KR100742372B1 - 유기전계발광소자의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기전계발광소자의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명은, 적색, 녹색, 청색 및 백색 화소영역들을 갖는 기판을 제공하고; 상기 기판 상에 상기 화소영역들 별로 서로 이격된 제 1 전극들을 형성하고; 상기 제 1 전극들이 형성된 기판 상에 상기 제 1 전극들의 표면 일부를 노출시키는 개구부를 갖는 화소정의막을 형성하고; 상기 화소정의막의 개구부 내에 적어도 유기발광층을 포함하는 유기막층들을 형성하고; 상기 유기막층들 상에 제 2 전극을 형성하고; 상기 제 2 전극 상에 보호막을 형성하고; 상기 적색, 녹색 및 청색 화소영역들의 유기막층들에 대응하도록 상기 보호막 상에 레이저 열전사법을 수행하여 적색, 녹색 및 청색 칼라필터층들을 형성하는 것;을 포함하고, 상기 적색, 녹색 및 청색 칼라필터층들은 순차적으로 형성되며, 상기 칼라필터층들 중 처음으로 형성되는 칼라필터층에 다른 두 칼라필터층들의 일단이 중첩되도록 상기 칼라필터층들을 형성하는 것을 특징으로 한다. 이로써, 공정이 간편하며 높은 콘트라스트 및 고해상도를 갖는 유기전계발광소자의 제조방법을 제공할 수 있다.
유기전계발광소자, 칼라필터층, 레이저 열전사법

Description

유기전계발광소자의 제조방법{fabrication method of Organic light-emitting device}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유기전계발광소자의 구조를 나타내는 단면도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 열전사법에 의한 칼라필터층의 형성공정을 설명하기 위한 사시도 및 단면도.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 칼라필터층의 형성방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100: 기판 110: 버퍼층
120: 반도체층 130: 게이트 절연막
140: 게이트 전극 150: 층간절연막
160a,160b: 소오스 및 드레인 전극
170: 평탄화막 180: 제 1 전극
190: 화소정의막 200: 유기막층
210: 제 2 전극 220: 보호막
230a,230b,230c: 적색, 녹색 및 청색 칼라필터층
본 발명은 유기전계발광소자의 제조방법에 관한 것으로 공정이 간편하며 높은 콘트라스트 및 고해상도를 갖는 유기전계발광소자의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 유기전계발광소자는 기판, 상기 기판 상에 위치한 애노드(anode), 상기 애노드 상에 위치한 발광층(emission layer; EML), 상기 발광층 상에 위치한 캐소드(cathode)로 이루어진다. 이러한 유기전계발광소자에 있어서, 상기 애노드와 캐소드 간에 전압을 인가하면, 정공과 전자가 상기 발광층 내로 주입되고, 상기 발광층내로 주입된 정공과 전자는 상기 발광층에서 재결합하여 엑시톤(exiton)을 생성하고, 이러한 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 전이하면서 빛을 방출하게 된다.
이러한 유기전계발광소자의 풀칼라화를 구현하기 위해서는 적색, 녹색 및 청색 각각에 해당하는 발광층을 형성하는 방법이 있다. 그러나, 이 경우 상기 적색, 녹색 및 청색 각각에 해당하는 발광층은 서로 다른 수명특성을 가지고 있어, 장시간 구동할 경우 화이트 밸런스를 유지하기 어려운 단점이 있다.
이를 해결하기 위해 상기 단일색의 광을 방출하는 발광층을 형성하고, 상기 발광층으로부터 방출되는 광으로부터 소정색에 해당하는 광을 추출하기 위한 칼라필터층 또는 상기 발광층으로부터 방출되는 광을 소정색의 광으로 변환하는 색변환층을 형성하는 방법이 있다. 이에 대한 예시로, 미국특허 제 6515418호에서는 백색 광을 방출하는 발광층과 포토리소그래피를 사용하여 형성된 칼라필터층을 적용한 능동매트릭스 유기전계발광소자를 개시하고 있다. 또한, 미국특허 제 6522066호에서는 청색광을 방출하는 발광층과 포토리소그래피를 사용하여 형성된 색변환층을 적용한 능동매트릭스 유기전계발광소자를 개시하고 있다. 그러나, 상기 칼라필터층 또는 색변환층을 포토리소그래피를 사용하여 형성하는 것은 각 색의 칼라필터층 또는 색변환층을 기판 전체에 형성하고 이를 노광 및 현상하여 패터닝하는 공정을 반복하는 것을 필요로 한다. 또한, 상기 포토리소그래피에 의해 형성된 층에 포함된 휘발성 용매 등을 제거하기 위한 가열처리를 진행하여야 한다. 이와 같이, 상기 칼라필터층 또는 상기 색변환층을 포토리소그래피를 사용하여 형성하는 것은 많은 공정단계를 필요로 함과 동시에 유기전계발광소자를 제조하기 위한 시간이 길어지는 단점이 있다.
이를 해결하기 위해, 대한민국 특허출원 제2001-0000943호에서는 진공증착에 의해 형성한 상기 칼라필터층 또는 상기 색변환층을 포함하는 유기전계발광소자를 개시하고 있다. 그러나 이와 같이 진공증착에 의해 칼라필터층 또는 색변환층을 형성하는 것은 메탈 마스크를 사용하여 적색, 녹색 및 청색에 해당하는 층을 각각 독립증착함으로써 수행하게 되는데, 이는 상기 메탈 마스크와 기판의 정렬(align)이 어려워 고해상도로 갈수록 구현하기 힘들 뿐만 아니라, 적색, 녹색 및 청색에 해당하는 층을 각각의 독립된 챔버(chamber)에서 증착하므로 설비투자규모가 큰 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 공정이 간편하며 높은 콘트라스트 및 고해상도를 갖는 유기전계발광소자의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 적색, 녹색, 청색 및 백색 화소영역들을 갖는 기판을 제공하고; 상기 기판 상에 상기 화소영역들 별로 서로 이격된 제 1 전극들을 형성하고; 상기 제 1 전극들이 형성된 기판 상에 상기 제 1 전극들의 표면 일부를 노출시키는 개구부를 갖는 화소정의막을 형성하고; 상기 화소정의막의 개구부 내에 적어도 유기발광층을 포함하는 유기막층들을 형성하고; 상기 유기막층들 상에 제 2 전극을 형성하고; 상기 제 2 전극 상에 보호막을 형성하고; 상기 적색, 녹색 및 청색 화소영역들의 유기막층들에 대응하도록 상기 보호막 상에 레이저 열전사법을 수행하여 적색, 녹색 및 청색 칼라필터층들을 형성하는 것;을 포함하고, 상기 적색, 녹색 및 청색 칼라필터층들은 순차적으로 형성되며, 상기 칼라필터층들 중 처음으로 형성되는 칼라필터층에 다른 두 칼라필터층들의 일단이 중첩되도록 상기 칼라필터층들을 형성하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법을 제공한다.
(실시예)
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유기전계발광소자의 구조를 설명하기 위한 단면도로서 이를 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참조하면, 적색(a), 녹색(b), 청색(c) 및 백색 화소영역들을 갖는 기판(100)을 제공한다. 상기 기판(100) 전면에 걸쳐 버퍼층(110)을 형성할 수 있다. 상기 버퍼층(110)은 상기 기판(100)으로부터 유출되는 불순물들로부터 후속하는 공정에서 형성되는 박막트랜지스터를 보호하는 역할을 한다.
상기 버퍼층(110) 상에 상기 화소영역들(a, b, c, d)별로 소오스 영역들(120a), 드레인 영역들(120b) 및 채널 영역들(120c)을 갖는 반도체층들(120)을 형성한다.
상기 반도체층들(120) 상에 게이트 절연막(130)을 형성하고, 상기 게이트 절연막(130) 상에 상기 채널 영역들(120c)에 각각 대응되도록 게이트들(140)을 형성한다.
이어서, 상기 게이트들(140)을 덮는 층간절연막(150)을 형성하고, 상기 층간절연막(150) 상에 상기 소오스 영역들(120a) 및 상기 드레인 영역들(120b)에 각각 전기적으로 접하는 소오스 전극들(160b) 및 드레인 전극들(160a)을 형성한다.
상기 반도체층들(120), 상기 소오스 전극들(160b), 상기 드레인 전극들(160a) 및 상기 게이트들(140)은 상기 화소영역들(a, b, c) 상에 각각 위치하는 박막트랜지스터들을 형성한다.
이어서, 상기 박막트랜지스터들을 덮는 평탄화막(170)을 형성하고, 상기 평탄화막(170) 내에 상기 드레인 전극들(160b)을 각각 노출시키는 비아홀들(175)을 형성한다.
상기 비아홀들(175)이 형성된 기판 상에 상기 화소영역들(a, b, c, d)별로 서로 이격된 제 1 전극들(180)을 형성한다. 이로써, 상기 제 1 전극들(180)은 상기 비아홀들(175)을 통해 상기 드레인 전극들(160b) 즉, 상기 박막트랜지스터들에 각각 전기적으로 연결된다. 본 실시예에 있어서, 상기 제 1 전극들(180)은 광을 반사시키는 반사전극들로 형성한다. 상기 반사전극인 제 1 전극(180)은 애노드 또는 캐소드로 형성할 수 있다.
상기 제 1 전극들(180)이 형성된 기판 상에 상기 제 1 전극들(180)의 표면 일부를 노출시키는 개구부를 갖는 화소정의막(190)을 형성한다. 상기 화소정의막(190)은 예를 들어, 아크릴계 유기막으로 형성한다.
이어서, 상기 노출된 제 1 전극들(180)을 포함하는 기판 전면에 적어도 유기발광층을 갖는 유기막층(190)을 형성한다. 상기 유기발광층은 모두 백색 발광층일 수 있으며, 이와는 달리 상기 기판의 적색(a), 녹색(b), 청색(c) 및 백색 화소영역(d)들에 대응되도록 적색, 녹색, 청색 및 백색 발광층으로 형성할 수도 있다. 상기 유기막층(200)은 전하수송층 및/또는 전하주입층을 더욱 포함하여 형성할 수 있다.
상기 유기막층(200) 상에 제 2 전극(210)을 형성한다. 본 실시예에 있어서, 상기 제 2 전극(210)은 투명전극으로 상기 유기발광층에서 방출되는 광은 상기 제 2 전극(210)을 거쳐서 방출된다. 상기 제 2 전극(210)은 상기 제 1 전극들(180)이 애노드인 경우 캐소드이고, 상기 제 1 전극들(180)이 캐소드인 경우 애노드이다.
상기 제 2 전극(210) 상에 보호막(220)을 형성하는 것이 바람직하다. 상기 보호막(220)은 투명하여야 하며, 무기막, 유기막 또는 유-무기 복합막으로 형성할 수 있다. 바람직하게는 상기 무기막은 ITO, IZO, SiO2, SiNx, Y2O3 및 Al2O3로 이루어진 군에서 선택되는 하나일 수 있으며, SiO2-SiNx 교대 다층막으로 형성할 수도 있다. 상기 유기막은 파릴렌(parylene) 또는 HDPE이며, 상기 유-무기 복합막은 Al2O3와 유기고분자의 복합막이다.
이어서, 상기 보호막(220) 상에 상기 기판의 백색 화소영역(d)을 제외한, 적색(a), 녹색(b) 및 청색(c) 화소영역들에 형성된 유기막층에 대응되도록 적색 칼라필터층(230a), 녹색 칼라필터층(230b) 및 청색 칼라필터층(240c)들을 형성한다. 상기 칼라필터층들(230a, 230b, 230c)은 순차적으로 형성되며, 상기 칼라필터층들 중 처음으로 형성되는 칼라필터층(230b)의 양단에 다른 두 칼라필터층(230a, 230c)들의 일단이 중첩되도록 상기 칼라필터층들(230a, 230b, 230c)을 형성하는 것이 바람직하다.
여기서 상기 칼라필터층들(230a, 230b, 230c)은 레이저 열전사법을 수행하여 형성하는 것이 바람직하다. 이하에서는 레이저 열전사법에 의한 칼라필터층의 형성공정을 자세히 설명한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예 1에 따른 레이저 열전사법에 의한 칼라필터층의 형성공정을 설명하기 위한 사시도와 단면도로서 이를 설명하면 다음과 같다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 상기 레이저 열전사법은 적어도 레이저 조사 장치, 억셉터 기판 및 도너 필름을 필요로 하며, 상기 도너 필름은 기재층, 광-열 변환층 및 전사층을 구비한다.
상기 레이저 열전사법에 있어서는 상기 전사층을 상기 억셉터 기판에 대향하도록 하여 상기 도너 필름을 상기 억셉터 기판의 전체면 상에 라미네이션한 후, 상기 기재층 상에 레이저 빔을 조사한다. 상기 기재층 상에 조사된 빔은 상기 광-열 변환층에 흡수되어 열에너지로 변환되고, 상기 열에너지에 의해 상기 전사층은 상기 억셉터 기판 상으로 전사된다. 그 결과, 상기 억셉터 기판 상에 전사층 패턴이 형성 된다.
상기와 같은 레이저 열전사법을 수행하기 위하여, 먼저 억셉터 기판(300)을 제공한다. 상기 억셉터 기판(300)은 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 화소영역을 포함하며, 상기 화소영역들은 스트라이프 형태로 배열될 수 있다. 상기 억셉터 기판(300) 상에는 적어도 제 1 전극, 유기발광층 및 제 2 전극을 포함하는 유기전계발광소자(320)가 형성되어 있으며, 보호막(330)을 더욱 포함할 수 있다. 상기 억셉터 기판(300)은 척(340)에 의해 고정되며, 상기 척(340)은 이동수단을 구비할 수 있다.
그런 다음, 도너 필름(400)을 마련한다. 상기 도너 필름(400)은 기재층(410) 및 상기 기재층(410)에 위치한 광-열 변환층(420) 및 전사층(430)을 포함하며, 상기 전사층(430)은 상기 광-열 변환층(420) 상에 안료 등을 포함하는 칼라필터층 물질을 습식방법으로 코팅하여 형성된다.
이어서, 상기 전사층(430)을 억셉터 기판(300)에 대향하도록 하여 상기 도너 필름(400)을 상기 억셉터 기판(300) 상에 라미네이션한 후, 상기 도너 필름(400) 상에 레이저 발생장치(510), 마스크(520) 및 투영렌즈(530)을 포함하는 레이저 조 사 장치(500)를 위치시킨 다음, 레이저 빔을 조사한다.
상기 레이저 빔이 조사된 영역의 도너 필름(400)에서는 상기 광-열 변환층(420)이 상기 레이저 빔을 흡수하여 열을 발생시키고, 상기 전사층(430)은 상기 열에 의해 상기 광-열 변환층(420)과의 접착력에 변화가 생겨 상기 억셉터 기판(300) 상으로 전사된다. 결과적으로 상기 억셉터 기판(300)의 보호막(330) 상에는 전사층 패턴, 즉 칼라필터층이 형성된다.
상기 레이저 조사 장치(500)는 Y 방향으로 이동하면서 먼저 녹색 칼라필터층을 형성하며, 상기 레이저 조사 장치(500)가 상기 억셉터 기판(300)의 녹색 화소 영역(G)의 가장자리에 다다르면, 상기 척(340)은 이동수단에 의해 한 스텝 이동하고, 상술한 라미네이션 및 레이저 조사를 반복함으로써, 기판 전체에 전사층 패턴들, 즉 적색, 녹색 및 청색 칼라필터층들을 형성할 수 있다.
도 3a 내지 3c는 본 발명의 실시예에 따른 칼라필터층의 형성공정을 설명하기 위한 공정별 단면도로서, 이를 설명하면 다음과 같다.
도 3a를 참조하면, 상기와 같은 레이저 열전사법을 수행하여 먼저 녹색 화소영역의 유기막층(320b)에 대응하도록, 상기 보호막(330) 상에 녹색 칼라필터층(340b)을 형성한다. 여기서, 녹색 칼라필터층(340b)은 상기 유기막층(320b)에 대응되는 영역 이외에, 상기 인접하는 화소 영역 사이의 공간, 즉 비발광 영역까지 연장되도록 형성한다.
다음으로, 상기 녹색 칼라필터층(340b)과 어느 일단이 중첩되도록 적색 칼라필터층(340a)를 형성한다. 상기 적색 칼라필터층(340a)은 상기 녹색 칼라필터층 (340b)과 상기 녹색 화소영역(b)과 적색 화소영역(a) 사이의 비발광영역에서 중첩되도록 형성한다. 이로써, 각 화소 영역 사이에 별도의 블랙 매트릭스를 형성하지 않고도 각 화소의 콘트라스트를 높일 수 있어 고해상도 유기전계발광소자를 구현할 수 있다.
여기서, 상기 녹색 칼라필터층(340b)과 적색 칼라필터층(340a)이 중첩되는 영역은 상기 화소 영역 사이의 비발광 영역의 50 내지 90%인 것이 바람직하다. 상기 중첩되는 영역이 비발광 영역의 50%보다 작으면 콘트라스트 향상의 효과를 얻기 힘들며, 상기 중첩되는 영역이 비발광 영역의 90% 이상이면 얼라인 등의 공정한계로 인하여 적색(a) 또는 녹색(b) 화소 영역의 발광 영역까지, 녹색(340b) 또는 적색 칼라필터층(340a)이 형성될 수 있어, 각 화소의 색순도를 저하시킬 우려가 있다.
다음으로, 상기 녹색 칼라필터층(340b)과 어느 일단이 중첩되도록 청색 칼라필터층(340c)을 형성한다. 상기 청색 칼라필터층(340c)은 상기 녹색 칼라필터층(340b)과 상기 녹색 화소영역(b)과 청색 화소영역(c) 사이의 비발광영역에서 중첩되도록 형성한다. 이는 각 화소 영역 사이에 별도의 블랙 매트릭스를 형성하지 않고도 각 화소의 콘트라스트를 높일 수 있어, 고해상도 유기전계발광소자를 구현할 수 있다.
여기서, 상기 유기발광층을 적색, 녹색, 청색 및 백색 발광층으로 각각 형성하는 경우, 상기 적색, 녹색 및 청색 발광층에 대응되도록 상기와 같은 적색, 녹색 및 청색 칼라필터층을 형성한다. 이로써, 풀칼라 구현시에는 색순도 및 콘트라스트 가 향상된 적색, 녹색 및 청색 발광층을 구동하여 유기전계발광소자의 휘도를 높일 수 있으며, 화이트 구현시에는 백색 발광층을 구동함으로써 유기전계발광조사의 수명을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 유기발광층을 모두 백색 발광층으로 형성하는 경우, 각 적색, 녹색 및 청색 발광층의 수명의 차이에 의한 문제점이 없으므로, 장시간 구동하더라도 화이트 밸런스를 유지할 수 있으며, 또한 콘트라스트가 높은 유기전계발광소자를 제공할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 레이저 열전사법에 의해 칼라필터층들(340a, 340c)을 형성하였으므로, 공정을 간소화할 수 있다. 또한, 처음으로 형성된 칼라필터층(340b) 상에 다른 두 칼라필터층들(340a, 340c)의 일단이 중첩되도록 칼라필터층들(340a, 340b, 340c)을 형성하였으므로, 블랙 매트릭스 없이도 높은 콘트라스트 및 고해상도를 갖는 유기전계발광소자를 구현할 수 있다.
본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것이 아니고, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있을 것이다.
이상에서와 같이, 본 발명은 유기전계발광소자를 제조함에 있어서, 공정을 간소화할 수 있으며, 높은 콘트라스트 및 고해상도를 구현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 적색, 녹색, 청색 및 백색 화소영역들을 갖는 기판을 제공하고;
    상기 기판 상에 상기 화소영역들 별로 서로 이격된 제 1 전극들을 형성하고;
    상기 제 1 전극들이 형성된 기판 상에 상기 제 1 전극들의 표면 일부를 노출시키는 개구부를 갖는 화소정의막을 형성하고;
    상기 화소정의막의 개구부 내에 유기발광층을 포함하는 유기막층들을 형성하고;
    상기 유기막층들 상에 제 2 전극을 형성하고;
    상기 제 2 전극 상에 보호막을 형성하고;
    상기 적색, 녹색 및 청색 화소영역들의 유기막층들에 대응하도록 상기 보호막 상에 레이저 열전사법을 수행하여 적색, 녹색 및 청색 칼라필터층들을 형성하는 것;을 포함하고,
    상기 적색, 녹색 및 청색 칼라필터층들은 순차적으로 형성되며, 상기 칼라필터층들 중 처음으로 형성되는 칼라필터층에 다른 두 칼라필터층들의 일단이 중첩되도록 상기 칼라필터층들을 형성하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 칼라필터층들 중 처음으로 형성되는 칼라필터층은 상기 해당하는 유기 막층 및 인접하는 화소 영역들 사이의 비발광 영역까지 연장되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 칼라필터층들이 중첩되는 영역은 인접하는 화소 사이의 비발광 영역인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 칼라필터층들이 중첩되는 영역은 인접하는 화소 사이의 비발광영역의 50 내지 90% 인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기발광층은 각각 적색, 녹색, 청색 및 백색 발광층인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기발광층은 백색 발광층인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 적색, 녹색 및 청색 화소영역들은 스트라이프 형태로 배열된 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
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