KR100599469B1 - 유기 ｅｌ 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기 EL 소자에 관한 것으로, 특히, 유기 EL 소자 중 음전극층이 인접 구성 요소와 단락되는 것을 방지하기 위한 격벽층이 역테이퍼 구조로 인하여 부러지거나 틀어지는 것을 방지하고, 양전극층의 저항을 낮추기 위한 보조 전극 형성 공정 시, 보조전극을 블랙 매트릭스로 사용 가능한 구조를 가지게 형성하여 유기 EL 소자의 콘트라스트를 증가시킬 뿐만 아니라 유기 EL 소자의 전반적인 제조 공정을 단순화 시키도록 하는 유기 EL 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
유기EL, 절연층, 블랙 페이스트, 콘트라스트, 크로스토크

Description

유기 ＥＬ 소자 및 그 제조 방법{ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
도 1은 종래에 유기 EL 소자의 제조 방법에 의해 제조된 유기 EL 소자의 배치도이고,
도 2는 도 1의 유기 EL 소자를 II-II'선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유기 EL 소자의 배치도이고,
도 4는 도 3의 유기 EL 소자를 IV-IV'선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 5a 내지 도 5f는 도 3의 유기 EL 소자를 IV-IV'선을 따라 잘라 도시한 단면도로, 본 발명의 실시예에 따른 유기 EL 소자를 제조하기 위한 공정을 순차적으로 나타낸 도면들이다.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -
100 : 기판 110 : 양전극층
135 : 절연층 140 : 트렌치
150 : 보조전극 165 : 격벽층
170 : 유기 박막층 180 : 음전극층
본 발명은 유기 EL 소자 중 음전극층이 인접 구성 요소와 단락되는 것을 방지하기 위한 격벽층이 역테이퍼 구조로 인하여 무너지거나 틀어지는 것을 방지하는 유기 EL 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 유기 EL 소자는 평판 디스플레이 소자 중 하나로 웨이퍼 상에 양전극층(anode layer)과 음전극층(cathode layer) 사이에 유기 전계 발광층인 유기 박막층을 개재하여 구성하며, 매우 얇은 두께의 매트릭스 형태를 이룬다.
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, 종래 기술에 따르면 이와 같은 유기 EL 소자는, 전기적 절연이 가능한 물질로 절연층(insulator layer) 및 격벽층(separator)을 양전극층과 기판 위에 미리 순차 형성하고, 형성된 격벽층의 역테이퍼 구조를 통해 음전극층을 패터닝하여 이루어진다.
여기서, 상기 절연층은 양전극층 위에 도트(dot) 형태의 개구부(open area)를 제외한 전영역에 걸쳐 형성하고, 개구부에 의해 화소(pixel)를 정의해주고, 양전극의 단부(edge)에서의 누설 전류를 억제시키는 역할을 한다.
또한, 상기 절연층 위에 형성되는 격벽층은 양전극층과 직교하며 일정 간격을 가지게 배열하고, 역테이퍼 구조로 이루어지는 바, 인접 화소 간의 음전극층을 분리시키는 역할을 한다.
따라서, 안정적인 유기 EL 소자를 제조하기 위해서는 절연층과 격벽층을 모두 필요로 한다.
그런데, 상기 절연층 위에 형성되는 격벽층은 인접 화소 간의 음전극층을 분리시키는 역할을 하기 위해 역테이퍼 구조를 가지고 있기 때문에, 절연층과 접하고 있는 격벽층의 하부 면적이 상부 면적보다 더 좁게 형성되어 격벽층이 무너지거나 틀어지는 문제가 있다.
또한, 유기 EL 소자의 콘트라스트(contrast)를 증가시키기 위해 유기 EL 소자의 디스플레이부에 편광판을 부착하거나, 유기 EL 소자 내부에 광흡수층을 형성하여야 하는 등의 추가적인 공정이 필요하기 때문에 공정이 복잡하고, 유기 EL 소자의 제조 원가가 상승하는 문제가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기 종래 기술에 따른 유기 EL 소자의 제조 방법에 따라 제조된 유기 EL 소자의 문제점에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 종래에 유기 EL 소자의 제조 방법에 의해 제조된 유기 EL 소자의 배치도이고, 도 2는 도 1의 유기 EL 소자를 II-II'선을 따라 잘라 도시한 단면도이 다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 투명 기판(100) 위에 복수의 양전극층(110)이 형성되어 있으며, 상기 양전극층(110) 사이 및 복수의 양전극층(110)과 직교하는 영역 위에는 개구부를 가지는 격자 형상의 절연층(120)이 위치하여 화소 형성 영역을 정의한다.
그리고, 상기 절연층(120) 위에는 레지스트막으로 이루어진 격벽층(165)이 형성되어 있다. 이때, 격벽층(165)은 양전극층(110)과 직교하며 도트 형태의 개구부 사이의 절연층(120) 위에 일정 간격을 두고 배열되어 있다.
또한, 상기 격벽층(165)은 역테이퍼 구조로 형성되어 있는 바, 격벽층(165)의 측벽 경사각을 이용하여 인접하는 화소 간의 음전극층을 분리하는 역할을 한다.
그리고, 상기 절연층(120)에 의해 노출된 양전극층(110) 위에는 음전극층(180)이 형성되어 있으며, 양전극층(110)과 음전극층(180) 사이에는 유기 전계 발광층인 유기 박막층(170)이 삽입되어 있다.
그러나, 상기와 같은 역테이퍼 구조를 가지는 격벽층(165)은 절연층과 접촉하고 있는 하부 면적이 상부 면적이 더 좁기 때문에, 격벽층과 절연층과의 접착력(adhension)이 낮아 격벽층이 무너지거나 틀어지는 문제가 있다.
또한, 격벽층이 무너지거나 틀어지게 되면, 격벽층 위에 위치하는 도전층인 음전극층에 의해 인접하는 화소 간에 서로 단락되어 소자의 신뢰성이 저하된다.
또한, 종래 기술에 따른 유기 EL 소자는 콘트라스트(contrast)를 증가시키기 위해 유기 EL 소자의 디스플레이부에 편광판을 부착하거나, 유기 EL 소자 내부에 광흡수층을 형성하여야 하는 등의 추가적인 공정이 필요하기 때문에 유기 EL 소자의 전반적인 제조 공정 시간이 길어지게 되고, 그 결과 유기 EL 소자의 제조 원가가 상승하는 동시에 수율이 낮아지는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 유기 EL 소자 중 음전극층이 인접 구성 요소와 단락되는 것을 방지하기 위한 격벽층이 역테이퍼 구조로 인하여 무너지거나 틀어지는 현상을 방지하고, 유기 EL 소자의 콘트라스트를 증가시키는 동시에 유기 EL 소자의 전반적인 제조 공정을 단순화하는 유기 EL 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 투명 기판 위에 어느 한 방향으로 길게 형성되어 있는 복수의 양전극층과, 상기 복수의 양전극층과 직교하는 제1 영역과 상기 복수의 양전극층과 평행하는 제2 영역 위에 형성되어 있으며, 제1 영역에서는 양전극층과 직교하는 방향으로 길게 뻗어 있는 소정 깊이의 트렌치를 가지는 절연층과, 상기 절연층의 트렌치 바닥면에 형성되어 있는 블랙 매트릭스와, 상기 블랙 매트릭스 위에 형성되어 있으며, 상기 절연층 위로 역테이퍼 구조를 가지는 복수의 격벽층과, 상기 복수의 양전극층 위에 형성되어 있는 복수의 유기 박막층 및 상기 복수의 유기 박막층 위에 형성되어 있는 복수의 음전극층을 포함하는 유기 EL 소자를 제공한다.
여기서, 상기 양전극층의 일부분 위에 형성되어 있으며, 상기 블랙 매트릭스와 동일한 도전물로 이루어진 보조 전극을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기한 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명은 투명 기판 위에 어느 한 방향으로 뻗어 있는 복수의 양전극층을 형성하는 단계와, 상기 복수의 양전극층과 직교하는 제1 영역과 상기 복수의 양전극층과 평행하는 제2 영역 위에 절연층을 형성하는 단계와, 상기 제1 영역 위에 위치하는 절연층에 소정 깊이를 가지는 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 복수의 양전극층의 일부분과 트렌치 바닥면에 도전막을 증착하여 보조전극 및 블랙 매트릭스를 동시에 형성하는 단계와, 상기 블랙 매트릭스가 형성된 결과물 상에 포지티브 감광막을 형성하는 단계와, 상기 블랙 매트릭스를 마스크로 상기 포지티브 감광막을 후면 노광하는 단계와, 상기 노광된 포지티브 감광막을 현상하여 격벽층을 형성하는 단계와, 상기 격벽층이 형성된 기판의 양전극층 위에 유기 박막층 및 음전극층을 순차 형성하는 단계를 포함하는 유기 EL 소자의 제조 방법을 제공한다.
여기서, 상기 도전막은 불투명 금속 물질을 이용하여 형성하고, 상기 불투명 금속 물질로는 Cr, Mo, Mo/Al/Mo 및 Al-Nd/Mo 중 어느 하나 이상으로 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.
이하 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설 명한다. 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 소자 및 그 제조 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 3 및 도 4를 참고로 하여, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 유기 EL 소자의 구조에 대하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유기 EL 소자의 배치도이고, 도 4는 도 3의 유기 EL 소자를 IV-IV'선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 투명 기판(100) 위에 복수의 양전극층(110)이 형성되어 있다. 양전극층(110)은 ITO와 같은 투명 전극으로 이루어져 있으며, 어느 한 방향으로 길게 뻗어 있는 줄무늬 형상(stripe type)을 가진다.
상기 양전극층(110)과 기판(100)의 일부분 즉, 복수의 양전극층(110)과 직교하는 제1 영역과 복수의 양전극층(110)과 평행하는 제2 영역 위에 절연층(135)이 형성되어 있다. 즉, 절연층(135)은 개구부를 가지는 격자 형상으로 형성되어 있으며, 이때, 개구부는 양전극층(110)이 노출된 부분으로 화소 형성 영역을 정의한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 절연층(135)은 복수의 양전극층(110)과 직교하는 제1 영역에 있어서, 직교하는 방향을 따라 소정 깊이를 가지고 길게 형성되어 있는 트렌치를 가지고 있으며, 이는 후술하는 격벽층이 무너지거나 틀어지는 것을 방지하는 고정부 역할을 한다.
그리고, 상기 절연층(135)의 트렌치 바닥면에는 블랙 매트릭스(150)가 형성되어 있다. 블랙 매트릭스(150)는 양전극층(110) 위의 일부분에 형성되어 있는 보조 전극(도시하지 않음)과 동일한 물질로 이루어져 있으며, 즉, 보조 전극을 형성하기 위한 공정 시, 보조 전극과 함께 형성된다.
상기 블랙 매트리스(150) 위에는 전기적인 절연 물질 즉, 본원 발명에서는 포지티브 감광 물질로 이루어진 격벽층(165)이 형성되어 있다. 보다 상세하게 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 격벽층(165)은 양전극층(110)과 직교하며 도트 형태의 개구부 사이의 절연층(135)의 트렌치 바닥면에 위치하는 블랙 매트릭스 위에 일정 간격을 두고 배열되어 있다.
한편, 본 발명에 따른 상기 격벽층(165)은 격벽층(165)은 측벽이 역경사면을 가지는 역테이퍼 구조로 형성되어 있으며, 이는 음전극층(160)이 인접 화소와 단락되는 것을 방지하는 동시에, 격벽층(165)의 하부가 절연층(135)에 소정 깊이를 가지고 형성되어 있는 트렌치에 의해 고정되어 있기 때문에 종래 기술에 따른 역테이퍼 구조의 격벽층(도 1의 도면번호 120 참조)에서 발생하던 문제 즉, 역테이퍼 구조의 격벽층이 무너지거나 틀어지는 현상을 완전하게 방지할 수 있다.
그리고, 상기 절연층(135)에 의해 노출된 양전극층(110) 위에는 음전극층(180)이 형성되어 있으며, 양전극층(110)과 음전극층(180) 사이에는 유기 전계 발광층인 유기 박막층(170)이 삽입되어 있다.
그러면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 EL 소자의 제조 방법에 대하여 도 5a 내지 도 5f와 상술한 도 3 및 도 4를 참고로 하여 상세히 설명한다.
도 5a 내지 도 5f는 도 3의 유기 EL 소자를 IV-IV'선을 따라 잘라 도시한 단면도로, 본 발명의 실시예에 따른 유기 EL 소자를 제조하기 위한 공정을 순차적으로 나타낸 도면들이다.
먼저, 도 5a에 도시한 바와 같이, 투명 기판(100) 위에 양전극 형성 물질인 ITO(indium tin oxide) 등의 투명 물질을 일정한 두께로 적층한 다음, 사진 식각 공정을 진행하여 어느 한 방향으로 길게 뻗어 있는 줄무늬 형상(stripe type)의 양전극층(110)을 형성한다.
그리고, 상기 양전극층(110)이 형성된 기판(100) 전면에 제1 포지티브(positive)형 감광막(130)을 도포한 다음, 절연층을 형성하기 위한 포토 마스크(photo mask)를 이용하여 전면 노광한다. 이때, 포토 마스크는 상기 양전극층(110)과 기판(100)의 일부분 즉, 복수의 양전극층(110)과 직교하는 제1 영역과 복수의 양전극층(110)과 평행하는 제2 영역을 차단하는 구조를 가진다. 또한, 포지티브 감광막을 전면 노광하게 되면, 포지티브 감광막의 고유 특성에 의해 노광된 영역과 노광되지 않은 영역의 경계면은 경사면을 가지되, 노광되지 않은 영역(130B)이 테이퍼(taper) 구조를 이룬다.
여기서, 미설명한 도면 번호 130A는 노광된 영역을 가리킨다.
이어, 상기 노광 공정을 진행한 제1 포지티브형 감광막(130)을 현상하게 되면, 포지티브형 감광막의 고유 특성에 의해 노광된 영역(130A)이 제거되는 바, 도 5b에 도시한 바와 같이, 노광되지 않은 영역의 제1 포지티브형 감광막으로 이루어진 절연층(135)을 형성한다.
그 다음, 도 5c에 도시한 바와 같이, 상기 복수의 양전극층(110)과 직교하는 제1 영역에 대응하는 절연층(135)의 상부 일부분을 개방하는 식각 마스크(etch mask)를 이용하여 절연층(135)의 일부분을 식각하여 소정 깊이를 가지는 트렌치(140)를 형성한다. 이때, 트렌치(140)는 O2, O3 및 NH3 등을 이용한 플라즈마 에싱(plasma ashing) 공정 등을 이용하여 형성한다.
그리고, 도 5d에 도시한 바와 같이, 상기 트렌치(140)를 가지는 절연층(135)이 형성된 기판(100) 전면에 불투명 도전물(도시하지 않음)을 증착한 다음, 선택적 사진 식각하여 트렌치(140)의 바닥면 위에 블랙 매트릭스(150)를 형성하는 동시에 양전극층(110) 위의 일부분에 양전극층(110)의 저항을 낮춰주는 보조 전극(도시하지 않음)을 형성한다.
즉, 보조 전극 형성 공정 시, 보조 전극과 동일한 불투명 도전물 예를 들어, Cr, Mo, Mo/Al/Mo 및 Al-Nd/Mo 등으로 이루어진 블랙 매트릭스(150)를 화소와 화소를 절연하는 절연층(135)의 일부분 위에 형성하여 별도의 편광판 또는 광흡수층 등을 형성하는 공정 없이도 유기 EL 소자의 콘트라스트를 증가시킨다. 이때, 보조 전극을 형성하기 위한 불투명 도전물은 반사도가 커서 유기 EL 소자의 콘트라스트를 충분히 증가시킬 수 있다.
이후, 상기 블랙 매트릭스(150)가 형성된 투명 기판(100) 전면에 제2 포지티 브 (positive)형 감광막(160)을 도포한다.
그리고, 도 5e에 도시한 바와 같이, 상기 제2 포지티브형 감광막(160)을 후면 노광하되, 불투명 도전물로 이루어진 블랙 매트릭스(150)를 포토 마스크로 이용한다. 이때, 포지티브 감광막을 후면 노광하게 되면, 포지티브 감광막의 고유 특성에 의해 노광된 영역과 노광되지 않은 영역의 경계면은 경사면을 가지되, 노광되지 않은 영역(160B)이 역테이퍼 구조를 이룬다.
여기서, 미설명한 도면 번호 160A는 노광된 영역을 가리킨다.
이어, 상기 노광 공정을 진행한 제2 포지티브형 감광막(160)을 현상하게 되면, 포지티브형 감광막의 고유 특성에 의해 노광된 영역(160A)이 제거되는 바, 도 5f에 도시한 바와 같이, 역테이퍼 구조를 가지되, 하부의 일부분이 절연층(135)의 트렌치에 의해 고정되어 있는 격벽층(165)을 형성한다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 격벽층(165)은 역테이퍼 구조를 가짐에도 불구하고 무너지거나 틀어지는 현상 없이 후속 공정에 의해 형성하는 음전극층이 인접하는 구성 요소와 단락되는 것을 방지하는 역할을 안전하게 수행할 수 있다.
이어, 상기 격벽층(165)이 형성된 기판(100) 전체에 유기 박막층(170) 및 일함수가 낮은 금속인 Ca, Li, Al/Li, Mg/Ag 등으로 이루어진 음전극층(180)을 순차 형성한다(도3 및 도 4 참조).
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 발명은 보조 전극 형성 공정에 의해 보조 전극과 유기 EL 소자의 콘트라스트를 증가시킬 수 있는 블랙 매트릭스를 동시에 형성함으로써, 유기 EL 소자의 전반적인 제조 공정 단계를 단순화시켜 유기 EL 소자의 전반적인 제조 공정의 경제성 및 수율 향상에 크게 기여할 수 있다.
또한, 절연층에 형성된 트렌치에 의해 역테이퍼 구조의 격벽층 하부를 고정 시킴으로써, 격벽층과 절연층의 접착력을 증가시킨다. 이는 역테이퍼 구조를 가지는 격벽층이 무너지거나 틀어지는 현상을 방지할 수 있으며, 그 결과, 소자의 신뢰성을 향상시킨다.

Claims (6)

  1. 투명 기판 위에 어느 한 방향으로 길게 형성되어 있는 복수의 양전극층과,
    상기 복수의 양전극층과 직교하는 제1 영역과 상기 복수의 양전극층과 평행하는 제2 영역 위에 형성되어 있으며, 제1 영역에서는 양전극층과 직교하는 방향으로 길게 뻗어 있는 소정 깊이의 트렌치를 가지는 절연층과,
    상기 절연층의 트렌치 바닥면에 형성되어 있는 블랙 매트릭스와,
    상기 블랙 매트릭스 위에 형성되어 있으며, 상기 절연층 위로 역테이퍼 구조를 가지는 복수의 격벽층과,
    상기 복수의 양전극층 위에 형성되어 있는 복수의 유기 박막층 및
    상기 복수의 유기 박막층 위에 형성되어 있는 복수의 음전극층을 포함하는 유기 EL 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 격벽층은 전기적으로 절연 특성을 가진 감광 물질로 이루어진 유기 EL 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 양전극층의 일부분 위에 형성되어 있으며, 상기 블랙 매트릭스와 동일한 도전물로 이루어진 보조 전극을 더 포함하는 유기 EL 소자.
  4. 투명 기판 위에 어느 한 방향으로 뻗어 있는 복수의 양전극층을 형성하는 단계와,
    상기 복수의 양전극층과 직교하는 제1 영역과 상기 복수의 양전극층과 평행하는 제2 영역 위에 절연층을 형성하는 단계와,
    상기 제1 영역 위에 위치하는 절연층에 소정 깊이를 가지는 트렌치를 형성하는 단계와,
    상기 복수의 양전극층의 일부분과 트렌치 바닥면에 도전막을 증착하여 보조전극 및 블랙 매트릭스를 동시에 형성하는 단계와,
    상기 블랙 매트릭스가 형성된 결과물 상에 포지티브 감광막을 형성하는 단계와,
    상기 블랙 매트릭스를 마스크로 상기 포지티브 감광막을 후면 노광하는 단계와,
    상기 노광된 포지티브 감광막을 현상하여 격벽층을 형성하는 단계와,
    상기 격벽층이 형성된 기판의 양전극층 위에 유기 박막층 및 음전극층을 순차 형성하는 단계를 포함하는 유기 EL 소자의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 도전막은 불투명 금속 물질을 이용하여 형성하는 유기 EL 소자의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 불투명 금속 물질은 Cr, Mo, Mo/Al/Mo 및 Al-Nd/Mo 중 어느 하나 이상으로 선택하여 사용하는 유기 EL 소자의 제조 방법.
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