KR20100131074A - 상부 발광방식 유기전계발광소자 및 이의 제조방법 - Google Patents
상부 발광방식 유기전계발광소자 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 상부 발광 방식 유기전계발광소자에 관한 것으로, 외부광을 차단할 수 있는 유기전계발광소자에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 OLED의 제 2 기판 외면에 외부광 차단층을 형성하고, 뱅크를 블랙재료로 형성함으로써, 이로 인하여, 외부광 반사가 최소화되어 콘트라스트가 더욱 향상되게 되며, 기존에 비해 전체적으로 소자의 두께를 얇게 형성할 수 있다.
또한, 기존의 외부광 차단을 위해 부착하였던 고가의 편광판을 삭제할 수 있으므로, 제조원가 비용을 절감시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 외부광 차단층은 별도의 접착층을 필요로 하지 않아, 기존의 편광판의 접착층에 의해 빛의 손실이 발생하여 휘도가 감소되었던 문제를 방지할 수 있다.
유기전계발광소자, 선편광, 외부광
Description
본 발명은 상부 발광 방식 유기전계발광소자에 관한 것으로, 외부광을 차단할 수 있는 유기전계발광소자에 관한 것이다.
최근까지, CRT(cathode ray tube)가 표시장치로서 주로 사용되었다. 그러나, 최근에 CRT를 대신할 수 있는, 플라즈마표시장치(plasma display panel : PDP), 액정표시장치(liquid crystal display device : LCD), 유기전계발광소자(organic electro-luminescence device : OLED)와 같은 평판표시장치가 널리 연구되며 사용되고 있는 추세이다.
위와 같은 평판표시장치 중에서, 유기전계발광소자(이하, OLED라 함)는 자발광소자로서, 비발광소자인 액정표시장치에 사용되는 백라이트가 필요하지 않기 때문에 경량 박형이 가능하다.
그리고, 액정표시장치에 비해 시야각 및 대비비가 우수하며, 소비전력 측면에서도 유리하며, 직류 저전압 구동이 가능하고, 응답속도가 빠르며, 내부 구성요 소가 고체이기 때문에 외부충격에 강하고, 사용 온도범위도 넓은 장점을 가지고 있다.
특히, 제조공정이 단순하기 때문에 생산원가를 기존의 액정표시장치 보다 많이 절감할 수 있는 장점이 있다.
이러한 특성을 갖는 OLED는 크게 패시브 매트릭스 타입(passive matrix type)과 액티브 매트릭스 타입(active matrix type)으로 나뉘어 지는데, 패시브 매트릭스 타입은 신호선을 교차하면서 매트릭스 형태로 소자를 구성하는 반면, 액티브 매트릭스 타입은 화소를 온/오프(on/off)하는 스위칭 소자인 박막트랜지스터와 전류를 흘려보내주는 구동 박막트랜지스터 및 구동 박막트랜지스터에 한 프레임 동안 전압을 유지해 주는 캐패시터가 화소 별로 위치하도록 한다.
최근, 패시브 매트릭스 타입은 해상도나 소비전력, 수명 등에 많은 제한적인 요소를 가지고 있어, 고해상도나 대화면을 구현할 수 있는 액티브 매트릭스 타입 OLED의 연구가 활발히 진행되고 있다.
또한, 이러한 OLED는 발광된 빛의 투과방향에 따라 상부 발광방식(top emission type)과 하부 발광방식(bottom emission type)으로 나뉘게 되는데, 하부 발광방식은 안정성 및 공정이 자유도가 높은 반면 개구율의 제한이 있어 고해상도 제품에 적용하기 어려운 문제점이 있다.
이에, 최근에는 고개구율 및 고해상도를 갖는 상부 발광방식에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
도 1은 일반적인 액티브 매트릭스 타입 OLED의 단면을 개략적으로 도시한 도 면이며, OLED는 상부 발광방식이며, 도 2는 편광판의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, OLED(10)는 제 1 기판(1)과, 제 1 기판(1)과 마주하는 제 2 기판(3)으로 구성되며, 제 1 및 제 2 기판(1, 3)은 서로 이격되어 이의 가장자리부를 실패턴(seal pattern : 20)을 통해 봉지되어 합착된다.
이를 좀더 자세히 살펴보면, 제 1 기판(1)의 상부에는 각 화소영역 별로 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되어 있고, 각각의 구동 박막트랜지스터(DTr)와 연결되는 제 1 전극(11)과 제 1 전극(11)의 상부에 특정한 색의 빛을 발광하는 유기발광층(13)과, 유기발광층(13)의 상부에는 제 2 전극(15)이 구성된다.
유기발광층(13)은 적, 녹, 청의 색을 표현하게 되는데, 일반적인 방법으로는 각 화소마다 적, 녹, 청색을 발광하는 별도의 유기물질(13a, 13b, 13c)을 패턴하여 사용한다.
이들 제 1 및 제 2 전극(11, 15)과 그 사이에 형성된 유기발광층(13)은 유기전계 발광다이오드를 이루게 된다. 이때, 이러한 구조를 갖는 OLED(10)는 제 1 전극(11)을 양극(anode)으로 제 2 전극(15)을 음극(cathode)으로 구성하게 된다.
한편, OLED 내부에는 외부의 수분을 차단하는 흡습제(미도시)가 형성된다.
그러나 이러한 OLED(10)는 외부광의 세기에 따라 콘트라스트가 크게 감소하는 단점이 있다. 따라서, 외부광에 의한 콘트라스트의 저하를 방지하기 위하여 외부광 차단용 편광판(60)을 OLED(10)에 부착 형성한다.
즉, OLED(10)는 유기발광층(13)을 통해 발광된 빛의 투과방향에 외부로부터 입사되는 외부광을 차단하는 편광판(60)을 형성함으로써, 콘트라스트를 향상시키게 된다.
이러한 편광판(60)은 외부광을 차단하기 위한 편광판으로, 제 2 기판(3)의 외면에 부착된 1/4λ 위상차판(30)과 선편광판(40)으로 구성된다. 여기서, 도 2를 참조하여 편광판(60)의 구조에 대해 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
도 2에 도시한 바와 같이, 편광판(60)은 편광판(60)을 OLED(도 1의 10)에 부착하기 위한 제 1 접착층(23a)과 1/4λ 위상차판(20) 그리고 1/4λ 위상차판(20)과 선편광판(40)을 부착하기 위한 제 2 접착층(23b)으로 이루어진다.
여기서, 선편광판(40)은 빛의 편광특성을 변화시키는 편광층(41)과, 편광층(41)의 양측면에 형성되어 편광층(41)을 보호 및 지지하는 제 1 및 제 2 TAC 필름(41a, 41b)으로 구성된다.
그리고, 제 2 TAC 필름(41b)의 일측에 표면처리층(50)을 더욱 포함하는데, 표면처리층(50)은 실리카비드(silica bead : 미도시)가 포함된 눈부심방지(anti-glare)층 이거나, 편광판(60) 표면의 손상 방지를 위한 하드 코팅(hard coating)층 일 수 있다.
이때, 제 1 접착층(23a)의 하부로는 별도의 보호층(미도시)이 포함될 수 있는데, 이는 편광판(60) 부착공정에서 탈착되어 제 1 접착층(23a)을 노출시키며, 운반 및 이송 등의 과정에서 제 1 접착층(23a)이 오염되지 않도록 보호하는 역할을 한다.
따라서, 외부로부터 OLED(도 1의 10)로 입사되는 외부광은 1/4λ 위상차 판(30)과 선편광판(40)으로 된 편광판(60)을 통해 입사되고, 입사된 외부광은 제 1 전극(도 1의 11)에 의해 반사되어 그의 편광방향이 바뀌게 된다. 따라서, 입사된 외부광은 편광판(60)을 투과하지 못하게 되어 외부로 나오지 못하고 소멸 간섭을 일으키게 된다.
그러나, 편광판(60)은 가시광 영역대의 모든 빛의 편광방향을 바꿔주지 못해, 외부광이 OLED(도 1의 10)의 제 2 전극(도 1의 15) 및 구동 박막트랜지스터(도 1의 DTr)의 소스 및 드레인전극(미도시) 그리고 게이트전극(미도시) 등에서 반사되는 문제점을 발생하게 된다.
이렇게 OLED(도 1의 10)의 전극에서 반사되는 빛에 의해 콘트라스트가 저하되게 된다.
또한, 전술한 바와 같이 OLED(도 1의 10)에 부착되는 편광판(60)은 그 구성요소가 너무 많아 제조원가를 상승시키게 된다.
그리고, 편광판(60)을 이루는 각층은 적어도 수십㎛의 두께를 가짐으로써, 편광판(60)은 적어도 200㎛ 이상의 두께를 갖게 된다. 따라서, OLED(도 1의 10) 전체 두께를 증가시키게 되는 문제점을 야기하게 된다.
또한, 제 1 및 제 2 접착층(23a, 23b)에 의해 빛의 손실이 발생하여 휘도가 감소되는 문제가 발생하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, OLED의 콘트라스트를 향상시키고자 하는 것을 제 1 목적으로 한다.
또한, 박형의 OLED를 제공하고자 하는 것을 제 2 목적으로 한다.
또한, OLED의 공정비용을 절감하고자 하는 것을 제 3 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 제 1 기판 상에 형성된 구동 박막트랜지스터와; 상기 구동 박막트랜지스터 상부에 형성되며, 제 1 및 제 2 전극과 제 1 및 제 2 전극 사이에 구비된 유기발광층으로 이루어진 유기전계발광 다이오드와; 상기 제 1 기판과 이격되어 합착된 제 2 기판과; 상기 제 2 기판의 외측에 형성되며, 제 1 굴절층과 제 2 굴절층으로 이루어진 외부광 차단층을 포함하며, 상기 제 1 전극의 가장자리를 따라 형성되는 흑색의 뱅크(bank)를 포함하는 유기전계발광소자를 제공한다.
상기 뱅크는 유기절연재질인 블랙 수지, 그래파이트 파우더(graphite powder), 그라비아 잉크, 블랙 스프레이, 블랙 에나멜 중 선택된 하나이며, 상기 제 1 굴절층과 상기 제 2 굴절층은 교번하여 반복 증착된다.
이때, 상기 제 1 굴절층은 상기 제 2 굴절층에 비해 큰 굴절율을 가지며, 상기 제 1 굴절층은 1.8 이상의 굴절율을 가지며, 빛의 흡수를 위하여 어두운 색을 갖는 티타늄옥사이드(TiO2), 실리콘나이트라이드(Si3N4), 크롬 옥사이드(CrOx), 탄탈륨옥사이드(Ta2O5) 중 선택된 하나이다.
또한, 상기 제 2 굴절층은 1.4 이하의 굴절율을 가지며, 실로잔(siloxane) 계열 또는 실리콘옥사이드(SiO2)중 선택된 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 화소영역을 포함하는 제 1 기판의 일면에 구동 박막트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 구동 박막트랜지스터와 전기적으로 연결되며, 상기 각 화소영역 내에 제 1 전극을 형성하는 단계와; 상기 각 화소영역을 둘러싸며, 흑색의 블랙재료로 뱅크를 형성하는 단계와; 상기 제 1 전극 상부로 유기발광층을 형성하는 단계와; 상기 유기발광층 상부로 제 2 전극을 형성하는 단계와; 상기 제 1 기판과 투명한 제 2 기판을 접착시키는 단계와; 상기 제 2 기판 상부에 제 1 굴절층을 형성하는 단계와; 상기 제 1 굴절층 상부에 제 2 굴절층을 형성하는 단계를 포함하는 유기전계발광소자 제조방법을 제공한다.
상기 뱅크는 유기절연재질인 블랙 수지, 그래파이트 파우더(graphite powder), 그라비아 잉크, 블랙 스프레이, 블랙 에나멜 중 선택된 하나로 형성하며, 상기 제 2 굴절층 상부에 제 3 굴절층과 제 4 굴절층을 더욱 형성한다.
또한, 상기 제 1 및 제 3 굴절층은 상기 제 2 및 제 4 굴절층에 비해 큰 굴절율을 가지며, 상기 제 1 및 제 3 굴절층은 1.8 이상의 굴절율을 가지며, 빛의 흡수를 위하여 어두운 색을 갖는 티타늄옥사이드(TiO2), 실리콘나이트라이드(Si3N4), 크롬 옥사이드(CrOx), 탄탈륨옥사이드(Ta2O5) 중 선택된 하나인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제 2 및 제 4 굴절층은 1.4 이하의 굴절율을 가지며, 실로잔(siloxane) 계열 또는 실리콘옥사이드(SiO2)중 선택된 하나이며, 상기 제 1 내지 제 4 굴절층은 잉크젯(inkjet) 장치, 노즐(nozzle) 코팅, 바(bar) 코팅, 슬릿(slit) 코팅, 스핀(spin) 코팅 장치 또는 프린트(print) 장치를 통해 형성하는 것을 특징으로 한다.
위에 상술한 바와 같이, 본 발명의 특징은 OLED의 제 2 기판 외면에 외부광 차단층을 형성하고, 뱅크를 블랙재료로 형성함으로써, 외부광 반사가 최소화되고, 콘트라스트가 더욱 향상되게 되며, 기존에 비해 전체적으로 소자의 두께를 얇게 형성할 수 있는 효과가 있다. 이는 제조 원가 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 기존의 접착층에 의해 빛의 손실이 발생하여 휘도가 감소되었던 문제를 방지할 수 있는 효과가 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 OLED를 개략적으로 도시한 단면도이며, 도 4는 도 3의 일부를 확대 도시한 단면도이다.
한편, OLED(100)는 발광된 빛의 투과방향에 따라 상부 발광방식(top emission type)과 하부 발광방식(bottom emission type)으로 나뉘게 되는데, 이하 본 발명에서는 상부 발광방식을 일예로 설명하도록 하겠다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 상부발광 방식 유기전계발광소자(100)는 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)와 유기전계 발광 다이오드(E)가 형성된 제 1 기판(101)과, 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판(103)으로 구성되고 있다.
여기서, 제 1 기판(101) 상에는 반도체층(201)이 형성되는데, 반도체층(201)은 실리콘으로 이루어지며 그 중앙부는 채널을 이루는 액티브영역(201a) 그리고 액티브영역(201a) 양측면으로 고농도의 불순물이 도핑된 소스 및 드레인영역(201b, 201c)으로 구성된다.
이러한 반도체층(201) 상부로는 게이트절연막(203)이 형성되어 있다.
게이트절연막(203) 상부로는 반도체층(201a)에 대응하여 게이트전극(205)과 도면에 나타내지 않았지만 일방향으로 연장하는 게이트배선이 형성되어 있다.
또한, 게이트전극(205)과 게이트배선(미도시) 상부 전면에 제 1 층간절연막(207a)이 형성되어 있으며, 이때 제 1 층간절연막(207a)과 그 하부의 게이트절연막(203)은 액티브영역(201a) 양측면에 위치한 소스 및 드레인영역(201b, 201c)을 각각 노출시키는 제 1, 2 반도체층 콘택홀(209a, 209b)을 구비한다.
다음으로, 제 1, 2 반도체층 콘택홀(209a, 209b)을 포함하는 제 1 층간절연막(207a) 상부로는 서로 이격하며 제 1, 2 반도체층 콘택홀(209a, 209b)을 통해 노출된 소스 및 드레인영역(201b, 201c)과 각각 접촉하는 소스 및 드레인 전극(211, 213)이 형성되어 있다.
그리고, 소스 및 드레인전극(211, 213)과 두 전극(211, 213) 사이로 노출된 제 1 층간절연막(207a) 상부로 드레인전극(213)을 노출시키는 드레인콘택홀(215)을 갖는 제 2 층간절연막(207b)이 형성되어 있다.
이때, 소스 및 드레인 전극(211, 213)과 이들 전극(211, 213)과 접촉하는 소스 및 드레인영역(201b, 201c)을 포함하는 반도체층(201)과 반도체층(201) 상부에 형성된 게이트절연막(203) 및 게이트전극(205)은 구동 박막트랜지스터(DTr)를 이루게 된다.
이때 도면에 나타나지 않았지만, 게이트배선(미도시)과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터배선(미도시)이 형성되어 있다.
또한, 제 2 층간절연막(207b) 상부의 실질적으로 화상을 표시하는 영역에는 유기전계발광 다이오드(E)를 구성하는 제 1 전극(111)과 유기발광층(113) 그리고 제 2 전극(115)이 순차적으로 형성되어 있다.
제 1, 2 전극(111, 115)과 그 사이에 형성된 유기발광층(113)은 유기전계발광 다이오드(E)를 이루게 된다.
제 1 전극(111)은 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인전극(213)과 연결된다.
이와 같은 경우에, 제 1 전극(111)은 애노드(anode) 전극의 역할을 하도록 일함수 값이 비교적 큰 투명 도전성 물질로 형성하는 것이 바람직하다.
이때, 제 2 전극(115)은 이중층 구조로, 일함수가 낮은 금속 물질을 얇게 증착한 반투명 금속막 상에 투명한 도전성 물질을 두껍게 증착된 이층 구조이다.
따라서, 유기발광층(113)에서 발광된 빛은 제 2 전극(115)을 향해 방출되는 상부 발광방식으로 구동된다.
그리고, 유기발광층(113)은 발광물질로 이루어진 단일층으로 구성될 수도 있 으며, 발광 효율을 높이기 위해 정공주입층(hole injection layer), 정공수송층( hole transporting layer), 발광층(emitting material layer), 전자수송층(electron transporting layer) 및 전자주입층(electron injection layer)의 다중층으로 구성될 수도 있다.
이러한 OLED(100)는 선택된 색 신호에 따라 제 1 전극(111)과 제 2 전극(115)으로 소정의 전압이 인가되면, 제 1 전극(111)으로부터 주입된 정공과 제 2 전극(115)으로부터 제공된 전자가 유기발광층(113)으로 수송되어 엑시톤(exciton)을 이루고, 이러한 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 천이 될 때 빛이 발생되어 가시광선의 형태로 방출된다.
이때, 발광된 빛은 투명한 제 2 전극(115)을 통과하여 외부로 나가게 되므로, OLED(100)는 임의의 화상을 구현하게 된다.
한편, 제 1 전극(111)은 각 화소영역별로 형성되는데, 각 화소영역 별로 형성된 제 1 전극(111) 사이에는 뱅크(bank : 221)가 위치한다.
즉, 뱅크(221)는 기판(101) 전체적으로 격자 구조의 매트릭스 타입으로 형성되어, 뱅크(221)를 각 화소영역 별 경계부로 하여 제 1 전극(111)이 화소영역별로 분리된 구조로 형성되어 있다.
특히, 본 발명의 뱅크(221)는 외부광으로부터 OLED(100)의 전극(소스 및 드레인전극(211, 213), 게이트전극(205), 제 2 전극(115) 등)에 의해 반사되는 빛을 흡수하기 위하여, 빛의 흡수가 잘되는 블랙재료(black material)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
즉, 일반적인 형태의 뱅크(221)는 흰색 또는 베이지색으로 반사도가 높으나, 본 발명의 뱅크(221)는 빛을 흡수할 수 있는 블랙재료로 구성함으로써, OLED(100)의 전극에 의해 반사되는 빛을 흡수하게 된다.
여기서, 블랙재료는 흑색의 수지라면 어느 것이든 사용될 수 있으나, 유전율이 높은 블랙재료는 유기전계발광 다이오드(E)의 제 1 전극(111) 및 차후 설명할 제 2 전극(115)과의 전기적 쇼트(short)를 발생시킬 수 있다.
따라서, 바람직하게는 유전율이 낮은 감광성의 유기절연재질인 블랙 수지, 그래파이트 파우더(graphite powder), 그라비아 잉크, 블랙 스프레이, 블랙 에나멜 중 하나를 사용한다.
이러한 구동 박막트랜지스터(DTr)와 유기전계발광 다이오드(E) 상부에는 제 2 기판(103)을 구비하여, 제 1 및 제 2 기판(101, 103)은 접착성을 갖는 보호층(120)을 통해 서로 이격되어 합착된다.
이때, 제 2 기판(103)은 유리, 플라스틱, 스테인리스 스틸(stainless steel) 등을 재료로 하여 형성할 수 있는데, 본 발명은 상부 발광방식 OLED(100)이므로 유리, 플라스틱과 같이 투명한 재질을 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 제 2 기판(103)의 상부에는 외부광에 의한 콘트라스트의 저하를 방지하기 위하여 외부광 차단층(300)이 증착되어 있는 것을 특징으로 한다.
외부광 차단층(300)은 고굴절층과 저굴절층이 교번하여 반복 형성된 다층으로 이루어진다. 이러한 외부광 차단층(300)에 의해 외부광은 흡수 및 비반사(anti-reflective)된다.
따라서, 본 발명의 OLED(100)는 외부광 차단층(300)에 의해 외부광을 흡수 및 비반사 시키며, OLED(100) 내부로 입사된 일부 외부광이 OLED(100)의 전극(211, 213, 205, 115)에 의해 반사되는 빛은 흑색의 뱅크(221)에 의해 흡수되어, 본 발명의 OLED(100)의 콘트라스트비를 향상시키게 된다.
여기서, 외부광 차단층(300)에 대해 좀더 자세히 살펴보면, 외부광 차단층(300)은 제 2 기판(103)의 표면에서부터 고굴절층(301, 303)과 저굴절층(305a, 305b)이 교번하여 반복 증착된다. 즉, 본 발명의 외부광 차단층(300)은 제 2 기판(103) 상에 제 1 고굴절층(301)과 제 1 저굴절층(305a) 그리고 제 2 고굴절층(303)과 제 2 저굴절층(305b)이 순차적으로 형성된다.
여기서, 고굴절층(301, 303)은 빛의 편광 여하에 따라 1.8 이상의 굴절율을 가지며, 고굴절층(301, 303)은 고굴절율을 가지면서 빛의 흡수를 위하여 어두운 색을 갖는 티타늄옥사이드(TiO2), 실리콘나이트라이드(Si3N4), 크롬 옥사이드(CrOx), 탄탈륨옥사이드(Ta2O5) 이루어진 군에서 선택된 하나의 것으로 이루어질 수 있다.
그리고 저굴절층(305a, 305b)은 1.4 이하의 굴절율을 가지며, 이러한 저굴절층(305a, 305b)은 실로잔(siloxane) 계열 또는 실리콘옥사이드(SiO2)로 이루어질 수 있다.
이렇듯, 1.0 이상의 굴절율 차이를 갖는 고굴절층(301, 303)과 저굴절층(305a, 305b)을 교번하여 증착하면, 고굴절층(301, 303)과 저굴절층(305a, 305b)의 막의 계면에서 발생하는 굴절 및 반사된 빛 사이의 간섭으로 인해 외부광의 소멸간섭 효과가 뛰어나게 된다.
이때, 저굴절층(305a, 305b)의 두께가 고굴절층(301, 303)의 두께보다 두꺼울수록 바람직하고, 저굴절층(305a, 305b)의 두께는 10 ~ 150nm이고 고굴절층(301, 303)의 두께는 5 ~ 100nm 인 것이 바람직하다. 이때, OLED(도 3의 100)의 전체 두께를 고려하여 외부광 차단층(300)의 총 두께는 1㎛이하로 형성하는 것이 바람직하다.
이에, 본 발명의 외부광 차단층(300)의 제 1 고굴절층(301)의 두께는 10nm이며, 제 2 고굴절층(303)의 두께는 59nm 그리고 제 1 및 제 2 저굴절층(305a, 305b)의 두께는 95nm로, 외부광에 대해 충분한 소멸간섭 효과를 얻을 수 있다.
따라서, OLED(도 3의 100)가 외부광의 세기에 따라 콘트라스트가 크게 감소함으로써 외부광에 의한 콘트라스트의 저하가 발생되는데, 본 발명은 외부광 차단층(300)에 의해 외부로부터 입사되는 외부광의 반사를 최소화함으로써, 콘트라스트의 저하를 방지하고 향상시키게 된다.
특히, OLED(도 3의 100) 내부로 입사된 일부 외부광이 OLED(도 3의 100)의 전극(도 3의 211, 213, 205, 115)에 의해 반사되는 빛은 흑색의 뱅크(도 4의 221)에 의해 흡수됨으로써, 본 발명의 OLED(도 3의 100)의 콘트라스트비를 더욱 향상시키게 된다.
이를 통해, 기존의 외부광 차단을 위해 부착하였던 고가의 편광판(도 2의 60)을 삭제할 수 있으므로, 제조원가 비용을 절감시킬 수 있다.
또한, 기존의 편광판(도 2의 60)을 이루는 각층은 적어도 수십㎛의 두께를 가짐으로써, 편광판(도 2의 60)은 적어도 200㎛ 이상의 두께를 갖게 된다. 따라서, OLED(도 3의 100) 전체 두께를 증가시키게 되는 문제점을 야기되나, 본 발명의 외부광 차단층(300)은 전체 두께가 1㎛ 이하이므로, OLED(도 3의 100)의 전체 두께가 증가되는 문제점을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 외부광 차단층(300)은 별도의 접착층(도 2의 23a, 23b)을 필요로 하지 않는다. 따라서, 기존의 편광판(도 2의 60)의 접착층(도 2의 23a, 23b)에 의해 빛의 손실이 발생하여 휘도가 감소되었던 문제를 방지할 수 있다.
| 반사율 | 4% |
| 투과율 | 60% |
| 흡수율 | 36% |
표(1)
표(1)은 본 발명의 OLED의 반사율과 투과율 그리고 흡수율이 100%일 때, 이들 각각이 차지하는 비율을 나타낸 표이다.
반사율은 외부광에 대한 반사율을 나타내는데, 이는 기존의 편광판이 갖는 반사율과 유사한 반사율을 갖는다.
그리고, 흡수율은 기존의 편광판이 갖는 흡수율에 비해 높은 흡수율을 가지나, 투과율이 기존의 편광판이 갖는 투과율에 비해 약 20% 정도 향상되는데, 이를 통해 고휘도를 구현할 수 있어, 소비전력을 감소시킬 수 있다.
즉, 본 발명의 OLED(도 3의 100)는 기존의 편광판(도 2의 60)을 부착하였을 때와 동일한 외부광 반사율을 갖는 동시에, 높은 투과율을 갖는 것을 알 수 있다.
특히, 본 발명의 OLED는 OLED(도 3의 100) 내부로 입사된 일부 외부광이 OLED(도 3의 100)의 전극(도 3의 211, 213, 205, 115)에 의해 반사되는 빛은 흑색 의 뱅크(도 4의 221)에 의해 흡수됨으로써, 기존에 비해 콘트라스트비를 더욱 향상시키게 된다.
도 5a ~ 5j는 본 발명의 실시예에 따른 상부 발광방식 OLED의 유기전계발광 다이오드 기판의 제조 단계별 단면도이다.
도 5a에 도시한 바와 같이, 기판(101) 상에 구동 박막트랜지스터(DTr)를 형성하는데, 구동 박막트랜지스터(DTr)는 반도체층(201)과 반도체층(201) 상부에 형성된 게이트절연막(203) 및 게이트전극(205) 그리고 게이트전극(205) 상부에 형성된 제 1 층간절연막(207a) 및 소스 및 드레인전극(211, 213)으로 이루어진다.
그리고, 소스 및 드레인전극(211, 213)과 두 전극(211, 213) 사이로 노출된 제 1 층간절연막(207a) 상부로, 드레인전극(213)을 노출하는 드레인콘택홀(215)을 갖는 제 2 층간절연막(207b)이 형성되어 있다.
도면상에 도시하지는 않았지만 이의 형성방법에 대해 좀더 자세히 살펴보면, 비정질실리콘을 증착한 후, 포토레지스트의 도포, 마스크를 통한 노광, 노광된 포토레지스트의 현상 및 현상후 남아 있는 포토레지스트 외부로 노출된 비정질실리콘층의 식각 및 남아 있는 포토레지스트의 애싱(ashing) 또는 스트립(strip) 등의 마스크 공정을 통한 패터닝이라 칭하는 일련의 공정을 진행하여 반도체층(201)을 형성한다.
이때, 반도체층(201)의 탈수소 과정을 거쳐 열처리에 의해 폴리실리콘으로 결정화하는 공정을 더욱 포함한다.
다음으로 반도체층(201)이 형성된 기판(101) 상에 제 1 절연물질 및 제 1 금 속층을 차례대로 증착한 후, 앞서 설명한 바와 같이 마스크 공정을 통해 반도체층(201)의 중앙부에 제 1 절연물질을 게이트절연막(203)으로 형성한다.
그리고 게이트절연막(203)을 하부층으로 하여 제 1 금속층을 게이트전극(205)으로 형성한다.
여기서, 제 1 절연물질은 무기절연물질인 질화실리콘(SiNx) 또는 산화실리콘(Si02) 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
그리고, 제 1 금속층은 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(AlNd), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 텅스텐(W) 등의 금속 물질 중에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 물질을 증착하여 단일층 또는 이중층으로 하는 것이 바람직하다.
다음으로 반도체층(201)이 형성된 기판(101)에 있어서, 게이트전극(205) 및 게이트배선(미도시) 외부로 노출된 게이트절연막(203)을 식각하여 제거한 후, 기판(101) 상에 적정 도즈량을 갖는 이온주입에 의해 n+ 또는 p+ 도핑을 실시한다.
이때, 반도체층(201)에 있어서 게이트전극(205)에 의해 이온주입이 블록킹된 부분은 액티브층(201a)을 형성하게 되고, 그 외의 이온주입된 액티브 영역은 소스 및 드레인영역(201b, 201c)을 형성하게 된다.
이로써 액티브영역(201a)과 소스 및 드레인영역(201b, 201c)으로 이루어진 반도체층(201)을 완성하게 된다.
다음으로 게이트전극(205)을 포함하여 노출된 소스 및 드레인영역(201b, 201c) 상부로 무기절연물질을 증착하고 마스크공정을 진행하여 패터닝함으로써, 게 이트전극(205) 양측의 소스 및 드레인영역(201b, 201c) 일부를 각각 노출시키는 제 1, 2 반도체층 콘택홀(209a, 209b)을 갖는 제 1 층간절연막(207a)을 형성한다.
다음으로 제 1, 2 반도체층 콘택홀(209a, 209b)을 갖는 제 1 층간절연막(207a)이 형성된 기판(101) 전면에 금속물질을 증착하고 마스크공정을 진행하여 패터닝함으로써 제 1, 2 반도체층 콘택홀(209a, 209b)을 통해 각각 소스 및 드레인영역(201b, 201c)과 접촉하는 소스 및 드레인전극(211, 213)을 형성한다.
이때, 소스 및 드레인전극(211, 213)은 게이트전극(205)을 사이에 두고 서로 이격하게 위치한다.
다음으로 소스 및 드레인전극(211, 213)이 형성된 기판(101) 전면에 포토아크릴(photo acryl) 또는 벤조사이클로부텐(BCB) 등의 유기절연물질을 도포하고 마스크공정을 통해 패터닝함으로써, 기판(101) 전면에 제 2 층간절연막(207b)을 형성한다.
이때, 제 2 층간절연막(207b)은 드레인전극(213)을 노출하는 드레인전극 콘택홀(215)을 가진다.
다음으로, 도 5b에 도시한 바와 같이, 제 2 층간절연막(207b)의 상부로는 유기전계발광 다이오드(E)를 구성하는 일 구성요소로써 양극(anode)을 이루는 제 1 전극(111)을 형성한다.
다음으로, 도 5c에 도시한 바와 같이, 제 1 전극(111)의 상부에 감광성 유기절연재질 예를 들면 블랙 수지, 그래파이트 파우더(graphite powder), 그라비아 잉크, 블랙 스프레이, 블랙 에나멜 중 하나를 도포하고 이를 패터닝함으로써 제 1 전 극(111) 상부로 뱅크(221)를 형성한다.
뱅크(221)는 기판(101) 전체적으로 격자 구조의 매트릭스 타입으로 형성되어 화소영역 간을 구분하게 된다.
특히, 본 발명의 뱅크(221)는 빛을 흡수할 수 있는 블랙재료로 구성함으로써, OLED(100) 내부로 입사된 일부 외부광이 OLED(100)의 전극(211, 213, 205)에 의해 반사되는 빛은 흑색의 뱅크(221)에 의해 흡수하게 된다.
다음으로, 도 5d에 도시한 바와 같이 뱅크(221) 상부에 유기발광물질을 도포 또는 증착하여 유기발광층(113)을 형성한다.
이때 도면에 나타나지 않았지만, 유기발광층(113)은 발광물질로 이루어진 단일층으로 구성될 수도 있으며, 발광 효율을 높이기 위해 정공주입층(hole injection layer), 정공수송층( hole transporting layer), 발광층(emitting material layer), 전자수송층(electron transporting layer) 및 전자주입층(electron injection layer)의 다중층으로 구성할 수도 있다.
다음으로, 도 5e에 도시한 바와 같이 유기발광층(113) 상부에 일함수가 낮은 금속 물질을 얇게 증착한 반투명 금속막 상에 투명한 도전성 물질을 두껍게 증착한 제 2 전극(227)을 형성함으로써, 유기전계발광 다이오드(E)를 완성하게 된다.
다음으로, 도 5f에 도시한 바와 같이, 유기전계발광 다이오드(E) 상부에 제 2 기판(103)을 형성한다.
제 2 기판(103)은 진공 또는 불활성 기체 분위기에서 제 1 기판(101)과 서로 이격되어 접착성을 갖는 보호층(120)을 통해 접착되도록 한다.
다음으로 도 5g에 도시한 바와 같이, 제 2 기판(103)의 상부에 제 1 고굴절층(301)을 증착한다.
이러한 제 1 고굴절층(301)은 티타늄옥사이드(TiO2), 실리콘나이트라이드(Si3N4), 크롬 옥사이드(CrOx), 탄탈륨옥사이드(Ta2O5) 이루어진 군에서 선택된 하나의 것으로 이루어질 수 있다.
이러한 제 1 고굴절층(301)의 두께는 5 ~ 100nm로 증착하나, 제 1 고굴절층(301)을 크롬 옥사이드(CrOx)로 증착할 경우 이의 두께는 10nm인 것이 바람직하다.
이러한 제 1 고굴절층(301)은 잉크젯(inkjet) 장치, 노즐(nozzle) 코팅, 바(bar) 코팅, 슬릿(slit) 코팅, 스핀(spin) 코팅 장치 또는 프린트(print) 장치 등을 이용하여 전면에 코팅함으로써 형성한다.
다음으로, 도 5h에 도시한 바와 같이, 제 1 고굴절층(301) 상부에 제 1 저굴절층(305a)을 증착하는데, 제 1 저굴절층(305a)은 실로잔(siloxane) 계열 또는 실리콘옥사이드(SiO2)로 증착한다.
이러한 제 1 저굴절층(305a)의 두께는 10 ~ 150nm로 증착하나, 제 1 저굴절층(305a)을 실리콘옥사이드(SiO2)로 증착할 경우 이의 두께는 95nm인 것이 바람직하다.
이러한 제 1 저굴절층(305a) 또한 제 1 고굴절층(301)과 마찬가지로 잉크젯(inkjet) 장치, 노즐(nozzle) 코팅, 바(bar) 코팅, 슬릿(slit) 코팅, 스핀(spin) 코팅 장치 또는 프린트(print) 장치 등을 이용하여 전면에 코팅함으로써 형성한다.
다음으로, 도 5i에 도시한 바와 같이, 제 1 저굴절층(305a) 상부에 제 2 고굴절층(303)을 증착하는데, 제 2 고굴절층(303) 또한 티타늄옥사이드(TiO2), 실리콘나이트라이드(Si3N4), 크롬 옥사이드(CrOx), 탄탈륨옥사이드(Ta2O5) 이루어진 군에서 선택된 하나의 것으로 이루어질 수 있다.
이러한 제 2 고굴절층(303)의 두께 또한 제 1 고굴절층(301)과 마찬가지로 5 ~ 100nm로 증착하나, 제 2 고굴절층(303)을 티타늄옥사이드(TiO2)로 증착할 경우 이의 두께는 59nm인 것이 바람직하다.
이러한 제 2 고굴절층(303) 또한 잉크젯(inkjet) 장치, 노즐(nozzle) 코팅, 바(bar) 코팅, 슬릿(slit) 코팅, 스핀(spin) 코팅 장치 또는 프린트(print) 장치 등을 이용하여 전면에 코팅함으로써 형성한다.
그리고, 도 5j에 도시한 바와 같이 제 2 고굴절층(303) 상부에 제 2 저굴절층(305b)을 형성함으로써, 외부광의 반사율을 최소화한 OLED(100)를 완성하게 된다.
제 2 저굴절층(305b) 역시 실로잔(siloxane) 계열 또는 실리콘옥사이드(SiO2)로 증착하며, 제 2 저굴절층(305b)의 두께는 10 ~ 150nm로 증착하나, 제 2 저굴절층(305b)을 실리콘옥사이드(SiO2)로 증착할 경우 이의 두께는 95nm인 것이 바람직하다.
또한, 제 2 저굴절층(305b) 또한 잉크젯(inkjet) 장치, 노즐(nozzle) 코팅, 바(bar) 코팅, 슬릿(slit) 코팅, 스핀(spin) 코팅 장치 또는 프린트(print) 장치 등을 이용하여 전면에 코팅함으로써 형성한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 OLED(도 3의 100)는 외부광 차단층(300)을 통해 일부 빛들의 반사를 줄일 수 있으며, 뱅크(도 4의 221)를 블랙재질로 형성함으로써 LED(도 3의 100) 내부로 입사된 일부 외부광이 OLED(도 3의 100)의 전극(도 3의 211, 213, 205, 115)에 의해 반사되는 빛이 흑색의 뱅크(도 4의 221)에 의해 흡수되도록 함으로써, 기존에 비해 콘트라스트비를 더욱 향상시키게 된다.
이를 통해, 기존의 외부광 차단을 위해 부착하였던 고가의 편광판(도 2의 60)을 삭제할 수 있으므로, 제조원가 비용을 절감시킬 수 있다.
또한, 기존의 편광판(도 2의 60)을 이루는 각층은 적어도 수십㎛의 두께를 가짐으로써, 편광판(도 2의 60)은 적어도 200㎛ 이상의 두께를 갖게 된다. 따라서, OLED(도 3의 100) 전체 두께를 증가시키게 되는 문제점을 야기되나, 본 발명의 외부광 차단층(300)은 전체 두께가 1㎛ 이하이므로, OLED(도 3의 100)의 전체 두께는 기존에 비해 전체적으로 소자의 두께를 얇게 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 외부광 차단층(300)은 별도의 접착층(도 2의 23a, 23b)을 필요로 하지 않는다. 따라서, 기존의 편광판(도 2의 60)의 접착층(도 2의 23a, 23b)에 의해 빛의 손실이 발생하여 휘도가 감소되었던 문제를 방지할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
도 1은 일반적인 액티브 매트릭스 타입 OLED의 단면을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 편광판의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 상부 발광방식 OLED를 개략적으로 도시한 단면도.
도 4는 도 3의 일부를 확대 도시한 단면도.
도 5a ~ 5j는 본 발명의 실시예에 따른 상부 발광방식 OLED의 유기전계발광 다이오드 기판의 제조 단계별 단면도이다.
Claims (13)
- 제 1 기판 상에 형성된 구동 박막트랜지스터와;상기 구동 박막트랜지스터 상부에 형성되며, 제 1 및 제 2 전극과 제 1 및 제 2 전극 사이에 구비된 유기발광층으로 이루어진 유기전계발광 다이오드와;상기 제 1 기판과 이격되어 합착된 제 2 기판과;상기 제 2 기판의 외측에 형성되며, 제 1 굴절층과 제 2 굴절층으로 이루어진 외부광 차단층을 포함하며, 상기 제 1 전극의 가장자리를 따라 형성되는 흑색의 뱅크(bank)를 포함하는 유기전계발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 뱅크는 유기절연재질인 블랙 수지, 그래파이트 파우더(graphite powder), 그라비아 잉크, 블랙 스프레이, 블랙 에나멜 중 선택된 하나인 유기전계발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 굴절층과 상기 제 2 굴절층은 교번하여 반복 증착되는 유기전계발 광소자.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 1 굴절층은 상기 제 2 굴절층에 비해 큰 굴절율을 갖는 유기전계발광소자.
- 제 4 항에 있어서,상기 제 1 굴절층은 1.8 이상의 굴절율을 가지며, 빛의 흡수를 위하여 어두운 색을 갖는 티타늄옥사이드(TiO2), 실리콘나이트라이드(Si3N4), 크롬 옥사이드(CrOx), 탄탈륨옥사이드(Ta2O5) 중 선택된 하나인 유기전계발광소자.
- 제 4 항에 있어서,상기 제 2 굴절층은 1.4 이하의 굴절율을 가지며, 실로잔(siloxane) 계열 또는 실리콘옥사이드(SiO2)중 선택된 하나인 유기전계발광소자.
- 화소영역을 포함하는 제 1 기판의 일면에 구동 박막트랜지스터를 형성하는 단계와;상기 구동 박막트랜지스터와 전기적으로 연결되며, 상기 각 화소영역 내에 제 1 전극을 형성하는 단계와;상기 각 화소영역을 둘러싸며, 흑색의 블랙재료로 뱅크를 형성하는 단계와;상기 제 1 전극 상부로 유기발광층을 형성하는 단계와;상기 유기발광층 상부로 제 2 전극을 형성하는 단계와;상기 제 1 기판과 투명한 제 2 기판을 접착시키는 단계와;상기 제 2 기판 상부에 제 1 굴절층을 형성하는 단계와;상기 제 1 굴절층 상부에 제 2 굴절층을 형성하는 단계를 포함하는 유기전계발광소자 제조방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 뱅크는 유기절연재질인 블랙 수지, 그래파이트 파우더(graphite powder), 그라비아 잉크, 블랙 스프레이, 블랙 에나멜 중 선택된 하나로 형성하는 유기전계발광소자 제조방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 제 2 굴절층 상부에 제 3 굴절층과 제 4 굴절층을 더욱 형성하는 유기 전계발광소자 제조방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 제 1 및 제 3 굴절층은 상기 제 2 및 제 4 굴절층에 비해 큰 굴절율을 갖는 유기전계발광소자 제조방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 제 1 및 제 3 굴절층은 1.8 이상의 굴절율을 가지며, 빛의 흡수를 위하여 어두운 색을 갖는 티타늄옥사이드(TiO2), 실리콘나이트라이드(Si3N4), 크롬 옥사이드(CrOx), 탄탈륨옥사이드(Ta2O5) 중 선택된 하나인 유기전계발광소자 제조방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 제 2 및 제 4 굴절층은 1.4 이하의 굴절율을 가지며, 실로잔(siloxane) 계열 또는 실리콘옥사이드(SiO2)중 선택된 하나인 유기전계발광소자 제조방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 제 1 내지 제 4 굴절층은 잉크젯(inkjet) 장치, 노즐(nozzle) 코팅, 바(bar) 코팅, 슬릿(slit) 코팅, 스핀(spin) 코팅 장치 또는 프린트(print) 장치를 통해 형성하는 유기전계발광소자 제조방법.
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