KR100695271B1 - 대면적 ｏｌｅｄ기판의 패턴형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 대면적 OLED기판의 패턴형성방법에 관한 것으로, 본 발명에 의한 대면적 OLED기판의 패턴형성방법은 상기 대면적 기판을 적어도 2 이상의 구역으로 구분하여 각 구역에 순차적으로 상기 패턴을 형성함으로써, 결과적으로 상기 대면적 기판 전체에 상기 패턴을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 대면적 기판에 R, G, B 패턴을 동시에 형성하지 아니하고, 다수개의 구역으로 구분하여 패턴형성을 할 수 있기 때문에, 대면적용 마스크를 제작해야 하는 기술적, 경제적 난제를 회피할 수 있는 효과가 있다.
OLED. 대면적 기판. RGB 패턴.
Description
도 1은 종래의 소면적 OLED기판의 패턴형성방법을 공정순서에 따라 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 대면적 OLED기판의 패턴형성방법을 공정순서에 따라 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 제 2 실시예에 따른 대면적 OLED기판의 패턴형성방법을 공정순서에 따라 도시한 것이다.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
110 : 기판 121: R패턴
122: G패턴 123: B패턴
본 발명은 대면적 OLED기판의 패턴형성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대면적 기판을 다수개의 구역으로 구분하여 패터닝할 수 있는 대면적 OLED기판의 패턴형성방법에 관한 것이다.
최근 정보 통신 기술의 비약적인 발전과 시장의 팽창에 따라 디스플레이 소자로 평판표시소자(Flat Panel Display)가 각광받고 있다. 이러한 평판표시소자로는 액정 표시소자(Liquid Crystal Display), 플라즈마 디스플레이 소자(Plasma Display Panel), 유기 발광 소자(Organic Light Emitting Diodes) 등이 대표적이다.
그 중에서 유기발광소자는 빠른 응답속도, 기존의 액정표시소자보다 낮은 소비 전력, 경량성, 별도의 백라이트(back light) 장치가 필요 없어서 초 박형으로 만들 수 있는 점, 고휘도 등의 매우 좋은 장점을 가지고 있어서 차세대 디스플레이 소자로서 각광받고 있다.
이러한 유기발광소자는 기판 위에 양극 막, 유기 박막, 음극 막을 순서대로 입히고, 양극과 음극 사이에 전압을 걸어줌으로써 적당한 에너지의 차이가 유기 박막에 형성되어 스스로 발광하는 원리이다. 즉, 주입되는 전자와 정공(hole)이 재결합하며 남는 여기 에너지가 빛으로 발생하는 것이다. 이때 유기 물질의 도판트의 양에 따라 발생하는 빛의 파장을 조절할 수 있으므로 풀 칼라(full color)의 구현이 가능하다.
유기발광소자의 자세한 구조는 도면에는 도시하지 않았지만 기판상에 양극(anode), 정공 주입층(hole injection layer), 정공 운송층(hole transfer layer), 발광층(emitting layer), 전자 운송층(eletron transfer layer), 전자 주입층 (eletron injection layer), 음극(cathode)이 순서대로 적층되어 형성된다. 여기에서 양극으로는 면저항이 작고 투과성이 좋은 ITO(Indium Tin Oxide)이 주로 사용된다. 그리고 유기 박막은 발광 효율을 높이기 위하여 정공 주입층, 정공 운송층, 발광층, 전자 운송층, 전자 주입층의 다층으로 구성되며, 발광층으로 사용되는 유기물질은 Alq3, TPD, PBD, m-MTDATA, TCTA 등이다. 또한, 음극으로는 LiF-Al 금속막이 사용된다. 그리고 유기 박막이 공기 중의 수분과 산소에 매우 약하므로 소자의 수명(life time)을 증가시키기 위해 봉합하는 봉지막이 최상부에 형성된다.
따라서, 현재 학계뿐만 아니라 일반산업에서의 연구 개발 분야 중에서도 유기발광소자에 대한 개발 경쟁이 치열하게 전개되고 있다. 일반적으로 유기물질은 무기물질에 비해 디스플레이 소자로서 작은 구동전압, 높은 휘도 등의 많은 장점이 있어서, 차세대의 디스플레이 소자로서의 가능성과 응용 가능성을 세계적으로 인정받고 있는 상황이다.
한편, 현재까지 개발된 유기박막형성 방법에는 진공증착법(Vacuum Deposition Method), 스퍼터링(sputtering)법, 이온빔 증착(Ion-beam Deposition)법, Pulsed-laser 증착법, 분자선 증착법, 화학기상증착법, 스핀코터(spin coater) 등이 있다. 이 중에서 현재 상용화되어 있는 기술은 진공증착법이다.
여기서 진공증착법이란 진공챔버의 하부에 열증발원과 그 상부에 성막용 기판을 설치하여 박막을 형성시키는 것이다. 진공증착법을 이용한 유기박막 형성장치의 개략적인 구성을 살펴보면 다음과 같다. 우선 진공챔버에 연결된 진공배기계가 존재하며, 이를 이용하여 진공챔버의 일정한 진공을 유지시킨 후, 진공챔버 하부에 배치된 하나 이상의 유기박막재료 열증발원으로부터 유기박막재료인 유기물을 증발시킨다.
유기박막재료의 열증발원은 원통형상 또는 사각형상의 용기로 그 내부에 피성막용 유기물재료를 넣는다. 용기 재료로는 석영, 세라믹 등이 사용되며, 용기부의 주변에는 일정한 패턴의 가열용 히터가 감겨 있어 일정량의 전력을 가해주면 용기주변 온도가 상승함과 동시에 용기도 가열되어 일정온도가 되면 유기물이 증발되기 시작한다. 온도는 용기 하부 또는 상부에 설치된 온도조절용 열전대에 의하여 검측되어 유기증발재료를 일정한 농도로 유지하여 원하는 증발속도가 얻어지도록 한다. 증발된 유기물은 용기 상부로부터 일정거리가 떨어진 곳에 배치된 유리 또는 웨이퍼 재질로된 기판 표면에 흡착, 증착, 재증발 등의 연속적 과정을 거처 기판 위에 고체화되어 얇은 박막을 형성시킨다.
여기서, 유기박막재료의 유기화합물은 증기화되는 증기압이 높고, 가열에 의한 열분해 온도가 증발온도와 근접되어 있어 장시간 안정된 유기증발 속도의 제어가 용이하지 않아 고속 박막증착이 어려운 문제점이 있다. 또한, 진공 챔버 내의 열증발원으로부터 방출되어진 증기화된 유기박막재료는 열증발원 상부의 개구부 형상에 상응하는 형상의 지향성을 갖게 되고, 이러한 특성은 증기화된 유기박막재료가 기판 중에서 한정된 좁은 범위 내에 국한되어 도달되게 하므로 대면적 기판에 형성되는 균일한 박막을 얻기 힘들다는 문제점이 있다.
또한, 유기박막의 균일한 박막 형성을 위해 지향성의 보정 수단으로 기판을 일정 속도로 회전시키면서 성막을 수행하는 경우에는, 기판의 회전반경 때문에 증착 장비가 그에 상응하는 크기로 대형화된다. 따라서 진공장비의 불필요한 유효면적까지 유기박막이 형성되므로 고가의 유기재료의 사용효율이 매우 떨어지고, 진공장비의 성능이 커져야 하므로 생산성이 저하되고 장비의 단가가 높아진다.
이렇듯 종래의 진공증착법 기술에서는 유기박막을 이용한 유기발광소자 및 기능성 박막을 응용한 제품을 제조함에 있어서 낮은 성막속도, 낮은 유기재료 사용효율, 유기박막층의 불균일성, 주재료(host재료)와 발색재료(Dopant재료)의 혼합량 미세조정의 어려움, 열증발원 온도조절, 기판의 대형화에 따른 균일한 유기박막의 형성곤란 등등의 여러 가지 문제점으로 인하여 고품질의 소자를 저가의 비용으로 제작, 생산하기가 어려운 상황이다.
특히, 이러한 증착에 앞서 기판상에 전극과 유기발광층을 일정 패턴에 따라 증착하여야 하는데 이를 위한 차폐수단으로 사용되는 것이 마스크이다. 즉, 기판상에 원하는 패턴(pattern)모양의 마스크를 접촉시킨 후 증착을 수행하면 원하는 패턴의 전극 또는 발광층을 형성할 수 있다.
이때, 미리 설계된 패턴과 일치시키기 위하여 마스크와 기판의 정렬이 이루어져야 하며, 이를 위하여 CCD카메라로 관찰하면서 유리기판 및 마스크에 형성된 얼라인 마크(align mark)가 일치되도록 마스크를 이동시킨 후 그 마스크를 기판상에 밀착한다.
한편, 상기 유기발광소자는 풀 칼라(Full color) 디스플레이를 위해서는 R(Red), G(Green), B(Blue)의 발광층을 효율적으로 형성하는 방법이 필요하다. 현 재 연구되는 방법은 5가지 정도이며, 각각의 발광층을 이용하는 Side-By-Side 방법과 백색 발광층 위에 칼라필터를 사용하는 방법, 색 변환물질을 사용하는 방법, 칼라 스펙트럼의 광학적 메커니즘을 사용하는 방법, Sub-화소를 통한 선택적 생성 방법 등이 있다.
종래의 유기발광소자의 증착은 도 1에 도시된 바와 같이 증착 장비(도면에 미도시) 내부에서 실시되며, 이 증착 장비 내부로 반입된 기판(10)에 풀 칼라를 구현하기 위해 R, G, B 패턴 증착을 실시하되, R, G, B 패턴 증착시 사용되는 각각의 마스크(20a, 20b, 20c)를 통해 열증발원(도면에 미도시)에서 R, G, B를 내는 각각의 유기물질을 기화시키고 기판(10)으로 증발시켜 실시된다.
상기 마스크(20a, 20b, 20c)는 적정 간격으로 배열 형성되는 구멍이 마련되며, 그 구멍은 R, G, B 패턴 형성에 따라 관통된 구멍의 위치가 서로 다르다.
여기서, 상기 유기발광소자 증착 과정은 우선 증착 장비 내부로 반입된 대면적 기판(10)을 고정한 후 R 패턴용 마스크(20a)를 증착 장비 내부로 반입한 다음 열증발원에서 R에 해당되는 유기물질을 증발하여 기판(10)의 일단에서 타단까지 증착하고 R 패턴용 마스크(20a)를 반출한다.
그리고 G 패턴 형성은 G 패턴용 마스크(20b)를 증착 장비 내부로 반입한 다음 열증발원에서 G에 해당되는 유기물질을 R 패턴위치에서 이격된 위치에 증발시켜 기판(10)의 일단에서 타단까지 증착하고 G 패턴용 마스크(20b)를 반출하며, B 패턴 형성도 마찬가지로 B 패턴용 마스크(20c)를 증착 장비 내부로 반입한 다음 열증발원에서 B에 해당되는 유기물질을 G 패턴위치에서 이격된 위치에 증발시켜 기판(10) 의 일단에서 타단까지 증착하고 B 패턴용 마스크(20c)를 증착 장비 외부로 반출하여 이루어졌다.
한편, 최근에는 산업의 수요에 따라 기판의 대면적화가 요구되는데, 상술한 종래의 기술과 같이 대면적 기판의 일단에서 타단까지 한번에 패터닝을 하기 위하여는 대면적 기판에 상응하는 대면적용 마스크가 필요하다. 그러나 상기 대면적용 기판에 상응하는 대면적용 마스크를 제작하기 위하여는 많은 비용 및 시간이 요구될 뿐만 아니라 상기 대면적용 마스크의 취급이 매우 어려워 공정상 비효율적이기 때문에 대면적용 마스크를 이용한 패터닝은 많은 문제점을 수반하고 있다.
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 대면적 기판을 다수개의 구역으로 구분하여 패터닝할 수 있는 대면적 OLED기판의 패턴형성방법을 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 대면적 OLED기판의 패턴형성방법은 상기 대면적 기판을 적어도 2 이상의 구역으로 구분하여 각 구역에 순차적으로 상기 패턴을 형성함으로써, 결과적으로 상기 대면적 기판 전체에 상기 패턴을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 대면적 OLED기판의 패턴형성방법에 있어서, 상기 패턴은 R, G, B 패턴 또는 TFT(Thin-film-transistor)패턴일 수 있다.
여기서 상기 패턴이 R, G, B 패턴일 경우에는 상기 구역 중 일구역에 상기 R, G, B패턴을 순차적으로 형성하고, 타구역에 상기 R, G, B패턴을 순차적으로 형성함으로써, 상기 대면적 기판 전체에 상기 R, G, B패턴을 형성할 수 있으며, 이와 달리 상기 각 구역에 상기 R패턴을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 각 구역에 상기 G패턴을 순차적으로 형성하는 단계; 및 상기 각 구역에 상기 B패턴을 순차적으로 형성하는 단계;를 포함하여 이루어짐으로써 상기 대면적 기판 전체에 상기 R, G, B패턴을 형성할 수도 있다.
또한 상기 대면적 기판을 특히 4구역으로 구분하는 것이 바람직하다.
또한 상기 패턴은 진공증착법에 의해 수행되는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 대면적 OLED기판의 패턴형성방법을 구체적으로 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 제 1 실시예로서, 대면적 기판(110)의 증착면을 가상으로 4구역(110a,110b,110c,110d)으로 구분한 후, 각 구역마다 순차적으로 R(Red), G(Green), B(Blue) 패턴을 형성한다.
보다 구체적으로 설명하면, 먼저 R패턴용 마스크(미도시)가 장착된 진공챔버(미도시)에 대면적 기판(110)을 반입한다. 상기 R패턴용 마스크는 제 1 구역(110a)에 R패턴(121)을 증착할 수 있는 마스크이다. 또한 상기 마스크는 종래와 같이 R, G, B 패턴용이 각각 별도로 구비될 뿐만 아니라 R, G, B 패턴용 마스크는 각 구역에 패터닝하기 위하여 적어도 각각 4개씩 구비된다.
또한 각각의 마스크는 R, G, B 패턴에 따라 패턴 구멍의 위치가 서로 상이하 다. 즉, R 패턴용 마스크는 일측에 형성되는 G, B 패턴을 제외한 R 패턴만 증착할 수 있게 R 증착 구멍이 연속적으로 배열되되 G, B 패턴 간격만큼 이격된 위치마다 연속 배열되고, G 패턴용 마스크는 R, B 패턴을 제외한 G 패턴만 증착할 수 있게 G 증착 구멍이 연속적으로 배열되되 양측의 R, B 패턴 간격만큼 이격된 위치마다 연속 배열되며, B 패턴용 마스크는 R, G 패턴을 제외한 B 패턴만 증착할 수 있게 B 증착 구멍이 연속적으로 배열되되 타측의 R, G 패턴 간격만큼 이격된 위치마다 연속 배열된다.
이 상태에서 기판(110)의 하측에 구비되는 열증발원(미도시)에서 R패턴에 해당되는 유기물질을 증발시켜 R패턴(121)을 형성한다.
다음으로, 상기 R패턴용 마스크를 챔버의 외측으로 반출하고, G패턴용 마스크(미도시)를 장착하여 상기 제 1 구역(110a)에 G패턴(122)을 형성한다.
마지막으로 상기 G패턴용 마스크를 챔버의 외측으로 반출하고, B패턴용 마스크(미도시)를 장착하여 상기 제 1 구역(110a)에 B패턴(123)을 형성한다.
위와 같은 공정을 통해서 도시된 바와 같이, 제 1 구역(110a)에는 R,G,B 패턴(121,122,123)이 형성된다.
또한 이와 같은 방법을 순차적으로 반복함으로써, 제 2 구역(110b), 제 3 구역(110c) 및 제 4 구역(110d)에 각각 R,G,B 패턴(121,122,123)을 형성될 수 있으며, 결과적으로 대면적 기판(110) 전체에 R,G,B 패턴(121,122,123)이 형성되는 것이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 제 2 실시예로서, 먼저 R패턴용 마스크가 장착된 진공챔버에 대면적 기판(110)을 반입한다. 상기 R패턴용 마스크는 제 1 구역(110a)에 R패턴(121)을 증착할 수 있는 마스크이다. 이 상태에서 기판(110)의 하측에 구비되는 열증발원에서 R패턴에 해당되는 유기물질을 증발시켜 R패턴(121)을 형성한다.
다음으로, 상기 마스크를 챔버의 외측으로 반출하고, 제 2 구역(110b)에 R패턴(121)을 증착할 수 있는 마스크를 장착하여 상기 제 2 구역(110b)에 R패턴(121)을 형성한다.
같은 방식으로 마스크를 교체하면서 제 3 구역(110c) 및 제 4 구역(110d)에 순차적으로 R패턴(121)을 형성할 수 있으며, 결과적으로 통해 상기 대면적 기판(110) 전체에는 R패턴(121) 형성을 완성한다.
위와 같은 방법으로 상기 대면적 기판(110) 전체에 G패턴(122) 및 B패턴(123)을 형성함으로써 대면적 기판(110) 전체에 R,G,B패턴(121,122,123)을 형성할 수 있는 것이다.
상술한 실시예에서는 하나의 챔버에 다수개의 마스크를 순차적으로 교체하여 패턴을 형성하는 것을 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것이다. 즉, 각각의 마스크가 장착되어 있는 다수개의 진공챔버를 구비하고, 순서에 따라 각 챔버로 대면적 기판을 이송시킴으로써 마스크 교체없이 전체 공정을 수행할 수도 있고, 또는 제 1 구역을 제 1 챔버내에서 R,G,B패턴을 형성하고, 제 2 구역, 제 3 구역 및 제 4 구역은 제 2 챔버, 제 3 챔버 및 제 4 챔버로 순차적으로 이송하여 R,G,B패턴을 형성하는 등 여러 조건을 고려하여 적절하게 조정하여 구성될 수 있음은 당연하다.
본 발명에 따르면 대면적 기판에 R, G, B 패턴을 동시에 형성하지 아니하고, 다수개의 구역으로 구분하여 패턴형성을 할 수 있기 때문에, 대면적용 마스크를 제작해야 하는 기술적, 경제적 난제를 회피할 수 있는 효과가 있다.
Claims (6)
- 대면적 OLED기판에 R, G, B 패턴을 형성하는 방법에 있어서,상기 대면적 기판을 적어도 2 이상의 구역으로 구분하여 각 구역에 순차적으로 상기 패턴을 형성함으로써, 상기 대면적 기판 전체에 상기 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 대면적 OLED기판의 패턴형성방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 구역 중 일구역에 상기 R, G, B패턴을 순차적으로 형성하고, 타구역에 상기 R, G, B패턴을 순차적으로 형성함으로써, 상기 대면적 기판 전체에 상기 R, G, B패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 대면적 OLED기판의 패턴형성방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 각 구역에 상기 R패턴을 순차적으로 형성하는 단계;상기 각 구역에 상기 G패턴을 순차적으로 형성하는 단계; 및상기 각 구역에 상기 B패턴을 순차적으로 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 대면적 OLED기판의 패턴형성방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 대면적 기판을 4구역으로 구분하는 것을 특징으로 하는 대면적 OLED기판의 패턴형성방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 패턴은 진공증착법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 대면적 OLED기판의 패턴형성방법.
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