KR100668415B1 - 유기발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기발광소자(Organic Light Emitting Diode, 이하, 'OLED'라 함) 및 그 제조방법에 관한 것으로, 기판 상에 일정한 간격으로 형성된 애노드 전극과, 상기 애노드 전극 사이의 기판 상에 형성되며, 소정의 이온빔을 이용하여 그 표면이 경화된 유기 절연막과, 상기 애노드 전극 상에 형성되며, 발광층을 포함한 유기 다층막과, 상기 유기 다층막 상에 형성된 캐소드 전극을 포함함으로써, OLED의 대조비를 향상시킬 수 있으며, 유기 절연막의 표면을 경화시킴에 따라 유기 절연막으로부터 유기물 가스가 새어나오는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 투습도 및 투산소도를 높일 수 있는 효과가 있다.

유기발광소자, 유기 절연막, 이온빔 조사, 대조비

Description

유기발광소자 및 그 제조방법{Organic light emitting diode and a method for manufacturing the same}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광소자를 설명하기 위한 단면도.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

100 : 기판, 200 : 애노드 전극,

300 : 유기 절연막, 400 : 발광층을 포함한 유기 다층막,

500 : 캐소드 전극, 600 : 캐소드 격벽

본 발명은 유기발광소자(Organic Light Emitting Diode, 이하, 'OLED'라 함) 및 그 제조방법에 관한 것으로, 유기 절연막을 이온빔으로 조사하여 유기 절연막의 표면을 경화시킴으로써, 유기 절연막으로부터 유기물 가스가 새어나오는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 OLED의 대조비를 향상시킬 수 있으며, 투습도 및 투산소도를 높일 수 있도록 한 유기발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

21세기 고도의 정보화 시대를 맞이하여 새로운 미래형 디스플레이(Display) 소자의 연구 개발은 무엇보다 중요시되고 있다. 특히, 유비쿼터스 혁명과 함께 그와 관련한 반도체와 디스플레이 등의 소재 개발과 관련된 기술이 관건으로 제시되고 있으며, 특히 천연색 표시 소자에 응용되는 면에서는 OLED가 주목을 받고있다.

상기 OLED는 차세대 디스플레이 소자인 두루마기형 디스플레이 기술을 구현할 수 있는 평판 디스플레이로 잘 알려져 있는 것으로 현재는 유리기판을 소재로 하여 LCD 백 라이트(Back-Light)나 휴대형 디스플레이소자로 실용화되고 있는 디스플레이이다.

이러한 OLED는 전자(Electron)와 정공(Hole)이 전자-정공쌍(Electron-Hole Pair)을 생성하고, 그들이 바닥상태(Ground State)로 떨어지는 과정을 통해 빛이 발생하는 소자이다.

또한, 상기 OLED는 10V 이하의 낮은 구동 전압에서 빛의 삼원색 모두가 나오고, 유기 단분자의 경우 고해상도 및 천연색을 구현하는데 우수성을 보이고 있다.

또한, 상기 유기 고분자의 경우 대면적 디스플레이를 저비용으로 제조할 수 있으며, 휘어질 수 있는 특성과 빠른 응답 속도(Response time)를 가지는 이점이 있다.

한편, 상기 OLED는 구동방식에 따라서 패시브 매트릭스형(passive matrix type) OLED와 액티브 메트릭스형(active matrix type) OLED로 구분된다. 상기 패시브 매트릭스형 OLED는 애노드 전극과 캐소드 전극이 각각 라인으로 형성되어 교차되는 부분에 전계가 가해지도록 되어 있다.

이때, 상기 애노드 전극은 감광막을 사용한 식각 공정을 통하여 패턴으로 형성되며, 캐소드 격벽을 상기 애노드 전극 사이에 형성한 후 상기 캐소드 전극 증착 시 상기 캐소드 격벽에 의해 패터닝되도록 형성한다.

반면에, 상기 액티브 매트릭스형 OLED는 각각의 스위칭 소자에 패터닝된 애노드 전극이 연결되고, 캐소드 전극은 한 패턴으로 소자 혹은 패널 전체에 형성되어 각각의 픽셀에 전계가 걸리도록 구성된다.

상기 패시브 매트릭스형 OLED나 상기 액티브 매트릭스형 OLED의 경우 공통적으로 형성되는 층으로서 애노드용 절연막이 있다.

이러한 애노드용 절연막은 애노드 전극 에지(edge)에 전계가 과하게 걸리는 것을 막으며, 상기 애노드 전극 에지 쪽에서의 누설 전류양을 줄이기 위해 형성되는 것으로서, 대부분 폴리머인 감광막을 이용하여 형성하고 있으며, 경우에 따라 SiO₂, Al₂O₃ 등과 같은 무기박막으로 형성하기도 한다. 이와 같이 애노드용 절연막이 형성된 후 유기물 발광층이 형성되고 마지막으로 캐소드 전극을 형성함으로써 소자의 제조공정이 마무리된다.

한편, 대부분 표시소자의 경우 디스플레이의 성능을 향상시키기 위하여 대조비를 향샹시키기 위한 블랙 매트릭스를 형성한다. 이러한 대조비는 디스플레이에서 발광하는 원하는 빛과 주변에서 섞여 들어오는 원치 않는 빛의 비율로 정의되는데 대조비가 높을수록 선명하게 보인다.

이러한 발광소자의 대조비를 높이기 위한 종래 기술로서 대한민국 공개특허 공보 제2003-0044565호(블랙 매트릭스를 가진 유기 발광 표시장치 및 그것의 제조방법)에서는 스퍼터나 전자빔 증착기를 이용하여 애노드 전극 사이에 형성되도록 불투과성 재질의 금속인 Cr, Mo, Ti, Ta 및 W 등을 약 1000~3000Å 두께범위로 증착하여 식각한 후 약 200~500℃에서 열처리하여 금속박막을 까맣게 변하게 함으로써 블랙 매트릭스를 형성하도록 제안한 바 있다.

그러나, 상기 종래 기술의 경우 금속박막 형성을 위한 새로운 마스크를 사용해야하는 번거로움이 있을 뿐만 아니라 고온에서의 열처리는 플라스틱 기판 상에 소자를 제조할 때에는 사용할 수 없는 어려움이 있다.

그 외에 대한민국 공개특허공보 제2003-65706호(블랙 매트릭스를 구비한 평판표시장치 및 그의 제조방법)에서는 기판 전면에 투명 도전막을 형성하고 투명도전막 중에서 박막 트랜지스터가 형성되는 영역에 선택적으로 불순물 이온빔을 조사하여 투과도를 변형시킴으로써 블랙 매트릭스를 형성하는 기술을 제안한 바 있다.

그러나, 상기의 종래 기술도 마찬가지로 마스크 수가 늘어나는 번거로움이 있으며 특히, 고에너지 사용 시 이온빔조사 장비의 대면적화 등의 어려움이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 공정의 번거로움을 피하면서 대조비를 증가시킬 수 있는 방법을 제공하기 위하여 애노드용 유기 절연막의 투과도를 변형시킴으로써, 블랙 매트릭스의 효과를 얻을 수 있도록 한 유기발광소자 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 유기 절연막을 이온빔으로 조사하여 유기 절연막의 표면을 경화시킴으로써, 유기 절연막으로부터 유기물 가스가 새어나오는 것을 방지할 수 있도록 한 유기발광소자 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 유기 절연막의 표면 경화로 인하여 유기 절연막의 투산소도 및 투습도를 향상시킴으로써, 플라스틱 소자의 경우 애노드 전극 사이의 약화되는 배리어 특성을 향상시킬 수 있도록 한 유기발광소자 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 유기 절연막의 내화학적 특성을 강화함으로써, 저온에서 공정한 유기 절연막 상에 캐소드 격벽의 형성 시 유기 절연막의 화학적 손상을 예방할 수 있도록 한 유기발광소자 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 측면은, 기판 상에 일정한 간격으로 형성된 애노드 전극; 상기 애노드 전극 사이의 기판 상에 형성되며, 소정의 이온빔을 이용하여 그 표면이 경화된 유기 절연막; 상기 애노드 전극 상에 형성되며, 발광층을 포함한 유기 다층막; 상기 유기 다층막 상에 형성된 캐소드 전극을 포함하는 유기발광소자를 제공하는 것이다.

여기서, 상기 유기 절연막 상의 소정영역에 형성된 캐소드 격벽 및 상기 캐소드 격벽 상에 순차적으로 형성된 상기 발광층을 포함한 유기 다층막 및 상기 캐소드 전극을 더 포함함이 바람직하다.

바람직하게는, 상기 유기 절연막은 상기 애노드 전극의 에지 주변을 감싸도록 형성된다.

본 발명의 제2 측면은, (a) 기판 상에 일정한 간격으로 애노드 전극을 형성 하는 단계; (b) 소정의 유기 감광막을 이용하여 상기 애노드 전극 사이의 기판 상에 유기 절연막을 형성하는 단계; (c) 상기 유기 절연막 상에 소정의 이온빔을 조사하여 상기 유기 절연막의 투과도를 저하시키는 단계; 및 (d) 상기 애노드 전극 상에 순차적으로 발광층을 포함한 유기 다층막 및 캐소드 전극을 형성하는 단계를 포함하는 유기발광소자의 제조방법을 제공하는 것이다.

여기서, 상기 단계(b)에서, 상기 유기 절연막은 소정의 유기 감광막을 이용하여 스핀 코팅법으로 형성한 후에 100 내지 160℃의 온도 범위에서 하드 베이킹하여 상기 애노드 전극의 에지 주변을 감싸도록 형성함이 바람직하다.

바람직하게는, 상기 단계(c)에서, 상기 이온빔은 10 내지 50kev의 저에너지원으로 조사한다.

바람직하게는, 상기 단계(c)에서, 상기 이온빔을 위한 가스로 아르곤(Ar), 질소(N₂), 수소(H₂) 또는 크세논(Xe) 중 적어도 어느 하나의 물질을 사용한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광소자를 설명하기 위한 단면도이 다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광소자(Organic Light Emitting Diode, 이하, 'OLED'라 함)는 예컨대, 유리 혹은 플라스틱 등의 기판(100) 상에 일정한 간격으로 형성된 애노드 전극(200)과, 상기 애노드 전극(200) 사이의 기판(100) 상에 소정의 이온빔을 이용하여 형성된 유기 절연막(300)과, 상기 애노드 전극(200) 상에 형성되며 발광층을 포함한 유기 다층막(400)과, 상기 유기 다층막(400) 상에 형성된 캐소드 전극(500)을 포함하여 이루어진다.

추가적으로, 상기 유기 절연막(300) 상의 소정영역에는 캐소드 격벽(600)을 더 형성할 수 있으며, 상기 캐소드 격벽(600) 상에는 상기 발광층을 포함한 유기 다층막(400) 및 상기 캐소드 전극(500)을 순차적으로 더 형성할 수 있다.

또한, 상기 유기 절연막(300)은 상기 애노드 전극(200)의 에지(edge) 주변 을 감싸도록 형성됨이 바람직하다.

그리고, 상기 이온빔은 약 10 내지 50kev의 저에너지원으로 조사되고, 상기 이온빔을 위한 가스로는 예컨대, 아르곤(Ar), 질소(N₂), 수소(H₂) 또는 크세논(Xe) 등의 물질들 중 적어도 어느 하나의 물질을 사용할 수 있다.

또한, 상기 이온빔을 통해 주입되는 이온의 양은 약 0.5 내지 4×10¹⁷ ions/㎠로 주입됨이 바람직하다.

한편, 본 발명의 일 실시예에서는 패시브 매트릭스형 OLED로 구현하였지만, 이에 국한하지 않으며, 액티브 매트릭스형 OLED로 구현할 수도 있다.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.

도 2a를 참조하면, 예컨대, 유리 혹은 플라스틱 등의 기판(100) 상에 애노드 전극(200)을 일정한 간격으로 패터닝하여 형성한다.

도 2b를 참조하면, 상기 패터닝된 애노드 전극(200)상에 소정의 유기 감광막을 이용하여 상온에서 상기 유기 절연막(300)을 스핀 코팅한 후 패터닝하고, 약 100 내지 160℃의 온도 범위에서 하드 베이킹하여 상기 애노드 전극(200)의 에지 주변을 감싸도록 상기 유기 절연막(300)을 패터닝한다.

도 2c를 참조하면, 상기 패터닝된 유기 절연막(300) 상에 소정의 이온빔을 조사하여 상기 유기 절연막(300)의 투과도를 저하시킨다.

즉, 도 2b의 과정을 거쳐 제조된 결과물을 이온빔 조사를 위한 챔버(미도시) 내에 배치시킨 후, 예컨대, 아르곤(Ar), 질소(N₂), 수소(H₂) 또는 크세논(Xe) 등의 가스분위기에서 약 10 내지 50kev의 저에너지원으로 이온빔을 조사한다. 이때, 주입되는 이온의 양은 약 0.5 내지 4×10¹⁷ ions/㎠으로 주입함이 바람직하다.

상기와 같이 저에너지원으로 이온빔을 조사할 경우 상기 유기 절연막(300)의 투과도만 변화를 가져오고 화소영역인 전도막 즉, 애노드 전극(200)에는 변화가 없다. 또한, 상기 이온빔 조사에 필요한 에너지는 사용하는 유기 절연막에 따라 다소 차이를 보이게 되나 대부분의 경우 약 50Kev를 초과하지 않도록 함이 바람직하다.

이와 같이 이온빔 조사를 통해 블랙 절연막이 형성되면 발광영역을 제외하고 는 모두 블랙층을 형성하게 되고 외부로부터 들어오는 빛과 전극 배선 등에 의해 반사되는 빛 등이 모두 블랙 절연막에 의해 흡수되므로 표시소자의 대조비를 향상시키게 된다. 따라서, 별도의 마스크를 사용할 필요가 없으므로, 간단한 공정으로 블랙 매트릭스를 형성할 수 있다.

도 2d를 참조하면, 상기 애노드 전극(200) 상에 순차적으로 발광층을 포함한 유기 다층막(400) 및 캐소드 전극(500)을 형성한다.

추가적으로, 상기 유기 절연막(300) 상의 소정영역에 캐소드 격벽(600)을 더 형성한 후, 상기 캐소드 격벽(600) 상에 상기 발광층을 포함한 유기 다층막(400) 및 상기 캐소드 전극(500)을 순차적으로 더 형성할 수 있다.

이때, 상기 캐소드 격벽(600)을 형성하게 되면, 상기 애노드 전극(200) 및 상기 캐소드 격벽(600)의 상부에 상기 발광층을 포함한 유기 다층막(400) 및 상기 캐소드 전극(500)이 순차적으로 동시에 패터닝되도록 형성함이 바람직하다.

한편, 본 발명의 일 실시예에서는 패시브 매트릭스형 OLED로 구현하였지만, 이에 국한하지 않으며, 액티브 매트릭스형 OLED로 구현할 경우 트랜지스터를 비롯하여 전기 배선 부분 모두 유기 절연막(300)으로 도포되도록 설계하면 전기 배선에 의한 반사도 막을 수 있으므로 훨씬 더 대조비를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

상기와 같은 방법으로 이온빔을 조사한 폴리머의 경우 투습도가 조사하지 않을 때(약 28 g/㎡/day)보다 질소(N₂) 이온빔의 조사 후 약 5.8 g/㎡/day로 향상되는 것을 관측할 수 있었다.

특히, 약 150℃ 미만의 저온에서 열처리 공정을 진행한 유기 절연막(300)의 경우 후속 공정인 캐소드 격벽(600) 공정 시 격벽용 폴리머에 포함된 용매에 의해 유기 절연막(300)이 손상을 받았으나, 이온빔 조사 후에는 아무런 화학적 손상을 받지 않음을 관찰하였다.

그러므로, 상기 이온빔 조사로 인하여 내화학성이 많이 향상되었음을 알 수 있었다. 상기 이온빔 조사를 한 유기 절연막(300)의 경우 투과도가 약 80%에서 약 55%로 감소됨을 확인함으로서 블랙 매트릭스로서의 효과를 확인할 수 있었다.

전술한 본 발명에 따른 유기발광소자 및 그 제조방법에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 유기발광소자 및 그 제조방법에 따르면, 유기 절연막을 이온빔으로 조사하여 유기 절연막의 표면을 경화시킴으로써, 유기 절연막으로부터 유기물 가스가 새어나오는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 OLED의 대조비를 향상시킬 수 있으며, 투습도 및 투산소도를 높일 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 유기 절연막의 내화학적 특성을 강화함으로써, 저온에서 공정한 유기 절연막 상에 캐소드 격벽의 형성 시 유기 절연막의 화학적 손 상을 예방할 수 있는 이점이 있다.

Claims (10)

1. 기판 상에 일정한 간격으로 형성된 애노드 전극;

   상기 애노드 전극 사이의 기판 상에 형성되며, 소정의 이온빔을 이용하여 그 표면이 경화된 유기 절연막;

   상기 애노드 전극 상에 형성되며, 발광층을 포함한 유기 다층막;

   상기 유기 다층막 상에 형성된 캐소드 전극을 포함하는 유기발광소자.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 유기 절연막 상의 소정영역에 형성된 캐소드 격벽 및 상기 캐소드 격벽 상에 순차적으로 형성된 상기 발광층을 포함한 유기 다층막 및 상기 캐소드 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 유기 절연막은 상기 애노드 전극의 에지 주변을 감싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 이온빔은 10 내지 50kev의 저에너지원으로 조사되는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 이온빔을 위한 가스로 아르곤(Ar), 질소(N₂), 수소 (H₂) 또는 크세논(Xe) 중 적어도 어느 하나의 물질이 사용되는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
6. (a) 기판 상에 일정한 간격으로 애노드 전극을 형성하는 단계;

   (b) 소정의 유기 감광막을 이용하여 상기 애노드 전극 사이의 기판 상에 유기 절연막을 형성하는 단계;

   (c) 상기 유기 절연막 상에 소정의 이온빔을 조사하여 상기 유기 절연막의 투과도를 저하시키는 단계; 및

   (d) 상기 애노드 전극 상에 순차적으로 발광층을 포함한 유기 다층막 및 캐소드 전극을 형성하는 단계를 포함하는 유기발광소자의 제조방법.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 단계(b)에서, 상기 유기 절연막은 소정의 유기 감광막을 이용하여 상온에서 스핀 코팅법으로 형성한 후에 100 내지 160℃의 온도 범위에서 하드 베이킹하여 상기 애노드 전극의 에지 주변을 감싸도록 형성하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자의 제조방법.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 단계(c)에서, 상기 이온빔은 10 내지 50kev의 저에너지원으로 조사하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자의 제조방법.
9. 제 6 항에 있어서, 상기 단계(c)에서, 상기 이온빔을 위한 가스로 아르곤(Ar), 질소(N₂), 수소(H₂) 또는 크세논(Xe) 중 적어도 어느 하나의 물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자의 제조방법.
10. 제 6 항에 있어서, 상기 단계(c) 이후에, 상기 유기 절연막 상의 소정영역에 캐소드 격벽을 형성하고, 상기 캐소드 격벽 및 상기 애노드 전극 상에 상기 발광층을 포함한 유기 다층막 및 상기 캐소드 전극을 순차적으로 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자의 제조방법.

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