JP4810588B2 - 発光表示装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、発光表示装置及びその製造方法に関し、より詳細には、発光素子が形成された基板と封止基板との間にシリコン充填材が備えられた発光表示装置及びその製造方法に関する。
有機電界発光素子のような発光素子は、水分や酸素に乏しい有機物を含むため、密封部材を用いて水分や酸素から素子を保護する必要がある。
有機電界発光素子を用いた発光表示装置は、水分や酸素に乏しいという短所にもかかわらず、視野角、コントラスト、応答速度、消費電力などの側面で特性が優れている。これにより、ＭＰ３プレーヤーや携帯電話などのような個人用携帯機器からテレビにいたるまで応用範囲が拡大しており、消費者の要求に応じて次第に厚さが減少する傾向にある。
このような薄型化傾向により、有機電界発光表示装置の厚さを減少させるために基板の厚さを減少させている。基板の厚さを０．３ｍｍ以下に減少させた場合、落下または歪みなどのテストにおける機構的信頼性を確保しにくく、機構的信頼性の低下に伴う密封状態の破損により寿命特性も低下し得る。
有機電界発光表示装置の寿命特性を改善するためには、水分や酸素の浸透を効果的に遮断する無機密封材の使用が効果的といえるが、無機密封材は、衝撃や歪みにより剥離しやすくなるため、機構的信頼性を低下させる。
そこで、本発明の目的は、機構的信頼性及び寿命特性を確保することができる発光表示装置及びその製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、水分や酸素を効果的に遮断する無機密封材を用い、かつ、機構的信頼性を確保することができる発光表示装置及びその製造方法を提供することにある。
つまり、本発明は、水分や酸素の浸透を効果的に遮断する無機密封材を用いて寿命特性を確保し、かつ、機構的信頼性を補完することができる発光表示装置及びその製造方法を提供する。
本発明の一態様による発光表示装置は、第１電極、有機発光層、及び第２電極を含む複数の発光素子が形成された第１基板と、該第１基板に対向するように配置された第２基板と、前記複数の発光素子を囲むように前記第１基板と前記第２基板との間に備えられたダム部材と、該ダム部材の外側における前記第１基板と前記第２基板との間に備えられ、前記第１基板と前記第２基板とを接合させる無機密封材と、前記第２電極と接触するように前記ダム部材の内側における前記第１基板と前記第２基板との間に備えられたシリコン充填材とを含む。
また、本発明の他の態様による発光表示装置の製造方法は、第１電極、有機発光層、及び第２電極を含む複数の発光素子が形成された第１基板を提供するステップと、第２基板を提供するステップと、前記第２基板の外郭に沿って無機密封材を形成するステップと、前記無機密封材の内側の前記第２基板に、前記複数の発光素子を囲むようにダム部材を形成するステップと、前記ダム部材の内側に液状のシリコン充填材を滴下するステップと、前記第１基板と前記第２基板とを対向するように配置して前記シリコン充填材が前記第２電極と接触し、前記ダム部材の内側空間に満たされるようにするステップと、前記無機密封材を前記第１基板及び前記第２基板に接合させて前記複数の発光素子を封止するステップと、前記シリコン充填材を硬化させるステップとを含む。
本発明は、水分や酸素を効果的に遮断する無機密封材を用いて発光素子を封止し、基板間の空間をシリコン充填材で満たすことにより、耐圧特性を向上させる。シリコン充填材は、発光素子の材料と反応しないため、安定性が高く、基板間の耐圧を安定して維持させ、衝撃などにより密封状態が容易に破壊されないようにする。したがって、機構的信頼性が向上して発光表示装置の寿命を増大させることができ、カソード電極を保護するための保護膜を省略し得るため、製造工程及び構造が単純になる。
以下、本発明の実施例を添付した図面を参照して説明する。図１は本発明による発光表示装置を説明するための斜視図であり、図２は図１のＩ１−Ｉ２断面図である。
図１及び図２に示すように、本発明による発光表示装置は、複数の発光素子１３０が形成された基板１００と、基板１００に対向するように配置された封止基板２００と、複数の発光素子１３０を囲むように基板１００と封止基板２００との間に備えられたダム部材２２０と、ダム部材２２０の外側における基板１００と封止基板２００との間に備えられ、基板１００と封止基板２００とを接合させる無機密封材２１０と、ダム部材２２０の内側における基板１００と封止基板２００との間に備えられるシリコン充填材３００とを含む。
基板１００は、画素領域１２０と、画素領域１２０周辺の非画素領域１４０とによって画定される。画素領域１２０には、複数の発光素子１３０が形成され、非画素領域１４０には、複数の発光素子１３０を駆動するための駆動回路１６０が配置される。
図３に示すように、発光素子１３０は、例えば、有機電界発光素子であって、アノード電極１３１と、カソード電極１３４と、アノード電極１３１とカソード電極１３４との間の有機発光層１３３とを含む。有機発光層１３３は、画素画定膜１３２によって画定される発光領域（アノード電極１３１が露出する領域）に形成され、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、及び電子注入層を含むことができる。
さらに、発光素子１３０には、動作を制御するための薄膜トランジスタと、信号を維持させるためのキャパシタとが接続され得る。薄膜トランジスタ１１０は、半導体層１１２と、ゲート電極１１４と、ソース／ドレイン電極１１６とを含む。半導体層１１２は、ソース及びドレイン領域と、チャネル領域とを提供する。また、ゲート電極１１４は、ゲート絶縁層１１３により半導体層１１２と絶縁される。さらに、ソース／ドレイン電極１１６は、絶縁層１１５及びゲート絶縁層１１３に形成されたコンタクトホールを介してソース及びドレイン領域の半導体層１１２に接続される。説明していない図面番号「１１１」はバッファ層、「１１７」は平坦化絶縁層である。
封止基板２００は、画素領域１２０及び非画素領域１４０の一部と重なるように配置され、前面発光構造の場合、ガラスのように透明な物質からなり、背面発光構造の場合、不透明な物質からなり得る。
無機密封材２１０は、レーザまたは赤外線によって溶融して基板１００と封止基板２００とに接合可能なフリットなどからなる。また、無機密封材２１０は、発光素子１３０を囲むように基板１００と封止基板２００との間に備えられ、外部から水分や酸素の浸透が防止されるようにする。
ダム部材２２０は、充填材３００の流れを防止して形状が維持されるようにし、無機密封材２１０を基板１００と封止基板２００とに接合させる過程において発光素子１３０に熱を伝達させないためのものであり、無機物または有機物からなる。
無機物としては、フリットを用いることができる。この場合、レーザまたは赤外線を透過または反射させるフリットを用いるか、レーザまたは赤外線が反射するように、表面に、赤外線領域で高い反射率を有する、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）などの金属で反射膜を形成することが好ましい。さらに、有機物としては、エポキシ、エポキシアクリレート、及びシリコン類（例えば、ビスフェノールＡタイプのエポキシ、脂環式エポキシ樹脂、フェニルシリコン樹脂またはゴム、アクリルエポキシ樹脂など）からなる群より選択される少なくとも１つの物質を用いることができる。
ダム部材２２０は、無機密封材２１０と接触するように形成するか、無機密封材２１０から所定間隔離隔するように平行に形成することができる。例えば、無機物で形成する場合、無機密封材２１０と接触させることができ、有機物で形成する場合、無機密封材２１０から５０μｍ以上離隔するように形成することが好ましい。仮に、有機物からなるダム部材２２０を無機密封材２１０と接触するように形成する場合、無機密封材２１０を基板１００と封止基板２００とに接合させる過程で熱によって分解され、ガス欠（out gas）が発生し得る。
シリコン充填材３００は、ダム部材２２０によって画定された基板１００と封止基板２００との間の内側空間に満たされる。シリコン充填材３００は、ガラス基板のように可視光線領域で９０％以上の透過率を有するように無色（透明）であるため、視認性が低下しない。さらに、シリコン充填材３００は、化学的に安定性が高いため、発光素子１３０を構成する材料、特に、金属材料のカソード電極１３４と反応しない。
図３のように、発光素子１３０を形成した後、カソード電極１３４を保護するためには、カソード電極１３４上に有機または無機保護膜（図示せず）を形成しなければならないが、この場合、工程ステップが増え、表示装置の厚さが厚くなる。しかし、本発明は、金属材料と反応しないシリコン充填材３００を用いるため、カソード電極１３４が露出した構造でも実現することができることから、工程及び構造が簡単になり得る。
本発明による発光表示装置の製造方法を用いて本発明をより詳細に説明する。
図４ａ及び図４ｂは、本発明による発光表示装置の製造方法を説明するための平面図である。図５ａ〜図５ｆは、本発明による発光表示装置の製造方法を説明するための断面図であり、図５ａ〜図５ｄは、図４ｂのＩ１１−Ｉ１２断面図である。
図４ａに示すように、まず、複数の発光素子１３０が形成された基板１００を用意する。基板１００は、画素領域１２０と、画素領域１２０周辺の非画素領域１４０とからなる。複数の発光素子１３０は、基板１００の画素領域１２０に形成され、発光素子１３０を駆動するための駆動回路１６０は、非画素領域１４０に配置され得る。
図３に示すように、発光素子１３０は、アノード電極１３１、有機発光層１３３、及びカソード電極１３４を含む有機電界発光素子となり得る。また、有機電界発光素子の動作を制御するための薄膜トランジスタ１１０と、信号を維持させるためのキャパシタ（図示せず）とをさらに含むことができる。有機電界発光素子の製造過程は、大韓民国公開特許第２００２−００４７８８９号（２００２年６月２２日公開）及び大韓民国公開特許第２００３−００９２８７３号（２００３年１２月６日公開）を参照することができる。
図４ｂ及び図５ａに示すように、画素領域１２０の発光素子１３０を封止するための封止基板２００を用意する。封止基板２００は、画素領域１２０及び非画素領域１４０の一部と重なる大きさを有することができる。封止基板２００としては、前面発光構造の場合にガラスのように透明な基板を用い、背面発光構造の場合に不透明な基板を用いることができる。
封止基板２００の外郭に沿って無機密封材２１０を形成する。無機密封材２１０としては、フリットを用いることができ、ディスペンサまたはスクリーン印刷工程によって塗布して形成する。フリットは、一般的に、パウダー状のガラス原料を意味する。しかし、本発明では、ＳｉＯ２などの主材料に、レーザまたは赤外線吸収材、有機バインダ、熱膨張係数を減少させるためのフィラーなどが含まれたペースト状態を意味する。ペースト状態のフリットは、乾燥または焼成過程を経ると、有機バインダと水分とが除去されて硬化される。レーザまたは赤外線吸収材は、遷移金属化合物、好ましくは、バナジウム化合物を含むことができる。封止基板２００に無機密封材２１０を形成した後、洗浄工程を行うことができる。
図４ｂ、図５ｂ及び図５ｃに示すように、無機密封材２１０の内側の封止基板２００上に、画素領域１２０を囲むようにダム部材２２０を形成する。ダム部材２２０としては、無機物または有機物を用いることができ、ディスペンサまたはスクリーン印刷工程によって塗布して形成することができる。このとき、画素領域１２０の最外郭に位置する発光素子１３０から無機密封材２１０までの距離とダム部材２２０の高さとを考慮して、塗布する量を決定する。ダム部材２２０の高さは、無機密封材２１０の高さによって決定され得、無機密封材２１０の高さと等しいかまたは低いことが好ましい。
無機物としては、フリットを用いることができる。この場合、無機密封材２１０を形成するステップでダム部材２２０を形成することができ、レーザまたは赤外線を透過または反射させるフリットを用いるか、図５ｂのようにレーザまたは赤外線を反射できるように、表面に反射膜２２２を形成することが好ましい。例えば、ペースト状態のフリットを塗布した後、乾燥または焼成させ、硬化させて、ダム部材２２０を形成し、ダム部材２２０の表面に、赤外線領域で高い反射率を有する金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）などの金属をコーティングして反射膜２２２を形成する。さらに、有機物としては、エポキシ、エポキシアクリレート、及びシリコン類（例えば、ビスフェノールＡタイプのエポキシ、脂環式エポキシ樹脂、フェニルシリコン樹脂またはゴム、アクリルエポキシ樹脂など）からなる群より選択される物質を用いることができる。
ダム部材２２０は、図５ｂのように無機密封材２１０と接触するように形成するか、図５ｃのように無機密封材２１０から所定間隔離隔するように形成することができる。例えば、無機物でダム部材２２０を形成する場合、無機密封材２１０と接触させることができるが、この場合、非画素領域の面積を減少させることができる。さらに、有機物で形成する場合、無機密封材２１０から５０μｍ以上離隔させることが好ましい。有機物は、塗布のために低い粘度を有することから、圧力差などのストレスによって崩壊されやすくなる。そのため、ダム部材２２０を形成した後、仮硬化させると、構造的に硬くなってダムの機能が強化され得る。仮硬化は、有機物の種類により、熱、電子ビーム、または紫外線（ＵＶ）によって進行することができ、基板１００と封止基板２００とを貼り合わせる過程においてストレスによって破損しない程度となるように仮硬化させる。
他の実施例として、無機密封材２１０またはダム部材２２０を形成するステップにおいて、封止基板２００の最外郭に沿ってエポキシ、フリットなどによりダミー密封材（図示せず）を形成することができる。ダミー密封材は、無機密封材２１０の外側に形成され、基板１００と封止基板２００との間の空間を包括的に密封するためのものであり、マザーガラス基板の場合、最外郭に沿って形成する。
図５ｄに示すように、ダム部材２２０によって画定された領域の内側の封止基板２００に液状のシリコン充填材３００を提供する。シリコン充填材３００は、ガラス基板のように可視光線領域で９０％以上の透過率を有する無色（透明）であるため、視認性を低下させず、化学的に安定性が高いため、発光素子１３０を構成する材料、特に、金属材料のカソード電極１３４と反応しない。
シリコン充填材３００は、インクジェット、ディスペンサ、スクリーン印刷、またはＯＤＦ（One Drop Filling）などの工程によって提供可能である。例えば、ＯＤＦ装置を用いて、ダム部材２２０の内側の封止基板２００に１〜２０００ｃＰｓの粘度を有するシリコン充填材３００を滴下させることができるが、この場合、理論的な内部空間における容積対比の適正量を容易に制御することができる。
図５ｅに示すように、基板１００と封止基板２００とを互いに対向するように配置する。例えば、貼合装置の上部チャックに基板１００を取り付け、下部チャックに封止基板２００を取り付けた後、基板１００と封止基板２００とを貼り合わせる。基板１００と封止基板２００とが貼り合わされることにより、シリコン充填材３００がカソード電極１３４と接触してダム部材２２０の内側空間に満たされ、ダム部材２２０によりシリコン充填材３００の流れが防止され、形状が維持される。大気圧より低い圧力条件下で基板１００と封止基板２００とを貼り合わせると、基板１００と封止基板２００との間に気泡や空いた空間が形成されない。このとき、発光素子１３０と封止基板２００との間の空間がシリコン充填材３００で完全に満たされるように、基板１００と封止基板２００とを加圧することができる。
図５ｆに示すように、基板１００と封止基板２００とが貼り合わされた状態で、無機密封材２１０に沿ってレーザまたは赤外線を照射する。レーザまたは赤外線が吸収されて熱が発生することにより、無機密封材２１０が溶融して基板１００と封止基板２００とに接合され、これにより、発光素子１３０が封止される。このような封止工程は、ダミー密封材を硬化させて、基板１００と封止基板２００との間の空間を真空状態にした後に実施することが好ましい。
無機密封材２１０に沿ってレーザまたは赤外線を照射するとき、マスクまたは保護フィルム（図示せず）を用いて所望の領域にのみレーザまたは赤外線を照射させることができる。ダム部材２２０がレーザまたは赤外線を透過または反射させる無機物で形成されるか、表面に反射膜２２２が形成された場合は、画素領域１２０にのみマスクまたは保護フィルムを配置して、レーザまたは赤外線が照射しないようにする。また、ダム部材２２０が有機物で形成された場合は、画素領域１２０及びダム部材２２０が形成された非画素領域１４０にマスクまたは保護フィルムを配置して、レーザまたは赤外線が照射しないようにする。
仮に、ダム部材２２０が形成されなかったと仮定すれば、レーザまたは赤外線を照射する過程で発生した熱がシリコン充填材３００に伝達されやすくなる。これにより、瞬間的な温度上昇により発光素子１３０が被害を受けることがあるが、本発明によれば、ダム部材２２０により熱の伝達を効果的に減少または遮断することができ、シリコン充填材３００が満たされる領域及び形状をそのまま保持することができる。
その後、熱、電子ビーム、または紫外線（ＵＶ）によってシリコン充填材３００を硬化させる。このとき、シリコン充填材３００からガス欠が発生し得る。これにより、シリコン充填材３００を用意する過程で組成物（ビニルポリマー、Ｈポリマー、硬化触媒剤、硬化防止剤など）の割合を調節することにより、硬化時にガス欠が発生しないようにしなければならない。
上記の実施例では、無機密封材２１０が画素領域１２０のみを密封させるように形成された場合を説明したが、これに限定されず、駆動回路１６０を含むように形成されていてもよい。また、無機密封材２１０及びダム部材２２０が封止基板２００に単一構造で形成された場合を説明したが、これに限定されず、基板１００に形成されていてもよく、二重または多重構造で形成されていてもよい。例えば、密封効果を高めるために、無機密封材２１０を二重または多重構造で形成するか、熱遮断効果を高めるために、ダム部材２２０を二重または多重構造で形成することができる。
さらに、上記の実施例では、基板１００と封止基板２００とを貼り合わせる前に、充填材３００を充填させた場合を説明したが、材料や物質の特性により、基板１００と封止基板２００とを貼り合わせた後、充填材３００を充填させることもできる。また、上記の実施例では、無機密封材２１０を基板１００と封止基板２００とに接合させた後、シリコン充填材３００を硬化させたが、無機密封材２１０を基板１００と封止基板２００とに接合させる前に、シリコン充填材３００を硬化させることができる。
実施例１として、本発明の発光表示装置の製造方法における、ＯＤＦ工程にあってシリコン充填材３００を満たし、１００℃以下の温度にて熱硬化させた場合を説明する。この実施例１によって製造された発光表示装置は、４２８時間の間、８５℃の高温及び８５％の多湿状態にさらしても発光不良が発生しないことを確認した。
１００ 基板
１１０ 薄膜トランジスタ
１２０ 画素領域
１３０ 発光素子
１４０ 非画素領域
１６０ 駆動回路
２００ 封止基板
２１０ 無機密封材
２２０ ダム部材
２２２ 反射膜
３００ シリコン充填材
１１０ 薄膜トランジスタ
１２０ 画素領域
１３０ 発光素子
１４０ 非画素領域
１６０ 駆動回路
２００ 封止基板
２１０ 無機密封材
２２０ ダム部材
２２２ 反射膜
３００ シリコン充填材
Claims (18)
- 第１電極、有機発光層、及び第２電極を含む複数の発光素子が形成された第１基板と、
該第１基板に対向するように配置された第２基板と、
前記複数の発光素子を囲むように前記第１基板と前記第２基板との間に備えられ、表面にレーザまたは赤外線を反射させる反射膜が形成されたダム部材と、
該ダム部材の外側における前記第１基板と前記第２基板との間に備えられ、前記第１基板と前記第２基板とを接合させる無機密封材と、
前記第２電極と接触するように前記ダム部材の内側における前記第１基板と前記第２基板との間に備えられたシリコン充填材とを含むことを特徴とする発光表示装置。 - 前記ダム部材は、無機物であることを特徴とする請求項１に記載の発光表示装置。
- 前記無機物は、フリットであることを特徴とする請求項２に記載の発光表示装置。
- 前記反射膜は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、及びアルミニウム（Ａｌ）からなる群より選択される少なくとも１つの物質を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光表示装置。
- 前記ダム部材は、前記無機密封材と接触するように配置されることを特徴とする請求項２に記載の発光表示装置。
- 前記無機密封材は、フリットであることを特徴とする請求項１に記載の発光表示装置。
- 前記フリットは、レーザまたは赤外線によって溶融することを特徴とする請求項６に記載の発光表示装置。
- 前記フリットは、遷移金属化合物を含むことを特徴とする請求項７に記載の発光表示装置。
- 第１電極、有機発光層、及び第２電極を含む複数の発光素子が形成された第１基板を提供するステップと、
第２基板を提供するステップと、
前記第２基板の外郭に沿って無機密封材を形成するステップと、
前記無機密封材の内側の前記第２基板に前記複数の発光素子を囲むように表面にレーザまたは赤外線を反射させる反射膜が形成されたダム部材を形成するステップと、
前記ダム部材の内側に液状のシリコン充填材を滴下するステップと、
前記第１基板と前記第２基板とを対向するように配置して前記シリコン充填材が前記第２電極と接触し、前記ダム部材の内側空間に満たされるようにするステップと、
前記無機密封材を前記第１基板及び前記第２基板に接合させて前記複数の発光素子を封止するステップと、
前記シリコン充填材を硬化させるステップとを含むことを特徴とする発光表示装置の製造方法。 - 前記無機密封材を形成するステップは、
フリットペーストを塗布するステップと、
前記塗布されたフリットペーストを乾燥または焼成させるステップとを含むことを特徴とする請求項９に記載の発光表示装置の製造方法。 - 前記ダム部材を形成するステップは、
フリットペーストを塗布するステップと、
前記塗布されたフリットペーストを乾燥または焼成させ、硬化させるステップとを含むことを特徴とする請求項９に記載の発光表示装置の製造方法。 - 前記ダム部材は、前記無機密封材と接触するように形成することを特徴とする請求項９に記載の発光表示装置の製造方法。
- 前記ダム部材を形成するステップは、
前記無機密封材から離隔するように液状有機物を塗布するステップと、
前記塗布された液状有機物を仮硬化させるステップとを含むことを特徴とする請求項９に記載の発光表示装置の製造方法。 - 前記第１基板と前記第２基板とを対向するように配置するステップは、大気圧より低い圧力条件下で行われることを特徴とする請求項９に記載の発光表示装置の製造方法。
- 前記シリコン充填材が前記ダム部材の内側の前記第１基板と前記第２基板との間の空間に満たされるように、前記第１基板と前記第２基板とを加圧するステップをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の発光表示装置の製造方法。
- 前記発光素子を封止するステップは、前記無機密封材を溶融させて前記第１基板と前記第２基板とに接合させるステップを含むことを特徴とする請求項９に記載の発光表示装置の製造方法。
- 前記無機密封材をレーザまたは赤外線によって溶融させることを特徴とする請求項１６に記載の発光表示装置の製造方法。
- 前記シリコン充填材は、熱、電子ビーム、又は紫外線のいずれか１つによって硬化させることを特徴とする請求項９に記載の発光表示装置の製造方法。
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