KR101229022B1 - 유기전계 발광소자의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 적, 녹, 청색을 각각 발광하는 3개의 서브픽셀을 하나의 픽셀로 정의하며, 다수의 픽셀을 구비한 표시영역을 포함하는 유기전계 발광소자의 제조 방법에 있어서, 기판 상의 상기 표시영역에 각 서브픽셀 별로 제 1 및 제 2 유기물질을 증착원으로 하여 쉐도우 마스크를 이용한 진공 열 증착을 진행함으로써 각 서브픽셀에 유기 발광층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제 1 유기물질은 상기 유기 발광층의 역할을 하도록 하는 물질이며, 상기 제 2 유기물질은 고체에서 기체로 승화되는 물질 또는 액체상태에서 낮은 열용량을 가져 상기 쉐도우 마스크 표면에서 발생하는 열손실에 의해 상기 제 1 유기물질의 아교화를 억제시키는 역할을 하는 물질인 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자의 제조 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 유기전계 발광소자(Organic electroluminescent device)에 관한 것이며, 특히 쉐도우 마스크의 립 붙음 불량을 억제할 수 있는 유기전계 발광소자의 제조 방법에 관한 것이다.
평판 디스플레이(FPD ; Flat Panel Display)중 하나인 유기전계 발광소자는 높은 휘도와 낮은 동작 전압 특성을 갖는다. 또한 스스로 빛을 내는 자체발광형이기 때문에 명암대비(contrast ratio)가 크고, 초박형 디스플레이의 구현이 가능하며, 응답시간이 수 마이크로초(㎲) 정도로 동화상 구현이 쉽고, 시야각의 제한이 없으며 저온에서도 안정적이고, 직류 5 내지 15V의 낮은 전압으로 구동하므로 구동회로의 제작 및 설계가 용이하다.
또한, 상기 유기전계 발광소자의 제조공정은 증착(Deposition) 및 인캡슐레이션(encapsulation) 장비가 전부라고 할 수 있기 때문에 제조 공정이 매우 단순하다.
도 1은 종래의 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 대한 평면도이다.
도시한 바와 같이, 종래의 유기전계 발광소자(10)는 컬러를 표현하기 위한 서브 픽셀의 배열이 동일한 폭을 갖는 스트라이프 형태로 이루어지고 있다. 스트라이프 타입 표시영역을 갖는 유기전계 발광소자(10)의 경우, 각 스트라이프(S1, S2, S3) 별로 동일한 색을 서브 픽셀(SP)이 각각 세로 방향으로 정렬되며, 적, 녹, 청색의 컬러(R, G, B)를 나타내는 스트라이프(S1, S2, S3)가 순차적으로 가로 방향으로 배열된다. 이때, 가로방향으로 이웃한 적, 녹, 청색(R, G, B)을 발광하는 3개의 서브 픽셀(SP1, SP2, SP3)이 하나의 픽셀(P)로 구동하게 된다.
이러한 구성을 갖는 유기전계 발광소자(10)를 제조하기 위해서는 유기 발광 물질을 각 색을 발광하는 서브픽셀에 형성하기 위해 개구를 갖는 쉐도우 마스크가 필요하다. 이러한 쉐도우 마스크는 각각의 서브픽셀을 구분해 주기 위해 나아가 발광 특성을 향상시키기 위해서도 필요하다.
한편, 유기전계 발광소자는 발광방향에 따라 상부발광 방식과 하부발광 방식으로 나뉘어지고 있으며, 상부발광 방식이 하부발광 방식 대비 개구율이 넓어 최근에는 상부발광 방식의 유기전계 발광소자가 많이 이용되고 있다.
하지만, 이러한 개구율이 상대적으로 큰 상부발광 방식의 유기전계 발광소자 제조를 위한 쉐도우 마스크는 개구 면적이 크므로 상대적으로 개구와 개구 사이의 립의 폭이 매우 좁다.
따라서, 이러한 구성을 갖는 쉐도우 마스크를 이용하여 유기 발광 물질의 성막을 수차례 진행하면 마스크 립 붙음 불량이 발생하고 있다.
한편, 유기 발광층은 발광 효율을 향상시키고자 단일층이 아닌 다수의 층 즉, 정공주입층, 정공수송층, 발광 물질층 및 전자수송층으로 이루어지고 있다. 이때, 특히 정공수송층은 각색의 서브픽셀별로 서로 다른 두께를 갖도록 형성하고 있다.
도 2는 종래의 유기전계 발광소자에 있어서 적, 녹, 청색의 서브픽셀에 대한 유기전계 발광 다이오드의 단면구조를 간략화하여 나타낸 도면이다.
도시한 바와같이, 적, 녹, 청색을 발광하는 각 서브픽셀(SP1, SP2, SP3)은 각각 제 1 전극(11)과 이의 상부로 정공주입층(13), 정공수송층(16), 유기 발광 물질층(16), 전자주입층(30) 및 제 2 전극(35)의 적층구조를 가지며 형성되고 있다.
이때, 상기 정공수송층(16)은 표시영역 전면에 동일한 두께를 가지며 형성되는 제 1 정공수송층(16a)과, 적 및 녹색 서브픽셀(SP1, SP2)별로 서로 다른 두께를 가지며 형성되는 제 2 및 제 2 정공수송층(16b, 16c)으로 이루어지고 있다.
이렇게 정공수송층(16)의 두께를 각 색의 서브픽셀(SP1, SP2, SP3)별로 달리 형성하는 것은 각 색을 발광하는 유기 발광 물질층(24a, 24b, 24c)의 특성에 따라 발광 효율이 차이가 있으며, 광효율 향상을 위한 광학거리 조절에 의한 마이크로 커비티(micro cavity) 효과를 구현시키기 위함이다.
이러한 구성을 갖는 유기전계 발광소자는 다음과 같은 순서로 성막을 진행하고 있다.
우선, 제 1 전극(11) 위로 표시영역 전면에 개구를 갖는 오픈 쉐도우 마스크를 이용하여 전자주입층(13)과 제 1 정공수송층(16a)을 순차적으로 형성한다.
이후, 녹색 서브픽셀(SP2)에 대해 녹색 서브픽셀(SP2)에 대해서만 개구를 갖는 제 1 녹색 서브픽셀용 쉐도우 마스크를 이용하여 성막을 진행함으로써 제 3 정공수송층(16c)을 형성하고, 적색 서브픽셀(SP1)에 대해 적색 서브픽셀(SP1)에 대해서만 개구를 갖는 제 1 적색 서브픽셀용 쉐도우 마스크를 이용하여 성막을 진행함으로써 제 2 정공수송층(16b)을 형성한다.
다음, 청, 녹, 적색 서브픽셀(SP3, SP2, SP1) 순으로 각각 제 1 청색 서브픽셀용 쉐도우 마스크와 제 2 녹색 서브픽셀용 쉐도우 마스크 및 제 2 적색 서브픽셀용 쉐도우 마스크를 이용하여 성막을 진행함으로써 순차적으로 청, 녹, 적색 유기 발광 물질층(24c, 24b, 24a)을 형성한다.
다음, 상기 적, 녹, 청색 유기 발광 물질층(24c, 24b, 24a) 위로 표시영역 전면에 오픈 쉐도우 마스크를 이용하여 순차적으로 성막을 진행함으로써 전자수송층(30)과 제 2 전극(35)을 형성하고 있다.
하지만, 전술한 방법대로 유기 물질의 성막을 진행하는 경우, 적색 및 녹색 서브픽셀(SP1, SP2)에 제 3 및 제 2 정공수송층(16c, 16b)을 각각 형성함으로써 상기 제 3 및 제 2 정공수송층(16c, 16b) 각각의 두께를 합한 두께만큼 재료가 소진되므로 재료비가 증가되고 있는 실정이다.
또한, 쉐도우 마스크를 이용하여 성막되는 유기 물질은 각각 열용량, 녹는점, 끓는점이 다르며, 이에 의해 성막 진행 후 쉐도우 마스크에 잔사되어 개구를 막는 립 붙음 현상을 야기함으로써 성막 시 패턴 불량을 초래하고 있는 실정이다.
도 3은 종래의 유기전계 발광소자를 제조하는데 사용하는 적색 서브픽셀에 대해 개구부를 갖는 쉐도우 마스크 일부에 대한 평면도로서 성막 전과 성막 후 립 붙음 불량이 발생한 상태를 나타낸 도면이다.
도시한 바와 같이 제 2 정공수송층을 적색 서브픽셀에 성막 전에는 적색 서브픽셀에 대응하여 개구가 형성된 상태를 보이고 있지만, 수회의 성막을 진행한 후 쉐도우 마스크(50)를 살펴보면 제 2 정공수송층을 이루는 유기물질 특성 상 립(rip)에 잔사되고 아교화됨으로써 개구(oa)를 막는 립 붙음 불량이 발생되고 있음을 알 수 있다.
이러한 쉐도우 마스크(50)의 립 붙음 불량은 재료적 관점의 재료 열용량, 녹는점(mp), 끊는점(bp) 등의 물리적 성질과 연관된다. 즉, 진공 열 증착시 유기물질의 분자가 기체화되어 기판에 성막된 상태에서 완전 비활성 단계(고체상)가 되기 전 중간 단계로의 활성화된 상태(액체)로 잠시 남아 있게 되는데, 이때, 분자들의 화학적 반응이 아닌 물리적 반응을 통해 분자 간 인력의 발생으로 인장력이 증가되어 아교화 역할을 수행할 수 있는 상태가 된다.
이때, 쉐도우 마스크(50)에 있어 립(rip) 사이가 가까워서 쉐도우 마스크(50)와 기판을 마주한 후 얼라인을 진행하면 립(rip) 사이에 아직 활성화 상태에 놓여있는 분자들의 물리적 반응에 의해 쉐도우 마스크(50) 립 붙음 불량이 발생되는 것이다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 쉐도우 마스크의 립 붙음 불량을 억제할 수 있는 유기전계 발광소자의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 방법은, 적, 녹, 청색을 각각 발광하는 3개의 서브픽셀을 하나의 픽셀로 정의하며, 다수의 픽셀을 구비한 표시영역을 포함하는 유기전계 발광소자의 제조 방법에 있어서, 기판 상의 상기 표시영역에 각 서브픽셀 별로 제 1 및 제 2 유기물질을 증착원으로 하여 쉐도우 마스크를 이용한 진공 열 증착을 진행함으로써 각 서브픽셀에 유기 발광층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제 1 유기물질은 상기 유기 발광층의 역할을 하도록 하는 물질이며, 상기 제 2 유기물질은 고체에서 기체로 승화되는 물질 또는 액체상태에서 낮은 열용량을 가져 상기 쉐도우 마스크 표면에서 발생하는 열손실에 의해 상기 제 1 유기물질의 아교화를 억제시키는 역할을 하는 물질인 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 유기물질은, 1기압에서 280℃ 이상의 녹는점을 갖는 유기물질이거나, 또는 5*10-6 Torr이하의 진공도에서 승화 특성을 갖는 물질인 것이 특징이다. 이때, 1기압에서 280℃ 이상의 녹는점을 갖는 유기물질 또는 5*10-6 Torr이하의 진공도에서 승화 특성을 갖는 물질은 NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenyl benzidine), GGH53, LG_HTO 51 중 어느 하나인 것이 특징이다.
또한, 상기 유기 발광층은 정공주입층, 정공수송층, 유기 발광 물질층, 전자수송층, 전자주입층 중 어느 하나인 것이 특징이며, 상기 유기 발광층이 상기 정공수송층인 경우, 상기 제 1 유기물질은 TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine), s-TAD, MTDATA(4,4',4"-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine), PEDOT, PANI 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
또한, 상기 진공 열 증착은, 상기 제 1 및 제 2 유기물질을 동일한 도가니에 투입하여 증착원으로 이루도록 한 상태에서 진행되거나, 또는 상기 제 1 유기물질은 제 1 도가니에 투입하여 제 1 증착원을 이루도록 하고, 상기 제 2 유기물질은 제 2 도가니에 투입하여 제 2 증착원을 이루도록 한 상태에서 진행되는 것이 특징이다.
또한, 상기 유기 발광층의 형성 이전에 상기 기판상의 각 서브픽셀에 제 1 전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 유기 발광층 위로 상기 표시영역 전면에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 유기전계 발광소자의 제조 방법에서는 낮은 열용량을 가진 물질 및 공정 조건에서 승화 단계로만 진행되는 유기물질을 이용하여 진공 열 증착을 실시하여 유기 물질의 아교화를 억제함으로써 립 붙음 불량을 억제시키는 효과가 있다.
나아가 유기물질의 진공 열 증착 시 립 붙음 불량을 억제함으로써 수율을 향상시키는 효과가 있으며, 또한 쉐도우 마스크를 이용하여 열 증착 공정을 종래 대비 더 많은 매수를 진행함으로써 쉐도우 마스크 세정을 위해 유휴되는 시간을 줄일 수 있으므로 단위 시간당 생산성을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 대한 평면도.
도 2는 종래의 유기전계 발광소자에 있어서 적, 녹, 청색의 서브픽셀에 대한 유기전계 발광 다이오드의 단면구조를 간략화하여 나타낸 도면.
도 3은 종래의 유기전계 발광소자를 제조하는데 사용하는 적색 서브픽셀에 대해 개구부를 갖는 쉐도우 마스크 일부에 대한 평면도로서 성막 전과 성막 후 립 붙음 불량이 발생한 상태를 나타낸 도면.
도 4는 일반적인 유기전계 발광소자의 한 화소에 대한 회로도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자에 대한 개략적인 단면도.
도 6은 온도와 압력 변화에 따른 일반적인 유기물질의 상태를 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 유기전계 발광소자의 제조에 이용되는 유기물질을 도시한 물질의 3가지 상태를 나타낸 그래프.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조에 있어 진공 열 증착 공정 단계를 도시한 단면도.
도 2는 종래의 유기전계 발광소자에 있어서 적, 녹, 청색의 서브픽셀에 대한 유기전계 발광 다이오드의 단면구조를 간략화하여 나타낸 도면.
도 3은 종래의 유기전계 발광소자를 제조하는데 사용하는 적색 서브픽셀에 대해 개구부를 갖는 쉐도우 마스크 일부에 대한 평면도로서 성막 전과 성막 후 립 붙음 불량이 발생한 상태를 나타낸 도면.
도 4는 일반적인 유기전계 발광소자의 한 화소에 대한 회로도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자에 대한 개략적인 단면도.
도 6은 온도와 압력 변화에 따른 일반적인 유기물질의 상태를 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 유기전계 발광소자의 제조에 이용되는 유기물질을 도시한 물질의 3가지 상태를 나타낸 그래프.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조에 있어 진공 열 증착 공정 단계를 도시한 단면도.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
우선, 간단히 유기전계 발광소자의 구성 및 동작에 대해 설명한다.
도 4는 일반적인 유기전계 발광소자의 한 화소에 대한 회로도이다.
도시한 바와 같이, 유기전계 발광소자의 하나의 각 서브 픽셀은 스위칭 박막트랜지스터(STr)와 구동 박막트랜지스터(DTr), 스토리지 커패시터(StgC), 그리고 유기전계발광 다이오드(E)로 이루어진다.
제 1 방향으로 게이트 배선(GL)이 형성되어 있고, 이 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 서브픽셀(SP)을 정의하며 데이터 배선(DL)이 형성되어 있으며, 상기 데이터 배선(DL)과 이격하며 전원전압을 인가하기 위한 전원배선(PL)이 형성되어 있다.
또한, 상기 데이터 배선(DL)과 게이트 배선(GL)이 교차하는 부분에는 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 형성되어 있으며, 상기 각 서브픽셀(SP) 내부에는 상기 스위칭 박막트랜지스터(STr)와 전기적으로 연결된 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되어 있다.
이때, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)는 유기전계 발광 다이오드(E)와 전기적으로 연결되고 있다. 즉, 상기 유기전계발광 다이오드(E)의 일측 단자인 제 1 전극은 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극과 연결되고, 타측 단자인 제 2 전극은 전원배선(PL)과 연결되고 있다. 이때, 상기 전원배선(PL)은 전원전압을 상기 유기전계발광 다이오드(E)로 전달하게 된다. 또한, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 게이트 전극과 소스 전극 사이에는 스토리지 커패시터(StgC)가 형성되고 있다.
따라서, 상기 게이트 배선(GL)을 통해 신호가 인가되면 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 온(on) 되고, 상기 데이터 배선(DL)의 신호가 구동 박막트랜지스터(DTr)의 게이트 전극에 전달되어 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)가 온(on) 되므로 유기전계발광 다이오드(E)를 통해 빛이 출력된다. 이때, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)가 온(on) 상태가 되면, 전원배선(PL)으로부터 유기전계발광 다이오드(E)에 흐르는 전류의 레벨이 정해지며 이로 인해 상기 유기전계 발광 다이오드(E)는 그레이 스케일(gray scale)을 구현할 수 있게 되며, 상기 스토리지 커패시터(StgC)는 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 오프(off) 되었을 때, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 게이트 전압을 일정하게 유지시키는 역할을 함으로써 상기 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 오프(off) 상태가 되더라도 다음 프레임(frame)까지 상기 유기전계 발광 다이오드(E)에 흐르는 전류의 레벨을 일정하게 유지할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자에 대한 개략적인 단면도이다.
도시한 바와 같이, 유기전계 발광소자(100)는 제 1, 2 기판(110, 170)이 서로 대향되게 배치되어 있다.
상기 제 1 기판(110)에 있어서는 표시영역(AA)과, 상기 표시영역(AA) 외측으로 비표시영역(미도시)이 정의되고 있으며, 상기 표시영역(AA)에는 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(미도시)에 의해 포획되는 영역이라 정의되는 다수의 서브픽셀(SP1, SP2, SP3)이 구비되고 있으며, 상기 데이터 배선(미도시)과 나란하게 전원배선(미도시)이 구비되고 있다. 이러한 다수의 각 서브픽셀(SP1, SP2, SP3)에는 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)가 형성되어 있고, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 연결되며 제 1 전극(147)이 형성되어 있다.
또한, 상기 제 1 전극(147) 상부에는 각 서브픽셀에 적, 녹, 청색을 발광하는 적, 녹, 청색 유기 발광층(155)이 형성되어 있고, 유기 발광층(155) 상부에는 전면에 제 2 전극(158)이 형성되어 있다. 이때 각 서브픽셀에 순차 적층된 상기 제 1 전극(147)과 유기 발광층(155) 및 제 2 전극(158)은 유기전계 발광 다이오드를 이룬다.
그리고, 전술한 구성요소가 구비된 상기 제 1 기판(110)에 대응하여 인캡슐레이션을 위해 제 2 기판(170)이 대향하고 있으며, 상기 제 1 및 제 2 기판(110, 170)의 상기 표시영역(AA) 외측으로 비표시영역에는 상기 표시영역(AA)을 테두리하며 씰패턴(미도시) 또는 프릿패턴이 형성되고 있다. 이때, 상기 두 기판(110, 170) 사이의 내부 영역이 수분 및 대기 중에 노출되지 않도록 그 테두리에 상기 씰패턴(미도시)이 형성된 상태에서 불활성 기체나 또는 진공의 분위기에서 상기 두 기판(110, 170)이 합착됨으로써 패널 상태를 유지하고 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 있어서는 제 2 기판(170)이 구비되어 유기발광 다이오드(e)의 인캡슐레이션이 실시되고 있지만, 이러한 제 2 기판(170)을 대신하여 상기 유기전계 발광 다이오드(E) 상부에 투명한 필름(미도시)이 부착되거나, 또는 유기물질 또는 무기물질로 이루어진 인캡슐레이선막(미도시)이 형성됨으로써 이들 구성요소가 유기전계 발광 다이오드(E)의 인캡슐레이션 실시하는 유기전계 발광소자(100)를 이룰 수도 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자에 있어, 유기 발광층은 쉐도우 마스크를 이용하여 진공 열증착을 통해 형성되고 있다. 특히 적색 및 녹색 서브픽셀에 대해 각각 구비되는 정공수소층을 이러한 진공 열 증착 공정에 의해 각 서브픽셀에 형성 시 발생하는 립 붙음 불량을 억제시킬 수 있는 유기물질을 제공하며, 이러한 립 붙음 불량을 억제할 수 있는 유기물질을 이용하여 유기전계 발광소자를 제조하는 것을 특징으로 한다.
높은 열용량을 가지는 유기물질이 진공 증착 장치의 챔버 내에서 기판에 장시간 지속적으로 증착될 때 쉐도우 마스크 상에서 쉽게 열 에너지를 손실해 상평형 상에 따라 쉽게 고체상으로 변환하지 못하고 활성화 된 상태인 액체상에서 분자간의 물리적 반응을 통해 응력을 발휘해 서로간의 뭉쳐져서 인장력 혹은 아교화 역할을 수행해 마스크의 립이 붙게 된다.
따라서 이러한 문제를 해결하고자 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 방법에 있어서는 쉽게 열 에너지를 손실해 쉽게 고체상으로 변환되는 물질을 함께 성막해 줌으로써 활성화 된 상태(액체상태)로 남아있는 분자들 사이에 위치하게 되어 활성화 된 분자들의 물리적 결합을 방해해 응력을 일으키지 못하게 하여 아교화 역할 수행을 방해하도록 함으로써 마스크 립간의 붙음 불량을 해소시키는 것을 특징으로 한다.
조금 더 상세히 이러한 특성을 갖는 유기물질에 대해 설명한다.
도 6은 온도와 압력 변화에 따른 일반적인 유기물질의 상태를 나타낸 그래프이다.
도시한 바와 같이, 통상적인 유기물질은 가해지는 온도와 압력에 따라 고체상태, 액체상태 및 기체상태를 이루고 있으며, 각 상태의 경계 즉, 액체상태와 기체상태의 경계에서는 액체 및 기체상태가 섞인 상태를 이루며, 고체상태와 액체상태의 경계에서는 고체 및 액체상태가 섞인 상태를 이루며, 고체상태와 기체상태의 경계에서는 고체 및 기체상태가 섞인 상태를 이루고 있다. 또한 삼중점이라 정의된는 고체상태와 액체상태 및 기체상태의 경계에서는 3가지 상태가 모두 존재하고 있다.
한편, 상기 그래프 상에서 (A)지점에 위치하는 유기물질에 열을 가할 경우, 상기 유기물질은 고체 상태에서 액체상태 그리고 다시 기체상태로 변화하여 기판 상에 성막됨을 알 수 있다. 하지만 이러한 경우 상기 유기물질은 용융상태를 거침으로 활성화된 분자들의 물리적 반응이 일어나기 쉽다.
한편, (B)지점에 있는 유기물질에 열을 가할 경우, 상기 유기물질은 고체 상태에서 액체상태를 지나지 않고 바로 기체로 상변이가 이루어져 성막됨을 알 수 있다. 이 경우 기판상에 성막된 후에는 성막된 순서의 역순으로 열손실이 진행됨으로써 즉, 기판상에서 고체화가 바로 진행됨으로써 비활성 분자들의 물리적 반응 수행이 어려움을 알 수 있다.
비활성 상태 전이가 용이한 분자를 이용하도록 하기 위해서는 상평형에 맞도록 열 증착 장비의 챔버 내부의 진공도를 높이거나, 또는 삼중점이 높은 곳에 위치하는 유기물질을 사용하는 것이 바람직하다.
하지만, 열 증착 장비의 챔버 내부의 진공도를 원하는 수준으로 높이는 것은 장비 자체 제조가 힘들거나 또는 원하는 수준의 진공도를 갖도록 하기 위해서는 챔버내 진공을 만드는 시간이 매우 많이 요구됨으로 생산성이 떨어지므로 현실적으로 불가능하다.
또한, 삼중점이 높은 곳에 위치하는 물질은 대다수가 기체로 존재함으로써 이를 이용하는 것은 어려운 실정이다.
따라서, 본 발명에 따른 유기전계 발광소자의 제조에 있어서는 낮은 열용량을 가져 고체상태로 쉽게 변화되는 유기물질 또는 공정 조건에서 승화 단계로만 진행되는 유기물질을 이용하는 것을 특징으로 하고 있다. 이때, 낮은 열용량을 가진 물질을 이용하는 것은 액체상태의 활성화된 분자로 남아있는 조건을 충족시키는 구간을 줄이기 위함이다.
도 7은 본 발명에 따른 유기전계 발광소자의 제조에 이용되는 유기물질을 도시한 물질의 3가지 상태를 나타낸 그래프이다.
점선으로 표시된 부분을 기준으로 그 좌측에 위치하는 유기물질은 액체상태에서 높은 열용량을 갖는 물질이며, 우측에 위치하는 유기물질은 액체상태에서 낮은 열용량을 갖는 물질이 되고 있다.
그래프 상에서 (C)영역에 위치하는 물질은 흡열에 의한 액체상태의 엔트로피 증가 구간이 넓을수록 높은 열용량의 활성화된 분자를 갖는 특성이 있으며, (D)영역에 위치하는 물질은 활성화된 분자가 낮은 열용량을 가져서 쉽게 비활성화된 상태로 변환되는 특성을 갖는다.
한편, 단순히 열용량만을 염두해 두고 쉐도우 마스크의 립 붙음 불량을 해결하기 위해 유기물질의 전기적 특성과 안정성을 무시하고 무조건 낮은 열용량을 갖는 물질만을 이용하여 정공수송층을 형성하게 되면 정공수송층으로서의 기능을 하지 못하게 된다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 방법에 있어서는 정공수송층으로서의 역할 수행을 원활히 진행할 수 있지만, 높은 열용량을 갖고 활성화된 상태인 중간 액상상태를 이룸으로써 립 붙음 불량을 야기하는 유기물질과 함께 동시에 액체상태에서 낮은 열용량을 가져 고체상태로 쉽게 변화되는 유기물질을 동시에 진공 열 증착함으로써 유기전계 발광소자의 성능을 유지하면서 소자 제조 시 발생되는 고질적인 불량인 쉐도우 마스크 립 붙음 불량을 억제하는 것이 특징이다.
(C)처럼 (D)대비 상대적으로 낮은 녹는점을 가진 유기물질은 액체상태에서 열용량이 높으므로 활성화된 분자의 물리적 결합으로 쉐도우 마스크의 립 붙음 불량을 야기시킬 가능성이 높다.
즉, 녹는점이 높은 (D)의 특성을 갖는 유기물질이 활성화된 분자가 낮은 열용량을 가져 쉽게 비활성화된 상태로 변환됨으로써 립 붙음 불량을 억제하는데 유리하다 할 것이다.
한편, 전술한 조건 즉, 액체상태에서 상대적으로 낮은 열용량을 가져 고체상태로 쉽게 변화되는 물질은 아릴아민 유도체로서 일례로 1 기압에서 녹는점이 280℃ 이상인 물질이 될 수 있으며, 진공의 챔버내에서 액체상태를 거치지 않거나 성막 진행 시 액체상태를 거치지 않고 고체상으로 바로 성막 물질은 일례로 통상적인 진공 열 증착시의 진공도인 5*10-6 Torr이하의 진공도에서 승화 특성을 갖는 물질이 될 수 있다.
이러한 조건을 만족하는 유기물질은 일례로 NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenyl benzidine), GGH53, LG_HTO 51인 것이 특징이다.
전술한 조건을 만족하는 유기물질인 NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenyl benzidine), GGH53, LG_HTO 51 중 어느 하나와 통상적인 정공수송층을 이루는 물질 예를들면 TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine), s-TAD, MTDATA(4,4',4"-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine), PEDOT, PANI 중 어느 하나를 동시에 진공 열 증착공정을 진행하는 경우, 성막 후 기판 또는 쉐도우 마스크와 접촉하여 열 손실이 발생되는 시점에서 낮은 열용량을 갖는 첨가된 유기물질에 의해 이들 분자들이 활성화된 상태 즉 액체상 성질을 갖는 상태로 남아있는 분자들 사이에 위치하게 되어 활성화된 분자들의 물리적 결합을 억제시킴으로써 응력이 발현되지 못하도록 하여 아교화를 억제시킨다. 따라서 이러한 현상이 진공 열 증착 시 발현됨으로써 쉐도우 마스크의 립 붙음 불량을 억제시킬 수 있는 것이다.
한편, 전술한 액체상태에서 낮은 열용량을 갖는 유기물질은 정공수송층의 형성에만 이용되는데 한정되지 않고, 유기물질의 진공 열 증착을 진행하여 형성되는 물질층의 형성에 사용될 수 있으며, 일례로 유기 발광물질층과 정공 주입층과, 전자수송층 및 전자주입층의 형성을 위한 진공 열 증착 공정에 사용될 수 있음은 자명하다 할 것이다.
이후에는 간단히 전술한 유기물질을 이용하여 본 발명에 따른 유기전계 발광소자를 제조하는 방법에 대해 간단히 설명한다. 이때, 유기전계 발광소자에 있어 스위칭 및 구동 박막트랜지스터와 제 1 전극은 일반적인 유기전계 발광소자의 제조 방법과 동일하므로 이에 대해서는 설명을 생략하며 유기물질을 이용하여 진공 열 증착을 실시하는 것을 위주로 설명한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조에 있어 진공 열 증착 공정 단계를 도시한 단면도이다.
우선, 기체 배출구(215)와 속이 빈 원통 형태의 몸통(220)으로 이루어진 도가니(200)의 상기 몸통(220) 내부에 정공수송층으로서의 역할 수행이 가능한 유기물질 예를들면 TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine), s-TAD, MTDATA(4,4',4"-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine), PEDOT, PANI 중 어느 하나와, 이러한 유기물질의 열 증착 시 쉐도우 마스크(280) 표면에서의 아교화를 방지할 수 있는 유기물질 녹는점이 280℃보다 크고, 통상적인 진공 열 증착시의 진공도인 5*10-6 Torr이하의 진공도에서 승화 특성을 갖는 물질인 NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenyl benzidine), GGH53, LG_HTO 51 중 어느 하나를 적정한 비율이 되도록 혼합한 증착원(240)을 투입시킨다.
증착원이 몸통(220) 내부에 구비된 도가니(200)를 열 증착 장비의 챔버(290) 내부에 위치하는 상기 몸통(220)의 밑면 및 외측면을 감싸 상기 몸통(120) 전체를 가열할 수 있는 가열수단(250)에 안치시킨다.
다음, 상기 가열수단(250)이 가동하여 상기 도가니(200)의 몸통(220)을 가열하게 되면, 상기 몸통(220) 내부에 위치하는 이종의 유기물질 이루어진 증착원(240)에 열이 전도되며, 이렇게 전도되는 열에 의해 상기 증착원(240)이 가열됨으로써 기체화되며, 이러한 기체는 상기 도가니(200)의 배출구(215)를 통해 배출되며, 상기 도기니(200)의 배출구(215) 상부에 위치하는 다수의 개구를 갖는 쉐도우 마스크(280)를 통해 선택적으로 기판(285) 상에 증착됨과 동시에 열 손실이 발생되어 고체화됨으로서 상기 기판(285) 상에 정공수송층(미도시)을 형성하는 것이다.
이때, 상기 기체는 액체상태에서 열용량이 낮은 유기물질의 분자를 포함함으로써 통상적인 정공수송층의 역할을 하는 열용량이 높은 유기물질의 분자들 사이에 위치하여 열 손실 발생시 생성되는 활성화된 분자들의 물질적 결합을 억제하여 응역을 일으키지 못하도록 함으로써 아교화를 방지하여 쉐도우 마스크(280)의 립 붙음 현상을 억제할 수 있는 것이 특징이다.
이러한 방식으로 유기물질의 진공 열 증착 공정을 진행함으로써 기판 상에 정공수송층을 포함하는 유기 발광층(미도시)을 형성하고, 이후 상기 유기 발광층 위로 제 2 전극(미도시)을 형성하고 상기 유기 발광층(미도시)의 인캡슐레이션을 위해 캡핑막(미도시)을 형성하거나 또는 불활성 기체 분위기에서 대향기판(미도시)을 부착함으로써 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(미도시)를 완성한다.
한편, 본 발명의 실시예에 있어서는 하나의 도가니에 서로 다른 이종의 유기물질을 함께 투입하여 진공 열 증착 공정을 진행한 것을 일례로 보이고 있지만, 변형예로서 통상의 정공수송층을 이루는 유기물질은 제 1 도가니에 투입하고, 낮은 열용량을 가져 쉐도우 마스크의 립 붙음 불량을 방지하는 역할을 하는 유기물질은 제 2 도가니에 투입하고, 상기 제 1 및 제 2 도가니를 이용하여 진공 열 증착을 실시할 수도 있다.
이러한 변형예에 따른 진공 열 증착에 의해서도 실시예와 동일하게 쉐도우 마스크의 립 붙음 불량을 억제할 수 있음을 알 수 있었다.
200 : 도가니
215 : 배출구
220 : 몸통
240 : 증착원
250 : 가열수단
280 : 쉐도움 마스크
285 : 기판
290 : 진공 챔버
215 : 배출구
220 : 몸통
240 : 증착원
250 : 가열수단
280 : 쉐도움 마스크
285 : 기판
290 : 진공 챔버
Claims (7)
- 적, 녹, 청색을 각각 발광하는 3개의 서브픽셀을 하나의 픽셀로 정의하며, 다수의 픽셀을 구비한 표시영역을 포함하는 유기전계 발광소자의 제조 방법에 있어서,
기판 상의 상기 표시영역에 각 서브픽셀 별로 제 1 및 제 2 유기물질을 증착원으로 하여 쉐도우 마스크를 이용한 진공 열 증착을 진행함으로써 각 서브픽셀에 유기 발광층을 형성하는 단계
를 포함하며, 상기 제 1 유기물질은 상기 유기 발광층의 역할을 하도록 하는 물질이며, 상기 제 2 유기물질은 고체에서 기체로 승화되는 물질 또는 액체상태에서 낮은 열용량을 가져 상기 쉐도우 마스크 표면에서 발생하는 열손실에 의해 상기 제 1 유기물질의 아교화를 억제시키는 역할을 하는 물질인 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 유기물질은,
1기압에서 280℃ 이상의 녹는점을 갖는 유기물질이거나,
또는 5*10-6 Torr이하의 진공도에서 승화 특성을 갖는 물질인 것이 특징인 유기전계 발광소자의 제조 방법.
- 제 2 항에 있어서,
1기압에서 280℃ 이상의 녹는점을 갖는 유기물질 또는 5*10-6 Torr이하의 진공도에서 승화 특성을 갖는 물질은 NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenyl benzidine), GGH53, LG_HTO 51 중 어느 하나인 유기전계 발광소자의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 유기 발광층은 정공주입층, 정공수송층, 유기 발광 물질층, 전자수송층, 전자주입층 중 어느 하나인 것이 특징은 유기전계 발광소자의 제조 방법.
- 제 4 항에 있어서,
상기 유기 발광층이 상기 정공수송층인 경우, 상기 제 1 유기물질은 TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine), s-TAD, MTDATA(4,4',4"-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine), PEDOT, PANI 중 어느 하나인 것이 특징인 유기전계 발광소자의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 진공 열 증착은,
상기 제 1 및 제 2 유기물질을 동일한 도가니에 투입하여 증착원으로 이루도록 한 상태에서 진행되거나,
또는 상기 제 1 유기물질은 제 1 도가니에 투입하여 제 1 증착원을 이루도록 하고, 상기 제 2 유기물질은 제 2 도가니에 투입하여 제 2 증착원을 이루도록 한 상태에서 진행되는 것이 특징인 유기전계 발광소자의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 유기 발광층의 형성 이전에 상기 기판상의 각 서브픽셀에 제 1 전극을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 유기 발광층 위로 상기 표시영역 전면에 제 2 전극을 형성하는 단계
를 포함하는 유기전계 발광소자의 제조 방법.
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