KR20100011706A - 유기전계 발광소자의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 기판 상에 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과, 상기 각 화소영역 내에 상기 게이트 및 데이터 배선과 연결된 스위칭 박막트랜지스터와, 상기 스위칭 박막트랜지스터의 일전극과 연결된 구동 박막트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 구동 박막트랜지스터의 일전극과 접촉하는 제 1 전극을 각 화소영역에 형성하는 단계와; 상기 각 화소영역의 경계에 상기 제 1 전극의 테두리와 중첩하는 버퍼패턴을 형성하는 단계와; 이격하며 서로 두께를 달리하는 제 1, 2 및 3 흡수패턴과, 상기 제 1, 2 및 3 흡수패턴 상부에 서로 다른 색을 발광하는 제 1, 2 및 3 유기 발광 물질로 각각 이루어진 제 1, 2 및 3 전사패턴으로 구성된 전사기판을 상기 제 1 전극과 상기 제 1, 2 및 3 전사패턴이 마주하도록 상기 기판 상에 상기 전사기판을 위치시키는 단계와; 진공의 분위기에서 상기 전사기판에 대해 레이저 빔을 조사하여 상기 전사기판상의 상기 제 1, 2 및 3 전사패턴을 상기 제 1 전극이 형성된 기판으로 전사시킴으로써 상기 제 1 전극 상부에 각각 화소영역별로 분리된 제 1, 2 및 3 유기 발광 패턴을 형성하는 단계와; 상기 제 1, 2 및 3 유기 발광 패턴 상부로 전면에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제 1, 2 및 3 흡수패턴은 빛 에너지를 열에너지로 바꾸는 역할을 하며 그 두께 차이에 의해 발산하는 온도를 달리하는 것이 특징인 유기전계 발광소자 제조 방법을 제공한다.
유기전계발광소자, 전사기판, 전사패턴, 유기발광층, 대면적화
Description
본 발명은 유기전계 발광소자(Organic Electroluminescent Device)에 관한 것이며, 특히 대면적화로 무게가 많이 나가는 쉐도우 마스크 없이 유기 발광층을 형성할 수 있는 유기전계 발광소자의 제조방법에 관한 것이다.
평판 디스플레이(FPD ; Flat Panel Display)중 하나인 유기전계 발광소자는 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 유기전계 발광소자는 크게 패시브 매트릭스 타입과 액티브 매트릭스 타입으로 나뉘어지는데, 패시브 매트릭스 방식에서는 주사선(scan line)과 신호선(signal line)이 교차하면서 매트릭스 형태로 소자를 구성하고, 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, 화소영역(pixel)을 온(on)/오프(off)하는 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Thin Film Transistor)가 각 화소영역(pixel)별로 위치하고, 이러한 스위칭 박막트랜지스터의 일전극과 연결되며 구동 박막트랜지스터가 형성되고 있으며, 상기 구동 박막트랜지스터의 일전극과 연결되어 있는 애노드 전극은 각 화소영역 단위로 온(on)/오프(off)되고, 이러한 애노드 전극과 대향하여 캐소드 전극이 기판 전면에 형성되고 있다.
그리고, 상기 액티브 매트릭스 방식에서는 각 화소영역에 인가된 전압이 스토리지 캐패시터(storage capacitor)에 충전되어 있어, 그 다음 프레임(frame) 신호가 인가될 때까지 전원을 인가해 주도록 함으로써, 주사선 수에 관계없이 한 화면을 계속해서 구동한다. 따라서, 낮은 전류를 인가하더라도 동일한 휘도를 나타내므로 저소비전력, 고정세, 대형화가 가능한 장점을 가지므로 최근에는 액티브 매트릭스 방식의 유기전계 발광소자가 주로 이용되고 있다.
이하, 이러한 액티브 매트릭스형 유기전계 발광소자의 기본적인 구조 및 동작 특성에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 일반적인 액티브 매트릭스형 유기전계 발광소자의 하나의 화소영역에 대한 간략한 회로도이다.
도시한 바와 같이 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자의 하나의 화소영역은 스위칭(switching) 박막트랜지스터(STr)와 구동(driving) 박막트랜지스터(DTr), 스토리지 커패시터(StgC), 그리고 유기전계발광 다이오드(E)로 이루어진다.
즉, 제 1 방향으로 게이트 배선(GL)이 형성되어 있고, 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)의 일전극과 전기적으로 연결되며 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되어 있다.
이때, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)는 유기전계 발광 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 유기전계 발광 다이오드(E)로 전달하게 된다.
또한, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 게이트 전극과 드레인 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 스위칭 박막트랜지스터(STr)를 통해 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 게이트 전극에 전달되어 상기 구 동 박막트랜지스터(DTr)가 온(on) 되므로 유기전계발광 다이오드(E)를 통해 빛이 출력된다. 이때, 상기 구동 박막트랜지스터(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.
도 2는 종래의 유기전계 발광소자에 대한 개략적인 단면도이다.
도시한 바와 같이, 제 1, 2 기판(10, 30)이 서로 대향되게 배치되어 있고, 제 1, 2 기판(10, 30)의 가장자리는 씰패턴(40)에 의해 봉지되어 있다. 제 1 기판(10)의 상부에는 각 화소영역 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되어 있다. 또한, 상기 각각의 구동 박막트랜지스터(DTr)와 연결되어 제 1 전극(12)이 형성되어 있고, 상기 제 1 전극(12) 상부에는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 연결되며 적(14a), 녹(14b), 청(14c)색을 발광하는 유기 발광층(14)이 격벽(15)에 의해 분리되며 형성되어 있으며, 유기 발광층(14) 상부에는 전면에 제 2 전극(16)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제 1 및 제 2 전극(12, 16)은 상기 유기 발광층(14)에 전계를 인가해주는 역할을 하고 있으며, 상기 제 1, 2 전극(12, 16)은 각각 애노드 전극과 캐소드 전극을 이룰 수도 있고, 또는 그 반대로 캐소드 전극과 애노드 전극을 이룰 수도 있다.
한편, 전술한 씰패턴(40)에 의해서 상기 제 1 기판(10) 상의 전면에 형성된 상기 제 2 전극(16)과 상기 제 2 기판(30)은 일정간격 이격되며 위치하고 있다. 이때 상기 제 1 기판(10)과 제 2 기판(30)의 이격영역에는 불활성 기체 또는 진공의 분위기를 이루는 것이 특징이다. 또한, 산소 또는 습기에 매우 취약한 상기 유기 발광층(14)의 열화 방지를 위해 상기 씰패턴(40)의 내측으로 외부로의 수분을 차단하는 흡습제(미도시)가 더욱 구비되고 있다.
이러한 구조를 갖는 유기전계 발광소자는 상기 제 1 전극(12)을 캐소드 (cathode)전극으로, 제 2 전극(16)을 애노드(anode) 전극으로 구성할 경우, 상기 제 1 전극(12)은 일함수가 낮은 금속물질 예를들면 알루미늄 또는 알루미늄 합금 중에서 선택되며 상기 제 2 전극(16)은 투명도전성 물질 중 일함수가 높은 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로써 형성하고, 상기 유기 발광층은 발광 효율을 극대화하기 위해 다층으로 형성되기도 한다.
한편, 전술한 구조를 갖는 유기전계 발광소자를 제조하는데 있어 유기 발광층은 주로 쉐도우 마스크를 통한 증착을 통해 형성하고 있다.
하지만, 최근 표시장치는 대면적화가 추세이며, 이러한 대면적을 갖는 표시장치를 제조하기 위해서는 장비의 대형화가 필수가 되고 있다. 이 경우, 상기 유기 발광층을 형성하는데 사용되며 상기 기판의 면적에 비례하여 상기 기판보다 큰 면적을 갖는 상기 쉐도우 마스크는 400Kg 이상의 무게를 갖게 됨으로써 이를 장착하거나, 세정등을 진행하기 위해 다른 쉐도우 마스크로 교체 시 너무 많은 시간이 걸 리고 있으며, 이를 이용한 증착 공정 진행에 있어서도 쳐짐 등이 발생하여 패터닝 오차가 심하게 발생하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 대면적화로 400Kg 이상의 무게를 갖는 쉐도우 마스크의 이용없이 유기 발광층을 형성하는 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.
또 다른 목적은 각각 적, 녹, 청색을 발광하도록 서로 다른 물질로 이루어진 유기 발광층의 형성을 동시에 진행할 수 있는 제조 방법을 제안함으로써 공정을 단순화시키는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 방법은, 기판 상에 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과, 상기 각 화소영역 내에 상기 게이트 및 데이터 배선과 연결된 스위칭 박막트랜지스터와, 상기 스위칭 박막트랜지스터의 일전극과 연결된 구동 박막트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 구동 박막트랜지스터의 일전극과 접촉하는 제 1 전극을 각 화소영역에 형성하는 단계와; 상기 각 화소영역의 경계에 상기 제 1 전극의 테두리와 중첩하는 버퍼패턴을 형성하는 단계와; 이격하며 서로 두께를 달리 하는 제 1, 2 및 3 흡수패턴과, 상기 제 1, 2 및 3 흡수패턴 상부에 서로 다른 색을 발광하는 제 1, 2 및 3 유기 발광 물질로 각각 이루어진 제 1, 2 및 3 전사패턴으로 구성된 전사기판을 상기 제 1 전극과 상기 제 1, 2 및 3 전사패턴이 마주하도록 상기 기판 상에 상기 전사기판을 위치시키는 단계와; 진공의 분위기에서 상기 전사기판에 대해 레이저 빔을 조사하여 상기 전사기판상의 상기 제 1, 2 및 3 전사패턴을 상기 제 1 전극이 형성된 기판으로 전사시킴으로써 상기 제 1 전극 상부에 각각 화소영역별로 분리된 제 1, 2 및 3 유기 발광 패턴을 형성하는 단계와; 상기 제 1, 2 및 3 유기 발광 패턴 상부로 전면에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제 1, 2 및 3 흡수패턴은 빛 에너지를 열에너지로 바꾸는 역할을 하며 그 두께 차이에 의해 발산하는 온도를 달리하는 것이 특징이다.
이때, 상기 제 1 전극을 형성하기 전에 상기 구동 박막트랜지스터의 일 전극을 노출시키는 콘택홀을 갖는 보호층을 전면에 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 방법은, 제 1 기판 상에 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과, 상기 각 화소영역 내에 상기 게이트 및 데이터 배선과 연결된 스위칭 박막트랜지스터와, 상기 스위칭 박막트랜지스터의 일전극과 연결된 구동 박막트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 제 1 기판에 대응하는 제 2 기판의 내측면 전면에 제 1 전극을 형성하는 단계와; 상기 제 1 전극 위로 상기 각 화소영역의 경계에 버퍼패턴을 형성하는 단계와; 이격하며 서로 두께를 달리하는 제 1, 2 및 3 흡수패턴과, 상기 제 1, 2 및 3 흡수패턴 상부에 서로 다른 색을 발광하는 제 1, 2 및 3 유기 발광 물질로 각각 이루어진 제 1, 2 및 3 전사패턴으로 구성된 전사기판을 상기 제 1 전극과 상기 제 1, 2 및 3 전사패턴이 마주하도록 상기 제 2 기판 상에 위치시키는 단계와; 진공의 분위기에서 상기 전사기판에 대해 레이저 빔을 조사하여 상기 전사기판상의 상기 제 1, 2 및 3 전사패턴을 상기 제 1 전극이 형성된 상기 제 2 기판으로 전사시킴으로써 상기 제 1 전극 상부에 각각 화소영역별로 분리된 제 1, 2 및 3 유기 발광 패턴을 형성하는 단계와; 상기 제 1, 2 및 3 유기 발광 패턴 상부로 각 화소영역별로 분리된 제 2 전극을 형성하는 단계와; 상기 구동 박막트랜지스터의 일전극과 상기 제 2 전극이 전기적으로 연결되도록 상기 제 1 기판과 제 2 기판을 합착하는 단계를 포함하며, 상기 제 1, 2 및 3 흡수패턴은 빛 에너지를 열에너지로 바꾸는 역할을 하며 그 두께 차이에 의해 발산하는 온도를 달리하는 것이 특징이다.
상기 일 실시예 및 또 다른 실시예에 있어, 상기 제 1, 2 및 3 흡수패턴은 각각 제 1, 2 및 3 두께를 가지며, 상기 제 3 두께보다 제 2 두께가 크고, 상기 제 2 두께보다는 상기 제 1 두께가 큰 값을 가지며, 상기 제 1 두께는 3000Å 내지 10000Å인 것이 바람직하며, 이때, 상기 제 1, 2 및 3 전사패턴은 각각 적, 녹, 청색을 발광하는 유기 발광 물질로 이루어진 것이 특징이다.
또한, 상기 제 1, 2 및 3 흡수패턴은, 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 알루미늄(Al) 중에서 선택되는 하나의 금속물질로 이루어진 것이 특징이며, 상기 레이저 빔은 일정한 에너지 밀도와 파장 및 조사시간을 가지며 조사하는 것이 특징이다.
본 발명에 따른 유기전계 발광소자의 제조 방법은 대면적화로 400Kg 이상 나가는 쉐도우 마스크 사용없이 유기 발광층을 형성함으로써 상기 쉐도우 마스크 사용에 의해 발생하는 패터닝 오차를 줄임으로써 수율을 향상시킬 수 있으며, 쉐도우 마스크 교환에 따른 시간을 단축함으로써 생산성을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 적, 녹, 청색을 발광하는 서로 다른 물질의 유기 발광층을 1회의 전사공정을 통해 한 번에 형성함으로써 공정을 단순화하는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3a 내지 3g는 본 발명에 따른 유기전계 발광소자의 구동 박막트랜지스터 및 유기전계 발광 다이오드를 포함하는 3개의 화소영역에 대한 제조 단계별 공정 단면도이다. 이때 도면에 있어서, 3개의 화소영역 중 하나의 화소영역에 대해서만 구동 박막트랜지스터를 도시하였으며 나머지 두 개의 화소영역에서는 생략하였다.
우선, 도 3a에 도시한 바와 같이, 기판(101) 상에 서로 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(120)을 형성하고, 상기 게이트 및 데이터 배선(미도시, 120)이 교차하는 부근에 이들 두 배선(미도시, 120)과 연결되는 스위칭 박막트랜지스터(미도시)와, 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 일전극과 연결되는 구동 박막트랜지스터(DTr)를 형성한다. 기판(101)상에 이 러한 게이트 및 데이터 배선(미도시, 120)과 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)를 형성하는 것은 일반적인 방법과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
도면에 있어서는 폴리실리콘을 이용한 액티브영역(105a)과 불순물 도핑영역(105b)을 갖는 반도체층(105)을 포함하여 그 상부로 게이트 절연막(108)과 게이트 전극(113)과, 층간절연막(117)과 상기 반도체층(105)의 불순물 도핑영역(105b)과 각각 접촉하며 이격하는 소스 및 드레인 전극(125, 128)으로 구성되는 탑 게이트 구조의 박막트랜지스터(DTr)가 형성되고 있음을 보이고 있지만, 상기 박막트랜지스터의 구조는 다양한 변화 및 변경이 가능함은 자명하다. 일례로 게이트 전극과 게이트 절연막과 순수 비정질 실리콘의 액티브층과 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층으로 구성된 반도체층과 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극의 적층 구조를 갖는 보텀 게이트 구조의 박막트랜지스터를 형성할 수도 있다.
다음, 상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(미도시, DTr) 위로 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착하거나 또는 유기절연물질 예를들면 벤조사이클로부텐(BCB) 또는 포토아크릴(photo acryl)을 도포함으로써 보호층(133)을 형성하고, 이에 대해 마스크 공정을 진행함으로써 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(128)(도면에서는 드레인 전극이 되고 있지만, 이는 박막트랜지스터의 타입에 따라 소스 전극이 될 수도 있다.)을 노출시키는 콘택홀(135)을 형성한다.
다음, 도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 콘택홀(135)이 형성된 보호층(133) 위로 일함수 값이 비교적 낮은 금속물질 예를들면 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(AlNd)을 전면에 증착함으로써 금속층(미도시)을 형성하고, 이에 대해 포토레지스트의 도포, 노광 마스크를 이용한 노광, 노광된 포토레지스트의 현상, 식각 및 스트립 등 일련의 단위 공정을 포함하는 마스크 공정을 실시하여 패터닝함으로써 상기 콘택홀(135)을 통해 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(128)과 접촉하며 각 화소영역(P)별로 분리된 제 1 전극(140)을 형성한다. 이 경우 상기 제 1 전극(140)은 캐소드 전극의 역할을 하게 된다.
다음, 도 3c에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 전극(140)의 외부로 노출된 상기 보호층(133)과 상기 제 1 전극(140)의 테두리 상부에 상기 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선에(120) 대응하여 즉, 각 화소영역(P)의 경계에 버퍼패턴(145)을 형성한다. 이때 상기 버퍼패턴(145)은 각 화소영역(P)을 포획하는 형태가 되며, 상기 버퍼패턴(145)으로 둘러싸인 화소영역(P)에 있어서는 상기 제 1 전극(140)이 노출되고 있다. 이러한 버퍼패턴(145)은 추후 형성될 제 2 전극(미도시)과 상기 제 1 전극(140)간의 쇼트를 방지하기 위함이다.
다음, 도 3d에 도시한 바와 같이, 상기 버퍼패턴(145)이 형성된 기판(101)을 진공의 분위기 형성이 가능한 진공 챔버(190) 내부에 위치시킨 후, 유기 발광 물질로 이루어진 다수의 전사패턴(176a, 176b, 176c)을 구비한 전사기판(170)을 상기 각 전사패턴(176a, 176b, 176c)과 상기 제 1 전극(140)이 마주하도록 위치시킨다.
한편, 상기 전사기판(170)의 구성에 대해 살펴본다. 상기 전사기판(170)은 베이스가 되는 투명한 기판(170) 예를들면 유리기판과 그 내측면에 그 두께를 달리하는 제 1, 2 및 3 흡수패턴(173a, 173b, 173c)과, 상기 제 1, 2 및 3 흡수패턴(173a, 173b, 173c) 상부에 각각 적, 녹, 청색을 발광하는 유기 발광 물질로 이루어진 제 1, 2 및 3 전사패턴(176a, 176b, 176c)이 형성되어 있다. 이때 도면에 나타나지 않았지만, 상기 제 1, 2 및 3 흡수패턴(173a, 173b, 173c) 사이의 이격영역에 유기 또는 무기 물질로 이루어진 격벽(미도시)이 더욱 형성될 수도 있다.
한편, 일례로 상기 제 1 전사패턴(176a)은 적색을 발광하며, 상기 제 2 전사패턴(176b)은 녹색을, 그리고 상기 제 3 전사패턴(176c)은 청색을 발광하는 유기 발광 물질로 이루어지고 있다. 이때, 상기 제 1 전사패턴(176a)은 제 1 두께를 갖는 제 1 흡수패턴(173a) 상에 형성되고 있으며, 상기 제 2 전사패턴(176b)은 상기 제 1 두께보다 얇은 제 2 두께를 갖는 제 2 흡수패턴(173b) 상에, 그리고 상기 제 3 전사패턴(176c)은 상기 제 2 두께보다 얇은 제 3 두께를 갖는 제 3 흡수패턴(173c) 상에 형성되고 있는 것이 특징이다. 이렇게 상기 제 1, 2 및 3 흡수패턴(173a, 173b, 173c)의 두께를 달리하도록 형성한 이유는 이들 흡수패턴(173a, 173b, 173c)과 접촉하며 형성되는 제 1, 2 및 3 전사패턴(176a, 176b, 176c)의 상기 각 흡수패턴(173a, 173b, 173c)과의 접착력도 다르고, 상기 제 1, 2 및 3 전사패턴(176a, 176b, 176c)을 이루는 각 유기 발광 물질의 열적 안정성(온도 증가에 따라 손상없이 견딜 수 있는 내구력)이 다르기 때문이다. 일례로 적색을 발광하는 하는 유기 발광물질의 경우 그 열적 안정성이 녹색을 발광하는 유기 발광물질보다 낮으며, 비교적 낮은 온도에서 상기 흡수패턴과 접착력이 약화되는 특성을 가지며, 청색을 발광하는 유기 발광 물질의 경우 상기 녹색 및 적색을 발광하는 유기물질 대비 열적 안정성이 높고, 비교적 이들 물질보다 높은 온도에서 접착력이 약화되는 특성을 갖기 때문이다. 이때 상기 제 1 두께는 3000Å 내지 10000Å의 범위에서 정해지는 것이 바람직하다.
한편, 상기 제 1, 2 및 3 흡수패턴(173a, 173b, 173c)은 레이저 빔 조사에 의해 빛 에너지를 열에너지로 바꾸는 역할을 하는 것으로 주로 레이저 빔의 빛에너지를 열에너지로 전환시키는 능력이 우수한 금속물질 예를들면 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 알루미늄(Al) 중 하나로 이루어지고 있는 것이 특징이다.
또한, 도면에 나타나지 않았지만, 상기 제 1, 2 및 3 흡수패턴(173a, 173b, 173c) 사이의 이격영역에 형성된 격벽(미도시)은 주로 유기 또는 무기물질로 이루어지며, 상기 제 1, 2 및 3 흡수패턴(173a, 173b, 173c)은 레이저 빔 조사에 의해 빛 에너지가 열에너지로 변환되어 열을 발산시키게 되는데, 이 경우 상기 제 1, 2 및 3 흡수패턴(173a, 173b, 173c)은 그 두께 차이에 따라 상기 1, 2 및 3 흡수패턴(173a, 173b, 173c) 자체의 온도를 달리하게 되며, 이들 서로 다른 온도가 이웃한 서로 그 두께를 달리하는 흡수패턴(173a, 173b, 173c)으로 전도되는 것을 방지하며, 상기 제 1, 2 및 3 흡수패턴(173a, 173b, 173c)의 측면과 접촉함으로써 상기 제 1, 2 및 3 흡수패턴(173a, 173b, 173c)을 전사기판(170) 표면에 더욱 확고히 지지시키는 역할을 하는 것이 특징이다.
다음, 도 3e에 도시한 바와 같이, 상기 진공 챔버(190) 내에서 서로 마주하는 전사기판(170)과 상기 버퍼패턴(145) 및 제 1 전극(140)이 형성된 기판(101)을 서로 마주하는 상기 제 1, 2 및 3 전사패턴(도 3d의 176a, 176b, 176c)과 상기 제 1 전극(140)이 수백 ㎛ 내지 수 mm 정도 이격간격이 되도록 근접시킨다. 이후, 상기 전사기판(170)의 배면에 대해 레이저 조사장치(193)를 통해 특정 파장대와 에너지 밀도를 갖는 레이저 빔(LB)을 일정한 속도를 가지며 이동시킴으로서 일측 끝단에서 타측 끝단으로 스캔하듯이 조사한다. 이 경우 상기 레이저 빔(LB)의 파장과 에너지 밀도 및 조사시간은 상기 전사기판(170)의 상기 제 1, 2 및 3 흡수패턴(173a, 173b, 173c)을 이루는 물질에 따라 달라질 수 있다. 이 경우 상기 레이저 빔(LB)은 전사기판(170) 전면에 대해 동일한 파장과 동일한 에너지 밀도 및 동일한 조사시간을 갖도록 조사되는 것이 특징이다.
한편, 본 발명의 실시예의 제 1 변형예로써 상기 제 1, 2 및 3 흡수패턴은 모두 동일한 두께를 가지며 이격간격 없이 하나의 층 형태로 형성될 수도 있다. 이 경우 각 전사패턴의 특성에 따라 이후 공정에서 진행되는 레이저 빔 조사에 있어 조사 시간 또는 에너지 밀도 또는 레이저 빔의 파장을 변경하며 진행할 수도 있기 때문이다. 하지만 이러한 변형예의 경우 상기 레이저 빔을 매우 짧은 시간 즉, 상기 레이저 빔 조사장치가 하나의 화소영역을 이동할 정도의 짧은 시간에 그 파장 또는 에너지 밀도 또는 조사 시간을 변경하며 진행하는 것은 현 레이저 빔 조사장치로서는 기술적으로 무리가 있는 실정이므로, 본 발명의 실시예에 따른 방법이 더욱 우수하다 할 것이다.
한편, 본 발명의 실시예에 있어서는 상기 제 1, 2 및 제 3 전사패턴(도 3d의 176a, 176b, 176c)을 각각 적, 녹, 청색을 발광하는 유기 발광물질로 이루어짐을 보이고 있지만, 이는 각 색을 발광하는 유기 발광물질의 특성에 따라 자유롭게 변경될 수 있다. 즉, 일례로 상기 제 1, 2 및 3 전사패턴(도 3d의 176a, 176b, 176c)은 각각 녹, 적, 청색을 발광하는 물질로 이루어 질 수도 있다.
본 발명의 실시예의 제 2 변형예로서 상기 전사기판은 상기 전사패턴이 모두 하나의 색을 발광하는 물질로 형성될 수도 있다. 이 경우 유기전계 발광소자의 제조를 위해서는 적, 녹 ,청색의 전사패턴이 각각 형성된 3개의 전사기판을 필요로 하게 됨을 알 수 있으며, 3회의 전사공정을 통해 형성하게 됨을 알 수 있다. 이 경우 각 전사기판에 조사되는 레이저 빔은 3회의 전사공정 시 각각의 공정별로 서로 다른 파장 또는 에너지 밀도 또는 조사시간을 갖도록 조절할 수 있으므로 각 색을 발광하는 유기 발광 물질을 특성을 고려할 수 있는 장점이 있다.
하지만 이러한 제 2 변형예에 따른 제조 방법보다 적, 녹, 청색을 각각 발광하는 제 1, 2 및 3 전사패턴을 구비한 전사기판을 이용하여 한 번의 전사공정을 통해 형성 가능한 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광 소자 제조방법이 제조 시간 단축 및 공정 단순화의 측면에서 훨씬 유리하다 할 것이다.
한편, 상기 레이저 빔(LB) 조사에 의해 레이저 빔(LB)이 조사된 부분에 대응하는 흡수패턴(173)은 상기 조사된 레이저 빔(LB)의 빛 에너지를 열에너지로 변환하게 됨으로써 열을 발산하게 된다. 이때 상기 제 1, 2 및 3 흡수패턴(173a, 173b, 173c)은 각각 그 두께를 달리하는 바, 비록 동일한 파장과 에너지 밀도 및 동일한 조사시간 동안 레이저 빔(LB)이 조사되었더라도 이들 각 제 1, 2 및 3 흡수패턴(173a, 173b, 173c)으로부터 발산되는 온도에 있어서 차이를 갖는 것이 특징이 다.
상기 제 1, 2 및 3 흡수패턴(173a, 173b, 173c)으로부터 서로 다른 온도를 가지며 발산된 열은 각각 제 1, 2 및 3 전사패턴(도 3d의 176a, 176b, 176c)으로 전달되고, 이에 의해 상기 제 1, 2 및 3 흡수패턴(173a, 173b, 173c)과의 계면에서의 접착력이 약화되며, 따라서 상기 제 1, 2 및 3 전사패턴(도 3d의 176a, 176b, 176c)이 서서히 상기 제 1, 2 및 3 흡수패턴(173a, 173b, 173c)으로부터 떨어져 나오게 된다. 이때, 상기 제 1, 2 및 3 흡수패턴(173a, 173b, 173c)으로부터 분리된 상기 제 1, 2 및 3 전사패턴(도 3d의 176a, 176b, 176c)은 상기 제 1 전극(140) 표면과 상기 버퍼패턴(145)의 측면과 접촉하며 상기 제 1 전극(140)이 형성된 기판(101)으로 전사되어 제 1, 2 및 3 유기 발광 패턴(150a, 150b, 도 3f의 150c)을 이루게 된다.
이때, 이와 같은 공정은 모두 진공의 챔버(190) 내부의 진공의 분위기에서 진행되므로 상기 전사되어 형성된 상기 제 1, 2 및 3 유기 발광패턴(150a, 150b, 도 3f의 150c)과 상기 제 1 전극(140) 사이에 공기층이 개재될 여지가 없다. 또한, 상기 제 1, 2 및 3 전사패턴(도 3d의 176a, 176b, 176c)은 그 자체가 유기물질이 되므로 연성 특성을 가지며 상기 제 1, 2 및 3 흡수패턴(173a, 173b, 173c)을 통해 전달된 열에 의해 상온보다는 높은 온도를 가짐으로써 상기 제 1 전극(140) 및 버퍼패턴(145)과 접촉 시 완전 밀착이 이루어지게 된다.
더욱이, 이러한 유기 발광 물질로 이루어진 제 1, 2 및 3 전사패턴(도 3d의 176a, 176b, 176c)은 상기 제 1 전극(140)이 형성된 기판(101)으로 전사된 후에는 도 3f에 도시한 바와 같이, 상기 진공 챔버(190)의 진공의 분위기에서 대기압 분위기를 갖는 진공챔버(190) 외부로 이동하게 된다. 따라서 이 경우 전사되어 형성된 상기 제 1, 2 및 3 유기 발광패턴(150a, 150b, 150c)과 상기 제 1 전극(140)의 접촉이 완전히 이루어지지 않은 영역이 발생한다 하여도 이들 두 구성요소 사이의 내부는 진공인 상태가 되므로 대기압에 노출됨과 동시에 기압차에 의해 자연적으로 가압하는 상태를 이루게 됨으로써 상기 제 1, 2 및 3 유기 발광패턴(150a, 150b, 150c)과 상기 제 1 전극(140)은 완전 접촉하는 상태를 이루게 된다.
이 경우 전사된 상기 제 1, 2 및 3 유기 발광패턴(150a, 150b, 150c)은 그 각각을 이루는 유기 발광 물질의 열적 안정성을 고려하여 상기 이러한 열적 안정성이 깨지는 온도 이상으로 열을 받지 않도록 상기 제 1, 2 및 3 흡수패턴(도 3e의 173a, 도 3e의 173b, 도 3e의 173c)을 두께를 달리함으로써 레이저 빔(LB) 조사에 의한 빛 에너지가 열에너지로 바뀔 시의 상기 제 1, 2 및 3 흡수패턴(도 3e의 173a, 도 3e의 173b, 도 3e의 173c) 각각의 온도가 각각 적절히 조절되어 그 내부의 열에 의한 손상을 방지하는 것이 특징이다.
다음 도 3g에 도시한 바와 같이, 상기 적, 녹, 청색을 각각 발광하는 상기 제 1, 2 및 3 유기 발광패턴(150a, 150b, 150c)이 형성된 기판(101)에 대해 상기 제 1, 2 및 3 유기 발광패턴(150a, 150b, 150c) 위로 전면에 비교적 일함수 값이 높은 투명 도전성 물질 예를들어 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 전면에 형성하여 제 2 전극(155)을 이루도록 한다. 이때 하나의 화소영역(P)에 순차 적층된 상기 제 1 전극(140)과 각 유기 발광패턴(150a, 150b, 150c) 과 제 2 전극(155)은 유기전계 발광 다이오드(E)를 이룬다.
한편, 상기 제 2 전극(155)은 상기 제 1, 2 및 3 유기 발광패턴(150a, 150b, 150c) 위로 전면에 형성되므로 열증착 법에 의해 형성할 수도 있으며, 또는 전술한 제 1, 2 및 3 유기 발광패턴(150a, 150b, 150c)을 형성한 방법과 유사하게 전사기판을 이용한 전사방법을 통해 형성될 수도 있다.
이후, 상기 제 2 전극(155)이 형성된 기판(101)에 대해 도면에 나타내지 않았지만, 그 테두리를 따라 씰패턴(미도시)을 형성하고, 상기 씰패턴(미도시) 내측으로 흡습제(미도시)를 패터닝 한 후, 투명한 기판(미도시)을 진공의 분위기 또는 불활성 기체 분위기에서 합착함으로써 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자를 완성할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 있어서는 구동 및 스위칭 박막트랜지스터와 유기 전계 발광 다이오드가 모두 하나의 기판에 형성되고 있는 유기전계 발광 소자의 제조 방법을 일례로 보이고 있지만, 이에만 한정되는 것은 아니며 다양한 변화와 변경이 가능하다.
즉, 본 발명의 특징적인 구성인 적, 녹, 청색을 각각 발광하는 제 1, 2 및 3 유기 발광패턴을 전사기판을 이용하여 전사하여 한 번에 형성하는 방법은 구동 및 스위칭 박막트랜지스터와 유기전계 발광 다이오드를 각각 서로 다른 기판에 형성하고 상기 구동 박막트랜지스터의 일전극과 상기 유기전계 발광 다이오드의 제 2 전극을 전기적으로 연결하는 듀얼 패널 타입 유기전계 발광소자의 제조에도 적용될 수 있음은 자명하다.
도 4 는 본 발명의 따른 전사기판을 이용한 전사방법에 의해 유기 발광 패턴을 형성한 것을 특징으로 하는 듀얼패널 타입 유기전계 발광소자에 있어 3개의 화소영역에 대해 개략적으로 도시한 단면도이다. 이 경우 구동 및 스위칭 박막트랜지스터는 액티브층(212a)과 오믹콘택층(212b)을 포함하는 반도체층(212)을 갖는 보텀 게이트 구조를 갖는 것을 일례로 도시하였다.
도시한 바와 같이, 듀얼패널 타입 유기전계 발광소자(200)는 서로 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(220)과 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)가 형성된 제 1 기판(201)과, 상기 제 1 기판(201)에 대응하여 제 1, 2 전극(253, 260)과, 상기 두 전극(253, 260) 사이에 개재된 유기 발광층(258)으로 구성된 유기전계 발광 다이오드(E)를 포함하는 제 2 기판(250)과, 상기 제 1, 2 기판(201, 250) 더욱 정확히는 상기 제 1 기판(201)에 각 화소영역(P) 별로 구비된 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(227)과 상기 제 2 기판(250) 하부에 각 화소영역(P)별로 구비된 제 2 전극(260)을 전기적으로 연결시키는 연결전극(245)과, 상기 제 1, 2 기판(201, 250)의 테두리부에 형성된 씰패턴(미도시)을 포함하여 구성되고 있다. 이때 상기 씰패턴(미도시) 내측에는 흡습물질로 이루어진 흡습패턴(미도시)이 더욱 구성되고 있다.
전술한 구조를 갖는 본 발명의 듀얼패널 타입 유기전계 발광소자(200)의 경우, 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)의 어레이 소자와 유기전계 발광 다이오드(E)를 각각 서로 다른 기판(201, 250)에 구성하여 이를 합착하여 형성하므 로 어레이 소자 제조 수율과 유기전계 발광 다이오드(E) 제조 수율을 각각 따로 관리하게 되어 제품 수율 측면에서 유리한 구조가 됨을 알 수 있다.
이 경우, 상기 유기전계 발광 다이오드(E)가 형성된 제 2 기판(250)은 전술한 본 발명의 실시예에 제시된 방법 중, 기판 상에 스위칭 및 구동 박막트랜지스터와 콘택홀을 갖는 보호층을 형성하는 것을 제외하면 거의 동일하게 됨을 알 수 있다. 즉, 제 2 기판(250) 상의 전면에 제 1 전극(253)을 형성하고, 상기 제 1 전극(253) 위로 화소영역(P)을 포획하는 형태로 버퍼패턴(256)을 형성하고, 전술한 서로 다른 두께를 갖는 제 1, 2 및 3 흡수패턴(미도시)과 그 상부로 각각 적, 녹, 청색을 발광하는 유기 발광물질로 이루어진 제 1, 2 및 3 전사패턴(미도시)을 포함하는 전사기판(미도시)을 이용하여 상기 버퍼패턴(256)으로 둘러싸인 각 화소영역(P)의 상기 제 1 전극(253) 위로 제 1, 2 및 3 유기 발광패턴(258a, 258b, 258c)을 형성하고, 상기 제 1, 2 및 3 유기 발광패턴(258a, 258b, 258c) 위로 각 화소영역(P)별로 분리된 제 2 전극(260)을 형성함으로써 듀얼패널 타입 유기전계 발광소자용 제 2 기판(250)을 완성할 수 있다.
전술한 방법에 의해 유기전계 발광 다이오드(E)를 형성한 제 2 기판(250)과, 일반적인 방법으로 서로 교차하는 게이트 및 데이터 배선(미도시, 220)과, 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)를 형성한 제 1 기판(201)을 상기 두 기판(250, 201)의 테두리를 따라 씰패턴(미도시)을 형성하고 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 일전극(227:드레인 전극)과 상기 제 2 기판(250)의 제 2 전극(260)을 전기적으로 연결되도록 합착함으로서 듀얼패널 타입 유기전계 발광소자(200)를 완 성할 수 있다.
도 1은 일반적인 액티브 매트릭스형 유기전계 발광소자의 하나의 화소영역에 대한 간략한 회로도.
도 2는 종래의 유기전계 발광소자에 대한 개략적인 단면도.
도 3a 내지 3g는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 구동 박막트랜지스터 및 유기전계 발광 다이오드를 포함하는 3개의 화소영역에 대한 제조 단계별 공정 단면도.
도 4 는 본 발명의 따른 전사기판을 이용한 전사방법에 의해 유기 발광 패턴을 형성한 것을 특징으로 하는 듀얼패널 타입 유기전계 발광소자를 3개의 화소영역에 대해 개략적으로 도시한 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
101 : 기판 105 : 반도체층
105a : 액티브층 105b : 불순물 도핑영역
108 : 게이트 절연막 113 : 게이트 전극
117 : 층간 절연막 120 : 데이터 배선
125 : 소스 전극 128 : 드레인 전극
133 : 보호층 135 : 콘택홀
140 : 제 1 전극 145 : 버퍼패턴
150a, 150b : 제 1 및 2유기 발광패턴
170 : 전사기판
173a, 173b, 173c : 제 1, 2 및 3 흡수패턴
176b, 176c : 제 2 및 3 전사패턴
190 : 진공챔버
193 : 레이저 조사 장치
LB : 레이저 빔
P : 화소영역
Claims (7)
- 기판 상에 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과, 상기 각 화소영역 내에 상기 게이트 및 데이터 배선과 연결된 스위칭 박막트랜지스터와, 상기 스위칭 박막트랜지스터의 일전극과 연결된 구동 박막트랜지스터를 형성하는 단계와;상기 구동 박막트랜지스터의 일전극과 접촉하는 제 1 전극을 각 화소영역에 형성하는 단계와;상기 각 화소영역의 경계에 상기 제 1 전극의 테두리와 중첩하는 버퍼패턴을 형성하는 단계와;이격하며 서로 두께를 달리하는 제 1, 2 및 3 흡수패턴과, 상기 제 1, 2 및 3 흡수패턴 상부에 서로 다른 색을 발광하는 제 1, 2 및 3 유기 발광 물질로 각각 이루어진 제 1, 2 및 3 전사패턴으로 구성된 전사기판을 상기 제 1 전극과 상기 제 1, 2 및 3 전사패턴이 마주하도록 상기 기판 상에 상기 전사기판을 위치시키는 단계와;진공의 분위기에서 상기 전사기판에 대해 레이저 빔을 조사하여 상기 전사기판상의 상기 제 1, 2 및 3 전사패턴을 상기 제 1 전극이 형성된 기판으로 전사시킴으로써 상기 제 1 전극 상부에 각각 화소영역별로 분리된 제 1, 2 및 3 유기 발광 패턴을 형성하는 단계와;상기 제 1, 2 및 3 유기 발광 패턴 상부로 전면에 제 2 전극을 형성하는 단 계를 포함하며, 상기 제 1, 2 및 3 흡수패턴은 빛 에너지를 열에너지로 바꾸는 역할을 하며 그 두께 차이에 의해 발산하는 온도를 달리하는 것이 특징인 유기전계 발광소자 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 전극을 형성하기 전에 상기 구동 박막트랜지스터의 일 전극을 노출시키는 콘택홀을 갖는 보호층을 전면에 형성하는 단계를 포함하는 유기전계 발광소자의 제조 방법.
- 제 1 기판 상에 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과, 상기 각 화소영역 내에 상기 게이트 및 데이터 배선과 연결된 스위칭 박막트랜지스터와, 상기 스위칭 박막트랜지스터의 일전극과 연결된 구동 박막트랜지스터를 형성하는 단계와;상기 제 1 기판에 대응하는 제 2 기판의 내측면 전면에 제 1 전극을 형성하는 단계와;상기 제 1 전극 위로 상기 각 화소영역의 경계에 버퍼패턴을 형성하는 단계와;이격하며 서로 두께를 달리하는 제 1, 2 및 3 흡수패턴과, 상기 제 1, 2 및 3 흡수패턴 상부에 서로 다른 색을 발광하는 제 1, 2 및 3 유기 발광 물질로 각각 이루어진 제 1, 2 및 3 전사패턴으로 구성된 전사기판을 상기 제 1 전극과 상기 제 1, 2 및 3 전사패턴이 마주하도록 상기 제 2 기판 상에 위치시키는 단계와;진공의 분위기에서 상기 전사기판에 대해 레이저 빔을 조사하여 상기 전사기판상의 상기 제 1, 2 및 3 전사패턴을 상기 제 1 전극이 형성된 상기 제 2 기판으로 전사시킴으로써 상기 제 1 전극 상부에 각각 화소영역별로 분리된 제 1, 2 및 3 유기 발광 패턴을 형성하는 단계와;상기 제 1, 2 및 3 유기 발광 패턴 상부로 각 화소영역별로 분리된 제 2 전극을 형성하는 단계와;상기 구동 박막트랜지스터의 일전극과 상기 제 2 전극이 전기적으로 연결되도록 상기 제 1 기판과 제 2 기판을 합착하는 단계를 포함하며, 상기 제 1, 2 및 3 흡수패턴은 빛 에너지를 열에너지로 바꾸는 역할을 하며 그 두께 차이에 의해 발산하는 온도를 달리하는 것이 특징인 유기전계 발광소자 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,상기 제 1, 2 및 3 흡수패턴은 각각 제 1, 2 및 3 두께를 가지며, 상기 제 3 두께보다 제 2 두께가 크고, 상기 제 2 두께보다는 상기 제 1 두께가 큰 값을 가지 며, 상기 제 1 두께는 3000Å 내지 10000Å인 것이 특징인 유기전계 발광소자 제조 방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 제 1, 2 및 3 전사패턴은 각각 적, 녹, 청색을 발광하는 유기 발광 물질로 이루어진 것이 특징인 유기전계 발광소자 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,상기 제 1, 2 및 3 흡수패턴은, 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 알루미늄(Al) 중에서 선택되는 하나의 금속물질로 이루어진 것이 특징인 유기전계 발광소자의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,상기 레이저 빔은 일정한 에너지 밀도와 파장 및 조사시간을 가지며 조사하는 것이 특징인 유기전계 발광소자의 제조 방법.
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