KR20110127035A

KR20110127035A - 유기전계 발광소자

Info

Publication number: KR20110127035A
Application number: KR1020100046649A
Authority: KR
Inventors: 김종무; 유준석
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2010-05-18
Filing date: 2010-05-18
Publication date: 2011-11-24
Also published as: KR101695317B1

Abstract

본 발명은, 다수의 화소영역을 포함하는 표시영역과 이의 외측으로 비표시영역이 정의(定義)된 기판과; 상기 표시영역에 서로 교차하여 상기 다수의 화소영역을 정의하며 형성된 게이트 배선 및 데이터 배선과; 상기 게이트 배선 또는 상기 데이터 배선과 나란하게 각 화소영역을 관통하며 형성된 전원배선과; 상기 게이트 배선 또는 상기 데이터 배선과 나란하게 각 화소영역을 관통하며 형성된 열 방출 보조배선과; 상기 비표시영역에 상기 열 방출 보조배선의 일끝단과 연결되며 형성된 방열패드와; 상기 각 화소영역에 형성된 스위칭 박막트랜지스터 및 구동 박막트랜지스터와; 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터 위로 상기 표시영역 전면에 형성된 제 1 보호층과; 상기 열 방출 보조배선에 대응하는 상기 제 1 보호층을 노출시키는 도랑 형태의 제 1 홀이 구비되며 상기 제 1 보호층 상부로 평탄한 표면을 가지며 형성된 제 2 보호층과; 상기 제 2 보호층 위로 상기 각 화소영역에 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 상기 제 1 홀까지 연장하여 상기 제 1 홀 내부에서 상기 열 방출 보조배선과 중첩하도록 형성된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극 위로 각 화소영역별로 분리 형성된 유기 발광층과; 상기 유기 발광층 위로 상기 표시영역 전면에 형성된 제 2 전극과; 상기 제 2 전극을 덮으며 표시영역 전면에 형성된 투습 방지층을 포함하는 유기전계 발광소자를 제공한다.

Description

유기전계 발광소자{Organic electro luminescent device}

본 발명은 유기전계 발광소자(Organic electroluminescent device)에 관한 것이며, 특히 유기 발광층의 발열을 효과적으로 방출시킬 수 있는 유기전계 발광소자에 관한 것이다.

평판 디스플레이(FPD ; Flat Panel Display)중 하나인 유기전계 발광소자는 높은 휘도와 낮은 동작 전압 특성을 갖는다. 또한 스스로 빛을 내는 자체발광형이기 때문에 명암대비(contrast ratio)가 크고, 초박형 디스플레이의 구현이 가능하며, 응답시간이 수 마이크로초(㎲) 정도로 동화상 구현이 쉽고, 시야각의 제한이 없으며 저온에서도 안정적이고, 직류 5 내지 15V의 낮은 전압으로 구동하므로 구동회로의 제작 및 설계가 용이하다.

또한 상기 유기전계 발광소자의 제조공정은 증착(Deposition) 및 인캡슐레이션(encapsulation) 장비가 전부라고 할 수 있기 때문에 제조 공정이 매우 단순하다.

이러한 특성을 갖는 유기전계 발광소자는 크게 패시브 매트릭스 타입과 액티브 매트릭스 타입으로 나뉘어지는데, 패시브 매트릭스 방식에서는 주사선(scan line)과 신호선(signal line)이 교차하면서 매트릭스 형태로 소자를 구성하므로, 각각의 픽셀을 구동하기 위하여 주사선을 시간에 따라 순차적으로 구동하므로, 요구되는 평균 휘도를 나타내기 위해서는 평균 휘도에 라인수를 곱한 것 만큼의 순간 휘도를 내야만 한다.

그러나, 액티브 매트릭스 방식에서는, 화소영역을 온(on)/오프(off)하는 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Thin Film Transistor: TFT)가 각 화소영역별로 위치하고, 이러한 스위칭 박막트랜지스터와 연결되며 구동 박막트랜지스터가 전원배선 및 유기전계 발광 다이오드와 연결되며 각 화소영역별로 형성되고 있다.

이때, 상기 구동 박막트랜지스터와 연결된 제 1 전극은 화소영역 단위로 온(on)/오프(off)되고, 상기 제 1 전극과 대향하는 제 2 전극은 공통전극의 역할을 함으로서 이들 두 전극 사이에 개재된 유기 발광층과 더불어 상기 유기전계 발광 다이오드를 이룬다.

이러한 구성적 특징을 갖는 액티브 매트릭스 방식에서는 화소영역에 인가된 전압이 스토리지 커패시터(StgC)에 충전되어 있어, 그 다음 프레임(frame) 신호가 인가될 때까지 전원을 인가해 주도록 함으로써, 주사선 수에 관계없이 한 화면동안 계속해서 구동한다. 따라서, 낮은 전류를 인가하더라도 동일한 휘도를 나타내므로 저소비전력, 고정세, 대형화가 가능한 장점을 가지므로 최근에는 액티브 매트릭스 타입의 유기전계 발광소자가 주로 이용되고 있다.

이하, 이러한 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자의 기본적인 구조 및 동작특성에 대해서 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 일반적인 액티브 매트릭스형 유기전계 발광소자의 하나의 화소영역에 대한 회로도이다.

도시한 바와 같이 액티브 매트릭스형 유기전계 발광소자의 하나의 화소영역은 스위칭 박막트랜지스터(STr)와 구동 박막트랜지스터(DTr), 스토리지 커패시터(StgC), 그리고 유기전계 발광 다이오드(E)로 이루어진다.

제 1 방향으로 게이트 배선(GL)이 형성되어 있고, 이 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 배치되어 상기 게이트 배선(GL)과 더불어 화소영역(P)을 정의하며 데이터 배선(DL)이 형성되어 있으며, 상기 데이터 배선(DL)과 이격하며 전원전압을 인가하기 위한 전원배선(PL)이 형성되어 있다.

또한, 상기 데이터 배선(DL)과 게이트 배선(GL)이 교차하는 부분에는 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 형성되어 있으며, 상기 각 화소영역(P) 내부에는 상기 스위칭 박막트랜지스터(STr)와 전기적으로 연결된 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되어 있다.

이때, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)는 유기전계 발광 다이오드(E)와 전기적으로 연결되고 있다. 즉, 상기 유기전계발광 다이오드(E)의 일측 단자인 제 1 전극은 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극과 연결되고, 타측 단자인 제 2 전극은 전원배선(PL)과 연결되고 있다. 이때, 상기 전원배선(PL)은 전원전압을 상기 유기전계 발광 다이오드(E)로 전달하게 된다. 또한, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 게이트 전극과 소스 전극 사이에는 스토리지 커패시터(StgC)가 형성되고 있다.

따라서 상기 게이트 배선(GL)을 통해 신호가 인가되면 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 온(on) 되고, 상기 데이터 배선(DL)의 신호가 구동 박막트랜지스터(DTr)의 게이트 전극에 전달되어 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)가 온(on) 되므로 유기전계발광 다이오드(E)를 통해 빛이 출력된다. 이때, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)가 온(on) 상태가 되면, 전원배선(PL)으로부터 유기전계발광 다이오드(E)에 흐르는 전류의 레벨이 정해지며 이로 인해 상기 유기전계 발광 다이오드(E)는 그레이 스케일(gray scale)을 구현할 수 있게 되며, 상기 스토리지 커패시터(StgC)는 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 오프(off) 되었을 때, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 게이트 전압을 일정하게 유지시키는 역할을 함으로써 상기 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 오프(off) 상태가 되더라도 다음 프레임(frame)까지 상기 유기전계 발광 다이오드(E)에 흐르는 전류의 레벨을 일정하게 유지할 수 있게 된다.

한편, 도 2는 종래의 유기전계 발광소자에 대한 개략적인 평면도이며, 도 3은 종래의 일반적인 유기전계 발광소자에 있어 구동 박막트랜지스터를 포함하는 하나의 화소영역에 대한 단면도이다.

종래의 유기전계 발광소자(90)는 화상을 표시하는 표시영역(AA)과 이의 외측으로 비표시영역(NA)이 구비되어 있다. 표시영역(AA)에는 서로 교차하여 화소영역(P)을 정의하며 다수의 게이트 및 데이터 배선(5, 30)이 구비되고 있으며, 이들 게이트 및 데이터 배선(5, 30)의 일끝단과 연결되며 상기 비표시영역(NA)에는 구동 IC(D-IC)가 구비되고 있다.

또한, 상기 각 화소영역(P)을 관통하며 상기 데이터 배선(30)과 나란하게 전원배선(38)이 형성되고 있다. 이때, 상기 전원배선(38) 또한 상기 구동 IC(D-IC)와 연결되고 있다.

또한 각 화소영역(P)에는 상기 게이트 및 데이터 배선(5, 30)과 연결되며 게이트 전극(7)과 게이트 절연막(12)과 반도체층(20)과 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(33, 36)으로 구성된 구동 박막트랜지스터(DTr)가 구비되어 있으며, 도면에 나타내지 않았지만 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 동일한 구성을 가지며 상기 게이트 및 데이터 배선(5, 30)과 연결되며 스위칭 박막트랜지스터(미도시)가 구비되고 있다.

한편, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(36)과 연결되며 각 화소영역(P) 별로 패터닝되어 제 1 전극(73)이 구비되고 있으며, 상기 제 1 전극(73)의 테두리와 중첩하며 각 화소영역(P)의 경계에 뱅크(71)가 구비되어 있다.

또한, 상기 뱅크(71)로 둘러싸인 화소영역(P)의 중앙부에는 상기 제 1 전극(73)과 접촉하며 유기 발광층(76)이 구비되고 있으며, 상기 유기 발광층(76)과 상기 뱅크(71)를 덮으며 상기 표시영역(AA) 전면에 제 2 전극(78)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제 1 전극(71)과 유기 발광층(76)과 제 2 전극(78)은 유기전계 발광 다이오드(E)를 이룬다.

전술한 바와같은 유기전계 발광 다이오드(E)를 구비한 기판(1)에 대응하여 그 테두리를 따라 씰패턴(미도시)이 구비된 대향기판(81)이 소정간격 이격하여 대향하고 있다. 이때, 상기 대향기판(81)의 내측면에는 게터(getter)(83)가 구비되고 있다.

상기 게터(83)는 상기 유기전계 발광 다이오드(E)의 구동 시 상기 유기 발광층(76)으로부터 발생하는 아웃 개싱(out gassing)에 의한 발열을 완화하고 외부 로부터 침투한 습기 및 아웃 개싱에 의해 발생한 잔류 습기를 제거하는 역할을 하는 것이다.

하지만, 전술한 바와 같이, 게터(83)를 포함하는 대향기판(81)을 구비한 유기전계 발광소자(90)는 구동 시 유기 발광층(76)으로부터 발생하는 아웃 개싱에 의한 발열에 대해서는 기판(1, 81)간의 이격간격 및 게터(83)를 통해 비교적 원활하게 외부로 방출될 수 있다.

하지만, 전술한 게터(83)를 포함하는 대향기판(81)을 갖는 유기전계 발광소자는 유연성(flexibility)이 떨어지며 최근 표시장치의 경량 박형의 추세를 반영하지 못하므로 이를 개선하고자 대향기판 없이 매우 플렉서블한 특성을 갖는 투습 방지 필름을 구비한 유기전계 발광소자가 제안되었다.

도 4는 종래의 투습 방지 필름을 구비한 유기전계 발광소자에 있어 구동 박막트랜지스터를 포함하는 하나의 화소영역에 대한 단면도이다. 이때 도 3에 제시된 구성요소와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하였다.

도시한 바와 같이, 제 2 전극(78) 상부에는 상기 표시영역(AA) 전면과 상기 비표시영역(NA) 중 일부에 대응하여 외부로부터의 투습 방지 및 유기전계 발광 다이오드(E)의 보호를 위한 투습 방지 필름(80)이 구비됨으로서 유기전계 발광소자(90)를 이루고 있다.

하지만 전술한 구성을 갖는 종래의 투습 방지 필름을 구비한 유기전계 발광소자(90)는 소정간격 이격하여 구성되는 대향기판 및 흡습제가 구비되지 않고 상기 유기전계 발광 다이오드(E)와 직접 접촉하며 투습 방지 필름(80)이 구비됨으로서 상기 제 1 및 제 2 전극(73, 78)에 전압이 인가되어 유기 발광층(76)이 발광하는 경우 상기 유기 발광층(76)으로부터 열이 발생하게 되는데, 이러한 유기 발광층(76)으로부터 발생된 열이 상기 투습 방지 필름(80)에 의해 차단되어 외부로의 방출이 원활하게 이루어지지 않고 있다.

이로 인해 시간이 지남에 따라 유기 발광층(76)의 열화가 빠른 속도로 진행됨으로써 수명이 단축되며, 구동 전압의 상승을 초래하여 휘도를 저하시키며, 표시영역에서의 휘도 불균일이 증가하여 표시품질이 저하되는 문제가 발생하고 있는 실정이다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 필름 또는 페이스 씰로 단일 기판 형태로 구성되더라도 유기 발광층으로부터 발산된 열을 외부로 원활하게 방출될 수 있는 구성을 가져 수명을 연장하고 구동 전압을 낮추며 안정된 휘도 특성을 갖는 유기전계 발광소자를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 유기전계 발광소자는, 다수의 화소영역을 포함하는 표시영역과 이의 외측으로 비표시영역이 정의(定義)된 기판과; 상기 표시영역에 서로 교차하여 상기 다수의 화소영역을 정의하며 형성된 게이트 배선 및 데이터 배선과; 상기 게이트 배선 또는 상기 데이터 배선과 나란하게 각 화소영역을 관통하며 형성된 전원배선과; 상기 게이트 배선 또는 상기 데이터 배선과 나란하게 각 화소영역을 관통하며 형성된 열 방출 보조배선과; 상기 비표시영역에 상기 열 방출 보조배선의 일끝단과 연결되며 형성된 방열패드와; 상기 각 화소영역에 형성된 스위칭 박막트랜지스터 및 구동 박막트랜지스터와; 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터 위로 상기 표시영역 전면에 형성된 제 1 보호층과; 상기 열 방출 보조배선에 대응하는 상기 제 1 보호층을 노출시키는 도랑 형태의 제 1 홀이 구비되며 상기 제 1 보호층 상부로 평탄한 표면을 가지며 형성된 제 2 보호층과; 상기 제 2 보호층 위로 상기 각 화소영역에 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 상기 제 1 홀까지 연장하여 상기 제 1 홀 내부에서 상기 열 방출 보조배선과 중첩하도록 형성된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극 위로 각 화소영역별로 분리 형성된 유기 발광층과; 상기 유기 발광층 위로 상기 표시영역 전면에 형성된 제 2 전극과; 상기 제 2 전극을 덮으며 표시영역 전면에 형성된 투습 방지층을 포함한다.

이때, 상기 방열패드는 그 폭이 수 ㎛ 내지 수 mm인 것이 특징이며, 상기 방열패드는 서로 이웃한 다수의 상기 열 방출 보조배선의 끝단과 연결된 것이 특징이다.

또한, 상기 방열패드는 대기중에 노출된 구조를 갖는 것이 특징이다.

또한, 상기 게이트 배선 및 데이터 배선은 상기 스위칭 박막트랜지스터와 연결되며, 상기 스위칭 박막트랜지스터 및 상기 전원배선은 상기 구동 박막트랜지스터와 연결되도록 형성된 것이 특징이다.

또한, 상기 제 1 보호층은 무기절연물질로 이루어지며 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀이 구비될 수 있으며, 이때, 상기 제 1 보호층은 그 두께가 1000Å 내지 3000Å인 것이 특징이다.

또한, 상기 제 1 보호층의 상부에는 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하는 드레인 보조전극이 구비되며, 상기 제 2 보호층에는 상기 드레인 보조전극을 노출시키는 드레인 보조 콘택홀이 구비되며, 상기 제 1 전극은 상기 드레인 보조 콘택홀을 통해 상기 드레인 보조전극과 접촉하는 것이 특징이다.

또한, 상기 기판은 플라스틱, 고분자 필름, 금속박막 중 어느 하나로 이루어진 것이 특징이다.

또한, 상기 제 1 전극의 상부에는 상기 제 1 전극을 테두리하며 각 화소영역의 경계에 형성된 뱅크가 형성된 것이 특징이다.

상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터는, 게이트 전극과, 상기 게이트 전극 위로 형성된 게이트 절연막과, 상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 전극에 대응하여 형성된 비정질 실리콘의 액티브층과, 상기 액티브층 상부로 서로 이격하며 형성된 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층과, 상기 오믹콘택층 상부로 서로 이격하며 형성된 소스 및 드레인 전극으로 이루어지거나, 또는 순수한 폴리실리콘의 제 1 영역과, 상기 제 1 영역의 양측으로 폴리실리콘에 불순물이 도핑된 제 2 영역으로 구성된 반도체층과, 상기 반도체층을 덮으며 형성된 게이트 절연막과, 상기 제 1 영역에 대응하여 형성된 게이트 전극과, 상기 게이트 전극 위로 형성되며 상기 제 2 영역을 각각 노출시키는 반도체층 콘택홀을 갖는 층간절연막과, 상기 층간절연막 위로 상기 반도체층 콘택홀을 통해 각각 상기 제 2 영역과 접촉하며 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극으로 이루어진 것이 특징이다.

또한, 상기 투습 방지층은, 투명한 무기 필름 또는 페이스 씰로 이루어진 것이 특징이다.

본 발명에 따른 유기전계 발광소자는 대향기판 없이 유기전계 발광 다이오드와 직접 접촉하는 형태의 박막 필름이 구비됨으로써 유연성이 우수하고, 경량 박형의 장점을 갖는다.

또한, 본 발명에 따른 유기전계 발광소자 유기 발광층과 직접 접촉하며 각 화소영역별로 형성되는 제 1 전극과 비교적 얇은 두께를 갖는 보호층을 사이에 두고 중첩되도록 그 일끝단이 공기 중에 노출되는 열 방출 보조 배선과 이와 연결되어 비표시영역에 방열패드을 구비함으로서 상기 유기 발광층으로부터 발생한 열이 상기 열 방출 보조 배선 및 방열패드를 통해 외부로 원활하게 방출되도록 하여 유기 발광층의 열화 속도를 늦춤으로써 수명을 연장하고, 표시영역 전면에서의 휘도 균일성 및 휘도 특성을 향상시키며, 구동 전압 상승을 억제하는 장점이 있다.

도 1은 일반적인 액티브 매트릭스형 유기전계 발광소자의 하나의 화소영역에 대한 회로도.
도 2는 종래의 유기전계 발광소자에 대한 개략적인 평면도.
도 3은 종래의 일반적인 유기전계 발광소자에 있어 구동 박막트랜지스터를 포함하는 하나의 화소영역에 대한 단면도.
도 4는 종래의 투습 방지 필름이 구비된 유기전계 발광소자에 있어 구동 박막트랜지스터를 포함하는 하나의 화소영역에 대한 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 유기전계 발광소자에 대한 개략적인 평면도.
도 6은 본 발명에 따른 유기전계 발광소자에 있어 구동 박막트랜지스터를 포함하는 하나의 화소영역에 대한 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 유기전계 발광소자에 구비된 방열패드부에 대한 단면도.
도 8은 종래의 유기전계 발광소자의 표시영역에서의 휘도를 측정한 것을 나타낸 도면.
도 9는 본 발명에 따른 유기전계 발광소자의 표시영역에서의 휘도를 측정한 것을 나타낸 도면.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 유기전계 발광소자에 대한 개략적인 평면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 유기전계 발광소자에 있어 구동 박막트랜지스터를 포함하는 하나의 화소영역에 대한 단면도이며, 도 7은 본 발명에 따른 유기전계 발광소자에 구비된 방열패드부에 대한 단면도이다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 유기전계 발광소자(190)는 화상을 표시하는 표시영역(AA)과 이의 외측으로 비표시영역(NA)이 구비되어 있다.

상기 유기전계 발광소자(190)의 베이스를 이루는 플렉서블한 특성을 갖는 금속, 플라스틱 또는 고분자 필름 중 어느 하나로 이루어지 기판(101) 상의 상기 표시영역(AA)에는 서로 교차하여 다수의 화소영역(P)을 정의하며 다수의 게이트 배선(105) 및 데이터 배선(130)이 구비되고 있으며, 상기 게이트 배선(105) 또는 데이터 배선(130)과 나란하게 각 화소영역(P)을 관통하며 전원배선(138)이 형성되어 있다. 이때, 이들 게이트 배선(105)과 데이터 배선(130) 및 전원배선(138)은 그 일끝단이 상기 비표시영역(NA)에 구비된 구동 IC(D-IC)와 연결되고 있다.

한편, 상기 플렉서블한 특성을 갖는 상기 기판(101)이 상기 금속물질로 이루어진 경우 상기 기판(101) 상에는 유기절연물질로 이루어진 평탄화층(103)과 무기절연물질로 이루어진 버퍼층(104)이 더욱 구비될 수 있다. 도면에서는 상기 기판(101)이 금속재질 더욱 정확히는 스테인레스 스틸(SUS)로 이루어짐으로써 그 상부에 평탄화층(103) 및 버퍼층(104)이 형성된 것을 일례로 나타내고 있다.

이때, 본 발명에 따른 유기전계 발광소자(190)에 있어서 가장 특징적인 구성으로서 상기 구동 IC(D-IC)가 구비되지 않은 비표시영역(NA)에는 공기 중에 노출되는 형태로서 다수의 방열패드(146)가 구비되고 있으며, 이러한 다수의 방열패드(146)와 연결되며 그 일끝단이 연결되며 상기 데이터 배선(130)과 나란하게 다수의 열 방출 보조배선(141)이 구비되고 있는 것이 특징이다. 이러한 다수의 열 방출 보조배선(141)은 각 화소영역(P)을 관통하는 형태로 구비되고 있으며, 특히 유기전계 발광 다이오드(E)의 제 1 전극(173)과 중첩하도록 형성되고 있는 것이 특징이다.

이때, 상기 방열패드(146)는 상기 열 방출 보조배선(141)의 수보다는 적게 형성됨으로써 이웃하는 다수의 열 방출 보조배선(141)을 하나의 그룹으로 하여 하나의 방열패드(146)와 연결되고 있는 것이 특징이다.

전술한 바와 같은 구성을 갖도록 방열패드(146)와 열 방출 보조배선(141)을 형성한 이유는 대기 중으로의 열 방출을 극대화하기 위함이다.

통상적으로 표시영역(AA)에 구비되는 배선은 그 폭이 수 ㎛ 내지 십 수 ㎛정도가 되며, 이러한 배선의 일끝단을 대기 중에 노출시킨다 해도 공기와 접촉하는 면적이 작아 열 배출 효율이 저감되므로 수㎛ 정도의 폭보다 수 십배 내지 수 천배 더 큰 폭(수 십㎛ 내지 수 mm정도의 폭)을 갖도록 방열패드(146)를 형성함으로써 공기와 접촉하는 면적을 크게 함으로써 열 방출 효율을 극대화하고 있는 것이다.

상기 열 방출 보조배선(141)은 전기적으로 연결되어 각 화소영역(P) 내에 구비된 구성요소를 콘트롤하는 요소는 아니므로 그 끝단이 모두 연결되도록 형성되어도 무방하므로 전술한 바와 같이 하나의 방열패드(146)에 다수의 열 방출 보조배선(141)이 연결되도록 구성한 것이다.

한편 도면에 있어서는 상기 다수의 열 방출 보조배선(141)이 데이터 배선(130)이 형성된 동일한 층에 상기 데이터 배선(130)과 나란하게 형성됨으로써 상기 데이터 배선(130)과 연결된 구동 IC(D-IC)가 구비된 비표시영역(NA)과 상기 표시영역(AA)을 사이에 두고 대향하는 비표시영역(NA)에 다수의 방열패드(146)가 형성됨을 보이고 있지만, 상기 다수의 방열패드(146)는 게이트 배선(105)이 형성된 동일한 층에 상기 게이트 배선(105)과 나란하게 형성됨으로써 상기 게이트 배선(105)과 연결된 구동 IC(D-IC)가 형성된 비표시영역(NA)과 상기 표시영역(AA)을 사이에 두고 대향하는 비표시영역(NA)에 대응해서도 형성될 수 있다.

한편, 표시영역(AA) 내의 각 화소영역(P)에는 서로 교차하는 상기 게이트 배선(105) 및 데이터 배선(130)과 연결되며 스위칭 소자인 스위칭 박막트랜지스터(미도시)가 구성되어 있으며, 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시) 및 상기 전원배선(138)과 연결되며 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되어 있다.

이때, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)는 그 하부로부터 순차 적층된 형태로서 게이트 전극(107), 게이트 절연막(112), 순수 비정질 실리콘의 액티브층(120a)과 이의 상부로 불순물 비정질 실리콘으로서 서로 이격하는 오믹콘택층(120b)의 반도체층(120) 및 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)으로 구성되고 있으며, 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시) 또한 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 동일한 구성을 가지고 있다.

한편, 도면에 있어서는 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)가 보텀 게이트 형태로 구성된 것을 일례로 보이고 있지만, 순수 폴리실리콘의 제 1 영역과 이의 양측으로 도핑된 제 2 영역으로 구성된 폴리실리콘의 반도체층과 게이트 절연막과 게이트 전극과 상기 제 2 영역을 각각 노출시키는 반도체층 콘택홀을 갖는 층간절연막과 반도체층 콘택홀을 통해 각각 상기 제 2 영역과 접촉하며 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극을 구성요소로 하여 탑 게이트 형태로 형성될 수도 있다.

또한, 도면에서는 각 화소영역(P)에 구동 박막트랜지스터(DTr)가 1개 구성되고 있는 것을 일례로 보이고 있지만, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)는 다수개 형성될 수도 있다.

한편, 상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시) 위로는 무기절연물질로 이루어지며 각 화소영역(P) 내에서 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)을 노출시키는 드레인 콘택홀(152)을 갖는 제 1 보호층(150)이 구비되고 있다.

상기 제 1 보호층(150) 상부에는 상기 드레인 콘택홀(152)을 통해 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)과 접촉하는 드레인 보조 전극(160)이 형성되어 있는 것이 특징이다. 상기 드레인 보조전극(160)은 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)과 각 화소영역(P)별로 형성되는 제 1 전극(173)과 안정적인 연결 및 제 2 보호층(170) 내에 홀 형성 시 공정적인 안정성을 위해 형성한 것이다.

다음, 상기 드레인 조보전극과 상기 제 1 보호층(150) 위로 유기절연물질로 이루어지며 하부에 위치하는 구성요소로 인한 단차 발생을 극복하여 그 표면이 평탄한 상태의 제 2 보호층(170)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제 2 보호층(170)에는 각 화소영역(P) 내에 상기 드레인 보조전극(160)을 노출시키는 드레인 보조 콘택홀(172a)이 구비되고 있으며, 상기 열 방출 보조배선(141)에 대응하여 상기 열 방출 보조배선(141)으로서 열 전도성을 향상시키기 위해 상기 열 방출 보조배선(141)과 중첩하는 상기 제 1 보호층(150)을 노출시키는 도랑(trench) 형태의 제 1 홀(172b)이 구비되고 있는 것이 특징이다.

다음, 상기 평탄한 표면을 갖는 상기 제 2 보호층(170) 위로는 각 화소영역(P)별로 상기 드레인 보조 콘택홀(172)을 통해 상기 드레인 보조전극(160)과 접촉하는 제 1 전극(173)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제 1 전극(173)은 도랑 형태를 갖는 상기 제 1 홀(172b) 내부까지 연장하여 형성됨으로서 상기 열 방출 보조배선(141)과 상기 제 1 보호층(150)을 개재한 상태로 중첩하고 있는 것이 특징이다.

다음, 상기 제 1 전극(173)의 가장자리와 중첩하여 각 화소영역(P)의 경계에는 뱅크(171)가 구비되고 있다. 이때 상기 뱅크(171)는 각 화소영역(P)을 둘러싸는 형태로 상기 제 1 전극(173)의 테두리와 중첩하도록 형성되고 있으며, 표시영역(AA) 전체적으로는 다수의 개구부를 갖는 격자형태를 이루고 있다.

다음, 상기 뱅크(171)로 둘러싸인 각 화소영역(P) 내의 중앙부에는 상기 제 1 전극(173) 상부로 유기 발광층(176)이 형성되어 있다. 이때 도면에 있어서는 상기 유기 발광층(176)은 단일층 구조를 갖는 것을 일례로 도시하였지만 발광 효율을 높이기 위해 다중층 구조로 이루어 질 수도 있다. 상기 유기 발광층(176)이 다중층 구조를 이룰 경우, 정공주입층(hole injection layer), 정공수송층(hole transporting layer), 발광 물질층(emitting material layer), 전자수송층(electron transporting layer) 및 전자주입층(electron injection layer)으로 이루어질 수도 있다. 이때, 상기 정공주입층과 정공수송층과 상기 전자수송층 및 전자주입층은 그 위치를 바꾸어 형성될 수도 있다. 이는 상기 제 1 전극(173)이 일함수값이 낮은 금속물질로 이루어져 음극을 이루느냐 아니면 일함수 값이 상대적으로 높은 금속물질로 이루어져 양극을 이루냐에 따라 결정될 수 있다.

한편, 상기 유기 발광층(176)과 상기 뱅크(171)의 상부에는 상기 표시영역(AA) 전면에 대응하여 제 2 전극(178)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제 1 전극(173)과 제 2 전극(178)과 이들 두 전극(173, 178) 사이에 개재된 유기 발광층(176)은 유기전계 발광 다이오드(E)를 이룬다.

다음, 상기 제 2 전극(178) 상부에는 상기 표시영역(AA)과 상기 비표시영역(NA) 일부에 대응하여 외부로부터의 투습을 방지하고 상기 유기전계 발광 다이오드(E)의 보호와 플렉서블한 특성을 갖도록 하기 위해 투명한 페이스 씰 또는 투명한 무기 필름(18)이 구비됨으로써 본 발명에 따른 유기전계 발광소자(190)가 완성되고 있다.

전술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 유기전계 발광소자(190)에 있어서, 가장 특징적인 구성은 각 화소영역(P)을 관통하며 상기 데이터 배선(130) 또는 게이트 배선(105)과 나란하게 열 방출 보조배선(141)이 구비되고 있다는 것과, 상기 열 방출 보조배선(141)에 대응하여 각 화소영역(P)에는 상기 제 1 보호층(150)을 노출시키며 도랑 형태로 제 1 홀(172b)이 그 표면에 평탄한 상기 제 2 보호층(170) 내부에 구비되고 있다는 것과, 상기 열 방출 보조배선(141) 끝단은 비표시영역(NA)에 수 내지 수십 mm 정도의 폭을 갖는 방열패드(146)와 연결되고 있다는 것이다.

한편, 상기 유기 발광층(176)은 상기 제 1 전극(173)과 직접 접촉하고 있는 구조적 특성 상 유기전계 발광소자(190)의 구동 시 상기 유기 발광층(176)의 발광함으로써 발생되는 열은 금속재질로 이루어져 열 전도성이 우수한 상기 제 1 전극(173)으로 전도되며, 상기 제 1 전극(173)과 상기 제 1 홀(172b) 내부에서 상기 제 1 보호층(150)을 사이에 두고 중첩하는 상기 열 방출 보조배선(141)으로 전도되며, 상기 열 방출 보조배선(141)으로 전도된 열은 이의 끝단과 연결되며 대기 중에 노출된 상기 방열패드(146)를 통해 외부로 방출되게 된다.

상기 제 1 보호층(150)은 무기절연물질로 통상 1000Å 내지 3000Å정도의 두께를 가지며 형성됨으로서 열 전도 능력이 유기절연물질로 이루어진 제 2 보호층(170)보다 우수하다.

따라서, 본 발명에 따른 유기전계 발광소자(190)는 평탄한 표면을 갖도록 하기위해 수 ㎛정도의 두께를 갖는 상기 제 2 보호층(170)에 도랑 형태로서 각 화소영역(P)별로 상기 열 방출 보조배선(141)에 대응해서 상기 제 1 보호층(150)을 노출시키는 제 1 홀(172b)을 형성함으로써 상기 제 2 보호층(170) 상부로 유기 발광층(176)과 직접 접촉하며 형성되는 제 1 전극(173)이 상기 열 방출 보조배선(141)과 인접하도록 하여 상기 유기 발광층(176)으로부터 발생된 열을 상기 열 방출 보조배선(141)으로 전도하도록 하여 최종적으로 방열패드(146)를 통해 외부로 방열될 수 있는 구성을 갖도록 한 것이다.

이러한 구조적 특징에 의해 상기 유기 발광층(176)에서 발생하는 열을 외부로 효과적으로 방출시킬 수 있으므로 유기 발광층(176)의 열화 속도를 늦추고, 유기 발광층(176)의 열화에 따른 구동 전압 상승을 억제하며 휘도 저하 및 표시영역(AA) 내에서의 유기 발광층(176)의 불규칙적인 열화로 인한 휘도 불균일 현상을 방지할 수 있는 것이다.

도 8은 종래의 유기전계 발광소자의 표시영역에서의 휘도를 측정한 것을 나타낸 도면이며, 도 9는 본 발명에 따른 유기전계 발광소자의 표시영역에서의 휘도를 측정한 것을 나타낸 도면이다. 이때, 휘도는 유기전계 발광소자의 구동 후 일정시간이 경과된 상태에서 상온 상습의 분위기에서 동일한 크기의 구동 전압을 인가하여 표시영역 전면에서 최대 화이트를 나타낸 것을 각각 측정한 것이다.

우선, 도 8을 참조하면, 종래의 유기전계 발광소자의 경우, 유기 발광층의 외부로의 방열이 원활하게 이루어지지 않아 유기 발광층에 열화가 표시영역 내에서 부분적으로 발생함으로서 표시영역 상부와 하부간에 휘도 차이가 크게 발생되고 있음을 알 수 있다. 이때, 종래의 유기전계 발광소자의 최대 휘도치는 391 nit, 최소 휘도치는 111.8 nit가 되었으며, 휘도 편차(최대 휘도치를 최소 휘도치로 나눈 값)는 3.49 정도가 됨을 알 수 있었다.

하지만 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 유기전계 발광소자의 경우, 유기 발광층으로부터 발생되는 열이 열 방출 보조배선과 방열패드를 통해 외부로 원활하게 방출됨으로서 표시영역 전면에 있어 비교적 균일하게 휘도 분포가 이루어짐을 알 수 있다. 이때 표시영역에 있어서 상하 또는 좌우의 휘도 편차는 거의 발생하지 않았으므로 전체적으로 표시영역의 중앙부가 가장자리부 보다는 큰 휘도를 가짐을 알 수 있었다. 최대 휘도치는 550 nit, 최소 휘도치는 459 nit가 되었으며 휘도 편차는 1.20 정도가 됨을 알 수 있었다.

따라서, 종래의 유기전계 발광소자와 본 발명에 따른 유기전계 발광소자를 휘도 편차 측면에서 비교하면, 본 발명에 따른 유기전계 발광소자가 종래의 유기전계 발광소자 대비 휘도 방열이 원활하게 이루어짐으로서 표시영역 내에서의 휘도 균일성이 3배 정도 더욱 우수함을 알 수 있다.

유기전계 발광소자를 구동하여 일정시간 경과 후 종래의 경우는 유기 발광층의 열화로 인해 화이트를 나타내는 휘도를 구현하기 위한 구동전압이 상승하게 됨으로써 최대 휘도 표현을 위해 요구되는 전압보다 상대적으로 낮은 전압이 인가됨으로써 최대 휘도치가 391nit가 되었지만, 본 발명에 따른 유기전계 발광소자의 경우 외부로의 방열이 비교적 원활하게 이루어져 유기 발광층의 열화가 상대적으로 지연됨으로써 열화로 인해 최대 휘도 표현을 위해 요구되는 전압과 현재 인가되고 있는 구동전압의 크기의 변동분이 크지 않아 구동 후 동일한 시간이 지난후의 최대 휘도치는 550 nit가 됨을 알 수 있었다.

따라서, 본 발명에 따른 유기전계 발광소자가 유기 발광층의 휘도 지속 능력 및 열화로 인해 발생하는 휘도 저하 방지의 측면에 있어서도 우수함을 알 수 있다.

101 : 기판 103 : 평탄화막
104 : 버퍼층 105 : 게이트 배선
107 : 게이트 전극 112 : 게이트 절연막
120 : 반도체층 120a : 액티브층
120b : 오믹콘택층 133 : 소스 전극
136 : 드레인 전극 138 : 전원배선
150 : 제 1 보호층 152 : 드레인 콘택홀
170 : 제 2 보호층 171 : 뱅크
172a: 드레인 보조 콘택홀 172b : 제 1 홀
173 : 제 1 전극 176 : 유기 발광층
178 : 제 2 전극 180 : 무기 필름
190 : 유기전계 발광소자
AA : 표시영역 DA : 구동영역
DTr : 구동 박막트랜지스터 E : 유기전계 발광 다이오드
P : 화소영역

Claims

다수의 화소영역을 포함하는 표시영역과 이의 외측으로 비표시영역이 정의(定義)된 기판과;
상기 표시영역에 서로 교차하여 상기 다수의 화소영역을 정의하며 형성된 게이트 배선 및 데이터 배선과;
상기 게이트 배선 또는 상기 데이터 배선과 나란하게 각 화소영역을 관통하며 형성된 전원배선과;
상기 게이트 배선 또는 상기 데이터 배선과 나란하게 각 화소영역을 관통하며 형성된 열 방출 보조배선과;
상기 비표시영역에 상기 열 방출 보조배선의 일끝단과 연결되며 형성된 방열패드와;
상기 각 화소영역에 형성된 스위칭 박막트랜지스터 및 구동 박막트랜지스터와;
상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터 위로 상기 표시영역 전면에 형성된 제 1 보호층과;
상기 열 방출 보조배선에 대응하는 상기 제 1 보호층을 노출시키는 도랑 형태의 제 1 홀이 구비되며 상기 제 1 보호층 상부로 평탄한 표면을 가지며 형성된 제 2 보호층과;
상기 제 2 보호층 위로 상기 각 화소영역에 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 상기 제 1 홀까지 연장하여 상기 제 1 홀 내부에서 상기 열 방출 보조배선과 중첩하도록 형성된 제 1 전극과;
상기 제 1 전극 위로 각 화소영역별로 분리 형성된 유기 발광층과;
상기 유기 발광층 위로 상기 표시영역 전면에 형성된 제 2 전극과;
상기 제 2 전극을 덮으며 표시영역 전면에 형성된 투습 방지층
을 포함하는 유기전계 발광소자.
제 1 항에 있어서,
상기 방열패드는 그 폭이 수 ㎛ 내지 수 mm인 것이 특징인 유기전계 발광소자.
제 2 항에 있어서,
상기 방열패드는 서로 이웃한 다수의 상기 열 방출 보조배선의 끝단과 연결된 것이 특징인 유기전계 발광소자.
제 2 항에 있어서,
상기 방열패드는 대기중에 노출된 구조를 갖는 것이 특징인 유기전계 발광소자.
제 1 항에 있어서,
상기 게이트 배선 및 데이터 배선은 상기 스위칭 박막트랜지스터와 연결되며, 상기 스위칭 박막트랜지스터 및 상기 전원배선은 상기 구동 박막트랜지스터와 연결되도록 형성된 것이 특징인 유기전계 발광소자.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 보호층은 무기절연물질로 이루어지며 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀이 구비된 것이 특징인 유기전계 발광소자.
제 6 항에 있어서,
상기 제 1 보호층은 그 두께가 1000Å 내지 3000Å인 것이 특징인 유기전계 발광소자.
제 6 항에 있어서,
상기 제 1 보호층의 상부에는 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하는 드레인 보조전극이 구비되며,
상기 제 2 보호층에는 상기 드레인 보조전극을 노출시키는 드레인 보조 콘택홀이 구비되며,
상기 제 1 전극은 상기 드레인 보조 콘택홀을 통해 상기 드레인 보조전극과 접촉하는 것이 특징인 유기전계 발광소자.
제 1 항에 있어서,
상기 기판은 플라스틱, 고분자 필름, 금속박막 중 어느 하나로 이루어진 것이 특징인 유기전계 발광소자.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전극의 상부에는 상기 제 1 전극을 테두리하며 각 화소영역의 경계에 형성된 뱅크가 형성된 것이 특징인 유기전계 발광소자.
제 1 항에 있어서,
상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터는,
게이트 전극과, 상기 게이트 전극 위로 형성된 게이트 절연막과, 상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 전극에 대응하여 형성된 비정질 실리콘의 액티브층과, 상기 액티브층 상부로 서로 이격하며 형성된 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층과, 상기 오믹콘택층 상부로 서로 이격하며 형성된 소스 및 드레인 전극으로 이루어지거나,
또는 순수한 폴리실리콘의 제 1 영역과, 상기 제 1 영역의 양측으로 폴리실리콘에 불순물이 도핑된 제 2 영역으로 구성된 반도체층과, 상기 반도체층을 덮으며 형성된 게이트 절연막과, 상기 제 1 영역에 대응하여 형성된 게이트 전극과, 상기 게이트 전극 위로 형성되며 상기 제 2 영역을 각각 노출시키는 반도체층 콘택홀을 갖는 층간절연막과, 상기 층간절연막 위로 상기 반도체층 콘택홀을 통해 각각 상기 제 2 영역과 접촉하며 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극으로 이루어진 것이 특징인 유기전계 발광소자.
제 1 항에 있어서,
상기 투습 방지층은, 투명한 무기 필름 또는 페이스 씰로 이루어진 것이 특징인 유기전계 발광소자.