KR20180041479A - 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 다수 금속막의 막간에 전도성을 갖는 중간층을 삽입하여 형성된 컬러 필터 전극층을 일체로 구비하고 있는 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명에 따르면, 애노드 전극으로 기능하여 정공을 제공하는 제1 전극층; 상기 제1 전극층 위에 형성되어 있으며, 정공을 전자와 반응시켜 광을 생성하는 유기 발광층; 및 상기 제1 전극층 및 상기 유기 발광층 위에 형성되어 있으며 영역별로 컬러를 선택적으로 통과시키며, 전도성을 가지고 있어 캐소드 전극으로 기능하여 상기 유기 발광층에 전자를 제공하는 컬러 필터 전극층을 포함하는 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자 및 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 따르면, 애노드 전극으로 기능하여 정공을 제공하는 제1 전극층; 상기 제1 전극층 위에 형성되어 있으며, 정공을 전자와 반응시켜 광을 생성하는 유기 발광층; 및 상기 제1 전극층 및 상기 유기 발광층 위에 형성되어 있으며 영역별로 컬러를 선택적으로 통과시키며, 전도성을 가지고 있어 캐소드 전극으로 기능하여 상기 유기 발광층에 전자를 제공하는 컬러 필터 전극층을 포함하는 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자 및 제조 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 다수 금속막의 막간에 전도성을 갖는 중간층을 삽입하여 형성된 컬러 필터 전극층을 일체로 구비하고 있는 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
유기 발광 소자(organic light emitting diode, OLED)는 자발광형 소자로서 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라, 응답시간이 빠르며, 휘도, 구동전압 및 응답속도 특성이 우수하고 다색화가 가능하다는 장점을 가지고 있다.
일반적인 유기 발광 소자는 투명 기판, 애노드 및 캐소드와 상기 애노드 및 캐소드 사이에 개재된 유기층을 포함할 수 있다. 상기 유기층은, 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층 등을 포함할 수 있다. 상기 애노드로부터 주입된 정공은 정공수송층을 경유하여 발광층으로 이동하고, 캐소드로부터 주입된 전자는 전자수송층을 경유하여 발광층으로 이동한다. 상기 정공 및 전자와 같은 캐리어들은 발광층 영역에서 재결합하여 엑시톤(exiton)을 생성하는데, 이 엑시톤이 여기 상태에서 기저상태로 변하면서 광이 생성된다.
이와 관련하여 현재는 도 1에 도시된 바와 같이 컬러 필터가 제작된 기판과 백색 유기 발광 다이오드가 제작된 기판을 합착하는 방식을 이용하여 적색, 녹색, 청색이 표현 가능한 전면 유기 발광 다이오드가 제작되고 있다.
이때, 컬러 필터는 염색법, 프린팅 방법, 전착법, 포토 리소그래피 공법 등의 여러 가지 방법을 이용하여 기판에 제작이 되는데 적색, 녹색, 청색 모두 각각의 공정을 거쳐 제작을 해야 되기 때문에 비용과 제작 시간이 많이 든다.
또한 백색 유기 발광 다이오드에 합착하는 과정에서 백색 유기 발광 다이오드의 구동부인 트랜지스터 및 전극 부분과 컬러 필터의 위치를 잘 맞춰야 하는데, 이 때 위치를 맞추는 과정에서 매우 정교한 작업도 요구된다.
이러한 방식은 소자의 제작 공정을 매우 복잡하게 만들고, 시간 및 제작비용도 증가 시킨다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 금속막을 전기적으로 이어줄 수 있는 전도성을 갖는 중간층을 포함한 적층 구조를 형성하여 필터링 기능 이외에 전극 혹은 배선으로 기능도 구비하도록 한 컬러 필터 전극층을 일체로 구비한 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 측면은 애노드 전극으로 기능하여 정공을 제공하는 제1 전극층; 상기 제1 전극층 위에 형성되어 있으며, 정공을 전자와 반응시켜 광을 생성하는 유기 발광층; 및 상기 제1 전극층 및 상기 유기 발광층 위에 형성되어 있으며 영역별로 컬러를 선택적으로 통과시키며, 전도성을 가지고 있어 캐소드 전극으로 기능하여 상기 유기 발광층에 전자를 제공하는 컬러 필터 전극층을 포함한다.
또한, 본 발명의 일 측면은 상기 제1 전극층 아래에 형성되어 있으며, 외부의 구동부로부터 구동 신호를 전달받아 상기 제1 전극층을 제어하는 전자 소자층을 더 포함한다.
또한, 본 발명의 일 측면의 상기 컬러 필터 전극층은 상기 유기 발광층 위에 형성된 제1 금속막; 상기 제1 금속막 위에 형성되며, 전도성을 갖는 중간층; 및 상기 중간층 위에 형성된 제2 금속막을 포함한다.
또한, 본 발명의 일 측면은 상기 제1 금속막과 상기 유기 발광층의 사이에 형성되며 전도성을 갖는 제1 외곽층을 더 포함한다.
또한, 본 발명의 일 측면의 상기 중간층은 굴절률이 1.0 이상에서 3.0 이하인 경우에 두께가 1nm 이상에서 230nm이하인 블루 컬러 필터 전극층; 두께가 30nm이상에서 270nm이하인 그린 컬러 필터 전극층; 및 두께가 40nm이상에서 320nm이하인 레드 컬러 필터 전극층을 포함한다.
또한, 본 발명의 일 측면은 상기 제2 금속막 위에 형성되며 전도성을 갖는 제2 외곽층을 더 포함한다.
한편, 본 발명의 다른 측면은 영역별로 컬러를 선택적으로 통과시키며, 캐소드 전극으로 기능하여 전자를 제공하는 컬러 필터 전극층; 상기 컬러 필터 전극층 위에 형성되어 있으며, 전자와 정공을 반응시켜 광을 생성하는 유기 발광층; 및 상기 유기 발광층 위에 형성되어 있으며 애노드 전극으로 기능하여 정공을 제공하는 제1 전극층을 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 측면은 상기 컬러 필터 전극층 아래에 형성되어 있으며, 외부의 구동부로부터 구동 신호를 전달받아 상기 컬러 필터층을 제어하는 전자 소자층을 더 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 측면의 상기 컬러 필터 전극층은 상기 유기 발광층 아래에 형성된 제1 금속막; 상기 제1 금속막 아래에 형성되며, 전도성을 갖는 중간층; 및 상기 중간층 아래에 형성되어 있는 제2 금속막을 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 측면의 상기 중간층은 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물, 텅스텐 산화물 (WO3), 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물, 마그네슘 산화물(MgO), 마그네슘 불화물, 티타늄 산화물, 티타늄 질화물, 하프늄 산화물, 하프늄 질화물, 지르코늄 산화물 및 지르코늄 질화물로 선택된 한 가지 이상의 물질을 포함하며, 상기 제1 금속막 및 상기 제2 금속막과 일함수의 차이가 0보다 같거나 크고 2eV보다 작거나 같아 상기 제1 금속막과 상기 제2 금속막 사이에 전원이 인가되면 전자가 상기 제1 금속막과 상기 제2 금속막에서 상기 중간층으로 그리고 상기 중간층에서 상기 제1 금속막과 상기 제2 금속막으로 이동할 수 있어 전도성을 가지게 된다.
또한, 본 발명의 다른 측면의 상기 중간층은 투명 산화물 전도체(TCO, transparent conductive oxide) 또는 전도성 유기 화합물로 이루어진다.
또한, 본 발명의 다른 측면의 상기 중간층은 굴절률이 1.0 이상이고 3.0 이하인 경우에 두께가 15nm 이상에서 170nm이하인 블루 컬러 필터 전극층; 두께가 30nm이상에서 220nm이하인 그린 컬러 필터 전극층; 및 두께가 40nm이상에서 270nm이하인 레드 컬러 필터 전극층을 포함한다.
한편, 본 발명의 또 다른 측면은 (A) 캐소드 전극으로 기능하여 유기 발광층에 정공을 제공하는 제1 전극층을 형성하는 단계; (B) 상기 제1 전극층 위에 정공을 전자와 반응시켜 발광하는 상기 유기 발광층을 형성하는 단계; 및 (C) 상기 제1 전극층 및 상기 유기 발광층 위에 영역별로 컬러를 선택적으로 통과시키며, 캐소드 전극으로 기능하여 상기 유기 발광층에 전자를 제공하는 컬러 필터 전극층을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면의 상기 (A) 단계 이전에 (D) 기판 위에 외부의 구동부로부터 구동 신호를 전달받는 전자 소자층을 상기 제1 전극층의 아래에 형성하는 단계를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면의 상기 (C) 단계는 (C-1) 상기 유기 발광층 위에 제1 금속막을 형성하는 단계; (C-2) 상기 제1 금속막 위에 전도성을 갖는 중간층을 형성하는 단계; 및 (C-3) 상기 중간층 위에 제2 금속막을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면의 상기 (C-1) 단계에서 상기 유기 발광층 위에 상기 제1 금속막을 형성하기 이전에, (C-4) 전도성을 갖는 제1 외곽층을 형성하는 단계를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면은 (C-5) 상기 제2 금속막위에 전도성을 갖는 제2 외곽층을 형성하는 단계를 더 포함한다.
한편, 본 발명의 또 다른 측면은 (A) 영역별로 컬러를 선택적으로 통과시키며, 캐소드 전극으로 기능하여 유기 발광층에 전자를 제공하는 컬러 필터 전극층을 형성하는 단계; (B) 상기 컬러 필터 전극층 위에 제1 전극층에서 정공을 전달받아 상기 전자 소자층의 구동 신호에 따라 발광하는 상기 유기 발광층을 형성하는 단계; 및 (C) 상기 유기 발광층 위에 캐소드 전극으로 상기 유기 발광층에 정공을 제공하는 제1 전극층을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면은 상기 (A) 단계 이전에 (D) 기판위에 외부의 구동부로부터 구동 신호를 전달받는 전자 소자층을 상기 컬러 전극 필터층의아래에 형성하는 단계를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면의 상기 (A) 단계는 (A-1) 제2 금속막을 형성하는 단계; (A-2) 상기 제2 금속막 위에 전도성을 갖는 중간층을 형성하는 단계; 및 (A-3) 상기 중간층 위에 제1 금속막을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면의 상기 (A-1) 단계에서 상기 유기 발광층 위에 상기 제2 금속막을 형성하기 이전에, (A-4) 전도성을 갖는 제2 외곽층을 형성하는 단계를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면은 (A-5) 상기 제1 금속막 위에 전도성을 갖는 제1 외곽층을 형성하는 단계를 더 포함한다.
상기와 같은 본 발명은 제작 공정을 줄일 수 있어 제작 공정을 단순화하고, 그에 따라 비용을 절감할 수 있도록 한다.
특히, 본 발명은 컬러 필터와 전극이 일체 되어있는 컬러 필터 전극층을 포함하며, 제작 방법은 유기 발광 다이오드의 제작 공정에 사용되는 열 증착 방식을 채택하여 추가적인 공정 없이 유기 발광 다이오드 제작과 동시에 이어서 바로 컬러 필터 전극층이 제작 되도록 한다. 이를 통해 기존의 합착 공정, 포토 리소그래피 등의 컬러 필터 제작 공정을 사용하지 않고 한 번에 완성된 소자를 제작할 수 있게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 유기 발광 소자의 제작 공정을 보여주는 도면이다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 컬러 필터 일체형 유기 발광 소자의 구조도이고, 도 2b는 도 2a의 컬러 필터 전극층의 상세 구성도이다.
도 3는 도 2b의 레드 컬러 필터 전극층의 투과도를 보여주는 도면이다.
도 4은 도 2b의 그린 컬러 필터 전극층의 투과도를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 2b의 블루 컬러 필터 전극층의 투과도를 보여주는 도면이다.
도 6은 도 2b의 컬러 필터 전극층에서 제1 금속막의 두께 변화에 따른 면저항을 보여주는 도면이다.
도 7은 도 2b의 컬러 필터 전극층에서 제1 금속막의 두께 변화에 따른 투과도를 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자의 구조도이다.
도 9는 도 2와 8의 컬러 필터 전극층의 다른 구조도이다.
도 10은 도 9의 레드 컬러 필터 전극층의 투과도를 보여주는 도면이다.
도 11은 도 9의 그린 컬러 필터 전극층의 투과도를 보여주는 도면이다.
도 12는 도 9의 블루 컬러 필터 전극층의 투과도를 보여주는 도면이다.
도 13은 본 발명의 제1 실시예에 따른 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자의 제조 방법의 공정도이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자의 제조 방법의 공정도이다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 컬러 필터 일체형 유기 발광 소자의 구조도이고, 도 2b는 도 2a의 컬러 필터 전극층의 상세 구성도이다.
도 3는 도 2b의 레드 컬러 필터 전극층의 투과도를 보여주는 도면이다.
도 4은 도 2b의 그린 컬러 필터 전극층의 투과도를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 2b의 블루 컬러 필터 전극층의 투과도를 보여주는 도면이다.
도 6은 도 2b의 컬러 필터 전극층에서 제1 금속막의 두께 변화에 따른 면저항을 보여주는 도면이다.
도 7은 도 2b의 컬러 필터 전극층에서 제1 금속막의 두께 변화에 따른 투과도를 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자의 구조도이다.
도 9는 도 2와 8의 컬러 필터 전극층의 다른 구조도이다.
도 10은 도 9의 레드 컬러 필터 전극층의 투과도를 보여주는 도면이다.
도 11은 도 9의 그린 컬러 필터 전극층의 투과도를 보여주는 도면이다.
도 12는 도 9의 블루 컬러 필터 전극층의 투과도를 보여주는 도면이다.
도 13은 본 발명의 제1 실시예에 따른 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자의 제조 방법의 공정도이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자의 제조 방법의 공정도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명하고자 한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자의 구조도이고, 도 2b는 도 2a의 컬러 필터 전극층의 구성도이다.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자는 기판(100), 전자 소자층(200), 제1 전극층(300), 유기 발광 층(400) 및 컬러 필터 전극층(500)을 포함한다.
그리고, 상기 컬러 필터 전극층(500)은 제1 금속막(510), 중간층(520) 및 제2 금속막(530)을 포함하고 있으며, 중간층(520)은 레드 영역의 파장을 통과시키는 레드 컬러 필터 전극층(520a)과, 그린 영역의 파장을 통과시키는 그린 컬러 필터 전극층(520b)과, 블루 영역의 파장을 통과시키는 블루 컬러 필터 전극층(530)을 포함할 수 있다.
상기 기판(100)은 가요성 기판일 수 있다. 기판(100)은 폴리이미드(PI; polyimide), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET; polyethylene terephthalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN; polyethylene naphtalate), 폴리카보네이트(PC; polycarbonate), 폴리아릴레이트(PAR; polyarylate), 폴리에테르이미드(PEI; polyetherimide), 및 폴리 에테르술폰(PES; polyethersulphone) 등과 같이 내열성 및 내구성이 우수한 플라스틱을 소재로 만들어 질 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 금속 포일이나 박막 유리(thin glass)와 같은 가요성 있는 다양한 소재가 사용될 수 있다.
한편, 기판(100)은 리지드 기판일 수도 있으며, 이때 기판(100)은 SiO2를 주성분으로 하는 유리 재질로 이루어질 수도 있다.
제1 실시예에 따르면, 화상이 기판(100)의 반대 방향으로 구현되는 전면 발광형(top emission type)으로 기판(100)은 반드시 투명한 재질로 형성할 필요는 없다. 이 경우 금속으로 기판(100)을 형성할 수 있다.
금속으로 기판(100)을 형성할 경우 기판(100)은 탄소, 철, 크롬, 망간, 니켈, 티타늄, 몰리브덴, 및 스테인레스 스틸(SUS)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 전자 소자층(200)은 유기 발광층(400)을 구동시키는 구동 박막 트랜지스터(TFT), 스위칭 박막 트랜지스터, 커패시터, 상기 박막 트랜지스터들 또는 상기 커패시터에 연결되는 배선들이 포함될 수 있다.
전자 소자층(200)의 전자 소자들은 배선들과 전기적으로 연결되어 외부의 구동부로부터 구동 신호를 전달받아 유기 발광층(400)을 구동한다.
상기 제1 전극층(300)은 애노드 전극으로 구동 박막 트랜지스터의 드레인 전극에 연결되어 이로부터 플러스 전원을 공급받아 유기 발광층(400)에 정공을 제공한다.
이러한 제1 전극층(300)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ITZO(Indium Tin Zinc Oxide) 등으로 이루어지며, 드레인 전극과 접속된다.
다음으로, 유기 발광층(400)은 저분자 또는 고분자 유기막이 사용될 수 있는 데, 저분자 유기막을 사용할 경우 정공 주입층(HIL: Hole Injection Layer), 정공 수송층(HTL: Hole Transport Layer), 발광층(EML: Emission Layer),전자 수송층(ETL: Electron Transport Layer), 전자 주입층(EIL: Electron Injection Layer) 등이 단일 혹은 복합의 구조로 적층되어 형성될 수 있으며, 사용 가능한 유기 재료도 구리 프탈로시아닌(CuPc: copper phthalocyanine), N,N-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐-벤지딘 N,N'-Di(naphthalene-1-yl)-N,N'-diphenylbenzidine:NPB), 트리스-8-하이드록시퀴놀린 알루미늄(tris-8-hydroxyquinoline aluminum)(Alq3) 등을 비롯해 다양하게 적용 가능하다.
고분자 유기막의 경우에는 대개 정공 수송층(HTL) 및 발광층(EML)으로 구비된 구조를 가질 수 있으며, 이때, 상기 정공 수송층으로 PEDOT를 사용하고, 발광층으로 PPV(Poly-Phenylenevinylene)계 및 폴리플루오렌(Polyfluorene)계 등 고분자 유기물질을 사용한다. 참고로 이 발광층은 적색, 녹색, 청색의 빛을 방출하는 서브 픽셀들이 모여서 하나의 단위 픽셀을 이룰 수 있다. 또는, 각 서브픽셀 별로 별도의 발광 물질이 형성되지 않고 서브픽셀의 위치에 관계 없이 전면에 걸쳐서 공통으로 발광층이 형성될 수 있다. 이때, 발광층은 예컨대 적색, 녹색 및 청색의 빛을 방출하는 발광 물질을 포함하는 층이 수직으로 적층되거나 혼합되어 형성될 수 있다. 물론, 백색광을 방출할 수 있다면 다른 색의 조합이 가능함은 물론이다.
다음으로, 상기 컬러 필터 전극층(500)은 제1 금속막(510)과, 상기 제1 금속막(510) 상에 형성되며, 전도성을 갖는 중간층(520)과, 상기 중간층(520)에 형성된 제2 금속막(530)을 포함하여 형성되어 컬러 필터로서 기능을 수행할 뿐만 아니라 전도성을 가지고 있어 유기 발광층(400)에 전자를 제공하는 캐소드 전극으로서 기능을 수행한다.
이와 같은 컬러 필터 전극층(500)의 제1 금속막(510)은 상기 유기 발광층(400)위에 적층되며 Ag, Al, Au, Cr, Ni, Pt, Ca, Ta, Cu, Mo 등과 같이 연성 및 전도성이 좋은 금속 또는 이들의 합금으로 이루어진 금속을 사용할 수 있다. 이러한 제1 금속막(510)의 두께는 예를 들어, 7nm이상이고 50nm이하일 수 있다.
다음으로, 중간층(520)은 두께에 따라 통과시키는 색이 다르며, 레드 영역의 파장을 통과시키는 레드 컬러 필터 전극층(520a)과, 그린 영역의 파장을 통과시키는 그린 컬러 필터 전극층(520b)와, 블루 영역의 파장을 통과시키는 블루 컬러 필터 전극층(520c)을 포함할 수 있다.
상기 중간층(520)은 사용재료가 WO3일 때 그 두께가 80nm초과에서 100nm이하이면 도 3에 도시된 바와 같이 레드 계열의 색이 가장 잘 통과되어 레드 컬러 필터 전극층(520a)로 사용되고, 60nm초과에서 80nm이하이면 도 4에 도시된 바와 같이 그린 계열의 색이 가장 잘 통과되어 그린 컬러 필터 전극층(520b)로 사용되며, 35nm이상 60nm이하이면 도 5에 도시된 바와 같이 블루 계열의 색이 가장 잘 통과되어 블루 컬러 필터 전극층(520c)로 사용된다.
이와 같은 상기 중간층(520)은 제1 금속막(510)에 적층되며 WO3이외에 Al2O3, ZnO, ZrO2, TiO2, MgO, ZnS, Y2O3, HfO2, SiO2, SiNx, AlN 등의 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물, 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물, 마그네슘 산화물(MgO), 마그네슘 불화물, 티타늄 산화물, 티타늄 질화물, 하프늄 산화물, 하프늄 질화물, 지르코늄 산화물, 지르코늄 질화물로 선택된 한 가지 이상의 물질을 포함하여 형성된다.
이와 같은 물질을 사용하는 경우에 상기 중간층(520)이 전도성을 갖기 위해서는 제1 금속막(510) 및 제2 금속막(530)과 일함수의 차이가 0eV보다 크거나 같고 2eV 보다 작거나 같아야 한다.
이와 같이 제1 금속막(510)과 제2 금속막(530) 사이에 삽입하는 중간층(520)의 물질이 위에서 제시한 유전체와 같이 전도성을 크게 띄지 않는 물질일 경우에 제1 금속막(510) 및 제2 금속막(530)의 일함수와 비슷한(일예로, 일함수의 차이가 0eV보다 크거나 같고 2eV 보다 작거나 같은 경우) 일함수를 가진 유전체를 사용하면 제1 금속막(510) 및 제2 금속막(530)과 중간층(520)이 서로 맞닿아 있을 때 생기는 일함수 차가 얼마 나지 않아 전자가 쉽게 금속에서 유전체로 그리고 유전체에서 금속으로 넘어갈 수 있어 전도성을 가지게 된다.
또한, 중간층(520)은 ITO, IGZO, IZO 등의 투명 산화물 전도체(TCO, transparent conductive oxide)로 이루어진 물질을 사용할 수 있다.
또한, 중간층(520)은 NPB, Alq3, TPBi, PEDOT:PSS 등의 전도성 유기 화합물로 이루어진 물질을 사용할 수 있다.
다음으로, 제2 금속막(530)은 상기 중간층(520) 위에 적층되며, Ag, Al, Au, Cr, Ni, Pt, Ca, Ta, Cu, Mo 등과 같이 연성 및 전도성이 좋은 금속 또는 이들의 합금으로 이루어진 금속을 사용할 수 있다.
이와 같은 구성을 가지는 컬러 필터 전극층(500)은 상기 중간층(520)의 두께 변화에 따라 통과시키는 색 계열이 상이하도록 하여 레드 컬러 필터 전극층, 그린 컬러 필터전극층, 블루 컬러 필터 전극층으로 사용되며, 상기 중간층(520)이 전도성을 가짐에 따라 전체적으로 전도성을 가지게 되어 캐소드 전극으로 사용된다.
상기 도 3 내지 5는 제1 금속막(510)으로 Ag를 사용하고 두께를 20nm으로 고정되고, 제2 금속막(530)으로 Ag를 사용하고 두께를 10nm으로 고정한 상태에서 중간층(520)으로 WO3를 사용하고 두께를 아래 표 1과 같이 변화시킨 경우에 투과도를 보여준다.
| 컬러 | 제1 금속막 | 중간층 | 제2 금속막 | 피크 파장(x) |
| 레드 | 20 | 93 | 10 | 650nm |
| 그린 | 20 | 70 | 10 | 550nm |
| 블루 | 20 | 45 | 10 | 450nm |
위의 표 1에서는 각각의 경우에 피크 파장(x)를 보여준다.
이와 관련하여 아래 표2는 중간층의 두께를 범위로 지정한 경우의 피크 파장 범위를 보여준다.
| 컬러 | 제1 금속막 | 중간층(두께 d) | 제2 금속막 | 피크 파장(x) |
| 레드 | 20 | 80<d≤100 | 10 | 600nm<x |
| 그린 | 20 | 60<d≤80 | 10 | 500nm<x<600nm |
| 블루 | 20 | 35≤d≤60 | 10 | x<500nm |
이와 같은 중간층의 두께는 물질의 굴절률에 따라 영향을 크게 받기 때문에 굴절률을 고려하면 좀더 다양한 물질에 대하여 두께(d) 조건을 결정할 수 있으며 아래 표 3이 이러한 두께 조건을 나타낸다. 여기에서 실질적으로 사용 가능한 범위는 굴절률이 1.4 이상에서 2.7이하의 범위에 있다.
| 굴절률(Refractive index)(x) | 블루(Blue)(400nm-500nm) | 그린(Green)(500nm-600nm) | 레드(Red)(600nm-700nm) |
| 1.0≤x<1.1 | 130nm≤d≤170nm | 170nm<d≤220nm | 220nm<d≤270nm |
| 1.1≤x<1.2 | 120nm≤d≤150nm | 150nm<d≤200nm | 200nm<d≤240nm |
| 1.2≤x<1.3 | 100nm≤d≤130nm | 130nm<d≤170nm | 170nm<d≤210nm |
| 1.3≤x<1.4 | 80nm≤d≤120nm | 120nm<d≤150nm | 150nm<d≤190nm |
| 1.4≤x<1.5 | 70nm≤d≤110nm | 110nm<d≤140nm | 140nm<d≤170nm |
| 1.5≤x<1.6 | 60nm≤d≤90nm | 90nm<d≤120nm | 120nm<d≤160nm |
| 1.6≤x<1.7 | 60nm≤d≤80nm | 80nm<d≤110nm | 110nm<d≤150nm |
| 1.7≤x<1.8 | 50nm≤d≤75nm | 75nm<d≤105nm | 105nm<d≤130nm |
| 1.8≤x<1.9 | 45nm≤d≤70nm | 70nm<d≤95nm | 95nm<d≤120nm |
| 1.9≤x<2.0 | 40nm≤d≤65nm | 65nm<d≤90nm | 90nm<d≤110nm |
| 2.0≤x<2.1 | 35nm≤d≤60nm | 60nm<d≤80nm | 80nm<d≤100nm |
| 2.1≤x<2.2 | 30nm≤d≤55nm | 55nm<d≤75nm | 75nm<d≤100nm |
| 2.2≤x<2.3 | 25nm≤d≤50nm | 50nm<d≤70nm | 70nm<d≤95nm |
| 2.3≤x<2.4 | 25nm≤d≤45nm | 45nm<d≤65nm | 65nm<d≤90nm |
| 2.4≤x<2.5 | 20nm≤d≤40nm | 40nm<d≤60nm | 60nm<d≤85nm |
| 2.5≤x<2.6 | 20nm≤d≤40nm | 40nm<d≤55nm | 55nm<d≤80nm |
| 2.6≤x<2.7 | 20nm≤d≤35nm | 35nm<d≤50nm | 50nm<d≤75nm |
| 2.7≤x<2.8 | 20nm≤d≤35nm | 35nm<d≤50nm | 50nm<d≤70nm |
| 2.8≤x<2.9 | 15nm≤d≤30nm | 30nm<d≤45nm | 45nm<d≤65nm |
| 2.9≤x<3.0 | 15nm≤d≤30nm | 30nm<d≤40nm | 40nm<d≤60nm |
한편, 도 6은 제1 금속막의 두께 변화에 따른 면저항의 변화를 보여주며, 두께가 증가할수록 면저항이 감소하는 것을 알 수 있다.
또한, 도 7은 제1 금속막의 두께 변화에 따른 투과도를 보여주는 도면으로, 제1 금속막의 두께가 두꺼워 질수록 투과도는 떨어지고 FWHM (full width half maximum)은 좋아지는 것을 보여준다.
따라서, 면저항과 투과도, FWHM은 서로 연관되어 있으므로 최적의 성능을 얻기 위해서는 적절한 트레이트 오프가 필요하다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자의 구조도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자는 기판(100), 전자 소자층(200), 제1 전극층(300), 유기 발광 층(400) 및 컬러 필터 전극층(500)을 포함하여 구성요소는 제1 실시예에 따른 컬러 필터 일체형 유기 발광 소자와 동일하나, 적층 순서가 기판(100)-전자소자층(200)-컬러 필터 전극층(500)-유기 발광층(400)-제1 전극층(300)-기판(100)으로 이루어져 있어 화상이 아래에 있는 기판(100)방향으로 구현되는 배면 발광형(bottom emission type)을 형성하고 있다.
이와 같은 배면 발광형의 경우에 아래에 있는 기판(100)은 투명한 재질로 형성해야 한다.
위에서 설명한 점 이외의 구성과 특징은 제1 실시예와 동일하며 상세한 설명은 생략한다.
도 9는 도 2와 8의 컬러 필터 전극층의 다른 구조도이다.
도 9를 참조하면, 도2와 8의 컬러 필터 전극층의 다른 구조는 제1 외곽층(505), 제1 금속막(510), 중간층(520), 제2 금속막(530) 및 제2 외곽층(540)을 포함하고 있다.
상기 제1 외곽층(505)은 두께에 따라 통과시키는 색이 다르다기 보다는, FWHM의 값을 조절해 주는 역할을 한다.
제1 외곽층(505)은 RGB에 따라 특정 두께의 범위를 가지고 있지는 않고 원하는 FWHM 값에 따라서 1nm에서 150nm 사이의 범위에서 결정하여 사용한다.
이와 같은 상기 제1 외곽층(505)은 WO3이외에 Al2O3, ZnO, ZrO2, TiO2, MgO,ZnS, Y2O3, HfO2, SiO2, SiNx, AlN 등의 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물, 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물, 마그네슘 산화물(MgO), 마그네슘 불화물, 티타늄 산화물, 티타늄 질화물, 하프늄 산화물, 하프늄 질화물, 지르코늄 산화물, 지르코늄 질화물로 선택된 한 가지 이상의 물질을 포함하여 형성된다.
이와 같은 물질을 사용하는 경우에 상기 제1 외곽층(505)이 전도성을 갖기 위해서는 제1 금속막(510)과 일함수의 차이가 0eV보다 크거나 같고 2eV보다 작거나 같아야 한다.
이와 같이 제1 금속막(510)에 인접한 제1 외곽층(505)의 물질이 위에서 제시한 유전체와 같이 전도성을 크게 띄지 않는 물질일 경우에 제1 금속막(510)의 일함수와 비슷한(일예로, 일함수의 차이가 0eV보다 크거나 같고 2eV보다 작거나 같은 경우) 일함수를 가진 유전체를 사용하면 제1 금속막(510)과 제1 외곽층(505)이 서로 맞닿아 있을 때 생기는 일함수 차가 얼마 나지 않아 전자가 쉽게 금속에서 유전체로 그리고 유전체에서 금속으로 넘어갈 수 있어 전도성을 가지게 된다.
또한, 제1 외곽층(505)은 ITO, IGZO, IZO 등의 투명 산화물 전도체(TCO, transparent conductive oxide)로 이루어진 물질을 사용할 수 있다.
또한, 제1 외곽층(505)은 NPB, Alq3, TPBi, PEDOT:PSS 등의 전도성 유기 화합물로 이루어진 물질을 사용할 수 있다.
이와 같은 제1 외곽층(505)의 두께는 중간층의 두께에 따라서 변하며, 사용하는 물질의 굴절률에 따라서 변하게 된다.
그리고, 제1 금속막(510)은 상기 제1 외곽층(505)위에 적층되며 Ag, Al, Au, Cr, Ni, Pt, Ca, Ta, Cu, Mo 등과 같이 연성 및 전도성이 좋은 금속 또는 이들의 합금으로 이루어진 금속을 사용할 수 있다. 이러한 제1 금속막(510)의 두께는 예를 들어, 7nm이상이고 50nm이하일 수 있다.
다음으로, 중간층(520)은 두께에 따라 통과시키는 색이 다르며, 그 재료가 WO3일때 두께가 105nm초과에서 130nm이하이면 도 10에 도시된 바와 같이 레드 계열의 색이 가장 잘 통과되어 레드 컬러 필터 전극층(520a)로 사용되고, 68nm초과에서 100nm이하이면 도 11에 도시된 바와 같이 그린 계열의 색이 가장 잘 통과되어 그린 컬러 필터 전극층(520b)로 사용되며, 40nm이상 65nm이하이면 도 12에 도시된 바와 같이 블루 계열의 색이 가장 잘 통과되어 블루 컬러 필터 전극층(520c)으로 사용된다.
이와 같은 상기 중간층(520)은 제1 금속막(510)에 적층되며 WO3이외에 Al2O3, ZnO, ZrO2, TiO2, MgO, ZnS, Y2O3, HfO2, SiO2, SiNx, AlN 등의 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물, 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물, 마그네슘 산화물(MgO), 마그네슘 불화물, 티타늄 산화물, 티타늄 질화물, 하프늄 산화물, 하프늄 질화물, 지르코늄 산화물, 지르코늄 질화물로 선택된 한 가지 이상의 물질을 포함하여 형성된다.
이와 같은 물질을 사용하는 경우에 상기 중간층(520)이 전도성을 갖기 위해서는 제1 금속막(510) 및 제2 금속막(530)과 일함수의 차이가 0eV보다 크거나 같고 2eV 보다 작거나 같아야 한다.
이와 같이 제1 금속막(510)과 제2 금속막(530) 사이에 삽입하는 중간층(520)의 물질이 위에서 제시한 유전체와 같이 전도성을 크게 띄지 않는 물질일 경우에 제1 금속막(510) 및 제2 금속막(530)의 일함수와 비슷한(일예로, 일함수의 차이가 0eV보다 크거나 같고 2eV 보다 작거나 같은 경우) 일함수를 가진 유전체를 사용하면 제1 금속막(510) 및 제2 금속막(530)과 중간층(520)이 서로 맞닿아 있을 때 생기는 일함수 차가 얼마 나지 않아 전자가 쉽게 금속에서 유전체로 그리고 유전체에서 금속으로 넘어갈 수 있어 전도성을 가지게 된다.
또한, 중간층(520)은 ITO, IGZO, IZO 등의 투명 산화물 전도체(TCO, transparent conductive oxide)로 이루어진 물질을 사용할 수 있다.
또한, 중간층(520)은 NPB, Alq3, TPBi, PEDOT:PSS 등의 전도성 유기 화합물로 이루어진 물질을 사용할 수 있다.
이와 같은 중간층(520)의 두께는 굴절률이 1이상에서 3이하인 경우에 블루 컬러 필터 전극층으로 사용되는 경우에 1nm이상에서 230nm이하이며, 그린 컬러 필터 전극층으로 사용되는 경우에는 30nm이상에서 270nm이하이며, 블루 컬러 필터 전극층으로 사용되는 경우에는 40nm이상에서 320nm이하이다.
이와 같은 중간층(520)의 두께는 굴절률에 따라 변하며, 각 색별로 위에 제시한 범위 내에서 결정되게 된다.
다음으로, 제2 금속막(530)은 상기 중간층(520) 위에 적층되며, Ag, Al, Au, Cr, Ni, Pt, Ca, Ta, Cu, Mo 등과 같이 연성 및 전도성이 좋은 금속 또는 이들의 합금으로 이루어진 금속을 사용할 수 있다.
다음으로, 제2 외곽층(540)은 두께에 따라 통과시키는 색이 다르다기 보다는, FWHM의 값을 조절해 주는 역할을 한다.
제2 외곽층(540)은 RGB에 따라 특정 두께의 범위를 가지고 있지는 않고 원하는 FWHM 값에 따라서 1nm에서 150nm 사이의 범위에서 결정하여 사용한다.
이와 같은 상기 제2 외곽층(540)은 제2 금속막(530)에 적층되며 WO3이외에 Al2O3, ZnO, ZrO2, TiO2, MgO, ZnS, Y2O3, HfO2, SiO2, SiNx, AlN 등의 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물, 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물, 마그네슘 산화물(MgO), 마그네슘 불화물, 티타늄 산화물, 티타늄 질화물, 하프늄 산화물, 하프늄 질화물, 지르코늄 산화물, 지르코늄 질화물로 선택된 한 가지 이상의 물질을 포함하여 형성된다.
이와 같은 물질을 사용하는 경우에 상기 제2 외곽층(540)이 전도성을 갖기 위해서는 제2 금속막(530)과 일함수의 차이가 0eV보다 크거나 같고 2eV보다 작거나 같아야 한다.
이와 같이 제2 금속막(530)에 인접한 제2 외곽층(540)의 물질이 위에서 제시한 유전체와 같이 전도성을 크게 띄지 않는 물질일 경우에 제2 금속막(530)의 일함수와 비슷한(일예로, 일함수의 차이가 0eV보다 크거나 같고 2eV보다 작거나 같은 경우) 일함수를 가진 유전체를 사용하면 제2 금속막(530)과 제2 외곽층(540)이 서로 맞닿아 있을 때 생기는 일함수 차가 얼마 나지 않아 전자가 쉽게 금속에서 유전체로 그리고 유전체에서 금속으로 넘어갈 수 있어 전도성을 가지게 된다.
또한, 제2 외곽층(540)은 ITO, IGZO, IZO 등의 투명 산화물 전도체(TCO, transparent conductive oxide)로 이루어진 물질을 사용할 수 있다.
또한, 제2 외곽층(540)은 NPB, Alq3, TPBi, PEDOT:PSS 등의 전도성 유기 화합물로 이루어진 물질을 사용할 수 있다.
이와 같은 제2 외곽층(540)은 중간층의 두께에 따라서 변하며 사용하는 물질의 굴절률에 따라서 변하게 된다.
이와 같은 구성을 가지는 컬러 필터 전극층은 제1 외곽층(505), 중간층(520) 그리고 제2 외곽층(540)의 두께 변화에 따라 통과시키는 색 계열이 상이하게 사용될 수 있으며, 제1 외곽층(505), 중간층(520) 그리고 제2 외곽층(540)이 전도성을 가짐에 따라 전체적으로 전도성을 가지게 되어 배선 또는 전극으로 사용할 수 있다.
상기 도 10 내지 12는 제1 금속막(510)으로 Ag를 사용하고 두께를 20nm으로 고정되고, 제2 금속막(530)으로 Ag를 사용하고 두께를 10nm으로 고정한 상태에서 제1 외곽층(505)으로 WO3를 사용하고 두께를 아래 표4와 같이 가변하고, 중간층(520)으로 WO3를 사용하고 두께를 아래 표 4와 같이 변화시키고, 제2 외곽층(540)으로 WO3를 사용하고 두께를 아래 표 4와 같이 가변시킨 경우에 투과도를 보여준다.
| 컬러 | 제1외곽층 | 제1 금속막 | 중간층 | 제2 금속막 | 제2외곽층 | 피크 파장(x) |
| 레드 | 72 | 20 | 115 | 10 | 84 | 650nm |
| 그린 | 87 | 20 | 84 | 10 | 92 | 550nm |
| 블루 | 100 | 20 | 46 | 10 | 100 | 450nm |
위의 표 4에서는 각각의 경우에 피크 파장(x)를 보여준다.
이와 관련하여 아래 표5는 중간층의 두께를 범위로 지정한 경우의 피크 파장 범위를 보여준다.
| 컬러 | 제1외곽층 | 제1 금속막 | 중간층(두께 d) | 제2 금속막 | 제2 외곽층 | 피크 파장(x) |
| 레드 | 72 | 20 | 105<d | 10 | 84 | 600nm<x |
| 그린 | 87 | 20 | 68<d<100 | 10 | 92 | 500nm<x<600nm |
| 블루 | 100 | 20 | d<65 | 10 | 100 | x<500nm |
도 13은 본 발명의 제1 실시예에 따른 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자 제조 방법의 공정도이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자의 제조 방법은 먼저 기판(100)위에 전자 소자층(200)을 형성한다(S100).
이와 같은 전자 소자층(200)의 형성 과정은 기판(100) 위에 복수의 스위칭 박막 트랜지스터 및 복수의 구동 박막 트랜지스터를 형성하는 공정을 포함한다.
여기서 스위칭 박막 트랜지스터 및 구동 박막 트랜지스터는 도전층, 절연층 및 반도체층을 적층하고 패터닝하는 단계를 포함한다.
다음으로, 전자 소자층(200)에 제1 전극층(300)을 형성한다(S110).
상기 제1 전극층(300)은 스퍼터링(sputtering)(일예로 ITO, IGZO, MgO), 원자층 증착(atomic layer deposition)(일예로 IGZO,MgO), 전자빔 증착(E-beam evaporation)(일예로 MgO), 열증착(thermal deposition)(일예로 WO3)등을 사용하여 형성한다.
이후에, 유기 발광층(400)을 상기 제1 전극층(300)위에 형성한다(S120).
상기 유기 발광층(400)은 정공 주입층, 발광층, 전자 수송층을 형성하는 단계를 포함한다.
이후에, 유기 발광층(400)의 상부에 제1 외곽층(505)을 형성한다(S130).
이와 같은 제1 외곽층(505)은 두께에 따라 통과시키는 색이 다르다기 보다는, FWHM의 값을 조절해 주는 역할을 한다.
제1 외곽층(505)은 RGB에 따라 특정 두께의 범위를 가지고 있지는 않고 원하는 FWHM 값에 따라서 1nm에서 150nm 사이의 범위에서 결정하여 사용한다.
이와 같은 상기 제1 외곽층(505)은 WO3이외에 Al2O3, ZnO, ZrO2, TiO2, MgO, ZnS, Y2O3, HfO2, SiO2, SiNx, AlN 등의 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물, 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물, 마그네슘 산화물(MgO), 마그네슘 불화물, 티타늄 산화물, 티타늄 질화물, 하프늄 산화물, 하프늄 질화물, 지르코늄 산화물, 지르코늄 질화물로 선택된 한 가지 이상의 물질을 포함하여 형성된다.
상기 제1 외곽층(505)의 두께는 중간층의 두께에 따라 변하며, 사용하는 물질의 굴절률에 따라서 변하게 된다.
이와 같은 물질을 사용하는 경우에 상기 제1 외곽층(505)이 전도성을 갖기 위해서는 제1 금속막(510)과 일함수의 차이가 0eV보다 크거나 같고 2eV보다 작거나 같아야 한다.
이와 같이 제1 금속막(510)에 인접한 제1 외곽층(505)의 물질이 위에서 제시한 유전체와 같이 전도성을 크게 띄지 않는 물질일 경우에 제1 금속막(510)의 일함수와 비슷한(일예로, 일함수의 차이가 0eV보다 크거나 같고 2eV보다 작거나 같은 경우) 일함수를 가진 유전체를 사용하면 제1 금속막(510)과 제1 외곽층(505)이 서로 맞닿아 있을 때 생기는 일함수 차가 얼마 나지 않아 전자가 쉽게 금속에서 유전체로 그리고 유전체에서 금속으로 넘어갈 수 있어 전도성을 가지게 된다.
또한, 제1 외곽층(505)은 ITO, IGZO, IZO 등의 투명 산화물 전도체(TCO, transparent conductive oxide)로 이루어진 물질을 사용할 수 있다.
또한, 제1 외곽층(505)은 NPB, Alq3, TPBi, PEDOT:PSS 등의 전도성 유기 화합물로 이루어진 물질을 사용할 수 있다.
이와 같은 제1 외곽층(505)은 스퍼터링(sputtering)(일예로 ITO, IGZO, MgO), 원자층 증착(atomic layer deposition)(일예로 IGZO,MgO), 전자빔 증착(E-beam evaporation)(일예로 MgO), 열증착(thermal deposition)(일예로 WO3)등을 사용하여 형성한다.
이후에, 제1 금속막(510)을 상기 제1 외곽층(505)위에 적층하며(S140), Ag, Al, Au, Cr, Ni, Pt, Ca, Ta, Cu, Mo 등과 같이 연성 및 전도성이 좋은 금속 또는 이들의 합금으로 이루어진 금속을 사용할 수 있다. 이러한 제1 금속막(510)의 두께는 예를 들어, 7nm이상이고 50nm이하일 수 있다.
이러한 제1 금속막(510)은 열증착(thermal deposition)(일예로 Ag, Al), 스퍼터링(sputtering)(일예로 Al), 전자빔 증착(E-beam evaporation)(일예로 Al) 등을 사용하여 형성할 수 있다.
다음으로, 제1 금속막(510) 위에 중간층(520)을 형성한다(S150).
이와 같은 중간층(520)은 스퍼터링(sputtering)(일예로 ITO, IGZO, MgO), 원자층 증착(atomic layer deposition)(일예로 IGZO,MgO), 전자빔 증착(E-beam evaporation)(일예로 MgO), 열증착(thermal deposition)(일예로 WO3)등을 사용하여 형성한다.
상기 중간층(520)은 두께에 따라 통과시키는 색이 다르며, 그 재료가 WO3인 경우에 두께가 105nm초과에서 130nm이하이면 레드 계열의 색이 가장 잘 통과되어 레드 컬러 필터 전극층으로 사용되고, 68nm초과에서 100nm이하이면 그린 계열의 색이 가장 잘 통과되어 그린 컬러 필터 전극층으로 사용되며, 40nm이상 65nm이하이면 블루 계열의 색이 가장 잘 통과되어 블루 컬러 필터 전극층으로 사용된다.
이와 같은 상기 중간층(520)은 제1 금속막(510)에 적층되며 WO3이외에 Al2O3, ZnO, ZrO2, TiO2, MgO, ZnS, Y2O3, HfO2, SiO2, SiNx, AlN 등의 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물, 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물, 마그네슘 산화물(MgO), 마그네슘 불화물, 티타늄 산화물, 티타늄 질화물, 하프늄 산화물, 하프늄 질화물, 지르코늄 산화물, 지르코늄 질화물로 선택된 한 가지 이상의 물질을 포함하여 형성된다.
이와 같은 물질을 사용하는 경우에 상기 중간층(520)이 전도성을 갖기 위해서는 제1 금속막(510) 및 제2 금속막(530)과 일함수의 차이가 0eV보다 크거나 같고 1eV보다 작거나 같아야 한다.
이와 같이 제1 금속막(510)과 제2 금속막(530) 사이에 삽입하는 중간층(520)의 물질이 위에서 제시한 유전체와 같이 전도성을 크게 띄지 않는 물질일 경우에 제1 금속막(510) 및 제2 금속막(520)의 일함수와 비슷한(일예로, 일함수의 차이가 0eV보다 크거나 같고 2eV 보다 작거나 같은 경우) 일함수를 가진 유전체를 사용하면 제1 금속막(510) 및 제2 금속막(530)과 중간층(520)이 서로 맞닿아 있을 때 생기는 일함수 차가 얼마 나지 않아 전자가 쉽게 금속에서 유전체로 그리고 유전체에서 금속으로 넘어갈 수 있어 전도성을 가지게 된다.
또한, 중간층(520)은 ITO, IGZO, IZO 등의 투명 산화물 전도체(TCO, transparent conductive oxide)로 이루어진 물질을 사용할 수 있다.
또한, 중간층(520)은 NPB, Alq3, TPBi, PEDOT:PSS 등의 전도성 유기 화합물로 이루어진 물질을 사용할 수 있다.
이와 같은 중간층(520)의 두께는 굴절률이 1이상에서 3이하인 경우에 블루 컬러 필터 전극층으로 사용되는 경우에 1nm이상에서 230nm이하이며, 그린 컬러 필터 전극층으로 사용되는 경우에는 30nm이상에서 270nm이하이며, 블루 컬러 필터 전극층으로 사용되는 경우에는 40nm이상에서 320nm이하이다.
이와 같은 중간층(520)의 두께는 굴절률에 따라 변하며, 각 색별로 위에 제시한 범위 내에서 결정되게 된다.
또한, 이와 같은 중간층(520)은 제1 외곽층(505)와 제2 외곽층(540)이 없는 경우에는 위의 도 2b와 관련하여 설명한 범위내에 있다.
다음으로, 제2 금속막(530)을 상기 중간층(520) 위에 적층하며(S160), Ag, Al, Au, Cr, Ni, Pt, Ca, Ta, Cu, Mo 등과 같이 연성 및 전도성이 좋은 금속 또는 이들의 합금으로 이루어진 금속을 사용할 수 있다.
이러한 제2 금속막(530)은 열증착(thermal deposition)(일예로 Ag, Al), 스퍼터링(sputtering)(일예로 Al), 전자빔 증착(E-beam evaporation)(일예로 Al) 등을 사용하여 형성할 수 있다.
다음으로, 제2 금속막(530)에 제2 외곽층(540)을 형성한다(S170).
이와 같은 제2 외곽층(540)은 스퍼터링(sputtering)(일예로 ITO, IGZO, MgO), 원자층 증착(atomic layer deposition)(일예로 IGZO,MgO), 전자빔 증착(E-beam evaporation)(일예로 MgO), 열증착(thermal deposition)(일예로 WO3)등을 사용하여 형성한다.
다음으로, 제2 외곽층(540)은 두께에 따라 통과시키는 색이 다르다기 보다는, FWHM의 값을 조절해 주는 역할을 한다.
제2 외곽층(540)은 RGB에 따라 특정 두께의 범위를 가지고 있지는 않고 원하는 FWHM 값에 따라서 1nm에서 150nm 사이의 범위에서 결정하여 사용한다.
이와 같은 상기 제2 외곽층(540)은 제2 금속막(530)에 적층되며 WO3이외에 Al2O3, ZnO, ZrO2, TiO2, MgO, ZnS, Y2O3, HfO2, SiO2, SiNx, AlN 등의 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물, 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물, 마그네슘 산화물(MgO), 마그네슘 불화물, 티타늄 산화물, 티타늄 질화물, 하프늄 산화물, 하프늄 질화물, 지르코늄 산화물, 지르코늄 질화물로 선택된 한 가지 이상의 물질을 포함하여 형성된다.
이와 같은 물질을 사용하는 경우에 상기 제2 외곽층(540)이 전도성을 갖기 위해서는 제2 금속막(530)과 일함수의 차이가 0eV보다 크거나 같고 2eV보다 작거나 같아야 한다.
이와 같이 제2 금속막(530)에 인접한 제2 외곽층(540)의 물질이 위에서 제시한 유전체와 같이 전도성을 크게 띄지 않는 물질일 경우에 제2 금속막(530)의 일함수와 비슷한(일예로, 일함수의 차이가 0eV보다 크거나 같고 2eV보다 작거나 같은 경우) 일함수를 가진 유전체를 사용하면 제2 금속막(530)과 제2 외곽층(540)이 서로 맞닿아 있을 때 생기는 일함수 차가 얼마 나지 않아 전자가 쉽게 금속에서 유전체로 그리고 유전체에서 금속으로 넘어갈 수 있어 전도성을 가지게 된다.
또한, 제2 외곽층(540)은 ITO, IGZO, IZO 등의 투명 산화물 전도체(TCO, transparent conductive oxide)로 이루어진 물질을 사용할 수 있다.
또한, 제2 외곽층(540)은 NPB, Alq3, TPBi, PEDOT:PSS 등의 전도성 유기 화합물로 이루어진 물질을 사용할 수 있다.
이와 같은 제2 외곽층(540)의 두께는 중간층의 두께에 따라 변하며, 사용하는 물질의 굴절률에 따라 변하게 된다.
이와 같은 구성을 가지는 컬러 필터 전극층은 제1 외곽층(505), 중간층(520) 그리고 제2 외곽층(540)의 두께 변화에 따라 통과시키는 색 계열이 상이하게 사용될 수 있으며, 제1 외곽층(505), 중간층(520) 그리고 제2 외곽층(540)이 전도성을 가짐에 따라 전체적으로 전도성을 가지게 되어 배선 또는 전극으로 사용할 수 있다.
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자의 제조 방법의 흐름도이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자의 제조방법은 제1 실시예에 따른 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자의 제조 방법과 달리 적층 순서가 기판 위에 전자 소자층을 형성하고(S200), 전자 소자층위에 제2 외곽층을 형성하며(S210), 제2 외곽층에 제2 금속막을 형성하고(S220), 제2 금속막에 중간층을 형성하며(S230), 중간층 위에 제1 금속막을 형성하고(S240), 제1 금속막 위에 제1 외곽층을 형성하며(S250), 제1 외곽층 위에 유기 발광층을 형성하고(S260), 유기 발광층 위에 제1 전극층을 형성하고 있어(S270) 적층 순서가 상이하다.
그 결과, 기판(100)-전자소자층(200)-컬러 필터 전극층(500)-유기 발광층(400)-제1 전극층(300)으로 이루어져 있어 화상이 기판(100)방향으로 구현되는 배면 발광형(bottom emission type)을 형성하고 있다.
이와 같은 배면 발광형의 경우에 기판(100)은 투명한 재질로 형성해야 한다.
위에서 설명한 점 이외의 구성과 특징은 제1 실시예와 동일하며 상세한 설명은 생략한다.
상기와 같은 본 발명은 제작 공정을 줄일 수 있어 제작 공정을 단순화하고, 그에 따라 비용을 절감할 수 있도록 한다.
특히, 본 발명은 컬러 필터와 전극이 일체되어있는 컬러 필터 전극층을 포함하며, 제작 방법은 유기 발광 다이오드의 제작 공정에 사용되는 열 증착 방식을 채택하여 추가적인 공정 없이 유기 발광 다이오드 제작과 동시에 이어서 바로 컬러 필터 전극층이 제작 되도록 한다.
이를 통해 기존의 합착 공정, 포토 리소그래피 등의 컬러 필터 제작 공정을 사용하지 않고 한 번에 완성된 소자를 제작할 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경, 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면들에 의해서 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 기판 200 : 전자 소자층
300 : 제1 전극층 400 : 유기 발광층
500 : 컬러 필터 전극층 505 : 제1 외곽층
510 : 제1 금속막 520 : 중간층
530 : 제2 금속막 540 : 제2 외곽층
300 : 제1 전극층 400 : 유기 발광층
500 : 컬러 필터 전극층 505 : 제1 외곽층
510 : 제1 금속막 520 : 중간층
530 : 제2 금속막 540 : 제2 외곽층
Claims (22)
- 애노드 전극으로 기능하여 정공을 제공하는 제1 전극층;
상기 제1 전극층 위에 형성되어 있으며, 정공을 전자와 반응시켜 광을 생성하는 유기 발광층; 및
상기 제1 전극층 및 상기 유기 발광층 위에 형성되어 있으며 영역별로 컬러를 선택적으로 통과시키며, 전도성을 가지고 있어 캐소드 전극으로 기능하여 상기 유기 발광층에 전자를 제공하는 컬러 필터 전극층을 포함하는 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자. - 청구항 1항에 있어서,
상기 제1 전극층 아래에 형성되어 있으며, 외부의 구동부로부터 구동 신호를 전달받아 상기 제1 전극층을 제어하는 전자 소자층을 더 포함하는 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자. - 청구항 1항에 있어서,
상기 컬러 필터 전극층은
상기 유기 발광층 위에 형성된 제1 금속막;
상기 제1 금속막 위에 형성되며, 전도성을 갖는 중간층; 및
상기 중간층 위에 형성된 제2 금속막을 포함하는 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자. - 청구항 3항에 있어서,
상기 제1 금속막과 상기 유기 발광층의 사이에 형성되며 전도성을 갖는 제1 외곽층을 더 포함하는 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자. - 청구항 4항에 있어서,
상기 중간층은 굴절률이 1.0 이상에서 3.0 이하인 경우에
두께가 1nm 이상에서 230nm이하인 블루 컬러 필터 전극층;
두께가 30nm이상에서 270nm이하인 그린 컬러 필터 전극층; 및
두께가 40nm이상에서 320nm이하인 레드 컬러 필터 전극층을 포함하는 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자. - 청구항 3항 또는 제 4항에 있어서,
상기 제2 금속막 위에 형성되며 전도성을 갖는 제2 외곽층을 더 포함하는 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자. - 영역별로 컬러를 선택적으로 통과시키며, 캐소드 전극으로 기능하여 전자를 제공하는 컬러 필터 전극층;
상기 컬러 필터 전극층 위에 형성되어 있으며, 전자와 정공을 반응시켜 광을 생성하는 유기 발광층; 및
상기 유기 발광층 위에 형성되어 있으며 애노드 전극으로 기능하여 정공을 제공하는 제1 전극층을 포함하는 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자. - 청구항 7항에 있어서,
상기 컬러 필터 전극층 아래에 형성되어 있으며, 외부의 구동부로부터 구동 신호를 전달받아 상기 컬러 필터층을 제어하는 전자 소자층을 더 포함하는 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자. - 청구항 7항에 있어서,
상기 컬러 필터 전극층은
상기 유기 발광층 아래에 형성된 제1 금속막;
상기 제1 금속막 아래에 형성되며, 전도성을 갖는 중간층; 및
상기 중간층 아래에 형성되어 있는 제2 금속막을 포함하는 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자. - 청구항 3항 또는 9항에 있어서,
상기 중간층은 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물, 텅스텐 산화물 (WO3), 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물, 마그네슘 산화물(MgO), 마그네슘 불화물, 티타늄 산화물, 티타늄 질화물, 하프늄 산화물, 하프늄 질화물, 지르코늄 산화물 및 지르코늄 질화물로 선택된 한 가지 이상의 물질을 포함하며, 상기 제1 금속막 및 상기 제2 금속막과 일함수의 차이가 0보다 같거나 크고 2eV 보다 작거나 같아 상기 제1 금속막과 상기 제2 금속막 사이에 전원이 인가되면 전자가 상기 제1 금속막과 상기 제2 금속막에서 상기 중간층으로 그리고 상기 중간층에서 상기 제1 금속막과 상기 제2 금속막으로 이동할 수 있어 전도성을 가지게 되는 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자. - 청구항 3항 또는 9항에 있어서,
상기 중간층은 투명 산화물 전도체(TCO, transparent conductive oxide) 또는 전도성 유기 화합물로 이루어진 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자. - 청구항 3항 또는 9항에 있어서,
상기 중간층은 굴절률이 1.0 이상이고 3.0 이하인 경우에
두께가 15nm 이상에서 170nm이하인 블루 컬러 필터 전극층;
두께가 30nm이상에서 220nm이하인 그린 컬러 필터 전극층; 및
두께가 40nm이상에서 270nm이하인 레드 컬러 필터 전극층을 포함하는 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자. - (A) 캐소드 전극으로 기능하여 유기 발광층에 정공을 제공하는 제1 전극층을 형성하는 단계;
(B) 상기 제1 전극층 위에 정공을 전자와 반응시켜 발광하는 상기 유기 발광층을 형성하는 단계; 및
(C) 상기 제1 전극층 및 상기 유기 발광층 위에 영역별로 컬러를 선택적으로 통과시키며, 캐소드 전극으로 기능하여 상기 유기 발광층에 전자를 제공하는 컬러 필터 전극층을 형성하는 단계를 포함하는 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자 제조 방법. - 청구항 13항에 있어서,
상기 (A) 단계 이전에
(D) 기판 위에 외부의 구동부로부터 구동 신호를 전달받는 전자 소자층을 상기 제1 전극층의 아래에 형성하는 단계를 더 포함하는 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자 제조 방법. - 청구항 13항에 있어서,
상기 (C) 단계는
(C-1) 상기 유기 발광층 위에 제1 금속막을 형성하는 단계;
(C-2) 상기 제1 금속막 위에 전도성을 갖는 중간층을 형성하는 단계; 및
(C-3) 상기 중간층 위에 제2 금속막을 형성하는 단계를 포함하는 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자 제조 방법. - 청구항 15항에 있어서,
상기 (C-1) 단계에서 상기 유기 발광층 위에 상기 제1 금속막을 형성하기 이전에,
(C-4) 전도성을 갖는 제1 외곽층을 형성하는 단계를 더 포함하는 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자 제조 방법. - 청구항 15항 또는 제 16항에 있어서,
(C-5) 상기 제2 금속막위에 전도성을 갖는 제2 외곽층을 형성하는 단계를 더 포함하는 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자 제조 방법. - (A) 영역별로 컬러를 선택적으로 통과시키며, 캐소드 전극으로 기능하여 유기 발광층에 전자를 제공하는 컬러 필터 전극층을 형성하는 단계;
(B) 상기 컬러 필터 전극층 위에 제1 전극층에서 정공을 전달받아 상기 전자 소자층의 구동 신호에 따라 발광하는 상기 유기 발광층을 형성하는 단계; 및
(C) 상기 유기 발광층 위에 애노드 전극으로 상기 유기 발광층에 정공을 제공하는 제1 전극층을 형성하는 단계를 포함하는 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자 제조 방법. - 청구항 18항에 있어서,
상기 (A) 단계 이전에
(D) 기판위에 외부의 구동부로부터 구동 신호를 전달받는 전자 소자층을 상기 컬러 전극 필터층의아래에 형성하는 단계를 더 포함하는 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자 제조 방법. - 청구항 18항에 있어서,
상기 (A) 단계는
(A-1) 제2 금속막을 형성하는 단계;
(A-2) 상기 제2 금속막 위에 전도성을 갖는 중간층을 형성하는 단계; 및
(A-3) 상기 중간층 위에 제1 금속막을 형성하는 단계를 포함하는 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자 제조 방법. - 청구항 20항에 있어서,
상기 (A-1) 단계에서 상기 유기 발광층 위에 상기 제2 금속막을 형성하기 이전에,
(A-4) 전도성을 갖는 제2 외곽층을 형성하는 단계를 더 포함하는 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자 제조 방법. - 청구항 20항 또는 제 21항에 있어서,
(A-5) 상기 제1 금속막 위에 전도성을 갖는 제1 외곽층을 형성하는 단계를 더 포함하는 컬러 필터 전극 일체형 유기 발광 소자 제조 방법.
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