KR20080053646A - 유기 발광 표시 장치의 제조 방법 - Google Patents

유기 발광 표시 장치의 제조 방법 Download PDF

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KR20080053646A
KR20080053646A KR1020060125430A KR20060125430A KR20080053646A KR 20080053646 A KR20080053646 A KR 20080053646A KR 1020060125430 A KR1020060125430 A KR 1020060125430A KR 20060125430 A KR20060125430 A KR 20060125430A KR 20080053646 A KR20080053646 A KR 20080053646A
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이동기
추창웅
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 제조 방법은, 복수의 게이트선, 복수의 데이터선, 복수의 구동 전압선, 복수의 스위칭 박막 트랜지스터 및 복수의 구동 박막 트랜지스터가 형성되어 있으며, 복수의 화소를 가지는 기판의 상부에 적어도 둘 이상의 다른 색을 가지는 색 필터를 화소에 반복적으로 형성하는 단계, 각각의 색 필터의 상부에 제1 전극을 형성하는 단계, 화소 전극 및 색 필터의 상부에 화소 전극을 드러내는 개구부를 가지는 절연성 부재를 형성하는 단계, 화소 전극의 상부에 절연성 부재와 자기 정합으로 반투명 부재를 형성하는 단계, 반투명 부재 상부에 유기 발광 부재를 형성하는 단계 그리고 유기 발광 부재 상부에 상기 제1 전극과 마주하는 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
유기 발광 표시 장치, 발광 효율, 청색 발광, 미세 공진

Description

유기 발광 표시 장치의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING AN ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE}
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 등가 회로도이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치에서 복수의 화소의 배치를 보여주는 개략도이고,
도 3은 도 2의 유기 발광 표시 장치에서 이웃하는 세 개의 화소를 보여주는 배치도이고,
도 4 및 도 5는 도 3의 유기 발광 표시 장치를 IV-IV'-IV"-IV"' 선 및 V-V 선을 따라 자른 단면도이고,
도 6, 도 9, 도 12 및 도 15는 본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 제조 공정의 중간 단계를 그 공정 순서에 따라 차례로 보여주는 배치도이고,
도 7 및 도 8은 도 6의 유기 발광 표시 장치를 VII-VII'-VII" 및 VIII-VIII 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 10 및 도 11은 도 9의 유기 발광 표시 장치를 X-X'-X"' 및 XI-XI 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 13 및 도 14는 도 12의 유기 발광 표시 장치를 XIII-XIII'-XIII" 및 XIV-XIV 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 16 및 도 17은 도 15의 유기 발광 표시 장치를 XVI-XVI'-XVI" 및 XVII-XVII 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
<도면 부호의 설명>
110: 절연 기판 121: 게이트선
124a: 스위칭 제어 전극 124b: 구동 제어 전극
129: 게이트선의 끝 부분
140: 게이트 절연막 154a: 스위칭 반도체
154b: 구동 반도체 163a,163b,165a,165b: 저항성 접촉 부재
171: 데이터선 172: 구동 전압선
173a: 스위칭 입력 전극 173b: 구동 입력 전극
175a: 스위칭 출력 전극 175b: 구동 출력 전극
179: 데이터선의 끝 부분 81, 82: 접촉 보조 부재
85: 연결 부재
181, 182, 184, 185a, 185b: 접촉 구멍
191: 화소 전극 192: 반투명 부재
270: 공통 전극 361: 절연성 둑
365: 개구부 370: 발광층
Qs: 스위칭 박막 트랜지스터 Qd: 구동 박막 트랜지스터
LD: 유기 발광 다이오드 Vss: 공통 전압
Cst: 유지 축전기
본 발명은 유기 발광 표시 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 모니터 또는 텔레비전 등의 경량화 및 박형화가 요구되고 있으며, 이러한 요구에 따라 음극선관(cathode ray tube, CRT)이 액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD)로 대체되고 있다.
그러나, 액정 표시 장치는 수발광 소자로서 별도의 백라이트(backlight)가 필요할 뿐만 아니라, 응답 속도 및 시야각 등에서 많은 문제점이 있다.
최근 이러한 문제점을 극복할 수 있는 표시 장치로서, 유기 발광 표시 장치(organic light emitting diode display, OLED display)가 주목 받고 있다.
유기 발광 표시 장치는 두 개의 전극과 그 사이에 위치하는 발광층을 포함하며, 하나의 전극으로부터 주입된 전자(electron)와 다른 전극으로부터 주입된 정공(hole)이 발광층에서 결합하여 여기자(exciton)를 형성하고, 여기자가 에너지를 방출하면서 발광한다.
유기 발광 표시 장치는 자체발광형으로 별도의 광원이 필요 없으므로 소비전력 측면에서 유리할 뿐만 아니라, 응답 속도, 시야각 및 대비비(contrast ratio)도 우수하다.
이러한 유기 발광 표시 장치는 적색 화소, 청색 화소 및 녹색 화소 등의 복수의 화소(pixel)를 포함하며, 이들 화소를 조합하여 풀 컬러(full color)를 나타낼 수 있다.
그러나 유기 발광 표시 장치는 발광 재료에 따라 발광 효율이 다르다. 이 경우 적색, 녹색 및 청색 중 발광 효율이 낮은 재료는 원하는 색 좌표의 색을 낼 수 없으며, 적색, 녹색 및 청색이 조합하여 내는 백색 발광의 경우에도 발광 효율이 낮은 색으로 인해 백색 발광 효율이 떨어진다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이를 해결하기 위한 것으로서, 색 특성을 개선할 수 있는 유기 발과 표시 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 제조 방법은, 복수의 게이트선, 복수의 데이터선, 복수의 구동 전압선, 복수의 스위칭 박막 트랜지스터 및 복수의 구동 박막 트랜지스터가 형성되어 있으며, 복수의 화소를 가지는 기판의 상부에 적어도 둘 이상의 다른 색을 가지는 색 필터를 화소에 반복적으로 형성하는 단계, 각각의 색 필터의 상부에 제1 전극을 형성하는 단계, 화소 전극 및 색 필터의 상부에 화소 전극을 드러내는 개구부를 가지는 절연성 부재를 형성하는 단계, 화소 전극의 상부에 절연성 부재와 자기 정합으로 반투명 부재를 형성하는 단계, 반투명 부재 상부에 유기 발광 부재를 형성하는 단계 그리고 유기 발광 부재 상부 에 상기 제1 전극과 마주하는 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
반투명 부재를 형성하는 단계는 제1 전극 상부에 감광성 선택적 금속화 공정이 가능한 반응성 용액을 형성하는 단계, 상기 색 필터를 통하여 상기 반응성 용액에 에너지를 가지는 빛을 조사하는 단계, 상기 반응성 용액을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
유기 발광 부재는 백색을 발광하는 복수의 서브 발광층으로 형성하는 것이 바람직하다.
화소는 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소를 포함하며, 반투명 부재는 발광 효율이 가장 낮은 화소에 형성하는 것이 바람직하며, 반투명 부재는 상기 청색 화소에만 형성하는 것이 바람직하다.
반투명 부재는 은(Ag) 또는 알루미늄(Al)에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하며, 구동 박막 트랜지스터의 반도체는 다결정 규소로 형성하고, 스위칭 박막 트랜지스터의 반도체는 비정질 규소로 형성하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
먼저 본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치에 대하여 도 1을 참고로 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 등가 회로도이다.
도 1을 참고하면, 본 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치는 복수의 신호선(121, 171, 172)과 이들에 연결되어 있으며 대략 행렬(matrix)의 형태로 배열된 복수의 화소(pixel)(PX)를 포함한다.
신호선은 게이트 신호(또는 주사 신호)를 전달하는 복수의 게이트선(gate line)(121), 데이터 신호를 전달하는 복수의 데이터선(data line)(171) 및 구동 전압을 전달하는 복수의 구동 전압선(driving voltage line)(172)을 포함한다. 게이트선(121)은 대략 행 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하고 데이터선(171)과 구동 전압선(172)은 대략 열 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하다.
각 화소(PX)는 스위칭 박막 트랜지스터(switching thin film transistor)(Qs), 구동 박막 트랜지스터(driving thin film transistor)(Qd), 유지 축전기(storage capacitor)(Cst) 및 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode, OLED)(LD)를 포함한다.
스위칭 박막 트랜지스터(Qs)는 제어 단자(control terminal), 입력 단 자(input terminal) 및 출력 단자(output terminal)를 가지는데, 제어 단자는 게이트선(121)에 연결되어 있고, 입력 단자는 데이터선(171)에 연결되어 있으며, 출력 단자는 구동 박막 트랜지스터(Qd)에 연결되어 있다. 스위칭 박막 트랜지스터(Qs)는 게이트선(121)에 인가되는 주사 신호에 응답하여 데이터선(171)에 인가되는 데이터 신호를 구동 박막 트랜지스터(Qd)에 전달한다.
구동 박막 트랜지스터(Qd) 또한 제어 단자, 입력 단자 및 출력 단자를 가지는데, 제어 단자는 스위칭 박막 트랜지스터(Qs)에 연결되어 있고, 입력 단자는 구동 전압선(172)에 연결되어 있으며, 출력 단자는 유기 발광 다이오드(LD)에 연결되어 있다. 구동 박막 트랜지스터(Qd)는 제어 단자와 출력 단자 사이에 걸리는 전압에 따라 그 크기가 달라지는 출력 전류(ILD)를 흘린다.
축전기(Cst)는 구동 박막 트랜지스터(Qd)의 제어 단자와 입력 단자 사이에 연결되어 있다. 이 축전기(Cst)는 구동 박막 트랜지스터(Qd)의 제어 단자에 인가되는 데이터 신호를 충전하고 스위칭 박막 트랜지스터(Qs)가 턴 오프(turn-off)된 뒤에도 이를 유지한다.
유기 발광 다이오드(LD)는 구동 박막 트랜지스터(Qd)의 출력 단자에 연결되어 있는 애노드(anode)와 공통 전압(Vss)에 연결되어 있는 캐소드(cathode)를 가진다. 유기 발광 다이오드(LD)는 구동 박막 트랜지스터(Qd)의 출력 전류(ILD)에 따라 세기를 달리하여 발광함으로써 영상을 표시한다.
스위칭 박막 트랜지스터(Qs) 및 구동 박막 트랜지스터(Qd)는 n-채널 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor, FET)이다. 그러나 스위칭 박막 트랜지스터(Qs)와 구동 박막 트랜지스터(Qd) 중 적어도 하나는 p-채널 전계 효과 트랜지스터일 수 있다. 또한, 박막 트랜지스터(Qs, Qd), 축전기(Cst) 및 유기 발광 다이오드(LD)의 연결 관계가 바뀔 수 있다.
그러면 도 1에 도시한 유기 발광 표시 장치의 상세 구조에 대하여 도 2 내지 도 5를 도 1과 함께 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치에서 복수의 화소의 배치를 보여주는 개략도이고, 도 3은 도 2의 유기 발광 표시 장치에서 이웃하는 세 개의 화소를 보여주는 배치도이고, 도 4 및 도 5는 도 3의 유기 발광 표시 장치를 IV-IV'-IV"-IV"' 선 및 V-V 선을 따라 자른 단면도이다.
먼저 도 2를 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치는 적색을 표시하는 적색 화소(R), 녹색을 표시하는 녹색 화소(G) 및 청색을 표시하는 청색 화소(B)가 교대로 순차적으로 배치되어 있다. 예컨대 적색 화소(R), 녹색 화소(G) 및 청색 화소(B)를 포함한 세 개의 화소는 하나의 군(group)을 이루어 행 및/또는 열을 따라 반복적으로 배열되어 있다. 그러나 화소의 배치 및 모양은 다양하게 변형될 수 있으며, 하나의 화소 군은 색을 표시하지 않는 백색 화소를 포함할 수도 있으며, 백색 화소를 더 포함함으로써 휘도를 개선할 수 있다.
다음, 유기 발광 표시 장치의 상세 구조를 도 3 내지 도 5를 참고하여 상세하게 설명한다.
도 3에서는 도 2의 유기 발광 표시 장치에서 점선으로 표시한 하나의 화소 군을 도시하였다. 세 화소는 유기 발광 다이오드를 제외하고, 게이트선(121), 데이터선(171), 구동 전압선(172), 스위칭 박막 트랜지스터(Qs) 및 구동 박막 트랜지스터(Qd)의 구조는 같다. 따라서 동일한 구성 요소는 동일한 도면 부호를 부여한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 따위로 만들어진 절연 기판(110) 위에 복수의 구동 반도체(154b) 및 복수의 선형 반도체 부재(151)가 형성되어 있다.
구동 반도체(154b)는 섬형이며, 선형 반도체 부재(151)는 주로 가로 방향으로 뻗어 있다. 구동 반도체(154b) 및 선형 반도체 부재(151)는 미세 결정질 규소(microcrystalline silicon) 또는 다결정 규소(polycrystalline silicon) 따위의 결정질 반도체 물질로 만들어질 수 있다.
구동 반도체(154b) 및 선형 반도체 부재(151) 위에는 복수의 게이트선(121), 복수의 구동 입력 전극(driving input electrode)(173b) 및 복수의 구동 출력 전극(driving output electrode)(175b)이 형성되어 있다.
게이트선(121)은 게이트 신호를 전달하며 주로 가로 방향으로 뻗어 있다. 각 게이트선(121)은 위로 뻗어 있는 스위칭 제어 전극(switching control electrode)(124a)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위하여 면적이 넓은 끝 부분(129)을 포함한다. 게이트 신호를 생성하는 게이트 구동 회로(도시하지 않음)가 기판(110) 위에 집적되어 있는 경우 게이트선(121)이 연장되어 게이트 구동 회로와 직접 연결될 수 있다.
게이트선(121)은 선형 반도체 부재(151)와 실질적으로 동일한 평면 모양을 가진다.
구동 입력 전극(173b) 및 구동 출력 전극(175b)은 각각 섬형이며, 게이트선(121)과 분리되어 있다. 구동 입력 전극(173b)과 구동 출력 전극(175b)은 구동 반도체(154b) 위에서 서로 마주한다.
게이트선(121), 구동 입력 전극(173b) 및 구동 출력 전극(175b)은 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열 금속, 은(Ag)이나 은 합금 등 은 계열 금속, 구리(Cu)나 구리 합금 등 구리 계열 금속, 몰리브덴(Mo)이나 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열 금속, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti) 따위로 만들어질 수 있다. 그러나 이들은 물리적 성질이 다른 두 개의 도전막(도시하지 않음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수도 있다.
게이트선(121), 구동 입력 전극(173b) 및 구동 출력 전극(175b)은 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며 그 경사각은 약 30도 내지 약 80도인 것이 바람직하다.
구동 반도체(154b)와 구동 입력 전극(173b) 사이 및 구동 반도체(154b)와 구동 출력 전극(175b) 사이에는 각각 복수 쌍의 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(163b, 165b)가 형성되어 있다. 또한 게이트선(121)과 선형 반도체 부재(151) 사이에는 불순물이 도핑되어 있는 선형 반도체 부재(161)가 형성되어 있다.
저항성 접촉 부재(163b, 165b) 및 불순물이 도핑되어 있는 선형 반도체 부재(161)는 인(P) 따위의 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 미세 결정질 규소 또는 다결정 규소 따위의 불순물이 도핑되어 있는 결정질 반도체 물질로 만들어질 수 있다.
게이트선(121), 구동 입력 전극(173b) 및 구동 출력 전극(175b) 위에는 산화규소(SiO2) 또는 질화규소(SiNx) 따위로 만들어진 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(140)은 단일 층일 수도 있고, 산화규소로 만들어진 제1 층과 질화규소로 만들어진 제2 층을 포함하는 복수 층일 수도 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon)로 만들어진 복수의 스위칭 반도체(154a)가 형성되어 있다. 스위칭 반도체(154a)는 섬형이며, 스위칭 제어 전극(124a)과 중첩되어 있다.
스위칭 반도체(154a) 및 게이트 절연막(140) 위에는 복수의 데이터선(171), 복수의 구동 전압선(172) 및 복수의 전극 부재(176)가 형성되어 있다.
데이터선(171)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)과 교차한다. 각 데이터선(171)은 스위칭 제어 전극(124a)을 향하여 뻗은 복수의 스위칭 입력 전극(switching input electrode)(173a)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위하여 면적이 넓은 끝 부분(179)을 포함한다. 데이터 신호를 생성하는 데이터 구동 회로(도시하지 않음)가 기판(110) 위에 집적되어 있는 경우, 데이터선(171)이 연장되어 데이터 구동 회로와 직접 연결될 수 있다.
구동 전압선(172)은 구동 전압을 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)과 교차하며 데이터선(171)과 거의 평행하다. 각 구동 전압선(172)은 돌출부(177)를 포함한다.
전극 부재(176)는 섬형이며 데이터선(171) 및 구동 전압선(172)과 분리되어 있다. 전극 부재(176)는 스위칭 입력 전극(173a)과 마주하는 부분(이하 '스위칭 출력 전극'이라 한다)(175a)과 구동 반도체(154b)와 중첩하는 부분(이하 '구동 제어 전극'이라 한다)(124b)을 포함한다. 스위칭 입력 전극(173a)과 스위칭 출력 전극(175a)은 스위칭 반도체(154a) 위에서 서로 마주한다.
데이터선(171), 구동 전압선(172) 및 전극 부재(176)는 상술한 게이트선(121)과 동일한 재료로 만들어질 수 있다.
데이터선(171), 구동 전압선(172) 및 전극 부재(176)의 측면은 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며 그 경사각은 약 30도 내지 약 80도인 것이 바람직하다.
스위칭 반도체(154a)와 스위칭 입력 전극(173a) 사이 및 스위칭 반도체(154a)와 스위칭 출력 전극(175a) 사이에는 각각 복수 쌍의 저항성 접촉 부재(163a, 165a)가 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(163a, 165a)는 섬 모양이며, 인(P) 따위의 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위로 만들어질 수 있다.
데이터선(171), 구동 전압선(172) 및 전극 부재(176) 위에는 색 필터가 형성되어 있다. 도면에서 보는 바와 같이, 적색 화소(R), 녹색 화소(G) 및 청색 화소(B)에 각각 적색 필터(230R), 녹색 필터(230G) 및 청색 필터(230B)가 형성되어 있다. 백색 화소는 색 필터를 포함하지 않을 수 있으나 투명한 백색 필터(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.
색 필터(230B, 230R, 230G)는 외부 회로와 접속하는 게이트선(121)의 끝 부 분(129) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)에는 형성되어 있지 않으며, 색 필터(, 230R, 230G, 230B)의 가장자리는 데이터선(171) 또는 게이트선(121) 위에서 중첩될 수 있다. 이와 같이 색 필터(230R, 230G, 230B)의 가장자리를 중첩하여 형성함으로써 각 화소 사이에서 누설되는 빛을 차단할 수 있다.
색 필터(230R, 230G, 230B)의 하부에는 층간 절연막(도시하지 않음)이 형성될 수 있다. 층간 절연막은 색 필터의 안료가 반도체로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
색 필터(230R, 230G, 230B), 데이터선(171), 구동 전압선(172) 및 전극 부재(176) 위에는 보호막(passivation layer)(180)이 형성되어 있다.
보호막(180)에는 구동 전압선(172)의 돌출부(177) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)을 드러내는 복수의 접촉 구멍(contact hole)(185a, 182)이 형성되어 있으며, 보호막(180) 및 게이트 절연막(140)에는 게이트선(121)의 끝 부분(129), 구동 입력 전극(173b) 및 구동 출력 전극(175b)을 드러내는 복수의 접촉 구멍(181, 184, 185b)이 형성되어 있다.
보호막(180) 위에는 복수의 화소 전극(pixel electrode)(191), 복수의 연결 부재(85) 및 복수의 접촉 보조 부재(contact assistant)(81, 82)가 형성되어 있다.
화소 전극(191)은 접촉 구멍(185b)을 통하여 구동 출력 전극(175b)과 연결되어 있다.
연결 부재(85)는 접촉 구멍(184, 185a)을 통하여 구동 전압선(172)의 돌출부(177)와 구동 입력 전극(173b)과 각각 연결되어 있으며, 구동 제어 전극(124b)과 일부 중첩하여 유지 축전기(storage capacitor)(Cst)를 이룬다.
접촉 보조 부재(81, 82)는 각각 접촉 구멍(181, 182)을 통하여 게이트선(121)의 끝 부분(129) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 연결된다. 접촉 보조 부재(81, 82)는 게이트선(121) 및 데이터선(171)의 끝 부분(129, 179)과 외부 장치와의 접착성을 보완하고 이들을 보호한다.
화소 전극(191), 연결 부재(85) 및 접촉 보조 부재(81, 82)는 ITO 또는 IZO 따위의 투명 도전체로 만들어질 수 있다.
청색 화소(B)의 화소 전극(191) 위에는 복수의 반투명 부재(semi-transparent member)(192)가 형성되어 있다. 반투명 부재(192)는 빛의 일부를 투과하고 빛의 일부를 반사하는 성질을 가진 물질이면 특히 한정되지 않으며, 예컨대 알루미늄(Al) 또는 은(Ag) 따위의 불투명하고 흡수율이 낮은 도전체를 약 10 내지 100Å의 얇은 두께로 형성하여 반투명하게 할 수 있다.
본 실시예에서는 반투명 부재(192)가 화소 전극(191) 위에 위치하는 것만 예시적으로 보였지만, 화소 전극(191)의 하부에 위치할 수도 있으며, 적색 화소(R), 녹색 화소(G) 및 백색 화소(도시하지 않음)에도 형성될 수 있다.
화소 전극(191), 연결 부재(85) 및 접촉 보조 부재(81, 82) 위에는 절연성 둑(insulating bank)(361)이 형성되어 있다. 둑(361)은 화소 전극(191) 가장자리 주변을 둘러싸서 개구부(opening)(365)를 정의한다. 둑(361)은 아크릴 수지(acrylic resin), 폴리이미드 수지(polyimide resin) 따위의 내열성 및 내용매성 을 가지는 유기 절연물 또는 산화규소(SiO2), 산화티탄(TiO2) 따위의 무기 절연물로 만들어질 수 있으며, 2층 이상일 수 있다. 둑(361)은 또한 검정색 안료를 포함하는 감광재로 만들어질 수 있는데, 이 경우 둑(361)은 차광 부재의 역할을 하며 그 형성 공정이 간단하다.
이때, 반투명 부재(192)는 둑(361)으로 가려지지 않은 화소 전극(191) 상부에만 위치하여 반투명 부재(192)과 둑(361)은 자기 정합(self-align) 구조를 가진다.
둑(361) 및 화소 전극(191) 위에는 유기 발광 부재(organic light emitting member)가 형성되어 있다.
유기 발광 부재는 빛을 내는 발광층(emitting layer)(370) 외에 발광층의 발광 효율을 향상하기 위한 부대층(auxiliary layer)(도시하지 않음)을 포함할 수 있다.
발광층(370)은 백색 광을 방출할 수 있다. 적색, 녹색 및 청색 등의 광을 고유하게 내는 물질을 차례로 적층하여 복수의 서브 발광층(도시하지 않음)을 형성하고 이들의 색을 조합하여 백색 광을 방출할 수 있다. 이 때 서브 발광층은 수직하게 형성되는 것에 한정되지 않고 수평하게 형성될 수도 있으며, 백색 광을 낼 수 있는 조합이면 적색, 녹색 및 청색에 한하지 않고 다양한 색의 조합으로 형성할 수 있다.
발광층(370)은 예컨대 고분자 물질 또는 저분자 물질로 만들어질 수 있으 며, 고분자 물질에는 폴리플루오렌(polyfluorene) 유도체, (폴리)파라페닐렌비닐렌((poly)paraphenylenevinylene) 유도체, 폴리페닐렌(polyphenylene) 유도체, 폴리비닐카바졸(polyvinylcarbazole), 폴리티오펜(polythiophene) 유도체 등이 포함될 수 있으며, 저분자 물질에는 9,10-디페닐안트라센(9,10-diphenylanthracene)과 같은 안트라센(anthracene), 테트라페닐부타디엔(tetraphenylbutadiene)과 같은 부타디엔(butadiene), 테트라센(tetracene), 디스티릴아릴렌(distyrylarylene) 유도체, 벤자졸(benzazole) 유도체 및 카바졸(carbazole) 유도체 등이 포함될 수 있다. 또는 상술한 고분자 물질 또는 저분자 물질을 호스트(host) 재료로 하고, 여기에 예컨대 크산텐(xanthene), 페릴렌(perylene), 쿠마린(cumarine), 로더민(rhodamine), 루브렌(rubrene), 디시아노메틸렌피란(dicyanomethylenepyran) 화합물, 티오피란(thiopyran) 화합물, (티아)피릴리움((thia)pyrilium) 화합물, 페리플란텐(periflanthene) 유도체, 인데노페릴렌(indenoperylene) 유도체, 카보스티릴(carbostyryl) 화합물, 나일 레드(Nile red), 퀴나크리돈(quinacridone) 따위의 도펀트(dopant)를 도핑하여 발광 효율을 높일 수도 있다.
부대층에는 전자와 정공의 균형을 맞추기 위한 전자 수송층(electron transport layer)(도시하지 않음) 및 정공 수송층(hole transport layer)(도시하지 않음)과 전자와 정공의 주입을 강화하기 위한 전자 주입층(electron injecting layer)(도시하지 않음) 및 정공 주입층(hole injecting layer)(도시하지 않음) 등이 있으며, 이 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 층을 포함할 수 있다. 정공 수송층 및 정공 주입층은 화소 전극(191)의 일 함수와 발광층의 HOMO(highest occupied molecular orbital) 준위 사이의 HOMO 준위를 가지는 재료로 만들어지고, 전자 수송층과 전자 주입층은 공통 전극(270)의 일 함수와 발광층의 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital) 준위 사이의 LUMO 준위를 가지는 재료로 만들어진다. 예컨대 정공 수송층 또는 정공 주입층으로는 다이아민류, MTDATA ([4,4',4"-tris(3-methylphenyl)phenylamino]triphenylamine), TPD (N,N'-diphenyl-N, N'-di(3-methylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine), 1,1-비스(4-디-p-톨릴아미노페닐)시클로헥산(1,1-bis(4-di-p-tolylaminophenyl)cyclohexane), N,N,N',N'-테트라(2-나프틸)-4,4-디아미노-p-터페닐(N,N,N',N'-tetra(2-naphthyl)-4,4-diamino-p-terphenyl), 4,4',4-트리스[(3-메틸페닐)페닐아미노]트리페닐아민(4,4',4-tris[(3-methylphenyl)phenylamino]triphenylamine), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리에틸렌디옥시티오펜과 폴리스티렌술폰산의 혼합물(poly-(3,4-ethylenedioxythiophene: polystyrenesulfonate, PEDOT:PSS) 따위를 사용할 수 있다.
유기 발광 부재(370) 위에는 공통 전극(common electrode)(270)이 형성되어 있다. 공통 전극(270)은 낮은 일 함수를 가지며 반사율이 높은 금속으로 만들어질 수 있으며, 예컨대 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 구리(Cu), 텅스텐(W) 또는 이들의 합금 따위일 수 있다. 공통 전극(270)은 기판의 전면(全面)에 형성되어 있으며, 화소 전극(191)과 쌍을 이루어 유기 발광 부재(370)에 전류를 흘려 보낸다.
이하, 청색 화소(B)에 대해서 설명한다.
공통 전극(270)은 반투명 부재(192)와 함께 미세 공진 효과(microcavity effect)를 발생한다. 미세 공진 효과는 빛이 소정 거리만큼 떨어져 있는 반사층과 반투명 층을 반복적으로 반사함으로써 특정 파장의 빛을 증폭하는 것이다. 여기서 공통 전극(270)은 반사층 역할을 하고 반투명 부재(192)는 반투명 층 역할을 한다.
공통 전극(270)은 발광층(370)에서 방출하는 광의 발광 특성을 크게 개질하는 미세 공동을 형성하고, 미세 공진의 공명 파장에 상응하는 파장 부근의 발광은 반투명 부재(192)를 통해 강화되고, 다른 파장의 빛은 억제된다. 이 때 특정 파장의 광의 강화 및 억제는 공통 전극(270)과 반투명 부재(192) 사이의 거리에 따라 결정될 수 있다. 따라서 발광층(370) 및 부대층(도시하지 않음)의 두께 조절을 통해 특정 파장의 광을 강화 및 억제할 수 있다.
본 실시예에서는 발광층(370)에서 방출되는 백색 광 중 청색 광을 선택적으로 출사하여 청색 순도를 향상시킬 수 있다. 이에 따라 발광 재료에 따른 발광 효율의 한계를 극복하고 원하는 청색 광을 얻을 수 있다.
상술한 미세 공진 효과가 없는 경우, 발광층에 동일한 전류가 인가된 경우 발광 효율이 높은 서브 발광층, 즉 적색 서브 발광층 및/또는 녹색 서브 발광층과 발광 효율이 낮은 서브 발광층, 즉 청색 서브 발광층은 각각 다른 색 특성을 가진 색을 내므로 이들을 조합하여 완전한 백색 발광을 하기 어렵다. 본 실시예에서는 이러한 발광 재료에 따른 발광 효율의 한계를 극복하고 원하는 백색 광을 얻을 수 있다.
한편, 청색 화소(230B)뿐 아니라 발광 효율의 한계를 극복하기 위해 적색 화소(230R) 또는 녹색 화소(230G)에도 반투명 부재를 배치하여, 발광 효율을 극대화할 수 있다.
이러한 유기 발광 표시 장치에서, 게이트선(121)에 연결되어 있는 스위칭 제어 전극(124a), 데이터선(171)에 연결되어 있는 스위칭 입력 전극(173a) 및 스위칭 출력 전극(175a)은 스위칭 반도체(154a)와 함께 스위칭 박막 트랜지스터(switching TFT)(Qs)를 이루며, 스위칭 박막 트랜지스터(Qs)의 채널(channel)은 스위칭 입력 전극(173a)과 스위칭 출력 전극(175a) 사이의 스위칭 반도체(154a)에 형성된다. 스위칭 출력 전극(175a)에 연결되어 있는 구동 제어 전극(124b), 구동 전압선(172)에 연결되어 있는 구동 입력 전극(173b) 및 화소 전극(191)에 연결되어 있는 구동 출력 전극(175b)은 구동 반도체(154b)와 함께 구동 박막 트랜지스터(driving TFT)(Qd)를 이루며, 구동 박막 트랜지스터(Qd)의 채널은 구동 입력 전극(173b)과 구동 출력 전극(175b) 사이의 구동 반도체(154b)에 형성된다.
화소 전극(191), 유기 발광 부재(370) 및 공통 전극(270)은 유기 발광 다이오드(LD)를 이루며, 화소 전극(191)이 애노드(anode), 공통 전극(270)이 캐소드(cathode)가 되거나 반대로 화소 전극(191)이 캐소드, 공통 전극(270)이 애노드가 된다.
전술한 바와 같이, 스위칭 반도체(154a)는 비정질 반도체로 만들어지고, 구동 반도체(154b)는 결정질 반도체로 만들어진다. 즉, 스위칭 박막 트랜지스터(Qs)의 채널은 비정질 반도체에 형성되고, 구동 박막 트랜지스터(Qd)의 채널은 결정질 반도체에 형성된다.
이와 같이 본 발명에서 스위칭 박막 트랜지스터(Qs)와 구동 박막 트랜지스터(Qd)의 채널은 결정 상태가 다른 반도체에 형성되며, 이에 따라 각 박막 트랜지스터에서 요구되는 특성을 동시에 만족할 수 있다.
구동 박막 트랜지스터(Qd)의 채널을 미세 결정질 또는 다결정 반도체에 형성함으로써 높은 전하 이동도(carrier mobility) 및 안정성(stability)을 가질 수 있고, 이에 따라 발광 소자에 흐르는 전류량을 늘릴 수 있어서 휘도를 높일 수 있다. 또한, 구동 박막 트랜지스터(Qd)의 채널을 미세 결정질 또는 다결정 반도체에 형성함으로써 구동시 계속적인 양(positive) 전압의 인가에 의해 발생하는 문턱 전압 이동 현상(Vth shift)을 방지하여 이미지 고착(image sticking) 및 수명 단축을 방지할 수 있다.
한편, 스위칭 박막 트랜지스터(Qs)는 데이터 전압을 제어하는 역할을 하기 때문에 온/오프(on/off) 특성이 중요하며, 특히 오프 전류(off current)를 줄이는 것이 중요하다. 그런데, 미세 결정질 또는 다결정 반도체는 오프 전류(off current)가 크기 때문에 스위칭 박막 트랜지스터(Qs)를 통과하는 데이터 전압이 감소하고 크로스 토크가 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명에서 스위칭 박막 트랜지스터(Qs)는 오프 전류가 작은 비정질 반도체로 형성함으로써 데이터 전압의 감소를 방지하고 크로스 토크를 줄일 수 있다.
본 실시예에서는 스위칭 박막 트랜지스터(Qs) 1개와 구동 박막 트랜지스터(Qd) 1개만을 도시하였지만 이들 외에 적어도 하나의 박막 트랜지스터 및 이를 구동하기 위한 복수의 배선을 더 포함함으로써, 장시간 구동하여도 유기 발광 다이 오드(LD) 및 구동 트랜지스터(Qd)가 열화되는 것을 방지하거나 보상하여 유기 발광 표시 장치의 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있다.
본 실시예에서는 발광층에서 방출하는 빛이 기판(110) 쪽으로 투과하는 하부 발광 구조(bottom emission)인 경우를 예시적으로 설명하였다. 그러나 발광층에서 방출하는 빛이 공통 전극(170) 쪽으로 투과하는 상부 발광 구조(top emission)도 가능하다. 이 경우에는 화소 전극(191)이 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 구리(Cu), 텅스텐(W) 또는 이들의 합금 따위의 불투명 도전체로 만들어질 수 있으며, 공통 전극이 투명 도전체로 만들어질 수 있다. 또한 상부 발광 구조인 경우 색 필터(230B)는 발광층의 상부에 위치한다.
그러면 도 2 내지 도 5에 도시한 유기 발광 표시 장치를 제조하는 방법에 대하여 도 6 내지 도 17을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 6, 도 9, 도 12 및 도 15는 본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 제조 공정의 중간 단계를 그 공정 순서에 따라 차례로 보여주는 배치도이고, 도 7 및 도 8은 도 6의 유기 발광 표시 장치를 VII-VII'-VII" 및 VIII-VIII 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 10 및 도 11은 도 9의 유기 발광 표시 장치를 X-X'-X"' 및 XI-XI 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 13 및 도 14는 도 12의 유기 발광 표시 장치를 XIII-XIII'-XIII" 및 XIV-XIV 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 16 및 도 17은 도 15의 유기 발광 표시 장치를 XVI-XVI'-XVI" 및 XVII-XVII 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
먼저, 도 6 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 절연 기판(110) 위에 복수의 구 동 반도체(154b) 및 복수의 선형 반도체 부재(151)를 형성하고, 그 상부에 복수 쌍의 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(163b, 165b), 그리고 복수의 게이트선(121), 복수의 구동 입력 전극(driving input electrode)(173b) 및 복수의 구동 출력 전극(driving output electrode)(175b)을 형성한다.
이어, 게이트 절연막(140)을 형성하고, 그 상부에 복수의 스위칭 반도체(154a) 및 복수 쌍의 저항성 접촉 부재(163a, 165a)를 형성한 다음, 복수의 데이터선(171), 복수의 구동 전압선(172) 및 복수의 전극 부재(176)를 형성한다.
이상의 제조 방법에서는 공정 조건 및 박막 트랜지스터의 특성 등에 따라 공정 순서 및 구성 요소의 배치를 다양하게 변경할 수 있으며, 실시예는 도면에 한정하지 않는다.
다음, 도 9 내지 도 11에 도시한 바와 같이, 데이터선(171), 구동 전압선(172), 전극 부재(176), 노출된 스위칭 반도체(154a) 및 게이트 절연막(140) 위에 색 필터를 형성한다. 색 필터는 도 2의 화소 배치에 따라 적색 화소(R)에는 적색 필터(230R), 녹색 화소(G)에는 녹색 필터(230G) 및 청색 화소(B)에는 청색 필터(230B)를 순차적으로 형성한다.
다음, 색 필터(230B) 위에 보호막(180)을 적층한다. 이어서, 보호막(180) 및 게이트 절연막(140)을 사진 식각하여 복수의 접촉 구멍(181, 182, 184, 185a, 185b)을 형성한다.
다음, 도 12 내지 도 14에 도시한 바와 같이, 보호막(180) 위에 ITO 또는 IZO를 증착한 후 사진 식각하여 복수의 화소 전극(191), 연결 부재(85) 및 복수의 접촉 보조 부재(81, 82)를 형성한다.
다음, 도 15 내지 도 17에 도시한 바와 같이, 화소 전극(191), 연결 부재(85), 복수의 접촉 보조 부재(81, 82) 및 보호막(180) 위에 감광성 유기막을 도포한 후 노광 및 현상하여 복수의 개구부(365)를 가지는 절연성 둑(361)을 형성한다.
이어서, 기판(110) 상부의 전면 상부에 반응성 용액(400)을 형성하고, 감광성 선택적 금속화(photo-selective metallization) 공정을 통하여 노출된 화소 전극(191)의 상부에만 반투명 부재(192)를 형성한다.
감광성 선택적 금속화(photo-selective metallization) 공정이란 자외선, 엑시머 레이저 등과 같이 에너지를 가지는 빛을 반응성 용액에 조사하여, 선택적으로 활성화 에너지가 공급되는 부분에만 선택적으로 반응성 금속막을 형성하는 기술이며, 이와 같은 기술은 필요한 부분에만 선택적으로 금속막을 자기 정합으로 남길 수 있는 특징을 가진다. 본 발명의 실시예에서는 반응성 용액(400)을 색 필터(230R, 230G, 230B)를 가지는 기판(110)의 상부에 형성하고 기판(110)의 하부에서 빛을 조사한다. 그러면, 색 필터(230R, 230G, 230B)의 특성에 따라 적색 화소(R), 녹색 화소(G) 및 청색 화소(230B)를 통과하는 빛은 다른 에너지를 가진다. 이때, 청색 화소(230B)를 통과하는 빛은 가장 강한 에너지를 가지며, 우선적으로 청색 화소(230B)에 배치되어 있는 화소 전극(190)과 접하는 반응성 용액(400)은 활성화 에너지를 통하여 반응하여 청색 화소(230B)의 화소 전극(190) 표면에는 얇은 금속막, 반투명 부재(192)가 형성된다. 이어, 빛을 지속적으로 조사하면 녹색 화 소(G) 및 적색 화소(R)에도 순차적으로 형성할 수 있으나, 본 실시예에서는 청색 화소(192)에만 반투명 부재(192)에만 선택적으로 노출된 화소 전극(190)의 상부에만 형성한다. 이와 같은 본원의 제조 방법에서는 반투명 부재(192)를 선택적으로 형성할 때 사진 식각 공정을 생략할 수 있어 제조 원가를 최소화할 수 있다.
이어서, 도 2 내지 도 5에서 보는 바와 같이, 반응성 용액(400)을 제거하고, 복수의 부대층(도시하지 않음) 및 발광층(370)을 차례로 형성한다. 부대층 및 발광 부재(370)는 증착(deposition) 또는 잉크젯 인쇄(inkjet printing) 방법 등으로 형성할 수 있다.
마지막으로, 절연성 둑(361) 및 발광층(370) 위에 공통 전극(270)을 형성한다.
상술한 실시예에서는 적색, 녹색 및 청색의 발광 재료 중 청색 발광 재료의 발광 효율이 가장 낮은 것으로 가정하고 설명하였지만, 적색 또는 녹색의 발광 재료의 효율이 더 낮은 경우 적색 화소 또는 녹색 화소에도 동일하게 적용할 수 있다. 또한 적색, 녹색 및 청색 외에 다른 색을 조합하여 백색 광을 발생하는 경우에도 발광 효율을 고려하여 동일하게 적용할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
발광 재료에 따른 발광 효율의 한계를 극복하고 원하는 색 특성을 나타내는 광을 얻을 수 있어, 표시 장치의 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 선택적으로 반투명 부재를 형성할 때 사진 식각 공정을 생략할 수 있어 제조 원가를 최소화할 수 있다.

Claims (8)

  1. 복수의 게이트선, 복수의 데이터선, 복수의 구동 전압선, 복수의 스위칭 박막 트랜지스터 및 복수의 구동 박막 트랜지스터가 형성되어 있으며, 복수의 화소를 가지는 기판의 상부에 적어도 둘 이상의 다른 색을 가지는 색 필터를 상기 화소에 반복적으로 형성하는 단계,
    각각의 상기 색 필터의 상부에 제1 전극을 형성하는 단계,
    상기 화소 전극 및 상기 색 필터의 상부에 상기 화소 전극을 드러내는 개구부를 가지는 절연성 부재를 형성하는 단계,
    상기 화소 전극의 상부에 상기 절연성 부재와 자기 정합으로 반투명 부재를 형성하는 단계,
    상기 반투명 부재 상부에 유기 발광 부재를 형성하는 단계 그리고
    상기 유기 발광 부재 상부에 상기 제1 전극과 마주하는 제2 전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 유기 발광 표시 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 반투명 부재를 형성하는 단계는
    상기 제1 전극 상부에 반응성 용액을 형성하는 단계,
    상기 색 필터를 통하여 상기 반응성 용액에 에너지를 가지는 빛을 조사하는 단계,
    상기 반응성 용액을 제거하는 단계
    를 포함하는 유기 발광 표시 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에서,
    상기 유기 발광 부재는 백색을 발광하는 복수의 서브 발광층으로 형성하는 유기 발광 표시 장치의 제조 방법.
  4. 제1항에서,
    상기 화소는 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소를 포함하며,
    상기 반투명 부재는 발광 효율이 가장 낮은 화소에 형성하는 유기 발광 표시 장치의 제조 방법.
  5. 제4항에서,
    상기 반투명 부재는 상기 청색 화소에만 형성하는 유기 발광 표시 장치의 제조 방법.
  6. 제1항에서,
    상기 반투명 부재는 은(Ag) 또는 알루미늄(Al)에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 유기 발광 표시 장치의 제조 방법.
  7. 제1항에서,
    상기 구동 박막 트랜지스터의 반도체는 다결정 규소로 형성하는 유기 발광 표시 장치의 제조 방법.
  8. 제1항에서,
    상기 스위칭 박막 트랜지스터의 반도체는 비정질 규소로 형성하는 유기 발광표시 장치의 제조 방법.
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