KR100467553B1 - 고분자 유기전기발광 디스플레이 소자와 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고분자 유기전기 발광디스플레이에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 개선된 구조의 고분자 유기전기 발광디스플레이 소자에 관한 것이다.

고분자 유기전기 발광소자는 다수개의 화소영역에 위치한 투명전극의 상부에 정공주입/수송층과 발광층을 적층하고 다음으로 음극을 형성하는데, 본 발명에서는 화소영역을 구분하는 라인타입의 격벽과 정공주입/수송층과 음극이 모든 화소영역에서 연결되어 있다.

그러므로, 본 발명은 공정을 단순화하고 공정 시간을 줄여 공정의 수율을 높일 수 있는 장점이 있다.

Description

고분자 유기전기발광 디스플레이 소자와 그 제조방법 {electroluminescent display device and fabrication method of the same}

본 발명은 고분자 유기전기발광 디스플레이 소자에 관한 것으로, 특히 라인 타입의 격벽을 설치하여 형성한 고분자 유기전기발광 디스플레이소자에 관한 것이다.

유기전기 발광은 양극(陽極) 사이에 유기 전계 발광층을 형성하고, 양극에 전하를 주입하면 전자(electron)와 정공(hole)이 결합하여 여기자(exciton)를 형성하고 형성된 여기자로부터 특정한 파장의 빛이 발생되는 것으로, 더욱 상세히 설명하면, 도 1에 도시한 바와 같이, 먼저 유리기판(12)상에 투명 전극층인 양극(50)이 증착되어 있으며, 그 위에 정공주입층(52), 발광층(54), 전자주입층(56)이 차례로 적층되어 있다. 전자주입층(56)의 상부에는 음극(58)이 사용되는데, 투명전극층인 양극(50)과 음극(58)에 구동전압이 인가되면 정공주입층(52)내의 정공과 전자주입층(56)내의 전자는 각각 발광층(54) 쪽으로 이동하여 발광층 내의 형광물질을 여기시키게 된다.

이러한 유기전기 발광 소자는 저전압구동, 높은 발광 효율, 넓은 시야각, 그리고 빠른 응답속도 등의 장점을 가지고 있다.

유기전기 발광 소자로 사용되는 유기 재료는 종류에 따라 유기 단분자와 고분자로 나눌 수 있으며, 사용되는 유기재료에 따라 유기 단분자를 사용하는 단분자 유기전기 발광소자와 고분자를 사용하는 고분자전기 발광소자, 그리고 고분자/단분자를 동시에 사용하는 혼성 유기전기 발광소자로 구분할 수 있다.

단분자 유기전기 발광소자를 제작하는 방법으로는 일반적으로 저분자물질을 증착하기 위하여, 저항 가열식 열증착(thermal evaporation)방법을 이용한다. 이 방법은 새도우 마스크(shadow mask)를 이용하여 단위화소를 패턴하는 것으로 기판상에 화소모양으로 패턴된 새도우 마스크의 구멍을 통하여 기판에 저분자 유기물질을 열증착 한다.

그런데, RGB 각 화소별로 새도우 마스크를 이용하여 증착을 반복해야 하기 때문에 화소의 크기가 작아진다. 또한, 디스플레이의 전체 면적이 넓어지게 되면 새도우 마스크가 쳐지는 현상 때문에 대면적에 적용하기가 어렵다는 문제점을 가지고 있다.

한편, 고분자 물질은 스핀 코팅 방법으로 기판상에 박막을 형성하는데, 저분자물질에 비하여 박막 형성이 용이하며 내충격성이 큰 장점이 있기 때문에 유기전기발광소자와 같이 초박막을 이용하는 전자 및 광학 소자에 가장 적합한 재료로 알려져 있다.

그런데, 고분자 물질을 이용하여 풀칼라 유기 전기 발광디스플레이를 제조할 때, 스핀코팅 방법은 재료비가 많이 들고 대면적으로 갈수록 스핀코팅의 공정상의 한계로 중간부와 사각의 끝단의 두께 차가 생겨 균일도를 떨어뜨리게 된다.

이러한 이유로 대두된 새로운 방식이 도 2에 도시한 잉크젯 방식인데, 잉크젯 방식을 사용할 경우에는 고분자 물질의 도포와 패터닝을 동시에 할 수 있기 때문에 단시간 내에 정밀도 높은 패터닝을 할 수 있다.

도시한 바와 같이 잉크젯 방법에서는, 투명전극층(50)과 격벽(60)을 형성한 기판(12)상에 잉크 조성물을 잉크젯 토너로부터 토출시켜 고분자 유기물층인 정공주입/수송층(52)+발광층(54)을 형성하고 상부에 음극(58)을 적층하여 유기전기 발광소자를 형성한다.

그런데 이러한 방법은, 각 화소별로 각각 고분자 물질을 적층하기 때문에 공정이 복잡하고 공정시간이 길어진다.

또한 도 3에 도시한 바와 같이, 정확한 화소(R, G, B)패턴을 하기 위해 화소의 사방에 설치한 격벽(60)은 고분자 물질의 상부에 음극을 형성할 때, 전극이 끊어지는 현상을 초래하게 된다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 고분자 유기물질을 이용한 유기전기발광소자를 제작하는데 있어서, 화소의 정확한 패턴과 공정의 단순화 및 수율을 증대시키는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 고분자 유기전기 발광디스플레이 소자의 단면도.

도 2는 종래의 잉크젯 방식을 이용하여 형성한 고분자 유기전기 발광 디스플레이 소자의 단면도.

도 3은 종래의 잉크젯 방식을 이용하여 고분자 유기물질을 도포한 격벽이 설치된 고분자 유기전기 발광 디스플레이 소자의 평면도.

도 4는 본 발명에 따라 라인 타입의 격벽을 형성한 고분자 유기전기 발광 디스플레이 소자의 평면도.

도 5는 본 발명의 한 실시예에 따라서 롤 코팅 방법을 이용하여 고분자 유기물질을 도포하는 공정을 도시한 도면.

도 6은 본 발명에 따라 라인 타입의 격벽이 설치된 상부에 정공주입/수송층+발광층과 음극을 형성한 고분자 유기 전기 발광 디스플레이 소자의 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>

150 : 투명전극층 156 : 버퍼층

160 : 격벽 152 : 정공주입/수송층

154 : 발광층 158 : 음극

본 발명의 제 1 특징으로 유기전기발광 디스플레이 소자는, 기판과; 상기 기판상에 다수의 화소영역에 위치한 투명전극층과; 상기 각 투명전극의 일부와 오버랩되고 상기 각 화소영역의 사이에 위치하는 버퍼층과; 상기 버퍼층의 상부에 일방향으로 서로 일정한 간격으로 이격된 다수의 격벽과; 상기 형성한 격벽의 상부에 모든 화소영역에서 연결되도록 적층한 정공주입/수송층과; 상기 버퍼층 사이와 상기 정공주입/수송층의 상부에 화소영역별로 패턴된 발광층과; 상기 발광층의 상부에 모든 화소영역에서 연결된 음극을 포함하며, 상기 격벽은 재질이 액체상의 고분자 유기물질이다.

또한, 상기 격벽은 라인 타입이고, 높이는 5~15μm이다.

상기 버퍼층은 재질이 절연물질이고, 절연물질로는 실리콘 산화막(SiO₂)또는 실리콘 질화막(SiNx) 또는 유기절연막이 있다. 또한, 상기 투명전극의 일부와 버퍼층이 오버랩되는 길이는 3~10μm이며, 상기 정공주입/수송층과 상기 발광층은 고분자 유기물질로 이루어져 있다.

본 발명의 제 2 특징으로 유기전기발광 디스플레이 소자를 제조하는 방법은, 기판상에 다수의 화소영역을 구성하는 투명전극층을 형성하는 단계와; 상기 각 투명전극의 일부와 오버랩되고 상기 각 화소영역의 사이에 위치하는 버퍼층을 형성하는 단계와; 상기 버퍼층의 상부에 일방향으로 서로 일정한 간격으로 이격된 다수의 격벽을 형성하는 단계와; 상기 격벽의 상부에 모든 화소영역에 연결되도록 정공주입/수송층을 형성하는 단계와; 상기 버퍼층 사이와 상기 정공주입/수송층의 상부에 화소별로 패턴하여 발광층을 형성하는 단계와; 상기 발광층의 상부에 모든 화소영역에서 연결되도록 음극을 형성하는 단계와; 상기 음극의 상부에 절연막을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 정공주입/수송층과 발광층은 롤코팅 또는 스핀코팅을 통하여 형성한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 실시예에서는 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 정확한 화소패턴을 위하여 설치하는 격벽의 구조를 라인 타입(line type)으로 개선하고, 고분자 물질로 이루어진 정공주입/수송층과 음극이 화소별로 연결되어 있다.

여기서 정확한 화소(R, G, B)패턴을 하기 위해 격벽(160)을 라인 타입(line type)으로 변경하면 y축 방향으로 고분자 물질의 상부에 음극을 형성할 때, 전극이 끊어지는 현상을 막을 수 있다.

또한, 전술한 바와 같은 방법에 의하여 격벽이 형성된 기판상에 x축 방향으로 고분자 유기물질을 롤 코팅등을 통하여 스캔하며 도포하게 되면 고분자 물질을 도포하는 시간도 절약할 수 있다.

고분자 유기물질을 도포하는 한 예인 롤 코팅방법에 대하여 더욱 상세히 설명하면, 도 5에 도시한 바와 같이, 이동이 가능한 인쇄 테이블(110)상에 유리기판(112)을 고정시키고, RGB 화소의 형태로 패턴되여 요철형상을 가지는 APR 수지판(116)이 부착된 인쇄롤(114)을 회전시킨다.

패턴된 APR 수지판(116)에 고분자 유기물질을 도포하기 위하여 디스펜서(dispenser)(122)를 통하여 고분자 유기물질을 분사하고, 도시한 바와 같은 방향으로 애니록스롤(118)(anilox roll)을 회전하면 분사된 고분자 유기물질은 APR 수지판(116)에 도포 되게 된다.

한편, 참조부호 120은 닥터롤로서, 디스펜서(122)를 통하여 분사된 고분자 유기물질을 도포하는데 있어서, 균일한 두께로 형성시키기 위한 요소이다.

전술한 바와 같이, 고분자 유기물질이 도포된 APR 수지(116)는 인쇄롤(114)이 회전함에 따라 요철의 튀어나온 영역을 유리기판(112)에 접촉시켜 유리기판(112)상에 화소영역을 패턴한다.

전술한 바와 같은 방법에 의한 격벽이 형성된 기판에, 고분자 유기물질을 도포하여 유기전기발광 디스플레이 소자를 형성한 단면도를 도 6에 도시하였다.

먼저 기판(112)상에 양극인 투명전극층(150)을 형성하고, 다음으로 버퍼층(156)을 형성하여 각 화소영역을 구별하여 주는데, 이러한 버퍼층(156)은 누설전류를 방지하는 역할을 하게 된다.

누설전류에 대하여 더욱 상세히 설명하면, 도전물질인 정공주입/수송층(152)이 발광층(154)에 비해 넓어지게 되면, 정공주입/수송층(152)을 통하여 투명전극층(150)에서 음극(158)으로 흐르는 누설전류가 생성이 된다.

그런데, 정공주입/수송층(152)의 전도성을 고려하여 시뮬레이션(simulation) 해 본 결과, 버퍼층(156)을 이용하여 투명전극층(150)의 일정부분을 덮게 되면 전술한 바와같은 누설전류를 방지할 수 있다.

이러한 투명전극층(150)을 버퍼층(156)으로 덮는 길이는 3~10μm 정도로 할 때 투명전극층(150)에서 음극(158)으로 누설전류가 흐르는 것을 방지할 수 있으며, 재질은 실리콘 산화막(SiO₂) 또는 실리콘 질화막(SiNx) 또는 유기절연막을 주로 사용하는데, 고분자 유기물질간의 표면장력을 고려하여 사각형의 모서리부는 굴곡을 주는 것이 더욱 바람직하다.

다음으로 격벽(160)을 설치하는데, 격벽(160)은 액체상태의 고분자 유기물질로 이루어져 있으며 격벽의 형태는 라인 타입(line type)이다.

격벽(160)의 높이는 전체 투명전극층부터 음극까지의 높이를 1000Å로 했을 때, 휘발성인 고분자용액의 솔리드 조성비율(solid content)이 1w/v% 일 때는 약 10μm이고, 3w/v% 일 때는 약 3μm 정도로, 범위는 5~15μm 정도이다.

다음으로 투명전극(150)과 버퍼층(156), 그리고 격벽(160)이 형성된 기판(112)의 전면에 고분자 물질을 적층하여 정공주입/수송층(152)을 형성하는데, 본 실시예에 따른 정공주입/수송층(152)은 도시한 바와 같이, 화소별로 연결되어 있다.

상기 고분자 물질은 스핀 코팅 또는 전술한 바와 같은 롤코팅 방법등을 이용하여 적층할 수 있으며, 화소별로 패턴하지 않기 때문에 공정시간을 효과적으로 줄일 수 있으며, 공정을 간단히 할 수 있다.

다음으로 정공주입/수송층(152)의 상부에 각 화소별로 발광층(154)을 형성하고 상부에 음극(158)을 상기 정공주입/수송층(152)과 같이 화소별로 연결되도록 적층하고 상기 화소별로 연결되도록 형성된 음극(158) 위로 보호층(162)을 형성하게 되면, 본 실시예에 따른 고분자 유기전기발광 디스플레이 소자를 제작할 수 있다.

본 발명은 고분자유기물질을 라인타입의 격벽을 이용하여 음극 형성시 음극이 단절되는 것을 줄일 수 있고, 정공주입/수송층과 음극을 기판 전 영역에서 연결되도록 함으로써 공정을 단순화하고 공정시간을 단축하여 수율을 높일 수 있다.

Claims (10)

1. 기판과;

   상기 기판상에 다수의 화소영역에 위치한 각 투명전극층과;

   상기 각 투명전극의 일부와 오버랩되고 상기 각 화소영역의 사이에 위치하는 버퍼층과;

   상기 버퍼층의 상부에 일방향으로 서로 일정한 간격으로 이격된 다수의 격벽과;

   상기 다수의 격벽의 상부에 모든 화소영역에서 연결되도록 적층한 정공주입/수송층과;

   상기 버퍼층 사이와 상기 정공주입/수송층의 상부에 화소영역별로 패턴된 발광층과;

   상기 발광층의 상부에 모든 화소영역에서 연결된 음극

   을 포함하는 고분자 유기전기발광 디스플레이 소자.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 격벽은 재질이 액체상의 고분자 유기물질인 고분자 유기전기발광 디스플레이 소자.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 격벽은 화소 별 패턴에 따라 라인타입으로 형성된 고분자 유기전기발광 디스플레이 소자.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 격벽의 높이는 5~15μm인 고분자 유기전기발광 디스플레이 소자.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 버퍼층은 재질이 절연물질인 고분자 유기전기발광 디스플레이 소자.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 절연물질은 실리콘 산화막(SiO₂),또는실리콘 질화막(SiNx), 또는 유기절연막인 고분자 유기전기발광 디스플레이 소자.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 투명전극의 일부와 버퍼층이 오버랩되는 길이는 3~10μm인 고분자 유기전기발광 디스플레이 소자.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 정공주입/수송층과 상기 발광층은 고분자 유기물질로 이루어진 고분자 유기전기발광 디스플레이 소자.
9. 기판상에 다수의 화소영역을 구성하는 투명전극층을 형성하는 단계와;

   상기 각 투명전극의 일부와 오버랩되고 상기 각 화소영역의 사이에 위치하는 버퍼층을 형성하는 단계와;

   상기 버퍼층의 상부에 일방향으로 서로 일정한 간격으로 이격된 다수의 격벽을 형성하는 단계와;

   상기 격벽의 상부에 모든 화소영역에 연결되도록 정공주입/수송층을 형성하는 단계와;

   상기 버퍼층 사이와 상기 정공주입/수송층의 상부에 화소별로 패턴하여 발광층을 형성하는 단계와;

   상기 발광층의 상부에 모든 화소영역에서 연결되도록 음극을 형성하는 단계

   를 포함하는 고분자 유기전기발광 디스플레이 소자의 제조방법.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 정공주입/수송층과 발광층은 롤코팅 또는 스핀코팅을 통하여 형성하는 고분자 유기전기발광 디스플레이 소자의 제조방법.