KR20220017024A - 발광 소자 잉크 및 표시 장치의 제조 방법 - Google Patents

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홍나미
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Abstract

발광 소자 잉크 및 표시 장치의 제조 방법이 제공된다. 발광 소자 잉크는 발광 소자 잉크는 발광 소자 용매, 상기 발광 소자 용매 내에 분산되고, 복수의 반도체층들 및 상기 반도체층들의 외면을 부분적으로 둘러싸는 절연막을 포함하는 발광 소자 및 상기 발광 소자 용매에 분산된 증점제를 포함하고, 상기 증점제는 상기 발광 소자 용매, 또는 다른 상기 증점제와 수소 결합을 형성할 수 있는 폴리올(Polyol)계 화합물로 화학 구조식 1로 표현되는 화합물을 포함하고, 상기 증점제는 끓는점이 200℃ 내지 450℃의 범위를 갖는다.

Description

발광 소자 잉크 및 표시 장치의 제조 방법 {Light emitting element ink and method of fabricating display device}
본 발명은 발광 소자 잉크 및 표시 장치의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 증점제를 포함하여 온도에 따라 점도 조절이 가능한 발광 소자 잉크 및 이를 이용한 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.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 증점제를 포함하여 발광 소자들이 분산된 상태로 장시간 보관 가능한 발광 소자 잉크를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 발광 소자 잉크를 이용하여 프린팅 공정 후 이물을 완전하게 제거하여 제품 신뢰성이 향상되는 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, 상기 발광 소자 용매 내에 분산되고, 복수의 반도체층들 및 상기 반도체층들의 외면을 부분적으로 둘러싸는 절연막을 포함하는 발광 소자 및 상기 발광 소자 용매에 분산된 증점제를 포함하고, 상기 증점제는 상기 발광 소자 용매, 또는 다른 상기 증점제와 수소 결합을 형성할 수 있는 폴리올(Polyol)계 화합물로 하기 화학 구조식 1로 표현되는 화합물을 포함하고, 상기 증점제는 끓는점이 200℃ 내지 450℃의 범위를 갖는다.
[화학 구조식 1]
Figure pat00001
상기 화학 구조식 1에서, 상기 R1은 수산화기가 치환되거나 비치환된 탄소수 1 내지 3000의 직쇄형 또는 분지형 알킬기, 또는 알킬에터기이고, 상기 l은 1 내지 10의 정수이다.
상기 증점제는 하기 화학식 1 내지 8 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00002
[화학식 2]
Figure pat00003
[화학식 3]
Figure pat00004
[화학식 4]
Figure pat00005
[화학식 5]
Figure pat00006
[화학식 6]
Figure pat00007
[화학식 7]
Figure pat00008
[화학식 8]
Figure pat00009
상기 화학식 7 및 화학식 8에서, 상기 n은 1 내지 1000의 정수이다.
상기 증점제는 25℃에서 상기 발광 소자 용매 및 상기 증점제와 분자 간 수소 결합을 형성하여 망상 구조를 형성할 수 있다.
상기 발광 소자 잉크는 25℃에서 측정된 점도가 20cP 내지 300cP의 범위를 가질 수 있다.
상기 발광 소자 잉크는 40℃ 내지 60℃의 온도 범위 측정된 점도가 5cP 내지 15cP의 범위를 가질 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 발광 소자 잉크 100 중량부에 대하여 0.01 내지 1 중량부로 포함되고, 상기 증점제는 상기 발광 소자 잉크 100 중량부에 대하여 5 내지 50 중량부로 포함될 수 있다.
상기 발광 소자 잉크는 상기 발광 소자 용매에 분산된 분산제를 더 포함하고, 상기 분산제는 상기 발광 소자 100 중량부에 대하여 10 내지 100 중량부로 포함될 수 있다.
상기 발광 소자의 상기 반도체층은 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 상기 제1 반도체층과 상기 제2 반도체층 사이에 배치된 발광층을 포함하고, 상기 절연막은 적어도 상기 발광층의 외면을 둘러싸도록 배치될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법은 발광 소자 용매, 및 상기 발광 소자 용매 내에 분산된 복수의 발광 소자들 및 증점제 포함하는 발광 소자 잉크와 제1 전극 및 제2 전극이 형성된 대상 기판을 준비하는 단계, 상기 대상 기판 상에 상기 발광 소자 잉크를 제1 온도에서 분사하는 단계, 상기 대상 기판 상에 전계를 생성하여 상기 발광 소자를 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 상에 안착시키는 단계 및 저압의 환경에서 열을 조사하여 제2 온도에서 상기 발광 소자 용매 및 상기 증점제를 제거하는 단계를 포함한다.
상기 발광 소자 잉크의 상기 증점제는 상기 발광 소자 용매, 또는 다른 상기 증점제 분자와 수소 결합을 형성할 수 있는 폴리올(Polyol)계 화합물을 포함할 수 있다.
상기 증점제는 상기 화학식 1 내지 8 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 발광 소자 잉크 100 중량부에 대하여 0.01 내지 1 중량부로 포함되고, 상기 증점제는 상기 발광 소자 100 중량부에 대하여 100 내지 500 중량부로 포함될 수 있다.
상기 발광 소자 잉크를 준비하는 단계에서, 상기 증점제는 상기 발광 소자 용매 및 상기 증점제와 분자 간 수소 결합을 형성하여 망상 구조를 형성할 수 있다.
상기 발광 소자 잉크를 준비하는 단계에서, 상기 발광 소자 잉크는 25℃에서 측정된 점도가 20cP 내지 300cP의 범위를 가질 수 있다.
상기 발광 소자 잉크를 분사하는 단계는 잉크젯 프린팅 장치를 이용한 프린팅 공정으로 수행되고, 상기 발광 소자 잉크는 25℃보다 높은 상기 제1 온도에서 노즐을 통해 상기 대상 기판 상에 분사될 수 있다.
상기 발광 소자 잉크를 분사하는 단계에서, 상기 제1 온도는 40℃ 내지 60℃의 범위를 갖고, 상기 발광 소자 잉크는 상기 제1 온도에서 측정된 점도가 5cP 내지 15cP의 범위를 가질 수 있다.
상기 발광 소자를 안착시키는 단계는 상기 대상 기판을 열처리하여 상기 제1 온도 이상에서 상기 전계가 생성될 수 있다.
상기 발광 소자 용매 및 상기 증점제를 제거하는 단계는 10-4Torr 내지 1Torr의 압력에서 수행되고, 상기 제2 온도는 25℃ 내지 150℃의 범위를 가질 수 있다.
상기 발광 소자를 안착시키는 단계에서, 상기 발광 소자는 제1 단부가 상기 제1 전극 상에 배치되고 제2 단부는 상기 제2 전극 상에 배치될 수 있다.
상기 발광 소자는 제1 반도체층, 제2 반도체층, 상기 제1 반도체층과 상기 제2 반도체층 사이에 배치된 활성층, 및 적어도 상기 활성층의 외면을 둘러싸도록 배치된 절연막을 포함할 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
일 실시예에 따른 발광 소자 잉크는 증점제를 포함하여 온도에 따라 점도가 달라질 수 있다. 발광 소자 잉크는 상온 보관 상태에서도 용액의 점도가 높아 발광 소자들이 침전되는 것을 방지할 수 있고, 프린팅 상태에서는 온도를 조절하여 용액의 점도를 낮추어 프린팅 함으로써 노즐이 막히지 않도록 원활하게 토출될 수 있다.
일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법은 상기 발광 소자 잉크를 이용하여 제조되어 발광 소자가 잉크 내에서 분산된 상태에서 프린팅 공정이 수행되고, 각 단위 영역 당 균일한 개수의 발광 소자가 높은 정렬도로 배치될 수 있다. 또한, 저압의 환경에서 열처리를 통해 후속 공정에서 이물질로 남는 발광 소자 잉크의 용매와 증점제를 완전히 제거할 수 있다. 이에 따라, 제품 신뢰성이 향상된 표시 장치를 제조할 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 개략적인 평면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 표시 장치의 일 화소를 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 2의 Q1-Q1'선, Q2-Q2'선 및 Q3-Q3'선을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 발광 소자의 개략도이다.
도 5 및 도 6은 다른 실시예에 따른 발광 소자의 개략도들이다.
도 7은 일 실시예에 따른 발광 소자 잉크의 개략도이다.
도 8은 도 7의 발광 소자 잉크의 상온에서 증점제와 발광 소자 용매의 분자 간 결합을 나타내는 개략적인 도면이다.
도 9는 도 7의 발광 소자 잉크의 다른 온도에서 증점제와 발광 소자 용매의 분자 간 결합을 나타내는 개략적인 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 11 내지 도 13은 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 공정 중 일 단계들을 나타내는 단면도들이다.
도 14는 발광 소자 잉크의 온도에 따른 점도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 15 내지 도 17은 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 공정 중 다른 단계들을 나타내는 단면도들이다.
도 18은 다른 실시예에 따른 표시 장치의 제조 공정 중 일 단계를 나타내는 단면도이다.
도 19는 다른 실시예에 따른 표시 장치의 제조 공정 중 일 단계를 나타내는 단면도이다.
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. 이와 마찬가지로, "하(Below)", "좌(Left)" 및 "우(Right)"로 지칭되는 것들은 다른 소자와 바로 인접하게 개재된 경우 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소재를 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 1는 일 실시예에 따른 표시 장치의 개략적인 평면도이다.
도 1를 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 타입 또는 펜타일 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 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. 일 예로, 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) 및 비발광 영역(미도시)을 포함할 수 있다. 발광 영역(EMA)은 발광 소자(30)가 배치되어 특정 파장대의 광이 출사되는 영역이고, 비발광 영역은 발광 소자(30)가 배치되지 않고, 발광 소자(30)에서 방출된 광들이 도달하지 않아 광이 출사되지 않는 영역일 수 있다. 발광 영역은 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 영역은 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 영역을 형성할 수 있다.
또한, 각 서브 화소(PXn)는 비발광 영역에 배치된 절단부 영역(CBA)을 포함할 수 있다. 절단부 영역(CBA)은 발광 영역(EMA)의 제2 방향(DR2) 일 측에 배치될 수 있다. 절단부 영역(CBA)은 제2 방향(DR2)으로 이웃하는 서브 화소(PXn)들의 발광 영역(EMA) 사이에 배치될 수 있다. 표시 장치(10)의 표시 영역(DPA)에는 복수의 발광 영역(EMA)과 절단부 영역(CBA)들이 배열될 수 있다. 예를 들어, 복수의 발광 영역(EMA)들과 절단부 영역(CBA)들은 각각 제1 방향(DR1)으로 반복 배열되되, 발광 영역(EMA)과 절단부 영역(CBA)은 제2 방향(DR2)으로 교대 배열될 수 있다. 또한, 절단부 영역(CBA)들의 제1 방향(DR1)으로 이격된 간격은 발광 영역(EMA)의 제1 방향(DR1)으로 이격된 간격보다 작을 수 있다. 절단부 영역(CBA)들 및 발광 영역(EMA)들 사이에는 제2 뱅크(BNL2)가 배치되고, 이들 사이의 간격은 제2 뱅크(BNL2)의 폭에 따라 달라질 수 있다. 절단부 영역(CBA)에는 발광 소자(30)가 배치되지 않아 광이 출사되지 않으나, 각 서브 화소(PXn)에 배치된 전극(21, 22) 일부가 배치될 수 있다. 각 서브 화소(PXn)마다 배치되는 전극(21, 22)들은 절단부 영역(CBA)에서 서로 분리되어 배치될 수 있다.
도 3은 도 2의 Q1-Q1'선, Q2-Q2'선 및 Q3-Q3'선을 따라 자른 단면도이다. 도 3은 도 2의 제1 서브 화소(PX1)에 배치된 발광 소자(30)의 양 단부를 가로지르는 단면을 도시하고 있다.
도 2에 결부하여 도 3을 참조하면, 표시 장치(10)는 제1 기판(11), 및 제1 기판(11) 상에 배치되는 반도체층, 복수의 도전층, 및 복수의 절연층들을 포함할 수 있다. 상기 반도체층, 도전층 및 절연층들은 각각 표시 장치(10)의 회로층과 발광 소자층을 구성할 수 있다.
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(BML)은 제1 기판(11) 상에 배치될 수 있다. 차광층(BML)은 제1 트랜지스터(T1)의 액티브층(ACT1)과 중첩하도록 배치된다. 차광층(BML)은 광을 차단하는 재료를 포함하여, 제1 트랜지스터의 액티브층(ACT1)에 광이 입사되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 차광층(BML)은 광의 투과를 차단하는 불투명한 금속 물질로 형성될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며 경우에 따라서 차광층(BML)은 생략될 수 있다.
버퍼층(12)은 제1 기판(11) 상에 전면적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 버퍼층(12)은 차광층(BML)과 제1 기판(SUB1)의 상면을 덮도록 배치될 수 있따. 버퍼층(12)은 투습에 취약한 제1 기판(11)을 통해 침투하는 수분으로부터 화소(PX)의 제1 트랜지스터(T1)를 보호하기 위해 제1 기판(11) 상에 형성되며, 표면 평탄화 기능을 수행할 수 있다.
액티브층(ACT1)은 버퍼층(12) 상에 배치된다. 액티브층(ACT1)은 후술하는 제1 도전층의 게이트 전극(G1)등과 부분적으로 중첩하도록 배치될 수 있다.
한편 도면에서는 표시 장치(10)의 서브 화소(PXn)에 포함된 트랜지스터들 중 제1 트랜지스터(T1)만을 도시하고 있으나, 이에 제한되지 않는다. 표시 장치(10)는 더 많은 수의 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 표시 장치(10)는 서브 화소(PXn)마다 제1 트랜지스터(T1)에 더하여 하나 이상의 트랜지스터들을 더 포함하여 2개 또는 3개의 트랜지스터들을 포함할 수도 있다.
액티브층(ACT1)은 다결정 실리콘, 단결정 실리콘, 산화물 반도체 등을 포함할 수 있다. 액티브층(ACT1)이 산화물 반도체를 포함하는 경우 복수의 도체화 영역 및 이들 사이의 채널 영역을 포함할 수 있다. 상기 산화물 반도체는 인듐(In)을 함유하는 산화물 반도체일 수 있다. 예를 들어, 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 산화물(Indium Gallium Zinc Oxide, IGZO), 인듐 갈륨 아연 주석 산화물(Indium Gallium Zinc Tin Oxide, IGZTO) 등일 수 있다.
다른 실시예에서, 액티브층(ACT1)은 다결정 실리콘을 포함할 수도 있다. 다결정 실리콘은 비정질 실리콘을 결정화하여 형성될 수 있으며, 이 경우, 액티브층(ACT1)의 도체화 영역은 각각 불순물로 도핑된 도핑 영역일 수 있다.
제1 게이트 절연층(13)은 액티브층(ACT1) 및 버퍼층(12)상에 배치된다. 예를 들어, 제1 게이트 절연층(13)은 액티브층(ACT1)과 버퍼층(12)을 전면적으로 덮도록 배치될 수 있다. 제1 게이트 절연층(13)은 각 트랜지스터들의 게이트 절연막으로 기능할 수 있다.
제1 도전층은 제1 게이트 절연층(13) 상에 배치된다. 제1 게이트 도전층은 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극(G1)과 스토리지 커패시터의 제1 용량 전극(CSE1)을 포함할 수 있다. 게이트 전극(G1)은 액티브층(ACT1)의 채널 영역(ACTc)과 두께 방향으로 중첩하도록 배치될 수 있다. 제1 용량 전극(CSE1)은 후술하는 제2 용량 전극(CSE2)과 두께 방향으로 중첩하도록 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 용량 전극(CSE1)은 게이트 전극(G1)과 일체화되어 연결될 수 있다. 제1 용량 전극(CSE1)은 제2 용량 전극(CSE2)과 두께 방향으로 중첩하도록 배치되고 이들 사이에는 스토리지 커패시터가 형성될 수 있다.
제1 층간 절연층(15)은 제1 도전층 상에 배치된다. 제1 층간 절연층(15)은 제1 도전층과 그 위에 배치되는 다른 층들 사이에서 절연막의 기능을 수행할 수 있다. 또한, 제1 층간 절연층(15)은 제1 도전층을 덮도록 배치되어 이를 보호하는 기능을 수행할 수 있다.
제2 도전층은 제1 층간 절연층(15) 상에 배치된다. 제1 데이터 도전층은 제1 트랜지스터(T1)의 제1 소스 전극(S1)과 제1 드레인 전극(D1), 데이터 라인(DTL), 및 제2 용량 전극(CSE2)을 포함할 수 있다.
제1 트랜지스터(T1)의 제1 소스 전극(S1)과 제1 드레인 전극(D1)은 제1 층간 절연층(15)과 제1 게이트 절연층(13)을 관통하는 컨택홀을 통해 액티브층(ACT1)의 도핑 영역과 각각 접촉할 수 있다. 또한, 제1 트랜지스터(T1)의 제1 소스 전극(S1)은 또 다른 컨택홀을 통해 차광층(BML)과 접촉할 수 있다.
데이터 라인(DTL)은 표시 장치(10)에 포함된 다른 트랜지스터(미도시)에 데이터 신호를 인가할 수 있다. 도면에서는 도시되지 않았으나, 데이터 라인(DTL)은 다른 트랜지스터의 소스/드레인 전극과 연결되어 데이터 라인(DTL)에서 인가되는 신호를 전달할 수 있다.
제2 용량 전극(CSE2)은 제1 용량 전극(CSE1)과 두께 방향으로 중첩하도록 배치된다. 일 실시예에서, 제2 용량 전극(CSE2)은 제1 소스 전극(S1)과 일체화되어 연결될 수 있다.
제2 층간 절연층(17)은 제2 도전층 상에 배치된다. 제2 층간 절연층(17)은 제2 도전층과 그 위에 배치되는 다른 층들 사이에서 절연막의 기능을 수행할 수 있다. 또한, 제2 층간 절연층(17)은 제2 도전층을 덮으며 제2 도전층을 보호하는 기능을 수행할 수 있다.
제3 도전층은 제2 층간 절연층(17) 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 제1 트랜지스터(T1)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. 또한, 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(17)에 형성된 컨택홀을 통해 제2 용량 전극(CSE2)과 연결될 수 있다. 제2 용량 전극(CSE2)은 제1 트랜지스터(T1)의 제1 소스 전극(S1)과 일체화될 수 있고, 제1 도전 패턴(CDP)은 제1 소스 전극(S1)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 도전 패턴(CDP)은 후술하는 제1 전극(21)과도 접촉하며, 제1 트랜지스터(T1)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)들을 포함할 수 있다.
상술한 버퍼층(12), 제1 게이트 절연층(13), 제1 층간 절연층(15), 제2 층간 절연층(17) 및 제3 층간 절연층(IL3)은 교번하여 적층된 복수의 무기층들로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 버퍼층(12), 제1 게이트 절연층(13), 제1 층간 절연층(15) 및 제2 층간 절연층(17)은 실리콘 산화물(Silicon Oxide, SiOx), 실리콘 질화물(Silicon Nitride, SiNx), 실리콘 산질화물(Silicon Oxynitride, SiOxNy) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 무기층이 적층된 이중층 또는 이들이 교번하여 적층된 다중층으로 형성될 수 있다. 또는 상기 각 층들은 하나의 무기층으로 이루어질 수도 있다.
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 복수의 제1 뱅크(BNL1)들, 복수의 전극(21, 22)들, 발광 소자(30), 복수의 접촉 전극(CNE1, CNE2)들 및 제2 뱅크(BNL2)가 배치된다. 또한, 제1 평탄화층(19) 상에는 복수의 절연층(PAS1, PAS2, PAS3, PAS4)들이 배치될 수 있다.
복수의 제1 뱅크(BNL1)들은 제1 평탄화층(19) 상에 직접 배치될 수 있다. 하나의 제1 뱅크(BNL1)는 각 서브 화소(PXn) 내에서 일정 폭을 갖고 제2 방향(DR2)으로 연장된 형상을 갖되, 제2 방향(DR2)으로 이웃하는 다른 서브 화소(PXn)로 연장되지 않으며 발광 영역(EMA) 내에 배치될 수 있다. 또한, 복수의 제1 뱅크(BNL1)들은 제1 방향(DR1)으로 서로 이격되어 배치될 수 있다.
하나의 서브 화소(PXn)에는 복수의 제1 뱅크(BNL1)들이 배치될 수 있다. 도면에서는 각 서브 화소(PXn)마다 2개의 제1 뱅크(BNL1)들이 배치되어 표시 영역(DPA)에서 선형의 패턴을 형성한 것이 예시되어 있으나, 이에 제한되지 않는다. 제1 뱅크(BNL1)의 수는 전극(21, 22)의 수 및 발광 소자(30)들의 배치에 따라 달라지거나, 그 형상이 달라져 섬형의 패턴을 형성할 수도 있다.
제1 뱅크(BNL1)는 제1 평탄화층(19)의 상면을 기준으로 적어도 일부가 돌출된 구조를 가질 수 있다. 제1 뱅크(BNL1)의 돌출된 부분은 경사진 측면을 가질 수 있고, 발광 소자(30)에서 방출된 광은 제1 뱅크(BNL1) 상에 배치되는 전극(21, 22)에서 반사되어 제1 평탄화층(19)의 상부 방향으로 출사될 수 있다. 제1 뱅크(BNL1)는 발광 소자(30)가 배치되는 영역을 제공함과 동시에 발광 소자(30)에서 방출된 광을 상부 방향으로 반사시키는 반사벽의 기능을 수행할 수도 있다. 제1 뱅크(BNL1)의 측면은 선형의 형상으로 경사질 수 있으나, 이에 제한되지 않고 제1 뱅크(BNL1)는 외면이 곡률진 반원 또는 반타원의 형상을 가질 수도 있다. 제1 뱅크(BNL1)들은 폴리이미드와 같은 유기 절연 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 제1 뱅크(BNL1)는 생략될 수 있다.
복수의 전극(21, 22)들은 일 방향으로 연장된 형상을 갖고 각 서브 화소(PXn)마다 배치된다. 복수의 전극(21, 22)들은 제2 방향(DR2)으로 연장되어 서로 제1 방향(DR1)으로 이격되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 하나의 서브 화소(PXn)에는 제1 전극(21) 및 이와 제1 방향(DR1)으로 이격된 제2 전극(22)이 배치될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 각 서브 화소(PXn)에 배치되는 전극(21, 22)들은 그 개수, 또는 각 서브 화소(PXn)에 배치된 발광 소자(30)들의 수에 따라 배치되는 위치가 달라질 수 있다.
제1 전극(21)과 제2 전극(22)은 각 서브 화소(PXn)의 발광 영역(EMA)에 배치되고, 일부분은 발광 영역(EMA)을 넘어 제2 뱅크(BNL2)와 두께 방향으로 중첩하도록 배치될 수 있다. 복수의 전극(21, 22)들은 서브 화소(PXn) 내에서 제2 방향(DR2)으로 연장되되, 절단부 영역(CBA)에서 다른 서브 화소(PXn)의 전극(21, 22)들과 제2 방향(DR2)으로 이격될 수 있다.
제1 전극(21)과 제2 전극(22)은 각각 서브 화소(PXn) 내에서 제2 방향(DR2)으로 연장되되, 절단부 영역(CBA)에서 다른 전극(21, 22)들과 분리될 수 있다. 예를 들어, 제2 방향(DR2)으로 이웃하는 서브 화소(PXn)의 발광 영역(EMA)들 사이에는 절단부 영역(CBA)이 배치되고, 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)은 절단부 영역(CBA)에서 제2 방향(DR2)으로 이웃하는 서브 화소(PXn)에 배치된 다른 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)과 분리될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 몇몇 전극(21, 22)들은 각 서브 화소(PXn) 마다 분리되지 않고 제2 방향(DR2)으로 이웃하는 서브 화소(PXn) 넘어 연장되어 배치되거나, 제1 전극(21) 또는 제2 전극(22) 중 어느 한 전극만 분리될 수도 있다.
이러한 전극(21, 22)의 배치는 제2 방향(DR2)으로 연장된 전극 라인으로 형성되었다가 발광 소자(30)들을 배치한 뒤 후속 공정에서 서로 분리되어 형성될 수 있다. 상기 전극 라인은 표시 장치(10)의 제조 공정 중 발광 소자(30)를 정렬하기 위해 서브 화소(PXn) 내에 전계를 생성하는 데에 활용될 수 있다. 예를 들어, 발광 소자(30)들은 잉크젯 프린팅 공정을 통해 전극 라인들 상에 분사되고, 전극 라인들 상에 발광 소자(30)를 포함하는 잉크가 분사되면 전극 라인들에 정렬 신호를 인가하여 전계를 생성한다. 잉크 내에 분산된 발광 소자(30)는 생성된 전계에 의해 유전영동힘을 받아 전극(21, 22)들 상에 배치될 수 있다. 발광 소자(30)들을 배치시킨 뒤에는 전극 라인 일부를 분리하여 각 서브 화소(PXn)마다 분리된 복수의 전극(21, 22)들을 형성할 수 있다.
복수의 전극(21, 22)들은 제3 도전층과 연결되어 발광 소자(30)를 발광하기 위한 신호가 인가될 수 있다. 제1 전극(21)은 그 하부의 제3 층간 절연층(IL3)을 관통하는 제1 컨택홀(CT1)을 통해 제1 도전 패턴(CDP)과 접촉할 수 있다. 제2 전극(22)의 그 하부의 제3 층간 절연층(IL3)을 관통하는 제2 컨택홀(CT2)을 통해 제2 전압 배선(VL2)과 접촉할 수 있다. 제1 전극(21)은 제1 도전 패턴(CDP)을 통해 제1 트랜지스터(T1)와 전기적으로 연결되어 제1 전원 전압이 인가되고, 제2 전극(22)은 제2 전압 배선(VL2)과 전기적으로 연결되어 제2 전원 전압이 인가될 수 있다.
또한, 복수의 전극(21, 22)은 발광 소자(30)와 전기적으로 연결될 수 있다. 각 전극(21, 22)들은 후술하는 접촉 전극(CNE1, CNE2)을 통해 발광 소자(30)의 양 단부와 연결될 수 있고, 제3 도전층으로부터 인가되는 전기 신호를 발광 소자(30)에 전달할 수 있다. 각 전극(21, 22)들은 각 서브 화소(PXn)마다 분리되어 배치되기 때문에, 서로 다른 서브 화소(PXn)의 발광 소자(30)들은 개별적으로 발광할 수 있다.
도면에서는 제1 컨택홀(CT1)과 제2 컨택홀(CT2)이 제2 뱅크(BNL2)와 중첩하는 위치에 형성된 것이 예시되어 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 각 컨택홀(CT1, CT2)들은 제2 뱅크(BNL2)가 둘러싸는 발광 영역(EMA)에 위치할 수도 있다.
각 서브 화소(PXn)마다 배치되는 전극(21, 22)들은 각각 서로 이격된 복수의 제1 뱅크(BNL1)들 상에 배치될 수 있다. 각 전극(21, 22)들은 제1 뱅크(BNL1)들의 제1 방향(DR1) 일 측 상에 배치되어 제1 뱅크(BNL1)의 경사진 측면 상에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 전극(21, 22)들의 제1 방향(DR1)으로 측정된 폭은 제1 뱅크(BNL1)의 제1 방향(DR1)으로 측정된 폭보다 작을 수 있다. 각 전극(21, 22)들은 적어도 제1 뱅크(BNL1)의 일 측면은 덮도록 배치되어 발광 소자(30)에서 방출된 광을 반사시킬 수 있다.
또한, 복수의 전극(21, 22)들이 제1 방향(DR1)으로 이격된 간격은 제1 뱅크(BNL1)들 사이의 간격보다 좁을 수 있다. 각 전극(21, 22)들은 적어도 일부 영역이 제3 층간 절연층(IL3) 상에 직접 배치되어 이들은 동일 평면 상에 배치될 수 있다.
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 포함하거나, 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 란타늄(La) 등을 포함하는 합금일 수 있다. 각 전극(21, 22)은 발광 소자(30)에서 방출되어 제1 뱅크(BNL1)의 측면으로 진행하는 광을 각 서브 화소(PXn)의 상부 방향으로 반사시킬 수 있다.
다만, 이에 제한되지 않고 각 전극(21, 22)은 투명성 전도성 물질을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 각 전극(21, 22)은 ITO, IZO, ITZO 등과 같은 물질을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서 각 전극(21, 22)들은 투명성 전도성 물질과 반사율이 높은 금속층이 각각 한층 이상 적층된 구조를 이루거나, 이들을 포함하여 하나의 층으로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 각 전극(21, 22)은 ITO/Ag/ITO/, ITO/Ag/IZO, 또는 ITO/Ag/ITZO/IZO 등의 적층 구조를 가질 수 있다.
제1 절연층(PAS1)은 복수의 전극(21, 22)들 및 제1 뱅크(BNL1) 상에 배치된다. 제1 절연층(PAS1)은 제1 뱅크(BNL1)들 및 제1 전극(21)과 제2 전극(22)들을 덮도록 배치되되, 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 상면 일부가 노출되도록 배치될 수 있다. 제1 절연층(PAS1)에는 각 전극(21, 22)들의 상면 중, 제1 뱅크(BNL1) 상에 배치된 부분의 상면을 노출하는 개구부(OP)가 형성될 수 있고, 접촉 전극(CNE1, CNE2)들은 개구부(OP)를 통해 전극(21, 22)들과 접촉할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제1 절연층(PAS1)은 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이에서 상면의 일부가 함몰되도록 단차가 형성될 수 있다. 제1 절연층(PAS1)은 제1 전극(21)과 제2 전극(22)을 덮도록 배치됨에 따라 이들 사이에서 단차지게 형성될 수도 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다. 제1 절연층(PAS1)은 제1 전극(21)과 제2 전극(22)을 보호함과 동시에 이들을 상호 절연시킬 수 있다. 또한, 제1 절연층(PAS1) 상에 배치되는 발광 소자(30)가 다른 부재들과 직접 접촉하여 손상되는 것을 방지할 수도 있다.
제2 뱅크(BNL2)는 제1 절연층(PAS1) 상에 배치될 수 있다. 제2 뱅크(BNL2)는 평면상 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)으로 연장된 부분을 포함하여 격자형 패턴으로 배치될 수 있다. 제2 뱅크(BNL2)는 각 서브 화소(PXn)들의 경계에 걸쳐 배치되어 이웃하는 서브 화소(PXn)들을 구분할 수 있다. 또한, 제2 뱅크(BNL2)는 서브 화소(PXn)마다 배치된 발광 영역(EMA)과 절단부 영역(CBA)을 둘러싸도록 배치되어 이들을 구분할 수 있다. 제2 뱅크(BNL2)의 제2 방향(DR2)으로 연장된 부분 중 발광 영역(EMA) 사이에 배치된 부분은 절단부 영역(CBA) 사이에 배치된 부분보다 큰 폭을 가질 수 있다. 절단부 영역(CBA)들 사이의 간격은 발광 영역(EMA)들 사이의 간격보다 작을 수 있다.
제2 뱅크(BNL2)는 제1 뱅크(BNL1)보다 더 큰 높이를 갖도록 형성될 수 있다. 제2 뱅크(BNL2)는 표시 장치(10)의 제조 공정의 잉크젯 프린팅 공정에서 잉크가 인접한 서브 화소(PXn)로 넘치는 것을 방지하여 다른 서브 화소(PXn)마다 다른 발광 소자(30)들이 분산된 잉크가 서로 혼합되지 않도록 이들을 분리시킬 수 있다. 제2 뱅크(BNL2)는 제1 뱅크(BNL1)와 같이 폴리이미드를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
발광 소자(30)는 제1 절연층(PAS1) 상에 배치될 수 있다. 복수의 발광 소자(30)들은 각 전극(21, 22)들이 연장된 제2 방향(DR2)을 따라 서로 이격되어 배치되며 실질적으로 상호 평행하게 정렬될 수 있다. 발광 소자(30)는 일 방향으로 연장된 형상을 가질 수 있고, 각 전극(21, 22)들이 연장된 방향과 발광 소자(30)가 연장된 방향은 실질적으로 수직을 이루도록 배치될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 발광 소자(30)는 각 전극(21, 22)들이 연장된 방향에 비스듬히 배치될 수도 있다.
발광 소자(30)는 서로 다른 도전형으로 도핑된 반도체층들을 포함할 수 있다. 발광 소자(30)는 복수의 반도체층들을 포함하여 전극(21, 22) 상에 생성되는 전계의 방향에 따라 일 단부가 특정 방향을 향하도록 배향될 수 있다. 또한, 발광 소자(30)는 발광층(도 4의 '36')을 포함하여 특정 파장대의 광을 방출할 수 있다. 각 서브 화소(PXn)에 배치된 발광 소자(30)들은 발광층(36)을 이루는 재료에 따라 서로 다른 파장대의 광을 방출할 수도 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 각 서브 화소(PXn)에 배치된 발광 소자(30)들은 동일한 색의 광을 방출할 수 있다.
발광 소자(30)는 제1 기판(11)의 상면에 수직한 방향으로 복수의 층들이 배치될 수 있다. 표시 장치(10)의 발광 소자(30)는 연장된 일 방향이 제1 기판(11)과 평행하도록 배치되고, 발광 소자(30)에 포함된 복수의 반도체층들은 제1 기판(11)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 기판(11)에 수직한 방향으로 배치될 수도 있다.
또한, 발광 소자(30)는 제1 뱅크(BNL1)들 사이에서 각 전극(21, 22) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어 발광 소자(30)는 일 단부가 제1 전극(21) 상에 놓이고, 타 단부가 제2 전극(22) 상에 놓이도록 배치될 수 있다. 발광 소자(30)의 연장된 길이는 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이의 간격보다 길고, 발광 소자(30)의 양 단부가 각각 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 상에 배치될 수 있다.
발광 소자(30)의 양 단부는 각각 접촉 전극(CNE1, CNE2)들과 접촉할 수 있다. 발광 소자(30)는 연장된 일 방향측 단부면에는 절연막(도 4의 '38')이 형성되지 않고 반도체층 일부가 노출되기 때문에, 상기 노출된 반도체층은 접촉 전극(CNE1, CNE2)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. 상기 노출된 반도체층의 측면은 접촉 전극(CNE1, CNE2)과 직접 접촉할 수도 있다.
제2 절연층(PAS2)은 제1 절연층(PAS1)과 발광 소자(30) 상에 부분적으로 배치될 수 있다. 일 예로, 제2 절연층(PAS2)은 발광 소자(30)의 외면을 부분적으로 감싸도록 배치되어 발광 소자(30)의 일 단부 및 타 단부는 덮지 않도록 배치된다. 이러한 제2 절연층(PAS2)의 형상은 표시 장치(10)의 제조 공정 중 제1 절연층(PAS1) 상에 전면적으로 배치되었다가 발광 소자(30)의 양 단부를 노출하도록 제거하는 공정에 의해 형성된 것일 수 있다.
제2 절연층(PAS2) 중 발광 소자(30) 상에 배치된 부분은 평면상 제1 절연층(PAS1) 상에서 제2 방향(DR2)으로 연장되어 배치됨으로써 각 서브 화소(PXn) 내에서 선형 또는 섬형 패턴을 형성할 수 있다. 제2 절연층(PAS2)은 발광 소자(30)를 보호함과 동시에 표시 장치(10)의 제조 공정에서 발광 소자(30)를 고정시킬 수 있다. 또한, 제2 절연층(PAS2)은 발광 소자(30)와 그 하부의 제1 절연층(PAS1) 사이의 공간을 채우도록 배치될 수도 있다.
제2 절연층(PAS2) 상에는 복수의 접촉 전극(CNE1, CNE2)들과 제3 절연층(PAS3)이 배치될 수 있다. 접촉 전극(CNE1, CNE2)의 제1 접촉 전극(CNE1)과 제2 접촉 전극(CNE2)은 각각 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 중 일부 상에 배치될 수 있다. 제1 접촉 전극(CNE1)은 제1 전극(21) 상에 배치되고, 제2 접촉 전극(CNE2)은 제2 전극(22) 상에 배치되며, 제1 접촉 전극(CNE1)과 제2 접촉 전극(CNE2)은 각각 제2 방향(DR2)으로 연장된 형상을 가질 수 있다. 제1 접촉 전극(CNE1)과 제2 접촉 전극(CNE2)은 서로 제1 방향(DR1)으로 이격 대향할 수 있으며, 이들은 각 서브 화소(PXn)의 발광 영역(EMA) 내에서 선형의 패턴을 형성할 수 있다.
복수의 접촉 전극(CNE1, CNE2)들은 각각 발광 소자(30) 및 전극(21, 22)들과 접촉할 수 있다. 발광 소자(30)는 연장된 방향의 양 단부면에는 반도체층이 노출되고, 제1 접촉 전극(CNE1)과 제2 접촉 전극(CNE2)은 상기 반도체층이 노출된 단부면에서 발광 소자(30)와 접촉할 수 있다. 발광 소자(30)의 일 단부는 제1 접촉 전극(CNE1)을 통해 제1 전극(21)과 전기적으로 연결되고, 타 단부는 제2 접촉 전극(CNE2)을 통해 제2 전극(22)과 전기적으로 연결될 수 있다.
도면에서는 하나의 서브 화소(PXn)에 하나의 제1 접촉 전극(CNE1)과 제2 접촉 전극(CNE2)이 배치된 것이 도시되어 있으나, 이에 제한되지 않는다. 제1 접촉 전극(CNE1)과 제2 접촉 전극(CNE2)의 개수는 각 서브 화소(PXn)에 배치된 제1 전극(21)과 제2 전극(22)의 수에 따라 달라질 수 있다.
접촉 전극(CNE1, CNE2)은 전도성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, ITO, IZO, ITZO, 알루미늄(Al) 등을 포함할 수 있다. 일 예로, 접촉 전극(CNE1, CNE2)은 투명성 전도성 물질을 포함하고, 발광 소자(30)에서 방출된 광은 접촉 전극(CNE1, CNE2)을 투과하여 전극(21, 22)들을 향해 진행할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 접촉 전극(CNE1)과 제2 접촉 전극(CNE2) 사이에는 제3 절연층(PAS3)이 배치될 수 있다. 제3 절연층(PAS3)은 제2 접촉 전극(CNE2)이 배치된 영역을 제외하고 제1 접촉 전극(CNE1)을 포함하여 제2 절연층(PAS2) 상에도 배치될 수 있다. 제3 절연층(PAS3)은 제1 접촉 전극(CNE1)과 제2 접촉 전극(CNE2)이 직접 접촉하지 않도록 이들을 상호 절연시킬 수 있다. 즉, 일 실시예에서 제1 접촉 전극(CNE1)과 제2 접촉 전극(CNE2)은 서로 다른 층에 배치될 수 있다. 제1 접촉 전극(CNE1)은 제2 절연층(PAS2) 상에 직접 배치되고, 제2 접촉 전극(CNE2)은 제3 절연층(PAS3) 상에 직접 배치될 수 있다.
제1 접촉 전극(CNE1)과 제2 접촉 전극(CNE2) 사이에 제3 절연층(PAS3)이 배치되어 이들을 상호 절연시킬 수 있으나, 상술한 바와 같이 제3 절연층(PAS3)은 생략될 수도 있다. 이 경우, 제1 접촉 전극(CNE1)과 제2 접촉 전극(CNE2)은 동일한 층에 배치될 수 있다.
제4 절연층(PAS4)은 제1 기판(11)의 표시 영역(DPA)에 전면적으로 배치될 수 있다. 제4 절연층(PAS4)은 제1 기판(11) 상에 배치된 부재들 외부 환경에 대하여 보호하는 기능을 할 수 있다. 다만, 제4 절연층(PAS4)은 생략될 수도 있다.
상술한 제1 절연층(PAS1), 제2 절연층(PAS2), 제3 절연층(PAS3) 및 제4 절연층(PAS4) 각각은 무기물 절연성 물질 또는 유기물 절연성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 절연층(PAS1), 제2 절연층(PAS2), 제3 절연층(PAS3) 및 제4 절연층(PAS4)은 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산질화물(SiOxNy), 산화 알루미늄(AlOx), 질화 알루미늄(AlNx)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 일 실시예에 따른 발광 소자의 개략도이다.
발광 소자(30)는 발광 다이오드(Light Emitting diode)일 수 있으며, 구체적으로 발광 소자(30)는 마이크로 미터(Micro-meter) 내지 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. 발광 소자(30)는 두 전극 상에 형성된 전계에 의해 전극 사이에 정렬될 수 있다.
일 실시예에 따른 발광 소자(30)는 일 방향으로 연장된 형상을 가질 수 있다. 발광 소자(30)는 원통, 로드(Rod), 와이어(Wire), 튜브(Tube) 등의 형상을 가질 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. 후술하는 발광 소자(30)에 포함되는 복수의 반도체들은 상기 일 방향을 따라 순차적으로 배치되거나 적층된 구조를 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.
도 4를 참조하면, 발광 소자(30)는 제1 반도체층(31), 제2 반도체층(32), 발광층(36), 전극층(37) 및 절연막(38)을 포함할 수 있다.
제1 반도체층(31)은 n형 반도체일 수 있다. 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, n형 도펀트는 Si, Ge, Sn 등일 수 있다. 예를 들어, 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 발광층(36) 상에 배치된다. 제2 반도체층(32)은 p형 반도체일 수 있으며 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, p형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Se, Ba 등일 수 있다. 예를 들어, 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. 발광층(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.
발광층(36)은 제1 반도체층(31)과 제2 반도체층(32) 사이에 배치된다. 발광층(36)은 단일 또는 다중 양자 우물 구조의 물질을 포함할 수 있다. 발광층(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. 발광층(36)은 제1 반도체층(31) 및 제2 반도체층(32)을 통해 인가되는 전기 신호에 따라 전자-정공 쌍의 결합에 의해 광을 발광할 수 있다. 발광층(36)이 청색 파장대의 광을 방출하는 경우, AlGaN, AlGaInN 등의 물질을 포함할 수 있다. 특히, 발광층(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. 예를 들어, 발광층(36)은 양자층으로 AlGaInN를, 우물층으로 AlInN를 포함하여 상술한 바와 같이, 발광층(36)은 중심 파장대역이 450nm 내지 495nm의 범위를 갖는 청색(Blue)광을 방출할 수 있다.
다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 발광층(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. 발광층(36)이 방출하는 광은 청색 파장대의 광으로 제한되지 않고, 경우에 따라 적색, 녹색 파장대의 광을 방출할 수도 있다. 발광층(36)의 길이는 0.05㎛ 내지 0.10㎛의 범위를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 발광층(36)에서 방출되는 광은 발광 소자(30)의 길이방향 외부면뿐만 아니라, 양 측면으로 방출될 수 있다. 발광층(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 4에서는 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, IZO 및 ITZO 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한 전극층(37)은 n형 또는 p형으로 도핑된 반도체 물질을 포함할 수도 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
절연막(38)은 상술한 복수의 반도체층 및 전극층들의 외면을 둘러싸도록 배치된다. 예를 들어, 절연막(38)은 적어도 발광층(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. 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 발광층(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(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 산질화 실리콘(SiOxNy), 질화알루미늄(AlNx), 산화알루미늄(AlOx) 등을 포함할 수 있다. 이에 따라 발광층(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 발광층(36)을 포함하여 발광 소자(30)의 외면을 보호하기 때문에, 발광 효율의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 절연막(38)은 외면이 표면처리될 수 있다. 발광 소자(30)는 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. 예를 들어, 절연막(38)은 스테아릭 산(Stearic acid), 2,3-나프탈렌 디카르복실산(2,3-Naphthalene dicarboxylic acid) 등과 같은 물질로 외면이 표면처리될 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 발광층(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 4에 제한되지 않는다. 몇몇 실시예에서, 발광 소자(30)는 더 많은 수의 층들을 포함하거나, 다른 형상을 가질 수도 있다.
도 5 및 도 6은 다른 실시예에 따른 발광 소자의 개략도이다.
먼저, 도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 발광 소자(30')는 제1 반도체층(31')과 발광층(36') 사이에 배치된 제3 반도체층(33'), 발광층(36')과 제2 반도체층(32') 사이에 배치된 제4 반도체층(34') 및 제5 반도체층(35')을 더 포함할 수 있다. 도 5의 발광 소자(30')는 복수의 반도체층(33', 34', 35') 및 전극층(37a', 37b')이 더 배치되고, 발광층(36')이 다른 원소를 함유하는 점에서 도 4의 실시예와 차이가 있다. 이하에서는 중복되는 설명은 생략하고 차이점을 중심으로 서술하기로 한다.
도 4의 발광 소자(30)는 발광층(36)이 질소(N)를 포함하여 청색(Blue) 또는 녹색(Green)의 광을 방출할 수 있다. 반면에, 도 5의 발광 소자(30')는 발광층(36') 및 다른 반도체층들이 각각 적어도 인(P)을 포함하는 반도체일 수 있다. 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. 제1 반도체층(31')은 n형으로 도핑된 InAlGaP, GaP, AlGaP, InGaP, AlP 및 InP 중에서 어느 하나 이상일 수 있다. 예를 들어, 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. 제2 반도체층(32')은 p형으로 도핑된 InAlGaP, GaP, AlGaNP, InGaP, AlP 및 InP 중에서 어느 하나 이상일 수 있다. 예를 들어, 제2 반도체층(32')은 p형 Mg로 도핑된 p-GaP일 수 있다.
발광층(36')은 제1 반도체층(31')과 제2 반도체층(32') 사이에 배치될 수 있다. 발광층(36')은 단일 또는 다중 양자 우물 구조의 물질을 포함하여 특정 파장대의 광을 방출할 수 있다. 발광층(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. 예를 들어, 발광층(36')은 양자층으로 AlGaInP를, 우물층으로 AlInP를 포함하여 620nm 내지 750nm의 중심 파장대역을 갖는 적색광을 방출할 수 있다.
도 5의 발광 소자(30')는 발광층(36')과 인접하여 배치되는 클래드층(Clad layer)을 포함할 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 발광층(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 발광층(36') 사이에 배치될 수 있다. 제3 반도체층(33')은 제1 반도체층(31')과 같이 n형 반도체일 수 있으며, 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. 예를 들어, 제1 반도체층(31')은 n-AlGaInP이고, 제3 반도체층(33')은 n-AlInP일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
제4 반도체층(34')은 발광층(36')과 제2 반도체층(32') 사이에 배치될 수 있다. 제4 반도체층(34')은 제2 반도체층(32')과 같이 n형 반도체일 수 있으며, 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. 예를 들어, 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. 제5 반도체층(35')은 TSBR(Tensile strain barrier reducing)층일 수 있다. 예를 들어, 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 6을 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"), 발광층(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.
발광층(36")은 제1 반도체층(31")의 상기 본체부의 외면을 둘러싸도록 배치된다. 발광층(36")은 일 방향으로 연장된 고리형의 형상을 가질 수 있다. 발광층(36")은 제1 반도체층(31")의 상단부 및 하단부 상에는 형성되지 않을 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다. 발광층(36")에서 방출되는 광은 발광 소자(30")의 길이방향의 양 단부뿐만 아니라, 길이방향을 기준으로 양 측면으로 방출될 수 있다. 도 4의 발광 소자(30)에 비해 도 6의 발광 소자(30")는 발광층(36")의 면적이 넓어 더 많은 양의 광을 방출할 수 있다.
제2 반도체층(32")은 발광층(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 발광층(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 발광층(36")과 제2 반도체층(32")의 노출된 하단부와 직접 접촉할 수 있다.
한편, 발광 소자(30)는 잉크젯 프린팅(Inkjet printing) 공정을 통해 각 전극(21, 22) 상에 분사될 수 있다. 발광 소자(30)는 용매에 분산되어 잉크 상태로 준비되어 전극(21, 22) 상에 분사되고, 전극(21, 22)에 정렬 신호를 인가하는 공정을 통해 전극(21, 22) 사이에 배치될 수 있다. 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.
발광 소자(30)는 복수의 반도체층들을 포함하여 일반적으로 용매보다 비중이 큰 물질들로 이루어질 수 있다. 발광 소자(30)를 용매에 분산시켜 보관하면 일정 시간 분산된 상태를 유지하다가 비중 차이에 의해 점차 침전될 수 있다. 용매 내 발광 소자(30)들이 침전되면 잉크 액적 당 발광 소자(30)의 개수가 균일하지 않아, 잉크를 이용하여 발광 소자(30)를 포함한 장치를 제조할 때 각 영역 당 발광 소자(30)의 개수가 일정하지 않게 되고 제품의 품질이 낮아질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 발광 소자(30)를 포함하는 잉크는 증점제(도 7의 '500')를 더 포함하여, 용액에 온도에 따라 점도가 변할 수 있다. 발광 소자(30)를 포함하는 잉크는 용기 내에 보관된 상태, 또는 상온에서는 높은 점도를 갖고 발광 소자(30)를 장시간 분산된 상태로 보관할 수 있다. 또한, 발광 소자(30)를 포함하는 잉크는 잉크젯 프린팅 공정에서 노즐을 통해 토출될 때, 잉크젯 프린팅 장치의 노즐 온도를 조절하여 잉크의 점도를 낮춰 노즐을 통해 원활하게 토출될 수 있다. 이에 따라, 일 실시예에 따르면, 발광 소자(30)를 포함하는 잉크는 발광 소자(30)의 침전을 방지하면서 프린팅 공정을 통해 단위 영역 내 균일한 개수의 발광 소자(30)를 포함하여 분사될 수 있다. 이하, 발광 소자(30)를 포함하는 잉크에 대하여 설명하기로 한다.
도 7은 일 실시예에 따른 발광 소자 잉크의 개략도이다.
도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 발광 소자 잉크(1000)는 발광 소자 용매(100), 발광 소자 용매(100)에 분산된 발광 소자(30)들과 증점제(500)들을 포함한다. 발광 소자(30)는 도 4 내지 도 6을 참조하여 상술한 발광 소자(30, 30', 30")들 중 어느 하나일 수 있으며, 도면에서는 도 4의 발광 소자(30)가 예시되어 있다. 발광 소자(30)에 대한 설명은 상술한 바와 동일하므로, 이하에서는 발광 소자 용매(100)와 증점제(500)에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
발광 소자 용매(100)는 반도체층들을 포함하여 비중이 큰 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 액체 상태에서 잉크젯 프린팅 장치의 노즐을 통해 토출될 수 있을 정도의 점도를 가질 수 있다. 발광 소자 용매(100)의 용매 분자들은 발광 소자(30)의 표면에서 이를 둘러싸면서 발광 소자(30)를 분산시킬 수 있다. 발광 소자 잉크(1000)는 발광 소자(30)를 포함하여 용액 또는 콜로이드(Colloid) 상태로 준비될 수 있다. 일 실시예에서, 발광 소자 용매(100)는 아세톤, 물, 알코올, 톨루엔, 프로필렌글리콜(Propylene glycol, PG) 또는 프로필렌글리콜메틸아세테이트(Propylene glycol methyl acetate, PGMA), 트리에틸렌 글리콜 모노뷰틸 에테르(Triethylene glycol monobutyl ether, TGBE), 디에틸렌 글리콜 모노페닐 에테르(Diethylene glycol monophenyl ether, DGPE), 아마이드계 용매, 디카보닐계 용매, 디에틸렌 글리콘 디벤조에이트(Diethylene glycol dibenzoate), 트리카보닐계 용매, 트리에틸 시트레이트(Triethly citrate), 프탈레이트계 용매, 벤질 뷰틸 프탈레이트(Benzyl butyl phthalate), 비스(2-에틸헥실) 프탈레이트(Bis(2-ethlyhexyl) phthalate), 비스(2-에틸헥실) 이소프탈레이트(Bis(2-ethylhexyl) isophthalate), 에틸프탈릴 에틸 글리콜레이트(Ethyl phthalyl ethyl glycolate) 등일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 보다 다양한 발광 소자 용매(100)의 예시에 대해서는 후술하기로 한다.
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. 즉, '발광 소자 용매(100)'는 '용매 분자(101)'를 포함하여 이들이 형성하는 액체상태의 용매인 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, 이들은 실질적으로 동일한 것을 의미할 수 있다.
증점제(500)는 발광 소자(30)와 함께 발광 소자 용매(100) 내에 분산될 수 있다. 증점제(500)는 발광 소자 잉크(1000) 내 일정 함량 포함되어 발광 소자 잉크(1000)의 온도에 따라 용액의 점도를 변화시킬 수 있다. 일 실시예에 따르면, 증점제(500)는 수소 결합(Hydrogen bonding)을 형성할 수 있는 작용기를 포함한 폴리올(Polyol)계 화합물일 수 있다. 증점제(500)는 발광 소자 용매(100)의 용매 분자(101) 또는 증점제(500)들과 분자 간 수소 결합(Intramolecular hydrogen bonding)을 형성할 수 있고 서로 다른 분자들 사이에서 비교적 강한 인력을 형성할 수 있다.
도 8은 도 7의 발광 소자 잉크의 상온에서 증점제와 발광 소자 용매의 분자 간 결합을 나타내는 개략적인 도면이다. 도 8에서는 발광 소자 잉크(1000)가 보관 상태로, 상온, 또는 25℃에서 발광 소자 용매(100)에 분산된 증점제(500) 분자의 형태를 예시하고 있다. 본 명세서에서 '상온'이란 통상적으로 25℃를 의미하나, 25℃를 포함하여 그 내외의 온도 범위를 의미할 수 있다. 예를 들어, '상온'은 20℃ 내지 30℃의 온도 범위를 포함할 수 있다.
도 8을 참조하면, 증점제(500)는 수소 결합을 형성할 수 있는 폴리올계 화합물로써 적어도 하나의 수산화기(-OH)를 포함할 수 있다. 증점제(500)는 적어도 하나의 수산화기(-OH)가 결합된 주쇄부(CP)를 포함한다. 주쇄부(CP)는 알킬기, 알케닐기, 알카이닐기와 같은 탄소 사슬일 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 에터기(-O-)와 같이 다른 작용기들을 더 포함할 수도 있다. 하나의 증점제(500)에서 수산화기(-OH)는 발광 소자 용매(100)의 용매 분자(101) 또는 다른 증점제(500)의 수산화기(-OH)의 비공유전자쌍을 갖는 원자, 예를 들어 산소(O) 또는 질소(N)와 수소 결합(HB)을 형성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 증점제(500)는 다른 증점제(500) 분자, 또는 용매 분자(101)와 수소 결합을 형성할 수 있고, 25℃의 상온에서는 주쇄부(CP)와 용매 분자(101), 및 다른 증점제(500)의 주쇄부(CP)들 간 망상 구조(Network structure)를 형성할 수 있다. 증점제(500)들이 형성하는 망상 구조에 의해 발광 소자 잉크(1000)는 높은 점도를 가질 수 있고, 발광 소자(30)는 발광 소자 잉크(1000)의 보관 상태에서는 침전 속도가 느릴 수 있다.
일 예로, 발광 소자 잉크(1000)는 상온(25℃)에서 측정된 점도가 20cP 내지 300cP의 범위를 가질 수 있다. 발광 소자(30)의 침전을 방지하기 위해, 발광 소자 잉크(1000)는 전단 응력이 인가되지 않는 상태에서 적어도 점도가 20cP 이상일 수 있다. 발광 소자 잉크(1000)는 잉크젯 프린팅 장치를 통한 프린팅 공정 전까지 발광 소자(30)를 장시간 동안 분산된 상태로 유지할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다. 발광 소자 잉크(1000)의 점도는 적어도 20cP 이상의 점도를 갖는 범위 내에서 필요에 따라 증점제(500)의 분자구조, 및 분자량 등을 통해 조절될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 발광 소자 잉크(1000)의 증점제(500)는 적어도 하나의 수산화기(-OH)가 결합된 주쇄부(CP)가 탄소수 2 이상의 치환 또는 비치환된 알킬기, 알켄기, 알케닐기, 또는 알킬에터기일 수 있다.
몇몇 실시예에서, 발광 소자 잉크(1000)의 증점제(500)는 하기 화학 구조식 1의 구조를 포함할 수 있다.
[화학 구조식 1]
Figure pat00010
상기 화학 구조식 1에서, 상기 R1은 수산화기(-OH)가 치환되거나 비치환된 탄소수 1 내지 3000의 직쇄형 또는 분지형 알킬기, 또는 알킬에터기이고, 상기 l은 1 내지 10의 정수이다. 증점제(500)는 폴리올(Polyol) 계열의 화합물로써 발광 소자 용매(100)와 수소 결합을 형성할 수 있고, 발광 소자 잉크(1000)는 특정 점도 및 끓는점을 가질 수 있다.
예시적인 실시예에서, 발광 소자 잉크(1000)의 증점제(500)는 하기 화학식 1 내지 8 중 어느 하나로 표현되는 화합물일 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00011
[화학식 2]
Figure pat00012
[화학식 3]
Figure pat00013
[화학식 4]
Figure pat00014
[화학식 5]
Figure pat00015
[화학식 6]
Figure pat00016
[화학식 7]
Figure pat00017
[화학식 8]
Figure pat00018
상기 화학식 7 및 화학식 8에서, 상기 n은 1 내지 1000의 정수이다.
상기 화학식 1 내지 8의 화합물들은 탄소 사슬 또는 알킬 에터기로 이루어진 주쇄부(CP)와 주쇄부(CP)에 결합된 적어도 하나의 수산화기(-OH)를 포함한다. 증점제(500)의 수산화기(-OH)는 다른 증점제(500) 또는 발광 소자 용매(100)의 용매 분자(101)에 포함된 산소(O) 또는 수소(H)와 수소 결합을 형성할 수 있다. 발광 소자 잉크(1000)가 상온의 환경에서 보관될 때, 증점제(500)는 분자 간 수소 결합을 통해 망상 구조를 형성할 수 있고, 발광 소자 잉크(1000)는 높은 점도를 가질 수 있다. 증점제(500)는 상기 화학식 1 내지 8 중 어느 하나의 화합물임에 따라, 상온에서 증점제(500) 자체적으로 높은 끓는점을 가질 수 있다. 예시적인 실시예에서 증점제(500)는 끓는점에 200℃ 이상 450℃ 이하, 바람직하게는 350℃ 내외의 범위를 가질 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다. 일 실시예에 따른 발광 소자 잉크(1000)는 비교적 높은 비중을 갖는 발광 소자(30)들과 증점제(500)를 포함하여 상온에서도 발광 소자(30)들의 침전을 방지할 수 있다.
한편, 증점제(500)가 가질 수 있는 구조로써 상기 화학식 1 내지 8이 예시되었으나, 이에 제한되지 않는다. 몇몇 실시예에서, 증점제(500)는 적어도 하나의 수산화기(-OH)를 포함한 폴리올(Polyol)계 화합물이면, 주쇄부(CP)에 다른 치환기들이 더 치환될 수 있다. 예를 들어, 증점제(500)는 주쇄부(CP)에 할로겐(Halogen)기, 에톡시기(Ethoxy), 싸이올기(Thiol), 또는 설파닐에탄올(Sulfanyl ethanol)기를 포함한 작용기들이 더 치환될 수도 있다.
또한, 일 실시예에 따르면, 발광 소자 잉크(1000)의 발광 소자 용매(100)는 증점제(500)와의 수소 결합을 통해 상온에서 높은 점도를 갖기 위해, 발광 소자 용매(100)도 수소 결합을 형성할 수 있는 작용기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 발광 소자 용매(100)의 용매 분자(101)는 증점제(500)와 유사하게 적어도 하나의 수산화기(-OH)를 포함하거나, 증점제(500)에 포함된 수산화기(-OH)의 수소(H)와 수소 결합을 형성할 수 있는 산소(O), 질소(N) 또는 불소(F)와 같은 원소를 포함할 수도 있다. 다만, 발광 소자 용매(100)는 발광 소자(30)들이 분산될 수 있을 정도의 점도를 갖기 위한 구조를 가질 수 있다.
예시적인 실시예에서, 발광 소자 잉크(1000)의 발광 소자 용매(100)의 용매 분자(101)는 벤젠(Benzene) 고리를 포함한 구조로써, 하기 화학 구조식 2의 구조를 가질 수 있다.
[화학 구조식 2]
Figure pat00019
상기 화학 구조식 2에서, 상기 R2는 탄소수 2 내지 10의 치환 또는 비치환된 알코올기, 에터기, 및 에스터기 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 m은 1 또는 2의 정수이다. 발광 소자 용매(100)의 용매 분자(101)는 증점제(500)의 수산화기(-OH)와 수소 결합을 형성할 수 있는 작용기로, 알코올기, 에터기, 및 에스터기 중 적어도 어느 하나의 작용기가 벤젠 고리에 치환된 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 발광 소자 용매(100)의 용매 분자(101)는 하기 화학식 9 내지 화학식 25로 표현되는 화합물일 수 있다.
[화학식 9]
Figure pat00020
[화학식 10]
Figure pat00021
[화학식 11]
Figure pat00022
[화학식 12]
Figure pat00023
[화학식 13]
Figure pat00024
[화학식 14]
Figure pat00025
[화학식 15]
Figure pat00026
[화학식 16]
Figure pat00027
[화학식 17]
Figure pat00028
[화학식 18]
Figure pat00029
[화학식 19]
Figure pat00030
[화학식 20]
Figure pat00031
[화학식 21]
Figure pat00032
[화학식 22]
Figure pat00033
[화학식 23]
Figure pat00034
[화학식 24]
Figure pat00035
[화학식 25]
Figure pat00036
상기 화학식 9 내지 화학식 25 중, 화학식 9 내지 화학식 12는 발광 소자 용매(100)의 용매 분자(101)가 적어도 하나의 수산화기(-OH)를 포함하여, 증점제(500)의 수소 결합을 형성할 수 있다. 반면, 화학식 13 내지 화학식 25는 발광 소자 용매(100)의 용매 분자(101)가 수소 결합을 형성할 수 있는 작용기로 카보닐기(Carbonly) 또는 에스터기(Ester)를 포함하여, 증점제(500)의 수소(H)와 용매 분자(101)의 산소(O)가 서로 수소 결합을 형성할 수 있다. 또한, 발광 소자 용매(100)의 용매 분자(101)가 벤젠 고리를 포함함에 따라 발광 소자(30)들과의 반응성이 낮고 발광 소자(30)들의 표면 처리에 따라 분산도를 더 높일 수 있다. 발광 소자 잉크(1000)의 발광 소자 용매(100)가 상기 화학식 9 내지 화학식 25 중 어느 하나로 표현되는 화합물일 경우, 증점제(500)와 용매 분자(101) 간 더 많은 수소 결합이 형성되어 발광 소자 잉크(1000)가 더 큰 점도를 가질 수도 있다. 이에 따라 발광 소자 잉크(1000)의 상온 보관 시, 발광 소자(30)의 침전을 더 효과적으로 방지할 수 있다.
다만, 이에 제한되지 않으며, 발광 소자 용매(100)의 용매 분자(101)는 다양한 용매들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 발광 소자 용매(100)는 상술한 예시들에 더하여, 카페인(Caffein), 트리에탄올아민(Triethanol amine), 글리세롤(Glycerol), L-티로신(L-tyrosine), 아드레날린(Adrenalin), L-도파(L-Dopa), 세로토닌(Serotonin), 디벤질 세바케이트(Dibenzly sebacate), 디트리데실 프탈레이트(Ditridecyl phthalate), 디에탄올아민(Diethanol amine), 벤질 뷰틸 프탈레이트(Benzyl butyl phthalate), 노닐 페놀(Nonyl phenol), 파라세타몰(Paracetamol), 트리페닐 포스페이트(Triphenyl phosphate), 1,3-뷰타디올(1,3-Butanediol), 1,4-뷰타디올(1,4-Butanediol), 1-헥사데카놀(1-Hexadecanol), 올레일 알코올(Oleyl alcohol), N-(2-히드록시에틸)-2-피롤리돈(N-(2-Hydroxyethyl)-2-pyrrolidone), 트리-n-뷰틸 시트레이트(Tri-n-butyl citrate), 디-(2-에틸 헥실)세바케이트(Di-(2-ethyl hexyl) sebacate), 디에틸렌 글리콜(Diethylene glycol), 티민(Thymine), 1,9-노난디올(1,9-Nonanediol), 벤조인(Benzoin), 디프로필렌 글리콜(Dipropylene glycol), 세바식산(Sebacic Acid), 싸이오디에틸렌 글리콜(Thiodiethylen glycol), 5,6-디하이드록시인돌(5,6-Dihydroxyindole), 디-(2-에틸헥실)아제레이트(Di-(2-Ethylhexyl)Azelate), 디헥실 프탈레이트(Dihexyl Phthalate), N-사이클로헥실-2-피롤리돈(N-Cyclohexyl-2-Pyrrolidone), 올레익산(Oleic Acid), 노레페드린(Norephedrin), 1-나프톨(1-Naphthol), 2,4,6-트리니트로페놀(2,4,6-Trinitrophenol), N-벤질 피롤리돈(N-Benzyl Pyrrolidone), 헥산-1,6-디올(Hexane-1,6-Diol), 입실론-카프로락탐(Epsilon-Caprolactam), 트리데실 알코올(Tridecyl Alcohol), 아크리딘(Acridine), 및 프로필렌 글리콜 메틸 에터 아세테이트(Propylene glycol methyl ether acetate) 중 어느 하나일 수 있다. 발광 소자 용매(100)가 상술한 화합물일 경우, 증점제(500)와 유사하게 자체적으로 높은 끓는점을 가질 수 있다. 예시적인 실시예에서 발광 소자 용매(100)는 끓는점이 200℃ 이상 350℃ 이하의 범위를 가질 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다.
몇몇 실시예에서, 발광 소자 잉크(1000)는 증점제(500)가 상기 화학식 1의 구조를 갖는 글리세롤(Glycerol)이고, 발광 소자 용매(100)는 글리콜 에테르(Glycol ether)계열의 화합물일 수 있다. 발광 소자 잉크(1000)의 증점제(500)와 발광 소자 용매(100)가 상술한 화합물의 조합일 경우, 발광 소자 잉크(1000)는 상술한 범위의 점도 및 끓는점을 가질 수 있어 발광 소자(30)의 토출에 용이한 물성을 가질 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 발광 소자 잉크(1000)의 증점제(500)와 발광 소자 용매(100)의 종류는 발광 소자 잉크(1000)가 상술한 범위의 점도 및 끓는점을 가질 수 있는 범위 내에서 다양하게 변형될 수 있다. 또한, 발광 소자 잉크(1000)의 점도 및 끓는점과 같은 물성은 증점제(500)와 발광 소자 용매(100)의 혼합 비율에 따라 다양하게 달라질 수 있다.
한편, 발광 소자 잉크(1000)가 노즐을 통해 토출되기 위해서는 작은 점도를 가질 필요가 있다. 발광 소자 잉크(1000)는 상온보다 높은 일정 온도 이상에서는 용매 분자(101) 및 증점제(500)들이 에너지를 받아 분자 운동이 활발해진다. 특히, 증점제(500)와 용매 분자(101), 또는 증점제(500)들 간 수소 결합보다 강한 에너지가 전달될 수 있는 온도에서는 수소 결합이 깨질 수 있다. 일정 온도 이상에 놓인 발광 소자 잉크(1000)에서, 증점제(500)들은 발광 소자 용매(100)의 용매 분자(101) 또는 다른 증점제(500)들과 망상 구조를 형성하지 않게 되고, 발광 소자 잉크(1000)는 낮은 점도를 가질 수 있다.
도 9는 도 7의 발광 소자 잉크의 다른 온도에서 증점제와 발광 소자 용매의 분자 간 결합을 나타내는 개략적인 도면이다. 도 9에서는 발광 소자 잉크(1000)가 상온 이상의 일정 온도에서 발광 소자 용매(100)에 분산된 증점제(500) 분자의 형태를 예시하고 있다.
도 9를 참조하면, 발광 소자 잉크(1000)의 프린팅 공정에서, 잉크젯 프린팅 장치의 잉크젯 헤드(Inkjet head) 내에서 흐르거나 노즐을 통해 토출되기 위해 발광 소자 용매(100)는 일정 점도 이하의 값을 가질 필요가 있다.
본 명세서에서, 발광 소자(30)의 '프린팅(printing)'은 잉크젯 프린팅 장치를 이용하여 발광 소자(30)를 일정 대상에 토출, 또는 분사하는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 발광 소자(30)를 프린팅하는 것은 발광 소자(30)를 잉크젯 프린팅 장치의 노즐을 통해 직접 토출하거나 발광 소자 잉크(1000) 내에 분산된 상태로 토출하는 것을 의미할 수 있다. 이에 제한되지 않고, 발광 소자(30)를 프린팅하는 것은 대상 기판(도 11의 'SUB') 상에 발광 소자(30), 또는 발광 소자(30)가 분산된 발광 소자 잉크(1000)를 분사하여 상기 발광 소자(30) 또는 발광 소자 잉크(1000)가 대상 기판(SUB)에 안착하는 것을 의미할 수 있다.
발광 소자 잉크(1000)가 잉크젯 프린팅 장치의 노즐을 통해 토출될 때, 상기 노즐의 온도를 조절하여 발광 소자 잉크(1000)가 상온 이상의 온도에 놓이면 증점제(500')는 망상 구조를 형성하지 않을 수 있다. 상온 이상의 온도에서 발광 소자 잉크(1000)의 증점제(500')들은 분자 운동이 활발해짐에 따라 분자 간 수소 결합(HB1, HB2)이 깨질 수 있고, 증점제(500')들과 발광 소자 용매(100)의 용매 분자(101)들은 망상 구조를 형성하지 않고 개별적으로 분산될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 발광 소자 잉크(1000)는 40℃ 내지 60℃의 온도 범위에서 측정된 점도가 5 cP 내지 15cP, 또는 7cP 내지 13cP, 바람직하게는 10 cP 내외의 범위를 가질 수 있다. 발광 소자 잉크(1000)가 상기 범위 내의 점도를 가질 경우, 노즐을 통해 원활하게 토출될 수 있고 발광 소자(30)가 서서히 침전되더라도 그 이전에 프린팅 공정이 수행되므로 발광 소자(30)들의 분산도가 유지될 수 있다. 즉, 잉크젯 프린팅 장치의 노즐에서 토출되는 발광 소자 잉크(1000)의 단위 액적 당 발광 소자(30)의 수가 균일하게 유지될 수 있다. 다만, 발광 소자 잉크(1000)의 점도는 이에 제한되지 않으며, 잉크젯 헤드의 노즐에서 토출될 수 있는 범위 내에서 잉크젯 헤드의 노즐 내 온도 및 발광 소자 잉크(1000)의 점도는 다양하게 변형될 수 있다.
발광 소자 잉크(1000)는 단위 중량 당 일정 함량의 발광 소자(30)들을 포함하고, 증점제(500)는 발광 소자(30)의 중량 대비 일정 함량으로 포함될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 발광 소자 잉크(1000)는 발광 소자 잉크(1000) 100 중량부에 대하여 증점제(500) 5 내지 50중량부 포함할 수 있다. 증점제(500)가 발광 소자 잉크(1000) 100 중량부에 대하여 5 중량부 미만으로 포함될 경우, 보관 상태에서 발광 소자(30)의 침전을 방지하는 데에 그 효과가 부족할 수 있고, 50 중량부 이상으로 포함될 경우 점도가 너무 높아 프린팅 공정 중 노즐의 입구가 막힐 수도 있다. 발광 소자 잉크(1000)는 상기 범위 내의 증점제(500)를 포함하여 발광 소자(30)들의 침전을 방지하면서 노즐을 통해 원활하게 토출될 수 있다.
발광 소자 잉크(1000)에 포함되는 발광 소자(30)의 함량은 프린팅 공정 중 노즐을 통해 토출되는 발광 소자 잉크(1000)의 단위 액적 당 발광 소자(30)의 개수에 따라 달라질 수 있다. 일 실시예에서, 발광 소자(30)는 발광 소자 잉크(1000) 100 중량부에 대하여 0.01 내지 1 중량부 포함될 수 있다. 다만, 이는 예시적인 함량이며 발광 소자(30)의 함량은 발광 소자 잉크(1000)의 단위 액적 당 발광 소자(30)의 개수에 따라 달라질 수 있다.
또한, 발광 소자 잉크(1000)는 발광 소자(30)들의 분산도를 향상시키는 분산제(미도시)를 더 포함할 수 있다. 분산제의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 발광 소자(30)를 더욱 분산시키기 위해 적절한 함량으로 첨가될 수 있다. 예를 들어, 분산제는 발광 소자(30) 100중량부에 대하여 10 내지 100 중량부로 포함될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다.
일 실시예에 따르면, 발광 소자 잉크(1000)는 증점제(500)를 포함하여 표시 장치(10)의 제조 공정 중 점도가 가변적일 수 있다. 발광 소자 잉크(1000)의 보관 단계 및 노즐을 통한 프린팅 단계마다 발광 소자 잉크(1000)는 적합한 점도를 가질 수 있다. 특히, 발광 소자 잉크(1000)의 보관 단계에서는 높은 점도를 가짐에 따라 발광 소자(30)의 침전을 방지할 수 있고, 노즐을 통한 프린팅 단계에서는 온도에 따라 낮은 점도를 가짐에 따라 발광 소자(30)의 프린팅 공정이 원활하게 수행될 수 있다.
일 실시예에 따른 발광 소자 잉크(1000)를 이용하여 발광 소자(30)를 포함하는 제품의 제조할 경우, 각 단위 영역 당 균일한 개수의 발광 소자(30)들이 배치되고, 후속 공정에서 이물질로 남는 발광 소자 용매(100)와 증점제(500)가 완전하게 제거될 수 있다. 이에 따라 발광 소자(30)를 포함하는 제품의 제품 신뢰도를 향상시킬 수 있다. 일 실시예에 따르면, 발광 소자 잉크(1000)를 이용하여 도 1 내지 도 3을 참조하여 상술한 표시 장치(10)를 제조할 수 있다.
표시 장치(10)는 제조 공정 중 전극(21, 22)들 상에 발광 소자(30)를 배치하는 공정이 수행될 수 있고, 상기 공정은 발광 소자 잉크(1000)를 이용한 프린팅 공정을 통해 수행될 수 있다.
이하, 다른 도면들을 더 참조하여 일 실시예에 따른 표시 장치(10)의 제 조 공정에 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 잉크(1000)와 복수의 전극(21, 22)들이 형성된 대상 기판(SUB)을 준비하는 단계(S100), 발광 소자 잉크(1000)를 제1 온도에서 대상 기판(SUB) 상에 분사하는 단계(S200), 전극(21, 22)들 상에 전계를 생성하여 발광 소자(30)를 전극(21, 22)들 상에 안착하는 단계(S300), 및 제2 온도에서 발광 소자 잉크(1000)의 발광 소자 용매(100) 및 증점제(500)를 제거하는 단계(S400)를 포함할 수 있다.
발광 소자 잉크(1000)는 상온에서 높은 점도를 갖고 발광 소자(30)가 침전되지 않도록 보관될 수 있다. 표시 장치(10)의 제조 공정은 발광 소자(30)를 포함한 발광 소자 잉크(1000)는 상온보다 높은 제1 온도에서 대상 기판(SUB) 상에 프린팅하는 단계와, 제1 온도와 다른 제2 온도에서 발광 소자 잉크(1000)의 발광 소자 용매(100) 및 증점제(500)를 제거하는 단계를 포함한다. 발광 소자 잉크(1000)는 보관 시와 프린팅 공정 시 온도에 따라 점도가 달라질 수 있고, 발광 소자(30)들이 침전되는 것을 방지하면서 대상 기판(SUB) 상에 원활하게 프린팅될 수 있다. 이하, 다른 도면들을 참조하여 표시 장치(10)의 제조 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 11 내지 도 13는 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 공정 중 일 단계들을 나타내는 단면도들이다.
먼저, 도 11을 참조하면, 발광 소자(30), 발광 소자 용매(100) 및 증점제(500)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 용매(100), 이에 분산된 발광 소자(30) 및 광 분해성 증점제(500)를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서 발광 소자 잉크(1000)는 상온, 또는 25℃ 내외의 온도 범위에서 보관될 수 있고, 증점제(500)는 분자 간 수소 결합을 형성하여 용매(100) 내에서 3차원 망상 구조를 형성할 수 있다. 발광 소자 잉크(1000)는 상온에서도 높은 점도, 예를 들어 20cp 내지 300cp의 범위를 가질 수 있고, 발광 소자(30)를 장시간 분산된 상태로 유지할 수 있다.
발광 소자 잉크(1000)를 준비하는 단계는 발광 소자(30)와 발광 소자 용매(100), 및 분산제를 혼합하는 1차 분산 공정과, 1차 분산 공정을 통해 제조된 용액에 증점제(500)를 첨가하는 2차 분산 공정을 통해 수행될 수 있다. 예를 들어, 1차 분산 공정은 발광 소자 용매(100)에 발광 소자(30)와 분산제를 혼합하고, 이를 5분 이상의 혼합 공정을 통해 수행된다. 발광 소자(30)는 상술한 바와 같이 지름이 1㎛ 이하, 또는 500nm 내외이고, 길이는 1㎛ 내지 10㎛, 또는 4㎛ 내외의 크기를 가질 수 있다. 발광 소자(30)는 발광 소자 잉크(1000) 전체 100 중량부에 대하여 0.01 내지 1 중량부 포함되고, 분산제는 발광 소자(30) 100 중량부에 대하여 10 내지 100 중량부 포함될 수 있다. 상기 혼합 공정은 소니케이션(Sonication) 공정, 스터어링(Stirring) 공정, 밀링(Milling) 공정 등으로 수행될 수 있다.
이어, 1차 분산 공정에서 제조된 용액에 증점제(500)를 더 첨가하고 이들을 혼합하는 2차 분산 공정을 수행한다. 증점제(500)는 발광 소자 잉크(1000) 100 중량부에 대하여 5 내지 50 중량부 포함될 수 있다. 상기 혼합하는 공정은 소니케이션 공정과 스터어링 공정을 각각 5분 이상씩 순차적으로 수행될 수 있다. 또한, 증점제(500)가 원활하게 혼합될 수 있도록, 상기 혼합하는 공정은 상온(25℃)보다 높은 온도로, 약 40℃ 이상에서 수행될 수 있다.
상기 1차 및 2차 분산 공정을 통해 제조된 발광 소자 잉크(1000)는 상온(25℃)에서 보관될 수 있다. 발광 소자 잉크(1000)의 증점제(500)는 발광 소자 용매(100) 및 다른 증점제(500)와 분자 간 수소 결합을 형성하고, 발광 소자 잉크(1000)는 적어도 20cP 이상의 점도를 가질 수 있다. 발광 소자(30)는 거의 침전되지 않고 분산된 상태를 유지할 수 있다.
이어, 도 12 및 도 13을 참조하면, 대상 기판(SUB) 상의 제1 전극(21) 및 제2 전극(22) 상에 발광 소자 잉크(1000)를 분사한다. 일 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. 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.
몇몇 실시예에서, 발광 소자 잉크(1000)는 노즐(Nozzle)을 통해 분사되기 전, 발광 소자(30) 및 증점제(500)들을 다시 분산시키는 3차 분산 공정이 수행될 수 있다. 예를 들어, 보관 중이던 발광 소자 잉크(1000)는 5분 이상의 소니케이션 공정과 볼텍싱(Vortexing) 또는 스터어링 공정이 각각 수행될 수 있다. 발광 소자 잉크(1000)가 점도가 높아 발광 소자(30)들이 거의 침전되지 않더라도, 노즐(Nozzle)을 통한 프린팅 공정 전에 발광 소자(30)들을 충분히 분산시키기 위한 3차 분산 공정이 수행될 수 있다. 이에 따라, 잉크젯 프린팅 장치에 준비되는 발광 소자 잉크(1000)의 발광 소자(30)는 최초 보관 상태와 거의 유사한 수준의 분산도를 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 발광 소자 잉크(1000)의 프린팅 공정에서, 노즐(nozzle)의 토출부(JP)는 상온보다 높은 제1 온도로 조절될 수 있고, 발광 소자 잉크(1000)는 제1 온도에서 비교적 작은 점도를 갖고 토출부(JP)에서 대상 기판(SUB) 상에 토출될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 제1 온도는 40℃ 내지 60℃의 범위를 가질 수 있고, 상기 제1 온도에서 발광 소자 잉크(1000)는 5cp 내지 15cp, 또는 10 cp 내외의 범위의 점도를 가질 수 있다. 발광 소자 잉크(1000)의 프린팅 공정 중, 노즐(Nozzle)의 토출부(JP) 온도를 상온 이상의 제1 온도로 제어함으로써, 발광 소자 잉크(1000)가 낮은 점도를 갖고 노즐(Nozzle)에서 원활하게 토출되어 용액의 점성에 의한 노즐 막힘 현상이 방지될 수 있다.
도 14는 발광 소자 잉크의 온도에 따른 점도 변화를 나타내는 그래프이다. 도 14는 증점제(500)를 포함한 발광 소자 잉크의 온도(Temperature, ℃)에 따른 점도 변화(Viscosity, CP)를 도시하고 있다.
도 14를 참조하면, 발광 소자 잉크(1000)는 상온에서는 높은 점도를 가질 수 있다. 온도가 약 25℃ 내외의 범위에서, 발광 소자 잉크(1000)는 증점제(500)가 3차원 망상 구조를 형성함에 따라 점도가 20cP 이상 200cP 이하, 예를 들어 약 100cP 내외의 값을 가질 수 있다. 발광 소자 잉크(1000)의 보관 상태에서는 발광 소자(30)들은 거의 침전되지 않고, 최초 분산 상태를 유지할 수 있다.
반면, 발광 소자 잉크(1000)는 상온 이상의 온도에서는 낮은 점도를 가질 수 있다. 온도가 약 40℃ 내지 60℃의 범위에서, 발광 소자 잉크(1000)는 점도가 약 5cp 이상 17cp 이하의 범위를 가질 수 있다. 상기 범위 내의 점도를 갖는 용액은 노즐(Nozzle)을 통해 원활하게 토출될 수 있고(도 14의 'Jetable viscosity range'), 용액의 점성에 의해 노즐(Nozzle)이 막히지 않을 수 있다.
발광 소자 잉크(1000)가 온도에 무관하게, 또는 상온에서도 낮은 점도를 갖는 경우, 발광 소자 잉크(1000)에 포함된 발광 소자(30)들은 시간이 흐름에 따라 최초 분산 상태를 유지하지 못하고 침전될 수 있다. 발광 소자(30)들이 침전된 발광 소자 잉크(1000)를 이용하여 프린팅 공정을 수행할 경우, 발광 소자(30)들이 침전되어 용액의 단위 액적 당 포함된 발광 소자(30)의 수가 계산치보다 적거나 각 단위 액적 당 균일하지 않을 수 있다. 발광 소자(30)가 침전되어 이를 재분산하는 공정을 수행할 경우, 표시 장치(10)의 제조 공정이 복잡해지고, 경우에 따라 원하는 분산도로 재분산하는 것이 용이하지 않을 수 있다. 일 실시예에 따른 발광 소자 잉크(1000)를 이용하여 프린팅 공정을 수행할 경우, 발광 소자(30)들의 거의 침전되지 않고 분산되어 있으므로 단위 액적 당 포함된 발광 소자(30)의 수가 단위 액적 당 균일할 수 있다. 표시 장치(10)의 제조 방법은 발광 소자 잉크(1000)를 이용하여 제조되고, 제조된 표시 장치(10)는 단위 영역 당 배치되는 발광 소자(30)의 개수가 균일하여 제품 신뢰도가 향상될 수 있다. 이와 동시에 노즐(Nozzle)을 통한 프린팅 공정 시에는 온도를 조절하여 발광 소자 잉크(1000)가 낮은 점도를 가질 수 있어 프린팅 공정 시 노즐(Nozzle)의 토출부(JP)가 막히는 것을 방지할 수 있다.
이어, 발광 소자 잉크(1000)에 전계를 생성하여 발광 소자(30)를 전극(21, 22)들 상에 안착(S300)시키고, 발광 소자 용매(100)와 증점제(500)를 제거(S400)하는 공정을 수행한다.
도 15 내지 도 17은 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 공정 중 다른 단계들을 나타내는 단면도들이다.
먼저, 도 15를 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 유전영동힘을 받을 수 있다. 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 유전영동힘에 의해 초기 분산된 위치로부터 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)는 서로 다른 도전형으로 도핑된 반도체층들을 포함하고, 소자 내 쌍극자 모멘트(Dipole moment)를 가질 수 있다. 쌍극자 모멘트를 갖는 발광 소자(30)는 전계(EL) 상에 놓이면 양 단부가 각각 전극(21, 22) 상에 배치되도록 유전영동힘을 받을 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.
발광 소자(30)가 전극(21, 22) 사이에 배치된 후에는 발광 소자 잉크(1000)에 열 또는 광을 조사하여 용매(100) 및 증점제(500)를 제거하는 공정이 수행될 수 있다. 전극(21, 22) 상에 분사된 발광 소자 잉크(1000)는 온도에 따라 증점제(500)의 분자 간 수소 결합에 의해 높은 점도를 가질 수 있다. 이에 따라 용매(100)와 증점제(500)는 원활하게 제거되지 않고 전극(21, 22) 또는 발광 소자(30) 상에 이물질로 남을 수 있다. 또한 발광 소자 잉크(1000)가 높은 점도를 가짐에 따라 전극(21, 22) 상에 형성된 전계에 의해 발광 소자(30)에 작용하는 유전영동힘의 세기가 충분하지 않을 수 있다. 나아가, 점도가 큰 용매(100) 및 증점제(500)를 제거하기 위해 고온의 열처리가 필요할 수 있고, 이들이 제거되면서 유체의 유동에 의한 인력, 또는 증점제(500)와 발광 소자(30) 사이의 인력에 의해 발광 소자(30)의 최초 정렬 상태가 변할 수 있다.
일 실시예에 따른 표시 장치(10)의 제조 방법은 발광 소자 용매(100)와 증점제(500)를 제2 온도에서 제거할 수 있고, 보다 원활한 제거 공정을 위해 저압의 환경에서 열처리 공정을 통해 이들을 완전히 제거할 수 있다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 발광 소자 용매(100)와 증점제(500)의 제거 공정은 내부 압력 조절이 가능한 챔버(VCD) 내에서 수행될 수 있다. 챔버(VCD)는 장치 내 내부 압력을 조절할 수 있고, 압력이 조절된 상태에서 대상 기판(SUB) 상에 열(Heat)을 조사하여 발광 소자 용매(100) 및 증점제(500)들을 제거할 수 있다. 발광 소자(30)가 전계(EL)에 의해 전극(21, 22) 상에 배치된 상태에서는 온도에 따라 증점제(500)가 분자 간 수소 결합을 형성할 수 있다. 제2 온도에서 열처리를 통해 발광 소자 잉크(1000)의 점도를 낮추면서 발광 소자 용매(100)와 증점제(500)를 제거할 수 있다. 다만, 이들 각각의 분자들을 휘발시키기 위한 에너지에 더하여, 발광 소자 용매(100)와 증점제(500)의 분자 간 수소 결합을 제거하기 위한 에너지가 더 필요할 수 있다. 이 경우, 열처리 공정은 각 분자들의 끓는점 이상의 온도에서 수행되어야 하고, 고온의 열처리 공정은 표시 장치(10) 회로층의 구성들에 손상을 가할 수 있다.
표시 장치(10)의 제조 방법은 발광 소자 용매(100)와 증점제(500)를 저압의 환경에서 열처리하여, 증점제(500)의 끓는점 이하의 온도에서도 이들을 완전하게 제거할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 발광 소자 용매(100)와 증점제(500')의 제거 공정은 10-4Torr 내지 1Torr의 압력에서, 25℃ 내지 150℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다. 상기 압력 범위 내에서 열처리 공정을 수행할 경우, 증점제(500)와 발광 소자 용매(100)의 자체적인 끓는점도 낮아지고, 이들 사이의 수소 결합이 더 쉽게 제거될 수 있다. 예를 들어, 증점제(500)가 폴리올계 화합물일 경우, 끓는점이 200℃이상 450℃ 이하일 수 있다. 다만, 챔버(VCD) 내에서 상기의 범위와 같이 저압의 환경에서는 150℃ 이하의 온도 범위에서도 증점제(500) 및 발광 소자 용매(100)는 쉽게 제거될 수 있다. 챔버(VCD) 내에서 수행되는 열처리 공정은 1분 내지 30분동안 수행될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다.
발광 소자 용매(100)와 증점제(500)를 제거하는 공정을 저압의 환경에서 열처리 공정으로 수행함에 따라, 후속 공정에서 이물질로 남을 수 있는 발광 소자 용매(100)와 증점제(500)를 완전하게 제거할 수 있다. 또한, 발광 소자 용매(100)와 증점제(500)의 제거 공정에서 유체의 유동에 의한 인력, 또는 증점제(500)와 발광 소자(30) 사이의 인력에 의해 발광 소자(30)의 최초 정렬 상태가 변하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 표시 장치(10)는 발광 소자(30)들의 정렬도가 향상될 수 있다.
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. 표시 장치(10)는 증점제(500)를 포함하는 발광 소자 잉크(1000)를 이용하여 제조될 수 있다. 표시 장치(10)는 각 단위 영역 당 균일한 개수의 발광 소자(30)가 높은 정렬도로 배치될 수 있고, 제품 신뢰성이 향상될 수 있다.
한편, 발광 소자 잉크(1000)가 노즐(Nozzle)의 토출부(JP)에서 토출된 후에는 대상 기판(SUB) 상부의 온도에 따라 점도가 달라질 수 있다. 대상 기판(SUB) 상에 안착된 발광 소자 잉크(1000)가 높은 점도를 가질 경우, 전계(EL)에 의해 발광 소자(30)들이 정렬되는 공정이 원활하지 않을 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 표시 장치(10)의 제조 공정 중, 발광 소자(30)들을 전극(21, 22) 상에 안착시키는 공정은 노즐(Nozzle)의 토출부(JP)와 유사한 제1 온도 또는 그 이상의 온도에서 수행될 수 있다. 이를 위해, 전극(21, 22) 상에 전계(EL)를 생성하는 공정에서, 대상 기판(SUB) 상부의 온도를 조절하기 위한 공정 또는 장치가 더 포함될 수 있다.
도 18은 다른 실시예에 따른 표시 장치의 제조 공정 중 일 단계를 나타내는 단면도이다.
도 18을 참조하면, 표시 장치(10)의 제조 방법은 전극(21, 22) 상에 전계(EL)를 생성하여 발광 소자(30)들을 전극(21, 22) 상에 안착하는 단계에서, 대상 기판(SUB)을 열처리(도 18의 'Heat')하면서 전계(EL)를 생성할 수 있다. 대상 기판(SUB)의 열처리는 전극(21, 22) 상에 안착된 발광 소자 잉크(1000)를 제1 온도 또는 그 이상의 온도로 조절하여 발광 소자 잉크(1000)의 점도를 낮추기 위한 공정일 수 있다. 대상 기판(SUB) 상에 안착된 발광 소자 잉크(1000)가 낮은 점도를 가짐에 따라, 전계(EL)에 의해 위치 및 배향 방향이 변하는 발광 소자(30)는 발광 소자 잉크(1000) 내에서 유체의 점도에 의한 저항이 적어 움직임이 더 활발할 수 있다. 이에 따라, 발광 소자(30)들은 전극(21, 22) 상에서 높은 정렬도로 배치될 수 있다. 도면에서는 대상 기판(SUB)을 열처리하는 방법으로 별도의 열처리 장치를 통한 공정만 예시되어 있으나, 이에 제한되지 않는다. 몇몇 실시예에서 대상 기판(SUB)의 열처리는 열원, 또는 히트싱크(Heat sink)를 포함하는 스테이지 상에 대상 기판(SUB)을 준비한 뒤, 스테이지 상면의 온도를 조절하여 대상 기판(SUB)을 열처리할 수도 있다.
한편, 표시 장치(10)의 제조 공정 중, 발광 소자(30)의 정렬도를 더욱 향상시키기 위해, 광을 조사하는 공정이 더 수행될 수 있다.
도 19는 다른 실시예에 따른 표시 장치의 제조 공정 중 일 단계를 나타내는 단면도이다.
도 19를 참조하면, 표시 장치(10)의 제조 공정은 전극(21, 22) 상에 전계(EL)를 생성하는 단계에서 대상 기판(SUB) 상에 분사된 발광 소자(30)에 광(UV)을 조사하는 공정이 수행될 수 있다. 발광 소자(30)는 쌍극자 모멘트를 가질 수 있고, 발광 소자(30)에 광(UV)이 조사되면 발광 소자(30)는 광(UV)에 반응하여 쌍극자 모멘트가 더 커질 수 있다. 쌍극자 모멘트가 커진 발광 소자(30)들은 전극(21, 22) 상에 생성된 전계(EL)에 반응하여 제1 단부가 일정한 방향을 향하도록 배향될 수 있다. 이와 동시에 발광 소자(30)들은 적어도 일 단부가 제1 전극(21) 또는 제2 전극(22) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 발광 소자(30)들은 제1 단부가 제1 전극(21) 상에 배치되고, 제2 단부가 제2 전극(22) 상에 배치될 수 있다.
전극(21, 22) 상에 발광 소자(30)를 안착시키는 단계에서, 광(UV)을 조사하면서 전계(EL)를 생성하면 발광 소자(30)들의 유전영동 반응성이 더 커지면서 각 발광 소자(30)들의 제1 단부가 일정한 방향으로 배향될 수 있다. 이에 따라, 전극(21, 22) 상에 배치되는 발광 소자(30)들은 높은 정렬도로 배치될 수 있고, 표시 장치(10)의 제품 신뢰성이 더욱 향상될 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
CNE1, CNE2: 접촉 전극
BNL1: 제1 뱅크 BNL2: 제2 뱅크
PAS1, PAS2, PAS3, PAS4: 제1 내지 제4 절연층
100: 발광 소자 용매 101: 용매 분자
500: 증점제
1000: 발광 소자 잉크

Claims (20)

  1. 발광 소자 용매;
    상기 발광 소자 용매 내에 분산되고, 복수의 반도체층들 및 상기 반도체층들의 외면을 부분적으로 둘러싸는 절연막을 포함하는 발광 소자; 및
    상기 발광 소자 용매에 분산된 증점제를 포함하고,
    상기 증점제는 상기 발광 소자 용매, 또는 다른 상기 증점제와 수소 결합을 형성할 수 있는 폴리올(Polyol)계 화합물로 하기 화학 구조식 1로 표현되는 화합물을 포함하고,
    상기 증점제는 끓는점이 200℃ 내지 450℃의 범위를 갖는 발광 소자 잉크.
    [화학 구조식 1]
    Figure pat00037

    상기 화학 구조식 1에서,
    상기 R1은 수산화기가 치환되거나 비치환된 탄소수 1 내지 3000의 직쇄형 또는 분지형 알킬기, 또는 알킬에터기이고,
    상기 l은 1 내지 10의 정수이다.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 증점제는 하기 화학식 1 내지 8 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 포함하는 발광 소자 잉크.
    [화학식 1]
    Figure pat00038

    [화학식 2]
    Figure pat00039

    [화학식 3]
    Figure pat00040

    [화학식 4]
    Figure pat00041

    [화학식 5]
    Figure pat00042

    [화학식 6]
    Figure pat00043

    [화학식 7]
    Figure pat00044

    [화학식 8]
    Figure pat00045

    상기 화학식 7 및 화학식 8에서, 상기 n은 1 내지 1000의 정수이다.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 증점제는 25℃에서 상기 발광 소자 용매 및 상기 증점제와 분자 간 수소 결합을 형성하여 망상 구조를 형성하는 발광 소자 잉크.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 발광 소자 잉크는 25℃에서 측정된 점도가 20cP 내지 300cP의 범위를 갖는 발광 소자 잉크.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 발광 소자 잉크는 40℃ 내지 60℃의 온도 범위 측정된 점도가 5cP 내지 15cP의 범위를 갖는 발광 소자 잉크.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 발광 소자는 상기 발광 소자 잉크 100 중량부에 대하여 0.01 내지 1 중량부로 포함되고, 상기 증점제는 상기 발광 소자 잉크 100 중량부에 대하여 5 내지 50 중량부로 포함된 발광 소자 잉크.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 발광 소자 잉크는 상기 발광 소자 용매에 분산된 분산제를 더 포함하고,
    상기 분산제는 상기 발광 소자 100 중량부에 대하여 10 내지 100 중량부로 포함되는 발광 소자 잉크.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 발광 소자의 상기 반도체층은 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 상기 제1 반도체층과 상기 제2 반도체층 사이에 배치된 발광층을 포함하고,
    상기 절연막은 적어도 상기 발광층의 외면을 둘러싸도록 배치된 발광 소자 잉크.
  9. 발광 소자 용매, 및 상기 발광 소자 용매 내에 분산된 복수의 발광 소자들 및 증점제 포함하는 발광 소자 잉크와 제1 전극 및 제2 전극이 형성된 대상 기판을 준비하는 단계;
    상기 대상 기판 상에 상기 발광 소자 잉크를 제1 온도에서 분사하는 단계;
    상기 대상 기판 상에 전계를 생성하여 상기 발광 소자를 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 상에 안착시키는 단계; 및
    저압의 환경에서 열을 조사하여 제2 온도에서 상기 발광 소자 용매 및 상기 증점제를 제거하는 단계를 포함하는 표시 장치의 제조방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 발광 소자 잉크의 상기 증점제는 상기 발광 소자 용매, 또는 다른 상기 증점제 분자와 수소 결합을 형성할 수 있는 폴리올(Polyol)계 화합물을 포함하는 표시 장치의 제조방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 증점제는 하기 화학식 1 내지 8 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 포함하는 표시 장치의 제조방법.
    [화학식 1]
    Figure pat00046

    [화학식 2]
    Figure pat00047

    [화학식 3]
    Figure pat00048

    [화학식 4]
    Figure pat00049

    [화학식 5]
    Figure pat00050

    [화학식 6]
    Figure pat00051

    [화학식 7]
    Figure pat00052

    [화학식 8]
    Figure pat00053

    상기 화학식 7 및 화학식 8에서, 상기 n은 1 내지 1000의 정수이다.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 발광 소자는 상기 발광 소자 잉크 100 중량부에 대하여 0.01 내지 1 중량부로 포함되고,
    상기 증점제는 상기 발광 소자 100 중량부에 대하여 100 내지 500 중량부로 포함된 표시 장치의 제조방법.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 발광 소자 잉크를 준비하는 단계에서, 상기 증점제는 상기 발광 소자 용매 및 상기 증점제와 분자 간 수소 결합을 형성하여 망상 구조를 형성하는 표시 장치의 제조방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 발광 소자 잉크를 준비하는 단계에서, 상기 발광 소자 잉크는 25℃에서 측정된 점도가 20cP 내지 300cP의 범위를 갖는 표시 장치의 제조방법.
  15. 제10 항에 있어서,
    상기 발광 소자 잉크를 분사하는 단계는 잉크젯 프린팅 장치를 이용한 프린팅 공정으로 수행되고,
    상기 발광 소자 잉크는 25℃보다 높은 상기 제1 온도에서 노즐을 통해 상기 대상 기판 상에 분사되는 표시 장치의 제조방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 발광 소자 잉크를 분사하는 단계에서, 상기 제1 온도는 40℃ 내지 60℃의 범위를 갖고,
    상기 발광 소자 잉크는 상기 제1 온도에서 측정된 점도가 5cP 내지 15cP의 범위를 갖는 표시 장치의 제조방법.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 발광 소자를 안착시키는 단계는 상기 대상 기판을 열처리하여 상기 제1 온도 이상에서 상기 전계가 생성되는 표시 장치의 제조방법.
  18. 제9 항에 있어서,
    상기 발광 소자 용매 및 상기 증점제를 제거하는 단계는 10-4Torr 내지 1Torr의 압력에서 수행되고, 상기 제2 온도는 25℃ 내지 150℃의 범위를 갖는 표시 장치의 제조방법.
  19. 제9 항에 있어서,
    상기 발광 소자를 안착시키는 단계에서, 상기 발광 소자는 제1 단부가 상기 제1 전극 상에 배치되고 제2 단부는 상기 제2 전극 상에 배치되는 표시 장치의 제조방법.
  20. 제9 항에 있어서,
    상기 발광 소자는 제1 반도체층, 제2 반도체층, 상기 제1 반도체층과 상기 제2 반도체층 사이에 배치된 활성층, 및 적어도 상기 활성층의 외면을 둘러싸도록 배치된 절연막을 포함하는 표시 장치의 제조방법.
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