KR101906508B1 - 유기 광전자 장치 및 그 봉입 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기밀 박막 봉입을 결합한 디스플레이, 조명 또는 신호전달 장치 같은 유기 광전자 장치 및 그러한 장치를 봉입하는 방법에 관한 것이다. OLED 또는 OPVC 등을 포함하는 상기 장치(2)는 유효 방사면 또는 흡수면을 포함하고, 상기 면 뒤에는 전극들 사이에 삽입되어 그들과 전기적인 접촉을 이루는 방사선을 방사 또는 흡수하는 유기 구조물(8)의 배열로 코팅된 기판(3)을 포함하며, 상기 전극들은 각각 상기 기판에 대한 인접 전극(6) 및 말단 전극(7)이고, 상기 구조물들 사이의 분리비드(9)를 포함하는데, 이 비드는 전기 절연체로 이루어져 이들 전극의 주변 테두리로부터 상기 구조물의 각 인접 전극 사이로 연장된다. 상기 장치는 상기 말단 전극 상에 배치되는 하나 이상의 내부 무기막(10)과 상기 폴리머층을 덮는 배리어 역할을 하는 하나 이상의 외부 무기 유전 배리어막(13)을 갖는 기밀 봉입층(1)을 포함한다. 본 발명에 따르면, 상기 폴리머층은 상기 구조물에 각각 배치되는 부분(12)으로 형성된 불연속 기하학적 형상으로 에칭되고, 상기 비드를 따라 상기 구조물을 지나 종결됨으로써, 상기 부분들이 상기 비드의 폭(d1)보다 작은 간격으로 이격된다.
Description
본 발명은 박막을 포함하는 형태의 기밀 봉입에 의해서 주변 환경으로부터 보호되는 디스플레이, 조명 또는 신호전달 장치 같은 유기 광전자 장치 및 그러한 장치를 봉입하는(encapsulating) 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 어떤 크기든 능동 매트릭스 OLED (AMOLED) 디스플레이 같은 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED)나, 굴절에 의해 광을 추출하는 장치를 포함하는 장치들에 적용한다.
주지의 바와 같이, OLED, 유기 광전지(organic photovoltaic cell, OPVC)를 포함하는 장치, 및 유기 트랜지스터(organic transistor, TFT)를 포함하는 장치 등의 유기 광전자 장치는 대기 중의 가스 종(주로 산소와 수증기)으로부터 그의 민감한 부품을 보호하기 위해 봉입할 필요가 있다. 특히, 이러한 보호책이 마련되어 있지 않으면, 장치는 추후에 열화(degrde) 될 위험이 있으며, OLED의 경우에는 그 열화가 주로 짙은 검은 반점으로 나타난다. 이 반점들은 실제로 다이오드 내로 수증기가 침투해서 생긴 결과물로서, 이러한 침투로 인해 음극(또는 양극)과 유기막 또는 막들 사이의 경계면이 열화 된다.
이 봉입은 일반적으로, 특수 접착제, 특히 투수성이 낮은 것을 사용하여 유기 장치에 접착식으로 접합 되는 유리 캡을 이용하여 달성할 수 있다. 장치의 수명을 연장시키기 위해서 기판과 상기 캡 사이에는 일반적으로, 고형의 습기 흡수재나 게터(getter)가 추가된다.
특정 용도를 위해서뿐만 아니라, 비용 절감을 위해서, 무기 배리어 박막이 개발되었다. 이것의 역할은 캡/게터 조립체의 역할과 비슷하며, 습기의 침입으로부터 하부 장치를 보호하는데 있다. 일반적으로, 이들 배리어 층은 (바람직하게, Al2O3 같은) 산화물, 질화물 또는 산화질화물이며, 또한 어떤 경우, 가령 그의 구조물 상부를 통해서 발광 유닛이 방출하는 (즉, 상부 방출) 경우(이때, 배리어 층은 반드시 투명해야 한다)를 제외하고, 이들 층은 금속 박막일 수 있다.
이들 박막은 선택적으로 플라즈마 강화 CVD(plasma enhanced CVD, PECVD), 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD, 때로는 ALCVD라고도 부름)인 화학 기상 증착(chemical vapor deposition, CVD) 같은 표준 진공 증착 공정에 의해서, 또는 증발과 스퍼터링을 포함하는 물리 기상 증착(physical vapor deposition, PVD) 공정에 의해서 증착된다. 상기 배리어 층에 대해서는 CVD, 특히 ALD 기술이 바람직하다. 이들 기술은 저온에서 결함(핀홀)이 거의 없는 조밀한 배리어 층을 제공하는데, 이들 층은 가장 빈번하게는 110℃ 아래의 온도, 즉 OLED와 양립할 수 있는 온도에서 100% 등각이다. 그러므로, 저온에서 38/㎠까지의 결함 밀도가 ALD에 의해 증착된 Al2O3 층에서 입증되었다. 그럼에도 불구하고 마이크로디스플레이 용도로는 상기 결함 밀도가 너무 높다. 왜냐하면 45㎟의 마이크로디스플레이 구역에 대해서는 마이크로디스플레이당 17개의 결함, 즉 OLED 디스플레이 내에서 잠재적으로 17개의 짙은 반점을 초래할 수 있기 때문이다. 특히, 제조 공정에 내재된 이 짙은 반점들은 미세하다 하더라도, 적절한 광학에 의해서 화상이 확대되는 OLED 장치에서는 이들의 존재가 있어서는 안되며, 박막 봉입시, 장치의 표면상에 존재하는 바람직하지 않은 입자의 존재로 인해 불가피하게 "외생적인" 짙은 반점이 추가된다.
또한, ALD 증착 Al2O3는 Al(OH)x로 가수분해되는 경향이 있기 때문에, 장기간에 걸쳐서 이를 물로부터 보호해야 할 필요가 있음은 알려진 바이다. 그러므로, 저온 PECVD에 의해 만들어진 증착물을 통해서, SiO2, Si3N4 또는 SiOxNy 같은 화학적으로 보다 불활성이며 보다 안정적인 무기 재료를 이용하여 Al2O3막 등으로 형성된 배리어를 내구성 높게 패시베이션 하고자했다. 상기 증착물은 또한 상기 잔류 결함이 이들 Al2O3막 내에 채워지게 한다.
하나의 변형예로서, 이들 ALD 증착 Al2O3막을 다수의 비교적 두꺼운 평탄화 폴리머계 유기층으로 패시베이션하고자 했다. 상기 유기층은 Vitex BarixTM 다층 방식으로 다층의 유기층과 무기층으로 상기 막을 교대로 코팅함으로써, 상술한 바람직하지않은 입자의 문제점을 해결하고자한 것이다. 이 해결책의 한가지 문제점은 비교적 시간이 걸리고 많은 비용이 드는 "플래시" 기상 증착 공정(즉, 모노머가 증발되어 기판상에 응측되고, 이후 이를 가교결합시키기 위해서 UV에 노출시킨다)을 사용하는데 있다.
액상 증착과 같이, 시간과 비용이 덜 드는 형태의 다른 증착을 이용하는 것은 상상하기 힘들다. 왜냐하면, 이러한 형태의 증착은 폴리머 용액을 사용해야 하며, 이들 용액은 하부 발광 유닛의 층을 용해시킬 수 있는 용매를 함유하고 있기 때문이다.
본 출원인의 명의로 2010년 4월 12일에 출원한 프랑스 특허 출원 제 FR 10 01522호는 상술한 문제점들을 해결하는 것으로, 가령, OLED 같은 유기 광전자 장치를 개시하였다. 이 장치는 다층 기밀 봉입 구조로 코팅된 활성 구역 및 인접한 전기 접속 구역을 구비하는 발광유닛을 포함하며, 상기 봉입 구조는 하나 이상의 무기 다층막(F1)/포토레지스트층(C1)을 구비하며, 상기 막(F1)은 활성 구역을 덮고, 그 위에는 상기 층(C1)이 배치된다. 이때, 상기 층(C1)은 액상으로 증착되며, 포토리소그래피에 의해 에칭되고, 상기 막(F1)을 덮으면서, 구조화된 봉합부 내의 활성 구역 둘레로 연장되며, 접속 구역의 쇼트(short)에서 종결된다. 그러므로, 상기 층(C1)은 상기 막(F1)을 패시베이션함으로써, 용매 및 상기 층(C1)을 에칭하는데 사용한 현상액으로부터 활성 구역을 측면 보호(lateral protection)하도록 제공된다. 상기 막은 상기 층(C1)을 완전히 덮으면서 활성 구역 및 그의 접속 구역 모두에 배치되는 외부 무기 배리어막(Fe)으로 덮임으로써, 외부로부터 상기 층(C1)의 봉합부를 격리시키는 것이 유리하다.
또한, 상기 특허 출원은 봉합 레지스트층이 현상된 후에, 가령 반응성 이온 에칭(reactive ion etching, RIE)이나 산소 플라즈마 내에서의 에칭 등 이 층의 건식 에칭을 실행할 가능성을 언급한다. 이는 층의 두께 및 그로 인해 다층의 전체 두께를 줄임으로써, 혼신(crosstalk)에 관한 마이크로디스플레이의 사양을 충족시키기 위한(즉, 컬러 필터의 사용시, 인접 픽셀로부터 겹쳐져서 방출되는 것을 방지하기 위한) 것이다
본 출원인은 가령, 대형 디스플레이나 후속의 특정 열처리와 같은 특정한 경우에, 레지스트를 덮는 외부 막의 표면상에 수포(blister)가 나타날 수 있음을 알았다(본 명세서에 첨부한 도 1 참조). 이들 수포는 하부 레지스터의 부피가 증가함에 따라서 그 수가 증가하는 것으로 여겨진다. 그러므로, 수포가 나타나는 것은 레지스트 탈기(degassing) 영향과 관련이 있는 것으로 여겨진다. 이러한 문제점을 줄이기 위해, 가령 플라즈마를 이용하여 (그의 전체 부피를 줄이기 위해서) 레지스트를 얇게 할 수 있다.
그러나, 이러한 수포의 발생을 막기 위해서 포토레지스트를 상당한 정도로 얇게 하는데 따른 상기 해결책의 한가지 문제점은, 장치의 테두리와 중심 사이에서 (테두리와 중심 간의 불균일로 인해) 집적 회로 규모로 두께의 균일성이 손상됨으로써 야기되는 위험에 있다. 이 위험은 장치의 크기가 클수록 더욱 두드러진다. 또한, 그러한 레지스트의 박막화에 의해 봉입의 배리어 특성이 손상될 수도 있다.
본 발명의 하나의 목적은 특히 이러한 수포의 영향을 막고 박막화에 대한 다른 해결책을 봉입에 대해 제공함으로써, 상술한 문제점을 모두 해결할 수 있는 OLED 또는 OPVC 형태의 디스플레이, 조명 또는 신호 장치 같은 유기 광전자 장치를 제공하는데 있다. 이 장치는 유효면(useful face)(즉, OLED용 방사면 또는 OPVC용 흡수면); 및 상기 면의 내부를 향해, 전극들 사이에 개재되어 그들과 전기적인 접촉을 이루는 n 유기 구조물(OLED의 경우 방사선을 방출하나, OPVC의 경우는 방사선을 흡수한다)의 매트릭스로 코팅된 기판으로, 상기 전극들은 각각 상기 기판에 대해 인접 전극 및 말단 전극이고; 상기 유기 구조물 사이에 배치되는 분리 비드를 포함하며, 이들 비드는 전기 절연체(가령, 레지스트나, 산화물 또는 질화물막)로 제조되고, 상기 인접 전극의 주변 테두리로부터 이들 구조물의 각 인접 전극 사이로 연장되며, 기밀 봉입을 구비하는 박막을 포함하는 장치에 있어서,
- 상기 말단 전극 상에 배치되는 하나 이상의 내부 무기막과;
- 상기 내부막을 덮는 하나 이상의 감광 폴리머층과;
- 상기 폴리머층을 덮는 하나 이상의 외부 무기 유전 배리어막을 포함한다.
상술한 목적을 위해서, 본 발명에 따르는 장치는 상기 하나 이상의 폴리머층은 n 패드로부터 형성되는 불연속 기하학적(geometry) 형상으로 에칭되고, 상기 n패드는 상기 n 유기 구조물 상에 각각 배치됨과 아울러, 상기 비드를 따라 상기 n 유기 구조물을 지나서 종결됨으로써, 한 쌍의 인접 패드는 상기 비드의 폭보다 작은 간격으로 이격되는 것을 특징으로 한다.
상술한 특허 출원에서 활성 구역의 규모로 얻어지는 봉입과는 대조적으로, (가령, 디스플레이의 경우에는 후술하는 픽셀 또는 서브픽셀인) 각 방사 또는 흡수 유기 구조물의 규모로 봉입이 얻어지며, 불연속 기하학적 형상을 갖는 패드를 사용하여, 상기 감광층 또는 각 감광층은 외부 배리어막으로 덮이는 이 층의 전체 부피를 패드 간의 자유 공간으로 인해 상당히 감소시키고, 따라서 외부막의 증착 전 및 증착 후에 감광층의 탈기를 보다 용이하게 하며, 그로 인해 (경우에 따라서 85℃ 이상의) 고온 어닐링(annealing) 또는 에이징 조건 하에서도 상기 외부막의 표면에 수포가 나타날 위험을 최소화할 수 있음을 주목해야 한다.
또한, 상기 감광층 또는 각 감광층의 상기 에칭 구조는 포토리소그래피, 즉 마스크에 의해 감광층을 국부적으로 노출시키고, 이 층을 현상함으로써 정밀하게 얻어질 수 있으며, 상기 에칭을 통해 상기 패드는 구조화되고, 그로 인해 정밀하게 형성될 수 있음을 주목해야 한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 각각의 패드는, 주변 돌출부를 통해서 상기 패드가 집중되는 유기 구조물을 지나서 돌출되고, 상기 주변부는 대응하는 비드의 폭의 절반보다 작은 폭을 갖는다.
유리하게, (탈기가 일어나는 교환 표면 영역에 대응하는) 상기 모든 패드의 현상된 표면 영역은, 상기 패드의 높이와 동일한 높이로 상기 폴리머층이 상기 하나 이상의 내부막을 연속으로 덮는 경우 상기 하나 이상의 폴리머층을 갖게 되는 외부 표면 영역보다 크다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 패드는 용매에 용해된 하나 이상의 폴리머의 형상으로, 액상으로 증착되는 포지티브 포토레지스트로 이루어지고(based on), 이 레지스트는 "TELR" 레지스트인 것이 바람직하다. 주지의 바와 같이, "포지티브 레지스트"란 표현은 증착으로 중합되는 레지스트를 의미하는 것으로 이해하면 되며, 마스크를 통해서 UV 방사선에 선택적으로 노출되어 현상 동안에 해중합된(depolymerized) 후, 용해되는 부분이다. 변형예로서, 이 레지스트는 네거티브 레지스트일 수 있다(즉, 의미상 그의 노출된 구역을 중합하고, 따라서 이들 구역은 현상액에 용해되지 않으며, 최종 다층 내의 적소에 남겨진다)
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 패드는 1㎛ 이상의 높이를 가질 수 있다.
유리하게, 상기 하나 이상의 내부막 및/또는 상기 하나 이상의 외부막은 ALD 또는 PECVD에 의해서 증착될 수 있고, 화학식 AlxOy, SiOx, SixNy, SiOxNy, ZnSe, Sb2O3의 화합물 및 선택적으로 금속과 결합된 투명 전도성 산화물(transparent conductive oxide, TCO)로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 무기 화합물로 이루어질 수 있다.
또한, 유리하게, 상기 하나 이상의 내부막 및/또는 상기 하나 이상의 외부막은 ALD에 의해서 증착될 수 있고, 화학식 SiOx, SixNy 또는 SiOxNy의 화합물과 선택적으로 결합된 하나 이상의 산화 알루미늄(Al2O3)으로 이루어질 수 있다.
유리하게, 본 발명에 따르는 장치는 AMOLED 장치(예, 능동 매트릭스 발광 다이오드)일 수 있다. 이 AMOLED 장치는 상기 유기 방사 구조물이 각각 픽셀 또는 서브픽셀을 형성하는 디스플레이이고, 이 디스플레이는 각 픽셀이 상기 패드가 배치되는 상기 방사 구조물에 의해서 각각 형성되는 R, G, B 서브 픽셀로 한정되는 컬러 디스플레이인 것이 유리할 수 있다.
*변형예로서, 상기 AMOLED 장치는 광이 굴절에 의해서 추출되는 장치일 수 있으며, 이 장치의 상기 패드는 이후, 상기 폴리머층에 의해서 형성된 제 1 매체와 상기 장치의 외부에 있는 가령, 굴절력이 더 작은 제 2 매체 간의 디옵터의 수만큼 형성된다. 이 경우에, 이들 패드는 상기 외부 막의 대응하는 파형(corrugation)으로 덮인 렌즈 방식의 볼록 외부면을 가질 수 있다.
그러한 디스플레이 형태의 장치는 그의 내부면에 광학 R, G, B 칼러 필터를 구비하는 보호 시트(가령, 유리나 플라스틱으로 제조된 시트)로 덮일 수 있으며, 상기 필터는 각 픽셀에 대응하는 서브픽셀을 향해 위치되며, 상기 장치에는 UV 경화형 접착제(바람직하게는, 아크릴레이트 또는 에폭시)를 이용하여 캡이 가압 하에 결합된다. 변형예로서, 상기 필터는 장치의 봉입층 바로 위에 만들어질 수 있다.
변형예로서, 매트릭스의 픽셀은 가령, 조명 패널을 형성하기 위해서, AMOLED 장치의 경우와 같이, 개별적으로 어드레스(address)되지 않을 수 있다.
위에서 규정한 바와 같은 장치를 봉입하기 위한 본 발명에 따르는 방법은,
a) 원자층 증착(ALD) 또는 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD)에 의해서 상기 유기 구조물 및 상기 비드 위에, 가령 상기 말단 전극 바로 위에, 상기 내부 무기막을 증착하는 단계로, 상기 막은 화학식 AlxOy, SiOx, SixNy, SiOxNy, ZnSe, Sb2O3의 화합물 및 선택적으로 금속과 결합된 투명 전도성 산화물(TCO)로 구성되는 그룹으로부터 바람직하게 선택되는 하나 이상의 무기 화합물로 이루어지고;
b) 상기 내부막을 상기 감광층으로 연속으로 덮는 단계로, 이 층은 용매에 용해된 하나 이상의 폴리머 형상으로 액상 증착되며, 가령 실란(silane) 형태의 접착 증진제가 미리 상기 막 위에 선택적으로 증착되고;
c) 노출 방사선으로부터 상기 감광층을 선택적으로 마스킹하여 미리 설정된 위치에서 감광층을 노출시킴으로써, 상기 노출 후에, 한편으로는 상기 각 유기 구조물의 상부 및 이 구조물을 둘러싸는 상기 비드를 따라서 종결되는 각 유기 구조물의 주변 돌출부가 중합되고, 다른 한편으로는, 다른 부분이 중합됨으로써, 단계 d)에서 유기 구조물을 보호하기 위해, 상기 유기 구조물 상에 각각 배치되어 이를 코팅하는 상기 분리 패드를 형성하는 단계와;
d) 조(bath), 가령, 수산화 테트라메틸 암모늄의 조에 침지하여 상기 중합층을 현상하는 단계와;
e) 등각(conformal) 저온 증착에 의해서 상기 패드를 연속으로 덮는 층의 형상으로 상기 외부 배리어막을 증착하는 단계로, 상기 등각 증착은 바람직하게 원자층 증착(ALD) 또는 하나 이상의 유전체 화합물의 플라즈마 화학 기상 증착(PECVD)에 의해서 실행되는 단계를 연속으로 포함한다.
상기 감광층을 박막화하는 단계는, 단계 c) 이전 또는 단계 d) 이후에 실행하는 것이 유리하다.
또한, 단계 d) 이후 또는 단계 e) 이후에, 상기 감광층을 탈기하기 위해서, 유기 물질이 견디는 온도와 양립할 수 있는 온도인 60℃ 내지 100℃ 사이에 포함되는 온도에서 열처리 단계를 실행하는 것이 유리하다.
단계 a) 및 e)는 ALD에 의해서 실행하는 것이 바람직하며, 이 기술을 이용하여 저온에서 매우 낮은 침투성을 갖는 고밀도 필름을 증착하는 것이 가능하고, 이후, 상기 필름은 하부면에서 마이크로 또는 나노 양각(nanorelief)으로 최대한 밀착되는 것을 주목해야 한다.
상기 내부막은 ALD에 의해서 증착되며, 극성 또는 비극성 용매, 가령, 에탄올, 물, 아세톤 및 TMAH와 ROR 등으로 표시되는 포토레지스트 현상제/박리제를 허용하는 것을 주목해야 한다.
단계 b)에 대해서 말하자면, 가령 스핀 코팅 또는 딥 코팅 등의 코팅 기술을 이용하여 실행할 수 있다.
단계 c)에서, 감광성 폴리머 대신에 포지티브 포토리소그래피 레지스트가 사용되는 것이 바람직하며, 각 유기 구조물 상에 배치되는 감광층은 상기 구조물을 지나서 연장되는 마스크에 의해서 선택적으로 마스킹됨으로써, 상기 층은 노출로부터 보호되며, 결과적으로, 이것을 용해시킬 목적으로 상기 노출에 의해서 해중합되는 나머지 상기 층과는 대조적으로, 상기 층은 중합상태로 유지된다.
본 발명의 이점, 특징 및 상세는 단지 예로서 제공되는 첨부 도면을 참조하여 이루어지는 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 공기 조절식 챔버 내에 저장된 후에, 종래기술에 따르는 TELR 포토레지스트 상에 증착된 Al2O3로 제조된 외부 배리어 막에서 관찰되는 수포를 나타내는 OLED 디스플레이 장치의 주사 전자 현미경(scanning electron microscope, SEM) 사진이다.
도 2는 습식 공정에 의해서 증착된 감광층으로 덮인 내부 무기막과 함께, 본 발명의 제조방법 중 상술한 단계 b)의 결과를 나타내는 본 발명에 따르는 장치의 개략적인 단면도다.
도 3은 외부 배리어막이 상기 감광층을 덮는, 본 발명에 따르지 않는 장치의 개략적인 단면도로, 이 감광층은 상기 장치의 모든 방사 구조물 상에 연속으로 배치된다.
도 4는 본 발명의 제조방법 중 상술한 단계 d)의 결과를 나타내는 본 발명에 따르는 장치의 개략적인 단면도로, 각각 상기 장치의 방사 구조물 상에 배치되는 분리 패드를 형성하도록 구조화된 도 2에 증착된 감광층을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 제조방법 중 상술한 단계 e)의 결과를 나타내는 본 발명에 따르는 장치의 개략적인 단면도로, 이 장치에서 외부 배리어막은 도 4에 도시한 포토레지스트 패드를 덮는다.
도 6은 본 발명의 변형예에 따르는 다른 장치의 개략적인 단면도로, 이 장치는 그의 포토레지스트 패드를 통해 굴절에 의해서 광을 추출할 수 있으며, 상기 패드는, 이들 패드에 의해서 형성된 제 1매체 및 상기 장치의 외부에 있는 제 2매체 간의 디옵터의 수만큼 형성된다.
도 2는 습식 공정에 의해서 증착된 감광층으로 덮인 내부 무기막과 함께, 본 발명의 제조방법 중 상술한 단계 b)의 결과를 나타내는 본 발명에 따르는 장치의 개략적인 단면도다.
도 3은 외부 배리어막이 상기 감광층을 덮는, 본 발명에 따르지 않는 장치의 개략적인 단면도로, 이 감광층은 상기 장치의 모든 방사 구조물 상에 연속으로 배치된다.
도 4는 본 발명의 제조방법 중 상술한 단계 d)의 결과를 나타내는 본 발명에 따르는 장치의 개략적인 단면도로, 각각 상기 장치의 방사 구조물 상에 배치되는 분리 패드를 형성하도록 구조화된 도 2에 증착된 감광층을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 제조방법 중 상술한 단계 e)의 결과를 나타내는 본 발명에 따르는 장치의 개략적인 단면도로, 이 장치에서 외부 배리어막은 도 4에 도시한 포토레지스트 패드를 덮는다.
도 6은 본 발명의 변형예에 따르는 다른 장치의 개략적인 단면도로, 이 장치는 그의 포토레지스트 패드를 통해 굴절에 의해서 광을 추출할 수 있으며, 상기 패드는, 이들 패드에 의해서 형성된 제 1매체 및 상기 장치의 외부에 있는 제 2매체 간의 디옵터의 수만큼 형성된다.
이들 도면에 도시된 멀티 봉입층(multilayer encapsulation)(1, 1')은 가령, 주변 공기 중의 습기와 산소로부터 보호해야 하는 민감성 부품인 발광 광전자 장치(2, 2')의 외부 방사면을 덮는다.
도 5 및 6에 도시한 광전자 장치(2, 2')는 가령, 각각 OLED이며, 주지의 바와 같이, 일반적으로 실리콘으로 제조되고, 발광 유닛(4)으로 코팅되어 활성 구역 및 인접한 전기 접속 구역(도시 생략)을 한정하는 기판(3)을 포함한다. 발광 유닛(4)은 (도 2를 참조, 가령, 픽셀 또는 특히 디스플레이의 경우에 서브픽셀까지 형성하는), 발광 구조물(8)이 사이에 개재되는 내부 전극(6)과 외부 전극(7)을 포함하며, 이중 하나 이상의 전극(본 예에서는 외부 전극(7), 즉 경우에 따라서 음극)은 활성 구역으로부터 장치(2, 2')의 외부로 광을 발산하도록 허용하기 위해, 방사 광에 대해 투명하거나 반투명하다.
외부 전극(7)은, 은이나 알루미늄 또는 사마륨 같은 금속으로 제조되는 것이 바람직한데, 이들 금속은 가시 영역에서 투명성을 가지며, 작은 두께(외부 전극(7)의 두께는 가령, 10㎚ 내지 30㎚다)라도 전도성을 갖기 때문이다. 각 OLED 방사 구조물(8)은 가령, 전극으로부터의 전자 및 정공을 전달하도록 설계되는 다층의 유기막으로 이루어져 있으며, 이들 전자와 정공(hole)은 재결합되어 여기자(exciton)를 생성하며, 그로 인해 광이 방사된다.
주지의 바와 같이, 전기 절연체(가령, 산화물이나 질화물의 전기 절연 레지스트 또는 수지)로 제조된 분리 비드(9)는 내부 전극(6)의 각 주변 테두리로부터 연장됨으로써, 한 쌍의 인접한 방사 구조물(8)을 분리시킨다.
특히, 도 5 및 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 이들 실시예에 따르는 멀티 봉입층(1)은 다음을 포함한다.:
- 바람직하게, ALD에 의해서 OLED 유닛(4)의 모든 활성 구역 위에 증착되고, 가령 5㎚ 내지 50㎚, 일반적으로 10㎚ 내지 25㎚ 사이의 두께로 증착된 Al2O3 산화물로 이루어지는 내부 무기 "예비 봉입"막(10)과;
- 가령, TELR-P002 및 JSR420로 표시되는 포지티브 레지스트 중 하나인 포토레지스트(R)로 이루어지는 n 패드(12, 12')로, 이 패드는 각각 n 방사 구조물(8)을 덮으며, 비드(9)와 함께 상기 구조물을 지나서 종결됨으로써, 한쌍의 인접한 패드(12, 12')는 비드(9)의 폭(d1)(d1은 도 4 및 5에서 횡방향으로 측정됨)보다 작은 간격(2Δx)으로 이격되고;
- 상기 패드(12, 12')의 표면을 연속으로 완전히 덮는 외부 무기 유전 배리어막(13, 13') (도 5 및 6 참조)으로, 상기 막(10)의 일부는 이들 패드(12, 12')에 의해서 덮이지 않으며, 발광 유닛(4)의 전기 접속 구역 및 상기 막(13, 13')은 바람직하게, ALD 증착 Al2O3로 이루어진다.
보다 정확하게, 도 5에서 장치(2, 2′)를 참조하면, 먼저 외부 전극(7) 또는 통상 캡핑층(capping layer)으로 불리는 부가층 상에 내부막(10)이 증착된다. 상기 부가층은 외부 전극(7) 상에 미리 증착되어 있는 것이 유리할 수 있다. (이 지수 파열층(index-rupturing layer)은 OLED 방사 구조물의 광 여기 계수를 개선하며, 예를 들면 외부 전극(7)과 유사한 방식으로 디스플레이 크기의 스텐실을 통해서 증발(evaporate)된 SiOx 층일 수 있다). 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 여기서 상기 막(10)은 번갈아 있는 비드(9)의 둥근 형상 및 이들 비드(9)에 의해 분리되는 방사 구조물(8)의 평탄 형상을 정확히 따르고 있다.
다음에, 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 포토레지스트(R)는 습식 처리(가령, 스핀 코팅)에 의해서 내부막(10) 상에 증착됨으로써, 용매에 용해된 포토레지스트(R)는 연속으로 상기 막(10)을 덮는다. 이 단계에서, 이 레지스트(R)를 얇게 만들 수 있다.
그러나, 봉입을 위해 무기 유전 배리어막(113)이 공중합 및 현상된 포토레지스트(112)의 외부면을 연속으로 평탄하게 덮는 도 3의 본 발명에 따르지 않는 봉입층(101)과는 대조적으로, 도 5에 도시한 장치(2, 2′)의 봉입층은 감광 폴리머층 대신, 불연속층(12, 12')(도 4 참조)을 포함하며, 이 불연속층(12, 12')은:
- 노출 방사선으로부터 레지스트를 선택적으로 마스킹하여 미리설정된 위치에서 레지스트(R)를 노출시킴으로써, 각 방사 구조물(8)의 상부 및 각 구조물(8)을 지나서 돌출되고 이를 둘러싸는 비드(9)를 따라서 종결되는 주변부(d0)가 중합되고, 그로 인해 현상 단계 동안에 구조물을 보호하기 위해, 서로 간격(2Δx)으로 이격된 상태로 각기 구조물(8)상에 배치되어 이를 코팅하는 패드(12, 12')를 형성하는 단계와; 이어서
- 조(가령, 수산화 테트라메틸 암모늄)에 침지함으로써, 상기 중합된 레지스트(R)를 현상하여 노출시키는 단계를 통해서 얻어진다.
이 단계에서, 레지스트(R)의 패드(12, 12')를 얇게 만들 수 있다.
이들 패드(12, 12')를 덮고 있는 외부막(13, 13')은, 도 5에 도시한 이 실시예에서, 이들 패드(12, 12')의 평탄한 상면 및, 마찬가지로 평탄한 측면의 형상을 정확히 따른다. 여기서 이들 측면 또는 상면은 각 패드(12, 12')의 상부에 거의 직각으로 놓인다. 그러나, 변형예로서, 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이, 각 패드는 도 4에 도시한 형상과는 다른 기하학적 형상을 지닌 상면 및 측면, 가령, 곡면 형상을 지닐 수 있는 상면에 직각인 방향에 대해서 적어도 일부가 경사져 있는 측면을 가질 수 있음을 주목해야 한다(도 6의 장치 (2') 참조).
도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 각각의 상기 패드(12, 12')의 주변 돌출부는 상기 패드가 집중되는 유기 구조물(8)을 지나서 돌출되며, 주변부는 비드(9)의 절반폭(d1/2)(이 절반폭 역시 절반피치(p/2) 로 규정된다)보다 작은 폭을 가지며, 이 예에서는 상기 비드(9) 폭의 사분의 일(d1/4)보다 작다. 연속되는 2개의 비드(9) 간의 피치(d2)를 고려하면, 주어진 패드(12, 12')의 높이<z>에 대해서, 이 길이(d2) 상에서, 패드(12, 12')용으로 사용된 포토레지스트(R)의 부피는 다음과 같음을 알 수 있다.
V=(d2-2Δx)·<z>(이것은 x 및 z방향에 직각인 다른 수평 방향 y에서의 단위 길이당 부피다).
도 3의 경우 Δx=0이므로, 이 부피 V=d2·<z>(역시 y방향에서의 단위 길이당 부피)인 반면에, 본 발명에 따르면 0<Δx<d1/2의 관계가 얻어진다. 그러므로, 각 패드(12, 12')의 포토레지스트(R)는 대응하는 방사 구조물(8)의 영역(즉, 디스플레이의 경우 각 픽셀의 영역)을 완전히 덮으면서도, 비드(9)상에는 최소한의 영역만 배치되며, 이 최소 영역은 돌출부(d0)에 의해서 한정된다.
본 출원인은 d1=1.569㎛이고 d2=5.098㎛인 도 5에 따르는 AMOLED를 제조하였으며, 매번 각 패드(12, 12')의 돌출부(d0)에 대한 필요 조건은 폭이 d1/2보다 작은, 즉 d0<0.784㎛가 되는 것이었다.
전체 활성 구역, 즉 약 5×5㎛2의 봉합 영역 상에 하나의 감광 패드(112)가 배치되는 도 3에 따르는, 즉 본 발명에 따르지 않는 디스플레이(102)와 비교하여, 본 발명에 따르는 장치(2, 2′)의 분리 감광 패드(12, 12')는 각기 디스플레이의 활성 구역 중 하나의 픽셀 위에만 배치되며, 그로 인해 포토레지스트(R)의 층에 대해서 3.5×3.5㎛2의 전체 봉합 영역만 한정한다. 그러므로, 본 발명의 장치(2, 2′)를 이용하면, 디스플레이 규모에서 포토레지스트가 약 25% 제거되며, 따라서 외부 배리어막(13, 13')의 증착 전에, 이 레지스트로부터의 탈기는 상당히 개선된다. 특히, 상술한 바와 같이, 탈기 전에 포토레지스트(R)의 양을 감소시키면, 필요한 탈기의 양이 감소 되며, 레지스트의 패드(12, 12') 사이의 개방된 표면 영역에 의해서도 이러한 탈기가 용이 해진다.
넓은 영역에 대해, 사용 포토레지스트(R)의 영역이 감소되면, 하부 OLED 유닛(4)에 대한 허용가능한 온도에서 레지스트가 증착된 후에, 이 레지스트의 효과적인 탈기가 가능함을 주목해야 한다.
도 6의 변형예에 따르는 장치(2') 역시, 가령 AMOLED 장치이지만, 그의 패드(12')는 구조물(8)에 의해 방사된 광의 추출을 향상시기키 위해 디옵터의 수만큼 형성한다. 이는, 출력 결합 계수를 증가시키기 위해서, 이들 패드(12')가 볼록 렌즈를 형성하도록 성형되기 때문이다. 보다 정확하게, 도 6은 이들 패드(12')가 각각 연속적인 볼록 외부면을 함께 형성하는 측면 및 상면을 갖는다. 이들 패드(12')를 덮는 외부 무기 배리어막(13')은 한편으로는 내부막(10)의 각 상면을 정확히 따르는(즉, 비드(9)의 상면을 따르는) 함몰된 짧은 볼록 구역(Z1)을 갖고, 다른 한편으로는 역시 볼록하며 방사 구조물(8) 상에 배치되고 이를 지나 돌출되는 긴 상부 구역(Z2)를 갖는다.
그러나, 이 출원에 있어서, 매체의 지수를 고려해야 한다. 가령, 이들 패드(12')의 굴절률은 1.5로 설정되고, 장치(2')의 외부에 있는 매체의 굴절률은 1과 동일하다. 구조물(8)에 의해서 방사되어 굴절된 광의 경로(L)는 도 6에 개략적으로 도시되어 있다. 증가된 출력 결합 계수를 갖는 그러한 광 추출 장치의 작동 설명을 위해서, 독자들은 가령 고효율 유기 발광 다이오드(High-Efficiency Organic Light-Emitting Diodes, Patel, N. K, Cina, S. and Burroughes, J. H., IEEE Jour. Sel. Topics Quant. Elec. 8 (2002) 346-361) 논문을 참조할 수 있다.
Claims (19)
- 유기 광전자 장치(2)로,
유효한 방사면 또는 흡수면을 포함하고; 상기 유효한 방사면 또는 흡수면의 내부를 향해서, 기판에 대해 인접 전극(6) 및 말단 전극(7) 사이에 삽입되고 또한 이들 전극과 전기적인 접촉을 이루는 n개의 유기 방사선 방사 또는 방사선 흡수 유기 구조물(8)의 매트릭스로 코팅되며, 상기 매트릭스는 n개의 유기막으로 이루어진 다중층을 형성하는 기판(3)과, 상기 유기 구조물 사이에 배치되고 또한 상기 유기 구조물의 각각의 인접 전극 사이로 이들 인접 전극의 주변 테두리로부터 연장되며 전기절연체로 제조된 분리 비드(9)와, 박막을 포함하는 기밀 봉입층(1)을 포함하며,
상기 기밀 봉입층(1)은,
- 상기 말단 전극 상에 배치되는 하나 이상의 내부 무기막(10)과;
- 상기 하나 이상의 내부 무기막(10)을 덮는 하나 이상의 감광성 폴리머층(R)과;
- 상기 감광성 폴리머층(R)을 덮는 하나 이상의 외부 무기 유전 배리어막(13)을 포함하고,
상기 하나 이상의 감광성 폴리머층(R)은 상기 유기 구조물 상에 각각 이격하여 배치되는 n개의 패드(12)로 형성된 불연속의 기하학적 형상으로 에칭되고, 상기 패드는 한 쌍을 이루는 인접 패드가 상기 비드의 폭(d1)보다 작은 간격으로 이격하도록 상기 비드를 따라서 상기 유기 구조물의 영역을 지나서 종결되며, 상기 패드는 각각 상면 및 상기 상면에 대해 수직인 측면을 갖는 것을 특징으로 하는 유기 광전자 장치(2). - 제 1항에 있어서,
상기 패드(12) 각각의 상면 및 측면은 평탄하고, 각 패드는 1㎛ 이상의 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 유기 광전자 장치(2). - 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 패드(12) 각각의 주변 돌출부는 상기 패드가 중심에 위치하는 유기 구조물(8)을 지나서 돌출되고, 상기 주변 돌출부는 패드(12)가 돌출되어 있는 비드(9)의 폭(d1)의 반보다 작은 폭(d0)을 갖는 것을 특징으로 하는 유기 광전자 장치(2). - 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 패드(12)의 모든 현상된 표면 영역은 상기 하나 이상의 감광성 폴리머층이 상기 하나 이상의 내부 무기막(10)을 상기 패드의 높이와 동일한 높이(z)로 연속으로 덮는 경우에 갖는 외부 표면 영역보다 큰 것을 특징으로 하는 유기 광전자 장치(2). - 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 패드(12)는 용매에 용해된 하나 이상의 폴리머 형태인 액상으로 증착된 포지티브 포토레지스트(R)로 이루어지고, 상기 포지티브 포토레지스트는 "TELR" 레지스트인 것을 특징으로 하는 유기 광전자 장치(2). - 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 하나 이상의 내부 무기막(10) 또는 상기 하나 이상의 외부 무기 유전 배리어막(13)은 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD) 또는 플라즈마 강화 화학 기상 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)에 의해서 증착되고, 임의로 금속과 조합된 화학식 AlxOy, SiOx, SixNy, SiOxNy, ZnSe, Sb2O3의 화합물 및 투명 전도성 산화물(transparent conductive oxide, TCO)로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 무기 화합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 광전자 장치(2). - 제 6항에 있어서,
상기 하나 이상의 내부 무기막(10) 또는 상기 하나 이상의 외부 무기 유전 배리어막(13)은 ALD에 의해서 증착되며, 선택적으로 화학식 SiOx, SixNy 또는 SiOxNy의 화합물과 결합된 하나 이상의 산화알루미늄(Al2O3)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 광전자 장치(2). - 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 장치는 능동 매트릭스 유기 발광 다이오드 또는 AMOLED인 것을 특징으로 하는 유기 광전자 장치(2). - 제 8항에 있어서,
상기 장치는 상기 유기 구조물(8)이 각각 픽셀 또는 서브 픽셀을 형성하는 디스플레이인 것을 특징으로 하는 유기 광전자 장치(2). - 제 9항에 있어서,
각 픽셀은 상기 패드(12)가 상부에 배치되는 상기 유기 구조물(8)에 의해 각각 형성된 R, G, B 서브 픽셀에 의해 한정되는 컬러 디스플레이인 것을 특징으로 하는 유기 광전자 장치(2). - 제 1항 또는 제 2항에 따른 유기 광전자 장치(2) 봉입방법으로,
a) 원자층 증착(ALD) 또는 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD)에 의해 상기 유기 구조물(8)과 상기 비드(9) 위에 상기 하나 이상의 내부 무기막(10)을 증착하는 단계와;
b) 상기 하나 이상의 내부 무기막(10)을 상기 감광성 폴리머층(R)으로 연속으로 덮는 단계와;
c) 상기 감광성 폴리머층(R)을 미리 설정된 위치에서 노광 방사선으로부터 선택적으로 마스킹하여 중합층을 형성함으로써, 노광 후에, 먼저 상기 유기 구조물 각각의 상부(above) 및 이 구조물을 둘러싸는 상기 비드를 따라서 종결되는 상기 유기 구조물 각각의 주변 돌출부(d0)가 중합되고, 다음에 그 외의 부분이 해중합(depolymerized)하여, 단계 d)에서 유기 구조물을 보호하도록 상기 유기 구조물 상에 각각 배치되어 이를 코팅하는 상기 패드(12)를 형성하는 단계와;
d) 조(bath)에 침지하여 상기 중합층을 현상하는 단계와;
e) 등각(conformal) 저온 증착에 의해 상기 패드를 연속으로 덮는 층의 형상으로 상기 하나 이상의 외부 무기 유전 배리어막(13)을 증착하는 단계를 연속으로 포함하며,
상기 하나 이상의 내부 무기막(10)은 임의로 금속과 조합된 화학식 AlxOy, SiOx, SixNy, SiOxNy, ZnSe, Sb2O3의 화합물 및 투명 전도성 산화물(TCO)로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 무기 화합물로 이루어지고,
상기 감광성 폴리머층(R)은 액상으로 용매에 용해된 하나 이상의 폴리머 형상으로 증착되며, 접착 증진제가 미리 상기 하나 이상의 내부 무기막(10) 위에 선택적으로 증착되는 것을 특징으로 하는 유기 광전자 장치(2) 봉입방법. - 제 11항에 있어서,
상기 단계 c) 이전 또는 단계 d) 이후에 상기 감광성 폴리머층(R)을 박막화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 광전자 장치(2) 봉입방법. - 제 11항에 있어서,
상기 단계 d) 이후 또는 단계 e) 이후에, 상기 감광성 폴리머층(R)의 탈기를 촉진하기 위해, 유기 물질이 견디는 온도와 양립할 수 있는 온도인 60℃ 내지 100℃ 사이의 온도에서 실행하는 열처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 광전자 장치(2) 봉입방법. - 제 11항에 있어서,
단계 a)에서, 상기 하나 이상의 내부 무기막(10)은 상기 말단 전극(7) 상에 직접 증착되는 것을 특징으로 하는 유기 광전자 장치(2) 봉입방법. - 제 11항에 있어서,
단계 a)에서, 상기 하나 이상의 내부 무기막(10)은 화학식 AlxOy, SiOx, SixNy, SiOxNy, ZnSe, Sb2O3의 화합물 및 투명 전도성 산화물(transparent conductive oxide, TCO)로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 무기 화합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 광전자 장치(2) 봉입방법. - 제 11항에 있어서,
단계 b)에서, 상기 접착 증진제는 실란 타입인 것을 특징으로 하는 유기 광전자 장치(2) 봉입방법. - 제 11항에 있어서,
단계 b)에서, 상기 감광성 폴리머층(R)은 스핀 코팅에 의해 증착되는 것을 특징으로 하는 유기 광전자 장치(2) 봉입방법. - 제 11항에 있어서,
단계 d)에서, 상기 조는 테트라메틸 암모늄 히드록시드로 구성되는 것을 특징으로 하는 유기 광전자 장치(2) 봉입방법. - 제 11항에 있어서,
단계 e)에서, 상기 등각 저온 증착은 원자층 증착(ALD) 또는 하나 이상의 유전체 화합물의 플라즈마 화학 기상 증착(PECVD)에 의해서 실행되는 것을 특징으로 하는 유기 광전자 장치(2) 봉입방법.
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