KR20110116508A - 유기전계발광소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기전계발광소자에 관한 것으로, 특히, 풀컬러 유기전계발광소자에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 유기발광층으로부터 발광된 빛이 나아가는 일면에 다수의 나노사이즈의 홀이 형성된 금속필터층을 형성하여, 금속필터층의 표면 플라즈몬 공명 현상(surface plasmon resonance effect)을 통해 풀컬러를 구현하는 것을 특징으로 한다.
이를 통해, 기존의 풀컬러 OLED에 비해 공정의 효율성을 향상시킬 수 있으며, 유기전계발광 다이오드의 수명 및 신뢰도가 저하되는 문제점을 방지할 수 있다.

Description

유기전계발광소자{Organic electro-luminescence device}

본 발명은 유기전계발광소자에 관한 것으로, 특히, 풀컬러 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 구성요소가 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 OLED는 유기전계발광 다이오드를 통해 발광하는 자발광소자로서, 유기전계발광 다이오드는 유기전계발광현상을 통해 발광하게 된다.

도 1은 일반적인 유기전계발광현상에 의한 발광원리를 갖는 유기전계발광 다이오드의 밴드다이어그램이다.

도시한 바와 같이, 유기전계발광 다이오드(10)는 애노드 및 캐소드전극(21, 25)과 이들 사이에 정공수송막(hole transport layer : HTL)(33)과 전자수송막(electron transport layer : ETL)(35) 그리고 정공수송막(33)과 전자수송막(35) 사이로 개재된 발광물질막(emission material layer : EML)(40)으로 이루어진다.

그리고, 발광 효율을 향상시키기 위하여 애노드전극(21)과 정공수송막(33) 사이로 정공주입막(hole injection layer : HIL)(37)이 개재되며, 캐소드전극(25)과 전자수송막(35) 사이로 전자주입막(electron injection layer : EIL)(39)이 개재된다.

이러한 유기전계발광 다이오드(10)는 애노드전극(21)과 캐소드전극(25)에 각각 양(+)과 음(-)의 전압이 인가되면 애노드전극(21)의 정공과 캐소드전극(25)의 전자가 발광물질막(40)으로 수송되어 엑시톤을 이루고, 이러한 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 천이될 때 빛이 발생되어 발광물질막(40)에 의해 가시광선의 형태로 방출된다.

한편, 최근 풀컬러 OLED의 연구가 활발히 진행되고 있는 추세에서, 이러한 유기전계발광 다이오드(10)는, 애노드 및 캐소드전극막(21, 25)을 제외한 나머지 구성요소인 정공주입막(37), 정공수송막(33), 발광막(40), 전자수송막(35) 및 전자주입막(39) 등과 같은 유기박막을 통해 원하는 색을 방출하게 할 수 있다.

즉, 각각의 화소들을 적, 녹, 청색을 방출하는 유기박막으로 구성하여, 이를 통해 풀컬러를 구현하는 것이다.

이러한, 풀컬러 OLED는 적, 녹, 청색을 발하는 유기박막을 각 색상별로 진공열증착방법을 통해 형성하는데, 진공열증착방법은, 유기물질을 배출구를 갖는 증착원에 안착시킨 후, 증착원을 진공이 유지되는 챔버 내에서 가열시켜 배출구를 통해 유기물질이 방출되도록 하여 기판 상에 증착하는 것이다.

이때, 원하는 패턴을 갖는 유기박막이 다수일 경우 다수의 개구부 패턴을 갖는 쉐도우마스크를 이용하는데, 즉, 다수의 개구부를 갖는 쉐도우마스크를 기판과 근접하여 위치시킨 후, 유기물질을 쉐도우마스크 통해 기판에 증착시킴으로써 소정의 패턴형태로 다수의 이격하는 패턴을 갖는 유기박막을 형성하는 것이다.

따라서, 이러한 OLED는 각 색상 별로 쉐도우마스크를 구비하여야 하며, 쉐도우마스크의 얼라인(align) 공정을 필요로 하게 된다. 특히 각 색상 별로 별도의 공정을 통해 적, 녹, 청색의 유기박막을 형성해야 하므로, 공정의 효율성이 낮아지게 된다.

또한, 최근에는 OLED의 사이즈(size)가 대면적화 되는 추세에 따라 상술한 쉐도우마스크의 사이즈 또한 대형화되고 있으며, 그 결과 쉐도우마스크의 자체 하중 증가에 따른 휨이나 처짐 등의 형태변형이 발생하게 된다.

따라서, 기판 상의 유기박막의 증착 정밀도 및 균일도가 저하되며, 이는 유기전계발광 다이오드(10)의 수명 및 신뢰도를 저하시키는 문제점을 야기하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 풀컬러 OLED를 제공하고자 하는 것을 제 1 목적으로 하며, 이의 공정의 효율성을 향상시키고자 하는 것을 제 2 목적으로 한다.

또한, 유기박막의 증착 정밀도 및 균일도를 향상시켜, OLED의 수명 및 신뢰도를 향상시키고자 하는 것을 제 3 목적으로 한다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 R, G, B 화소 별로 구동 박막트랜지스터가 형성된 제 1 기판과; 상기 각 구동 박막트랜지스터와 전기적으로 연결되며, 제 1 및 제 2 전극과 제 1 및 제 2 전극 사이에 구비된 유기발광층으로 이루어져 백색광을 구현하는 유기전계발광 다이오드와; 상기 제 1 기판과 이격되어 합착된 제 2 기판을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 전극 중 하나와 상기 유기발광층 사이에 나노사이즈의 홀이 형성된 금속필터층이 더욱 구성되는 유기전계발광소자를 제공한다.

이때, 상기 유기발광층으로부터 발광된 백색광은 상기 금속필터층의 표면 플라즈몬 공명 현상(surface plasmon resonance effect)을 통해 특정 파장대의 빛을 흡수하거나 산란하며, 상기 금속필터층은 금(Au), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag) 중 선택된 하나로 이루어진다.

그리고, 상기 금속필터층은 니켈(Ni) 또는 납(Pb)을 포함하는 다중층이며, 상기 금속필터층은 50 ~ 500nm의 두께이다.

또한, 상기 R 화소에 형성된 상기 금속필터층의 상기 홀은 150 ~ 300nm의 사이즈로 다수개 구성되며, 610nm의 자외선 영역을 제외한 파장대를 흡수 및 산란하며, 상기 G 화소에 형성된 상기 금속필터층의 상기 홀은 100 ~ 250nm의 사이즈로 다수개 구성되며, 540nm의 자외선 영역을 제외한 파장대를 흡수 및 산란하며, 상기 B 화소에 형성된 상기 금속필터층의 상기 홀은 50 ~ 200nm의 사이즈로 다수개 구성되며, 450nm의 자외선 영역을 제외한 파장대를 흡수 및 산란한다.

위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 유기발광층으로부터 발광된 빛이 나아가는 일면에 다수의 나노사이즈의 홀이 형성된 금속필터층을 형성함으로써, 풀컬러를 구현할 수 있으며, 기존의 풀컬러 OLED에 비해 공정의 효율성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 유기전계발광 다이오드의 수명 및 신뢰도가 저하되는 문제점을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 유기전계발광현상에 의한 발광원리를 갖는 유기전계발광 다이오드의 밴드다이어그램.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 OLED의 단면을 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 도 2의 OLED의 유기전계발광현상에 의한 발광원리를 갖는 밴드다이어그램.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 금속필터층에 의해 R, G, B 컬러가 구현되는 OLED을 개략적으로 도시한 단면도.
도 5는 도 4의 R, G, B 컬러의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 OLED의 단면을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 3은 도 2의 OLED의 유기전계발광현상에 의한 발광원리를 갖는 밴드다이어그램이다.

설명에 앞서, OLED(100)는 발광된 빛의 투과방향에 따라 상부 발광방식(top emission type)과 하부 발광방식(bottom emission type)으로 나뉘게 되는데, 하부 발광방식은 안정성 및 공정이 자유도가 높아, 하부 발광방식에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이하 본 발명의 OLED(100)는 하부 발광방식이다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 OLED(100)의 화소영역(P)에는 다수의 구동 박막트랜지스터(DTr)와 유기전계발광 다이오드(E)가 형성된다.

이에 대해 좀더 자세히 살펴보면, OLED(100)의 화소영역(P)의 제 1 기판(101) 상에는 반도체층(103)이 형성되는데, 반도체층(103)은 실리콘으로 이루어지며 그 중앙부는 채널을 이루는 액티브영역(103b) 그리고 액티브영역(103b) 양측면으로 고농도의 불순물이 도핑된 소스 및 드레인영역(103a, 103c)으로 구성된다.

이러한 반도체층(103) 상부로는 게이트절연막(105)이 형성되어 있다.

게이트절연막(105) 상부로는 반도체층(103)의 액티브영역(103b)에 대응하여 게이트전극(107)과 도면에 나타내지 않았지만 일방향으로 연장하는 게이트배선이 형성되어 있다.

그리고, 게이트전극(107)과 게이트배선(미도시)의 상부 전면에 제 1 층간절연막(109a)이 형성되어 있으며, 이때 제 1 층간절연막(109a)과 그 하부의 게이트절연막(105)은 액티브영역(103b) 양측면에 위치한 소스 및 드레인영역(103a, 103c)을 각각 노출시키는 제 1, 2 반도체층 콘택홀(111a, 111b)을 구비한다.

다음으로, 제 1, 2 반도체층 콘택홀(111a, 111b)을 포함하는 제 1 층간절연막(109a) 상부로는 서로 이격하며 제 1, 2 반도체층 콘택홀(111a, 111b)을 통해 노출된 소스 및 드레인영역(103a, 103c)과 각각 접촉하는 소스 및 드레인 전극(113, 115)이 형성되어 있다.

그리고, 소스 및 드레인전극(113, 115)과 두 전극(113, 115) 사이로 노출된 제 1 층간절연막(109a) 상부로 드레인전극(115)을 노출시키는 드레인콘택홀(117)을 갖는 제 2 층간절연막(109b)이 형성되어 있다.

이때, 소스 및 드레인 전극(113, 115)과 이들 전극(113, 115)과 접촉하는 소스 및 드레인영역(103a, 103c)을 포함하는 반도체층(103)과 반도체층(103) 상부에 형성된 게이트절연막(105) 및 게이트전극(107)은 구동 박막트랜지스터(DTr)를 이루게 된다.

이때 도면에 나타나지 않았지만, 게이트배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터배선(미도시)이 형성되어 있다. 그리고, 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 구동 박막트랜지스터(DTr)와 동일한 구조로, 구동 박막트랜지스터(DTr)와 연결된다.

그리고, 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)는 도면에서는 반도체층(103)이 폴리실리콘 반도체층으로 이루어진 탑 게이트(top gate) 타입을 예로서 보이고 있으며, 이의 변형예로서 순수 및 불순물의 비정질질실리콘으로 이루어진 보텀 케이트(bottom gate) 타입으로 형성될 수도 있다.

또한, 제 2 층간절연막(109b) 상부의 실질적으로 화상을 표시하는 영역에는 유기전계발광 다이오드(E)를 구성하는 제 1 전극(211)과 유기발광층(215) 그리고 제 2 전극(213)이 순차적으로 형성되어 있다.

특히, 본 발명의 유기전계발광 다이오드(E)는 제 1 전극(211)과 유기발광층(215) 사이에 각 화소영역(P) 별로 다수의 나노사이즈의 홀(hole)이 형성된 금속필터층(metal filter layer : 200)을 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.

제 1 전극(211)은 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인전극(115)과 연결되며, 제 1 전극(211)은 각 화소영역(P)별로 형성되는데, 각 화소영역(P) 별로 형성된 제 1 전극(211) 사이의 비화소영역(NA)에는 뱅크(bank : 119)가 위치한다.

즉, 뱅크(119)는 기판(101) 전체적으로 격자 구조의 매트릭스 타입으로 형성되어, 뱅크(119)를 각 화소영역(P) 별 경계부로 하여 제 1 전극(211)이 화소영역(P) 별로 분리된 구조로 형성되어 있다.

이와 같은 경우에, 제 1 전극(211)은 애노드(anode) 전극의 역할을 하도록 일함수 값이 비교적 높은 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO)로 형성하는 것이 바람직하다.

그리고, 제 2 전극(213)은 캐소드(cathode)의 역할을 하기 위해 제 1 전극(211)에 비해 일함수 값이 낮은 도전성 물질로 이루어지며, 제 2 전극(213)은 일함수가 낮은 금속 물질을 얇게 증착한 반투명 금속막 상에 투명한 도전성 물질을 두껍게 증착하여 사용한다.

여기서, 제 2 전극(213)은 일함수 값이 제 1 전극(211)에 비해 비교적 낮은 금속물질인 예를 들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 금(Au), 알루미늄 마그네슘 합금(AlMg) 중에서 선택된 하나의 물질로 형성하는 것이 바람직하다.

유기발광층(215)은 백색광을 발광하며, 정공수송막(hole transporting layer : 223), 정공주입막(hole injection layer : 227), 백색발광막(emitting material layer : 230), 전자수송막(electron transporting layer : 229) 및 전자주입막(electron injection layer : 225)으로 이루어진다.

이에, OLED(100)는 선택된 색 신호에 따라 제 1 전극(211)과 제 2 전극(213)으로 소정의 전압이 인가되면, 제 1 전극(211)으로부터 주입된 정공과 제 2 전극(213)으로부터 인가된 전자가 유기발광층(215)으로 수송되어 엑시톤(exciton)을 이루고, 이러한 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 천이 될 때 빛이 발생되어 가시광선의 형태의 백색광이 방출된다.

이렇게 유기발광층(215)에서 발광된 빛은 투명한 제 1 전극(211)을 통과하여 외부로 나가게 되므로, OLED(100)는 임의의 화상을 구현하게 된다.

이때, 본 발명의 OLED(100)는 제 1 전극(211)과 유기발광층(215) 사이에 구성된 금속필터층(200)에 의해 R, G, B 컬러를 발하게 된다.

즉, 금속필터층(200)은 유기발광층(215)으로부터 발광된 백색광 중 특정 파장대의 광만이 투과되도록 필터링(filtering) 하는 역할을 한다.

이에 대해 도 3을 참조하여 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.

본 발명의 실시예에 따른 유기전계발광 다이오드(E)는 애노드전극인 제 1 전극(211)과 유기발광층(215) 그리고 캐소드전극인 제 2 전극(213)으로 이루어지며, 이때 유기발광층(215)은 정공수송막(223), 백색발광막(230), 전자수송막(225)으로 이루어진다.

여기서, 전자와 정공을 발광막(230)으로 보다 효과적으로 전달되도록 함으로써 발광효율을 높이기 위해 제 1 전극(211)과 정공수송막(223) 사이로 정공주입막(227)을 더욱 형성하며, 제 2 전극(213)과 전자수송막(225) 사이로 전자주입막(229)을 더욱 형성하는 것이 바람직하다.

이렇게, 정공수송막(223)과 제 1 전극(211) 사이에 정공주입막(227)을 더욱 형성하며, 제 2 전극(213)과 전자수송막(225) 사이에 전자주입막(229)을 더욱 형성하게 되면, 정공주입막(227)과 전자주입막(229)이 정공 주입에너지 및 전자 주입에너지의 장벽을 낮추는 역할을 하여, 발광효율을 증가시키고 구동 전압을 낮추게 된다.

여기서, 본 발명의 백색발광막(230)은 백색광을 구현하기 위하여 여러 가지 다양한 구조로 형성될 수 있는데, 일예로 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 발광막으로 이루어져 백색광을 구현하거나, 서로 보색 관계에 있는 광을 방출하는 두 종류의 발광재료로 이루어져 백색광을 구현할 수도 있다.

이때, 유기발광층(215)으로부터 발광된 백색광은 금속필터층(200)과 제 1 전극(211)을 통과하여 외부로 나가게 되며, 이를 통해 OLED(100)는 화상을 구현하게 된다.

금속필터층(200)은 각 화소영역(P) 별로 서로 다른 사이즈를 갖는 다수의 나노사이즈의 홀(200a)이 구성되어 있어, 유기발광층(215)으로부터 발광된 백색광이 금속필터층(200)을 통과하는 과정에서, 유기발광층(215)으로부터 발광된 백색광은 다수의 나노사이즈의 홀(200a)에 의해 특정 파장대역의 광은 투과되고 나머지는 흡수된다.

이는, 금속필터층(200)이 금속필터층(200)에 형성된 다수의 나노사이즈의 홀(200a)의 크기와 모양에 따라서 특정 파장에서 빛을 강하게 흡수(absorption)하거나 산란(scattering)하는 표면 플라즈몬 공명 현상(surface plasmon resonance effect)을 발생시키기 때문이다.

이를 보다 구체적으로 설명하면, 표면 플라즈몬은 금속 박막 표면에서 일어나는 전자들의 집단적 진동으로, 이에 의해 발생한 표면 플라즈몬 파(wave)는 금속과 유전체의 경계면을 따라 진행하는 표면 전자기파이다.

이때, 금(Au)과 같은 금속에서 나타나는 광-전자 효과로서, 특정 파장의 광이 금속에 조사되면 대부분의 광 에너지가 자유전자로 전이되는 공면현상이 일어나게 된다. 그 결과, 표면 전자기파가 생길 때 나타나는 현상을 표면 플라즈몬 공명 현상이라 한다.

따라서, 이러한 원리를 이용하여, 금속필터층(200)이 유기발광층(215)으로부터 발광된 백색광 중 특정 파장대의 광만이 투과되도록 필터링(filtering)함으로써, 금속필터층(200)을 통과하는 백색광은 다양한 색을 내는 피그먼트(pigments)로 사용할 수 있게 된다.

이에 대해 좀더 자세히 살펴보면, 금속필터층(200)에 형성된 다수의 나노사이즈의 홀(200a)에 의한 광흡수는 홀의 분극에 의한 전자기파 흡수에 기인한다. 즉, 금속필터층(200)이 금(Au), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag) 등으로 이루어질 경우, 특정한 파장의 빛이 금속필터층(200)의 표면으로 입사될 때, 대부분의 빛에너지가 금속필터층(200)의 표면의 자유전자로 전이되어, 공명현상을 일으키게 된다.

이를 통해, 특정 파장대의 빛을 강하게 흡수(absorption)하거나 산란(scattering)하는 표면 플라즈몬 공명 현상(surface plasmon resonance effect)을 발생시키게 되는 것이다.

따라서, 본 발명의 OLED(100)는 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 화소영역(P)에서 구현되는 R, G, B 컬러의 혼합에 의해 풀 컬러를 구현할 수 있다.

여기서, 금속필터층(200)은 증착, 도금 등의 일반적은 금속층 형성 공정에 의해 형성될 수 있으며, 이 경우, 금속필터층(200)은 표면 플라즈몬 공명 현상을 나타낼 수 있는 금속으로 이루어지는 것이 바람직하다.

구체적으로, 금(Au), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag) 등과 같은 외부 자극에 의해 전자의 방출이 쉽고 음의 유전상수를 갖는 금속들이 주로 사용될 수 있다.

이중에서 가장 예리한 표면 플라즈몬 공명 현상을 발생시키는 것은 은(Ag)과 우수한 표면 안정성을 나타내는 금(Au)이 보편적으로 선택될 수 있으며, 더불어 위의 금속들의 합금도 금속필터층(200)으로 사용할 수 있다.

또한, 금속필터층(200)은 오믹콘택 성능 향상을 위해 니켈(Ni), 납(Pb) 등을 사용하여, 금(Au), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag)등과 함께 다중층 형태를 갖도록 할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 금속필터층에 의해 R, G, B 컬러가 구현되는 OLED을 개략적으로 도시한 단면도이다.

도시한 바와 같이, 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 화소영역(P) 각각에는 스위칭(switching) 박막트랜지스터(미도시)와 구동(driving) 박막트랜지스터(DTr)가 형성되어 있고, 각각의 구동 박막트랜지스터(DTr)와 연결되는 제 1 전극(211)과 제 1 전극(211)의 상부에 위치하며 특정한 색의 빛을 발광하는 유기발광층(215)과, 유기발광층(215)의 상부에 위치하는 제 2 전극(213)으로 이루어지는 유기전계발광 다이오드(E)가 형성된다.

이때 구동 박막트랜지스터(DTr)는 반도체층(103)과 게이트전극(107) 그리고 소스 및 드레인전극(113, 115)으로 이루어지며, 반도체층(103)은 폴리실리콘으로 이루어지며 그 중앙부는 채널을 이루는 액티브영역(103b) 그리고 액티브영역(103b) 양측면으로 고농도의 불순물이 도핑된 소스 및 드레인영역(103a, 103c)으로 구성되며, 이러한 반도체층(103) 상부로는 게이트절연막(105)이 형성되어 있다.

그리고, 유기전계발광 다이오드(E)의 제 1 전극(211)은 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인전극(115)과 연결되는데, 이와 같은 경우에, 제 1 전극(211)은 애노드(anode) 전극의 역할을 하도록 일함수 값이 비교적 큰 투명 도전성 물질 예를 들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로서 형성하는 것이 바람직하다.

그리고, 제 2 전극(213)은 캐소드(cathode) 전극의 역할을 하도록 불투명한 도전성물질로 이루어질 수 있다.

이에 따라 유기발광층(215)에서 발광된 빛은 제 1 전극(211) 방향으로 방출되는 하부 발광방식으로 구동된다.

이때, 각 화소영역(P)의 제 1 전극(211)과 유기발광층(215) 사이에는 다수의 나노사이즈의 홀(200a)이 형성된 금속필터층(200)이 구성되며, 유기발광층(215)으로부터 발광된 백색광은 금속필터층(200)을 통과하는 과정에서 R, G, B 컬러를 구현하게 된다.

즉, 유기발광층(215)으로부터 발광된 빛은 자연광에 가까운 산란광으로, 매우 넓은 가시광선 영역의 스펙트럼 분포를 가지는데, 이러한 백색광은 금속필터층(200)에 형성된 다수의 나노사이즈의 홀(200a)이 150 ~ 300nm의 사이즈를 가질 경우, 다수의 나노사이즈의 홀(200a)은 파장이 약 610nm 정도인 자외선 영역을 제외한 파장대를 흡수 및 산란하게 된다.

따라서, 유기발광층(215)으로부터 발광된 백색광 중 약 610nm 파장대의 적색(Red) 빛만이 금속필터층(200)을 통과하여, 적색(R) 화소영역(P)을 정의하게 된다.

또한, 금속필터층(200)에 형성된 다수의 나노사이즈의 홀(200a)이 100 ~ 250nm의 사이즈를 가질 경우, 다수의 나노사이즈의 홀(200a)은 파장이 약 540nm 정도인 자외선 영역을 제외한 파장대를 흡수 및 산란하게 되며, 이에, 약 540nm 파장대의 녹색(green) 빛만이 금속필터층(200)을 통과하여, 녹색(G) 화소영역(P)을 정의하게 된다.

그리고, 금속필터층(200)에 형성된 다수의 나노사이즈의 홀(200a)이 50 ~ 200nm의 사이즈를 가질 경우, 다수의 나노사이즈의 홀(200a)은 파장이 약 450nm 정도인 자외선 영역을 제외한 파장대를 흡수 및 산란하게 되며, 이에, 약 450nm 파장대의 청색(blue) 빛만이 금속필터층(200)을 통과하여, 청색(B) 화소영역(P)을 정의하게 된다.

즉, 금속필터층(200)에 형성된 다수의 나노사이즈 홀(200a)의 사이즈를 달리함으로서, 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 화소영역(P) 별로 R, G, B 컬러를 구현할 수 있는 것이다.

이때, 금속필터층(200)의 두께는 50 ~ 500nm로 형성하는 것이 바람직한데, 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 화소영역(P)의 금속필터층(200)에 형성된 다수의 나노사이즈 홀(200a)의 사이즈를 일정하게 유지한 후, 금속필터층(200)의 두께를 달리함으로써도 각 화소영역(P) 별로 R, G, B 컬러를 구현할 수도 있다.

도 5는 도 4의 R, G, B 컬러의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.

설명에 앞서, 일반적으로 적색(R) 유기박막에 의해 구현되는 적색(R)은 주발광 피크치가 611nm이며, 녹색(G) 및 청색(B) 유기박막에 의해 구현되는 녹색(G) 및 청색(B)은 주발광 피크치가 각각 544nm와 450nm이다.

여기서, 도 5에 도시한 바와 같이 본 발명의 OLED(도 4의 100)는 다수의 나노사이즈의 홀(도 4의 200a)이 형성된 금속필터층(도 4의 200)을 통해, 유기발광층(도 4의 215)으로부터 발광된 백색광을 표면 플라즈몬 공명 현상을 통해 적색(R), 녹색(G), 청색(B)으로 필터링 할 수 있는데, 이때, 필터링된 적색(R)은 600 ~ 700nm의 파장대를 가지며, 녹색(G) 및 청색(B)은 각각 500 ~ 600nm와 400 ~ 500nm의 파장대를 갖는 것을 확인할 수 있다.

따라서, 본 발명의 OLED(도 4의 100)는 금속필터층(도 4의 200)을 통해 기존의 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 유기박막(미도시)을 구비한 OLED와 유사한 R, G, B 컬러를 구현할 수 있음을 알 수 있다.

이로 인하여, 본 발명의 OLED(도 4의 100)는 기존의 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 유기박막(미도시)을 포함하던 OLED와 유사한 R, G, B 컬러를 구현함과 동시에, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 유기박막(미도시)을 각 색상 별로 쉐도우마스크(미도시)를 사용하여 진공열증착방법을 통해 형성하였던 기존의 OLED에 비해 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.

즉, 본 발명은 R, G, B 컬러를 금속필터층(도 4의 200)을 통해 필터링하여 구현함으로써, 쉐도우마스크(미도시)가 필요하지 않음으로써 쉐도우마스크(미도시)의 얼라인(align) 공정을 삭제할 수 있다.

이는, 쉐도우마스크(미도시)로 인해 발생되는 문제점 또한 방지할 수 있어, 유기전계발광 다이오드(도 4의 E)의 수명 및 신뢰도가 저하되는 문제점을 방지할 수 있다.

또한, 각 색상별로 별도의 공정을 통해 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 유기박막(미도시)을 형성하지 않아도 됨으로써, 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.

이는, 컬러필터(미도시)를 포함하는 OLED에 비해서도 본 발명의 OLED(도 4의 100)가 현저한 효과를 가짐을 알 수 있다.

한편, 지금까지의 설명에서는 유기발광층(도 4의 215)으로부터 발광된 빛이 제 1 전극(도 4의 211)을 통과하여 외부로 나가는 하부 발광방식을 일예로 설명하였으나, 유기발광층(도 4의 215)으로부터 발광된 빛이 제 2 전극(도 4의 213)을 통과하여 외부로 나가는 상부 발광방식 또한 본 발명에 적용가능하다. 이때, 금속필터층(도 4의 200)은 유기발광층(도 4의 215)으로부터 빛이 나아가는 일면인 유기발광층(도 4의 215)과 제 2 전극(도 4의 213) 사이에 위치하도록 한다.

본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

100 : OLED, DTr : 구동 박막트랜지스터, E : 유기전계발광 다이오드
101 : 제 1 기판, 103 : 반도체층(103a : 액티브영역, 103b : 소스영역, 103c : 드레인영역)
105 : 게이트절연막, 107 : 게이트전극
109a, 109b : 제 1 및 제 2 층간절연막
111a, 111b : 제 1, 2 반도체층 콘택홀, 113 : 소스전극, 115 : 드레인전극
117 : 드레인콘택홀, 119 : 뱅크
200 : 금속필터층, 200a : 나노사이즈의 홀
211 : 제 1 전극, 213 : 제 2 전극, 215 : 유기발광층

Claims (8)

1. R, G, B 화소 별로 구동 박막트랜지스터가 형성된 제 1 기판과;
   상기 각 구동 박막트랜지스터와 전기적으로 연결되며, 제 1 및 제 2 전극과 제 1 및 제 2 전극 사이에 구비된 유기발광층으로 이루어져 백색광을 구현하는 유기전계발광 다이오드와;
   상기 제 1 기판과 이격되어 합착된 제 2 기판
   을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 전극 중 하나와 상기 유기발광층 사이에 나노사이즈의 홀이 형성된 금속필터층이 더욱 구성되는 유기전계발광소자.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 유기발광층으로부터 발광된 백색광은 상기 금속필터층의 표면 플라즈몬 공명 현상(surface plasmon resonance effect)을 통해 특정 파장대의 빛을 흡수하거나 산란하는 유기전계발광소자.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 금속필터층은 금(Au), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag) 중 선택된 하나로 이루어지는 유기전계발광소자.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 금속필터층은 니켈(Ni) 또는 납(Pb)을 포함하는 다중층인 유기전계발광소자.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 금속필터층은 50 ~ 500nm의 두께인 유기전계발광소자.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 R 화소에 형성된 상기 금속필터층의 상기 홀은 150 ~ 300nm의 사이즈로 다수개 구성되며, 610nm의 자외선 영역을 제외한 파장대를 흡수 및 산란하는 유기전계발광소자.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 G 화소에 형성된 상기 금속필터층의 상기 홀은 100 ~ 250nm의 사이즈로 다수개 구성되며, 540nm의 자외선 영역을 제외한 파장대를 흡수 및 산란하는 유기전계발광소자.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 B 화소에 형성된 상기 금속필터층의 상기 홀은 50 ~ 200nm의 사이즈로 다수개 구성되며, 450nm의 자외선 영역을 제외한 파장대를 흡수 및 산란하는 유기전계발광소자.

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