KR20060030395A - 유기 전계 발광 표시 장치 및 이의 제조 방법 - Google Patents

유기 전계 발광 표시 장치 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제1전극, 제2전극 및 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 개재되며 적어도 발광층을 포함하는 발광부로 이루어진 화소층; 및 상기 화소층으로부터 생성된 빛이 취출되는 방향에 위치하는 투명 부재;를 포함하는 유기 전계 발광 표시 장치에 있어서, 상기 화소층과 상기 투명 부재 사이에 회절격자를 구비하고, 상기 회절격자와 상기 투명 부재 사이에 상기 투명 부재를 이루는 물질의 굴절율보다 낮은 굴절율을 갖는 물질로 이루어진 저굴절층을 구비하며, 상기 저굴절층과 상기 투명 부재 사이에 흡광층을 구비한 유기 전계 발광 표시 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 유기 전계 발광 표시 장치는 상퍼짐 현상 및 색순도 저하 현상이 발생하지 않는다.

Description

유기 전계 발광 표시 장치 및 이의 제조 방법{An electroluminescent display device and a method for preparing the same}
도 1은 본 발명을 따르는 유기 전계 발광 표시 장치의 일 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 2a 및 도 2b는 저굴절층을 구비하지 않은 소자와 저굴절층을 구비한 소자의 층간 임계각 분석치를 나타낸 도면이고,
도 3는 본 발명을 따르는 회절격자의 일 실시예 및 이에 의한 광 경로 변화를 도시한 개념도이고,
도 4는 본 발명을 따르는 유기 전계 발광 표시 장치의 다른 일 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 5는 흡광층을 구비하지 않은 유기 전계 발광 표시 장치를 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 6은 저굴절층 및 흡광층을 모두 구비하지 않은 유기 전계 발광 표시 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
<도면 주요 부호에 대한 간단한 설명>
110...기판 117...흡광층
115...저굴절층 120...회절격자
122...제1전극 126...발광부
130...제2전극
본 발명은 유기 전계 발광 표시 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상퍼짐 현상 및 색순도 저하 현상이 발생하지 않는 유기 전계 발광 표시 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
전계 발광 소자(electroluminescent device : 이하, "EL 소자"라고도 함)는 자발광형 표시소자로 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라 응답시간이 빠르다는 장점을 가지고 있다.
EL 소자는 발광층(emitting layer) 형성용 재료에 따라 무기 EL 소자와 유기 EL 소자로 구분된다. 여기에서 유기 EL 소자는 무기 EL 소자에 비하여 휘도, 구동전압 및 응답속도 특성이 우수하고 다색화가 가능하다는 장점을 가지고 있다.
일반적인 유기 EL 소자는 기판 상부에 애노드가 형성되어 있고, 이 애노드 상부에 적어도 발광층을 포함하는 발광부 및 캐소드가 순차적으로 형성되어 있는 구조를 갖는다. 상기 발광부는 발광층 외에도 홀 수송층 및 전자 수송층을 더 포함할 수 있으며, 이들 홀 수송층, 발광층 및 전자 수송층은 유기 화합물로 이루어진 유기 박막들이다.
유기 EL 소자의 광효율은 통상적으로 내부 발광 효율(internal liminescnet efficiency)과 외부 발광 효율(external liminescent efficiency)로 나눌 수 있다. 내부 효율은 홀 수송층, 발광층 및 전자 수송층 등과 같이 유기층을 이루는 유기 화합물의 광전 변환 효율에 의존하고, 외부 효율(이하, "광취출율"(light coupling efficiency)이라고도 함)은 소자를 구성하는 각 층의 굴절율에 의존한다.
그런데, 유기 EL 소자의 광취출율은 CRT(Cathode Ray Tube), PDP(Plasma Display Panel), FED(Field Emitter Display) 등과 같은 다른 표시 소자에 비하여 낮은 편이다. 이는 발광부에서 생성된 빛이 소자 내 여러 층을 통과하면서, 전반사에 의하여 공기 중으로 취출되지 못하고 소자 내에서 소멸될 수 있기 때문이다. 예를 들어, 배면 발광형 유기 EL 소자에 있어서, 발광부에서 생성된 빛은 애노드/기판 계면에서 전반사되어 애노드 또는 발광부에 가이딩되는(guiding) 애노드/발광부 모드, 기판/공기 계면에서 전반사되어 기판에 가이딩되는 기판 모드 및 외부로 취출되는 외부 모드로 나눌 수 있는데, 200nm의 ITO를 사용한 유기 EL 소자의 경우 발광부로부터 생성된 빛의 45.2%는 애노드/발광부 모드이고, 31.1%는 기판 모드이며, 나머지 23.5%가 외부로 취출되는 외부 모드인 것으로 알려져 있다. 즉, 통상의 유기 EL 소자의 외부 광효율은 약 23% 정도로 매우 낮다.
이와 같이 낮은 유기 EL 소자의 외부 효율을 개선하기 위한 다양한 방법 중 회절격자를 이용하는 방법이 있다. 예를 들면, 대한민국 특허 등록번호 제10-0379396호는 일정 깊이를 갖는 홈이 소정 간격으로 형성된 기판; 상기 홈이 형성된 영역에 형성된 안티웨이브 가이딩 레이어; 상기 기판 전면에 형성된 제 1 전극; 상기 안티웨이브 가이딩 레이어 상부에 형성된 격벽; 상기 격벽 및 제 1 전극 위에 순차적으로 형성된 유기 EL층 및 제 2 전극을 포함하여 구성되는 유기 EL 디스플레이 패널을 개시하고 있다.
한편, 대한민국 특허 공개번호 제2003-0026450호에는 상면에 요철이 형성된 투명기판; 상기 유기기판 상면 상에 형성되는 투명전극층; 상기 투명전극층 상에 형성되는 정공수송 유기 EL층; 상기 정공수송 유기 EL층 상에 형성되는 전자수송 유기 EL층; 및 상기 전자 수송 유기 EL층 상에 형성되는 캐소드 전극층을 구비하는 광결정 유기 발광 소자가 개시되어 있다.
또한, 일본특허 등록번호 제2991183호에는 투명 기판, 회절 격자, 투명 전극, 유기층, 반사 전극의 순서로 적층되는 구조를 가지는 것을 특징으로 유기 전계 발광 소자가 개시되어 있다.
이러한 회절격자는 애노드/발광부 모드에 가이딩된 빛의 일부를 회절시켜, 전반사 임계각보다 작은 각으로 애노드/기판 계면에 입사될 수 있도록 하여 외부로 취출되도록 한다. 외부로 취출되지 못한 나머지 애노드/발광부 모드에 가이딩된 빛은 애노드 및 발광부에서 가이딩되어 진행하지만, 상기 가이딩된 빛은 애노드/발광부에 구비된 화소 간 픽셀 정의막(Pixel Define Layer : PDL)에 의하여 인접 타화소로 진행하지는 못한다. 또한, 타화소로 진행하더라도 진행 중 애노드 및 발광부에서 흡수되어 소멸되는 경우가 대부분이어서 타화소 영역에서 취출되는 것과 같이 인접 타화소에 영향을 미치지 않는다.
그러나, 기판/공기의 계면에서 전반되어 기판 모드에 가이딩된 빛은 인접 타화소로 진형하여 타화소 영역에서 취출될 수 있다. 이는 기판에는 애노드 및 발광 부와 달리 빛의 진행을 차단할 수 있는 화소 간 픽셀 정의막을 형성할 수 없으며, 기판의 광흡수율도 매우 작아 기판에 가이딩된 빛이 소멸되지 않기 때문이다. 이렇게 타화소에 도달한 빛은 타화소에 구비된 회절격자에 의하여 외부로 나오게 되는데, 이는 상퍼짐 현상 및 색순도 저하 현상의 원인이 된다. 이러한 상퍼짐 현상 및 색순도 저하 현상은 유기 전계 발광 표시 장치의 화질 저하를 초래하는 바, 이의 해결이 시급하다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 높은 외부 광효율을 가지면서도 상퍼짐 현상 및 색순도 저하가 발생하지 않는 유기 전계 발광 표시 장치 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이 목적이다.
상기 본 발명의 과제를 이루기 위하여, 본 발명은,
제1전극, 제2전극 및 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 개재되며 적어도 발광층을 포함하는 발광부로 이루어진 화소층; 및
상기 화소층으로부터 생성된 빛이 취출되는 방향에 위치하는 투명 부재
를 포함하는 유기 전계 발광 표시 장치에 있어서,
상기 화소층과 상기 투명 부재 사이에 회절격자를 구비하고, 상기 회절격자와 상기 투명 부재 사이에 상기 투명 부재를 이루는 물질의 굴절율보다 낮은 굴절율을 갖는 물질로 이루어진 저굴절층을 구비하며, 상기 저굴절층과 상기 투명 부재 사이에 흡광층을 구비한 유기 전계 발광 표시 장치를 제공한다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 본 발명의 유기 전계 발광 표시 장치는 투명 부재, 흡광층, 저굴절층, 회절격자, 제1전극, 발광부 및 제2전극의 순서로 적층된 구조를 가지고, 상기 투명 부재는 기판이며, 상기 제1전극은 투명 전극일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 본 발명의 유기 전계 발광 표시 장치는 제1전극, 발광부, 제2전극, 회절격자, 저굴절층 및 투명 부재의 순서로 적층된 구조를 가지고, 상기 제2전극은 투명 전극이며, 상기 투명 부재는 보호층 또는 밀봉 부재일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 투명 부재는 글라스재 또는 플라스틱재로 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 저굴절층을 이루는 물질의 굴절율은 1 내지 1.5일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 저굴절층을 이루는 물질은 다공성 SiO2일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 저굴절층의 두께는 100nm 내지 1000nm일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 흡광층을 이루는 물질의 흡광계수는 0.01 내지 0.05일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 흡광층을 이루는 물질은 TiO2, Ta2O 5 또는 Nb2O5일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 흡광층의 두께는 50nm 내지 1㎛일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 회절격자의 돌출부는 라인형, 사각기중 또는 원기둥으로 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 회절격자의 돌출부 간 간격은 상기 발광부에서 생성된 빛의 파장의 1/4배 내지 4배일 수 있다.
상기 다른 과제를 이루기 위하여, 본 발명은,
기판 상에 흡광층을 형성하는 단계;
상기 흡광층 상에 저굴절층을 형성하는 단계;
상기 저굴절층 상에 회절격자를 형성하는 단계; 및
상기 회절격자 상에 제1전극, 제2전극 및 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 개재되며 적어도 발광층을 포함하는 발광부로 이루어진 화소층을 형성하는 단계
를 포함하는 유기 전계 발광 표시 장치의 제조 방법을 제공한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명의 유기 전계 발광 표시 장치는 제1전극, 제2전극 및 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 개재되며 적어도 발광층을 포함하는 발광부로 이루어진 화소층; 및 상기 화소층으로부터 생성된 빛이 취출되는 방향에 위치하는 투명 부재를 포함하되, 상기 화소층과 상기 투명 부재 사이에 회절격자를 구비하고, 상기 회절격자와 상기 투명 부재 사이에 상기 투명 부재를 이루는 물질의 굴절율보다 낮은 굴절율을 갖는 물질로 이루어진 저굴절층을 구비하며, 상기 저굴절층과 상기 투명 부재 사이에 흡광층을 구비한다.
상기 본 발명의 유기 전계 발광 표시 장치에 있어서, 화소층으로부터 생성된 빛 중 화소층에 가이딩된 빛은 상기 화소층과 상기 화소층에 대하여 빛이 취출되는 방향에 위치한 투명 부재 사이에 구비된 회절격자에 의하여, 전반사의 임계각보다 작은 입사각을 갖게 되어 투명 부재의 외부로 취출될 수 있게 된다.
이 때, 회절격자와 투명 부재 사이에 구비되며 상기 투명 부재를 이루는 물질의 굴절율보다 낮은 굴절율을 갖는 물질로 이루어진 저굴절층에 의하여, 상기 투명 부재에 가이딩된 빛의 비율이 감소된다. 따라서, 투명 부재에 가이딩된 빛이 인접 타화소로 진행하여 타화소의 회절격자에 의하여 타화소의 영역에서 취출됨으로써 발생하는 상번짐 현상과 색순도 저하 현상이 방지될 수 있다. 본 명세서에 있어서, 회절격자와 투명 부재 사이에 구비된 "저굴절층"이라는 용어는 상기 투명 부재를 이루는 물질의 굴절율보다 낮은 굴절율을 갖는 물질로 이루어져 있음을 나타내기 위하여 사용되었음은 본 명세서의 전체 내용을 통하여 용이하게 인식할 수 있는 것이다.
상기 저굴절층에 의하여 기판 모드에 가이딩되는 소량의 빛은 저굴절층과 투명 부재 사이에 개재된 흡광층에 의하여 흡수된다. 즉, 회절격자와 투명 부재 사이에 구비된 저굴절층에 의하여 기판 모드에 가이딩되는 빛의 양은 감소될 수 있으며, 상기 기판에 가이딩되는 소량의 빛조차도 저굴절층과 투명 부재 사이에 구비된 흡광층에 의하여 흡수 및 소멸되는 것이다. 따라서, 본 발명의 유기 전계 발광 표 시 장치는 기판 모드에 가이딩된 빛이 인접 타화소 영역으로 진행하여 인접 타화소 영역에 구비된 회절격자에 의하여 취출되는 현상이 완전히 방지될 수 있어, 상퍼짐 현상 및 색순도 저하 현상이 발생하지 않는다.
도 1은 본 발명을 따르는 유기 전계 발광 표시 장치의 일 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다. 제1전극(122), 발광부(126) 및 제2전극(130)이 화소층을 이루는데, 이 중 제1전극(122)은 투명 전극이며, 기판(110)이 상기 투명 부재에 해당한다. 따라서, 발광부(126)에서 생성된 빛은 기판(110)의 외부로 취출된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 유기 전계 발광 표시 장치는 기판(110)의 제1면에는 흡광층(117) 및 저굴절층(115)이 차례로 형성되고, 상기 저굴절층(115) 상부로 순차적으로 제1전극(122), 발광부(126) 및 제2전극(130)이 구비된다. 회절격자(120)는 저굴절층(115)과 제1전극(122) 사이에 형성된다. 그리고, 상기 제2전극(130) 상부로는 도시하지 않았지만 상기 제1전극(122), 발광부(126), 제2전극(13)을 외부로부터 밀봉시키는 밀봉부재(미도시)가 더 구비될 수 있다.
상기 기판(110)은 실리콘 산화물을 주성분으로 하는 투명한 글라스재의 기판이 사용될 수 있다. 비록 도면에 도시하지는 않았지만 상기 기판(110)의 상면에는 기판의 평활성과 불순원소의 침투를 차단하기 위하여 버퍼층을 더 구비할 수 있으며, 상기 버퍼층은 실리콘 산화물 등으로 형성할 수 있다. 또한, 상기 기판(110)은 글라스재뿐만 아니라, 플렉서블형 플라스틱재를 사용할 수도 있다.
상기 기판(110) 상의 저굴절층(115)은 기판(110)을 이루는 물질의 굴절율보 다 낮은 굴절율을 갖는 물질로 이루어져, 발광부(126)로부터 생성되어 기판(110)에 가이딩되는 빛의 양을 감소시키는 역할을 한다. 이로써, 기판(110)에 가이딩되어 기판(110)을 진행하여 인접 타화소 영역에서 취출되는 빛이 현격히 줄어들게 되므로, 상퍼짐 현상 및 색순도 저하 현상이 방지된다.
저굴절층(115)을 구비함으로써 기판에 가이딩되는 빛의 양이 감소됨은 다음과 같은 임계각 분석 실험으로 확인할 수 있다. 임계각 분석 대상 소자는 글라스재의 기판, 150nm의 ITO, 1500Å의 EL층, 3000Å의 Al로 이루어진 소자 1과 상기 소자 1과 동일한 구조를 가지나 기판과 ITO 사이에 굴절율 1.24를 갖고 두께 500nm인 저굴절층을 더 구비한 소자 2로서, 이들 소자 1과 소자 2의 임계각을 분석하여 그 결과를 도 2a 및 2b에 각각 나타내었다. 도 2a에 따르면, ITO/기판 계면의 임계각은 58도이고, 기판/공기 계면의 임계각은 41도이므로 41도와 58도 사이의 빛이 기판에 가이딩된다. 그러나, 도 2b에 따르면, ITO/저굴절층 계면의 임계각이 44도로서, 41도와 44도 사이의 빛만이 기판에 가이딩되는 것을 알 수 있다.
상기 소자 1 및 2에 대하여 FDTD(Finite Difference Time Domain) 방식의 시뮬레이션을 수행한 결과는 표 1과 같다:
소자 1 소자 2
ITO/발광부 모드 33% 54%
기판 모드 41% 22%
외부 모드 26% 24%
표 1에 따르면, 소자 1의 기판 모드, 즉 기판에 가이딩된 빛은 41%에 이르나, 저굴절층을 구비한 소자 2의 기판 모드는 22%에 불과함을 알 수 있다. 따라서, 저굴절 층(115)를 구비함으로서 기판에 가이딩된 빛의 비율이 현저히 감소되며, 이로써 기판에 가이딩된 빛이 인접 타화소 영역의 기판으로 진행하여 타화소 영역에서 취출됨으로써 발생하는 상퍼짐 현상 및 색순도 감소 현상이 본 발명의 저굴절층(115)에 의하여 방지되는 것이다.
상기 저굴절층(115)을 이루는 물질는 전술한 바와 같이 기판(110)을 이루는 물질의 굴절율보다 낮은 굴절율을 갖는다. 보다 구체적으로, 상기 저굴절층(115)을 이루는 물질의 굴절율은 1 내지 1.5일 수 있다. 상기 1이라는 굴절율 수치는 공기의 절대 굴절율을 고려한 것이고, 상기 1.5라는 굴절율 수치는 통상적으로 기판(110)을 이루는 물질인 실리콘 옥사이드의 절대 굴절율을 고려한 것이다.
상기 저굴절층(115)을 이루는 물질은 다공성 SiO2일 수 있다. 보다 상세하게 상기 다공성 SiO2는 실리카 제로겔(silca xerogel) 또는 실리카 에어로겔(silica aerogel)일 수 있다. 이 중, 실리카 에어로겔이 바람직하다.
실리카 에어로겔은 수 나노미터의 직경을 갖는 실리카 가닥들의 다공성 망상 조직을 가지는 물질로서, 통상적으로 80% 내지 99% 정도의 기공율과 1nm 내지 50nm 범위의 기공 크기를 갖는 초 다공성의 고 비표면적(≥700m2/g)을 갖는다. 실리카 에어로겔의 제조 공정은 습윤겔을 제조하는 졸-겔 공정(sol-gel processing)과 습윤겔(wet gel) 건조 공정으로 구성되며, 이는 제조하려는 실리카 에어로졸에 따라 변경될 수 있다.
상기 저굴절층(115)의 두께는 100nm 내지 1000nm일 수 있다. 저굴절층(115) 의 두께가 100nm미만인 경우에는 기판 모드에 가이딩되는 빛의 비율을 감소시키는 효과가 미미하고, 저굴절층(115)의 두께가 1000nm를 초과하는 경우에는 저굴절층(115)에 크랙이 생성되고 제조 단가 및 시간이 증가할 수 있는 문제점이 있기 때문이다.
상기 저굴절층(115)에 의하면, 기판 모드에 가이딩되는 빛이 감소되지만, 여전히 기판 모드에 가이딩되는 빛이 존재하며, 상번짐 현상 및 색순도 저하 현상을 초래할 수 있다. 본 발명의 유기 전계 발광 표시 장치는 이러한 기판 모드에 가이딩된 빛을 흡수할 수 있는 흡광층(117)을 저굴절층(115)와 기판(110) 사이에 구비한다. 상기 흡광층(117)에 의하여, 기판에 가이딩된 빛은 기판을 진행하다가 소멸되므로, 인접 타화소 영역에 도달하여 타화소의 회절격자에 의하여 외부로 취출되지 않는다. 따라서, 색번짐 현상 및 색순도 저하 현상이 발생하지 않는다.
또한, 상기 흡광층(117)을 이루는 물질은 0.01 내지 0.05의 흡수계수를 갖는다. 흡광층(117)을 이루는 물질이 흡수계수가 0.01 미만인 경우에는 기판 모드에 가이딩된 빛을 흡수하는 효과가 미미할 수 있으며, 흡광층(117)을 이루는 물질의 흡수계수가 0.05를 초과하는 경우에는 광취출율이 오히려 낮아질 수 있기 때문이다.
이와 같은 흡광층(117)은 무기물 박막으로 이루어질 수 있다. 상기 무기물 박막을 이루는 물질의 구체적인 예에는 TiO2, Ta2O5 또는 Nb2 O5 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 흡광층(117)의 두께는 50nm 내지 1㎛일 수 있다. 상기 흡광층(117)의 두께가 50nm 미만인 경우에는 기판 모드에 가이딩된 빛을 흡수하는 효과가 미미할 수 있고, 상기 흡광층(117)의 두께가 1㎛를 초과하는 경우에는 광취출율을 오히려 저하시킬 수 있기 때문이다.
본 발명의 유기 전계 발광 표시 장치는 색퍼짐 현상 및 색순도 저하 현상의 원인이 되는 기판 모드에 가이딩되는 빛이 상기 저굴절층(115) 및 흡광층(117)에 의하여 완전히 제거될 수 있으므로, 회절격자를 구비함으로써 발생할 수 있는 상퍼짐 현상 및 색순도 저하 현상이 발생하지 않는다.
상기 저굴절층(115) 상에는 투명한 전도성 물질인 제1전극(122)이 형성된다. 상기 제1전극(122)을 이루는 물질의 구체적인 예에는 ITO, IZO, ZnO, 또는 In2O3 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다. 제1전극(122)의 패턴은 포토리소그래피법에 의해 소정의 패턴이 되도록 형성할 수 있다. 상기 제 1 전극(120)의 패턴은 수동 구동형(Passive Matrix type : PM)의 경우에는 서로 소정 간격 떨어진 스트라이프 상의 라인들로 형성될 수 있고, 능동 구동형(Active Matrix type : AM)의 경우에는 화소에 대응되는 형태로 형성될 수 있다. 능동 구동형의 경우에는 또한, 이 제 1 전극(122)과 기판(110)의 사이에 적어도 하나의 박막 트랜지스터를 구비한 TFT(Thin Film Transistor)층이 더 구비되고, 상기 제1전극(122)은 이 TFT층에 전기적으로 연결된다. 이와 같은 제1전극(122)은 도시되지 않은 외부 제1전극 단자에 연결되어 애노드 전극으로서 작용될 수 있다.
상기 제1전극(122)과 상기 저굴절층(115) 사이에는 회절격자가 형성된다. 상기 회절격자는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 저굴절층(115)과 상기 제1전극(122) 간의 계면에 직접 형성될 수도 있고, 이와는 달리 양 층간에 새로운 회절격자층이 개재될 수도 있다.
도 3은 회절격자 및 이에 의한 광의 경로 변화를 도시하는 개념도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 θi의 각도를 가지고 입사하는 광은 회절격자에 의해 반사될 경우, 회절차수 k, 반사각 θo, 회절격자의 돌출부 간의 간격 d, 상기 입사광의 파장 λ 및 굴절율 n 간에 다음과 같은 관계가 성립하게 된다.
Figure 112004045207769-PAT00001
상기 식에 따라 회절격자의 돌출부 간의 간격 d를 적절히 조절하면 반사각의 각도 θo를 조절할 수 있다. 따라서, 이러한 원리의 회절격자(120)를 통해 발광부(126)로부터 생성된 빛 중 임계각 이상의 각도를 가지고 입사한 빛을 임계각 이하의 각도를 갖도록 조절하여 기판(110)의 외부로 취출되는 빛의 양을 증가시킬 수 있다.
도 1에서 상기 회절격자(120)의 돌출부는 다양한 형태로 형성가능하다. 돌출부 형태는 구체적으로, 라인형, 사각기중 , 원기둥 또는 벌집형 형태 등으로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않음은 물론이다.
상기 회절격자(120)의 돌출부 간의 간격은 발광부로부터 생성된 빛의 파장의 1/4배 내지 4배일 수 있다. 이는 발광부로부터 생성된 빛이 회절격자에 의하여 임계각보다 작은 각도를 갖도록 제어하는 것을 고려한 것으로서, 회절격자의 돌출부 간의 간격이 이보다 클 경우에는 빛이 회절되는 정도가 작아져서 회절된 빛의 각도가 임계각 이내로 충분히 작아지지 않으며, 회절격자의 돌출부 간의 간격이 이보다 작을 경우에는 광이 회절격자를 통과하는 비율이 작아져서 오히려 광취출율을 저하시킬 수 있기 때문이다. 회절격자(120)의 돌출부 간의 간격은 도 3에 도시된 사각기둥형 돌출부의 일 실시예의 d를 참조하며, 이는 사각기둥형 외의 돌출부 각각에 대하여 적용될 수 있음을 당업자는 용이하게 파악할 수 있다.
상기 제1전극(120)의 상부로는 제2전극(130)이 위치하는데, 투명 전극 또는 반사형 전극일 수 있다. 상기 제2전극(13)을 이루는 물질은 일함수가 작은 금속, 예를 들면, Li, Ca, Al, Ag, Mg, 및 이들 중 2 이상의 조합일 수 있다. 이와 같은 제2전극(130)은 도시되지 않은 외부 제2전극단자에 연결되어 캐소드 전극으로서 작용될 수 있다.
상기 제 2 전극(130)은 수동 구동형의 경우에는 제1전극(122)의 패턴에 직교하는 스트라이프 상의 라인으로 형성될 수 있고, 능동 구동형의 경우에는 화소에 대응되는 형태로 형성될 수 있다. 능동 구동형의 경우에는 화상이 구현되는 액티브 영역 전체에 걸쳐 형성될 수도 있다.
상기 제1전극(122)과 제2전극(130)은 그 극성이 서로 반대가 되어도 무방하다.
상기 제1전극(122)과 제2전극(130)사이에는 발광부(126)가 구비된다. 상기 발광부(126)는 저분자 유기물 또는 고분자 유기물로 이루어질 수 있다. 저분자 유기물로 이루어지는 경우, 홀 주입층(HIL: Hole Injection Layer), 홀 수송층(HTL: Hole Transport Layer), 발광층(EML: Emission Layer), 전자 수송층(ETL: Electron Transport Layer), 전자 주입층(EIL: Electron Injection Layer) 등으로 이루어진 단일 혹은 복합의 구조로 적층되어 형성될 수 있으며, 사용 가능한 유기 재료도 구리 프탈로시아닌(CuPc: copper phthalocyanine), N,N-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐-벤지딘 (N,N'-Di(naphthalene-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine: NPB) , 트리스-8-하이드록시퀴놀린 알루미늄(tris-8-hydroxyquinoline aluminum)(Alq3) 등을 비롯해 다양하게 적용 가능하다. 이들 저분자 유기물은 진공증착의 방법으로 형성될 수 있다.
고분자 유기물의 경우에는 대개 홀 수송층(HTL) 및 발광층(EML)으로 구비된 구조를 가질 수 있으며, 이 때, 상기 홀 수송층으로 PEDOT를 사용하고, 발광층으로 PPV(Poly-Phenylenevinylene)계 및 폴리플루오렌(Polyfluorene)계 등 고분자 유기물질을 사용하며, 이를 스크린 인쇄나 잉크젯 인쇄방법 등으로 형성할 수 있다. 상기와 같은 유기 발광층은 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 다양한 실시예들이 적용될 수 있음은 물론이다.
도 4는 본 발명의 유기 전계 발광 표시 장치의 다른 일 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다. 제1전극(122), 발광부(126) 및 제2전극(130)이 화소층을 이루는데, 제2전극(130)이 투명 전극이고, 밀봉부재(135)가 상기 투명 부재에 해당한다. 따라서, 발광부(126)에서 생성된 빛은 밀봉부재(135)의 외부로 취출된다.
밀봉부재(135)는 실리콘 산화물을 주성분으로 하는 투명한 글라스재의 기판이 사용될 수 있다. 비록 도면에 도시하지는 않았지만 상기 밀봉부재(135)의 하면에는 저굴절층(115) 등을 투습 및 투산소로부터 보호하기 위하여 보호층이 추가로 구비될 수 있다. 상기 보호층은 실리콘 산화물 등으로 형성할 수 있다.
도 4로부터 알 수 있듯이, 저굴절층(115)은 제2전극(130) 상부에 형성된다. 상기 저굴절층(115)은 밀봉부재(135)를 이루는 물질의 굴절율보다 낮은 굴절율을 갖는 물질로 이루어져, 발광부(126)로부터 생성되어 밀봉부재(135)에 가이딩될 수 있는 빛의 비율을 감소시키는 역할을 한다. 이로써, 밀봉부재(135)에 가이딩되어 밀봉부재(135)을 진행하여 인접 타화소 영역에서 취출되는 빛이 현격히 줄어들게 된다. 아울러, 저굴절층(117) 상부에는 흡광층이 구비되어 기판 모드에 가이딩된 빛을 모두 흡수하여 상퍼짐 현상 및 색순도 저하 현상이 발생하지 않는다. 상기 저굴절층(115) 및 흡광층(117)에 대한 상세한 설명은 전술한 바와 동일하므로 생략한다.
회절격자(120)는 상기 저굴절층(115)과 제2전극(130) 사이에 개재된다. 상기 회절격자(120)는 상기 도 3과 관련하여 설명한 회절격자에 의한 외부 광효율 증가 원리에 따라, 발광부(126)로부터 생성된 빛 중 임계각 이상의 각도를 가지고 입사한 빛을 임계각 이하의 각도를 갖도록 조절하여 밀봉부재(135)의 외부로 취출되는 빛의 양을 증가시킬 수 있다. 상기 회절격자(120) 및 나머지 제1전극(122), 발광부(126) 및 제2전극(130)에 대한 상세한 설명은 전술한 바와 동일하므로 생략한다.
본 발명을 따르는 유기 전계 발광 표시 장치에 대하여 배면 발광형 및 전면 발광형을 예로 들어 설명하였으나, 이외에도 양면 발광형 유기 전계 발광 표시 장치와 같이 다양한 형태로 적용될 수 있음은 물론이다.
이와 같은 본 발명을 따르는 유기 전계 발광 표시 장치를 제조하는 방법의 일 실시예는 기판 상에 흡광층을 형성하는 단계; 상기 흡광층 상에 저굴절층을 형성하는 단계; 상기 저굴절층 상에 회절격자를 형성하는 단계; 및 상기 회절격자 상에 제1전극, 제2전극 및 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 개재되며 적어도 발광층을 포함하는 발광부로 이루어진 화소층을 형성하는 단계를 포함한다.
먼저, 기판 상에 증착법 등을 이용하여 흡광층을 형성한다. 흡광층을 이루는 물질은 전술한 바와 같이 TiO2, Ta2O5 또는 Nb2O5 등일 수 있다. 흡광층을 형성하기 위한 다양한 증착법은 흡광층을 이루는 물질에 따라 용이하게 선택될 수 있다.
그리고 나서, 상기 흡광층 상에 코팅법 또는 증착법 등을 이용하여 저굴절층을 형성한다. 저굴절층을 형성하는 방법은 형성하려는 저굴절층을 이루는 물질의 특성에 따라 용이하게 선택될 수 있다.
저굴절층을 형성한 후에는 저굴절층 상에 회절격자를 형성한다. 회절격자를 형성하는 방법의 구체적인 예에는 포토레지스트막을 이용한 포토리소그래피 공정이 포함된다. 상기 저굴절층 상에 포토레지스트막을 형성한 다음 예를 들면, 전자빔 또는 레이저 홀로그램 등의 방법으로 패터닝하고 현상액으로 상기 포토레지스트막 을 식각한다. 이후 반응성 이온 에칭(reactive ion etching) 등의 방법을 이용하여 상기 저굴절층을 식각하여 회절격자를 제작한다.
이 후, 제1전극, 제2전극 및 발광부를 순차적으로 형성한다. 이 때, 제1전극, 제2전극 및 발광부를 형성하는 물질에 따라 증착법 또는 코팅법 등을 이용할 수 있다. 제1전극 형성 후에는 선택적으로 연마 공정이 이용될 수도 있다.
본 발명을 따르는 유기 전계 발광 표시 장치의 제조 방법에 대하여 배면 발광형 유기 전계 발광 표시 장치의 제조 방법을 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않음은 물론이다.
전술한 바와 같은 본 발명의 유기 전계 발광 표시 장치의 상퍼짐 현상과 색순도 저하 현상 방지 효과를 실시예 및 비교예를 통하여 확인하였다.
실시예로서 제작되는 샘플의 개략적 구조는 도 1을 참조한다. 먼저 글라스재의 기판(110) 위에 흡광층으로서 TiO2를 500nm의 두께로 형성하였다. 상기 흡광층의 흡수계수는 0.01이다. 흡광층 상부에는 저굴절층(115)으로서 다공성 실리카 에어로겔을 500nm의 두께로 코팅하였다. 상기 저굴절층을 이루는 물질인 실리카 에어로겔은 1.24의 굴절율을 갖는다. 상기 저굴절층에 높이 0.3㎛, 돌출부 간 간격 0.5㎛의 돌출부를 형성하였다. 보다 구체적으로, 상기 저굴절층 상부에 포토레지스트막을 0.2㎛ 두께로 형성한 후, 노광하여 포토레지스트막을 패터닝한 다음 현상하여, 0.2㎛의 높이를 갖는 요철을 형성하였다. 이 후, 노출된 실리카 에어로겔을 깊이 0.3㎛로 에칭한 다음, 나머지 포토레지스트막을 건식 식각 공정으로 제거 하여 저굴절층 상부에 회절격자를 형성하였다. 이 후, ITO층을 200nm 두께로 형성하고 ITO층 상부를 연마하였다. 상기 ITO층 상부에 발광부로서 1500Å의 EL층 및 제2전극으로서 3000Å의 두께를 갖는 Al을 형성하였다. 이를 샘플 1이라고 한다.
한편, 비교예 1로서, 흡광층을 형성하지 않았다는 점을 제외하고는 상기 실시예와 동일한 방법으로 샘플을 제작하였다. 이를 샘플 A라고 한다. 샘플 A의 개략적 구조는 기판(110), 저굴절층(115), 회절격자(120), 제1전극(122), 발광부(126) 및 제2전극(13)의 순서로 적층된 구조가 도시된 도 5를 참조한다.
또한, 비교예 2로서, 저굴절층을 형성하지 않고, 저굴절층이 아닌 기판 상에 회절격자를 형성하였다는 점을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 샘플을 제작하였다. 이를 샘플 B라고 한다. 샘플 B의 개략적 구조는 기판(110), 회절격자(120), 제1전극(122), 발광부(126) 및 제2전극(130)의 순서로 적층된 구조가 도시된 도 6을 참조한다.
상기 샘플 1, A 및 B에 대하여 FDTD 시뮬레이션을 수행하여 샘플 1, A 및 B의 상퍼짐 비율을 계산하여 표 2에 나타내었다. 상퍼짐 비율은 샘플 1, A 및 B의 특정 화소층에 전계를 가한 경우, 전계를 가한 특정 화소층의 영역에서 취출되는 빛과 전계를 가한 특정 화소층을 제외한 다른 화소층의 영역에서 취출된 빛의 비율을 가리킨다:
샘플 1 샘플 A 샘플 B
상퍼짐 비율 0% 4% 10%
표 2에 따르면, 흡광층을 구비하지 않은 샘플 A는 4%의 색퍼짐 비율을 나타내며, 흡광층 및 저굴절층을 모두 구비하지 않은 샘플 B는 무려 10%의 상퍼짐 비율을 나타내었다. 반면, 저굴절층 및 흡광층을 모두 구비한 샘플 1의 상퍼짐 비율은 0%로서 상퍼짐 현상이 전혀 발생하지 않음을 알 수 있다. 이로써, 본 발명에 따라 회절격자 및 저굴절층을 구비한 샘플 1은 상퍼짐 방지 현상 및 색순도 저하 현상이 일어나지 않음을 확인할 수 있다.
본 발명에서와 같이 저굴절층 및 흡광층을 구비한 유기 전계 발광 표시 장치는 광취출율 향상을 위한 회절격자를 구비함으로써 발생할 수 있는 상퍼짐 현상 및 색순도 저하 현상이 전혀 발생하지 않는 바, 우수한 화질을 구현하는 유기 전계 발광 표시 장치를 얻을 수 있다.

Claims (15)

  1. 제1전극, 제2전극 및 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 개재되며 적어도 발광층을 포함하는 발광부로 이루어진 화소층; 및
    상기 화소층으로부터 생성된 빛이 취출되는 방향에 위치하는 투명 부재
    를 포함하는 유기 전계 발광 표시 장치에 있어서,
    상기 화소층과 상기 투명 부재 사이에 회절격자를 구비하고, 상기 회절격자와 상기 투명 부재 사이에 상기 투명 부재를 이루는 물질의 굴절율보다 낮은 굴절율을 갖는 물질로 이루어진 저굴절층을 고비하며, 상기 저굴절층과 상기 투명 부재 사이에 흡광층을 구비한 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서, 투명 부재, 흡광층, 저굴절층, 회절격자, 제1전극, 발광부 및 제2전극의 순서로 적층되고, 상기 투명 부재는 기판이며, 상기 제1전극은 투명 전극인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서, 제1전극, 발광부, 제2전극, 회절격자, 저굴절층, 흡광층 및 투명 부재의 순서로 적층되고, 상기 제2전극은 투명 전극이며, 상기 투명 부재는 보호층 또는 밀봉 부재인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 투명 부재는 글라스재 또는 플라스틱재로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 저굴절층을 이루는 물질의 굴절율은 1 내지 1.5인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 저굴절층을 이루는 물질이 다공성 SiO2인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 저굴절층의 두께는 100nm 내지 1000nm인 것을 특징으 로 하는 유기 전계 발광 표시 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 흡광층을 이루는 물질의 흡광계수가 0.01 내지 0.05인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 흡광층을 이루는 물질이 TiO2, Ta2O5 또는 Nb 2O5인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치.
  10. 제1항에 있어서 상기 흡광층의 두께가 50nm 내지 1㎛인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 회절격자의 돌출부는 라인형, 사각기중 또는 원기둥으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 회절격자의 돌출부 간 간격은 상기 발광부에서 생성된 빛의 파장의 1/4배 내지 4배인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치.
  13. 기판 상에 흡광층을 형성하는 단계;
    상기 흡광층 상에 저굴절층을 형성하는 단계;
    상기 저굴절층 상에 회절격자를 형성하는 단계; 및
    상기 회절격자 상에 제1전극, 제2전극 및 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 개재되며 적어도 발광층을 포함하는 발광부로 이루어진 화소층을 형성하는 단계
    를 포함하는 유기 전계 발광 표시 장치의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 회절격자를 상기 저굴절층 중 상기 발광부 방향의 면을 패터닝하여 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 저굴절층의 상기 발광부 방향의 면의 패터닝은 상기 저굴절층 상에 포토레지스트막을 코팅하고 전자빔 방법 또는 레이저 홀로그램 방법을 이용하여 패터닝하여 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치의 제조 방법.
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