KR100698033B1 - 유기 전계발광소자 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기 전계발광소자 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것으로서, 상기 유기 전계발광소자는 투명기판 위에 형성된 화소전극과, 금속전극이 중첩하는 영역에 제 1, 제 2, 제 3발광픽셀을 갖는 유기 전계발광소자에 있어서, 상기 제 1발광픽셀 수의 1/L배 만큼의 오픈부를 갖는 쉐도우마스크를 L-1회 이동시켜 상기 제 1발광픽셀에 형성된 제 1발광층과, 상기 제 2발광픽셀 수의 1/M배 만큼의 오픈부를 갖는 쉐도우마스크를 M-1회 이동시켜 상기 제 2발광픽셀에 형성된 제 2발광층과, 상기 제 3발광픽셀 수의 1/N배 만큼의 오픈부를 갖는 쉐도우마스크를 N-1회 이동시켜 상기 제 3발광픽셀에 형성된 제 3발광층을 포함하여 구성되며, 다수 개의 상기 제 1, 제 2, 제 3발광픽셀 당 열방향, 행방향, 대각선방향 중 어느 하나로 배열된 오픈부를 갖는 쉐도우마스크를 이용하여 텐션에 의한 쉐도우마스크의 변형을 줄이고, 고해상도를 가지며 대형화가 가능한 유기 전계발광소자를 제공한다.
유기 전계발광소자
Description
도1을 종래기술에 따른 쉐도우마스크
도2a는 본 발명에 따른 풀-칼라 유기 전계발광소자의 단면도.
도2b 내지 도2d는 상기 풀-칼라 유기 전계발광소자의 발광층 공정을 위한 쉐도우마스크.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 투명기판 2 : 화소전극
3 : EL층 4 : 금속전극
5 : 보호막 6 : 씨일제
7 : 씨일커버 플레이트(seal cover plate)
8 : 흡습제 9 : 지지막
10 : 쉐도우 마스크
본 발명은 평판 디스플레이 패널 제조방법에 관한 것으로, 특히 대면적, 고 해상도, 풀 칼라가 가능한 마스크 구조를 이용한 유기 전계발광소자 제조방법에 관한 것이다.
최근들어, 평판 디스플레이 대한 연구가 활발한데 그 중에서 각광받고 있는 것으로 LCD(Liquid Crystal Displays), FED(Field Emission Displays), ELD(Electroluminescence Device), PDP(Plasma Display Panels) 등이 있다.
특히 상기 ELD(이하, 전계발광소자라 한다)는 기본적으로 정공수송층, 발광층, 전자수송층으로 이루어진 EL층의 양면에 전극을 붙인 형태의 것으로서, 넓은 시야각, 고개구율, 고색도 등의 특징 때문에 차세대 평판표시소자로서 주목받고 있다.
이러한 전계발광소자는 사용하는 재료에 따라 크게 무기 전계발광소자와 유기 전계발광소자로 나뉘어진다.
이 중 상기 유기 전계발광소자는 정공 주입 전극과 전자 주입 전극 사이에 형성된 유기발광층에 전하를 주입하면 전자와 정공이 쌍을 이룬 후 소멸하면서 빛을 내기 때문에 상기 무기 전계발광소자에 비해 낮은 전압으로 구동가능하다는 장점이 있다.
또한, 유기 전계발광소자는 플라스틱 같이 휠 수 있는(flexible) 투명기판 위에도 소자를 형성할 수 있을 뿐 아니라, 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel : PDP)이나 무기 전계발광소자에 비해 10V 이하의 낮은 전압에서 구동이 가능하고, 또한 전력 소모가 비교적 적으며, 색감이 뛰어나다.
상기와 같은 전계발광소자는 구동방식에 따라 수동 전계발광소자(passive ELD)와 능동 전계발광소자(Active Matrix ELD)로 나뉘어진다.
종래 기술의 전계발광소자를 설명하면 다음과 같다.
일반적으로, 전계발광소자는 투명기판 상에 형성된 투명전극과, 상기 투명전극 상부에 형성된 EL층과, 상기 EL층 상에 형성된 금속전극과, 상기 금속전극 상부에서 상기 투명기판에 대향되도록 합착된 씨일커버 플레이트로 구성된다.
먼저, 수동 전계발광소자는 투명기판에 띠 형태로 일렬로 배열된 투명전극과, 상기 보호막 상에 정공 수송층, 발광층 및 전자 수송층이 적층되어 형성된 EL층과, 상기 EL층 상에서 상기 투명전극과 교차하고 띠 모양으로 형성된 캐소드 전극과, 흡습제를 담아 반투과성막으로 형성된 지지막을 부착하여 형성된 씨일커버 플레이트(packaging plate)와, 상기 투명기판과 상기 씨일커버 플레이트를 대향 합착시키는데 사용되는 씨일제로 구성된다.
그리고 능동 전계발광소자는 투명기판 상에 매트릭스 형태로 배열되도록 형성되어 화소영역을 정의하는 스캔라인 및 데이터라인과, 상기 스캔라인 및 데이터라인과 전기적으로 연결되어 유기 전계 발광소자를 구동시키기 위한 스위칭 소자와, 상기 스위칭 소자와 전기적으로 연결되어 화소영역에 형성된 투명전극과, 상기 보호막 상에 정공 수송층(hole transport layer), 도1에 도시된 바와 같은 쉐도우마스크를 이용하여 형성된 발광층(emitting layer) 및 전자 수송층(electron transport layer)이 적층되어 형성된 EL층과, 상기 EL층 상에 형성된 금속전극과, 흡습제를 담아 반투과성막으로 형성된 지지막을 부착하여 형성된 씨일커버 플레이트(seal cover plate)와, 상기 투명기판과 상기 씨일커버 플레이트를 대향 합착시키는데 사용되는 씨일제로 구성된다. 상기 스위칭 소자는 박막트랜지스터로 구성된다
그러나 종래기술에 따른 유기 전계발광소자의 제조에 사용되는 쉐도우마스크(10)는 레이저방식과 습식식각 방식으로 제작될 수 있으나, 직사각형을 포함한 다각형 형태를 갖는 쉐도우마스크를 제작하기 어렵다.
또한 전기주조(electroforming) 방식으로 제작될 수 있으나, 전기주조방식은 가공시 이물들에 의한 쉐도우마스크의 오픈부 형성영역이 블로킹되어 오픈부가 제대로 형성되지 않을 위험이 커 생산성저하는 물론 대면적용으로 적합하지 않다.
또한 유기 전계발광소자용으로 제작되는 쉐도우마스크는 50마이크로 이하의 얇은 금속판으로 되어 있어 휘어짐 현상이 발생하기 쉬워 텐션(tension)법과 같은 방식으로 쉐도우마스크를 고정시키는데, 이때 텐션력에 의해 쉐도우마스크의 변형이 발생하여 유기 전계발광소자의 화소형성영역이 달라지는 문제점이 발생하게 된다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 유기 전계발광용 발광층의 성막시에 사용되는 쉐도우마스크의 오픈부의 수를 절반 이하로 감소시켜 텐션에 의한 쉐도우마스크의 변형을 줄이고, 고해상도를 가지며 대형화가 가능한 유기 전계발광소자 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 다른 목적은 유기 전계발광용 발광층의 성막시에 사용되는 쉐도우 마스크의 오픈부의 수를 절반 이하로 감소시켜 한 색상을 나타내는 발광층 성막시 쉐도우마스크를 1회이상 이동하는 스캐닝 방식을 이용하여 발광층을 형성하여 쉐도우마스크의 제조를 용이하게 하고, 공정상의 수율이 향상된 유기 전계발광소자 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기 전계발광소자의 특징은 투명기판 위에 형성된 화소전극과, 금속전극이 중첩하는 영역에 제 1, 제 2, 제 3발광픽셀을 갖는 유기 전계발광소자에 있어서, 상기 제 1발광픽셀 수의 1/L배 만큼의 오픈부를 갖는 쉐도우마스크를 L-1회 이동시켜 상기 제 1발광픽셀에 형성된 제 1발광층과, 상기 제 2발광픽셀 수의 1/M배 만큼의 오픈부를 갖는 쉐도우마스크를 M-1회 이동시켜 상기 제 2발광픽셀에 형성된 제 2발광층과, 상기 제 3발광픽셀 수의 1/N배 만큼의 오픈부를 갖는 쉐도우마스크를 N-1회 이동시켜 상기 제 3발광픽셀에 형성된 제 3발광층을 포함하여 구성되는데 있다.
상기 쉐도우마스크는 다수 개의 상기 제 1, 제 2, 제 3발광픽셀 당 열방향, 행방향, 대각선방향 중 어느 하나로 배열된 오픈부를 가지며, L, M, N은 2 이상의 자연수이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기 전계발광소자 제조방법의 특징은 화소전극과 금속전극이 중첩하는 영역에 제 1, 제 2, 제 3발광픽셀을 갖는 유기 전계발광소자에 있어서, 투명기판 위에 화소전극을 형성하는 단계; 상기 제 1발광픽셀 수의 1/L배 만큼 제 1발광층을 형성하고, 이를 L-1회 반복하여 제 1발광층을 형성하는 단계와, 상기 제 2발광픽셀 수의 1/M배 만큼 제 2발광층을 형성하고, 이를 M-1회 반복하여 제 2발광층을 형성하는 단계와, 상기 제 3발광픽셀 수의 1/N배 만큼 제 3발광층을 형성하고, 이를 N-1회 반복하여 제 3발광층을 형성하는 단계 및 상기 제 1, 제 2, 제 3발광층을 포함한 전면, 또는 상기 화소전극과 중첩하는 영역 중 어느 하나에 금속전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는데 있다.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 유기 전계발광소자의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도2a는 본 발명에 따른 풀-칼라 유기 전계발광소자의 단면도이고, 도2b 내지 도2d는 상기 풀-칼라 유기 전계발광소자의 발광층 공정을 위한 쉐도우마스크를 나타낸다.
유기 전계발광소자를 만드는데 있어서, 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 발광픽셀(pixel)들을 형성하기 위한 방법 중에 가장 발광 효율이 좋은 것은 도2b 내지 도2d에 도시된 바와 같이 쉐도우마스크(10)를 이용하는 것이다.
상기 도2b의 쉐도우마스크(10)는 각 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 발광픽셀(화소전극과 금속전극이 교차하는 부위로, 상기 화소전극과 금속전극사이에 유기발광층이 형성되어 하나의 화소가 되는 영역) 당 하나의 오픈부가 형성되어 있는 것이 아니라, 2 개의 단위발광픽셀 당 하나의 오픈부가 형성되어 있으며, 열방향으로 얼라인된 오픈부를 모두 줄이거나, 행방향으로 얼라인된 오픈부를 줄이는 방식을 이용하였다.
즉, 적색 발광픽셀 당 하나의 오픈부가 형성되어 있는 것이 아니라, 2 개의 적색 발광픽셀 당 하나의 오픈부가 형성되어 있으며, 이는 녹색(G) 및 청색(B) 발광픽셀에도 해당된다.
상기 도2c의 쉐도우마스크(10)는 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 발광픽셀 당 하나의 오픈부가 형성되어 있는 것이 아니라, 4 개의 발광픽셀 당 하나의 오픈부가 형성되어 있다.
즉, 적색 발광픽셀 당 하나의 오픈부가 형성되어 있는 것이 아니라, 4 개의 적색 발광픽셀 당 하나의 오픈부가 형성되어 있으며, 이는 녹색(G) 및 청색(B) 발광픽셀에도 해당된다.
상기 도2d의 쉐도우마스크(10)는 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 발광픽셀(화소전극과 금속전극이 교차하는 부위로, 상기 화소전극과 금속전극사이에 유기발광층이 형성되어 하나의 화소가 되는 영역) 당 하나의 오픈부가 형성되어 있는 것이 아니라, 2 개의 발광픽셀 당 하나의 오픈부가 형성되어 있으며, 대각선 방향으로 얼라인된 오픈부를 줄이는 방식을 이용하였다.
즉, 적색 발광픽셀 당 하나의 오픈부가 형성되어 있는 것이 아니라, 2 개의 적색 발광픽셀 당 하나의 오픈부가 형성되어 있으며, 이는 녹색(G) 및 청색(B) 발광픽셀에도 해당된다.
상기 쉐도우마스크(10)를 이용한 도2a의 풀-칼라 유기 전계발광소자의 형성공정은 다음과 같다.
투명기판(1) 상에 매트릭스 형태로 배열되도록 형성되어 화소영역을 정의하는 스캔라인 및 데이터라인(도시하지 않음)과, 상기 스캔라인 및 데이터라인의 교차부와 전기적으로 연결되어 유기 전계 발광소자를 구동시키기 위한 스위칭 소자(100)와, 상기 스위칭 소자(100)와 전기적으로 연결되어 화소영역에 형성된 투명전극(2)과, 상기 투명전극(2)을 포함한 전면에 형성된 보호막(101)과, 상기 보호막(101) 상에 정공 수송층(3a : hole transport layer), 발광층(3b : emitting layer) 및 전자 수송층(3c : electron transport layer)이 적층되어 형성된 EL층(3)과, 상기 EL층(3) 상에 형성된 금속전극(4)과, 흡습제(8)를 담아 반투과성막으로 형성된 지지막(9)을 부착하여 형성된 씨일커버 플레이트(7)(seal cover plate)와, 상기 투명기판(1)과 상기 씨일커버 플레이트(7)를 대향 합착시키는데 사용되는 씨일제(6)로 구성된다. 상기 스위칭 소자(100)는 박막트랜지스터로 구성된다.
상기 쉐도우마스크(10)를 이용한 도2a의 풀-칼라 유기 전계발광소자의 형성공정은 다음과 같다.
투명기판(1) 위에 TFT등의 스위칭 소자(100)를 형성하고, 상기 스위칭 소자(100)와 연결되도록 ITO 투명 전극으로 화소전극(2)을 형성한 후, 정공 수송층(3a)(hole transport layer), 발광층(3b)(emitting layer) 및 전자 수송층(3c)(electron transport layer)을 차례로 적층하여 EL층(3)을 형성한다.
이때, 도2b에 도시한 바와 같은 쉐도우마스크(10)를 이용할 경우, 쉐도우마스크(10)의 오픈부가 두 개의 상기 발광픽셀당 하나가 형성되어 있으므로, 하나의 발광픽셀에 적색 유기발광층(3b-1)을 형성하고, 상기 쉐도우마스크(10)를 y축으로 1회 이동하여 다음 발광픽셀에 오픈부가 잘 얼라인(align)되도록 정렬하여 적색 유기발광층(3b-1)을 형성한다. 녹색 및 청색 유기발광층(3b-2, 3b-3)도 각각 상기와 같이 형성하고, 이때 이용되는 쉐도우마스크 역시 적색, 녹색, 청색 발광픽셀의 모양에 따라 동일한 쉐도우마스크를 이용할 수 있다.
즉, 쉐도우마스크(10)의 오픈부의 수를 기존의 수에 대비하여 반으로 줄여 해당하는 색을 내는 적색, 녹색, 청색 유기발광층(3b-1, 3b-2, 3b-3) 중 어느 한층을 성막한 후 하나의 발광픽셀만큼 이동하여 얼라인시켜 1회 추가로 적색, 녹색, 청색 유기발광층(3b-1, 3b-2, 3b-3) 중 어느 한층을 성막하는 2 스캔 방식을 이용한 것이다. 예를 들어 VGA급용의 경우, 307,200에서 153,600의 오픈부만 제작함으로써 생산성이 향상되고, 데이터 라인방향의 오픈부 수가 절반으로 줄어듦에 따라 텐션(tension)의 영향도 적게 받는다.
또한 도2c에 도시한 바와 같은 쉐도우마스크(10)를 이용할 경우, 쉐도우마스크(10)의 오픈부의 수를 4분의 1로 줄였으므로 3회에 걸쳐 쉐도우마스크(10)를 이동시켜 적색, 녹색, 청색 유기발광층(3b-1, 3b-2, 3b-3)을 성막하는 4 스캔 방식을 이용한다.
또한 도2d에 도시한 바와 같은 쉐도우마스크(10)를 이용할 경우, 쉐도우마스크(10)의 오픈부의 수를 2분의 1로 줄였으므로 1회에 걸쳐 쉐도우마스크(10)를 이동시켜 적색, 녹색, 청색 유기발광층(3b-1, 3b-2, 3b-3)을 성막하는 2 스캔 방식을 이용하고, 한 열 및 행의 단위발광픽셀이 가공할 수 있을 정도로 약간 더 큰 쉐도우마스크를 모자이크 형상으로 배치하여 형성함으로써 마스크 홀딩시 x축 y축 모두에 대해 텐션의 영향을 줄일 수 있다. 점선은 원하는 부위의 액티브 사이즈 크기를 가리킨다.
이어, 상기 적색, 녹색, 청색 유기발광층(3b-1, 3b-2, 3b-3)으로 구성된 발광층(3b)을 포함한 전면에 금속전극(4)을 형성한 후, 흡습제(8)가 지지막(9)에 의해 지지되어 있는 씨일커버 플레이트(7)를 에폭시 수지등의 씨일제(6)를 이용하여 투명기판(1)에 부착한다.
상기 실시예는 직사각형 형태의 발광픽셀을 도시하였지만 직사각형 형태에 한정되지 않는다. 그리고, 쉐도우마스크의 오픈수에 따라 2회 이상의 스캔 방식이 적용가능하다. 또한 각 화소전극 당 스위칭 소자가 형성되어 구동되는 액티브 매트릭스 방식 유기 전계발광소자에 한정하지 않으며, 또한, 풀칼라 유기 전계발광소자에 한정되지 않는다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 유기 전계발광소자 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 쉐도우마스크의 오픈부의 수룰 줄여 이동하는 방식으로 발광층을 형성하기 때문에 쉐도우마스크의 제조가 용이하고 복잡하지 않아 공정상의 수율이 향상되며, 낮은 가격으로 쉐도우마스크를 제조가능하다.
둘째, 오픈부의 수를 줄인 구조의 쉐도우마스크를 이용함으로써 텐션방식 등에 의해 쉐도우마스크를 고정하여 발광층을 형성시에 쉐도우마스크의 처짐 및 휨현 성에 의한 소자의 불량을 줄여주고, 따라서 대면적용 유기 전계발광소자 적합하다.
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 (4)
- 투명기판 위에 형성된 화소전극과, 금속전극이 중첩하는 영역에 제 1, 제 2, 제 3발광픽셀을 갖는 유기 전계발광소자에 있어서,상기 제 1발광픽셀 수의 1/L배 만큼의 오픈부를 갖는 쉐도우마스크를 L-1회 이동시켜 상기 제 1발광픽셀에 형성된 제 1발광층;상기 제 2발광픽셀 수의 1/M배 만큼의 오픈부를 갖는 쉐도우마스크를 M-1회 이동시켜 상기 제 2발광픽셀에 형성된 제 2발광층;상기 제 3발광픽셀 수의 1/N배 만큼의 오픈부를 갖는 쉐도우마스크를 N-1회 이동시켜 상기 제 3발광픽셀에 형성된 제 3발광층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광소자.
- 제 1항에 있어서, 상기 쉐도우마스크는 다수 개의 상기 제 1, 제 2, 제 3발광픽셀 당 열방향, 행방향, 대각선방향 중 어느 하나로 배열된 오픈부를 가지는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광소자.
- 제 1항에 있어서, 상기 L, M, N은 2 이상의 자연수인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광소자.
- 화소전극과 금속전극이 중첩하는 영역에 제 1, 제 2, 제 3발광픽셀을 갖는 유기 전계발광소자의 제조 방법에 있어서,투명기판 위에 화소전극을 형성하는 단계;상기 제 1발광픽셀 수의 1/L(L은 2이상의 자연수)배 만큼 제 1발광층을 형성하고, 이를 L-1회 반복하여 제 1발광층을 형성하는 단계;상기 제 2발광픽셀 수의 1/M(M은 2이상의 자연수)배 만큼 제 2발광층을 형성하고, 이를 M-1회 반복하여 제 2발광층을 형성하는 단계;상기 제 3발광픽셀 수의 1/N(N은 2이상의 자연수)배 만큼 제 3발광층을 형성하고, 이를 N-1회 반복하여 제 3발광층을 형성하는 단계;상기 제 1, 제 2, 제 3발광층을 포함한 전면, 또는 상기 화소전극과 중첩하는 영역 중 어느 하나에 금속전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광소자 제조방법.
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