KR20050051764A - 유기전계발광 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 유기전계발광 소자는, 화상이 구현되는 최소 단위 영역인 서브픽셀이 정의되어 있으며, 서로 일정간격 이격되어 대향되게 배치된 제 1, 2 기판과; 상기 제 1기판 내부면에 서브픽셀 단위로 형성된 박막트랜지스터를 가지는 어레이 소자와; 상기 제 2기판 내부면에 위치하며, 투광성을 가지는 금속물질로 이루어진 유기전계발광 다이오드 소자용 제 1전극과; 상기 제 1전극 하부에서 서브픽셀 단위 경계부에 위치하며, 절연물질로 이루어진 격벽과; 상기 격벽 내 서브픽셀 단위로 형성된 유기전계발광층 및 유기전계발광 다이오드 소자용 제 2전극과; 상기 제 1기판 또는 제 2판의 소정 영역에 구비되어 소자 내의 수분을 흡수하는 흡습제로서의 박막형 게터와; 상기 각 서브픽셀 별로 구비된 상기 박막트랜지스터와 상기 제 2전극을 전기적으로 연결시키는 전도성 스페이서가 포함됨을 특징으로 한다.

Description

유기전계발광 소자 및 그 제조방법{Organic Electro luminescence Device and fabrication method thereof}

본 발명은 유기전계발광 소자에 관한 것으로, 특히 듀얼 패널 타입의 유기전계발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

새로운 평판 디스플레이(FPD : Flat Panel Display) 중 하나인 유기전계발광 소자는 자체 발광형이기 때문에 액정표시장치에 비해 시야각, 콘트라스트 등이 우수하며 백라이트가 필요 없어 경량 박형이 가능하고, 소비전력 측면에서도 유리하다.

또한, 직류 저전압 구동이 가능하고 응답속도가 빠르며 전부 고체이기 때문에 외부충격에 강하고 사용온도범위도 넓으며 특히 제조비용 측면에서도 저렴한 장점을 가지고 있다.

특히, 상기 유기전계발광 소자의 제조공정에는, 액정표시장치나 PDP(Plasma Display Panel)와 달리 증착(deposition) 및 인캡슐레이션(encapsulation) 장비가 전부라고 할 수 있기 때문에, 공정이 매우 단순하다.

종래에는 이러한 유기전계발광 소자의 구동방식으로 별도의 스위칭 소자를 구비하지 않는 패시브 매트릭스형(passive matrix)이 주로 이용됐었다.

그러나, 상기 패시브 매트릭스 방식에서는 주사선(scan line)과 신호선(signal line)이 교차하면서 매트릭스 형태로 소자를 구성하므로, 각각의 픽셀을 구동하기 위하여 주사선을 시간에 따라 순차적으로 구동하므로, 요구되는 평균 휘도를 나타내기 위해서는 평균 휘도에 라인수를 곱한 것 만큼의 순간 휘도를 내야만 한다.

그러나, 액티브 매트릭스 방식에서는, 픽셀(pixel)을 온/오프(on/off)하는 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Thin Film Transistor)가 서브픽셀(sub pixel)별로 위치하고, 이 박막트랜지스터와 연결된 제 1 전극은 서브픽셀 단위로 온/오프되고, 이 제 1 전극과 대향하는 제 2 전극은 공통전극이 된다.

그리고, 상기 액티브 매트릭스 방식에서는 픽셀에 인가된 전압이 스토리지 캐패시터(C_ST ; storage capacitance)에 충전되어 있어, 그 다음 프레임(frame) 신호가 인가될 때까지 전원을 인가해 주도록 함으로써, 주사선 수에 관계없이 한 화면동안 계속해서 구동한다.

따라서, 액티브 매트릭스 방식에 의하면 낮은 전류를 인가하더라도 동일한 휘도를 나타내므로 저소비전력, 고정세, 대형화가 가능한 장점을 가진다.

이하, 이러한 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자의 기본적인 구조 및 동작특성에 대해서 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 일반적인 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자의 기본 픽셀 구조를 나타낸 도면이다.

도시한 바와 같이, 제 1 방향으로 주사선(2)이 형성되어 있고, 이 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 형성되며, 서로 일정간격 이격된 신호선(3) 및 전력공급 선(power supply line)(4)이 형성되어 있어, 하나의 서브픽셀 영역을 정의한다.

상기 주사선(2)과 신호선(3)의 교차지점에는 어드레싱 엘리먼트(addressing element)인 스위칭 박막트랜지스터(switching TFT)(5)가 형성되어 있고, 이 스위칭 박막트랜지스터(5) 및 전력공급선(4)과 연결되어 스토리지 캐패시터(C_ST)(6)가 형성되어 있으며, 이 스토리지 캐패시터(C_ST)(6) 및 전력공급선(4)과 연결되어, 전류원 엘리먼트(current source element)인 구동 박막트랜지스터(7)가 형성되어 있고, 이 구동 박막트랜지스터(7)와 연결되어 유기전계발광 다이오드(Electro luminescent Diode)(8)가 구성되어 있다.

이 유기전계발광 다이오드(8)는 유기발광물질에 순방향으로 전류를 공급하면, 정공 제공층인 양극(anode electrode)과 전자 제공층인 음극(cathode electrode)간의 P(positive)-N(negative) 접합(Junction)부분을 통해 전자와 정공이 이동하면서 서로 재결합하여, 상기 전자와 정공이 떨어져 있을 때보다 작은 에너지를 가지게 되므로, 이때 발생하는 에너지 차로 인해 빛을 방출하는 원리를 이용하는 것이다.

상기 유기전계발광 소자는 유기전계발광 다이오드에서 발광된 빛의 진행방향에 따라 상부 발광방식(top emission type)과 하부 발광방식(bottom emission type)으로 나뉜다.

이하, 도 2는 종래의 하부발광방식 유기전계발광 소자에 대한 개략적인 단면도로서, 적, 녹, 청 서브픽셀로 구성되는 하나의 픽셀 영역을 중심으로 도시하였다.

도시한 바와 같이, 제 1, 2 기판(10, 30)이 서로 대향되게 배치되어 있고, 제 1, 2 기판(10, 30)의 가장자리부는 씰패턴(40 ; seal pattern)에 의해 봉지되어 있는 구조에 있어서, 제 1 기판(10)의 투명 기판(1) 상부에는 서브 픽셀별로 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있고, 박막트랜지스터(T)와 연결되어 제 1 전극(12)이 형성되어 있고, 박막트랜지스터(T) 및 제 1 전극(12) 상부에는 박막트랜지스터(T)와 연결되어 제 1 전극(12)과 대응되게 배치되는 적(Red), 녹(Green), 청(Blue) 컬러를 띠는 발광물질을 포함하는 유기전계발광층(14)이 형성되어 있고, 유기전계발광층(14) 상부에는 제 2 전극(16)이 형성되어 있다.

상기 제 1, 2 전극(12, 16)은 유기전계발광층(14)에 전계를 인가해주는 역할을 한다.

그리고, 전술한 씰패턴(40)에 의해서 제 2 전극(16)과 제 2 기판(30) 사이는 일정간격 이격되어 있으며, 도면으로 제시하지는 않았지만, 제 2 기판(30)의 내부면에는 외부로부터 인입되는 수분을 흡수하는 흡습제(미도시) 및 흡습제와 제 2 기판(30)간의 접착을 위한 반투성 테이프(미도시)가 포함된다.

한 예로, 하부발광방식 구조에서 상기 제 1 전극(12)을 양극으로, 제 2 전극(16)을 음극으로 구성할 경우 제 1 전극(12)은 투명도전성 물질에서 선택되고, 제 2 전극(16)은 일함수가 낮은 금속물질에서 선택되며, 이런 조건 하에서 상기 유기전계발광층(14)은 제 1 전극(12)과 접하는 층에서부터 정공주입층(14a ; hole injection layer), 정공수송층(14b ; hole transporting layer), 발광층(14c ; emission layer), 전자수송층(14d ; electron transporting layer) 순서대로 적층된 구조를 이룬다.

이때, 상기 발광층(14c)은 서브픽셀별로 적, 녹, 청 컬러를 구현하는 발광물질이 차례대로 배치된 구조를 가진다.

도 3은 상기 도 2 하부발광방식 유기전계발광 소자의 하나의 서브픽셀 영역에 대한 확대 단면도이다.

도시한 바와 같이, 투명 기판(1) 상에는 반도체층(62), 게이트 전극(68), 소스 및 드레인 전극(80, 82)이 차례대로 형성되어 박막트랜지스터 영역을 이루고, 소스 및 드레인 전극(80, 82)에는 미도시한 전원공급 라인에서 형성된 파워 전극(72) 및 유기전계발광 다이오드(E)가 각각 연결되어 있다.

그리고, 상기 파워 전극(72)과 대응하는 하부에는 절연체가 개재된 상태로 캐패시터 전극(64)이 위치하여, 이들이 대응하는 영역은 스토리지 캐패시터 영역을 이룬다.

상기 유기전계발광 다이오드(E)이외의 박막트랜지스터 영역 및 스토리지 캐패시터 영역에 형성된 소자들은 어레이 소자(A)를 이룬다.

상기 유기전계발광 다이오드(E)는 유기전계발광층(14)이 개재된 상태로 서로 대향된 제 1 전극(12) 및 제 2 전극(16)으로 구성된다. 상기 유기전계발광 다이오드(E)는 자체발광된 빛을 외부로 방출시키는 발광 영역에 위치한다.

이와 같이, 기존의 유기전계발광 소자는 어레이 소자(A)와 유기전계발광 다이오드(E)가 동일 기판 상에 적층된 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하였다.

도 4는 종래의 유기전계발광 소자의 제조 공정에 대한 공정 흐름도이다.

st1은 제 1 기판 상에 어레이 소자를 형성하는 단계로서, 상기 제 1 기판은 투명 기판을 지칭하는 것으로, 제 1 기판 상에 주사선과, 주사선과 교차되며 서로 일정간격 이격되는 신호선 및 전력 공급선과, 주사선 및 신호선과 교차되는 지점에 형성되는 스위칭 박막트랜지스터 및 주사선 및 전력 공급선이 교차되는 지점에 형성되는 구동 박막트랜지스터를 포함하는 어레이 소자를 형성하는 단계를 포함한다.

st2는 유기전계발광 다이오드의 제 1 구성요소인 제 1 전극을 형성하는 단계로서, 제 1 전극은 구동 박막트랜지스터와 연결되어 서브픽셀별로 패턴화된다.

st3은 상기 제 1 전극 상부에 유기전계발광 다이오드의 제 2 구성요소인 유기전계발광층을 형성하는 단계로서, 상기 제 1 전극을 양극으로 구성하는 경우에, 상기 유기전계발광층은 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 순으로 적층구성될 수 있다.

st4에서는, 상기 유기전계발광층 상부에 유기전계발광 다이오드의 제 3 구성요소인 제 2 전극을 형성하는 단계로서, 상기 제 2 전극은 공통 전극으로 기판 전면에 형성된다.

st5에서는, 또 하나의 기판인 제 2 기판을 이용하여 제 1 기판을 인캡슐레이션하는 단계로서, 이 단계에서는 제 1 기판의 외부충격으로부터 보호하고, 외기(外氣) 유입에 따른 유기전계발광층의 손상을 방지하기 위해 제 1 기판의 외곽을 제 2 기판으로 인캡슐레이션하는 단계로서, 상기 제 2 기판의 내부면에는 흡습제가 포함될 수 있다.

이와 같이, 기존의 하부발광방식 유기전계발광 소자는 어레이 소자 및 유기전계발광 다이오드가 형성된 기판과 별도의 인캡슐레이션용 기판의 합착을 통해 소자를 제작하였다. 이런 경우, 어레이 소자의 수율과 유기전계발광 다이오드의 수율의 곱이 유기전계발광 소자의 수율을 결정하기 때문에, 기존의 유기전계발광 소자 구조에서는 후반 공정에 해당되는 유기전계발광 다이오드 공정에 의해 전체 공정 수율이 크게 제한되는 문제점이 있었다. 예를 들어, 어레이 소자가 양호하게 형성되었다 하더라도, 1000 Å 정도의 박막을 사용하는 유기전계발광층의 형성시 이물이나 기타 다른 요소에 의해 불량이 발생하게 되면, 유기전계발광 소자는 불량 등급으로 판정된다.

이로 인하여, 양품의 어레이 소자를 제조하는데 소요되었던 제반 경비 및 재료비 손실이 초래되고, 생산수율이 저하되는 문제점이 있었다.

그리고, 하부발광방식은 인캡슐레이션에 의한 안정성 및 공정이 자유도가 높은 반면 개구율의 제한이 있어 고해상도 제품에 적용하기 어려운 문제점이 있고, 상부발광방식은 박막트랜지스터 설계가 용이하고 개구율 향상이 가능하기 때문에 제품수명 측면에서 유리하지만, 기존의 상부발광방식 구조에서는 유기전계발광층 상부에 통상적으로 음극이 위치함에 따라 재료선택폭이 좁기 때문에 투과도가 제한되어 광효율이 저하되는 점과, 광투과도의 저하를 최소화하기 위해 박막형 보호막을 구성해야 하는 경우, 외기를 충분히 차단하지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 어레이 소자와 유기전계발광 다이오드를 서로 다른 기판에 구성하는 유기전계발광 소자에 있어서, 소자 내부의 수분을 제거하기 위한 흡습제를 상기 유기전계발광 소자의 상부기판 또는 하부기판의 어레이 내부에 형성함으로써, 소자의 수명 향상과 내구성 및 내충격 안정성을 향상시키는 유기전계발광 소자 및 그 제조방법을 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 유기전계발광 소자는, 화상이 구현되는 최소 단위 영역인 서브픽셀이 정의되어 있으며, 서로 일정간격 이격되어 대향되게 배치된 제 1, 2 기판과; 상기 제 1기판 내부면에 서브픽셀 단위로 형성된 박막트랜지스터를 가지는 어레이 소자와; 상기 제 2기판 내부면에 위치하며, 투광성을 가지는 금속물질로 이루어진 유기전계발광 다이오드 소자용 제 1전극과; 상기 제 1전극 하부에서 서브픽셀 단위 경계부에 위치하며, 절연물질로 이루어진 격벽과; 상기 격벽 내 서브픽셀 단위로 형성된 유기전계발광층 및 유기전계발광 다이오드 소자용 제 2전극과; 상기 제 1기판 또는 제 2판의 소정 영역에 구비되어 소자 내의 수분을 흡수하는 흡습제로서의 박막형 게터와; 상기 각 서브픽셀 별로 구비된 상기 박막트랜지스터와 상기 제 2전극을 전기적으로 연결시키는 전도성 스페이서가 포함됨을 특징으로 한다.

여기서, 상기 박막형 게터는 각 서브픽셀 별로 구비된 상기 제 2전극 전면에 증착되어 있으며, 이 때 상기 박막형 게터는 상기 제 2전극 및 전도성 스페이서가 전기적으로 연결될 수 있도록 산화칼슘(CaO) 또는 산화바륨(BaO)의 산화물과 합금 형태로 이루어져 있음을 특징으로 한다.

또는 상기 박막형 게터가 각 서브픽셀 별로 구비된 상기 제 2전극면에서 상기 제 2전극과 전도성 스페이서가 접촉되는 부분을 제외한 영역에 증착되어 있으며, 이 때 상기 박막형 게터는 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 하프늄(Hf) 등의 제 4A족 및 니오브(Nb), 탄탈(Ta), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 등의 제 5A족 및 철(Fe), 루테늄(Ru) 등의 제 7A족, 니켈(Ni), 코발트(Co) 등의 제 8A족 중에서 선택된 물질로 이루어짐을 특징을 한다.

또는 상기 박막형 게터가 상기 전도성 스페이서가 형성된 부분을 제외한 제 1기판 상의 영역에 증착되어 형성되어 있으며, 이 때 상기 박막형 게터는 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 하프늄(Hf) 등의 제 4A족 및 니오브(Nb), 탄탈(Ta), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 등의 제 5A족 및 철(Fe), 루테늄(Ru) 등의 제 7A족, 니켈(Ni), 코발트(Co) 등의 제 8A족 중에서 선택된 물질로 이루어짐을 특징을 한다.

또한, 본 발명에 의한 유기전계발광 소자의 제조방법은, 적, 녹, 청 서브픽셀로 구성되는 픽셀의 정의된 제 1, 2기판을 구비하는 단계와; 상기 제 1기판의 상부에 서브픽셀별로 스위칭 소자를 가지는 어레이 소자를 형성하는 단계와; 상기 제 2기판 상에 투광성을 가지는 도전성 물질로 이루어진 제 1전극을 형성하는 단계와; 상기 제 1전극 상부에 유기전계발광층을 형성하는 단계와; 상기 유기전계발광층 상부에 서브픽셀 단위로 제 2전극을 형성하는 단계와; 상기 제 2전극 상부에 소자 내의 수분을 흡수하는 흡습제로서의 박막형 게터를 형성하는 단계와; 상기 제 1, 2기판을 전도성 스페이서로 연결하는 단계와; 상기 제 1, 2기판을 합착하는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하며, 여기서, 상기 박막형 게터는 스퍼터링 방법에 의해 증착된다.

본 발명의 설명에 앞서 듀얼 패널 타입의 유기전계발광 소자에 대해 설명하도록 한다.

도 5는 듀얼 패널 타입의 유기전계발광 소자의 개략적인 단면도로서, 설명의 편의상 하나의 픽셀 영역을 중심으로 도시하였다.

도시한 바와 같이, 서로 일정간격 이격 되게 제 1, 2 기판(110, 130)이 배치되어 있고, 제 1 기판(110)의 투명 기판(100) 내부면에는 어레이 소자(120)가 형성되어 있고, 제 2 기판(130)의 투명 기판(101) 내부면에는 유기전계발광 다이오드 소자(E)가 형성되어 있으며, 상기 제 1 및 2기판(110, 130)의 가장자리부는 씰패턴(140 ; seal pattern)에 의해 봉지 된다.

상기 유기전계발광 다이오드 소자(E)에는, 공통전극으로 이용되는 제 1 전극(132)과, 제 1 전극(132) 하부에서 서브픽셀별 경계부에 위치하는 격벽(134 ; second electrode separator)과, 격벽(134)내 영역에서 유기전계발광층(136), 제 2 전극(138)이 차례대로 서브픽셀 단위로 분리된 패턴으로 형성되어 있다.

상기 유기전계발광층(136)은 제 1 캐리어 전달층(136a), 발광층(136b), 제 2 캐리어 전달층(136c)가 차례대로 적층된 구조로 이루어지며, 상기 제 1, 2 캐리어 전달층(136a, 136c)은 발광층(136b)에 전자(electron) 또는 정공(hole)을 주입(injection) 및 수송(transporting)하는 역할을 한다.

상기 제 1, 2 캐리어 전달층(136a, 136c)은 양극 및 음극의 배치구조에 따라 정해지는 것으로, 한 예로 상기 발광층(136b)이 고분자 물질에서 선택되고, 제 1 전극(132)을 양극, 제 2 전극(138)을 음극으로 구성하는 경우에는 제 1 전극(132)과 연접하는 제 1 캐리어 전달층(136a)은 정공주입층, 정공수송층이 차례대로 적층된 구조를 이루고, 제 2 전극(138)과 연접하는 제 2 캐리어 전달층(136c)은 전자주입층, 전자수송층이 차례대로 적층된 구조로 이루어진다.

그리고, 상기 어레이 소자(120)는 박막트랜지스터(T)를 포함하는 소자로써, 상기 유기전계발광 다이오드 소자(E)에 전류를 공급하기 위하여, 서브픽셀 단위로 제 2 전극(138)과 박막트랜지스터(T)를 연결하는 위치에 기둥형상의 전도성 스페이서(114)가 위치한다.

상기 전도성 스페이서(114)는 일반적인 액정표시장치용 스페이서와 달리, 셀갭 유지 기능보다 두 기판을 전기적으로 연결시키는 것을 주목적으로 하는 것으로, 두 기판 간의 사이 구간에서 기둥형상으로 일정 높이를 가지는 특성을 가지므로 설명의 편의상 스페이서로 칭하기로 한다.

상기 전도성 스페이서(114)와 박막트랜지스터(T)의 연결부위를 좀 더 상세히 설명하면, 박막트랜지스터(T)를 덮는 영역에 드레인 전극(112)을 일부 노출시키는 드레인 콘택홀(122)을 가지는 보호층(124)이 형성되어 있고, 보호층(124) 상부에는 드레인 콘택홀(122)을 통해 드레인 전극(112)과 연결되어 전도성 스페이서(114)가 위치한다.

상기 전도성 스페이서(114)와 실질적으로 연결되는 박막트랜지스터(T) 전극은 소스 전극이거나, 또는 별도의 금속물질 패턴일 수 있다.

전술한 박막트랜지스터(T)는, 상기 유기전계발광 다이오드(E)와 연결되는 구동용 박막트랜지스터에 해당된다.

상기 전도성 스페이서(114)은 전도성 물질에서 선택되며, 바람직하기로는 연성을 띠고, 비저항값이 낮은 금속물질에서 선택되는 것이 바람직하다.

상기 전도성 스페이서(114)는 제 1 기판(110)의 어레이 소자(120) 제조 공정에서 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 유기전계발광층(134)에서 발광된 빛을 제 2 기판(130) 쪽으로 발광시키는 상부발광방식인 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 상기 제 1 전극(132)은 투광성 또는 반투광성을 가지는 도전성 물질에서 선택되는 것을 특징으로 하고, 상기 제 2 전극(136)은 불투명 금속물질에서 선택되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제 1, 2 기판(110, 130)간의 이격공간(I)은 비활성 기체 또는 절연성 액체로 채워질 수 있다.

도면으로 제시하지 않았지만, 상기 어레이 소자(120)는 주사선과, 주사선과 교차하며, 서로 일정간격 이격되는 신호선 및 전력 공급선과, 주사선과 신호선이 교차하는 지점에 위치하는 스위칭 박막트랜지스터 그리고, 스토리지 캐패시터를 더욱 포함한다.

이와 같은 듀얼 패널 타입의 유기전계발광 소자는, 어레이 소자와 유기전계발광 다이오드 소자를 서로 다른 기판 상에 구성하기 때문에, 기존의 어레이 소자와 유기전계발광 다이오드 소자를 동일 기판 상에 형성하는 경우와 비교할 때, 어레이 소자의 수율에 유기전계발광 다이오드 소자가 영향을 받지 않아 각 소자의 생산관리 측면에서도 양호한 특성을 나타낼 수 있다.

또한, 전술한 조건 하에서 상부발광방식으로 화면을 구현하게 되면, 개구율을 염두하지 않고 박막트랜지스터를 설계할 수 있어 어레이 공정효율을 높일 수 있고, 고개구율/고해상도 제품을 제공할 수 있으며, 듀얼 패널(dual panel) 타입으로 유기전계발광 다이오드 소자를 형성하기 때문에, 기존의 상부발광방식보다 외기를 효과적으로 차단할 수 있어 제품의 안정성을 높일 수 있다.

또한, 종래의 하부발광방식 제품에서 발생되었던 박막트랜지스터 설계에 대해서도 유기전계발광 다이오드 소자와 별도의 기판에 구성함에 따라, 박막트랜지스터 배치에 대한 자유도를 충분히 얻을 수 있고, 유기전계발광 다이오드 소자의 제 1 전극을 투명 기판 상에 형성하기 때문에, 기존의 어레이 소자 상부에 제 1 전극을 형성하는 구조와 비교해볼 때, 제 1 전극에 대한 자유도를 높일 수 있는 장점을 가지게 된다. 그리고, 본 발명에 따른 유기전계발광 소자에 적용되는 박막트랜지스터는 도면 상의 탑 게이트형 외에도 다양한 구조의 박막트랜지스터를 적용할 수 있다

그러나, 이와 같은 듀얼 패널 타입의 유기전계발광 소자의 경우 패널 내부의 수분을 흡수하는 게터 물질을 실장할 공간이 없어, 이에 따라 씰패턴 자체 또는 씰패턴과 접촉된 계면을 통한 수분 침투와 상판 또는 하판에 적층된 막들로부터 방출되는 수분 또는 유기 용제들에 의해 소자의 수명 및 신뢰성이 약하게 될 수 있다는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 극복하기 위해 창출된 것으로 이하 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하도록 한다.

도 6는 본 발명의 일 실시예에 의한 듀얼 패널 타입의 유기전계발광 소자의 개략적인 단면도로서, 설명의 편의상 하나의 픽셀 영역을 중심으로 도시하였다.

단, 도 5와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하며, 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략하도록 한다.

도 6을 참조하면, 이는 어레이 소자와 유기전계발광 다이오드 소자를 서로 다른 기판 상에 구성하는 구조에서, 어레이 소자와 유기전계발광 다이오드를 전기적으로 연결시키는 전도성 스페이서를 구비함에 있어서, 전도성 스페이서와 접촉되는 유기전계발광 다이오드의 전극면에 소자 내부의 수분을 제거하기 위한 흡습제로서의 박막형 게터가 형성되어 있음을 그 특징으로 한다.

이 때, 상기 흡습제로서의 박막형 게터는 각 서브픽셀마다 구비된 제 2전극 전면에 구비되어 있다.

즉, 어레이 소자(120)가 형성된 제 1 기판(110)과 유기전계발광 다이오드(E)가 형성된 제 2 기판(130)이 서로 대향되게 배치되어 있고, 제 1, 2 기판(110, 130) 사이 구간에 위치하여 어레이 소자(120)와 유기전계발광 다이오드 소자(E)를 연결하는 전도성 스페이서(114)가 형성된 구조에 있어서, 전도성 스페이서(114)와 실질적으로 접촉되는 유기전계발광 다이오드 소자(E)가 손상되는 것을 방지하기 위하여, 본 실시예에서는 전도성 스페이서(114)와 접촉되는 유기전계발광 다이오드 소자(E) 영역에 상기 박막형 게터(160)가 개재된 것을 특징으로 한다.

좀 더 상세히 설명하면, 상기 유기전계발광 다이오드 소자(E)는 제 1 전극(132)과, 제 1 전극(132) 하부의 서브픽셀별 경계부에 위치하는 격벽(134)과, 격벽(134)내 서브픽셀 영역에 차례대로 형성된 유기전계발광층(136), 제 2 전극(138)으로 이루어지며, 특히 제 2 전극(138)의 대응되는 하부면에 전체에 상기 박막형 게터(160)가 추가로 구비된 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 박막형 게터(160)는 흡습제의 역할을 하기 위해 산화칼슘(CaO), 산화바륨(BaO), 탄산칼슘(CaCO₃), 산화인(P₂O₅), 제올라이트(zeolite), 실리카겔(silicagel), 알루미나(alumina) 등의 재료가 포함되어야 하며, 또한 상기 제 2전극 및 전도성 스페이서 사이에 형성되어 있으므로 전도성을 띄어야 한다.

이에 따라 상기 박막형 게터(160)는 산화칼슘(CaO), 산화바륨(BaO) 등의 산화물과 합금 형태로 이루어져야 한다.

또한, 일반적으로 상기 유기전계발광 다이오드 소자(E)를 이루는 제 2전극(138)은 대부분 증착기(evaporator)에 의해 형성되는데, 증착기를 이용하여 형성된 금속막은 약간의 힘에도 쉽게 박리(剝離) 또는 손상되기 쉬우나, 상기 설명한 바와 같이 상기 박막형 게터(160)에 의해 상기 제 2전극(138) 접촉면 특성이 향상될 수 있으며, 이와 같은 상기 박막형 게터(160)는 스퍼터링 등의 방법에 의해 증착된다.

도 7는 본 발명의 다른 실시예에 의한 듀얼 패널 타입의 유기전계발광 소자의 개략적인 단면도로서, 설명의 편의상 하나의 픽셀 영역을 중심으로 도시하였다.

이는 도 6과 동일한 구성요소로 이루어져 있으나, 상기 흡습제로서의 박막형 게터(162)가 각 서브픽셀마다 구비된 제 2전극(138) 전면이 구비되지 않고, 상기 제 2전극(138)과 전도성 스페이서(114)가 접촉되는 부분을 제외한 영역에 구비됨을 특징으로 한다.

즉, 상기 제 2 전극(138)의 대응되는 하부면 중 상기 전도성 스페이서(114)와의 접촉부를 제외한 면에 상기 박막형 게터(162)가 추가로 구비된 것을 특징으로 한다.

이는 상기 박막형 게터(162)의 흡습제로서의 역할을 보다 충실히 하기 위함으로 이 경우 상기 박막형 게터(162)는 전도성을 띌 필요가 없게 된다.

이 때, 상기 박막형 게터(162)는 진공 게터용으로 사용하는 물질이면 모두 가능한 것으로, 예를 들면 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 하프늄(Hf) 등의 제 4A족 및 니오브(Nb), 탄탈(Ta), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 등의 제 5A족 및 철(Fe), 루테늄(Ru) 등의 제 7A족, 니켈(Ni), 코발트(Co) 등의 제 8A족 물질이 가능하다.

이 밖에도 제 1B족, 제 3B족, 제 1A족 물질 등이 가능할 수 있으며, 이와 같은 상기 박막형 게터(162)는 스퍼터링 등의 방법에 의해 증착된다.

또한, 상기 흡습제로서의 박막형 게터에 있어서, 도 6 및 도 7에 도시된 바 같이 상판에 증착하기 어렵거나, 또는 소자 구동시 열발생에 의해 흡습된 수분이 다시 패널 내부로 나올 가능성의 있는 경우 하판의 접촉부 즉, 전도성 스페이서 부분 등을 제외한 부분에 상기 박막형 게터(164)를 형성할 수 있으며, 이는 도 8에 도시되어 있다.

즉, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 듀얼 패널 타입의 유기전계발광 소자의 개략적인 단면도이며, 이 때 상기 박막형 게터(164)를 이루는 재료 및 그 형성 방법은 앞서 도 7을 통해 설명된 것과 동일하다.

이와 같이 상기 어레이 내부에 흡습제를 구비함으로써 패널 외부에서 침투한 수분 및 패널 내부에 적층되어진 여러 막들로부터 발생되는 수분을 흡수하여 소자의 수명을 연장할 수 있게 된다.

도 9는 본 발명에 의한 유기전계발광 소자 제조 공정의 일 실시예에 대한 공정흐름도이다.

ST1에서는, 제 1 기판 상에 어레이 소자를 형성하는 단계로서, 이 단계에서는 투명 기판 상에 버퍼층을 형성하는 단계와, 버퍼층 상부에 반도체층 및 캐패시터 전극을 형성하는 단계와, 반도체층 상부에 게이트 전극, 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계와, 상기 캐패시터 전극 상부에 위치하며, 상기 소스 전극과 연결되는 파워 전극을 형성하는 단계를 포함한다.

이 단계에서는, 후속 공정에서 제 1, 2 기판 간의 전기적 연결을 위한 전기적 연결패턴 즉, 전도성 스페이서가 형성될 수도 있다.

ST2에서는, 상기 제 2 기판 상에 제 1 전극을 형성하는 단계로서, 상기 ST1에서 형성된 어레이 소자와 다른 기판 상에 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는, 유기전계발광 다이오드용 제 1 전극을 구성함에 있어서, 기존과 달리 투명 기판 상에 바로 형성하기 때문에, 재료선택 폭을 넓힐 수 있고 공정을 진행하기가 훨씬 용이해진다. 상기 제 1 전극은 투광성을 가지는 도전성 물질에서 선택된다.

ST3에서는, 상기 제 1 전극 상에 유기전계발광층을 형성하는 단계로서, 상기 유기전계발광층은 적, 녹, 청 컬러를 띠는 발광물질로 이루어진 발광층 및 전자 또는 정공을 주입 및 수송하는 저분자 또는 고분자 물질층에서 선택된다.

ST4에서는, 상기 유기전계발광층 상부에 제 2 전극을 형성하고, 상기 제 2전극 상에 흡습제로서의 박막형 게터를 형성한다.

또한, 상기 박막형 게터는 제 1기판이 완성되고, 상기 전도성 스페이서가 형성된 뒤 상기 제 1기판 상에 형성될 수도 있으며, 이는 스퍼터링 방식 등에 의해 증착된다.

ST5에서는, 상기 제 1, 2 기판을 전도성 스페이서를 이용하여 전기적으로 연결시키는 단계로서, 좀 더 상세하게는 제 1 기판 상의 박막트랜지스터 또는 박막트랜지스터 연결된 제 2 전극 연결패턴을 이용하여 제 1, 2 기판을 전기적으로 연결하는 단계이다. 즉, 상기 전기적 연결패턴을 제 1 기판 상에 형성된 구동용 박막트랜지스터와 제 2 기판의 유기전계발광 다이오드를 연결하는 역할을 한다.

ST6에서는, 제 1, 2 기판을 인캡슐레이션하는 단계로서, 제 1, 2 기판의 어느 한 기판의 가장자리부에 씰패턴을 형성하여, 제 1, 2 기판을 합착하는 단계이며, 이 단계에서는 제 1, 2 기판 간의 이격 공간을 질소 분위기로 만드는 단계를 포함한다.

이와 같이, 종래의 유기전계발광 소자는 어레이 소자 제조 단계와 유기전계발광 다이오드 제조 단계 중 어느 공정에서 불량이 발생하더라도 유기전계발광 소자패널 전체가 불량처리되지만, 본 발명에서는 어레이 기판과 유기전계발광 다이오드 기판 각각에 대한 검사공정을 거쳐 양품의 두 기판을 합착하므로 제품불량률을 낮출 수 있으며, 생산관리 효율성을 높일 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 유기전계발광 소자 제조 공정에 있어서, 상기 박막형 게터가, 제 1기판이 준비되고, 상기 제 1기판 상에 상기 전도성 스페이서가 형성된 뒤 상기 제 1기판 상의 소정 영역에 형성될 수도 있으며(ST 1'), 이는 도 9에 의해 설명되고 있다.

이 때, 상기 박막형 게터는 스퍼터링 방식 등에 의해 증착될 수 있으며, 그 외의 다른 공정은 앞서 설명한 도 8의 제조 공정과 동일하므로 그 설명은 생락하도록 한다.

본 발명은 상기 실시예들로 한정되지 않고, 본 발명의 취지에 어긋나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 유기전계발광 소자 및 그 제조방법에 의하면, 첫째, 생산수율 및 생산관리 효율을 향상시킬 수 있고, 둘째, 상부발광 방식이기 때문에 박막트랜지스터 설계가 용이해지고 고개구율/고해상도 구현이 가능하며, 셋째, 기판 상에 유기전계발광 다이오드용 전극을 구성하기 때문에, 재료선택 폭을 넓힐 수 있으며, 넷째, 상부발광 방식이면서 인캡슐레이션 구조이기 때문에, 외기로부터 안정적인 제품을 제공할 수 있으며, 마지막으로 상기 인캡슐레이션 내부 어레이에 흡습제를 구비함으로써 패널 외부에서 침투한 수분 및 패널 내부에 적층되어진 여러 막들로부터 발생되는 수분을 흡수하여 소자의 수명을 연장할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 일반적인 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자의 기본 픽셀 구조를 나타낸 도면.

도 2는 종래의 하부발광방식 유기전계발광 소자에 대한 개략적인 단면도.

도 3은 상기 도 2 하부발광방식 유기전계발광 소자의 하나의 서브픽셀 영역에 대한 확대 단면도.

도 4는 종래의 유기전계발광 소자의 제조 공정에 대한 공정 흐름도.

도 5는 듀얼 패널 타입의 유기전계발광 소자의 개략적인 단면도.

도 6는 본 발명의 일 실시예에 의한 듀얼 패널 타입의 유기전계발광 소자의 개략적인 단면도.

도 7는 본 발명의 다른 실시예에 의한 듀얼 패널 타입의 유기전계발광 소자의 개략적인 단면도.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 듀얼 패널 타입의 유기전계발광 소자의 개략적인 단면도.

도 9는 본 발명에 의한 유기전계발광 소자 제조 공정의 일 실시예에 대한 공정흐름도.

도 10은 본 발명에 의한 유기전계발광 소자 제조 공정의 다른 실시예에 대한 공정흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

160, 162, 164 : 박막형 게터

Claims (10)

1. 화상이 구현되는 최소 단위 영역인 서브픽셀이 정의되어 있으며, 서로 일정간격 이격되어 대향되게 배치된 제 1, 2 기판과;

   상기 제 1기판 내부면에 서브픽셀 단위로 형성된 박막트랜지스터를 가지는 어레이 소자와;

   상기 제 2기판 내부면에 위치하며, 투광성을 가지는 금속물질로 이루어진 유기전계발광 다이오드 소자용 제 1전극과;

   상기 제 1전극 하부에서 서브픽셀 단위 경계부에 위치하며, 절연물질로 이루어진 격벽과;

   상기 격벽 내 서브픽셀 단위로 형성된 유기전계발광층 및 유기전계발광 다이오드 소자용 제 2전극과;

   상기 제 1기판 또는 제 2판의 소정 영역에 구비되어 소자 내의 수분을 흡수하는 흡습제로서의 박막형 게터와;

   상기 각 서브픽셀 별로 구비된 상기 박막트랜지스터와 상기 제 2전극을 전기적으로 연결시키는 전도성 스페이서가 포함됨을 특징으로 하는 유기전계발광 소자.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 박막형 게터는 각 서브픽셀 별로 구비된 상기 제 2전극 전면에 증착되어 있음을 특징으로 하는 유기전계발광 소자.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 박막형 게터는 상기 제 2전극 및 전도성 스페이서가 전기적으로 연결될 수 있도록 산화칼슘(CaO) 또는 산화바륨(BaO)의 산화물과 합금 형태로 이루어져 있음을 특징으로 하는 유기전계발광 소자.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 박막형 게터는 각 서브픽셀 별로 구비된 상기 제 2전극면에서 상기 제 2전극과 전도성 스페이서가 접촉되는 부분을 제외한 영역에 증착되어 있음을 특징으로 하는 유기전계발광 소자.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 박막형 게터는 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 하프늄(Hf) 등의 제 4A족 및 니오브(Nb), 탄탈(Ta), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 등의 제 5A족 및 철(Fe), 루테늄(Ru) 등의 제 7A족 및 니켈(Ni), 코발트(Co) 등의 제 8A족 중에서 선택된 물질로 이루어짐을 특징을 하는 유기전계발광 소자.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 박막형 게터는 상기 전도성 스페이서가 형성된 부분을 제외한 제 1기판 상의 영역에 증착되어 형성됨을 특징으로 하는 유기전계발광 소자.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 박막형 게터는 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 하프늄(Hf) 등의 제 4A족 및 니오브(Nb), 탄탈(Ta), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 등의 제 5A족 및 철(Fe), 루테늄(Ru) 등의 제 7A족 및 니켈(Ni), 코발트(Co) 등의 제 8A족 중에서 선택된 물질로 이루어짐을 특징을 하는 유기전계발광 소자.
8. 적, 녹, 청 서브픽셀로 구성되는 픽셀의 정의된 제 1, 2기판을 구비하는 단계와;

   상기 제 1기판의 상부에 서브픽셀별로 스위칭 소자를 가지는 어레이 소자를 형성하는 단계와;

   상기 제 2기판 상에 투광성을 가지는 도전성 물질로 이루어진 제 1전극을 형성하는 단계와;

   상기 제 1전극 상부에 유기전계발광층을 형성하는 단계와;

   상기 유기전계발광층 상부에 서브픽셀 단위로 제 2전극을 형성하는 단계와;

   상기 제 2전극 상부에 소자 내의 수분을 흡수하는 흡습제로서의 박막형 게터를 형성하는 단계와;

   상기 제 1, 2기판을 전도성 스페이서로 연결하는 단계와;

   상기 제 1, 2기판을 합착하는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광 소자의 제조방법.
9. 적, 녹, 청 서브픽셀로 구성되는 픽셀의 정의된 제 1, 2기판을 구비하는 단계와;

   상기 제 1기판의 상부에 서브픽셀별로 스위칭 소자를 가지는 어레이 소자를 형성하는 단계와;

   상기 제 1기판 상에 전도성 스페이서를 형성한 뒤, 상기 제 1기판 상의 소정 영역에 소자 내의 수분을 흡수하는 흡습제로서의 박막형 게터를 형성하는 단계와;

   상기 제 2기판 상에 투광성을 가지는 도전성 물질로 이루어진 제 1전극을 형성하는 단계와;

   상기 제 1전극 상부에 유기전계발광층을 형성하는 단계와;

   상기 유기전계발광층 상부에 서브픽셀 단위로 제 2전극을 형성하는 단계와;

   상기 제 1, 2기판을 전도성 스페이서로 연결하는 단계와;

   상기 제 1, 2기판을 합착하는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광 소자의 제조방법.
10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,

    상기 박막형 게터는 스퍼터링 방법에 의해 증착됨을 특징으로 하는 유기전계발광 소자의 제조방법.