KR100731729B1 - 유기 전계 발광 소자의 제조 방법 - Google Patents

유기 전계 발광 소자의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

유기 전계 발광 소자의 제조 방법을 제공한다. 상기 방법은 공간 광 변조기(SLM: Spatial Light Modulator)를 구비한 레이저 조사 장치를 이용하여 상기 도너 기판의 소정 영역에 레이저빔을 조사하여 상기 기판 상에 유기막층 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. LITI를 이용하여 유기막층 패턴을 형성함에 있어서, 공간 광 변조기를 이용함으로써 다양한 형태를 갖는 입사광을 균질하게 조절할 수 있고 또한, 원하는 형태의 프로파일을 갖는 레이저빔을 형성할 수 있어 마스크를 사용하지 않고서도 유기막층 패턴을 형성할 수 있는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법을 제공하는 이점이 있다.
LITI, 공간 광 변조기(SLM: Spatial Light Modulator), 레이저 다이오드(Laser Diode)

Description

유기 전계 발광 소자의 제조 방법{Method of fabricating organic electroluminescence display device}
도 1은 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자의 제조 방법을 설명하는 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 공간 광 변조기에 의한 변조를 설명하는 개략도,
도 3은 본 발명에 따른 공간 광 변조기에 의한 변조에 의해 얻어지는 레이저빔의 균질화를 설명하는 모식도,
도 4는 본 발명에 따른 디지탈 마이크로미러 디바이스(DMD)형 공간 광 변조기에 의한 변조에 의해 얻어지는 레이저빔의 빔 프로파일(profile)을 설명하는 모식도,
도 5는 본 발명에 따른 레이저 다이오드에서 발생한 레이저빔의 디지탈 마이크로미러 디바이스형 공간 광 변조기에 의한 변조에 의해 얻어지는 빔 프로파일을 설명하는 모식도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 레이저 조사 장치 110 : 기판
120 : 도너 기판 130 : 유기막층
140 : 레이저 발생기 150 : 레이저빔
160, 260, 360: 공간 광 변조기 170 : 프로젝션 렌즈
210 : 회절격자 220 : 반사면
460, 560 : 디지탈 마이크로미러 디바이스(DMD)형 공간 광 변조기
본 발명은 유기 전계 발광 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LITI(Laser Induced Thermal Imaging)를 이용한 유기막층 패턴의 형성시, 공간 광 변조기를 구비한 레이저 조사 장치를 이용하여 상기 유기막층 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 평판 표시 소자인 유기 전계 발광 소자는 애노드전극과 캐소드전극 그리고, 상기 애노드전극과 캐소드전극 사이에 개재된 유기막층들을 포함한다. 상기 유기막층들은 최소한 발광층을 포함하며, 상기 발광층외에도 정공주입층, 정공수송층, 전자수송층, 전자주입층을 더욱 포함할 수 있다. 이러한 유기 전계 발광 소자는 상기 유기막층 특히, 상기 발광층을 이루는 물질에 따라서 고분자 유기 전계 발광 소자와 저분자 유기 전계 발광 소자로 나뉘어진다.
이러한 유기 전계 발광 소자에 있어 풀칼라화를 구현하기 위해서는 상기 발 광층을 패터닝해야 하는데, 상기 발광층을 패터닝하기 위한 방법으로 저분자 유기 전계 발광 소자의 경우 섀도우 마스크(shadow mask)를 사용하는 방법이 있고, 고분자 유기 전계 발광 소자의 경우 잉크-젯 프린팅(ink-jet printing) 또는 레이저에 의한 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging; 이하 LITI라 한다)이 있다. 이 중에서 상기 LITI는 상기 유기막층을 미세하게 패터닝할 수 있고, 대면적에 사용할 수 있으며 고해상도에 유리하다는 장점이 있을 뿐만 아니라, 상기 잉크-젯 프린팅이 습식 공정인데 반해 이는 건식 공정이라는 장점이 있다.
이러한 LITI에 의한 유기막층 패턴의 형성 방법은 적어도 레이저 발생기, 유기 전계 발광 소자 기판 및 도너 기판을 필요로 한다. 상기 기판 상에 유기막층을 패터닝하는 것은 상기 레이저 발생기에서 나온 레이저빔이 상기 도너 기판의 광-열 변환층에 흡수되어 열에너지로 변환되고, 상기 열에너지에 의해 전사층을 이루는 물질이 상기 기판 상으로 전사되면서 수행된다. 이는 한국 특허 출원 제 1998-51844호 및 미국 특허 제 5,998,085호, 6,214,520호 및 6,114,088호에 개시되어 있다.
상기 유기막층 패턴을 형성하기 위해서는 상기 레이저빔 즉, 입사광을 균질하게 조절할 필요가 있으며 또한, 형성하고자 하는 모양대로 패터닝을 할 필요가 있다. 이를 위하여 프레넬 렌즈와 같은 빔 균질기를 사용하고 있다. 그러나, 이 경우 정해진 형태의 입사광에 대해서만 빔 균질기 역할을 하며, 다양한 형태를 갖는 입사광에 대해서는 빔 균질기로서의 역할을 다하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, LITI를 이용하여 유기막층 패턴을 형성시 공간 광 변조기(SLM: Spatial Light Modulator)를 이용함으로써, 다양한 형태를 갖는 입사광을 균질하게 조절하고 또한, 원하는 형태의 프로파일을 갖는 레이저빔으로 조절하여 유기막층 패턴을 형성할 수 있는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제들을 이루기 위하여 본 발명은 유기 전계 발광 소자의 제조 방법을 제공한다. 상기 방법은 화소전극이 형성된 기판을 제공하는 단계, 상기 기판 전면에 도너 기판을 라미네이션(lamination)하는 단계 및 공간 광 변조기(SLM: Spatial Light Modulator)를 구비한 레이저 조사 장치를 이용하여 상기 도너 기판의 소정 영역에 레이저빔을 조사하여 상기 기판 상에 유기막층 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 공간 광 변조기는 적어도 둘 이상의 공간 광 변조기들이 어레이(array)되어 있을 수 있다.
상기 공간 광 변조기로서 디지탈 마이크로미러 디바이스(DMD)형 공간 광 변조기를 사용할 수 있으며, 적어도 둘 이상의 디지탈 마이크로미러 디바이스(DMD)형 공간 광 변조기들이 어레이되어 있는 것을 사용할 수 있다.
상기 레이저 조사 장치는 레이저 발생기, 상기 레이저 발생기 하부에 위치하며, 상기 레이저 발생기에서 발생하여 입사되는 레이저빔을 변조하여 주는 공간 광 변조기 및 상기 공간 광 변조기 하부에 위치하는 프로젝션 렌즈(projection lens)를 포함할 수 있다. 상기 레이저 발생기는 적어도 둘 이상의 레이저 발생기들이 어레이되어 있는 것을 사용할 수 있다.
상기 레이저 발생기에서 발생하여 입사되는 레이저빔은 가우시안빔 형태를 갖는 레이저빔일 수 있다.
상기 레이저 발생기로서 레이저 다이오드(Laser Diode)를 사용할 수 있으며, 적어도 둘 이상의 레이저 다이오드들이 어레이되어 있는 것을 사용할 수 있다.
상기 화소전극 상에 유기막층 패턴을 형성하는 단계는 N2 분위기 또는 진공 분위기에서 이루어질 수 있다.
상기 형성되는 유기막층 패턴은 발광층, 정공주입층, 정공전달층, 전자전달층 및 전자주입층으로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 단일층일 수 있으며 또는 2종 이상의 다중층일 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자의 제조 방법을 설명하는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 화소전극이 형성된 기판(110)이 제공된다. 이어서, 상기 화소전극이 형성된 기판(110) 상에 유기막층(130)이 형성된 도너 기판(120)이 라미네이션된다. 상기 유기막층(130)이 형성된 도너 기판(120)은 진공 흡착 또는 가압 롤러등에 의해서 상기 기판(110) 상에 라미네이션된다.
계속하여, 공간 광 변조기가 구비된 레이저 조사 장치(100)를 이용하여 상기 도너 기판(120) 상에 레이저빔(150)을 조사하여 상기 화소전극이 형성된 기판(110) 상에 유기막층 패턴을 형성한다.
상기 유기막층 패턴을 형성하는 공정은 N2 분위기에서 이루어질 수 있다. 일반 대기중에는 산소 성분이 존재하므로 전사되는 상기 유기막층 패턴이 산화될 우려가 있기 때문에 산소 성분을 없앤 질소 분위기에서 상기 전사 공정을 수행할 수 있다. 또한, 상기 전사 공정은 진공 분위기에서 이루어질 수 있는바, 상기한 라미네이팅 공정시 도너 기판과 기판 사이의 기포 발생을 억제할 수 있는 효과가 있다.
상기 전사 공정에서 형성되는 유기막층 패턴은 발광층, 정공주입층, 정공전달층, 전자전달층 및 전자주입층으로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 단일층일 수 있으며 또한, 2종 이상의 다중층일 수도 있다.
이때, 상기 레이저 조사 장치(100)는 레이저 발생기(140), 공간 광 변조기(160) 및 프로젝션 렌즈(570)를 포함하고 있다. 상기 공간 광 변조기(160)는 상기 레이저 발생기(140) 하부에 위치하며, 상기 레이저 발생기에서 발생하여 입사되는 레이저빔을 변조함으로써 상기 레이저빔을 균질하게 조절하고 또한, 원하는 모양의 프로파일을 갖도록 조절한다. 상기 공간 광 변조기(160)에 의해 변조된 상기 레이 저빔(150)은 상기 공간 광 변조기(160) 하부에 형성되어 있는 상기 프로젝션 렌즈(170)를 통해 굴절되어 상기 도너 기판(110) 상에 조사됨으로써 상기 기판(110) 상에 유기막층 패턴을 형성한다.
상세히 설명하면, 공간 광 변조기는 광 정보 처리, 프로젝션 디스플레이, 비디오 및 그래픽스 모니터, 텔레비전 및 전자사진 그래픽 프린팅 분야에서 다양한 응용으로 알려져 있다. 상기 공간 광 변조기는 입사광을 공간 패턴으로 변조시켜 전기 또는 광 입력에 대응하는 균질한 광을 형성하는 디바이스이다. 입사광은 위상, 세기, 편광 또는 방향이 변조될 수 있다. 광 변조는 다양한 전자-광 또는 자기-광 효과를 나타내는 다양한 물질 및 표면 변형에 의해 광을 변조시키는 물질에 의해 달성될 수 있다.
상기 공간 광 변조기의 주요 형태로서, 액정, 광 굴절, 자기광 및 변형 가능한 미러 장치 등이 현재 사용되고 있다.
도 2는 공간 광 변조기에 의한 변조를 설명하는 개략도이고, 도 3은 본 발명에 따른 공간 광 변조기에 의한 변조에 의해 얻어지는 레이저빔의 균질화를 설명하는 모식도이다.
도 2를 참조하면, 공간 광 변조기(260) 내의 회절격자(210)가 기둥 모양으로 형성되어 있고, 상기 회절격자(210)에 전압을 걸어주고 있다. T는 상기 회절격자 사이의 거리, a는 상기 회절격자의 폭 그리고 d는 반사면의 깊이을 나타낸다.
상기 회절격자(210)에 전압을 걸어주게 되면, 상기 반사면(220)을 이루고 있는 물질이 변형을 일으키게 되고, 변형되는 모양 및 반사면의 깊이(d)에 따라 입사 광의 반사 효율이 달라진다. 즉, 상기 회절격자(210)에 높은 전압을 걸어주면 상기 반사면의 깊이(d)가 커져 입사광의 반사 효율이 떨어지고, 이와는 반대로 낮은 전압을 걸어주면 상기 반사면의 깊이(d)가 작아져 입사광의 반사 효율이 높아진다. 상기 회절격자(210)에 전압을 걸어주지 않는다면 전반사가 일어나게 된다.
따라서, 상기 회절격자(210)에 가해주는 전압의 크기를 조절하여 입사광의 반사 효율을 조절함으로써 입사광을 균질하게 변조할 수 있다.
또한, 회절격자 사이의 간격(T)과 회절격자의 폭(a)의 차(T-a)를 조절함으로써 입사광의 반사 효율을 조절할 수 있다. 즉, 상기 회절격자 사이의 간격과 회절격자의 폭의 차(T-a)를 크게 하면 상기 반사면의 깊이(d)가 작아지고, 그 반대로 상기 회절격자 사이의 간격과 회절격자의 폭의 차(T-a)를 작게 하면 상기 반사면의 깊이(d)가 커지는 것을 이용하여 상기 입사광의 반사 효율을 조절할 수 있다.
상기 공간 광 변조기는 적어도 둘 이상의 공간 광 변조기들을 어레이하여 사용할 수 있으며, 이로써 더욱 효율적으로 입사광을 변조할 수 있다.
상기 레이저 발생기도 적어도 둘 이상의 레이저 발생기들을 어레이하여 사용할 수 있으며, 이로써 많은 양의 입사광을 변조할 수 있다.
도 2에서는 상기 반사면(220)이 물결 모양을 이루고 있는 것을 예시하고 있으나, 이에 한정되지 않고 다양한 모양으로 변형되는 것을 사용할 수 있다.
도 3을 참조하면, 입사광으로서 가우시안 형태를 갖는 레이저빔이 공간 광 변조기(360)에 조사되고 있다. 상기 가우시안 형태의 레이저빔은 그 중심부는 에너지가 높고, 그 주변부로 갈수록 에너지가 작아지는 형태의 레이저빔이다.
상기 공간 광 변조기(360)에 가우시안 형태의 입사광이 조사되면, 도 2에서 설명한 바와 같은 원리에 의해서 상기 입사광이 변조된다. 이때, 변조된 광은 균질하게 변조되었음을 알 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 디지탈 마이크로미러 디바이스(DMD)형 공간 광 변조기에 의한 변조에 의해 얻어지는 레이저빔의 빔 프로파일을 설명하는 모식도이다.
도 4를 참조하면, 상기 디지탈 마이크로미러 디바이스(460)는 공간 광 변조기의 한 유형이며, 이동형 마이크로미러의 고밀도 어레이(도면에 도시하지 않음)로 구성된 공간 광 변조기이다. 상기 디지탈 마이크로미러 디바이스(460)는 적어도 둘 이상의 디지탈 마이크로미러 디바이스형 공간 광 변조기(이하, DMD라 함)들이 어레이된 것을 사용하여 효율적으로 입사광을 변조할 수 있다.
입사광은 균질한 레이저빔이며, 상기 입사광은 상기 DMD에 입사되어 구면파 모양의 프로파일을 갖는 레이저빔으로 변조되었다.
상세히 설명하면, 각각의 미러는 상기 DMD 어레이 중 한 셀을 형성하고 쌍안정을 이루는바, 다시 말하면 두개의 위치 중 어느 한 위치에서 안정하며, 미러 어레이 상으로 조사된는 입사광은 두 방향 중 어느 방향으로 반사된다. 어느 하나의 안정된‘on’미러 위치에서 그 미러로의 입사광은 프로젝트 렌즈에 반사되어 도너 기판 상에 집속된다. 어느 다른‘off’미러 위치에서 그 미러 상에 조사된 입사광은 광 흡수기(도면에 도시하지 않음)에 반사된다. 어레이의 각각의 미러는 프로젝트 렌즈로 또는 광 흡수기에 직접 입사광을 조사시키도록 개별 제어된다.
상기‘on’미러 위치에서 입사된 입사광은 보강간섭이 일어나 펄스파 모양의 프로파일을 갖도록 변조되고, 상기‘off’미러 위치에서 그 미러 상에 조사된 입사광은 상쇄간섭이 일어나 소멸되어 변조된 광은 전체적으로 구면파 모양의 프로파일을 갖는 레이저빔으로 변조되었음을 알 수 있다.
본 실시예에서는 구면파 모양의 프로파일을 갖는 레이저빔으로 변조됨을 예시하였으나, 도 1에서 살펴본 바와 같이 반사면을 이루고 있는 물질이 변형되는 모양, 반사면의 깊이 등을 조절하여 원하는 모양의 프로파일을 갖도록 입사광을 변조할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 레이저 다이오드에서 발생한 레이저빔의 디지탈 마이크로미러 디바이스형 공간 광 변조기에 의한 변조에 의해 얻어지는 빔 프로파일을 설명하는 모식도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에서는 레이저 발생기로서 레이저 다이오드(도면에 도시하지 않음)를 이용하고 있으며, 상기 레이저 다이오드는 적어도 둘 이상의 레이저 다이오드들이 어레이되어 있는 것을 사용할 수 있다. 상기 레이저 다이오드 어레이에서 발생된 입사광은 균일하지 못한 레이저빔임을 알 수 있으며, DMD(560)에 조사되어 변조된 광은 구면파 모양의 프로파일을 갖도록 변조할 수 있다.
상술한 것을 제외하고는 도 4에서 설명한 내용과 동일하다.
상술한 바와 같이 공간 광 변조기가 구비된 레이저 조사 장치를 이용하여 변조한 레이저빔을 상기 도너 기판 상에 조사하여 상기 화소전극이 형성된 기판 상에 유기막층 패턴을 형성하였다.
상기 유기막층 패턴을 형성하는 전사 공정 후에, 상기 유기막층 패턴 상에 캐소드전극을 형성하여 유기 전계 발광 소자를 완성한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, LITI를 이용하여 유기막층 패턴을 형성함에 있어서, 공간 광 변조기를 이용함으로써 다양한 형태를 갖는 입사광을 균질하게 조절할 수 있고 또한, 원하는 형태의 프로파일을 갖는 레이저빔을 형성할 수 있어 마스크를 사용하지 않고서도 유기막층 패턴을 형성할 수 있는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법을 제공하는 이점이 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이다.

Claims (12)

  1. 화소전극이 형성된 기판을 제공하는 단계;
    상기 기판 전면에 도너 기판을 라미네이션(lamination)하는 단계;
    레이저 조사 장치의 공간 광 변조기(SLM: Spatial Light Modulator)를 이용하여 레이저 발생기로부터 발생된 레이저빔을 균질하게 하는 단계; 및
    상기 레이저 조사 장치를 통해 상기 도너 기판의 일정 영역에 균질한 레이저빔을 조사하여 상기 기판 상에 유기막층 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기는 다수 개의 공간 광 변조기들이 어레이(array)되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기는 디지탈 마이크로미러 디바이스(DMD)형 공간 광 변조기인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 디지탈 마이크로미러 디바이스(DMD)형 공간 광 변조기는 다수 개의 디지탈 마이크로미러 디바이스(DMD)형 공간 광 변조기들이 어레이되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 조사 장치는
    레이저 발생기;
    상기 레이저 발생기 하부에 위치하며, 상기 레이저 발생기에서 발생하여 입사되는 레이저빔을 변조하여 주는 공간 광 변조기; 및
    상기 공간 광 변조기 하부에 위치하는 프로젝션 렌즈(projection lens)를 포함는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 레이저 발생기는 다수 개의 레이저 발생기들이 어레이되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 레이저 발생기에서 발생하여 입사되는 레이저빔은 가우시안빔 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 레이저 발생기는 레이저 다이오드(Laser Diode)인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 레이저 다이오드는 다수 개의 레이저 다이오드들이 어레이되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소전극 상에 유기막층 패턴을 형성하는 단계는 N2 분위기에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소전극 상에 유기막층 패턴을 형성하는 단계는 진공 분위기에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기막층 패턴은 발광층, 정공주입층, 정공전달층, 전자전달층 및 전자주입층으로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 단일층 또는 2종 이상의 다중층인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.
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