KR100617175B1 - 유기 ｅｌ 소자 및 그의 제조방법 - Google Patents

유기 ｅｌ 소자 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기 EL 소자 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 외부로부터의 가스나 수분 침투를 최소화할 수 있도록 한 것이다.
본 발명에 따르면, 투명기판과, 이 투명기판 위에 형성되는 복수개의 띠형태의 양극용 투명전극과, 이 투명전극 상에 발광도트를 구현하기 위한 영역을 구획하기 위해 형성되는 절연층과, 이후에 형성될 음극용의 금속전극을 전기적으로 분리하기 위해 상기 절연층 위에 형성된 음극 분리용 격벽과, 상기 투명전극 상에 형성되어 발광유효면부를 형성하는 유기물질의 유기발광층과, 이 유기발광층 위에 형성되는 음극용 금속전극을 포함하여 구성된 것에 있어서, 상기 격벽은 절연층 위에 접하는 하부에서 상부로 갈수록 점차적으로 그 폭이 작아지도록 사다리꼴 또는 원호 형상으로 형성되고; 상기 유기발광층과 음극용 금속전극은 섀도우마스크를 이용하여 상기 절연층 및 격벽을 제외한 영역에 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자가 제공된다.
유기 EL 소자, OELD, 이엘 디스플레이

Description

유기 ＥＬ 소자 및 그의 제조방법{Organic Electro Luminescence Device and Method for Manufacturing the Same}
도 1은 종래의 일반적인 유기 EL 소자 구성을 개략적으로 나타낸 평면도
도 2는 도 1의 유기 EL 소자의 종단면도
도 3은 본 발명의 유기 EL 소자의 일 실시예의 구성을 나타내는 종단면도
도 4는 본 발명의 유기 EL 소자의 다른 실시예의 구성을 나타내는 종단면도
도 5는 본 발명의 유기 EL 소자의 제조과정의 일부를 설명하는 도면
*도면의 주요부분의 참조부호에 대한 설명*
1 - 투명기판 2 - 투명전극
3 - 절연층 40, 400 - 격벽
5 - 유기발광층 6 - 금속전극
10 - 섀도우마스크 L - 격벽 피치
본 발명은 유기 EL 소자에 관한 것으로, 특히 소자 외부로부터의 가스 및 수분 침투를 최소화할 수 있는 구조를 갖는 유기 EL 소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 최근 표시장치의 대형화에 따라 공간 점유가 적은 평면표시소자의 요구가 증대되고 있는데, 이러한 평면표시소자중 하나로서 유기 EL 소자가 주목되고 있다.
유기 EL 소자는 전자주입전극(cathode)과 정공주입전극(anode)으로부터 각각 전자와 정공을 유기물질로 된 발광층내로 주입시켜 주입된 전자와 홀이 결합하여 생성된 엑시톤(exciton)이 여기상태로부터 기저상태로 떨어질 때 발광하는 현상을 이용한 소자인데, 3∼20V정도의 낮은 전압으로 구동할 수 있다는 장점이 있어 연구가 활발하게 진행되고 있다.
또한, 유기 EL 소자는 넓은 시야각, 고속 응답성, 고 콘트라스트(contrast) 등의 뛰어난 특징을 갖고 있으므로 그래픽 디스플레이의 픽셀(pixel), 텔레비젼 영상 디스플레이나 표면광원(surface light source)의 픽셀로서 사용될 수 있으며, 얇고 가벼우며 색감이 좋기 때문에 차세대 평면 디스플레이에 적합한 소자이다.
이와 같은 용도로 사용되는 유기 EL 소자를 제작하는데 있어서 픽셀을 형성하기 위한 방법으로는 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 투광성 유리기판(이하, 투명기판이라 약칭함)(1) 위에 띠(strip) 형태로 된 양극(Anode)용 투명전극(2)과 절연층(3)들을 차례로 사진식각법 (Photolithography)으로 형성한 다음, 역시 마찬가지의 사진식각법으로 상기 절연층(3)위에 역삼각형(overhang) 형태의 음극 분리용 격벽(4)을 형성시킨 후, 상기 투명전극(2)과 격벽(4) 위에 유기물질로 된 유기발광층(5)을 소자의 전면에 진공증착법으로 입히는 과정으로 이루어진다. 여기서, 유기발광층(5)은 정공주입/수송층(hole injetion/transporting layer)와 발광층 및 전자주입/수송층(electron injetion/transporting layer)로 구성된다.
이어서, 상기 유기발광층(5) 위에 음극(cathode)용의 금속전극(6) 띠들을 진공증착법으로 형성한다.
그러나, 상기와 같은 종래의 유기 EL 소자는 격벽(4)이 역삼각형 형태로 형성되므로 픽셀 형성단계에서 유기발광층(5)이나 금속전극(6)을 증착할 때 증착되지 않는 부분이 발생하게 되는데, 이 경우 소자에 보호막(passivation)을 입힌다하더라도 상기와 같은 증착되지 않는 부분을 통해 소자 외부의 가스나 수분이 소량이라도 침투할 수 있으며, 이로 인해 발광도트가 수축되고 수명이 단축되는 문제가 유발되었다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 유기발광층(5)이나 금속전극(6)을 오버행(Overhang) 형태를 갖는 격벽(4)의 위쪽으로 증착시킬 때, 상기 격벽(4)의 보다 넓은 상부 부위에 의해 가려져서 증착되지 않는 부분이 생긴다. 이에 따라 상기 격벽(4)의 하부와, 상기 유기발광층(5) 및 금속전극(6) 사이의 틈을 통해 가스나 수분이 침투함으로써, 발광도트의 수축과 함께, 소자의 수명 감소를 초래하게 되는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 소자 구조를 개선하여 외부로부터의 가스나 수분 침투를 최소화할 수 있도록 한 유기 EL 소자 및 그의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 관점에 따르면, 투명기판과, 이 투명기판 위에 형성되는 복수개의 띠형태의 양극용 투명전극과, 이 투명전극 위에 발광도트를 구획하기 위한 일정한 패턴을 갖도록 형성되는 절연층과, 이 절연층 위에 형성된 음극 분리용 격벽과, 상기 투명전극 상에 형성되어 발광유효면부를 형성하는 유기물질의 유기발광층과, 이 유기발광층 위에 형성되는 음극용 금속전극을 포함하여 구성된 것에 있어서, 상기 격벽은 절연층 위에 접하는 하부에서 상부로 갈수록 점차적으로 그 폭이 작아지도록 형성되고; 상기 유기발광층과 음극용 금속전극은 상기 절연층 및 격벽을 제외한 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 한 관점에 따르면, 투명기판 위에 양극용 투명전극과 절연층을 차례로 형성하는 단계; 상기 절연층 위에 하부에서 상부로 갈수록 그 폭이 좁아지도록 격벽을 형성하는 단계; 섀도우 마스크(shadow mask)를 이용하여 상기 절연층 및 격벽을 제외한 영역에 유기발광층 및 금속전극을 차례로 증착하는 단계를 포함하여 구성된 유기 EL 소자 제조방법이 제공된다.
이하, 본 발명에 따른 유기 EL 소자 및 그의 제조방법의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 유기 EL 소자의 일 실시예를 나타낸 것으로, 투명기판(1) 상에 띠(strip) 형태의 양극(Anode)용 투명전극(2)과 절연층(3)이 발광도트를 형성하도록 일정한 패턴을 갖도록 형성되고, 상기 절연층(3) 위에는 사다리꼴 형태의 음극 분리용 격벽(40)이 형성되어 있으며, 상기 투명전극(2) 상에는 상기 절연층(3) 및 격벽(40)을 제외한 영역에 정공주입/수송층(hole injetion/transporting layer)과 발광층 및 전자주입/수송층 (electron injetion/transporting layer)으로 구성된 유기발광층(5)이 형성된 구성으로 되어 있다.
이 때, 상기 유기발광층(5)은 절연층(3) 끝단 가장자리 부분을 약간 덮도록 형성된다.
그리고, 상기 유기발광층(5) 위에는 이 유기발광층(5)과 절연층(3)을 완전히 덮도록 음극(cathode)용 금속전극(6)이 형성된다.
한편, 상기 실시예의 격벽(40)은 사다리꼴 형상으로 되어 있으나, 도 4에 도시된 실시예에서와 같이 격벽(400)이 원호 형상으로 형성될 수도 있으며, 이외에도 절연층(3)과 접하는 하부에서 상부로 갈수록 작아지는 형상을 하는 임의의 형태의 격벽이 본 발명에 적용될 수 있을 것이다.
상기와 같이 하여, 도 3에 도시된 바와 같이, 유기발광층(5) 및 금속전극(6)이 상기 격벽(40)의 양측면과 접하도록 증착 형성되면서 하부가 상부에 비해 넓은 형태를 갖는 격벽(40)과, 상기 유기발광층(5) 및 금속전극(6)사이에 틈이 생기지 않게 됨으로써, 상기 격벽(40)과, 유기발광층(5) 및 금속전극(6) 사이를 통한 가스나 수분의 침투를 사전에 방지함으로써, 발광도트의 수축을 억제할 수 있게 되며, 특히 도 4에 도시된 바와 같이 상기 유기발광층(5) 및 금속전극(6)이 격벽(400)의 외주면을 거의 덮을 정도로 형성됨으로써, 격벽(400) 하부로의 가스나 수분의 침투 억제를 더욱 도모할 수 있게 된다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 유기 EL 소자를 제조하는 과정 중 유기발광층(5) 및 금속전극(6)을 형성하는 과정을 나타낸 것이다.
먼저, 본 발명은 유기 EL 소자 구성에서 격벽(40, 400)이 형성되는 단계까지는 종래의 유기 EL 소자의 격벽 형성 단계까지와 동일한 과정으로 이루어진다.
즉, 유리와 같은 투명기판(1) 상에 띠 형태로 투명전극(2)과 절연층(3)이 사진식각법(photolithography)에 의해 차례로 형성된 다음, 사다리꼴 형상의 격벽(40)이 역시 사진식각법으로 절연층(3) 위에 형성된다.
이어, 도 5의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이 소자 위에 섀도우마스크(10)가 놓여진 상태로 절연층(3)과 격벽(40)을 제외한 영역에 유기발광층(5)이 증착되는데, 이 때, 이 과정에서 유기발광층(5)은 상기 섀도우마스크(10)가 1격벽 피치(L) 씩 이동하며 2회에 걸쳐 증착된다.
여기서, 상기와 같이 유기발광층(5)을 1회에 증착시키지 않고 2회 또는 그 이상으로 증착시키는 이유는 섀도우마스크(10)의 지지강도 유지 및 제작상의 어려 움에 기인한다.
구체적으로 설명하면, 상기 사다리꼴 또는 원호형상의 격벽(40)은 발광하지 않는 면에 포함되므로 최소한 작게 형성하는 것이 소자의 개구율을 높이는데 유리하므로 통상 수십 마이크로미터 이하의 매우 좁은 폭으로 형성된다.
반면에, 소자의 발광은 양극용 투명전극(2) 상층의 유기발광층(5) 및 음극용 금속전극(6)에 의해 형성되는 발광면에서 이루어지며, 이 발광면은 상기한 격벽(40) 보다 큰 영역을 차지하게 된다.
그런데, 상기 유기발광층(5)과 금속전극(6)을 증착하기 위한 섀도우마스크(10)는 면적이 넓은 발광면 상에 위치하게 되는 부분에는 증착을 위해 구멍(11)이 형성되어 있고, 면적이 매우 좁은 비발광 영역에 위치하는 부분은 막혀 있는 바, 1회에 소자의 모든 부분을 동시 증착하기 위해서는 발광면에 해당하는 모든 부분이 천공되어야 하므로 섀도우마스크(10) 자체에서 지지하는 부분이 매우 작아지게 되고, 이에 따라 자체 지지 강도를 유지하기 어렵고 제작이 난해하게 된다.
따라서, 도 5에 도시한 바와 같이 섀도우마스크(10)에 형성되는 구멍(11)의 수를 반 또는 그 이하로 줄여 섀도우마스크를 1피치 간격으로 이동시키면서 증착작업을 2회 또는 그 이상의 횟수로 실시하는 것이 바람직하게 되는 것이다.
물론, 섀도우마스크(10)의 자체 지지강도와 제작상의 용이함을 확보할 수 있다면 1회에 소자 전면을 증착하는 것이 바람직할 것이다.
한편, 상기와 같이 섀도우마스크(10)를 이용하여 유기발광층(5)을 증착한 다음, 도 5의 (c)와 (d)에 도시한 것처럼, 전술한 유기발광층(5) 증착과정과 동일하 게 섀도우마스크(10)를 1 격벽 피치(L)씩 이동하여 음극용 금속전극(6)을 증착시킨다.
이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 상기 격벽의 하부가 상부에 비해 넓게 형성되므로 외부의 가스나 수분이 격벽과, 상기 유기발광층 및 금속전극 사이의 틈을 통해 유입되는 것이 사전에 차단됨으로써, 소자의 발광도트의 수축이 억제되고 수명이 증가하게 된다.
또한, 유기발광층(5) 및 금속전극(6) 증착 작업시 섀도우마스크를 이용하므로 소자의 원하는 부분, 즉 절연층(3) 및 격벽(40, 400)을 제외한 영역에만 유기발광층(5) 및 금속전극(6)을 선택적으로 증착시킴으로써, 격벽 하부의 절연층과, 격벽 양측의 유기발광층이 소자내 대기에 노출되는 것을 사전에 차단하여 발광도트의 수축으로 인한 소자의 수명 단축을 방지할 수 있게 된다.

Claims (5)

  1. 투명기판과, 이 투명기판 위에 형성되는 복수개의 띠형태의 양극용 투명전극과, 이 투명전극 위에 발광도트를 구획하기 위한 일정한 패턴을 갖도록 형성되는 절연층과, 이 절연층 위에 형성된 음극 분리용 격벽과, 상기 투명전극 상에 형성되어 발광유효면부를 형성하는 유기물질의 유기발광층과, 이 유기발광층 위에 형성되는 음극용 금속전극을 포함하여 구성된 것에 있어서,
    상기 격벽은 절연층 위에 접하는 하부에서 상부로 갈수록 점차적으로 그 폭이 작아지도록 형성되고; 상기 유기발광층과 음극용 금속전극은 상기 절연층 및 격벽을 제외한 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 격벽은 사다리꼴 형상으로 된 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 격벽은 원호형상으로 된 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
  4. 투명기판 위에 양극용 투명전극과 절연층을 차례로 형성하는 단계;
    상기 절연층 위에 하부에서 상부로 갈수록 그 폭이 좁아지도록 격벽을 형성하는 단계;
    섀도우 마스크(shadow mask)를 이용하여 상기 절연층 및 격벽을 제외한 영역에 유기발광층 및 금속전극을 차례로 증착하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 섀도우 마스크를 이용하여 유기발광층 및 금속전극을 증착하는 단계에서 섀도우 마스크를 1 격벽 피치씩 이동하며 다수 단계에 걸쳐 유기발광층 및 금속전극의 증착이 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자 제조방법.
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