KR20220039931A - 발광 소자 잉크 및 이를 이용한 표시 장치의 제조 방법 - Google Patents

발광 소자 잉크 및 이를 이용한 표시 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발광 소자 잉크 및 이를 이용한 표시 장치의 제조 방법에 관한 것이다. 일 실시예에 따른 발광 소자 잉크는 발광 소자 용매, 및 상기 발광 소자 용매 내에 분산되고, 복수의 반도체층들 및 상기 반도체층들의 외면을 부분적으로 둘러싸는 절연막을 포함하는 복수의 발광 소자들을 포함하고, 상기 발광 소자 용매는 한센 용해도 파라미터의 극성 파라미터가 4 내지 9이고 수소 결합 파라미터가 6 내지 11이다.

Description

발광 소자 잉크 및 이를 이용한 표시 장치의 제조 방법 {Light emitting element ink and method for manufacturing of a display device using the same}
본 발명은 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 발광 소자를 분산시킬 수 있는 용매를 포함하여 발광 소자의 분산성을 향상시킬 수 있는 발광 소자 잉크를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 발광 소자 잉크를 이용하여 프린팅 공정 후 발광 소자의 분산성을 향상시킬 수 있는 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 용매 내에 분산되고, 복수의 반도체층들 및 상기 반도체층들의 외면을 부분적으로 둘러싸는 절연막을 포함하는 복수의 발광 소자들을 포함하고, 상기 발광 소자 용매는 한센 용해도 파라미터의 극성 파라미터가 4 내지 9이고 수소 결합 파라미터가 6 내지 11일 수 있다.
상기 발광 소자 용매는 적어도 하나의 에스터기를 포함할 수 있다.
상기 발광 소자 용매는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
Figure pat00001
상기 화학식 1에서, R 및 R'는 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 10의 직쇄형 또는 측쇄형 알킬기, 치환 또는 비치환의 알킬에테르기, 치환 또는 비치환의 알킬에스터기, 치환 또는 비치환의 페닐기이다.
상기 R 및 R'의 각각의 치환기는 알킬기, 에스터기, 알킬에스터기, 에테르기, 알킬에테르기, 카르보닐기 및 하이드록시기 중 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 발광 소자 용매는 하기 화학식 2 내지 9 중 어느 하나로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004
Figure pat00005
Figure pat00006
Figure pat00007
Figure pat00008
Figure pat00009
상기 발광 소자 용매는 1 내지 4개의 상기 에스터기를 포함할 수 있다.
상기 발광 소자 용매는 상온에서 20cP 내지 200cP의 범위의 점도를 가질 수 있다.
상기 발광 소자 용매의 끓는 점은 400℃이하일 수 있다.
상기 발광 소자의 함량은 상기 발광 소자 잉크 100 중량부에 대해 0.01 내지 10 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.
일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법은 발광 소자 용매, 및 상기 발광 소자 용매 내에 분산된 복수의 발광 소자를 포함하는 발광 소자 잉크와 제1 전극 및 제2 전극이 형성된 대상 기판을 준비하는 단계, 상기 대상 기판 상에 상기 발광 소자 잉크를 분사하는 단계, 및 상기 대상 기판 상에 전계를 생성하여 상기 발광 소자를 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 상에 안착시키는 단계를 포함하며, 상기 발광 소자 용매는 한센 용해도 파라미터의 극성 파라미터가 4 내지 9이고 수소 결합 파라미터가 6 내지 11일 수 있다.
상기 발광 소자 용매는 적어도 하나의 에스터기를 포함할 수 있다.
상기 발광 소자 용매는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
(화학식 1)
Figure pat00010
상기 화학식 1에서, R 및 R'는 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 10의 직쇄형 또는 측쇄형 알킬기, 치환 또는 비치환의 알킬에테르기, 치환 또는 비치환의 알킬에스터기, 치환 또는 비치환의 페닐기이다.
상기 R 및 R'의 각각의 치환기는 알킬기, 에스터기, 알킬에스터기, 에테르기, 알킬에테르기, 카르보닐기 및 하이드록시기 중 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 발광 소자 용매는 하기 화학식 2 내지 9 중 어느 하나로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
(화학식 2)
Figure pat00011
(화학식 3)
Figure pat00012
(화학식 4)
Figure pat00013
(화학식 5)
Figure pat00014
(화학식 6)
Figure pat00015
(화학식 7)
Figure pat00016
(화학식 8)
Figure pat00017
(화학식 9)
Figure pat00018
상기 발광 소자 용매는 1 내지 4개의 상기 에스터기를 포함할 수 있다.
상기 발광 소자 용매는 상온에서 20cP 내지 200cP의 범위의 점도를 가질 수 있다.
상기 발광 소자 용매의 끓는 점은 400℃이하일 수 있다.
상기 발광 소자를 안착시키는 단계 후에 상기 발광 소자 용매를 제거하는 열처리 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 열처리 단계는 100℃ 내지 400℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
실시예들에 따른 발광 소자 잉크에 의하면, 특정 한센 용해도 파라미터 및/또는 특정 작용기를 가지는 용매를 포함하여, 발광 소자 용매에 혼합된 발광 소자의 분산성을 증가시킬 수 있다.
또한, 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법에 의하면, 발광 소자를 포함하는 발광 소자 잉크가 서브 화소에 드롭되어도 발광 소자 간의 뭉침을 저감하여 정렬 불량을 저감하고 서브 화소 내의 휘도를 균일하게 할 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 5는 다른 실시예에 따른 발광 소자의 개략도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 발광 소자 잉크의 개략도이다.
도 7은 발광 소자 용매의 극성 파라미터와 수소 결합 파라미터에 따른 발광 소자의 중앙 정렬도를 나타낸 그래프이다.
도 8은 일 실시예에 따른 발광 소자가 혼합된 잉크를 나타낸 이미지이다.
도 9는 일 실시예에 따른 발광 소자가 혼합된 잉크의 시간에 따른 투명도 및 농도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 10은 비교예에 따른 발광 소자가 혼합된 잉크를 나타낸 이미지이다.
도 11은 비교예에 따른 발광 소자가 혼합된 잉크의 시간에 따른 투명도 및 농도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 12는 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치를 나타낸 개략도이다.
도 13은 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 14 내지 도 21은 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 공정 중 일 단계들을 나타내는 단면도들이다.
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. 실시예들을 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다.
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.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 구체적인 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 표시 장치의 개략적인 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 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.
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(BML)은 제1 기판(11) 상에 배치될 수 있다. 차광층(BML)은 표시 장치(10)의 제1 트랜지스터(T1)의 액티브층(ACT)과 중첩하도록 배치될 수 있다. 차광층(BML)은 광을 차단하는 재료를 포함하여, 제1 트랜지스터(T1)의 액티브층(ACT)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 차광층(BML)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 제1 트랜지스터(T1)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(SiOxNy) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 무기층이 교번하여 적층된 다중층으로 형성될 수 있다.
반도체층은 버퍼층(12) 상에 배치될 수 있다. 반도체층은 제1 트랜지스터(T1)의 액티브층(ACT)을 포함할 수 있다. 이들은 후술하는 제1 게이트 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.
반도체층은 다결정 실리콘, 단결정 실리콘, 산화물 반도체 등을 포함할 수 있다. 반도체층이 산화물 반도체를 포함하는 경우, 각 액티브층(ACT)은 복수의 도체화 영역(ACTa, ACTb) 및 이들 사이의 채널 영역(ACTc)을 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, 반도체층은 다결정 실리콘을 포함할 수도 있다. 다결정 실리콘은 비정질 실리콘을 결정화하여 형성될 수 있으며, 이 경우, 액티브층(ACT)의 도체화 영역은 각각 불순물로 도핑된 도핑 영역일 수 있다.
제1 게이트 절연층(13)은 반도체층 및 버퍼층(12)상에 배치될 수 있다. 제1 게이트 절연층(13)은 반도체층을 포함하여, 버퍼층(12) 상에 배치될 수 있다. 제1 게이트 절연층(13)은 각 트랜지스터들의 게이트 절연막으로 기능할 수 있다. 제1 게이트 절연층(13)은 무기물, 예컨대 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산질화물(SiOxNy)을 포함하는 무기층으로 이루어지거나, 이들이 적층된 구조로 형성될 수 있다.
제1 게이트 도전층은 제1 게이트 절연층(13) 상에 배치될 수 있다. 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(ACT)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 연결되어 일체화될 수 있다. 제1 용량 전극(CSE1)은 제2 용량 전극(CSE2)과 두께 방향으로 중첩하도록 배치되고 이들 사이에는 스토리지 커패시터가 형성될 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 층간 절연층(15)은 제1 게이트 도전층 상에 배치될 수 있다. 제1 층간 절연층(15)은 제1 게이트 도전층과 그 위에 배치되는 다른 층들 사이에서 절연막의 기능을 수행할 수 있다. 또한, 제1 층간 절연층(15)은 제1 게이트 도전층을 덮도록 배치되어 이를 보호하는 기능을 수행할 수 있다. 제1 층간 절연층(15)은 무기물, 예컨대 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산질화물(SiOxNy)을 포함하는 무기층으로 이루어지거나, 이들이 적층된 구조로 형성될 수 있다.
제1 데이터 도전층은 제1 층간 절연층(15) 상에 배치될 수 있다. 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(ACT)의 도핑 영역(ACTa, ACTb)과 각각 접촉할 수 있다. 또한, 제1 트랜지스터(T1)의 제1 소스 전극(S1)은 또 다른 컨택홀을 통해 차광층(BML)과 전기적으로 연결될 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 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 제2 용량 전극(CSE2)은 제1 소스 전극(S1)과 일체화되어 연결될 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(17)은 제1 데이터 도전층 상에 배치될 수 있다. 제2 층간 절연층(17)은 제1 데이터 도전층과 그 위에 배치되는 다른 층들 사이에서 절연막의 기능을 수행할 수 있다. 또한, 제2 층간 절연층(17)은 제1 데이터 도전층을 덮으며 제1 데이터 도전층을 보호하는 기능을 수행할 수 있다. 제2 층간 절연층(17)은 무기물, 예컨대 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산질화물(SiOxNy)을 포함하는 무기층으로 이루어지거나, 이들이 적층된 구조로 형성될 수 있다.
제2 데이터 도전층은 제2 층간 절연층(17) 상에 배치될 수 있다. 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.
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 배치될 수 있다. 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 배치될 수 있다. 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. 복수의 제1 뱅크(BNL1)들은 각 서브 화소(PXn) 내에서 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 배치되고, 이들 사이에 발광 소자(30)가 배치될 수 있다. 복수의 제1 뱅크(BNL1)들은 각 서브 화소(PXn)마다 배치되어 표시 장치(10)의 표시 영역(DPA)에서 선형의 패턴을 형성할 수 있다. 도면에서는 2개의 제1 뱅크(BNL1)들이 도시되어 있으나, 이에 제한되지 않는다. 전극(21, 22)의 수에 따라 더 많은 수의 제1 뱅크(BNL1)들이 배치될 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 반사격벽의 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 폴리이미드(Polyimide, PI)와 같은 유기 절연 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
복수의 전극(21, 22)들은 제1 뱅크(BNL1)와 제1 평탄화층(19) 상에 배치될 수 있다. 복수의 전극(21, 22)은 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)을 포함할 수 있다. 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)은 제2 방향(DR2)으로 연장되고, 이들은 서로 제1 방향(DR1)으로 이격되도록 배치될 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.
제1 전극(21)은 제1 컨택홀(CT1)을 통해 제1 트랜지스터(T1)와 전기적으로 연결되고, 제2 전극(22)은 제2 컨택홀(CT2)을 통해 제2 전압 배선(VL2)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(21)은 제2 뱅크(BNL2)의 제1 방향(DR1)으로 연장된 부분에서 제1 평탄화층(19)을 관통하는 제1 컨택홀(CT1)을 통해 제1 도전 패턴(CDP)과 접촉할 수 있다. 제2 전극(22)도 제2 뱅크(BNL2)의 제1 방향(DR1)으로 연장된 부분에서 제1 평탄화층(19)을 관통하는 제2 컨택홀(CT2)을 통해 제2 전압 배선(VL2)과 접촉할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다. 다른 실시예에서 제1 컨택홀(CT1)과 제2 컨택홀(CT2)은 제2 뱅크(BNL2)와 중첩하지 않도록 제2 뱅크(BNL2)가 둘러싸는 발광 영역(EMA) 내에 배치될 수도 있다.
도면에서는 각 서브 화소(PXn)마다 하나의 제1 전극(21)과 제2 전극(22)이 배치된 것이 예시되어 있으나, 이에 제한되지 않고 각 서브 화소(PXn)마다 배치되는 제1 전극(21)과 제2 전극(22)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) 및 제2 전극(22)은 각각 제1 뱅크(BNL1)들 상에 직접 배치될 수 있다. 제1 전극(21)과 제2 전극(22)은 각각 제1 뱅크(BNL1)보다 큰 폭을 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(21)과 제2 전극(22)은 각각 제1 뱅크(BNL1)의 외면을 덮도록 배치될 수 있다. 제1 뱅크(BNL1)의 측면 상에는 제1 전극(21)과 제2 전극(22)이 각각 배치되고, 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이의 간격은 제1 뱅크(BNL1) 사이의 간격보다 좁을 수 있다. 또한, 제1 전극(21)과 제2 전극(22)은 적어도 일부 영역이 제1 평탄화층(19) 상에 직접 배치되어 이들은 동일 평면 상에 배치될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다. 경우에 따라 각 전극(21, 22)들은 그 폭이 제1 뱅크(BNL1)보다 작을 수도 있다. 다만, 각 전극(21, 22)들은 적어도 제1 뱅크(BNL1)의 일 측면은 덮도록 배치되어 발광 소자(30)에서 방출된 광을 반사시킬 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(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ITZO(Indium Tin-Zinc Oxide) 등과 같은 물질을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서 각 전극(21, 22)은 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/은(Ag)/ITO/, ITO/Ag/IZO, 또는 ITO/Ag/ITZO/IZO 등의 적층 구조를 가질 수 있다.
복수의 전극(21, 22)들은 발광 소자(30)들과 전기적으로 연결되고, 발광 소자(30)가 광을 방출하도록 소정의 전압이 인가될 수 있다. 복수의 전극(21, 22)들은 접촉 전극(CNE1, CNE2)을 통해 발광 소자(30)와 전기적으로 연결되고, 전극(21, 22)들로 인가된 전기 신호를 접촉 전극(CNE1, CNE2)을 통해 발광 소자(30)에 전달할 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) 상에 형성된 전계에 의해 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이에 배치될 수 있다. 표시 장치(10)의 발광 소자(30)는 잉크젯 프린팅 공정을 통해 전극(21, 22)들 상에 분사될 수 있다. 전극(21, 22) 상에 발광 소자(30)를 포함하는 잉크가 분사되면, 전극(21, 22)에 정렬 신호를 인가하여 전계를 생성한다. 잉크 내에 분산된 발광 소자(30)는 전극(21, 22) 상에 생성된 전계에 의해 유전영동힘을 받아 전극(21, 22) 상에 정렬될 수 있다.
제1 절연층(PAS1)은 제1 평탄화층(19) 상에 배치될 수 있다. 제1 절연층(PAS1)은 제1 뱅크(BNL1)들, 및 제1 전극(21)과 제2 전극(22)들을 덮도록 배치될 수 있다. 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.
일 실시예에서, 제1 절연층(PAS1)은 제1 전극(21)과 제2 전극(22)을 부분적으로 노출하는 개구부(OP)를 포함할 수 있다. 각 개구부(OP)는 각 전극(21, 22)들 중 제1 뱅크(BNL1)의 상면에 배치된 부분을 일부 노출시킬 수 있다. 접촉 전극(CNE1, CNE2) 중 일부는 개구부(OP)를 통해 노출된 각 전극(21, 22)과 접촉할 수 있다.
제1 절연층(PAS1)은 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이에서 상면의 일부가 함몰되도록 단차가 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 절연층(PAS1)은 제1 전극(21)과 제2 전극(22)을 덮도록 배치됨에 따라 그 하부에 배치된 전극(21, 22)의 형상에 따라 그 상면이 단차질 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다.
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 표시 영역(DPA) 전면에서 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. 제1 전극(21)과 제2 전극(22)은 제2 방향(DR2)으로 연장되어 제2 뱅크(BNL2)의 제1 방향(DR1)으로 연장된 부분을 가로질러 배치될 수 있다. 제2 뱅크(BNL2)의 제2 방향(DR2)으로 연장된 부분은 발광 영역(EMA) 사이에 배치된 부분은 절단부 영역(CBA) 사이에 배치된 부분보다 큰 폭을 가질 수 있다. 이에 따라, 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 폴리이미드(Polyimide, PI)를 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 이룰 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 발광 소자(30)는 각 전극(21, 22)들이 연장된 방향에 수직하지 않고 비스듬히 배치될 수도 있다.
각 서브 화소(PXn)에 배치된 발광 소자(30)들은 서로 다른 물질을 포함하는 발광층(도 4의 '36')을 포함하여 서로 다른 파장대의 광을 외부로 방출할 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. 다만, 이에 제한되지 않으며, 각 서브 화소(PXn)들은 동일한 종류의 발광 소자(30)를 포함하여 실질적으로 동일한 색의 광을 방출할 수도 있다.
발광 소자(30)는 제1 뱅크(BNL1)들 사이에서 양 단부가 각 전극(21, 22) 상에 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. 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)는 제1 기판(11) 또는 제1 평탄화층(19)의 상면에 수직한 방향으로 복수의 층들이 배치될 수 있다. 발광 소자(30)는 연장된 일 방향이 제1 평탄화층(19)의 상면과 평행하도록 배치되고, 발광 소자(30)에 포함된 복수의 반도체층들은 제1 평탄화층(19)의 상면과 평행한 방향을 따라 순차적으로 배치될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 발광 소자(30)가 다른 구조를 갖는 경우 복수의 반도체층들은 제1 평탄화층(19)의 상면에 수직한 방향으로 배치될 수도 있다.
발광 소자(30)의 양 단부는 각각 접촉 전극(CNE1, CNE2)들과 접촉할 수 있다. 예를 들어, 발광 소자(30)는 연장된 일 방향측 단부면에는 절연막(도 4의 '38')이 형성되지 않고 반도체층(도 4의 '31', '32') 또는 전극층(도 4의 '37) 일부가 노출될 수 있고, 상기 노출된 반도체층(도 4의 '31', '32') 또는 전극층(도 4의 '37)은 접촉 전극(CNE1, CNE2)과 접촉할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고 발광 소자(30)는 절연막(38) 중 적어도 일부 영역이 제거되어 반도체층(도 4의 '31', '32')의 양 단부 측면이 부분적으로 노출될 수 있다. 상기 노출된 반도체층 반도체층(도 4의 '31', '32')의 측면은 접촉 전극(CNE1, CNE2)과 직접 접촉할 수도 있다.
제2 절연층(PAS2)은 발광 소자(30) 상에 부분적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 절연층(PAS2)은 발광 소자(30)를 감싸면서 발광 소자(30)의 양 단부가 노출되도록 발광 소자(30)의 길이보다 작은 폭을 갖고 발광 소자(30) 상에 배치될 수 있다. 제2 절연층(PAS2)은 표시 장치(10)의 제조 공정 중 발광 소자(30), 전극(21, 22)들 및 제1 절연층(PAS1)을 덮도록 배치된 뒤 발광 소자(30)의 양 단부를 노출하도록 제거될 수 있다. 제2 절연층(PAS2)은 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.
제2 절연층(PAS2) 상에는 복수의 접촉 전극(CNE1, CNE2)들과 제3 절연층(PAS3)이 배치될 수 있다.
복수의 접촉 전극(CNE1, CNE2)들은 일 방향으로 연장된 형상을 갖고 각 전극(21, 22) 상에 배치될 수 있다. 접촉 전극(CNE1, CNE2)은 제1 전극(21) 상에 배치된 제1 접촉 전극(CNE1)과 제2 전극(22) 상에 배치된 제2 접촉 전극(CNE2)을 포함할 수 있다. 각 접촉 전극(CNE1, CNE2)들은 서로 이격되거나 대향하며 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 접촉 전극(CNE1)과 제2 접촉 전극(CNE2)은 각각 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 상에 배치되어 서로 제1 방향(DR1)으로 이격될 수 있다. 각 접촉 전극(CNE1, CNE2)들은 각 서브 화소(PXn)의 발광 영역(EMA) 내에서 스트라이프형 패턴을 형성할 수 있다.
복수의 접촉 전극(CNE1, CNE2)들은 각각 발광 소자(30)와 접촉할 수 있다. 제1 접촉 전극(CNE1)은 발광 소자(30)들의 일 단부와 접촉하고, 제2 접촉 전극(CNE2)은 발광 소자(30)의 타 단부와 접촉할 수 있다. 발광 소자(30)는 연장된 방향의 양 단부면에서 반도체층이 노출되고, 각 접촉 전극(CNE1, CNE2)들은 발광 소자(30)의 반도체층과 접촉하여 이와 전기적으로 연결될 수 있다. 접촉 전극(CNE1, CNE2)들은 발광 소자(30)의 양 단부와 접촉하는 일 측이 제2 절연층(PAS2) 상에 배치될 수 있다. 또한, 제1 접촉 전극(CNE1)은 제1 전극(21)의 상면 일부를 노출하는 개구부(OP)를 통해 제1 전극(21)과 접촉하고, 제2 접촉 전극(CNE2)은 제2 전극(22)의 상면 일부를 노출하는 개구부(OP)를 통해 제2 전극(22)과 접촉할 수 있다.
각 접촉 전극(CNE1, CNE2)들은 일 방향으로 측정된 폭이 각각 전극(21, 22)들의 상기 일 방향으로 측정된 폭보다 작을 수 있다. 접촉 전극(CNE1, CNE2)들은 각각 발광 소자(30)의 일 단부 및 타 단부와 접촉함과 동시에, 제1 전극(21)과 제2 전극(22)의 상면 일부를 덮도록 배치될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고 접촉 전극(CNE1, CNE2)들은 그 폭이 전극(21, 22)보다 크게 형성되어 전극(21, 22)의 양 측변들을 덮을 수도 있다.
접촉 전극(CNE1, CNE2)은 투명성 전도성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, ITO, IZO, ITZO, 알루미늄(Al) 등을 포함할 수 있다. 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.
도면에서는 하나의 서브 화소(PXn)에 2개의 접촉 전극(CNE1, CNE2)들이 배치된 것이 도시되어 있으나, 이에 제한되지 않는다. 각 접촉 전극(CNE1, CNE2)들의 개수는 각 서브 화소(PXn)마다 배치되는 전극(21, 22)의 개수에 따라 달라질 수 있다.
제3 절연층(PAS3)은 제1 접촉 전극(CNE1)을 덮도록 배치될 수 있다. 제3 절연층(PAS3)은 제1 접촉 전극(CNE1)을 포함하여 제2 절연층(PAS2)을 기준으로 제1 접촉 전극(CNE1)이 배치된 일 측을 덮도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 제3 절연층(PAS3)은 제1 접촉 전극(CNE1)과 제1 전극(21) 상에 배치된 제1 절연층(PAS1)들을 덮도록 배치될 수 있다. 이러한 배치는 제3 절연층(PAS3)을 이루는 절연 물질층이 발광 영역(EMA)에 전면적으로 배치된 후, 제2 접촉 전극(CNE2)을 형성하기 위해 상기 절연 물질층을 일부 제거하는 공정에 의해 형성된 것일 수 있다. 상기 공정에서 제3 절연층(PAS3)을 이루는 절연 물질층은 제2 절연층(PAS2)을 이루는 절연 물질층과 함께 제거될 수 있고, 제3 절연층(PAS3)의 일 측은 제2 절연층(PAS2)의 일 측과 상호 정렬될 수 있다. 제2 접촉 전극(CNE2)은 일 측이 제3 절연층(PAS3) 상에 배치되며, 이를 사이에 두고 제1 접촉 전극(CNE1)과 상호 절연될 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(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 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) 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. 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 배치될 수 있다. 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 배치될 수 있다. 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(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 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
절연막(38)은 상술한 복수의 반도체층 및 전극층들의 외면을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 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(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 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 5는 다른 실시예에 따른 발광 소자의 개략도이다.
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.
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.
잉크젯 프린팅 공정으로 분사되는 발광 소자(30)가 포함된 잉크는 용매의 물성에 의해 용매 내에서 발광 소자(30)의 뭉침이 발생할 수 있다. 이 경우, 각 전극(21, 22)들 사이에 발광 소자(30)가 뭉쳐져서 정렬되어 발광 소자(30)의 정렬 불량이 발생할 수 있다. 또한, 발광 소자(30)의 뭉침이 서브 화소 내의 일측에 몰려서 배치되면 서브 화소 내의 불균일한 휘도를 유발하게 된다.
일 실시예에 따르면, 발광 소자(30)를 포함하는 잉크는 한센 용해도 파라미터 중 특정 범위의 극성 파라미터와 수소 결합 파라미터를 가지거나 및/또는 에스터기를 가지는 용매를 포함하여, 발광 소자(30)의 분산성을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 발광 소자(30)를 포함하는 잉크가 서브 화소에 드롭되어도 발광 소자(30) 간의 뭉침을 저감하여 정렬 불량을 저감하고 서브 화소 내의 휘도를 균일하게 할 수 있다.
이하, 발광 소자(30)를 포함하는 잉크에 대하여 설명하기로 한다.
도 6은 일 실시예에 따른 발광 소자 잉크의 개략도이다.
도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 발광 소자 잉크(200)는 발광 소자 용매(220) 및 발광 소자 용매(220)에 분산된 발광 소자(30)들을 포함할 수 있다. 발광 소자(30)는 도 4 및 도 5를 참조하여 상술한 발광 소자(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(220)에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
발광 소자 용매(220)는 반도체층들을 포함하는 발광 소자(30)를 분산된 상태로 보관할 수 있으며, 발광 소자(30)와 반응하지 않는 유기 용매일 수 있다. 또한, 발광 소자 용매(220)는 액체 상태에서 잉크젯 프린팅 장치의 노즐을 통해 토출될 수 있을 정도의 점도를 가질 수 있다. 발광 소자 용매(220)의 용매 분자들은 발광 소자(30)의 표면에서 이를 둘러싸면서 발광 소자(30)를 분산시킬 수 있다. 발광 소자 잉크(200)는 발광 소자(30)를 포함하여 용액 또는 콜로이드(Colloid) 상태로 준비될 수 있다.
일 실시예에서, 발광 소자 용매(220)는 한센 용해도 파라미터(Hansen Solubility Parameter)의 소정 범위를 만족시킬 수 있다. 한센 용해도 파라미터는 분산 파라미터(Dispersion Parameter), 극성 파라미터(Polarity Parameter), 및 수소 결합 파라미터(Hydrogen Bonding Parameter)의 3가지 파라미터로 용해도 특성을 나타내고 있다. 이 중 일 실시예에 따른 발광 소자 용매(220)는 소정 범위의 극성 파라미터와 수소 결합 파라미터를 만족시킬 수 있다.
구체적으로, 발광 소자 용매(220)는 4 내지 9 범위의 극성 파라미터를 가질 수 있다. 극성 파라미터는 분자의 극성에 의한 상호작용(Interaction)으로, 분자 구조가 비대칭일 경우 높은 값을 나타낼 수 있다. 또한, 발광 소자 용매(220)는 6 내지 11의 수소 결합 파라미터를 가질 수 있다. 수소 결합 파라미터는 분자 간 수소 결합에 의한 상호 작용으로, 분자 내에 수소 결합 사이트(site)가 많을수록 높은 값을 나타낼 수 있다.
도 7은 발광 소자 용매의 극성 파라미터와 수소 결합 파라미터에 따른 발광 소자의 중앙 정렬도를 나타낸 그래프이다.
도 7은 발광 소자 용매(220)의 극성 파라미터와 수소 결합 파라미터 각각의 범위를 조절하여 발광 소자의 중앙 정렬도를 나타내었다. 여기서, 중앙 정렬도는 하나의 서브 픽셀에서 전체 발광 소자의 개수가 100%일 때 정확히 정렬된 발광 소자의 비율을 의미한다. 또한, 도 7에서 각 점들은 발광 소자의 중앙 정렬도를 나타낸다. 구체적으로 네모는 발광 소자의 중앙 정렬도가 70 내지 100% 범위를 나타내고, 세모는 50 내지 60%, 별은 30 내지 50%, 동그라미는 0 내지 30% 범위를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 발광 소자 용매(220)의 극성 파라미터가 4 내지 9의 범위이고 수소 결합 파라미터가 6 내지 11의 범위에서 발광 소자의 중앙 정렬도가 70 내지 100%에 해당하는 점들이 대부분 모여있는 것을 확인할 수 있다.
이를 통해 발광 소자(30)의 양호한 중앙 정렬도를 나타낼 수 있는 발광 소자 용매(220)의 극성 파라미터와 수소 결합 파라미터의 최적 범위는 극성 파라미터가 4 내지 9의 범위이고 수소 결합 파라미터가 6 내지 11의 범위임을 확인할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 발광 소자가 혼합된 잉크를 나타낸 이미지이다. 도 9는 일 실시예에 따른 발광 소자가 혼합된 잉크의 시간에 따른 투명도 및 농도 변화를 나타낸 그래프이다. 도 10은 비교예에 따른 발광 소자가 혼합된 잉크를 나타낸 이미지이다. 도 11은 비교예에 따른 발광 소자가 혼합된 잉크의 시간에 따른 투명도 및 농도 변화를 나타낸 그래프이다.
먼저, 도 8을 참조하면, 극성 파라미터가 4 내지 9의 범위이고 수소 결합 파라미터가 6 내지 11의 범위를 가진 발광 소자 용매(220)에 0.1wt%의 농도로 발광 소자(30)를 혼합한 잉크를 나타내고 있다. 도 8에 나타난 바와 같이, 발광 소자(30)들이 용매 내에 고르게 분산된 것을 확인할 수 있다.
도 9를 참조하면, 그래프의 가로축은 병의 높이를 나타내어 맨 왼쪽은 병의 하부이고 맨 오른쪽은 병의 상부를 의미하고, (a) 그래프의 세로축은 투명도(transparency)를 나타내며, (b) 그래프의 세로축은 백 스캐터링(Back Scattering)을 나타낸다. 또한, 각 선의 색상은 측정 초기부터 24시간 동안의 각각의 시간을 나타낸다.
도 9를 참조하면, 일 실시예에 따른 발광 소자 잉크를 병에 채운 후 시간이 지남에 따라 투명도와 백 스캐터링을 측정하였다. (a) 그래프를 참조하면, 시간이 지날수록 병의 상부에서는 투명도가 점점 증가하고 나머지 병의 전체 영역에서는 투명도가 0으로 나타났다. 또한, (b) 그래프를 참조하면, 백 스캐터링 값도 투명도와 마찬가지로 시간이 지날수록 병의 상부에서 값이 점점 떨어지고 나머지 병의 전체 영역에서 일정 값을 유지하였다. 이 결과를 통해, 일 실시예에 따른 발광 소자 잉크는 용매에 발광 소자들이 잘 분산되어 있음을 확인할 수 있다.
한편, 도 10을 참조하면, 비교예에서는 4 내지 9의 범위의 극성 파라미터 및 6 내지 11의 범위의 수소 결합 파라미터를 벗어난 발광 소자 용매(220)에 0.1wt%의 농도로 발광 소자(30)를 혼합한 잉크를 나타내고 있다. 도 10에 나타난 바와 같이, 발광 소자(30)들이 용매 내에 뭉쳐져 있는 것을 확인할 수 있다.
도 10을 참조하면, 비교예에 따른 발광 소자 잉크를 병에 채운 후 시간이 지남에 따라 투명도와 백 스캐터링을 측정하였다. (a) 그래프를 참조하면, 시간이 지남에 따라 병의 전체 영역에서 투명도가 80% 이상으로 나타났다. 또한, (b) 그래프를 참조하면, 백 스캐터링 값도 투명도와 마찬가지로 시간이 지남에 따라 병의 전체 영역에서 20 내지 25%의 백 스캐터링 값을 나타내었다. 이 결과를 통해, 비교예에 따른 발광 소자 잉크는 용매에 발광 소자들이 뭉쳐져 단 시간 내에 병의 바닥으로 대부분 침강한 것을 확인할 수 있다.
위와 같이, 일 실시예에 따른 발광 소자 용매(220)는 극성 파라미터가 4 내지 9의 범위이고 수소 결합 파라미터가 6 내지 11의 범위를 가짐으로써, 발광 소자(30)의 분산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 다른 실시예에 따른 발광 소자 용매(220)는 에스터기를 포함하는 화합물을 포함할 수 있다. 발광 소자(30)는 전술한 도 4 및 5와 같이 절연막(38)의 물질인 산화 알루미늄(Al2O3)으로 둘러싸일 수 있다. 즉, 발광 소자(30)의 절연막(38)은 발광 소자 용매(220)와 화학적 결합을 할 수 있으며, 특히, 발광 소자 용매(220)에 포함된 에스터기는 산화 알루미늄과의 상호 작용 에너지(Interaction energy)가 커, 발광 소자(30)가 발광 소자 용매(220) 내에 잘 분산될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 발광 소자 용매(220)는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
(화학식 1)
Figure pat00019
상기 화학식 1에서, R 및 R'는 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 10의 직쇄형 또는 측쇄형 알킬기, 치환 또는 비치환의 알킬에테르기, 치환 또는 비치환의 알킬에스터기, 치환 또는 비치환의 페닐기일 수 있다. 치환기는 알킬기, 에스터기, 알킬에스터기, 에테르기, 알킬에테르기, 카르보닐기 및 하이드록시기 중 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 발광 소자 용매(220)는 하기 화학식 2 내지 9 중 어느 하나로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
(화학식 2)
Figure pat00020
(화학식 3)
Figure pat00021
(화학식 4)
Figure pat00022
(화학식 5)
Figure pat00023
(화학식 6)
Figure pat00024
(화학식 7)
Figure pat00025
(화학식 8)
Figure pat00026
(화학식 9)
Figure pat00027
화학식 2 내지 9로 표시되는 화합물들은 적어도 하나의 에스터기를 포함할 수 있다. 각 화합물들은 1 내지 4개의 에스터기를 포함하여, 발광 소자 용매(220) 내에서 발광 소자(30)들의 분산성을 향상시킬 수 있다.
예시적인 실시예에서, 화학식 2로 표시되는 트리에틸 시트레이트(Triethyl citrate)는 산화 알루미늄(Al2O3)과의 상호 작용 에너지가 약 -3.54로 크게 나타난다. 트리에틸 시트레이트 발광 소자 용매(220)와 발광 소자(30)와의 결합을 끊어낼 수 있는 상호 작용 에너지가 크기 때문에 발광 소자(30)의 분산성이 커져 뭉침이 거의 발생하지 않았다. 반면, 트리에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르(Triethylene glycol monobutyl ether)의 경우 산화 알루미늄(Al2O3)과의 상호 작용 에너지가 약 -2.84로 작아 트리에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르의 발광 소자 용매(220) 내에서 발광 소자(30)의 뭉침이 다수 발생하였다.
결과적으로, 일 실시예에 따른 에스터기를 포함하는 발광 소자 용매(220)는 발광 소자(30)의 분산성을 증가시켜 발광 소자(30)의 뭉침을 개선할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 발광 소자 용매(220)는 에스터기를 포함하고, 한센 용해도 파라미터 중 극성 파라미터가 4 내지 9의 범위를 만족하고, 수소 결합 파라미터가 6 내지 11의 범위 내로 만족할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 전술한 화학식 2 내지 9로 표시되는 화합물들은 에스터기를 포함하고, 한센 용해도 파라미터 중 극성 파라미터가 4 내지 9의 범위를 만족하고, 수소 결합 파라미터가 6 내지 11의 범위 내로 만족할 수 있다.
예를 들어, 상기 화학식 2로 나타나는 트리에틸 시트레이트(Triethyl citrate)는 극성 파라미터가 6이고 수소 결합 파라미터가 10.1로 나타난다. 상기 화학식 3으로 나타나는 트리에틸 오-아세틸 시트레이트(Triethyl O-Acetyl citrate)는 극성 파라미터가 4.7이고 수소 결합 파라미터가 7.2로 나타난다. 상기 화학식 4로 나타나는 트리부틸 시트레이트(Tributyl citrate)는 극성 파라미터가 4.3이고 수소 결합 파라미터가 7.3으로 나타난다. 상기 화학식 5로 나타나는 디에틸헥실 프탈레이트(Diethylhexyl phthalate)는 극성 파라미터가 5.8이고 수소 결합 파라미터가 6.6으로 나타난다. 상기 화학식 6으로 나타나는 부틸 카비톨 아세테이트(Butyl Carbitol Acetate)는 극성 파라미터가 4.8이고 수소 결합 파라미터가 6.5로 나타난다. 상기 화학식 7로 나타나는 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(Propylene Glycol Monomethyl Ether Acetate)는 극성 파라미터가 5.5이고 수소 결합 파라미터가 6.6으로 나타난다. 상기 화학식 8로 나타나는 트리아세틴(Triacetin)은 극성 파라미터가 5.8이고 수소 결합 파라미터가 8.7로 나타난다. 상기 화학식 9로 나타나는 메틸 살리실레이트(Methyl Salicylate)는 극성 파라미터가 8.7이고 수소 결합 파라미터는 10.2로 나타났다.
발광 소자 용매(220)가 에스터기를 포함하면서, 한센 용해도 파라미터 중 극성 파라미터 4 내지 9의 범위를 만족하고, 수소 결합 파라미터 6 내지 11의 범위 내로 만족하면, 발광 소자 용매(220) 내에서 발광 소자(30)의 분산성을 더욱 향상시킬 수 있다.
한편, 발광 소자 용매(220)는 프린팅 공정 전 또는 프린팅 공정 중에 발광 소자(30)들의 분산이 유지될 필요가 있다. 일 실시예에 따른 발광 소자 용매(220)는 상온에서 20cP 내지 200cP의 범위의 점도를 가질 수 있다. 발광 소자 용매(220)의 상온에서의 점도가 20cP 이상이면 발광 소자(30)가 발광 소자 용매(220) 내에서 분산을 유지할 수 있다. 발광 소자 용매(220)의 상온에서의 점도가 200cP 이하이면 프린팅 공정을 통해 기판 상에 용이하게 분사될 수 있다.
한편, 발광 소자 용매(220)는 발광 소자(30)의 프린팅 공정 후에는 휘발되어 제거될 필요가 있다. 발광 소자 용매(220)는 비교적 높은 끓는점을 가질 수 있으며, 끓는점이 너무 높지 않도록 조절될 수 있다. 일 실시예에 따른 발광 소자 용매(220)의 끓는점은 400℃이하로 이루어져 기판 상에 형성된 구조물들이 고열에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.
발광 소자 잉크(200)에 포함되는 발광 소자(30)의 함량은 프린팅 공정 중 노즐을 통해 토출되는 발광 소자 잉크(200)의 단위 액적 당 발광 소자(30)의 개수에 따라 달라질 수 있다. 일 실시예에서, 발광 소자(30)는 발광 소자 잉크(200) 100 중량부에 대하여 0.01 내지 10 중량부로 포함될 수 있다. 다만, 이는 예시적인 함량이며 발광 소자(30)의 함량은 발광 소자 잉크(200)의 단위 액적 당 발광 소자(30)의 개수에 따라 달라질 수 있다.
또한, 발광 소자 잉크(200)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) 100 중량부에 대하여 10 내지 50 중량부로 포함될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다.
일 실시예에 따른 발광 소자 잉크(200)는 특정 범위의 극성 파라미터와 수소 결합 파라미터를 만족하고 적어도 하나의 에스터기를 포함하는 발광 소자 용매(220)를 포함하여, 발광 소자(30)의 분산성을 향상시켜 프린팅 공정 전 및 공정 중에 발광 소자(30)들이 뭉치는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 전극(21, 22)들에 분산된 발광 소자(30)들이 뭉쳐져 정렬 불량이 발생하는 것을 방지할 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(200)를 이용한 프린팅 공정을 통해 수행될 수 있다.
이하, 발광 소자 잉크(200)를 분사하기 위한 잉크젯 프린팅 장치에 대해 설명하기로 한다.
도 12는 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치를 나타낸 개략도이다.
도 12를 참조하면, 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 분사 영역(DA), 순환 영역(CA), 주입 영역(IA) 및 준비 영역(PA)을 포함할 수 있다.
분사 영역(DA)은 발광 소자 잉크(200)가 분사되는 영역일 수 있다. 분사 영역(DA)에는 프린트 헤드 유닛(100)이 배치될 수 있다. 프린트 헤드 유닛(100)은 분사 영역(DA)에 배치되어 잉크젯 헤드(120)의 노즐을 통해 복수의 발광 소자를 포함하는 발광 소자 잉크(200)를 분사할 수 있다.
순환 영역(CA)은 프린트 헤드 유닛(100)에 제공되는 발광 소자 잉크(200)를 순환시키는 영역일 수 있다. 순환 영역(CA)에서 발광 소자(30)를 포함하는 발광 소자 잉크(200)가 순환되어 발광 소자 잉크(200) 내에 포함된 발광 소자(30) 수의 편차가 최소화될 수 있다.
순환 영역(CA)은 잉크 순환부(270)를 포함할 수 있다. 잉크 순환부(270)는 발광 소자 잉크(200)를 프린트 헤드 유닛(100)에 공급하거나 프린트 헤드 유닛(100)으로부터 제공받아 발광 소자 잉크(200)를 순환시키는 역할을 할 수 있다.
잉크 순환부(270)는 제1 및 제2 연결관(IL1, IL2)을 통해 프린트 헤드 유닛(100)과 연결될 수 있다. 구체적으로, 잉크 순환부(270)는 제1 연결관(IL1)을 통해 프린트 헤드 유닛(100)에 발광 소자 잉크(200)를 공급할 수 있고, 제2 연결관(IL2)을 통해 프린트 헤드 유닛(100)으로부터 발광 소자 잉크(200)를 공급받을 수 있다.
잉크 순환부(270)는 제1 잉크 저장부(260), 제2 잉크 저장부(210) 및 압력 펌프(250)를 포함할 수 있다. 잉크 순환부(270)는 제1 잉크 저장부(260)가 제1 연결관(IL1)을 통해 프린트 헤드 유닛(100)과 연결되고, 제1 잉크 저장부(260)와 제2 잉크 저장부(210)가 제4 연결관(IL4)을 통해 서로 연결되고, 제2 잉크 저장부(210)가 제2 연결관(IL2)을 통해 프린트 헤드 유닛(100)과 연결되며, 제2 잉크 저장부(210)와 프린트 헤드 유닛(100) 사이에 압력 펌프(250)가 배치되며 이들은 하나의 잉크 순환 시스템을 형성할 수 있다.
제1 잉크 저장부(260)는 프린트 헤드 유닛(100)에 발광 소자 잉크(200)를 공급하기 전에 발광 소자 잉크(200)를 임시적으로 저장 또는 수용하고, 발광 소자 잉크(200)를 프린트 헤드 유닛(100)으로 전달하는 역할을 할 수 있다. 제1 잉크 저장부(260)는 제2 잉크 저장부(210)로부터 제4 연결관(IL4)을 통해 공급받은 발광 소자 잉크(200)를 제1 연결관(IL1)을 통해 프린트 헤드 유닛(100)에 전달할 수 있다.
제2 잉크 저장부(210)는 제1 잉크 저장부(260)에 발광 소자 잉크(200)를 공급하기 전에 발광 소자 잉크(200)를 저장 및/또는 수용하고, 발광 소자 용매(220) 내에 발광 소자(30)를 분산시킬 수 있다. 제2 잉크 저장부(210)는 제3 연결관(IL3)을 통해 잉크 주입부(300)로부터 공급받은 발광 소자 잉크(200) 및 제2 연결관(IL2)을 통해 프린트 헤드 유닛(100)으로부터 공급받은 발광 소자 잉크(200) 내에 포함된 발광 소자(30)가 발광 소자 잉크(200) 내에서 침전되지 않도록 분산시켜, 분산도가 일정한 발광 소자 잉크(200)를 제1 잉크 저장부(260)에 공급하는 역할을 할 수 있다. 제2 잉크 저장부(210)는 잉크 순환 시스템에서 순환되는 발광 소자 잉크(200) 중 일부가 저장되는 버퍼 저장부의 역할을 할 수 있다.
제2 잉크 저장부(210)는 교반기(ST)를 포함할 수 있다. 교반기(ST)는 발광 소자 잉크(200) 내의 발광 소자(30)를 분산시킬 수 있다. 제2 잉크 저장부(210)로 공급된 발광 소자 잉크(200)는 교반기(ST)가 회전함에 따라 발광 소자(30)들이 가라앉지 않고 분산된 상태를 유지할 수 있다. 즉, 제2 잉크 저장부(210)의 교반기(ST)는 발광 소자(30)들이 제2 잉크 저장부(210)의 하부에 가라앉아 공정 시점에 따라 잉크젯 헤드(120)를 통해 토출되는 발광 소자 잉크(200) 내 발광 소자(30)의 수가 차이나는 것을 방지할 수 있다.
압력 펌프(250)는 프린트 헤드 유닛(100)과 제2 잉크 저장부(210) 사이에 배치될 수 있다. 프린트 헤드 유닛(100)에서 분사되고 남은 잔부의 발광 소자 잉크(200)는 압력 펌프(250)를 통해 제2 잉크 저장부(210)로 공급될 수 있다. 압력 펌프(250)는 잉크 순환 시스템 내 발광 소자 잉크(200)가 순환될 수 있도록 유체에 동력을 전달하는 펌프(Pump)일 수 있다.
주입 영역(IA)은 잉크젯 프린팅 장치(1000)에 제공된 잉크 보틀(BO)로부터 발광 소자 잉크(200)를 공급받아 이를 순환 영역(CA)에 제공하는 영역일 수 있다. 주입 영역(IA)은 잉크 주입부(300)를 포함할 수 있다. 잉크 주입부(300)는 점도가 높은 상태로 잉크 보틀(BO) 내에 저장된 발광 소자 잉크(200)를 점도가 낮은 상태의 발광 소자 잉크(200)로 변환시켜 잉크 순환부(270)에 공급하는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 잉크 주입부(300)는 잉크 보틀(BO)이 잉크젯 프린팅 장치(1000)에 제공되면, 점도가 높은 상태의 발광 소자 잉크(200), 예컨대 고체 상태의 발광 소자 잉크(200) 또는 점도가 높은 액체 또는 콜로이드 상태의 발광 소자 잉크(200)를 점도가 낮은 액체 또는 콜로이드 상태의 발광 소자 잉크(200)로 잉크 순환부(270)에 공급할 수 있다. 잉크 주입부(300)는 제5 연결관(IL5)을 통해 잉크 준비부(400)로부터 공급받은 발광 소자 잉크(200)를 제3 연결관(IL3)을 통해 잉크 순환부(270), 예컨대 제2 잉크 저장부(210)에 전달할 수 있다.
준비 영역(PA)은 프린팅 공정이 이루어지기 전 또는 이루어지는 동안 적어도 하나의 잉크 보틀(BO)을 보관하는 영역일 수 있다. 준비 영역(PA)은 프린팅 공정의 신뢰도를 향상시키기 위해 발광 소자(30)의 침전 또는 침강이 발생되지 않도록 일정 조건에서 잉크 보틀(BO)이 보관되는 영역일 수 있다.
준비 영역(PA)은 잉크 준비부(400)를 포함할 수 있다. 잉크 준비부(400)는 기 제조된 발광 소자 잉크(200)가 저장된 잉크 보틀(BO)을 프린팅 장치(1000)에 제공하거나 상기 잉크 보틀(BO)을 보관하는 역할을 할 수 있다. 잉크 준비부(400)는 잉크 보틀(BO) 내에 저장된 발광 소자 잉크(200)를 제5 연결관(IL5)을 통해 잉크 주입부(300)로 공급할 수 있다.
전술한 잉크젯 프린팅 장치를 이용하여 일 실시예에 따른 발광 소자 잉크(200)를 분사하는 공정을 포함한 표시 장치(10)의 제조 방법을 설명하기로 한다.
도 13은 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 13을 참조하면, 일 실시예에 따른 표시 장치(10)의 제조 방법은 발광 소자(30) 및 발광 소자 용매(220)를 포함하는 발광 소자 잉크(200)와 복수의 전극(21, 22)이 형성된 대상 기판(SUB)을 준비하는 단계(S100), 발광 소자 잉크(200)를 대상 기판(SUB) 상에 분사하는 단계(S200), 및 전극(21, 22)들 상에 전계를 생성하며 발광 소자(30)를 전극(21, 22)들 상에 안착하는 단계(S300)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서는 발광 소자 용매(220)가 한센 용해도 파라미터의 극성 파라미터가 4 내지 9이고 수소 결합 파라미터가 6 내지 11이며 적어도 하나의 에스터기를 포함하여, 발광 소자(30)의 분산성을 향상시킬 수 있다. 이하, 다른 도면들을 참조하여 표시 장치(10)의 제조 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 14 내지 도 21은 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 공정 중 일 단계들을 나타내는 단면도들이다.
먼저, 도 14 및 도 15를 참조하면, 발광 소자(30) 및 발광 소자 용매(220)를 포함하는 발광 소자 잉크(200)와, 제1 전극(21), 제2 전극(22), 제1 절연층(PAS1) 및 제1 뱅크(BNL1)가 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(200)는 발광 소자 용매(220), 이에 분산된 발광 소자(30)를 포함할 수 있다. 발광 소자 용매(220)는 한센 용해도 파라미터의 극성 파라미터가 4 내지 9이고 수소 결합 파라미터가 6 내지 11이거나 및/또는 적어도 하나의 에스터기를 포함할 수 있다. 발광 소자 잉크(200)를 준비하는 단계는 발광 소자(30)와 발광 소자 용매(220)를 혼합하는 분산 공정을 통해 수행될 수 있다.
분산 공정은 발광 소자 용매(220)에 발광 소자(30)를 혼합하고, 이를 5분 이상의 혼합 공정을 통해 수행된다. 발광 소자(30)는 발광 소자 잉크(200) 전체 100 중량부에 대하여 0.01 내지 10 중량부로 포함될 수 있다. 상기 혼합 공정은 소니케이션(Sonication) 공정, 스터어링(Stirring) 공정, 밀링(Milling) 공정 등으로 수행될 수 있다.
분산 공정을 통해 제조된 발광 소자 잉크(200)는 상온(25℃)에서 보관될 수 있다. 발광 소자 용매(220)는 한센 용해도 파라미터의 극성 파라미터가 4 내지 9이고 수소 결합 파라미터가 6 내지 11이거나 및/또는 적어도 하나의 에스터기를 포함함으로써, 혼합된 발광 소자(30)의 분산성을 향상시켜 발광 소자(30)의 뭉침을 방지하여 거의 침전되지 않고 분산된 상태를 유지할 수 있다.
이어, 도 16 및 도 17을 참조하면, 대상 기판(SUB) 상의 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)을 덮는 제1 절연층(PAS1) 상에 발광 소자 잉크(200)를 분사한다. 일 실시예에서, 발광 소자 잉크(200)는 전술한 잉크젯 프린팅 장치를 이용한 프린팅 공정을 통해 제1 절연층(PAS1) 상에 분사될 수 있다. 발광 소자 잉크(200)는 잉크젯 프린팅 장치에 포함된 잉크젯 헤드의 노즐(nozzle)을 통해 분사될 수 있다. 발광 소자 잉크(200)는 잉크젯 헤드에 구비된 노즐을 통해 대상 기판(SUB) 상에 토출될 수 있다. 노즐(Nozzle)에서 토출된 발광 소자 잉크(200)는 대상 기판(SUB) 상에 배치된 전극(21, 22)이 형성된 제1 절연층(PAS1) 상에 안착될 수 있다. 발광 소자(30)는 일 방향으로 연장된 형상을 가질 수 있고, 발광 소자 잉크(200) 내에서 연장된 방향이 무작위의 배향 방향을 가진 상태로 분산될 수 있다.
발광 소자 잉크(200)가 제1 절연층(PAS1) 상에 분사되면, 발광 소자 잉크(200)는 제2 뱅크(BNL2) 내에 고르게 퍼질 수 있다. 이로써, 발광 소자 잉크(200) 내에 분산된 발광 소자(30)들도 제2 뱅크(BNL2) 내에서 고르게 분산될 수 있다.
이어, 발광 소자 잉크(200)에 전계를 생성하여 발광 소자(30)를 전극(21, 22)들 상에 안착(S300)시키고, 발광 소자 용매(220)를 제거(S400)하는 공정을 수행한다.
도 18을 참조하면, 발광 소자(30)를 포함하는 발광 소자 잉크(200)가 대상 기판(SUB) 상에 분사되면, 전극(21, 22)에 정렬 신호를 인가하여 대상 기판(SUB) 상에 전계(EL)를 생성한다. 발광 소자 용매(220) 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.
다만, 표시 장치(10)의 제조 공정 중, 발광 소자(30)가 전극(21, 22) 사이에 배치된 후에는 발광 소자 잉크(200)에 열을 조사하여 용매(220)를 제거하는 공정이 수행될 수 있다.
도 19 및 도 20을 참조하면, 발광 소자 용매(220)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(220)를 제거할 수 있다.
표시 장치(10)의 제조 방법은 발광 소자 용매(220)를 저압의 환경에서 열처리하여 완전하게 제거할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 발광 소자 용매(220)의 제거 공정은 10-4Torr 내지 1Torr의 압력에서, 100℃ 내지 400℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다. 상기 압력 범위 내에서 열처리 공정을 수행할 경우, 발광 소자 용매(220)의 자체적인 끓는점도 낮아져 더 쉽게 제거될 수 있다. 챔버(VCD) 내에서 수행되는 열처리 공정은 1분 내지 30분동안 수행될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다.
이어, 도 21을 참조하면, 발광 소자(30)와 전극(21, 22) 상에 복수의 절연층들(PAS1, PAS2, PAS3, PAS4), 및 접촉 전극(CNE1, CNE2)들을 형성할 수 있다. 이상의 공정들을 통해 발광 소자(30)를 포함하는 표시 장치(10)를 제조할 수 있다.
일 실시예에 따른 표시 장치(10)는 발광 소자 용매(220)를 포함하는 발광 소자 잉크(200)를 이용하여 제조될 수 있다. 발광 소자 용매(220)는 에스터기를 포함하거나 및/또는 한센 용해도 파라미터 중 특정 범위의 극성 파라미터와 수소 결합 파라미터를 가짐으로써, 발광 소자(30)의 분산성을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 발광 소자(30)를 포함하는 발광 소자 잉크(200)가 서브 화소에 드롭되어도 발광 소자(30) 간의 뭉침을 저감하여 정렬 불량을 저감하고 서브 화소 내의 휘도를 균일하게 할 수 있다. 이에 따라, 표시 장치(10)는 각 단위 영역 당 균일한 개수의 발광 소자(30)가 높은 정렬도로 배치될 수 있고, 제품 신뢰성이 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 30: 발광 소자
200: 발광 소자 잉크 220: 발광 소자 용매
CNE1: 제1 접촉 전극 CNE2: 제2 접촉 전극

Claims (20)

  1. 발광 소자 용매; 및
    상기 발광 소자 용매 내에 분산되고, 복수의 반도체층들 및 상기 반도체층들의 외면을 부분적으로 둘러싸는 절연막을 포함하는 복수의 발광 소자들을 포함하고,
    상기 발광 소자 용매는 한센 용해도 파라미터의 극성 파라미터가 4 내지 9이고 수소 결합 파라미터가 6 내지 11인 발광 소자 잉크.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 발광 소자 용매는 적어도 하나의 에스터기를 포함하는 발광 소자 잉크.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 발광 소자 용매는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 발광 소자 잉크.
    (화학식 1)
    Figure pat00028

    상기 화학식 1에서, R 및 R'는 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 10의 직쇄형 또는 측쇄형 알킬기, 치환 또는 비치환의 알킬에테르기, 치환 또는 비치환의 알킬에스터기, 치환 또는 비치환의 페닐기이다.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 R 및 R'의 각각의 치환기는 알킬기, 에스터기, 알킬에스터기, 에테르기, 알킬에테르기, 카르보닐기 및 하이드록시기 중 선택된 적어도 어느 하나인 발광 소자 잉크.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 발광 소자 용매는 하기 화학식 2 내지 9 중 어느 하나로 표시되는 화합물을 포함하는 발광 소자 잉크.
    (화학식 2)
    Figure pat00029

    (화학식 3)
    Figure pat00030

    (화학식 4)
    Figure pat00031

    (화학식 5)
    Figure pat00032

    (화학식 6)
    Figure pat00033

    (화학식 7)
    Figure pat00034

    (화학식 8)
    Figure pat00035

    (화학식 9)
    Figure pat00036
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 발광 소자 용매는 1 내지 4개의 상기 에스터기를 포함하는 발광 소자 잉크.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 발광 소자 용매는 상온에서 20cP 내지 200cP의 범위의 점도를 갖는 발광 소자 잉크.
  8. 제4 항에 있어서,
    상기 발광 소자 용매의 끓는 점은 400℃이하인 발광 소자 잉크.
  9. 제4 항에 있어서,
    상기 발광 소자의 함량은 상기 발광 소자 잉크 100 중량부에 대해 0.01 내지 10 중량부로 포함되는 발광 소자 잉크.
  10. 제4 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.
  11. 발광 소자 용매, 및 상기 발광 소자 용매 내에 분산된 복수의 발광 소자를 포함하는 발광 소자 잉크와 제1 전극 및 제2 전극이 형성된 대상 기판을 준비하는 단계;
    상기 대상 기판 상에 상기 발광 소자 잉크를 분사하는 단계; 및
    상기 대상 기판 상에 전계를 생성하여 상기 발광 소자를 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 상에 안착시키는 단계를 포함하며,
    상기 발광 소자 용매는 한센 용해도 파라미터의 극성 파라미터가 4 내지 9이고 수소 결합 파라미터가 6 내지 11인 표시 장치의 제조 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 발광 소자 용매는 적어도 하나의 에스터기를 포함하는 표시 장치의 제조 방법.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 발광 소자 용매는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 표시 장치의 제조 방법.
    (화학식 1)
    Figure pat00037

    상기 화학식 1에서, R 및 R'는 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 10의 직쇄형 또는 측쇄형 알킬기, 치환 또는 비치환의 알킬에테르기, 치환 또는 비치환의 알킬에스터기, 치환 또는 비치환의 페닐기이다.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 R 및 R'의 각각의 치환기는 알킬기, 에스터기, 알킬에스터기, 에테르기, 알킬에테르기, 카르보닐기 및 하이드록시기 중 선택된 적어도 어느 하나인 표시 장치의 제조 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 발광 소자 용매는 하기 화학식 2 내지 9 중 어느 하나로 표시되는 화합물을 포함하는 표시 장치의 제조 방법.
    (화학식 2)
    Figure pat00038

    (화학식 3)
    Figure pat00039

    (화학식 4)
    Figure pat00040

    (화학식 5)
    Figure pat00041

    (화학식 6)
    Figure pat00042

    (화학식 7)
    Figure pat00043

    (화학식 8)
    Figure pat00044

    (화학식 9)
    Figure pat00045
  16. 제12 항에 있어서,
    상기 발광 소자 용매는 1 내지 4개의 상기 에스터기를 포함하는 표시 장치의 제조 방법.
  17. 제13 항에 있어서,
    상기 발광 소자 용매는 상온에서 20cP 내지 200cP의 범위의 점도를 갖는 표시 장치의 제조 방법.
  18. 제13 항에 있어서,
    상기 발광 소자 용매의 끓는 점은 400℃이하인 표시 장치의 제조 방법.
  19. 제11 항에 있어서,
    상기 발광 소자를 안착시키는 단계 후에 상기 발광 소자 용매를 제거하는 열처리 단계를 더 포함하는 표시 장치의 제조 방법.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 열처리 단계는 100℃ 내지 400℃의 온도 범위에서 수행되는 표시 장치의 제조 방법.
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