KR20000028999A - 능동 매트릭스 광-방출 디스플레이 장치의 구조 및 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 능동 매트릭스 광-방출 디스플레이 장치들 및 그의 제조 방법에 관한 것이며 여기서 화학적으로 불안정한 음극 전극층들의 문제가 오히려 저 구동 전압을 가지면서도 상당히 높은 개구율 및 휘도를 제공함과 동시에 해결된다. 이들 이점들은 소스 및 드레인 영역들이 화학적으로 안정한 음극 물질층의 증착 및 적절하게 선택된 EL 물질층의 증착에 의해 뒤따르는 비-도전 보호층에 의해서 먼저 덮혀지는 TFT 소자를 지지하는 제 1 기판의 제조를 분리함으로써 달성된다. 양극 측면 기판은 EL 층의 적용에 뛰따르는 양극층을 우선 증착함으로써 독립적으로 준비되며, 그 다음 두 개의 독립적으로 제조된 층으로된 기판들이 상호 면접하여 정렬되며 열 및 압력의 적용하에서 통합된 구조로 결합되며, 그 온도는 중합체 EL 물질의 경우에 상기 EL 층들의 유리 전이 온도를 가지도록 선택되거나 또는 결정 EL 물질의 경우에 액정 상태 또는 등방성 상태에서 고체에 대한 유리 전이 온도를 갖도록 선택된다.
Description
본 발명은 각 화소에 대한 제 1 기판상에 적어도 하나의 박막 트랜지스터 소자(이후 TFT 소자), 낮은 일함수 물질층, 특히 화소 전극층을 접촉하거나 또는 형성하는 구조로된 음극층, 적어도 상기 낮은 일함수 도전층을 덮는 능동 유기 및/또는 중합 전기 발광 물질층(EL 층), 전기적으로 도전하는 높은 일함수층, 특히 상기 층상 배열을 덮는 제 2 기판 뿐만아니라 디스플레이에 바람직한 요소로 구성된 상기 EL 층상의 양극층으로 구성하는, 복수의 화소들로 형성된 능동 매트릭스 디스플레이 장치의 구조 및 제조 방법에 관한 것이다.
유기 및 중합 전기 발광(EL) 물질들에 기초한 광-방출 장치들은 공지되어 있다(문헌.[1] 참조). 그러한 형태의 광-방출 장치들의 특정 컬러 방출 효과를 달성하기 위하여, WO 96/03015 A1 는 광-방출 장치에 완전하게 연결된 두 부분에 기초하여 결합된 중합체에 대한 진보한 공정 처리를 설명하는데, 각 중합체층은 예컨대 스트레칭(stretching) 처리에 의해 개별적으로 전처리된다. 광-방출 장치 특히 다이오드들에 기초한 중합체의 이점은 저 전력 소모 및 저 구동 전압을 갖는 높은 휘도이다. 그 장치 구조는 상대적으로 간단한 금속-중합체-투명 전극의 샌드위치 형태이며 여기서 투명 전극 물질은 인듐 주석 산화물(ITO)이다. 그러므로, 예컨대 EP-0 845 770 A1 또는 US 5 747 928호에 제안된 바와 같이 광-방출 중합체 EL 장치들을 박막 트랜지스터(TFTs)와 같은 능동 매트릭스 구동기와 결합시키는 것은 사실적이고 원칙적으로 공지되어 있다.
전형적으로, 그러한 장치들은 상이한 일함수를 갖는 두 개의 전극을 필요로 하며, 그 전극 중 적어도 하나는 투명하다: 하나는 정공 주입을 위한 높은 일함수 양극(예컨대, ITO, 불소-도핑된 주석 산화물, 또는 금)이고 유기 또는 중합 물질에 전자 주입을 위한 낮은 일함수 음극(예컨대, Mg, Al, Li, Ba, Ca)이다. 지금까지 유효한 장치내에 투명 전극은 항상 양극이며, 그것은 대부분이 다이오드 준비 이전에 기판에 적용된다. 마무리된 장치 위에 ITO 의 스퍼터링이 사용되고 있으나, 그 효율은 좋지 않으며 그러한 처리들은 능동 중합체 또는 유기층에 손상을 입힐 것이다. 종종, 필수적인 것은 아니지만, 그러한 장치들은 예컨대 전술한 WO-문서에서 제안된 바와 같이 전자 및 정공 주입 운반을 위한 분리층을 구성하며, 또한 이따금 부가적으로 그것들은 정공 운반층 및 전자 운반층 사이에 샌드위치된 부가적인 광-방출층을 구성한다(문헌[2] 참조). 중합체 기판들상에 플렉시블(flexible)한 장치들 역시 보고되고 있으며 여기서 그러한 기판들은 통상적으로 ITO 및/또는 폴리아닐린(polyaniline)으로 된 높은 일함수 전극으로 덮힌다.
TFTs 에 의해 구동되는 능동 매트릭스 액정 디스플레이(LCDs)는 예컨대 노트북(notebook) 컴퓨터에서 상업적으로 널리퍼져 있다. TFT/LCDs에서, 액정 디스플레이에 어드레스된 박막 트랜지스터의 단축, 각 화소 소자[화소]는 박막 트랜지스터에 의해 제어된다. TFT/LCDs 는 구매자 전자공학에서 그리고 컴퓨터 및 통신 시스템에서의 모든 새로운 기술 세계를 창출한다. 지금 TFT/LCDs 에 대한 시장은 기대 이상으로 아주 빠르게 성장중이며 종래 분야 뿐만아니라 새로운 응용 분야에서 강한 영향을 준다.
수십만개의 TFTs 의 매트릭스형 배열에서 단일 TFT의 구조는 FET(전계 효과 트랜지스터) 및 화소 전극이다. 화소 전극은 FET의 소스(또는 드레인) 전극에 접촉되며, 따라서 유효 창 영역(개구율)은 트랜지스터 면적 크기에 따라 감소된다. 개구율은 패널의 휘도를 좌우하고, 그러므로 개구율이 더욱 커지면 휘도가 더욱 커지는 디스플레이가 달성된다.
TFT/LCDs 의 개념은 새로운 것은 아니고 오래되었다. 일찍이 1966년에 바이머(Weimer)는 디스플레이 스위치로서 TFTs의 이용 가능성을 제안하였다[문헌 [4] 참조]. 1971년에는 더욱 상세한 개념이 설명되었고[문헌 [5] 참조], 거기에서 다이오드 또는 트라이오드(트랜지스터)의 이용이 능동 매트릭스 액정 디스플레이를 위한 스위치로서 논의되었다. 또한 액정 셀 캐패시터와 병행하여 수행되는 저장 캐패시터의 이용이 언급되었다.
수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H)은 TFT 기술에서 뒤늦게 출현하였다. 그러나, 실질적인 TFT/LCDs를 달성하는데 크나큰 영향을 가졌다. 던디 그룹(Dundee group)에 의한 제 1 보고서[문헌 [4] 참조] 이후, a-Si:H-TFT 는 TFT/LCDs 에 대해 적합한 장치로서 인식되고 있다. 지금까지 TFT 및 LCD 기술의 조합은 크게 성장되고 있으며 그 시장은 이미 상당히 커져 있다. 그러나, TFT/LCDs 의 근본 문제는
- LCD가 트위스트 네마틱(TN)형 액정의 이용 및 응용에 기인한다면 큰 시야 각도 의존성 문제
- 스위칭이 액정 그 자체의 점도에 크게 의존하기 때문에 온도에 따른 스위칭 속도의 중요한 의존성 문제, 및
- 셀을 채우는데 필요한 시간이 수 시간 걸리는 액정 주입 공정이 있다.
전술한 바와 같이, 평평한 패널 디스플레이의 휴대가능한 사용에 대한 요구가 더욱 얇고 더욱 밝은 평평한 패널 디스플레이에 대한 요구에 이르도록 증가하고 있다. 이러한 목적에 접근하는 하나는 폴리실리콘에 기초한 TFT 기술들이며 또한 이 기술들은 특히 TFT 패널내에 필요로 하는 시프트 레지스터(shift register)를 집적하기 위한 제안과 함께 발전하고 있다.
최근에 중합 EL 디스플레이에 위치된 폴리실리콘 TFT(poly-Si-TFT)는 캠브리지 디스플레이 기술에 의해 보고되었다. 또한 중합 EL 물질들에 기초한 능동 매트릭스 구동 디스플레이가 공지되어 있으며, 여기서 능동 구동 소자는 폴리실리콘 또는 올리고시오펜(oligothiophene)에 기초한 박막 전계 효과 트랜지스터(TFTs)이다 [문헌 [5]]. 이들 보고들에서, TFTs는 EL 소자들의 준비 이전에 투명 기판상에 증착된다.
또한, 기능화된 쌍극성층의 부착에 의해 예컨대, 화학 흡착 또는 전기화학 부착을 통하여 금속 및 반도체 표면의 일함수를 변경하는 기술이 공지되어 있다[문헌 [6] 참조]. 그러한 변경은 ITO, CdTe 및 CdS 와 같은 물질들에서 보여지고 있다. 변경된 ITO 전극을 구성하는 LED 소자가 최근 보고되어 있다[문헌 [7] 참조]. 이론적인 분석에 따라, 일함수에서의 변화는 부착된 분자의 쌍극자 모멘트 및 그들의 농도에 비례하며, 그들의 유전 상수에 반비례한다.
적층은 복합층 시스템을 둘 이상의 상이한 물질들의 원하는 특질로 합체하기 위한 기술이 공지되어 있고 압력 및/또는 열의 적용하에서 그 층들을 결합하는 것을 포함한다[문헌 [8] 참조]. 두 부분을 함께 적층함으로써 중합체에 기초한 광전지 셀 제품은 최근 Friend 등에 의해 보고되었다[문헌 [9] 참조].
일단에서 전자 억셉터로서 트리플루오로설포네이트(trifluorosulfonate) 그룹에 의해 그리고 타단에서 에테르(ether), 사이오에테르(thioether) 및 아민(amines)과 같은 전자 도너 그룹에 의해 4 및 4' 위치들에서 기능화된, 방향(aromatic) 그룹, 특히 스티릴(styryl) 그룹으로 구성된 비선형 광학용 두기능성 물질의 부류가 Cabrera 등[문헌 [10] 참조]에 의해 보고되었다.
이들 물질들은 상대적으로 작은 가시광 흡수를 보이는 한편 높은 쌍극자 모멘트를 보인다. 도너 및 억셉터 그룹 모두에 다른 기능성 그룹 예컨대 알킬 체인(alkyl chains)의 부착 가능성 때문에, 제 2 기능성 그룹에 관련한 쌍극자 모멘트의 방향을 결정하는 것이 가능하다. EL 소자들에서 이들 물질들의 응용은 보고된 바 없다.
Bloor 등[문헌 [11] 참조]은 25 - 30 Debye 까지 쌍극자 모멘트를 보이는 TCNQ 로부터 추출된 분자의 부류를 보고하였다. EL 소자들에서 이들 물질들의 응용은 보고된 바 없다.
앞서 간결히 설명된 본 발명이 해결할 문제점들에 관한 것을 포함한 광-방출 장치의 개념적인 모순에 부가하여, 발명자에 의해 다음의 단점들, 결점 또는 기술 수준의 필요성이 드러날 것이다.
a. 고 효율 장치에서 필요한 낮은 일함수 음극 물질은 산소 또는 물에 의한 산화에 대해 전형적으로 불안정하다. 이 때문에, 그러한 장치들의 매트릭스로 구성하는 장치들 및 디스플레이들은 그 장치로부터 물 및 산소를 제거하기 위하여 완전히 싸여 있어야 한다. 이것은 중합체 기판상의 플렉시블 장치들이 요구될 때(예컨대, US 5,747,928 참조) 특히 어려운데 그 이유는 투명하고 플렉시블하며 전체적으로 불침투성의 배리어층(barrier layer)이 투명한 전극으로 구성하는 장치의 측면에 적용되어져야 하기 때문이며 따라서 충분한 장벽 특성들을 갖는 그러한 물질들은 보고된 바 없다.
b. 산화 감지 음극 물질 사용의 다른 단점은 합리적인 가격에서 고 해상 다색 디스플레이를 달성하는데 필요한 표준 포토리소그래피 공정과 양립되지 않는다.
c. 현재 기술 수준하에서, 장치들을 기판상에 증착된 투명 양극 물질위에 준비되도록 그리고 유기 및/또는 중합체층들상에 음극이 증착되도록 하는 것이 고 효율 장치들의 달성에 필요하다. 이것은 화학적 수단에 의해 음극 일함수를 변경하고 더욱 안정적인 물질을 사용할 수 있는 가능성을 제거한다.
d. 더욱이, 기술 수준에 따라, 유기 및/또는 중합체 EL 장치들로 구성하는 능동 매트릭스 디스플레이에서는 EL 장치의 준비 이전에 (불투명한) TFTs를 적용하는데 필요하다. 이것은 각 화소 소자가 TFT와 같은 상이한 장치 요소로 구성되는 방사 디스플레이에서, 각 소자의 전기적 특성들의 일탈 때문에 스크린상의 균일성을 얻기가 어렵기 때문에 문제가 된다. 스크린상의 휘도의 일탈을 피하기 위하여, 그것은 각 화소 소자에 대한 빌트-인(built-in) 회로에 의해 약간의 보상을 실행하여야 한다. 만일 부가 회로들이 TFT 화소내에서 제조된다면, 그것은 개구율의 감소를 의미한다. 종래의 TFT 개념으로, 개구율은 패널상의 화소 수 또는 해상도의 증가로 더욱 감소된다.
전술한 관찰 및 결점에서, 본 발명의 목적은 스크린상 휘도의 양호한 균일성을 갖는 고 해상도 디스플레이들을 제공하는 능동 매트릭스 디스플레이 장치에 대한 새로운 구조 및 변경되거나 또는 새로운 제조 공정을 가르침과 동시에 고 개구율을 보이는 것에 있다.
본 발명은 유기 또는 중합체 EL 물질들 및 그것의 준비 및 응용을 포함하는 장치들을 구성하는 디스플레이에 관하며, 여기서 그 문제들에 대한 해결 및 전술한 목적들이 달성된다.
본 발명에 따른 능동 매트릭스 디스플레이 장치 및 그것의 특정 구조는 청구항 1에서 정의된다. 그러한 제조 방법의 이점 있는 변경 및 실시예들은 종속청구항의 요지이다.
본 발명에 따른 능동 매트릭스 디스플레이 장치 및 그것의 특정 구조는 다른 종속 청구항에서 정의된 이점 있는 변경 및 향상된 실시예들을 갖는 청구항 10의 요지이다.
전술한 바와 같이, TFTs 및 LEPs(광-방출 중합체)의 조합이 TFT/LCDs에서 시장에서 이용가능한 디스플레이가 안고 있는 중대한 문제점인 응답속도의 온도 의존성 및 시야 의존성을 제거한다는 점에서 유망하다. 그러나, 현재 기술 수준은 중합체 EL 물질상에 기초한 고 해상도 디스플레이에 대한 불량한 개구율을 이끈다.
적어도 첨부된 청구항들 중 하나에서 정의된 것으로서의 본 발명은 기판들 중 하나의 TFT 측면상의 금속(화소 전극) 공정에 의해 상기 문제점을 해결한다.
고 해상도에서조차 고 개구율이 유지됨과 동시에, 그러한 적어도 각 TFT의 주요부가 중합체 EL 화소들의 능동 매트릭스 위치에 대해 허용하는 화소 전극 아래에 매몰된다.
본 발명에 따른 제조 방법 및 능동 매트릭스 디스플레이의 결과물은 수반되는 도면들을 참조하여 예들 및 실시예들로 더욱 상세히 기술될 것이다.
도 1a 내지 1k는 본 발명에 따른 능동-매트릭스 디스플레이 장치를 위한 처리 단계의 시퀀스들 및 중간 결과들을 가시화한 도면.
도 2a 내지 2k는 도 2a에서 이점 있는 변경을 갖는, 기본적으로 도 1과 동일한 처리 단계를 예시하는 도면.
도 3a 내지 3k는 도 3d1에서 이점 있는 변경을 갖는, 기본적으로 도 2a 내지 2h 와 동일한 처리 단계들 및 중간 산출 단계들을 보이는 도면.
도 4a 내지 4k는 도 4g1에서 다른 변경을 갖는, 도 3a 내지 3k의 처리 단계들에 대응하는 처리 단계들 및 중간 산출 단계들을 보이는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 기판 물질 2 : TFTs(박막 트랜지스터)
3 : 비-도전 보호층 4 : 부가 도전층
5 : 음극층 6 : 복합층
본 발명에 따른 처리 단계의 제 1 시퀀스 및 그에 의해 준비된 장치의 일실시예가 도 1a 내지 1k를 참조하여 설명된다.
우선, 각각이 소스 영역(S), 드레인(D) 및 갭(gap) 또는 채널 영역(C)으로 구성하는 TFTs(2)의 매트릭스는 투명할 필요는 없고 실리콘 웨이퍼들에 국한되지는 않는 기판 물질(1)상에 준비되는데, 그 기판 물질은 투명한 유리 또는 투명한 중합체 물질 예컨대, PET, 폴리설폰(polysulfone), 사이클로올레핀(cycloolefinic) 공중합체 또는 폴리카보네이트 또는 플렉시블 복합 물질들이 될 수 있다. 그 기판은 기판 방향에서 방출되는 빛을 반사하는 반사층들을 포함한다.
하나 또는 멀티-컬러 디스플레이의 경우에 더욱 많은(예컨대, 3개 또는 4개) TFTs(2)가 디스플레이의 각 화소에 배당될 수 있다. 이러한 부분까지 TFTs 에 대한 실제 공정 과정은 액정 디스플레이에 대해 이용한 종래의 TFT 기판들과 거의 동일하게 될 수 있다.
다음에, 무기(예컨대, SiO2) 및/또는 유기(예컨대, 경화된 포토레지스트) 비-도전 물질들로 구성된 비-도전 보호층(3)은 소스 전극 또는 소스 영역(S) 및 갭 또는 채널 영역(C)을 덮지만 노출된 드레인 전극 또는 드레인 영역(D)의 적어도 상당한 부분이 남는 그러한 방법으로 적용된다. 이러한 층(3)은 표준 리소그래피 기술들을 이용하여 적용될 수 있지만 또한 섀도우 마스크 증착과 같은 다른 기술들을 이용하여 적용될 수 있다(도 1b 참조).
이어서 본 발명에 따른 디스플레이 장치내에 화소 영역을 정의하고 TFTs 에 의해 덮혀진 영역을 덮을 수 있는 음극(5)의 매트릭스는 예컨대 진공 증착 또는 스퍼터링(sputtering)에 의해 적용된다. 음극층(5)(도 1c 참조)은 Al, Mg, Ca, Ba, Li, Ag, In 또는 두 개 이상의 이들 금속들로 구성하는 소정의 합금들에 국한되지 않고 구성될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 Al 또는 그 합금과 같은 안정한 금속이 사용되며 포토리소그래피 처리에 내성이 있다. 음극층(5)은 산소 또는 테트라플루오르카본(tetrafluorocarbon) 등에 의한 건식 식각, 또는 예컨대 HNO3/CH3/COOH/H3PO4으로 습식 식각 처리들과 같은 종래 처리들을 사용함으로써 디스플레이 소자에 대해 각각 소망하는 화소 소자(5a, 5b, ...)로 구성된다.
통상적으로 부가적인 평평한 층 또는 부분 층(4)을 음극층(5) 및 화소 전극들(5a, 5b, ... ) 각각의 상부에 평평한 표면을 창출하는 그러한 방법으로 그 화소들에 적용하는 것이 아마도 이익이 될 지 모른다. 이것은 예컨대 섀도우 마스크를 사용하여 다른 음극 물질의 증착에 의해 수행되거나 또는 용액 중에서 유기 물질의 스핀코팅에 의해 수행된다. 다른 한편 평평한 층(4)은 음극층(5)의 증착 이전에 동일한 방법들을 이용하여 적용될 수 있다(도 1c 및 1d 참조).
화소 영역들(도 1d)을 구성한 후에 하나 이상의 복합 능동 유기 및/또는 중합체층(들)은 음극 물질 즉 화소 영역의 상부에 적용된다. 복합층(들)(6)은 기술 수준을 참고하거나 문헌에서 공지된 물질의 소정의 형태들을 포함한다. 코팅은 스핀코팅(spincoating), 닥터 블레이딩(doctor blading), 트랜스퍼 프린팅(transfer printing), 커튼 코팅(curtain coating), 슬롯-다이 코팅(slot-dye coating), 또는 스크린 프린팅과 같은 프린팅 기술들에 의해 수행될 수 있다(도 1e 참조).
둘째로, 제 1 기판(1)에 대해 전술된 소정의 물질에 국한되지 않고 구성되는 바람직한 광학적으로 투명한 기판(8)(도 1f), 투명하고 높은 일함수 전극, 예컨대, 현 기술수준에서 설명되는 바와 같은 양극(7)이 증착된다. 만일 본 발명의 소정의 실시예가 바람직하다면, 양극층은 리소그래피 및 식각과 같은 표준 방법을 사용하여 디스플레이를 위해 원하는 소자들(7a,7b, ... )로 구성될 수 있다. 그러나, 양극의 구조는 선택적이며 고 해상도 디스플레이들 조차도 반드시 필요한 것은 아니다. 이어서 하나 이상의 능동 유기 및/또는 중합체층(6')은 구성된 양극층 소자들(7a, 7b,...) 각각에 적용된다. 그러한 중합체층들의 복합체는 문헌에서 공지되거나 또는 현 기술 수준에서 참조된 소정의 물질 형태를 포함할 수 있다. 다시, 코팅은 스핀코팅, 닥터 블레이딩, 트랜스퍼 프린팅, 커튼 코팅, 슬롯-다이 코팅, 또는 스크린 프린팅과 같은 다른 프린팅 기술들에 의해 수행될 수 있다.
도 1e 및 도 1h에서 보여진 상기 두 개의 층으로된 구조들을 제조하기 위한 처리 각각은 아주 단순하며 대량 생산에 대해 유리하다.
이어서 두 개의 코팅된 기판들(1 내지 6) 및 (8 내지 6')은 도 1k에서 예시된 바와 같이 열 및/또는 압력의 응용에 의해 함께 적층된다. 중합체가 유리 전이 온도를 가지거나 또는 만일 액정 중합체라면 고체로부터 액정 상태 또는 등방성 상태로 상 전이 온도를 가져야만 하기 때문에, 중합체의 점도는 감소한다. 위의 이들 적절하게 선택된 온도들에서 압력의 응용은 두 개의 중합체층들(6 및 6') 사이에서 양호한 물리적 전기적 접촉을 이끌 수 있다. 그러므로, 적층의 온도는 적어도 유기 및/또는 중합체층들 중 하나의 유리 전이 온도보다 더 높아야 한다. 적층 처리 동안 또는 이후에 그 장치 또는 그러한 장치들을 포함하는 디스플레이는 만일 이것이 필요하거나 또는 원하여진다면 보호될 수 있다.
도 2a 내지 2k에서 도시된 또다른 변경된 처리 또는 실시예에서, 액정 디스플레이의 제조에서 사용되는 종래의 TFT 디스플레이 기판(1)이 기판으로서 사용된다. 그러한 기판들은 TFTs(2)의 매트릭스 및 그러한 LCDs에서 화소 영역들을 정의하는 ITO 로 통상적으로 이루어진 전극들(1a)을 포함한다(예컨대 EP 0 845 770 A1을 참조). 상기 TFTs(2) 및 상기 전극들(1a)을 이미 제공하는 이러한 기판(1)에 TFTs(2)를 덮는 그러나 노출된 ITO 전극들(1a)의 일부는 남기고 덮는 상기 비-도전 보호층(3)으로서 우선 적용된다.
이어서, 예컨대, 전술한 바와 같은 큰 화소 영역들(5a,5b,...)에서, 음극들의 매트릭스가 증착되며, 또한 그 매트릭스는 TFTs(2)를 포함하는 영역을 덮으며 각각의 경우에 본 발명에 따른 장치에서 화소의 능동 영역을 정의한다.
본 발명에 따르면, 각 화소 영역은 음극의 각 영역(5a, 5b, ...)에 의해 정의된다. 그러므로 음극 전극은 각각의 화소 전극이다. TFT 의 소스 전극 영역(S) 및 드레인(D)은 비-도전 보호층(3)에 의해 덮혀지며 그와 동시에 드레인 전극은 각각의 음극/화소 전극(5a,5b)과 접촉한다. 이러한 배열에 의해 고 해상도에서 조차도 고 개구율이 달성된다.
도 2f 내지 2k에서 도시된 다른 처리 단계들은 본질적으로 도 1a 내지 1k에 관련하여 전술한 것들과 동일하다. 다시, 만일 원한다면, 층 구조를 평평하게 할 목적으로 부가 도전층(4)은 전술한 바와 같은 음극층(5)의 증착 이전 또는 이후에 적용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 처리 변경들 및 실시예들에서, 화소 또는 음극 영역들(5a,5b, ...) 및/또는 양극 영역들(7a, 7b, ...)은 기능화된 쌍극자의 흡수에 의해 유기 및/또는 중합체층(6, 6')의 응용 이전에 화학적으로 변경될 수 있다. 쌍극자를 부착하는데 이용되는 기능적인 그룹들이 존재하지만 다음 것들에 국한되지는 않는다:
카르복실산(Carboxylic acids)
하이드록스아민(Hydroxamine)
사이올스(Thiols)
포스포네이트(Phosphonates)
설포네이트(Sulfonates)
아민(Amine).
그들을 변경하기 위하여 화소 영역들(5a,5b,...) 및/또는 양극 영역들(7a,7b,...)에 부착된 분자들은 본 발명의 특히 바람직한 하나의 실시예에서 이 변경된 전극에 인접한 장치내의 능동 유기 또는 중합체층으로서 광 방출 및/또는 전하 전송을 위한 동일한 기능적인 그룹을 구성한다.
본 발명의 특히 또다른 바람직한 실시예에서 부착된 분자들은 다음 공식의 구조로 구성한다.
Rd- P - Ra,
여기서 P는 다음과 같은 π-변환 시스템이다.
여기서 Rd는 전자 도너 그룹이며 Ra는 전자 억셉터 그룹이다.
Rd는 다음 그룹들에서 선택될 수 있다.
NRR'
NR'R"
OR'
SR'
여기서 R, R' 및 R" 은 H 또는 CnH(2n+1)Ratt와 동일하면서 상호 독립적이고,
Ratt= 상기 부착된 그룹들 중 하나 또는 H,
n = 0 - 20, 바람직하게는 0 -10,
R' 및 R"는 동일하거나 또는 상이하게 될 수 있지만, R' 및 R" 중 하나는 H와 다르다.
Ra는 다음 그룹들에서 선택될 수 있다:
Ratt- CnHoFp- SO2-
NO2
COORatt
여기서 o + p = 2n + 1
n = 0 -20, 바람직하게는 0 - 10.
상기 조건하에서 Ratt중 하나는 H 와 상이하여야함.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에서 그 부착된 분자들은 다음 형태로 이루어진다.
여기서 Ratt또는 Ratt 1은 부착 그룹이다.
본 발명의 또다른 특별히 바람직한 실시예에서 다음 형태의 분자들은 표면 변경을 위해 사용된다.
또는:
또는:
* = 부착 위치
여기서 R' 및 R" 은 상호 독립적으로 H 또는 CnH(2n+1)Ratt와 같고,
Ratt= 상기 부착 그룹들 중 하나 또는 H.
n = 0 - 20, 바람직하게는 0 - 10, 및
R' 및 R" 는 동일하거나 또는 상이하게 될 수 있지만, R' 및 R" 중 하나는 H 와 상이하여야함.
음극(5) 및/또는 양극(7)의 변경에 이어서 그 변경된 전극에 적합한 유기 및/또는 중합체 물질이 적용된다. 전술한 바와 같이, 이것은 스핀코팅, 닥터 블레이딩, 트랜스퍼 프린팅, 커튼 코팅, 슬롯-다이 코팅, 또는 스크린 프린팅과 같은 다른 프린팅 기술들에 의해 수행될 수 있다.
본 발명의 기술 수준상의 주된 이점은 다음과 같다:
분리된 적층 처리는 하나의 전극이 유기층의 상부에 직접적으로 증착되어져야 할 때 가능하지 않은 두 개 전극들(5a,5b,... 및 7a,7b,...) 모두가 전송 캐리어 주입의 최적화를 위하여 화학적으로 변경될 수 있게끔 허용한다. 부가적으로, 두 개의 중합체 코팅된 막들(6 및 8)의 적층 각각은, 보호를 위한 다른 적층 단계와 호환성 있는 편리하고 값싼 산물 처리를 이끈다.
전극들(5a, 5b,... 및 7a, 7b, ...)의 변경 특히 통상적으로 불안정한 음극을 Al 또는 Al 합금과 같은 안정한 전극 물질로의 교체는 안정한 음극 물질 및 고 전자 주입 효율 사이에서 하나를 선택해야하는 본 기술분야의 기술 수준에 비하여, 안정하고 효율적인 디스플레이 장치들을 제조할 수 있는 가능성을 제공한다. 그러므로, 보호를 위한 그들의 요구에 덜 설득력있고 구조들을 준비하기 위한 표준 리소그래피 기술들과 호환이 가능한 재료들을 이용한 높은 효율의 유기 광-방출 장치들 및 디스플레이들을 준비하는 것이 앞으로 가능할 것이다.
더욱이 분리 적층 처리는 고 해상도 디스플레이들에 필요한 TFTs가 광 방출 소자의 준비 이전에 상기 디스플레이 장치의 불투명 측면상에 증착되도록 허용하며, 따라서 본 기술분야의 기술 수준에서 가능한 것보다 더욱 높은 개구율을 갖는 디스플레이를 가능케한다.
실시예
예 1
1.35 인치(3,43 cm)의 대각선 크기를 갖는 513000(1068×480) 화소들의 TFT 패널이 선택되며 Al 전극(예컨대, 도 1c에서 5)은 50nm 의 두께로 진공 증착된다. 패널은 포토 레지스트 코팅되며 통상적인 포토리소그래피 공정에 의해 처리되며 데이터 및 게이트 라인 영역에서만 10-3torr 의 압력에서 산소로 건식 식각된다. 식각율은 100nm/분이다.
이어서, ca. 20 mg/ml 의 농도로 p-실렌(xylene)에서 용해된 4000의 분자량의 (폴리)옥틸플루오렌(polyoctylfluorene)이 그 준비된 기판상에 스핀 코팅된다. 그 스핀 코팅 조건은 TFT 패널의 Al 전극(도 1d에서 음극 5a,5b, ...)상에 70nm 의 두꺼운 막(6)을 얻기 위하여 4초당 100 rpm 이고 30초당 3000 rpm 이다.
표준 리소그래피 기술[도 1f]의 사용이 필요한 구조가 되는 50nm 의 ITO 막(7)을 갖는 0.7mm 두께의 코닝 7059 유리를 포함하는 제 2 기판(8)상에, 폴리(옥틸플루오렌)의 70nm 의 층(6')이 전술한 바와 같이 증착되며, 이전에 적용된 폴리옥틸플루오렌막에 고정된다.
그 이후, TFT 패널(도 1e)은 180℃에서 설정되고 3분 동안 이 온도가 유지되는 핫 플레이트(hot plate)상에 놓여진다. 제 2 기판(도 1h)은 제 1 기판에 적용되어 따라서 2개의 중합체층(6,6')은 상호 면접하여 있고 열이 또다시 3분 동안 지속된다. 결국, 1kg의 중량이 동일한 온도의 유지하에서 그 조합된 패널상에 적용된다(도 1k 참조).
열에 대한 압력이 10 분 동안 지속된다. 이어서 전체 장치는 0.5℃/분의 비율로 냉각된다.
적층된 장치의 유리 에지(edges)들은 물 및 산소가 들어오지 못하도록 에폭시 수지로 둘러싸여 있다.
이러한 처리와 함께 전술한 상기 장치 구조는 513000 화소들 및 1.35"(3,43 cm)의 대각선 크기를 갖는 TFT/LEP 디스플레이가 10 Cd/m2의 휘도 및 15V 미만의 구동 전압을 갖도록 얻어진다.
예 2
디스플레이 장치는 다음과 같은 변경을 갖고 예 1로서 준비된다(도 3a 내지 3k 참조):
Al 전극(음극 화소들 5a, 5b)의 식각 및 폴리(옥틸플루오렌) 층(6)의 증착 사이에서 패널이 다음과 같은 합성의 아세토니트릴(acetonitrile) 및 에틸 알콜(ethyl alcohol)의 혼합물내에서 5분 동안 5 mg/ml 의 용액을 포함하는 브레이커(breaker)(10)(도 3d1)에 담궈져 적셔진다:
이어서 패널은 에탄올내에서 헹궈지고 중합체층(6)의 증착 이전에 5분 동안 50℃의 대기하에서 건조된다. 이 준비의 나머지는 예 1에서 설명된 바와 같다.
예 2의 공정과 함께전술한 구조는, 513000 화소들 및 1.35"(3,43 cm)의 대각선 크기를 갖는 TFT-LEP 디스플레이가 약 50 Cd/m2의 휘도와 15V 미만의 구동 전압으로 얻어진다.
예 3
장치가 다음과 같은 차이들을 갖고 예 1에서와 같이 준비된다(도 4a 내지 4k). Al 전극의 식각(예컨대, 음극 화소들 5a, 5b,...;) 및 폴리(옥틸플루오렌) 층(6)의 증착 사이에서 패널은 5분 동안 다음 화학 합성의 아세토니트릴 및 에틸 알콜의 혼합물내에서 5 mg/ml 의 용액을 포함하는 브레이커(10)에 담궈져 적셔진다:
이어서 그 패널은 에탄올에 헹궈지고 중합체층(6)의 증착 이전에 5분 동안 50℃의 대기하에서 건조된다.
ITO 전극들(예컨대, 양극들 7a, 7b, ...)의 준비 이후에 제 2 기판은 5분 동안 다음의 화학 합성의 아세토니트릴 및 에탄올의 혼합물에서 5 mg/ml 의 용액을 포함하는 브레이커(11)에 담궈져 적셔진다(도 4d1):
이어서 그 패널은 에탄올에 헹궈지고 중합체층(8)의 증착 이전에 5분 동안 50℃의 대기하에서 건조된다. 이 준비의 나머지는 예 1에서 설명된 바와 같다.
이 예에서 설명된 처리 및 배열로 513000 화소들 및 1.35"(3,43 cm)의 대각선 크기를 갖는 TFT/LEP 디스플레이는 100 Cd/m2의 휘도 및 12V 미만의 구동 전압을 갖고 얻어진다.
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본 발명의 능동 매트릭스 광-방출 디스플레이 장치는 화학적으로 불안정한 음극 전극층들의 문제가 오히려 저 구동 전압을 가지면서도 상당히 높은 개구율 및 휘도를 제공하는 효과를 갖는다.
Claims (17)
- 복수의 화소들로 형성된 능동 매트릭스 디스플레이 장치를 제조하기 위한 방법에 있어서,하나 이상의 박막 트랜지스터 소자(TFT 소자)(2)가 각각의 화소에 대해 제 1 기판(1)상에 증착되는 단계,각각의 화소에 대한 상기 하나 이상의 TFT 소자(2)의 적어도 소스 영역(S) 및 채널 영역(C)이 드레인 영역(D) 모두 또는 부분들을 덮혀지지 않도록 남기기에 충분한 비-도전 보호층(3)에 의해 덮혀지는 단계,복수의 화소 전극 영역(5a,5b,...)에 구성된 음극 물질층이 적어도 상기 TFT 소자들 각각의 실질적인 부분을 덮도록 하기 위하여 증착되는 단계,제 1 능동 유기 및/또는 중합체 전기 발광 물질층(EL 층)(6)이 적어도 상기 화소 전극 영역들(5a,5b,...)을 덮도록 적용되는 단계,제 2 기판(8)이 상기 제 2 기판의 한 표면상에 양극층(7a,7b,...)을 증착함으로써 개별적으로 준비되고 그 이후 상기 양극층을 제 2 능동 유기 및/또는 중합체 EL 물질층(6')으로 코팅하는 단계,이후 준비되고 코팅된 상기 두 기판들이 함께 적층되며, 소정 시간 동안 열 및/또는 압력의 적용하에서, 상기 제 1 및 제 2 EL 물질층(6,6')은 상호 면접하여 적합하게 정렬되며, 온도는 중합체 EL 물질의 경우에 상기 EL 층들(6,6') 중 하나 이상의 유리 전이 온도를 갖거나 또는 결정 EL 물질의 경우에 액정 상태 또는 등방성 상태에서 고체에 대한 상 천이 온도를 갖도록 선택되는 단계를 포함하는 능동 매트릭스 디스플레이 장치를 제조하기 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 음극 물질층(5)의 증착 이전 또는 이후에 평평한 층(4)이 증착되는 것을 특징으로 하는 능동 매트릭스 디스플레이 장치를 제조하기 위한 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 적층 처리 이후에 상기 디스플레이 장치가 둘러싸여 보호되는 것을 특징으로 하는 능동 매트릭스 디스플레이 장치를 제조하기 위한 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제 1 기판은 불투명하며, 포토리소그래피 처리에 내성이 있는 안정한 금속이 상기 음극 물질층(5)용으로 선택되는 것을 특징으로 하는 능동 매트릭스 디스플레이 장치를 제조하기 위한 방법.
- 제 4 항에 있어서,Al 또는 Al 합금은 상기 안정한 금속으로서 선택된 것을 특징으로 하는 능동 매트릭스 디스플레이 장치를 제조하기 위한 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 EL 층들(6,6') 중 하나 이상이 복수의 EL 물질의 적층된 복합층으로서 준비되는 것을 특징으로 하는 능동 매트릭스 디스플레이 장치를 제조하기 위한 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 EL 물질층(들)을 적용하기 전에, 상기 음극 물질층(5a,5b,...) 및/또는 상기 양극층(7a,7b,...)은 기능화된 쌍극자들을 흡착하기 위하여 화학적 처리에 의해 변경되는 것을 특징으로 하는 능동 매트릭스 디스플레이 장치를 제조하기 위한 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 음극 및/또는 상기 양극 물질층(들)으로부터 전하 캐리어 주입의 최적화를 위하여, 상기 화학적 처리는 상기 음극 및/또는 상기 양극층(들)에 부착된 분자가 상기 변경된 전극층(들)에 인접하는 상기 능동 유기 또는 중합체 EL 물질로서 광 방출 및/또는 전하 전송에 대한 동일한 기능성 그룹으로 이루어지도록 선택되는 것을 특징으로 하는 능동 매트릭스 디스플레이 장치를 제조하기 위한 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 두 개의 EL 물질 코팅된 기판의 상기 열 유지된 적층 처리가 10 g/cm2이상의 압력하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 능동 매트릭스 디스플레이 장치를 제조하기 위한 방법.
- 복수의 화소로 이루어진 능동 매트릭스 장치에 있어서,각 화소에 대해 제 1 기판(1)상에 부착된 하나 이상의 박막 트랜지스터(TFT) 소자;상기 TFT 소자(2)의 상기 소스(S) 및 드레인(D) 영역들을 덮으며 적어도 상기 드레인 영역(D)의 일부분을 덮지 않고 남기는 구성으로 된 비-도전 보호층(3);화소 전극 영역들(5a,5b,...)내에 구성되며, 상기 드레인 영역들의 상기 덮히지 않은 부분을 전기적으로 접촉하게 하는 저 일함수 물질층;전기적으로 접촉하는 고 일함수층(7a,7b,...)을 지지하는 제 2 기판(2); 및상기 저 일함수 화소로 구성된 층 및 상기 제 2 기판(8)상의 상기 고 일함수층 사이에 위치되는 능동 유기 또는 중합체 전기 발광 EL 물질층(6,6')을 포함하는 능동 매트릭스 디스플레이 장치.
- 제 10 항에 있어서,상기 저 일함수 물질층(5a,5b,...) 및/또는 상기 제 2 기판(8)상의 상기 고 일함수층(7a,7b,...)은 흡착되고 기능성화된 쌍극자들을 구성을 하기 위하여 화학적 처리에 의해 변경되는 것을 특징으로 하는 능동 매트릭스 디스플레이 장치.
- 제 11 항에 있어서,상기 쌍극자들을 부착하는데 사용된 상기 기능성 그룹들이 카르복실산(Carboxylic acids), 하이드록스아민(Hydroxamine), 사이올스(Thiols), 포스포네이트(Phosphonates), 설포네이트(Sulfonates) 및/또는 아민(Amine)인 것을 특징으로 하는 능동 매트릭스 디스플레이 장치.
- 제 11 항에 있어서,상기 변경된 전극들에 부착된 분자들은 상기 변경된 전극에 인접하는 장치내에서 상기 능동 유기 또는 중합체층으로서 광 방출 및/또는 전하 전송을 위한 동일한 기능성 그룹을 구성하는 것을 특징으로 하는 능동 매트릭스 디스플레이 장치.
- 제 11 항에 있어서,상기 변경된 전극들에 부착된 분자들은 Rd- P - Ra와 같은 구조식을 포함하며, 상기 P는와 같은 π-변환 시스템이며,상기 Rd는 전자 도너 그룹이며 Ra는 전자 억셉터 그룹이고,상기 Rd는 NR'R", OR' 및 SR'로부터 선택되며, 상기 R, R' 및 R" 은 Ratt이 청구항 12에 따른 부착 그룹 또는 H 와 같으며 n 이 0 내지 20과 같으면서 서로에 대해 독립적으로 H 또는 CnH(2n+1)Ratt와 같은 것을 표시하고,상기 R' 및 R"는 동일하거나 또는 상이하게 될 수 있지만, R' 및 R" 중 하나는 H와 다르며,상기 Ratt중 하나는 H 와 상이한 조건하에서, 상기 Ra는 상기 그룹들 Ratt- CnHoFp- SO2-, NO2및 COORatt로부터 선택되며, 상기 o + p 은 2n + 1 과 같고 n 은 0 내지 20 과 같은 것을 특징으로 하는 능동 매트릭스 디스플레이 장치.
- 제 14 항에 있어서,상기 변경된 전극에 부착된 상기 분자는와 같은 구조식을 갖는 것을 특징으로 하는 능동 매트릭스 디스플레이 장치.
- 제 11 항에 있어서,상기 변경된 전극들에 부착된 분자들은또는,또는,＊ = 부착 위치와 같은 식의 구조들을 포함하며,상기 R', R"은 상호 독립적으로 H 또는 CnH(2n+1)Ratt와 같고, 상기 Ratt 는 청구항 12에 따른 부착 그룹과 같거나 H와 같으며 n 은 0 내지 20과 같고, 상기 R' 및 R" 중 하나가 H와 상이하여야 하는 조건하에서, 상기 R' 및 R"은 동일하거나 상이한 것을 특징으로 하는 능동 매트릭스 디스플레이 장치.
- 제 16 항에 있어서,상기 변경된 전극에 부착된 분자는와 같은 구조식을 갖는 것을 특징으로 하는 능동 매트릭스 디스플레이 장치.
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