KR100606443B1

KR100606443B1 - 전기발광소자 제조방법

Info

Publication number: KR100606443B1
Application number: KR1019990012313A
Authority: KR
Inventors: 장상민; 한창욱
Original assignee: 엘지.필립스 엘시디 주식회사
Priority date: 1999-04-08
Filing date: 1999-04-08
Publication date: 2006-07-31
Also published as: KR20000065702A

Abstract

본 발명은 전기발광소자의 제조방법에 관한 것으로, 고해상도를 구현할 수 있는 ELD를 제조하기 위하여, 주사선 및 신호선에 의하여 정의된 화소셀과, 상기 화소셀에 주사선 및 신호선에 전기적으로 연결되도록 형성되는 스위칭소자를 구비하는 기판을 마련하는 공정과, 상기 기판의 전면을 덮는 보호막을 형성하는 공정과, 상기 보호막에 상기 스위칭소자의 일 전극을 노출시키는 콘택홀을 형성하는 공정과, 상기 노출된 스위칭소자의 일 전극에 연결되는 유기EL부의 애노드층을 형성하는 공정과, 상기 애노드층을 포함하는 기판의 노출된 전면에 유기EL부의 유기EL층을 형성하기 위한 유기층과 유기EL부의 캐쏘드층을 형성하기 위한 금속층을 연속적으로 형성하는 제 1 공정과, 상기 금속층 상에 유기EL부를 정의하는 드라이필름패턴을 형성하는 제 2 공정과, 상기 드라이필름을 마스크로하여 상기 금속층과 상기 유기층을 식각하여 상기 캐쏘드층 및 유기EL층을 순차적으로 형성하는 제 3 공정과, 상기 드라이필름패턴을 제거하는 제 4 공정을 포함하도록 구성되며, 쉐도우 마스크를 사용하는 종래의 기술에서 야기되는 유기EL부의 패턴불량을 방지할 수 있고, 미세패턴의 형성이 가능하여 고정세의 제품을 제작할 수 있다.

전기발광소자 제조방법

Description

전기발광소자 제조방법{METHOD FOR FABRICATING AN ELD}

도 1a부터 도 1d는 종래 기술에 따른 전기발광소자의 제조공정도

도 2a부터 도 2h는 본 발명에 따른 전기발광소자의 제조공정도

본 발명은 전기발광소자(ElectroLuminescent Display; ELD)의 제조방법에 관한 것으로 특히, 유기발광물질을 사용하는 능동형 전기발광소자의 제조방법에 관한 것이다.

ELD는 외부에서 전자와 홀을 주입하고, 전자와 홀의 재결합 및 여기분자를 생성하고, 이 여기분자의 발광을 이용하는 소자인데, 백라이트(backlight)를 필요로 하지 않아서 패널의 두께를 박형화할 수 있고, 전력소비량을 상대적으로 낮출 수 있기 때문에 차세대 디스플레이로 관심이 집중되고 있다.

특히, 유기 EL(ElectroLuminescence) 물질로 발광층 즉, EL층을 형성하여 사용하는 유기 ELD는 (1) 유기 EL셀을 발광시키는데 저전압을 필요로 한다는 것, (2) 유기 EL셀의 발광효율이 높다는 것과 (3) 저온제조공정을 진행할 수 있다는 것등의 장점이 있다.

그러나, 유기 EL 물질은 수분에 손상을 받기 때문에 기존의 포토리소그래피 공정을 진행할 수 없기 때문에, 수분에 직접 접촉하지 않는 방법에 의하여 패턴을 형성한다.

능동형 ELD는 다수개의 주사선과 신호선이 교차하여 다수개의 화소셀을 형성하고 있고, 각각의 화소셀에는 파우어공급라인이 신호선과 동일방향으로 배열되는 구조를 가지고 있다. 각각의 화소셀은 스위칭소자 예를 들어, TFT를 하나 이상 구비하고, 스토리지 캐패시터 및 EL부를 구비하고 있다.

두 개의 TFT를 사용하는 경우에는 EL 여기신호와 주사신호를 구별하여 사용할 수 있다는 특징이 있다. EL부는 논리TFT에 의하여 선택되어지고, EL부의 여기파우어는 다른 TFT의 파우어에 의하여 조절된다.

스토리지 캐패시터는 선택된 셀의 EL부의 여기파우어가 유지될 수 있도록 하는 기능을 한다.

도 1a부터 도 1d는 종래 기술에 따른 ELD의 제조공정을 개략적으로 나타낸 것이다.

도 1a를 참조하면, 절연기판(100) 상에 주사선 및 신호선에 의하여 정의된 화소셀과, 화소셀 각각에 형성되되, 주사선 및 신호선에 전기적으로 연결되는 TFT들을 구비하도록 형성된 기판을 마련하고, 기판의 노출된 전면을 덮는 보호막(110)을 형성한다. 이 공정은 통상의 TFT를 구비하는 디스플레이 제조공정과 동일하게 진행하면 된다.

도 1b를 참조하면, 보호막(110)을 사진식각하여 TFT들의 일전극을 노출시키는 콘택홀를 각각 형성한다. 이 후에, 기판의 전면에 투명도전물질층을 증착하고 사진식각 하여 각각의 화소셀에 서로 분리되어 위치하는 애노드(anode)층(11-1)(11-2)(11-3)을 형성한다.

도 1c를 참조하면, 쉐도우 마스크(shadow mask)를 사용하고, 이베퍼레시션(evaporation) 증착기술을 통하여 애노드층(11-1)(11-2)(11-3)의 상단에 각각 위치하되. 소정의 칼라 예를 들어, 레드, 그린, 블루를 내는 유기EL층(12-1)(12-2)(12-3)을 형성한다.

도 1d를 참조하면, 기판의 노출된 전면을 덮는 공통전극인 캐쏘드(cathode)층(13)을 형성하고, 캐쏘드층(13) 전면을 덮는 커버층(14)을 형성한다.

언급한 바와 같이, 종래 기술에 따른 ELD의 제조에서는 그 물질의 특성상 기존의 포토리소그래피 공정을 이용할 수 없기 때문에, 쉐도우 마스크와 이베퍼레이션 증착기술에 의하여 애노드층에 유기EL물질을 직접 증착하여 유기EL층을 형성한다.

그러나, 쉐도우 마스크를 기판 상에 밀착하는 것이 완전하지 못하고, 쉐도우 마스크와 기판의 오정렬이 일어나기 때문에 유기EL층의 패턴이 불량해지는 문제가 발생한다. 또한, 기판에 밀착된 쉐도우 마스크를 사용하여 이베퍼레이션 증착기술을 통하여 유기EL물질을 기판에 증착하기 때문에, 쉐도우 마스크가 그 하중에 의하여 늘어지기 때문에 기술상 고해상도를 구현하는데 한계가 있다.

본 발명의 목적은 상기 종래 기술에 따른 문제점을 해결할 수 있는 ELD의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 목적은 유기EL층의 패턴불량이 방지되고 고해상도를 구현할 수 있는 ELD 의 제조방법을 제공하는데 있다.

이를 위한 본 발명은 주사선 및 신호선에 의하여 정의된 화소셀과, 상기 화소셀에 주사선 및 신호선에 전기적으로 연결되도록 형성되는 스위칭소자를 구비하는 기판을 마련하는 공정과, 상기 기판의 전면을 덮는 보호막을 형성하는 공정과, 상기 보호막에 상기 스위칭소자의 일 전극을 노출시키는 콘택홀을 형성하는 공정과, 상기 노출된 스위칭소자의 일 전극에 연결되는 유기EL부의 애노드층을 형성하는 공정과, 상기 애노드층을 포함하는 기판의 노출된 전면에 유기EL부의 유기EL층을 형성하기 위한 유기층과 유기EL부의 캐쏘드층을 형성하기 위한 금속층을 연속적으로 형성하는 제 1 공정과, 상기 금속층 상에 유기EL부를 정의하는 드라이필름패턴을 형성하는 제 2 공정과, 상기 드라이필름을 마스크로하여 상기 금속층과 상기 유기층을 식각하여 상기 캐쏘드층 및 유기EL층을 순차적으로 형성하는 제 3 공정과, 상기 드라이필름패턴을 제거하는 제 4 공정을 포함하는 전기발광소자의 제조방법을 제공한다.

이 때, 상기 드라이필름패턴의 형성공정은, 상기 금속층 상에 드라이필름막을 형성하는 단계와, 상기 드라이필름막을 레이저로 패터닝하는 단계를 포함할 수 있다.

이하, 하기 실시예와 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 유기EL층의 패턴불량의 원인이 되고, 고해상도를 구현하는데 한계를 주는 요소인 쉐도우 마스크를 사용하는 대신에 드라이필름(dry film)을 사용하여 유기EL층을 형성하는 것이 특징이다.

발광영역인 EL부를 본 발명에 따른 ELD 제조공정의 마지막 도면인 도 2h를 참조하여 설명하면, EL부는 보호막(210) 상에 애노드인 투명도전층(26-1)(26-2)(26-3), 발광부인 유기EL층(27-1)(27-2)(27-3), 캐쏘드인 금속층(28-1)(28-2)(28-3)이 적층되어 있는 구조를 가진다. 애노드인 투명도전층은 각각의 화소셀에 독립적으로 형성할 수 있도록 화소셀마다 분리되어 형성된다. 그리고, 유기EL층 역시 각각의 화소셀에 독립적으로 형성할 수 있도록 화소셀마다 분리되어 형성된다. EL부의 상부층인 캐쏘드인 금속층은 공통전극으로 사용되므로, 각 화소셀을 모두 덮도록 기판 전면에 형성된다.

캐소드로 사용되는 금속층은 칼륨, 나트륨, 칼슘 및 리튬과 같은 낮은 일함수를 가지는 금속물질을 사용하여 형성한다.

유기EL층은 애노드층에 접하는 홀주입및수송영역(hole injecting and transporting region) 영역과 이와 졍션을 이루는 전자주입및수송영역(electron injecting and transporting region)을 구비하고 있다.

홀주입및수송영역은 단일 물질 혹은 다중 물질로 형성할 수 있는데, 애노드층에 접하는 홀주입영역 및 홀주입영역과 전자주입및수송영역의 사이에 위치하는 홀수송영역을 구비한다.

전자주입및수송영역 또한, 단일 물질 혹은 다중 물질로 형성할 수 있는데, 캐쏘드에 접하는 전자주입영역 및 전자주입영역과 홀주입및수송영역의 사이에 위치하는 전자수송영역을 구비한다.

전자와 홀의 재결합에 의하여 홀주입및수송영역과 전자주입및수송영역의 졍션부근 에서 발광이 일어난다.

이와 같이, 유기EL층(27-1)(27-2)(27-3)에서 발생한 각각의 광은 투명도전층(26-1)(26-2)(26-3)을 통하여 시야에 보이게 된다.

도 2a부터 도 2h는 본 발명에 따른 ELD의 제조공정을 개략적으로 나타낸 것이다.

도 2a를 참조하면, 주사선 및 신호선에 의하여 정의된 화소셀과, 화소셀 각각에 형성되되, 주사선 및 신호선에 전기적으로 연결되는 TFT를 구비하는 기판을 마련하고, 기판의 노출된 전면을 덮는 보호막(210)을 형성한다. 이 공정은 통상의 TFT를 구비하는 디스플레이 제조공정과 동일하게 진행하면 된다.

바툼게이트형 TFT를 스위칭소자로 사용하는 기판을 마련할 경우에는 다음 공정에 의하여 기판이 제조될 수 있다.

절연기판(200) 상에 게이트전극(21)을 형성하고, 기판의 전면을 덮는 게이트절연막(22)을 형성한다. 이어서, 게이트전극(21) 상부의 게이트절연막(22) 상에 스위칭소자의 활성영역인 반도체층(23)과 오믹콘택층인 불순물반도체층(24)을 형성한다. 그리고, 게이트절연막(22) 상에 반도체층(23)에 전기적으로 연결되는 소오스전극(25S) 및 드레인전극(25D)과 신호선을 형성하고, 소오스전극(25S)과 드레인전극(25D) 사이로 노출되는 불순물반도체층 부분을 제거한다.

절연기판(200)은 석영, 혹은 유리와 같은 결정질 물질을 사용할 수 있다.

게이트전극(21)은 절연기판(200) 상에 통상의 도전층을 2000∼4000Å두께로 증착한 후, 사진식각하여 형성할 수 있다. 이 때, 게이트전극(21)에 연결되는 주사선도 함께 형성할 수 있다.

게이트절연막(22)은 통상의 절연막 증착기술을 통하여 실리콘 산화막 혹은 실리콘 질화막을 3000∼5000Å두께로 증착하여 형성할 수 있다.

반도체층(23)과 불순물반도체층(24)은 게이트절연막(22) 상에 비정질 실리콘층과 불순물 비정질 실리콘층을 각각 1500∼2500Å, 200∼500Å의 두께로 연속적으로 증착한 후, 순차적으로 사진식각하여 형성할 수 있다. 이 때, 비정질 실리콘층과 불순물 비정질 실리콘층을 결정화한 후 사진식각하여 형성할 수도 있다.

소오스전극(25S)과 드레인전극(25D)은 기판의 노출된 전면에 통상의 도전층을 1500∼3000Å의 두께로 증착한 후, 사진식각하여 형성할 수 있다. 이 때, 소오스전극(25S)에 연결되는 신호선을 동시에 형성할 수 있다.

보호막(210)은 통상의 절연막 증착기술을 통하여 실리콘 산화막 혹은, 실리콘 질화막을 2500∼4000Å두께로 증착하여 형성할 수 있다.

보호막(210)을 BCB(BenzoCycloButane) 혹은, SOG(Spin On Glass)등과 같은 유기물질로 형성하는 경우에는 기판을 평탄하게 덮을 수 있도록 다소 두껍게 형성할 수 도 있다. 이와 같이, 보호막(210)을 평탄하게 형성하는 경우에는 후속공정 예를 들어, EL부를 형성하는 공정을 진행하는 과정에서 단차에 의한 불량발생을 줄일수 있고, 신호선과 파우어공급라인 상에 유전율이 낮은 유기막이 개재되어 배선간에 발생할 수 있는 커플링(coupling)효과를 감소할 수 있어서 좋은 화질을 얻을 수 있는 잇점이 있다.

도 2b를 참조하면, 보호막(210)을 사진식각하여 각 TFT의 드레인전극(25D)의 일부를 노출시키는 콘택홀을 형성한 다음, 드레인전극(25D)에 연결되는 유기 EL부의 애 노드층(26-1)(26-2)(26-3)을 각각 형성한다. 드레인전극에 연결되는 애노드층은 화소셀 각각에 대하여 독립적으로 신호를 전달해야 하므로 각각의 화소셀에 서로 분리되도록 형성한다.

설명의 편의를 위하여 제1, 제2 및 제3 화소셀 상부에 위치하는 애노드층들을 각각 제1, 제2 및 제3 애노드층(26-1)(26-2)(26-3)이라 정의한다.

애노드층은 통상의 투명도전층을 700∼1500Å의 두께로 기판 전면에 증착하여 형성할 수 있다.

도 2c를 참조하면, 기판의 노출된 전면에 제1발광색을 낼 수 있는 유기EL층을 형성하기 위한 제1유기층(EL1)과 캐쏘드층을 형성하기 위한 제1금속층(ML1)을 연속적으로 증착한다. 이어서, 노출된 기판의 전면에 드라이필름을 형성한 다음, 레이저 노광을 통하여 드라이필름을 선택적으로 제거하여 제1형 화소셀의 EL부만을 정의하는 제1드라이필름패턴(31)을 패터닝한다. 이 때, 드라이필름만을 제거할 수 있도록 레이저의 에너지 밀도를 조절한다.

도 2d를 참조하면, 제1드라이필름패턴(31)을 마스크로 하여 그 하단의 제1금속층(ML1)과 제1유기층(EL1)을 순차적으로 건식식각하여 제1애노드층(26-1) 상에 제1유기EL층(27-1)과 제1캐소드층(28-1)을 형성한다. 그 다음에, 제1캐쏘드층(28-1) 상에 식각마스크로 사용된 제1드라이필름패턴(31)을 에싱(ashing)작업에 의하여 제거한다.

상술한 바와 같은 EL부를 정의하는 드라이필름패턴은 포토리소그래피 공정을 사용하는 대신에 레이저광을 직접 드라이필름에 조사하는 과정을 통하여 형성한다. 이 와 같이, 패턴마스크로 드라이필름을 사용하는 경우에는 수분과 고온베이킹작업이 필수적으로 요구되는 포토리소그래피 공정을 진행하지 않기 때문에 유기EL층은 안정적으로 형성할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 패턴 형성시에 별도의 패턴마스크를 사용하는 대신에 레이저광을 직접 드라이필름에 조사하는 방법을 사용하기 때문에 공정이 훨신 단순화된다. 또한, 고해상도 특성이 있는 레이저를 사용하기 때문에 미세패턴의 형성이 가능하다.

도 2e를 참조하면, 다시 기판의 노출된 전면에 제2발광색을 낼 수 있는 유기EL층을 형성하기 위한 제2유기층(EL2)과 캐쏘드층을 형성하기 위한 제2금속층(ML2)을 연속적으로 증착한다. 이어서 노출된 기판의 전면에 다시 드라이필름을 형성한 다음, 레이저 노광을 통하여 드라이필름을 선택적으로 제거하여 제2형 화소셀의 EL부만을 정의하는 제2드라이필름패턴(32)을 패터닝한다. 이 때, 드라이필름만을 제거할 수 있도록 레이저의 에너지 밀도를 조절한다.

도 2f를 참조하면, 제2드라이필름패턴(32)을 마스크로 하여 그 하단의 제2금속층(ML2)과 제2유기층(EL2)을 순차적으로 건식식각하여 제2애노드층(26-2) 상에 제2유기EL층(27-2)과 제2캐소드층(28-2)을 형성한다.

이 때, 제2유기층을 건식식각하는 과정에서 제1캐쏘드층(28-1)은 제1유기EL층(27-1)을 보호하는 베리어로서의 기능을 한다.

그 다음에, 제2캐쏘드층(28-2) 상에 식각마스크로 사용된 제2드라이필름패턴(32)을 에싱(ashing)작업에 의하여 제거한다.

상기에서 알 수 있듯이, 제2유기EL층(27-2)과 제2캐소드층(28-2)을 형성하는 공정 은 제1유기EL층(27-1)과 제1캐소드층(28-1)을 형성하는 공정과 동일한 방법으로 진행된다.

도 2g를 참조하면, 제1유기EL층(27-1)과 제1캐소드층(28-1) 혹은, 제2유기EL층(27-2)과 제2캐소드층(28-2)을 형성하는 공정과 동일한 작업을 진행하여 제3애노드층(26-3) 상에 제3유기EL층(27-3)과 제3캐소드층(28-3)을 형성한다.

상기에서 유기EL부의 캐쏘드층을 형성하기 위한 제1, 제2 및 제3 금속층은 칼륨, 나트륨, 칼슘 및 리튬과 같은 낮은 일함수를 가지는 금속층을 1500∼2500Å두께로 증착하여 형성할 수 있다.

상기에서 각 화소셀에 형성되는 캐소드층(28-1)(28-2)(28-3)은 도면에 보인 바와 같이, 공통으로 연결되게 형성할 수 있다. 이는 드라이필름패턴의 크기를 적절하게 조절하여 성취할 수 있다. 그리고, 드라이필름패턴을 좁게 한정한다면, 화소셀 각각에 위치하는 캐쏘드층(28-1)(28-2)(28-3)을 분리하여 형성할 수 있다.

도 2h를 참조하면, 각각의 캐쏘드층(28-1)(28-2)(28-3)을 포함하는 기판의 노출된 전면에 통상의 금속층을 증착하여 캐쏘드층을 (28-1)(28-2)(28-3)을 공통으로 연결하는 공통전극(29)을 형성한다.

각 캐소드층(28-1)(28-2)(28-3)이 이미 공통으로 연결되어 있다면, 공통전극(29)의 형성은 생략할 수 있다.

이후에 기판의 노출된 전면을 덮는 커버층(220)을 형성한다.

본 발명은 제시된 실시예 뿐만이 아니라, 첨부된 특허청구범위 및 상술부분을 통하여 다양한 실시예로 구현될 수 있으며, 동업자에 의하여 다양한 방식으로 적용될 수 있다.

본 발명은 드라이필름과 레이저를 사용하여 EL부를 형성하기 때문에, 쉐도우 마스크를 사용하는 종래의 기술에서 야기되는 유기EL부의 패턴불량을 방지할 수 있고, 미세패턴의 형성이 가능하여 고정세의 제품을 제작할 수 있다. 또한, 레이저를 직접 드라이필름막에 조사하는 방법을 사용하기 때문에 제조공정을 단순화시킬 수 있다.

Claims

주사선 및 신호선에 의하여 정의된 화소셀과, 상기 화소셀에 주사선 및 신호선에 전기적으로 연결되도록 형성되는 스위칭소자를 구비하는 기판을 마련하는 공정과,

상기 기판의 전면을 덮는 보호막을 형성하는 공정과,

상기 보호막에 상기 스위칭소자의 일 전극을 노출시키는 콘택홀을 형성하는 공정과,

상기 노출된 스위칭소자의 일 전극에 연결되는 유기EL부의 애노드층을 형성하는 공정과,

상기 애노드층을 포함하는 기판의 노출된 전면에 유기EL부의 유기EL층을 형성하기 위한 유기층과 유기EL부의 캐쏘드층을 형성하기 위한 금속층을 연속적으로 형성하는 제 1 공정과,

상기 금속층 상에 유기EL부를 정의하는 드라이필름패턴을 형성하는 제 2 공정과,

상기 드라이필름을 마스크로하여 상기 금속층과 상기 유기층을 식각하여 상기 캐쏘드층 및 유기EL층을 순차적으로 형성하는 제 3 공정과

상기 드라이필름패턴을 제거하는 제 4 공정을 포함하는 전기발광소자의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 드라이필름패턴의 형성공정은,

상기 금속층 상에 드라이필름을 형성하는 단계와,

상기 드라이필름을 레이저 노광을 통하여 선택적으로 제거하는 단계를 포함하는 전기발광소자의 제조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 화소셀은 상기 기판에 제1, 제2 및 제3 형으로 구분되어 다수개로 정의되어 있어서, 상기 화소셀 각각에 스위칭소자, 애노드층을 형성하고,

상기 제 1 공정부터 제 4 공정을 진행하되, 상기 제 1 형 화소셀의 캐쏘드층과 유기EL층을 먼저 형성한 후에 상기 제 1 공정부터 제 4 공정을 반복실시하여 상기 제 2 형 화소셀의 캐쏘드층과 유기EL층 및 상기 제 3 형 화소셀의 캐쏘드층과 유기EL층을 순차적으로 형성하는 전기발광소자의 제조방법.
제3항에 있어서,

상기 캐쏘드층들을 공통으로 연결하도록 형성하는 전기발광소자의 제조방법.
제3항에 있어서,

상기 캐쏘드층들을 포함하는 기판의 노출된 전면을 덮는 공통전극을 형성하는 공정을 더 포함하는 전기발광소자의 제조방법.
제4항에 있어서,

상기 기판의 노출되 전면에 커버층을 형성하는 공정을 더 포함하는 전기발광소자의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 드라이필름패턴을 에싱작업에 의하여 제거하는 전기발광소자의 제조방법.
제5항에 있어서, 상기 기판의 노출된 전면에 커버층을 형성하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기발광소자의 제조방법.