KR20190141403A - 표시 장치 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 표시 장치는 출사측의 전극을 투과 전극 구조로 하되 각각 발광부와 투과부에 대해 구성을 달리하여, 전체 투과 전극 구조에 대해 등전위를 갖고, 발광부에 대해서는 고휘도로 발광되고, 투과부에 대해서는 고투과율로 투명성을 갖고 표시되도록 한다.
Description
본 발명은 표시 장치에 관한 것으로, 투명 표시와 상부 발광 표시가 동시에 가능하며 각 표시에서 고휘도 발광과 저전력의 구동이 가능한 표시 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 전기적 정보신호를 시각적으로 표현하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 여러 가지 다양한 평판 표시장치(Flat Display Device)가 개발되어 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube: CRT)을 빠르게 대체하고 있다.
이 같은 평판 표시장치의 구체적인 예로는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 플라즈마 표시장치(Plasma Display Panel device: PDP), 전계방출 표시장치(Field Emission Display device: FED), 유기 발광 표시장치(Organic Light Emitting Device: OLED) 및 양자점 표시 장치(Quantum Dot Display Device) 등을 들 수 있다.
이 중, 별도의 광원을 요구하지 않으며 장치의 컴팩트화 및 선명한 컬러 표시를 위해 유기 발광 표시 장치나 양자점 발광 표시 장치와 같은 자발광 표시 장치가 경쟁력 있는 어플리케이션(application)으로 고려되고 있다.
또한, 최근에는 전면 및 후면에서 광이 투과되며 시야를 방해하지 않으면서도 화상을 표시할 수 있는 투명 표시 장치의 요구도 늘어나고 있다.
그리고, 이러한 자발광 표시와 투명 표시를 발광 다이오드의 배치를 변경하여 동시에 얻고자 하는 연구가 개발되고 있다.
그러나, 자발광 영역과 투명 영역은 각각 발광의 효율 증대 및 투과율이 최우선적으로 고려되어야 할 것으로, 서로 목적이 상이하여 이로 인해 요구되는 구조가 달라 공통의 형성 방법으로 구현이 어려운 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 특히 광 투명 표시와 상부 발광 표시가 동시에 가능하며 각 표시에서 고휘도 발광과 저전력의 구동이 가능한 표시 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 표시 장치는 출사측의 전극을 투과 전극 구조로 하되 각각 발광부와 투과부에 대해 구성을 달리하여, 전체 투과 전극 구조에 대해 등전위를 갖고, 발광부에 대해서는 고휘도로 발광되고, 투과부에 대해서는 고투과율로 투명성을 갖고 표시되도록 한다.
일 예에 따른 본 발명의 표시 장치는 복수의 화소를 갖는 기판과, 상기 화소들 각각에 구비된 발광부와 투과부와, 상기 발광부에 구비된 유기 발광층과, 상기 발광부에, 상기 유기 발광층의 제 1면과 상기 기판 사이에 구비된 반사 전극 구조 및 상기 기판 상에 복수의 화소들에 걸쳐, 상기 유기 발광층의 제 2 면 상부에 위치하는 제 1 층과, 상기 투과부를 제외한 영역에 상기 제 1층과 접하여 구비된 제 2층으로 이루어진 투과 전극 구조를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 제 2층은 상기 발광부에 한해 위치하거나, 혹은 상기 제 2 층은 상기 복수개의 화소들의 발광부들에 대응된 중심부와, 인접한 발광부들을 연결하는 연결부를 포함하여 구성될 수 있다.
그리고, 상기 제 2층은 반투과성(translucency)을 갖는 금속으로 이루어지며, 상기 제 1층은 투과성 또는 반투과성을 갖는 금속으로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 층과 제 2 층은 Ag를 공통으로 포함하며, 상기 제 1, 제 2 층 각각은 Mg, Yb 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 제 2 층은 6nm 내지 15nm의 두께를 가지며, 상기 제 1 층은 4nm 내지 12nm의 두께를 가질 수 있다.
혹은 상기 제 1 층은 인듐, 티타늄, 아연, 주석 중 적어도 어느 하나의 금속을 갖는 투명 산화물을 포함하며, 상기 제 2 층은 2개 이상의 금속을 포함하며, 금속 중 적어도 하나의 금속은 Ag이며, 나머지 금속들은 Ag의 응집을 방지하며 일함수가 Ag 이하인 금속일 수 있다. 여기서, 상기 제 2층이 상기 제 1 층보다 상기 유기 발광층에 인접할 수 있다.
이 경우, 상기 제 1 층의 두께는 30nm 내지 120nm이며, 상기 제 2 층의 두께는 10nm 내지 27nm 일 수 있다.
또한, 상기 발광부는 서로 다른 색을 발광하는 제 1 내지 제 3 서브 화소를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 발광부의 제 1 내지 제 3 서브 화소는 서로의 경계부와, 상기 발광부와 투과부의 경계부에 각각 뱅크를 구비할 수 있다.
그리고, 상기 유기 발광층의 제 1 면과 상기 반사 전극 구조 사이 및 상기 유기 발광층의 제 2 면과 상기 투과 전극 구조 사이에, 적어도 일층 이상의 제 1 유기 공통층이 구비되며, 상기 제 1 유기 공통층은 상기 투과부에도 연장되어 구비될 수 있다.
또한, 경우에 따라 상기 투과 전극 구조에서, 상기 발광부에 대해 제 2층만이 구비되고, 상기 투과부에 대해 제 1 층만이 구비될 수도 있다.
또한, 본 발명의 동일한 목적을 달성하기 위한 표시 장치의 제조 방법은, 복수의 화소를 갖고, 상기 화소들 각각에 구비된 발광부와 투과부를 갖는 기판을 준비하는 단계와, 상기 발광부에, 반사 전극 구조를 구비하는 단계와, 상기 반사 전극 구조 상에 유기 발광층을 형성하는 단계 및 상기 발광부 및 투과부를 포함한 복수의 화소들에 걸쳐, 반투과성 금속 또는 투명 전극의 제 1 층과, 상기 투과부를 제외한 영역에 상기 제 1층과 접하여 반투과성 금속의 제 2층을 적층하여 투과 전극 구조를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 표시 장치 및 이의 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명의 표시 장치는 투과 전극 구조를 적어도 발광부와 투과부에 대해 상이한 구성을 갖도록 하여, 상대적으로 더 두껍고 고전도 금속 성분이 구비된 발광부에서는 광 추출 효율을 높이며, 이와 다른 투과부에서는 투명 표시를 위해 얇은 두께의 단일층의 금속층만 남겨 투과부에서 금속층으로 차폐되는 광량이 없게 된다.
둘째, 본 발명의 표시 장치는 투과 전극 구조 내에서 오픈된 영역이 없으며, 적어도 발광부에 상당하여 고전도 금속 성분을 구비하여 투과 전극 구조가 대면적으로 형성되더라도 균일한 전위를 확보하여 특정 영역의 휘도가 떨어지는 휘도 불균일을 방지할 수 있다. 특히, 대면적 캐소드의 휘도 균일을 위해 별도의 보조 배선을 이용한 접속 공정이 요구되지 않아 휘도 불균일을 방지하는 구조에서 표시 장치의 구조를 단순화할 수 있으며, 공정이 간소화된다.
셋째, 상부 발광 방식의 유기 발광 표시 장치의 구성을 변경하여 고휘도의 발광부와 고투과율의 투명부를 동시에 확보할 수 있다. 이를 통해 저전력 장수명의 고효율 발광부의 구동이 가능하여, 고기능성 투명 표시 장치의 구현이 가능하다.
넷째, 투과 전극 구조를 형성시 재료의 손실없이 제 1층과 제 2 층에 대해 각각 상이한 오픈 영역(개구부)을 갖는 마스크를 이용하거나 혹은 화소들의 일부 영역에 제한적으로 형성할 제 2 층에 대해서만 선택적으로 개구부를 갖는 마스크를 이용하여 투과 전극 구조를 이중 단차를 갖도록 형성함으로써, 장비를 추가하지 않고 각각 발광부와 투과부에 대해 균일한 이중 단차의 투과 전극 구조의 구현이 가능하다.
다섯째, 본 발명의 표시 장치의 투과 전극 구조는 캐소드 전극용 마스크에 개구 영역을 조정하여 형성할 수 있어, 장비의 추가없이 현재 이용 중인 공정 중의 증착 마스크를 이용할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 표시 장치의 원리를 개략적으로 나타낸 단면도
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표시 장치의 원리를 개략적으로 나타낸 단면도
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제 1 실시예 또는 제 2 실시예에 따른 표시 장치의 투과 전극 구조의 예를 나타낸 평면도
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 표시 장치의 원리를 개략적으로 나타낸 단면도
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 표시 장치의 투과 전극 구조의 예를 나타낸 평면도
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 표시 장치의 제 1 층 형성용 마스크를 나타낸 평면도
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 표시 장치의 발광부/투과부의 다양한 배치 형태에 따른 평면도
도 8은 도 7a~도 7c의 I~I' 선상의 단면도
도 9a 내지 도 9g는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도
도 10a 및 도 10b는 도 9e 공정에서 이용되는 마스크의 예를 나타낸 평면도
도 11은 도 9f 공정에서 이용되는 마스크의 예를 나타낸 평면도
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표시 장치의 원리를 개략적으로 나타낸 단면도
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제 1 실시예 또는 제 2 실시예에 따른 표시 장치의 투과 전극 구조의 예를 나타낸 평면도
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 표시 장치의 원리를 개략적으로 나타낸 단면도
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 표시 장치의 투과 전극 구조의 예를 나타낸 평면도
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 표시 장치의 제 1 층 형성용 마스크를 나타낸 평면도
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 표시 장치의 발광부/투과부의 다양한 배치 형태에 따른 평면도
도 8은 도 7a~도 7c의 I~I' 선상의 단면도
도 9a 내지 도 9g는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도
도 10a 및 도 10b는 도 9e 공정에서 이용되는 마스크의 예를 나타낸 평면도
도 11은 도 9f 공정에서 이용되는 마스크의 예를 나타낸 평면도
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 실질적으로 동일한 구성 요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 기술 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소 명칭은 명세서 작성의 용이함을 고려하여 선택된 것으로, 실제 제품의 부품 명칭과 상이할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도면에 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 본 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
본 발명의 다양한 실시예에 포함된 구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
본 발명의 다양한 실시예를 설명함에 있어, 위치 관계에 대하여 설명하는 경우에, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
본 발명의 다양한 실시예를 설명함에 있어, 시간 관계에 대한 설명하는 경우에, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예를 설명함에 있어, '제 1~', '제 2~' 등이 다양한 구성 요소를 서술하기 위해서 사용될 수 있지만, 이러한 용어들은 서로 동일 유사한 구성 요소 간에 구별을 하기 위하여 사용될 따름이다. 따라서, 본 명세서에서 '제 1~'로 수식되는 구성 요소는 별도의 언급이 없는 한, 본 발명의 기술적 사상 내에서 '제 2~' 로 수식되는 구성 요소와 동일할 수 있다.
본 발명의 여러 다양한 실시예의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 다양한 실시예가 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 표시 장치의 원리를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1 및 도 2와 같이, 본 발명에 따른 표시 장치는 복수의 화소를 갖는 기판(100)과, 상기 화소들 각각에 구비된 발광부(E)와 투과부(T)와, 상기 발광부(E)에 한해 구비된 유기 발광층(131, 132, 133)과, 상기 발광부(E)에 한해, 상기 유기 발광층(131)의 제 1면과 상기 기판(100) 사이에 구비된 반사 전극 구조(110) 및 상기 기판 상에 복수의 화소들을 채우며, 상기 유기 발광층의 제 2 면 상부에 위치하는 제 1 층(140)과, 상기 투과부를 제외한 영역에 상기 제 1층과 접하여 구비된 제 2 층(145)으로 이루어진 투과 전극 구조(1400)를 포함한다.
본 발명의 제 1 실시예와 제 2 실시예의 차이는 투과 전극 구조(1400)의 제 1층(140) 및 제 2 층(145) 중 어느 층이 상부에 위치하는가에 있는 것으로, 도 1과 같이, 본 발명의 제 1 실시예에서는 제 1층(140)이 유기 발광층(131, 132, 133)에 가깝게 하측에 위치하고 제 2 층(145)이 상측에 위치한 것을 나타내고, 도 2와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에서는 제 2 층(145)이 유기 발광층(131, 132, 133)에 가깝게 하측에 위치하고 제 1 층(140)이 상측에 위치한 것을 나타낸다. 제 1, 제 2 실시예에서 공통적으로 제 1 층(140)은 기판(100)의 발광부(E) 및 투과부(T)가 정의되는 액티브 영역(AA)에서 패터닝되지 않고 일체로 형성되며, 제 2 층(145)은 패터닝되어 적어도 발광부(E)에 대응되어 위치한다.
참고로 표시 장치에서, 액티브 영역(AA)이란 기판(100) 내에 복수개의 화소들이 구비되며 표시가 이루어지는 영역으로, 액티브 영역(AA) 외측에는 패드부를 포함하여 복수개의 연결 배선 등이 구비되며, 액티브 영역(AA) 외측은 베젤 또는 기구물에 가릴 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예 모두 투과 전극 구조(1400)은 공통적으로 제 1 층(140)과 제 2 층(145)이 접하여 있다. 이는 투과 전극 구조(1400)의 제 1 층(140)과 제 2 층(145)이 접하여, 유기 발광 소자(OLED)의 출사측의 일 전극으로 등전위를 이루기 위하며, 투과 전극 구조(1400)를 기판(100)의 전체 화소들에 걸쳐 동일 전위를 갖는 캐소드(cathode)로 이용하기 위함이다.
본 발명의 표시 장치에서, 발광부(E)에는 유기 발광 소자(OLED)가 형성되는 것으로, 유기 발광 소자(OLED)는 반사 전극 구조(110), 유기 발광층(131 또는 132 또는 133), 투과 전극 구조(1400)가 적층되어 이루어진다. 상기 반사 전극 구조(110) 및 유기 발광층(131, 132, 133)의 패턴화로 서로 다른 색을 발광하는 유기 발광층(131, 132, 133)이 나누어져 있어 각 유기 발광층(131, 132, 133)의 영역별로 수직 방향으로 서로 다른 색의 광을 발광하는 유기 발광 소자(OLED)가 형성되며, 각 유기 발광 소자는 서로 다른 박막 트랜지스터(미도시)에 접속되어 다른 구동 전류를 인가받아 독립적으로 동작할 수 있다.
반사 전극 구조(110)는 적어도 한 층의 반사 전극을 포함한 것으로, 반사 전극 상부 또는 하부 또는 상하부 모두에 투명 전극층을 더 포함할 수 있다. 그리고, 반사 전극 구조(110)는 박막 트랜지스터(TFT)와 전기적으로 연결되어 전기적 신호를 인가받으며, 이를 통해 해당 화소의 유기 발광 소자의 동작이 제어된다. 그리고, 반사 전극 구조(110)는 일종의 애노드(anode)로 기능한다.
그리고, 도 1 및 도 2는 개략적으로 도시된 것으로, 유기 발광 소자(OLED) 내에 반사 전극 구조(110)와 투과 전극 구조(1400) 사이에 단일층의 유기 발광층(131 또는 132 또는 133)만이 도시된 것으로 나타나나, 이에 한하지 않으며, 유기 발광층(131, 132, 133)의 층과 상기 반사 전극 구조(110)의 층간 사이 및 유기 발광층(131, 132, 133)의 층과 상기 투과 전극 구조(110)의 층간 사이에 정공 또는 전자의 수송에 관여하는 수송층이나 혹은 버퍼층이 더 구비될 수 있다. 예를 들어, 수송층의 예로, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 저지층, 정공 저지층, 전자 수송층 및 전자 주입층이 있다. 그리고, 이들 수송층 혹은 버퍼층은 유기층으로, 마스크없이 증착될 수 있으며, 이에 따라 발광부(E) 뿐만 아니라 투과부(T)에까지 형성될 수 있다. 상기 수송층 혹은 버퍼층은 투명한 층들이다.
한편, 본 발명의 표시 장치에 있어서, 상기 제 2층(145)은 반투과성(translucency)을 갖는 금속으로 이루어지며, 상기 제 1층(140)은 투과성 또는 반투과성을 갖는 금속으로 이루어진다. 제 1 층(140)이 반투과성을 갖는 금속으로 이루어질 때, 제 2 층(145)과 동일한 성분으로 형성될 수도 있지만, 이에 한하지 않으며, 다른 종류의 반투과성 금속으로 형성할 수도 있다. 어느 경우나 발광부(E)에 위치하는 제 2 층(145)은 발광부(E)의 반사 전극 구조(110)와 투과 전극 구조(1400)가 대면하여 반사 간섭을 일으켜 투과 전극 구조(1400)를 통해 출사되는 광 추출 효과를 향상시키며, 제 1 층(140)은 투과부(T)에서 광의 투과에 영향을 미치지 말아야 한다. 이를 위해, 상기 제 1, 제 2층(140, 145)의 두께 및 성분이 제한된다.
한편, 본 발명의 표시 장치에서, 제 1, 제 2 층(140, 145)을 포함하여 투과 전극 구조라 한 이유는 이들이 출사측에 가깝게 위치하며, 실질적으로 유기 발광층(131, 132, 133)에서 나오는 광을 출사시키기 때문이다.
발광부(E)에서 유기 발광층(131, 132, 133)은 상하 방향 모두로 광을 발광하는데, 이 중 상부로 향하는 광은 제 1, 제 2 층(140, 145)으로 적층된 투과 전극 구조(1400)을 통해 직접 출사되고, 하부로 향하는 광은 반사 전극 구조(110)에서 반사되어 다시 투과 전극 구조(1400)를 통해 출사될 수 있다.
여기서, 제 1 층(140) 및 제 2 층(145) 또는 제 1, 제 2 층(140, 145) 중 적어도 제 2 층(145)이 반투과성을 가질 때 반사 전극 구조(110)와 투과 전극 구조(1400) 사이에 발광부(E)에서 선택적으로 패브리 페로(Fabry-Perot) 반사 간섭에 의해 투과 전극 구조(1400)에서 광의 추출 효율을 높일 수 있다.
투명 표시 장치에 있어서, 일반적으로 출사 측의 전극은 등전위를 위해 복수개의 화소들에 동일 두께로 공유되어 있어, 투과부에도 상기 출사 측의 전극이 구비되는데, 만일 출사 측의 전극이 두껍게 되면 투과부의 투명도가 떨어지는 문제가 있다. 투과부의 투명도를 높이기 위해 상기 출사 측의 전극을 얇게 하면, 출사 측의 전극의 저항이 늘어나 휘도 불균일을 일으키는 문제가 있고, 또한 투과부의 투명도는 늘어날 수 있으나 발광부 측의 캐비티(cavity)가 떨어져 발광부를 통해 출사 측으로 나가는 광 추출량이 떨어져 전체 표시 장치의 효율이 떨어지는 문제도 발생한다.
본 발명의 표시 장치는 이를 개선한 것으로, 발광부(E)에서 유기 발광층(131, 132, 133)에서 방출하는 광은 반사 전극 구조(110)와 제 1, 제 2 층(140, 145) 적층의 투과 전극 구조(1400) 사이에서 간섭되며, 높은 효율로 추출될 수 있다.
이 때, 반사 전극 구조(110)과 투과 전극 구조(1400) 사이에서 광의 간섭 및 공진으로 나타나는 광추출 효율은 반사 전극 구조(110)의 실제 반사 전극층과 투과 전극 구조(1400)의 반투과성 금속이 대면하는 표면 사이의 거리 및 유기 발광층(131, 132, 133)의 위치에 따라 상이하다.
본 발명의 표시 장치는 투과 전극 구조(1400)를 적어도 이중의 구조를 갖도록 하여, 발광부(E)에서는 제 1, 제 2 층(140, 145)을 증착하여 광 추출 효율을 높이며, 상대적으로 투과부(T)에서는 투명 표시를 위해 얇은 두께의 상기 제 1 층(140)만 남겨 투과부(T)에서 투과 전극 구조(1400)의 제 1 층(140)에서 차폐되는 광량이 없도록 하여 광의 투과율을 높임과 동시에, 투과 전극 구조(1400) 내에서 전극의 오픈된 영역없이 균일한 전위를 확보하여 휘도 불균일을 방지한 것이다.
이하에서는 제 1 층(140)과 제 2 층(145)이 동일한 반투과성 재료로 이루어진 경우와 그렇지 않은 경우에 대해 설명한다.
(1) 제 1, 제 2 층(140, 145)이 반투과성 금속으로 이루어진 경우:
광이 추출되는 측인 투과 전극 구조(1400)에서 제 1, 제 2 층(140, 145)의 성분에 따라 유기 발광 소자 내 공진 거리가 상이할 수 있다. 예를 들어, 제 1 층(140) 및 제 2층(145)이 동등 유사한 반투과성 금속으로 이루어질 때, 도 1, 도 2 모두 반사 전극 구조(110)의 상부 표면과 투과 전극 구조(1400)의 가장 하부 표면(도 1에서는 제 1층 하부 표면, 도 2에서는 제 2 층 하부 표면) 사이에서 간섭에 의한 공진이 발생한다. 이 경우, 상기 제 1층(140) 및 제 2 층(145)을 이루는 반투과성 금속은 전도성이 높은 제 1 금속과 상기 제 1 금속의 응집을 방지하는 제 2 금속의 합금을 포함할 수 있다. 그리고, 제 1 금속의 예로는 Ag일 경우, 제 2 금속으로는 Yb 또는 Mg 일 수 있다. 제 1 금속과 제 2 금속으로 제시된 Ag, Yb, Mg는 일 예로, 유기 발광 소자의 유기 발광층 혹은 유기 공통층과 접하는 계면에서 전자 주입의 배리어가 크지 않고, 전체 투과 전극 구조(1400)에서 반투과성을 유지하고 등전위를 유지할 수 있다면 다른 금속으로 변경될 수 있다. 예를 들어, 등전위 관점에서 제 1층, 제 2층(140, 145)을 반사 투과성 금속(합금)인 AgMg로 할 때, 각각 제 1, 제 2 층(140, 145)은 대략 5nm까지 두께를 낮출 수 있으나, 하기의 설명과 같이 R, G, B 전체의 색 순도 및 색밸런스 및 효율을 모두 고려하여 선택한다.
예로 든 제 1 층(140), 제 2 층(145)이 각각이 Ag와 Mg, 혹은 Ag와 Yb, 혹은 Ag, Mg, Yb 의 합금으로 이루어진 경우, 반투과성(반사 투과성)을 유지하기 위해 제 1, 제 2 층(140, 145)의 적층으로 이루어지는 투과 전극 구조(1400)의 총 두께는 10nm 이상이어야 하며, 27nm를 넘지 않아야 한다. 그리고, 이 경우, 발광부(E)와 투과부(T)에 공통적으로 형성되는 제 1 층(140)의 두께는 투과부(T)에서 투과성을 저해하지 않도록 4nm 내지 12nm인 것이 바람직하며, 발광부(E)에 한해 형성되는 제 2층(145)의 두께는 발광부(E)에서 반사 전극 구조(110)와 투과 전극 구조(1400) 사이의 최적의 캐비티(cavity)를 통해 충분한 발광 효율을 얻기 위해 6nm 내지 15nm의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 만일 제 1 층(140)의 두께가 4nm 미만이면 투과부(T)의 자체 광 투과성은 높일 수 있지만 너무 얇아 공정성이 확보되지 않아 액티브 영역(AA) 전체에 형성되는 제 1 층(140)이 불균일할 수 있으며, 전체 투과 전극 구조(1400)에서 등전위가 조성되지 않을 수 있다. 또한, 반투과성 금속으로서 제 1 층(140)의 두께가 15nm 이상 넘게 되면, 투과부(T)에서 차광량이 커 투명 표시 장치에서의 투명성이 온전히 확보되지 않는다.
한편, 상기 발광부(E)에서는 제 1 층(140)과 함께 제 2 층(145)이 적층되어 캐소드로 기능하며, 따라서, 발광부(E)에서 제 1층(140) 및 제 2 층(145)을 합한 투과 전극 구조(1400)의 총 두께 10nm 내지 27nm 에서 적색, 녹색 및 청색이 골고루 최적의 캐비티(cavity)를 얻을 수 있다. 예를 들어, 반사 투과성 전극의 제 1, 제 2 층(140, 145)의 적층인 투과 전극 구조(1400)의 총 두께가 10nm 미만일 경우, 상부로 발광 출사되는 발광 효율이 떨어지며 특히 적색과 같은 장파장의 효율이 상대적으로 다른 파장 대비 떨어져 색 균형이 떨어지며, 총 두께가 27nm을 넘는 경우에도, 상부로 발광 출사되는 발광 효율이 떨어지며 청색과 같은 단파장의 효율이 상대적으로 다른 파장 대비 떨어져 이 경우 역시 색 균형이 떨어지는 문제가 있다. 즉, 발광부(E)에 대한 제 1, 제 2 층(140, 145)의 적층인 투과 전극 구조(1400)의 총 두께 10nm 내지 27nm 의 범위는 발광부(E)의 출사되는 광의 백색의 밸런스와 효율이 고려된 것이다.
상기 제 1 층(140), 제 2 층(145)은 동일한 반사 투과성 금속 또는 반사 투과성 합금 성분으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제 1층(140)과 제 2 층(145)에 대해 제 1, 제 2 금속의 합금으로 형성한다고 할 때, 제 1 금속은 Ag로 동일하게 하고, 제 2 금속을 달리하여 다른 합금으로 구성할 수도 있다. 여기서, 상기 제 1 층(140), 제 2 층(145)이 공통적으로 제 1 금속으로 Ag를 포함한 합금인 경우, 상대적으로 제 2 금속이 제 1 금속보다 적은 원자비를 갖게 되며, 이는 투과 전극 구조(1400) 면적 전체의 고른 등전위를 위해, 전체 면적에서 고른 고전도성을 유지하기 위함이다. 또한, 제 1, 제 2 층(140, 145)이 모두 반투과성의 합금일 때, 발광부(E)와 투과부(T)에 걸쳐 형성된 상기 제 1 층(140)의 두께가 상기 제 2 층(145)보다 얇은 것이 바람직하다. 이는 전체 투과 전극 구조(1400)에서 고른 등전위를 유지함과 함께 투과부(T)에서 투과율을 높이고자 함이다.
이하의 표 1, 2를 통해 투과 전극 구조에서 발광부에서 제 1, 제 2층(140, 145)을 적층시켜 반사성 금속(합금)의 두께를 늘린 이유를 설명한다.
하기 표 1의 실험예들은 청색 발광 영역(B_E)에서, 투과 전극 구조(1400)를 AgMg로 하고 그 두께를 140 Å 로 하며, 발광층 하측의 정공 수송층의 두께를 변화시키며, 효율 및 색좌표를 검토한 것이며, 표 2의 실험예들은 표 1과 비교하여 투과 전극 구조(1400)를 동일한 AgMg로 하고, 두께만 70 Å 로 하며, 발광층 하측의 정공 수송층의 두께를 변화시키며, 효율 및 색좌표를 검토한 것이다.
청색 발광의 순도를 고려하여, CIEy값이 0.072인 실험예 4와 실험예 9를 비교하면, 동일한 색좌표 CIEy 값을 갖지만 효율에서 AgMg의 두께가 얇은 실험예 9에서 28% 이상 효율이 떨어짐을 알 수 있다. 즉, 발광부에서 색순도를 고려한 색좌표 값과 효율 모두 고려하여 반사 투과성 금속(합금)으로 이루어지는 투과 전극 구조(1400)의 총 두께는 대략 10nm (100Å ) 내지 27nm(270 Å )의 두께를 요한다. 따라서, 본 발명의 제 1, 제 2 실시예에 따른 표시 장치는 제 1 층(140)과 제 2 층(145)은 동일 또는 유사한 반사 투과성 금속(합금)으로 할 때, 두 층의 총 두께 범위를 대략 10nm (100Å) 내지 27nm(270 Å )의 두께를 요한다.
| 실험예 | 캐소드-AgMg (140Å ) | |||
| 정공수송층두께(nm) | 효율(%) | CIEx | CIEy | |
| 1 | 10 | 14.3 | 0.144 | 0.054 |
| 2 | 20 | 33.5 | 0.143 | 0.053 |
| 3 | 30 | 65.2 | 0.139 | 0.057 |
| 4 | 40 | 100.0 | 0.132 | 0.072 |
| 5 | 50 | 119.0 | 0.120 | 0.112 |
| 6 | 60 | 119.4 | 0.105 | 0.191 |
| 실험예 | 캐소드-AgMg (70Å ) | |||
| 정공수송층두께(nm) | 효율(%) | CIEx | CIEy | |
| 7 | 10 | 24.2 | 0.142 | 0.062 |
| 8 | 20 | 50.1 | 0.139 | 0.066 |
| 9 | 27 | 71.9 | 0.136 | 0.072 |
| 10 | 30 | 83.0 | 0.135 | 0.075 |
| 11 | 40 | 112.1 | 0.130 | 0.093 |
| 12 | 50 | 126.9 | 0.124 | 0.125 |
(2) 제 1층이 투명 전극, 제 2 층이 반투과성 금속인 경우:
제 1 층(140)과 제 2 층(145)을 서로 달리할 때, 액티브 영역(AA)에 전면 형성하는 상기 제 1 층(140)은 인듐(In), 티타늄(Ti), 아연(Zn), 주석 (Sn) 중 적어도 하나의 금속을 포함한 투명 산화물(transparent oxide)로 포함한 투명 전극으로 형성할 수 있다. 예를 들어, 제 1 층(140)이 ITO(Indium Tin Oxide)나 IZO(Indium Zinc Oxide)와 같이 투명 전극으로 이루어진 경우, 상술한 투과부(T)에 대해 반투과성의 Ag의 합금으로 제 1층(140)이 이루어진 경우 대비, 투과율이 높아 제 1 층(140)이 Ag 합금인 경우 대비 두께를 늘릴 수 있다. 그리고, 제 1 층(140)이 투과성의 투명 전극일 때, 이 경우, 제 1 층(140)의 두께는 30nm 내지 120nm으로 하는 것이 바람직하다. 이는 공통적으로 발광부(E)와 투과부(T)에 대해 구비된 제 1 층(140)이 상대적으로 금속 대비 전도율이 떨어지는 투명 산화물 금속으로 이루어지는 경우, 30nm 이상의 충분한 두께로 구비하여 큰 면적의 투과 전극 구조(1400)에서 저항이 증가된 영역이 발생하지 않고 고른 등전위를 형성하기 위함이며, 또한, 투명 전극 내의 광 흡수를 방지하도록 120nm 두께 이하로 한다. 그리고, 이 경우, 제 2층(145)은 원자비가 큰 제 1 금속은 Ag와 같이 고전도성의 금속으로 하고, 제 2 금속은 상기 제 1 금속의 응집을 방지하는 Mg나 Yb 등을 포함시켜 제 1, 제 2 금속의 합금으로 형성할 수 있다. 이 때, 제 2 금속은 한 종류 이상 포함될 수 있다.
이와 같이, 제 1 층(140)은 투과성 투명 전극으로, 제 2 층(145)은 반투과성 전극으로 형성할 경우에도 제 1 층(140), 제 2 층(145)은 서로 접한 상태를 유지한다면 제 1 층(140)이 하부에 위치하거나 상부에 위치하거나 투과부(T)의 투과율 특징, 발광부(E)의 고효율 특성 및 투과 전극 구조(1400)의 등전위 특성에서 앞서 설명한 (1)의 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
한편, 이 경우 (제 1 층이 투과성 투명전극으로 이루어지고, 제 2 층이 반투과성 금속의 합금으로 이루어진 경우), 유기 발광 소자(OLED)에서 발광되는 되는 광이 반투과성 금속 합금의 제 2층(145)의 하면과 반사 전극 구조(110)의 상면 사이에서 반사 공진되어 최종적으로 높은 광 추출효율로 투과 전극 구조(1400)를 통해 출사되도록 반사 투과성의 제 2 층(145)이 제 1 층(140)보다 하측에 위치하는 것이 바람직하다. 이는 투명한 제 1 층(140)보다 반투과성의 제 2층(145)이 반사 전극 구조(110)와 미세 공진을 보다 높은 효율로 일으키기 때문이다. 이 경우, 상기 반사 투과성의 제 2층(145)은 유기 발광 소자(OLED)의 유기 발광층 또는 유기 공통층과 접할 수 있으며, 제 1층(140)은 캐핑층(도 8의 160 참조)와 접할 수 있다.
또한, 발광부(E)에 선택적으로 형성된 제 2 층(145)은 발광부(E)에 구비되는 유기 발광 소자(OLED)의 출사되는 광량에 직접적으로 영향을 미치는 것으로, 상기 제 2 층(145)의 두께는 광추출을 고려하여 10nm 내지 27nm로 한다. 이 때, 상기 발광부(E)에서 제 2층(145) 상측의 투명한 제 1층(140)은 상기 제 2층(145)을 통과한 광이 그대로 출사하게 하며, 이 점에서 그 두께는 30nm 내지 120nm가 적합하다. 여기서, 제 2 층(145)은 예를 들어, Ag와 Mg, 혹은 Ag와 Yb, 혹은 Ag, Mg, Yb 의 합금으로 이루어질 수 있다.
이하의 표 3, 4를 통해 투과 전극 구조에서 제 1 층(140)을 투명 전극으로 하고, 제 2층(145)을 반사 투과성 전극으로 할 때, 상술한 두께 범위를 택한 이유를 추가로 설명한다.
하기 표 3의 실험예들은 비교예로서 청색 발광 영역(B_E)에서, 투과 전극 구조, 즉, 캐소드를 IZO(Indium Zinc Oxide)로 하고 그 두께를 300 Å 로 하며, 발광층 하측의 정공 수송층의 두께를 변화시키며, 효율 및 색좌표를 검토한 것이며, 표 4의 실험예들은 본 발명의 제 1, 제 2 실시예의 (2)의 적용예로서, 제 2층(145)을 AgMg 로 하여 두께 140Å 로 적용하고, 제 1 층(140)을 IZO으로 하여 두께 300Å 으로 적용하여 투과 전극 구조(1400)로 한 것으로, 각각 발광층 하측의 정공 수송층의 두께를 변화시키며, 효율 및 색좌표를 검토한 것이다.
| 실험예 | 캐소드-IZO(300Å ) | |||
| 정공수송층두께(nm) | 효율(%) | CIEx | CIEy | |
| 13 | 10 | 32.0 | 0.137 | 0.088 |
| 14 | 20 | 55.4 | 0.134 | 0.097 |
| 15 | 30 | 78.2 | 0.132 | 0.107 |
| 16 | 40 | 94.7 | 0.131 | 0.117 |
| 17 | 50 | 101.8 | 0.130 | 0.131 |
| 18 | 60 | 99.8 | 0.129 | 0.150 |
| 19 | 70 | 90.3 | 0.127 | 0.179 |
| 20 | 80 | 77.0 | 0.126 | 0.215 |
| 실험예 | 캐소드-AgMg(140 Å)/IZO(300Å) | |||
| 정공수송층두께(nm) | 효율(%) | CIEx | CIEy | |
| 21 | 10 | 15.0 | 0.142 | 0.057 |
| 22 | 20 | 33.9 | 0.141 | 0.056 |
| 23 | 30 | 64.2 | 0.139 | 0.059 |
| 24 | 40 | 97.7 | 0.133 | 0.072 |
| 25 | 50 | 114.5 | 0.123 | 0.107 |
| 26 | 60 | 117.4 | 0.110 | 0.180 |
| 27 | 70 | 111.8 | 0.101 | 0.292 |
| 28 | 80 | 94.4 | 0.113 | 0.403 |
위의 표 3의 결과를 살펴보면 표시 장치에서, IZO(Indium Zinc Oxide)로 캐소드를 구성한 경우, 어느 경우나 CIEy 색좌표 0.072 보다 큰 값의 CIEy를 나타내는 것으로, 이는 청색 발광 구현시 순수 청색의 발광이 어렵고 이보다 장파장으로 전이되어 색표시됨을 의미한다. 즉, 투명 표시 장치의 투명성을 위해 캐소드로 IZO의 단일만 이용한 경우 순수한 색표시가 어려우며, 표현할 수 있는 색역이 줄어듦을 의미한다. 또한, 표 3과 같이, 단일의 IZO층으로만 캐소드를 형성할 때, 발광 영역에서 동일한 도펀트를 적용하여서는 정공 수송층의 두께를 조절하여도 동일한 색순도를 갖는 색 표현 구현이 어려움을 예상할 수 있다.이를 개선하도록 본 발명의 표시 장치는 표 4와 같이, 반사 투과성의 제 2층(145)으로 AgMg로 구성하고, 투명 전극으로 제 1층(140)으로 IZO를 구성하고, 적어도 발광부에서 AgMg의 반사 투과성 제 2층(145)을 포함시켜, 실험예 24와 같이, CIEy 값으로, 순수 청색이 가능한 0.072에 해당하는 값을 도출할 수 있다.
또한, 표 4의 실험예 24와 표 1의 실험예 4와 비교시 효율 편차가 2.8%로서 거의 효율 저하가 나타나지 않음을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 제 1, 제 2 실시예의 (2)의 적용예로서, 제 2층(145)을 AgMg 로 하여 두께 140Å로 적용하고, 제 1 층(140)을 IZO으로 하여 두께 300Å 으로 적용하여 투과 전극 구조(1400)로 한 것으로, 이와 같이 이층 구조의 투과 전극(1400)을 형성시 제 2 층(145)은 패턴화되어 투과부(T)에서 제거되어, 표 1의 실험예들 대비 투명성을 유지할 수 있는 이점도 확보할 수 있다.
실험된 예는 청색을 기준으로 설명했지만, 투과부와 발광부에 대해 반사 투과성이나 투명 전극 단일 구조의 캐소드를 이용시 위와 동일한 문제가 나타나며, 투과부와 발광부의 캐소드 구조(투과 전극 구조)를 달리하여 투과부에서 투명성을 향상시키고 발광부에서 효율과 색순도를 모두 확보할 수 있는 이 점에서 일반적인 투명 표시 장치의 문제를 해결한 점에서 의의가 있다.
한편, 본 발명의 제 1, 제 2 실시예에 따른 표시 장치에서, 각각 발광부(E) 및 투과부(T)에서 투과 전극 구조(1400)의 제 2 층(145)의 적용 여부에 차이가 있으므로, 제 2 층(145)을 형성함에 있어서, 적어도 발광부(E)의 영역을 오픈하는 마스크를 이용하여, 오픈된 영역에 선택적으로 반투과성 금속 물질 또는 반투과성 금속의 합금을 증착시켜 선택적으로 투과부(T)를 제외하여 발광부(E)에 제 2 층(145)을 형성할 수 있다. 상기 제 2 층(145)이 갖는 최소 면적은 발광부(E)에서 직접적으로 발광이 일어나는 영역, 예를 들어, 유기 발광층(131, 132, 133)이 형성된 영역일 수 있으며, 가능한 최대 면적은 투과부(T)를 제외한 액티브 영역의 전체일 수 있다. 이 경우, 제 2 층(145)이 최대 면적을 가질 때, 제 2 층(145)이 위치하는 영역은 상기 발광부(E)의 발광 영역들과, 도 3a와 같이, 발광부(E) 내의 서로 다른 유기 발광층(131, 132, 133)의 영역 및 발광부(E)와 투과부(T)의 경계를 구분하는 뱅크(도 3의 120 참조)를 합한 영역이다.
한편, 본 발명의 표시 장치에서 액티브 영역(AA)이란 기판(100)에 화소(P)들이 배치된 영역으로 발광부(E)와 투과부(T) 및 발광부(E)와 투과부(T) 사이에 뱅크(120)가 형성된 영역을 포함한다. 기판(100)의 액티브 영역 외측으로는 패드부가 구비될 수 있으며, 패드부는 기판(100)의 일 변 또는 복수의 변에 대응되어 구비될 수 있다. 패드부는 패드 전극들과 이에 연결된 연결 배선을 포함하는 것으로, 차광 재질의 테이프나 필름 구성으로 가리거나 혹은 기구적으로 가릴 수도 있다.
또한, 투과부(T)의 구성에 대해 설명하면, 이 부위는 발광부(E)에 제 1 전극(110)부터 제 1층(140) 및 제 2 층(145)의 투과 전극 구조(1400)의 수직 구조와 비교하여, 제 2 층(145)없이 제 1 층(140) 단일만 구비된 것이며, 이 때, 투과부(T)의 구성으로 남겨진 단일의 제 1 층(140)은 재료적으로 투명하거나 반투과성을 가지나 매우 얇아 광의 통과가 자유로운 것으로, 상기 투과부(T)의 구비를 통해 본 발명의 표시 장치는 투명 표시(Transparent Display)가 가능하다. 그리고, 투명 표시의 투과율을 높이기 위해 투과 전극 구조(1400)의 상부에 위치하여 유기 발광 소자(OLED)의 봉지를 담당하는 봉지층 혹은 대향 기판 측에 편광판을 생략할 수 있다.
한편, 상기 유기 발광 소자(OLED)에서 도시된 유기 발광층(131, 132, 133)과 같이, 마스크를 통해 선택적으로 패터닝된 구성 외에 유기 공통층을 더 포함하는 경우에는 상기 유기 공통층은 투과부(T)에까지 연장되어 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2은 개략적으로 도시되어 제 1 층(140)과 기판(100)의 표면 사이의 층간은 비워져 있는 것으로 나타나 있으나, 투과부(T) 역시 유기 발광 소자(OLED)의 형성 공정에서 함께 형성되는 것으로, 투과부(T)는 상대적으로 발광부(E) 대비 반사 전극 구조(110), 유기 발광층(131, 132, 133) 및 제 2 층(145)이 부재하므로, 발광부(E)의 상부 표면보다 낮은 상부 표면을 가질 수 있다. 이에 대해서는 도 7의 단면도를 참조하여 후술한다. 실제 장치에 구현시 도 1, 2의 실시예들에서, 도시된 투과부(T)에서 제 1 층(140)과 기판(100) 사이는 유기 공통층들이 채워지고, 실질적으로 제 1 층(140)은 유기 공통층과 접할 수 있다. 또한, 도 1에서는 제 1 층(140)이 발광부(E)와 투과부(T)에서 연속적인 점을 나타내기 위해, 제 1 층(140)과 캐핑층(160) 사이에 공간이 있는 것처럼 도시되어 있으나, 상기 캐핑층(160)은 투과부(T)에서 제 1 층(140)에 바로 접할 수 있다. 경우에 따라, 상기 제 1 층(140)은 제 1 층(140)의 하면에, 유기 발광층이나 유기 공통층 외의 전자 주입 용도로 형성되는 LiF 등의 무기 공통층과 접할 수도 있다.
또한, 상기 투과 전극 구조(1400)로 형성된 표면에는 투명한 유기물 성분의 캐핑층(160)이 더 형성되어 투과 전극 구조(1400)의 표면을 보호함과 함께, 광추출을 향상하고 외광에 대한 신뢰성을 가질 수 있다. 여기서, 외광에 대한 신뢰성이란 가시 광선뿐만 아니라 UV에 의해 유발될 수 있는 유기 발광 소자에서의 경시적인 변화를 방지함을 의미한다.
이하, 본 발명의 제 1, 제 2 실시예에 따른 표시 장치의 투과 전극 구조의 예를 살펴본다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제 1 실시예 또는 제 2 실시예에 따른 표시 장치의 투과 전극 구조의 예를 나타낸 평면도이다. 하기의 예들은 제 1 실시예와 제 2 실시예에서 모두 가질 수 있는 투과 전극 구조의 예이다.
도 3a에 따른 투과 전극 구조(1400)의 제 1 예는, 기판의 액티브 영역에서, 제 1 층(140)과 제 2 층(145)이 적층되는 부위는 투과부(T: T1, T2, T3)를 제외한 영역으로 한 것으로, 이는 제 1, 제 2층(140, 145)의 적층된 구성이 단순히 발광부(E: R_E, G_E, B_E)에 한하는 것이 아니라 보다 확장되어 발광부(E: R_E, G_E, B_E)와 투과부(T: T1, T2, T3) 사이의 영역에도 연결부를 구비하여, 제 1, 제 2 층(140, 145)의 이층 구성이 평면상에서 매트릭스 상으로 연속성을 갖고 형성된 형태를 나타낸다. 이 경우, 제 1 층(140)은 액티브 영역 전체에 형성되며, 제 2 층(145)은 투과부(T:T1, T2, T3)를 제외한 액티브 영역에 형성된다. 즉, 제 2 층(145)은 투과부(T: T1, T2, T3)와 발광부(E: R_E, G_E, B_E)를 사이의 배선 등을 차광하는 뱅크(도 6a의 120 참조) 영역을 포함하여, 발광부(E: R_E, G_E, B_E) 상에도 형성되는 것이다. 그리고, 제 2 층(145)은 도 5a의 제 2 층 형성 부위(마름모꼴의 발광부와 이들은 연결하는 연결부)에 대하여 개구부를 갖는 증착 마스크를 이용하여 개구부를 통해 제 2 층 형성용 전극을 증착하여 형성될 수 있다.
도 3b에 따른 투과 전극 구조(1400)의 제 2 예는, 1, 제 2 층(140, 145)이 함께 적층되는 부위를 발광부(E: R_E, G_E, B_E)에 한한 것으로, 이 경우, 발광부(E: R_E, G_E, B_E)를 제외한 나머지 영역은 단일층의 제 1 층(140)만 구비되는 것이다. 이 경우, 제 2 층(145)은 도 3b의 제 2 층 형성 부위(마름모꼴의 발광부)에 대하여 개구부를 갖는 증착 마스크를 이용하여 개구부를 통해 제 2 층 형성용 전극을 증착하여 형성될 수 있다.
두 가지 예 모두 투과 전극 구조(1400)의 제 1 층(140)은 전체 화소들에 걸쳐 형성되는 것으로, 이를 통해 균일한 등전위가 확보된다. 그리고 이 경우 제 1 층(140)이 얇은 두께나 반투과성 높은 저항을 갖는 투명 산화물 전극으로 이루어지는 경우에도 적어도 발광부(E: R_E, G_E, B_E)에 대해 고전도성의 반투과성 전극인 제 2 층(145)을 일정 두께로 구비하여 대면적 캐소드에서 발생될 수 있는 휘도 불균일을 해결할 수 있다.
또한, 적어도 발광부(E: R_E, G_E, B_E)에 대응하여서는 반투과성 전극의 제 2 층(145)을 구비하여 이 부위에서 패브리 페로(Fabry-Perot) 반사 간섭에 의해 투과 전극 구조(1400)에서 광의 추출 효율을 높일 수 있다. 동시에 투과부(T)는 적어도 단일층이며 얇은 두께의 반투과성 전극 혹은 투명 전극을 구비하여 투명 표시에서 투과율을 높일 수 있다.
경우에 따라, 제 1 실시예와 제 2 실시예의 제 2 층(145)이 도 3a 및 도 3b의 배치 형태로 제한되지 않고, 각각 발광부(E: R_E, G_E, B_E)와, 발광부(E: R_E, G_E, B_E)와 투과부 (T1, T2, T3) 사이의 영역의 일부분만 중첩하여 배치될 수도 있고, 혹은 서로 다른 색의 발광부에서 그 주변의 중첩 영역과의 면적을 달리할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 표시 장치의 원리를 개략적으로 나타낸 단면도이며, 도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 표시 장치의 투과 전극 구조의 예를 나타낸 평면도이다.
도 4 및 도 5와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 표시 장치에서 투과 전극 구조(1400)는 발광부(E)에는 반투과성의 금속 또는 반투과성 합금의 제 2 층(145)만이 존재하고, 투과부(T)에는 투명 전극의 제 1 층(140)만이 존재하는 것으로, 제 1 층(140), 제 2 층(145)이 모두 기판(100)의 액티브 영역(AA) 내에서 패턴화 된 점에서 앞에서 설명한 제 1, 제 2 실시예와 차이를 갖는다.
도 5와 같이, 기판(100)은 액티브 영역(AA)에서 복수개의 화소를 구비하며, 각 화소는 서로 다른 색을 발광하는 복수개의 발광부(E: R_E, G_E, B_E)를 포함하고, 발광부(E)와 이격하여 투과부(T1, T2, T3)를 갖는다. 그리고, 발광부(E: R_E, G_E, B_E)들 사이 사이와, 발광부(E: R_E, G_E, B_E) 와 투과부(T1, T2, T3) 사이의 영역은 뱅크(120)가 구비되어, 서로 간의 영역을 구분할 수 있다.
또한, 복수의 화소를 갖는 기판(100) 상에, 상기 발광부(E: R_E, G_E, B_E)에 한해 구비된 유기 발광층(131, 132, 133)과, 상기 발광부(E)에 한해, 상기 유기 발광층(131)의 제 1면과 상기 기판(100) 사이에 구비된 반사 전극 구조(110) 및 상기 기판(100) 상에 복수의 투과부(T1, T2, T3)에 대응된 제 1 층(140)과 상기 발광부(E: R_E, G_E, B_E)에 대응된 제 2 층(145)으로 이루어진 투과 전극 구조(1400)를 갖는다.
여기서, 상기 제 1 층(140)은 투명 전극이며, 상기 제 2 층(145)은 반투과성 금속 또는 반투과성 합금으로 이루어지며, 도 5와 같이, 발광부(E: R_E, G_E, B_E)들 사이 사이와, 발광부(E: R_E, G_E, B_E) 와 투과부(T1, T2, T3) 사이의 뱅크(120)가 위치하는 부위에 한해 상기 제 1 층(140)과 제 2 층(145)이 적층되어 구비된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1, 제 2 층(140, 145)의 적층 영역은 뱅크(120) 전체와 중첩할 수도 있고, 뱅크(120)의 일부에만 중첩할 수도 있다. 이 경우, 발광부(E: R_E, G_E, B_E)와 투과부(T: T1, T2, T3)는 도 4와 같이, 각각 제 2층 (145) 및 제 1 층(140)의 단일층이 구비된다.
이러한 본 발명의 제 3 실시예에 따른 표시 장치는 투과부(T: T1, T2, T3)에서는 투과 효율을 높이기 위해 투명한 투명 금속의 제 1층(140)으로만 투과 전극 구조(1400)가 구비되고, 발광부(E: R_E, G_E, B_E)는 cavity가 고려된 최적의 공진 효율을 고려한 소정 두께의 반투과성 금속 또는 반투과성 합금의 제 2 층(145)으로만 이루어진다. 각각 제 1 층(140)은 30nm 내지 120nm의 두께로, 인듐(In), 티타늄(Ti), 아연(Zn), 주석 (Sn) 중 적어도 하나의 금속을 포함한 투명 산화물(transparent oxide)로 이루어지며, 제 2층(145)은 Ag, Mg, Yb 중 어느 하나의 금속 또는 Ag와 Mg, 혹은 Ag와 Yb, 혹은 Ag, Mg, Yb 의 합금으로 10nm 내지 27nm의 두께로 이루어질 수 있다.
발광부(E)에서 제 2 층(145)의 단일층을 가지며, 이 두께는 총 두께 10nm 내지 27nm 에서 적색, 녹색 및 청색이 골고루 최적의 캐비티(cavity)를 얻을 수 있다. 예를 들어, 반사 투과성 전극의 제 2층(145)으로만 이루어지는 발광부(E)에서 제 2층(145)의 두께가 10nm 미만일 경우, 성막 안정성이 떨어져 발광부(E)에서 표면 불균일로 광 추출 효율을 안정적으로 얻을 수 없으며, 제 2층(145)의 두께가 27nm을 넘게 되면 cavity의 장파장의 효율이 상대적으로 높아져 백색 밸런스의 불균일이 심해지는 문제가 있어, 상기 제 2층(145)의 두께는 10nm 내지 27nm로 한다.
한편, 본 발명의 제 3 실시예의 표시 장치와 제 1, 제 2 실시예에 따른 표시 장치의 차이점은 제 1 층(140)이 패턴화가 되는가의 여부이며, 설명하지 않은 나머지 사항은 동일하게 한다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 표시 장치의 제 1 층 형성용 마스크를 나타낸 평면도이다.
도 6과 같이, 상기 제 1층(140)을 패턴화를 위한 마스크(250)는 도 5의 투과부(T1, T2, T3)에 대해 개구부(252)를 갖고 나머지 영역에 대해 차단부(251)를 갖는 형태를 갖는다. 상기 개구부(252)는 투과부(T1, T2, T3)의 크기에 정확히 대응되어도 좋고, 그 주변에 뱅크까지 중첩하여 확장될 수 있다. 어느 경우이나 상기 개구부(252)는 투과부(T1, T2, T3)에 대해 선택적으로 투과성 투명 전극을 증착하기 위한 것으로, 발광부(R_E, G_E, B_E)와는 중첩하지 않는다.
상기 제 3 실시예에 따른 표시 장치에서 패턴화가 이루어지는 제 2 층(145)은 발광부(E: R_E, G_E, B_E)에 대응하여 개구부를 갖는 상술한 제 1, 제 2 실시예와 동일한 형태의 마스크를 이용할 수 있다. 도 9e에 대한 설명에서 후술한다.
한편, 상술한 제 3 실시예에 따른 표시 장치에서, 투과성의 제 1층(140)만이 형성된 투과부(T)에서는 투명성을 확보할 수 있고, 최적의 미세 공진과 광 추출이 고려된 두께로 반투과성의 제 2 층(145)만이 형성된 발광부(E)에서는 표 1의 실험예들에 상당한 충분한 발광 효율 및 색순도를 확보할 수 있는 이점이 있다.
한편, 이상의 실시예들에서 본 발명의 복수개의 화소들(P)을 포함한 기판(100)은 글래스 기판 또는 플라스틱 기판 등의 광의 투과가 가능한 투명한 재질로 이루어지며, 표시 장치가 플렉서블 장치에 이용시 두께를 조절하여 연성 가능하게 형성할 수도 있다.
이하, 본 발명의 표시 장치의 다양한 평면 배치에 대해 설명한다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 표시 장치의 발광부와 투과부의 다양한 평면 배치에 따른 평면도이다.
도 7a와 같이, 본 발명의 표시 장치는 각 화소(P) 내에 서로 다른 색을 발광하는 제 1 내지 제 3 발광부(R_E, G_E, B_E)와, 각각의 제 1 내지 제 3 발광부(R_E, G_E, B_E)와 인접하여 투과부(T1, T2, T3)를 구비한 예를 나타낸다. 이들 제 1 내지 제 3 발광부(R_E, G_E, B_E)와 투과부(T1, T2, T3)의 구분은 영역을 구분하도록 일정 높이로 형성된 뱅크(120)를 통해 이루어진다. 상기 뱅크(120)는 1㎛ 내지 5㎛의 두께로 형성되어 유기 발광 소자(OLED) 내의 유기물층들의 적층보다 두꺼우며, 뱅크(120) 사이의 영역에 제 1 내지 제 3 발광부(R_E, G_E, B_E) 및 투과부(T1, T2, T3)가 정의된다.
그리고, 상기 제 1 내지 제 3 발광부(R_E, G_E, B_E)에 상당하여는 각각 앞서 설명한 반사 전극 구조(110)가 구비된다. 상기 제 1 내지 제 3 발광부(R_E, G_E, B_E)에 각각 이격된 반사 전극 구조(110)가 구비되며, 반사 전극 구조(110)는 도시된 제 1 내지 제 3 발광부(R_E, G_E, B_E)의 영역뿐만 아니라 주변의 뱅크(120)에 걸쳐 구비될 수 있다.
도시된 도 7a에서 화소(P)는 투과부(T1, T2, T3)까지 포함하여 나타내고 있으나, 투과부(T1, T2, T3)는 화상이 표현되기보다는 광이 관통하는 영역이다. 따라서, 투과부(T1, T2, T3)는 투과 전극 구조(1400) 내 제 1층(140)의 구비로 등전위가 조성될 뿐 전류 구동되지 않는 부위로, 반사 전극 구조(110)의 구성이 부재하며, 투과부(T1, T2, T3)의 영역은 제 1 내지 제 3 발광부(R_E, G_E, B_E)를 둘러싼 뱅크(120)가 형성되지 않는 영역에 상당하다.
상기 제 1 내지 제 3 발광부(R_E, G_E, B_E)에서 발광되는 광은 적색, 녹색, 청색일 수도 있지만, 이와 다른 색상의 조합으로, 합하여 백색을 구현할 수 있다면 어느 조합이라도 가능하다. 예를 들어, 시안(cyan), 마젠타(magenta), 옐로우(yellow)의 조합도 가능하다. 혹은 적색, 녹색, 청색의 발광부 외에 백색의 발광부를 더 구비하는 것도 가능하며, 이러한 3색 또는 4색 이상의 다색 발광부를 구비하는 바와 가능할 것이다. 이에 한하지 않으며, 컬러 표시를 위해 서로 다른 2색의 발광색을 발광하는 제 1 및 제 2 발광부의 구성도 가능할 것이다.
도 7b와 같이, 본 발명의 표시 장치의 제 1 변형예는 투과부(T1, T2, T3)를 각각 가로 선상에서 이격시키지 않고 길게 연결시킨 것으로, 이는 도 7a 의 구성에서 섬상으로 형성된 투과부들 사이에서 뱅크(120)를 생략하여 뱅크가 생략된 영역도 투과부로 이용한 것으로, 상술한 도 7a의 구조 대비 투과율 향상의 효과가 있다.
도 7c와 같이, 본 발명의 표시 장치의 제 2 변형예는 투과부(T1, T2, T3)를 세로 선상에서 이격시키지 않고 길게 연결시킨 것으로, 이는 도 7a의 구성의 세로 선상에서 이격되어 있는 투과부들을 연결한 것이며, 이는 투과부들의 연결부에서 뱅크를 생략하여 구현할 수 있다. 이 경우, 큰 폭의 투과부들 사이의 인접한 발광부(R_E, G_E, B_E) 사이를 지나는 투과부의 연결부는 상대적으로 작은 폭일 수 있다. 그리고, 상기 투과부(T1, T2, T3) 각각은 인접한 발광부(R_E, G_E, B_E)에 평행할 수 있다.
경우에 따라, 본 발명의 표시 장치의 제 3 변형예로, 제 1, 제 2 변형예의 투과부들간의 연결부를 모두 포함한 것으로, 투과부들을 가로, 세로 방향에서 모두 연결하는 것도 가능할 것이며, 이는 연결부에 상당하여 뱅크가 생략되어 구현할 수 있다.
본 발명의 표시 장치에서, 투과부(T)에 상당하여 뱅크(120)를 생략한 이유는 투과부에서 두꺼운 유기 물질로 이루어지는 뱅크(120)로 인해 투과율의 손실을 방지하기 위함이다. 또한, 투과부(T)에 상당하여 반사 전극 구조(110) 및 유기 발광층이 위치하지 않는데, 이는 투과부(T)를 전압 온/오프로 제어하지 않고, 상하부에서 어느쪽에서 바라보더라도 반대편이 그대로 통과되어 보이도록 하는 일종의 투명한 필름으로 기능시키기 위함이다.
이하, 본 발명의 표시 장치는 박막 트랜지스터(TFT)를 포함한 인접한 발광부(E) 및 투과부(T)의 구성을 단면 구성을 통해 설명한다.
도 8은 도 7a 내지 도 7c의 I~I' 선상의 단면도이다.
도 8과 같이, 본 발명의 표시 장치는 도 2의 구성을 구체적으로 나타낸 것으로, 이 중 제 1 발광부(R_E) 및 이와 인접한 투과부(T1)를 나타낸 것이다.
도 8에는 기판(100) 상에 발광부(E: 도 7a의 R_E, G_E, B_E)의 각 반사 전극 구조(110)와 접속하는 박막 트랜지스터(TFT)와, 발광부(E)와 투과부(T: T1, T2, T3) 사이의 뱅크(120) 구비 및 유기 발광 소자(OLED) 내의 유기 공통층(CML)을 더 구비한 점에서 도 2에 도시된 바와 상이하다.
구체적으로 상기 박막 트랜지스터(TFT)는 버퍼층(102)을 포함하는 기판(100) 상에, 발광부(E: R_E, G_E, B_E)의 소정 부위에 구비된 반도체층으로 이루어진 액티브층(104)과, 상기 액티브층(104)과의 사이에 게이트 절연막(105)을 개재하여 액티브층(104)의 채널 영역과 중첩한 게이트 전극(106)과, 상기 액티브층(104)의 양측에 접속한 소스 전극(108) 및 드레인 전극(109)을 포함한다. 그리고, 상기 액티브층(104)과 소스 전극(108) 및 드레인 전극(109)이 접속된 부위를 제외하여, 상기 소스 전극(108) 및 드레인 전극(109)의 층과 게이트 전극(106)의 층 사이에는 층간 절연막(107)이 더 구비될 수 있다.
또한, 상기 소스 전극(108)은 유기 발광 소자(OLED)의 반사 전극 구조(110)와 접속될 수 있으며, 상기 반사 전극 구조(110)는 상기 박막 트랜지스터(TFT)를 평탄화하는 평탄화막(115) 내에 콘택홀을 통해 소스 전극(108)과 접속되며, 적어도 발광부(E: R_E, G_E, B_E)에 상당하여는 상기 평탄화막(115) 상에 구비된다.
상기 반사 전극 구조(110)는 예를 들어, 반사 전극층(110b)을 포함하여 복수층 구조로 형성될 수 있으며, 반사 전극층(110b)을 중간 층에 위치시킬 때, 그 하부 및 상부에 제 1 투명 전극층(110a) 및 제 2 투명 전극층(110b)을 구비하여 3층 적층 구조로 하여 형성할 수 있다. 그러나 이에 한하지 않으며, 반사 전극 구조(110)는 기본적으로 한 층 이상의 반사 전극층(110b)을 코어 구성으로 하여 상부 또는 하부에 투명 전극층 구성을 부가하여 2층 이상으로 형성하며, 반사 전극층과 투명 전극층이 교번된 형태로 적층된 복수층 구조로 형성할 수 있다.
도시된 예에서는 상기 반사 전극 구조(110) 및 박막 트랜지스터(TFT)가 발광부(E: R_E, G_E, B_E)뿐만 아니라 발광부간의 영역 혹은 발광부와 투과부 사이에 해당하는 뱅크(120)와 일부 중첩한 것을 나타내고 있다. 이는 본 발명의 표시 장치에서 뱅크(120) 하측의 반사 전극 구조(110)가 반사 전극층(110)을 포함하여 그 하부 구성이 차광될 수 있어, 투과부(T)를 제외한 영역에 박막 트랜지스터(TFT) 및 반사 전극 구조(110)의 배치의 자유도를 가질 수 있다.
한편, 도 8의 예에는 제 1 발광부(R_E)에 상당하여 제 1 유기 발광층(131)을 갖고, 제 1 유기 발광층(131)의 하부 및 상부에 각각 제 1 유기 공통층(122)과 제 2 유기 공통층(126)이 형성되며, 이들 제 1, 제 2 유기 공통층(122, 126)이 투과부(T1)까지 연장된 바를 나타내고 있다. 제 1, 제 2 유기 공통층(122, 126)은 증착 마스크없이 형성되었을 때, 기판(100)의 액티브 영역 내에 이격없이 형성된 바를 나타낸다.
도 8와 같이, 제 1 발광층(131)을 마스크를 사용하여 제 1 발광부(R_E)에 형성할 수 있고, 마찬가지로 다른 색을 발광하는 제 2 발광층(도 1 및 도 2의 132 참조), 제 3 발광층(도 1 및 도 2의 133 참조)은 각각 다른 제 2 발광부(G_E), 제 3 발광부(B_T)에 선택적으로 형성할 수 있다.
경우에 따라, 반사 전극 구조(110)와 투과 전극 구조(1400) 내에 각 발광하는 색의 파장별로 요구되는 공진 거리가 달라져 반사 전극 구조(110)의 표면으로부터 제 1 내지 제 3 발광층(131, 132, 133)의 수직적인 이격은 달라질 수 있으며, 이는 해당 발광부(R_E, G_E, B_E)에서 제 1 내지 제 3 발광층(131, 132, 133)의 두께를 달리하거나 혹은 제 1 내지 제 3 발광층(131, 132, 133) 중 반사 전극 구조(110)으로부터 수직적 이격을 크게 갖는 발광층 하부에 보조 정공 수송층을 더 구비하여 해결할 수 있다. 예를 들어, 장파장의 색을 발광하는 발광부에 보조 정공 수송층을 구비하며, 보조 정공 수송층이 복수개의 발광부들에 구비될 때, 보다 장파장의 색을 발광하는 발광부의 보조 정공 수송층의 두께가 더 크다. 그리고, 이러한 보조 정공 수송층은 소정의 발광부에 선택적으로 형성되는 것으로, 해당 발광부의 유기 발광층 형성시 동일 마스크를 이용하여 먼저 보조 정공 수송층을 형성 후 다음 유기 발광층을 형성할 수 있다.
경우에 따라, 발광부에 대해 반사 전극 구조(110)와 투과 전극 구조(1400) 사이에 단일의 발광층만이 아니라 복수층의 발광층을 구비하는 것도 가능하다. 이 경우, 복수개의 발광층은 복수개의 서브 스택 내에 각각 존재하며, 서브 스택은 전하 발생층을 경계로 나뉜다. 그리고, 각 서브 스택은 유기물층으로 이루어지며, 앞서 도 4에 대해 설명한 바와 같이, 발광층 하부와 상부에 유기 공통층을 더 구비할 수 있다. 그리고, 이와 같이 발광부에서 복수 서브 스택을 갖는 구조를 적용시 투과부(T)는 발광층을 제외하여, 유기 공통층과 전하 생성층이 구비될 수 있다.
상기 투과 전극 구조(1400)는 도시된 바와 같이, 발광부에 선택적으로 형성된 제 2 층(145)과, 제 2층(145) 상에, 발광부 및 투과부를 포함한 기판(100)의 전 화소에 걸쳐 구비된 제 1층(140)으로 이루어질 수도 있고, 그 순서를 바꾸어, 도 1에서 설명한 바와 같이, 제 1 층(140) 및 제 2 층(145)의 순서로 형성할 수도 있다.
어느 경우나 투과 전극 구조(1400)는 전극으로 기능하는 것으로, 제 1 층(140)과 제 2 층(145)은 서로 접하여 있다.
또한, 투과 전극 구조(1400)의 다른 변형예로 상술한 도 6b 및 도 6c의 투과부(T1, T2, T3)의 형상을 따라 가로 또는 세로의 일 방향으로 길게 제 1 층(140)의 단독의 영역을 구비할 수도 있다.
이하, 본 발명의 표시 장치의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 9a 내지 도 9g는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다. 그리고, 도 10a 및 도 10b는 투과 전극 구조의 제 2 층의 형성 공정에서 이용되는 마스크의 예를 나타낸 평면도이다. 또한, 도 11은 도 9f 공정에서 이용되는 마스크의 예를 나타낸 평면도이다.
도 9a는 박막 트랜지스터(TFT) 및 반사 전극 구조(110)의 형성 방법을 나타낸 것이다.
즉, 먼저, 기판(100) 상에 버퍼층(102)을 형성한 후, 반도체층(104)을 발광부(E)에 대응되도록 형성한 후, 이어, 게이트 절연막(105)을 전면 형성하고, 상기 게이트 절연막 상에 반도체층(104)의 채널 영역에 중첩하는 게이트 전극(106)을 형성한다. 그리고, 상기 게이트 전극(106)을 덮도록 층간 절연막(107)을 형성한 후, 상기 층간 절연막(107) 및 게이트 절연막(105)을 선택적으로 제거하여 반도체층(104)의 양측 표면이 부분적으로 노출되도록 하여 콘택홀을 형성한다. 이어, 상기 콘택홀을 포함한 상기 층간 절연막(107) 상에 금속을 형성하고 이를 선택적으로 제거하여 소스 전극(108) 및 드레인 전극(109)을 형성한다.
여기서, 상기 반도체층(104), 게이트 전극(106), 소스 전극(108) 및 드레인 전극(109)을 포함하여 박막 트랜지스터(TFT)라 한다. 상기 박막 트랜지스터(TFT)는 투과부(T)가 아니라면 상부에 형성되는 반사 전극 구조(110) 또는 뱅크(120)에 가려질 수 있으므로 발광부(E)보다 보다 확장하여 형성할 수도 있다. 또한, 각 발광부(E)에 단일로 형성되는 것으로 제한되지 않고, 복수개로 형성될 수 있다.
이어, 상기 박막 트랜지스터(TFT)를 포함한 전면에 평탄화막(115)을 형성한 후, 이를 선택적으로 제거하여 상기 소스 전극(108) 상부를 노출하는 콘택홀을 형성한다.
이어, 콘택홀을 포함한 평탄화막(115) 상부에 제 1 투명 전극층(110a), 반사 전극층(110b) 및 제 2 투명 전극층(110c)을 차례로 적층한 후, 이를 선택적으로 제거하여 상기 콘택홀을 통해 상기 소스 전극(108)과 접속되며 발광부(E)에 선택적으로 반사 전극 구조(110)를 형성한다. 상기 반사 전극 구조(110)도 박막 트랜지스터(TFT)와 같이, 발광부(E)에만 제한 형성되지 않고, 투과부(T)를 제외한 영역이라면 확장 형성될 수 있다.
상기 반사 전극 구조(110)는 도시된 바와 같이 삼중층으로 형성할 수도 있지만, 이에 한하지 않으며, 반사 전극층을 최소 기본 구성으로 하여 상부 및/또는 하부에 투명 전극층을 더 구비할 수 있다. 그리고, 경우에 따라, 상기 반사 전극 구조(110)는 반사 전극층과 투명 전극층이 교번 적층한 형태로 구비될 수도 있다.
이어, 도 9b와 같이, 상기 반사 전극 구조(110)를 포함한 평탄화막(115) 상에 일정 두께로 포토아크릴, 폴리 이미드 혹은 폴리 아미드 등의 유기 물질을 도포한 후, 이를 선택적으로 제거하여 각 발광부(R_E, G_E, B_E)와 투과부(T1, T2, T3)를 구분하는 뱅크(120)를 형성한다.
앞서 상기 반사 전극 구조(110)는 발광부(E)에 대응되어 형성되어 있는 것으로, 투과부(T)는 뱅크(120)를 경계에 두고 뱅크(120) 안쪽의 상기 평탄화막(115)이 오픈되어 있다.
이어, 도 9c와 같이, 상기 뱅크(120)를 포함한 발광부(E) 및 투과부(T) 상에 제 1 유기 공통층(122)을 형성한다. 상기 제 1 유기 공통층(122)은 정공 수송 관련층이 형성되며, 예를 들어, 정공 주입층, 정공 수송층 및 전자 저지층이 있다. 그리고, 이들은 마스크없이 형성될 수 있다.
이어, 서로 다른 색을 발광하는 제 1 내지 제 3 발광부(R_E, G_E, B_E)에 대해 차례로 증착 마스크(미도시)를 이용하여 서로 이격하는 제 1 유기 발광층(131), 제 2 유기 발광층(도 1, 2의 132 참조), 제 3 유기 발광층(도 1, 도 2의 133 참조)을 형성한다. 경우에 따라 적어도 하나 이상의 발광층 하부에 발광층의 높이 조정을 위해 상술한 제 1 유기 공통층(122) 외에 해당 발광층과 동일 마스크를 이용하여 보조 정공 수송층 등이 더 구비되기도 한다.
이어, 도 9d와 같이, 상기 제 1 유기 발광층(131), 제 2 유기 발광층(132) 및 제 3 유기 발광층(133)과 뱅크(120) 상에 제 2 유기 공통층(126)을 형성한다.
여기서, 상기 제 1 유기 공통층(122)과 제 2 유기 공통층(126)은 그 명칭에서 유추되는 바와 같이, 화소들에 걸쳐 구분되지 않고 형성되는 층들로, 공통층(CML)이다. 그리고, 이들은 마스크없이 형성될 수 있다. 혹은 상기 제 1, 제2 유기 공통층(122, 126)을 형성하는데 마스크가 요구된다 하더라도 전체 화소들을 오픈하는 형태로 액티브 영역의 외곽만 차단시키는 형상의 마스크를 이용할 수 있으며, 제 1, 제 2유기 공통층(122, 126)에 대해 공통의 마스크가 이용될 수도 있다.
이어, 도 9e와 같이, 상기 제 2 유기 공통층(126) 상에, 상기 발광부(E: R_E, G_E, B_E)에 대해 개구부(도 10a 의 212 또는 도 10b 의 222)를 갖는 마스크(도 10a 의 210 또는 도 10b 의 220)를 이용하여 발광부(E: R_E, G_E, B_E)에 대응하여 제 2 층(145)을 형성한다.
예를 들어, 도 10a의 마스크(210)는 세로선 상으로 증착 물질이 통과하는 개구부(212)를 갖고, 나머지 영역에 차단부(211)를 갖는 것이다. 그리고, 이 경우, 차단부(211) 역시 개구부(212)의 배열 방향을 따라 세로 선상으로 위치한 것이다. 이 경우, 차단부(211)는 큰 폭의 제 1 차단부(211a)와 인접한 제 1 차단부(211a)들을 작은 폭으로 연결하는 제 2 차단부(211b)를 포함하여 이루어진다. 이러한 도 10a의 마스크(210)를 이용하여 반투과성 금속(합금) 물질은 상기 제 2 유기 공통층(126) 상에 증착하면 상기 개구부(212)의 형상을 따라 제 2층(145)이 선택적으로 형성된다. 상기 제 2 층(145)이 형성된 부위는 도 10a 또는 도 10c와 같이, 섬상의 발광부(R_E, G_E, B_E)를 적어도 커버할 수 있다. 실질적으로 도 10a의 마스크(210)를 이용시 제 2 층(145) 형성물질은 섬상의 발광부(R_E, G_E, B_E)와 발광부들 사이에도 형성되는데, 실질적으로 표시 장치에서 뱅크(120)를 통해서는 발광이 이루어지지 않기 때문에, 도 7a 또는 도 7c와 같이 선택적으로 섬상의 영역에 발광부가 조성되는 것이다.
또한, 도 10b의 마스크(220)는 가로선 상으로 증착 물질이 통과하는 개구부(222)를 갖고, 나머지 영역에 차단부(221)를 갖는 것이다. 그리고, 이 경우, 차단부(221) 역시 개구부(222)의 배열 방향을 따라 세로 선상으로 위치한 것이다. 이 경우, 차단부(221)는 큰 폭의 제 1 차단부(221a)와 인접한 제 1 차단부(221a)들을 작은 폭으로 연결하는 제 2 차단부(221b)를 포함하여 이루어진다. 이러한 도 9b의 마스크(220)를 이용하여 반투과성 금속(합금) 물질은 상기 제 2 유기 공통층(126) 상에 증착하면 상기 개구부(222)의 형상을 따라 제 2층(145)이 선택적으로 형성된다. 상기 제 2 층(145)이 형성된 부위는 도 6a 내지 도 6c와 같이, 섬상의 발광부(R_E, G_E, B_E)를 적어도 커버할 수 있다. 상술한 도 9a의 마스크(210)와 동일한 이유로 발광부(R_E, G_E, B_E) 사이의 뱅크(120) 상에 위치하는 제 2층(145)은 구비되더라도 뱅크(120)를 통해서는 발광이 이루어지지 않기 때문에, 도 6a 내지 도 6c와 같이 선택적으로 섬상의 영역에 발광부가 조성되는 것이다.
이어, 도 9f 및 도 11과 같이, 전 화소(액티브 영역)에 걸쳐 개구부(232)를 갖는 마스크(230)를 이용하여 제 1 층(140)을 형성한다. 상기 제 1 층(140)은 반투과 금속(합금) 혹은 투명 금속으로 형성할 수 있다. 이 경우, 상기 마스크(230)는 기판(100)의 액티브 영역을 제외한 영역에 차단부(231)를 갖는다. 이러한 마스크(230)는 액티브 영역(AA)이 개구되었다는 점에서 오픈 마스크라고도 한다.
한편, 도 9e와 도 9f의 상기 제 1 층(140)과 제 2 층(145)의 형성 순서는 바뀔 수 있다. 어느 경우나, 제 1층(140과 제 2 층(145)은 서로 접하도록 형성한다. 이와 같이, 전 화소에 걸쳐 형성된 제 1 층(140)과 발광부(E: R_E, G_E, B_E)에 대해 형성된 제 2 층(145)은 적층되어 투과 전극 구조(1400)를 이룬다.
한편, 도 9e 및 도 9f와 같이, 투과 전극 구조(1400)를 노광 및 현상을 요하는 포토 공정이나 스탬프 공정을 이용하지 않는 이유는, 제 1 층(140)의 두께와 제 1, 제 2 층(140, 145)의 합산 두께는 각각 투과율 및 발광부의 고휘도 관점에서 고른 두께로 특정 값이 요구되며, 상기 제 1 층(140), 제 2 층(145)은 기상화 증착 방식으로 낮은 밀도로 증착된 유기물층 상에 바로 증착되는 구성으로, 포토 공정이나 스탬프 공정을 적용시 공정에 적용된 포토 레지스트의 제거나 스탬프 공정에서 하부 유기물층의 손상이 일어남을 방지하기 위함이다.
본 발명의 표시 장치의 제조 방법에서, 상기 제 1 층(140) 및 제 2 층(145)은 유기 발광 소자(OLED)의 유기물층(제 1 유기 공통층(122), 제 1 내지 제 3 유기 발광층(131, 132, 133) 및 제 2 유기 공통층(126))의 형성 후 바로 형성되는 것이다. 이들 유기물층의 증착 공정에서 연속하여, 즉, 제 2 유기 공통층(126)에 연속하여 제 1 층(140) 및 제 2 층(145) 혹은 제 2층(145) 및 제 1 층(140)을 차례로 형성하게 되어, 다른 물질의 개재없이 바로 제 1 층(140) 혹은 제 2 층(145)이 바로 제 2 유기 공통층(126) 상에 접하여 증착이 이루어진다. 동일한 증착 방식을 이용함으로써, 제 2 유기 공통층(126)과 제 1 층(140) 또는 제 2 층(145)의 계면 특성이 안정화되며, 투과부(T)와 발광부(E)에 대하여 각각 요구되는 두께의 투과 전극 구조(1400)를 안정하게 유지할 수 있다. 또한, 제 1, 제 2 층(140, 145)의 증착 후, 별도의 포토 레지스트의 제거 공정이나 스탬퍼 이탈 공정이 요구되지 않아 이 과정에서 유발되는 유기 발광 소자(OLED)의 유기물 손상을 방지할 수 있다. 그리고, 투과 전극 구조(1400)의 증착 공정에서는 고온이 요구되지 않아 열에 취약한 유기 발광 소자(OLED)를 열화시키지 않아 표시 장치의 신뢰성도 확보할 수 있다.
이어, 도 9g와 같이, 상기 투과 전극 구조(1400) 상에 캐핑층(160)을 형성한다. 상기 캐핑층(160)은 투과 전극 구조(1400)보다 큰 면적으로 형성할 수 있다.
이를 통해 본 발명의 표시 장치 및 이의 제조 방법은 다음의 효과를 가질 수 있다.
즉, 본 발명의 표시 장치는 투과 전극 구조를 적어도 발광부와 투과부에 대해 상이한 구성을 갖도록 하여, 상대적으로 더 두껍고 고전도 금속 성분이 구비된 발광부에서는 광 추출 효율을 높이며, 이와 다른 투과부에서는 투명 표시를 위해 얇은 두께의 단일층의 금속층만 남겨 투과부에서 금속층에서 차폐되는 광량이 없게 된다.
또한, 본 발명의 표시 장치는 투과 전극 구조 내에서 오픈된 영역이 없으며, 적어도 발광부에 상당하여 고전도 금속 성분을 구비하여 투과 전극 구조가 대면적으로 형성되더라도 균일한 전위를 확보하여 특정 영역의 휘도가 떨어지는 휘도 불균일을 방지할 수 있다.
그리고, 상부 발광 방식의 유기 발광 표시 장치의 구성을 변경하여 고휘도의 발광부와 고투과율의 투명부를 동시에 확보할 수 있다. 이를 통해 저전력 장수명의 고효율 발광부의 구동이 가능하여, 고기능성 투명 표시 장치의 구현이 가능하다.
또한, 투과 전극 구조를 형성시 재료의 손실없이 제 1층과 제 2 층에 대해 각각 상이한 오픈 영역(개구부)을 갖는 마스크를 이용하거나 혹은 화소들의 일부 영역에 제한적으로 형성할 제 2 층에만 선택적으로 개구부를 갖는 마스크를 이용하여 투과 전극 구조를 이중 단차를 갖도록 형성함으로써, 장비를 추가하지 않고 각각 발광부와 투과부에 대해 균일한 이중 단차의 투과 전극 구조의 구현이 가능하다.
본 발명의 표시 장치는 복수개의 화소들에 대하여 발광부 및 투과부를 걸쳐 구비된 투과성이 높은 제 1층 및 상기 제 1층과 접하며 투과부를 제외한 영역에 구비되고 고전도성이며 반투과성의 제 2 층을 포함한 구조로 투과 전극 구조를 구비한다.
본 발명에서, 상기 제 1층은 음극의 기능을 유지하고, 적어도 발광부에 위치하는 제 2 층은 제 1층과 함께 음극 및 마이크로캐비티(microcavity) 특성을 보강하여, 투과부 및 발광부에서 모두 성능이 향상된 표시 장치가 구현될 수 있다.
또한, 실질적으로 전압이 인가되어 온/오프 동작이 가능한 발광부에 대해서 고전도성이며 캐비티 특성된 보강된 형태로 제 1, 제 2 층의 적층의 반사 전극 구조를 구비하여, 투명 디스플레이에서 투과부 구비로 작은 면적의 발광부 구동으로 구동 전압이 향상되는 문제점을 해결하여 저전력 구동을 꾀할 수 있으며, 이를 통해 수명을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 표시 장치의 제조 방법을 이용시 투과 전극 구조의 제 2 층을 형성을 위한 증착 마스크에서 개구부의 선택적으로 조정으로 가능한 것으로, 별도의 공정 장비의 변경 없이 현재 공정 라인 중에 공정 장비를 이용하여 양산성을 조기에 확보할 수 있다. 즉, 현재 운용중인 소자 구조 및 공정 조건의 이식이 가능한 이점이 있다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100: 기판 110: 반사 전극 구조
120: 뱅크 122: 제 1 유기 공통층
126: 제 2 유기 공통층 130: 유기 발광층
131: 제 1 유기 발광층 132: 제 2 유기 발광층
133: 제 3 유기 발광층 140: 제 1 층
145: 제 2 층 160: 캐핑층
1400: 투과 전극 구조
120: 뱅크 122: 제 1 유기 공통층
126: 제 2 유기 공통층 130: 유기 발광층
131: 제 1 유기 발광층 132: 제 2 유기 발광층
133: 제 3 유기 발광층 140: 제 1 층
145: 제 2 층 160: 캐핑층
1400: 투과 전극 구조
Claims (13)
- 복수의 화소를 갖는 기판;
상기 화소들 각각에 구비된 발광부와 투과부;
상기 발광부에 구비된 유기 발광층;
상기 발광부에, 상기 유기 발광층의 제 1면과 상기 기판 사이에 구비된 반사 전극 구조; 및
상기 기판 상에 복수의 화소들에 걸쳐, 상기 유기 발광층의 제 2 면 상부에 위치하는 제 1 층과, 상기 투과부를 제외한 영역에 상기 제 1층과 접하여 구비된 제 2층으로 이루어진 투과 전극 구조를 포함한 표시 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 제 2층은 상기 발광부에 한해 위치한 표시 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 제 2 층은 상기 복수개의 화소들의 발광부들에 대응된 중심부와, 인접한 발광부들을 연결하는 연결부를 포함한 표시 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 제 2층은 반투과성(translucency)을 갖는 금속으로 이루어지며,
상기 제 1층은 투과성 또는 반투과성을 갖는 금속으로 이루어진 표시 장치. - 제 4항에 있어서,
상기 제 1 층과 제 2 층은 Ag를 공통으로 포함하며, 상기 제 1, 제 2 층 각각은 Mg, Yb 중 적어도 어느 하나를 더 포함한 표시 장치. - 제 5항에 있어서,
상기 제 2 층은 6nm 내지 15nm의 두께를 가지며,
상기 제 1 층은 4nm 내지 12nm의 두께를 갖는 표시 장치. - 제 4항에 있어서,
상기 제 1 층은 인듐, 티타늄, 아연, 주석 중 적어도 어느 하나의 금속을 갖는 투명 산화물을 포함하며,
상기 제 2 층은 2개 이상의 금속을 포함하며, 금속 중 적어도 하나의 금속은 Ag이며, 나머지 금속들은 Ag의 응집을 방지하며 일함수가 Ag 이하인 금속인 표시 장치. - 제 7항에 있어서,
상기 제 2층이 상기 제 1 층보다 상기 유기 발광층에 인접한 표시 장치. - 제 7항에 있어서,
상기 제 1 층의 두께는 30nm 내지 120nm이며,
상기 제 2 층의 두께는 10nm 내지 27nm 인 표시 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 발광부는 서로 다른 색을 발광하는 제 1 내지 제 3 서브 화소를 포함하고,
상기 발광부의 제 1 내지 제 3 서브 화소는 서로의 경계부와, 상기 발광부와 투과부의 경계부에 각각 뱅크를 구비한 표시 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 유기 발광층의 제 1 면과 상기 반사 전극 구조 사이 및 상기 유기 발광층의 제 2 면과 상기 투과 전극 구조 사이에, 적어도 일층 이상의 제 1 유기 공통층이 구비되며, 상기 제 1 유기 공통층은 상기 투과부에도 연장되어 구비된 표시 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 투과 전극 구조에서, 상기 발광부에 대해 제 2층만이 구비되고,
상기 투과부에 대해 제 1 층만이 구비된 표시 장치. - 복수의 화소를 갖고, 상기 화소들 각각에 구비된 발광부와 투과부를 갖는 기판을 준비하는 단계;
상기 발광부에, 반사 전극 구조를 구비하는 단계;
상기 반사 전극 구조 상에 유기 발광층을 형성하는 단계; 및
상기 발광부 및 투과부를 포함한 복수의 화소들에 걸쳐, 반투과성 금속 또는 투명 전극의 제 1 층과, 상기 투과부를 제외한 영역에 상기 제 1층과 접하여 반투과성 금속의 제 2층을 적층하여 투과 전극 구조를 형성하는 단계를 포함한 표시 장치의 제조 방법.
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