KR101713945B1 - 양면 발광 방식 유기전계 발광소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 다수의 화소영역을 포함하는 표시영역과 이의 외측으로 비표시영역이 정의(定義)된 제 1 기판과; 상기 제 1 기판 상의 상기 각 화소영역에 형성된 스위칭 박막트랜지스터 및 구동 박막트랜지스터와; 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터를 덮으며 상기 표시영역 전면에 형성된 평탄화층과; 상기 평탄화층 상부에 제 1 굴절율을 가지며 형성된 제 1 보조층과; 상기 제 1 보조층 상부에 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결되며 상기 각 화소영역에 형성된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극 위로 각 화소영역별로 분리 형성된 유기 발광층과; 상기 유기 발광층 위로 상기 표시영역 전면에 형성된 제 2 전극과; 상기 제 2 전극 위로 상기 표시영역 전면에 형성된 제 2 굴절율을 갖는 제 2 보조층과; 상기 제 2 보조층 위로 상기 제 2 굴절율보다 작은 제 3 굴절율을 가지며 형성된 제 3 보조층과; 상기 제 1 기판과 마주하며 위치한 제 2 기판을 포함하는 양면 발광 방식 유기전계 발광소자를 제공한다.

Description

양면 발광 방식 유기전계 발광소자{Dual sided emission type Organic electro luminescent device}

본 발명은 유기전계 발광소자(Organic electro luminescent device)에 관한 것이며, 특히 동일한 수준의 표시품질을 갖는 양면 발광 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: TFT)가 각 화소영역별로 위치하고, 이러한 스위칭 박막트랜지스터와 연결되며 구동 박막트랜지스터가 전원배선 및 유기전계 발광 다이오드와 연결되며 각 화소영역별로 형성되고 있다.

이때, 상기 구동 박막트랜지스터와 연결된 제 1 전극은 화소영역 단위로 온(on)/오프(off)되고, 상기 제 1 전극과 대향하는 제 2 전극은 공통전극의 역할을 함으로서 이들 두 전극 사이에 개재된 유기 발광층과 더불어 상기 유기전계 발광 다이오드를 이룬다.

이러한 구성적 특징을 갖는 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(switching) 박막트랜지스터(STr)와 구동(driving) 박막트랜지스터(DTr), 스토리지 커패시터(StgC), 그리고 유기전계 발광 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. 상기 유기전계 발광 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 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극을 통해 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 전원배선(PL)을 통해 전류가 공급되어 유기전계발광 다이오드(E)가 동작하고 이를 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.

한편, 도 2는 종래의 일반적인 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 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(미도시)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 유기 발광 패턴(55a, 55b, 55c)을 포함하는 유기 발광층(55)이 형성되어 있고, 유기 발광층(55) 상부에는 표시영역 전면에 제 2 전극(58)이 형성되어 있다.

그리고 전술한 구성요소가 구비된 상기 제 1 기판(10)에 대응하여 인캡슐레이션을 위해 제 2 기판(70)이 대향하여 구비되고 있으며, 상기 제 1 및 제 2 기판(10, 70)의 사이에는 페이스 씰(face Seal)(80)이 구비되거나 또는 테두리를 따라 씰패턴(미도시)이 구비됨으로써 상기 제 1 기판(10)과 제 2 기판(70)이 합착되어 패널을 이루는 상태를 유지하도록 하고 있다.

한편, 전술한 구성을 갖는 유기전계 발광소자는 상부발광 또는 하부발광 방식이 되고 있으며, 사용자는 최종적으로 제 1 기판 또는 제 2 기판면을 통해서만 화상을 시청할 수 있다.

하지만, 최근에는 표시장치가 다양한 분야 일례로 듀얼표시 가능한 핸드폰 등에 적용되면서 양방향 시청이 가능한 유기전계 발광소자가 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 양방향으로 동일한 수준의 표시품위로서 시청이 가능한 유기전계 발광소자를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 양면 발광 방식 유기전계 발광소자는, 다수의 화소영역을 포함하는 표시영역과 이의 외측으로 비표시영역이 정의(定義)된 제 1 기판과; 상기 제 1 기판 상의 상기 각 화소영역에 형성된 스위칭 박막트랜지스터 및 구동 박막트랜지스터와; 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터를 덮으며 상기 표시영역 전면에 형성된 평탄화층과; 상기 평탄화층 상부에 제 1 굴절율을 가지며 형성된 제 1 보조층과; 상기 제 1 보조층 상부에 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결되며 상기 각 화소영역에 형성된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극 위로 각 화소영역별로 분리 형성된 유기 발광층과; 상기 유기 발광층 위로 상기 표시영역 전면에 형성된 제 2 전극과; 상기 제 2 전극 위로 상기 표시영역 전면에 형성된 제 2 굴절율을 갖는 제 2 보조층과; 상기 제 2 보조층 위로 상기 제 2 굴절율보다 작은 제 3 굴절율을 가지며 형성된 제 3 보조층과; 상기 제 1 기판과 마주하며 위치한 제 2 기판을 포함한다.

상기 제 1 굴절율 또는 제 3 굴절율은 1.4 내지 1.6이며, 상기 제 2 굴절율은 1.8 내지 2.2인 것이 바람직하며, 상기 제 1 보조층과 제 3 보조층은 산화실리콘(SiO₂)으로 이루어지며, 상기 제 2 보조층은 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 것이 특징이며, 상기 제 1 보조층은 500Å 내지 2000Å의 두께를 가지며, 상기 제 2 보조층은 3000Å 내지 10000Å의 두께를 가지며, 상기 제 3 보조층은 500Å 내지 2000Å의 두께를 갖는 것이 특징이다.

또한, 상기 유기 발광층은 상기 제 1 전극을 기준으로 순차 적층된 형태로 정공 주입층, 정공 수송층, 발광 물질층, 전자 수송층 및 전자 주입층으로 구성되며, 상기 발광 물질층은 이웃한 3개의 화소영역별로 적, 녹, 청색을 발광하는 것이 특징이며, 이때, 상기 정공 주입층은 40Å 내지 60Å, 상기 정공 수송층은 500Å 내지 1500Å, 상기 발광 물질층은 200Å 내지 600Å, 상기 전자 수송층은 150Å 내지 400Å, 상기 전자 주입층은 5Å 내지 15Å의 두께를 갖는 것이 특징이다. 또한, 상기 정공 주입층과 전자 수송층과 전자 주입층은 상기 각 화소영역 내에서 동일한 두께를 가지며, 상기 발광 물질층은 상기 각 화소영역 내에서 동일한 두께를 가지거나 또는 적, 녹, 청색을 발광하는 화소영역별로 다른 두께를 가지며, 상기 정공 수송층은 상기 각 화소영역 내에서 동일한 두께를 가지거나 또는 적, 녹, 청색을 발광하는 화소영역별로 다른 두께를 갖는 것이 특징이다.

또한, 상기 제 1 기판에는 각 화소영역의 경계를 따라 서로 교차하여 상기 화소영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선이 구비되며, 상기 게이트 배선 또는 데이터 배선과 나란하게 이격하며 전원배선이 구비되며, 상기 게이트 배선은 상기 스위칭 박막트랜지스터의 게이트 전극과 연결되며, 상기 데이터 배선은 상기 스위칭 박막트랜지스터의 소스 전극과 연결되며, 상기 전원배선은 상기 구동 박막트랜지스터의 소스 전극과 연결되도록 형성된 것이 특징이다. 이때, 상기 평탄화층과 상기 제 1 보조층에는 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀이 구비되며, 상기 제 1 전극은 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며, 상기 제 1 전극을 테두리하며 각 화소영역의 경계에 형성된 뱅크를 포함한다.

또한, 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터는, 순수한 폴리실리콘의 제 1 영역과, 상기 제 1 영역의 양측으로 폴리실리콘에 불순물이 도핑된 제 2 영역으로 구성된 반도체층과, 상기 반도체층을 덮으며 형성된 게이트 절연막과, 상기 제 1 영역에 대응하여 형성된 게이트 전극과, 상기 게이트 전극 위로 형성되며 상기 제 2 영역을 각각 노출시키는 반도체층 콘택홀을 갖는 층간절연막과, 상기 층간절연막 위로 상기 반도체층 콘택홀을 통해 각각 상기 제 2 영역과 접촉하며 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극으로 이루어진 것이 특징이다. 이때, 상기 게이트 절연막은 산화실리콘(SiO₂)으로 이루어지며, 상기 층간절연막은 질화실리콘(SiO₂)으로 이루어진 것이 특징이다.

본 발명에 따른 유기전계 발광소자는 상부 또는 하부 양 방향에서 모두 화상 시청이 가능한 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 유기전계 발광소자는 굴절율을 달리하는 보상층을 구비하여 유기 발광층으로부터 상부 또는 하부측으로 색좌표 특성을 동일한 수준이 되도록 함으로써 상부 및 하부 양 방향에서의 표시품질이 동일한 수준을 이루도록 하는 장점이 있다.

도 1은 일반적인 액티브 매트릭스형 유기전계 발광소자의 하나의 화소영역에 대한 회로도.
도 2는 종래의 일반적인 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 대한 개략적인 단면도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 대한 단면도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예의 변형예에 따른 양면 발광 방식의 유기전계 발광소자의 적, 녹, 청색을 발광하는 3개의 화소영역에 대한 개략적인 단면도.
도 5는 비교예에 따른 양면 발광 방식의 유기전계 발광소자의 적, 녹, 청색을 발광하는 3개의 화소영역에 대한 개략적인 단면도.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 양면 발광 방식의 유기전계 발광소자의 적, 녹, 청색을 발광하는 3개의 화소영역에 대한 개략적인 단면도.

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

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 대한 단면도이다. 각 화소영역(P)에는 동일한 형태로 구성요소가 형성되고 있지만, 편의를 위해 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 생략하였으며, 나아가 여러 개의 화소영역(P) 중 하나의 화소영역(P)에 대응해서만 구동 박막트랜지스터(DTr)를 도시하였다. 이때, 설명의 편의를 위해 각 화소영역(P)내에 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되는 영역을 구동영역(DA), 스위칭 박막트랜지스터(미도시)가 형성되는 영역을 스위칭 영역(미도시)이라 정의한다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 표시영역(AA)과 상기 표시영역(AA)의 주변에 비표시영역(미도시)이 정의되고 있으며, 상기 표시영역(AA)의 내부에는 다수의 화소영역(P)이 구비되고 있다.

또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 각 화소영역(P) 내에 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)와 유기전계 발광 다이오드(E) 및 유기 발광층(155)으로부터 생성되어 상부와 하부로 출사되는 빛의 휘도 특성 및 색 특성 조절을 위한 다수의 보조층(141, 163, 165)이 구비된 제 1 기판(110)과 이와 대응하여 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판(170)이 서로 대향하며 페이스 씰(face seal)(미도시) 또는 씰패턴(미도시)이 개재되어 합착된 상태를 유지하고 있다.

이때, 상기 제 1 및 제 2 기판(110, 170)은 투명한 유리재질로 이루어지거나 또는 플레서블한 유기전계 발광소자(101)를 구현하기 위해 유연성이 우수한 투명한 플라스틱이나 또는 고분자 필름으로 이루어지고 있다.

한편, 상기 제 1 기판(110)에 있어서, 상기 표시영역(AA)에는 층간절연막(123)을 개재하여 각 화소영역(P)의 경계에 서로 교차하며 게이트 및 데이터 배선(미도시, 130)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 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr) 위로는 평탄화층(140)과 제 1 보조층(141)이 구비되고 있으며, 상기 제 1 보조층(141) 위로 각 화소영역(P)별로 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.

또한, 본 발명의 가장 특징적인 구성으로서 제 1 기판(110) 면으로 출사되는 빛과 제 2 기판(170)면으로 출사되는 빛의 색 특성을 유사하게 하기 위해 상기 제 2 전극(158) 위로 굴절율을 달리하는 무기물질로 이루어진 제 2 및 제 3 보조층(163, 165)이 형성되어 있다.

그리고, 전술한 구성을 갖는 제 1 기판(110)과 대응하여 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판(170)이 구비되고 있으며, 이들 두 기판(110, 170) 사이에는 접착 특성을 가지며 투명한 재질의 프릿(frit) 또는 접착 특성을 갖는 투명한 유기절연물질 또는 고분자 물질을 상기 표시영역(AA) 전면에 도포하거나 부착함으로써 이루어진 페이스 씰(face seal)(미도시)이 구비되거나 또는 두 기판(110, 170)의 가장자리를 따라 씰패턴(미도시)이 구비됨으로서 상기 제 1 및 제 2 기판(110, 170)이 합착된 상태를 유지하여 패널상태를 이루고 있다.

조금 더 상세히 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)의 구성에 대해 설명한다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)의 상기 제 1 기판(110)에 있어서, 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 영역(113a) 양측면으로 고농도의 불순물이 도핑된 제 2 영역(113b)으로 구성된 반도체층(113)이 형성되어 있다.

또한, 상기 반도체층(113)을 덮으며 무기절연물질 예를들면 산화실리콘으로 이루어진 게이트 절연막(116)이 3500Å 내지 4500Å 정도의 두께를 가지며, 상기 제 1 기판(110) 전면에 형성되어 있으며, 상기 게이트 절연막(116) 위로는 상기 구동영역(DA) 및 스위칭 영역(미도시)에 있어 상기 각 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(미도시)이 형성되어 있다. 이때, 상기 게이트 전극(120)과 상기 게이트 배선(미도시)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 상기 제 1 금속물질로 이루어짐으로써 이중층 또는 삼중층 구조를 가질 수도 있다. 도면에 있어서는 상기 게이트 전극(120)과 게이트 배선(미도시)이 단일층 구조를 갖는 것을 일례로 도시하였다.

한편, 상기 게이트 전극(120)과 게이트 배선(미도시) 위로 표시영역(AA) 전면에 무기절연물질 예를들면 질화실리콘(SiNx)으로 이루어지며, 6000Å 내지 8000Å 정도의 두께를 갖는 층간절연막(123)이 형성되어 있다. 이때, 상기 층간절연막(123)과 그 하부의 게이트 절연막(116)에는 상기 각 반도체층의 제 1 영역(113a) 양측면에 위치한 상기 제 2 영역(113b) 각각을 노출시키는 반도체층 콘택홀(125)이 구비되고 있다.

또한, 상기 반도체층 콘택홀(125)을 포함하는 상기 층간절연막(123) 상부에는 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하며 상기 화소영역(P)을 정의하며 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(130)과, 이와 이격하여 전원배선(미도시)이 형성되고 있다.

이때, 상기 전원배선(미도시)은 상기 게이트 배선(미도시)이 형성된 층 즉, 상기 게이트 절연막 상에 상기 게이트 배선(미도시)과 이격하며 나란하게 형성될 수도 있다.

또한, 상기 층간절연막(123) 위로 상기 각 구동영역(DA) 및 스위칭 영역(미도시)에는 서로 이격하며 상기 반도체층 콘택홀(125)을 통해 노출된 상기 제 2 영역(113b)과 각각 접촉하며 상기 데이터 배선(130)과 동일한 제 2 금속물질로 이루어진 소스 및 드레인 전극(133, 136)이 형성되어 있다.

이때, 상기 구동영역(DA)에 순차 적층된 상기 반도체층(113)과 게이트 절연막(116)과 게이트 전극(120)과 층간절연막(123)과 서로 이격하며 형성된 상기 소스 및 드레인 전극(133, 136)은 구동 박막트랜지스터(DTr)를 이룬다.

한편, 도면에 있어서는 상기 데이터 배선(130)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.

또한, 도면에 나타내지 않았지만, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 동일한 적층 구조를 갖는 스위칭 박막트랜지스터(미도시) 또한 상기 스위칭 영역(미도시)에 형성되고 있다. 이때, 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 상기 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(130)과 전기적으로 연결되고 있다. 즉, 상기 게이트 및 데이터 배선(미도시, 130)은 각각 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 게이트 전극(미도시) 및 소스 전극(미도시)과 연결되고 있으며, 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 드레인 전극(미도시)은 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 게이트 전극(120)과 전기적으로 연결되고 있다.

한편, 상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시) 위로는 유기절연물질로서 그 표면이 평탄한 특성을 갖는 평탄화층(140)이 형성되어 있으며, 상기 평탄화층(140) 상부에는 450nm 내지 750nm의 파장대의 빛에 대해 굴절율이 1.4 내지 1.6 정도인 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO₂)으로 이루어지며 500Å 내지 2000Å 정도의 두께를 갖는 제 1 보조층(141)이 형성되어 있다.

이때, 상기 제 1 보조층(141)과 상기 평탄화층(140)에는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)을 노출시키는 드레인 콘택홀(143)이 구비되고 있다.

또한, 상기 제 1 보조층(141) 위로는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)과 상기 드레인 콘택홀(143)을 통해 접촉되며 각 화소영역(P) 별로 분리된 형태를 가지며 제 1 전극(147)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제 1 전극(147)은 애노드 전극의 역할을 하도록 일함수 값이 비교적 높은 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 이루어지고 있다.

한편, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 양면 발광을 특징으로 하고 있으므로, 상기 제 1 전극(147) 하부에 광효율 향상을 위한 반사판 등은 구비할 필요가 없는 것이 또 다른 특징이다.

다음, 상기 제 1 전극(147) 위로 각 화소영역(P)의 경계에는 절연물질 특히 유기절연물질 예를 들면 포토아크릴(photo acryl) 또는 폴리이미드(poly imide)로 이루어진 뱅크(150)가 형성되어 있다. 이때, 상기 뱅크(150)는 각 화소영역(P)을 둘러싸는 형태로 상기 제 1 전극(147)의 테두리와 중첩하도록 형성되고 있으며, 표시영역(AA) 전체적으로는 다수의 개구를 갖는 격자형태를 이루고 있다.

또한, 상기 뱅크(150)로 둘러싸인 각 화소영역(P) 내의 상기 제 1 전극(147) 위로는 각각 적, 녹 및 청색을 발광하는 물질로 이루어진 발광 패턴(미도시)으로 구성된 유기 발광층(155)이 형성되고 있다. 상기 유기 발광층(155)은 발광 효율을 높이기 위해 상기 제 1 전극(147)을 기준으로 그 상부에 순차적으로 정공주입층(hole injection layer)(181), 정공수송층(hole transporting layer)(182), 발광 물질층(emitting material layer)(183), 전자수송층(electron transporting layer)(184) 및 전자주입층(electron injection layer)(185)이 적층됨으로써 다중층 구조로 이루어지고 있는 것이 특징이다. 이때, 상기 다중층 구조를 갖는 유기 발광층(155)은 실질적으로 빛을 발광하는 발광 물질층(183)을 제외하고 다른 4개의 층(181, 182, 184, 185)은 모두 동일한 두께를 가지며 형성되는 것이 특징이다.

상기 발광 물질층(183)의 경우, 도 3에 도시된 바와같이, 적, 녹 및 청색을 발광하는 물질의 종류에 따라 동일한 두께를 가질 수도 있으며, 또는 도 4(본 발명의 제 1 실시예의 변형예에 따른 양면 발광 방식의 유기전계 발광소자의 적, 녹, 청색을 발광하는 3개의 화소영역에 대한 개략적인 단면도로서 도 3에 제시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여함.)를 통해 제시된 제 1 실시예의 변형예에서와 같이 서로 다른 두께를 이룰 수도 있다.

일례로 도 4를 참조하면 적색을 발광하는 발광 물질층(183a)은 500Å, 녹 및 청색을 발광하는 발광 물질층(183b, 183c)은 각각 300Å의 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 이때, 상기 적, 녹, 청색을 발광하는 발광 물질층(183a, 183b, 183c) 각각은 200Å 내지 600Å 정도의 두께 범위를 이루는 것이 특징이다.

한편, 상기 제 1 실시예와 이에 따른 변형예에 있어서, 상기 정공 주입층(181)은 40Å 내지 60Å, 정공 수송층(182)은 500Å 내지 1500Å, 전자 수송층(184)은 150Å 내지 4000Å 그리고 전자 주입층(185)은 5Å 내지 15Å 정도의 두께를 갖는다.

한편, 상기 유기 발광층(155)과 상기 뱅크(150)의 상부에는 상기 표시영역(AA) 전면에 제 2 전극(158)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제 2 전극(158)은 캐소드 전극의 역할을 하도록 일함수 값이 상대적으로 낮은 금속물질 예를들면 마그네슘-은(MgAg)합금 또는 마그네슘-알루미늄(MgAl)합금으로 이루어지고 있는 것이 특징이다.

한편, 상기 제 1 전극(147)과 제 2 전극(158)과 이들 두 전극(147, 158) 사이에 개재된 유기 발광층(155)은 유기전계 발광 다이오드(E)를 이룬다.

또한, 상기 제 2 전극(158) 상부에는 450nm 내지 750nm의 파장대의 빛에 대해 굴절율이 1.8 내지 2.2 정도인 무기절연물질 예를들면 질화실리콘(SiNx)으로 이루어지며, 3000Å 내지 10000Å정도의 두께를 갖는 제 2 보조층(163)이 형성되어 있으며, 상기 제 2 보조층(163) 위로는 450nm 내지 750nm의 파장대의 빛에 대해 굴절율이 1.4 내지 1.6 정도인 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO₂)으로 이루어지며 500Å 내지 2000Å정도의 두께를 갖는 제 3 보조층(165)이 형성되고 있는 것이 특징이다.

또한, 전술한 구성을 갖는 구성요소가 구비된 제 1 기판(110)과 대응하여 제 2 기판(170)이 마주하여 페이스 씰(미도시) 또는 씰패턴(미도시)에 의해 합착된 상태를 유지함으로서 본 발명의 제 1 실시예에 따른 양면 발광 방식 유기전계 발광소자(101)를 이루고 있다.

전술한 구성을 갖는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 양면 발광 방식 유기전계 발광소자(101)는 제 1 전극(147) 하부에 저굴절율을 갖는 물질로서 제 1 보조층(141)이 형성되고, 제 2 전극(158) 상부에는 고굴절율과 저굴절율을 갖는 무기절연물질로서 순차적으로 제 2 및 제 3 보조층(163, 165)이 구비됨으로서 상기 유기발광층(155)으로부터 발생된 빛이 최종적으로 상기 제 1 전극(147)을 투과하여 상기 제 1 기판(110) 외측면으로 나온 빛의 색좌표와, 상기 제 2 전극(158)을 투과하여 상기 제 2 기판(170) 외측면으로 나온 빛은 그 색좌표가 매우 유사한 수준이 되어 사용자가 거의 시감차이를 느낄 수 없는 표시품위를 갖는 것이 특징이다.

도 5는 비교예에 따른 양면 발광 방식의 유기전계 발광소자의 적, 녹, 청색을 발광하는 3개의 화소영역에 대한 개략적인 단면도로서, 도 3에 제시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자와 동일한 구성요소에 대해서는 100을 더하여 도면 부호를 부여하였다.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(도 3의 101)와는 달리 굴절율 차이를 갖는 제 1 내지 제 3 보조층을 구비하지 않는 비교예에 따른 유기전계 발광소자(201)의 경우, 상기 유기 발광층(255)으로부터 발생된 빛이 그 내부에서 투과하는 구성요소의 환경이 다름에 기인하여 광학 거리(optical length)차가 발생하게 되며, 이러한 광학 거리차에 의해 최종적으로 사용자가 바라보는 빛의 색좌표 값이 달라지게 됨으로서 사용자는 시감특성 차이를 느끼게 된다.

표 1은 비교예로서 제 1 내지 제 3 보조층이 형성되지 않은 양면 발광 유기전계 발광소자의 상부면과 하부면을 통해 나온 적, 녹, 청색 빛의 색좌표 값을 나타낸 것이며, 표 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 상부면 및 하부면을 통해 나온 적, 녹, 청색 빛의 색좌표 값을 나타낸 것이다.

	청색		녹색		청색
상부면	0.662	0.329	0.261	0.655	0.139	0.112
하부면	0.670	0.325	0.269	0.650	0.140	0.127

	청색		녹색		청색
상부면	0.676	0.320	0.315	0.645	0.141	0.081
하부면	0.676	0.321	0.315	0.644	0.141	0.082

표 1 및 2를 참조하면, 비교예의 경우, 상부면 즉, 제 2 기판면으로 발광하는 빛과 하부면 즉, 제 1 기판면으로 발광하는 빛은 그 좌표값이 0.001 내지 0.015정도의 차이를 보이고 있다.

하지만, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 경우, 상부면과 하부면으로 발광하는 빛은 그 색좌표 상으로 차이가 없거나 최대 0.001의 차이를 보이고 있다.

따라서, 내부에서 빛의 굴절율을 달리하여 빛의 광경로를 조절하는 역할을 하는 제 1 내지 제 3 보조층을 구비된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자가 이러한 다수의 보조층을 형성하지 않는 비교예에 따른 유기전계 발광소자 대비 시감특성이 우수함을 알 수 있다.

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 적, 녹, 청색을 발광하는 3개의 화소영역에 대한 개략적인 단면도로서 구동 및 스위칭 박막트랜지스터와 뱅크는 생략하였으며, 발광 물질층이 형성된 부분에 대해서만 간략히 도시하였다. 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자는 유기 발광층을 제외한 다른 모든 구성요소는 전술한 제 1 실시예와 동일하므로 차별점이 있는 부분 위주로 설명한다.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)에 있어서 가장 특징적인 것은, 유기 발광층(155)을 이루는 물질층 중 정공 수송층(182)의 두께를 적, 녹, 청색 발광 물질층(183)이 형성된 화소영역 별로 달리하는 것이 특징이다.

이렇게 정공 수송층(182)을 이의 상부에 형성되는 적, 녹, 청색 발광 물질층(183)에 따라 그 두께를 다르게 형성하는 이유는 마이크로 커비티(micro cavity) 효과를 통해 광경로를 최적화하여 휘도 특성을 향상시키기 위함이다.

일례로 적색 발광 물질층이 형성된 화소영역에는 1100Å 정도의 두께를 갖도록 제 1 정공 수송층(182a)을 형성하고, 녹색 발광 물질층이 형성된 화소영역에는 1400Å 정도의 두께를 갖도록 제 2 정공 수송층(182b)을 형성하고, 청색 발광 물질층이 형성된 화소영역에는 1100Å 정도의 두께를 갖도록 제 3 정공 수송층(182c)을 형성할 수 있다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)의 경우, 본 발명의 특성 상 상부면과 하부면으로 나오는 빛의 색좌표는 거의 유사하므로 색재현율은 제 1 실시예와 유사한 수준이 되지만, 휘도 특성은 마이크로 커비티 효과에 의한 광경로의 최적화에 의해 제 1 실시예보다 조금 더 향상된 휘도 특성을 갖는다.

한편, 도면에 나타내지 않았지만, 본 발명의 제 2 실시예의 변형예로서 상기 정공 수송층의 두께 변화와 더불어 제 1 실시예의 변형예와 같이, 상기 발광 물질층의 두께 또한 적, 녹, 청색을 발광하는 물질의 종류에 따라서 적, 녹, 청색 화소영역 별로 달리할 수도 있음은 자명하다 할 것이다.

그 이외의 구성요소와 이의 배치구조는 전술한 제 1 실시예와 동일하므로 그 설명은 생략한다.

101 : 유기전계 발광소자 110 : 제 1 기판
113 : 반도체층 113a : 제 1 영역
113b : 제 2 영역 116 : 게이트 절연막
120 : 게이트 전극 123 : 층간절연막
125 : 반도체층 콘택홀 133 : 소스 전극
136 : 드레인 전극 140 : 평탄화층
141 : 제 1 보조층 143 : 드레인 콘택홀
147 : 제 1 전극 150 : 뱅크
155 : 유기 발광층 158 : 제 2 전극
163 : 제 2 보조층 165 : 제 3 보조층
170 : 제 2 기판 AA : 표시영역
DA : 구동영역 DTr : 구동 박막트랜지스터
P : 화소영역

Claims (11)

1. 다수의 화소영역을 포함하는 표시영역과 이의 외측으로 비표시영역이 정의(定義)된 제 1 기판과;
   상기 제 1 기판 상의 상기 각 화소영역에 형성된 스위칭 박막트랜지스터 및 구동 박막트랜지스터와;
   상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터를 덮으며 상기 표시영역 전면에 형성된 평탄화층과;
   상기 평탄화층 상부에 제 1 굴절율을 가지며 형성된 제 1 보조층과;
   상기 제 1 보조층 상부에 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결되며 상기 각 화소영역에 형성된 제 1 전극과;
   상기 제 1 전극 위로 각 화소영역별로 분리 형성된 유기 발광층과;
   상기 유기 발광층 위로 상기 표시영역 전면에 형성된 제 2 전극과;
   상기 제 2 전극 위로 상기 표시영역 전면에 형성된 제 2 굴절율을 갖는 제 2 보조층과;
   상기 제 2 보조층 위로 상기 제 2 굴절율보다 작은 제 3 굴절율을 가지며 형성된 제 3 보조층과;
   상기 제 1 기판과 마주하며 위치한 제 2 기판
   을 포함하며,
   상기 유기 발광층은 상기 제 1 전극을 기준으로 순차 적층된 형태로 정공 주입층, 정공 수송층, 발광 물질층, 전자 수송층 및 전자 주입층으로 구성되며, 상기 발광 물질층은 이웃한 3개의 화소영역별로 적, 녹, 청색을 발광하고,
   상기 제 1 기판에는 각 화소영역의 경계를 따라 서로 교차하여 상기 화소영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선이 구비되며,
   상기 게이트 배선 또는 데이터 배선과 나란하게 이격하며 전원배선이 구비되며,
   상기 게이트 배선은 상기 스위칭 박막트랜지스터의 게이트 전극과 연결되며, 상기 데이터 배선은 상기 스위칭 박막트랜지스터의 소스 전극과 연결되며, 상기 전원배선은 상기 구동 박막트랜지스터의 소스 전극과 연결되는
   양면 발광 방식 유기전계 발광소자.
   
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 굴절율 또는 제 3 굴절율은 1.4 내지 1.6이며,
   상기 제 2 굴절율은 1.8 내지 2.2인 양면 발광 방식 유기전계 발광소자.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제 1 보조층과 제 3 보조층은 산화실리콘(SiO₂)으로 이루어지며,
   상기 제 2 보조층은 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 것이 특징인 양면 발광 방식 유기전계 발광소자.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제 1 보조층은 500Å 내지 2000Å의 두께를 가지며,
   상기 제 2 보조층은 3000Å 내지 10000Å의 두께를 가지며,
   상기 제 3 보조층은 500Å 내지 2500Å의 두께를 갖는 것이 특징인 양면 발광 방식 유기전계 발광소자.
   
   
   
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 정공 주입층은 40Å 내지 60Å,
   상기 정공 수송층은 500Å 내지 1500Å,
   상기 발광 물질층은 200Å 내지 600Å,
   상기 전자 수송층은 150Å 내지 400Å,
   상기 전자 주입층은 5Å 내지 15Å의 두께를 갖는 것이 특징인 양면 발광 방식 유기전계 발광소자.
   
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 정공 주입층과 전자 수송층과 전자 주입층은 상기 각 화소영역 내에서 동일한 두께를 가지며,
   상기 발광 물질층은 상기 각 화소영역 내에서 동일한 두께를 가지거나 또는 적, 녹, 청색을 발광하는 화소영역별로 다른 두께를 가지며,
   상기 정공 수송층은 상기 각 화소영역 내에서 동일한 두께를 가지거나 또는 적, 녹, 청색을 발광하는 화소영역별로 다른 두께를 갖는 것이 특징인 양면 발광 방식 유기전계 발광소자.
   
   
   
8. 삭제
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 평탄화층과 상기 제 1 보조층에는 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀이 구비되며, 상기 제 1 전극은 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며,
   상기 제 1 전극을 테두리하며 각 화소영역의 경계에 형성된 뱅크
   를 포함하는 양면 발광 방식 유기전계 발광소자.
   
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터는,
    순수한 폴리실리콘의 제 1 영역과, 상기 제 1 영역의 양측으로 폴리실리콘에 불순물이 도핑된 제 2 영역으로 구성된 반도체층과, 상기 반도체층을 덮으며 형성된 게이트 절연막과, 상기 제 1 영역에 대응하여 형성된 게이트 전극과, 상기 게이트 전극 위로 형성되며 상기 제 2 영역을 각각 노출시키는 반도체층 콘택홀을 갖는 층간절연막과, 상기 층간절연막 위로 상기 반도체층 콘택홀을 통해 각각 상기 제 2 영역과 접촉하며 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극으로 이루어진 것이 특징인 양면 발광 방식 유기전계 발광소자.
    
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 게이트 절연막은 산화실리콘(SiO₂)으로 이루어지며, 상기 층간절연막은 질화실리콘(SiO₂)으로 이루어진 것이 특징인 양면 발광 방식 유기전계 발광소자.

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