KR20020000321A

KR20020000321A - 유기 전자발광소자의 제조방법

Info

Publication number: KR20020000321A
Application number: KR1020000034812A
Authority: KR
Inventors: 김성한
Original assignee: 김순택; 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2000-06-23
Filing date: 2000-06-23
Publication date: 2002-01-05
Also published as: KR100334080B1

Abstract

본 발명은 유기 전자발광소자의 제조방법을 제공한다. 상기 제조방법은 (a) 기판 상부에 애노드 전극용 물질을 코팅하여 애노드를 형성하는 단계; (b) 상기 애노드 전극 상부에 유기막을 형성하는 단계; (c) 탄성 중합체 스탬프의 요철에 자기조립 단일층 형성용 프리커서 용액을 코팅한 후, 이를 (b) 단계의 유기막이 형성된 결과물상에 콘택 프린팅을 실시하여 패터닝된 자기조립 단일층이 형성하는 단계; 및 (d) 상기 자기 조립 단일층을 캐소드 형성용 금속을 선택적으로 진공증착하여 캐소드를 형성하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 종래의 역형상 세퍼레이타를 사용하는 포토리소그래피 방법에 비하여 공정이 단순화된다. 그리고 캐소드를 나노미터 스케일의 미세 패터닝할 수 있게 됨으로써 고정세화된 유기 전자발광소자를 제조할 수 있다.

Description

유기 전자발광소자의 제조방법{Method for preparing organic electroluminescent display device}

본 발명은 유기 전자발광소자의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하기로는 공정이 단순화되고 미세 패터닝이 가능하여 고정세화에 유리한 유기 전자발광소자의 제조방법에 관한 것이다.

EL 소자는 발광층(emitter layer) 형성용 재료에 따라 무기 EL 소자와 유기 EL 소자로 구분된다. 여기에서 유기 EL 소자는 무기 EL 소자에 비하여 휘도, 구동전압 및 응답속도 특성이 우수하고 다색화가 가능하다는 장점을 가지고 있다.

도 1은 일반적인 유기 EL 소자의 구조를 나타낸 단면도이다. 이를 참조하면, 기판(11) 상부에 애노드(anode)(12)가 형성되어 있다. 그리고 이 애노드(12) 상부에는 홀 수송층(13), 발광층(14), 전자 수송층(15) 및 캐소드(cathode)(16)이 순차적으로 형성되어 있다. 여기에서 홀 수송층(13), 발광층(14) 및 전자수송층(15)는 유기 화합물로 이루어진 유기박막들이다.

상술한 바와 같은 구조를 갖는 유기 EL 소자의 구동원리는 다음과 같다.

상기 애노드(12) 및 캐소드(16)간에 전압을 인가하면 애노드(12)로부터 주입된 홀은 홀 수송층(13)을 경유하여 발광층(14)에 이동된다. 한편, 전자는 캐소드 (16)으로부터 전자 수송층(15)를 경유하여 발광층(14)에 주입되고, 발광층(14) 영역에서 캐리어들이 재결합하여 엑시톤(exciton)을 생성한다. 이 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 변화되고, 이로 인하여 발광층의 형광성 분자가 발광함으로써 화상이 형성된다.

상기한 바와 같은 구조를 갖는 유기 전자발광소자는 캐소드(16) 패터닝시 습식 프로세스 적용이 어렵다. 따라서 유기막 및 캐소드 증착전에 포토레지스트를 이용하여 역상의 세퍼레이타를 미리 형성한 후 자동 패터닝의 방법으로 캐소드의 미세 패터닝을 실시하는 방법에 따라 제조한다(미국 특허 제5,701,055호).

상기 방법에 따르면, 복잡한 포토리소그래피공정을 사용해야 하고, 역형상의 세퍼레이타를 만드는 게 쉽지 않고 전기적 쇼트의 가능성도 배제할 수 없다. 또한 세퍼레이타 역형상을 10㎛ 이하로 미세 패터닝하기가 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하여 공정이 단순화되고 미세 패터닝이 가능하여 고정세화에 유리한 유기 전자발광소자의 제조방법을 제공하는 것이다.

도 1은 일반적인 유기 전자발광소자의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이고,

도 2a-c는 탄성 중합체 스탬프 제조과정을 설명하기 위한 도면이고,

도 3a-d은 본 발명에 따른 유기 전자발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11, 31... 기판` 12, 32... 애노드(anode)

13... 홀수송층 14... 발광층

15... 전자수송층 16, 35... 캐소드

16... 캐소드 23... 탄성중합체 스탬프

33... 유기막 34... 자기조립 단일층

상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는, (a) 기판 상부에 애노드 전극용 물질을 코팅하여 애노드를 형성하는 단계;

(b) 상기 애노드 전극 상부에 유기막을 형성하는 단계;

(c) 탄성 중합체 스탬프의 요철에 자기조립 단일층 형성용 프리커서 용액을 코팅한 후, 이를 (b) 단계의 유기막이 형성된 결과물상에 콘택 프린팅을 실시하여 패터닝된 자기조립 단일층이 형성하는 단계; 및

(d) 상기 자기 조립 단일층을 선택적으로 캐소드 형성용 금속을 진공증착하여 캐소드를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전자발광소자의 제조방법을 제공한다.

상기 (c) 단계의 탄성중합체 스탬프는, 실리콘 기판상에 패턴화된 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막이 형성된 실리콘 기판상에 폴리(디메틸실록산)(PDMS)을 코팅, 경화 및 박리하는 단계를 거쳐 형성된다. 그리고 상기 (c) 단계의 자기조립 단일층 형성용 프리커서가 RCOOH(단, R은 탄소수 5~20의 알킬기임)을 포함한다.

본 발명은, 콘택프린팅(contact printing)에 의하여 마이크로패턴의 자기조립 단일층을 형성하고, 이를 이용하여 유기 전자발광소자의 캐소드를 패터닝하는데 그 특징이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 유기 전자발광소자의 제조방법을 살펴보기로 한다.

먼저, 도 2a-c에 도시된 바와 같이 탄성중합체 스탬프(elastomeric stamp)를 제조한다. 이를 위해서는 실리콘 기판(21)상에 절연막(22)을 나노미터(nm) 스케일로 패터닝한 다음, 그 상부에 폴리(디메틸실록산)(PDMS)(23)을 코팅한다. 이후, 상기 PDMS를 경화한 다음, 이를 박리하면 탄성중합체 스탬프(23것)를 얻을 수 있다.

이와 별도로, 기판(31) 상부에 애노드 전극용 물질을 코팅하여 애노드(32)를 형성한다. 여기에서 기판(31)으로는 통상적인 유기 EL 소자에서 사용되는 기판을 사용하는데, 투명성, 표면평활성, 취급용이성 및 방수성이 우수한 유리기판 또는 투명 플라스틱 기판이 바람직하다. 그리고 애노드 전극용 물질으로는 투명하고 전도성이 우수한 산화인듐주석(ITO), 산화주석(SnO₂), 산화아연(ZnO) 등을 사용한다.

이어서, 상기 애노드(32) 상부에 유기막(33)을 형성하면, 도 3a의 결과물이 얻어진다. 이 때 유기막(33)에는 홀수송층, 발광층 및 전자수송층이 속한다. 유기막의 최상부층은 전자주입층으로서 금속 산화물 박막을 사용한다.

한편, 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 탄성중합체 스탬프(23)의 요철에 자기조립 단일층 프리커서로 RCOOH(단, R은 탄소수 5~20의 알킬기임) 용액(24)을 코팅한 후, 이를 유기막이 형성된 결과물상에 콘택 프린팅을 실시한다(도 3b). 그 결과, RCOOH과, 유기막의 최상층 즉, 전자주입층으로서 형성된 금속 산화물의 금속간의 반응으로 RCOO---MOn 결합이 형성되어 패터닝된 자기조립 단일층(34)이 형성된다. 이 자기조립 단일층(34)의 두께는 2 내지 3nm인 것이 바람직하다.

상기 자기 조립 단일층(34)을 캐소드 형성용 금속을 진공증착하여 캐소드(35)를 형성함으로써 유기 EL 소자가 완성된다. 여기에서 캐소드 형성용 금속으로는 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag) 등이 이용된다.

상기한 바와 같이 자기조립 단일층을 이용하면, 나노미터 차수의 캐소드 갭을 확보할 수 있게 되어 고정세화된 유기 전자발광소자를 제조하는 것이 가능하다.

이하, 본 발명을 하기 실시예를 들어 설명하기로 하되, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.

실시예

유리 기판상에 ITO 전극을 형성한 다음, 이 상부에 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1'-비페닐]-4,4'-디아민(TPD)를 진공증착하여 홀수송층을 500Å 두께로 형성하였다.

이어서, 상기 홀수송층 상부에 하기 구조식의 Alq3 화합물을 진공증착하여280Å 두께의 발광층을 형성하였다.

그 후, 상기 발광층 상부에 Li₂O을 진공증착하여 350Å 두께의 전자수송층을 형성하였다.

이와 별도도, PDMS 탄성중합체 스탬프의 요철에 자기 조립 단일층 형성용 프리커서 용액을 C1₂H₂₅COOH 코팅한 다음, 이를 상기 전자수송층 상부에 콘택프린팅을 실시하여 전자수송층이 형성된 기판 상부에 약 2nm 두께의 자기 조립 단일층을 형성하였다.

상기 자기 조립 단일층을 Al을 진공증착하여 1500Å 두께의 알루미늄 전극을 형성함으로써 유기 전자발광소자를 제조하였다.

상기 실시예에서 살펴본 바와 같이, 캐소드 형성시 포토리소그래피공정을 사용하지 않으므로 제조공정이 매우 단순화되었다. 그리고 역상의 세퍼레이타를 사용하는 경우에는 10㎛ 이하의 미세 패터닝이 어려운 반면, 실시예의 경우에는 약 100nm 정도의 캐소드 갭 확보가 가능하게 되었다.

본 발명에 따르면, 종래의 역형상 세퍼레이타를 사용하는 포토리소그래피 방법에 비하여 공정이 단순화된다. 그리고 캐소드를 나노미터 스케일의 미세 패터닝할 수 있게 됨으로써 고정세화된 유기 전자발광소자를 제조할 수 있다.

Claims

(a) 기판 상부에 애노드 전극용 물질을 코팅하여 애노드를 형성하는 단계;

(b) 상기 애노드 전극 상부에 유기막을 형성하는 단계;

(c) 탄성 중합체 스탬프의 요철에 자기조립 단일층 형성용 프리커서 용액을 코팅한 후, 이를 (b) 단계의 유기막이 형성된 결과물상에 콘택 프린팅을 실시하여 패터닝된 자기조립 단일층이 형성하는 단계; 및

(d) 상기 자기 조립 단일층을 마스크로 이용하여 캐소드 형성용 금속을 선택적으로 진공증착하여 캐소드를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전자발광소자의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 (c) 단계의 탄성중합체 스탬프가,

실리콘 기판상에 패턴화된 절연막을 형성하는 단계;

상기 절연막이 형성된 실리콘 기판상에 폴리(디메틸실록산)(PDMS)을 코팅, 경화 및 박리하는 단계를 거쳐 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 전자발광소자의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 (c) 단계의 자기조립 단일층 형성용 프리커서가RCOOH(단, R은 탄소수 5 내지 20의 알킬기임)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전자발광소자의 제조방법.