KR100746369B1 - 전계발광소자용 백플레인의 구조와 그 제조 방법 및 이를포함하는 전계발광소자 - Google Patents

전계발광소자용 백플레인의 구조와 그 제조 방법 및 이를포함하는 전계발광소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전계발광소자용 백플레인의 구조와 그 제조 방법 및 이를 포함하는 전계발광소자에 관한 것으로서, 기판, 양극전극, 무기뱅크 및 유기뱅크로 구성되는 전계발광소자용 백플레인(backplane)에 있어서, 상기 양극전극의 에지부 상에서, 상기 유기뱅크 및 무기뱅크가 상기 양극전극과 동시에 접촉하도록 상기 유기뱅크 및 무기뱅크가 형성되는 전계발광소자용 백플레인과,
이러한 전계발광소자용 백플레인를 제조하기 위하여, 양극전극 패턴을 형성하는 제1공정과, 유기뱅크를 형성하는 제2공정과, 무기박막을 형성하는 제3공정과, 무기박막을 에칭하여 무기뱅크를 형성하는 제4공정을 공정 중에 포함하는 것을 특징으로 함으로서, 종래 구조의 백플레인에서 빈번하게 발생하는 전계발광소자의 동작 중, 전계집중에 의한 양극 끝단의 열화 및 음극과 양극간의 전기적인 쇼트(short) 문제를 해결함으로서 수율의 대폭적인 증대와 사용에 따른 열화를 근원적으로 방지할 수 있는 유용성을 가진다.
전계발광소자, 백플레인, 유기뱅크, 무기뱅크

Description

전계발광소자용 백플레인의 구조와 그 제조 방법 및 이를 포함하는 전계발광소자{Structure and manufacturing method of backplane, and polymer light emitting diode having the same}
도 1 내지 4 는 본 발명의 기술 분야의 종래의 기술을 도시하는 유기전계발광소자의 제조공정을 도시하는 순차적인 공정도.
도 5 는 본 발명의 고분자 전계발광소자용 백플레인의 구조의 기본적인 구성을 도시하는 구성단면도.
도 6 은 본 발명의 고분자 전계발광소자용 백플레인의 구조에 따라 제조공정을 도시하는 공정설명도로서 투명전극이 형성된 기판의 단면도.
도 7 은 본 발명의 고분자 전계발광소자용 백플레인의 구조에 따라 제조공정을 도시하는 공정설명도로서 양극패턴형성 공정 후의 기판의 단면도.
도 8 은 본 발명의 고분자 전계발광소자용 백플레인의 구조에 따라 제조공정을 도시하는 공정설명도로서 유기뱅크를 형성한 후의 기판의 단면도.
도 9 는 본 발명의 고분자 전계발광소자용 백플레인의 구조에 따라 제조공정을 도시하는 공정설명도로서 유기뱅크 상에 무기박막이 형성된 상태의 기판의 단면도.
도 10 은 본 발명의 고분자 전계발광소자용 백플레인의 구조에 따라 제조공 정을 도시하는 공정설명도로서 무기박막의 패턴인 무기뱅크가 형성된 기판의 단면도.
도 11 은 본 발명의 고분자 전계발광소자용 백플레인을 기본으로 하여 구성된 고분자전계발광소자(PLED)를 도시하는 단면도.
도 12 는 불소수지막을 사용하여 유기뱅크를 형성하는 경우의 공정을 부분적으로 도시한 공정설명도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
BP: 백플레인
B: 기판
NO: 무기뱅크
O: 유기뱅크
P: 양극
본 발명은 전계발광소자용 백플레인의 구조와 그 제조 방법 및 이를 포함하는 전계발광소자에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 새로운 구조의 전계발광소자용의 백플레인(Back plane) 및 이의 제조방법을 제공하고 그에 따라 구현이 가능한 고신뢰성의 고분자 전계발광소자를 제공하기 위한 것이다.
2000년까지 주류를 형성하고 있던 것은 브라운관 디스플레이(CRT)였으나, 경 량화, 박형화, 저소비전력화, 휴대화, 평면화가 요구되는 다양한 기기가 개발됨에 따라서 그에 부응하기 위한 디바이스로서의 평판 디스플레이에 대한 관심이 높아지면서 LCD(Liquid Crystal Display)로의 대체가 급속히 이루어지는 한편, 현재는 차세대 평판 디스플레이로서 OLED(organic light emitting diode)가 주목을 받고 있다.
OLED는 유기물(고분자 또는 저분자) 박막에 전압을 가하면 유기물질 스스로 발광을 하여, 다양한 색상의 문자나 영상을 구현할 수 있는 디스플레이로서, LCD에 비하여 자체발광형, 초박형(LCD의 1/3), 빠른 응답속도(LCD의 1000배), 낮은 소비전력(LCD의 1/2), 고선명도 및 유연성의 특징을 나타내므로 휴대폰, PDA등의 소형 모바일 디스플레이로서 각광을 받고 있고, 또한 향후에는 노트북 PC, 벽걸이 TV를 비롯하여 2010년 이후에는 종이처럼 간편하고 더 선명한 두루마리 TV의 디스플레이로 발전할 것으로 예상하고 있어 그 시장성은 무한한 것으로서 생각된다.
OLED는 현재 2"급 제품이 생산되고 있으며 대면적화를 위해 활발한 기술개발이 이루어 지고 있으며, 저온폴리실리콘 박막트랜지스터[LTPS-TFT(low temperature polysilicon-thin film transistor)] 개발, 대면적 대응 OLED 장비개발, 적녹청(RGB:red, green, blue) 패턴형성 기술개발 등이 대면적화를 위해 현재 진행되고 있다.
이중에서 RGB 패턴형성기술 개발은 종래의 진공증착법을 대체할 기술로서 잉크젯프린팅(inkjet printing) 기술, 레이저이미지가공(LITI: laser induced thermal imaging) 기술, 백색 OLED에 컬러필터(color filter)를 적용한 방식이 검 토되고 있고 그 중, 잉크젯프린팅기술이 대면적 기판에의 적용성이 가장 우수한 것으로 평가되고 있다.
이러한 잉크젯프린팅 기술을 완성시키기 위해서는 전계발광물질을 잉크화 하는 것이 중요하며, 현재 주로 이용되는 저분자량의 OLED 재료는 잉크화가 어려운 문제점이 있다.
이러한 관점에서, 잉크젯프린팅 방식에 적합한 전계발광재료는 고분자가 적합하며, 고분자를 이용한 전계발광소자(polymer light emitting diode; PLED)가 OLED의 주요한 한 분야를 차지하고 있어 그 적용이 시도되고 있다.
본 발명이 속하는 기술분야에서의 종래의 선원 기술로서는;
“유기EL 소자의 제조방법 및 유기 EL 소자(한국특허등록 10-0495744호)”, “발수화 처리방법, 박막형성 방법 및 이 방법을 사용한 유기 EL 장치의 제조방법, 유기 EL 장치, 전자기기(한국 특허공개10-2003-0055121호)”, “유기 일렉트로루미네선서 장치의 제조방법 및 유기 일렉트로루미네선서장치 및 전자기기(한국 특허등록 10-0424731호)”, “유기이엘소자 및 유기이엘소자 제조방법(한국 특허등록10-0436303호)”, “잉크젯 프린팅 방식 유기전계발광소자 및 그의 제조방법(한국 특허등록10-0426680호)”, “잉크젯 방식에 의한 유기 EL 표시소자의 절연막 형성에 사용되는 감방사선성 수지조성물, 유기 EL 표시소자의 절연막 및 그의 형성방법, 및 유기 EL 표시소자(한국 특허공개10-2003-0081069호)”, “유기전계발광 디바이스 및 그 제조방법(한국 특허공개10-2003-0095955호)”, 등이 있으며,
특히 한국 공개특허 10-2004-0012484호, 10-2003-0055121호, 특허등록10- 0424731, 10-0436303, 10-0426680 호에 개시되어 있다.
이러한 선원에서 개시된 잉크젯프린팅 기술에 의한 RGB 패턴형성기술을 도 1 내지 4 와 관련하여 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 4 는 종래 기술에 의한 잉크젯프린팅 방식 유기전계발광소자의 제조공정을 단계별로 나타낸 단면도로서 잉크젯프린팅 공정을 중심으로 설명하면 다음과 같다.
도 1 에서 발광영역(L)과 이의 주변부에 해당하는 비발광영역(NL)이 정의된 기판(B) 상에 양극전극(ITO:P)이 형성되고 양극전극(P)의 끝단 상부에는 무기뱅크(NO)와 유기뱅크(O)가 스텍(stack)형으로 형성되어 있다.
상기 스텍(stack)형 뱅크에 있어서 무기뱅크(NO)를 이루는 물질은 주로 산화실리콘(SiO2)이며, 이러한 무기뱅크(NO) 상부에 스텍되는 유기뱅크(O)로는 폴리이미드(polyimide)가 주로 이용된다.
잉크젯 프린팅 방식으로 유기전계발광소자를 완성함에 있어서 정공주입/수송층과 전계발광층의 형성을 필요로 하며, 통상적으로 정공주입/수송층용 잉크는 수용성 혹은 수분산성 잉크가 이용된다.
따라서 뱅크와 뱅크 사이의 양극전극(P) 상부와 무기뱅크(NO)의 표면은 수용성 인 정공주입/수송층용 잉크와의 접착력 향상을 위해 친수성(hydrophilicity)을 나타내어야 하며, 반면에 유기뱅크(O) 표면은 소망스럽지 않은 미스랜딩(mislanding)된 잉크가 묻지 않아야 하므로 소수성(hydrophobicity) 특성을 가져야 한다.
즉, 잉크젯프린팅 방식을 이용하여 위치정밀도가 우수하고, 고신뢰성의 고분자 전계발광 소자를 구현하기 위해서는 유기전계발광층을 형성하기 이전에 기판표면의 젖음성(wetability)이 발광영역(L)과 비발광영역부(NL)가 서로 다르도록 별도의 처리공정을 필요로 한다.
이러한 표면처리로서 기존에는 양극전극(P), 무기뱅크(NO) 및 유기뱅크(O)가 형성된 기판을 진공챔버 내에서 산소(O2) 플라즈마(plasma)처리를 하고 이어서 퍼플르오로카본(CF4) 플라즈마 처리를 순차적으로 수행하는 공정을 포함한다.
이에 따라 2차례에 걸친 플라즈마 처리에 의해 유기 뱅크 표면에는 불소가 치환되어 소수성을 나타내게 된다. 이로서 무기뱅크(NO:SiO2)와 양극전극(P) 표면은 그 자체의 성분에 기인하여 친수성을 유지하고 있으며, 반면에 유기뱅크(O)의 외측 표면은 플라즈마 처리에 의해 소수성을 나타내게 된다.
이상의 종래로부터의 기술을 요약하면 잉크가 접촉하는 표면(양극 상부표면 및 뱅크의 측면 일부분)은 친잉크성을 가져야 하며, 반대로 잉크가 접촉하지 않는 부분은 발잉크성을 가져야 한다는 것이다.
일반적으로 잉크는 친수성이거나 극성특성을 갖는 발수성 잉크가 대부분이며, 발잉크성을 부여하기 위해서 표면에 불소를 도입하는 것이 일반적이다.
도 2 는 표면처리된 기판 상에 수용성 혹은 수분산성인 정공주입/수송층(HT) 용의 잉크를 프린팅 하는 공정을 나타내는 것으로서, 잉크젯프린터의 헤드(H)를 통 하여 정공주입/수송층용 잉크(IH)를 토출함으로서 각 픽셀에 잉크(IH)가 배치된다.
이때 잉크젯프린터의 헤드(H)로부터 토출된 잉크(IH)가 양극전극(P) 상단에 안착되지 않고, 유기뱅크(O) 상에 떨어졌을 때, 친수성의 잉크(IH)는 발수성이 강한 유기뱅크(O) 표면에서 양극전극(P) 상단으로 밀려나게 되어 제자리를 찾게 되는 것이다.
프린팅이 완료되면 진공 중에서 1차 건조시키고, 상압 200 ℃에서 수 분간의 열처리를 통하여 용매를 제거함으로서 정공주입/수송층(HT)이 완성된다.
도 3 은 정공주입/수송층이 형성된 기판(B) 상에 전계발광 특성을 갖는 고분자 잉크로서 적색발광잉크(IR)와 녹색발광잉크(IG)..를 잉크젯프린터의 헤드(H)로부터 토출시켜 각각 적색발광층(RL)과 녹색발광층(GL).. 을 형성하는 공정도이다.
정공주입/수송층(HT)의 형성과 유사하게 토출이 완료된 기판(B)을 건조함으로서 전계발광층의 형성이 완성된다.
도 4 는 정공주입/수송층(HT) 및 그 상단에 적색발광층(RL)과 녹색발광층(GL), 청색발광층(BL)의 전계발광층이 형성된 기판(B)에 음극전극(K)을 형성하는 단계로서 진공가열 증착에 의해 이루어진다.
음극전극(K)으로는 일함수가 작은 것이 요구되나 대기 중에서의 안정성을 고려하여 알루미늄(Al)을 주로 이용하고 있다. 음극전극(K)의 기능을 향상시키기 위해 불화리튬(LiF)을 가열증착으로 수 nm 형성시킨 후, 알루미늄(Al) 을 수백 nm 형성하기도 하며, 불화리튬(LiF)과 알루미늄(Al) 사이에 칼슘(Ca), 바륨(Ba) 등을 수십 nm 형성하여 LiF/Ca(혹은 Ba 등)/Al 구조의 음극전극을 활용하기도 한다.
음극전극(K) 형성 후에는 대기와의 차단을 위해 인캡슐레이션(encapsulation) 공정을 거쳐 최종적인 패널이 완성된다.
상술하는 종래 기술에 의한 고분자 전계발광소자의 제조에 있어서, 무기뱅크와 유기뱅크의 형성을 필요로 하며 이러한 스텍(stack)형 유/무기 뱅크는 두 가지 역할을 수행한다.
첫째, 상술한 바와 같이 무기뱅크(NO)와 유기뱅크(O)는 산소 및 퍼플르오로카본(CF4) 플라즈마 처리를 통해 각각 친수성 표면과 소수성 표면을 유도하기 위한 소스로서 역할을 한다.
둘째, 고분자 전계발광소자가 구동되는 동안에는 양극전극(P)에 전계가 인가되며, 인가된 전계는 일반적으로 양극전극(P)의 끝단(edge)에 집중되므로 끝단부분에 열화를 초래하거나, 음극전극(K)과 양극전극(P) 간의 전기적인 쇼트(short)를 유발하게 된다.
따라서 이러한 열화 및 전기적인 쇼트를 최소화 시킬 필요가 있으며, 이를 위하여 양극전극(P) 끝단에 무기 뱅크를 형성하게 된다.
하지만 상술한 스텍형 뱅크에 있어서 일반적으로 사용되는 무기뱅크(SiO2)는 그 절연특성이 충분하지 못하고 수직으로 컷되어 응력취약성을 가지므로 양극 끝단에서의 열화를 막지 못하는 문제가 있으며, 결국 최종 제품의 불량을 초래하여 수율을 저하시키고 제조 후의 열화가 급격히 진행되는 등의 제반의 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 선원 기술 등의 문제점들을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 상술한 상하로 형성된 스텍형 뱅크의 문제점을 해결하기 위하여 무기뱅크와 유기뱅크가 동시에 양극전극의 끝단상부에 배치되는 형식(본원에서는 “사이드웰(sidewall)방식”이라 칭한다.)의 새로운 백플레인(backplane)의 구성과 그 제조방법 및 그러한 백플레인을 사용하여 구성할 수 있는 고분자유기발광소자를 제공하고 있다.
이러한 본 발명의 구성으로서 기판 상에서 양극 끝단의 열화특성을 현저히 감소시킴으로서 발광소자 수명의 연장, 열화의 방지, 구동전원의 안전성, 선명도의 보장을 가능하게 하는 것을 본 발명의 목적으로 하고 있다.
이하 첨부되는 도면과 관련하여 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성과 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 5 는 본 발명의 고분자 전계발광소자용 백플레인 구조의 기본적인 구성을 도시하는 구성단면도, 도 6 은 공정설명도로서 투명전극이 형성된 기판의 단면도, 도 7 은 공정설명도로서 양극패턴형성 공정 후의 기판의 단면도, 도 8 은 공정설명도로서 유기뱅크를 형성한 후의 기판의 단면도, 도 9 는 공정설명도로서 유기뱅크 상에 무기박막이 형성된 상태의 기판의 단면도, 도 10 은 공정설명도로서 무기박막의 패턴인 무기뱅크가 형성된 기판의 단면도, 도 11 은 본 발명에 따라 구성된 예시적인 고분자전계발광소자(PLED)를 도시하는 단면도, 도 12 는 불소수지막을 사용 하여 유기뱅크를 형성하는 경우의 공정을 부분적으로 도시한 공정설명도이다.
본 발명은 도 5 와 같이 새로운 구조의 백플레인(BP)을 제공하는 것을 그 기술적 사상의 기본으로 하고 있다.
도 1 내지 4 에 도시되어 있듯이 상하로의 스텍형 뱅크를 갖는 종래의 백플레인은 양극 끝단에 접촉하고 있는 것은 무기뱅크 뿐이지만,
본 발명에서 기본적으로 제공되는 백플레인(BP)은 도 5 와 같이 무기뱅크(NO)와 유기뱅크(O) 모두가 양극전극(P) 끝단 상부에 접촉하고 형태로서 무기뱅크(NO)의 대부분의 영역이 유기뱅크(O)의 측벽에 잔존하는 사이드웰(sidewall)형 이라는 특징이 있다.
따라서 사이드웰(sidewall)형 유기뱅크(O) 및 무기뱅크(NO)에 의한 2중 절연이 가능하므로 상술한 종래 기술의 문제점 즉 인가된 전계에 의한 양극전극(P) 끝단(E:edge)의 열화 및 음극과 양극간의 전기적인 쇼트(short) 문제를 해결하는 데에 기본적인 특징이 있다.
본 발명에 의한 새로운 구조의 백플레인(BP: 도5)의 구현 방법을 도 6 내지 11 을 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 6 은 투명전극(TP)이 형성된 기판(B)을 나타내는 도시하는 것으로서, 여기서 투명전극(TP)은 전기전도성을 가지면서 투명성을 동시에 갖는 ITO(indium tin oxide)가 주로 사용된다.
또한 기판은 박막트랜지스터(TFT:thin film transistor)를 구비한 것일 수도 있으며, TFT를 구비한 경우에는 능동구동형(active matrix type) 소자를 제작할 수 있고, TFT를 구비하지 않은 경우에는 수동구동형(passive matrix type) 소자를 제작할 수 있다.
본 발명에 있어서는 능동구동형이나 수동구동형 어느 것이든 상관이 없다. 또한 기판(B)은 유리, 플라스틱, 금속포일(metal foil) 등 어느 것이나 사용가능하며 특별히 제한되지 않음은 그 용도와 목적에 따라 자명할 것이다.
도 7 은 양극패턴형성 공정 후의 도면으로서, 상술한 투명전극(TP)이 형성된 기판(B)을 이용하여 종래의 사진식각공정(photolithography; 투명전극 상에 포토레지스트의 도포, 건조, 노광, 현상, 투명전극의 에칭, 포토레지스트박리 등의 일련의 공정)으로 양극전극(P)의 패턴(투명전극 패턴)을 형성한 도면이다.
다음은 유기뱅크(O) 형성공정으로서, 양극전극(P)의 패턴이 형성된 기판(B) 상에 유기계 포토레지스트(PR)를 도포, 건조, 노광 및 현상하여 유기뱅크(O)를 형성하며 그 단면도를 도 8 에 도시하였다.
일반적으로 사용되는 유기뱅크는 폴리이미드(polyimide)계, 아크릴(acryl)계, 노볼락(novolac)계 포토레지스트를 사용하고 있으며, 그 종류는 메이커에 따라서 매우 다양하다.
이러한 유기뱅크(O)는 0.5~4 μm 정도의 두께면 바람직하다.
도 8 과 같이 유기뱅크(O)는 양극전극(P) 끝단 상부에 위치하고 있으며, 필요에 따라서 양극전극(P) 끝단과 단순 접촉 혹은 양극전극(P) 끝단으로부터 수 μm 떨어져 있어도 무관하나, 양극전극(P) 끝단 상부에 위치하는 것이 바람직하다.
유기뱅크(O)의 형성공정이 완료되면 본 발명의 구성을 구현하기 위한 주요한 공정으로서 무기박막(NOF) 형성 공정을 필요로 하며, 도 9 에 유기뱅크(O)가 형성된 기판(B) 상에 무기박막(NOF)이 형성된 상태의 단면을 나타내었다.
도시된 바와 같이, 무기박막(NOF)은 양극전극(P)으로까지 진입하도록 유기뱅크(O)와 다른 유기뱅크(O-1) 사이로 충분히 진입이 가능하여 필름을 형성하여야 한다.
일반적으로 무기박막(NOF)의 성분은 산화규소(SiO2)가 주로 활용되고 있으며, 테트라에틸오르소실리케이트(TEOS:tetraethylorthosilicate)를 원료로 한 화학진공증착(CVD:chemical vapor deposition) 방식으로 용이하게 형성이 가능하다.
이러한 무기 박막은 산화규소(SiO2)에 한정되지 않고 절연특성을 갖는 다양한 종류의 무기 금속산화물(SiNx, Al2O3, CuOx, Tb4O7, Y2O3, Nb2O5, Pr2O3 등)에서 일종을 선택가능하며, 그 두께는 수십~수백 nm가 요구되며, 잉크젯프린팅 방식으로 형성되는 정공주입/수송층, 발광층 등의 전체 두께에 따라 가변될 것이다.
무기박막이 형성된 기판은 이방성드라이에칭(anisotropic dry etching) 공정에 의해 도 10 과 같은 무기뱅크(NO-1:무기박막의 패턴)가 완성된다. 무기박막이 산화실리콘(SiO2), 실리콘(Si,) 질화실리콘(SiNx) 일 경우에는 에칭개스로서 퍼플르오로카본(CF4), 헥사플루오린화황(SF6), 삼불화질소(NF3) 등이 사용되며, 특히 RIE(reactive ion etch) 방식에 의한 에칭 시에는 퍼플르오로카본(CF4), 에탄(C2H6), 트리플로로메탄(CHF3)과 같은 에칭개스에 수소나 산소를 혼합하여 사용된 다.
이상과 같이 일련의 공정에 의해 본 발명의 백플레인(BP)을 제조할 수 있다. 본 발명에 의한 전계발광소자용 백플레인(BP)은 그 구조가 종래에 알려지지 않은 새로운 구조일 뿐만 아니라, 절연막 기능을 하는 유기 및 무기뱅크가 양극끝단 상부에 동시에 형성되어 있는 사이드웰형으로서 절연특성이 종래 구조의 백플레인보다 월등히 우수하다는 특징이 있다.
이로서 종래 스텍형 뱅크를 갖는 백플레인에서 빈번하게 발생하는 양극 끝단(E:edge)의 열화 및 음극과 양극간의 전기적인 쇼트(short) 문제를 해결할 수 있다.
[본 발명의 백플레인(BP)의 제조공정의 1변형례]
상기하는 구성과 공정에 따른 본 발명의 백플레인(BP)의 제조공정은 그 기본적인 기술사상을 같이하면서 변형가능한 무수한 공정변경과 사용된 소재, 물성의 선택이 가능함은 물론이고 하나의 예로서, 유기뱅크를 형성하기 위해 사용되는 포토레지스트(PR)의 선택적인 소재와 공정을 설명한다.
잉크젯프린팅 방식으로 정공주입/수송층과 발광층을 형성할 때 잉크젯 헤드로부터 토출된 잉크가 양극상단에 안착되지 않고 뱅크상에 잉크가 떨어졌을 때는 정밀한 패턴을 얻기가 어려워진다.
이와 같이 미스랜딩(mislanding)된 잉크를 양극상단에 안착시키기 위해서는 기판표면의 젖음성(wetability)이 발광영역과 비발광 영역부가 서로 다르도록 별도의 처리공정을 필요로 한다. 예로서 잉크가 극성이거나 수용성일 경우에는 양극표 면은 친수성이 유지되어야 하며, 뱅크는 친유성이 유지되어야 한다. 이와 같이 완성된 백플레인에 표면처리를 수행하면 보다 정밀한 패턴을 얻을 수 있다.
본 발명의 백플레인(BP)을 구현함에 있어서 유기뱅크(O)를 형성하기 위해 사용되는 포토레지스트(PR)가 불소계의 포토레지스트(PR)를 사용한다면 발광영역과 비발광영역의 젖음성이 서로 다르도록 하기 위한 별도의 표면처리가 필요 없게 되는 효과를 가진다.
즉, ITO로 이루어진 양극전극(P)은 표면에 존재하는 산소에 의해 친수성을 가지며 또한 금속산화물로부터 형성되는 무기뱅크(대표적으로 산화실리콘(SiO2) 역시 친수성 표면을 가진다.
따라서 유기뱅크(O) 만 소수성을 가지면 서로 다른 젖음성을 확보할 수 있다. 일반적으로 불소(F)기를 포함하는 재료는 강한 소수성을 나타내는 것으로 알려져 있다. 따라서 유기 뱅크 형성용 포토레지스트(PR)로서 불소기를 다량 함유하고 있는 포토레지스트(PR)를 사용하면 별도의 표면처리 공정이 필요 없음은 당연한 사실이다.
불소기를 다량 함유하는 대표적인 고분자는 테프론(Teflon)을 예로 들 수 있다. 이러한 불소계 고분자를 디아조 화합물과 같은 자외선(UV) 감응성 물질을 혼합함으로서 불소계 포토레지스트(PR)를 제조할 수 있다. 또한 감광성을 부여하지 않는 테프론을 사용하여도 도 8 과 같은 유기 뱅크 패턴을 형성할 수 있는 방법이 있다.
도 12 와 같이 불소수지를 양극전극(P)이 형성된 기판(B) 전면에 도포하여 불소수지막(FF)을 형성한다. 형성된 불소수지막(FF) 상단에 소정형상의 패턴의 형성 혹은 마스크(M)를 배치 시키고 습식 혹은 건식법으로 불소수지막(FF)을 에칭해 냄으로서 도 8 과 같은 구조를 구현할 수 있다.
[본 발명의 백플레인(BP)의 제조공정의 2변형례]
상술한 전계발광성의 고분자 잉크 대신에 만약 저분자 유기물질을 이용할 경우는 잉크화가 어려우므로 새도우마스크를 이용한 진공증착 방식으로 성막이 가능하다.
즉 정공주입층, 정공수송층, 호스트와 도펀트로 구성되는 발광층, 전자수송층을 진공증착 한 후 금속전극을 성막하고, 인캡슐레이션 공정을 거쳐 OLED 패널을 완성할 수 있다.
저분자 재료를 사용하여 OLED를 제조하는 경우에는 발광영역과 비발광 영역부의 표면 젖음성(wetability)을 달리할 필요가 없으므로 별도의 표면처리 공정이 요구되지 않는다.
[본 발명의 백플레인(BP)의 구체적인 실시예]
상술한 방법으로 제조된 백플레인(BP)을 이용하여 제조된 고분자전계발광소자(PLED)도 본 발명의 다양한 응용범주의 하나이며 물론 본 발명의 기본적인 구성과 기술적인 사상을 같이하는 무수한 응용예의 하나임은 자명하다.
도 11과 같은 구조의 고분자전계발광소자(PLED) 소자를 얻기 위한 공정은 다음과 같다.
먼저 수용성 혹은 수분산성인 정공주입/수송층(HT) 용의 잉크를 프린팅하는 공정이 필요하며, 잉크젯프린터의 헤드를 통하여 정공주입/수송층(HT) 용의 잉크를 토출함으로서 각 픽셀(양극전극(P) 상단)에 잉크가 배치된다.
프린팅이 완료되면 진공 중에서 1차 건조시키고, 200℃ 상압에서 수분간의 열처리를 통하여 용매를 제거함으로서 정공주입/수송층(HT)이 완성된다.
이 때에 사용되는 정공주입/수송층(HT) 용 잉크는,
PEDOT:PSS[poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrene sulfonate)], G-PEDOT[poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrenesulfonate):polyglycol(glycerol)], PANI:CSA polyanilinecamphor sulfonic acid), PDBT [poly(4,4'-dimethoxy bithophene)] 등이 사용될 수 있다.
정공주입/수송층(HT)이 완성되면 전계발광 특성을 갖는 고분자 잉크(전계발광 잉크; 예로서 적색발광 잉크, 녹색발광 잉크, 청색발광 잉크)를 잉크젯프린터의 헤드로부터 토출시킨 후 기판(B)을 건조함으로서 적색발광층(RL), 녹색발광층(GL), 청색발광층(BL)이 형성되어 전계발광층이 완성된다.
여기서 사용되는 전계발광 잉크는 종래 널리 알려진 폴리페닐렌비닐렌계, 폴리티오펜계, 폴리플루오렌계, 폴리아릴렌비닐렌계 등 그 종류는 무수히 많으며, 특정 계열에 한정되지 않는다.
발광층이 형성되면 진공가열방식에 의해 음극전극(K)을 형성하며, 알루미늄(Al), 마그네슘(Ma), 은(Ag) 등 단독 금속을 이용하기도 하며, 음극의 기능을 향상시키기 위해 불화리튬(LiF)를 가열증착으로 수 nm 형성시킨 후 알루미늄(Al)을 수 백 nm 형성하기도 하며, 또는 불화리튬(LiF)과 알루미늄(Al) 사이에 칼슘(Ca),바륨(Ba) 등을 수십 nm 형성하여 LiF/Ca(혹은 Ba 등)/Al 구조의 음극을 활용하기도 한다.
음극전극(K)의 형성 후에는 대기와의 차단을 위해 인캡슐레이션 공정을 거쳐 PLED 패널이 완성된다.
이상과 같은 본 발명의 전계발광소자용 백플레인의 구조와 그 제조 방법 및 이를 포함하는 전계발광소자에서의 백플레인은 그 구조가 종래에 알려지지 않은 새로운 구조일 뿐만 아니라, 절연막 기능을 하는 유기 및 무기뱅크가 양극끝단 상부에 동시에 형성되어 있는 사이드웰형으로서 절연특성이 종래구조의 백플레인보다 월등히 우수하다는 특징이 있다.
상기하는 본 발명의 구성으로서 종래 구조의 백플레인에서 빈번하게 발생하는 전계발광소자의 동작 중, 전계집중에 의한 양극 끝단의 열화 및 음극과 양극간의 전기적인 쇼트(short) 문제를 해결함으로서 수율의 대폭적인 증대와 사용에 따른 열화를 근원적으로 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명의 백플레인을 이용하여 제작된 OLED 혹은 PLED는 전계집중이 저하됨으로서 구동을 위한 고전압 하에서도 안정적으로 작동하므로 고휘도 디스플레이로서의 구현이 가능하다는 장점과 함께, 그 신뢰성이 우수하여 장수명의 디스플레이 구현이 가능하다.
이러한 장점에 근거하여 본 발명에 의한 백플레인은 고휘도, 장수명을 요청 하는 다양한 전자기기, 모바일 기기 등의 디스플레이 패널을 제공하는 유용성을 가진다.

Claims (6)

  1. 기판, 양극전극, 무기뱅크 및 유기뱅크로 구성되는 전계발광소자용 백플레인(backplane)에 있어서,
    상기 양극전극의 에지부 상에서, 상기 유기뱅크 및 무기뱅크가 상기 양극전극과 동시에 접촉하도록 상기 유기뱅크 및 무기뱅크가 형성된 것을 특징으로 하는 전계발광소자용 백플레인.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 박막트랜지스터(TFT)를 더 구비하는 기판일 수 있는 것을 특징으로 하는 전계발광소자용 백플레인.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기뱅크를 형성하는 재료는 불소를 함유하는 재료일 수 있는 것을 특징으로 하는 전계발광소자용 백플레인.
  4. 제 1 항 내지 3 항 기재의 어느 한 항에 있어서,
    상기 무기뱅크는 유기뱅크의 에칭된 측벽과 양극전극 사이에 잔존하여 상기 양극과 유기뱅크와 동시에 접촉하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전계발광소자용 백플레인.
  5. 기판, 양극전극, 무기뱅크 및 유기뱅크로 구성되는 전계발광소자용 백플레인(backplane)의 상기 양극전극의 에지부 상에서, 상기 유기뱅크 및 무기뱅크가 상기 양극전극과 동시에 접촉하도록 상기 유기뱅크 및 무기뱅크가 형성되는 구성의 전계발광소자용 백플레인를 제조하기 위한 전계발광소자용 백플레인(backplane) 제조방법에 있어서;
    양극전극 패턴을 형성하는 제1공정과,
    유기뱅크를 형성하는 제2공정과,
    무기박막을 형성하는 제3공정과,
    상기 유기뱅크 및 무기뱅크가 상기 양극전극과 동시에 접촉하도록 상기 무기뱅크가 유기뱅크의 양극전극에 인접한 측벽 상에 잔존하도록 에칭하여 무기뱅크를 형성하는 제4공정;
    을 공정 중에 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전계발광소자용 백플레인(backplane) 제조방법.
  6. 기판, 양극전극, 무기뱅크 및 유기뱅크로 구성되고, 상기 양극전극의 에지부 상에서, 상기 유기뱅크 및 무기뱅크가 상기 양극전극과 동시에 접촉하도록 상기 유기뱅크 및 무기뱅크가 형성되는 전계발광소자용 백플레인 상에,
    최소 1 개 이상의 유기층과 금속층을 성막한 후, 대기와의 차단을 위해 인캡슐레이션공정을 더 구비하여 제조된 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
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