KR101752318B1 - 유기전계 발광소자 제조 방법 - Google Patents

유기전계 발광소자 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 적, 녹, 청색을 각각 발광하는 3개의 서브픽셀을 하나의 픽셀로 정의하며, 다수의 픽셀을 구비한 표시영역을 포함하는 유기전계 발광소자의 제조 방법에 있어서, 기판 상의 상기 표시영역에 각 서브픽셀 별로 제 1 전극을 형성하는 단계와; 상기 제 1 전극 위로 상기 표시영역 전면에 정공주입층을 형성하는 단계와; 상기 정공주입층 위로 상기 표시영역 전면에 제 1 정공수송층을 형성하는 단계와; 상기 제 1 정공수송층 위로 서로 이웃한 상기 적 및 녹색 서브픽셀에 대응하여 상기 적 및 녹색 서브픽셀에 대응하여 개구를 갖는 적녹 쉐도우 마스크를 이용하여 성막을 진행함으로서 하나의 패턴형태로 형성된 제 2 정공수송층을 형성하는 단계와; 상기 제 2 정공수송층 위로 상기 적색 서브픽셀에 대응하여 제 3 정공수송층을 형성하는 단계와; 상기 적, 녹, 청색 서브픽셀 각각에 대응하여 상기 제 3, 2, 1 정공수송층 위로 각각 적, 녹, 청색을 발광하는 유기 발광 물질층을 형성하는 단계와; 상기 유기 발광 물질층 위로 상기 표시영역 전면에 전자수송층을 형성하는 단계와; 상기 전자주입층 위로 상기 표시영역 전면에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 유기전계 발광소자의 제조 방법 및 이를 통해 제조된 유기전계 발광소자를 제공한다.

Description

유기전계 발광소자 제조 방법{Method of fabricating Organic electro luminescent device}
본 발명은 유기전계 발광소자(Organic electroluminescent device)에 관한 것이며, 특히 유기 발광 물질 증착시 재료 사용량을 절감하고, 쉐도우 마스크의 립 붙음 불량을 억제할 수 있는 유기전계 발광소자의 제조 방법에 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.
도 1은 종래의 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 대한 평면도이다.
도시한 바와 같이, 종래의 유기전계 발광소자(10)는 컬러를 표현하기 위한 서브 픽셀의 배열이 동일한 폭을 갖는 스트라이프 형태로 이루어지고 있다. 스트라이프 타입 표시영역을 갖는 유기전계 발광소자(10)의 경우, 각 스트라이프(S1, S2, S3) 별로 동일한 색을 서브 픽셀(SP)이 각각 세로 방향으로 정렬되며, 적, 녹, 청색의 컬러(R, G, B)를 나타내는 스트라이프(S1, S2, S3)가 순차적으로 가로 방향으로 배열된다. 이때, 가로방향으로 이웃한 적, 녹, 청색(R, G, B)을 발광하는 3개의 서브 픽셀(SP1, SP2, SP3)이 하나의 픽셀(P)로 구동하게 된다.
이러한 구성을 갖는 유기전계 발광소자(10)를 제조하기 위해서는 유기 발광 물질을 각 색을 발광하는 서브픽셀에 형성하기 위해 개구를 갖는 쉐도우 마스크가 필요하다. 이러한 쉐도움 마스크는 각각의 서브픽셀을 구분해 주기 위해 나아가 발광 특성을 향상시키기 위해서도 필요하다.
한편, 유기전계 발광소자는 발광방향에 따라 상부발광 방식과 하부발광 방식으로 나뉘어지고 있으며, 상부발광 방식이 하부발광 방식 대비 개구율이 넓어 최근에는 상부발광 방식의 유기전계 발광소자가 많이 이용되고 있다.
하지만, 이러한 개구율이 상대적으로 큰 상부발광 방식의 유기전계 발광소자 제조를 위한 쉐도우 마스크는 개구 면적이 크므로 상대적으로 개구와 개구 사이의 립의 폭이 매우 좁다.
따라서, 이러한 구성을 갖는 쉐도우 마스크를 이용하여 유기 발광 물질의 성막을 수차례 진행하면 마스크 립 붙음 불량이 발생하고 있다.
한편, 유기 발광층은 발광 효율을 향상시키고자 단일층이 아닌 다수의 층 즉, 정공주입층, 정공수송층, 발광 물질층 및 전자수송층으로 이루어지고 있다. 이때, 특히 전자수송층은 각색의 서브픽셀별로 서로 다른 두께를 갖도록 형성하고 있다.
도 2는 종래의 유기전계 발광소자에 있어서 적, 녹, 청색의 서브픽셀에 대한 유기전계 발광 다이오드의 단면구조를 간략화하여 나타낸 도면이다.
도시한 바와같이, 적, 녹, 청색을 발광하는 각 서브픽셀(SP1, SP2, SP3)은 각각 제 1 전극(11)과 이의 상부로 정공주입층(13), 정공수송층(16), 유기 발광 물질층(16), 전자주입층(30) 및 제 2 전극(35)의 적층구조를 가지며 형성되고 있다.
이때, 상기 정공수송층(16)은 표시영역 전면에 동일한 두께를 가지며 형성되는 제 1 정공수송층(16a)과, 적 및 녹색 서브픽셀(SP1, SP2)별로 서로 다른 두께를 가지며 형성되는 제 2 및 제 2 정공수송층(16b, 16c)으로 이루어지고 있다.
이렇게 정공수송층(16)의 두께를 각 색의 서브픽셀(SP1, SP2, SP3)별로 달리 형성하는 것은 각 색을 발광하는 유기 발광 물질층(24a, 24b, 24c)의 특성에 따라 발광 효율이 차이가 있으며, 광효율 향상을 위한 광학거리 조절에 의한 마이크로 커비티(micro cavity) 효과를 구현시키기 위함이다.
이러한 구성을 갖는 유기전계 발광소자는 다음과 같은 순서로 성막을 진행하고 있다.
우선, 제 1 전극(11) 위로 표시영역 전면에 개구를 갖는 오픈 쉐도우 마스크를 이용하여 전자주입층(13)과 제 1 정공수송층(16a)을 순차적으로 형성한다.
이후, 녹색 서브픽셀(SP2)에 대해 녹색 서브픽셀(SP2)에 대해서만 개구를 갖는 제 1 녹색 서브픽셀용 쉐도우 마스크를 이용하여 성막을 진행함으로써 제 3 정공수송층(16c)을 형성하고, 적색 서브픽셀(SP1)에 대해 적색 서브픽셀(SP1)에 대해서만 개구를 갖는 제 1 적색 서브픽셀용 쉐도우 마스크를 이용하여 성막을 진행함으로써 제 2 정공수송층(16b)을 형성한다.
다음, 청, 녹, 적색 서브픽셀(SP3, SP2, SP1) 순으로 각각 제 1 청색 서브픽셀용 쉐도우 마스크와 제 2 녹색 서브픽셀용 쉐도우 마스크 및 제 2 적색 서브픽셀용 쉐도우 마스크를 이용하여 성막을 진행함으로써 순차적으로 청, 녹, 적색 유기 발광 물질층(24c, 24b, 24a)을 형성한다.
다음, 상기 적, 녹, 청색 유기 발광 물질층(24c, 24b, 24a) 위로 표시영역 전면에 오픈 쉐도우 마스크를 이용하여 순차적으로 성막을 진행함으로써 전자수송층(30)과 제 2 전극(35)을 형성하고 있다.
하지만, 전술한 종래의 방법대로 유기 물질의 성막을 진행하는 경우, 적색 및 녹색 서브픽셀(SP1, SP2)에 제 3 및 제 2 정공수송층(16c, 16b)을 각각 형성함으로써 상기 제 3 및 제 2 정공수송층(16c, 16b) 각각의 두께를 합한 두께만큼 재료가 소진되므로 재료비가 증가되고 있는 실정이다.
또한, 쉐도우 마스크를 이용하여 성막되는 유기 물질은 각각 열용량, 녹는점, 끓는점이 다르며, 이에 의해 성막 진행 후 쉐도우 마스크에 잔사되어 개구를 막는 립 붙음 현상을 야기함으로써 성막 시 패턴 불량을 초래하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 쉐도우 마스크의 립 붙음 불량을 억제하며, 재료비를 절감시킬 수 있는 유기전계 발광소자의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 방법은, 적, 녹, 청색을 각각 발광하는 3개의 서브픽셀을 하나의 픽셀로 정의하며, 다수의 픽셀을 구비한 표시영역을 포함하는 유기전계 발광소자의 제조 방법에 있어서, 기판 상의 상기 표시영역에 각 서브픽셀 별로 제 1 전극을 형성하는 단계와; 상기 제 1 전극 위로 상기 표시영역 전면에 정공주입층을 형성하는 단계와; 상기 정공주입층 위로 상기 표시영역 전면에 제 1 정공수송층을 형성하는 단계와; 상기 제 1 정공수송층 위로 서로 이웃한 상기 적 및 녹색 서브픽셀에 대응하여 상기 적 및 녹색 서브픽셀에 대응하여 개구를 갖는 적녹 쉐도우 마스크를 이용하여 성막을 진행함으로서 하나의 패턴형태로 형성된 제 2 정공수송층을 형성하는 단계와; 상기 제 2 정공수송층 위로 상기 적색 서브픽셀에 대응하여 제 3 정공수송층을 형성하는 단계와; 상기 적, 녹, 청색 서브픽셀 각각에 대응하여 상기 제 3, 2, 1 정공수송층 위로 각각 적, 녹, 청색을 발광하는 유기 발광 물질층을 형성하는 단계와; 상기 유기 발광 물질층 위로 상기 표시영역 전면에 전자수송층을 형성하는 단계와; 상기 전자주입층 위로 상기 표시영역 전면에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 정공주입층과, 제 1 정공수송층, 전자수송층 및 제 2 전극은 상기 표시영역 전면에 대응하여 개구를 갖는 쉐도우 마스크를 이용하여 각각 성막을 실시하며, 상기 제 3 정공수송층과 적색 유기 발광 물질층은 상기 적색 서브픽셀에 대응하여 개구를 갖는 적색 서브픽셀용 쉐도우 마스크를 이용하여 성막을 실시하며, 상기 녹색 유기 발광 물질층은 상기 녹색 서브픽셀에 대응하여 개구를 갖는 녹색 서브픽셀용 쉐도우 마스크를 이용하여 성막을 실시하며, 상기 청색 유기 발광 물질층은 상기 청색 서브픽셀에 대응하여 개구를 갖는 청색 서브픽셀용 쉐도우 마스크를 이용하여 성막을 실시하는 것이 특징이다.
또한, 상기 제 1 전극은, 반사성이 우수한 금속물질의 하부층과 일함수 값이 큰 투명 도전성 물질의 상부층의 이중층 구조를 갖거나, 또는 투명 도전성 물질의 제 1 층과, 반사성이 우수한 금속물질의 제 2 층과 일함수 값이 큰 투명 도전성 물질의 제 3 층의 3중층 구조를 이루도록 형성하는 것이 특징이다.
또한, 상기 반사성이 우수한 금속물질은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 은(Ag) 중 어느 하나이며, 상기 투명 도전성 물질은 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)인 것이 특징이다.
또한, 상기 제 2 전극은 일함수 값이 낮은 금속물질인 알루미늄(Al), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 마그네슘-알루미늄 합금(Mg:Al), 마그네슘-은(Mg:Ag) 중 어느 하나로서 20Å 내지 200Å의 두께를 갖도록 성막하여 형성하는 것이 특징이다.
또한, 상기 제 2 전극을 형성하는 단계 이전에 상기 전자수송층 위로 상기 표시영역 전면에 전자주입층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자는, 적, 녹, 청색을 각각 발광하는 3개의 서브픽셀을 하나의 픽셀로 정의하며, 다수의 픽셀을 구비한 표시영역을 포함하는 유기전계 발광소자에 있어서, 기판 상의 상기 표시영역에 각 서브픽셀 별로 형성된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극 위로 상기 표시영역 전면에 형성된 정공주입층과; 상기 정공주입층 위로 상기 표시영역 전면에 형성된 제 1 정공수송층과; 상기 제 1 정공수송층 위로 서로 이웃한 상기 적, 녹 서브픽셀에 대응하여 하나의 패턴형태로 형성된 제 2 정공수송층과; 상기 제 2 정공수송층 위로 상기 적색 서브픽셀에 대응하여 형성된 제 3 정공수송층과; 상기 적, 녹, 청색 서브픽셀에 대응하여 상기 제 3, 2, 1 정공수송층 위로 각각 형성된 적, 녹, 청색을 발광하는 유기 발광 물질층과; 상기 유기 발광 물질층 위로 상기 표시영역 전면에 형성된 전자주입층과; 상기 전자주입층 위로 상기 표시영역 전면에 형성된 제 2 전극을 포함한다.
이때, 상기 전자수송층과 상기 제 2 전극 사이의 상기 표시영역 전면에 전자주입층이 형성된 것이 특징이다.
또한 상기 제 1 전극은, 반사성이 우수한 금속물질의 하부층과 일함수 값이 큰 투명 도전성 물질의 상부층의 이중층 구조를 갖거나, 또는 투명 도전성 물질의 제 1 층과, 반사성이 우수한 금속물질의 제 2 층과 일함수 값이 큰 투명 도전성 물질의 제 3 층의 3중층 구조를 이루어 상기 제 2 전극을 향하여 발광하는 상부발광 방식이며, 상기 반사성이 우수한 금속물질은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 은(Ag) 중 어느 하나이며, 상기 투명 도전성 물질은 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)인 것이 특징이다.
또한, 상기 제 2 전극은 일함수 값이 낮은 금속물질인 알루미늄(Al), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 마그네슘-알루미늄 합금(Mg:Al), 마그네슘-은(Mg:Ag) 중 어느 하나로서 20Å 내지 200Å의 두께를 갖도록 형성된 특징이다.
본 발명에 따른 유기전계 발광소자의 제조 방법에서는 서로 이웃한 적 및 녹색 서브픽셀에 동일한 물질로서 동일한 두께를 갖는 제 2 정공수송층을 형성하고, 적색 서브픽셀에 제 3 정공수송층을 함으로써 종래의 제 2 정공수송층과 제 3 정공수소층을 각각 녹 및 적색 서브픽셀에 형성하는 것 대비 재료 소비량을 저감시키는 효과가 있다.
나아가, 서로 이웃한 적 및 녹색 서브픽셀 상기 제 2 정공수송층이 형성됨으로써 쉐도우 마스크에 있어서 개구가 각 하나의 서브픽셀에 대응하는 개구대비 큰 개구를 갖게 됨으로써 립 붙음 불량을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 대한 평면도.
도 2는 종래의 유기전계 발광소자에 있어서 적, 녹, 청색의 서브픽셀에 대한 유기전계 발광 다이오드의 단면구조를 간략화하여 나타낸 도면.
도 3은 일반적인 유기전계 발광소자의 한 화소에 대한 회로도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자에 대한 개략적인 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자에 있어서 적, 녹, 청색의 서브픽셀에 대한 유기전계 발광 다이오드의 단면구조를 간략화하여 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자에 있어 유기 발광 다이오드를 이루는 구성요소인 다중층 구조의 유기 발광층을 형성하는 과정을 나타낸 도면.
본 발명에 따른 유기전계 발광소자의 적 및 녹색 서브픽셀에 구비된 제 2 정공수송층을 형성하는데 사용되는 적녹 서브픽셀용 쉐도우 마스크와 비교예에 따른 적색 서브픽셀에 구비된 제 2 정공수송층을 형성하는데 사용되는 적색 서브픽셀용 쉐도우 마스크를 도시한 도면.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
우선, 간단히 유기전계 발광소자의 구성 및 동작에 대해 설명한다.
도 3은 일반적인 유기전계 발광소자의 한 화소에 대한 회로도이다.
도시한 바와 같이, 유기전계 발광소자의 하나의 각 서브 픽셀은 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 서브픽셀(SP)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 서브픽셀(SP) 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.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자에 대한 개략적인 단면도이다.
도시한 바와 같이, 유기전계 발광소자(100)는 제 1, 2 기판(110, 170)이 서로 대향되게 배치되어 있다.
상기 제 1 기판(110)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 서브픽셀(SP1, SP2, SP3)이 구비되고 있으며, 상기 데이터 배선(미도시)과 나란하게 전원배선(미도시)이 구비되고 있다. 이러한 다수의 각 서브픽셀(SP1, SP2, SP3)에는 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)가 형성되어 있고, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 연결되며 제 1 전극(147)이 형성되어 있다.
또한, 상기 제 1 전극(147) 상부에는 각 서브픽셀에 적, 녹, 청색을 발광하는 적, 녹, 청색 유기 발광층(155)이 형성되어 있고, 유기 발광층(155) 상부에는 전면에 제 2 전극(158)이 형성되어 있다. 이때 각 서브픽셀에 순차 적층된 상기 제 1 전극(147)과 유기 발광층(155) 및 제 2 전극(158)은 유기전계 발광 다이오드를 이룬다.
그리고, 전술한 구성요소가 구비된 상기 제 1 기판(110)에 대응하여 인캡슐레이션을 위해 제 2 기판(170)이 대향하고 있으며, 상기 제 1 및 제 2 기판(110, 170)의 상기 표시영역(AA) 외측으로 비표시영역에는 상기 표시영역(AA)을 테두리하며 씰패턴(미도시) 또는 프릿이 형성되고 있다. 이때, 상기 두 기판(110, 170) 사이의 내부 영역이 수분 및 대기 중에 노출되지 않도록 그 테두리에 상기 씰패턴(미도시)이 형성된 상태에서 불활성 기체나 또는 진공의 분위기에서 상기 두 기판(110, 170)이 합착됨으로써 패널 상태를 유지하고 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 있어서는 제 2 기판(170)이 구비되어 유기발광 다이오드(e)의 인캡슐레이션이 실시되고 있지만, 이러한 제 2 기판(170)을 대신하여 상기 유기전계 발광 다이오드(E) 상부에 투명한 필름(미도시)이 부착되거나, 또는 유기물질 또는 무기물질로 이루어진 인캡슐레이선막(미도시)이 형성됨으로써 이들 구성요소가 유기전계 발광 다이오드(E)의 인캡슐레이션 실시하는 유기전계 발광소자(100)를 이룰 수도 있다.
전술한 구성을 갖는 유기전계 발광소자(100)에 있어서, 본 발명의 특징적인 구성을 갖는 표시영역(AA) 내에서의 적, 녹, 청색 서브픽셀 및 픽셀의 배치 구조에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자에 있어서 적, 녹, 청색의 서브픽셀에 대한 유기전계 발광 다이오드의 단면구조를 간략화하여 나타낸 도면다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(100)에 있어서 유기전계 발광 다이오드의 구성을 살펴보면, 적, 녹, 청색을 발광하는 각 서브픽셀(SP1, SP2, SP3)에는 각각 각 서브픽셀(SP1, SP2, SP3) 별로 제 1 전극(147)이 형성되어 있다. 도면에 있어서는 각 서브픽셀(SP1, SP2, SP3)에 형성된 상기 제 1 전극(147)이 쇼트된 것처럼 나타나고 있지만, 실질적으로는 각 서브픽셀(SP1, SP2, SP3)별로 이격하여 구성되고 있다.
이때, 상기 제 1 전극(147)은 상부발광 방식으로 구현되는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자 특성 상 애노드 전극의 역할을 하는 동시에 반사판의 역할을 할 수 있도록 구성되고 있는 것이 특징이다.
즉, 상기 제 1 전극(147)은 반사성이 우수한 금속물질로 이루어진 하부층과, 높은 일함수 값을 갖는 투명 도전성 물질로 이루어진 상부층의 이중층 구조를 이루거나, 또는 투명 도전성 물질로 이루어진 제 1 층과 반사성이 우수한 금속물질로 이루어진 제 2 층 및 높은 일함수 값을 갖는 투명 도전성 물질로 이루어진 제 3 층의 3중층 구조를 이루는 것이 특징이다.
이때, 상기 반사성이 우수한 금속물질은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 은(Ag) 중 어느 하나이며, 상기 투명 도전성 물질은 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)인 것이 특징이다.
다음, 전술한 구조를 갖는 상기 각 제 1 전극(147) 상부에는 각 서브픽셀(SP1, SP2, SP3)에 정공주입층(148), 정공수송층(149), 유기 발광 물질층(150), 전자수송층(152)으로 이루어진 유기 발광층(도 4의 155)이 형성되어 있다.
이때, 도면에 나타내지 않았지만, 상기 전자수송층(152) 상부에는 상기 표시영역 전면에 전자주입층(미도시)이 더욱 형성될 수도 있다.
또한, 상기 유기 발광층(도 4의 155) 상부에는 각 서브픽셀(SP1, SP2, SP3)의 구별없이 표시영역 전면에 제 2 전극(158)이 형성되고 있다. 이때, 상기 제 2 전극(158)은 캐소드 전극의 역할을 할 수 있도록 일함수 값이 낮은 금속물질 예를들면, 알루미늄(Al), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 마그네슘-알루미늄 합금(Mg:Al), 마그네슘-은(Mg:Ag) 중 어느 하나로 빛의 투과가 이루어지도록 20Å 내지 200Å정도의 비교적 얇은 두께로서 형성되고 있는 것이 특징이다.
한편, 전술한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(100)에 있어서, 상기 정공수송층(149)은 표시영역 전면에 동일한 두께를 가지며 형성되는 제 1 정공수송층(149a)과, 서로 이웃한 적 및 녹색 서브픽셀(SP1, SP2)에 대응하여 제 1 두께를 가지며 형성되는 제 2 정공수송층(149b)과, 상기 적색 서브픽셀(SP1)에 대응해서만 제 2 두께를 가지며 형성되는 제 3 정공수송층(149c)으로 구성되고 있는 것이 특징이다.
따라서 이러한 구성에 의해 적, 녹, 청색 서브픽셀(SP1, SP2, SP3)에서 상기 제 1 전극(147)으로부터 각 유기 발광 물질층(150a, 150b, 150c)까지의 두께는 서로 다른 것이 특징이다.
청색 서브픽셀(SP3)의 경우, 제 1 정공수송층(149a) 만이 형성됨으로써 전자주입층(148)의 두께와 제 1 정공수송층(149a)의 두께 합인 제 1 거리가 되고 있다.
또한, 녹색 서브픽셀(SP2)의 경우, 제 1 거리에 제 2 정공수송층(149b)의 두께를 합한 제 2 거리가 되고 있으며, 적색 서브픽셀(SP1)의 경우, 제 2 거리에 제 3 정공수송층(149c)의 두께를 합한 제 3 거리가 되고 있다.
이렇게 적, 녹, 청색 서브픽셀(SP1, SP2, SP3) 별로 제 1 전극(147)과 유기 발광 물질층(150a, 150b, 150c)간의 거리를 달리하는 것은 적, 녹, 청색을 각각 발광하는 유기 발광 물질층(150a, 150b, 150c)은 서로 다른 발광 물질로 이루어지며, 이러한 서로 다른 물질에서 발생하는 빛은 마이크로 커비티(micro cavity) 효과 구현을 위한 광학거리를 달리하기 때문이다.
마이크로 커비티(micro cavity) 효과 구현을 위해서는 통상적으로 적색을 이루는 물질로부터 나오는 빛이 가장 긴 광학거리가 요구되며, 그 다음이 녹색 그리고 청색을 이루는 물질순이 된다.
본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자는 마이크로 커비티(micro cavity) 효과 구현을 위한 조건을 만족하고 있음을 알 수 있다.
한편, 이러한 구성을 갖는 유기전계 발광소자는 다음과 같은 순서로 성막을 진행한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자에 있어 유기 발광 다이오드를 이루는 구성요소인 다중층 구조의 유기 발광층을 형성하는 과정을 나타낸 도면으로, 제 1, 2, 3 정공수송층 형성을 위한 쉐도우 마스크의 평면 형태를 함께 도시하였다.
우선, 각 서브픽셀(SP1, SP2, SP3) 별로 형성된 상기 제 1 전극(147) 위로 제 1 오픈 마스크(미도시)를 이용하여 전자주입층(148)을 표시영역 전면에 형성하고, 연속하여 상기 전자주입층 위로 제 2 오픈 마스크(201)를 이용하여 제 1 정공수송층(149a)을 표시영역 전면에 1000Å 정도의 두께를 갖도록 형성한다.
다음, 서로 이웃한 적색 및 녹색 서브픽셀(SP1, SP2)에 대응하여 하나의 개구(op)를 갖는 적녹 서브픽셀용 쉐도우 마스크(203)를 이용하여 서로 이웃한 상기 적색 및 녹색 서브픽셀(SP1, SP2)에 있어 상기 제 1 정공수송층(149a) 위로 연결된 형태의 제 2 정공수송층(149b)을 300Å 정도의 두께를 갖도록 형성한다.
다음, 상기 제 2 정공수송층(149b) 위로 상기 적색 서브픽셀(SP1)에 대해서만 개구(op)를 갖는 제 1 적색 서브픽셀용 쉐도우 마스크(205)를 이용하여 제 3 정공수송층(149c)을 750Å 정도의 두께를 갖도록 형성한다.
전술한 바와 같은 방법에 의해 제 1, 2, 3 정공수송층(149a, 149b, 149c)을 성막함으로써 적색 서브픽셀(SP1)에는 순차적으로 제 1, 2, 3 정공수송층(149a, 149b, 149c)이 모두 형성됨으로써 3중층 구조를 가지며 2050Å정도의 두께를 갖는 정공수송층(149)이 구성되며, 녹색 서브픽셀(SP2)에는 제 1 및 제 2 정공수송층(149a, 149b)이 형성됨으로써 2중층 구조를 가지며 1300Å 정도의 두께를 갖는 정공수송층(149)이 구성된다.
또한, 청색 서브픽셀(SP3)에는 제 1 정공수송층(149a)만이 형성됨으로써 단일층 구조를 가지며 1000Å정도의 두께를 갖는 정공수송층(149)이 구성된다.
다음, 상기 청색 서브픽셀(SP3)에 있어서 상기 제 1 정공수송층(149a) 위로 제 1 청색 서브픽셀용 쉐도우 마스크(207)를 이용하여 성막을 진행함으로써 청색 유기 발광 물질층(150c)을 형성한다.
다음, 상기 녹색 서브픽셀(SP2)에 있어서 상기 제 2 정공수송층(149b) 위로 제 1 녹색 서브픽셀용 쉐도우 마스크(미도시)를 이용하여 성막을 진행함으로써 녹색 유기 발광 물질층(150b)을 형성하고, 이후 상기 적색 서브픽셀(SP1)에 있어 상기 제 3 정공수송층(149c) 위로 제 2 적색 서브픽셀용 쉐도우 마스크(미도시)를 이용하여 성막을 진행함으로써 적색 유기 발광 물질층(150a)을 형성한다.
다음, 제 3 오픈 쉐도우 마스크를 이용하여 상기 적, 녹, 청색 유기 발광 물질층(150a, 150b, 150c) 위로 표시영역 전면에 전자수송층(152)을 형성하고, 연속하여 상기 제 4 오픈 쉐도우 마스크(미도시)를 이용하여 일함수 값이 낮은 금속물질 예를들면, 알루미늄(Al), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 마그네슘-알루미늄 합금(Mg:Al), 마그네슘-은(Mg:Ag) 중 어느 하나를 20Å 내지 200Å정도의 두께를 갖도록 성막하여 제 2 전극(158)을 형성함으로써 유기전계 발광 다이오드를 완성한다.
이때, 도면에 나타내지 않았지만, 상기 제 2 전극을 형성하기 전에 상기 전자수송층(152) 위로 제 5 오픈 쉐도우 마스크를 이용하여 전자주입층(미도시)을 더욱 형성할 수도 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 유기 물질의 성막에 의해 정공수송층(149)의 형성에 있어서, 종래의 녹 및 적색 서브픽셀별로 각각 제 2 및 제 3 정공수송층을 형성하는 방법 대비 300Å 정도의 두께에 대응되는 유기 물질의 성막을 생략할 수 있으므로 재료비를 절감하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 있어서는 도 7(본 발명에 따른 유기전계 발광소자의 적 및 녹색 서브픽셀에 구비된 제 2 정공수송층을 형성하는데 사용되는 적녹 서브픽셀용 쉐도우 마스크와 비교예에 따른 적색 서브픽셀에 구비된 제 2 정공수송층을 형성하는데 사용되는 적색 서브픽셀용 쉐도우 마스크를 도시한 도면)에 도시한 바와같이, 서로 이웃한 적색 및 녹색 서브픽셀(SP1, SP2)에 대해 하나의 개구(op)를 갖는 적녹 서브픽셀용 쉐도우 마스크(203)를 이용하여 상기 적색 및 녹색 서브픽셀(SP1, SP2)에 연결된 형태로 제 2 정공수송층(도 6의 149b)을 형성하고 있는 것이 특징이다.
따라서, 상기 적녹 서브픽셀용 쉐도우 마스크(203)의 경우 그 각각의 개구(op)의 면적이 비교예에 따른 적색 서브픽셀용 쉐도우 마스크(50)의 개구(op) 면적대비 그 폭이 녹색 서브픽셀(SP2)의 폭만큼 큼 알 수 있으며, 이러한 비교예에 따른 적색 서브픽셀용 쉐도우 마스크(50) 대비 상대적으로 큰 개구(op)를 갖는 적녹 서브픽셀용 쉐도우 마스크(203)의 구성에 의해 장시간 성막 진행에 의해 유기 물질에 의해 개구(op)가 막히는 립(rip) 붙음 불량이 억제될 수 있다.
립(rip) 불량은 개구 양측의 립에 많은 양의 유기 물질 성막 시 활발해진 분자를 갖는 입자들이 지속적으로 상기 립(rip)에 적층되며, 이에 의해 립(rip)의 인장력이 증가되며, 이러한 쉐도우 마스크를 유기 발광층을 형성할 기판과 마주하고 인접시킨 후 정렬을 실시하는 과정에서 발생하게 된다.
유기 발광층 형성을 위한 성막에 사용되는 유기 물질은 열을 가할 시 멜팅(melting) 특성이 있으며 활성화된 분자는 마치 아교처럼 달라붙는 성질을 가지며, 이로인해 전술한 바와같은 립(rip) 붙음 불량을 초래하게 되는 것이다.
비교예의 경우, 도 7 및 도 2를 참조하면, 적색 서브픽셀(SP1)만에 적색 서브픽셀용 쉐도우 마스크(50)를 이용하여 제 3 정공수송층(16c)을 750Å정도의 두께를 갖도록 형성하고, 녹색 서브픽셀(SP2)에 녹색 서브픽셀용 쉐도우 마스크(미도시)를 이용하여 300Å정도의 두께를 갖는 제 3 정공수송층(16c)을 형성함으로써 본 발명의 실시예 대비 상대적으로 작은 크기의 개구(op)를 갖는 쉐도우 마스크 사용에 의해 립(rip) 붙음 불량 발생이 심하게 발생될 여지가 크다. 따라서 쉐도우 마스크의 세정이 빈번이 이루어져야 하며, 이 경우 유기전계 발광소자의 단위시간당 생산성을 저하시키게 된다.
하지만, 도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 유기전계 발광소자(100)의 제조에 있어서는, 2개의 이웃한 적녹 서브픽셀(SP1, SP2)에 대응하여 개구(op)를 갖는 적녹 서브픽셀용 쉐도우 마스크(203)를 통해 적 및 녹 서브픽셀(SP1, SP2)에 제 2 정공수송층(149b)을 300Å 두께로 형성하고, 이의 상부로 제 1 적색 서브픽셀용 쉐도우 마스크(205)를 이용하여 450Å 두께로 제 3 정공수송층(149c)을 형성하고 있다.
따라서 정공수송층(149)의 형성에 있어서는 제 3 정공수송층(149c) 형성 시에만 상대적으로 작은 개구(op)를 갖는 쉐도우 마스크를 이용함으로써 비교예 대비 립 붙음 불량 발생을 억제할 수 있으며, 쉐도우 마스크의 세정 빈도를 낮춤으로써 단위시간당 생산성을 향상시킬 수 있다.
100 : 유기전계 발광소자
147 : 제 1 전극
148 : 정공주입층
149 : 정공수송층
149a, 149b, 149c : 제 1, 2, 3 정공수송층
150 : 유기 발광 물질층
150a, 150b, 150c : 적, 녹, 청색 유기 발광 물질층
152 : 전자수송층
155 : 제 2 전극
201 : 제 1 오픈 쉐도우 마스크
203 : 적녹 서브픽셀용 쉐도우 마스크
205 : 제 1 적색 서브픽셀용 쉐도우 마스크
207 : 제 1 청색 서브픽셀용 쉐도우 마스크
op : 개구
rip : 립

Claims (11)

  1. 적, 녹, 청색을 각각 발광하는 3개의 서브픽셀을 하나의 픽셀로 정의하며, 다수의 픽셀을 구비한 표시영역을 포함하는 유기전계 발광소자의 제조 방법에 있어서,
    기판 상의 상기 표시영역에 각 서브픽셀 별로 제 1 전극을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 전극 위로 상기 표시영역 전면에 정공주입층을 형성하는 단계와;
    상기 정공주입층 위로 상기 표시영역 전면에 제 1 정공수송층을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 정공수송층 위로 서로 이웃한 상기 적 및 녹색 서브픽셀에 대응하여 상기 적 및 녹색 서브픽셀에 대응하여 개구를 갖는 적녹 쉐도우 마스크를 이용하여 성막을 진행함으로서 하나의 패턴형태로 형성된 제 2 정공수송층을 형성하는 단계와;
    상기 제 2 정공수송층 위로 상기 적색 서브픽셀에 대응하여 제 3 정공수송층을 형성하는 단계와;
    상기 적, 녹, 청색 서브픽셀 각각에 대응하여 상기 제 3, 2, 1 정공수송층 위로 각각 적, 녹, 청색을 발광하는 유기 발광 물질층을 형성하는 단계와;
    상기 유기 발광 물질층 위로 상기 표시영역 전면에 전자수송층을 형성하는 단계와;
    상기 전자수송층 위로 상기 표시영역 전면에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 적녹 쉐도우 마스크의 상기 개구는 상기 적 및 녹색 서브픽셀 전체와 동일한 크기를 갖고, 상기 적색 서브픽셀 및 상기 녹색 서브픽셀 각각은 상기 청색 서브픽셀보다 작은 크기를 갖는 유기전계 발광소자의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 정공주입층과, 제 1 정공수송층, 전자수송층 및 제 2 전극은 상기 표시영역 전면에 대응하여 개구를 갖는 쉐도우 마스크를 이용하여 각각 성막을 실시하는 것이 특징인 유기전계 발광소자의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 3 정공수송층과 적색 유기 발광 물질층은 상기 적색 서브픽셀에 대응하여 개구를 갖는 적색 서브픽셀용 쉐도우 마스크를 이용하여 성막을 실시하며,
    상기 녹색 유기 발광 물질층은 상기 녹색 서브픽셀에 대응하여 개구를 갖는 녹색 서브픽셀용 쉐도우 마스크를 이용하여 성막을 실시하며,
    상기 청색 유기 발광 물질층은 상기 청색 서브픽셀에 대응하여 개구를 갖는 청색 서브픽셀용 쉐도우 마스크를 이용하여 성막을 실시하는 것이 특징인 유기전계 발광소자의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은,
    반사성이 우수한 금속물질의 하부층과 일함수 값이 큰 투명 도전성 물질의 상부층의 이중층 구조를 갖거나,
    또는 투명 도전성 물질의 제 1 층과, 반사성이 우수한 금속물질의 제 2 층과 일함수 값이 큰 투명 도전성 물질의 제 3 층의 3중층 구조를 이루도록 형성하는 것이 특징인 유기전계 발광소자의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 반사성이 우수한 금속물질은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 은(Ag) 중 어느 하나이며,
    상기 투명 도전성 물질은 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)인 것이 특징인 유기전계 발광소자의 제조 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 전극은 일함수 값이 낮은 금속물질인 알루미늄(Al), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 마그네슘-알루미늄 합금(Mg:Al), 마그네슘-은(Mg:Ag) 중 어느 하나를 20Å 내지 200Å정도의 두께를 갖도록 성막하여 형성하는 것이 특징인 유기전계 발광소자의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전극을 형성하는 단계 이전에
    상기 전자수송층 위로 상기 표시영역 전면에 전자주입층을 형성하는 단계를 포함하는 유기전계 발광소자의 제조 방법.
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