KR102201121B1 - 고진공 oled 증착 공급원 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 출원에서는, OLED에서의 사용을 위한 것과 같은 유기층의 증착을 위한 공급원, 장치, 및 기법이 제공된다. 기화기는 냉각된 측벽 사이에서, 그리고 조절 가능한 마스크 개구부를 갖는 마스크를 향해, 물질을 기화시킬 수 있다. 그 마스크 개구부는 증착 중에 발생하는 물질 빌드업(buildup)을 교정하는 것과 같이 기판 상의 물질의 증착 패턴을 제어하도록 조절될 수 있다. 물질은 냉각된 측벽으로부터 재사용을 위해 수집될 수 있다.
Description
공동 연구 협정 단체들
본 발명은 하기 공동 산학 연구 협정의 단체들 중 1 이상에 의하여, 이를 대신하여 및/또는 이와 관련하여 완성되었다: 리젠트 오브 더 유니버시티 오브 미시간(Regents of the University of Michigan), 프린스턴 대학교, 서던 캘리포니아 대학교, 및 유니버셜 디스플레이 코포레이션. 상기 협정은 본 발명이 완성된 일자에 및 그 이전에 발효중이었으며, 본 발명은 상기 협정의 범위 내에서 수행된 활동들의 결과로서 완성되었다.
발명의 분야
본 발명은 유기 발광 장치(OLED) 및, 보다 구체적으로 이러한 장치의 고진공 증착을 수행하기 위한 시스템 및 기법에 관한 것이다.
유기 물질을 사용하는 광전자 장치는 여러가지 이유로 인해 점점 더 바람직해지고 있다. 이러한 장치를 제조하는 데 사용되는 많은 물질들은 비교적 저렴하며, 따라서 유기 광전자 장치는 무기 장치에 비해 비용적인 장점에 대한 잠재성을 가진다. 추가로, 유기 물질의 고유 특성, 예컨대 이들의 유연성은, 이들을 플렉서블 기판에서의 제조와 같은 특정 응용 분야에 매우 적합하게 할 수 있다. 유기 광전자 장치의 예는 유기 발광 장치(OLED), 유기 광트랜지스터, 유기 광전지, 및 유기 광검출기를 포함한다. OLED의 경우, 유기 물질은 기존 물질에 비해 성능에 대한 장점을 가질 수 있다. 예를 들어, 유기 방출층이 광을 방출하는 파장은 일반적으로 적절한 도펀트로 용이하게 조절될 수 있다.
OLED는 장치를 가로질러 전압을 인가하는 경우 광을 방출하는 유기 박막을 사용한다. OLED는 평판 디스플레이, 조명 및 백라이팅과 같은 응용분야에서의 용도에서 점점 더 흥미로운 기술이 되고 있다. 몇 가지 OLED 물질 및 구성들은 미국 특허 제5,844,363호, 제6,303,238호, 및 제5,707,745호에 기술되어 있으며, 이들의 전체 내용은 본원에 참고 인용되어 있다.
인발광 분자에 대한 한 응용분야는 풀 컬러 디스플레이이다. 이러한 디스플레이에 대한 산업 표준은 "포화(saturated)" 컬러로 지칭되는 특정 컬러를 방출하도록 조정된 픽셀을 필요로 한다. 구체적으로, 이 표준은 포화 적색, 녹색, 및 청색 픽셀을 필요로 한다. 컬러는 당해 기술에 주지된 CIE 좌표계를 사용하여 측정될 수 있다.
녹색 방출 분자의 한 예는 Ir(ppy)3로 표기되는 트리스(2-페닐피리딘) 이리듐이며, 이는 하기 구조를 가진다:
상기 식, 그리고 본원의 이후 화학식들에서, 본 발명자들은 질소로부터 금속(상기 식에서는 Ir)으로의 배위 결합을 직선으로 도시한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "유기"는 유기 광전자 장치를 제조하는 데 사용될 수 있는 폴리머 물질뿐만 아니라 소분자 유기 물질도 포함한다. "소분자"는 폴리머가 아닌 임의 유기 물질을 지칭하고, "소분자"는 실제로는 상당히 클 수 있다. 소분자는 일부 상황에서 반복 단위를 포함할 수 있다. 예를 들어, 치환기로 장쇄 알킬 기를 사용하는 것은 "소분자" 유형으로부터 분자를 제거하지 않는다. 소분자는 또한 예를 들어 폴리머 주쇄 상의 펜던트 기로, 또는 주쇄의 일부로 폴리머 내에 포함될 수 있다. 소분자는 또한 코어 모이어티(moiety) 상에 생성된 일련의 화학적 쉘(chemical shell)로 이루어진 덴드리머의 코어 모이어티로 작용할 수 있다. 덴드리머의 코어 모이어티는 형광 또는 인광 소분자 이미터(emitter)일 수 있다. 덴드리머는 "소분자"일 수 있고, OLED 분야에서 현재 사용되는 모든 덴드리머들은 소분자인 것으로 여겨진다.
본원에 사용된 바와 같이, "상단부(top)"는 기판으로부터 가장 멀리 떨어졌다는 것을 의미하며, "바닥부(bottom)"는 기판으로부터 가장 근접하다는 것을 의미한다. 제1층이 제2층"의 상부로 배치된다(disposed over)"고 기술되는 경우, 제1층은 기판으로부터 멀리 떨어져 배치된다. 제1층이 제2층에 "접촉한다(in contact with)"고 명시되지 않은 한, 제1층과 제2층 사이에는 다른 층들이 존재할 수 있다. 예를 들어, 캐소드(cathode)와 애노드(anode) 사이에 다양한 유기층들이 존재해도, 캐소드가 애노드"의 상부로 배치된다"고 기술될 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, "용액 가공성(solution processible)"은 용액 또는 현탁액 형태인 액체 매질에 용해, 분산 또는 수송되고/되거나 이로부터 증착되는 것이 가능함을 의미한다.
리간드가 방출 물질의 광활성 특성에 직접적으로 기여하는 것으로 여겨지는 경우, 상기 리간드는 "광활성"으로 지칭될 수 있다. 보조적 리간드가 광활성 리간드의 특성을 변경시킬 수 있지만, 리간드가 방출 물질의 광활성 특성에 기여하지 않는 것으로 여겨지는 경우, 상기 리간드는 "보조적"으로 지칭될 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 그리고 당업자에게 일반적으로 이해되는 바와 같이, 제1 에너지 준위가 진공 에너지 준위에 더 근접하는 경우, 제1 "최고 점유 분자 오비탈"(HOMO) 또는 "최저 비점유 분자 오비탈"(LUMO) 에너지 준위는 제2 HOMO 또는 LUMO 에너지 준위보다 "더 크거나" 또는 "더 높다". 이온화 전위(IP)가 진공 준위에 비해 음인 에너지(negative energy)로 측정되기 때문에, 더 높은 HOMO 에너지 준위는 더 작은 절대값을 갖는 IP(더 적게 음성인 IP)에 해당한다. 마찬가지로, 더 높은 LUMO 에너지 준위는 더 작은 절대값을 갖는 전자 친화도(EA)(더 적게 음성인 EA)에 해당한다. 상단부에서 진공 준위를 갖는 기존 에너지 준위 다이어그램에서, 물질의 LUMO 에너지 준위는 동일한 물질의 HOMO 에너지 준위보다 더 높다. "더 높은" HOMO 또는 LUMO 에너지 준위는 "더 낮은" HOMO 또는 LUMO 에너지 준위보다 이러한 다이어그램의 상단부에 더 근접하게 나타난다.
본원에 사용된 바와 같이, 그리고 당업자에게 일반적으로 이해되는 바와 같이, 제1 일함수가 더 높은 절대값을 갖는 경우 제1 일함수는 제2 일함수보다 "더 크거나" 또는 "더 높다". 일반적으로 일함수가 진공 준위에 비해 음의 수로 측정되기 때문에, 이는 "더 높은" 일함수가 더 음성임을 의미한다. 상단부에서 진공 준위를 갖는 기존 에너지 준위 다이어그램에서, "더 높은" 일함수는 진공 준위로부터 더 멀리 아래 방향으로 도시된다. 따라서, HOMO 및 LUMO 에너지 준위의 정의는 일함수와는 상이한 관례를 따른다.
본원에 사용된 바와 같이, "증발기(evaporator)" 또는 "승화기"는 각각 액체 또는 고체 상태로부터 기체 상태로의 열 변화를 전달하는 요소를 지칭한다. 반대로 명확하게 기재되지 않은 한, 본원에서 증발기 또는 승화기는 한쪽이 언급되는 각 경우에서 사용될 수 있으며, 각 용어는 서로 교환적으로 사용될 수 있다. 보다 일반적으로, 본원에서 각 요소는 "기화기(vaporizer)"로 지칭될 수 있으며, "기화기"는 1 이상의 증발기 및/또는 승화기를 포함할 수 있으지만 각각을 하나 이상 포함할 필요는 없다는 것이 이해될 것이다.
OLED에 대한 더욱 상세한 내용, 및 상기 기술된 정의는, 미국 특허 제7,279,704호에서 찾을 수 있으며, 이의 전체 내용은 본원에 참고 인용되어 있다.
본 발명의 한 실시양태에 따른 장치는 열 기화기 및 조절 가능한 마스크 개구부를 갖고 제1 열 기화기로부터 거리 5W 이하, 4W 이하, 또는 그 미만의 거리에 배치된 마스크 어셈블리(mask assembly)를 포함할 수 있으며, 여기서 W는 마스크 어셈블리의 폭이다. 냉각된 측벽은 열 기화기와 마스크 어셈블리 사이에 배치되어 물질 승화 영역을 한정할 수 있다. 일부 실시양태들에서, 마스크 어셈블리는 물질 공급원으로부터 적어도 100 ㎛ - 1 cm, 적어도 100 ㎛ - 1 mm, 적어도 500 ㎛ - 1 mm, 또는 적어도 1 - 5 mm에 배치될 수 있다. 마스크 어셈블리는 마스크 개구부의 면적을 조절하는, 서로에 대하여 이동 가능한 복수의 요소를 포함할 수 있으며, 이들 각각은 냉각될 수 있다. 따라서, 마스크 개구부는 완전 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에 조절 가능할 수 있다. 마스크 개구부가 완전 폐쇄된 경우, 열 기화기에 의해 제공된 공급원 물질은 마스크를 통과하는 것이 완전 방지될 수 있다. 일부 구성에서, 마스크 개구부는 마스크 면적의 50% 이하의 최대 면적을 가질 수 있다.
한 실시양태에서, 열 기화기는 열 기화기 내에 배치된 물질 공급원을 포함할 수 있다. 물질 공급원은 유기 물질을 포함할 수 있으며, 복수의 물질들을 포함할 수 있다.
한 실시양태에서, 복수의 기화기가 사용될 수 있고, 이들 각각은 별개의 물질을 기화시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 호스트 및 도펀트 물질이 별개의 기화기에 의해 기화될 수 있다. 또 다른 실시예에서, OLED의 개별 색상을 위한 별개의 물질들은 별개의 기화기에 의해 기화될 수 있다. 각각은 냉각된 측벽 사이에서 물질을 기화시킬 수 있거나, 또는 냉각된 측벽의 복수의 세트(set)가 기화기와 마스크 어셈블리 사이에 배치되어, 각각 개별 기화기 위에 배치되고 개별 기화기와 결부될 수 있다. 각 기화기의 온도, 증기압, 및 다른 속성들은 개별적으로 제어 가능할 수 있다.
한 실시양태에서, 증착 시스템은 본원에 기술된 바와 같은 증착 장치 및 타겟 기판을 포함할 수 있다. 증착 장치의, 또는 시스템 중 각 증착 장치의 마스크 어셈블리는 타겟 기판의 면적보다 작은 면적을 가질 수 있다. 마스크 어셈블리는 타겟 기판의 약 100 ㎛ - 1 mm 내에 배치될 수 있다. 기화기 및 기판은 서로에 대하여 이동 가능할 수 있다.
본 발명의 실시양태는 또한 본원에 기술된 바와 같은 장치를 작동시키는 기법을 포함한다. 예를 들어, 한 실시양태는 냉각된 측벽 사이에서, 그리고 조절 가능한 마스크 개구부를 갖고 제1 물질로부터 거리 5W 이하에 배치된 마스크 어셈블리를 향해, 물질을 기화시키는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 W는 마스크 어셈블리의 폭이다. 마스크 개구부의 크기는 물질이 기화되는 동안 조절될 수 있으며, 기화기와 기판은 물질이 기화되는 동안 서로에 대하여 이동되어, 예를 들어 증착될 물질을 래스터링(raster)할 수 있다.
도 1은 유기 발광 장치를 나타낸다.
도 2는 별개의 전자 수송층을 갖지 않는 역전된 유기 발광 장치를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 한 실시양태에 따른 열 기화기 및 마스크 어셈블리의 개략도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 한 실시양태에 따른 유출 공급원으로부터의 코사인(cosine) 및 코사인 제곱 분포를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시양태들에 따른 증착 장치의 개략적 측면도를 나타낸다.
도 6a는 본 발명의 실시양태들에 따른 증착 장치의 개략적 측면도를 나타낸다.
도 6b는 본 발명의 실시양태들에 따른 복수 공급원 증착 장치의 개략도를 나타낸다.
도 7a는 본 발명의 한 실시양태에 따른 예시적 마스크 어셈블리의 측면도를 나타낸다.
도 7b는 도 7a에 나타낸 동일한 예시적 어셈블리의 상면도를 나타낸다.
도 8a는 본 발명의 한 실시양태에 따른 예시적 마스크 어셈블리의 측면도를 나타낸다.
도 8b는 도 8a에 나타낸 동일한 예시적 어셈블리의 상면도를 나타낸다.
도 9a는 본 발명의 한 실시양태에 따른 조절 가능한 마스크 어셈블리를 갖는 장치의 개략적 대표도를 나타낸다.
도 9b는 도 9a에 나타낸 조절 가능한 마스크의 단편(segment)의 개략적 상면도를 나타낸다.
도 9c는 몇가지 위치에서 도 9a 및 도 9b에 나타난 조절 가능한 마스크 단편의 개략적 측면도를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 한 실시양태에 따른 복수 공급원을 갖는 공급원 어셈블리를 갖는 시스템의 개략적 도시를 나타낸다.
도 2는 별개의 전자 수송층을 갖지 않는 역전된 유기 발광 장치를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 한 실시양태에 따른 열 기화기 및 마스크 어셈블리의 개략도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 한 실시양태에 따른 유출 공급원으로부터의 코사인(cosine) 및 코사인 제곱 분포를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시양태들에 따른 증착 장치의 개략적 측면도를 나타낸다.
도 6a는 본 발명의 실시양태들에 따른 증착 장치의 개략적 측면도를 나타낸다.
도 6b는 본 발명의 실시양태들에 따른 복수 공급원 증착 장치의 개략도를 나타낸다.
도 7a는 본 발명의 한 실시양태에 따른 예시적 마스크 어셈블리의 측면도를 나타낸다.
도 7b는 도 7a에 나타낸 동일한 예시적 어셈블리의 상면도를 나타낸다.
도 8a는 본 발명의 한 실시양태에 따른 예시적 마스크 어셈블리의 측면도를 나타낸다.
도 8b는 도 8a에 나타낸 동일한 예시적 어셈블리의 상면도를 나타낸다.
도 9a는 본 발명의 한 실시양태에 따른 조절 가능한 마스크 어셈블리를 갖는 장치의 개략적 대표도를 나타낸다.
도 9b는 도 9a에 나타낸 조절 가능한 마스크의 단편(segment)의 개략적 상면도를 나타낸다.
도 9c는 몇가지 위치에서 도 9a 및 도 9b에 나타난 조절 가능한 마스크 단편의 개략적 측면도를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 한 실시양태에 따른 복수 공급원을 갖는 공급원 어셈블리를 갖는 시스템의 개략적 도시를 나타낸다.
일반적으로, OLED는 애노드와 캐소드 사이에 배치되고 전기적으로 연결된 1 이상의 유기층을 포함한다. 전류가 인가되는 경우, 유기층(들) 내로 애노드는 정공을 주입하고 캐소드는 전자를 주입한다. 주입된 정공 및 전자는 각각 반대로 하전된 전극을 향해 이동한다. 전자 및 정공이 동일한 분자 상에 편재화되는 경우, 여기된 에너지 상태를 갖는 편재화된 전자-정공쌍인 "엑시톤"이 형성된다. 광은 엑시톤이 발광 메카니즘을 통해 이완되는 경우 방출된다. 일부 경우에서, 엑시톤은 엑시머 또는 엑시플렉스 상에 편재화될 수 있다. 비-방사 메카니즘, 예컨대 열 이완이 또한 발생할 수 있으나, 일반적으로 바람직하지 않은 것으로 간주된다.
초기 OLED는 예를 들어 미국 특허 제4,769,292호에 개시된 바와 같은 이의 단일항 상태로부터의 광("형광")을 방출하는 방출 분자를 사용하였으며, 이의 전체 내용은 참고 인용되어 있다. 형광 방출은 일반적으로 10 나노초 미만의 시간 프레임에서 발생한다.
보다 최근에는, 삼중항 상태로부터의 광("인광")을 방출하는 발광 물질을 갖는 OLED가 실시되었다. 문헌[Baldo et al., "Highly Efficient Phosphorescent Emission from Organic Electroluminescent Devices," Nature, vol. 395, 151-154, 1998; ("Baldo-I")] 및 [Baldo et al., "Very high-efficiency green organic light-emitting devices based on electrophosphorescence," Appl. Phys. Lett., vol. 75, No. 3, 4-6 (1999) ("Baldo-II")]을 참조하며, 이들의 전체 내용은 참고 인용되어 있다. 인광은 참고 인용되는 미국 특허 제7,279,704호의 컬럼 5-6에 더욱 상세히 기술되어 있다.
도 1은 유기 발광 장치(100)를 나타낸다. 도면은 반드시 축척에 의하여 도시되지는 않는다. 장치(100)는 기판(110), 애노드(115), 정공 주입층(120), 정공 수송층(125), 전자 차단층(130), 방출층(135), 정공 차단층(140), 전자 수송층(145), 전자 주입층(150), 보호층(155), 캐소드(160), 및 배리어층(170)을 포함할 수 있다. 캐소드(160)는 제1 전도층(162) 및 제2 전도층(164)을 갖는 화합물 캐소드이다. 장치(100)는 순서대로 기술된 층들을 증착시킴으로써 제조될 수 있다. 이 다양한 층들뿐 아니라, 예시 물질의 특성 및 기능은 참고 인용되는 미국 특허 제7,279,704호의 컬럼 6-10에 더욱 상세히 기술되어 있다.
이 층들 각각에 대한 더 많은 예시가 이용 가능하다. 예를 들어, 플렉서블 및 투명 기판-애노드 조합은 미국 특허 제 5,844,363호에 개시되어 있으며, 이의 전체 내용은 참고 인용되어 있다. p-도핑된 정공 수송층의 예는, 미국 특허 출원 공개 공보 제2003/0230980호에 개시된 바와 같이, 50:1의 몰비로 F4-TCNQ로 도핑된 m-MTDATA이며, 이의 전체 내용은 참고 인용되어 있다. 방출 물질 및 호스트 물질의 예는 미국 특허 제6,303,238호(Thompson et al.)에 개시되어 있으며, 이의 전체 내용은 참고 인용되어 있다. n-도핑된 전자 수송층의 예는 미국 특허 출원 공개 공보 제2003/0230980호에 개시된 바와 같이, 1:1의 몰비로 Li로 도핑된 BPhen이고, 이의 전체 내용은 참고 인용되어 있다. 전체 내용이 참고 인용되는 미국 특허 제5,703,436호 및 제5,707,745호에서는 적층된 투명, 전기전도성 스퍼터-증착된 ITO 층을 지니는 Mg:Ag와 같은 금속의 박층을 갖는 화합물 캐소드를 비롯한 캐소드의 예들이 개시되어 있다. 차단층의 이론 및 용도는 미국 특허 제 6,097,147호 및 미국 특허 출원 공개 공보 제2003/0230980호에 더욱 상세히 기술되어 있으며, 이들의 전체 내용은 참고 인용되어 있다. 주입층의 예는 미국 특허 출원 공개 공보 제2004/0174116호에 제공되어 있으며, 이의 전체 내용은 참고 인용되어 있다. 보호층의 설명은 미국 특허 출원 공개 공보 제2004/0174116호에서 찾아볼 수 있으며, 이의 전체 내용은 참고 인용되어 있다.
도 2는 역전된 OLED(200)를 나타낸다. 장치는 기판(210), 캐소드(215), 방출층(220), 정공 수송층(225) 및 애노드(230)를 포함한다. 장치(200)는 순서대로 기술된 층들을 증착시킴으로써 제조될 수 있다. 가장 흔한 OLED 구성이 캐소드를 애노드의 상부로 배치하는 것이고, 장치(200)는 애노드(230) 아래로 배치된 캐소드(215)를 갖기 때문에, 장치(200)는 "역전된" OLED로 지칭될 수 있다. 장치(100)에 관하여 기술된 것과 유사한 물질들이 장치(200)의 상응하는 층들에 사용될 수 있다. 도 2는 어떻게 일부 층들이 장치(100)의 구조에서 생략될 수 있는지의 한 예시를 제공한다.
도 1 및 도 2에 도시된 단순 층형 구조는 비제한적인 예시로써 제공되고, 본 발명의 실시양태들은 광범위한 다른 구조들과 관련하여 사용될 수 있는 것으로 이해된다. 기술된 구체적인 물질 및 구조들은 사실상 예시적이고, 다른 물질 및 구조가 사용될 수 있다. 기능성 OLED는 상이한 방식들로 기술된 다양한 층들을 조합하여 달성될 수 있거나, 층들은 디자인, 성능 및 비용 요인에 기초하여 전적으로 생략될 수 있다. 구체적으로 기술되지 않은 다른 층들이 또한 포함될 수 있다. 구체적으로 기술된 것들과 다른 물질들이 사용될 수 있다. 본원에 제공된 다수의 예들이 단일 물질을 포함하는 것과 같은 다양한 층을 기술하지만, 물질들의 조합, 예컨대 호스트와 도펀트의 혼합물 또는 보다 일반적으로 혼합물이 사용될 수 있는 것으로 이해된다. 또한, 층은 다양한 하위층들을 가질 수 있다. 본원에서 다양한 층들에 제시된 명칭은 엄격하게 제한하고자 의도한 것은 아니다. 예를 들어, 장치(200)에서, 정공 수송층(225)은 정공을 수송하고 정공을 방출층(220) 내에 주입하며, 정공 수송층 또는 정공 주입층으로 기술될 수 있다. 한 실시양태에서, OLED는 캐소드와 애노드 사이에 배치된 "유기층"을 갖는 것으로 기술될 수 있다. 이 유기층은 단일 층을 포함할 수 있거나, 예를 들어, 도 1 및 도 2에 대하여 기술된 것과 같은 상이한 유기 물질들의 복수의 층을 추가로 포함할 수 있다.
구체적으로 기술되지 않은 구조 및 물질, 예컨대 미국 특허 제5,247,190호(Friend et al.)에 개시된 바와 같은 폴리머 물질을 포함하는 OLED(PLED)를 또한 사용할 수 있으며, 이의 전체 내용은 참고 인용되어 있다. 추가의 예로써, 단일 유기층을 갖는 OLED를 사용할 수 있다. OLED는 예를 들어 미국 특허 제5,707,745호(Forrest et al.)에 기술된 바와 같이 스택(stack)될 수 있으며, 이의 전체 내용은 참고 인용되어 있다. OLED 구조는 도 1 및 도 2에 도시된 단순 층형 구조로부터 벗어날 수 있다. 예를 들어, 기판은 미국 특허 제6,091,195호(Forrest et al.)에 기술된 바와 같은 메사형(mesa) 구조 및/또는 미국 특허 제5,834,893호(Bulovic et al.)에 기술된 바와 같은 피트형(pit) 구조와 같은 아웃커플링(out-coupling)을 개선하기 위한 각진 반사면을 포함할 수 있으며, 이들의 전체 내용은 참고 인용되어 있다.
다르게 명시되지 않은 한, 다양한 실시양태들의 임의의 층은 임의의 적합한 방법에 의하여 증착될 수 있다. 유기층의 경우, 바람직한 방법들은 미국 특허 제6,013,982호 및 제6,087,196호(이들의 전체 내용은 참고 인용됨)에 기술된 바와 같은 열 증발, 잉크-제트, 미국 특허 제6,337,102호(Forrest et al., 이의 전체 내용은 참고 인용됨)에 기술된 바와 같은 유기 증기상 증착(OVPD), 미국 특허 제7,431,968호(이의 전체 내용은 참고 인용됨)에 기술된 바와 같은 유기 증기 제트 프린팅(OVJP)에 의한 증착을 포함한다. 다른 적합한 증착 방법은 스핀 코팅 및 기타의 용액계 공정을 포함한다. 용액계 공정은 바람직하게는 질소 또는 불활성 분위기 중에서 수행된다. 다른 층의 경우, 바람직한 방법들은 열 증발을 포함한다. 바람직한 패턴 형성 방법은 마스크를 통한 증착, 미국 특허 제6,294,398호 및 제6,468,819호(이들의 전체 내용은 참고 인용됨)에 기술된 바와 같은 냉간 용접 및, 잉크-제트 및 OVJP와 같은 일부 증착 방법과 관련된 패턴 형성을 포함한다. 다른 방법들이 또한 사용될 수 있다. 증착시키고자 하는 물질은 특정한 증착 방법과 상용 가능하도록 개질될 수 있다. 예를 들어, 분지형 또는 비분지형, 바람직하게는 3개 이상의 탄소를 포함하는 알킬 및 아릴 기와 같은 치환기는 소분자에 사용되어 이의 용액 가공 처리 능력을 향상시킬 수 있다. 20개 이상의 탄소를 갖는 치환기를 사용할 수 있으며, 3 내지 20개의 탄소가 바람직한 범위이다. 비대칭 물질은 더 낮은 재결정화 경향성을 가질 수 있기 때문에, 비대칭 구조를 지니는 물질은 대칭 구조를 갖는 것보다 더 우수한 용액 가공성을 가질 수 있다. 덴드리머 치환기를 사용하여 소분자의 용액 가공 처리 능력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시양태들에 따라 제조된 장치는 배리어층을 추가로 임의로 포함할 수 있다. 배리어층의 한 목적은 전극 및 유기층이 수분, 증기 및/또는 기체 등을 포함하는 환경에서 유해한 종에 대한 노출로 인하여 손상되지 않도록 보호하는 것이다. 배리어층은 기판의 위에, 기판의 아래에 또는 기판의 옆에, 전극 또는, 엣지를 포함하는 장치의 임의의 다른 일부의 위에 증착될 수 있다. 배리어층은 단일 층 또는 복수의 층을 포함할 수 있다. 배리어층은 각종 공지된 화학적 증착 기법에 의하여 형성될 수 있으며 복수의 상을 갖는 조성물뿐 아니라 단일 상을 갖는 조성물을 포함할 수 있다. 임의의 적합한 물질 또는 물질들의 조합을 배리어층에 사용할 수 있다. 배리어층은 무기 화합물 또는 유기 화합물 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 바람직한 배리어층은 미국 특허 제7,968,146호, PCT 특허 출원 번호 PCT/US2007/023098 및 PCT/US2009/042829에 기술된 바와 같은 폴리머 물질 및 비-폴리머 물질의 혼합물을 포함하며, 이들의 전체 내용은 본원에 참고 인용된다. "혼합물"로 간주하기 위해서, 배리어층을 포함하는 상기 언급한 폴리머 및 비-폴리머 물질은 동일한 반응 조건 하에서 및/또는 동시에 증착되어야만 한다. 폴리머 물질 대 비-폴리머 물질의 중량비는 95:5 내지 5:95 범위일 수 있다. 폴리머 물질 및 비-폴리머 물질은 동일한 전구체 물질로부터 생성될 수 있다. 한 예시에서, 폴리머 물질과 비-폴리머 물질의 혼합물은 본질적으로 폴리머 규소 및 무기 규소로 이루어진다.
본 발명의 실시양태들에 따라 제조된 장치는 광범위한 소비재에 포함될 수 있으며, 이는 평판 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 의료용 모니터, 텔레비전, 광고판, 내부 또는 외부 조명 및/또는 신호용 라이트, 헤즈업(heads up) 디스플레이, 완전 투명 디스플레이, 플렉서블 디스플레이, 레이저 프린터, 전화기, 휴대전화, 개인정보단말기(PDA), 랩탑 컴퓨터, 디지털 카메라, 캠코더, 뷰파인더, 마이크로디스플레이, 3-D 디스플레이, 차량, 대면적 벽, 극장 또는 운동장 스크린, 또는 표지판을 포함한다. 다양한 조절 메카니즘이, 수동 매트릭스 및 능동 매트릭스를 포함하는, 본 발명에 따라 제조되는 장치를 조절하도록 사용될 수 있다. 다수의 장치는 인간에게 쾌적한 온도 범위, 예컨대 18℃ 내지 30℃, 더욱 바람직하게는 실온(20-25℃)에서 사용되도록 의도되지만, 이 온도 범위 밖, 예를 들어 -40℃ 내지 +80℃에서 사용될 수 있다.
본원에 기술된 물질 및 구조는 OLED 외의 장치에서의 적용예를 가질 수 있다. 예를 들어, 다른 광전자 장치, 예컨대 유기 태양 전지 및 유기 광검출기는 상기 물질 및 구조를 사용할 수 있다. 보다 일반적으로, 유기 장치, 예컨대 유기 트랜지스터는 상기 물질 및 구조를 사용할 수 있다.
용어 할로, 할로겐, 알킬, 시클로알킬, 알케닐, 알키닐, 아르알킬, 헤테로시클릭 기, 아릴, 방향족 기, 및 헤테로아릴은 당해 기술에 공지되어 있고, 미국 특허 7,279,704호 단락 31-32에 정의되어 있으며 이는 본원에 참고 인용된다.
대면적 OLED 디스플레이 및 조명 패널과 같은 OLED 시스템에 사용되는 소분자 유기 물질은 종종 용액으로부터 또는 진공 증착에 의해 증착된다. 풀 컬러 디스플레이, 멀티 컬러 조명 패널 등과 같은 많은 경우에서, 이러한 장치의 발광 영역은 작은 픽셀들로 나누어진다. 통상적으로 각 컬러에 대한 발광 물질을 개별 픽셀에 국한시키는 것이 바람직한데, 이는 물질들의 혼합이 장치의 색조, 효율 및 수명을 변화시킬 수 있기 때문이다.
OLED 디스플레이 및 조명용 유기 물질을 패터닝 및 증착하는 기존 기법은 새도우 마스크를 통해 증착될 유기 물질을 증발시키는 단계를 포함한다. 이 방법은 비교적 작은 디스플레이 및 조명 패널에 대해 만족스럽게 수행될 수 있다. 그러나, 보다 큰 기판 크기에서, 얇은 증발 마스크의 사용은 증착 중의 열 효과로 인한 마스크의 팽창과 마스크의 휨(flexing)으로 인해 보다 어려워질 수 있다. 마찬가지로, 증착 중의 마스크의 이동은 기판과의 레지스트레이션(registration) 문제를 일으킬 수 있고 증발 또는 승화된 물질은 의도된 픽셀 외의 면적에 증착될 수 있다. 휨은 또한 마스크와 기판 사이의 접촉을 일으키고 섬세한(delicate) 표면에 손상을 일으킬 수 있다. 종종 얇은 금속 마스크는 증발된 물질로부터의 가열로 인해 증착 중에 팽창 및 왜곡될 수 있으며, 이러한 팽창은 마스크 크기가 커질수록 더욱 확연해진다. 마스크 팽창 및 휨의 효과를 최소화하기 위해, 보다 작은 마스크가 사용될 수 있다. 일반적으로 보다 작은 마스크는 기판보다 상당히 작으며, 따라서 증착될 물질이 마스크의 개방 면적에 국한되는 동시에, 상기 마스크는 기판의 표면을 가로질러 스텝(stepped) 또는 스캔되어야 한다.
기존 증착 공급원은 통상적으로 비교적 온화한 진공 수준에서 작동하고, 새도우 마스크에 비교적 가깝게 증발기를 위치시킨다. 증발 공급원의 표면으로부터 마스크로, 증발된 분자가 빔(beam)을 형성하는 것, 즉 일반적으로 직선으로 이동하는 것이 일반적으로 바람직하다. 이러한 방식으로, 마스크 중의 개구부는 마스크 중의 개구부가 존재하는 기판 상에만 증발된 분자가 증착되게 할 것이고, 차단된 마스크의 면적은 기판 상의 증착을 방지할 것이다. 공급원 이용을 개선하기 위해 증발기를 마스크 가까이에 위치시킴으로써, 기존 기법은 종종 증발기가 마스크로부터 보다 멀리 위치되는 경우보다 더 높은 확산(divergence)을 갖는 분자 빔을 유도한다. 확산을 보정하기 위해, 마스크 개구부는 보다 작게 만들어져야 하며, 이는 증발기를 마스크에 가깝게 위치시킴으로써 얻어지는 이용 향상점의 일부를 무효화하거나, 마스크는 기판에 매우 가깝게 위치되어야 한다. 증발된 분자의 평균 자유 행로가 공급원 하우징의 치수보다 적은 진공 수준에서 공급원을 작동시킴으로써, 증발된 분자는 분자 충돌로부터 야기된 확산과 함께 일반적으로 빔보다 기체 스트림의 방식으로 거동한다. 분자간 충돌은 이전에 기술된 고진공 빔 형성 조건 너머의 확산을 증가시킨다.
빔 확산을 감소시키기 위해, 다양한 조향 구조물(steering structure)이 증발된 물질의 경로에 위치되어 확산된 분자를 원하는 경로로 재전송(redirect) 및 국한시킬 수 있다. 이 증발된 물질은 조향 구조물로부터 탄성적으로 튕기지 않을 수 있어, 이는 어떠한 빔 조향도 야기하지 않을 것이고, 또는 증발된 물질 분자는 조향 구조물의 표면 상에 흡수되어, 이로써 물질 이용을 감소시킬 수 있다. 빔 확산 제한의 대안적 해결책은 마스크와 기판 사이의 거리를 증가시키는 것이다.
대형 장치 증착을 위한 또 다른 대안적인 기법은 미국 특허 공개 공보 제2011/0053301호에 제공되며, 이의 공개문헌은 전체 내용이 참고 인용된다. 그러나, '301 출원에 기술된 배열과는 반대로, 본원에 개시된 시스템 및 기법은 승화 공급원을 기판으로부터 더 멀리 위치시켜 새도우 마스크를 통한 물질의 측면 확장(lateral spread)을 제어할 수 있다. 더 나아가, 증착 공급원의 벽은 능동적으로 냉각되어 응축된 물질의 재승화를 방지할 수 있다. 마스크는 또한 유리 기판보다 비교적 작은 면적을 덮어 마스크 왜곡을 최소화할 수 있다. 공급원 벽의 능동 냉각은 재사용을 위해 후속 재가공될 수 있는 공급원 물질의 효율적인 응축을 가능하게 할 수 있다. 일부 실시양태들에서, 본원에 개시된 바와 같은 보다 작은 마스크 어셈블리는 이동 가능한 개구부를 포함할 수 있으며, 상기 개구부는 마스크 코팅을 보정하기 위해 조절될 수 있거나 폐색되어 공급원에 대한 셔터로서 작용할 수 있다.
본 출원은 OLED에서 사용하기 위한 진공 증착 유기 물질을 위한 기법 및 시스템을 제공하며, 여기서 각 유기 물질은 이웃 픽셀의 오염이 거의 또는 전혀 일어나지 않으면서 개별 픽셀 면적 상에 주로 또는 완전 증착될 수 있다. 증발 공급원 어셈블리는 가열된 물질 기화기, 확산 증발된 물질을 응축하기 위한 냉각된 하우징, 및 픽셀 면적을 한정하기 위한 마스크를 포함한다. 공급원 어셈블리는 디스플레이 또는 조명 패널보다 작을 수 있고, 기판에 대해 이동되어 기판 표면을 완전히 덮을 수 있다. 픽셀 면적을 한정하기 위해 사용되는 마스크는, 본원에 추가 상세히 기술되는 바와 같이 예를 들어 마스크 클리닝을 최소화하기 위해 코팅을 보정하기 위해 조절 가능할 수 있다.
본 발명의 한 실시양태에 따른 장치는 물질 승화 영역과 유체 연통하는 진공 공급원을 추가로 포함한다. 본 발명의 실시양태들에서 사용되는 공급원은 기화기와 마스크/셔터 어셈블리 사이의 승화 영역에서의 평균 자유 경로가 공급원으로부터 마스크로의 거리보다 긴 진공 환경에서 작동할 수 있다. 이러한 구성에서, 점성 유동 레짐(viscous flow regime)과는 대조적으로, 공급원은 통상적으로 분자 유동 레짐(molecular flow regime)으로 존재한다. 분자 유동에서, 공급원으로부터 나온 분자는 챔버의 벽, 마스크, 셔터 또는 기판에 충돌할 때까지 직선으로 이동한다. 또 다른 기체 분자와의 충돌 확률은 일반적으로 작으며, 따라서 기화기로부터 나온 분자는 빔처럼 거동한다.
도 3에서는 본 발명의 한 실시양태에 따른 예시적 배열을 나타낸다. 기판(104)의 표면 근처에 배치된 증착 공급원은 3가지 주요 부재, 즉 기화기(101), 조절 가능한 마스크 개구부를 갖는 마스크(102), 및 기화기와 마스크 어셈블리 사이에 배치된 냉각된 측벽(103, 105)을 포함한다. 폭 W를 갖는 마스크 어셈블리에 대하여, 마스크 어셈블리는 마스크 어셈블리에 대한 측정된 법선으로서 열 기화기로부터 5W 이하, 4W 이하, 또는 그 미만에 배치될 수 있다. 이러한 거리는 기화기 셀 및 마스크의 개구부가 마스크의 중심으로부터 가장자리까지 허용 가능한 두께 균일성을 제공하기에 충분히 크도록 할 수 있다.
±2% 두께 균일성(범위/평균(range/mean))을 달성하기 위해, 빔 확산은 약 12도 미만인 것이 바람직할 수 있다. 이 각도는 공급원 대 마스크 거리 비를 한정하는 데 사용될 수 있다. 공급원으로부터 승화된 물질 대부분이 공급원 어셈블리의 측벽 상에 입사될 것이기 때문에, 측벽은 능동적으로 냉각되어 승화될 물질을 응축시킬 수 있다. 물질이 응축되지 않는 경우, 물질은 벽으로부터 되튈 수 있고, 승화된 물질의 빔 특성은 감소 또는 상실될 수 있다. 마찬가지로, 물질이 측벽 표면에 흡수되지만 표면이 따뜻한 경우, 물질은 무작위 각도로 표면에서 탈흡수(desorb)될 수 있고, 승화된 물질의 빔 특성은 감소 또는 상실될 수 있다.
고체 위의 기체 면적에 도입되는 분자의 공간 분포는 도 4에 나타난 바와 같이 고체의 표면에 대한 법선을 중심으로 회전하는 코사인 또는 코사인 제곱(cos2) 분포에 의해 근사화될 수 있다. 이 분포는, 거리가 증발된 막의 두께 균일성을 제어하기 때문에, 공급원으로부터 기판까지의 거리를 측정하도록 사용될 수 있다. 도 4로부터, 증발된 막에서 약 ±2% 두께 균일성을 유지하기 위하여, 증착의 끼인 각은 코사인 제곱 분포의 공급원에 대하여 표면 법선으로부터 약 8도 미만, 코사인 분포의 공급원에 대하여 약 12도 미만이어야 한다는 것을 알 수 있다. 증착 각도로부터, 공급원으로부터 기판까지의 거리가 측정될 수 있다. 상기 기술된 바와 같이, 이 거리는 마스크 치수에 대해 비례할 수 있으며, 폭 W의 마스크에 대해 약 5W 미만의 거리가 바람직할 수 있음을 시사한다. 물질의 증착 빔의 확산을 제어함으로써, 마스크로부터 기판까지의 거리는 기판 평면도에서 비교적 작은 편차를 유지하면서 제어하기가 비교적 쉬운 거리로 증가될 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 다양한 실시양태들에서, 마스크 어셈블리는 열 기화기로부터 적어도 100 ㎛ - 1 cm, 물질 공급원으로부터 적어도 100 ㎛ - 1 mm, 물질 공급원으로부터 적어도 500 ㎛ - 1 mm, 물질 공급원으로부터 적어도 1 - 5 mm에 배치될 수 있다. 보다 긴 거리가, 예를 들어 공급원 어셈블리가 비교적 큰 기판의 표면을 덮도록 래스터링된(rastered) 구성에서 특히 유용할 수 있으며, 래스터 라인 폭은 조명 패널의 제조 중에서와 같이 비교적 클 수 있다.
도 5, 도 6a, 및 도 6b에서는 본 발명의 실시양태들에 따른 증착 장치의 개략적 측면도를 나타낸다. 도 6a 및 도 6b에서 나타낸 바와 같이, 장치는 복수의 물질(218, 215, 213)을 증착시키기 위한 복수의 기화기(202, 212, 214, 217)를 포함할 수 있다. 각 기화기는 각각 독립된 제어 및 전력 요소, 예컨대 온도 모니터링 열전쌍(thermocouple) 및 전원 공급장치뿐만 아니라 독립된 가열기(203, 211, 216, 219)를 가질 수 있다. 따라서, 각 기화기의 온도, 증기압, 및/또는 다른 특성들이 독립적으로 제어될 수 있다. 기화기는, 예를 들어 도가니의 충전 및 정비(servicing)를 용이하게 하기 위한 착탈식(removable) 커버(205)를 포함할 수 있는 절연 구조물(204)로 둘러싸일 수 있다. 마찬가지로, 절연 물질은 개별 기화기(212, 214, 217) 및 가열기(211, 216, 219)를 분리하여 각각이 상이한 온도에서 유지될 수 있게 할 수 있다. 기화기의 수는 단일 물질 또는 복수 물질들, 예컨대 호스트 및 도펀트의 증착을 위해 조절될 수 있다. 각 기화기가 상이한 온도들로 가열될 수 있기 때문에, 각각으로부터의 플럭스는 조절되어 결과로 생성된 증착된 막의 원하는 조성을 제공할 수 있다.
도 5, 도 6a, 및 도 6b에서 나타낸 바와 같은 배열은 측벽(103a, 103b, 105a, 105b)을 갖는 챔버를 형성할 수 있다. 마스크 어셈블리는 챔버의 상단부를 형성할 수 있고, 기화기 어셈블리 및/또는 추가 지지 구조물은 챔버의 하단부를 형성할 수 있다. 이러한 구성에서, 측벽은 기화기 어셈블리에 대한 지지 부재로서 및 벽에 증착하는 승화된 물질을 응축하기 위한 냉각된 표면으로서 작용할 수 있다. 벽 표면은 증발된 물질의 재사용을 용이하게 하고 공급원 물질 사용을 증가시키도록 유지 중에 분리될 수 있는 착탈식 쉴드(shield)(220, 221)로 덮히거나 이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 증착 공정이 수행된 후에, 쉴드(220, 221)가 분리될 수 있고 쉴드 상에 증착된 승화된 물질이 재사용을 위해 수집될 수 있다. 마찬가지로, 물질은 별개의 쉴드가 사용되지 않는 경우 내장 벽 표면으로부터 직접 수집될 수 있다. 기화기는 예시로서 수직 증착 구성으로 나타나 있으나, 당업자는 수평 증착 구성이 또한 기화기 어셈블리의 구성을 변화시킴으로써 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 도 6b에서는 공급원들 사이에 능동 냉각 표면(105c)을 갖는 대안적 배열을 나타낸다. 나타난 바와 같이, 1 이상의 냉각 표면은 기화기에 인접하고/하거나 기화기들 사이에 배치될 수 있으며, 이는 기화기와 기판 사이에 승화 구역을 형성할 수 있게 한다. 표면(105c) 및/또는 기화기(306)는 기판에 대해 비스듬히, 예를 들어 기화된 물질이 기판의 중심 영역을 보다 직접적으로 향하게 하도록 배치되어, 다른 측벽 상의 추가 빌드업(buildup)을 방지 또는 감소시키는 것 등을 할 수 있다.
도 7a 및 도 8a에서는 본 발명의 한 실시양태에 따른 예시적 마스크 어셈블리의 측면도를 나타내며; 도 7b 및 도 8b에서는 각각 동일한 어셈블리의 상면도를 나타낸다. 마스크 어셈블리는 마스크 지지 구조물(208), 새도우 마스크(222), 및 1 이상의 하위 부분(206, 207, 223, 224)을 포함할 수 있다. 마스크 어셈블리의 크기는 기판의 폭 및/또는 길이의 짝수 분수(even fraction)로서, 예를 들어 기판의 폭의 1/2, 1/4, 1/6 등으로 선택될 수 있어, 정수의 마스크 어셈블리가 오버랩되거나 남는 것 없이 기판의 폭 및 길이에 스패닝(span)되도록 사용될 수 있고/있거나, 정수의 어셈블리의 스텝 이동이 기판의 폭 및 길이에 스패닝될 것이다. 마스크 지지 구조물은 높은 열전도성 물질, 예컨대 구리 또는 텅스텐으로 제조될 수 있으며, 냉각기에 의해, 예컨대 마스크 지지 구조물(209) 상의 또는 그 내부의 냉각 채널을 통해 능동적으로 냉각될 수 있다. 새도우 마스크(222)는 얇은 금속 마스크일 수 있고, 지지 구조물에 우수한 열 접점을 제공하고/하거나 마스크에 장력을 제공하는 방식으로 지지 구조물(208)에 단단히 부착될 수 있다.
마스크 어셈블리는 1 이상의 하위 부분(206, 207, 223, 224)을 포함할 수 있으며, 이는 상단부 새도우 마스크 부분 아래에 배치될 수 있다. 하위 마스크 어셈블리 부분은 상단부 마스크 부분의 개구부와 연관된 1 이상의 개구부를 가질 수 있다. 따라서, 하위 마스크 부분은 한 방향으로 이동되어 개구부가 증착 중에 상단부 마스크 부분 개구부와 일치하고, 증착이 필요하지 않은 경우 폐색되도록 할 수 있다. 일례로서, 압전 구동기(piezo-electric actuator)(228)가 사용되어 하위 마스크 부분을 일치로부터 폐색된 위치로 및 그 반대로 이동시킬 수 있다. 비교적 큰 마스크 및 셔터에 대하여, 복수의 구동기가 사용될 수 있다. 하위 마스크 부분은 베어링 표면(bearing surface)(224)을 갖는 프레임(206) 내에 배치될 수 있고, 다이아몬드상 카본(diamond-like carbon, DLC)와 같은 저마찰 물질로 코팅될 수 있다. 마스크의 접합면은 마찬가지로 마찰 감소 코팅으로 코팅될 수 있다. 보다 일반적으로, 본원에 개시된 바와 같은 마스크 어셈블리는 1 이상의 부분을 포함할 수 있으며, 이들은 서로에 대하여 이동 또는 구동되어 원하는 상대적 및/또는 절대적 개구부 크기를 달성하고, 이로써 본원에 개시된 바와 같이 증착을 제어할 수 있다. 도 7a, 도 7b, 도 8a, 및 도 8b에 도시된 구체적인 배열, 구동기, 물질, 및 연결은 단지 예시적이며, 다른 구성들이 본 발명의 영역을 벗어남 없이 사용될 수 있음이 이해될 것이다.
도 9a에서는 본 발명의 한 실시양태에 따른 조절 가능한 마스크 어셈블리를 갖는 장치의 개략적 대표도를 나타낸다. 도 9b는 도 9a에 나타낸 조절 가능한 마스크의 단편의 개략적 상면도를 나타낸다. 도 9c는 몇가지 위치에서 도 9a 및 도 9b에 나타난 조절 가능한 마스크 단편의 개략적 측면도를 나타낸다. 도 9c에 나타난 바와 같이, 마스크 부분들은 서로에 대해 이동되어, 완전 폐색된 오버랩(300), 부분 오버랩(301), 또는 완전 개방 마스크 피처(feature)(302)를 제공할 수 있다. 마스크 어셈블리(303, 304)는 상기 기술된 바와 같이 공급원 어셈블리(305) 및 기화기(306) 위에 배치될 수 있다. 이 이동 가능한 마스크 어셈블리는 또한 위치(300)에 있을 때 셔터로서 사용되어, 기판 상의 물질의 증착을 완전 중지시킬 수 있다. 작동 중에, 마스크는 증착 물질로 코팅되어, 마스크가 코팅됨에 따라 증착된 패턴의 크기가 수축되게 할 수 있다. 이 패턴의 수축을 보정하기 위해, 마스크 어셈블리는 1 이상의 부분(303, 304)을 포함할 수 있다. 일부 구성에서, 한 패턴은 다른 패턴에 대해 마스크 상에서 변위(displaced)될 수 있다. 일반적으로, 개구부의 임의 크기 및 패턴은 각 마스크 부분에 대해 사용될 수 있다. 한 마스크 부분(303)은 위치가 고정될 수 있으며, 1 이상의 마스크 부분(304)은 1 이상의 방향으로 이동 가능할 수 있다. 따라서, 이동 가능 부분(304)의 이동은 1 이상의 조절 가능한 마스크 개구부를 제공할 수 있다. 패턴은 한 방향 또는 두 방향에 대해 원하는 패턴보다 클 수 있다. 개구부들이 정렬되는 경우, 마스크 개구부는 최대 크기로 존재하며, 개구부들이 오버랩되지 않도록 마스크 부분들이 배치된 경우, 패턴은 차단되고 물질은 마스크를 통과하지 못한다. 마스크가 본원에 개시된 바와 같은 셔터로서 사용되는 경우, 마스크 부분들이 정렬하여 최대 마스크 개구부를 제공할 때, 마스크 개구부는 마스크 면적의 최대 50%인 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 마스크가 셔터로서 사용되지 않는 경우, 보다 큰 개구부가 사용될 수 있다. 마스크를 두 극단 사이에서 이동시킴으로써, 마스크는 본원에 기술된 바와 같은 마스크 상에 증착된 코팅에 대한 보정을 위해 사용될 수 있다.
도 9c를 참조하여, 마스크의 출발 또는 "클린(clean)" 위치는 부분 폐색된 위치(301)일 수 있다. 마스크가 승화된 물질로 코팅됨에 따라, 마스크는 이동되어 개구부(302)를 확대할 수 있고, 이로써 마스크의 일부 또는 전부 상에 일어날 수 있는 물질 빌드업에도 불구하고 증착의 일정한 속도 및 두께를 유지한다. 상기 기술된 바와 같이, 완전 폐색된 위치(300)에서, 마스크는 기화기 온도를 변화시킬 필요 없이 셔터로서 작동하여 증착을 완전 중단시킬 수 있다. 마스크 부분들 중 하나가 이동 가능한 구성에서, 도 9a에 나타난 바와 같이, 마스크 개구부의 방향으로 기판(307) 상의 패턴의 번역(translation)이 있을 수 있다. 이 번역은 양 마스크 부분을 반대 방향으로 이동 가능하게 함으로써, 또는 공급원 어셈블리를 마스크 개구부의 반대 방향으로 시프팅(shifting)시킴으로써 교정될 수 있다.
일반적으로, 본원에 개시된 바와 같은 기화기는 복수의 물질들의 증착이 가능할 수 있다. 일부 구성에서, 증착될 각 물질당 하나인, 예컨대 하나의 마스크 어셈블리가 멀티 컬러 디스플레이 또는 백색 발광 조명 패널에 증착될 각 컬러를 위해 사용되는 것인, 복수의 마스크 어셈블리가 사용될 수 있다. 일부 실시양태들에서, 개별 기화기는 한 물질만을 위해 또는 단일 컬러만을 위해 사용될 수 있으며, 이는 호스트 및 도펀트 물질을 포함할 수 있다. 이러한 구성에서, 본원에 개시된 바와 같은 증착 시스템은, 도 6a 및 도 6b에 나타난 바와 같이, 상기 기술된 바와 같은 복수의 기화기 어셈블리를 포함할 수 있다. 복수의 공급원 어셈블리가 사용되어 하나의 패널 상에 복수의 공급원으로부터 증착시킴으로써 증착 시스템의 처리량을 증가시킬 수 있다. 복수의 공급원을 사용하는 것은 또한 더 넓은 거리를 스패닝하기 위해 공급원의 수를 단순히 증가시킴으로써 시스템의 확장성을 향상시킬 수 있다. 이 방식에서, 개별 공급원은 재설계될 필요가 없을 것이며, 마스크 왜곡 및 기화기 스케일링의 문제는 방지될 수 있다. 도 10에서는 복수의 공급원을 갖는 공급원 어셈블리를 갖는 시스템의 개략적 도시를 나타낸다. 유리 기판으로서 도 10에 도시된, 기판(1010)은 공급원 어셈블리(1020) 위로 이동되어 주요한 움직임을 제공할 수 있다. 일부 구성에서, 공급원 어셈블리의 장착 레일(mounting rail) 또는 유사 배열은 x, y 및 z 방향의 미세 정렬(fine alignment)에 대한 비교적 작은 범위의 움직임을 제공할 수 있다. 복수의 공급원 어셈블리는, 예를 들어 처리량을 증가시키기 위해 및 디스플레이에서의 개별 컬러 또는 층을 위해 사용될 수 있다.
본원에 개시된 장치 및 기법은 기판 상에 유기 물질, 유기 방출 물질 등을 비롯한 다양한 물질들을 증착하도록 사용될 수 있다. 일부 구성에서, 개시된 바와 같은 기화기 중 물질 공급원은 복수의 물질들을 포함할 수 있으며, 예를 들어 여기서 두 물질은 OLED 또는 유사한 장치의 단일 층에 동시증착되는 것일 수 있다.
본 발명의 한 실시양태에서, 물질은 냉각된 측벽 사이에서, 그리고 마스크 어셈블리를 향해, 물질을 기화시킴으로써 기판 상에 증착될 수 있다. 마스크 어셈블리는 본원에 개시된 바와 같은 조절 가능한 마스크 개구부를 가질 수 있고, 마스크 어셈블리로부터 5W 이하, 4W 이하, 또는 그 미만에 배치될 수 있으며, 여기서 W는 마스크 어셈블리의 폭이다. 마스크 증착 시스템에서 일어나는 것으로 공지된 다양한 문제점들은, 마스크 어셈블리와 기화기 사이의 거리를 조정하는 것, 및/또는 마스크 개구부의 폭을 증가 또는 감소시키는 것을 비롯한, 다양한 방식으로 처리될 수 있다. 예를 들어, 상기 기술된 바와 같이, 한 실시양태에서 마스크 개구부는 증가되어 작동 중에 발생하는 물질 빌드업에 대해 조절될 수 있다.
본원에 기술된 다양한 실시양태들은 오직 예시이며, 본 발명의 영역을 제한하도록 의도된 것이 아님이 이해될 것이다. 예를 들어, 본원에 기술된 다수의 물질 및 구조는 본 발명의 사상으로부터 벗어남 없이 다른 물질 및 구조로 치환될 수 있다. 그러므로 청구된 바와 같은 본 발명은, 당업자에게 분명할, 본원에 기술된 특정 실시예 및 바람직한 실시양태로부터의 변형예를 포함할 수 있다. 본 발명이 어떻게 작용하는지에 대한 다양한 이론들은 제한할 의도가 아님이 이해되어야 한다.
Claims (20)
- 제1 열 기화기;
조절 가능한 마스크 개구부를 포함하고 제1 열 기화기로부터 거리 5W 이하에 배치된 마스크 어셈블리(mask assembly)로서, 여기서 W는 마스크 어셈블리의 폭인 것인 마스크 어셈블리; 및
제1 열 기화기와 마스크 어셈블리 사이에 배치되어 물질 승화 영역을 한정하는 제1 복수의 냉각된 측벽
을 포함하는 장치. - 제1항에 있어서, 마스크 어셈블리는 제1 열 기화기로부터 4W 이하에 배치된 것인 장치.
- 제1항에 있어서, 마스크 어셈블리는 제1 열 기화기로부터 적어도 100 ㎛ - 1 cm에 배치된 것인 장치.
- 제1항에 있어서, 마스크 어셈블리는 물질 공급원으로부터 1 - 5 mm에 배치된 것인 장치.
- 제1항에 있어서, 마스크 어셈블리는 마스크 개구부의 면적을 조절하기 위해 서로에 대하여 이동 가능한 복수의 요소를 포함하는 것인 장치.
- 제1항에 있어서, 마스크 개구부는 완전 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 조절 가능한 것인 장치.
- 제6항에 있어서, 마스크 개구부가 완전 폐쇄된 경우, 제1 열 기화기에 의해 제공된 공급원 물질은 마스크를 통과하는 것이 완전 방지되는 것인 장치.
- 제1항에 있어서, 마스크 개구부는 마스크 면적의 50% 이하의 최대 면적을 갖는 것인 장치.
- 제1항에 있어서, 제1 열 기화기 내에 배치된 유기 물질 공급원을 추가로 포함하는 장치.
- 제1항에 있어서, 제2 기화기를 추가로 포함하는 장치.
- 제10항에 있어서, 제2 기화기와 마스크 어셈블리 사이에 배치된 제2 복수의 냉각된 측벽을 추가로 포함하는 장치.
- 제10항에 있어서, 각 기화기는 별개의 물질을 기화시키도록 구성된 것인 장치.
- 제1항에 있어서, 물질 승화 영역과 유체 연통하는 진공 공급원을 추가로 포함하는 장치.
- 제1항에 있어서, 마스크 어셈블리의 적어도 일부는 냉각되는 것인 장치.
- 제1항에 기재된 장치; 및
타겟 기판
을 포함하고, 마스크 어셈블리는 기판의 면적보다 작은 면적을 갖는 것인 증착 시스템. - 제1 복수의 냉각된 측벽 사이에서, 그리고 조절 가능한 마스크 개구부를 갖고 제1 물질로부터 거리 5W 이하에 배치된 마스크 어셈블리를 향해, 제1 물질을 기화시키는 단계로서, 여기서 W는 마스크 어셈블리의 폭인 것인 단계
를 포함하는 방법. - 제16항에 있어서,
조절 가능한 마스크 개구부의 폭을 변화시키는 단계
를 추가로 포함하는 방법. - 제16항에 있어서,
마스크 어셈블리를 향해, 제2 물질을 기화시키는 단계
를 추가로 포함하는 방법. - 제18항에 있어서,
제2 물질을 함유하는 마스크 및 공급원 어셈블리를 래스터링(rastering)하여 기판의 표면을 덮는 단계
를 추가로 포함하는 방법. - 제16항에 있어서,
제1 물질을 함유하는 마스크 및 공급원 어셈블리를 래스터링하여 기판의 표면을 덮는 단계
를 추가로 포함하는 방법.
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