KR100469252B1

KR100469252B1 - 쉐도우 마스크 및 그를 이용한 풀칼라 유기 ｅｌ 표시소자

Info

Publication number: KR100469252B1
Application number: KR10-2002-0020102A
Authority: KR
Inventors: 김창남
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2002-04-12
Filing date: 2002-04-12
Publication date: 2005-02-02
Also published as: EP1353379A3; JP4490646B2; US20030193285A1; EP1353379A2; JP2003332059A; CN1476278B; CN1476278A; US6946783B2; EP1353379B1; KR20030081737A

Abstract

본 발명은 쉐도우 마스크 및 그를 이용한 풀칼라 유기 EL 표시소자를 제공하기 위한 것으로, 쉐도우 마스크는 다수개의 일방향으로 배열된 스트립 형태의 홀 패턴을 갖는 박막판으로 형성되고, 상기 홀 패턴이 상기 두 화소 간격 크기를 갖도록 상기 두 화소 간격당 하나의 브리지가 형성된 구조를 가짐으로써, 상기 쉐도우 마스크의 인장력에 의한 변형 및 쳐짐을 방지할 수 있으며, 풀칼라 유기 EL 표시소자 등의 평판 디스플레이 패널의 화소 어레이 방법 중 스트립 타입을 채택할 때 상기의 쉐도우 마스크를 이용하면 유기발광층 증착에 유리하고, 화소의 개구율을 높이고, 소자의 구동전압을 낮출수 있다.

Description

쉐도우 마스크 및 그를 이용한 풀칼라 유기 ＥＬ 표시소자{Shadow Mask and Full Color Organic Electroluminescence Display Device Using the same}

본 발명은 풀칼라(Full-color) 유기 EL(electroluminescence) 소자 등의 평판 디스플레이 (flat panel display) 패널의 발광층 형성시에 사용되는 쉐도우 마스크(shadowmask) 구조 및 그에 맞는 인정된 픽셀 어레이(pixel array) 방식의 유기 EL 표시소자에 관한 것이다.

풀칼라 유기 EL 표시소자를 만드는데 있어서 R, G, B 화소들을 형성하기 위한 방법 중에 가장 색감이 좋고 발광효율을 개선할 수 있는 방법은 도1a와 같이 쉐도우 마스크를 이용하는 방법이 있다.

쉐도우 마스크를 이용하여 풀칼라 유기 EL소자를 제조하는 방법을 도1a를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 글래스 기판(1) 상에 양극을 인가하기 위한 투명 전극인 ITO 스트립(2)을 형성한다.

그리고 그 상부에 절연막(3) 및 이후 형성될 음극 스트립을 절연하기 위해 격벽(4)을 형성한다.

그리고, 쉐도우 마스크(6)를 이용하여 R, G, B 공통발광층(5)을 증착하고, R, G, B 유기발광층(5-1, 5-2, 5-3)을 해당 R, G, B 공통발광층(5) 상에 각각 형성한다.

그리고, 전면을 금속으로 덮고, 이때 상기 격벽(6)에 의해 분리되도록 음극(미도시)을 형성한다.

도1b 내지 도1d는 도1a와 같은 방법으로 화소 어레이 방식에 따라 구분되는 풀칼라 유기 EL 표시 소자 및 유기발광층을 형성하기 위한 쉐도우 마스크를 도시한 도면이다.

상기와 같이 쉐도우 마스크를 이용하여 유기발광층을 형성하는 방법에는 화소의 어레이 방식에 따라 도1b와 같은 스트립 방법과, 도1c와 같은 델타(delta)방법과, 도1d의 적색(R) 발광효율을 보완하기 위해 R 화소의 면적을 녹색(G) 또는 청색(B) 화소보다 크게 형성한 어레이 방법이 있다.

상기 세가지 화소 어레이 방법 중 개구율이나 ITO 스트립(양극) 저항면에서 스트립 타입이 가장 우수하다. 즉, 스트립 형태로 ITO 스트립이 형성되므로 저항이 적어 적은 구동전압으로도 구동이 가능한 장점이 있다.

반면 도1b의 방식의 문제점은 쉐도우 마스크(6)가 스트립형태로 만들어져야 한다는 점인데, 이런 경우 외부 인장력에 대한 쉐도우 마스크(6)의 변형 및 쉐도우 마스크(6)의 쳐짐현상이 심각하게 일어나 유기발광층 증착시 쉐도우 효과가 일어나, 원하는 화소 영역에만 증착되지 않고 색 번짐이 심해지게 된다.

따라서, 도1b와 같은 스트립 형태의 화소 어레이 구조를 가지면서, 쉐도우 마스크의 변형 및 처짐현상을 제거하기 위한 방법으로, 도2a에 도시된 바와 같이 교대로 마스크 홀이 뚫린 쉐도우 마스크를 이용하는 것이다.

도2a 내지 도2d에 도시된 바와 같이, 이러한 쉐도우 마스크 구조를 이용한 풀칼라 유기 EL 표시소자의 유기발광층 증착 공정을 도시한 도면이다.

그러나 이 방법은 R, G, B 하나의 칼라를 내는 유기발광층을 2번에 걸쳐 형성해야 하므로, 총 6번의 얼라인 후 6번 증착을 해야 하는 단점이 있다.

즉, R, G, B 유기발광층을 형성함에 있어 도1b, 도1c, 도1d의 쉐도우 마스크(6)를 이용하는 경우 상기 쉐도우 마스크를 3번 얼라인하여 3번을 증착하면 되지만, 도2a에 도시된 쉐도우 마스크를 이용하는 경우, 6번 얼라인하여 6번을 증착해야 하는 단점이 있다.

따라서, 도3a 내지 도3d는 이를 개선하기 위한 쉐도우 마스크 구조를 이용한 풀칼라 유기 EL 표시소자의 유기발광층 증착 공정을 도시한 도면이다.

도3a에 도시된 쉐도우 마스크(6)는 도1b에 도시된 스트립 형태의 쉐도우 마스크의 마스크 홀(mask hole) 패턴에 브리지(6-1)를 도입한 구조로, 개구율 및 배선저항에 유리한 스트립 형태이면서 마스크의 쳐짐이 없고, R·G·B각각 1번씩 증착할 수 있게 만든 방식으로, 이 방식은 기 출원하였다.

도4는 상기 도3과 같은 쉐도우 마스크(6)를 이용하여 증착한 R, G, B 유기발광층을 도시한 도면이다.

그러나 도4에 도시된 쉐도우 마스크(6)의 브리지(6-1)의 폭 a를 얇게 만들어야 발광 픽셀의 개구율을 높일 수 있지만, 실제로 이 브리지(6-1)를 얇게 만들기가 쉽지 않다는데 있다.

특히 실제 양산시에는 대면적 기판을 사용해야 하고, 따라서 쉐도우 마스크(6)의 크기도 커져야 하며, 이와 비례하여 브리지(6-1)의 폭도 넓어져야 한다.

이렇게 브리지(6-1)의 폭이 넓어질수록 개구율은 기하급수적으로 작아진다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 풀칼라 유기 EL 표시소자 등의 평판 디스플레이 패널의 화소 어레이 방법 중 스트립 타입을 채택하고, 인장력에 대한 변형 및 쳐짐을 방지할 수 있는 쉐도우 마스크의 구조를 도입하여 화소의 개구율이 높고 구동전압이 낮은 풀칼라 소자의 유기 EL 표시소자를 제공하는데 그 목적이 있다.

도1a 내지 도1d는 화소 어레이 방식에 따른 풀칼라 유기 EL 표시소자 및 종래의 쉐도우 마스크를 도시한 도면이다.

도2a 내지 도2d는 종래 기술에 따른 쉐도우 마스크 구조를 이용한 풀칼라 유기 EL 표시소자의 유기발광층 증착 공정을 도시한 도면이다.

도3a 내지 도3d는 종래 기술에 따른 쉐도우 마스크 구조를 이용한 풀칼라 유기 EL 표시소자의 유기발광층 증착 공정을 도시한 도면이다.

도4는 상기 도3과 같은 쉐도우 마스크를 이용하여 증착한 R, G, B 유기발광층을 도시한 도면이다.

도5a 내지 도5h는 본 발명에 따른 쉐도우 마스크를 이용한 스트립 형태의 화소 어레이 방식에 따른 유기 EL 소자의 제조 공정의 투시 평면도이다.

도6은 본 발명에 따른 쉐도우 마스크의 평면도이다.

도7a 내지 도7c는 상기 도6의 쉐도우 마스크의 A 부분의 상세도이다.

도8은 본 발명에 따른 스트립 형태의 화소 어레이 방식에 따른 유기 EL 표시소자의 제조 공정의 일과정을 도시한 투시 평면도이다.

도9는 도8의 'B' 부분을 쉐도우 마스크를 이용하여 증착한 R, G, B 유기발광층을 도시한 투시 평면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 투명기판 20 : 제1전극

20-1 : 제1전극 탭 20-2 : 제2전극 탭

30 : 보조전극 40 : 절연막

50 : 절연 격벽 60 : 쉐도우 마스크

60-1 : 브리지 60-2: 홀 패턴

70-1 : R 유기발광층 70-2 : G 유기발광층

70-3 : B 유기발광층 90 : 제2전극

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 쉐도우 마스크의 특징은 평판 표시소자의 화소에 마스킹하여 발광층 형성할 때 이용되는 것으로, 다수개의 일방향으로 배열된 스트립 형태의 홀 패턴을 갖는 박막판으로 형성되고, 상기 홀패턴이 상기 두 화소 간격 크기를 갖도록 상기 두 화소 간격당 하나의 브리지가 형성된 구조를 갖는데 있다.

상기 브리지는 상기 쉐도우 마스크의 대각선 방향으로 형성되고, 상기 브리지의 폭과 두께는 1~1000㎛인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 브리지는 박막 메탈로 형성되고, 상기 박막판과 같은 두께로 상기 박막판과 같은 평면에 형성되거나, 상기 브리지는 상기 박막판과 같은 두께로 상기 박막판의 뒷면 또는 앞면에 형성되거나, 상기 브리지는 상기 박막판과 같은 두께로 상기 박막판과 같은 평면에 형성되고, 동시에 상기 박막판과 다른 두께로 상기 박막판과 다른 평면에 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 풀칼라 유기 EL 표시소자의 특징은 투명기판 상에 제1전극 및 제2전극이 교차하는 영역에 의해 정의되는 다수개의 화소에 R, G, B 유기발광층이 스트립 타입으로 형성되는 풀칼라 유기 EL 표시소자에 있어서, 투명기판 상에 상기 일방향으로 배열된 제1전극; 상기 제1 전극 상부에 상기 화소가 형성될 개구홀을 갖고, 상기 개구홀은 상기 제1전극 배열방향과 수직방향으로 배열된 인접한 두 화소 어레이에 있어서, 두 인접하는 화소 간의 간격이 넓은 부분과 좁은 부분이 상기 화소 어레이 방향으로 반복되도록 상기 제1 전극 및 투명기판 상에 형성된 절연막; 상기 절연막 상에 상기 제1 전극 배열방향과 수직방향으로 배열된 한 화소 어레이 당 형성된 절연 격벽; 다수개의 스트립 형태의 홀 패턴을 갖고, 상기 홀 패턴이 상기 제1 전극 배열방향으로 두 화소 간격 크기를 갖도록 상기 두 화소 간격당 하나의 브리지가 형성되고, 상기 브리지는 상기 두 인접하는 화소 간의 간격이 넓은 부분에 형성된 구조를 갖는 쉐도우 마스크를 이용하여 상기 화소에 상기 R, G, B 유기 발광층; 상기 유기발광층 상에 형성되고 상기 제1전극과 교차하여 형성된 제2전극을 포함하여 구성되는데 있다.

그리고, 상기 제1전극 상부 또는 하부에 상기 제1 전극보다 도전성이 높은 물질의 보조전극을 더 포함하여 구성되며, 상기 브리지의 폭과 두께는 1~1000㎛이다.

이러한 쉐도우 마스크를 3번 얼라인하여 R, G, B 각 유기발광층이 교대로 상기 제1 전극방향으로 배열되도록 상기 화소에 R, G, B 유기 발광층을 형성한다.

상기와 같은 본 발명의 특징에 따른 작용은 유기발광층의 증착은 RGB각각 한번씩만 해도 되는 구조를 가지고, 종래 풀칼라 소자의 화소 어레이 방식 중 개구율 및 양극 저항면에서 유리한 스트립 타입을 채택하여 구동전압을 감소시키고, 이때 쉐도우 마스크의 스트립 형태의 긴 홀 패턴 중간 중간에 박막 메탈을 브리지를 형성함으로써 인장력에 대한 쉐도우 마스크의 변형 및 쳐짐을 방지하며, 또한 브리지를 매번 형성하지 않고 두 화소당 하나씩 형성하는 것에 의해 화소의 개구율을 높일 수 있다.

또한 상기 절연막에 의해 화소를 엇갈려 형성함으로써 RGB 픽셀이 한쪽으로 편중되지 않고 화면전체에 고르게 분포하는 구조를 적용하여 화면의 균일도(uniformity)를 높여 개구율 감소를 더욱 줄일 수 있다.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

본 발명에 따른 쉐도우 마스크 및 그를 이용한 유기 EL 표시소자의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도5a와 같이 투명기판(10) 상에 일방향으로 배열된 화소 어레이와 수직한 방향으로 하나의 화소 어레이당 두 라인으로 홀수번째 화소는 한 라인에 연결되고, 짝수번째 화소는 다른 한 라인에 연결되도록 투명전극물질로 제1전극(20) 패턴을 형성한다.

그리고, 제1전극 탭(20-1) 및 제2전극을 빼내기 위한 제2전극 탭(20-2)을 함께 형성한다.

그리고, 도5b와 같이 제1전극(20)의 저항을 줄이기 위해 보조전극(30)을 형성한다.

이 보조전극으로 쓰이는 물질은 상기 제1전극(20)보다 상대적으로 저항이 작은 금속을 쓰면 된다. 예를 들어 Cr, Al, Cu, W, Au, Ni, Ag 등이다.

통상 풀칼라 구현시에는 보조전극(30)을 반드시 사용해야 한다.

이어, 도5c와 같이, 상기 제1전극(20) 패턴의 에지 부분을 커버하도록 상기 투명기판(10) 상에 절연막(40)을 형성한다.

절연막(40) 형성시 발광 화소(pixel)의 사이즈가 결정되는데, 화소와 화소간의 간격이 넓은 부분(a)과 좁은 부분(b)이 지그재그형태로 만들어야 한다.

여기서 넓은 부분(a)은 아래에 설명할 쉐도우 마스크의 브리지가 위치할 부분이다.

이어, 그 위에 일방향으로 배열된 두 화소 어레이가 외부의 스캔라인과 연결되어 상기 두 화소 어레이가 동시에 스캔 구동되며, 제2 전극(미도시) 사이의 도록 절연 격벽(50)을 형성한다.

투명기판(10) 상에 제1전극(20) 및 제2전극(미도시)이 교차하는 영역에 의해 정의되는 다수개의 화소에 R, G, B 유기발광층을 형성하기 위해 도6에 도시한 바와 같은 쉐도우 마스크(60)를 이용한다.

도6은 본 발명에 따른 쉐도우 마스크(60)의 평면도로, 상기 쉐도우 마스크(60)는 도3과 같이, 다수개의 스트립 형태의 홀(hole) 패턴(60-2)을 갖고, 상기 홀 패턴(60-2)을 가로지르는 다수개의 브리지(60-1)가 형성된다.

즉, 스트립 형태의 홀 패턴(60-2) 중간 중간에 두 화소 간격당 하나씩 브리지(60-1)를 만들어 마스크 홀 패턴(60-2)의 변형을 막는다.

브리지(60-1)를 매 화소와 화소 사이에 만들지 않고 하나 건너 하나씩 만든다.

도7a 내지 도7c는 상기 도6의 쉐도우 마스크의 A 부분의 상세도로, 브리지(60-1)의 형태는 도4a에 도시한 바와 같이 쉐도우 마스크(60)와 같은 두께로 같은 평면상에 형성되거나, 도4b에 도시한 바와 같이 쉐도우 마스크(60)와 다른 두께로 다른 평면상에 형성되거나, 이들의 혼합형으로, 도4c에 도시한 바와 같이 같은 두께 및 다른 두께로 같은 평면 및 다른 평면에 형성할 수 있다.

또한 이 브리지(60-1)의 폭(a)과 두께(b)는 1~1000㎛면 적당하며 폭(a)을 얇게 하여야 개구율이 향상된다.

상기 투명기판(10) 위에 R, G, B에 공통으로 사용되는 물질들을 전체 발광 영역을 다 증착시킬 수 있는 블랭크 마스크를 이용하여 한번에 R, G, B 공통발광층(미도시)을 증착시킨다.

이어, 도5d 내지 도5f와 같이, 상기와 같은 쉐도우 마스크(60)를 3번 얼라인(align)하여 R, G, B 각 유기발광층이 교대로 열방향으로 배열되도록 도5g와 같이 화소에 R, G, B 유기발광층(70-1, 70-2, 70-3)을 형성한다.

물론 R, G, B 공통발광층을 발광 영역 전체에 증착시키지 않고 쉐도우 마스크(60)를 이용하여 R, G, B 각 화소에 각각 형성할 수도 있다.

그 다음 블랭크 쉐도우 마스크를 이용하여 도5h와 같이 음극 물질(Mg-Ag 합금, Al 또는 기타 도전성 물질)층을 형성하여 제2전극(90)을 형성한다.

그 위에 보호막층(산소 흡착층, 수분 흡착층, 방습층 등)을 형성시키고, 인캡슐레이션(미도시)을 한다.

상기 도5a 및 도5g에 도시한 예는 기출원한 스택(stack) 구조를 모델로 하였으나, 본 발명은 도8에 도시한 바와 같은 스트립 형태의 화소 어레이 방식에 따른 유기 EL 표시소자 및 도시되지 않았지만 TFT를 이용한 AM(Active Matrix)-EL도 적용된다.

도8 또한 절연막(40) 형성시 제1전극(20) 패턴의 에지 부분을 커버하며, 화소와 화소간의 간격이 넓은 부분(a)과 좁은 부분(b)이 지그재그형태로 되도록 형성한다.

여기서 넓은 부분(a)은 아래에 설명할 쉐도우 마스크의 브리지(60-1)가 위치할 부분이다.

도9는 도8의 'B' 부분을 쉐도우 마스크(60)를 이용하여 증착한 R, G, B 유기발광층(70-1, 70-2, 70-3)을 도시한 투시 평면도이다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 쉐도우 마스크 및 그를 이용한 유기 EL 표시소자는 다음과 같은 효과가 있다.

개구율 및 제1전극(양극)의 저항면에서 유리한 스트립 형태의 화소 어레이 방식을 채택함에 있어서, 최대의 기술적인 문제인 쉐도우 마스크의 인장력에 대한 변형 및 쳐짐을 방지하는 방법으로 브리지 형태의 마스크 홀 패턴을 형성하되, 이 브리지에 의한 소자의 개구율 감소 영향을 최소화하기 위해, 기 출원한 1 화소 당 1 홀 패턴이 아닌, 2 화소 당 1홀 패턴을 형성하여, 브리지 하나를 없앰으로써 개구율을 높이고, 또한 기판의 화소를 엇갈려 고르게 형성하여 균일도(uniformity)를 확보하여, 최종적으로는 소자의 개구율을 극대화하는 효과가 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims

평판 표시소자의 화소에 마스킹하여 발광층 형성할 때 이용되는 쉐도우 마스크에 있어서,

다수개의 일방향으로 배열된 스트립 형태의 홀 패턴을 갖는 박막판으로 형성되고, 상기 홀 패턴이 상기 두 화소 간격 크기를 갖도록 상기 두 화소 간격당 하나의 브리지가 형성되며, 상기 브리지는 상기 박막판과 같은 두께로 상기 박막판과 같은 평면에 형성되거나 다른 두께로 상기 박막판과 다른 평면에 형성되는 것을 특징으로 하는 쉐도우 마스크.
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제1항에 있어서, 상기 브리지는 상기 박막판과 같은 두께로 상기 박막판과 같은 평면에 형성되고, 동시에 상기 박막판과 다른 두께로 상기 박막판과 다른 평면에 형성되는 것을 특징으로 하는 쉐도우 마스크.
제1항에 있어서, 상기 브리지의 폭과 두께는 1~1000㎛인 것을 특징으로 하는 쉐도우 마스크.
투명기판 상에 제1전극 및 제2전극이 교차하는 영역에 의해 정의되는 다수개의 화소에 R, G, B 유기발광층이 스트립 타입으로 형성되는 풀칼라 유기 EL 표시소자에 있어서,

투명기판 상에 상기 일방향으로 배열된 제1전극;

상기 제1 전극 상부에 상기 화소가 형성될 개구홀을 갖고, 상기 개구홀은 상기 제1전극 배열방향과 수직방향으로 배열된 인접한 두 화소 어레이에 있어서, 두 인접하는 화소 간의 간격이 넓은 부분과 좁은 부분이 상기 화소 어레이 방향으로 반복되도록 상기 제1 전극 및 투명기판 상에 형성된 절연막;

상기 절연막 상에 상기 제1 전극 배열방향과 수직방향으로 배열된 한 화소 어레이 당 형성된 절연 격벽;

다수개의 스트립 형태의 홀 패턴을 갖고, 상기 홀 패턴이 상기 제1 전극 배열방향으로 두 화소 간격 크기를 갖도록 상기 두 화소 간격당 하나의 브리지가 형성되고, 상기 브리지는 상기 두 인접하는 화소 간의 간격이 넓은 부분에 형성된 구조를 갖는 쉐도우 마스크를 이용하여 상기 화소에 상기 R, G, B 유기 발광층;

상기 유기발광층 상에 형성되고 상기 제1전극과 교차하여 형성된 제2전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 풀칼라 유기 EL 표시소자.
제8항에 있어서, 상기 브리지의 폭과 두께는 1~1000㎛인 것을 특징으로 하는 유기 EL 표시소자.
제8항에 있어서, 상기 제1전극 상부 또는 하부에 상기 제1 전극보다 도전성이 높은 물질의 보조전극을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 풀칼라 유기 EL 표시소자.
제8항에 있어서,

상기 쉐도우 마스크를 3번 얼라인하여 R, G, B 각 유기발광층이 교대로 상기 제1 전극방향으로 배열되도록 상기 화소에 R, G, B 유기 발광층을 형성하는 것을 특징으로 하는 풀칼라 유기 EL 표시소자.