KR20070059724A - 유기전계발광소자의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기전계발광소자의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명은, 기판을 제공하는 단계; 상기 기판 상에 반사금속막을 형성하는 단계; 상기 반사금속막 상에 반사금속산화막을 형성하는 단계; 상기 반사금속산화막 상에 투명도전막을 형성하는 단계; 상기 투명도전막, 반사금속산화막 및 반사금속막을 식각하여 애노드를 형성하는 단계; 상기 투명도전막 상에 적어도 유기발광층을 포함하는 유기막층을 형성하는 단계; 및 상기 유기막층 상에 캐소드를 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 반사금속막과 반사금속산화막을 형성하는 단계는 스퍼터링을 사용하여 인시튜(in-situ)로 수행하며, 상기 반사금속산화막을 형성하는 단계는 산소 분위기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법을 제공한다. 상기와 같은 본 발명에 따르면, 반사율이 증가되고, 파장에 따른 반사율의 변화가 적을 뿐 아니라 갈바닉 현상으로 인한 부식이 없는 반사형 애노드를 얻을 수 있다.

유기전계발광소자, 반사형 애노드, 반사금속산화막, 스퍼터링

Description

유기전계발광소자의 제조방법{fabrication method of organic light-emitting device}

도 1은 종래기술에 따른 유기전계발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 유기전계발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도.

도 3a 및 도 3b는 실험예 및 비교예 1에 따라 제조된 반사형 애노드를 보여주는 사진.

도 4는 실험예 및 비교예 1에 따른 반사형 애노드들 및 비교예 2에 따른 금속반사막의 반사율을 파장에 대해 나타낸 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 기판 110 : 반사형 애노드

110a: 반사금속막 110b: 반사금속산화막

110c:투명도전막 120 : 화소정의막

130 : 정공수송층 140 : 유기발광층

150 : 전자수송층 155 : 유기막층

160 : 캐소드

본 발명은 유기전계발광소자의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 반사율을 향상시키고 갈바닉 현상에 의한 불량을 최소화하여 화면의 품위를 향상시킬 수 있는 유기전계발광소자의 제조방법에 관한 것이다.

일반적인 유기전계발광소자는 애노드, 상기 애노드 상에 위치하는 유기발광층 및 상기 유기발광층 상에 위치하는 캐소드를 포함한다. 상기 유기전계발광소자에 있어서, 상기 애노드와 상기 캐소드 간에 전압을 인가하면 정공은 상기 애노드로부터 상기 유기발광층 내로 주입되고, 전자는 상기 캐소드로부터 상기 유기발광층 내로 주입된다. 상기 유기발광층 내로 주입된 정공과 전자는 상기 유기발광층에서 재결합하여 엑시톤(exiton)을 생성하고, 이러한 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 전이하면서 빛을 방출하게 된다.

이러한 유기전계발광소자에 있어서, 상기 애노드는 반사형 즉, 빛을 반사하도록 형성하고 상기 캐소드는 투과형 즉, 빛을 투과하도록 형성함으로써, 상기 유기발광층으로부터 방출되는 빛을 상기 캐소드 방향으로 방출시키는 전면발광형 유기전계발광소자를 제조할 수 있다.

이 때, 상기 반사형 애노드로는 반사특성이 우수하고 적절한 일함수를 가지는 도전물질이 적당하나, 이러한 특성들을 동시에 만족하고 적용가능한 단일물질은 현재 없다고 보여진다. 따라서, 현재 상기 반사형 애노드를 다층구조로 형성함으로 써, 상기 특성들을 만족시키고 있다.

도 1은 종래기술에 따른 반사형 애노드를 구비하는 유기전계발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 기판(10) 상에 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 반사금속막(12a)을 형성한 다음, 상기 반사금속막(12a) 상에 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)와 같은 투명도전막(12b)을 형성한다.

이어서, 상기 투명도전막(12b) 상에 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 투명도전막(12b)과 상기 알루미늄막(12a)을 차례로 식각한다. 이로써, 상기 반사금속막(12a)과 상기 투명도전막(12b)이 차례로 적층된 애노드(12)를 형성한다. 그런 다음, 상기 포토레지스트 패턴을 스트립 용액을 사용하여 제거한다.

다음으로, 상기 애노드(12) 상에 적어도 유기발광층(미도시)을 포함하는 유기막층을 형성하고 상기 유기막층 상에 캐소드(미도시)를 형성함으로써, 유기전계발광소자를 제조한다.

상기 애노드(12)에 있어서, 상기 투명도전막(12b)은 높은 일함수를 갖을 뿐 아니라 투명하며, 알루미늄 등으로 형성한 반사금속막(12a)은 반사특성이 우수한 막이다. 따라서, 상기 애노드(12)는 상기 유기발광층으로 정공을 수월하게 주입할 뿐 아니라, 상기 유기발광층으로부터 방출되는 빛을 효율적으로 반사시킬 수 있다.

그러나, 일반적으로 상기 반사금속막(12a)과 상기 ITO막(12b)은 일함수의 차이가 커서 이들 사이의 계면특성이 저하되므로 반사율 저하를 유발시키는 문제점이 있으며, 또한, 반사금속막(12a)과 투명도전막(12b)의 식각 후 상기 포토레지스트 패턴을 스트립 용액을 사용하여 제거함에 있어서, 상기 반사금속막(12a)과 투명도전막(12b)은 상기 스트립 용액에 동시에 노출되게 되어, 상기 반사금속막(12a)과 투명도전막(12b) 사이에는 갈바닉(galvanic) 현상에 의한 부식이 발생할 수 있다.

이에, 상기 반사금속막(12a) 상에 자연산화 또는 세정에 의하여 반사금속산화막을 형성하거나, 상기 반사금속막 상에 스터퍼링을 사용하여 인-시튜로 반사금속산화막을 형성함으로써 계면 특성을 향상시켜 상기와 같은 문제점을 해결하려는 노력이 있었다.

그러나, 상기와 같은 방법에 의해 형성된 반사금속산화막은 다공성의 성질을 가지므로 막 특성이 치밀하지 못하여, 여전히 반사율 저하 및 갈바닉 현상을 발생시키는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 반사율을 향상시키고 갈바닉 현상에 의한 불량을 최소화하여 화면의 품위를 향상시킬 수 있는 유기전계발광소자의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명은, 기판을 제공하는 단계; 상기 기판 상에 반사금속막을 형성하는 단계; 상기 반사금속막 상에 반사금속산화막을 형성하는 단계; 상기 반사금속산화막 상에 투명도전막을 형성하는 단계; 상기 투명 도전막, 반사금속산화막 및 반사금속막을 식각하여 애노드를 형성하는 단계; 상기 투명도전막 상에 적어도 유기발광층을 포함하는 유기막층을 형성하는 단계; 상기 유기막층 상에 캐소드를 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 반사금속막과 반사금속산화막을 형성하는 단계는 스퍼터링을 사용하여 인시튜(in-situ)로 수행하며, 상기 반사금속산화막을 형성하는 단계는 산소 분위기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법을 제공한다.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소를 나타낸다.

도 2는 본 발명에 따른 유기전계발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.

도 2를 참조하면, 기판(100)을 제공한다. 상기 기판(100)은 능동 매트릭스 유기전계발광소자의 경우 적어도 하나 이상의 박막트랜지스터를 포함한다.

상기 기판(100) 상에 반사금속막(110a)을 형성한다. 상기 반사금속막(110a) 는 광을 반사시키는 금속막으로 반사특성이 우수한 금속 즉, 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(Al alloy)으로 형성하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 상기 반사금속막(110a)은 알루미늄-네오디늄(AlNd)을 사용하여 형성한다. 이러한 반사금속물질은 일함수가 낮은 것이 일반적이다.

상기 반사금속막(110a)은 스퍼터링을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 또한 상기 반사금속막(110a)은 적절한 반사특성을 나타낼 수 있도록 500 내지 2000Å 이상의 두께를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. 상기 반사금속막(110a)의 두께가 500Å보다 작으면 적절한 반사특성을 나타내기 어려우며, 상기 반사금속막(110a)의 두께가 2000Å보다 크면 막 스트레스가 커져서 상기 제 1 금속막(180a) 및 후속하여 형성될 투명도전막(180c)과의 접착력이 떨어지기 때문이다.

이어서, 상기 반사금속막(110a) 상에 반사금속산화막(110b)을 형성한다. 상기 반사금속산화막(110b)은 상기 반사금속막(110a)을 이루는 물질의 산화막인 것이 바람직하다. 따라서, 상기 반사금속산화막(110b)은 알루미늄 산화막 또는 알루미늄합금 산화막이다.

상기 반사금속산화막(110b)을 형성하는 것은, 상기 반사금속막(110a)을 형성한 후, 스퍼터링을 사용하여 인시튜(in-situ)로 상기 반사금속산화막(110b)을 형성할 수 있다. 금속막의 스퍼터링시 주로 아르곤 가스를 사용하는데, 바람직하게는 반사금속물질을 진공분위기에서 스퍼터링하여 상기 반사금속막(110a)을 형성하고 나서, 상기 반사금속물질을 산소 분위기에서 인시튜로 스퍼터링하여 반사금속산화막(110b)을 형성함으로써 구현할 수 있다.

여기서, 상기 반사금속산화막(110b)의 스퍼터링시, 산소의 농도는 아르곤의 농도를 기준으로 3 내지 20%인 것이 바람직하다. 상기와 같은 농도의 산소 분위기에서 상기 반사금속막(110a) 상에 상기 반사금속산화막(110b)을 형성하게 되면, 막질이 치밀하며 막 특성이 견고한 반사금속산화막(110b)을 얻을 수 있다. 또한, 세정공정을 거치지 않고 인시튜로 반사금속산화막을 형성하게 되므로 공정시간을 단축시킬 수 있다.

여기서, 상기 반사금속산화막(110b)의 스퍼터링시 산소의 농도가 3%보다 작으면, 상기 반사금속막(110a) 상에 약 200Å의 두께로 반사금속산화막(110b)이 형성된다. 상기와 같이 형성된 반사금속산화막(110b)는 막질이 매우 다공성이며 치밀하지 못하여 반사율을 저하시킨다. 또한, 후속하는 포토레지스트 제거 과정에서 갈바닉 현상이 발생하는 문제점이 있다.

또한, 상기 반사금속산화막(110b)의 스퍼터링시 산소의 농도가 20%를 넘게 되면, 상기 반사금속산화막(110b)이 두껍게 형성되어 절연성을 강하게 띄기 때문에 애노드로서의 역할을 할 수 없는 문제점이 발생하게 되므로, 상기 산소의 농도는 아르곤 가스를 기준으로 3 내지 20%인 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 반사금속산화막(110b) 상에 투명도전막(110c)을 형성한다. 상기 투명도전막(110c)은 전도성을 갖고 투명한 막으로 높은 일함수를 갖는 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)를 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 투명도전막(110c)은 50 내지 200Å의 두께를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.

이어서, 상기 투명도전막(110c) 상에 포토레지스트 패턴을 형성하고 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 투명도전막(110c), 상기 반사금속산화막(110b) 및 반사금속막(110a)을 차례로 식각함으로써, 상기 반사금속막(110a), 상기 반사금속산화막(110b) 및 상기 투명도전막(110c)이 차례로 적층된 반사형 애노드(110)를 형성한다. 이어서, 스트립 용액을 사용하여 상기 포토레지스트 패턴을 제거한다.

상기 애노드(110)에 있어서, 산소 분위기에서 스퍼터링을 수행하여 형성된 상기 반사금속산화막(110b)은 막질이 치밀하고 막특성이 견고하므로 반사금속막(110a)과 상기 투명도전막(110c) 사이의 계면특성의 저하를 방지하여 상기 애노드(110)의 반사특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 스트립 용액을 사용하여 상기 포토레지스트 패턴을 제거함에 있어서, 상기 스트립 용액에 상기 반사금속막(110a)과 상기 투명도전막(110c)이 동시에 노출되더라도 상기 반사금속산화막(110b)으로 인하여 서로 접하고 있지 않으므로 계면을 따라 갈바닉 현상으로 인한 부식이 확산되는 것을 막을 수 있다.

이어서, 상기 투명도전막(110c) 상에 화소정의막(pixel defined layer; 120)을 형성할 수 있다. 상기 화소정의막(120)을 포토마스크를 사용하여 노광함으로써, 상기 화소정의막(120) 내에 상기 투명도전막(110c)의 소정영역을 노출시켜, 발광영역을 정의하는 개구부(120a)를 형성한다. 상기 화소정의막(120)은 BCB(benzocyclobutene), 아크릴계 포토레지스트, 페놀계 포토레지스트, 폴리이미드계 포토레지스트로 이루어진 군에서 선택되는 하나로 형성할 수 있다.

그런 다음, 상기 노출된 투명도전막(110c) 상에 적어도 유기발광층(140)을 구비하는 유기막층(155)을 형성한다. 상기 유기막층(155)을 형성함에 있어서, 상기 유기발광층(140)을 형성하기 전에 상기 투명도전막(110c) 상에 정공수송층(130)을 형성하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 상기 정공수송층(130)을 형성하기 전에 상기 투명도전막(110c) 상에 정공주입층(미도시)을 형성한다. 또한 상기 유기막층(155)을 형성함에 있어서, 상기 유기발광층(140) 상에 전자수송층(150)을 형성하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 상기 전자수송층(150) 상에 전자주입층(미도시)을 형성한다.

이어서, 상기 유기막층(155) 상에 캐소드(160)를 형성한다. 상기 캐소드(160)는 Mg, Ca, Al, Ag, Ba 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 금속을 사용하여 형성하되, 빛을 투과시킬 수 있을 정도의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.

이로써, 상기 반사형 애노드(110), 상기 캐소드(160) 및 이들 사이에 개재된 상기 유기막층(155)을 구비하는 유기전계발광소자를 제조할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 유기전계발광소자는 상기 반사금속막과 투명도전막 사이에 반사금속산화막을 형성함에 있어서, 산소분위기에서 스퍼터링에 의해 인시튜로 형성함으로써, 상기 반사금속막(110a) 즉, 상기 애노드(110)의 반사특성을 개선함으로써, 외부로 방출되는 빛의 강도 즉, 유기전계발광소자의 휘도를 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 반사금속산화막은 인시튜로 상기 반사금속막 상에 형성되기 때문 에, 세정공정을 거칠 필요가 없어 공정시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.

아울러, 본 발명은 스트립 용액을 사용하여 상기 포토레지스트 패턴을 제거함에 있어서, 상기 스트립 용액에 상기 반사금속막과 상기 투명도전막이 동시에 노출되더라도 상기 반사금속산화막이 존재하기 때문에 갈바닉 현상으로 인한 부식이 확산되는 것을 막을 수 있다.

이하, 본 발명을 하기 실험예(example)를 들어 예시하기로 하되, 본 발명의 보호범위는 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.

<실험예>

기판 상에 스퍼터링을 수행하여 약 1000Å의 두께를 갖으며, 네오디늄을 소량 함유하는 알루미늄합금막(반사금속막)을 형성하고, 인-시튜로 산소와 아르곤의 비율을 1:25로 산소분위기에서 스퍼터링을 수행하여 상기 알루미늄합금막 상에 알루미늄합금 산화막을 형성하였다. 그런 다음, 상기 알루미늄합금 산화막 상에 ITO를 사용하여 약 100Å의 두께를 갖는 투명도전막을 형성하였다. 이어서, 상기 투명도전막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 사용하여 상기 투명도전막, 상기 알루미늄합금 산화막 및 상기 알루미늄합금막을 차례로 식각함으로써, 반사형 애노드를 형성하였다.

<비교예 1>

기판 상에 스퍼터링을 수행하여 약 1000Å의 두께를 갖으며 네오디늄을 소량 함유하는 알루미늄합금막(반사금속막)을 형성하고, 인-시튜로 스퍼터링을 수행하여 상기 알루미늄합금막 상에 알루미늄합금 산화막을 형성한 것을 제외하고는 상기 실 험예와 동일한 방법으로 반사형 애노드를 형성하였다.

<비교예 2>

기판 상에 스퍼터링을 수행하여 약 1000Å의 두께를 갖으며 네오디늄을 소량 함유하는 알루미늄합금막을 형성하였다.

도 3a 및 도 3b는 상기 실험예 및 비교예 1에 따른 반사형 애노드을 보여주는 사진이다.

도 3a를 참조하면, 상기 비교예 1에 따른 반사형 애노드의 경우 상기 알루미늄막과 상기 투명도전막 사이에 약 200Å의 두께의 알루미늄산화막이 형성된 것을 볼 수 있으며, 도 3b를 참조하면, 상기 실험예에 따른 반사형 애노드의 경우 상기 알루미튬 합금막과 상기 투명도전막 사이에 약 40Å 정도의 알루미늄산화막이 형성된 것을 볼 수 있다.

상기 비교예 1에 따른 다공성이며 두꺼운 알루미늄 산화막은 갈바닉 현상으로 인한 부식을 발생시키며, 반사율 저하의 원인이 된다.

도 4는 상기 실험예 및 상기 비교예 1에 따른 반사형 애노드들의 반사율과 상기 비교예 2에 따른 금속반사막의 반사율을 파장에 대해 나타낸 그래프이다.

도 4을 참조하면, 상기 비교예 1에 따른 반사형 애노드(A)의 경우, 장파장의 범위에서도 비교예 2(C)와 비교하여 약 90%의 반사율을 나타내며 파장이 짧아질수록 반사율이 계속 감소하는 형태를 보인다.

그러나, 상기 실험예에 따른 반사형 애노드(B)의 경우 장파장의 범위에서는 상기 비교예 2(C)과 거의 유사한 반사율을 보임을 알 수 있으며, 파장이 짧아짐에 따라 반사율이 완만하게 감소함을 알 수 있다.

결과적으로 상기 실험예에 따른 반사형 애노드(B)는 상기 비교예 1에 따른 반사형 애노드(A)에 비해 반사율이 증가되므로, 본 발명에 따르면, 발광효율이 향상된 유기전계발광소자를 제공할 수 있다.

본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것이 아니고, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 반사율이 증가되고, 갈바닉 현상으로 인한 부식이 없는 반사형 애노드를 얻을 수 있다.

따라서, 본 발명은 유기전계발광소자의 암점 불량을 최소화하며 휘도를 증가시켜, 화면의 품위가 향상된 유기전계발광소자를 구현할 수 있다.

Claims (7)

1. 기판을 제공하는 단계;

   상기 기판 상에 반사금속막을 형성하는 단계;

   상기 반사금속막 상에 반사금속산화막을 형성하는 단계;

   상기 반사금속산화막 상에 투명도전막을 형성하는 단계;

   상기 투명도전막, 반사금속산화막 및 반사금속막을 식각하여 애노드를 형성하는 단계;

   상기 투명도전막 상에 적어도 유기발광층을 포함하는 유기막층을 형성하는 단계; 및

   상기 유기막층 상에 캐소드를 형성하는 단계;를 포함하고,

   상기 반사금속막과 반사금속산화막을 형성하는 단계는 스퍼터링을 사용하여 인시튜(in-situ)로 수행하며,

   상기 반사금속산화막을 형성하는 단계는 산소 분위기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 반사금속막은 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(Al alloy)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 반사금속막은 알루미늄-네오디늄(AlNd)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 반사금속막은 500 내지 2000Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 반사금속산화막은 알루미늄 산화막 또는 알루미늄합금 산화막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 투명도전막은 50 내지 200Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 산소의 농도는 아르곤의 농도를 기준으로 3 내지 20%인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.

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