KR100500148B1 - 유기전계발광소자의 제조방법 및 유기전계발광소자 기판 - Google Patents
유기전계발광소자의 제조방법 및 유기전계발광소자 기판 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명에서는, 유기전계발광 소자용 발광물질을 내포하며, 노즐부를 가지는 노즐장치를 구비하는 단계와; 화면을 구현하는 최소 단위인 서브픽셀 영역이 다수 개 정의된 기판을 구비하는 단계와; 상기 노즐부를 통해 발광물질을 제 1 방향으로, 상기 기판 상에 코팅처리하여 발광층 패턴을 형성하는 단계와; 상기 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로, 상기 서브픽셀 영역별 경계부와 대응되게 위치하며, 서로 일정간격 이격된 다수 개의 슬릿부를 가지는 마스크를 배치한 상태에서 노광 공정을 진행하는 단계를 포함하는 노즐코팅법을 이용한 유기전계발광 소자의 패터닝 방법을 제공함으로써, 노즐 코팅 방법으로는 가장 시급한 문제점인 구현하기 어려웠던 픽셀 패터닝을 가능한 코팅이 가능하게 되어, 공정을 단순화하여 생산 수율을 높일 수 있는 장점을 가진다.
Description
본 발명은 유기전계발광 소자(Organic Electroluminescent Device)에 관한 것으로, 특히 유기전계발광 소자용 캐리어 전달층(carrier transmitting) 및 발광층의 패터닝 공정(patterning process)에 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 화면을 구현하는 최소단위인 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 격벽 패턴 등이 필요하다.
그러나, 격벽 패턴을 이용한 패터닝 방법은 픽셀 안쪽과 격벽 패턴 표면에 코팅 용액의 오버플로우(over-flow)가 발생되는 문제점이 있었다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 노즐코팅법의 단점을 보완하여 고분자 유기전계발광 소자 패널의 제작을 용이하게 하는 것을 목적으로 한다.
이를 위하여, 본 발명에서는 레이저 또는 노광기 중 어느 한 장치를 이용하여, 고분자 물질 패턴의 서브픽셀 영역별 경계부와 대응되는 위치 즉, 고분자 물질 패턴과 직교되는 방향에 레이저 빔을 조사하거나 또는 노광시키는 방법으로 패터닝을 하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 특징에서는 화면을 구현하는 최소 단위인 서브픽셀 영역이 다수 개 정의된 기판 상에 형성된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극 상부에 위치하며, 노즐코팅법에 의해 코팅처리되고, 서브픽셀 영역별 경계부는 레이저 장치 또는 노광 장치 중 어느 하나를 이용하여 패터닝된 유기전계발광층과; 상기 유기전계발광층 상부에서, 상기 서브픽셀 영역별로 패터닝된 제 2 전극을 포함하는 유기전계발광 소자를 제공한다.
상기 유기전계발광층은 적, 녹, 청 발광층으로 이루어지고, 상기 제 1 전극은 양극이고, 제 2 전극은 음극이며, 상기 유기전계발광층은, 정공수송층, 발광층, 전자수송층이 차례대로 적층된 구조로 이루어지며, 상기 노즐코팅처리된 유기전계발광층 물질은 정공수송층 또는 전자수송층 중 어느 하나에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 특징에서는, 유기전계발광 소자용 발광물질을 내포하며, 노즐부를 가지는 노즐장치를 구비하는 단계와; 화면을 구현하는 최소 단위인 서브픽셀 영역이 다수 개 정의된 기판을 구비하는 단계와; 상기 노즐부를 통해 발광물질을 제 1 방향으로, 상기 기판 상에 코팅처리하여 발광층 패턴을 형성하는 단계와; 상기 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로, 상기 서브픽셀 영역별 경계부와 대응되게 위치하며, 서로 일정간격 이격된 다수 개의 슬릿부를 가지는 마스크를 배치한 상태에서 노광 공정을 진행하는 단계를 포함하는 노즐코팅법을 이용한 유기전계발광 소자의 패터닝 방법을 제공한다.
본 발명의 제 3 특징에서는, 유기전계발광 소자용 발광물질을 내포하며, 노즐부를 가지는 노즐장치를 구비하는 단계와; 화면을 구현하는 최소 단위인 서브픽셀 영역이 다수 개 정의된 기판을 구비하는 단계와; 상기 노즐부를 통해 발광물질을 제 1 방향으로, 상기 기판 상에 코팅처리하여 발광층 패턴을 형성하는 단계와; 상기 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로, 상기 서브픽셀 영역별 경계부와 대응되게 위치하는 발광층 패턴부에 레이저 빔을 조사하는 단계를 포함하는 노즐코팅법을 이용한 유기전계발광 소자의 패터닝 방법을 제공한다.
본 발명의 제 2, 3 특징에 따른 상기 유기전계발광 소자용 발광물질은, 적, 녹, 청 발광물질에 해당되는 노즐코팅법을 이용하고, 상기 유기전계발광 소자용 발광물질은, 캐리어 전달층 물질에 해당되며, 상기 캐리어 전달층 물질은 정공 수송 물질 또는 전자 수송 물질 중 어느 하나에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
-- 제 1 실시예 --
도 4a 내지 4c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 노즐코팅법을 이용한 유기전계발광 소자의 패터닝 공정을 단계별로 나타낸 도면으로서, 설명의 편의상 1 패널 구조를 일 예로 하여 도시하였다.
도 4a에 도시한 바와 같이, 적, 녹, 청 발광물질(114a, 114b, 114c)을 포함하며, 전단부에 노즐부(116)가 형성되어 있는 노즐장치(118)를 구비하는 단계와, 다수 개의 서브픽셀 영역(P)이 정의된 기판(110)을 구비하는 단계와, 상기 노즐장치(118)의 노즐부(116)를 통해 제 1 위치(II)에서 적, 녹, 청 발광물질(114a, 114b, 114c)을 기판(110) 상에 코팅처리하여, 적, 녹, 청 발광층 패턴(120a, 120b, 120c)을 형성하는 단계를 포함한다.
도면 상에서, 상기 노즐장치(118)의 진행방향은 좌, 우 방향이고, 기판(110)의 진행방향은 상방향이므로, 상기 노즐장치(118)는 전술한 제 1 위치(II)에서 원-라인(one-line) 방식으로 적, 녹, 청 발광물질(114a, 114b, 114c)을 기판(110) 상에 코팅처리한 다음, 좌방향 즉, 기판(110) 바깥면으로 후진하고, 이때 기판(110)은 상방향으로 이동하면, 다시 노즐장치(118)가 우방향 즉, 기판(110)의 제 2 위치(III)에서 기판(110) 상에 적, 녹, 청 발광물질 패턴(114a, 114b, 114c)을 코팅처리하는 방법으로 또 하나의 적, 녹, 청 발광층 패턴(120a, 120b, 120c)을 형성하게 된다.
상기 적, 녹, 청 발광층 패턴(120a, 120b, 120c)은 발광층 패턴(120)을 이룬다.
도 4b에서는, 상기 발광층 패턴(120)이 형성된 기판 상에, 상기 발광층 패턴(120)의 길이 방향과 직교되는 방향으로 서로 일정간격 이격된 다수 개의 슬릿부(130)를 가지는 마스크(132)를 배치한 상태에서 노광 공정을 진행하는 단계이다.
상기 슬릿부(130)를 통해 조사된 빛은 발광층 패턴(120)의 서브픽셀 영역(P)별 경계부에 위치하는 발광층 패턴(120)의 물성변화를 일으켜, 해당 영역의 발광층 물질의 발광 특성을 제거하는 역할을 한다.
도면으로 제시하지는 않았지만, 상기 슬릿부(130)를 가지는 마스크(132)를 이용해서 레이저 장치를 통해 레이저 빔을 조사하는 방법으로 패터닝처리할 수도 있다.
도 4c에서는, 상기 도 4b에 따른 노광 공정을 통해 서브픽셀 영역(P)별로 발광층 패턴(상기 도 4b의 120)을 패터닝하여 발광층(140)을 완성하는 단계이다.
도면에서, 영역 "IV"은 상기 도 4b의 노광 공정을 통해 물성변화된 발광물질 영역으로서, 노광 공정을 통해 물성이 변화되어 발광층 역할을 하지 못하므로, 일종의 발광 물질 간의 절연층같은 역할을 하게 된다.
이와 같이 본 발명에 따른 노즐코팅법에 의하면, 별도의 격벽 구조를 이용하지 않고도 노광기 또는 레이저 장치를 이용해서 서브픽셀 경계부에 위치하는 고분자 물질의 물성을 변화시키는 것으로 패터닝을 진행하여, 한 예로 별도의 패터닝공정없이 발광층 패턴을 형성할 경우 화질 불량 요소인 크로스토크(crosstalk)가 발생되는 것을 방지할 수 있으며, 공정도 간소화되는 잇점을 가진게 된다.
-- 제 2 실시예 --
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계발광 소자의 개략적인 단면도로서, 상기 제 1 실시예의 노즐코팅법을 이용하여 패터닝된 유기전계발광층을 포함하여 도시하였다.
도시한 바와 같이, 서브픽셀 영역(P)이 다수 개 정의된 기판(210) 상에 제 1 전극(212)이 형성되어 있고, 상기 제 1 전극(214) 상부에 위치하며, 노즐코팅법에 의해 코팅처리되고, 서브픽셀 영역(P)별 경계부(V)는 레이저 장치 또는 노광 장치 중 어느 하나를 이용하여 패터닝된 유기전계발광층(216)이 형성되어 있고, 상기 유기전계발광층(216) 상부에는, 상기 서브픽셀 영역(P)별로 패터닝된 제 2 전극(218)이 형성되어 있다.
상기 제 1, 2 전극(214, 218)과, 상기 제 1, 2 전극(214, 218) 사이에 개재된 유기전계발광층(216)은 유기전계발광 다이오드 소자(E)를 이룬다.
상기 제 1 전극(212)이 양극, 제 2 전극(218)이 음극일 경우, 상기 유기전계발광층(216)은 정공수송층, 발광층, 전자수송층이 차례대로 적층된 구조를 이루며, 상기 노즐코팅법에서 패터닝되는 유기전계발광층(216)은 발광층이나, 정공수송층 또는 전자수송층 중 어느 하나에서 선택될 수 있고, 이때 상기 발광층은 적, 녹, 청 발광층으로 구성된다.
도면으로 상세히 제시하지는 않았지만, 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자에서는 상기 유기전계발광 다이오드 소자와 연결되는 구동용 박막트랜지스터를 더욱 포함한다.
그러나, 본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지에 어긋나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 노즐코팅법을 이용한 유기전계발광 소자의 패터닝 방법에 의하면, 노즐 코팅 방법으로는 가장 시급한 문제점인 구현하기 어려웠던 픽셀 패터닝을 가능한 코팅이 가능하게 되어, 공정을 단순화하여 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 4a 내지 4c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 노즐코팅법을 이용한 유기전계발광 소자의 패터닝 공정을 단계별로 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계발광 소자의 개략적인 단면도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
120 : 발광층 패턴 130 : 슬릿부
132 : 마스크 P : 서브픽셀 영역
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- 유기전계발광 소자용 발광물질을 내포하며, 노즐부를 가지는 노즐장치를 구비하는 단계와;화면을 구현하는 최소 단위인 서브픽셀 영역이 다수 개 정의된 기판을 구비하는 단계와;상기 노즐부를 통해 발광물질을 제 1 방향으로, 상기 기판 상에 코팅처리하여 발광층 패턴을 형성하는 단계와;상기 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로, 상기 서브픽셀 영역별 경계부와 대응되게 위치하며, 서로 일정간격 이격된 다수 개의 슬릿부를 가지는 마스크를 배치한 상태에서 노광 공정을 진행하는 단계를 포함하는 노즐코팅법을 이용한 유기전계발광소자의 제조방법.
- 유기전계발광 소자용 발광물질을 내포하며, 노즐부를 가지는 노즐장치를 구비하는 단계와;화면을 구현하는 최소 단위인 서브픽셀 영역이 다수 개 정의된 기판을 구비하는 단계와;상기 노즐부를 통해 발광물질을 제 1 방향으로, 상기 기판 상에 코팅처리하여 발광층 패턴을 형성하는 단계와;상기 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로, 상기 서브픽셀 영역별 경계부와 대응되게 위치하는 발광층 패턴부에 레이저 빔을 조사하는 단계를 포함하는 노즐코팅법을 이용한 유기전계발광소자의 제조방법.
- 제 5 항 또는 제 6 항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 유기전계발광 소자용 발광물질은, 적, 녹, 청 발광물질에 해당되는 노즐코팅법을 이용한 유기전계발광소자의 제조방법.
- 제 5 항 또는 제 6 항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 유기전계발광 소자용 발광물질은, 캐리어 전달층 물질에 해당되는 유기전계발광소자의 제조방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 캐리어 전달층 물질은 정공 수송 물질 또는 전자 수송 물질 중 어느 하나에서 선택되는 유기전계발광소자의 제조방법.
- 화면을 구현하는 최소단위인 서브픽셀 영역이 다수 개 정의된 기판과;상기 기판 상에 형성된 제 1 전극과;상기 각 서프픽셀 영역의 경계에 양 말단이 일치되고, 상기 각 서브픽셀 영역 내에서 스트라이프 형상을 나타내며, 모든 서브픽셀 영역에서 일 방향을 향하도록 상기 제 1 전극 상에 형성된 유기전계발광층과;상기 각 서브픽셀 영역 내에서 상기 유기전계 발광층 상에 형성된 제 2 전극을 포함하는 유기전계발광소자용 기판.
- 화면을 구현하는 최소단위인 서브픽셀 영역이 다수 개 정의된 기판과;상기 기판 상에 형성된 제 1 전극과;상기 각 서프픽셀 영역의 경계에 양 말단이 일치되고, 상기 각 서브픽셀 영역 내에서 스트라이프 형상을 나타내며, 모든 서브픽셀 영역에서 일 방향을 향하도록 상기 제 1 전극 상에 형성된 유기전계발광층과;상기 일 방향으로 이웃한 제 1 및 제 2 서브픽셀 영역 사이에서 상기 제 1 및 2 서브픽셀 각각의 유기전계발광층을 상기 제 1 방향으로 연속하여 연결하도록 상기 유기전계발광층과 동일층에 형성된 스트라이프 형상의 절연층과;상기 각 서브픽셀 영역 내에서 상기 유기전계 발광층 상에 형성된 제 2 전극을 포함하는 유기전계발광소자용 기판.
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