접촉하며, 상기 제 2 기판(170)에 있어서는 상기 제 2 기판(170) 내측면과 직접 접촉하며 형성되고 있다.

한편, 본 발명의 가장 큰 특징적인 구성으로서 상기 제 1 기판(110)의 비표 시영역(NA)에는 상기 금속패턴(제 2 금속패턴)(138) 하부로 탄성계수가 15gPa 내지 25gPa 정도의 범위를 갖는 고분자 물질 예를 들면 폴리이미드(polyimide)로서 이루어진 충격완화 패턴(124)이 구비되고 있다.

또한, 상기 프릿패턴(161)과 금속패턴(제 2 금속패턴)(138) 및 충격완화 패턴(124)의 외측으로는 상기 제 1 기판(110)과 제 2 기판(170)의 내측면과 각각 직접 접촉하며 상기 프릿패턴(161)의 외측을 테두리하는 형태로 탄성계수가 5gPa 내지 15gPa 정도인 우레탄 또는 아크릴 재질로서 보강패턴(165)이 더욱 구비되고 있는 것이 또 다른 특징적인 구성이 되고 있다.

조금 더 상세히 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 구성에 대해 설명한다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)와 유기전계 발광 다이오드(E)가 형성된 제 1 기판(110)과, 상기 유기발광 다이오드(E)를 인캡슐레이션 하기위한 제 2 기판(170)과, 상기 제 1 및 제 2 기판(110, 170)의 비표시영역(NA)에 상기 표시영역(AA)을 테두리하며 형성된 프릿패턴(161) 및 보강패턴(165)을 포함하여 구성되고 있으며, 상기 제 1 기판(110)에 상기 프릿패턴(161)이 형성된 부분에 대응하여 금속패턴(제 2 금속패턴)(138)과 충격 완화 패턴(124)이 더욱 구비되고 있다.

상기 제 1 기판(110)에 있어 상기 표시영역(AA) 내의 각 화소영역(P)에는 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 영 역(113a) 양측면으로 고농도의 불순물이 도핑된 제 2 영역(113b)으로 구성된 반도체층(113)이 형성되어 있다. 이때, 상기 반도체층(113)과 상기 제 1 기판(110) 사이에는 전면에 무기절연물질 예를 들면 산화실리콘(SiO₂) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 버퍼층(미도시)이 더욱 구비될 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 상기 제 1 기판(110) 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 일방향으로 연장하며 게이트 배선(121)이 형성되어 있다. 이때, 상기 게이트 전극(120)과 상기 게이트 배선(121)은 저저항 특성을 갖는 제 1 금속물질 예를 들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 몰리브덴(Mo), 몰리티타늄(MoTi) 중 어느 하나로 이루어져 단일층 구조를 가질 수도 있으며, 또는 둘 이상의 금속물질로서 이중층 또는 삼중층 구조를 가질 수도 있다.

한편, 비표시영역(NA)에 있어서는 상기 전면에 형성된 상기 게이트 절연막(116) 위로 상기 게이트 배선(121) 및 게이트 전극(120)을 형성한 동일한 금속물질로써 제 1 금속패턴(122)이 형성되고 있다. 이때, 상기 제 1 금속패턴(122)은 생 략될 수도 있다. 이때, 도면에 있어서는 상기 제 1 금속패턴(122)이 형성된 것을 일례로 보이고 있다.

상기 표시영역(AA)에 있어서 상기 게이트 전극(120)과 게이트 배선(121) 위로 층간절연막(123)이 형성되어 있으며, 이때, 상기 층간절연막(123)은 상기 비표시영역에 있어 상기 제 1 금속패턴(122) 상부까지 연장 형성되고 있다.

이때, 상기 표시영역(AA)에 있어서는 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 표시영역(AA)에 있어서 상기 게이트 배선(121)과 교차하며 상기 화소영역(P)의 장축을 연결한 방향으로 연장하며 제 2 금속물질 예를 들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 몰리브덴(Mo), 몰리티타늄(MoTi), 크롬(Cr), 티타늄(Ti) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질로서 이루어진 데이터 배선(미도시)과, 이와 이격하여 전원배선(미도시)이 형성되고 있다. 이때, 상기 전원배선(미도시)은 상기 게이트 배선(121)이 형성된 층에 상기 게이트 배선(121)과 이격하며 형성될 수도 있다.

또한, 상기 층간절연막(123) 위로 상기 표시영역(AA)에 있어서 각 구동영역(DA) 및 스위칭 영역(미도시)에는 서로 이격하며 상기 반도체층 콘택홀(125)을 통해 노출된 제 2 영역(113b)과 각각 접촉하며 상기 데이터 배선(미도시)과 동일한 물질로 이루어진 소스 및 드레인 전극(133, 136)이 형성되어 있다. 이때, 상기 구 동영역(DA)에 형성된 상기 소스 및 드레인 전극(133, 136)과, 이들 두 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. 도면에 있어서는 상기 데이터 배선(미도시)과 소스 및 드레인 전극(133, 136)은 모두 단일층 구조를 갖는 것을 일례로 보이고 있지만, 이들 구성요소는 이중층 또는 삼중층 구조를 이룰 수도 있다.

이때, 도면에 나타내지 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(121) 및 데이터 배선(미도시)과 전기적으로 연결되며 형성되어 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 있어서는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr) 및 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 폴리실리콘의 반도체층(113)을 가지며 탑 게이트 타입(Top gate type)으로 구성된 것을 일례로 보이고 있지만, 상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)는 비정질 실리콘의 반도체층을 갖는 보텀 게이트 타입(Bottom gate type)으로 구성될 수도 있음은 자명하다. 상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터가 보텀 게이트 타입으로 구성되는 경우, 그 적층구조는 게이트 전극/게이트 절연막/순수 비정질 실리콘의 액티브층과 서로 이격하며 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층으로 이루어진 반도체층과/서로 이격하는 소스 및 드레인 전극으로 이루어지게 된다. 이때, 게이트 배선은 상기 게이트 전극이 형성된 층에 상기 스위칭 박막트랜지스터의 게이트 전극과 연결되도록, 데이터 배선은 상기 스위칭 박막트랜지스터의 소스 전극이 형성된 층에 상기 소스 전극과 연결되도록 형성되게 된다.

한편, 비표시영역(NA)에 있어서는 상기 층간절연막(123) 상부로 탄성계수가 15gPa 내지 25gPa 정도의 범위를 갖는 고분자 물질 예를 들면 폴리이미드(polyimide)로서 충격완화 패턴(124)이 제 1 폭을 가지며 형성되고 있다. 또한, 상기 제 1 폭을 갖는 충격완화 패턴(124) 상부에는 상기 소스 및 드레인 전극(133, 136)을 이루는 동일한 금속물질로서 이루어지며 상기 소스 및 드레인 전극(133, 136)과 동일한 적층형태, 즉, 단일층, 이중층 또는 3중층 구조(도면에서는 단일층 구조를 가짐을 일례로 보임)를 이루며 제 2 금속패턴(138)이 형성되고 있다.

한편, 일 실시예에 따른 도면에서는 상기 충격완화 패턴(124)이 상기 프릿패턴(161)이 형성된 비표시영역(NA)에 제 1 폭을 가지며 상기 제 1 폭방향으로 끊김없이 형성된 것을 보이고 있지만, 본 발명의 일 실시예의 변형예에 따른 유기전계 발광소자의 단면도인 도 6(도 5와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여함)을 참조하면, 상기 충격완화 패턴(124)은 상기 제 1 폭방향으로 다수의 철부를 가지며 이격하는 형태를 갖도록 형성되고 있음을 알 수 있다.

이때, 상기 충격완화 패턴(124)은 다양한 변형이 가능하다.

또 다른 변형예로서 도면에 나타내지 않았지만, 상기 제 1 폭방향에 대해서는 끊김이 없지만 상기 프릿패턴(161)이 연장하는 길이방향으로는 끊김부를 가지며 상기 제 1 폭을 갖는 다수의 패턴이 일정간격 이격하며 배치된 형태를 갖도록 구성 될 수도 있다.

이러한 형태를 가지며 상기 제 2 금속패턴(138) 하부에 구성된 상기 충격완화 패턴(124)은 그 탄성계수가 상기 제 2 금속패턴(138)을 이루는 금속물질 중 하나인 몰리브덴(Mo) 대비 약 75배 내지 130배 정도 큰 고분자물질 예를 들면 폴리이미드(polyimide)로서 이루어짐으로써 유기전계 발광소자(101)가 외부로부터 충격을 받을 시 상기 프릿패턴(161)에 가해지는 충격을 흡수함으로써 상기 프릿패턴(161)이 상기 제 2 금속패턴(138)으로부터 박리되는 현상을 최소화하게 되는 것이다.

종래와 같이 충격완화 패턴없이 제 2 금속패턴과 접촉하며 프릿패턴이 구비되는 경우, 외부 충격을 거의 100% 상기 프릿패턴이 받게 됨으로써 상기 제 2 금속패턴으로부터의 박리가 용이하게 진행되었으나, 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 경우, 상기 제 2 금속패턴(138) 하부에 전술한 바와같은 크기의 탄성계수를 갖는 고분자물질로서 이루어진 충격완화 패턴(124)이 구성됨으로써 외부로부터 충격이 가해질 경우 상기 충격완화 패턴(124)이 거의 대부분의 충격을 흡수하게 되며, 따라서 프릿패턴(161)의 박리를 최소화 할 수 있게 되는 것이 특징이다.

통상적으로 유기전계 발광소자의 충격에 의한 박리 테스트는 1.5mm 정도의 높이에서 자유낙하를 수회 실시하거나, 또는 상기 유기전계 발광소자보다 충분히 큰 금속재질의 상자에 넣고 일정시간 계속 좌우로 진동을 주어 상기 유기전계 발광소자에 지속적으로 충격이 가해지도록 진행되고 있다.

이러한 충격 테스트를 실시할 경우, 상기 제 1 기판과 제 2 기판의 박리가 거의 발생하지 않는 수준(에폭시 계열의 실란트를 이용하여 합착되는 액정표시장치 의 기판 박리 수준임)을 3이라고 가정하였을 때, 종래와 같이 프릿패턴만을 사용하여 제 1 및 제 2 기판을 합착하는 경우 그 수치는 1.5정도가 되며, 충격완화 패턴이 구비된 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)의 경우 2.0 내지 2.4 정도가 됨을 알 수 있었다. 따라서, 이러한 테스트 결과를 통해 종래의 유기전계 발광소자 대비 33% 내지 60% 정도의 향상이 이루어졌음을 알 수 있다.

한편, 도면에 나타내지 않았지만, 변형예로서 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터가 보텀 게이트 타입으로 구성되는 경우, 상기 제 1 금속패턴은 상기 제 1 기판의 내측면과 접촉하며 형성되며, 그 상부로 게이트 절연막이 형성되며, 상기 게이트 절연막 상부에 상기 충격완화 패턴이 형성되며, 상기 충격완화 패턴 상부로 제 2 금속패턴이 형성되는 구조를 이루게 된다.

한편, 실시예 및 변형예의 경우 모두 상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시) 위로는 상기 표시영역(AA)에 대응하여 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)을 노출시키는 드레인 콘택홀(143)을 갖는 보호층(140)이 형성되어 있다. 이때, 상기 보호층(140)은 상기 프릿패턴(161)이 형성된 부분에 대응해서는 제거되어 상기 제 2 금속패턴(138)을 노출시키고 있는 것이 특징이다. 이는 상기 프릿패턴(161)의 경화를 위해 레이저 빔을 조사할 경우, 상기 프릿패턴(161) 외부로 노출되는 레이저 빔이 상기 제 2 금속패턴(138)에 직접 조사되도록 하여 상기 레이저 빔을 반사시켜 표시영역(AA)에 구성된 구성요소에 열전달을 최소화하여 소자 파괴 및 특성 저하를 방지하기 위함이다.

또한, 표시영역(AA)에는 상기 보호층(140) 위로는 상기 구동 박막트랜지스 터(DTr)의 드레인 전극(136)과 상기 드레인 콘택홀(143)을 통해 접촉되며 각 화소영역(P) 별로 제 1 전극(147)이 형성되어 있다.

다음, 상기 제 1 전극(147) 위로 각 화소영역(P)의 경계에는 버퍼패턴(150)이 형성되어 있다. 이때 상기 버퍼패턴(150)은 각 화소영역(P)을 둘러싸는 형태로 상기 제 1 전극(147)의 테두리와 중첩하도록 형성되고 있으며, 표시영역(AA) 전체적으로는 다수의 개구부를 갖는 격자형태를 이루고 있다.

또한, 상기 버퍼패턴(150)로 둘러싸인 각 화소영역(P)에는 상기 제 1 전극(147) 위로 각각 적, 녹 및 청색을 발광하는 유기발광패턴(미도시)으로 구성된 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.

또한, 상기 유기 발광층(155)과 상기 버퍼패턴(150)의 상부에는 상기 표시영역(AA) 전면에 제 2 전극(158)이 형성되어 있다. 이때, 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 제 2 기판(170)이 마주하며 위치하고 있으며, 이들 제 1 기판(110)과 제 2 기판(170)의 비표시영역(NA)에 상기 표시영역(AA)을 테두리하며 따라 이들 두 기판(110, 170)이 합착된 상태를 유지할 수 있도록 프릿패턴(161)이 상기 제 1 폭보다 작은 제 2 폭을 가지며 상기 제 2 금속패턴(138)과 완전 중첩하며 구성되고 있다.

또한, 상기 프릿패턴(161)의 외측으로 탄성계수가 5gPa 내지 15gPa 정도를 가져 탄성특성이 비교적 우수한 우레탄 또는 아크릴 재질로 이루어진 보강패턴(165)이 구비되고 있다.

이때, 상기 프릿패턴(161)은 상기 제 1 기판(110)에 대해서는 상기 제 2 금속패턴(138)과 접촉하며, 상기 제 2 기판(170)에 대해서는 상기 제 2 기판(170)의 내측면과 접촉하며 구성되고 있는 것이 특징이며, 상기 보강패턴은(165) 상기 프릿패턴(161) 외측으로 상기 프릿패턴(161)의 외측면과 접촉하며 동시에 상기 제 1 기판(110)의 내측면과 상기 제 2 기판(170)의 내측면과 직접 접촉하며 형성되고 있는 것이 특징이다.

한편, 전술한 바와 같이, 충격완화 패턴(124) 이외에 탄성계수가 5gPa 내지 15gPa 정도인 우레탄 또는 아크릴 재질의 보강패턴(165)이 구성되는 경우 외부 충격에 대한 완화력이 더욱 향상되어 전술한 충격 테스트 시 2.4 내지 2.8 정도의 박리 저항치를 갖게 되었음을 알 수 있었다.

도 1은 일반적인 액티브 매트릭스형 유기전계 발광소자의 기본 화소 구조를 나타낸 도면.

도 2는 종래의 일반적인 유기전계 발광소자에 대한 개략적인 단면도.

도 3은 종래의 프릿패턴을 구비한 유기전계 발광소자의 단면도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 단면도.

도 5는 본 발명의 실시예의 변형예에 따른 유기전계 발광소자의 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

101 : 유기전계 발광소자 110 : 제 1 기판

113 : 반도체층 113a : 제 1 영역

113b : 제 2 영역 116 : 게이트 절연막

120 : 게이트 전극 121 : 게이트 배선

122 : 제 1 금속패턴 123 : 층간절연막

124 : 충격완화 패턴 125 : 반도체층 콘택홀

133 : 소스 전극 136 : 드레인 전극

138 : 제 2 금속패턴 140 : 보호층

143 : 드레인 콘택홀 147 : 제 1 전극

150 : 버퍼패턴 155 : 유기 발광층

158 : 제 2 전극 161 : 프릿패턴

165 : 보강패턴 AA : 표시영역

DA : 구동영역 NA : 비표시영역

P : 화소영역

Claims (9)

1. 다수의 화소영역을 포함하는 표시영역과 이의 외측으로 비표시영역이 정의(定義)된 제 1 기판과, 이와 마주하는 제 2 기판과, 상기 각 화소영역에 구동 및 스위칭 박막트랜지스터와 유기전계 발광 다이오드를 구비한 유기전계 발광소자에 있어서,

   상기 제 1 기판의 상기 비표시영역에 제 1 폭을 가지며 형성된 제 1 금속패턴과;

   상기 제 1 기판 상부와 제 1 금속패턴 하부 사이에 탄성계수가 15gPa 내지 25gPa인 물질로서 상기 제 1 폭보다 작은 폭을 가지며 상기 제 1 금속패턴과 완전 중첩하며 형성된 충격 완화패턴과;

   상기 비표시영역에 제 1 금속패턴 상부 표면과 접촉하며 동시에 상기 제 2 기판과 접촉하며 상기 표시영역을 테두리하며 상기 제 1 폭보다 작은 폭을 가지며 상기 제 1 금속패턴과 완전 중첩하도록 형성된 프릿패턴

   을 포함하며, 상기 프릿패턴은 레이저 빔 조사에 의해 소성되어 경화되며, 상기 제 1 금속패턴은 상기 레이저 빔을 반사시켜 표시영역으로의 열전달을 방지하는 역할을 하는 것이 특징인 유기전계 발광소자.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 탄성계수가 15gPa 내지 25gPa인 물질은 고분자 물질인 폴리이미드(polyimide)인 유기전계 발광소자.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 충격완화 패턴은 상기 프릿패턴과 동일한 형태를 가져 상기 비표시영역에서 끊김없이 형성되거나,

   끊김부를 구비하여 상기 제 1 폭방향 또는 상기 프릿패턴이 연장하는 길이방향으로 일정간격 이격하는 형태를 가지며 형성된 것이 특징인 유기전계 발광소자.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 구동 박막트랜지스터와 상기 스위칭 박막트랜지스터는 그 하부로부터의 적층구조가 폴리실리콘의 반도체층과, 게이트 절연막과, 게이트 전극과, 콘택홀을 갖는 층간절연막과, 상기 콘택홀을 통해 각각 상기 반도체층과 접촉하며 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극의 구성을 이룸으로써 탑 게이트 타입이거나,

   또는, 게이트 전극과, 게이트 절연막과, 순수 비정질 실리콘의 액티브층과 서로 이격하며 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층으로 이루어진 반도체층과, 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극의 구성을 이룸으로써 보텀 게이트 타입인 것이 특징인 유기전계 발광소자.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 제 1 금속패턴은 상기 소스 및 드레인 전극을 이루는 동일한 금속물질로 이루어진 것이 특징인 유기전계 발광소자.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터가 탑 게이트 타입인 경우 상기 충격완화 패턴 하부에는 층간절연막과 게이트 절연막과 상기 탑 게이트 타입 구동 및 스위칭 박막트랜지스터의 게이트 전극과 동일한 금속물질로 이루어진 제 2 금속패턴이 구비되며,

   상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터가 보텀 게이트 타입인 경우 상기 충격완화패턴 하부에는 게이트 절연막과 상기 보텀 게이트 타입 구동 및 스위칭 박막트랜지스터의 게이트 전극과 동일한 금속물질로 이루어진 제 2 금속패턴이 구비되는 것이 특징인 유기전계 발광소자.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 스위칭 박막트랜지스터의 게이트 전극과 연결된 다수의 게이트 배선과, 상기 스위칭 박막트랜지스터의 소스 전극과 연결되며 상기 다수의 각 게이트 배선과 교차하여 상기 다수의 화소영역을 정의하는 다수의 데이터 배선이 구비된 유기전계 발광소자.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 프릿패턴의 외측면에는 상기 외측면과 접촉하며 동시에 상기 제 1 및 데 2 기판 각각의 내측면과 접촉하는 보강패턴이 형성된 유기전계 발광소자.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 보강패턴은 탄성계수가 5gPa 내지 15gPa 정도인 우레탄 또는 아크릴 재질로 이루어진 유기전계 발광소자.

Images