KR100765530B1 - 상부 발광형 전계발광소자 및 그의 제조방법 - Google Patents

상부 발광형 전계발광소자 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

상부 발광형 전계발광소자 및 그의 제조방법이 제공된다. 상부 발광형 전계발광소자의 제조 방법은 열증착법을 이용해 기판 상에 빛을 흡수하도록 빛 흡수층을 형성하는 빛 흡수층 형성단계와, 빛 흡수층 상에 투명한 제 1 전극을 형성하는 제 1 전극 형성단계와, 제 1 전극 상에 발광부를 형성하는 발광부 형성단계와, 발광부 상에 투과성 제 2 전극을 형성하는 제 2 전극 형성단계를 포함한다.
상부 발광형, 전계발광소자, 빛 흡수층

Description

상부 발광형 전계발광소자 및 그의 제조방법{Top Emission Light Emitting Diodes and Method of Manufacturing the same}
도 1은 종래 기술의 제 1 실시예에 따른 전계발광소자의 단면도.
도 2는 도 1 상의 A 영역의 부분 확대도.
도 3은 종래 기술의 제 2 실시예에 따른 전계발광소자의 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 발광형 전계발광소자의 단면도.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 발광형 전계발광소자의 단계별 공정도.
* 도면의 주요부호에 대한 설명 *
10 : 전계발광소자 12 : 기판
14 : 제 1 전극 16 : 정공 주입/수송층
18 : 발광층 20 : 전자 주입/수송층
22 : 제 2 전극 24 : 보호층
28 : 보호부 32 : 기판
34 : 제 1 전극 36 : 전자 주입/수송층
38 : 발광층 40 : 정공 주입/수송층
42 : 제 2 전극 44 : 보호층
48 : 보호부 52 : 기판
54 : 빛 흡수층(Black Matrix) 56 : 제 1 전극
58 : 정공 주입/수송층 60 : 발광층
62 : 전자 주입/수송층 64 : 제 2 전극
F : 발광(Light Emitting) F1 : 제 1 발광
F2 : 제 2 발광 L : 발광부
P : 픽셀 회로부 S : 실란트
본 발명은 공정 수율과 발광 효율을 향상시킨 전계발광소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
전계발광소자는 전자(election)주입 전극(cathode)과 정공(hole)주입 전극(anode)으로부터 각각 전자와 정공을 발광층 내부로 주입시켜, 주입된 전자와 정공이 결합한 엑시톤(exciton)이 여기상태로부터 기저상태로 떨어질 때 발광하는 자발광 소자이다.
또한, 전계발광소자는 낮은 전압에서 구동이 가능하고, 박형 등의 장점을 지니고 있다. 이러한 전계발광소자는 광시야각과 빠른 응답속도 등 종래 액정표시장 치에서 문제로 지적되던 단점을 해결할 수 있는 차세대 디스플레이로 주목받고 있다.
전계발광소자는 발광방식에 따라 기판에 대향하는 방향으로 발광하는 전계발광소자(Top-Emission LED)와 기판 방향으로 발광하는 하부 발광형 전계발광소자(Bottom-Emission LED)로 구분된다.
도 1은 종래 기술의 제 1 실시예에 따른 전계발광소자의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술의 제 1 실시예에 따른 전계발광소자는 상부 발광형으로 기판(12) 상에 제 1 전극과 발광부 및 제 2 전극이 적층되어 픽셀 회로부(P)가 형성되어 있었다.
또한, 픽셀 회로부(P)를 산소 또는 수분으로부터 보호하기 위해 보호막(24)이 픽셀 회로부(P)를 덮도록 형성되어 있었다.
이어서, 보호막(24) 상에는 보호용 기판을 포함하는 보호부(28)가 실란트(S)로 실링되어 있었다.
도 2는 도 1 상의 A 영역의 부분 확대도로, 기판(12) 상의 적층 구조를 도시하였다.
도 2를 참조하면, 기판(12) 상에 소자의 제 1 및 제 2 발광(F1, F2) 중 제 2 발광(F2)의 빛 반사층 역할을 하는 동시에 발광부(L)에 정공을 제공하는 제 1 전극(14)이 형성되어 있었다.
제 1 전극(14) 상에는 정공 주입/수송층(16)과 유기물 또는 무기물로 형성된 발광층(18) 및 전자 주입/수송층(20)이 적층되어 발광부(L)가 형성되어 있었다.
이어서, 발광부(L) 상에는 발광부(L)에 전자를 제공하는 제 2 전극(22)이 형성되었으며, 이때 제 2 전극(22)은 소자의 제 1 및 제 2 발광(F1, F2)을 외부로 방출시키기 위해 투명하거나 반투명하게 형성되었다.
또한, 외광의 간섭을 방지하기 위해 제 2 전극(22)의 상부 또는 하부에는 서큘라폴(Circular Pole) 층이 형성되어 있었다.
이상과 같은 구조에서 제 1 전극(14)은 반사 특성이 중요하였으므로, 메탈 계열로 형성되었으나 보다 효율적인 발광을 위해서 Work Function을 맞춰주는 하나 이상의 조정층이 필요하였다.
따라서, 종래 기술의 제 1 실시예에 따른 전계발광소자는 제 1 전극의 재료 및 공정의 개발이 필요하였고, 그에 따라 공정 과정이 늘어나거나 비용이 상승하는 문제가 발생하였다.
도 3은 종래 기술의 제 2 실시예에 따른 전계발광소자의 단면도로, 도 2와 동일한 스케일이다.
도 3을 참조하면, 기판(32) 상에 소자 발광(F1, F2) 중 제 2 발광(F2)의 빛 반사층 역할을 하는 동시에 발광부(L)에 전자를 제공하는 제 1 전극(34)이 형성되어 있었다.
제 1 전극(34) 상에는 전자 주입/수송층(36)과 유기물 또는 무기물로 형성된 발광층(38) 및 정공 주입/수송층(40)이 적층되어 발광부(L)가 형성되어 있었다.
이어서, 발광부(L) 상에는 발광부(L)에 정공을 제공하는 제 2 전극(42)이 형성되었으며, 이때 제 2 전극(42)은 소자 발광(F1, F2)을 외부로 방출시키기 위해 투명하거나 반투명한 재질로 형성되었다.
또한, 외광의 간섭을 방지하기 위해 제 2 전극(42)의 상부 또는 하부에는 서큘라폴(Circular Pole) 층이 형성되어 있었다.
이상과 같은 구조를 갖는 종래 기술의 제 2 실시예에 따른 전계발광소자는 구동 구조가 재료의 특성과 효율적으로 대응되었기 때문에 이상의 제 1 실시예의 경우처럼 제 1 전극의 재료 및 공정을 개발할 필요는 없었으나, 종래 하부 발광형 전계발광소자의 구동 구조와 같은 안정성을 위해서는 구동 구조에 대한 연구 개발이 추가로 필요하였다.
한편, 위에서 설명한 종래 기술의 전계발광소자에 있어서, 디스플레이의 고효율 콘트라스트(High Contrast)를 목적으로 사용한 서큘라폴 층이 외광의 간섭을 방지하는 반면, 소자의 내부에서 발생된 발광(도 2 및 도 3 상의 F1, F2) 또한 일정량 흡수하여 발광효율을 저하시키는 문제가 발생하였다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 새로운 재료 및 구조에 대한 공정의 추가 개발이 필요 없고, 종래 하부 발광형 전계발광소자의 구조 및 공정 패턴을 적용할 수 있으며, 서큘라폴 층을 사용하지 않고도 고효율의 콘트라스트를 유지할 수 있는 전계발광소자 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 기판 상에 빛을 흡수하도록 빛 흡수층을 형성하는 빛 흡수층 형성단계와, 빛 흡수층 상에 투명한 제 1 전극을 형성하는 제 1 전극 형성단계와, 제 1 전극 상에 발광부를 형성하는 발광부 형성단계와, 발광부 상에 투과성 제 2 전극을 형성하는 제 2 전극 형성단계를 포함하는 전계발광소자의 제조방법을 제공한다.
위에서 설명한 제 1 전극은 애노드이며, 상기 제 2 전극은 캐소드인 것을 특징으로 한다.
한편, 이상의 빛 흡수층 형성단계에서는 도전성이 있는 물질을 적층하여 상기 빛 흡수층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이상의 빛 흡수층 형성단계에서는 빛 흡수층을 인접하는 다른 화소 단위와 상호 구분되도록 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 위에서 설명한 빛 흡수층 형성단계에서 빛 흡수층은 Au, Ag, Al 중 어느 하나 또는 어느 하나의 합금인 것을 특징으로 한다.
또한, 위에서 설명한 빛 흡수층 형성단계에서는 Ar, Ne, Kr, N2 중 어느 하나 또는 하나 이상으로 조성된 가스 분위기에서 열증착법(Thermal Evaporation)을 통해 상기 빛 흡수층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 위에서 설명한 제 1 전극 형성단계에서 제 1 전극은 ITO, IZO, ITZO 중 어느 하나 또는 하나 이상으로 형성하는 것을 특징으로 한다.
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또한, 이상과 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명은 기판과, 기판 상에 형성된 빛 흡수층과, 빛 흡수층 상에 투명하게 형성된 제 1 전극과, 제 1 전극 상에 형성된 발광부와, 발광부 상에 투명하거나 반투명하게 형성된 제 2 전극을 포함하는 전계발광소자를 제공한다.
위에서 설명한 제 1 전극은 애노드이며, 제 2 전극은 캐소드인 것을 특징으로 한다.
한편, 이상의 빛 흡수층은 도전체인 것을 특징으로 한다.
또한, 이상의 빛 흡수층은 인접하는 다른 화소 단위와 상호 구분되도록 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 위에서 설명한 빛 흡수층은 Au, Ag, Al 중 어느 하나 또는 어느 하나의 합금을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 위에서 설명한 제 1 전극은 ITO, IZO, ITZO 중 어느 하나 또는 하나 이상으로 형성된 것을 특징으로 한다.
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도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 발광형 전계발광소자의 단면도로, 도 2 및 도 3과 동일한 스케일이다.
도 4를 참조하면, 기판(52) 상에 소자 내로 침투한 외광을 흡수하기 위한 단일층의 빛 흡수층(54; Black Matrix)이 형성되어 있다. 이때, 빛 흡수층(54)은 예를 들어 Au, Ag, Al 중 어느 하나 또는 어느 하나의 합금을 포함할 수 있으며, 빛의 투과율 및 반사율이 10% 이하가 되도록 형성된 것을 특징으로 한다.
한편, 위에서 설명한 빛 흡수층(54)이 도전성을 갖는 경우, 빛 흡수층(54)은 화소별로 상호 간 구분되도록 형성되어야 한다.
이어서, 전술한 빛 흡수층(54) 상에는 빛 투과성과 전도성을 가지도록 투명하게 형성되며, 소자의 발광부(L)에 정공을 전달하는 제 1 전극(56)이 형성되어 있다.
또한, 제 1 전극(56) 상에는 정공 주입/수송층(58)과 발광층(60) 및 전자 주입/수송층(62)이 적층되어 발광부(L)가 형성되어 있다.
발광부(L) 상에는 소자의 발광(F1)을 외부로 방출시키기 위해 투명하거나 반투명한 재질로 형성되며, 발광부(L)에 전자를 제공하는 제 2 전극(64)이 형성되어 있다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 발광형 전계발광소자의 단계별 공정도이다.
도 5를 참조하면, 빛 흡수층 형성단계로 Ar, Ne, Kr, N2 중 어느 하나 또는 하나 이상으로 조성된 가스 분위기 내에서 열증착법(Thermal Evaporation)을 사용하여 기판(52) 상에 빛의 투과율 및 반사율이 10% 이하인 빛 흡수층(54)을 형성한다.
한편, 전술한 단일층의 빛 흡수층(54)을 도전성이 있는 물질로 형성할 경우, 예를 들어, Au, Ag, Al 중 어느 하나 또는 어느 하나의 합금을 포함하도록 적층하며, 빛 흡수층(54) 상에 다수의 화소를 형성할 경우, 각 화소 기준으로 상호 간 구분되도록 빛 흡수층(54)을 형성한다.
위에서 설명한 공정이 이뤄지는 챔버 내의 압력은 0.01 ~ 10 Torr 범위 내의 압력 조건으로 조정되는 것이 바람직하다.
또한, 공정 중 기판(52)의 온도는 섭씨 0 내지 100도 사이를 유지해야 하며, 특히 별도의 냉각 장치를 적용하여 섭씨 10 내지 30도 범위 내의 온도 조건을 유지하는 것이 바람직하다.
도 6을 참조하면, 제 1 전극 형성단계로 위에서 설명한 빛 흡수층 형성단계를 거친 기판(52)의 빛 흡수층(54) 상에 투명한 재료 예를 들어, ITO, IZO, ITZO 중 어느 하나 또는 하나 이상을 포함하도록 제 1 전극(56)을 형성한다.
이때, 제 1 전극(56)은 열증착법(Thermal evaporation), E-빔 증착법(E-beam evaporation), 스퍼터링(Sputtering), 화학기상증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition) 중 어느 하나의 방법으로 패터닝할 수 있다.
도 7을 참조하면, 발광부 형성단계로 위에서 설명한 제 1 전극 형성단계를 거친 기판(52)의 제 1 전극(56) 상에 예를 들어, 정공 주입/수송층(58)과 유기물 또는 무기물로 형성된 발광층(60) 및 전자 주입/수송층(62)를 적층하여 발광부(L)를 형성한다.
도 8을 참조하면, 제 2 전극 형성단계로 위에서 설명한 발광부 형성단계를 거친 기판(52)의 발광부(L) 상에 소자의 발광(F)을 외부로 방출시키기 위해 투명하거나 반투명한 재료로 제 2 전극(64)을 형성한다.
이때, 제 2 전극(64)은 열증착법(Thermal evaporation), E-빔 증착법(E-beam evaporation), 스퍼터링(Sputtering), 화학기상증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition) 중 어느 하나의 방법으로 패터닝할 수 있다.
이상과 같은 구조 및 공정을 따르는 본 발명의 전계발광소자는 종래 하부 발광형 전계발광소자의 구조 및 공정 패턴을 큰 변동없이 적용할 수 있으므로 소자의 구동 측면에서 안정성을 확보할 수 있으며, 전계발광소자의 재료 및 구조에 대한 개발 비용 및 시간이 추가로 필요하지 않다.
또한, 본 발명은 소자 내부로 침투한 외광을 빛 흡수층에서 흡수하므로, 종래에 사용하던 서큘라폴 층을 형성하는 공정을 생략할 수 있다.
따라서, 본 발명은 소자의 구조 및 공정 측면에서 소기 목적을 달성할 수 있다.
이상 본 발명에서는 기판 상에 빛 흡수층이 추가로 형성되어 있는 구조로 도시 설명하였으나, 본 발명의 구조는 이에 국한되지 않으며, 재료 및 구조 측면에서 기판 자체가 빛의 투과율 및 반사율이 10% 이하가 되도록 형성될 수 있다.
이상 본 발명에 따른 전계발광소자는 발광부에 유기물뿐만 아니라 무기물 또한 이용 가능한 전계발광 표시장치(LED)의 범주로 이해하여야 한다.
이상 다양한 실시예를 들어 본 발명에 대하여 서술하였으나, 본 발명의 범위는 전술한 상세 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고, 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 종래 하부 발광형 전계발광소자의 구조 및 공정 패턴을 적용할 수 있으므로 새로운 재료 및 구조에 대한 공정의 추가 개발이 필요 없다.
또한, 소자 내부로 침투한 외광을 빛 흡수층에서 흡수하므로 종래 기술에서 사용하던 서큘라폴 층을 사용하지 않고도 고효율의 콘트라스트를 유지할 수 있는 전계발광소자 및 그의 제조 방법을 제공할 수 있다.

Claims (15)

  1. 열증착법을 이용해 기판 상에 빛을 흡수하도록 단일층의 빛 흡수층을 형성하는 빛 흡수층 형성단계와;
    상기 빛 흡수층 상에 투명한 제 1 전극을 형성하는 제 1 전극 형성단계와;
    상기 제 1 전극 상에 발광부를 형성하는 발광부 형성단계와;
    상기 발광부 상에 투과성 제 2 전극을 형성하는 제 2 전극 형성단계를 포함하는 상부 발광형 전계발광소자의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 애노드이며, 상기 제 2 전극은 캐소드인 것을 특징으로 하는 상부 발광형 전계발광소자의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 빛 흡수층 형성단계에서는 도전성이 있는 물질을 적층하여 상기 빛 흡수층을 형성하는 것을 특징으로 하는 상부 발광형 전계발광소자의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 빛 흡수층 형성단계에서는 상기 빛 흡수층을 인접하는 다른 화소 단위와 상호 구분되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 상부 발광형 전계발광소자의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 빛 흡수층 형성단계에서 상기 빛 흡수층은 Au, Ag, Al 중 어느 하나 또는 어느 하나의 합금인 것을 특징으로 하는 상부 발광형 전계발광소자의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 빛 흡수층 형성단계에서는 Ar, Ne, Kr, N2 중 어느 하나 또는 하나 이상으로 조성된 가스 분위기에서 상기 빛 흡수층을 형성하는 것을 특징으로 하는 상부 발광형 전계발광소자의 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 전극 형성단계에서 상기 제 1 전극은 ITO, IZO, ITZO 중 어느 하나 또는 하나 이상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 상부 발광형 전계발광소자의 제조방법.
  9. 기판과;
    상기 기판 상에 단일층으로 형성된 빛 흡수층과;
    상기 빛 흡수층 상에 형성된 투명하게 형성된 제 1 전극과;
    상기 제 1 전극 상에 형성된 발광부와;
    상기 발광부 상에 투명하거나 반투명하게 형성된 투과성의 제 2 전극을 포함하는 상부 발광형 전계발광소자.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 애노드이며, 상기 제 2 전극은 캐소드인 것을 특징으로 하는 상부 발광형 전계발광소자.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 빛 흡수층은 도전체인 것을 특징으로 하는 상부 발광형 전계발광소자.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 빛 흡수층은 인접하는 다른 화소 단위와 상호 구분되도록 형성된 것을 특징으로 하는 상부 발광형 전계발광소자.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 빛 흡수층은 Au, Ag, Al 중 어느 하나 또는 어느 하나의 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 상부 발광형 전계발광소자.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 ITO, IZO, ITZO 중 어느 하나 또는 하나 이상으로 형성된 것을 특징으로 하는 상부 발광형 전계발광소자.
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