KR101902414B1 - 유기전계 발광소자 및 이의 제조 방법 - Google Patents

유기전계 발광소자 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 제 1 기판 상에 형성된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극 상에 형광 도펀트를 포함하며 다수의 개구를 가지며 형성된 절연층과; 상기 절연층에 구비된 다수의 각 개구에 대응하여 상기 제 1 전극 상부에 형성된 형광층과; 상기 형광층 상부에 형성된 유기 발광층과; 상기 절연층과 유기발광층 상부에 형성된 제 2 전극
을 포함하는 유기전계 발광소자 및 이의 제조 방법을 제공한다.

Description

유기전계 발광소자 및 이의 제조 방법{Organic electro-luminescent Device and method of fabricating the same}
본 발명은 유기전계 발광소자(Organic Electro-luminescent Device)에 관한 것이며, 특히 안정된 화이트 색순도를 가지며 제조 공정을 단순화한 화이트 발광 유기전계 발광소자 및 이의 제조 방법에 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 5V 내지 15V의 낮은 전압으로 구동하므로 구동회로의 제작 및 설계가 용이하다.
또한, 상기 유기전계 발광소자의 제조공정은 증착(deposition) 및 인캡슐레이션(encapsulation) 장비가 전부라고 할 수 있기 때문에 제조 공정이 매우 단순하다.
따라서, 전술한 바와 같은 장점을 갖는 유기전계 발광소자는 풀 컬러로 구현되는 경우 TV, 모니터, 핸드폰 등 다양한 IT기기에 이용되고 있으며, 나아가 백색광만을 구현하는 경우, 백라이트, 조명 등 다양한 응용 분야에 있어서 광범위하게 적용되고 있다.
이하, 유기전계 발광 소자의 기본적인 구조에 대해서 조금 더 상세히 설명한다.
도 1은 종래의 유기전계 발광 소자의 하나의 화소영역에 대한 개략적인 단면도이다.
유기전계 발광소자(1)는 크게 어레이 소자와 유기전계 발광 다이오드(E)가 구비된 유기전계 발광소자용 기판(10)과 이와 대향하는 인캡슐레이션을 위한 대향기판(70)으로 구성되고 있다.
한편 상기 유기전계 발광소자용 기판(10)에 구비되는 상기 어레이 소자는 게이트 및 데이터 배선과 연결된 스위칭 박막트랜지스터(미도시)와, 상기 유기전계 발광 다이오드(E)와 연결된 구동 박막트랜지스터(DTr)로 이루어지며, 상기 유기전계 발광 다이오드(E)는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 연결된 제 1 전극(47)과 유기 발광층(55) 및 제 2 전극(58)으로 이루어지고 있다.
이러한 구성을 갖는 유기전계 발광소자(1)는 상기 유기 발광층(55)으로부터 발생된 빛은 상기 제 1 전극(47) 또는 제 2 전극(58)을 향해 출사됨으로써 화상을 표시하게 된다. 이러한 유기전계 발광소자(1)는 개구율 등을 고려할 때, 통상 상기 제 2 전극(58)을 향해 출사되는 빛을 이용하여 화상을 표시하는 상부 발광 방식으로 제조되고 있다.
한편, 전술한 구성을 갖는 유기전계 발광소자(1)는 풀 컬러가 구현됨으로써 동영상 등 풀 컬러의 화상을 표현하는 표시장치로 이용하는 구성이 되고 있으며, 백라이트 또는 조명 등으로 이용하는 경우, 간략하게는 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)를 생략하여 제 1 전극(47)과 유기 발광층(55)과 제 2 전극(58)으로 이루어진 구성이 될 수도 있다.
유기전계 발광소자(1)가 화이트 광을 발광하도록 하는 경우, 색의 순도, 색의 안정성, 전류 및 전압에 따른 색의 안정성 등은 매우 중요한 요소가 되며 여러 다양한 방식으로 연구 개발이 이루어지고 있다.
한편, 화이트를 발광하는 유기전계 발광소자(이하 화이트 유기전계 발광소자라 칭함)의 경우, 다양한 방식으로 백색광을 표현하고 있다. 즉, 화이트 광을 표시하기 위해 적, 녹, 청색을 발광하는 유기 발광층을 다층으로 적층시킨 구성을 이루거나, 또는 도 1에 도시한 바와같이 적, 녹, 청색 발광층을 순차 반복하여 구성함으로써 최종 혼색된 빛이 화이트를 이루도록 하는 구성을 이루고 있다.
하지만 이러한 구성을 갖는 종래의 화이트 유기전계 발광소자는 최소 하나의 유기 발광층 이외에 형광층이나 또는 서로 다른 색을 발광하는 유기 발광층이 다층을 이루도록 해야 하므로 제조 방법이 복잡하고, 이에 따른 불량률이 증가함으로써 제조 비용을 상승시키는 요인이 되고 있다.
따라서, 공정을 단순화하면서 불량률을 낮출 수 있는 화이트 유기전계 발광소자 및 이의 제조 방법이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 화이트를 발광하는 단일 유기 발광층을 가져 제조 공정을 단순화하는 동시에 불량률을 저감시켜 제조 비용을 절감시킬 수 있는 화이트 유기전계 발광소자 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자는, 제 1 기판 상에 형성된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극 상에 형광 도펀트를 포함하며 다수의 개구를 가지며 형성된 절연층과; 상기 절연층에 구비된 다수의 각 개구에 대응하여 상기 제 1 전극 상부에 형성된 형광층과; 상기 형광층 상부에 형성된 유기 발광층과; 상기 절연층과 유기발광층 상부에 형성된 제 2 전극을 포함한다.
이때, 상기 제 1 전극과 제 2 전극은 각각 하나의 판 형태로 형성된 것이 특징이다.
또한, 상기 제 1 전극은 일정간격 이격하며 다수 형성되며, 상기 제 2 전극은 하나의 판 형태로 형성된 것이 특징이며, 상기 절연층은 상기 제 1 전극의 이격영역에 상기 각 화소전극의 가장자리와 중첩하며 형성된 것이 특징이다. 이때, 상기 제 1 기판에는 서로 교차하여 다수의 화소영역을 정의하는 게이트 배선과 데이터 배선이 형성되며, 상기 데이터 배선과 이격하여 나란하게 전원배선이 형성되며, 상기 각 화소영역에는 구동 박막트랜지스터 및 스위칭 박막트랜지스터가 형성되며, 상기 제 1 전극은 상기 각 화소영역별로 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 형성된 것이 특징이다.
한편, 상기 형광 도펀트는 레드, 옐로우, 그린 중 어느 하나의 색을 형광하는 물질인 것이 특징이며, 이때, 상기 레드를 형광하는 도펀트는 DCM, DCM2, DCJT, DCJTB, PtOEP, Eu(DBM)3(Phen), Rubrene, Btp2Ir(acac), Ir(MDQ)2(acac), Ir(DBQ)2(acac), PQIr 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질이 혼합된 물질이며, 상기 그린을 형광하는 도펀트는 C545T, DMQA, DBQA, TMDBQA, Ir(ppy)3, Ir(ppy)2(acac) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질이 혼합된 물질이며, 상기 옐로우을 형광하는 도펀트는 rubrene 또는 BTX(Orange)인 것이 특징이다.
그리고, 상기 유기 발광층은 블루, 레드, 그린 중 어느 하나의 색을 발광하는 물질인 것이 특징이다.
그리고, 상기 제 1 전극은 일함수 값이 상대적으로 높은 인듐-틴-옥사이드로 이루어져 애노드 전극의 역할을 하며, 상기 제 2 전극은 일함수 값이 상대적으로 낮은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 금(Au), 알루미늄마그네슘 합금(AlMg) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질로 이루어져 캐소드 전극의 역할을 하는 것이 특징이다.
이때, 상기 제 1 전극과 상기 형광층 사이에는 정공주입층과 정공수송층이 순차 적층 형성되거나 또는 이들 두 층중 어느 하나의 층이 형성되며, 상기 유기 발광층과 상기 제 2 전극 사이에는 전자수송층과 전자주입층이 순차 적층 형성되거나 또는 이들 두 층 중 어느 하나의 층이 형성된 것이 특징이다.
또한, 상기 제 2 전극 위로 유기막 또는 무기막이 구비되거나, 또는 상기 제 2 전극과 페이스 씰을 개재하여 부착되거나 또는 테두리를 따라 씰패턴이 개재하여 제 2 기판이 부착된 것이 특징이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 방법은, 제 1 기판 상에 제 1 전극을 형성하는 단계와; 상기 제 1 전극 상에 형광 도펀트를 포함하는 절연물질로 이루어진 절연층을 전면에 형성하는 단계와; 잉크 젯 장치를 이용하여 상기 절연층에 대응하여 일정간격 이격하며 유기 발광 물질과 상기 절연층을 녹이는 솔벤트로 이루어진 잉크를 일정간격 이격하여 제팅하는 하는 단계와; 상기 절연층 상에 제팅된 잉크가 상기 절연층과 반응하여 상기 제 1 전극을 노출시키는 개구를 형성하며, 동시에 상기 절연층에 포함된 형광 도펀트를 상기 제 1 전극 상에 적층시켜 형광층을 형성하며 상기 형광층 위로 유기 발광층을 형성시키는 단계와; 상기 절연층과 유기 발광층 위로 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 절연층을 이루는 절연물질은 P4P, PVA, PMMA 중 어느 하나이며, 상기 절연층을 녹이는 솔벤트는 Choroform, Ethylene Dichloride, acetone 중 어느 하나인 것이 특징이다.
그리고, 상기 제 1 전극과 제 2 전극은 각각 하나의 판 형태로 형성하며, 상기 개구는 상기 제 1 전극 상에 일정간격 이격하며 형성하는 것이 특징이다.
또한, 상기 제 1 전극은 일정간격 이격하며 다수 형성하며, 상기 제 2 전극은 하나의 판 형태로 형성하는 것이 특징이며, 이 경우, 상기 제 1 기판 상에 상기 제 1 전극을 형성하기 전에 서로 교차하여 다수의 화소영역을 정의하는 게이트 배선과 데이터 배선을 형성하며, 동시에 상기 각 화소영역에 구동 박막트랜지스터 및 스위칭 박막트랜지스터를 형성하며, 상기 제 1 전극은 상기 각 화소영역별로 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하도록 형성하는 것이 특징이다.
또한, 상기 제 1 전극과 상기 형광층 사이에는 정공주입층과 정공수송층을 순차 적층 형성하거나 또는 이들 두 층중 어느 하나의 층을 형성하며, 상기 유기 발광층과 상기 제 2 전극 사이에는 전자수송층과 전자주입층을 순차 적층 형성하거나 또는 이들 두 층 중 어느 하나의 층을 형성하는 것이 특징이다.
그리고, 상기 제 2 전극 위로 유기막 또는 무기막을 형성하거나, 또는 상기 제 2 전극과 페이스 씰을 개재하거나 또는 상기 제 1 기판의 테두리를 따라 씰패턴 또는 프릿(frit)을 개재하여 제 2 기판을 부착하는 것이 특징이다.
본 발명에 따른 화이트 유기전계 발광 소자는 제 1 전극 상부에 레드 도펀트를 포함하는 절연층을 형성 후 상기 절연층을 녹이는 솔벤트를 용매로 한 블루 도펀트가 섞인 잉크를 잉크젯 장치를 이용하여 선택적으로 제팅함으로써 상기 절연층을 녹여 상기 제 1 전극을 노출시키는 홀을 형성하는 동시에 상기 홀 내부에 레드(또는 옐로우나 그린도 될 수 있음) 도펀트를 포함하는 형광체층과 블루(또는 레드나 그린이 될 수 있음) 안료를 포함하는 유기 발광층을 형성하여 상기 절연층을 별도의 패터닝없이 뱅크를 이루도록 하는 동시에 화이트 색을 발광하는 형광체층 및 유기 발광층을 한번에 형성함으로서 제조 공정을 단순화 하는 효과가 있다.
나아가 본 발명에 따른 화이트 유기전계 발광소자는 특정 색의 도펀트를 포함하는 형광체층과 하나의 색을 발광하는 유기 발광층만을 구비하여 화이트를 표시하게 됨으로써 종래의 다수의 유기 발광층을 구성하거나 또는 서로 이웃하는 화소영역에 서로 다른 3개의 색을 발광하는 유기 발광층을 구비하는 종래의 유기전계 발광소자 대비 구성을 단순화하여 제조 비용을 저감시키는 효과가 있다.
잉크 젯 장치를 이용하여 특정 색의 안료를 포함하는 잉크를 제팅하여 유기 발광층을 형성하더라도 상기 유기 발광층 하부에 위치하는 특정 색의 형광체층이 깎여 나가는 등의 문제가 발생되지 않으므로 화이트 색 감도를 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 종래의 유기전계 발광 소자의 하나의 화소영역에 대한 개략적인 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 대한 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예의 제 1 변형예에 따른 유기전계 발광소자의 일부에 대한 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예의 제 2 변형예에 따른 유기전계 발광소자의 일부에 대한 단면도.
므로 이에 대한 제조 방법은 생략한다.
도 5a 내지 도 5g는 본 발명의 실시예에 따른 화이트 유기전계 발광소자의 제조 단계별 공정 단면도.
도 6a 내지 6c는 본 발명의 실시예에 따른 화이트 유기전계 발광소자의 제조 단계 중 형광층과 유기 발광층을 형성하는 단계에 있어서 하나의 화소영역을 확대 도시한 제조 단계별 공정 단면도.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 대한 단면도이다, 이때, 설명의 편의를 위해 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되는 영역을 구동영역(DA), 그리고 도면에는 나타내지 않았지만 각 화소영역(P) 내에 스위칭 박막트랜지스터(미도시)가 형성되는 영역을 스위칭 영역(미도시)이라 정의한다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)와 유기전계 발광 다이오드(E)가 형성된 제 1 기판(110)과, 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판(170)으로 구성되고 있다. 이때, 상기 제 2 기판(170)은 다중층 구조의 무기막 또는 유기막 등으로 대체됨으로써 생략될 수 있다.
우선, 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)와 유기전계 발광 다이오드(E)가 구비된 제 1 기판(110)의 구성에 대해 설명한다.
상기 제 1 기판(110) 상의 상기 구동영역(DA) 및 스위칭 영역(미도시)에는 각각 순수 폴리실리콘으로 이루어지며, 그 중앙부는 채널의 통로를 이루는 제 1 영역(113a) 그리고 상기 제 1 영역(113a) 양측면으로 고농도의 불순물이 도핑된 제 2 영역(113b)으로 구성된 반도체층(113)이 형성되어 있다.
이때, 상기 반도체층(113)과 상기 제 1 기판(110) 사이에는 전면에 무기절연물질 예를들면, 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 버퍼층(미도시)이 더욱 구비될 수도 있다. 상기 버퍼층(미도시)은 상기 반도체층(113)의 결정화시 상기 제 1 기판(110) 내부로부터 나오는 알카리 이온의 방출에 의한 상기 반도체층(113)의 특성 저하를 방지하기 위함이다.
또한, 상기 반도체층(113)을 덮으며 게이트 절연막(116)이 전면에 형성되어 있으며, 상기 게이트 절연막(116) 위로 상기 구동영역(DA) 및 스위칭 영역(미도시)에는 상기 각 반도체층(113)의 제 1 영역(113a)에 대응하여 각각 게이트 전극(120)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 게이트 절연막(116) 위로는 상기 스위칭 영역(미도시)에 형성된 게이트 전극(미도시)과 연결되며 일방향으로 연장하며 게이트 배선(미도시)이 형성되어 있다.
다음, 상기 게이트 전극(120)과 게이트 배선(미도시) 위로 무기절연물질 예를들면, 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 층간절연막(123)이 형성되어 있다. 이때, 상기 층간절연막(123)과 그 하부의 게이트 절연막(116)에는 상기 제 1 영역(113a) 양측면에 위치한 상기 제 2 영역(113b)을 각각 노출시키는 반도체층 콘택홀(125)이 구비되고 있다.
다음, 상기 반도체층 콘택홀(125)이 구비된 상기 층간절연막(123) 상부에는 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(미도시)과, 이와 이격하여 나란하게 전원배선(미도시)이 형성되고 있다.
또한, 상기 층간절연막(123) 위로 각 구동영역(DA) 및 스위칭 영역(미도시)에는 서로 이격하며 상기 반도체층 콘택홀(125)을 통해 노출된 제 2 영역(113b)과 각각 접촉하며 소스 및 드레인 전극(133, 136)이 형성되어 있다.
한편, 상기 구동영역(DA)에 순차 적층된 상기 반도체층(113)과 게이트 절연막(116)과 게이트 전극(120)과 층간절연막(123)과 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)은 구동 박막트랜지스터(DTr)를 이룬다. 이때, 상기 스위칭 영역(미도시)에도 상기 구동영역(DA)에 형성된 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 동일한 구조의 스위칭 박막트랜지스터(미도시)가 형성되고 있다.
상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(미도시)과 전기적으로 연결되고 있으며, 나아가 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 도 연결되고 있다.
다음, 상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시) 위로는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)을 노출시키는 드레인 콘택홀(143)을 갖는 보호층(140)이 형성되어 있다. 이때, 상기 보호층(140)은 하부 구성요소의 단차에 영향을 거의 받지 않고 평탄한 표면을 이룰 수 있도록 유기절연물질 예를들면 포토아크릴(photo acryl) 또는 벤조사이클로부텐(BCB)으로 이루어지는 것이 특징이다.
또한, 상기 보호층(140) 위로는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)과 상기 드레인 콘택홀(143)을 통해 접촉되며, 각 화소영역(P) 별로 일함수 값이 큰 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO)로 이루어진 제 1 전극(147)이 형성되어 있다.
다음, 전술한 바와 같이 애노드 전극의 역할을 하는 상기 제 1 전극(147)의 상부에는 레드, 옐로우 또는 그린 중 어느 한 색을 형광하는 도펀트를 구비한 절연층(150)이 구비되고 있다.
이때, 상기 특정 색을 형성하는 도펀트를 포함하는 절연층(150)은 상기 제 1 전극(147)에 대응하여 개구(op)를 가짐으로써 뱅크의 역할을 하는 것이 특징이다.
그리고, 상기 절연층(150)의 개구(op)로 노출된 상기 제 1 전극(147) 상부에는 상기 레드, 옐로우 또는 그린 중 어느 하나의 색을 형광하는 도펀트로 이루어진 형광층(151)이 형성되고 있는 것이 특징이다.
이때, 상기 레드 도펀트는 DCM, DCM2, DCJT, DCJTB, PtOEP, Eu(DBM)3(Phen), Rubrene, Btp2Ir(acac), Ir(MDQ)2(acac), Ir(DBQ)2(acac), PQIr 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질이 혼합된 것이 될 수 있다.
또한, 그린 도펀트는 C545T, DMQA, DBQA, TMDBQA, Ir(ppy)3, Ir(ppy)2(acac) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질이 혼합된 것이 될 수 있다.
그리고, 옐로우 도펀트는 rubrene 또는 BTX(Orange)이 될 수 있다.
이러한 레드, 그린 및 옐로우를 각각 형광하는 도펀트를 갖는 형광층(151)은 별도의 증착과 패터닝 공정을 진행하지 않은 것이며, 이러한 구성을 갖는 것은 본 발명의 특징적인 제조 방법에 기인한 것이므로 추후 제조 방법을 통해 상세히 설명한다.
그리고, 상기 절연층(150)으로 둘러싸인 개구(op) 내부에는 상기 형광층(151) 위로 블루, 레드, 그린 중 어느 하나의 색을 발광하는 유기 발광 물질층(155)이 구비되고 있다.
이때, 상기 유기 발광 물질층(155)은 상기 형광층(151)에 구비되는 특정 색의 도펀트에 따라 상기 블루, 레드, 그린 중 어느 하나의 색을 발광하는 유기 발광 물질층(155)이 되는 것이 특징이다.
일례로 상기 형광층(151)이 레드 또는 옐로우를 형광하는 도펀트가 구비되는 경우, 상기 유기 발광 물질층(155)은 블루를 발광하는 유기 발광 물질층(155)이 되는 것이 상기 유기 발광 물질층(155)과 형광층(151)을 통과하여 나오는 화이트 색의 순도가 상대적으로 우수하다.
한편, 상기 블루를 발광하는 유기 발광 물질층(155)은 Firpic, (CF3ppy)2Ir(pic), 9,10-di(2-naphthyl)anthracene (ADN), Perylene, distyrybiphenyl, PVK, OXD-7, UGH-3(Blue) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질로 이루어질 수 있다.
다음, 상기 유기 발광 물질층(155) 및 상기 뱅크를 이루는 절연층 (150)의 상부에는 표시영역(AA) 전면에 캐소드 전극의 역할을 하며, 그 평균적인 일함수 값이 애노드 전극의 역할을 하는 상기 제 1 전극(147)의 일함수 값보다는 작은 즉, 4.2eV 내지 4.9eV 정도의 일함수 값을 갖고 불투명한 특성을 갖는 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 금(Au), 알루미늄마그네슘 합금(AlMg) 중 하나 또는 둘 이상의 물질로 이루어진 제 2 전극(158)이 형성되어 있다.
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이때, 상기 제 1 및 제 2 전극(147, 158)과 그 사이에 형성된 상기 형광층(151)과 유기 발광 물질층(155)은 유기전계 발광 다이오드(E)를 이루게 된다.
이러한 구성을 갖는 유기전계 발광 다이오드(E)에 있어서, 상기 유기전계 발광 다이오드(E)의 발광 효율 향상을 위해 상기 애노드 전극의 역할을 하는 상기 제 1 전극(147)과 상기 형광층(151) 사이에는 정공주입층(hole injection layer)(201)과 정공수송층(hole transporting layer)(202)이 순차적으로 구비될 수도 있으며, 또는 이들 두 층(201, 202)중 어느 하나의 층만이 형성될 수도 있다.
그리고, 상기 유기 발광 물질층(155)과 상기 제 2 전극(158) 사이에는 전자수송층(electron transporting layer)(203)과 전자주입층(electron injection layer)(204)이 순차적으로 구비될 수도 있으며, 또는 이들 두 층(203, 204)중 어느 하나의 층만이 구비될 수 있다.
일례로 도면에서는 상기 제 1 전극(147)과 형광층(151) 사이에 정공주입층(201)과 정공수송층(202)이 형성되고 있으며, 상기 유기 발광 물질층(155)과 제 2 전극 사이에 전자수송층(203) 및 전자주입층(204)이 형성되고 있는 것을 도시하였다.
이때, 상기 정공주입층(201)은 애노드 전극의 역할을 하는 상기 제 1 전극(147)으로부터 상기 형광층(151) 및 유기 발광 물질층(155)으로의 정공의 주입을 원활하게 하는 역할을 하며, CuPc(cupper phthalocyanine), PEDOT(poly(3,4)-ethylenedioxythiophene), PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)), PANI(polyaniline) 및 NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenyl benzidine) 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 정공수송층(202)은 정공의 수송을 원활하게 하는 역할을 하며, NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenylbenzidine), TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine), s-TAD 및 MTDATA(4,4',4"-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine) 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 물질이 혼합되어 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 전자수송층(203)은 전자의 수송을 원활하게 하는 역할을 하며, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), PBD, TAZ, spiro-PBD, BAlq 및 SAlq 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 물질로 이루어질 수 있다.
마지막으로 상기 전자주입층(204)은 전자의 주입을 원활하게 하는 역할을 하며, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), PBD, TAZ, spiro-PBD, BAlq 또는 SAlq 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 물질이 혼합된 상태로 이루어질 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 화이트를 발광하는 유기전계 발광 다이오드(E)가 구비된 제 1 기판(102)에 대응하여 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판(170)이 상기 제 1 기판(102)과 이격하며 구비되고 있다.
한편, 상기 제 1 기판(102)과 제 2 기판(170)은 그 가장자리를 따라 실란트(sealant) 또는 프릿(frit)으로 이루어진 접착제(미도시)가 구비되고 있으며, 이러한 접착제(미도시)에 의해 상기 제 1 기판(102)과 제 2 기판(170)이 합착되어 패널상태를 유지하고 있다. 이때, 서로 이격하는 상기 제 1 기판(102)과 제 2 기판(170) 사이에는 진공의 상태를 갖거나 또는 불활성 기체로 채워짐으로써 불활성 가스 분위기를 가질 수 있다.
이 경우, 상기 인캡슐레이션을 위한 상기 제 2 기판(170)은 유연한 특성을 갖는 플라스틱으로 이루어질 수도 있으며, 또는 유리로 이루어질 수도 있다.
또한, 상기 제 1 기판(102)과 제 2 기판(170)은 상기 접착제(미도시)에 의해 합착된 상태를 이루는 이외에 상기 제 1 기판(102) 전면에 패이스씰(face seal)이 구비되어 상기 제 2 기판(170)과 합착된 상태를 이룰 수도 있다.
한편, 전술한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 제 1 기판(102)과 마주하여 이격하는 형태로 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판(170)이 구비된 것을 나타내고 있지만, 그 변형예로서 상기 제 2 기판(170)은 점착층을 포함하는 필름 형태로 상기 제 1 기판(102)의 최상층에 구비된 상기 제 2 전극(158)과 접촉하도록 구성될 수도 있다.
또한, 도면에는 나타내지 않았지만, 본 발명의 실시예에 따른 또 다른 변형예로서 상기 제 2 전극(158) 상부로 유기절연막(미도시) 또는 무기절연막(162)이 더욱 구비되어 캡핑막(미도시)이 형성될 수 있으며, 상기 유기절연막(미도시) 또는 무기절연막(162)은 그 자체로 인캡슐레이션 막으로 이용될 수도 있으며, 이 경우 상기 제 2 기판(170)은 생략할 수도 있다.
한편, 이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 화이트 유기전계 발광소자(101)는 상기 제 1 기판(102) 상에 각 화소영역(P) 별로 제 1 전극(147)이 구비되고, 이러한 제 1 전극(147)과 연결되며 구동 박막트랜지스터(DTr)와, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 일 전극을 포함하여 상기 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(미도시)과 연결된 스위칭 박막트랜지스터(미도시)가 구비된 것을 일례로 나타내었지만, 변형예로서 도 3(본 발명의 실시예의 제 1 변형예에 따른 유기전계 발광소자의 일부에 대한 단면도)과 도 4(본 발명의 실시예의 제 2 변형예에 따른 유기전계 발광소자의 일부에 대한 단면도)에 도시한 바와같이, 화이트 광을 발광하는 백라이트 또는 조명 수단으로 이용되는 경우, 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)는 생략될 수 있다.
즉, 도 3에 도시한 바와같이, 본 발명의 실시예의 제 1 변형예에 따른 화이트 유기전계 발광소자(101)는 제 1 기판(102) 상에 각 화소영역(P)별로 분리 형성된 제 1 전극(147)이 구비되며, 이의 상부로 상기 각 제 1 전극(147)을 노출시키는 개구(op)를 가지며 레드, 옐로우, 그린 중 어느 하나의 색을 형광하는 도펀트를 구비한 절연층(150)과 상기 개구(op)에 대응하여 레드, 옐로우, 그린 중 어느 하나의 색을 형광하는 도펀트로 이루어진 형광층(151)과, 레드, 블루, 그린 중 어느 하나의 색을 발광하는 유기 발광 물질층(155)이 구비되며, 상기 절연층(150)과 유기 발광 물질층(155) 상부로 전면에 제 2 전극(158)이 구비될 수도 있다.
이때, 상기 제 1 전극(147)과 형광층(151) 사이에는 정공주입층(201)과 정공수송층(202)이 순차적으로 구비될 수도 있으며, 또는 이들 두 층(201, 202)중 어느 하나의 층만이 형성될 수도 있으며, 상기 유기 발광 물질층(155)과 상기 제 2 전극(158) 사이에는 전자수송층(203)과 전자주입층(204)이 순차적으로 구비될 수도 있으며, 또는 이들 두 층(203, 204) 중 어느 하나의 층만이 구비될 수 있다.
또한, 도 4에 도시한 바와같이, 본 발명의 실시예의 제 2 변형예에 따른 화이트 유기전계 발광소자(101)는 타 구성요소는 도 4를 통해 설명한 동일한 구성을 가지며 상기 제 1 전극(147)이 제 2 전극(158)과 유사하게 상기 제 1 기판(102) 전면에 형성될 수도 있다. 이때, 상기 절연층(150)에 구비되는 개구(op)는 상기 제 1 전극(147) 상에서 일정간격 이격하며 형성되는 것이 특징이다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 구동전압이 4.75V인가 시 3.8cd/A, 3.5Im/W의 효율을 가지며 휘도는 1150cd/m2가 됨으로서 인가되는 구동전압 대비 우수한 효율 및 휘도 특성을 가짐을 알 수 있었으며, 나아가 CIE 색좌표 상에서 CIE_x 와 CIE_y 의 좌표가 0.34, 0.35가 됨으로써 우수한 화이트를 표시함을 실험적으로 알 수 있었다.
이후에는 전술한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 화이트 유기전계 발광소자(101)의 제조 방법에 대해 설명한다. 본 발명의 실시예의 제 1 및 제 2 변형예의 경우, 본 발명의 특징적인 구성인 유기전계 발광 다이오드(E)의 제조 방법은 실시예와 동일하므로 이에 대한 제조 방법은 생략한다.
도 5a 내지 도 5g는 본 발명의 실시예에 따른 화이트 유기전계 발광소자의 제조 단계별 공정 단면도이며, 도 6a 내지 6c는 본 발명의 실시예에 따른 화이트 유기전계 발광소자의 제조 단계 중 형광층(151)과 유기 발광층(155)을 형성하는 단계에 있어서 하나의 화소영역을 확대 도시한 제조 단계별 공정 단면도이다. 이때, 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시. DTd)의 경우 일반적인 방법에 의해 형성되므로 본 발명의 특징적인 구성이 있는 유기전계 발광 다이오드(E)의 제조 방법을 위주로 설명한다. 설명의 편의를 위해 각 화소영역(P) 내에 스위칭 박막트랜지스터(미도시)가 형성되는 영역을 스위칭 영역(미도시), 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되는 영역을 구동영역(DA)이라 정의한다.
우선, 도 5a에 도시한 바와같이, 투명한 특성을 갖는 유리재질 또는 유연한 플라스티 재질로 이루어진 제 1 기판(102)에 서로 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(미도시)을 형성하고, 동시에 상기 데이터 배선(미도시)과 나란하게 이격하며 전원배선(미도시)을 형성한다.
그리고, 각 화소영역(P)의 스위칭 및 구동영역(미도시, DA)에 폴리실리콘의 반도체층(113)과 게이트 절연막(116)과 게이트 전극(120)과 상기 반도체층(113)을 각각 노출시키는 반도체층 콘택홀(125)을 갖는 층간절연막(123)과 상기 반도체층(113)과 각각 접촉하며 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)으로 이루어진 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)를 형성한다.
이때, 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 게이트 전극(미도시)과 소스 전극(미도시)은 각각 상기 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(미도시)과 연결되도록 하며, 동시에 선택적으로 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 일 전극과 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 일 전극 및 전원배선(미도시)과 연결되도록 형성한다.
다음, 도 5b에 도시한 바와같이, 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr) 위로 유기절연물질 예를들면 벤조사이클로부텐 또는 포토아크릴을 도포하여 보호층(140)을 형성하고, 이를 패터닝함으로써 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)을 노출시키는 드레인 콘택홀(143)을 형성한다.
다음, 도 5c에 도시한 바와같이, 상기 드레인 콘택홀(143)을 갖는 보호층(140) 위로 일함수 값이 상대적으로 높은 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO)를 증착하고 이를 패터닝함으로서 각 화소영역(P)에 상기 드레인 콘택홀(143)을 통해 노출된 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)과 접촉하는 제 1 전극(147)을 형성한다. 이러한 상기 제 1 전극(147)은 애노드 전극의 역할을 한다.
한편, 본 발명의 실시예의 제 1 및 제 2 변형예에 따른 화이트 유기전계 발광소자(도 3 및 도 4의 101)의 경우, 도 3을 참조하면 상기 제 1 기판(102) 상에 상기 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO)를 증착함으로서 전면에 판 형태를 갖는 제 1 전극(147)을 형성하거나, 또는 도 4를 참조하면, 전면에 형성된 상기 제 1 전극(147)을 패터닝하여 일정간격 이격하는 형태의 다수의 제 1 전극(147)을 형성한다.
이후, 선택적으로 상기 제 1 전극(147) 위로 상기 제 1 전극(147)에 대응하여 정공주입층(201)과 정공수송층(202)을 형성하거나 또는 이들 두 층(201, 202)중 어느 하나의 층만을 형성한다. 이때, 상기 정공주입층(201)과 정공수송층(202)을 이루는 물질은 이미 설명했으므로 생략한다.
다음, 도 5d에 도시한 바와같이, 상기 제 1 전극(147) 또는 상기 정공주입층(201) 또는 정공수송층(202) 상부로 절연특성을 갖는 물질 일례로 P4P, PVA, PMMA 중 어느 하나과, 레드, 옐로우, 그린 중 어느 하나의 색을 형광하는 도펀트 및 용매 일례 IPA 또는 Alcohol이 혼합된 액체를 상기 제 1 전극(147) 위로 도포하고 경화시킴으로서 전면에 절연층(150)을 형성한다.
다음, 도 6a에 도시한 바와같이, 상기 레드, 옐로우, 그린 중 어느 하나의 색을 형광하는 도펀트를 포함하는 절연층(150) 위로 잉크젯 장치(191)를 이용하여 상기 절연층(150)의 절연물질과 반응하여 이를 녹이는 솔벤트 일례로 choroform, Ethylene Dichloride, acetone 중 어느 하나와 레드, 그린, 블루 중 어느 하나의 색을 발광하는 유기 발광 물질을 포함하는 잉크(193)를 각 화소영역(P)에 대응하여 적정량 제팅한다.
이때, 상기 절연층(150) 상에 제팅된 잉크(193)는 특히 choroform, Ethylene Dichloride, acetone 중 어느 하나로 이루어진 솔벤트에 의해 도 6b에 도시한 바와같이, 상기 절연층(150)과 반응하여 상기 절연층(150)을 녹임으로써 상기 제 1 전극(147) 또는 상기 제 1 전극(147) 위로 상기 정공주입층(201)과 정공수송층(202)이 형성되는 경우 최상부에 형성된 상기 정공주입층(201) 또는 정공수송층(202)을 노출시키는 개구(op)를 형성하게 되며, 이러한 과정에서 도 5e와 도 6c를 참조하면, 상기 절연층(150)을 이루는 하나의 구성요소인 특정 색을 형광하는 도펀트는 상기 개구(op)의 저면에 쌓이게 됨으로써 레드, 그린, 블루 중 어느 하나의 색을 형광하는 형광층(151)을 이루게 되며, 동시에 상기 각 개구(op) 내에서 상기 형광층(151) 상부에는 유기 발광 물질로 이루어진 유기 발광 물질층(155)이 형성된다.
이때, 형광층(151)이 상기 유기 발광 물질층(155) 하부에 위치하는 것은 첫 번째로 비중차에 의해 상기 형광층(151)을 이루는 물질이 하부에 위치하게 되며, 두 번째로는 상기 잉크(도 6b의 193)가 상기 절연층(150)의 표면으로부터 하부로 서서히 상기 절연층(150)을 녹이기 구조적 특징에 기인한다. 이 경우, 실질적으로 상기 유기 발광 물질층(155) 내부에도 소량의 형광물질이 존재하지만 그 밀도는 유기 발광 물질대비 매우 미약한 수준이며 형광 물질 대부분은 상기 유기 발광 물질층(155) 하부의 형광층(151)에 집중되어 형성된다.
이렇게 형광층(151)이 상기 유기 발광 물질층(155) 하부에 상기 유기 발광 물질층(155)과 분리되어 구성되는 경우, 형광 물질과 유기 발광 물질이 혼합되는 경우보다 화이트 발광 효율이 향상되며, 화이트의 색순도 또한 향상됨을 실험적으로 알 수 있었다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 화이트 유기전계 발광소자(101)의 제조 방법의 경우, 상기 각 화소영역(P)에 대응하여 개구(op)를 갖는 절연층(150)은 그 자체로 각 화소영역(P)의 경계에 대응해서만 형성됨으로써 뱅크를 이루는 것이 특징이며. 이러한 뱅크의 역할을 하는 다수의 개구(op)를 갖는 절연층(150)은 마스크 공정 등에 의해 패터닝된 것이 아니라 상기 형광층(151)과 유기 발광 물질층(155)을 형성하면서 자연적으로 개구(op)가 형성된 것이므로 별도의 마스크 공정을 진행할 필요가 없으므로 공정을 단순화 하는 장점을 갖는다.
동시에 잉크 젯 장치(도 6a의 191)를 통해 잉크(도 6a의 193)를 제팅하는 것에 의해 형광층(151)과 유기 발광 물질층(155)을 동시에 적층시킴으로서 종래의 형광층(151)과 유기 발광 물질층(155)을 각각 형성하는 공정 대비 공정을 더욱 단순화 하는 효과를 갖는다.
다음, 도 5f에 도시한 바와같이, 상기 화소영역(P)의 절연층(150)과 상기 유기 발광 물질층(155) 상부로 일함수 값이 상대적으로 낮은 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 금(Au), 알루미늄마그네슘 합금(AlMg) 중 하나 또는 둘 이상의 물질을 증착함으로써 표시영역 전면에 제 2 전극(158)이 형성한다.
이때, 상기 제 2 전극(158)을 형성하기 전에 상기 절연층(150)과 상기 유기 발광 물질층(155) 상부에 전자수송층(203)과 전자주입층(204)을 순차 적층하거나 또는 이들 두 층(203, 204) 중 어느 하나의 층만이 적층 형성할 수도 있다. 이러한 전자수송층(203)과 전자주입층(204)은 각 화소영역(P)별로 패터닝되어 형성될 수도 있으며, 또는 상기 제 2 전극(158)과 같이 표시영역(AA) 전면에 형성될 수도 있다. 이러한 전자수송층(203)과 전자주입층(204)을 이루는 물질은 이미 전술하였으므로 생략한다.
한편, 순차 적층된 상기 제 1 전극(147)과 형광층(151)과 유기 발광 물질층(155) 및 제 2 전극(158)은 유기전계 발광 다이오드(E)를 이룬다.
다음, 도 5g에 도시한 바와같이, 이러한 구성을 갖는 상기 제 1 기판(102) 위로 제 2 기판(170)을 위치시키고, 상기 제 1 및 2 기판(102, 170)의 테두리를 따라 접착 특성을 갖는 씰패턴 또는 프릿(frit)을 형성한 후 불활성 가스 분위기 또는 진공의 분위기에서 상기 제 1 및 제 2 기판(102, 170)을 합착함으로서 본 발명의 실시예에 따른 화이트 유기전계 발광소자(101)를 완성한다.
이때, 상기 씰패턴(미도시) 또는 프릿(미도시) 대신 상기 제 2 전극(158) 위로 접착 특성을 갖는 패이스씰(미도시)을 전면에 형성하고 상기 제 2 기판(170)을 부착할 수도 있으며, 또는 점착층을 개재하여 필름(미도시) 형태를 갖는 제 2 기판(170)을 부착할 수도 있으며, 상기 제 2 전극(158) 위로 유기물질을 도포하거나 또는 무기물질을 증착함으로써 유기막(미도시) 또는 무기막(미도시)을 형성함으로서 이를 제 2 기판(170)으로 대체할 수도 있다.
102 : 제 1 기판
147 : 제 1 전극
150 : (형광 도펀트를 포함하는)절연층
191 : 잉크 젯 장치
193 : (유기 발광 물질을 포함하는)잉크

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  11. 제 1 기판 상에 애노드전극 역할을 하는 제 1 전극을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 전극 상에 형광 도펀트를 포함하는 절연물질로 이루어진 절연층을 전면에 형성하는 단계와;
    상기 절연층을 녹이는 솔벤트와, 유기발광물질을 포함하는 잉크를 잉크 젯 장치를 이용하여 상기 절연층에 대응하여 일정간격 이격하여 제팅하는 하는 단계와;
    상기 절연층 상에 제팅된 잉크가 상기 절연층과 반응하여 상기 제 1 전극을 노출시키는 개구를 형성하는 동시에 상기 절연층에 포함된 형광 도펀트를 상기 제 1 전극 상에 적층시켜 형광층을 형성하며, 상기 형광층 위로 상기 유기발광물질로 이루어지는 유기 발광 물질층을 형성시키는 단계와;
    상기 절연층과 상기 유기 발광 물질층 위로 캐소드전극 역할을 하는 제 2 전극을 형성하는 단계
    를 포함하며,
    상기 제 1 전극과 상기 형광층 사이에는 정공주입층과 정공수송층을 순차 적층 형성하거나 또는 이들 두 층중 어느 하나의 층을 형성하며,
    상기 형광 도펀트가 레드 또는 옐로우 색을 형광하며, 상기 유기발광물질은 블루를 발광하는 유기전계 발광소자의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 절연층을 이루는 절연물질은 P4P, PVA, PMMA 중 어느 하나인 유기전계 발광소자의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 절연층을 녹이는 솔벤트는 Choroform, Ethylene Dichloride, acetone 중 어느 하나인 유기전계 발광소자의 제조 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 전극과 제 2 전극은 각각 하나의 판 형태로 형성하며,
    상기 개구는 상기 제 1 전극 상에 일정간격 이격하며 형성하는 유기전계 발광소자의 제조 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 일정간격 이격하며 다수 형성하며, 상기 제 2 전극은 하나의 판 형태로 형성하는 유기전계 발광소자의 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 기판 상에 상기 제 1 전극을 형성하기 전에 서로 교차하여 다수의 화소영역을 정의하는 게이트 배선과 데이터 배선을 형성하며, 동시에 상기 각 화소영역에 구동 박막트랜지스터 및 스위칭 박막트랜지스터를 형성하며,
    상기 제 1 전극은 상기 각 화소영역별로 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하도록 형성하는 유기전계 발광소자의 제조 방법.
  17. 제 11 항, 제 14 항, 제 15 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 유기 발광 물질층과 상기 제 2 전극 사이에는 전자수송층과 전자주입층을 순차 적층 형성하거나 또는 이들 두 층 중 어느 하나의 층을 형성하는 유기전계 발광소자의 제조 방법.
  18. 제 11 항, 제 14 항, 제 15 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제 2 전극 위로 유기막 또는 무기막을 형성하거나,
    또는 상기 제 2 전극과 페이스 씰을 개재하거나 또는 상기 제 1 기판의 테두리를 따라 씰패턴 또는 프릿(frit)을 개재하여 제 2 기판을 부착하는 유기전계 발광소자의 제조 방법.
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