KR20110082407A - 유기 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20110082407A
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박이순
김진우
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경북대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은, 기판; 상기 기판 위에 형성된 하드 코팅층; 상기 하드 코팅층 상에 형성되며, 게이트 전극, 반도체층, 소스 전극, 및 드레인 전극을 포함하여 이루어진 박막 트랜지스터; 상기 박막 트랜지스터를 포함한 기판 전면에 형성되며, 상기 드레인 전극이 노출되도록 콘택홀을 구비한 보호막; 및 상기 보호막에 구비된 콘택홀을 통해 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 연결되는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 형성되는 발광부, 및 상기 발광부 상에 형성되는 제2 전극을 포함하여 이루어진 유기 발광 다이오드를 포함하여 이루어지며, 상기 유기 발광 다이오드의 제1 전극은 상기 드레인 전극과 연결되는 제1 도전층, 상기 제1 도전층 상에 형성되는 금속층, 및 상기 금속층 상에 형성되는 제2 도전층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유연한 유기 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서,
본 발명은 제1 도전층, 금속층 및 제2 도전층을 포함하는 상기 제1 전극을 구성함으로써, 제1 전극의 표면 모폴로지가 향상되어 소자의 벤딩(bending) 특성이 향상되고, 발광부의 안정성을 향상시킬 수 있어 화상 재현시 암점 발생을 방지할 수 있고, 제1 전극의 표면 저항이 감소되어 소자 특성이 향상될 수 있다.

Description

유기 발광소자 및 그 제조방법{Organic Light Emitting Device and Method of manufacturing the same}
본 발명은 유기 발광소자에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 휴대용으로 적합한 유연한(flexible) 능동 매트릭스 방식 유기 발광소자에 관한 것이다.
평판표시소자로서 현재까지는 액정표시소자(Liquid Crystal Display Device)가 널리 이용되었지만, 액정표시소자는 별도의 광원으로 백라이트가 필요하고, 밝기, 명암비 및 시야각 등에서 기술적 한계가 있다. 이에, 자체발광이 가능하여 별도의 광원이 필요하지 않고, 밝기, 명암비 및 시야각 등에서 상대적으로 우수한 유기 발광소자(Organic Light Emitting Device)에 대한 관심이 증대되고 있다.
유기 발광소자는, 전자(electron)를 주입하는 음극(cathode)과 정공(hole)을 주입하는 양극(anode) 사이에 발광층이 형성된 구조로서, 음극에서 발생된 전자 및 양극에서 발생된 정공이 발광층 내부로 주입되면 주입된 전자 및 정공이 결합하여 액시톤(exciton)이 생성되고, 생성된 액시톤이 여기상태(excited state)에서 기저상태(ground state)로 떨어지면서 발광을 일으킴으로써 화상을 표시하는 표시소자이다.
이와 같은 유기 발광소자는 구동방식에 따라 수동 매트릭스(Passive Matrix) 방식과 능동 매트릭스(Active Matrix) 방식으로 나눌 수 있다.
상기 수동 매트릭스 방식은 별도의 박막 트랜지스터를 구비하지 않으면서 매트릭스 형태로 화소가 배열된 구성으로서, 주사선의 순차적 구동에 의해 각각의 화소를 구동하기 때문에 라인이 많아질수록 더 높은 전압과 전류를 순간적으로 인가해주어야 하고, 따라서 소비전력이 높아지게 되고 해상도 면에서도 한계가 있다.
반면에, 상기 능동 매트릭스 방식은 매트릭스 형태로 배열된 화소 각각에 박막 트랜지스터가 형성된 구성으로서, 박막 트랜지스터의 스위칭과 스토리지 캐패시터의 전압 충전에 의해 각각의 화소를 구동하기 때문에, 소비전력이 낮고 해상도 면에서도 상대적으로 이점이 있다. 따라서, 고해상도 및 대면적을 요구하는 표시소자에는 상기 능동 매트릭스 방식의 유기 발광소자가 보다 적합하다.
한편, 최근에는 휴대용으로 사용하기에 적합하도록 접거나 구부릴 수 있는 유연한(flexible) 능동 매트릭스 방식 유기 발광소자(이하, "유연한 유기 발광 소자"로 약칭함)에 대한 관심이 증가되고 있다.
이와 같은 유연한 유기 발광소자를 구현하기 위해서는 기판 및 전극을 구성하는 재료에 부가적인 특성이 요구된다. 예를 들어, 기판으로는 통상적으로 표시장치에 널리 이용되는 유리(glass)는 적용될 수 없고 접거나 구부릴 수 있도록 플라스틱과 같은 유연한 재료가 적용되어야 하고, 전극으로는 접거나 구부려도 그 형태 안정성을 유지할 수 있도록 높은 기계적 강도를 가진 재료가 적용되어야 한다.
또한, 고온 상태에서 사용할 경우 플라스틱 기판이 팽창될 수 있으므로 전극의 재료도 플라스틱 기판과 유사한 열팽창계수를 갖는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 전극의 재료가 플라스틱 기판과 열팽창계수차가 클 경우에는 고온 상태에서 전극이 단락되거나 면저항 변화가 커지는 문제가 발생하기 때문이다.
종래의 유연한 유기 발광소자의 경우, 양극 또는 음극과 같은 전극으로 ITO(Indium Tin Oxide) 전극이 주로 이용되어 왔는데, 그로 인해서 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 종래의 유연한 유기 발광소자는 접거나 구부릴 경우 상기 ITO 전극에 크랙이 발생하거나 상기 ITO 전극이 부서져 소자 수명이 짧아지는 단점이 있다.
둘째, 종래의 유연한 유기 발광소자는 상기 ITO 전극의 표면 모폴로지가 좋지 않아서, 그 위에 형성되는 발광층을 구성하는 유기막의 안정성이 저하되는 단점이 있다. 즉, 표면 모폴로지가 좋은 않은 ITO전극 상에 유기막을 형성할 경우 유기막이 균일하게 형성되지 않을 수 있는데, 이 경우 발광시 ITO전극의 스파이크 부분에서 상기 유기막이 손상되어 단락이 발생할 수 있고 그로 인해서 화상재현시 암점(dark spot)이 발생할 수 있다.
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명은 접거나 구부릴 경우 전극의 크랙 및 부서짐을 방지할 수 있고 전극의 표면 모폴로지를 증가시켜 발광층을 구성하는 유기막의 안정성을 향상시킬 수 있는 유기 발광소자 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 기판; 상기 기판 위에 형성된 하드 코팅층; 상기 하드 코팅층 상에 형성되며, 게이트 전극, 반도체층, 소스 전극, 및 드레인 전극을 포함하여 이루어진 박막 트랜지스터; 상기 박막 트랜지스터를 포함한 기판 전면에 형성되며, 상기 드레인 전극이 노출되도록 콘택홀을 구비한 보호막; 및 상기 보호막에 구비된 콘택홀을 통해 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 연결되는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 형성되는 발광부, 및 상기 발광부 상에 형성되는 제2 전극을 포함하여 이루어진 유기 발광 다이오드를 포함하여 이루어지며, 상기 유기 발광 다이오드의 제1 전극은 상기 드레인 전극과 연결되는 제1 도전층, 상기 제1 도전층 상에 형성되는 금속층, 및 상기 금속층 상에 형성되는 제2 도전층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유연한 유기 발광소자를 제공한다.
상기 제1 도전층은 투명한 도전물질로 이루어지고, 상기 금속층과 접하는 상기 제1 도전층 영역에는 상기 금속층 물질이 확산되어 있을 수 있다.
상기 제2 도전층은 투명한 도전물질로 이루어지고, 상기 금속층과 접하는 상기 제2 도전층 영역에는 상기 금속층 물질이 확산되어 있을 수 있다.
상기 제1 도전층 및 제2 도전층은 ITO (In2O3-SnO2), IZO (In2O3-ZnO) 또는 IZTO (In2O-ZnO-SnO2)로 이루어지고, 상기 금속층은 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 또는 백금(Pt)으로 이루어질 수 있다.
상기 하드 코팅층은 아크릴계, 우레탄계 또는 실리콘계 고분자 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명은 또한, 기판 위에 하드 코팅층을 형성하는 공정; 상기 하드 코팅층 상에 게이트 전극, 반도체층, 소스 전극, 및 드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터를 형성하는 공정; 상기 박막 트랜지스터를 포함한 기판 전면에서, 상기 드레인 전극이 노출되도록 콘택홀을 구비한 보호막을 형성하는 공정; 상기 보호막에 구비된 콘택홀을 통해 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 연결되는 제1 전극을 형성하는 공정; 상기 제1 전극 상에 발광부를 형성하는 공정; 및 상기 발광부 상에 제2 전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지며, 이때, 상기 제1 전극을 형성하는 공정은, 상기 드레인 전극과 연결되는 제1 도전층을 형성하는 공정; 상기 제1 도전층 상에 금속층을 형성하는 공정; 및 상기 금속층 상에 제2 도전층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 유연한 유기 발광소자의 제조방법을 제공한다.
상기 금속층을 형성하는 공정은 상기 제1 도전층 상에 금속의 박막을 형성한 후 어닐링 공정을 수행하여 상기 금속물질을 상기 제1 도전층으로 확산시키는 공정을 포함할 수 있다.
이상 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명은 제1 도전층, 금속층 및 제2 도전층을 포함하는 상기 제1 전극을 구성함으로써, 제1 전극의 표면 모폴로지가 향상되어 소자의 벤딩(bending) 특성이 향상된다. 또한, 제1 전극의 표면 모폴로지가 향상되기 때문에 제1 전극 상에 형성되는 발광부의 안정성을 향상시킬 수 있어 화상 재현시 암점이 발생하는 문제를 방지할 수 있다. 또한, 제1 전극의 표면 모폴로지가 향상되기 때문에 표면 저항이 감소되어 소자 특성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명은 기판의 표면에 하드 코팅층을 형성하기 때문에 기판 표면을 평탄화시켜 그 위에 형성되는 박막층 들을 안정화시킴으로써 유기 발광소자를 접거나 구부릴 경우 박막층 들의 크랙 또는 부서짐이 방지될 수 있다. 또한 하드 코팅층이 광의 경로를 다양하게 변경시켜 광투과율을 향상시킴으로써 결국 소자의 휘도 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광소자의 개략적인 단면도이다.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광소자의 제조공정을 보여주는 공정 단면도이다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
1. 유기 발광소자
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광소자의 개략적인 단면도이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광소자는 발광을 일으켜 화상을 디스플레이하는 유기 발광 다이오드부 및 상기 유기 발광 다이오드부를 구동하기 위한 트랜지스터부를 포함하여 이루어진다.
상기 유기 발광 다이오드부 및 트랜지스터부는 매트릭스(matrix) 형태로 구성되는 복수 개의 화소 영역 각각에 형성되는 것이며, 상기 매트릭스 형태로 구성되는 화소 영역 각각은 제1 방향으로 배열된 게이트 라인 및 상기 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 서로 이격 배열된 데이터 라인과 전원 라인에 의해 형성되게 된다.
도 1을 참조하면, 기판(100) 상에는 하드 코팅층(200)이 형성되어 있고, 상기 하드 코팅층(200) 상에는 박막 트랜지스터가 형성되어 있고, 그리고 상기 박막 트랜지스터와 연결되도록 유기 발광 다이오드가 형성되어 있다.
상기 기판(100)은 유연하면서 투명한 플라스틱 재료로 이루어질 수 있다. 상기 기판(100)의 재료로는 폴리이미드 등을 이용할 수 있으나, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.
한편, 광이 하부로 방출되는 방식(Bottom emission)에서는 상기 기판(100)으로 투명한 재료가 이용되어야 하지만, 광이 상부로 방출되는 방식(Top emission)에서는 상기 기판(100)으로 불투명한 재료가 이용될 수도 있다.
상기 하드 코팅층(200)은 상기 기판(100) 표면을 평탄화시켜 그 위에 형성되는 박막층 들을 안정화시킴으로써 유기 발광소자를 접거나 구부릴 경우 박막층 들의 크랙 또는 부서짐을 방지하는 역할을 한다. 또한, 상기 하드 코팅층(200)은 광이 투과될 때 광의 경로를 다양하게 변경시켜 광투과율을 향상시킴으로써 결국 소자의 휘도 특성을 향상시키는 역할을 한다. 이와 같은 역할을 하는 상기 하드 코팅층(200)의 재료로는 아크릴계, 우레탄계, 실리콘계 등의 고분자 물질을 이용할 수 있다.
상기 박막 트랜지스터는 게이트 전극(300), 반도체층(400) 및 소스/드레인 전극(500a, 500b)을 포함하여 이루어진다.
상기 게이트 전극(300)은 상기 하드 코팅층(200) 상에 패턴 형성되어 있는데, 그 재료로는 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오듐(Nd), 구리(Cu), 또는 그들의 합금을 이용할 수 있다. 경우에 따라서, 상기 금속 또는 합금을 2층 이상의 다중층으로 형성하여 상기 게이트 전극(300)을 구성할 수도 있다.
상기 게이트 전극(300)을 포함한 기판(100) 전면에는 게이트 절연막(350)이 형성되어 있는데, 그 재료로는 실리콘 산화막(SiOx) 또는 실리콘 질화막(SiNx)을 이용할 수 있다. 경우에 따라서, 상기 산화막 또는 질화막을 2층 이상의 다중층으로 형성하여 상기 게이트 절연막(350)을 구성할 수도 있다.
상기 게이트 절연막(350) 상에는 반도체층(400)이 패턴 형성되어 있는데, 상기 반도체층(400)은 상기 게이트 전극(300) 상부에 대응하는 영역에 형성되어 있다. 상기 반도체층(400)은 비정질 실리콘 또는 결정질 실리콘으로 이루어질 수 있으며, 상기 소스/드레인 전극(500a, 500b)과 접하는 면에는 불순물이 포함된 오믹 콘택층이 구비될 수 있다.
상기 반도체층(400) 상에는 소스 전극(500a) 및 드레인 전극(500b)이 서로 이격 형성되어 있는데, 그 재료로는 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오듐(Nd), 구리(Cu), 또는 그들의 합금을 이용할 수 있다.
상기 소스/드레인 전극(500a, 500b)을 포함하는 기판(100) 전면에는 보호막(550)이 형성되어 있다. 상기 보호막(550)은 실리콘 산화막(SiOx) 또는 실리콘 질화막(SiNx)과 같은 무기계 물질로 이루어질 수도 있고, 폴리 이미드 또는 폴리 아미드와 같은 유기계 물질로 이루어질 수도 있으며, 무기계 물질과 유기계 물질의 이층 구조로 형성될 수도 있다. 상기 보호막(550)은 도시된 바와 같이 소정 두께로 형성하여 기판의 평탄화 기능을 수행할 수 있다.
이상 설명한 박막 트랜지스터는 역 스태거드 구조(Invert-staggered)에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 박막 트랜지스터는 역 스태거드 구조 이외에 다양한 구조로 형성될 수 있다.
즉, 박막 트랜지스터는 전극들의 배치 모습에 따라 스태거드(Staggered) 구조와 코플래너(Coplanar) 구조로 나눌 수 있다.
상기 스태거드 구조는 반도체층을 중심으로 게이트 전극과 소스/드레인 전극이 위 아래로 분리 배치된 구조이고, 상기 코플래너 구조는 게이트 전극과 소스/드레인 전극이 동일 평면에 배치된 구조이다. 상기 스태거드 구조는 다시 게이트 전극이 아래에 배치되고 소스/드레인 전극이 위에 배치된 역 스태거드 구조(Invert-staggered)와 게이트 전극이 위에 배치되고 소스/드레인 전극이 아래에 배치된 정상 스태거드(normal staggered) 구조로 나눌 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 박막 트랜지스터는 코플래너 구조 또는 정상 스태거드 구조로 형성될 수도 있다.
상기 유기 발광 다이오드는 제1 전극(600), 발광부(700), 및 제2 전극(800)을 포함하여 이루어진다.
상기 제1 전극(600)은 상기 보호막(550) 상에 형성되며, 상기 보호막(500)에 형성된 콘택홀(555)을 통해 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극(500b)과 연결된다. 특히, 상기 제1 전극(600)은 제1 도전층(610), 금속층(630), 및 제2 도전층(650)을 포함하여 이루어지는데, 상기 제1 도전층(610)이 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극(500b)과 연결된다.
상기 제1 도전층(610) 및 제2 도전층(650)은 ITO (In2O3-SnO2), IZO (In2O3-ZnO) 또는 IZTO (In2O-ZnO-SnO2)와 같은 투명한 도전물질로 이루어질 수 있는데, 특히 상기 금속층(630)과 접하는 영역에는 상기 금속층(630)을 구성하는 물질이 추가로 포함될 수 있다. 이에 대해서는 하기 금속층(630)에 대한 설명을 참조하면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
상기 금속층(630)은 상기 제1 도전층(610) 및 제2 도전층(650) 사이에 형성되어 제1 전극(600)의 표면 모폴로지를 증가시키는 역할을 함과 더불어 유기 발광소자를 접거나 구부릴 경우 제1 전극(600)의 크랙 또는 부서짐을 방지하는 역할을 한다.
즉, 상기 금속층(630)은 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 또는 백금(Pt)과 같은 금속을 이용하여 형성할 수 있는데, 이와 같은 금속의 박막을 형성한 후 어닐링 공정을 통해 상기 금속층(630)을 형성하게 되면, 어닐링 공정 중에 상기 금속물질이 상기 제1 도전층(610)으로 확산된다. 또한, 상기 금속층(630) 상에 상기 제2 도전층(650)을 형성하는 공정 시에도 상기 금속물질이 상기 제2 도전층(650)으로 확산될 수 있다. 이와 같이 금속물질이 상기 제1 도전층(610) 또는 제2 도전층(650)으로 확산되면, 전체적으로 제1 전극(600)의 표면 모폴로지가 향상될 수 있고, 또한, 상기 제1 도전층(610) 및 제2 도전층(650)의 강성이 증가 되어 유기 발광소자를 접거나 구부릴 경우 제1 전극(600)의 크랙 또는 부서짐이 방지될 수 있다.
결국, 본 발명은 제1 도전층(610), 금속층(630) 및 제2 도전층(650)을 포함하는 상기 제1 전극(600)을 구성함으로써, 첫째, 제1 전극(600)의 표면 모폴로지가 향상되어 소자의 벤딩(bending) 특성이 향상되고, 그에 따라 제1 전극(600) 상에 형성되는 발광부(700)의 안정성을 향상시킬 수 있어 화상 재현시 암점이 발생하는 문제를 방지할 수 있고, 둘째, 제1 전극(600)의 표면 저항이 감소되어 소자 특성이 향상될 수 있다.
상기 발광부(700)는 화살표로 표시된 확대도에서 알 수 있듯이, 정공주입층(710), 정공수송층(730), 발광층(750), 전자수송층(770) 및 전자주입층(790)이 차례로 적층된 구조로 형성될 수 있으며, 다만, 상기 정공주입층(710), 정공수송층(730), 전자수송층(770) 및 전자주입층(790) 중 하나 이상의 층은 생략이 가능하다.
한편, 이와 같은 발광부(700)의 구성은 상기 박막 트랜지스터가 P형 반도체층을 포함하여 상기 제1 전극(600)이 양극(anode)으로 기능하게 되는 경우에 해당하는 것이고, 만약, 상기 박막 트랜지스터가 N형 반도체층을 포함하여 상기 제1 전극(600)이 음극(cathode)으로 기능하게 되면 상기 발광층(700)은 전자주입층(790), 전자수송층(770), 발광층(750), 정공수송층(730) 및 정공주입층(710) 순으로 적층되게 된다.
상기 정공주입층(710)은 CuPc(cupper phthalocyanine), PEDOT(poly(3,4)-ethylenedioxythiophene), PANI(polyaniline), 또는 NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenyl benzidine)로 이루어질 수 있고, 상기 정공수송층(730)은 NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenyl benzidine), TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine), s-TAD 또는 MTDATA(4,4',4"-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine)로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.
상기 발광층(750)은 적색의 경우는, CBP(carbazole biphenyl) 또는 mCP(1,3-bis(carbazol-9-yl)를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, PIQIr(acac)(bis(1-phenylisoquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(acac)(bis(1-phenylquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(tris(1-phenylquinoline)iridium) 또는 PtOEP(octaethylporphyrin platinum)와 같은 도펀트를 포함하는 인광물질로 이루어질 수 있고, PBD:Eu(DBM)3(Phen) 또는 Perylene을 포함하는 형광물질로 이루어질 수도 있고, 녹색의 경우는, CBP 또는 mCP를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, Ir(ppy)3(fac tris(2-phenylpyridine)iridium)을 포함하는 도펀트 물질을 포함하는 인광물질로 이루어질 수도 있고, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum)을 포함하는 형광물질로 이루어질 수도 있고, 청색의 경우는, CBP 또는 mCP를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, (4,6-F2ppy)2Irpic을 포함하는 도펀트 물질을 포함하는 인광물질로 이루어질 수도 있고, spiro-DPVBi, spiro-6P, 디스틸벤젠(DSB), 디스트릴아릴렌(DSA), PFO계 고분자 및 PPV계 고분자와 같은 형광물질로 이루어질 수도 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.
상기 전자수송층(770)은 Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), PBD, TAZ, spiro-PBD, BAlq 또는 SAlq로 이루어질 수 있고, 상기 전자주입층(79)은 Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), PBD, TAZ, spiro-PBD, BAlq 또는 SAlq로 이루어질 수 있으나, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 전극(800)은 상기 발광부(700) 상에 형성되는데, 경우에 따라 박막 트랜지스터부까지 연장되어 형성될 수도 있다. 상기 제2 전극(800)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide)와 같은 투명한 도전물질로 이루어질 수 있다. 경우에 따라서, 광이 하부로 방출되는 방식(Bottom emission)에서는 상기 제2전극(800)으로 반사율이 좋은 알루미늄(Al), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg)과 같은 불투명물질이 이용될 수 있다.
한편, 도시하지는 않았지만, 상기 트랜지스터부의 최상층에는 뱅크층이 추가려 형성될 수 있다.
2. 유기 발광소자의 제조방법
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광소자의 제조공정을 보여주는 공정 단면도로서, 이는 전술한 도 1에 다른 유기 발광소자의 제조방법에 관한 것이다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였고, 각각의 구성들의 재료 등에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
우선, 도 2a에서 알 수 있듯이, 기판(100) 상에 하드 코팅층(200)을 형성한다.
상기 하드 코팅층(200)은 상기 기판(100) 전면에 아크릴계, 우레탄계, 실리콘계 등의 고분자 물질을 코팅한 후, UV 또는 X-ray를 이용하여 경화하는 공정을 통해 형성할 수 있다.
다음, 도 2b에서 알 수 있듯이, 상기 하드 코팅층(200) 상에 박막 트랜지스터를 형성한다.
상기 박막 트랜지스터는 상기 하드 코팅층(200) 상에 게이트 전극(300)을 패턴 형성하고, 상기 게이트 전극(300)을 포함한 기판(100) 전면에 게이트 절연막(350)을 형성하고, 상기 게이트 절연막(350) 상에 반도체층(400)을 패턴 형성하고, 상기 반도체층(400) 상에 소스 전극(500a) 및 드레인 전극(500b)을 서로 이격되도록 패턴 형성하고, 상기 소스/드레인 전극(500a, 500b)을 포함하는 기판(100) 전면에는 보호막(550)을 형성하는 공정을 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 보호막(550)을 형성한 이후에는, 상기 드레인 전극(500b)이 노출될 수 있도록 상기 보호막(550)의 소정영역을 제거하여 콘택홀(555)을 형성한다.
상기 게이트 전극(300), 반도체층(400), 및 소스/드레인 전극(500a, 500b)은 포토 레지스트(PR)를 이용한 노광 및 현상 공정과 같은 포토리소그라피(Photolithography) 공정을 통해 패턴 형성할 수 있다. 다만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 금속물질의 페이스트를 이용하여 스크린 프린팅(screen printing), 잉크젯 프린팅(inkjet printing), 그라비아 프린팅(gravure printing), 그라비아 오프셋 프린팅(gravure offset printing), 리버스 오프셋 프린팅(reverse offset printing, 플렉소 프린팅(flexo printing), 또는 마이크로 콘택 프린팅(microcontact printing)과 같은 인쇄 공정을 통해 패턴 형성할 수도 있다.
이하에서 설명하는 각각의 구성에 대한 패턴 형성 공정도 구성 재료에 따라 포토리소그라피 공정을 이용하거나 또는 인쇄 공정을 이용하여 수행할 수 있으며, 그에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 2c에서 알 수 있듯이, 상기 보호막(550)에 형성된 콘택홀(555)을 통해 상기 드레인 전극(500b)과 연결되는 제1 도전층(610)을 형성한다.
상기 제1 도전층(610)은 ITO (In2O3-SnO2), IZO (In2O3-ZnO) 또는 IZTO (In2O-ZnO-SnO2)와 같은 도전물질을 스퍼터링(Sputtering) 공정 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 공정 등을 이용하여 형성할 수 있다.
다음, 도 2d에서 알 수 있듯이, 상기 제1 도전층(610) 상에 금속층(630)을 형성한다.
상기 금속층(630)은 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 또는 백금(Pt)과 같은 금속의 박막을 스퍼터링 공정, 진공증착 공정 또는 이빔(e-beam) 공정을 이용하여 형성한 후 어닐링 공정을 수행하여 형성한다. 이때, 상기 어닐링 공정 중에 상기 금속물질이 상기 제1 도전층(610)으로 확산된다.
상기 어닐링 공정은 사용되는 기판 즉 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate: PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylene Naphthalate: PEN), 폴리에서설폰(Polyethersulfone: PES), 폴리이미드(Polyimide: PI)등에 따라 달라질 수 있으며 대략 30 ~ 300 ℃ 범위에서 수행하는 것이 상기 금속물질의 원활한 확산을 위해 바람직하다.
다음, 도 2e에서 알 수 있듯이, 상기 금속층(630) 상에 제2 도전층(650)을 형성하여 제1 전극(600)을 완성한다.
상기 제2 도전층(650)은 ITO (In2O3-SnO2), IZO (In2O3-ZnO) 또는 IZTO (In2O-ZnO-SnO2)와 같은 도전물질을 스퍼터링 공정 또는 MOCVD 공정 등을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 제2 도전층(650) 형성 공정시 공정 온도를 30 ~ 300 ℃ 범위에서 수행할 경우 상기 금속층(630)을 구성하는 금속물질을 상기 제2 도전층(650)으로 확산시킬 수 있다.
다음, 도 2f에서 알 수 있듯이, 상기 제2 도전층(650) 상에 발광부(700) 및 제2 전극(800)을 차례로 형성하여, 본 발명에 따른 유기 발광소자의 제조를 완성한다.
상기 발광부(700)는 정공주입층(710), 정공수송층(730), 발광층(750), 전자수송층(770) 및 전자주입층(790)을 차례로 적층하여 형성할 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 전극(800)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide)와 같은 투명한 도전물질을 스퍼터링 공정 또는 MOCVD 공정 등을 이용하여 형성할 수 있다.
3. 실시예 및 비교예
제1 실시예
TFDB(비스 트리플루오로메틸 벤지딘), 6FDA(2,2´-bis-(3,4-디카복실페닐)헥사플루오로프로판 디안하이드라이드), CHDA(사이클로헥산 디안하이드라이드)으로 구성된 기판 상에 아크릴 레진을 도포한 후 UV노광을 수행하여 하드 코팅층을 형성하였다. 그 후, 상기 하드 코팅층 상에 게이트 전극, 게이트 절연막, 반도체층, 소스/드레인 전극, 및 보호막을 차례로 형성하여 박막 트랜지스터를 형성하였다. 그 후, 상기 보호막의 소정 영역을 제거하여 상기 드레인 전극이 노출되도록 하였다.
그 후, ITO로 이루어진 제1 도전층을 상기 드레인 전극과 연결되도록 형성하였고, 상기 제1 도전층 상에 은으로 이루어진 금속층을 형성한 후 70℃에서 어닐링 공정을 수행하였다. 그 후, 상기 금속층 상에 ITO로 이루어진 제2 도전층을 형성하여 제1 전극을 완성하였다.
그 후, 상기 제1 전극 상에 정공수송층(NPD ; (4,4-bis[N-(1-naphtyl)-N-phenyl-amino]biphenyl) ; 40nm), 발광층(Alq3 ; (tris-(8-hydroxy-quinoline)-aluminum) ; 60nm), 전자 수송층(ET ; 15nm) 및 전자주입층(LiF ; 0.5nm)으로 구성된 발광부를 형성하고, 이어서 ITO로 이루어진 제2 전극을 형성하여 유연한 유기 발광 소자를 제조하였다.
제2 실시예
상기 제1 실시예에서, 제1 및 제2 도전층으로 IZO를 사용한 것을 제외하고 전술한 제1 실시예와 동일한 방법으로 유연한 유기 발광 소자를 제조하였다.
제3 실시예
상기 제1 실시예에서, 제1 및 제2 도전층으로 IZTO를 사용한 것을 제외하고 전술한 제1 실시예와 동일한 방법으로 유연한 유기 발광 소자를 제조하였다.
제4 실시예
상기 제1 실시예에서, 금속층으로 백금(Pt)을 사용한 것을 제외하고 전술한 제1 실시예와 동일한 방법으로 유연한 유기 발광 소자를 제조하였다.
제5 실시예
상기 제1 실시예에서, 제1 도전층으로 ITO를 사용하고 제2 도전층으로 IZTO를 사용한 것을 제외하고 전술한 제1 실시예와 동일한 방법으로 유연한 유기 발광 소자를 제조하였다.
제6 실시예
상기 제1 실시예에서, 기판으로 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylene Naphthalate: PEN)를 사용한 것을 제외하고 전술한 제1 실시예와 동일한 방법으로 유연한 유기 발광 소자를 제조하였다.
제7 실시예
상기 제1 실시예에서, 기판으로 폴리에서설폰(Polyethersulfone: PES)을 사용한 것을 제외하고 전술한 제1 실시예와 동일한 방법으로 유연한 유기 발광 소자를 제조하였다.
제8 실시예
상기 제1 실시예에서, 기판으로 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate: PET)를 사용한 것을 제외하고 전술한 제1 실시예와 동일한 방법으로 유연한 유기 발광 소자를 제조하였다.
비교예
상기 제1 실시예에서, 기판 상에 하드 코팅층을 형성하지 않고, 상기 제1 전극을 ITO 단층으로 형성한 것을 제외하고 전술한 제1 실시예와 동일한 방법으로 유연한 유기 발광 소자를 제조하였다.
4. 실험예
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 유연한 유기 발광 소자에 대해 아래와 같은 방법으로 벤딩특성, 면저항 및 휘도를 측정하였고, 그 결과는 하기 표 1과 같다.
벤딩특성 측정
유기 발광 소자의 벤딩특성은 Cyclic bending tester를 사용하여 기판과 전극간의 박리현상의 유무로 측정하였다.
면저항 측정
유기 발광 소자의 면저항을 4-Point probe method(모델 Mitsubishi Chemical Co. MCP-T610)을 이용하여 측정하였다.
휘도 측정
유기 발광 소자의 휘도를 Kiethley 2400과 전압 인가에 따른 EL 소자의 휘도와 EL spectrum 측정 및 색 좌표(color coordinates) 측정을 위한 Photoresearch사의 PR-650을 장착한 장비를 사용하여 측정하였다.
벤딩특성 면저항(Ω/sq) 휘도(cd/m2)
제1 실시예 ○ 10 15120
제2 실시예 ○ 9 15640
제3 실시예 ○ 8 16230
제4 실시예 ○ 8 16460
제5 실시예 ○ 8 16490
제6 실시예 ○ 12 14350
제7 실시예 ○ 14 14240
제8 실시예 ○ 14 14210
비교예 X 55 8045
100: 기판 200: 하드 코팅층
300: 게이트 전극 350: 게이트 절연막
400: 반도체층 500a, 500b: 소스 전극, 드레인 전극
550: 보호막 600: 제1 전극
610: 제1 도전층 630: 금속층
650: 제2 도전층 700: 발광부
800: 제2 전극

Claims (7)

  1. 기판;
    상기 기판 위에 형성된 하드 코팅층;
    상기 하드 코팅층 상에 형성되며, 게이트 전극, 반도체층, 소스 전극, 및 드레인 전극을 포함하여 이루어진 박막 트랜지스터;
    상기 박막 트랜지스터를 포함한 기판 전면에 형성되며, 상기 드레인 전극이 노출되도록 콘택홀을 구비한 보호막; 및
    상기 보호막에 구비된 콘택홀을 통해 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 연결되는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 형성되는 발광부, 및 상기 발광부 상에 형성되는 제2 전극을 포함하여 이루어진 유기 발광 다이오드를 포함하여 이루어지며,
    상기 유기 발광 다이오드의 제1 전극은 상기 드레인 전극과 연결되는 제1 도전층, 상기 제1 도전층 상에 형성되는 금속층, 및 상기 금속층 상에 형성되는 제2 도전층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유연한 유기 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도전층은 투명한 도전물질로 이루어지고, 상기 금속층과 접하는 상기 제1 도전층 영역에는 상기 금속층 물질이 확산되어 있는 것을 특징으로 유연한 유기 발광소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 도전층은 투명한 도전물질로 이루어지고, 상기 금속층과 접하는 상기 제2 도전층 영역에는 상기 금속층 물질이 확산되어 있는 것을 특징으로 유연한 유기 발광소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도전층 및 제2 도전층은 ITO (In2O3-SnO2), IZO (In2O3-ZnO) 또는 IZTO (In2O-ZnO-SnO2)로 이루어지고, 상기 금속층은 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 또는 백금(Pt)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유연한 유기 발광소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하드 코팅층은 아크릴계, 우레탄계 또는 실리콘계 고분자 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 유연한 유기 발광소자.
  6. 기판 위에 하드 코팅층을 형성하는 공정;
    상기 하드 코팅층 상에 게이트 전극, 반도체층, 소스 전극, 및 드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터를 형성하는 공정;
    상기 박막 트랜지스터를 포함한 기판 전면에서, 상기 드레인 전극이 노출되도록 콘택홀을 구비한 보호막을 형성하는 공정;
    상기 보호막에 구비된 콘택홀을 통해 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 연결되는 제1 전극을 형성하는 공정;
    상기 제1 전극 상에 발광부를 형성하는 공정; 및
    상기 발광부 상에 제2 전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지며,
    이때, 상기 제1 전극을 형성하는 공정은,
    상기 드레인 전극과 연결되는 제1 도전층을 형성하는 공정;
    상기 제1 도전층 상에 금속층을 형성하는 공정; 및
    상기 금속층 상에 제2 도전층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 유연한 유기 발광소자의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 금속층을 형성하는 공정은 상기 제1 도전층 상에 금속의 박막을 형성한 후 어닐링 공정을 수행하여 상기 금속물질을 상기 제1 도전층으로 확산시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 유연한 유기 발광소자의 제조방법.
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