KR20150067974A - 유기전계 발광소자 및 이의 제조 방법 - Google Patents

유기전계 발광소자 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 다수의 화소영역을 갖는 표시영역이 정의된 제 1 기판과; 상기 제 1 기판 상에 상기 각 화소영역 별로 형성된 제 1 전극과; 상기 화소영역의 경계에 상기 제 1 전극과 이격하며 형성된 보조배선과; 상기 표시영역 내의 화소영역의 경계에 상기 각 제 1 전극의 가장자리 및 상기 보조배선의 가장자리와 중첩하며 각 화소영역을 둘러싸는 형태로 상기 보조배선을 노출시키며 형성된 뱅크와; 상기 보조배선 위로 다중층 구조를 이루며 상기 다중층 중 최상부에 위치하는 최상부층을 기준으로 이의 하부에 위치하는 층은 상기 최상부층의 폭보다 작은 폭을 가짐으로서 언더컷 형태를 이루는 것이 특징인 격벽과; 상기 뱅크로 둘러싸인 상기 각 제 1 전극 상부에 형성된 유기 발광층과; 상기 유기 발광층 상부로 상기 표시영역 전면에 제 1 두께를 가지며 형성된 제 2 전극을 포함하는 유기전계 발광소자 및 이의 제조 방법을 제공한다.

Description

유기전계 발광소자 및 이의 제조 방법{Organic electro luminescent device and method of fabricating the same}
본 발명은 유기전계 발광소자(organic electro luminescent device)에 관한 것이며, 특히 상부발광 방식의 구조에서 저저항 특성을 유지하면서도 캐소드 전극의 투과율을 향상시킬 수 있는 유기전계 발광소자 및 이의 제조방법에 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.
따라서, 전술한 바와 같은 장점을 갖는 유기전계 발광소자는 최근에는 TV, 모니터, 핸드폰 등 다양한 IT기기에 이용되고 있다.
이하, 유기전계 발광 소자의 기본적인 구조에 대해서 조금 더 상세히 설명한다.
유기전계 발광소자는 크게 어레이 소자와 유기전계 발광 다이오드로 이루지고 있다. 상기 어레이 소자는 게이트 및 데이터 배선과 연결된 스위칭 박막트랜지스터와, 상기 유기전계 발광 다이오드와 연결된 구동 박막트랜지스터로 이루어지며, 상기 유기전계 발광 다이오드는 상기 구동 박막트랜지스터와 연결된 제 1 전극과 유기 발광층 및 제 2 전극으로 이루어지고 있다.
이러한 구성을 갖는 유기전계 발광소자는 상기 유기 발광층으로부터 발생된 빛은 상기 제 1 전극 또는 제 2 전극을 향해 출사됨으로써 화상을 표시하게 된다. 이러한 유기전계 발광소자는 개구율 등을 고려할 때, 통상 상기 제 2 전극을 향해 출사되는 빛을 이용하여 화상을 표시하는 상부 발광 방식으로 제조되고 있다.
하지만, 유기전계 발광소자 제조 특성 상, 유기 발광층 상부에 위치하는 제 2 전극은 상기 유기 발광층의 손상 방지를 위해 일반적인 금속물질의 증착법인 스퍼터링법에 의해 형성될 수 없으며, 따라서 유기 발광층에 거의 손상을 주지 않는 진공 열 증착에 의해 형성되고 있는 실정이다.
한편, 상기 제 1 전극은 애노드 전극의 역할을 하도록 일함수 값이 높은 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO)로 이루어지고 있으며, 제 2 전극은 캐소드 전극의 역할을 하도록 일함수 값이 낮은 금속물질로서 이루어지고 있다.
그러나, 캐소드 전극의 역할을 하는 상기 제 2 전극을 이루는 일함수 값이 낮은 금속물질은 불투명한 특성을 가지므로, 이러한 불투명한 금속을 일반적인 전극의 두께를 갖도록 즉, 1000Å 내지 4000Å의 두께로 형성하면 빛이 투과할 수 없다.
따라서, 낮은 일함수 값을 가지며 불투명한 금속물질로 이루어진 제 2 전극은 투명성을 확보하기 위해 불투명한 금속물질로 이루어지는 하부층을 10Å 내지 200Å정도의 두께를 갖도록 형성하고 있다.
이 경우, 상기 제 2 전극의 빛 투과도는 15% 이상이 되므로 일반적인 표시장치의 휘도 수준이 되고 있다.
하지만, 상기 제 2 전극을 10Å 내지 200Å 정도의 두께를 갖도록 형성하면, 그 면저항이 20Ω/□ 내지 1000Ω/□이 되며, 이 경우 상기 제 2 전극 자체의 면 저항이 높아 위치별 전압 강하 값이 차이가 커 최종적으로는 휘도 불균일 현상이 발생됨으로서 유기전계 발광소자의 표시품질을 저하시키는 문제가 발생되고 있다.
또한, 상기 제 2 전극의 높은 면저항에 의해 유기전계 발광소자 자체의 구동전압이 상대적으로 커지게 되므로 단위 시간당 소비전력이 증가되며 됨으로써 특히, 개인용 휴대 IT기기에 적용 시 빠른 배터리 소비를 야기시키는 문제가 발생되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 상부 발광 방식의 유기전계 발광 소자에 있어 유기 발광층 상부에 형성되어 캐소드 전극의 역할을 하는 제 2 전극의 내부 저항을 낮추며 동시에 투과율을 향상시킬 수 있는 유기전계 발광소자 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자는, 다수의 화소영역을 갖는 표시영역이 정의된 제 1 기판과; 상기 제 1 기판 상에 상기 각 화소영역 별로 형성된 제 1 전극과; 상기 화소영역의 경계에 상기 제 1 전극과 이격하며 형성된 보조배선과; 상기 표시영역 내의 화소영역의 경계에 상기 각 제 1 전극의 가장자리 및 상기 보조배선의 가장자리와 중첩하며 각 화소영역을 둘러싸는 형태로 상기 보조배선을 노출시키며 형성된 뱅크와; 상기 보조배선 위로 다중층 구조를 이루며 상기 다중층 중 최상부에 위치하는 최상부층을 기준으로 이의 하부에 위치하는 층은 상기 최상부층의 폭보다 작은 폭을 가짐으로서 언더컷 형태를 이루는 것이 특징인 격벽과; 상기 뱅크로 둘러싸인 상기 각 제 1 전극 상부에 형성된 유기 발광층과; 상기 유기 발광층 상부로 상기 표시영역 전면에 제 1 두께를 가지며 형성된 제 2 전극을 포함한다.
이때, 상기 격벽은 이중층 또는 삼중층 구조를 이루는 것이 특징이다.
상기 이중층 구조를 이루는 격벽은 그 하부층은 제 1 식각율을 갖는 제 1 무기절연물질로 이루어지며, 상기 최상부층은 상기 제 1 식각율 보다 작은 제 2 식각율을 갖는 제 2 무기절연물질로 이루어진 것이 특징이다.
이때, 상기 제 1 무기절연물질은 질화실리콘(SiNx)으로 이루어지며, 상기 제 2 무기절연물질은 산화실리콘(SiO2)으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제 1 무기절연물질은 소한 제 1 밀도를 가는 제 1 질화실리콘(SiNx)으로 이루어지며, 상기 제 2 무기절연물질은 상기 제 1 밀도 대비 큰 제 2 밀도를 갖는 제 2 질화실리콘(SiNy)으로 이루어질 수 있으며, 이때, 상기 격벽의 하부층과 최상부층 사이에는 상기 하부층 또는 최상부층의 두께의 1/20 내지 1/10의 두께를 갖는 산화실리콘(SiO2)층 더욱 구비된 것이 특징이다.
그리고 상기 이중층 구조를 이루는 격벽은, 하부층은 무기절연물질로 이루어지고, 상기 최상부층은 유기절연물질로 이루어진 것이 특징이다.
한편, 상기 삼중층 구조를 이루는 격벽은 상기 최상부층은 유기절연물질로 이루어지고, 중간층은 무기절연물질로 이루어지며, 하부층은 상기 뱅크를 이루는 동일한 유기절연물질로 이루어진 것이 특징이며, 상기 중간층은 상기 하부층의 표면을 감싸는 형태로 형성된 것이 특징이다.
그리고 상기 제 2 전극은 일함수 값이 비교적 낮은 금속물질인 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 금(Au), 알루미늄마그네슘 합금(AlMg) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질로 이루어지고, 상기 제 1 두께는 10 내지 200Å인 것이 특징이다.
또한, 상기 제 1 전극 하부로, 상기 제 1 기판 상에는 서로 교차하여 상기 화소영역을 정의하는 게이트 및 데이터 배선과; 상기 게이트 배선 또는 데이터 배선이 형성된 동일한 층에 이들 배선과 나란하게 이격하며 형성된 전원배선과; 상기 각 화소영역에 구비되며, 상기 게이트 배선 및 데이터 배선과 연결된 스위칭 박막트랜지스터와 상기 전원배선 및 상기 스위칭 박막트랜지스터와 연결된 구동 박막트랜지스터와; 상기 표시영역 전면에 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터를 덮으며 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키며 형성된 보호층을 포함하며, 상기 제 1 전극은 상기 보호층 위로 상기 각 화소영역 내에 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 형성된 것이 특징이다.
본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자는, 다수의 화소영역을 갖는 표시영역이 정의된 제 1 기판 상에 상기 각 화소영역 별로 제 1 전극을 형성하고, 동시에 상기 화소영역의 경계에 상기 제 1 전극과 이격하는 보조배선을 형성하는 단계와; 상기 표시영역 내의 화소영역의 경계에 상기 각 제 1 전극의 가장자리 및 상기 보조배선의 가장자리와 중첩하며 각 화소영역을 둘러싸는 형태로 상기 보조배선을 노출시키는 뱅크를 형성하는 단계와; 상기 보조배선 위로 다중층 구조를 이루며 상기 다중층 중 최상부에 위치하는 최상부층을 기준으로 이의 하부에 위치하는 층은 상기 최상부층의 폭보다 작은 폭을 가짐으로서 언더컷 형태를 이루는 것이 특징인 격벽을 형성하는 단계와; 상기 뱅크로 둘러싸인 상기 각 제 1 전극 상부에 상기 격벽에 의해 각 화소영역별로 분리되는 유기 발광층을 형성하는 단계와; 상기 유기 발광층 상부로 상기 표시영역 전면에 제 1 두께를 갖는 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 격벽은 이중층 또는 삼중층 구조를 이루도록 형성하는 것이 특징이다.
그리고 상기 이중층 구조를 이루는 격벽을 형성하는 단계는, 상기 뱅크 위로 상기 제 1 기판 전면에 제 1 식각율을 갖는 제 1 무기절연물질층을 형성하는 단계와; 상기 제 1 무기절연물질층 위로 상기 제 1 식각율보다 작은 제 2 식각율을 갖는 제 2 무기절연물질층을 형성하는 단계와; 상기 제 2 무기절연물질층 위로 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와; 상기 포토레지스트 패턴 외측으로 노출된 상기 제 2 무기절연물질층과 이의 하부에 위치하는 상기 제 1 무기절연물질층을 건식식각을 진행하여 식각율 차이에 의해 상기 최상부층과 이의 하부로 언더컷 형태를 갖는 하부층을 형성하는 단계와; 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 제 1 무기절연물질층은 질화실리콘(SiNx)을 증착하여 형성하고, 상기 제 2 무기절연물질층은 산화실리콘(SiO2)을 증착하여 형성할 수 있다.
또한, 상기 제 1 무기절연물질층은 제 1 밀도를 가는 제 1 질화실리콘(SiNx)을 증착하여 형성하며, 상기 제 2 무기절연물질층은 상기 제 1 밀도 보다 큰 제 2 밀도를 갖는 제 2 질화실리콘(SiNy)을 증착하여 형성할 수 있으며, 이때, 상기 격벽의 하부층과 최상부층 사이에는 상기 하부층 또는 최상부층의 두께의 1/20 내지 1/10의 두께를 갖는 산화실리콘(SiO2)층을 더욱 형성하는 단계를 포함한다.
그리고 상기 제 1 무기절연물질층을 형성한 후 상기 제 2 무기절연물질층을 형성하기 전에 상기 제 1 무기절연물질층의 표면을 N2O 플라즈마 처리하는 단계를 더 포함한다.
한편, 상기 이중층 구조를 이루는 격벽을 형성하는 단계는, 상기 뱅크 위로 상기 제 1 기판 전면에 무기절연물질층을 형성하는 단계와; 상기 무기절연물질층 위로 상기 보조배선에 대응하여 유기절연물질로 이루어진 상기 격벽의 최상부층을 형성하는 단계와; 상기 격벽의 최상부층 외측으로 노출된 상기 무기절연물질층을 건식식각을 진행하여 상기 최상부층과 이의 하부로 언더컷 형태를 갖는 하부층을 형성하는 단계를 포함한다.
그리고 상기 삼중층 구조를 이루는 격벽을 형성하는 단계는, 상기 뱅크를 형성하는 단계에서 상기 보조배선 위로 상기 뱅크를 이루는 동일한 물질로 이루어진 상기 격벽의 최하부층을 형성하는 단계와; 상기 뱅크 및 최하부층 위로 상기 제 1 기판 전면에 무기절연물질층을 형성하는 단계와; 상기 무기절연물질층 위로 상기 보조배선에 대응하여 유기절연물질로 이루어진 상기 격벽의 최상부층을 형성하는 단계와; 상기 격벽의 최상부층 외측으로 노출된 상기 무기절연물질층을 건식식각을 진행하여 상기 최상부층과 이의 하부로 언더컷 형태를 이루면 상기 최하부층의 표면을 감싸는 형태의 중간층을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 제 1 전극을 형성하기 이전에, 상기 제 1 기판 상에 서로 교차하여 상기 화소영역을 정의하는 게이트 및 데이터 배선과, 상기 게이트 배선 또는 데이터 배선이 형성된 동일한 층에 형성된 전원배선과, 상기 각 화소영역에 구비되며, 상기 게이트 배선 및 데이터 배선과 연결된 스위칭 박막트랜지스터와 상기 전원배선 및 상기 스위칭 박막트랜지스터와 연결된 구동 박막트랜지스터와, 상기 표시영역 전면에 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터를 덮으며 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀을 갖는 보호층을 형성하는 단계를 더욱 포함하며, 상기 제 1 전극은 상기 보호층 위로 상기 각 화소영역 내에 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하도록 형성하는 것이 특징이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계 발광 소자는, 제 1 기판에 있어 상대적으로 낮은 일함수 값을 갖는 저 금속물질로 10Å 내지 200Å 정도의 두께를 가지며 캐소드 전극의 역할을 하는 제 2 전극을 형성함으로서 투명성을 확보하며, 나아가 표시영역 대응하여 제 1 전극을 이루는 동일한 금속물질로 화소영역의 경계에 일방향으로 연장하는 보조배선을 형성하고, 상기 보조배선과 상기 제 2 전극이 접촉하는 상태를 이루도록 함으로서 상기 제 2 전극 자체의 내부 저항 특성을 저감시켜 위치 별 전압 강하를 억제시키는 동시에 전압 강하에 따른 휘도 불균일을 억제하여 표시품질을 향상시키는 효과가 있다.
나아가 일 실시예에 따른 유기전계 발광 소자는 격벽이 이중층 또는 삼중층 구조를 이루며 나아가 최상부층 대비 이의 하부에 위치하는 하부층의 폭이 작은 폭을 가져 언더컷 형태를 갖도록 형성함으로서 제 2 전극과 보조배선의 접촉면적을 최대화함으로서 더욱더 제 2 전극의 내부 저항을 저감시키는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 유기전계 발광소자의 한 화소에 대한 회로도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 대한 단면도로서 본 발명의 특성상 화소영역의 경계를 위주로 하여 도시한 도면.
도 3은 비교예에 따른 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 대한 개략적인 단면도로서 유기절연물질로 이루어진 격벽과 이의 부근에 대한 도면.
도 4a 내지 도 4i는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 단계별 공정 단면도.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 표시영역 일부를 도시한 단면도.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 대한 제조 단계별 공정 단면도로서 도 5에 도시된 부분에 대한 제조 공정 단면도.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 표시영역 일부를 도시한 단면도
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 대한 제조 단계별 공정 단면도로서 도 7에 도시된 부분에 대한 제조 공정 단면도.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
우선, 유기전계 발광소자의 기본적인 구조 및 동작특성에 대해서 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 유기전계 발광소자의 하나의 화소영역에 대한 회로도이다.
도시한 바와 같이, 유기전계 발광소자는 각 화소영역(P)이 상기 게이트 배선과 데이터 배선 및 전원배선과, 스위칭(switching) 박막트랜지스터(STr) 및 구동(driving) 박막트랜지스터(DTr), 스토리지 커패시터(StgC) 그리고 유기전계 발광 다이오드(E)를 포함하여 구성되고 있다.
조금 더 상세히 유기전계 발광소자의 구성에 대해 설명하면, 제 1 방향으로 다수의 게이트 배선(GL)이 이격하며 형성되어 있고, 이러한 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 다수의 데이터 배선(DL)이 일정간격 이격하며 형성되어 있으며, 상기 각 데이터 배선(DL)과 이격하며 전원전압을 인가하기 위한 전원배선(PL)이 형성되어 있다.
이때, 상기 게이트 배선(GL)과 데이터 배선(DL)에 의해 포획되는 영역을 화소영역(P)이라 정의되고 있다.
한편, 각 화소영역(P) 내부에는 상기 데이터 배선(DL)과 게이트 배선(GL)이 교차하는 부분에는 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 형성되어 있으며, 상기 스위칭 박막트랜지스터(STr)와 전기적으로 연결된 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되어 있다.
이때, 상기 유기전계 발광 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 있으며, 이에 의해 상기 전원배선(PL)은 전원전압을 상기 유기전계발광 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 상기 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, 상기 전원배선(PL)으로부터 유기전계발광 다이오드(E)에 흐르는 전류의 레벨이 정해지며 이로 인해 상기 유기전계발광 다이오드(E)는 그레이 스케일(gray scale)을 구현할 수 있게 된다.
또한, 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 유기전계발광 다이오드(E)에 흐르는 전류의 레벨을 일정하게 유지할 수 있게 된다.
이후에는 이러한 구동에 의해 화상을 표시하는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 구성에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 대한 단면도로서 본 발명의 특성상 화소영역의 경계를 위주로 하여 도시한 도면이다. 이때, 설명의 편의를 위해 각 화소영역(P) 내에 스위칭 박막트랜지스터 및 구동 박막트랜지스터가 형성될 영역을 소자영역(TrA)이라 정의하였으며, 구동 박막트랜지스터(DTr)는 각 화소영역(P) 별로 형성되지만, 도면에 있어서는 하나의 화소영역(P)에 대해서만 나타내었다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)와 유기전계 발광 다이오드(E)가 구비되며 표시영역(AA)에 있어 상기 유기전계 발광 다이오드(E)의 제 2 전극(158) 위로 각 화소영역(P)에 경계를 따라 격자형태를 이루며 저 저항 특성을 갖는 금속물질로 이루어진 보조배선(168)이 형성된 제 1 기판(110)과, 상기 유기전계 발광 다이오드(E)의 보호 및 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판(170)으로 구성되고 있다. 이때, 상기 제 2 기판(170)은 무기절연막 또는(및) 유기절연막 등으로 대체되거나 또는 필름이 부착됨으로써 생략될 수 있다.
우선, 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)와 격벽과 보조배선 및 유기전계 발광 다이오드(E)가 구비된 제 1 기판(110)의 구성에 대해 설명한다.
상기 제 1 기판(110) 상에는 각 화소영역(P) 내에 순수 폴리실리콘으로 이루어지며 그 중앙부는 채널이 형성되는 제 1 영역(113a), 그리고 상기 제 1 영역(113a) 양측면으로 고농도의 불순물이 도핑된 제 2 영역(113b)으로 구성된 반도체층(113)이 형성되어 있다.
상기 반도체층(113)과 상기 제 1 기판(110) 사이에는 전면에 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 버퍼층(미도시)이 더욱 형성될 수도 있다.
상기 버퍼층(미도시)은 상기 반도체층(113)의 결정화시 상기 제 1 기판(110) 내부로부터 나오는 알카리 이온의 방출에 의한 상기 반도체층(113)의 특성 저하를 방지하기 위함이다.
또한, 상기 반도체층(113)을 덮으며 전면에 게이트 절연막(116)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 절연막(116) 위로는 상기 반도체층(113)의 제 1 영역(113a)에 대응하여 게이트 전극(120)이 형성되어 있다.
그리고 상기 게이트 절연막(116) 위로는 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 게이트 전극(미도시)과 연결되며 일 방향으로 연장하며 게이트 배선(미도시)이 형성되어 있다. 이때, 상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)를 이루는 게이트 전극(120, 미도시)과 게이트 배선(미도시)은 저저항 특성을 갖는 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 몰리브덴(Mo), 몰리브덴합금(MoTi) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질로 이루어져 단일층 또는 다중층 구조를 이룬다.
또한, 상기 게이트 전극(120, 미도시)과 게이트 배선(미도시) 위로 전면에 층간절연막(123)이 형성되어 있다. 이때, 상기 층간절연막(123)과 그 하부의 게이트 절연막(116)은 상기 제 1 영역(113a) 양측면에 위치한 상기 제 2 영역(113b) 각각을 노출시키는 반도체층 콘택홀(125)이 형성되어 있다.
다음, 상기 반도체층 콘택홀(125)을 포함하는 층간절연막(123) 상부에는 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하여 각 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(130)이 형성되고 있다.
또한, 상기 층간절연막(123) 위로 각 구동영역(DA) 및 스위칭 영역(미도시)에는 각각 서로 이격하며 상기 반도체층 콘택홀(125)을 통해 노출된 제 2 영역(113b)과 각각 접촉하며 소스 및 드레인 전극(133, 136)이 형성되어 있다.
이때, 상기 소스 및 드레인 전극(133, 136)과, 이들 전극(133, 136)과 접촉하는 제 2 영역(113b)을 포함하는 반도체층(113)과, 상기 반도체층(113) 상부에 형성된 게이트 절연막(116) 및 게이트 전극(120)은 각각 구동 박막트랜지스터(DTr) 및 스위칭 박막트랜지스터(미도시)를 이룬다.
상기 데이터 배선(130)과 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136) 또한 저저항 특성을 갖는 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 몰리브덴(Mo), 몰리브덴합금(MoTi) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질로 이루어져 단일층 또는 다중층 구조를 이룬다.
한편, 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(130)과 전기적으로 연결되고 있으며, 상기 데이터 배선(130)은 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 소스 전극(미도시)과 연결되며, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)는 상기 전원배선(미도시)과 유기전계 발광 다이오드(E)와 연결되고 있다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)에 있어서는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr) 및 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 폴리실리콘의 반도체층(113)을 가지며 탑 게이트 타입(Top gate type)으로 구성된 것을 일례로 보이고 있지만, 상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)는 비정질 실리콘의 반도체층 또는 산화물 반도체 물질로 이루어진 반도체층을 갖는 보텀 게이트 타입(Bottom gate type)으로 구성될 수도 있다.
상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터가 보텀 게이트 타입으로 구성되는 경우, 게이트 전극과, 게이트 절연막과, 순수 비정질 실리콘의 액티브층과 서로 이격하며 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층으로 이루어진 반도체층과, 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극의 적층구조를 갖거나, 또는 게이트 전극과, 게이트 절연막과, 산화물 반도체층과, 에치스토퍼와, 상기 에치스토퍼 상에서 서로 이격하며 각각 상기 산화물 반도체층과 접촉하는 소스 및 드레인 전극의 적층구조를 갖는다.
이러한 보텀 게이트 타입의 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)가 형성된 제 1 기판(110)의 경우, 상기 게이트 배선은 상기 게이트 전극이 형성된 동일한 층에 상기 스위칭 박막트랜지스터의 게이트 전극과 연결되도록 형성되며, 상기 데이터 배선은 상기 스위칭 박막트랜지스터의 소스 전극이 형성된 동일한 층에 상기 소스 전극과 연결되도록 형성된 구성을 이루게 된다.
한편, 도 2를 참조하면, 비록 도면에 나타나지 않았지만, 상기 게이트 배선(미도시)이 형성된 동일한 층 또는 상기 데이터 배선(130)이 형성된 동일한 층에는 전원배선(미도시)이 형성되고 있으며, 이러한 전원배선(미도시)은 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 일 전극과 연결되고 있다.
또한, 상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시) 위로는 상기 제 1 기판(110) 전면에 그 표면이 평탄화된 특성을 갖는 보호층(140)이 형성되어 있다. 이때, 상기 보호층(140)에는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)을 노출시키는 드레인 콘택홀(143)이 형성되어 있다.
상기 드레인 콘택홀(143)을 구비한 보호층(140) 위로는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)과 상기 드레인 콘택홀(143)을 통해 접촉되며, 각 화소영역(P) 별로 제 1 전극(147)이 형성되어 있다.
이러한 제 1 전극(147)은 이중층 구조로서 상부층(147b)은 애노드 전극의 역할을 하며, 하부층(147a)은 반사판의 역할을 하도록 형성된다.
즉, 상기 제 1 전극(147)의 상부층(147b)은 애노드 전극의 역할을 하도록 일함수 값이 비교적 큰 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 이루어지고 있으며, 상기 제 1 전극(147)의 하부층(147a)은 반사효율이 우수한 금속물질 예를들면 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)으로 이루어짐으로써 상기 제 1 전극(147) 상부에 형성되는 유기 발광층(155)으로부터 발광된 빛을 상부로 반사시켜 재활용함으로서 발광효율을 향상시키는 역할을 하게 된다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 상부발광 방식이 되고 있으며, 유기 발광층(155)으로부터 발광된 빛 중 상기 제 1 기판(110) 쪽으로 출사되는 빛은 실질적으로 사용자가 느끼지 못하며, 사라지게 되므로 이러한 빛을 재활용함으로서 휘도 특성을 향상시키고 나아가 제조공정 단순화를 구현할 수 있도록 상기 제 1 전극(147)을 반사 능력이 우수한 금속물질로 이루어진 하부층(147a)을 포함하여 이중층 구조를 갖도록 형성한 것이다.
이때, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)에 있어서, 가장 특징적인 구성 중 하나로서 상기 보호층(140) 위로 상기 각 화소영역(P)의 경계 중 상기 게이트 배선(미도시)이 형성된 부분 또는 상기 데이터 배선이 형성된 부분에 대응하여 상기 제 1 전극(110)을 이루는 동일한 금속물질로 이루어진 보조배선(148)이 형성되고 있다.
이러한 보조배선(148)은 상기 게이트 배선(미도시)과 같이 제 1 방향으로만 연장하는 형태를 이루며 표시영역에 있어서는 서로 이격하며 형성되고 있지만, 표시영역 외측의 비표시영역에 있어서 연결된 구성을 이룸으로서 실질적으로 제 1 기판(110) 상에서는 모두 연결된 형태를 이룬다.
이러한 보조배선(148)은 상기 각 화소영역(P) 내에 형성되는 제 1 전극(147)과 이격하여 형성되는 것이 특징이며, 반드시 이중층 구조를 이룰 필요는 없으며 상기 제 1 전극의 하부층을 이루는 반사율 특성이 우수하면서도 저저항 특성을 갖는 금속물질인 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)만으로 이루어진 단일층 구조를 이룰 수도 있다.
도면에 있어서는 상기 보조배선(148)은 제 1 전극(147)과 동일하게 이중층 구조를 이루는 것을 일례로 나타내었다.
다음, 상기 이중층 구조를 갖는 제 1 전극(147) 및 보조배선(148) 위로 각 화소영역(P)의 경계에는 각 화소영역(P)을 둘러싸는 형태로 상기 제 1 전극(147)의 가장자리 소정폭과 중첩하는 동시에 상기 보조배선(148)의 가장자리 소정폭과 중첩하는 뱅크(150)가 형성되어 있다.
상기 뱅크(150)는 일반적인 감광성 특성을 갖는 유기절연물질 예를들면 폴리이미드(poly imide), 포토아크릴(Photo Acryl), 벤조사이클로뷰텐(BCB) 중 어느 하나로 이루어질 수도 있으며, 또는 블랙을 나타내는 물질인 블랙수지로 이루어질 수도 있다.
이러한 뱅크(150)는 표시영역에 있어서 각 화소영역(P)을 테두리하는 격자형태를 이룸으로서 상기 제 1 전극의 중앙부를 노출시키며 형성되고 있는 것이 특징이다. 나아가 상기 뱅크(150)는 상기 보조배선(148)이 형성된 부분에 대해서도 상기 보조배선(148)의 중앙부를 노출시키며 형성되고 있는 특징이다.
그리고 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)에 있어서 또 다른 특징적인 구성 중 하나로서 상기 뱅크(150)와 뱅크(150) 사이로 노출된 상기 보조배선(148)의 상부로 서로 다른 식각율을 갖는 무기절연물질로 이루어지며 제 1 폭을 갖는 하부층(153a)과 상기 제 1 폭보다 더 큰 제 2 폭을 갖는 상부층(153b)의 이중층 구조를 갖는 격벽(153)이 형성되고 있는 것이 특징이다.
따라서 이러한 이중층 구조의 격벽(153)은 상기 제 1 폭을 갖는 하부층(153a)이 상기 제 2 폭을 갖는 상부층(153b) 하부로 언더컷(under cut) 형태를 이룬다.
이러한 구조를 갖는 격벽(153)은 상기 뱅크(150)로 둘러싸인 영역 내에서 구비되는 유기 발광층(155)의 각 화소영역(P)별 분리를 위해 형성한 것으로 도시된 바와같이 제 1 및 제 2 폭을 갖는 이중층 형태로서 무기절연물질로 이루어짐에 의해 유기절연물질로 이루어지는 격벽(153) 대비 패터닝에 의한 정밀도가 높아 유기절연물질로 역테이퍼 구조를 갖는 격벽(도 3의 53) 대비 안정적으로 형성할 수 있으며, 상기 제 1 폭의 용이한 조절에 의해 상기 역페이퍼 구조를 갖는 격벽(도 3의 53)을 구비한 비교예에 따른 유기전계 발광소자(도 3의 1) 대비 상기 보조배선(148)과 제 2 전극(158)간의 접촉 면적으로 증가시켜 보다 상기 제 2 전극(158)의 내부 저항을 줄일 수 있는 장점을 갖는다.
도 3은 비교예에 따른 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 대한 개략적인 단면도로서 유기절연물질로 이루어진 격벽과 이의 부근에 대한 도면으로, 구동 및 스위칭 박막트랜지스터는 생략하고, 보조배선과 뱅크와 격벽 및 유기전계 발광다이오드만을 나타낸 것이다.
비교예에 따른 유기전계 발광소자(도 3의 1) 또한 보조배선(도 3의 48)이 구비되고 이러한 보조배선(도 3의 48)과 제 2 전극(도 3의 58)이 접촉하는 구성을 이룸으로서 상기 제 2 전극(도 3의 58)의 내부 저항을 저감시키는 효과를 갖는다.
이러한 비교예에 따른 유기전계 발광소자(도 3의 1)에 구비된 격벽(도 3의 53)은 유기절연물질로 이루어지고 있으며, 유기 발광층(도 3의 55)의 분리를 위해서 상기 격벽(도 3의 53)은 상기 제 1 기판(도 3의 10) 면을 기준으로 역테이퍼 형태를 갖도록 형성해야 하는 등의 문제로 인해 마스크 공정을 통한 패터닝 시 많은 제약이 발생된다.
일례로 유기절연물질로 이루어짐에 의해 마스크 공정 진행 시 발생하는 현상액의 농도나, 건조를 위한 핫 플레이트의 온도, 및 상기 보조전극(도 3의 48) 및 제 1 전극(도 3의 47)에 의한 반사 등에 의해 변동성이 매우 크며, 유기절연물질은 코팅에 의해 형성됨으로서 두께 조절이 미세하게 이루어지지 않으며, 더불어 그 측면이 반드시 역테이퍼 형태를 이루도록 해야 하는 패터닝 제약사항에 의해 그 크기(특히 하부 폭) 제약에 의해 본 발명의 제 1 실싱예에 따른 유기전계 발광소자(101)에 구비되는 무기절연물질로 이루어지는 이중층 구조의 격벽(153) 대비 상대적으로 큰 면적을 갖도록 형성될 수 밖에 없다.
즉, 비교예에 따른 유기전계 발광소자(도 3의 1)의 역테이퍼 구조 격벽(도 3의 53)에 있어 보조배선(도 3의 48)과 접촉하는 하부폭은 역테이퍼 구조의 격벽(도 3의 53)의 지지부가 되므로 특정 면적 이상이 되어야 상기 격벽(도 3의 53)을 지지할 수 있으며, 역테이퍼 각도에 영향을 받게 되므로 안정적인 격벽(도 3의 53) 형성을 위해 최소한의 폭 이상이 되어야 한다.
따라서 상대적으로 상기 보조배선(도 3의 48)과 접촉하는 부분의 면적이 크게 되어 제 2 전극(도 3의 58)과 상기 보조배선(도 3의 48)과 접촉 면적이 상대적으로 줄어들게 된다.
하지만, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 상기 격벽(153)이 무기절연물질로 이루어짐에 유기절연물질로 이루어지는 역테이퍼 구조의 격벽(도 3의 53)대비 상대적으로 정밀한 패턴 형성이 가능함으로서 상기 보조배선(148)과 접촉하는 격벽(153)의 하부층(153a) 폭을 더욱 저감시킬 수 있으며, 하부층(153a)과 상부층(153b)의 식각율 차이를 통해 서로 다른 폭을 구현함으로서 그 측면이 역테이퍼 구조를 갖도록 형성될 필요가 없으므로 더욱더 유기절연물질로 이루어진 역테이퍼 구조의 격벽(도 3의 53)의 폭대비 저감시킬 수 있다.
이때, 상기 격벽(153)의 하부층(153a)은 식각율이 상대적으로 빠른 무기절연물질인 질화실리콘(SiNx)으로 이루어지고 있으며, 상부층(153b)은 식각율이 상대적으로 느린 산화실리콘(SiO2)으로 이루어지고 있는 것이 특징이다.
한편, 이렇게 격벽(153)의 폭 더욱 정확히는 하부층(153a)의 제 1 폭이 저감되면, 상기 격벽(153)에 의해 가려지는 보조배선(148)의 면적이 줄어들게 되며, 이는 곧 제 2 전극(158)과 접촉 면적이 증가함을 의미하게 되므로 상기 보조배선(148)과 제 2 전극(158)간의 접촉면적 증가에 의해 상기 제 2 전극(158)의 내부 저항을 더욱 저감시킬 수 있는 효과를 갖는다 할 것이다.
한편, 전술한 이중층 구조를 갖는 격벽(153)을 포함하여 상기 뱅크(150) 및 상기 뱅크(150)로 둘러싸인 각 화소영역(P)에는 상기 제 1 전극(147) 위로 유기 발광층(155)이 구비되고 있다. 이러한 유기 발광층(155)은 상기 격벽(153)에 의해 분리되어 각 화소영역(P)별로 형성된 구성을 이룬다.
이때, 상기 유기발광층(155)은 각 화소영역(P)별로 적, 녹, 청색을 발광하는 서로 다른 유기 발광물질이 증착 또는 도포됨으로서 적, 녹, 청색 중 어느 하나의 색을 발광하는 것을 특징으로 하거나, 또는 상기 유기 발광층(155)은 전술한 적, 녹, 청색을 발광하는 발광 물질 이외에 화이트를 발광하는 물질로 이루어진 것을 더욱 포함하여 적, 녹, 청 및 화이트를 발광하는 구성을 이룰 수도 있으며, 나아가 화이트만을 발광하는 유기 발광 물질만으로 이루어질 수도 있다.
이때, 상기 유기 발광층(155)이 상기 화이트를 발광하는 물질만으로 이루어지는 경우, 풀 컬러 구현을 위해 상기 유기전계 발광 다이오드(E) 상부에 각 화소영역(P)별로 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴이 순차 반복하는 형태의 컬러필터층(미도시)이 더욱 구비되며, 이러한 컬러필터층(미도시)은 상기 제 1 기판(110) 상에 형성될 수도 있으며, 또는 대향기판인 제 2 기판(170)에 형성될 수도 있다.
도면에 있어서는 일례로 적, 녹, 청색을 발광하는 유기 발광층(155)이 형성된 것을 나타내었다.
상기 유기 발광층(155) 상부에는 상기 표시영역 전면에는 캐소드 전극의 역할을 하며 투명성을 유지하는 것을 특징으로 하는 제 2 전극(158)이 형성되어 있다.
이때, 상기 제 2 전극(158)은 상기 격벽(153)이 구비된 영역에 있어 끊김없이 형성됨으로서 상기 격벽(153) 하부로 노출된 상기 보조배선(148)과 접촉하는 구성을 이루는 것이 특징이다.
한편, 상기 제 1, 2 전극(147, 158)과 그 사이에 형성된 유기 발광층(155)은 유기전계 발광 다이오드(E)를 이룬다.
도면에 나타나지 않았지만, 상기 제 1 전극(147)과 유기 발광층(155) 사이 및 상기 유기 발광층(155)과 제 2 전극(158) 사이에는 각각 상기 유기 발광층(155)의 발광 효율 향상을 위해 다층 구조의 제 1 발광보상층(미도시)과 제 2 발광보상층(미도시)이 더욱 형성될 수도 있다.
이때, 다층의 상기 제 1 발광보상층(미도시)은 상기 제 1 전극(147)으로부터 순차 적층되며 정공주입층(hole injection layer)과 정공수송층(hole transporting layer)으로 이루어질 수 있으며, 상기 제 2 발광보상층(미도시)은 상기 유기 발광층(155)으로부터 순차 적층되며 전자수송층(electron transporting layer)과 전자주입층(electron injection layer)으로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 제 1 발광보상층(미도시)과 제 2 발광보상층(미도시)은 이중층 구조를 이루는 것을 일례로 나타내었지만, 반드시 이중층 구조를 이룰 필요는 없다. 즉, 상기 제 1 발광보상층(미도시)은 정공주입층 또는 정공수송층이 되어 단일층 구조를 이룰 수도 있고, 상기 제 2 발광보상층(미도시) 또한 전자주입층 또는 전자수송층이 되어 단일층 구조를 이룰 수도 있다.
한편, 상기 유기 발광층(155) 상부에 형성된 상기 제 2 전극(158)은 캐소드 전극의 역할을 하도록 일함수 값이 비교적 낮은 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 금(Au), 알루미늄마그네슘 합금(AlMg) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질로 이루어지고 있다.
이때, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)가 상부발광 방식으로 구동되는 특성 상 상기 제 2 전극(158)은 빛의 투과가 원활하게 이루어져 투광성이 유지되는 두께인 10Å 내지 200Å 정도가 되는 것이 특징이다.
한편, 캐소드 전극의 역할을 하는 상기 제 2 전극(158)은 상부발광 방식의 유기전계 발광소자(101) 특성 상 투광성 유지를 위해 10Å 내지 200Å 정도의 두께를 갖도록 형성되는 경우, 일반적인 전극으로서의 역할을 하기 위한 충분한 두께가 되지 않으므로 면저항이 증가하여 위치별로 전압 강하량이 틀려 최종적으로는 유기 발광층(155)으로부터의 발광된 빛의 휘도 특성을 다르게 함으로서 위치별 휘도 불균일 현상이 초래된다.
즉, 상기 제 2 전극(158)은 표시영역 전면에 형성되며 상기 제 2 전극(158)으로의 신호전압은 표시영역 외측의 비표시영역에 구비된 배선을 통해 이루어지게 되므로 신호전압이 최초 인가되는 부분을 기준으로 거리차에 의해 전압 강하량의 차이가 발생되며, 특히 표시영역의 자장자리 부분과 중앙부에서의 전압 강하량이 큰 차이를 갖게 됨으로서 휘도 불균일 현상이 발생된다.
따라서 이러한 휘도 불균일 현상 억제를 위해 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 상기 제 2 전극(158)의 접촉하며 저저항 금속물질로 이루어진 보조배선(148)이 더욱 구비됨으로서 상기 제 2 전극(158) 자체의 큰 면 저항에 기인하는 휘도 불균일 현상을 억제할 수 있는 것이다.
나아가 상기 보조배선(148)과 중첩하며 형성되는 격벽(153)은 서로 다른 식각율을 갖는 무기절연물질로 이중층 구조를 가지며 이루어짐으로서 유기절연물질로 역테이퍼 구조를 가지며 형성되는 격벽(도 3의 153) 대비 더욱 정밀한 패턴이 가능하며, 나아가 역테이퍼 형태로 형성될 필요가 없다.
따라서 상기 격벽(153)의 폭 더욱 정확히는 하부층(153a)의 제 1 폭 또한 상기 유기절연물질로 역테이퍼 구조를 가지며 형성되는 격벽(도 3의 53)의 보조배선(도 3의 48)과 접촉하는 부분의 폭 대비 상대적으로 작은 폭을 갖게 됨으로서 상기 격벽(153)에 의해 가려지게 되는 보조배선(148)의 면적을 줄여 상기 보조배선(148)과 제 2 전극(155)의 접촉면적을 늘림으로서 상기 제 2 전극(155)의 내부 저항을 저감시키는 효과를 갖는다.
한편, 전술한 구성을 갖는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)의 제 1 기판(110)에 대응하여 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판(170)이 구비되고 있다.
상기 제 1 기판(110)과 제 2 기판(170)은 그 가장자리를 따라 실란트 또는 프릿(frit)으로 이루어진 접착제(미도시)가 구비되고 있으며, 이러한 접착제(미도시)에 의해 상기 제 1 기판(110)과 제 2 기판(170)이 합착되어 패널상태를 유지하고 있다.
이때, 서로 이격하는 상기 제 1 기판(110)과 제 2 기판(170) 사이에는 진공의 상태를 갖거나 또는 불활성 기체로 채워짐으로써 불활성 가스 분위기를 가질 수 있다.
한편, 상기 인캡슐레이션을 위한 상기 제 2 기판(170)은 유연한 특성을 갖는 플라스틱으로 이루어질 수도 있으며, 또는 유리기판으로 이루어질 수도 있다.
한편, 전술한 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 제 1 기판(110)과 마주하여 이격하는 형태로 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판(170)이 구비된 것을 일례로 나타내고 있지만, 변형예로서 상기 제 2 기판(170)은 점착층을 포함하는 필름 형태로 상기 제 1 기판(110)의 최상층에 구비된 상기 제 2 전극(158)과 접촉하도록 구성될 수도 있다.
또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 또 다른 변형예로서 상기 제 2 전극(158) 상부로 유기절연막(미도시) 또는 무기절연막(미도시)이 더욱 구비되어 캡핑막이 형성될 수 있으며, 상기 유기절연막(미도시) 또는 무기절연막(162)은 그 자체로 인캡슐레이션 막(미도시)으로 이용될 수도 있으며, 이 경우 상기 제 2 기판(170)은 생략될 수도 있다.
이후에는 전술한 구성을 갖는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 4a 내지 도 4i는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 단계별 공정 단면도이다. 이때, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)에 있어 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)를 형성하는 단계까지의 제조 방법은 일반적인 유기전계 발광소자의 제조 방법과 동일하므로 이들 구성요소를 형성하는 방법에 대해서는 상세한 설명을 생략하며, 보조배선(148)과 뱅크(150)와 격벽(153) 및 유기전계 발광 다이오드(E)를 형성하는 단계를 위주로 하여 상세히 설명한다.
우선, 도 4a에 도시한 바와같이, 투명한 절연기판(101) 예를들면 유리 또는 플렉서블한 특성을 갖는 플라스틱 재질의 기판 상에 서로 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(130)과, 전원배선(미도시)을 형성하고, 각 화소영역(P) 내에 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)를 형성한다.
이때, 이러한 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)는 본 발명의 제 1 실시예에서와 같이 탑 게이트 구조를 이루는 경우, 순수 폴리실리콘의 제 1 영역(113a)과 이의 양측에 불순물이 도핑된 폴리실리콘의 제 2 영역(113b)으로 이루어진 폴리실리콘의 반도체층(113)과, 게이트 절연막(116)과, 상기 제 1 영역(113a)과 중첩하여 형성된 게이트 전극(120)과, 상기 제 2 영역(113b)을 노출시키는 반도체층 콘택홀(125)을 갖는 층간절연막(123)과, 상기 반도체층 콘택홀(125)을 통해 각각 상기 소스 및 드레인 영역(113b)과 접촉하며 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)의 적층 구조를 갖도록 형성하다.
또한, 상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)가 변형예와 같이 보텀 게이트 구조를 이루는 경우는, 게이트 전극과, 게이트 절연막과, 순수 비정질 실리콘의 액티브층과 서로 이격하며 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층으로 이루어진 반도체층과, 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극의 적층구조를 갖도록 형성하거나, 또는 게이트 전극과, 게이트 절연막과, 산화물 반도체층과, 에치스토퍼와, 상기 에치스토퍼 상에서 서로 이격하며 각각 상기 산화물 반도체층과 접촉하는 소스 및 드레인 전극의 적층구조를 갖도록 형성한다.
다음, 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr) 위로 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)을 노출시키는 드레인 콘택홀(143)을 갖는 보호층(140)을 형성한다.
이후, 상기 보호층(140) 위로 상기 각 화소영역(P) 별로 반사 능률이 우수한 금속물질 예를들면 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)으로 이루어진 하부층(147a)과 일함수 값이 비교적 높은 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO)로 이루어진 상부층(147b)의 이중층 구조를 갖는 판 형태의 제 1 전극(147)을 형성한다.
동시에 각 화소영역(P)의 경계 즉, 게이트 배선(미도시) 또는(및) 데이터 배선(130)과 전원배선(미도시)이 형성된 부분에 대응하여 상기 제 1 전극(147)과 이격하는 보조배선(148)을 형성한다.
이때, 상기 보조배선(148)은 상기 제 1 전극과 동일한 이중층 구조를 갖도록 형성할 수도 있으며, 또는 반사 능률이 우수한 금속물질 예를들면 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)로 이루어진 단일층 구조를 갖도록 형성할 수도 있다.
다음, 도 4b에 도시한 바와같이, 상기 제 1 전극(147) 위로 유기절연물질 폴리이미드(poly imide), 포토아크릴(Photo Acryl), 벤조사이클로뷰텐(BCB), 블랙수지 중 어느 하나를 코팅하여 유기절연물질층(미도시)을 형성한다.
이러한 유기절연물질층(미도시)은 이를 이루는 유기절연물질은 그 자체로 감광성 특성을 갖는 감광물질이 포함되어 있으므로 상기 유기절연물질층(미도시) 자체를 노광하여 패터닝이 가능하므로 패터닝을 위해 별도의 포토레지스트층의 도포와 식각 공정을 생략할 수 있는 장점을 갖는다.
이때, 상기 유기절연물질층(미도시)은 빛을 받는 부분이 제거되는 포지티브 타입 감광성 특성을 갖는 것이 바람직하다.
이후, 상기 유기절연물질층(미도시)에 대해 노광 마스크(미도시)를 이용한 노광, 상기 유기 물질층의 현상을 포함하는 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로서 각 화소영역(P)의 경계에 상기 각 화소영역(P)에 구비된 제 1 전극(147)의 가장자리 부분의 소정폭과 상기 보조배선(148)의 가장자리 부분의 소정폭과 중첩하도록 뱅크(150)를 형성한다.
이러한 뱅크(150)는 표시영역 전면에 격자형태를 가져 각 화소영역(P)에 있어서는 제 1 전극(147)의 중앙부를 노출시키는 형태를 이루는 것이 특징이며, 나아가 화소영역(P)의 경계에 형성된 보조배선(148)에 대해서도 그 중앙부를 노출시키는 형태를 이루는 것이 특징이다.
도 4c에 도시한 바와같이, 상기 뱅크(150) 위로 제 1 무기절연물질 예를들면 식각율이 상대적으로 큰 질화실리콘(SiNx)을 증착하여 제 1 무기절연물질층(151)을 상기 기판 전면에 형성하고, 연속하여 상기 제 1 무기절연물질층(151)을 이루는 상기 제 1 무기절연물질 대비 상대적으로 식각율이 작은 제 2 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2)을 증착하여 제 2 무기절연물질층(152)을 형성한다.
이때, 상기 제 1 및 제 2 무기절연물질층(151, 152)은 서로 다른 무기절연물질로 이루어짐을 보이고 있지만, 증착 조건을 달리하거나 또는 표면처리를 통해 그 식각율을 달리하는 경우 상기 제 1 및 제 2 무기절연물질층(151, 152)은 동일한 무기절연물로 이루어질 수도 있다.
일례로 상기 제 1 및 제 2 무기절연물질층(151, 152)은, SiNx/SiNy, SiNx/박막의 SiO2/SiNy, SiNx/SiO2의 구성을 가질 수 있다. 이때, SiNx은 증착온도와 증착압력 및 공급되는 가스의 유량비 등의 조절에 의해 매우 소한 밀도를 갖도록 증착되어 제 1 식각율을 가지며, SiNy은 매우 밀한 밀도를 갖도록 증착되어 상기 제 1 식각율보다 작은 제 2 식각율을 갖는 것이 특징이다.
나아가 SiNx/SiNy의 구성을 이루는 경우, SiNx 증착 후 N2O 플라즈마 처리를 실시하고 이후 상기 SiNy를 증착할 수도 있다. 이러한 N2O 플라즈마 처리에 의해 상기 SiNx는 상기 SiNy 대비 더욱 큰 식각율을 갖게 된다.
상기 제 1 및 제 2 무기절연물질층(151, 152)이 SiNx/박막의 SiO2/SiNy의 적층 구성을 이루는 경우, 상기 박막의 SiO2라 함은 상기 SiNx 또는 SiNy 대비 이의 두께의 1/20 내지 1/10 정도의 두께를 갖도록 형성된 것이 특징이다. 이때, 상기 박막의 SiO2는 일종의 버퍼 역할을 하는 것으로 상기 SiNx와 SiNy이 너무 큰 식각율 차이가 발생되는 것을 억제하는 역할을 한다. 즉, 상기 SiNx가 너무 빨리 식각되는 것을 억제하여 상기 제 1 및 제 2 무기절연물질층(151, 152)이 적정 식각율 차이를 갖도록 함으로서 추후 제 1 폭을 갖는 하부층(도 4d의 153a)과 제 2 폭을 갖는 상부층(도 4d의 153b)의 격벽(153)에 있어 상기 하부층(도 4d의 153a)과 상부층(도 4d의 153b)이 적절한 폭 차이를 가지며 형성되도록 하는 역할을 하는 것이다.
한편, 상기 제 2 무기절연물질층(152) 위로 포토레지스트를 도포하여 포토레지스트층(미도시)을 형성한 후, 이에 대해 노광 마스크(미도시)를 이용한 노광, 현상액을 이용한 현상을 진행함으로서 패터닝하여 상기 보조배선(148)에 대해 포토레지스트 패턴(191)을 형성한다.
도 4d에 도시한 바와같이, 상기 포토레지스트 패턴(191) 외측으로 노출된 상기 제 2 무기절연물질층(도 4c의 152)과 이의 하부에 위치하는 상기 제 1 무기절연물층(도 4c의 151)을 연속적으로 식각을 진행함으로서 상기 보조배선(148) 상부로 제 1 폭의 하부층(153a)과 상기 제 1 폭보다 큰 제 2 폭을 갖는 상부층(153b)의 이중층 구조를 갖는 격벽(153)을 형성한다.
이때, 상기 제 1 및 제 2 무기절연물질층(도 4c의 151, 152)의 식각은 건식식각인 것이 특징이며, 상기 건식식각은 등방성 특성을 갖는 RIE(reactive ion etching) 또는 PE(plasma enhanced) 에칭인 것이 바람직하다.
상기 제 1 및 제 2 무기절연물질층(도 4c의 151, 152)은 RIE(reactive ion etching) 또는 PE(plasma enhanced) 에칭을 통한 건식식각을 진행 시 상기 제 2 무기절연물질은 상대적으로 식각이 더디게 진행되며 상기 제 1 무기절연물질층(도 4c의 151)은 상대적으로 식각이 빠르게 진행됨으로서 최종적으로 상기 보조배선(148) 상부에는 전술한 바와같은 제 1 폭의 하부층(153a)과 상기 제 1 폭보다 큰 제 2 폭을 갖는 상부층(153b)의 이중층 구조를 갖는 격벽(153)이 형성될 수 있는 것이다.
도 4e에 도시한 바와같이, 스트립(strip)을 진행하여 상기 포토레지스트 패턴(도 4d의 191)을 제거함으로서 상기 이중층 구조를 갖는 격벽(153)을 노출시킨다.
다음, 도 4f에 도시한 바와같이, 상기 격벽(153) 및 뱅크(150) 위로 잉크젯 장치(미도시) 또는 노즐 코팅장치(미도시)를 이용하여 액상의 유기 발광 물질을 상기 뱅크(150)로 둘러싸인 영역에 대응하여 분사 또는 드롭핑 하거나, 또는 다수의 개구를 갖는 쉐도우 마스크(미도시)를 이용하여 유기 발광 물질의 진공 열 증착을 실시함으로서 상기 각 화소영역(P) 내의 상기 제 1 전극(150) 상부에 유기 발광층(155)을 형성한다.
이때 상기 유기 발광층(155)은 상기 격벽(153)에 의해 분리되어 각 화소영역(P) 더욱 정확히는 뱅크(150)로 둘러싸인 영역 내에 형성될 수 있다.
이때, 상기 뱅크(150)와 격벽(153) 상부에도 상기 유기 발광층(155)이 형성될 수 있지만, 상기 유기 발광 물질은 스텝 커버리지 특성이 매우 약하기 때문에 뱅크(150) 보다 상대적으로 큰 높이를 갖는 상기 격벽(153)에 의해 끊김이 발생됨으로서 각 화소영역(P)별로 분리된 형태를 이루게 된다.
한편, 도면에 있어서는 상기 제 1 전극(150) 위로 단일층 구조를 갖는 유기 발광층(155)만이 형성된 것을 일례로 보이고 있지만, 상기 유기 발광층(155)이 다중층으로 이루어질 수도 있다.
즉, 이 경우, 상기 다중층 구조를 갖는 유기 발광층(155)은 상기 단일층의 유기 발광층(155)을 형성한 동일한 방법을 진행함으로서 상기 유기 발광층(155)의 하부 또는 상부에 제 1 및 제 2 발광보조층(미도시)으로 정공주입층(hole injection layer), 정공수송층(hole transporting layer), 전자수송층(electron transporting layer) 및 전자주입층(electron injection layer) 중 어느 하나 이상을 선택적으로 더욱 형성함으로서 구성할 수 있다.
다음, 도 4g에 도시한 바와같이, 상기 유기 발광층(155) 위로 일함수 값이 비교적 낮은 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 금(Au), 알루미늄마그네슘 합금(AlMg) 중 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합하여 진공의 분위기에서 열 증착을 진행함으로서 표시영역 전면에 10 내지 200Å 정도의 두께를 갖는 제 2 전극(158)을 형성함으로서 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)의 제 1 기판(110)을 완성한다.
이러한 열 증착에 의해 형성되는 제 2 전극(158)의 경우, 금속특성 상 스텝 커버리지 특성이 우수하여 상기 유기 발광층(155)의 상부를 포함하여 상기 뱅크(150)의 상면 및 측면과 상기 이중층 구조를 갖는 격벽(153)의 상면 및 측면까지 표시영역 전면에 끊김없이 연결된 상태로 형성되는 것이 특징이다.
이때, 각 화소영역(P) 내에 순차 적층된 상기 제 1 전극(150)과 유기 발광층(155)과 제 2 전극(158)은 유기전계 발광 다이오드(E)를 이룬다.
다음, 도 4i에 도시한 바와 같이, 전술한 바와같이 완성된 상기 제 1 기판(110)과 대응하여 상기 유기발광 다이오드(E)의 인캡슐레이션을 위해 투명한 절연재질로 이루어진 제 2 기판(170)을 대향하여 위치시키고, 상기 제 1 기판(110)과 제 2 기판(170)의 사이에는 투명하며 접착 특성을 갖는 프릿(Frit), 유기절연물질, 고분자 물질 중 어느 하나로 이루어진 페이스 씰(미도시)을 상기 제 1 기판(110)의 전면에 코팅한 상태에서 상기 제 1 기판(110)과 제 2 기판(170)을 합착하거나, 또는 진공 혹은 불활성 가스 분위기에서 상기 제 1 기판(110)의 가장자리를 따라 씰패턴(미도시)을 형성한 후 상기 제 1 및 제 2 기판(110, 170)을 합착함으로서 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)를 완성한다.
한편, 상기 제 1 기판(110)의 상기 제 2 전극(158) 위로 무기절연물질 또는 유기절연물질을 증착 또는 도포하거나, 또는 점착층(미도시)을 재개하여 필름(미도시)을 부착함으로써 인캡슐레이션 막(미도시)으로 이용할 경우, 상기 제 2 기판(170)은 생략될 수 있다.
한편, 상기 이중층 구조의 격벽(153)은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)의 경우, 하부층(153a)과 상부층(153b)이 모두 무기절연물질로 이루어짐을 보이고 있지만, 이러한 격벽(153)은 무기절연물질의 하부층과 유기절연물질의 상부층의 구성을 이룰 수도 있다.
본 발명의 제 2 실시예 및 제 3 실시예에 따른 유기전계 발광소자를 통해 상세히 설명한다.
본 발명의 제 2 및 제 3 실시예에 따른 유기전계 발광소자는 격벽의 형태만이 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)와 차이가 있으므로 구동 및 스위칭 박막트랜지스터와 이를 덮는 보호층은 생략하고, 단순하게 기판 상에 제 1 전극과 보조전극과 뱅크 및 격벽과 유기 발광층 및 제 2 전극만을 도시한 도면을 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 표시영역 일부를 도시한 단면도이다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자(201)의 제 1 기판(110)에는 도면에 나타내지 않았지만, 각 화소영역(P) 내에는 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시)가 구비되고 있으며, 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시) 위로 보호층(미도시)이 구비되고 있다.
그리고 상기 보호층(미도시) 위로 각 화소영역(P)에는 상기 구동 박막트랜지스터(미도시)의 드레인 전극(미도시)과 접촉하며 제 1 전극(147)이 형성되고 있으며, 화소영역(P)의 경계에 상기 제 1 전극(147)과 이격하며 보조배선(148)이 형성되어 있다.
또한, 상기 보호층(미도시) 위로 상기 제 1 전극과 보조배선(148) 간의 이격영역에 대응하여 상기 제 1 전극과 보조배선(148)의 가장자리 소정폭과 중첩하며 뱅크(150)가 형성되고 있다.
그리고 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자(201)에 있어서 가장 특징적인 것으로 상기 보조배선(148)과 중첩하며 제 1 폭을 갖는 무기절연물질로 이루어진 하부층(253a)과 상기 제 1 폭보다 큰 제 2 폭을 가지며 유기절연물질로 이루어진 상부층(253b)의 이중층 구조를 갖는 격벽(253)이 형성되어 있다.
이러한 구조를 갖는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자(201)에 구비된 격벽(253)은 제 1 실시예에 개시된 격벽(도 2의 153)과 유사하게 이를 이루는 물질만이 차이가 있으며, 하부층(253a)이 상부층(253b)에 대해 언더컷 구조를 이루는 것은 유사하다 할 것이다.
이러한 무기절연물질과 유기절연물질로 이중층 구조를 갖는 격벽(253) 또한 이의 상부층(253b)은 비교예에 따른 유기전계 발광소자(도 3의 1)에 구비된 유기절연물질로 단일층 구조로서 그 양측면이 기판 면에 대해 역테이퍼 구조를 갖는 격벽(도 3의 53)보다 제약사항 없이 안정적으로 형성될 수 있으며, 상기 하부층(253a)은 건식식각에 의해 그 식각량이 적절히 조절되어 비교예에 따른 유기전계 발광소자(도 3의 1)에 구비되는 역테이퍼 구조의 격벽(도 3의 53)의 보조배선(도 3의 48)과 접촉하는 부분의 폭 대비 작은 면적이 됨으로서 상기 보조배선(148)과 제 2 전극(155)의 접촉면적을 늘려 상기 제 2 전극(155)의 내부 저항을 더욱 저감시킬 수 있는 것이 특징이다.
더욱이 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자(201)에 구비되는 격벽(253)에 있어서 유기절연물질로 이루어진 상부층(253b)은 비교예에 따른 유기전계 발광소자(도 3의 1)에 구비된 격벽(도 3의 53)과 같이 반드시 역테이퍼 구조를 이루도록 형성될 필요가 없으며, 따라서 역테이퍼 구조 형성을 위한 특별한 감광 반응을 하는 감광성 물질을 포함하는 유기절연물질을 이용할 필요없이 일반적인 감광성 특성을 갖는 감광성물질을 포함하는 유기절연물질을 이용할 수 있으므로 공정 안정성이 상대적으로 우수하다 할 것이다.
한편, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자(201)의 경우 상기 격벽(253)의 구성을 제외하고는 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(도 2의 101)와 동일하므로 이하 그 구조적 설명은 생략하고, 제조 방법에 대해 설명한다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자(201)의 제조 방법에 있어서도 격벽(153)을 제외한 타 구성요소의 제조 단계는 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(도 2의 101)와 동일하므로 차별점이 있는 격벽(253)의 형성방법을 위주로 하여 설명한다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 대한 제조 단계별 공정 단면도로서 도 5에 도시된 부분에 대한 제조 공정 단면도이다.
도 6a에 도시한 바와같이, 보호층(미도시) 위로 제 1 전극(147)과 이와 이격하여 보조배선(148)을 형성하고, 상기 제 1 전극(147)과 보조배선(148)의 이격간격을 포함하여 상기 제 1 전극 및 보조배선(148)의 가장자리 소정폭과 중첩하는 뱅크(150)를 형성한다.
다음, 도 6b에 도시한 바와같이, 상기 뱅크(150) 위로 상기 기판(110) 전면에 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착하여 무기절연물질층(251)을 형성한다.
다음, 도 6c에 도시한 바와같이, 일반적인 감광성 특성을 갖는 유기절연물질 예를들면 포토아크릴을 포함하여 폴리이미드(poly imide), 스티렌(styrene), 메틸마사크릴레이트(methyl mathacrylate), 폴리테트라플로우틸렌(polytetrafluoroethylene) 중 어느 하나를 도포함으로서 유기절연물질층(미도시)을 형성한다.
이때, 상기 감광성 특성을 갖는 유기절연물질은 빛을 받은 부분이 현상 후 남게 되는 네가티브 타입인 것이 바람직하다. 이는 네가티브 타입 감광성 특성을 갖는 유기절연물질의 경우 현상 후 남게되는 부분의 측면이 수직 또는 역테이퍼 구조를 이루려는 경향이 있기 때문이다.
반대로 포지티브 타입 감광성 유기물질의 경우 현상 후 남게되는 부분은 측면에 테이퍼 구조를 이루려는 경향이 있다.
격벽은 그 역할 특성 상 유기 발광층의 분리의 역할 수행을 해야 하며, 이 경우 비록 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자(201) 특성상 언더컷 형태의 하부층(253a)을 갖는 이중층 구조의 격벽(253)이 구비됨으로서 유기 발광층(미도시)의 화소영역(P)별 분리는 수행할 수 있다. 하지만, 공정 안정성을 더욱 향상시키기 위해 상기 격벽(153)의 상부층(153b)이 테이퍼 구조를 갖는 것 보다는 수직 또는 역테이퍼 구조를 이루는 것이 더욱 유리하기 때문이다.
하지만, 반드시 포지티브 타입 감광성 물질을 포함하는 유기절연물질을 이용할 필요는 없다.
한편, 상기 유기절연물질층(미도시)에 대해 빛의 투과영역과 차단영역을 구비한 노광마스크(미도시)를 통해 UV광을 조사 한 후, 현상액을 이용한 현상 공정을 진행함으로서 상기 보조배선(148)에 대응하여 상기 무기절연물질층(251) 상부로 유기절연물질로 이루어진 격벽(253)의 상부층(253b)을 형성한다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 경우, 상기 유기절연물질층(미도시)은 빛을 받은 부분이 현상 후 남게되는 네가티브 타입 특성을 감광성 물질이 포함된 유기절연물질을 이용하여 형성함으로서 상기 상부층(153b)의 측면이 기판(110)면에 대해 비교예에 따른 유기전계 발광소자(도 3의 1)에 구비된 격벽(도 3의 53)보다는 덜 하지만 소정의 역테이퍼 형태가 이루어짐을 보이고 있다.
다음, 도 6d에 도시한 바와같이, 상기 격벽(253)의 상부층(253b)이 형성된 상태에서 상기 무기절연물질층(도 6c의 251)의 건식식각을 진행함으로서 패터닝하여 상기 유기절연물질로 이루어진 상부층(253b) 대비 작은 폭을 가져 이에 대해 언더컷을 이루는 하부층(253a)을 형성함으로서 이중층 구조의 격벽(253)이 형성되도록 한다.
이때, 상기 무기절연물질층(도 6c의 251)은 건식식각 진행에 의해 상기 건식식각의 과식각(over etch)을 진행하게 됨으로서 상기 상부층(253b)의 하부에 위치한 무기절연물질층(도 6c의 251) 부분 중 그 일부까지 식각되도록 한 것이며, 상기 건식식각의 시간 조절에 의해 상기 상부층(253b)의 하부에 위치하는 부분의 무기절연물질층(도 6c의 251)의 식각폭이 결정되며 이에 의해 상기 하부층(253a)의 폭을 적절히 조절할 수 있다.
이후 공정은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 방법과 동일하므로 이하 그 설명을 생략한다.
한편, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자(도 5의 201)에 구비되는 격벽(도 5의 253)은 이중층 구조를 이루는 것을 보이고 있지만, 이는 뱅크(도 5의 150) 형성 시 이를 이루는 동일한 유기절연물질로 이루어진 부분이 더욱 포함되어 3중층 구조를 이룰 수도 있다.
이러한 3중층 구조를 갖는 격벽을 구비한 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기전계 발광소자를 제안한다.
이러한 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기전계 발광소자 또한 상기 격벽을 제외한 모든 구성요소는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자와 동일하므로 차별점이 있는 격벽의 구조만을 설명한다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 표시영역 일부를 도시한 단면도이다.
도시한 바와같이, 상기 보호층(미도시) 위로 각 화소영역(P)에는 상기 구동 박막트랜지스터(미도시)의 드레인 전극(미도시)과 접촉하며 제 1 전극(147)이 형성되고 있으며, 화소영역(P)의 경계에 상기 제 1 전극(147)과 이격하며 보조배선(148)이 형성되어 있다.
또한, 상기 보호층(미도시) 위로 상기 제 1 전극(147)과 보조배선(148) 간의 이격영역에 대응하여 상기 제 1 전극(147)과 보조배선(148)의 가장자리 소정폭과 중첩하며 뱅크(150)가 형성되고 있다.
그리고 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기전계 발광소자(301)에 있어서 가장 특징적인 것으로 상기 보조배선(148)과 중첩하며 유기절연물질로 이루어진 제 1 층(353a)과 상기 제 1 층(353a)의 표면을 감싸며 무기절연물질로 이루어진 제 2 층(353b)과 상기 제 2 층(353b) 위로 상기 제 1 층(353a)과 이를 감싸는 제 2 층(353b)의 폭보다 큰 폭을 가지며 유기절연물질로 이루어진 제 3 층(353c)의 삼중층 구조를 갖는 격벽(353)이 형성되어 있다.
이러한 삼중층 구조를 갖는 격벽(353)은 상기 제 3 층(353c) 하부로 상기 제 2 층(353b) 및 제 1 층(353a)이 언더 컷 형태를 이루는 것이 특징이다.
이러한 삼중층 구조를 갖는 격벽(253) 또한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자(도 6의 201)에 구비된 이중층 구조의 격벽(도 6의 253)과 동일한 역할 수행을 하며, 동일한 효과를 갖는다.
이러한 삼중층 구조를 갖는 격벽(353) 이외의 구성은 앞서 설명한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(도 2의 101)와 동일하다.
이하 이러한 삼중층 구조를 갖는 격벽(353)을 포함하는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기전계 발광소자(301)의 형성 방법에 대해 설명한다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기전계 발광소자(301)의 제조 방법에 있어서도 격벽(253)을 제외한 타 구성요소의 제조 단계는 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(도 2의 101)와 동일하므로 차별점이 있는 격벽(353)의 형성방법을 위주로 하여 설명한다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 대한 제조 단계별 공정 단면도로서 도 7에 도시된 부분에 대한 제조 공정도이다.
도 8a에 도시한 바와같이, 보호층(미도시) 위로 제 1 전극147과 이와 이격하여 보조배선(148)을 형성한다.
다음, 포지티브 타입 감광성 특성을 갖는 유기절연물질 예를들면 폴리이미드(poly imide), 포토아크릴(Photo Acryl), 벤조사이클로뷰텐(BCB), 블랙수지 중 어느 하나를 코팅하여 제 1 유기절연물질층(미도시)을 형성한다.
이후 상기 제 1 유기절연물질층(미도시)에 대해 투과영역과 차단영역을 갖는 노광 마스크(미도시)를 이용한 노광을 실시한 후 이에 대해 현상액을 이용한 현상 공정을 진행함으로서 패터닝하여 상기 제 1 전극(147)과 보조배선(148)의 이격간격을 포함하여 상기 제 1 전극(147) 및 보조배선(148)의 가장자리 소정폭과 중첩하는 뱅크(150)를 형성하고, 동시에 상기 뱅크(150) 사이로 노출된 상기 보조배선(148) 위로 제 1 폭을 갖는 격벽(353)의 제 1 층(353a)을 형성한다.
이러한 유기절연물질로 이루어지는 제 1 폭은 비교예에 따른 유기전계 발광소자(도 4의 1)에 구비되는 역테이퍼 구조를 갖는 격벽(도 3의 53)대비 그 두께가 얇으며 역테이퍼 등의 구조를 이루도록 형성할 필요가 없으므로 상기 제 1 폭은 상기 역테이퍼 구조를 갖는 격벽(도 3의 53)의 보조배선(도 3의 48)과 접촉하는 부분의 폭대비 훨씬 작은 폭을 갖도록 형성할 수 있다.
다음, 도 8b에 도시한 바와같이, 상기 뱅크(150)와 격벽(353)의 제 1 층(353a) 위로 상기 기판(110) 전면에 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착하여 무기절연물질층(351)을 형성한다.
다음, 도 8c에 도시한 바와같이, 일반적인 감광성 특성 바람직하게는 네가티브 타입의 특성을 갖는 유기절연물질 예를들면 포토아크릴(photo acryl), 폴리이미드(poly imide), 스티렌(styrene), 메틸마사크릴레이트(methyl mathacrylate), 폴리테트라플로우틸렌(polytetrafluoroethylene) 중 어느 하나를 도포함으로서 제 2 유기절연물질층(미도시)을 형성한다.
한편, 상기 제 2 유기절연물질층(미도시)에 대해 빛의 투과영역과 차단영역을 구비한 노광마스크(미도시)를 통해 UV광을 조사 한 후, 현상액을 이용한 현상 공정을 진행함으로서 상기 격벽(353)의 제 1 층(353a)에 대응하여 상기 무기절연물질층(351) 상부로 유기절연물질로 이루어진 격벽(353)의 제 3 층(353c)을 형성한다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기전계 발광소자(도 7의 301)의 경우, 상기 제 2 유기절연물질층(미도시)은 빛을 받은 부분이 현상 후 남게되는 네가티브 타입 특성을 감광성 물질이 포함된 유기절연물질을 이용하여 형성함으로서 상기 제 3 층(353c)의 측면이 상기 기판(110)면에 대해 비교예에 따른 유기전계 발광소자(도 3의 1)에 구비된 격벽(도 3의 53)보다는 덜 하지만 소정의 역테이퍼 형태가 이루어짐을 보이고 있다.
다음, 도 8d에 도시한 바와같이, 상기 격벽(353)의 제 3 층(353c)이 형성된 상태에서 상기 무기절연물질층(도 8c의 351)의 건식식각을 진행함으로서 패터닝하여 상기 유기절연물질로 이루어진 제 3 층(353c) 대비 작은 폭을 가지며 동시에 상기 제 1 층(353a) 표면을 감싸는 형태를 이루며, 상기 제 3 층(353c)에 대해 언더컷을 이루는 제 2 층(353b)을 형성함으로서 삼중층 구조의 격벽(353)이 형성되도록 한다.
이때, 상기 무기절연물질층(도 8c의 351)은 건식식각 진행에 의해 상기 건식식각의 과식각(over etch)을 진행하게 됨으로서 상기 제 3 층(353c)의 하부에 위치한 무기절연물질층 중 일부분까지 식각되도록 한 것이며, 상기 건식식각의 시간 조절에 의해 상기 제 3 층(353c)의 하부에 위치하는 부분의 무기절연물질층(도 8c의 351)의 식각폭이 결정되며 이에 의해 도시한 바와같이 상기 제 1 층(353a)을 완전히 덮으며 상기 제 3 층(353c)의 폭보다는 작은 폭을 갖는 제 2 층(353b)이 형성되도록 할 수 있다.
이후 공정은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(도 2의 101)의 제조 방법과 동일하므로 이하 그 설명을 생략한다.
본 발명은 전술한 실시예 및 변형예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
101 : 유기전계 발광소자
110 : 제 1 기판
113 : 반도체층
113a : 액티브영역
113b : 소스 드레인 영역
116 : 게이트 절연막
123 : 층간절연막
125 : 반도체층 콘택홀
130 : 데이터 배선
133 : 소스 전극
136 : 드레인 전극
140 : 보호층
147 : 제 1 전극
147a, 147b : (제1전극의)하부층 및 상부층
148 : 보조배선
148a, 148b : (보조배선의)하부층 및 상부층
150 : 뱅크
153 : 격벽
153a , 153b : (격벽의)하부층 및 상부층
155 : 유기 발광층
158 : 제 2 전극
170 : 제 2 기판
DTr : 구동 박막트랜지스터
E: 유기전계 발광 다이오드
P : 화소영역

Claims (20)

  1. 다수의 화소영역을 갖는 표시영역이 정의된 제 1 기판과;
    상기 제 1 기판 상에 상기 각 화소영역 별로 형성된 제 1 전극과;
    상기 화소영역의 경계에 상기 제 1 전극과 이격하며 형성된 보조배선과;
    상기 표시영역 내의 화소영역의 경계에 상기 각 제 1 전극의 가장자리 및 상기 보조배선의 가장자리와 중첩하며 각 화소영역을 둘러싸는 형태로 상기 보조배선을 노출시키며 형성된 뱅크와;
    상기 보조배선 위로 다중층 구조를 이루며 상기 다중층 중 최상부에 위치하는 최상부층을 기준으로 이의 하부에 위치하는 층은 상기 최상부층의 폭보다 작은 폭을 가짐으로서 언더컷 형태를 이루는 것이 특징인 격벽과;
    상기 뱅크로 둘러싸인 상기 각 제 1 전극 상부에 형성된 유기 발광층과;
    상기 유기 발광층 상부로 상기 표시영역 전면에 제 1 두께를 가지며 형성된 제 2 전극
    을 포함하는 유기전계 발광소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 격벽은 이중층 또는 삼중층 구조를 이루는 것이 특징인 유기전계 발광소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 이중층 구조를 이루는 격벽은 그 하부층은 제 1 식각율을 갖는 제 1 무기절연물질로 이루어지며, 상기 최상부층은 상기 제 1 식각율 보다 작은 제 2 식각율을 갖는 제 2 무기절연물질로 이루어진 것이 특징인 유기전계 발광소자.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 무기절연물질은 질화실리콘(SiNx)으로 이루어지며, 상기 제 2 무기절연물질은 산화실리콘(SiO2)으로 이루어진 것이 특징인 유기전계 발광소자.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 무기절연물질은 소한 제 1 밀도를 가는 제 1 질화실리콘(SiNx)으로 이루어지며, 상기 제 2 무기절연물질은 상기 제 1 밀도 대비 큰 제 2 밀도를 갖는 제 2 질화실리콘(SiNy)으로 이루어진 것이 특징인 유기전계 발광소자.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 격벽의 하부층과 최상부층 사이에는 상기 하부층 또는 최상부층의 두께의 1/20 내지 1/10의 두께를 갖는 산화실리콘(SiO2)층 더욱 구비된 것이 특징인 유기전계 발광소자.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 이중층 구조를 이루는 격벽은, 하부층은 무기절연물질로 이루어지고, 상기 최상부층은 유기절연물질로 이루어진 것이 특징인 유기전계 발광소자.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 삼중층 구조를 이루는 격벽은 상기 최상부층은 유기절연물질로 이루어지고, 중간층은 무기절연물질로 이루어지며, 하부층은 상기 뱅크를 이루는 동일한 유기절연물질로 이루어진 것이 특징이며, 상기 중간층은 상기 하부층의 표면을 감싸는 형태로 형성된 것이 특징인 유기전계 발광소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전극은 일함수 값이 비교적 낮은 금속물질인 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 금(Au), 알루미늄마그네슘 합금(AlMg) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질로 이루어지고,
    상기 제 1 두께는 10 내지 200Å인 것이 특징인 유기전계 발광소자.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 하부로,
    상기 제 1 기판 상에는 서로 교차하여 상기 화소영역을 정의하는 게이트 및 데이터 배선과;
    상기 게이트 배선 또는 데이터 배선이 형성된 동일한 층에 이들 배선과 나란하게 이격하며 형성된 전원배선과;
    상기 각 화소영역에 구비되며, 상기 게이트 배선 및 데이터 배선과 연결된 스위칭 박막트랜지스터와 상기 전원배선 및 상기 스위칭 박막트랜지스터와 연결된 구동 박막트랜지스터와;
    상기 표시영역 전면에 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터를 덮으며 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키며 형성된 보호층
    을 포함하며, 상기 제 1 전극은 상기 보호층 위로 상기 각 화소영역 내에 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 형성된 것이 특징인 유기전계 발광소자.
  11. 다수의 화소영역을 갖는 표시영역이 정의된 제 1 기판 상에 상기 각 화소영역 별로 제 1 전극을 형성하고, 동시에 상기 화소영역의 경계에 상기 제 1 전극과 이격하는 보조배선을 형성하는 단계와;
    상기 표시영역 내의 화소영역의 경계에 상기 각 제 1 전극의 가장자리 및 상기 보조배선의 가장자리와 중첩하며 각 화소영역을 둘러싸는 형태로 상기 보조배선을 노출시키는 뱅크를 형성하는 단계와;
    상기 보조배선 위로 다중층 구조를 이루며 상기 다중층 중 최상부에 위치하는 최상부층을 기준으로 이의 하부에 위치하는 층은 상기 최상부층의 폭보다 작은 폭을 가짐으로서 언더컷 형태를 이루는 것이 특징인 격벽을 형성하는 단계와;
    상기 뱅크로 둘러싸인 상기 각 제 1 전극 상부에 상기 격벽에 의해 각 화소영역별로 분리되는 유기 발광층을 형성하는 단계와;
    상기 유기 발광층 상부로 상기 표시영역 전면에 제 1 두께를 갖는 제 2 전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 유기전계 발광소자의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 격벽은 이중층 또는 삼중층 구조를 이루도록 형성하는 것이 특징인 유기전계 발광소자의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 이중층 구조를 이루는 격벽을 형성하는 단계는,
    상기 뱅크 위로 상기 제 1 기판 전면에 제 1 식각율을 갖는 제 1 무기절연물질층을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 무기절연물질층 위로 상기 제 1 식각율보다 작은 제 2 식각율을 갖는 제 2 무기절연물질층을 형성하는 단계와;
    상기 제 2 무기절연물질층 위로 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와;
    상기 포토레지스트 패턴 외측으로 노출된 상기 제 2 무기절연물질층과 이의 하부에 위치하는 상기 제 1 무기절연물질층을 건식식각을 진행하여 식각율 차이에 의해 상기 최상부층과 이의 하부로 언더컷 형태를 갖는 하부층을 형성하는 단계와;
    상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계
    를 포함하는 유기전계 발광소자의 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 무기절연물질층은 질화실리콘(SiNx)을 증착하여 형성하고, 상기 제 2 무기절연물질층은 산화실리콘(SiO2)을 증착하여 형성하는 것이 특징인 유기전계 발광소자의 제조 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 무기절연물질층은 제 1 밀도를 가는 제 1 질화실리콘(SiNx)을증착하여 형성하며, 상기 제 2 무기절연물질층은 상기 제 1 밀도 보다 큰 제 2 밀도를 갖는 제 2 질화실리콘(SiNy)을 증착하여 형성하는 것이 특징인 유기전계 발광소자의 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 격벽의 하부층과 최상부층 사이에는 상기 하부층 또는 최상부층의 두께의 1/20 내지 1/10의 두께를 갖는 산화실리콘(SiO2)층을 더욱 형성하는 단계를 포함하는 것이 특징인 유기전계 발광소자의 제조 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 무기절연물질층을 형성한 후 상기 제 2 무기절연물질층을 형성하기 전에 상기 제 1 무기절연물질층의 표면을 N2O 플라즈마 처리하는 단계를 더 포함하는 것이 특징인 유기전계 발광소자의 제조 방법.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 이중층 구조를 이루는 격벽을 형성하는 단계는,
    상기 뱅크 위로 상기 제 1 기판 전면에 무기절연물질층을 형성하는 단계와;
    상기 무기절연물질층 위로 상기 보조배선에 대응하여 유기절연물질로 이루어진 상기 격벽의 최상부층을 형성하는 단계와;
    상기 격벽의 최상부층 외측으로 노출된 상기 무기절연물질층을 건식식각을 진행하여 상기 최상부층과 이의 하부로 언더컷 형태를 갖는 하부층을 형성하는 단계
    를 포함하는 유기전계 발광소자의 제조 방법.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 삼중층 구조를 이루는 격벽을 형성하는 단계는,
    상기 뱅크를 형성하는 단계에서 상기 보조배선 위로 상기 뱅크를 이루는 동일한 물질로 이루어진 상기 격벽의 최하부층을 형성하는 단계와;
    상기 뱅크 및 최하부층 위로 상기 제 1 기판 전면에 무기절연물질층을 형성하는 단계와;
    상기 무기절연물질층 위로 상기 보조배선에 대응하여 유기절연물질로 이루어진 상기 격벽의 최상부층을 형성하는 단계와;
    상기 격벽의 최상부층 외측으로 노출된 상기 무기절연물질층을 건식식각을 진행하여 상기 최상부층과 이의 하부로 언더컷 형태를 이루면 상기 최하부층의 표면을 감싸는 형태의 중간층을 형성하는 단계
    를 포함하는 유기전계 발광소자의 제조 방법.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 전극을 형성하기 이전에,
    상기 제 1 기판 상에 서로 교차하여 상기 화소영역을 정의하는 게이트 및 데이터 배선과, 상기 게이트 배선 또는 데이터 배선이 형성된 동일한 층에 형성된 전원배선과, 상기 각 화소영역에 구비되며, 상기 게이트 배선 및 데이터 배선과 연결된 스위칭 박막트랜지스터와 상기 전원배선 및 상기 스위칭 박막트랜지스터와 연결된 구동 박막트랜지스터와, 상기 표시영역 전면에 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터를 덮으며 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀을 갖는 보호층을 형성하는 단계를 더욱 포함하며,
    상기 제 1 전극은 상기 보호층 위로 상기 각 화소영역 내에 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하도록 형성하는 것이 특징인 유기전계 발광소자의 제조 방법.
KR1020130153636A 2013-12-11 2013-12-11 유기전계 발광소자 및 이의 제조 방법 KR102152846B1 (ko)

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