KR101730609B1 - 유기전계 발광소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 다수의 화소영역을 포함하는 표시영역과 이의 외측으로 비표시영역이 정의된 제 1 기판과; 상기 제 1 기판 상의 상기 각 화소영역에 형성된 스위칭 박막트랜지스터 및 구동 박막트랜지스터와; 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터를 덮으며 상기 각 화소영역에 대응하여 그 표면이 올록볼록한 엠보싱 구조를 가지며 형성된 보호층과; 상기 보호층 상부로 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결되며 형성된 유기전계 발광 다이오드와; 상기 제 1 기판과 마주하며 위치한 제 2 기판과; 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이의 상기 비표시영역에 개재되어 상기 제 1 기판 및 제 2 기판을 접착하여 패널상태를 이루도록 하는 씰패턴을 포함하며, 상기 보호층 상부에 형성된 상기 유기전계 발광 다이오드는 상기 보호층의 영향으로 이를 구성하는 구성요소가 올록볼록한 엠보싱 구조를 가지며 형성된 것이 특징인 유기전계 발광소자를 제공한다.

Description

유기전계 발광소자{Organic electro luminescent device}

본 발명은 유기전계 발광소자(Organic electroluminescent device)에 관한 것이며, 광효율을 극대화 시킬 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: 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 하나의 화소영역에 대한 회로도이다.

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

제 1 방향으로 게이트 배선(GL)이 형성되어 있고, 이 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 배치되어 상기 게이트 배선(GL)과 더불어 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 유기전계 발광 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 발광소자의 하나의 화소영역에 대한 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)에는 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(미도시)에 의해 포획되는 영역이라 정의되는 화소영역(P)이 다수 구비되고 있으며, 상기 데이터 배선(미도시)과 나란하게 전원배선(미도시)이 구비되고 있다.

다수의 각 화소영역(P)에는 하나의 스위칭 박막트랜지스터와 하나 이상의 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)가 형성되어 있으며, 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 발광물질로 이루어진 유기 발광층(55)이 형성되어 있으며, 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 상기 제 1 및 제 2 기판(10, 70)의 가장자리를 따라 씰패턴(미도시)이 구비됨으로써 상기 제 1 기판(10)과 제 2 기판(70)이 합착되어 패널을 이루는 상태를 유지하도록 하고 있다.

이때, 종래의 유기전계 발광소자(1)는 상기 제 1 전극(47)과 제 2 전극(58) 및 이들 두 전극(47, 58) 사이에 위치하는 유기 발광층(55)의 표면이 평탄하게 형성되고 있음을 알 수 있다.

이러한 구성을 갖는 종래의 유기전계 발광소자(1)에 있어서 빛의 경로를 도 3(종래의 하부 발광 방식 유기전계 발광소자에 있어서 유기 발광층으로부터 나온 빛의 경로를 도시한 도면)을 참조하여 살펴보면, 제 1 및 제 2 전극(47, 58)에 전압이 가해짐으로써 유기 발광층(55)에 전자와 홀이 공급되고, 상기 유기 발광층(55) 내에서 재결합이 이루어짐으로써 빛이 생성되며, 이렇게 유기 발광층(55)에서 발생된 빛은 하부발광 방식인 경우 제 1 전극(47) 및 제 1 기판(10)을 통과해 외부로 빠져나오게 되며, 이렇게 제 1 기판(10)면을 통과하여 외부로 나온 빛이 사용자의 눈으로 입사됨으로서 사용자는 화상을 시청할 수 있는 것이다.

하지만, 유기 발광층(55)에서 생성된 빛은 유기 발광층(55) 하부에 위치하는 상기 제 1 전극(47)과 제 1 기판(10)을 투과하면서 손실이 발생됨으로써 실질적으로 사용자의 눈으로 입사되는 빛은 유기 발광층(55)에서 발생된 빛의 약 19% 정도가 되고 있는 실정이다.

조금 더 상세히 설명하면, 유기 발광층(55) 내부에서 생성된 빛은 상기 제 1 전극(47)과 제 1 기판(10)을 통과하면서 일정각도 이상에서는 스넬의 법칙에 기인한 전반사 조건을 만족하게 되어 빛이 외부로 나가지 않고 전반사되며, 이렇게 전반사되는 빛은 마치 빛이 도파관을 통과하듯이 유기전계 발광소자(1)의 측면을 향해 나아가게 됨으로서 최종적으로는 소실되어 사라지게 된다.

따라서 이러한 구성을 갖는 종래의 유기전계 발광소자(1)는 발광 효율을 향상시키는 것이 필요로 되고 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 굴절율 차이에 기인한 전반사를 최소화하여 내부 구성요소 내에서 소실되는 빛을 줄여 광 효율을 극대화 할 수 있는 유기전계 발광소자를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계 발광소자는, 다수의 화소영역을 포함하는 표시영역과 이의 외측으로 비표시영역이 정의된 제 1 기판과; 상기 제 1 기판 상의 상기 각 화소영역에 형성된 스위칭 박막트랜지스터 및 구동 박막트랜지스터와; 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터를 덮으며 상기 각 화소영역에 대응하여 그 표면이 올록볼록한 엠보싱 구조를 가지며 형성된 보호층과; 상기 보호층 상부로 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결되며 형성된 유기전계 발광 다이오드와; 상기 제 1 기판과 마주하며 위치한 제 2 기판과; 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이의 상기 비표시영역에 개재되어 상기 제 1 기판 및 제 2 기판을 접착하여 패널상태를 이루도록 하는 씰패턴을 포함하며, 상기 보호층 상부에 형성된 상기 유기전계 발광 다이오드는 상기 보호층의 영향으로 이를 구성하는 구성요소가 올록볼록한 엠보싱 구조를 가지며 형성된 것이 특징이다.

이때, 상기 제 1 전극은 은(Ag), 은 합금, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금 중 어느 하나로 이루어진 하부층과, 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 이루어진 상부층의 이중층 구조를 가지며, 상기 제 2 전극은 마그네슘-은 합금(MgAg)으로 이루어져 상기 제 2 기판면을 향하여 발광하는 것이 특징이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기전계 발광소자는, 다수의 화소영역을 포함하는 표시영역과 이의 외측으로 비표시영역이 정의된 제 1 기판과; 상기 제 1 기판 상의 상기 각 화소영역에 형성된 스위칭 박막트랜지스터 및 구동 박막트랜지스터와; 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터를 덮으며 상기 각 화소영역에 대응하여 그 표면이 올록볼록한 엠보싱 구조를 가지며 형성된 보호층과; 상기 보호층 상부에 상기 보호층의 영향으로 올록볼록한 엠보싱 구조를 가지며 형성된 반사판과; 상기 반사판 상부로 평탄한 표면을 가지며 형성된 평탄화층과; 상기 평탄화층 위로 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결되며 형성된 유기전계 발광 다이오드와; 상기 제 1 기판과 마주하며 위치한 제 2 기판과; 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이의 상기 비표시영역에 개재되어 상기 제 1 기판 및 제 2 기판을 접착하여 패널상태를 이루도록 하는 씰패턴을 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기전계 발광소자는, 다수의 화소영역을 포함하는 표시영역과 이의 외측으로 비표시영역이 정의된 제 1 기판과; 상기 제 1 기판 상의 상기 각 화소영역에 형성된 스위칭 박막트랜지스터 및 구동 박막트랜지스터와; 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터를 덮으며 상기 각 화소영역에 대응하여 그 표면이 올록볼록한 요철을 가지며 형성된 보호층과; 상기 보호층 상부에 상기 보호층의 영향으로 올록볼록한 요철 구조를 가지며 형성된 절연층과; 상기 절연층 상부로 평탄한 표면을 가지며 형성된 평탄화층과; 상기 평탄화층 위로 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결되며 형성된 유기전계 발광 다이오드와; 상기 제 1 기판과 마주하며 위치한 제 2 기판과; 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이의 상기 비표시영역에 개재되어 상기 제 1 기판 및 제 2 기판을 접착하여 패널상태를 이루도록 하는 씰패턴을 포함하며, 상기 평탄화층 그 하부에 위치한 상기 보호층의 영향으로 상기 절연층과 접하는 면에는 상기 보호층의 요철 중 요부에 대응하여 볼록렌즈의 역할을 하며 상기 평탄화층의 평탄한 표면을 기준으로 볼록한 볼록부가 형성되며, 상기 유기전계 발광 다이오드로부터 발생된 빛은 상기 제 2 기판면을 향하여 발광한다.

이때, 상기 보호층에 구비된 요철 중 요부는 그 폭이 철부 폭의 2배 내지 5배의 크기를 가지며, 상기 요부는 그 단면 형태가 반원 또는 반타원형 형태인 것이 특징이다.

또한, 상기 평탄화층은 유기절연물질인 포토아크릴 또는 벤조사이클로부텐으로 이루어진 것이 특징이다.

또한, 제 1 전극은 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 이루어지며, 상기 제 2 전극은 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(AlNd)으로 이루어져 상기 제 1 기판면을 향하여 발광하는 것이 특징이다.

또한, 상기 유기전계 발광 다이오드는, 각 화소영역별로 형성된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극 위로 형성된 유기 발광층과; 상기 유기 발광층을 덮으며 상기 표시영역 전면에 형성된 제 2 전극으로 구성되며, 이때, 상기 보호층 상부로 상기 각 화소영역의 경계에는 상기 각 제 1 전극의 가장자리와 중첩하며 뱅크가 형성된 것이 특징이다.

또한, 상기 제 1 및 제 2 기판은 투명한 유리, 플라스틱, 고분자 필름 중 어느 하나로 이루어진 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.

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 이루어지거나, 또는, 게이트 전극과, 상기 게이트 전극 위로 형성된 게이트 절연막과, 상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 전극에 대응하여 형성된 비정질 실리콘의 액티브층과, 상기 액티브층 상부로 서로 이격하며 형성된 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층과, 상기 오믹콘택층 상부로 서로 이격하며 형성된 소스 및 드레인 전극으로 이루어진 것이 특징이다.

또한, 상기 보호층은 유기절연물질인 포토아크릴 또는 벤조사이클로부텐으로 이루어진 것이 특징이다.

본 발명에 따른 유기전계 발광소자는 유기 발광층으로부터 발생된 빛의 진행방향에 위치하는 구성요소의 표면이 굴곡을 갖도록 요철을 구비함으로써 전반사 조건이 만족되어 전반사가 발생하더라도 반사되는 빛의 입사각이 변화되도록 하여 하나의 구성요소 내에서 계속적으로 전반사가 발생되는 것을 방지함으로서 최종적으로 사용자가 바라보는 면으로의 투과해 나오는 빛량을 늘려 광효율을 극대화시키는 효과가 있다.

나아가 종래의 유기전계 발광소자와 동일한 수준의 광효율을 유지시키는 경우는 소비전력을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 액티브 매트릭스형 유기전계 발광소자의 하나의 화소영역에 대한 회로도.
도 2는 종래의 일반적인 유기전계 발광소자의 하나의 화소영역에 대한 개략적인 단면도.
도 3은 종래의 하부 발광방식 유기전계 발광소자에 있어서 유기 발광층으로부터 나온 빛의 경로를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 하나의 화소영역에 대한 단면도.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자 중 하부발광 방식의 유기전계 발광소자에 있어서 각 화소영역 내부에서 빛의 진행을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 하나의 화소영역에 대한 단면도로서 반사판을 구비한 상부발광 방식 유기전계 발광소자에 대한 도면.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 하부 발광방식 유기전계 발광소자의 하나의 화소영역에 대한 단면도로서 유기전계 발광 다이오드와 보호층이 형성된 화소영역의 중앙부에 대한 도면

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

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 하나의 화소영역에 대한 단면도이다. 설명의 편의를 위해 화소영역(P)내에 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되는 영역을 구동영역(DA), 스위칭 박막트랜지스터가 형성되는 영역을 스위칭 영역(미도시)이라 정의한다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 각 화소영역(P) 내에 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)와 제 1 전극(147)과 유기 발광층(155) 및 제 2 전극(158)으로 이루어진 유기전계 발광 다이오드(E)가 구비된 제 1 기판(110)과 이와 대응하여 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판(170)이 서로 대향하며 가장자리에 구비된 씰패턴(미도시)에 의해 접합되어 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 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 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 표시영역 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.

이때, 상기 제 1 전극(147)과 유기 발광층(155)과 제 2 전극(158)은 평탄한 표면을 갖지 않고 엠보싱 또는 요철 구조를 이루고 있는 것이 본 발명의 가장 특징적인 구성이 되고 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 가장자리를 따라 실란트로 이루어진 씰패턴(미도시)이 구비되고 있으며, 이러한 씰패턴(미도시)이 접착제로 작용하여 상기 제 1 및 제 2 기판(110, 170)이 합착된 상태를 유지하여 패널상태를 이루고 있다.

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

도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)의 상기 제 1 기판(110)에는 전면에 절연물질 예를 들면 무기절연물질인 산화실리콘(SiO₂) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 버퍼층(111)이 형성되어 있다. 상기 버퍼층(111)을 구비하는 것은 이의 상부에 반도체층(113)을 형성 시 진행되는 결정화 공정에 의해 상기 제 1 기판(110) 내부로부터 나오는 알카리 이온의 방출에 의한 상기 반도체층(113)의 특성 저하를 방지하기 위함이다.

또한, 상기 버퍼층(111) 상부로 각 화소영역(P)에는 상기 구동영역(DA) 및 스위칭 영역(미도시)에 대응하여 순수 폴리실리콘으로 이루어지며 채널이 형성되는 제 1 영역(113a)과, 상기 제 1 영역(113a) 양측면으로 고농도의 불순물이 도핑된 제 2 영역(113b)으로 구성된 폴리실리콘의 반도체층(113)이 형성되어 있다.

또한, 상기 반도체층(113)을 덮으며 절연물질로 이루어진 게이트 절연막(116)이 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 이룰 수도 있으며, 또는 전술한 제 1 금속물질 중 둘 이상의 금속물질로 이루어짐으로써 이중층 또는 삼중층 구조를 이룰 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 화상을 표시하는 표시영역 전면에 무기절연물질 예를 들면 산화실리콘(SiO₂) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 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)을 각각 노출시키는 반도체층 콘택홀(125)이 구비되고 있다.

또한, 상기 반도체층 콘택홀(125)을 구비한 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(116) 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.

이때, 도면에 나타내지 않았지만, 상기 스위칭 영역(미도시)에도 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 동일한 적층 구조를 갖는 스위칭 박막트랜지스터(미도시) 가 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, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계 발광소자용 제 1 기판(110)에 있어서는 상기 구동 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 오믹 콘택층으로 이루어진 반도체층과/서로 이격하는 소스 및 드레인 전극으로 이루어지게 된다. 이때, 게이트 배선은 상기 게이트 전극이 형성된 층에 상기 스위칭 박막트랜지스터의 게이트 전극과 연결되도록 형성되며, 상기 데이터 배선은 상기 스위칭 박막트랜지스터의 소스 전극이 형성된 층에 상기 소스 전극과 연결되도록 형성되는 것이 특징이다.

한편, 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. 이때, 상기 보호층(140)은 유기절연물질 예를들면 포토아크릴 또는 벤조사이클로부텐으로 1㎛ 내지 3㎛ 정도의 두께를 가지며 형성되며, 각 화소영역(P)의 중앙부 더욱 정확히는 유기 발광층(155)이 형성되는 부분에 대응해서는 그 표면이 올록볼록한 엠보싱 구조를 이루는 것이 특징이다. 이렇게 보호층(140) 표면이 올록볼록한 엠보싱 구조를 갖도록 형성하는 것을 이의 상부에 구성되는 구성요소가 모두 그 표면에 올록볼록한 엠보싱 구조를 갖도록 하기 위함이다. 이때, 상기 올록볼록한 엠보싱은 일정한 폭과 크기를 가지며 형성될 수도 있고 또는, 랜덤한 형태를 이룰 수도 있다.

또한, 그 표면에 올록볼록한 엠보싱 형태를 갖는 상기 보호층(140) 위로는 상기 드레인 콘택홀(143)을 통해 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)과 접촉하며 각 화소영역(P) 별로 분리된 형태를 갖는 제 1 전극(147)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제 1 전극(147)은 상기 유기전계 발광소자가 상부발광 방식 또는 하부 발광방식 중 어떠한 방식을 취하는가에 따라 이를 이루는 물질이 달라질 수 있다.

상기 유기전계 발광소자(101)가 하부 발광 방식을 이루는 경우, 상기 제 1 전극(147)은 비교적 높은 일함수 값을 갖는 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)의 단일층으로 이루어지며, 또한, 상부발광 방식을 이루는 경우 상기 제 1 전극(147)은 반사효율이 우수한 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 은(Ag), 은 합금(AgAl)으로 이루어진 하부층과 비교적 높은 일함수 값을 갖는 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드로 이루어진 상부층으로 구성되어 이중층 구조를 이룰 수도 있다.

이때, 상기 제 1 전극(147)은 단일층 구조 또는 이중층 구조에 관계없이 그 하부에 구비된 보호층(140)의 형태에 영향을 받아 그 표면이 올록볼록한 엠보싱 구조를 갖는 것이 특징이다.

다음, 전술한 바와같이 그 표면이 올록볼록한 엠보싱 형태를 갖는 제 1 전극(147)간의 이격영역 즉, 각 화소영역(P)간의 경계에는 뱅크(150)가 구비되고 있다. 이때, 상기 뱅크(150)는 상기 각 화소영역(P)별로 형성된 상기 제 1 전극(147)의 가장자리와 중첩하도록 형성됨으로서 표시영역 전체적으로는 다수의 개구를 갖는 격자형태를 이루고 있으며, 상기 뱅크(150)로 둘러싸인 영역에는 상기 제 1 전극(147)의 표면이 노출되고 있다.

다음, 상기 뱅크(150)로 둘러싸인 영역의 상기 제 1 전극(147) 상부에는 각 화소영역별로 순차 반복하며 적, 녹, 청색을 발광하는 유기 발광층(155)이 형성되고 있다. 이때, 이러한 유기 발광층(155) 또한 하부에 위치하는 상기 제 1 전극(147)의 엠보싱 구조를 갖는 표면 형태의 영향으로 그 표면이 올록볼록한 엠보싱 구조를 이루고 있는 것이 특징이다.

이때, 상기 유기 발광층(155)은 도면에 나타난 바와 같이 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.

다음, 상기 유기 발광층(155)과 상기 뱅크(150)의 상부에는 상기 표시영역 전면에 제 2 전극(158)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제 2 전극(158)은 하부에 구성된 구성요소의 영향을 받아 상기 뱅크(150)가 형성된 부분에 대해서는 평탄한 표면을 가지며 상기 유기 발광층(155)이 형성된 부분에 대해서는 올록볼록한 엠보싱 구조를 갖는 것이 특징이다.

또한, 상기 제 2 전극(158)은 상기 유기전계 발광소자(101)가 하부발광 방식을 이루는 경우, 반사효율이 우수하며 일함수 값이 비교적 낮은 금속물질인 알루미늄(Al)으로 이루어지며, 상기 유기전계 발광소자(101)가 상부발광 방식을 이루는 경우 투과율 향상을 위해 마그네슘-은(MgAg) 합금으로 이루어지고 있다.

이때, 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.

다음, 전술한 구성을 갖는 제 1 기판(110)과 대응하여 상기 유기발광 다이오드(E)의 인캡슐레이션을 위해 제 2 기판(170)이 대향하여 위치하고 있으며, 상기 제 1 기판(110)과 제 2 기판(170)의 사이에는 그 테두리를 따라 씰패턴(미도시)이 구비됨으로서 상기 씰패턴(미도시)에 의해 상기 제 1 및 제 2 기판(110, 170)이 고정되어 패널 상태를 이룸으로써 본 발명에 따른 유기전계 발광소자(101)가 완성되고 있다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 유기 발광층(155)에서 발광된 빛이 발광방식에 따라 하부에 위치한 제 1 전극(147)측으로 입사되거나, 또는 상부에 위치한 제 2 전극(158)측으로 입사되는 경우 전반사 조건(밀한 매질에서 소한 매질로 빛이 진행할 때 빛의 입사각이 임계각보다 커지는 경우)이 만족되어 전반사가 발생된다 하더라도 도 5(본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자 중 하부발광 방식의 유기전계 발광소자에 있어서 각 화소영역 내부에서 빛의 진행을 도시한 도면)에 도시한 바와같이, 상기 제 1 전극(147)과 제 2 전극(158)의 표면이 올록볼록한 엠보싱 구조를 이룸으로써 지속적으로 동일한 반사각을 가지며 반사되는 거울반사는 발생하지 않는다.

따라서, 유기 발광층(155)으로부터 발생한 빛이 제 1 전극(147) 또는 제 2 전극(158)측으로 입사되어 최초에는 전반사 조건이 만족되어 전반사가 발생된다 하더라도 반사된 빛의 입사각이 지속적으로 변화되어 전반사를 일으키게 되는 임계각보다 작아지게 되어 전반사 조건을 탈피하게 됨으로써 상기 제 1 전극(147) 내부 또는 제 2 전극(158) 내부에서 도파관처럼 상기 제 1 기판의 측면으로 진행되는 빛은 현저히 줄어들게 된다. 또한, 몇 번의 전반사가 진행된 후 입사각의 변화에 의해 전반사 조건을 탈피하게 되는 빛은 상기 제 1 전극(147) 또는 제 2 전극(158)을 투과하여 최종적으로 사용자가 바라보는 측으로 나아가게 됨으로 광효율이 향상될 수 있다.

통상적으로 유기 발광층(155)은 평균적으로 1.7정도의 굴절율을 가지며, 유기절연물질인 포토아크릴 또는 벤조사이클로부텐으로 이루어진 물질층(도면에 있어서는 보호층(140))은 1.7, 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 이루어진 물질층은 1.8 정도의 굴절율을 갖는다.

유기 발광층(155)에서 발생한 빛은 각 물질층의 계면에서 반사 또는 전반사 조건 만족에 의한 전반사가 발생하게 되며, 특히 투명 도전성 물질로 이루어진 제 1 전극(147)에 입사하여 타 물질층으로 진행하는 경우 전반사가 발생될 여지가 큼을 알 수 있다.

본 발명의 제 1 실시예에 있어서는 제 1 전극(147)은 그 양 표면이 모두 엠보싱 구조를 이룸으로써 그 위치별로 반사되는 빛의 진행방향으로의 입사각을 변화시킬 수 있으므로 전반사를 억제하여 광효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 하부발광 방식의 유기전계 발광소자(101)는 유기 발광층(155)으로부터 나온 빛이 제 1 전극(147)측으로 입사되며, 제 2 전극(158)측으로 입사된 빛은 제 2 전극(158)이 반사특성을 가지므로 상기 제 2 전극(158)에서 반사된 후 유기 발광층(155)을 통과하여 상기 제 1 전극(147)으로 입사됨을 알 수 있다. 따라서, 상기 제 1 전극(147)의 구조 특성 상 상기 제 1 전극(147) 내부에서 전반사에 의해 상기 제 1 기판(110)의 측면으로 도파되는 빛은 최소화될 수 있음을 알 수 있다.

한편, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 상부발광 방식의 유기전계 발광소자(101)는 유기 발광층(155)으로부터 발생한 빛의 일부는 제 2 전극(158)측으로 진행하며, 제 1 전극(147)측으로 진행한 빛은 제 1 전극(147)이 이중층 구조로 이루어짐으로써 반사특성이 우수한 금속물질로 이루어진 하부층(미도시)에 의해 반사되어 투명 도전성 물질로 이루어진 상부층(미도시)에 입사되며, 이때, 상기 제 1 전극(147)의 상부층(미도시)은 굴절율이 더 작은 물질로 이루어진 유기 발광층(155)과 계면을 이룸으로 전반사 조건을 만족할 수 있지만, 그 표면이 엠보싱 구조를 이룸으로써 입사각이 변화되어 전반사를 탈피할 수 있으므로 최종적으로 유기 발광층(155) 및 제 2 전극(158)을 투과하여 사용자가 바라보는 측면으로 나오게 됨으로서 광효율을 향상시킬 수 있는 것이다.

또한, 이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 유기전계 발광소자는 제 1 전극(147) 뿐만 아니라 유기 발광층(155)과 제 2 전극(158) 또한 그 표면이 모두 엠보싱 구조를 가지므로 상기 제 1 전극(147) 이외의 구성요소의 계면에서 반사 또는 전반사가 발생되더라도 반사되는 빛의 입사각이 엠보싱을 갖는 표면의 위치에 따라 달라짐으로써 지속적인 전반사 발생에 의해 제 1 기판(101)의 측면으로 진행되어 사라지는 빛을 최소화할 수 있으므로 더욱더 광효율을 향상시킬 수 있는 것이 특징이다.

전술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 유기전계 발광소자는 광량 측정 장치를 이용하여 측정한 결과 유기 발광층(155)으로부터 발생한 빛 중 53%정도가 최종적으로 사용자가 바라보는 면으로 출사됨이 됨을 알 수 있었으며, 유기 발광층(155)에서 발생한 빛의 19% 정도가 최종적으로 출사되는 종래의 유기전계 발광소자(도 2의 1) 대비 34% 정도의 많은 빛이 출사됨을 알 수 있다.

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 하나의 화소영역에 대한 단면도로서 반사판을 구비한 상부발광 방식 유기전계 발광소자에 대한 도면이다. 설명의 편의를 위해 화소영역(P)내에 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되는 영역을 구동영역(DA), 스위칭 박막트랜지스터가 형성되는 영역을 스위칭 영역(미도시)이라 정의하며, 제 1 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였으며, 대부분의 구성요소는 전술한 제 1 실시예에 따른 상부발광 방식 유기전계 발광소자와 동일하므로 제 1 실시예와 차별점이 있는 부분을 위주로 설명한다.

도시한 바와같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 상부 발광방식 유기전계 발광소자(101)의 제 1 기판(110)에는 각 화소영역(P)의 경계에 서로 교차하며 게이트 및 데이터 배선(미도시, 130)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 배선(미도시) 또는 데이터 배선(130)과 이격하며 전원배선(미도시)이 형성되어 있다.

또한, 각 화소영역(P)에는 상기 게이트 배선(alehtl) 및 데이터 배선(130)과 연결되며 스위칭 박막트랜지스터(미도시)가 구비되고 있으며, 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시) 및 전원배선(미도시)과 연결되며 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되어 있다.

한편, 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. 이때, 상기 보호층(140)은 유기절연물질 예를들면 포토아크릴 또는 벤조사이클로부텐으로 1㎛ 내지 3㎛ 정도의 두께를 가지며 형성되며, 각 화소영역(P)의 중앙부 더욱 정확히는 유기 발광층(155)이 형성되는 부분에 대응해서는 그 표면이 올록볼록한 엠보싱 구조를 이루는 것이 특징이다.

다음, 상기 올록볼록한 엠보싱 표면을 갖는 상기 보호층(140) 위에는 반사효율이 우수한 금속물질 예를들면 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(AlNd)으로 이루어진 반사판(144)이 형성되어 있다. 이때, 상기 반사판(144)은 그 하부에 형성된 상기 보호층(140)의 영향으로 그 표면이 올록볼록한 엠보싱 형태를 이루는 것이 특징이며, 상기 보호층(140)에 구비된 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)을 노출시키는 드레인 콘택홀(143)에 대응하여 개구가 형성되고 있으며, 각 화소영역(P)별로 분리 형성될 수도 있으며, 또는 표시영역 전면에 형성될 수도 있다.

다음, 상기 반사판(144) 상부에는 유기절연물질로 이루어진 평탄화층(145)이 구비되고 있으며, 상기 평탄화층(145)과 상기 보호층(140)에는 상기 반사판(144)에 구비된 개구를 관통하여 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)을 노출시키는 드레인 콘택홀(143)이 구비되어 있다.

또한, 상기 평탄화층(145) 상부에는 상기 드레인 콘택홀(143)을 통해 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)과 접촉하며 각 화소영역(P) 별로 분리된 형태를 갖는 제 1 전극(147)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제 1 전극(147)은 그 하부에 위치한 평탄한 표면을 갖는 평탄화층(145)에 영향으로 평탄한 표면을 갖도록 형성되고 있으며, 이의 상부에 구비된 유기 발광층(155)과 상기 유기 발광층(155)에 대응하는 부분의 제 2 전극(158) 또한 평탄한 표면을 가지며 형성되고 있는 것이 특징이다.

상기 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)에 있어서 엠보싱 구조를 갖는 반사판과, 평탄화층(145)과 평탄한 표면을 갖는 제 1 전극(147)과 유기 발광층(155) 및 제 2 전극(158) 이외에 구성요소는 전술한 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자와 동일하므로 그 설명은 생략한다.

전술한 구성을 갖는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 상기 제 1 전극(147)과 유기 발광층(155)과 제 2 전극(158)이 화소영역(P)에 대응하는 부분이 평탄한 표면을 갖는다 할지라도 상기 반사판(144) 자체가 그 하부에 위치한 유기절연물질로 이루어지며 그 표면이 올록볼록한 엠보싱 구조를 갖는 보호층(140)의 영향으로 올록볼록한 표면을 갖도록 형성됨으로서 상기 반사판(140)에 입사되는 빛은 거울 반사가 억제되며, 상기 반사판(144)에 의해 반사되어 제 2 기판(170)을 향하여 진행하는 빛의 입사각이 조절되어 상기 제 2 기판(170)면을 향하여 진행하는 빛량을 증가시킬 수 있다. 따라서, 광효율을 향상시킬 수 있는 것이 특징이다.

도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 하부 발광방식 유기전계 발광소자의 하나의 화소영역에 대한 단면도로서 유기전계 발광 다이오드와 보호층이 형성된 화소영역의 중앙부에 대한 도면이다. 대부분의 구성요소는 전술한 제 1 실시예에 따른 하부발광 방식 유기전계 발광소자와 동일하므로 제 1 실시예와 차별점이 있는 부분을 위주로 설명한다.

본 발명의 제 3 실시예에 따른 하부 발광방식 유기전계 발광소자(101)에 있어서 제 1 기판(110)에는 버퍼층(111)과 게이트 절연막(116)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 절연막(116) 상부로 층간절연막(123)을 개재하여 서로 교차하는 게이트 및 데이터 배선(미도시)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 및 데이터 배선(미도시) 중 어느 하나의 배선과 이격하며 나란하게 전원배선(미도시)이 구비되고 있다. 또한, 각 화소영역(P)에는 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시)가 형성되어 있다.

상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시)를 덮으며 상기 층간절연막(123) 위로 그 표면이 올록볼록한 요철 구조를 갖는 제 1 보호층(140)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제 1 보호층(140)에 구현되고 있는 요철을 살펴보면, 상기 층간절연막(123)을 기준으로 제 1 두께를 갖는 볼록한 철부(140a)는 제 1 폭을 가지며, 상기 층간절연막(123)을 기준으로 상기 제 1 두께보다 얇은 제 2 두께를 갖는 오목한 요부(140b)는 상기 제 1 폭보다 2배 내지 5배 정도 더 큰 제 2 폭을 가지며 형성되고 있는 것이 특징이다. 이때, 상기 요부는 그 단면 구조가 반원 또는 반타원 형태를 이루는 것이 특징이다.

또한, 전술한 구성을 갖는 제 1 보호층(140) 위로는 무기절연물질로서 제 2 보호층(141)이 구비되어 있으며, 상기 제 2 보호층(141) 위로는 유기절연물질로서 그 표면이 평탄한 평탄화층(144)이 형성되어 있다.

그리고 상기 평탄화층(144) 위로는 상기 평탄화층(144)에 영향을 받아 그 표면이 평탄한 제 1 전극(147)과 유기 발광층(155)과 제 2 전극(158)으로 이루어진 유기전계 발광 다이오드(E)가 구비되고 있다. 그 외의 구성요소는 제 1 실시예에 따른 하부 발광방식 유기전계 발광소자와 동일한 구성을 가지므로 그 설명은 생략한다.

전술한 구성을 갖는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 하부 발광방식 유기전계 발광소자(101)는 상기 평탄화층(144)은 상기 유기전계 발광 다이오드(E)를 기준으로 할 때, 상기 보호층(140)의 요부(141b)에 대응하는 부분이 볼록한 마이크로 렌즈(ML)를 이루게 되며, 이러한 평탄화층(144)에 구현된 다수의 볼록한 마이크로 렌즈(ML)의 작용에 의해 유기 발광층(155)으로 나온 빛을 제 1 기판(110) 면에 수직한 방향으로 집중시키는 역할을 함으로써 퍼짐에 의해 전반사가 발생하여 상기 제 1 기판(110)의 측면으로 도파되어 사라지는 빛을 최소화함으로써 광효율을 향상시키는 것이 특징이다.

이러한 마이크로 렌즈(ML)가 형성된 평탄화층(144)을 구비한 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 광량 측정 장치를 이용하여 측정 시 평균적으로 종래의 유기전계 발광소자(도 2의 1) 대비 29%정도의 광효율 향상이 이루어짐을 알 수 있었다.

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 130 : 데이터 배선
133 : 소스 전극 136 : 드레인 전극
140 : 보호층 143 : 드레인 콘택홀
147 : 제 1 전극 150 : 뱅크
155 : 유기 발광층 158 : 제 2 전극
163 : 절연패턴 170 : 제 2 기판
DA : 구동영역 DTr : 구동 박막트랜지스터
P : 화소영역

Claims (15)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 다수의 화소영역을 포함하는 표시영역과 이의 외측으로 비표시영역이 정의된 제 1 기판과;
   상기 제 1 기판 상의 상기 각 화소영역에 형성된 스위칭 박막트랜지스터 및 구동 박막트랜지스터와;
   상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터를 덮으며 상기 각 화소영역에 대응하여 그 표면이 올록볼록한 요철을 가지며 형성된 보호층과;
   상기 보호층 상부에 상기 보호층의 영향으로 올록볼록한 요철 구조를 가지며 형성된 절연층과;
   상기 절연층 상부로 평탄한 표면을 가지며 형성된 평탄화층과;
   상기 평탄화층 위로 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결되며 형성된 유기전계 발광 다이오드와;
   상기 제 1 기판과 마주하며 위치한 제 2 기판과;
   상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이의 상기 비표시영역에 개재되어 상기 제 1 기판 및 제 2 기판을 접착하여 패널상태를 이루도록 하는 씰패턴
   을 포함하며,
   상기 평탄화층은 그 하부에 위치한 상기 보호층의 영향으로 상기 절연층과 접하는 면에는 상기 보호층의 요철 중 요부에 대응하여 볼록렌즈의 역할을 하며 상기 평탄화층의 평탄한 표면을 기준으로 볼록한 볼록부가 형성되며, 상기 유기전계 발광 다이오드로부터 발생된 빛은 상기 볼록부가 형성된 평탄화층과 상기 요철을 가지는 보호층 및 상기 제 1 기판면을 통과하여 외부로 나오는 유기전계 발광소자.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 보호층에 구비된 요철 중 요부는 그 폭이 철부 폭의 2배 내지 5배의 크기를 가지며,
   상기 요부는 그 단면 형태가 반원 또는 반타원형 형태인 것이 특징인 유기전계 발광소자.
   
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 평탄화층은 유기절연물질인 포토아크릴 또는 벤조사이클로부텐으로 이루어진 것이 특징인 유기전계 발광소자.
   
7. 제 4 항에 있어서,
   상기 유기전계 발광 다이오드의 제 1 전극은 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 이루어지며,
   상기 유기전계 발광 다이오드의 제 2 전극은 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(AlNd)으로 이루어져 상기 제 1 기판면을 향하여 발광하는 것이 특징인 유기전계 발광소자.
   
8. 제 4 항에 있어서,
   상기 유기전계 발광 다이오드는,
   각 화소영역별로 형성된 제 1 전극과;
   상기 제 1 전극 위로 형성된 유기 발광층과;
   상기 유기 발광층을 덮으며 상기 표시영역 전면에 형성된 제 2 전극으로 구성된 유기전계 발광소자.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 보호층 상부로 상기 각 화소영역의 경계에는 상기 각 제 1 전극의 가장자리와 중첩하며 뱅크가 형성된 것이 특징인 유기전계 발광소자.
   
10. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 기판은 투명한 유리, 플라스틱, 고분자 필름 중 어느 하나로 이루어진 것이 특징인 유기전계 발광소자.
    
11. 제 4 항에 있어서,
    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 특징인 유기전계 발광소자.
    
12. 제 4 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 이루어지거나,
    또는, 게이트 전극과, 상기 게이트 전극 위로 형성된 게이트 절연막과, 상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 전극에 대응하여 형성된 비정질 실리콘의 액티브층과, 상기 액티브층 상부로 서로 이격하며 형성된 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층과, 상기 오믹콘택층 상부로 서로 이격하며 형성된 소스 및 드레인 전극으로 이루어진 것이 특징인 유기전계 발광소자.
    
13. 제 4 항에 있어서,
    상기 보호층은 유기절연물질인 포토아크릴 또는 벤조사이클로부텐으로 이루어진 것이 특징인 유기전계 발광소자.
    
14. 제 4 항에 있어서,
    상기 유기전계 발광 다이오드는 그 표면이 평탄한 제 1 전극과 유기 발광층과 제 2 전극을 포함하는 유기전계 발광소자.
    
15. 제 4 항에 있어서,
    상기 보호층에 구비된 요철 중 철부는 제 1 두께를 가지며 요부는 상기 제 1 두께보다 얇은 제 2 두께를 갖는 유기전계 발광소자.
    

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