KR20040037663A - 유기 전계 발광 표시 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기 전계 발광 표시 소자에 있어서, 분리 격벽 물질로 포토 레지스트난 폴로이미드와 같은 유기물 대신 SiOx나 SiNx와 같은 무기물을 이용함으로써 유기물로 분리 격벽을 형성했을 때 발생하는 아웃가싱(outgasing)으로 인한 소자의 수명 단축을 최소화하고, 또한 절연막 대신 무기물의 초박막 버퍼층을 사용함으로써 표면 누설 전류를 감소시켜 소자의 발광 효율을 증대시킨다.
Description
본 발명은 SiOx나 SiNx와 같은 무기물을 이용해 분리 격벽을 형성하고, 분리 격벽과 양극 전극 상부에 얇은 두께의 버퍼 층을 형성하도록 하여 유기물로 분리격벽을 형성했을 때 발생하는 아웃가싱(outgasing)으로 인한 소자의 수명 단축을 최소화하고 표면 누설 전류를 감소시켜 소자의 발광 효율을 증대시키도록 하는 유기 전계 발광 표시 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 유기 전계 발광 표시 소자(이하 "유기 EL 소자"로 약칭함)는 낮은 구동 전압, 넓은 시야각, 빠른 응답 속도 등의 장점을 가지고 있어 휴대용 단말기의 표시 장치나 차량 탑재용 표시장치, 휴대용 게임기의 표시장치 등과 같은 고화질의 동영상을 필요로 하는 표시 장치에 널리 사용 중이거나 사용될 추세이다.
도 1은 이러한 일반적인 유기 EL 소자를 도시한 단면도이다.
이에 도시된 바와 같이, 일반적인 유기 EL 소자는 먼저 유리(glass)나 필름(film)으로 제작된 기판(10)의 상면에 스퍼터링을 통해 금속 또는 ITO(Indium Tin Oxide)의 양극 전극(11)과 절연막(12)이 순차적으로 형성되며, 형성된 절연막(12)은 발광 픽셀 단위로 패터닝되고, 그 상부에 향후 형성될 음극 전극들을 분리하기 위한 분리 격벽(13)이 수직 방향으로 형성된다.
그리고, 양극 전극(11), 절연막(12), 분리 격벽(13)을 포함하여 상부 전면에 전자 주입층, 전자 수송층, 발광층, 및 정공 수송층, 정공 주입층이 순차적으로 적층된 활성층(14)이 형성되고, 활성층(14) 상부에 전기 전도성 물질이 도포되어 음극 전극(15)이 형성되며, 상기 음극 전극(15)은 일함수가 적은 재료, 예를 들면 알칼리 금속 및 알칼리 토류금속을 기본으로 반응성이 높은 합금계 금속을 이용해 형성된다.
이러한, 유기 EL 소자에 있어서, 특히 절연막이나, 분리 격벽은 일반적으로포토레지스트(photoresist)나 폴리이미드(polyimide)와 같은 유기물을 사용하기 때문에, 소자 구동시 주울(Joule) 열에 의해 유기물이 카보나이징(carbonizing)되어 양극 전극과 음극 전극 사이에 쇼트(short)를 발생시켜 소자의 수명을 단축시키고, 또한 표면 누설 전류를 증가시켜 소자의 발광 효율을 저하시키는 등의 문제점이 발생된다.
이에 본 발명은 상기한 문제점을 해소시키기 위하여 개발된 것으로, 분리 격벽 물질로 포토 레지스트나 폴로이미드와 같은 유기물 대신 SiOx나 SiNx와 같은 무기물을 이용함으로써 소자의 수명 단축을 최소화하고, 또한 절연막 대신 무기물의 초박막 버퍼층을 사용함으로써 표면 누설 전류를 감소시켜 소자의 발광 효율을 증대시키도록 하는 유기 전계 발광 표시 소자의 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 일반적인 유기 전계 발광 표시 소자를 도시한 도면이고,
도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 따른 유기 전계 발광 표시 소자를 제조하기 위한 방법을 순서대로 도시한 공정 순서도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
20 : 기판 21 : 양극 전극
22 : 제 1 무기 박막 23 : 제 2 무기 박막
24 : 제 3 무기 박막 25 : 포토 레지스트
26 : 버퍼 층(buffer layer) 27 : 활성층
28 : 음극 전극
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 본 발명은 도 2a에 도시된 바와 같이, 기판(20) 상부에 전극용 물질을 도포하고 스트라이프(stripe) 형태로 패터닝하여 양극 전극(21)을 형성하는데, 이 때, 상기 기판은 글래스(glass)나 쿼츠 유리 또는 투명 플라스틱 수지 중에서 선택된 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 전극용 물질은 일 함수가 큰 금속이나 합금, 또는 전기전도성 화합물 및 그 혼합물을 사용하는 것이 바람직하고, 구체적으로는 인듐 주석산화물(ITO), 인듐동, 주석, 산화아연, 금, 백금, 팔라듐 중에서 선택된 어느 하나를 사용하거나 2종이상을 조합하여 사용한다.
또한, 상기 양극 전극(21)의 두께는 100 옹스트롬 ~ 10, 000옹스트롬 범위내의 값으로 하는 것이 바람직하고, 특히 100옹스트롬 ~ 2,000옹스트롬 범위 내의 값으로 하는 것이 가장 바람직하다.
다음, 기판(20) 상부에 양극 전극(21)이 형성되면, 형성된 양극 전극(21) 상부에 플라즈마 화학 기상 증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ; PECVD)을 이용해 에칭 비율이 서로 다른 3 중의 무기 박막을 적층한다.
즉, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 양극 전극(21) 상부에 기저층(基底層)인 제 1 무기 박막, 중간층(中間層)인 제 2 무기 박막, 상층(上層)인 제 3 무기 박막을 순차적으로 적층하는데, 이 때 상기 무기 박막들은 동일한 에천트(etchant)로 에칭이 가능한 것을 선택한다.
그리고, 무기 박막들의 적층 순서는 그 에칭 비율에 따라 결정되는데, 즉, 에칭 비율이 가장 높은 제 2 무기 박막(23)은 제 1 무기 박막(22)상부에 적층되도록 하고, 에칭 비율이 가장 낮은 제 1 무기 박막(22)은 양극 전극(21) 상부에 적층되도록 하며, 제 1 무기 박막(22)의 에칭 비율과 제 2 무기 박막(23)의 에칭 비율의 중간 값 정도를 가지는 제 3 무기 박막(24)은 제 2 무기 박막(23) 상부에 적층되도록 한다.
즉, 상기 양극 전극(21) 상부에 에칭 비율이 가장 낮은 제 1 무기 박막(22)이 적층되도록 하고, 적층된 제 1 무기 박막(22) 상부에 에칭 비율이 가장 높은 제2 무기 박막(23)이 적층되도록 하고, 적층된 제 2 무기 박막(23) 상부에 상기 제 1 무기 박막(22)보다는 에칭 비율이 높고, 상기 제 2 무기 박막(23)보다는 에칭 비율이 낮은 제 3 무기 박막(24)이 적층되도록 한다.
특히, 상기 제 1 무기 박막(22)과 제 2 무기 박막(23)에 사용되는 무기물은 SiOx(x= 1, 2, 3)를 사용하되, 상기 제 1 무기 박막(22)은 제 2 무기 박막(23)보다 상대적으로 에칭 비율이 낮은 SiOx(dense SiOx)를 사용하고, 상기 제 2 무기 박막(23)은 제 1 무기 박막(22)보다 상대적으로 에칭 비율이 높은 SiOx(porous SiOx)를 사용하며, 상기 제 3 무기 박막(24)은 SiNx(x = 1, 2, 3, 4...)를 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제 1 무기 박막(22)과 제 3 무기 박막(24)은 각기 그 두께가 200nm ~ 500nm 범위내의 값을 가지도록 하고, 상기 제 2 무기 박막(23)은 그 두께가 2㎛ ~ 4㎛ 범위내의 값을 가지도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 양극 전극(21) 상부에 제 1 무기 박막(22), 제 2 무기 박막(23), 제 3 무기박막(24)이 순차적으로 적층되면, 상기 제 3 무기 박막(24) 상부에 발광 픽셀 단위로 콘택트 홀이 형성되도록 포토 레지스트(photoresist)를 도포하고(도 2c) 소정의 에천트(etchant)를 이용해 제 1 무기 박막(22)까지 에칭시켜 분리 격벽을 형성한다(도 2d).
상기 에천트는 제 3 무기 박막(24)부터 제 1 무기 박막(22)까지 에칭시킬 수 있는 것을 사용하며, 예컨대 HF나 NH4F와 같은 BOE(Buffer Oxide Hydrofluoric)에천트를 사용한다.
한편, 상기 제 3 무기 박막(24)부터 제 1 무기 박막(22)까지의 에칭 과정은 우선 포토 레지스트가 도포되지 않은 제 3 무기박막(24)의 일부가 가장 먼저 에칭되고, 제 2 무기 박막(23)에 에천트가 도달되면 제 3 무기 박막(24)과 제 2 무기 박막(22)간의 에칭 비율 차이로 인해 상기 제 3 무기 박막(24)에서 언더컷(undercut)이 발생되고, 상기 제 2 무기 박막(23)은 가파른 기울기를 가지는 태퍼 각(Taper Angle)이 발생되고, 상기 제 1 무기박막(22)에 에천트가 도달되면 상기 제 2 무기 박막(23)과 제 1 무기 박막(22)간의 에칭 비율 차이로 인해 상기 제 1 무기 박막(22)은 제 2 무기 박막(23)보다 완만한 태퍼 각과 테일을 갖는 구조로 에칭이 되어, 도 2d에 도시된 바와 같은 분리 격벽이 형성되게 된다.
다음, 상기 양극 전극(21) 상부에 무기물의 분리 격벽이 형성되면, 포토 레지스트를 제거하고 상기 형성된 분리 격벽과, 양극 전극 상부에 각기 무기물의 버퍼 층(buffer layer)(26)을 형성한다(도 2f).
이 때, 상기 버퍼 층(buffer layer)(26) 형성 직전에 양극 전극 표면에 잔존하는 유기물에 의한 오염을 제거하고, 소자의 구동 전압을 낮추기 위해 O2 플라즈마 처리를 하는 것이 바람직하다.
그 다음, O2플라즈마 처리가 완료되면, 스퍼터(sputter)나 플라즈마 화학 기상 증착법(PECVD)을 이용해 버퍼 층(26)을 형성하는데, 재질로는 SiOx, SiO2, SiOxNy, Si3N4, SiNx 중에서 선택된 어느 하나를 사용하며, 두께는 0.5nm ~ 3nm 범위 내의 값을 가지도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 무기물로 형성된 분리 격벽과 양극 전극(21) 상부에 버퍼 층(26)이 형성되면, 형성된 버퍼 층(26)과 양극 전극(21) 상부에 활성층(27)과 캐소드인 음극 전극(28)을 순차적으로 형성한다.
즉, 무기물의 분리 격벽과 양극 전극(21) 상부에 버퍼 층(26)이 형성되면, 형성된 버퍼 층(26)과 양극 전극(21) 상부에 전자 주입층, 전자 수송층, 발광층, 및 정공 수송층, 정공 주입층을 순차적으로 적층시켜 활성층(27)을 형성하고, 형성한 활성층(27) 상부에 음극 전극용 물질을 도포하고 패터닝하여 캐소드인 음극 전극(28)을 형성한다.
이 때, 상기 음극 전극용 물질은 일 함수가 작은 금속, 합금, 전기전도성 화합물 또는 그 혼합물을 사용하는 것이 바람직하고, 구체적으로는 알루미늄, 인듐, 리튬, 나트륨 중에서 선택된 어느 하나 또는 2종 이상을 조합하여 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 음극전극(28)의 두께는 100옹스트롬 ~ 10, 000옹스트롬 범위내의 값으로 하는 것이 바람직하고, 특히 100옹스트롬 ~ 2,000옹스트롬 범위내의 값으로 하는 것이 가장 바람직하다.
한편, 음극 전극(28)이 형성되고 나면, 외부의 물리적인 충격으로부터 보호하고 산소와 수분 등의 침투를 방지하기 위해, 상기 음극 전극(25) 상부에 플라즈마 화학 기상 증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ; PECVD)을 통해 플라즈마상에서 패시베이션의 기능을 수행하는 박막을 형성하거나, 또는 유리나 SUS캔 등을 이용해 보호막을 형성한다.
즉, 상기 활성층(27) 상부에 음극 전극(28)이 형성되면, 형성된 음극 전극을 포함한 소자 전체를 유리 또는 SUS 캔의 캡슐(Encapsulation)과 같은 보호막으로 감싸고, 보호막과 양극 전극 사이에 접착제를 빈틈없이 개재하여 그 보호막을 양극 전극과 접착시키며, 캡슐 내부에는 질소 또는 아르곤과 같은 불활성 가스를 일정한 압력으로 충진시켜, 유기 EL 소자를 외부의 물리적인 충격으로부터 보호하고 산소와 수분 등의 침투를 방지하도록 한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 유기 전계 발광 표시 소자 및 그 제조 방법은, 분리 격벽 물질로 포토 레지스트나 폴로이미드와 같은 유기물 대신 SiOx나, SiNx와 같은 무기물을 이용함으로써 유기물로 분리 격벽을 형성했을 때 발생하는 아웃가싱으로 인한 소자의 수명 단축을 최소화하고, 또한 절연막 대신 무기물의 초박막 버퍼층을 사용함으로써 양극 전극과 정공 주입층과의 계면에서 발생하는 금속이온의 확산을 방지하고, 양극 전극 표면에서의 표면 누설 전류를 방지하여 소자의 발광 효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 기재된 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
Claims (8)
- 기판 상부에 양극 전극을 형성하고;상기 양극 전극 상부에 에칭 비율(etching rate)이 서로 다른 제 1 무기 박막, 제 2 무기 박막, 제 3 무기 박막을 순차적으로 적층하고 발광 픽셀마다 콘택트 홀이 형성되도록 상기 제 3 무기 박막부터 제 1 무기 박막까지 식각하여 분리 격벽을 형성하고;상기 분리 격벽과, 양극 전극 상부의 전면에 버퍼 층(buffer layer)을 형성하고;상기 버퍼 층 상부에 활성층과 음극 전극을 순차적으로 증착하여 이루어지는, 유기 전계 발광 표시 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 양극 전극 상부에 순차적으로 적층하는 무기 박막은;에칭 비율(etching rate)이 상기 제 2 무기 박막이 가장 높고, 상기 제 1 무기 박막이 가장 낮은 것을 특징으로 하는, 유기 전계 발광 표시 소자.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제 1 무기 박막과 제 2 무기 박막은;SiOx(x = 1, 2, 3...)이고,상기 제 3 무기 박막은;SiNx(x = 1, 2, 3...)인 것을 특징으로 하는, 유기 전계 발광 표시 소자.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 1 무기 박막과 제 3 무기 박막은;두께가 200nm ~ 500nm이고,상기 제 2 무기 박막은;두께가 2㎛ ~ 5㎛인 것을 특징으로 하는, 유기 전계 발광 표시 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 버퍼 층(buffer layer)은;SiOx, SiO2, SiOxNy, Si3N4, SiNx 중에서 어느 하나를 사용해 형성된 것을 특징으로 하는, 유기 전계 발광 표시 소자.
- 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 버퍼 층(buffer layer)은;두께가 500㎛ ~ 3,000㎛인 것을 특징으로 하는, 유기 전계 발광 표시 소자.
- 기판 상부에 양극 전극을 형성하는 제 1 단계;상기 제 1 단계에서 형성한 양극 전극 상부에 에칭 비율(etching rate)이 서로 다른 제 1 무기 박막, 제2 무기 박막, 제 3 무기 박막을 순차적으로 적층하는제 2 단계;상기 제 2 단계에서 적층한 제 3 무기박막 상부에 발광 픽셀마다 콘택트 홀(contact hole)이 형성되도록 포토 레지스트를 도포하고 제 1 무기 박막까지 식각하여 분리 격벽을 형성하는 제 3 단계;상기 제 3 단계에서 형성한 분리 격벽과 상기 제 1 단계에서 형성한 양극 전극 상부에 버퍼 층(buffer layer)을 형성하는 제 4 단계;상기 제 4 단계에서 형성한 버퍼 층 상부에 활성층과 음극 전극을 순차적으로 증착하는 제 5 단계로 이루어지는, 유기 전계 발광 표시 소자의 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 양극 전극 상부에 순차적으로 적층하는 무기 박막은;에칭 비율(etching rate)이 상기 제 2 무기 박막이 가장 높고, 상기 제 1 무기 박막이 가장 낮은 것을 특징으로 하는, 유기 전계 발광 표시 소자의 제조 방법.
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