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KR102052432B1 - 유기전계발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

유기전계발광소자 및 그 제조방법 Download PDF

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Publication number
KR102052432B1
KR102052432B1 KR1020120128364A KR20120128364A KR102052432B1 KR 102052432 B1 KR102052432 B1 KR 102052432B1 KR 1020120128364 A KR1020120128364 A KR 1020120128364A KR 20120128364 A KR20120128364 A KR 20120128364A KR 102052432 B1 KR102052432 B1 KR 102052432B1
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KR
South Korea
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electrode
layer
thin film
film transistor
light emitting
Prior art date
Application number
KR1020120128364A
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KR20140061137A (ko
Inventor
타로 하스미
나세환
봉준호
김지윤
Original Assignee
엘지디스플레이 주식회사
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Filing date
Publication date
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Priority to KR1020120128364A priority Critical patent/KR102052432B1/ko
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Abstract

본 발명은 액티브 매트릭스 유기전계 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 개시된 발명은 다수의 화소영역을 포함하는 표시영역과 이의 외측으로 비표시영역이 정의된 기판과; 상기 기판상의 상기 각 화소영역에 형성된 스위칭 박막트랜지스터와 구동 박막트랜지스터와; 상기 스위칭 박막트랜지스터와 구동 박막트랜지스터를 포함한 기판상에 형성되고, 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 층간 절연막; 상기 층간 절연막 상의 각 화소영역에 형성되고, 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결된 제1 전극과; 상기 제1 전극을 포함한 기판의 각 화소영역 주위에 형성되고, 상면에 반사 방지패턴이 구비된 뱅크와; 상기 제1 전극 위로 각 화소영역 별로 분리 형성된 유기 발광층과; 상기 유기 발광층 위로 상기 표시영역 전면에 형성된 제2 전극과; 상기 제2 전극을 포함한 기판 전면에 형성된 제1 패시베이션막과; 상기 표시영역 상의 제1 패시베이션막 상에 형성된 유기막과; 및 상기 유기막을 포함한 제1 패시베이션막 상에 형성된 제2 패시베이션막을 포함하여 구성된다.

Description

유기전계발광소자 및 그 제조방법{ORGANIC ELECTROLUMINESCENT DEVICE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
본 발명은 유기전계 발광소자(Organic Electroluminescent Device, 이하 "OLED"라 칭함)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 외광 반사에 의한 화질 저하를 방지할 수 있도록 뱅크(bank) 구조를 개선한 유기전계 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
평판 디스플레이(FPD: Flat Panel Display) 중 하나인 유기전계 발광소자는 높은 휘도와 낮은 동작 전압 특성을 갖는다. 또한, 스스로 빛을 내는 자체 발광형이기 때문에 명암 대비(contrast ratio)가 크고, 초박형 디스플레이의 구현이 가능하며, 응답시간이 수 마이크로초(μs) 정도로 동화상 구형이 쉽고, 시야각의 제한이 없으며, 저온에서도 안정적이고, 직류 5 내지 15 V의 낮은 전압으로 구동하므로 구동회로의 제작 및 설계가 용이하다.
또한, 상기 유기전계 발광소자의 제조공정은 증착(Deposition) 및 인캡슐레이션(encapsulation) 장비가 전부라고 할 수 있기 때문에 제조 공정이 매우 단순하다.
이러한 특성을 갖는 유기전계 발광소자는 크게 패시브 매트릭스 타입과 액티브 매트릭스 타입으로 나뉘어지는데, 패시브 매트릭스 방식에서는 주사선(scan line)과 신호선(signal line)이 교차하면서 매트릭스 형태로 소자를 구성하며, 각각의 픽셀을 구동하기 위하여 주사선을 시간에 따라 순차적으로 구동하므로, 요구되는 평균 휘도를 나타내기 위해서는 평균 휘도에 라인 수를 곱한 것만큼의 순간 휘도를 내야만 한다.
그러나, 액티브 매트릭스 방식에서는, 화소영역을 온(on)/오프(off)하는 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)가 각 화소영역별로 위치하고, 이러한 스위칭 박막트랜지스터와 연결되며 구동 박막트랜지스터가 전원배선 및 유기전계 발광 다이오드와 연결되며, 각 화소영역별로 형성되고 있다.
이때, 상기 구동 박막트랜지스터와 연결된 제1 전극은 화소영역 단위로 온(on)/오프(off)되고, 상기 제1 전극과 대향하는 제2 전극은 공통전극의 역할을 함으로써 이들 두 전극 사이에 개재된 유기 발광층과 더불어 상기 유기전계 발광 다이오드를 이룬다.
이러한 특징을 갖는 액티브 매트릭스 방식에서는 화소영역에 인가되는 전압이 스토리지 커패시터(Cst)에 충전되어 있어, 그 다음 프레임(frame) 신호가 인가될 때까지 전원을 인가해 주도록 함으로써, 주사선 수에 관계없이 한 화면동안 계속해서 구동한다.
따라서, 낮은 전류를 인가하더라도 동일한 휘도를 나타내므로 저소비전력, 고정세, 대형화가 가능한 장점을 가지므로 최근에는 액티브 매트릭스 타입의 유기전계 발광소자가 주로 이용되고 있다.
이러한 액티브 매트릭스형 유기전계발광소자의 기본적인 구조 및 동작 특성에 대해 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 액티브 매트릭스형 유기전계 발광소자의 하나의 화소영역에 대한 구성 회로도이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 액티브 매트릭스형 유기전계 발광소자의 하나의 화소영역은 스위칭 박막트랜지스터(STr)와 구동 박막트랜지스터(DTr), 스토리지 커패시터(Cst), 그리고 유기전계 발광 다이오드(E)로 이루어진다.
제1 방향으로 게이트 배선(GL)이 형성되어 있고, 이 제1 방향과 교차되는 제2 방향으로 배치되어 상기 게이트 배선(GL)과 더불어 화소영역(P)을 정의하며 데이터 배선(DL)이 형성되어 있으며, 상기 데이터 배선(DL)과 이격하며 전원 전압을 인가하기 위한 전원배선(PL)이 형성되어 있다.
또한, 상기 데이터 배선(DL)과 게이트 배선(GL)이 교차하는 부분에는 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 형성되어 있으며, 상기 각 화소영역(P) 내부에는 상기 스위칭 박막트랜지스터(STr)와 전기적으로 연결된 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되어 있다.
이때, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)는 유기전계 발광 다이오드(E)와 전기적으로 연결되어 있다. 즉, 상기 유기전계발광 다이오드(E)의 일측 단자인 제1 전극은 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극과 연결되고, 타측 단자인 제2 전극은 전원배선(PL)과 연결되어 있다. 이때, 상기 전원배선(PL)은 전원 전압을 상기 유기전계 발광 다이오드(E)로 전달하게 된다. 또한, 상기 구동 박막트랜지스터 (DTr)의 게이트전극과 소스 전극사이에는 스토리지 커패시터(Cst)가 형성되어 있다.
따라서, 상기 게이트 배선(GL)을 통해 신호가 인가되면 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 온(on)되고, 상기 데이터 배선(DL)의 신호가 구동 박막트랜지스터(DTr)의 게이트 전극에 전달되어 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)가 온(on)되므로 유기전계발광 다이오드(E)를 통해 빛이 출력된다. 이때, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)가 온(on) 상태가 되면, 전원배선(PL)으로부터 유기전계발광 다이오드(E)에 흐르는 전류의 레벨이 정해지며 이로 인해 상기 유기전계발광 다이오드(E)는 그레이 스캐일(gray scale)을 구현할 수 있게 되며, 상기 스토리지 커패시터(Cst)는 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 오프(off) 되었을 때, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 게이트 전압을 일정하게 유지시키는 역할을 함으로써 상기 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 오프(off) 상태가 되더라도 다음 프레임(frame)까지 상기 유기전계 발광 다이오드(E)에 흐르는 전류의 레벨을 일정하게 유지할 수 있게 된다.
이러한 일반적인 유기전계 발광소자는 발광된 빛의 투과 방향에 따라 상부 발광방식(top emission type)과 하부 발광방식(bottom emission type)으로 나뉘게 되는데, 상부 발광(Top Emission type) 방식을 적용하는 경우에 외광에 반사의 큰 부분은 뱅크(bank)의 반사가 차지한다.
상기 뱅크로부터의 외광 반사를 방지하기 위해 제안된 기술로는, 원편광판을 사용하여 반사를 방지하는 기술이 있는데, 이 기술은 외광 반사를 방지하기 위해 λ/4 필름과 편광판(Linear Polarizer)를 사용하는 원편광판(Circular Polarizer)를 이용하여 외광 반사를 억제하도록 한 것이다.
이렇게 원편광판을 사용하게 되면, 외광이 먼저 편광판을 통과하여 자연광, 즉 편광되지 않은 빛이 직선 편광으로 변하여, 이 직선 편광이 λ/4 필름을 통과할 때에 원편광으로 변하게 된다.
이 빛은 유기전계 발광소자의 반사 전극에서 반사하여 원편광의 방향이 반전하고, 상기 λ/4 필름에서, 입사광으로부터 90도의 기울기인 직선 편광으로 변하여, 편광판에서 흡수되고, 외광 반사가 억제된다.
그러나, 이 기술의 경우에, 원편광판에서는 유기전계 발광소자가 발광하고 나온 빛이 λ/4 필름을 통하여 원편광이 되고, 이 빛의 일부만이 편광판을 투과하기 때문에, 유기전계 발광소자가 발광하는 빛의 이용 효율이 약 40% 정도밖에 안되어서 소비전력이 증가하게 되며, 별도로 원 편광판을 사용해야기 때문에 코스트 (cost)도 올라가게 되는 단점이 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 블랙 레진(black resin) 재질로 구성된 뱅크(black bank)를 사용하여 외부 광 반사를 방지하는 종래기술에 따른 유기전계 발광소자가 제안되었는데, 이러한 종래기술에 따른 유기전계 발광소자에 대해 도 2 및 3을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 2는 종래기술에 따른 유기전계 발광소자의 개략적인 단면도이다.
도 3은 종래기술에 따른 유기전계 발광소자의 뱅크 부위를 확대 도시한 개략적인 단면도이다.
도 2를 참조하면, 종래기술에 따른 유기전계 발광소자(10)는 기판(11)에 표시영역(AA)이 정의되어 있으며, 상기 표시영역(AA) 외측으로 비표시영역(NA)이 정의되어 있으며, 상기 표시영역(AA)에는 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(미도시)에 의해 포획되는 영역으로 정의되는 다수의 화소영역(P)이 구비되어 있으며, 상기 데이터 배선(미도시)과 나란하게 전원배선(미도시)이 구비되어 있다.
여기서, 상기 다수의 각 화소영역(P)에는 스위칭 박막트랜지스터(미도시, STr) 및 구동 박막 트랜지스터(미도시, DTr)가 형성되어 있고, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 연결되어 있다.
상기 구동 박막 트랜지스터(DTr)와 유기전계 발광소자(E)가 형성된 기판(11)이 보호필름(미도시)에 의해 인캡슐레이션(encapsulation)되어 있다.
상기 종래기술에 따른 유기전계 발광소자(10)에 대해 구체적으로 설명하면, 기판(11) 상에는 절연물질 예를 들면 무기절연물질인 산화실리콘(SiO2) 또는 질화 실리콘(SiNx)으로 이루어진 버퍼층(미도시)이 구비되어 있다.
또한, 상기 버퍼층(미도시) 상부의 표시영역(AA) 내의 각 화소영역(P)에는 상기 구동 영역(미도시) 및 스위칭 영역(미도시)에 대응하여 각각 순수 폴리실리콘으로 이루어지며, 그 중앙부는 채널을 이루는 제1 영역(13a) 그리고 상기 제1 영역 (13a) 양 측면으로 고농도의 불순물이 도핑된 제2 영역(13b, 13c)으로 구성된 반도체층(13)이 형성되어 있다.
상기 반도체층(13)을 포함한 버퍼층(미도시) 상에는 게이트 절연막(15)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 절연막(15) 위로는 상기 구동 영역(미도시) 및 스위칭 영역(미도시)에 있어 상기 각 반도체층(13)의 제1 영역(13a)에 대응하여 게이트 전극(17)이 형성되어 있다.
또한, 상기 게이트 절연막(15) 위로는 상기 스위칭 영역(미도시)에 형성된 게이트 전극(17)과 연결되며 일 방향으로 연장하며 게이트 배선(미도시)이 형성되어 있다.
한편, 상기 게이트 전극(17)과 게이트 배선(미도시) 상부의 표시영역 전면에 는 층간 절연막(19)이 형성되어 있다. 이때, 상기 층간 절연막(19)과 그 하부의 게이트 절연막(15)에는 상기 각 반도체층의 제1 영역(13a) 양 측면에 위치한 상기 제2 영역(13b, 13c) 각각을 노출시키는 반도체층 콘택홀(미도시)이 구비되어 있다.
또한, 상기 반도체층 콘택홀(미도시)을 포함하는 상기 층간 절연막(19) 상부에는 게이트 배선(미도시)과 교차하며, 상기 화소영역(P)을 정의하며 제2 금속물질로 이루어진 데이터배선(미도시)과, 이와 이격하여 전원배선(미도시)이 형성되어 있다. 이때, 상기 전원배선(미도시)은 상기 게이트 배선(미도시)이 형성된 층, 즉 게이트 절연막 상에 상기 게이트 배선(미도시)과 이격하며 나란히 형성될 수도 있다.
그리고, 상기 층간 절연막(19) 위로 상기 각 구동영역(미도시) 및 스위칭 영역(미도시)에는 서로 이격하며 상기 반도체층 콘택홀(미도시)을 통해 노출된 상기 제2 영역(13b, 13c)과 각각 접촉하며 상기 데이터 배선(미도시)과 동일한 제2 금속물질로 이루어진 소스전극(23a) 및 드레인전극(23b)이 형성되어 있다. 이때, 상기 구동영역(미도시)에 순차적으로 적층된 상기 반도체층(13)과 게이트 절연막(15) 및 게이트 전극(17)과 층간 절연막(19)과 서로 이격하며 형성된 상기 소스전극(23a) 및 드레인 전극(23b)은 구동 박막 트랜지스터(DTr)를 이룬다.
한편, 상기 구동 박막 트랜지스터(DTr) 및 스위칭 박막 트랜지스터(미도시) 위로는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(23b)을 노출시키는 드레인 콘택홀(미도시)을 갖는 평탄화막(25)이 형성되어 있다.
또한, 상기 평탄화막(25) 위로는 상기 구동 박막 트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(23b)과 상기 드레인 콘택홀(미도시)을 통해 접촉되며, 각 화소영역(P) 별로 분리된 형태를 가지는 반사 특성을 갖는 애노드 전극(Anode electrode) (31)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 애노드 전극(31) 위로는 각 화소영역(P)을 분리 형성하기 위해 블랙 레진(black resin)으로 구성된 뱅크(33)가 형성되어 있다. 이때, 상기 뱅크 (33)는 인접하는 화소영역(P)들 사이에 배치되어 있다.
상기 뱅크(33)로 둘러싸인 각 화소영역(P) 내의 상기 애노드 전극(31) 위로는 각각 적, 녹 및 청색을 발광하는 유기발광 패턴(미도시)으로 구성된 유기 발광층(35)이 형성되어 있다.
또한, 상기 유기 발광층(35)과 상기 뱅크(33)의 상부에는 상기 표시영역 (AA) 전면에 반투과 특성을 갖는 캐소드 전극(37)이 형성되어 있다. 이때, 상기 애노드 전극(31)과 캐소드 전극 (37) 및 이들 두 전극(31, 37) 사이에 개재된 유기 발광층(35)은 유기전계 발광 다이오드(E)를 이룬다.
한편, 상기 캐소드 전극(37)을 포함한 기판 전면에는 투습을 방지하기 위한 층간 절연막으로 패시베이션막(39)이 형성되어 있다.
더욱이, 도면에 도시하지 않았지만, 상기 패시베이션막(39)을 포함한 기판 전면에는 상기 유기발광 다이오드(E)의 인캡슐레이션 및 상부 투습을 방지하기 위한 보호 필름(barrier film) (미도시)과 대향하여 위치하게 되는데, 상기 기판(11)과 보호 필름(미도시) 사이에는 점착제(Press Senstive Adhesive; 이하 PSA라 침함) (미도시)가 공기층 없이 상기 기판(11) 및 보호필름(미도시)과 완전 밀착되어 개재되어 있다. 이때, 상기 패시베이션막(39), 점착제(미도시) 및 보호필름(미도시)은 페이스 씰(face seal) 구조를 이룬다.
이렇게 점착제에 의해 상기 기판(11)과 보호필름(barrier film)이 고정되어 패널 상태를 이룸으로써 종래기술에 따른 유기전계 발광소자(10)가 구성된다.
그러나, 종래 기술에 따른 유기전계 발광소자(10)는 발광효율을 개선하기 위해 캐비티(cavity) 효과를 얻을 수 있는 반투과 캐소드 전극(cathode electrode)을 사용하는데, 이 캐소드 전극은 캐비티 효과를 얻기 위해 반사율도 어느 정도, 즉 20 내지 50%가 필요하기 때문에, 블랙 뱅크(33)를 사용해도 외광의 반사율이 올라가서 화질이 떨어진다. 특히, 도 3에서와 같이, 외부 자연광이 상기 블랙 뱅크(33)로 100%로 진행되는 경우에, 상기 블랙 뱅크(33)로부터 약 10 내지 20% 정도 외광이 반사된다.
이에 본 발명은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 뱅크 구조를 개선하여 뱅크 부분의 반사를 억제함으로써 외광 반사에 의한 화질 저하를 방지할 수 있는 액티브 매트릭스 유기전계 발광소자 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기전계 발광소자는, 다수의 화소영역을 포함하는 표시영역과 이의 외측으로 비표시영역이 정의된 기판과; 상기 기판상의 상기 각 화소영역에 형성된 스위칭 박막트랜지스터와 구동 박막트랜지스터와; 상기 스위칭 박막트랜지스터와 구동 박막트랜지스터를 포함한 기판상에 형성되고, 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 층간 절연막; 상기 층간 절연막 상의 각 화소영역에 형성되고, 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결된 제1 전극과; 상기 제1 전극을 포함한 기판의 각 화소영역 주위에 형성되고, 상면에 반사 방지패턴이 구비된 뱅크와; 상기 제1 전극 위로 각 화소영역 별로 분리 형성된 유기 발광층과; 상기 유기 발광층 위로 상기 표시영역 전면에 형성된 제2 전극과; 상기 제2 전극을 포함한 기판 전면에 형성된 제1 패시베이션막과; 상기 표시영역 상의 제1 패시베이션막 상에 형성된 유기막과; 상기 유기막을 포함한 제1 패시베이션막 상에 형성된 제2 패시베이션막;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기전계 발광소자 제조방법은,다수의 화소영역을 포함하는 표시영역과 이의 외측으로 비표시영역이 정의된 기판을 제공하는 단계; 상기 기판상의 상기 각 화소영역에 스위칭 박막트랜지스터와 구동 박막트랜지스터를 형성하는 단계; 상기 스위칭 박막트랜지스터와 구동 박막트랜지스터를 포함한 기판상에 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 층간 절연막을 형성하는 단계; 상기 층간 절연막 상의 각 화소영역에 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결되는 제1 전극을 형성하는 단계; 상기 제1 전극을 포함한 기판의 각 화소영역 주위에 반사 방지패턴을 구비한 뱅크를 형성하는 단계; 상기 제1 전극 위로 각 화소영역 별로 유기 발광층을 형성하는 단계; 상기 유기 발광층 위로 상기 표시영역 전면에 제2 전극을 형성하는 단계; 상기 제2 전극을 포함한 기판 전면에 제1 패시베이션막을 형성하는 단계; 상기 표시영역 상의 제1 패시베이션막 상에 유기막을 형성하는 단계; 상기 유기막을 포함한 제1 패시베이션막 상에 제2 패시베이션막을 형성하는 단계; 및 상기 유기막을 포함한 제2 패시베이션막 상에 상기 기판과 마주하며 위치하는 보호필름을 접착하여 패널 상태를 이루도록 하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유기전계 발광소자 및 그 제조방법에 따르면, 뱅크의 상면에 다수의 오목패턴 또는 볼록 패턴들을 형성하여 뱅크 부분에서의 반사를 억제함으로써 유기전계 발광소자의 외광 반사율이 현저하게 감소되어 화질이 개선된다.
또한, 본 발명에 따른 유기전계 발광소자 및 그 제조방법에 따르면, 뱅크의 상면에 다수의 오목패턴 또는 볼록 패턴들을 형성하여 뱅크 부분에서의 반사를 억제할 수 있기 때문에, 기존에 외광 반사를 방지하기 위해 사용하였던 원편광판 (circular polarizer)을 생략할 수 있어 소비 전력을 기존에 비해 약 200% 정도까지 개선시킬 수 있고, 패널 비용(panel cost)도 절감시킬 수 있다.
또한, 블랙 뱅크를 사용하는 종래기술에서는 상부 발광(Top Emission)에서 캐비티 구조를 사용하지 못하지만, 본 발명에 따른 유기전계 발광소자 및 그 제조방법은 캐비티(cavity)를 사용할 수 있어 유기전계 발광소자의 발광 효율을 증가시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 액티브 매트릭스형 유기전계 발광소자의 하나의 화소영역에 대한 구성 회로도이다.
도 2는 종래기술에 따른 유기전계 발광소자의 개략적인 단면도이다.
도 3은 종래기술에 따른 유기전계 발광소자의 뱅크 부위를 확대 도시한 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기전계 발광소자의 유기발광층 및 뱅크 부위를 확대 도시한 개략적인 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기전계 발광소자의 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기전계 발광소자의 뱅크 부위를 확대 도시한 개략적인 단면도이다.
도 7a 내지 7g는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 공정 단면도들이다.
도 8a 내지 8d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기전계 발광소자의 뱅크 부위를 형성하는 공정 단면도들이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유기전계 발광소자의 개략적인 단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유기전계 발광소자의 뱅크 부위를 확대 도시한 개략적인 단면도이다.
도 11a 내지 11g는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 공정 단면도들이다.
도 12a 내지 12d는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유기전계 발광소자의 뱅크 부위를 형성하는 공정 단면도들이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 유기전계 발광소자에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 액티브 매트릭스 유기전계 발광소자의 유기발광층 및 뱅크 부위를 확대 도시한 개략적인 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 액티브 매트릭스 유기전계 발광소자의 개략적인 단면도이다.
본 발명에 따른 액티브 매트릭스 유기전계 발광소자는 발광된 빛의 투과 방향에 따라 상부 발광방식(top emission type)과 하부 발광방식(bottom emission type)으로 나뉘게 되는데, 이하 본 발명에서는 상부 발광방식을 일례로 설명하도록 하겠다.
도 4 및 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 액티브 매트릭스 유기전계 발광소자(100)는 구동 박막트랜지스터(DTr)와 유기전계 발광소자(E)가 형성된 기판 (101)이 보호필름(137)에 의해 인캡슐레이션(encapsulation)되어 있다.
본 발명에 따른 액티브 매트릭스 유기전계 발광소자(100)를 구체적으로 설명하면, 도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 플렉서블(flexible) 특성을 갖는 기판(101)에는 표시영역(AA)이 정의되어 있으며, 상기 표시영역(AA) 외측으로 비표시영역 (NA)이 정의되어 있으며, 상기 표시영역(AA)에는 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(미도시)에 의해 포획되는 영역으로 정의되는 다수의 화소영역(P)이 구비되어 있으며, 상기 데이터 배선(미도시)과 나란하게 전원배선(미도시)이 구비되어 있다.
여기서, 상기 플렉서블(Flexible)한 기판(101)은 플렉서블 유기전계 발광소자 (OLED)가 종이처럼 휘어져도 표시 성능을 그대로 유지할 수 있도록 유연한 특성을 갖는 플렉서블(flexible) 유리기판이나 플라스틱 재질로 이루어진다.
또한, 상기 기판(101) 상에는 절연물질 예를 들면 무기절연물질인 산화실리콘(SiO2) 또는 질화 실리콘(SiNx)으로 이루어진 버퍼층(미도시)이 형성되어 있다. 이때, 상기 버퍼층(미도시)을 후속 공정에서 형성되는 반도체층(103) 하부에 형성하는 이유는 상기 반도체층(103)의 결정화시에 상기 기판(101)의 내부로부터 나오는 알칼리 이온의 방출에 의한 상기 반도체층(103)의 특성 저하를 방지하기 위함이다.
또한, 상기 버퍼층(미도시) 상부의 표시영역(AA) 내의 각 화소영역(P)에는 상기 구동 영역(미도시) 및 스위칭 영역(미도시)에 대응하여 각각 순수 폴리실리콘으로 이루어지며, 그 중앙부는 채널을 이루는 제1 영역(103a) 그리고 상기 제1 영역 (103a) 양 측면으로 고농도의 불순물이 도핑된 제2 영역(103b, 103c)으로 구성된 반도체층(103)이 형성되어 있다.
상기 반도체층(103)을 포함한 버퍼층 상에는 게이트 절연막(105)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 절연막(105) 위로는 상기 구동 영역(미도시) 및 스위칭 영역(미도시)에 있어 상기 각 반도체층(103)의 제1 영역(103a)에 대응하여 게이트 전극 (107)이 형성되어 있다.
또한, 상기 게이트 절연막(105) 위로는 상기 스위칭 영역(미도시)에 형성된 게이트 전극(107)과 연결되며 일 방향으로 연장하며 게이트 배선(미도시)이 형성되어 있다. 이때, 상기 게이트 전극(107)과 게이트 배선(미도시)은 저저항 특성을 갖는 제1 금속물질, 예를 들어 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리 합금, 몰리브덴(Mo), 몰리티타늄(MoTi) 중 어느 하나로 이루어져 단일층 구조를 가질 수도 있으며, 또는 둘 이상의 상기 제1 금속물질로 이루어짐으로써 이중 층 또는 삼중 층 구조를 가질 수도 있다. 도면에 있어서는 상기 게이트 전극(107)과 게이트 배선(미도시)이 단일 층 구조를 갖는 것을 일례로 도시하였다.
한편, 상기 게이트 전극(107)과 게이트 배선(미도시)을 포함한 기판의 표시영역 전면에 절연물질, 예를 들어 무기절연물질인 산화실리콘(SiO2) 또는 질화 실리콘(SiNx)으로 이루어진 층간 절연막(109)이 형성되어 있다. 이때, 상기 층간 절연막(109)과 그 하부의 게이트 절연막(105)에는 상기 각 반도체층(103)의 제1 영역 (103a) 양 측면에 위치한 상기 제2 영역(103b, 103c) 각각을 노출시키는 반도체층 콘택홀(미도시)이 구비되어 있다.
상기 반도체층 콘택홀(미도시)을 포함하는 상기 층간 절연막(109) 상부에는 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하며, 상기 화소영역(P)을 정의하며 제2 금속 물질, 예를 들어 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리 합금, 몰리브덴(Mo), 몰리티타늄(MoTi), 크롬(Cr), 티타늄(Ti) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질로서 이루어진 데이터배선(미도시)과, 이와 이격하여 전원배선(미도시)이 형성되어 있다. 이때, 상기 전원배선(미도시)은 상기 게이트 배선(미도시)이 형성된 층, 즉 게이트 절연막(105) 상에 상기 게이트 배선(미도시)과 이격하며 나란히 형성될 수도 있다.
그리고, 상기 층간 절연막(109) 상의 각 구동영역(미도시) 및 스위칭 영역(미도시)에는 서로 이격하며 상기 반도체층 콘택홀(미도시)을 통해 노출된 상기 제2 영역(103b, 103c)과 각각 접촉하며 상기 데이터 배선(미도시)과 동일한 제2 금속물질로 이루어진 소스전극(113a) 및 드레인 전극(113b)이 형성되어 있다. 이때, 상기 구동영역(미도시)에 순차적으로 적층된 상기 반도체층(103)과 게이트 절연막(105) 및 게이트 전극(107)과 층간 절연막(109)과 서로 이격하며 형성된 상기 소스전극 (113a) 및 드레인 전극(113b)은 구동 박막트랜지스터(DTr)를 이룬다.
한편, 도면에 있어서는 상기 데이터배선(미도시)과 소스전극(113a) 및 드레인전극(113b)은 모두 단일 층 구조를 갖는 것을 일례로 나타내고 있지만, 이들 구성 요소는 이중 층 또는 삼중 층 구조를 이룰 수도 있다.
이때, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 동일한 적층 구조를 갖는 스위칭 박막트랜지스터(미도시) 또한 상기 스위칭 영역(미도시)에 형성되어 있다. 이때, 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 상기 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(113)과 전기적으로 연결되어 있다. 즉, 상기 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(미도시)은 각각 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 게이트 전극(미도시) 및 소스 전극(미도시)과 연결되어 있으며, 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 드레인 전극(미도시)은 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 게이트 전극(107)과 전기적으로 연결되어 있다.
한편, 본 발명에 따른 유기전계 발광소자용 기판(101)에 있어서는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr) 및 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 폴리실리콘의 반도체층 (103)을 가지며, 탑 게이트 타입(Top gate type)으로 구성된 것을 일례로 나타내고 있지만, 상기 구동 스위칭 박막트랜지스터(DTr) 및 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 비정질 실리콘의 반도체층을 갖는 바텀 게이트 타입(Bottom gate type)으로 구성될 수 있음은 자명하다.
상기 구동 박막트랜지스터(DTr) 및 스위칭 박막트랜지스터(미도시; STr)가 바텀 게이트 타입으로 구성되는 경우, 그 적층 구조는 게이트 전극/ 게이트층간 절연막/ 순수 비정질 실리콘의 액티브층과 서로 이격하며 불순물 비정질 실리콘의 오믹 콘택층으로 이루어진 반도체층과/ 서로 이격하는 소스전극 및 드레인 전극으로 이루어지게 된다. 이때, 게이트 배선은 상기 게이트 전극이 형성된 층에 상기 스위칭 박막트랜지스터의 게이트 전극과 연결되도록 형성되며, 상기 데이터 배선은 상기 스위칭 박막트랜지스터의 소스전극이 형성된 층에 상기 소스 전극과 연결되도록 형성되는 것이 특징이다.
한편, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr) 및 스위칭 박막트랜지스터(미도시) 위로는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(113b)을 노출시키는 드레인 콘택홀(미도시)을 갖는 평탄화막(115)이 적층되어 있다. 이때, 상기 평탄화막(115)으로는 무기절연물질 또는 유기절연물질 중에서 선택하여 사용한다. 상기 무기절연물질로는 산화실리콘(SiO2) 또는 질화 실리콘(SiNx)이 사용되며, 상기 유기절연물질로는 감광성 아크릴(Acryl), 감광성 폴리 이미드(Poly-Imide), 감광성 노볼락 (Novolac) 등이 사용된다.
또한, 상기 평탄화막(115) 위로는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(113b)과 상기 드레인 콘택홀(미도시)을 통해 접촉되며, 각 화소영역(P) 별로 분리된 형태를 가지는 반사특성의 제1 전극(121)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제1 전극(121)으로는 ITO/Ag 합금/ITO의 3층 적층 구조 또는 기타 다른 금속물질들의 적층 구조를 사용할 수 있다. 한편, 상기 제1 전극(121)으로는 상기 적층 구조 이외에, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리 합금, 몰리브덴(Mo), 몰리티타늄 (MoTi), 크롬(Cr), 티타늄(Ti) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질로 구성할 수도 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기전계 발광소자의 뱅크 부위를 확대 도시한 개략적인 단면도이다.
도 6을 참조하면, 상기 제1 전극(121) 위로는 각 화소영역(P)의 경계인 표시영역(NA)에는 흑색(black) 특성을 갖는 뱅크(123)가 형성되어 있으며, 상기 뱅크 (123)의 상면에는 다수의 반사 방지패턴(123a)들이 형성되어 있다. 이때, 상기 흑색 특성을 갖는 뱅크(123)는, 감광성 (photo sensitivity)을 갖는 포토레지스트 (photo resist)에 카본 블랙(Carbon Black) 등의 안료를 분산하는 안료 분산 포토 레지스트(Pigment Dispersed Photo Resist), 염료 분산 포토 레지스트 또는 염색 포토 레지스트로 형성할 수 있다. 이러한 감광성을 갖는 포토 레지스트는, 아크릴 (Acryl), 에폭시(Epoxy), 폴리이미드(Poly-Imide), 노블락(Novolac) 등에 수지 (Resin)를 사용할 수 있다.
이때, 상기 뱅크(123)의 두께는 뱅크 패터닝 및 엠보싱 (Emboss) 특성, 화소내의 유기전계 발광소자(OLED)의 두께 균일도 (uniformity) 등에 영향을 주며, 뱅크에 투과율이 패널의 반사율, 뱅크 자체의 패터닝 특성에 영향을 많이 준다. 따라서, 상기 뱅크(123)의 두께는 0.5 ∼ 2.0 μm의 범위, 또는 투과율이 10% ∼ 0.1 % 의 범위 내에서 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 반사 방지패턴(123a)들은 서로 이격되어 있으면서, 일정 높이만큼 돌출된 볼록한(convex) 형태로 구성되어 있다.
그리고, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 반사 방지패턴(123a)들의 표면 거칠기(roughness)는 0.2 ∼ 2.0 μm, 바람직하게는 0.4 ∼ 1.0 μm 의 범위인 표면 상태를 유지하게 되면, 뱅크(123)에서의 반사광(150)의 표면 반사율이 반사 방지패턴 (123a)을 형성하기 전 대비 약 20 ∼ 60% 정도 감소하며, 상기 뱅크(123) 상부에 반투과 캐소드 전극인 제2 전극(127)을 형성하더라도, 외광(140)의 반사를 충분히 막을 수 있다. 이때, 상기 거칠기(roughness)는, 이러한 Rms로 정의한다. 거칠기 Rms의 정의는, 물질 표면의 어느 부분의 높이의 2승 평방근으로 정의된 것이다.
더욱이, 상기 뱅크(123)는 각 화소영역(P)을 둘러싸는 형태로 상기 제1 전극 (121)의 테두리와 중첩되도록 형성되어 있으며, 표시영역(AA) 전체적으로는 다수의 개구부를 갖는 격자 형태를 이루고 있다.
한편, 도 4를 참조하면, 상기 뱅크(123, 123a)로 둘러싸인 각 화소영역(P) 내의 상기 제1 전극(121) 위로는 각각 적, 녹 및 청색을 발광하는 유기발광 패턴 (125a, 125b, 125c)으로 구성된 유기 발광층(125)이 형성되어 있다. 상기 유기 발광층(125)은 유기 발광물질로 이루어진 단일층으로 구성될 수도 있으며, 또는 도면에 나타나지 않았지만 발광 효율을 높이기 위해 정공주입층(hole injection layer), 정공수송층(hole transporting layer), 발광 물질층(emitting material layer), 전자 수송층 (electron transporting layer) 및 전자 주입층(electron injection layer)의 다중층으로 구성될 수도 있다.
또한, 상기 유기 발광층(125)과 상기 뱅크(123)의 상부에는 상기 표시영역 (AA) 전면에 반 투과 특성의 제2 전극(127)이 형성되어 있다. 이때, 상기 반투과 특성의 제2 전극(127)으로는 MgAg 또는 기타 반투과 특성을 갖는 금속물질들 중에서 어느 하나를 선택하여 사용한다.
이렇게 하여, 상기 제1 전극 (121)과 제2 전극(127) 및 이들 두 전극(121, 127) 사이에 개재된 유기 발광층 (125)은 유기전계 발광 다이오드(E)를 이룬다.
따라서, 상기 유기전계 발광 다이오드(E)는 선택된 색 신호에 따라 제1 전극 (121)과 제2 전극(127)으로 소정의 전압이 인가되면, 제1 전극(121)으로부터 주입된 정공과 제2 전극(127)으로부터 제공된 전자가 유기발광층(125)으로 수송되어 엑시톤(exciton)을 이루고, 이러한 엑시톤이 여기 상태에서 기저 상태로 천이 될 때 빛이 발생되어 가시광선 형태로 방출된다. 이때, 발광된 빛은 투명한 제2 전극 (127)을 통과하여 외부로 나가게 되므로, 유기전계 발광소자는 임의의 화상을 구현하게 된다.
한편, 상기 제2 전극(127)을 포함한 기판 전면에는 절연물질, 특히 무기절연물질인 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 제1 패시베이션막 (129)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제2 전극(127) 만으로는 상기 유기발광층(125)으로의 수분 침투를 완전히 억제할 수 없기 때문에, 상기 제2 전극(127) 위로 상기 제1 보호층(129)을 형성함으로써 상기 유기발광층(125)으로의 수분 침투를 완전히 억제할 수 있게 된다.
또한, 상기 제1 패시베이션막(129) 상의 표시영역(AA)에는 폴리머(polymer)와 같은 고분자 유기 물질로 이루어진 유기막(131)이 형성되어 있다. 이때, 상기 유기막(131)을 구성하는 고분자 박막으로는 올레핀계 고분자(polyethylene, polypropylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 에폭시 수지(epoxy resin), 플루오르 수지(fluoro resin), 폴리실록산(polysiloxane) 등이 사용될 수 있다.
그리고, 상기 유기막(131)을 포함한 기판 전면에는 상기 유기막(131)을 통해 수분이 침투되는 것을 차단하기 위해 절연물질, 예를 들어 무기절연물질인 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 제2 패시베이션막(133)이 추가로 형성되어 있다.
상기 제2 패시베이션막(133)을 포함한 기판 전면에는 상기 유기발광 다이오드(E)의 인캡슐레이션을 위해 보호 필름(137)이 대향하여 위치하게 되는데, 상기 기판(101)과 보호 필름(137) 사이에는 투명하며 접착 특성을 갖는 프릿(frit), 유기절연물질, 고분자 물질 중 어느 하나로 이루어진 점착제(135)가 공기층 없이 상기 기판(101) 및 보호 필름(Barrier film) (137)과 완전 밀착되어 개재되어 있다. 이때, 본 발명에서는 상기 점착제(미도시)로는 PSA(Press Sensitive Adhesive)를 이용하는 경우를 일례로 들어 설명한다.
이렇게 점착제(135)에 의해 상기 기판(101)과 보호필름(Barrier film) (137)이 고정되어 패널 상태를 이룸으로써 본 발명에 따른 유기전계 발광소자가 구성된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 액티브 매트릭스 유기전계 발광소자에 따르면, 뱅크의 상면에 다수의 볼록패턴들을 형성하여 이 볼록패턴들을 통해 뱅크 부분에서의 반사를 억제함으로써 유기전계 발광소자의 외광 반사율이 현저하게 감소되어 화질을 개선시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 액티브 매트릭스 유기전계 발광소자에 따르면, 뱅크의 상면에 다수의 볼록패턴들을 형성하여 이 볼록패턴들을 통해 뱅크 부분에서의 반사를 억제할 수 있기 때문에, 기존에 외광 반사를 방지하기 위해 사용하였던 원편광판(circular polarizer)을 생략할 수 있어 소비 전력을 기존에 비해 약 200% 정도까지 개선시킬 수 있고, 패널 비용(pannel cost)도 절감시킬 수 있다.
또한, 블랙 뱅크를 사용하는 종래기술에서는 상부 발광(Top Emission)에서 캐비티 구조를 사용하지 못하지만, 본 발명에 따른 액티브 매트릭스 유기전계 발광소자는 캐비티(cavity)를 사용할 수 있어 유기전계 발광소자의 발광 효율을 증가시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 액티브 매트릭스 유기전계 발광소자 제조방법에 대해 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 7a 내지 7g는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 공정 단면도들이다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 표시영역(AA)과, 상기 표시영역(AA) 외측으로 비표시영역(NA)이 정의된 플렉서블(flexible) 특성을 갖는 기판(101)을 준비한다. 이때, 상기 플렉서블(Flexible) 기판(101)은 플렉서블 유기전계 발광소자(OLED)가 종이처럼 휘어져도 표시 성능을 그대로 유지할 수 있도록 유연한 특성을 갖는 플렉서블(flexible) 유리기판이나 플라스틱 재질로 이루어진다.
그 다음, 상기 기판(101) 상에 절연물질 예를 들면 무기절연물질인 산화실리콘(SiO2) 또는 질화 실리콘(SiNx)으로 이루어진 버퍼층(미도시)을 형성한다. 이때, 상기 버퍼층(미도시)을 후속 공정에서 형성되는 반도체층(103) 하부에 형성하는 이유는 상기 반도체층(103)의 결정화시에 상기 기판(101)의 내부로부터 나오는 알칼리 이온의 방출에 의한 상기 반도체층(103)의 특성 저하를 방지하기 위함이다.
이어서, 상기 버퍼층(미도시) 상부의 표시영역(AA) 내의 각 화소영역(P)에 상기 구동 영역(미도시) 및 스위칭 영역(미도시)에 대응하여 각각 순수 폴리실리콘으로 이루어지며, 그 중앙부는 채널을 이루는 제1 영역(103a) 그리고 상기 제1 영역(103a) 양 측면으로 고농도의 불순물이 도핑된 제2 영역(103b, 103c)으로 구성된 반도체층(103)을 형성한다.
이어서, 상기 반도체층(103)을 포함한 버퍼층 상에 게이트 절연막(105)을 형성하고, 상기 게이트 절연막(105) 상에 상기 구동 영역(미도시) 및 스위칭 영역(미도시)에 있어 상기 각 반도체층(103)의 제1 영역(103a)에 대응하여 게이트 전극 (107)을 형성한다.
이때, 상기 게이트 절연막(105) 위로는 상기 스위칭 영역(미도시)에 형성된 게이트 전극(107)과 연결되며 일 방향으로 연장된 게이트 배선(미도시)이 형성된다. 이때, 상기 게이트 전극(107)과 상기 게이트 배선(미도시)은 저저항 특성을 갖는 제1 금속물질, 예를 들어 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리 (Cu), 구리 합금, 몰리브덴(Mo), 몰리티타늄(MoTi) 중 어느 하나로 이루어져 단일층 구조를 가질 수도 있으며, 또는 둘 이상의 상기 제1 금속물질로 이루어짐으로써 이중층 또는 삼중층 구조를 가질 수도 있다. 도면에 있어서는 상기 게이트전극 (107)과 게이트 배선(미도시)이 단일 층 구조를 갖는 것을 일례로 도시하였다.
그 다음, 도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 전극(107)과 게이트 배선(미도시) 위로 표시영역 전면에 절연물질, 예를 들어 무기절연물질인 산화실리콘 (SiO2) 또는 질화 실리콘(SiNx)으로 이루어진 층간 절연막(109)을 형성한다.
이어서, 상기 층간 절연막(109)과 그 하부의 게이트 절연막(105)을 선택적으로 패터닝하여, 상기 각 반도체층의 제1 영역(103a) 양 측면에 위치한 상기 제2 영역 (103b, 103c) 각각을 노출시키는 반도체층 콘택홀(미도시)을 형성한다.
그 다음, 상기 반도체층 콘택홀(미도시)을 포함하는 상기 층간 절연막(109) 상부에 게이트 배선(미도시)과 교차하며, 상기 화소영역(P)을 정의하며 제2 금속물질층(미도시)을 형성한다. 이때, 상기 제2 금속물질층(미도시)은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리 합금, 몰리브덴(Mo), 몰리티타늄(MoTi), 크롬 (Cr), 티타늄(Ti) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질로서 이루어진다.
이어서, 상기 제2 금속물질층(미도시)을 선택적으로 패터닝하여, 게이트 배선(미도시)과 교차하며, 상기 화소영역(P)을 정의하는 데이터배선(미도시)과, 이와 이격하여 전원배선(미도시)을 형성한다. 이때, 상기 전원배선(미도시)은 상기 게이트 배선(미도시)이 형성된 층, 즉 게이트 절연막 상에 상기 게이트 배선(미도시)과 이격하며 나란히 형성될 수도 있다.
그리고, 상기 데이터 배선(미도시) 형성시에, 상기 층간 절연막(109) 위로 상기 각 구동영역(미도시) 및 스위칭 영역(미도시)에 서로 이격하며 상기 반도체층 콘택홀(미도시)을 통해 노출된 상기 제2 영역(103b, 103c)과 각각 접촉하며 상기 데이터 배선(미도시)과 동일한 제2 금속물질로 이루어진 소스전극(113a) 및 드레인전극(113b)을 동시에 형성한다. 이때, 상기 구동영역(미도시)에 순차적으로 적층된 상기 반도체층과 게이트 절연막 및 게이트 전극(107)과 층간 절연막(109)과 서로 이격하며 형성된 상기 소스전극(113a) 및 드레인 전극(113b)은 구동 박막트랜지스터(미도시; DTr)를 이룬다.
한편, 도면에 있어서는 상기 데이터배선(미도시)과 소스전극(113a) 및 드레인전극(113b)은 모두 단일 층 구조를 갖는 것을 일례로 나타내고 있지만, 이들 구성 요소는 이중 층 또는 삼중 층 구조를 이룰 수도 있다.
이때, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 동일한 적층 구조를 갖는 스위칭 박막트랜지스터(미도시) 또한 상기 스위칭 영역(미도시)에 형성되어 있다. 이때, 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 상기 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(113)과 전기적으로 연결되어 있다. 즉, 상기 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(미도시)은 각각 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 게이트 전극(미도시) 및 소스 전극(미도시)과 연결되어 있으며, 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 드레인 전극(미도시)은 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 게이트 전극(107)과 전기적으로 연결되어 있다.
한편, 본 발명에 따른 유기전계 발광소자용 기판(101)에 있어서는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr) 및 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 폴리실리콘의 반도체층 (103)을 가지며, 탑 게이트 타입(Top gate type)으로 구성된 것을 일례로 나타내고 있지만, 상기 구동 스위칭 박막트랜지스터(DTr) 및 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 비정질 실리콘의 반도체층을 갖는 바텀 게이트 타입 (Bottom gate type)으로 구성될 수 있음은 자명하다.
상기 구동 박막트랜지스터(미도시; DTr) 및 스위칭 박막트랜지스터(미도시; STr)가 바텀 게이트 타입으로 구성되는 경우, 그 적층 구조는 게이트 전극/ 게이트층간 절연막/ 순수 비정질 실리콘의 액티브층과 서로 이격하며 불순물 비정질 실리콘의 오믹 콘택층으로 이루어진 반도체층과 서로 이격하는 소스전극 및 드레인 전극으로 이루어지게 된다. 이때, 게이트 배선은 상기 게이트 전극이 형성된 층에 상기 스위칭 박막트랜지스터의 게이트 전극과 연결되도록 형성되며, 상기 데이터 배선은 상기 스위칭 박막트랜지스터의 소스전극이 형성된 층에 상기 소스 전극과 연결되도록 형성된다.
그 다음, 도 7c에 도시된 바와 같이, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr) 및 스위칭 박막트랜지스터(미도시) 상에 평탄화막(115)을 형성한다. 이때, 상기 평탄화막(115)으로는 무기절연물질 또는 유기절연물질 중에서 선택하여 사용한다. 상기 무기절연물질로는 산화실리콘(SiO2) 또는 질화 실리콘(SiNx)이 사용되며, 상기 유기절연물질로는 감광성 아크릴(Acryl), 감광성 폴리 이미드(Poly-Imide), 감광성 노볼락 (Novolac) 등이 사용된다.
이어서, 상기 평탄화막(115))을 선택적으로 패터닝하여, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(113c)을 노출시키는 드레인 콘택홀(미도시)을 형성한다.
그 다음, 도면에는 도시하지 않았지만, 층간 절연막(115) 상에 제3 금속물질층(미도시)을 증착한 후, 이 제3 금속물질층(미도시)을 선택적으로 패터닝하여 상기 드레인 콘택홀(미도시)을 통해 상기 구동 박막 트랜지스터(DTr)의 드레인 전극 (113c)과 접촉되며, 각 화소영역(P) 별로 분리된 형태를 가지는 반사 특성의 제1 전극(121)을 형성한다. 이때, 상기 제3 금속물질층(미도시)로는 ITO/Ag 합금/ITO의 3층 적층 구조 또는 기타 다른 금속물질들의 적층 구조를 사용할 수 있다. 한편, 상기 제3 금속물질층(미도시)로는 상기 금속물질들 이외에, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금 (AlNd), 구리(Cu), 구리 합금, 몰리브덴(Mo), 몰리티타늄(MoTi), 크롬 (Cr), 티타늄 (Ti) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질로서 이루어진다. 이때, 상기 제1 전극(121)은 애노드 전극(Anode electrode)으로 사용된다.
이어서, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 제1 전극(121) 상에 각 화소영역 (P)의 경계부에 흑색(black) 특성을 갖는 뱅크(123)를 형성하고, 그 상면에 다수의 반사 방지패턴(123a)을 형성한다.
이때, 상기 반사 방지패턴(123a)을 구비한 뱅크(123)를 형성하는 공정에 대해 도 8a 내지 8d를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 8a 내지 8d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기전계 발광소자의 뱅크 부위를 형성하는 공정 단면도들이다.
도 8a를 참조하면, 상기 제1 전극(121) 위로는 각 화소영역(P)의 경계인 표시영역(NA)에 흑색(black) 특성을 갖는 절연물질층(122)을 증착한다. 이때, 상기 절연물질층(122)의 흑색재료로는, 감광성 (photo sensitivity)을 갖는 포토레지스트 (photo resist)에 카본 블랙(Carbon Black) 등의 안료를 분산하는 안료 분산 포토 레지스트(Pigment Dispersed Photo Resist), 염료 분산 포토 레지스트 또는 염색 포토 레지스트로 형성할 수 있다. 이러한 감광성을 갖는 포토 레지스트는, 아크릴 (Acryl), 에폭시(Epoxy), 폴리이미드(Poly-Imide), 노블락(Novolac) 등에 수지 (Resin)를 사용할 수 있다. 여기서는 네거티브(Negative) 특성을 갖는 카본 블랙을 분산하는 아크릴(Acryl), 포토 레지스트(Carbon Dispersed photo resist)를 이용하여 절연물질층(122)을 형성하는 경우를 실 예로 들어 설명하기로 한다. 한편, 상기 절연물질층(122)은 네거티브 특성을 갖는 경우 이외에 포지티브 특성을 갖는 경우도 동일하게 적용할 수 있다.
그 다음, 도 8b를 참조하면, 회절 마스크인 하프톤 마스크(Half-Ton mask) (124)을 통해 상기 네거티브 특성의 절연물질층(122)에 자외선을 조사하여 노광시킨다. 이때, 상기 하프톤 마스크(124)는 석영기판에 광차단패턴(124a)과 반투과패턴(124b)이 적층된 구조로 구성되어 있다. 상기 광차단패턴(124a)과 그 위에 적층되는 반투과패턴(124b) 지역은 상기 노광후 현상 공정을 거쳐 제거되는 상기 절연물질층(122) 부분에 대응하며, 상기 반투과패턴(124b)만 형성된 지역은 상기 노광 공정시에 광의 일부가 투과되는 상기 절연물질층(122) 부분에 대응한다. 또한, 도면에 도시하지 않았지만, 상기 광차단패턴(124a)과 반투과패턴(124b)이 형성되지 않은 지역은 노광 공정시에 광이 100% 투과되어, 현상 공정 이후에 남게 되는 상기 절연물질층(122) 부분에 대응한다. 한편, 상기 노광 공정에 사용한 상기 하프톤 마스크(Half-Ton mask)(124) 대신에, 그레이톤 마스크(Gray-Ton mask) 또는 슬릿 마스크(slit mask)를 포함하는 회절 마스크 중에서 어느 하나를 선택하여 이용할 수 있다.
이어서, 도 8c를 참조하면, 상기 노광 공정 이후에 현상공정을 통해 상기 절연물질층(122) 중에서 광이 조사되지 않은 영역과 광의 일부가 조사된 영역을 제거하여, 뱅크(123)와 함께 그 상면에 볼록(convex) 형태인 다수의 반사 방지패턴 (123a)을 형성한다. 이때, 상기 절연물질층(122) 중에서, 광이 완전 투과된 지역은 반사 방지패턴(123a)으로 형성되며, 이들 사이의 뱅크(123) 부분, 즉 광의 일부가 조사된 지역은 일부 두께만큼만 제거된다. 이때, 상기 뱅크(123)는 각 화소영역(P)을 둘러싸는 형태로 상기 제1 전극(121)의 테두리와 중첩되도록 형성되어 있으며, 표시영역(AA) 전체적으로는 다수의 개구부를 갖는 격자 형태를 이루고 있다.
이때, 상기 뱅크(123)의 두께는 뱅크 패터닝 및 엠보싱(Emboss) 특성, 화소내의 유기전계 발광소자(OLED)의 두께 균일도(uniformity) 등에 영향을 주며, 뱅크에 투과율이 패널의 반사율, 뱅크 자체의 패터닝 특성에 영향을 많이 준다. 따라서, 상기 뱅크(123)의 두께는 0.5 ∼ 2.0 μm의 범위, 또는 투과율이 10% ∼ 0.1 % 의 범위 내에서 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 반사 방지패턴(123a)들은 서로 이격되어 있으면서, 일정 높이만큼 돌출된 볼록한(convex) 형태로 구성되어 있다.
그리고, 상기 반사 방지패턴(123a)들의 표면 거칠기(roughness)는 0.2 ∼ 2.0 μm, 바람직하게는 0.4 ∼ 1.0 μm 의 범위인 표면 상태를 유지하게 되면, 뱅크(123)에서의 반사광(150)의 표면 반사율이 반사 방지패턴(123a)을 형성하기 전 대비 약 20 ∼ 60% 정도 감소하며, 상기 뱅크(123) 상부에 반투과 캐소드 전극인 제2 전극(127)을 형성하더라도, 외광(140)의 반사를 충분히 막을 수 있다.
이어서, 도 7d 및 도 8d에 도시된 바와 같이, 상기 뱅크(123)로 둘러싸인 각 화소영역(P) 내의 상기 제1 전극(121) 위에 각각 적, 녹 및 청색을 발광하는 유기발광 패턴(미도시; 도 4의 125a, 125b, 125c 참조)으로 구성된 유기 발광층(125)을 형성한다. 이때, 상기 유기 발광층(125)은 유기 발광물질로 이루어진 단일층으로 구성될 수도 있으며, 또는 도면에 나타나지 않았지만 발광 효율을 높이기 위해 정공주입층(hole injection layer), 정공수송층(hole transporting layer), 발광 물질층(emitting material layer), 전자 수송층 (electron transporting layer) 및 전자 주입층(electron injection layer)의 다중층으로 구성될 수도 있다.
그 다음, 상기 유기 발광층(125)과 상기 뱅크(123)의 상부를 포함한 상기 표시영역(AA) 전면에 반 투과 특성을 갖는 제2 전극(127)을 형성한다. 이때, 상기 반투과 특성의 제2 전극(127)으로는 MgAg 또는 기타 반투과 특성을 갖는 금속물질들 중에서 어느 하나를 선택하여 사용한다.
이렇게 하여, 상기 제1 전극 (121)과 제2 전극(127) 및 이들 두 전극(121, 127) 사이에 개재된 유기 발광층 (125)은 유기전계 발광 다이오드(E)를 이룬다.
따라서, 이러한 유기전계 발광 다이오드(E)는 선택된 색 신호에 따라 제1 전극(121)과 제2 전극(127)으로 소정의 전압이 인가되면, 제1 전극(121)으로부터 주입된 정공과 제2 전극(127)으로부터 제공된 전자가 유기발광층(125)으로 수송되어 엑시톤(exciton)을 이루고, 이러한 엑시톤이 여기 상태에서 기저 상태로 천이 될 때 빛이 발생되어 가시광선 형태로 방출된다. 이때, 발광된 빛은 투명한 제2 전극 (127)을 통과하여 외부로 나가게 되므로, 플렉서블 유기전계 발광소자는 임의의 화상을 구현하게 된다.
이어서, 도 7f에 도시된 바와 같이, 상기 제2 전극(127)을 포함한 기판 전면에는 절연물질, 특히 무기절연물질인 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 제1 패시베이션막(129)을 형성한다. 이때, 상기 제2 전극(127) 만으로는 상기 유기발광층(125)으로의 수분 침투를 완전히 억제할 수 없기 때문에, 상기 제2 전극(127) 위로 상기 제1 패시베이션막(129)을 형성함으로써 상기 유기발광층(125)으로의 수분 침투를 완전히 억제할 수 있게 된다.
그 다음, 도 7g에 도시된 바와 같이, 상기 제1 패시베이션막(129) 상의 표시영역(AA)에 스크린 인쇄(screen printing) 방법과 같은 도포 방법을 통해 폴리머 (polymer)와 같은 고분자 유기 물질로 이루어진 유기막(131)을 형성한다. 이때, 상기 유기막(131)을 구성하는 고분자 박막으로는 올레핀계 고분자 (polyethylene, polypropylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET), 에폭시 수지 (epoxy resin), 플루오르 수지(fluoro resin), 폴리실록산 (polysiloxane) 등이 사용될 수 있다.
이어서, 상기 유기막(131)을 포함한 기판 전면에 상기 유기막(131)을 통해 수분이 침투되는 것을 차단하기 위해 절연물질, 예를 들어 무기절연물질인 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 제2 패시베이션막(133)을 추가로 형성한다.
그 다음, 상기 제2 패시베이션막(133)을 포함한 기판 전면에 상기 유기발광 다이오드(E)의 인캡슐레이션을 위해 보호 필름(137)을 대향하여 위치시키게 되는데, 상기 기판(101)과 보호 필름(137) 사이에 투명하며 접착 특성을 갖는 프릿 (frit), 유기절연물질, 고분자 물질 중 어느 하나로 이루어진 점착제(135)를 개재하여, 공기층 없이 상기 기판(101) 및 보호 필름(137)이 완전 밀착되도록 한다. 이때, 본 발명에서는 상기 점착제(135)로는 PSA(Press Sensitive Adhesive)를 이용하는 경우를 일례로 들어 설명한다.
이렇게 점착제(135)에 의해 상기 기판(101)과 보호필름(barrier film) (137)이 고정되어 패널 상태를 이루도록 함으로써 본 발명에 따른 유기전계 발광소자 제조공정을 완료한다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 액티브 매트릭스 유기전계 발광소자 제조방법에 따르면, 뱅크의 상면에 다수의 볼록 패턴들을 형성하여 뱅크 부분에서의 반사를 억제함으로써 유기전계 발광소자의 외광 반사율이 현저하게 감소되어 화질이 개선된다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 액티브 매트릭스 유기전계 발광소자 제조방법에 따르면, 뱅크의 상면에 다수의 볼록 패턴들을 형성하여 뱅크 부분에서의 반사를 억제할 수 있기 때문에, 기존에 외광 반사를 방지하기 위해 사용하였던 원편광판 (circular polarizer)을 생략할 수 있어 소비 전력을 기존에 비해 약 200% 정도까지 개선시킬 수 있고, 패널 비용(pannel cost)도 절감시킬 수 있다.
또한, 블랙 뱅크를 사용하는 종래기술에서는 상부 발광(Top Emission)에서 캐비티 구조를 사용하지 못하지만, 본 발명에 따른 플렉서블 유기전계 발광소자 제조방법은 캐비티(cavity)를 사용할 수 있어 유기전계 발광소자의 발광 효율을 증가시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유기전계 발광소자에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 액티브 매트릭스 유기전계 발광소자의 개략적인 단면도이다.
본 발명에 따른 액티브 매트릭스 유기전계 발광소자는 발광된 빛의 투과 방향에 따라 상부 발광방식(top emission type)과 하부 발광방식(bottom emission type)으로 나뉘게 되는데, 이하 본 발명에서는 상부 발광방식을 일례로 설명하도록 하겠다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 액티브 매트릭스 유기전계 발광소자 (200)는 구동 박막트랜지스터(DTr)와 유기전계 발광소자(E)가 형성된 기판 (201)이 보호필름(237)에 의해 인캡슐레이션(encapsulation)되어 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 액티브 매트릭스 유기전계 발광소자(200)를 구체적으로 설명하면, 도 9에 도시된 바와 같이, 플렉서블(flexible) 특성을 갖는 기판 (201) 에는 표시영역(AA)이 정의되어 있으며, 상기 표시영역(AA) 외측으로 비표시영역(NA)이 정의되어 있으며, 상기 표시영역(AA)에는 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(미도시)에 의해 포획되는 영역으로 정의되는 다수의 화소영역(P)이 구비되어 있으며, 상기 데이터 배선(미도시)과 나란하게 전원배선(미도시)이 구비되어 있다.
여기서, 상기 플렉서블(Flexible)한 기판(201)은 유기전계 발광소자(OLED)가 종이처럼 휘어져도 표시 성능을 그대로 유지할 수 있도록 유연한 특성을 갖는 플렉서블(flexible) 유리기판이나 플라스틱 재질로 이루어진다.
또한, 상기 기판(201) 상에는 절연물질 예를 들면 무기절연물질인 산화실리콘(SiO2) 또는 질화 실리콘(SiNx)으로 이루어진 버퍼층(미도시)이 형성되어 있다. 이때, 상기 버퍼층(미도시)을 후속 공정에서 형성되는 반도체층(203) 하부에 형성하는 이유는 상기 반도체층(203)의 결정화시에 상기 기판(201)의 내부로부터 나오는 알칼리 이온의 방출에 의한 상기 반도체층(203)의 특성 저하를 방지하기 위함이다.
또한, 상기 버퍼층(미도시) 상부의 표시영역(AA) 내의 각 화소영역(P)에는 상기 구동 영역(미도시) 및 스위칭 영역(미도시)에 대응하여 각각 순수 폴리실리콘으로 이루어지며, 그 중앙부는 채널을 이루는 제1 영역(203a) 그리고 상기 제1 영역 (203a) 양 측면으로 고농도의 불순물이 도핑된 제2 영역(203b, 203c)으로 구성된 반도체층(203)이 형성되어 있다.
상기 반도체층(203)을 포함한 버퍼층 상에는 게이트 절연막(205)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 절연막(205) 위로는 상기 구동 영역(미도시) 및 스위칭 영역(미도시)에 있어 상기 각 반도체층(203)의 제1 영역(203a)에 대응하여 게이트 전극 (207)이 형성되어 있다.
또한, 상기 게이트 절연막(205) 위로는 상기 스위칭 영역(미도시)에 형성된 게이트 전극(207)과 연결되며 일 방향으로 연장하며 게이트 배선(미도시)이 형성되어 있다. 이때, 상기 게이트 전극(207)과 게이트 배선(미도시)은 저저항 특성을 갖는 제1 금속물질, 예를 들어 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리 합금, 몰리브덴(Mo), 몰리티타늄(MoTi) 중 어느 하나로 이루어져 단일층 구조를 가질 수도 있으며, 또는 둘 이상의 상기 제1 금속물질로 이루어짐으로써 이중 층 또는 삼중 층 구조를 가질 수도 있다. 도면에 있어서는 상기 게이트 전극(207)과 게이트 배선(미도시)이 단일 층 구조를 갖는 것을 일례로 도시하였다.
한편, 상기 게이트 전극(207)과 게이트 배선(미도시)을 포함한 기판의 표시영역 전면에 절연물질, 예를 들어 무기절연물질인 산화실리콘(SiO2) 또는 질화 실리콘(SiNx)으로 이루어진 층간 절연막(209)이 형성되어 있다. 이때, 상기 층간 절연막(209)과 그 하부의 게이트 절연막(205)에는 상기 각 반도체층(203)의 제1 영역 (203a) 양 측면에 위치한 상기 제2 영역(203b, 203c) 각각을 노출시키는 반도체층 콘택홀(미도시)이 구비되어 있다.
상기 반도체층 콘택홀(미도시)을 포함하는 상기 층간 절연막(209) 상부에는 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하며, 상기 화소영역(P)을 정의하며 제2 금속물질, 예를 들어 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리 합금, 몰리브덴(Mo), 몰리티타늄(MoTi), 크롬(Cr), 티타늄(Ti) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질로서 이루어진 데이터배선(미도시)과, 이와 이격하여 전원배선(미도시)이 형성되어 있다. 이때, 상기 전원배선(미도시)은 상기 게이트 배선(미도시)이 형성된 층, 즉 게이트 절연막(205) 상에 상기 게이트 배선(미도시)과 이격하며 나란히 형성될 수도 있다.
그리고, 상기 층간 절연막(209) 상의 각 구동영역(미도시) 및 스위칭 영역(미도시)에는 서로 이격하며 상기 반도체층 콘택홀(미도시)을 통해 노출된 상기 제2 영역(203b, 203c)과 각각 접촉하며 상기 데이터 배선(미도시)과 동일한 제2 금속물질로 이루어진 소스전극(213a) 및 드레인 전극(213b)이 형성되어 있다. 이때, 상기 구동영역(미도시)에 순차적으로 적층된 상기 반도체층(203)과 게이트 절연막(205) 및 게이트 전극(207)과 층간 절연막(209)과 서로 이격하며 형성된 상기 소스전극 (213a) 및 드레인 전극(213b)은 구동 박막트랜지스터(DTr)를 이룬다.
한편, 도면에 있어서는 상기 데이터배선(미도시)과 소스전극(213a) 및 드레인전극(213b)은 모두 단일 층 구조를 갖는 것을 일례로 나타내고 있지만, 이들 구성 요소는 이중 층 또는 삼중 층 구조를 이룰 수도 있다.
이때, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 동일한 적층 구조를 갖는 스위칭 박막트랜지스터(미도시) 또한 상기 스위칭 영역(미도시)에 형성되어 있다. 이때, 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 상기 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(213)과 전기적으로 연결되어 있다. 즉, 상기 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(미도시)은 각각 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 게이트 전극(미도시) 및 소스 전극(미도시)과 연결되어 있으며, 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 드레인 전극(미도시)은 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 게이트 전극(207)과 전기적으로 연결되어 있다.
한편, 본 발명에 따른 유기전계 발광소자용 기판(201)에 있어서는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr) 및 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 폴리실리콘의 반도체층 (203)을 가지며, 탑 게이트 타입(Top gate type)으로 구성된 것을 일례로 나타내고 있지만, 상기 구동 스위칭 박막트랜지스터(DTr) 및 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 비정질 실리콘의 반도체층을 갖는 바텀 게이트 타입(Bottom gate type)으로 구성될 수 있음은 자명하다.
상기 구동 박막트랜지스터(DTr) 및 스위칭 박막트랜지스터(미도시; STr)가 바텀 게이트 타입으로 구성되는 경우, 그 적층 구조는 게이트 전극/ 게이트층간 절연막/ 순수 비정질 실리콘의 액티브층과 서로 이격하며 불순물 비정질 실리콘의 오믹 콘택층으로 이루어진 반도체층과/ 서로 이격하는 소스전극 및 드레인 전극으로 이루어지게 된다. 이때, 게이트 배선은 상기 게이트 전극이 형성된 층에 상기 스위칭 박막트랜지스터의 게이트 전극과 연결되도록 형성되며, 상기 데이터 배선은 상기 스위칭 박막트랜지스터의 소스전극이 형성된 층에 상기 소스 전극과 연결되도록 형성되는 것이 특징이다.
한편, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr) 및 스위칭 박막트랜지스터(미도시) 위로는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(213b)을 노출시키는 드레인 콘택홀(미도시)을 갖는 평탄화막(215)이 적층되어 있다. 이때, 상기 평탄화막(215)으로는 무기절연물질 또는 유기절연물질 중에서 선택하여 사용한다. 상기 무기절연물질로는 산화실리콘(SiO2) 또는 질화 실리콘(SiNx)이 사용되며, 상기 유기절연물질로는 감광성 아크릴(Acryl), 감광성 폴리 이미드(Poly-Imide), 감광성 노볼락 (Novolac) 등이 사용된다.
또한, 상기 평탄화막(215) 위로는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(213c)과 상기 드레인 콘택홀(미도시)을 통해 접촉되며, 각 화소영역(P) 별로 분리된 형태를 가지는 반사특성의 제1 전극(221)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제1 전극(221)으로는 ITO/Ag 합금/ITO의 3층 적층 구조 또는 기타 다른 금속물질들의 적층 구조를 사용할 수 있다. 한편, 상기 제1 전극(221)으로는 상기 적층 구조 이외에, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리 합금, 몰리브덴(Mo), 몰리티타늄 (MoTi), 크롬(Cr), 티타늄(Ti) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질로 구성할 수도 있다.
한편, 도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유기전계 발광소자의 뱅크 부위를 확대 도시한 개략적인 단면도이다.
도 10을 참조하면, 상기 제1 전극(221) 위로는 각 화소영역(P)의 경계인 표시영역(NA)에는 흑색(black) 특성을 갖는 뱅크(123)가 형성되어 있으며, 상기 뱅크 (223)의 상면에는 다수의 반사 방지패턴(223a)들이 형성되어 있다. 이때, 상기 흑색 특성을 갖는 뱅크(223)는, 감광성 (photo sensitivity)을 갖는 포토레지스트 (photo resist)에 카본 블랙(Carbon Black) 등의 안료를 분산하는 안료 분산 포토 레지스트(Pigment Dispersed Photo Resist), 염료 분산 포토 레지스트 또는 염색 포토 레지스트로 형성할 수 있다. 이러한 감광성을 갖는 포토 레지스트는, 아크릴 (Acryl), 에폭시(Epoxy), 폴리이미드(Poly-Imide), 노블락(Novolac) 등에 수지 (Resin)를 사용할 수 있다.
이때, 상기 뱅크(223)의 두께는 뱅크 패터닝 및 엠보싱 (Emboss) 특성, 화소내의 유기전계 발광소자(OLED)의 두께 균일도 (uniformity) 등에 영향을 주며, 뱅크에 투과율이 패널의 반사율, 뱅크 자체의 패터닝 특성에 영향을 많이 준다. 따라서, 상기 뱅크(223)의 두께는 0.5 ∼ 2.0 μm의 범위, 또는 투과율이 10% ∼ 0.1 % 의 범위 내에서 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 반사 방지패턴(223a)들은 서로 이격되어 있으면서, 일정 깊이만큼 파인 오목한(concave) 형태로 구성되어 있다.
그리고, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 반사 방지패턴(223a)들의 표면 거칠기(roughness)는 0.2 ∼ 2.0 μm, 바람직하게는 0.4 ∼ 1.0 μm 의 범위인 표면 상태를 유지하게 되면, 뱅크(223)에서의 반사광(250)의 표면 반사율이 반사 방지패턴(223a)을 형성하기 전 대비 약 20 ∼ 60% 정도 감소하며, 상기 뱅크(223) 상부에 반투과 캐소드 전극인 제2 전극(227)을 형성하더라도, 외광(240)의 반사를 충분히 막을 수 있다.
이때, 상기 거칠기(roughness)는, 이러한 Rms로 정의한다. 거칠기 Rms의 정의는, 물질 표면의 어느 부분의 높이의 2승 평방근으로 정의된 것이다.
더욱이, 상기 뱅크(223)는 각 화소영역(P)을 둘러싸는 형태로 상기 제1 전극 (221)의 테두리와 중첩되도록 형성되어 있으며, 표시영역(AA) 전체적으로는 다수의 개구부를 갖는 격자 형태를 이루고 있다.
한편, 도 9를 참조하면, 상기 뱅크(223, 223a)로 둘러싸인 각 화소영역(P) 내의 상기 제1 전극(221) 위로는 각각 적, 녹 및 청색을 발광하는 유기발광 패턴 (미도시)으로 구성된 유기 발광층(225)이 형성되어 있다. 상기 유기 발광층(225)은 유기 발광물질로 이루어진 단일층으로 구성될 수도 있으며, 또는 도면에 나타나지 않았지만 발광 효율을 높이기 위해 정공주입층(hole injection layer), 정공수송층 (hole transporting layer), 발광 물질층(emitting material layer), 전자 수송층 (electron transporting layer) 및 전자 주입층(electron injection layer)의 다중층으로 구성될 수도 있다.
또한, 상기 유기 발광층(225)과 상기 뱅크(223)의 상부에는 상기 표시영역 (AA) 전면에 반 투과 특성의 제2 전극(227)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제1 전극 (221)과 제2 전극(227) 및 이들 두 전극(221, 227) 사이에 개재된 유기 발광층 (225)은 유기전계 발광 다이오드(E)를 이룬다. 이때, 상기 반투과 특성의 제2 전극 (227)으로는 MgAg 또는 기타 반투과 특성을 갖는 금속물질들 중에서 어느 하나를 선택하여 사용한다.
따라서, 상기 유기전계 발광 다이오드(E)는 선택된 색 신호에 따라 제1 전극 (221)과 제2 전극(227)으로 소정의 전압이 인가되면, 제1 전극(221)으로부터 주입된 정공과 제2 전극(227)으로부터 제공된 전자가 유기발광층(225)으로 수송되어 엑시톤(exciton)을 이루고, 이러한 엑시톤이 여기 상태에서 기저 상태로 천이 될 때 빛이 발생되어 가시광선 형태로 방출된다. 이때, 발광된 빛은 투명한 제2 전극 (227)을 통과하여 외부로 나가게 되므로, 플렉서블 유기전계 발광소자는 임의의 화상을 구현하게 된다.
한편, 상기 제2 전극(227)을 포함한 기판 전면에는 절연물질, 특히 무기절연물질인 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 제1 패시베이션막 (229)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제2 전극(227) 만으로는 상기 유기발광층(225)으로의 수분 침투를 완전히 억제할 수 없기 때문에, 상기 제2 전극(227) 위로 상기 제1 보호층(229)을 형성함으로써 상기 유기발광층(225)으로의 수분 침투를 완전히 억제할 수 있게 된다.
또한, 상기 제1 패시베이션막(229) 상의 표시영역(AA)에는 폴리머(polymer)와 같은 고분자 유기 물질로 이루어진 유기막(231)이 형성되어 있다. 이때, 상기 유기막(231)을 구성하는 고분자 박막으로는 올레핀계 고분자(polyethylene, polypropylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 에폭시 수지(epoxy resin), 플루오르 수지(fluoro resin), 폴리실록산(polysiloxane) 등이 사용될 수 있다.
그리고, 상기 유기막(231)을 포함한 기판 전면에는 상기 유기막(231)을 통해 수분이 침투되는 것을 차단하기 위해 절연물질, 예를 들어 무기절연물질인 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 제2 패시베이션막(233)이 추가로 형성되어 있다.
상기 제2 패시베이션막(233)을 포함한 기판 전면에는 상기 유기발광 다이오드(E)의 인캡슐레이션을 위해 보호 필름(237)이 대향하여 위치하게 되는데, 상기 기판(201)과 보호 필름(237) 사이에는 투명하며 접착 특성을 갖는 프릿(frit), 유기절연물질, 고분자 물질 중 어느 하나로 이루어진 점착제(235)가 공기층 없이 상기 기판(201) 및 보호 필름(Barrier film)(237)과 완전 밀착되어 개재되어 있다. 이때, 본 발명에서는 상기 점착제(미도시)로는 PSA(Press Sensitive Adhesive)를 이용하는 경우를 일례로 들어 설명한다.
이렇게 점착제(235)에 의해 상기 기판(201)과 보호필름(Barrier film) (237)이 고정되어 패널 상태를 이룸으로써 본 발명에 따른 유기전계 발광소자가 구성된다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 액티브 매트릭스 유기전계 발광소자에 따르면, 뱅크의 상면에 다수의 오목패턴들을 형성하여 이 볼록패턴들을 통해 뱅크 부분에서의 반사를 억제함으로써 유기전계 발광소자의 외광 반사율이 현저하게 감소되어 화질을 개선시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 액티브 매트릭스 유기전계 발광소자에 따르면, 뱅크의 상면에 다수의 오목패턴들을 형성하여 이 볼록패턴들을 통해 뱅크 부분에서의 반사를 억제할 수 있기 때문에, 기존에 외광 반사를 방지하기 위해 사용하였던 원편광판(circular polarizer)을 생략할 수 있어 소비 전력을 기존에 비해 약 200% 정도까지 개선시킬 수 있고, 패널 비용(pannel cost)도 절감시킬 수 있다.
또한, 블랙 뱅크를 사용하는 종래기술에서는 상부 발광(Top Emission)에서 캐비티 구조를 사용하지 못하지만, 본 발명에 따른 액티브 매트릭스 유기전계 발광소자는 캐비티(cavity)를 사용할 수 있어 유기전계 발광소자의 발광 효율을 증가시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 액티브 매트릭스 유기전계 발광소자 제조방법에 대해 도 11을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 11a 내지 11g는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 공정 단면도들이다.
도 11a에 도시된 바와 같이, 표시영역(AA)과, 상기 표시영역(AA) 외측으로 비표시영역(NA)이 정의된 플렉서블(flexible) 특성을 갖는 기판(201)을 준비한다. 이때, 상기 플렉서블(Flexible) 기판(201)은 플렉서블 유기전계 발광소자(OLED)가 종이처럼 휘어져도 표시 성능을 그대로 유지할 수 있도록 유연한 특성을 갖는 플렉서블(flexible) 유리기판이나 플라스틱 재질로 이루어진다.
그 다음, 상기 기판(201) 상에 절연물질 예를 들면 무기절연물질인 산화실리콘(SiO2) 또는 질화 실리콘(SiNx)으로 이루어진 버퍼층(미도시)을 형성한다. 이때, 상기 버퍼층(미도시)을 후속 공정에서 형성되는 반도체층(203) 하부에 형성하는 이유는 상기 반도체층(203)의 결정화시에 상기 기판(201)의 내부로부터 나오는 알칼리 이온의 방출에 의한 상기 반도체층(203)의 특성 저하를 방지하기 위함이다.
이어서, 상기 버퍼층(미도시) 상부의 표시영역(AA) 내의 각 화소영역(P)에 상기 구동 영역(미도시) 및 스위칭 영역(미도시)에 대응하여 각각 순수 폴리실리콘으로 이루어지며, 그 중앙부는 채널을 이루는 제1 영역(203a) 그리고 상기 제1 영역(203a) 양 측면으로 고농도의 불순물이 도핑된 제2 영역(203b, 203c)으로 구성된 반도체층(203)을 형성한다.
이어서, 상기 반도체층(203)을 포함한 버퍼층 상에 게이트 절연막(205)을 형성하고, 상기 게이트 절연막(205) 상에 상기 구동 영역(미도시) 및 스위칭 영역(미도시)에 있어 상기 각 반도체층(203)의 제1 영역(203a)에 대응하여 게이트 전극 (207)을 형성한다.
이때, 상기 게이트 절연막(205) 위로는 상기 스위칭 영역(미도시)에 형성된 게이트 전극(2207)과 연결되며 일 방향으로 연장된 게이트 배선(미도시)이 형성된다. 또한, 상기 게이트 전극(207)과 상기 게이트 배선(미도시)은 저저항 특성을 갖는 제1 금속물질, 예를 들어 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리 (Cu), 구리 합금, 몰리브덴(Mo), 몰리티타늄(MoTi) 중 어느 하나로 이루어져 단일층 구조를 가질 수도 있으며, 또는 둘 이상의 상기 제1 금속물질로 이루어짐으로써 이중층 또는 삼중층 구조를 가질 수도 있다. 도면에 있어서는 상기 게이트전극(207)과 게이트 배선(미도시)이 단일 층 구조를 갖는 것을 일례로 도시하였다.
그 다음, 도 11b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 전극(207)과 게이트 배선(미도시) 위로 표시영역 전면에 절연물질, 예를 들어 무기절연물질인 산화실리콘 (SiO2) 또는 질화 실리콘(SiNx)으로 이루어진 층간 절연막(209)을 형성한다.
이어서, 상기 층간 절연막(209)과 그 하부의 게이트 절연막(205)을 선택적으로 패터닝하여, 상기 각 반도체층의 제1 영역(203a) 양 측면에 위치한 상기 제2 영역 (203b, 203c) 각각을 노출시키는 반도체층 콘택홀(미도시)을 형성한다.
그 다음, 상기 반도체층 콘택홀(미도시)을 포함하는 상기 층간 절연막(209) 상부에 게이트 배선(미도시)과 교차하며, 상기 화소영역(P)을 정의하며 제2 금속물질층 (미도시)을 형성한다. 이때, 상기 제2 금속물질층(미도시)은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리 합금, 몰리브덴(Mo), 몰리티타늄(MoTi), 크롬(Cr), 티타늄(Ti) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질로서 이루어진다.
이어서, 상기 제2 금속물질층(미도시)을 선택적으로 패터닝하여, 게이트 배선(미도시)과 교차하며, 상기 화소영역(P)을 정의하는 데이터배선(미도시)과, 이와 이격하여 전원배선(미도시)을 형성한다. 이때, 상기 전원배선(미도시)은 상기 게이트 배선(미도시)이 형성된 층, 즉 게이트 절연막 상에 상기 게이트 배선(미도시)과 이격하며 나란히 형성될 수도 있다.
그리고, 상기 데이터 배선(미도시) 형성시에, 상기 층간 절연막(209) 위로 상기 각 구동영역(미도시) 및 스위칭 영역(미도시)에 서로 이격하며 상기 반도체층 콘택홀(미도시)을 통해 노출된 상기 제2 영역(203b, 203c)과 각각 접촉하며 상기 데이터 배선(미도시)과 동일한 제2 금속물질로 이루어진 소스전극(213a) 및 드레인전극(213b)을 동시에 형성한다. 이때, 상기 구동영역(미도시)에 순차적으로 적층된 상기 반도체층과 게이트 절연막 및 게이트 전극(207)과 층간 절연막(209)과 서로 이격하며 형성된 상기 소스전극(213a) 및 드레인 전극(213b)은 구동 박막트랜지스터(미도시; DTr)를 이룬다.
한편, 도면에 있어서는 상기 데이터배선(미도시)과 소스전극(213a) 및 드레인전극(213b)은 모두 단일 층 구조를 갖는 것을 일례로 나타내고 있지만, 이들 구성 요소는 이중 층 또는 삼중 층 구조를 이룰 수도 있다.
이때, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 동일한 적층 구조를 갖는 스위칭 박막트랜지스터(미도시) 또한 상기 스위칭 영역(미도시)에 형성되어 있다. 이때, 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 상기 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(113)과 전기적으로 연결되어 있다. 즉, 상기 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(미도시)은 각각 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 게이트 전극(미도시) 및 소스 전극(미도시)과 연결되어 있으며, 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 드레인 전극(미도시)은 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 게이트 전극(207)과 전기적으로 연결되어 있다.
한편, 본 발명에 따른 유기전계 발광소자용 기판(201)에 있어서는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr) 및 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 폴리실리콘의 반도체층 (203)을 가지며, 탑 게이트 타입(Top gate type)으로 구성된 것을 일례로 나타내고 있지만, 상기 구동 스위칭 박막트랜지스터(DTr) 및 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 비정질 실리콘의 반도체층을 갖는 바텀 게이트 타입 (Bottom gate type)으로 구성될 수 있음은 자명하다.
상기 구동 박막트랜지스터(미도시; DTr) 및 스위칭 박막트랜지스터(미도시; STr)가 바텀 게이트 타입으로 구성되는 경우, 그 적층 구조는 게이트 전극/ 게이트층간 절연막/ 순수 비정질 실리콘의 액티브층과 서로 이격하며 불순물 비정질 실리콘의 오믹 콘택층으로 이루어진 반도체층과 서로 이격하는 소스전극 및 드레인 전극으로 이루어지게 된다. 이때, 게이트 배선은 상기 게이트 전극이 형성된 층에 상기 스위칭 박막트랜지스터의 게이트 전극과 연결되도록 형성되며, 상기 데이터 배선은 상기 스위칭 박막트랜지스터의 소스전극이 형성된 층에 상기 소스 전극과 연결되도록 형성된다.
그 다음, 도 11c에 도시된 바와 같이, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr) 및 스위칭 박막트랜지스터(미도시) 상에 평탄화막(115)을 형성한다. 이때, 상기 평탄화막(215)으로는 무기절연물질 또는 유기절연물질 중에서 선택하여 사용한다. 상기 무기절연물질로는 산화실리콘(SiO2) 또는 질화 실리콘(SiNx)이 사용되며, 상기 유기절연물질로는 감광성 아크릴(Acryl), 감광성 폴리 이미드(Poly-Imide), 감광성 노볼락 (Novolac) 등이 사용된다.
이어서, 상기 평탄화막(215))을 선택적으로 패터닝하여, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(213c)을 노출시키는 드레인 콘택홀(미도시)을 형성한다.
그 다음, 도면에는 도시하지 않았지만, 층간 절연막(215) 상에 제3 금속물질층(미도시)을 증착한 후, 이 제3 금속물질층(미도시)을 선택적으로 패터닝하여 상기 드레인 콘택홀(미도시)을 통해 상기 구동 박막 트랜지스터(DTr)의 드레인 전극 (213c)과 접촉되며, 각 화소영역(P) 별로 분리된 형태를 가지는 반사 특성의 제1 전극(221)을 형성한다. 이때, 상기 제3 금속물질층(미도시)로는 ITO/Ag 합금/ITO의 3층 적층 구조 또는 기타 다른 금속물질들의 적층 구조를 사용할 수 있다. 한편, 상기 제3 금속물질층(미도시)로는 상기 금속물질들 이외에, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금 (AlNd), 구리(Cu), 구리 합금, 몰리브덴(Mo), 몰리티타늄(MoTi), 크롬 (Cr), 티타늄 (Ti) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질로서 이루어진다. 이때, 상기 제1 전극(221)은 애노드 전극(Anode electrode)으로 사용된다.
이어서, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 제1 전극(221) 상에 각 화소영역 (P)의 경계부에 흑색(black) 특성을 갖는 뱅크(223)를 형성하고, 그 상면에 다수의 반사 방지패턴(223a)을 형성한다.
이때, 상기 반사 방지패턴(223a)을 구비한 뱅크(223)를 형성하는 공정에 대해 도 12a 내지 12d를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 12a 내지 12d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기전계 발광소자의 뱅크 부위를 형성하는 공정 단면도들이다.
도 12a를 참조하면, 상기 제1 전극(221) 위로는 각 화소영역(P)의 경계인 표시영역(NA)에 흑색(black) 특성을 갖는 절연물질층(222)을 증착한다. 이때, 상기 절연물질층(222)의 흑색재료로는, 감광성 (photo sensitivity)을 갖는 포토레지스트 (photo resist)에 카본 블랙(Carbon Black) 등의 안료를 분산하는 안료 분산 포토 레지스트(Pigment Dispersed Photo Resist), 염료 분산 포토 레지스트 또는 염색 포토 레지스트로 형성할 수 있다. 이러한 감광성을 갖는 포토 레지스트는, 아크릴 (Acryl), 에폭시(Epoxy), 폴리이미드(Poly-Imide), 노블락(Novolac) 등에 수지 (Resin)를 사용할 수 있다. 여기서는 네거티브(Negative) 특성을 갖는 카본 블랙을 분산하는 아크릴(Acryl), 포토 레지스트(Carbon Dispersed photo resist)를 이용하여 절연물질층(222)을 형성하는 경우를 실 예로 들어 설명하기로 한다. 한편, 상기 절연물질층(222)은 네거티브 특성을 갖는 경우 이외에 포지티브 특성을 갖는 경우도 동일하게 적용할 수 있다.
그 다음, 도 12b를 참조하면, 회절 마스크인 하프톤 마스크(Half-Ton mask)(224)을 통해 상기 포지티브 특성의 절연물질층(222)에 자외선을 조사하여 노광시킨다. 이때, 상기 하프톤 마스크(224)는 석영기판에 광차단패턴(224a)와 반투과패턴(224b)이 적층된 구조로 구성되어 있다. 상기 광차단패턴(224a)과 그 위에 적층되는 반투과패턴(224b) 지역은 상기 노광후 현상 공정을 거쳐 남게 되는 상기 절연물질층(222) 부분에 대응하며, 상기 반투과패턴(224b)만 형성된 지역은 상기 노광 공정시에 광의 일부가 투과되어 현상 공정을 거쳐 남게 되는 상기 절연물질층 (222) 부분에 대응한다. 또한, 도면에 도시하지 않았지만, 상기 광차단패턴(224a)과 반투과패턴(224b)이 형성되지 않은 지역은 노광 공정시에 광이 100% 투과되어, 현상 공정 이후에 제거되는 상기 절연물질층(222) 부분에 대응한다. 한편, 상기 노광 공정에 사용한 상기 하프톤 마스크(Half-Ton mask)(224) 대신에, 그레이톤 마스크(Gray-Ton mask) 또는 슬릿 마스크(slit mask)를 포함하는 회절 마스크 중에서 어느 하나를 선택하여 이용할 수도 있다.
이어서, 도 12c를 참조하면, 상기 노광 공정 이후에 현상공정을 통해 상기 절연물질층(222) 중에서 광이 조사된 영역과 광의 일부가 조사된 영역을 제거하여, 뱅크(223)와 함께 그 상면에 오목(concave) 형태인 다수의 반사 방지패턴(223a)을 형성한다. 이때, 상기 절연물질층(222) 중에서, 광의 일부가 투과된 지역은 일부 두께가 제거되어 오목 형태의 반사 방지패턴(223a)으로 형성되며, 광이 전부 투과된 지역은 완전 제거된다. 이때, 상기 뱅크(223)는 각 화소영역(P)을 둘러싸는 형태로 상기 제1 전극(221)의 테두리와 중첩되도록 형성되어 있으며, 표시영역(AA) 전체적으로는 다수의 개구부를 갖는 격자 형태를 이루고 있다.
이때, 상기 뱅크(223)의 두께는 뱅크 패터닝 및 엠보싱(Emboss) 특성, 화소내의 유기전계 발광소자(OLED)의 두께 균일도(uniformity) 등에 영향을 주며, 뱅크에 투과율이 패널의 반사율, 뱅크 자체의 패터닝 특성에 영향을 많이 준다. 따라서, 상기 뱅크(223)의 두께는 0.5 ∼ 2.0 μm의 범위, 또는 투과율이 10% ∼ 0.1 % 의 범위 내에서 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 반사 방지패턴(223a)들은 서로 이격되어 있으면서, 일정 높이만큼 돌출된 오목한(concave) 형태로 구성되어 있다.
그리고, 상기 반사 방지패턴(223a)들의 표면 거칠기(roughness)는 0.2 ∼ 2.0 μm, 바람직하게는 0.4 ∼ 1.0 μm 의 범위인 표면 상태를 유지하게 되면, 뱅크(223)에서의 반사광(250)의 표면 반사율이 반사 방지패턴(223a)을 형성하기 전 대비 약 20 ∼ 60% 정도 감소하며, 상기 뱅크(223) 상부에 반투과 캐소드 전극인 제2 전극(227)을 형성하더라도, 외광(240)의 반사를 충분히 막을 수 있다.
이어서, 도 11d 및 도 12d에 도시된 바와 같이, 상기 뱅크(223)로 둘러싸인 각 화소영역(P) 내의 상기 제1 전극(221) 위에 각각 적, 녹 및 청색을 발광하는 유기발광 패턴(미도시)으로 구성된 유기 발광층(225)을 형성한다. 이때, 상기 유기 발광층(225)은 유기 발광물질로 이루어진 단일층으로 구성될 수도 있으며, 또는 도면에 나타나지 않았지만 발광 효율을 높이기 위해 정공주입층(hole injection layer), 정공수송층(hole transporting layer), 발광 물질층(emitting material layer), 전자 수송층 (electron transporting layer) 및 전자 주입층(electron injection layer)의 다중층으로 구성될 수도 있다.
그 다음, 상기 유기 발광층(225)과 상기 뱅크(223)의 상부를 포함한 상기 표시영역(AA) 전면에 반 투과 특성을 갖는 제2 전극(227)을 형성한다. 이때, 상기 반투과 특성의 제2 전극(227)으로는 MgAg 또는 기타 반투과 특성을 갖는 금속물질들 중에서 어느 하나를 선택하여 사용한다.
이렇게 하여, 상기 제1 전극(221)과 제2 전극(227) 및 이들 두 전극(221, 227) 사이에 개재된 유기 발광층(225)은 유기전계 발광 다이오드(E)를 이룬다.
따라서, 이러한 유기전계 발광 다이오드(E)는 선택된 색 신호에 따라 제1 전극(221)과 제2 전극(227)으로 소정의 전압이 인가되면, 제1 전극(221)으로부터 주입된 정공과 제2 전극(227)으로부터 제공된 전자가 유기발광층(225)으로 수송되어 엑시톤 (exciton)을 이루고, 이러한 엑시톤이 여기 상태에서 기저 상태로 천이 될 때 빛이 발생되어 가시광선 형태로 방출된다. 이때, 발광된 빛은 투명한 제2 전극 (227)을 통과하여 외부로 나가게 되므로, 플렉서블 유기전계 발광소자는 임의의 화상을 구현하게 된다.
이어서, 도 11f에 도시된 바와 같이, 상기 제2 전극(227)을 포함한 기판 전면에는 절연물질, 특히 무기절연물질인 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 제1 패시베이션막(229)을 형성한다. 이때, 상기 제2 전극(227) 만으로는 상기 유기발광층(225)으로의 수분 침투를 완전히 억제할 수 없기 때문에, 상기 제2 전극(227) 위로 상기 제1 패시베이션막(229)을 형성함으로써 상기 유기발광층 (225)으로의 수분 침투를 완전히 억제할 수 있게 된다.
그 다음, 도 11g에 도시된 바와 같이, 상기 제1 패시베이션막(229) 상의 표시영역(AA)에 스크린 인쇄(screen printing) 방법과 같은 도포 방법을 통해 폴리머 (polymer)와 같은 고분자 유기 물질로 이루어진 유기막(231)을 형성한다. 이때, 상기 유기막(231)을 구성하는 고분자 박막으로는 올레핀계 고분자 (polyethylene, polypropylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET), 에폭시 수지 (epoxy resin), 플루오르 수지(fluoro resin), 폴리실록산 (polysiloxane) 등이 사용될 수 있다.
이어서, 상기 유기막(231)을 포함한 기판 전면에 상기 유기막(231)을 통해 수분이 침투되는 것을 차단하기 위해 절연물질, 예를 들어 무기절연물질인 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 제2 패시베이션막(233)을 추가로 형성한다.
그 다음, 상기 제2 패시베이션막(233)을 포함한 기판 전면에 상기 유기발광 다이오드(E)의 인캡슐레이션을 위해 보호 필름(237)을 대향하여 위치시키게 되는데, 상기 기판(201)과 보호 필름(237) 사이에 투명하며 접착 특성을 갖는 프릿 (frit), 유기절연물질, 고분자 물질 중 어느 하나로 이루어진 점착제(235)를 개재하여, 공기층 없이 상기 기판(201) 및 보호 필름(237)이 완전 밀착되도록 한다. 이때, 본 발명에서는 상기 점착제(235)로는 PSA(Press Sensitive Adhesive)를 이용하는 경우를 일례로 들어 설명한다.
이렇게 점착제(235)에 의해 상기 기판(201)과 보호필름(barrier film) (237)이 고정되어 패널 상태를 이루도록 함으로써 본 발명에 따른 유기전계 발광소자 제조공정을 완료한다.
따라서, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 액티브 매트릭스 유기전계 발광소자 제조방법에 따르면, 뱅크의 상면에 다수의 오목 패턴들을 형성하여 뱅크 부분에서의 반사를 억제함으로써 유기전계 발광소자의 외광 반사율이 현저하게 감소되어 화질이 개선된다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 액티브 매트릭스 유기전계 발광소자 제조방법에 따르면, 뱅크의 상면에 다수의 오목 패턴들을 형성하여 뱅크 부분에서의 반사를 억제할 수 있기 때문에, 기존에 외광 반사를 방지하기 위해 사용하였던 원편광판 (circular polarizer)을 생략할 수 있어 소비 전력을 기존에 비해 약 200% 정도까지 개선시킬 수 있고, 패널 비용(pannel cost)도 절감시킬 수 있다.
또한, 블랙 뱅크를 사용하는 종래기술에서는 상부 발광(Top Emission)에서 캐비티 구조를 사용하지 못하지만, 본 발명에 따른 액티브 매트릭스 유기전계 발광소자 제조방법은 캐비티(cavity)를 사용할 수 있어 유기전계 발광소자의 발광 효율을 증가시킬 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
101: 기판 103: 반도체층
103a: 제1 영역 103b, 103c: 제2 영역
105: 게이트 절연막 107: 게이트 전극
109: 층간 절연막 113a: 소스 전극
113b: 드레인 전극 115: 층간 절연막
121: 제1 전극 123: 뱅크
123a: 반사 방지패턴 125: 유기발광층
127: 제2 전극 129: 제1 패시베이션막
131: 유기막 133: 제2 패시베이션막
AA: 표시영역 NA: 비표시영역
P: 화소영역

Claims (13)

  1. 다수의 화소영역을 포함하는 표시영역과 이의 외측으로 비표시영역이 정의된 기판;
    상기 기판상의 상기 각 화소영역에 형성된 스위칭 박막트랜지스터와 구동 박막트랜지스터;
    상기 스위칭 박막트랜지스터와 구동 박막트랜지스터를 포함한 기판상에 형성되고, 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 평탄화막;
    상기 평탄화막 상의 각 화소영역에 형성되고, 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결된 제1 전극;
    상기 제1 전극을 포함한 기판의 각 화소영역 주위에 흑색 재질로 형성되고, 상면에 반사 방지패턴이 구비된 뱅크;
    상기 제1 전극 위로 각 화소영역 별로 분리 형성된 유기 발광층;
    상기 유기 발광층 위로 상기 표시영역 전면에 형성된 제2 전극;
    상기 제2 전극을 포함한 기판 전면에 형성된 제1 패시베이션막;
    상기 표시영역 상의 제1 패시베이션막 상에 형성된 유기막; 및
    상기 유기막을 포함한 제1 패시베이션막 상에 형성된 제2 패시베이션막을 포함하여 구성되고,
    상기 뱅크는 포토레지스트 및 상기 포토레지스트에 분산된 카본 블랙을 포함하고,
    상기 포토레지스트는 아크릴(Acryl), 에폭시(Epoxy), 폴리이미드(Poly-Imide) 및 노블락(Novolac) 중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 뱅크의 두께는 0.5 내지 2.0㎛이고,
    상기 뱅크의 상기 반사 방지패턴의 표면 거칠기(Rms)는 0.4 내지 1.0㎛인 상부 발광방식의 액티브 매트릭스 유기전계 발광소자.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 반사 방지패턴은 오목(concave) 형태 또는 볼록 (convex) 형태로 구성된 것을 포함하여 구성되는 액티브 매트릭스 유기전계 발광소자.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 기판은 플렉서블(flexible) 유리기판 또는 플라스틱 재질 중에서 선택된 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 유기전계 발광소자.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극은 반사전극이고, 상기 제2 전극은 반투과 전극인 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 유기전계 발광소자.
  7. 다수의 화소영역을 포함하는 표시영역과 이의 외측으로 비표시영역이 정의된 기판을 제공하는 단계;
    상기 기판상의 상기 각 화소영역에 스위칭 박막트랜지스터와 구동 박막트랜지스터를 형성하는 단계;
    상기 스위칭 박막트랜지스터와 구동 박막트랜지스터를 포함한 기판상에 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 평탄화막을 형성하는 단계;
    상기 평탄화막 상의 각 화소영역에 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결되는 제1 전극을 형성하는 단계;
    상기 제1 전극을 포함한 기판의 각 화소영역 주위에 흑색 재질로 형성되고, 반사 방지패턴을 구비한 뱅크를 형성하는 단계;
    상기 제1 전극 위로 각 화소영역 별로 유기 발광층을 형성하는 단계;
    상기 유기 발광층 위로 상기 표시영역 전면에 제2 전극을 형성하는 단계;
    상기 제2 전극을 포함한 기판 전면에 제1 패시베이션막을 형성하는 단계;
    상기 표시영역 상의 제1 패시베이션막 상에 유기막을 형성하는 단계;
    상기 유기막을 포함한 제1 패시베이션막 상에 제2 패시베이션막을 형성하는 단계; 및
    상기 유기막을 포함한 제2 패시베이션막 상에 상기 기판과 마주하며 위치하는 보호필름을 접착하여 패널 상태를 이루도록 하는 단계;를 포함하여 구성되고,
    상기 뱅크는 포토레지스트 및 상기 포토레지스트에 분산된 카본 블랙을 포함하고,
    상기 포토레지스트는 아크릴(Acryl), 에폭시(Epoxy), 폴리이미드(Poly-Imide) 및 노블락(Novolac) 중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 뱅크의 두께는 0.5 내지 2.0㎛이고,
    상기 뱅크의 상기 반사 방지패턴의 표면 거칠기(Rms)는 0.4 내지 1.0㎛인 상부 발광방식의 액티브 매트릭스 유기전계 발광소자 제조방법.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 반사 방지패턴은 오목(concave) 형태 또는 볼록 (convex) 형태로 구성된 것을 포함하여 구성되는 액티브 매트릭스 유기전계 발광소자 제조방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제7항에 있어서, 상기 뱅크를 형성하는 단계는, 회절 마스크인 하프톤 (Half-Ton) 마스크, 그레이톤(Gray-Ton) 마스크, 슬릿(Slit) 마스크 중에서 어느 하나를 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 유기전계 발광소자 제조방법.
  12. 제7항에 있어서, 상기 제1 전극은 반사전극이고, 상기 제2 전극은 반투과 전극인 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 유기전계 발광소자 제조방법.
  13. 제7항에 있어서, 상기 기판은 플렉서블(flexible) 유리기판 또는 플라스틱 재질 중에서 선택된 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 유기전계 발광소자 제조방법.
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