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KR100617193B1 - 양방향 유기 ｅｌ 디스플레이 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

양방향 유기 ｅｌ 디스플레이 소자 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR100617193B1
KR100617193B1 KR1020040040466A KR20040040466A KR100617193B1 KR 100617193 B1 KR100617193 B1 KR 100617193B1 KR 1020040040466 A KR1020040040466 A KR 1020040040466A KR 20040040466 A KR20040040466 A KR 20040040466A KR 100617193 B1 KR100617193 B1 KR 100617193B1
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organic
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anode electrode
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Abstract

본 발명은 유기 EL에 관한 것으로, 특히 양방향 유기 EL 디스플레이 소자에 관한 것이다. 이와 같이 본 발명에 따른 양방향 유기 EL 디스플레이 소자는 기판 상에 화소 구동부가 형성되어 전면발광하는 유기 EL에 있어서, 상기 유기 EL은 상기 화소 구동 영역 상에 배면발광 되도록 배면발광 화소 전극과 공통 전극을 포함하여 구성된다.
애노드 전극, 캐소드 전극, 정공 주입층, 유기 발광층, 전자 전달층

Description

양방향 유기 ＥＬ 디스플레이 소자 및 그 제조 방법{Dual Organic Electroluminescence display device and Fabrication Method for the same}
도 1은 종래의 유기 EL의 단면도
도 2a 내지 도 2d는 종래의 유기 EL 제조 공정 단면도
도 3은 종래의 능동 구동형 유기 EL 디스플레이의 화소 회로도
도 4는 능동 구동형 유기 EL 디스플레이의 화소 구조 평면도
도 5a 내지 도 5j는 본 발명에 따른 양방향 유기 EL 디스플레이 패널 제조 공정 단면도
도 6은 본 발명에 따른 양방향 유기 EL 디스플레이 패널 화소 회로도
도 7은 본 발명에 따른 양방향 유기 EL 디스플레이 패널의 화소 구조 평면도
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*
21 : 기판 22 : 반도체층
22a, 22c : 소오스/드레인 영역 22b : 채널 영역
23 : 게이트 절연막 24 : 게이트 전극
25 : 층간 절연막 26 : 전극라인
27 : 제 1 애노드 전극 28 : 평탄화막
29 : 컨택 홀 30 : 제 2 애노드 전극
31 : 절연막 32 : 정공 주입층
33 : 정공 전달층 34 : 유기 발광층
35 : 전자 전달층 36 : 전자 주입층
37 : 제 1 캐소드 전극 38 : 쉐도우 마스크
39 : 제 2 캐소드 전극 40 : 보호막
본 발명은 유기 EL에 관한 것으로 특히 양방향 유기 EL 소자 및 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 매트릭스형 유기 EL 소자(Active Matrix Organic ElectroLuminescence Device : AMOELD)의 화소 부분은 크게 각 화소 부분을 스위칭 해 주는 스위칭용 박막트랜지스터, 구동용 박막트랜지스터, 저장 커패시터(capacitor), 화소전극(anode), 유기물층, 공통전극(cathod)으로 구성된다.
이중 구동용 박막트랜지스터를 기준으로 한 종래 기술에 다른 화소의 단면을 도 1에 도시하였다.
종래의 유기 EL 소자는 도 1에 나타낸 바와 같이 유기 기판(1)상에 각각 다수 개로 형성된 화소전극(8) 및 공통 전극(메탈 공통전극)(15)에 교차하는 영역에 의해 정의되는 다수개의 화소에 형성되는 유기 발광층(12)과, 상기 유리 기판(1)상 에 형성되며 그 드레인 전극이 상기 화소전극(8)에 전기적으로 연결되는 박막트랜지스터(A)와, 상기 화소전극(8)과 유기 발광층(12) 사이에 적층 형성된 정공주입층(10), 정공 전달층(11)과, 상기 유기 발광층(12)과 메탈 공통전극(15)사이에 적층 형성된 전자전달층(13), 전자주입층(14)으로 구성된다.
상기 박막 트랜지스터(A)는 유리 기판(1)의 일영역상에 형성되어 소오스/드레인 영역(2a)(2c) 및 채널 영역(2b)으로 구성되는 반도체층(2)과, 상기 반도체층(2)을 포함한 유리 기판(1) 전면에 형성되는 게이트 절연막(3)과, 상기 채널 영역(2c) 상부의 게이트 절연막(3)상에 형성되는 게이트 전극(4)으로 구성된다.
이때, 상기 소오스/드레인 영역(2a)(2c)과 채널 영역(2b)의 경계는 상기 게이트 전극(4)의 양 에지와 얼라인(align)된다.
그리고 상기 박막트랜지스터(A)상에는 상기 소오스 영역(2a) 및 드레인 영역(2c)을 오픈하는 층간 절연막(5)이 형성되어 있고, 상기 층간 절연막(5)의 오픈 부위를 통해 상기 소오스/드레인 영역(2a)(2c)에 전기적으로 접속되는 전극 라인(6)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 층간 절연막(5) 및 전극 라인(6)을 포함한 전면에는 상기 드레인 영역(2c)에 전기적으로 접속된 전극 라인(6)을 오픈하는 평탄화 절연막(7)이 형성된다.
상기 평탄화 절연막(7) 위에는 상기 화소 전극(8)이 형성되게 되는데, 화소 전극(8)은 상기 평탄화 절연막(7)의 오픈 부위를 통해 박막트랜지스터(A)의 드레인 영역(2b)에 전기적으로 연결되게 된다.
그리고, 이웃하는 화소전극(8) 사이에 화소전극(8)의 일부분이 덮이도록 절연막(9)이 형성되어 있다.
상기 공통전극은 상기 전자주입층(14) 상에 적층 된 메탈 공통전극(15)으로 구성되며, 상기 공통전극상에는 보호막(16)이 형성되어 있다.
다음에 상기한 구조의 종래 기술에 따른 유기 EL 소자의 제조방법을 설명한다.
도 2a 내지 도 2d는 종래 기술에 따른 유기 EL 소자의 제조 공정 단면도이다.
우선, 도 2a에 도시된 바와 같이 유리 기판(1)상에 박막트랜지스터의 활성층으로 사용하기 위해 예를 들어, 다결정 실리콘 등을 이용하여 반도체층(2)을 형성하고 이후에 박막트랜지스터가 형성될 영역 즉, 박막트랜지스터 예정 영역에만 남도록 상기 반도체층(2)를 패터닝(patterning)한다.
이어, 상기 전면에 게이트 절연막(3)과 게이트 전극용 도전막을 차례로 적층 한 다음 상기 패터닝 된 반도체층(2)의 일영역상에 남도록 상기 게이트 전극용 도전막을 패터닝하여 게이트 전극(4)을 형성한다.
그리고, 상기 게이트 전극(4)을 마스크로 상기 반도체층(2)에 보론(B)나 인(P)등의 불순물을 주입한 후에 열처리하여 박막트랜지스터의 소오스/드레인 영역(2a)(2c)을 형성한다.
이때, 상기 불순물 이온이 주입되지 않은 반도체층(2)은 채널 영역(2b)이다.
이어, 전면에 층간 절연막(5)을 형성하고, 상기 박막트랜지스터의 소오스/드 레인 영역(2a)(2c)이 노출되도록 상기 층간 절연막(5)과 게이트 절연막(3)을 선택적으로 제거하여 콘택홀을 형성한다.
그리고, 상기 콘택홀이 매립될 수 있는 정도의 충분한 두께로 제 1 금속막을 형성하고 상기 콘택홀 및 그에 인접한 영역에만 남도록 상기 제 1 금속막을 선택적으로 제거하여 소오스/드레인 영역(2a)(2b)에 각각 전기적으로 연결되는 전극 라인(6)을 형성한다.
그리고, 전면에 평탄화 절연막(7)을 형성하여 전면을 평탄화 시키고 상기 드레인 영역(2c)에 연결된 전극 라인(6)이 노출되도록 상기 평탄화 절연막(7)을 선택적으로 제거하여 콘택홀을 형성한 다음 Cr, Al, Mo, Ag 및 Au 등과 같이 반사율과 일함수(재가 function)값이 높은 제 2 금속막을 전면에 증착 한다.
이때, 상기 콘택홀 내에도 제 2 금속막이 형성되어 상기 제 2 금속막은 콘택홀 하부의 전극 라인(6)에 연결되게 된다.
이어, 화소 부분에만 남도록 상기 제 2 금속막을 선택적으로 제거하여 상기전극 라인(6)을 통해 하부의 드레인 영역(2c)에 전기적으로 연결되는 ITO와 같은 투명한 화소전극(anode)(8)을 형성한다.
이어, 도 2b에 도시된 바와 같이 이웃하는 화소전극(8) 사이에 이 화소전극(8)의 일부분이 덮이게 절연막(9)을 형성한다.
그리고, 도 2c에 도시된 바와 같이, 정공 주입층(10), 정공 전달층(11)을 공통유기막으로 증착하고, 쉐도우 마스크(shadow mask)를 사용하여 R, G, B 유기발광층(12)을 각각 증착 한다.
이어, 전면에 전자 전달층(13)과 전자 주입층(14) 등의 유기물층을 차례로 형성한다.
그 다음에 도 2d에 도시된 바와 같이 메탈 공통전극(cathod)(15)을 형성한다.
이때, 상기 메탈 공통전극(15)은 알루미늄(Al)과 같은 일함수가 낮은 금속물질을 증착 한다.
그리고, 상기 메탈 공통전극(15)상에 유기물층을 산소나 수분으로부터 보호하기 위한 보호막(16)을 형성한 후 도시되지 않았지만 실런트와 투명기판 혹은 금속 캡을 사용하여 실링용 캡을 부착하여 능동 구동형 유기 EL 소자 제작을 완성한다.
이때 배면발광형(bottom emission)의 경우 상기 보호막(16) 형성 없이 게터(getter)와 실링용 캡을 사용하여 구동형 유기 EL를 제작하기도 한다.
도 3은 종래의 능동 구동형 유기 EL 디스플레이의 화소 회로도이고 도 4는 능동 구동형 유기 EL 디스플레이의 화소 구조 평면도로, 스캔 신호에 의해 스위칭 트랜지스터가 온(On)되어 있는 동안 데이터 신호가 커패시터에 저장되고, 구동 트랜지스터는 데이터 전압에 비례하는 전류를 유기 EL에 공급한다.
이와 같은 방식으로 능동 구동형 유기 EL 소자를 제작할 경우, 한 화소의 대부분을 구동회로가 차지하고, 빛이 나오는 부분이 적어 개구율이 낮아지며, 만약 보상회로를 적용할 경우 화소 구동회로가 차지하는 영역은 더욱더 커지게 된다.
즉, 동일한 화소 크기에 대해 보상회로 적용 시 개구율이 현저히 낮아지는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 화소구동 회로가 차지하는 영역을 활용하여 배면 발광 유기 EL 소자와 전면 발광 유기 EL 소자를 동시에 구현하는 양방향 유기 EL 소자를 제공하기 위한 것이다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 기판 상에 화소 구동부가 형성되어 전면발광하는 유기 EL에 있어서, 상기 유기 EL은 상기 화소 구동 영역 상에 배면발광 되도록 배면발광 화소 전극과 공통 전극을 포함하여 구성된다.
바람직하게, 상기, 배면 발광용 화소 전극과 공통 전극은 상기 기판에 형성되는 전면발광용 화소전극과 공통전극과 동시에 형성된다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 따르면 기판 상에 화소 구동부를 형성하는 단계, 상기 화소 구동부 상에 제 1 애노드 전극을 형성하는 단계, 상기 화소 구동부와 제 1 애노드 전극 상에 제 2 애노드 전극을 형성하는 단계, 상기 제 1 애노드 전극의 일부분을 노출시키고 제 2 애노드 전극이 덮이도록 절연막을 형성하고 정공 주입층, 정공 전달층, 발광층, 전자 전달층, 전자 주입층을 순차적으로 형성하는 단계, 상기 발광층 전 영역에 제 1 캐소드 전극을 형성하는 단계, 상기 제 1 캐소드 전극 영역을 쉐도우 마스크로 가리고 제 2 캐소드 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
바람직하게, 상기 제 1 애노드 전극은 배면발광용이고, 제 2 애노드 전극은 전면발광용이다.
그리고, 상기 배면 발광용 제 1 애노드 전극은 일 함수(work function) 값이 높은 투명 전도막이며, 상기 전면 발광용 제 2 애노드 전극은 반사율과 일 함수(work function) 값이 높은 전도성막이다.
또한, 상기 제 2 애노드 전극은 Cr, Al, Mo, Ag 및 Au 중 하나를 이용하며, 상기 제 1 캐소드 전극은 전면발광용이고, 제 2 캐소드 전극은 배면발광용이다.
그리고, 상기 제 1 캐소드 전극은 일함수가 낮은 전도성 물질이며, 상기 제 2 캐소드는 반사율이 높고 일함수가 낮은 전도성 물질을 증착 한다.
이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 5a 내지 도 5i는 본 발명에 따른 양방향 유기 EL 디스플레이 소자 제작 과정을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 양방향 유기 EL 디스플레이의 화소 회로도이며, 도 7은 본 발명에 따른 양방향 유기 EL 디스플레이의 화소 구조 평면도이다.
먼저 도 5a와 같이 유리와 같은 투명기판(21)위에 박막트랜지스터의 활성층으로 사용할 다결정실리콘과 같은 반도체 물질(22)을 형성하고 패터닝 한다. 그 위에 게이트 절연막(23)을 형성한 다음, 게이트 전극(24)을 증착한 후 패터닝 한다. 그리고, 상기 반도체층(22)의 일부분에 B나 P같은 불순물을 주입하고 열처리하면 박막트랜지스터의 소스-드레인 영역(22a)(22c)을 형성한다.
그리고, 상기 게이트 전극(24)위에 층간 절연막(25)을 증착하고, 트랜지스터의 소스-드레인 영역(22a)(22c)위에 게이트 절연막(23), 층간 절연막(25)의 일부분을 에칭하여 콘택홀을 형성한 다음 메탈을 증착하고 패터닝하여 전극라인(26)을 형성한다.
그 다음 공정으로 도 5b처럼 배면발광(bottom emission)용 제 1 화소전극(27)으로 ITO등과 같은 투명하고, 일 함수 값이 높은 투명 전도막을 증착하여 패턴닝 한다.
그리고, 도 5c와 같이 상기 메탈 라인(26) 및 제 1 화소전극(27) 위에 평탄화막(28)을 형성하여 전면을 평탄화 시킨 다음 드레인 영역(22c) 위의 메탈 전극(26) 위의 일부 평탄화막(28)을 에칭하여 제거하므로 컨택 홀(29)을 형성한다.
그 다음 공정으로 도 5d와 같이 전면발광(Top emission)용 제 2 화소전극인 애노드 전극(30)으로 Cr, Al, Mo, Ag 및 Au 등과 같은 반사율과 일 함수값이 높은 전도성막을 증착하여 패터닝 한다.
그 다음 공정으로 상기 형성한 배면 발광용 제 1 애노드 전극(27)위의 상기 형성한 평탄화막의 일부분을 제거하여 제 1 애노드 전극의 일부분이 노출되게 한다 (도 5e).
그리고, 도 5f와 같이 전면 발광용 제 2 애노드 전극(30)의 가장자리가 덮이도록 절연막(31)을 형성한다.
그 다음 도 5g와 같이 상기 배면 발광용과 전면 발광용인 제 1 , 제 2 애노드 전극(27, 30) 위에 정공주입층(32), 정공전달층(33), 레드 발광층(34), 전자전달층(35), 전자주입층(36) 등의 유기물을 차례로 형성한다.
그 다음으로 공통전극 제 1 캐소드 전극으로 알루미늄을 수 nm 증착한 후, Ag를 수 nm ~ 15 nm 정도 증착하거나 Mg:Ag 같은 메탈을 수 nm ~ 15nm 정도 증착하거나, 일함수가 낮은 전도성 물질을 형성하여 전면 발광용 제 1 캐소드 전극(37)을 형성한다 (도 5h).
이때 제 1 캐소드 전극은 공통전극으로 전 화소 영역에 형성된다.
그 다음 도 5i와 같이 전면 발광영역을 쉐도우 마스크(38)로 가린 후 배면 발광 영역의 유기물위에 알루미늄과 같이 반사율이 높고 일함수가 낮은 전도성 물질을 증착하여 배면 발광용 제 2 캐소드 전극(39)을 형성한다.
그리고, 공정으로 상기 형성한 유기물층을 산소나 수분으로부터 보호하기 위한 보호막(40)을 형성한 후 도면에는 도시하지 않았지만, 실런트와 투명기판을 사용하여 보호 캡을 붙여서 듀얼 능동 구동 유기 EL 패널 제작을 완성한다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명은 동일 기판 상에 배면발광형과 전면발광형을 동시에 구현하여 이미지를 양쪽에서 볼 수 있는 새로운 개념의 디스플레이 제작이 가능해 졌으며, 이 새로운 디스플레이의 응용분야는 매우 많아 경제적 가치 또한 매우 높은 효과가 있다.
그리고, 본 발명은 고효율의 디바이스 제작이 가능하고 이로 인해 저소비전력, 장수명을 갖는 유기 EL 디스플레이 소자 제작이 가능한 효과가 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정하는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해서 정해져야 한다.

Claims (10)

  1. 기판 상에 화소 구동부가 형성되어 발광하는 유기 EL 디스플레이 소자에 있어서,
    화소 구동 영역 상에 배면발광을 위한 화소 전극 및 공통 전극과, 전면발광을 위한 화소 전극 및 공통 전극이 각각 형성된 것을 특징으로 하는 양방향 유기 EL 디스플레이 소자.
  2. 삭제
  3. 기판 상에 화소 구동부를 형성하는 단계;
    상기 화소 구동부 상에 배면발광용인 제 1 애노드 전극을 형성하는 단계;
    상기 화소 구동부와 제 1 애노드 전극 상에, 전면발광용인 제 2 애노드 전극을 형성하는 단계;
    상기 제 1 애노드 전극의 일부분을 노출시키고 제 2 애노드 전극이 덮이도록 절연막을 형성하고 정공 주입층, 정공 전달층, 발광층, 전자 전달층, 전자 주입층을 순차적으로 형성하는 단계;
    상기 발광층 전 영역에 제 1 캐소드 전극을 형성하는 단계;
    상기 제 1 캐소드 전극 영역을 쉐도우 마스크로 가리고 제 2 캐소드 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 양방향 유기 EL 디스플레이 소자 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 배면 발광용 제 1 애노드 전극은 일 함수(work function) 값이 높은 투명 전도막인 것을 특징으로 하는 양방향 유기 EL 디스플레이 패널 소자 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 전면 발광용 제 2 애노드 전극은 반사율과 일 함수(work function) 값이 높은 전도성막인 것을 특징으로 하는 양방향 유기 EL 디스플레이 소자 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서
    상기 제 2 애노드 전극은 Cr, Al, Mo, Ag 및 Au 중 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 양방향 유기 EL 디스플레이 소자 제조 방법.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 캐소드 전극은 전면발광용이고, 제 2 캐소드 전극은 배면발광용인 것을 특징으로 하는 양방향 유기 EL 디스플레이 소자 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 캐소드 전극은 일함수가 낮은 전도성 물질을 형성하는 것을 특징으로 하는 양방향 유기 EL 디스플레이 소자 제조 방법
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 캐소드는 반사율이 높고 일함수가 낮은 전도성 물질을 증착하는 것을 특징으로 하는 양방향 유기 EL 디스플레이 소자 제조 방법.
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