KR20080061673A - 유기 발광 소자 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 R,G,B 발광층에 두께 단차를 주어 발광 색순도 및 휘도를 향상시키기에 알맞은 유기 발광 소자 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 이와 같은 목적을 달성하기 위한 유기 발광 소자는 TFT 어레이 및 제 1, 제 2, 제 3 서브 픽셀영역이 정의된 TFT 어레이 기판과; 상기 TFT 어레이 기판의 제 1 내지 제 3 서브 픽셀영역에 각각 형성된 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극과; 상기 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극에 각각 콘택되어 구성된 제 1, 제 2, 제 3 투명전극과; 상기 제 1 내지 제 3 서브 픽셀영역에 대응되는 상부에 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층을 구비하며, 상기 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층 하부의 적어도 한 층은 상기 제 1 내지 제 3 서브 픽셀영역에서 서로 다른 두께를 갖도록 형성된 유기물층과; 상기 유기물층 상에 형성된 캐소드 전극을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

마이크로캐비티, 정공 주입층, 정공 수송층, 회절 노광

Description

유기 발광 소자 및 그의 제조방법{ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}

도 1은 일반적인 AMOLED를 구비한 평판 표시 소자의 회로 구성도

도 2는 일반적인 유기전계 발광소자의 단면 구조를 개략적으로 나타낸 도면

도 3은 본 발명에 적용하기 위한 탑 에미팅(Top Emitting) 방식의 유기 발광 소자의 구조를 제시한 구조 단면도

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기 발광 소자의 구조 단면도

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기 발광 소자의 제조방법을 나타낸 공정 단면도

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 발광 소자의 구조 단면도

도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 발광 소자의 제조방법을 나타낸 공정 단면도

도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기 발광 소자의 구조 단면도

도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기 발광 소자의 제조방법을 나타낸 공정 단면도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

51, 71, 91 : TFT 어레이 기판 52a, 72a, 92a : 제 1 애노드 전극

52b, 72b, 92b : 제 2 애노드 전극 52c, 72c, 92c : 제 3 애노드 전극

55a, 75a, 95a : 제 1 투과전극 55b, 75b, 95b : 제 2 투과전극

55c, 75c, 95c : 제 3 투과전극 56, 76, 96 : 뱅크막

57, 77, 97 : 정공 주입층 58, 78, 98 : 정공 수송층

59a, 79a, 99a : 제 1 칼라 발광층 59b, 79b, 99b : 제 2 칼라 발광층

59c, 79c, 99c : 제 3 칼라 발광층 60, 80, 100 : 전자 수송층

61, 81, 101 : 전자 주입층 62, 82, 102 : 캐소드 전극

110 : 제 1 회절 노광 마스크 120 : 제 2 회절 노광 마스크

본 발명은 유기 발광 소자에 대한 것으로, 특히 발광층을 구비한 유기물층의 두께를 달리하여 색순도 및 휘도를 향상시키기에 알맞은 전면 발광하는 유기 발광 소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

현재 텔레비전이나 모니터와 같은 디스플레이 장치에는 음극선관(cathode ray tube : CRT)이 주된 장치로 이용되고 있으나, 이는 무게와 부피가 크고 구동전압이 높은 문제가 있다. 이에 따라, 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 우수한 특성을 가지는 평판 표시 장치(flat panel display)의 필요성이 대두되었으며, 액정 표시 장치(liquid crystal display)와 플라즈마 표시 장치(plasma display panel), 전계 방출 표시 장치(field emission display), 그리고 전기 발광 표시 장치(또는 전기발광소자라고도 함 : electro luminescence display(ELD))와 같은 다양한 평판 표시 장치가 연구 및 개발되고 있다.

상기 평판 표시 장치 중, 전기발광 표시 장치는 형광체에 일정 이상의 전기장이 걸리면 빛이 발생하는 전기발광(electro luminescence : EL) 현상을 이용한 것으로서, 캐리어들의 여기를 일으키는 소스에 따라 무기(inorganic) 전기발광소자와 유기전기발광소자(organic electro luminescence display : OELD 또는 유기 ELD)로 나눌 수 있다.

이중, 유기전기발광소자가 청색을 비롯한 가시광선의 모든 영역의 빛이 나오므로 천연색 표시 소자로서 주목받고 있으며, 높은 휘도와 낮은 동작 전압 특성을 가진다. 또한 자체 발광이므로 명암대비(contrast ratio)가 크고, 초박형 디스플레이의 구현이 가능하며, 공정이 간단하여 환경 오염이 비교적 적다. 한편, 응답시간이 수 마이크로세크(㎲) 정도로 동화상 구현이 쉽고, 시야각의 제한이 없으며 저온에서도 안정적이고, 직류 5V 내지 15V의 낮은 전압으로 구동하므로 구동회로의 제작 및 설계가 용이하다.

이러한 유기전기발광소자는 구조가 무기 전기발광소자와 비슷하나, 발광원리는 전자와 정공의 재결합에 의한 발광으로 이루어지므로 유기 LED(organic light emitting diode : OLED)라고 부르기도 한다.

또한, 상기 평판 표시 장치는 다수의 화소를 매트릭스 형태로 배열하고 각 화소에 박막 트랜지스터를 연결한 능동행렬(active matrix) 형태가 널리 이용되는데, 이하에서는 이를 유기발광소자에 적용한 능동행렬 유기발광소자(Active Matrix Organic Light Emitting Device : AM-OLED)에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1은 일반적인 AM-OLED를 구비한 평판 표시 소자의 회로 구성도이고, 도 2는 일반적인 유기 발광 소자의 단면 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.

일반적인 AM-OLED는 도 1에 도시된 바와 같이, 데이터 구동회로(20), 스캔 라인 구동회로(22) 및 복수개의 스캔 라인들(S1, S2,…,Sn)과 데이터 라인들(D1, D2,…, Dn) 각각의 사이에 스위칭용 PMOS 트랜지스터(P1), 캐패시터(C2), 전류 구동용 PMOS 트랜지스터(P2) 및 유기 EL(OEL)을 구비한 유기 EL 디스플레이 패널(24)로 구성되어 있다.

상기 PMOS 트랜지스터(P1)의 게이트는 스캔 라인에 연결되고, 소오스는 데이터라인에 연결되어 있다. 그리고 캐패시터(C2)의 일측은 PMOS 트랜지스터(P1)의 드레인에 연결되고, 타측은 전압(Vdd)에 연결되어 있다. 그리고 PMOS 트랜지스터(P2)의 게이트는 PMOS 트랜지스터(P1)의 드레인에 연결되어 있다. 유기 EL(OEL)의 양극은 PMOS 트랜지스터(P2)의 드레인에 연결되고, 음극은 접지전압에 연결되어 있다.

상기 구성을 갖는 AM-OLED에서, 상기 유기 EL은 도 2에 도시한 바와 같이, 유리기판(1)상에 투명전극패턴으로 애노드 전극(2)이 형성되어 있고, 그 위에 정공 주입층(3)과 발광층(4)과 전자주입층(5)이 적층되어 있고, 전자주입층(5) 상부에 금속전극으로 구성된 캐소드 전극(6)이 형성된다.

상기 애노드전극(2)과 캐소드전극(6)에 구동 전압이 인가되면 정공주입층(3)내의 정공과 전자주입층(5)내의 전자는 각각 발광층(4)쪽으로 진행하여 발광층(4)을 여기시켜 발광층(4)으로 하여금 가시광을 발산하게 한다. 이렇게 발광층(4)으로부터 발생되는 가시광으로 화상 또는 영상을 표시하게 된다.

상기와 같이 구동하는 상기 유기 발광 소자는 발광 방향에 따라서 탑 에미팅(Top Emitting) 유기 발광 소자와 바텀 에미팅(Bottom Emitting) 유기 발광 소자로 나눌 수 있다.

일반적으로 탑 에미팅 유기 발광소자는 빛이 상부로 반사되도록 발광층 하부의 기판상에 반사전극이 형성되어 있는 것이고, 탑 에미팅 유기 발광 소자는 빛이 하부로 반사되도록 발광층 상부의 기판상에 반사전극이 형성되어 있는 것이다.

이때, 상기 탑 에미팅 유기 발광 소자는 바텀 에미팅 유기 발광 소자보다 개구율이 넓어서 매우 효율적이므로 많은 연구가 이루어지고 있다.

좀 더 자세하게, 바텀 에미팅 액티브 매트릭스 유기 발광 소자는 유기물층에서 발광되는 빛이 TFT가 형성된 하부 기판을 통과해서 방사될 때, 상기 기판과 유기물층 사이에 형성되어 있는 TFT에 의해 발광면이 가려지게 된다. 이에 따라, 상기 TFT의 크기나 그 수가 많아질수록 액티브 매트릭스 유기 발광 소자의 개구율은 기하급수적으로 줄어들게 되어 디스플레이 소자로서의 사용이 어렵게 된다.

이러한 문제점을 극복하기 위하여 기판에 형성되어지는 TFT와 상관없이 기판과 대면하고 있는 반대 기판으로 빛을 발광시키는 탑 에미팅 방식이 대두되었다.

이와 같은 일반적인 탑 에미팅 방식의 액티브 매트릭스 유기 발광 소자의 제조방법을 간략히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 기판 위에 게이트전극과 소스 전극 및 드레인전극을 구비한 TFT를 형성하고 상기 TFT의 소스 전극과 드레인 전극이 노출되도록 하는 비아 홀이 형성된 평탄화막을 전면에 형성한다.

이어 전면에 비아 홀에 의해 노출된 TFT의 드레인 전극에 콘택되도록 애노드 전극을 형성한다.

그리고 상기 소스/드레인 전극과 애노드 전극이 접촉된 영역이 덮이도록 절연막을 형성하고, 전면에 유기물층 및 캐소드 전극을 순차적으로 형성한다.

이와 같이 구성되는 탑 에미팅 방식의 액티브 매트릭스 유기 발광 소자는 TFT 위에 형성하는 애노드 전극이 반사면이 되고, 여기에 유기물을 증착한 후 형성하는 캐소드 전극이 투명전극으로 구성되어 빛이 나오는 방향이 된다.

이러한 탑 에미팅 방식의 소자에서 빛이 나오는 경로는 크게 보았을 때 캐소드 전극을 통해 직접 나오는 것과, 애노드 전극을 통해 반사되어 투명전극인 캐소드 전극을 통해 나오는 것이 있다.

따라서, 이러한 유기 발광 소자의 경우 마이크로캐비티(microcavity) 효과, 반사면의 반사율, 투명전극의 투과율 등의 복합적인 인자로부터 광효율이 결정된다.

그러나, 탑 에미팅 방식의 액티브 매트릭스(active matrix) 유기 발광 소자(AMOLED)는, 상기의 인자들중 캐비티(cavity) 특성에 의해서 OLED 소자내에서 발 광한 빛의 왜곡 현상이 발생하여 색순도 특성이 저하되고, 휘도 특성이 저하되는 문제를 일으킬 수 있다.

따라서, 빛, 파동이 중첩되는 마이크로캐비티 효과에 의해 광효율을 향상시키기 위해서는 옵티컬 길이(optical length)를 R,G,B 발광층의 빛에 맞게 최적화시킬 필요가 있다. 따라서, 이를 해결하기 위한 기술 제안이 필요한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 R,G,B 발광층에 두께 단차를 주어 발광 색순도 및 휘도를 향상시키기에 알맞은 유기 발광 소자 및 그의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 TFT 어레이 및 제 1, 제 2, 제 3 서브 픽셀영역이 정의된 TFT 어레이 기판과; 상기 TFT 어레이 기판의 제 1 내지 제 3 서브 픽셀영역에 각각 형성된 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극과; 상기 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극에 각각 콘택되어 구성된 제 1, 제 2, 제 3 투명전극과; 상기 제 1 내지 제 3 서브 픽셀영역에 대응되는 상부에 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층을 구비하며, 상기 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층 하부의 적어도 한 층은 상기 제 1 내지 제 3 서브 픽셀영역에서 서로 다른 두께를 갖도록 형성된 유기물층과; 상기 유기물층 상에 형성된 캐소드 전극을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 유기 발광 소자의 제조방법은 TFT 어레 이 기판에 정의된 제 1, 제 2, 제 3 서브 픽셀영역에 각각 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극을 형성하는 제1단계; 상기 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극에 각각 콘택되도록 제 1, 제 2, 제 3 투명전극을 형성하는 제2단계; 회절 노광 마스크를 이용하여 상기 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극의 상부의 정공 주입층과 정공 수송층 중 적어도 하나의 층이 상기 제 1 내지 제 3 서브 픽셀영역에서 서로 다른 두께를 갖도록 형성하는 제3단계; 상기 제 1 내지 제 3 서브 픽셀영역에 대응되는 상부에 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층을 형성하는 제4단계; 상기 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층을 포함한 상기 TFT 어레이 기판상에 전자 수송층과 전자 주입층을 적층 형성하는 제5단계; 상기 유기물층 상에 캐소드 전극을 형성하는 제6단계를 특징으로 한다.

본 발명을 설명하기에 앞서서, 본 발명에 적용하기 위한 탑 에미팅 방식의 유기 발광 소자에 대하여 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 적용하기 위한 탑 에미팅(Top Emitting) 방식의 유기 발광 소자의 구조를 제시한 구조 단면도이다.

탑 에미팅 방식의 유기 발광 소자는, 도 3에 도시한 바와 같이, 3개의 서브 픽셀영역을 한 단위로 구동하는 픽셀영역이 정의되고, 각 픽셀영역마다 TFT가 구성된 TFT 어레이 기판(31)과, 상기 TFT 어레이 기판(31)상의 각 서브 픽셀영역에 각각 구성된 복수개의 애노드 전극(32)들과, 상기 각 서브 픽셀영역의 애노드 전극(32)들에 제 1, 제 2, 제 3 콘택홀(34a, 34b, 34c)이 구비된 절연막(33)과, 상기 제 1, 제 2, 제 3 콘택홀(34a, 34b, 34c)을 통해 애노드 전극(32)들에 콘택된 제 1, 제 2, 제 3 투명전극(35a, 35b, 35c)들과, 상기 제 1, 제 2, 제 3 투명전 극(35a, 35b, 35c)들이 평탄하게 드러나도록 구성된 뱅크막(37)과, 상기 뱅크막(37)을 포함한 픽셀영역의 전면에 적층 구성된 정공 주입층(38)과 정공 수송층(39)과, 상기 제 1, 제 2, 제 3 투명전극(35a, 35b, 35c)에 대응되는 상기 정공 수송층(39) 상부에 각각 구성된 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(40a, 40b, 40c)과, 상기 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(40a, 40b, 40c)을 포함한 정공 수송층(39) 상부에 구성된 전자 수송층(41)과, 상기 전자 수송층(41) 상부에 구성된 전자 주입층(42)과, 상기 전자 주입층(42) 상부에 구성된 캐소드 전극(43)으로 구성된다.

상기 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(40a, 40b, 40c)은 B,G,R 칼라 발광층으로 구성되어 있다.

이와 같이 구성되는 탑 에미팅 방식의 액티브 매트릭스 유기 발광 소자는 TFT 위에 형성하는 애노드 전극(32)들을 반사전극으로 형성하고, 캐소드 전극(43)을 반투명 전극으로 구성한다.

이러한 탑 에미팅 방식의 소자에서 빛이 나오는 경로는 크게 보았을 때 캐소드 전극(43)을 통해 직접 나오는 것과, 애노드 전극(32)을 통해 반사되어 반투명전극인 캐소드 전극(43)을 통해 나오는 것이 있다.

상기와 같이 구성된 유기 발광 소자는 캐비티 특성에 의해서 OLED 소자 내에서 발광한 빛의 왜곡 현상이 발생하여 색순도 저하 및 휘도 저하와 같은 문제를 일으킬 수가 있다.

부연하면, 반사전극인 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극과 반투명 전극인 캐소드 전극 사이에 배치된 AMOLED 소자는 캐비티 특성에 의해 공명 파장에 상응하는 파장 부분의 발광은 캐소드 전극을 통해 향상되고, 공명 파장으로부터 떨어진 파장을 가지는 발광은 억제시켜 발광 색순도 향상을 꾀할 수 있는데, 이러한 캐비티 효과를 가지기 위해서는 캐비티 내에서 RGB 각각의 발광 빛에 해당하는 적절한 두께를 가져야 한다.

본 발명은 R,G,B 픽셀영역 별로 광 패스 길이를 조절해서 색순도 및 휘도를 향상시키기에 알맞은 마이크로 캐비티 효과를 가지는 액티브 매트릭스 유기 발광 소자를 제공하기 위한 것이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기 발광 소자 및 그의 제조방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.

제1실시예

먼저, 본 발명의 제1실시예에 따른 유기 발광 소자의 구성에 대하여 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 유기 발광 소자의 구조 단면도이다.

본 발명의 제1실시예에 따른 유기 발광 소자는, 도 4에 도시한 바와 같이, 3개의 서브 픽셀영역인 제 1, 제 2, 제 3 서브 픽셀영역을 한 단위로 구동하는 픽셀영역이 정의되고, 각 픽셀영역마다 TFT가 구성된 TFT 어레이 기판(51)과, 상기 TFT 어레이 기판(51)상의 제 1, 제 2, 제 3 서브 픽셀영역에 각각 구성된 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극(52a, 52b, 52c)과, 상기 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극(52a, 52b, 52c)에 제 1, 제 2, 제 3 콘택홀(54a, 54b, 54c)을 갖도록 전면에 구성된 절연막(53)과, 상기 제 1, 제 2, 제 3 콘택홀(54a, 54b, 54c)을 통해 상기 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극(52a, 52b, 52c)에 콘택된 제 1, 제 2, 제 3 투명전극(55a, 55b, 55c)들과, 상기 제 1, 제 2, 제 3 투명전극(55a, 55b, 55c)들의 일영역이 평탄하게 노출되도록 전면에 구성된 뱅크막(56)과, 상기 노출된 제 1, 제 2, 제 3 투명전극(55a, 55b, 55c)을 포함한 뱅크막(56) 전면에 구성되며, 상기 제 1, 제 2, 제 3 서브 픽셀영역에서 각각 다른 두께를 갖도록 구성된 정공 주입층(57)과, 상기 정공 주입층(57) 상부에 적층된 정공 수송층(58)과, 상기 제 1, 제 2, 제 3 서브 픽셀영역의 제 1, 제 2, 제 3 투명전극(55a, 55b, 55c)에 대응되는 상기 정공 수송층(58) 상부에 각각 구성된 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(59a, 59b, 59c)과, 상기 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(59a, 59b, 59c)을 포함한 정공 수송층(58) 상부에 구성된 전자 수송층(60)과, 상기 전자 수송층(60) 상부에 구성된 전자 주입층(61)과, 상기 전자 주입층(61) 상부에 구성된 캐소드 전극(62)으로 구성된다.

상기 유기 발광 소자는 탑 에미팅 방식의 액티브 매트릭스 유기 발광 소자로써, 상기 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극(52a, 52b, 52c)은 반사 금속으로 형성하고, 캐소드 전극(62)은 반투명 금속으로 구성한다.

상기에서 반사 금속은 Ag, Mo, Mo/Al/Mo 또는 MgAg와 같은 물질을 사용할 수 있다.

상기 제 1, 제 2, 제 3 투명전극(55a, 55b, 55c)은 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide : ITO), 주석산화물(Tin Oxide : TO), 인듐아연산화물(Indium Zinc Oxide : IZO) 또는 인듐주석아연산화물(Indium Tin Zinc Oxide:ITZO)과 같은 투명 도전막으로 구성할 수 있다.

상기에서 정공 주입층(57)과 정공 수송층(58)과 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(59a, 59b, 59c)과 전자 수송층(60)과 전자 주입층(61)은 유기물층을 이룬다.

상기 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(59a, 59b, 59c)은 각각 B, G, R 칼라 발광층이다.

상기에서 B, G, R 칼라 발광층인 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(59a, 59b, 59c) 하부의 정공 주입층(57)은 그 두께가 서로 다른데, 제 1 칼라 발광층(59a) 보다는 제 2 칼라 발광층(59b) 하부의 정공 주입층(57)의 두께가 두껍고, 제 2 칼라 발광층(59b) 보다는 제 3 칼라 발광층(59c) 하부의 정공 주입층(57)의 두께가 두껍다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(59a, 59b, 59c) 하부에 대응되는 정공 주입층(57)의 두께를 각각 T1, T1'와 T1"라고 할 경우, T1〈T1'〈T1"이다. 이에 따라서 제 1, 제 2, 제 3 서브 픽셀영역의 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극(52a, 52b, 52c)에서 캐소드 전극(62) 까지의 거리인 옵티컬 길이(Optical length)를 OL1, OL1'와 OL1"이라고 할 경우, OL1〈OL1'〈OL1"이다.

상기에서와 같이 B, G, R 칼라 발광층인 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(59a, 59b, 59c)의 파장에 맞게 그 하부영역의 정공 주입층(57)의 두께를 다르게 해서, 발광하는 파장의 옵티컬 길이(Optical length)를 조정하여 발광하는 파장의 색 순도와 광 효율을 증가시켰다.

이러한 탑 에미팅 방식의 소자에서 빛이 나오는 경로는 크게 보았을 때 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(59a, 59b, 59c)으로부터 캐소드 전극(62)을 통해 직접 나오는 것과, 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극(52a, 52b, 52c)을 통해 반사되어 반투명전극인 캐소드 전극(62)을 통해 다시 나오는 것이 있다.

상기에 설명한 바와 같이, 상기 탑 에미팅 방식의 유기 발광 소자의 경우 제 1, 제 2, 제 3 서브 픽셀영역에 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(59a, 59b, 59c) 하부의 정공 주입층(57)의 두께를 각 파장에 맞게 다르게 형성함으로써, 반사되어 방출되는 광패스 길이(Optical path length)를 각 서브 픽셀영역 별로 다르게 하여서 마이크로 캐비티(microcavity) 효과를 구현하였다.

다음에, 상기 구성을 갖는 본 발명의 제1실시예에 따른 유기 발광 소자의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 제1실시예에 따른 유기 발광 소자의 제조방법을 나타낸 공정 단면도이다.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기 발광 소자의 제조방법은, 먼저, 도면에는 도시되지 않았지만, 3개의 서브 픽셀영역인 제 1, 제 2, 제 3 서브 픽셀영역을 한 단위로 구동하는 픽셀영역이 정의되고, 각 픽셀영역마다 TFT가 구성된 TFT 어레이 기판(51)이 있다. 이때, 각 픽셀영역의 TFT는 게이트전극과 소스 전극 및 드레인전극을 구비하고 있으며, 상기 TFT의 소스 전극과 드레인 전극이 노출되도록 비아 홀이 형성된 평탄화막이 전면에 형성되어 있다.

상기와 같이 형성되어 있을 경우, 비아 홀에 의해 노출된 TFT의 드레인 전극에 콘택되도록 도 5a에 도시한 바와 같이, TFT 어레이 기판(51) 전면에 반사금속을 증착하고, 포토리소그래피 공정으로 반사금속을 선택적으로 식각해서 제 1, 제 2, 제 3 서브 픽셀영역에 각각 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극(52a, 52b, 52c)을 형성한다.

이때, 반사 금속은 Ag, Mo, Mo/Al/Mo 또는 MgAg와 같은 물질을 사용할 수 있다.

다음에, 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극(52a, 52b, 52c)을 포함한 TFT 어레이 기판(51) 상에 절연막(53)을 증착하고, 포토리소그래피 공정으로 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극(52a, 52b, 52c)에 제 1, 제 2, 제 3 콘택홀(54a, 54b, 54c)을 형성한다.

이후에, 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극(52a, 52b, 52c)을 포함한 TFT 어레이 기판(51)상에 투명 도전막을 증착한 후, 포토리소그래피 공정으로 투명 도전막을 선택적으로 식각해서, 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극(52a, 52b, 52c)과 콘택되도록 제 1, 제 2, 제 3 투명전극(55a, 55b, 55c)을 형성한다.

그리고, 제 1, 제 2, 제 3 투명전극(55a, 55b, 55c)을 포함한 TFT 어레이 기판(51)상에 절연막을 증착한 후, 포토리소그래피(photolithograph) 공정으로 절연막을 선택적으로 패터닝해서 제 1, 제 2, 제 3 투명전극(55a, 55b, 55c)이 평탄하게 드러나도록 뱅크막(56)을 형성한다.

이때 절연막은 유기절연막으로 형성하고, 상기 투명 도전막은 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide : ITO), 주석산화물(Tin Oxide : TO), 인듐아연산화물(Indium Zinc Oxide : IZO) 또는 인듐주석아연산화물(Indium Tin Zinc Oxide:ITZO)과 같은 물질로 구성할 수 있다.

다음에, 도 5b에 도시한 바와 같이, 상기 노출된 제 1, 제 2, 제 3 투명전극(55a, 55b, 55c)을 포함한 뱅크막(56) 전면에 정공 주입층(57)을 증착한다.

이때 정공 주입층(57)은 광반응성 유기 물질(단분자 또는 고분자)을 사용한다.

이후에, 제 1 회절 노광 마스크(110)(하프톤 마스크)를 이용해서 상기 정공 주입층(57)을 선택적으로 노광 및 현상해서 제 1, 제 2, 제 3 서브 픽셀영역에 형성된 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극(52a, 52b, 52c) 상부에서 상기 정공 주입층(57)이 서로 다른 두께를 갖도록 한다.

이때, 제 1 회절 노광 마스크(110)는 제 1 애노드 전극(52a) 상부에 대응되는 영역에는 슬릿으로 구성되어 일정량의 광만 투과(예: 전체 광량의 1/4의 투과)되도록 제 1 회절노광영역이 구성되고, 제 2 애노드 전극(52b) 상부에 대응되는 영역에는 제 1 회절노광영역보다 광이 많이 투과(예:전체 광량의 1/2 투과)되도록 제 2 회절노광영역이 구성되고, 제 3 애노드 전극(52c) 상부에 대응되는 영역에는 전체 광량이 투과되는 투광영역이 구성된다.

따라서, 상기와 같은 제 1 회절 노광 마스크(110)로 정공 주입층(57)을 식각하면, 제 1 애노드 전극(52a) 상부의 정공 주입층(57)의 두께(T1) 보다 제 2 애노드 전극(52b) 상부의 정공 주입층(57)의 두께(T1')가 두껍고, 제 2 애노드 전극(52b) 상부의 정공 주입층(57)의 두께(T1') 보다 제 3 애노드 전극(52c) 상부의 정공 주입층(57)의 두께(T1")가 더 두껍다.

상기에서 정공 주입층(57)은 광을 받은 부분이 남게 되는 네가티브 특성을 갖는 물질을 사용한 것이나, 이와 반대로 포지티브 특성을 갖는 물질을 사용할 경우에는, 제 3 서브 픽셀영역은 차광시키고, 제 1 회절노광영역보다 제 2 회절노광영역의 광 투과량이 더 많도록 구성된 회절 노광 마스크를 사용할 수 있다.

상기에서 제 1 회절 노광 마스크를 이용한 광으로 정공 주입층(57)을 노광한 후 현상하는 것이므로, 정공 주입층(57)내의 솔벤트를 제거할 수도 있다.

다음에, 도 5c에 도시한 바와 같이, 상기 정공 주입층(57) 상부에 정공 수송층(58)을 형성한다.

이후에, 상기 제 1, 제 2, 제 3 서브 픽셀영역에 대응되는 상기 정공 수송층(58) 상부에 쉐도우 마스크를 이용하여 개별적으로 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(59a, 59b, 59c)을 각각 형성한다. 이때 상기 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(59a, 59b, 59c)은 각각 B, G, R 칼라 발광층이다.

이때, 상기 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(59a, 59b, 59c)은 칼라 필터용 안료 또는 유기 물질을 사용하여 형성하며, 진공 분위기하에서 개별적으로 증착한다.

그리고, 상기 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(59a, 59b, 59c)을 포함한 정공 수송층(58) 상부에 전자 수송층(60)과, 전자 주입층(61)을 차례로 형성한다.

다음에, 상기 전자 주입층(61) 상부에 반투명 도전막을 증착해서 캐소드 전극(62)을 형성한다.

제 2 실시예

먼저, 본 발명의 제2실시예에 따른 유기 발광 소자의 구성에 대하여 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 발광 소자의 구조 단면도이다.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 발광 소자는, 도 6에 도시한 바와 같이, 3개의 서브 픽셀영역인 제 1, 제 2, 제 3 서브 픽셀영역을 한 단위로 구동하는 픽셀영역이 정의되고, 각 픽셀영역마다 TFT가 구성된 TFT 어레이 기판(71)과, 상기 TFT 어레이 기판(71)상의 제 1, 제 2, 제 3 서브 픽셀영역에 각각 구성된 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극(72a, 72b, 72c)과, 상기 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극(72a, 72b, 72c)에 제 1, 제 2, 제 3 콘택홀(74a, 74b, 74c)을 갖도록 전면에 구성된 절연막(73)과, 상기 제 1, 제 2, 제 3 콘택홀(74a, 74b, 74c)을 통해 상기 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극(72a, 72b, 72c)에 콘택된 제 1, 제 2, 제 3 투명전극(75a, 75b, 75c)들과, 상기 제 1, 제 2, 제 3 투명전극(75a, 75b, 75c)들의 일영역이 평탄하게 노출되도록 전면에 구성된 뱅크막(76)과, 상기 노출된 제 1, 제 2, 제 3 투명전극(75a, 75b, 75c)을 포함한 뱅크막(76) 전면에 구성되며, 상기 뱅크막(76)을 포함한 전면에 구성된 정공 주입층(77)과, 상기 제 1, 제 2, 제 3 서브 픽셀영역에서 각각 다른 두께를 갖도록 상기 정공 주입층(77) 상부에 구성된 정공 수송층(78)과, 상기 제 1, 제 2, 제 3 서브 픽셀영역의 제 1, 제 2, 제 3 투명전극(75a, 75b, 75c)에 대응되는 상기 정공 수송층(78) 상부에 각각 구성된 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(79a, 79b, 79c)과, 상기 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(79a, 79b, 79c)을 포함한 정공 수송층(78) 상부에 구성된 전자 수송층(80)과, 상기 전자 수송층(80) 상부에 구성된 전자 주입층(81)과, 상기 전자 주입층(81) 상부에 구성된 캐소드 전극(82)으로 구성된다.

상기 유기 발광 소자는 탑 에미팅 방식의 액티브 매트릭스 유기 발광 소자로써, 상기 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극(72a, 72b, 72c)은 반사 금속으로 형성하고, 캐소드 전극(82)은 반투명 금속으로 구성한다.

상기에서 반사 금속은 Ag, Mo, Mo/Al/Mo 또는 MgAg와 같은 물질을 사용할 수 있다.

상기 제 1, 제 2, 제 3 투명전극(75a, 75b, 75c)은 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide : ITO), 주석산화물(Tin Oxide : TO), 인듐아연산화물(Indium Zinc Oxide : IZO) 또는 인듐주석아연산화물(Indium Tin Zinc Oxide:ITZO)과 같은 투명 도전막으로 구성할 수 있다.

상기에서 정공 주입층(77)과 정공 수송층(78)과 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(79a, 79b, 79c)과 전자 수송층(80)과 전자 주입층(81)은 유기물층을 이룬다.

상기 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(79a, 79b, 79c)은 각각 B, G, R 칼라 발광층이다.

상기에서 B, G, R 칼라 발광층인 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(79a, 79b, 79c) 하부의 정공 수송층(78)은 그 두께가 서로 다른데, 제 1 칼라 발광층(79a) 보다는 제 2 칼라 발광층(79b) 하부의 정공 수송층(78)의 두께가 두껍고, 제 2 칼라 발광층(79b) 보다는 제 3 칼라 발광층(79c) 하부의 정공 수송층(78)의 두께가 두껍다.

즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(79a, 79b, 79c) 하부에 대응되는 정공 수송층(78)의 두께를 각각 T2, T2'와 T2"라고 할 경우, T2〈T2'〈T2"이다. 이에 따라서 제 1, 제 2, 제 3 서브 픽셀영역의 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극(72a, 72b, 72c)에서 캐소드 전극(82) 까지의 거리인 옵티컬 길이(Optical length)를 OL2, OL2'와 OL2"라고 할 경우, OL2〈OL2'〈OL2"이다.

상기에서와 같이 B, G, R 칼라 발광층인 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(79a, 79b, 79c)의 파장에 맞게 그 하부영역의 정공 수송층(78)의 두께를 다르게 해서, 발광하는 파장의 옵티컬 길이(Optical length)를 조정하여 발광하는 파장의 색 순도와 광 효율을 증가시켰다.

이러한 탑 에미팅 방식의 소자에서 빛이 나오는 경로는 크게 보았을 때 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(79a, 79b, 79c)으로부터 캐소드 전극(82)을 통해 직접 나오는 것과, 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극(72a, 72b, 72c)을 통해 반사되어 반투명전극인 캐소드 전극(82)을 통해 다시 나오는 것이 있다.

상기에 설명한 바와 같이, 상기 탑 에미팅 방식의 유기 발광 소자의 경우 제 1, 제 2, 제 3 서브 픽셀영역에 형성된 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(79a, 79b, 79c) 하부의 정공 수송층(78)의 두께를 각 파장에 맞게 다르게 형성함으로써, 반사되어 방출되는 광패스 길이(Optical path length)를 각 서브 픽셀영역 별로 다르게 하여서 마이크로 캐비티(microcavity) 효과를 구현하였다.

다음에, 상기 구성을 갖는 본 발명의 제2실시예에 따른 유기 발광 소자의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.

도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 제2실시예에 따른 유기 발광 소자의 제조방법을 나타낸 공정 단면도이다.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 발광 소자의 제조방법은, 먼저, 도면에는 도시되지 않았지만, 3개의 서브 픽셀영역인 제 1, 제 2, 제 3 서브 픽셀영역을 한 단위로 구동하는 픽셀영역이 정의되고, 각 픽셀영역마다 TFT가 구성된 TFT 어레이 기판(71)이 있다. 이때, 각 픽셀영역의 TFT는 게이트전극과 소스 전극 및 드레인전극을 구비하고 있으며, 상기 TFT의 소스 전극과 드레인 전극이 노출되도록 비아 홀이 형성된 평탄화막이 전면에 형성되어 있다.

상기와 같이 형성되어 있을 경우, 비아 홀에 의해 노출된 TFT의 드레인 전극에 콘택되도록 도 7a에 도시한 바와 같이, TFT 어레이 기판(71) 전면에 반사금속을 증착하고, 포토리소그래피 공정으로 반사금속을 선택적으로 식각해서 제 1, 제 2, 제 3 서브 픽셀영역에 각각 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극(72a, 72b, 72c)을 형성한다.

이때, 반사 금속은 Ag, Mo, Mo/Al/Mo 또는 MgAg와 같은 물질을 사용할 수 있다.

다음에, 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극(72a, 72b, 72c)을 포함한 TFT 어레이 기판(71) 상에 절연막(73)을 증착하고, 포토리소그래피 공정으로 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극(72a, 72b, 72c)에 제 1, 제 2, 제 3 콘택홀(74a, 74b, 74c)을 형성한다.

이후에, 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극(72a, 72b, 72c)을 포함한 TFT 어레이 기판(71)상에 투명 도전막을 증착한 후, 포토리소그래피 공정으로 투명 도전막을 선택적으로 식각해서, 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극(72a, 72b, 72c)과 콘택되도록 제 1, 제 2, 제 3 투명전극(75a, 75b, 75c)을 형성한다.

그리고, 제 1, 제 2, 제 3 투명전극(75a, 75b, 75c)을 포함한 TFT 어레이 기판(71)상에 절연막을 증착한 후, 포토리소그래피(photolithograph) 공정으로 절연막을 선택적으로 패터닝해서 제 1, 제 2, 제 3 투명전극(75a, 75b, 75c)이 평탄하게 드러나도록 뱅크막(76)을 형성한다.

이때 절연막은 유기절연막으로 형성하고, 상기 투명 도전막은 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide : ITO), 주석산화물(Tin Oxide : TO), 인듐아연산화물(Indium Zinc Oxide : IZO) 또는 인듐주석아연산화물(Indium Tin Zinc Oxide:ITZO)과 같은 물질로 구성할 수 있다.

다음에, 도 7b에 도시한 바와 같이, 상기 노출된 제 1, 제 2, 제 3 투명전극(75a, 75b, 75c)을 포함한 뱅크막(76) 전면에 정공 주입층(77)과 정공 수송층(78)을 적층 형성한다.

이때 정공 주입층(77)과 정공 수송층(78)은 광반응성 유기 물질(단분자 또는 고분자)을 사용한다.

이후에, 제 2 회절 노광 마스크(120)를 이용해서 상기 정공 수송층(78)을 선택적으로 노광 및 현상한다.

이와 같은 공정을 진행하면, 도 7c에 도시한 바와 같이, 제 1, 제 2, 제 3 서브 픽셀영역에 형성된 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극(72a, 72b, 72c) 상부에서 상기 정공 수송층(78)이 서로 다른 두께를 갖도록 형성된다.

이때, 제 2 회절 노광 마스크(120)는 제 1 애노드 전극(72a) 상부에 대응되 는 영역에는 슬릿으로 구성되어 일정량의 광만 투과(예: 전체 광량의 1/4의 투과)되도록 제 1 회절노광영역이 구성되고, 제 2 애노드 전극(72b) 상부에 대응되는 영역에는 제 1 회절노광영역보다 광이 많이 투과(예: 전체 광량의 1/2의 투과)되도록 제 2 회절노광영역이 구성되고, 제 3 애노드 전극(72c) 상부에 대응되는 영역에는 투광영역이 구성된다.

따라서, 상기와 같은 제 2 회절 노광 마스크(120)로 정공 수송층(78)을 식각하면, 제 1 애노드 전극(72a) 상부의 정공 수송층(78)의 두께(T2) 보다 제 2 애노드 전극(72b) 상부의 정공 수송층(78)의 두께(T2')가 두껍고, 제 2 애노드 전극(72b) 상부의 정공 수송층(78)의 두께(T2') 보다 제 3 애노드 전극(72c) 상부의 정공 수송층(78)의 두께(T2")가 더 두껍다.

이때 상기 정공 수송층(78)은 광을 받은 부분이 남게 되는 네가티브 특성을 갖는 물질을 사용한 것이나, 이와 반대로 포지티브 특성을 갖는 물질을 사용할 경우에는, 제 3 서브 픽셀영역은 차광시키고, 제 1 회절노광영역보다 제 2 회절노광영역의 광 투과량이 더 많도록 구성된 회절 노광 마스크를 사용할 수 있다.

상기에서 제 1 회절 노광 마스크를 이용한 광으로 정공 수송층(78)을 노광한 후 현상하는 것이므로, 정공 수송층(78)내의 솔벤트를 제거할 수도 있다.

다음에, 도 7d에 도시한 바와 같이, 상기 제 1, 제 2, 제 3 서브 픽셀영역에 대응되는 상기 정공 수송층(78) 상부에 쉐도우 마스크를 이용하여 개별적으로 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(79a, 79b, 79c)을 각각 형성한다. 이때 상기 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(79a, 79b, 79c)은 각각 B, G, R 칼라 발광층이다.

그리고, 상기 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(79a, 79b, 79c)을 포함한 정공 수송층(78) 상부에 전자 수송층(80)과, 전자 주입층(81)을 차례로 형성한다.

다음에, 상기 전자 주입층(81) 상부에 반투명 도전막을 증착해서 캐소드 전극(82)을 형성한다.

제 3 실시예

먼저, 본 발명의 제3실시예에 따른 유기 발광 소자의 구성에 대하여 설명하기로 한다.

도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기 발광 소자의 구조 단면도이다.

본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기 발광 소자는, 도 8에 도시한 바와 같이, 3개의 서브 픽셀영역인 제 1, 제 2, 제 3 서브 픽셀영역을 한 단위로 구동하는 픽셀영역이 정의되고, 각 픽셀영역마다 TFT가 구성된 TFT 어레이 기판(91)과, 상기 TFT 어레이 기판(91)상의 제 1, 제 2, 제 3 서브 픽셀영역에 각각 구성된 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극(92a, 92b, 92c)과, 상기 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극(92a, 92b, 92c)에 제 1, 제 2, 제 3 콘택홀(94a, 94b, 94c)을 갖도록 전면에 구성된 절연막(93)과, 상기 제 1, 제 2, 제 3 콘택홀(94a, 94b, 94c)을 통해 상기 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극(92a, 92b, 92c)에 콘택된 제 1, 제 2, 제 3 투명전극(95a, 95b, 95c)들과, 상기 제 1, 제 2, 제 3 투명전극(95a, 95b, 95c)들의 일영역이 평탄하게 노출되도록 전면에 구성된 뱅크막(96)과, 상기 노출된 제 1, 제 2, 제 3 투명전극(95a, 95b, 95c)을 포함한 뱅크막(96) 전면에 구성되며, 상기 제 1, 제 2, 제 3 서브 픽셀영역에서 각각 다른 두께를 갖도록 구성된 정공 주입층(97)과, 상기 제 1, 제 2, 제 3 서브 픽셀영역에서 각각 다른 두께를 갖도록 구성된 상기 정공 주입층(97) 상부에 적층된 정공 수송층(98)과, 상기 제 1, 제 2, 제 3 서브 픽셀영역의 제 1, 제 2, 제 3 투명전극(95a, 95b, 95c)에 대응되는 상기 정공 수송층(98) 상부에 각각 구성된 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(99a, 99b, 99c)과, 상기 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(99a, 99b, 99c)을 포함한 정공 수송층(98) 상부에 구성된 전자 수송층(100)과, 상기 전자 수송층(100) 상부에 구성된 전자 주입층(101)과, 상기 전자 주입층(101) 상부에 구성된 캐소드 전극(102)으로 구성된다.

상기 유기 발광 소자는 탑 에미팅 방식의 액티브 매트릭스 유기 발광 소자로써, 상기 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극(92a, 92b, 92c)은 반사 금속으로 형성하고, 캐소드 전극(102)은 반투명 금속으로 구성한다.

상기에서 반사 금속은 Ag, Mo, Mo/Al/Mo 또는 MgAg와 같은 물질을 사용할 수 있다.

상기 제 1, 제 2, 제 3 투명전극(95a, 95b, 95c)은 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide : ITO), 주석산화물(Tin Oxide : TO), 인듐아연산화물(Indium Zinc Oxide : IZO) 또는 인듐주석아연산화물(Indium Tin Zinc Oxide:ITZO)과 같은 투명 도전막으로 구성할 수 있다.

상기에서 정공 주입층(97)과 정공 수송층(98)과 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(99a, 99b, 99c)과 전자 수송층(100)과 전자 주입층(101)은 유기물층을 이룬다.

상기 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(99a, 99b, 99c)은 각각 B, G, R 칼라 발광층이다.

상기에서 B, G, R 칼라 발광층인 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(99a, 99b, 99c) 하부의 정공 주입층(97)은 그 두께가 서로 다른데, 제 1 칼라 발광층(99a) 보다는 제 2 칼라 발광층(99b) 하부의 정공 주입층(97)의 두께가 두껍고, 제 2 칼라 발광층(99b) 보다는 제 3 칼라 발광층(99c) 하부의 정공 주입층(97)의 두께가 두껍다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(99a, 99b, 99c) 하부에 대응되는 정공 주입층(97)의 두께를 각각 T1, T1'와 T1"라고 할 경우, T1〈T1'〈T1"이다.

또한, 상기에서 B, G, R 칼라 발광층인 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(99a, 99b, 99c) 하부의 정공 수송층(98)도 그 두께가 서로 다른데, 제 1 칼라 발광층(99a) 보다는 제 2 칼라 발광층(99b) 하부의 정공 수송층(98)의 두께가 두껍고, 제 2 칼라 발광층(99b) 보다는 제 3 칼라 발광층(99c) 하부의 정공 수송층(98)의 두께가 두껍다.

즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(99a, 99b, 99c) 하부에 대응되는 정공 수송층(88)의 두께를 각각 T2, T2'와 T2"라고 할 경우, T2〈T2'〈T2"이다.

상기에 따라서 제 1, 제 2, 제 3 서브 픽셀영역의 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극(92a, 92b, 92c)에서 캐소드 전극(102) 까지의 거리인 옵티컬 길이(Optical length)를 OL3, OL3'와 OL3"이라고 할 경우, OL3〈OL3'〈OL3"이다.

상기에서와 같이 B, G, R 칼라 발광층인 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(99a, 99b, 99c)의 파장에 맞게 그 하부영역의 정공 주입층(97)과 정공 수송층(98)의 두께를 모두 다르게 해서, 발광하는 파장의 옵티컬 길이(Optical length)를 조정하여 발광하는 파장의 색 순도와 광 효율을 증가시켰다.

이러한 탑 에미팅 방식의 소자에서 빛이 나오는 경로는 크게 보았을 때 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(99a, 99b, 99c)으로부터 캐소드 전극(102)을 통해 직접 나오는 것과, 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극(92a, 92b, 92c)을 통해 반사되어 반투명전극인 캐소드 전극(102)을 통해 다시 나오는 것이 있다.

상기에 설명한 바와 같이, 상기 탑 에미팅 방식의 유기 발광 소자의 경우 제 1, 제 2, 제 3 서브 픽셀영역에 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(99a, 99b, 99c) 하부의 정공 주입층(97)과 정송 수송층(98)의 두께를 각 파장에 맞게 다르게 형성함으로써, 반사되어 방출되는 광패스 길이(Optical path length)를 각 서브 픽셀영역 별로 다르게 하여서 마이크로 캐비티(microcavity) 효과를 구현하였다.

다음에, 상기 구성을 갖는 본 발명의 제3실시예에 따른 유기 발광 소자의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.

도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 제3실시예에 따른 유기 발광 소자의 제조방법을 나타낸 공정 단면도이다.

본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기 발광 소자의 제조방법은, 먼저, 도면에는 도시되지 않았지만, 3개의 서브 픽셀영역인 제 1, 제 2, 제 3 서브 픽셀영역을 한 단위로 구동하는 픽셀영역이 정의되고, 각 픽셀영역마다 TFT가 구성된 TFT 어레이 기판(91)이 있다. 이때, 각 픽셀영역의 TFT는 게이트전극과 소스 전극 및 드레 인전극을 구비하고 있으며, 상기 TFT의 소스 전극과 드레인 전극이 노출되도록 비아 홀이 형성된 평탄화막이 전면에 형성되어 있다.

상기와 같이 형성되어 있을 경우, 비아 홀에 의해 노출된 TFT의 드레인 전극에 콘택되도록 도 9a에 도시한 바와 같이, TFT 어레이 기판(91) 전면에 반사금속을 증착하고, 포토리소그래피 공정으로 반사금속을 선택적으로 식각해서 제 1, 제 2, 제 3 서브 픽셀영역에 각각 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극(92a, 92b, 92c)을 형성한다.

이때, 반사 금속은 Ag, Mo, Mo/Al/Mo 또는 MgAg와 같은 물질을 사용할 수 있다.

다음에, 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극(92a, 92b, 92c)을 포함한 TFT 어레이 기판(91) 상에 절연막(93)을 증착하고, 포토리소그래피 공정으로 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극(92a, 92b, 92c)에 제 1, 제 2, 제 3 콘택홀(94a, 94b, 94c)을 형성한다.

이후에, 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극(92a, 92b, 92c)을 포함한 TFT 어레이 기판(91)상에 투명 도전막을 증착한 후, 포토리소그래피 공정으로 투명 도전막을 선택적으로 식각해서, 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극(92a, 92b, 92c)과 콘택되도록 제 1, 제 2, 제 3 투명전극(95a, 95b, 95c)을 형성한다.

그리고, 제 1, 제 2, 제 3 투명전극(95a, 95b, 95c)을 포함한 TFT 어레이 기판(91)상에 절연막을 증착한 후, 포토리소그래피(photolithograph) 공정으로 절연막을 선택적으로 패터닝해서 제 1, 제 2, 제 3 투명전극(95a, 95b, 95c)이 평탄하 게 드러나도록 뱅크막(96)을 형성한다.

이때 절연막은 유기절연막으로 형성하고, 상기 투명 도전막은 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide : ITO), 주석산화물(Tin Oxide : TO), 인듐아연산화물(Indium Zinc Oxide : IZO) 또는 인듐주석아연산화물(Indium Tin Zinc Oxide:ITZO)과 같은 물질로 구성할 수 있다.

다음에, 도 9b에 도시한 바와 같이, 상기 노출된 제 1, 제 2, 제 3 투명전극(95a, 95b, 95c)을 포함한 뱅크막(96) 전면에 정공 주입층(97)을 증착한다.

이때 정공 주입층(97)은 광반응성 유기 물질(단분자 또는 고분자)을 사용한다.

이후에, 제 1 회절 노광 마스크(110)를 이용해서 상기 정공 주입층(97)을 선택적으로 노광 및 현상해서 제 1, 제 2, 제 3 서브 픽셀영역에 형성된 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극(92a, 92b, 92c) 상부에서 상기 정공 주입층(97)이 서로 다른 두께를 갖도록 한다.

이때, 제 1 회절 노광 마스크(110)는 제 1 애노드 전극(92a) 상부에 대응되는 영역에는 슬릿으로 구성되어 일정량의 광만 투과(예: 전체 광량의 1/4의 투과)되도록 제 1 회절노광영역이 구성되고, 제 2 애노드 전극(92b) 상부에 대응되는 영역에는 제 1 회절노광영역보다 광이 많이 투과(예: 전체 광량의 1/2의 투과)되도록 제 2 회절노광영역이 구성되고, 제 3 애노드 전극(92c) 상부에 대응되는 영역에는 투광영역이 구성된다.

따라서, 상기와 같은 제 1 회절 노광 마스크(110)로 정공 주입층(97)을 식각 하면, 제 1 애노드 전극(92a) 상부의 정공 주입층(97)의 두께(T1) 보다 제 2 애노드 전극(92b) 상부의 정공 주입층(97)의 두께(T1')가 두껍고, 제 2 애노드 전극(92b) 상부의 정공 주입층(97)의 두께(T1') 보다 제 3 애노드 전극(92c) 상부의 정공 주입층(97)의 두께(T1")가 더 두껍다.

상기에서 정공 주입층(97)은 광을 받은 부분이 남게 되는 네가티브 특성을 갖는 물질을 사용한 것이나, 이와 반대로 포지티브 특성을 갖는 물질을 사용할 경우에는, 제 3 서브 픽셀영역은 차광시키고, 제 1 회절노광영역보다 제 2 회절노광영역의 광 투과량이 더 많도록 구성된 회절 노광 마스크를 사용할 수 있다.

상기에서 제 1 회절 노광 마스크를 이용한 광으로 정공 주입층(97)을 노광한 후 현상하는 것이므로, 정공 주입층(97)내의 솔벤트를 제거할 수도 있다.

다음에, 도 9c에 도시한 바와 같이, 정공 주입층(97) 상부에 정공 수송층(98)을 적층 형성한다.

이때 정공 수송층(98)은 광반응성 유기 물질(단분자 또는 고분자)을 사용한다.

이후에, 제 2 회절 노광 마스크(120)를 이용해서 상기 정공 수송층(98)을 선택적으로 노광 및 현상한다.

이와 같은 공정을 진행하면, 제 1, 제 2, 제 3 서브 픽셀영역에 형성된 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극(92a, 92b, 92c) 상부에서 상기 정공 수송층(98)이 서로 다른 두께를 갖도록 형성된다.

이때, 제 2 회절 노광 마스크(120)는 제 1 애노드 전극(92a) 상부에 대응되 는 영역에는 슬릿으로 구성되어 일정량의 광만 투과(예: 전체 광량의 1/4의 투과)되도록 제 1 회절노광영역이 구성되고, 제 2 애노드 전극(92b) 상부에 대응되는 영역에는 제 1 회절노광영역보다 광이 많이 투과(예: 전체 광량의 1/2의 투과)되도록 제 2 회절노광영역이 구성되고, 제 3 애노드 전극(92c) 상부에 대응되는 영역에는 투광영역이 구성된다.

따라서, 상기와 같은 제 2 회절 노광 마스크(120)로 정공 수송층(98)을 식각하면, 제 1 애노드 전극(92a) 상부의 정공 수송층(98)의 두께(T2) 보다 제 2 애노드 전극(92b) 상부의 정공 수송층(98)의 두께(T2')가 두껍고, 제 2 애노드 전극(92b) 상부의 정공 수송층(98)의 두께(T2') 보다 제 3 애노드 전극(92c) 상부의 정공 수송층(98)의 두께(T2")가 더 두껍다.

이때 상기 정공 수송층(98)은 광을 받은 부분이 남게 되는 네가티브 특성을 갖는 물질을 사용한 것이나, 이와 반대로 포지티브 특성을 갖는 물질을 사용할 경우에는, 제 3 서브 픽셀영역은 차광시키고, 제 1 회절노광영역보다 제 2 회절노광영역의 광 투과량이 더 많도록 구성된 회절 노광 마스크를 사용할 수 있다.

상기에서 제 1 회절 노광 마스크를 이용한 광으로 정공 수송층(98)을 노광한 후 현상하는 것이므로, 정공 수송층(98)내의 솔벤트를 제거할 수도 있다.

다음에, 도 9d에 도시한 바와 같이, 상기 제 1, 제 2, 제 3 서브 픽셀영역에 대응되는 상기 정공 수송층(98) 상부에 쉐도우 마스크를 이용하여 개별적으로 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(99a, 99b, 99c)을 각각 형성한다. 이때 상기 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(99a, 99b, 99c)은 각각 B, G, R 칼라 발광층이다.

그리고, 상기 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층(99a, 99b, 99c)을 포함한 정공 수송층(98) 상부에 전자 수송층(100)과, 전자 주입층(101)을 차례로 형성한다.

다음에, 상기 전자 주입층(101) 상부에 반투명 도전막을 증착해서 캐소드 전극(102)을 형성한다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술 범위는 상기 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라, 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

상기와 같은 본 발명에 따른 유기 발광 소자 및 그의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 제 1 내지 제 3 서브 픽셀영역의 B, G, R 발광층 하부의 정공 주입층과 정공 수송층 중 적어도 한층의 두께를 각 서브 픽셀영역별로 다르게 구성함으로써, B,G,R 발광층의 발광 빛에 적합한 광패스 길이(Optical path length)를 얻음으로써, B,G,R 발광층 각각의 발광 색순도 및 휘도를 증가시킬 수 있다.

둘째, 1개의 회절 노광 마스크를 이용해서 B,G,R 발광층 하부의 정공 주입층과 정공 수송층 중 적어도 한층의 두께를 각 서브 픽셀영역별로 다르게 구성할 수 있으므로, 공정의 복잡함 없이 진행할 수 있다.

Claims (21)

1. TFT 어레이 및 제 1, 제 2, 제 3 서브 픽셀영역이 정의된 TFT 어레이 기판과;

   상기 TFT 어레이 기판의 제 1 내지 제 3 서브 픽셀영역에 각각 형성된 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극과;

   상기 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극에 각각 콘택되어 구성된 제 1, 제 2, 제 3 투명전극과;

   상기 제 1 내지 제 3 서브 픽셀영역에 대응되는 상부에 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층을 구비하며, 상기 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층 하부의 적어도 한 층은 상기 제 1 내지 제 3 서브 픽셀영역에서 서로 다른 두께를 갖도록 형성된 유기물층과;

   상기 유기물층 상에 형성된 캐소드 전극을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극은 반사 금속으로 구성되고, 상기 캐소드 전극은 반투명 금속으로 구성됨을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 반사 금속은 Ag, Mo, Mo/Al/Mo 또는 MgAg와 같은 물질로 구성됨을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 유기물층은 상기 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층 하부의 상기 제 1 내지 제 3 서브 픽셀영역에서 서로 다른 두께를 갖는 정공 주입층과,

   상기 정공 주입층 상에 형성된 정공 수송층과,

   상기 제 1 내지 제 3 서브 픽셀영역에 대응되는 상기 정공 수송층상에 형성된 상기 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층과;

   상기 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층을 포함한 상기 정공 수송층 상에 적층 형성된 전자 수송층과 전자 주입층으로 구성됨을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 정공 주입층은 상기 제 1 칼라 발광층 보다 상기 제 2 칼라 발광층 하부에서 두께가 더 두껍고, 상기 제 2 칼라 발광층 보다는 상기 제 3 칼라 발광층 하부에서 그 두께가 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 유기물층은 상기 제 1, 제 2, 제 3 투명전극을 포함한 TFT 어레이 기판상에 형성된 정공 주입층과,

   상기 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층 하부의 상기 제 1 내지 제 3 서브 픽셀영역에서 서로 다른 두께를 갖도록 상기 정공 주입층 상에 적층 형성된 정공 수송층과,

   상기 제 1 내지 제 3 서브 픽셀영역에 대응되는 상기 정공 수송층상에 형성된 상기 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층과;

   상기 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층을 포함한 상기 정공 수송층 상에 적층 형성된 전자 수송층과 전자 주입층으로 구성되는 것을 포함함을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 정공 수송층은 상기 제 1 칼라 발광층 보다 상기 제 2 칼라 발광층 하부에서 두께가 더 두껍고, 상기 제 2 칼라 발광층 보다는 상기 제 3 칼라 발광층 하부에서 그 두께가 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 유기물층은 상기 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층 하부의 상기 제 1 내지 제 3 서브 픽셀영역에서 서로 다른 두께를 갖는 정공 주입층과,

   상기 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층 하부의 상기 제 1 내지 제 3 서브 픽셀영역에서 서로 다른 두께를 갖도록 상기 정공 주입층 상에 적층 형성된 정공 수송층과,

   상기 제 1 내지 제 3 서브 픽셀영역에 대응되는 상기 정공 수송층상에 형성된 상기 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층과;

   상기 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층을 포함한 상기 정공 수송층 상에 적층 형성된 전자 수송층과 전자 주입층으로 구성되는 것을 포함함을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 정공 주입층과 상기 정공 수송층은 상기 제 1 칼라 발광층 보다 상기 제 2 칼라 발광층 하부에서 두께가 더 두껍고, 상기 제 2 칼라 발광층 보다는 상기 제 3 칼라 발광층 하부에서 그 두께가 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층은 각각 B, G, R 발광층인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 제 1, 제 2, 제 3 투명전극은 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide : ITO), 주석산화물(Tin Oxide : TO), 인듐아연산화물(Indium Zinc Oxide : IZO) 또는 인듐주석아연산화물(Indium Tin Zinc Oxide:ITZO)과 같은 투명 도전막으로 구성 함을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 제 1, 제 2, 제 3 투명전극들의 일영역이 평탄하게 노출되도록 상기 TFT 어레이 기판 상에 뱅크막이 더 구성됨을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
13. TFT 어레이 기판에 정의된 제 1, 제 2, 제 3 서브 픽셀영역에 각각 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극을 형성하는 제1단계;

    상기 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극에 각각 콘택되도록 제 1, 제 2, 제 3 투명전극을 형성하는 제2단계;

    회절 노광 마스크를 이용하여 상기 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극의 상부의 정공 주입층과 정공 수송층 중 적어도 하나의 층이 상기 제 1 내지 제 3 서브 픽셀영역에서 서로 다른 두께를 갖도록 형성하는 제3단계;

    상기 제 1 내지 제 3 서브 픽셀영역에 대응되는 상부에 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층을 형성하는 제4단계;

    상기 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층을 포함한 상기 TFT 어레이 기판상에 전자 수송층과 전자 주입층을 적층 형성하는 제5단계;

    상기 유기물층 상에 캐소드 전극을 형성하는 제6단계를 특징으로 하는 유기 발광 소자의 제조방법.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 제 1, 제 2, 제 3 애노드 전극은 Ag, Mo, Mo/Al/Mo 또는 MgAg와 같은 반사 금속을 증착한 후 패터닝해서 형성함을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 제조방법.
15. 제 13 항에 있어서,

    상기 제 1, 제 2, 제 3 투명전극을 포함한 상기 TFT 어레이 기판상에 절연막을 증착하고, 포토리소그래피(photolithograph) 공정으로 상기 절연막을 선택적으로 패터닝해서 상기 제 1, 제 2, 제 3 투명전극이 평탄하게 드러나도록 뱅크막을 형성하는 것을 더 포함함을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 제조방법.
16. 제 13 항에 있어서,

    상기 제 1, 제 2, 제 3 투명 전극은 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide : ITO), 주석산화물(Tin Oxide : TO), 인듐아연산화물(Indium Zinc Oxide : IZO) 또는 인듐주석아연산화물(Indium Tin Zinc Oxide:ITZO)과 같은 투명 도전막으로 구성함을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 제조방법.
17. 제 13 항에 있어서,

    상기 정공 주입층이 상기 제 1 내지 제 3 서브 픽셀영역에서 서로 다른 두께를 갖을 경우, 상기 TFT 어레이 기판상에 정공 주입층 형성물질을 증착하는 단계,

    상기 회절 노광 마스크를 이용해서 상기 정공 주입층 형성물질을 노광 및 현상해서 상기 제 1 애노드 전극 상부에서의 상기 정공 주입층의 두께 보다 상기 제 2 애노드 전극 상부에서의 두께가 더 두껍고, 상기 제 2 애노드 전극 상부에서의 상기 정공 주입층의 두께가 상기 제 3 애노드 전극 상부에서의 두께보다 더 두껍게 노광 및 현상하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 제조방법.
18. 제 13 항에 있어서,

    상기 정공 수송층이 상기 제 1 내지 제 3 서브 픽셀영역에서 서로 다른 두께를 갖을 경우, 상기 정공 주입층상에 정공 수송층 형성물질을 증착하는 단계,

    상기 회절 노광 마스크를 이용해서 상기 정공 수송층 물질을 노광 및 현상해서 상기 제 1 애노드 전극 상부에서의 상기 정공 수송층의 두께 보다 상기 제 2 애노드 전극 상부에서의 두께가 더 두껍고, 상기 제 2 애노드 전극 상부에서의 상기 정공 수송층의 두께가 상기 제 3 애노드 전극 상부에서의 두께보다 더 두껍게 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 제조방법.
19. 제 13 항에 있어서,

    상기 회절 노광 마스크는 상기 제 1 애노드 전극 상부에 대응되는 영역에는 슬릿으로 구성되어 일정량의 광만 투과되도록 제 1 회절노광영역이 구성되고, 상기 제 2 애노드 전극) 상부에 대응되는 영역에는 제 1 회절노광영역보다 광이 많이 투과되도록 제 2 회절노광영역이 구성되고, 상기 제 3 애노드 전극 상부에 대응되는 영역에는 투광영역이 구성되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 제조방법.
20. 제 13 항에 있어서,

    상기 제 1, 제 2, 제 3 칼라 발광층은 각각 B, G, R 칼라 발광층인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 제조방법.
21. 제 13 항에 있어서,

    상기 정공 주입층과 상기 정공 수송층 모두가 상기 제 1 내지 제 3 서브 픽셀영역에서 서로 다른 두께를 갖을 경우, 상기 TFT 어레이 기판상에 정공 주입층 형성물질을 증착하는 단계,

    상기 제 1 회절 노광 마스크를 이용해서 상기 정공 주입층 형성물질을 노광 및 현상해서 상기 제 1 애노드 전극 상부에서의 상기 정공 주입층의 두께 보다 상기 제 2 애노드 전극 상부에서의 두께가 더 두껍고, 상기 제 2 애노드 전극 상부에서의 상기 정공 주입층의 두께가 상기 제 3 애노드 전극 상부에서의 두께보다 더 두껍게 형성하는 단계;

    상기 정공 주입층상에 정공 수송층 형성물질을 증착하는 단계,

    상기 제 2 회절 노광 마스크를 이용해서 상기 정공 수송층 물질을 노광 및 현상해서 상기 제 1 애노드 전극 상부에서의 상기 정공 주입층의 두께 보다 상기 제 2 애노드 전극 상부에서의 두께가 더 두껍고, 상기 제 2 애노드 전극 상부에서의 상기 정공 주입층의 두께가 상기 제 3 애노드 전극 상부에서의 두께보다 더 두 껍게 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 제조방법.

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