KR20030011986A - 유기전계발광소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기전계발광 소자에 관한 것으로, 특히 정전기 방지 수단이 구비된 유기전계발광소자에 관한 것이다.
상세히 설명하면, 박막트랜지스터 어레이와 유기막이 형성된 기판의 배면에 정전기 방지기능을 가진 투명한 도전성 금속층을 형성하는 구성을 제안한다.
이와 같은 본 발명에 따른 구성은, 유기전계 발광소자를 제작한 후 외부적인 원인에 의해 어레이기판에 발생하는 정전기를 차단할 수 있도록 한다.
따라서, 정전기에 의한 어레이배선의 손상을 방지하고, 정전기에 의한 화질불량 문제를 해결 할 수 있으므로, 유기전계 발광소자의 품질을 향상하는 효과가 있다.

Description

유기전계발광소자{The organic electro-luminescence device}
본 발명은 유기전계발광소자(organic electro-luminescent)에 관한 것으로 특히, 정전기 방지수단이 구비된 유기전계발광소자에 관한 것이다.
일반적으로, 유기전계발광소자는 전자(electron) 주입전극(cathode)과 정공(hole) 주입전극(anode)으로부터 각각 전자(electron)와 정공(hole)을 발광층 내부로 주입시켜, 주입된 전자(electron)와 정공(hole)이 결합한 엑시톤(exciton)이 여기상태로부터 기저상태로 떨어질 때 발광하는 소자이다.
이러한 원리로인해 종래의 박막 액정표시소자와는 달리 별도의 광원을 필요로 하지 않으므로 소자의 부피와 무게를 줄일 수 있는 장점이 있다.
상기 유기전계 발광소자를 구동하는 방식은 수동 매트릭스형(passive matrix type)과 능동 매트릭스형(active matrix type)으로 나눌 수 있다.
상기 수동 매트릭스형 유기전계 발광소자는 그 구성이 다순하여 제조방법 또한 단순 하나 높은 소비전력과 표시소자의 대면적화에 어려움이 있으며, 배선의 수가 증가하면 할 수록 개구율이 저하되는 단점이 있다.
따라서, 소형의 표시소자에 적용할 경우에는 상기 수동 매트릭스형 유기전계발광소자를 사용하는 반면, 대면적의 표시소자에 적용할 경우에는 상기 능동매트릭스형 유기전계 발광소자를 사용한다.
도 1은 일반적인 수동 매트릭스형 유기전계발광소자의 일부를 개략적으로 도시한 단면도이다.
일반적으로, 수동 매트릭스형 유기전계발광소자의 평면적인 구성은 기판(2) 상에 서로 이격하여 일 방향으로 구성된 다수의 제 1 전극(4)과, 상기 제 1 전극 (4)상부에 구성되고 전기장이 인가되면 소정의 빛으로 발광하는 발광체인 유기막(8)과, 상기 유기막의 상부에 구성되고, 상기 제 1 전극과 수직하게 교차하여 화소(P)를 정의하며 일 방향으로 소정간격 이격하여 형성된 제 2 전극(10)으로 구성된다.
도시한 도 1은 상기 임의의 제 1 전극을 따라 일 방향으로 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
전술한 바와 같이, 다수의 화소(P)가 정의되며, 상기 각 화소(P)가 정의된 기판(2)에 투명한 제 1 전극(4)을 형성한다.
상기 제 1 전극(4) 상부의 각 화소(P)사이에는 절연물질로 구성되고 소정의 높이(H)를 가지는 격벽(6)이 형성된다.
상기 각 화소(P)와 격벽(6)의 상부에는 유기막(8)이 증착되어 있으며, 상기 유기막(8)의 상부에는 각 화소(P)마다 전기적으로 독립된 제 2 전극(10)이 형성된다.
상기 제 1 전극(4)은 상기 유기막(8)에 홀(hole)을 주입하는 홀 주입전극이고, 상기 제 2 전극(10)은 상기 유기막(8)에 전자(electron)를 주입하는 전자 주입전극의 기능을 한다.
상기 격벽(6)은 제 2 전극(10)을 형성하는 과정에서, 현상공정(developingprocess)과 화학적인 식각공정(etching process)이 진행되는 동안 화학약품에 의해 유기막(8)의 특성이 변화하는 것을 막기 위한 목적으로 사용된다.
다시 설명하면, 일반적인 사진식각 공정(photo-lithography)을 사용하지 않고 상기 각 화소(P)에 구성된 제 2 전극(10)을 독립적으로 형성하기 위한 목적으로 구성된다.
따라서, 상기 격벽(6)을 형성한 후, 유기막(8)을 증착하게 되면 도시한 바와 같이, 유기막(8)은 격벽(6)의 측면에는 증착되지 않고 평면적으로 상기 격벽의 상부와 상기 각 화소의 제 1 전극(4)의 상부에만 형성되는 결과를 얻을 수 있다.
이때, 상기 유기막(8)은 홀(hole)수송층(8a)과 발광층(8c)과 전자(electron) 수송층(8b)인 다층으로 구성할 수 있으며, 반대로 발광층만으로 구성된 단층으로 구성할 수 있다.
상기 제 2 전극(10)을 증착 할 경우에는 증착방향을 제어하면 되는데 대표적인 방법으로 증착방향을 소정의 기울기로 기울여 증착공정을 진행(이와 같은 공정은 금속을 증착하기 위한 타깃(target)의 위치를 제어하거나, 또는 기판을 기울여 증착함)하게 되면 도시한 바와 같이, 격벽(6)의 상부 및 일 측과 상기 각 화소의 유기막 (8)상부에만 제 2 전극(10)이 증착된다.
이하, 도 2는 능동 매트릭스형(active matrix type) 유기전계발광소자의 일부를 개략적으로 도시한 단면도이다.
따라서 도시한 바와 같이, 기판(11)상에 정의된 화소영역(P)마다 구동소자인 박막트랜지스터(T)가 구성된다.
상기 박막트랜지스터(T)는 게이트전극(12)과 소스전극(14)및 드레인전극(16)으로 구성되며, 상기 소스전극(14)및 드레인전극(16) 사이에는 액티브층(18)이 구성된다.
상기 화소영역(P)은 상기 드레인전극(16)과 접촉하고 유기막에 홀을 주입하는 제 1 전극(20)과, 상기 제 1 전극(20)의 상부에 구성되는 다층 또는 단층의 유기막(22)과, 상기 유기막(22)의 상부에는 전자를 주입하는 제 2 전극(24)이 구성된다.
상기 유기막이 다층으로 구성될 경우에는 전자 수송층(Electron Transporting Layer : ETL)과 홀 수송층(Hole Transporting Layer)이 더욱 구성된다.
전술한 수동 유기전계발광소자와 능동 유기전계발광소자의 공통적인 동작을 이하 개략적으로 설명한다.
(상기 유기막이 전술한 바와 같은 다층 구성일 경우를 예를 들어 설명한다.)
상기 제 1 전극(4, 20)과 제 2 전극(10, 24)사이에 전기장이 형성되면, 상기 제 1 전극(4, 20)을 통해 상기 유기막(8, 22)중 홀 수송층(8a,22a)에 주입된 홀과 상기 제 2 전극(10,24)을 통해 상기 전자 수송층(22b)에 주입된 전자는 상기 발광층(8c, 22c)에서 만나게 되며, 이때 상기 발광층(8c, 22c)에서 전자와 홀이 결합하여 높은 에너지를 가지는 여기자를 생성하게 되고 이때, 여기자가 낮은 에너지로 떨어지면서 고유의 빛을 발광하게 된다.
전술한 바와 같은 동작을 통해 유기전계발광소자는 이미지를 구현할 수 있게된다.
그러나, 상기 각 유기전계발광소자를 포함한 제품을 완성하게 되면, 상기 각 배선이 형성된 기판의 배면이 외부로 노출되는 형태가 된다.
이와 같은 경우에는 외부의 환경적 요인에 의해 발생한 정전기에 의해 상기 각 배선이 단선되는 불량과 함께 화질 불량이 발생하는 문제가 있다.
전술한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 목적으로 본 발명이 제안되었으며, 본 발명은 상기 유기전계발광소자의 기판 배면에 투명한 도전성 금속층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래의 제 1 예에 따른 수동 매트릭스형 유기전계발광소자의 일부를 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 2는 종래의 제 2 예에 따른 능동 매트릭스형 유기전계발광소자의 일부를 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 수동 매트릭스형 유기전계발광소자의 일부를 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 4는 본 발명의 제 2 시예에 따른 능동 매트릭스형 유기전계발광소자의 일부를 개략적으로 도시한 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>
100 : 투명한 기판 102 : 제 1 전극
104 : 격벽 106 : 유기막
108 : 제 2 전극 110 : 정전기 방지수단
112 : 금속배선
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 특징에 따른 따른 능동 매트릭스형 유기전계발광소자는 기판과; 상기 기판 상에 홀을 주입하는 제 1 전극과; 상기 제 1 전극의 상부에 구성되고 전자를 주입하는 제 2 전극과; 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하고, 상기 제 1 전극으로부터 주입된 홀과 상기 제 2 전극으로부터 주입된 전자가 결합하면서 소정의 빛을 발광하는 유기막과; 상기 기판의 배면에 구성되는 정전기 방지수단인 투명한 도전성 금속층을 포함한다.
상기 제 1 전극은 인듐-틴-옥사이드(ITO)로 형성한다.
상기 제 2 전극은 알루미늄(Al)과 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg)중 선택된 하나로형성하거나, 리튬플로우린/알루미늄(LiF/Al)의 이중 금속층으로 형성할 수 있다.
상기 투명한 도전성 금속층은 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 형성한다.
본 발명의 제 2 특징에 따른 수동 매트릭스형 유기전계발광소자는 기판과; 상기 기판 상에 구성되고 게이트전극과 액티브층과 소스전극 및 드레인전극으로 구성된 구동소자와; 상기 구동소자의 드레인전극과 접촉하고, 홀을 주입하는 제 1 전극과; 상기 제 1 전극의 상부에 구성되고 전자를 주입하는 제 2 전극과; 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하고, 상기 제 1 전극으로부터 주입된 홀과 상기 제 2 전극으로부터 주입된 전자가 결합하면서 소정의 빛을 발광하는 유기막과; 상기 기판의 배면에 구성되는 정전기 방지수단인 투명 도전성 금속층을 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.
-- 실시예 1 --
본 발명의 제 1 실시예는 수동 매트릭스형 유기전계발광소자의 배면에 정전기 방지수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하, 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 수동 매트릭스형 유기전계발광소자의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 수동 매트릭스형 유기전계발광소자는 기판(100)과, 상기 기판(100)상에 다수의 화소(P)가 구성되고 각 화소(P)는 서로 교차하는 제 1 전극(102)과 제 2 전극(108)으로 구성한다.
상기 다수의 제 2 전극은 격벽(104)과 같은 수단으로 이격하여 구성한다.
상기 제 1 전극(102)과 제 2 전극(108)사이에는 유기막(106)을 형성하며, 상기 제 2 전극(108)은 유기막(106)상에 각 화소(P)마다 독립적으로 구성한다.
일반적으로, 상기 제 1 전극(102)은 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 같은 투명한 도전성 금속을 사용하며, 상기 제 2 전극(108)은 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al)등으로 구성된 금속 중 하나를 선택하여 형성하거나, 리튬플로우린/알루미늄(LiF/Al)과 같은 이중 금속층으로 형성한다.
본 발명의 특징은 상기 기판(100)의 배면에 투명한 도전성 금속층(110)과, 상기 금속층과 연결된 금속배선(112)을 별도로 더욱 형성하여 주는 것이다.
기판(100)의 배면에서 발생한 정전기는 상기 금속층(100)과 연결된 금속배선(미도시)을 통해 외부로 방출되도록 한다.
상기 투명한 도전성 금속층은 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)와 같은 투명한 도전성 금속물질 그룹 중 선택된 하나로 형성한다.
이때, 상기 금속배선(112)은 상기 유기전계발광소자를 감싸는 케이스(미도시)에 형성하는 것이 바람직하며, 상기 유기전계발광소자를 케이스에 장착하여 상기 투명한 금속층(110)과 금속배선(112)이 접촉하는 형태를 취하는 것이 물리적으로 안정하다.
전술한 본 발명의 특징은 이하 설명하는 능동 매트릭스형 유기전계발광소자에 적용할 수 있다.
-- 제 2 실시예--
이하, 도 4는 본 발명에 따른 액티브 매트릭스형 유기전계발광소자의 일부를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 투명한 플라스틱 기판 또는 유리기판(200)상에 박막트랜지스터(T)어레이를 구성한다.
상기 박막트랜지스터(T)어레이의 대략적인 구성은 다수의 화소(P)와, 화소(P)의 일 측에는 스위칭 소자(미도시)와, 스위칭 소자의 신호에 따라 화소(P)를 구동하는 구동소자(T)로 구성된다.
상기 스위칭 소자와 구동 소자는 게이트전극(202)과 소스전극 및 드레인전극(204,206)과 액티브층(208)으로 이루어진 박막트랜지스터(T)를 사용한다.
화소의 일측에는 상기 스위칭 소자및 구동소자(T)와 연결된 스토리지 캐패시터(미도시)를 구성한다.
전술한 구성에서, 상기 화소(P)에는 단층(single layer) 또는 다층(multi layer)으로 구성된 유기막(220)을 구성하며, 상기 유기막(220)을 사이에 두고 제 1 전극(212)과 제 2 전극(224)을 구성한다.
상기 제 1 전극(212)은 상기 유기막(220)에 홀(hole)을 주입하는 홀 주입전극(anode)이고, 상기 드레인전극(206)과 연결되어 신호전류를 인가 받는다.
상기 제 2 전극(224)은 상기 유기막(220)에 전자를 주입하는 전자 주입전극(cathode)으로, 기판 상에 별도로 구성된 공통배선(미도시)에 연결되어 형성한다.
상기 스위칭 소자(미도시)는 기판(200)에 일 방향으로 구성된 게이트배선(미도시)과 데이터배선(미도시)과 연결하여 구성한다.
전술한 구성에서, 상기 제 1 전극(212)은 일반적으로 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide)같은 일함수가 높은 투명한 도전성 금속으로 형성하며, 상기 제 2 전극(224)은 일 함수(work function)가 낮은 알루미늄(Al)과 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca)중 선택된 하나로 형성하거나, 리튬/플로우린(LiF/Al)과 같은 이중 금속층으로 형성한다.
전술한 바와 같이, 박막트랜지스터 어레이부(A)와 발광부(B)가 모두 형성된 기판(200)의 배면에는 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)와 같은 투명 도전성금속 물질중 선택된 하나로 구성한다.
상기 투명 도전성 금속층(226)은 기판에 박막트랜지스터 어레이부(A)와 발광부(B)를 형성하기 이전에 미리 형성한다.
만일, 상기 투명 도전성 금속층(226)을 증착하는 공정 중, 상기 기판(100)에 정전기 현상이 발생하지 않는 조건이 가능하다면, 상기 유기전계발광소자를 제작한 후 제품을 완성하기 전 마지막 단계에서 상기 투명 금속층을 형성하여도 된다.
상기 투명 금속층은 바람직하게는 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide)를 사용한다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따라 유기전계발광소자를 제작하게 되면, 상기 유기전계발광소자를 제작하는 공정 중 또는 제품이 완성된 후 외부적인 영향에 의해 정전기가 발생한다 하여도, 상기 정전기 방지수단에 의해 제거할 수 있다.
따라서, 정전기 발생을 방지할 수 있기 때문에 화질이 개선됨과 동시에 배선 또는 소자의 파괴가 발생하지 않아 제품의 신뢰성이 개선된다.

Claims (9)

  1. 기판과;
    상기 기판 상에 홀을 주입하는 제 1 전극과,;
    상기 제 1 전극의 상부에 구성되고 전자를 주입하는 제 2 전극과;
    상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하고, 상기 제 1 전극으로부터 주입된 홀과 상기 제 2 전극으로부터 주입된 전자가 결합하면서 소정의 빛을 발광하는 유기막과;
    상기 기판의 배면에 구성되는 정전기 방지수단인 투명한 도전성 금속층
    을 포함하는 수동 매트릭스형 유기전계 발광소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO) 중 선택된 하나로 형성한 수동 매트릭스형 유기전계발광소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전극은 알루미늄(Al)과 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg)중 선택된 하나로 형성하거나, 리튬플로우린/알루미늄(LiF/Al)의 이중 금속층으로 형성한 수동 매트릭스형 유기전계발광소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명한 도전성 금속층은 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)인 수동 매트릭스형 유기전계발광소자.
  5. 기판과;
    상기 기판 상에 구성되고 게이트전극과 액티브층과 소스전극 및 드레인전극으로 구성된 구동소자와;
    상기 구동소자의 드레인전극과 접촉하고, 홀을 주입하는 제 1 전극과,;
    상기 제 1 전극의 상부에 구성되고 전자를 주입하는 제 2 전극과;
    상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하고, 상기 제 1 전극으로부터 주입된 홀과 상기 제 2 전극으로부터 주입된 전자가 결합하면서 소정의 빛을 발광하는 유기막과;
    상기 기판의 배면에 구성되는 정전기 방지수단인 투명 도전성 금속층
    을 포함하는 능동 매트릭스형 유기전계 발광소자.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO) 중 선택된 하나로 형성한 능동 매트릭스형 유기전계발광소자.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 전극은 알루미늄(Al)과 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg)중 선택된 하나로 형성하거나, 리튬플로우린/알루미늄(LiF/Al)의 이중 금속층으로 형성한 능동 매트릭스형 유기전계발광소자.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 정전기 방지수단인 투명 도전성 금속층은 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 형성한 능동 매트릭스형 유기전계발광소자.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 구동소자와 연결된 스토리지 캐패시터가 더욱 구성된 능동 매트릭스형 유기전계발광소자.
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