KR100563066B1 - 유기 전계 발광 표시 장치 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판; 상기 기판 상에 구비된 제 1 전극; 상기 제 1 전극에 절연되도록 형성된 제 2 전극; 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 개재되며, 적어도 발광층을 포함하는 하나 이상의 유기층; 및 상기 제 2 전극을 덮도록 형성된 보호층을 포함하고, 상기 보호층은 네트워크 포머(network former)-함유 절연 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 본 발명의 유기 전계 발광 표시 장치는 높은 굴절율 및 투명성을 제공할 수 있는 옵티칼 밴드 갭을 갖는 네트워크 포머-함유 절연 물질로 이루어진 보호층을 구비하는 바, 투습 및 투산소 방지 특성이 우수하며 광취출율이 우수하다.
Description
도 1은 본 발명을 따르는 유기 전계 발광 표시 장치의 일 구현예의 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 유기 전계 발광 표시 장치에 구비된 보호층을 이루는 원자의 배열 상태를 도식적으로 나타낸 도면이고, 도 2b는 종래의 보호층을 이루는 원자의 배열 상태를 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 이온 빔 보조 증착법(Ion Beam Assisted Deposition : 이하, "IBAD"라고도 함)의 원리를 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 보호층을 구비한 소자의 수명 특성 및 상기 보호층을 구비하지 않은 소자의 수명 특성을 나타내는 사진이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
60...유기 전계 발광 소자 61...제 1 전극
62...제 2 전극 63...유기 발광층
64...화소 개구부 65...보호층
81...기판 82...버퍼층
83...게이트 절연막 84...중간 절연막
86... 절연막 87...평탄화 영역
본 발명은 유기 전계 발광 표시 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 투습 및 투산소 방지 특성이 우수한 보호층을 구비한 유기 전계 발광 표시 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
통상적으로, 평판 표시 장치(flat display device)는 크게 발광형과 수광형으로 분류할 수 있다. 발광형으로는 평판 음극선관(flat cathode ray tube)과, 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel)과, 전계 발광 소자(electro luminescent device)와, 발광 다이오드(light emitting diode) 등이 있다. 수광형으로는 액정 디스플레이(liquid crystal display)를 들 수 있다. 이중에서, 전계 발광 소자는 시야각이 넓고, 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라 응답 속도가 빠르다는 장점을 가지고 있어서 차세대 표시 소자로서 주목을 받고 있다. 이러한 전계 발광 소자는 발광층을 형성하는 물질에 따라서 무기 전계 발광 소자와 유기 전계 발광 소자로 구분된다.
이 중에서, 유기 전계 발광 소자는 형광성 유기 화합물을 전기적으로 여기시켜서 발광시키는 자발광형 디스플레이로 낮은 전압에서 구동이 가능하고, 박형화가 용이하며, 광시야각, 빠른 응답 속도 등 액정 디스플레이에 있어서 문제점으로 지적되는 것을 해결할 수 있는 차세대 디스플레이로 주목받고 있다. 유기 전계 발광 소자는 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 유기물로 이루어진 발광층을 구비하고 있다. 유기 전계 발광 소자는 이들 전극들에 양극 및 음극 전압이 각각 인가됨에 따라 애노드 전극으로부터 주입된 정공(hole)이 정공 수송층을 경유하여 발광층으로 이동되고, 전자는 캐소드 전극으로부터 전자 수송층을 경유하여 발광층으로 이동되어서, 발광층에서 전자와 정공이 재결합하여 여기자(exiton)를 생성하게 된다.
이 여기자가 여기 상태에서 기저 상태로 변화됨에 따라, 발광층의 형광성 분자가 발광함으로써 화상을 형성하게 된다. 풀 컬러(full color)형 유기 전계 발광 소자의 경우에는 적(R),녹(G),청(B)의 삼색을 발광하는 화소(pixel)를 구비토록 함으로써 풀 컬러를 구현한다.
전술한 바와 같이 유기 전계 발광 소자의 발광층 및 발광층 상부의 캐소드 전극은 투습 및 투산소로부터 보호되어 산화 및 박리가 방지됨으로써, 장수명이 보장되어야 한다. 이를 해결하기 위하여, 예를 들면, 대한민국 특허 공개 번호 제2001-0067868호에는 고밀도 폴리에틸렌과 같은 절연성 고분자 화합물을 발광층 및 금속전극 위에 진공 시스템을 이용하여 형성하는 단계, 연속적으로 형성된 고분자 화합물 상에 무기물인 금속을 형성하는 단계 및 그 위에 절연성 무기물인 금속을 형성하는 단계 및 그 위에 절연성 고분자 화합물을 적층하는 단계를 포함하는 유기 발광 소자의 제조 방법이 개시되어 있다.
그러나, 상기 종래 기술로 얻은 유기 전계 발광 소자의 수명은 아직 만족할 만한 수준에 이르지 못하고 있는 바, 이를 개선할 필요성이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 투습 및 투산소 방지 특성이 우수할 뿐만 아니라 높은 광취출율을 갖는 보호층을 구비한 유기 전계 발광 표시 장치 및 이의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 본 발명의 과제를 이루기 위하여, 본 발명은,
기판;
상기 기판 상에 구비된 제 1 전극;
상기 제 1 전극에 절연되도록 형성된 제 2 전극;
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 개재되며, 적어도 발광층을 포함하는 하나 이상의 유기층; 및
상기 제 2 전극을 덮도록 형성된 보호층을 포함하고, 상기 보호층은 네트워크 포머(network former)-함유 절연 물질로 이루어진 유기 전계 발광 표시 장치를 제공한다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 네트워크 포머-함유 절연 물질의 굴절율은 2.0 이상일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 네트워크 포머-함유 절연 물질의 옵티칼 밴드 갭은 3.0eV 내지 6.0eV일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 네트워크 포머-함유 절연 물질 중 네트워크 포머는 Li, Na, K, Ca, Sn, Rb, Cs, Ba, Pb, Be, Mg, Ce 및 Nb 중 하나 이상의 원자일 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 네트워크 포머-함유 절연 물질 중 절연 물질은 금속 산화물 및 질화물 중 하나 이상의 물질일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 네트워크 포머-함유 절연 물질은 SiLiO, SiNaO, SiKO, SiCaO, SiSnO, SiRbO, SiCsO 및 SiBaO 중 하나 이상의 물질일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 보호층의 표면 조도(surface roughness)는 rms 5Å 내지 50Å일 수 있다.
상기 본 발명의 다른 과제를 이루기 위하여, 본 발명은,
기판부에 제 1 전극을 형성하는 단계;
상기 제 1 전극 상부에 적어도 발광층을 포함하는 하나 이상의 유기층을 형성하는 단계;
상기 유기층을 덮도록 구비되는 제 2 전극을 형성하는 단계; 및
상기 제 2 전극을 덮도록 보호층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 보호층은 네트워크 포머(network former)-함유 절연 물질로 이루어진 유기 전계 발광 표시 장치의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 보호층은 증발원(evaporation source) 및 이온 빔 소스(ion beam source)를 이용하는 이온 빔 보조 증착법(Ion Beam Assisted Deposition : IBAD)에 따라 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 증발원으로부터 방출되는 입자는 Li, Na, K, Ca, Sn, Rb, Cs, Ba, Pb, Be, Mg, Ce 및 Nb 중 하나 이상의 원자 및 금 속 산화물 및 질화물 중 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 이온 빔 소스로부터 방출되는 이온은 불활성 원자 중 하나 이상의 원자의 이온일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 이온 빔 소스의 에너지는 50eV 내지 200eV일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 이온 빔 소스로부터 방출되는 이온 갯수와 상기 증발원으로부터 방출되는 입자 개수의 비는 1:1 내지 0.9:1 일 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 유기 전계 발광 표시 장치는 투습 및 투산소 방지 특성 및 광취출율이 우수한 보호층을 구비하는 바, 신뢰성, 특히 수명 및 휘도가 향상될 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명을 따르는 유기 전계 발광 표시 장치의 일 구현예인 액티브 매트릭스형의 유기 전계 발광 표시 장치에는 적, 녹, 청색의 화소(pixel)들이 반복하여 배치되도록 구비되어 있으며, 각 색상의 화소들이 모자이크, 격자상등 다양한 패턴으로 배열될 수 있다. 이러한 화소들은 유기 전계 발광 표시 장치의 표시 영역에 복수개가 배열되어 소정의 화상을 구현하게 되고, 표시 영역의 각 화소들은 스위칭용인 스위칭 TFT와, 구동용인 구동 TFT의 2개의 박막 트랜지스터와, 커패시터를 갖는 선택 구동 회로와, 하나의 유기 전계 발광 소자를 포함하고 있다. 선택 구동 회로의 박막 트랜지스터 및 커패시터의 개수는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 소 망하는 소자의 설계에 따라 이보다 더 많은 수의 박막 트랜지스터 및 커패시터를 구비할 수 있음은 물론이다.
도 1 은 전술한 바와 같은 본 발명을 따르는 유기 전계 발광 표시 장치의 일 구현예인 액티브 매트릭스형 유기 전계 발광 표시 장치 중 유기 전계 발광 소자가 형성된 영역의 단면도로서, 특히, 커패시터(50), TFT(40) 및 유기 전계 발광 소자(60)가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 상기 액티브 매트리스형의 유기 전계 발광 표시 장치(40)에는 기판(81)이 마련되어 있다. 상기 기판(81)은 투명한 소재, 예컨대 글래스 또는 플라스틱재로 형성될 수 있다. 상기 기판(81)상에는 전체적으로 버퍼층(82)이 형성되어 있다.
상기 버퍼층(82)의 윗면에는 소정 패턴으로 배열된 활성층(44)이 형성되어 있다. 상기 활성층(44)은 게이트 절연막(83)에 의하여 매립되어 있다. 상기 활성층(44)은 p형 또는 n형의 반도체로 구비될 수 있다.
상기 게이트 절연막(83)의 윗면에는 상기 활성층(44)과 대응되는 곳에 구동 TFT(40)의 게이트 전극(42)이 형성되어 있다. 상기 게이트 전극(42)은 중간 절연막(84)에 의하여 매립되어 있다. 상기 중간 절연막(84)이 형성된 다음에는 드라이 에칭등의 식각 공정에 의하여 상기 게이트 절연막(83)과 중간 절연막(84)을 식각하여 콘택 홀(83a)(84a)을 형성시켜서, 상기 활성층(44)의 일부를 드러나게 하고 있다.
상기 활성층(44)의 노출된 부분은 콘택 홀(83a)(84a)을 통하여 양측에서 소 정의 패턴으로 형성된 구동 TFT(40)의 소스 전극(41)과, 드레인 전극(43)과 각각 연결되어 있다. 상기 소스 전극(41)과 드레인 전극(43)은 보호막(85)에 의하여 매립되어 있다. 상기 보호막(85)이 형성된 다음에는 식각 공정을 통하여 상기 드레인 전극(43)의 일부가 드러나고 있다.
상기 보호막(85)은 절연체로 형성되며, 실리콘 옥사이드나 실리콘 나이트라이드와 같은 무기막, 또는 아크릴, BCB와 같은 유기막으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 보호막(85) 위로는 보호막(85)의 평탄화를 위해 별도의 절연막을 더 형성할 수도 있다.
한편, 상기 유기 전계 발광 소자(60)는 전류의 흐름에 따라 적, 녹, 청색의 빛을 발광하여 소정의 화상 정보를 표시하는 것으로, 구동 TFT(40)의 드레인 전극(43)에 연결된 화소전극인 제 1 전극(61)과, 전체 화소를 덮도록 구비된 대향전극인 제 2 전극(62), 및 이들 제 1 전극(61)과 제 2 전극(62)의 사이에 배치되어 발광하는 유기 발광층(63)으로 구성된다.
상기 제 1 전극(61)과 제 2 전극(62)은 서로 절연되어 있으며, 유기 발광층(63)에 서로 다른 극성의 전압을 가해 발광이 이뤄지도록 한다.
상기 유기 발광층(63)은 저분자 또는 고분자 유기물이 사용될 수 있는데, 저분자 유기물을 사용할 경우 홀 주입층(HIL: Hole Injection Layer), 홀 수송층(HTL: Hole Transport Layer), 발광층(EML: Emission Layer), 전자 수송층(ETL: Electron Transport Layer), 전자 주입층(EIL: Electron Injection Layer) 등이 단일 혹은 복합의 구조로 적층되어 형성될 수 있으며, 사용 가능한 유 기 재료도 구리 프탈로시아닌(CuPc: copper phthalocyanine), N,N-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐-벤지딘 (N,N'-Di(naphthalene-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine: NPB) , 트리스-8-하이드록시퀴놀린 알루미늄(tris-8-hydroxyquinoline aluminum)(Alq3) 등을 비롯해 다양하게 적용 가능하다. 이들 저분자 유기물은 진공증착의 방법으로 형성될 수 있다.
고분자 유기물의 경우에는 대개 홀 수송층(HTL) 및 발광층(EML)으로 구비된 구조를 가질 수 있으며, 이 때, 상기 홀 수송층으로 PEDOT를 사용하고, 발광층으로 PPV(Poly-Phenylenevinylene)계 및 폴리플루오렌(Polyfluorene)계 등 고분자 유기물질을 사용하며, 이를 스크린 인쇄나 잉크젯 인쇄방법 등으로 형성할 수 있다.
상기와 같은 유기 발광층은 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 다양한 실시예들이 적용될 수 있음은 물론이다. 상기 제 1 전극(61)은 애노드 전극의 기능을 하고, 상기 제 2 전극(62)은 캐소드 전극의 기능을 할 수 있는 데, 물론, 이들 제 1 전극(61)과 제 2 전극(62)의 극성은 반대로 되어도 무방하다. 그리고, 제 1 전극(61)은 각 화소의 영역에 대응되도록 패터닝될 수 있고, 제 2 전극(62)은 모든 화소를 덮도록 형성될 수 있다.
상기 제 1 전극(61)은 투명 전극 또는 반사형 전극으로 구비될 수 있는 데, 투명전극으로 사용될 때에는 ITO, IZO, ZnO, 또는 In2O3로 구비될 수 있고, 반사형 전극으로 사용될 때에는 Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, 및 이들의 화합물 등으로 반사층을 형성한 후, 그 위에 ITO, IZO, ZnO, 또는 In2O3로 투명전극층을 형성할 수 있다. 한편, 상기 제 2 전극(62)도 투명 전극 또는 반사형 전극으로 구비될 수 있는 데, 투명전극으로 사용될 때에는 이 제 2 전극(62)이 캐소드 전극으로 사용되므로, 일함수가 작은 금속 즉, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Ag, Mg, 및 이들의 화합물이 유기 발광막(63)의 방향을 향하도록 증착한 후, 그 위에 ITO, IZO, ZnO, 또는 In2O3 등으로 보조 전극층이나 버스 전극 라인을 형성할 수 있다. 그리고, 반사형 전극으로 사용될 때에는 위 Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Ag, Mg, 및 이들의 화합물을 전면 증착하여 형성한다.
상기 제 2 전극(62) 상에는 네트워크 포머(network former)-함유 절연 물질로 이루어진 보호층(65)이 구비된다.
본 발명의 보호층(65)을 이루는 원자의 배열 상태는 도 2a를 참조하며, 종래의 보호층을 이루는 원자 배열 상태는 도 2b를 참조한다. 도 2a에 따르면, 본 발명의 보호층(65)을 이루는 원자는 매우 치밀하고도 높은 밀도로 배열되어 있다. 아울러, 보호층(65)을 이루는 원자들은 네트워크 포머(편의상 미도시함)에 의하여 보다 단단히 결합되어 있다. 본 명세서 중 네트워크 포머(network former)란 상기 네트워크 포머를 함유한 베이스 물질(본 발명의 보호층을 이루는 네트워크 포머-함유 절연 물질에서는 절연 물질을 가리킴)을 구성하는 원자들 간의 단절된 네트워크, 즉 미결합된 원자간의 결합을 형성하여, 원자 간 네트워크를 향상시키는 물질을 의미한다. 따라서, 본 발명의 보호층(65)에는 종래 보호층의 원자 배열 상태를 도시한 도 2b에서 관찰될 수 있는 원자간 빈 공간(void)(C) 또는 원자 배열이 단절 된 상태인 결함(defect)(D)이 실질적으로 존재하지 않는다. 그 결과, 본 발명의 보호층(65) 중 제 2 전극(62)과 반대 방향을 향하는 표면(A)을 통한 산소 및 수분의 침투가 실질적으로 방지된다.
본 발명의 보호층(65)을 이루는 네트워크 포머-함유 절연 물질의 굴절율은 2.0 이상이다. 네트워크 포머-함유 절연 물질이 2.0 미만의 굴절율을 갖는 경우, 유기층으로부터 발광된 빛의 전반사되는 등, 오히려 광취출율을 저하시킬 수 있기 때문이다.
한편, 상기 보호층(65)를 이루는 네트워크 포머-함유 절연 물질의 옵티칼 밴드 갭은 3.0eV 내지 6.0eV일 수 있다. 네트워크 포머-함유 절연 물질의 옵티칼 밴드 갭이 3.0eV 미만인 경우에는 네트워크 포머 함유량이 너무 작아 전술한 바와 같이 네트워크 포머로 달성하고자 하는 목적을 이룰 수 없고, 반대로 옵티칼 밴드 갭이 6.0eV를 초과하는 경우에는 보호층이 불투명해셔 오히려 광취출율이 저하시킬 수 있다는 문제점이 있기 때문이다.
이와 같은 본 발명의 보호층(65)을 이루는 네트워크 포머-함유 절연 물질의 네트워크 포머와 절연 물질은 상기 굴절율 및 옵티칼 밴드 갭을 만족시켜 광취출율을 향상시킬 수 있는 것이 바람직하다. 상기 네트워크 포머의 비제한적인 예는 Li, Na, K, Ca, Sn, Rb, Cs, Ba, Pb, Be, Mg, Ce 및 Nb 중 하나 이상의 원소일 수 있다. 이 중, Sn이 바람직하다. 한편, 상기 네트워크 포머-함유 절연 물질 중 절연 물질은 예를 들면, 금속 산화물 및 질화물 중 하나 이상의 물질일 수 있다. 상기 금속 산화물 또는 질화물의 구체적인 예에는 SiOx, SiNx(x≥1임), TiO 또는 TaO 등이 포함되나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이 중, 실리콘 산화물이 바람직하다.
본 발명의 보호층(65)을 이루는 네트워크 포머-함유 절연 물질은 예를 들면, 전술한 바와 같은 네트워크 포머를 함유한 금속 산화물 또는 질화물일 수 있다. 이의 구체적인 예에는 SiLiO, SiNaO, SiKO, SiCaO, SiSnO, SiRbO, SiCsO 및 SiBaO이 포함되나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이 중, SiSnO가 바람직하다.
본 발명의 보호층(65)의 표면 조도는 rms 5Å 내지 50Å일 수 있다. 표면 조도는 상기 보호층(65)을 이루는 원자의 높은 밀도에 따른 것이다. 특히, 표면 조도가 50Å을 초과한 경우에는 증착되는 보호층이 치밀한 구조를 가질 수 없어 투습 및 투산소를 방지하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명의 보호층(65)의 두께는 약 300Å 내지 3000Å일 수 있다. 상기 보호층(65)의 두께는 보호층의 투습 및 투산소 방지 성능 및 제조 단가와 공정 시간을 모두 고려하여 선택될 수 있다.
상기 보호층(65)은 증발원(evaporation source) 및 이온 빔 소스(ion beam source)를 이용하는 이온 빔 보조 증착법(Ion Beam Assisted Deposition: 이하, "IBAD"라고 함)에 따라 형성될 수 있다.
상기 이온 빔 보조 증착법의 원리는 도 3을 참조한다. 도 3에 따르면, 증발원(97)으로부터 방출된 입자(92)가 소정의 기판(91) 일면에 증착될 때, 이온 빔 소스(95)로부터 방출된 이온(93)은 상기 증발원(97)으로부터 방출된 입자(92)의 표면 이동도를 증가시킴으로써, 상기 입자를 소정의 기판에 높은 밀도로 치밀하게 증착시킨다.
상기 이온 빔 보조 증착법의 증발원으로부터 방출되는 입자는 상기 네트워크 포머-함유 절연 물질을 이루는 네트워크 포머 및 절연 물질일 수 있다. 보다 구체적으로, 증발원으로부터 방출되는 입자는 Li, Na, K, Ca, Sn, Rb, Cs, Ba, Pb, Be, Mg, Ce 및 Nb 중 하나 이상의 원자 및 금속 산화물 및 질화물 중 하나 이상의 물질일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 금속 산화물 및 질화물의 구체적인 예에는 SiOx, SiNx(x≥1임), TiO 또는 TaO 등이 포함되나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이 중, Sn과 실리콘 산화물이 바람직하다.
상기 증발원에 장착되는 증착원으로서, 네트워크 포머로 이루어진 증착원과 절연 물질로 이루어진 증착원을 개별적으로 준비하여 동시에 이용할 수 있다. 필요한 경우, 서로 다른 네트워크 포머로 이루어진 증착원을 2 이상 사용할 수 있다. 상기 네트워크 포머로 이루어진 증착원 및 절연 물질로 이루어진 증착원을 동시에 이용함으로써 네트워크 포머와 절연 물질이 동시에 증착되어 단일층을 형성할 수 있다. 단일층 내에서의 네트워크 포머와 절연 물질의 함량비는 상기 네트워크 포머로 이루어진 증착원 및 절연 물질로 이루어진 증착원에 인가되는 에너지원 전력을 소정 범위로 제어함으로써 조절가능하다.
이와는 별개로, 기계적 합금화(mechanical alloying)법에 따라 네트워크 포머 분말과 절연 물질 분말을 처리하여 제조한 한 개의 네트워크 포머-절연 물질 간 화합물 증착원을 이용할 수 있다. 상기 네트워크 포머-절연 물질 간 화합물 증착원 제조 시 분말 혼합비를 조절함으로써 보호층을 이루는 네트워크 포머와 절연 물질의 함량비를 조절할 수 있다.
이와 같이 형성된 보호층(65)을 이루는 네트워크 포머-함유 절연 물질은 예를 들면, SiLiO, SiNaO, SiKO, SiCaO, SiSnO, SiRbO, SiCsO 및 SiBaO일 수 있다. 이 중, SiSnO가 바람직하다.
상기 이온 빔 보조 증착법의 이온 빔 소스로부터 방출되는 이온은 보호층이 형성될 기판을 이루는 물질, 예를 들면 제 2 전극(62)을 이루는 물질 및 전술한 바와 같은 증발원으로부터 방출되는 입자 모두와 반응성이 없는 것이 바람직하다. 이의 예에는 불활성 원자의 이온 등이 있다. 보다 구체적으로, Ar+, Kr+ 또는 Xe
+ 이온 등을 이용할 수 있다.
상기 이온 빔 보조 증착법의 이온 빔 소스의 에너지는 50eV 내지 200eV, 바람직하게는 80eV 내지 150eV일 수 있다. 이온 빔 소스의 에너지가 50eV미만인 경우에는, 이온 빔 소스로부터 방출되는 이온의 에너지가 너무 작아 증발원으로부터 방출되는 입자의 표면 이동도를 증가시킬 수 없어, 결국 높은 경도 및 밀도를 갖는 치밀한 보호층을 형성할 수 없다는 문제점이 생길 수 있고, 이온 빔 소스의 에너지가 200eV를 초과하는 경우에는 이온 빔 소스로부터 방출되는 이온의 에너지가 너무 커 형성된 보호층을 오히려 에칭할 수 있다는 문제점이 생길 수 있기 때문이다. 이 중, 특히, 150eV가 바람직하다.
본 발명의 이온 빔 보조 증착법을 이용한 보호층 형성 단계에 있어서, 증발원으로부터 방출되는 입자 개수와 이온 빔 소스로부터 방출되는 이온 개수의 비는 1:1 내지 0.9:1, 바람직하게는 0.9:1일 수 있다. 이온 빔 소스로부터 방출되는 이 온의 개수가 증발원으로부터 방출되는 원자 개수를 기준으로 상기 범위를 초과하는 경우에는 형성된 보호층이 오히려 이온 빔 소스로부터 방출된 이온에 의하여 에칭될 수 있다는 문제점이 생길 수 있고, 이온 빔 소스로부터 방출되는 이온 개수가 상기 범위를 벗어나 너무 적은 경우에는 상기 이온의 양이 증발원으로부터 방출되는 입자의 표면 이동도를 증가시키지 못하여 높은 경도 및 밀도를 갖는 치밀한 구조의 보호층을 형성할 수 없다는 문제점이 있기 때문이다.
상기 비율는 통상적으로 이온 빔 소스의 전자 유량 또는 이온 발생 가스의 유입량을 조절함으로써 제어될 수 있다. 예를 들면, 실리콘 산화물 입자 및 Sn을 방출하는 증발원 및 아르곤 이온을 방출하는 이온 빔 소스를 이용하여 SiSnO로 이루어진 보호층을 형성하는 경우, 이온 빔 소스의 전자 유량을 50mA로 조절하고, 아르곤 가스의 유입량을 5sccm으로 조절하면 실리콘 산화물 입자와 Sn 입자 대 아르곤 이온 개수의 비를 1:1로 조절할 수 있다.
상기 이온 빔 보조 증착법을 이용한 보호층 형성 단계에 있어서, 증발원으로서 열증발원(Thermal evaporation source) 또는 전자빔 증발원(Electron evaporation source)를 모두 사용할 수 있다. 또한, 이온 빔 소스로는 카우프만형 이온 건(Kaufmann type ion gun), 엔드홀형 이온 건(Endhall type ion gun) 또는 rf형 이온 건(rf type ion gun) 등을 사용할 수 있다. 이는 본 발명의 목적에 따라 당업자가 용이하게 선택할 수 있는 것이다.
본 발명의 유기 전계 발광 표시 장치 및 이의 제조 방법을 액티브 매트릭스형 유기 전계 발광 표시 장치를 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않음은 물 론이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
실시예
실시예 1
SiSnO층이 적층될 기판으로서, 글래스 기판 상에 ITO, 500Å 두께의 PEDOT, 800Å 두께의 PPV, 10Å의 LiF 및 2000Å의 Mg:Ag이 차례로 적층된 기판을 준비하였다. 이 후, 실리콘 산화물 분말 1g으로 실리콘 산화물 증착원을 준비하고 Sn 분말 1g으로 Sn 증착원을 준비하였다. 이 후, 이온 빔 소스, 실리콘 산화물 증착원, Sn 증착원, 상기 실리콘 산화물 증착원 및 Sn 증착원을 각각 탑재할 수 있는 열증발원, 기판 홀더 및 상기 기판 홀더를 회전시키는 역할을 하는 회전 쉐프트를 구비한 컨테이너를 준비하였다. 상기 실리콘 산화물 증착원 및 Sn 증착원은 전술한 바와 같이 준비된 것을 사용하였고, 상기 이온 빔 소스로는 엔드홀형 이온 건(EndHall type ion gun, Infovion 사 제품)을, 상기 열증발 소스로는 헬리시스(Helisys, ANS 사 제품)를 사용하였다. 상기 실리콘 산화물 증착원 및 Sn 증착원에 대향되도록 배치된 기판 홀더에 상기 준비된 기판을 탑재한 후, 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조건 하에서 상기 컨테이너를 작동시켜 300Å 두께의 SiSnO층을 형성하였다:
| 기본 압력 | 1.0 x 10-7 Torr |
| 가스 유량 | 산소 유량-2sccm 아르곤 유량-5sccm |
| 열증발원 | 텅스텐 보트, BN 보트 |
| 열증발원 작동 조건 | 200A |
| 이온 빔 소스 | 엔드홀형 이온 건 |
| 이온 빔 소스 작동 조건 | 방전 전류(Discharge current)-500mA 방전 전압(Discharge voltage)-300V 빔 전압(Beam Voltage)-150eV 빔 전류(Beam Current)-50mA |
| 증착 각도 | 90degrees |
| 기판 RPM | 4.5 |
| 기판 온도 | 80℃ |
| 증착 속도 | 5Å/sec |
이로부터 SiSnO층이 형성된 소자를 샘플 1이라고 한다.
평가예 1: SiSnO층의 표면 모폴로지 평가
샘플 1의 SiSnO층에 대한 표면 조도를 SEM 사진으로서 측정하였다. 그 결과, 샘플 1의 SiSnO층 표면 조도는 rms 30Å이었다.
평가예 2: 수명 특성 평가
샘플 1을 대기 노출시킨 후, 일정시간 마다 작동시킴으로써 수명 특성을 평가하여 도 4에 나타내었다. 도 4에 의하면, 1028시간까지는 암점이 일부 성장하였으나, 고수명이 보장된다는 것을 알 수 있다.
본 발명의 보호층은 네트워크 포머를 함유하는 높은 굴절율 및 유기 전계 발광 소자에 적합한 투명성을 제공할 수 있는 옵티칼 밴드 갭을 갖는 바, 투습 및 투산소 방지 특성이 우수하며, 광취출율이 우수하다. 본 발명의 보호층은 이온 빔 보조 증착법을 이용하여 형성될 수 있으며, 이러한 보호층을 이용하면 유기 전계 발광 표시 장치의 신뢰성, 특히 수명을 향상시킬 수 있다.
Claims (17)
- 기판;상기 기판 상에 구비된 제 1 전극;상기 제 1 전극에 절연되도록 형성된 제 2 전극;상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 개재되며, 적어도 발광층을 포함하는 하나 이상의 유기층; 및상기 제 2 전극을 덮도록 형성된 보호층을 포함하고, 상기 보호층은 네트워크 포머(network former)-함유 절연 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치.
- 제1항에 있어서,상기 네트워크 포머-함유 절연 물질의 굴절율이 2.0 이상인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치.
- 제1항에 있어서,상기 네트워크 포머-함유 절연 물질의 옵티칼 밴드갭이 3.0eV 내지 6.0eV인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치.
- 제1항에 있어서,상기 네트워크 포머가 Li, Na, K, Ca, Sn, Rb, Cs, Ba, Pb, Be, Mg, Ce 및 Nb 중 하나 이상의 원자인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치.
- 제1항에 있어서,상기 절연 물질이 금속 산화물 및 질화물 중 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치.
- 제1항에 있어서,상기 네트워크 포머-함유 절연 물질이 SiLiO, SiNaO, SiKO, SiCaO, SiSnO, SiRbO, SiCsO 및 SiBaO 중 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치.
- 제1항에 있어서,상기 보호층의 표면 조도(surface roughness)가 rms 5Å 내지 50Å인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치.
- 기판부에 제 1 전극을 형성하는 단계;상기 제 1 전극 상부에 적어도 발광층을 포함하는 하나 이상의 유기층을 형성하는 단계;상기 유기층을 덮도록 구비되는 제 2 전극을 형성하는 단계; 및상기 제 2 전극을 덮도록 보호층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 보호층은 네트워크 포머(network former)-함유 절연 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치의 제조 방법.
- 제8항에 있어서,상기 네트워크 포머-함유 절연 물질의 굴절율이 2.0 이상인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치의 제조 방법.
- 제8항에 있어서,상기 네트워크 포머-함유 절연 물질의 옵티칼 밴드 갭이 3.0eV 내지 6.0eV인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치의 제조 방법.
- 제8항에 있어서,상기 네트워크 포머-함유 절연 물질이 SiLiO, SiNaO, SiKO, SiCaO, SiSnO, SiRbO, SiCsO 및 SiBaO로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치의 제조 방법.
- 제8항에 있어서,상기 보호층을 증발원(evaporation source) 및 이온 빔 소스(ion beam source)를 이용하는 이온 빔 보조 증착법(Ion Beam Assisted Deposition : IBAD)에 따라 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치의 제조 방법.
- 제8항에 있어서,상기 증발원으로부터 방출되는 입자가 금속 산화물 및 질화물 중 하나 이상의 물질과 Li, Na, K, Ca, Sn, Rb, Cs, Ba, Pb, Be, Mg, Ce 및 Nb 중 하나 이상의 원자를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치의 제조 방법.
- 제8항에 있어서,상기 이온 빔 소스로부터 방출되는 이온이 불활성 원자 중 하나 이상의 원자의 이온인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치의 제조 방법.
- 제8항에 있어서,상기 이온 빔 소스의 에너지가 50eV 내지 200eV인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치의 제조 방법.
- 제8항에 있어서,상기 이온 빔 소스로부터 방출되는 이온 갯수와 상기 증발원으로부터 방출되는 입자 갯수의 비가 1:1 내지 0.9:1인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치의 제조 방법.
- 제8항에 있어서,상기 보호층의 표면 조도가 rms 5Å 내지 50Å인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치의 제조 방법.
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