KR20040054830A - 유기전계발광소자 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 유기전계발광소자의 제조방법은, 다수의 박막트랜지스터가 형성된 기판 상에 화소전극으로서의 양극이 다수 형성되는 단계와, 상기 다수의 양극이 분리되도록 상기 기판 위에 뱅크가 형성되는 단계와, 상기 뱅크 내부에 유기 발광층이 주입되고, 그 위에 대향전극으로서의 음극이 더 형성되는 단계가 포함되고, 상기 각각의 양극과 음극 사이에 마련되는 각각의 영역이 하나의 화소 픽셀을 이루며, 상기 뱅크는 상기 픽셀부가 음각을 이루도록 상기 픽셀의 양 끝단에 대해서도 같은 높이의 뱅크가 형성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 유기 발광물질의 코팅두께 및 코팅 균일도를 향상시킴으로써 유기 EL 소자의 발광 특성을 향상시키는 장점이 있다.

Description

유기전계발광소자 및 제조방법{Organic Electro luminescence Device and fabrication method of thereof}

본 발명은 유기전계발광소자에 관한 것으로, 특히 픽셀간의 분리를 위한 뱅크가 형성될 때 상기 픽셀의 양 끝단에도 상기 뱅크가 형성되는 유기전계발광소자 및 제조방법에 관한 것이다.

최근 표시장치의 대형화에 따라 공간 점유가 적은 평면표시소자의 요구가 증대되고 있는데, 이러한 평면표시소자 중 하나로서 유기전계발광소자(Organic Electro luminescence Device : 이하 '유기 EL 소자')의 기술이 빠른 속도로 발전하고 있으며, 이미 여러 시제품들이 발표된 바 있다.

상기 유기 EL 소자는 ITO와 같은 투명전극인 양극과 일함수가 낮은 금속(Ca, Li, Al : Li, Mg : Ag 등)을 사용한 음극 사이에 유기막층이 있는 구조로 구성 되어 있으며, 이와 같은 유기 EL 소자에 순방향의 전압을 가하면 양극과 음극에서 각각 정공과 전자가 주입되며, 주입된 정공과 전자는 결합하여 엑시톤(exciton)을 형성하고, 상기 엑시톤이 발광 재결합(radiative recombination)을 하게 되는데 이를 전기발광 현상이라 한다.

여기서, 상기 유기막층의 재료는 저분자 또는 고분자 물질로 구분할 수 있으며 저분자 물질은 진공 증착법을 사용하고, 고분자 물질은 스핀 코팅 방법으로 기판 상에 박막을 형성하며, 낮은 전압에서 소자를 동작시키기 위해 유기막층의 두께는 약 1000Å 정도로 매우 얇게 제작하는데, 박막이 균일하며 핀 홀(pin hole)과 같은 결함이 없어야 한다.

또한, 이러한 상기 유기막층은 단일 물질로 제작할 수 있으나, 일반적으로 여러 유기물질의 다층 구조를 주로 사용한다. 유기 EL 소자를 다층 박막 구조로 제작하는 이유는 유기 물질의 경우 정공과 전자의 이동도가 크게 차이가 나므로 정공 전달층(HTL)과 전자 전달층(ETL)을 사용하면 정공과 전자가 유기 발광층(EML)으로 효과적으로 전달될 수 있기 때문이다. 이렇게 하여 상기 유기 발광층에서 정공과 전자의 밀도가 균형을 이루도록 하면 발광 효율이 높아지게 된다.

또한, 경우에 따라서는 양극과 정공 전달층 상에 전도성 고분자 또는 Cu-Pc 등의 정공 주입층(HIL)을 추가로 삽입하여 정공 주입의 에너지 장벽을 낮추며, 더 나아가 음극과 전자 전달층 사이에 LiF 등의 약 5 ~ 10Å 정도의 얇은 완충층(전자 주입층(EIL))을 추가하여 전자 주입의 에너지 장벽을 줄여서 발광 효율을 증가시키고 구동 전압을 낮춘다.

상기 유기 EL 소자에서 양 전극 사이에 삽입되는 유기막층에 사용되는 유기 물질은 합성경로가 간단하여 다양한 형태의 물질 합성이 용이하고 칼라 튜닝(color tuning)이 가능한 장점을 가지고 있으며, 이는 저분자 물질와 고분자 물질로 나뉘어진다.

이 때 상기 저분자 물질을 유기막층으로 사용할 경우는 낮은 구동 전압과 100nm에 가까운 얇은 박막 소재로서 장점 및 고해상도와 천연색을 구현하는데 우수성을 보이며, 반면에 고분자 물질을 유기막층으로 사용할 경우에는 열 안전성 및 낮은 구동 전압, 큰 면적을 싸게 제조할 수 있고, 휘어질 수 있는 특성과 일차원 고분자 사슬을 정렬하여 편광된 빛을 내고, on-off speed가 빠르다는 장점을 갖는다.

또한, 일반적으로 유기 EL 소자는 그 구조 및 구동방법에 따라 크게 수동 매트릭스(passive matrix)형 유기 EL 소자 및 액티브 매트릭스(active matrix)형 유기 EL 소자로 나뉘어 진다. 수동 매트릭스형 유기 EL 소자는 액티브 매트릭스형 유기 EL 소자에 비해 제작이 용이하고 구동방법이 간단하다는 장점을 갖고 있으나, 전력소모가 크고 스캔 라인(scan line)의 수가 늘어날수록 구동이 어려워진다는 단점이 있고, 이에 반해 능동 매트릭스형 유기 EL 소자는 수동 매트릭스형 유기 EL 소자의 구성과는 달리 다수의 화소영역 마다 박막트랜지스터(thin film transistor : TFT)가 포함되어, 상기 다수의 화소영역을 독립적으로 구동할 수 있도록 하므로 정교한 소자를 만드는 경우 효율적이라는 장점이 있다.

도 1은 종래의 액티브 매트릭스형 유기 EL 소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 액티브 매트릭스형 유기 EL 소자는 기판(10)상에 정의된 다수의 화소영역(P)마다 박막트랜지스터(T)가 각각 포함된 형태로 이루어진다.

상기 박막트랜지스터(T)는 액티브층(15)과 게이트 전극(12)과 소스/ 드레인 전극(14, 16)으로 구성되며, 상기 소스 전극(14) 및 드레인 전극(16) 사이에 상기 액티브층(15)이 구성된다.

상기 화소영역(P)은 상기 드레인 전극(16)과 접촉하고, 유기막(22)에 정공을 주입하는 양극(20)과, 상기 양극(20)의 상부에 구성되는 다층 또는 단층의 유기막층(22)과, 상기 유기막(22)의 상부에 전자를 주입하는 음극(24)이 구성된다.

상기 유기막(22)이 다층으로 구성될 경우에는 앞서 설명한 바와 같이 상기 유기막에 정공주입/ 수송층 등이 포함될 수 있다.

여기서, 상기 화소영역(P)은 각각 매트릭스 형태로 배열되어 있으며, 각각의 화소영역은 뱅크(bank)(26)에 의해 서로 분리 형성된다.

즉, 상기 유기 EL 소자는 상기 다수의 박막트랜지스터(T)가 형성된 기판(10) 상에 상기 화소전극으로서의 양극(20)이 형성되고, 각 화소전극(20) 사이에 상기 뱅크(26)가 격자 형상으로 형성되며, 그들의 격자 형상 오목부 내에 정공 주입층이 형성되고, 스트라이프 배열 등과 같은 소정의 배열로 되도록 적색 발광층, 녹색 발광층 및 청색 발광층(22)이 상기 각 격자 형상 오목부 내에 형성되고, 그 위에 대향전극으로서의 음극(24)이 더 형성됨으로써 이루어 진다. 단, 상기 발광층(22)이 고분자 유기발광물질인 경우에는 상기 정공 주입층이 형성되지 않을 수 있으며, 이 경우 일반적으로 상기 발광층(22)을 상기 뱅크(26) 내에 형성하는 방법으로는 노즐 코팅 방식 등이 이용된다.

또한, 상기 각 화소전극으로서의 양극(20)과 상기 대향전극으로서의 음극(24) 사이에 마련되는 각각의 영역이 하나의 화소 픽셀(28)이 되고, 적색, 녹색, 청색 3색의 화소 픽셀이 하나의 유닛으로 되어 하나의 화소를 형성한다. 이와 같은 유기 EL 소자는 상기 각 화소 픽셀(28)을 흐르는 전류를 제어함으로써, 복수의 화소 픽셀 중 희망하는 것을 선택적으로 발광시키고, 이에 따라 희망하는 풀 컬러 이미지를 표시할 수 있는 것이다.

도 2는 도 1에 도시된 종래의 유기 EL 소자에 있어서의 뱅크 형태를 나타내는 평면도(a) 및 사시도(b)이다. 단, 도 2a 및 도 2b는 종래의 유기 EL 소자에 있어서 상기 각 픽셀의 양 끝단부를 도시한 것이다.

도 1에서 설명한 바와 같이 상기 뱅크(26)는 각각의 픽셀(28)을 분리하는 역할을 하는 것으로 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 종래 구조의 뱅크(26)는 각 픽셀(28)의 끝단부에 대해서는 개방되어 있는 형태이다.

이와 같이 종래 구조의 뱅크(26)가 형성된 기판에 노즐 코팅 방식을 통해 유기 발광물질을 도포하게 되면, 코팅 두께를 높이기 위하여 상기 유기 발광물질의 토출량을 증가시켰을 때, 픽셀(28)의 양 끝단에서 인접한 옆 픽셀(28)로 코팅 용액, 즉 유기 발광물질이 넘칠 수 있다.

이에 따라 결국 상기 유기 발광물질의 토출량을 증가시킬 수 없어 코팅두께에도 한계가 있으며, 이는 노즐 코팅으로 유기 EL 소자를 제작하는데 큰 문제점이 된다.

본 발명은 각 픽셀간의 분리를 위해 형성된 뱅크에 있어 상기 픽셀 양 끝단에 대해서도 뱅크를 형성함으로써, 상기 픽셀 끝단에서 코팅용액이 인접한 다른 픽셀로 넘치는 것을 막이 전체 코팅 높이를 높이며 코팅성을 높이게 하는 유기전계발광소자 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 액티브 매트릭스형 유기 EL 소자를 개략적으로 도시한 단면도.

도 2는 도 1에 도시된 종래의 유기 EL 소자에 있어서의 뱅크 형태를 나타내는 평면도(a) 및 사시도(b).

도 3은 본 발명에 의한 유기 EL 소자에 있어서의 뱅크 형태를 나타내는 평면도(a) 및 사시도(b).

도 4는 본 발명에 의한 유기 EL 소자의 제조공정을 순차적으로 도시한 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 기판 12 : 게이트 전극

14 : 소스 전극 15 : 액티브층

16 : 드레인 전극 20 : 화소전극(양극)

22 : 발광층 24 : 대향전극(음극)

26, 26' : 뱅크(bank) 28 : 픽셀

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 유기전계발광소자는, 다수의박막트랜지스터가 형성된 기판 상에 화소전극으로서의 양극이 다수 형성되고, 상기 다수의 양극이 분리되도록 상기 기판 위에 뱅크가 형성되며, 상기 뱅크의 내측면에 유기 발광층이 주입되고, 그 위에 대향전극으로서의 음극이 더 형성되며, 상기 각각의 양극과 음극 사이에 마련되는 각각의 영역이 하나의 화소 픽셀을 이루며, 이 때 상기 뱅크는 상기 픽셀부가 음각을 이루도록 상기 픽셀의 양 끝단에 대해서도 같은 높이의 뱅크가 형성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 유기 발광층을 이루는 물질이 고분자 유기 발광물질임을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 유기전계발광소자의 제조방법은, 다수의 박막트랜지스터가 형성된 기판 상에 화소전극으로서의 양극이 다수 형성되는 단계와, 상기 다수의 양극이 분리되도록 상기 기판 위에 뱅크가 형성되는 단계와, 상기 뱅크 내부에 유기 발광층이 주입되고, 그 위에 대향전극으로서의 음극이 더 형성되는 단계가 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 각각의 양극과 음극 사이에 마련되는 각각의 영역이 하나의 화소 픽셀을 이루며, 상기 뱅크는 상기 픽셀부가 음각을 이루도록 상기 픽셀의 양 끝단에 대해서도 같은 높이의 뱅크가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유기 발광층을 이루는 물질이 고분자 유기 발광물질이며, 이는 노즐 코팅 방식에 의해 형성됨을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 유기 발광물질의 코팅두께 및 코팅 균일도를 향상시킴으로써 유기 EL 소자의 발광 특성을 향상시키는 장점이 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하도록 한다.

본 발명에 의한 유기 EL 소자 또한 도 1에 도시된 종래의 유기 EL 소자와 그 구성이 유사하며, 이에 따라 다수의 박막트랜지스터(T)가 형성된 기판(10) 상에 상기 화소전극으로서의 양극(20)이 형성되고, 각 화소전극(20) 사이에 상기 뱅크(26)가 형성되며, 상기 뱅크(26)의 내측면에 정공 주입층이 형성되고, 스트라이프 배열 등과 같은 소정의 배열로 되도록 적색 발광층, 녹색 발광층 및 청색 발광층이 상기 뱅크(26)의 내측면에 형성되고, 그 위에 대향전극으로서의 음극(28)이 더 형성됨으로써 이루어 진다.

여기서, 상기 발광층(22) 즉, 고분자 유기 발광물질을 상기 뱅크(26)의 내측면에 형성하는 방법으로는 노즐 코팅 방식 등이 이용된다. 이 때 상기 뱅크(26)는 각각의 화소전극(20)을 서로 분리 형성되게 하기 위해 형성되는 것이다.

또한, 상기 각 화소전극으로서의 양극(20)과 상기 대향전극으로서의 음극(24) 사이에 마련되는 각각의 영역이 하나의 화소 픽셀(28)이 되고, 적색, 녹색, 청색 3색의 화소 픽셀(28)이 하나의 유닛으로 되어 하나의 화소를 형성한다. 이와 같은 유기 EL 소자는 상기 각 화소 픽셀을 흐르는 전류를 제어함으로써, 복수의 화소 픽셀 중 희망하는 것을 선택적으로 발광시키고, 이에 따라 희망하는 풀 컬러 이미지를 표시할 수 있는 것이다.

이와 같은 본 발명에 의한 유기 EL 소자가 종래의 유기 EL 소자와 구별되는 점은 상기 뱅크의 형태가 기존의 경우와 상이하다는 점이다.

즉, 종래의 격자형으로 형성된 뱅크의 경우 상기 뱅크의 오목부 내에 노즐 코팅 방식을 통해 유기 발광물질을 도포하게 되면, 코팅 두께를 높이기 위하여 상기 유기 발광물질의 토출량을 증가시켰을 때, 픽셀의 양 끝단에서 인접한 옆 픽셀로 코팅 용액, 즉 유기 발광물질이 넘치게 되나, 본 발명에 의한 뱅크는 상기 픽셀부가 음각을 이루도록 상기 픽셀의 양 끝단에 대해서도 같은 높이의 뱅크가 형성되므로 상기와 같은 문제점을 극복하게 되는 것이다. 본 발명에 의한 뱅크의 형태는 도 3을 통해 상세히 설명하도록 한다.

도 3은 발명에 의한 유기 EL 소자에 있어서의 뱅크 형태를 나타내는 평면도(a) 및 사시도(b)이다. 단, 도 3a 및 도 3b는 본 발명에 의한 유기 EL 소자에 있어서 상기 각 픽셀의 양 끝단부를 도시한 것이다.

상기 뱅크(26')는 각각의 픽셀(28)을 분리하는 역할을 하는 것으로 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명에 의한 뱅크(26')는 픽셀부(28)가 음각을 이루도록 상기 픽셀(28)의 양 끝단에 대해서도 같은 높이의 뱅크가 형성되어 있는 형태를 이루고 있다.

이와 같이 본 발명에 의한 구조의 뱅크(26')가 형성된 기판에 노즐 코팅 방식을 통해 유기 발광물질을 도포하게 되면, 코팅 두께를 높이기 위하여 상기 유기 발광물질의 토출량을 증가시켰을 때도, 픽셀(28)의 양 끝단에서 인접한 옆 픽셀(28)로 코팅 용액, 즉 유기 발광물질이 넘치지 않게 된다.

즉, 노즐 코팅에 의해 유기 발광층을 형성할 경우 고분자 유기 발광물질을 각 발광색(적색, 녹색, 청색) 별로 도포하게 되는데, 본 발명의 뱅크(26') 내측면에 상기 고분자 유기 발광물질을 도포하는 경우에는 픽셀(28)의 양 끝단에도 같은 높이의 뱅크(26')가 형성되어 있으므로 다른 발광색이 도포 되어야 하는 인접한 옆 픽셀(28)로 상기 유기 발광물질이 넘치지 않게 되는 것이다.

도 4는 본 발명에 의한 유기 EL 소자의 제조공정을 순차적으로 도시한 단면도이다.

먼저 도 4a를 참조하면, 기판(10)의 표면에 박막트랜지스터(T)를 형성하고, 상기 박막트랜지스터(T)와 접속되는 화소전극으로서의 양극(20)을 더 형성한다. 이 때 상기 화소전극(20)의 재료로는 ITO(Indium Tin Oxide), 산화 주석, 산화 인듐과 산화 아연의 복합 산화물 등을 이용할 수 있다.

또한, 상기 박막트랜지스터(T)는 액티브층(15)과 게이트 전극(12)과 소스/ 드레인 전극(14, 16)으로 구성되며, 상기 소스 전극(14) 및 드레인 전극(16) 사이에 상기 액티브층(15)이 구성되며, 상기 화소전극(20)은 상기 드레인 전극(16)과 접촉된다.

다음으로 상기 화소전극(20) 상에 뱅크(bank)(26')가 형성된다. 상기 뱅크(26')는 상기 각각의 화소전극(20)이 서로 분리되게 하기 위해 형성되는 것으로 이는 패터닝 방법, 즉 포토리소그래피법을 이용하여 형성될 수 있다. 이러한 상기 뱅크(26')의 형성에 의해 계조의 향상, 발광 재료의 혼색 방지, 픽셀과 픽셀 사이에서의 광누설 등을 방지할 수 있다. 상기 뱅크(26')의 재료로서는 유기 EL 재료의 용매에 대해 내구성을 갖는 것이면, 특별히 한정되지 않지만, 플루오르화 탄소 플라즈마 처리에 의해 불소 처리할 수 있는 것, 예컨데 아크릴 수지, 에폭시, 감광성 폴리이미드 등과 같은 유기 재료가 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서의 상기 뱅크(26')는 도 3을 통해 설명한 것과 같이 상기 유기 발광물질이 도포되는 영역이 사방으로 막히도록 즉, 픽셀(28)의 양 끝단에 대해서도 같은 높이의 뱅크가 형성되어 있다.

이에 의해 종래의 구조에 의한 뱅크 형성시 문제되던 도포되는 상기 유기 발광물질의 토출량을 증가시켰을 경우에도 픽셀(28)의 양 끝단에서 인접한 옆 픽셀로 코팅 용액, 즉 유기 발광물질이 넘치지 않게 된다.

여기서, 상기 픽셀(28)이란 상기 각 화소전극으로서의 양극(20)과 상기 대향전극으로서의 음극 사이에 마련되는 각각의 영역을 말한다.

다음으로 도 4b는 상기 뱅크(26')의 내측면에 정공 주입층용 유기물질을 도포하게 된다. 단, 발광층 물질이 고분자 유기 발광물질인 경우에는 상기 정공 주입층용 유기물질이 도포되지 않을 수 있다.

이와 같이 정공 주입층용 유기물질이 상기 뱅크(26')의 내측면에 도포되면, 다음으로 발광층(22)이 상기 뱅크(26')의 내측면에 도포되어 형성된다. 이는 노즐 코팅 방식에 의해 각각의 발광색 별로 도포되며, 먼저 붉은 색의 유기발광 물질이 도포되는 경우에는 청색 및 녹색이 도포되어야 하는 뱅크 영역을 제외한 부분에 도포되고, 그 다음 녹색, 청색의 유기 발광물질이 각 뱅크 영역 내에 도포된다.

마지막으로는 대향전극으로서의 음극(24)이 형성됨으로써 본 발명에 의한 유기 EL 소자가 형성된다. 상기 대향전극(24)은 그것이 면 전극인 경우에는 예컨데, Mg, Ag, Al, Li 등을 재료로서, 증착법, 스퍼터링법 등과 같은 성막법을 이용하여형성할 수 있다. 또한, 상기 대향전극이 스트라이프 형상 전극인 경우에는 성막된 전극층을 포토리소그래피법 등과 같은 패터닝 방법을 이용하여 형성할 수 있다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 의한 유기전계발광소자 및 그 제조방법에 의하면, 유기 발광물질의 코팅두께 및 코팅 균일도를 향상시킴으로써 유기 EL 소자의 발광 특성을 향상시키는 장점이 있다.

Claims (5)

1. 다수의 박막트랜지스터가 형성된 기판 상에 화소전극으로서의 양극이 다수 형성되고, 상기 다수의 양극이 분리되도록 상기 기판 위에 뱅크가 형성되며, 상기 뱅크의 내측면에 유기 발광층이 주입되고, 그 위에 대향전극으로서의 음극이 더 형성되며, 상기 각각의 양극과 음극 사이에 마련되는 각각의 영역이 하나의 화소 픽셀을 이루며, 이 때 상기 뱅크는 상기 픽셀부가 음각을 이루도록 상기 픽셀의 양 끝단에 대해서도 같은 높이의 뱅크가 형성됨을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 유기 발광층을 이루는 물질이 고분자 유기 발광물질임을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
3. 다수의 박막트랜지스터가 형성된 기판 상에 화소전극으로서의 양극이 다수 형성되는 단계와,

   상기 다수의 양극이 분리되도록 상기 기판 위에 뱅크가 형성되며, 상기 뱅크는 픽셀부가 음각을 이루도록 픽셀의 양 끝단에 대해서도 같은 높이로 형성되는 단계와,

   상기 뱅크 내부에 유기 발광층이 주입되고, 그 위에 대향전극으로서의 음극이 더 형성되는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자 제조방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 각각의 양극과 음극 사이에 마련되는 각각의 영역이 하나의 화소 픽셀을 이루는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자 제조방법.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 유기 발광층을 이루는 물질이 고분자 유기 발광물질이며, 노즐 코팅 방식에 의해 형성됨을 특징으로 하는 유기전계발광소자 제조방법.