KR100611673B1 - 박막 형성 방법 및 유기전계발광소자의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
박막 형성 방법 및 유기전계발광소자의 제조 방법을 제공한다. 상기 방법은 증착물질과 첨가물질을 혼합한 성막물질을 증착시켜 박막을 형성하는 것을 포함하며, 상기 첨가물질은 상기 증착물질과 공융점을 갖는 물질을 사용한다. 이로써, 종래에 증착물질만을 사용하여 성막하는 경우보다 더욱 낮은 온도에서 성막이 가능하다.
공융점(Eutectic Point), 일함수(work function), 증발원, 진공증착법
Description
도 1a는 본 발명에 따른 박막 형성 방법을 설명하는 모식도,
도 1b는 본 발명에 따른 박막 형성 방법에 사용되는 증발원을 설명하는 단면도,
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 증착물질과 첨가물질을 혼합한 성막물질들의 상평형도(phase diagram)들,
도 3은 본 발명에 따른 유기전계발광소자의 제조 방법을 설명하는 모식도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 진공증착장치 110 : 진공증착챔버
120 : 증발원 130 : 기판
150 : 박막 120b : 노즐부
122 : 증착물질 123 : 첨가물질
140, 340 : 성막물질
본 발명은 박막 형성 방법 및 유기전계발광소자의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 증착물질과 공융점을 갖는 첨가물질을 이용하여 증착함으로써, 저온에서 박막 형성이 가능한 박막 형성 방법 및 유기전계발광소자의 제조 방법에 관한 것이다.
기판에 박막을 형성하는 일반적인 방법으로는 진공증착법, 이온 플래이팅법(ion-plating) 및 스퍼터링(sputtering)법 등과 같은 물리 기상 증착법(PVD)과, 가스 반응에 의한 화학 기상 증착(CVD)법 등이 있다. 그 가운데에서, 유기전계발광소자의 유기막층, 전극 등과 같은 박막을 형성하는 데에는 진공증착법이 주로 사용된다.
상기 진공증착법은 진공증착챔버의 하부에 증발원과 그 상부에 성막용 기판을 설치하여 박막을 형성하는 방법이다. 상기 진공증착법에는 저항열증착, 전자빔증착 및 유도가열증착 등이 있다. 상기 진공증착법에 사용되는 증발원으로는 유도가열증착(또는 간접가열 증착)의 증발원(effusion cell)이 주로 사용되고 있다.
상기한 박막 형성 방법들은 유기전계발광소자를 구성하는 다양한 박막을 형성하는데 사용되어 진다. 상기 유기전계발광소자는 유기물 박막에 음극과 양극을 통하여 주입된 전자와 정공이 재결합하여 여기자(exiton)를 형성하고, 형성된 여기자로부터의 에너지에 의해 특정한 파장의 빛이 발생하는 현상을 이용하는 자발광형 디스플레이 소자이다. 상기 유기전계발광소자는 저전압으로 구동이 가능하고, 경량의 박형이고, 시야각이 넓을 뿐만 아니라, 응답 속도 또한 빠르다는 장점을 구비한 다.
이러한 유기전계발광소자는 기판 상에 적층식으로 형성되는 애노드전극, 유기막층 및 캐소드전극으로 구성된다. 상기 유기막층은 유기 발광층을 구비하며, 전자 수송층, 정공 수송층, 정공 주입층 및 전자 주입층을 더욱 포함할 수도 있다.
상기 캐소드전극은 금속을 이용하여 형성할 수 있으며 특히, 일함수가 낮은 Al을 이용하여 형성할 수 있다. 상기 Al을 성막하는데에는 고온의 열원이 필요하다. 즉, 상기 Al과 같은 박막을 형성하는데에 많은 에너지가 요구될 뿐만아니라, 고온 공정에 따른 기판의 열화가 생길 수 있는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 낮은 온도에서 성막이 가능하여 고온의 열원이 요구되는 것을 해소하며, 형성되는 박막의 기계적, 전기적 특성을 향상시키는 박막 형성 방법 및 유기전계발광소자의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제들을 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 박막 형성 방법을 제공한다. 상기 박막 형성 방법은 증착물질과 첨가물질을 혼합한 성막물질을 증착시켜 박막을 형성하는 것을 포함하며, 상기 첨가물질은 상기 증착물질과 공융점을 갖는 물질을 사용한다. 이로써, 종래에 증착물질만을 사용하여 성막하는 경우보다 더욱 낮은 온도에서 성막이 가능하다.
상기 형성되는 박막은 Al합금일 수 있으며, 전극으로 사용될 수 있다.
상기 박막은 진공증착법을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다.
상기 기술적 과제들을 이루기 위하여 본 발명의 다른 일 측면은 유기전계발광소자의 제조 방법을 제공한다. 상기 제조 방법은 기판 상에 제 1 전극을 형성하는 것을 구비한다. 상기 제 1 전극 상에 적어도 유기 발광층을 포함하는 유기막층 패턴을 형성한다. 상기 유기막층 패턴 상에 제 2 전극을 형성하는 것을 포함하며, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극 중 적어도 어느 하나는 증착물질과 상기 증착물질과 공융점을 갖는 첨가물질을 혼합한 성막물질을 증착시켜 형성한다.
상기 제 2 전극을 형성하는 증착물질은 Al을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 제 2 전극은 캐소드전극일 수 있으며, 상기 형성되는 캐소드전극은 Al합금으로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 전극 및 제 2 전극 중 적어도 어느 하나는 진공증착법을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다.
상기 증착물질은 금속 또는 무기물을 사용할 수 있으며, 상기 금속 중에서 Al을 사용할 수 있다.
상기 첨가물질은 금속 또는 비금속물질을 사용할 수 있다. 상기 첨가물질은 상기 Al과 일함수(work function)가 같거나 또는 작은 물질인 것을 사용하는 것이 바람직하며 특히, Si, Mg 및 Ca 중 어느 하나의 물질을 사용할 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
도 1a는 본 발명에 따른 박막 형성 방법을 설명하는 모식도이고, 도 1b는 본 발명에 따른 박막 형성 방법에 사용되는 증발원을 설명하는 단면도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명에 따른 박막 형성 방법은 진공증착법을 이용하는 것을 예시하고 있다. 상기 진공증착법에 사용되는 진공증착장치(100)는 진공증착챔버(110), 증발원(120) 및 기판(130) 등으로 구성되어 있다. 상기 증발원(120)은 기판(130) 상에 증착시키고자 하는 물질을 증발시키는 증발원부(120a)와, 상기 증발원부(120a)에서 증발된 기체가 분사되는 노즐부(120b)로 구성될 수 있다.
상기 진공증착챔버(110)에 연결된 진공배기계(도시하지 않음)가 존재하며 이를 이용하여 진공증착챔버의 내부를 일정한 진공을 유지시킨다. 이후, 상기 진공증착챔버(110)의 하부에 배치된 증발원(120)의 도가니(121)를 열선(124)을 이용하여 가열시킨다. 상기 도가니(121)에 열이 공급되면 성막물질(140)에도 열이 공급되어 증발된다.
상기 증발된 성막물질(140)은 상기 노즐부(120b)의 홀(125)을 통과하여 상기 증발원(120)의 상부로부터 일정거리 떨어진 곳에 위치한 기판(130)에 도달하게 된다. 따라서, 상기 증발원(120)의 도가니(121)로부터 증발된 성막물질(140)은 상기 기판(130)으로 도달하여 흡착, 증착, 재 증발 등의 연속적 과정을 거쳐 상기 기판(130)위에 고체화되어 박막(150)을 형성한다.
상기 도가니(121) 내부에는 성막물질(140)이 수용되는바, 증착물질(122) 및 첨가물질(123)이 수용된다.
상기 증착물질(121)로서 무기물 또는 금속을 사용할 수 있다. 특히, 금속 중 에서도 Al은 일함수가 낮아 전극을 형성하는데 사용될 수 있다.
상기 첨가물질(123)는 금속 또는 비금속물질을 사용할 수 있다. 상기 증착물질(122)만을 증발시켜 성막하는 데에는 고온의 열원이 필요하므로, 본 발명에서는 상기 증착물질(122)과 첨가물질(123)을 혼합한 성막물질(140)을 사용하여 박막을 형성한다.
이때, 상기 첨가물질(123)은 상기 증착물질(122)과 공융점(Eutectic Point)을 갖는 물질을 사용한다. 상기 공융점이라 함은, 두 성분계의 고체상-액체상 곡선에서 두 성분이 고용체를 만들지 않고 액체 상태에서 완전히 녹아 섞이는 점을 말한다.
상기 증착물질(122)로서 Al을 사용하는 경우에는 상기 첨가물질(123)로서 Si, Mg 및 Ca 중 어느 하나의 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 Al의 녹는점은 약 660℃ 정도이며, 일반적으로 상기 Al을 1200 내지 1400℃ 정도의 온도에서 녹여 증착을 수행한다. 따라서, 상기 Al과 공융점을 갖는 첨가물질(123)을 혼합하여 증착시킴으로서 더욱 낮은 온도에서 성막이 가능하게 한다. 그 이외에도 상기 증착물질(122)과 공융점을 갖는 다양한 물질을 상기 첨가물질(123)로서 사용할 수 있다.
상기 증착물질(122)로서 Al을 사용하고, 상기 첨가물질(123)로서 Si, Mg 또는 Ca를 사용하여 혼합한 성막물질(140)을 증착함으로써 형성되는 박막은 Al합금일 수 있다. 즉, 각각 Al-Si합금, Al-Mg합금, Al-Ca합금을 형성할 수 있다. 상기 형성된 Al합금은 기계적, 전기적 특성이 우수하여 전극으로 사용될 수 있다. 특히, 음 극으로 사용되는 것이 바람직하다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 증착물질과 첨가물질을 혼합한 성막물질들의 상평형도(phase diagram)들이다. 각각의 상평형도에서 x축은 각 성분들의 중량퍼센트(wt%)를 나타내며, y축은 섭씨온도를 나타낸다.
도 2a를 참조하면, 증착물질(122)로서 Al을 사용하고, 첨가물질(123)로서 Si을 사용할 경우 혼합물질 즉, 성막물질(140)의 상평형도를 나타내고 있다.
상기 상평형도에서 보는 바와 같이 Al-Si계에서는 1개의 공융점이 있음을 알 수 있다. Al-Si계의 공융점은 580℃이고, Al과 Si의 조성비는 약 13/97wt%임을 알 수 있다.
즉, 상기 Al에 첨가물질(123)로서 Si을 첨가시키면, 혼합물질인 Al-Si계의 공융점은 580℃가 되므로, 상기 Al을 고유의 녹는점인 660℃보다 더욱 낮은 온도에서 용융시킬 수 있다. 따라서, 종래에 Al을 1200 내지 1400℃ 정도의 온도에서 증착시켰으나, 본 발명에서는 그 보다 낮은 온도에서 상기 Al을 포함한 성막물질을 증착할 수 있다.
이때, 형성되는 박막은 Al-Si합금으로 이루어지게 된다. 상기 Al-Si합금은 팽창 계수가 작고 내마멸성이 우수하며, 고온강도 및 기계가공성이 좋다. 상기 Al-Si합금은 전극으로서 사용될 수 있으며 특히, 음극으로 사용되는 것이 바람직하다.
도 2b를 참조하면, 증착물질(122)로서 Al을 사용하고, 첨가물질(123)로서 Mg를 사용할 경우 성막물질(140)의 상평형도를 나타내고 있다.
상기 상평형도에서 보는 바와 Al-Mg계에서는 5개의 공융점들이 있음을 알 수 있다. Al-Si계의 공융점들은 Al과 Si의 조성비에 따라 450, 448, 449, 452 및 437℃을 나타내고 있다. 따라서, 상기 Al을 고유의 녹는점인 660℃보다 더욱 낮은 온도에서 용융시킬 수 있으므로, 상기 Al을 포함한 성막물질을 저온에서 증착할 수 있다.
이때, 형성되는 박막은 Al-Mg합금은 내식성이 좋고, 온도에 따른 변화가 적다.
도 2c를 참조하면, 증착물질(122)로서 Al을 사용하고, 첨가물질(123)로서 Ca를 사용할 경우 성막물질(140)의 상평형도를 나타내고 있다.
상기 상평형도에서 보는 바와 Al-Ca계에서는 3개의 공융점들이 있음을 알 수 있다. Al-Ca계의 공융점들은 Al과 Ca의 조성비에 따라 640, 699 및 549℃을 나타내고 있다. 상기 Ca의 조성비를 약 92wt% 또는 26wt%로 한 경우에 공융점이 각각 640 및 549℃를 나타낸다. 따라서, 상기 Al을 고유의 녹는점인 660℃보다 더욱 낮은 온도에서 용융시킬 수 있으므로, 상기 Al을 포함한 성막물질을 저온에서 증착할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 유기전계발광소자의 제조 방법을 설명하는 모식도이다.
도 3을 참조하면, 기판(330) 상에 제 1 전극을 형성한다. 상기 기판(330) 상에는 박막트랜지스터와 상기 박막트랜지스터 상에 형성된 패시배이션막 및 평탄화막 등이 구비되어 있을 수 있다.
상기 제 1 전극은 애노드전극일 수 있으며, 일함수가 높은 ITO 또는 IZO와 같은 투명 전극을 사용할 수 있다. 상기 애노드전극은 일함수가 5.0eV 이상인 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 일함수(work function)이란 금속 내부의 전자를 외부로 방출시키는 데 필요한 최소한의 일을 의미한다.
상기 제 1 전극 상에 유기막층 패턴을 형성한다. 상기 유기막층 패턴은 적어도 유기 발광층을 포함하고 있다. 또한, 상기 유기막층 패턴은 유기 발광층으로 이루어진 1종의 단일층이거나 또는, 상기 유기 발광층과 함께 정공주입층, 정공전달층, 전자전달층 및 전자주입층으로 이루어진 군에서 선택된 2종 이상의 다중층으로 이루어질 수 있다.
상기 유기막층 패턴 상에 제 2 전극을 형성함으로써 유기전계발광소자를 완성한다. 상기 제 2 전극은 캐소드전극일 수 있으며, 일함수가 낮은 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 일함수가 낮은 물질로서 Mg, Ca, Al, Ag 등과 같은 금속 물질을 사용할 수 있다.
상기 금속 물질의 일함수는 각각 Al(4.06~4.41eV), Ca(2.87~3.00eV), Mg(3.46eV), Ag(4.26~4.74)을 갖는다.
이때, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극 중 적어도 어느 하나는 진공증착법을 이용하여 형성할 수 있다. 상기 진공증착법에 사용되는 진공증착장치(300)는 진공증착챔버(310), 증발원(320) 및 기판(330) 등으로 구성되어 있다. 상기 기판(330) 상에 성막물질(340)을 증착시켜 상기 제 1 전극 또는 제 2 전극과 같은 박막(350)을 형성하는 공정은 도 1a 및 도 1b에서 설명한 것과 동일하다.
도 1b를 다시 참조하면, 상기 증착물질(122)로서 무기물 또는 금속을 사용할 수 있다.
상기 증착물질(122)에 첨가물질(123)을 혼합하는바, 상기 첨가물질(123)는 금속 또는 비금속물질을 사용할 수 있다. 이때, 상기 첨가물질(123)은 상기 증착물질(122)과 공융점을 갖는 물질을 사용한다. 공융점에 대한 상세한 설명은 상술한 도 2a 내지 도 2c의 설명을 참조한다.
상기 제 2 전극은 캐소드전극일 수 있으며, 상기 캐소드전극을 형성하는 상기 증착물질(122)로서 일함수가 낮은 Al(4.06~4.41eV)을 사용할 수 있다.
이 경우에, 상기 첨가물질(123)로서 상기 증착물질(122)과 공융점을 갖는 Si, Mg 및 Ca 중 어느 하나의 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 캐소드전극은 일함수가 낮아야 하므로, 상기 Al(4.06~4.41eV)의 일함수와 유사하거나 또는 더 작은 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 Mg 및 Ca는 각각 2.87~3.00eV, 3.46eV의 일함수를 가지며, Si의 경우에도 낮은 일함수를 가지므로 상기 Al과 함께 캐소드전극으로 사용할 수 있다. 그 이외에도 상기 증착물질(122)과 공융점을 가지며, 일함수가 유사한 다양한 물질을 상기 첨가물질(123)로서 사용할 수 있다.
따라서, 상기 Al만을 증착시키는 경우보다 더욱 낮은 온도에서 상기 캐소드전극을 형성할 수 있다.
또한, 증착에 의해 형성된 캐소드전극은 Al합금으로 이루어지며, 첨가물질(123)에 따라 Al-Si합금, Al-Mg합금, Al-Ca합금 등이 형성될 수 있다. 상기 Al합금은 기계적, 전기적 특성이 우수하므로, 상기 캐소드전극의 기계적, 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 액티브 매트릭스형 유기전계발광소자에 대해서만 설명하였으나 이에 한하지 않고, 패시브 매트릭스형 유기전계발광소자에서도 적용할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 박막을 형성하는 물질로서 증착물질 이외에 상기 증착물질과 공융점을 갖는 첨가물질을 혼합하여 사용한다. 이로써, 종래에 증착물질만을 사용하여 성막하는 경우보다 더욱 낮은 온도에서 성막이 가능하다. 즉, 고온의 열원이 요구되는 것을 해소할 수 있다. 또한, 형성되는 박막 특히, 유기전계발광소자를 구성하는 캐소드전극의 기계적, 전기적 특성을 향상시키는 이점을 제공한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이다.
Claims (14)
- 증착물질과 첨가물질을 혼합한 성막물질을 증착시켜 박막을 형성하는 것을 포함하며,상기 첨가물질은 상기 증착물질과 공융점을 갖는 물질인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 증착물질은 금속 또는 무기물인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 증착물질은 Al인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 첨가물질은 금속 또는 비금속물질인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 첨가물질은 Si, Mg 및 Ca 중 어느 하나의 물질인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 박막은 진공증착법을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
- 기판 상에 제 1 전극을 형성하고,상기 제 1 전극 상에 적어도 유기 발광층을 포함하는 유기막층 패턴을 형성하고,상기 유기막층 패턴 상에 제 2 전극을 형성하는 것을 포함하며,상기 제 1 전극 및 제 2 전극 중 적어도 어느 하나는 증착물질과 상기 증착물질과 공융점을 갖는 첨가물질을 혼합한 성막물질을 증착시켜 형성하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 증착물질은 금속 또는 무기물인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조 방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 제 2 전극을 형성하는 증착물질은 Al인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 제 2 전극은 캐소드전극인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 첨가물질은 금속 또는 비금속물질인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 첨가물질은 상기 Al과 일함수(work function)가 같거나 또는 작은 물질인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 첨가물질은 Si, Mg 및 Ca 중 어느하나의 물질인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 제 1 전극 및 제 2 전극 중 적어도 어느 하나는 진공증착법을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조 방법.
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