KR102154489B1 - 유기전계발광소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기전계발광소자를 개시한다. 개시된 본 발명의 유기전계발광소자는, 복수개의 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 화소 영역들이 구획된 기판; 상기 기판 상의 화소 영역들에 형성된 구동 박막트랜지스터와 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 컬러필터들; 상기 각 화소 영역에 형성된 구동 박막트랜지스터와 연결되고, 상기 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 컬러필터들 상에 배치된 유기발광 다이오드; 및 상기 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 화소 영역들 중 적어도 어느 하나의 화소 영역에서 상기 기판과 상기 유기발광다이오드 사이에 배치된 저반사막을 포함한다.

Description

유기전계발광소자{Organic Electro-Luminescence Device}

본 발명은 유기전계발광소자에 관한 것이다.

최근까지, CRT(cathode ray tube)가 표시장치로서 주로 사용되었다. 그러나, 최근에 CRT를 대신할 수 있는, 플라즈마표시장치(plasma display panel: PDP), 액정표시장치(liquid crystal display device: LCD), 유기전계발광소자(organic electro-luminescence device: OLED)와 같은 평판표시장치가 널리 연구되며 사용되고 있다.

위와 같은 평판표시장치 중에서, 유기전계발광소자(이하, OLED라 함)는 자발광소자로서, 비발광소자인 액정표시장치에 사용되는 백라이트가 필요하지 않기 때문에 경량 박형이 가능하다.

그리고 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.

특히, 제조공정이 단순하기 때문에 생산원가를 기존의 액정표시장치 보다 많이 절감할 수 있는 장점이 있다. 이러한 특성을 갖는 OLED는 크게 패시브 매트릭스 타입(passive matrix type)과 액티브 매트릭스 타입(active matrix type)으로 나뉘어 지는데, 패시브 매트릭스 타입은 신호선을 교차하면서 매트릭스 형태로 소자를 구성되는 반면, 액티브 매트릭스 타입은 화소를 온/오프(on/off)하는 스위칭 소자인 박막트랜지스터와 전류를 흘려보내주는 구동 박막트랜지스터 및 구동 박막트랜지스터에 한 프레임 동안 전압을 유지해 주는 캐패시터가 화소 별로 위치하도록 한다.

또한, 상기 OLED는 각각의 화소 별 유기발광 다이오드가 형성되는데, 상기 유기발광 다이오드는 애노드(anode)와 캐소드(cathode) 및 유기발광층으로 구성된다.

상기 유기발광 다이오드는 애노드와 상기 캐소드 간에 전압을 인가하면 정공은 상기 애노드로부터 상기 유기발광층 내로 주입되고, 전자는 상기 캐소드로부터 상기 유기발광층내로 주입된다. 상기 유기발광층내로 주입된 정공과 전자는 상기 유기발광층에서 결합하여 엑시톤(exiton)을 생성하고, 이러한 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 전이하면서 빛을 방출하게 된다.

최근, 패시브 매트릭스 타입은 해상도나 소비전력, 수명 등에 많은 제한적인 요소를 가지고 있어, 고해상도나 대화면을 구현할 수 있는 액티브 매트릭스 타입 OLED의 연구가 활발히 진행되고 있다.

특히, OLED의 화면 품위를 개선하기 위해 기판 상에 편광판을 부착하여, 외부광이 기판 영역에서 반사되거나 기판 내부에서 전반사되는 것을 방지하는 기술이 개발되었다.

하지만, OLED의 기판 전면에 편광판을 부착하는 기술은 외부광을 흡수하여 반사율을 줄여주는 효과가 있지만, 유기발광 다이오드의 유기발광층에서 발생되는 광이 기판 외부로 나오는 광까지 흡수되어 발광효율을 저하시키는 문제가 있다.

본 발명은, 유기전계발광소자의 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 화소 별 또는 백색(W) 화소에만 저반사막을 형성하여, 외부광에 의한 콘트라스트비 저하를 방지한 유기전계발광소자를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은, 유기전계발광소자의 백색(W) 화소에 저반사막을 형성하여, 블랙 모드 구현시 백색(W) 화소 영역에서의 휘도 불량을 방지한 유기전계발광소자를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 종래 기술의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 유기전계발광소자는, 복수개의 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 화소 영역들이 구획된 기판; 상기 기판 상의 화소 영역들에 형성된 구동 박막트랜지스터와 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 컬러필터들; 상기 각 화소 영역에 형성된 구동 박막트랜지스터와 연결되고, 상기 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 컬러필터들 상에 배치된 유기발광 다이오드; 및 상기 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 화소 영역들 중 적어도 어느 하나의 화소 영역에서 상기 기판과 상기 유기발광다이오드 사이에 배치된 저반사막을 포함한다.

또한, 본 발명의 유기전계발광소자는, 복수개의 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 화소 영역들이 구획된 제1 기판; 상기 제1 기판 상의 화소 영역들에 형성된 구동 박막트랜지스터와 유기발광 다이오드; 상기 구동 박막트랜지스터와 유기발광다이오드 상에 형성된 캡핑층; 상기 제1기판과 대향되는 제2 기판; 상기 복수개의 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 화소 영역들에 대응되도록 제2 기판 상에 형성된 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 컬러필터들; 및 상기 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 화소 영역들 중 적어도 어느 하나의 화소 영역에서 상기 제1 기판의 캡핑층과 상기 제2 기판 사이에 배치된 저반사막을 포함한다.

본 발명의 유기전계발광소자는, 유기전계발광소자의 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 화소 별 또는 백색(W) 화소에만 저반사막을 형성하여, 외부광에 의한 콘트라스트비 저하를 방지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 유기전계발광소자는, 유기전계발광소자의 백색(W) 화소에 저반사막을 형성하여, 블랙 모드 구현시 백색(W) 화소 영역에서의 휘도 불량을 방지하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 OLED의 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 OLED의 화소 구조를 도시한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제1 실시예의 저반사막에 사용된 금속의 굴절률과 소광계수를 나타낸 그래프이다.
도 4a 내지 도 6b는 OLED의 블랙 구동시 비교예와 본 발명의 실시예를 비교한 도면들이다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 OLED의 광효율 특성을 도시한 도면이다.
도 8a는 본 발명의 제2실시예에 따른 OLED의 구조를 도시한 단면도이다.
도 8b는 도 8a의 백색(W) 화소 영역의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9a는 본 발명의 제3실시예에 따른 OLED의 구조를 도시한 단면도이다.
도 9b는 도 9a의 백색(W) 화소 영역의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.

위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.

시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간 적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.

제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.

이하, 본 발명의 실시예들은 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 그리고 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

한편, OLED(100)는 발광된 빛의 투과방향에 따라 상부 발광방식(top emission type)과 하부 발광방식(bottom emission type)으로 나뉘게 되는데, 이하 본 발명의 제1,2실시예는 하부 발광방식을 일예로 설명하고, 본 발명의 제3실시예는 도 9에서 상부 발광방식을 일예로 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 OLED의 구조를 도시한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 OLED(100)는 설명의 편의를 위해 구동 박막트랜지스터(210: DTr)가 형성되는 영역을 구동영역(DA) 그리고 뱅크(221)가 형성되는 영역을 비화소영역(NA), 적(R),녹(G),청(B) 및 백색(W) 컬러필터들(223a, 223b, 223c,223d)이 형성되는 화소 영역을 각각 발광영역(PA)이라 정의한다. 또한, 상기 백색(W) 컬러필터(223d)는 별도 컬러필터 패턴이 형성되지 않지만, 설명의 편의를 위해 백색(W) 화소 영역에 형성된 투명 유기막(120)을 백색(W) 컬러필터(223d)로 정의하였다.

본 발명의 제1 실시예에서는 상기 백색(W) 컬러필터(223d) 형성 영역과 대응되는 영역에 저반사막(250)을 형성하여, 외부광이 기판(101) 영역에서 반사되어 휘도 불량을 야기하는 것을 방지하였다. 또한, 상기 저반사막(250)은 기판(101)을 통하여 백색(W) 컬러필터(223d) 내측 및 유기발광 다이오드(E) 영역으로 진행하여 반사전극(제2전극(232))에서 반사되어 휘도 불량을 야기하는 문제점을 방지할 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 하부발광 방식 OLED(100)는 구동 박막트랜지스터(210: DTr) 및 스위칭 박막트랜지스터 (미도시)와 유기발광 다이오드(E)가 형성된 기판(101)과, 상기 기판(101)과 마주하며 인캡슐레이션을 위해 형성된 캡핑층(140)을 포함한다. 상기 캡핑층(140)은 플라스틱과 같은 플렉시블 기판 또는 금속 기판일 수 있다.

또한, 상기 기판(10)은 투명한 플렉시블 기판으로서, 유리 또는 플라스틱일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

그리고 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 캡핑층(140) 내부면에는 외부로부터 침투된 수분을 제거하기 위한 흡습제가 형성될 수 있다.

상기 기판(101)의 비화소영역(NA)에는 게이트 전극(201), 게이트 절연막(102), 채널층(204), 소스 및 드레인 전극(207a, 207b) 및 에치스톱퍼(205)로 구성된 구동 박막트랜지스터(210: DTr)가 형성되어 있고, 발광영역(PA)에는 기판(101) 상에 게이트 절연막(102), 보호막(109) 및 적(R),녹(G),청(B) 및 백색(W)컬러필터들(223a, 223b, 223c,223d)이 형성되어 있다.

또한, 상기 구동 박막 트랜지스터(210)의 채널층(204)은 고속 응답 특성을 구현하기 위해 인듐(In), 아연(Zn), 갈륨(Ga) 또는 하프늄(Hf) 중 적어도 하나를 포함하는 산화물반도체로 형성될 수 있다.

또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 구동 박막트랜지스터(210: DTr)의 게이트 전극(201)과 기판(101) 사이에는 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 산질화막 또는 이들의 다중층으로 구성된 버퍼층이 기판(101) 전면에 더 형성될 수 있다.

상기와 같이, 비화소영역(NA)과 발광영역(PA)의 기판(101) 상에 구동 박막 트랜지스터(210)와 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 컬러필터들(223a, 223b, 223c)과 저반사막(250)이 형성되면, 기판(101)의 전면에 유기막(120)을 형성한다. 백색(W) 화소 영역은 별도의 컬러필터 없이 투명한 유기막(120)이 백색(W) 컬러필터(223d) 역할을 한다.

상기 유기막(120)은 하부 단차를 완화할 수 있는 오버코트층 역할을 하고, BCB(benzocyclobutene)막, 폴리이미드막 또는 폴리아크릴막일 수 있다.

또한, 상기 유기막(120) 상에는 각각의 화소영역을 구획하기 위해 비화소영역(NA)에 뱅크층(221)을 패터닝하고, 발광영역(PA)과 대응되는 유기막(120) 상에는 제1 전극(230: anode), 유기발광층(231) 및 제2 전극(232: Cathode) 들로 구성된 유기발광 다이오드(E)가 형성된다.

상기 제1 전극(230)은 애노드(Anode) 전극일 수 있고, 투명성 도전물질인 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 및 ITZO(Indium Tin Zinc Oxide) 중 적어도 하나 이상으로 적층하여 형성할 수 있다. 또한, 상기 제1 전극(230)은 유기막(120)에 형성된 콘택홀에 의해 구동 박막트랜지스터(210)의 드레인 전극(207b)과 전기적으로 연결된다.

상기 유기발광층(231)은 정공주입층(HIL: Hole Injection Layer), 정공수송층(HTL: Hole Transporting Layer), 발광층(EML: Emitting Material Layer), 전자수송층(ETL: Electron Transporting Layer) 및 전자주입층(EIL: Electron Injection Layer)을 포함할 수 있다. 상기 정공수송층에는 전자차단층(EBL: Electron Blocking Layer)을 더 포함할 수 있고, 상기 전자수송층(ETL)은 PBD, TAZ, Alq3, BAlq, TPBI, Bepp2와 같은 저분자재료를 사용하여 형성할 수 있다.

상기 유기 발광층(231)은 유기물에 따라 발광하는 색이 달라지므로, 각각의 화소 영역별로 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 발광층을 형성하여, 풀컬러(Full color)를 구현하거나, 백색 발광층으로 구현할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 백색광을 생성하는 백색 유기 발광층(231)인 경우를 중심으로 설명한다.

상기 제2 전극(232)은 캐소드(Cathode) 전극일 수 있고, 반사율이 높은 알루미늄(Al), 은(Ag)과 같은 금속막으로 형성될 수 있다.

상기와 같이, 상기 기판(101) 상에 유기발광 다이오드(E)가 형성되면, 인캡슐레이션(encapsulation)을 위한 캡핑층(capping layer)(140)을 기판(101) 전면에 형성한다.

본 발명에서는 외부광이 기판(101) 영역에 형성된 저반사막(250)에 의해 흡수되어, 기판(101) 영역에서 반사되는 반사광의 양을 줄임으로써, 블랙 구동시 백색(W) 영역에서의 휘도 불량을 방지한다.

도면에서는 상기 저반사막을 오버코트층으로 사용되는 유기막(120)과 보호막(109) 사이에 형성하였지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 경우에 따라서는 기판(101)과 게이트 절연막(102) 사이, 게이트 절연막(102)과 보호막(109) 사이에 저반사막(250)을 형성할 수 있다.

상기 저반사막(250)은 굴절률(n)과 소광계수(k)가 서로 유사한 값을 갖는 금속을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 크롬(Cr) 또는 몰리브덴(Mo)을 사용할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것이 아니기 때문에 알루미늄(Al), 은(Ag), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 구리(Cu) 등의 금속 물질을 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 제1실시예에서는 백색(W) 화소 영역에만 저반사막(250)을 형성하는 것을 중심으로 설명하였지만, 이에 한정되는 것이 아니다. 따라서, 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 화소 영역 모두에 저반사막을 형성할 수 있다. 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 화소 영역에 저반사막을 형성할 경우에는 적색(R),녹색(G), 청색(B) 컬러필터들(223a, 223b, 223c)을 중심으로 하측 또는 상측에 형성할 수 있다.

즉, 상기 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 컬러필터들(223a, 223b, 223c)을 중심으로 제1전극(230)과 적색(R),녹색(G),청색(B) 컬러필터들(223a, 223b, 223c) 사이 또는 적색(R),녹색(G),청색(B) 컬러필터들(223a, 223b, 223c)과 기판(101) 사이에 저반사막을 형성할 수 있다.

본 발명의 유기전계발광소자는, 유기전계발광소자의 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 화소 별 또는 백색(W) 화소에만 저반사막을 형성하여, 외부광에 의한 콘트라스트비 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 OLED의 화소 구조를 도시한 도면이고, 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제1 실시예의 저반사막에 사용된 금속의 굴절률과 소광계수를 나타낸 그래프이다.

도 1과 함께 도 2를 참조하면, OLED의 기판(101)은 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 영역으로 구획되고, 백색(W) 영역에는 유기막(120)과 기판(101) 사이에 저반사막(250)이 형성되어 있다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 실시예에서 형성되는 저반사막(250)은 광흡수율이 우수하고, 유기발광층에서 발생되는 광이 광손실 없이 투과될 수 있는 특성을 갖는 것이 바람직하다.

먼저, 큰 광흡수율을 갖는 금속은 굴절율(n)과 소광계수(k) 값이 서로 비슷한 경우이기 때문에 n/k 값이 1 이하인 금속이 저반사막(250)으로 사용되기에 적합하다. 따라서, 굴절율(n)과 소광계수(k) 비(n/k)가 0.3~1.2를 만족하는 금속들을 저반사막으로 사용한다.

또한, 광흡수율이 큰 금속은 상대적으로 광투과율이 낮기 때문에 광흡수율이 큰 금속을 저반사막으로 사용하기 위해서는 옹스트롱(Å) 단위로 얇게 형성하여 투과율을 확보하는 것이 바람직하다.

대체적으로 본 발명의 실시예들에서는 저반사막(250)의 두께를 10~200Å 범위에서 선택적으로 형성할 수 있다.

도 3a 및 3b의 굴절률과 소광계수의 그래프를 보면, 크롬(Cr: n/k=1.01) 또는 몰리브덴(Mo: n/k=0.35)의 굴절률과 소광계수가 서로 유사한 것을 볼 수 있다.

따라서, 상기 굴절률(n)과 소광계수(k)가 유사한 금속이 광흡수율이 크므로, 크롬(Cr)이나 몰리브덴(Mo)이 가시광선 영역에서 광흡수율이 크다. 이에 따라, 외부광 반사를 낮추고 유기발광층의 발광 효율을 증가시킬 수 있다.

하지만, 금속은 대체적으로 광을 흡수하는 성질을 갖고 있기 때문에 형성되는 두께를 조절할 경우, 크롬(Cr) 또는 몰리브덴(Mo) 뿐만 아니라 다른 불투명 금속들도 사용될 수 있다. 예를 들어, 스퍼터링(sputtering) 공정과 식각(etching) 공정이 가능한 물질이면 저반사막으로 사용할 수 있다.

또한, 금속물질의 굴절률(n) 값이 증가하면 투과율이 증가하고, 광의 파장은 짧아지며, 소광계수(k) 값이 증가하면 광흡수율이 증가하기 때문에 굴절률(n)과 소광계수(k) 값이 모두 큰 값을 가져 그 비(n/k)가 1에 가까우면 외부광 흡수율을 높이면서 유기발광층에서 발생되는 내부광의 투과율을 증가시킬 수 있다.

위에서 언급한 바와 같이, 소광계수(k) 값이 크고, 굴절률(n) 값이 작은 경우의 금속을 저반사막으로 사용하는 경우에는 외부광 흡수율은 우수한 반면, 내부광의 투과율은 낮기 때문에 물리적인 두께를 조절하여 투과율을 확보할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 저반사막(250)은 마이크로 캐비티(Micro Cavity) 광학 설계에 이용할 수 있다.

Σ{nx*(dx/λb)}+Σ{nE*(dE/λb)}+Σ{ny*(dy/λb)}=1.85~3.15......(수학식 1)

(n은 굴절률, x는 무기물재료, d는 두께, E는 제1전극, y는 유기 발광층, λb는 블루 피크 파장, 1.85~3.15는 파장의 2배되는 지점(보강 간섭))

즉, 블루 파장의 광을 발생하는 유기발광 다이오드를 기준으로 하여, 저반사막으로 사용되는 무기물재료, 제1전극 및 유기발광층의 두께를 조절하면 광효율을 높일 수 있는 마이크로 캐비티 광학 설계를 할 수 있다.

여기서, 유기발광 다이오드가 형성되기 전까지의 투과율이 80%이상의 요건을 만족하고, 금속과 같은 무기물에 의해 형성되는 층들의 두께가 고정되어 있다면, 유기발광층들과 같은 유기물들의 두께를 조절하면 최적의 마이크로 캐비티 광학 설계를 할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 백색(W) 영역에는 별도의 컬러필터 패턴 없이 유기막(120)이 백색(W) 컬러필터 역할을 한다. 따라서, 외부광이 기판(101)을 통하여 입사되면 기판(101) 영역과 기판(101)을 투과한 광이 유기발광 다이오드(E)의 제2 전극(232)에서 반사되어, 광이 출사된다.

이러한 반사광은 블랙 휘도 구현시 반사광에 의해 회색 형태로 나타나므로 화면 품위를 저하시키는 원인이 된다.

하지만, 본 발명의 실시예에서는 기판(101)과 유기막(120) 사이에 광 흡수율이 높은 저반사막(250)을 형성하기 때문에 기판(101) 영역에서 반사되는 광량을 줄일 수 있다.

뿐만 아니라, 상기 저반사막(250)을 투과한 광이 유기발광 다이오드(E)의 제2 전극(232)에서 반사된 후, 다시 저반사막(250)에서 흡수되기 때문에 2차 반사광에 의한 휘도 발생을 줄일 수 있다.

도 4a 내지 도 6b는 OLED의 블랙 구동시 비교예와 본 발명의 실시예를 비교한 도면들이다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 비교예 1과 같이, 외부광에 의해 기판 영역에서의 발생되는 반사광을 줄이기 위해 편광판을 배치하였다.

즉, 기판의 일면 상에는 제1 전극, 유기발광층 및 제2 전극과 캡핑층이 형성되고, 기판의 타면의 전 영역에 외부광 흡수를 위해 편광판을 부착하였다.

이와 같은 비교예 1은, 외부로부터 입사된 광은 편광판에서 대부분 흡수되기 때문에 기판 영역에서 발생되는 반사광을 줄일 수 있는 장점이 있다.

하지만, 상기 편광판은 유기발광층에서 발생되는 광도 흡수하기 때문에 유기발광 다이오드의 발광 효율을 저하시킨다.

도 4b에 도시된 바와 같이, 비교예 1의 OLED에 대해 블랙 구동을 해 보면 블랙 휘도 구현시 반사광이 작아 양질의 블랙 컬러가 구현됨을 볼 수 있다. 하지만, 유기발광층에서 영상 디스플레이를 위해 발생되는 광도 상기 편광판에 의해 흡수되어 광효율이 저하된다.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 상기 도 4a 및 도 4b에서 언급한 바와 같이, 편광판을 유기전계발광소자의 기판 상에 부착하면, 기판에서 발생되는 반사광을 줄일 수 있으나, 유기발광 다이오드의 발광 효율이 낮기 때문에 편광판을 제거하였다.

따라서, 비교예 2에서는 유기발광 다이오드의 발광 효율은 개선되지만, 외부광에 의해 기판 또는 유기발광 다이오드의 제2 전극에서 발생되는 반사광을 제거하지 못한다.

도 5b에서와 같이, 비교예 2의 OLED에 대해 블랙 구동을 하면 블랙 휘도 구현 시 반사광에 의해 회색 컬러가 구현되는 것을 볼 수 있다. 즉, 유기발광 다이오드에서 발생되는 광 손실을 최소화할 수 있으나, 블랙 휘도 구현시에는 반사광에 의해 콘트라스트비의 저하가 발생된다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 발명의 실시예와 같이, 기판의 일면 상에 저반사막을 형성하면, 외부광이 기판 영역에서 흡수되기 때문에 기판 영역에서의 반사광의 광량을 줄일 수 있다.

도 6b에 도시된 바와 같이, 블랙 휘도 구현시 검보라 컬러를 나타내는 것을 볼 수 있다. 즉, 기판 상에 편광판을 부착한 비교예 1과 편광판을 완전히 제거한 비교예 2 사이에 해당하는 블랙 컬러를 구현하는 것을 볼 수 있다.

도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 OLED의 광효율 특성을 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 도 4a 및 도 5a의 비교예 1, 2와 본 발명의 제1 실시예에서 저반사막의 두께를 60Å(실시예 1(a))으로 한 경우와 저반사막의 두께를 100Å(실시예 1(b))으로 한 경우의 광효율 특성을 비교하였다.

또한, 상기 실시예 1(a), 실시예 1(b)는 유기전계발광소자의 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 화소 영역 모두에 저반사막을 형성한 경우이다.

비교예 1은 유기전계발광소자의 기판 배면에 광흡수를 위한 편광판을 배치한 경우이고, 이때 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 화소 영역에서의 광효율(Cd/A)을 100으로 하였다.

도 4a 및 도 4b에서 설명한 바와 같이, 비교예 1은 편광판이 외부광의 반사율을 줄이는 효과가 있지만, 유기발광 다이오드의 발광 효율을 저하시키는 문제가 있었다.

비교예 2에서는 발광 효율 향상을 위해 유기전계발광소자의 기판 상에 부착하던 편광판을 제거한 구조로서, 비교예 1보다 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 화소 영역에서 각각 238%, 238%, 231%, 237%로 광효율이 증가하는 것을 볼 수 있다.

본 발명의 실시예 1(a)와 같이, 유기전계발광소자에 형성되는 저반사막의 두께를 60Å으로 한경우에는, 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 화소 영역에서 각각 212%, 212%, 144%, 201%의 광효율을 갖는 것을 볼 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예 1(b)와 같이, 유기전계발광소자에 형성되는 저반사막의 두께를 100Å으로 한경우에는, 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 화소 영역에서 각각 183%, 165%, 131%, 158%로 광효율을 갖는 것을 볼 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예와 같이, 광흡수율이 큰 저반사막을 사용하되, 그 두께를 10~200Å 범위에서 형성하면, 편광판이 부착된 비교예 1보다 반사광을 줄이면서 광효율 특성이 크게 향상되도록 구현할 수 있는 효과가 있다.

도 8a는 본 발명의 제2실시예에 따른 OLED의 구조를 도시한 단면도이고, 도 8b는 도 8a의 백색(W) 화소 영역의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

이하, 도 1과 동일한 도면 부호는 동일한 구성부를 지칭하는 것으로서, 여기서는 본 발명의 제1 실시예와 구별되는 부분을 중심으로 설명한다.

도 8a 및 도 8b를 참조하면, 본 발명에 따른 제2 실시예의 유기전계발광소자(200)는 기판(101)의 비화소영역(NA)에 게이트 전극(201), 게이트 절연막(102), 채널층(204), 소스 및 드레인 전극(207a, 207b) 및 에치스톱퍼(205)로 구성된 구동 박막트랜지스터(210)가 배치되고, 발광영역(PA)에는 기판(101) 상에 게이트 절연막(102), 보호막(109) 및 적(R),녹(G),청(B) 및 백색(W) 컬러필터들(223a, 223b, 223c,223d)이 각각 형성되어 있다.

또한, 상기 적(R), 녹(G), 청(B) 및 백색(W) 컬러필터들(223a, 223b, 223c, 223d) 상부의 유기막(120) 상에는 각각의 화소 영역별로 유기발광 다이오드(E)가 형성되어 있다.

본 발명의 제2 실시예의 백색(W) 컬러필터(223d) 영역에는 보호막(109)과 유기막(120) 사이에 제1 저반사막(251)이 형성되어 있고, 상기 제1 저반사막(251)과 대응되는 유기막(120)과 제1 전극(230) 사이에는 제2 저반사막(350)이 형성되어 있다.

상기 제1 저반사막(251)과 제2 저반사막(350)은 본 발명의 제1 실시예에서 설명한 금속을 사용할 수 있고, 제1 및 제2 저반사막(251, 350) 각각에 형성되는 금속으로 서로 다른 금속을 사용할 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 저반사막(251, 350)의 두께는 10~200Å에서 선택적으로 형성될 수 있고, 상기 제1 및 제2 저반사막(251, 350)의 두께는 서로 다르게 형성할 수 있다.

또한, 도면에서는 제1 저반사막(251)을 보호막(120) 상에 형성하였지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 경우에 따라서는 기판(101)과 게이트 절연막(102) 사이, 게이트 절연막(102)과 보호막(109) 사이에 제1 저반사막(251)을 형성할 수 있다.

또한, 상기 제2 저반사막(350)은 제1 전극(230)과 유기막(120) 사이에 형성하였지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 경우에 따라서는 게이트 절연막(102)과 보호막(109) 사이 또는 보호막(109)과 유기막(120) 사이에 제2 저반사막(350)을 형성할 수 있다. 이때, 제1 저반사막(251)의 위치는 제2 저반사막(350)의 하부에 형성된다.

예를 들어, 상기 제2 저반사막(350)이 게이트 절연막(102)과 보호막(109) 사이에 형성되면, 제1 저반사막(251)은 게이트 절연막(102)과 기판(101) 사이에 형성되고, 상기 제2 저반사막(350)이 보호막(109)과 유기막(120) 사이에 형성되면, 상기 제1 저반사막(251)은 게이트 절연막(102)과 보호막(109) 사이에 형성된다.

또한, 도 8a의 OLED(200)에서는 백색(W) 화소 영역에 제1 및 제2 저반사막(251, 350)이 형성되는 것을 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 제1 실시예와 같이, 제1 및 제2 저반사막(251, 350)들은 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 화소 영역들에도 모두 형성될 수 있다.

도 8b를 참조하면, 기판과 유기막 사이에 제1 저반사막이 형성되고, 유기막과 유기발광 다이오드의 제1 전극 사이에 제2 저반사막이 형성되어 있다.

본 발명의 제2 실시예에서는 외부광이 순차적으로 제1 및 제2 저반사막에 흡수되어, 기판 영역과 유기발광 다이오드 하측 영역에서 발생되는 반사광의 광량을 줄일 수 있다.

또한, 외부광이 유기발광 다이오드 영역까지 진행하여, 유기발광 다이오드의 제2 전극에서 반사되는 광도 제1 및 제2 저반사막에서 흡수되어 블랙 구동 시 양질의 블랙 컬러를 구현할 수 있다.

도 9a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 OLED의 구조를 도시한 단면도이고, 도 9b는 도 9a의 백색(W) 화소 영역의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명의 제3 실시예에서는 상부 발광방식 유기전계발광소자를 일예로 설명한다. 또한, 본 발명의 제3 실시예에서는 본 발명의 제1,2실시예와 도면 부호를 다르게 하였지만, 본 발명의 제1, 2 실시예와 동일한 구성은 동일한 재료와 구조로 형성될 수 있다.

예를 들어, 본 발명의 제3실시예에서는 저반사막을 캡핑층(540) 상에 형성하였고, 도면부호를 560으로 하였지만, 저반사막의 재료, 두께, 형성위치 변경, 마이크로 캐비티 광학 설계 등 제1, 2 실시예에서 설명한 저반사막과 동일한 방식으로 구현할 수 있다.

도 9a 및 도 9b를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 OLED(300)는 설명의 편의를 위해 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되는 영역을 구동영역(DA) 그리고 뱅크(321)가 형성되는 영역을 비화소영역(NA), 유기발광 다이오드(E)가 배치되어 광을 발생하는 화소 영역을 각각 발광영역(PA)이라 정의한다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 상부 발광방식 유기전계발광소자(300)는 구동 박막트랜지스터(DTr) 및 스위칭 박막트랜지스터 (DTr, 미도시)와 유기발광 다이오드(E)가 형성된 제1 기판(401)과, 상기 제1 기판(401)과 대향하면서 합착되는 컬러필터기판을 포함한다.

상기 제1 기판(401) 상에는 구동 트랜지스터(DTr)와 유기발광 다이오드(E)를 인캡슐레이션을 위한 캡핑층(540)이 형성되어 있다. 또한, 상기 제1 기판(401)은 플라스틱과 같은 플렉시블 기판 또는 금속 기판일 수 있다.

상기 컬러필터기판은 제1 기판(401)과 같이 투명한 플렉서블 기판 또는 금속 기판으로된 제2 기판(400)과, 상기 제2 기판(400) 상에 상기 제1 기판(401)의 유기발광 다이오드(E)와 대응되도록 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 컬러필터들(411a, 411b, 411c, 411d) 및 평탄층(450)을 포함한다.

상기 백색(W) 컬러필터(411d)는 별도의 컬러필터 패턴이 형성되지 않고, 투명한 평탄층(450)을 백색(W) 컬러필터(411d)로 사용한다.

상기 제1 기판(401)의 비화소영역(NA)에는 게이트 전극(301), 게이트 절연막(402), 채널층(304), 소스 및 드레인 전극(307a, 307b) 및 에치스톱퍼(305)로 구성된 구동 박막트랜지스터(310: DTr)가 형성되어 있고, 발광영역(PA)에는 제1 기판(401) 상에 게이트 절연막(402), 보호막(409) 및 유기막(420)이 형성되어 있다.

상기 유기막(420)은 비화소영역(NA) 및 발광영역(PA)을 포함하는 제1 기판(401) 전영역에 형성되고, 발광영역(PA)과 대응되는 유기막(420) 상에는 도 1에서 설명한 바와 같이, 제1 전극(330), 유기발광층(331) 및 제2 전극(332)으로 구성된 유기발광 다이오드(E)가 형성되어 있다.

다만, 본 발명의 제3 실시예에서는 상부 발광방식 OLED에 관한 것으로 제1 전극(330)은 도 9b에 도시한 바와 같이, 제1 투명전극(330a), 반사전극(330b) 및 제2 투명전극(330c)으로 구성된다. 또한, 제2 전극(332)도 본 발명의 제1 실시예에서는 불투명 금속이지만, 본 발명의 제3 실시예에서는 제1 실시예의 제1 전극과 같이 투명성 도전물질로 된 금속을 사용한다.

또한, 상기 유기발광 다이오드(E)는 비화소영역(NA) 상에 형성된 뱅크층(321)에 의해 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 화소 영역별로 분리되어 형성된다.

또한, 상기 구동 박막트랜지스터(310)의 채널층(304)은 고속 응답 특성을 구현하기 위해 인듐(In), 아연(Zn), 갈륨(Ga) 또는 하프늄(Hf) 중 적어도 하나를 포함하는 산화물반도체로 형성될 수 있다.

또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 구동 박막트랜지스터(310: DTr)의 게이트 전극(301)을 제1 기판(401) 상에 형성하기 전, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 산질화막 또는 이들의 다중층으로 구성된 버퍼층을 제1 기판(401) 전면에 더 형성할 수 있다.

상기와 같이, 비화소영역(NA)과 발광영역(PA)의 제1 기판(401) 상에 구동 박막트랜지스터(310)와 유기발광 다이오드(E)가 형성되면, 제1 기판(401)의 전면에 캡핑층(540)을 형성한다.

또한, 상기 제2 기판에 형성된 백색(W) 컬러필터(411d)와 대응되는 제1 기판(401)의 캡핑층(540) 상에는 저반사막(560)을 형성한다.

본 발명의 제3 실시예에서는 상부 발광방식 유기전계발광소자이기 때문에 컬러필터기판의 제2 기판(400) 배면을 통해 외부광이 입사되고, 입사된 광은 백색(W) 컬러필터(411d)와 대응되는 저반사막(560)에 의해 흡수되어 반사광의 광량을 줄일 수 있다.

따라서, 본 발명의 제3 실시예에서도 블랙 구동시 백색(W) 영역에서의 휘도 불량을 방지할 수 있다.

상기 저반사막(560)은 본 발명의 제1 실시예에서 설명한 바와 같이, 굴절률(n)과 소광계수(k)가 서로 유사한 값을 갖는 금속을 사용하는 것이 바람직하다.

예를 들어 크롬(Cr) 또는 몰리브덴(Mo)을 사용할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니기 때문에 알루미늄(Al), 은(Ag), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 구리(Cu) 등의 금속 물질을 사용할 수 있다.

또한, 상기 저반사막(560)은 상기 제2 기판(400)과 백색(W) 컬러필터(411d) 사이에 형성되거나 상기 평탄층(450) 상에 형성될 수 있다.

또한, 도면에서는 OLED(300)의 백색(W) 화소 영역에 저반사막(560)이 형성되는 것을 중심으로 설명하였으나, 상기 저반사막(560)은 적색(R),녹색(G) 및 청색(B) 화소 영역들에도 모두 형성될 수 있다.

즉, 상기 제2 기판(400)에 형성된 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 컬러필터들(411a, 411b, 411c, 411d)과 각각 대응되는 제1 기판(401)의 캡핑층(540) 상에 형성할 수 있다.

또한, 상기 저반사막(560)은 상기 제2 기판(400)과 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 컬러필터들(411a, 411b, 411c, 411d) 사이 또는 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 컬러필터들(411a, 411b, 411c, 411d)과 대응되는 평탄층(450) 상에 형성할 수 있다.

도 9b를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예는, 제1 기판(401) 상에 제1전극(330), 유기발광층(331) 및 제2 전극(332)으로 구성된 유기발광 다이오드(E)가 배치되어 있고, 상기 유기발광 다이오드(E) 상에는 캡핑층(540), 저반사막(560) 및 백색(W) 컬러필터가 형성된 제2 기판(400)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다.

따라서, 외부광이 제2 기판(400)의 배면을 통해 입사되면, 저반사막(560)에 의해 흡수되어, 제2 기판(400) 영역에서의 반사광의 광량을 줄일 수 있다.

100: OLED 101: 기판
102: 게이트 절연막 109: 보호막
120: 유기막 221: 뱅크층
140: 캡핑층 201: 게이트 전극
204: 채널층 E: 유기발광 다이오드

Claims (15)

1. 복수개의 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 화소 영역들이 구획된 기판;
   상기 기판 상의 화소 영역들에 형성된 구동 박막트랜지스터와 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 컬러필터들;
   상기 각 화소 영역에 형성된 구동 박막트랜지스터와 연결되고, 상기 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 컬러필터들 상에 배치된 유기발광 다이오드; 및
   상기 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 화소 영역들 중 적어도 어느 하나의 화소 영역에서 상기 기판과 상기 유기발광다이오드 사이에 배치된 저반사막을 포함하고,
   상기 저반사막은 굴절율(n)과 소광계수(k)의 비(n/k)가 0.3∼1.2인 물질이며,
   상기 저반사막의 두께는 10∼200Å인 유기전계발광소자.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 백색(W) 컬러필터는 상기 백색(W) 화소 영역에 배치된 유기막인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
   
3. 제2항에 있어서, 상기 백색(W) 화소 영역에 배치된 저반사막은 상기 유기막과 상기 기판 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 저반사막은 각각의 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 화소 영역들에서 서로 다른 층에 형성되는 제1 저반사막과 제2 저반사막으로 구성된 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
   
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서, 상기 저반사막은 크롬(Cr) 또는 몰리브덴(Mo)인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
   
8. 제1항에 있어서, 상기 유기발광 다이오드의 유기발광층은 백색 유기발광층인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
   
9. 복수개의 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 화소 영역들이 구획된 제1 기판;
   상기 제1 기판 상의 화소 영역들에 형성된 구동 박막트랜지스터와 유기발광 다이오드;
   상기 구동 박막트랜지스터와 유기발광다이오드들 상에 형성된 캡핑층;
   상기 제1 기판과 대향되는 제2 기판;
   상기 복수개의 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 화소 영역들에 대응되도록 상기 제2 기판 상에 형성된 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 컬러필터들; 및
   상기 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 화소 영역들 중 적어도 어느 하나의 화소 영역에서 상기 제1 기판의 캡핑층과 상기 제2 기판 사이에 배치된 저반사막을 포함하고,
   상기 저반사막은 굴절율(n)과 소광계수(k)의 비(n/k)가 0.3∼1.2인 물질이며,
   상기 저반사막의 두께는 10∼200Å인 유기전계발광소자.
   
10. 복수개의 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 화소 영역들이 구획된 제1 기판;
    상기 제1 기판 상의 화소 영역들에 형성된 구동 박막트랜지스터와 유기발광 다이오드;
    상기 구동 박막트랜지스터와 유기발광다이오드들 상에 형성된 캡핑층;
    상기 제1 기판과 대향되는 제2 기판;
    상기 복수개의 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 화소 영역들에 대응되도록 상기 제2 기판 상에 형성된 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 컬러필터들; 및
    상기 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 화소 영역들 중 적어도 어느 하나의 화소 영역에서 상기 제1 기판의 캡핑층과 상기 제2 기판 사이에 배치된 저반사막을 포함하고,
    상기 백색(W) 컬러필터는 상기 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 컬러필터들을 덮도록 상기 제2 기판 전면에 형성된 평탄층인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
    
11. 제10항에 있어서, 상기 백색(W) 화소 영역에 배치된 저반사막은 상기 평탄층과 상기 제2 기판 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
    
12. 제10항에 있어서, 상기 저반사막은 굴절율(n)과 소광계수(k)의 비(n/k)가 0.3∼1.2인 물질인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
    
13. 제10항에 있어서, 상기 저반사막의 두께는 10∼200Å인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
    
14. 제9항에 있어서, 상기 저반사막은 크롬(Cr) 또는 몰리브덴(Mo)인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
    
15. 제9항에 있어서, 상기 유기발광 다이오드의 유기발광층은 백색 유기발광층인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.

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