KR20060084210A - 유기 ｅｌ 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기 EL 소자 구동시 발생하는 열 및 TFT에서 발생하는 열을 외부로 효과적으로 방출할 수 있도록 기판상에 형성되고 콘택홀을 가지는 TFT층상에 양극, 한층 이상의 유기물층 그리고 음극을 포함하여 형성되는 액티브 매트릭스 톱 에미션 방식의 유기 EL 소자에서, 상기 TFT층과 양극 사이에 구동시 발생하는 열을 외부로 방출하기 위한 열전도층과, 열전도층과 양극 사이의 전기적 단락을 방지하기 위한 절연층을 형성하도록 한 것이다.
유기 EL 소자, 액티브 매트릭스 톱 에미션 방식
Description
도 1은 종래 유기 EL 소자의 단면을 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 유기 EL 소자의 단면을 개략적으로 나타낸 도면,
도 3a~3e는 본 발명에 따른 열전도층 및 절연막의 각 제조공정에 있어서 그의 단면을 개략적으로 나타낸 도면,
도 4a, 4b는 본 발명의 실-라인(seal-line)밖부분까지 열전도층이 형성된 또 하나의 다른 실시예의 유기 EL 소자의 평면을 개략적으로 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 또 하나의 실시예인 콘택홀 부근의 열전도층을 제거하여 형성하는 유기 EL 소자의 개략 평면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 기판 11 : TFT층
12 : 양극 13 : 유기물층
14 : 음극 15 : 페시베이션층
16 : 실란트(sealant) 17 : 실-컵(seal-cup)
18 : 콘택홀 19 : 열전도층
20 : 절연층
본 발명은 액티브 매트릭스 톱 에미션(Active Matrix Top Emission) 방식의 유기 EL 소자에 관한 것으로, 특히, 유기 EL 소자의 구동시에 발생하는 열 및 기판에 형성된 TFT(Thin Film Transistor)에서 발생하는 열을, 효과적으로 외부로 방출하는 방열구조를 가진 액티브 매트릭스 톱 에미션 방식의 유기 EL 소자에 관한 것이다.
유기 재료의 전계발광(Electroluminescenece)을 이용한 유기 EL 소자는 하부전극과 상부전극과의 사이에, 유기 정공수송층과 유기 발광층을 적층시킴으로써, 저전압 직류 구동에 의한 고휘도 발광이 가능하게 한 발광소자로서 주목받고 있다.
특히, 액티브 매트릭스 톱 에미션(Active Matrix Top Emission) 방식의 유기 EL 소자는 도 1에 나타낸 바와 같이, 기판(10), 기판내에 형성된 TFT층(11), 정공주입 및 반사막으로 사용되는 양극(12), 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층등의 적어도 1층 이상 유기물로 형성되는 유기물층(3). 전자주입 및 발광된 빛을 통과시키는 음극(14), 수분침투를 억제시키는 페시베이션층(15)층 및 실란트(sealant)(16)와 실-컵(seal-cup)(17)을 순차적으로 적층하여 형성되어 있다.
양극(12)과 음극(14)에 (+), (-) 직류전압을 인가하면 양극(12)으로부터 주입되는 정공이 정공수송층을 지나 발광층으로, 음극(14)으로부터 주입되는 전자가 전자수송층을 지나 발광층으로 각각 이동하게 되어 전자와 정공의 결합이 발광층에서 발생하고 빛이 음극을 통하여 방출하게 된다.
이러한 액티브 매트릭스 톱 에미션 방식의 유기 EL 소자에서 열이 발생하는 부분은 기판(10)에 형성되어 있는 TFT층(11)과 유기 EL 소자로 크게 나눌 수 있다. 이 때 발생하는 열은 전원을 공급하는 배선 빛이 방출되는 유리기판을 통한 전도 및 유기 EL 소자의 음극(14)과 실-컵(17)사이에 존재하는 가스의 대류에 의하여 외부로 방출될 수 있다.
그러나, 액티브 매트릭스 톱 에미션 방식의 소자에 있어서 소자의 특성향상을 위하여 유기 EL 소자 아래쪽에 위치한 트랜지스터의 개수가 증가하고 있기 때문에 배선의 폭을 증가시키는 데 한계가 있고, 유리기판의 경우는 열전도가 효과적으로 되지 않으며, 또한 가스의 대부분을 차지하는 질소의 열전도도 역시 상당히 낮기 때문에 효과적으로 외부로 열을 효율적으로 방출시키지 못하게 되므로, 외부로 방출되지 못하는 열로 인하여 소자의 내부온도를 증가시키고, 이로 인해 TFT성능을 저하시키며, 유기물의 퇴화 및 유기물가 전극간의 계면 특성 저하등을 일으키게 되어서 소자의 안정성 및 수명이 감소하게 된다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 종래기술의 문제점을 감안하여 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 액티브 매트릭스스 톱 에미션 방식의 유기 EL 소자 구동시에 발생하는 열 및 기판에 존재하는 TFT에서 발생하는 열을 내부에서 외부로 효과적으로 방출함으로써 유기물 및 TFT의 퇴화를 억제하여 소자의 안정성을 개선하고 수명을 향상시키는 유기 EL 소자를 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유기 EL 소자는, 기판상에 형성되고 콘택홀을 가지는 TFT층상에 양극, 한층 이상의 유기물층 그리고 음극을 포함하여 형성되는 액티브 매트릭스 톱 에미션(Active Matrix Top Emission) 방식의 유기 EL 소자에 있어서, 상기 TFT층과 양극 사이에 구동시 내부에 발생되는 열을 외부로 방출하기 위한 열전도층과, 상기 열전도층과 양극과의 전기적 단락을 방지하기 위한 절연층을 구비함을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명의 구성에 의하면, 열전도층이 TFT층 및 절연층이 양극 사이에 개재되어 있으므로 열이 발생하는 TFT층과 유기 EL 소자간의 거리가 멀어지게 되어 유기 EL 소자의 퇴화가 감소하게 되며, 소자 중앙부가 국부적으로 올라가는 현상이 열전도층의 열전도에 의하여 전체적으로 균일하게 된다. 또한 열전도층의 증착시 실-라인 외부까지 증착하여 열을 외부로 바로 빼냄으로써 보다 효과적으로 열을 외부로 방출하여 패널의 온도를 낮출 수 있고 이로 인하여 소자 수명이 크게 향상된다.
이하, 본 발명의 유기 EL 소자에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 유기 EL 소자의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 유기 EL 소자는 도 2에 도시된 바와 같이, 도 1에 도시된 종래의 유기 EL 소자와는 기판(10)상의 TFT층(11)과 이 TFT층(11)내에 형성된 콘택홀(18)과 양극(12)사이에 열전도층(19) 및 절연층(20)을 형성한 것 이외에는 동일하므로, 동일구성부재에 대하여서는 동일인용부호를 사용하고 그에 대한 설명은 생략한다.
상기 열전도층(19)은 기판(10)상에 형성되고 콘택홀(18)이 뚫려있는 TFT층(11)상에 열전도성이 우수한 Cu, Ag, Al 단원자 또는 이들 각 원소에 Au, Cu, Nd, Al, Sn, Mg, Ti, Pt, Pd, Ni 중 적어도 한가지 이상을 5at% 이하로 첨가한 합금을 50~500nm를 증착하여 형성하고, 후술하는 바와 같이 콘택홀(18)부분의 열전도층을 통상의 포토 에칭공정으로 제거하여 콘택홀(18)과 열전도층(19) 사이의 전기적인 단락을 방지하도록 구성되어 있다. 또한 후술하는 바와 같이 상기 열전도층(19)은 실-라인(seal-ling)의 외부 밖에까지 열전도층을 남기도록 하여 형성한다. 그리고 상기 절연층(20)은 상기 열전도층(19) 위에 소정의 두께로 형성된 후, 에칭공정에 의해 상기 콘택홀(18) 부위를 에칭하여 후속 공정에 의해 형성되는 양극(12)과 콘택홀(18)과의 전기 접속이 이루어지도록 한다. 그 후는 통상의 방법으로 도 1의 종래 방법으로 양극(12), 유기물층(13), 음극(14), 페시베이션층(15) 및 실란트(16) 및 실-컵(17)이 형성된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 액티브 매트릭스 톱 에미션 방식의 유기 EL 소자는 소자내부에서 발생한 빛이 TFT가 위치한 기판의 반대편으로 방출되기 때문에 빛의 경로가 형성되지 않는 양극의 아래쪽에 불투명한 열전도층을 형성하여도 무방하여 소자의 발광 특성에 전혀 영향을 미치지 않으며, 그리고 일반적으로 열전도도가 우수한 금속을 사용할 경우 TFT에 형성되어 있는 콘택홀만 제외하고 증착하면 전기적으로 아무런 문제 발생되지 않는다.
그리고, 열전도층을 형성한 후에 유기절연막 또는 무기절연막을 형성하고 콘택홀 부분만 패터닝하여 절연막을 제거한 뒤에 양극을 형성하기 때문에, 소자내 부온도를 열전도층이 없을때에 비하여 균일하게 유지시킬 수 있고 열이 발생하는 TFT층과 유기 EL 소자간의 거리가 멀어지게 되어 유기 EL 소자의 퇴화가 감소되며, 발생하는 열을 외부로 효과적으로 빼낼 수 있다.
상기 구조를 가지는 본 발명의 유기 EL 소자의 제조방법에 대한 실시형태에 대하여 설명한다.
도 3a~도 3e는 본 발명의 유기 EL 소자의 각 제조공정에서 평면도를 상세히 나타낸 것이다.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이 기판(10)(도 2참조)상에 형성된 TFT층(11)과 이 TFT층(11)에 뚫어 설치된 콘택홀(18)을 통상의 포토 에칭공정에 의해 형성된다. 이어 도 3b와 같이 Cu, Ag, Al 단원자 또는 각 원소에 Au, Cu, Nd, Al, Sn, Mg, Ti, Pt, Pd, Ni 중 한가지 또는 두가지 이상을 5at% 이하로 첨가한 합금을 50~500nm로 증착한다. 그 다음 도 3c에 도시된 바와 같이, 콘택홀(18)사이의 전기적 단락을 방지하기 위해 콘택홀(18)부분 (가)의 열전도층(19)을 포토 에칭공정을 통해 에칭 해낸다.
이때, 상기 열전도층(19)은 실-라인(seal-line)밖부분의 위치까지 증착한 후 실-라인밖부분이 남겨지도록 선택적으로 열도전층(19)을 에칭하면(도 4a참조) 열을 효과적으로 외부로 배출할 수 있어 바람직하다. 그리고, 후에 실링할 때 실란트 경화를 위하여 실-라인 부분에는 1~500㎛ 폭 및 1~2000㎛의 간격으로 패터닝한다(도 4a, 4b참조).
그 다음 도 3d와 같이, 무기질 또는 유기질의 절연층(20)을 통상의 CVD법으 로 증착한 후 도 3e와 같이, 상기 콘택홀(18)부분 (나)을 통상의 포토 에칭공정으로 에칭하여 콘택홀(18)과 이후에 형성되는 양극(12)과의 전기적 접속이 이루어지게 한다.
그 다음 통상의 방법으로, 상기 절연층(20) 위에 양극(12), 유기물층(13), 음극(14), 페시베이션층(15) 및 실란트(16) 및 실-컵(17)을 순차적으로 형성한다.
이와 같은 본 발명에 따른 유기 EL 소자의 제조방법의 각 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다.
(실시예 1)
제 1 실시예는 상술한 본 발명에 따른 유기 EL 소자 제조방법에서, 상기 콘택홀(18)이 형성된 TFT층(11)상에 열전도층(19)을 DC 마그네트론 스퍼터를 이용하여, Ag를 600W, 1mtorr에서 300nm 두께로 증착한다. 그 후 포토 에칭공정을 통하여 콘택홀(18)을 부분의 열전도층인 Ag층을 제거한다. 그 위에 CVD법을 절연층(20)으로서 무기절연막 SiO2막을 600nm 증착한 후 드라이 에칭방법으로 콘택홀 부분의 SiO2막을 제거한다. 그 위에 통상의 방법으로 도 3의 양극(12), 유기물층(13), 음극(14), 페시베이션층(15)을 증착한 후에 실링을 수행하여 실란트(16)와 실-컵(17)을 형성한다.
그 결과, 열전도층이 없는 시편의 경우, 200㏅/㎡으로 패널 구동시 시편의 중심부분의 온도와 가장자리 부분의 온도차가 2℃이상 차이가 나던 것이 본 실시예와 같이 열전도층을 형성한 경우에는 1℃이하로 줄어들었다. 또한, 열전도층이 없 는 시편의 경우 300㏅/㎡으로 구동시 패널의 중심부분이 발광층의 손상으로 인하여 컬러가 변하던 현상이 제 1 실시예의 열전도층이 형성된 시편의 경우에는 나타나지 않았다. 열전도층 적용에 의하여 패널은 전체적으로 온도가 비슷해졌으며, 패널의 온도가 감소하여 시편의 수명이 열전도층이 없는 종래의 경우에 비하여 50%개선됨을 확인하였다.
(실시예 2)
제 2 실시예는 상기 절연층(20)으로서 제 1 실시예의 무기절연막인 SiO2막 대신에 유기절연막인 폴리이미드를 스핀코팅공정으로 1500nm 증착한 후 이 폴리이미드를 포토리소그라피공정으로 콘택홀(18)부분의 이미드를 제거하는 것 이외에는 제 1 실시예와 동일하며, 그 이외에는 제 1 실시예와 동일하므로 동일부분에 대한 설명은 생략한다. 제 2 실시예서도 제 1 실시예와 비슷하게 열전도층이 없는 시편의 경우 200㏅/㎡으로 패널 구동시 시편의 중심부분의 온도과 가장자리 부분의 온도차가 2℃이상 차이가 나던 것이 제 2 실시예의 열전도층이 형성된 경우에는 1℃이하로 줄어들었다. 또한 열전도층이 있는 시편의 경우 300㏅/㎡으로 구동시 패널의 중심부분이 발광층의 손상으로 인하여 컬러가 변하던 현상이 제 2 실시예의 열전도층이 있는 시편의 경우에서는 나타나지 않았다. 열전도층의 적용에 의하여 패널은 전체적으로 온도가 비슷해졌으며, 패널의 온도가 감소하여 시편의 수명이 열전도층이 없는 종래에 비하여 50%개선됨을 확인하였다.
(실시예 3)
제 3 실시예는 상술한 본 발명의 유기 EL 소자 제조방법에서 상기 콘택홀(18)이 형성된 TFT층(11)상에 열전도층(19)을 DC마그네트론 스퍼터를 이용하여, Cu를 600W, 1mtorr에서 300nm 두께로 증착한다. 이때, 열전도층(19)의 증착은 후에 형성되는 실-라인의 밖부분까지 형성된다. 그 후 포토그라피 공정을 통하여 콘택홀 부분과 실-라인 부분의 Cu층을 선택적으로 제거한다(도 4참조). 그 위에 CVD법을 이용하여 절연층(20)으로서 무기절연막 SiO2막을 600nm 층작한 후, 드라이 에칭방법으로 콘택홀 부분의 SiO2를 제거한다. 통상의 방법으로 도 2에 도시된 도시되어 있는 바와 같이, 그 위에 양극(12), 유기물층(13), 음극(14), 페시베이션층(15)을 증착한 후에 실링을 수행하여 실란트(sealant)(16)와 실-컵(17)을 형성한다.
그 결과 열전도층이 없는 시편의 경우 200㏅/㎡으로 패널 구동시 시편의 중심부분의 온도와 가장자리 부분의 온도차가 2℃이상 차이가 나던 것이, 제 3 실시예의 열전도층이 형성된 경우에는 0.5℃이하로 줄어들었다. 또한 열전도층이 없는 시편의 경우, 300㏅/㎡으로 구동시 패널의 중심부분이 발광층의 손상으로 인하여 컬러가 변하던 현상이 제 3 실시예의 열전도층이 있는 경우에서는 나타나지 않았다. 열전도층의 적용에 의하여 패널은 전체적으로 온도가 비슷해졌으며 패널의 온도가 감소하여 시편의 수명이 열전도층이 없는 종래의 경우에 비하여 100% 개선됨을 확인하였다.
(실시예 4)
제 4 실시예에서는 제 3 실시예와 동일하게 시편을 제조한 후에 외부에 노출 되어 있는 열전도층을 열 질량(thermal mass)이 큰 Cu시트와 실버 페이스트를 이용하여 연결하였다. 이때, 열전도층은 Cu시트 대신 열 질량이 큰 Al, Cu, Ag가 90at%들어 있는 시트이면 된다. 그 결과 열전도층이 없는 시편의 경우 중심부분의 온도와 가장자리 부분의 온도차가 2℃이상 차이가 나던 것이 제 4 실시예의 열전도층이 있는 경우 온도차가 0.2이하의 차이, 즉 오차수준으로 균일하게 유지되었다. 또한, 열전도층이 없는 시편의 경우 300㏅/㎡으로 구동시 패널의 중심부분이 발광층의 손상으로 인하여 컬러가 변하던 현상이 제 4 실시예의 열전도층이 있는 시편의 경우에서는 나타나지 않았다. 열전도층의 적용에 의하여 패널은 전체적으로 온도가 비슷해졌으며, 패널의 온도가 감소하여 시편의 수명이 열전도층이 없는 종래의 경우에 비하여 200%이상 개선됨을 확인하였다.
(실시예 5)
본 실시예에서는 실시예 1과 유사하게 시편을 제조하였으나, 열전도층 증착 후 패터닝시 도 5에 나타낸 바와 같이 콘택홀(18)부분에도 열전도층을 남기고 콘택홀 주위부분의 열전도층만 이렇게 함으로써 보다 열전도층이 증착된 부분의 면적으로 증가시켜 유기물 증착시 E-beam을 사용할 경우, 방출되는 X-레이로 인하여 TFT의 게이트 옥사이드(gate oxide) 특성이 변하는 것을 최소화할 수 있으며 E-beam으로 증착해도 서멀(thermal)방식과 동일한 특성을 지니는 소자를 제조할 수 있다. 그 다음 실링을 수행한다. 이와 같이 제조한 결과, 열전도층이 없는 시편의 경우 200㏅/㎡으로 패널 구동시 시편의 중심부분의 온도와 가장자리 부분의 온도차가 2℃이상 차이가 나던 것이 제 5 실시예의 열전도층이 형성된 경우, 1℃이하로 줄어 들었다. 또한, 열전도층이 없는 시편의 경우, 300㏅/㎡으로 구동시 패널의 중심부분이 발광층의 손상으로 인하여 컬러가 변하던 현상이 제 5 실시예의 열전도층이 형성된 시편의 경우에서는 나타나지 않았다. 열전도층의 적용에 의하여 패널은 전체적으로 온도가 비슷해졌으며, 패널의 온도가 감소하여 시편의 수명이 열전도층이 형성되지 않은 종래의 경우에 비하여 50% 개선됨을 확인하였다.
이상의 실시예 결과에서 볼 때, 본 발명의 유기 EL 소자의 발열구조는 AM 유기 EL 소자에서 발생하는 열을 방출시키는데 있어서 효과적이며 소자의 안정성 및 수명의 향상에 크게 기여함을 알 수 있다.
본 발명의 액티브 매트릭스 톱 에미션 방식의 유기 EL 소자는 그의 구동시에 발생하는 열 및 기판에 존재하는 TFT(Thin Film Transistor)에서 발생하는 열을, 방열구조를 이용하여 외부로 방출함으로써 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 종래의 방식에 비하여 소자내부온도를 크게 낮출 수 있다.
둘째, 유기 EL 소자의 열화를 감소시켜 소자의 수명을 현저히 증가시킬 수 있다.
셋째, 유기 EL 소자의 각 계면 안정성을 향상시킴으로써 소자의 특성 저하를 억제시킬 수 있다,
넷째, TFT기판 전체적으로 증착되어 있는 열전도층의 X-레이 흡수로 인하여, 후속공정에서의 증착시 E-beam 손상으로 인하여 TFT 특성의 변화를 억제할 수 있다.
Claims (9)
- 기판상에 형성되고 콘택홀을 가지는 TFT층상에 양극, 한층 이상의 유기물층, 그리고 음극을 포함하여 형성되는 액티브 매트릭스 톱 에미션 방식의 유기 EL 소자에 있어서,상기 TFT층과 양극 사이에 구동시 내부에서 발생하는 열을 외부로 방출하기 위한 열전도층과상기 열전도층과 양극과의 전기적 단락을 방지하기 위한 절연층을 구비함을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 열전도층은, 열전도 특성이 우수한 Cu, Ag, Al 단원자 또는 각 원소에 Au, Cu, Nd, Al, Sn, Mg, Ti, Pt, Pd, Ni 중 적어도 한가지 이상을 5at% 이하로 첨가한 합금을 50~500nm 두께로 증착되어 구성된 유기 EL 소자.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 열전도층은 전기적 단락을 방지하기 위해 TFT층 내에 형성된 콘택홀의 부분이 제거되게 형성되고, 상기 콘택홀과 양극과의 전기 접속을 위해 상기 콘택홀 위에 형성되는 절연층이 제거되도록 구성된 유기 EL 소자.
- 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,상기 열전도층은 실-라인(seal-line) 밖에까지 연장되어 양극 외부로 노출되게 형성된 유기 EL 소자.
- 제 4 항에 있어서,상기 열전도층은 실란트의 경화를 위해 상기 실-라인부분에서 열전도층의 스트라이프 금속막의 선폭이 1~500㎛, 간격이 1~2000㎛으로 구성된 유기 EL 소자.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 열전도층은 전기적 단락 방지를 위해 콘택홀 부분의 주위부분만을 제거하고, 상기 콘택홀 부분의 열전도층을 남기도록 형성된 유기 EL 소자.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 절연층은 무기절연막인 SiO2층 또는 유기절연막인 폴리이미드층 중의 어느 하나로 형성된 유기 EL 소자.
- 제 4 항에 있어서,상기 열전도층은 외부로 열을 빼내도록 그의 외부에 노출부분이 열 질량이 큰 Al, Cu, Ag가 90at% 들어있는 시트와 연결하여 구성된 유기 EL 소자.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 열전도층과 절연층은 한층 이상 번갈아 증착하여 형성된 유기 EL 소자.
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