KR20140077120A - 화소 구조, 화소 유닛 구조, 디스플레이 패널 및 디스플레이 장치 - Google Patents

화소 구조, 화소 유닛 구조, 디스플레이 패널 및 디스플레이 장치 Download PDF

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KR20140077120A
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보에 테크놀로지 그룹 컴퍼니 리미티드
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Abstract

본 발명의 실시예는 디스플레이 장치의 전기광학(electro-optical) 효율을 향상시키기 위한 화소 구조, 화소 유닛 구조, 디스플레이 패널 및 디스플레이 장치를 제공한다. 상기 화소 구조는 능동 매트릭스 구동 회로를 포함하며, 상기 능동 매트릭스 구동 회로에 연결된 2개 이상의 서로 직렬 연결된 발광소자를 더 포함하며, 상기 발광소자는 발광소자 그룹을 구성하며, 상기 능동 매트릭스 구동 회로는 상기 발광소자를 구동하여 발광하도록 한다.

Description

화소 구조, 화소 유닛 구조, 디스플레이 패널 및 디스플레이 장치{PIXEL STRUCTURE, PIXEL UNIT STRUCTURE, DISPLAY PANEL AND DISPLAY DEVICE}
본 발명은 유기 발광 기술 영역에 관한 것이며, 특히 화소 구조, 화소 유닛 구조, 디스플레이 패널 및 디스플레이 장치에 관한 것이다.
유기 발광 디스플레이는 전고체(all-solid) 상태, 능동 발광, 고콘트라스트, 초박형, 저전력 소비, 광 시야각, 빠른 반응 속도, 넓은 동작 범위, 플렉서블 디스플레이와 3D 디스플레이를 구현하기 쉽다는 등 많은 장점을 구비하기 때문에 차세대 꿈의 디스플레이로 각광 받는다. 동시에 발광소자는 넓은 면적의 필름을 형성할 수 있는 특징을 가지기 때문에 이상적인 대형 평판 디스플레이(flat panel display) 장치를 형성할 수 있다. 기존 광범위하게 응용되는 발광소자는 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED)이다. OLED로 제작된 대형 유기 발광 디스플레이 장치, 예를 들어 OLED 컬러 TV, OLED 태블릿 PC는 현재 여러 제조 업체에서 추구하는 목표가 되고 있다.
발광소자가 발광을 실현하는 데에는 일정한 구동 전류를 필요로 하며, 이러한 구동 전류는 통상적으로 주변 회로에 의해 공급된다. 예를 들어 기준 전압원에 의해 일정한 전압 VDD이 공급되며, 기준 전압원은 유기 발광 디스플레이 패널 상의 능동 매트릭스 구동 회로(active matrix drive circuit)에 의해 발광소자에 공급된다. 유기 발광 디스플레이 장치의 사이즈가 커짐에 따라, 능동 매트릭스 구동 회로의 배선도 많아지게 되고, 그에 따라 배선 저항도 커지게 되며, 배선 저항에 의한 전압 강하(IR Drop)도 커지게 된다. 그러나, IR Drop은 발광소자의 발광에 기여하지 않고, 열적(thermal) 전력 소모에 의한 손실이 될 뿐만 아니라, 디스플레이 소자의 전기광학(electro-optics) 효율을 저하시키고, 전력 소비를 증가시키고, 또한 회로의 열량(quantity of heat)이 일정한 정도에 도달하면 전자소자의 발광재료의 성능에도 영향을 끼쳐, 디스플레이 장치의 표시 효과에 영향을 미친다.
컬러 디스플레이 기술 영역에 있어서, 하나의 화소 유닛은 적색, 녹색, 청색 3개의 화소를 포함한다. 기존 주된 기술에 있어서, 회로의 간소화를 위해 하나의 화소 유닛의 적색, 녹색, 청색 화소의 발광소자는 모두 단일한 전압원(VDD-VSS)에 의해 구동되어 발광되며, 상이한 컬러의 발광소자의 작동 예비 설정(preset) 전압은 통상적으로 서로 상이하다. 예를 들어, 청색 발광소자의 작동 전압은 상대적으로 높고, 적색과 녹색 발광소자의 작동 전압은 상대적으로 낮다. 따라서 능동 매트릭스 구동 회로에 동일한 전원 전압(VDD-VSS)을 공급할 때, 화이트 밸런스 표시의 실현을 보장하기 위해, 화소 구동 전원 전압(VDD-VSS)은 반드시 청색 발광소자의 작동 전압에 기초하여 설정하여야 한다. 청색 발광소자가 정상적으로 작동할 때, 적색과 녹색 발광소자의 예비 설정 작동 전압은 상대적으로 낮기 때문에, 능동 매트릭스 구동 회로에 마련되어 있는 구동 트랜지스터를 통해 소자 작동 예비 설정 전압을 초과하는 폭의 전압을 대폭으로 분담하여, 3가지 컬러의 발광소자가 모두 정상적으로 작동하게 하여, 적당한 비율의 강도에 따라 화이트 밸런스 표시를 형성한다. 그러나, 청색 화소에 비해, 적색 및 녹색 능동 매트릭스 구동 회로 내의 구동 트랜지스터가 과도하게 분담하는 전압 및 상응하는 전력 소모는 발광소자의 발광에 기여하지 않으며, 열적 전력 소모에 의한 손실이 되어, 표시소자의 전기광학 효율을 저하시키고, 회로의 열량(quantity of heat)이 일정한 정도에 도달하면 전자소자의 발광재료의 성능에도 영향을 끼쳐, 디스플레이 장치의 표시 효과에 영향을 미친다.
본 발명의 실시예는, 화소 구조의 배선 저항에 의한 전압 강하를 줄이고, 방열에 의한 에너지 손실을 감소시켜, 디스플레이 장치의 전기광학 효율을 향상시키기 위한 화소 구조, 화소 유닛 구조, 디스플레이 패널 및 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예는, 능동 매트릭스 구동 회로를 포함하며, 상기 능동 매트릭스 구동 회로에 연결된 2개 이상의 서로 직렬 연결된 발광소자를 더 포함하며, 상기 발광소자는 발광소자 그룹을 구성하고, 상기 능동 매트릭스 구동 회로는 상기 발광소자를 구동하여 발광시키는 것인 화소 구조를 제공한다.
상기 서로 직렬 연결된 발광소자는 적색 발광소자, 녹색 발광소자 또는 청색 발광소자인 것이 바람직하다.
상기 발광소자는 유기 발광 다이오드(OLED)인 것이 바람직하다.
상기 서로 직렬 연결된 발광소자의 발광 면적은 서로 동일한 것이 바람직하다.
상기 능동 매트릭스 구동 회로는 제1 단부와 제2 단부를 포함하고, 제1 단부는 제1 기준 전압원에 연결되며, 제2 단부는 제2 기준 전압원에 연결되며, 상기 서로 직렬 연결된 발광소자는 능동 매트릭스 구동 회로의 제1 단부 또는 제2 단부에 마련되거나, 또는 각각 능동 매트릭스 구동 회로의 제1 단부와 제2 단부에 마련되는 것이 바람직하다.
상기 능동 매트릭스 구동 회로의 제1 단부 또는 제2 단부에 마련되며 서로 직렬 연결된 발광소자는, 상기 제1 단부 또는 제2 단부에 마련되는 발광소자가 하나보다 많을 때, 발광소자의 애노드와 인접한 다른 발광소자의 캐소드가 전기적으로 서로 연결되는 것이 바람직하다.
어느 하나의 단부에 마련되어 있는 발광소자가 하나보다 많을 때,
서로 직렬 연결된 발광소자는 기판, 상기 기판 상에 위치하며 동일층에 마련되는 제1 애노드와 제2 애노드, 각각 상기 제1 애노드와 제2 애노드 상에 위치하며 동일층에 마련되는 제1 유기 발광층과 제2 유기 발광층; 각각 상기 제1 유기 발광층과 제2 유기 발광층 상에 위치하며 동일층에 마련되는 제1 캐소드와 제2 캐소드를 포함하거나, 또는
서로 직렬 연결된 발광소자는 기판, 상기 기판 상에 위치하며 동일층에 마련되는 제1 캐소드와 제2 캐소드, 각각 상기 제1 캐소드와 제2 캐소드 상에 위치하며 동일층에 마련되는 제1 유기 발광층과 제2 유기 발광층, 각각 상기 제1 유기 발광층과 제2 유기 발광층 상에 위치하며 동일층에 마련되는 제1 애노드와 제2 애노드를 포함하며,
상기 제1 애노드와 제2 캐소드는 서로 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예는, 적색, 녹색, 청색 3개의 화소 구조를 포함하며, 상기 적색, 녹색, 청색 3개의 화소 구조 중 하나 이상이 상기 화소 구조인 화소 유닛 구조를 제공한다.
본 발명의 실시예는 상기 화소 유닛 구조를 포함하는 디스플레이 패널을 제공한다.
각 화소 유닛 구조에 있어서, 적색 발광소자의 개수와 녹색 발광소자의 개수가 다른 것, 및/또는 적색 발광소자의 개수와 청색 발광소자의 개수가 다른 것, 및/또는 녹색 발광소자의 개수와 청색 발광소자의 개수가 다른 것이 바람직하다.
상기 적색 발광소자의 개수가 청색 발광소자의 개수보다 많고, 녹색 발광소자의 개수가 청색 발광소자의 개수보다 많은 것이 바람직하다.
각 화소 유닛 구조에 있어서, 적색 발광소자는 2~5개, 녹색 발광소자는 2~6개, 청색 발광소자는 1~3개인 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예는 상기 디스플레이 패널을 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예는, 발광소자 그룹을 포함하며, 각 발광소자 그룹은 2개 이상의 발광소자를 포함하며, 비교적 많은 발광소자를 통해 전압을 배분하여, 발광소자가 발광하도록 구동하는 전력이 변하지 않은 경우에, 발광소자가 발광하도록 구동하는 구동 전류를 낮추어, 화소 구조의 배선 전압 강하에 의한 무효(無效)한 열적 전력 소모를 낮추어, 디스플레이 장치의 전기광학 효율을 향상시킨다. 예를 들어, 발광소자 그룹이 n개의 발광소자로 구성되면, 구동 전류는 기존의 능동 매트릭스 구동 회로의 필요 전류의 1/n로 저하되며, 능동 매트릭스 구동 회로의 배선 전압 강하로 열적 전력 소모는 기존의 배선 전압 강하의 전력 소모의 1/n2로 저하된다. 즉, 배선 전압 강하로 인한 무효한 열적 전력 소모를 크게 줄여, 디스플레이 장치의 전기광학 효율을 향상시킨다.
도 1은 본 발명의 실시예에서 제공하는 화소 구조의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서 제공하는, 도 1에 나타낸 능동 매트릭스 구동 회로를 포함하는 유기 발광 디스플레이 패널 구조의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에서 제공하는, 도 1에 나타낸 능동 매트릭스 구동 회로를 포함하는 유기 발광 디스플레이 패널 구조의 또 다른 모식도이다.
도 4는 기존 OLED 구조의 모식도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 제공하는 2개의 직렬 연결 구조의 OLED 구조의 모식도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에서 제공하는 기판 상에 애노드를 형성하는 OLED의 평면 모식도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에서 제공하는 기판 상에 정공 수송층을 형성하는 OLED의 평면 모식도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에서 제공하는 기판 상에 유기 발광층을 형성하는 OLED의 평면 모식도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에서 제공하는 기판 상에 전자 수송층을 형성하는 OLED의 평면 모식도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에서 제공하는 기판 상에 절연층을 형성하는 OLED의 평면 모식도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에서 제공하는 기판 상에 캐소드를 형성하는 OLED의 평면 모식도이다.
본 발명의 실시예에서는, 화소 구조의 능동 매트릭스 구동 회로의 배선 저항으로 발생하는 전압 강하를 낮춰, 열적 전력 소모에 의한 에너지 손실을 저감시켜, 디스플레이 장치의 전기광학 효율을 향상시키기 위한 화소 구조, 화소 유닛 구조, 디스플레이 패널 및 디스플레이 장치를 제공한다.
이하, 도면에 근거하여 본 발명의 실시예에서 제공하는 기술 방안을 구체적으로 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에서 제공하는 화소 구조는, 능동 매트릭스 구동 회로(5) 및 능동 매트릭스 구동 회로(5)에 연결된 발광소자 그룹(6)을 포함하며, 상기 발광소자 그룹(6)은 2개의 서로 직렬 연결된 발광소자, 예를 들어 도 1의 발광소자 D1과 발광소자 D2를 포함한다.
상기 발광소자 그룹(6)은 2개의 서로 직렬 연결된 발광소자로 한정되지 않으며, 상기 발광소자 그룹(6)은 3개 및 3개 이상의 직렬 연결된 발광 소자를 포함할 수도 있다
능동 매트릭스 구동 회로(5)는 주변 회로의 제1 기준 전압원(51)에 연결되며, 능동 매트릭스 구동 회로(5)에 구동 전류(대응되는 전압을 VDD로 표시)를 공급하며, 발광소자의 일단은 능동 매트릭스 구동 회로(5)에 연결되며, 그 타단은 제2 기준 전압원(52)에 연결된다(대응되는 전압을 VSS로 표시).
도 1에 나타낸 화소 구조는 적색 화소, 녹색 화소, 또는 청색 화소에 대응되는 화소 구조일 수 있다. 또한, 황색 화소에 대응하는 화소 구조 등과 같이 기타 컬러 화소에 대응하는 화소 구조일 수 있으며, 이하에서는 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소에 대응하는 화소 구조를 예로 들어 설명한다.
화소 구조의 발광소자 그룹이 적색 발광소자 그룹(즉 발광 컬러가 적색인 발광소자로 구성된 발광소자 그룹)일 때, 적색 화소에 대응되며, 마찬가지로 화소 구조의 발광소자 그룹이 녹색 발광소자 그룹일 때, 녹색 화소에 대응되며, 화소 구조의 발광소자 그룹이 청색 발광소자 그룹일 때, 청색 화소에 대응된다.
다시 말해서, 서로 직렬 연결된 발광소자는 적색 발광소자, 녹색 발광소자, 또는 청색 발광소자이다.
본 발명의 실시예에 기재된 발광소자는, 바람직하게, 유기 발광 다이오드(OLED) 또는 기타 유기 발광소자(EL)일 수 있다.
서로 직렬 연결된 발광소자의 발광 면적이 거의 서로 같은 것이 바람직하다.
도 1에서 나타낸 화소 구조에 있어서, 발광소자의 구조가 일단 확정되면, 발광소자의 작동 전압이 확정되며, 정상적으로 작동하는 발광소자의 구동 전압은 상기 발광소자에서 흐르는 구동 전류에만 관계된다. 본 발명의 실시예에서는 각 화소 구조에 마련한 2개 이상의 서로 직렬 연결된 발광소자를 통해, 구동 전력이 변하지 않는다고 보장하는 전제하에서, 구동 전류(I)를 낮추어야 하며, n개의 직렬 연결된 발광소자가 필요로 하는 구동 전류는 (1/n)I이다. 이 때, 능동 매트릭스 구동 회로의 배선 저항이 일정한 경우, 배선 열적 전력 소비는 원래의 1/n2로 감소되어, 디스플레이 장치의 전기광학 효율을 향상시킨다.
서로 직렬 연결된 발광소자는 도 1에 나타낸 서로 인접하여 설치하는 방식 일 수도 있고, 도 2에 나타낸 서로 인접하지 않게 설치하는 방식일 수도 있다. 구체적으로는, 능동 매트릭스 구동 회로(5)는 2개의 단부, 제1 단부 및 제2 단부를 포함하며, 제1 단부는 제1 기준 전압원(51)에 결합(coupling)되며, 제2 단부는 제2 기준 전압원(52)에 결합되며, 서로 직렬 연결된 발광소자는 능동 매트릭스 구동 회로(5)의 동일한 단부(제1 단부 또는 제2 단부)에 마련될 수 있고, 능동 매트릭스 구동 회로(5)의 서로 다른 단부(일부 발광소자는 제1 단부에 마련되고, 나머지 일부의 발광소자는 제2 단부에 마련됨)에 마련될 수도 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에서 제공하는 유기 발광 디스플레이 패널은 각 화소 유닛 구조가 어레이 배열을 이루는 화소 구조를 갖는 화소 유닛 구조(4)을 포함하며,
구체적으로, 유기 발광 디스플레이 패널은, 기판(1), 기판(1)에 마련되며 제1 방향을 따라 배열되는 복수의 게이트 스캔 라인(2), 제1 방향에 수직인 제 2방향을 따라 배열되는 데이터 신호 라인(3), 및 게이트 스캔 라인(2)과 데이터 신호 라인(3)에 의해 둘러싸이는 화소 유닛 구조를 포함하며,
각 화소 유닛 구조는 적색 화소(41), 녹색 화소(42) 및 청색 화소(43)를 포함할 수 있으며,
각 화소 유닛 구조(적색 화소(41), 녹색 화소(42) 또는 청색 화소(43))는 능동 매트릭스 구동 회로(5)와 발광소자 그룹(6)을 포함하며, 발광소자 그룹(6)은 능동 매트릭스 구동 회로(5)에 연결되며, 게이트 스캔 라인(2)과 데이터 신호 라인(3)은 능동 매트릭스 구동 회로(5)에 연결되며,
발광소자 그룹(6)은 2개 이상의 직렬 연결된 발광소자, 예를 들어 도 3의 직렬 연결된 발광소자 D1과 발광소자 D2, 또는 직렬 연결된 발광소자 D1, 발광소자 D2, 발광소자 D3을 포함한다.
주변 회로는 능동 매트릭스 구동 회로에 기준 전압 VDD를 공급하고, 주변 회로는 발광소자에 기준 전압 VSS를 공급한다.
발광소자는 구동 전류의 작용하에서 발광한다.
이하, 본 발명의 실시예에서 제공하는 유기 발광 디스플레이 패널이 배선 전압 강하를 낮추어, 열적 전력 소모를 줄여, 디스플레이 장치의 전기광학 효율을 향상시킬 수 있는 원리에 대해 구체적으로 설명한다.
발광소자의 전류 단면(cross section)과 구동 전류가 발광소자의 발광량을 결정한다. 각 화소 구조에 하나의 발광소자를 마련하는 것에 비해, 동일한 발광량을 실현한다는 전제하에, 즉 동일한 구동 전력의 전제하에, 본 발명은, 각 화소 구조에 2개 이상의 직렬 연결된 발광소자를 마련하며, 예를 들어 2개의 직렬 연결된 발광소자가 마련될 때, 각 발광소자의 발광면적은 원래의 1/2이 되며, 마찬가지로 각 발광소자의 전류 단면은 원래의 1/2이 되며, 발광소자 그룹의 발광소자는 직렬 연결되므로, 각 발광소자의 구동 전력은 P=UI 이며, U는 각 발광소자의 작동 전압이며, I는 발광소자에 흐르는 전류이다. 상술한 바와 같이, 발광소자 그룹은 3개 또는 3개 이상의 발광소자를 포함할 수 있다. 여기서 발광소자 그룹에 n개(여기서, n≥2)의 발광소자가 있다고 가정하면, 발광소자 그룹의 총 발광 전력(emission power)은 P총=nUI 이며, 발광소자의 작동 전압 U는 그것의 발광 재료와 구조에 의해 결정되기 때문에 서로 다른 발광 면적의 발광소자도 작동 전압은 서로 같다. 따라서, 발광소자에서 흐르는 전류가 원래(하나의 발광소자만 마련한 경우)의 1/n 일 때, 구동 전력은 변하지 않는다. 배선 저항은 일정하며, 배선 저항 상의 열적 전력 소모 P배선=I2R 는 원래의 1/n2로 저하된다. 다시 말해서, 본 발명은 상대적으로 작은 구동 전류(상대적으로 작은 제1 기준 전압 VDD에 대응됨)를 가하여도, 동일한 구동 전력이라는 목적을 실현할 수 있다. 또한 배선 저항의 무효한 열적 전력 소모를 줄여, 디스플레이 소자의 전기광학 효율을 향상시킨다.
도 3을 참조하면, 적색 화소(41)는 적색 발광소자 D1, 적색 발광소자 D2 및 적색 발광소자 D3이 직렬 연결되어 이루어진 적색 발광소자 그룹(6)을 포함하고, 녹색 화소(42)는 녹색 발광소자 D1, 녹색 발광소자 D2 및 녹색 발광소자 D3이 직렬 연결되어 이루어진 녹색 발광소자 그룹(6)을 포함하며, 청색 화소(43)는 청색 발광소자 D1, 청색 발광소자 D2 및 청색 발광소자 D3이 직렬 연결되어 이루어진 청색 발광소자 그룹(6)을 포함하는 것이 바람직하다.
그 중, 각 화소 유닛 구조(적색 화소(41), 녹색 화소(42), 청색 화소(43)를 포함)의 발광소자 그룹에 있어서, 적색 발광소자의 개수는 청색 발광소자의 개수 보다 많고, 녹색 발광소자의 개수는 청색 발광소자의 개수보다 많다. 이러한 구성 방식은 배선 저항의 무효한 열적 전력 소모를 줄이고, 디스플레이 소자의 전기광학 효율을 향상시키며, 또한 각 화소 유닛 구조의 서로 다른 화소에 적절한 수량의 발광소자를 마련하여, 발광소자 그룹의 작동 전압을 최대한 근접시켜 전원 전압을 충분히 이용하도록 할 수 있다.
이는 발광소자 예를 들어 유기 발광 다이오드(OLED)의 작동 전압은 주로 그것의 발광 재료와 구조에 의해 결정되므로, 상이한 발광 면적을 갖는 OLED도 작동 전압은 동일거나 거의 동일하기 때문이다. 따라서, 적색, 녹색, 청색 OLED가 예비 설정 작동 전압 하에서 작동하도록 보장하려면, 기존 주된 기술에서는 능동 매트릭스 구동 회로에 마련되어 있는 구동 트랜지스터를 통해 일부분의 전압을 배분하여, 적색, 녹색, 청색 OLED가 예비 설정 작동 전압 하에서 작동하도록 한다. 그러나 구동 트랜지스터는 자신의 전압 강하를 열(heat)의 형태로 방출한다.
각 화소 유닛 구조의 3개의 서로 다른 컬러의 화소는 동일한 하나의 제1 기준 전압원을 통해 전압을 공급받아 OLED를 발광하도록 구동시킨다. 즉, 단일 전압 전원을 사용하여, 각 화소 유닛 구조의 3개의 서로 다른 컬러의 화소에 전압을 공급한다. 서로 다른 수량의 OLED 직렬 연결 방식은, 서로 다른 화소 구조의 발광소자 그룹의 작동 전압을 최대한 근접하게 할 수 있으며, 이와 같이 서로 다른 컬러의 화소 구동 회로가 소모하는 전압을 모두 비교적 낮은 레벨로 유지하여, 무효한 전력 소모를 감소시킬 수 있다.
구체적으로, 서로 다른 컬러의 발광소자의 작동 전압은 서로 상이하며, 기존의 발광소자에 있어서, 청색 발광소자의 작동 전압은 녹색 및 적색 발광소자의 작동 전압보다 높다. 적색 발광소자, 녹색 발광소자 및 청색 발광소자에 연결된 능동 매트릭스 구동 회로에 동시에 기준 전압 VDD를 가할 때, 적색 발광소자 그룹, 녹색 발광소자 그룹 및 청색 발광소자 그룹에 가해진 전압 강하가 같거나 거의 같게 하기 위해, 구동 트랜지스터가 과도하게 전압을 분배할 필요가 없이, 비율에 따라 적당한 수량의 적색 발광소자, 녹색 발광소자 및 청색 발광소자를 마련하여, 발광소자의 구동 전류를 낮춤으로써, 제1 기준 전압원이 제공하는 전압 VDD와 매칭되지 않을 때, 구동 트랜지스터의 과도한 전압 분배가 야기하는 무효한 열전 전력 소모를 줄일 수 있다.
각 화소 유닛 구조에 있어서, 적색 발광소자는 2~5개, 녹색 발광소자는 2~6개, 청색 발광소자는 1~3개인 것이 바람직하다. 발광소자의 재료 및 소자 구조에 의해 소자의 작동 전압에 비교적 큰 차이가 있을 수 있다는 점을 고려할 때, 직렬 연결하는 OLED 수량은 상기 경우에 제한되지 않을 것이다.
각 화소 유닛 구조에 있어서, 각각의 적색 발광소자의 발광면적은 서로 동일하고, 각각의 녹색 발광소자의 발광면적도 서로 동일하며, 각각의 청색 발광소자의 발광면적도 서로 동일하다.
본 출원의 실시예에서 말하는 발광 면적이 동일하다는 것은, 절대적인 면적이 같은 것이 아니며, 당업자라면 거의 동일하거나 작업 오차 범위 내에서 동일한 것으로 이해하여야 한다는 점이 설명되어야 한다.
본 발명의 실시예에서 제공하는 발광소자 그룹은, 복수 개의 독립적인 발광소자가 도선을 통해 서로 연결될 수 있으며, 또는 복수 개의 발광소자가 상호 연결될 수 있다.
OLED의 구조 모식도에 관한 도 4를 참조한다.
OLED는 기판(20), 애노드(21), 정공 수송층(22), 유기 발광층(23), 전자 수송층(24), 캐소드(25)를 포함한다. 애노드(21)는 능동 매트릭스 구동 회로(5)에 연결되고, 캐소드(25)는 기준 전압원(VSS)에 연결된다. 애노드(21)와 캐소드(25)는 절연층(26)을 통해 서로 격리된다.
OLED는, 능동 매트릭스 구동 회로의 구동하에서, 유기 반도체 발광 재료가, 애노드(21)와 캐소드(25)의 정공과 전자를 통해 유기 발광층(23)에 주입되고 유기 발광층(23)의 전자 및 정공과 재결합하여 발광하는 현상을 가리킨다.
구체적으로, 예를 들어, 금속 산화물 예컨대, 인듐산화물(ITO, Indium Tin Oxides) 투명 전극 및 금속 전극 예컨대, 은(Ag)을 각각 OLED의 애노드(21)와 캐소드(25)로 하고, 일정한 전압의 구동하에, 캐소드(25)의 전자와 애노드(21)의 정공은 각각 캐소드(25)와 애노드(21)로부터 전자 수송층(24)과 정공 수송층(22)으로 주입되고, 전자와 정공은 각각 전자 수송층(24)과 정공 수송층(22)을 거쳐 유기 발광층(23)으로 전이되며, 유기 발광층(23)에서 서로 만나 엑시톤(exiton)을 형성하며, 엑시톤은 탈분극 과정에서 에너지를 방출하여, 유기 발광층의 발광 분자가 여기되도록 하며, 여기 후의 발광 분자가 복사 완화(radiative relaxation)를 거쳐 초기 상태(initial conditions)로 되돌아 가며, 또한 에너지를 방출하며, 에너지는 가시광의 형태로 OLED의 발광면(발광면은 OLED의 전류 단면과 거의 같음)에 방출되며, 예를 들어 도 4에 나타낸 화살표가 가리키는 방향은 광선의 사출방향이다.
직렬 연결된 OLED는 하나의 OLED의 애노드와 다른 하나의 OLED의 캐소드를 전기적으로 연결한 것이다.
구체적으로, 인접한 2개의 OLED의 구조를 예로 들어 설명한다.
서로 직렬 연결된 OLED는 기판, 상기 기판 상에 위치하며 동일층에 마련되는 제1 애노드와 제2 애노드, 각각 상기 제1 애노드와 제2 애노드 상에 위치하며 동일층에 마련되는 제1 유기 발광층과 제2 유기 발광층, 각각 상기 제1 유기 발광층과 제2 유기 발광층 상에 위치하며 동일층에 마련되는 제1 캐소드와 제2 캐소드를 포함하거나,
서로 직렬 연결된 OLED는 기판, 상기 기판 상에 위치하며 동일층에 마련되는 제1 캐소드와 제2 캐소드, 각각 상기 제1 캐소드와 제2 캐소드 상에 위치하며 동일층에 마련되는 제1 유기 발광층과 제2 유기 발광층, 각각 상기 제1 유기 발광층과 제2 유기 발광층 상에 위치하며 동일층에 마련되는 제1 애노드와 제2 애노드를 포함하며,
상기 제1 애노드와 제2 캐소드는 전기적으로 연결된다.
상기 인접한 2개의 OLED는 가장 간단한 3층식 OLED를 예로 들어 설명한 것 뿐이며, 단지 인접하고 서로 직렬 연결된 OLED의 구조를 설명하기 위한 것으로, OLED는 임의의 기존 구조일 수 있지만, 본 발명의 서로 직렬 연결되는 OLED의 구조는 서로 동일한 것이 가장 바람직하다.
본 발명의 직렬 연결된 2개의 OLED의 구조 모식도인 도 5를 참조한다.
제1 OLED(도 5의 좌측 OLED)와 제2 OLED(도 5의 우측 OLED)는 제1 OLED의 애노드(21)와 제2 OLED의 캐소드(21)를 통해 서로 연결된다. 제1 OLED의 캐소드(25)는 VSS를 공급하는 전압원에 연결되며, 제2 OLED의 애노드(21)는 능동 매트릭스 구동 회로(5)에 연결된다. 도 5에 나타낸 OLED의 구조 크기는 도 4에 나타낸 OLED의 절반이며, 마찬가지로, OLED의 전류 단면 역시 도 4에 나타낸 OLE의 전류 단면의 절반이다.
OLED는 후면 발광또는 전면 발광 OLED를 포함한다. 여기서 전면 발광(top emission)이란 OLED의 상부층으로의 발광을 말하며, 즉 광선이 OLED 디스플레이 소자의 캡슐화층(encapsulation layer)의 일측로부터 사출된다. 또한, 후면 발광(bottom emission)이란 OLED의 하부층으로부터의 발광을 말하며 즉, 광선이 OLED 디스플레이 소자의 배면의 일측으로부터 사출된다.
이하 전면 발광 OLED를 예로 들어, 본 발명의 도 5에 나타낸 직렬 연결 OLED(제1 OLED와 제2 OLED)의 제조 공정에 대해 설명하며, 아래와 같은 단계를 포함한다.
1. 열증착(thermal evaporation)법을 통해, 기판에 일정한 두께의 금속 산화물막층을 증착하며, 마스크, 노광, 리소그래피 에칭 프로세스를 통해, 2개의 크기가 서로 다른 OLED 애노드 패턴을 형성한다. 상기 금속산화물막층은 인듐산화물(ITO)막층일 수 있으며, 또는 인듐 아연 산화물(IZO)막층일 수 있다. 2개의 애노드는 각각 제1 애노드와 제2 애노드라고 한다. 제1 애노드와 제2 애노드 사이에는 일정한 간격이 형성되어 있다. 제1 애노드와 제2 OLED의 캐소드는 서로 연결된다. 이후에 상기 제1 애노드와 제2 OLED의 캐소드가 상호 연결되는 것을 확보하기 위하여, 상기 제1 애노드의 면적은 제1 OLED의 유기 발광층의 면적보다 크다. 기판(1)에 형성된 제1 애노드(211)와 제2 애노드(212)의 평면도는 도 6에 나타낸 바와 같다.
2. 열증착법을 통해, 제1 애노드(211)와 제2 애노드(212)가 형성되어 있는 기판에, 일정한 두께의 도전막층을 증착하며, 마스크, 노광, 리소그래피 에칭 프로세스를 통해, 2개의 크기가 같은 OLED 정공 수송층을 형성한다. 제1 애노드(211) 상에 위치하는 정공 수송층은 제1 정공 수송층(221)이고, 제2 애노드(212) 상에 위치하는 정공 수송층은 제2 정공 수송층(222)이다. 제1 애노드(211)는 후속 공정에서 다른 OLED의 캐소드와 상호 연결되도록 하기 위해,일부 전극 영역의 일부를 노출시킨다. 기판(1) 상에 형성된 제1 정공 수송층(221)과 제2 정공 수송층(222)의 평면도는 도 7에 나타낸 바와 같다.
3. 열증착법을 통해, 제1 정공 수송층(221)과 제2 정공 수송층(222)이 형성되어 있는 기판에 발광재료막층을 증착한다. 마스크, 노광, 리소그래피 에칭 프로세스를 통해, 2개의 크기가 같은 OLED 유기 발광층을 형성하며, 각각 제1 유기 발광층(231)과 제2 유기 발광층(232)이다. 기판(1) 상에 형성된 제1 유기 발광층(231)과 제2 유기 발광층(232)의 평면도는 도 8에 나타낸 바와 같다.
4. 열증착법을 통해 제1 유기 발광층(231)과 제2 유기 발광층(232)이 형성되어 있는 기판에 전자 수송층을 형성하며, 형성 과정은 정공 수송층을 형성하는 과정과 유사하며, 재료만 다를 뿐이다. 형성된 제1 전자 수송층(241)과 제2 전자 수송층(242)은 도 9에 나타낸 바와 같다.
5. 열증착법 또는 이온 스퍼터링법을 통해, 절연층 예를 들어, SiNx 또는 SiOx 막층)을 형성하며, 마스크, 노광, 리소그래피 에칭 프로세스를 통해, 제1 OLED와 제2 OLED 애노드 주변에 위치하는 절연층(26)과, 제1 애노드(211) 상의 유기 발광층(231) 측의 일정한 폭 영역 내에 위치하는 절연층(26)을 형성하며, 제1 애노드(211) 상의 유기 발광층(231) 측의 영역 내에 위치하는 절연층(26)의 폭은 제2 캐소드(212)에 연결하기 위해 제1 애노드(211)의 외부에 노출한 부분의 폭보다 작으며, 형성된 절연층(26)은 도 10에 나타낸 바와 같다.
6. 열증착법을 통해, 절연층(26)이 형성되어 있는 기판(1)에 은(Ag)과 같은 금속막층을 형성한다. 마스크, 노광, 리소그래피 에칭 프로세스를 통해 일정한 면적을 가지는 2개의 캐소드 패턴을 형성한다. 각각 제1 캐소드(251) 및 제2 캐소드(252)이며, 형성된 제1 캐소드(251) 및 제2 캐소드(252)의 평면 모식도는 도 11에 나타낸 바와 같다. 제1 캐소드(251)는 VSS를 공급하는 전압원에 연결되며, 제2 캐소드(252)는 제1 애노드(211)의 외부에 노출된 부분에 연결되며, 제2 캐소드(252)는, 제1 애노드(211)에 전기적으로 연결되기 용이하도록, 유기 발광층보다 조금 크게 마련될 수 있다.
본 발명은 이상의 열증착법을 이용하여 성막하는 외에, 미세 금속 마스크(FMM, Fine Metal Mask)의 진공 증착 기술(VTE, Vacuum Thermal Evaporation)을 이용하여 성막할 수도 있다.
본 발명의 상기 OLED 직렬 연결 구조와 OLED 직렬 연결 후의 제작 공정은, 2개의 OLED가 직렬 연결되는 것을 예로 들어 설명하였을 뿐이지만, 구체적인 실시과정에 있어서, 실제 필요에 따라 더 많은 OLED를 직렬 연결하여, 배선 전압 강하에 인한 무효한 열적 전력 소모를 줄여, 디스플레이 장치의 전기광학 효율을 향상시킬 수 있다. 본 발명은 전면 발광 OLED를 예로 들어 설명하였지만, 후면 발광 OLED도 동일한 원리이며, 제작 과정이 유사하므로, 여기서는 설명을 생략한다.
동일한 발명의 개념에 기초하여, 본 발명의 실시예는 또한 상기 능동 매트릭스 구동 회로를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다. 상기 디스플레이 장치는 유기 전계 발광 디스플레이 OLED 패널, OLED 모니터, OLED 텔레비전 또는 OLED 전자 종이(electronic paper) 등의 디스플레이 장치일 수 있다.
본 발명의 실시예에서 제공하는 유기 발광 디스플레이 패널은 각 화소에 발광소자 그룹을 마련하고, 각 발광소자 그룹은 2개 이상의 발광소자를 포함함으로써, 발광소자를 통해 분압(分壓)하므로 분압을 위한 트랜지스터를 마련할 필요가 없어, 디스플레이 소자의 전기광학 효율을 향상시킨다. 발광소자 그룹이 n개의 발광소자로 구성되는 경우를 예로 든다. OLED의 전류 단면은 기존 능동 매트릭스 구동 회로 OLED 단면의 1/n 일 수 있으며, 구동 전류를 기존 능동 매트릭스 구동 회로의 필요 전류의 1/n 으로 줄일 수 있다. 이 때, 능동 매트릭스 구동 회로의 배선 전압 강하의 저하로 인한 전력 소모는 기존 배선 전압 강하에 의한 전력 소모의 1/n2 로 줄어든다. 배선 전압 강하로 인한 무효한 열적 전력 소모를 대폭으로 줄여, 디스플레이 장치의 전기광학 효율을 향상시킨다.
물론, 당업자는 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 대해 다양한 수정 및 변경을 진행할 수 있다. 만약, 본 발명의 이러한 수정 및 변경이 본 발명의 청구범위 및 그에 균등한 기술 범위 내에 속하는 경우 이는 본 발명에 포함되어야 한다.

Claims (13)

  1. 능동 매트릭스 구동 회로를 포함하는 화소 구조에 있어서,
    상기 능동 매트릭스 구동 회로에 연결된 2개 이상의 서로 직렬 연결된 발광소자를 더 포함하며,
    상기 발광소자는 발광소자 그룹을 구성하며,
    상기 능동 매트릭스 구동 회로는 상기 발광소자를 구동하여 발광하도록 하는 것을 특징으로 하는, 화소 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 서로 직렬 연결된 발광소자는 적색 발광소자, 녹색 발광소자 또는 청색 발광소자인 것을 특징으로 하는, 화소 구조.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 발광소자는 유기 발광 다이오드인 것을 특징으로 하는, 화소 구조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 서로 직렬 연결된 발광소자의 발광 면적은 서로 동일한 것을 특징으로 하는, 화소 구조.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 능동 매트릭스 구동 회로는 제1 단부와 제2 단부를 포함하고,
    제1 단부는 제1 기준 전압원에 연결되고, 제2 단부는 제2 기준 전압원에 연결되며, 상기 서로 직렬 연결된 발광소자는 능동 매트릭스 구동 회로의 제1 단부 또는 제2 단부에 마련되거나, 또는 능동 매트릭스 구동 회로의 제1 단부와 제2 단부에 각각 마련되는 것을 특징으로 하는, 화소 구조.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 능동 매트릭스 구동 회로의 제1 단부 또는 제2 단부에 마련되며 서로 직렬 연결된 발광소자는, 상기 제1 단부 또는 제2 단부에 마련되는 발광소자가 하나보다 많을 때, 발광소자의 애노드와 인접한 다른 발광소자의 캐소드가 서로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 화소 구조.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 단부 또는 제2 단부에 마련되어 있는 발광소자가 하나보다 많을 때,
    서로 직렬 연결된 발광소자는 기판, 상기 기판 상에 위치하며 동일층에 마련되는 제1 애노드와 제2 애노드, 상기 제1 애노드와 제2 애노드 상에 각각 위치하며 동일층에 마련되는 제1 유기 발광층과 제2 유기 발광층, 상기 제1 유기 발광층과 제2 유기 발광층 상에 각각 위치하며 동일층에 마련되는 제1 캐소드와 제2 캐소드를 포함하거나, 또는
    서로 직렬 연결된 발광소자는 기판, 상기 기판 상에 위치하며 동일층에 마련되는 제1 캐소드와 제2 캐소드, 상기 제1 캐소드와 제2 캐소드 상에 각각 위치하며 동일층에 마련되는 제1 유기 발광층과 제2 유기 발광층, 상기 제1 유기 발광층과 제2 유기 발광층 상에 각각 위치하며 동일층에 마련되는 제1 애노드와 제2 애노드를 포함하며,
    상기 제1 애노드와 제2 캐소드는 서로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 화소 구조.
  8. 적색, 녹색, 청색 3개의 화소 구조를 포함하는 화소 유닛 구조에 있어서,
    상기 적색, 녹색, 청색 3개의 화소 구조 중 하나 이상은 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 화소 구조인 것을 특징으로 하는, 화소 유닛 구조.
  9. 제8항에 기재된 화소 유닛 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 패널.
  10. 제9항에 있어서,
    각 화소 유닛 구조에 있어서, 적색 발광소자의 개수와 녹색 발광소자의 개수가 다른 것, 또는 적색 발광소자의 개수와 청색 발광소자의 개수가 다른 것, 또는 녹색 발광소자의 개수와 청색 발광 소자의 개수가 다른 것을 특징으로 하는, 유기 발광 디스플레이 패널.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 적색 발광소자의 개수가 청색 발광소자의 개수보다 많고, 녹색 발광소자의 개수가 청색 발광소자의 개수보다 많은 것을 특징으로 하는, 유기 발광 디스플레이 패널.
  12. 제11항에 있어서,
    각 화소 유닛 구조에 있어서, 적색 발광소자는 2~5개, 녹색 발광소자는 2~6개, 청색 발광소자는 1~3개인 것을 특징으로 하는, 유기 발광 디스플레이 패널.
  13. 제9항에 기재된 디스플레이 패널을 포함하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치.
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