KR101022627B1 - 전계 발광 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 포토공정을 사용하지 않고서 패터닝공정을 수행하며 격벽없이 화소공간을 분리할 수 있는 전계 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 전계 발광 소자는 기판 상에 애노드전극을 형성하는 단계와; 상기 애노드전극이 형성된 기판 상에 소프트 몰드를 이용하여 분리를 위한 구조물 없이 분리된 유기층을 형성하는 단계와; 상기 전계발광층을 사이에 두고 상기 애노드전극과 교차하는 캐소드전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전계 발광 소자 및 그 제조방법{Electro-luminescence Device And Fabricating Method Thereof}

도 1은 종래 전계 발광 소자를 나타내는 단면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 유기층을 형성하기 위한 잉크젯 분사장치를 나타내는 단면도이다.

도 3은 도 1에 도시된 유기층을 형성하기 위한 CLCB 장치를 나타내는 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 전계 발광 소자를 나타내는 단면도이다.

도 5는 도 4에 도시된 애노드전극, 캐소드전극 및 유기층을 상세히 나타내는 평면도이다.

도 6은 도 4에 도시된 유기층을 형성하기 위한 제조방법을 나타내는 단면도이다.

도 7은 도 6에 도시된 소프트 몰드와 기판의 접촉시 정공 수송 물질의 이동을 나타내는 도면이다.

도 8a 및 도 8b는 도 6에 도시된 제조방법에 의해 형성된 정공 수송층을 나타내는 단면도이다.

도 9a 및 도 9b는 도 6에 도시된 제조방법 중에 발생되는 잔상을 제거하는 방법을 나타내는 단면도이다.

도 10은 도 6에 도시된 제조방법에 의해 형성된 유기층을 가지는 듀얼 패널 전계 발광 소자를 나타내는 단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

2,102 : 기판 4,104 : 애노드전극

6,106 : 캐소드전극 8 : 격벽

10,110 : 유기층 12,112 : 패키징판

14,114 : 흡습제 16,116 : 절연막

18,118 : 합착제

본 발명은 전계 발광 소자에 관한 것으로, 특히 포토공정을 사용하지 않고서 패터닝공정을 수행하며 격벽없이 화소공간을 분리할 수 있는 전계 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근의 정보화 사회에서 표시소자는 시각정보 전달매체로서 그 중요성이 어느 때보다 강조되고 있다. 현재 주류를 이루고 있는 음극선관(Cathode Ray Tube) 또는 브라운관은 무게와 부피가 큰 문제점이 있다.

평판표시소자에는 액정표시소자(Liquid Crystal Display : LCD), 전계 방출 표시소자(Field Emission Display : FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel : PDP) 및 전계 발광 소자(Electroluminescence : EL) 등이 있고 이들 대부분이 실용화되어 시판되고 있다.

이와 같은 평판 표시장치의 표시품질을 높이고 대화면화를 시도하는 연구들이 활발히 진행되고 있다. 이들 중 EL소자는 현재 각광을 받고있는 LCD 같은 수광 형태의 소자에 비하여 응답속도가 음극선관과 같은 수준으로 빠르다는 장점을 같고 있으며, 낮은 직류구동전압, 초 박막화가 가능하기 때문에 벽걸이형, 휴대용으로 응용이 가능하다. 이러한, EL 소자는 발광층의 재료에 따라 무기 EL과 유기 EL로 대별되어 스스로 발광하는 자발광소자이다. 이 EL소자는 전자 및 정공 등의 전하를 이용하여 형광물질을 여기 시킴으로써 화상 또는 영상을 표시하게 된다. EL소자는 발광효율, 휘도 및 시야각이 우수하다.

도 1을 참조하면, 종래의 EL소자는 합착제(18)에 의해 합착된 기판(2)과 패키징판(12)을 구비한다.

기판(2) 상에는 도 2에 도시된 바와 같이 합착제(18)에 의해 마련된 표시영역 내에 다수개의 EL 셀이 형성된다.

EL 셀 각각은 서로 절연되게 교차하는 애노드전극(4) 및 캐소드전극(6) 사이에 형성되는 절연막(16), 격벽(8) 및 유기층(10)을 포함한다.

애노드전극(4)은 기판(2) 상에 소정간격으로 이격되어 다수개 형성된다. 이 러한 애노드전극(4)에는 정공을 방출시키기 위한 제1 구동신호가 공급된다.

절연막(16)은 애노드전극(4)이 형성된 기판(2) 상에 EL셀 영역마다 개구부가 노출되도록 격자형태로 형성된다.

격벽(8)은 애노드전극(4)과 교차되게 형성되고 캐소드전극(6)과 소정간격을 사이에 두고 나란하게 형성되어 인접한 EL셀을 구분하게 된다. 즉, 격벽(8)은 인접한 EL셀의 유기층(10) 및 캐소드전극(6)을 분리하게 된다.

유기층(10)은 절연막(16) 상에 유기화합물로 구성된다. 즉, 유기발광층(10)은 절연막(16) 상에 정공 수송층(10a), 발광층(10b) 및 전자 수송층(10c)이 적층되어 형성된다.

캐소드전극(6)은 유기층(10) 상에 소정간격으로 이격되어 애노드전극(4)과 교차되게 다수개 형성된다. 또한, 캐소드전극(6)에는 전자을 방출시키기 위한 제2 구동신호가 공급된다.

패키징판(12)은 금속 재질로써 산소 및 수분 등을 흡수하기 위한 흡습제(14)로 구성된다. 이 패키징판(12)은 유기층(10)의 발광시 발생하는 열을 방출함과 아울러 외력과 대기중의 산소 및 수분으로부터 유기층(10)을 보호하게 된다.

이러한 전계 발광 소자는 애노드전극(4)과 캐소드전극(6)에 구동신호가 인가되면 전자와 정공이 방출되고, 애노드전극(4) 및 캐소드전극(6)에서 방출된 전자와 정공은 유기층(10) 내에서 재결합하면서 가시광을 발생하게 된다. 이때, 발생된 가시광은 애노드전극(4) 및 기판(2)을 통하여 외부로 나오게 되어 소정의 화상 또는 영상을 표시하게 된다.

한편, 유기층(10)에 포함된 정공 수송층(10a), 발광층(10b) 및 전자 수송층(10c) 중 적어도 어느 하나는 도 2에 도시된 잉크젯 분사 장치(30)이나 도 3에 도시된 CLCB(Charged Liquid Cluster Beam)장치(30)를 이용하여 격벽(8)에 의해 분리된 각각의 화소 공간에 유기물질(32)이 분사됨으로써 형성된다. 여기서, CLCB 방식은 노즐을 통해 떨어지는 유기물질이 분자간의 응력에 의해 노즐 끝에 매달려 있다가 유기물질의 크기가 차츰 커짐에 따라 응력에 의한 힘이 방울의 무게를 이기지 못하여 떨어져 내리는 현상을 이용하여 격벽에 의해 마련된 공간에 코팅한다.

이러한 잉크젯 분사 방식이나 CLCB 방식에 의해 형성되는 유기층(10)은 물이 주성분으로 이루어져 있어 분사후 원하는 패턴형성을 얻을 수 없으며, 노즐 분사/관리 등의 문제점이 있다.

또한, 정공 수송 물질, 발광물질 및 전자 수송 물질 중 적어도 어느 하나가 분사될 화소공간을 분리시키기 위해서는 격벽이 필요하다. 이 격벽은 기판 상에 감광성물질, 예를 들어 폴리 이미드를 적층한 후 그 감광성물질을 포토리소그래피(Photorithography)공정으로 패터닝하는 공정이다. 이 포토리소그래피공정은 포토레지스트(Photoresist)의 도포, 마스크 정렬, 노광, 현상 및 스트립을 포함하는 일렬의 사진공정이다. 이 포토리소그래피공정은 공정 소요시간이 길고 포토레지스트와, 포토레지스트패턴을 제거하기 위한 스트립용액의 낭비가 크며, 노광장비 등의 고가장비가 필요한 문제점이 있다. 특히, 기판의 크기가 대형화되고 패턴사이즈가 작아짐에 따라 노광장비의 가격이 상승된다.

따라서, 본 발명의 목적은 포토공정을 사용하지 않고서 패터닝공정을 수행하며 격벽없이 화소공간을 분리할 수 있는 전계 발광 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전계 발광 소자는 기판 상에 애노드전극을 형성하는 단계와; 상기 애노드전극이 형성된 기판 상에 소프트 몰드를 이용하여 분리를 위한 구조물 없이 분리된 유기층을 형성하는 단계와; 상기 전계발광층을 사이에 두고 상기 애노드전극과 교차하는 캐소드전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 애노드전극이 형성된 기판 상에 소프트 몰드를 이용하여 분리를 위한 구조물 없이 분리된 유기층을 형성하는 단계는 상기 애노드전극이 형성된 기판 상에 유기물질을 도포하는 단계와; 상기 유기층과 대응하는 홈을 가지는 소프트 몰드로 상기 유기물질을 가압하여 상기 유기층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 전계 발광 소자의 제조방법은 상기 애노드전극과 상기 캐소드전극의 교차부를 제외한 나머지 영역에 잔존하는 유기층을 식각공정으로 제거하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 유기층과 대응하는 홈을 가지는 소프트 몰드로 상기 유기물질을 가압하 여 상기 유기층을 형성하는 단계는 상기 소프트 몰드의 자중 정도의 무게로 상기 유기물질을 약 10분~2시간 동안 130℃이하의 온도에서 가압하여 상기 유기물질이 상기 소프트 몰드의 홈내로 이동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 소프트 몰드는 폴리디메틸실록세인, 폴리 우레탄 및 크로스 링크드 노볼락 수지 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 애노드전극이 형성된 기판 상에 소프트 몰드를 이용하여 분리를 위한 구조물 없이 분리된 유기층을 형성하는 단계는 상기 애노드전극에서 방출된 정공을 수송하는 정공 수송층을 형성하는 단계와; 상기 정공 수송층 상에 가시광을 발생하는 발광층을 형성하는 단계와; 상기 발광층 상에 상기 캐소드전극에서 방출된 전자를 수송하는 전자 수송층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 정공 수송층은 물에 PEDOT와 PSS가 혼합된 용액[Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrene sulfonate)]이 약 5wt% 첨가된 용액인 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전계 발광 소자는 기판 상에 형성된 애노드전극과; 상기 애노드전극과 교차되게 형성되어 전계를 이루는 캐소드전극과; 상기 애노드전극과 캐소드전극 사이에 형성되며 상기 애노드전극과 캐소드전극의 교차부마다 분리를 위한 구조물없이 분리된 유기층을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 유기층은 상기 전계에 의해 상기 애노드전극에서 방출된 정공을 수송하는 정공 수송층과; 상기 전계에 의해 상기 캐소드전극에서 방출된 전자를 수송하는 전자 수송층과; 상기 정공 및 전자의 재결합으로 가시광을 발생하는 발광층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 도 4 내지 도 8c를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 전계 발광소자를 나타내는 단면도이며, 도 5는 도 4에 도시된 기판을 상세히 나타내는 평면도이다.

도 4 및 도 5에 도시된 전계 발광 소자는 합착제(118)에 의해 합착된 기판(102)과 패키징판(112)을 구비한다.

기판(102) 상에는 표시영역 내에 다수개의 EL 셀이 형성된다. EL 셀 각각은 서로 절연되게 교차하는 애노드전극(104) 및 캐소드전극(106) 사이에 형성되는 유기발광층(110)을 포함한다.

애노드전극(104)은 기판(102) 상에 소정간격으로 이격되어 다수개 형성된다. 이러한 애노드전극(104)에는 정공을 방출시키기 위한 제1 구동신호가 공급된다.

절연막(116)은 애노드전극(104)이 형성된 기판(102) 상에 EL셀 영역마다 개구부가 노출되도록 격자형태로 형성된다.

유기층(110)은 절연막(116) 상에 유기화합물로 구성된다. 즉, 유기층(110)은 절연막(116) 상에 정공 수송층(110a), 발광층(110b) 및 전자 수송층(110c)이 적층되어 형성된다. 유기층(110)에 포함된 정공 수송층(110a), 발광층(110b) 및 전 자 수송층(110c) 중 적어도 어느 하나는 소프트 몰드를 이용한 패터닝공정에 의해 형성된다. 이에 따라, 유기층(110)에 포함된 정공 수송층(110a), 발광층(110b) 및 전자 수송층(110c) 중 적어도 어느 하나는 격벽없이 화소영역별로 분리되어 형성될 수 있다.

캐소드전극(106)은 유기층(110) 상에 소정간격으로 이격되어 애노드전극(104)과 교차되게 다수개 형성된다. 또한, 캐소드전극(106)에는 전자를 방출시키기 위한 제2 구동신호가 공급된다.

패키징판(112)은 금속 재질로써 산소 및 수분 등을 흡수하기 위한 흡습제(114)와, 흡습제(114)를 지지하기 위한 반투성막(도시하지 않음)으로 구성된다. 이 패키징판(112)은 유기층(110)의 발광시 발생하는 열을 방출함과 아울러 외력과 대기중의 산소 및 수분으로부터 유기층(110)을 보호하게 된다.

이러한 전계 발광 소자는 애노드전극(104)과 캐소드전극(106)에 구동신호가 인가되면 전자와 정공이 방출되고, 애노드전극(104) 및 캐소드전극(106)에서 방출된 전자와 정공은 발광층 내에서 재결합하면서 가시광을 발생하게 된다. 이때, 발생된 가시광은 애노드전극(104) 및 기판(102)을 통하여 외부로 나오게 되어 소정의 화상을 표시하게 된다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 전계 발광 소자의 제조방법을 나타내는 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전계 발광 소자의 제조방법은 표시영역의 애노드전극(104)과 절연막(도시하지 않음)이 순차적으로 형성된 기판(102) 상에 정공 수송 물질의 도포공정, 소프트 몰드(134)를 이용한 정공 수송 물질의 패터닝공정 및 정공 수송층(132)에 대한 검사공정을 포함한다.

정공 수송 물질(130)은 물에 PEDOT와 PSS가 혼합된 용액[Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrene sulfonate)]이 약 5wt% 첨가된 용액이 이용될 수 있다. 이러한 정공 수송 물질(130)은 노즐 분사, 스핀코팅 등의 도포공정에 의해 애노드전극(104)과 절연막이 순차적으로 형성된 기판(102) 상에 도포된다.

소프트 몰드(134)는 기판(101) 상에 형성될 정공 수송층과 대응하는 홈(134a)이 형성된다. 이 소프트 몰드(134)는 정공 수송 물질(130) 상에 정렬된 후, 자신의 자중 정도의 무게만으로 정공 수송 물질(130)에 가압된다. 이와 동시에 기판(102)은 대략 130℃ 이하의 온도로 10분∼2시간 정도 베이킹(baking)된다. 그러면 소프트 몰드(134)와 기판(102) 사이의 압력으로 발생하는 모세관힘(Capillary force)과, 소프트 몰드(134)와 정공 수송 물질(130) 사이의 반발력에 의해 정공 수송 물질(130)이 도 7에 도시된 바와 같이 소프트 몰드(134)의 홈(134a) 내로 이동한다. 그 결과, 소프트 몰드(134)의 홈과 반전 전사된 패턴 형태로 정공 수송층(132)이 애노드전극(104)과 절연막이 순차적으로 형성된 기판(102) 상에 형성된다.

소프트 몰드(134)는 기판(102)과 분리된 후 자외선(UV)과 오존(O₃)으로 세정된 다음, 다른 박막의 패터닝 공정에 재투입된다.

한편, 정공 수송 물질의 패터닝 공정에서 정공 수송층(132)과 함께 원치 않 는 잔막이 기판(102) 상에 남게 될 수 있다. 예를 들어, 모세관힘과 소프트 몰드(134)와 정공 수송 물질(130) 사이에 반발력이 강하면 정공 수송 물질(130)의 이동이 원할하게 되므로 도 8a 및 도 8b와 정공 수송층(132)이 원하는 형태로 형성될 수 있다.

이와 달리, 소프트 몰드(134)와 정공 수송 물질(130) 사이에 반발력이 약하면 정공 수송 물질(130)의 유동성이 낮게 되므로 도 9a와 같이 정공 수송층(132) 이외의 원치 않는 잔막(130a)이 애노드전극(104) 상에 남게 된다. 이 경우, 건식식각을 이용한 식각공정으로 도 9b에 도시된 바와 같이 잔막(130a)을 제거한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 전계 발광 소자의 제조방법은 정공 수송층, 발광층 및 전자 수송층 중 적어도 어느 하나를 소프트 몰드를 이용한 패터닝공정에 의해 형성함으로써 격벽없이 화소공간마다 분리되어 형성된다.

한편, 본 발명에 따른 전계 발광 소자 및 그 제조방법은 격벽을 이용하여 정공수송층을 분리하는 전계발광소자에 적용된다. 예를 들어, 본 발명에 따른 전계 발광 소자 및 그 제조방법은 액티브 고분자 전계 발광 소자(Active Matrix Polymer LED ; AMPLED), 액티브 매트릭스 유기 전계 발광 소자(Active Matrix Organic LED ; AMOLED) 및 듀얼 패널의 전계 발광 소자에 적용될 수 있다. 여기서, 듀얼 패널의 전계 발광 소자는 도 10에 도시된 바와 같이 제1 기판(152) 상에 형성된 캐소드전극(106), 유기층(110) 및 애노드전극(104)을 가지는 상판(170)과, 제2 기판(102) 상에 형성된 박막트랜지스터(190)를 가지는 하판과, 박막트랜지스터(190)의 드레인전극과 애노드전극(104)을 연결시키기 위한 도전성 스페이서(150)를 구비한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전계 발광 소자 및 그 제조방법은 유기층에 포함된 정공 수송층, 발광층 및 전자 수송층 중 적어도 어느 하나를 소프트 몰드를 이용한 패터닝공정에 의해 형성함으로써 격벽없이 화소공간마다 분리되어 형성된다. 이에 따라, 격벽을 형성하기 위한 포토리소그래피공정을 불필요하여 공정이 단순화된다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (9)

1. 기판 상에 애노드전극을 형성하는 단계와;

   상기 애노드전극이 형성된 기판 상에 소프트 몰드를 이용하여 분리를 위한 구조물 없이 분리된 유기층을 형성하는 단계와;

   상기 유기층을 사이에 두고 상기 애노드전극과 교차하는 캐소드전극을 형성하는 단계를 포함하고,

   상기 소프트 몰드는 상기 유기층과 대응되는 홈을 가지고, 상기 소프트 몰드의 유기물질 가압으로 인하여 상기 유기물질이 소프트 몰드의 홈 영역으로 이동하여 상기 유기층이 형성되는 것을 특징으로 하는 전계 발광 소자의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 애노드전극이 형성된 기판 상에 소프트 몰드를 이용하여 분리를 위한 구조물 없이 분리된 유기층을 형성하는 단계는

   상기 애노드전극이 형성된 기판 상에 유기물질을 도포하는 단계와;

   상기 유기층과 대응하는 홈을 가지는 소프트 몰드로 상기 유기물질을 가압하여 상기 유기층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 발광 소자의 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 애노드전극과 상기 캐소드전극의 교차부를 제외한 나머지 영역에 잔존하는 유기층을 식각공정으로 제거하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 발광 소자의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 유기층과 대응하는 홈을 가지는 소프트 몰드로 유기물질을 가압하여 상기 유기층을 형성하는 단계는

   상기 소프트 몰드의 자중 정도의 무게로 상기 유기물질을 10분~2시간 동안 130℃이하의 온도에서 가압하는 것을 특징으로 하는 전계 발광 소자의 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 소프트 몰드는 폴리디메틸실록세인, 폴리 우레탄 및 크로스 링크드 노볼락 수지 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 발광 소자의 제조방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 애노드전극이 형성된 기판 상에 소프트 몰드를 이용하여 분리를 위한 구조물 없이 분리된 유기층을 형성하는 단계는

   상기 애노드전극에서 방출된 정공을 수송하는 정공 수송층을 형성하는 단계와;

   상기 정공 수송층 상에 가시광을 발생하는 발광층을 형성하는 단계와;

   상기 발광층 상에 상기 캐소드전극에서 방출된 전자를 수송하는 전자 수송층 을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 발광 소자의 제조방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 정공 수송층은 물에 PEDOT와 PSS가 혼합된 용액[Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrene sulfonate)]이 5wt% 첨가된 용액인 것을 특징으로 하는 전계 발광 소자의 제조방법.
8. 삭제
9. 삭제

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