KR20080104452A - 유기전계 발광소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

유기전계 발광소자 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR20080104452A
KR20080104452A KR1020070051233A KR20070051233A KR20080104452A KR 20080104452 A KR20080104452 A KR 20080104452A KR 1020070051233 A KR1020070051233 A KR 1020070051233A KR 20070051233 A KR20070051233 A KR 20070051233A KR 20080104452 A KR20080104452 A KR 20080104452A
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buffer pattern
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이준석
김도형
민경희
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은 다수의 화소영역이 정의된 기판과; 상기 기판 전면에 형성된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극 상의 상기 다수의 화소영역의 경계에 형성된 버퍼패턴과; 상기 버퍼패턴 상에 상기 버퍼패턴의 중앙부를 기준으로 서로 이격하며 형성된 금속패턴과; 상기 버퍼패턴 중앙부에 대응하여 그 상부에 형성된 격벽과; 상기 다수의 화소영역 각각에 상기 제 1 전극 위에 형성된 유기 발광층과; 상기 유기 발광층을 덮으며 그 끝단이 상기 금속패턴과 접촉하며 상기 다수의 화소영역에 각각 형성되는 다수의 제 2 전극을 포함하는 유기전계발광 다이오드 기판 및 이의 제조방법을 제공하며, 나아가 이를 구비한 듀얼패널 타입 유기전계 발광소자를 제공한다.
유기전계 발광소자, 듀얼패널 타입, 수분, 가스, 유기발광층, 열화

Description

유기전계 발광소자 및 그 제조 방법 {Organic electroluminescent device and methode for fabricating the same}
도 1은 일반적인 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자의 한 화소에 대한 회로도.
도 2는 종래의 듀얼패널 타입 유기전계발광 소자의 유기전계발광 다이오드가 형성된 기판의 하나의 화소영역에 대한 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 듀얼패널 타입 유기전계발광 소자의 하나의 화소영역에 대한 단면도.
도 4a 내지 4f는 본 발명에 따른 듀얼패널타입 유기전계 발광소자용 유기전계발광 다이오드 기판의 제조 단계별 공정 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 듀얼패널 타입 유기전계발광 소자의 일부 평면도로서 금속패턴과 버퍼패턴만을 간략히 도시한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
141 : 제 2 기판 143 : 보조전극
146 : 제 1 전극 149 : 버퍼패턴
153 : 금속패턴 157 : 격벽
160 : 유기 발광층 163 : 제 2 전극
165 : 유기전계발광 다이오드
P : 화소영역
본 발명은 유기전계발광 소자(Organic Electroluminescent Device)에 관한 것이며, 특히 유기물과 캐소드 전극이 격벽에 의해 각 화소영역별로 분리되는 끝부분으로의 가스 및 수분 침투에 의한 수축 발생을 방지하는 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광 소자에 관한 것이다.
평판 디스플레이(FPD ; Flat Panel Display)중 하나인 유기전계발광 소자는 높은 휘도와 낮은 동작 전압 특성을 갖는다. 또한 스스로 빛을 내는 자체발광형이기 때문에 명암대비(contrast ratio)가 크고, 초박형 디스플레이의 구현이 가능하며, 응답시간이 수 마이크로초(㎲) 정도로 동화상 구현이 쉽고, 시야각의 제한이 없으며 저온에서도 안정적이고, 직류 5 내지 15V의 낮은 전압으로 구동하므로 구동회로의 제작 및 설계가 용이하다.
이러한 특성을 갖는 유기전계발광 소자는 크게 패시브 매트릭스 타입과 액티브 매트릭스 타입으로 나뉘어지는데, 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, 화소(pixel)를 온/오프(on/off)하는 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Thin Film Transistor)가 화소(pixel)별로 위치하고, 이 박막트랜지스터와 연결된 제 1 전극은 화소 단위로 온(on)/오프(off)되고, 이 제 1 전극과 대향하는 제 2 전극은 공통전극이 된다.
그리고, 상기 액티브 매트릭스 방식에서는 픽셀에 인가된 전압이 스토리지 커패시터(CST ; storage capacitor)에 충전되어 있어, 그 다음 프레임(frame) 신호가 인가될 때까지 전원을 인가해 주도록 함으로써, 주사선 수에 관계없이 한 화면동안 계속해서 구동한다. 따라서, 낮은 전류를 인가하더라도 동일한 휘도를 나타내므로 저소비전력, 고정세, 대형화가 가능한 장점을 가지므로 최근에는 액티브 매트릭스 타입의 유기전계발광 소자가 주로 이용되고 있다.
이하, 이러한 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자의 기본적인 구조 및 동작특성에 대해서 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자의 한 화소에 대한 회로도이다.
도시한 바와 같이 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자의 하나의 화소는 스 위칭(switching) 박막트랜지스터(STr)와 구동(driving) 박막트랜지스터(DTr), 스토리지 캐패시터(StgC), 그리고 유기전계발광 다이오드(E)로 이루어진다.
즉, 제 1 방향으로 게이트 배선(GL)이 형성되어 있고, 이 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 형성되어 화소영역(P)을 정의하며 데이터 배선(DL)이 형성되어 있으며, 상기 데이터 배선(DL)과 이격하며 전원전압을 인가하기 위한 전원배선(PL)이 형성되어 있다.
또한, 상기 데이터 배선(DL)과 게이트 배선(GL)이 교차하는 부분에는 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 형성되어 있으며, 상기 스위칭 박막트랜지스터(STr)와 전기적으로 연결된 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되어 있다.
이때, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)는 유기전계발광 다이오드(E)와 전기적으로 연결되고 있다. 즉 상기 유기전계발광 다이오드(E)의 일측 단자인 제 1 전극은 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극과 연결되고, 타측 단자인 제 2 전극은 전원배선(PL)과 연결되고 있다. 이때, 상기 전원배선(PL)은 전원전압을 상기 유기전계발광 다이오드(E)로 전달하게 된다.
또한, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 게이트 전극과 소스 전극 사이에는 스토리지 커패시터(StgC)가 형성되고 있다.
따라서, 상기 게이트 배선(GL)을 통해 신호가 인가되면 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 온(on) 되고, 상기 데이터 배선(DL)의 신호가 구동 박막트랜지스터(DTr)의 게이트 전극에 전달되어 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)가 온(on) 되므로 유기전계발광 다이오드(E)를 통해 빛이 출력된다. 이때, 상기 구동 박막트랜지스 터(DTr)가 온(on) 상태가 되면, 전원배선(PL)으로부터 유기전계발광 다이오드(E)에 흐르는 전류의 레벨이 정해지며 이로 인해 상기 유기전계발광 다이오드(E)는 그레이 스케일(gray scale)을 구현할 수 있게 되며, 상기 스토리지 커패시터(StgC)는 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 오프(off) 되었을 때, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 게이트 전압을 일정하게 유지시키는 역할을 함으로써 상기 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 오프(off) 상태가 되더라도 다음 프레임(frame)까지 상기 유기전계발광 다이오드(E)에 흐르는 전류의 레벨을 일정하게 유지할 수 있게 된다.
이러한 유기전계발광 다이오드는 하나의 기판에 박막트랜지스터 등의 어레이 소자와 애노드 및 캐소드 전극과 유기 발광층을 포함하는 유기전계발광 다이오드가 하나의 기판에 형성되는 것을 특징으로 하는 일반적인 유기전계발광 소자와 어레이 소자와 유기전계발광 다이오드가 각각 서로 다른 기판에 구성되어 이들을 기둥형태의 연결전극으로 연결한 구조를 갖는 듀얼패널타입 유기전계발광 소자가 제안되고 있다.
도 2는 종래의 듀얼패널 타입 유기전계발광 소자의 유기전계발광 다이오드가 형성된 기판의 하나의 화소영역에 대한 단면도이다.
도시한 바와 같이 투명한 절연기판(11)의 전면에 애노드 전극(14)이 형성되어 있으며, 그 상부로 각 화소영역(P)의 경계에 대응하여 버퍼패턴(17)이 형성되어 있다.
또한, 상기 버퍼패턴(17) 상부에는 그 단면이 역테이퍼 구조로서 격벽(20)이 형성되어 있으며, 각 화소영역(P)에는 상기 격벽(20)에 의해 자동적으로 각 화소영 역(P)별로 분리되며 상기 애노드 전극(14) 위로 유기 발광물질로서 유기 발광층(23)과, 그 상부로 캐소드 전극(27)이 형성되어 있다.
이때, 상기 격벽(20)의 상부에도 상기 유기 발광층과 캐소드 전극을 이루는 각각의 동일한 물질로써 유기 발광패턴(24)과 금속패턴(28)이 형성되고 있다.
이러한 구성을 갖는 유기전계 발광 다이오드 기판(11)의 경우 각 화소영역(P) 내에 형성된 격벽(20)에 의해 자동적으로 분리 형성된 유기 발광층(23)과 캐소드 전극(27)의 끝단부를 살펴보면 버퍼패턴(17) 상부로 유기 발광층(23) 끝단부가 접촉하며 형성되고 있으며, 상기 유기 발광층(23) 상부로 상기 유기 발광층(23)을 덮으며 상기 버퍼패턴(17)과 접촉하며 캐소드 전극(27)이 형성되고 있음을 알 수 있다.
유기 발광층(23)의 경우 그 특성상 수분 및 산소(O2) 등의 가스에 노출 시 급격히 열화되는 특성을 가지고 있으며, 전술한 구조를 갖는 듀얼패널 타입 유기전계발광 소자는 금속물질인 캐소드 전극(27)과 무기절연물질인 상기 버퍼패턴(17)과의 접착 특성이 좋지 않아 상기 캐소드 전극(27)과 버퍼패턴(17)의 계면을 따라 수분 및 가스가 침투되어 상기 유기 발광층(23)의 열화를 촉진시킴으로써 유기전계발광 소장 수명을 단축시키는 문제가 발생하고 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 유기 발광층 상부에 형성되는 캐소드 전극과 버퍼패턴과의 접착 특성을 강화하여 그 계면으로의 수분 및 가스 침투에 의한 유기 발광층의 열화를 방지하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기전계발광 다이오드 기판은, 다수의 화소영역이 정의된 기판과; 상기 기판 전면에 형성된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극 상의 상기 다수의 화소영역의 경계에 형성된 버퍼패턴과; 상기 버퍼패턴 상에 상기 버퍼패턴의 중앙부를 기준으로 서로 이격하며 형성된 금속패턴과; 상기 버퍼패턴 중앙부에 대응하여 그 상부에 형성된 격벽과; 상기 다수의 화소영역 각각에 상기 제 1 전극 위에 형성된 유기 발광층과; 상기 유기 발광층을 덮으며 그 끝단이 상기 금속패턴과 접촉하며 상기 다수의 화소영역에 각각 형성되는 다수의 제 2 전극을 포함한다.
이때, 상기 금속패턴과 상기 다수의 제 2 전극은 동일한 금속물질로 이루어진 것이 특징이다.
또한, 상기 금속패턴의 일끝단은 상기 버퍼패턴의 일끝단과 일치하거나 또는 상기 버퍼패턴의 일끝단을 노출시키며 형성된 것이 특징이며, 상기 다수의 화소영역에 형성된 유기 발광층의 끝단은 상기 금속패턴 상에 위치하거나 또는 상기 버퍼패턴 상에 위치하도록 형성된 것이 특징이다.
또한, 상기 버퍼패턴과 금속패턴 및 격벽은 평면적으로 모두 상기 다수의 각 화소영역을 둘러싸는 구조를 이루는 것이 특징이다.
또한, 상기 격벽은, 상기 버퍼패턴 상에서 서로 이격하는 상기 금속패턴과 동시에 접촉하며 형성된 것이 특징이다.
본 발명에 따른 유기전계발광 다이오드 기판의 제조 방법은, 다수의 화소영역이 정의된 기판 상의 전면에 제 1 전극을 형성하는 단계와; 상기 제 1 전극 상의 상기 다수의 화소영역의 경계에 버퍼패턴을 형성하는 단계와; 상기 버퍼패턴 상에 상기 버퍼패턴 중앙부를 기준으로 서로 이격하는 금속패턴을 형성하는 단계와; 상기 버퍼패턴 중앙부에 대응하여 그 상부에 격벽을 형성하는 단계와; 상기 다수의 화소영역 각각의 상기 제 1 전극 상부에 유기 발광층을 형성하는 단계와; 상기 유기 발광층을 덮으며 그 끝단이 상기 금속패턴과 접촉하도록 상기 다수의 화소영역에 각각 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 유기 발광층과 상기 제 2 전극은 증착공정을 통해 이루어지며 상기 격벽에 의해 자동적으로 각 화소영역별로 분리되도록 형성하는 것이 특징이며, 상기 증착공정은 진공의 분위기의 챔버내에 증착하기 위한 소스물질과 이격하여 상기 격벽이 형성된 기판을 위치시킨 후 상기 소스 물질을 가열하는 단계를 포함하며, 챔버내 증착온도, 상기 소스물질과 기판간의 이격거리, 챔버내의 진공도 등을 조절함으로써 상기 유기 발광층 및 제 2 전극의 각 화소영역 내에서의 끝단의 위치를 조절하게 되는 것이 특징이다.
또한, 상기 격벽은 상기 버퍼패턴 상에서 서로 이격하며 형성된 금속패턴과 동시에 접촉하도록 형성하는 것이 특징이다.
본 발명에 따른 듀얼패널 타입 유기전계발광 소자는, 전면에 형성된 제 1 전극과, 상기 제 1 전극 상의 다수의 화소영역의 경계에 형성된 버퍼패턴과, 상기 버퍼패턴 상에 상기 버퍼패턴의 중앙부를 기준으로 서로 이격하며 형성된 금속패턴과, 상기 버퍼패턴 중앙부에 대응하여 그 상부에 형성된 격벽과, 상기 다수의 화소영역 각각의 상기 제 1 전극 상에 형성된 유기 발광층과, 상기 유기 발광층을 덮으며 그 끝단이 상기 금속패턴과 접촉하며 상기 다수의 화소영역에 각각 형성된 것을 특징으로 하는 다수의 제 2 전극을 포함하는 제 1 기판과; 상기 제 1 기판과 대향하여 그 대향면에 서로 교차하여 형성된 게이트 및 데이터 배선과, 스위칭 박막트랜지스터 및 구동 박막트랜지스터가 형성된 제 2 기판과; 상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 상기 제 2 전극과 상기 구동 박막트랜지스터의 소스 또는 드레인 전극을 전기적으로 연결시키는 연결전극을 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 듀얼패널 타입 유기전계발광 소자의 하나의 화소영역에 대한 단면도이다.
도시한 바와같이, 하부의 투명한 절연재질의 제 1 기판(101)에는 다수의 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(미도시)이 형성되어 있으며, 이들 다수의 두 배선(미도시)에 의해 포획된 영역으로 정의된 다수의 화소영역(P)에는 스위칭 소자 및 구동소자로서 다수의 박막트랜지스터(미도시, DTr)가 형성되어 있다. 이때 도면에 있어서는 유기전계 발광 다이오드(165)와 전기적으로 연결되어 유기 발광 층(160)의 온(On)/오프(Off)와 발광 휘도 등을 조절하는 구동소자로서의 역할을 하는 구동 박막트랜지스터(DTr)만을 나타내었다.
이러한 구동소자 또는 스위칭 소자로서 역할을 하는 박막트랜지스터(미도시, DTr)는 게이트 전극(104)과 게이트 절연막(107)과 반도체층(110)과 소스 및 드레인 전극(113, 116)을 포함하여 구성되고 있으며, 이때 상기 드레인 전극(116)(또는 상기 소스 전극)과 접촉하는 연결전극(123)이 보호층(118) 상에 형성된 기둥형태의 스페이서(120)를 덮으며 연장 형성됨으로써 상부의 제 2 기판(141)에 형성된 유기전계발광 다이오드(165)의 제 2 전극(163)과 접촉하도록 구성되고 있다.
다음, 상기 제 1 기판(101)과 마주하는 본 발명의 구성적 특징이 있는 유기전계발광 다이오드(165)가 구성된 제 2 기판(141)의 구조를 살펴보면, 상기 제 1 기판(101)과 마주하는 제 2 기판(141)의 하면 전면에 제 1 전극(146)이 형성되어 있다.
이때 상기 제 1 전극(146)은 이를 형성하는 금속물질의 종류에 따라 애노드 전극(anode electrode)으로의 역할을 하거나 또는 캐소드 전극(cathode electrode)의 역할을 할 수 있다. 애노드 전극으로의 역할을 수행하도록 하기 위해서는 비교적 높은 일함수 값을 갖는 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO)로 형성되며, 캐소드 전극으로서의 역할을 수행하도록 하기 위해서는 비교적 낮은 일함수 값을 갖는 금속물질인 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(AlNd)으로 형성된다.
또한, 상기 제 1 전극(146) 하부로 화소영역(P)의 경계에 무기절연물질 예를 들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 버퍼패턴(149)이 제 1 폭(w1)을 가지며 형성되어 있으며, 상기 버퍼패턴(157) 하부에는 상로 상기 버퍼패턴(157)의 제 1 폭(w1)의 중앙부를 기준으로 서로 이격하며 금속패턴(153)이 형성되어 있다.
이때 상기 버퍼패턴(149) 하부에서 서로 이격하며 형성된 금속패턴(153)에 있어 그 폭(w2)은 상기 버퍼패턴(149)의 제 1 폭(w1)의 1/2보다 작은 값을 가지며 그 일끝단이 상기 버퍼패턴(149)의 일끝단과 일치하거나 또는 도면에 나타낸 것처럼 상기 버퍼패턴(149)의 일끝단을 노출시키며 형성되고 있는 것이 특징이다.
상기 금속패턴(153)이 상기 버퍼패턴(149) 하부에서 그 중앙부를 기준으로 서로 이격하도록 형성된 이유는, 상기 버퍼패턴(149)과 중첩하며 서로 이격하는 금속패턴(153) 각각은 서로 이웃한 화소영역(P) 내에 각각 구성되는 제 2 전극(163)과 각각 접촉하며 형성되므로 이들 서로 이웃한 화소영역(P)간의 제 2 전극(163)끼리 상기 금속패턴(153)을 통해 전기적으로 연결됨으로써 화소영역(P)간의 단락을 방지하기 위함이다.
다음, 상기 서로 이격하며 형성된 금속패턴(153)과 이들 금속패턴(153) 사이의 이격영역에 대응하여 역테이퍼 형태를 가지며 상기 제 1 기판(101)과 마주하게 되는 면의 폭이 상기 버퍼패턴(149)의 제 1 폭(w1)보다는 작은 제 3 폭(w3)을 갖는 격벽(157)이 형성되어 있다. 즉, 상기 격벽(157)은 상기 버퍼패턴(149)과 중첩하며 동일한 버퍼패턴(149) 하부에 형성된 상기 서로 이격하는 금속패턴(153)과 접촉하 며 형성되거나 또는 변형예로서 상기 금속패턴(153)과는 접촉하지 않고 서로 이격하는 상기 금속패턴(153) 사이의 노출된 버퍼패턴(149) 하부에 형성된 것이 특징이다. 이때 상기 격벽(157) 또한 평면적으로는 각각의 화소영역(P)을 둘러쌓는 격자구조가 되게 된다.
다음, 상기 격벽(157)에 의해 구획된 화소영역(P)의 상기 제 1 전극(146) 하부에는 유기 발광 물질로써 유기 발광층(160)이 형성되어 있다. 이때 상기 각 화소영역(P) 내에 형성된 유기 발광층(160)은 상기 격벽(157)에 의해 자동적으로 분리되어 형성되고 있다.
이때, 상기 유기 발광층(160)의 일끝단은 그 상부에 형성된 상기 금속패턴(153) 하부에 형성되거나 또는 상기 금속패턴(153) 일끝단 외부로 노출된 상기 버퍼패턴(149) 하부에 위치하고 있는 것이 특징이다.
다음, 상기 유기 발광층(160) 하부에는 각 화소영역(P)별로 제 2 전극(163)이 형성되어 있다. 이때 상기 제 2 전극(163)의 일끝단은 상기 유기 발광층(160)의 일끝단을 덮으며 상기 금속패턴(153)과 접촉하며 형성되고 있는 것이 특징이다.
상기 제 2 전극(163) 또한 이를 이루는 금속물질에 따라 캐소드 또는 애노드 전극을 역할을 하도록 구성되고 있다. 즉, 상기 제 1 전극(146)이 애노드 전극으로 역할을 하도록 구성될 경우 상기 제 2 전극(163)은 일함수 값이 비교적 작은 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd)로 구성됨으로써 캐소드 전극의 역할을 하도록, 그리고 상기 제 1 전극(146)이 캐소드 전극의 역할을 하도록 구성될 경우 상기 제 2 전극(163)은 일함수 값이 비교적 높은 인듐-틴-옥사이드(ITO)로 이루어지도록 함으로써 애노드 전극으로의 역할을 하도록 구성되는 것이 특징이다.
한편, 통상적으로 격벽(157)에 의해 각 화소영역(P)별로 분리되도록 유기 발광층(160)과 제 2 전극(163)을 형성하게 되는 경우, 유기 발광 물질과 금속물질간의 증착 조건(증착시 온도와 그 하부에 위치하는 구성요소와의 접착특성 등)에 의해 각 화소영역 내에서 유기 발광층(160)의 일끝단의 위치보다 상기 제 2 전극(163)의 일끝단의 위치가 더욱 상기 격벽(157)의 측면과 가깝게 형성되도록 할 수 있으며, 이러한 형성방법에 의해 도시한 바와 같이 제 2 전극(163)의 끝단이 상기 유기 발광층(160)의 끝단을 덮으며 상기 금속패턴(153)과 접촉하도록 형성할 수 있다.
이 경우, 본 발명에 있어서는 상기 제 2 전극(163)이 각 화소영역 내에서 금속패턴(153)과 접촉되도록 구성하여 금속물질과 금속물질간의 접합이 되도록 함으로써 이들 두 물질간 계면에서의 접합력을 종래의 제 2 전극(금속물질)과 버퍼패턴(무기물질)의 접합력보다 상대적으로 증가시킴으로써 그 계면을 통해 상기 유기 발광층(160)으로 침투될 수 있는 수분 및 가스를 차단하여 계면특성을 향상시켜 상기 유기 발광층의 열화를 방지할 수 있게 된다.
이때 상기 각 화소영역(P)별로 적층 형성된 상기 제 1 전극(146)과 유기 발광층(160)과 제 2 전극(163)은 유기전계발광 다이오드(165)를 구성하게 된다.
한편, 상기 제 1 전극(146)이 애노드 전극으로의 역할을 하도록 일함수 값이 비교적 높은 인듐-틴-옥사이드(ITO)로 형성되었을 경우, 도시한 바와같이 상기 인 듐-틴-옥사이드(ITO)는 단위 면적당 저항이 비교적 크므로 도전 특성을 향상시키기 위해 상기 제 1 전극(146)과 상기 제 2 기판(141) 사이의 각 화소영역(P)의 경계 즉 상기 버퍼패턴(149) 또는 격벽(157)과 중첩하는 영역에는 저저항 특성을 갖는 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금 중 하나의 물질로 배선형태로 보조전극(143)이 더욱 형성될 수도 있다.
또한, 도면에는 나타내지 않았지만, 발광특성을 향상시키기 위해 상기 유기 발광층(160)과 상기 애노드 전극으로의 역할을 하는 제 1 전극(146) 사이에는 정공수송층(hole transporting layer), 정공주입층(hole injection layer)이 더욱 형성될 수 있으며, 또한 상기 유기 발광층(160)과 상기 캐소드 전극으로의 역할을 하는 제 2 전극(163) 사이에는 전자주입층(electron injection layer) 및 전자수송층(electron transporting layer)이 더욱 형성될 수도 있으며, 상기 제 1 및 제 2 전극의 역할이 반대가 되도록 구성한 경우, 상기 유기 발광층과 상기 캐소드 전극으로의 역할을 하는 제 1 전극 사이에는 전자주입층(electron injection layer) 및 전자수송층(electron transporting layer)이 더욱 형성될 수 있으며, 또한 상기 유기 발광층과 상기 애노드 전극으로의 역할을 하는 제 2 전극 사이에는 정공수송층(hole transporting layer), 정공주입층(hole injection layer)이 더욱 형성될 수 있다.
한편, 이렇게 각각 제 1 기판(101)과 제 2 기판(141)에 각각 형성된 구동소자(DTr)와 유기전계발광 다이오드(165)는 기둥형태 스페이서(120)를 통해 연장 형성된 상기 연결전극(123)에 의해 전기적으로 연결됨으로써 듀얼패널 타입 유기전계 발광 소자를 이루고 있다.
이후에는 전술한 구조를 갖는 듀얼패널타입 유기전계 발광소자의 제조방법에 대해 설명한다. 이때 본 발명은 특징적인 부분인 유기전계발광 다이오드 기판에 있는 바, 유기전계발광 다이오드 기판의 제조 방법에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
도 4a 내지 4f는 본 발명에 따른 듀얼패널타입 유기전계 발광소자용 유기전계발광 다이오드 기판의 제조 단계별 공정 단면도이다. 이때 본 발명에 따른 실시예는 제 1 전극이 애노드 전극, 제 2 전극이 캐소드 전극의 역할을 하는 구성에 대해 제시하였다.
우선, 도 4a에 도시한 바와 같이, 투명한 절연기판(141) 예를들면 투명한 플라스틱 또는 유리재질의 기판(141)상에 비교적 높은 일함수 값을 가져 유기 발광층으로의 전자 공급을 원활하게 수행하도록 하기 위해 투명도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO)로써 전면에 제 1 전극(146)을 형성한다.
이 경우, 상기 제 1 전극(146)의 도전 특성을 향상시키고자 상기 제 1 전극(146)을 형성하기 전에 저저항 특성을 갖는 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금 중 하나를 상기 기판(141) 상에 먼저 증착하고 이를 패터닝하여 각 화소영역(P)의 경계에 배선형태로 보조전극(143)을 더욱 형성할 수도 있다.
다음, 도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 기판(141) 전면에 형성된 제 1 전 극(146) 위로 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착하고 이를 패터닝함으로써 각 화소영역(P)의 경계에 제 1 폭(w1)을 갖는 배선형태 더욱 정확히는 평면적으로는 각 화소영역(P)을 포획하는 격자형태로서 버퍼패턴(149)을 형성한다.
이때 상기 버퍼패턴(149)은 보조전극(143)이 형성된 경우, 도시한 바와같이 상기 보조전극(143)과 중첩하며 형성되게 되며 상기 보조전극(143)의 폭을 제 4 폭(w4)이라 할 경우 상기 제 4 폭(w4)은 상기 제 1 폭(w1)보다는 작은 값을 가져 상기 버퍼패턴(149)이 상기 보조전극(143)을 완전히 덮는 형태가 되도록 형성하는 것이 바람직하다.
다음, 도 4c에 도시한 바와 같이, 상기 버퍼패턴(149) 위로 전면에 금속물질 바람직하게는 추후 형성될 제 2 전극을 이루는 동일한 금속물질 예를들어 인듐-틴-옥사이드(ITO), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd) 중 하나를 증착하여 금속층을 형성한 후, 이를 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 상기 버퍼패턴(149) 상부에 상기 버퍼패턴(149)의 제 1 폭(w1)의 중앙을 기준으로 서로 이격하는 형태로 제 2 폭(w2)을 갖는 금속패턴(153)을 형성한다. 상기 버퍼패턴(149) 상에서 서로 이격하며 형성된 금속패턴(153)은 평면적으로는 버퍼패턴과 금속패턴만을 간략히 도시한 평면도인 도 5를 참조하면, 각 화소영역(P)별로 분리되어 상기 각 화소영역(P)을 둘러싸는 형태가 되는 것이 특징이며, 상기 제 2 폭(w2)은 상기 버퍼패턴(149)의 제 1 폭(w1)의 1/2보다 작은 값을 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.
이때 상기 동일한 버퍼패턴(149) 상에서 서로 이격하는 금속패턴(153)의 양끝단은 상기 버퍼패턴(149)의 양 끝단부와 각각 일치하거나 또는 상기 버퍼패턴(149) 양끝단부 각각의 내측에 위치하도록 형성하는 것이 바람직하다.
다음, 도 4d에 도시한 바와 같이, 상기 버퍼패턴(149) 상에서 서로 이격하며 형성된 금속패턴(153) 위로 무기절연물질을 증착하거나 또는 유기절연물질을 도포함으로써 전면에 무기절연물질층 또는 유기절연물질층을 형성하고, 이를 패터닝함으로써 상기 서로 이격하는 금속패턴(149)과 그 사이의 이격영역에 대응하여 그 단면 형태가 역테이퍼 구조를 가지며 그 평면적으로는 각 화소영역(P)을 테두리하는 격자형태를 갖는 격벽(157)을 형성한다.
이때 그 단면 구조가 역테이퍼 구조를 갖도록 상기격벽(157)을 형성하기 위해서는 패터닝 공정 진행 시 상기 무기절연물질층 또는 유기절연물질층 상부에 포토레지스트 패턴을 형성한 후 식각액을 분사하는 방식으로 식각을 진행함으로써 가능하다.
한편, 상기 역테이퍼 구조의 격벽(157) 표면의 양끝단 간의 폭을 제 3 폭(w3)이라 하면 상기 제 3 폭(w3)은 상기 버퍼패턴(149)의 제 1 폭(w1)보다 작은 값을 가지며, 도시한 바와같이 그 하부에 위치하는 서로 이격하는 금속패턴(153)과 각각 중첩하거나 또는 상기 금속패턴(153)의 일끝단 측면과 접촉하도록 형성하거나 또는 상기 금속패턴(153)의 일끝단보다 외측에 위치하도록 형성할 수도 있다.
다음, 도 4e에 도시한 바와 같이, 상기 그 단면 형태가 역테이퍼 구조를 갖는 격벽(157)이 형성된 기판(141)에 대해 유기 발광 물질을 증착(evaporation)공정 을 실시함으로써 상기 격벽(157)에 의해 각 화소영역(P)별로 자동적으로 분리되는 유기발광층(160)을 형성한다. 이때 상기 유기 발광층(160)은 상기 증착공정 진행 시 진공도와 진공 챔버 내의 증착온도 및 증착이 발생하는 소스 물질과 기판(141)간의 간격 등을 적절히 조절함으로써 상기 격벽(157) 표면 양끝단(가장 넓은 제 3 폭(w3)을 갖는 부분의 양끝단)과 거의 일치되도록 형성할 수 있다. 이 경우 도면에 있어서는 상기 격벽(157)의 양끝단이 금속패턴의 일끝단과 각각 일치하도록 형성함으로써 상기 유기 발광층의 양끝단이 상기 금속패턴(153)의 측면과 접촉하도록 형성된 것을 도시하였지만, 상기 각 화소영역(P)에 형성된 유기 발광층(160)의 양끝단은 각각 금속패턴(153) 상에 위치하거나 또는 상기 금속패턴(153)과 이격하여 상기 버퍼패턴(149) 상에 위치하도록 형성할 수도 있다.
다음, 도 4f에 도시한 바와 같이, 유기 발광층(160)이 형성된 기판(141)에 대해 금속물질 예를들면 상기 제 1 전극(146)을 애노드 전극으로의 역할을 하도록 구성한 경우에는 캐소드 전극의 역할을 하도록 비교적 낮은 일함수 값을 갖는 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(AlNd)을 증착공정을 진행함으로써 상기 격벽(157)에 의해 각 화소영역(P)별로 자동 분리된 제 2 전극(163)을 형성하고, 상기 제 1 전극(146)을 캐소드 전극으로의 역할을 하도록 구성한 경우에는 애노드 전극의 역할을 하도록 비교적 높은 일함수 값을 갖는 인듐-틴-옥사이드(ITO)를 증착함으로써 상기 격벽(157)에 의해 각 화소영역(P)별로 자동 분리된 제 2 전극(163)을 형성함으로써 듀얼패널타입 유기전계발광 소자용 유기전계발광 다이오드 기판(141)을 완성한다.
이 경우, 상기 금속물질의 증착공정 진행 시, 증착간격 즉 상기 기판(141)과 증착이 발생하는 소스 금속물질간의 간격과 챔버 내 증착온도 및 챔버 내의 진공도 등을 적절히 조절함으로써 각 화소영역(P) 내의 상기 유기 발광층(160) 상부에 형성되는 제 2 전극(163)이 상기 유기발광층(160)을 완전히 덮는 형태가 되도록 한다. 즉, 각 화소영역(P) 내에 형성된 상기 제 2 전극(163)의 양끝단이 상기 유기 발광층(160)의 양끝단을 덮으며 그 외측에 위치하도록 형성함으로써 상기 금속패턴(153)과 직접 접촉하도록 형성하는 것이 특징이다.
이 경우, 상기 제 2 전극(163)은 그 양끝단이 상기 금속패턴(153)과 접촉하는 구조가 되는 바 그 계면에서의 접합력이 종래의 금속물질과 무기물질간의 접합력 대비 향상됨으로써 이들 계면으로 수분 또는 가스의 침투를 보다 엄격하게 억제시키게 된다.
한편, 도 3을 참조하면, 전술한 바와같이 제조된 유기전계발광 다이오드 기판(141)과, 일반적인 제조 방법 즉 투명한 절연기판 상에 게이트 배선(미도시) 및 게이트 전극(104)을 형성하는 단계와, 게이트 절연막(107)을 형성하는 단계, 상기 게이트 절연막(107) 위로 반도체층(110)을 형성하는 단계, 상기 반도체층(110) 위로 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(113, 116)을 형성함으로써 구동 및 스위칭 소자의 역할을 하는 박막트랜지스터(DTr, 미도시)를 완성하고 동시에 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(미도시)을 형성하는 단계 및 상기 구동 소자로서의 역할을 하는 박막트랜지스터(DTr)의 소스 또는 드레인 전극(113, 116)과 연결되며 소정의 높이를 갖는 기둥형상의 스페이서(120)를 통 해 연장 형성된 연결전극(123)을 형성하는 단계를 진행하여 제조된 어레이 기판(101)을 서로 마주하여 위치시키고 이들 두 기판(141, 101)의 테두리를 따라 씰패턴(미도시)을 형성하고, 진공의 분위기 또는 불활성 가스인 질소 가스 분위기에서 상기 연결전극(123)이 상기 제 2 전극(163)과 접촉하도록 합착함으로써 본 발명에 따른 듀얼패널타입 유기전계발광 소자를 완성할 수 있다.
본 발명에 따른 듀얼패널타입 유기전계발광 소자는 유기전계발광 다이오드를 포함하는 유기전계발광 다이오드 기판과 구동 및 스위칭 소자를 포함하는 어레이 기판을 각각 형성한 후 합착하여 완성함으로써 각 기판의 제조 수율을 독립적으로 관리할 수 있음으로 최종적인 생산 수율을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 유기전계발광 다이오드 기판에 있어 버퍼패턴 상에 서로 이격하는 금속패턴을 형성함으로써 유기 발광층을 덮으며 형성된 제 2 전극과의 접합력을 향상시킴으로써 유기 발광층의 수분 및 가스 침투를 억제시킴으로써 상기 유기 발광층을 열화를 방지하여 수명을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 다수의 화소영역이 정의된 기판과;
    상기 기판 전면에 형성된 제 1 전극과;
    상기 제 1 전극 상의 상기 다수의 화소영역의 경계에 형성된 버퍼패턴과;
    상기 버퍼패턴 상에 상기 버퍼패턴의 중앙부를 기준으로 서로 이격하며 형성된 금속패턴과;
    상기 버퍼패턴 중앙부에 대응하여 그 상부에 형성된 격벽과;
    상기 다수의 화소영역 각각에 상기 제 1 전극 위에 형성된 유기 발광층과;
    상기 유기 발광층을 덮으며 그 끝단이 상기 금속패턴과 접촉하며 상기 다수의 화소영역에 각각 형성되는 다수의 제 2 전극
    을 포함하는 유기전계발광 다이오드 기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속패턴과 상기 다수의 제 2 전극은 동일한 금속물질로 이루어진 것이 특징인 유기전계발광 다이오드 기판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속패턴의 일끝단은 상기 버퍼패턴의 일끝단과 일치하거나 또는 상기 버퍼패턴의 일끝단을 노출시키며 형성된 것이 특징인 유기전계발광 다이오드 기판.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 다수의 화소영역에 형성된 유기 발광층의 끝단은 상기 금속패턴 상에 위치하거나 또는 상기 버퍼패턴 상에 위치하도록 형성된 것이 특징인 유기전계발광 다이오드 기판.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 버퍼패턴과 금속패턴 및 격벽은 평면적으로 모두 상기 다수의 각 화소영역을 둘러싸는 구조를 이루는 것이 특징인 유기전계발광 다이오드 기판.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 격벽은, 상기 버퍼패턴 상에서 서로 이격하는 상기 금속패턴과 동시에 접촉하며 형성된 것이 특징인 유기전계발광 다이오드 기판.
  7. 다수의 화소영역이 정의된 기판 상의 전면에 제 1 전극을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 전극 상의 상기 다수의 화소영역의 경계에 버퍼패턴을 형성하는 단계와;
    상기 버퍼패턴 상에 상기 버퍼패턴 중앙부를 기준으로 서로 이격하는 금속패턴을 형성하는 단계와;
    상기 버퍼패턴 중앙부에 대응하여 그 상부에 격벽을 형성하는 단계와;
    상기 다수의 화소영역 각각의 상기 제 1 전극 상부에 유기 발광층을 형성하는 단계와;
    상기 유기 발광층을 덮으며 그 끝단이 상기 금속패턴과 접촉하도록 상기 다수의 화소영역에 각각 제 2 전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 유기전계발광 다이오드 기판의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 유기 발광층과 상기 제 2 전극은 증착공정을 통해 이루어지며 상기 격벽에 의해 자동적으로 각 화소영역별로 분리되도록 형성하는 것이 특징인 유기전계발광 다이오드 기판의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 증착공정은 진공의 분위기의 챔버내에 증착하기 위한 소스물질과 이격하여 상기 격벽이 형성된 기판을 위치시킨 후 상기 소스 물질을 가열하는 단계를 포함하며, 챔버내 증착온도, 상기 소스물질과 기판간의 이격거리, 챔버내의 진공도 등을 조절함으로써 상기 유기 발광층 및 제 2 전극의 각 화소영역 내에서의 끝단의 위치를 조절하게 되는 것이 특징인 유기전계발광 다이오드 기판의 제조 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 격벽은 상기 버퍼패턴 상에서 서로 이격하며 형성된 금속패턴과 동시에 접촉하도록 형성하는 것이 특징인 유기전계발광 다이오드 기판의 제조 방법.
  11. 전면에 형성된 제 1 전극과, 상기 제 1 전극 상의 다수의 화소영역의 경계에 형성된 버퍼패턴과, 상기 버퍼패턴 상에 상기 버퍼패턴의 중앙부를 기준으로 서로 이격하며 형성된 금속패턴과, 상기 버퍼패턴 중앙부에 대응하여 그 상부에 형성된 격벽과, 상기 다수의 화소영역 각각의 상기 제 1 전극 상에 형성된 유기 발광층과, 상기 유기 발광층을 덮으며 그 끝단이 상기 금속패턴과 접촉하며 상기 다수의 화소영역에 각각 형성된 것을 특징으로 하는 다수의 제 2 전극을 포함하는 제 1 기판과;
    상기 제 1 기판과 대향하여 그 대향면에 서로 교차하여 형성된 게이트 및 데 이터 배선과, 스위칭 박막트랜지스터 및 구동 박막트랜지스터가 형성된 제 2 기판과;
    상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 상기 제 2 전극과 상기 구동 박막트랜지스터의 소스 또는 드레인 전극을 전기적으로 연결시키는 연결전극
    을 포함하는 듀얼패널타입 유기전계발광 소자.
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