KR101262828B1 - 상부 방출 ｏｌｅｄ 장치의 제조 - Google Patents

상부 방출 ｏｌｅｄ 장치의 제조 Download PDF

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Abstract

상부-방출 LED 장치의 제조 방법은, 기판상에, 측방향으로 이격되고 광학적으로 불투명한 하부 전극 및 하부 전극으로부터 절연된 상부 전극 버스를 제공하는 단계; 하부 전극 및 상부 전극 버스 상에 EL 매체 구조를 형성하는 물질을 증착하는 단계; EL 매체 구조상에, 오염 입자로부터 EL 매체 구조를 보호하는 제 1 광투과성 상부 전극을 증착하는 단계; 및 상부 전극 버스의 선택적 부분 상의 EL 매체 구조의 대부분을 선택적으로 제거하는 단계를 포함한다.

Description

상부 방출 ＯＬＥＤ 장치의 제조{Making a top-emitting OLED device}
본 발명은 상부 방출 OLED(organic light-emitting diode) 장치, 더 구체적으로는 광 투과 상부 전극에서 개선된 전력 분배를 가지는 상부 방출 OLED 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다.
전계발광(electroluminescent: EL) 장치로 또한 언급되는, 발광 다이오드(LED) 장치는 시장에서 현재 다른 평-패널 디스플레이 장치를 넘어서는 수많은 공지된 이점을 가진다. 이들 이점들 중에는, 예를 들어 백라이트(backlighting)를 사용하는 액정 디스플레이(LCD)와 비교하여 감소된 전력 소모, 상대적으로 넓은 시야각, 및 발광의 밝기가 있다. 이와 같은 장치는 양자점(quantum dot)과 같은 무기 물질 또는 유기 물질을 포함하는 발광 층을 가지고 제조될 수 있다.
LED 장치의 응용은 액티브 매트릭스 이미지 디스플레이, 패시브-매트릭스 이미지 디스플레이 및 예를 들어 선택적 탁상용 조명과 같은 영역-조명 장치를 포함한다. 이들 광범위한 분야의 응용에 맞추어진 특정한 LED 장치 구성에 상관없이, 모든 LED는 동일한 일반적 원리로 기능한다. EL 매체 구조는 2 개의 전극 사이에 형성된다. 적어도 하나의 전극은 광 투과성이다. 이들 전극은 통상적 다이오드의 단자에 유사한 애노드 및 캐소드로서 언급된다. 애노드가 전압원의 양의 단자에 연결되고 캐소드가 음의 단자에 연결되도록 전위가 전극들 사이에 인가되는 경우, LED는 순방향 바이어스된다고 말한다. 양 전하 캐리어(홀)는 애노드로부터 EL 매체구조로 주입되고, 음 전하 캐리어(전자)는 캐소드로부터 주입된다. 이와 같은 전하-캐리어 주입은 EL 매체구조를 통해 전극으로부터의 전류 흐름을 야기한다. EL 매치 구조의 영역 내의 홀 및 전자의 재결합은 적당하게는 광-방출 영역 또는 인터페이스라 불리는 이 영역으로부터 광의 방출을 가져온다. 방출된 광은 광투과성 전극을 통해, 조명되는 대상물을 향해 또는, 관측자를 향하도록 지향되어 있다. 광-투과성 전극이 LED 장치의 발광 소자와 기판 사이에 있다면, 이 장치는 하부-방출 장치라 불린다. 반대로, 광-투과성 전극이 기판과 발광 소자 사이에 있지 않다면, 이 장치는 상부-방출 LED 장치라 언급된다.
EL 매체구조는 소분자(small molecule) 층 및 폴리머 층을 포함할 수 있는 유기 물질을 포함하는 서브층의 스택으로 형성될 수 있다. 이와 같은 유기층 및 서브층은 OLED 기술, 예를 들어 Tang 등에 의한 1988년 9월 6일자의 미국 특허 제 4,769,292호, 및 VanSlyke 등에 의한 1991년 10월 29일자의 미국 특허 제 5,061,569호에서 당업자에 공지되어 있으며 이해된다. 대안으로는, 무기 물질은 진행중인 Kahen에 의한 미국 출원 11/683,479호에 나타나 있는 바와 같이, 반도체 매트릭스, 폴리크리스탈린에 형성된 코어/쉘(core/shell) 양자점을 포함하는, EL 매체 구조를 형성하는데 이용될 수 있다.
광이 전극을 통해 방출되기 때문에, 광이 방출되는 전극이 방출된 광을 흡수하는 것을 예방하도록 충분히 광투과성인 것은 중요하다. 이와 같은 전극에 사용되는 전형적 종래기술의 물질은 금속의 매우 얇은 계층 및 ITO(indium tin oxide)를포함한다. 그러나, 이들 물질로부터 형성된 전극의 전류 전달 성능이 제한되어, 방출될 수 있는 광의 양을 제한한다.
통상적인 집적 회로에서, 버스 연결은 집적 회로에서의 회로소자에 전력을 제공하기 위해 기판상에 제공된다. 이들 버스는 기판에 증착된 층들 상에, 예를 들어 평탄화 층 상에 또는 기판상에 직접 위치된다. 복합 회로에서, 다양한 레벨의 버스 라인은 기판상에 위치되고 물질의 절연층에 의해 분리된다. 예를 들어, 이스트만 코닥사(Eastman Kodak Company)에 의해 팔린 OLED 디스플레이는 기판 및 다양한 평탄화 층들 상에 위치한 다중 버스 라인들을 이용한다. 그러나, 통상적인 포토리소그래피 기술이 상부-방출 OLED 장치에 활용된 전형적 얇은 상부 전극 및 유기층을 파괴하기 때문에 이들 버스는 OLED 장치에서 광투과성 상부 전극에 전력을 제공하는데 유용하지 않다.
미국 특허 출원 2002/0011783 A1은 상부 전극과 접촉하는 보조 전극의 형태에 의해 이 문제를 해결하는 것을 제안하였다. 보조 전극은 상부 전극 위 또는 아래에 있을 수 있다. 보조 전극은 더 큰 두께 및 도전성을 가져 상부 전극의 전류 전달 성능을 증가시킨다. 그러나, 이러한 접근은 OLED 장치의 발광 영역을 감소시킨다는 어려움을 가지고 제조하기도 어렵다. 특히, 보조 전극이 유기 소자가 증착되기 전에 형성된다면, 유기 물질이 보조 전극 상에 증착될 것이기 때문에, 상부 전극과 보조 전극 사이의 양호한 전기 접촉을 형성하는 것은 어렵다. 또한, 바람직하지 않은 습기가 보조 전극의 모서리들에 물질을 통해 스며들고 캡슐화 층 및 추가적 상부 전극 보호의 등방성 증착(conformal deposition)이 문제가 있다. 보조 전극이 상부 전극 위에 증착된다면, 패턴된 증착 공정이 상대적으로 어렵고 상부 전극 및 이 아래의 유기 층들 모두를 파괴하기 쉽다.
이 문제를 풀기 위한 두 번째 종래 방법은 "Luminescent Apparatus and Method of Manufacturing the Same"이란 명칭의, Fukunaga 등에 의해 미국 특허 출원 공보 2001/0043046 A1에 의해 제안된 바와 같은, 보조 전극을 사용하는 것이다. 그러나, 이러한 접근은 복잡한 다단계의 처리 방법을 요구하며 전술한 난점들을 가진다.
"Display Device and Method of Manufacturing the Same"란 명칭의, Kobayashi 등에 의한 미국 특허 출원 공보 2002/0158835 A1은 액티브 매트릭스 유형의 평면 디스플레이 장치의 광투과성 제 2 또는 상부 전극에 전기적으로 연결되어 있는 보조 와이어링 소자의 사용을 개시하고 있다. 보조 와이어링 소자는 제 1 또는 하부 전극으로서 동일한 표면 상에 또는 동일 층 상에 형성되어 있고, 보조 와이어링 소자는 제 1 전극들로부터 절연된다. 그러나, Kobayashi 등은 장치의 제조 방법에 사용된 공정 단계를 설명하는 어떠한 도면도 제시하지 않았다. 또한, Kobayashi 등에 의해 개시되어 있는 전기적 연결은 격벽(partition wall) 사이에 형성된다. 적합한 격벽의 구성은 공정에 복잡도를 추가하며, 산출량을 감소시키고, 비용을 증가시키며, 상호연결의 분해를 제한하다.
집적 회로에서의 패턴을 형성하기 위한 레이저 및 다른 기술의 사용이 공지되어 있다. 예를 들어, "Method for Patterning Organic Thin Film Devices using a Die"란 명칭의 미국 특허 6,468,819는 패턴을 형성하기 위해 다이(die)의 사용을 설명하고 패턴을 형성하기 위해 레이저 절삭의 사용을 참고한다. "Method of Making an Electoconductive Pattern on a Support"란 명칭의 미국 특허 6,444,400은 적외선 레이저의 사용을 포함하는 마찬가지로 절삭을 설명하고 있다. 다른 특허, 예를 들어, "Non-Degenerate Wide Bandgap Semiconductors as Injection Layers and/or Contact Electrodes for Organic Electroluminescent Devices"란 명칭의 2002년 8월 13일에 발행된, 미국 특허 6,433,355는 또한 패터닝을 위한 레이저 절삭의 사용을 설명하였다. 그러나, 이들 방법 중 어느 것도 상부-방출 LED 장치에서의 전력 분배에 관한 문제를 다루지 않았다.
Cok 및 VanSlyke에 의한 "Method of making a top-emitting OLED device having improved power distribution"란 명칭의 US 6,995,035는 상부-방출 OLED 장치의 제조 방법을 설명하며, 측방향으로 이격되고 광학적으로 불투명한 하부 전극 및 하부 전극으로부터 전기적으로 절연되어 있는 상부 전극 버스들을 기판 상에 제공하는 단계; 하부 전극 및 상부 전극 버스들 상에 유기 EL 매체구조를 증착하는 단계; 상부 전극 버스들의 적어도 상부 표면들을 드러내기 위해 상부 전극 버스들의 적어도 일부 상에 유기 EL 매체구조를 선택적으로 제거하는 단계; 및 이와 같은 상부 전극이 상부 전극 버스들의 적어도 상부 표면과 전기적으로 접촉하도록 유기 EL 매체 구조상에 광투과성 상부 전극을 증착시키는 단계를 포함한다. 그러나, 이와 같은 방법은 유기 EL 매체 구조가 선택적으로 제거되는 경우 오염 입자를 형성할 수 있다. 오염 입자는 EL 매체 구조상으로 떨어질 수 있으며 광투과성 상부 전극의 연이은 증착 후에 EL 매체구조를 통해 전류 흐름을 방해한다. 이는 원하지 않은 다크 스폿(dark spot)을 야기한다.
그러므로 상부-방출 LED 장치의 투명 전극에 향상된 전력 분배를 제공하기 위한 개선된 방법 및 구조가 요구된다.
따라서 본 발명의 목적은 개선된 전력 분배를 가지는 상부-방출 LED 장치를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 개선된 전력 분배를 가지는 다른 종류의 상부-방출 LED 장치를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상부-방출 LED 장치의 제조 방법은:
a) 기판상에, 측방향으로 이격되고 광학적으로 불투명한 하부 전극 및 하부 전극으로부터 절연된 상부 전극 버스를 제공하는 단계;
b) 하부 전극 및 상부 전극 버스 상에 EL 매체 구조를 형성하는 물질을 증착하는 단계;
c) EL 매체 구조상에, 오염 입자로부터 EL 매체 구조를 보호하는 제 1 광투과성 상부 전극을 증착하는 단계; 및
d) 상부 전극 버스의 선택적 부분 상에 EL 매체 구조의 대부분을 선택적으로 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 내용에 포함되어 있음.
도 1은 본 발명의 방법에 관한 실시예를 설명하는 흐름도이고;
도 2는 구성의 제 1 단계에서 본 발명의 실시예에 따른 LED 장치의 도식적인 단면도이고;
도 3은 구성의 제 2 단계에서 본 발명의 실시예에 따른 LED 장치의 도식적 단면도이고;
도 4는 구성의 제 3 단계에서 본 발명의 실시예에 따른 LED 장치의 도식적 단면도이고;
도 5는 구성의 제 4 단계에서 본 발명의 실시예에 따른 LED 장치의 도식적 단면도이고;
도 6은 구성의 제 1 단계에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 장치의 도식적 단면도이고;
도 7은 구성의 제 2 단계에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 장치의 도식적 단면도이고;
도 8은 구성의 제 3 단계에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 장치의 도식적 단면도이고;
도 9는 구성의 제 1 단계에서 본 발명의 또다른 실시예에 따른 LED 장치의 도식적 단면도이고;
도 10은 구성의 제 1 단계에서 본 발명의 대안의 실시예에 따른 LED 장치의 도식적 단면도이고;
도 11은 본 발명의 방법에 관한 또다른 실시예를 설명하는 흐름도이고;
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 LED 장치의 도시적인 상부도이고;
도 13은 구성의 제 2 단계에서 본 발명의 대안의 실시예에 따른 LED 장치의 도시적 단면도이다.
도 13은 구성의 제 4 단계에서 본 발명의 또다른 실시예에 따른 LED 장치의 도식적 단면도이다.
층 두께 치수들이 종종 서브-마이크로미터 범위에 있기 때문에, 도면들은 도식적 성질을 반드시 가지는 반면, 측면 장치를 나타내는 특징들은 10 마이크로미터에서 수백 마이크로미터의 범위에 있을 수 있다. 따라서, 도면들은 치수 정확성보다는 시각적 편의를 위해 크기가 조정된다.
본 발명은 상부-방출 LED 장치의 제조 방법에 관한 것이다. 상부-방출 LED 장치에서, 광은 충분히 광투과성이어야 하는 상부 전극을 통해 방출되는 동안, 하부 전극(들)은 광학적으로 불투명할 수 있는 비교적 두꺼운 도전성 금속 조성물로 만들어질 수 있다.
여기서 사용되는 바와 같이, 상부-방출 LED 장치의 상부 전극을 언급하는 경우, "광 투과"라는 용어는 이와 같은 전극의 표면에서 수직 방향의 광의 50% 이상의 광학적 투과를 말한다. "광학적 불투명"이란 용어는 하부 전극, 상부 전극 버스, 버스 커넥터 및 버스 커넥터 패드를 언급하며, 이와 같은 도전성 소자의 표면에서 수직 방향의 광의 50% 미만의 광학적 전달을 말한다.
"픽셀" 및 "서브픽셀"이란 용어는 디스플레이의 다룰 수 있는 가장 작은 요소를 표시하는데 일반적으로 사용된다. 단색 OLED 디스플레이에 대해서는 픽셀과 서브픽셀 사이의 어떠한 차이가 없다. 다색상의 디스플레이에서, 또는 풀컬러 디스플레이에서, 서브픽셀은 픽셀의 임의 부분을 나타내며, 이는 특정 색의 광을 방출하도록 독립적으로 다뤄질 수 있다.
도 1 및 2를 참고하면, 상부-방출 LED 장치의 제조 방법은: 기판(10) 상에, 측방향으로 이격되고 광학적으로 불투명한 하부 전극(12), 및 하부 전극(12)으로부터 절연되어 있는 상부 전극 버스(30)를 제공하는 단계(100), 하부 전극(12) 및 상부 전극 버스(30) 상에 EL 매체 구조(medium structure)(14)를 형성하는 물질을 증착하는 단계(105), 오염 입자(particulate contamination)로부터 EL 매체 구조를 보호하는 제 1 광투과성 상부 전극(16)을 EL 매체 구조 상에 증착하는 단계(110), 및 상부 전극 버스(30)의 선택적 부분 상의 EL 매체 구조(14)의 대부분을 선택적으로 제거하는 단계를 포함한다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 복수의 제 1 광투과성 상부 전극(16) 및 상부 전극 버스(30)가 제공될 수 있다. 또다른 실시예에서, 본 발명의 방법은 제 1 광투과성 상부 전극(16) 상에, 그리고 이와 직접 전기적으로 접촉하여, (도 5에 도시되어 있는) 제 2의 광투과성 상부 전극(17)을 증착시키는 단계를 포함하여, 제 2 상부 전극(17)은 상부 전극 버스(30)의 적어도 상부 표면과 전기적으로 접촉하여 있다. 본 발명의 하나의 예시적 실시예에서, 제 2 광투과성 상부 전극(17)은 제 1 광투과성 상부 전극(16)보다 더 두껍다.
도 2 내지 5를 참고하여, 상부-방출 LED 장치를 형성하는 예시적인 방법이 설명되어 있다. 도 2를 참고하여, 기판(10)이 제공되어 있으며, 하부 전극(12)은 기판(12) 위에 형성된다. 상부 전극 버스(30)가 또한 형성된다. 바람직하게는, 하부 전극(10)은 상부 전극 버스(30)와 공통, 동시발생, 제조 단계로 형성된다. 예를 들어, 양자점과 같은 무기 물질 또는 유기 물질을 포함하는, 발광층과 같은, EL 매체 구조(14)는 하부 전극(12) 및 상부 전극 버스(30) 상에 형성된다. 다른 층, 예를 들어, 정공-주입, 정공-수송, 전자-주입, 전자-수송, 및 전하 차단 층은 또한 층(14)에 형성될 수 있다. 이와 같은 층들은 당해 기술에 공지된 증기 또는 용액 코팅 방법에 의해 형성될 수 있다. 제 1 광투과성 상부 전극(16)은 EL 매체 구조(14) 상에 형성된다. 광투과성 상부 전극(16)은 예를 들어, 스퍼터링 기술로 증착된 ITO(indium tin oxide)를 포함할 수 있다. 광투과성 층(16)은 예를 들어, 1 nm 두께의 비교적 얇지만, 100 nm 두께 미만이다.
초기에, 도 3을 참고하여, 초기 상부-방출 LED 구조가 일단 형성되면, 상부 전극 버스(30) 상의 EL 매체 구조(14)의 일부가 예를 들어 레이저 절삭(laser ablation)에 의해 (도 4에 도시되어 있는) 비아(via)(60)를 형성하도록 레이저(40)로 선택적으로 제거된다. 레이저 절삭 공정은 당해 분야에 공지되어 있다. 도 4를 참고하여, 레이저 빔(42)을 방출하는 레이저(40)는 EL 매체 구조(14)를 국부적으로 가열하고 증발시키며, 증발되거나 또는 제거된 입자(15)를 형성한다. 몇 증발 입자(15A)는 LED 장치에 재증착한다. 본 발명에 전체로서 참고되어 있는 Cok 및 VanSlyke에 의한 "Method of making a top-emitting OLED device having improved power distribution"이란 명칭의 US 6,995,035에 설명된 종래의 방법에서, 증발 입자(15A)는 광투과성 상부 전극(16)이 없는 경우 EL 매체 구조(14) 상에 재증착될 수 있다. (특히, 유기 EL 물질이 이용된다면) 이와 같은 재증착은 EL 매체구조를 손상시킬 수 있고 또한 전류가 EL 매체 구조를 통해 흐르는 것을 막을 수 있어, 다크 스폿(즉, LED 장치에서의 감소되거나 또는 어떠한 광방출도 없는 영역)을 가져올 수 있다. 종래 기술에서 알 수 있는 바와 같이, 오염 입자 제거 시스템(50)은 오염 입자의 레벨을 감소시키는데 이용될 수 있지만, 그러나 전체적으로 이와 같은 오염을 방지할 수 없다. 그러므로, 본 발명에 따르면, 광투과성 상부 전극(16)은 EL 매체 구조(14) 상에 입자(15A)의 재증착을 방지함으로써 EL 매체 구조상의 보호를 제공한다. 또한, 광투과성 상부 전극(16)은 절삭 공정 동안 밑에 있는 층들에 대한 소정의 환경적 보호를 제공할 수 있다. 또한, 전류가 광투과성 상부 전극(16)의 면을 따라, 뿐만 아니라 이를 통해 수직으로 전도될 수 있기 때문에, 광 투과성 상부 전극(16) 상에 재증착하는 입자(15A)는 EL 매체 구조(14)를 통하는 전류의 흐름을 억제하지 못할 것이다.
광 투과성 상부 전극(16)은 상부 전극 버스(30)의 일부 상의 EL 매체 구조의 선택적 제거를 가능하게 하도록 비교적 얇은 반면에, 오염 입자(15A)로부터 EL 매체 구조에 적합한 보호를 제공한다. 그러나, 이와 같은 얇은 전극은 디스플레이와 같은 모든 LED 장치에 적절한 전류를 제공하기 위해 충분히 전도될 수 없다. 그러므로, 본 발명의 또다른 실시예에서, EL 매체 구조(14)를 선택적으로 제거하는 동작은 또한 상부 전극 버스(30)의 적어도 상부 표면을 드러내기 위해 상부 전극 버스(30)의 적어도 일부 상의 제 1 광투과성 상부 전극(16)을 선택적으로 제거한다(도 1 참고). 이어서, (도 1에 또한 설명되어 있는) 동작(120)은 제 2 상부 전극(17)이 상부 전극 버스(30)의 적어도 상부 표면과 전기적으로 접촉하도록 EL 매체 구조(14)가 선택적으로 제거되지 않은 부분에 제 1 광투과성 상부 전극(16) 상에 (도 5) 제 2 광-투과성 상부 전극(17)을 증착하고 LED 장치의 상부 전극(18)에 추가적 전류-용량(current carrying capacitu)을 제공한다.
도 5에 설명된 본 발명의 하나의 예시적 실시예에서, 제 2 상부 전극(17)은 제 1 상부 전극(16)보다 더 두껍다. 더 얇은 제 1 상부 전극(16)은 EL 매체 구조(14)에 화학적 또는 전기적 손상 중 하나 또는 모두를 야기할 수 있는 오염 입자로부터 EL 매체 구조(14)에 적당한 보호를 제공한다. 동시에, 더 얇은, 제 1 상부 전극(16)은 제 1 상부 전극(16)의 선택적 부분 및/또는 EL 매체 구조(14)의 선택적 부분들을 선택적 절삭할 수 있도록 충분히 얇다. 더 두꺼운, 제 2 상부 전극(17)은 (명시적으로 도시되지 않은) 추가적 전류-용량을 제공한다. 더 얇은, 상부 전극(16)은 예를 들어 10 nm 두께일 수 있는 반면, 더 두꺼운 상부 전극(17)은 예를 들어 100 nm 두께일 수 있다.
광투과성 상부 전극(16, 17)은 투명 도전성 산화물, 예를 들어, ITO 또는 AZO(aluminum zinc oxide)로부터 형성될 수 있고 종래 기술에 나타난 바와 같이 화학적 증기 또는 원자층 증착 방법에 의해 또는 스퍼터링에 의해 증착될 수 있다.
대안의 실시예에서, 동작(115)은 상부 전극 버스(30)의 적어도 일부 상의 EL 매체 구조(14)를 선택적으로 제거하여 제 1 광-투과성 상부 전극(16)이 상부 전극 버스(30)의 적어도 상부 표면과 전기적으로 접촉되도록 한다. EL 매체 구조(14)가 매우 얇고(예를 들어, 두께가 100 nm 미만) 층이 상대적으로 크게 형성되는(예를 들어, 100 nm 마이크론) 영역이기 때문에, 제 1 광투과성 상부 전극(16)에서의 적은 양의 가요성(flexibility)은 제 1 광투과성 상부 전극(16)이 상부 전극 버스(30)의 적어도 상부 표면과 전기적 접촉이 되도록 할 수 있다. (도 6을 참고하면), 이 실시예에서 LED 장치는 기판(10), 기판(10) 상에 형성된 상부 전극 버스(30), 상부 전극 버스(30) 상에 형성된 EL 매체 구조(14)를 포함한다. 제 1 광투과성 상부 전극(16)은 EL 매체 구조(14) 상에 형성된다.(더 명확하게 하기 위해, 하부 전극은 도 6, 7 및 8에 도시되지 않았다.)
도 7을 보면, 레이저(40)는 레이저 빔(42)이 EL 매체 구조(14)를 가열하도록 하여 흐르도록 한다. 흐름에 의해, 여기서 EL 매체 구조(14)에서의 물질이 증발된 기체 입자를 형성하지 않고, 차라리 물질들이 상부 전극 버스(30)의 표면 상에서 이동하도록 하는 표면 에너지 효과에 종속되는 것을 의미한다: 예를 들어, 물질이 비아(60)의 중심에서 개방된 공간을 형성하고 더 많은 양의 물질이 비아(60)의 주변에 존재하는 커피링 효과(coffee ring effect)를 발생하는 것. 본 출원인은: i) 선택된 영역 밖에 유기 물질을 흐르도록 표면 에너지 효과 및 국부적 열의 사용 및 ii) 적절한 비아를 형성하는 것을 설명하고 있다. 이 예시적 실시예에서, EL 매체 구조(14)가 선택적으로 제거되는 경우 EL 매체 구조(14)는 상부 전극 버스(30)와 제 1 광투과성 상부 전극(16) 사이에 포함되어 있다. (도 4에 도시된 바와 같이) 낮은 온도가 물질이 표면(예를 들어, 상부 전극 버스(30)) 상으로 흐르도록 하는데 이용될 수 있는 반면, 높은 온도는 물질이 증발하도록 할 수 있다.
도 8을 보면, 제 2 광투과성 상부 전극(17)은 제 1 광투과성 상부 전극(16) 상에 선택적으로 형성될 수 있다. 그러나, 이 대안의 실시예에서, 제 1 광투과성 상부 전극(16)은 훨씬 더 두꺼울 수 있고(예를 들어, 100 nm 두께) 제 2 광투과성 상부 전극(17)은 필요하지 않을 수 있다.
도 9를 보면, 본 발명의 또다른 대안의 실시예에서, 열흡수 소자(32)는 EL 매체 구조(14)가 선택적으로 제거되는 영역에 EL 매체 구조(14) 위에 또는 아래에 형성될 수 있다. 이와 같은 열 흡수 소자(32)는 상부 전극 버스(30) 상에 형성될 수 있고 도전성이거나 또는 검정색(black)일 수 있다. 출원인은 예를 들어, 크롬과 같은 금속 산화물 또는 금속을 이용함으로써, 이와 같은 열흡수 소자(32)의 사용 및 형성을 설명하였다.
도 10을 보면, 본 발명의 방법에 관한 다른 실시예에서, 절연 물질(34)은 상부 전극 버스(30)의 각각과 인접한 하부 전극(12) 사이에 제공된다. 또한, 위에서 바라본 도 12에 도시된 바와 같이, 공통의 전기 연결(31)이 모든 상부 전극 버스(30) 사이에 제공될 수 있어, 전원으로의 단일 전기 연결이 이용될 수 있다. 추가로, (도시되지 않은) 전원으로의 단일 전기 연결이 마찬가지로 이용될 수 있도록 공통 전기 연결은 모든 하부 전극들 사이에 제공될 수 있다.
도 11을 보면, 본 발명의 방법에 관한 다른 대안의 실시예에서, EL 매체 구조의 제거는 가열(동작 200), 반응성 기체(reactive gas)로의 노출(동작 205), 반응성 화학물질로의 노출(동작 210), 반응성 입자로의 노출(동작 215)의 하나 이상의 단계를 포함할 수 있다. 물질을 에칭하거나 또는 물질 제거를 수행하는 이와 같은 방법은 공지되어 있다. 진공을 이용하는 입자 제거 시스템과 같은 기계적 수단은 오염 입자를 감소시키는데 사용될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 상기 방법은 또한 상부-방출, 수동 또는 액티브 매트릭스 LED 장치, 또는 유기 또는 무기 LED 장치를 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
유용한 절연 기판(10)은 유리 기판, 수정 기판, 플라스틱 기판, 세라믹 기판 및 다른 방식의 절연성 기판 바디 상에 제공된 절연 표면층을 가지는 기판들을 포함한다.
하부 전극(12), 및 상부 전극 버스(30)는 금속, 금속 합금으로, 또는 다층 금속 샌드위치형으로 만들어질 수 있고, 충분히 큰 전기 전도성, 장시간의 물리적 및 화학적 안정성, 및 기판(10) 표면으로의 부착을 제공하도록 선택된(도면에 표시되지 않은) 소정의 두께로 형성된다. 또한, 금속의 선택은 EL 매체 구조(14)로 양 전하 캐리어(정공)를 주입하려는 경향 면에서 고려되어야 한다. 일 함수≥4.0 eV를 가지는 금속은 수용가능한 정공-주입 경향을 가진다고 고려된다. 정공-주입 경향은 (하부 전극(12)이 애노드인 구성에 대해) 하부 전극(12) 상에 (도시되지 않은) 정공-주입 층을 제공함으로써 개선될 수 있다. 정공-주입 층을 형성하기 위한 특히 유용한 물질은 예를 들어 ITO, 구리 프탈로사이아닌과 같은 프탈로사이아닌 화합물, 및 플라즈마 증착된 플루오르화 탄소 물질(CFx)과 같은 도전성 금속 산화물을 포함한다.
위의 사항을 고려하면, 특히 이용가능한 금속은 은, 구리, 백금, 인듐, 탄탈륨, 텅스텐, 몰리브덴넘, 니켈 및 알루미늄, 또는 선택된 합금, 또는 이와 같은 금속의 샌드위치 구조를 포함한다.
다양한 공지된 방법이 하부 전극(12), 상부 전극 버스(30), 버스 커넥터 및 버스 커넥터 패드(도시되지 않음)의 패턴을 제공하기 위해 선택될 수 있다. 이와 같은 공지된 방법들 중에는, 프린팅, 패턴 마스크를 통한 증기 증착, 소위 "리프트-오프(lift-off)" 공정으로 포토레지스트 패턴에 의해 정의된 패턴의 증기 증착, 및 포토레지스트 에치 마스크를 통해 선택적 에칭을 함으로써 균일하게 증착된 층의 패터닝이 있다.
패터닝된 금속 특징들의 두께는 광학적으로 불투명하게 만든다. 상부 표면은 상부 표면의 미세-위상(micro-topological) 면에 의해 그리고 금속 또는 금속들의 선택에 의해 결정된 반사율의 레벨로, 광학적으로 반사적일 수 있다.
도 10에 나타난 바와 같이, 절연부(34)는 버스의 상부 표면(표시되지 않음)이 드러나도록 상부 전극 버스(30)과 하부 전극(12) 사이에 형성된다. 절연부는 유기 포토레지스트 물질일 수 있고, 포토리소그래픽 공정에 의해 패턴된다.
EL 매체 구조는 다층 구조일 수 있고, 차례로 정공-주입층, 정공-수송층, 발광층, 전자-수송층, 및 전자-주입층을 포함한다. 이와 같은 다층 구조는 유기 및 무기 LED 장치의 설계 및 제조의 기술에 공지되어 있다. EL 매체 구조는 예를 들어 반도체 매트릭스, 다결정과 같은 공통 층에 형성된 양자점 뿐만아니라, 소분자 층 및 폴리머 층들을 포함할 수 있다.
상부-방출 LED 장치가 단색 발광 장치로 설계된다면, 하나 및 동일한 EL 매체 구조는 전체 하부 전극(12), 절연부(34), 및 상부 전극 버스(30), 및 임의 열흡수 층(32) 상에 형성된다.
상부-발광 LED 장치가 다색상 장치 또는 풀컬러 장치로 설계된다면, EL 매체구조의 발광층은 선택된 하부 전극(12) 상에 선택적으로 증착된다. 예를 들어, 적색 발광층은 몇 개의 하부 전극(12) 상에 형성될 수 있고 인접한 절연부(34) 상에 측방향으로 신장할 수 있다. 녹색 및 청색 발광층이 유사하게 형성될 수 있다. 발광층은 상부 전극 버스(30) 상에 또는 절연부(34) 상에 중첩되거나 또는 인접할 수 있다. 다층 유기 EL 매체 구조의 모든 다른 층들은 모든 하부 전극, 상부 전극 버스 및 절연부에 공통으로 증착된다.
EL 매체 구조(14)의 선택적 제거는 레이저 빔(42)을 통해 상기 구조를 선택적으로 절삭함으로써 발생할 수 있고, 이는 EL 매체 구조(14)가 제거되는 영역에 선택적으로 지향되어 있다. 바람직하게는, 이 절삭 공정은 감소된 압력으로 유지된 (도시되지 않은) 챔버에서 수행된다. 절삭 공정이 승화 공정에 의해 원래 증착되어 있는, 물질(특히 유기)의 재승화(resublimation)를 포함할 수 있음을 이해할 것이다. EL 매체 구조(14)의 선택적 절삭 부분은 레이저 빔(42)이 (예를 들어, 고체 상태 레이저 다이오드의 선형 어레이) 상부 전극 버스(30)를 향하도록 하고, 레이저 광 빔(42)과 기판(10)과 상부 전극 버스(30) 사이의 상대 운동을 제공하여 수행될 수 있다. 도 13을 보면, EL 매체 구조(14)의 선택적 부분은 또한 EL 매체 구조(14)를 향하는 균일한 방사(34)의 소스(source)를 제공하고, 소스와 EL 매체 구조(14) 사이에 마스크(36)를 제공함으로써 절삭될 수 있으며, 마스크(36)는 마스크 개구부(37)가 상부 전극 버스(30)의 위치에 대응하도록 상부 전극 버스(30)와 관련하여 방향이 결정된 마스크 개구부(37)를 가진다. 따라서, 균일한 방사(34)는 마스크(36)에서 개구부(37)에 의해 정의된다. 대안으로는, EL 매체 구조(14)의 선택적 절삭 부분은 상부 전극 버스(30)와 관련하여 EL 매체 구조(14)를 향해 하나 이상의 레이저 광 빔(42)을 쏘아 달성될 수 있다.
레이저 빔(42) 및 집적 회로에서의 패턴을 형성하는 다른 기술의 사용이 공지되어 있다. 예를 들어, US 특허 6,468,819는 패턴을 형성하기 위해 다이(die)의 사용을 설명하고 있으며, 패턴을 형성하기 위해 레이저 절삭의 사용을 참고하고 있다. US 특허 6,444,400는 적외선 레이저의 사용을 포함하는, 절삭을 개시하고 있다. 미국 특허 6,433,355는 OLED 장치에 대한 콘택 전극 및/또는 반도체 주입층을 패터닝하기 위한 레이저 절삭을 설명하고 있다. 그러나, 이들은 불투명한 버스 라인(30)에 투명 전극(16)을 연결하기 위한 비아(60)를 생성하기 위해 LED 장치의 제조 동안 EL 매체 구조(14)를 선택적으로 제거하는 것을 개시하거나 또는 제안하지 않았다.
광투과성 상부 전극(18)은 금속 박막으로 형성될 수 있거나 또는 비교적 투명한 전도성 금속 산화물의 층, 또는 이들 물질의 조합으로 형성될 수 있다. 전자-주입 계면 층, 예를 들어 LiF 계면 층은 EL 매체 구조(14)의 최상부 층으로 형성될 수 있고, 이어서 알루미늄의 하나의 층이 있다. 조합에서, 이들 물질의 층은 예를 들어, US 특허 5,677,572에 설명된 바와 같이, 광투과성 상부 전극(18)을 포함한다. 다른 유용한 상부 전극 물질 세트는 US 특허 5,059,861 및 5,059,862에 개시된 것을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 본 출원에 사용된 투명이란 용어는 LED 장치가 상부-에미터로서 효과적으로 동작하도록 하는데 충분한 광을 통과시키는, 물질을 포함한다. 예를 들어, 본 발명에 유용한 대안의 투명 전극 물질의 박막은 (Ag의 추가 층 또는 임의 다른 높은 전도성 금속 또는 합금을 가지거나 또는 없는, MgAg, MgAl, MgSn, MgIn 또는 MgZn과 같은) 다른 금속을 가지는 마그네슘의 합금, 및 예를 들어 Li/Ag, LiF/Al/Ag 합금 또는 다른 금속을 가지는 낮은 일 함수 물질의 합금 또는 전자-주입층과 결합하여 ITO를 포함한다.
광학적으로 투명한 전극은 US 특허 4,885,211; 5,247,190; JP 3,234,963; US 특허 5,703,436; 5,608,287; 5,837,391; 5,677,572; 5,776,622; 5,776,623; 5,714,838; 5,959,474; 5,739,545; 5,981,306; 6,137,223; 6,140,763; 6,172,459; EP 1 076 368; 및 US 특허 6,278,236; 6,284,393에 더 상세히 설명되어 있다. 투명 전극은 증발, 스퍼터링 또는 화학적 증기 증착에 의해 전형적으로 증착된다. 필요한 경우, 패터닝은 레이저 절삭에 의해, 그리고 선택적 화학 증기 증착에 의해, 예를 들어 US 특허 5,276,380 및 6,221,563 및 EP 0 732 868에 설명된 바와 같이, 스로우-마스크(through-mask) 증착, 인테그랄 섀도우 마스킹(integral shadow masking)을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 많은 공지된 방법을 통해 달성될 수 있다.
광투과성 상부 전극(16, 17)과 각각의 금속 상부 전극 버스(30) 사이의 전기 콘택은 상부 전극(16, 17) 내에 개선된 전력 분배를 가능하게 하여, 이에 의해 상부 전극(18)을 형성하는 데 있어 실질적으로 광 투과성 물질의 사용을 허용한다. 달리 말하면, 광투과성 상부 전극(16, 17)을 따라 또는 가로질러 원하지 않은 전압 강하는 이와 같은 전극과 금속의 전도성 상부 전극 버스(30) 사이에 다수의 전기적 연결을 제공함으로써 실질적으로 감소되거나 또는 예방될 수 있다.
상부 전극 버스(30)는 전체 LED 장치를 따라 또는 가로질러 측방향으로 신장할 수 있고 측방향으로 이격된 하부 전극(12) 사이의 공간에 배치될 수 있다. 상부 전극 버스(30)의 각각은 이 공통 상부 전극에서의 전력 분배 또는 전류 분배의 개선된 균일성을 제공하기 위해 공통의 광투과성 상부 전극(16, 17)과 전기적으로 접촉한다.
앞선 설명에서, 하부 전극(12) 및 상부 전극 버스(30)를 형성하고, 부분적 장치(partial device)의 모든 특징들 상에 유기 EL 매체 구조(14)를 증착하고, 상부 전극 버스(30)로부터 EL 매체 구조(14)를 선택적으로 제거하고, 버스들과 전기적 접촉하여 공통의 광투과성 상부 전극(18)을 형성하는 공정 순서는 개선된 전력 분배를 가지는 다른 종류의 상부-방출 LED 장치를 만드는 간소화된 방법을 허용한다.
EL 매체 구조의 선택적 제거
전술한 바와 같이, 선택적 제거가 예를 들어 레이저 절삭에 의해 수행될 수 있다. 집적 회로에 배열되어 있는 레이저의 하나 이상의 선형 어레이는 LED 장치의 표면상으로 변환될 수 있고, 선형 어레이는 EL 매체 구조(14)가 제거되는 상부 전극 버스(30)와 관련하여 정렬된다. 대안으로는, LED 장치는 레이저(40)의 고정 선형 어레이와 관련하여 변환될 수 있다.
EL 물질을 선택적으로 제거하는 또다른 방법은 상부 전극 버스들과 관련하여 정렬되어 있는 개구부(37)를 가지는 광학 마스크(36)를 사용하는 단계, 및 장치 표면상으로 개구부를 통해 또다른 광원으로부터의 광 또는 레이저 광(42)의 전면 노광(flood exposure)을 향하게 하는 단계를 포함하여, EL 물질이 모든 상부 전극 버스(30)로부터 동시에 절삭된다.
EL 물질의 선택적 제거의 또다른 방법은 상부 전극 버스로부터, 그리고 LED 장치의 발광 영역 주변의 다른 영역들로부터 EL 물질을 독립적으로 절삭하도록 구성된 하나 이상의 레이저를 사용하는 것을 포함한다.
EL 매체 구조(14)는 비교적 얇으며(예를 들어, 100nm 미만) 쉽게 선택 제거된다. 상기 구조는 비교적 투명하지만, 그러나 선택된 파장으로 에너지 또는 광을 흡수한다. 상부 전극 버스(30)는 금속, 금속 합금, 또는 금속의 샌드위치 구성으로 전형적으로 제작되고, 광학 반사율의 레벨을 나타낸다. 이 반사율 때문에, 절삭 공정은 상부 전극 버스(30)에서 중단되어, EL 매체 구조(14)의 제거 이후 절삭을 방지한다.
본 발명의 방법이 폴리머 OLED 장치(액티브 또는 패시브 매트릭스), 상부-방출 패시브 매트릭스 OLED 장치, 및 상부-방출 액티브-매트릭스 OLED 장치와 같은 다른 종류의 OLED 장치에 적용될 수 있음을 이해할 수 있다.
10 기판
12 하부 전극
14 EL 매체 구조
15,15A 증발 입자
16 제 1 광투과성 상부 전극
17 제 2 광투과성 상부 전극
30 상부 전극 버스
31 공통의 전기 연결
32 열흡수 층
34 전기 절연체 층
36 마스크
37 마스크 개구부
40 레이저
42 레이저 빔
45 균일 방사
50 입자 제거 시스템
60 비아
100 기판 제공 단계
105 EL 증착 단계
110 제 1 상부 전극 증착 단계
115 선택적 제거 단계
120 제 2 상부 전극 증착 단계
200 레이저 절삭 단계
205 반응성 가스 에칭 단계
210 반응성 화학적 에칭 단계
215 반응성 입자 에칭 단계

Claims (20)

  1. a) 기판상에, 측방향으로 이격되고 광학적으로 불투명한 하부 전극 및 하부 전극으로부터 절연된 상부 전극 버스를 제공하는 단계;
    b) 하부 전극 및 상부 전극 버스 상에 EL 매체 구조를 형성하는 물질을 증착하는 단계;
    c) EL 매체 구조상에, 오염 입자로부터 EL 매체 구조를 보호하는 제 1 광투과성 상부 전극을 증착하는 단계;
    d) 상부 전극 버스 상의 EL 매체 구조의 대부분과 상기 제 1 광투과성 상부 전극을 선택적으로 제거하는 단계; 및
    e) 제 2 광투과성 상부 전극이 상부 전극 버스의 적어도 상부 표면과 상기 제 1 광투과성 상부 전극 상에 직접 전기적 접촉하도록, 상부 전극 버스의 상부 표면과 제 1 광투과성 상부 전극 상에 제 2 광투과성 상부 전극을 증착하는 단계를 포함하는 상부-방출 LED 장치의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    제 2 광투과성 상부 전극은 제 1 광투과성 상부 전극보다 두꺼운 상부-방출 LED 장치의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상부 전극 버스 상의 EL 매체 구조의 대부분을 선택적으로 제거하는 단계는 제 1 광투과성 상부 전극이 상부 전극 버스의 적어도 상부 표면과 전기적으로 접촉하게 되도록 하는 상부-방출 LED 장치의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    EL 매체 구조를 선택적으로 제거하는 단계는 EL 매체 구조의 물질을 절삭하는 단계를 포함하는 상부-방출 LED 장치의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    EL 매체 구조의 물질을 절삭하는 단계는 가열(heating)에 의해 수행되는 상부-방출 LED 장치의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    가열하는 단계는 레이저 빔으로의 국부적 노광에 의해 행해지는 상부-방출 LED 장치의 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    EL 매체 구조가 선택적으로 제거되는 경우 EL 매체 구조의 물질은 제 1 광투과성 상부 전극과 상부 전극 버스 사이에 포함되는 상부-방출 LED 장치의 제조 방법.
  9. a) 기판상에, 측방향으로 이격되고 광학적으로 불투명한 하부 전극 및 하부 전극으로부터 절연된 상부 전극 버스를 제공하는 단계;
    b) 하부 전극 및 상부 전극 버스 상에 EL 매체 구조를 형성하는 물질을 증착하는 단계;
    c) EL 매체 구조상에, 오염 입자로부터 EL 매체 구조를 보호하는 제 1 광투과성 상부 전극을 증착하는 단계;
    d) 상부 전극 버스 상의 EL 매체 구조의 대부분과 상기 제 1 광투과성 상부 전극을 선택적으로 제거하는 단계; 및
    e) EL 매체 구조가 선택적으로 제거되는 영역의 EL 매체 구조상에 또는 아래에 열흡수 소자를 형성하는 단계를 포함하며,
    f) 상기 열흡수 소자는 상부 전극 버스에 형성되는 상부-방출 LED 장치의 제조 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    EL 매체 구조를 선택적으로 제거하는 단계는 가열, 반응성 기체로의 노출, 반응성 화학물질로의 노출, 입자의 기계적 제거 및 반응성 입자로의 노출의 단계들 중 하나 이상의 단계를 포함하는 상부-방출 LED 장치의 제조 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    하부 전극 및 상부 전극 버스는 동시에 형성되는 상부-방출 LED 장치의 제조 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상부 전극 버스와 하부 전극 사이에 절연 물질을 제공하는 단계를 더 포함하는 상부-방출 LED 장치의 제조 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상부 전극 버스 또는 하부 전극에 공통의 전기 연결을 제공하는 단계를 더 포함하는 상부-방출 LED 장치의 제조 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    ⅰ) 상부 전극 버스를 향하는 레이저-광 빔을 제공하는 단계; 및
    ⅱ) 기판상에 증착된 상부 전극 버스와 레이저-광 빔 사이에 상대 운동을 제공하는 단계를 더 포함하는 상부-방출 LED 장치의 제조 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    ⅰ) EL 매체 구조를 향하는 균일 방사의 소스를 제공하는 단계; 및
    ⅱ) 소스와 EL 매체 구조 사이에 마스크를 제공하고 상부 전극 버스의 위치에 대응하는 마스크 개구부를 가지는 단계를 더 포함하는 상부-방출 LED 장치의 제조 방법.
  16. 제 9 항에 있어서,
    열흡수 소자는 전도성이 있거나 또는 검정색(black)인 상부-방출 LED 장치의 제조 방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
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