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KR102115001B1 - 유기전계발광 표시장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

유기전계발광 표시장치 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR102115001B1
KR102115001B1 KR1020130167696A KR20130167696A KR102115001B1 KR 102115001 B1 KR102115001 B1 KR 102115001B1 KR 1020130167696 A KR1020130167696 A KR 1020130167696A KR 20130167696 A KR20130167696 A KR 20130167696A KR 102115001 B1 KR102115001 B1 KR 102115001B1
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light emitting
organic light
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color filter
emitting display
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김형수
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은 유기전계발광 표시장치 및 그 제조방법을 개시한다. 개시된 본 발명의 유기전계발광 표시장치는, 다수의 화소영역을 포함하는 기판; 상기 기판 상에 각 화소영역에 형성된 박막 트랜지스터; 상기 박막 트랜지스터 상에 형성된 제 1 평탄화막; 상기 제 1 평탄화막 상에 형성된 반사층; 상기 반사층 상에 형성되고, 제 1 전극, 유기발광층 및 제 2 전극을 포함하여 광을 방출하는 유기발광소자; 및 상기 반사층과 상기 유기발광소자 사이에 형성된 컬러필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 따른 유기전계발광 표시장치 및 그 제조 방법은, 반사판 상에 컬러필터를 형성함으로써, 외광 반사를 방지하고, 발광 효율을 증가하며, 휘도를 향상시킬 수 있다. 또한, 컬러필터를 내부에 포함함으로써, 외부에 컬러필터 기판을 합착하기 위한 공정을 생략하여 공정이 단순화되고, 공정 마진을 고려할 필요가 없으며, 미스 얼라인이 방지되고, 두께를 감소할 수 있다. 또한, 투명 플렉서블 유기전계발광 표시장치에 적용이 가능하고, 고해상도 적용에 유리하다.

Description

유기전계발광 표시장치 및 그 제조 방법 {Organic light emitting diode display device and fabricating method of the same}
본 발명은 유기전계발광 표시장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 외광 반사를 방지하고, 휘도를 향상하고, 미스얼라인을 방지하며 공정을 단순화 할 수 있는 유기전계발광 표시장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 전기적 정보신호를 시각적으로 표현하는 디스플레이(display)분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 여러 가지 다양한 평판표시장치(Flat Display Device)가 개발되어 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube: CRT)을 빠르게 대체하고 있다.
이 같은 평판표시장치의 구체적인 예로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 유기전계발광 표시장치(Organic Light Emitting Display: OLED), 전기영동표시장치(Electrophoretic Display: EPD,Electric Paper Display), 플라즈마표시장치(Plasma Display Panel device: PDP), 전계방출표시장치(Field Emission Display device: FED), 전기발광표시장치(Electro luminescence Display Device: ELD) 및 전기습윤표시장치(Electro-Wetting Display: EWD) 등을 들 수 있다. 이들은 공통적으로 영상을 구현하는 평판표시패널을 필수적인 구성요소로 하는데, 평판 표시패널은 고유의 발광물질 또는 편광물질층을 사이에 두고 대면 합착된 한 쌍의 기판을 포함하여 이루어진다.
이러한 평판표시장치 중 하나인 유기전계발광 표시장치(Organic light emitting diode display device)는 자발광소자인 유기발광소자를 포함하므로, 비발광소자인 액정표시장치에 사용되는 별도의 광원이 필요하지 않기 때문에 경량 박형이 가능하다. 또한, 액정표시장치에 비해 시야각 및 대비비가 우수하며, 소비전력 측면에서도 유리하며, 직류 저전압 구동이 가능하고, 응답속도가 빠르며, 내부 구성요소가 고체이기 때문에 외부충격에 강하고, 사용 온도범위도 넓은 장점을 가지고 있다.
상기 유기발광소자는 유리 기판 위에 ITO 등으로 이루어진 양극(anode)과 알루미늄(Al) 등으로 이루어진 음극(cathode) 사이에 유기물로 형성된 유기발광층을 증착하여 전기장을 가함으로 빛을 내는 소자이다. 상기 유기 발광 소자의 양극과 음극 사이에 전압을 인가하면, 양극으로부터 정공이 주입되고, 음극으로부터 전자가 주입된 후, 각각 이동을 통해 발광층에서 만나 엑시톤(exiton)을 생성한다. 유기전계발광 표시장치는 상기 생성된 엑시톤(exiton)이 기저상태로 떨어지면서 방출되는 빛을 이용할 수 있다.
이때, 종래 유기전계발광 표시장치는 광의 반사가 가능한 하나 이상의 전극을 포함하며, 외부에서 유입되는 광을 반사시키는 문제점이 있다. 따라서, 외광의 반사로 인해 블랙(black)의 구현이 어려우며, 콘트라스트가 저하되는 단점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 종래 유기전계발광 표시장치는 편광판을 배치하여 외부의 광이 반사되는 것을 방지한다.
도 1은 편광판을 포함하는 종래 유기전계발광 표시장치를 도시한 도면이다.
도 1을 참고하면, 절연 기판(10)과 상기 기판(10) 상에 형성된 박막 트랜지스터 등 소자를 포함하는 소자층(11)과 상기 소자층(11) 상에 형성된 평탄화막(12)을 포함하는 소자기판(S)이 형성된다. 상기 소자 기판(S) 상에는 제 1 전극(14), 유기발광층(15) 및 제 2 전극(16)으로 구성된 유기발광소자(OL)가 형성된다. 상기 유기발광소자(OL)로부터 광이 전면으로 방출되도록 하기 위해 상기 유기발광소자(OL)와 상기 소자기판(S) 사이에는 반사판(13)이 형성된다. 상기 유기발광소자(OL) 상에는 상기 유기발광소자(OL)를 산소 및 수분으로부터 보호하기 위한 봉지층(17)이 형성되고, 상기 봉지층(17) 상에 편광판(18)이 형성된다.
이때, 상기 편광판(18)은 일반적으로 투과율이 40~45%로 외광의 반사를 차단하는 동시에 상기 유기발광소자(OL)에서 전면으로 방출되는 광까지 감소시켜 발광 효율을 떨어뜨린다.
최근에는 표시장치 개발이 활발하게 이루어짐에 따라 기존 디자인과는 차별화된 다양성이 요구되며, 미적 기능을 강화할 수 있고, 사용상의 다기능을 부여할 수 있는 표시장치가 논의 중에 있다. 일 예로 투명 유기전계발광 표시장치가 개발 중에 있다. 상기 투명 유기전계발광 표시장치는 화소영역을 제외한 영역에서 광이 투과되어 투명도를 유지하여야 한다.
하지만, 상기 편광판(18)을 포함하는 유기전계발광 표시장치는 투명 유기전계발광 표시장치에 적용하는 경우, 투명도를 감소시키는 문제점이 있다. 이를 개선하기 위해 편광판 대신 유기발광 표시장치 상에 컬러필터 기판을 형성하는 구조가 제시되었다.
도 2는 컬러필터 기판을 포함하는 종래 유기전계발광 표시장치를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 반사판(23)을 사이에 두고 소자 기판(S) 상에 유기발광소자(OL)가 형성된다. 상기 소자 기판(S)은 절연 기판(20)과 상기 기판(20) 상에 형성된 박막 트랜지스터 등 소자를 포함하는 소자층(21)과 상기 소자층(21) 상에 형성된 평탄화막(22)을 포함한다. 또한, 상기 유기발광소자(OL)는 제 1 전극(24), 유기발광층(25) 및 제 2 전극(26)을 포함한다. 상기 유기발광소자(OL) 상에는 상기 유기발광소자(OL)를 보호하기 위한 봉지층(27)이 형성된다.
상기 봉지층(27) 상에 컬러필터 기판(C)이 부착되어 형성된다. 상기 컬러필터 기판(C)은 유리 기판(30) 상에 컬러필터(31)와 블랙 매트릭스(32)가 형성된다. 상기 컬러필터 기판(C)은 각 화소영역에 대응되도록 컬러필터(31)가 배치되고, 각 화소영역 사이에 대응되도록 블랙 매트릭스(32)가 배치된 후 상기 봉지층(27) 상에 합착된다. 이때, 상기 컬러필터 기판(C)의 유리 기판(30) 배면에는 자외선 차광 필름(28)이 추가로 더 형성될 수 있다.
이로 인해, 유기발광소자(OL)에서 방출되는 각 화소영역의 광은 편광판 대신 컬러필터(31)를 통과함에 따라 큰 손실 없이 외부로 방출될 수 있다. 또한, 외광 반사도 약 30% 수준으로 감소시킬 수 있다. 또한, 투명 유기전계발광 표시장치에 적용하는 경우, 화소영역을 제외한 영역에서 투명도 저하가 일어나지 않는다.
하지만, 컬러필터 기판을 포함하는 종래 유기전계발광 표시장치는 상기 컬러필터 기판 합착 공정에서 미스 얼라인(miss-align)이 발생할 수 있다. 이로 인해, 고해상도 적용에 불리하다. 또한, 미스 얼라인이 발생하는 경우, 투과 영역이 가려지거나 반사전극의 노출에 따른 콘트라스트가 저하되는 문제점이 있다. 또한, 화소 영역과 컬러필터의 색이 일치하지 않는 경우, 혼색이 발생하고 휘도가 저하하는 문제점이 발생한다.
또한, 컬러필터 기판을 포함하는 종래 유기전계발광 표시장치는 유리 기판 등에 의해 두께가 크게 증가하며, 박형의 유기전계발광 표시장치의 제작이 어렵다. 또한, 유리 기판이 포함되며, 두께가 두꺼운 문제점으로 인해, 플렉서블(flexible) 유기전계발광 표시장치에는 적용이 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 반사판 상에 컬러필터를 형성함으로써, 외광 반사를 방지하고, 발광 효율을 증가하며, 휘도를 향상시키는 유기전계발광 표시장치 및 그 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 컬러필터를 내부에 포함함으로써, 외부에 컬러필터 기판을 합착하기 위한 공정을 생략하여 공정이 단순화되고, 공정 마진을 고려할 필요가 없으며, 미스 얼라인이 방지되고, 두께를 감소할 수 있는 유기전계발광 표시장치 및 그 제조 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 투명 플렉서블 유기전계발광 표시장치에 적용이 가능하고, 고해상도 적용에 유리한 유기전계발광 표시장치 및 그 제조 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기와 같은 종래 기술의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 유기전계발광 표시장치는, 다수의 화소영역을 포함하는 기판; 상기 기판 상에 각 화소영역에 형성된 박막 트랜지스터; 상기 박막 트랜지스터 상에 형성된 제 1 평탄화막; 상기 제 1 평탄화막 상에 형성된 반사층; 상기 반사층 상에 형성되고, 제 1 전극, 유기발광층 및 제 2 전극을 포함하여 광을 방출하는 유기발광소자; 및 상기 반사층과 상기 유기발광소자 사이에 형성된 컬러필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 유기전계발광 표시장치의 제조방법은, 다수의 화소영역을 포함하는 기판 상에 각 화소영역에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계; 상기 박막 트랜지스터 상에 제 1 평탄화막을 형성하는 단계; 상기 제 1 평탄화막 상에 반사층을 형성하는 단계; 상기 반사층 상에 컬러필터를 형성하는 단계; 상기 컬러필터 상에 제 2 평탄화막을 형성하는 단계; 및 상기 제 2 평탄화막 상에 제 1 전극, 유기발광층 및 제 2 전극을 포함하고, 광을 방출하는 유기발광소자를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유기전계발광 표시장치 및 그 제조 방법은, 반사판 상에 컬러필터를 형성함으로써, 외광 반사를 방지하고, 발광 효율을 증가하며, 휘도를 향상시키는 제 1 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 유기전계발광 표시장치 및 그 제조 방법은, 컬러필터를 내부에 포함함으로써, 외부에 컬러필터 기판을 합착하기 위한 공정을 생략하여 공정이 단순화되고, 공정 마진을 고려할 필요가 없으며, 미스 얼라인이 방지되고, 두께를 감소할 수 있는 제 2 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 유기전계발광 표시장치 및 그 제조 방법은, 투명 플렉서블 유기전계발광 표시장치에 적용이 가능하고, 고해상도 적용에 유리한 제 3 효과가 있다.
도 1은 편광판을 포함하는 종래 유기전계발광 표시장치를 도시한 도면이다.
도 2는 컬러필터 기판을 포함하는 종래 유기전계발광 표시장치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 유기전계발광 표시장치를 도시한 도면이다.
도 4a 내지 도 4g는 본 발명에 따른 유기전계발광 표시장치의 제조 방법을 도시한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 종래 발명과 본 발명의 발광 효율 시뮬레이션을 도시한 도면이다.
도 6은 종래 발명과 비교하여 본 발명의 휘도 개선을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 유기전계발광 표시장치를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 유기전계발광 표시장치는 절연 기판(100), 소자층(110) 및 제 1 평탄화막(120)으로 구성된 소자 기판(S)을 포함한다. 상기 소자층(110)은 다수의 박막층 및 전기적 소자들이 형성된다. 보다 자세하게는, 게이트 전극, 반도체층, 소스전극 및 드레인전극을 포함하는 박막 트랜지스터를 포함한다.
또한, 상기 소자층(110)에는 게이트 라인 및 데이터 라인이 서로 교차하여 형성되어 화소영역을 정의한다. 이로 인해, 상기 기판(100)은 다수의 화소영역을 포함한다. 상기 다수의 화소영역의 각 화소영역에는 적어도 하나의 박막 트랜지스터가 형성된다. 상기 박막 트랜지스터를 포함하는 소자층(110) 상에 제 1 평탄화막(120)이 형성된다.
상기 제 1 평탄화막(120) 상에는 반사층(130)이 형성되고, 상기 반사층(130) 상에는 컬러필터(131)이 형성된다. 상기 컬러필터(131) 상에는 제 2 평탄화막(132)이 형성된다. 상기 컬러필터(131)를 반사층(130) 상에 형성함으로써, 외광의 반사율을 약 30%로 줄일 수 있다.
상기 컬러필터(131)는 상기 컬러필터(131)가 형성되는 화소영역의 서브화소와 대응되는 색상으로 형성된다. 예를 들면, 상기 컬러필터(131)가 형성되는 서브화소가 적색 서브화소인 경우, 상기 컬러필터(131)는 적색 컬러필터로 형성된다. 또한, 상기 컬러필터(131)가 형성되는 서브화소가 녹색 서브화소인 경우, 상기 컬러필터(131)는 녹색 컬러필터로 형성되고, 상기 컬러필터(131)가 형성되는 서브화소가 청색 서브화소인 경우, 상기 컬러필터(131)는 청색 컬러필터로 형성된다. 즉, 상기 컬러필터(131)는 유기발광소자(OL)가 방출하는 광의 색상과 동일한 색상으로 형성된다.
본 발명에 따른 유기전계발광 표시장치는 상기 컬러필터(131)가 반사층(130) 상부 및 유기발광소자 하부에 형성됨으로써, 외광 반사를 감소시키고, 콘트라스트를 개선할 수 있다. 또한, 컬러필터기판을 합착하던 종래와 달리, 합착 공정을 생략할 수 있으며, 두께를 감소할 수 있다.
별도의 유리 기판 등이 필요하지 않은 바, 플렉서블 유기전계발광 표시장치에도 적용할 수 있다. 특히, 투명 유기전계발광 표시장치에 적용하는 경우, 화소영역을 제외한 영역에서 투명성을 확보할 수 있어 유리하다. 플렉서블 유기전계발광 표시장치란 절연 기판(100)이 유연한 재료로 형성되어 굽힘 등이 가능한 표시장치를 말한다. 또한, 투명 유기전계발광 표시장치란 화소영역을 제외한 영역에서 투명성을 유지하는 표시장치를 말한다.
또한, 본 발명에 따른 유기전계발광 표시장치는 종래와 달리 합착 공정이 생략됨으로 인해, 공정 마진을 고려할 필요가 없으며, 미스 얼라인을 방지할 수 있고 고해상도에 적용이 유리하다. 즉, 외광의 반사를 차단하면서, 유기발광소자 상부에 형성되는 편광판 또는 컬러필터기판을 생략할 수 있는 효과가 있다.
상기 컬러필터(131) 상에는 제 2 평탄화막(132)이 형성된다. 상기 컬러필터(131)는 표면이 거칠고, 상기 컬러필터(131)로 인해 굴곡이 발생하므로 제 2 평탄화막(132)이 필요하다. 상기 제 2 평탄화막(132) 상에는 제 1 전극(140), 유기발광층(150) 및 제 2 전극(160)이 적층되어 형성된 유기발광소자(OL)가 형성된다. 상기 유기발광소자(OL)는 상기 제 1 전극(140)과 제 2 전극(160)에 전압을 인가하면 정공과 전자가 각각 이동하고, 유기발광층(150)에서 정공과 전자가 만나 엑시톤(exiton)을 생성하고, 상기 생성된 엑시톤(exiton)이 기저상태로 떨어지면서 광을 방출하는 자발광 소자이다. 이때, 상기 유기발광소자(OL)에서 방출되는 광의 색상과 상기 컬러필터(131)의 색상은 동일하도록 형성된다.
상기 유기발광소자(OL) 상에 산소와 수분을 차단하기 위한 봉지층(170)이 형성된다. 상기 유기발광소자(OL)는 산소와 수분에 쉽게 불량이 발생할 수 있으므로 봉지층(170)이 필요하다. 또한, 상기 봉지층(170) 상에는 자외선 차단 필름(180)이 추가로 형성될 수 있다. 본 발명에 따른 유기전계발광 표시장치 및 그 제조 방법을 단면도를 참조하여 보다 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 4a 내지 도 4g는 본 발명에 따른 유기전계발광 표시장치의 제조 방법을 도시한 도면이다.
도 4a를 참조하면, 유리, 플라스틱 또는 폴리이미드(PI) 등으로 형성되는 절연 기판(100) 전면에 버퍼층(101)을 형성한다. 상기 버퍼층(101) 상에 반도체층(102)을 형성한다. 상기 반도체층(102)과 게이트 절연막(103)을 사이에 두고 중첩되도록 게이트 전극(104)이 형성된다. 도면 상에는 게이트 절연막(103)이 게이트 전극(104) 하부에만 형성되었으나, 기판(100) 전면에 게이트 절연막(103)이 형성될 수도 있다.
상기 게이트 전극(104)은 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 구리(Cu), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 이들의 조합으로부터 형성되는 합금 또는 투명성 도전물질인 ITO, IZO 및 ITZO 중 적어도 하나 이상을 적층하여 형성할 수 있다. 다만, 재료는 이에 한정되지 않고 일반적으로 쓰이는 게이트 전극 및 게이트 라인의 재료로 형성할 수 있다. 또한, 도면에서는 게이트 전극(104)이 단일 금속층으로 형성되어 있지만, 이것은 고정된 것이 아니므로 2개 이상의 금속층으로 적층하여 형성할 수 있다.
상기 게이트 전극(104)이 형성된 기판(100) 전면에 층간 절연막(105)을 형성한다. 이후, 포토레지스트 공정으로 상기 층간 절연막(105)을 식각하여, 상기 반도체층(102)을 노출시키는 콘택홀을 형성한다. 상기 콘택홀이 형성된 층간절연막(105) 상에 소스 전극(106) 및 드레인 전극(107)을 형성한다. 상기 소스 전극(106) 및 드레인 전극(107) 이 형성된 기판(100) 전면에 보호막(108)을 형성한다.
상기 소스 전극(106) 및 드레인 전극(107)은 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 구리(Cu), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 이들의 조합으로부터 형성되는 합금 중 어느 하나를 이용하여 형성할 수 있다. 또한, ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명성 도전물질을 사용할 수 있다. 또한, 도면에서는 단일 금속층으로 형성되어 있지만 경우에 따라서는 적어도 2개 이상의 금속층들을 적층하여 형성할 수도 있다. 다만, 이에 한정되지 않는다.
이로 인해, 반도체층(102), 게이트 전극(104), 소스 전극(106) 및 드레인 전극(107)을 포함하는 박막 트랜지스터가 형성되고, 상기 박막 트랜지스터를 포함하는 소자층(110)이 완성된다. 도면에는 도시하지 않았으나, 상기 소자층(110)은 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 라인 및 데이터 라인 등을 더 포함할 수 있다. 상기 기판(100)에는 다수의 화소영역이 형성되고, 상기 박막 트랜지스터는 각 화소영역에 적어도 하나 형성된다.
상기 소자층(110) 상에 제 1 평탄화막(120)을 형성한다. 또한, 상기 드레인 전극(107)과 추후 공정에서 형성되는 제 1 전극과 연결을 위해, 상기 제 1 평탄화막(120)과 상기 보호막(108) 상기 드레인 전극(107)을 노출하는 제 1 콘택홀을 포함하여 형성된다. 이로 인해, 상기와 같이 기판(100), 상기 기판(100) 상에 형성된 박막 트랜지스터를 포함하는 소자층(110) 및 제 1 평탄화막(120)을 포함하는 소자 기판(S)이 완성된다.
다만, 도면은 본 발명에 따른 박막 트랜지스터를 포함하는 소자 기판을 간소화하여 도시한 것으로, 이에 한정되지 않는다. 즉, 도면상으로 하나의 박막 트랜지스터로 표현하였으나, 동작의 특성의 따라 상기 박막 트랜지스터는 하나 이상의 박막 트랜지스터 조합으로 구성될 수 있으며, 도면의 표현에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 박막 트랜지스터의 구성 등은 다양한 변경 및 수정이 가능하다. 또한, 일반적으로 유기전계발광 표시장치의 유기발광소자 하부에 형성된 소자 기판의 구성으로 다양하게 변경되어 형성될 수 있다.
도 4b를 참조하면, 상기 제 1 콘택홀이 형성된 소자 기판(S) 상에 반사층(130)을 형성한다. 상기 반사층(130)은 알루미늄(Al)과 같은 반사율이 높은 금속물질로 형성된다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 유기발광소자에서 방출되는 광을 외부로 반사할 수 있는 물질로 형성될 수 있다.
상기 반사층(130)은 상기 드레인 전극(107)을 노출하는 제 1 콘택홀 상에 연장되어 형성된다. 즉, 상기 반사층(130)은 상기 제 1 콘택홀을 통해 드레인 전극(107)과 접하도록 형성된다. 이로 인해, 상기 반사층(130)은 추후 공정에서 상기 드레인 전극(107)과 유기발광소자의 제 1 전극이 접촉하기 위한 제 2 콘택홀을 형성하는 과정에서 드레인 전극(107)의 손상을 방지할 수 있다.
도 4c를 참조하면, 상기 반사층(130) 상에 컬러필터(131)가 형성된다. 상기 컬러필터(131)는 상기 컬러필터(131)가 형성되는 화소영역의 서브화소와 대응되는 색상으로 형성된다. 예를 들면, 상기 컬러필터(131)가 형성되는 서브화소가 적색 서브화소인 경우, 상기 컬러필터(131)는 적색 컬러필터로 형성된다. 또한, 상기 컬러필터(131)가 형성되는 서브화소가 녹색 서브화소인 경우, 상기 컬러필터(131)는 녹색 컬러필터로 형성되고, 상기 컬러필터(131)가 형성되는 서브화소가 청색 서브화소인 경우, 상기 컬러필터(131)는 청색 컬러필터로 형성된다. 즉, 상기 컬러필터(131)는 추후 공정에서 형성되는 유기발광소자가 방출하는 광의 색상과 동일한 색상으로 형성된다.
종래 유기전계발광 표시장치는 컬러필터를 편광판을 대신하여 사용하기 위해 유기발광소자 상에 컬러필터기판을 합착하는 공정이 추가되었다. 이로 인해, 공정이 추가되어 공정상 시간 및 비용이 증가하였으며, 컬러필터기판의 유리 기판 등으로 인해 두께가 증가한다. 또한, 컬러필터기판이 두께가 두껍고 유리기판 등이 포함되어 플렉서블 유기전계발광 표시장치에 적용이 어려운 단점이 있었다.
또한, 종래 유기전계발광 표시장치는 합착 공정 중에 컬리필터와 화소 영역이 서로 미스얼라인(miss-align) 될 수 있으며, 미스얼라인이 발생하는 경우, 투과 영역이 가려지거나 반사전극의 노출에 따른 콘트라스트가 저하되는 불량이 발생하였다. 또한, 화소 영역과 컬러필터의 색이 일치하지 않는 경우, 혼색이 발생하고 휘도가 저하된다.
본 발명에 따른 유기전계발광 표시장치는 상기 컬러필터(131)가 반사층(130) 상부 및 유기발광소자 하부에 형성됨으로써, 외광 반사를 감소시키고, 콘트라스트를 개선할 수 있다. 또한, 컬러필터기판을 합착하던 종래와 달리, 합착 공정을 생략할 수 있으며, 두께를 감소할 수 있다.
별도의 유리 기판 등이 필요하지 않은 바, 플렉서블 유기전계발광 표시장치에도 적용할 수 있다. 특히, 투명 유기전계발광 표시장치에 적용하는 경우, 화소영역을 제외한 영역에서 투명성을 확보할 수 있어 유리하다. 플렉서블 유기전계발광 표시장치란 절연 기판(100)이 유연한 재료로 형성되어 굽힘 등이 가능한 표시장치를 말한다. 또한, 투명 유기전계발광 표시장치란 화소영역을 제외한 영역에서 투명성을 유지하는 표시장치를 말한다.
또한, 본 발명에 따른 유기전계발광 표시장치는 종래와 달리 합착 공정이 생략됨으로 인해, 공정 마진을 고려할 필요가 없으며, 미스 얼라인을 방지할 수 있고 고해상도에 적용이 유리하다. 즉, 외광의 반사를 차단하면서, 유기발광소자 상부에 형성되는 편광판 또는 컬러필터기판을 생략할 수 있는 효과가 있다.
도 4d를 참조하면, 상기 컬러필터(131)를 포함하는 기판 전면에 제 2 평탄화막(132)을 형성한다. 상기 컬러필터(131)는 표면이 거칠고, 상기 컬러필터(131)로 인해 굴곡이 발생하므로 제 2 평탄화막(132)이 필요하다. 이후, 상기 제 2 평탄화막(132)을 식각하여, 상기 제 1 콘택홀과 대응되는 영역에 제 2 콘택홀을 형성한다. 상기 제 1 콘택홀 상에 반사층(130)이 형성됨에 따라, 상기 제 2 콘택홀은 반사층(130)을 노출하도록 형성된다.
상기 제 2 콘택홀은 추후 공정에서 유기발광소자의 제 1 전극과 상기 드레인 전극(107)을 연결하기 위해 형성된다. 상기 제 2 평탄화막(132)에 제 2 콘택홀을 형성하는 공정은 습식 식각 공정으로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 식각 공정으로 인해 드레인 전극(107)에 손상이 발생할 수 있다. 이로 인해, 드레인 전극(107)을 노출하는 제 1 콘택홀 상에 반사층(130)이 형성되고, 상기 제 1 콘택홀과 대응되는 영역에 제 2 콘택홀이 형성되며, 상기 제 2 콘택홀은 상기 반사층(130)을 노출하도록 형성될 수 있다.
도 4e를 참조하면, 상기 제 2 콘택홀이 형성된 제 2 평탄화막(132) 상에 유기발광소자(OL)가 형성된다. 상기 유기발광소자(OL)는 제 1 전극(140), 유기발광층(150) 및 제 2 전극(160)을 포함하여 형성된다.
상기 제 1 전극(140)은 상기 제 2 콘택홀 상에 형성한다. 즉, 상기 제 1 전극(140)은 상기 반사층(130)을 사이에 두고 드레인 전극(107)과 연결되도록 형성한다. ITO와 같은 투명한 도전성 물질로 형성될 수 있다. 다만, 물질은 ITO에 한정되지 않으며, 일반적으로 제 1 전극으로 형성될 수 있는 물질이면 족하다.
상기 제 1 전극(140) 상에는 발광 영역과 비 발광 영역을 정의하는 뱅크 패턴(141)이 형성된다. 상기 뱅크 패턴(141)은 발광 영역에서만 상기 제 1 전극(140)을 노출하도록 형성된다. 상기 유기발광층(150)은 상기 뱅크 패턴(141)을 통해 노출된 제 1 전극(140) 상에 형성된다. 상기 유기발광층(150)은 발광물질로 이루어진 단일층으로 구성되거나, 또는 발광 효율을 높이기 위해 정공주입층(hole injection layer), 정공수송층(hole transporting layer), 발광층(emitting material layer), 전자수송층(electron transporting layer), 및 전자주입층(electron injection layer)의 다중층으로 구성될 수 있다. 상기 유기발광층(150) 상에는 제 2 전극(160)이 형성된다.
이때, 상기 제 2 전극(160)은 IZO로 형성될 수 있다. 외부로부터 유기전계발광 표시장치로 광이 입사하는 경우, 제 2 전극(160)에서도 반사가 일어날 수 있다. 이를 방지하기 위해, 상기 제 2 전극(160)은 반사율이 10% 이하인 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들면 IZO로 형성될 수 있다. 이로 인해, 외광의 반사를 방지할 수 있다.
도 4f를 참조하면, 상기 유기발광소자(OL) 상에 산소와 수분을 차단하기 위한 봉지층(170)이 형성된다. 상기 유기발광소자(OL)는 산소와 수분에 쉽게 불량이 발생할 수 있으므로 봉지층(170)이 필요하다. 상기 봉지층(170)은 다수의 층으로 이루어질 수 있으며, 흡습제를 포함할 수도 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 일반적으로 유기발광소자(OL)을 봉지하는 구성으로 이루어질 수 있다.
상기 봉지층(170) 상에는 자외선 차단 필름(180)이 추가로 형성될 수 있다. 편광판이 생략되는 경우, 소자에 영향을 줄 수 있는 자외선을 차단하기 위해 투명한 자외선 차단 필름(180)이 추가로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 유기전계발광 표시장치는 외광을 차단할 수 있는 효과 외에 유기발광소자로부터 방출하는 광의 발광 효율도 증가시킬 수 있다. 이를 도면을 참조하여 검토하면 다음과 같다.
도 5a 및 도 5b는 종래 발명과 본 발명의 발광 효율 시뮬레이션을 도시한 도면이다.
도 5a는 컬러필터기판을 포함하는 종래 유기전계발광 표시장치의 발광 효율을 시뮬레이션한 결과이고, 도 5b는 본 발명에 따른 유기전계발광 표시장치의 발광 효율을 시뮬레이션한 결과이다. 유기발광소자의 상면 및 하면에서 각각 50%의 광이 방출되고, 반사층(23,130)의 반사율이 100%, 유기발광소자(OL)의 투과율이 100% 및 컬러필터(31,131)의 투과율이 80%로 가정한다.
도 5a를 참조하면, 종래 유기전계발광 표시장치는 유기발광소자(OL)로부터 방출된 광이 50%는 컬러필터(31)를 향하고, 50%는 반사층(23)을 향한다. 상기 컬러필터(31)를 향하는 광은 컬러필터(31)를 투과하여 40%의 광으로 방출된다. 상기 반사층(23)을 향하는 광은 다시 유기발광소자(OL)를 통과하고, 컬러필터(31)를 투과하여 40%의 광으로 방출된다. 이로 인해, 종래 유기전계발광 표시장치의 유기발광소자로부터 방출되는 광은 80%로 방출되는 것을 알 수 있다.
도 5b를 참조하면, 본 발명에 따른 유기전계발광 표시장치는 유기발광소자(OL)로부터 방출된 광이 50%는 바로 외부로 방출되고, 50%는 컬러필터(131)를 향한다. 상기 컬러필터(131)를 향하는 광은 컬러필터(31)를 투과하여 40%의 광으로 반사층(130)을 향한다. 상기 반사층(130)에서 반사된 광은 다시 컬러필터를 투과하여 32%의 광으로 유기발광소자(OL)를 통과하고 외부로 방출된다. 이로 인해, 본 발명에 따른 유기전계발광 표시장치의 유기발광소자로부터 방출되는 광은 82%로 방출되는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 유기전계발광 표시장치는 종래 유기전계발광 표시장치보다 유기발광소자에서 방출되는 광의 발광 효율도 더 향상될 수 있음을 알 수 있다.
도 6은 종래 발명과 비교하여 본 발명의 휘도 개선을 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 적색 스펙트럼은 종래 발명의 적색 스펙트럼보다 14.6% 휘도가 개선되고, 본 발명의 녹색 스펙트럼은 종래 발명의 녹색 스펙트럼보다 19.5% 휘도가 개선되고, 본 발명의 청색 스펙트럼은 종래 발명의 청색 스펙트럼보다 15.1% 휘도가 개선됨을 알 수 있다. 도 6의 종래 발명은 컬러필터기판을 포함한 종래 유기전계발광 표시장치를 의미한다.
즉, 본 발명에 따른 유기전계발광 표시장치는 종래와 비교하여 약 16.4%의 휘도가 상승할 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 유기전계발광 표시장치 및 그 제조 방법은, 반사판 상에 컬러필터를 형성함으로써, 외광 반사를 방지하고, 발광 효율을 증가하며, 휘도를 향상시킬 수 있다. 또한, 컬러필터를 내부에 포함함으로써, 외부에 컬러필터 기판을 합착하기 위한 공정을 생략하여 공정이 단순화되고, 공정 마진을 고려할 필요가 없으며, 미스 얼라인이 방지되고, 두께를 감소할 수 있다. 또한, 투명 플렉서블 유기전계발광 표시장치에 적용이 가능하고, 고해상도 적용에 유리하다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
100: 절연기판 140: 제 1 전극
110: 소자층 150: 유기발광층
120: 제 1 평탄화막 160: 제 2 전극
130: 반사층 170: 봉지층
131: 컬러필터 180: 자외선 차단필름
132: 제 2 평탄화막

Claims (19)

  1. 다수의 화소영역을 포함하는 기판;
    상기 기판 상에 각 화소영역에 형성된 박막 트랜지스터;
    상기 박막 트랜지스터 상에 형성된 제 1 평탄화막;
    상기 제 1 평탄화막 상에 형성된 반사층;
    상기 반사층 상에 형성된 컬러필터;
    상기 컬러필터 상에 형성된 제 2 평탄화막; 및
    상기 제 2 평탄화막 상에 형성되고, 제 1 전극, 유기발광층 및 제 2 전극을 포함하여 광을 방출하는 유기발광소자를 포함하는 유기전계발광 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전극은 IZO인 것을 특징으로 하는 유기전계발광 표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기발광소자 상에 형성된 봉지층; 및
    상기 봉지층 상에 형성된 자외선 차단 필름을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광 표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 컬러필터는 상기 유기발광소자에서 방출하는 광의 색상과 동일한 색상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광 표시장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 평탄화막은 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극을 노출하는 제 1 콘택홀을 포함하고,
    상기 반사층은 상기 제 1 콘택홀 상에 연장되어 형성된 것을 특징으로 하는 유기전계발광 표시장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 평탄화막은 상기 제 1 콘택홀과 대응되는 영역에서 상기 반사층을 노출하는 제 2 콘택홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광 표시장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 상기 반사층을 사이에 두고 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 연결되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광 표시장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기전계발광 표시장치는 전면으로 발광하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광 표시장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기전계발광 표시장치는 유연한 기판을 포함하는 플렉서블 유기전계발광 표시장치인 것을 특징으로 하는 유기전계발광 표시장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기전계발광 표시장치는 상기 화소영역을 제외한 영역에서 투명성을 유지하는 투명 유기전계발광 표시장치인 것을 특징으로 하는 유기전계발광 표시장치.
  12. 다수의 화소영역을 포함하는 기판 상에 각 화소영역에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계;
    상기 박막 트랜지스터 상에 제 1 평탄화막을 형성하는 단계;
    상기 제 1 평탄화막 상에 반사층을 형성하는 단계;
    상기 반사층 상에 컬러필터를 형성하는 단계;
    상기 컬러필터 상에 제 2 평탄화막을 형성하는 단계; 및
    상기 제 2 평탄화막 상에 제 1 전극, 유기발광층 및 제 2 전극을 포함하고, 광을 방출하는 유기발광소자를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광 표시장치의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 전극은 IZO로 형성하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광 표시장치의 제조 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 유기발광소자 상에 봉지층을 형성하는 단계; 및
    상기 봉지층 상에 자외선 차단 필름을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광 표시장치의 제조 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 컬러필터는 상기 유기발광소자에서 방출하는 광의 색상과 동일한 색상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광 표시장치의 제조 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 평탄화막을 형성하는 단계는,
    상기 제 1 평탄화막을 식각하여 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극을 노출하는 제 1 콘택홀을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광 표시장치의 제조 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 반사층은 상기 제 1 콘택홀 상에 연장되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광 표시장치의 제조 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 2 평탄화막을 형성하는 단계는,
    상기 제 2 평탄화막을 식각하여 상기 제 1 콘택홀과 대응되는 영역에서 상기 반사층을 노출하는 제 2 콘택홀을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광 표시장치의 제조 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 상기 반사층을 사이에 두고 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 연결되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광 표시장치의 제조 방법.

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