KR100497092B1 - 유기전기발광소자를 위한 고분자 노즐장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수의 화소가 정의된 제 1 기판과, 상기 제 1 기판 상에 상기 각 화소에 대응되는 박막트랜지스터를 포함하는 어레이층과, 상기 어레이층 상부로 상기 각 화소에 대응되고, 상기 박막트랜지스터와 연결되는 제 1 전극과, 유기발광층을 사이에 두고 상기 제 1 전극과 대향하는 제 2 전극과, 상기 제 2 전극 상부로 상기 제 1 기판과 대향하는 제 2 기판을 포함하는 유기전기발광소자에 있어서, 상기 제 1 전극 상에 고분자물질을 토출하여 유기발광층을 구현하는 노즐장치로서, 상기 제 1 전극 상으로 고분자물질을 토출하는 주노즐과; 상기 제 1 전극 상으로 고분자물질을 토출하고, 상기 주노즐보다 작거나 같은 양의 고분자물질을 토출하는 보조노즐을 포함하는 유기전기발광소자용 노즐장치를 제공한다.

Description

유기전기발광소자를 위한 고분자 노즐장치{polymer nozzle apparatus for organic electroluminescence device}

본 발명은 유기전기발광소자(electroluminescence device)를 위한 제조장치에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 능동행렬(active matrix) 유기전기발광소자의 유기발광층을 형성하기 위한 노즐장치(nozzle apparatus)에 관한 것이다.

근래에 들어 시대가 본격적인 정보화 시대로 변화함에 따라 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 우수한 특성을 가지는 평판표시장치(flat panel display)의 필요성이 대두되었다.

이에 액정표시장치(liquid crystal display)와 플라즈마표시장치(plasma display panel), 전계방출표시장치(field emission display), 그리고 전기발광소자(또는 전기발광표시장치라고 함 : electroluminescence display(ELD))와 같은 다양한 평판 표시 장치가 연구 개발되었다.

이중 전기발광소자는 형광체에 일정 이상의 전기장을 인가하면 빛이 발생되는 전기발광(electroluminescence : EL) 현상을 이용한 표시소자로서, 캐리어(carrier)들의 여기(excitation)를 일으키는 소스물질에 따라 무기(inorganic) 전기발광소자 또는 유기전기발광소자(organic electroluminescence device : OELD 또는 유기 ELD)로 구분된다.

특히 유기전기발광소자는 청색을 비롯한 모든 영역의 가시광선을 반사하므로 천연색 표시에 유리하고, 높은 휘도와 낮은 동작 전압 특성을 가진다. 또한 자체 발광이므로 명암대비(contrast ratio)가 크고, 초박형 디스플레이의 구현이 가능하며, 공정이 간단하여 환경 오염이 비교적 적다. 그리고 응답시간이 수 마이크로초(㎲) 정도로 동화상 구현이 쉽고, 시야각의 제한이 없으며 저온에서도 안정적이며, 직류 5V 내지 15V의 낮은 전압으로 구동이 가능하여 그 제작 및 설계가 용이하다.

이러한 유기전기발광소자는 그 구조에 있어서 무기전기발광소자와 비슷하나, 전자와 정공의 재결합에 의한 발광원리를 가지고 있어 OLED(organic light emitting diode)라고 불리기도 하는데, 도 1은 일반적인 유기전기발광소자의 구조를 밴드다이어그램으로 표시한 도면이다.

도시한 바와 같이, 일반적인 유기전기발광소자는 애노드전극(1 ; anode electrode)과 캐소드전극(7 : cathode electrode), 그리고 이들 사이에 위치하는 정공수송층(3; hole transporting layer)과, 발광층(4; emission layer) 및 전자수송층(5; electron transporting layer)을 포함한다. 이때 정공(hole)과 전자(electron)를 좀더 효율적으로 주입하기 위해서, 애노드전극(1)과 정공수송층(3) 사이로 정공주입층(2 ; hole injection layer)이, 그리고 전자수송층(5)과 캐소드전극(7) 사이로 전자주입층(6 ; electron injection layer)이 각각 포함될 수 있다.

이에 애노드전극(1)으로부터 정공주입층(2) 및 정공수송층(3)을 통해 발광층(4)으로 주입된 정공과, 캐소드전극(7)으로부터 전자주입층(6) 및 전자수송층(5)을 통해 발광층(4)으로 주입된 전자가 여기자(8 ; exciton)를 형성하는데, 이 여기자(8)는 정공과 전자 사이의 에너지 갭(gap)에 해당하는 빛을 발광한다.

이때 애노드전극(1)은 일함수가 높고 투명한 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide : ITO)나 인듐-징크-옥사이드(indium-zinc-oxide : IZO)와 같은 물질로, 캐소드전극(7)은 일함수가 낮고 화학적으로 안정한 알루미늄(Al)이나 칼슘(Ca), 알루미늄 합금과 같은 물질이 사용된다.

한편, 근래에 들어 화상표현의 최소단위인 각 화소(pixel)을 독립적으로 제어하는 능동행렬(active matrix) 방식의 평판표시장치가 널리 이용되는데, 이를 유기전기발광소자에 적용한 능동행렬 유기전기발광소자에 대해 설명한다.

도 2는 일반적인 능동행렬 유기전기발광소자에 대한 단면도로서, 서로 일정간격 이격된 제 1 기판(10)과 제 2 기판(90), 그리고 이들 사이에 위치하는 어레이층(20)과 유기발광층(60)을 포함한다.

좀 더 자세히, 상기 제 1 기판(10) 내측면으로 종횡 배열된 다수의 게이트라인과 데이터라인이 매트릭스 형태로 화상표현의 최소단위인 화소(P)을 정의하고, 이의 상부로는 각 화소(P)에 대응되는 박막트랜지스터(T)를 포함하는 어레이층(20)이 위치한다. 또 이 어레이층(20)의 상부로는 각 화소(P) 단위로 박막트랜지스터(T)와 연결된 제 1 전극(50)과, 적, 녹, 청 컬러를 발광시키는 유기발광층(60)이 형성되어 있고, 이 유기발광층(60) 상부 전면으로는 제 2 전극(70)이 형성되어 있다. 이때 제 1 전극(50)과 제 2 전극(70), 그리고 이들 사이에 개재된 유기발광층(60)을 포함하여 유기전계 발광다이오드를 구성한다.

이상의 구조에 있어서 앞서 설명한 도 1과 비교하면, 제 1 전극(50)이 투명한 애노드전극이고 제 2 전극(70)이 불투명한 캐소드전극일 경우, 유기발광층(60)에서 발광된 빛은 제 1 전극(50)을 통해 하부로 방출되는 하부발광방식이 되고, 반대로 제 1 전극(50)이 불투명한 캐소드전극이고 제 2 전극(70)이 투명한 애노드전극일 경우 상부발광방식이 된다.

그리고 제 2 전극(70) 상으로 일정정도의 진공영역(80)을 사이에 두고 제 2 기판(90)이 제 1 기판(10)과 대향하도록 배열되고, 양 기판의 가장자리를 따라 실리콘 재질의 실런트(92)로 봉함(封函)되어 캡슐(capsule)화 된 유기전기발광소자를 완성한다. 이때 제 2 기판(90)은 유기전계 발광다이오드를 보호하기 위한 흡습제(95)를 포함한다.

한편, 전술한 유기전기발광소자의 유기발광층(60)을 형성하는 방법은 섀도우마스크(shadow mask)방법이나 노즐코팅(nozzle coating)방법 등이 사용되는데, 이하 일례로 노즐코팅방법을 설명한다.

노즐코팅방법은 간단히, 제 1 전극(50) 상면으로 노즐을 사용하여 유기발광층을 위한 고분자물질을 코팅하는 방법이다.

도 3은 일반적인 노즐을 사용하여 고분자물질을 코팅하는 유기전기발광소자용 제 1 기판(10)의 사시도로서, 노즐코팅방법을 사용하기 위해서는 각 화소(P)별 고분자물질의 혼입을 방지하는 격벽 역할의 수직뱅크(55)가 필수적으로 요구된다. 일반적인 수직뱅크(55)는 제 1 기판(10)의 어레이층(20) 상에 데이터라인(14) 방향으로 각 화소(P) 경계부분을 따라 배열되는 스트라이프(stripe) 형태를 가질 수 있다.

이때 미설명부호 12 는 상기 다수의 데이터라인(14)과 종횡하게 배열되어 각각 매트릭스 형태로 화소(P)을 정의하는 다수의 게이트라인을 표시하며, 비록 별도의 도면으로 도시되지는 않았지만, 다수의 평행한 수직뱅크(55)와 각각 수직으로 교차되는 다수의 수평뱅크가 형성되어 각 화소(P)를 완전히 구분할 수도 있다. 이들 수직 및 수평뱅크는 포토리소그라피(photolithography)방법이나 인쇄법 등을 통해 형성된다.

이와 같은 수직뱅크(55)가 형성된 기판 상으로 고분자 물질을 분사하는 하나의 노즐(90)이, 수직뱅크(55)의 배열방향을 따라 직선운동으로 스캔(scan)하면서 서로 인접하는 한 쌍의 수직뱅크(55) 사이의 제 1 전극(50) 상으로 고분자물질을 토출하여 고분자막(60a)을 구현한다.

그러나 이와 같은 일반적인 노즐(90)을 포함하는 노즐장치를 사용할 경우 몇 가지 문제점이 나타나게 되는데, 이중 하나가 유기발광층을 위한 고분자막(60a)의 두께가 불균일하게 되는 현상이다.

즉, 도 4는 도 3의 IV-IV 선을 따라 절단한 단면도로서, 제 1 기판(10)과, 상기 제 1 기판(10) 상에 각 화소(P) 별로 형성된 박막트랜지스터(T)를 포함하는 어레이층(20), 그리고 이의 상부로 각 화소(P) 별 박막트랜지스터(T)와 연결된 제 1 전극(50)을 확인할 수 있고, 하나의 노즐(90)이 고분자물질을 토출하여 제 1 전극(50) 상으로 고분자막(60a)을 형성하고 있다.

그러나 이러한 일반적인 노즐코팅방법은 하나의 노즐(90)을 사용함에 따라 고분자막(60a)의 전체적인 두께 및 레벨링(leveling)을 제어하기가 매우 까다롭다.

좀 더 자세히, 일반적인 노즐(90)은 통상 초당 2 미터(2m/sec)의 속도로 직선운동하며 고분자물질을 토출하는데, 속도를 감소시키면 두께는 증가하지만 고분자 물질이 수직뱅크(55)를 넘어 넘치는 현상이 발생될 수 있고, 스캔 속도를 증가시키면 수직뱅크(55) 안에 형성되나 그 두께가 너무 얇아 유기전기발광소자가 지녀야 할 최적의 두께를 제어하기 매우 까다롭다. 또 기판 가장자리 부분에서는 고분자막(60a)이 외부로 흘러나와 그 두께가 낮아지는 현상이 발생하고, 이로 인해 전체적으로 불균일한 두께의 유기발광층이 형성된다.

이들 문제점은 수평뱅크가 포함된 기판에도 동일하게 나타나는 현상으로, 종래의 노즐장치가 가지는 고질적인 단점으로 지적된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 보다 개선된 레벨링 및 균일한 두께의 고분자막을 구현할 수 있는 노즐장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 다수의 화소가 정의된 제 1 기판과, 상기 제 1 기판 상에 상기 각 화소에 대응되는 박막트랜지스터를 포함하는 어레이층과, 상기 어레이층 상부로 상기 각 화소에 대응되고, 상기 박막트랜지스터와 연결되는 제 1 전극과, 유기발광층을 사이에 두고 상기 제 1 전극과 대향하는 제 2 전극과, 상기 제 2 전극 상부로 상기 제 1 기판과 대향하는 제 2 기판을 포함하는 유기전기발광소자에 있어서, 상기 제 1 전극 상에 고분자물질을 토출하여 유기발광층을 구현하는 노즐장치로서, 상기 제 1 전극 상으로 고분자물질을 토출하는 주노즐과; 상기 제 1 전극 상으로 고분자물질을 토출하고, 상기 주노즐보다 작거나 같은 양의 고분자물질을 토출하는 보조노즐을 포함하는 유기전기발광소자용 노즐장치를 제공한다. 이때 상기 주노즐과 보조노즐은 각각 직선운동을 하고, 상기 보조노즐은 상기 주노즐의 진행방향 전방 또는 후방에 위치하는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 제 1 전극 상에는 상기 주노즐 또는 보조노즐의 진행방향과 나란하게 배열되는 다수의 평행한 수직뱅크가 더욱 포함되고, 상기 주노즐과 보조노즐은 각각 상기 다수의 수직뱅크 중 인접한 두 개의 수직뱅크 사이를 따라 이동하는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 다수의 수직뱅크와 각각 수직하게 교차되는 다수의 평행한 수평뱅크를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 보조노즐의 토출각도와, 상기 주노즐의 간격 조절이 가능한 것을 특징으로한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 올바른 실시예를 설명한다.

이때 본 발명에 따른 노즐장치를 통해 유기발광층이 구현되는 유기발광소자용 기판은 그 형태 및 구성에 있어서 일반적인 경우와 유사할 수 있는 바, 이에 중복된 설명은 생략한다.

도 5는 본 발명에 따른 노즐장치를 통해 고분자물질이 토출되는 기판(110)을 도시한 사시도이고, 도 6a은 도 5의 VI-VI 선을 따라 절단한 단면을 도시한 단면도이다. 또한 도 6b는 수평뱅크가 형성된 기판일 경우, 도 5의 VI-VI 선을 따라 절단한 단면을 도시한 단면도이다.

도시한 바와 같이, 본 발명이 적용될 수 있는 유기발광소자용 기판에는 종횡하는 게이트라인(112)과 데이터라인(114)이 다수의 화소(P)을 정의하고, 이의 상부로 각 화소(P)에 대응되는 박막트랜지스터(T)를 포함하는 어레이층(120)과, 각 화소(P)에 대응된 상태로 박막트랜지스터(T)와 연결된 제 1 전극(150)을 포함한다.

그리고 바람직하게는 제 1 전극(150) 상에 데이터라인(114)의 배열방향을 따라 화소(P)를 구분하는 다수의 평행한 수직뱅크(155)가 형성된다.

또한 본 발명에 따른 노즐장치는 제 1 전극(150) 상으로 고분자물질을 토출하여 고분자막(160a)을 형성하는 주노즐(190)과 보조노즐(200)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

좀 더 자세히, 본 발명에 따른 노즐장치는 고분자물질을 토출하는 주노즐(190)과, 이보다 작거나 같은 양의 고분자물질을 토출하는 보조노즐(200)을 포함하고, 이들은 각각 두 개의 수직뱅크(155) 사이를 따라 스캔방식으로 직선 운동하면서 각각 별도로 고분자물질을 토출한다.

이때 특히 보조노즐(200)은 주노즐(190)의 진행방향 전방 또는 후방에 위치될 수 있는데, 전자의 경우 제 1 전극(150) 상으로 보조노즐(200)이 먼저 고분자물질을 토출한 후, 이의 상부로 다시 주노즐(190)이 고분자물질을 토출한다. 반면, 후자의 경우 제 1 전극(150) 상으로 주노즐(190)이 먼저 고분자물질을 토출하고, 이어 보조노즐(200)이 그 상부로 고분자물질을 덮어 토출한다.

이를 통해 고분자막(160a)이 형성된다.

이때 특히 보조노즐(200)의 각도 및 주노즐(190)과의 간격은 자유로이 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는데, 이를 위해 보조노즐(200)은 수축, 연장이 가능한 아암 등의 연결부재를 통해 주노즐(190)과 연결될 수 있다.

즉, 도 7은 본 발명에 따른 노즐장치(220)의 일례를 도시한 도면으로서, 기판(110)을 가로지르도록 연장된 상태로 동일평면 상에서 이동이 가능한 가이드레일(222)과, 이를 따라 슬라이딩 가능하도록 장착되는 풀리 등의 이동부재(224)를 포함하고, 이 이동부재(224)에 주노즐(190)이 장착될 수 있다.

그리고 보조노즐(200)은 수축연장이 가능한 아암 등의 연결부재(226)를 통해 주노즐(190)과 연결될 수 있는데, 이때 보조노즐(200)은 연결부재(226)에 삽입되는 조절나사(228)로 관통되어, 상기 조절나사(228)의 회전을 통해 각도변화가 가능하다. 또한 이들 주노즐(190)과 보조노즐(200)은 각각 고분자물질이 공급되는 하나의 고분자공급관(230)을 공유하는 것도 가능하다. 따라서 보조노즐(200)은 고분자물질의 토출 각도 및 주노즐(190)과의 간격조절이 가능하다.

하지만 이상에서 설명한 본 발명에 따른 노즐장치의 구성은 단순한 하나의 예시에 지나지 않는 것으로, 본 발명에 따른 노즐장치는 고분자물질을 각각 별도로 토출하는 두 개의 노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 일반적인 노즐과 동일한 역할의 주노즐(190)과, 이 주노즐이 토출하는 고분자막의 두께 및 레벨링을 보완하는 보조노즐(200)을 포함하는 것으로, 특히 보조노즐(200)과 주노즐(190) 사이의 거리조절 및 보조노즐(200)의 토출 각도를 자유로이 제어할 수 있는 어떠한 구성도 가능하다.

한편, 고분자물질이 토출되는 기판에 있어서, 다수의 수직뱅크와 수직으로 교차되는 다수의 수평뱅크가 형성될 수 있음은 앞서 언급한 바 있다. 이에 도 6b는 참고적으로 다수의 평행한 수직뱅크 및 이와 수직으로 교차되는 다수의 수평뱅크(155a)가 포함된 기판(110)을 대상으로, 본 발명에 따른 노즐장치를 통해 고분자물질을 토출하는 것을 도시한 단면도이다.

이 역시 주노즐(190)과 보조노즐(200)을 통해 각각 고분자물질이 토출되어 고분자막을 형성하게 되고, 이를 통해 보다 개선된 레벨링 및 균일한 두께의 유기발광층을 구현할 수 있다.

본 발명은 유기전기발광소자용 기판 일면으로 고분자물질을 토출하는 고분자 분사노즐 장치로서, 직선운동을 하며, 상기 기판 상에 고분자물질을 토출하는 주노즐과, 이의 운동방향 전방 또는 후방에서 동일한 경로를 가지고 고분자 물질을 토출하는 보조노즐을 포함하는 노즐장치를 제공한다.

이를 통해 보다 균일한 두께 및 개선된 레벨링의 고분자물질의 코팅을 가능한다.

이때 특히 이때 보조노즐은 주노즐에 비해 적거나 같은 양의 고분자 물질을 토출할 수 있는 것을 특징으로 하는 바, 주노즐을 통해 일차적으로 고분자물질을 토출하여 코팅하고, 이어 보조노즐을 통해 고분자막의 균일한 두께 및 레벨링을 향상시킬 수 있는 장점을 가진다. 특히 보조노즐은 그 분사각도와 주노즐 간의 간격을 자유로이 변환할 수 있는 특징을 가지는 바, 이를 통해 보다 개선된 유기발광층의 구현을 가능하게 한다.

도 1은 유기전기발광소자의 원리를 설명하기 위한 밴드다이어그램

도 2는 일반적인 유기전기발광소자의 단면도

도 3은 일반적인 노즐장치를 사용하여 고분자 물질이 코팅되는 유기전기발광소자용 제 1 기판의 사시도

도 4는 도 3의 IV-IV 선을 따라 절단한 단면을 도시한 단면도

도 5는 본 발명에 따른 노즐장치를 사용하여 고분자 물질이 코팅되는 유기전기발광소자용 제 1 기판의 사시도

도 6a는 도 5의 VI-VI 선을 따라 절단한 단면을 도시한 단면도

도 6b는 수평뱅크가 형성된 기판일 경우, 도 5의 VI-VI 선을 따라 절단한 단면을 도시한 단면도

도 7은 본 발명에 따른 노즐장치를 도시한 측면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110 : 제 1 기판 120 : 어레이층

150 : 제 1 전극 160a : 고분자막

190 : 주노즐 200 : 보조노즐

T : 박막트랜지스터 P : 화소

Claims (5)

1. 다수의 화소가 정의된 제 1 기판과, 상기 제 1 기판 상에 상기 각 화소에 대응되는 박막트랜지스터를 포함하는 어레이층과, 상기 어레이층 상부로 상기 각 화소에 대응되고, 상기 박막트랜지스터와 연결되는 제 1 전극과, 유기발광층을 사이에 두고 상기 제 1 전극과 대향하는 제 2 전극과, 상기 제 2 전극 상부로 상기 제 1 기판과 대향하는 제 2 기판을 포함하는 유기전기발광소자에 있어서, 상기 제 1 전극 상에 고분자물질을 토출하여 유기발광층을 구현하는 노즐장치로서,

   상기 제 1 전극 상으로 고분자물질을 토출하는 주노즐과;

   상기 제 1 전극 상으로 고분자물질을 토출하고, 상기 주노즐보다 작거나 같은 양의 고분자물질을 토출하는 보조노즐

   을 포함하는 유기전기발광소자용 노즐장치
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 주노즐과 보조노즐은 각각 직선운동을 하고, 상기 보조노즐은 상기 주노즐의 진행방향 전방 또는 후방에 위치하는 유기전기발광소자용 노즐장치
3. 청구항 2 에 있어서,

   상기 제 1 전극 상에는 상기 주노즐 또는 보조노즐의 진행방향과 나란하게 배열되는 다수의 평행한 수직뱅크가 더욱 포함되고,

   상기 주노즐과 보조노즐은 각각 상기 다수의 수직뱅크 중 인접한 두 개의 수직뱅크 사이를 따라 이동하는 유기전기발광소자용 노즐장치
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 다수의 수직뱅크와 각각 수직하게 교차되는 다수의 평행한 수평뱅크

   를 더욱 포함하는 유기전기발광소자용 노즐장치
5. 청구항 2에 있어서,

   상기 보조노즐의 토출각도와, 상기 주노즐의 간격 조절이 가능한 유기전기발광소자용 노즐장치