KR101979762B1 - 유기 패턴 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

유기 패턴 형성 방법을 제공한다. 본 발명의 한 실시예에 따른 유기 패턴 형성 방법은 제1 기판 위에 도너 필름과 유기층을 형성하는 단계, 상기 제1 기판과 대응하도록 제2 기판을 배치하는 단계 그리고 상기 제1 기판에 열을 가해 상기 유기층을 형성하는 물질이 승화되어 상기 제2 기판 위에 유기 패턴층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 유기층이 형성된 상기 제1 기판 위의 위치와 상기 유기 패턴층이 형성된 상기 제2 기판 위의 위치는 서로 대응한다.

Description

유기 패턴 형성 방법{MANUFACTURING METHOD OF ORGANIC PATTERN}
본 발명은 유기 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
최근 표시 장치 가운데 하나인 유기 발광 표시 장치(ORGANIC LIGHT EMITTING DISPLAY DEVICE)는 액정 표시 장치(LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE)에 비해 자발광, 저소비전력, 뛰어난 시인성 등의 우수한 특성을 인정 받아 차세대 디스플레이로 각광을 받고 있다.
디스플레이에는 풀 컬러 구현을 위하여 빛의 3원색인 빨강, 초록, 파랑의 기본 화소가 필요하다. 이러한 화소에서 발현되는 빛들의 혼합을 통해 우리가 원하는 화상의 색들을 구현하게 된다. 화소 형성 기술이란 빨강, 초록, 파랑의 기본 화소의 형성 방법을 말하는 것으로 매우 정교한 인쇄 기술이 필요하다.
종래에 화소 형성 방법으로는 증착 방식을 이용하는 미세마스크 방식(Fine Metal Mask; FMM)과 레이저 전사법(Laser Induced Thermal Imaging; LITI) 등을 사용하였다. 상기 방법들은 장점들을 가지고 있지만 미세마스크 방식의 경우에는 패턴 정밀도가 떨어질 수 있고, 레이저 전사법의 경우에는 도너 필름과 기판 사이의 계면 적합성, 대면적 공정에서의 적절한 파티클 제어 방법 등의 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 패턴 정밀도가 우수하고 공정을 단순화하는 유기 패턴 형성 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 유기 패턴 형성 방법은 제1 기판 위에 도너 필름과 유기층을 형성하는 단계, 상기 제1 기판과 대응하도록 제2 기판을 배치하는 단계 그리고 상기 제1 기판에 열을 가해 상기 유기층을 형성하는 물질이 승화되어 상기 제2 기판 위에 유기 패턴층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 유기층이 형성된 상기 제1 기판 위의 위치와 상기 유기 패턴층이 형성된 상기 제2 기판 위의 위치는 서로 대응한다.
상기 제1 기판에 열을 가해 승화되는 상기 유기층을 형성하는 물질은 직진하여 상기 제2 기판 위에 상기 유기 패턴층을 형성할 수 있다.
상기 유기층이 형성된 상기 제1 기판 위의 유기층 형성부의 개수와 상기 유기 패턴층이 형성된 상기 제2 기판 위의 유기 패턴층 형성부의 개수가 동일할 수 있다.
상기 제2 기판을 배치하는 단계는 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 마이크로 단위의 거리로 이격되도록 정렬하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 도너 필름에 복수의 패턴부를 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 유기층은 상기 복수의 패턴부에 형성될 수 있다.
상기 복수의 패턴부는 상기 제2 기판의 화소 영역에 대응하는 위치에 형성되고, 상기 복수의 패턴부는 상기 도너 필름에 오목부를 형성할 수 있다.
상기 유기 패턴 형성 방법은 상기 제2 기판에 화소 정의막을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 화소 정의막은 상기 복수의 패턴부에 대응하는 개구부를 갖도록 형성할 수 있다.
상기 개구부 내에 상기 유기 패턴층을 형성할 수 있다.
상기 유기층을 형성하는 단계는 용액 공정을 사용할 수 있다.
상기 유기층은 적색 유기 물질로 형성된 제1 유기층, 청색 유기 물질로 형성된 제2 유기층, 녹색 유기 물질로 형성된 제3 유기층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 유기층, 상기 제2 유기층 및 상기 제3 유기층을 형성하는 물질이 동시에 승화되어 상기 제2 기판에 상기 유기 패턴층이 형성될 수 있다.
상기 유기 패턴 형성 방법은 상기 제2 기판 위에 화소 전극 및 정공 수송층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 정공 수송층 위에 상기 유기 패턴층이 증착될 수 있다.
상기 도너 필름은 폴리이미드(Polyimide) 또는 폴리스티렌(Polystyrene)으로 형성할 수 있다.
상기 유기층을 형성하는 물질이 승화되어 상기 제2 기판 위에 유기 패턴층을 형성하는 단계는 진공 상태에서 수행될 수 있다.
상기 제1 기판에 열을 가하는 단계는 상기 제1 기판 하부에 히팅 소스를 배치하는 단계를 포함하고, 상기 히팅 소스의 면적과 상기 제1 기판의 면적은 동일할 수 있다.
상기 히팅 소스, 상기 제1 기판, 및 상기 제2 기판을 중력 방향에 평행하도록 세운 상태에서 상기 제1 기판에 열을 가할 수 있다.
상기 유기층을 형성하는 물질이 승화되어 상기 제2 기판 위에 유기 패턴층을 형성하는 단계는 마스크를 사용하지 않은 상태에서 수행될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 한 실시예에 따르면, 하나의 기판 위에 서로 다른 색상을 갖는 유기층을 형성한 후에 열을 가함으로써 동시에 유기 패턴층을 형성할 수 있다.
또한, 유기층을 포함하는 기판과 유기 패턴층이 형성되는 기판을 마이크로 단위로 밀착시켜 열을 가해 유기층을 형성하는 유기 물질이 승화되어 유기 패턴층을 형성하기 때문에 패턴 정밀도를 높일 수 있다.
도 1 내지 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 유기 패턴 형성 방법을 나타내는 사시도 및 단면도이다.
도 14 내지 도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 유기 패턴 형성 방법을 사용하여 유기 패턴을 형성한 실험예를 나타내는 도면이다.
도 18 및 도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 유기 패턴 형성 방법을 나타내는 사시도이다.
첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 “상”에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
도 1 내지 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 유기 패턴 형성 방법을 나타내는 사시도, 배치도, 및 단면도이다.
도 1은 표면에 돌출된 형상이 형성된 롤러(1300)를 사용하여 패턴을 형성하는 사시도를 나타내고, 도 2는 도너 필름(1200)에 패턴부(1400P)가 형성된 모양을 나타내는 사시도이다. 도 3은 표면에 돌출부(PSP)가 형성된 평판을 사용하여 패턴을 형성하는 사시도를 나타낸다.
도 1을 참고하면, 제1 기판(1100) 위에 도너 필름(1200)을 형성한다. 제1 기판(1100)은 유리 또는 전도성이 높은 플라스틱 등으로 형성할 수 있다. 도너 필름(1200)은 열적 내구성이 강한 폴리이미드(Polyimide) 수지, 폴리스티렌(Polystyrene) 수지, 폴리에틸렌(Polyethylene) 수지 또는 유무기 공중합체 등으로 형성할 수 있다. 여기서, 제1 기판(1100)은 인듐-틴 옥사이드(ITO) 뿐만 아니라, 열전달이 잘 이루어지는 물질로 형성할 수 있다. 예를 들어, 구리, 니켈, 알루미늄, 텅스텐, 몰리브덴, 티타늄 또는 그래핀 등으로 제1 기판(1100)을 형성할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 표면에 복수의 돌출된 형상이 형성된 롤러(1300)를 사용하여 도너 필름(1200)에 패턴부(1400P)를 형성한다. 패턴부(1400P)는 도너 필름(1200) 위에 복수의 오목부(1400)를 포함할 수 있다. 롤러(1300)는 도너 필름(1200) 상부면을 가압하고 지나가면서 순차적으로 제1 열, 제2 열, ···, 제N 열(N은 자연수)의 오목부(1400)들을 형성할 수 있다. 이렇게 형성된 복수의 오목부(1400)들은 매트릭스 형태를 가질 수 있다.
도 3을 참고하면, 도 1의 실시예처럼 롤러(1300)를 사용하는 방법 대신에 표면에 복수의 돌출부(PSP)가 형성된 평판(1350)을 한번에 도너 필름(1200)에 가압하여 패턴부(1400P)를 형성할 수도 있다. 도 3에서 나타낸 평판(1350)을 도너 필름(1200) 상부면에 수직하게 배치한 후에 가압하면 도 2에 나타낸 바와 같이 패턴부(1400P)가 동시에 형성될 수 있다.
하지만, 앞에서 설명한 실시예와 같이 롤러(1300) 또는 평판(1350)을 사용하는 방법 대신에 포토 공정을 통해 패턴부(1400P)를 형성할 수도 있다.
도 4 내지 도 6을 참고하면, 용액 공정을 사용하여 도너 필름(1200)에 형성된 패턴부(1400P)에 유기 물질을 형성한다. 본 실시예에서는, 도너 필름(1200)에 형성된 복수의 오목부(1400) 가운데 제1 열의 홈에 적색 유기 물질을 형성하고, 순차적으로, N+3열(N은 자연수)의 오목부(1400)에 적색 유기 물질을 형성할 수 있다.
이후, 적색 유기 물질이 형성된 다음 열의 오목부(1400)에 순차적으로 녹색 유기 물질을 형성하고, 그 다음으로 녹색 유기 물질이 형성된 다음 열의 오목부(1400)에 순차적으로 청색 유기 물질을 형성할 수 있다. 이렇게 하면, 제1 기판(1100) 위의 도너 필름(1200) 전체에 RGB 유기층(1500)을 형성할 수 있다. 하지만, 본 실시예에서 설명한 유기 물질을 형성하는 순서 및 방법에 한정되지 않고, 적색, 녹색, 청색의 순서를 변경할 수 있으며 본 실시예에서 사용한 임프린팅 방법 대신에 잉크젯 프린팅 방법, 일렉트로 스프레이(Electro-spray) 방법 또는 스탬프 방법 등 다양한 방법을 통해 패턴부(1400P)에 유기층(1500)을 형성하는 것이 가능하다. 또한, 본 실시예에서는 적색, 녹색, 청색 유기 물질을 복수의 오목부(1400)에 형성하지만, 복수의 오목부(1400)에 한 가지 색상의 유기 물질만을 형성하는 것도 가능하다.
이렇게 형성된 유기층(1500)이 형성된 패턴부(1400P)를 포함하는 도너 필름(1200) 및 제1 기판(1100)은 패턴 형성 기판(1000)을 구성한다.
도 7을 참고하면, 패턴부(1400P) 내에 유기 물질이 형성된 도너 필름(1200) 위에 유기 발광 표시판(100)을 배치한다. 유기 발광 표시판(100)은 제2 기판(110) 위에 박막 트랜지스터를 포함하는 박막층(200)이 형성되어 있고, 박막 트랜지스터를 포함하는 박막층(200) 위에 화소 전극을 포함하는 유기 발광 소자(70)가 형성되어 있다. 화소 전극 위에는 정공 수송층 등이 형성될 수 있다. 여기서, 도너 필름(1200)과 유기 발광 표시판(100) 사이의 거리는 마이크로 단위가 되도록 패턴 형성 기판(1000)과 유기 발광 표시판(100)을 정렬할 수 있다. 여기서, 마이크로 단위는 수 마이크로 미터에서 수천 마이크로 미터의 범위를 말할 수 있다. 구체적으로, 본 실시예에서 도너 필름(1200)과 유기 발광 표시판(100) 사이의 거리는 0 내지 5cm일 수 있다. 이처럼, 도너 필름(1200)과 유기 발광 표시판(100) 사이의 거리는 마이크로 단위보다 크게 할 수 있으나, 이러한 간격이 커질수록 후속 공정의 가열 온도가 올라갈 수 있고, 후속 공정에서 유기 물질을 원하는 위치에 패턴 형성하기 위한 정확도가 떨어질 수 있다. 따라서, 도너 필름(1200)과 유기 발광 표시판(100) 사이의 거리는 0.01um 내지 5000um 의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 하지만, 다른 실시예로 도너 필름(1200)과 유기 발광 표시판(100)이 이격되지 않고 맞닿을 수도 있다.
그리고, 도너 필름(1200)이 형성된 제1 기판(1100)의 면과 반대면에 히팅 소스(HS)를 배치한다. 히팅 소스(HS)를 사용하여 패턴 형성 기판(1000)에 열을 가한다. 열이 가해진 제1 기판(1100)을 통해 도너 필름(1200)에 열이 전달되고, 도너 필름(1200)의 패턴부(1400P)에 형성된 유기층(1500)을 이루는 유기 물질이 승화된다. 승화된 유기 물질은 유기 발광 표시판(100)의 유기 발광 소자(70) 위에 증착된다.
도너 필름(1200)에 형성된 유기층(1500)은 적색 유기층(1500R), 녹색 유기층(1500G), 및 청색 유기층(1500B)을 포함한다. 본 실시예에서, 히팅 소스(HS)는 실질적으로 패턴 형성 기판(1000)의 전체 면에 열을 가함으로써 적색 유기층(1500R), 녹색 유기층(1500G), 및 청색 유기층(1500B)에 동시에 열이 전달될 수 있다. 이 때, 히팅 소스(HS)의 면적과 패턴 형성 기판의 제1 기판(1100)의 면적은 실질적으로 동일할 수 있다. 따라서, 적색 유기층(1500R), 녹색 유기층(1500G), 및 청색 유기층(1500B) 각각을 이루는 적색 유기 물질, 녹색 유기 물질, 및 청색 유기 물질이 동시에 승화되어 유기 발광 표시판(100)에 증착될 수 있다.
유기 발광 표시판(100)에 증착된 유기 물질은 유기 패턴층으로써 유기 발광층을 형성한다.
본 실시예에서 유기층(1500)을 형성하는 물질이 승화되어 유기 발광 표시판(100)에 유기 패턴층을 형성하는 단계는 진공 상태에서 수행될 수 있다. 여기서, 진공 상태는 진공 펌프를 이용하여 형성할 수 있고, 일반적으로 고진공 조건이라고 볼 수 있는 대략 10-4 토르(torr) 내지 10-8 토르(torr)의 범위를 포함할 수 있다.
본 실시예에서는 도너 필름(1200)과 유기 발광 표시판(100)을 마이크로 단위의 거리로 이격, 정렬된 상태에서 패턴 형성 기판(1000)의 유기 물질이 승화되어 유기 발광 표시판(100)에서 원하는 위치에 유기 패턴층으로써 유기 발광층을 형성한다. 따라서, 종래와 달리 마스크를 사용하지 않으면서 유기 발광층을 형성할 수 있으며, 균일성이 높은 유기 발광층을 형성할 수 있다.
종래의 화소 형성 방법으로 증착 방식을 이용하는 미세마스크 방식(Fine Metal Mask; FMM)과 레이저 전사법(Laser Induced Thermal Imaging; LITI) 등과 달리 본 실시예와 같이 패턴 형성 기판과 유기 발광 표시판 사이의 거리가 마이크로 단위의 이격 거리를 갖는 상태에서 열을 가하여 유기 물질이 승화되어 유기 패턴층을 형성하는 방법을 마이크로 이베이퍼레이션 어레이(Micro Evaporation Array; MEA) 공정으로 정의할 수 있다. 여기서, 마이크로 이베이퍼레이션 어레이 공정은 패턴 형성 기판(1000)과 유기 발광 표시판(100)을 마이크로 단위로 이격한 상태에서 면대면으로 유기 물질이 승화되어 증착되기 때문에 유기 발광 표시판(100) 위에 전면적으로 유기 패턴층이 형성된다. 마이크로 이베이퍼레이션 어레이 공정은 레이저 전사법과 달리 레이저를 사용하지 않기 때문에 광열변환층을 필요로 하지 않는다.
유기 물질은 직진성을 가지고 승화되기 때문에 패턴 형성 기판(1000)에 형성된 유기층(1500)의 위치와 도 9에 나타낸 바와 같이 유기 발광층(720)의 위치는 서로 대응할 수 있다. 구체적으로, 도 7에 나타낸 유기층(1500)이 형성된 유기층 형성부의 개수는 도 9에 나타낸 유기 발광층(720)이 형성된 유기 패턴층 형성부의 개수와 같을 수 있다. 여기서, 유기 물질이 직진성을 가지고 승화된다는 것은 유기 물질로 형성된 유기층(1500)이 패턴 형성 기판(1000)과 마주보는 유기 발광 표시판(100) 위에 1대 1로 전달되어 유기 발광층(720)을 형성하는 것을 의미한다. 실제로, 유기 물질은 자유전자 운동을 통해 패턴 형성기판(1000)에서 유기 발광 표시판(100)으로 전달될 수 있고, 자유전자 운동은 유기 물질을 이루는 분자가 다른 분자와 충돌하지 않고, 진행하는 것을 말한다.
유기 물질을 승화시키기 위해 가하는 열은 대략 섭씨 150도 정도일 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 이보다 낮은 온도 또는 높은 온도로도 가능하다.
본 실시예는 하나의 챔버 내에 마이크로 이베이퍼레이션 어레이 공정을 진행할 수 있는 복수의 장치를 배치한 카세트 방식에 적용할 수 있다. 하나의 챔버 내에 동일한 진공 상태를 가하여 동시에 복수의 마이크로 이베이퍼레이션 공정을 진행함으로써 공정 수율을 향상시키고, 공정 시간을 줄일 수 있다.
도 8은 도 7의 실시예를 변형한 실시예로, 히팅 소스(HS), 패턴 형성 기판(1000), 및 유기 발광 표시판(100)을 중력 방향에 평행하도록 세운 상태에서 마이크로 이베이퍼레이션 어레이 공정을 수행할 수 있다.
도 9를 참고하면, 마이크로 이베이퍼레이션 어레이 공정에 의해 유기 발광 표시판(100)에 적색 유기 발광층(720R), 녹색 유기 발광층(720G), 및 청색 유기 발광층(720B)을 포함하는 유기 발광층(720)이 형성된다. 유기 발광층(720)은 매트릭스 형태로 형성될 수 있다.
이하에서는 도 10 내지 도 13을 참고하여, 도 9에서 설명한 유기 발광 표시판(100)에 대해 자세히 설명하기로 한다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 유기 발광 표시판(100)을 나타내는 배치도이고, 도 11 내지 도 13은 도 10의 절단선 X-X를 따라 자른 단면도이다.
도 10을 참고하면, 제2 기판(110) 위에 각 화소마다 스위칭 박막 트랜지스터(10), 구동 박막 트랜지스터(20), 축전 소자(80), 그리고 유기 발광 소자(70)를 포함한다. 그리고 유기 발광 표시판(100)은 일 방향을 따라 배치되는 게이트선(151)과, 게이트선(151)과 절연 교차하는 데이터선(171) 및 공통 전원선(172)을 더 포함한다. 여기서, 하나의 화소는 게이트선(151), 데이터선(171) 및 공통 전원선(172)을 경계로 정의될 수 있다.
유기 발광 소자(70)는 화소 전극(710)과, 화소 전극(710) 상에 형성된 유기 발광층(720)과, 유기 발광층(720) 상에 형성된 공통 전극(730)(도 12에 도시)을 포함한다. 여기서, 화소 전극(710)은 정공 주입 전극인 양(+)극이며, 공통 전극(730)은 전자 주입 전극인 음(-)극이 된다. 그러나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 유기 발광 표시판(100)의 구동 방법에 따라 화소 전극(710)이 음극이 되고, 공통 전극(730)이 양극이 될 수도 있다. 화소 전극(710) 및 공통 전극(730)으로부터 각각 정공과 전자가 유기 발광층(720) 내부로 주입된다. 주입된 정공과 전자가 결합한 엑시톤(exciton)이 여기 상태로부터 기저 상태로 떨어질 때 발광이 이루어진다.
스위칭 박막 트랜지스터(10)는 스위칭 반도체층(131), 스위칭 게이트 전극(152), 스위칭 소스 전극(173) 및 스위칭 드레인 전극(174)을 포함하고, 구동 박막 트랜지스터(20)는 구동 반도체층(132), 구동 게이트 전극(155), 구동 소스 전극(176) 및 구동 드레인 전극(177)을 포함한다.
축전 소자(80)는 게이트 절연막(140)을 사이에 두고 배치된 제1 유지 전극(158)과 제2 유지 전극(178)을 포함한다.
스위칭 박막 트랜지스터(10)는 발광시키고자 하는 화소를 선택하는 스위칭 소자로 사용된다. 스위칭 게이트 전극(152)은 게이트선(151)에 연결된다. 스위칭 소스 전극(173)은 데이터선(171)에 연결된다. 스위칭 드레인 전극(174)은 스위칭 소스 전극(173)으로부터 이격 배치되며 제1 유지 전극(158)과 연결된다.
구동 박막 트랜지스터(20)는 선택된 화소 내의 유기 발광 소자(70)의 유기 발광층(720)을 발광시키기 위한 구동 전원을 화소 전극(710)에 인가한다. 구동 게이트 전극(155)은 제1 유지 전극(158)과 연결된다. 구동 소스 전극(176) 및 제2 유지 전극(178)은 각각 공통 전원선(172)과 연결된다. 구동 드레인 전극(177)은 접촉 구멍(182)을 통해 유기 발광 소자(70)의 화소 전극(710)과 연결된다.
이와 같은 구조에 의하여, 스위칭 박막 트랜지스터(10)는 게이트선(151)에 인가되는 게이트 전압에 의해 작동하여 데이터선(171)에 인가되는 데이터 전압을 구동 박막 트랜지스터(20)로 전달하는 역할을 한다. 공통 전원선(172)으로부터 구동 박막 트랜지스터(20)에 인가되는 공통 전압과 스위칭 박막 트랜지스터(10)로부터 전달된 데이터 전압의 차에 해당하는 전압이 축전 소자(80)에 저장되고, 축전 소자(80)에 저장된 전압에 대응하는 전류가 구동 박막 트랜지스터(20)를 통해 유기 발광 소자(70)로 흘러 유기 발광 소자(70)가 발광하게 된다.
이하, 도 10을 참고하여, 본 발명의 일실시예에 따른 유기 발광 표시판(100)의 구조에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 도 10은 구동 박막 트랜지스터(2), 유기 발광 소자(70) 및 축전 소자(80)를 중심으로 유기 발광 표시판(100)을 나타내고 있다.
이하에서는, 구동 박막 트랜지스터(20)를 가지고 박막 트랜지스터의 구조에 대해 상세히 설명하기로 한다. 그리고, 스위칭 박막 트랜지스터(10)는 구동 박막트랜지스터와 차이점에 대해서만 간략하게 설명한다.
본 실시예에서 제2 기판(110)은 절연성 기판으로 형성된다. 제2 기판(110) 위에 버퍼층(120)이 형성된다. 버퍼층(120)은 불순 원소의 침투를 방지하며 표면을 평탄화하는 역할을 하는 것으로, 이러한 역할을 수행할 수 있는 다양한 물질로 형성될 수 있다.
버퍼층(120) 위에는 구동 반도체층(132)이 형성된다. 구동 반도체층(132)은 다결정 규소막으로 형성된다. 또한, 구동 반도체층(132)은 불순물이 도핑되지 않은 채널 영역(135)과, 채널 영역(135)의 양 옆으로 p+ 도핑되어 형성된 소스 영역(136) 및 드레인 영역(137)을 포함한다. 이 때, 도핑되는 이온 물질은 붕소(B)와 같은 P형 불순물이며, 주로 B2H6이 사용된다. 여기서, 이러한 불순물은 박막 트랜지스터의 종류에 따라 달라진다.
본 발명의 일실시예에서는 구동 박막 트랜지스터(20)로 P형 불순물을 사용한 PMOS 구조의 박막 트랜지스터가 사용되었으나 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 구동 박막 트랜지스터(20)로 NMOS 구조 또는 CMOS 구조의 박막 트랜지스터도 모두 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에서 구동 박막 트랜지스터(20)는 다결정 규소막을 포함한 다결정 박막 트랜지스터이지만, 스위칭 박막 트랜지스터(10)는 다결정 박막 트랜지스터일수도 있고 비정질 규소막을 포함한 비정질 박막 트랜지스터일수도 있다.
구동 반도체층(132) 위에는 질화 규소(SiNx) 또는 산화 규소(SiO2) 따위로 형성된 게이트 절연막(140)이 형성된다. 게이트 절연막(140) 위에 구동 게이트 전극(155)을 포함하는 게이트 배선이 형성된다. 게이트 배선은 게이트선(151), 제1 유지 전극(158) 및 그 밖에 배선을 더 포함한다. 그리고 구동 게이트 전극(155)은 구동 반도체층(132)의 적어도 일부, 특히 채널 영역(135)과 중첩되도록 형성된다.
게이트 절연막(140) 상에는 구동 게이트 전극(155)을 덮는 층간 절연막(160)이 형성된다. 게이트 절연막(140)과 층간 절연막(160)은 구동 반도체층(132)의 소스 영역(136) 및 드레인 영역(137)을 드러내는 접촉 구멍들을 함께 갖는다. 층간 절연막(160)은, 게이트 절연막(140)과 마찬가지로, 질화 규소(SiNx) 또는 산화 규소(SiO2) 등으로 형성된다.
층간 절연막(160) 위에는 구동 소스 전극(176) 및 구동 드레인 전극(177)을 포함하는 데이터 배선이 형성된다. 데이터 배선은 데이터선(171), 공통 전원선(172), 제2 유지 전극(178) 및 그 밖에 배선을 더 포함한다. 그리고 구동 소스 전극(176) 및 구동 드레인 전극(177)은 각각 접촉 구멍들을 통해 구동 반도체층(132)의 소스 영역(136) 및 드레인 영역(137)과 연결된다.
이와 같이, 구동 반도체층(132), 구동 게이트 전극(155), 구동 소스 전극(176) 및 구동 드레인 전극(177)을 포함한 구동 박막 트랜지스터(20)가 형성된다. 구동 박막 트랜지스터(20)의 구성은 전술한 예에 한정되지 않고, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 실시할 수 있는 공지된 구성으로 다양하게 변형 가능하다.
층간 절연막(160) 상에는 데이터 배선(172, 176, 177, 178)을 덮는 평탄화막(180)이 형성된다. 평탄화막(180)은 그 위에 형성될 유기 발광 소자의 발광 효율을 높이기 위해 단차를 없애고 평탄화시키는 역할을 한다. 또한, 평탄화막(180)은 드레인 전극(177)의 일부를 노출시키는 접촉 구멍(182)을 갖는다.
평탄화막(180) 위에는 유기 발광 소자의 하나의 구성 요소로 화소 전극(710)이 형성된다. 화소 전극(710)은 평탄화막(180)의 접촉 구멍(182)을 통해 드레인 전극(177)과 연결된다.
또한, 평탄화막(180) 위에는 화소 전극(710)을 드러내는 개구부를 갖는 화소 정의막(190)이 형성된다. 즉, 화소 전극(710)은 화소 정의막(190)의 개구부에 대응하도록 배치된다.
화소 정의막(190)은 폴리아크릴계(polyacrylates resin) 및 폴리이미드계(polyimides) 등의 수지로 만들어질 수 있다.
도 12를 참고하면, 화소 정의막(190)의 개구부 내에서 화소 전극(710) 위에는 유기 발광층(720)이 형성된다. 본 실시예에서 유기 발광층(720)은 도 7 내지 도 9에서 설명한 마이크로 이베이퍼레이션 어레이 공정을 사용하여 패턴 형성 기판(1000)에 형성된 유기층(1500)의 유기 물질이 승화되어 화소 전극(710) 위에 형성될 수 있다. 여기서, 패턴 형성 기판(1000)과 유기 발광 표시판(100)을 마주보도록 할 때, 유기층(1500)을 화소 정의막(190)의 개구부와 대응하도록 배치하는 것이 바람직하다. 도시하지 않았으나, 우선 화소 전극(710) 위에 정공 주입층 및 정공 수송층이 형성되고, 정공 수송층 위에 유기 발광층(720)이 형성될 수 있다.
도 13을 참고하면, 화소 정의막(190) 및 유기 발광층(720) 상에는 공통 전극(730)이 형성된다. 도시하지 않았으나, 유기 발광층(720) 위에 전자 수송층 및 전자 주입층을 형성하고, 전자 주입층 위에 공통 전극(730)을 형성할 수 있다. 본 실시예에서는 마이크로 이베이퍼레이션 어레이 공정을 유기 발광층(720)에 적용하는 것으로 설명하였으나, 본 실시예에 따른 마이크로 이베이퍼레이션 어레이 공정은 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층 또는 전자 주입층을 형성하는 경우에도 적용이 가능하다. 이처럼, 본 실시예에 따른 마이크로 이베이퍼레이션 어레이 공정을 적용할 수 있는 유기 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층 또는 전자 주입층 등을 유기 패턴층으로 표현할 수 있다.
이와 같이, 화소 전극(710), 정공 수송층, 유기 발광층(720), 전자 수송층 및 공통 전극(730)을 포함하는 유기 발광 소자(70)가 형성된다.
공통 전극(730) 위에 밀봉 부재를 형성하여 유기 발광 표시판(100)을 포함하는 유기 발광 표시 장치를 형성한다. 밀봉 부재는 유기 발광 소자(70)를 보호하는 역할을 한다.
화소 전극(710)과 공통 전극(730) 중 어느 하나는 투명한 도전성 물질로 형성되고 다른 하나는 반투과형 또는 반사형 도전성 물질로 형성될 수 있다. 화소 전극(710) 및 공통 전극(730)을 형성하는 물질의 종류에 따라, 유기 발광 표시 장치는 전면 발광형, 배면 발광형 또는 양면 발광형이 될 수 있다.
지금까지 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 이베이퍼레이션 어레이 공정을 유기 발광 표시 장치의 유기 발광층을 형성하는 경우를 기준으로 설명하였으나, 액정 표시 장치의 컬러 필터를 형성하는 경우, 조명 장치에 필요한 유기층을 형성하는 경우 또는 유기 태양 전지(Organic Photovoltaic; OPV)의 발광층을 형성하는 경우 등 광범위하게 유기 패턴을 형성하는 경우에 적용될 수 있다. 앞에서 설명한 유기 발광층은 액정 표시 장치의 경우에 컬러 필터층일 수 있다.
[ 실험예 ]
도 14 내지 도 17에 나타낸 방법으로, 본 발명의 일실시예에 따라 마이크로 이베이퍼레이션 어레이 공정에 의해 유기 패턴이 실제 형성되는지 테스트하였다.
도 14에서, 동일한 조건으로 스핀 코팅 방법을 사용하여 클로로포름(CHCl3)을 용매로 하여 트리-(8-하이드록시 퀴놀린)(tris-(8-hydroxy quinoline)) 또는 폴리비닐카바졸(polyvinylcabazole; PVK)을 혼합한 유기 물질을 ITO 기판(1) 위에 증착하여 유기 박막(2)을 형성하였다. 유기 박막(2)을 상온(대략 섭씨 25도)에서 10분 동안 증착한 실험예를 수행하였다.
도 15에서, 유기 박막(2)의 테두리 부분을 제거하여 테두리 패턴부(P)를 형성하였다. 여기서, 테두리 패턴부(P)는 에지 비드 리무버(Edge Bead Remover, EBR)를 사용하여 형성할 수 있고, 테두리 패턴부(P) 형성 공정을 통해 스핀 코팅 이후에 기판(1)의 테두리 부분에 남아 있는 잔류물을 제거할 수 있다.
도 16에서, 제거된 유기 박막(2)의 테두리 부분에 폴리이미드 테이프(3)를 형성하였다. 폴리이미드 테이프(3)는 테두리 패턴부(P)에 형성될 수 있다. 폴리이미드 테이프(3)의 두께를 조절하여 ITO 기판(1)과 이에 대응하는 유기 패턴 형성 기판(4)(도 17에 도시) 사이의 간격을 마이크로 단위로 설정할 수 있다.
도 17에서, 기판(1)의 하부면에 히팅 소스(HS)를 배치하고, 유기 박막(2)과 마주보는 위치에 유기 패턴 형성 기판(4)을 배치하였다. 유기 패턴 형성 기판(4) 위에 폴리이미드 테이프(3)와 중첩하도록 또 다른 폴리이미드 테이프(5)를 형성하였다. 2개의 폴리이미드 테이프(3, 5)는 서로 맞물려서 유기 박막(3)과 유기 패턴 형성 기판(4) 사이의 간격을 120um 또는 180um의 마이크로 단위로 설정하였다. 여기서, 유기 패턴 형성 기판(4)에 형성된 폴리이미드 테이프(5)는 생략할 수 있다.
히팅 소스(HS)를 통해 기판(1)을 가열하고, 유기 박막(2)이 열을 전달 받아 마이크로 이베이퍼레이션 어레이 공정에 의해 유기 박막(2)을 형성하는 유기 물질이 승화되어 유기 패턴 형성 기판(4)에 증착된다. 이러한 공정은 챔버 내에서 진행하였고, 챔버 내 압력은 3.5*10-5 토르(torr)로 고진공 상태에서 공정을 수행하였다.
그 결과, 실험예의 경우에는 유기 패턴 형성 기판(4)에 유기 물질이 증착되었다.
실험예에서 살펴본 바와 같이, 고진공 상태에서 유기 박막을 가열하면, 유기 박막과 마이크로 단위로 이격되어 있는 유기 패턴 형성 기판에 유기 물질을 증착할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
도 18 및 도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 유기 패턴 형성 방법을 나타내는 사시도이다.
도 18 및 도 19를 참고하면, 도 1 및 도 2에서 설명한 실시예와 달리 도너 필름(2200)에 스트라이프 형태로 복수의 오목부(2400)를 형성한다. 스트라이프 형태의 복수의 오목부(2400)를 포함하는 패턴부(2400P)를 형성하기 위해 스트라이프 형상으로 돌출된 부분을 갖는 롤러(2300)를 사용하여 도너 필름(2200) 상부면을 가압하고 지나가면서 순차적으로 제1 열, 제2 열, ···, 제N 열(N은 자연수)의 오목부(2400)들을 형성할 수 있다. 이러한 차이 이외에는 도 3 내지 도 8의 후속 공정은 동일하게 진행하고, 그 결과 매트릭스 형태가 아닌 스트라이프 형태의 유기 발광층이 형성될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
70 유기 발광 소자 100 유기 발광 표시판
110 제2 기판 200 박막층
1000 패턴 형성 기판 1100 제1 기판
1200 도너 필름

Claims (17)

  1. 제1 기판 위에 도너 필름과 유기층을 형성하는 단계,
    상기 제1 기판과 대응하도록 제2 기판을 배치하는 단계 그리고
    상기 제1 기판에 열을 가해 상기 유기층을 형성하는 물질이 승화되어 상기 제2 기판 위에 유기 패턴층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 유기층이 형성된 상기 제1 기판 위의 위치와 상기 유기 패턴층이 형성된 상기 제2 기판 위의 위치는 서로 대응하며,
    상기 유기층은 적색 유기 물질로 형성된 제1 유기층, 청색 유기 물질로 형성된 제2 유기층, 녹색 유기 물질로 형성된 제3 유기층 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 제1 유기층, 상기 제2 유기층 및 상기 제3 유기층을 형성하는 물질이 동시에 승화되어 상기 제2 기판에 상기 유기 패턴층이 형성되는 유기 패턴 형성 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 기판에 열을 가해 승화되는 상기 유기층을 형성하는 물질은 직진하여 상기 제2 기판 위에 상기 유기 패턴층을 형성하는 유기 패턴 형성 방법.
  3. 제2항에서,
    상기 유기층이 형성된 상기 제1 기판 위의 유기층 형성부의 개수와 상기 유기 패턴층이 형성된 상기 제2 기판 위의 유기 패턴층 형성부의 개수가 동일한 유기 패턴 형성 방법.
  4. 제3항에서,
    상기 제2 기판을 배치하는 단계는 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 마이크로 단위의 거리로 이격되도록 정렬하는 단계를 포함하는 유기 패턴 형성 방법.
  5. 제1항에서,
    상기 도너 필름에 복수의 패턴부를 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 유기층은 상기 복수의 패턴부에 형성되는 유기 패턴 형성 방법.
  6. 제5항에서,
    상기 복수의 패턴부는 상기 제2 기판의 화소 영역에 대응하는 위치에 형성되고, 상기 복수의 패턴부는 상기 도너 필름에 오목부를 형성하는 유기 패턴 형성 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 제2 기판에 화소 정의막을 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 화소 정의막은 상기 복수의 패턴부에 대응하는 개구부를 갖도록 형성하는 유기 패턴 형성 방법.
  8. 제7항에서,
    상기 개구부 내에 상기 유기 패턴층을 형성하는 유기 패턴 형성 방법.
  9. 제1항에서,
    상기 유기층을 형성하는 단계는 용액 공정을 사용하는 유기 패턴 형성 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1항에서,
    상기 제2 기판 위에 화소 전극 및 정공 수송층을 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 정공 수송층 위에 상기 유기 패턴층이 증착되는 유기 패턴 형성 방법.
  13. 제1항에서,
    상기 도너 필름은 폴리이미드(Polyimide) 또는 폴리스티렌(Polystyrene)으로 형성하는 유기 패턴 형성 방법.
  14. 제1항에서,
    상기 유기층을 형성하는 물질이 승화되어 상기 제2 기판 위에 유기 패턴층을 형성하는 단계는 진공 상태에서 수행되는 유기 패턴 형성 방법.
  15. 제1항에서,
    상기 제1 기판에 열을 가하는 단계는 상기 제1 기판 하부에 히팅 소스를 배치하는 단계를 포함하고, 상기 히팅 소스의 면적과 상기 제1 기판의 면적은 동일한 유기 패턴 형성 방법.
  16. 제15항에서,
    상기 히팅 소스, 상기 제1 기판, 및 상기 제2 기판을 중력 방향에 평행하도록 세운 상태에서 상기 제1 기판에 열을 가하는 유기 패턴 형성 방법.
  17. 제1항에서,
    상기 유기층을 형성하는 물질이 승화되어 상기 제2 기판 위에 유기 패턴층을 형성하는 단계는 마스크를 사용하지 않은 상태에서 수행되는 유기 패턴 형성 방법.
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