KR101369908B1 - 유기 전계 발광 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기 전계 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자는 기판 상부의 소정 영역에 순차적으로 형성된 제 1 전극, 유기 발광층 및 제 2 전극을 포함하는 유기 발광부와, 유기 발광부를 덮도록 형성된 봉지층을 포함하며, 봉지층은 건식 증착 방법 및 습식 증착 방법으로 각각 형성된 적어도 두 박막층으로 형성하고, 건식 증착 방법으로 형성된 박막층은 산소 또는 오존 가스를 이용하여 형성된 제 1 박막층과, 제 1 박막층과 다른 박막으로 제 2 박막층을 형성한다.
본 발명에 의하면, 유기 전계 발광 소자의 기계적 강도를 향상시킬 수 있고, 유기 발광부를 이루는 각층 내의 미세한 결함을 제거하여 유기 EL 소자의 수명을 향상시킬 수 있다. 또한, 봉지층의 두께를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 외부로부터의 수분 및 산소의 침투를 차단할 수 있어 유기 EL 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
유기 EL, 봉지, 진행성 쇼트, 오존, 플라즈마, 기계적 강도, 습식 증착

Description

유기 전계 발광 소자 및 그 제조 방법{Organic electroluminescent element and method of manufacturing the same}
본 발명은 유기 전계 발광(electroluminescent: 이하 "EL"이라 함) 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 진행성 쇼트를 방지할 수 있고 기계적 강도를 향상시킬 수 있는 유기 EL 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치(Liquid Crystal Display; LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel; PDP)에 이어 차세대 평판 디스플레이로 기대되고 있는 유기 EL 소자는 발광체인 유기 화합물을 여러겹 쌓고 전압을 가하면 전류가 흘러서 발광하는 현상을 이용한 소자로서, Organic Electroluminescent Display(OELD) 또는 Organic Light Emitting Diode(OLED)로도 불린다.
LCD는 광의 선택적 투과를 통하여 화상을 표시하고, PDP가 플라즈마 방전을 통하여 화상을 표시하는 것에 반하여, 유기 EL 소자는 전계 발광이라는 메커니즘을 통하여 화상을 표시하게 된다. 이는 두 개의 전극 사이에 유기 발광층을 삽입하고, 각 전극에 전압을 가하면, 양극과 음극에서 각각 전자와 정공이 유기 발광층 안으로 주입되어 전자와 정공이 재결합되는데, 이때 발생하는 재결합 에너지가 유기 분자들을 자극함으로써 빛을 발생시키는 방식이다. 이러한 유기 EL 소자는 자체 발광 특성과 함께 시야각이 넓고, 고선명, 고화질, 고속 응답성 등의 장점을 갖고 있어 소형 디스플레이에 많이 적용되고 있다.
유기 EL 소자의 수명은 크게 세가지로 나눌 수 있는데, 유기 EL 소자를 특정 조건하에서 계속 구동시킬 때 밝기(휘도)가 시간에 따라서 감소하는 휘도 수명(Luminance Lifetime), 색좌표(색상)가 시간에 따라 바뀌는 색상수명(Color Lifetime), 구동시 진행성 쇼트(Progressive Short)에 의해 소자가 꺼지거나 가볍게는 흰색 또는 검은색 점 또는 선이 생기는 물리적인 결함이 시간에 따라 나타나는 결함 수명(Defect Lifetime)이 그것이다. 현재 휘도 수명 및 색상 수명에 대해서는 어느 정도 기술이 확보되었으나, 진행성 쇼트 현상에 의한 결함 수명에 대해서는 기술이 확보되지 못한 상태이다.
진행성 쇼트의 원인중 하나로는 기판에 붙어 있거나 유기 박막층 증착시 포함된 이물질에 의해 박막층이 고르게 형성되지 못하고 요철이 생기거나 단절된 틈 사이로 금속 전극(음극)을 구성하고 있는 금속 입자가 침투하여 쇼트를 일으키게 되는 것이 있다. 다른 원인으로는 유기 EL 소자의 박막층을 구성하는 유기 단분자 물질을 증착할 때 틈새 하나없이 완벽한 박막층을 만들 수 없고, 확률적으로 최소수의 빈 틈을 형성할 수 밖에 없으므로 이 빈 틈, 즉 미세 구멍이 전압을 인가하거나 온도를 높이게 되면 함몰되거나 그 위의 유기층 또는 금속 전극층이 이 미세 구 멍으로 침투하여 쇼트를 발생시킨다. 특히, 이러한 진행성 쇼트 현상은 상온보다는 상대적으로 높은 온도에서 빨리 나타나기 때문에 고온에서의 수명을 확보하기가 매우 어려운 실정이다.
한편, 유기 EL 소자는 유기 발광층과 전극이 산소와 수분에 의해 쉽게 산화되기 때문에 유기 EL 소자의 특성을 열화시킬 뿐만 아니라 수명을 저하시키게 된다. 따라서, 유기 EL 소자의 외부로부터 산소나 수분의 침투를 차단해야 하는데, 그 방법의 하나로 종래에는 스테인레스 스틸등의 금속 또는 글래스를 소정의 공간을 가지도록 캔 또는 캡 형태로 가공하고, 그 공간에 수분을 흡수하기 위한 흡습제를 파우더 형태로 탑재하거나 필름 형태로 제조하여 양면 테이프를 이용하여 부착하며, 이로한 실링 캔을 밀봉제 등을 이용하여 유기 EL 소자가 형성된 기판에 접착시키는 방법이 주로 이용된다.
그러나, 금속 캔을 이용하여 유기 EL 소자를 봉지하는 방법은 금속 캔과 유기 EL 소자가 형성된 기판의 열팽창 계수가 상이하여 제조 과정 중 접착력이 떨어지고, 고온 환경에서는 금속 캔과 기판의 팽창 정도가 달라 접착 부분이 훼손되는 등의 문제를 발생한다. 한편, 글래스 캔은 외부 압력에 의해 쉽게 파손될 수 있다. 또한, 유기 EL 소자가 대형화되면 봉지 내부 공간이 커져야 하기 때문에 금속 캔의 가공이 어려워진다. 그리고, 공정 시간이 길어지고, 최적의 구동 조건에 적합한 소자의 봉지 구조를 구현하는데 문제점이 많으며, 전체적으로 소자의 두께가 두꺼워지는 단점이 있다.
유기 EL 소자의 또다른 봉지 방법으로 실리콘옥사이드(SiO2)나 실리콘나이트라이드(SiNx) 등의 박막을 다층으로 적층하는 방법이 제시되었다. 그러나, 이 방법은 충분한 봉지층의 두께를 확보하기 위해 증착 공정을 복수 반복 실시해야 하기 때문에 공정 절차가 복잡하고 오랜 공정 시간이 소요된다. 또한, 박막 증착만으로는 스크래치(scratch) 등의 기계적 강도에 대한 안정성 확보가 어렵기 때문에 다층 박막과 글래스 캔의 구조로 봉지층을 형성해야 한다. 그런데, 글래스 캔은 상기한 바와 같이 외부 압력에 의해 쉽게 파손될 수 있다.
본 발명은 유기 EL 소자의 진행성 쇼트의 원인을 제거하여 수명을 향상시키고, 기계적 강도를 향상시킬 수 있으며, 소자의 두께를 줄일 수 있는 유기 EL 소자 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 유기 EL 소자의 상부에 플라즈마를 이용하지 않는 조건으로 산소 또는 오존을 이용하여 제 1 박막층을 형성하고, 그 상부에 제 2 박막층을 형성한 후 습식 공정으로 제 3 박막층을 형성하여 다층 구조의 봉지층을 형성하는 유기 EL 소자 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따른 유기 EL 소자는 기판 상부의 소정 영역에 순차적으로 형성된 제 1 전극, 유기 발광층 및 제 2 전극을 포함하는 유기 발광부; 및 상기 유기 발광부를 덮도록 형성된 봉지층을 포함하며, 상기 봉지층은 건식 증착 방법 및 습식 증착 방법으로 각각 형성된 적어도 두 박막층으로 형성된다.
상기 건식 증착 방법으로 형성된 박막층은 산소 또는 오존 가스를 이용하여 형성된 제 1 박막층; 및 상기 제 1 박막층과 다른 막으로 형성된 제 2 박막층을 포함한다.
상기 제 1 박막층은 플라즈마를 이용하지 않는 증착 방법으로 형성한다.
상기 제 2 박막층은 플라즈마를 이용한 증착 방법으로 형성한다.
상기 제 1 박막층은 산화막으로 형성되며, 상기 제 2 박막층은 상기 산화막과 다른 무기 절연막을 포함한다.
상기 제 1 박막층 및 제 2 박막층은 소정 횟수 교번 증착되어 형성된다.
상기 습식 증착 방법은 스핀 코팅, 슬릿 코팅, 프린팅, 스프레이 및 디핑 방법을 포함한다.
상기 습식 증착 방법으로 형성된 박막층은 액체 유리를 이용하여 형성된다.
상기 건식 증착 방법으로 형성된 박막층과 상기 습식 증착 방법으로 형성된 박막층을 소정 횟수 교번 증착한다.
본 발명의 다른 양태에 따른 유기 EL 소자의 제조 방법은 기판 상부의 소정 영역에 제 1 전극, 유기 발광층 및 제 2 전극을 포함하는 유기 발광부를 형성하는 단계; 및 상기 유기 발광부를 덮도록 건식 증착 방법 및 습식 증착 방법으로 각각 형성된 적어도 두 박막층으로 봉지층을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 건식 증착 방법으로 형성된 박막층은 산소 또는 오존 가스를 이용하여 제 1 박막층을 형성한 후 상기 제 1 박막층과 다른 막으로 제 2 박막층을 형성한다.
상기 제 1 박막층은 플라즈마를 이용하지 않는 증착 방법으로 형성하고, 상기 제 2 박막층은 플라즈마를 이용한 증착 방법으로 형성한다.
상기 제 1 박막층 및 제 2 박막층은 실온 내지 100℃의 온도 및 0.1 내지 5Torr의 압력에서 형성된다.
상기 제 1 박막층 및 제 2 박막층은 동일 장치에서 연속적으로 형성된다.
상기 습식 증착 방법은 스핀 코팅, 슬릿 코팅, 프린팅, 스프레이 및 디핑 방법을 포함한다.
상기 습식 증착 방법으로 형성된 박막층은 액체 유리를 이용하여 형성된다.
상기 습식 증착 방법으로 박막층을 형성한 후 열처리 공정을 실시하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 의하면, 유기 발광부상에 산소 또는 오존 가스를 이용하여 플라즈마를 이용하지 않는 증착 방법으로 제 1 박막층을 증착한 후 플라즈마를 이용한 증착 방법으로 제 2 박막층을 증착하고, 습식 방법으로 제 3 박막층을 형성한다. 이에 따라, 산소 또는 오존 분위기에서 형성하는 제 1 박막층에 의해 유기 발광부를 이루는 각층 내의 미세한 결함, 즉 진행성 쇼트의 원인을 제거함으로써 유기 EL 소자의 수명을 향상시킬 수 있고, 제 3 박막층을 형성하여 기계적 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 다층 박막 구조로 봉지층을 형성함으로써 기존의 글래스 캔을 이용하는 경우에 비해 소자 두께를 줄일 수 있다. 그리고, 외부로부터의 수분 및 산소의 침투를 차단할 수 있어 유기 EL 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한 다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 여러 층 및 각 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 표현하였으며 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭하도록 하였다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 “상부에” 또는 “위에” 있다고 표현되는 경우는 각 부분이 다른 부분의 “바로 상부” 또는 “바로 위에” 있는 경우뿐만 아니라 각 부분과 다른 부분의 사이에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 EL 소자의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 EL 소자는 기판(10) 상부의 소정 영역에 제 1 전극(20), 유기 발광층(30) 및 제 2 전극(40)이 순차적으로 형성된 유기 발광부(110)가 형성되고, 전체 구조 상부에 제 1 박막층(50), 제 2 박막층(60) 및 제 3 박막층(70)이 증착되어 다층 구조의 봉지층(120)이 형성된다. 여기서, 제 1 및 제 2 박막층(50 및 60)은 건식 증착 방법으로 형성할 수 있고, 제 3 박막층(70)은 습식 증착 방법으로 형성할 수 있다. 또한, 제 1 박막층(50)은 산소 또는 오존 분위기에서 플라즈마를 이용하지 않는 산화막으로 형성할 수 있고, 제 2 박막층(60)은 플라즈마를 이용하는 무기 절연막으로 형성할 수 있다.
기판(10)은 실리콘 기판, 유리 기판 또는 플렉서블 디스플레이를 구현하는 경우에는 플라스틱 기판(PE, PES, PET, PEN 등)이 사용될 수 있다.
또한, 제 1 전극(20)은 홀 주입을 위한 애노드(anode) 전극으로, 일함수가 높고 발광된 광이 소자 밖으로 나올 수 있도록 투명 금속 산화물, 예컨데 ITO(indium tin oxide)를 이용하여 약 150㎚의 두께로 형성된다. 그런데, ITO는 광학 투명도(optical transparency)에 대한 장점을 가지는 반면, 콘트롤(control)이 쉽지 않다는 단점을 갖는다. 따라서, 안정성면에서 장점을 보이는 폴리티오펜(polythiophene)등을 포함한 화학적으로 도핑(chemically-doping)된 공액 고분자(conjugated polmer)들이 애노드 전극으로 사용될 수 있다. 한편, 제 1 전극(20)은 높은 일함수를 갖는 금속 물질을 사용할 수도 있는데, 이 경우 제 1 전극(20)에서의 비발광 재결합(recombination)을 통한 효율 감소를 막을 수 있다.
유기 발광층(30)은 Alq3, 안트라센(Anthracene) 등의 단분자 유기 EL 물질과 PPV(poly(p-phenylenevinylene)), PT(polythiophene) 등과 그들의 유도체들인 고분자 유기 EL 물질들이 사용되며, 낮은 구동 전압에서의 전하 방출을 위해 유기 발광층(30)은 100nm 정도의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 제 1 전극(20)과 유기 발광층(30)의 사이에 홀 주입층(hole injecting layer) 및 홀 수송층(hole transporting layer)이 더 형성될 수 있으며, 유기 발광층(30)과 제 2 전극(40) 사이에 전자 수송층(electron transporting layer)이 더 형성될 수 있다. 여기서, 홀 주입층은 2T-NATA를 이용하여 형성하고, 홀 수송층은 디아민(diamine)유도체인 TPD(N,N'-diphenyl-N,N'-bis-(3-methylphenyl)-1,1'-biphenyl- 4,4'-diamine), 광전도성 고분자인 poly(9-vinylcarbazole) 또는 NPB를 이용하여 형성하며, 전자 주입층은 옥사디아졸(oxadiazole) 유도체등을 이용하여 형성할 수 있다. 이러한 수송층의 조합을 통해 양자효율(photons out per charge injected)을 높이고, 캐리어(carrier)들이 직접 주입되지 않고 수송층을 통과하는 2 단계 주입 과정을 통해 주입되어 구동 전압을 낮출 수 있다. 또한, 유기 발광층(30)에 주입된 전자와 홀이 유기 발광층(30)을 거쳐 반대편 전극으로 이동시 반대편 수송층에 막힘으로써 재결합 조절이 가능하다. 이를 통해 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 제 2 전극(40)은 전자 주입 전극인 캐소드(cathode) 전극으로서, 제 2 전극(40)은 낮은 일함수를 갖는 금속인 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al) 등을 이용하여 형성한다. 이러한 일함수가 낮은 금속을 제 2 전극(40)으로 사용하는 이유는 제 2 전극(40)과 유기 발광층(30) 사이에 형성되는 장벽(barrier)를 낮추어 전자 주입에 있어 높은 전류 밀도(current density)를 얻을 수 있기 때문이다. 이를 통해 소자의 발광 효율을 증가시킬 수 있다. 그런데, 가장 낮은 일함수를 갖는 Ca의 경우 높은 효율을 보이는 반면, Al의 경우 상대적으로 높은 일함수를 가지므로 낮은 효율을 갖게 된다. 그러나, Ca은 공기중의 산소나 수분에 의해 쉽게 산화되는 문제를 가지며 Al은 공기에 비교적 안정한 물질로써 유용함이 있다. 따라서, Al을 제 2 전극(40) 물질로 사용하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 서로 다른 물질에 의해 제 1 전극(20), 유기 발광층(30) 및 제 2 전극(40)을 형성하게 되면 미세한 결함들이 이들 각 층들에 형성되게 된다. 따라서, 이렇게 형성된 다층 구조의 유기 발광부(110)는 잠재적인 결함을 각 층마다 가 지고 있기 때문에 이 유기 발광부(110)에 전압을 인가하여 구동시킬 경우 제 1 전극(20)과 제 2 전극(40)에 걸리는 전기장에 의하여 결함 부분이 파괴되어 쇼트 현상이 발생된다. 온도가 낮은 경우보다 높은 경우에 이러한 파괴, 즉 진행성 쇼트 현상이 심하게 발생되는데, 그 이유는 유기 발광층(30)을 이루는 단분자들이 온도가 증가함에 따라 더욱더 진동을 많이 하게 되고, 이로 인해 결함 부분이 파괴의 원인으로 작용하게 되기 때문이다.
이러한 진행성 쇼트를 방지하기 위해 제 1 박막층(50)을 산소 또는 오존 가스를 이용하여 건식 증착 방법으로 형성한 옥사이드, 예를들어 알루미늄옥사이드(Al2O3)로 형성할 수 있다. 이렇게 산소 또는 오존 가스를 이용하여 제 1 박막층(50)을 형성하면 산소 또는 오존 가스에 의해 유기 발광부(110)의 각층에 형성된 미세한 결함들이 제거된다. 따라서, 진행성 쇼트에 의한 수명의 단축을 방지할 수 있다. 이때, 제 1 박막층(50)을 형성하기 위해 플라즈마를 이용하게 되면 유기 발광부(110)를 손상시키게 되므로 제 1 박막층(50)은 플라즈마를 이용하지 않는 증착 방법을 이용하여 형성해야 한다. 따라서, 제 1 박막층(50)은 플라즈마를 이용하지 않는 다양한 증착 방법, 예를들어 플라즈마를 이용하지 않는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD), 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 또는 이온 빔 증착, 스퍼터링을 포함하는 물리 기상 증착(Physicla Vapor Deposition; PVD) 방법에 의해 형성할 수 있다.
또한, 제 2 박막층(60)은 제 1 박막층(50)이 형성되어 있기 때문에 플라즈마 를 이용한 다양한 건식 증착 방법, 예를들어 예를들어 플라즈마를 이용하는 원자층 증착, 화학 기상 증착 또는 이온 빔 증착, 스퍼터링을 포함하는 물리 기상 증착 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 즉, 제 1 박막층(50)이 플라즈마에 의한 데미지를 방지하므로 제 2 박막층(60)은 증착 속도를 빠르게 할 수 있고 막질을 향상시킬 수 있는 플라즈마를 이용하여 증착 공정을 실시할 수 있다. 또한, 제 2 박막층(60)은 제 1 박막층(50)과 다른 박막으로 형성해야 하는데, 제 1 박막층(50)과 제 2 박막층(60)을 동일한 박막으로 형성할 경우 제 2 박막층(60)이 제 1 박막층(50)의 그레인을 따라 성장하게 되어 그레인을 통해 수분 또는 산소가 침투할 수 있기 때문이다. 제 2 박막층(60)으로는 플라즈마를 이용한 증착 방법을 이용한 무기 절연막을 형성하는 것이 바람직한데, 예를들어 실리콘옥사이드(SiO2), 실리콘옥시나이트라이드(SiON) 또는 실리콘나이트라이드(SiNx)를 형성한다. 한편, 제 1 박막층(50)과 제 2 박막층(60)은 동일 장비에서 연속적으로 형성할 수 있다.
그리고, 제 3 박막층(70)은 유기 EL 소자의 기계적 강도를 향상시키기 위해 형성된다. 제 3 박막층(70)은 습식 증착 공정, 예를들어 스핀 코팅(spin coating), 슬릿 코팅(slit coating), 프린팅(pringting), 스프레이(spray), 디핑(dipping) 등의 공정으로 형성된다. 예를들어 제 3 박막층(70)은 액체 유리(liquid glass)를 이용하여 스핀 코팅 공정으로 형성된 SOG(Spin On Glass)막으로 형성된다.
한편, 제 1 박막층(50), 제 2 박막층(60) 및 제 3 박막층(70)은 다층으로 적층될 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 제 1 박막층(50a), 제 2 박막층(60) 및 제 1 박막층(50b)의 순서로 증착한 후 제 3 박막층(70)을 형성하여 다층 구조의 봉지층(120)을 형성할 수 있고, 도 3에 도시된 바와 같이 제 1 박막층(50a), 제 2 박막층(60a), 제 1 박막층(50b) 및 제 2 박막층(60b)의 순서로 증착한 후 제 3 박막층(70)을 형성할 수 있다. 또한, 제 1 박막층(50), 제 2 박막층(60) 및 제 3 박막층(70)을 소정 횟수 교번 증착하여 다층 구조의 봉지층(120)을 형성할 수도 있다. 여기서, 다층 구조의 박막층(120)은 5000∼10000Å의 두께로 형성한다. 예를들어 제 1 박막층(50), 제 2 박막층(60) 및 제 3 박막층(70)으로 봉지층(120)을 형성할 경우 제 1 박막층(50)을 25Å의 두께로 형성하고 제 2 박막층(60)을 4000Å의 두께로 형성하며, 제 3 박막층(70)을 5000Å의 두께로 형성할 수 있다. 또한, 제 1 박막층(50) 및 제 2 박막층(60)은 실온(room temperature) 내지 100℃의 온도 및 0.1∼5Torr의 압력에서 형성할 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 EL 소자의 제 1 및 제 2 박막층(50 및 60)을 형성하기 위한 건식 증착 장치의 개략 단면도 및 평면도이다. 본 실시 예에서는 회전하는 분사구를 통해 증착 장치에 원료 가스, 반응 가스 및 퍼지 가스가 동시에 연속적으로 유입되면서 박막이 증착되며, 스텝 커버러지(step coverage) 특성이 우수한 연속 ALD 방법을 이용하여 알루미늄옥사이드(Al2O3)막을 증착한 후 동일 증착 장치의 회전하는 분사구를 통해 원료 가스가 분사되어 박막이 증착되는 CVD 방법을 이용하여 무기 절연막을 증착한다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 이용되는 건식 증착 장치는 챔버(210)와, 복수의 기판(200)이 안착되는 기판 안착 수단(220)과, 회전하는 몸체부(231)와 몸체부(231)에 접속되어 제 1 및 제 2 원료 가스, 반응 가스 및 퍼지 가스를 포함하는 공정 가스를 분사하는 복수의 가스 분사부(232)를 포함하는 가스 분사 수단(230)과, 가스 분사 수단(230)에 각각 제 1 및 제 2 원료 가스, 반응 가스 및 퍼지 가스를 공급하기 위한 제 1 내지 제 4 가스 공급 수단(240, 250, 260 및 270)을 포함한다. 또한, 챔버(210) 내부를 배기하는 배기 수단(280)을 포함한다.
여기서, 기판 안착 수단(220) 상에는 도 4에 도시된 바와 같이 4개의 기판(210)이 안착될 수 있다. 기판 안착 수단(220)은 소정의 회전 부재를 통해 회전할 수도 있고, 상하 운동을 할 수 있을 뿐만 아니라 복수의 리프트 핀을 포함할 수도 있다.
가스 분사부(230)는 회전하는 몸체부(231)를 포함하고, 몸체부(231)는 그 일부가 챔버(210)의 외측으로 돌출되어 소정의 회전 부재(미도시)와 접속되어 회전 하는 것이 바람직하다. 그리고 챔버(210) 내측으로 연장된 몸체부(231)에는 도 3에 도시된 바와 같이 4개의 가스 분사부(232a, 232b, 232c 및 232d; 232)가 마련되어 제 1 및 제 2 원료 가스, 반응 가스 및 퍼지 가스를 분사한다.
그리고, 제 1 내지 제 4 가스 공급 수단(240, 250, 260 및 270)은 몸체부(210)를 통해 가스 분사부(232a, 232b, 232c 및 232d)에 제 1 및 제 2 원료 가스, 반응 가스 및 퍼지 가스를 공급하는데, 제 1 내지 제 3 가스 공급 수단(240, 250 및 260)은 제 1 박막층(50)을 ALD 공정으로 형성하기 위한 제 1 원료 가스, 반 응 가스 및 퍼지 가스를 각각 공급하고, 제 4 가스 공급 수단(170)은 제 2 박막층(60)을 CVD 공정으로 형성하기 위한 제 2 원료 가스를 공급한다. 또한, 4개의 가스 분사부(232a, 232b, 232c 및 232d)는 도면에서와 같이 + 형상으로 몸체부(210)를 중심으로 상하좌우에 각기 배치된다. 상측에 배치된 가스 분사부를 제 1 가스 분사부(232b)로 하여 시계 방향으로 각기 제 2 내지 제 4 가스 분사부(232a, 232d 및 232d)라고 하였을 경우, ALD 공정 조건에 따라 상측에 배치된 제 1 가스 분사부(232b)는 제 1 원료 가스를, 하측에 배치된 제 3 가스 분사부(232d)는 반응 가스를, 좌측과 우측에 배치된 제 2 및 제 4 가스 분사부(232a 및 232c)는 퍼지 가스를 연속적으로 공급할 수 있다. 또한, CVD 공정을 위해서는 제 1 내지 제 4 가스 분사부(232a, 232b, 232c 및 232d)에서 동시에 제 2 원료 가스를 분사하게 된다.
본 실시 예에서, 제 1 박막층(50)을 ALD 방법으로 형성하기 위한 제 1 원료 가스로는 TMA(TriMethylAluminum)을 이용하며, 그 이외에 AlCl3, AlH3N(CH3)3, C6H15AlO, (C4H9)2AlH, (CH3)2AlCl, (C2H5)3Al 또는 (C4H9)3Al 등의 알루미늄 소오스 가스를 이용할 수 있다. 또한, 반응 가스로는 오존(O3) 가스등의 산소 원자를 포함한 가스를 이용하며, 퍼지 가스로는 질소(N2), 아르곤(Ar) 및 헬륨(He) 가스를 포함한 불활성 가스를 이용한다. 한편, 제 2 박막층(60)을 CVD 방법으로 형성하기 위한 제 2 원료 가스로는 실리콘옥사이드(SiO2), 실리콘옥시나이트라이드(SiON) 또는 실리콘나이트라이드(SiNx) 원료 가스를 이용한다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 EL 소자의 제 3 박막층(70)을 형성하기 위한 습식 증착 장치의 단면 개략도로서, 스핀 코팅 장치의 단면 개략도를 도시하였다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 이용되는 스핀 코팅 장치는 본체(310), 본체(310)의 내부에 설치되며 기판(200) 등의 피코팅체를 로딩(loading)하는 스핀척(340), 회전 에너지를 발생시키는 모터부(320), 모터부(320)와 스핀척(340)에 연결되어 모터부(320)에 의해 발생한 회전 에너지를 스핀척(340)에 전달하는 회전축(330), 스핀척(330)이 회전시 피코팅체(350)에 코팅용 액체(360)를 공급하는 액체 공급 장치(350) 및 코팅 후 남은 액체를 본체(310) 외부로 배출하기 위한 드레인 밸브(340)를 포함한다.
상기한 스핀 코팅 장치는 기판(200)에 먼저 코팅용 액체(360)를 액체 공급 장치(350)의 종단에 있는 노즐(nozzle)을 이용하여 분사한 후 모터부(320)를 회전시켜 발생된 회전 에너지를 회전축(330)을 통해 피코팅체(340)가 로딩되어 있는 스핀척(340)에 전달하여 스핀척(340)을 회전시킴으로서 얇고 균일한 박막을 형성할 수 있다.
상술한 건식 증착 장치 및 습식 증착 장치를 이용한 본 발명의 일 실시 예에 따른 제 1 박막층(50), 제 2 박막층(60) 및 제 3 박막층(70)을 포함하는 봉지층(120) 형성 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 4 및 도 5에 도시된 건식 증착 장치의 내부로 복수의 기판(200)을 로딩시켜 기판 안착 수단(220) 상에 복수의 기판(200)을 안착시킨다. 복수의 기판(200) 각각의 소정의 영역에 제 1 전극(20), 유기 발광층(30) 및 제 2 전극(40)이 순차적으로 형성된 유기 발광부(110)가 형성되어 있다. 그리고, ALD 공정을 통해 유기 발광부(110)상에 소정 두께의 제 1 박막층(50)을 증착하고, CVD 공정을 통해 소정 두께의 제 2 박막층(60)을 증착하여 봉지층(120)을 형성한다.
ALD 공정을 실시하기 위해 먼저 챔버(210) 내부를 0.5∼5Torr 정도의 압력으로 만들고, 온도를 실온 내지 100℃의 범위, 바람직하게는 80℃로 유지한다. 이후, 가스 분사 수단(230)의 몸체부(231)를 회전시키면서 제 1 내지 제 3 가스 공급 수단(240, 250 및 260)으로부터 예를들어 제 1 원료 가스로서의 TMA 가스, 반응 가스로서의 오존 가스 및 퍼지 가스로서의 아르곤 가스를 가스 분사부(232a, 232b, 232c 및 232d)를 통해 연속 공급한다. 즉, 제 1 가스 분사부(232b)는 TMA 가스를 분사하고, 제 2 가스 분사부(232a)는 아르곤 가스를 분사하며, 제 3 가스 분사부(232d)는 오존 가스를 분사하고, 제 4 가스 분사부(232c)는 아르곤 가스를 연속 분사한다. 이때, 몸체부(231)가 도 3에 도시된 바와 같이 반시계 방향으로 회전하고 있기 때문에 제 1 내지 제 4 가스 분사부(232a, 232b, 232c 및 232d)도 반시계 방향으로 회전하게 된다. 따라서, 복수의 기판(200)에는 TMA 가스를 분사하는 제 1 가스 분사부(232b)가 지나면서 TMA 가스가 그 표면에 흡착되고, 연속하여 아르곤 가스를 분사하는 제 2 가스 분사부(232a)가 지나면서 흡착되지 않은 TMA 가스를 퍼지한다. 계속해서 오존 가스를 분사하는 제 3 가스 분사부(232d)가 지나면서 기 판(200) 표면에 흡착된 TMA 가스와 반응하여 알루미늄옥사이드 박막을 형성하고, 연속하여 아르곤 가스를 분사하는 제 4 가스 분사부(232c)가 지나면서 미반응된 오존 가스를 퍼지한다. 이를 소정 시간 실시하여 예를들어 25Å의 알루미늄옥사이드막을 형성한다.
25Å의 알루미늄옥사이드막을 형성한 후 연속적으로 예를들어 4000Å의 제 2 박막층(60)을 형성한다. 이를 위해 제 1 내지 제 3 가스 공급 수단(240, 250 및 260)으로부터의 TMA 가스, 오존 가스 및 아르곤 가스의 공급을 중단한 후 제 4 가스 공급 수단(270)으로부터 제 2 원료 가스로서 예를들어 실리콘옥사이드 원료 가스를 공급한다. 이때, 제 2 원료 가스를 플라즈마화하여 제 2 원료 가스를 활성화시켜 공급한다. 실리콘옥사이드 원료 가스는 회전하는 제 1 내지 제 4 가스 분사부(232a, 232b, 232c 및 232d)를 통해 분사되어 기판(200)상에 실리콘옥사이드막이 증착된다. 이렇게 실리콘옥사이드 원료 가스를 소정 시간 공급하여 예를들어 4000Å의 실리콘옥사이드막을 형성한다.
제 1 및 제 2 박막층(50 및 60)이 형성된 기판(200)을 상기 장치에서 언로딩한 후 제 2 박막층(60) 상에 제 3 박막층(70)을 형성하기 위해 기판(200)을 습식 증착 장치, 예를들어 도 6의 스핀 코팅 장치에 로딩한다. 그리고, 액체 공급 장치(350)의 종단에 있는 노즐을 이용하여 코팅용 액체를 분사한다. 코팅용 액체는 제 3 박막층(70)을 SOG막으로 형성하는 경우 실리카 글래스, 실록산 폴리머, 알킬실세스키옥산폴리머(MSQ), 수소화 실리스키옥산폴리머(HSQ), 수소화 알킬실세스키옥산폴리머 중에서 어느 하나를 포함하는 용액을 이용한다. 그리고, 모터부(320)를 회전시켜 회전축(330)을 통해 스핀척(340)을 회전시켜 제 2 박막층(60) 상에 제 3 박막층(70)을 형성한다. 이때, 스핀척(340)은 예를들어 5000rpm의 속도로 회전한다.
그리고, 제 3 박막층(70)을 열처리하기 위해 기판(200)을 스핀 코팅 장치에서 언로딩한 후 열처리 장치에 로딩한다. 상기 무기 평탄화막(240)을 열처리 공정을 실시한다. 열처리 공정은 200∼500℃의 온도에서 30분 내지 4시간동안 수행할 수 있다. 여기서, 열처리 공정을 200℃ 미만의 온도에서 30분 미만으로 수행하면 제 3 박막층(70)을 경화시킬 수 없어 제 3 박막층(70) 내의 수분을 제거할 수 없고, 열처리 공정을 500℃ 이상의 온도에서 4시간 이상 수행하면 기판(200)에 열적 스트레스를 가하게 되어 기판(200)이 손상될 수 있다. 상기 스핀 코팅 및 열처리 공정에 의해 예를들어 5000Å의 제 3 박막층(70)을 형성한다.
한편, 상기 실시 예에서는 제 1 박막층(50), 제 2 박막층(60) 및 제 3 박막층(70)이 각각 한층씩 형성되는 경우를 설명하였으나, 제 1 박막층(50), 제 2 박막층(60) 및 제 3 박막층(70)을 각각 다층 적층하여 봉지층(120)을 형성할 수도 있다. 이 경우 제 1 박막층(50) 및 제 2 박막층(60)을 형성하기 위한 제 1 박막 증착 장치와 제 3 박막층(70)을 형성하기 위한 제 2 박막 증착 장치를 여러번 교대로 사용하여 다층 구조의 봉지층(120)을 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 유기 전계 발광 소자의 단면도.
도 2는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 유기 전계 발광 소자의 단면도.
도 3는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 유기 전계 발광 소자의 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자의 봉지층의 제 1 및 제 2 박막층을 형성하기 위해 이용되는 건식 증착 장치의 단면 개략도.
도 5는 도 4의 평면 개략도.
도 6은 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자의 봉지층의 제 3 박막층을 형성하기 위해 이용되는 습식 증착 장치의 단면 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 기판 20 : 제 1 전극
30 : 유기 발광층 40 : 제 2 전극
50 : 제 1 박막층 60 : 제 2 박막층
70 : 제 3 박막층 110 : 유기 발광부
120 : 봉지층

Claims (17)

  1. 기판 상부의 소정 영역에 순차적으로 형성된 제 1 전극, 유기 발광층 및 제 2 전극을 포함하는 유기 발광부; 및
    상기 유기 발광부를 덮도록 적어도 두 박막층이 소정 횟수 교번 증착되어 형성된 봉지층을 포함하며,
    상기 봉지층은 서로 다른 막으로 형성된 제 1 및 제 2 박막층을 포함하고,
    상기 제 1 박막층은 플라즈마를 이용하지 않는 증착 방법으로 형성되고, 상기 제 2 박막층은 플라즈마를 이용한 증착 방법으로 형성된 유기 EL 소자.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 봉지층은 습식 증착 방법으로 형성된 제 3 박막층을 더 포함하는 유기 EL 소자.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 박막층은 산화막으로 형성되며, 상기 제 2 박막층은 상기 산화막과 다른 무기 절연막을 포함하는 유기 EL 소자.
  6. 삭제
  7. 제 3 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 박막층과 상기 제 3 박막층을 소정 횟수 교번 증착하는 유기 EL 소자.
  8. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 박막층 형성 시 상기 유기 발광부의 미세 결함이 제거되고, 상기 제 2 박막층은 수분 또는 산소의 침투를 방지하며, 상기 제 3 박막층은 기계적 강도를 향상시키는 유기 EL 소자.
  9. 삭제
  10. 기판 상부의 소정 영역에 제 1 전극, 유기 발광층 및 제 2 전극을 포함하는 유기 발광부를 형성하는 단계; 및
    상기 유기 발광부를 덮도록 적어도 두 박막층으로 봉지층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 봉지층은 서로 다른 막으로 형성된 제 1 및 제 2 박막층이 소정 횟수 교번 증착하여 형성하며,
    상기 제 1 박막층은 플라즈마를 이용하지 않는 증착 방법으로 형성하고, 상기 제 2 박막층은 플라즈마를 이용한 증착 방법으로 형성하는 유기 EL 소자의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 박막층은 산소 또는 오존 가스를 이용하여 형성하는 유기 EL 소자의 제조 방법.
  12. 삭제
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 박막층 및 제 2 박막층은 실온 내지 100℃의 온도 및 0.1 내지 5Torr의 압력에서 형성되는 유기 EL 소자의 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 박막층 및 제 2 박막층은 동일 장치에서 연속적으로 형성되는 유기 EL 소자의 제조 방법.
  15. 제 10 항에 있어서, 상기 봉지층은 습식 증착 방법으로 형성된 제 3 박막층을 더 포함하는 유기 EL 소자의 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 제 3 박막층은 액체 유리를 이용하여 형성된 유기 EL 소자의 제조 방법.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 습식 증착 방법으로 박막층을 형성한 후 열처리 공정을 실시하는 단계를 더 포함하는 유기 EL 소자의 제조 방법.
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