KR20090002857A - 유기전계발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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박종현
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Abstract

본 발명은 유기전계발광소자에 관한 것으로 특히, 수분 및 산소로 인한 발광층의 열화현상을 최소화할 수 있는 유기전계발광소자와 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 유기전계발광소자의 실패턴을 플루오르화 반응을 통한 소수성 처리 하는 것으로, 상기 유기전계발광소자의 발광층이 위치하는 내부로 수분 및 산소가 침투하는 것을 미연에 방지하게 되어 상기 발광층이 수분 및 산소에 노출되어 열화되는 현상을 방지할 수 있다.
이로 인하여, 상기 유기전계발광소자의 수명을 증가시키게 된다.
또한, 화소수축현상(pixel shrinkage)도 미연에 방지하게 된다.
유기전계발광소자, 실패턴, 소수성, 플르오르화

Description

유기전계발광소자 및 그 제조방법{Organic electro-luminescent device and method for fabricating the same}
본 발명은 유기전계발광소자에 관한 것으로 특히, 수분 및 산소로 인한 발광층의 열화현상을 최소화할 수 있는 유기전계발광소자와 그 제조방법에 관한 것이다.
최근까지, CRT(cathode ray tube)가 표시장치로서 주로 사용되었다. 그러나, 최근에 CRT를 대신할 수 있는, 플라즈마표시장치(plasma display panel : PDP), 액정표시장치(liquid crystal display device : LCD), 유기전계발광소자(organic electro-luminescence device : OLED)와 같은 평판표시장치가 널리 연구되며 사용되고 있는 추세이다.
위와 같은 평판표시장치 중에서, 유기전계발광소자는 자발광소자로서, 비발광소자인 액정표시장치에 사용되는 백라이트가 필요하지 않기 때문에 경량 박형이 가능하다.
그리고, 액정표시장치에 비해 시야각 및 대비비가 우수하며, 소비전력 측면에서도 유리하며, 직류 저전압 구동이 가능하고, 응답속도가 빠르며, 내부 구성요소가 고체이기 때문에 외부충격에 강하고, 사용 온도범위도 넓은 장점을 가지고 있다.
특히, 제조공정이 단순하기 때문에 생산원가를 기존의 액정표시장치 보다 많이 절감할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 일반적인 유기전계발광소자의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 유기전계발광소자는 제 1 기판(3)과, 상기 제 1 기판(3)과 마주하는 제 2 기판(5)으로 구성되며, 상기 제 1 및 제 2 기판(3, 5)은 서로 이격되어 이의 가장자리부를 실패턴(seal pattern : 20)을 통해 봉지되어 합착된다.
이를 좀더 자세히 살펴보면, 상기 제 1 기판(3)의 상부에는 각 화소영역별로 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되어 있고, 상기 각각의 구동 박막트랜지스터(DTr)와 연결되는 제 1 전극(7)과 상기 제 1 전극(7)의 상부에 특정한 색의 빛을 발광하는 발광층(9)과, 발광층(9)의 상부에는 제 2 전극(11)이 구성된다.
상기 발광층(9)은 적, 녹, 청의 색을 표현하게 되는데, 일반적인 방법으로는 상기 각 화소마다 적, 녹, 청색을 발광하는 별도의 유기물질을 패턴(9a, 9b, 9c)하여 사용한다.
이들 제 1 및 제 2 전극(7, 11)과 그 사이에 형성된 발광층(9)은 유기전계 발광다이오드를 이루게 된다.
한편, 상기 제 2 기판(5)의 내부면에는 외부의 수분을 차단하는 흡습제(13)가 형성되는데, 이는 상기 발광층(9)이 산소 및 수분에 노출되면 쉽게 열화되는 특성 때문에 이를 방지하기 위함이다.
그러나, 상기 실패턴(20)과 상기 제 1 및 제 2 기판(3, 5)이 이루는 계면을 통해 다량의 산소 및 수분이 상기 발광층(9) 내부로 침투할 수 있게 되는데, 이는 내부에 흡습제(13)가 구비되어 있다 하더라도 그 흡습의 한계가 있어, 상기 발광층(9)의 열화를 촉진시키게 된다.
이는 유기전계발광광소자의 수명을 단축시키는 문제점을 야기하게 된다.
또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 화소 가장자리를 따라 산소 및 수분이 발광층(9)에 침투하게 됨으로써, 화소수축현상(pixel shrinkage)을 발생시키게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 내부로 산소 및 수분 침투가 불가능한 유기전계발광소자를 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.
이를 통해, 수명 단축현상 및 화소수축현상 또한 미연에 방지하고자 하는 것을 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 제 1 및 제 2 기판을 구비하는 단계와; 상기 제 1 및 제 2 기판 중 하나의 가장자리를 둘러 실패턴을 형성 하는 단계와; 상기 실패턴을 사이에 두고 상기 제 1 및 제 2 기판을 합착하는 단계와; 상기 합착된 제 1 및 제 기판의 실패턴 표면을 소수성 처리하는 단계를 포함하는 유기전계발광소자 제조방법을 제공한다.
상기 제 1 및 제 2 기판을 구비하는 단계는 제 1 기판과 제 2 기판의 중 하나의 기판 상에 스위칭 소자와 이에 연결되는 구동소자를 형성하는 단계와; 상기 제 1 및 제 2 기판 중 하나의 기판 상의 화소영역에 유기전계발광 다이오드를 형성하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자 제조방법을 제공한다.
이때, 상기 제 2 기판의 내측에 흡습제를 더욱 형성하는 것을 특징으로 하며, 상기 소수성 처리하는 단계는 반응영역이 정의된 챔버 내에서 진행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 소수성 처리는 상기 챔버 내에 불소(F2)가스를 주입함으로써, 상기 실패턴과 상기 불소(F2)가스의 플루오르화 반응을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하며, 상기 플루오르화 반응은 상기 실패턴 표면과 불소(F2)가스에 의해 불소 라디칼(F·)을 생성하는 개시단계(initiation step)와, 메틸 라디칼(CH·)과 플루오르메탄(HF)을 생성하는 전파단계(propagation step)와, 불소 및 메틸 라디칼(F·, CH·) 들이 서로 만나 결합하는 종결단계 (termination step)를 통해 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 불소 라디칼(F·)은 상기 실패턴 표면으로 치환되는 것을 특징으 로 한다.
또한, 본원발명은 화소영역이 정의되며, 서로 마주하는 제 1 및 제 2 기판과;상기 제 1 기판 상의 화소영역에 형성된 유기전계발광 다이오드와; 상기 제 1 및 제 2 기판의 가장자리를 따라 형성되며, 소수성 성질의 외면을 갖는 실패턴을 포함하는 유기전계발광소자를 제공한다.
이때, 상기 실패턴의 외면은 불소 라디칼(F·)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따라 유기전계발광소자의 실패턴을 플로오르화 반응을 통한 소수성 처리함으로써, 상기 유기전계발광소자의 발광층이 위치하는 내부로 수분 및 산소가 침투하는 것을 미연에 방지하여 상기 발광층이 수분 및 산소에 노출되어 열화되는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
이로 인하여, 상기 유기전계발광소자의 수명을 증가시키게 되며, 화소수축현상(pixel shrinkage)을 미연에 방지하게 되는 효과가 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유기전계발광소자의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 유기전계발광소자(100)는 제 1 기판(103)과, 상기 제 1 기판(103)과 마주하는 제 2 기판(105)으로 구성되며, 상기 제 1 및 제 2 기판(103, 105)은 서로 이격되어 이의 가장자리를 실패턴(120)을 통해 봉지되어 합착된다.
상기 제 1 기판(103)의 상부에는 각 화소영역 별로 게이트전극(131)과 게이트절연층(133), 반도체층(135) 그리고 소스 및 드레인전극(137, 139)을 포함하는 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성된다.
또한, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr) 상부에는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인전극(139)을 노출시키는 콘택홀을 갖는 보호층(141)이 형성되어 있다.
또한, 상기 보호층(141) 상부에는 각 화소영역 별로 상기 콘택홀을 통해 상기 드레인전극(139)과 접촉하는 제 1 전극(107)이 형성되며, 상기 제 1 전극(107)의 상부에는 각 화소영역 별로 적, 녹, 청색을 발광하는 발광패턴(109a, 109b, 109c)을 포함하는 발광층(109)이 형성되며, 상기 발광층(109) 상부의 전면에는 제 2 전극(111)이 구성된다.
이들 제 1 및 제 2 전극(107, 111)과 그 사이에 형성된 발광층(109)은 유기전계 발광다이오드를 이루게 되며, 상기 제 1 전극(107)과 제 2 전극(111)간의 p-n접합을 통해 전자와 정공이 이동하면서 서로 재결합하여, 이때 발생하는 에너지 차로 인해 빛을 방출하게 된다.
또한, 상기 제 2 기판(105)의 내부면에는 상기 발광층(109)이 산소 및 수분에 노출되지 않도록, 상기 제 1 및 제 2 기판(103, 105)의 내부로 유입되는 수분 및 산소를 흡습하기 위해 바륨 옥사이드(BaO) 또는 칼슘 옥사이드(CaO)로 제작된 흡습제(113)가 형성된다.
한편, 본 발명은 상기 제 1 및 제 2 기판(103, 105)의 가장자리를 따라 형성되는 실패턴(120)을 플루오르화(fluorination) 방법을 통해 소수성 처리하는 것을 특징으로 한다. 이를 통해, 상기 발광층(109)이 수분 및 산소에 노출되는 것을 방지하게 된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 유기전계발광소자의 발광층이 산소 및 수분에 노출되지 않도록 실패턴을 플루오르화 처리하는 모습을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 5는 실패턴이 플루오르화 반응에 의해 변화되는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 제 1 기판(도 3의 103)과 제 2 기판(도 3의 105)이 서로 이격되어 이의 가장자리를 실패턴(도 3의 120)을 통해 봉지되어 합착된 유기전계발광소자(100)는 통상 밀폐된 진공영역에서 반응가스를 동원하여 상기 실패턴(도 3의 120)의 소수성 처리를 진행한다.
이를 위해서 유기전계발광소자(100)가 존재될 수 있도록 외부와 격리된 진공의 내부 반응영역(C)을 정의하는 챔버(151)가 사용되며, 상기 챔버(151)는 내부로 반응가스가 공급 및 배출되도록 상기 챔버(151) 상부에 분사통로(153)가 마련되어 있고 이와 대면되는 챔버(151) 내면으로는 배기통로(155)가 마련되어, 외부에서 공급되는 반응가스는 분사통로(153)를 통해 유기전계발광소자(100) 표면을 타고 흘러 반대편의 배기통로(155)로 배기된다.
이를 위해 비록 도면상에 나타나지는 않았지만 분사통로(153)는 반응가스 공급시스템과 연결될 수 있고, 배기통로(155)는 펌프 등의 흡기시스템이 연결될 수 있다.
이때, 상기 반응가스는 상기 실패턴(도 3의 120)의 분자와 반응하여 플루오르화 반응(direct fluorination)을 일으킬 수 있는 불소(F2)가스로, 처리대상물인 유기전계발광소자(100)가 챔버(151) 내부로 반입되면 상기 분사통로(153)를 통해서 불소(F2)가스가 유입되고, 이 같은 불소(F2)가스는 상기 유기전계발광소자(100)의 실패턴(120) 분자와 반응하여 상기 실패턴(120) 표면을 소수성 처리한다.
따라서, 상기 실패턴(120) 분자의 구조가 도 5에 도시한 바와 같이 변화하게 된다.
즉, 일반적인 실패턴(120)은 에폭시수지 등으로 구성되는데 이러한, 실패턴(120)의 분자는 상기 불소(F2)가스에 의해 아래 공정화학 반응을 일으키게 된다.
먼저, 상기 챔버(151) 내부로 유입되는 불소(F2)가스에 의해 상기 실패턴(120) 분자에서 불소 라디칼(F·)을 생성하게 됨으로써 개시단계(initiation step)가 시작된다.
F2 → 2F·
>CH2 + F2 → CH· + HF + F·
다음으로, 개시단계에서 생성된 불소 라디칼(F·)은 메틸렌기(CH2)를 공격함 으로써 메틸 라디칼(CH·)을 형성하게 되고, 이때 생성된 메틸 라디칼(CH·)과 불소(F2)가스가 반응하여 플루오르메탄(CHF)을 생성하게 된다.
이단계가 전파단계(propagation step)이다.
>CH2 + F· → >CH· + HF
>CH· + F2 → >CHF + F·
여기서, 불소 라디칼(F·)이 계속해서 생성되어 상기 실패턴(120) 표면의 분자와 반응하여, 상기 실패턴(120) 분자의 수소(H)를 제거하고 불소(F2)가 치환되게 된다.
이때, 앞서 개시단계의 불소 라디칼(F·)과 전파단계의 메틸 라디칼(CH·)이 다시 결합을 해서 개시단계로 올라감으로써, 개시단계와 전파단계는 연속적으로 일어나 상기 불소 라디칼(F·)과 메틸 라디칼(CH·)이 계속해서 생성되고, 상기 불소 라디칼(F·)은 실패턴(120) 분자로 계속해서 치환됨으로써, 플루오르화 반응이 일어나게 된다.
이로 인하여, 상기 실패턴(120) 표면은 소수성을 띠게 되어 수분 및 산소의 침투를 차단하게 된다.
이러한 반응 중에 생성된 불소 및 메틸 라디칼(F·, CH·) 들은 서로 만나 결합을 이룸으로써 없어지게 된다. 이 단계를 종결단계 (termination step)라 한다.
2F· → F2
>CH· + F· → >CHF
2>CH· → >CH­ CH< (polymerization)
­ C ­ C ­ C ­ → n[­ C­ ] (fragmentation, charring)
이렇듯, 종결단계까지 거친 유기전계발광소자의 실패턴(120) 표면은 플루오르화 반응에 의해 불소 라디컬(F·)이 계속해서 치환되어 소수성 성질을 갖게 되므로, 수분 및 산소의 침투를 차단하게 된다. 이로 인하여, 상기 유기전계발광소자(100)의 발광층(도 3의 109)이 수분 및 산소에 노출되지 않는다.
이는, 상기 발광층(도 3의 109)에 산소 및 수분이 침투함으로써 발생되었던 화소수축현상(pixel shrinkage) 또한 방지하게 된다.
이로 인하여, 상기 유기전계발광소자(100)의 수명이 연장되는 것을 확인 할 수 있는데, 이는 도 6의 그래프를 참조하여 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
도 6은 시간에 따라 유기전계발광소자의 수명을 나타낸 그래프로, A는 플루오르화 반응에 의해 소수성 처리된 실패턴을 포함하는 유기전계발광소자의 수명 그래프이며, B는 일반적인 유기전계발광소자의 수명 그래프이다.
그래프를 보면, 유기전계발광소자의 수명이 97%로 감소되는 시기가 B에 비해 A가 훨씬 뒤의 시점이라는 것을 확인할 수 있다.
한편, 본 발명에 있어서 전술한 바와 같은 유기전계발광소자(도 3의 100)는 어레이소자와 유기전계발광 다이오드가 동일 기판 상에 적층된 구조로 이루어지는 구성이나, 본 발명은 어레이소자 및 유기전계발광 다이오드를 서로 다른 기판에 형성하고, 상기 두 기판을 전기적으로 도통되도록 합착하여 구성하는 듀얼 패널타입 의 유기전계발광소자에도 적용 가능함은 자명하다.
전술한 바와 같이, 유기전계발광소자(도 3의 100)의 실패턴(도 3의 120)을 플루오르화 반응을 통한 소수성 처리함으로써, 상기 유기전계발광소자(도 3의 100)의 발광층(도 3의 109)이 위치하는 내부로 수분 및 산소가 침투하는 것을 미연에 방지하게 되어 상기 발광층(도 3의 109)이 수분 및 산소에 노출되어 열화되는 현상을 방지할 수 있다.
이로 인하여, 상기 유기전계발광소자(도 3의 100)의 수명을 증가시키게 된다.
또한, 화소수축현상(pixel shrinkage)도 미연에 방지하게 된다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
도 1은 일반적인 유기전계발광소자의 단면을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 화소수축현상을 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유기전계발광소자의 단면을 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 유기전계발광소자의 실패턴을 소수성 처리하는 모습을 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 실패턴 분자가 소수성 처리에 의해 변화되는 모습을 개략적으로 도시한 도면.
도 6은 시간에 따라 유기전계발광소자의 수명을 나타낸 그래프.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 유기전계발광소자 103, 105 : 제 1 및 제 2 기판
107 : 제 1 전극
109 : 발광층(109a, 109b, 109c : 발광패턴)
111 : 제 2 전극 113 : 흡습제
120 : 실패턴 131 : 게이트전극
133 : 게이트절연층 135 : 반도체층
137, 139 : 소스 및 드레인전극 141 : 보호층
DTr :구동 박막트랜지스터

Claims (9)

  1. 제 1 및 제 2 기판을 구비하는 단계와;
    상기 제 1 및 제 2 기판 중 하나의 가장자리를 둘러 실패턴을 형성하는 단계와;
    상기 실패턴을 사이에 두고 상기 제 1 및 제 2 기판을 합착하는 단계와;
    상기 합착된 제 1 및 제 기판의 실패턴 표면을 소수성 처리하는 단계
    를 포함하는 유기전계발광소자 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 기판을 구비하는 단계는
    제 1 기판과 제 2 기판의 중 하나의 기판 상에 스위칭 소자와 이에 연결되는 구동소자를 형성하는 단계와;
    상기 제 1 및 제 2 기판 중 하나의 기판 상의 화소영역에 유기전계발광 다이오드를 형성하는 단계
    를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 기판의 내측에 흡습제를 더욱 형성하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 소수성 처리하는 단계는 반응영역이 정의된 챔버 내에서 진행되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 소수성 처리는 상기 챔버 내에 불소(F2)가스를 주입함으로써, 상기 실패턴과 상기 불소(F2)가스의 플루오르화 반응을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 플루오르화 반응은 상기 실패턴 표면과 불소(F2)가스에 의해 불소 라디칼(F·)을 생성하는 개시단계(initiation step)와, 메틸 라디칼(CH·)과 플루오르메탄(HF)을 생성하는 전파단계(propagation step)와, 불소 및 메틸 라디칼(F·, CH ·) 들이 서로 만나 결합하는 종결단계 (termination step)를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 불소 라디칼(F·)은 상기 실패턴 표면으로 치환되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자 제조방법.
  8. 화소영역이 정의되며, 서로 마주하는 제 1 및 제 2 기판과;
    상기 제 1 기판 상의 화소영역에 형성된 유기전계발광 다이오드와;
    상기 제 1 및 제 2 기판의 가장자리를 따라 형성되며, 소수성 성질의 외면을 갖는 실패턴
    을 포함하는 유기전계발광소자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 실패턴의 외면은 불소 라디칼(F·)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20200025920A (ko) * 2018-08-31 2020-03-10 엘지디스플레이 주식회사 유기 발광 표시 장치

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