KR101245217B1 - 전계발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 기판, 기판 상에 위치하는 제 1 전극, 제 1 전극의 일부 영역 상에 위치하며 제 1 전극과 전기적으로 연결되는 보조 전극, 보조 전극을 포함한 제 1 전극 상에 위치하며, 언더-컷 구조를 가지는 다수의 격벽, 격벽 사이의 제 1 전극 상에 위치하는 발광층 및 발광층 상에 위치하는 제 2 전극을 포함하는 전계발광소자를 제공한다.
전계발광소자, 보조 전극, 언더-컷, 격벽

Description

전계발광소자 및 그 제조방법{Light emitting device and fabrication method of the same}
도 1a 및 도 1b는 종래기술에 따른 전계발광소자의 단면도들이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계발광소자의 단면도이다.
도 3a 내지 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도들이다.
도 4a 및 도 4h는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전계발광소자를 도시한 단면도 및 평면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
240: 기판 250: 제 1 전극
260a: 보조 전극 270a: 격벽
280: 발광층 285: 제 2 전극
290: 발광 다이오드
본 발명은 전계발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
평판표시소자(Flat Panel Display Device) 중에서 전계발광소자(Light Emitting Device)는 화합물을 전기적으로 여기시켜 발광하게 하는 자발광형 표시장치이다. 전계발광소자는 액정표시소자에서 사용되는 백라이트가 필요하지 않아 경량박형이 가능할 뿐만 아니라 공정을 단순화시킬 수 있다. 또한, 저온 제작이 가능하고, 응답속도가 1ms 이하로서 고속의 응답속도를 가지며, 낮은 소비 전력, 넓은 시야각 및 높은 콘트라스트(Contrast) 등의 특성을 나타낸다.
그 중, 유기전계발광소자는 애노드와 캐소드 사이에 유기물로 이루어진 발광층을 포함하고 있어 애노드로부터 공급받은 정공과 캐소드로부터 공급받은 전자가 유기발광층 내에서 결합하여 정공-전자쌍인 여기자(exciton)를 형성하고 다시 여기자가 바닥 상태로 돌아오면서 발생하는 에너지에 의해 발광하게 된다.
상기와 같은 유기전계발광소자는 풀-컬러를 구현하기 위하여, 적색, 녹색 및 청색 발광층을 포함하는 다수의 화소를 포함하여야 하며, 적색, 녹색 및 청색 발광층을 형성하기 위하여, 격벽이 사용될 수 있다.
도 1a는 종래기술의 일 예에 따른 전계발광소자의 단면도이다.
도 1a를 참조하면, 기판(140) 상에 제 1 전극(150), 발광층(180) 및 제 2 전극(185)을 포함하는 발광 다이오드(190)가 위치한다.
제 1 전극(150)은 애노드일 수 있으며, 도시하지는 않았지만, ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명도전막을 적층한 다음, 다수의 스트라이프 형태로 패터닝될 수 있다.
제 1 전극(150) 상에 제 1 전극(150)을 노출시키는 개구부를 포함하는 절연막(160)이 위치하며, 절연막(160) 상에 오버행 구조의 격벽(170)이 위치한다. 발광층(180) 및 제 2 전극(185)은 오버행 구조의 격벽(170)에 의해 패터닝되어 노출된 제 1 전극(150) 상에 위치하게 된다.
도 1b는 종래기술의 다른 예에 따른 전계발광소자의 단면도이다.
도 1b를 참조하면, 제 1 기판(100) 상에 반도체층(105), 게이트 절연막(110), 게이트 전극(115), 층간 절연막(120), 소오스 전극 및 드레인 전극(125a, 125b)을 포함하는 박막 트랜지스터(T)가 위치한다.
제 1 기판(100)과 대향되도록 제 2 기판(140)이 위치한다. 제 2 기판(140) 상에 제 1 전극(150), 발광층(180) 및 제 2 전극(185)을 포함하는 발광 다이오드(190)가 위치한다.
제 1 전극(150)은 애노드일 수 있으며, 도시하지는 않았지만, 제 1 전극(150)은 ITO와 같은 투명도전막으로 이루어진 전면 전극일 수 있다. 제 1 전극(150) 상에 제 1 전극(150)을 노출시키는 개구부를 포함하는 절연막(160)이 위치하며, 절연막(160) 상에 오버행 구조의 격벽(170)이 위치한다. 발광층(180) 및 제 2 전극(185)은 오버행 구조의 격벽(170)에 의해 패터닝되어 노출된 제 1 전극(150) 상에 위치하게 된다.
제 1 기판(100)과 제 2 기판(140)의 합착시 제 1 기판(100)의 드레인 전극(125b)과 제 2 기판(140)의 제 2 전극(185)은 연결 전극(195)에 의해 전기적으로 연결되며, 이로써, 제 1 기판(100)의 박막 트랜지스터에 의하여 제 2 기판(140)에 형성된 발광 다이오드(190)가 구동될 수 있다. 상기와 같은 구조는 제 1 전극(150)을 전면 전극으로 형성한 인버트 구조의 전계발광소자(inverted-OLED)로서, 전면 발광시 투과율이 높은 장점이 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 전계발광소자는 제 1 및 제 2 전극에 배선 또는 박막 트랜지스터를 통해 전기적 신호를 인가함으로써 구동되어 소정의 영상 이미지를 표시한다.
그러나, 상기와 같은 전계발광소자는 일함수가 높은 ITO와 같은 투명도전막을 사용하여 제 1 전극을 스트라이프 형태 또는 전면 전극 형태로 형성하기 때문에, 제 1 전극의 면저항이 커서 각 화소에 전달되는 신호들이 지연되는 문제가 있다. 특히, 대면적 전계발광소자의 경우 이러한 신호 전달의 지연은 더욱 심각하여, 원하는 영상 이미지를 표현할 수 없는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 각 화소에 신호 전달이 지연되는 것을 감소시켜, 화면의 품위를 향상시킬 수 있는 전계발광소자 및 그 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 기판; 상기 기판 상에 형성되는 제 1 전극; 상기 제 1 전극의 일부 영역 상에 상기 제 1 전극의 일부분을 노출시키도록 형성되는 보조 전극; 상기 보조 전극을 통해 노출된 상기 제 1 전극의 일부분과 상기 보조전극 상에 형성되며, 언더-컷 구조를 가지는 다수의 격벽; 상기 격벽들 사이에 위치하는 제 1 전극 상에 형성되는 발광층; 및 상기 발광층 상에 형성되는 제 2 전극을 포함하는 전계발광소자를 제공한다.
보조 전극은 제 1 전극보다 저항이 낮은 물질로 이루어질 수 있다.
보조 전극의 두께는 발광층 및 제 2 전극의 두께의 합과 같거나 클 수 있다.
또한, 본 발명은, 기판을 제공하는 단계. 기판 상에 제 1 전극을 형성하는 단계, 제 1 전극의 일부 영역 상에 보조 전극용 도전막 패턴을 형성하는 단계, 보조 전극용 도전막 패턴을 포함한 기판 상에 격벽용 절연막을 형성하는 단계, 격벽용 절연막의 일부를 식각하여 보조 전극용 도전막 패턴의 일부를 노출시키는 단계, 노출된 보조 전극용 도전막 패턴을 식각하여 제 1 전극의 일부를 노출시키도록 보조 전극을 형성함과 아울러, 언더-컷 구조를 가지는 격벽을 형성하는 단계, 격벽 사이의 노출된 제 1 전극 상에 발광층을 형성하는 단계 및 발광층 상에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 전계발광소자의 제조방법을 제공한다.
보조 전극용 도전막 패턴의 일부를 노출시키는 단계는 건식 식각 방법을 이용하여 수행할 수 있다.
언더-컷 구조를 가지는 격벽을 형성하는 단계는 습식 식각 방법을 이용하여 수행할 수 있다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계발광소자의 구조를 도시한 단면도이 다.
도 2를 참조하면, 기판(240) 상에 제 1 전극(250)이 위치한다. 제 1 전극(250)을 노출시키도록 제 1 전극(250)의 일부 영역 상에 보조 전극(260a)이 위치한다. 제 1 전극(250)은 애노드일 수 있으며, 보조 전극(260a)은 제 1 전극(250)보다 저항이 작은 물질로 이루어질 수 있다.
보조 전극(260a)을 포함한 제 1 전극(250) 상에 격벽(270a)이 위치한다. 격벽(270a)은 하부에 공동(cavity)을 포함하는 언더-컷(under-cut) 구조를 가진다.
노출된 제 1 전극(250) 상에 발광층(280)이 위치하며, 발광층(280) 상에 제 2 전극(285)이 위치한다. 발광층(280) 및 제 2 전극(285)은 언더-컷 구조의 격벽(270a)에 의해 패터닝된다.
발광층(280) 및 제 2 전극(285)은 보조 전극(260a)과 이격되어 위치하며, 보조 전극(260a)의 두께는 발광층(280) 및 제 2 전극(285)이 격벽(270a)에 의해 효과적으로 패터닝될 수 있도록 발광층(280) 및 제 2 전극(285)의 두께의 합과 같거나, 발광층(280) 및 제 2 전극(285)의 두께의 합보다 클 수 있다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전계발광소자의 제조방법을 상세히 설명하기로 한다.
도 3a 내지 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도들이다.
도 3a를 참조하면, 기판(340) 상에 제 1 전극(350)을 형성한다. 제 1 전 극(350)은 애노드일 수 있으며, ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ICO(Indium Cerium Oxide) 또는 ZnO(Zinc Oxide)와 같은 일함수가 높은 투명도전막을 사용하여 형성할 수 있다. 여기서, 도시하지는 않았지만, 제 1 전극(350)은 다수의 스트라이프 형태로 형성될 수 있다.
제 1 전극(350)의 일부 영역 상에 보조 전극용 도전막 패턴(360)을 형성한다. 보조 전극용 도전막 패턴(360)은 제 1 전극(350)보다 저항이 작은 물질로 형성할 수 있다. 예를 들면, 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo) 또는 크롬(Cr) 등을 이용하여 형성할 수 있다.
다음으로, 보조 전극용 도전막 패턴(360)을 포함한 기판(340) 상에 격벽용 절연막(370)을 적층한다. 격벽용 절연막(370)은 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물과 같은 무기물을 사용하여 형성할 수 있다.
도 3b를 참조하면, 격벽용 절연막의 일부를 식각하여 격벽(370a)을 형성함과 아울러, 보조 전극용 도전막 패턴(360)의 일부를 노출시킨다. 이때, 격벽(370a)을 형성하는 것은 격벽용 절연막 상에 포토 레지스트를 도포한 다음, 이를 노광 및 현상하여 포토 마스크를 형성하고, 포토 마스크를 이용해서 격벽용 절연막을 건식 식각함으로써 수행할 수 있다.
건식 식각 방법으로는 이온빔(ion beam) 식각, 이온빔 밀링(milling)), 스퍼터(sputter) 식각, 또는 RF(radio-frequency) 식각 방법을 들 수 있다.
도 3c를 참조하면, 노출된 보조 전극용 도전막 패턴을 식각해서 제 1 전극(350)을 노출시킴과 아울러, 보조 전극(360a) 및 언더-컷 구조를 갖는 격 벽(370a)을 형성한다.
보조 전극용 도전막 패턴의 식각은 습식 식각을 이용하여 수행할 수 있으며, 인산(H3PO4)계 혼산용액(HNO3+H3PO4+CH3COOH) 또는 요오드산(HI) 등의 에천트(echant)를 사용할 수 있다. 일반적으로 습식 식각은 모든 방향으로 동일한 식각 속도를 가지는 등방성 식각(isotropic etching))이기 때문에, 보조 전극용 도전막 패턴은 수평 방향 및 수직 방향으로 식각된다. 따라서, 보조 전극(360a)은 제 1 전극(350)의 일부를 노출시키도록 격벽(370a)의 하부 내측에 위치하도록 형성되며, 또한, 격벽(370a)은 하부에 공동(cavity)를 포함하는 언더-컷(under-cut) 구조로 형성된다.
도 3d를 참조하면, 격벽(370a) 사이의 노출된 제 1 전극(350) 상에 발광층(380) 및 제 2 전극(385)을 순차적으로 형성한다. 발광층(380) 및 제 2 전극(385)은 언더-컷 구조를 갖는 격벽(370a)에 의해 패터닝된다. 또한, 보조 전극(360a)은 격벽(370a) 하부의 내측에 형성되었기 때문에, 발광층(380) 및 제 2 전극(385)은 보조 전극(360a)과 일정 간격 이격되어 제 1 전극(350) 상에 형성된다.
여기서, 발광층(380) 및 제 2 전극(385)을 격벽(370a)에 의하여 효과적으로 패터닝하기 위하여, 보조 전극의 두께는 발광층(380) 및 제 2 전극(385)의 두께의 합과 같거나, 발광층(380) 및 제 2 전극(385)의 두께의 합보다 크도록 형성하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전계발광소자는 제 1 전극 (350) 상에 제 1 전극(350)보다 저항이 작은 물질로 형성된 보조 전극(360a)을 포 함한다. 따라서, 제 1 전극(350)의 면저항을 감소시킬 수 있으므로, 각 화소에 신호 전달이 지연되는 것을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전계발광소자는 보조 전극(360a)과 언더-컷 구조의 격벽(370a)을 동시에 형성하였기 때문에, 제조 공정이 용이하고 간소하다는 장점이 있다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전계발광소자를 도시한 단면도 및 평면도로서, 이를 설명하면 다음과 같다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 제 1 기판(400) 상에, 반도체층(405), 게이트 절연막(410), 게이트 전극(415), 층간 절연막(420), 소오스 전극 및 드레인 전극(425a,425b)을 포함하는 박막 트랜지스터(T)가 위치한다.
반도체층(405)은 비정질 실리콘층 또는 다결정 실리콘층으로 이루어질 수 있으며, 반도체층(405)을 포함한 제 1 기판(400) 상에 게이트 절연막(410)이 위치한다. 반도체층(405)의 일정 영역과 대응되도록 게이트 절연막(410) 상에 게이트 전극(415)이 위치한다. 게이트 전극(415)은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금(Mo alloy), 텅스텐(W) 또는 텅스텐 실리사이드(WSi2) 등으로 이루어질 수 있다.
게이트 전극(415) 상에 게이트 전극(415)과 소오스 전극 및 드레인 전극(425a,425b)을 절연하기 위하여 층간 절연막(420)이 위치한다. 소오스 전극 및 드레인 전극(425a,425b)은 층간 절연막(420) 및 게이트 절연막(410)을 관통하여 반도체층(405)의 일정 영역과 전기적으로 연결될 수 있다. 소오스 전극 및 드레인 전극(425a,425b)은 배선 저항을 낮추기 위해 저저항 물질, 예를 들면, 몰리 텅스텐(MoW), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(Al alloy)으로 이루어질 수 있다.
한편, 제 2 기판(440) 상에 제 1 전극(450), 발광층(480) 및 제 2 전극(485)을 포함하는 발광 다이오드(490)가 위치한다.
제 1 전극(450)은 애노드일 수 있으며, 도 4b에 도시한 바와 같이, 제 1 전극(450)은 전면 전극으로 형성될 수 있다. 제 1 전극(450)을 노출시키도록 제 1 전극(450)의 일부 영역 상에 보조 전극(460a)이 위치한다. 보조 전극(460a)은 제 1 전극(450)보다 저항이 작은 물질로 이루어질 수 있다.
보조 전극(460a)을 포함한 제 1 전극(450)의 일부 영역 상에 격벽(470a)이 위치한다. 격벽(470a)은 하부에 공동(cavity)을 포함하는 언더-컷(under-cut) 구조를 가진다.
여기서 격벽(470a)은, 도 4b에 도시한 바와 같이, 제 1 전극(450) 상에 격자 구조로 위치할 수 있으며, 격벽(470a)에 의하여 각 화소 영역이 정의될 수 있다. 또한, 보조 전극(460a)은 격벽(470a) 하부의 내측에 위치함과 동시에 각 화소 영역의 외곽부에 위치할 수 있다.
노출된 제 1 전극(450) 상에 발광층(480)이 위치하며, 발광층(480) 상에 제 2 전극(485)이 위치한다. 발광층(480) 및 제 2 전극(485)은 언더-컷 구조의 격 벽(470a)에 의해 패터닝되며, 보조 전극(460a)과 이격되어 위치한다. 보다 효과적으로 발광층(480) 및 제 2 전극(485)을 패터닝하기 위하여, 보조 전극(460a)의 두께는 발광층(480) 및 제 2 전극(485)의 두께의 합과 같거나, 발광층(480) 및 제 2 전극(485)의 두께의 합보다 큰 것이 바람직하다.
박막 트랜지스터(T)들이 형성된 제 1 기판은 발광 다이오드(490)들이 형성된 제 2 기판과 합착되며, 이때, 박막 트랜지스터(T)의 드레인 전극과 발광 다이오드(490)의 제 2 전극은 연결 전극(495)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있다. 이로써, 발광 다이오드(490)는 박막 트랜지스터(T)에 의하여 구동될 수 있다.
상술한 바와 같이, 인버트 구조의 전계발광소자(inverted-OLED)의 경우, 제 1 전극(450)이 전면 전극으로 형성되므로 신호 전달이 더욱 지연되는 문제점이 있었다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전계발광소자는 제 1 전극(450)과 전기적으로 연결되며 각 화소 영역의 외곽부에 위치하는 보조 전극(460a)을 포함한다. 보조 전극(460a)은 제 1 전극(450)보다 저항이 낮은 물질로 형성되므로, 제 1 전극의 면저항을 감소시킴으로써 신호 전달이 지연되는 것을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 따라서, 전계발광소자의 화면의 품위를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전계발광소자는 보조 전극(460a)과 언더-컷 구조의 격벽(470a)을 동시에 형성하였기 때문에, 제조 공정이 용이하고 간소하다는 장점이 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 제 1 전극의 면저항을 감소시킴으로써 각 화소 에 신호 전달이 지연되는 것을 방지하여, 화면의 품위를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (16)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성되는 제 1 전극;
    상기 제 1 전극의 일부 영역 상에 상기 제 1 전극의 일부분을 노출시키도록 형성되는 보조 전극;
    상기 보조 전극을 통해 노출된 상기 제 1 전극의 일부분과 상기 보조전극 상에 형성되며, 언더-컷 구조를 가지는 다수의 격벽;
    상기 격벽들 사이에 위치하는 제 1 전극 상에 형성되는 발광층; 및
    상기 발광층 상에 형성되는 제 2 전극을 포함하는 전계발광소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판과 대향되도록 위치하며, 반도체층, 상기 반도체층 상에 위치하는 게이트 절연막, 상기 반도체층과 일정 영역이 대응되도록 상기 게이트 절연막 상에 위치하는 게이트 전극, 상기 반도체층과 전기적으로 연결되는 소오스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터가 형성된 다른 하나의 기판을 더 포함하며,
    상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 상기 제 2 전극은 전기적으로 연결된 전계발광소자.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 보조 전극은 상기 제 1 전극보다 저항이 낮은 물질로 이루어진 전계발광소자.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 보조 전극은 알루미늄, 몰리브덴 및 크롬으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어진 전계발광소자.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 보조 전극의 두께는 상기 발광층 및 상기 제 2 전극의 두께의 합과 같거나 큰 전계발광소자.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 애노드인 전계발광소자.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 전면 전극인 전계발광소자.
  8. 삭제
  9. 기판을 제공하는 단계;
    상기 기판 상에 제 1 전극을 형성하는 단계;
    상기 제 1 전극의 일부 영역 상에 보조 전극용 도전막 패턴을 형성하는 단계;
    상기 보조 전극용 도전막 패턴을 포함한 기판 상에 격벽용 절연막을 형성하는 단계;
    상기 격벽용 절연막의 일부를 식각하여, 상기 보조 전극용 도전막 패턴의 일부를 노출시키는 단계;
    상기 노출된 보조 전극용 도전막 패턴을 식각하여 상기 제 1 전극의 일부를 노출시키도록 보조 전극을 형성함과 아울러, 언더-컷 구조를 가지는 격벽을 형성하는 단계;
    상기 격벽 사이의 노출된 제 1 전극 상에 발광층을 형성하는 단계; 및
    상기 발광층 상에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 전계발광소자의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    다른 하나의 기판 상에, 반도체층, 상기 반도체층 상에 위치하는 게이트 절연막, 상기 반도체층과 일정 영역이 대응되도록 상기 게이트 절연막 상에 위치하는 게이트 전극, 상기 반도체층과 전기적으로 연결되는 소오스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터를 형성하는 단계; 및
    상기 드레인 전극과 상기 제 2 전극이 전기적으로 연결되도록 두 기판을 합착하는 단계를 더 포함하는 전계발광소자의 제조방법.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 보조 전극은 상기 제 1 전극보다 저항이 낮은 물질로 형성하는 전계발광소자의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 보조 전극은 알루미늄, 몰리브덴 및 크롬으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 형성하는 전계발광소자의 제조방법.
  13. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 보조 전극의 두께는 상기 발광층 및 상기 제 2 전극의 두께의 합과 같거나 크도록 형성하는 전계발광소자의 제조방법.
  14. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 ITO, IZO, ICO 및 ZnO로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 형성하는 전계발광소자의 제조방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 보조 전극용 도전막 패턴의 일부를 노출시키는 단계는 건식 식각 방법을 이용하여 수행하는 전계발광소자의 제조방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 언더-컷 구조를 가지는 격벽을 형성하는 단계는 습식 식각 방법을 이용하여 수행하는 전계발광소자의 제조방법.
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