KR100773044B1 - 박막형성방법, 표시장치와 칼라 필터 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 박막 형성 방법은 박막 재료액(130)에 대하여 친화성을 보이는 재료(SiO2와 같은 무기재료)로 친화성 뱅크층(111-11n)을 형성하는 공정과 박막재료액에 대해 비친화성을 보이는 재료(레지스트와 같은 유기재료)로 비친화성 뱅크층(121-12n)을 형성하는 공정을 1회이상 반복하여 친화성 뱅크층과 비친화성 뱅크층이 교대로 적층되어 뱅크(110)를 형성한다. 최후에 잉크젯 방식에 의해 박막 재료액(130)을 뱅크 사이에 충전하고 가열처리를 하여 박막층(131-13n)을 순서대로 적층해간다. 이러한 공정에 의해, 친화성 제어에 필요한 비용을 삭감할수 있으며, 균일한 막두께를 가진 다층박막을 형성하는 것이 가능하다.

Description

박막형성방법, 표시장치와 칼라 필터{THIN FILM FORMING METHOD, DISPLAY, AND COLOR FILTER}
본 발명은 EL(electroluminescence)소자 또는 LED(light emitting diode)를 구비한 표시장치나 칼러필터를 제조하는데 적합한 박막형성 기술에 관한 것이다. 특히 칸막이 부재 사이에 다층 박막층을 형성하는데 유용한 기술에 관한 것이다.
잉크젯 방식을 사용하여 표시장치에 있어서의 유기반도체막이나 칼라필터에 있어서의 착색수지등의 재료를 충전하여 칼라표시용 액정 패널을 제조하는 기술이 이용되어 왔다.
잉크젯 방식에 의하여 재료를 충전할 경우, 토출된 박막재료액이 인접하는 화소영역에 유출되는 것을 방지하기 위해서는 화소영역을 분할하는 칸막이 부재(이하 「뱅크」라고한다. 또한 칸막이 부재를 형성하는 층은 「뱅크층」이라고 한다)를 설치하여, 칸막이 부재로 둘러싸인 영역에 박막재료액을 충전하는 것이 필요하다. 칸막이 부재로 둘러싸인 화소 영역에는 막형성 후의 부피에 비해 더 큰 부피의 박막재료액이 충전된다. 표시장치는 일반적으로 얇아야하므로, 칸막이 부재의 높이는 제한된다. 따라서 칸막이 부재나 칸막이 부재로 둘러싸인 영역이, 박막재료액에 대해 어떠한 습윤성(친화성)을 나타내는가에 따라서 충전된 박막재료액의 거동이 다르다.
칸막이 부재가 재료에 대해 친화성이 있다면, 도 9A에서 처럼 칸막이 부재의 높이를 초과하는 많은 양의 재료를 충전하였을 때 칸막이 부재가 있을지라도 재료는 용이하게 인접 화소 영역으로 유출된다. 반대로 칸막이 부재가 재료에 대해 친화성을 가지고 있지 않다면, 도9B에서 처럼 칸막이부재의 높이를 초과하는 양의 재료가 충전될지라도 재료 표면장력에 의해 인접 화소 영역으로 재료가 유출되지 않는다. 이 재료를 가열하여 용매를 증발시키면, 재료가 칸막이 부재의 양벽에 의해 반발되기 때문에 도9C와 같이 막형성후의 두께가 화소 영역의 중앙부는 두껍게 되고 주변부는 얇게 된다. 이 경우 칼라 얼룩이 발생하거나 신뢰성이 저하된다. 또한 칸막이 부재가 비친화성 부재로 구성된다면 칸막이 부재와 칸막이 부재의 접지면과의 밀착력이 약하게 되어 칸막이 부재가 쉽게 분리된다.
이러한 문제를 해결하는 종래의 기술로서, 칸막이 부재의 상부를 비친화성으로 하고 그외의 부분을 친화성으로 만드는 표면처리 기술이 있었다. 예를 들어, 일본 특허공개 평9-203803호 공보나 일본 특허공개 평9-230129호 공보에서는 칸막이 부재의 상부를 자외선 조사에 의해 발잉크성으로 가공하고, 칸막이 부재로 둘러싸인 영역을 친잉크성으로 가공하는 기술이 개시되어 있다. 전자는 발잉크성(비친화성)층을 칸막이 부재의 상부에 도포하는 것이고, 후자는 칸막이 부재로 둘러싸인 오목부를 추가로 자외선조사에 의해 친잉크성(친화성)화 하는 것이다. 이 기술에 관한 논리적 고찰에 관해서 International Display Research Conference 1997, pp.238 - 241 에 기재되어 있다. 이 기술에 의하면, 재료가 칸막이부재의 높이를 초과하여 충전될지라도 도10A에서와 같이 재료는 비친화성막에 의해 반발되어, 인접 화소 영역으로 유출되지 않는다. 칸막이부재의 측벽이 친화성을 가지고 있으므로, 막형성 후의 두께가 화소영역의 주변부에서 얇아지지 않는다
그러나, 상기 공지기술에 있어서도 칸막이부재의 측벽의 친화성을 어느정도로 설정할 것인가 분명하지 않고, 평탄한 박막층을 얻는 것도 어려웠다. 일본 특허공개 평9-230129호 공보에 의하면 친화성의 정도는 앞면과 뒷면 모두로부터의 자외선조사에 의해 제어된다고 한다. 그러나 친화성과 비친화성의 친화성 정도는, 즉 박막재료액에 대한 접촉각을 각각 어떻게 설정할까에 관해서는 불명확하였다.
예컨대 비친화성이 너무 높다면 도9C에서와 같이, 칸막이 부재에 가까운 주변부에서는 얇아지게 되고 중앙부는 두꺼워지게 된다. 이와는 반대로 친화성이 너무 높다면, 도10B에서 보여지는 것 처럼 칸막이부재 가까운 주변부에서 박막층이 두꺼워지게 되고 중앙부는 얇게된다.
또한 상기 공지기술에서는 단지 하나의 박막층이 있어서, 다층박막층이 형성될 때 각층에 대해서 평탄한 박막층이 형성되는 동안 전반적으로 표면을 어떻게 처리해야 할지 전혀 불명확하였다. 만일 상기 공지 기술이 각층에 적용된다면 표면처리는 각층이 형성될 때마다 필요하고, 또한 수많은 공정이 필요해 진다.
본원 발명자는 불소가스를 사용하여 플라즈마 처리를 한다면, 산소가스와 불소가스의 혼합비에 따라서 유기물과 무기물 사이에 잉크에 대한 접촉각은 매우 다르다는 것을 발견했다. 본원 발명자는 또한 친화성 재료와 비친화성 재료가 교대로 적층된 뱅크를 형성함으로써 또한 플라즈마 처리를 실행함으로써 친화성을 제어할 수 있다는 것을 발견했다.
본 발명의 제 1과제는, 다른 재료를 사용하여 뱅크를 적층함으로써, 박막을 다층화할 수 있는 박막형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 2과제는, 표면처리를 일정조건하에서 관리함으로써, 친화성을 제어하는데 많은 공정을 되풀이하지 않고 친화성을 제어하여, 친화성 제어를 위해 필요한 비용을 줄이고 일정한 막두께를 가지는 다층박막을 형성하도록 하기 위한 것이다.
본 발명의 제 3과제는, 다층막을 형성할 수 있는 박막 형성 방법에 의해 다층화된 표시장치를 제공하는 것이다. 이로 인해, 밝기나 색의 불균형이 발생하지 않는 화상표시를 행하고 신뢰성을 향상 시킬수 있다.
본 발명의 제 4과제는, 다층막을 형성할 수 있는 박막형성 방법에 의해 다층화된 칼라필터를 제공하는 것이다. 이로 인해, 밝기나 색의 불균형이 발생하지 않는 화상표시를 행할 수 있다
상기 제1의 과제를 해결하는 방법은, 뱅크로 둘러싸인 영역에 박막 재료액을 충전하여 박막층을 형성하는 박막 형성 방법으로서, 뱅크형성면에 뱅크를 형성하는 공정과 뱅크에 박막재료액을 충전하는 공정을 갖추고 있다. 그리고 뱅크를 형성하는 공정은 친화성 재료로 친화성뱅크층을 형성하는 공정과, 친화성뱅크층 위에 비친화성 재료로 비친화성뱅크층을 형성하는 공정을 1회이상 반복하는것에 의해,친화성뱅크층과 비친화성뱅크층을 교대로 적층시킨 뱅크를 형성하는 것이다.
여기서 「뱅크」라는 것은, 예를들어 비친화성 반도체 박막 소자를 이용한 표시장치의 화소을 구획하기 위하여 설치하거나, 칼라 필터의 화소 영역을 구획하기 위하여 설치하는 칸막이 부재인 것을 말한다. 뱅크의 적층구조는 층마다 비친화성 재료나 친화성 재료의 종류를 바꾸어도 좋다. 각층의 두께는 층마다 변경하여 적층하여도 좋다. 뱅크 형성면이란 뱅크가 설정되는 면을 말하며, 표시장치 등의 구동기판이나 칼라필터의 투명기판 등일 수 있다.
여기서, 친화성인지 비친화성인지는 충전되는 박막재료액이 가지고 있는 성질에 따라 결정된다. 예를들어 박막재료액이 친수성을 가지고 있다면, 극성기를 가지고 있는 표면이 친화성을 보이며, 비극성기를 가지고 있는 표면이 비친화성을 보인다.반면에 박막재료액이 친유성을 가지고 있다면, 극성기를 가진 표면이 비친화성을 보이며, 비극성을 가진 표면이 친화성을 보인다. 박막재료액은 제조대상에 따라서 다양한 종류로 변경하여 적용하게 된다. 박막재료액이 층마다 친수성을 보이는지 소수성을 보이는지가 변할 경우에는, 그 박막재료액으로 형성된 박막층에 대응하는 위치에 설치되는 두 층의 뱅크층 중, 이 박막재료액에 대하여 하층이 비친화성을 보이며 상층이 친화성을 보이도록, 층구조를 변경하여 적용가능하다. 예를 들어 박막재료액이 친수성을 가지는 경우에, 친화성재료는 무기재료를 말하며, 비친화성 재료는 유기재료를 말한다. 박막재료액이 소수성을 가지는 경우에는, 친화성재료는 유기재료를 말하며, 비친화성재료는 무기재료를 말한다.
예를 들어 상기 뱅크층을 재료의 도포에 의해 형성하는 방법이 고려된다. 즉, 비친화성 뱅크층을 형성하는 공정 및 친화성 뱅크층을 형성하는 공정은 용제에 녹여진 소정의 재료를 도포하여 각각의 뱅크층을 형성하는 것이다. 그리고 친화성 뱅크층의 재료가 용해된 용제가 제거되기 전에 비친화성 뱅크층의 재료를 도포하는 것에 의해 비친화성 뱅크층을 형성한다.
상기 제2의 과제를 해결하는 발명은, 상기 뱅크를 형성하는 공정 후에 뱅크 및 뱅크 형성면에 대하여 소정의 표면처리를 하는 공정을 추가로 구비한다. 표면처리로서는 예를 들면, 도입가스에 불소 또는 불소 화합물을 포함하는 가스를 사용하며, 감압분위기하에서나 대기압하에서 플라즈마 조사를 하는 감압플라즈마처리나 대기압플라즈마처리를 한다. 일정 조건으로서는, 불소계 화합물과 산소를 포함하는 가스중에서 플라즈마처리를 실행하는 것을 들 수 있다. 이 조건하에서, 무기재료의 표면에는 플라즈마 방전에 의해 미반응기가 발생하며, 산소에 의해 미반응기가 산화되고 카르보닐기나 수산화기와 같은 극성기가 발생한다. 극성기는 물과 같은 극성분자를 포함하는 유동체에 대해 친화성을 보이며, 비극성분자를 포함하는 유동체에 대해서는 비친화성을 보인다. 유기체 뱅크층의 표면에 있어서도, 상기 반응과 병행하여 불소계 화합물 분자가 유기체재료 표면에 들어가는 현상이 또한 발생한다.
특히 불소계 화합물의 양이 산소보다 많을 때 예를들어 불소계 화합물과 산소의 총량에 대하여 불소계 화합물의 함유량이 60%이상으로 설정되었을 때, 불소계 화합물의 양이 산소를 초과하는 가스분위기에서는 산소에의한 산화반응보다 불소화합물의 혼합현상이 더 활발해지기 때문에, 산소반응에의한 경향보다 불소화합물의 혼입화현상에 의하여 표면이 비극성화된다. 그러므로 유기재료를 불소계화합물이 산소보다 많은 조건으로 플라즈마처리 한다면, 극성분자를 함유하는 유동체에 대하여 비친화성을 보이며, 비극성분자를 함유하는 유동체에 대하여 친화성을 보인다. 예를 들어 불소를 포함하는 가스로 CF4,SF6나 CHF3 등과 같은 할로겐가스가 사용된다. 이 조건하에서 표면처리를 한다면, 비친화성 뱅크층과 친화성 뱅크층과의 사이에서 박막재료액에 대한 접촉각이 크게 다르도록 그 표면의 친화성이 조정된다. 결과적으로, 예를 들어 박막재료액에 대한 친화성 뱅크층의 표면의 접촉각은 30도이하가 되도록 표면이 처리된다. 또한 박막재료액에 대한 비친화성층의 접촉각은 40도이상이 되도록 표면이 처리된다.
상기 표면처리를 하는 공정은, 비친화성 뱅크층이 친화성재료에 비하여 박막재료액에 대한 비친화성의 정도가 높아지는 일정 조건하에서 표면처리를 한다. 또한, 표면처리를 하는 공정은, 친화성 뱅크층의 박막재료액에 대한 친화성이 뱅크로 둘러싸인 영역의 박막재료액에 대한 친화성이하가 되는 일정조건하에 표면처리를 한다.
상기 뱅크를 형성하는 공정은, 예를 들어, 친화성재료로 친화성막을 형성하는 친화성뱅크층 형성 공정과, 친화성 뱅크층 위의 뱅크 형성영역에 맞추어 비친화성 재료로 비친화성 뱅크층을 형성하는 비친화성 뱅크층 형성공정과, 마스크(mask)로서 비친화성 뱅크층을 사용하여 상기 비친화성 뱅크층에 설치되지 않는 영역의 친화성 뱅크층을 에칭하여 제거하는 에칭 공정에 의해, 일련의 친화성 뱅크층과 비친화성 뱅크층을 형성한다. 또한, 뱅크를 형성하는 공정은 친화성재료로 친화성뱅크층을 형성하는 공정과, 상기 친화성 뱅크층을 뱅크하층의 형성영역에 맞추어 에칭하는 공정과, 친화성 뱅크층을 덮어 비친화성 재료로 비친화성 뱅크를 형성하는 공정과, 상기 비친화성 뱅크층을 뱅크상층의 형성 영역에 맞추어 에칭하는 공정에 의해 일련의 친화성 뱅크층과 비친화성 뱅크층을 형성한다. 또한, 뱅크형상을 형성하는 매 회마다 에칭을 실행하기 보다는, 모든 혹은 대부분의 친화성 뱅크층과 비친화성 뱅크층을 겹쳐쌓은 후에 복수조의 친화성층과 비친화성층을 집합적으로 에칭하는 것이 좋다.
여기에서, 예를 들어 비친화성 재료는 폴리이미드, 비결정 실리콘, 폴리실리콘, 불소를 포함하는 유기화합물 또는 절연 유기화합물(감광성재료)이다. 친화성 재료는 Al과 Ta 등의 금속, 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막이다.
박막층은, 그 최하층의 박막층이 뱅크의 최하층의 친화성 뱅크층과 거의 같은 두께로 설정되어 있는 것이 바람직하다. 그리고 최하층 위에 적층된 각 박막층은 뱅크의 대응하는 높이로 적층되어 있는 친화성 뱅크층과 비친화성 뱅크층의 각각의 두께의 합계와 대략 같은 두께로 설정되어 있다. 뱅크의 벽면과 충전되는 박막재료액의 액체표면의 접촉형상은 벽면의 친화성에 따라 변한다. 친화성 뱅크층과의 접촉면에서 박막의 두께는 박막재료액이 벽면과 밀착하기 때문에 늘어나는 경향이 있고, 비친화성 뱅크층과의 접촉면에서 박막의 두께는 박막재료액이 반발되기 때문에 줄어드는 경향이 있다. 충전되는 많은 양의 박막재료액은 가열처리와 그밖의 이유로 부피가 점점 줄어든다. 그러나 가열처리 종료 후의 박막재료액의 액체면이 비친화성 뱅크층과 친화성 뱅크층 사이에 경계에 위치하도록 조정된다면, 그때 비친화성 뱅크층과 친화성 뱅크층의 성질이 균형을 이루게 되고, 박막 재료액의 액체면은 뱅크 벽면에 수직하게 되어 전체적으로 평탄해진다. 예를 들어, 최상층의 비친화성 뱅크층의 두께는 500nm이하이고, 다른 비친화성 뱅크층의 두께는 100nm이하로 설정되어 있다. .
상기 제3의 과제를 해결하기 위한 발명은, 뱅크로 둘러싸인 영역에 박막재료액을 충전하여 형성된 박막층을 적층하여 구성되는 표시장치로서, 상기 뱅크는 상기 박막재료액에 대하여 친화성을 보이는 재료로 형성된 친화성 뱅크층과, 상기 박막재료액에 대하여 비친화성을 보이는 재료로 형성되는 비친화성 뱅크층이 교대로 적층되고, 상기뱅크로 둘러싸인 영역에는 ITO 등으로 만들어진 화소전극이 설치되고, 박막발광소자를 형성하기위한 유기반도체 재료에 의하여 상기 박막층이 형성되어 있는 것을 특징으로하는 표시장치이다.
상기 제 4의 과제를 해결하기 위한 발명은, 뱅크로 둘러싸인 영역에 박막재료액을 충전하여 형성된 박막층을 적층하여 구성되는 칼라필터로서, 상기 뱅크는 상기 박막재료액에 대하여 친화성을 보이는 재료로 형성된 친화성 뱅크층과, 상기박막재료액에 대하여 비친화성을 보이는 재료로 형성된 비친화성뱅크층이 교대로 적층되어 구성되고, 뱅크형성면은 투명기판으로 형성되고, 상기 뱅크는 화소영역을 구획하는 칸막이 부재이며, 상기 화소에 색채를 공급하기위한 착색수지 재료에 의해 상기 박막층을 형성하는 것을 특징으로 하는 칼라필터이다.
상기 표시장치와 칼라필터에서 친화성 뱅크층 및/또는 비친화성 뱅크층은 각각 친화성 혹은 비친화성을 나타내도록 표면처리된 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 박막적층구조의 단면도.
도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 따른 박막형성 방법의 제조공정 단면도.
도 3은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 박막형성 방법에 이어지는 제조공정 단면도.
도 4는 본 발명의 표면처리의 원리에 따른 불소계화합물과 산소와의 혼합비와 접촉각과의 관계를 설명하는 특성도.
도 5는 본 발명의 실시형태 2와 따른 박막형성방법의 제조공정 단면도.
도 6은 본 발명을 칼라필터에 적용한 실시예의 단면도.
도 7은 본 발명을 표시장치의 유기반도체 발광소자에 적용하였을 때의 실시예의 단면도.
도 8은 본 발명을 표시장치의 유기반도체 발광소자에 적용하였을 때의 다른 실시예의 단면도.
도 9는 종래의 뱅크 형성에 따른 문제점의 설명도.
도 10은 종래의 뱅크 형성에 따른 문제점의 설명도.
다음에 본 발명의 바람직한 실시의 형태를 도면을 참조하면서 설명한다.
(실시형태 1)
본 발명의 실시형태 1은 뱅크를 구성하는 복수종류층 가운데, 일방의 층을 다른 층의 마스크로서 이용하는 박막형성방법에 관한 것이다.
도1은 본 발명의 박막형성 방법에 의해 형성된 박막적층 구조의 단면도이다. 이 적층구조는 다층화된 박막층을 사용하는 다양한 용도에 사용되어질 수 있다. 예를 들어, 이 적층구조는 유기반도체박막을 이용한 EL소자나 LED, 칼라필터 등에 사용되어질 수 있다. 도1의 적층구조는, 친수성 박막재료액을 사용할 때의 구조이다. 친수성 박막액이 사용되어질 경우, 표면처리된 무기재료에 대한 친화성이 높고, 유기재료에 대한 친화성이 낮다(비친화성).
도1에 나타내는 바와 같이 본 적층 구조는 뱅크형성면(100)에 뱅크(110)를 설치하여 구성된 것이다. 뱅크 형성면은, 표시장치에 사용되는 박막트랜지스터 (TFT)가 형성된 구동기판이거나 칼라 필터에 사용되는 투명기판일 수 있다. 칸막이부재인 뱅크에 의해 둘러싸인 영역에 유동체를 충진함으로써 박막을 형성하는 목적이라면 뱅크형성면의 구조는 한정되지 않는다. 뱅크(110)의 최하층을 형성하는 친화성 뱅크층(111)과 밀착하는 재료로 만들어진 뱅크형성면이 보다 바람직하다. 특히 뱅크형성면은 무기재료로 구성하는 것이, 후에 실행할 표면처리에 적합한 친화성을 얻기 위하여 바람직하다. 뱅크형성면은 표시장치인 경우엔 투명전극으로 된 ITO나 실리콘, 칼라필터의 경우에는 글래스나 석영으로 구성되어 친화성 뱅크층과의 밀착성을 높이 유지시킨다.
뱅크(110)은, 친화성뱅크층(111∼11n)(n은 자연수)과 비친화성 뱅크층 (121∼12n)이 교대로 적층되어 구성된다. 친화성 뱅크층(111∼11n)은, 그 층에 대응하는 위치의 박막층(131∼13n)을 형성하는 박막재료액과 일정한 친화성을 가지도록 표면처리 된다. 친화성 뱅크층(111∼11n)의 재료로서는, 뱅크형성면(100)이나 비친 화성 뱅크층(121∼12n)과 좋은 밀착성을 가진 재료가 더 바람직하며, 그 재료가 절연성, 반도체로서의 성질, 전도성중의 어느 하나를 가지는 것도 좋다. 예를 들어, 친화성 뱅크층(111∼11n)으로서, 절연막으로 일반적인, Al,Ta 등의 금속, 실리콘 산화막(SiO2)이나 실리콘 질산화막(SiNx) 등이 이용될 수 있다. 각 친화성 뱅크층에 대해서는 같은 재료를 사용할 필요가 없다. 각 친화성 뱅크층(11x)(x는 임의의 자연수)에 대응하여 형성되는 박막층(13x)의 박막재료액과 좋은 친화성을 보이는 어떠한 재료도 사용될 수 있고, 모든 친화성 뱅크층에 대해서 동일한 재료로 통일하여 사용할 필요는 없다.
비친화성 뱅크층(121∼12n)은, 그 층에 대응하는 위치의 박막층(131∼13n)을 형성하는 박막재료액에 대해 비친화성을 보이도록 표면처리 된다. 비친화성 뱅크층 (121∼12n)의 재료로서는 친화성 뱅크층(111∼11n)과 밀착성이 좋은 재료를 사용하는 것이 좋고, 그 재료가 절연성, 반도체로서의 성질, 도전성의 어느 한가지를 가지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 비친화성 뱅크층(121∼12n)으로서, 폴리이미드, 비결정 실리콘, 폴리실리콘, 불소를 함유하는 유기 화합물 또는 절연 유기화합물등을 이용하는 것이 가능하다. 각 비친화성 뱅크층에 대해서는 같은 재료를 사용할 필요가 없다. 표면처리를 한 경우, 각 친화성뱅크층(11x)(x는 임의의 자연수)에 대응하여 형성되는 박막층(13x)의 박막재료액에 대해 친화성이 좋은 재료라면, 재료를 변경하여 적층하는 것이 가능하다. 예를 들어, 칼라필터에 그의 적층 구조를 적용할 경우, 최상층(12n)을 블랙 매트릭스로 구성하여 차폐기능을 제공하는 것도 좋 다. 차폐부재로서 최상층(12n)을 형성하기 위하여, 크롬등과 같은 금속이나 산화물이나 흑색레지스트 재료가 사용될 수 있다.
각 뱅크층의 두께는 다음과 같이 설정된다. 최하층이 친화성 뱅크층(131)일 경우라면, 친화성 뱅크층(131)의 두께 (d0)는 이 층에 대응하여 형성되는, 박막층 (131)의 두께와 거의 같게 설정된다. 그 위층에는, 비친화성 뱅크층(11x + 1) 과 친화성 뱅크층(12x)을 가산한 두께(dx)가 이 층들에 대응하여 형성되는 박막층 (13x + 1)의 두께와 거의 같게 설정된다. 예를 들어 박막층(132)의 두께는 비친화성 뱅크층(121)과 친화성 뱅크층(112)의 합계 두께(d1)와 거의 같다. 박막층(13n)의 두께는 친화성 뱅크층(12n - 1)과 친화성 뱅크층(11n)의 합계 두께(dn)와 거의 같다. 이러한 설정은 평탄한 박막층을 형성하기 위해 중요하다.
또한, 상기의 적층구조는 박막재료액이 극성기를 가진 분자로 구성되었을 때 적용된다. 박막 재료액이 극성기가 없는 분자로 구성되었을 때, 비친화성 뱅크층과 친화성 뱅크층은 재료를 교체하여 사용된다.
박막층의 각 층이 층에 따라 극성기를 가진 분자로 구성되어 있거나 극성기를 가지지 않는 분자로 구성되어 있는 경우에는, 각 박막재료액이 충전된 위치에 있는 2층의 뱅크층 중에 하층은 박막재료액에 대하여 비친화성을 보이고 상층은 친화성을 보이도록 뱅크층의 재료를 선택하는 것이 바람직하다.
박막층(131∼13n)은, 각각이 목적으로하는 성질을 구비하는 재료로 구성된다. 예를 들어, 표시장치에 본 적층구조를 적용할 경우, 각박막층에 임의의 유기반도체박막재료액이 충전되어 형성된다. 각 박막층에, 원색을 발광하는 유기반도체 박막재료액을 복수적층하거나, 필요에 따라 정공수송층이나 전자수송층의 재료를 충전하여 적층한다. 예를 들어 칼라필터에 본 적층구조를 적용할 때, 각 박막층에 굴절률이 다른 수지를 충전하여 적층한다. 이러한 적층 박막구조는 광학적 간섭 필터로 되어 특정파장을 가진 광만이 투과되어, 좋은 선별성을 가진 색채를 제공할 수 있는 구조가 된다.
뱅크의 최상층에는 블랙 매트릭스를 적용하여도 좋다. 즉, 산화크롬이나 흑색 레지스트를 도포한다. 이 층은 비친화성층으로 사용되거나 독립적으로 비친화성층으로부터 형성되어도 좋다. 위에서 언급했듯이, 각 박막층(131-131n)의 두께는 박막층에 대응하는 위치에 형성되는, 비친화성 뱅크층과 친화성 뱅크층의 합계두께와 거의 같게 설정된다.
(적층 구조의 작용)
상기 뱅크의 적층구조에 의하면, 각 층의 두께가 균일한 박막층을 적층하는 장치를 제공할 수 있게 한다. 뱅크(110)를 상기 구성으로 제조 할 때, 박막층은 평탄화 된다. 즉, 박막 재료액을 채우면, 벽면에 대한 박막 재료액의 액면의 접촉 형상은 뱅크 벽면의 친화성에 따라 변한다. 친화성 뱅크층과의 접촉면에서, 박막의 두께는 박막재료액이 벽면에 밀착하기 때문에 증가하려는 경향이 있고, 비친화성 뱅크층과의 접촉면에서 박막의 두께는 박막재료액이 반발되기 때문에 감소하는 경향이 있다. 충전된 다량의 박막 재료액의 체적은 가열처리와 그 밖의 이유로 점차 감소하지만, 가열처리 종료 후에 박막재료액의 액면이 비친화성 뱅크층과 친화성 뱅크층과의 경계에 위치하도록 조정된다면, 비친화성 뱅크층과 친화성 뱅크층과의 성질이 균형을 이루고, 박막 재료액의 액면이 뱅크벽면에 수직하게 되어 전체적으로 평탄하게 된다.
이 적층 구조를 사용한 장치에서는 박막층이 평탄하기 때문에 일정한 효과를 보인다. 각 박막층의 두께가 균일하다면, 전극간에 전류가 흐름으로써 발광형 표시 소자가 형성되는 경우에는, 전극간에 전류밀도가 일정하게 되어 발광의 균일성이 향상될 수 있고, 특정한 위치에 대한 전류의 집중을 막아서 신뢰성이 향상된다. 전극간에 전압이 인가되는 소자의 경우에, 전기장은 얇은 영역에 적용되지 않아서, 본 적층 구조는 신뢰성이 향상되고 수명이 연장된다. 또한, 칼라와 밝기는 일정하게 된다. 칼라필터에 적용되는 경우, 색의 균일성이 향상되고, 탈색등의 장애를 방지할 수 있다.
(제조방법)
다음에, 본 적층구조를 얻기 위한 박막 형성 방법을, 도2 및 도3의 제조공정 단면을 참조하여 설명한다.
뱅크 형성 공정(도2A∼D) : 뱅크 형성 공정은, 뱅크 형성면(100)에 친화성 뱅크층(111∼11n) 및 비친화성 뱅크층(121∼12n)을 적층하여 뱅크(110)를 형성하는 공정이다.
우선, 친화성 뱅크층(111)을 뱅크형성면(100)의 전면에 형성한다(도2A).
형성방법은 재료에 의해 달라지는데, PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)법, CVD(Chemical Vapor Deposition)법, 증착법, 스퍼터링법과 다양한 코팅법(스핀 코팅, 스프레이 코팅, 롤러 코팅, 다이 코팅, 딥 코팅)이 있다. 예를 들어 본 실시형태에는 SOG(Spin on Glass)에의한 SiO2막을 스핀 코팅법으로 형성한다. 최하층의 친화성 뱅크층(111)의 두께는 박막층(131)의 두께에 맞춘다.
다음에, 뱅크형상에 맞추어서 비친화성뱅크층(121)을 형성한다(도2B). 비친화성뱅크층을 형성하기 위하여, 먼저 일면에 유기재료를 상기 방법으로 형성한다. 통상의 포토리쏘그라피법(photolithography method)을 사용할 경우에는 뱅크 형상에 맞추어 마스크를 실시하며, 레지스트를 노광, 현상, 제거하고, 최후에 에칭에 의해 마스크 이외 부분의 유기재료를 제거한다. 인쇄법을 사용할 경우에, 오목판, 평판, 볼록판 등 임의의 방법으로 뱅크형상으로 유기재료를 직접 도포한다. 비친화성뱅크층(121)의 두께는 후에 충전되는 박막재료액을 튕기는 기능을 충분히 발휘할 수 있는 두께로 한다. 그러나, 이 층과 다음 친화성 뱅크층(112)과 맞춘 두께로 박막층 (132)에 거의 같게 되는 범위로 조정한다.
다음에 비친화성 뱅크층(121)을 레지스트 마스크로서 사용하여 무기재료막을 에칭한다(도2C). 비친화성 뱅크층은 유기재료이고, 레지스트 마스크로서 작용할 수 있다.
다음에, 도2A처럼, 무기재료로서 SOG를 일면에 도포한다(도2D). 무기 재료의 두께는 후에 충전되는 박막재료액과 밀착하는 기능을 충분히 발휘하는 정도의 두께로 한다. 그러나 이 층 아래에 겹쳐지는 층과 비친화성 뱅크층(121)과의 합두께가 박막층(132)과 거의 같게 되도록 조정이 필요하다. 이후에 도2B∼D의 공정을 반복함으로써 뱅크를 적층한다. 최상층은 비친화성 뱅크층(12n)이 배치되도록 적층한 다. 최상층이 비친화성을 가지지 않는다면, 충전되는 박막재료액은 뱅크(110)를 타고넘어 유출되어 버리기 때문이다.
상기 공정에 의해, 도2E에 나타나듯이 뱅크(110)와 뱅크로 둘러싸인 오목부(101)로 이루어진 구조가 형성된다. 이 구조에 의해, 다층구조를 가진 뱅크는 친화성층과 비친화성층이 교대로 적층되어 형성된다. 이들 공정 후에, 도3B에 보이듯이, 오목부(101)에 박막 재료액을 순차로 충전하는 공정이 이행된다. 단, 여기에서 뱅크형성면(100)과 뱅크(110)의 각 층과의 박막재료액에 대한 친화성 정도를 조정하는 표면처리를 실시하는 것으로 한다.
표면처리 공정 (도3A) : 표면처리 공정은, 일정조건하에서 플라즈마처리를 해서 뱅크형성면(100)과 뱅크(110)의 각층의 박막 재료액에 대한 친화성을 조정하는 공정이다. 본 발명의 플라즈마 처리에서 불소를 함유하는 가스는 도입가스로서 사용된다. 이 플라즈마 처리는 감압분위기하에서의 감압플라즈마 처리이거나 대기압하에서의 대기압플라즈마 처리이어도 좋다. 반응 가스 중에 일정량의 산소가 함유되어 있는 것이 바람직하다. 불소화합물로서는 CF4, SF6, CHF3 등의 할로겐가스를 사용한다.
박막재료액의 임의의 유동체에 대하여 표면의 젖기가 쉽거나 어렵거나, 유동체에 대하여 친화성이거나 비친화성이거나는, 재료 표면의 유동체에 대한 접촉각을 측정하여 알수 있다. 도 4는, 유기재료와 뮤기재료를 플라즈마 처리하는 동안 불소화합물과 산소의 혼합비에 따른 접촉각 변화를 측정했을 때의 그래프이다. 접촉각 은 수계잉크(물로 엷어질 수 있는 잉크)에 대한 접촉각이다. 이 그래프는 불소계화합물로서 CF4를 사용하며, 유기재료로서는 폴리이미드, 무기재료로서는 SiO2와 ITO(Indium-Tin-Oxide)를 사용하는 경우를 보여준다. 다른 재료는 재료가 유기이거나 무기거나에 따라 유사한 경향을 보일 것이다. 도4에서 보여지듯이, 산소가 불소계 화합물보다 과다한 분위기에서는, 유기재료와 무기 재료사이의 접촉각의 정도는 크게 차이가 없다. 그러나 불소 화합물이 산소보다 과다하게 많을 경우, 유기재료의 접촉각은 증가한다(박막재료액이 친화성을 가진다면, 유기재료는 비친화성을 가진다). 반면에 무기재료의 접촉각의 변화는 작다. 산소가 반응가스에 함유되어 있을때, 산소의 산화작용 때문에 극성기는 무기재료와 유기재료 모두에서 발생한다. 그러나, 불소계 화합물이 과다하게 많다면, 불소화합물 분자는 유기재료에 혼입되기 때문에, 극성기의 영향은 상대적으로 줄어든다. 그러므로, 도4에서 보여지듯이, 불소가 산소보다 과다하게 많아지도록 제어하면서 플라즈마 처리를 함으로써, 뱅크 (110)과 뱅크 형성면(100)의 표면을 원하는 접촉각(친화성)으로 설정할 수 있다. 특히 도4의 최량혼합비(CF4/CF4 + O2 = 75% - 90%)를 사용하여 뱅크와 뱅크 형성면사이의 접촉각의 차이를 최대화하는 것이 바람직하다. 다만, 중요한 점은 폴리이미드와 SOG나 ITO 사이의 접촉각의 차이가 커지도록 설정하는 것이고, 이 목표를 달성하기 위하여 도 4에 의하면, CF4가 약 70%이상이면 충분하게 된다. 예를 들어, 친화성 뱅크층의 표면은 박막 재료액에 대한 접촉각이 30도이하가 되도록 표면처리된다. 그리고, 비친화성 뱅크층의 표면은 박막재료액에 대한 접촉각이 40도 이상이 되도록 표면처리된다.
이상의 사실로부터, 본 실시형태에서는 일정한 비율로 산소가 혼합되도록 도입가스로서 불소계화합물을 사용하여 감압 플라즈마 처리나 대기압 플라즈마 처리를 실시한다. 예를 들어, 용량 결합형 플라즈마 처리에서는 상기 가스를 반응실에 흐르게하며, 일방의 전극상에 뱅크형성면(100)이 있는 기판을 장치하고, 전기장을 전원으로부터 인가한다. 반응실에 에너지를 공급하기 위하여, 직류법, 고주파법, 유도결합형, 용량결합형, 마이크로파법과 전기장과 자기장 모두를 공급하는 방법을 포함해 알려진 다양한 방법들이 사용될 수 있다.
예를 들어, 뱅크형성면(100)(오목부(101))을 ITO 등의 투명기판, 친화성 뱅크층을 SiO2, 비친화성 뱅크층을 폴리이미드로 형성할 경우, 상기 표면처리에 의해, 박막 재료액(130)에 대한 친화도는
뱅크형성면>=친화성뱅크층>비친화성뱅크층
의 순번이 되도록 표면처리된다.
박막 형성 공정(도3B-D) : 박막 형성 공정은 박막 재료액을 뱅크(101)로 둘러싸인 오목부에(101)에 박막재료액을 순차적으로 충전하여 박막층을 적층하는 공정이다.
박막 재료액(130)으로서는, 표시장치에 적용할 경우, 유기반도체재료, 정공수송층으로서 정공 공급원소를 도핑한 재료, 전자수송층으로서 전자공급 원소를 도핑한 재료등을 사용한다. 박막재료액(130)을 칼라필터에 적용할 경우에는 착색수지 등을 적용한다.
각 박막재료액을 충전하는 양은, 상기 박막층에 대응하는 위치에 형성되는 층의 두께에 의해 조정된다. 최하층 박막층(131)에서는, 가열처리에 의해 박막재료액으로부터 용매성분이 증발한 후의 두께가 친화성 뱅크층(111)과 거의 같게 되도록 박막재료액의 양을 조정한다(도3B의 파선). 박막층(131) 위의 박막층 (132∼13n)에서는, 가열처리에 의해 박막재료액으로부터 용매성분이 증발한 후의 두께가 대응하는 위치에 설치되는 비친화성 뱅크층(12x)와 비친화성 뱅크층(11x + 1)을 합한 두께와 거의 같게 되도록 박막재료액의 양을 조정한다(도3 C와 D).
박막재료액을 충전하는 방법으로는 잉크젯 방식이 적합하다. 잉크젯 방식에 의해 임의의 위치에 임의의 양으로 유동체를 충전할 수도 있고, 가정용 프린터에 사용되는 소형의 장치로도 충전이 가능하게 된다.
잉크젯 방식으로 박막재료액을 충전할 때, 박막재료액을 가열하여 용매성분을 제거한다. 잉크젯식 기록 헤드로부터 액체를 토출하기 위하여 통상 점도가 수 pc이하가 되어야만 한다. 그래서 최종적으로 필요한 박막층의 두께에 비하여 토출량이 많다.
토출 직후에는. 박막재료액은 최종적인 두께보다 위에 배치되는 친화성 뱅크층과 접하게 된다. 가열처리에 의해, 용매성분이 증발하고 체적이 감소하여,뱅크벽면에 액면이 어느정도 당겨지는 동안 박막재료액의 액면은 줄어든다. 이 액면이 비친화성 뱅크층에 이르게 될 때, 박막 재료액은 반발하고, 박막재료액과 벽면과의 접촉점이 일단 아래의 친화성 뱅크층으로 이동한다. 이러한 방법으로, 액면이 단계 적으로 떨어지면서, 박막재료액의 체적이 최종 박막층의 두께에 가까운 단계로 떨어지고, 그 때, 박막 재료액의 액면과 벽면의 접촉점이, 박막 재료액이 접하고있는 뱅크층의 최하층에 위치한 친화성 뱅크층과 친화성 뱅크층 바로 위의 비친화성 뱅크층사이의 경계로 이동한다.
박막재료액의 충전량은, 가열처리 후에 박막재료액의 체적이 거의, 그의 박막재료액을 충전했을 때 최하층에 위치한 비친화성 뱅크층 및 친화성 뱅크층을 합한 높이가 되도록 설정한다. 최하층에 위치한 친화성 뱅크층과 그 바로 위의 비친화성 뱅크층과의 경계에 액면이 이동한 후에, 액면은 더 이상 떨어지지 않는다. 체적감소에 의해 박막 재료액의 중앙부의 두께는 점점 아래로 내려가고, 뱅크벽면과의 접촉 부분부터 중앙부분까지의 모든 부분에서 두께가 같아지게 될 때, 박막층은 고형화되고 완성된다.
예를 들어, 최하층의 박막층(131)에는, 도3B에서 보이는 것처럼, 잉크 젯식 기록 헤드(102)에 의해 뱅크(110)로 둘러싸인 오목부(101)에 박막재료액(130)이 파선의 위치까지 토출된다. 그 때 가열처리를 하여 박막재료액은 평탄한 박막층 (131)이 된다. 박막층(131)위의 박막층(132)에서는, 도3C에서 볼 수 있듯이, 잉크젯식 기록 헤드(102)에 의해, 박막층(131)위에 박막 재료액(130)을 파선의 위치까지 토출한다. 그 때 박막 재료액은 가열처리에 의해 평탄한 박막층(132)이 된다. 이러한 처리 공정을 박막층(13n)이 형성될 때까지 반복한다.
잉크젯 방법으로서는 피에조젯(piezo-jet)방식이나 열에 의해 기포를 발생하여 토출하는 방법, 정전력에 의하여 토출하는 방법이 좋다. 피에조젯 방식의 경우 에, 헤드는 압력실에 노즐과, 압전체 소자가 구비되어 구성된다. 압력실에 유동체가 충전된 압전체 소자에 전압을 걸어주었을 때, 압력실에 체적변화가 생기며 노즐로부터 유동체의 액적이 토출된다. 기포발생에 의해 토출되는 방식에는, 헤드의 노즐에 연결된 압력실에 발열체가 설치된다. 발열체를 발열시키고 노즐 근방에 유동체를 비등시켜 기포를 발생시키고 그 체적팽창에 의하여 유동체를 토출하는 것이다. 가열에 의한 유동체의 변질이 없다는 점에서 피에조젯 방식이 좋다.
상기의 본 실시형태 1에 의하면, 각 박막층을 평탄하게 형성할 수 있다.
또한, 본 실시형태 1에 의하면, 불소계화합물에 산소를 혼합한 상태하에서 플라즈마 처리를 실시하여, 박막 재료액에 대해 유기재료로 이루어진 뱅크층표면의 비친화성과, 무기재료로 이루어진 뱅크층 표면, 또한 뱅크 형성면의 친화성을 조정할 수 있다.
또한 본 실시 형태 1에 의하여, 도4에서 보는 바와같이, 특성에 따라서 친화성의 정도를 나타내는 접촉각을 용이하게 설정할 수 있다. 즉, 뱅크자체는 뱅크형성면과의 높은 밀착성을 유지하면서, 친화성 제어에 대해 종래 전통적으로 요구되는 다수의 공정을 거치지 않고, 뱅크와 뱅크 형성면과의 높은 접합성을 유지하면서, 뱅크과 뱅크 형성면과의 친화성을 확실히 제어하게 된다. 결과적으로, 박막 재료액이 뱅크를 초과하여 유출되는 것을 방지하며, 생산성이 향상되고, 제조비용을 줄일 수 있다.
(실시형태 2)
본 발명의 실시형태 2는 상기 실시 형태와 다른 방법으로 뱅크를 적층하고있다. 본 실시형태는 상기 실시형태 1처럼, 뱅크형성면에 임의의 형상으로 뱅크를 설 치하고, 뱅크로 둘러싸인 영역에 소정의 유동체를 충전하는 다양한 용도에 적용된다. 예를 들어, 유기반도체박막소자를 이용한 표시소자에서 유기반도체재료를 화소영역에 충전할 경우나 칼라 필터에 착색수지를 화소영역에 충전할 경우에 적용가능하다.
도 5에 본 실시형태의 제조공정 단면도를 보이고 있다.
하층막형성공정(도 5A∼C) : 하층막형성공정은, 뱅크형성면(100)에 친화성 뱅크층(111)을 형성하는 공정이다. 우선, 상기 실시형태 1과 같은 방법에 의해 무기재료를 도포한다(도 5A). 그리고나서 무기재료층상에 뱅크형상에 맞는 마스크 (140)를 설치한다(도 5B). 다음에 무기재료층을 에칭하면서, 마스크(140)가 놓인 영역이외의 무기재료를 제거한다(도 5C). 에칭방법은, 재료의 성질에 따라서 선택한다. SiO2등의 무기재료의 경우, 드라이에칭 뿐만아니라 불화수소산(HF)등의 에칭액을 사용한 습식에칭(wet etching)도 적용이 가능하다. 이러한 방법으로 최하층의 친화성 뱅크층(111)이 형성된다. 그후에 상기 실시형태와 같은 방법에 의해 유기재료를 도포한다(도 5D). 다음에는 유기재료층상에 뱅크형상에 맞는 마스크(142)를 설치한다(도 5E). 그리고나서 유기재료층을 에칭하고, 마스크(141)가 놓인 영역을 남기고 유기재료를 제거한다(도 5F). 에칭방법은, 재료의 성질에 따라서 선택한다. 폴리이미드등의 유기재료의 경우, (NMP-(N-메틸프롤리돈))등의 에칭액을 사용하여 드라이에칭뿐만 아니라 습식 에칭도 적용된다.
이러한 방법으로 비친화성뱅크층(121)이 형성된 것이다. 본 실시형태에는 상 기 실시형태 1과 다르게, 비친화성 뱅크층을 마스크로서 사용하여 친화성 뱅크층을 에칭하지 않고, 각 상층을 독립적으로 에칭할수 있어서, 친화성 뱅크층에 있는 뱅크형상과 비친화성 뱅크층에 있어서의 뱅크형상을 다르게 할 수 있다. 예를 들어, 하층부터 상층으로 움직이는 처리과정에 있어서 뱅크의 폭을 줄이고, 뱅크가 계단형상이나 유사테이퍼형상이 되도록 형성하는 것이 가능하다. 이러한 방법으로 뱅크를 형성한다면, 박막층이 되는 박막재료액의 충전이 용이하게 되고, 또한 뱅크를 타고 넘어서 배선패턴이 형성될 때, 배선의 단선을 방지할 수 있다. 이 뱅크하층의 형상을 적당하게 선택함에 의해서, 이상적인 박막층을 형성할 수 있다. 상기 공정(도 5A-F)을 필요한 적층회수(예를 들어, n회)만큼 반복하여, 뱅크(110)가 도5G에서 보이는 것처럼 형성된다.
표면처리 공정 및 박막층 형성공정에 대해서는 실시형태 1과 같기 때문에 설명을 생략한다. 상기 기술한 바처럼, 본 실시형태 2에 따라서, 실시형태 1과 같은 효과를 발휘할 뿐만 아니라, 뱅크의 각 형태를 다르게 할 수 때문에 적용 디바이스에 대하여 박막층의 최적의 상을 설정할 수 있다.
(실시예)
상기 실시형태를 적용한 실시예의 층구조를 설명한다.
도 6은 본발명을 칼라필터에 적용하는 실시예의 층구조 단면도이다. 도 6에 보여지는 바와같이, 본 칼라필터는, 기판(200)에 칸막이 부재(210)를 예를들어 평면에서 봤을때 격자상으로 형성하고, 칸막이부재(210)로 둘러싸인 화소영역(201) 에 착색수지(231∼233)를 충전하여 구성된다. 기판(200)은 본 발명의 뱅크형성면에 상당하며, 착색수지와 밀착성이 좋은 투명한 재료인, 유리와 석영,수지등으로 구성된다. 칸막이부재(210)은 본 발명의 뱅크에 상당하며, 친화성뱅크층으로서 수지층(또는 무기 절연막층)(211), 비친화성 뱅크층으로서 블랙 매트릭스층(221)이 형성된다. 수지층(또는 절연막층)(211)은 수지를 뱅크형상에 정형하여 구성된다. 블랙 매트릭스층(221)은 무기재료나 카본을 함유한 유기절연재료를 도포하여 구성된다. 착색수지층(231)(적), (232)(녹), (233)(청)은 본 발명의 박막층에 상당하며, 화소영역(201)에 각각 적, 녹, 청등의 원색의 염료를 혼합한 수지를 충전하여 구성된다.
상기 구성에 의하여, 수지층(또는 절연막층)(211)이 착색수지에 대해 친화성을 가지도록 표면처리되고, 블랙 매트릭스(221)가 착색수지에 대해 비친화성을 가지도록 표면처리가 된다. 따라서 잉크젯방법에 의해 착색수지를 충전하며 가열처리할 때, 착색수지층(231∼233)이 평탄하게 형성된다. 결과적으로, 밝기나 색의 불균형이 발생하지 않는 화상표시를 할 수 있다.
도 7은 본 발명을 표시장치의 유기반도체 발광소자에 적용하는 실시예의 층구조 단면도이다. 도7에 보이는 바와 같이, 본 유기반도체 발광소자는 구동기판(300)에 투명전극(341)과 뱅크(310)를 형성하며, 뱅크(310)로 둘러싸인 오목부(301)에 유기반도체층(331)을 형성하여 구성된다. 전 표면에 금속전극(351)이 형성된다. 구동기판(300)에는 TFT, 배선과 절연막 등이 다층으로 적층되고, 투명전극(341)과 금속전극(351) 사이에 전압을 인가할수 있게 구성되어 있다. 투명전극(341)은 ITO 등을 0.05㎛-0.2㎛ 정도로 적층하여 구성되며, 유기반도체층 (331)로부터의 빛 및 금속전극(351)에서의 반사광을 투과가능하게 구성된다. 뱅크 (310)는 하층(311)과 상층(321)으로 구성된다. 하층(311)은 유기반도체재료에 대해 친화성을 가지는 무기재료로 구성되는데, 예를 들어, CVD법 또는 스퍼터링법 또는 각종 코팅 방법에 의해 형성되는 산화실리콘이나 질화실리콘으로 구성된다. 상층(321)은 유기반도체재료에 대하여 비친화성을 가지는 유기재료로 구성되는데, 폴리이미드, 비결정 실리콘, 폴리실리콘, 불소를 함유하는 유기화합물 또는 절연유기화합물에 의해 구성된다. 유기반도체층(331)은, 전기장을 인가할 때 발광하는 재료, 예를 들어 폴리페닐레비닐렌(PPV)이나 다른 공지의 재료를 0.05㎛-0.2㎛ 정도 적층하여 구성된다. 금속전극(351)은 알루미늄-리튬(Al-Li)을 0.1㎛~1.0㎛정도 적층하여 구성된다.
상기 구성에 의하여, 하층(311)이 유기반도체층(331)과 친화성을 가지도록 표면처리가 되어 있으므로, 상층(321)이 유기반도체층(331)과 친화성을 가지도록 표면처리가 되어, 유기반도체재료가 잉크젯 방식에 의해 충전하고 가열처리를 하면, 유기반도체층(331)은 평탄하게 형성된다. 결과적으로, 밝기나 색의 불균형이나 색결손이 발생하지 않는 화상표시를 할 수 있다. 또한 전극단락을 방지하며, 표시장치 전체의 신뢰성을 향상시키고, 수명을 연장시키게 된다.
도 8은 본 발명을 표시장치의 유기반도체 발광소자에 적용했을 때의 또다른 실시예의 층구조 단면도이다. 도 8에서 보는 바와 같이, 본 유기반도체 발광소자는, 구동기판(400)에 투명기판(441)과 뱅크(410)를 형성하고, 뱅크(410)로 둘러싸인 오목부(401)에 정공수송층(431), 유기반도체층(432)을 적층하여 구성된다. 전 표면에 금속전극(451)이 형성된다. 구동기판(400), 투명기판(441), 유기반도체층 (432), 금속전극(451) 사이의 관계는 상기 도 7의 실시예와 같다. 뱅크(410)는 친화성층(411),(412)과 비친화성층(421),(422)을 교대로 적층하여 구성된다. 친화성층 (411)은 정공수송층 재료 또는 유기반도체 재료에 친화성을 가지는 무기반도체 재료로 구성되며, CVD 법이나 스퍼터링 또는 다양한 코팅 방식에 의해 형성되는 산화실리콘이나 질화실리콘 등에 의해 구성된다. 비친화성층(421)은 유기반도체 재료에 대하여 비친화성을 보이는 유기재료로 구성되며, 폴리이미드, 비결정실리콘, 폴리실리콘, 또는 불소를 함유한 유기화합물이나 절연 유기화합물 등으로 구성된다. 정공수송층(431)은 정공을 양극인 투명전극(441)에서 유기반도체(432)까지 수송하는 것이 가능한 재료, 예를 들어 정공공급 원소를 혼입한 ITO로 구성된다.
상기 구성에 의하면, 정공수송층(431)에 대해 친화성층(441)이 친화성을 가지도록 표면처리되고, 유기반도체층(432)에 대해 친화성층(412)이 친화성을 가지도록 표면처리 된다. 또한 정공수송층(431)과 유기반도체층(432)에 대해 비친화성층(421)이 비친화성을 가질 정도로 표면처리 된다. 정공수송층(431) 및 유기반도체층(432)를 잉크젯 방식에 의해 충전하고 가열처리 할 때, 각각이 평탄하게 형성된다. 결과적으로, 밝기나 색의 불균형이나 색결손이 발생하지 않는 화상표시를 만들 수 있다. 또한 전극단락을 방지하고, 표시장치 전체의 신뢰성을 향상시키며, 수명을 연장하게 해 준다.
또한, 칼라필터나 유기전계발광소자의 구조는 상기에 제한되지 않고, 다양한 방식으로 변경가능하다. 예를 들어, 유기전계발광소자에는 추가로 전자수송층이나 다른 유기반도체층이 적층될 수도 있다.
(그외의 변형예)
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 취지의 범위를 벗어나지 않는 다른 방식으로 변경하여 적용가능하다.
예를 들어, 친화성재료나 비친화성재료 및 이 재료를 사용한 뱅크형성방법은 상기 실시예에 의해 제한받지 않는 다양한 방법으로 적용가능하다. 본 발명의 주요 취지는 친화성 정도의 차이를 가지는 층을 서로 교대로 배치하여, 박막층을 변형없이 형성한다는 점에 있기 때문이다. 구체적으로, 후막화가 가능한 뱅크를 형성하기 위한 재료에 의해 뱅크를 형성할 뿐만 아니라, 뱅크표면에 대해 친화성을 가진 재료나 비친화성을 가진 재료를 코팅하여 본 발명의 뱅크를 형성할 수 있다. 예를 들어, 디에틸렌글리콜메틸에틸에테르(C2H5OCH2CH2CH2OCH 2CH2OCH3)나 2-플루오로옥틸에틸 아크릴레이트((FCF2)8CH2CH2OOOCH=CH2)는, 그 자체로 극성기분자를 가진 박막재료액에 대하여 비친화성을 보인다.
상기 표면처리는 플라즈마처리에 한하지 않고 도 4에서 보는 바와 같이 동일 표면처리 조건하에서 다른 친화성으로 표면을 가공할 수 있는 표면처리 방법에 대하여 적용가능하다. 본 발명의 주요 취지는 표면가공에 의해 친화성을 조정하는 점에 있기 때문이다. 그러므로 친화성을 설정하는 재료는 무기재료와 유기재료 사이에 한정되지 않고, 특정한 재료사이에서 도 4에 나타낸 친화성의 특성을 보이는 것이라면, 그 특정 재료사이에서 본발명의 표면처리를 적용할수 있다.
또한, 상기 뱅크는 친화성 재료와 비친화성 재료를 적층하는데에만 국한되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 구성은, 단일의 부재로 구성된 후, 박막재료액에 대하여 친화성을 보이는 영역과 비친화성을 보이는 영역이 교대로 되도록 형성함으로써 달성할 수 있다. 예를들어, 뱅크 재료를 친화성 재료로 구성하고, 비친화성 재료를 줄무늬(stripe)형태로 도포하는 것도 가능하다. 비친화성재료에는 상기 구체예 외에, 파라핀등이 사용될 수 있다. 또한, 뱅크 재료를 비친화성재료로 구성하고, 줄무늬형태로 자외선 조사하여 친화성의 영역을 만들거나, 줄무늬형태로 제거되는 전하를 이용하여 친화성 재료를 도포하는 것도 가능하다. 다시 뱅크재료 전체 표면에 금속박막을 형성하고, 친화성의 치환기를 가진 유황화합물과 비친화성을 보이는 치환기를 가진 유황화합물에 하층부터 차례로 침지시키면, 단분자 집합화막에 의해 줄무늬형태로 친화성영역과 비친화성영역을 형성할 수 있다.
본 발명의 박막형성 방법에 의하면, 다른 재료로 뱅크를 적층함으로써 변형없이 박막층을 형성할 수 있다. 이것에 의해 디바이스의 성능이나 신뢰성을 대폭 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 박막형성 방법에 의하면, 일정한 조건하에서 표면처리를 실행함으로써 친화성 제어에 다수의 공정을 거치지 않고, 박막을 다층화할 수 있게 친화성을 제어할 수 있다. 이에의해, 친화성 제어에 필요한 비용을 줄일 수 있고, 일정한 막두께로 박막을 다층화할 수 있다.
본발명의 표시장치에 의하면, 다층 박막을 형성할 수 있는 박막형성 방법에 의하여 다층화되어 있으므로, 일정한 두께의 박막층을 적층할 수 있다. 결과적으 로, 밝기나 색의 불균형이나 색결손이 발생하지 않는 화상표시를 할 수 있다. 또한 전극단락을 방지하며, 표시장치 전체의 신뢰성을 향상시키고, 수명을 연장시킬 수 있다.
본 발명의 칼라필터에 의하면, 다층화를 가능하게 하는 박막형성방법에 의하여 다층화되어, 균일한 두께의 박막층을 적층할 수 있다. 결과적으로, 밝기나 색의 불균형이나 색결손이 발생하지 않는 화상표시를 할 수 있다.

Claims (24)

  1. 뱅크로 둘러싸인 영역에 박막재료액을 충전하여 박막층을 형성하는 박막형성방법으로서,
    뱅크형성면에 상기 뱅크를 형성하는 공정과, 상기 뱅크에 상기 박막재료액을 충전하는 공정을 구비하고,
    상기 뱅크를 형성하는 공정은, 상기 박막재료액에 대하여 친화성을 보이는 재료로 친화성 뱅크층을 형성하는 공정과, 상기 친화성 뱅크층상에 상기 박막재료액에 대하여 비친화성을 보이는 재료로 비친화성 뱅크층을 형성하는 공정을 일회이상 반복함으로써, 친화성 뱅크층과 비친화성 뱅크층이 교대로 적층된 상기 뱅크를 형성하고,
    상기 뱅크를 형성하는 공정 후에, 상기 뱅크 및 뱅크형성면에 대하여 소정의 표면처리를 행하는 공정을 더 구비하고,
    상기 표면처리는 도입가스에 불소나 불소화합물을 함유한 가스를 사용하고, 산소를 함유한 분위기하에서 플라즈마 조사를 하는 플라즈마 처리인 것이고,
    상기 표면처리를 행하는 공정은, 상기 비친화성 뱅크층이 상기 친화성 뱅크층에 비하여 상기 박막 재료액에 대한 비친화성의 정도가 더 높게 되고, 또한 상기 친화성 뱅크층의 상기 박막재료액에 대한 친화성이 상기 뱅크로 둘러싸인 영역의 상기 박막재료액에 대한 친화성 이하가 되는, 불소계 화합물이 산소보다도 많은 조건하에서 표면처리를 행하는 것을 특징으로 하는 박막형성방법.
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  7. 제 1항에 있어서, 불소계 화합물 및 산소의 총량에 대한 불소계 화합물의 함유량이 60%이상으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 박막형성방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 불소를 함유한 가스로는 CF4, SF6, CHF3 등의 할로겐가스를 이용하는 것을 특징으로 하는 박막형성방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 친화성뱅크층 표면이 상기 박막재료액에 대하여 접촉각이 30도 이하가 되도록 표면처리되는 것을 특징으로 하는 박막형성방법.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 비친화성 뱅크층 표면이 박막 재료액에 대하여 접촉각이 40도 이상이 되도록 상기 표면처리되는 것을 특징으로 하는 박막형성방법.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 뱅크를 형성하는 공정에서는, 상기 친화성재료로 친화성막을 형성하는 친화성 뱅크층 형성공정과, 상기 친화성 뱅크층상에 상기 뱅크의 형성영역에 맞추어 비친화성 재료로 비친화성 뱅크층을 형성하는 비친화성 뱅크층 형성공정과, 상기 비친화성 뱅크층을 마스크로 하여 상기 비친화성 뱅크층이 설치되지 않는 영역의 상기 친화성 뱅크층을 에칭하여 제거하는 제거공정에 의해, 일련의 친화성 뱅크층 및 비친화성 뱅크층을 형성하는 것을 특징으로 하는 박막형성 방법.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 뱅크를 형성하는 공정은, 상기 친화성재료로 친화성 뱅크층을 형성하는 공정과, 상기 친화성 뱅크층을 상기 뱅크하층의 형성영역에 맞추어 에칭하는 공정과, 상기 친화성 뱅크층을 덮어 비친화성 재료로 비친화성 뱅크층을 형성하는 공정과, 상기 비친화성 뱅크층을 상기 뱅크 상층의 형성영역에 맞추어 에칭하는 공정에 의해, 일련의 비친화성 뱅크층 및 친화성 뱅크층을 형성하는 것을 특징으로 하는 박막형성방법.
  13. 제 11항 또는 제 12항에 있어서, 상기 비친화성 뱅크층을 감광성재료로 형성 하는 것을 특징으로 하는 박막형성방법.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 친화성재료는 무기재료이고, 상기 비친화성 재료는 유기재료인 것을 특징으로 하는 박막형성방법.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 비친화성 재료는 폴리이미드, 비결정 실리콘, 폴리실리콘, 불소를 함유한 유기 화합물 또는 절연 유기 화합물인 것을 특징으로 하는 박막형성방법.
  16. 제 1항에 있어서, 상기 친화성 재료는 Al, Ta 등의 금속, 실리콘산화막 또는 실리콘질화막 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 박막형성방법.
  17. 제 1항에 있어서, 상기 박막층은, 그 최하층의 박막층이 상기 뱅크의 최하층의 친화성 뱅크층과 거의 같은 두께로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 박막형성방법.
  18. 제 1항에 있어서, 상기 박막층은 그 최하층보다 위에 적층되는 각 박막층이상기 뱅크층의 대응하는 높이로 적층되어 있는 친화성 뱅크층과 비친화성 뱅크층의 각각의 두께의 합계와 거의 같은 두께로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 박막형성방법.
  19. 제 1항에 있어서, 최상층에 있는 상기 비친화성 뱅크층의 두께는 500nm이하로 설정되고, 그 이외의 상기 비친화성 뱅크층의 두께는 100nm이하로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 박막형성방법.
  20. 제 1항에 있어서, 상기 비친화성 뱅크층을 형성하는 공정 및 상기 친화성 뱅크층을 형성하는 공정은, 용제에 용해된 소정의 재료를 도포하여 각각의 뱅크층을 형성하는 것이고, 상기 친화성 뱅크층의 재료를 용해한 용제가 제거되기 전에 상기 비친화성 뱅크층의 재료를 도포하는 것에 의해 상기 비친화성 뱅크층을 형성하는 것을 특징으로 하는 박막형성방법.
  21. 뱅크로 둘러싸인 영역에 박막재료액을 충전하여 형성된 박막층을 적층하여 구성되는 표시장치로서,
    상기 뱅크는 상기 박막재료액에 대하여 친화성을 보이는 친화성 뱅크층과, 상기 박막재료액에 대하여 비친화성을 보이는 비친화성 뱅크층이 교대로 적층되고,
    상기 뱅크로 둘러싸인 영역에는 ITO 등으로 만들어진 화소 전극이 설치되고, 박막발광소자를 형성하기 위한 유기 반도체 재료로 상기 박막층이 형성되어 있고,
    상기 친화성 뱅크층 및/또는 상기 비친화성 뱅크층은 각각 친화성 또는 비친화성을 보이도록 표면처리되고,
    상기 표면처리는 도입가스에 불소나 불소화합물을 함유한 가스를 사용하고, 산소를 함유한 분위기하에서 플라즈마 조사를 하는 플라즈마 처리인 것이고,
    상기 비친화성 뱅크층이 상기 친화성 뱅크층에 비하여 상기 박막 재료액에 대한 비친화성의 정도가 더 높게 되고, 또한 상기 친화성 뱅크층의 상기 박막재료액에 대한 친화성이 상기 뱅크로 둘러싸인 영역의 상기 박막재료액에 대한 친화성 이하가 되는, 불소계 화합물이 산소보다도 많은 조건하에서 표면처리를 행하는 것임을 특징으로 하는 표시장치.
  22. 삭제
  23. 뱅크로 둘러싸인 영역에 박막재료액을 충전하여 형성된 박막층을 적층하여 구성되는 칼라필터로서,
    상기 뱅크는, 상기 박막 재료액에 대하여 친화성을 보이는 친화성 뱅크층과, 상기 박막재료액에 대하여 비친화성을 보이는 비친화성 뱅크층이 교대로 적층되고,
    뱅크형성면은 투명기판으로 형성되고, 상기 뱅크는 화소 영역을 구획하는 간막이 부재이며, 상기 화소에 색채를 부여하기 위한 착색수지 재료에 의하여 상기 박막층이 형성되어 있고,
    상기 친화성 뱅크층 및/또는 상기 비친화성 뱅크층은, 각각 친화성 또는 비친화성을 보이도록 표면처리되고,
    상기 표면처리는 도입가스에 불소나 불소화합물을 함유한 가스를 사용하고, 산소를 함유한 분위기하에서 플라즈마 조사를 하는 플라즈마 처리인 것이고,
    상기 비친화성 뱅크층이 상기 친화성 뱅크층에 비하여 상기 박막 재료액에 대한 비친화성의 정도가 더 높게 되고, 또한 상기 친화성 뱅크층의 상기 박막재료액에 대한 친화성이 상기 뱅크로 둘러싸인 영역의 상기 박막재료액에 대한 친화성 이하가 되는, 불소계 화합물이 산소보다도 많은 조건하에서 표면처리를 행하는 것임을 특징으로 하는 칼라필터.
  24. 삭제
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