KR20150131428A - 유기전계발광소자 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

유기전계발광소자 및 이를 제조하는 방법 Download PDF

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KR20150131428A
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Abstract

본 발명은 유기전계발광소자 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로 일 측면에서 본 발명은 화소 영역이 정의된 제1기판의 일면에 위치하는 컬러필터, 상기 컬러필터 상에 위치하거나 상기 제1기판의 상기 일면과 상이한 면 상에 위치하는 산화물 박막 트랜지스터(Oxide Thin Film Transistor), 및 상기 화소 영역에 대응되고, 상기 산화물 박막 트랜지스터 상에 형성된 유기발광다이오드를 포함하는 유기전계발광소자를 제공한다.

Description

유기전계발광소자 및 이를 제조하는 방법{ORGANIC ELECTROLUMINESCENT DEVICE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
본 발명은 유기전계발광소자 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근, 표시장치로서 각광받고 있는 유기발광 표시장치는 스스로 발광하는 유기발광다이오드(OLED: Organic Light Emitting Diode)를 이용함으로써 응답속도가 빠르고, 발광효율, 휘도 및 시야각 등이 큰 장점이 있다.
이러한 유기발광 표시장치의 각 화소는 유기발광 다이오드 이외에도, 서로 교차하는 데이터 라인 및 게이트 라인과 이와 연결 구조를 갖는 트랜지스터 등으로 이루어져 있다.
비정질 실리콘으로 반도체층을 구성한 비정질 박막 트랜지스터보다 전자 이동속도가 빠르고 폴리실리콘으로 반도체층을 구성한 폴리실리콘 박막 트랜지스터보다 제조공정이 단순하고 제조단가가 상대적으로 낮은 산화물 반도체로 반도체층을 구성하는 산화물 박막 트랜지스터에 대해 활발한 연구가 진행되고 있다.
이러한 배경에서, 본 발명의 목적은 배면 발광 OLED 표시 장치에서 광학 필터를 제거하되 휘도를 증가시키도록 컬러필터를 포함하는 유기전계발광소자 및 이를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 발명은 화소 영역이 정의된 제1기판의 일면에 위치하는 컬러필터, 상기 컬러필터 상에 위치하거나 상기 제1기판의 상기 일면과 상이한 면 상에 위치하는 산화물 박막 트랜지스터(Oxide Thin Film Transistor), 및 상기 화소 영역에 대응되고, 상기 산화물 박막 트랜지스터 상에 형성된 유기발광다이오드를 포함하는 유기전계발광소자를 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명은 화소 영역이 정의된 제1기판 상에 산화물 박막 트랜지스터(Oxide Thin Film Transistor)를 형성하는 단계, 상기 산화물 박막 트랜지스터 상에 유기발광다이오드를 형성하는 단계, 상기 화소 영역에 대응되도록 컬러필터를 제2기판에 형성하는 단계, 및 상기 제1기판과 상기 제2기판을 접착하는 단계를 포함하는 유기전계발광소자의 제조방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 광학 필터를 제거하되 휘도를 증가시키도록 하는 효과가 있다.
도 1은 실시예들에 따른 표시장치를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 유기전계발광소자의 개략적인 단면도이다.
도 3은 광학 필터가 결합된 배면 발광 표시 장치의 각 화소의 구성을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 명세서의 제1-1 실시예에 의한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 제1-1 실시예에 의한 도 4의 A-A'의 단면을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 명세서의 제1-2 실시예에 의한 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제1-2 실시예에 의한 도 6의 B-B'의 단면을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 의한 도 6의 B-B'의 단면의 추가적인 실시예를 보여주는 도면이다.
도 9는 각각의 기판의 구조와 반사율을 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 의한 공정 과정을 보여주는 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 실시예들에 따른 표시장치를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 실시예들에 따른 표시장치(100)는, 제1방향(예: 수직방향)으로 다수의 제1라인(VL1~VLm)이 형성되고, 제2방향(예: 수평방향)으로 다수의 제2라인(HL1~HLn)이 형성되는 표시패널(110)과, 다수의 제1라인(VL1~VLm)으로 제1신호를 공급하는 제1구동부(120)와, 다수의 제2라인(HL1~HLn)으로 제2신호를 공급하는 제2구동부(130)와, 제1구동부(120) 및 제2구동부(130)를 제어하는 타이밍 컨트롤러(140) 등을 포함한다.
표시패널(110)에는, 제1방향(예: 수직방향)으로 형성된 다수의 제1라인(VL1~VLm)과 제2방향(예: 수평방향)으로 형성된 다수의 제2라인(HL1~HLn)의 교차에 따라 다수의 화소(P: Pixel)가 정의된다.
전술한 제1구동부(120) 및 제2구동부(130) 각각은, 영상 표시를 위한 신호를 출력하는 적어도 하나의 구동 집적회로(Driver IC)를 포함할 수 있다.
표시패널(110)에 제1방향으로 형성된 다수의 제1라인(VL1~VLm)은, 일 예로, 수직방향(제1방향)으로 형성되어 수직방향의 화소 열로 데이터 전압(제1신호)을 전달하는 데이터 배선일 수 있으며, 제1구동부(120)는 데이터 배선으로 데이터 전압을 공급하는 데이터 구동부일 수 있다.
또한, 표시패널(110)에 제2방향으로 형성된 다수의 제2라인(HL1~HLn)은 수평방향(제2방향)으로 형성되어 수평방향의 화소 열로 스캔 신호(제1신호)를 전달하는 게이트 배선일 수 있으며, 제2구동부(130)는 게이트 배선으로 스캔 신호를 공급하는 게이트 구동부일 수 있다.
또한, 제1구동부(120)와 제2구동부(130)와 접속하기 위해 표시패널(110)에는 패드부가 구성된다. 패드부는 제1구동부(120)에서 다수의 제1라인(VL1~VLm)으로 제1신호를 공급하면 이를 표시패널(110)로 전달하며, 마찬가지로 제2구동부(130)에서 다수의 제2라인(HL1~HLn)으로 제2신호를 공급하면 이를 표시패널(110)로 전달한다. 따라서, 표시패널(110)의 화소들의 영역을 형성하는 공정에서 패드부를 함께 형성한다.
표시패널(110) 상의 각 화소는 제1전극인 양극(anode), 제2전극인 음극(cathode) 및 유기발광층을 포함하는 적어도 하나의 유기전계발광소자일 수 있다. 각 유기전계발광소자에 포함된 유기발광층은 적색, 녹색, 청색 및 백색용 유기발광층 중 적어도 하나 이상의 유기발광층 또는 백색 유기발광층을 포함할 수 있다.
각 화소에는 제1라인(VL1~VLm) 또는 데이터 라인과, 제2라인(HL1~HLn) 또는 게이트 라인, 그리고 고전위전압을 공급하기 위한 고전위전압라인(VDDx 내지 VDDx+2)이 형성되어 있다. 또한, 각 화소에는 제2라인/게이트 라인 및 제1라인/데이터 라인 사이에서 스위칭 트랜지스터가 형성되어 있고, 양극, 음극 및 유기발광층으로 구성된 유기전계 발광다이오드와 스위칭 트랜지스터의 소스 전극(혹은 드레인 전극) 및 고전위전압라인(VDD) 사이에서 구동 트랜지스터가 형성되어 있다.
구동 트랜지스터는 산화물 박막 트랜지스터(Oxide Thin Film Transistor)로서, IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), ZTO(Zinc Tin Oxide), ZIO(Zinc Indium Oxide) 등으로 이루어진 산화물층과 게이트 전극, 소스/드레인 전극 등을 포함할 수 있다.
유기발광다이오드 상에는 유기발광다이오드를 1차적으로 수분과 산소로부터 보호하는 패시베이션층이 형성될 수 있다. 한편, 패시베이션층 상에는 접착층이 형성될 수 있다. 접착층 상에 형성되는 상부기판이 형성될 수 있다.
이하에서는, 전술한 유기전계발광 표시장치에 화소를 구성하는 유기전계발광소자에 대하여 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 2는 일 실시예에 따른 유기전계발광소자의 개략적인 단면도이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 유기전계발광소자(200)는 화소 영역이 정의된 하부기판(210) 상에 위치하는 산화물 박막 트랜지스터(Oxide Thin Film Transistor, 220), 산화물 박막 트랜지스터(220) 상에 형성된 유기발광다이오드(230), 유기발광다이오드(230) 상에 형성된 패시베이션층(passivation layer, 240), 패시베이션층(240) 상에 형성된 접착층(250) 및 접착층(250) 상에 형성된 상부기판(260)을 포함한다.
유기전계발광소자(200)의 발광 방식은 산화물 박막 트랜지스터(210)을 기준으로 발광방향이 상부기판(260)인 경우 전면발광(top emission, 또는 상부발광), 하부기판(210)인 경우 배면발광(bottom emission, 또는 하부발광)으로 나눠진다.
일 실시예에 따른 유기전계발광소자(200)에서, 배면발광 방식의 경우에는 하부기판(210)과 화소 전극인 제1전극이 투명한 재료(반투명한 재료 포함)로 형성되어야 하고, 전면발광 방식의 경우에는 패시베이션층(240), 접착층(250) 및 상부기판(260)이 투명한 재료(반투명한 재료 포함)로 형성되어야 한다.
산화물 박막 트랜지스터(220)는 폴리실리콘 트랜지스터에 비해 높은 구동 전압이 요구되지만, 공정의 수가 작아서 생산 단가가 낮은 장점을 갖는다. 또한 오프 커런트(off current) 특성이 우수하여 60Hz 이하의 저 주파수로도 구동이 가능하다.
이하 실시예들의 산화물 박막 트랜지스터(220)는 게이트전극이 소스/드레인 전극의 하부에 형성되는 바텀게이트(bottom gate) 방식을 예로써 도시하였다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 게이트전극이 상부에 형성되는 탑게이트(top gate) 방식일 수 있다.
이러한 산화물 박막 트랜지스터(220) 상에는 유기발광다이오드(230)가 형성된다. 유기발광다이오드(230)는 두 개의 전극과 유기층을 포함한다. 이때 유기층은 유기발광층을 포함하고, 원활한 엑시톤(exciton) 형성을 위해, 정공주입층, 정공수송층, 전자수송층, 전자주입층 등을 더 포함할 수 있다.
다음으로, 유기발광다이오드(230) 상에는 패시베이션층(240)이 형성된다. 패시베이션층(240) 상에는 접착층(250)이 형성되고, 접착층(250) 상에는 상부기판(260)이 형성된 하이브리드 봉지구조일 수 있다.
상부기판(260)은 온도가 높은 상태에서 공정을 수행하는 경우에 소자가 휘지 않도록 하부기판(210)과 동일한 열팽창 계수를 가질 수 있다.
도 3은 광학 필터가 결합된 배면 발광 표시 장치의 각 화소의 구성을 보여주는 도면이다.
유기전계발광소자(300)는 화소 영역이 정의된 하부기판(310) 상에 위치하는 산화물 박막 트랜지스터(Oxide Thin Film Transistor, 320), 산화물 박막 트랜지스터(320) 상에 형성된 유기발광다이오드(330), 유기발광다이오드(330) 상에 형성된 패시베이션층(passivation layer, 340), 패시베이션층(340) 상에 형성된 접착층(350) 및 접착층(350) 상에 형성된 상부기판(360)을 포함한다.
하부기판(310)은 TFT가 형성되는 글래스이며, 하판(310)의 일 측면에는 광학 필터(polarizer, 또는 POL)(305)가 결합되어 있다.
하부기판(310) 상에 산화물 박막 트랜지스터(320)가 형성된다. 산화물 박막 트랜지스터(320)는 게이트 전극(321), 게이트 전극(321) 상에 위치하고 하부기판(310)을 덮도록 형성되는 게이트 절연막(323), 게이트 절연막(323) 상에 위치하고 산화물로 형성된 액티브층(active layer, 325), 액티브층(325) 상에 형성되고, 제1전극(331)에 연결되는 소스/드레인 전극(327), 액티브층(325) 상에 위치하고 소스 전극과 드레인 전극(327) 사이에 형성되는 에치 스토퍼(etch stopper, 326)를 포함한다.
하부기판(310)은 글래스(Glass) 기판뿐만 아니라, PET(Polyethylen terephthalate), PEN(Polyethylen naphthalate), 폴리이미드(Polyimide) 등을 포함하는 플라스틱 기판 등일 수 있다. 또한, 하부기판(310) 상에는 불순원소의 침투를 차단하기 위한 버퍼층(buffering layer)이 더 구비될 수 있다. 버퍼층은 예를 들어 질화실리콘 또는 산화실리콘의 단일층 또는 다수층으로 형성될 수 있다.
하부기판(310) 상에 형성되는 게이트전극(321)은 Al, Pt, Pd, Ag, Mg, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, Mo, Ti, W, Cu 중 적어도 하나 이상의 금속 또는 합금으로, 단일층 또는 다수층으로 형성될 수 있다.
한편, 게이트 전극(321)이 형성된 하부기판(310) 상에 게이트 절연막(323)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(323)은 SiOx, SiNx, SiON, Al2O3, TiO2, Ta2O5, HfO2, ZrO2, BST, PZT와 같은 무기절연물질 또는 예를 들어 벤조사이클로부텐(BCB)과 아크릴(acryl)계 수지(resin)를 포함하는 유기절연물질, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
게이트 절연막(323) 상에는, 산화물로 이루어진 액티브층(active layer, 325)이 형성된다. 액티브층(325)은 산화물, 예를 들어 IGZO(Indium Galium Zinc Oxide), ZTO(Zinc Tin Oxide), ZIO(Zinc Indium Oxide) 중 어느 하나의 징크옥사이드계 산화물일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
액티브층(325) 상에 위치하고, 제1전극(331)에 전기적으로 연결되는 소스/드레인 전극(327)은 예를 들어 Al, Pt, Pd, Ag, Mg, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, Mo, Ti, W, Cu 중 어느 하나의 금속 또는 이들의 합금으로, 단일층 또는 다수층으로 형성될 수 있다. 특히 소스/드레인전극(327)은 크롬(Cr) 또는 탄탈륨(Ta) 등과 같은 고융점 금속으로 형성될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
액티브층(325) 상에는, 소스/드레인 전극(327) 사이에 위치하는 에치 스토퍼(326)이 형성되는데, 이는 산화물 박막 트랜지스터(320)의 포토리쏘그래피에 의한 패터닝 공정을 수행할 때, 액티브층(325)이 에칭 용액에 의해 식각되는 것을 방지한다. 다만 에치 스토퍼(326)은 에칭 용액에 따라 생략될 수 있다.
한편, 소스/드레인 전극(327) 상에는 소스/드레인 전극(327)과 게이트 절연막(323)을 덮도록 평탄화층(329)이 형성된다. 이러한 평탄화층(329) 상에는 유기발광다이오드(330)가 형성되는데, 유기발광다이오드(330)는 제1전극(331), 뱅크(333), 유기층(335), 제2전극(337)을 포함할 수 있다.
한편, 배면발광방식을 구현하기 위해 평탄화층(329) 상에 컬러필터(332) 및 오버코트(334)가 형성된다. 만약 도 3과 달리 전면발광 방식일 경우, 반사효율 향상을 위해 제1전극(331)의 상/하부에 반사효율이 우수한 금속물질, 예를 들면 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)으로써 반사판이 보조전극으로 더 형성될 수도 있다.
제1전극(331)은, 평탄화층(329)에 형성된 컨택트 홀(328)을 통해 소스/드레인 전극(327)과 전기적으로 접촉된다.
한편, 제1전극(331) 상에는 뱅크(333)가 형성되고, 뱅크(333)에는 제1전극(331)이 노출되도록 개구부가 구비된다. 이러한 뱅크(333)는 질화실리콘(SiNx), 산화실리콘(SiOx)과 같은 무기절연물질 또는 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)이나 아크릴 수지(acrylic resin)와 같은 유기절연물질, 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
노출된 제1전극(331) 상에는 유기층(335)이 형성되는데, 이러한 유기층(335)에는, 정공과 전자가 원활히 수송되어 엑시톤(exciton)을 형성할 수 있도록, 정공주입층(Hole Injection Layer, HIL), 정공수송층(Hole Transfer Layer, HTL), 유기발광층(Emitting Layer, EL), 전자수송층(Electron Transfer Layer, ETL), 전자주입층(Electron Injection Layer, EIL) 등이 차례로 적층되어 포함될 수 있다.
유기층(335) 상에는 캐소드 전극(음극)인 제2전극(337)이 형성된다. 예를 들어 배면발광 방식인 경우, 제2전극(337)은 금속일 수 있고 제1금속, 예를 들어 Ag 등과 제2금속, 예를 들어 Mg 등이 일정 비율로 구성된 합금의 단일층 또는 이들의 다수층일 수도 있다.
유기발광다이오드(330) 상에는 제2전극(337)의 상면 전체를 덮도록 패시베이션층(passivation layer, 340)이 형성된다.
패시베이션층(340)은 기계적 강도, 내투습성, 성막 용이성, 생산성 등을 고려하여, 소수성의 성질을 갖고, 수소함유 무기막으로서, SiON, 질화실리콘(SiNx), 산화실리콘(SiOx), 산화알루미늄(AlOx) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
필름 타입의 패시베이션층(340)은 수분이나 산소의 침투를 더디게 함으로써, 수분과 산소에 민감한 유기층(335)이 수분과 접촉되는 것이 방지될 수 있다.
패시베이션층(340)은 0.5μm 에서 1.0μm 의 상대적으로 두꺼운 두께를 갖도록 단일층으로 형성되나, 이에 한정되지 않고 다수층으로 형성될 수 있다.
평탄화층(329) 또는 패시베이션층(340)은 화학기상증착, 물리기상증착, 플라즈마 화학기상증착 등의 공정으로 형성될 수 있다.
패시베이션층(340) 상에는 접착층(350)이 형성되는데, 접착층(350)은 광 투과율이 우수한 투명성 접착 재료, 예를 들어 접착 필름(adhesive film) 또는 OCA(Optical Cleared Adhesive)로 형성될 수 있다. 접착층의 형성 방식은 금속리드(metal lid), 프릿실링(frit sealing), 박막(thin film) 증착 방식에 의할 수 있다.
접착층(350)은 상부기판(360)의 전면에 접착되는 전면봉지(face sealing)구조로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이러한 접착층(350)은 습기와 같은 외부 요인으로부터 유기발광다이오드(330)를 보호함과 아울러, 유기발광다이오드(330)를 봉지하는 상부기판(360)을 평탄화시킨다.
한편, 접착층(350) 상에는 상부기판(360)이 형성된다. 상부기판(360)은 얇은 박형으로 만들기 위해 전성과 연성을 갖는 박형금속으로 형성될 수 있다. 특히 박형금속은 가격경쟁력과 생산단가에서 유리한, 전술한 바와 같이 상대적으로 지구 지각에 흔한 금속, 예를 들어 Fe, Cu, Al 등일 수 있다.
제1전극(331)은 애노드(Anode) 역할을 할 수 있으며, 이 경우 제2전극(337)은 캐소드(Cathod) 역할을 할 수 있다. 반대로 제1전극(331)이 캐소드 역할을 하며, 제2전극(337)이 애노드 역할을 할 수 있다.
도 3의 각 화소의 구성에서 빛의 발광 방향이 배면 방향(301)이다.
현재 TFT가 있는 방향으로 발광된 빛이 빠져 나오는 방식인 배면 발광(bottom emission)에 도 2와 같이 반사율을 저감을 위한 광학 필터(305)가 적용 된 유기발광다이오드 구조에서 광학 필터(305)는 OLED 패널 내 반사율이 높은 물질이 외부 광 경로에 다수 존재하게 되어 있는 구조적인 단점을 보완하기 위해 사용된다. 그러나 광학 필터(305)를 사용하게 되면 패널 내부에서 발광하는 빛의 효율 또한 감소시키기 때문에 고휘도 패널을 구현함에 있어 어려움이 있었다.
광학 필터는 특정 방향으로 편향된 빛을 걸러내고 나머지 빛을 투과시키는 특성을 가지고 있으며, 통상 42%의 투과율을 보이는데, 이는 고휘도를 충족시키기 못하는 문제가 있다.
또한 도 3과 같은 COT(Color Filter on TFT array) 구조인 백색광 배면 발광 OLED 구조에서는 화소 별 색의 구현을 위해 TFT 어레이 위에 컬러필터를 위한 컬러 층(color layer)을 공정한 후 TFT 소성 공정, 예를 들어 230도에서 420분 동안 진행하는 소성 공정을 거치게 되는데 이 때 높은 온도에서의 오랜 소성시간으로 인하여 컬러 층을 구성하고 있는 물질(예를 들어 포토 레지스트)에 데미지를 주어 투과율의 감소를 초래할 수 있다.
즉, 고온 COT 공정으로 인해 컬러필터의 재료 중에 고온 소성에 견딜 수 있는 안료(pigment) 타입만이 한정되며, 그 외의 컬러필터의 재료인 염료(dye) 타입이거나 하이브리드 타입의 재료를 컬러필터에 적용하지 못하며, 염료 또는 하이브리트 타입을 통한 투과율 개선을 보장하지 못하는 문제가 발생한다. 이는 230도보다 높은 400도 소성 온도를 요구하는 CO30(coplanar, 이동도 30)에 적용 가능한 컬러필터의 재료에도 한정이 발생한다.
이하, 본 명세서에서는 백색광(White 빛)을 배면 발광하는 유기발광다이오드 구조가 적용된 TFT가 형성되는 하부기판 위에 광학 필터(305) 대신 반사율 저감효과를 지니는 컬러필터를 하부 기판에 합착하여 기존 반사율도 유지하면서 OLED 패널의 휘도를 높일 수 있는 실시예들을 제시한다.
도 2, 3에서 상부기판은 선택적으로 포함될 수 있으며 하부기판만으로 표시장치를 구성할 수 있다. 이하 하부기판을 제1기판으로 설명한다.
본 명세서에서는 광학 필터 대신 컬러필터를 제1기판에 위치시킨다. 보다 상세히, 컬러필터는 화소 영역이 정의된 제1기판의 일면에 위치한다. 그리고 산화물 박막 트랜지스터는 컬러필터 상에 위치하거나 제1기판의 일면과 상이한 면 상에 위치한다. 그리고 유기발광다이오드는 화소 영역에 대응되고, 산화물 박막 트랜지스터 상에 형성된다.
본 발명의 제1 실시예에 의하면 컬러필터가 제1기판과 컬러필터 기판인 제2기판 사이에 위치할 수 있는데, 이 경우 산화물 박막 트랜지스터와 컬러필터가 상이한 면 상에 위치하며, 컬러필터는 제1기판 및 제2기판 사이에 위치한다. 여기서 제2기판은 컬러필터 기판을 의미하며, 제2기판의 재질은 글래스 또는 플라스틱 중 어느 하나가 될 수 있다. 또한 제2기판은 글래스나 플라스틱과 같은 경성 재료를 사용하지 않고 필름으로 구현될 수 있다. 이 경우 필름이 컬러필터와 블랙 매트릭스를 포함하여 일체로 형성될 수 있으며, 필름은 TFT 기판인 제1기판에 부착되는 방식으로 유기전계발광소자 및 표시장치를 구현할 수 있다.
제2기판이 플라스틱 기판인 경우 보다 상세히 살펴보면 제2기판은 PET(Polyethylen terephthalate), PEN(Polyethylen naphthalate), 폴리이미드(Polyimide) 등을 포함할 수 있다. 그리고 컬러필터의 재료는 안료(pigment) 타입, 염료(dye) 타입, 또는 안료 타입 및 염료 타입을 혼합한 하이브리드 타입 중 어느 하나가 될 수 있다.
또한, 컬러필터의 반사율은 적색, 청색, 녹색 평균이 7.2% 내지 7.28%가 되도록 구성할 수 있는데 이는 도 9에서 여러가지 경우의 반사율을 실험을 통하여 산출한 결과인 컬러필터의 반사율에 근거한다.
그리고 블랙 매트릭스가 컬러필터와 동일한 층으로 제1기판에 위치하는데, 이를 세분하면 제1-1 실시예로 컬러필터가 산화물 박막 트랜지스터에 대응되는 영역을 포함하여 위치하도록 형성할 수 있다. 이는 도 4 및 도 5에서 살펴본다.
한편, 제1-2 실시예로 블랙 매트릭스는 산화물 박막 트랜지스터에 대응되는 영역을 포함하여 위치하도록 형성할 수 있다. 이는 도 6 및 도 7에서 살펴본다.
제1-1 실시예는 회로부분까지 컬러필터가 형성되어 반사율를 낮출 수 있는 반면 산화물 반도체가 외부 빛에 의해 열화될 수 있는 가능성이 있다. 반면 회로부분까지 블랙매트릭스가 형성된 제1-2 실시예는 산화물반도체가 외부 빛에 의해 열화되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있는 반면에 반사율이 늘어나는 단점이 있다.
도 4 내지 도 8에서 컬러필터와 블랙 매트릭스를 구별하여 표시하고 있으나, 블랙 매트릭스가 컬러필터에 포함되며 블랙 매트릭스와 컬러 물질로 구별될 수 있다. 이는 구현 방식에 따라 다양하게 적용될 수 있다.
도 4는 본 명세서의 제1-1 실시예에 의한 평면도이다. 설명의 편의를 위하여 OLED 발광층까지 적층된 평면도를 제시하고 있다.
제1기판 상의 일면에 구성된 하나의 화소 영역은 발광 영역(emitting area)(481)과 회로 영역(circuit area)(483)으로 구성된다. 발광 영역(481)은 발광층(435), 제1전극(431)을 포함한다. 회로영역(483)은 산화물 박막 트랜지스터(420)를 포함하며, 제1전극(431)과 산화물 박막 트랜지스터(420)는 컨택트 홀(428)을 통하여 전기적으로 연결되어 있다. 회로영역(483)은 구동 트랜지스터, 스위칭 트랜지스터, 스토리지 캐패시터 등을 포함할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 산화물 박막 트랜지스터가 형성된 면과 다른 면에는 컬러필터(432)가 형성되어 있으며, 컬러필터(432)는 발광 영역(481)과 회로 영역(483)을 모두 포함하는 영역에 형성되어 있다. 그리고 컬러필터(432) 외의 영역에는 블랙 매트릭스(490)가 형성되어 있다.
도 4의 회로 영역(483)의 트랜지스터들의 연결은 다양하게 구성될 수 있으며, 다른 회로 영역의 트랜지스터들과 연결 가능하며, 이들 회로 영역(483)에는 도 1에서 살펴본 VL1~VLm, HL1~HLn과 같은 신호라인들과 연결될 수 있다. 이러한 신호라인과의 연결은 본 발명의 구현에 있어 제한되지 않는다.
도 5는 본 발명의 제1-1 실시예에 의한 도 4의 A-A'의 단면을 나타낸 도면이다.
유기전계발광소자(400)는 화소 영역이 정의된 제1기판(410) 하에는 제2기판(405)이 존재한다. 제2기판(405) 상에 컬러필터(432)와 블랙 매트릭스(490)가 형성되어 있으며, 컬러필터(432)가 발광 영역과 회로 영역에 대응하도록 형성되어 있다. 그리고 제2기판(405)과 제1기판(410)은 점착되어 있다. 제2기판(405)은 글래스(Glass) 기판뿐만 아니라, PET(Polyethylen terephthalate), PEN(Polyethylen naphthalate), 폴리이미드(Polyimide) 등을 포함하는 플라스틱 기판 등일 수 있다. 또한, 하부기판(310) 상에는 불순원소의 침투를 차단하기 위해 도면에 미도시되었으나 버퍼층(buffering layer)이 더 구비될 수 있다. 버퍼층은 예를 들어 질화실리콘 또는 산화실리콘의 단일층 또는 다수층으로 형성될 수 있다.
그리고 제1기판(410) 상에는 산화물 박막 트랜지스터(Oxide Thin Film Transistor, 420), 산화물 박막 트랜지스터(420) 상에 형성된 유기발광다이오드(430), 유기발광다이오드(430) 상에 형성된 패시베이션층(passivation layer, 440), 패시베이션층(440) 상에 형성된 접착층(450) 및 접착층(450) 상에 형성된 상부기판(460)을 포함한다.
제1기판(410)은 TFT가 형성되는 글래스이다. 제1기판(410) 상에 산화물 박막 트랜지스터(420)가 형성된다. 산화물 박막 트랜지스터(420)는 게이트 전극(421), 게이트 전극(421) 상에 위치하고 하부기판(410)을 덮도록 형성되는 게이트 절연막(423), 게이트 절연막(423) 상에 위치하고 산화물로 형성된 액티브층(active layer, 425), 액티브층(425) 상에 형성되고, 제1전극(431)에 연결되는 소스/드레인 전극(427), 액티브층(425) 상에 위치하고 소스 전극과 드레인 전극(427) 사이에 형성되는 에치 스토퍼(etch stopper, 426)를 포함한다.
제1기판(410) 상에 형성되는 게이트전극(421)은 Al, Pt, Pd, Ag, Mg, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, Mo, Ti, W, Cu 중 적어도 하나 이상의 금속 또는 합금으로, 단일층 또는 다수층으로 형성될 수 있다.
한편, 게이트 전극(421)이 형성된 제1기판(410) 상에 게이트 절연막(423)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(323)은 SiOx, SiNx, SiON, Al2O3, TiO2, Ta2O5, HfO2, ZrO2, BST, PZT와 같은 무기절연물질 또는 예를 들어 벤조사이클로부텐(BCB)과 아크릴(acryl)계 수지(resin)를 포함하는 유기절연물질, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
게이트 절연막(423) 상에는, 산화물로 이루어진 액티브층(active layer, 425)이 형성된다. 액티브층(425)은 산화물, 예를 들어 IGZO(Indium Galium Zinc Oxide), ZTO(Zinc Tin Oxide), ZIO(Zinc Indium Oxide) 중 어느 하나의 징크옥사이드계 산화물일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
액티브층(425) 상에 위치하고, 제1전극(431)에 전기적으로 연결되는 소스/드레인 전극(427)은 예를 들어 Al, Pt, Pd, Ag, Mg, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, Mo, Ti, W, Cu 중 어느 하나의 금속 또는 이들의 합금으로, 단일층 또는 다수층으로 형성될 수 있다. 특히 소스/드레인전극(427)은 크롬(Cr) 또는 탄탈륨(Ta) 등과 같은 고융점 금속으로 형성될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
액티브층(425) 상에는, 소스/드레인 전극(427) 사이에 위치하는 에치 스토퍼(426)가 형성되는데, 이는 산화물 박막 트랜지스터(420)의 포토리쏘그래피에 의한 패터닝 공정을 수행할 때, 액티브층(425)이 에칭 용액에 의해 식각되는 것을 방지한다. 다만 에치 스토퍼(426)는 에칭 용액에 따라 생략될 수 있다.
한편, 소스/드레인 전극(427) 상에는 소스/드레인 전극(427)과 게이트 절연막(423)을 덮도록 평탄화층(429)이 형성된다. 평탄화층(429)은 기계적 강도, 내투습성, 성막 용이성, 생산성 등을 고려하여, 소수성의 성질을 갖고, 수소함유 무기막으로서, 예를 들어 SiON, 질화실리콘(SiNx), 산화실리콘(SiOx), 산화알루미늄(AlOx) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
이러한 평탄화층(429) 상에는 유기발광다이오드(430)가 형성되는데, 유기발광다이오드(430)는 제1전극(431), 뱅크(433), 유기층(435), 제2전극(437)을 포함할 수 있다.
한편, 컬러필터(432)가 제1기판(410) 하부에 구현되어 있으므로, 도 3과 달리 평탄화층(429) 상에 별도의 컬러필터나 오버코트가 형성될 필요가 없다.
제1전극(431)은, 평탄화층(429)에 형성된 컨택트 홀(428)을 통해 소스/드레인 전극(427)과 전기적으로 접촉된다.
제1전극(431)은, 애노드 전극(양극)의 역할을 하도록 일함수 값이 비교적 크고, 투명한 도전성 물질, 예를 들면 ITO 또는 IZO와 같은 금속 산화물, ZnO:Al 또는 SnO2:Sb와 같은 금속과 산화물의 혼합물, 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등으로 이루어질 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 또한, 제1전극(431)은 탄소나노튜브, 그래핀, 은나노와이어 등일 수도 있다.
한편, 제1전극(431) 상에는 뱅크(433)가 형성되고, 뱅크(433)에는 제1전극(431)이 노출되도록 개구부가 구비된다. 이러한 뱅크(433)는 질화실리콘(SiNx), 산화실리콘(SiOx)과 같은 무기절연물질 또는 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)이나 아크릴 수지(acrylic resin)와 같은 유기절연물질, 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
노출된 제1전극(431) 상에는 유기층(435)이 형성되는데, 이러한 유기층(435)에는, 정공과 전자가 원활히 수송되어 엑시톤(exciton)을 형성할 수 있도록, 정공주입층(Hole Injection Layer, HIL), 정공수송층(Hole Transfer Layer, HTL), 유기발광층(Emitting Layer, EL), 전자수송층(Electron Transfer Layer, ETL), 전자주입층(Electron Injection Layer, EIL) 등이 차례로 적층되어 포함될 수 있다.
유기층(435) 상에는 캐소드 전극(음극)인 제2전극(437)이 형성된다. 예를 들어 배면발광 방식인 경우, 제2전극(437)은 금속일 수 있고 제1금속, 예를 들어 Ag 등과 제2금속, 예를 들어 Mg 등이 일정 비율로 구성된 합금의 단일층 또는 이들의 다수층일 수도 있다.
유기발광다이오드(430) 상에는 제2전극(437)의 상면 전체를 덮도록 패시베이션층(passivation layer, 440)이 형성된다.
패시베이션층(440)은 기계적 강도, 내투습성, 성막 용이성, 생산성 등을 고려하여, 소수성의 성질을 갖고, 수소함유 무기막으로서, SiON, 질화실리콘(SiNx), 산화실리콘(SiOx), 산화알루미늄(AlOx) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
필름 타입의 패시베이션층(440)은 수분이나 산소의 침투를 더디게 함으로써, 수분과 산소에 민감한 유기층(435)이 수분과 접촉되는 것이 방지될 수 있다.
패시베이션층(440)은 0.5μm 에서 1.0μm 의 상대적으로 두꺼운 두께를 갖도록 단일층으로 형성되나, 이에 한정되지 않고 다수층으로 형성될 수 있다.
평탄화층(429) 또는 패시베이션층(440)은 화학기상증착, 물리기상증착, 플라즈마 화학기상증착 등의 공정으로 형성될 수 있다.
패시베이션층(440) 상에는 접착층(450)이 형성되는데, 접착층(450)은 광 투과율이 우수한 투명성 접착 재료, 예를 들어 접착 필름(adhesive film) 또는 OCA(Optical Cleared Adhesive)로 형성될 수 있다. 접착층의 형성 방식은 금속리드(metal lid), 프릿실링(frit sealing), 박막(thin film) 증착 방식에 의할 수 있다.
접착층(450)은 상부기판(460)의 전면에 접착되는 전면봉지(face sealing)구조로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이러한 접착층(350)은 습기와 같은 외부 요인으로부터 유기발광다이오드(430)를 보호함과 아울러, 유기발광다이오드(430)를 봉지하는 상부기판(460)을 평탄화시킨다.
상부기판(460)은 제1기판(410)과 동일한 열팽창 계수를 가질 수 있다.
한편, 접착층(450) 상에는 상부기판(460)이 형성된다.
제1전극(431)은 애노드(Anode) 역할을 할 수 있으며, 이 경우 제2전극(437)은 캐소드(Cathod) 역할을 할 수 있다. 반대로 제1전극(431)이 캐소드 역할을 하며, 제2전극(437)이 애노드 역할을 할 수 있다.
도 4 및 5의 구성에서 컬러필터(432)가 하부기판인 제1기판(410) 하부에 위치하여 광학 필터의 기능을 대신하게 된다. 도 4의 구성으로 TFT 소성 공정 과정에서 컬러필터(432)가 데미지를 입지 않으므로, 다양한 컬러필터의 재료를 사용할 수 있다. 예를 들어 안료(pigment) 타입 이외에도 염료(dye) 타입이거나 하이브리드 타입의 재료를 컬러필터에 적용할 수 있다. 또한 400도 소성 온도를 요구하는 CO30(coplanar, 이동도 30)에도 적용 가능한 컬러필터를 사용할 수 있다. 도 4, 5에 제1-1 실시예는 회로부분까지 컬러필터가 형성되어 반사율를 낮출 수 있는 장점을 가진다.
도 6은 본 명세서의 제1-2 실시예에 의한 평면도이다. 설명의 편의를 위하여 OLED 발광층까지 적층된 평면도를 제시하고 있다.
제1기판 상의 일면에 구성된 하나의 화소 영역은 발광 영역(emitting area)(681)과 회로 영역(circuit area)(683)으로 구성된다. 발광 영역(681)은 발광층(635), 제1전극(631)을 포함한다. 회로영역(683)은 산화물 박막 트랜지스터(620)를 포함하며, 제1전극(631)과 산화물 박막 트랜지스터(620)는 컨택트 홀(628)을 통하여 전기적으로 연결되어 있다. 회로영역(683)은 구동 트랜지스터, 스위칭 트랜지스터, 스토리지 캐패시터 등을 포함할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 산화물 박막 트랜지스터가 형성된 면과 다른 면에는 컬러필터(632)가 형성되어 있으며, 컬러필터(632)는 발광 영역(681)에만 형성되어 있으며, 회로 영역(683)을 포함한 컬러필터(632) 외의 영역에는 블랙 매트릭스(690)가 형성되어 있다.
도 6의 회로 영역(683)의 트랜지스터들의 연결은 다양하게 구성될 수 있으며, 다른 회로 영역의 트랜지스터들과 연결 가능하며, 이들 회로 영역(683)에는 도 1에서 살펴본 VL1~VLm, HL1~HLn과 같은 신호라인들과 연결될 수 있다. 이러한 신호라인과의 연결은 본 발명의 구현에 있어 제한되지 않는다.
도 7은 본 발명의 제1-2 실시예에 의한 도 6의 B-B'의 단면을 나타낸 도면이다.
도 7은 컬러필터(632)와 블랙 매트릭스(690)가 형성된 영역이 도 5에서 살펴본 컬러필터(432)와 블랙 매트릭스(490)가 차지하는 영역과 상이하다. 도 7에서 컬러필터(632)는 발광 영역에만 형성되어 있으며, 회로 영역인 산화물 박막 트랜지스터 영역에는 블랙 매트릭스(690)가 형성되어 있다. 그 외의 구성에 대해 살펴보면, 유기전계발광소자(600)는 화소 영역이 정의된 제1기판(610) 하에는 제2기판(605)이 존재한다. 제2기판(605) 상에 컬러필터(632)와 블랙 매트릭스(690)가 형성되어 있으며, 제2기판(605)과 제1기판(610)은 점착되어 있다. 제2기판(605)은 글래스(Glass) 기판뿐만 아니라, PET(Polyethylen terephthalate), PEN(Polyethylen naphthalate), 폴리이미드(Polyimide) 등을 포함하는 플라스틱 기판 등일 수 있다. 또한, 하부기판(310) 상에는 불순원소의 침투를 차단하기 위해 도면에 미도시되었으나 버퍼층(buffering layer)이 더 구비될 수 있다. 버퍼층은 예를 들어 질화실리콘 또는 산화실리콘의 단일층 또는 다수층으로 형성될 수 있다.
그리고 제1기판(610) 상에는 산화물 박막 트랜지스터(Oxide Thin Film Transistor, 620), 산화물 박막 트랜지스터(620) 상에 형성된 유기발광다이오드(630), 유기발광다이오드(630) 상에 형성된 패시베이션층(passivation layer, 640), 패시베이션층(640) 상에 형성된 접착층(650) 및 접착층(650) 상에 형성된 상부기판(660)을 포함한다.
제1기판(610)은 TFT가 형성되는 글래스이다. 제1기판(610) 상에 산화물 박막 트랜지스터(620)가 형성된다. 산화물 박막 트랜지스터(620)는 게이트 전극(621), 게이트 전극(621) 상에 위치하고 하부기판(610)을 덮도록 형성되는 게이트 절연막(623), 게이트 절연막(623) 상에 위치하고 산화물로 형성된 액티브층(active layer, 425), 액티브층(625) 상에 형성되고, 제1전극(631)에 연결되는 소스/드레인 전극(627), 액티브층(625) 상에 위치하고 소스 전극과 드레인 전극(627) 사이에 형성되는 에치 스토퍼(etch stopper, 426)를 포함한다.
제1기판(610) 상에 형성되는 게이트전극(621)은 Al, Pt, Pd, Ag, Mg, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, Mo, Ti, W, Cu 중 적어도 하나 이상의 금속 또는 합금으로, 단일층 또는 다수층으로 형성될 수 있다.
한편, 게이트 전극(621)이 형성된 제1기판(610) 상에 게이트 절연막(623)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(623)은 SiOx, SiNx, SiON, Al2O3, TiO2, Ta2O5, HfO2, ZrO2, BST, PZT와 같은 무기절연물질 또는 예를 들어 벤조사이클로부텐(BCB)과 아크릴(acryl)계 수지(resin)를 포함하는 유기절연물질, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
게이트 절연막(623) 상에는, 산화물로 이루어진 액티브층(active layer, 625)이 형성된다. 액티브층(625)은 산화물, 예를 들어 IGZO(Indium Galium Zinc Oxide), ZTO(Zinc Tin Oxide), ZIO(Zinc Indium Oxide) 중 어느 하나의 징크옥사이드계 산화물일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
액티브층(625) 상에 위치하고, 제1전극(631)에 전기적으로 연결되는 소스/드레인 전극(627)은 예를 들어 Al, Pt, Pd, Ag, Mg, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, Mo, Ti, W, Cu 중 어느 하나의 금속 또는 이들의 합금으로, 단일층 또는 다수층으로 형성될 수 있다. 특히 소스/드레인전극(627)은 크롬(Cr) 또는 탄탈륨(Ta) 등과 같은 고융점 금속으로 형성될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
액티브층(625) 상에는, 소스/드레인 전극(627) 사이에 위치하는 에치 스토퍼(626)가 형성되는데, 이는 산화물 박막 트랜지스터(620)의 포토리쏘그래피에 의한 패터닝 공정을 수행할 때, 액티브층(625)이 에칭 용액에 의해 식각되는 것을 방지한다. 다만 에치 스토퍼(626)는 에칭 용액에 따라 생략될 수 있다.
한편, 소스/드레인 전극(627) 상에는 소스/드레인 전극(627)과 게이트 절연막(623)을 덮도록 평탄화층(629)이 형성된다. 평탄화층(629)은 기계적 강도, 내투습성, 성막 용이성, 생산성 등을 고려하여, 소수성의 성질을 갖고, 수소함유 무기막으로서, 예를 들어 SiON, 질화실리콘(SiNx), 산화실리콘(SiOx), 산화알루미늄(AlOx) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
이러한 평탄화층(629) 상에는 유기발광다이오드(630)가 형성되는데, 유기발광다이오드(630)는 제1전극(631), 뱅크(633), 유기층(635), 제2전극(637)을 포함할 수 있다.
한편, 컬러필터(632)가 제1기판(610) 하부에 구현되어 있으므로, 도 3과 달리 평탄화층(629) 상에 별도의 컬러필터나 오버코트가 형성될 필요가 없다.
제1전극(631)은, 평탄화층(629)에 형성된 컨택트 홀(628)을 통해 소스/드레인 전극(627)과 전기적으로 접촉된다.
제1전극(631)은, 애노드 전극(양극)의 역할을 하도록 일함수 값이 비교적 크고, 투명한 도전성 물질, 예를 들면 ITO 또는 IZO와 같은 금속 산화물, ZnO:Al 또는 SnO2:Sb와 같은 금속과 산화물의 혼합물, 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등으로 이루어질 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 또한, 제1전극(631)은 탄소나노튜브, 그래핀, 은나노와이어 등일 수도 있다.
한편, 제1전극(631) 상에는 뱅크(633)가 형성되고, 뱅크(633)에는 제1전극(631)이 노출되도록 개구부가 구비된다. 이러한 뱅크(633)는 질화실리콘(SiNx), 산화실리콘(SiOx)과 같은 무기절연물질 또는 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)이나 아크릴 수지(acrylic resin)와 같은 유기절연물질, 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
노출된 제1전극(631) 상에는 유기층(635)이 형성되는데, 이러한 유기층(635)에는, 정공과 전자가 원활히 수송되어 엑시톤(exciton)을 형성할 수 있도록, 정공주입층(Hole Injection Layer, HIL), 정공수송층(Hole Transfer Layer, HTL), 유기발광층(Emitting Layer, EL), 전자수송층(Electron Transfer Layer, ETL), 전자주입층(Electron Injection Layer, EIL) 등이 차례로 적층되어 포함될 수 있다.
유기층(635) 상에는 캐소드 전극(음극)인 제2전극(637)이 형성된다. 예를 들어 배면발광 방식인 경우, 제2전극(637)은 금속일 수 있고 제1금속, 예를 들어 Ag 등과 제2금속, 예를 들어 Mg 등이 일정 비율로 구성된 합금의 단일층 또는 이들의 다수층일 수도 있다.
유기발광다이오드(630) 상에는 제2전극(637)의 상면 전체를 덮도록 패시베이션층(passivation layer, 640)이 형성된다.
패시베이션층(640)은 기계적 강도, 내투습성, 성막 용이성, 생산성 등을 고려하여, 소수성의 성질을 갖고, 수소함유 무기막으로서, SiON, 질화실리콘(SiNx), 산화실리콘(SiOx), 산화알루미늄(AlOx) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
필름 타입의 패시베이션층(640)은 수분이나 산소의 침투를 더디게 함으로써, 수분과 산소에 민감한 유기층(635)이 수분과 접촉되는 것이 방지될 수 있다.
패시베이션층(640)은 0.5μm 에서 1.0μm 의 상대적으로 두꺼운 두께를 갖도록 단일층으로 형성되나, 이에 한정되지 않고 다수층으로 형성될 수 있다.
평탄화층(629) 또는 패시베이션층(640)은 화학기상증착, 물리기상증착, 플라즈마 화학기상증착 등의 공정으로 형성될 수 있다.
패시베이션층(640) 상에는 접착층(650)이 형성되는데, 접착층(650)은 광 투과율이 우수한 투명성 접착 재료, 예를 들어 접착 필름(adhesive film) 또는 OCA(Optical Cleared Adhesive)로 형성될 수 있다. 접착층의 형성 방식은 금속리드(metal lid), 프릿실링(frit sealing), 박막(thin film) 증착 방식에 의할 수 있다.
접착층(650)은 상부기판(660)의 전면에 접착되는 전면봉지(face sealing)구조로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이러한 접착층(350)은 습기와 같은 외부 요인으로부터 유기발광다이오드(630)를 보호함과 아울러, 유기발광다이오드(630)를 봉지하는 상부기판(660)을 평탄화시킨다.
상부기판(660)은 제1기판(610)과 동일한 열팽창 계수를 가질 수 있다.
한편, 접착층(650) 상에는 상부기판(660)이 형성된다.
제1전극(631)은 애노드(Anode) 역할을 할 수 있으며, 이 경우 제2전극(637)은 캐소드(Cathod) 역할을 할 수 있다. 반대로 제1전극(631)이 캐소드 역할을 하며, 제2전극(637)이 애노드 역할을 할 수 있다.
도 6 및 7의 구성에서 컬러필터(632)가 하부기판인 제1기판(610) 하부에 위치하여 광학 필터의 기능을 대신하게 된다. 도 6의 구성으로 TFT 소성 공정 과정에서 컬러필터(632)가 데미지를 입지 않으므로, 다양한 컬러필터의 재료를 사용할 수 있다. 예를 들어 안료(pigment) 타입 이외에도 염료(dye) 타입이거나 하이브리드 타입의 재료를 컬러필터에 적용할 수 있다. 또한 400도 소성 온도를 요구하는 CO30(coplanar, 이동도 30)에도 적용 가능한 컬러필터를 사용할 수 있다. 도 6, 7의 제1-2 실시예에서 회로부분까지 블랙매트릭스가 형성되므로 산화물반도체가 외부 빛에 의해 열화되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 의한 도 6의 B-B'의 단면의 추가적인 실시예를 보여주는 도면이다.
도 8에서는 도 4 또는 도 6에서 살펴본 제2기판(405, 605) 없이 제1기판(610) 위에 컬러필터(632)와 블랙 매트릭스(690)를 형성한다. 그리고 컬러필터(632) 상에는 도 6에서 살펴본 바와 같이 산화물 박막 트랜지스터(Oxide Thin Film Transistor, 620), 산화물 박막 트랜지스터(620) 상에 형성된 유기발광다이오드(630), 유기발광다이오드(630) 상에 형성된 패시베이션층(passivation layer, 640), 패시베이션층(640) 상에 형성된 접착층(650) 및 접착층(650) 상에 형성된 상부기판(660)을 포함한다. 각 부호에 대한 내용은 앞서 도 7에서 살펴보았으므로 설명을 생략한다.
도 4 내지 도 8의 광학 필터를 제거한 배면발광 OLED의 경우 외부 광에 대한 반사율을 컬러필터를 적용하여 감소시키고 휘도를 증가시킨다. 즉, 제1 실시예와 같이 컬러필터를 위한 컬러 레이어를 글래스 또는 플라스틱과 같은 제2기판 위에 형성하여 TFT 기판인 제1기판과 합착하여 외부광에 의한 TFT 노출 영역 최소화를 통해 반사율을 감소시킬 수 있다. TFT 소성 공정(현 230도에서 420분)에서 컬러필터가 배제됨으로써 고온 공정 한계를 지닌 염료(dye) 활용을 높여 하이브리드 타입(안료와 염료 혼합) 또는 염료 만으로(all dye type) 구현이 가능하여 컬러필터를 위한 컬러 레이어의 투과율을 LCD 컬러필터의 투과율까지 끌어올릴 수 있다.
도 9는 각각의 기판의 구조와 반사율을 보여주는 도면이다.
GLS는 글래스, POL은 광학 필터를, BM은 블랙 매트릭스를 의미하며, CF는 컬러필터, OC는 오버코트 층을 의미한다. 또한 Red/Green/Blue는 각각 RGB 색상 컬러를 의미한다.
반사율 (Reflectivity)은 입사 빛에 대한 반사 빛의 세기 혹은 비율을 나타낸다. 투과율 (Transmittivity,Transmittance)은 입사 빛의 세기에 대한 투과 빛 세기의 비율을 나타낸다.
도 9의 표는 단면의 구조에 따른 반사율을 나타낸 것으로, 반사율과 투과율은 400~700nm의 평균값을 실험을 통하여 산출한 결과이다.
구분에서 1은 글래스만 구성된 경우의 반사율이며, 2는 광학 필터인 경우의 반사율이다. 광학필터의 반사율은 5.43%이다. 한편, 3, 4는 블랙 매트릭스를 글래스의 하부 또는 상부에 부착한 경우의 반사율이며, 5, 6은 컬러 필터를 글래스의 하부 또는 상부에 부착한 경우의 반사율이다. 5, 6은 도 4 내지 도 8의 실시예에 대한 반사율을 나타내며, 컬러필터를 광학 필터 대신 사용할 경우, 평균적으로 7.2% 내지 7.28%사이의 반사율을 가지게 되며 광학 필터의 반사율 5.43%에 근접하게 된다.
그리고 7, 8은 도 3과 같이 TFT 소성 공정이 적용되는 컬러필터의 반사율을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 의한 공정 과정을 보여주는 도면이다.
먼저 제1기판을 준비한다(S1010). 그리고 화소 영역이 정의된 제1기판 상에 산화물 박막 트랜지스터와 유기발광 다이오드를 형성한다. 형성된 산화물 박막 트랜지스터 상에 유기발광다이오드를 형성할 수 있고, 이후 제2기판과 제1기판을 점착한 후 유기발광 다이오드를 형성할 수 있다. 또한 산화물 박막 트랜지스터를 제1기판과 제2기판을 점착한 후 형성할 수 있다. 이러한 산화물 박막 트랜지스터와 유기발광 다이오드의 형성 순서는 제2기판과 제1기판의 접착 이후 또는 이전이 될 수 있으며 이는 본 발명을 적용함에 있어 다양하게 구성될 수 있다.
그리고 제2기판을 준비한다(S1030). 그리고 화소 영역에 대응되도록 컬러필터를 제2기판에 형성하고(S1040), 제1기판과 제2기판을 접착한다.
여기서 앞서 도 4 내지 도 8에서 살펴본 바와 같이 블랙 매트릭스를 컬러필터와 동일한 층으로 제2기판에 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 그리고 제1-1 실시예와 도 4 및 도 5에서 살펴본 바와 같이 컬러필터를 산화물 박막 트랜지스터에 대응되는 영역을 포함하도록 형성할 수 있다. 또한 제1-2 실시예와 도 6 및 도 7에서 살펴본 바와 블랙 매트릭스를 산화물 박막 트랜지스터에 대응되는 영역을 포함하여 형성할 수 있다.
도 4 내지 도 8과 같이 유기전계발광소자를 구성할 경우, 기존 COT 구조 대비 유사한 수준의 반사율을 보이며 POL제거에 따른 휘도를 증가시킬 수 있으며, 휘도 증가에 따른 잔상 수명을 개선할 수 있다. 또한 고온 공정의 COT 공정배제에 따라 저온 공정이 가능해지면서 컬러필터를 구성하는 재료를 다양하게 선정할 수 있으며, 컬러필터를 구성하는 컬러 레이어에서의 투과율을 증가시킬 수 있다. 또한 반사율 저감을 위한 고내열 블랙 매트릭스 개발과 같은 기존 COT 구조에 기인하는 추가 재료/공정이 불필요하게 되며 개발 비용 및 개발 공정을 단순화시킬 수 있다.
본 명세서의 실시예들은 백색광을 배면 발광 (Bottom emission)하는 유기발광다이오드(OLED) 구조를 포함하는 TFT 기판(제1기판)과 컬러필터 기판(제2기판)이 합착 되어 구성될 수 있다. 또한, 백색광을 내도록 하기 위한 구조로는 2 stacks/2 peaks, 2 stacks/3 peaks, 3 stacks/2 peaks, 3 stacks/3 peaks을 포함한다.
본 명세서의 실시예들의 컬러필터는 3개의 화소(R,G,B) 구조와 4개의 화소(R,G,B,W) 구조를 모두 포함한다.
또한, 도 4 내지 도 8의 배면 발광 OLED는 노멀 (anode 향 발광) 구조와 리버스(cathode 향 발광)구조를 모두 포함하며, 또한 컬러필터와 블랙 매트릭스가 제2기판에 형성되거나, 또는 컬러필터가 블랙 매트릭스를 포함하는 블랙 매트릭스-컬러 물질(color material)로 구성될 수 있다. 컬러 물질은 앞서 살펴본 바와 같이 안료(pigment) 타입, 안료(dye) 타입, 하이브리드 타입을 모두 포함한다.
한편 도 4 내지 도 8의 컬러필터는 블랙 매트릭스와 컬러필터 공정의 순성 따라 블랙 매트릭스를 먼저 공정하는 노멀 블랙 매트릭스 구조이거나 혹은 컬러필터 공정을 수행한 후 블랙 매트릭스를 공정하는 리버스 블랙 매트릭스 구조를 모두 포함한다.
또한 TFT 기판인 제1기판과 컬러필터 기판인 제2기판은 모두 글래스와 플라스틱 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있으며, 본 발명이 적용될 수 있는 OLED의 봉지(encapsulation) 방식은 글래스 봉지(glass encapsulation) 방식과 박막 필름 봉지(thin film encapsulation) 방식을 모두 포함한다.
이상에서의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 나타낸 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 구성의 결합, 분리, 치환 및 변경 등의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 표시장치 110: 표시패널
120: 제1구동부 130: 제2구동부
140: 타이밍 컨트롤러 305: 광학 필터
410, 610: 제1기판 405, 605: 제2기판
432: 632: 컬러필터 490, 690: 블랙 매트릭스

Claims (12)

  1. 화소 영역이 정의된 제1기판의 일면에 위치하는 컬러필터;
    상기 컬러필터 상에 위치하거나 상기 제1기판의 상기 일면과 상이한 면 상에 위치하는 산화물 박막 트랜지스터(Oxide Thin Film Transistor); 및
    상기 화소 영역에 대응되고, 상기 산화물 박막 트랜지스터 상에 형성된 유기발광다이오드를 포함하는 유기전계발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산화물 박막 트랜지스터와 상기 컬러필터가 상이한 면 상에 위치하는 경우,
    상기 컬러필터는 상기 제1기판 및 제2기판 사이에 위치하는 유기전계발광소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2기판은 글래스 또는 플라스틱 중 어느 하나이거나, 또는 상기 컬러필터와 일체로 형성되는 필름인 유기전계발광소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 컬러필터는 안료(pigment) 타입, 염료(dye) 타입, 또는 상기 안료 타입 및 염료 타입을 혼합한 하이브리드 타입 중 어느 하나로 형성된 재료인 유기전계발광소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 컬러필터의 반사율은 적색, 청색, 녹색 평균이 7.2% 내지 7.28%인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  6. 제1항에 있어서,
    블랙 매트릭스가 상기 컬러필터와 동일한 층으로 상기 제1기판에 위치하는 유기전계발광소자.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 컬러필터는 상기 산화물 박막 트랜지스터에 대응되는 영역을 포함하여 위치하는 유기전계발광소자.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스는 상기 산화물 박막 트랜지스터에 대응되는 영역을 포함하여 위치하는 유기전계발광소자.
  9. 화소 영역이 정의된 제1기판 상에 산화물 박막 트랜지스터(Oxide Thin Film Transistor)를 형성하는 단계;
    상기 산화물 박막 트랜지스터 상에 유기발광다이오드를 형성하는 단계;
    상기 화소 영역에 대응되도록 컬러필터를 제2기판에 형성하는 단계; 및
    상기 제1기판과 상기 제2기판을 접착하는 단계를 포함하는 유기전계발광소자의 제조방법.
  10. 제 7항에 있어서,
    블랙 매트릭스를 상기 컬러필터와 동일한 층으로 상기 제2기판에 형성하는 단계를 더 포함하는 유기전계발광소자의 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 컬러필터를 상기 산화물 박막 트랜지스터에 대응되는 영역을 포함하여 형성하는 단계를 포함하는 유기전계발광소자의 제조방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스는 상기 산화물 박막 트랜지스터에 대응되는 영역을 포함하여 형성하는 단계를 포함하는 유기전계발광소자의 제조방법.
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