KR20110106334A - 용액 처리된 전자 소자용 백플레인 구조물 - Google Patents

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KR20110106334A
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inorganic filler
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backplane
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매튜 스테이너
야오밍 에이. 차이
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이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
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Abstract

유기 전자 소자용 백플레인이 제공된다. 백플레인은 다수의 전극 구조물이 위에 있는 TFT 기판을 갖는다. 전극 구조물 주위에는 공간이 있고 공간 내에는 무기 충전제의 층이 있다. 무기 충전제의 층의 두께는 전극 구조물의 두께와 동일하다.

Description

용액 처리된 전자 소자용 백플레인 구조물{BACKPLANE STRUCTURES FOR SOLUTION PROCESSED ELECTRONIC DEVICES}
관련 출원
본 출원은 본 명세서에 전체적으로 참고로 포함된 2008년 12월 5일자로 출원된 미국 가출원 제61/120,149호로부터 35 U.S.C.§ 119(e) 하에 우선권을 주장한다.
본 발명은 대체로 전자 소자 및 이의 형성 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 백플레인 구조물과 이 백플레인 구조물을 사용하여 용액 처리에 의해 형성된 소자에 관한 것이다.
유기 전자 소자를 포함하는 전자 소자는 계속해서 일상 생활에 더욱 널리 사용되고 있다. 유기 전자 소자의 예로는 유기 발광 다이오드("OLED")를 포함한다. 다양한 침착 기술이 OLED에 사용되는 층을 형성하는데 사용될 수 있다. 액체 침착 기술은 잉크젯 인쇄 및 연속 노즐 인쇄와 같은 인쇄 기술을 포함한다.
소자가 점점 더 복잡해지고 더 높은 분해능을 달성함에 따라, 박막 트랜지스터("TFT")를 갖는 능동 매트릭스 회로의 사용이 더욱 더 필요해지고 있다. 그러나, 대부분의 TFT 기판의 표면은 평면이 아니다. 이러한 비평면 표면 상의 액체 침착은 불균일한 필름을 생성할 수 있다. 불균일성은 코팅 형성을 위한 용매의 선택에 의해 그리고/또는 건조 조건을 제어함으로써 완화될 수 있다. 그러나, 개선된 필름 균일성을 이끌어낼 TFT 기판 설계에 대한 필요성이 여전히 존재한다.
TFT 기판;
제1 두께를 갖고 각각의 주위에 공간이 있는 다수의 제1 전극 구조물; 및
각각의 전극 구조물 주위의 공간 내의 무기 충전제의 층을 포함하고, 무기 충전제는 전극 구조물과 동일한 두께를 갖는, 유기 전자 소자용 백플레인이 제공된다.
또한,
TFT 기판,
제1 두께를 갖고 각각의 주위에 공간이 있는 다수의 제1 전극 구조물, 및
각각의 전극 구조물 주위의 공간 내의 무기 충전제의 층을 포함하고, 무기 충전제는 전극 구조물과 동일한 두께를 갖는 백플레인을 형성하는 단계;
액체 매질 중에 제1 활성 재료를 포함하는 제1 액체 조성물을 제1 전극 구조물의 적어도 일부분 상에 침착하는 단계; 및
제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 유기 전자 소자의 형성 방법이 제공된다.
또한,
(i)
TFT 기판,
제1 두께를 갖고 각각의 주위에 공간이 있는 다수의 제1 전극 구조물, 및
각각의 전극 구조물 주위의 공간 내의 무기 충전제의 층을 포함하고, 무기 충전제는 전극 구조물과 동일한 두께를 갖는 백플레인;
(ii) 적어도 픽셀 개구 내의 정공 수송 층;
(iii) 적어도 픽셀 개구 내의 광활성 층;
(iv) 적어도 픽셀 개구 내의 전자 수송 층; 및
(v) 캐소드를 포함하는 유기 전자 소자가 제공된다.
상기의 일반적인 설명 및 하기의 상세한 설명은 단지 예시적이고 설명적이며, 첨부된 특허청구범위에 한정된 바와 같이 본 발명을 제한하지 않는다.
본 명세서에 나타낸 개념의 이해를 증진시키기 위해 실시 형태가 첨부 도면에 도시되어 있다.
<도 1>
도 1은 테이퍼 형성된(tapered) 전극의 예시로서의 개략도.
<도 2>
도 2는 본 명세서에 기재된 바와 같은 새로운 백플레인의 일 실시 형태의 예시로서의 개략 단면도.
<도 3>
도 3은 본 명세서에 기재된 바와 같은 다른 백플레인의 예시로서의 개략 단면도.
<도 4a>
도 4A는 본 명세서에 기재된 바와 같은 백플레인의 예시로서의 다른 개략도.
<도 4b>
도 4B는 위에 활성 유기 층을 갖는 도 4A의 백플레인의 예시로서의 도면.
숙련자는 도면 내의 대상이 간단하고 명확하게 도시되었으며 반드시 축척에 맞게 도시되지는 않았음을 이해한다. 예를 들어, 도면 내의 대상들 중 일부의 치수는 실시 형태의 이해를 증진시키는 것을 돕기 위해 다른 대상에 비해 과장될 수도 있다.
많은 태양 및 실시 형태가 본 명세서에 기재되어 있으며, 단지 예시적이고 비한정적이다. 본 명세서를 읽은 후에, 숙련자는 다른 태양 및 실시예가 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 가능함을 이해할 것이다.
실시 형태들 중 임의의 하나 이상의 실시 형태의 다른 특징 및 효과가 하기의 상세한 설명 및 청구의 범위로부터 명백해질 것이다. 상세한 설명은 먼저 용어의 정의와 설명을 다루고, 이어서 백플레인, 및 전자 소자를 형성하는 방법을 다룬다.
1. 용어의 정의와 설명
이하에서 설명되는 실시 형태의 상세 사항을 다루기 전에, 몇몇 용어를 정의하거나 또는 명확히 하기로 한다. 정의된 용어는 그의 변형 형태를 포함하려는 것이다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "활성"은 층이나 재료를 언급할 때 소자의 작동을 전자적으로 용이하게 하는 층이나 재료를 칭한다. 활성 재료의 예는 전하를 전도, 주입, 수송, 또는 차단하는 재료를 포함하지만, 이에 한정되지 않으며, 여기에서 전하는 전자나 정공일 수 있다. 예로는 또한 전자 또는 전자방사 특성을 갖는 층이나 재료를 포함한다. 활성 층 재료는 방사선을 수용하면 전자-정공 쌍의 농도 변화를 나타내거나 방사선을 방출할 수 있다.
용어 "능동 매트릭스"는 전자 구성요소의 어레이 및 어레이 내의 대응하는 구동 회로를 의미하려는 것이다.
용어 "백플레인"은 전자 소자를 형성하도록 유기 층이 위에 침착될 수 있는 작업편을 의미하려는 것이다.
용어 "구동 회로"는 유기 전자 구성요소와 같은 전자 구성요소의 작동을 제어하도록 구성되는 회로를 의미하려는 것이다.
용어 "전자 소자"는 적절하게 접속되고 적절한 전위(들)로 공급될 때 기능을 집합적으로 수행하는 회로, 전자 구성요소, 또는 이들의 조합의 모임을 의미하려는 것이다. 전자 소자는 시스템을 포함하거나, 시스템의 일부일 수 있다. 전자 소자의 예로는, 디스플레이, 센서 어레이, 컴퓨터 시스템, 항공전자기기, 자동차, 휴대 전화기 및 많은 기타 소비자용 및 공업용 전자 제품을 포함한다.
용어 "절연"은 "전기적 절연"과 상호 교환가능하게 사용된다. 이들 용어 및 이의 변형은 재료, 층, 부재 또는 구조물을 통하여 임의의 상당한 전류가 흐르는 것을 실질적으로 방지하는 전기적 특성을 갖는 이러한 재료, 층, 부재, 또는 구조물을 칭하려는 것이다.
용어 "층"은 용어 "필름"과 호환적으로 사용되며 목적하는 영역을 덮는 코팅을 지칭한다. 영역은 전체 소자만큼 크거나, 실제 영상 디스플레이(visual display)와 같은 특이적 기능성 영역만큼 작거나, 단일 부화소(sub-pixel)만큼 작을 수 있다. 필름은 증착, 액체 침착 및 열 전사를 포함하는 임의의 종래 침착 기술에 의해 형성될 수 있다. 전형적인 액체 침착 기술은 스핀 코팅, 그라비어 코팅, 커튼 코팅, 딥 코팅, 슬롯-다이 코팅, 스프레이 코팅, 및 연속 노즐 코팅과 같은 연속 침착 기술과; 그리고 잉크젯 인쇄, 그라비어 인쇄, 및 스크린 인쇄와 같은 불연속 침착 기술을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
용어 "액체 조성물"은, 용액을 형성하도록 액체 매질이나 매체에 용해되거나, 분산액을 형성하도록 액체 매질이나 매체에 분산되거나, 또는 현탁액이나 에멀젼을 형성하도록 액체 매질이나 매체에 현탁되어 있는 유기 활성 재료를 의미하려는 것이다.
용어 "유기 전자 소자"는 하나 이상의 반도체 층 또는 재료를 포함하는 소자를 의미하고자 한다. 유기 전자 소자는, (1) 전기 에너지를 방사선으로 변환하는 소자(예를 들어, 발광 다이오드, 발광 다이오드 디스플레이, 또는 다이오드 레이저), (2) 전자공학적 공정을 통하여 신호를 검출하는 소자(예를 들어, 광검출기(예를 들어, 광전도성 전지, 포토레지스터, 광스위치, 광트랜지스터, 또는 광튜브), IR 검출기, 또는 바이오센서), (3) 방사선을 전기 에너지로 변환하는 소자(예를 들어, 광전 소자 또는 태양 전지), 및 (4) 하나 이상의 유기 반도체 층을 포함하는 하나 이상의 전자 구성요소를 포함하는 소자(예를 들어, 트랜지스터 또는 다이오드)를 포함한다.
용어 "위에 있음" 은, 소자 내의 층, 부재 또는 구조물을 언급하는데 사용될 때, 하나의 층, 부재 또는 구조물이 반드시 다른 층, 부재, 또는 구조물 바로 다음에 있거나 이들과 접촉하는 것을 의미하는 것은 아니다.
용어 "구조물"은, 자체적으로 또는 다른 패터닝된 층(들) 또는 부재(들)와 함께, 의도한 목적을 돕는 단위를 형성하는 하나 이상의 패터닝된 층 또는 부재를 의미하려는 것이다. 구조물의 예는 전극, 웰(well) 구조물, 캐소드 분리기 등을 포함한다.
용어 "TFT 기판"은 패널 기능을 행하도록 하는 기초 지지부 상의 구동 회로 및/또는 TFT의 어레이를 의미하려는 것이다.
용어 "지지부" 또는 "기초 지지부"는, 강성이거나 가요성일 수 있으며, 유리, 중합체, 금속 또는 세라믹 재료, 또는 이의 조합을 포함할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아닌 하나 이상의 재료의 하나 이상의 층을 포함할 수 있는 기본 재료를 의미하려는 것이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "포함하다", "포함하는", "함유하다", "함유하는", "갖는다", "갖는" 또는 이들의 임의의 다른 변형은 비배타적인 포함을 망라하고자 한다. 예를 들어, 요소들의 목록을 포함하는 공정, 방법, 용품, 또는 장치는 반드시 그러한 요소만으로 제한되지는 않고, 명확하게 열거되지 않거나 그러한 공정, 방법, 용품, 또는 장치에 내재적인 다른 요소를 포함할 수도 있다. 또한, 명백히 반대로 기술되지 않는다면, "또는"은 포괄적인 '또는'을 말하며 배타적인 '또는'을 말하는 것은 아니다. 예를 들어, 조건 A 또는 B는 하기 중 어느 하나에 의해 만족된다: A는 참(또는 존재함)이고 B는 거짓(또는 존재하지 않음), A는 거짓(또는 존재하지 않음)이고 B는 참(또는 존재함), A 및 B 모두가 참(또는 존재함).
또한, 단수형("a" 또는 "an")의 사용은 본원에서 기술된 부재 및 성분을 기술하는데 이용된다. 이는 단지 편의상 그리고 본 발명의 범주의 전반적인 의미를 제공하기 위해 행해진다. 이러한 표현은 하나 또는 적어도 하나를 포함하는 것으로 파악되어야 하며, 단수형은 그 수가 명백하게 단수임을 의미하는 것이 아니라면 복수형을 또한 포함한다.
원소의 주기율표 내의 컬럼(column)에 대응하는 족(group) 번호는 문헌[CRC Handbook of Chemistry and Physics, 81st Edition(2000-2001)]에 나타난 바와 같은 "새로운 표기(New Notation)" 규정을 사용한다.
달리 정의되지 않는 한, 본원에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 본원에 기재되는 것과 유사하거나 등가인 방법 및 재료가 본 발명의 실시 형태의 실시 또는 시험에서 사용될 수 있지만, 적합한 방법 및 재료는 본원에 후술된다. 본 명세서에서 언급되는 모든 간행물, 특허 출원, 특허, 및 다른 참조 문헌은 특정 구절이 인용되지 않으면 전체적으로 참고로 본 명세서에 통합된다. 상충되는 경우에는, 정의를 비롯하여 본 명세서가 좌우할 것이다. 게다가, 재료, 방법, 및 실시예는 단지 예시적인 것이며 제한하고자 하는 것은 아니다.
본원에 기재되지 않는 범위까지, 특정 재료, 가공 행위 및 회로에 관한 많은 상세사항은 통상적이며, 유기 발광 다이오드 디스플레이, 광검출기, 광전지 및 반도체 부재 기술 분야의 교재 및 기타 출처에서 확인할 수 있다.
2. 백플레인
본 명세서에서는 새로운 전자 소자용 백플레인이 제공된다. 백플레인은,
TFT 기판;
제1 두께를 갖고 각각의 주위에 공간이 있는 다수의 제1 전극 구조물; 및
각각의 전극 구조물 주위의 공간 내의 무기 충전제의 층을 포함하고, 무기 충전제는 전극 구조물과 동일한 두께를 갖다.
TFT 기판은 전자 분야에서 잘 알려져 있다. 기초 지지부는 유기 전자 소자 분야에서 사용되는 바와 같이 통상의 지지부일 수 있다. 기초 지지부는 가요성 또는 강성일 수 있고, 유기물 또는 무기물일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 기초 지지부는 투명하다. 일부 실시 형태에서, 기초 지지부는 유리이거나 가요성 유기 필름이다. TFT 어레이는 알려져 있는 바와 같이 지지부 위에 또는 지지부 내에 위치될 수 있다. 지지부는 약 12 내지 2500 마이크로미터 범위의 두께를 가질 수 있다.
용어 "박막 트랜지스터" 또는 "TFT"는 전계 효과 트랜지스터의 적어도 채널 영역이 주로 기판의 기본 재료의 일부가 아닌 전계 효과 트랜지스터를 의미하려는 것이다. 일 실시 형태에서, TFT의 채널 영역은 a-Si, 다결정 규소, 또는 이들의 조합을 포함한다. 용어 "전계 효과 트랜지스터"는 게이트 전극 상의 전압에 의해 그의 전류 반송 특성이 영향 받는 트랜지스터를 의미하려는 것이다. 전계 효과 트랜지스터는 접합 전계 효과 트랜지스터(JFET), 또는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET), 금속 질화물 산화물 반도체(MNOS) 전계 효과 트랜지스터 등을 포함하는 금속 절연체 반도체 전계 효과 트랜지스터(MISFET)를 포함한다. 전계 효과 트랜지스터는 n-채널(n-형 캐리어가 채널 영역 내에서 흐름) 또는 p-채널(p-형 캐리어가 채널 영역 내에서 흐름)일 수 있다. 전계 효과 트랜지스터는 증가형 트랜지스터(채널 영역이 트랜지스터의 S/D 영역에 비해 상이한 전도성 유형을 가짐) 또는 공핍형 트랜지스터(트랜지스터의 채널 및 S/D 영역이 동일한 전도성 유형을 가짐)일 수 있다.
TFT 구조 및 설계는 잘 알려져 있다. TFT 구조물을 통상 게이트, 소스 및 드레인 전극과, 통상 완충 층과 게이트 절연체와 중간층이라고 하는 일련의 무기 절연 층을 포함한다.
일반적으로 TFT 기판의 TFT 및 구동기 구조물 상에 평탄화 층이 존재한다. 평탄화 층은 TFT 기판의 거친 특징부 및 임의의 입자 재료를 평탄하게 하여 기생 커패시턴스를 최소화한다. 일부 실시 형태에서, 평탄화 층은 유기 층이다. 임의의 유기 유전체 재료가 평탄화 층을 위해 사용될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 유기 재료는 에폭시 수지, 아크릴 수지 및 폴리이미드 수지로 이루어진 군으로부터 선택된다. 이러한 수지는 잘 알려져 있으며, 많은 경우 구매가능하다. 평탄화 층은 본 기술 분야에 잘 알려진 것과 같이 형성되고 패턴화될 수 있다.
평탄화 층 상에는 다수의 제1 전극 구조물이 존재한다. 전극은 애노드 또는 캐소드일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 전극은 평행한 줄무늬로서 형성된다. 일부 실시 형태에서, 전극은 픽셀화된다. 이는 정사각형, 직사각형, 원형, 삼각형, 타원형 등과 같은 평면 형상을 갖는 구조물의 패터닝된 어레이로 형성될 수 있다. 일반적으로, 전극은 종래의 공정(예를 들어, 침착, 패터닝, 또는 이들의 조합)을 사용하여 형성될 수 있다. 제1 전극 구조물들은 이격되어 각각의 전극 구조물 주위에는 공간이 있다. "주위"는 전극 구조물의 적어도 2개의 측면에 공간이 있음을 의미한다. 일부 실시 형태에서, 공간은 각각의 전극 구조물을 둘러싼다.
일부 실시 형태에서, 전극은 테이퍼 각도가 75° 이하인 테이퍼 형성된 에지를 갖는다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "테이퍼 각도"는, 전극 구조물을 언급할 때, 전극 에지와 하부 평탄화 층에 의해 형성되는 내각을 의미하려는 것이다. 이는 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 평탄화 층(10)은 상부 표면(11)을 갖는다. 평탄화 층 상의 전극 구조물(20)은 테이퍼 형성된 에지(21)를 갖는다. 테이퍼 형성된 에지(21)는 평탄화 층 표면과 내각 Θ 를 형성한다. 각도 Θ가 테이퍼 각도이다. 종래의 테이퍼 형성되지 않은 전극의 경우, 내각 Θ는 90°일 것이다. 일부 실시 형태에서, 전극은 테이퍼 각도가 75°이하; 일부 실시 형태에서는, 40°이하이다.
일부 실시 형태에서, 제1 전극 구조물은 유기 활성 재료의 침착을 위해 적어도 인쇄 방향에 평행한 전극 측면에서 테이퍼 형성된다. 일부 실시 형태에서, 제1 전극 구조물은 모든 측면에서 테이퍼 형성된다.
일부 실시 형태에서, 전극은 투명하다. 일부 실시 형태에서, 전극은 산화인듐주석(ITO)과 같은 투명 전도성 재료를 포함한다. 기타 투명 전도성 재료로는, 예를 들어, 산화인듐아연(IZO), 산화아연, 산화주석, 산화아연주석(ZTO), 원소 금속, 금속 합금, 및 이들의 조합을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 전극은 전자 소자용 애노드이다. 전극은, 스텐실 마스크를 사용한 선택적 침착, 또는 패턴을 형성하기 위해 일 부분을 제거하는 종래의 리소그래피 기술 및 블랭킷 침착(blanket deposition)과 같은 종래의 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 제1 전극 구조물의 두께는 일반적으로 대략 50 내지 150 ㎚의 범위이다.
각각의 제1 전극 구조물 주위의 공간 내에는, 무기 충전제 재료의 층이 있다. 무기 충전제 층은 전극 구조물와 동일한 두께를 갖는다. "동일한 두께"는 충전제 층의 두께가 제1 전극 구조물의 두께의 ± 5% 이내임을 의미한다. 일부 실시 형태에서, 두께는 ± 1% 이내이다.
무기 유전체 재료가 충전제 재료로서 사용될 수 있다. 일반적으로, 무기 재료는 유전 상수가 적어도 2.5이어야 한다. 일부 실시 형태에서, 무기 재료는 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 산질화물, 및 그 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부 실시 형태에서, 무기 재료는 산화규소, 질화규소 및 그 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부 실시 형태에서, 무기 재료는 실리카 및 질화규소로부터 선택될 수 있다.
충전제 층은 임의의 종래 공정, 예를 들어, 스텐실 마스크를 통한 침착에 의해서 형성될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 층은 제1 전극 구조물과 거의 동일한 두께를 갖는 얇은 층을 전체적으로 증착하여 형성될 수 있다. 그 다음, 전극 구조물의 상부의 무기 층이 제거될 수 있다. 리소그래피 기술 또는 화학 또는 플라즈마 에칭과 같은 임의의 종래 기술이 사용될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 백플레인은:
TFT 기판을 제공하는 단계;
TFT 기판 상에 제1 두께를 갖고 각각의 주위에 공간이 있는 다수의 제1 전극 구조물을 형성하는 단계;
무기 충전제 재료의 층을 제1 두께를 초과하는 두께로 전체적으로 침착하는 단계; 및
무기 충전제 재료를 균일하게 제1 두께와 동일한 두께로 제거하는 단계를 포함하고, 제1 전극 구조물의 표면이 노출되어, 본질적으로 평면인 백플레인을 형성하는 방법에 의해 제조된다.
방법의 일 실시 형태에서, 무기 충전제 재료는 화학-기계적 폴리싱에 의해서 제거된다.
상기 방법에서, 무기 충전제 재료는 두꺼운 층으로 전체적으로 침착된다. 일부 실시 형태에서, 두께는 전극 구조물의 두께보다 적어도 5% 더 크고; 일부 실시 형태에서는, 적어도 10% 더 크다. 그 다음, 충전제 재료를 층을 가로질러 균일하게 제거하여 제1 전극 구조물과 동일한 두께가 되게 만든다. 동시에, 전극 구조물 바로 위의 충전제 재료가 또한 제거된다. 상기에 논의된 바와 같이, 임의의 종래 기술이 사용될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 화학-기계적 폴리싱 ("CMP")이 충전제 재료를 제거하는 데 사용된다. CMP는 반도체 웨이퍼 또는 기타 기판을 평탄화하기 위해 반도체 산업에서 사용되는 잘 알려진 기술이다. 이 공정은 화학적 힘과 기계적 힘의 조합을 수반하며, 화학적 에칭과 자유 연마제 폴리싱(free abrasive polishing)을 혼용하는 것으로 생각할 수 있다. CMP의 사용은 전극 구조물의 표면을 매끄럽게 하며, 따라서 단락 결함의 발생을 감소시키는 추가적인 이점을 갖는다.
다결정 TFT를 갖는 하나의 예시적인 백플레인(100)이 도 2에 개략적으로 나타나있다. TFT 기판은: 유리 기판(110)과, 무기 절연층(120)과, 게이트 전극 또는 게이트 라인 및 소스/드레인 전극 또는 데이터 라인을 위한 다양한 전도성 라인(130)을 포함한다. 유기 평탄화 층(140)이 존재한다. 픽셀화된 전극이 부호(150)로 나타나있다. 비아(via)를 위한 금속화 부분(metallization; 151)이 존재한다. 무기 충전제(160)가 전극 구조물의 양쪽 측면의 공간 내에 존재한다. 전극의 위에는 픽셀 영역(170)이 있다. 픽셀 영역은 활성 유기 재료가 침착되어 소자를 형성하게 될 곳이다.
a-Si TFT를 갖는 다른 예시적인 백플레인이 도 3에 부호(200)로 개략적으로 나타나있다. TFT 기판은: 유리 기판(210)과, 게이트 전극 또는 게이트 라인(220)과, 게이트 절연층(230)과, a-Si 채널(140)과, n+ a-Si 접점(241)과, 소스/드레인 금속(242)을 포함한다. 절연층(230)은 당업계에 알려진 바와 같이 임의의 무기 절연 재료로 제조될 수 있다. 전도성층(220, 242)은 당업계에 알려진 바와 같이 임의의 무기 전도성 재료로 제조될 수 있다. a-Si 채널 및 도핑된 n+ a-Si 층도 또한 당업계에 잘 알려져 있다. TFT 기판 위에 유기 평탄화 층(250)이 있다. 평탄화 층을 위한 재료는 위에서 논의되었다. 패터닝된 전극(260)은 평탄화 층(250) 위에 형성된다. 비아를 위한 금속화 부분(261)이 존재한다. 전극을 위한 재료는 위에서 논의되었다. 무기 충전제 재료(270)가 전극 층 주위에 존재한다. 활성 유기 재료가 픽셀 영역(280)에서 전극 위에 침착되어 소자를 형성할 것이다.
본 명세서에 기재된 백플레인은 활성 재료의 액체 침착을 위한 본질적으로 평면 표면을 제공한다. 이는 도 4A 및 4B에 개략적으로 나타나있다. 백플레인(300)이 도 4A에 나타나있다. TFT 기판(310) 상에, 전극 구조물(320)이 있다. 전극 구조물의 주위에 무기 충전제 층(330)이 있다. 무기 충전제 층은 전극 구조물과 동일한 두께를 갖는다. 따라서, 백플레인(300)은 본질적으로 평면 표면이다. 도 4B에는, 활성 층: 완충 층(340), 정공 수송 층(350), 및 광활성 층(360)을 침착한 후의 백플레인이 나타나있다. 활성 층은 전극 구조물 위의 유효 방출 영역에서 본질적으로 평면인 프로파일을 갖는다.
백플레인은 인쇄에 의한 액체 침착에 특히 적합하다. 인쇄 기술의 예에는 잉크젯 인쇄 및 연속 노늘 인쇄가 포함된다.
3. 전자 소자를 형성하는 방법
본 명세서에 기재된 백플레인은 유기 활성 재료에 대한 액체 침착 기술에 특히 적합하다. 유기 전자 소자를 형성하는 방법은
TFT 기판,
제1 두께를 갖고 각각의 주위에 공간이 있는 다수의 제1 전극 구조물, 및
각각의 전극 구조물 주위의 공간 내의 무기 충전제의 층을 포함하고, 무기 충전제는 전극 구조물과 동일한 두께를 갖는 백플레인을 형성하는 단계;
제1 액체 매질 중에 제1 활성 재료를 포함하는 제1 액체 조성물을 제1 전극 구조물의 적어도 일부분 상에 침착하여 제1 활성 필름을 형성하는 단계; 및
제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "~ 상에 침착하다"는 침착이 제1 전극 구조물의 바로 위에 그와 접촉하여 이루어지는 것을 반드시 의미하는 것은 아니다. 일부 실시 형태에서, 제1 액체 조성물은 완충 조성물을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 제1 액체 조성물은 정공 수송 재료를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 제1 액체 조성물은 광활성 재료를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 제1 액체 조성물은 제1 전극 구조물 바로 위에 그와 접촉하여 침착된다.
일부 실시 형태에서, 방법은 제2 액체 매질 중에 제2 활성 재료를 포함하는 제2 액체 조성물을 제1 활성 필름의 적어도 일부분 상에 침착하여 제2 활성 필름을 형성하는 단계를 추가로 포함한다.
일부 실시 형태에서, 방법은 제3 액체 매질 중에 제3 활성 재료를 포함하는 제3 액체 조성물을 제2 활성 필름의 적어도 일부분 상에 침착하여 제3 활성 필름을 형성하는 단계를 추가로 포함한다.
전자 소자를 형성하기 위한 예시적인 방법은 액체 침착 기술을 사용하여 본 명세서에 기재된 백플레인의 전극 구조물 상에 하나 이상의 유기 활성 층을 형성하는 단계를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 하나 이상의 광활성 층 및 하나 이상의 전하 수송 층이 있다. 그 다음, 제2 전극이 통상 증착 기술에 의해 유기 층 위에 형성된다. 전하 수송 층(들) 및 광활성 층의 각각은 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 경사지거나 연속적으로 변하는 조성을 갖는 단일 층이 개별 전하 수송 층 및 광활성 층 대신에 사용될 수 있다.
일부 실시 형태에서,
(i)
TFT 기판,
제1 두께를 갖고 각각의 주위에 공간이 있는 다수의 제1 전극 구조물, 및
각각의 전극 구조물 주위의 공간 내의 무기 충전제의 층을 포함하고, 무기 충전제는 전극 구조물과 동일한 두께를 갖는 백플레인;
(ii) 적어도 픽셀 개구 내의 정공 수송 층;
(iii) 적어도 픽셀 개구 내의 광활성 층;
(iv) 적어도 픽셀 개구 내의 전자 수송 층; 및
(v) 캐소드를 포함하는 전자 소자가 제공된다.
일부 실시 형태에서, 소자는 애노드와 정공 수송 층 사이에 유기 완충 층을 추가로 포함한다. 일부 실시 형태에서, 소자는 전자 수송 층과 캐소드 사이에 전자 주입 층을 추가로 포함한다. 일부 실시 형태에서, 하나 이상의 완충 층, 정공 수송 층, 전자 수송 층 및 전자 주입 층은 전체에 걸쳐 형성된다.
예시적인 실시 형태에서, 백플레인에서의 전극은 애노드이다. 일부 실시 형태에서, 유기 완충 재료를 포함하는 제1 유기 층이 액체 침착에 의해 도포된다. 일부 실시 형태에서, 정공 수송 재료를 포함하는 제1 유기 층이 액체 침착에 의해 도포된다. 일부 실시 형태에서, 유기 완충 재료를 포함하는 제1 층 및 정공 수송 재료를 포함하는 제2 층이 순차적으로 형성된다. 유기 완충 층 및/또는 정공 수송 층이 형성된 후에, 광활성 층이 액체 침착에 의해 형성된다. 적색, 녹색, 또는 청색 방출 재료를 포함하는 상이한 광활성 조성물이 풀 컬러 디스플레이를 형성하도록 상이한 픽셀 영역에 도포될 수 있다. 광활성 층의 형성 후에, 전자 수송 층이 증착에 의해 형성된다. 전자 수송 층의 형성 후에, 선택적인 전자 주입 층과 그 다음의 캐소드가 증착에 의해 형성된다.
용어 "유기 완충 층" 또는 "유기 완충 재료"는 전기적 전도성 또는 반전도성 유기 재료를 의미하려는 것이며, 유기 전자 소자에서, 하부 층의 평탄화, 전하 수송 및/또는 전하 주입 특성, 산소 또는 금속 이온과 같은 불순물의 제거, 및 유기 전자 소자의 성능을 증진하거나 개선하는 다른 측면을 포함하지만 이로 한정되지 않는 하나 이상의 기능을 가질 수 있다. 유기 완충 재료는 중합체, 올리고머, 또는 소분자일 수 있으며 용액, 분산액, 현탁액, 에멀젼, 콜로이드 혼합물, 또는 다른 조성물의 형태일 수 있다.
유기 완충 층은 양성자성 산(protonic acid)으로 종종 도핑되는, 폴리아닐린(PANI) 또는 폴리에틸렌다이옥시티오펜(PEDOT)과 같은 중합체 재료로 형성될 수 있다. 양성자성 산은, 예를 들어 폴리(스티렌설폰산), 폴리(2-아크릴아미도-2-메틸-1-프로판설폰산) 등일 수 있다. 유기 완충 층은 구리 프탈로사이아닌 및 테트라티아풀발렌-테트라사이아노퀴노다이메탄 시스템(TTF-TCNQ)과 같은, 전하 전달 화합물 등을 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 유기 완충 층은 전도성 중합체 및 콜로이드-형성 중합체성 산의 분산액으로 제조된다. 그러한 재료는, 예를 들어, 미국 특허 출원 공개 제2004/0102577호, 재2004/0127637호, 및 제2005/205860호에 기재되어 있다. 유기 완충 층은 전형적으로 대략 20 내지 200 ㎚ 범위의 두께를 갖는다.
용어 "정공 수송"은, 층, 재료, 부재, 또는 구조물을 언급할 때, 그러한 층, 재료, 부재, 또는 구조물이 그러한 층, 재료, 부재, 또는 구조물의 두께를 통한 양전하의 이동을 상대 효율 및 적은 전하 손실로 촉진함을 의미하려는 것이다. 발광 재료가 또한 일부 전하 수송 특성을 가질 수 있지만, 용어 "전하 수송 층, 재료, 부재 또는 구조"는 주요 기능이 발광인 층, 재료, 부재 또는 구조를 포함하는 것을 의도하지 않는다.
층(120)을 위한 정공 수송 재료의 예는, 예를 들어, 문헌[Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Fourth Edition, Vol. 18, p. 837-860, 1996, by Y. Wang]에 요약되어 있다. 정공 수송 분자 및 중합체는 양자 모두 사용 가능하다. 통상적으로 사용되는 정공 수송 분자에는, 비제한적으로, 하기가 포함된다: 4,4',4"-트리스(N,N-다이페닐-아미노)-트라이페닐아민 (TDATA); 4,4',4"-트리스(N-3-메틸페닐-N-페닐-아미노)-트라이페닐아민 (MTDATA); N,N'-다이페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(TPD); 1,1-비스[(다이-4-톨릴아미노) 페닐]사이클로헥산(TAPC); N,N'-비스(4-메틸페닐)-N,N'-비스(4-에틸페닐)-[1,1'-(3,3'-다이메틸)바이페닐]-4,4'-다이아민(ETPD); 테트라키스-(3-메틸페닐)-N,N,N',N'-2,5-페닐렌다이아민(PDA); α-페닐-4-N,N-다이페닐아미노스티렌(TPS); p-(다이에틸아미노)벤즈알데히드 다이페닐하이드라존(DEH); 트라이페닐아민(TPA); 비스[4-(N,N-다이에틸아미노)-2-메틸페닐](4-메틸페닐)메탄(MPMP); 1-페닐-3-[p-(다이에틸아미노)스티릴]-5-[p-(다이에틸아미노)페닐] 피라졸린(PPR 또는 DEASP); 1,2-트란스-비스(9H-카바졸-9-일)사이클로부탄(DCZB); N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)-(1,1'-바이페닐)-4,4'-다이아민(TTB); N,N'-비스(나프탈렌-1-일)-N,N'-비스-(페닐)벤지딘(α-NPB); 및 포피린성 화합물, 예를 들어 구리 프탈로시아닌. 통상적으로 사용되는 정공 수송 중합체는 폴리비닐카바졸, (페닐메틸)폴리실란, 폴리(다이옥시티오펜), 폴리아닐린 및 폴리피롤을 포함하나 이에 한정되지 않는다. 상기 언급한 것들과 같은 정공 수송 분자를 폴리스티렌 및 폴리카보네이트와 같은 중합체 내로 도핑함으로써 정공 수송 중합체를 수득할 수도 있다. 정공 수송 층은 또한 p-도펀트, 예를 들어, 테트라플루오로테트라시아노퀴노다이메탄 및 페릴렌-3,4,9,10-테트라카르복실릭-3,4,9,10-다이안하이드라이드로 도핑될 수 있다. 정공 수송 층은 전형적으로 대략 40 내지 100 ㎚ 범위의 두께를 갖는다.
용어 "광활성"은 (발광 다이오드 또는 화학 전지에서와 같이) 인가된 전압에 의해 활성화되면 광을 방출하거나, (광검출기에서와 같이) 인가된 바이어스 전압이 있든 없든 방사선 에너지에 반응하여 신호를 생성하는 재료를 칭한다. 임의의 유기 전계발광("EL") 재료가 광활성 층에 사용될 수 있으며, 이러한 재료는 당업계에 잘 알려져 있다. 재료는 소분자 유기 형광 화합물, 형광 및 인광 금속 착물, 공액 중합체, 및 이의 혼합물을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 광활성 재료는 단독으로 또는 하나 이상의 호스트 재료와 혼합하여 존재할 수 있다. 형광 화합물의 예로는, 나프탈렌, 안트라센, 크라이센, 피렌, 테트라센, 잔텐, 페릴렌, 쿠마린, 로다민, 퀴나크리돈, 루브렌, 그의 유도체, 및 그의 혼합물을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 금속 착물의 예에는 금속 킬레이트(metal chelated) 옥시노이드 화합물, 예를 들어, 트리스(8-하이드록시퀴놀라토)알루미늄(Alq3); 고리금속(cyclometalated) 이리듐 및 백금 전계발광 화합물, 예를 들어, 페트로브(Petrov) 등의 미국 특허 제6,670,645호와 국제특허 공개 WO 03/063555호 및 WO 2004/016710호에 개시된 바와 같은, 페닐피리딘, 페닐퀴놀린, 또는 페닐피리미딘 리간드와의 이리듐의 착물, 및 예를 들어, 국제특허 공개 WO 03/008424호, WO 03/091688호 및 WO 03/040257호에 기재된 유기금속 착물, 및 이들의 혼합물이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 공액 중합체의 예에는 폴리(페닐렌비닐렌), 폴리플루오렌, 폴리(스피로바이플루오렌), 폴리티오펜, 폴리(p-페닐렌), 그 공중합체, 및 그 혼합물이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 광활성 층(1912)은 전형적으로 대략 50 내지 500 ㎚ 범위의 두께를 갖는다.
"전자 수송"은, 층, 재료, 부재 또는 구조물을 언급할 때, 그러한 층, 재료, 부재, 또는 구조물이 그러한 층, 재료, 부재 또는 구조물을 통한 다른 층, 재료, 부재, 또는 구조물로의 음전하의 이동을 증진 또는 촉진함을 의미한다. 선택적인 전자 수송 층(140)에 사용될 수 있는 전자 수송 재료의 예는 금속 킬레이트화 옥시노이드 화합물, 예를 들어 트리스(8-하이드록시퀴놀라토)알루미늄(AlQ), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)(p-페닐페놀라토) 알루미늄(BAlq), 테트라키스-(8-하이드록시퀴놀라토)하프늄(HfQ) 및 테트라키스-(8-하이드록시퀴놀라토)지르코늄(ZrQ); 및 아졸 화합물, 예컨대 2-(4-바이페닐릴)-5-(4-t-부틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸 (PBD), 3-(4-바이페닐릴)-4-페닐-5-(4-t-부틸페닐)-1,2,4-트라이아졸 (TAZ) 및 1,3,5-트라이(페닐-2-벤즈이미다졸)벤젠 (TPBI); 퀴녹살린 유도체, 예를 들어 2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살린; 페난트롤린, 예컨대 4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린 (DPA) 및 2,9-다이메틸-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린 (DDPA) 및 이들의 혼합물이 포함된다. 전자 수송 층은 또한 n-도펀트, 예를 들어, Cs 또는 기타 알칼리 금속으로 도핑될 수 있다. 전자 수송 층은 전형적으로 대략 30 내지 500 ㎚ 범위의 두께를 갖는다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "전자 주입"은, 층, 재료, 부재, 또는 구조물을 언급할 때, 이러한 층, 재료, 부재, 또는 구조물이 상대 효율 및 적은 전하 손실로 이러한 층, 재료, 부재, 또는 구조물의 두께를 통하여 음의 전하의 주입 및 이동을 용이하게 하는 것을 의미하려는 것이다. 선택적인 전자 수송 층은 무기물일 수 있으며, BaO, LiF, 또는 Li2O를 포함할 수 있다. 전자 주입 층은 전형적으로 대략 20 내지 100 Å 범위의 두께를 갖는다.
캐소드는 1족 금속(예를 들어, Li, Cs), 2족 (알칼리토) 금속, 란탄족 및 악티늄족을 포함하는 희토류 금속으로부터 선택될 수 있다. 캐소드는 대략 300 내지 1000 ㎚ 범위의 두께를 갖는다.
실질적으로 완성된 전기 소자를 형성하도록 어레이와 주변 및 원격 회로 위에 봉지 층이 형성될 수 있다.
전반적인 설명 또는 실시예에서 전술된 모든 작용이 요구되지는 않으며, 특정 작용의 일부가 요구되지 않을 수 있고, 설명된 것에 더하여 하나 이상의 추가의 작용이 수행될 수 있음을 알아야 한다. 또한, 작용들이 나열된 순서는 반드시 그들이 수행되는 순서는 아니다.
상기 명세서에서, 개념들이 특정 실시 형태를 참조하여 설명되었다. 그러나, 당업자는 아래의 특허청구범위에서 설명되는 바와 같은 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있음을 이해한다. 따라서, 명세서 및 도면은 제한적이라기보다 예증적인 의미로 간주되어야 하며, 그러한 모든 변형은 본 발명의 범주 내에 포함시키고자 한다.
이득, 다른 이점, 및 문제에 대한 해결책이 특정 실시 형태에 관해 전술되었다. 그러나, 이득, 이점, 문제에 대한 해결책, 그리고 임의의 이득, 이점, 또는 해결책을 발생시키거나 더 명확해지게 할 수 있는 임의의 특징부(들)는 임의의 또는 모든 특허청구범위의 매우 중요하거나, 요구되거나, 필수적인 특징부로서 해석되어서는 안 된다.
소정 특징부가 명확함을 위해 별개의 실시 형태들과 관련하여 본 명세서에서 설명되고, 단일 실시 형태와 조합하여 또한 제공될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 역으로, 간략함을 위해 단일 실시 형태와 관련하여 설명된 여러 특징부들은 별개로 또는 임의의 하위 조합으로 또한 제공될 수 있다. 게다가, 범위로 언급된 수치에 관한 참조는 그러한 값 및 언급된 범위 위아래의 약간의 변동을 포함하며, 이는 그 범위 이내의 값과 사실상 동일한 결과를 달성하는 데 사용될 수 있다. 또한, 이들 범위의 개시는, 하나의 값의 일부 성분이 상이한 값의 다른 것들과 혼합될 경우에 유발될 수 있는 분수값을 포함하여 최소 및 최대 평균값 사이의 모든 값을 포함하는 연속적인 범위로서 의도된다. 아울러, 더 넓은 범위와 더 좁은 범위가 개시될 경우, 한 범위의 최소값과 다른 범위의 최대값을 일치시키는 것이 본 발명에서 고려되며, 그 역으로도 성립한다.

Claims (12)

  1. TFT 기판;
    제1 두께를 갖고 각각의 주위에 공간이 있는 다수의 제1 전극 구조물; 및
    각각의 전극 구조물 주위의 공간 내의 무기 충전제의 층을 포함하고,
    무기 충전제는 전극 구조물과 동일한 두께를 갖는, 유기 전자 소자용 백플레인.
  2. 제1항에 있어서, 전극 구조물은 테이퍼 각도가 75°이하인 테이퍼 형성된 에지를 갖는 백플레인.
  3. 제1항에 있어서, 무기 충전제 재료는 금속 산화물, 금속 질화물, 및 금속 산질화물로부터 선택되는 백플레인.
  4. 제1항에 있어서, 무기 충전제 재료는 산화규소, 질화규소, 및 그 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 백플레인.
  5. TFT 기판을 제공하는 단계;
    TFT 기판 상에 제1 두께를 갖고 각각의 주위에 공간이 있는 다수의 제1 전극 구조물을 형성하는 단계;
    무기 충전제 재료의 층을 제1 두께를 초과하는 두께로 전체적으로 침착하는 단계; 및
    무기 충전제 재료를 균일하게 제1 두께와 동일한 두께로 제거하는 단계를 포함하고,
    제1 전극 구조물의 표면이 노출되어, 본질적으로 평면인 백플레인을 형성하는, 전자 소자용 백플레인을 형성하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 무기 충전제 재료는 화학-기계적 폴리싱에 의해 제거되는 방법.
  7. TFT 기판, 제1 두께를 갖고 각각의 주위에 공간이 있는 다수의 제1 전극 구조물, 및 각각의 전극 구조물 주위의 공간 내의 무기 충전제의 층을 포함하고, 무기 충전제는 전극 구조물과 동일한 두께를 갖는 백플레인을 형성하는 단계; 및
    액체 매질 중에 제1 활성 재료를 포함하는 제1 액체 조성물을 제1 전극 구조물의 적어도 일부분 상에 침착하여 제1 활성 필름을 형성하는 단계를 포함하는, 유기 전자 소자를 형성하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 제2 액체 매질 중에 제2 활성 재료를 포함하는 제2 액체 조성물을 제1 활성 필름의 적어도 일부분 상에 침착하여 제2 활성 필름을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 제3 액체 매질 중에 제3 활성 재료를 포함하는 제3 액체 조성물을 제2 활성 필름의 적어도 일부분 상에 침착하여 제3 활성 필름을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  10. (i) TFT 기판, 제1 두께를 갖고 각각의 주위에 공간이 있는 다수의 제1 전극 구조물, 및 각각의 전극 구조물 주위의 공간 내의 무기 충전제의 층을 포함하고, 무기 충전제는 전극 구조물과 동일한 두께를 갖는 백플레인;
    (ii) 적어도 픽셀 개구 내의 정공 수송 층;
    (iii) 적어도 픽셀 개구 내의 광활성 층;
    (iv) 적어도 픽셀 개구 내의 전자 수송 층; 및
    (v) 캐소드를 포함하는 전자 소자.
  11. 제10항에 있어서, 애노드와 정공 수송 층 사이에 유기 완충 층을 추가로 포함하는 전자 소자.
  12. 제10항에 있어서, 전자 수송 층과 캐소드 사이에 전자 주입 층을 추가로 포함하는 전자 소자.
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