KR20190088586A - 표시 장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 기판 상에서 서로 다른 박막의 적층 구조를 갖는 제1영역 및 제2영역과, 이 제1,2영역을 평탄하게 덮어주는 평탄화층을 포함하며, 제1,2영역 중 어느 한 쪽에는 서로 다른 적층 구조에 의한 높이차를 보상하는 단차보상층이 구비된 표시 장치를 개시한다.

Description

표시 장치 및 그 제조방법{Display device and the manufacturing method thereof}
본 발명의 실시예들은 화학기계연마에 의한 평탄화 과정을 거쳐 제조되는 표시 장치 및 그 평탄화 과정을 포함하는 제조방법에 관한 것이다.
예컨대, 유기 발광 표시 장치와 같은 표시 장치는 화상을 구현하는 표시영역과, 그 표시영역에 연결되는 여러 배선들이 배치되는 비표시영역을 구비하고 있다.
이 표시영역과 비표시영역은 다양한 절연막과 도전막이 여러 층으로 적층된 구조를 가지며, 서로 적층 구조가 다르기 때문에 높이에 차이가 생기게 된다. 따라서 중간에 이를 평탄화시키기 위해 표시영역과 비표시영역 전체에 절연막을 덮고 화학기계연마를 통해 높이차에 의한 단차를 없애는 과정을 거치게 된다.
그런데, 아무래도 표시영역이 더 복잡하고 많은 적층 구조를 가지다 보니 비표시영역과 높이차가 심해질 수 밖에 없고, 따라서 화학기계연마 공정을 거쳐도 단차가 완전히 해소되지 못하는 현상이 빈발하고 있다. 이렇게 되면 배선 연결을 위해 절연막에 컨택홀을 뚫을 때 상대적으로 단차가 낮은 쪽을 기준으로 뚫으면 단차가 높은 쪽은 구멍이 완전히 뚫리지 않아서 컨택홀 불량이 발생하는 문제로까지 이어지게 된다.
따라서, 안정적인 제품 특성을 보장하기 위해서는 이러한 단차에 의한 평탄화 불량 문제를 해결할 수 있는 방안이 요구되고 있다.
본 발명의 실시예들은 이러한 화학기계연마를 통해 안정된 평탄면을 구현할 수 있도록 개선된 표시 장치와 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시예는 기판 상에서 서로 다른 박막의 적층 구조를 갖는 제1영역 및 제2영역과, 상기 제1영역과 제2영역을 평탄하게 덮어주는 평탄화층을 포함하며, 상기 제1영역과 제2영역 중 어느 한 쪽의 상기 기판과 상기 평탄화층 사이에는 서로 다른 적층 구조에 의한 높이차를 보상하는 단차보상층이 구비된 표시 장치를 제공한다.
상기 제1영역은 화상을 구현하는 표시영역을 포함하고, 상기 제2영역은 상기 표시영역에 신호를 전달하는 배선들이 배치된 비표시영역을 포함할 수 있다.
상기 단차보상층은 상기 비표시영역에 구비될 수 있다.
상기 비표시영역에는 상기 기판 상에 적층된 다수의 절연층과, 상기 절연층들 사이에 배치된 상기 배선들이 구비되며, 상기 단차보상층은 상기 기판과 상기 배선들 사이에 배치될 수 있다.
상기 단차보상층은 주변과 전기적으로 연결되지 않은 더미 패턴일 수 있다.
상기 더미 패턴은 도전층 또는 절연층을 포함할 수 있다.
상기 표시영역에는 박막트랜지스터 및 상기 박막트랜지스터와 연결된 유기발광소자가 구비될 수 있다.
상기 박막트랜지스터는, 상기 기판 상의 활성층과, 상기 활성층에 대면하는 복수층의 게이트전극과, 상기 활성층과 연결된 소스드레인전극을 포함할 수 있다.
상기 유기발광소자는, 상기 소스드레인전극과 연결된 화소전극과, 상기 화소전극에 대향된 대향전극 및, 상기 화소전극과 대향전극 사이에 개재되어 두 전극 사이의 전압에 따라 동작하는 유기발광층을 구비할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 기판 상에서 서로 다른 박막의 적층 구조를 갖는 제1영역 및 제2영역을 형성하는 단계와, 상기 제1영역과 제2영역 중 어느 한 쪽의 상기 기판과 상기 평탄화층 사이에는 서로 다른 적층 구조에 의한 높이차를 보상하는 단차보상층을 형성하는 단계 및, 상기 제1영역과 제2영역을 평탄화층으로 덮고 화학기계연마로 평탄면을 형성하는 단계를 포함하는 표시 장치의 제조방법을 제공한다.
상기 제1영역은 화상을 구현하는 표시영역을 포함하고, 상기 제2영역은 상기 표시영역에 신호를 전달하는 배선들이 배치된 비표시영역을 포함할 수 있다.
상기 단차보상층을 상기 비표시영역에 형성할 수 있다.
상기 비표시영역에는 상기 기판 상에 적층된 다수의 절연층과, 상기 절연층들 사이에 배치된 상기 배선들이 구비되며, 상기 단차보상층을 상기 기판과 상기 배선들 사이에 배치할 수 있다.
상기 단차보상층은 주변과 전기적으로 연결되지 않은 더미 패턴일 수 있다.
상기 더미 패턴은 도전층 또는 절연층을 포함할 수 있다.
상기 표시영역에 박막트랜지스터 및 상기 박막트랜지스터와 연결된 유기발광소자를 형성할 수 있다.
상기 박막트랜지스터는, 상기 기판 상의 활성층과, 상기 활성층에 대면하는 복수층의 게이트전극과, 상기 활성층과 연결된 소스드레인전극을 포함할 수 있다.
상기 유기발광소자는, 상기 소스드레인전극과 연결된 화소전극과, 상기 화소전극에 대향된 대향전극 및, 상기 화소전극과 대향전극 사이에 개재되어 두 전극 사이의 전압에 따라 동작하는 유기발광층을 구비할 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 표시 장치와 그 제조방법에 의하면, 화학기계연마를 통해 안정적으로 평탄화된 활성층을 구현할 수 있으므로, 제품의 품질을 안정화시킬 수 있고 신뢰도를 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치를 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 절단한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치의 제조 과정을 순차적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 화학기계연마(chemical mechanical polishing) 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 2에 도시된 단차보상층 배치의 변형 가능한 예를 보인 단면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치의 예로서 유기 발광 표시 장치를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 유기 발광 표시 장치는, 화상을 표시하는 표시영역(DA) 및 그 표시영역(DA)과 인접한 비표시영역(NDA)을 포함한다. 표시영역(DA)에는 복수의 화소(PX)들이 구비되어 있으며, 각 화소(PX)들이 방출하는 빛을 통해 화상이 구현된다.
비표시영역(NDA)은 표시영역(DA)을 둘러싸도록 배치될 수 있으며, 표시영역(DA)에 구비된 복수의 화소에 소정의 신호를 전달하기 위한 배선들이 배치될 수 있다.
도 1에서는 비표시영역(NDA)이 표시영역을 둘러싸는 경우를 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 또 다른 실시예로서, 비표시영역(NDA)은 표시영역의 일측에 배치되어 화상이 표시되지 않는 영역, 즉 데드영역을 감소시킬 수 있다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절단한 단면 구조를 보인 것으로, 표시영역(DA)의 한 화소(PX) 안에는 박막트랜지스터(121)와 유기발광소자(122)가 구비되어 있고, 비표시영역(NDA)에는 표시영역(DA)과 전기적으로 연결되는 각종 배선들(121f')(121g')(121j')이 배치되어 있다. 여기서, 표시영역(DA)을 제1영역이라 하고, 비표시영역(NDA)을 제2영역이라 하면, 제1영역과 제2영역은 도시된 바와 같이 서로 다른 박막 적층 구조로 이루어지며, 따라서 기본적으로 적층 높이가 서로 달라지게 된다. 이러한 높이차를 보상해주기 위해 단차보상층(123)이 구비되는데, 이에 대해서는 뒤에서 설명하기로 한다.
일단, 표시영역(DA)의 박막트랜지스터(121) 구조를 먼저 살펴보면, 기판(110)과 인접한 버퍼층(121a) 상부에 활성층(121f)이 형성되어 있고, 이 활성층(121f)은 N형 또는 P형 불순물이 고농도로 도핑된 소스 및 드레인 영역을 갖는다. 이 활성층(121f)을 산화물 반도체로 형성할 수도 있다. 예를 들어, 산화물 반도체는 아연(Zn), 인듐(In), 갈륨(Ga), 주석(Sn) 카드뮴(Cd), 게르마늄(Ge), 또는 하프늄(Hf) 과 같은 12, 13, 14족 금속 원소 및 이들의 조합에서 선택된 물질의 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들면 활성층(121f)은 G-I-Z-O[(In2O3)a(Ga2O3)b(ZnO)c](a, b, c는 각각 a≥0, b≥0, c＞0의 조건을 만족시키는 실수)을 포함할 수 있다. 활성층(121f)의 상부에는 게이트 절연막(121b)과 층간 절연막(121c)을 개재하여 제1게이트전극(121g)과 제2게이트전극(121j)이 형성되어 있다. 게이트 전극(121g)의 상부에는 소스 전극(121h)과 드레인 전극(121i)이 형성되어 있다. 게이트 전극(121g)과 소스전극(121h) 및 드레인 전극(121i)의 사이에는 상기 층간 절연막(121c)이 구비되어 있고, 소스전극(121h) 및 드레인 전극(121i)과 유기발광소자(122)의 애노드 전극(122a) 사이에는 패시베이션막(121d)이 개재되어 있다.
상기 애노드 전극(122a)의 상부로는 아크릴 등에 의해 절연성 평탄화층(121e)이 형성되어 있고, 이 평탄화층(121e)에 소정의 개구부(122d)를 형성한 후, 유기발광 소자(122)를 형성한다.
상기 유기발광소자(122)는 전류의 흐름에 따라 적, 녹, 청색의 빛을 발광하여 소정의 화상 정보를 표시하는 것으로, 박막트랜지스터(121)의 드레인 전극(121i)에 연결되어 이로부터 플러스 전원을 공급받는 애노드 전극(122a)과, 전체 화소를 덮도록 구비되어 마이너스 전원을 공급하는 캐소드 전극(122c), 및 이 두 전극(122a)(122c)의 사이에 배치되어 발광하는 유기발광층(122b)으로 구성된다.
이 유기발광층(122b)과 인접하여 홀 주입층(HIL: Hole Injection Layer), 홀 수송층(HTL: Hole Transport Layer), 전자 수송층(ETL: 유기발광ectron Transport Layer), 전자 주입층(EIL: 유기발광ectron Injection Layer) 등이 적층될 수도 있다.
참고로 유기발광층(122b)은 적색, 녹색, 청색의 빛을 방출하는 화소들이 모여서 하나의 단위 픽셀을 이루도록 각 화소마다 분리돼서 형성될 수 있다. 또는, 화소의 위치에 관계없이 전체 화소 영역에 걸쳐서 공통으로 발광층이 형성될 수도 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. 또한, 상기 방출된 백색광을 소정의 컬러로 변환하는 색변환층이나, 컬러 필터를 더 구비할 수 있다.
그리고, 상기 캐소드 전극(122c) 위에 유기막과 무기막이 교대로 적층된 박막봉지층(미도시)이 형성될 수 있다.
한편, 상기 비표시영역(NDA)의 기판(110)과 버퍼층(121a) 사이에는 평탄화층(121e)을 덮기 전까지의 표시영역(DA)과의 높이차를 줄여주기 위한 단차보상층(123)이 마련되어 있다. 이것은 말 그대로 양측의 높이차를 줄여서 평탄화층(121e)의 평탄도를 향상시키는 역할을 한다. 즉, 표시영역(DA)에는 박막트랜지스터(121)와 유기발광소자(122) 등 상대적으로 많은 박막층들이 적층되기 때문에, 비표시영역(NDA)의 높이가 더 낮을 수 밖에 없다. 만일 이 상태 그대로 평탄화층(121e)을 덮으면 양측의 높이차 때문에 단차가 심하게 져서 이후 화학기계연마 공정을 진행해도 평탄화가 제대로 이루어지지 않게 된다. 따라서, 이를 해소할 수 있도록 단차보상층(123)을 깔아서 표시영역(DA) 측의 높이(h1)와, 비표시영역(NDA) 측의 높이(h2)를 비슷하게 맞춰놓은 다음, 나중에 평탄화층(121e)을 덮고 화학기계연마 공정을 수행하는 것이다. 이러한 자세한 제조과정에 대해서는 후술하기로 한다.
상기 단차보상층(123)은 주변의 다른 배선이나 전기 요소들과 연결되지 않고 고립된 더미 패턴이며, 따라서 활성층(121f)이나 제1,2게이트 전극(121g)(121j) 또는 소스드레인전극(121h)(121i)과 같은 도전층으로 구성될 수도 있고, 게이트 절연막(121b)이나 층간 절연막(121c) 같은 절연층으로 구성될 수도 있다.
이러한 구성의 표시 장치는 도 3a 내지 도 3d와 같이 제조될 수 있다.
도 3a를 참조하면, 기판(110) 상의 비표시영역(NDA)에 상기 단차보상층(123)을 먼저 형성한다. 상기한 바와 같이 단차보상층(123)은 더미 패턴으로 절연층 또는 도전층으로 이루어질 수 있으며, 그 두께는 평탄화층(121e)을 덮기 전의 상태에서 표시영역(DA)과의 높이차를 근사치로 보상할 수 있는 정도면 된다.
이후, 도 3b와 같이 표시영역(DA)과 비표시영역(NDA)의 박막층들을 차례로 적층하고, 상기 단차보상층(123)에 의해 높이차가 거의 없어진 양측 위로 평탄화층(121e)을 덮는다.
이 상태에서 화학기계연마 공정을 진행하여 도 3c와 같이 평탄화층(121e)의 상면을 평평하게 연마해낸다. 여기서, 화학기계연마는 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같은 원리로 진행되는 공정으로, 연마 대상체(102)를 연마 패드(101) 쪽으로 가압하여 밀착시킨 상태에서, 가공액인 슬러리(103)를 제공하며 연마 패드(101)와 대상체(102)를 상대 운동시켜 연마를 진행하는 공정이다. 이렇게 되면 슬러리(103)에 의한 화학적 연마 작용과 연마 패드(101)에 의한 기계적 연마 작용이 더해지면서 대상체(102)가 깨끗하게 연마된다.
본 실시예의 경우에는 도 3b의 기판(110)에서 평탄화층(121e)까지 형성된 적층체가 연마 대상체(102)에 해당되며, 하부 층의 굴곡에 의해 돌출된 부위들이 연마 패드(101)에 의해 갈려서 평탄화되며, 상기 단차보상층(123)에 의해 표시영역(DA)과 비표시영역(NDA)간의 높이차가 거의 없는 상태이므로 연마 후에 양측 간 단차는 사라지게 된다. 즉, 깨끗한 평탄면이 구현될 수 있다.
이후, 도 3d와 같이 평탄화층(121e)에 개구부(122d)를 뚫고 유기발광층(122b)과 캐소드 전극(122c)을 형성하여 유기발광소자(122)를 만든다.
따라서, 이와 같이 단차보상층(123)을 도입하는 방식에 의해 평탄화층에 단차가 없는 안정적인 구조로 만들 수 있게 되며, 단차 때문에 개구부와 같은 홀을 뚫을 때 표시영역(DA)과 비표시영역(NDA)간의 편차가 심해지는 문제도 해소할 수 있어서, 이를 구비한 표시 장치는 안정된 품질을 확보할 수 있게 된다.
한편, 전술한 실시예에서는 단차보상층(123)이 기판(110)과 배선들(121f')(121g')(121j') 사이에 배치된 것을 예시하였으나, 이는 예시적인 것일 뿐, 도 5에 도시된 바와 같이 배선들(121f')(121g')(121j') 위에 배치할 수도 있다. 즉, 표시영역(DA)과 비표시영역(NDA)간의 높이차를 줄일 수 있으면 기판(110)과 평탄화층(121e) 사이의 어떤 위치에 배치되어도 무방하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
110: 기판 121: 박막트랜지스터
122: 유기발광소자 123: 단차보상층
DA: 표시영역 NDA: 비표시영역

Claims (20)

  1. 기판 상에서 서로 다른 박막의 적층 구조를 갖는 제1영역 및 제2영역과, 상기 제1영역과 제2영역을 평탄하게 덮어주는 평탄화층을 포함하며,
    상기 제1영역과 제2영역 중 어느 한 쪽의 상기 기판과 상기 평탄화층 사이에는 서로 다른 적층 구조에 의한 높이차를 보상하는 단차보상층이 구비된 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1영역은 화상을 구현하는 표시영역을 포함하고, 상기 제2영역은 상기 표시영역에 신호를 전달하는 배선들이 배치된 비표시영역을 포함하는 표시 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 단차보상층은 상기 비표시영역에 구비된 표시 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 비표시영역에는 상기 기판 상에 적층된 다수의 절연층과, 상기 절연층들 사이에 배치된 상기 배선들이 구비되며,
    상기 단차보상층은 상기 기판과 상기 배선들 사이에 배치된 표시 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 단차보상층은 주변과 전기적으로 연결되지 않은 더미 패턴인 표시 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 더미 패턴은 도전층을 포함하는 표시 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 더미 패턴은 절연층을 포함하는 표시 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 표시영역에는 박막트랜지스터 및 상기 박막트랜지스터와 연결된 유기발광소자가 구비된 표시 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터는, 상기 기판 상의 활성층과, 상기 활성층에 대면하는 복수층의 게이트전극과, 상기 활성층과 연결된 소스드레인전극을 포함하는 표시 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 유기발광소자는, 상기 소스드레인전극과 연결된 화소전극과, 상기 화소전극에 대향된 대향전극 및, 상기 화소전극과 대향전극 사이에 개재되어 두 전극 사이의 전압에 따라 동작하는 유기발광층을 구비하는 표시 장치.
  11. 기판 상에서 서로 다른 박막의 적층 구조를 갖는 제1영역 및 제2영역을 형성하는 단계와,
    상기 제1영역과 제2영역 중 어느 한 쪽의 상기 기판과 상기 평탄화층 사이에는 서로 다른 적층 구조에 의한 높이차를 보상하는 단차보상층을 형성하는 단계 및,
    상기 제1영역과 제2영역을 평탄화층으로 덮고 화학기계연마로 평탄면을 형성하는 단계를 포함하는 표시 장치의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1영역은 화상을 구현하는 표시영역을 포함하고, 상기 제2영역은 상기 표시영역에 신호를 전달하는 배선들이 배치된 비표시영역을 포함하는 표시 장치의 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 단차보상층을 상기 비표시영역에 형성하는 표시 장치의 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 비표시영역에는 상기 기판 상에 적층된 다수의 절연층과, 상기 절연층들 사이에 배치된 상기 배선들이 구비되며,
    상기 단차보상층을 상기 기판과 상기 배선들 사이에 배치하는 표시 장치의 제조방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 단차보상층은 주변과 전기적으로 연결되지 않은 더미 패턴인 표시 장치의 제조방법..
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 더미 패턴은 도전층을 포함하는 표시 장치의 제조방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 더미 패턴은 절연층을 포함하는 표시 장치의 제조방법.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 표시영역에 박막트랜지스터 및 상기 박막트랜지스터와 연결된 유기발광소자를 형성하는 표시 장치의 제조방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터는, 상기 기판 상의 활성층과, 상기 활성층에 대면하는 복수층의 게이트전극과, 상기 활성층과 연결된 소스드레인전극을 포함하는 표시 장치의 제조방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 유기발광소자는, 상기 소스드레인전극과 연결된 화소전극과, 상기 화소전극에 대향된 대향전극 및, 상기 화소전극과 대향전극 사이에 개재되어 두 전극 사이의 전압에 따라 동작하는 유기발광층을 구비하는 표시 장치의 제조방법.
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