KR101903418B1

KR101903418B1 - 유기발광 장치와 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR101903418B1
Application number: KR1020110139606A
Authority: KR
Inventors: 한창욱; 배성준; 방희석
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2018-10-04
Also published as: KR20130072059A

Abstract

발광 영역과 비 발광 영역이 정의된 본 발명의 실시 예에 따른 유기발광 장치는 기판; 상기 기판 상에 형성된 드라이빙 TFT(Thin Film Transistor); 상기 드라이빙 TFT를 덮도록 형성된 보호층; 상기 보호층 상부에 형성된 광 보상층; 상기 발광 영역을 정의하는 뱅크; 캐소드 전극과 상기 드라이빙 TFT의 드레인과 컨택되는 애노드 전극의 사이에 위치하고 구동 전류에 따라 발광하는 유기 발광층을 포함하며, 상기 광 보상층은 상기 발광 영역과 비 발광 영역에서 서로 다른 두께로 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

유기발광 장치와 이의 제조 방법{ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 유기발광 장치와 이의 제조 방법에 관한 것이다.

평판 디스플레이 장치로서 현재까지는 액정 디스플레이 장치(LCD: Liquid Crystal Display apparatus)가 널리 이용되었지만, 액정 디스플레이 장치는 백라이트가 필요하고, 밝기, 명암비 및 시야각 등에서 기술적 한계가 있다. 이에 따라, 발광효율, 휘도, 시야각이 뛰어나며 응답속도가 빠른 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치가 주목받고 있다.

최근 자체발광이 가능하여 별도의 광원(백라이트)이 필요 없고, 밝기, 명암비 및 시야각 등에서 상대적으로 우수한 유기발광 장치(OLED: Organic Light Emitting Device)에 대한 관심이 증대되고 있다.

이하에서는, 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 능동 매트릭스 방식의 유기발광 장치에 대해서 설명하기로 한다. 참고로, 이하 본 명세서에서는 '능동 매트릭스 방식의 유기발광 장치(AMOLED)'를 간략하게 '유기발광 장치'로 칭하도록 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 유기발광 장치의 구조를 나타내는 도면이다. 도 1에서는 복수의 픽셀 중 하나의 픽셀을 도시하고 있으며, 복수의 픽셀을 구동시키기 위한 구동 회로부 및 라인들의 도시는 생략하였다.

도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 유기발광 장치는 복수의 픽셀을 포함하며, 복수의 픽셀 각각은 글래스 기판(10) 상에 형성된 복수의 TFT(Thin Film Transistor), OLED(90, Organic Light Emitting Diode) 및 스토리지 커패시터(미도시)를 포함한다. 도 1에서는 OLED(90)를 구동시키기 위한 복수의 TFT들 중에서 드라이빙 TFT(20)를 도시하고 있다.

픽셀은 크게 OLED(90)에서 생성된 빛이 출사되는 픽셀 영역(A)과 OLED(90)를 구동시키기 위한 TFT들이 형성된 TFT 영역(B)으로 구분할 수 있다.

드라이빙 TFT(20)는 글래스 기판(10) 상에 형성된 게이트(22, gate), 반도체층(24, active), 소스(26, source), 드레인(28, drain) 및 게이트 절연층(25, GI: gate insulator layer)으로 구성된다. 여기서, 드라이빙 TFT(20)에는 소거 라인(30, ESL)이 컨택되어 있다.

드라이빙 TFT(20)를 덮도록 글래스 기판(10)의 전면에 보호층(40, PAS)이 형성되어 있고, 보호층(40) 상에는 오버코트층(60, OC)이 형성되어 있다.

픽셀 영역(A)에서 보호층(40)과 오버코트층(60) 사이에는 색 변환층(50)이 형성되어 있다. 그리고, 오버코트층(60) 상부에는 광 보상층(70, OCL: optical compensation layer)이 형성되어 있다.

광 보상층(70)의 상부 중에서, TFT 영역(B)에는 화상이 표시되는 픽셀 영역(A) 즉, 개구부를 정의하는 뱅크(80)가 형성되어 있다.

픽셀 영역(A)의 광 보상층(70) 상부 및 TFT 영역(B)의 뱅크(80) 상부에는 OLED(90)가 형성되어 있다.

여기서, OLED(90)는 인듐틴옥사이드(ITO)와 같은 투명 전도성 물질로 형성된 애노드(anode) 전극(92), 인가된 전류에 의해 발광하는 유기 발광층(94) 및 상기 유기 발광층(94) 상에 형성된 캐소드(cathode) 전극(96)을 포함한다.

보호층(40), 오버코트층(60) 및 광 보상층(70)의 일부 영역이 식각되어 드레인(28)의 상면을 노출시키는 컨택홀이 형성되고, 상기 컨택홀 내에 전도성 메탈 물질이 매립되어 컨택(CNT)이 형성되어 있다.

애노드 전극(92)은 상기 컨택(CNT)을 통해 드라이빙 TFT(20)의 드레인(28)과 접속된다. 이러한, OLED(90)는 바텀 에미션 방식으로 백색 광을 생성하여 출사시킨다. OLED(90)의 상부에는 봉지 글라스(미도시)가 형성되어 OLED(90)를 습기와 같은 외부 요인으로부터 봉지하게 된다.

종래 기술에 따른 유기발광 장치에는 오버코트층(60) 상부에 산화물(oxide) 박막으로 광 보상층(70)이 형성되어 색 시야각의 특성을 만족시킨다.

TFT 영역에는 드라이빙 TFT(20), 스위칭 TFT들 및 구동에 필요한 라인들이 형성되는데, 픽셀 영역(A) 및 TFT 영역(B)에서 광 보상층(70)이 동일한 두께로 형성된다. 광 보상층(70)의 두께가 1,600Å인 경우에 TFT들의 특성이 최적화되고, 광 보상층(70)의 두께가 2,200Å으로 형성되어야 OLED(90)의 색 시야각 특성이 최적화된다.

종래 기술에서는 색 시야각의 특성을 향상시키기 위해 광 보상층(70)을 2,200Å 이상으로 형성하는데, 이로 인해 TFT들의 구동 특성 저하되는 문제점이 있다.

광 보상층(70)이 1,600Å의 두께 및 2,200Å의 두께로 형성된 경우를 대비하여 TFT들이 특성이 변화된 것을 아래의 표 1에 나타내고 있다.

구체적으로, 광 보상층(70)이 2,200Å 이상의 두께로 형성되면, 스토리지 커패시턴스(Storage capacitance)가 4% 감소하고, 라인들과 캐소드(96) 간의 로드(load)가 1% 감소하는 문제점이 있다. 또한, 드라이빙 TFT(20)의 피크 전류(peak current)가 5.2% 감소하고, 문턱 전압(Vth)의 보상특성이 2.2% 감소하는 문제점이 있다.

한편, 스토리지 커패시턴스의 면적을 증가시켜 커패시턴스를 보상할 수 있지만, 이로 인해 개구율이 0.5% 감소하는 다른 문제점이 발생될 수 있다.

상술한 문제점들은 캐소드(96)와 라인들 사이의 산화물 박막의 두께에 기인한 것으로, TFT들의 구동 특성 저하를 방지하기 위해서는 광 보상층(70)을 1,600Å 정도의 두께로 형성하여야 하지만, 이러한 경우에는 반대로 색 시야각 특성이 저하되는 다른 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 색 시야각의 특성을 향상시킬 수 있는 유기발광 장치와 이의 제조 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, TFT 영역에 형성된 광 보상층에 의해 스토리지 커패시턴스(Storage capacitance) 및 라인들과 캐소드(96) 간의 로드(load)가 감소하는 것을 방지할 수 있는 유기발광 장치와 이의 제조 방법을 제공하는 것을 다른 기술적 과제로 한다.

본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, TFT 영역에 형성된 광 보상층에 의해 드라이빙 TFT의 피크 전류(peak current) 및 문턱 전압(Vth)의 보상특성이 감소하는 것을 방지할 수 있는 유기발광 장치와 이의 제조 방법을 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 한다.

픽셀 영역과 TFT(Thin Film Transistor) 영역이 정의된 본 발명의 실시 예에 따른 유기발광 장치는, 기판; 상기 기판 상에 형성된 드라이빙 TFT; 상기 드라이빙 TFT를 덮도록 형성된 보호층; 상기 보호층 상부에 형성된 광 보상층; 캐소드 전극과 상기 드라이빙 TFT의 드레인과 컨택되는 애노드 전극의 사이에 위치하고 구동 전류에 따라 발광하는 유기 발광층을 포함하며, 상기 광 보상층은 상기 픽셀 영역과 TFT 영역에서 서로 다른 두께로 형성된 것을 특징으로 한다.

발광 영역과 비 발광 영역이 정의된 본 발명의 실시 예에 따른 유기발광 장치의 제조방법에 있어서, 기판 상의 비 발광 영역에 드라이빙 TFT(Thin Film Transistor)를 형성하는 단계; 상기 드라이빙 TFT를 덮도록 보호층을 형성하는 단계; 상기 보호층을 덮도록 광 보상층을 형성하는 단계; 발광 영역을 정의하는 뱅크를 형성하는 단계; 및 캐소드 전극과 상기 드라이빙 TFT의 드레인과 컨택되는 애노드 전극의 사이에 위치하고 구동 전류에 따라 발광하는 유기 발광층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 광 보상층은 상기 발광 영역과 비 발광 영역에서 서로 다른 두께로 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 색 시야각의 특성을 향상시킬 수 있는 유기발광 장치와 이의 제조 방법을 제공할 수 있다.

본 발명은 픽셀 영역과 TFT 영역에서 광 보상층의 두께를 최적화시켜 스토리지 커패시턴스(Storage capacitance) 및 라인들과 캐소드 간의 로드(load)가 감소하는 것을 방지할 수 있는 유기발광 장치와 이의 제조 방법을 제공할 수 있다.

본 발명은 픽셀 영역과 TFT 영역에서 광 보상층의 두께를 최적화시켜 광 보상층에 의해 드라이빙 TFT의 피크 전류(peak current) 및 문턱 전압(Vth)의 보상특성이 감소하는 것을 방지할 수 있는 유기발광 장치와 이의 제조 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 유기발광 장치의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유기발광 장치의 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유기발광 장치의 구조를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예들에 따른 유기발광 장치의 색 시야각 특성을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 2 및 도 3에 도시된 광 보상층에 의해 TFT의 특성이 향상된 효과를 나타내는 도면이다.
도 6 내지 도 13은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유기발광 장치의 제조방법을 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들에 따른 유기발광 장치에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 어떤 구조물이 다른 구조물 '상에 또는 상부에' 및 '아래에 또는 하부에' 형성된다고 기재된 경우, 이러한 기재는 이 구조물들이 서로 접촉되어 있는 경우는 물론이고 이들 구조물들 사이에 제3의 구조물이 개재되어 있는 경우까지 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들에 따른 유기발광 장치와 이의 제조방법을 설명함에 있어서, 구조물들 간의 상/하 관계는 제조 과정과 제조가 완료된 이후 서로 상이할 수 있다.

도면에 도시되지 않았지만, 본 발명의 실시 예들에 따른 유기발광 장치는 픽셀에 형성된 OLED를 발광시키기 위한 구동 회로부를 포함한다.

도 2은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유기발광 장치의 구조를 나타내는 도면이다. 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유기발광 장치는 광을 하부로 방출하는 바텀 이미션(Bottom emission) 방식이며, 도 2에서는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유기발광 장치의 전체 픽셀 중에서 하나의 픽셀을 예로서 도시하고 있다.

도 2을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유기발광 장치는 글래스 기판(110, 또는 백 플랜 기판) 상에 복수의 픽셀이 형성된다.

복수의 픽셀 각각은 영상 신호에 따라 인가된 전류에 의해 발광하는 OLED(190)와, 상기 OLED(190)에 구동 전류를 공급하기 위한 복수의 TFT; 및 스토리지 커패시터(Ctc)를 포함한다. 여기서, 복수의 TFT는 스위칭 TFT들 및 드라이빙 TFT(120)를 포함한다.

도 2에 도시되어 있지 않지만, 글래스 기판(110)에는 게이트 라인, 발광 신호 라인, 데이터 라인, 구동 전원(VDD) 라인, 기준 전원(Vss) 라인이 형성되어 있다. 여기서, 글래스 기판(110)을 대체하여 플렉서블 한 투명 재질의 플라스틱 기판이 적용될 수 있다. 또한, 글래스 기판(110) 상에는 SiO₂, 또는 SiNx와 같은 무기물로 버퍼층(미도시)이 2,000Å~ 3,000Å의 두께로 형성될 수 있다.

상기 도 2에서는 복수의 TFT 중에서 스위칭 TFT들은 도시하고 있지 않으며, OLED(190)에 공급되는 전류를 스위칭 하는 드라이빙 TFT(120)를 도시하고 있다. 드라이빙 TFT(120)는 글래스 기판(110) 상에서 TFT 영역(D)에 형성되고, OLED(190)는 픽셀 영역(C), 즉, 개구부에 형성된다.

드라이빙 TFT(120)는 글래스 기판(110) 상에 형성된 게이트(122, gate), 반도체층(124, active), 소스(126, source), 드레인(128, drain) 및 게이트 절연층(125, GI: gate insulator layer)으로 구성된다. 여기서, 드라이빙 TFT(120)에는 소거 라인(130, ESL)이 컨택되어 있다.

게이트(122), 소스(126) 및 드레인(128)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu)와 같은 메탈 물질로 형성될 수 있다.

반도체층(124)은 산화물을 포함하는 투명전도성 물질 일 예로서, IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide) 물질로 형성될 수 있으며, P형 또는 N형의 불순물이 10¹⁴ ~ 10¹⁵[㎤] 농도로 도핑되어 있다.

픽셀 영역(C) 및 TFT 영역(D)의 드라이빙 TFT(120)를 덮도록 3um 내외의 두께로 보호층(140, PAS)이 형성되고 보호층(140) 상에는 오버코트층(160, OC)이 형성되어 있다. 도면에 도시되지 않았지만, 드라이빙 TFT(120)와 보호층(140) 사이에는 층간 절연층(ILD: inter layer dielectric)이 더 형성될 수 있다.

픽셀 영역(C)에서 보호층(140)과 오버코트층(160) 사이에는 색 변환층(150)이 형성되어 있다. 이러한, 색 변환층(150)은 OLED(190)에서 생성된 광을 레드(red), 그린(green) 또는 블루(blue)의 색광으로 변환시키기 위한 컬러필터층이다.

색 변환층(150)에 의해 OLED(190)에서 생성된 백색 광이 컬러 광으로 변환되며, OLED(190) 및 색 변환층(150)을 포함하는 픽셀이 매트릭스 형태로 배열될 수 있다.

도 2를 참조한 상술한 설명에서는 색 변환층(150)이 보호층(140)과 오버코트층(160) 사이에 형성된 것으로 설명하였으나 이는 본 발명의 여러 실시 예들 중에서 일 예를 설명한 것이다.

본 발명의 다른 실시 예에서 색 변환층(150)은 TFT들과 동일 레이어 상에 형성될 수 있다. 즉, 색 변환층(150)은 게이트 절연층(125)과 보호층(140) 사이에도 형성될 수 있다.

오버코트층(160) 상부에는 광 보상층(170, OCL: optical compensation layer)이 형성되어 있다.

여기서, 광 보상층(170)은 산화물 실리콘(silicon oxide: SiO_X) 또는 질화물 실리콘(silicon nitride: SiN_Y)으로 형성될 수 있으며, 상기 TFT 영역(D)과 상기 픽셀 영역(C)에서 서로 다른 두께를 가지도록 형성된다.

구체적으로, 상기 광 보상층(170)은 픽셀 영역(C)의 두께가 TFT 영역(D)의 두께보다 얇게 형성된다.

일 예로서, 상기 픽셀 영역(C)에서는 광 보상층(170)이 1,000Å~3,000Å의 두께를 가지도록 형성되고, 상기 TFT 영역(D)에서는 광 보상층(170)이 500Å~2,000Å의 두께를 가지도록 형성되어 있다.

상술한 바와 같이, 바텀 이미션 구조의 유기발광 장치는 광 보상층의 두께가 1,600Å인 경우에 TFT들의 구동 특성이 최적화되므로, 본 발명의 실시 제1 예에 따른 유기발광 장치의 광 보상층(170)은 TFT 영역(D)에서 1,600Å의 두께를 가지도록 형성될 수 있다.

이와 함께, 바텀 이미션 구조의 유기발광 장치는 광 보상층의 두께가 2,200Å인 경우에 색 시야각의 특성이 최적화되므로, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유기발광 장치의 광 보상층(170)은 픽셀 영역(C)에서 2,200Å의 두께를 가지도록 형성될 수 있다.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 유기발광 장치에서 광 보상층(170)의 두께를 결정함에 있어서, 픽셀 영역(C)에는 색 시야각에 최적화된 두께를 적용하고, TFT 영역(D)에는 TFT의 구동 특성에 최적화된 두께를 적용한다.

광 보상층(170)을 형성하는 물질에 따라서 TFT들의 구동 특성 및 색 시야각의 특성이 최적화되는 광 보상층의 두께가 달라질 수 있으므로, 본 발명의 다른 실시 예에서는 광 보상층(170)을 1,000Å 이하의 두께 또는 3,000Å 이상의 두께로도 형성할 수 있다.

여기서, 광 보상층(170)은 글래스 기판(110)의 전면에 산화물 실리콘(silicon oxide: SiO_X) 또는 질화물 실리콘(silicon nitride: SiN_Y)을 증착하여 픽셀 영역(C) 및 TFT 영역(D)에서 동일한 두께를 가지도록 형성되는데, TFT 영역(D)에만 선택적으로 식각(etching) 공정을 수행하여 두께를 줄이게 된다. 이때, 식각 공정은 건식 식각(dry etching) 또는 습식 식각(wet etching) 방식을 적용할 수 있다.

이와 같이, TFT 영역(D)의 광 보상층(170)에만 선택적으로 건식 식각 공정을 적용하므로, 광 보상층(170)은 상기 TFT 영역(D)과 상기 픽셀 영역(C)에서 상이한 거칠기(roughness)로 형성된다. 전체 광 보상층(170) 중에서 건식 식각 공정이 적용된 TFT 영역(D)이 픽셀 영역(C)보다 큰 거칠기를 가지게 된다.

광 보상층(170)의 상부 중에서, TFT 영역(D)에는 화상이 표시되는 픽셀 영역(C) 즉, 개구부를 정의하는 뱅크(180)가 형성되어 있다. 여기서, 뱅크(180)는 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene, BCB)계 수지, 아크릴계 수지 또는 폴리이미드 수지로 형성될 수 있다.

픽셀 영역(C)의 광 보상층(170) 상부 및 TFT 영역(D)의 뱅크(180) 상부에는 드라이빙 TFT(120)를 통해 인가된 구동 전류에 의해 발광하는 OLED(190) 형성되어 있다.

여기서, OLED(190)는 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide) 또는 ITZO(indium tin zinc oxide)와 같은 투명 전도성 물질로 형성된 애노드(anode) 전극(192), 인가된 전류에 의해 발광하는 유기 발광층(194) 및 상기 유기 발광층(194) 상에 형성된 캐소드(cathode) 전극(196)을 포함한다. 이와 같이, 애노드 전극(192), 유기 발광층(194) 및 캐소드 전극(196)이 순차적으로 형성되어 OLED(190)를 구성하게 된다.

보호층(140), 오버코트층(160) 및 광 보상층(170)의 일부 영역이 식각되어 드레인(128)의 상면을 노출시키는 컨택홀이 형성되고, 상기 컨택홀 내에 전도성 메탈 물질이 매립되어 컨택(CNT)이 형성되어 있다.

애노드 전극(192)은 상기 컨택(CNT)을 통해 드라이빙 TFT(120)의 드레인(128)과 접속된다.

한편, 도 2에 구체적으로 도시되어 있지 않지만, OLED(190)는 애노드 전극(192), 유기 발광층(194) 및 캐소드 전극(196) 이외에도 정공 주입층 및 전자 주입층을 포함한다.

캐소드 전극(196)에서 발생된 전자 및 애노드 전극(192)에서 발생된 정공이 유기 발광층(194) 내부로 주입되면, 주입된 전자 및 정공이 결합하여 액시톤(exciton)이 생성된다. 생성된 액시톤이 여기상태(excited state)에서 기저상태(ground state)로 떨어지면서 백색 광을 발생시킨다. OLED(190)에서 생성된 백색 광이 색 변환층(150)을 통과하면서 고유의 색광으로 변환되어 외부로 출사되게 된다.

OLED(190)의 상부에는 봉지 기판(미도시)이 형성되어 OLED(190)를 습기와 같은 외부 요인으로부터 봉지하게 된다.

여기서, 봉지 기판은 OLED(190)를 외부 습기 및 이물질로부터 보호하기 위한 것으로, 봉지 기판으로 글라스 기판 또는 금속 시트(metal sheet)가 적용될 수 있다. 또한, 봉지 기판으로 박막 필름 봉지제(TFE: Thin Film Encapsulation)가 적용될 수도 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, OLED(190)를 보호할 수 있는 물질이면 봉지 기판의 역할을 대체할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유기발광 장치의 구조를 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하여 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유기발광 장치를 설명함에 있어서 상술한 제1 실시 예와 동일한 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

광 보상층(175)은 산화물 실리콘(silicon oxide: SiO_X) 또는 질화물 실리콘(silicon nitride: SiN_Y)으로 형성될 수 있으며, 발광 영역(E)과 비 발광 영역(F)에서 서로 다른 두께를 가지도록 형성될 수 있다. 여기서, 발광 영역(E)과 비 발광 영역(F)은 뱅크(180)에 의해 정의된다.

구체적으로, 상기 광 보상층(170)은 발광 영역(E)의 두께가 비 발광 영역(E)의 두께보다 얇게 형성된다.

일 예로서, 상기 발광 영역(E)에서는 광 보상층(175)이 1,000Å~3,000Å의 두께를 가지도록 형성되고, 상기 비 발광 영역(F)에서는 광 보상층(175)이 500Å~2,000Å의 두께를 가지도록 형성되어 있다.

상술한 바와 같이, 바텀 이미션 구조의 유기발광 장치는 광 보상층의 두께가 1,600Å인 경우에 TFT들의 구동 특성이 최적화되므로, 본 발명의 실시 제2 예에 따른 유기발광 장치의 광 보상층(175)은 비 발광 영역(F)에서 1,600Å의 두께를 가지도록 형성될 수 있다.

이와 함께, 바텀 이미션 구조의 유기발광 장치는 광 보상층의 두께가 2,200Å인 경우에 색 시야각의 특성이 최적화되므로, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유기발광 장치의 광 보상층(175)은 발광 영역(E)에서 2,200Å의 두께를 가지도록 형성될 수 있다.

본 발명의 제2 실시 예에 따른 유기발광 장치에서 광 보상층(175)의 두께를 결정함에 있어서, 발광 영역(E)에는 색 시야각에 최적화된 두께를 적용하고, 비 발광 영역(F)에는 TFT의 구동 특성에 최적화된 두께를 적용한다.

광 보상층(175)을 형성하는 물질에 따라서 TFT들의 구동 특성 및 색 시야각의 특성이 최적화되는 광 보상층의 두께가 달라질 수 있으므로, 본 발명의 다른 실시 예에서는 광 보상층(175)을 1,000Å 이하의 두께 또는 3,000Å 이상의 두께로도 형성할 수 있다.

본 발명의 제2 실시 예에 따른 유기발광 장치의 광 보상층(175)도 식각 공정을 선택적으로 적용하여 발광 영역(E)과 비 발광 영역(F)에서의 두께가 상이하게 형성되다. 따라서, 광 보상층(175)은 발광 영역(E)과 비 발광 영역(F)에서 상이한 거칠기(roughness)를 가진다.

도 4은 본 발명의 실시 예들에 따른 유기발광 장치의 색 시야각 특성을 나타내는 도면이고, 도 5는 도 2 및 도 3에 도시된 광 보상층에 의해 TFT의 특성이 향상된 효과를 나타내는 도면이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 상술한 구성을 포함하는 본 발명의 실시 예에 따른 유기발광 장치는 시야각 및 TFT 구동 특성에 최적화되도록 픽셀 영역(C)과 TFT 영역(D)에서 광 보상층(170)의 두께를 상이하게 형성하였다.

픽셀 영역(C)에서는 광 보상층(170)의 두께를 2,200Å으로 형성하여 색 시야각을 최적화시켰고, TFT 영역(D)에서는 광 보상층(170)의 두께를 1,600Å으로 형성하여 TFT들의 구동 특성 및 스토리지 커패시턴스의 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 임의의 제1 색(u1', v1')과 제2 색(u2', v2')의 색 차이를 나타낼 때에는 u', v' 좌표 값으로 두 색간의 거리를 표시한다. 이때, △u', v' 좌표 값이 0.02 이상인 경우, OLED 패널의 시야각에 따른 색 변화(Color shift)를 사용자가 인지하게 된다.

본 발명의 실시 예의 따른 유기 발광 장치는 △u', v' 의 좌표 값이 0.02 미만이 되도록 픽셀 영역(C) 또는 발광 영역(E)에서 광 보상층(170)의 두께를 색 시야각에 최적화시켰다. 또한, TFT 영역(D) 또는 비 발광 영역(F)에서 TFT들의 구동 특성이 저하되지 않도록 광 보상층(170)의 두께를 최적화시켰다. 이를 통해, 본 발명의 실시 예의 따른 유기 발광 장치는 TFT 들의 구동 특성을 보장하면서, 0°~±80°의 범위에서 우수한 색 시야각을 얻을 수 있다.

상술한 구성으로, 전체 픽셀을 형성하면 OLED 패널의 구동 특성을 향상시킬 수 있고, 개구율의 저하 없이 우수한 스토리지 커패시턴스를 형성시킬 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 실시 예에 따른 유기발광 장치가 적용된 조정 장치의 성능 및 디스플레이 장치의 표시 품질을 향상시킬 수 있다.

도 6 내지 도 13는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유기발광 장치의 제조방법을 나타내는 도면이다. 이하, 도 6 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유기발광 장치의 제조방법의 일 예를 설명한다.

도 6을 참조하면, 글래스 기판(110) 상의 TFT 영역(D)에 게이트(122, gate)를 형성하고, 게이트(122)를 덮도록 게이트 절연층(125)을 형성한다. 이때, 게이트 절연층(125)은 SiO₂로 형성될 수 있으며, 1,300Å의 두께를 가질 수 있다. 한편, 게이트 절연층(125)은 TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate) 또는 MTO(Middle Temperature Oxide)를 CVD(Chemical Vapor Deposition)로 증착하여 형성할 수도 있다.

이후, 반도체층(124, active)을 형성하고, 그 위에 소스(126, source) 및 드레인(128, drain)을 형성하여 드라이빙 TFT(120)의 제조한다. 이후, 드라이빙 TFT(120)에 컨택되도록 소거 라인(130, ESL)을 형성한다.

여기서, 게이트(122), 소스(126) 및 드레인(128)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu)와 같은 메탈 물질로 형성될 수 있다.

그리고, 반도체층(124)은 산화물을 포함하는 투명전도성 물질 일 예로서, IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide) 물질로 형성될 수 있으며, P형 또는 N형의 불순물이 10¹⁴ ~ 10¹⁵[㎤] 농도로 도핑된다.

여기서, 글래스 기판(110)은 투명 재질의 유기 기판 또는 플렉서블 한 플라스틱 기판이 적용될 수 있다. 도 6에 도시되어 있지 않지만, 글래스 기판(110)에는 게이트 라인, 발광 신호 라인, 데이터 라인, 구동 전원 라인(VDD), 기준 전원 라인이 형성되어 있다.

이어서, 도 7을 참조하면, 픽셀 영역(C) 및 TFT 영역(D)의 드라이빙 TFT(120)를 덮도록 보호층(140, PAS)을 형성한다. 이때, 보호층(140)은 포토 아크릴(photo acryl)로 3um 내외의 두께로 형성될 수 있다. 도면에 도시하지 않았지만, 드라이빙 TFT(120)와 보호층(140) 사이에 층간 절연층(ILD: inter layer dielectric)이 더 형성할 수도 있다.

이후, 픽셀 영역(C)의 보호층(140) 상부에 색 변환층(150)을 형성한다. 이때, 색 변환층(150)은 후속 공정에서 제조되는 OLED(190)에서 생성된 광을 레드(red), 그린(green) 또는 블루(blue)의 색광으로 변환시키기 위한 컬러필터층으로 형성된다.

이어서, 도 8을 참조하면, 보호층(140) 및 색 변환층(150)을 덮도록 오버코트층(160)을 형성한다. 이를 통해, 픽셀 영역(C)에서 보호층(140)과 오버코트층(160) 사이에는 색 변환층(150)이 형성된 구조를 가진다.

도 8을 참조한 상술한 설명에서는 색 변환층(150)이 보호층(140)과 오버코트층(160) 사이에 형성되는 것으로 설명하였으나 이는 본 발명의 여러 실시 예들 중에서 일 예를 설명한 것이다.

이후, 글래스 기판(110)의 전면에 산화물 실리콘(silicon oxide: SiO_X) 또는 질화물 실리콘(silicon nitride: SiN_Y)을 증착하여 픽셀 영역(C) 및 TFT 영역(D)에서 동일한 두께를 가지도록 광 보상층(170)을 형성한다.

이어서, 도 9를 참조하면, TFT 영역(D)에만 선택적으로 건식 식각(dry etching) 공정을 수행하여, TFT 영역(D)에서 광 보상층(170)의 두께를 줄인다.

이와 같이, 광 보상층(170)은 상기 TFT 영역(D)과 상기 픽셀 영역(C)에서 서로 다른 두께를 가지도록 형성되는데, 광 보상층(170)은 픽셀 영역(C)의 두께가 TFT 영역(D)의 두께보다 얇게 형성된다.

본 발명의 실시 예에 따른 유기발광 장치에서 광 보상층(170)의 두께를 설계함에 있어서, 픽셀 영역(C)에는 색 시야각에 최적화된 두께를 적용하고, TFT 영역(D)에는 TFT의 구동 특성에 최적화된 두께를 적용한다.

일 예로서, 상기 픽셀 영역(C)에서는 광 보상층(170)을 1,000Å~3,000Å의 두께를 가지도록 형성하고, 상기 TFT 영역(D)에서는 광 보상층(170)을 500Å~2,000Å의 두께를 가지도록 형성할 수 있다.

상술한 바와 같이, 바텀 이미션 구조의 유기발광 장치는 광 보상층의 두께가 1,600Å인 경우에 TFT들의 구동 특성이 최적화되므로, TFT 영역(D)에서 광 보상층(170)을 1,600Å의 두께로 형성할 수 있다.

이와 함께, 바텀 이미션 구조의 유기발광 장치는 광 보상층의 두께가 2,200Å인 경우에 색 시야각의 특성이 최적화되므로, 픽셀 영역(C)에서 광 보상층(170)을 2,200Å의 두께로 형성할 수 있다.

이어서, 도 10을 참조하면, 보호층(140), 오버코트층(160) 및 광 보상층(170)의 일부 영역을 식각하여 드레인(128)의 상면을 노출시키는 컨택홀을 형성한다.

한편, 도 9에 도시된, 픽셀 영역(C)과 TFT 영역(D)에서 서로 다른 두께를 가지도록 광 보상층(170)에 건식 식각 공정을 수행하는 단계와, 도 10에 도시된, 컨택홀을 형성하는 공정은 순서에 제약 없이 적용될 수 있다.

이어서, 도 11을 참조하면, 픽셀 영역(C)의 광 보상층(170) 상부에 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide) 또는 ITZO(indium tin zinc oxide) 물질로 OLED(120)의 애노드 전극(192)을 형성한다.

이때, 상기 컨택홀 내에도 애노드 전극(192)이 도포되어 컨택(CNT)이 형성되어 있다. 애노드 전극(192)은 상기 컨택(CNT)을 통해 드라이빙 TFT(120)의 드레인(128)과 접속된다.

이어서, 도 12를 참조하면, 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene, BCB)계 수지, 아크릴계 수지 또는 폴리이미드 수지로 광 보상층(170)의 상부 중에서 TFT 영역(D)에 뱅크(180)를 형성한다. 이러한, 뱅크(180)에 의해 화상이 표시되는 픽셀 영역(C) 즉, 개구부가 정의된다.

이어서, 도 13을 참조하면, 애노드 전극(192) 상부 및 뱅크(180) 상부에 유기물질을 도포하여 유기 발광층(194)을 형성한다.

이후, 유기 발광층(194) 상에 캐소드(cathode) 전극(196)을 형성한다. 여기서, 캐소드 전극(196)은 광이 출사되는 반대쪽에 위치하므로, 반드시 투명할 필요는 없으며, 광의 효율을 높이기 위해 광 반사율일 높은 메탈 재료로 형성될 수 있다.

한편, 도면에 구체적으로 도시하지 않았지만, 애노드 전극(192), 유기 발광층(194) 및 캐소드 전극(196) 이외에도 정공 주입층 및 전자 주입층을 형성하는 공정이 더 수행될 수 있다.

아울러, OLED(190)의 상부에 봉지 글라스(미도시)를 형성하는 공정을 더 수행할 수 있다. 여기서, 봉지 글라스는 OLED(190)를 외부 습기 및 이물질로부터 보호하기 위한 것으로, 글라스 재질뿐만 아니라 박막 필름 봉지제(TFE: Thin Film Encapsulation)로도 형성될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, OLED(190)를 보호할 수 있는 물질이면 봉지 글라스의 역할을 대체할 수 있다.

도 6 내지 도 13을 참조한 설명에서는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유기발광 장치의 제조방법만을 설명하였으나, 도 3에 도시된 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유기발광 장치도 도 6 내지 도 13에 도시된 제조방법을 통해 용이하게 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유기발광 장치의 제조방법에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상술한 공정을 통해 제조된 유기발광 장치는 TFT 들의 구동 특성을 보장하면서, 0°~±80°의 범위에서 우수한 색 시야각을 보장할 수 있다.

상술한 공정을 통해 제조된 유기발광 장치는 픽셀 영역(C) 및 TFT 영역(D)에서 광 보상층(170)의 두께를 최적화시켜 스토리지 커패시턴스(Storage capacitance) 및 라인들과 캐소드 간의 로드(load)가 감소하는 것을 방지할 수 있다.

상술한 공정을 통해 제조된 유기발광 장치는 픽셀 영역(C) 및 TFT 영역(D)에서 광 보상층(170)의 두께를 최적화시켜 광 보상층(170)에 의해 드라이빙 TFT의 피크 전류(peak current) 및 문턱 전압(Vth)의 보상특성이 감소하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 개구율의 저하 없이 우수한 스토리지 커패시턴스를 형성시킬 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 실시 예에 따른 유기발광 장치가 적용된 조정 장치의 성능 및 디스플레이 장치의 표시 품질을 향상시킬 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 당 업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

120: 드라이빙 TFT 122: 게이트
124: 반도체층 125: 게이트 절연층
126: 소스 128: 드레인
130: 소거 라인 140: 보호층
150: 색 변환층 160: 오버코트층
170: 광 보상층 180: 뱅크
190: OLED 192: 애노드
194: 유기 발광층 196: 캐소드

Claims

발광 영역과 비 발광 영역이 정의된 유기발광 장치는,
기판;
상기 기판 상에 형성된 드라이빙 TFT(Thin Film Transistor);
상기 드라이빙 TFT를 덮도록 형성된 보호층;
상기 보호층 상부에 형성된 광 보상층;
상기 발광 영역을 정의하는 뱅크;
캐소드 전극과 상기 드라이빙 TFT의 드레인과 컨택되는 애노드 전극의 사이에 위치하고 구동 전류에 따라 발광하는 유기 발광층을 포함하며,
상기 광 보상층은 상기 발광 영역 대비 상기 비 발광 영역의 두께가 작은, 유기발광 장치.
픽셀 영역과 TFT(Thin Film Transistor) 영역이 정의된 유기발광 장치는,
기판;
상기 기판 상에 형성된 드라이빙 TFT;
상기 드라이빙 TFT를 덮도록 형성된 보호층;
상기 보호층 상부에 형성된 광 보상층;
캐소드 전극과 상기 드라이빙 TFT의 드레인과 컨택되는 애노드 전극의 사이에 위치하고 구동 전류에 따라 발광하는 유기 발광층을 포함하며,
상기 광 보상층은 상기 픽셀 영역 대비 상기 TFT 영역의 두께가 작은, 유기발광 장치.
제 1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 보호층과 상기 광 보상층 사이에 형성된 오버코트층 및
상기 유기 발광층에서 발산된 광의 색을 변환하는 색 변환층을 더 포함하고,
상기 색 변환층은 상기 보호층과 동일층 또는 상기 오버코트층과 동일층에 형성된 것을 특징으로 하는 유기발광 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 발광 영역의 광 보상층은 1,000Å~3,000Å의 두께로 형성되고,
상기 비 발광 영역의 광 보상층은 500Å~2,000Å의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 유기발광 장치.
제 2항에 있어서,
상기 픽셀 영역의 광 보상층은 1,000Å~3,000Å의 두께로 형성되고,
상기 TFT 영역의 광 보상층은 500Å~2,000Å의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 유기발광 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 광 보상층은 질화물 실리콘 또는 산화물 실리콘으로 형성되고,
상기 비 발광 영역과 상기 발광 영역에서 상이한 거칠기(roughness)를 가지는 것을 특징으로 하는 유기발광 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 광 보상층은 질화물 실리콘 또는 산화물 실리콘으로 형성되고,
상기 TFT 영역과 상기 픽셀 영역에서 상이한 거칠기(roughness)를 가지는 것을 특징으로 하는 유기발광 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 드라이빙 TFT의 동작을 스위칭하는 적어도 하나의 스위칭 TFT 및 상기 드라이빙 TFT와 스위칭 TFT에 구동 신호를 공급하는 라인들을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광 장치.
발광 영역과 비 발광 영역이 정의된 유기발광 장치의 제조방법에 있어서,
기판 상의 비 발광 영역에 드라이빙 TFT(Thin Film Transistor)를 형성하는 단계;
상기 드라이빙 TFT를 덮도록 보호층을 형성하는 단계;
상기 보호층을 덮도록 광 보상층을 형성하는 단계;
발광 영역을 정의하는 뱅크를 형성하는 단계; 및
캐소드 전극과 상기 드라이빙 TFT의 드레인과 컨택되는 애노드 전극의 사이에 위치하고 구동 전류에 따라 발광하는 유기 발광층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 광 보상층은 상기 발광 영역 대비 상기 비 발광 영역의 두께가 작은, 유기발광 장치의 제조 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 보호층과 상기 광 보상층 사이에 추가로 오버코트층을 형성하는 단계;
상기 유기 발광층에서 발산된 광의 색을 변환하는 색 변환층을 형성하는 단계를 더 포함하고,
상기 색 변환층은 상기 보호층과 동일층 또는 상기 오버코트층과 동일층에 형성되는 것을 특징으로 하는 유기발광 장치의 제조방법.
제 10 항에 있어서,
상기 광 보상층을 형성하는 단계에 있어서,
상기 오버코트층을 덮도록 질화물 실리콘 또는 산화물 실리콘을 증착하여 상기 광 보상층을 형성하고,
상기 비 발광 영역에 형성된 광 보상층에만 선택적으로 식각 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 유기발광 장치의 제조 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 발광 영역의 광 보상층을 1,000Å~3,000Å의 두께로 형성하고,
상기 비 발광 영역의 광 보상층을 500Å~2,000Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 유기발광 장치의 제조방법.
제 9 항에 있어서,
상기 비 발광 영역과 상기 발광 영역에서 상이한 거칠기를 가지도록 상기 광 보상층을 형성하는 것을 특징으로 하는 유기발광 장치의 제조방법.
제 9 항에 있어서,
질화물 실리콘 또는 산화물 실리콘으로 상기 광 보상층을 형성하는 것을 특징으로 하는 유기발광 장치의 제조방법.