KR102093628B1 - 유기전계 발광소자 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 3개의 부 화소영역을 구비한 화소영역이 다수 정의된 제 1 기판과; 상기 제 1 기판 상의 상기 각 부 화소영역 별로 형성된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극 위로 상기 각 화소영역 별로 패턴된 형태로 형성된 유기 발광층과; 상기 유기 발광층 위로 형성된 제 2 전극과; 상기 제 1 기판과 마주하는 제 2 기판과; 상기 제 2 기판 내측면에 상기 각 화소영역 내의 3개의 부 화소영역 중 어느 2개의 부 화소영역에 형성된 퀀텀도트층을 포함하는 유기전계 발광소자 및 이의 제조 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 유기전계 발광소자(Organic Electro luminescent Device)에 관한 것이며, 특히 고해상도를 갖는 대면적 고정세의 유기전계 발광소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
평판 디스플레이(FPD: Flat Panel Display)중 하나인 유기전계 발광소자는 높은 휘도와 낮은 동작 전압 특성을 갖는다. 또한 스스로 빛을 내는 자체발광형이기 때문에 명암대비(contrast ratio)가 크고, 초박형 디스플레이의 구현이 가능하며, 응답시간이 수 마이크로초(㎲) 정도로 동화상 구현이 쉽고, 시야각의 제한이 없으며 저온에서도 안정적이고, 직류 5V 내지 15V의 낮은 전압으로 구동하므로 구동회로의 제작 및 설계가 용이하다.
따라서, 전술한 바와 같은 장점을 갖는 유기전계 발광소자는 최근에는 TV, 모니터, 핸드폰 등 다양한 IT기기에 이용되고 있다.
이하, 유기전계 발광 소자의 기본적인 구조에 대해서 조금 더 상세히 설명한다.
도 1은 종래의 유기전계 발광소자의 적, 녹, 청색을 발광하는 3개의 부 화소영역을 포함하는 하나의 화소영역에 대한 개략적인 단면도이며, 제 1 및 제 2 전극과 이들 두 전극 사이에 위치하는 유기 발광층으로 구성되는 유기전계 발광 다이오드만을 개략적으로 나타내었다.
종래의 유기전계 발광소자는 크게 어레이 소자(미도시)와 유기전계 발광 다이오드(E)가 구비되는 소자 기판(10)과 인캡슐레이션을 위한 대향기판(30)으로 구성되고 있다.
상기 소자기판(10)에는 서로 교차하여 부 화소영역(SP1, SP2, SP3)을 정의하는 게이트 및 데이터 배선(미도시, 12)과, 이들 두 배선(미도시, 12) 중 어느 하나의 배선과 나란하게 이격하는 전원배선(미도시)과, 각 부 화소영역(SP1, SP2, SP3)에 구비되는 어레이 소자와, 상기 어레이 소자 중 일부와 연결된 유기전계 발광 다이오드(E)가 구비되며, 상기 대향기판(30)은 상기 유기전계 발광 다이오드(E)로 수분 및 산소 등이 침투하는 것을 방지하기 위한 역할을 하는 것으로 통상 어떠한 구성요소가 형성되지 않고 있다.
한편, 상기 소자 기판(10)에 있어서 상기 어레이 소자는 도면에 나타내지 않았지만, 게이트 및 데이터 배선(미도시, 12)과 연결된 스위칭 박막트랜지스터(미도시)와, 상기 유기전계 발광 다이오드(E)와 연결된 구동 박막트랜지스터(미도시)로 이루어지며, 상기 유기전계 발광 다이오드(E)는 상기 구동 박막트랜지스터(미도시)와 연결된 제 1 전극(15)과 유기 발광층(20) 및 제 2 전극(25)으로 이루어지고 있다.
이때, 하나의 화소영역(P)은 3개의 부 화소영역(SP1, SP2, SP3)으로 구성되며, 각 부 화소영역(SP1, SP2, SP3)에는 서로 다른 3가지 색 즉, 적, 녹, 청색(R, G, B)을 각각 발광하는 유기 발광층(20)이 각각 형성되고 있다.
이러한 구성을 갖는 종래의 유기전계 발광소자(1)는 상기 적, 녹, 청색(R, G, B)을 각각 발광하는 유기 발광층(20)으로부터 발생된 빛은 상기 제 1 전극(15) 또는 제 2 전극(25)을 향해 출사됨으로써 화상을 표시하게 되며, 근래에는 개구율 등을 고려할 때, 통상 상기 제 2 전극(25) 즉, 대향기판을 향해 출사되는 빛을 이용하여 화상을 표시하는 상부 발광 방식으로 제조되고 있다.
그리고 전술한 구성을 갖는 종래의 유기전계 발광소자(1)는 이를 제조하는데 있어서 특히, 각 부 화소영역(SP1, SP2, SP3) 별로 서로 다른 색을 각각 발광하도록 구비되는 유기 발광층(20)은 금속재질로 이루어진 금속 마스크(FMM : fine metal mask)를 이용한 열 증착 방법에 의해 형성되고 있다.
도 2는 일반적인 금속 마스크를 이용한 열 증착 방법을 간략히 도시한 도면이다.
증착됨으로서 유기 발광층(도 1의 20)을 이루는 유기 발광 물질은 밑면 및 측면에 몸통 전체를 가열할 수 있는 가열수단(미도시)을 포함하는 열증착 장치(70)의 내부에 분말 상태로 위치하고 있다.
그리고 진공이 유지되는 챔버(미도시) 내부에서 상기 열증착 장치(70)에 구비된 가열수단(미도시)이 가동하여 상기 열 증착 장치(50)를 가열하게 되면, 상기 열 증착 장치(70) 내부에 위치하는 유기 발광 물질로 이루어진 증착원(71)에 열이 전도된다.
이렇게 전도되는 열에 의해 상기 분말 상태의 증착원(71)이 가열됨으로써 승화되며, 이렇게 승화된 유기 발광 물질 기체(72)는 상기 열 증착 장치(70)의 배출구를 통해 배출된다.
또한, 상기 열 증착 장치(70)의 배출구 상부에 위치하는 다수의 오픈부(OA1, OA2)를 갖는 금속 마스크(60)를 통해 선택적으로 기판(50) 상의 각 부 화소영역(도 1의 SP1, SP2, SP3)에 증착됨으로서 유기 발광층(미도시)이 상기 기판(50) 상에 형성되는 것이다.
한편, 이렇게 유기 발광 물질을 증착하는데 사용되는 상기 금속 마스크(60)를 살펴보면, 차폐부(SA)를 이루는 금속판(미도시)에 대해 이의 상면 및 배면에 대해 포토레지스트의 도포, 노광, 현상 및 식각의 일련의 단위 공정을 포함하는 마스크 공정을 진행하여 패터닝하여 실질적으로 상면과 하면의 면적 크기가 다른 오픈부(OA1, OA2)를 형성하고 있다.
상기 금속 마스크(60)에 있어 이렇게 상하면에 있어 서로 다른 면적 크기를 갖도록 패터닝을 진행하는 것은 금속 마스크(60)를 이루는 금속재질의 식각속도 및 금속 마스크(60)의 두께(t)와 관련이 있으며, 금속 마스크(60)를 한 방향으로만 식각하는 경우, 상기 금속 마스크(60)를 관통하는 형태의 오픈부(OA1, OA2) 형성 시 상면 및 하면에 각각 구성되는 오픈부(OA1, OA2) 각각의 크기 차이가 심하게 발생되며, 위치별 오픈부(OA1, OA2) 간의 면적 차이로 인한 오차가 심하게 발생되므로 이를 방지하기 위해 상하면 동시 식각을 진행하는 것이다.
따라서 이러한 형태의 오픈부(OA1, OA2) 형성에 의해 상기 오픈부(OA1, OA2)의 면적, 더욱 정확히는 그 폭(실제 기판과 마주하는 면의 개구부의 폭)이 제조 공정상 안정적으로 허용하는 오차범위 내에 들어오도록 하기 위해서는 최소 32㎛ 정도가 되어야 한다.
상기 금속 마스크(60)에 있어서 기판(50)과 마주하는 오픈부의 폭(A)을 32㎛보다 작게 하는 경우 금속 마스크(60)의 두께(t)가 일정하다고 가정했을 경우, 금속 마스크(60)의 하면에 위치하는 오픈부(OA2)는 더 큰 면적이 되어야 한다.
이 경우, 이웃하는 하면 오픈부(OA2)와 경계를 이루는 부분(이하 립부(rib)라 칭함)의 폭이 너무 작게되어 금속 마스크(60) 자체의 강성을 저하시켜 쳐짐 발생 시 개구의 형태 변형을 일으키게 된다.
한편, 금속 마스크(60)의 두께(t)를 줄이면 이러한 문제를 해결할 수 있지만, 금속재질로 이루어진 금속 마스크(60)의 두께는 통상 40㎛가 한계치가 되며, 이러한 한계치 보다 더 얇은 두께로는 금속강판 자체가 생산되지 않고 있으므로 금속 마스크(60) 제작이 거의 불가능한 실정이다.
더 작은 두께를 갖는다고 하더라도 각 오픈부(OA1, OA2) 사이에 지지력이 저하되어 상기 금속 마스크의 두께가 40㎛보다 얇게 되면 오히려 중앙부에서의 쳐짐이 더욱 발생하는 문제가 발생된다.
더욱이 10인치 이상의 대면적의 유기전계 발광소자의 형성 시에는 금속 마스크(60)의 면적 또한 증가되어야 하며, 이 경우 금속재질로 이루어지는 금속 마스크(60)는 그 무게 증가로 인해 특히 중앙부에서의 쳐짐이 심하게 발생되어 유기 발광층의 형성 오차가 더욱 심화되므로, 유기전계 발광소자의 표시영역을 10인치 이상으로 대면적화하면서 동시에 부 화소영역(SP1, SP2, SP3)의 크기를 더욱 작게하여 일례로 250PPI(pixels per inch) 이상의 해상도 수준을 갖도록 하는 것은 전술한 구조를 갖는 금속 마스크(60)를 이용하여 유기 발광층을 형성하는 방법을 통해서는 대응하기 어려운 실정이다.
따라서 금속 마스크(60)를 이용한 열 증착 공정이 가능하며 이를 통해서도 10인치 이상의 대면적을 가지며 나아가 고해상도가 가능한 새로운 구조의 유기전계 발광소자 및 이의 제조 방법이 필요로 되고 있는 실정이다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 10인치 이상의 크기를 갖는 기판에 대해 금속 마스크를 이용한 열 증착을 통해 유기 발광층을 형성하면서도, 250PPI 이상의 고해상도를 갖는 것이 가능한 유기전계 발광소자 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자는, 3개의 부 화소영역을 구비한 화소영역이 다수 정의된 제 1 기판과; 상기 제 1 기판 상의 상기 각 부 화소영역 별로 형성된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극 위로 상기 각 화소영역 별로 패턴된 형태로 형성된 유기 발광층과; 상기 유기 발광층 위로 형성된 제 2 전극과; 상기 제 1 기판과 마주하는 제 2 기판과; 상기 제 2 기판 내측면에 상기 각 화소영역 내의 3개의 부 화소영역 중 어느 2개의 부 화소영역에 형성된 퀀텀도트층을 포함한다.
이때, 상기 유기 발광층은 각 화소영역에 동일한 하나의 색을 발광하는 것이 특징이다.
한편, 상기 퀀텀도트층은 각 화소영역 내의 2개의 부 화소영역에서 각각 서로 다른 색을 형광하는 것이 특징이며, 이때, 상기 유기 발광층은 청색을 발광하며, 상기 퀀텀도트층은 각 화소영역 내의 2개의 부 화소영역에서 각각 적색과 녹색을 형광하는 것이 특징이다.
그리고 상기 제 2 기판의 내측면에 상기 각 부 화소영역의 경계에 대응하여 블랙매트릭스가 더 형성된 것이 특징이다.
또한, 상기 제 2 전극 위로 캡핑막이 더욱 형성되며, 상기 퀀텀도트층을 덮으며 보호막이 더욱 구비된 것이 특징이다.
그리고 상기 퀀텀도트층은 다수의 퀀텀도트로 이루어지며, 상기 퀀텀도트는 코어와 이를 감싸는 쉘로 구성되며, 상기 코어는 Ⅱ-Ⅵ족, Ⅲ-Ⅴ족, Ⅳ-Ⅵ족의 반도체 물질로 이루어진 것이 특징이며, 이때, 상기 코어는 ZnSe, InGaP, PbS, ZnS, CdSe, PbSe 중 어느 하나의 물질 또는 둘 이상의 물질이 혼합된 물질로 이루어지며, 상기 쉘은 ZnS 또는 CdS로 이루어지는 것이 특징이다.
또한, 상기 제 1 기판에는, 서로 교차하여 상기 각 부화소영역을 정의하는 게이트 및 데이터 배선과, 상기 게이트 및 데이터 배선과 나란하게 이격하는 전원배선과; 상기 각 부 화소영역에 구비되며, 게이트 및 데이터 배선과 연결되며 스위칭 박막트랜지스터와 상기 스위칭 박막트랜지스터와 전원배선과 연결된 구동 박막트랜지스터와; 상기 각 부 화소영역의 경계에 버퍼패턴을 더 포함한다.
그리고 상기 유기 발광층은 다중층 구조를 이루며, 상기 제 1 전극과유기 발광층 사이에 정공주입층, 정공수송층, 전자 블록킹층 중 어느 하나 또는 둘 이상의 층이 더 구비되며, 상기 유기 발광층과 제 2 전극 사이에 전자주입층, 전자수송층, 정공 블록킹층 중 어느 하나 또는 둘 이상의 층이 더 구비되는 것이 특징이다.
본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 방법은, 3개의 부 화소영역을 구비한 화소영역이 다수 정의된 제 1 기판 상의 상기 각 부 화소영역 별로 제 1 전극을 형성하는 단계와; 상기 제 1 전극 위로 상기 각 화소영역 별로 패턴된 형태의 유기 발광층을 형성하는 단계와; 상기 유기 발광층 위로 제 2 전극을 형성하는 단계와; 상기 제 1 기판과 마주하는 제 2 기판의 내측면에 상기 각 화소영역 내의 3개의 부 화소영역 중 어느 2개의 부 화소영역에 대해 퀀텀도트층을 형성하는 단계와; 상기 제 1 및 제 2 기판을 합착하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 제 1 전극 위로 상기 각 화소영역 별로 패턴된 형태의 유기 발광층을 형성하는 단계는, 상기 제 1 전극 위로 상기 각 화소영역에 대해 오픈부를 갖는 금속 마스크를 위치시키는 단계와; 열 증착 장비를 통해 유기 발광 물질을 열 증착시켜 상기 금속 마스크의 오픈부에 대응하는 상기 제 1 기판상의 각 화소영역에 상기 유기 발광층을 형성하는 단계를 포함한다.
그리고 상기 제 2 기판의 내측면에 상기 각 화소영역 내의 3개의 부 화소영역 중 어느 2개의 부 화소영역에 대해 퀀텀도트층을 형성하는 단계는, 상기 각 화소영역 내의 3개의 부 화소영역을 제 1, 2, 3 부 화소영역이라 정의할 때, 상기 제 2 기판 상의 전면에 제 1 퀀텀도트 물질층을 형성하고 이를 패터닝함으로서 상기 각 제 1 부 화소영역에 제 1 퀀텀도트층을 형성하는 단계와; 상기 제 1 퀀텀도트층이 형성된 상기 제 2 기판의 전면에 제 2 퀀턴도트 물질층을 형성하고 이를 패터닝하여 상기 각 제 2 부 화소영역에 제 2 퀀텀도트층을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 제 2 기판의 내측면에 상기 각 화소영역 내의 3개의 부 화소영역 중 어느 2개의 부 화소영역에 대해 퀀텀도트층을 형성하는 단계는, 상기 각 화소영역 내의 3개의 부 화소영역을 제 1, 2, 3 부 화소영역이라 정의할 때, 잉크 젯 장치를 이용하여 상기 각 제 1 부 화소영역에 선택적으로 제 1 퀀텀도트층을 형성하는 단계와; 상기 제 1 퀀텀도트층이 형성된 상기 제 2 기판에 대해 상기 잉크 젯 장치를 이용하여 상기 각 제 2 부 화소영역에 제 2 퀀텀도트층을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 제 2 기판의 내측면에 상기 퀀텀도트층을 형성하기 전에 상기 각 부 화소영역의 경계에 대응하여 블랙매트릭스를 형성하는 단계를 포함한다.
나아가, 상기 제 1 기판 상에 상기 제 2 전극 위로 캡핑막이 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제 2 기판에 상기 퀀텀도트층을 덮으며 보호막을 형성하는 단계를 더 포함한다.
그리고 상기 제 1 전극을 형성하기 전에 상기 제 1 기판 상에 서로 교차하여 상기 각 부 화소영역을 정의하는 게이트 및 데이터 배선과, 상기 게이트 및 데이터 배선과 나란하게 이격하는 전원배선과, 상기 각 부 화소영역에 상기 게이트 및 데이터 배선과 연결된 스위칭 박막트랜지스터와 상기 스위칭 박막트랜지스터 및 전원배선과 연결된 구동 박막트랜지스터를 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 유기 발광층을 형성하기 전에 상기 제 1 전극의 가장자리부와 중첩하며 상기 각 부 화소영역의 경계에 버퍼패턴을 형성하는 단계를 더 포함한다.
한편, 상기 유기 발광층은 다중층 구조를 이루며, 상기 제 1 전극과 유기 발광층 사이에 정공주입층, 정공수송층, 전자 블록킹층 중 어느 하나 또는 둘 이상의 층을 더 형성하며, 상기 유기 발광층과 제 2 전극 사이에 전자주입층, 전자수송층, 정공 블록킹층 중 어느 하나 또는 둘 이상의 층을 더 형성하는 것이 특징이다.
본 발명에 따른 유기전계 발광소자는 제 1 기판에 대해 이웃하는 3개의 부 화소영역을 하나의 화소영역으로 하여 각 화소영역 별로 패턴된 형태로 단일색을 발광하는 유기 발광층이 구비된 구성을 이룸으로서 금속 마스크의 오픈부 면적 확대에 의해 금속 마스크의 제한없이 고해상도를 구현하며 동시에 대면적의 유기전계 발광소자를 구현하는 장점을 갖는다.
또한 적, 녹, 청색 중 어느 두 가지색을 형광하는 퀀텀도트층이 제 2 기판에 구비됨으로 형광되는 빛의 주 파장대역의 반치폭이 유기 발광층을 통해 나오는 빛 대비 상대적으로 좁음에 기인한 색재현율을 향상시키는 효과가 있다.
또한 금속 마스크를 이용한 열 증착을 진행하면서도250PPI 이상의 고해상도를 갖게 됨으로서 유기전계 발광소자의 표시품질을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 종래의 유기전계 발광소자의 적, 녹, 청색을 발광하는 3개의 부 화소영을 포함하는 하나의 화소영역에 대한 개략적인 단면도.
도 2는 종래의 금속 마스크를 이용한 열 증착 방법을 간략히 도시한 도면.
도 3은 유기전계 발광소자의 구성 및 동작에 대해서 유기전계 발광소자의 하나의 화소에 대한 회로도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 개략적인 단면도로서, 3개의 부 화소영역을 포함하는 하나의 화소영역에 대한 도면.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자에 있어 다중층 구조의 유기 발광층의 다양한 적층형태를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자에 구비된 퀀텀도트층을 이루는 퀀텀도트에 대한 단면도.
도 7a 내지 도 7i는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 단계별 공정 단면도로서, 스위칭 및 구동 박막트랜지스터가 형성된 제 1 기판 상에 유기전계 발광 다이오드(E)와 대향기판에 퀀텀도트층을 형성하는 것을 나타낸 도면.
도 2는 종래의 금속 마스크를 이용한 열 증착 방법을 간략히 도시한 도면.
도 3은 유기전계 발광소자의 구성 및 동작에 대해서 유기전계 발광소자의 하나의 화소에 대한 회로도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 개략적인 단면도로서, 3개의 부 화소영역을 포함하는 하나의 화소영역에 대한 도면.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자에 있어 다중층 구조의 유기 발광층의 다양한 적층형태를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자에 구비된 퀀텀도트층을 이루는 퀀텀도트에 대한 단면도.
도 7a 내지 도 7i는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 단계별 공정 단면도로서, 스위칭 및 구동 박막트랜지스터가 형성된 제 1 기판 상에 유기전계 발광 다이오드(E)와 대향기판에 퀀텀도트층을 형성하는 것을 나타낸 도면.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
우선, 유기전계 발광소자의 구성 및 동작에 대해서 유기전계 발광소자의 하나의 화소에 대한 회로도인 도 3을 참조하여 간단히 설명한다.
도시한 바와 같이 유기전계 발광소자의 하나의 부 화소영역(SP)에는 스위칭(switching) 박막트랜지스터(STr)와 구동(driving) 박막트랜지스터(DTr), 스토리지 커패시터(StgC), 그리고 유기전계 발광 다이오드(E)로 이루어진다.
즉, 제 1 방향으로 게이트 배선(GL)이 형성되어 있고, 상기 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 형성되어 각 부 화소영역(SP)을 정의하며 데이터 배선(DL)이 형성되어 있으며, 상기 데이터 배선(DL)과 이격하며 전원전압을 인가하기 위한 전원배선(PL)이 형성되어 있다.
또한, 각 부화소영역(SP) 내의 상기 데이터 배선(DL)과 게이트 배선(GL)이 교차하는 부분에는 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 형성되어 있으며, 상기 스위칭 박막트랜지스터(STr)와 전기적으로 연결된 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되어 있다.
상기 유기전계 발광 다이오드(E)의 일측 단자인 제 1 전극은 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극과 연결되고, 타측 단자인 제 2 전극은 접지되고 있으며, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 소스 전극은 상기 전원배선(PL)과 연결되고 있으며, 따라서 상기 전원배선(PL)은 전원전압을 상기 유기전계발광 다이오드(E)로 전달하게 된다.
그리고, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 게이트 전극과 소스 전극 사이에는 스토리지 커패시터(StgC)가 형성되고 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 유기전계 발광 다이오드(E)는 그레이 스케일(gray scale)을 구현할 수 있게 되며, 상기 스토리지 커패시터(StgC)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 유기전계발광 다이오드(E)에 흐르는 전류의 레벨을 일정하게 유지할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 개략적인 단면도로서, 3개의 부 화소영역을 포함하는 하나의 화소영역에 대한 도면이다. 이때, 설명의 편의를 위해 각 부 화소영역 내에서 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)가 형성되는 영역을 소자영역(DA)이라 정의한다. 이때, 도면에 있어서는 편의 상 하나의 부 화소영역(SP1)에 대해서만 구동 박막트랜지스터(DTr)를 도시하였다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)와 유기전계 발광 다이오드(E)가 형성된 제 1 기판(110)과, 퀀텀도트층(175)이 구비된 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판(170)으로 구성되고 있다.
우선, 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)와 유기전계 발광 다이오드(E)가 구비된 제 1 기판(110)의 구성에 대해 설명한다.
상기 제 1 기판(110) 상의 상기 소자영역(DA)에는 각각 순수 폴리실리콘으로 이루어지며, 그 중앙부는 채널의 통로를 이루는 액티브영역(113a) 그리고 상기 액티브영역(113a) 양측면으로 고농도의 불순물이 도핑된 오믹영역(113b)으로 구성된 반도체층(113)이 형성되어 있다.
이때, 상기 반도체층(113)과 상기 제 1 기판(110) 사이에는 전면에 무기절연물질 예를들면, 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 버퍼층(미도시)이 더욱 구비될 수도 있다.
상기 버퍼층(미도시)은 상기 반도체층(113)의 결정화시 상기 제 1 기판(110) 내부로부터 나오는 알카리 이온의 방출에 의한 상기 반도체층(113)의 특성 저하를 방지하기 위함이다.
또한, 상기 반도체층(113)을 덮으며 게이트 절연막(116)이 전면에 형성되어 있으며, 상기 게이트 절연막(116) 위로 상기 소자영역(DA)에는 상기 각 반도체층(113)의 액티브영역(113a)에 대응하여 각각 게이트 전극(120)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 게이트 절연막(116) 위로는 상기 스위칭 영역(미도시)에 형성된 게이트 전극(미도시)과 연결되며 일 방향으로 연장하며 게이트 배선(미도시)이 형성되어 있다.
다음, 상기 게이트 전극(120)과 게이트 배선(미도시) 위로 무기절연물질 예를들면, 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 층간절연막(123)이 형성되어 있다.
이때, 상기 층간절연막(123)과 그 하부의 게이트 절연막(116)에는 상기 액티브영역(113a) 양측면에 위치한 상기 오믹영역(113b)을 각각 노출시키는 반도체층 콘택홀(125)이 구비되고 있다.
다음, 상기 반도체층 콘택홀(125)이 구비된 상기 층간절연막(123) 상부에는 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(미도시)과, 이와 이격하여 나란하게 전원배선(미도시)이 형성되고 있다.
또한, 상기 층간절연막(123) 위로 각 소자영역(DA)에는 서로 이격하며 상기 반도체층 콘택홀(125)을 통해 노출된 오믹영역(113b)과 각각 접촉하며 소스 및 드레인 전극(133, 136)이 형성되어 있다.
한편, 상기 소자영역(DA)에 각각 순차 적층된 상기 반도체층(113)과 게이트 절연막(116)과 게이트 전극(120)과 층간절연막(123)과 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)은 각각 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)를 이룬다.
이때, 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 상기 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(미도시)과 전기적으로 연결되고 있으며, 나아가 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와도 연결되고 있다.
한편, 도면에 있어서는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr) 및 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 폴리실리콘의 반도체층(113)을 가지며 탑 게이트 타입(Top gate type)으로 구성된 것을 일례로 보이고 있지만, 상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)는 도면에 나타내지 않았지만, 비정질 실리콘의 반도체층 또는 산화물 반도체 물질로 이루어진 반도체층을 갖는 보텀 게이트 타입(Bottom gate type)으로 구성될 수도 있다.
상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터가 보텀 게이트 타입으로 구성되는 경우, 게이트 전극과, 게이트 절연막과, 순수 비정질 실리콘의 액티브층과 서로 이격하며 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층으로 이루어진 반도체층과, 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극의 적층구조를 갖거나, 또는 게이트 전극과, 게이트 절연막과, 산화물 반도체층과, 에치스토퍼와, 상기 에치스토퍼 상에서 서로 이격하며 각각 상기 산화물 반도체층과 접촉하는 소스 및 드레인 전극의 적층구조를 갖는다.
이러한 보텀 게이트 타입의 구동 및 스위칭 박막트랜지스터가 형성된 제 1 기판의 경우, 상기 게이트 배선은 상기 게이트 전극이 형성된 동일한 층에 상기 스위칭 박막트랜지스터의 게이트 전극과 연결되도록 형성되며, 상기 데이터 배선은 상기 스위칭 박막트랜지스터의 소스 전극이 형성된 동일한 층에 상기 소스 전극과 연결되도록 형성된 구성을 이루게 된다.
다음, 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr) 위로는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)을 노출시키는 드레인 콘택홀(143)을 갖는 보호층(140)이 형성되어 있다.
이때, 상기 보호층(140)은 하부 구성요소의 단차에 영향을 거의 받지 않고 평탄한 표면을 이룰 수 있도록 유기절연물질 예를들면 포토아크릴(photo acryl)로 이루어지는 것이 특징이다.
한편, 평탄한 표면을 갖는 상기 보호층(140) 상부에는 상기 드레인 콘택홀(143)을 통해 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)과 접촉하는 제 1 전극(150)이 형성되어 있다.
한편, 상기 제 1 전극(150)은 일함수 값이 큰 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO)로 이루어진 단일층 구성을 이룰 수도 있고, 또는 유기전계 발광 다이오드(E)의 상부로의 발광효율 증대를 위해 반사율이 우수한 금속물질인 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd) 중 어느 하나로 이루어진 하부층(150a)이 더욱 구비되어 하부층(150a)과 상부층(150b)의 이중층 구조를 이룰 수도 있다.
이렇게 상기 제 1 전극이 이중층 구조를 이루는 경우, 상기 제 1 전극(150)의 상부에 형성되는 유기 발광층(160)으로부터 발광된 빛이 상기 제 1 전극(150)의 하부층(150a)을 통해 반사되어 상부로 반사시킴으로서 발광된 빛의 이용 효율을 증대시켜 최종적으로 휘도 특성을 향상시키는 효과를 갖게 된다.
도면에 있어서는 상기 제 1 전극(150)은 이중층 구조를 이루는 것을 일례로 나타내었다.
이러한 이중층 구성을 갖는 상기 제 1 전극(150)의 가장자리와 중첩하며 상기 보호층(140) 위로 각 부 화소영역(SP1, SP2, SP3)의 경계에는 버퍼패턴(148)이 형성되어 있다.
이러한 버퍼패턴(152)은 상기 제 1 전극(150)과 유기 발광층(160)을 개재하여 형성되는 제 2 전극(165)과의 접촉에 의한 쇼트를 억제하기 위해 형성된 것이다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)에 있어 가장 특징적인 구성 중 하나로서 상기 버퍼패턴(152) 및 제 1 전극(150) 위로 부 화소영역(SP1, SP2, SP3)이 아닌 각 화소영역(P) 별로 패턴된 형태를 가지며 하나의 색을 발광하는 유기 발광층(160)이 형성되고 있다.
이때, 상기 유기 발광층(160)은 적, 녹, 청색 중 어느 하나의 색을 발광할 수 있는 유기 발광 물질로 이루어지는 것이 특징이며, 특히 청색을 발광하는 유기 발광 물질로 이루어지는 것이 가장 바람직하다.
이는 청색이 적색 및 녹색 대비 단파장이며, 단파장의 빛에 대해 상기 제 2 기판(170)에 구비되는 퀀텀도트층(175)의 형광 효율이 조금 더 우수하며, 퀀텀도트층(175)은 그 특성 상 상대적으로 장파장대인 적색 및 녹색을 형광시키는 것이 상대적으로 단파장인 청색을 형광시키는 것 대비 수명 등의 측면에서 조금 더 우수하기 때문이다.
하지만, 화소영역(P) 별로 패터닌된 형태로 구비되는 상기 유기 발광층(160)은 반드시 청색을 발광하는 유기 발광물질로 이루어질 필요는 없으며, 적색 또는 녹색을 발광하는 유기 물질로 이루어져도 문제되지 않는다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 유기 발광층(160)이 각 부화소영역(SP1, SP2, SP3) 별로 분리되지 않고 3개의 부 화소영역(SP1, SP2, SP3)을 포함하는 화소영역(P) 단위로 패턴된 형태로 구비되어도 풀 컬러를 구현할 수 있는 것은 본 발명의 특징적인 구성으로서 제 2 기판(170)에 각 부 화소영역(SP1, SP2, SP3) 별로 퀀텀도트층(175)이 더욱 구비되기 때문이다.
풀 컬러를 구현하는 것에 대해서는 추후 상세히 설명한다.
이렇게 유기 발광층(160)이 각 부 화소영역(SP1, SP2, SP3) 단위가 아니라 화소영역(P) 단위로 패터닝된 형태를 가질 경우, 이를 열 증착을 통해 형성하기 위해 사용되는 금속 마스크(도 7d의 190)는 이에 구비되는 각 오픈부(도 7d의 OA)는 부 화소영역(도 1의 SP1, SP2, SP3)별로 유기 발광층(도 1의 20)이 형성되는 종래의 유기전계 발광소자(도 1의 1)의 제조 시 이용되는 금속 마스크(도 2의 60) 대비 약 3배 이상 더 큰 값을 갖는다.
따라서 250PPI 이상의 고해상도 구현을 위해 각 부 화소영역(SP1, SP2, SP3)의 면적이 작아진다 하더라도 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)의 제조를 위해 사용되는 금속 마스크(도 7d의 190)의 오픈부(도 7d의 OA)는 종래의 금속 마스크(도 2의 60) 대비 3배 이상 커진 오픈부 설계에 의해 금속 마스크(도 2의 60) 자체의 한계치(오픈부의 최저 면적) 보다 크므로 상기 금속 마스크(도 7d의 190)를 이용한 열 증착 적용에 전혀 문제되지 않는다.
한편, 각 화소영역(P) 별로 패턴된 형태를 갖는 상기 유기 발광층(160)은 도 5a 내지 도 5d(본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자에 있어 다중층 구조의 유기 발광층(160)의 다양한 적층형태를 나타낸 단면도)에 도시한 바와같이, 발광 효율을 향상시키기 위해 상기 애노드 전극의 역할을 하는 상기 제 1 전극(150) 상부로부터 순차적으로, 정공주입층(hole injection layer)(HIL), 정공수송층(hole transporting layer)(HTL), 유기 발광 물질층(emitting material layer)(EML), 전자수송층(electron transporting layer)(ETL) 및 전자주입층(electron injection layer)(EIL)의 5중층 구조(도 5a 참조)로 형성될 수도 있다.
또는 상기 유기 발광층(160)은 상기 제 1 전극(150) 상부로부터 순차적으로, 정공수송층, 유기 발광 물질층, 전자수송층(ETL) 및 전자주입층(EIL)의 4중층 구조(도 5b 참조), 정공수송층(HTL), 유기 발광 물질층, 전자수송층(ETL)의 3중층(도 5c 참조) 구조로 형성될 수도 있다.
나아가 발광 효율 증대를 위해 상기 5중층과 4중층 및 3중층 구조의 유기 발광층(160)에 있어 상기 유기 발광 물질층(EML)과 최 인접한 층인 정공수송층(HTL) 사이에 전자 블록킹층(electron blocking layer)(EBL)이 더욱 구비(도 5d 참조)될 수 있으며, 또한 상기 유기 발광 물질층(EML)과 또 다른 최 인접한 층(전자수송층(ETL) 또는 전자주입층(EIL)) 사이에는 정공 블록킹층(hole blocking layer)(HBL)이 더 구비(도 5d 참조)될 수도 있다.
한편, 상기 유기 발광층(160) 상부에는 상기 표시영역 전면에 제 2 전극(165)이 형성되어 있다.
상기 제 2 전극(165)은 일함수 값이 비교적 낮은 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 금(Au), 알루미늄마그네슘 합금(AlMg) 중 하나로 이루어짐으로서 캐소드 전극의 역할을 한다.
이때, 상기 각 화소영역(P) 별로 순차 적층된 상기 제 1 전극(150)과 유기 발광층(160)과 상기 제 2 전극(165)은 유기전계 발광 다이오드(E)를 이룬다.
그리고 도면에 나타내지 않았지만, 제 2 전극(165) 위로 상기 유기전계 발광 다이오드(E) 내부로의 수분 및 산소 침투를 억제하기 위해 무기절연물질(예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)), 절연성 금속 실리케이트(예를들면 하프늄 실리케이트(Hf-silicate) 또는 지르코늄 실리케이트(Zr-silicate)), 절연성 금속나이트라이드(예를들면 실리콘 알루미네이트 (Si-aluminate), 하프늄 알루미네이트 (Hf-aluminate) 또는 지르코늄 알루미네이트 (Zr-aluminate)) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질로 이루어진 단일층 또는 다중층 구조의 캡핑막(미도시)이 더욱 구비될 수 있다.
한편, 이러한 구성을 갖는 제 1 기판(110)에 대응하여 이와 마주하며 위치하는 제 2 기판(170)을 살펴보면, 상기 제 2 기판(170)은 투명한 절연 재질 예를들면 유리재질 또는 플라스틱 재질로 이루어지고 있으며, 이러한 제 2 기판(170)의 내측면에는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)에 있어 가장 특징적인 구성 중 하나로서 각 화소영역(P)에 구비된 3개의 부 화소영역(SP1, SP2, SP3) 중 어느 2개의 부 화소영역(SP1, SP2)에 대응하여 퀀텀도트층(175(175a, 175b))이 구비되고 있다.
이때, 상기 퀀텀도트층(175)은 다수의 퀀텀도트(도 6의 177)로 이루어진다.
상기 퀀텀도트는 도 6(본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자에 구비된 퀀텀도트층을 이루는 퀀텀도트에 대한 단면도)에 도시한 바와같이, 나노 크기의 Ⅱ-Ⅵ족, Ⅲ-Ⅴ족, Ⅳ-Ⅵ의 반도체 물질이 구 형태의 코어(core)(177a)를 이루며, 상기 코어(177a)를 감싸며 쉘(177b)이 구비된 구성을 이루는 입자로서 전도대(conduction band)에서 가전자대 (valence band)로 들뜬 상태의 전자가 내려오면서 빛을 발생시키는 형광 물질이다.
이때, 상기 퀀텀도트(177)의 코어(177a)를 이루는 Ⅱ-Ⅵ족, Ⅲ-Ⅴ족, Ⅳ-Ⅵ족의 반도체 물질은 일례로 ZnSe, InGaP, PbS, ZnS, CdSe, PbSe 중 어느 하나의 물질 또는 둘 이상의 물질이 혼합된 물질일 수 있다.
그리고 상기 쉘(177b)은 ZnS 또는 CdS로 이루어지는 것이 특징이다.
나아가 상기 퀀텀도트(177)는 상기 쉘(177b)의 주변에 리간드(미도시)가 더욱 구비된 구성을 이룰 수도 있다.
이러한 구성을 갖는 퀀텀도트(177)는 일반적 형광 염료와는 다른 성질을 갖는데, 같은 반도체 물질의 코어(177a)로 구성되더라도 상기 코어(177a)의 크기(직경(d1) 크기)에 따라 형광되는 빛의 파장이 달라진다는 것이다.
상기 코어(177a)의 직경(d1) 크기가 적어질수록 짧은 파장대의 빛을 형광하며, 상기 코어(177a)의 직경(d1) 크기를 조절함으로써 원하는 가시광선 영역대의 빛을 낼 수 있다.
또한 이렇게 퀀텀도트(177)로부터 형광 된 빛은 반치폭이 상대적으로 좁으므로 색순도가 높아 고색재현의 특성을 갖는다.
이때, 상기 퀀텀도트(177)의 코어(177a)의 크기 즉 직경(d1) 크기는 1 내지 10nm 정도가 되며, 상기 코어(177a)를 덮는 쉘(177b)의 두께는 0.5 내지 2nm가 됨으로서 상기 각 퀀텀도트(177)의 직경(d2) 크기는 1.5 내지 12nm 정도가 되는 것이 특징이다.
이러한 구성을 갖는 퀀텀도트(177)는 양자효율(quantum yield)도 높으므로 매우 센 형광을 발생시킬 수 있는 것이 또 다른 특징이다.
한편, 도 4를 참조하면, 상기 제 2 기판(170)의 내측면에 구비되는 상기 퀀텀도트층(175)은 각 화소영역(P) 내에서 2개의 부 화소영역(SP1, SP2)에 대해서만 형성되고 있으며, 나머지 하나의 부 화소영역(SP3)에 대해서는 생략된 구성을 이루고 있다.
이때, 제 1 부 화소영역(SP1)과 제 2 부 화소영역(SP2)에 각각 구비되는 제 1 및 제 2 퀀텀도트층(175a, 175b)은 서로 다른 색을 형광하도록 서로 다른 직경 크기를 갖는 퀀텀도트(도 6의 177)로 이루어지는 것이 특징이다.
즉, 제 1 부 화소영역(SP1)에는 상기 유기전계 발광 다이오드(E)로부터 발생된 빛 예를들어 청색 빛이 입사되면 적색을 형광시키는 제 1 직경 크기를 갖는 퀀텀도트로 이루어진 제 1 퀀텀도트층(175a)이 구비되며, 제 2 부 화소영역(SP2)에는 상기 유기전계 발광 다이오드(E)로부터 발생된 빛 예를들어 청색 빛이 입사되면 녹색을 형광시키는 제 2 직경 크기를 갖는 퀀텀도트로 이루어진 제 1 퀀텀도트층(175a)이 구비되고 있는 것이 특징이다.
이때, 상기 제 1 직경은 상기 제 2 직경 대비 큰 값을 갖는다.
한편, 제 2 기판(170)에 있어서 전술한 형태 및 구성을 갖는 퀀텀도트층(175) 이외에 각 부 화소영역(SP1, SP2, SP3)의 경계에 블랙매트릭스(172)가 더욱 구비될 수 있다.
이러한 블랙매트릭스(172)는 각 부 화소영역(SP1, SP2, SP3)에 구비된 서로 다른 색을 형광하는 제 1 및 제 2 퀀텀도트층(175a, 175b) 사이의 이격영역으로 청색이 나오게 됨으로서 발생되는 빛샘을 억제하기 위함이다.
그리고 도면에 나타내지 않았지만 상기 퀀텀도트층(175)의 보호를 위해 상기 퀀텀도트층(175)을 덮으며 상기 제 2 기판(170) 전면에 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 보호막(미도시)이 더욱 구비될 수 있다.
그리고 전술한 구성을 갖는 제 1 기판(110)과 제 2 기판(170)은 상기 유기전계 발광 다이오드(E)와 퀀텀도트층(175)이 서로 마주한 상태에서 상기 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(170)의 가장자리를 따라 접착제일 실란트(미도시)가 구비되고 진공 또는 불활성 기체 분위기에서 합착되거나, 또는 상기 제 1 기판(110)과 제 2 기판(170) 사이에 투명하며 접착특성을 갖는 페이스 씰(미도시)이 개재되어 합착된 상태를 이루고 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 각 화소영역(P)에 있어 제 1 부 화소영역(SP1)을 통해서는 일례로 유기 발광층(160)으로부터 나온 청색 빛을 받아 상기 제 1 퀀텀도트층(175a)에 의해 적색(R)을 형광됨으로서 적색(R)이 나오게 되며, 제 2 부 화소영역(SP2)을 통해서는 일례로 유기 발광층(160)으로부터 나온 청색 빛을 받아 상기 제 2 퀀텀도트층(175b)에 의해 녹색(G)을 형광됨으로서 녹색(G)이 나오게 되며, 제 3 부 화소영역(SP3)을 통해서는 상기 유기 발광층(160)으로부터 발광된 청색 빛이 그대로 나오게 됨으로서 청색이 나오게 되며, 따라서 각 화소영역(P)은 각 3개의 부 화소영역(SP1, SP2, SP3)이 각각 적(R), 녹(G), 청색(B)을 구현함으로서 최종적으로 풀 컬러를 구현하게 된다.
한편, 전술한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 제 1 기판(110)에 대해 이웃하는 3개의 부 화소영역(SP1, SP2, SP3)을 하나의 화소영역(P)으로 하여 각 화소영역(P) 별로 패턴된 형태로 단일색을 발광하는 유기 발광층(160)이 구비된 구성을 이룸으로서 이러한 화소영역별로 패턴된 유기 발광층(160)의 형성 시 이용되는 금속 마스크(도 7d의 190)의 오픈부(도 7d의 OA) 면적 확대에 의해 금속 마스크의 제한없이 고해상도를 구현하며 동시에 대면적화를 구현하는 장점을 갖는다.
이후에는 전술한 구조를 갖는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 방법에 대해 설명한다. 이때, 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자에 있어 어레이 소자 즉 스위칭 박막트랜지스터(미도시) 및 구동 박막트랜지스터(DTr)와, 게이트 및 데이터 배선(미도시, 130)과 전원배선(미도시)을 형성하는 단계는 일반적인 유기전계 발광소자의 제조 방법과 동일하게 진행되므로 이러한 구성요소까지의 형성 단계는 생략하고 본 발명의 특징적인 구성인 유기전계 발광 다이오드(E) 및 퀀텀도트층(175)을 형성하는 방법을 위주로 하여 설명한다.
도 7a 내지 도 7i는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 단계별 공정 단면도로서, 스위칭 및 구동 박막트랜지스터가 형성된 제 1 기판 상에 유기전계 발광 다이오드와 제 2 기판에 퀀텀도트층을 형성하는 것을 나타낸 것이다.
우선, 도 7a에 도시한 바와같이, 제 1 기판(110) 상에 서로 교차하여 부 화소영역(SP1, SP2, SP3)을 정의하는 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(130)과, 이들 두 배선(미도시, 130)과 연결된 스위칭 박막트랜지스터(미도시)와, 상기 게이트 또는 데이터 배선(미도시, 130)과 나란하게 이격하는 전원배선(미도시)과, 상기 전원배선(미도시) 및 스위칭 박막트랜지스터(미도시)와 연결된 구동 박막트랜지스터(DTr)를 형성한다.
이후, 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr) 위로 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)을 노출시키는 드레인 콘택홀(143)을 갖는 보호층(140)을 형성한다.
다음, 도 7b에 도시한 바와같이, 상기 보호층(140) 위로 전면에 일함수 값이 상대적으로 높은 투명 도전성 물질 예를들면 인듐??틴??옥사이드(ITO) 또는 인듐??징크??옥사이드(IZO)를 전면에 증착하고 이에 대해 포토레지스트의 도포, 노광 마스크를 이용한 노광, 노광된 포토레지스트의 현상과 현상된 포토레지스트를 통한 식각 및 포토레지스트의 스트립 등의 일련의 단위 공정을 포함하는 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 상기 드레인 콘택홀(143)을 통해 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)과 접촉하는 제 1 전극(150)을 형성한다.
이때, 유기전계 발광 다이오드(E)의 발광 효율을 높이고자 상기 보호층(140) 위로 상기 투명 도전성 물질을 증착하기 전에 반사성이 우수한 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 은(Ag) 중 어느 하나를 우선 증착하고, 이후 일함수 값이 높은 상기 투명 도전성 물질 예를들면 인듐??틴??옥사이드(ITO) 또는 인듐??징크??옥사이드(IZO)를 증착하고 패터닝함으로서 반사성이 우수한 금속물질로 이루어진 하부층(150a)과 일함수 값이 높은 투명 도전성 물질로 이루어진 상부층(150b)의 이중층 구조를 갖도록 상기 제 1 전극(150)을 형성할 수도 있다.
도면에 있어서는 일례로 상기 제 1 전극(150)이 2중층 구조를 갖는 것을 일례로 도시하였다.
다음, 도 7c에 도시한 바와같이, 상기 제 1 전극(150) 위로 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착하거나, 또는 유기절연물질 예를들면 폴리이미드(poly imide), 스티렌(styrene), 메틸마사크릴레이트(methyl mathacrylate), 폴리테트라플로우틸렌(polytetrafluoroethylene) 중 어느 하나를 도포하여 절연층(미도시)을 형성한 후, 상기 절연층(미도시)에 대해 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로서 각 부 화소영역(SP1, SP2, SP3)의 경계에 상기 각 제 1 전극(150)의 가장자리부분과 중첩하는 버퍼패턴(152)을 형성한다.
이러한 버퍼패턴(152)은 추후 형성되는 제 2 전극(165)과 상기 제 1 전극(150)간의 쇼트를 방지하기 위함이다.
다음, 도 7d에 도시한 바와같이, 상기 버퍼패턴(152)이 형성된 상기 제 1 기판(110)에 대해 상기 버퍼패턴(152)과 제 1 전극(148) 위로 그 오픈부(OA)가 상기 각 화소영역(P)에 대응되는 면적을 갖는 금속 마스크(190)를 위치시키고, 상기 금속 마스크(190)의 외측으로 고상의 유기 발광 물질이 구비된 도가니 등을 구비한 열 증착 장비(미도시)를 이용하여 열 증착을 실시함으로서 상기 각 화소영역(P) 별로 패터닝된 형태로 모두 동일한 단색 일례로 청색을 발광하는 유기 발광층(160)을각 화소영역(P) 내에 형성한다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(도 7i의 101)를 제조하는데 이용되는 상기 금속 마스크(190)는 종래의 금속 마스크(도 2의 60)와는 달리 오픈부(OA)가 3개의 부 화소영역(SP1, SP2, SP3)을 포함하는 화소영역(P) 단위로 구비됨으로서 고해상도 구현을 위해 상기 각 부 화소영역(SP1, SP2, SP3)의 면적이 줄어들게 되더라도 상기 화소영역(P)에 대응되는 오픈부(OA)는 여전히 종래의 하나의 부 화소영역(SP1, SP2, SP3)에 대응하여 구비된 금속 마스크(도 2의 60)의 오픈부(도 2의 OA) 대비 큰 면적이 되다.
따라서 화소영역(P)별로 오픈부(OA)를 갖는 상기 금속 마스크(190)는 오픈부(OA)의 최소 면적 제한에 기인하는 불량 등이 원천적으로 억제될 수 있다.
한편, 도면에 있어서는 상기 제 1 전극(150) 위로 단일층 구조를 갖는 유기 발광층(160)이 형성된 것을 일례로 보이고 있지만, 상기 유기 발광층(160)은 발광효율 향상을 위해 다중층 구조를 갖도록 형성될 수도 있다.
이 경우, 상기 단일층의 유기 발광층(160)을 형성한 동일한 방법을 진행함으로서 상기 제 1 전극(150)을 기준으로 이의 상부에 정공주입층(hole injection layer)(미도시)과 정공수송층(hole transporting layer)(미도시)을 더욱 형성한 후, 유기 발광 물질층(미도시)을 형성하고, 이의 상부로 전자수송층(electron transporting layer)(미도시) 및 전자주입층(electron injection layer)(미도시)을 선택적으로 더 형성함으로서 다중층 구조 일례로 5중층 구조의 유기 발광층(160)을 형성할 수도 있다.
이때, 상기 유기 발광층(160)의 다양한 적층 구성은 도 5a 내지 5d를 통해 설명하였으며, 이들 유기 발광 물질층을 포함하여 다양한 보조층은 상기 단일층 구조의 유기 발광층(160)을 형성하는 동일한 방법을 통해 형성될 수 있으므로 생략한다.
다음, 도 7e에 도시한 바와같이, 상기 유기 발광층(160) 위로 일함수 값이 비교적 낮은 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 금(Au), 알루미늄마그네슘 합금(AlMg) 중 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합하여 상기 제 1 기판(110) 중 화상을 표시하는 표시영역 전면에 증착하여 제 2 전극(165)을 형성함으로서 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(도 7i의 101)의 제 1 기판(110)을 완성한다.
이때, 도면에 나타내지 않았지만, 상기 제 2 전극(165) 위로 무기절연물질(예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)), 절연성 금속 실리케이트(예를들면 하프늄 실리케이트(Hf-silicate) 또는 지르코늄 실리케이트(Zr-silicate)), 절연성 금속나이트라이드(예를들면 실리콘 알루미네이트 (Si-aluminate), 하프늄 알루미네이트 (Hf-aluminate) 또는 지르코늄 알루미네이트 (Zr-aluminate)) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질로 이루어진 단일층 또는 다중층 구조의 캡핑막(미도시)을 더욱 형성할 수도 있다.
다음, 도 7f에 도시한 바와같이, 투명하고 절연특성을 갖는 유리 또는 플라스틱 재질의 제 2 기판(170)을 준비하고 상기 제 2 기판(170) 상에 빛을 흡수한 특성을 갖는 물질 예를들면 블랙 레진을 도포하고 이에 대해 마스크 공정을 진행함으로서 상기 제 1 기판(110)에 구비된 부 화소영역(SP1, SP2, SP3)의 경계에 대응하여 블랙매트릭스(172)를 형성한다.
한편, 이러한 블랙매트릭스(172) 형성 공정을 생략될 수도 있다.
이후, 도 7g에 도시한 바와같이, 상기 블랙매트릭스(172)가 형성된 제 2 기판(170)에 대해 제 1 색 예를들면 청색 광이 입사되면 적색을 형광하는 제 1 직경을 갖는 퀀텀도트를 상기 제 2 기판(170) 전면에 코팅하고, 이에 대해 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로서 3개의 부 화소영역(SP1, SP2, SP3)이 구비된 상기 각 화소영역(P) 내부의 어느 하나의 부 화소영역(이하 제 1 부화소영역(SP1)이라 칭함)에 대해 제 1 퀀텀도트층(175a)을 형성한다.
이러한 제 1 퀀텀도트층(175a)은 전술한 마스크 공정을 통해 패터닝되어 형성될 수도 있고, 또는 잉크젯 장치(미도시)를 통해 선택적으로 상기 각 제 1 부 화소영역(SP1)에 대해서만 솔벤트를 포함하는 액상의 퀀텀도트를 제팅한 후, 상기 솔벤트를 제거하는 열 처리 공정을 진행함으로서 형성할 수도 있다.
다음, 도 7h에 도시한 바와같이, 상기 제 1 퀀텀도트층(175a)을 형성한 동일한 방법을 진행하여 상기 각 화소영역(P) 내의 상기 제 1 부 화소영역(SP1) 이외의 두 개의 부 화소영역(SP2, SP3) 중 어느 하나의 부화소영역(이하 제 2 부 화소영역(SP2)이라 칭함)에 제 1 색 예를들면 청색 광이 입사되면 녹색을 형광하는 제 2 직경을 갖는 퀀텀도트를 구비한 제 2 퀀텀도트층(175b)을 형성함으로서 제 2 기판(170)을 완성한다. 이때, 각 화소영역(P) 내의 나머지 하나의 부 화소영역(이하 제 3 부 화소영역(SP3)이라 칭함)에는 퀀텀도트층(175)이 형성되지 않는 것이 특징이다.
한편, 도면에 나타내지 않았지만, 상기 제 1 및 제 2 퀀텀도트층(175a, 175b) 위로 상기 제 2 기판(170) 전면에 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착함으로서 보호막(미도시)을 더욱 형성할 수도 있다.
다음, 도 7i에 도시한 바와같이, 완성된 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(170)을 상기 제 2 전극(165)과 퀀텀도트층(175)이 마주하도록 위치시킨 후, 상기 제 1 기판(110) 또는 제 2 기판(170)의 가장자리를 따라 접착제인 실란트(미도시)를 형성한 후, 진공 또는 불활성 기체 분위기에서 상기 제 1 기판(110)과 제 2 기판(170)이 패널 상태를 이루도록 합착하거나, 또는 상기 제 1 기판(110)과 제 2 기판(170) 사이에 투명하며 접착특성을 갖는 페이스 씰(미도시)을 상기 제 1 기판(110) 또는 제 2 기판(170) 전면에 도포하고 상기 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(170)이 패널 상태를 이루도록 합착함으로서 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)를 완성할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 이상 다양한 변화와 변형이 가능하다.
101, 170 : 제 1, 2 기판
113 : 폴리실리콘의 반도체층
113a, 113b : 액티브영역 및 오믹영역
116 : 게이트 절연막
123 : 층간절연막
125 : 반도체층 콘택홀
130 : 데이터 배선
133 : 소스 전극
136 : 드레인 전극
140 : 보호층
143 : 드레인 콘택홀
150 : 제 1 전극
152 : 버퍼패턴
160 : 유기 발광층
165 : 제 2 전극
172 : 블랙매트릭스
175 : 퀀텀도트층
175a; 175b : 제 1 및 제 2 퀀텀도트층
DTr : 구동 박막트랜지스터
P : 화소영역
SP1, SP2, SP3 : 제 1, 2, 3 부 화소영역
113 : 폴리실리콘의 반도체층
113a, 113b : 액티브영역 및 오믹영역
116 : 게이트 절연막
123 : 층간절연막
125 : 반도체층 콘택홀
130 : 데이터 배선
133 : 소스 전극
136 : 드레인 전극
140 : 보호층
143 : 드레인 콘택홀
150 : 제 1 전극
152 : 버퍼패턴
160 : 유기 발광층
165 : 제 2 전극
172 : 블랙매트릭스
175 : 퀀텀도트층
175a; 175b : 제 1 및 제 2 퀀텀도트층
DTr : 구동 박막트랜지스터
P : 화소영역
SP1, SP2, SP3 : 제 1, 2, 3 부 화소영역
Claims (20)
- 서로 다른 컬러를 표시하는 3개의 부 화소영역을 구비한 화소영역이 다수 정의된 제 1 기판과;
상기 제 1 기판 상의 상기 각 부 화소영역 별로 형성된 제 1 전극과;
상기 제 1 전극 위로 상기 각 화소영역 별로 패턴된 형태로 형성된 유기 발광층과;
상기 유기 발광층 위로 형성된 제 2 전극과;
상기 제 1 기판과 마주하는 제 2 기판과;
상기 제 2 기판 내측면에 상기 각 화소영역 내의 3개의 부 화소영역 중 어느 2개의 부 화소영역에 형성된 퀀텀도트층
을 포함하는 유기전계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 유기 발광층은 각 화소영역에 동일한 하나의 색을 발광하는 것이 특징인 유기전계 발광소자.
- 제 2 항에 있어서,
상기 퀀텀도트층은 각 화소영역 내의 2개의 부 화소영역에서 각각 서로 다른 색을 형광하는 것이 특징인 유기전계 발광소자.
- 제 3 항에 있어서,
상기 유기 발광층은 청색을 발광하며,
상기 퀀텀도트층은 각 화소영역 내의 2개의 부 화소영역에서 각각 적색과 녹색을 형광하는 것이 특징인 유기전계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 기판의 내측면에 상기 각 부 화소영역의 경계에 대응하여 블랙매트릭스가 더 형성된 것이 특징인 유기전계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 전극 위로 캡핑막이 더욱 형성되며, 상기 퀀텀도트층을 덮으며 보호막이 더욱 구비된 것이 특징인 유기전계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 퀀텀도트층은 다수의 퀀텀도트로 이루어지며,
상기 퀀텀도트는 코어와 이를 감싸는 쉘로 구성되며, 상기 코어는 Ⅱ-Ⅵ족, Ⅲ-Ⅴ족, Ⅳ-Ⅵ족 중 어느 하나의 반도체 물질로 이루어진 것이 특징인 유기전계 발광소자.
- 제 7 항에 있어서,
상기 코어는 ZnSe, InGaP, PbS, ZnS, CdSe, PbSe 중 어느 하나의 물질 또는 둘 이상의 물질이 혼합된 물질로 이루어지며,
상기 쉘은 ZnS 또는 CdS로 이루어지는 것이 특징인 유기전계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 기판에는,
서로 교차하여 상기 각 부화소영역을 정의하는 게이트 및 데이터 배선과, 상기 게이트 및 데이터 배선과 나란하게 이격하는 전원배선과;
상기 각 부 화소영역에 구비되며, 게이트 및 데이터 배선과 연결되며 스위칭 박막트랜지스터와 상기 스위칭 박막트랜지스터와 전원배선과 연결된 구동 박막트랜지스터와;
상기 각 부 화소영역의 경계에 버퍼패턴
을 더 포함하는 유기전계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 유기 발광층은 다중층 구조를 이루며,
상기 제 1 전극과유기 발광층 사이에 정공주입층, 정공수송층, 전자 블록킹층 중 어느 하나 또는 둘 이상의 층이 더 구비되며,
상기 유기 발광층과 제 2 전극 사이에 전자주입층, 전자수송층, 정공 블록킹층 중 어느 하나 또는 둘 이상의 층이 더 구비되는 것이 특징인 유기전계 발광소자.
- 서로 다른 컬러를 표시하는 3개의 부 화소영역을 구비한 화소영역이 다수 정의된 제 1 기판 상의 상기 각 부 화소영역 별로 제 1 전극을 형성하는 단계와;
상기 제 1 전극 위로 상기 각 화소영역 별로 패턴된 형태의 유기 발광층을 형성하는 단계와;
상기 유기 발광층 위로 제 2 전극을 형성하는 단계와;
상기 제 1 기판과 마주하는 제 2 기판의 내측면에 상기 각 화소영역 내의 3개의 부 화소영역 중 어느 2개의 부 화소영역에 대해 퀀텀도트층을 형성하는 단계와;
상기 제 1 및 제 2 기판을 합착하는 단계
를 포함하는 유기전계 발광소자의 제조 방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 전극 위로 상기 각 화소영역 별로 패턴된 형태의 유기 발광층을 형성하는 단계는,
상기 제 1 전극 위로 상기 각 화소영역에 대해 오픈부를 갖는 금속 마스크를 위치시키는 단계와;
열 증착 장비를 통해 유기 발광 물질을 열 증착시켜 상기 금속 마스크의 오픈부에 대응하는 상기 제 1 기판상의 각 화소영역에 상기 유기 발광층을 형성하는 단계를 포함하는 유기전계 발광소자의 제조 방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 제 2 기판의 내측면에 상기 각 화소영역 내의 3개의 부 화소영역 중 어느 2개의 부 화소영역에 대해 퀀텀도트층을 형성하는 단계는,
상기 각 화소영역 내의 3개의 부 화소영역을 제 1, 2, 3 부 화소영역이라 정의할 때, 상기 제 2 기판 상의 전면에 제 1 퀀텀도트 물질층을 형성하고 이를 패터닝함으로서 상기 각 제 1 부 화소영역에 제 1 퀀텀도트층을 형성하는 단계와;
상기 제 1 퀀텀도트층이 형성된 상기 제 2 기판의 전면에 제 2 퀀턴도트 물질층을 형성하고 이를 패터닝하여 상기 각 제 2 부 화소영역에 제 2 퀀텀도트층을 형성하는 단계
를 포함하는 유기전계 발광소자의 제조 방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 제 2 기판의 내측면에 상기 각 화소영역 내의 3개의 부 화소영역 중 어느 2개의 부 화소영역에 대해 퀀텀도트층을 형성하는 단계는,
상기 각 화소영역 내의 3개의 부 화소영역을 제 1, 2, 3 부 화소영역이라 정의할 때, 잉크 젯 장치를 이용하여 상기 각 제 1 부 화소영역에 선택적으로 제 1 퀀텀도트층을 형성하는 단계와;
상기 제 1 퀀텀도트층이 형성된 상기 제 2 기판에 대해 상기 잉크 젯 장치를 이용하여 상기 각 제 2 부 화소영역에 제 2 퀀텀도트층을 형성하는 단계
를 포함하는 유기전계 발광소자의 제조 방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 제 2 기판의 내측면에 상기 퀀텀도트층을 형성하기 전에 상기 각 부 화소영역의 경계에 대응하여 블랙매트릭스를 형성하는 단계를 포함하는 유기전계 발광소자의 제조 방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 기판 상에 상기 제 2 전극 위로 캡핑막이 형성하는 단계를 포함하며,
상기 제 2 기판에 상기 퀀텀도트층을 덮으며 보호막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 특징인 유기전계 발광소자의 제조 방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 전극을 형성하기 전에
상기 제 1 기판 상에 서로 교차하여 상기 각 부 화소영역을 정의하는 게이트 및 데이터 배선과, 상기 게이트 및 데이터 배선과 나란하게 이격하는 전원배선과, 상기 각 부 화소영역에 상기 게이트 및 데이터 배선과 연결된 스위칭 박막트랜지스터와 상기 스위칭 박막트랜지스터 및 전원배선과 연결된 구동 박막트랜지스터를 형성하는 단계를 더 포함하며,
상기 유기 발광층을 형성하기 전에 상기 제 1 전극의 가장자리부와 중첩하며 상기 각 부 화소영역의 경계에 버퍼패턴을 형성하는 단계
를 더 포함하는 유기전계 발광소자의 제조 방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 유기 발광층은 다중층 구조를 이루며,
상기 제 1 전극과 유기 발광층 사이에 정공주입층, 정공수송층, 전자 블록킹층 중 어느 하나 또는 둘 이상의 층을 더 형성하며,
상기 유기 발광층과 제 2 전극 사이에 전자주입층, 전자수송층, 정공 블록킹층 중 어느 하나 또는 둘 이상의 층을 더 형성하는 것이 특징인 유기전계 발광소자의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 각 화소영역 별로 패턴된 형태의 유기 발광층은, 상기 각 화소영역 내의 3개의 부 화소영역 별로 각각 분리되지 않고 일체의 패턴 형태로 형성된
유기전계 발광소자.
- 제 11 항에 있어서,
상기 각 화소영역 별로 패턴된 형태의 유기 발광층은, 상기 각 화소영역 내의 3개의 부 화소영역 별로 각각 분리되지 않고 일체의 패턴 형태로 형성된
유기전계 발광소자의 제조 방법.
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| KR100915616B1 (ko) * | 2002-05-23 | 2009-09-07 | 후지 덴키 홀딩스 가부시키가이샤 | 유기 ｅｌ 디스플레이 |
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