유기 전계발광소자 document_id A220623041288

본 발명은 전계발광소자(Electroluminescence Display Device ; 이하, ELD라 함)에 관한 것으로 특히, 전원배선의 저항감소용으로 사용하는 전원배선을 서브픽셀 사이에 배치하여 인접하는 서브픽셀이 하나의 전원배선을 공유하도록 하는 유기 전계발광소자에 관한 것이다. 최근들어, 평판표시장치에 대한 연구가 활발한데, 그 중에서 각광받고 있는 것으로 LCD(Liquid Crystal Displays), FED(Field Emission Displays), ELD(Electroluminescence Device), PDP(Plasma Display Panels) 등이 있다. 이 중, 현재 PCS(personal communication service)를 비롯한 개인 정보 단말기, 노트북, TV 등의 경우 액정표시소자가 널리 사용되고 있으나 시야각이 좁고 응답속도가 느리다는 문제 때문에, 자발광의 유기 전계발광소자가 주목받고 있다. 유기 전계발광소자는 유기발광층 양단에 형성된 음극 및 양극에 전계를 가하여 유기발광층 내에 전자와 정공을 주입 및 전달시켜 서로 결합하게 함으로써, 이때의 결합 에너지에 의해 발광되는 전계발광(EL;electroluminescence) 현상을 이용한 것이다. 즉, 전자와 정공이 쌍을 이룬 후 여기상태(excite state)로부터 기저상태(ground state)로 떨어지면서 발광한다. 이러한, 유기 전계발광소자는 응답속도가 빠르고 휘도가 우수하며 박막화로 인한 저전압 구동을 실현시킬 수 있을 뿐만 아니라, 가시영역의 모든 색상을 구현할 수 있어 현대인의 다양한 기호에 맞출 수 있는 장점이 있다. 또한, 플라스틱과 같이 휠 수 있는(flexble) 투명기판 위에도 소자를 형성할 수 있다. 또한, 저전압에서 구동할 수 있고, 전력 소비가 비교적 적으며, 녹색, 적색, 청색의 3가지 색을 쉽게 구현할 수 있기 때문에 차세대 평판디스플레이에 적합한 소자이다. 이하, 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자의 기본적인 구조 및 동작특성에 대해서 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은 유기 전계 발광소자의 등가회로도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(12) 상에서 수직교차하는 게이트 배선(32) 및 데이터 배선(34)과, 상기 데이터 배선으로부터 일정간격 이격된 전원배선(35)이 형성되어 있어, 하나의 서브픽셀 영역(P)을 정의한다. 상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차지점에는 어드레싱 엘리먼트(addressing element)인 스위칭 박막트랜지스터(switching TFT, Ts)가 형성되어 있고, 이 스위칭 박막트랜지스터(Ts) 및 전원배선과 연결되는 스토리지 캐패시터(Cst)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 스토리지 커패시터(Cst) 및 전원배선 사이에는 전류원 엘리먼트(current source element)인 구동 박막트랜지스터(TD)가 형성되어 있고, 상기 구동 박막트랜지스터(TD)와 연결되는 유기 전계 발광다이오드(Organic Electroluminescent Diode, E)가 구성되어 있다. 이때, 상기 유기 전계발광 다이오드(E)는 유기발광물질에 순방향으로 전류를 공급하면, 정공 제공층인 양극(anode electrode)과 전자 제공층인 음극(cathode electrode)간의 P(positive)-N(negative) 접합(Junction)부분을 통해 전자와 정공이 이동하면서 서로 재결합하여, 상기 전자와 정공이 떨어져 있을 때보다 작은 에너지를 가지게 되므로, 이때 발생하는 에너지 차로 인해 빛을 방출하는 원리를 이용하는 것이다. 이하, 유기 전계 발광소자의 동작특성을 간략히 설명한다. 먼저, 상기 스위칭 박막트랜지스터(TS)의 게이트 전극에 게이트 신호가 인가되면 상기 데이터 배선(34)을 흐르는 전류 신호는 상기 스위칭 박막트랜지스터(TS)를 통해 전압 신호로 바뀌어 구동 박막트랜지스터(TD)의 게이트 전극에 인가된다. 이와 같이, 상기 구동 박막트랜지스터(TD)가 동작되어 상기 유기 전계발광 다이오드(E)에 흐르는 전류의 레벨이 정해지며 이로 인해 유기발광층은 그레이 스케일(gray scale)을 구현할 수 있게 된다. 이때, 상기 스토리지 캐패시터(CST)에 저장된 신호는 구동 박막트랜지스터의 게이트 전극의 신호를 유지하는 역할을 하기 때문에, 상기 스위칭 박막트랜지스터(TS)가 오프 상태가 되더라도 다음신호가 인가될 때까지 상기 유기 전계발광 다이오드(E)에 흐르는 전류의 레벨을 일정하게 유지할 수 있게 된다. 도 2는 종래기술에 따른 유기 전계 발광소자의 박막트랜지스터 어레이부의 한 화소를 도시한 확대 평면도이다. 일반적으로, 능동 매트릭스형 박막트랜지스터 어레이부는, 전술한 바와 같이, 기판(12)에 정의된 다수의 화소마다 스위칭 박막트랜지스터(TS)와 구동 박막트랜지스터(TD)와 스토리지 캐패시터(Cst)가 구성되며, 동작의 특성에 따라 상기 스위칭 박막트랜지스터(TS) 또는 구동 박막트랜지스터(TD)는 각각 하나 이상의 박막트랜지스터의 조합으로 구성될 수 있다. 이때, 상기 기판(12)은 투명한 절연 기판을 사용하며, 그 재질로는 유리나 플라스틱을 예를 들 수 있다. 도시한 바와 같이, 기판(12)상에 서로 소정 간격 이격하여 일 방향으로 구성된 게이트 배선(32)과, 상기 게이트 배선(32)과 절연막을 사이에 두고 서로 교차하는 데이터 배선(34)이 구성된다. 동시에, 상기 게이트 배선(32)과 평행하게 이격된 위치에 일 방향으로 전원 배선(35)이 구성된다. 상기 스위칭 박막트랜지스터(TS)와 구동 박막트랜지스터(TD)로 각각 게이트 전극(36,미도시)과 액티브층(40,42)과 소스 전극(46,43) 및 드레인 전극(50,52)을 포함하는 박막트랜지스터가 사용된다. 전술한 구성에서, 상기 스위칭 박막트랜지스터(TS)의 게이트 전극(36)은 상기 게이트 배선(32)과 연결되고, 상기 소스 전극(46)은 상기 데이터 배선(34)과 연결된다. 상기 스위칭 박막트랜지스터(TS)의 드레인 전극(50)은 상기 구동 박막트랜지스터(TD)의 게이트 전극(미도시)과 콘택홀(미도시)을 통해 연결된다. 상기 구동 박막트랜지스터(TD)의 소스 전극(43)은 상기 전원 배선(35)과 콘택홀(미도시)을 통해 연결되고, 드레인 전극(52)은 콘택홀(미도시)을 통해 화소전극(17)과 연결된다. 이때, 상기 전원 배선(35)과 그 하부의 다결정 실리콘층인 제 1 전극(16)은 절연막을 사이에 두고 겹쳐져 스토리지 캐패시터(Cst)를 형성한다.