KR102049241B1 - 유기전계 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기전계 발광소자 및 그 제조방법을 개시한다. 본 발명의 유기전계 발광소자는 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 및 제2 전극 사이에 위치하는 발광층, 상기 발광층과 제1 전극 사이에 위치하는 제1 캐리어 전달층 및 상기 발광층과 제2 전극 사이에 위치하는 제2 캐리어 전달층으로 이루어지며, 상기 발광층과 상기 제1 캐리어 전달층 사이에 절연물질로 이루어진 하이 모폴로지층을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 유기전계 발광소자이다.
본 발명은 상기 하이모폴리지층의 도입으로 인해 휘도, 전압효율 및 수명 향상과 색간섭 효과 감소를 이룰 수 있다.

Description

유기전계 발광소자 및 그 제조방법{Organic Electroluminescence Device and fabrication method thereof}

본 발명은 유기전계 발광소자에 관한 것으로, 구체적으로는 버퍼층이 없는 하이브리드 유기전계 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

유기전계 발광소자(Organic Electroluminescence Device: OLED)는 전자주입전극과 정공주입전극 각각으로부터 발광층 내부로 주입된 전자와 정공의 결합으로형성된 엑시톤이 여기상태로부터 기저상태로 떨어질 때 발광하는 소자이다.

이러한 원리로 유기전계 발광소자는 자발광 특성을 가지며, 액정 표시장치와 달리 별도의 광원을 필요로 하지 않으므로 두께와 무게를 줄일 수 있다. 또한, 유기 전계 발광소자는 낮은 소비전력, 높은 휘도 및 높은 반응속도 등의 고품위 특성을 나타내므로 모바일 전자 기기의 차세대 표시장치로 여겨지고 있다.

도 1a는 일반적인 유기전계 발광소자를 설명하기 위한 평면도이다. 구체적으로는 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 서브 화소 영역에 대한 등가 회로도이다.

도 1a를 참조하면, 일반적인 유기전계 발광소자는 게이트 라인(GL), 데이터 라인(DL) 및 전원 라인(PL)의 교차로 형성된 다수의 서브 화소 영역을 구비한다.

상기 다수의 서브 화소 영역은 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 서브 화소 영역으로 구성되며, 이러한 서브 화소 영역들이 매트릭스 형태로 배열되어 화상을 표시하게 된다.

이러한, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 서브 화소 영역 각각에는 셀 구동부(A) 및 상기 셀 구동부(A)와 접속된 유기 발광 다이오드(E)가 형성되어 있다.

상기 셀 구동부(A)는 게이트 라인(GL) 및 데이터 라인(DL)과 접속된 스위치 박막 트랜지스터(TS), 상기 스위치 박막 트랜지스터(TS)와 전원 라인(PL) 및 유기발광다이오드(E)와 접속된 구동 박막 트랜지스터(TD) 그리고 상기 전원 라인(PL)과 스위치 박막 트랜지스터(TS)의 드레인 전극 사이에 접속된 스토리지 커패시터(C)를 구비한다.

도 1b는 도 1a에 도시된 A 부분을 확대한 확대도이다. 구체적으로는 등가 회로도로 표현된 A 부분을 설명하기 위한 평면도이다.

도 1b를 참조하면, 스위치 박막 트랜지스터(TS)의 게이트 전극(14')은 게이트 라인(GL)과 연결되고 소스 전극(16')은 데이터 라인(DL)과 연결되며 드레인 전극(18')은 구동 박막 트랜지스터(TD)의 게이트 전극(14) 및 스토리지 캐패시터(C)와 접속된다.

상기 구동 박막트랜지스터(TD)의 소스 전극(16)은 전원 라인(PL)과 연결되고 드레인 전극(18)은 유기발광다이오드(E)의 제1 전극(24)과 접속된다.

상기 스토리지 캐패시터(C)는 상기 전원라인(PL)과 연결된 상부 전극(29) 및 상기 구동 박막 트랜지스터(TD)의 게이트 전극(14)과 연결된 하부전극(25)으로 구성된다. 상기 하부전극(25)은 상기 스위치 박막 트랜지스터(TS)의 드레인 전극(18')과 접속된다.

상기 스위치 박막 트랜지스터(TS)는 게이트 라인(GL)에 스캔 펄스가 공급되면 턴-온되어 데이터 라인(DL)에 공급된 데이터 신호를 스토리지 캐패시터(C) 및 구동 박막 트랜지스터(TD)의 게이트 전극(14)으로 공급한다. 상기 구동 박막 트랜지스터(TD)는 상기 게이트 전극(14)으로 공급되는 데이터 신호에 응답하여 전원 라인(PL)으로부터 유기 전계 발광 소자로 공급되는 전류를 제어함으로써 유기 전계 발광 소자의 발광량을 조절하게 된다. 그리고, 상기 스위치 박막 트랜지스터(TS)가 턴-오프되더라도 스토리지 캐패시터(C)에 충전된 전압에 의해 구동 박막 트랜지스터(TD)는 다음 프레임의 데이터 신호가 공급될 때까지 일정한 전류(I)를 공급하여 유기 전계 발광 소자가 발광을 유지하게 한다.

도 2는 도 1b의 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절단한 단면도이다. 구체적으로는 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 서브 화소 영역을 절단한 단면도이다.

도 2를 참조하면, 도시한 바와 같이, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 서브 화소(Pr, Pg, Pb)가 정의된 기판(10) 상에 구동 박막 트랜지스터(TD)가 형성된다. 상기 구동 박막 트랜지스터(TD)는 서브 화소 단위로 형성되며, 반도체층(12), 게이트 전극(14), 소스 전극(16) 및 드레인 전극(18)으로 이루어진다.

상기 구동 박막 트랜지스터(TD) 상부에는 보호층(22)이 형성된다. 상기 보호층(22) 상부에는 제 1 전극(24)과 상기 제 1 전극(24)의 가장자리부에 형성된 버퍼패턴(28) 및 뱅크(30)가 형성된다. 상기 버퍼패턴(28) 및 뱅크(30)에 의해 서브화소(Pr, Pg, Pb) 영역이 구분되며, 각 서브화소(Pr, Pg, Pb) 영역 내에는 제 1 캐리어 전달층(32), 발광층(34a, 34b, 34c) 및 제 2 캐리어 전달층(36)이 차례대로 형성된다. 그리고, 상기 제 2 캐리어 전달층(36) 및 뱅크(30)의 상부 전면에는 제 2 전극(38)이 형성된다.

상기 제 1 전극(24)이 양극, 제 2 전극(38)이 음극에 해당될 경우, 상기 제 1 캐리어 전달층(32)은 정공 수송층(Hole-Transport Layer)으로 이루어지고, 제 2 캐리어 전달층(36)은 전자 수송층(Electron-Transport Layer)으로 이루어진다.

발광층(34a, 34b, 34c)에서 정공과 전자쌍의 재결합 비율이 높아지면 발광에 기여하는 전하가 늘어나면서 효율이 상승한다. 그렇기 때문에 발광층(34a, 34b, 34c)에서의 재결합 비율을 늘리기 위하여 발광층(34a, 34b, 34c)뿐만 아니라 전하 주입층, 수송층, 차단층 등 여러 층을 사용하게 되고, 그 결과 하나의 유기전계 발광소자에서 8개 이상의 층을 사용하는 다층 구조를 가지게 된다.

하지만 이러한 다층 구조의 유기전계 발광소자는 제작공정이 어려워 생산성이 크게 떨어진다. 이에 생산 효율을 높이기 위하여, 용액 방식과 증착 방식을 이용한 하이브리드 유기전계 발광소자가 개발 되고 있다.

이러한 하이브리드 유기전계 발광소자 구조에서는 용액층과 증착층을 연결하는 버퍼층을 사용하게 된다. 이러한 버퍼층은 양극성이면서 전자 이동도와 정공 이동도가 모두 좋아야 하는데, 현재까지는 이러한 특성을 모두 만족시키는 물질 개발에 어려움을 겪고 있다.

본 발명의 하나의 과제는 높은 모폴로지의 폴리머층 도입 및 버퍼층 제거를 통해 발광효율 및 수명이 향상된 하이브리드형 유기전계 발광소자 및 그 제조 방법을 제공함에 있다.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 유기전계 발광소자를 제공한다. 상기 유기전계 발광소자는 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 및 제2 전극 사이에 위치하는 발광층, 상기 발광층과 제1 전극 사이에 위치하는 제1 캐리어 전달층 및 상기 발광층과 제2 전극 사이에 위치하는 제2 캐리어 전달층으로 이루어지며, 상기 발광층과 상기 제1 캐리어 전달층 사이에 절연물질로 이루어진 하이 모폴로지층을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 유기전계 발광소자이다.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 일 측면은 유기전계 발광소자의 제조방법을 제공한다. 상기 유기전계 발광소자의 제조방법은 기판 상에 박막트랜지스터를 형성하는 단계, 상기 박막트랜지스터를 덮는 보호막 및 평탄화막을 형성하는 단계, 상기 평탄화막 상에 제1 전극을 형성하는 단계, 상기 제1 전극 상에 제1 캐리어 전달층을 형성하는 단계, 상기 제1 캐리어 전달층 상에 절연물질로 이루어진 하이 모폴로지층을 형성하는 단계, 상기 하이 모폴로지층 상에 발광층을 형성하는 단계, 상기 발광층 상에 제2 캐리어 전달층을 형성하는 단계, 상기 제2 캐리어 전달층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 유기전계 발광소자의 제조방법이다.

본 발명은 용액층과 증착층 사이의 계면 특성을 개선하여 하이브리드 유기전계 발광소자의 발광효율 및 수명 향상을 꾀할 수 있다.

또한 본 발명은 버퍼층을 사용하지 않아 하이브리드 유기전계 발광소자의 색 간섭현상을 개선할 수 있다.

도 1a는 일반적인 유기전계 발광소자를 설명하기 위한 평면도이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 A 부분을 확대한 확대도이다.
도 2는 도 1b의 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 발광원리를 설명하기 위한 밴드 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조방법을 단계적으로 설명하기 위한 단면도들이다.

이하, 본 발명의 실시예를 유기전계 발광소자 및 그 제조방법을 도시한 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시예는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자를 설명하기 위한 단면도들이다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자는적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 서브 화소(Pr, Pg, Pb)영역이 정의된 TFT 기판(200)과, 상기 TFT 기판(200) 상에 형성되며, 제 1 전극(231), 발광층(233) 및 제 2 전극(243)을 포함하는 유기발광다이오드(E)를 포함한다.

상기 발광층(233) 중 제1 및 제2 발광층(233a, 233b)은 동일층에 형성된다. 이때, 상기 제1 발광층(233a)은 적색(R) 서브화소(Pr) 영역에 형성되며, 상기 제 2 발광층(233b)는 녹색(G) 서브화소(Pg) 영역에 형성된다. 상기 발광층(233) 중 제3 발광층(233c)은 상기 제1 및 제2 발광층(233a, 233b)의 상부에 형성된다. 그리고 상기 제3 발광층(233c)은 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 서브 화소(Pr, Pg, Pb) 영역에 걸쳐 형성된다. 즉 상기 제3 발광층(233c)은 전 화소에 걸쳐 형성된다.

상기 발광층(233) 중 제1 및 제2 발광층(233a, 233b)은 e- 메이져(major) 소자이다. 즉 전자 이동도가 정공 이동도보다 빠른 소자이다.

상기 발광층(233)과 상기 제1 전극(231) 사이에는 제1 캐리어 전달층(232)이 더 형성되며, 상기 발광층(233)과 상기 제2 전극(243) 사이에는 제2 캐리어 전달층(246)이 더 형성되어 있다.

상기 제 1 전극(231)이 양극, 제 2 전극(243)이 음극에 해당 될 경우, 상기 제 1 캐리어 전달층(232)은 정공 수송층(HTL: hole transporting layer)을 포함한다. 경우에 따라, 도시된 바와 같이, 상기 정공 수송층(HTL: hole transporting layer) 하측에 정공주입층(HIL:hole injection layer)을 더 포함할 수도 있다. 이러한 제 1 캐리어 전달층(232)은 정공 수송 물질과 정공 주입 물질을 포함하여 단일층으로 형성할 수도 있고, 복수개의 층으로 형성할 수도 있다. 어느 경우이든, 상기 제 1 캐리어 전달층(232)은 상기 제 1 전극(231)으로부터 상기 발광층(233)으로 정공 전달을 수행하는 층이다. 그리고 상기 제 2 캐리어 전달층(246)은 전자수송층(ETL:electron transporting layer)을 포함하며, 경우에 따라 전자주입층(EIL:electron injection layer)을 더 포함할 수도 있다.

상기 제 1 캐리어 전달층(232) 및 제1,2 발광층(233a, 233b)은 용액공정에 의해 형성되고, 상기 제 2 캐리어 전달층(246) 및 제3 발광층(233c)은 증착공정에 의해 형성된다.

상기 발광층(233)과 상기 제 1 캐리어 전달층(232) 사이에는 하이 모폴로지(high morphology) 층(250)이 더 형성된다. 구체적으로, 상기 하이 모폴로지(high morphology)층(250)은 절연물질로 이루어지며, 따라서 넓은 밴드갭(Band Gap) 에너지를 갖는다.

상기 하이 모폴로지(high morphology) 층(250)의 두께는 터널링 주입이 가능할 정도의 두께이다. 일반적으로, 터널링은 30Å 이하의 두께에서 가능한 것으로 알려져 있다. 다만 너무 얇으면 막이 형성되지 않는 영역이 생기므로, 균일한 막형성을 위해 1Å 이상의 두께로 하는 것이 바람직하다.

상기 하이 모폴로지(high morphology) 층(250)은 고분자 화합물, 예를 들면 폴리메타크릴산 메틸 (poly(methylmethacrylate): PMMA)로 구성된 박막층 일 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니며, 다른 유, 무기 화합물일 수도 있다.

상기 하이 모폴로지(high morphology) 층(250)은 진공증착법이나 용액 도포법에 의하여 형성될 수 있으며, 상기 용액 도포법으로는 스핀코팅, 딥코팅, 잉크젯프링팅, 슬릿 코팅 방법 등이 있다.

또한 상기 하이 모폴로지(high morphology) 층(250)은 상기 제 1 캐리어 전달층(232)의 정공 수송층(HTL: hole transporting layer)과 혼합될 수도 있다.

한편, 도 3b를 참조하면, 상기 TFT 기판(200)은 기판(201)상에 형성된 구동박막 트랜지스터(TD)를 포함한다. 유기전계 발광소자의 경우, 도시하지는 않았지만 게이트 라인(GL) 및 데이터 라인(DL)과 접속된 스위치 박막 트랜지스터(TS)를 더 포함한다.

상기 구동 박막 트랜지스터(TD)는 기판(201)상의 버퍼층(202) 위에 형성된 액티브층(210), 소스 전극(219a), 드레인 전극(219b) 및 게이트 전극(215)을 포함한다.

상기 액티브층(210)은 소스 영역(213) 및 드레인 영역(211)과 이들 사이를 연결하는 채널 영역(212)으로 구분된다. 상기 액티브층(210) 상에는 기판(200) 전면에 형성된 게이트 절연막(214)이 있다. 상기 게이트 절연막(214) 상의 상기 액티브층(210)의 채널영역(212) 대응되는 위치에 게이트 전극(215)이 형성되어 있다. 상기 게이트 전극(215)의 상부 전면에는 제1 및 제2 층간 절연막(216,217)이 형성되어 있다. 상기 제1 층간절연막(216)은 실리콘 산화물(SiO2)이고, 상기 제2 층간절연막(217)은 실리콘 질화물(SiNx)일 수 있다.

상기 게이트 절연막(214)과 제1 및 제2 층간 절연막(216,217)에는 제1 및 제2 콘택홀(218a, 218b)이 형성되어 있다. 상기 제1 콘택홀(218a)을 통해 액티브층(210)의 소스 영역(213)이 노출되고, 상기 제2 콘택홀(218b)을 통해 액티브층(210)의 드레인 영역(211)이 노출된다. 노출된 소스 영역(213) 및 드레인 영역(211)에는 각각 소스 전극(219a) 및 드레인 전극(219b)이 전기적으로 연결된다.

상기 소스 전극(219a)은 전원라인(PL)과 연결되어 있다. 상기 전원라인(PL)은 상기 구동 박막 트랜지스터(TD)를 통해 유기발광 다이오드(E)의 제1 전극(231)으로 흐르는 전류를 제어하는 역할 하며, 다수의 화소 각각에 전원전압(Vdd)을 공통적으로 인가한다.

이상, 상기 구동 박막 트랜지스터(TD)의 경우로 코플레너(Coplanar)구조를 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니며, 지금까지 알려진 모든 박막 트랜지스터의 구조 예를 들면, 반전 동일 평면 구조(inverted coplanar structure), 지그재그형 구조(staggered structure), 반전 지그재그형 구조(inverted staggered structure) 및 그 등가 구조 등 어느 것이라도 가능하다.

구동 박막 트랜지스터(TD) 상부 전면에는 보호막(220) 및 평탄화막(221)이 순차적으로 형성되어 있다. 이로써 TFT 기판(200)이 완성된다.

상기 TFT 기판(200)의 상기 평탄화막(221) 상에는 제1 전극(231), 발광층(233) 및 제2 전극(243) 등을 포함하는 유기발광 다이오드(E)가 형성된다.

상기 유기발광 다이오드(E)의 발광방향은 상기 제 1 전극(231)과 제 2 전극(243) 중 일측이 투명 전극, 다른 측이 반사성 전극으로 이루어져 발광 방향이 정의된다. 예를 들어, 상기 제 1 전극(231)이 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명 전극이고, 상기 제 2 전극(243)은 Al 등의 반사성 금속일 경우에는 도시된 바와 같이, 하부 발광이 이루어진다.

반대로 제 1 전극(231)에 Ag/ITO의 반사성 금속을 포함한 적층체로 이루어지고, 제 2 전극(243)이 20nm 이하의 Mg:Ag로 이루어지는 경우, 상부 발광이 이루어질 수 있다.

또한 도시되지는 않았으나, 경우에 따라, 제1 캐리어 전달층(232) 사이에 뱅크를 더 형성할 수도 있다. 이러한 뱅크는 상기 제1 및 제2 발광층(233a, 233b)사이에도 형성될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 발광원리를 설명하기 위한 밴드 다이어그램을 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자는 앞서 설명하였듯이, 제 1 전극(231)과 제 2 전극(243) 및 그 사이에 위치된 제1 캐리어 전달층(232), 발광층(233), 및 제2 캐리어 전달층(246)을 포함하는 유기발광다이오드(E)를 포함한다.

상기 제 1 전극(231)이 양극, 제 2 전극(243)이 음극에 해당 될 경우, 상기 제 1 캐리어 전달층(232)은 정공 수송층(HTL: hole transporting layer)을 포함하며, 상기 제 2 캐리어 전달층(246)은 전자수송층(ETL:electron transporting layer)을 포함한다. 그리고, 정공과 전자를 좀 더 효율적으로 주입하기 위해 상기 제1 전극(231)과 정공수송층(HTL) 사이에 위치된 정공주입층(HIL:hole injection layer) 및 전자수송층(ETL)과 제 2 전극(243) 사이에 위치된 전자주입층(EIL)을 더 포함할 수 있다.

상기 제1 전극(231)과 제2 전극(243) 사이에 전압이 인가되면, 상기 제2 전극(243)으로부터 발생된 전자는 전자주입층(EIL) 및 전자수송층(ETL)을 통해 발광층(233)으로 이동하고, 상기 제1 전극(231)으로부터 발생된 정공은 정공주입층(HIL)과 정공수송층(HTL)을 통해 발광층(233)으로 이동한다. 이에 따라, 상기 발광층(233)에서는 공급되어진 전자와 정공이 충돌하여 재결합하여 엑시톤을 형성한다. 이러한 엑시톤이 여기상태로부터 기저상태로 떨어질 때 발광하게 된다.

상기 발광층(233) 중 제1 및 제2 발광층(233a, 233b)은 e- 메이져(major) 소자이다. 따라서 상기 재결합은 정공 수송층(HTL)에 치우쳐 생기게 된다.

본 발명의 상기 발광층(233)과 상기 제 1 캐리어 전달층(232) 사이에는 하이 모폴로지(high morphology)층(250)이 더 형성된다. 상기 하이 모폴로지(high morphology)층(250)은 절연물질로 이루어져 있다. 절연물질은 정공과 전자의 수송에 관여하지 않음이 원칙이다. 하지만 본 발명의 상기 하이 모폴로지(high morphology) 층(250)은 박막으로 형성되어 터널링 현상이 일어난다. 따라서 이러한 터널링 현상으로 인해 정공과 전자의 수송에 관여하게 된다. 구체적으로, 특정 전압이 걸리면, 전하가 쌓이다가 어느 시점에서 터널링 현상이 일어난다. 이러한 현상으로 인하여 한번에 밝은 휘도를 얻을 수 있다.

본 발명은 이러한 하이 모폴로지(high morphology)층(250)을 구비함으로써, 제1 및 제2 발광층(233a, 233b)과 제3 발광층(233c)사이에 버퍼층을 형성하지 않아도 된다. 여기서 버퍼층은 상기 제1 및 제2 발광층(233a, 233b)에는 전자를 전달하고 상기 제3 발광층(233c)에는 정공을 전달하는 층을 의미한다. 그런데 이러한 버퍼층이 전자 및 정공 주입 역할을 원활히 하지 못하는 경우, 발광층이 아닌 버퍼층에서 재결합이 발생하게 된다. 이는 색간섭 현상을 초래한다. 따라서 본 발명은 버퍼층 형성을 생략함으로써 버퍼층 존재로 인한 색간섭 현상을 사전에 차단할 수 있다.

또한 본 발명은 상기 하이 모폴로지(high morphology) 층(250)을 구비함으로써, 버퍼층 없이도 용액공정에 의해 형성된 제 1 캐리어 전달층(232)과 증착공정에 의해 형성된 제3 발광층(233c) 사이의 계면 특성을 개선할 수 있다.

구체적으로, 용액공정에 의해 형성된 상기 제 1 캐리어 전달층(232)의 경우, 성막 후 베이킹 과정에서 용매가 증발하면서 표면 상태가 거칠어지는 경우가 생긴다. 그리고 이러한 거친 부분에 전하가 갇히는 트랩(trap) 현상에 의해 필요한 전압이 증가하게 된다. 그런데 용액 공정에 의해 형성된 상기 제 1 캐리어 전달층(232) 상에, 하이 모폴로지(high morphology)층(250)을 형성할 경우, 표면의 거칠기가 개선된다. 따라서 전압 효율이 개선된다.

그리고 또한 본 발명은 상기 하이 모폴로지(high morphology)층(250)을 구비함으로써, 용액공정에 의해 형성된 제 1 캐리어 전달층(232)과 증착공정에 의해 형성된 제3 발광층(233c)의 경계면에서 발광층이 형성되는 것을 방지한다. 따라서 상기 경계면에서 발광층 형성으로 인한 수명 저하도 개선할 수 있다.

결과적으로, 본 발명은 상기 하이 모폴로지(high morphology)층(250)을 구비함으로 휘도, 전압효율 및 수명 향상과 색간섭 효과 감소를 이룰 수 있게 된다.

한편, 도시된 예는 제1 내지 제3 발광층(233a, 233b, 233c)이 각각 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 발광층인 경우이다. 그리고 상기 제1 및 제2 발광층(233a, 233b)은 각각 적색(R) 및 녹색(G) 서브화소(Pr, Pg) 영역에 형성되며, 상기 제3 발광층(233c)은 전 화소영역에 걸쳐 형성되는 경우이다. 그러나, 본 발명의 유기 전계 발광 소자는 이러한 색조합에 한정되지 않고, 각 발광층의 혼색으로 백색이 구현 가능하다면 그 외의 색상의 조합으로도 변경 가능하다. 일예로, 제3 발광층(233c)은 청색(B) 발광층이고, 제1 및 제2 발광층(233a, 233b)은 각각 황색(Y) 및 녹색(G) 발광층일 수 있다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조방법을 단계적으로 설명하기 위한 단면도들이다.

도 5a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조방법은 먼저 기판(201) 전면에 버퍼층(202)을 형성한 후, 상기 버퍼층(202) 상에 액티브층(210)을 형성한다.

상기 액티브층(210)이 형성된 기판(201) 상에 게이트 절연막(214)을 형성한다. 이후 상기 액티브층(210)의 중앙부에 대응되는 위치에 게이트 전극(215)를 형성한다.

이후, 기판(201) 상에 적정 도즈량을 갖는 이온주입을 하여 n+ 또는 p+ 도핑을 실시한다. 상기 이온주입 단계는 상기 게이트전극(215)을 마스크로 하여 저농도 영역을 형성하는 단계, 소스 및 드레인영역(213, 211)이 될 부분을 노출시키는 포토레지스트패턴을 마스크로 하여 고농도 영역을 형성하는 단계로 이루어진다. 상기 저농도 영역(미도시)은 구동 박막트랜지스터(TD)의 오프전류를 감소시키는 역할을 하며, 상기 고농도 영역은 소스 및 드레인 영역(213,211)이 된다. 또한 게이트전극(215)에 의해 이온주입이 블록킹된 부분은 채널 영역(212)이 된다. 한편, 상기 고농도 영역 형성시 별도의 포토레지스트패턴을 마스크로 하지 않고, 게이트전극(215)을 마스크로 이용할 수도 있다.

이후 상기 게이트 전극(215) 상부에 제1 및 제2 층간 절연막(216,217)을 형성한다. 상기 제2 층간절연막(217) 형성시 상기 액티브층(210)의 소스 및 드레인 영역(213,211)을 노출시키는 제1 및 제2 콘택홀(218a, 218b)도 형성한다.

상기 제1 및 제2 콘택홀(218a, 218b)을 통해 노출된 소스 영역(213) 및 드레인 영역(211)과 각각 연결되는 소스 전극(219a) 및 드레인 전극(219b)을 형성한다. 이때 상기 소스 및 드레인전극(219a, 219b)은 게이트전극(215)을 사이에 두고 서로 이격하게 위치한다. 이상의 공정으로 구동 박막 트랜지스터(TD)가 완성된다.

상기 소스 전극(219a) 및 드레인 전극(219b) 상에는 보호막(220)과 평탄화막(221)이 형성된다.

도 5b를 참조하면, 상기 평탄화막(221) 상에 화소별로 제1 전극(231)을 형성한다. 상기 제1 전극(231)은 드레인 콘택홀(230)을 통해 드레인전극(219b)과 연결된다.

이어, 상기 제 1 전극(231) 상에 정공 주입 성질 및/또는 정공 수송 성질의 저분자 또는 고분자 재료를 용액 공정으로 코팅하여 제 1 캐리어 전달층(232)을 형성한다. 이때, 정공주입층(HIL:hole injection layer)과 정공 수송층(HTL: hole transporting layer)을 나누어 형성할 수도 있다. 또한, 도시된 바와 같이 상기 제 1 전극(231) 상에 정공 수송 물질과 정공 주입 물질을 포함하는 하나의 층으로 형성할 수도 있다.

상기 제 1 캐리어 전달층(232) 상부에 하이 모폴로지(high morphology)층(250)을 형성한다. 상기 하이 모폴로지(high morphology)층(250)은 진공증착법이나 용액도포법에 의해 형성된다. 상기 용액도포법으로는 스핀코팅, 딥코팅, 잉크젯 프린팅, 슬릿코팅 등과 같은 방법이 있다.

이어, 상기 하이 모폴로지(high morphology)층(250) 상에, 용액 공정을 통해 제1 및 제2 발광층(233a, 233b)을 형성한다. 상기 제1 발광층(233a)은 적색(R) 서브화소(Pr)영역에 형성되며, 상기 제 2 발광층(233b)는 녹색(G) 서브화소(Pg)영역에 형성된다.

이처럼 상기 제1 및 제2 발광층(233a, 233b)은 서로 다른 색 화소에 구분되어 형성된다. 구체적으로는 저분자 또는 고분자의 용액(soluble) 공정 가능한 재료를 상기 하이 모폴로지(high morphology)층(250) 상에 선택적으로 코팅하여 형성된다. 여기서, 상기 제1 및 제2 발광층(233a, 233b)은 각각 형광 발광 물질, 혹은 인광 발광 물질일 수 있다. 이론적으로는 인광 발광이 형광 발광에 대비 약 3배 정도의 효율을 갖지만, 다른 발광층과의 혼색 정도와, 수명정도를 고려하여 해당 재료를 선택할 수 있다.

이러한 용액 공정은, 예를 들어, 잉크젯 인쇄(inkjet printing), 노즐 인쇄(nozzle printing), 전사 공정(transferring process), 열 제트 인쇄(thermal jet printing) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 이러한 용액공정은 별도의 마스크나 챔버없이 기판 상에 이루어질 수 있는 것이다.

이어, 도 5c를 참조하면, 증착 공정을 통해 차례로 청색 발광층(233c)과 제2 캐리어 전달층(246)을 형성한다. 상기 청색 발광층(233c)과 제2 캐리어 전달층(246)은 상기 제 1 및 제 2 전극(231, 243) 사이에 영역구분 없이 전체적으로 형성된다. 이러한 층들은 마스크 없이 진공증착 방식에 의해 형성된다. 그다음, 스퍼터링 등의 방식에 의해 제 2 전극(243)을 형성한다.

이로써 제1 전극(231), 발광층(233) 및 제2 전극(243)으로 이루어진 유기발광 다이오드(E)가 완성된다.

본 발명은 발광층(233) 중 청색 발광층(233c)만 증착 방식에 의해 형성하였는데, 이는 현재까지 알려진 청색 발광층(233c)의 재료는, 용액공정으로 형성시 다른 발광층과 대비하여 충분한 효율이 나오지 못하며 안정성이 떨어지기 때문이다.

다음으로, 상기 유기전계발광 다이오드(E) 상부에 수분이나 산소의 침투를 막는 봉지층(미도시) 및 프론트 필름(미도시) 등이 순차적으로 형성된다.

이와 같이, 본 발명의 유기전계 발광소자의 제조 방법은, 용액 공정(soluble process) 방식과 증착(evaporation) 방식이 결합된 하이브리드 방식이다. 그리고 하이 모폴로지(high morphology)층(250)을 발광층(233)과 제1 캐리어 전달층(232)사이에 구비함으로 휘도, 전압효율 및 수명 향상과 색간섭 효과 감소를 이룰 수 있게 된다.

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.

200 : TFT 기판
232 : 제 1 캐리어 전달층 246 : 제 2 캐리어 전달층
233 : 발광층
231 : 제1 전극 243: 제2 전극
250 : 하이 모폴로지(high morphology)층

Claims (11)

1. 상호 대향하는 제1 전극과 제2 전극;
   상기 제1 및 제2 전극 사이에 위치하는 발광층;
   상기 발광층과 제1 전극 사이에 위치하고 용액공정에 의해 형성되며 상기 발광층으로의 정공 전달을 수행하기 위한 제1 캐리어 전달층;
   상기 발광층과 제2 전극 사이에 위치하고 상기 발광층으로의 전자 전달을 수행하기 위한 제2 캐리어 전달층; 및
   상기 발광층과 상기 제1 캐리어 전달층 사이에 절연물질로 이루어진 하이 모폴로지층을 포함하고,
   상기 발광층은
   상기 하이 모폴로지층의 일부 상에 위치하고 상기 용액공정에 의해 형성되는 적색 및 녹색 발광층과;
   상기 하이 모폴로지층의 나머지 일부와 상기 적색 및 녹색 발광층 상에 위치하고 증착공정에 의해 형성되는 청색 발광층으로 이루어지는 하이브리드형 유기전계 발광소자.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 적색 및 녹색 발광층은 각각 적색 서브화소 영역 및 녹색 서브화소 영역에 형성되고,
   상기 청색 발광층은 전 화소 영역에 형성되며,
   상기 적색 및 녹색 발광층은 전자 이동도가 정공 이동도보다 빠른 하이브리드형 유기전계 발광소자.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 하이 모폴로지층의 두께는 터널링 주입이 가능한 두께인 하이브리드형 유기전계 발광소자.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 하이 모폴로지층의 두께는 1㎚이상 20㎚이하인 하이브리드형 유기전계 발광소자.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 하이 모폴로지층은 상기 제1 캐리어 전달층 중 상기 발광층에 인접한 정공 수송층과 혼합되는 하이브리드형 유기전계 발광소자.
   
6. 기판 상에 박막트랜지스터를 형성하는 단계;
   상기 박막트랜지스터를 덮는 보호막 및 평탄화막을 형성하는 단계;
   상기 평탄화막 상에 제1 전극을 형성하는 단계;
   용액공정에 의해 상기 제1 전극 상에 제1 캐리어 전달층을 형성하는 단계;
   상기 제1 캐리어 전달층 상에 절연물질로 이루어진 하이 모폴로지층을 형성하는 단계;
   상기 하이 모폴로지층 상에 발광층을 형성하는 단계;
   상기 발광층 상에 제2 캐리어 전달층을 형성하는 단계;
   상기 제2 캐리어 전달층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
   상기 발광층을 형성하는 단계는
   상기 용액공정에 의해 상기 하이 모폴로지층의 일부 상에 위치하는 적색 및 녹색 발광층을 형성하는 단계; 및
   증착공정에 의해 상기 하이 모폴로지층의 나머지 일부와 상기 적색 및 녹색 발광층 상에 위치하는 청색 발광층을 형성하는 단계를 포함하는 하이브리드 유기전계 발광소자의 제조방법.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 적색 및 녹색 발광층은 각각 적색 서브화소 영역 및 녹색 서브화소 영역에 형성되고,
   상기 청색발광층은 전 화소 영역에 형성되며
   상기 적색 및 녹색 발광층은 전자 이동도가 정공 이동도보다 빠른 하이브리드형 유기전계 발광소자의 제조방법.
   
8. 삭제
9. 제 6 항에 있어서,
   상기 하이 모폴리지층은 진공증착법 또는 용액 도포법에 의하여 형성되며, 상기 용액 도포법은 스핀코팅, 딥코팅, 잉크젯 프링팅 및 슬릿 코팅 방법 중 어느하나인 하이브리드형 유기전계 발광소자의 제조방법.
   
10. 제 6 항에 있어서,
    상기 하이 모폴리지층은 터널링 주입이 가능한 두께로 형성되는 하이브리드형 유기전계 발광소자의 제조방법.
    
11. 제 6 항에 있어서,
    상기 하이 모폴로지층은 상기 제1 캐리어 전달층 중 상기 발광층에 인접한 정공 수송층과 혼합되는 하이브리드형 유기전계 발광소자의 제조방법.

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