KR100584263B1 - 유기 ｅｌ 소자의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기 EL을 이용하여 디스플레이 패널을 제작할 때, 슬릿 노광부를 가지는 광 마스크를 이용한 한번의 포토리소그래피 공정으로, 양극과 보조 전극을 화소의 개구율 저하 없이 패드 영역 및 활성 영역 내에 동시에 형성함으로써, 화소의 크기가 작아짐에 따라 증가하는 양극의 저항을 최소화하는 동시에, 양극과 보조 전극을 형성하기 위한 전반적인 제조 공정을 단순화하여 소자의 수율을 높일 수 있는 유기 EL 소자의 제조 방법에 관한 것이다.

유기 EL, 양극, 보조 전극, 저항, 개구율, 슬릿 노광

Description

유기 ＥＬ 소자의 제조 방법{MANUFACTURING PROCESS FOR ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE}

도 1은 종래 기술에 의한 유기 EL 소자의 제조 방법으로 제조된 유기 EL 소자의 배치도이고,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 EL 소자의 제조 방법으로 제조된 유기 EL 소자의 배치도이고,

도 3은 도 2의 유기 EL 소자를 III-III'선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,

도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 EL 소자의 제조 방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도이다.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -

10 : 투명 기판 20 : 양극

30 : 보조 전극 40 : 절연막 패턴

50 : 격벽 60 : 유기 박막층

70 : 음극 80 : 화소

90 : 감광막 100 : 광 마스크

본 발명은 유기 EL 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기 EL을 이용하여 디스플레이 패널을 제작할 때, 보조 전극을 이용하여 화소의 크기가 작아짐에 따라 증가하는 양극의 저항을 최소화할 수 있는 동시에, 전체적인 제조 공정을 간단히 할 수 있는 유기 EL 소자의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 유기 EL 소자는 형광성 유기 화합물을 전기적으로 여기시켜 발광시키는 자체 발광형 디스플레이로서, 기본적으로, 빛이 투과하는 유리 기판 상부에 투명 전극인 양극(ITO : indium-tin-oxide)과, 일함수가 낮은 Ca, Li, Al/Li, Mg/Ag 등의 금속을 사용한 음극(대항전극)을 각각 적층하고, 그 전극들 사이에 얇은 유기 박막층을 삽입한 구조로 이루어진다.

이러한 유기 EL 소자는 낮은 전압에서 구동이 가능하고, 박형 등의 장점이 있다. 또한, 좁은 광 시야각, 느린 응답 속도 등 종래에 LCD에서 문제로 지적되어 온 결점을 해결할 수 있으며, 다른 형태의 디스플레이와 비교하여, 특히, 중형 이하에서 다른 디스플레이와 동등하거나(예를 들어, "TFT LCD") 그 이상의 화질을 가질 수 있을 뿐만 아니라, 제조 공정이 단순화하다는 점에서, 차세대 평판 디스플레이로 주목받고 있다.

한편, 상기와 같은 유기 EL 소자는 크기가 커질수록, 그리고 화소의 크기가 작아질수록 기판 위에 형성되는 투명 전극인 양극의 저항이 커지는 문제가 있었다.

이에 따라, 종래에는 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 유기 EL 소자 제작 시에 양극 위에 보조 전극을 형성하여 양극의 저항을 줄이고 있었다.

한편, 이러한 보조 전극이 적용된 종래의 유기 EL 소자는 양극 형성 물질과 보조 전극 형성 물질이 순차 적층된 유리 기판에 먼저, 제 1 포토 리소그래피 공정을 진행하여 보조 전극을 패터닝 한 다음, 그 후, 제 2 포토 리소그래피 공정을 진행하여 양극을 패터닝하는 방법을 통해 형성되며, 이에 따라 양극의 저항을 그 위에 형성된 보조 전극에 의해 줄일 수 있게 된다.

그런데, 상기와 같은 종래의 방법으로 양극 위에 보조 전극을 형성함에 있어서는, 양극과 보조 전극을 형성하기 위한 2 단계의 포토 리소그래피 공정이 각각 별도로 진행되기 때문에, 전체적인 유기 EL 소자의 제조 공정 단계가 복잡하게 되는 문제점이 있었다. 이 때문에, 전체 공정의 경제성 및 수율이 저하된다.

또한, 이러한 종래의 제조 방법에서, 화소가 형성되는 활성 영역에까지 보조 전극을 형성하게 되면, 2 단계의 포토 리소그래피 공정 중의 오정렬 등으로 인하여, 활성 영역의 보조 전극에 의해 화소의 개구율이 저하되는 등의 문제점이 발생하며, 이에 의해 디스플레이 패널의 특성, 예를 들어, 휘도 등의 저하를 초래한다.

즉, 상기 종래의 제조 방법에서는 양극과 보조 전극을 각각 형성하기 위해 2 단계의 포토리소그래피 공정이 별도로 진행되기 때문에, 각 포토리소그래피 공정 단계에서의 감광막 등의 오정렬로 인하여 양극과 보조 전극 간의 중첩 정도를 조절하는데 한계가 있었다. 이 때문에, 이러한 종래의 제조 방법에서 화소가 형성되는 활성 영역의 양극 상부에까지 보조 전극을 형성하게 되면, 활성 영역 내에서 양극 과 보조 전극의 중첩 정도가 크게 되어 화소의 개구율이 낮아지고, 이에 따라, 휘도 등의 디스플레이 패널 특성이 저하되는 문제점이 발생하는 것이다.

이 때문에, 종래에는 이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 도 1에 도시한 바와 같이, 양극(20)의 저항을 낮추기 위한 보조 전극(30)을 활성 영역이 아닌 그 외의 패드 영역에 위치하는 양극(20) 위에만 형성함으로써, 화소(80)의 개구율이 감소하는 것을 방지하였다.

여기서, 미설명한 도면 번호 40은 절연막 패턴이고, 50은 격벽이며, 60은 유기 박막층, 70은 음극을 가리킨다.

그러나, 도 1에 도시한 바와 같이, 보조 전극(30)을 활성 영역 이외의 패드 영역에 위치하는 양극(20) 위에만 형성하면, 양극(20) 자체의 저저항성 실현이 불충분하며, 더구나, 디스플레이 패널의 에이징(aging)을 통한 신뢰성 확보에 있어서 양극(20) 저항에 따른 에이징 불균일을 유발하는 문제가 있다.

또한, 상기 종래 기술에 의한 유기 EL 소자의 제조 방법에 있어서는, 양극 및 보조 전극을 형성하기 위하여 2 단계의 포토 리소그래피 공정이 별도로 진행된다는 점에서 변화가 없으므로, 유기 EL 소자의 제조 공정이 복잡해지고 전체 공정의 경제성 및 수율이 저하되는 문제점이 여전히 존재한다.

이러한 종래 기술의 문제점으로 인하여, 유기 EL 소자의 제조 공정을 간략화할 수 있고 양극의 저항을 더욱 낮출 수 있으면서도, 보조 전극에 의한 화소의 개구율 저하를 방지할 수 있는 유기 EL 소자의 제조 방법이 절실히 요청되고 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 단일 단계의 포토 리소그래피 공정을 통해, 화소의 개구율 저하 없이 활성 영역 내에 위치하는 양극 위에까지 보조 전극을 형성함으로써, 화소의 크기가 작아짐에 따라 증가하는 양극의 저항을 최소화하도록 하는 유기 EL 소자의 제조 방법을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 투명 기판 위에 양극 형성 물질 및 보조 전극 형성 물질을 순차 적층하는 단계와, 상기 보조 전극 형성 물질 위에 감광막을 도포하는 단계와, 상기 감광막에 부분적으로 광량을 달리 노광하여 상기 감광막의 전체 두께가 노광된 제 1 부분, 상기 감광막이 노광되지 않은 제 2 부분 및 상기 감광막의 상부 일부 두께가 노광된 제 3 부분을 형성하는 단계와, 상기 감광막을 현상하여 제 1 부분과 제 3 부분의 노광된 감광막이 제거된 제 1 감광막 패턴을 형성하는 단계와, 상기 제 1 감광막 패턴을 마스크로 보조 전극 형성 물질 및 양극 형성 물질을 선택 식각하는 단계와, 상기 제 1 감광막 패턴을 애싱하여 화소에 대응하는 영역의 보조 전극 형성 물질을 노출하는 제 2 감광막 패턴을 형성하는 단계와, 상기 제 2 감광막 패턴을 마스크로 상기 보조 전극 형성 물질을 식각하는 단계를 포함하되, 상기 제 2 부분은 보조 전극과 대응하는 영역이고, 상기 제 3 부분은 화소에 대응하는 영역인 유기 EL 소자의 제조 방법을 제공한다.

여기서, 상기 노광 단계에서는 투명 영역과 반투명 영역 및 차광 영역을 가 지고 있는 광 마스크를 사용함이 바람직하며, 이에 따라, 상기 광 마스크를 통해 감광막에 투과되는 광량이 위치에 따라 조절 가능하여 위치에 따라 서로 다른 두께를 가지는 감광막 패턴을 형성하는 것이 가능하다.

이하 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

이제 본 발명의 실시예에 따른 유기 EL 소자의 제조 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도 2 및 도 3을 참고로 하여, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 유기 EL 소자에 대하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 유기 EL 소자의 배치도이고, 도 3은 도 2의 유기 EL 소자를 III-III'선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 투명 기판(10) 위에 복수의 양극(20)이 형성되어 있다. 양극(20)은 ITO와 같은 투명 전극으로 이루어져 있으며, 주로 가로 방향으로 길게 뻗어 있다.

그리고, 화소(80)가 형성될 영역을 제외한 양극(20) 즉, 활성 영역 주위의 패드 영역에 위치하는 양극(20)뿐 아니라 활성 영역 내에 위치하는 것 중 화소(80)가 형성될 영역을 제외한 양극(20)의 위에는 모두, 보조 전극(30)이 형성되어 있다. 보조 전극(30)은 낮은 저항의 전도성 물질로 이루어져 있으며, 유기 EL 소자의 크기가 커지고, 화소의 크기가 작아짐에 따라 증가하는 양극의 저항을 감소시켜 주는 역할을 한다.

특히, 본 발명의 실시예에 따른 유기 EL 소자에서는, 보조 전극이 패드 영역 뿐 아니라 활성 영역에 위치하는 양극 위에까지 형성되어 있어서, 패드 영역의 양극 위에만 보조 전극이 형성되는 종래 기술에 비해, 보다 확실한 양극의 저저항을 실현할 수 있다.

보조 전극(30)이 형성된 양극(20) 위에는 일함수가 낮은 금속을 사용한 음극(70)이 형성되어 있고, 양극(20)과 음극(70) 사이에는 얇은 유기 박막층(60)이 삽입되어 있다.

여기서, 미설명한 도면 번호 40은 절연막 패턴이고, 50은 격벽을 가리킨다.

그러면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 EL 소자의 제조 방법에 대하여 도 4a 내지 도 4d와 상술한 도 2 및 도 3을 참고로 하여 상세히 설명한다.

도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 EL 소자의 제조 방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도이다.

먼저, 도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이, 투명 기판(10) 위에 양극 형성 물질층(25) 및 보조 전극 형성 물질층(35)을 순차 형성한다. 이때, 양극 형성 물질층(25)은 ITO 등의 투명 물질 등으로 이루어지고, 보조 전극 형성 물질층(35)은 낮은 저항의 전도성 물질 예를 들어, Cr, Mo, Al, Cu 등으로 이루어지는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 보조 전극 형성 물질층(35) 위에 감광막(90)을 도포한 후, 소정의 패턴을 가지는 광 마스크(100)를 이용하여 감광막(90)을 슬릿 노광 및 현상한다. 이 때, 광 마스크(100)는 도 4a에 도시한 바와 같이, 빛의 투과량을 조절하여 감광막(90)에 조사되는 노광량을 달리하기 위한 여러 영역으로 나뉘는데, 차광층(105)이 전혀 형성되어 있지 않아 빛의 투과량이 최대가 되는 투과 영역(A), 차광층(105)이 형성되어 있어서 빛의 대부분이 차단되는 차단 영역(B), 그리고 차광층(105)에 슬릿 패턴이 형성되어 있어서 빛의 투과량이 조절되는 반투과 영역(C)이 그것이다. 특히, 본 발명의 실시예에서 광 마스크(100)의 반투과 영역(C)은 화소에 대응하는 영역에 형성되어 있다.

한편, 도 4a에 도시한 바와 같이, 이러한 광 마스크(100)를 이용하여 감광막(90)을 노광하게 되면, 상기 감광막(90)의 전체 두께가 노광된 제 1 부분, 상기 감광막(90)이 노광되지 않은 제 2 부분 및 상기 감광막(90)의 상부 일부 두께가 노광된 제 3 부분이 각각 감광막(90) 상에 형성된다. 여기서, 빗금 처리된 감광막(90)은 노광된 부분을 가리킨다.

이에 따라, 상기 노광된 부분의 감광막(90)을 현상하게 되면, 도 4b에 도시한 바와 같이, 노광된 감광막(빗금친 영역)이 제거되어, 감광막의 두께가 위치에 따라 다른 제 1 감광막 패턴(92, 94)이 형성된다. 이 때, 제 1 감광막 패턴(92, 94) 중에서, 화소가 형성될 영역, 즉, 활성 영역에서 보조 전극에 의해 가려지지 않는 영역에 위치한 제 3 부분(94)의 감광막은, 보조 전극이 형성될 부분에 위치한 제 2 부분(92)의 감광막보다 두께가 작게 되도록 한다. 이 때, 제 3 부분(94)의 감광막 두께와 제 2 부분(92)의 감광막 두께의 비는 후술할 식각 공정에서의 공정 조건에 따라 다르게 하여야 하되, 제 3 부분(94)의 감광막 두께를 제 2 부분(92)의 감광막 두께의 1/2 이하로 하는 것이 바람직하다.

이어, 도 4c에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 감광막 패턴(92, 94)을 마스크로 하여, 그 하부의 막들 즉, 보조 전극 형성 물질층(35) 및 양극 형성 물질층(25)을 선택 식각하여 양극(20)을 패터닝한다.

그리고, 도 4d에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 감광막 패턴(92, 94)의 제 3 부분(94)의 감광막이 완전히 제거되어 그 아래에 위치하는 보조 전극 형성 물질층(35)이 노출되도록 제 1 감광막 패턴(92, 94)을 애싱한다.

한편, 상기 제 1 감광막 패턴(92, 94)의 제 3 부분의 감광막이 완전히 제거되는 시점까지 제 1 감광막 패턴(92, 94)을 애싱하게 되면, 제 3 부분(94)의 감광막보다 두꺼운 두께를 가지는 제 2 부분(92)의 감광막 또한 제 3 부분(94)의 감광막 두께만큼 제거되어 제 2 감광막 패턴(96)이 형성된다. 이 때, 제 2 감광막 패턴(96)은 보조 전극의 형성 영역을 정의한다.

이어, 상기 제 2 감광막 패턴(96)을 마스크로 하여, 상기 노출된 보조 전극 형성 물질층(35)을 제거하여 양극(20) 위에 보조 전극(30)을 형성한 다음, 그 위에 유기 박막층(60) 및 일함수가 낮은 금속인 Ca, Li, Al/Li, Mg/Ag 등으로 이루어진 음극을 순차 형성한다(도 3 참조).

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유기 EL 소자의 제조 방법에서는, 슬릿 노광부를 가지는 광 마스크를 이용한 단일 단계의 포토 리소그래피 공정을 통하여, 양극과 보조 전극을 함께 형성하고 있기 때문에, 화소가 형성될 활성 영역 내에서도 양극과 보조 전극 간의 중첩 정도를 쉽게 조절할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면, 활성 영역 내에서도 감광막 및 보조 전극의 오정렬에 의한 화소의 개구율 저하가 발생할 우려가 없기 때문에, 패드 영역뿐만 아니라 화소가 형성될 영역을 제외한 활성 영역의 양극 상에도 별다른 문제점 없이 보조 전극을 형성할 수 있게 되며, 이에 따라, 패드 영역의 양극 상에만 보조 전극을 형성하는 종래 기술에 비해 양극의 저항을 현저히 낮출 수 있다.

더구나, 본 발명에서는 단일 단계의 포토 리소그래피 공정을 통해 양극 및 보조 전극을 패터닝하므로, 유기 EL 소자의 제조 공정 단계가 간략화되며, 이에 따라, 전체 제조 공정의 수율 및 경제성을 현저히 향상시킬 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 보조 전극에 의해 화소의 개구율을 저하시키지 않으면서도, 양극의 저저항성을 완전히 실현할 수 있으며, 또한, 유기 EL 소자의 제조 공정 단계를 간략히 할 수 있으므로, 전체 제조 공정의 경제성 및 수율 향상에 크게 기여할 수 있다.

Claims (2)

1. 투명 기판 위에 양극 형성 물질 및 보조 전극 형성 물질을 순차 적층하는 단계와,

   상기 보조 전극 형성 물질 위에 감광막을 도포하는 단계와,

   상기 감광막에 부분적으로 광량을 달리 노광하여 상기 감광막의 전체 두께가 노광된 제 1 부분, 상기 감광막이 노광되지 않은 제 2 부분 및 상기 감광막의 상부 일부 두께가 노광된 제 3 부분을 형성하는 단계와,

   상기 감광막을 현상하여 제 1 부분과 제 3 부분의 노광된 감광막이 제거된 제 1 감광막 패턴을 형성하는 단계와,

   상기 제 1 감광막 패턴을 마스크로 보조 전극 형성 물질 및 양극 형성 물질을 선택 식각하는 단계와,

   상기 제 1 감광막 패턴을 애싱하여 화소에 대응하는 영역의 보조 전극 형성 물질을 노출하는 제 2 감광막 패턴을 형성하는 단계와,

   상기 제 2 감광막 패턴을 마스크로 상기 보조 전극 형성 물질을 식각하는 단계를 포함하되,

   상기 제 2 부분은 보조 전극과 대응하는 영역이고, 상기 제 3 부분은 화소에 대응하는 영역인 유기 EL 소자의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 노광 단계에서는 투명 영역과 반투명 영역 및 차광 영역을 가지고 있는 광 마스크를 사용하는 유기 EL 소자의 제조 방법.

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