KR20030017095A - 유기 전계 발광 소자 및 그의 제조 방법 - Google Patents

유기 전계 발광 소자 및 그의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기층을 여러 번에 걸쳐 불연속성의 계면을 가지도록 증착함으로써 박막의 균일성을 확보하여 소자의 전기적 특성을 개선한 유기 전계 발광 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 투명 기판상에 복수의 제 1 전극을 형성하는 단계와 상기 투명 기판과 상기 제 1 전극상에 상기 제 1 전극과 직교하는 격벽을 형성하는 단계와 상기 제 1 전극상에 제 1 유기층을 형성하는 단계와 상기 제 1 유기층상에 상기 제 1 유기층과 동일 물질이며 불연속성의 계면을 가지는 제 2 유기층을 형성하는 단계와 상기 제 2 유기층상의 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

유기 전계 발광 소자 및 그의 제조 방법{Organic Electroluminescent Device and Method of Making the Same}
본 발명은 유기 전계 발광 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 유기층을 여러 번에 걸쳐 불연속성의 계면을 가지도록 증착함으로써 박막의 균일성을 확보하여 소자의 전기적 특성을 개선한 유기 전계 발광 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 정보통신기술의 발달로, 다양화된 정보화 사회의 요구에 의해 전자 디스플레이의 수요가 증가되고 있고, 디스플레이의 종류 또한 다양해지고 있다. 이와같이 다양화된 정보화 사회의 요구를 만족시키기 위하여, 전자 디스플레이 소자는 고정세화, 대형화, 저가격화, 고성능화, 박형화, 소형화 등의 특성을 가질 것이 요구되고 있으며, 이를 위해 기존의 음극선관(Cathode Ray Tube: CRT) 이외에 새로운 평판 디스플레이(Flat Panel Display: FPD) 소자가 개발되고 있다.
이러한 평판 디스플레이 중의 하나가 전계 발광 디스플레이(Electrolumines cent Display)이다. ELD는 발광층으로 사용하는 물질의 종류에 따라, 유기 전계 발광 표시소자(Organic Electro luminescent Display)와 무기 전계 발광 표시소자(Inorganic Electro luminescent Display)로 분류된다.
무기 전계 발광 표시소자는 높은 전기장에 의하여 가속된 전자의 충돌을 이용하여 발광하는 소자로서, 박막의 두께와 구동방식에 따라, 교류박막 전계 발광 표시소자, 교류 후막 전계 발광 표시소자 및 직류 후막 전계 발광 표시소자 등으로 분류된다.
그리고, 유기 전계 발광 표시소자는 전류의 흐름에 의해 발광하는 소자로서, 발광층인 유기물질의 구분에 따라, 저분자 유기 전계 발광 표시소자와 고분자 유기 전계 발광 표시소자로 분류된다.
일반적으로 유기 전계 발광 소자는 투명 기판상의 양전극층과 음전극층 사이에 유기 전계 발광층을 개재하여 구성하며, 매우 얇고, 매트릭스 형태로 형성할 수 있다. 15V 이하의 낮은 전압으로 구동이 가능하며 TFT-LCD에 비하여 휘도, 시야각, 응답속도 및 소비 전력 등에서 우수한 특성을 보이고 있다. 특히 다른 디스플레이소자보다 우수한 유기 전계 발광 소자의 빠른 응답 속도로 인하여 동영상이 필수적인 IMT-2000용 휴대폰에 매우 적합한 소자이다.
그러나 이와 같은 유기 전계 발광 소자는 제조 공정에서 많은 어려움이 있다. 즉 소자의 발광 균일성을 확보하기 위하여 유기 발광층의 증착 특성이 상당히 중요하지만 유기 발광층을 증착할 때 층내에서 발생하는 핀홀(pin hole) 등의 결함으로 인해 전계의 불균일을 유발하고, 이로 인해 다크 스팟(dark spot)이나 다른 층과의 단락(short)이 일어나는 문제가 발생한다. 이러한 결함은 소자의 특성 및 제품의 수율에 상당히 나쁜 영향을 주고 있다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술의 유기 전계 발광 소자 제조 방법에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 기술의 유기 전계 발광 소자 제조 방법의 공정 단면도이다.
도 1a)와 같이, 투명 기판(1)상에 ITO(induim tin oxide) 등으로 구성되는 양전극 물질층(도면에 도시하지 않음)을 스퍼터링(sputtering) 방법을 사용하여 1,500 ∼ 2,000 Å 두께로 적층한다. 양전극 물질층상에 감광막(도면에 도시하지 않음)을 도포하고, 노광 및 현상하여 줄무늬 형상(stripe type)의 복수의 감광막 패턴(도면에 도시하지 않음)을 형성한다. 복수의 감광막 패턴을 마스크로 이용하여 양전극 물질층을 식각하면, 줄무늬 형상의 제 1 전극(2)이 형성된다. 여기서, 투명기판(1)은 일반적으로 글라스(glass)를 많이 사용한다.
그리고 제 1 전극(2)을 포함하는 투명 기판(1)상에 전기적인 절연물질로 네가티브 타입((negative type)의 유기 감광막(도면에 도시하지 않음)을 적층하고 패터닝을 실시하여 역경사(negative profile)를 가지는 복수의 격벽(3)을 형성한다. 격벽(3)은 제 1 전극(2)과 직교하며 일정 가격을 두고 배열되며, 이후 공정에서 형성되는 제 2 전극(8)이 인접 구성 요소와 단락이 되지 않도록 오버행(overhang)구조를 가진다.
도 1b)와 같이, 새도우 마스크(도면에 도시하지 않음)를 사용하여 복수의 제 1 전극(2)과 복수의 격벽(3)상에 정공 주입층(hole injection layer)(4), 정공 수송층(hole transport layer)(5), 그리고 유기 발광층(organic emitting layer)(6)을 순차적으로 적층한다.
여기서 유기 발광층(6)의 재료로는 Alq3, Anthrancene 등의 단분자 유기 물질과 PPV((p-phenylenevinylene)), PT(polythiophene)등과 그들의 유도체들인 고분자 유기 발광 물질 등을 사용한다.
도 1c)와 같이, 새도우 마스크를 사용하여 유기 발광층(6)상에 전자 수송층(electron trnasport layer)(7)과 제 2 전극(음전극층)(cathode layer)(8)을 순차적으로 적층하고 보호층(도면에 도시하지 않음)을 형성한다.
유기 전계 발광 소자는 복구의 격벽(3)에 의해 제 2 전극(8)사이는 구분된 구조를 가지며, 제 1 전극(2)과 제 2 전극(8)을 통해 선택적으로 인가된 전류의 흐름이 유기 발광층(6)을 발광시키는 원리이다. 이 때 정공주입층(4), 정공 수송층(5), 그리고 전자 수송층(7)은 유기 전계 발광 소자의 효율을 증가시키는 보조적기능을 한다.
제 2 전극(8)을 증착한 후, 제 2 전극(8)을 포함한 투명 기판(1)의 전면에 유기 발광층(6)이 수분과 가스(gas) 등에 취약한 것을 보완하기 위하여 금속 또는 글라스(glass) 등으로 구성되는 봉지판(encapsulation plate)(도면에 도시하지 않음)을 설치하여 외부와 차단시킨다.
이와 같은 종래 기술에 따른 유기 전계 발광 소자의 제조 방법은 다음과 같은 문제가 있다.
유기 발광층을 포함하는 정공주입층, 정공 수송층, 그리고 전자 수송층 등의 유기층은 연속 층착 방법을 사용한다. 연속 증착의 경우, 하부층의 형상 또는 미립자(particle) 등에 의한 박막 내에 보이드(void)가 발생하고 증착 종료까지 유지되어 결국 박막내에 핀홀을 유발한다.
이러한 핀홀은 다크 스팟이나 층간 단락을 유발시키고 전계 구동에 있어서 전계 집중화의 요인이 된다. 따라서 화면의 품위를 저하시키는 것은 물론 제조 수율에도 좋지 않은 영향을 주는 문제가 있다.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 유기 전계 발광 소자 제조 방법의 문제를 해결하기 위한 것으로 유기층을 여러 번에 걸쳐 비연속적인 계면을 가지도록 증착함으로써 박막의 균일성을 확보하여 소자의 전기적 특성을 개선한 유기 전계 발광소자 및 그의 제조 방법에 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 종래 기술의 유기 전계 발광 소자의 제조 방법의 공정 단면도
도 2는 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자의 제조 방법의 공정 단면도
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
21 : 투명 기판 22 : 제 1 전극
23 : 격벽 24-1, 24-2 : 정공 주입층
25-1, 25-2 : 정공 수송층 26-1, 26-2 : 유기 발광층
27-1, 27-2 : 전자 수송층 28 : 제 2 전극
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자는 투명 기판상의 복수의 제 1 전극; 상기 투명 기판과 상기 제 1 전극상에 적층되며 상기 제 1 전극과 직교하는 격벽; 상기 제 1 전극상의 제 1 유기층; 상기 제 1 유기층상에 상기 제 1 유기층과 동일 물질이며 불연속성의 계면을 가지는 제 2 유기층; 상기 제 2 유기층상의 제 2 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자의 제조 방법은 투명 기판상에 복수의 제 1 전극을 형성하는 단계; 상기 투명 기판과 상기 제 1 전극상에 상기 제 1 전극과 직교하는 격벽을 형성하는 단계; 상기 제 1 전극상에 제 1 유기층을 형성하는 단계; 상기 제 1 유기층상에 상기 제 1 유기층과 동일 물질이며 불연속성의 계면을 가지는 제 2 유기층을 형성하는 단계; 상기 제 2 유기층상의 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자의 제조 방법은 상기 제 1 유기층을 형성한 후, 증착 장치 또는 증착원을 180도 회전하여 상기 제 2 유기층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자의 제조 방법은 상기 제 1 유기층을 형성한 후, 피증착원인 상기 투명 기판을 180도 회전하여 제 2 유기층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자 제조 방법의 공정 단면도이다.
도 2a)와 같이, 투명 기판(21)을 준비한다. 본 발명에서 투명 기판(21)으로투명한 석영 글라스 기판을 이용한다. 투명 기판(21)상에 ITO(induim tin oxide) 등으로 구성되는 양전극 물질층(도면에 도시하지 않음)을 1,500 ∼ 2,000 Å 두께로 적층한다. 양전극 물질층의 면저항(sheet resistance)은 10 Ω/□ 이하가 되도록 한다. 양전극 물질층은 세정한 투명 기판(21)상에 스퍼터링(sputtering) 방법을 사용하여 적층하고, 양전극 물질층상에 감광막(도면에 도시하지 않음)을 도포하고, 노광 및 현상하여 줄무늬 형상(stripe type)의 감광막 패턴(도면에 도시하지 않음) 을 형성한다. 감광막 패턴을 마스크로 이용하여 양전극 물질층을 식각하면, 줄무늬 형상의 제 1 전극(22)이 형성된다.
그리고 제 1 전극(22)을 포함하는 투명 기판(21)상에 전기적인 절연물질로 네가티브 타입((negative type)의 유기 감광막(도면에 도시하지 않음)을 적층하고 패터닝을 실시하여 역경사(negative profile)를 가지는 복수의 격벽(23)을 형성한다. 격벽(23)은 제 1 전극(22)과 직교하며 일정 가격을 두고 배열되며, 이후 공정에서 형성되는 제 2 전극(28)이 인접 구성 요소와 단락이 되지 않도록 오버행(overhang)구조를 가진다.
도 2b)와 같이, 새도우 마스크(도면에 도시하지 않음)를 사용하여 복수의 제 1 전극(22)과 복수의 격벽(23)상에 정공 주입층(hole injection layer)(24)을 형성한다. 정공 주입층(24)은 연속 증착으로 인해 발생하는 핀홀 등을 방지하기 위하여 원하는 두께의 1/2 ∼ 1/3 정도로 분할하여 증착 장치 또는 증착원을 180도 회전하여 적층하거나 피증착원(투명 기판(21))을 180도 회전하여 증착할 수 있다. 즉 제 1 전극(22)과 복수의 격벽(23)상에 제 1 정공 주입층(24-1) 및 제 2 정공주입층(24-2)을 형성한다. 물론 제 2 정공 주입층(24-2)상에 그 이상의 정공 주입층을 형성할 수 있다.
새도우 마스크를 사용하여 정공 주입층(24)상에 정공 수송층(hole transport layer)(25)을 형성한다. 정공 수송층(25)은 연속 증착으로 인해 발생하는 핀홀 등을 방지하기 위하여 원하는 두께의 1/2 ∼ 1/3 정도로 분할하여 증착 장치 또는 증착원을 180도 회전하여 적층하거나 피증착원(투명 기판(21))을 180도 회전하여 증착할 수 있다. 즉 제 2 정공 주입층(24-2)상에 제 1 정공 수송층(25-1) 및 제 2 정공 수송층(25-2)을 형성한다. 물론 제 2 정공 수송층(25-2)상에 그 이상의 정공 수송층을 형성할 수 있다.
새도우 마스크를 사용하여 정공 수송층(25)상에 유기 발광층(organic emitting layer)(26)을 형성한다. 유기 발광층(26)은 연속 증착으로 인해 발생하는 핀홀 등을 방지하기 위하여 원하는 두께의 1/2 ∼ 1/3 정도로 분할하여 증착 장치 또는 증착원을 180도 회전하여 적층하거나 피증착원(투명 기판(21))을 180도 회전하여 증착할 수 있다. 즉 제 2 정공 수송층(25-2)상에 제 1 유기 발광층(26-1) 및 제 2 유기 발광층(26-2)을 형성한다. 물론 제 2 유기 발광층(26-2)상에 그 이상의 유기 발광층을 형성할 수 있다.
새도우 마스크를 사용하여 제 2 유기 발광층(26-2)상에 전자 수송층(electron transport layer)(27)을 형성한다. 전자 수송층(27)은 연속 증착으로 인해 발생하는 핀홀 등을 방지하기 위하여 원하는 두께의 1/2 ∼ 1/3 정도로 분할하여 증착 장치 또는 증착원을 180도 회전하여 적층하거나 피증착원(투명기판(21))을 180도 회전하여 증착할 수 있다. 즉 제 2 유기 발광층(26-1)상에 제 1 전자 수송층(27-1) 및 제 2 전자 수송층(27-2)을 형성한다. 물론 제 2 전자 수송층(27-2)상에 그 이상의 전자 수송층을 형성할 수 있다.
도면에는 도시하지 않았지만 새도우 마스크를 사용하여 제 2 전자 수송층(27-2)상에 전자 주입층(electron injection layer)을 형성한다. 전자 주입층도 동일하게 연속 증착으로 인해 발생하는 핀홀 등을 방지하기 위하여 원하는 두께의 1/2 ∼ 1/3 정도로 분할하여 증착 장치 또는 증착원을 180도 회전하여 적층하거나 피증착원(투명 기판(21))을 180도 회전하여 증착할 수 있다. 즉 제 2 전자 수송층(27-2)상에 제 1 전자 주입층 및 제 2 전자 주입층을 형성할 수 있다. 물론 제 2 전자 주입층상에 그 이상의 전자 주입층을 형성할 수 있다.
정공 주입층(24), 정공 수송층(25), 유기 발광층(26), 전자 수송층(27), 그리고 전자 주입층 등의 유기층을 분할하여 증착하는 것은 유기층이 계면에서 상호작용으로 인해 연속성을 잃어 결함이 계속 성장할 확률이 감소되기 때문이다.
여기서 정공 주입층(24), 정공 수송층(25), 유기 발광층(26), 전자 수송층(27), 그리고 전자 주입층 등의 유기층의 재료로는 Alq3, Anthrancene 등의 단분자유기 물질과 PPV((p-phenylenevinylene)), PT(polythiophene)등과 그들의 유도체들인 고분자 유기 발광 물질 등을 사용한다. 저분자계 유기물질은 챔버(chamber)내에 마스크를 설치한 진공증착(evaporation)방법을 이용하여 원하는 곳에 패턴을 형성한다. 고분자계 유기물질은 감광막과 같이 회전도포(spincoating), 전사법, 잉크 젯트(ink jet) 방법을 사용하여 원하는 위치에 패턴을 형성한다.
그리고 정공 주입층은 일함수(work function)가 큰 정공 주입 전극을 이용하는 경우, 다량의 정공이 주입 가능하며 주입된 정공이 층중을 이동할 수 있어야 하고, 전자의 주입은 어렵고 주입이 가능하다 하여도 층중을 이동하기 어려운 성질을 가지는 박막층이다. 또한 전자 수송층은 일함수가 적은 전자 주입 전극을 이용하는 경우에 다량의 전자가 주입 가능하며 주입된 전자가 층중을 이동할 수 있어야 하고, 정공의 주입은 어렵고 주입이 가능하다 하여도 층중을 이동하기 어려운 성질을 가지는 박막층이다.
도 2c)와 같이, 제 2 전자 수송층(27-2)상에 제 2 전극(음전극층)(28)을 형성한다. 제 2 전극(28)은 전기 전도도가 양호한 금속, 예를 들면 Al등을 주로 사용하며 스퍼터링 방법에 의해 적층한다. 그리고 도면에는 도시하지 않았지만 제 2 전극(28)을 포함한 투명 기판(21)상에 보호막(encapsulation layer)(도면에 도시하지 않음)을 형성한다.
이와 같은 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자 및 그의 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
투명 전극상에 유기층을 소망하는 두께의 1/2 ∼ 1/3 두께로 나누어 비연속적으로 증착함으로써 계면의 상호작용에 의해 증착 초기의 성장 특성을 무마할 수 있다. 즉 증착 초기 박막의 표면에서 발생하는 결함이나 박막 자체에서 발생하는핀홀의 형성이 중지되고 새로운 표면 반응에 의해 박막이 성장되어 결함을 방지할수 있다. 따라서 박막의 결함으로 의한 전류 밀도의 차이나 층간 단락 등이 발생하지 않아 제품의 특성을 개선시킬 수 있다.

Claims (9)

  1. 투명 기판상의 복수의 제 1 전극;
    상기 투명 기판과 상기 제 1 전극상에 적층되며 상기 제 1 전극과 직교하는 격벽;
    상기 제 1 전극상의 제 1 유기층;
    상기 제 1 유기층상에 상기 제 1 유기층과 동일 물질이며 불연속성의 계면을 가지는 제 2 유기층;
    상기 제 2 유기층상의 제 2 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 유기층상에 상기 제 2 유기층과 불연속성의 제 3 유기층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 유기층은 정공 주입층, 정공 수송층, 유기 발광층, 전자 수송층, 그리고 전자 주입층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광소자.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 정공 주입층, 상기 정공 수송층, 상기 유기 발광층, 상기 전자 수송층, 그리고 상기 전자 주입층은 각각 동일 물질이며 불연속성의 계면을 가지는 제 1 정공 주입층과 제 2 정공 주입층, 제 1 정공 수송층과 제 2 정공 수송층, 제 1 유기 발광층과 제 2 유기 발광층, 제 1 전자 수송층과 제 2 전자 수송층, 그리고 제 1 전자 주입층과 제 2 전자 주입층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  5. 투명 기판상에 복수의 제 1 전극을 형성하는 단계;
    상기 투명 기판과 상기 제 1 전극상에 상기 제 1 전극과 직교하는 격벽을 형성하는 단계;
    상기 제 1 전극상에 제 1 유기층을 형성하는 단계;
    상기 제 1 유기층상에 상기 제 1 유기층과 동일 물질이며 불연속성의 계면을 가지는 제 2 유기층을 형성하는 단계;
    상기 제 2 유기층상의 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광의 소자 제조 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제 1 유기층을 형성한 후, 증착 장치 또는 증착원을 180도 회전하여 상기 제 2 유기층을 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광소자의 제조 방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 유기층을 형성한 후, 피증착원인 상기 투명 기판을 180도 회전하여 상기 제 2 유기층을 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자의 제조 방법.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 유기층은 정공 주입층, 정공 수송층, 유기 발광층, 전자 수송층, 그리고 전자 주입층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광소자의 제조 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 정공 주입층, 상기 정공 수송층, 상기 유기 발광층, 상기 전자 수송층, 그리고 상기 전자 주입층은 각각 동일 물질이며 불연속성의 계면을 가지는 제 1 정공 주입층과 제 2 정공 주입층, 제 1 정공 수송층과 제 2 정공수송층, 제 1 유기 발광층과 제 2 유기 발광층, 제 1 전자 수송층과 제 2 전자 수송층, 그리고 제 1 전자 주입층과 제 2 전자 주입층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.
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