KR100304880B1 - 유기이엘(el)디스플레이패널제조방법 - Google Patents

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Abstract

유기 EL 디스플레이 패널 제조방법에 관한 것으로, 기판 위에 스트립 형태로 제 1 전극을 형성하고, 제 1 전극 스트립 사이에 상부보다 하부폭이 더 큰 오버행 구조를 갖는 격벽을 형성하며, 격벽을 가진 기판 전면에 1층 이상의 유기층을 형성한다. 그리고, 유기층 전면에 전극층을 형성하여 격벽에 의한 단차에 의해 제 1 전극과 직교하는 방향으로 서로 절연되는 스트립 형태의 제 2 전극을 형성함으로써, 공정을 단순화시키고 각 픽셀에서의 제 1 전극과 제 2 전극간, 픽셀과 픽셀간의 제 2 전극의 쇼트 문제를 확실하게 해결할 수 있다.

Description

유기 이엘(ＥＬ) 디스플레이 패널 제조방법{method for fabricating Organic Electroluminescence display panel}
본 발명은 유기 EL(Organic Electroluminescence) 디스플레이 패널 제조방법에 관한 것이다.
최근에는 유기 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)라고도 불리는 유기 EL 소자의 기술이 빠른 속도로 발전하고 있으며, 이미 몇 가지 시제품들이 발표된 바 있다.
유기 EL 소자는 매우 얇고, 매트릭스 형태로 어드레스 할 수 있으며, 15V 이하의 낮은 전압으로도 구동이 가능한 장점이 있다.
또한, 유기 EL 소자는 넓은 시야각과 플라스틱과 같이 휠 수 있는(flexible) 투명기판 위에도 형성할 수 있어 차세대 평판 디스플레이(Flat Panel Display: FPD)에 적합한 소자이며, 잘 알려진 LCD (Liquid Crystal Display)에 비해 백라이트(backlight)가 필요치 않으므로 전력 소모가 적은 장점도 있다.
이와 같은 장점을 갖는 유기 EL 소자는 일반적으로 무기 EL 소자와는 동작 원리 면에서 큰 차이가 있다.
무기 EL 소자는 높은 전계에 의해 가속된 전자가 발광체(luminescent impurity)에 충돌, 여기 시키고 여기된 발광체가 기저 상태로 떨어지면서 발광하는데 반해, 유기 EL 소자는 제 2 전극과 제 1 전극으로부터 각각 주입된 전자와 정공이 결합하여 생성된 엑시톤(exciton)이 여기상태로부터 기저상태로 떨어지면서 발광한다.
이러한 유기 EL 소자는 지금까지 발광 효율을 개선시키고, 다양한 색깔을 만들어 내기 위해 많은 연구가 진행되어 왔으며, 향후 유기 EL 소자의 상업화를 위해 생산성, 균일성, 신뢰성 등의 연구에 더 많은 노력을 기울여야 할 것으로 본다.
그러나, 이와 같은 유기 EL 소자는 제작시에 많은 어려움이 있었는데, 그 중에서 가장 어려운 공정이 픽셀레이션(pixellation) 또는 패터닝(patterning) 공정이었다.
기존에는 이러한 공정에 주로 포토리소그래피(photolithography)법을 사용하였지만, 이 방법으로 소자의 유기막을 패터닝하게 되면 솔벤트(solvent)의 영향으로 유기막이 그 특성을 잃게 되는 문제점이 있었다.
그러므로, 도 1에 도시된 바와 같이, 새도우 마스크(shadow mask)를 이용한 직접 픽셀레이션(direct pixellation)법이 널리 사용되었지만, 이 방법 역시 고 해상도(high resolution)를 구현하기 위하여 픽셀간의 피치(pitch)를 줄이게 되면 사용하기가 어려웠다.
따라서, 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로 격벽을 이용한 픽셀레이션법이 미국 특허 5,276,380과 일본 공개특허 평성8-315981에 알려져 있다.
도 2는 미국 특허를 보여주는 도면으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 투명기판(1)위에 제 1 전극(2) 띠(stripe)를 형성하고, 그 제 1 전극(2)위에 제 2 전극(3) 띠간의 전기적인 절연을 위하여 미리 소정 간격을 갖는 격벽(4)을 형성한다.
그리고, 전면에 유기전계발광층(5)을 형성하고, 소정 각도 θ만큼 증착각도를 주어 제 2 전극(3)을 형성한다.
그러나, 이 방법은 제 2 전극(3) 형성시 소정 각도 θ만큼 기울여서 증착하기 때문에 막의 균일성에 문제가 있고 공정이 까다로운 단점이 있다.
한편, 도 3은 일본 특허를 보여주는 도면으로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 제조공정은 상기 도 2와 비슷하며 제 2 전극(3) 띠간의 전기적 절연을 위하여 격벽(4)을 역삼각형 형태나 또는 날개 인 오버행거(overhanger)를 갖는 형태로 형성하였다는 점과 격벽(4) 하부에 버퍼층(6)을 형성하였다는 점이 특이하다.
여기서, 역삼각형 형태의 격벽은 도 4a와 같이 네거티브 포토레지스트(negative photoresist)로 만든 것이고, 날개를 갖는 형태의 격벽은 도 4b와 같이 포지티브 포토레지스트(positive photoresist)로 만든 것이다.
이 특허에서 버퍼층(6)을 형성하는 이유는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 유기전계발광층(5)과 제 2 전극(3)을 증착하면 제 2 전극(3)이 유기전계발광층(5)보다 바깥쪽으로 증착될 수 있어 제 2 전극(3)과 제 1 전극(2)이 서로 접촉될 가능성이 매우 크기 때문이다.(A부분과 B부분)
이 방법은 제 2 전극(3) 라인간의 전기적 절연에 대한 신뢰성은 있지만 버퍼층(6)을 반드시 사용해야 하므로 두 번의 서로 다른 포토공정이 필요하게 되어 양산시 시간과 비용이 많이 드는 단점이 있다.
본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 간단한 공정으로 픽셀간의 전기적 절연효과를 향상시킬 수 있는 유기 EL 디스플레이 패널 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1, 도 2, 도 3은 종래 기술에 따른 유기 EL 디스플레이 패널을 보여주는 도면
도 4a는 네거티브 포토레지스트를 사용한 격벽 모양을 보여주는 도면이고, 도 4b는 포지티브 포토레지스트를 사용한 격벽 모양을 보여주는 도면
도 5a 내지 5d는 본 발명에 따른 유기 EL 디스플레이 패널의 제조공정을 보여주는 도면
도 6a 및 도 6b는 이상적인 격벽의 조건을 보여주는 도면
도 7은 기판 표면 처리 없이 형성한 격벽의 모양을 보여주는 사진
도 8은 본 발명에 따른 격벽의 모양을 보여주는 사진
도 9a 및 도 9b는 장시간 열처리를 한 격벽의 모양을 보여주는 사진
도 10은 본 발명의 격벽에 의해 전기적으로 절연된 제 2 전극을 보여주는 사진
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 투명기판 12 : 제 1 전극
13 : 격벽 14 : 유기전계발광층
15 : 제 2 전극
본 발명에 따른 유기 EL 디스플레이 패널 제조방법은 기판 위에 스트립 형태로 제 1 전극을 형성하는 단계와, 제 1 전극 스트립 사이에 상부보다 하부폭이 더 큰 오버행거 구조를 갖는 격벽을 형성하는 단계와, 격벽을 가진 기판 전면에 상기 격벽에 이르도록 1층 이상의 유기층을 형성하는 단계와, 유기층 전면에 전극층을 형성하여 상기 유기층에 의해 제 1 전극과 서로 절연되는 스트립 형태의 제 2 전극을 형성하는 단계로 이루어지는데 특징이 있다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 유기 EL 디스플레이 패널 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명의 개념은 각 제 2 전극라인을 분리하기 위한 격벽으로서의 기능과 제 1 전극과 제 2 전극과의 절연을 위한 버퍼층으로서의 기능을 동시에 수행할 수 있도록 상부폭보다 하부폭이 더 넓은 격벽을 형성함으로써, 픽셀간의 전기적 절연을 확실히 하는데 있다.
도 5a 내지 5d는 본 발명에 따른 유기 EL 디스플레이 패널의 제조공정을 보여주는 도면으로서, 도 5a에 도시된 바와 같이 투명기판(11)상에 일정 간격을 갖고 일방향으로 배열되도록 제 1 전극(12) 띠들과 나중에 제 2 전극과 연결되어 전극라인을 빼내기 용이하도록 길이가 짧은 띠(12-1)들을 동시에 형성한다.
이어, 도 5b에 도시된 바와 같이 제 1 전극(12)상에 픽셀(발광영역)간의 전기적 절연을 위해 격벽(13)들을 제 1 전극(12)에 직교하도록 형성한다.
여기서, 형성되는 격벽(13)의 구조는 도 6a 및 6b에 도시된 바와 같이, 상부면 양측에는 날개 인 오버행거(overhanger)을 가지며 상부폭보다 하부폭이 더 넓은 형태이다.
이와 같은 형태로 형성하는 이유는 앞서 설명한 바와 같이, 후공정에 증착될 제 2 전극과 제 1 전극간, 픽셀과 픽셀의 제 2 전극간에 쇼트(short) 문제를 방지하기 위해서이다.
즉, 도 6a 및 도 6b에서 보는 바와 같이 A는 각 픽셀의 제 2 전극 사이의 절연 기능을 조절하고, B는 버퍼층의 기능을 조절하므로 A와 B의 값이 각각 클수록 그 기능성은 향상된다.
보통 격벽의 높이 C와 생성된 날개의 길이 A는 공정시 거의 일정하게 나오므로 격벽 밑부분이 앞으로 튀어나온 길이 B를 조절함으로써, 하나의 층으로 두 가지 기능을 만족시킬 수 있는 것이다.
여기에서 두 가지 기능을 만족시킬 수 있는 격벽 모양의 조건은 격벽 밑부분의 길이와 밀접하게 관계가 있는데, 그 조건은 다음과 같다.
단, 전제 조건은 A가 0.1 ∼ 1㎛ 이어야 하고, B는 0보다 크거나 또는 후공정에 증착될 유기전계발광층과 제 2 전극의 증착각도 θ는 90도 보다 작아야 한다.
도 6a와 같이, 증착각도가 θ로 주어진 경우, B는 B ＞ A - Ctanθ인 조건을 만족해야 한다.
그러나, 일반적으로 증착각도 θ는 한 각도로 유지되기는 어렵다.
그 이유는 증착시 여러 각도에서 증착되기 때문이다.
따라서, 도 6b와 같이 증착각도에 관계없는 경우, B는 θ ＞ 0이고, tanθ ＞ 0 이므로 B ＞ A이면 된다.
결국, B의 길이가 길수록 이상적인 격벽의 모양이라고 볼 수 있는 것이다.
그러므로, 격벽의 모양을 도 6b와 같이 만드는 것이 유리한데, 이런 모양의 격벽을 만드는 방법은 다음과 같다.
(1)우선, 기판 전면을 HMDS로 표면 처리하는데, 표면 처리 방법은 딥핑(dipping), 스핀-코팅(spin-coating), HMDS 기상(vaporation)에 노출하는 방법을 사용한다.
여기서, 표면 처리를 하는 이유는 표면 처리를 하지 않으면 기판과 격벽과의 접착력이 좋지 않아 도 7에 도시된 사진처럼 격벽 밑면이 벌어져서 격벽으로서의 기능을 수행하지 못하기 때문이다.
(2)그 위에 포지티브 포토레지스트를 도포한다.
(3)도포된 포지티브 포토레지스트를 노광한다.
이때, 노광원의 파장은 365nm, 405nm, 436nm 중 어느 하나로 하고, 노광 에너지는 50 ∼ 500mJ/cm2로 한다.
(4)노광된 포지티브 포토레지스트를 약 3 ∼ 30분간 아로매틱 솔벤트(aromatic solvent)에 담근다.
여기서, 아로매틱 솔벤트는 브로모벤젠(bromobenzene), 클로로벤젠(chlorobenzene), 톨루엔(toluene), 플루오르벤젠(fluorobenzene) 중 어느 하나로 한다.
(5)이어, 포지티브 포토레지스트를 약 10초 ∼ 5분간 현상한다.
현상액은 포지티브 포토레지스트 현상에 일반적으로 쓰이는 TMHO(Trimethyl Hydroxy Oxide) 2.38% 수용액을 사용한다.
(6)현상후, 60 ∼ 150℃ 온도에서 5초 ∼12시간 동안 열처리 하면, 도 8에 도시된 사진과 같이 상부면 양측에 날개 인 오버행거(overhanger)을 가지며 상부폭보다 하부폭이 더 넓은 격벽이 형성된다.
여기서는 열처리 조건이 아주 중요한데, 이 열처리를 너무 오래하게 되면 도 9a의 사진처럼 격벽 날개의 끝이 위로 올라가기 때문에 격벽으로서의 기능(제 2 전극간의 절연)을 수행하지 못할 뿐만 아니라 이렇게 변형된 격벽 날개 인 오버행거는 도 9b의 사진처럼 외부의 충격에 약해 부스러지기 쉽다.
(7)열처리후, 격벽을 유브이 하드닝(UV harding)시킨다.
여기서, (6)공정과 (7)공정은 동시에 실시하여도 된다.
이와 같이 원하는 형태의 격벽을 형성한 후, 도 5c에 도시된 바와 같이 격벽(13)들이 형성된 투명기판(11) 전면에 유기전계발광층(정공수송층, 유기발광층, 전자수송층 등을 총칭함)(14)을 형성한다.
그리고, 도 5d에 도시된 바와 같이, 그 유기전계발광층(14)상에 제 2 전극(15)을 형성하면 픽셀간의 전기 절연 효과가 극대화된다.
즉, 도 10에 도시된 사진처럼, 증착된 유기전계발광층(14)과 제 2 전극(15)이 격벽의 아래부분 위로 올라가 증착되므로 제 1 전극과 제 2 전극의 쇼트 문제가 해결되고 각 픽셀의 제 2 전극간의 절연 효과가 매우 뛰어나다.
본 발명에 따른 유기 EL 디스플레이 패널 제조방법에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.
제 2 전극간의 절연을 위하여 격벽을 사용하되 기존의 버퍼층을 사용하는 이중층 시스템이 아니라 유기층이 격벽에 이르도록 형성하고 그위에 제 2 전극을 형성하므로써 하나의 층으로 기존에 사용하는 두 층의 역할을 동시에 할 수 있어, 버퍼층을 별도로 형성할 필요가 없으므로 공정을 반 이상으로 줄이면서 각 픽셀의 제 1 전극과 제 2 전극간, 픽셀과 픽셀간의 제 2 전극의 쇼트 문제를 확실하게 해결할 수 있다.

Claims (12)

  1. 기판 위에 스트립 형태로 제 1 전극라인을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 전극 위에 상기 제 1 전극과 직교하는 방향으로 상부보다 하부의 폭이 더 큰 오버행거 구조의 다수의 격벽을 형성하는 단계와;
    상기 격벽이 형성된 기판의 전면에 1층 이상의 유기막을 증착하여 상기 격벽사이의 전극층의 상부와, 격벽 상부전체 및 격벽하부에서 상기 제 1 전극과 접촉되는 일측면에까지 유기막을 형성하는 단계와;
    상기 유기막 위에 전극층을 형성하여 상기 격벽에 의해 서로 전기적으로 분리된 다수의 제 2 전극라인을 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 디스플레이 패널 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유기층은 상기 격벽에 의해 제 1 전극상과 격벽 상부에 각각 단차를 가지고 분리되어 형성되며, 단차가 생기는 경계부분에서는 제 1 전극상의 유기층이 격벽의 측면부로 일부가 올라오도록 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 EL 디스플레이 패널 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 전극은 상기 격벽에 의해 제 1 전극상의 유기층과 격벽상부의 유기층상에 각각 단차를 가지고 분리되어 형성되며, 단차가 생기는 경계부분에서는 제 1 전극상의 유기층 위에 형성된 제 2 전극층이 격벽의 측면부로 일부가 올라오도록 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 EL 디스플레이 패널 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 격벽을 형성하는 단계는
    기판 위에 포지티브 포토레지스트(positive photoresist)층을 코팅하는 단계;
    상기 코팅된 포지티브 포토레지스트층을 노광시키는 단계;
    상기 노광된 포지티브 포토레지스를 아로매틱 솔벤트(aromatic solvent)에 담그는 단계;
    상기 포지티브 포토레지스트를 현상하는 단계;
    상기 현상된 포지티브 포토레지스트를 열처리 하여 상부폭보다 하부폭이 더 넓은 격벽 모양을 형성하는 단계;
    상기 격벽을 경화시키는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 EL 디스플레이 패널 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 노광 파장은 365nm, 405nm, 436nm 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기 EL 디스플레이 패널 제조방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 노광 에너지는 50 ∼ 500mJ/cm2인 것을 특징으로하는 유기 EL 디스플레이 패널 제조방법.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 포지티브 레지스트를 아로매틱 솔벤트에 담그는 단계는 3 ∼ 30분간 인 것을 특징으로 하는 유기 EL 디스플레이 패널 제조방법.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 아로매틱 솔벤트는 브로모벤젠(bromobenzene), 클로로벤젠(chlorobenzene), 톨루엔(toluene), 플루오르벤젠(fluorobenzene) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기 EL 디스플레이 패널 제조방법.
  9. 제 4 항에 있어서, 상기 열처리 단계는 60 ∼ 150℃ 온도에서 5초 ∼ 12시간 동안 열처리하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 디스플레이 패널 제조방법.
  10. 제 4 항에 있어서, 상기 포지티브 레지스트의 현상시 0.5 ∼ 5%인 TMHO 수용액을 사용하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 디스플레이 패널 제조방법.
  11. 제 4 항에 있어서, 상기 포지티브 레지스트의 현상시간은 10초 ∼ 5분인 것을 특징으로 하는 유기 EL 디스플레이 패널 제조방법.
  12. 제 4 항에 있어서, 상기 격벽의 경화는 자외선 광으로 처리하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 디스플레이 패널 제조방법.
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