KR20070115339A - 레이저 열 전사 장치 및 이를 이용한 유기 발광소자의제조방법 - Google Patents

레이저 열 전사 장치 및 이를 이용한 유기 발광소자의제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 열 전사법에 의해 기판 상에 발광층을 형성할 시, 정공주입층(HIL:hole injection layer), 정공수송층(HTL:hole transfer layer) 및 발광층(EML : emitting layer)이 도너필름 쪽으로 탈리되는 현상을 방지할 수 있는 레이저 열 전사 장치 및 이를 이용한 유기 발광소자의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 유기 발광소자의 발광층을 형성하는 레이저 열 전사 장치에 있어서, 상기 유기 발광소자의 화소 영역이 형성된 어셉터기판 및 상기 화소 영역으로 전사될 발광층을 구비하는 도너필름이 순차적으로 이송되어 적층되는 기판스테이지; 상기 도너필름에 레이저를 조사하는 레이저 발진기; 상기 기판스테이지와 맞닿는 챔버 외부에 설치되며, 상기 어셉터기판과 상기 도너필름 사이에 균일한 압력을 유지시키는 압력조절장치; 및 적어도 상기 기판스테이지를 내부에 구비하는 챔버를 포함한다. 이러한 구성에 의하여, 혼색이 일어나지 않아 색균일도를 향상시킬 수 있다.
레이저 열 전사, 압력조절장치, 도너필름

Description

레이저 열 전사 장치 및 이를 이용한 유기 발광소자의 제조방법 {LASER INDUCED TRANSFER IMAGING AND FABRICATING METHOD OF ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE USING THE SAME}
도 1은 종래기술에 따른 레이저 열 전사 장치의 개략적인 단면도.
도 2는 종래기술에 따른 레이저 열 전사 시의 화소 영역 불량을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 레이저 열 전사 장치의 개략적인 단면도.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 발광층의 전사 방법을 나타내는 단면도.
♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣
310 : 챔버 320 : 기판스테이지
330 : 레이저 발진기 340 : 기판
350 : 도너필름 370 : 압력조절장치
본 발명은 레이저 열 전사 장치 및 이를 이용한 유기 발광소자의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 레이저 열 전사법에 의해 기판 상에 발광층을 형 성할 시, 압력조절장치로 도너필름과 기판간에 일정압 이상의 진공이 걸리는 것을 방지하여 정공주입층(HIL:hole injection layer), 정공수송층(HTL:hole transfer layer) 및 발광층(EML:emitting layer)이 도너필름 쪽으로 탈리되는 현상을 방지할 수 있는 레이저 열 전사 장치 및 이를 이용한 유기 발광소자의 제조방법에 관한 것이다.
유기막층을 형성하는 방법 중, 증착법은 섀도우 마스크를 이용하여 유기발광물질을 진공증착하여 유기막층을 형성하는 방법으로, 마스크의 변형 등에 의해 고정세의 미세패턴을 형성하기 어렵고, 대면적 표시장치에 적용하기 어렵다.
증착법의 문제점을 해결하기 위하여, 직접 유기막층을 패터닝하는 잉크젯 방식이 제안되었다. 잉크젯 방식은 발광재료를 용매에 용해 또는 분산시켜 토출액으로써 잉크젯 프린트 장치의 헤드로부터 토출시켜 유기막층을 형성하는 방법이다. 잉크젯 방식은 공정이 비교적 간단하지만, 수율저하나 막두께의 불균일성이 발생되고, 대면적의 표시장치에 적용하기 어려운 문제점이 있다.
한편, 레이저 열 전사법을 이용하여 유기막층을 형성하는 방법이 제안되었다. 레이저 열 전사법은 기재기판, 광-열 변환층 및 전사층을 포함하는 도너필름에 레이저를 조사시켜 기재기판을 통과한 레이저를 광-열 변환층에서 열로 변환시켜 광-열 변환층을 팽창시킴으로써, 인접한 전사층을 팽창시켜, 어셉터기판에 전사층이 접착되어 전사되게 하는 방법이다. 레이저 열 전사법은 레이저로 유도된 이미징 프로세스로 고해상도의 패턴 형성, 필름 두께의 균일성, 멀티레이어 적층 능력, 대형 마더글래스로의 확장성과 같은 고유한 이점을 가지고 있다.
종래에 레이저 열 전사법을 실시할 경우, 전사가 이루어지는 챔버 내부는 유기 발광소자 형성시의 증착 공정과 동조되도록 하기 위하여 진공상태에서 이루어지는 것이 바람직하다. 그러나, 종래의 진공상태에서 레이저 열전사를 행하는 경우, 도너필름과 어셉터기판 사이에 압력이 균일하지 않게 되어 전사층의 전사 특성이 좋지 않게 되는 문제점이 있다. 따라서, 레이저 열전사법에 있어서, 도너필름과 어셉터기판을 라미네이션시키는 방법은 중요한 의미를 가지며, 이를 해결하기 위한 여러가지 방안이 연구되고 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 종래의 레이저 열 전사 장치를 구체적으로 설명한다.
도 1은 종래기술에 따른 레이저 열전사 장치의 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 레이저 열 전사 장치(100)는 챔버(110) 내부에 위치하는 기판스테이지(120) 및 챔버(110) 상부에 위치한 레이저 조사장치(130)를 포함하여 구성된다.
기판스테이지(120)는 챔버(110)로 도입되는 어셉터기판(140)과 도너필름(150)을 각각 순차적으로 위치시키기 위한 것으로서, 기판스테이지(120)에는 어셉터기판(140)과 도너필름(150)을 각각 정렬되게 하기 위한 제1 장착홈(121) 및 제2 장착홈(123)이 형성되어 있다. 제1 장착홈(121)이 어셉터기판(140)의 둘레방향을 따라 형성되고, 제2 장착홈(123)은 도너필름(150)의 둘레방향을 따라 형성된다. 통상적으로, 어셉터기판(140)은 도너필름(150)보다 면적이 작으므로, 제2 장착홈(123)보다 제1 장착홈(121)을 작게 형성한다.
이때, 어셉터기판(140)과 도너필름(150)의 사이에 이물질이나 공간없이 라미네이션시키기 위하여, 레이저 열전사가 이루어지는 챔버(110) 내부를 진공으로 유지하지 않고, 제1 장착홈(121) 및 제2 장착홈(123)의 하부 일구간에 파이프(161, 163)를 연결하고, 진공펌프(P)로 흡입하여 어셉터기판(140)과 도너필름(150)을 라미네이션시킨다.
그러나, 진공펌프(P)에 의한 방법은 균일하지 못한 압력으로 어셉터기판(140)과 도너필름(150)을 라미네이션시킴으로써, 어셉터기판(140) 상의 정공주입층 및 정공수송층(141)이 탈리되거나, 도너필름(150) 상의 발광층(151)이 탈리되어 발광 영역에서의 혼색 불량이 발생되는 문제점이 있다.
도 2는 종래기술에 따른 레이저 열 전사 시의 화소 영역 불량을 나타내는 도면이다.
도 2에서 보는 바와 같이, 주로 기판의 외곽 영역(Edge)에서 1~3㎜의 원형 불량(A)이 발생된다. 도너필름과 어셉터기판을 라미네이션할 때, 어셉터기판의 외곽 영역에서부터 진공을 잡기 때문에 어셉터기판의 외측과 내측에서 진공도의 차이가 발생하기 때문이다. 어셉터기판의 외측의 진공도가 높은 상태를 유지하게 되면 이 진공도의 영향에 따라 어셉터기판의 외곽 영역에서 정공주입층, 정공수송층 및 발광층의 탈리 현상이 일어나게 되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 종래의 문제점들을 해결하기 위해 고안된 발명으로, 본 발명의 목적은 레이저 열 전사법에 의해 기판 상에 발광층을 형성할 시, 정 공주입층(HIL:hole injection layer), 정공수송층(HTL:hole transfer layer) 및 발광층(EML : emitting layer)이 도너필름 쪽으로 탈리되는 현상을 방지할 수 있는 레이저 열 전사 장치 및 이를 이용한 유기 발광소자의 제조방법을 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 유기 발광소자의 발광층을 형성하는 레이저 열 전사 장치에 있어서, 상기 유기 발광소자의 화소 영역이 형성된 어셉터기판 및 상기 화소 영역으로 전사될 발광층을 구비하는 도너필름이 순차적으로 이송되어 적층되는 기판스테이지와, 상기 도너필름에 레이저를 조사하는 레이저 발진기와, 상기 기판스테이지와 맞닿는 챔버 외부에 설치되며, 상기 어셉터기판과 상기 도너필름 사이에 균일한 압력을 유지시키는 압력조절장치 및 적어도 상기 기판스테이지를 내부에 구비하는 챔버를 포함한다.
바람직하게, 챔버에는 내부를 진공으로 유지시키는 진공라인이 포함되며, 상기 압력조절장치는 진공라인에 배치된다. 상기 도너필름은 기재기판, 광-열 변환층 및 발광층으로 이루어지며, 상기 광-열 변환층과 상기 발광층 사이에 층간삽입층을 더 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 레이저 열 전사법에 의해 제1 전극층과 제2 전극층 사이에 발광층이 형성되는 유기 발광소자의 제조방법에 있어서, 기판스테이지 상에 화소 영역이 형성된 어셉터기판을 위치시키는 어셉터기판 이송단계와, 상기 어셉터기판 상에 발광층을 구비한 도너필름을 이송시키는 도너필름 이송단계와, 상기 어 셉터기판과 상기 도너필름을 압력조절장치로 화소 영역 전체에 균일한 압력을 유지하며 접합시키는 라미네이션 단계 및 상기 도너필름에 레이저를 조사하여 상기 어셉터기판의 상기 화소 영역에 상기 발광층을 전사하는 전사단계를 포함한다.
상기 제1 전극층 및 상기 발광층 사이에는 정공수송층을 더 형성하는 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 도시한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 레이저 열 전사 장치 및 이를 이용한 유기 발광소자의 제조방법을 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 레이저 열 전사 장치의 개략적인 단면도이다.
도 3에서 보는 바와 같이, 레이저 열 전사 장치는 챔버(310), 기판스테이지(320), 레이저 발진기(330) 및 압력조절장치(370)를 포함하여 구성된다.
챔버(310)는 통상의 레이저 열 전사 장치에서 사용되는 챔버(310)를 사용할 수 있고, 챔버(310) 외부에는 도너필름(350) 및 어셉터기판(340)을 챔버(310) 내부로 이송하기 위한 로봇팔 등의 이송수단(미도시)이 구비된다.
한편, 기판스테이지(320)는 챔버(310)의 내부 저면에 위치하며, 기판스테이지(320)는 이동되기 위한 구동수단(미도시)을 더 구비할 수 있다. 예컨데, 레이저가 세로방향으로 조사될 경우, 가로방향으로 기판스테이지(320)를 이동시키는 구동수단을 더 구비할 수 있다.
또한, 기판스테이지(320)는 어셉터기판(340) 및 도너필름(350)을 수납하여 장착시키는 각각의 장착수단을 구비할 수 있다. 장착수단은 이송수단에 의해 챔 버(310) 내로 이송되어온 어셉터기판(340)이 기판스테이지(320)의 정해진 위치에 정확히 장착되도록 한다.
본 실시예에서, 장착수단은 관통홀(미도시), 가이드바(미도시), 이동플레이트(361, 363), 지지대(미도시), 및 장착홈(321, 323)을 포함하여 구성될 수 있다. 이 때, 가이드바는 이동플레이트(361, 363) 및 지지대와 동반하여 상승 또는 하강운동하는데, 가이드바가 관통홀을 통과하여 상승하면서 어셉터기판(340)을 수용하고, 하강하면서 어셉터기판(340)을 장착홈(321, 323)에 안착시키게 되는 구조이다. 이 때, 어셉터기판(340) 및 도너필름(350)의 정확한 안착을 위해 장착홈(321, 323)은 벽면이 비스듬하게 형성되는 것이 바람직하다.
레이저 발진기(330)는 챔버(310)의 외부 또는 내부에 설치될 수 있으며, 레이저가 상부에서 비춰질 수 있도록 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 레이저 발진기(330)는 CW ND:YAG 레이저(1604nm)를 사용하고, 2개의 갈바노미터 스캐너를 구비하며, 스캔렌즈 및 실린더렌즈를 구비하나 이에 제한되는 것은 아니다.
도너필름(350)은 기재기판(base film;353), 상기 기재기판(353) 상에 형성된 광-열 변환층(LTHC:light to heat conversion;352), 상기 광-열 변환층(352) 상에 발광층(351)이 형성되어 있다. 상기 광-열 변환층(352)과 상기 발광층(351) 사이에 층간삽입층(미도시)을 더 포함할 수 있다.
도너필름(350)을 구체적으로 설명하면, 기재기판(353)은 지지체 역할을 하며, 광투과율이 90% 이상인 기판을 사용한다. 기재기판(353)을 형성하는 물질로는 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리올레핀, 폴리비닐수지 등을 사용하는데, 그 중 에서도 투명성이 우수한 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)가 가장 많이 사용된다.
광-열 변환층(352)은 발광층(351)이 어셉터기판(340) 등과 같은 수용체 상에 전사될 수 있는 전사에너지를 제공하는 역할을 하며, 레이저를 흡수하여 열에너지로 변환시켜 주는 광흡수재(radiation absorber)를 포함한다. 광-열 변환층(352)이 너무 얇게 형성되는 경우에는 에너지 흡수율이 낮아 광이 열로 변화되는 에너지 양이 작게 되어 팽창압력이 낮아지고, 투과되는 에너지가 커지게 되어 유기 발광소자의 기판 회로에 손상을 주게 되므로, 1㎛ 내지 5㎛ 정도로 형성된다.
광-열 변환층(352)은 금속성 및 금속화합물을 이용하여 박막 형태로 형성된다. 보다 상세하게는, 스퍼터링 및 증발성 증착과 같은 건식 방법에 의해 형성될 수 있으며, 입상코팅은 결합제 및 임의의 적합한 건조 또는 습식코팅 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 광-열 변환층(352)을 보호하기 위한 층간삽입층(미도시)은 광-열 변환층(352)의 이물질이 발광층(351)에 들어가지 않도록 하는 역할을 한다.
압력조절장치(370)는 챔버(310) 내부에 진공을 유지시켜주는 진공 라인에 부착되며, 진공도를 조절하여 특정 진공도 이상 올라가지 않도록 조절한다. 본 발명에 따르면, 펌프(P)로부터 직접 진공을 흡입하는 방식이 아닌 압력조절장치(370)를 통해 도너필름(350)과 어셉터기판(340) 사이에 균일한 압력을 가하여 라미네이션함으로써, 발광부의 외곽 영역에서 정공주입층/정공수송층(341) 및 발광층(351)의 탈리를 방지할 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 레이저 열 전사법에 따른 발광층의 전사 방법을 나타내는 단면도이다.
도 4a에서 보는 바와 같이, 기판(200) 상에 형성된 박막트랜지스터(207)의 구조를 간단히 설명하면, 상기 기판(200) 상에 버퍼층(201)이 형성되고, 상기 버퍼층(201)의 일영역 상에 액티브 채널층(202a)과 오믹콘택층(202b) 사이에 LDD층(미도시)을 포함하는 반도체층(202)이 형성된다. 상기 반도체층(202) 상에는 게이트 절연막(203)과 게이트 전극(204)이 패터닝되어 순차적으로 형성된다. 상기 게이트 전극(204) 상에 형성되며, 상기 반도체층(202) 중 오믹콘택층(202b)이 노출되도록 형성된 층간절연층(205)과, 노출된 상기 오믹콘택층(202b)에 접촉되도록 상기 층간절연층(205)의 일영역 상에 소스 및 드레인 전극(206a, 206b)이 형성된다.
그리고, 상기 박막트랜지스터(207) 상에 평탄화막(208)을 형성하고, 상기 평탄화막(208) 상에는 상기 평탄화막(208)의 일영역을 에칭하여 상기 소스 및 드레인 전극(206a, 206b) 중 어느 하나가 노출되도록 형성된 비어홀(미도시)을 통해, 상기 소스 및 드레인 전극(206a, 206b) 중 어느 하나와 제1 전극층(209)이 전기적으로 연결된다. 상기 제1 전극층(209)은 상기 평탄화막(208)의 일영역에 형성되며, 상기 평탄화막(208) 상에, 화소정의막(210)이 형성된다.
상기 화소정의막(210)의 일영역을 에칭하여 상기 제1 전극층(209)이 적어도 부분적으로 노출되도록 개구부(218)가 형성된다. 개구부(218)를 형성할 때에는 포토레지스터 공정을 이용하여 에칭한다. 화소정의막(210)의 일영역 상에 포토레지스트(photo resist)를 균일하게 도포하고, 이것을 선택적으로 노광, 현상 처리하여 포토레지스트 패턴을 형성하고, 이 패턴을 마스크로 하여 화소정의막(210)을 선택적으로 에칭하고, 불필요한 포토레지스트 층을 에칭용액으로 제거하여 형성한다.
그리고, 도 4b에서 보는 바와 같이, 상기 화소정의막(210) 및 상기 개구부(218) 상에 정공수송층(211)을 형성한다. 상기 정공수송층(211)은 마스크를 사용하여 진공증착에 의해 형성한다. 마스크는 0.1㎜ 정도의 두께를 가지는 SUS, Ni, Fe, Ni 합금(예를 들어, Ni-Fe 합금) 또는 실리콘 등의 반도체를 에칭 등에 의해 가공하여 제조한 메탈(metal) 마스크가 일반적으로 사용된다.
그 다음, 도 4c에서 보는 바와 같이, 기판(200) 상에 도너필름(215)을 위치시키고, 발광층(214)이 전사될 영역에 도너필름(215) 상에서 레이저를 조사한다. 도너필름(215) 상에 레이저가 조사되는 부분의 광-열 변환층(213)이 팽창함에 따라 발광층(214)이 팽창하면서 도너필름(215)으로부터 분리되어 기판(200)으로 패터닝된 상기 정공수송층(211)의 일영역 및 개구부(218) 상에 발광층(214)이 전사된다.
상기 기판(200)과 상기 도너필름(215)을 얼라인(align)할 때, 진공 라인에 부착된 압력조절장치로 상기 기판과 상기 도너필름(215) 사이에 일정압 이상의 진공이 가해지는 것을 방지하여 균일한 압력으로 라미네이션한다.
이 후, 도 4d에서 보는 바와 같이, 기판(200)에 발광층(214)이 전사되면 도너필름(215)과 기판(200)을 분리시킨다. 분리된 기판(200) 상에는 정공수송층(211) 일영역의 요철면(220) 및 개구부(218)를 따라 발광층(214)이 전사되며, 도너필름(215) 하부의 발광층(214) 중 레이저가 조사된 영역의 발광층(214)만 전사되고, 레이저가 조사되지 않은 영역의 발광층(214)은 도너필름(215) 상에 그대로 남아있게 된다.
따라서, 도너필름과 기판의 라미네이션 시에 압력조절장치로 균일하게 압력 을 가함으로써, 정공주입층(HIL:hole injection layer), 정공수송층(HTL:hole transfer layer) 및 발광층(EML:emitting layer)이 도너필름 쪽으로 탈리되는 현상을 방지할 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 레이저 열 전사법에 의해 기판 상에 발광층을 형성할 시, 압력조절장치로 도너필름과 기판간에 일정압 이상의 진공이 걸리는 것을 방지하여 정공주입층(HIL:hole injection layer), 정공수송층(HTL:hole transfer layer) 및 발광층(EML:emitting layer)이 도너필름 쪽으로 탈리되는 현상을 방지함으로써, 혼색이 일어나지 않아 색균일도를 향상시킬 수 있다.

Claims (7)

  1. 유기 발광소자의 발광층을 형성하는 레이저 열 전사 장치에 있어서,
    상기 유기 발광소자의 화소 영역이 형성된 어셉터기판 및 상기 화소 영역으로 전사될 발광층을 구비하는 도너필름이 순차적으로 이송되어 적층되는 기판스테이지;
    상기 도너필름에 레이저를 조사하는 레이저 발진기;
    상기 기판스테이지와 맞닿는 챔버 외부에 설치되며, 상기 어셉터기판과 상기 도너필름 사이에 균일한 압력을 유지시키는 압력조절장치; 및
    적어도 상기 기판스테이지를 내부에 구비하는 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 열 전사 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 챔버에는 내부를 진공으로 유지시키는 진공라인이 포함되는 것을 특징으로 하는 레이저 열 전사 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 압력조절장치는 진공라인에 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 열 전사 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 도너필름은 기재기판, 광-열 변환층 및 발광층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 열 전사 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 도너필름은 상기 광-열 변환층과 상기 발광층 사이에 정공수송층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 열 전사 장치.
  6. 레이저 열 전사법에 의해 제1 전극층과 제2 전극층 사이에 발광층이 형성되는 유기 발광소자의 제조방법에 있어서,
    기판스테이지 상에 화소 영역이 형성된 어셉터기판을 위치시키는 어셉터기판 이송단계;
    상기 어셉터기판 상에 발광층을 구비한 도너필름을 이송시키는 도너필름 이송단계;
    상기 어셉터기판과 상기 도너필름을 압력조절장치로 화소 영역 전체에 균일한 압력을 유지하며 접합시키는 라미네이션 단계; 및
    상기 도너필름에 레이저를 조사하여 상기 어셉터기판의 상기 화소 영역에 상기 발광층을 전사하는 전사단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 열 전사 장치를 이용한 유기 발광소자의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 전극층 및 상기 발광층 사이에는 정공수송층을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 열 전사 장치를 이용한 유기 발광소자의 제조방법.
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