KR20210092640A - 발광 소자 용매, 이를 포함하는 발광 소자 잉크 및 표시 장치의 제조 방법 - Google Patents

발광 소자 용매, 이를 포함하는 발광 소자 잉크 및 표시 장치의 제조 방법 Download PDF

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조은아
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임현덕
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Abstract

발광 소자 용매, 이를 포함하는 발광 소자 잉크 및 표시 장치의 제조 방법이 제공된다. 발광 소자 잉크는 발광 소자 용매 및 상기 발광 소자 용매에 분산되고, 복수의 반도체층들 및 상기 반도체층들의 외면을 둘러싸는 절연막을 포함하는 발광 소자를 포함하고, 상기 발광 소자 용매는 pKa가 7 내지 15의 범위를 갖는 유기 용매이다.

Description

발광 소자 용매, 이를 포함하는 발광 소자 잉크 및 표시 장치의 제조 방법 {Light emitting element solvent, light emitting element ink comprising the same and method of fabricating display device}
본 발명은 발광 소자 용매, 이를 포함하는 발광 소자 잉크 및 표시 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
표시 장치는 멀티미디어의 발달과 함께 그 중요성이 증대되고 있다. 이에 부응하여 유기발광 표시 장치(Organic Light Emitting Display, OLED), 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display, LCD) 등과 같은 여러 종류의 표시 장치가 사용되고 있다.
표시 장치의 화상을 표시하는 장치로서 유기 발광 표시 패널이나 액정 표시 패널과 같은 표시 패널을 포함한다. 그 중, 발광 표시 패널로써, 발광 소자를 포함할 수 있는데, 예를 들어 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)의 경우, 유기물을 형광 물질로 이용하는 유기 발광 다이오드(OLED), 무기물을 형광물질로 이용하는 무기 발광 다이오드 등이 있다.
형광물질로 무기물 반도체를 이용하는 무기 발광 다이오드는 고온의 환경에서도 내구성을 가지며, 유기 발광 다이오드에 비해 청색 광의 효율이 높은 장점이 있다. 또한, 기존의 무기 발광 다이오드 소자의 한계로 지적되었던 제조 공정에 있어서도, 유전영동(Dielectrophoresis, DEP)법을 이용한 전사방법이 개발되었다. 이에 유기 발광 다이오드에 비해 내구성 및 효율이 우수한 무기 발광 다이오드에 대한 연구가 지속되고 있다.
무기 발광 다이오드를 포함하는 표시 장치는 작은 크기를 갖는 발광 소자들을 잉크에 분산시키고, 이를 전극 상에 분사하는 잉크젯 프린팅(Inkjet printing) 공정을 통해 제조될 수 있다. 발광 소자는 용매에 분산된 상태에서 전극 상에 분사되고, 전극 상에 생성된 전계에 의해 위치 및 배향 방향이 변하면서 전극 상에 안착될 수 있다.
용매에 분산된 발광 소자는 용매 분자 및 용매에 포함된 이온들이 표면에 둘러싸고, 이들이 형성하는 이중층에 의한 제타 전위(Zeta potential)을 가질 수 있다. 발광 소자들이 전계에 의해 위치가 변하는 동안 제타 전위에 따라 서로 다른 발광 소자와 응집되면서 전극 상에 배치될 수 있다. 서로 응집된 발광 소자들은 전극과의 연결이 원활하지 않아 몇몇 발광 소자들에는 전기 신호가 전달되지 않고 광을 방출하지 못할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 발광 소자의 제타 전위가 일정 수준 이상의 값을 가질 수 있는 발광 소자 용매 및 발광 소자 잉크를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 발광 소자 잉크를 이용한 표시 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 발광 소자 잉크는 발광 소자 용매 및 상기 발광 소자 용매에 분산되고, 복수의 반도체층들 및 상기 반도체층들의 외면을 둘러싸는 절연막을 포함하는 발광 소자를 포함하고, 상기 발광 소자 용매는 pKa가 7 내지 15의 범위를 갖는 유기 용매이다.
상기 발광 소자 용매 내에 분산된 상기 발광 소자의 제타 전위(Zeta potential)는 하기 식 1을 만족할 수 있다.
[식 1]
발광 소자 용매에 분산된 발광 소자의 제타 전위(mV) = C1*pKa + C2
(상기 'pKa'는 발광 소자 용매의 pKa값이고, 상기 'C1'은 7 내지 18의 실수이고, 상기 'C2'는 -150 내지 -300의 실수이다.)
상기 발광 소자 용매 내에 분산된 상기 발광 소자의 제타 전위는 -80mV 내지 -50mV의 범위를 가질 수 있다.
상기 복수의 반도체층은 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 상기 제1 반도체층과 상기 제2 반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함하고, 상기 절연막은 적어도 상기 활성층의 외면을 둘러싸도록 배치될 수 있다.
상기 발광 소자 용매는 점도가 5cp 내지 80cp의 범위를 가질 수 있다.
상기 발광 소자 용매는 1차 알코올기(Primary alcohol)를 포함할 수 있다.
상기 발광 소자 용매는 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
[화학식 2]
Figure pat00002
(상기 화학식 1 및 2에서, 상기 n은 2 내지 10의 정수이고, 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 C1-C10의 알킬기, C2-C10의 알케닐기, C2-C10의 알카이닐기, C1-C10의 알킬에터기 및 C2-C10의 알케닐에터기 중 어느 하나이다.)
상기 발광 소자 용매는 하기 화학식 3으로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00003
(상기 화학식 3에서, 상기 n은 1 내지 10의 정수이다.)
상기 발광 소자 용매는 하기 화학식 4 내지 화학식 6 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 4]
Figure pat00004
[화학식 5]
Figure pat00005
[화학식 6]
Figure pat00006
(상기 화학식 4 내지 6에서, 상기 R3 및 R4는 각각 독립적으로 C1-C10의 알킬기, C2-C10의 알케닐기, C2-C10의 알카이닐기, C1-C10의 알킬에터기 및 C2-C10의 알케닐에터기 중 어느 하나이다.)
상기 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 발광 소자 용매는 복수의 반도체층들을 포함하는 발광 소자를 분산시키는 발광 소자 용매로써, pKa가 7 내지 15의 범위를 갖는 1차 알코올기를 포함하고 상기 화학식 1 내지 화학식 3 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 포함한다.
상기 발광 소자 용매는 점도가 5cp 내지 80cp의 범위를 가질 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법은 제1 전극 및 제2 전극이 형성된 대상 기판과, 복수의 반도체층들을 포함하는 발광 소자 및 상기 발광 소자가 분산되고 pKa가 7 내지 15의 범위를 갖는 발광 소자 용매를 포함하는 발광 소자 잉크를 준비하는 단계, 상기 대상 기판 상에 상기 발광 소자 잉크를 분사하고, 상기 대상 기판 상에 전계를 생성하는 단계 및 상기 발광 소자들을 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 상에 배치하는 단계를 포함한다.
상기 발광 소자 용매는 1차 알코올기를 포함하고, 상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
상기 발광 소자 용매 내에 분산된 상기 발광 소자의 제타 전위(Zeta potential)는 상기 식 1을 만족할 수 있다.
상기 발광 소자 용매 내에 분산된 상기 발광 소자의 제타 전위는 -80mV 내지 -50mV의 범위를 가질 수 있다.
상기 발광 소자들을 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 상에 배치하는 단계는 상기 전계에 의해 상기 발광 소자의 위치와 배향 방향이 변하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복수의 발광 소자들 중 적어도 일부는 다른 상기 발광 소자와 서로 척력이 작용하여 서로 밀어내며 이동할 수 있다.
상기 복수의 발광 소자들은 일 단부는 상기 제1 전극 상에 배치되고 타 단부는 상기 제2 전극 상에 배치되며 서로 이격되어 배치될 수 있다.
상기 발광 소자들을 배치하는 단계는 상기 발광 소자 용매를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 발광 소자 용매를 제거하는 단계는 200℃내지 400℃의 온도 범위에서 열처리 공정을 통해 수행될 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
일 실시예에 따른 발광 소자 용매는 낮은 pKa 값을 갖는 용매 분자를 포함하여 이에 분산된 발광 소자들은 제타 전위 절대값의 평균이 큰 값을 가질 수 있다. 발광 소자 용매에 분산된 발광 소자들은 서로 척력이 작용하며 분산된 상태를 유지할 수 있다.
또한, 발광 소자 및 발광 소자 용매를 포함하는 발광 소자 잉크를 이용하여 표시 장치를 제조하면 발광 소자들이 서로 응집되어 배치되는 것을 방지할 수 있다. 표시 장치는 발광 소자들이 이격된 상태로 배치됨에 따라 각 발광 소자와 전극과의 연결 불량을 방지할 수 있다.
실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 표시 장치의 평면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 표시 장치의 일 화소를 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲa-Ⅲa'선, Ⅲb-Ⅲb'선 및 Ⅲc-Ⅲc'선을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 표시 장치의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 발광 소자의 개략도이다.
도 6 및 도 7은 다른 실시예에 따른 발광 소자의 개략도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 발광 소자 잉크의 개략도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 발광 소자 잉크에 분산된 발광 소자를 나타내는 개략도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 11 내지 도 14는 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 공정 중 일부를 나타내는 개략도들이다.
도 15는 일 실시예에 따른 발광 소자 잉크 내 발광 소자의 거동을 나타내는 개략도이다.
도 16은 일 실시예에 따른 발광 소자 잉크 내 발광 소자의 제타 전위에 따른 발광 소자들의 응집율을 나타내는 그래프이다.
도 17 및 도 18을 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 공정 중 일부를 나타내는 개략도들이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 표시 장치의 평면도이다.
도 1을 참조하면, 표시 장치(10)는 동영상이나 정지영상을 표시한다. 표시 장치(10)는 표시 화면을 제공하는 모든 전자 장치를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 표시 화면을 제공하는 텔레비전, 노트북, 모니터, 광고판, 사물 인터넷, 모바일 폰, 스마트 폰, 태블릿 PC(Personal Computer), 전자 시계, 스마트 워치, 워치 폰, 헤드 마운트 디스플레이, 이동 통신 단말기, 전자 수첩, 전자 책, PMP(Portable Multimedia Player), 내비게이션, 게임기, 디지털 카메라, 캠코더 등이 표시 장치(10)에 포함될 수 있다.
표시 장치(10)는 표시 화면을 제공하는 표시 패널을 포함한다. 표시 패널의 예로는 무기 발광 다이오드 표시 패널, 유기발광 표시 패널, 양자점 발광 표시 패널, 플라즈마 표시 패널, 전계방출 표시 패널 등을 들 수 있다. 이하에서는 표시 패널의 일 예로서, 무기 발광 다이오드 표시 패널이 적용된 경우를 예시하지만, 그에 제한되는 것은 아니며, 동일한 기술적 사상이 적용 가능하다면 다른 표시 패널에도 적용될 수 있다.
표시 장치(10)의 형상은 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 표시 장치(10)는 가로가 긴 직사각형, 세로가 긴 직사각형, 정사각형, 코너부(꼭지점)가 둥근 사각형, 기타 다각형, 원형 등의 형상을 가질 수 있다. 표시 장치(10)의 표시 영역(DPA)의 형상 또한 표시 장치(10)의 전반적인 형상과 유사할 수 있다. 도 1에서는 가로가 긴 직사각형 형상의 표시 장치(10) 및 표시 영역(DPA)이 예시되어 있다.
표시 장치(10)는 표시 영역(DPA)과 비표시 영역(NDA)을 포함할 수 있다. 표시 영역(DPA)은 화면이 표시될 수 있는 영역이고, 비표시 영역(NDA)은 화면이 표시되지 않는 영역이다. 표시 영역(DPA)은 활성 영역으로, 비표시 영역(NDA)은 비활성 영역으로도 지칭될 수 있다. 표시 영역(DPA)은 대체로 표시 장치(10)의 중앙을 차지할 수 있다.
표시 영역(DPA)은 복수의 화소(PX)를 포함할 수 있다. 복수의 화소(PX)는 행렬 방향으로 배열될 수 있다. 각 화소(PX)의 형상은 평면상 직사각형 또는 정사각형일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니고 각 변이 일 방향에 대해 기울어진 마름모 형상일 수도 있다. 각 화소(PX)는 스트라이프(Stripe) 타입 또는 펜타일(Pentile) 타입으로 교대 배열될 수 있다. 또한, 화소(PX)들 각각은 특정 파장대의 광을 방출하는 발광 소자(30)를 하나 이상 포함하여 특정 색을 표시할 수 있다.
표시 영역(DPA)의 주변에는 비표시 영역(NDA)이 배치될 수 있다. 비표시 영역(NDA)은 표시 영역(DPA)을 전부 또는 부분적으로 둘러쌀 수 있다. 표시 영역(DPA)은 직사각형 형상이고, 비표시 영역(NDA)은 표시 영역(DPA)의 4변에 인접하도록 배치될 수 있다. 비표시 영역(NDA)은 표시 장치(10)의 베젤을 구성할 수 있다. 각 비표시 영역(NDA)들에는 표시 장치(10)에 포함되는 배선들 또는 회로 구동부들이 배치되거나, 외부 장치들이 실장될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 표시 장치의 일 화소를 나타내는 평면도이다. 도 3은 도 2의 Ⅲa-Ⅲa'선, Ⅲb-Ⅲb'선 및 Ⅲc-Ⅲc'선을 따라 자른 단면도이다.
도 2를 참조하면, 복수의 화소(PX)들 각각은 복수의 서브 화소(PXn, n은 1 내지 3의 정수)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나의 화소(PX)는 제1 서브 화소(PX1), 제2 서브 화소(PX2) 및 제3 서브 화소(PX3)를 포함할 수 있다. 제1 서브 화소(PX1)는 제1 색의 광을 발광하고, 제2 서브 화소(PX2)는 제2 색의 광을 발광하며, 제3 서브 화소(PX3)는 제3 색의 광을 발광할 수 있다. 제1 색은 청색, 제2 색은 녹색, 제3 색은 적색일 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 각 서브 화소(PXn)들은 동일한 색의 광을 발광할 수도 있다. 또한, 도 2에서는 화소(PX)가 3개의 서브 화소(PXn)들을 포함하는 것을 예시하였으나, 이에 제한되지 않고, 화소(PX)는 더 많은 수의 서브 화소(PXn)들을 포함할 수 있다.
표시 장치(10)의 각 서브 화소(PXn)들은 발광 영역(EMA)으로 정의되는 영역을 포함할 수 있다. 제1 서브 화소(PX1)는 제1 발광 영역(EMA1)을, 제2 서브 화소(PX2)는 제2 발광 영역(EMA2)을, 제3 서브 화소(PX3)는 제3 발광 영역(EMA2)을 포함할 수 있다. 발광 영역(EMA)은 표시 장치(10)에 포함되는 발광 소자(30)가 배치되어 특정 파장대의 광이 출사되는 영역으로 정의될 수 있다. 발광 소자(30)는 활성층(도 5의 '36')을 포함하고, 활성층(36)은 특정 파장대의 광을 방향성 없이 방출할 수 있다. 발광 소자(30)의 활성층(36)에서 방출된 광들은 발광 소자(30)의 양 측면 방향으로 방출될 수 있다. 발광 영역(EMA)은 발광 소자(30)가 배치된 영역을 포함하여, 발광 소자(30)와 인접한 영역으로 발광 소자(30)에서 방출된 광들이 출사되는 영역을 포함할 수 있다.
이에 제한되지 않고, 발광 영역(EMA)은 발광 소자(30)에서 방출된 광이 다른 부재에 의해 반사되거나 굴절되어 출사되는 영역도 포함할 수 있다. 복수의 발광 소자(30)들은 각 서브 화소(PXn)에 배치되고, 이들이 배치된 영역과 이에 인접한 영역을 포함하여 발광 영역(EMA)을 형성할 수 있다.
도면에 도시되지 않았으나, 표시 장치(10)의 각 서브 화소(PXn)들은 발광 영역(EMA) 이외의 영역으로 정의된 비발광 영역을 포함할 수 있다. 비발광 영역은 발광 소자(30)가 배치되지 않고, 발광 소자(30)에서 방출된 광들이 도달하지 않아 광이 출사되지 않는 영역일 수 있다.
도 3은 도 2의 제1 서브 화소(PX1)의 단면만을 도시하고 있으나, 다른 화소(PX) 또는 서브 화소(PXn)의 경우에도 동일하게 적용될 수 있다. 도 3은 도 2의 제1 서브 화소(PX1)에 배치된 발광 소자(30)의 일 단부와 타 단부를 가로지르는 단면을 도시하고 있다.
도 2에 결부하여 도 3을 참조하면, 표시 장치(10)는 제1 기판(11), 및 제1 기판(11) 상에 배치되는 회로 소자층과 표시 소자층을 포함할 수 있다. 제1 기판(11) 상에는 반도체층, 복수의 도전층, 및 복수의 절연층이 배치되고, 이들은 각각 회로 소자층과 표시 소자층을 구성할 수 있다. 복수의 도전층은 제1 평탄화층(19)의 하부에 배치되어 회로소자층을 구성하는 제1 게이트 도전층, 제2 게이트 도전층, 제1 데이터 도전층, 제2 데이터 도전층과, 제1 평탄화층(19) 상에 배치되어 표시소자층을 구성하는 전극(21, 22) 및 접촉 전극(26)들을 포함할 수 있다. 복수의 절연층은 버퍼층(12), 제1 게이트 절연층(13), 제1 보호층(15), 제1 층간 절연층(17), 제2 층간 절연층(18), 제1 평탄화층(19), 제1 절연층(51), 제2 절연층(52), 제3 절연층(53) 및 제4 절연층(54) 등을 포함할 수 있다.
구체적으로, 제1 기판(11)은 절연 기판일 수 있다. 제1 기판(11)은 유리, 석영, 또는 고분자 수지 등의 절연 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 제1 기판(11)은 리지드(Rigid) 기판일 수 있지만, 벤딩(bending), 폴딩(folding), 롤링(rolling) 등이 가능한 플렉시블(flexible) 기판일 수도 있다.
차광층(BML1, BML2)은 제1 기판(11) 상에 배치될 수 있다. 차광층(BML1, BML2)은 제1 차광층(BML1) 및 제2 차광층(BML2)을 포함할 수 있다. 제1 차광층(BML1)과 제2 차광층(BML2)은 적어도 각각 구동 트랜지스터(DT)의 제1 활성물질층(DT_ACT) 및 스위칭 트랜지스터(ST)의 제2 활성물질층(ST_ACT)과 중첩하도록 배치된다. 차광층(BML1, BML2)은 광을 차단하는 재료를 포함하여, 제1 및 제2 활성물질층(DT_ACT, ST_ACT)에 광이 입사되는 것을 방지할 수 있다. 일 예로, 제1 및 제2 차광층(BML1, BML2)은 광의 투과를 차단하는 불투명한 금속 물질로 형성될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며 경우에 따라서 차광층(BML1, BML2)은 생략될 수 있다.
버퍼층(12)은 차광층(BML1, BML2)을 포함하여 제1 기판(11) 상에 전면적으로 배치될 수 있다. 버퍼층(12)은 투습에 취약한 제1 기판(11)을 통해 침투하는 수분으로부터 화소(PX)의 트랜지스터(DT, ST)들을 보호하기 위해 제1 기판(11) 상에 형성되며, 표면 평탄화 기능을 수행할 수 있다. 버퍼층(12)은 교번하여 적층된 복수의 무기층들로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 버퍼층(12)은 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산질화물(SiON) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 무기층이 교번하여 적층된 다중층으로 형성될 수 있다.
반도체층은 버퍼층(12) 상에 배치된다. 반도체층은 구동 트랜지스터(DT)의 제1 활성물질층(DT_ACT)과 스위칭 트랜지스터(ST)의 제2 활성물질층(ST_ACT)을 포함할 수 있다. 이들은 후술하는 제1 게이트 도전층의 게이트 전극(DT_G, ST_G)등과 부분적으로 중첩하도록 배치될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 반도체층은 다결정 실리콘, 단결정 실리콘, 산화물 반도체 등을 포함할 수 있다. 다결정 실리콘은 비정질 실리콘을 결정화하여 형성될 수 있다. 반도체층이 다결정 실리콘을 포함하는 경우, 제1 활성물질층(DT_ACT)은 제1 도핑 영역(DT_ACTa), 제2 도핑 영역(DT_ACTb) 및 제1 채널 영역(DT_ACTc)을 포함할 수 있다. 제1 채널 영역(DT_ACTc)은 제1 도핑 영역(DT_ACTa)과 제2 도핑 영역(DT_ACTb) 사이에 배치될 수 있다. 제2 활성물질층(ST_ACT)은 제3 도핑 영역(ST_ACTa), 제4 도핑 영역(ST_ACTb) 및 제2 채널 영역(ST_ACTc)을 포함할 수 있다. 제2 채널 영역(ST_ACTc)은 제3 도핑 영역(ST_ACTa)과 제4 도핑 영역(ST_ACTb) 사이에 배치될 수 있다. 제1 도핑 영역(DT_ACTa), 제2 도핑 영역(DT_ACTb), 제3 도핑 영역(ST_ACTa) 및 제4 도핑 영역(ST_ACTb)은 제1 활성물질층(DT_ACT) 및 제2 활성물질층(ST_ACT)의 일부 영역이 불순물로 도핑된 영역일 수 있다.
다른 예시적인 실시예에서, 제1 활성물질층(DT_ACT) 및 제2 활성물질층(ST_ACT)은 산화물 반도체를 포함할 수도 있다. 이 경우, 제1 활성물질층(DT_ACT)과 제2 활성물질층(ST_ACT)의 도핑 영역은 각각 도체화 영역일 수 있다. 상기 산화물 반도체는 인듐(In)을 함유하는 산화물 반도체일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 산화물 반도체는 인듐-주석 산화물(Indium-Tin Oxide, ITO), 인듐-아연 산화물(Indium-Zinc Oxide, IZO), 인듐-갈륨 산화물(Indium-Gallium Oxide, IGO), 인듐-아연-주석 산화물(Indium-Zinc-Tin Oxide, IZTO), 인듐-갈륨-주석 산화물(Indium-Gallium-Tin Oxide, IGTO), 인듐-갈륨-아연-주석 산화물(Indium-Gallium-Zinc-Tin Oxide, IGZTO) 등일 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다.
제1 게이트 절연층(13)은 반도체층 및 버퍼층(12)상에 배치된다. 제1 게이트 절연층(13)은 반도체층을 포함하여, 버퍼층(12) 상에 배치될 수 있다. 제1 게이트 절연층(13)은 구동 트랜지스터(DT) 및 스위칭 트랜지스터(ST)의 게이트 절연막으로 기능할 수 있다. 제1 게이트 절연층(13)은 무기물, 예컨대 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산질화물(SiON)을 포함하는 무기층으로 이루어지거나, 이들이 적층된 구조로 형성될 수 있다.
제1 게이트 도전층은 제1 게이트 절연층(13) 상에 배치된다. 제1 게이트 도전층은 구동 트랜지스터(DT)의 제1 게이트 전극(DT_G)과 스위칭 트랜지스터(ST)의 제2 게이트 전극(ST_G)을 포함할 수 있다. 제1 게이트 전극(DT_G)은 제1 활성물질층(DT_ACT)의 제1 채널 영역(DT_ACTc)과 두께 방향으로 중첩하도록 배치되고, 제2 게이트 전극(ST_G)은 제2 활성물질층(ST_ACT)의 제2 채널 영역(ST_ACTc)과 두께 방향으로 중첩하도록 배치될 수 있다.
제1 게이트 도전층은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu) 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 보호층(15)은 제1 게이트 도전층 상에 배치된다. 제1 보호층(15)은 제1 게이트 도전층을 덮도록 배치되어 이를 보호하는 기능을 수행할 수 있다. 제1 보호층(15)은 무기물, 예컨대 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산질화물(SiON)을 포함하는 무기층으로 이루어지거나, 이들이 적층된 구조로 형성될 수 있다.
제2 게이트 도전층은 제1 보호층(15) 상에 배치된다. 제2 게이트 도전층은 적어도 일부 영역이 제1 게이트 전극(DT_G)과 두께 방향으로 중첩하도록 배치된 스토리지 커패시터(Storage capacitor)의 제1 용량 전극(CE1)을 포함할 수 있다. 제1 용량 전극(CE1)은 제1 보호층(15)을 사이에 두고 제1 게이트 전극(DT_G)과 두께 방향으로 중첩하고, 이들 사이에는 스토리지 커패시터가 형성될 수 있다. 제2 게이트 도전층은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu) 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 층간 절연층(17)은 제2 게이트 도전층 상에 배치된다. 제1 층간 절연층(17)은 제2 게이트 도전층과 그 위에 배치되는 다른 층들 사이에서 절연막의 기능을 수행할 수 있다. 제1 층간 절연층(17)은 무기물, 예컨대 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산질화물(SiON)을 포함하는 무기층으로 이루어지거나, 이들이 적층된 구조로 형성될 수 있다.
제1 데이터 도전층은 제1 층간 절연층(17) 상에 배치된다. 제1 게이트 도전층은 구동 트랜지스터(DT)의 제1 소스/드레인 전극(DT_SD1)과 제2 소스/드레인 전극(DT_SD2), 스위칭 트랜지스터(ST)의 제1 소스/드레인 전극(ST_SD1)과 제2 소스/드레인 전극(ST_SD2)을 포함할 수 있다.
구동 트랜지스터(DT)의 제1 소스/드레인 전극(DT_SD1)과 제2 소스/드레인 전극(DT_SD2)은 제1 층간 절연층(17)과 제1 게이트 절연층(13)을 관통하는 컨택홀을 통해 제1 활성물질층(DT_ACT)의 제1 도핑 영역(DT_ACTa) 및 제2 도핑 영역(DT_ACTb)과 각각 접촉될 수 있다. 스위칭 트랜지스터(ST)의 제1 소스/드레인 전극(ST_SD1)과 제2 소스/드레인 전극(ST_SD2)은 제1 층간 절연층(17)과 제1 게이트 절연층(13)을 관통하는 컨택홀을 통해 제2 활성물질층(ST_ACT)의 제3 도핑 영역(ST_ACTa) 및 제4 도핑 영역(ST_ACTb)과 각각 접촉될 수 있다. 또한, 구동 트랜지스터(DT)의 제1 소스/드레인 전극(DT_SD1)과 스위칭 트랜지스터(ST)의 제1 소스/드레인 전극(ST_SD1)은 또 다른 컨택홀을 통해 각각 제1 차광층(BML1) 및 제2 차광층(BML2)과 전기적으로 연결될 수 있다. 한편, 구동 트랜지스터(DT)와 스위칭 트랜지스터(ST)의 제1 소스/드레인 전극(DT_SD1, ST_SD1) 및 제2 소스/드레인 전극(DT_SD2, ST_SD2)은 어느 한 전극이 소스 전극인 경우 다른 전극은 드레인 전극일 수 있다. 다만 이에 제한되지 않고, 제1 소스/드레인 전극(DT_SD1, ST_SD1) 및 제2 소스/드레인 전극(DT_SD2, ST_SD2)은 어느 한 전극이 드레인 전극인 경우 다른 전극은 소스 전극일 수 있다.
제1 데이터 도전층은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu) 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
제2 층간 절연층(18)은 제1 데이터 도전층 상에 배치될 수 있다. 제2 층간 절연층(18)은 제1 데이터 도전층을 덮으며 제1 층간 절연층(17) 상에 전면적으로 배치되고, 제1 데이터 도전층을 보호하는 기능을 수행할 수 있다. 제2 층간 절연층(18)은 무기물, 예컨대 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산질화물(SiON)을 포함하는 무기층으로 이루어지거나, 이들이 적층된 구조로 형성될 수 있다.
제2 데이터 도전층은 제2 층간 절연층(18) 상에 배치된다. 제2 데이터 도전층은 제1 전압 배선(VL1), 제2 전압 배선(VL2), 및 제1 도전 패턴(CDP)을 포함할 수 있다. 제1 전압 배선(VL1)은 구동 트랜지스터(DT)에 공급되는 고전위 전압(또는, 제1 전원 전압)이 인가되고, 제2 전압 배선(VL2)은 제2 전극(22)에 공급되는 저전위 전압(또는, 제2 전원 전압)이 인가될 수 있다. 제2 전압 배선(VL2)은 표시 장치(10)의 제조 공정 중, 발광 소자(30)를 정렬시키기 데에 필요한 정렬 신호가 인가될 수도 있다.
제1 도전 패턴(CDP)은 제2 층간 절연층(18)에 형성된 컨택홀을 통해 구동 트랜지스터(DT)의 제1 소스/드레인 전극(DT_SD1)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 도전 패턴(CDP)은 후술하는 제1 전극(21)과도 접촉하며, 구동 트랜지스터(DT)는 제1 전압 배선(VL1)으로부터 인가되는 제1 전원 전압을 제1 도전 패턴(CDP)을 통해 제1 전극(21)으로 전달할 수 있다. 한편, 도면에서는 제2 데이터 도전층이 하나의 제2 전압 배선(VL2)과 하나의 제1 전압 배선(VL1)을 포함하는 것이 도시되어 있으나, 이에 제한되지 않는다. 제2 데이터 도전층은 더 많은 수의 제1 전압 배선(VL1)과 제2 전압 배선(VL2)을 포함할 수 있다.
제2 데이터 도전층은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu) 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 평탄화층(19)은 제2 데이터 도전층 상에 배치된다. 제1 평탄화층(19)은 유기 절연 물질, 예를 들어 폴리 이미드(Polyimide, PI)와 같은 유기 물질을 포함하여, 표면 평탄화 기능을 수행할 수 있다.
제1 평탄화층(19) 상에는 내부 뱅크(41, 42), 복수의 전극(21, 22), 외부 뱅크(45), 복수의 접촉 전극(26), 및 발광 소자(30)가 배치된다. 또한, 제1 평탄화층(19) 상에는 복수의 절연층(51, 52, 53, 55)들이 더 배치될 수 있다.
내부 뱅크(41, 42)는 제1 평탄화층(19) 상에 직접 배치될 수 있다. 내부 뱅크(41, 42)는 각 서브 화소(PXn)의 중심부에 인접하여 배치된 제1 내부 뱅크(41)와 제2 내부 뱅크(42)를 포함할 수 있다.
제1 내부 뱅크(41)와 제2 내부 뱅크(42)는 제1 방향(DR1)으로 서로 이격 대향하도록 배치될 수 있다. 내부 뱅크(41, 42)는 서로 이격 대향하도록 배치됨으로써 이들 사이에 발광 소자(30)가 배치되는 영역을 형성할 수 있다. 또한, 제1 내부 뱅크(41)와 제2 내부 뱅크(42)는 제2 방향(DR2)으로 연장되되, 제2 방향(DR2)으로 이웃하는 다른 서브 화소(PXn)로 연장되지 않도록 서브 화소(PXn)들 간의 경계에서 이격되어 종지할 수 있다. 이에 따라 제1 내부 뱅크(41)와 제2 내부 뱅크(42)는 각 서브 화소(PXn) 마다 배치되어 표시 장치(10)의 전면에 있어 패턴을 이룰 수 있다. 도 3에서는 하나의 제1 내부 뱅크(41)와 하나의 제2 내부 뱅크(42)만 도시하고 있으나, 이에 제한되지 않는다. 후술하는 전극(21, 22)의 수에 따라 더 많은 수의 내부 뱅크(41, 42)들이 더 배치될 수도 있다.
제1 내부 뱅크(41)와 제2 내부 뱅크(42)는 제1 평탄화층(19)의 상면을 기준으로 적어도 일부가 돌출된 구조를 가질 수 있다. 제1 내부 뱅크(41)와 제2 내부 뱅크(42)의 돌출된 부분은 경사진 측면을 가질 수 있고, 발광 소자(30)에서 방출된 광은 내부 뱅크(41, 42)의 경사진 측면을 향해 진행될 수 있다. 후술할 바와 같이, 내부 뱅크(41, 42) 상에 배치되는 전극(21, 22)들은 반사율이 높은 재료를 포함할 수 있고, 발광 소자(30)에서 방출된 광은 내부 뱅크(41, 42)의 측면에 배치된 전극(21, 22)에서 반사되어 제1 평탄화층(19)의 상부 방향으로 출사될 수 있다. 즉, 내부 뱅크(41, 42)는 발광 소자(30)가 배치되는 영역을 제공함과 동시에 발광 소자(30)에서 방출된 광을 상부 방향으로 반사시키는 반사격벽의 기능을 수행할 수도 있다. 예시적인 실시예에서 내부 뱅크(41, 42)들은 폴리이미드(Polyimide, PI)와 같은 유기 절연 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
복수의 전극(21, 22)은 내부 뱅크(41, 42)와 제1 평탄화층(19) 상에 배치된다. 복수의 전극(21, 22)은 발광 소자(30)들과 전기적으로 연결되고, 발광 소자(30)가 특정 파장대의 광을 방출하도록 소정의 전압이 인가될 수 있다. 또한, 각 전극(21, 22)의 적어도 일부는 발광 소자(30)를 정렬하기 위해 서브 화소(PXn) 내에 전기장을 형성하는 데에 활용될 수 있다.
복수의 전극(21, 22)은 제1 내부 뱅크(41) 상에 배치된 제1 전극(21)과 제2 내부 뱅크(42) 상에 배치된 제2 전극(22)을 포함할 수 있다.
제1 전극(21)과 제2 전극(22)은 각각 제1 방향(DR1)으로 연장되어 배치되는 전극 줄기부(21S, 22S)와 전극 줄기부(21S, 22S)에서 제1 방향(DR1)과 교차하는 방향인 제2 방향(DR2)으로 연장되어 분지되는 적어도 하나의 전극 가지부(21B, 22B)를 포함할 수 있다.
제1 전극(21)은 제1 방향(DR1)으로 연장되어 배치되는 제1 전극 줄기부(21S)와 제1 전극 줄기부(21S)에서 분지되어 제2 방향(DR2)으로 연장된 적어도 하나의 제1 전극 가지부(21B)를 포함할 수 있다.
제1 전극 줄기부(21S)는 양 단이 각 서브 화소(PXn) 사이에서 이격되어 종지하되, 동일 행(예컨대, 제1 방향(DR1)으로 인접한)에서 이웃하는 서브 화소의 제1 전극 줄기부(21S)와 실질적으로 동일 직선 상에 놓일 수 있다. 각 서브 화소(PXn)에 배치되는 제1 전극 줄기부(21S)들은 양 단이 상호 이격됨으로써 각 제1 전극 가지부(21B)에 서로 다른 전기 신호를 인가할 수 있고, 제1 전극 가지부(21B)는 각각 별개로 구동될 수 있다. 제1 전극(21)은 제1 평탄화층(19)을 관통하는 제1 컨택홀(CT1)을 통해 제1 도전 패턴(CDP)과 접촉하고, 이를 통해 구동 트랜지스터(DT)의 제1 소스/드레인 전극(DT_SD1)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 전극 가지부(21B)는 제1 전극 줄기부(21S)의 적어도 일부에서 분지되고 제2 방향(DR2)으로 연장되어 배치되되, 제1 전극 줄기부(21S)와 대향하여 배치된 제2 전극 줄기부(22S)와 이격된 상태에서 종지할 수 있다.
제2 전극(22)은 제1 방향(DR1)으로 연장되어 제1 전극 줄기부(21S)와 제2 방향(DR2)으로 이격되어 대향하는 제2 전극 줄기부(22S)와 제2 전극 줄기부(22S)에서 분지되고 제2 방향(DR2)으로 연장된 제2 전극 가지부(22B)를 포함할 수 있다.
제2 전극 줄기부(22S)는 제1 방향(DR1)으로 연장되어 인접한 다른 서브 화소(PXn)와의 경계를 넘어 배치될 수 있다. 복수의 서브 화소(PXn)를 가로지르는 제2 전극 줄기부(22S)는 표시 영역(DPA)의 외곽부, 또는 비표시 영역(NDA)에서 일 방향으로 연장된 부분과 연결될 수 있다. 제2 전극(22)은 제1 평탄화층(19)을 관통하는 제2 컨택홀(CT2)을 통해 제2 전압 배선(VL2)과 접촉할 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 제1 방향(DR1)으로 이웃하는 서브 화소(PXn)의 제2 전극(22)들은 하나의 제2 전극 줄기부(22S)와 연결되어 제2 컨택홀(CT2)을 통해 제2 전압 배선(VL2)과 전기적으로 연결될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 경우에 따라서는 제2 컨택홀(CT2)의 경우에도 각 서브 화소(PXn) 마다 형성될 수 있다.
제2 전극 가지부(22B)는 제1 전극 가지부(21B)와 이격되어 대향하고, 제1 전극 줄기부(21S)와 이격된 상태에서 종지될 수 있다. 제2 전극 가지부(22B)는 제2 전극 줄기부(22S)와 연결되고, 연장된 방향의 단부는 제1 전극 줄기부(21S)와 이격된 상태로 서브 화소(PXn) 내에 배치될 수 있다.
한편, 도면에서는 각 서브 화소(PXn)마다 두개의 제1 전극 가지부(21B)와 하나의 제2 전극 가지부(22B)가 배치된 것이 도시되어 있으나, 이에 제한되지 않는다. 몇몇 실시예에서 각 서브 화소(PXn)마다 배치되는 제1 전극 가지부(21B)와 제2 전극 가지부(22B)의 수는 더 많을 수 있다. 또한, 각 서브 화소(PXn)에 배치된 제1 전극(21)과 제2 전극(22)은 반드시 일 방향으로 연장된 형상을 갖지 않을 수 있으며, 제1 전극(21)과 제2 전극(22)은 다양한 구조로 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(21)과 제2 전극(22)은 부분적으로 곡률지거나, 절곡된 형상을 가질 수 있고, 어느 한 전극이 다른 전극을 둘러싸도록 배치될 수도 있다. 제1 전극(21)과 제2 전극(22)은 적어도 일부 영역이 서로 이격되어 대향함으로써, 그 사이에 발광 소자(30)가 배치될 영역이 형성된다면 이들이 배치되는 구조나 형상은 특별히 제한되지 않는다.
제1 전극(21)과 제2 전극(22)은 각각 제1 내부 뱅크(41)와 제2 내부 뱅크(42) 상에 배치되고, 이들은 서로 이격 대향할 수 있다. 제1 전극(21)과 제2 전극(22)은 각 전극 가지부(21B, 22B)들이 제1 내부 뱅크(41) 및 제2 내부 뱅크(42) 상에 배치되되, 적어도 일부 영역은 제1 평탄화층(19) 상에 직접 배치될 수 있다. 제1 내부 뱅크(41)와 제2 내부 뱅크(42) 사이에 배치된 복수의 발광 소자(30)들은 적어도 일 단부가 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)과 전기적으로 연결될 수 있다.
각 전극(21, 22)은 투명성 전도성 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 각 전극(21, 22)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ITZO(Indium Tin-Zinc Oxide) 등과 같은 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 몇몇 실시예에서, 각 전극(21, 22)은 반사율이 높은 전도성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각 전극(21, 22)은 반사율이 높은 물질로 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등과 같은 금속을 포함할 수 있다. 이 경우, 각 전극(21, 22)으로 입사되는 광을 반사시켜 각 서브 화소(PXn)의 상부 방향으로 출사시킬 수도 있다.
또한, 전극(21, 22)은 투명성 전도성 물질과 반사율이 높은 금속층이 각각 한층 이상 적층된 구조를 이루거나, 이들을 포함하여 하나의 층으로 형성될 수도 있다. 예시적인 실시예에서, 각 전극(21, 22)은 ITO/은(Ag)/ITO/IZO의 적층구조를 갖거나, 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 란타늄(La) 등을 포함하는 합금일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
복수의 전극(21, 22)들은 발광 소자(30)들과 전기적으로 연결되고, 발광 소자(30)가 광을 방출하도록 소정의 전압을 인가 받을 수 있다. 예를 들어, 복수의 전극(21, 22)들은 후술하는 접촉 전극(26)을 통해 발광 소자(30)와 전기적으로 연결되고, 전극(21, 22)들로 인가된 전기 신호를 접촉 전극(26)을 통해 발광 소자(30)에 전달할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제1 전극(21)은 각 서브 화소(PXn) 마다 분리된 전극이고, 제2 전극(22)은 각 서브 화소(PXn)를 따라 공통으로 연결된 전극일 수 있다. 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 중 어느 하나는 발광 소자(30)의 애노드(Anode) 전극과 전기적으로 연결되고, 다른 하나는 발광 소자(30)의 캐소드(Cathode) 전극과 전기적으로 연결될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며 그 반대의 경우일 수도 있다.
또한, 각 전극(21, 22)은 발광 소자(30)를 정렬하기 위해 서브 화소(PXn) 내에 전기장을 형성하는 데에 활용될 수도 있다. 발광 소자(30)는 제1 전극(21)과 제2 전극(22)에 정렬 신호를 인가하여 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이에 전기장을 형성하는 공정을 통해 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이에 배치될 수 있다. 발광 소자(30)는 잉크젯 프린팅 공정을 통해 잉크에 분산된 상태로 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 상에 분사되고, 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이에 정렬 신호를 인가하여 발광 소자(30)에 유전영동힘(Dieletrophoretic Force)을 인가하는 방법을 통해 이들 사이에 정렬될 수 있다.
제1 절연층(51)은 제1 평탄화층(19), 제1 전극(21) 및 제2 전극(22) 상에 배치된다. 제1 절연층(51)은 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)을 부분적으로 덮도록 배치된다. 제1 절연층(51)은 제1 전극(21)과 제2 전극(22)의 상면을 대부분 덮도록 배치되되, 제1 전극(21)과 제2 전극(22)의 일부를 노출시킬 수 있다. 제1 절연층(51)은 제1 전극(21)과 제2 전극(22)의 상면 중 일부, 예컨대 제1 내부 뱅크(41) 상에 배치된 제1 전극 가지부(21B)의 상면과 제2 내부 뱅크(42) 상에 배치된 제2 전극 가지부(22B)의 상면 중 일부가 노출되도록 배치될 수 있다. 제1 절연층(51)은 실질적으로 제1 평탄화층(19) 상에 전면적으로 형성되되, 제1 전극(21)과 제2 전극(22)을 부분적으로 노출하는 개구부를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제1 절연층(51)은 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이에서 상면의 일부가 함몰되도록 단차가 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 절연층(51)은 무기물 절연성 물질을 포함하고, 제1 전극(21)과 제2 전극(22)을 덮도록 배치된 제1 절연층(51)은 하부에 배치되는 부재의 단차에 의해 상면의 일부가 함몰될 수 있다. 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이에서 제1 절연층(51) 상에 배치되는 발광 소자(30)는 제1 절연층(51)의 함몰된 상면 사이에서 빈 공간을 형성할 수 있다. 발광 소자(30)는 제1 절연층(51)의 상면과 부분적으로 이격된 상태로 배치될 수 있고, 후술하는 제2 절연층(52)을 이루는 재료가 상기 공간에 채워질 수도 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다. 제1 절연층(51)은 발광 소자(30)가 배치되도록 평탄한 상면을 형성할 수 있다.
제1 절연층(51)은 제1 전극(21)과 제2 전극(22)을 보호함과 동시에 이들을 상호 절연시킬 수 있다. 또한, 제1 절연층(51) 상에 배치되는 발광 소자(30)가 다른 부재들과 직접 접촉하여 손상되는 것을 방지할 수도 있다. 다만, 제1 절연층(51)의 형상 및 구조는 이에 제한되지 않는다.
외부 뱅크(45)는 제1 절연층(51) 상에 배치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 외부 뱅크(45)는 제1 절연층(51) 상에서 내부 뱅크(41, 42) 및 전극(21, 22)들이 배치된 영역을 포함하여 발광 소자(30)가 배치된 영역을 둘러싸며 각 서브 화소(PXn)들 간의 경계에 배치될 수 있다. 외부 뱅크(45)는 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)으로 연장된 형상을 갖도록 배치되어 표시 영역(DPA) 전면에 걸쳐 격자형 패턴을 형성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 외부 뱅크(45)의 높이는 내부 뱅크(41, 42)의 높이보다 클 수 있다. 내부 뱅크(41, 42)와 달리, 외부 뱅크(45)는 이웃하는 서브 화소(PXn)들을 구분함과 동시에 후술할 바와 같이 표시 장치(10)의 제조 공정 중 발광 소자(30)를 배치하기 위한 잉크젯 프린팅 공정에서 잉크가 인접한 서브 화소(PXn)로 넘치는 것을 방지하는 기능을 수행할 수 있다. 외부 뱅크(45)는 서로 다른 서브 화소(PXn)마다 다른 발광 소자(30)들이 분산된 잉크가 서로 혼합되지 않도록 이들을 분리시킬 수 있다. 외부 뱅크(45)는 내부 뱅크(41, 42)와 같이 폴리이미드(Polyimide, PI)를 포함할 수 있으나, 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
발광 소자(30)는 각 전극(21, 22) 사이에 배치될 수 있다. 예시적으로, 발광 소자(30)는 각 전극 가지부(21B, 22B) 사이에 배치될 수 있다. 복수의 발광 소자(30)들은 서로 이격되어 배치되며 실질적으로 상호 평행하게 정렬될 수 있다. 발광 소자(30)들이 이격되는 간격은 특별히 제한되지 않는다. 경우에 따라서 복수의 발광 소자(30)들이 인접하게 배치되어 무리를 이루고, 다른 복수의 발광 소자(30)들은 일정 간격 이격된 상태로 무리를 이룰 수도 있으며, 불균일한 밀집도를 갖고 배치될 수도 있다. 또한, 예시적인 실시예에서 발광 소자(30)는 일 방향으로 연장된 형상을 가지며, 각 전극(21, 22)들이 연장된 방향과 발광 소자(30)가 연장된 방향은 실질적으로 수직을 이룰 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 발광 소자(30)는 각 전극(21, 22)들이 연장된 방향에 수직하지 않고 비스듬히 배치될 수도 있다.
일 실시예에 따른 발광 소자(30)는 서로 다른 물질을 포함하는 활성층(36)을 포함하여 서로 다른 파장대의 광을 외부로 방출할 수 있다. 표시 장치(10)는 서로 다른 파장대의 광을 방출하는 발광 소자(30)들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 서브 화소(PX1)의 발광 소자(30)는 중심 파장대역이 제1 파장인 제1 색의 광을 방출하는 활성층(36)을 포함하고, 제2 서브 화소(PX2)의 발광 소자(30)는 중심 파장대역이 제2 파장인 제2 색의 광을 방출하는 활성층(36)을 포함하고, 제3 서브 화소(PX3)의 발광 소자(30)는 중심 파장대역이 제3 파장인 제3 색의 광을 방출하는 활성층(36)을 포함할 수 있다.
이에 따라 제1 서브 화소(PX1), 제2 서브 화소(PX2) 및 제3 서브 화소(PX3)에서는 각각 제1 색, 제2 색 및 제3 색의 광이 출사될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 색의 광은 중심 파장대역이 450nm 내지 495nm의 범위를 갖는 청색광이고, 제2 색의 광은 중심 파장대역이 495nm 내지 570nm의 범위를 갖는 녹색광이고, 제3 색의 광은 중심 파장대역이 620nm 내지 752nm의 범위를 갖는 적색광 일 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다. 경우에 따라서는 제1 서브 화소(PX1), 제2 서브 화소(PX2) 및 제3 서브 화소(PX3) 각각은 동일한 종류의 발광 소자(30)를 포함하여 실질적으로 동일한 색의 광을 방출할 수도 있다.
발광 소자(30)는 내부 뱅크(41, 42)들 사이 또는 각 전극(21, 22) 사이에서 제1 절연층(51) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 발광 소자(30)는 내부 뱅크(41, 42) 사이에 배치된 제1 절연층(51) 상에 배치될 수 있다. 이와 동시에 발광 소자(30)는 일부 영역이 각 전극(21, 22)과 두께 방향으로 중첩하도록 배치될 수 있다. 발광 소자(30)의 일 단부는 제1 전극(21)과 두께 방향으로 중첩하여 제1 전극(21) 상에 놓이고, 타 단부는 제2 전극(22)과 두께 방향으로 중첩하여 제2 전극(22) 상에 놓일 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 도면에 도시되지 않았으나 각 서브 화소(PXn) 내에 배치된 발광 소자(30)들 중 적어도 일부는 내부 뱅크(41, 42) 사이에 형성된 영역 이외의 영역, 예를 들어각 전극 가지부(21B, 22B) 사이 이외의 영역, 또는 내부 뱅크(41, 42)와 외부 뱅크(45) 사이에 배치될 수도 있다.
발광 소자(30)는 제1 기판(11) 또는 제1 평탄화층(19)의 상면에 수직한 방향으로 복수의 층들이 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 발광 소자(30)는 일 방향으로 연장된 형상을 갖고 복수의 반도체층들이 일 방향으로 순차적으로 배치된 구조를 가질 수 있다. 표시 장치(10)의 발광 소자(30)는 연장된 일 방향이 제1 평탄화층(19)과 평행하도록 배치되고, 발광 소자(30)에 포함된 복수의 반도체층들은 제1 평탄화층(19)의 상면과 평행한 방향을 따라 순차적으로 배치될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다. 경우에 따라서는 발광 소자(30)가 다른 구조를 갖는 경우, 복수의 층들은 제1 평탄화층(19)에 수직한 방향으로 배치될 수도 있다.
또한, 발광 소자(30)의 일 단부는 제1 접촉 전극(26a)과 접촉하고, 타 단부는 제2 접촉 전극(26b)과 접촉할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 발광 소자(30)는 연장된 일 방향측 단부면에는 절연막(도 5의 '38')이 형성되지 않고 반도체층 일부가 노출되기 때문에, 상기 노출된 반도체층은 후술하는 제1 접촉 전극(26a) 및 제2 접촉 전극(26b)과 접촉할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다. 경우에 따라서 발광 소자(30)는 절연막(38) 중 적어도 일부 영역이 제거되고, 절연막(38)이 제거되어 반도체층들의 양 단부 측면이 부분적으로 노출될 수 있다.
제2 절연층(52)은 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이에 배치된 발광 소자(30) 상에 부분적으로 배치될 수 있다. 제2 절연층(52)은 발광 소자(30)의 외면을 부분적으로 감싸도록 배치될 수 있다. 제2 절연층(52) 중 발광 소자(30) 상에 배치된 부분은 평면상 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이에서 제2 방향(DR2)으로 연장된 형상을 가질 수 있다. 일 예로, 제2 절연층(52)은 각 서브 화소(PXn) 내에서 스트라이프(Stripe)형 또는 아일랜드(Island)형 패턴을 형성할 수 있다.
제2 절연층(52)은 발광 소자(30) 상에 배치되되, 발광 소자(30)의 일 단부 및 타 단부를 노출할 수 있다. 발광 소자(30)의 노출된 단부는 후술하는 접촉 전극(26)과 접촉할 수 있다. 이러한 제2 절연층(52)의 형상은 통상적인 마스크 공정을 이용하여 제2 절연층(52)을 이루는 재료를 이용한 패터닝 공정으로 형성된 것일 수 있다. 제2 절연층(52)을 형성하기 위한 마스크는 발광 소자(30)의 길이보다 좁은 폭을 갖고, 제2 절연층(52)을 이루는 재료가 패터닝되어 발광 소자(30)의 양 단부가 노출될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
제2 절연층(52)은 발광 소자(30)를 보호함과 동시에 표시 장치(10)의 제조 공정에서 발광 소자(30)를 고정시키는 기능을 수행할 수도 있다. 또한, 예시적인 실시예에서, 제2 절연층(52)의 재료 중 일부는 발광 소자(30)의 하면과 제1 절연층(51) 사이에 배치될 수도 있다. 상술한 바와 같이 제2 절연층(52)은 표시 장치(10)의 제조 공정 중에 형성된 제1 절연층(51)과 발광 소자(30) 사이의 공간을 채우도록 형성될 수도 있다. 이에 따라 제2 절연층(52)은 발광 소자(30)의 외면을 감싸도록 배치되어 발광 소자(30)를 보호함과 동시에 표시 장치(10)의 제조 공정 중 발광 소자(30)를 고정시킬 수도 있다.
복수의 접촉 전극(26)들은 제1 전극(21), 제2 전극(22) 및 제2 절연층(52) 상에 배치된다. 또한, 제3 절연층(53)은 어느 한 접촉 전극(26) 상에 배치될 수 있다.
복수의 접촉 전극(26)들은 일 방향으로 연장된 형상을 가질 수 있다. 복수의 접촉 전극(26)들은 각각 발광 소자(30) 및 전극(21, 22)들과 접촉할 수 있고, 발광 소자(30)들은 접촉 전극(26)을 통해 제1 전극(21)과 제2 전극(22)으로부터 전기 신호를 전달 받을 수 있다.
접촉 전극(26)은 제1 접촉 전극(26a) 및 제2 접촉 전극(26b)을 포함할 수 있다. 제1 접촉 전극(26a)과 제2 접촉 전극(26b)은 각각 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 상에 배치될 수 있다. 제1 접촉 전극(26a)과 제2 접촉 전극(26b)은 각각 제2 방향(DR2)으로 연장된 형상을 가질 수 있다. 제1 접촉 전극(26a)과 제2 접촉 전극(26b)은 서로 제1 방향(DR1)으로 이격 대향할 수 있으며, 이들은 각 서브 화소(PXn)의 발광 영역(EMA) 내에서 스트라이프형 패턴을 형성할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제1 접촉 전극(26a)과 제2 접촉 전극(26b)은 일 방향으로 측정된 폭이 각각 제1 전극(21)과 제2 전극(22)의 상기 일 방향으로 측정된 폭과 같거나 더 클 수 있다. 제1 접촉 전극(26a)과 제2 접촉 전극(26b)은 각각 발광 소자(30)의 일 단부 및 타 단부와 접촉함과 동시에, 제1 전극(21)과 제2 전극(22)의 양 측면을 덮도록 배치될 수 있다. 또한, 제1 접촉 전극(26a)과 제2 접촉 전극(26b)은 각각 적어도 일부 영역이 제1 절연층(51) 상에도 배치될 수 있다. 또한, 제1 접촉 전극(26a)과 제2 접촉 전극(26b)은 적어도 일부분이 제2 절연층(52) 상에 배치될 수 있다. 제1 접촉 전극(26a)은 제2 절연층(52) 상에 직접 배치되고, 제2 접촉 전극(26b)은 제1 접촉 전극(26a) 상에 배치되는 제3 절연층(53) 상에 직접 배치되며 제2 절연층(52)과 중첩할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 제3 절연층(53)은 생략되어 제2 접촉 전극(26b)도 제2 절연층(52) 상에 직접 배치될 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 전극(21)과 제2 전극(22)은 상면 일부가 노출되고, 제1 접촉 전극(26a)과 제2 접촉 전극(26b)은 제1 전극(21)과 제2 전극(22)의 노출된 상면과 접촉할 수 있다. 예를 들어, 제1 접촉 전극(26a)은 제1 전극(21) 중 제1 내부 뱅크(41) 상에 위치한 부분과 접촉하고, 제2 접촉 전극(26b)은 제2 전극(22) 중 제2 내부 뱅크(42) 상에 위치한 부분과 접촉할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 경우에 따라서 제1 접촉 전극(26a) 및 제2 접촉 전극(26b)은 그 폭이 제1 전극(21)과 제2 전극(22)보다 작게 형성되어 상면의 노출된 부분만을 덮도록 배치될 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 발광 소자(30)는 연장된 방향의 양 단부면에는 반도체층이 노출되고, 제1 접촉 전극(26a)과 제2 접촉 전극(26b)은 상기 반도체층이 노출된 단부면에서 발광 소자(30)와 접촉할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다. 경우에 따라서 발광 소자(30)는 양 단부의 측면에서 반도체층들이 노출될 수 있고, 각 접촉 전극(26)들은 상기 노출된 반도체층과 접촉할 수 있다. 발광 소자(30)의 일 단부는 제1 접촉 전극(26a)을 통해 제1 전극(21)과 전기적으로 연결되고, 타 단부는 제2 접촉 전극(26b)을 통해 제2 전극(22)과 전기적으로 연결될 수 있다.
도면에서는 하나의 서브 화소(PXn)에 2개의 제1 접촉 전극(26a)과 하나의 제2 접촉 전극(26b)이 배치된 것이 도시되어 있으나, 이에 제한되지 않는다. 제1 접촉 전극(26a)과 제2 접촉 전극(26b)의 개수는 각 서브 화소(PXn)에 배치된 제1 전극 가지부(21B)와 제2 전극 가지부(22B)의 수에 따라 달라질 수 있다.
접촉 전극(26)은 전도성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, ITO, IZO, ITZO, 알루미늄(Al) 등을 포함할 수 있다. 일 예로, 접촉 전극(26)은 투명성 전도성 물질을 포함하고, 발광 소자(30)에서 방출된 광은 접촉 전극(26)을 투과하여 전극(21, 22)들을 향해 진행할 수 있다. 각 전극(21, 22)은 반사율이 높은 재료를 포함하고, 내부 뱅크(41, 42)의 경사진 측면 상에 놓인 전극(21, 22)은 입사되는 광을 제1 기판(11)의 상부 방향으로 반사시킬 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
제3 절연층(53)은 제1 접촉 전극(26a) 상에 배치된다. 제3 절연층(53)은 제1 접촉 전극(26a)과 제2 접촉 전극(26b)을 전기적으로 상호 절연시킬 수 있다. 제3 절연층(53)은 제1 접촉 전극(26a)을 덮도록 배치되되, 발광 소자(30)가 제2 접촉 전극(26b)과 접촉할 수 있도록 발광 소자(30)의 타 단부 상에는 배치되지 않을 수 있다. 제3 절연층(53)은 제2 절연층(52)의 상면에서 제1 접촉 전극(26a) 및 제2 절연층(52)과 부분적으로 접촉할 수 있다. 제3 절연층(53)의 제2 전극(22)이 배치된 방향의 측면은 제2 절연층(52)의 일 측면과 정렬될 수 있다. 또한, 제3 절연층(53)은 비발광 영역, 예컨대 제1 평탄화층(19) 상에 배치된 제1 절연층(51) 상에도 배치될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
제4 절연층(54)은 제1 기판(11) 상에 전면적으로 배치될 수 있다. 제4 절연층(54)은 제1 기판(11) 상에 배치된 부재들 외부 환경에 대하여 보호하는 기능을 할 수 있다.
상술한 제1 절연층(51), 제2 절연층(52), 제3 절연층(53) 및 제4 절연층(54) 각각은 무기물 절연성 물질 또는 유기물 절연성 물질을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 절연층(51), 제2 절연층(52), 제3 절연층(53) 및 제4 절연층(54)은 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산질화물(SiOxNy), 산화 알루미늄(Al2O3), 질화 알루미늄(AlN)등과 같은 무기물 절연성 물질을 포함할 수 있다. 또는, 이들은 유기물 절연성 물질로써, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리아마이드 수지, 폴리이미드 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 폴리페닐렌 수지, 폴리페닐렌설파이드 수지, 벤조사이클로부텐, 카도 수지, 실록산 수지, 실세스퀴옥산 수지, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트-폴리카보네이트 합성수지 등을 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 4는 다른 실시예에 따른 표시 장치의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 표시 장치(10)는 제3 절연층(53)이 생략될 수 있다. 제2 접촉 전극(26b)은 제2 절연층(52) 상에 직접 배치될 수 있고, 제2 절연층(52) 상에서 제1 접촉 전극(26a)과 제2 접촉 전극(26b)은 서로 이격되도록 배치될 수 있다. 도 4의 실시예는 제3 절연층(53)이 생략된 점을 제외하고는 도 3의 실시예와 동일하다. 이하, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
한편, 발광 소자(30)는 발광 다이오드(Light Emitting diode)일 수 있으며, 구체적으로 발광 소자(30)는 마이크로 미터(Micro-meter) 또는 나노 미터(Nano-meter) 단위의 크기를 가지고, 무기물로 이루어진 무기 발광 다이오드일 수 있다. 무기 발광 다이오드는 서로 대향하는 두 전극들 사이에 특정 방향으로 전계를 형성하면 극성이 형성되는 상기 두 전극 사이에 정렬될 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 발광 소자의 개략도이다.
도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 발광 소자(30)는 일 방향으로 연장된 형상을 가질 수 있다. 발광 소자(30)는 로드(Rod), 와이어(Wire), 튜브(Tube) 등의 형상을 가질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 발광 소자(30)는 원통형 또는 로드형일 수 있다. 다만, 발광 소자(30)의 형태가 이에 제한되는 것은 아니며, 정육면체, 직육면체, 육각기둥형 등 다각기둥의 형상을 갖거나, 일 방향으로 연장되되 외면이 부분적으로 경사진 형상을 갖는 등 발광 소자(30)는 다양한 형태를 가질 수 있다.
발광 소자(30)는 임의의 도전형(예컨대, p형 또는 n형) 불순물로 도핑된 반도체층을 포함할 수 있다. 반도체층은 외부의 전원으로부터 인가되는 전기 신호가 전달되어 특정 파장대의 광을 방출할 수 있다. 발광 소자(30)에 포함되는 복수의 반도체들은 상기 일 방향을 따라 순차적으로 배치되거나 적층된 구조를 가질 수 있다.
발광 소자(30)는 제1 반도체층(31), 제2 반도체층(32), 활성층(36), 전극층(37) 및 절연막(38)을 포함할 수 있다. 도 5는 발광 소자(30)의 각 구성들을 시각적으로 도시하기 위해 절연막(38)이 일부분 제거되어 복수의 반도체층(31, 32, 36)이 노출된 상태를 도시하고 있다. 다만, 후술할 바와 같이, 절연막(38)은 복수의 반도체층(31, 32, 36)의 외면을 둘러싸도록 배치될 수 있다.
구체적으로, 제1 반도체층(31)은 n형 반도체일 수 있다. 일 예로, 발광 소자(30)가 청색 파장대의 광을 방출하는 경우, 제1 반도체층(31)은 AlxGayIn1-x-yN(0≤x≤1,0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 화학식을 갖는 반도체 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, n형으로 도핑된 AlGaInN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN 및 InN 중에서 어느 하나 이상일 수 있다. 제1 반도체층(31)은 n형 도펀트가 도핑될 수 있으며, 일 예로 n형 도펀트는 Si, Ge, Sn 등일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 반도체층(31)은 n형 Si로 도핑된 n-GaN일 수 있다. 제1 반도체층(31)의 길이는 1.5㎛ 내지 5㎛의 범위를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
제2 반도체층(32)은 후술하는 활성층(36) 상에 배치된다. 제2 반도체층(32)은 p형 반도체일 수 있으며 일 예로, 발광 소자(30)가 청색 또는 녹색 파장대의 광을 방출하는 경우, 제2 반도체층(32)은 AlxGayIn1-x-yN(0≤x≤1,0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 화학식을 갖는 반도체 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, p형으로 도핑된 AlGaInN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN 및 InN 중에서 어느 하나 이상일 수 있다. 제2 반도체층(32)은 p형 도펀트가 도핑될 수 있으며, 일 예로 p형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Se, Ba 등일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제2 반도체층(32)은 p형 Mg로 도핑된 p-GaN일 수 있다. 제2 반도체층(32)의 길이는 0.05㎛ 내지 0.10㎛의 범위를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 도면에서는 제1 반도체층(31)과 제2 반도체층(32)이 하나의 층으로 구성된 것을 도시하고 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 몇몇 실시예에 따르면 활성층(36)의 물질에 따라 제1 반도체층(31)과 제2 반도체층(32)은 더 많은 수의 층, 예컨대 클래드층(Clad layer) 또는 TSBR(Tensile strain barrier reducing)층을 더 포함할 수도 있다.
활성층(36)은 제1 반도체층(31)과 제2 반도체층(32) 사이에 배치된다. 활성층(36)은 단일 또는 다중 양자 우물 구조의 물질을 포함할 수 있다. 활성층(36)이 다중 양자 우물 구조의 물질을 포함하는 경우, 양자층(Quantum layer)과 우물층(Well layer)이 서로 교번적으로 복수 개 적층된 구조일 수도 있다. 활성층(36)은 제1 반도체층(31) 및 제2 반도체층(32)을 통해 인가되는 전기 신호에 따라 전자-정공 쌍의 결합에 의해 광을 발광할 수 있다. 일 예로, 활성층(36)이 청색 파장대의 광을 방출하는 경우, AlGaN, AlGaInN 등의 물질을 포함할 수 있다. 특히, 활성층(36)이 다중 양자 우물 구조로 양자층과 우물층이 교번적으로 적층된 구조인 경우, 양자층은 AlGaN 또는 AlGaInN, 우물층은 GaN 또는 AlInN 등과 같은 물질을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 활성층(36)은 양자층으로 AlGaInN를, 우물층으로 AlInN를 포함하여 활성층(36)은 중심 파장대역이 450nm 내지 495nm의 범위를 갖는 청색(Blue)광을 방출할 수 있다.
다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 활성층(36)은 밴드갭(Band gap) 에너지가 큰 종류의 반도체 물질과 밴드갭 에너지가 작은 반도체 물질들이 서로 교번적으로 적층된 구조일 수도 있고, 발광하는 광의 파장대에 따라 다른 3족 내지 5족 반도체 물질들을 포함할 수도 있다. 활성층(36)이 방출하는 광은 청색 파장대의 광으로 제한되지 않고, 경우에 따라 적색, 녹색 파장대의 광을 방출할 수도 있다. 활성층(36)의 길이는 0.05㎛ 내지 0.10㎛의 범위를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 활성층(36)에서 방출되는 광은 발광 소자(30)의 길이방향 외부면뿐만 아니라, 양 측면으로 방출될 수 있다. 활성층(36)에서 방출되는 광은 하나의 방향으로 방향성이 제한되지 않는다.
전극층(37)은 오믹(Ohmic) 접촉 전극일 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 쇼트키(Schottky) 접촉 전극일 수도 있다. 발광 소자(30)는 적어도 하나의 전극층(37)을 포함할 수 있다. 도 5에서는 발광 소자(30)가 하나의 전극층(37)을 포함하는 것을 도시하고 있으나, 이에 제한되지 않는다. 경우에 따라서 발광 소자(30)는 더 많은 수의 전극층(37)을 포함하거나, 생략될 수도 있다. 후술하는 발광 소자(30)에 대한 설명은 전극층(37)의 수가 달라지거나 다른 구조를 더 포함하더라도 동일하게 적용될 수 있다.
전극층(37)은 일 실시예에 따른 표시 장치(10)에서 발광 소자(30)가 전극 또는 접촉 전극과 전기적으로 연결될 때, 발광 소자(30)와 전극 또는 접촉 전극 사이의 저항을 감소시킬 수 있다. 전극층(37)은 전도성이 있는 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전극층(37)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 인듐(In), 금(Au), 은(Ag), ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 및 ITZO(Indium Tin-Zinc Oxide) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한 전극층(37)은 n형 또는 p형으로 도핑된 반도체 물질을 포함할 수도 있다. 전극층(37)은 동일한 물질을 포함할 수 있고, 서로 다른 물질을 포함할 수도 있다. 전극층(37)의 길이는 0.05㎛ 내지 0.10㎛의 범위를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
절연막(38)은 상술한 복수의 반도체층 및 전극층들의 외면을 둘러싸도록 배치된다. 예시적인 실시예에서, 절연막(38)은 적어도 활성층(36)의 외면을 둘러싸도록 배치되고, 발광 소자(30)가 연장된 일 방향으로 연장될 수 있다. 절연막(38)은 상기 부재들을 보호하는 기능을 수행할 수 있다. 일 예로, 절연막(38)은 상기 부재들의 측면부를 둘러싸도록 형성되되, 발광 소자(30)의 길이방향의 양 단부는 노출되도록 형성될 수 있다.
도면에서는 절연막(38)이 발광 소자(30)의 길이방향으로 연장되어 제1 반도체층(31)으로부터 전극층(37)의 측면까지 커버하도록 형성된 것을 도시하고 있으나, 이에 제한되지 않는다. 절연막(38)은 활성층(36)을 포함하여 일부의 반도체층의 외면만을 커버하거나, 전극층(37) 외면의 일부만 커버하여 각 전극층(37)의 외면이 부분적으로 노출될 수도 있다. 또한, 절연막(38)은 발광 소자(30)의 적어도 일 단부와 인접한 영역에서 단면상 상면이 라운드지게 형성될 수도 있다.
절연막(38)의 두께는 10nm 내지 1.0㎛의 범위를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는 절연막(38)의 두께는 40nm 내외일 수 있다.
절연막(38)은 절연특성을 가진 물질들, 예를 들어, 실리콘 산화물(Silicon oxide, SiOx), 실리콘 질화물(Silicon nitride, SiNx), 산질화 실리콘(SiOxNy), 질화알루미늄(Aluminum nitride, AlN), 산화알루미늄(Aluminum oxide, Al2O3) 등을 포함할 수 있다. 이에 따라 활성층(36)이 발광 소자(30)에 전기 신호가 전달되는 전극과 직접 접촉하는 경우 발생할 수 있는 전기적 단락을 방지할 수 있다. 또한, 절연막(38)은 활성층(36)을 포함하여 발광 소자(30)의 외면을 보호하기 때문에, 발광 효율의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 몇몇 실시예에서, 절연막(38)은 외면이 표면처리될 수 있다. 발광 소자(30)는 표시 장치(10)의 제조 시, 소정의 잉크 내에서 분산된 상태로 전극 상에 분사되어 정렬될 수 있다. 여기서, 발광 소자(30)가 잉크 내에서 인접한 다른 발광 소자(30)와 응집되지 않고 분산된 상태를 유지하기 위해, 절연막(38)은 표면이 소수성 또는 친수성 처리될 수 있다.
발광 소자(30)는 길이(h)가 1㎛ 내지 10㎛ 또는 2㎛ 내지 6㎛의 범위를 가질 수 있으며, 바람직하게는 3㎛ 내지 5㎛의 길이를 가질 수 있다. 또한, 발광 소자(30)의 직경은 30nm 내지 700nm의 범위를 갖고, 발광 소자(30)의 종횡비(Aspect ratio)는 1.2 내지 100일 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 표시 장치(10)에 포함되는 복수의 발광 소자(30)들은 활성층(36)의 조성 차이에 따라 서로 다른 직경을 가질 수도 있다. 바람직하게는 발광 소자(30)의 직경은 500nm 내외의 범위를 가질 수 있다.
한편, 발광 소자(30)는 그 형상 및 재료가 도 5에 제한되지 않는다. 몇몇 실시예에서, 발광 소자(30)는 더 많은 수의 층들을 포함하거나, 다른 형상을 가질 수도 있다.
도 6 및 도 7은 다른 실시예에 따른 발광 소자의 개략도이다.
먼저, 도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 발광 소자(30')는 제1 반도체층(31’)과 활성층(36’) 사이에 배치된 제3 반도체층(33’), 활성층(36’)과 제2 반도체층(32’) 사이에 배치된 제4 반도체층(34’) 및 제5 반도체층(35’)을 더 포함할 수 있다. 도 6의 발광 소자(30’)는 복수의 반도체층(33’, 34’, 35’) 및 전극층(37a', 37b')이 더 배치되고, 활성층(36’)이 다른 원소를 함유하는 점에서 도 5의 실시예와 차이가 있다. 이하에서는 중복되는 설명은 생략하고 차이점을 중심으로 서술하기로 한다.
상술한 바와 같이, 도 5의 발광 소자(30)는 활성층(36)이 질소(N)를 포함하여 청색(Blue) 또는 녹색(Green)의 광을 방출할 수 있다. 반면에, 도 6의 발광 소자(30’)는 활성층(36’) 및 다른 반도체층들이 각각 적어도 인(P)을 포함하는 반도체일 수 있다. 즉, 일 실시예에 따른 발광 소자(30’)는 중심 파장 대역이 620nm 내지 750nm의 범위를 갖는 적색(Red)의 광을 방출할 수 있다. 다만, 적색광의 중심 파장대역이 상술한 범위에 제한되는 것은 아니며, 본 기술분야에서 적색으로 인식될 수 있는 파장 범위를 모두 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
구체적으로, 제1 반도체층(31’)은 n형 반도체층으로 InxAlyGa1-x-yP(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 화학식을 갖는 반도체 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 반도체층(31’)은 n형으로 도핑된 InAlGaP, GaP, AlGaP, InGaP, AlP 및 InP 중에서 어느 하나 이상일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 반도체층(31’)은 n형 Si로 도핑된 n-AlGaInP일 수 있다.
제2 반도체층(32’)은 p형 반도체층으로 InxAlyGa1-x-yP(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 화학식을 갖는 반도체 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 반도체층(32’)은 p형으로 도핑된 InAlGaP, GaP, AlGaNP, InGaP, AlP 및 InP 중에서 어느 하나 이상일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제2 반도체층(32’)은 p형 Mg로 도핑된 p-GaP일 수 있다.
활성층(36’)은 제1 반도체층(31’)과 제2 반도체층(32’) 사이에 배치될 수 있다. 활성층(36’)은 단일 또는 다중 양자 우물 구조의 물질을 포함하여 특정 파장대의 광을 방출할 수 있다. 활성층(36’)이 다중 양자 우물 구조로 양자층과 우물층이 교번적으로 적층된 구조인 경우, 양자층은 AlGaP 또는 AlInGaP, 우물층은 GaP 또는 AlInP 등과 같은 물질을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 활성층(36’)은 양자층으로 AlGaInP를, 우물층으로 AlInP를 포함하여 620nm 내지 750nm의 중심 파장대역을 갖는 적색광을 방출할 수 있다.
도 6의 발광 소자(30’)는 활성층(36’)과 인접하여 배치되는 클래드층(Clad layer)을 포함할 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 활성층(36’)의 상하에서 제1 반도체층(31’) 및 제2 반도체층(32’) 사이에 배치된 제3 반도체층(33’)과 제4 반도체층(34’)은 클래드층일 수 있다.
제3 반도체층(33’)은 제1 반도체층(31’)과 활성층(36’) 사이에 배치될 수 있다. 제3 반도체층(33’)은 제1 반도체층(31’)과 같이 n형 반도체일 수 있으며, 일 예로 제3 반도체층(33’)은 InxAlyGa1-x-yP(0≤x≤1,0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 화학식을 갖는 반도체 재료를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 반도체층(31’)은 n-AlGaInP이고, 제3 반도체층(33’)은 n-AlInP일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
제4 반도체층(34’)은 활성층(36’)과 제2 반도체층(32’) 사이에 배치될 수 있다. 제4 반도체층(34’)은 제2 반도체층(32’)과 같이 n형 반도체일 수 있으며, 일 예로 제4 반도체층(34’)은 InxAlyGa1-x-yP(0≤x≤1,0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 화학식을 갖는 반도체 재료를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제2 반도체층(32’)은 p-GaP이고, 제4 반도체층(34’)은 p-AlInP 일 수 있다.
제5 반도체층(35’)은 제4 반도체층(34’)과 제2 반도체층(32’) 사이에 배치될 수 있다. 제5 반도체층(35’)은 제2 반도체층(32’) 및 제4 반도체층(34’)과 같이 p형으로 도핑된 반도체일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제5 반도체층(35’)은 제4 반도체층(34’)과 제2 반도체층(32’) 사이의 격자 상수(Lattice constant) 차이를 줄여주는 기능을 수행할 수 있다. 즉, 제5 반도체층(35’)은 TSBR(Tensile strain barrier reducing)층일 수 있다. 일 예로, 제5 반도체층(35’)은 p-GaInP, p-AlInP, p-AlGaInP 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 제3 반도체층(33’), 제4 반도체층(34') 및 제5 반도체층(35')의 길이는 0.08㎛ 내지 0.25㎛의 범위를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 전극층(37a')과 제2 전극층(37b')은 각각 제1 반도체층(31’) 및 제2 반도체층(32’) 상에 배치될 수 있다. 제1 전극층(37a’)은 제1 반도체층(31’)의 하면에 배치되고, 제2 전극층(37b’)은 제2 반도체층(32’)의 상면에 배치될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 제1 전극층(37a’) 및 제2 전극층(37b’) 중 적어도 어느 하나는 생략될 수 있다. 예를 들어 발광 소자(30’)는 제1 반도체층(31’) 하면에 제1 전극층(37a’)이 배치되지 않고, 제2 반도체층(32’) 상면에 하나의 제2 전극층(37b’)만이 배치될 수도 있다.
이어, 도 7을 참조하면, 발광 소자(30’')는 일 방향으로 연장된 형상을 갖되, 부분적으로 측면이 경사진 형상을 가질 수 있다. 즉, 일 실시예에 따른 발광 소자(30’')는 부분적으로 원추형의 형상을 가질 수 있다.
발광 소자(30’')는 복수의 층들이 일 방향으로 적층되지 않고, 각 층들이 어느 다른 층의 외면을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 발광 소자(30'')는 적어도 일부 영역이 일 방향으로 연장된 반도체 코어와 이를 둘러싸도록 형성된 절연막(38’')을 포함할 수 있다. 상기 반도체 코어는 제1 반도체층(31’'), 활성층(36’’), 제2 반도체층(32’') 및 전극층(37’')을 포함할 수 있다.
제1 반도체층(31’')은 일 방향으로 연장되고 양 단부가 중심부를 향해 경사지게 형성될 수 있다. 제1 반도체층(31’')은 로드형 또는 원통형의 본체부와, 상기 본체부의 상부 및 하부에 각각 측면이 경사진 형상의 단부들이 형성된 형상일 수 있다. 상기 본체부의 상단부는 하단부에 비해 더 가파른 경사를 가질 수 있다.
활성층(36’’)은 제1 반도체층(31’')의 상기 본체부의 외면을 둘러싸도록 배치된다. 활성층(36’’)은 일 방향으로 연장된 고리형의 형상을 가질 수 있다. 활성층(36’’)은 제1 반도체층(31’')의 상단부 및 하단부 상에는 형성되지 않을 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다. 활성층(36’’)에서 방출되는 광은 발광 소자(30’')의 길이방향의 양 단부뿐만 아니라, 길이방향을 기준으로 양 측면으로 방출될 수 있다. 도 5의 발광 소자(30)에 비해 도 7의 발광 소자(30’')는 활성층(36’’)의 면적이 넓어 더 많은 양의 광을 방출할 수 있다.
제2 반도체층(32’')은 활성층(36’’)의 외면과 제1 반도체층(31’')의 상단부를 둘러싸도록 배치된다. 제2 반도체층(32’')은 일 방향으로 연장된 고리형의 본체부와 측면이 경사지도록 형성된 상단부를 포함할 수 있다. 즉, 제2 반도체층(32’')은 활성층(36’’)의 평행한 측면과 제1 반도체층(31’')의 경사진 상단부에 직접 접촉할 수 있다. 다만, 제2 반도체층(32’')은 제1 반도체층(31’')의 하단부에는 형성되지 않는다.
전극층(37’')은 제2 반도체층(32’')의 외면을 둘러싸도록 배치된다. 전극층(37’')의 형상은 실질적으로 제2 반도체층(32’')과 동일할 수 있다. 전극층(37’')은 제2 반도체층(32’')의 외면에 전면적으로 접촉할 수 있다.
절연막(38’')은 전극층(37’') 및 제1 반도체층(31’')의 외면을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 절연막(38’')은 전극층(37’')을 포함하여, 제1 반도체층(31’')의 하단부 및 활성층(36’’)과 제2 반도체층(32’')의 노출된 하단부와 직접 접촉할 수 있다.
한편 상술한 바와 같이, 발광 소자(30)는 용매(도 8의 '100')에 분산된 상태로 전극(21, 22) 상에 분사되고, 전극(21, 22)에 정렬 신호를 인가하는 공정을 통해 전극(21, 22) 사이에 배치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 발광 소자(30)는 발광 소자 용매(100) 내에 분산된 상태로 준비되고, 잉크젯 프린팅(Inkjet printing) 공정을 통해 각 전극(21, 22) 상에 분사될 수 있다. 이어 각 전극(21, 22)에 정렬 신호가 인가되면 이들 상에는 전계가 형성되고, 발광 소자(30)는 상기 전계에 의한 유전영동힘(Dielectrophoretic Force)을 전달받을 수 있다. 유전영동힘이 전달된 발광 소자(30)는 배향 방향 및 위치가 변하면서 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 상에 배치될 수 있다.
상술한 바와 같이 발광 소자(30)는 복수의 반도체층들을 포함하여 발광 소자 용매(100)보다 비중이 큰 물질들로 이루어질 수 있다. 발광 소자(30)는 발광 소자 용매(100) 내에서 일정 시간 동안 분산된 상태를 유지하다가 점차 침전될 수 있다. 이를 방지하기 위해 발광 소자 용매(100)는 발광 소자(30)를 잉크(1000) 내에서 일정 시간 이상 분산된 상태를 유지할 수 있고, 이와 동시에 잉크젯 프린팅 공정에서 노즐을 통한 토출이 가능한 정도의 점도를 가질 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 발광 소자 잉크의 개략도이다. 도 9는 일 실시예에 따른 발광 소자 잉크에 분산된 발광 소자를 나타내는 개략도이다. 도 9는 도 8의 A 부분을 확대하여 도시한 개략도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 일 실시예에 따른 발광 소자 잉크(1000)는 발광 소자 용매(100) 및 발광 소자 용매(100)에 분산된 발광 소자(30)를 포함한다. 발광 소자(30)에 대한 설명은 상술한 바와 동일한 바, 이하에서는 발광 소자 용매(100)에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
발광 소자 용매(100)는 발광 소자(30)를 분산된 상태로 보관할 수 있으며 발광 소자(30)와 반응하지 않는 유기 용매일 수 있다. 또한, 발광 소자 용매(100)는 잉크젯 프린팅 장치의 노즐을 통해 토출될 수 있을 정도의 점도를 가질 수 있다. 용매 분자(101)들은 발광 소자(30)의 표면에서 이를 둘러싸면서 발광 소자(30)를 분산시킬 수 있다.
본 명세서에서, '발광 소자 용매(100)'는 발광 소자(30)가 분산될 수 있는 용매, 또는 그 매질을 의미하는 것이고, '용매 분자(101)'는 발광 소자 용매(100)를 이루는 하나의 분자를 지칭하는 것으로 이해될 수 있다. 후술할 바와 같이, '발광 소자 용매(100)'는 '용매 분자(101)', 및 이들 중 일부가 해리되어 이온 상태의 용매 분자들을 포함하여 이들이 형성하는 액체상태의 매질인 것으로 이해될 수 있다. 다만, 반드시 이들의 용어가 구분되어서 사용되지 않을 수 있으며, 경우에 따라서 '발광 소자 용매(100)'와 '용매 분자(101)는 혼용되어 사용되되 실질적으로 동일한 것을 의미할 수 있다.
용매 분자(101)들 중 일부는 분자 내 결합 중 일부가 분리되어 발광 소자 용매(100) 내에서 해리되어 전하를 띤 이온 상태로 존재할 수 있고, 이들은 발광 소자(30)의 표면을 둘러싸며 하나의 미셀(Micelle) 구조체를 형성할 수 있다. 전하를 띠는 용매 분자 이온(101', H)들은 발광 소자(30)의 표면으로부터 발광 소자 용매(100)의 벌크 유체(Bulk fluid, BF) 사이에서 이중층(Double layer)을 형성할 수 있다.
발광 소자(30)들은 주변의 용매 분자(101)들, 또는 용매 분자(101)들이 해리된 이온들(101', H)이 표면에 부착 또는 흡착된 상태로 벌크 유체 내에 분산될 수 있다. 발광 소자(30)는 벌크 유체로부터 전하를 띠는 이온들(101', H)이 형성하는 이중층의 슬립 면(Slipping plane)에서 측정된 표면 전하, 또는 제타 전위(Zeta potential)를 가질 수 있다. 발광 소자 용매(100) 내에 분산된 발광 소자(30)의 표면에서 용매 분자(101)들, 및 이들이 해리되어 형성되는 이온(101', H)들이 형성하는 이중층의 전위인 제타 전위는 이온들이 둘러싸는 발광 소자(30)의 표면 전하, 또는 발광 소자(30)의 제타 전위로 이해될 수 있다. 이하에서는 이를 발광 소자(30)의 제타 전위라 지칭한다.
발광 소자(30)는 용매 분자(101) 및 이들이 해리된 이온(101', H)들이 이중층에서 형성하는 농도 구배에 따라 제타 전위를 가질 수 있다. 발광 소자 용매(100) 내에 분산된 복수의 발광 소자(30)들의 제타 전위는 정규 분포를 가질 수 있고, 이들의 평균적인 제타 전위가 측정될 수 있다. 발광 소자(30)들의 제타 전위 절대값의 평균(즉, 발광 소자(30)들의 제타 전위 평균값의 절대값)이 작을 경우, 몇몇 발광 소자(30)들은 서로 반대 부호를 갖는 제타 전위를 가질 수 있다. 발광 소자(30)가 전계에 의해 전극(21, 22) 상에 배치될 때, 발광 소자(30)들은 제타 전위에 따라 서로 인력이 작용할 수 있고, 몇몇 발광 소자(30)들은 인접한 다른 발광 소자(30)와 응집(Aggregation)된 상태로 전극(21, 22) 상에 배치될 수도 있다. 복수의 발광 소자(30)들이 응집된 상태로 전극(21, 22) 상에 배치되면, 접촉 전극(26)과 발광 소자(30)가 원활하게 접촉되지 않거나 따라 전극(21, 22) 간 단락(Short)이 발생할 수도 있다. 발광 소자(30)들에 의해 전극(21, 22)들이 단락될 경우, 다른 발광 소자(30)들에는 전기 신호가 전달되지 않고 해당 서브 화소(PXn)는 발광 불량이 생길 수도 있다.
발광 소자(30)들의 제타 전위 절대값의 평균이 클 경우, 발광 소자 잉크(1000) 내 각 발광 소자(30)들의 제타 전위가 동일한 부호를 가질 수 있고, 전계에 의해 전극(21, 22) 상에 배치될 때 서로 척력이 작용할 수 있다. 이에 따라 발광 소자(30)들은 서로 응집되지 않고 이격된 상태로 전극(21, 22) 상에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따른 발광 소자 잉크(1000)는 발광 소자(30)들의 제타 전위 절대값의 평균이 큰 값을 가질 수 있는 발광 소자 용매(100)를 포함할 수 있다. 발광 소자 용매(100)는 발광 소자(30)의 제타 전위가 상술한 값을 가질 수 있는 물성을 띠고, 발광 소자 잉크(1000)를 이용한 표시 장치(10)의 제조 공정 중, 발광 소자(30)들이 응집되는 것을 방지할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 발광 소자 용매(100)의 용매 분자(101)는 비교적 낮은 pKa값을 가질 수 있고, 비교적 많은 수의 용매 분자(101)들이 해리되어 이온 상태로 존재할 수 있다. 발광 소자(30)를 둘러싸는 상기 이온들의 양, 또는 농도가 커질수록 발광 소자(30)의 표면에 상기 이온들이 형성하는 이중층의 전하량이 커지게되고, 발광 소자(30)는 제타 전위의 절대값이 커질 수 있다.
예시적인 실시예에서, 용매 분자(101)는 pKa가 7 내지 15의 범위를 갖는 1차 알코올기(Alcohol group)를 포함할 수 있고, 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표현될 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00007
[화학식 2]
Figure pat00008
상기 화학식 1 및 2에서, 상기 n은 2 내지 10의 정수이고, 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 C1-C10의 알킬기, C2-C10의 알케닐기, C2-C10의 알카이닐기, C1-C10의 알킬에터기 및 C2-C10의 알케닐에터기 중 어느 하나일 수 있다.
발광 소자 용매(100)는 용매 분자(101)가 반복 단위로 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol), 또는 1,3-프로필렌 글리콜(1,3-propylene glycol)을 포함하는 유기 용매일 수 있다. 용매 분자(101)가 상기 작용기를 반복 단위로 포함하여 발광 소자(30)들과 반응하지 않고 이들을 분산시킬 수 있으면서, 노즐을 통해 토출될 수 있을 정도의 점도를 가질 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 용매 분자(101)는 다른 작용기들을 포함한 구조를 가질 수도 있다.
용매 분자(101)는 상기 작용기들이 반복된 구조에 더하여 말단기에는 히드록시기(-OH, 또는 -CH2OH기)가 결합된 1차 알코올일 수 있다. 1차 알코올은 2차, 또는 3차 알코올에 비해 낮은 pKa값을 가질 수 있고, 발광 소자 용매(100) 내에서 비교적 높은 해리도를 가질 수 있다. 1차 알코올인 용매 분자(101)가 해리되면 수소 이온(도 9의 'H')과 알콕시 이온(도 9의 '101'')으로 분리될 수 있다. 이들은 각각 양전하 및 음전하를 띤 상태로 발광 소자(30)의 표면을 둘러싸도록 배치될 수 있고, 발광 소자(30)와 함께 미셀 구조체를 형성한다.
예를 들어, 발광 소자(30)는 절연막(38)이 표면처리된 상태로 발광 소자 용매(100)에 분산될 수 있고, 발광 소자(30)의 표면에는 수소 이온(H)과 알콕시 이온(101')이 둘러싸며 이중층을 형성할 수 있다. 상기 이중층은 수소 이온(H)들이 발광 소자(30)의 표면에 흡착되어 형성하는 스턴 층(Stern layer, SL) 및 스턴 층(SL) 외부에서 수소 이온(H)과 알콕시 이온(101')들이 둘러싸는 슬립 면(Slipping plane, SP)에 더하여 슬립 면(SP)으로부터 벌크 유체 사이에 위치하는 확산층(Diffusion layer)를 포함할 수 있다. 발광 소자(30)의 제타 전위는 벌크 유체 지점을 기준으로 슬립 면(SP)에서 측정된 전하량을 의미하는 바, 이는 슬립 면(SP)에서의 이온들(101', H)의 농도에 따라 달라질 수 있다.
상술한 바와 같이, 발광 소자(30)의 제타 전위는 전계에 놓인 발광 소자(30)들의 거동에 영향을 줄 수 있다. 발광 소자 용매(100)에 분산된 발광 소자(30)들의 제타 전위는 정규 분포를 가질 수 있고, 제타 전위 절대값의 평균이 작을 경우, 발광 소자(30)들 중 일부는 제타 전위가 서로 반대의 부호를 가질 수 있다. 이러한 발광 소자(30)들은 발광 소자 용매(100) 내에서 서로 인력이 작용할 수 있고, 전계에 의해 위치 및 배향 방향이 변하다가 서로 응집될 수 있다.
반면, 발광 소자 용매(100)가 비교적 낮은 pKa 값을 갖고, 용매 분자(101)가 해리되어 형성된 이온(101', H)들의 농도가 커지면 슬립 면(SP)에서 측정되는 제타 전위의 절대값이 커질 수 있다. 복수의 발광 소자(30)들의 제타 전위가 정규 분포를 갖더라도, 각각의 제타 전위들은 동일한 부호의 값을 가질 수 있다. 이로 인하여 발광 소자(30)들이 전계에 의해 배향 방향 및 위치가 변하더라도 이들 사이에는 서로 척력이 작용하게 되고, 전극(21, 22) 상에서 응집되어 배치되는 것이 방지될 수 있다.
발광 소자(30)의 제타 전위와 발광 소자 용매(100)의 pKa 값은 특정한 상관 관계를 가질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 발광 소자(30)의 제타 전위와 발광 소자 용매(100)의 pKa 값은 하기 식 1을 만족할 수 있다.
[식 1]
발광 소자 용매에 분산된 발광 소자의 제타 전위(mV) = C1*pKa + C2
상기 'pKa'는 발광 소자 용매(100)의 용매 분자(101)가 갖는 pKa값이고, 상기 'C1' 및 'C2'는 비례 상수이다. 일 예로, 상기 'C1'은 7 내지 18, 또는 10 내지 15, 바람직하게는 12 내외의 실수 값을 가질 수 있다. 상기 'C2'는 -150 내지 -300, 또는 -200 내지 -250, 바람직하게는 -220 내외의 실수 값을 가질 수 있다.
상술한 바와 같이, 발광 소자 용매(100)의 용매 분자(101)가 갖는 pKa 값이 7 내지 15의 범위인 경우, 발광 소자 용매(100)에 분산된 발광 소자(30)의 제타 전위는 -30mV 이하의 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 'C1'이 12.1이고, 'C2'가 -221.2이며, 용매 분자(101)가 갖는 pKa가 10 내지 15의 범위일 때, 발광 소자 용매(100)에 분산된 발광 소자(30)들의 제타 전위는 약 -80mV 내지 -50mV의 범위를 가질 수 있다. 다만, 용매 분자(101)의 pKa값과 상기 C1, C2의 수치 범위는 예시적인 범위이며, 발광 소자(30) 및 용매 분자(101)의 종류에 따라 그 범위는 다양하게 변형될 수 있다.
발광 소자(30)들의 제타 전위가 상술한 범위 내에 있을 때, 제타 전위가 정규 분포를 갖더라도 발광 소자(30)들은 대체로 동일한 부호의 제타 전위를 가질 수 있다. 상기 범위 내의 제타 전위를 갖는 발광 소자(30)들은 전극(21, 22) 상에 배치되는 공정에서 서로 반발력이 작용하여 응집되지 않고 서로 이격된 상태로 전극(21, 22) 상에 배치될 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 발광 소자 용매(100)는 발광 소자(30)들은 분산시키면서 노즐을 통해 토출될 수 있을 정도의 점도를 가질 수 있다. 용매 분자(101)가 상기 화학식 1 또는 2로 표현될 경우, 상기 n값과 R1 및 R2는 발광 소자 용매(100)가 특정 수치의 점도를 가질 수 있는 범위 내에서 조절될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 발광 소자 용매(100)는 점도가 5 cP 내지 80cP, 또는 20cP 내지 60cP, 바람직하게는 35 cP 내지 50 cp 내외의 값을 가질 수 있고, 상기 범위 내에서 상기 화학식 1 및 2의 n과 R1, R2가 조절될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다.
또한, 용매 분자(101)는 일정 범위 내의 pKa값을 가짐에 따라 발광 소자(30)의 제타 전위 절대값이 커질 수 있다면 그 구조는 상기 화학식 1 및 화학식 2에 제한되지 않는다. 몇몇 실시예에서, 용매 분자(101)는 더 낮은 pKa 값을 가질 수 있도록 탄소 사슬의 수소가 불소(F)가 치환된 구조를 가질 수 있다.
일 예로, 용매 분자(101)는 하기 화학식 3으로 표현될 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00009
상기 화학식 3에서, 상기 n은 1 내지 10의 정수이다. 용매 분자(101)는 -CF2CF2-의 반복 단위를 포함하고, 말단기는 -CF3기와 히드록시기(-OH, 또는 -CH2OH)를 포함하는 1차 알코올일 수 있다. 전자 친화도가 큰 불소(F)가 치환된 탄소 사슬은 알코올기의 수소가 분리되어 형성된 알콕시 이온(-O-)의 음전하를 더 안정화시킬 수 있고, 용매 분자(101)의 pKa 값은 더 낮아질 수 있다. 이에 따라, 발광 소자 용매(100)는 더 많은 수의 용매 분자(101)들이 해리된 이온 상태로 존재하고, 발광 소자(30)의 이중층에서 이온의 농도가 증가함에 따라 제타 전위의 절대값이 더 증가할 수 있다.
또한, 용매 분자(101)는 반드시 1차 알코올기 및 에틸렌 글리콜기를 포함하지 않고, 발광 소자(30)를 포함하는 미셀 구조체가 절대값이 큰 제타 전위를 가질 수 있도록 낮은 pKa 값을 갖는 작용기를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 용매 분자(101)는 1,3-디카르보닐기(1,3-dicarbonyl)를 포함하고, 하기 화학식 4 내지 6 중 어느 하나로 표현될 수 있다.
[화학식 4]
Figure pat00010
[화학식 5]
Figure pat00011
[화학식 6]
Figure pat00012
상기 화학식 4 내지 6에서, 상기 R3 및 R4는 각각 독립적으로 C1-C10의 알킬기, C2-C10의 알케닐기, C2-C10의 알카이닐기, C1-C10의 알킬에터기 및 C2-C10의 알케닐에터기 중 어느 하나일 수 있다.
용매 분자(101)는 1,3-디카르보닐기를 포함하여 pKa 값이 상술한 범위 내의 값을 가질 수 있다. 2개의 카르보닐기(-C=O) 사이에 위치한 탄소(-CH2)는 수소가 분리되어 음전하를 형성하면 인접한 카르보닐기(-C=O)에 의해 안정화될 수 있기 때문에, 상기 탄소의 수소는 낮은 pKa 값을 가질 수 있다. 용매 분자(101)가 상기 화학식 4 내지 6으로 표현되는 구조를 포함하더라도, 1차 알코올과 유사한 범위의 pKa 값을 가질 수 있고, 발광 소자 잉크(1000) 내 발광 소자(30)들은 제타 전위의 절대값이 클 수 있다. 이에 따라, 표시 장치(10)의 제조 공정 중 발광 소자(30)들이 응집되면서 전극(21, 22) 상에 배치되는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는 일 실시예에 따른 표시 장치(10)의 제조 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 10은 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 10을 참조하면, 일 실시예에 따른 표시 장치(10)의 제조 방법은 발광 소자 용매(100) 및 발광 소자(30)를 포함하는 발광 소자 잉크(1000)를 준비하는 단계(S100), 복수의 전극(21, 22)이 형성된 대상 기판을 준비하고, 전극(21, 22) 상에 발광 소자 잉크(1000)를 분사하는 단계(S200) 및 대상 기판 상에 전계를 생성하고, 제1 전극(21) 및 제2 전극(22) 상에 발광 소자(30)를 안착시키는 단계(S300)를 포함할 수 있다.
발광 소자(30)는 발광 소자 잉크(1000) 내에 분산된 상태로 준비되고, 잉크젯 프린팅 공정을 통해 전극(21, 22) 상에 토출될 수 있다. 전극(21, 22) 상에 발광 소자 잉크(1000)가 토출되면 대상 기판 또는 전극(21, 22) 상에 전계를 생성하여 발광 소자(30)를 전극(21, 22) 상에 안착시킨다. 일 실시예에 따르면, 발광 소자 잉크(1000)의 발광 소자 용매(100)는 낮은 pKa 값을 가짐에 따라 발광 소자(30)들은 제타 전위의 절대값이 큰 값을 가질 수 있고, 상기 전계에 의해 위치가 변할 때 서로 척력이 작용하여 서로 이격된 상태로 전극(21, 22) 상에 안착될 수 있다.
도 11 내지 도 14는 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 공정 중 일부를 나타내는 개략도들이다.
먼저, 도 11을 참조하면, 발광 소자(30) 및 발광 소자 용매(100)를 포함하는 발광 소자 잉크(1000)와 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)이 배치된 대상 기판(SUB)을 준비한다. 도면에서는 대상 기판(SUB) 상에 한 쌍의 전극이 배치된 것을 도시하고 있으나, 대상 기판(SUB) 상에는 더 많은 수의 전극 쌍이 배치될 수 있다. 한편, 대상 기판(SUB)은 상술한 표시 장치(10)의 제1 기판(11)에 더하여 그 상부에 배치되는 복수의 회로소자들을 포함할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 이들은 생략하여 도시하기로 한다.
발광 소자 잉크(1000)는 발광 소자 용매(100) 및 이에 분산된 발광 소자(30)를 포함할 수 있다. 용기에 보관된 상태의 발광 소자 잉크(1000)는 용매 분자(101)들이 해리되어 이온 상태로 존재할 수 있고, 발광 소자(30)는 절대값이 큰 제타 전위를 갖고 분산될 수 있다. 노즐을 통해 토출되기 전의 발광 소자 잉크(1000)에서도 발광 소자(30)들은 인접한 다른 발광 소자(30)들 간의 제타 전위에 따라 서로 척력이 작용하며 장시간 분산된 상태로 유지할 수 있다.
이어, 도 12를 참조하면, 대상 기판(SUB) 상의 제1 전극(21) 및 제2 전극(22) 상에 발광 소자 잉크(1000)를 분사한다. 예시적인 실시예에서, 발광 소자 잉크(1000)는 잉크젯 프린팅 장치를 이용한 프린팅 공정을 통해 전극(21, 22) 상에 분사될 수 있다. 발광 소자 잉크(1000)는 잉크젯 프린팅 장치에 포함된 잉크젯 헤드의 노즐(nozzle)을 통해 분사될 수 있다. 발광 소자 잉크(1000)는 잉크젯 헤드 내에 구비된 내부 유로를 따라 흐르다가 노즐을 통해 대상 기판(SUB) 상에 토출될 수 있다.
노즐(Nozzle)에서 토출된 발광 소자 잉크(1000)는 대상 기판(SUB) 상에 배치된 전극(21, 22) 상에 안착될 수 있다. 발광 소자(30)는 일 방향으로 연장된 형상을 가질 수 있고, 발광 소자 잉크(1000) 내에서 연장된 방향이 무작위의 배향 방향을 가진 상태로 분산될 수 있다.
이어, 도 13 및 도 14를 참조하면, 발광 소자(30)를 포함하는 발광 소자 잉크(1000)가 대상 기판(SUB) 상에 분사되면, 전극(21, 22)에 정렬 신호를 인가하여 대상 기판(SUB) 상에 전계(EL)를 생성한다. 발광 소자 용매(100) 내에 분산된 발광 소자(30)들은 전계(EL)에 의해 유전영동힘을 받을 수 있고, 배향 방향 및 위치가 변하면서 전극(21, 22) 상에 배치될 수 있다.
대상 기판(SUB) 상에 전계(EL)를 생성하면, 발광 소자(30)는 유전영동힘(F1)을 전달 받을 수 있다. 몇몇 실시예에서, 대상 기판(SUB) 상에 생성되는 전계(EL)가 대상 기판(SUB)의 상면에 평행하게 생성되는 경우, 발광 소자(30)는 연장된 방향이 대상 기판(SUB)에 평행하도록 정렬되어 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 상에 배치될 수 있다. 발광 소자(30)는 유전영동힘(F1)에 의해 초기 분산된 위치(도 14의 점선 부분)로부터 각각 전극(21, 22)을 향해 이동할 수 있다. 발광 소자(30)는 전계(EL)에 의해 위치와 배향 방향이 변하면서 양 단부가 각각 제1 전극(21) 및 제2 전극(22) 상에 배치될 수 있다.
발광 소자(30)들의 위치가 변할 때, 발광 소자(30)의 제타 전위에 따라 발광 소자(30)들 사이에 인력이 작용하여 서로 응집된 상태로 전극(21, 22) 상에 배치될 수도 있다. 다만, 일 실시예에 따른 발광 소자 용매(100)는 낮은 pKa 값을 가짐에 따라 이에 분산된 발광 소자(30)는 제타 전위의 절대값이 클 수 있고, 전계(EL)에 의해 발광 소자(30)들의 위치가 변할 때 서로 척력이 작용할 수 있다. 전극(21, 22) 상에 배치되는 복수의 발광 소자(30)들은 서로 척력이 작용하며 배치되므로, 응집되지 않고 이격된 상태로 배치될 수 있다.
도 15는 일 실시예에 따른 발광 소자 잉크 내 발광 소자의 거동을 나타내는 개략도이다. 도 15는 전계(EL)가 생성된 발광 소자 용매(100) 내에서 서로 다른 발광 소자(30)들의 거동을 도시하는 것으로, 도 13의 B 부분을 확대하여 개략적으로 도시하고 있다.
도 15를 참조하면, 발광 소자 용매(100)의 용매 분자(101)들은 일부 해리되어 이온(101', H) 상태로 발광 소자(30)들을 둘러쌀 수 있다. 상술한 바와 같이, 용매 분자(101)는 양전하와 음전하의 이온들로 해리되고, 발광 소자(30)의 주변에서 이중층을 형성하여 발광 소자(30)는 제타 전위를 가질 수 있다. 각 발광 소자(30)들의 제타 전위는 그 절대값이 큰 값을 가짐에 따라 제타 전위가 정규 분포를 갖더라도 서로 다른 발광 소자(30)들의 제타 전위는 동일한 부호를 가질 수 있다. 전계(EL)에 의해 위치가 변하는 발광 소자(30)들은 이들 사이의 제타 전위에 의한 척력이 작용하여 서로 밀어내면서 전극(21, 22)들 상에 배치될 수 있다. 발광 소자 용매(100)에 분산된 발광 소자(30)들은 대체로 응집되지 않으며 서로 이격된 상태로 전극(21, 22) 상에 정렬될 수 있다.
상술한 바와 같이, 발광 소자(30)의 제타 전위는 발광 소자 용매(100)의 용매 분자(101)가 갖는 pKa 값과 특정한 상관 관계를 가질 수 있다. 이와 유사하게, 발광 소자(30)들의 응집율은 발광 소자(30)의 제타 전위 평균 값과 상관 관계를 가질 수 있다.
도 16은 일 실시예에 따른 발광 소자 잉크 내 발광 소자의 제타 전위에 따른 발광 소자들의 응집율을 나타내는 그래프이다. 도 16은 발광 소자 용매(100)의 종류에 따른 발광 소자(30)의 제타 전위와, 이에 따른 발광 소자(30)의 응집율을 도시하고 있다.
도 16에서는 1차 알코올기를 포함하는 용매 샘플(SAMPLE#1, SAMPLE#2, SAMPLE#3, SAMPLE#4)과, 2차 알코올기를 포함하는 용매 샘플(SAMPLE#5, SAMPLE#6)을 준비하고, 발광 소자(30)를 이에 분산시켜 전극(21, 22) 상에 정렬하였다. 서로 다른 용매 샘플들에서 발광 소자(30)의 제타 전위(Zeta potential, mV)을 측정하고, 발광 소자(30)들을 전극(21, 22) 상에 배치시킨다. 전극(21, 22) 상에 배치된 전체 발광 소자(30)들 중 서로 응집된 상태로 배치된 발광 소자(30)들의 개수를 측정하여 발광 소자(30)의 제타 전위에 따른 응집율(Aggregation ratio, %)을 그래프로 도시하였다. 발광 소자(30)의 응집율은 약 1000개 이상의 발광 소자(30)들 중 응집된 발광 소자(30)들의 개수를 통해 계산되었다. 발광 소자(30)의 제타 전위는 각 발광 소자(30)들의 제타 전위의 평균값을 계산하여 그래프에 도시하였다.
1번 내지 4번 용매 샘플(SAMPLE#1, SAMPLE#2, SAMPLE#3, SAMPLE#4)은 1차 알코올기를 포함하고 pKa가 7 내지 15의 범위 내의 값을 갖는다. 5번 및 6번 용매 샘플(SAMPLE#5, SAMPLE#6)은 2차 알코올기를 포함하며 pKa가 15 이상의 값을 갖는다.
도 16을 참조하면, 1차 알코올기를 포함하는 1번 내지 4번 용매 샘플(SAMPLE#1, SAMPLE#2, SAMPLE#3, SAMPLE#4)들에 분산된 발광 소자(30)가 2차 알코올기를 포함하는 5번 및 6번 용매 샘플(SAMPLE#5, SAMPLE#6)의 경우보다 제타 전위의 값이 더 낮은 것을 알 수 있다. 다만, 발광 소자(30)의 제타 전위가 음수로 측정됨에 따라, 제타 전위 절대값의 크기는 1차 알코올기를 포함하는 용매 분자에 분산된 발광 소자(30)가 2차 알코올기를 포함하는 용매 분자에 분산된 발광 소자(30)보다 큰 값을 갖는다. 1차 알코올기를 포함하는 용매 분자는 더 낮은 pKa 값을 가짐에 따라 용매 내에서 해리된 이온들의 농도가 더 클 수 있고, 발광 소자(30)의 제타 전위는 절대값이 더 커질 수 있다.
1번 내지 4번 용매 샘플(SAMPLE#1, SAMPLE#2, SAMPLE#3, SAMPLE#4)에 분산된 발광 소자(30)들은 제타 전위 평균값이 -70mV 내지 -50mV의 범위를 가질 수 있고, 발광 소자(30)들의 응집율은 약 20% 내외일 수 있다. 반면, 5번 및 6번 용매 샘플(SAMPLE#5, SAMPLE#6)에 분산된 발광 소자(30)들은 제타 전위 평균값이 -20mV 내외의 값을 가질 수 있고, 발광 소자(30)들의 응집율은 약 30% 내외일 수 있다. 용매 분자의 pKa 값이 작을수록 분산된 발광 소자(30)의 제타 전위 평균의 절대값이 더 클 수 있고, 발광 소자(30)들의 응집율이 더 작을 수 있다.
또한, 발광 소자(30)들의 응집율은 발광 소자(30)의 제타 전위에 선형(Linearly)으로 비례할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 발광 소자(30)들의 응집율과 제타 전위는 하기 식 2를 만족할 수 있다.
[식 2]
발광 소자의 응집율(%) = C3*Z + C4
상기 식 2에서 'Z'는 발광 소자(30)의 제타 전위(mV)이고, 상기 'C3' 및 'C4'는 비례 상수이다. 일 예로, 상기 'C3'은 0.1 내지 1.0, 또는 0.3 내지 0.7, 바람직하게는 0.5 내외의 실수일 수 있다. 상기 'C4'는 1.0 내지 100, 또는 30 내지 70, 바람직하게는 50 내외의 실수일 수 있다.
상술한 바와 같이, 용매 분자(101)가 갖는 pKa 값이 7 내지 15의 범위이고, 발광 소자(30)의 제타 전위가 -50mV 이하의 값을 가질 경우, 발광 소자(30)들의 응집율은 20% 이하의 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 'C3'가 0.5이고, 'C4'가 46.4이며, 발광 소자(30)의 제타 전위가 -70mV 내지 -50mV의 범위일 때, 발광 소자(30)들의 응집율은 10% 내지 20% 내외의 범위를 가질 수 있다. 다만, 발광 소자(30)의 제타 전위와 상기 C3, C4의 수치 범위는 예시적인 범위이며, 발광 소자(30) 및 용매 분자(101)의 종류에 따라 그 범위는 다양하게 변형될 수 있다.
발광 소자(30)들은 제타 전위가 정규 분포를 갖더라도 대체로 동일한 부호의 제타 전위를 가질 수 있고, 발광 소자(30)들은 전극(21, 22) 상에 배치되는 공정에서 서로 반발력이 작용하여 응집되지 않고 서로 이격된 상태로 전극(21, 22) 상에 배치될 수 있다. 이에 따라, 복수의 발광 소자(30)들은 각 전극(21, 22) 상에서 응집되지 않으며 비교적 균일한 정렬도를 갖고 배치될 수 있다. 발광 소자(30)들이 갖는 '정렬도'는 대상 기판(SUB) 상에서 정렬된 발광 소자(30)들의 배향 방향 및 안착된 위치의 편차를 의미하는 것일 수 있다. 예를 들어, 발광 소자(30)들의 배향 방향 및 안착된 위치 등의 편차가 클 경우, 발광 소자(30)들의 정렬도가 낮은 것이고, 발광 소자(30)들의 배향 방향 및 안착된 위치 등의 편차가 작을 경우, 발광 소자(30)들의 정렬도가 높거나 개선된 것으로 이해될 수 있다.
다음으로, 발광 소자(30)들이 전극(21, 22) 상에 안착되면 발광 소자 잉크(1000)의 발광 소자 용매(100)를 제거한다.
도 17 및 도 18을 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 공정 중 일부를 나타내는 개략도들이다.
도 17을 참조하면, 발광 소자 용매(100)를 제거하는 공정은 통상적인 열처리 공정을 통해 수행될 수 있다. 예시적인 실시예에서 상기 열처리 공정은 200℃ 내지 400℃, 또는 300℃ 내외의 온도 범위에서 수행될 수 있다. 발광 소자 용매(100)는 상기 화학식 1 내지 6 중 어느 하나로 표현되는 용매 분자(101)를 포함하고, 끓는점이 상기 온도 범위 내에 있을 수 있다. 상기 범위 내에서 열처리 공정을 수행할 경우, 발광 소자(30) 및 회로소자들의 손상을 방지하면서 발광 소자 용매(100)를 완전하게 제거할 수 있다.
도 18을 참조하면, 발광 소자(30)는 발광 소자 잉크(1000) 내에 분산된 상태에서 서로 응집되지 않으며 전극(21, 22) 상에 높은 정렬도로 배치될 수 있다. 발광 소자(30)는 열처리 공정을 통해 발광 소자 용매(100)가 제거되는 과정에서도 부분적으로 척력이 작용할 수 있고, 서로 응집되지 않으며 최초의 정렬 상태를 유지할 수 있다. 이에 따라, 최종적으로 전극(21, 22) 상에 배치된 발광 소자(30)는 연장된 일 방향과 전극(21, 22)이 연장된 방향에 수직한 방향이 이루는 예각(Θi)은 매우 작은 값을 가질 수 있다. 상기 예각(Θi)은 5° 이상일 수 있으며, 이에 따라 발광 소자(30)가 연장된 일 방향과 전극(21, 22)이 연장된 방향이 이루는 예각은 85° 이상일 수 있다. 일 예로, 발광 소자(30) 가 연장된 일 방향과 전극(21, 22)이 연장된 방향이 이루는 예각은 88° 이상 90°이하일 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니다.
이어, 발광 소자(30)와 전극(21, 22) 상에 복수의 절연층들, 및 접촉 전극(26)을 형성하여 표시 장치(10)를 제조할 수 있다. 이상의 공정을 통해 발광 소자(30)를 포함하는 표시 장치(10)를 제조할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 발광 소자 용매(100) 및 발광 소자 용매(100)에 분산된 발광 소자(30)를 포함하는 발광 소자 잉크(1000)를 이용하여 전극(21, 22) 상에 발광 소자(30)가 배치된 표시 장치(10)를 제조할 수 있다. 발광 소자 용매(100)는 낮은 pKa 값을 가질 수 있고, 비교적 많은 용매 분자(101)들이 이온으로 해리될 수 있다. 발광 소자 용매(100)에 분산된 발광 소자(30)들은 절대값이 큰 제타 전위를 가질 수 있고, 발광 소자 용매(100) 내에서 서로 반발하는 척력이 작용하여 이들이 응집되는 것이 방지될 수 있다. 이에 따라 발광 소자(30)들은 각 전극(21, 22) 상에서 접촉 전극(26)과 원활하게 접촉될 수 있고, 표시 장치(10)는 발광 소자(30)들이 배치되는 각 화소(PX) 또는 서브 화소(PXn)의 불량율을 낮출 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 표시 장치
21: 제1 전극 22: 제2 전극
26: 접촉 전극
30: 발광 소자
51: 제1 절연층 52: 제2 절연층
100: 발광 소자 용매 101: 용매 분자
1000: 발광 소자 잉크

Claims (20)

  1. 발광 소자 용매; 및
    상기 발광 소자 용매에 분산되고, 복수의 반도체층들 및 상기 반도체층들의 외면을 둘러싸는 절연막을 포함하는 발광 소자를 포함하고,
    상기 발광 소자 용매는 pKa가 7 내지 15의 범위를 갖는 유기 용매인 발광 소자 잉크.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 발광 소자 용매 내에 분산된 상기 발광 소자의 제타 전위(Zeta potential)는 하기 식 1을 만족하는 발광 소자 잉크.
    [식 1]
    발광 소자 용매에 분산된 발광 소자의 제타 전위(mV) = C1*pKa + C2
    (상기 'pKa'는 발광 소자 용매의 pKa값이고, 상기 'C1'은 7 내지 18의 실수이고, 상기 'C2'는 -150 내지 -300의 실수이다.)
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 발광 소자 용매 내에 분산된 상기 발광 소자의 제타 전위는 -80mV 내지 -30mV의 범위를 갖는 발광 소자 잉크.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 복수의 반도체층은 제1 반도체층; 제2 반도체층 및 상기 제1 반도체층과 상기 제2 반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함하고, 상기 절연막은 적어도 상기 활성층의 외면을 둘러싸도록 배치된 발광 소자 잉크.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 발광 소자 용매는 점도가 5cp 내지 80cp의 범위를 갖는 발광 소자 잉크.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 발광 소자 용매는 1차 알코올기(Primary alcohol)를 포함하는 발광 소자 잉크.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 발광 소자 용매는 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표현되는 화합물을 포함하는 발광 소자 잉크.
    [화학식 1]
    Figure pat00013

    [화학식 2]
    Figure pat00014

    (상기 화학식 1 및 2에서, 상기 n은 2 내지 10의 정수이고, 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 C1-C10의 알킬기, C2-C10의 알케닐기, C2-C10의 알카이닐기, C1-C10의 알킬에터기 및 C2-C10의 알케닐에터기 중 어느 하나이다.)
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 발광 소자 용매는 하기 화학식 3으로 표현되는 화합물을 포함하는 발광 소자 잉크.
    [화학식 3]
    Figure pat00015

    (상기 화학식 3에서, 상기 n은 1 내지 10의 정수이다.)
  9. 제5 항에 있어서,
    상기 발광 소자 용매는 하기 화학식 4 내지 화학식 6 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 포함하는 발광 소자 잉크.
    [화학식 4]
    Figure pat00016

    [화학식 5]
    Figure pat00017

    [화학식 6]
    Figure pat00018

    (상기 화학식 4 내지 6에서, 상기 R3 및 R4는 각각 독립적으로 C1-C10의 알킬기, C2-C10의 알케닐기, C2-C10의 알카이닐기, C1-C10의 알킬에터기 및 C2-C10의 알케닐에터기 중 어느 하나이다.)
  10. 복수의 반도체층들을 포함하는 발광 소자를 분산시키는 발광 소자 용매로써, pKa가 7 내지 15의 범위를 갖는 1차 알코올기를 포함하고 하기 화학식 1 내지 화학식 3 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 포함하는 발광 소자 용매.
    [화학식 1]
    Figure pat00019

    [화학식 2]
    Figure pat00020

    [화학식 3]
    Figure pat00021

    (상기 화학식 1 내지 3에서, 상기 n은 2 내지 10의 정수이고, 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 C1-C10의 알킬기, C2-C10의 알케닐기, C2-C10의 알카이닐기, C1-C10의 알킬에터기 및 C2-C10의 알케닐에터기 중 어느 하나이다.)
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 발광 소자 용매는 점도가 5cp 내지 80cp의 범위를 갖는 발광 소자 용매.
  12. 제1 전극 및 제2 전극이 형성된 대상 기판과, 복수의 반도체층들을 포함하는 발광 소자 및 상기 발광 소자가 분산되고 pKa가 7 내지 15의 범위를 갖는 발광 소자 용매를 포함하는 발광 소자 잉크를 준비하는 단계;
    상기 대상 기판 상에 상기 발광 소자 잉크를 분사하고, 상기 대상 기판 상에 전계를 생성하는 단계; 및
    상기 발광 소자들을 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 상에 배치하는 단계를 포함하는 표시 장치의 제조방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 발광 소자 용매는 1차 알코올기를 포함하고, 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표현되는 화합물을 포함하는 표시 장치의 제조방법.
    [화학식 1]
    Figure pat00022

    [화학식 2]
    Figure pat00023

    (상기 화학식 1 및 2에서, 상기 n은 2 내지 10의 정수이고, 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 C1-C10의 알킬기, C2-C10의 알케닐기, C2-C10의 알카이닐기, C1-C10의 알킬에터기 및 C2-C10의 알케닐에터기 중 어느 하나이다.)
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 발광 소자 용매 내에 분산된 상기 발광 소자의 제타 전위(Zeta potential)는 하기 식 1을 만족하는 표시 장치의 제조방법.
    [식 1]
    발광 소자 용매에 분산된 발광 소자의 제타 전위(mV) = C1*pKa + C2
    (상기 'pKa'는 발광 소자 용매의 pKa값이고, 상기 'C1'은 7 내지 18의 실수이고, 상기 'C2'는 -150 내지 -300의 실수이다.)
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 발광 소자 용매 내에 분산된 상기 발광 소자의 제타 전위는 -80mV 내지 -50mV의 범위를 갖는 표시 장치의 제조방법.
  16. 제12 항에 있어서,
    상기 발광 소자들을 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 상에 배치하는 단계는 상기 전계에 의해 상기 발광 소자의 위치와 배향 방향이 변하는 단계를 포함하는 표시 장치의 제조방법.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 복수의 발광 소자들 중 적어도 일부는 다른 상기 발광 소자와 서로 척력이 작용하여 서로 밀어내며 이동하는 표시 장치의 제조방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 복수의 발광 소자들은 일 단부는 상기 제1 전극 상에 배치되고 타 단부는 상기 제2 전극 상에 배치되며 서로 이격되어 배치되는 표시 장치의 제조방법.
  19. 제16 항에 있어서,
    상기 발광 소자들을 배치하는 단계는 상기 발광 소자 용매를 제거하는 단계를 더 포함하는 표시 장치의 제조방법.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 발광 소자 용매를 제거하는 단계는 200℃내지 400℃의 온도 범위에서 열처리 공정을 통해 수행되는 표시 장치의 제조방법.
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