KR102370715B1 - 양자점을 포함하는 유기발광 다이오드 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양자점(혹은, 퀀텀 닷, Quantum Dot)을 이용한 유기발광 다이오드 표시장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 유기발광 다이오드 표시장치는, 기판, 박막 트랜지스터, 유기발광 다이오드, 인-캡 기판, 그리고 양자 발광층을 포함한다. 기판에는, 발광 영역과 비 발광 영역을 구비한 화소 영역 다수 개가 배치되어 있다. 박막 트랜지스터는, 비 발광 영역에 배치된다. 유기발광 다이오드는, 발광 영역에 배치되고, 박막 트랜지스터에 연결되며, 애노드 전극, 캐소드 전극 그리고 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 개재된 에너지 제공층을 포함한다. 인-캡 기판은, 기판 위에 합착된다. 그리고 양자 발광층은, 인-캡 기판의 내측면 위에서 에너지 제공층과 대응하도록 배치되며, 에너지 제공층에서 제공된 에너지에 반응하여 어느 한 파장대의 가시 광선을 발광한다.

Description

양자점을 포함하는 유기발광 다이오드 표시장치{Organic Light Emitting Diode Display Having Quantum Dot}
본 발명은 양자점(혹은, 퀀텀 닷, Quantum Dot)을 이용한 유기발광 다이오드 표시장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 자외선 파장대의 에너지를 제공하며, 동시에 높은 광 흡수율을 갖는 에너지 제공층과 에너지 제공층에서 발생한 고 에너지를 받아 삼원색 파장대의 빛을 발생하는 양자점 물질을 포함하는 새로운 방식의 고 효율 유기발광 다이오드 표시장치에 관한 것이다.
최근, 음극선관(Cathode Ray Tube)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 각종 평판 표시장치들이 개발되고 있다. 이러한 평판 표시장치에는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display, LCD), 전계 방출 표시장치(Field Emission Display, FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP) 및 전계발광장치(Electro-Luminescence device, EL) 등이 있다. 특히, 저온 다결정 실리콘(Low Temperature Poly Silicon; LTPS)을 채널 층으로 사용한 고품질의 평판 표시장치가 각광을 받고 있다.
전계발광 표시장치는 발광층의 재료에 따라 무기 전계발광장치와 유기발광다이오드장치로 대별되며, 스스로 발광하는 자발광소자로서 응답속도가 빠르고 발광효율, 휘도 및 시야각이 큰 장점이 있다. 특히, 에너지 효율이 우수하고, 누설 전류가 적고, 전류 조절로 계조 표현이 용이한, 유기발광 다이오드 표시장치에 대한 요구가 급증하고 있다.
도 1은 유기발광 다이오드의 구조를 나타내는 도면이다. 유기발광 다이오드는 도 1과 같이 전계발광하는 유기 전계발광 화합물층과, 유기 전계발광 화합물층을 사이에 두고 대향하는 캐소드 전극(Cathode) 및 애노드 전극(Anode)을 포함한다. 유기 전계발광 화합물층은 정공주입층(Hole injection layer, HIL), 정공수송층(Hole transport layer, HTL), 발광층(Emission layer, EML), 전자수송층(Electron transport layer, ETL) 및 전자주입층(Electron injection layer, EIL)을 포함한다.
유기발광 다이오드는 애노드 전극(Anode)과 캐소드 전극(Cathode)에 주입된 정공과 전자가 발광층(EML)에서 재결합할 때의 여기 과정에서 여기자(excition)가 형성되고 여기자로부터의 에너지로 인하여 발광한다. 유기발광다이오드 표시장치는 도 1과 같은 유기발광 다이오드의 발광층(EML)에서 발생하는 빛의 양을 전기적으로 제어하여 영상을 표시한다.
전계발광소자인 유기발광 다이오드의 특징을 이용한 유기발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Diode display: OLEDD)에는 패시브 매트릭스 타입의 유기발광 다이오드 표시장치(Passive Matrix type Organic Light Emitting Diode display, PMOLED)와 액티브 매트릭스 타입의 유기발광 다이오드 표시장치(Active Matrix type Organic Light Emitting Diode display, AMOLED)로 대별된다.
액티브 매트릭스 타입의 유기발광 다이오드 표시장치는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, 혹은 "TFT")를 이용하여 유기발광 다이오드에 흐르는 전류를 제어하여 화상을 표시한다.
도 2는 유기발광 다이오드 표시장치에서 한 화소의 구조를 나타내는 등가 회로도의 한 예이다. 도 3은 종래 기술에 의한 박막 트랜지스터를 이용한 유기발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Diode Display: OLED)의 구조를 나타내는 평면도이다. 도 4는 도 3에서 절취선 I-I'로 자른 단면으로 종래 기술에 의한 하부 발광형(Bottom Emission Type) 유기발광 다이오드 표시장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 5는 도 3에서 절취선 I-I'로 자른 단면으로 종래 기술에 의한 상부 발광형(Top Emission Type) 유기발광 다이오드 표시장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 하부 발광형과 상부 발광형의 구조적 차이점은 평면도에서 잘 나타나지 않기 때문에, 도 3을 공통으로 사용하였다.
도 2 및 3을 참조하면, 액티브 매트릭스 유기발광 다이오드 표시장치는 스위칭 박막 트랜지스터(ST), 스위칭 박막 트랜지스터(ST)와 연결된 구동 박막 트랜지스터(DT), 구동 박막 트랜지스터(DT)에 접속된 유기발광 다이오드(OLE)를 포함한다. 스캔 배선(SL), 데이터 배선(DL) 및 구동 전류 배선(VDD)이 기판(SUB) 위에 배치되어 화소 영역을 정의한다. 유기발광 다이오드(OLE)가 화소 영역 내에 형성되면서, 발광 영역을 정의한다.
스위칭 박막 트랜지스터(ST)는 스캔 배선(SL)과 데이터 배선(DL)이 교차하는 부위에 형성되어 있다. 스위칭 박막 트랜지스터(ST)는 화소를 선택하는 기능을 한다. 스위칭 박막 트랜지스터(ST)는 스캔 배선(SL)에서 분기하는 게이트 전극(SG)과, 반도체 층(SA)과, 소스 전극(SS)과, 드레인 전극(SD)을 포함한다. 그리고 구동 박막 트랜지스터(DT)는 스위칭 박막 트랜지스터(ST)에 의해 선택된 화소의 유기발광 다이오드(OLE)를 구동하는 역할을 한다.
구동 박막 트랜지스터(DT)는 스위칭 박막 트랜지스터(ST)의 드레인 전극(SD)과 연결된 게이트 전극(DG)과, 반도체 층(DA), 구동 전류 배선(VDD)에 연결된 소스 전극(DS)과, 드레인 전극(DD)을 포함한다. 구동 박막 트랜지스터(DT)의 드레인 전극(DD)은 유기발광 다이오드(OLE)의 애노드 전극(ANO)과 연결되어 있다. 애노드 전극(ANO)과 캐소드 전극(CAT) 사이에는 유기발광 층(OL)이 개재되어 있다. 캐소드 전극(CAT)은 기저 전압(VSS)에 연결된다. 구동 박막 트랜지스터(DT)의 게이트 전극(DG)과 구동 전류 배선(VDD) 사이 혹은 구동 박막 트랜지스터(DT)의 게이트 전극(DG)과 구동 박막 트랜지스터(DT)의 드레인 전극(DD) 사이에는 보조 용량(Cst)을 포함한다.
도 4를 참조하여, 하부 발광형 유기발광 다이오드 표시장치에 대해서 좀 더 상세히 설명한다. 기판(SUB) 상에 스위칭 박막 트랜지스터(ST) 및 구동 박막 트랜지스터(DT)의 게이트 전극(SG, DG)이 형성되어 있다. 게이트 전극(SG, DG) 위에는 게이트 절연막(GI)이 덮고 있다. 게이트 전극(SG, DG)과 중첩되는 게이트 절연막(GI)의 일부에 반도체 층(SA, DA)이 형성되어 있다. 반도체 층(SA, DA) 위에는 일정 간격을 두고 소스 전극(SS, DS)과 드레인 전극(SD, DD)이 마주보고 형성된다. 스위칭 박막 트랜지스터(ST)의 드레인 전극(SD)은 게이트 절연막(GI)에 형성된 드레인 콘택홀(DH)을 통해 구동 박막 트랜지스터(DT)의 게이트 전극(DG)과 접촉한다. 이와 같은 구조를 갖는 스위칭 박막 트랜지스터(ST) 및 구동 박막 트랜지스터(DT)를 덮는 보호막(PAS)이 전면에 도포된다.
이와 같이 박막 트랜지스터들(ST, DT)이 형성된 기판은 여러 구성 요소들이 형성되어 표면이 평탄하지 못하고, 단차가 많이 형성되어 있다. 유기발광 층(OL)은 평탄한 표면에 형성되어야 발광이 일정하고 고르게 발산될 수 있다. 따라서, 기판의 표면을 평탄하게 할 목적으로 오버코트 층(OC) (혹은 평탄화 막)을 기판(SUB) 전면에 도포한다.
그리고 오버코트 층(OC) 위에 유기발광 다이오드(OLE)의 애노드 전극(ANO)이 형성된다. 여기서, 애노드 전극(ANO)은 오버코트 층(OC) 및 보호막(PAS)에 형성된 화소 콘택홀(PH)을 통해 구동 박막 트랜지스터(DT)의 드레인 전극(DD)과 연결된다.
애노드 전극(ANO)이 형성된 기판 위에, 발광 영역을 정의하기 위해 스위칭 박막 트랜지스터(ST), 구동 박막 트랜지스터(DT) 그리고 각종 배선들(DL, SL, VDD)이 형성된 영역 위에 뱅크(BN)를 형성한다. 뱅크(BN)에 의해 노출된 애노드 전극(ANO)이 발광 영역이 된다. 뱅크(BN)에 의해 노출된 애노드 전극(ANO) 위에 유기발광 층(OL)을 형성한다. 유기발광 층(OL) 위에는 캐소드 전극층(CAT)이 형성된다.
캐소드 전극(CAT)이 완성된 기판(SUB) 위에 스페이서(SP)가 배치된다. 스페이서(SP)는 비 개구 영역인 뱅크(BN) 위에 형성하는 것이 바람직하다. 스페이서(SP)를 사이에 두고 상부에 인-캡 기판(ENC)이 하부 기판(SUB)과 합착된다. 인-캡 기판(ENC)와 하부 기판(SUB)을 합착하기 위해 그 사이에 접착층 혹은 접착 물질(미도시)이 더 개재될 수 있다.
하부 발광형(Bottom Emission)이며, 풀-칼라를 구현하는 유기발광 다이오드 표시장치의 경우, 유기발광 층(OL)에서 출광하는 빛은 하부 기판(SUB)을 향해 출광한다. 따라서, 오버코트 층(OC)과 보호막(PAS) 사이에 칼라 필터(CF)를 더 포함하고, 애노드 전극(ANO)은 투명 도전물질로 형성하는 것이 바람직하다. 그리고, 캐소드 전극(CAT)은 유기발광 층(OL)에서 발생한 빛을 하부 방향으로 반사시킬 수 있도록 반사율이 우수한 금속 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 유기발광 층(OL)은 백색광을 발현하는 유기물질로 이루어질 수 있다. 그리고 유기발광 층(OL)과 캐소드 전극(CAT)은 기판 전체 표면에 걸쳐 도포될 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여, 상부 발광형(Top Emission) 풀-칼라를 구현하는 유기발광 다이오드 표시장치를 상세히 살펴본다. 기본적인 구성은 하부 발광형 유기발광 다이오드 표시장치와 동일하다. 따라서, 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다. 상부 발광형의 경우, 유기발광 층(OL)에서 방사된 빛은, 하부 기판(SUB)에서 상부에 합착된 인-캡 기판(ENC)을 향해 출광한다. 따라서, 애노드 전극(ANO)은 반사 전극으로 형성하고, 캐소드 전극(CAT)은 투명 도전 물질로 형성하는 것이 바람직하다.
색상을 표현하기 위해서는, 유기발광 층(OL)이 적색, 녹색, 청색 중 어느 한 색상을 발현하는 유기물질로 이루어질 수 있다. 그리고 캐소드 전극(CAT)은 기판 전체 표면에 걸쳐 도포될 수 있다. 또 다른 예로, 유기발광 층(OL)을 백색광을 발현하는 유기물질로 형성하고, 유기발광 층(OL) 위에 혹은 캐소드 전극(CAT) 위에 칼라 필터(CF)를 형성할 수 있다. 여기서는, 편의상 칼라 필터(CF)가 캐소드 전극(CAT) 위에 형성된 경우에 대해서만 도시하였다. 칼라 필터(CF)는 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 순으로 배치될 수 있다.
하부 발광형은 하부 기판(SUB)의 외측에서 관람자가 위치하여 관측한다. 반면에, 상부 발광형은 인-캡 기판(ENC)의 외측에서 관람자가 위치하여 관측한다. 따라서, 외부광이 하부 기판(SUB)의 외측 표면 혹은 인-캡 기판(ENC)의 외측 표면에서 반사되어, 관측 시감을 저해할 수 있다. 특히, 화소와 화소 사이에 블랙 매트릭스를 배치하는 경우에는 블랙 매트릭스의 표면에 외부광이 반사되어 시감을 더욱 저해할 수 있다.
이를 방지하기 위해, 관람자가 바라보는 표면에 λ/4 편광판을 부착할 수 있다. 예를 들어, 하부 발광형의 경우, 하부 기판(SUB)의 외측 표면에 편광판(POL)을 부착할 수 있다. 또한, 상부 발광형의 경우, 인-캡 기판(ENC)의 외측 표면에 편광판(POL)을 부착할 수 있다. 하지만, 편광판(POL)을 부착할 경우, 전체적으로 빛의 투과율이 저하되어, 표시 품질이 저하되는 문제가 발생한다. 또한, 전체적으로 어두워지기 때문에 더 높은 소비 전력을 사용하여야 하는 문제도 발생한다.
또한, 풀-칼라를 구현하는 유기발광 다이오드 표시장치를 제조하기 위해서는, 화소별로 RGB 색상을 발현하는 유기발광 층을 선택적으로 형성할 수 있어야 한다. 하지만, 현재의 포토리소그래피 공정에서 안정적인 방법으로 유기발광 물질을 패턴하기가 어렵다. 따라서, 미세 패턴을 갖는 스크린 마스크를 사용하여 선택적으로 증착하는 방법을 사용하고 있다.
유기발광 다이오드 표시장치의 패널 크기가 15인치 이하의 소형인 경우, 유기발광 층(OLE)을 애노드 전극(ANO) 위에만 선택적으로 형성할 수 있다. 특히, 스크린 마스크를 사용하여 단순한 제조 공정으로도 특정 영역에만 유기발광 층(OLE)을 도포할 수 있다. 하지만, 20인치 이상 100인치에 이르는 대면적 유기발광 다이오드 표시장치를 제조하는 경우에는 스크린 마스크를 사용하여 대면적에서 특정 영역에만 유기발광 층(OLE)을 도포하는 것은 상당히 어렵다. 대면적 스크린 마스크의 경우에는 너무 무겁기 때문에 수평 상태를 유지하기가 어렵다. 특히, 대면적으로 증착할 경우, 증착 밀도를 고르게 유지할 수가 없다. 따라서, 대면적 유기발광 표시장치에서는, 유기발광 층(OLE)을 형성함에 있어서, 풀-칼라를 발현하는 RGB 유기물질로 만드는 것이 용이하지 않다.
본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 문제점들을 해결하고자 안출 된 발명으로써, 풀-칼라를 구현하는 대면적 유기발광 다이오드 표시장치를 제공하는 데 있다. 본 발명의 다른 목적은, 광 효율이 우수한 양질의 유기발광 다이오드 표시장치를 제공하는 데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은, 별도의 반사 억제 소자를 사용하지 않고도 외부광 반사가 발생하지 않고, 동일한 소비 에너지로 휘도가 높은 양질의 유기발광 다이오드 표시장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 유기발광 다이오드 표시장치는, 기판, 박막 트랜지스터, 유기발광 다이오드, 인-캡 기판, 그리고 양자 발광층을 포함한다. 기판에는, 발광 영역과 비 발광 영역을 구비한 화소 영역 다수 개가 배치되어 있다. 박막 트랜지스터는, 비 발광 영역에 배치된다. 유기발광 다이오드는, 발광 영역에 배치되고, 박막 트랜지스터에 연결되며, 애노드 전극, 캐소드 전극 그리고 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 개재된 에너지 제공층을 포함한다. 인-캡 기판은, 기판 위에 합착된다. 그리고 양자 발광층은, 인-캡 기판의 내측면 위에서 에너지 제공층과 대응하도록 배치되며, 에너지 제공층에서 제공된 에너지에 반응하여 어느 한 파장대의 가시 광선을 발광한다.
일례로, 에너지 제공층은, 자외선을 발광하며, 가시광선을 흡수하는 흑색 유기발광 물질을 포함한다.
일례로, 양자 발광층은, 적색 양자 발광층, 녹색 양자 발광층 그리고 청색 양자 발광층 중 어느 하나가 다수 개의 화소 영역들에 교대로 배치된다. 적색 양자 발광층은, 적색 파장의 빛을 발광하는 제1 양자 점을 포함한다. 녹색 양자 발광층은, 녹색 파장의 빛을 발광하는 제2 양자 점을 포함한다. 그리고 청색 양자 발광층은, 청색 파장의 빛을 발광하는 제3 양자 점을 포함한다.
일례로, 애노드 전극층은, 화소 영역 각각의 상기 발광 영역별로 독립적으로 배치된다. 에너지 제공층은, 애노드 전극층 위에서 각각의 발광 영역마다 독립적으로 적층된다. 캐소드 전극은, 에너지 제공층 위에서 기판 전체에 걸쳐 적층된다.
일례로, 유기발광 다이오드 표시장치는, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층 그리고 전자 주입층을 더 포함한다. 정공 주입층은, 애노드 전극층과 에너지 제공층 사이에서 기판 전체에 걸쳐 적층된다. 정공 수송층은, 정공 주입층과 에너지 제공층 사이에서 기판 전체에 걸쳐 적층된다. 전자 수송층은, 에너지 제공층과 캐소드 전극 사이에서 기판 전체에 걸쳐 적층된다. 그리고 전자 주입층은, 전자 수송층과 캐소드 전극층 사이에서 기판 전체에 걸쳐 적층된다.
또한, 본 발명에 의한 유기발광 다이오드 표시장치는, 기판, 화소 영역들, 자외선 유기발광 다이오드, 인-캡 기판 그리고 양자 발광층을 포함한다. 화소 영역들은, 기판 위에서 매트릭스 방식으로 배열된다. 자외선 유기발광 다이오드는, 화소 영역들 각각에 배치된다. 인-캡 기판은, 기판 위에 합착된다. 그리고 양자 발광층은, 인-캡 기판과 기판 사이에서, 자외선 유기 발광 다이오드와 대응하여 배치된다.
일례로, 자외선 유기 발광 다이오드는, 애노드 전극, 자외선 유기발광 층 그리고 캐소드 전극을 포함한다. 애노드 전극은, 화소 영역들 각각에 배치된다. 자외선 유기발광 층은, 애노드 전극 위에서 화소 영역들 각각에 배치된다. 그리고 캐소드 전극은, 자외선 유기발광 층 위에서 기판 전체에 걸쳐 적층된다.
일례로, 자외선 유기발광 층은, 자외선 파장대의 빛을 발광하며, 가시광선 파장대의 빛을 흡수하는 물질을 포함한다.
일례로, 양자 발광층은, 적색 양자 발광층, 녹색 양자 발광층 그리고 청색 양자 발광층 중 어느 하나가 다수 개의 화소 영역들에 교대로 배치된다. 적색 양자 발광층은, 적색 파장의 빛을 발광하는 제1 양자 점을 포함한다. 녹색 양자 발광층은, 녹색 파장의 빛을 발광하는 제2 양자 점을 포함한다. 그리고 청색 양자 발광층은, 청색 파장의 빛을 발광하는 제3 양자 점을 포함한다.
본 발명은 높은 에너지를 갖는 자외선 파장대의 빛을 발생하면서 가시 광선에 대한 흡수율이 높은 검은 색상의 에너지 제공층과, 자외선에 반응하여 적,녹,청 파장대의 가시 광선을 발하는 양자점층을 구비한다. 따라서, 유기발광 다이오드에서는 고 효율 에너지 광을 제공할 수 있으므로, 더 작은 크기의 화소 영역에서 더 높은 광 효율을 확보할 수 있다. 또한, 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 개재된 에너지 제공층 하나만을 형성하므로, 1회의 스크린 마스크 공정으로 유기발광 다이오드 기판을 완성할 수 있다. 따라서, 대면적 유기발광 다이오드 표시장치를 제조함에 있어 높은 완성도를 확보할 수 있으며, 제조 비용도 절감할 수 있다. 또한, 에너지 제공층이 가시 광선을 흡수하는 흑색 유기 물질로 이루어져 있으므로, 외부에서 들어오는 빛이 전극들에 반사되는 문제가 발생하지 않는다. 따라서, 외부광 반사 현상을 억제하기 위한 편광판이 필요 없으므로, 동일한 소비 전력으로 더 높은 휘도를 제공할 수 있다.
도 1은 유기발광 다이오드의 구조를 나타내는 도면.
도 2는 유기발광 다이오드 표시장치에서 한 화소의 구조를 나타내는 등가 회로도.
도 3은 종래 기술에 의한 박막 트랜지스터를 이용한 유기발광 다이오드 표시장치의 구조를 나타내는 평면도.
도 4는 도 3에서 절취선 I-I'로 자른 단면으로 종래 기술에 의한 하부 발광형 유기발광 다이오드 표시장치의 구조를 나타내는 단면도.
도 5는 도 3에서 절취선 I-I'로 자른 단면으로 종래 기술에 의한 상부 발광형 유기발광 다이오드 표시장치의 구조를 나타내는 단면도.
도 6은 본 발명에 의한 양자점을 포함하는 유기발광 다이오드 표시장치의 구조를 나타내는 평면도.
도 7은 도 6에서 절취선 II-II'로 자른 도면으로, 본 발명에 의한 양자점을 포함하는 유기발광 다이오드 표시장치의 구조를 나타내는 단면도.
도 8은 본 발명에 의한 양자점을 포함하는 유기발광 다이오드 표시장치에 포함된 에너지 제공층에서 제공하는 에너지 원인 자외선의 파장 대역대를 나타내는 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소 명칭은 명세서 작성의 용이함을 고려하여 선택된 것일 수 있는 것으로서, 실제 제품의 부품 명칭과는 상이할 수 있다.
이하, 도 6 및 7을 참조하여, 본 발명에 의한 양자점을 포함하는 유기발광 다이오드 표시장에 대하여 설명한다. 도 6은 본 발명에 의한 양자점을 포함하는 유기발광 다이오드 표시장치의 구조를 나타내는 평면도이다. 도 7은 도 6에서 절취선 II-II'로 자른 도면으로, 본 발명에 의한 양자점을 포함하는 유기발광 다이오드 표시장치의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 의한 양자점을 포함하는 유기발광 다이오드 표시장치는 스위칭 박막 트랜지스터(ST), 스위칭 박막 트랜지스터와 연결된 구동 박막 트랜지스터(DT), 구동 박막 트랜지스터(DT)에 접속된 유기발광 다이오드(OLE)를 포함한다. 스캔 배선(SL), 데이터 배선(DL) 및 구동 전류 배선(VDD)이 기판(SUB) 위에 배치되어 화소 영역을 정의한다. 유기발광 다이오드(OLED)가 화소 영역 내에 형성되면서, 발광 영역을 정의한다.
스위칭 박막 트랜지스터(ST)는 스캔 배선(SL)과 데이터 배선(DL)이 교차하는 부위에 형성되어 있다. 스위칭 박막 트랜지스터(ST)는 화소를 선택하는 기능을 한다. 스위칭 박막 트랜지스터(ST)는 스캔 배선(SL)에서 분기하는 게이트 전극(SG)과, 반도체 층(SA)과, 소스 전극(SS)과, 드레인 전극(SD)을 포함한다. 그리고 구동 박막 트랜지스터(DT)는 스위칭 박막 트랜지스터(ST)에 의해 선택된 화소의 유기발광 다이오드(OLE)를 구동하는 역할을 한다.
구동 박막 트랜지스터(DT)는 스위칭 박막 트랜지스터(ST)의 드레인 전극(SD)과 연결된 게이트 전극(DG)과, 반도체 층(DA), 구동 전류 배선(VDD)에 연결된 소스 전극(DS)과, 드레인 전극(DD)을 포함한다. 구동 박막 트랜지스터(DT)의 드레인 전극(DD)은 유기발광 다이오드(OLE)의 애노드 전극(ANO)과 연결되어 있다. 애노드 전극(ANO)과 캐소드 전극(CAT) 사이에는 유기발광 층(OL)이 개재되어 있다. 캐소드 전극(CAT)은 기저 전압(VSS)에 연결된다. 구동 박막 트랜지스터(DT)의 게이트 전극(DG)과 구동 전류 배선(VDD) 사이 혹은 구동 박막 트랜지스터(DT)의 게이트 전극(DG)과 구동 박막 트랜지스터(DT)의 드레인 전극(DD) 사이에는 보조 용량(Cst)이 배치된다.
좀 더 상세히 살펴보기 위해 도 7을 참조한다. 본 발명에서는 박막 트랜지스터(ST, DT) 부분은 종래 기술의 것과 큰 차이가 없다. 본 발명의 핵심적인 특징은 유기발광 다이오드(OLE)와 인-캡(ENC)에 있다. 따라서, 유기발광 다이오드 부분을 자른 단면도인, 도 7을 더 참조하여 본 발명에 의한 유기발광 다이오드 표시장치의 주요 특징을 설명한다. 박막 트랜지스터 부분은 거의 유사한 구조를 나타내는 도 4를 참조한다.
대면적 기판(SUB) 상에 스위칭 박막 트랜지스터(ST) 및 구동 박막 트랜지스터(DT)의 게이트 전극(SG, DG)이 형성되어 있다. 본 발명에 의한 유기발광 다이오드 표시장치는 상부 발광형과 같은 방식으로 빛이 출광된다. 따라서, 기판(SUB)이 투명 기판이 아니어도 좋다. 그리고 게이트 전극(SG, DG) 위에는 게이트 절연막(GI)이 덮고 있다. 게이트 전극(SG, DG)과 중첩되는 게이트 절연막(GI)의 일부에 반도체 층(SA, DA)이 형성되어 있다. 반도체 층(SA, DA) 위에는 일정 간격을 두고 소스 전극(SS, DS)과 드레인 전극(SD, DD)이 마주보고 형성된다. 스위칭 박막 트랜지스터(ST)의 드레인 전극(SD)은 게이트 절연막(GI)에 형성된 콘택홀을 통해 구동 박막 트랜지스터(DT)의 게이트 전극(DG)과 접촉한다. 이와 같은 구조를 갖는 스위칭 박막 트랜지스터(ST) 및 구동 박막 트랜지스터(DT)를 덮는 보호막(PAS)이 전면에 도포된다.
이와 같이 박막 트랜지스터들(ST, DT)이 형성된 기판은 여러 구성 요소들이 형성되어 표면이 평탄하지 못하고, 단차가 많이 형성되어 있다. 유기발광 층(OLE)은 평탄한 표면에 형성되어야 발광이 일정하고 고르게 발산될 수 있다. 따라서, 기판의 표면을 평탄하게 할 목적으로 오버코트 층(OC)을 기판 전면에 도포한다.
그리고 오버코트 층(OC) 위에 유기발광 다이오드(OLE)의 애노드 전극(ANO)이 형성된다. 애노드 전극(ANO)은, 매트릭스 방식으로 배열된 다수 개의 화소 영역 각각에 하나씩 배치되도록 형성하는 것이 바람직하다. 여기서, 애노드 전극(ANO)은 오버코트 층(OC) 및 보호막(PAS)에 형성된 콘택홀을 통해 구동 박막 트랜지스터(DT)의 드레인 전극(DD)과 연결된다.
애노드 전극(ANO)이 형성된 기판 위에, 발광 영역을 정의하기 위해 스위칭 박막 트랜지스터(ST), 구동 박막 트랜지스터(DT) 그리고 각종 배선들(DL, SL, VDD)이 형성된 영역을 덮는 뱅크(BN)를 형성한다. 뱅크(BN)에 의해 노출된 애노드 전극(ANO)이 발광 영역이 된다.
뱅크(BN)에 의해 노출된 애노드 전극(ANO) 위에는 정공 주입층(HIL)이 적층된다. 정공 주입층(HIL) 위에는 정공 수송층(HTL)이 적층된다. 정공 주입층(HIL)과 정공 수송층(HTL)은 복수 개의 화소 영역들에 걸쳐서 모두 연결되는 구조로 도포하는 것이 바람직하다. 즉, 기판(SUB)의 표시 영역 전체에 걸쳐 도포된 박막층의 형상을 갖는다.
정공 수송층(HTL) 위에는 에너지 제공층(SEL)이 적층된다. 특히, 에너지 제공층(SEL)은 애노드 전극(ANO)과 동일한 형상을 갖는 박막층으로 도포한다. 즉, 매트릭스 방식으로 배열된 다수 개의 화소 영역 각각에 하나씩 배치되도록 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 에너지 제공층(SEL)은 300nm 내지 355nm 파장 영역대 사이의 자외선을 방출하는 유기물질을 포함하는 것이 바람직하다. 더구나, 에너지 제공층(SEL)은 가시 광선 영역대의 빛을 흡수할 수 있는 유기물질을 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 에너지 제공층(SEL)은 높은 에너지를 갖는 자외선 파장대의 빛을 발생함과 동시에, 가시 광선 파장대의 빛들에 대한 흡수율이 높은 검은색 유기 물질을 포함하는 자외선 유기발광 층인 것이 바람직하다.
도 8에는 본 발명에 의한 유기발광 다이오드 표시장치에 포함된 에너지 제공층(SEL)이 제공하는 자외선의 파장 대역을 나타낸다. 도 8은 본 발명에 의한 양자점을 포함하는 유기발광 다이오드 표시장치에 포함된 에너지 제공층에서 제공하는 에너지 원인 자외선의 파장 대역대를 나타내는 그래프이다.
에너지 제공층(SEL) 위에는, 전자 수송층(ETL)이 적층된다. 전자 수송층(ETL) 위에는 전자 주입층(EIL)이 적층된다. 전자 주입층(EIL) 위에는 캐소드 전극(CAT)이 적층된다. 전자 수송층(ETL), 전자 주입층(EIL) 및 캐소드 전극(CAT)은 복수 개의 화소 영역들에 걸쳐서 모두 연결되는 구조로 도포하는 것이 바람직하다. 즉, 기판(SUB)의 표시 영역 전체에 걸쳐 도포된 박막층의 형상을 갖는다. 이로써, 구동 박막 트랜지스터(DT)의 드레인 전극(DD)에 연결된, 애노드 전극(ANO), 에너지 제공층(SEL) 및 캐소드 전극(CAT)이 적층된 자외선 유기발광 다이오드(OLE)가 형성된다.
박막 트랜지스터들(ST, DT) 및 자외선 유기발광 다이오드(OLE)가 형성된 기판(SUB) 위에는 인-캡 기판(ENC)이 합착된다. 기판(SUB)과 인-캡 기판(ENC)은 일정 간격을 유지하도록 합착하는 것이 바람직하다. 따라서, 합착 간격을 유지하도록 하는 스페이서(SP)가 기판(SUB) 위에 더 형성될 수 있다. 특히, 스페이서(SP)는 비 표시 영역인 구동 전류 배선(VDD) 및/또는 데이터 배선(DL)이 배치된 부분을 덮는 뱅크(BN) 위에 형성하는 것이 바람직하다.
인-캡 기판(ENC)의 내측 표면에는 양자점을 포함하는 양자 발광층들(QDR, QDG, QDB)이 형성되어 있다. 특히, 매트릭스 방식으로 배열된 복수 개의 화소 영역에서, 애노드 전극(ANO) 및/또는 에너지 제공층(SEL)이 형성된 영역과 대응하는 위치에, 양자 발광층들(QDR, QDG, QDB) 중 어느 하나가 배치된다.
양자 발광층들(QDR, QDG, QDB)은 양자점을 포함한다. 양자점은 2~12nm의 직경을 갖는 반도체 입자로서, 입자의 크기에 따라 다양한 파장의 빛을 여기시키는 형광물질이다. 즉, 양자점의 크기에 따라, 자외선을 받으면, 적색, 녹색 및 청색 중 어느 한 색상을 발광한다. 예를 들어, 적색 양자 발광층(QDR)에는 에너지 제공층(SEL)에서 제공하는 자외선에 반응하여, 적색 파장대의 빛을 출광하는 적색 양자점들이 분포되어 있다. 녹색 양자 발광층(QDG)에는 에너지 제공층(SEL)에서 제공하는 자외선에 반응하여, 녹색 파장대의 빛을 출광하는 녹색 양자점들이 분포되어 있다. 그리고 청색 양자 발광층(QDB)에는 에너지 제공층(SEL)에서 제공하는 자외선에 반응하여, 청색 파장대의 빛을 출광하는 청색 양자점들이 분포되어 있다.
양자 발광층들(QDR, QDG, QDB) 사이에는 블랙 매트릭스(BM)가 더 배치될 수 있다. 블랙 매트릭스(BM)는 이웃하는 화소 영역에서 출광하는 빛들이 지나치게 혼색되는 것을 방지하여, 색 순도를 향상할 수 있다. 블랙 매트릭스(BM)을 포함하는 구조에서는, 기판(SUB)과 인-캡 기판(ENC) 사이의 합착 간격을 유지하는 스페이서(SP)가 블랙 매트릭스(BM)와 중첩하도록 배치하는 것이 바람직하다.
이와 같은 구조를 갖는 본 발명에 의한 양자점을 포함하는 유기발광 다이오드 표시장치는, 유기물질인 에너지 제공층(SEL)을 스크린 마스크를 이용하여, 1회의 스크린 마스크 공정만으로도 각 화소 별로 형성된 섬 모양으로 도포할 수 있다. 그리고, 풀-칼라는 양자 발광층들(QDR, QDG, QDB)에 의해 구현할 수 있다. 양자점 물질층은 인-캡 기판(ENC)에 별도로 형성한 후에, 인-캡 기판(ENC)과 기판(SUB)을 합착한다. 따라서, 박막 트랜지스터들(ST, DT)과 유기발광 다이오드(OLE)가 형성된 기판(SUB)을 제조하는 공정이 단순화하고, 제조 비용을 절감할 수 있다.
본 발명에 의한 양자점을 포함하는 유기발광 다이오드 표시장치에서는, 애노드 전극(ANO)과 캐소드 전극(CAT) 사이에 자외선을 방출하는 에너지 제공층(SEL)이 개재되어 있다. 특히, 에너지 제공층(SEL)은 가시 광선에 대해 흡수율이 높은 블랙 레진 물질을 포함한다. 즉, 자체적으로 자외선을 방출하지만, 외부에서 들어오는 가시 광선은 대부분 흡수하는 성질이 있다. 따라서, 표시장치의 외부에서 빛이 들어와서, 애노드 전극(ANO) 혹은 캐소드 전극(CAT)에 의해 반사되어 관측자의 시야 범위로 반사되어 발생하는 반사 시감 문제가 발생하지 않는다.
더구나, 에너지 제공층(SEL)에는 높은 에너지를 갖는 자외선을 방출하는 유기물질을 포함하므로, 동일한 소비 전력에서 더 높은 에너지를 양자 발광층에 제공할 수 있다. 따라서, 에너지 효율 및 광 효율 그리고 휘도가 향상된 표시장치를 제공할 수 있다.
그러므로, 본 발명에 의한 양자점을 포함하는 유기발광 다이오드 표시장치는, 반사 시감을 해소하기 위한 편광판과 같은 광학적 소자를 필요로 하지 않는다. 따라서, 편광판에 의한 광량 감소가 없으므로, 동일한 소비 전력으로 더 밝은 휘도를 제공하는 양질의 표시장치를 제공할 수 있다.
이상의 설명에서는, 풀-칼라를 표현함에 있어서, 가장 기본적인 빛의 삼색 파장대인 적색, 녹색 및 청색으로 구현하는 방식을 중심으로 설명하였다. 이 경우, 단위 화소 영역은, 적색, 녹색 및 청색을 나타내는 서브 화소 영역으로 나누어 구성된다. 경우에 따라서는, 색 순도를 더 높게 하기 위해서, 다른 파장대의 화소를 더 추가할 수도 있다. 이 경우에는, 단위 화소 영역은, 적색, 녹색 및 청색 이외에도 다른 색상들을 더 포함한, 4개 내지 6개의 서브 화소들을 포함할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해 정해져야만 할 것이다.
DL: 데이터 배선 SL: 스캔 배선
VDD: 구동 전류 배선 ST: 스위칭 TFT
DT: 구동 TFT OLE: 유기발광 다이오드
SG, DG: 게이트 전극 SS, DS: 소스 전극
SD, DD: 드레인 전극 SUB: 기판
CAT: 캐소드 전극(층) ANO: 애노드 전극(층)
BN: 뱅크 PAS: 보호막
OL: 유기발광 층 OC: 오버코트 층
SUB: 기판 ENC: 인-캡 기판
BM: 블랙 매트릭스 CF: 칼라 필터
CFL: 하부 칼라 필터 CFU: 상부 칼라 필터
ROL: 적색 유기발광 층 GOL: 녹색 유기발광 층
BOL: 청색 유기발광 층 ETL: 전자수송층
RETL: 적색 전자수송층 GETL: 녹색 전자수송층
BETL: 청색 전자수송층
HIL: 정공주입층 HTL: 정공수송층
DH: 드레인 콘택홀 PH: 화소 콘택홀

Claims (9)

  1. 발광 영역과 비 발광 영역을 구비한 화소 영역 다수 개가 배치된 기판;
    상기 비 발광 영역에 배치된 박막 트랜지스터;
    상기 발광 영역에 배치되고, 상기 박막 트랜지스터에 연결되며, 애노드 전극층, 캐소드 전극층 그리고 상기 애노드 전극층과 상기 캐소드 전극층 사이에 개재된 에너지 제공층을 포함하는 유기발광 다이오드;
    상기 기판 위에 합착된 인-캡 기판; 그리고
    상기 인-캡 기판의 내측면 위에서 상기 에너지 제공층과 대응하도록 배치되며, 상기 에너지 제공층에서 제공된 에너지에 반응하여 어느 한 파장대의 가시 광선을 발광하는 양자 발광층을 포함하고,
    상기 에너지 제공층은, 300nm 내지 355nm 파장 영역대 사이의 자외선을 방출하는 유기물질을 포함하고,
    상기 유기물질은 상기 자외선을 발광하며, 가시광선을 흡수하는 흑색 유기발광 물질을 포함하는 유기발광 다이오드 표시장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 양자 발광층은,
    적색 파장의 빛을 발광하는 제1 양자 점을 포함하는 적색 양자 발광층;
    녹색 파장의 빛을 발광하는 제2 양자 점을 포함하는 녹색 양자 발광층; 그리고
    청색 파장의 빛을 발광하는 제3 양자 점을 포함하는 청색 양자 발광층 중 어느 하나가 상기 다수 개의 화소 영역들에 교대로 배치된 유기발광 다이오드 표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 애노드 전극층은, 상기 화소 영역 각각의 상기 발광 영역별로 독립적으로 배치되고,
    상기 에너지 제공층은, 상기 애노드 전극층 위에서 상기 각각의 발광 영역마다 독립적으로 적층되고,
    상기 캐소드 전극층은 상기 에너지 제공층 위에서 상기 기판 전체에 걸쳐 적층된 유기발광 다이오드 표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 애노드 전극층과 상기 에너지 제공층 사이에서 상기 기판 전체에 걸쳐 적층된 정공 주입층;
    상기 정공 주입층과 상기 에너지 제공층 사이에서 상기 기판 전체에 걸쳐 적층된 정공 수송층;
    상기 에너지 제공층과 상기 캐소드 전극층 사이에서 상기 기판 전체에 걸쳐 적층된 전자 수송층; 그리고
    상기 전자 수송층과 상기 캐소드 전극층 사이에서 상기 기판 전체에 걸쳐 적층된 전자 주입층을 더 포함하는 유기발광 다이오드 표시장치.
  6. 기판 위에서 매트릭스 방식으로 배열된 복수 개의 화소 영역들;
    상기 화소 영역들 각각에 배치된 자외선 유기 발광 다이오드;
    상기 기판 위에 합착된 인-캡 기판; 그리고
    상기 인-캡 기판과 상기 기판 사이에서, 상기 자외선 유기 발광 다이오드와 대응하여 배치된 양자 발광층을 포함하고,
    상기 자외선 유기 발광 다이오드는, 자외선 파장대의 빛을 발광하며, 가시광선 파장대의 빛을 흡수하는 유기물질을 포함하는 유기발광 다이오드 표시장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 자외선 유기 발광 다이오드는
    상기 화소 영역들 각각에 배치된 애노드 전극층;
    상기 애노드 전극층 위에서 상기 화소 영역들 각각에 배치된 자외선 유기발광 층; 그리고
    상기 자외선 유기발광 층 위에서 상기 기판 전체에 걸쳐 적층된 캐소드 전극층을 포함하는 유기발광 다이오드 표시장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 유기물질은 흑색 유기발광 물질인 유기발광 다이오드 표시장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 양자 발광층은,
    적색 파장의 빛을 발광하는 제1 양자 점을 포함하는 적색 양자 발광층;
    녹색 파장의 빛을 발광하는 제2 양자 점을 포함하는 녹색 양자 발광층; 그리고
    청색 파장의 빛을 발광하는 제3 양자 점을 포함하는 청색 양자 발광층 중 어느 하나가 화소 영역들 중 하나에 대응하도록 배치된 유기발광 다이오드 표시장치.
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