KR20070075921A - 전계발광소자 및 제조방법 - Google Patents

전계발광소자 및 제조방법 Download PDF

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KR20070075921A KR1020060004686A KR20060004686A KR20070075921A KR 20070075921 A KR20070075921 A KR 20070075921A KR 1020060004686 A KR1020060004686 A KR 1020060004686A KR 20060004686 A KR20060004686 A KR 20060004686A KR 20070075921 A KR20070075921 A KR 20070075921A
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김홍규
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 제 1 기판 상에 하나의 전극과 발광층 및 다른 하나의 전극을 순차적으로 적층하여 발광부를 형성하는 발광부 형성단계와, 전술한 발광부에 대향하여 제 2 기판 상에 스페이서를 형성하고, 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 접착부재를 두고 밀착하여 발광부의 전면을 접착부재로 밀봉하는 보호부 형성단계를 포함하는 전계발광소자의 제조방법을 제공한다.
전계발광소자, 실란트, 스페이서

Description

전계발광소자 및 제조방법{Light Emitting Diodes and Method for Manufacturing the same}
도 1은 종래 기술의 제 1 실시예에 따른 전계발광소자의 구조 단면도.
도 2는 도 1 상의 A 영역의 부분 확대도.
도 3은 종래 기술의 제 2 실시예에 따른 전계발광소자의 구조 단면도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전계발광소자의 구조 단면도.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전계발광소자의 제조 공정별 단면도.
도 6a 내지 도 6b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전계발광소자의 제조 공정별 단면도.
* 도면의 주요부호에 대한 설명 *
52 : 투명 기판 54 : 박막트랜지스터부
54a : 소스 54b : 드레인
54c : 활성층 54d : 게이트 전극
54e : 제 1 금속 전극 54e' : 제 2 금속 전극
56 : 게이트 절연막 58 : 제 1 층간 절연막
60 : 애노드 전극 62 : 제 2 층간 절연막
64 : 정공 주입/수송층 66 : 발광층
68 : 전자 주입/수송층 69 : 발광부
70 : 캐소드 전극 72 : 보호막
74 : 실란트층 76 : 스페이서
78 : 보호용 기판 P : 보호부
본 발명은 보호용 기판(투명유리기판 혹은 플라스틱 기판)을 효율적으로 형성한 것을 특징으로 하는 전계발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
단, 이하 종래 기술 및 본 발명을 설명함에 있어, 전계발광소자의 발광층을 유기물로 형성한 경우로 예를 들어 설명한다.
통상적으로, 전계발광소자는 전자(election)주입 전극(cathode)과 정공(hole)주입 전극(anode)으로부터 각각 전자와 정공을 발광층 내부로 주입시켜, 주입된 전자와 정공이 결합한 엑시톤(exciton)이 여기상태로부터 기저상태로 떨어질 때 발광하는 자발광 소자이다.
또한, 전계발광소자는 낮은 전압에서 구동이 가능하고, 박형 등의 장점을 지니고 있다. 이러한 전계발광소자는 광시야각과 빠른 응답속도 등 종래 액정표시장치에서 문제로 지적되던 단점을 해결할 수 있는 차세대 디스플레이로 주목받고 있 다.
전계발광소자는 서브픽셀을 구동하는 방식에 따라 패시브 매트릭스형 전계발광소자(Passive Matrix LED)와 박막트랜지스터(TFT)를 이용하여 구동하는 방식인 액티브 매트릭스형 전계발광소자(Active Matrix LED)로 구분할 수 있다.
도 1은 종래 기술의 제 1 실시예에 따른 전계발광소자의 구조 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술의 제 1 실시예에 따른 전계발광소자(10)는 구동부가 패터닝된 투명 기판(12) 상에 발광부(29)가 형성되어 있었고, 발광부(29)를 덮는 구조로 캐소드 전극(30)이 형성되어 있었다. 또한, 발광부(29) 및 캐소드 전극(30)의 수분 및 공기 등에 의한 산화, 열화 현상을 방지하기 위하여, 보호용 기판(32a)과 게터(32b, getter)로 구성된 보호부(32)가 실란트(S)로 투명 기판(12)상에 봉지되어 있었다.
도 2는 도 1 상의 A 영역의 부분 확대도로 종래 전계발광소자의 구조를 상세히 도시한다.
도 2를 참조하면, 투명 기판(12) 상에 소스(14a)와 드레인(14b) 및 활성층(14c)과 게이트 전극(14d)으로 구성된 박막트랜지스터부(14)가 패터닝되어 있었다.
이때, 소스(14a)와 드레인(14b) 및 활성층(14c)과 게이트 전극(14d) 사이에는 게이트 절연막(16)이 형성되어 있었고, 게이트 전극(14d) 및 게이트 절연막(16) 상에는 제 1 층간 절연막(18)이 형성되어 있었다.
또한, 전술한 제 1 층간 절연막(18) 상에는 박막트랜지스터부(14)의 형성영역을 경계로 그 형성영역이 구분되도록 애노드 전극(20)이 선택적으로 형성되어 있었다.
또한, 박막트랜지스터부(14)의 소스(14a) 및 드레인(14b)이 노출되도록 제 1 및 제 2 금속 전극(14e, 14e') 형성되었고, 그 중 제 2 금속전극(14e')은 애노드 전극(20)과 전기적으로 연결되어 있었다.
전술한 애노드 전극(20) 상에는 박막트랜지스터부(14)의 형성 영역에 대응되는 위치의 소정영역과 제 1 및 제 2 금속전극(14e, 14e')을 포함하는 영역을 덮는 구조로 제 2 층간 절연막(22)이 형성되어 있었다.
전술한 애노드 전극(20) 및 제 2 층간 절연막(22) 상에는 정공 주입/수송층(24)과 발광층(26) 및 전자 주입/수송층(28)이 순차적으로 형성되어 발광부(29)를 구성하였다.
또한, 전술한 발광부(29) 상에는 캐소드 전극(30)이 형성되어 있었다.
상기와 같은 구성 및 구조를 따르는 종래 기술의 전계발광소자는 보호용 기판 및 게터로 구성된 패시베이션 구조 때문에, 소자의 발광 효율과 공정상 두께 가공 측면에서 한계가 있었고, 이에 따라 제품 응용 범위에 있어서 많은 제약이 따랐다.
따라서, 보호용 기판 및 게터를 포함하는 보호부를 필름 형태로 개선을 하게 되었고, 이는 종래 기술의 제 2 실시예로 도 3에 도시하였다. 단, 도 3은 도 2와 동일한 구성을 따르며, 전술한 보호부의 구조 측면에서만 차이가 있으므로, 동일 요소에 대하여 동일 부호를 부여하며, 중복되는 설명은 간략화하여 이해를 돕도록 한다.
도 3을 참조하면, 박막트랜지스터부(14)가 패터닝된 기판(12) 상에 애노드 전극(20) 및 발광부(29)와 캐소드 전극(30)이 형성되어 있었다. 캐소드 전극(30) 상에는 소자의 열화 방지를 목적으로 보호층(33)이 형성되어 있었고, 그 위에 실란트층(34)을 통해 필름형태의 보호용 기판(36)이 밀착 형성되어 있었다.
이에 따라, 종래 기술의 제 2 실시예는 제 1 실시예와 같은 캡 구조의 공정상 한계를 극복할 수 있었으나, 제품이 대형화되는 경우, 필름 형태의 보호용 기판을 밀착하는 공정에서 균일한 압력을 가하는 것이 어려웠고, 보호용 기판에 부분 쳐짐이나 굴곡이 생겨 소자의 발광효율을 저하시키는 문제점이 발생하였다.
또한, 이상과 같은 구성 및 구조를 따르는 종래 기술의 전계발광소자는 공정 수율 및 제품의 신뢰도가 크게 저하되는 문제점이 발생하였다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 보호부 구조를 효율적으로 개선하여 전계발광소자의 발광효율을 향상시키는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 전계발광소자의 공정 수율 및 제품의 신뢰도를 향상시키는 데 그 목적이 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 제 1 기판 상에 하나의 전극과 발광층 및 다른 하나의 전극을 순차적으로 적층하여 발광부를 형성하는 발광부 형성단계와, 전술한 발광부에 대향하여 제 2 기판 상에 스페이서를 형성하고, 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 접착부재를 두고 밀착하여 발광부의 전면을 접착부재로 밀봉하는 보호부 형성단계를 포함하는 전계발광소자의 제조방법을 제공한다.
이상의 전계발광소자의 제조방법은 스페이서 전부 또는 일부가 접착부재 내에 위치하는 것을 특징으로 한다.
한편, 이상의 전계발광소자의 제조방법은 발광층 상에 형성된 전극과 접착부재 사이에 각각 면접촉하는 보호막을 평탄하게 형성하는 보호막 형성단계를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 보호부 형성단계는 전술한 제 2 기판 상에 스페이서를 투명한 재질로 채택 형성하는 것을 특징으로 한다.
다른 측면에서, 이상의 전계발광소자의 제조방법은 발광부 형성단계 이전에 전술한 제 1 기판 상에 발광부의 두 개의 전극 중 어느 하나와 전기적으로 연결되는 구동부를 형성하는 구동부 형성단계를 포함하며, 보호부 형성단계는 제 2 기판 상의 구동부와 대응되는 위치에 스페이서를 형성하는 것을 특징으로 한다.
위에서 설명한 발광부 형성단계는 발광층을 유기물로 형성하는 것을 특징으로 한다.
다른 측면에서 이상과 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 상호 간 대응되는 제 1 및 제 2 기판과, 두 개의 전극 사이에 발광층이 형성되어 전술한 제 1 기 판 상에 구비되는 발광부와, 전술한 제 2 기판의 발광부와 대응되는 측면에 결합되며 전술한 발광부 상에 일체가 접촉되도록 형성된 스페이서를 포함하는 전계발광소자를 제공한다.
이상의 전계발광소자는 발광부 상에 형성되어 스페이서 일체와 면접촉하는 보호막을 포함할 수 있다.
한편, 전술한 스페이서는 투명한 재질로 제 2 기판 상에 형성된 것을 특징으로 한다.
다른 측면에서 위에서 설명한 전계발광소자는 제 1 기판 상에 발광부의 두 개의 전극 중 어느 하나와 전기적으로 연결되도록 형성된 구동부를 포함하며, 전술한 스페이서는 전술한 구동부와 대응되는 제 2 기판 상의 위치에 형성된 것을 특징으로 한다.
위에서 설명한 전계발광소자의 발광층은 유기물인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 전계발광소자의 제 1 및 제 2 실시예를 도시 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전계발광소자의 구조 단면도이다.
도 4를 참조하면, 투명 기판(52) 상에 소스(54a)와 드레인(54b) 및 활성층(54c)과 게이트 전극(54d)으로 구성된 박막트랜지스터부(54)가 패터닝되어 있다.
이때, 소스(54a)와 드레인(54b) 및 활성층(54c)과 게이트 전극(54d) 사이에 는 게이트 절연막(56)이 형성되어 있고, 게이트 전극(54d) 및 게이트 절연막(56) 상에는 제 1 층간 절연막(58)이 형성되어 있다.
전술한 제 1 층간 절연막(58) 상에는 박막트랜지스터부(54)의 형성영역을 경계로 그 형성영역이 구분되도록 애노드 전극(60)이 선택적으로 형성되어 있다.
또한, 전술한 박막트랜지스터부(54)의 소스(54a) 및 드레인(54b)이 노출되도록 제 1 및 제 2 금속 전극(54e, 54e')이 형성되어 있으며, 그 중 제 2 금속 전극(54e')은 애노드 전극(60)과 접촉되어 있다.
전술한 애노드 전극(60) 상에는 박막트랜지스터부(54)의 형성 영역에 대응되는 위치의 소정영역과 제 1 및 제 2 금속전극(54e, 54e')을 포함하는 영역을 덮는 구조로 제 2 층간 절연막(62)이 형성되어 있다.
이상의 애노드 전극(60) 및 제 2 층간 절연막(62) 상에는 정공 주입/수송층(64)과 발광층(66) 및 전자 주입/수송층(68)이 순차적으로 형성되어 발광부(69)를 구성하고 있다.
또한, 전술한 발광부(69) 상에는 캐소드 전극(70)이 형성되어 있고, 캐소드 전극(70) 상에 소자의 열화 방지를 위한 보호층(72)이 형성되어 있으며, 스페이서(76)가 배치된 보호용 기판(78)이 실란트층(74)에 의해 보호층(72)에 밀착 형성되어 있다.
이상과 같이 개선된 형태의 보호부(P)가 구비된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전계발광소자는 대면적화시 공정 상 발생할 수 있는 보호용 기판의 쳐짐 현상이 나 굴곡이 생기는 문제를 해결할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 소자의 발광 효율 및 공정 수율과 제품의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계발광소자의 제조 공정별 단면도이다. 단, 이하 각 단계별 중복되는 내용은 설명을 생략하고, 특징이 되는 내용 위주로 기술한다.
도 5a를 참조하면, 구동부 형성단계로 기판(52) 상에 구동부로서 박막트랜지스터부(54)를 패터닝한다. 상세하게는, 기판(52) 상에 선택적으로 반도체층을 형성하되 그 일부에 B 또는 P와 같은 불순물을 첨가하여 소스(54a)와 드레인(54b) 및 활성층(54c)을 구분 형성하고, 그 위에 게이트 절연막(56)을 적층한 후, 게이트 절연막(56) 상에 게이트 전극(54d)을 형성한다. 이어서, 게이트 전극(54d) 상에 제 1 층간 절연막(58)을 형성한다.
도 5b를 참조하면, 애노드 전극 형성단계로 제 1 층간 절연막(58) 상에 박막트랜지스터부(54)의 형성 위치에 대응되는 소정 영역을 기준으로 그 형성 영역이 구분되도록 애노드 전극(60)을 선택적으로 형성한다. 전술한 게이트 절연막(56) 및 제 1 층간 절연막(58)에는 박막트랜지스터부(54)의 소스(54a) 및 드레인(54b)이 노출되도록 콘텍홀을 형성한 후, 제 1 및 제 2 금속 전극(54e, 54e')을 각각 소스 (54a) 및 드레인(54b)에 전기적으로 연결되도록 형성한다. 이때, 제 2 금속 전극(54e')은 애노드 전극(60)과 전기적으로 연결되도록 형성한다.
또한, 전술한 박막트랜지스터부(54)의 형성 위치에 대응되는 소정 영역 및 애노드 전극(60)의 끝단 일부를 포함하는 영역 상에 제 2 층간 절연막(62)을 형성한다.
도 5c를 참조하면, 발광부 형성단계로 전술한 애노드 전극(60) 및 제 2 층간 절연막(62) 상에 정공 주입/수송층(64)과 발광층(66) 및 전자 주입/수송층(68)을 차례로 증착하여 발광부(69)를 형성한다. 이어서, 전술한 발광부(69) 상에 캐소드 전극(70)과 소자의 열화 방지를 위한 보호층(72)을 순차적으로 형성한다.
도 5d 및 도 5e를 참조하면, 보호부 형성단계로 전술한 보호층(72)에 밀착하는 보호부를 형성한다.
상세하게는, 보호용 기판(78)의 전술한 보호층(72)과 대응되는 측면 상에 예를 들어, SiO2 또는 SiNx와 같이 투명한 재질을 채택 적용하여 스페이서(76)를 선택적으로 형성한다. 이때, 스페이서(76)는 예를 들어, 섀도우 마스크를 사용한 증착 공정을 통해 형성할 수 있다. 또 다른 방법으로는 예를 들어, 프린팅(screening printing, inkjet printing, contact printing) 또는 몰딩(Molding) 중 어느 하나의 방법을 채택 적용할 수 있다.
이어서, 전술한 발광부 형성단계를 거친 기판(52) 상에 실란트층(74)을 형성하여 전술한 스페이서(76)가 형성 배치된 보호용 기판(78)을 밀착시킨다.
이상과 같이 스페이서(76)가 구비된 실란트층(74)은 보호용 기판(78)을 밀착시 균일한 압력이 가해지도록 하며, 보호용 기판(78)의 부분 쳐짐이나 굴곡이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 스페이서(76)의 빛 산란 작용으로 인해 소자의 디스플레이 적용시 광시야각 및 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
궁극적으로 전술한 스페이서(76)를 포함한 실란트층(74)이 구비된 전계발광소자는 본 발명의 소기 목적을 달성할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전계발광소자의 제조 공정별 단면도이다. 단, 이상 도시한 도 5a 및 도 5c까지의 공정은 동일하므로, 이하 생략하며, 차이가 나는 보호부 형성단계에 초점을 맞춰 도시 설명한다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 보호부 형성단계로 보호용 기판(78)의 전술한 보호층(72)과 대응되는 측면 상에 불투명한 재질을 채택 적용하여 스페이서(76)를 선택적으로 형성한다. 이때, 스페이서(76)는 예를 들어, 섀도우 마스크를 사용한 증착 공정을 통해 형성할 수 있으며, 기판(52) 상의 박막트랜지스터부(54)에 대응되는 위치에 형성하여 개구율의 감소를 최소화한다.
또한, 스페이서(76)에 금속 물질과 같이 열전도도가 큰 재료를 채택 적용하면, 소자 구동시 발생하는 열을 발산하는 효과를 추가로 얻을 수 있다.
이어서, 전술한 보호용 기판(78)과 기판(52)을 실란트층(74)으로 밀착시킨다.
이상과 같은 구조 및 제조방법에 따르는 본 발명의 전계발광소자는 소기 목적을 달성할 수 있다.
이상 본 발명은 스페이서에 예를 들어, SiO2 또는 SiNx와 같은 무기물 재료를 사용한 것으로 설명하였으나, 본 발명은 예를 들어 BCB, Polyimide, PR감광막 등의 유기물 재료 또한 사용 가능하다.
또한, 이상 본 발명의 제 1 실시예에서는 투명한 스페이서가 균등 간격으로 구분 형성된 것으로 도시 설명하였으나, 스페이서의 형태와 위치는 이에 국한되지 않는다.
이상 본 발명은 액티브 매트릭스형의 경우로 제 1 및 제 2 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 국한되지 않으며, 패시브 매트릭스 형의 경우에도 적용 가능하다.
이상 종래 기술 및 본 발명을 설명함에 있어, 발광부에 유기물 발광층을 채택 적용한 경우로 예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 국한되지 않으며, 발광부에 유기물뿐만 아니라 무기물 또한 이용 가능한 전계발광 표시장치(LED)의 범주로 이해하여야 한다.
이상 다양한 실시예를 들어 본 발명에 대하여 서술하였으나, 본 발명의 범위 는 전술한 상세 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고, 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 전계발광소자의 보호부 구조를 개선함으로써 전계발광소자를 이용한 디스플레이의 대면적화시 보호용 기판의 쳐짐 및 굴곡을 방지하여 소자의 발광 균일도 문제점을 개선할 수 있고, 또한 공정 수율 및 제품의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

Claims (11)

  1. 제 1 기판 상에 하나의 전극과 발광층 및 다른 하나의 전극을 순차적으로 적층하여 발광부를 형성하는 발광부 형성단계와;
    상기 발광부에 대향하여 제 2 기판 상에 스페이서를 형성하고, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 접착부재를 두고 밀착하여 상기 발광부의 전면을 상기 접착부재로 밀봉하는 보호부 형성단계를 포함하는 전계발광소자의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 스페이서 전부 또는 일부가 상기 접착부재 내에 위치하는 전계발광소자의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 발광층 상에 형성된 전극과 상기 접착부재 사이에 각각 면접촉하는 보호막을 평탄하게 형성하는 보호막 형성단계를 추가로 포함하는 전계발광소자의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 보호부 형성단계는 상기 제 2 기판 상에 상기 스페이서를 투명한 재질로 채택 형성하는 것을 특징으로 하는 전계발광소자의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 발광부 형성단계 이전에 상기 제 1 기판 상에 상기 발광부의 두 개의 전극 중 어느 하나와 전기적으로 연결되는 구동부를 형성하는 구동부 형성단계를 포함하며,
    상기 보호부 형성단계는 상기 제 2 기판 상의 상기 구동부와 대응되는 위치에 상기 스페이서를 형성하는 것을 특징으로 하는 전계발광소자의 제조방법.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광부 형성단계는 상기 발광층을 유기물로 형성하는 것을 특징으로 하는 전계발광소자의 제조방법.
  7. 상호 간 대응되는 제 1 및 제 2 기판과;
    두 개의 전극 사이에 발광층이 형성되어 상기 제 1 기판 상에 구비되는 발광부와;
    상기 제 2 기판의 상기 발광부와 대응되는 측면에 결합되며 상기 발광부 상에 일체가 접촉되도록 형성된 스페이서를 포함하는 전계발광소자.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 발광부 상에 형성되어 상기 스페이서 일체와 면접촉하는 보호막을 포함 하는 전계발광소자.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 스페이서는 투명한 재질로 상기 제 2 기판 상에 형성된 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 제 1 기판 상에 상기 발광부의 두 개의 전극 중 어느 하나와 전기적으로 연결되도록 형성된 구동부를 포함하며,
    상기 스페이서는 상기 구동부와 대응되는 상기 제 2 기판 상의 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
  11. 제 7항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광층은 유기물인 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
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