KR101791009B1 - 유기전계 발광소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 제 1, 2, 3 화소영역을 갖는 표시영역이 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 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키며 형성된 보호층과; 상기 보호층 위로 상기 제 1, 2, 3 화소영역 별로 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 형성된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극 상부로 상기 표시영역 전면에 형성된 화이트를 발광하는 유기 발광층과; 상기 유기 발광층 상부로 상기 표시영역 전면에 형성되며, 그 내부에 상기 제 1, 2, 3 화소영역별로 서로 다른 두께를 갖는 유기물질로 이루어진 제 1, 2, 3 유기패턴을 포함하여 다중층 구조를 이루는 제 2 전극을 포함하며 풀 컬러를 구현하는 것이 특징인 유기전계 발광소자를 제공한다.

Description

유기전계 발광소자{Organic electro-luminescent Device}
본 발명은 유기전계 발광소자(Organic Electro-luminescent Device)에 관한 것이며, 특히 상부발광 방식의 구조에서 저저항 특성을 유지하면서도 별도의 컬러필터가 없이 풀 컬러를 구현할 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 5V 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.
따라서, 전술한 바와 같은 장점을 갖는 유기전계 발광소자는 최근에는 TV, 모니터, 핸드폰 등 다양한 IT기기에 이용되고 있다.
이하, 유기전계 발광 소자의 기본적인 구조에 대해서 조금 더 상세히 설명한다.
도 1은 종래의 유기전계 발광 소자의 하나의 화소영역에 대한 개략적인 단면도이다.
유기전계 발광소자(1)는 크게 어레이 소자와 유기전계 발광 다이오드(E)가 구비된 유기전계 발광소자용 기판(10)과 이와 대향하는 인캡슐레이션을 위한 대향기판(70)으로 구성되고 있다.
한편 상기 유기전계 발광소자용 기판(10)에 구비되는 상기 어레이 소자는 게이트 및 데이터 배선과 연결된 스위칭 박막트랜지스터(미도시)와, 상기 유기전계 발광 다이오드(E)와 연결된 구동 박막트랜지스터(DTr)로 이루어지며, 상기 유기전계 발광 다이오드(E)는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 연결된 제 1 전극(47)과 유기 발광층(55) 및 제 2 전극(58)으로 이루어지고 있다.
이러한 구성을 갖는 유기전계 발광소자(1)는 상기 유기 발광층(55)으로부터 발생된 빛은 상기 제 1 전극(47) 또는 제 2 전극(58)을 향해 출사됨으로써 화상을 표시하게 된다. 이러한 유기전계 발광소자(1)는 개구율 등을 고려할 때, 통상 상기 제 2 전극(58)을 향해 출사되는 빛을 이용하여 화상을 표시하는 상부 발광 방식으로 제조되고 있다.
한편, 상기 제 1 전극(47)은 애노드 전극의 역할을 하도록 일함수 값이 높은 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO)로 이루어지고 있으며, 제 2 전극(58)은 캐소드 전극의 역할을 하도록 일함수 값이 낮은 금속물질로서 이루어지고 있다.
그러나, 캐소드 전극의 역할을 하는 상기 제 2 전극(58)을 이루는 일함수 값이 낮은 금속물질은 불투명한 특성을 가지므로, 이러한 불투명한 금속을 일반적인 전극의 두께를 갖도록 즉, 1000Å 내지 4000Å의 두께로 형성하면 빛이 투과할 수 없다.
따라서, 낮은 일함수 값을 가지며 불투명한 금속물질로 이루어진 제 2 전극(58)은 투명성을 확보하기 위해 불투명한 금속물질로 이루어지는 하부층을 10Å 내지 200Å정도의 두께를 갖도록 형성하고 있다. 이 경우, 상기 제 2 전극(58)의 빛 투과도는 15% 이상이 되므로 일반적인 표시장치의 휘도 수준이 되고 있다.
하지만, 제 2 전극(58)을 10Å 내지 200Å정도의 두께를 갖도록 형성하면, 그 면저항이 20Ω/□ 내지 1000Ω/□이 되며, 이 경우 제 2 전극 자체의 저항이 높아 구동전압이 매우 커지게 되므로 소비전력이 증가됨으로써 특히, 개인용 휴대 IT기기에 적용 시 빠른 배터리 소비를 야기시키고 있다.
그리고 최근에는 표시장치가 대형화되고 되고 있으며, 보다 저비용으로 우수한 표시 품질을 갖는 표시장치가 요구되고 있는 실정이다.
따라서 이러한 시대적 요구에 부합할 수 있도록 유기전계 발광소자(1) 또한 제조 비용을 저감시키기 위해 많은 노력을 하고 있지만, 유기전계 발광소자(1)는 풀컬러를 구현하기 위해 기본적으로 상대적으로 재료비가 비싼 적, 녹, 청색을 발광하는 유기발광 물질이 이용되고 있으므로 제조 비용을 저감시키는데 많은 어려움이 있다.
또한, 쉐도우 마스크를 이용하여 진공 열증착법으로 적, 녹, 청색을 발광하는 유기 발광층(585)과 발광 효율 증대를 위해 정공 수송층 및 전자 수송층 등을 각 화소영역(P)별로 형성해야 하므로 패터닝 오차가 커 대면적의 표시장치를 구현하는데 어려움이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 상부 발광 방식의 유기전계 발광 소자에 있어 최상층에 형성되는 유기전계 발광 다이오드의 제 2 전극 자체의 면저항 증가 없이 빛 투과율를 향상시킬 수 있는 유기전계 발광소자를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 유기 발광층의 패터닝 없이 표시영역에 형성함으로써 각 화소영역별로 패터닝하는 것에 의해 발생되는 오차를 최소화함으로써 대면적화에 유리한 구조를 가지며, 별도의 컬러필터 없이 풀컬러를 구현할 수 있는 유기전계 발광소자를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자는, 제 1, 2, 3 화소영역을 갖는 표시영역이 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 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키며 형성된 보호층과; 상기 보호층 위로 상기 제 1, 2, 3 화소영역 별로 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 형성된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극 상부로 상기 표시영역 전면에 형성된 화이트를 발광하는 유기 발광층과; 상기 유기 발광층 상부로 상기 표시영역 전면에 형성되며, 그 내부에 상기 제 1, 2, 3 화소영역별로 서로 다른 두께를 갖는 유기물질로 이루어진 제 1, 2, 3 유기패턴을 포함하여 다중층 구조를 이루는 제 2 전극을 포함하며 풀 컬러를 구현하는 것이 특징이다.
이때, 상기 제 1 전극의 가장자리와 중첩하며 상기 화소영역의 경계에 형성된 뱅크를 포함한다.
또한, 상기 제 1, 2, 3 화소영역은 각각 적, 녹, 청색을 표현하며, 상기 제 1 화소영역에 구비된 상기 제 1 유기패턴은 1150Å 내지 1250Å의 두께를 가지며, 상기 제 2 화소영역에 구비된 상기 제 2 유기패턴은 850Å 내지 950Å의 두께를 가지며, 상기 제 3 화소영역에 구비된 상기 제 3 유기패턴은 650Å 내지 750Å의 두께를 갖는 것이 특징이다.
상기 제 2 전극은 6중층 구조를 이루며, 최하부의 제 1 층은 은(Ag), 마그네슘-은 합금(Mg:Ag), 금(Au), 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 칼슘(Ca) 중 어느 하나로 이루어지며, 제 2 층은 투명 도전성 산화물인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 이루어지며, 제 3 층 및 제 5 층은 저저항 금속물질인 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 중 어느 하나로 이루어지며, 제 4 층은 제 1, 2, 3 화소영역별로 서로 다른 두께를 갖는 상기 유기패턴으로 이루어지며, 제 6 층은 투명 도전성 산화물인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO) 또는 무기 산화물인 Al2O3, WO3, MoO3, SiO2, SiNx 중 어느 하나로 이루어지는 것이 특징이다.
그리고, 상기 제 1 전극은, 일 함수값이 높은 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 이루어진 단일층 구조를 이루거나, 또는 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 반사성이 우수한 금속물질인 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 은(Ag) 중 어느 하나로 이루어진 제 1 층과, 상기 투명 도전성 물질로 이루어지며 상기 유기 발광층과 접촉하는 제 2 층으로 구성된 이중층 구조를 이루는 것이 특징이다.
상기 제 1 기판에는 서로 교차하여 상기 화소영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과, 상기 데이터 배선과 나란하게 위치하는 전원배선이 형성되며, 상기 게이트 및 데이터 배선은 각각 상기 스위칭 박막트랜지스터의 게이트 전극 및 소스 전극과 연결되는 것이 특징이다.
본 발명에 따른 상부발광 방식 유기전계 발광 소자는 낮은 일함수 값을 갖는 금속물질로 10Å 내지 200Å 정도의 두께를 갖는 금속층과, 유기 물질층과, 투명 도전층을 포함하여 다중층 구조를 갖는 제 2 전극을 구성함으로서 제 2 전극의 투과율을 향상시키는 동시에 면저항이 10Ω/□ 이하가 되도록 하는 효과가 있다.
또한, 백색을 발광하는 유기 발광층을 화소영역 구별없이 표시영역 전면에 형성하고, 상기 제 2 전극 내부에 적, 녹, 청색을 발광해야 하는 화소영역별로 서로 다른 두께를 갖는 유기패턴을 형성하여 풀 컬러를 구현함으로써 종래의 적, 녹, 청색의 유기 발광층을 구비한 유기전계 발광층 대비 쉐도우 마스크를 이용한 패터닝 공정을 저감시킬 수 있으므로 대면화에 대응해서도 패터닝 오차를 최소화할 수 있으며, 나아가 풀컬러 구현을 위해 상대적으로 값비싼 컬러필터층을 필요로 하지 않으므로 재료비를 저감시키는 효과가 있다.
도 1은 종래의 유기전계 발광 소자의 하나의 화소영역에 대한 개략적인 단면도.
도 2는 일반적인 유기전계 발광소자의 한 화소에 대한 회로도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 대한 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 서로 이웃하여 각각 적, 녹, 청색을 나타내는 제 1, 2, 3 화소영역에 구비되는 제 2 전극에 대한 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자에 있어 상기 제 2 전극을 제 1 층을 제외하고 제 2 층부터 제 6 층을 각각 IZO/Ag/Organic/Ag/Al2O3 로 구성한 것에 대해 상기 유기물질의 두께를 각각 700Å, 900Å, 1200Å의 두께를 갖는 경우 최종적으로 나오는 빛의 파장대를 분석한 그래프.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
우선, 유기전계 발광소자의 구성 및 동작에 대해서 유기전계 발광소자의 하나의 화소에 대한 회로도인 도 2를 참조하여 간단히 설명한다.
도시한 바와 같이 유기전계 발광소자의 하나의 화소에는 스위칭(switching) 박막트랜지스터(STr)와 구동(driving) 박막트랜지스터(DTr), 스토리지 캐패시터(StgC), 그리고 유기전계발광 다이오드(E)가 구비되고 있다.
즉, 제 1 방향으로 게이트 배선(GL)이 형성되어 있고, 이 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 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 있으며, 타측 단자인 제 2 전극은 접지되고 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 유기전계발광 다이오드(E)에 흐르는 전류의 레벨을 일정하게 유지할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 대한 단면도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 서로 이웃하여 각각 적, 녹, 청색을 나타내는 제 1, 2, 3 화소영역에 구비되는 제 2 전극에 대한 단면도이다. 이때, 설명의 편의를 위해 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되는 영역을 구동영역(DA), 그리고 도면에는 나타내지 않았지만 각 화소영역(P) 내에 스위칭 박막트랜지스터(미도시)가 형성되는 영역을 스위칭 영역(미도시)이라 정의한다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)와 유기전계 발광 다이오드(E)가 형성된 제 1 기판(110)과, 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판(170)으로 구성되고 있다. 이때, 상기 제 2 기판(170)은 다중층 구조의 무기막 또는 유기막 등으로 대체됨으로써 생략될 수 있다.
우선, 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)와 유기전계 발광 다이오드(E)가 구비된 제 1 기판(110)의 구성에 대해 설명한다.
상기 제 1 기판(110) 상의 상기 구동영역(DA) 및 스위칭 영역(미도시)에는 각각 순수 폴리실리콘으로 이루어지며, 그 중앙부는 채널의 통로를 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.
이때, 상기 반도체층(113)과 상기 제 1 기판(110) 사이에는 전면에 무기절연물질 예를들면, 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 버퍼층(미도시)이 더욱 구비될 수도 있다. 상기 버퍼층(미도시)은 상기 반도체층(113)의 결정화시 상기 제 1 기판(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 전면에 형성되어 있으며, 상기 게이트 절연막(116) 위로 상기 구동영역(DA) 및 스위칭 영역(미도시)에는 상기 각 반도체층(113)의 제 1 영역(113a)에 대응하여 각각 게이트 전극(120)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 게이트 절연막(116) 위로는 상기 스위칭 영역(미도시)에 형성된 게이트 전극(미도시)과 연결되며 일방향으로 연장하며 게이트 배선(미도시)이 형성되어 있다.
다음, 상기 게이트 전극(120)과 게이트 배선(미도시) 위로 무기절연물질 예를들면, 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 층간절연막(123)이 형성되어 있다. 이때, 상기 층간절연막(123)과 그 하부의 게이트 절연막(116)에는 상기 제 1 영역(113a) 양측면에 위치한 상기 제 2 영역(113b)을 각각 노출시키는 반도체층 콘택홀(125)이 구비되고 있다.
다음, 상기 반도체층 콘택홀(125)이 구비된 상기 층간절연막(123) 상부에는 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(미도시)과, 이와 이격하여 나란하게 전원배선(미도시)이 형성되고 있다.
또한, 상기 층간절연막(123) 위로 각 구동영역(DA) 및 스위칭 영역(미도시)에는 서로 이격하며 상기 반도체층 콘택홀(125)을 통해 노출된 제 2 영역(113b)과 각각 접촉하며 소스 및 드레인 전극(133, 136)이 형성되어 있다.
한편, 상기 구동영역(DA)에 순차 적층된 상기 반도체층(113)과 게이트 절연막(116)과 게이트 전극(120)과 층간절연막(123)과 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)은 구동 박막트랜지스터(DTr)를 이룬다. 이때, 상기 스위칭 영역(미도시)에도 상기 구동영역(DA)에 형성된 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 동일한 구조의 스위칭 박막트랜지스터(미도시)가 형성되고 있다.
상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(미도시)과 전기적으로 연결되고 있으며, 나아가 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 도 연결되고 있다.
한편, 상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)는 상기 제 2 영역(113b)에 도핑되는 불순물에 따라 p타입 또는 n타입 박막트랜지스터를 이루게 된다. p타입 박막트랜지스터의 경우는 제 2 영역(113b)에 3족의 원소 예를들면 붕소(B)를 도핑함으로써 이루어지게 되며, n타입 박막트랜지스터의 경우는 상기 제 2 영역(113b)에 5족의 원소 예를들면, 인(P)을 도핑함으로써 이루어지게 된다.
p타입의 박막트랜지스터는 캐리어로서 정공이 이용되며, n타입의 박막트랜지스터는 캐리어로서 전자가 이용된다. 따라서, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)과 연결되는 제 1 전극(147)은 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 타입에 따라 애노드 전극 또는 캐소드 전극의 역할을 하게 되는 것이다.
즉, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)가 p타입인 경우, 상기 제 1 전극(147)은 애노드 전극의 역할을 하며, n타입인 경우 상기 제 1 전극(147)은 캐소드 전극의 역할을 하게 된다.
본 발명의 실시예에 있어서는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)가 p타입을 이룸으로써 상기 제 1 전극(147)이 애노드 전극의 역할을 하는 것을 일례로 설명하고 있다.
다음, 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 하부 구성요소의 단차에 영향을 거의 받지 않고 평탄한 표면을 이룰 수 있도록 유기절연물질 예를들면 포토아크릴(photo acryl) 또는 벤조사이클로부텐(BCB)으로 이루어지는 것이 특징이다.
또한, 상기 보호층(140) 위로는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)과 상기 드레인 콘택홀(143)을 통해 접촉되며, 각 화소영역(P) 별로 일함수 값이 큰 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO)로 이루어진 제 1 전극(147)이 형성되어 있다.
이때, 상기 제 1 전극(147)은 전술한 투명 도전성 물질로만 이루어진 단일층 구조를 가질 수도 있고, 또는 유기전계 발광 다이오드(E)의 상부로의 발광효율 증대를 위해 반사율이 우수한 금속물질인 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 은(Ag) 중 어느 하나로 이루어진 제 1 층(147a)과 상기 일함수 값이 높은 금속물질로 이루어진 제 2 층(147b)의 이중층 구조를 갖도록 이루어질 수도 있다.
다음, 전술한 바와 같이 단일층 또는 이중층 구조를 가지며 애노드 전극의 역할을 하는 상기 제 1 전극(147)의 가장자리와 중첩하며 상기 보호층(140) 위로 각 화소영역(P)의 경계에는 뱅크(150)가 형성되어 있다.
한편, 상기 뱅크(150)로 둘러싸인 각 화소영역(P) 내부에는 상기 제 1 전극(147) 위로 백색을 발광하는 유기 발광층(155)이 형성되고 있다.
이때, 백색을 발광하는 상기 유기 발광층(155)은 한 가지 색을 발광하게 되므로 각 화소영역(P1, P2, P3)별로 패터닝되지 않고 표시영역(AA) 전면 형성되고 있는 것이 특징이다.
이때, 상기 백색을 발광하는 유기 발광층(155)은 단일층으로 구성될 수도 있으며, 또는 발광 효율을 향상시키기 위해 상기 애노드 전극의 역할을 하는 상기 제 1 전극(147) 상부로부터 순차적으로 정공주입층(hole injection layer)(155a), 정공수송층(hole transporting layer)(155b), 유기 발광 물질층(emitting material layer)(155c), 전자수송층(electron transporting layer)(155d) 및 전자주입층(electron injection layer)(155e)의 다중층으로 형성될 수도 있다.
이때, 상기 유기 발광층(155)의 발광 효율을 향상시키기 위해 형성되는 정공주입층(hole injection layer)(155a), 정공수송층(hole transporting layer)(155b) 전자수송층(electron transporting layer)(155d) 및 전자주입층(electron injection layer)(155e) 또한 본 발명의 실시예에 따른 특성 상 각 화소영역(P1, P2, P3)별로 패터닝될 필요없이 표시영역(AA) 전면에 형성되고 있는 것이 특징이다.
따라서 본 발명의 실시예의 경우, 유기 발광층(155)의 이러한 구성에 의해 각 화소영역(P1, P2, P3)별로 패터닝되어 형성되는 종래의 적, 녹, 청색을 발광하는 유기 발광층(도 1의 R, G, B) 대비 쉐도우 마스크를 이용한 패터닝 공정이 1회 내지 5회 줄어들게 됨으로써 패터닝 오차를 최소화 할 수 있는 동시에, 불량률을 최소화할 수 있는 장점을 갖는다.
다음, 본 발명의 실시예에 있어서 또 다른 특징적인 것으로, 상기 유기 발광층(155) 상부에는 표시영역(AA) 전면에 캐소드 전극의 역할을 하며, 다중층 구조를 갖는 제 2 전극(158)이 형성되어 있다.
이때, 순차 적층된 상기 제 1 전극(147)과 유기 발광층(155)과 제 2 전극(147, 158)은 유기전계 발광 다이오드(E)를 이루게 된다.
한편, 다중층 구조를 갖는 제 2 전극(158)의 구조를 살펴보면, 상기 제 2 전극(158)은 캐소드 전극의 역할을 하기 위해 일함수 값이 비교적 낮은 금속물질인 은(Ag), 마그네슘-은 합금(Mg:Ag), 금(Au), 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 칼슘(Ca) 중 어느 하나의 물질로 이루어지며 빛의 투과성을 15% 이상이 되도록 유지시키기 위해 그 두께는 10Å 내지 200Å 정도의 두께를 갖는 제 1 층(158a)과, 상기 제 1 층(158a) 상부로 투명 도전성 산화물인 인듐-틴-옥사이드 또는 인듐-징크-옥사이드로 이루어진 제 2 층(158b)과, 저저항 금속물질인 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 중 어느 하나로 이루어진 제 3 층(158c)과, 유전율 상수 값이 2 이상인 유기물질 예를들면 벤조사이클로부텐(BCB) 또는 포토아크릴(photo acryl)로 이루어진 제 4 층(158d)과 상기 제 3 층(158c)을 이루는 동일한 물질로 이루어진 제 5 층(158e)과, 상기 제 2 층(158b)을 이루는 동일한 물질인 투명 도전성 산화물 또는 무기 산화물 예를들면 Al2O3, WO3, MoO3, SiO2, SiNx 중 어느 하나 이루어진 제 6 층(158f)의 6중층 구조로 구성되고 있는 것이 특징이다.
이렇게 제 2 전극을 다중층 구조를 갖도록 함으로써 광학 길이 제어에 의한 마이크로 커비티(micro cavity) 효과에 기인하여 단일층 구조를 이루는 것보다는 투과율이 향상될 수 있다.
마이크로 커비티(micro cavity) 효과는 빛이 특정 물질층 내부에서 반사를 반복하다 특정 조건이 만족되면 일시에 반사시킴으로써 빛의 투과효율이 향상시킬 수 있는 것으로 이러한 마이크로 커비티 효과를 구현하기 위해서는 상기 제 2 전극이 굴절율이 다른 물질로 이중층 이상의 구조를 이루어야 한다.
한편, 본 발명의 실시예에 있어서 가장 특징적인 것은 상기 유기물질로 이루어진 제 4 층(158d(210, 220, 230))이 제 1, 2, 3 화소영역(P1, P2, P3) 별로 이격하며 서로 다른 두께를 가지며 형성되고 있다는 것과, 상기 제 4 층(158d)을 사이에 두고 그 하부 및 상부에 각각 저저항 금속물질로 이루어진 제 3 층(158c) 및 제 5 층(158e)은 각 화소영역(P1, P2, P3)의 경계 즉 서로 이격하는 제 4 층(158d(210, 220, 230)간의 이격영역에서 서로 접촉하며 형성되는 구성을 이루는 것이다.
한편, 상기 제 1, 2, 3 화소영역(P1, P2, P3)별로 분리되어 서로 다른 두께를 가지며 유기물질로 형성된 제 4 층(158d(210, 220, 230))은 각각 상기 제 1 화소영역(P1)에 대응해서는 1150Å 내지 1250Å 정도의 제 1 두께를 갖도록 형성되고, 제 2 화소영역(P2)에 대응해서는 850Å 내지 950Å 정도의 제 2 두께를 갖도록 형성되며, 제 3 화소영역(P3)에 대응해서는 650Å 내지 750Å 정도의 제 3 두께를 갖도록 형성되고 있는 것이 특징이다.
이렇게 유기물질로 이루어진 상기 제 2 전극(158)의 제 4 층(158d(210, 220, 230))을 전술한 바와같이 제 1, 2, 3 화소영역(P1, P2, P3)별로 서로 다른 두께를 갖도록 형성한 것은 상기 제 1, 2, 3 화소영역(P1, P2, P3)별로 각각 적, 녹, 청색이 발광되도록 하기 위함이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자에 있어 상기 제 2 전극을 제 1 층을 제외하고 제 2 층부터 제 6 층을 각각 IZO/Ag/Organic/Ag/Al2O3 로 구성한 것에 대해 상기 유기물질의 두께를 각각 700Å, 900Å, 1200Å의 두께를 갖는 경우 최종적으로 나오는 빛의 파장대를 분석한 그래프이다.
도시한 바와같이, 유기물질로 이루어진 제 4 층이 1200Å인 경우 적색을 표시하는 630nm 파장에서 피크치를 가지며, 900Å인 경우 녹색을 표시하는 530nm 파장대에서 피크치를 가지며, 700Å인 경우 청색을 표시하는 450nm 파장대에서 피크치를 가짐으로써 제 4 층의 두께가 두꺼워질수록 투과도 피크는 장파장대로 쉬프트됨을 보이고 있다.
이러한 결과에 의해 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 제 2 전극(158) 내에 각 화소영역(P1, P2, P3)별로 서로 다른 두께를 가지며 형성되는 유기물질로 이루어진 제 4 층(158d(210, 220, 230))의 두께를 적절히 각 화소영역(P1, P2, P3)별로 조절함으로써 화이트를 발광하는 유기발광층(155)으로부터 나온 빛이 상기 제 2 전극(158)을 통과하면 각각 적, 녹, 청색을 나타내게 되므로 별도의 컬러필터층 없이도 풀 컬러를 구현할 수 있는 것이 특징이다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 화이트 단색을 발광하는 유기발광층(155)을 구비하면서도 별도의 컬러필터층없이 적, 녹, 청색을 표시할 수 있는 바, 풀 컬러의 화상을 구현할 수 있으며, 이 경우 컬러필터층을 생략에 의해 재료비를 저감시킬 수 있는 장점을 갖는다.
한편, 이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 상기 다중층 구조를 갖는 제 2 전극(158)에 있어 저저항 금속물질로 이루어진 제 3 층(158c)과 제 5 층(158e)은 그 두께가 200Å 내지 400Å 정도가 되며, 투명 도전성 산화물로 이루어지는 제 2 층(158b)과 투명 도전성 산화물 또는 무기 산화물로 이루어지는 상기 제 6 층(158e)은 200Å 내지 600Å가 되는 것이 바람직하다.
상기 저저항 금속물질로 이루어지는 제 3 층(158c)과 제 5 층(158e)의 두께를 200Å 내지 400Å 정도의 두께로 형성함으로써 상기 제 2 전극(158)의 면 저항을 1Ω/□ 내지 10Ω/□정도 수준이 되도록 하기 위함이다.
한편 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 이렇게 제 2 전극(158)의 면저항을 1Ω/□ 내지 10Ω/□ 정도로 낮은 수준을 유지할 수 있음으로서 대면적화에 유리한 구성이 되는 것이 특징이다.
나아가, 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 특히 다중층 구조를 갖는 유기발광층(155)을 각 화소영역(P1, P2, P3)별로 패터닝할 필요없이 표시영역(AA) 전면에 형성됨으로써 상기 유기 발광층(155)의 형성 시 1회 내지 5회의 화소영역별 패터닝이 생략되며, 비록 제 2 전극(158) 형성 시 서로 다른 두께로 형성되는 유기물질로 이루어지는 제 4 층(158d(210, 220, 230))의 형성을 위해 화소영역(P1, P2, P3)별 패터닝이 진행된다 하더라도 유기 발광층(155)의 형성에 필요로 되는 화소영역(P1, P2, P3)별 패터닝 수보다는 훨씬 적게 되므로 화소영역(P1, P2, P3)별 패터닝 오차에 의한 대면적화에 유리한 구성이라 할 것이다.
본 발명은 전술한 실시예 및 변형예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
155 : 유기 발광층 158 : 제 2 전극
158a : 제 1 층 158b : 제 2 층
158c : 제 3 층 158d : 제 4 층
158e : 제 5 층 158f : 제 6 층
210 : 제 1 화소영역의 제 4 층
220 : 제 2 화소영역의 제 4 층
230 : 제 3 화소영역의 제 4 층
P1, P2, P3 : 제 1, 2, 3 화소영역

Claims (6)

  1. 제 1, 2, 3 화소영역을 갖는 표시영역이 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 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키며 형성된 보호층과;
    상기 보호층 위로 상기 제 1, 2, 3 화소영역 별로 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 형성된 제 1 전극과;
    상기 제 1 전극 상부로 상기 표시영역 전면에 형성된 화이트를 발광하는 유기 발광층과;
    상기 유기 발광층 상부로 상기 표시영역 전면에 형성되며, 서로 연결되며 마주하는 제 1 및 제 2 층과, 상기 제 1 및 제 2 층 사이에 위치하고 상기 제 1, 2, 3 화소영역별로 서로 다른 두께를 갖는 유기물질로 이루어진 제 1, 2, 3 유기패턴을 포함하여 다중층 구조를 이루는 제 2 전극
    을 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 층 각각은 도전성을 갖는 풀 컬러를 구현하는 것이 특징인 유기전계 발광소자.
  2. 제 1 항에 있어서
    상기 제 1 전극의 가장자리와 중첩하며 상기 화소영역의 경계에 형성된 뱅크를 포함하는 유기전계 발광소자.
  3. 제 1 항에 있어서
    상기 제 1, 2, 3 화소영역은 각각 적, 녹, 청색을 표현하며,
    상기 제 1 화소영역에 구비된 상기 제 1 유기패턴은 1150Å 내지 1250Å의 두께를 가지며,
    상기 제 2 화소영역에 구비된 상기 제 2 유기패턴은 850Å 내지 950Å의 두께를 가지며,
    상기 제 3 화소영역에 구비된 상기 제 3 유기패턴은 650Å 내지 750Å의 두께를 갖는 것이 특징인 유기전계 발광소자.
  4. 제 1 항에 있어서
    상기 제 2 전극은 상기 제 1 층 하부에 순차적으로 위치하는 제 3 및 제 4 층과, 상기 제 2 층 상에 위치하는 제 5 층을 더 포함하고,
    상기 제 3 층은 은(Ag), 마그네슘-은 합금(Mg:Ag), 금(Au), 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 칼슘(Ca) 중 어느 하나로 이루어지며,
    상기 제 4 층은 투명 도전성 산화물인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 이루어지며,
    상기 제 1 및 제 2 층 각각은 저저항 금속물질인 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 중 어느 하나로 이루어지며,
    상기 제 5 층은 투명 도전성 산화물인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO) 또는 무기 산화물인 Al2O3, WO3, MoO3, SiO2, SiNx 중 어느 하나로 이루어지는 것이 특징인 유기전계 발광소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은, 일 함수값이 높은 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 이루어진 단일층 구조를 이루거나, 또는 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 반사성이 우수한 금속물질인 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 은(Ag) 중 어느 하나로 이루어진 제 1 층과, 상기 투명 도전성 물질로 이루어지며 상기 유기 발광층과 접촉하는 제 2 층으로 구성된 이중층 구조를 이루는 것이 특징인 유기전계 발광소자.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 기판에는 서로 교차하여 상기 화소영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과, 상기 데이터 배선과 나란하게 위치하는 전원배선이 형성되며, 상기 게이트 및 데이터 배선은 각각 상기 스위칭 박막트랜지스터의 게이트 전극 및 소스 전극과 연결되는 것이 특징인 유기전계 발광소자.
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