KR100480741B1 - 유기전계발광 소자 및 그의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는, 서로 이격되게 위치하는 다수 개의 셀을 가지는 베이스 기판을 구비하는 단계와; 상기 셀 영역을 오픈부로 가지며, 상기 셀 간 이격구간에 대응된 위치에서 길이방향으로 홈(groove)을 가지는 소프트 몰드(soft mold)를 부착하는 단계와; 노즐부를 가지는 노즐 장치를 통해, 상기 소프트 몰드의 오픈부를 통해 노출된 셀 영역에, 일방향으로 유기전계발광 소자용 용액을 코팅하는 단계와; 상기 셀 간 이격구간에 위치하는 소프트 몰드의 홈으로 유기전계발광 소자 물질의 모여짐에 따라 자동적으로 셀 단위 패터닝을 수행하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광 소자의 노즐코팅방법을 제공함으로써, 노즐코팅법으로는 구현하기 어려웠던 다수 개의 셀을 포함하는 베이스 기판에서의 코팅 공정이 가능하여, 공정 효율 및 생산 수율을 높일 수 있는 장점을 가진다.

Description

유기전계발광 소자 및 그의 제조 방법{Organic Electroluminescent Device and Method for Fabricating the same}

본 발명은 유기전계발광 소자(Organic Electroluminescent Device)에 관한 것으로, 특히 유기전계발광 소자용 캐리어 전달층(carrier transmitting) 및 발광층의 패터닝 공정(patterning process)에 이용되는 소프트 몰드에 관한 것이다.

상기 유기전계발광 소자를 포함한 평판디스플레이(FPD ; Flat Panel Display) 분야에서, 지금까지는 가볍고 전력소모가 적은 액정표시장치(LCD ; Liquid Crystal Display Device)가 가장 주목받는 디스플레이 소자였지만, 상기 액정표시장치는 발광소자가 아니라 수광소자이며 밝기, 콘트라스트(contrast), 시야각, 그리고 대면적화 등에 기술적 한계가 있기 때문에 이러한 단점을 극복할 수 있는 새로운 평판디스플레이 소자에 대한 개발이 활발하게 전개되고 있다.

새로운 평판디스플레이 중 하나인 상기 유기전계발광 소자는 자체발광형이기 때문에 액정표시장치에 비해 시야각, 콘트라스트 등이 우수하며 백라이트가 필요하지 않기 때문에 경량박형이 가능하고, 소비전력 측면에서도 유리하다. 그리고, 직류저전압 구동이 가능하고 응답속도가 빠르며 전부 고체이기 때문에 외부충격에 강하고 사용온도범위도 넓으며 특히 제조비용 측면에서도 저렴한 장점을 가지고 있다.

특히, 상기 유기전계발광 소자의 제조공정에는, 액정표시장치나 PDP(Plasma Display Panel)와 달리 증착 및 봉지(encapsulation) 장비가 전부라고 할 수 있기 때문에, 공정이 매우 단순하다.

이하, 도 1은 일반적인 유기전계발광 소자에 대한 밴드 다이어그램(band diagram)을 나타낸 도면이다.

도시한 바와 같이, 유기전계발광 소자는 양극(1 ; anode electrode)과 음극(7 ; cathode electrode) 사이에 정공수송층(hole transporting layer)(3)과 발광층(emission layer)(4), 그리고 전자수송층(electron transporting layer)(5)으로 구성된다.

그리고, 정공과 전자를 좀 더 효율적으로 주입하기 위해 양극(1)과 정공수송층(3) 사이, 그리고 전자수송층(5)과 음극(7) 사이에 정공주입층(hole injection layer)(2)과 전자주입층(electron injection layer)(6)을 각각 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 양극(1)으로부터 정공주입층(2)과 정공수송층(3)을 통해 발광층(4)으로 주입된 정공과, 음극(7)으로부터 전자주입층(6) 및 전자수송층(5)을 통해 발광층(4)으로 주입된 전자는 여기자(exciton)(8)를 형성하게 되는데, 여기자(8)로부터 정공과 전자 사이의 에너지에 해당하는 빛이 발하게 된다.

상기 양극(1)은 일함수가 높은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide)와 같은 투명 도전성 물질에서 선택되어, 양극(1)쪽으로 빛이 나오게 된다. 한편, 음극(7)은 일함수가 낮고 화학적으로 안정된 금속에서 선택된다.

도 2는 기존의 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자의 제조 공정을 단계별로 나타낸 공정 흐름도이다.

st1에서는, 화면이 구현되는 표시 영역과, 표시 영역의 주변부를 이루는 비표시 영역이 정의된 기판의 표시 영역 상에, 제 1 방향으로 다수 개의 게이트 배선을 형성하는 단계와, 상기 게이트 배선과 교차되는 제 2 방향으로 다수 개의 데이터 배선 및 전력공급 배선을 서로 엇갈리게 형성하는 단계와, 상기 게이트 배선 및 데이터 배선이 교차되는 지점에 스위칭 박막트랜지스터를 형성하고, 상기 스위칭 박막트랜지스터의 드레인 전극 및 전력공급 배선과 연결되는 구동 박막트랜지스터를 형성하는 단계를 포함하여 어레이 소자층을 완성하는 단계이다.

이 단계에서는, 상기 게이트 배선의 일 끝단에 게이트 패드를 형성하는 단계와, 상기 데이터 배선이 일 끝단에 데이터 패드를 형성하는 단계를 더욱 포함한다.

상기 게이트 패드 및 데이터 패드는 비표시 영역에 위치하여 외부회로 신호를 어레이 소자층에 전달하는 역할을 한다.

st2에서는, 상기 박막트랜지스터 상부에 서브픽셀 영역별 경계부를 두르는 위치에 격벽을 형성하는 단계와, 상기 격벽이 형성된 상부에 제 1 전극, 제 1 캐리어 전달층, 발광층, 제 2 캐리어 전달층을 순서대로 형성하여, 상기 격벽에 의해 서브픽셀 단위로 자동 분리되도록 한다. 그리고, 상기 제 2 캐리어 전달층 상부를 덮는 기판 전면에는 제 2 전극이 형성된다.

한 예로, 상기 제 1 전극이 양극, 제 2 전극이 음극에 해당될 경우, 상기 제 1 캐리어 전달층은 차례대로 정공주입층, 정공수송층에 해당되고, 상기 제 2 캐리어 전달층은 차례대로 전자수송층, 전자주입층에 해당된다.

상기 제 1, 2 캐리어 전달층 및 발광층은 유기전계발광층을 이루고, 상기 제 1, 2 전극과, 제 1, 2 전극 사이에 개재되는 전술한 유기전계발광층은 유기전계발광 다이오드 소자를 이룬다.

st3에서는, 상기 유기전계발광 다이오드 소자가 형성된 기판과, 상기 유기전계발광 다이오드 기판을 인캡슐레이션하기 위해 구비되는 인캡슐레이션 기판 사이 테두리부에 씰패턴을 형성하여, 두 기판을 인캡슐레이션하는 단계이다.

상기 씰패턴은 유기전계발광 다이오드 소자가 형성된 기판의 표시 영역과 비표시 영역 간 경계부에 형성되며, 전술한 경계부 영역은 인캡슐레이션 영역으로 정의될 수 있다.

이하, 고분자 발광물질을 이용하여 노즐코팅법에 의해 발광층을 형성하는 공정을 도면을 참조하여 설명한다.

도 3은 종래의 노즐코팅법에 의해 기판 상에 발광층을 형성하는 공정에 대한 개략적인 공정 도면이다.

도시한 바와 같이, 베이스 기판(10 ; base substrate)에는, 다수 개의 셀(12)이 배치되어 있다. 상기 셀(12 ; cell)은, 베이스 기판(10)을 패널 단위로 절단하기 전 단계의 패널 영역을 뜻한다.

그리고, 적, 녹, 청 발광물질(14a, 14b, 14c)을 포함하며, 전단부에 노즐부(16)가 형성되어 있는 노즐장치(18)의 노즐부(16)를 통해 베이스 기판(10)의 다수 개의 셀(12)에 동시에 적, 녹, 청 발광층(20a, 20b, 20c)을 코팅하는 단계이다.

이러한 노즐코팅법은, 스트라이프 타입(stripe type)의 유기전계발광 소자 패널 제작시에, 잇점을 많이 가진 발광층 도포 방법으로 이용되어진다.

그러나, 베이스 기판 상에 다수 개의 패널용 셀을 구성하여, 노즐코팅법에 의해 발광층을 형성하고자 하면, 패널과 패널 사이에는 패터닝하고자하는 용액이 묻으면 안되는데, 전술한 노즐코팅법은 한번 노즐에서 용액이 토출되기 시작하면, 패터닝이 끝나기 전에는 중간에 멈추기 어려우므로, 다수 개의 셀에 발광층을 코팅하기가 공정 상 어렵다. 따라서, 셀(12)과 셀(12) 사이의 더미부분(I ; dummy part)에 노즐코팅 용액이 묻지 않도록 하기 위해서는 추가적인 패터닝 공정이나 섀도우 마스크(shadow mask)가 필요하다.

그러나, 전술한 섀도우 마스크 공정은 섀도우 마스크와 기판 사이에 용액이 스며들 수 있기 때문에 적용에 문제가 있다.

상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 노즐코팅법의 단점을 보완하여 고분자 유기전계발광 소자 패널의 제작을 용이하게 하는 것을 목적으로 한다.

이를 위하여, 본 발명에서는 패터닝된 소프트 몰드를 이용하고자 한다.

상기 소프트 몰드는 흡착력이 뛰어나서 용액이 스며드는 현상이 전혀 없으며, 주형에 따라서 몰드를 만들 수 있기 때문에 원하는 모양으로 자유롭게 패터닝이 가능하다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 특징에서는 서로 이격되게 위치하는 다수 개의 셀을 가지는 베이스 기판을 구비하는 단계와; 상기 셀 영역을 오픈부로 가지며, 상기 셀 간 이격구간에 대응된 위치에서 길이방향으로 홈(groove)을 가지는 소프트 몰드(soft mold)를 부착하는 단계와; 노즐부를 가지는 노즐 장치를 통해, 상기 소프트 몰드의 오픈부를 통해 노출된 셀 영역에, 일방향으로 유기전계발광 소자용 용액을 코팅하는 단계와; 상기 셀 간 이격구간에 위치하는 소프트 몰드의 홈으로 유기전계발광 소자 물질의 모여짐에 따라 자동적으로 셀 단위 패터닝을 수행하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광 소자의 노즐코팅방법을 제공한다.

상기 유기전계발광 소자용 용액은 적, 녹, 청 발광물질이고, 상기 유기전계발광 소자용 용액은 캐리어 전달층을 이루는 물질인 것을 특징으로 한다.

상기 소프트 몰드를 이루는 물질은, 경화제를 10 중량% 포함하는 PDMS(polydimethylsiloxane) 몰드 또는 실리콘 고무(silicone rubber) 중 어느 하나에서 선택되고, 상기 유기전계발광 소자용 용액이 용제타입으로 소수성이고, 상기 소프트 몰드의 홈 형성부에는 말단기에 수산기(-OH)를 가지는 필름 또는 금속 물질 중 어느 하나가 형성된 다음 홈이 구성되어 있고, 상기 다수 개의 셀은, 상기 베이스 기판의 셀 단위 절단 공정을 통해 유기전계발광 소자용 패널을 이루는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

-- 제 1 실시예 --

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 패턴 구조를 가지는 소프트 몰드가 구비된 기판 상에 노즐 코팅법에 의해 적, 녹, 청 발광층을 형성하는 공정에 대한 도면이다.

도시한 바와 같이, 베이스 기판(110)에는, 다수 개의 셀(112)이 배치되어 있고, 베이스 기판(110) 상부에는, 상기 셀(112)을 오픈부(114)로 가지는 소프트 몰드(116)가 부착되어 있다.

상기 소프트 몰드(116)의 오픈부(114) 간의 이격 구간에는, 길이방향으로 일방향 홈(118 ; groove)이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

그리고, 적, 녹, 청 발광물질(120a, 120b, 120c)을 포함하며, 전단부에 노즐부(122)가 형성되어 있는 노즐장치(124)의 노즐부(122)를 통해 소프트 몰드(116)의 오픈부(114)를 통해 노출된 다수 개의 셀(112)에 동시에 적, 녹, 청 발광층(130a, 130b, 130c)을 코팅하는 단계이다.

상기 소프트 몰드를 이루는 물질은, 경화제를 10 중량% 포함하는 PDMS(polydimethylsiloxane) 몰드 또는 실리콘 고무(silicone rubber) 중 어느 하나에서 선택되는 것이 바람직하다.

상기 실리콘 고무로는 폴리우레탄 고무(polyurethane rubber), 엘라스토머(Elastomer) 등을 예로 들 수 있다.

특히, 상기 PDMS는 기판과의 흡착력이 우수하고, 코팅하고자 하는 용액에 대한 젖음성(wettability)이 적기 때문에, 용액의 코팅 후 몰드를 기판으로부터 제거시에 어떠한 결함도 주지 않으므로, 몰드 재료로 주로 이용되고 있다.

기존에는, 별도의 소프트 몰드를 포함하지 않는 기판 상의 다수 개의 셀에 연속적으로 발광물질을 코팅함에 따라, 셀 단위 패터닝이 불가능하였으나, 본 발명에서는 소프트 몰드가 셀 간의 이격구간을 덮어주고, 더욱이 소프트 몰이 가지는 홈에 의해 이격구간에 묻은 용액을 홈으로 모이게 유도함으로써, 셀 단위 자동적인 패터닝이 가능하다.

특히, 노즐코팅 용액이 수용액으로 친수성일 경우, 전술한 소프트 몰드는 소수성이기 때문에, 용액과의 반발력이 매우 크기 때문에, 상기 홈을 구비함에 따라, 몰드위에 묻혀진 용액이 홈으로 용이하게 모여지게 할 수 있다.

그리고, 노즐코팅 용액이 용제 타입으로 소수성일 경우에는, 소프트 몰드 상부에 용제에 대해 저항력이 좋은 필름(말단기에 수산기(-OH) 포함하는 물질로 이루어진 필름)이나 금속물질(한 예로, 알루미늄)을 형성한 다음 홈을 만들면, 홈으로 용액이 모여지게 하는 것이 가능하다.

도면으로 제시하지는 않았지만, 상기 노즐 코팅법은 발광층외에도 캐리어 전달층의 패터닝 공정에도 이용할 수 있다.

한 예로, 양극용 캐리어 전달층으로는 정공 수송층을 들 수 있고, 음극용 캐리어 전달층으로는 전자 수송층을 들 수 있다.

도 5는 상기 도 4의 절단선 II-II에 따라 절단된 단면에 대한 단면도이다.

도시한 바와 같이, 서로 이격되게 위치하는 셀(112)을 가지는 베이스 기판(110) 상부에서, 상기 셀(112)과 대응된 영역을 오픈부(114)로 가지는 소프트 몰드(116)가 형성되어 있고, 셀(112) 간 이격구간(III)에서 소프트 몰드(116)는 표면에 홈(118)이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 노즐코팅 공정 중 셀(112) 간의 이격구간(III)에 묻는 노즐코팅 용액은 홈(118)으로 모여지게 되어, 기존의 노즐코팅 공정에서 가지는 문제점인 셀(112) 간 패터닝을 용이하게 할 수 있다.

그러나, 본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지에 어긋나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 패턴구조를 가지는 소프트 몰드를 이용하여, 노즐코팅법에 의해 유기전계발광 소자 패턴을 형성하게 되면, 노즐코팅법으로는 구현하기 어려웠던 다수 개의 셀을 포함하는 베이스 기판에서의 코팅 공정이 가능하여, 공정 효율 및 생산 수율을 높일 수 있는 장점을 가진다.

도 1은 일반적인 유기전계발광 소자에 대한 밴드 다이어그램(band diagram)을 나타낸 도면.

도 2는 기존의 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자의 제조 공정을 단계별로 나타낸 공정 흐름도.

도 3은 종래의 노즐코팅법에 의해 기판 상에 발광층을 형성하는 공정에 대한 개략적인 공정 도면.

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 패턴 구조를 가지는 소프트 몰드가 구비된 기판 상에 노즐 코팅법에 의해 적, 녹, 청 발광층을 형성하는 공정에 대한 도면.

도 5는 상기 도 4의 절단선 II-II에 따라 절단된 단면에 대한 단면도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

110 : 베이스 기판 112 : 셀

114 : 오픈부 116 : 소프트 몰드

118 : 홈

120a, 120b, 120c : 적, 녹, 청 발광물질

122 : 노즐부 124 : 노즐장치

130a, 130b, 130c : 적, 녹, 청 발광층

Claims (6)

1. 서로 이격되게 위치하는 다수 개의 셀을 가지는 베이스 기판을 구비하는 단계와;

   상기 셀 영역을 오픈부로 가지며, 상기 셀 간 이격구간에 대응된 위치에서 길이방향으로 홈(groove)을 가지는 소프트 몰드(soft mold)를 부착하는 단계와;

   노즐부를 가지는 노즐 장치를 통해, 상기 소프트 몰드의 오픈부를 통해 노출된 셀 영역에, 일방향으로 유기전계발광 소자용 용액을 코팅하는 단계와;

   상기 셀 간 이격구간에 위치하는 소프트 몰드의 홈으로 유기전계발광 소자 물질의 모여짐에 따라 자동적으로 셀 단위 패터닝을 수행하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광 소자의 노즐코팅방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 유기전계발광 소자용 용액은 적, 녹, 청 발광물질인 유기전계발광 소자의 노즐코팅방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 유기전계발광 소자용 용액은 캐리어 전달층을 이루는 물질인 유기전계발광 소자의 노즐코팅방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 소프트 몰드를 이루는 물질은, 경화제를 10 중량% 포함하는 PDMS(polydimethylsiloxane) 몰드 또는 실리콘 고무(silicone rubber) 중 어느 하나에서 선택되는 유기전계발광 소자의 노즐코팅방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 유기전계발광 소자용 용액이 용제타입으로 소수성이고, 상기 소프트 몰드의 홈 형성부에는 말단기에 수산기(-OH)를 가지는 필름 또는 금속 물질 중 어느 하나가 형성된 다음 홈이 구성되어 있는 유기전계발광 소자의 노즐코팅방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 다수 개의 셀은, 상기 베이스 기판의 셀 단위 절단 공정을 통해 유기전계발광 소자용 패널을 이루는 유기전계발광 소자의 노즐코팅방법.