JP5026161B2 - 垂直形封止装置を利用した有機電界発光表示装置の製造方法 - Google Patents

垂直形封止装置を利用した有機電界発光表示装置の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は垂直形封止装置及びそれによる有機電界発光表示装置の製造方法に係り、さらに詳細にはガラスフリット(frit)を封止基板上に形成して前記フリットが形成された封止基板と下部基板を垂直形封止装置に吸着固定してレーザーを照射することによって、封止基板と下部基板を合着する垂直形封止装置及びそれによる有機電界発光表示装置の製造方法に関する。
一般的に、有機電界発光表示装置は電子(electron)注入電極(cathode)と正孔(hole)注入電極(anode)からそれぞれ電子(electron)と正孔(hole)を発光層内部に注入させて、注入された電子(electron)と正孔(hole)が結合した励起子(exciton)が励起状態から基底状態に落ちる時発光する発光表示装置である。このような原理によって従来の液晶薄膜表示素子とは違って別途の光源を必要としないので素子の体積と重量を減らすことができる長所がある。
前記有機電界発光表示装置を駆動する方式は手動マトリックス方式(passive matrix type)とアクティブマトリックス方式(active matrix type)に分けることができる。前記手動マトリックス方式有機電界発光表示装置はその構成が単純であって製造方法も単純であるが、高い消費電力と表示素子の大面積化に難しさがあって配線の数が増加すればするほど開口率が低下する短所がある。したがって、小型の表示素子に適用する場合には手動マトリックス方式の有機電界発光表示装置を用いるのに対して、大面積の表示素子に適用する場合にはアクティブマトリックス方式の有機電界発光表示装置を用いる。
また、有機電界発光表示装置は発光層から発生した光が放出される方向によって背面発光構造と前面発光構造に分けることができるのに、背面発光構造は形成された基板側に光が放出されることであって上部電極で反射電極や反射膜が形成されて下部電極で透明電極が形成される。ここで、有機電界発光表示装置は薄膜トランジスタが形成されるアクティブマトリックス方式を採択する場合に薄膜トランジスタが形成された部分は光が透過できなくなるので光が出ることができる面積が減ることができる。これと違って、前面発光構造は上部電極で透明電極が形成されて下部電極で反射電極や反射膜が形成されることによって光が基板方向と反対される方向に放出されるので光が透過する面積が広くなるので輝度を向上することができる。
一方、有機電界発光表示装置の上部電極と下部電極間に積層される有機膜は酸素または水分と容易に反応して、これにより有機電界発光表示装置の特性が低下する現象が発生する。したがって有機電界発光表示装置の製作に使われる有機薄膜を水分または酸素等から保護するための方法で有機膜等が蒸着された基板に一定空間を維持した状態で高分子フィルムやステンレススチール等を主材料にするキャップをかぶせる封止工程(encapsulation)をするようになって前記キャップは内部に吸湿剤が装着されて有機膜等で発生するガス及び外部からの水分と酸素の影響を減少させるように製造される。
図1は従来の封止処理された有機電界発光表示装置を概略的に見せてくれる断面図である。
図1を参照すると、ガラスやステンレススチールで構成された下部基板10上にアノードと少なくとも発光層を含む有機膜及びカソードが積層された有機電界発光素子12が形成されていて、前記有機電界発光素子12を密封するように封止基板14が下部基板10上の非発光領域上に接着剤(sealant)16で接着されている。ここで、封止基板14の内側面には吸湿剤または乾燥剤(図示せず)が通常的に具備されていて内部で発生したり残存する水分及び酸素を除去するようになる。
図2は有機電界発光素子が形成された下部基板に対して封止基板を接着させる作業を遂行する封止装置を概略的に示す図面である。
図2を参照すると、封止装置50は封止工程時高さが固定されていてその上面部に封止基板14が固定付着される下部ステージ(lower stage)30と、前記下部ステージ30に対応するように上部に具備されて封止工程時下降されて、下面部に工程対象物である下部基板10が吸着固定される上部ステージ(upper stage)20を含む。したがって、下部ステージ30上の封止基板14の縁部に未図示されたシリンジ(syringe)装置により接着剤(sealant)(図1の16)が塗布された後、前記下部ステージ30に対して前記上部ステージ20が下降して下面部に吸着固定された下部基板10を下部ステージ30上の封止基板14に加圧密着させて塗布された接着剤16が押されながら接着が行われる。
ここで、図示していないが上部ステージ20にはその下面部に下部基板10を固定するための真空吸着力を提供する真空ノズル(vacuum nozzle)が具備されていて上部には上部ステージ20と密着するように小さな大きさの固定ブラケット(bracket)22が横切って具備されて固定ブラケット22の両側上面部には昇下降のためのリニアシャフト(linear shaft)28がそれぞれ具備されている。
しかし、前記した従来の封止装置を利用した封止工程は下部基板10と封止基板14を水平状態に維持して工程を行なうことによって、図3に示したように、大面積の基板に適用する時上部ステージ20により支持された下部基板10が圧着及び封止工程中に変形されて基板が下に撓む問題点が発生して、封止基板14と接触して有機電界発光素子の特性が低下する問題点が発生された。また、封止工程時真空状態で工程を遂行したりUV照射をしなければならない等工程遂行上の多くの問題点と精密パターンをしにくい問題等があった。
特開1998−074583号公報 特開2005−510831号公報 韓国出願公報2005−0021822号 韓国特許第0279528号
本発明は前記した従来技術の問題点を解決するためのものであって、下部基板と封止基板を垂直に位置させて、前記封止基板の縁にフリット(frit)を形成してレーザで照射することによって、水平封止装置で発生した封止時基板の撓み現象及び大型化された基板に適用時取扱上の難しさ等を解決して精密パターンを遂行することができて、大気中でも製作が可能な垂直形封止装置及びそれによる有機電界発光表示装置の製造方法を提供することに目的がある。
前記した目的を達成するために本発明による垂直形封止装置は、
接着される封止基板を垂直に安着する封止基板ステージと;
前記封止基板ステージと対応するように一定間隔離隔されて位置して、一側面に工程対象物である下部基板を吸着固定し、前記封止基板に対して封止作業が行われるように垂直に形成されている下部基板ステージと;
前記下部基板ステージを固定する固定ブラケットと;
前記固定ブラケットの他側面中心部に形成されていて、前記下部基板ステージを左右に一定間隔移動するようにする水平シャフトと;
前記水平シャフトの外側に嵌め込み結合していて前記水平シャフトをすべり作用により封止基板ステージに移動させることができるピローボールベアリングと;
前記ピローボールベアリングの外側を包む円筒状になっていて、前記固定ブラケットの中心部に形成された貫通孔に離脱しないように結合しているベアリングハウジングを含むことを特徴とする封止装置により達成される。
また、前記目的を達成するための本発明による有機電界発光表示装置の製造方法は、
ガラスフリットが形成されている封止基板を垂直に形成されている封止基板ステージに安着して、
前記封止基板ステージと対応するように一定間隔離隔されて垂直に形成されている下部基板ステージに工程対象物である下部基板を吸着固定し、
前記下部基板ステージを封止基板ステージに移動して前記下部基板を封止基板ステージに固定付着されている封止基板に加圧密着して合着して、
前記封止基板ステージの外側に形成されているレーザを前記ガラスフリットに照射して前記封止基板を下部基板と接着することを含むことを特徴とする有機電界発光表示装置の製造方法によっても達成される。
本発明の前記目的と技術的構成及びそれによる作用効果に関する詳細な事項は本発明の望ましい実施形態を示している図面を参照した以下詳細な説明によりさらに明確に理解されることである。しかし、本発明はここで説明される実施形態に限定されなくて他の形態に具体化されることができる。むしろここで紹介される実施形態は開示された内容が徹底して完全になることができるようにそして当業者に本発明の思想が十分に伝達されることができるようにするために提供されることである。図面において、層が異なる層または基板“上”にあると言及される場合にそれは他の層または基板上に直接形成されることができたりまたはそれら間に第3の層が介在されることもある。本発明の望ましい実施形態を示している図面は明確な説明のために誇張されるように示される事もでき、明細書全体にかけて同じ参照番号は同じ構成要素を示す。
上述したように本発明によると、水平型封止装置で発生された封止時下部基板の撓み現象及び大型化された基板における適用時取扱難しさ等を解決して精密パターンを遂行することができて大気中でも製作が可能な垂直形封止装置及び有機電界発光表示装置を得ることができる。
また、本願発明による封止工程前に垂直形蒸着方式で有機膜を成膜した場合には従来のように水平に下部基板を移動する必要がなく封止工程を遂行することができて生産性が向上して工程収率が向上する。
一方、前記内容は本発明の望ましい一実施形態を例示したことであって、本発明の当業者は本発明の要旨を変更させることがなく本発明に対する修正と変更を加えることができることが分かることである。
以下、本発明をさらに具体的に説明するために本発明による望ましい実施形態を添付した図面を参照してさらに詳細に説明する。
図4は本発明による有機電界発光表示装置の単位画素に対する平面図である。
図4を参考にすると、一方向に配列されたスキャンライン2、前記スキャンライン2と相互に絶縁されながら交差するデータライン1及び前記スキャンライン2と相互に絶縁されながら交差して前記データライン1に平行するように共通電源ライン3が位置する。前記スキャンライン2、前記データライン1及び共通電源ライン3により複数の単位画素、例えば、赤色(R)、緑色(G)及び青色(B)のうちのいずれか一つを示す単位画素で定義される。
これによって、前記単位画素には前記スキャンライン2に印加された信号によって前記データライン1に印加されたデータ信号を、例えば、データ電圧と前記共通電源ライン3に印加された電圧差による電荷を蓄積するキャパシタ7及び前記キャパシタ7に蓄積された電荷による信号を前記スイッチング薄膜トランジスタ5を介して駆動薄膜トランジスタ6に入力する。続いて、データ信号を入力を受けた前記駆動薄膜トランジスタ6は下部電極8、上部電極及び両電極間に少なくとも有機発光層を含む有機膜を具備した前記有機電界発光素子9に電気的信号を送り光を放出するようにする。
図5Aは図4の単位画素をA−A’方向に切った断面を示した概略図であって、図5Bは図5AのB領域を拡大して単位画素を示した断面図である。
図5A及び図5Bを参照すると、下部基板100上には有機電界発光素子200が位置する。前記有機電界発光素子200は単位画素で構成され、前記単位画素は配線、薄膜トランジスタ(Tr)、キャパシタ及び前記素子と連結された有機発光素子で構成される。
図面を参照して前記単位画素を形成することを細部的に説明すると、下部基板100上に薄膜トランジスタ(Tr)を形成する。前記下部基板100はガラスや合成樹脂、ステンレススチール等の材質で構成されることができる。前記薄膜トランジスタ(Tr)には半導体層110を形成して、前記半導体層110上にゲート絶縁膜とゲート電極120を形成して、前記半導体層110とコンタクトされるようにソース電極130a及びドレイン電極130bを形成する。
次に、前記薄膜トランジスタ(Tr)上に絶縁膜141を形成する。前記絶縁膜141は無機膜、有機膜またはそれらの二重層であることがある。例えば、前記絶縁膜141は無機保護膜135、有機平坦化膜140、またはそれらの二重層であることがある。
続いて、前記絶縁膜141上にビアホールを形成して、その上部に導電膜を積層してパターニングすることによって下部電極145を形成する。次に、前記下部電極145上に絶縁膜を積層してパターニングすることによって前記下部電極145を露出させて画素領域Iを定義する画素定義膜150を形成する。
続いて、前記下部電極145上に少なくとも発光層を含む有機膜160を形成して前記有機膜160上部に上部電極170を形成することによって有機電界発光素子200を完成するのに、前記下部電極145は基板100上にITO、IZO等の伝導性の物質を蒸着してパターニングしてアノード電極で形成することができる。
また、前記下部電極145上に少なくとも発光層を含む有機膜160を形成するのに、前記有機膜160は前記下部電極145と後続されて形成される上部電極170間に形成されて、用途によって正孔注入層(HIL)、正孔輸送層(HTL)、発光層(Emitting layer)、電子輸送層(ETL)、電子注入層(EIL)のうち少なくとも発光層を含む一つの層以上でなった多層構造を有する。
また、前記有機膜160上に上部電極170を形成するのに、前記上部電極170はカソード電極で形成することができる。前記カソード電極としては仕事関数(work function)が低いCa、Mg、Al等やこれらの合金等を用いることが望ましい。
前記した工程で有機膜160等の成膜は多様な方式で遂行することができる。すなわち、上向式回転成膜方式、上向蒸着方式、下向蒸着方式及び垂直形蒸着方式等を利用することができる。ここで、上向式回転成膜方式はクヌーセン(Knudsen)またはエフュージョン(Effusion)形態の蒸着源に基板を回転させながら成膜することであって、上向蒸着方式は基板を水平移送させてエフュージョン方式を線形蒸着源を基板の下で移動させながら成膜したり基板を水平移送させてノズルを介した噴射方式の線形蒸着源を平面上に移動しながら成膜することである。また、下向蒸着方式は基板を水平に移送させながら蒸着源の線形または平面ノズルを介して有機物を下向噴射して成膜することであって、垂直形蒸着方式はエフュージョン方式またはノズル方式の垂直形線形蒸着源を固定させて基板を垂直に立てて移送しながら成膜することである。
続いて図6を参照すると、封止基板260を提供する。前記封止基板260は絶縁ガラスまたはプラスチックであることがある。続いて、前記封止基板260の一定領域に溝270(groove)を形成する。さらに詳細には前記封止基板に形成された溝270は前記有機電界発光素子200の画素領域(図5BのI)に対応する前記封止基板260の外側面縁に形成される。さらに望ましくは前記有機電界発光素子200の画素領域I外側面を完全に囲むように形成する。
この時、前記溝270はエッチング(etching)、サンドブラスティング(sand blasting)またはモールディング(molding)法を用いて形成することができるが、これに限られるのではない。また、前記溝270の形状は限定されることではないがシーラントがある領域はその角が緩やかでシーラントが溝に流れこんできやすくて、ガラスフリットがある領域はその角が垂直に形成されて流れ込んだシーラントがガラスフリットに接触しにくいように形成することが望ましい。
さらにひいては前記溝270は20ないし300μmの深さDを有するように形成することが望ましい。これは前記溝270の深さDが20μm以内ならば、今後形成されるシーラントが前記溝を充填しながらガラスフリットに接触できて、前記溝270の深さDが300μm以上ならば、前記封止基板260の耐久性が低下するという短所がある。また、前記溝270は0.1ないし5mmの幅Wを有するように形成することが望ましい。これは前記溝270の幅が0.1mm以内ならば、今後形成されるシーラントが前記溝を充填しながらガラスフリットに接触できて、前記溝270の幅が5mm以上ならば、前記有機電界発光表示装置が不要に大きくなるという短所がある。
続いて、前記封止基板260に形成されている前記溝270の外周面に沿ってガラスフリット280を形成する。前記ガラスフリット280は酸化カリウム(KO)、三酸化アンチモン(Sb)、酸化亜鉛(ZnO)、二酸化チタン(TiO)、三酸化アルミニウム(Al)、三酸化タングステン(WO)、酸化スズ(SnO)、酸化鉛(PbO)、五酸化バナジウム(V)、三酸化鉄(Fe)、五酸化燐(P)、三酸化二ホウ素(B)及び二酸化硅素(SiO)で構成された群から選択された1種の物質またはこれらの組合で構成されることができる。また、前記ガラスフリット280はスクリーン印刷法またはディスペンシング法で形成することができる。この時、前記ガラスフリット280の高さは10ないし300μmで形成することが望ましい。これは前記ガラスフリット280の高さが10μm以下ならば、前記封止基板260と前記有機電界発光素子210が接触するようになって素子の信頼性を低下させることができて、前記ガラスフリット280の高さが300μm以上であれば、有機電界発光表示装置の厚さが不要に厚くなる短所がある。
続いて、前記封止基板260の前記溝270により定義された領域内にシーラント290を形成することができる。前記シーラント290は前記下部基板100の画素領域Iに対応した封止基板260上に位置することができる。
この時、前記シーラント290はUV硬化型または熱硬化型の物質を用いることができて、例えば、アクリル系樹脂またはポリイミド系樹脂を用いることができるが、望ましくはウレタンアクリルを用いることができる。
また、前記シーラント290は透明シーラントであることが望ましい。これによって、前記有機電界発光素子200から放出される光が前記封止基板260を介して外部に放出されることができて前面発光型有機電界発光表示装置を具現することができる。しかしこれに限られないで、前記下部基板100を介して光を放出する背面発光型または前記下部基板100及び前記封止基板260全てを介して光を放出する両面発光型有機電界発光表示装置を具現することも可能である。
図7は本発明による下部基板と封止基板を合着するための封止装置を示した断面図である。
図7を参照すると、封止装置300は封止作業時固定されて側面上に接着される封止基板260が安着されて固定される封止基板ステージ310と、前記封止基板ステージ310に対応するように一側に具備されて封止作業時側面に移動されて工程対象物である下部基板320がホルダー335により吸着固定される下部基板ステージ330を含む。ここで、図示していないが、下部基板ステージ330にはその一側面上に下部基板320を固定するための真空吸着力を提供する真空ノズルが具備されるようになる。本発明によると下部基板ステージ330の一側面中心部には一定の長さの水平シャフト(shaft)332が具備されて水平シャフト332の一側にはピローボールベアリング(pillow ball bearing)334が嵌め込み結合されている。また、前記ピローボールベアリング334の外側を包むように円筒形のベアリングハウジング336が垂直方向に具備されて前記ベアリングハウジング336は側面に移動のためのリニアシャフト328がそれぞれ具備される固定ブラケット322の中心部に形成された貫通孔322aが離脱しないように挿入されて結合されるようになる。これによって、前記下部基板ステージ330は固定ブラケット322に対して水平シャフト332のピローボールベアリング334のすべり作用によって自由に傾くように動くことができるようになって封止基板260に加圧時封止基板ステージ260に密着しながら正確に調整されることができる。また、前記固定ブラケット322の一側面上の中心部には他側面が開口されて内部の空いた空間部に水平方向にコイルスプリング(coil spring)340が内設されるスプリングハウジング338が固定具備されていて開口された面を介して水平シャフト332の上端の一部が挿入されて内設されたコイルスプリング340が水平シャフト332の球面ボール部332aを押すように具備されており、前記水平シャフト332の球面ボール部332aとコイルスプリング340間には押し板部材342が具備されていてさらに円滑に押す作用が可能にさせて前記水平シャフト332の球面ボール部332aが円滑に滑るようになる。また、前記スプリングハウジング338内のコイルスプリング340上部には加圧板部材344が具備されていて前記加圧板部材344を加圧できるようにスプリングハウジング338の閉鎖された面を介して加圧調整用加圧ボルト346が締結されている。
続いて、前記下部基板320を封止基板ステージ310に固定付着されている封止基板260に加圧して密着することによって、前記下部基板320と封止基板260を合着する。
この時、シーラント290を形成した場合には前記シーラント290は前記下部基板320上に形成された有機電界発光素子(図5Aの200)を覆うようになる。これと同時に前記シーラント290は前記圧力により有機電界発光素子の画素領域(図5BのI)の外側方向に押し出される。しかし、前記外側方向に押し出されるシーラント290は前記溝270に会うようになって、前記溝270を充填しながら外側進行を止めるようになる。これによって、前記ガラスフリット280まで前記シーラント290が押し出される現象を防止して前記ガラスフリット280が汚染されることを防止することができる。
続いて、前記ガラスフリット280にレーザーを照射して、前記ガラスフリット280を溶融させて固相化して前記下部基板320と封止基板260を接着する。
次に、前記シーラント290に熱またはUVを照射することによって、前記シーラント290を硬化させる。
本発明の実施形態では前記ガラスフリット280にレーザーを照射した後、前記シーラント290にUVを照射して硬化したが、これとは違って、前記シーラント290にUVを照射して前記シーラント290を硬化させた後、前記ガラスフリット280にレーザーを照射して前記ガラスフリット280を鎔融して固相化できる。
これによって、本発明の実施形態による有機電界発光表示装置を完成する。
従来の封止処理された有機電界発光表示装置を概略的に見せてくれる断面図である。 従来の下部基板に対して封止基板を接着させる作業を遂行する封止装置を概略的に示す図面である。 従来の大面積基板に適用する時上部ステージにより支持された下部基板が圧着及び封止工程中に変形されて基板が下に撓むことを示した図面である。 本発明による有機電界発光表示装置の単位画素に対する平面図である。 図4の単位画素をA−A’方向に切った断面を示した概略図である。 図5AのB領域を拡大して単位画素を示した断面図である。 本発明による封止基板を示した図面である。 本発明による下部基板と封止基板を合着するための封止装置を示した断面図である。
符号の説明
1:データライン
2:スキャンライン
3:共通電源ライン
5:スイッチング薄膜トランジスタ
6:駆動薄膜トランジスタ
7:キャパシタ
8、145:下部電極
9:有機電界発光素子
10、100、320:下部基板
12、200:有機電界発光素子
14、260:封止基板
16:接着剤
20:上部ステージ
30:下部ステージ
28:リニアシャフト
50、300:封止装置
110:半導体層
130a:ソース電極
130b:ドレイン電極
135:無機絶縁膜
140:平坦化膜
141:絶縁膜
150:画素定義膜
160:有機膜
170:上部電極
260:封止基板
270:溝
280:ガラスフリット
290:シーラント
310:封止基板ステージ
322:固定ブラケット
322a:貫通孔
328:リニアシャフト
330:下部基板ステージ
335:ホルダー
332:水平シャフト
322a:球面ボール部
334:ピローボールベアリング
336:ベアリングハウジング
338:スプリングハウジング
340:コイルスプリング
342:押し板部材
344:加圧板部材
346:加圧調整用加圧ボルト

Claims (10)

  1. ガラスフリットが形成されている封止基板を垂直に形成されている封止基板ステージに安着して、
    前記封止基板ステージと対応するように一定間隔離隔されて垂直に形成されている下部基板ステージに工程対象物である下部基板を吸着固定し、
    前記下部基板ステージを封止基板ステージに移動して前記下部基板を封止基板ステージに固定付着されている封止基板に加圧密着して合着して、
    前記封止基板ステージの外側に形成されているレーザを前記ガラスフリットに照射して前記封止基板を下部基板と接着することを含むことを特徴とする有機電界発光表示装置の製造方法であって、
    前記下部基板の画素領域に対応する封止基板の領域とガラスフリット間に溝が形成されていて、
    前記封止基板は下部基板の画素領域と対応する領域にシーラントが形成されていて、
    前記シーラントと前記ガラスフリットは接触しないことを特徴とする有機電界発光表示装置の製造方法。
  2. 前記ガラスフリットは下部基板の画素領域に対応する封止基板の外周面に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光表示装置の製造方法。
  3. 前記ガラスフリットは酸化カリウム(KO)、三酸化アンチモン(Sb)、酸化亜鉛(ZnO)、二酸化チタン(TiO)、三酸化アルミニウム(Al)、三酸化タングステン(WO)、酸化スズ(SnO)、酸化鉛(PbO)、五酸化バナジウム(V)、三酸化鉄(Fe)、五酸化燐(P)、三酸化二ホウ素(B)及び二酸化硅素(SiO)で構成された群から選択された1種の物質またはこれらの組合で構成されたことを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光表示装置の製造方法。
  4. 前記ガラスフリットは高さが10ないし300μmであることを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光表示装置の製造方法。
  5. 前記溝は20ないし300μmの深さで封止基板の外周面全体に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光表示装置の製造方法。
  6. 前記シーラントはUV硬化型または熱硬化型であることを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光表示装置の製造方法。
  7. 前記シーラントは透明シーラントであることを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光表示装置の製造方法。
  8. 前記溝はエッチング、サンドブラスティングまたはモールディング法を利用して形成することを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光表示装置の製造方法。
  9. 前記ガラスフリットはスクリーン印刷法またはディスペンシング法を利用して形成することを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光表示装置の製造方法。
  10. 前記レーザをガラスフリットに照射することは大気中で遂行することを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光表示装置の製造方法。
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