KR20060000980A - 상부발광 방식의 유기전계발광 소자 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 의한 상부발광 방식의 유기전계발광 소자는, 서로 대향되게 배치된 제 1기판 및 제 2기판과; 상기 제 1기판 상에 서브픽셀 별로 형성된 박막트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터와 연결되어 상기 제 1기판 상에 형성되는 제 1전극과; 상기 제 1전극 상부에 순차적으로 형성되는 유기전계발광층 및 제 2전극과; 상기 제 1기판 및 제 2기판의 합착을 위해 기판의 가장자리부에 형성된 씰패턴이 포함되어 구성되며, 상기 제 1전극 하부에 블랙매트릭스가 형성되어 있음을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 제 1전극에 반사되는 광을 최소화하기 위해 상기 제 1전극 하부에 블랙매트릭스를 형성하거나, 또는 반사도가 낮은 금속 물질을 제 1전극으로 사용함으로써, 반사에 의한 컬러 쉬프트 문제를 극복하고, 편광 필름을 제거함으로써 원가 절감 효과를 얻을 수 있다는 장점이 있다.
Description
도 1은 종래의 하부발광 방식 유기전계발광 소자에 대한 개략적인 단면도.
도 2는 종래의 상부발광 방식 유기전계발광 소자에 대한 개략적인 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 상부발광 방식의 유기전계발광 소자의 개략적인 단면도.
도 4는 상기 도 3에 도시된 유기전계발광 소자의 하나의 서브픽셀 영역에 대한 확대 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 상부발광 방식의 유기전계발광 소자의 개략적인 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
120 : 제 1전극 122 : 보호막
124 : 블랙매트릭스 140 : 유기전계발광층
160 : 제 2전극
본 발명은 유기전계발광 소자에 관한 것으로, 특히 상부발광 방식의 유기전계발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
평판디스플레이(FPD ; Flat Panel Display) 분야에서, 지금까지는 가볍고 전력소모가 적은 액정표시장치(LCD ; Liquid Crystal Display Device)가 가장 주목받는 디스플레이 소자였지만, 상기 액정표시장치는 발광소자가 아니라 수광소자이며 밝기, 콘트라스트(contrast), 시야각, 그리고 대면적화 등에 기술적 한계가 있기 때문에 이러한 단점을 극복할 수 있는 새로운 평판디스플레이 소자에 대한 개발이 활발하게 전개되고 있다.새로운 평판디스플레이 중 하나인 상기 유기전계발광 소자는 자체발광형이기 때문에 액정표시장치에 비해 시야각, 콘트라스트 등이 우수하며 백라이트가 필요하지 않기 때문에 경량 박형이 가능하고, 소비전력 측면에서도 유리하다.
그리고, 직류 저전압 구동이 가능하고 응답속도가 빠르며 전부 고체이기 때문에 외부충격에 강하고 사용 온도범위도 넓으며, 특히 제조비용 측면에서도 저렴한 장점을 가지고 있다.
특히, 상기 유기전계발광 소자의 제조공정에는, 액정표시장치나 PDP(Plasma Display Panel)와 달리 증착 및 봉지(encapsulation) 장비가 전부라고 할 수 있기 때문에, 공정이 매우 단순하다.
또한, 각 화소마다 스위칭 소자인 박막트랜지스터를 가지는 액티브 매트릭스방식으로 유기전계발광 소자를 구동하게 되면, 낮은 전류를 인가하더라도 동일한 휘도를 나타내므로 저소비 전력, 고정세, 대형화가 가능한 장점을 가진다.
도 1은 종래의 하부발광 방식 유기전계발광 소자에 대한 개략적인 단면도이다.
도시한 바와 같이, 제 1, 2 기판(10, 30)이 서로 대향되게 배치되어 있고, 제 1, 2 기판(10, 30)의 가장자리부는 씰패턴(40 ; seal pattern)에 의해 봉지되어 있는 구조에 있어서, 제 1 기판(10)의 투명 기판(1) 상부에는 서브 픽셀별로 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있고, 박막트랜지스터(T)와 연결되어 제 1 전극(12)이 형성되어 있고, 박막트랜지스터(T) 및 제 1 전극(12) 상부에는 박막트랜지스터(T)와 연결되어 제 1 전극(12)과 대응되게 배치되는 적(Red), 녹(Green), 청(Blue) 컬러를 띠는 발광물질을 포함하는 유기전계발광층(14)이 형성되어 있고, 유기전계발광층(14) 상부에는 제 2 전극(16)이 형성되어 있다.
상기 제 1, 2 전극(12, 16)은 유기전계발광층(14)에 전계를 인가해주는 역할을 한다.
그리고, 전술한 씰패턴(40)에 의해서 제 2 전극(16)과 제 2 기판(30) 사이는 일정간격 이격되어 있으며, 도면으로 제시하지는 않았지만, 제 2 기판(30)의 내부면에는 외부로부터 인입되는 수분을 흡수하는 흡습제(미도시) 및 흡습제와 제 2 기판(30)간의 접착을 위한 반투성 테이프(미도시)가 포함된다.
상기 하부발광방식 구조에서는 상기 제 1 전극(12)을 양극(anode)으로, 제 2 전극(16)을 음극(cathode)으로 구성한다.
이에 상기 제 1 전극(12)은 투명도전성 물질에서 선택되고, 제 2 전극(16)은 일함수가 낮은 금속물질에서 선택되며, 이런 조건 하에서 상기 유기전계발광층(14) 은 제 1 전극(12)과 접하는 층에서부터 정공주입층(14a ; hole injection layer), 정공수송층(14b ; hole transporting layer), 발광층(14c ; emission layer), 전자수송층(14d ; electron transporting layer) 순서대로 적층된 구조를 이룬다.
일 례로 상기 제 1전극(12)으로는 투명 전극으로서 ITO가 사용되는 것이 바람직하며, 상기 제 2전극(16)으로는 Al, Mg, Ca 등 일함수가 낮은 금속 물질이 사용되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 발광층(14c)은 서브픽셀별로 적, 녹, 청 컬러를 구현하는 발광물질이 차례대로 배치된 구조를 가진다.
그러나, 앞서 설명한 종래의 하부 발광방식의 유기전계발광 소자는 개구율의 제한이 있어 고해상도 제품에 적용하기 어렵다는 단점이 있다.
도 2는 종래의 상부발광 방식 유기전계발광 소자에 대한 개략적인 단면도이다.
도 2를 참조하면, 종래의 상부발광 방식 유기전계발광 소자는 도 1에 도시된 하부발광 방식 유기전계발광 소자와 비교할 때, 유기전계발광층(24)에서 생성된 빛이 발광되는 방향이 하부에서 상부로 변경되는 점에서 그 차이가 있는 것으로, 이를 위해서는 제 1전극(22) 및 제 2전극(26)이 구성이 하부발광 방식과 달라지게 된다.
또한, 종래의 상부발광 방식 유기전계발광 소자의 경우 외부광의 반사에 의한 CR(Contrast ratio) 저감 문제를 극복하게 위해 도시된 바와 같이 제 2기판(30)의 상부면에 편광 필름(29)이 부착되어 있다.
일 례로 상기 제 1전극(22)을 양극(anode), 제 2전극(26)을 음극(cathode)으로 구성할 경우, 상기 제 1전극(22)은 유기전계발광층(24)에서 생성된 빛을 반사하는 역할을 수행해야 하고, 제 2전극(26)은 유기전계발광층(24)에서 생성된 빛을 투과하는 역할을 수행해야 한다.
따라서, 상기 제 1전극(22)으로 ITO를 사용하게 되면, 그 하부에 반사판(28)이 더 구비되어야 하며, 상기 제 2전극(26)은 빛이 투과될 수 있을 정도로 얇게 형성하여야 한다.
다른 예로 상기 제 1전극을 음극(cathode)으로 제 2전극을 양극(anode)로 구성할 경우 즉, 하부발광 방식의 전극 극성을 반대로 구성하게 되면, 상기 제 1전극 및 제 2전극 사이에 형성되는 유기전계발광층의 적층 구조를 변경함으로써 상부발광 방식을 이룰 수 있다.
이와 같은 종래의 상부발광 방식 유기전계발광 소자는 유기전계발광층(24)에서 생성되어 곧바로 제 2전극(26)을 투과하는 광과, 제 1전극(22)에 의해 반사된 뒤 제 2전극(26)을 투과하는 광이 제 2기판(30) 방향으로 발광되어 상부 발광을 이루게 된다.
그러나, 이 경우 상기 제 1전극(22)에서 반사되어 제 2전극(26)을 투과하게 되는 광은 반사에 의해 파장이 길어지게 되고, 이로 인해 컬러 쉬프트 문제가 발생된다는 문제가 있으며, 이러한 컬러 쉬프트 현상은 제 1전극(22)의 반사율이 클수록 심해지는 경향이 있다.
또한, 상기 편광 필름(29)의 부착에 의해 우현 편광 또는 좌현 편광된 빛만 을 투과하게 되어 광 효율이 50% 감소된다는 단점도 있다.
본 발명은 상부발광 방식의 유기전계발광 방식에 있어서, 제 1전극에 반사되는 광을 최소화하기 위해 상기 제 1전극 하부에 블랙매트릭스를 형성하거나, 또는 반사도가 낮은 금속 물질을 제 1전극으로 사용함으로써, 반사에 의한 컬러 쉬프트 문제를 극복하고, 편광 필름을 제거함으로써 원가 절감 효과를 얻을 수 있는 상부발광 방식의 유기전계발광 소자 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 의한 상부발광 방식의 유기전계발광 소자는, 서로 대향되게 배치된 제 1기판 및 제 2기판과; 상기 제 1기판 상에 서브픽셀 별로 형성된 박막트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터와 연결되어 상기 제 1기판 상에 형성되는 제 1전극과; 상기 제 1전극 상부에 순차적으로 형성되는 유기전계발광층 및 제 2전극과; 상기 제 1기판 및 제 2기판의 합착을 위해 기판의 가장자리부에 형성된 씰패턴이 포함되어 구성되며, 상기 제 1전극 하부에 블랙매트릭스가 형성되어 있음을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제 1전극은 양극(anode), 제 2전극은 음극(cathode)이며, 상기 제 2전극은 상기 유기전계발광층에서 생성된 빛이 투과될 수 있도록 투과성 전극으로 구성되고, 상기 제 1전극은 ITO 또는 IZO, 상기 제 2전극은 10Å 두께의 알루미늄(Al)과 1000Å 두께의 ITO가 이중층을 이루어 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1전극 및 블랙매트릭스 사이에 보호막이 개재됨을 특징으로 하며, 상기 유기전계발광층은 상기 제 1 전극과 접하는 층에서부터 정공주입층(hole injection layer), 정공수송층(hole transporting layer), 발광층(emission layer), 전자수송층(electron transporting layer) 순서대로 적층된 구조를 이룬다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 의한 상부발광 방식의 유기전계발광 소자는, 서로 대향되게 배치된 제 1기판 및 제 2기판과; 상기 제 1기판 상에 서브픽셀 별로 형성된 박막트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터와 연결되어 상기 제 1기판 상에 형성되는 크롬(Cr) 재질의 양극(anode)과; 상기 제 1전극 상부에 순차적으로 형성되는 유기전계발광층 및 음극(cathode)과; 상기 제 1기판 및 제 2기판의 합착을 위해 기판의 가장자리부에 형성된 씰패턴이 포함되어 구성됨을 특징으로 한다.
여기서, 상기 음극(cathode)은 10Å 두께의 알루미늄(Al)과 1000Å 두께의 ITO가 이중층을 이루어 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의해 상부발광 방식의 유기전계발광 소자를 제조하는 방법은, 제 1기판 상에 서브픽셀 단위로 박막트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 박막트랜지스터와 전기적으로 연결되도록 제 1전극을 형성하는 단계와; 상기 제 1전극 상부에 순차적으로 유기전계발광층 및 제 2전극이 형성되는 단계와; 상기 제 1기판에 대향되는 위치에 투명 기판인 제 2기판이 합착되는 단계가 포함되며,
상기 제 1전극을 형성함에 있어 상기 제 1전극 하부에 보호막 및 블랙매트릭스가 형성되는 단계가 포함되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 상부발광 방식의 유기전계발광 소자의 개략적인 단면도이며, 도 4는 상기 도 3에 도시된 유기전계발광 소자의 하나의 서브픽셀 영역에 대한 확대 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제 1, 2 기판(100, 300)이 서로 대향되게 배치되어 있고, 제 1, 2 기판(100, 300)의 가장자리부는 씰패턴(400 ; seal pattern)에 의해 봉지되어 있는 구조에 있어서, 제 1 기판(100)의 기판(10) 상부에는 서브 픽셀별로 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있다.
또한, 상기 박막트랜지스터(T)와 연결되어 제 1 전극(120)이 형성되어 있고, 박막트랜지스터(T) 및 제 1 전극(120) 상부에는 박막트랜지스터(T)와 연결되어 제 1 전극(120)과 대응되게 배치되는 적(Red), 녹(Green), 청(Blue) 컬러를 띠는 발광물질을 포함하는 유기전계발광층(140)이 형성되어 있고, 유기전계발광층(140) 상부에는 제 2 전극(160)이 형성되어 있다.
상기 제 1, 2 전극(120, 160)은 유기전계발광층(140)에 전계를 인가해주는 역할을 한다.
그리고, 전술한 씰패턴(400)에 의해서 제 2 전극(160)과 제 2 기판(300) 사이는 일정간격 이격되어 있으며, 도면으로 제시하지는 않았지만, 제 2 기판(300)의 내부면에는 외부로부터 인입되는 수분을 흡수하는 흡습제가 포함된다.
본 발명의 경우 상부발광 방식이므로 상기 흡습제는 투명 물질의 코팅제를 사용하는 것이 바람직하다.
도 3에 도시된 실시예의 경우 상기 제 1 전극(120)을 양극(anode)으로, 제 2 전극(160)을 음극(cathode)으로 구성한다.
따라서, 상기 유기전계발광층(140)은 제 1 전극(120)과 접하는 층에서부터 정공주입층(140a ; hole injection layer), 정공수송층(140b ; hole transporting layer), 발광층(140c ; emission layer), 전자수송층(140d ; electron transporting layer) 순서대로 적층된 구조를 이룬다.
이때, 상기 발광층(140c)은 서브픽셀별로 적, 녹, 청 컬러를 구현하는 발광물질이 차례대로 배치된 구조를 가진다.
단, 상기 제 2전극(160)은 광을 투과하는 역할을 수행하여야 하므로, 일함수가 낮은 Al, Mg, Ca 등의 금속을 빛이 투과될 수 있을 정도로 얇게 형성하여야 한다.
또는 상기 제 2전극(160)을 10Å 정도의 Al과 1000Å 정도의 ITO의 이중층으로 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 1 전극(120)으로 투명도전성 물질 즉, ITO 또는 IZO가 사용되는 경우 본 발명은 상기 제 1전극(120) 하부에 블랙매트릭스(124)가 형성되어 있음을 특징으로 한다.
이는 앞서 설명한 바와 같이 종래의 구조에서 제 1전극에 의해 반사되는 광의 파장이 길어지게 되어 발생되는 컬러 쉬프트 문제를 극복하기 위함으로, 상기와 같이 투명 전극으로 구성된 제 1전극(120) 하부에 블랙매트릭스(124)를 형성하게 되면 유기전계발광층(140)에서 발생된 빛 중 제 1전극(120) 방향으로 향하는 빛은 반사되지 않게 되는 것이다.
단, 블랙매트릭스(124)와 제 1전극(120)이 직접 접촉하도록 형성할 경우 그 계면에서 원치 않는 화학적 반응이 일어날 수 있으므로 이를 방지하기 위해 상기 제 1전극(120)과 블랙매트릭스(124) 사이에 보호막(122)을 삽입한다.
일 례로 상기 제 1전극(120)으로는 ITO, IZO와 같은 투명 도전성 물질이 사용되고, 상기 보호막(122)으로는 질화실리콘(SiNx), 산화실리콘(SiO2) 등 무기물 계열의 물질이 사용되며, 상기 블랙매트릭스(124)로는 유기물(polymer) 및 무기물 또는 Cr과 같은 금속 물질이 사용된다.
앞서 도 3을 통해 개략적으로 설명된 박막트랜지스터(T) 및 제 1전극(120), 유기전계발광층(140), 제 2전극(160)의 상세한 구조는 도 4를 통해 설명되어 진다.
도시한 바와 같이, 투명 기판(10) 상에는 반도체층(62), 게이트 전극(68), 소스 및 드레인 전극(80, 82)이 차례대로 형성되어 박막트랜지스터 영역을 이루고, 소스 및 드레인 전극(80, 82)에는 미도시한 전원공급 라인에서 형성된 파워 전극(72) 및 제 1전극(120), 유기전계발광층(140), 제 2전극(160)으로 구성된 유기전계발광 다이오드(E)가 각각 연결되어 있다.
그리고, 상기 파워 전극(72)과 대응하는 하부에는 절연체가 개재된 상태로 캐패시터 전극(64)이 위치하여, 이들이 대응하는 영역은 스토리지 캐패시터 영역을 이룬다.
상기 유기전계발광 다이오드(E)이외의 박막트랜지스터 영역 및 스토리지 캐패시터 영역에 형성된 소자들은 어레이 소자(A)를 이룬다.
상기 유기전계발광 다이오드(E)는 유기전계발광층(140)이 개재된 상태로 서로 대향된 제 1 전극(120) 및 제 2 전극(160)으로 구성된다. 상기 유기전계발광 다이오드(E)는 자체발광된 빛을 외부로 방출시키는 발광 영역에 위치한다.
본 발명의 일 실시예의 경우 앞서 설명한 바와 같이 상기 제 1전극(120) 하부에 블랙매트릭스(124) 및 보호막(122)이 형성되어 있음을 그 특징으로 한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 상부발광 방식의 유기전계발광 소자의 개략적인 단면도이다.
단, 도 3과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하며, 그 설명은 생략하기로 한다.
도 5에 도시된 실시예는 제 1전극이 도 3에 도시된 실시예와 다르게 구성되는 점에서 그 차이가 있다.
즉, 양극(anode)(130)로 사용되는 제 1전극을 ITO, IZO와 같은 투명 도전성 금속을 사용하지 아니하고, Cr과 같은 반사도가 낮은 금속을 사용함에 그 특징이 있다.
일반적으로 ITO의 일함수가 4.8 ~ 5.1eV정도이고, 상기 Cr은 일함수가 4.7eV이므로 제 1전극으로 사용할 수 있으며, 그 반사도가 68% 정도로 낮기 때문에 상기 Cr을 제 1전극으로 사용함으로써 종래의 구조에서 제 1전극에 의해 반사되는 광의 파장이 길어지게 되어 발생되는 컬러 쉬프트 문제를 극복할 수 있게 된다.
이와 같은 본 발명의 구조에 의하면, 상기 제 1전극에서 반사되어 제 2전극을 투과하게 되는 광을 제거하게 되어 종래의 컬러 쉬프트 문제를 극복할 수 있게 되며, 또한, 이를 통해 외부광에 의한 반사문제도 극복되므로 제 2기판 상에 편광필름을 부착하지 않아도 되어 원가절감의 효과를 얻을 수 있게 된다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 제 1전극에 반사되는 광을 최소화하기 위해 상기 제 1전극 하부에 블랙매트릭스를 형성하거나, 또는 반사도가 낮은 금속 물질을 제 1전극으로 사용함으로써, 반사에 의한 컬러 쉬프트 문제를 극복하고, 편광 필름을 제거함으로써 원가 절감 효과를 얻을 수 있다는 장점이 있다.
Claims (10)
- 서로 대향되게 배치된 제 1기판 및 제 2기판과;상기 제 1기판 상에 서브픽셀 별로 형성된 박막트랜지스터와;상기 박막트랜지스터와 연결되어 상기 제 1기판 상에 형성되는 제 1전극과;상기 제 1전극 상부에 순차적으로 형성되는 유기전계발광층 및 제 2전극과;상기 제 1기판 및 제 2기판의 합착을 위해 기판의 가장자리부에 형성된 씰패턴이 포함되어 구성되며,상기 제 1전극 하부에 블랙매트릭스가 형성되어 있음을 특징으로 하는 상부발광 방식의 유기전계발광 소자.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1전극은 양극(anode), 제 2전극은 음극(cathode)이며, 상기 제 2전극은 상기 유기전계발광층에서 생성된 빛이 투과될 수 있도록 투과성 전극으로 구성됨을 특징으로 하는 상부발광 방식의 유기전계발광 소자.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1전극 및 블랙매트릭스 사이에 보호막이 개재됨을 특징으로 하는 상부발광 방식의 유기전계발광 소자.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1전극은 ITO 또는 IZO 이고, 상기 제 2전극은 10Å 두께의 알루미늄(Al)과 1000Å 두께의 ITO가 이중층을 이루어 구성됨을 특징으로 하는 상부발광 방식 유기전계발광 소자.
- 제 1항에 있어서,상기 유기전계발광층은 상기 제 1 전극과 접하는 층에서부터 정공주입층(hole injection layer), 정공수송층(hole transporting layer), 발광층(emission layer), 전자수송층(electron transporting layer) 순서대로 적층된 구조를 이룸을 특징으로 하는 유기전계발광 소자.
- 서로 대향되게 배치된 제 1기판 및 제 2기판과;상기 제 1기판 상에 서브픽셀 별로 형성된 박막트랜지스터와;상기 박막트랜지스터와 연결되어 상기 제 1기판 상에 형성되는 반사도가 낮은 금속 재질의 양극(andoe)과;상기 제 1전극 상부에 순차적으로 형성되는 유기전계발광층 및 음극(cathode)과;상기 제 1기판 및 제 2기판의 합착을 위해 기판의 가장자리부에 형성된 씰패턴이 포함되어 구성됨을 특징으로 하는 상부발광 방식의 유기전계발광 소자.
- 제 6항에 있어서,상기 반사도가 낮은 금속은 크롬(Cr) 임을 특징으로 하는 상부발광 방식의 유기전계발광 소자.
- 제 6항에 있어서,상기 음극(cathode)은 10Å 두께의 알루미늄(Al)과 1000Å 두께의 ITO가 이중층을 이루어 구성됨을 특징으로 하는 상부발광 방식 유기전계발광 소자.
- 제 1기판 상에 서브픽셀 단위로 박막트랜지스터를 형성하는 단계와;상기 박막트랜지스터와 전기적으로 연결되도록 제 1전극을 형성하는 단계와;상기 제 1전극 상부에 순차적으로 유기전계발광층 및 제 2전극이 형성되는 단계와;상기 제 1기판에 대향되는 위치에 투명 기판인 제 2기판이 합착되는 단계가 포함되며,상기 제 1전극을 형성함에 있어 상기 제 1전극 하부에 보호막 및 블랙매트릭스가 형성되는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 상부발광 방식 유기전계발광 소자 제조방법.
- 제 9항에 있어서,상기 제 1전극은 양극(anode), 제 2전극은 음극(cathode)이며, 상기 제 2전 극은 상기 유기전계발광층에서 생성된 빛이 투과될 수 있도록 투과성 전극으로 구성됨을 특징으로 하는 상부발광 방식의 유기전계발광 소자 제조방법.
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