KR20040092530A - 전자 발광 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전극과 절연막과의 단차를 줄여, 발광막의 패터닝 특성이 개선되고, 전극의 표면 거칠기를 줄여 소자의 특성을 향상시키기 위한 것으로, 제1전극과, 제2전극과, 상기 제1전극과 제2전극의 사이에 개재된 발광층과, 상기 제1전극을 구획하는 절연막을 구비한 전자 발광소자에 있어서, 상기 제1전극으로부터 돌출되어 있는 상기 절연막의 높이가 5000Å이하인 것을 특징으로 전자 발광소자에 관한 것이다.

Description

전자 발광 소자{Electro luminescence device}

본 발명은 전자 발광 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전극과 전극 사이의 절연막의 단차가 완화된 전자 발광 소자에 관한 것이다.

전자 발광 소자는 능동 발광형 표시 소자로서 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라 응답속도가 빠르다는 장점을 가지고 있어 차세대 표시 소자로서 주목을 받고 있다. 이러한 전자 발광 소자는 발광층을 형성하는 물질에 따라 무기 전자 발광 소자와 유기 전자 발광 소자로 구분되는데, 이 중 유기 전자 발광 소자는 무기 전자 발광 소자에 비해 휘도, 응답속도 등의 특성이 우수하고, 컬러 디스플레이가 가능하다는 점 등 다양한 장점을 가지고 있어 근래 연구가 활발히 진행중에 있다.

전자 발광 소자는 유리나 플라스틱과 같은 투명한 절연기판 상에 소정 패턴으로 양극을 형성하고, 이 양극 상으로 유기막 또는 무기막으로 발광층을 형성하며, 그 위로 상기 양극과 직교하도록 소정 패턴의 음극을 순차로 적층하여 형성한다.

이 때, 상기 유기막 또는 무기막은 하부로부터 홀 수송층, 발광층, 전자 수송층이 순차로 적층된 구조를 가지며, 상술한 바와 같이 발광층이 유기물질 또는 무기물질로 이루어진다.

상술한 바와 같이 구성된 전자 발광 소자의 양극 및 음극에 전압을 인가하면 양극으로부터 주입된 홀(hole)이 홀 수송층을 경유하여 발광층으로 이동되고, 전자는 음극으로부터 전자 수송층을 경유하여 발광층으로 주입된다. 이 발광층에서 전자와 홀이 재결합하여 여기자(exiton)를 생성하고, 이 여기자가 여기상태에서 기저상태로 변화됨에 따라, 발광층의 형광성 분자가 발광함으로써 화상이 형성된다.

이렇게 전자 발광 소자에 있어서는 발광층의 재료에 따라 유기 전자 발광 소자와 무기 전자 발광 소자로 구분되므로 이하에서는 유기 전자 발광 소자를 중심으로 설명한다.

종래의 유기 전자 발광 소자는 전술한 바와 같이, 소정 패턴의 양극 상에 유기막을 형성하고, 그 상부로 음극을 형성하는 데, 이 때, 풀칼라를 구현하기 위하여, 유기막 중 적어도 발광층(EML층)에 대해서는 소정의 패턴으로 형성한다. 이 발광층의 패턴은 다양한 방법으로 형성되는 데, 이에는 직접 마스크를 개재하여 증착하는 방법, 별도의 세퍼레이터를 사용하여 패터닝되도록 하는 방법, 잉크젯 인쇄법에 의한 패터닝, 레이저 전사법 등이 있다.

한편, 소정 패턴의 양극과 발광층을 포함하는 유기막의 사이에는 절연층이 개재되는 데, 이 절연층은 화소를 구획하기 위해 사용되기도 하며, 소정 패턴의 양극 에지(edge)부에서 양극의 단차로 인해 양극과 음극이 쇼트되는 현상을 방지하기 위해 사용된다.

도 1에는 종래의 수동 구동(Passive matrix: PM)방식의 유기 전자 발광 소자의 양극(2)과, 이 양극(2)의 소정 패턴으로 구획하는 내부 절연막(inter-insulator: 3)을 나타낸 것이다.

도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 패터닝된 양극(2) 사이에는 폴리 이미드나 아크릴 등의 절연성 소재에 의해 내부 절연막(3)이 형성된다. 이 내부 절연막(3)은 스핀 코팅에 의해 상기 양극(2)의 상부로 전면 형성된 후, 포토 리소그래피법 등 소정의 패터닝 방법에 의해 패터닝되는 데, 이렇게 패터닝함에 따라 내부 절연막은(3)은 도 1에서 볼 수 있듯이, 양극(2)으로부터 급한 단차를 이루며 높게 형성되어 있다. 통상 포토 리소그래피법에 의해 패터닝된 내부 절연막(3)은 양극(2) 표면으로부터 돌출된 높이(t1)가 대략 1㎛에 이르고, 양극(2) 상면으로 급격한 경사를 이루며 연결된다. (내부 절연막(3)과 양극(2)의 높이 차가 대략 1㎛ 인지, 내부 절연막(3)의 성막 두께가 1㎛인지 확인해 주시기 바랍니다.)

따라서, 이를 그대로 사용하게 되면, 발광층의 패터닝 특성에 악영향을 미치게 된다. 특히, 레이저 전사법에 의한 발광층을 형성할 때에는 발광층이 형성될 위치의 평탄도가 패터닝 특성을 좌우하게 된다. 즉, 양극(2)과 내부 절연막(3)의 높이차가 작을수록 패터닝 특성이 우수하게 되는 것이다.

또한, 이렇게 심한 단차는 내부 절연막(3)의 단차진 에지부에서의 성막 불량을 초래해 음극과 양극의 쇼트를 유발할 우려도 있다.

이를 위하여, 내부 절연막(3)을 가능한 한 낮은 높이로 형성하는 것이 바람직하나, 이를 500㎚ 이하의 얇은 두께로 균일하게 형성하기는 실제 곤란하다.

한편, 상기와 같이, 양극(2)을 패터닝한 후, 여기에 내부 절연막(3)을 형성하여 사용하게 되면, 양극(2)으로 사용되는 ITO 표면의 표면거칠기(roughness)로 인해 정류비를 나쁘게 하고, 암점(dark spot)을 유발하여 수명저하와 품질저하를 초래하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 전극과 절연막과의 단차를 줄여, 발광막의 패터닝 특성이 개선된 전자 발광소자를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 전극의 표면 거칠기를 줄여 소자의 특성을 향상시킬 수 있는 전자 발광소자를 제공하는 것이다.

도 1은 종래 유기 전자 발광 소자의 제 1 전극 상부로 내부 절연막이 형성된 상태를 나타내는 단면도.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수동 구동형 유기 전자 발광 소자를 나타내는 단면도.

도 3은 도 2의 Ⅰ에 대한 부분 확대 단면도.

도 4는 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른 능동 구동형 유기 전자 발광 소자를 나타내는 단면도.

도 5는 본 발명의 바람직한 또 다른 일 실시예에 따른 능동 구동형 유기 전자 발광 소자를 나타내는 단면도.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 제1전극과, 제2전극과, 상기 제1전극과 제2전극의 사이에 개재된 발광층과, 상기 제1전극을 구획하는 절연막을 구비한 전자 발광소자에 있어서, 상기 제1전극으로부터 돌출되어 있는 상기 절연막의 높이가 5000Å이하인 것을 특징으로 전자 발광소자를 제공한다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 절연막은 폴리 이미드 또는 아크릴로 구비될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 절연막은 화학적·기계적 평탄화법에 의해 평탄화될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제1전극은 ITO로 구비되고, 상기 ITO는 상기 화학적·기계적 평탄화법에 의해 평탄화될 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 구체적 실시예에 대해 보다 상세히 설명한다. 하기 설명될 본 발명의 바람직한 실시예들은 모두 유기 화합물을 발광층으로 사용하고 있는 유기 전자 발광 소자에 대한 것이며, 이하 설명될 본 발명에 따른 모든 기술적 사상은 발광층으로 무기 화합물을 사용하는 무기 전자 발광 소자에도 동일하게 적용될 수 있다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 유기 전자 발광 소자의 단면도이다. 도 2에 따른 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 유기 전자 발광 소자는 수동 구동(PM)방식의 유기 전자 발광소자이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 유기 전자 발광 소자는 글라스재나 플라스틱과 같은 투명소재의 절연기판(11) 상에 소정 두께의 버퍼층(12)이 형성되어 있고, 이 버퍼층(12)의 상부로 제1전극(13)이 형성되어 있다. 제1전극(13)의 상부로는 제1전극(13)을 구획하도록 층간 절연막(14)이 형성되며, 그 위로는 홀 수송층(16), 발광층(17) 및 전자 수송층(18) 등이 포함될 수 있는 유기막(15)이 더 형성될 수 있다. 물론 이러한 유기막(15)의 층상 구조는 설계 조건에 따라 다양하게 변경될 수 있음은 물론이다. 유기막(15)의 상부로는 상기 제1전극(13)과 극성이 반대되도록 제2전극(19)을 형성한다. 이하에서는 이러한 구조에 대해 보다 상세하게 설명한다.

상기 제1전극(13)은 투명한 전도성 소재인 ITO로 구비된 것으로, 양극이 될 수 있다. 이 제1전극(13)은 소정의 패턴으로 패터닝될 수 있는 데, 서로 소정 간격 이격된 라인상으로 패터닝될 수 있다. 그러나, 이러한 제1전극(13)의 패턴은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양하게 적용될 수 있음은 물론이고, 패터닝없이 전면에 형성되어 있는 통전극일 수도 있다.

상기와 같은 제1전극(13)의 각 라인 사이에는 층간 절연막(14)이 구비되어 있는 데, 이 층간 절연막(14)은 포토 레지스트나 폴리 이미드 또는 아크릴과 같은 유기 절연막으로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, SiO2와 같은 무기 절연막으로 형성될 수도 있음은 물론이다.

상기 층간 절연막(14)은 도 2에서 볼 수 있듯이, 제1전극(13)의 각 라인 사이에 구비되어 제1전극(13)을 구획하는 데, 이처럼 제1전극(13)의 라인 사이에 구비될 수도 있으나, 제1전극(13)의 상면으로 제1전극(13)을 소정 패턴으로 구획하도록 형성될 수도 있다. 또한, 제1전극(13)이 형성된 단부에만 형성될 수도 있음은 물론이다.

한편, 본 발명에 따른 상기 층간 절연막(14)은 도 3에서 볼 수 있듯이, 제1전극(13)으로부터 돌출된 높이(t2)가 5000Å이하가 되도록 한다. 이 때, 가능한 한 제1전극(13)의 표면에 가깝도록 형성하는 것이 바람직하다. 이렇게 층간 절연막(14)의 돌출 높이(t2)를 낮추면, 즉, 층간 절연막(14)과 제1전극(13)과의 단차를 줄이게 되면 후술하는 바와 같은 발광층의 패터닝 공정의 불량을 현저히 줄일 수 있고, 이에 따라 소자의 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 이렇게 층간 절연막(14)의 돌출 높이(t2)가 낮아짐과 동시에 이 층간 절연막(14)과 제1전극(13)의 상면이 이루는 경사도 급격히 완만하게 구비될 수 있다. 이에 따라 층간 절연막(14)의 상부에 적층되는 모든 층들이 보다 안정적으로 형성될 수 있다. 즉, 이 경우에는 후술하는 바와 같이 유기막(15)을 형성할 때에 제1전극(14)의 에지부분에서의 결함을 효과적으로 감소시킬 수 있으며, 특히, 레이저 전사법 등에 의해 발광층(17)을 형성할 경우 그 효과는 더욱 높게 된다.

이렇게 층간 절연막(14)의 돌출 높이(t2)를 낮추는 것은 화학적·기계적 평탄화법에 의해 가능한 데, 그 방법으로서 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면 CMP법을 사용한다. 이 때, 상기 CMP공정에서는 연마제가 포함된 산성 슬러리를 사용하여 층간 절연막(14)의 돌출 높이(t2)를 낮추는 데, 층간 절연막(14)의 돌출 높이(t2)가 낮아짐과 동시에 층간 절연막(14)의 제1전극(13)을 향한 경사도 완만하게형성될 수 있다.

또한, 상기 CMP 공정에서는 층간 절연막(14)과 함께 ITO로 이루어진 제1전극의 표면도 식각되어, 층간 절연막(14)의 두께가 낮아짐과 동시에 제1전극(13)도 그 두께가 낮아지게 된다. 그러나, 이 때, 층간 절연막(14)이 식각되는 속도가 제1전극(13)의 식각되는 속도보다 현저히 빠르기 때문에, CMP공정 시, 제1전극(13)은 그 표면이 다듬질되는 효과를 얻게 된다. 따라서, 이러한 층간 절연막(14)의 평탄화 공정과 동시에 이루어지는 제1전극(13)의 평탄화 공정에 의해 제1전극(13)의 상면에 잔존해 있던 유기물 등의 이물질이 제거되고, 제1전극(13)의 표면 거칠기도 향상되어 소자 품질을 향상시킬 수 있게 된다.

이러한 층간 절연막(14)의 상부로 유기막(15)이 형성되는 데, 이 유기막(15)은 홀 수송층(HTL: 16), 발광층(EML: 17), 전자 수송층(ETL: 18)으로 구비될 수 있다. 이 유기막(15)은 저분자 또는 고분자 유기막이 사용될 수 있으며, 그 적층 구조도 상술한 것 외에 다양하게 적용될 수 있다.

먼저, 저분자 유기막을 사용할 경우 홀 주입층(Hole Injection Layer), 홀 수송층(Hole Transport Layer), 발광층(Emission Layer), 전자 수송층(Electron Transport Layer), 전자 주입층(Electron Injection Layer) 등이 단일 혹은 복합의 구조로 적층되어 형성될 수 있으며, 사용 가능한 유기 재료도 구리 프탈로시아닌(CuPc: copper phthalocyanine), N,N-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐-벤지딘 (N,N'-Di(naphthalene-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine: NPB) , 트리스-8-하이드록시퀴놀린 알루미늄(tris-8-hydroxyquinoline aluminum)(Alq3) 등을 비롯해다양하게 적용 가능하다.

고분자 유기막의 경우에는 홀 수송층(HTL) 및 발광층(EML)으로 구비된 구조를 가질 수 있으며, 이 때, 상기 홀 수송층으로 PEDOT를 사용하고, 발광층으로 PPV(Poly-Phenylenevinylene)계 및 폴리플루오렌(Polyfluorene)계 등 고분자 유기물질을 사용할 수 있다.

이러한 유기막(15)에 있어서, 홀 수송층(16) 또는 전자 수송층(18)의 경우 대개 패터닝되지 않고 전면에 형성될 수 있으나, 발광층(17)의 경우 풀칼라를 구현하기 위해서는 소정의 색상별로 패터닝되어야 한다.

이러한 발광층(17)의 패터닝 방법으로 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 레이저 전사법을 사용할 수 있다. (저분자 유기막의 경우에도 레이저 전사법을 사용할 수 있는지 확인해 주시기 바랍니다.)

이렇게 레이저 전사법에 의해 발광층(17)의 패터닝을 행하게 되면, 전술한 바와 같이, 층간 절연막(14)의 돌출 높이(14)가 낮아지게 되므로, 패터닝 특성을 보다 좋게 할 수 있다.

상기와 같이 유기막(15)을 형성한 후에는 Al/Ca 등으로 제 2 전극(19)을 형성한다. 이 제2전극(19)은 캐소오드로서 사용될 수 있다.

그리고, 제2전극(19)의 상부는 글라스 또는 메탈 캡 등 밀봉부재에 의해 밀봉된다. 이러한 밀봉 구조는 외기로부터 내부의 유기막 등을 차단해줄 수 있는 어떠한 구조이건 무방하다.

도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 유기 전자 발광소자의 단면을 나타내는 것으로, 이는 능동 구동(Active Matrix: AM)형 유기 전자 발광소자의 일 예를 나타낸 것이다.

도 4에 나타난 바와 같이, 글라스재 또는 플라스틱과 같은 투명한 절연기판(21)에 버퍼층(22)이 형성되어 있고, 이 버퍼층(22) 상부로 반도체 활성층(23)이 형성된다. 이 반도체 활성층(23)은 비정질 실리콘 또는 다결정질 실리콘으로 형성된다.

반도체 활성층(23)의 상부로는 게이트 절연층(24)이 형성되고, 게이트 절연층(24)의 상부로는 캐패시터의 제 1 전극과 연결되어 TFT 온/오프 신호를 공급하는 게이트 전극(25)이 형성된다. 게이트 전극(25)의 상부로는 제1절연막(26)이 형성된다.

상기 제1절연막(26)의 상부로는 애노우드 역할을 하는 제1전극(31)이 형성되는 데, 이 때, 상기 제1전극(31)은 소정의 패턴으로 형성될 수 있다.

상기 제1전극(31)의 상부로는 제2절연막(27)이 형성되고, 그 상부로는 소스 전극(28) 및 드레인 전극(29)이 형성된다. 소스 전극(28)은 일단이 활성층(23)의 소스영역에 접속되고, 타단이 구동 라인과 접속되어 활성층(23)에 구동을 위한 기준전압(reference)를 공급하며, 드레인 전극(29)은 일단이 활성층(23)의 드레인 영역에 접속되고, 타단이 제1전극(31)에 접속되어 상기 구동 전원을 EL 소자에 공급한다.

이렇게 소스 및 드레인 전극(28)(29)을 형성한 후에는 평탄화막(30)을 형성한 후, 패터닝을 하여, 제1전극(31)의 소정 부분이 노출되도록 하고, 노출된 제1전극(31)의 위로 발광층을 포함하는 유기막(32) 및 캐소오드의 기능을 할 수 있는 제2전극(33)을 형성한다. 상기 제1 및 제2절연막(26)(27)은 SiNx 및 SiO2와 같은 무기 절연물질에 의해 형성되고, 상기 평탄화막(30)은 아크릴 등에 의해 형성될 수 있다.

한편, 상기와 같은 구조에 있어서도, 제 1 전극(31)으로부터 돌출된 절연막의 높이는 5000Å이하가 되도록 하는 것이 바람직한 데, 도 4에서 볼 수 있는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 제1전극(31)으로부터 돌출된 제2절연막(27) 및 평탄화막(30)의 높이(t3)는 5000Å이하가 되도록 할 수 있다.

이러한 높이의 조정은 평탄화막(30)에 대한 화학적·기계적 평탄화법에 의해 가능하며, 이 때, 동시에 제1전극(31)의 평탄화도 행해진다. 따라서, 전술한 바와 같이, 제2절연막(27) 및 평탄화막(30)의 돌출된 높이(t3)를 낮춤과 동시에 그 경사도 완만하게 하며, 제1전극(31)의 상부에 잔존하는 불순물이나 유기물을 제거하고, 제1전극(31) 상부면의 표면 거칠기를 개선할 수 있다.

이러한 AM형 유기 전자 발광 소자의 구조는 이 밖에도 다양하게 적용 가능한 데, 도 5에서 볼 수 있듯이, 평탄화막(50)을 형성한 후에 그 상부로 제1전극(51)을 형성하고, 그 상부로 제1전극(51)의 에지부와 중첩되도록 층간 절연막(54)을 형성할 수 있다. 물론 이 때에도 제1전극(51)으로부터 돌출된 층간 절연막(54)의 높이(t4)가 5000Å이하가 되도록 할 수 있으며, 그 단부의 경사가 완만하도록 할 수 있다. 이 밖에 다른 구조는 전술한 바와 동일하므로 설명은 생략한다.

본 발명이 적용될 수 있는 AM형 유기 전자 발광 소자의 구조는 이 밖에도 소자의 설계상 다양하게 적용될 수 있음은 물론이다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 제1전극의 상부로 돌출되는 절연막의 높이를 줄임으로써 제1전극의 상부로 형성될 발광층을 포함한 유기막의 적층 구조를 보다 안정하게 할 수 있고, 발광층의 패터닝 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.

둘째, 제1전극의 상부면으로 연장되는 절연막의 단부 경사를 완화시켜 그 상부로 적층되는 유기막이 끊어짐 없이 연결될 수 있도록 할 수 있고, 특히, 레이저 전사법에 의한 패터닝 공정 시 더욱 양호하게 패터닝할 수 있다.

셋째, 제1전극의 상부면을 평탄화함으로써 제1전극 상부면의 이물질을 제거하고, 표면 거칠기를 개선하여 암점(dark spot), 정류비 등의 문제를 개선할 수 있다.

본 명세서에서는 본 발명을 한정된 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 사상적 범위 내에서 다양한 실시예가 가능하다. 또한 설명되지는 않았으나, 균등한 수단도 또한 본 발명에 그대로 결합되는 것이라 할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (4)

1. 제1전극과, 제2전극과, 상기 제1전극과 제2전극의 사이에 개재된 발광층과,상기 제1전극을 구획하는 절연막을 구비한 전자 발광소자에 있어서,

   상기 제1전극으로부터 돌출되어 있는 상기 절연막의 높이가 5000Å이하인 것을 특징으로 전자 발광소자.
2. 제1항에 있어서,

   상기 절연막은 폴리 이미드 또는 아크릴로 구비된 것을 특징으로 하는 전자 발광소자.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 절연막은 화학적·기계적 평탄화법에 의해 평탄화된 것을 특징으로 하는 전자 발광소자.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제1전극은 ITO로 구비되고, 상기 ITO는 상기 화학적·기계적 평탄화법에 의해 평탄화되는 것을 특징으로 하는 전자 발광 소자.