KR20020068469A - 성막방법 및 성막장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다수의 기능 영역을 갖는 유기화합물층의 성막 장치 및 방법을 제공한다. 다수의 증발원이 성막실 내에 제공된다. 유기화합물 각각의 기능 영역과 기능 영역들 간의 계면에 혼합 영역을 연속적으로 형성할 수 있다. 한편, 광원을 성막실에 제공하여 광을 조사하면서 양극 표면에 퇴적을 수행하여 조밀한 유기화합물층을 형성한다.

Description

성막방법 및 성막장치{Method and apparatus for film deposition}
본 발명은 양극, 음극, 및 전기장 인가시 발광하도록 제조된 유기화합물을 포함하는 막(이후, '유기화합물층'이라 부름)을 갖는 유기 발광 소자를 사용하는 발광 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 관련 기술의 발광 장치들 보다 낮은 구동 전압을 요하고, 수명이 긴 발광 소자의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 출원의 명세서에 기재된 발광 장치는 발광 소자로서 유기 발광 소자를 사용하는 화상 표시 장치 또는 발광 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 발광 장치는 커넥터, 예를 들면, 이방성 도전막(FPC:가요성 인쇄 회로) 또는 TAB(Tape Carrier Package) 테이프 또는 TCP(Tape Carrier Package)가 유기 발광 소자에 장착되어 있는 모듈, 인쇄 회로판이 TAB 테이프 또는 TCP 말단에 제공되어 있는 모듈, 또는 IC(집적 회로)가 COG(Chip on Glass) 시스템의 유기 발광 소자 상에 직접 장착되어 있는 모듈 등 모든 모듈을 포함한다.
유기 발광 소자는 전기장 인가시 발광할 수 있도록 고안된 것이다. 발광 기구은, 전극 사이에 개재되어 있는 유기화합물층에 전압이 인가되면, 음극으로부터 충전된 전자와 양극으로부터 충전된 정공이 유기화합물층의 발광체 중앙에서 서로 결합하여 분자 여기자를 형성하고, 이 분자 여기자가 기저 상태로 돌아오면서 에너지를 방출하여 발광하는 것이라고 알려져 있다.
또한, 유기화합물에 의해 형성되는 분자 여기자의 종류로는 일중항 여기 상태와 삼중항 여기 상태가 있으며, 본 발명의 명세서에서는 두 여기 상태 중 하나가 발광에 관여하는 경우를 포함한다.
이러한 유기 발광 소자에서, 유기화합물층은 통상적으로 1 ㎛ 이하의 박막으로 형성된다. 또한, 유기 발광 소자가 유기화합물층 자체가 광을 방출하는 자기 발광형이기 때문에, 종래의 액정 표시 장치에 사용된 배광이 불필요하다. 따라서, 본 발명의 유기 발광 소자는 얇고, 가볍게 제조하는 데 유리할 수 있다.
또한, 예를 들면, 두께가 약 100 내지 200 ㎚인 유기화합물층을 사용하면, 캐리어를 충전하고 재결합시키는데 소모되는 시간이 유기화합물층 내에서 캐리어가 이동하는 한계를 고려할 경우 수십 나노초 정도이며, 캐리어의 재결합에서 발광까지의 절차를 포함시킨다 해도 1 마이크로초 미만 정도에 발광을 실현할 수 있다. 따라서, 본 발명의 특징 중 하나는 반응 속도가 매우 빠르다는 것이다.
또한, 유기 발광 소자가 캐리어 충전형 발광 소자이기 때문에, DC 전압으로 구동시킬 수 있고, 소음 발생이 거의 없다. 구동 전압은, 유기화합물층의 두께를 먼저 균일하게 하여, 약 100 ㎚의 초박막을 형성하고, 유기화합물층에 대한 캐리어 충전 장벽을 감소시키는 전극 물질을 선택하고, 단일 헤테로 구조(이중 구조)를 도입한다면, 5.5 V에서 100 cd/㎡의 충분한 발광을 얻을 수 있다(참조문헌 1: C. W. Tang and S. A. Vanslyke, "organic electroluminescent diodes", Applied Physics Letters, vol. 51, No. 12, 913-915 (1987)).
얇고, 가벼우며, 반응속도가 빠르고, 낮은 DC 전압에서 구동 가능한 이러한 성능 덕분에 유기 발광 소자는 차세대 평판 표시 장치로서 주목을 받아왔다. 또한, 유기 발광 소자는 자기 발광형이고, 시야각이 크기 때문에 가시성이 비교적 양호하고, 휴대형 장치의 표시부에 사용되는 소자로서 유효할 것으로 생각된다.
상기 참조문헌 1에 기재된 유기 발광 소자의 구성에서는, 캐리어 충전 장벽은 음극으로 일함수가 낮은 비교적 안정한 Mg:Ag 합금을 사용하여 작게 제조함으로써 전자 주입 성질을 개선시킨다. 이로써 다량의 캐리어를 유기화합물층에 충전할 수 있다.
또한, 유기화합물층으로 디아민 화합물로 이루어진 정공 운반층과 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(이후 "Alq3"으로 부름)으로 이루어진 전자 운반층이 적층된단일 헤테로 구조를 적용함으로써 캐리어의 재결합 효율이 비약적으로 개선될 수 있다(이후 서술함).
예를 들면, 단일 Alq3층만을 갖는 유기 발광 소자의 경우, Alq3의 전자 운반 성질이 저조하기 때문에, 음극으로부터 충전된 대부분의 전자는 정공과 재결합되지 않은 채 양극에 도달하므로, 발광 효율이 매우 낮다. 즉, 효율적으로 광을 방출하는(또는 낮은 전압에서 구동하는) 단일층 유기 발광 소자를 구현하기 위해서는 반드시 전자와 정공 둘다의 운반이 균형을 이룰 수 있는 물질(이후 "쌍극성 물질"이라 부름)을 사용해야 하며, Alq3은 이러한 요건에 부합되지 않는다.
그러나, 참조문헌 1에 기재된 단일 이종 구조를 적용하면 음극으로부터 충전된 전자가 정공 운반층과 전자 운반층 사이의 계면에 의해 차단되어 전자 운반 발광층에 둘러싸이게 된다. 따라서, 캐리어는 전자 운반 발광층에서 효과적으로 재결합하여 고효율의 발광을 제공한다.
이러한 캐리어 차단 기능 개념을 개발함으로써 캐리어 재결합 영역의 제어가 가능해졌다. 예를 들면, 정공을 정공 운반층 내에 둘러싸이게 하고, 정공을 정공 운반층과 전자 운반층 사이에 차단할 수 있는 층(정공 차단층)을 삽입함으로써 정공 운반층이 발광하게 하는데 성공한 사례가 보고되었다(참조문헌 2: Yasunori KIJIMA, Nobutoshi ASAI and Shin-ichiro TAMUA, "A Blue Organic Luminescent Diode", Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 38, 5274-5277 (1999)).
또한, 참조문헌 1에 기재된 유기 발광 소자는 정공 운반 발광층에 의해 정공운반을 수행하고, 전자 운반 발광층에 의해 전자 발광을 수행하는 기능 분리에 기초하고 있다고 말할 수 있다. 이러한 기능 분리의 개념은 정공 운반층과 전자 운반층 사이에 발광층이 삽입된 이중 헤테로구조(3층 구조) 개념으로 추가 성장하였다(참조문헌 3: Chihaya ADACHI, Shizuo OKITO, Tetsuo TSUTSUI and Shogo SAITO, "Electroluminescence in Organic Films with Three-Layered Structure", Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 27, No. 2, L269-L271 (1988))
이러한 기능 분리는 한 종류의 유기 물질이 여러 기능(발광, 캐리어 운반 성질, 전극으로부터의 캐리어 운반 성질 등)을 동시에 가질 필요성을 배제함으로써 분자 설계 등에 있어서 보다 넓은 융통성을 제공했다는데 잇점이 있다(예를 들면, 과도한 쌍극성 물질 조사가 불필요하다). 즉, 우수한 발광 품질과 캐리어 운반 품질을 각각 갖고 있는 물질들을 배합하여 고발광 효율을 쉽게 확보할 수 있다.
이러한 잇점으로 인해, 참조문헌 1에 기재된 적층 구조(캐리어 차단 기능 또는 기능 분리)의 개념이 지금까지 널리 사용되어 왔다.
이들 발광 소자를 제조할 경우, 특히 대량 생산할 경우, 정공 운반 물질과 발광 물질, 및 전자 운반 물질 등을 진공 증착법에 의해 적층할 때 각각의 물질의 오염을 방지하기 위해, 인-라인형(다중 챔버 구조) 성막장치를 사용한다. 이러한 성막장치의 상면도가 도 16에 도시되어 있다.
도 16에 도시된 성막장치에서는, 양극(예, ITO 등)을 갖는 기판 상에 음극 및 정공 운반층, 발광층, 및 전자 운반층의 3층 적층 구조(이중 헤테로구조)를 진공 증착할 수 있고, 밀봉 공정을 수행할 수 있다.
먼저, 양극을 갖는 기판을 반입실로 운반한다. 기판은 제1 반송실를 통해 자외선 조사실로 이동된 후, 진공 환경 중에서 자외선 조사에 의해 양극 표면이 세정 처리된다. 이때 유의할 것은, 양극이 ITO와 같은 산화물로 제조된 경우, 양극은 예비 처리실 내에서 산화된 상태이다.
다음으로, 정공 운반층이 진공 증착실(1501) 내에서 형성되는데, 진공 증착실(1502-1504)에서 발광층(도 16에서는 적, 녹 및 청의 3색)이 형성되고, 진공 증착실(1505)에서 전자 운반층이 형성된 후, 진공 증착실(1506)에서 음극이 형성된다. 마지막으로, 밀봉실에서 밀봉 공정이 수행되어 반출실로부터 발광 소자가 얻어진다.
인라인형 성막장치의 독특한 특징은 각 층의 진공 증착이 각각 서로 다른 진공 증착실(1501-1505)에서 수행된다는 것이다. 따라서, 각각의 진공 증착실(1501-1505)은 통상적으로 단일 증발원(1511-1515)을 갖는다(그러나, 진공 증착실(1302-1304)은 안료를 도핑하여 발광층을 제조하는 경우 동시-진공증착층의 형성을 위해 때때로 두개의 증발원이 요구될 수도 있다). 요약하자면, 각 층의 재료를 서로 혼합되지 않게 하는 특정 장치 배열이 사용된다.
도 17A 및 도 17B는 도 16 에 도시된 성막장치를 이용하여 제조된 발광 소자의 구조를 나타낸다. 도 17A 및 도 17B에서, 유기화합물층(1604)이 기판(1601) 상에 형성된 양극(1602)과 음극(1603) 사이에 형성된다. 여기에서, 형성된 유기화합물층(1604) 각각은 서로 다른 성막실에서 형성된다. 따라서, 이렇게 형성된 제 1 유기화합물층(1605)과 제 2 유기화합물층(1606) 사이의 적층 계면 및 제 2 유기화합물층(1606)과 제 3 유기화합물층(1607) 사이의 적층 계면은 분명하게 구별된다.
도 17B는 제 1 유기화합물층(1605)과 제 2 유기화합물층(1606) 사이의 계면 근처의 영역(1608)을 나타낸다. 이 도면으로부터, 불순물(1610)이 제 1 유기화합물층(1605)과 제 2 유기화합물층(1606) 사이의 계면(1609)에 혼합되어 있는 것을 분명히 알 수 있다. 다시 말해, 도 16에 도시된 종래의 성막장치의 경우, 각각의 층은 서로 분리된 성막실에서 형성된다. 따라서, 기판이 성막실들 간에 운반될 때, 불순물(1610)이 기판의 표면 상에 달라붙어 계면(1609)에 혼합된다. 주목할 것은, 본 원에 기재된 불순물은 특히 산소, 물 등이라는 것이다.
그러나, 여러 종류의 물질간의 접합(특히 절연물질 간의 접합)이 있다면, 상기 기재된 적층 구조는 물질들의 계면에 필연적으로 에너지 장벽이 생기게 한다. 에너지 장벽이 존재한다면, 계면에서 캐리어의 이동이 억제되기 때문에, 다음과 같은 두가지 문제가 발생한다.
문제점 중 하나는 장벽이 구동 전압의 추가 감소를 초래한다는 것이다. 실제로, 기존의 유기 발광 소자와 관련하여 공액 중합체를 사용하는 단층 구조의 소자가 구동 전압 관점에서 우수하고, 전력 효율(lm/W) 면에서 상위의 데이터(단일항 여기 상태로부터의 발광을 비교한 경우)를 차지하고 있음이 보고된 바 있다(참조문헌 4: Tetsuo Tsutsui "bulletin of organic molecular/bioelectronics" subcommittee of Society of Applied Physics, Vol. 11, No. 1, P. 8 (2000)).
그 밖에도, 참조문헌 4에 기재된 공액 중합체는 쌍극성 물질로 캐리어 재결합 효율과 관련하여 적층 구조와 동일한 수준을 확보할 수 있다. 따라서, 쌍극성물질을 사용하는 방법이 임의의 적층 구조를 사용하지 않고도 동등한 수준의 캐리어 재결합 효율을 제공한다면, 계면 수가 적은 단일층 구조가 구동 전압이 낮음이 입증되었다.
예를 들면, 에너지 장벽을 완화하는 물질을 전극과 유기화합물층 사이에 삽입하여 캐리어 충전 성질을 개선함으로써 구동 전압을 감소시키는 방법이 있다(참조문헌 5: Takeo Wakimoto, Yoshinori Fukuda, Kenichi Nagayama, Akira Yokoi, Hitoshi Nakada, and Masami Tsuchida, "Organic EL Cells Using Alkaline Metal Compounds as Electron Injection Materials", IEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VOL. 44, NO. 8, 1245-1248 (1977)). 참조문헌 5에서는 전자 주입층으로 Li2O를 사용하여 구동 전압을 감소시키는데 성공하였다.
그러나, 유기 물질 간의(예를 들면, 정공 운반층과 발광층 간의; 이후 계면을 "유기 계면"이라 부름) 캐리어 운반은 미해결 문제로 남아 있으며, 단일층 구조에 의해 제공되는 낮은 구동 전압과 발맞추는데 있어 중요한 문제로 보아진다.
또한, 에너지 장벽에 의해 야기되는 다른 문제점은 유기 발광 소자의 작동 수명에 대한 영향으로 생각된다. 즉, 캐리어의 이동이 방해를 받으면, 전하가 축적되어 휘도가 저하된다.
이러한 열화 기구과 관련하여 어떠한 명확한 이론도 확립되지 않았으나, 양극과 정공 운반층 사이에 정공 주입층을 삽입하고, DC 구동이 아닌 직각 파형의 AC 구동을 이용함으로써 휘도 저하를 억제할 수 있다는 보고가 있었다(참조문헌 6: S.A. VanSlyke, C. H. Chen, and C. W. Tang, "Organic electroluminescent devices with improved stability", Applied Physics Letters, Vol. 69, No. 15, 2160-2162(1996)). 이 문헌은 정공 주입층의 삽입과 AC 구동으로 인해 전하 축적이 방지됨으로써 휘도 저하가 억제될 수 있다는 실험적 증거를 제시한다고 할 수 있다.
상기로부터, 한편으로는, 적층 구조가 캐리어의 재결합 효율을 쉽게 향상시킬 수 있고 기능 분리 면에서 물질 선택의 범위를 확대할 수 있다는 장점을 갖고 있고, 다른 한편으로는 많은 유기 계면의 형성이 캐리어의 이동을 저해하고 구동 전압 및 휘도의 저하에 영향을 준다고 말할 수 있다.
한편, 종래의 성막장치에서는, 정공 운반 물질과 발광층 물질, 전자 운반 물질 등의 적층을 각 물질의 오염을 방지하기 위해 각각의 증발원이 제공된 별도의 실(챔버)들에서 수행하였다. 그러나, 이러한 장치는 상기에서 언급한 다층 구조로 형성하는 경우, 유기 계면이 있다고 뚜렷이 분리되고, 기판을 실들 간에 이동시킬 때, 물 및 산소와 같은 불순물이 유기 계면과 혼합될 수 있다는 문제점을 안고 있다.
또한, 종래의 성막장치를 이용하여 성막방법에 의해 유기화합물층을 형성할 경우, 분자 크기가 다른 다수의 유기화합물을 이용한 막의 형성시, 특히 조밀한 막을 형성하기 어렵다는 문제점이 있다. 그러나 막 치밀성은 다음과 같은 점에서 소자 특성을 향상시키는데 매우 중요한 요소이다. 우선, 캐리어들이 유기 화합 분자들 사이를 이동하는 중에 재결합하므로, 유기화합물의 분자간 거리는 캐리어의 이동에 영향을 미친다. 분자간 거리의 증가는 캐리어 이동성을 저지하는 결과를 야기할 수 있다. 또한, 재결합하지 않는 다수의 캐리어들이 유기화합물층 내에 존재하는 결과와 함께 저이동성의 캐리어가 유기화합물층 사이의 갭에 포획되기 쉽다는 것이다.
즉, 막 조밀성은 발광 소자의 휘도 및 구동 전압의 감소에 영향을 미친다고 생각되어 진다.
따라서, 본 발명은 종래에 사용된 적층 구조와 다른 개념으로 유기화합물층에 존재하는 에너지 장벽을 완화함으로써 캐리어 이동성을 향상시키고, 동시에 적층 구조에서의 기능 분리와 유사하게 각종 물질의 기능과 보다 조밀한 막을 갖는 소자를 제조하는 성막장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 이러한 성막장치를 이용한 성막방법을 제공하는 것이다.
다층 구조에서 에너지 장벽 완화와 관련하여, 참조문헌 5에 개시된 캐리어 주입층 삽입 기술에서 특히 주목된다. 다시 말해, 큰 에너지 장벽을 갖는 다층 구조의 계면에서, 이러한 에너지 장벽을 완화시키는 물질을 삽입하면 에너지 장벽을 계단형으로 설계할 수 있다.
이러한 정렬에 의하면, 전극으로부터 전기적 캐리어의 주입을 증가시킬 수 있고, 구동 전압을 특정 수준으로 감소시킬 수 있다. 그러나, 이러한 시도에서 당면하게되는 문제점은 필요한 층수가 증가함으로써 유기 계면 수의 증가가 초래된다는 것이다. 참조문헌 4에서 제시된 바와 같이, 이는 단일층 구조가 구동 전압 및 전력 효율에 관하여 상위 데이터를 차지한다는 점에서 다층 구조 보다 우수하다는사실에 근거가 된다고 보아진다.
역으로, 이러한 문제점을 극복할 수 있다면, 단일층 구조의 구동전압/전력 효율을 만회할 수 있을 뿐만 아니라 다층 구조의 장점들을 유지할 수 있을 것이다(다양한 물질의 배합이 가능한 동시에 복잡한 분자 설계의 필요성이 제거된다).
그리하여, 도 1A에 도시된 바와 같이, 발광 소자의 양극(102) 및 음극(103) 사이에 다수의 기능 영역을 갖는 유기화합물층(104)을 형성하는 경우, 제1 기능 영역(105)을 구성하는 물질과 제2 기능 영역(106)을 구성하는 물질 둘다를 포함하는 제1 혼합 영역(108)을 제1 기능 영역(105)과 제2 기능 영역(106) 사이에 형성한다.
또한, 제2 기능 영역(106)과 제3 기능 영역(107) 사이에, 제2 기능 영역(106)을 구성하는 물질과 제3 기능 영역을 구성하는 물질(107)을 둘다를 포함하는 제2 혼합 영역(109)을 형성한다.
도 1A에 도시된 구조를 적용하면, 기능 영역들 간에 존재하는 에너지 장벽을 완화할 수 있으므로, 캐리어 주입성을 개선시킬 수 있을 것으로 보아진다. 따라서, 구동 전압 감소 및 발광 저하를 방지할 수 있게 된다.
상기는, 적어도 제1 유기화합물이 기능을 발현할 수 있는 영역(제1 기능 영역)과, 제1 기능 영역을 구성하는 물질과는 다른 제2 유기화합물이 기능을 발현할 수 있는 영역(제2 기능 영역)을 포함하는 발광 소자, 및 그러한 발광 소자를 갖는 발광 장치의 제조시, 본 발명의 성막장치를 사용하면, 제1 기능 영역을 구성하는 유기화합물 및 제2 기능 영역을 구성하는 유기화합물로 이루어진 혼합 영역을 제1 기능 영역과 제2 기능 영역 사이에 제조되는 것이 특징이다.
한편, 도 1A에 도시된 바와 같이, 제1 기능 영역(105) 및 제2 기능 영역(106) 사이에 형성되는 제1 혼합 영역(108)이 도 1B에 도시된 바와 같이 동일한 성막실 내에서 연속적으로 형성되므로 도 16B에 도시된 것과 같이 불순물이 혼합되는 것을 방지할 수 있다.
유의할 것은 제1 유기화합물과 제2 유기화합물의 성질이 서로 다르지만, 각각이 양극으로부터 정공을 받을 수 있는 정공 주입성, 정공 이동성이 전자 이동성 보다 큰 정공 운반성, 전자 이동성이 정공 이동성 보다 큰 전자 운반성, 음극으로부터 전자를 받을 수 있는 전자 주입성, 정공 또는 전자의 이동을 저지할 수 있는 차단성, 및 발광을 실현할 수 있는 발광성으로 이루어진 군으로부터 선택된 성질을 갖는다는 것이다. 또한, 정공 주입성이 큰 유기화합물로는 프탈로시아닌 기재 화합물이 바람직하고, 정공 운반성이 큰 유기화합물은 방향족 디아민 화합물일 수 있으며, 전자 운반성이 큰 유기화합물은 퀴놀린 골격을 갖는 금속 착물, 벤조퀴놀린 골격을 갖는 금속 착물 또는 옥사디아졸 유도체 또는 트리아졸 유도체 또는 페난트롤린 유도체일 수 있다. 또한, 발광을 보이는 유기화합물은 안정한 발광을 제공하는 퀴놀린 골격을 갖는 금속 착물, 벤족사졸 골격을 갖는 금속 착물, 또는 벤조티아졸 골격을 갖는 금속 착물이 바람직할 수 있다.
상기한 제1 기능 영역 및 제2 기능 영역의 몇몇 조합을 아래 표 1에 나타내었다. 조합 A-E는 단독으로 사용할 수 있지만(예, A 단독), 또는 상기 중 몇몇을 조합하여 복합체 양식으로 함께 도입할 수 있다(예, A와 B).
조합 제1 기능 영역 제2 기능 영역
A 정공 주입성 정공 운반성
B 전자 주입성 전자 운반성
C 정공 운반성 발광성
D 전자 운반성 발광성
E 전자 운반성 차단성
또한, C와 D 조합을 복합적으로 사용하는 경우(즉, 발광성을 갖는 기능 영역의 계면 모두에 혼합 영역을 도입하는 경우), 발광 영역에 형성된 분자 여기자의 확산을 막음으로써 발광 효율을 더욱 증가시킬 수 있다. 그리하여, 이러한 발광 영역의 여기 에너지를 정공 영역의 여기 에너지와 전자 운반 영역의 여기 에너지 보다 낮게 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 캐리어 운반성이 불량한 발광 물질을 발광 영역으로 사용할 수도 있기 때문에, 선택 물질의 범위가 확장되는 장점이 있다. 상기에서, "여기 에너지"는 전자가 채워진 가장 높은 분자 궤도(HOMO)와 전자가 채워지지 않은 가장 낮은 분자 궤도(LUMO) 간의 에너지 차이를 의미한다.
보다 바람직한 것은 발광 영역이 주 물질과 주 물질 보다 여기 에너지가 낮은 발광 물질(도펀트)로 이루어지도록 설계하고, 그러한 도펀트의 여기 에너지가 정공 운반 영역의 여기 에너지와 전자 운반층의 여기 에너지 보다 낮도록 설계하는 것이다. 이러한 정렬에 의하면, 도펀트가 효율적으로 광을 방출할 수 있으며 동시에 도펀트 분자의 여기 확산을 방지할 수 있다. 그밖에도, 도펀트가 캐리어 포획형의 특정 물질로 제조된 경우 캐리어 재조합 효율을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 성막장치는 도 1C에 도시된 구조의 발광 소자를 형성할 수 있다. 도 1C의 양극(102)과 음극(103) 사이에 형성되는 유기화합물층(104)은 제1 유기화합물로 구성된 제1 기능 영역(110)과 제2 유기화합물로 구성된 제2 기능 영역(111) 사이에 제1 기능 영역(110)과 제2 기능 영역(111)을 구성하는 물질 모두를 포함하는 제1 혼합 영역(112)을 갖는 구조로 형성된다. 또한, 제1 혼합 영역의 전체 또는 일부를 제3 유기화합물로 도핑하면, 제1 혼합 영역의 전체 또는 일부에 제3 기능 영역을 형성할 수 있다. 주목할 것은 여기에서 형성된 제3 기능 영역은 발광을 실현하는 영역이라는 것이다.
이때, 도 1C의 구조로 소자를 형성할 경우, 제1 유기화합물과 제2 유기화합물의 성질이 서로 다르며, 정공 주입성, 정공 운반성, 전자 운반성, 전자 주입성, 및 차단성으로 이루어진 군으로부터 선택된 성질을 갖는다는 것이다. 또한, 제3 유기화합물은 발광 유기화합물(도펀트)이며, 여기 에너지가 제1 유기화합물 및 제2 유기화합물 보다 낮은 물질을 사용할 필요가 있다. 주목할 것은, 제3 기능 영역에서 제1 유기화합물 및 제2 유기화합물은 도펀트의 호스트로서의 역할을 한다는 것이다.
이제껏, 발광 효율면에서, 삼중항 여기 상태에서 기저 상태로 되돌아갈 때 방출되는 에너지를 발광으로 전환시킬 수 있는 유기 발광 소자들의 성공 사례가 개시되었으며, 그들의 발광 효율에 대해 주목하고 있다(참조문헌 7: D. F. O'Brien, M. A. Baldo, M. E. Thompson and S. R. Forrest, "Improved energy transfer in electrophosphorescent devices", Applied Physics Letters, Vol. 74, No. 3, 442-444 (1999)), (참조문헌 8: Tetsuo TSUTSUI, Moon-Jae YANG, Masayuki YAHIRO, Kenji NAKAMURA, Teruichi WATANABE, Taishi TSUJI, Yoshinori FUKUDA, Takeo WAKIMOTO and Satoshi MIYAGUCHI, "High Quantum Efficiency in OrganicLuminescent devices with Iridium-Complex as a Triplet Emissive Center". Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 38, L1502-L1504 (1999)).
중심 금속이 백금인 금속 착물이 참조문헌 7에 사용되었고, 중심 금속이 이리듐인 금속 착물이 참조문헌 8에 사용되었다. 삼중항 여기 에너지를 발광으로 전환시킬 수 있는 이들 유기 발광 소자(이후 "삼중항 발광 다이오드"로 부름)는 종래 기술보다 높은 발광 광도와 발광 효율을 성취할 수 있다.
그러나, 참조문헌 8은 초기 발광을 500 cd/m2로 조정했을 때, 발광의 반감기가 약 170 시간인 예를 제시하고 있다. 본 발명을 삼중항 발광 다이오드에 적용하면 고 강도의 발광뿐만 아니라 수명이 길고 삼중항 여기 상태에 의한 발광에 기초한 발광 효율이 높은 고기능 발광 소자를 제조할 수 있다.
따라서, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 전환시킬 수 있는 물질을 도펀트로서 제1 혼합 영역(112)에 첨가하여 도 1C에 도시된 발광 소자의 제3 기능 영역(113)을 형성한다. 한편, 혼합 영역의 형성시 혼합 영역은 농도 구배를 가질 수 있다.
또한, 본 발명은 도 2A 내지 도 2C에 도시된 바와 같이, 광원으로부터 광을 조사하면서, 진공 증착을 이용하여 유기화합물층을 퇴적하여 조밀한 성막층을 제조할 수 있다는 특징이 있다.
도 2A는 성막실(201)에서, 발광 소자를 제조하기 위한 양극이 형성된 기판 상에 유기화합물을 형성하는 방법을 도시한다. 성막실(201)에는 유기화합물이 준비된 증발원(202)이 제공된다. 이때, 성막실(201)에서 유기화합물이 저항 가열에 의해 증기화되고, 증발원(202)에서 유기화합물 분자(203) 상태로 기상화된 유기화합물은 진공 증착에 의해 기판 상에 퇴적된다.
한편, 유기화합물을 기판 상에 퇴적하는 동안 유기화합물 분자(203) 및 기판 표면에 광을 연속적으로 조사하기 위해 광원(204)이 성막실에 제공된다. 한편, 광원(204)로부터는 자외선이 조사된다. 본 발명에서는 100 내지 300 ㎚의 파장을 갖는 광을 사용하는 것이 바람직하다.
이때, 광원(204)으로부터의 광이 증기화된 유기화합물 분자(203)에 조사되어 광자 에너지를 가한다. 이로써 유기화합물 분자(203)가 활성화되어 기판 상의 표면 반응에 영향을 미쳐 조밀한 막의 형성을 촉진시킨다.
본 발명에서는 유기화합물 분자(203)가 기판 상에 퇴적되기 전에 활성화시키기 위해 유기화합물 분자에 광을 조사하는 한편 기판 위에도 또한 조사한다. 도 2B에 도시된 바와 같이, 기판의 양극 상에 이미 퇴적된 유기화합물 분자 또한 활성화시킬 수 있다. 도 2B는 사면의 아래에서 보이는 퇴적되고 있는 기판의 형상이다.
활성화된 기판 상의 유기화합물 분자가 광의 조사에 의해 활성화 에너지를 얻어 다시 보다 안정한 상태로 이동할 수 있게 된다.
이런 방법으로, 성막 전의 유기화합물 분자가 보다 조밀하게 퇴적될 수 있을 뿐 만 아니라 이미 퇴적된 유기화합물 분자 또한 보다 조밀해질 수 있으므로, 도 2C에 도시된 바와 같이 지금까지 얻은 것보다 훨씬 조밀한 유기화합물층(205)을 형성할 수 있다.
따라서, 도 3A 및 도 3B에 도시된 바와 같이, 다수의 유기화합물을 퇴적시켜 다수의 기능 영역을 유기화합물을 형성할 뿐 만 아니라, 그것의 계면에 혼합 영역을 형성하기 위해서도 동일한 성막실 내에 배치하여 퇴적시 광을 조사한다.
도 3A에서, 발광 소자를 제조하기 위한 양극이 형성된 기판이 성막실(301)에 제공된다. 먼저, 제1 유기화합물(303a)을 제1 증발원(302a)으로부터 양극 상에 퇴적하여 제1 기능 영역(306)을 형성한다. 이때, 발광원(304)으로부터 퇴적 전의 유기화합물 분자와 이미 기판에 퇴적된 유기화합물 분자 모두(제1 유기화합물 분자(305a), 제2 유기화합물 분자(305b))에 광을 조사한다. 이것은 분자 활성화 에너지를 증가시켜 분자간 거리를 단축시킨다. 이로써, 제1 기능 영역(306)을 형성하는 유기화합물층을 조밀하게 만든다.
다음으로, 제1 유기화합물(303a) 및 제2 유기화합물(303b)을 각각 제1 증발원(302a) 및 제2 증발원(302b)으로부터 진공 증착에 의해 동시에 퇴적하여 제1 혼합 영역(308)을 형성한다. 이때, 유사한 방법으로 발광원으로부터 광이 조사되면서 퇴적되므로, 보다 조밀한 유기화합물층이 형성된다.
마지막으로, 제2 유기화합물(303b)을 제2 증발원(302b)으로부터 진공 증착에 의해 퇴적되어 광의 조사에 의해 유사하게 조밀한 제2 기능 영역(307)을 형성한다.
상기로부터, 도 3B에 도시된 바와 같이, 제1 기능 영역(306)과 제2 기능 영역(307) 사이에 제1 혼합 영역을 갖는 유기화합물층(309)이 형성되고, 그 층을 형성하는 유기화합물 분자의 분자간 거리를 매우 단축시킬 수 있다.유기화합물층(309)을 구성하는 유기화합물의 분자간 거리가 증가되면, 분자들 간에 갭이 발생하게 된다. 분자간의 갭은 유기화합물층에 결함이 생기게 할 가능성이 있으며, 결함이 발생한 장소에서 캐리어가 이동하는 것을 막는다. 이 때문에, 전하의 축적은 발광 저하 및 소자의 열화를 유발하게 된다. 상기로부터, 본 발명에서와 같이, 퇴적시 광을 조사하기 위해 성막실에 발광원(304)을 제공하는 것이 효과적이다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 성막장치는 다수의 증발원을 구비한 동일한 성막실 내에서 상기에서와 같은 다수의 기능 영역 및 혼합 영역을 갖는 발광 소자가 형성될 뿐 만 아니라, 이들 영역들이 조밀하게 형성된다는 데 특징이 있다.
본 발명의 이면에 따르면, 광을 조사하는 상태에서 유기화합물층을 형성하는 공정을 포함하는 전기발광 소자를 제조하는 방법을 제공한다. 이에 의해서, 조밀한 유기화합물층을 형성하게 된다.
도 1A∼도 1C는 본 발명의 성막장치에 의해 제조되는 소자 구조의 설명도,
도 2A∼도 2C는 광의 조사에 의한 유기화합물 거동의 설명도,
도 3A 및 도 3B는 본 발명의 성막장치에 의한 소자 제조의 설명도,
도 4A 및 도 4B는 성막실의 설명도,
도 5A 및 도 5B는 성막장치의 설명도,
도 6A∼도 6E는 금속 마스크를 배열하는 방법의 설명도,
도 7은 세정 예비실의 설명도,
도 8은 성막장치의 설명도,
도 9A∼도 9C는 재료 교환실 및 밀봉실의 설명도,
도 10A 및 도 10B는 성막장치의 설명도,
도 11A 및 도 11B는 성막장치의 설명도,
도 12는 발광 장치의 설명도,
도 13A 및 도 13B는 밀봉 구조의 설명도,
도 14는 발광 장치의 설명도,
도 15A∼도 15H는 전자 제품의 예를 도시하는 도면,
도 16은 종래 기술의 설명도,
도 17A 및 도 17B는 종래 기술의 설명도,
도 18A 및 도 18B는 발광 소자의 설명도,
도 19A∼19C는 화소부 구조의 설명도, 그리고
도 20은 재료실의 설명도
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
400: 기판401: 홀더
402: 금속 마스크403a∼403c: 증발원
404a∼404c: 유기화합물405a∼405c: 재료실
406a∼406c: 셔터407: 광원
408: 부착 방지 차폐막410: 성막실
412: 개구
본 발명의 성막장치에 사용된 성막실(410)을 도 4A를 참조하여 설명할 것이다. 도 4A에 도시된 바와 같이 홀더(401)에 고정된 금속 마스크(402)가 기판(400) 아래에 공급되며, 그 아래에는 증발원(403a-403c)이 제공된다. 증발원(403, 403a-403c)은 유기화합물층을 제조하기 위한 유기화합물(404, 404a-404c)을 제조하는 재료실(405, 405a-405c) 및 셔터(406, 406a-406c)를 포함한다. 본 발명의 성막장치에서는 성막장치에 적용될 증발원(403) 또는 기판 중 하나가 이동 가능하게(회전 가능하게) 배치되어 막이 균일하게 제조되도록 하는 것이 바람직하다.
재료실(405, 405a-405c)은 도 17에 도시된 구조를 가지며 도전성 금속 물질로 제조된다. 재료실(405, 405a-405c)에 전압이 인가되면 저항이 발생하기 때문에 내부 유기화합물(404, 404a-404c)을 가열할 경우 유기화합물(404, 404a-404c)이 증기화된 후 기판(400)의 표면에 퇴적된다. 용어 기판(400)의 표면은 기판과 이 기판 위에 형성된 하나 이상의 박막을 포함하며, 여기에서는 양극이 기판 상에 형성되어 있다.
셔터(406, 406a-406c)는 증기화된 유기화합물(404, 404a-404c)의 진공 증착을 제어한다. 간단히 말해, 셔터가 열리면, 가열에 의해 증기화된 유기화합물(404, 404a-404c)을 진공 증착에 의해 퇴적할 수 있다. 따라서, 본 명세서에서, 셔터를 열어서 유기화합물을 퇴적하는 상태를 "증발원 작동"이라 부른다.
추가로, 유기화합물(404, 404a-404c)은 진공 증착 공정 전에 열을 가하여 예비 증기화함으로써 셔터(406, 406a-406c)가 진공 증착 중에 개방된 직후 진공 증착이 실행되어 성막에 걸리는 시간을 단축하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 성막장치는 다수의 증발원(403a-403c)이 제공되어 다수의 기능을 갖는 유기화합물층이 단일 성막실에서 형성되도록 배치된다. 주의할 것은, 본 발명에서, 다수의 유기화합물은 다수의 증발원을 동시에 작동시킴으로써 동시에 증착된다. 또한, 다수의 유기화합물은 다수의 증발원을 연속적으로 작동시킴으로써 연속적으로 퇴적될 수 있다. 이 경우에는 누출되는 가스가 성막실 내의 압력 변화에 의해 침입하지 못하도록 할 수 있기 때문에 서로 다른 영역 사이의 계면 오염을 막을 수 있다. 즉, 시간적인 중단 없이 연속적으로 다수의 증발원으로부터 진공증착에 의해 성막하는 것이 가능하다. 이때, 증발원을 작동시킴으로써, 유기화합물이 증기화되어 위로 올라가 금속 마스크(402)에 제공된 개구(412)를 통해 기판(400)에 증착된다.
한편, 성막 중에 유기화합물 분자 및 기판에 광을 조사하기 위해 광원(407)이 증발원(403, 403a-403c) 사이에 제공된다. 광을 조사하여 증발원으로부터 기상화되어 기판에 도착하기 직전의 상태에 있는 유기화합물 분자 및 이미 기판에 퇴적된 유기화합물 분자에 활성화 에너지를 제공하여 보다 조밀한 유기화합물층을 형성할 수 있다.
이때, 본 발명에서는 광원(407)으로부터 자외선을 방출한다. 예를 들면, 184.9 ㎚ 또는 253.7 ㎚의 파장을 갖는 저압 수은 램프, 비활성 가스 공명선(Kr: 123.6 ㎚, 116.5 ㎚, Xe: 147.0 ㎚, 129.5 ㎚) 또는 그 밖의 저압 금속 증기 램프(Cd: 326.1 ㎚, 228.8 ㎚, Zn: 307.6 ㎚, 213.9 ㎚)를 사용할 수 있다. 그러나, 100 내지 300 ㎚의 파장을 갖는 자외선을 방출하는 것이 특히 바람직하다. 이하 보다 구체적인 성막방법을 설명한다.
먼저, 제1 재료실(405a)에 제공된 제1 유기화합물(404a)을 진공 증착시킨다. 여기서 제1 유기화합물(404a)은 저항 열에 의해 미리 증기화되어 있으며, 따라서, 셔터(406a)가 진공 증착 중에 열리면 기판(400)을 향해 분산된다. 이로써 도 1A에 도시된 제1 기능 영역(105)이 형성될 수 있다.
제1 유기화합물(404a)을 계속 퇴적되게 하면서, 제2 재료실(405b)에 제공된제2 유기화합물(404b)의 진공 증착을 수행하기 위해 다른 셔터(406b)를 연다. 제2 유기화합물(404b) 역시 저항 열에 의해 미리 증기화되어 있으며, 따라서, 셔터(406b)가 진공 증착 중에 열리면 기판(400)을 향해 분산된다. 이로써 제1 유기화합물(404a) 및 제2 유기화합물(404b)로 이루어진 제1 혼합 영역(108)이 형성될 수 있다.
잠시 후, 제2 유기화합물(404b)의 진공 증착을 위해 셔터(406a)만이 닫힌다. 이로써 제2 기능 영역(106)을 형성할 수 있다.
두 종류의 유기화합물을 동시에 진공 증착함으로써 혼합 영역을 형성하는 구체적인 방법을 여기에 도시하였으나, 제1 유기화합물을 퇴적한 후, 제2 유기화합물을 제1 유기화합물의 진공 증착 환경에서 퇴적하여 제1 기능 영역과 제2 기능 영역 사이에 혼합 영역을 형성할 수 있다.
제2 유기화합물(404b)을 계속 퇴적되게 하면서, 제3 재료실(405c)에 제공된 제3 유기화합물(404c)의 진공 증착을 수행하기 위해 다른 셔터(406c)를 연다. 제3 유기화합물(404c) 역시 저항 열에 의해 미리 증기화되어 있으며, 따라서, 셔터(406c)가 진공 증착 중에 열리면 기판(400)을 향해 분산된다. 이로써 제2 유기화합물(404b) 및 제3 유기화합물(404c)로 이루어진 제2 혼합 영역(109)이 형성될 수 있다.
잠시 후, 제3 유기화합물(404c)의 진공 증착을 위해 셔터(406b)만이 닫힌다. 이로써 제3 기능 영역(107)을 형성할 수 있다. 이때, 본 발명에서는 유기화합물층을 퇴적하는 동안 광은 광원(407)으로부터 계속 조사되고 있다고 가정한다. 마지막으로, 음극을 형성하여 본 발명의 발광 소자를 완성한다.
이때, 도 1C에 도시된 발광소자에서, 제1 기능 영역이 제1 유기화합물(404a)을 이용하여 형성된다. 그 후에, 제1 유기화합물(404a) 및 제 2 유기화합물(404b)의 제 1 혼합영역(112)이 형성된다. 제1 혼합영역(112)이 형성되는 과정에서, 셔터(406c)를 일시적으로(또는, 동시에) 열어 제3 유기화합물(404)의 증착(도핑)을 수행하여 제 3 기능 영역(113)을 형성한다.
다음으로, 셔터(406c)를 닫아 제1 혼합 영역(112)을 다시 형성한다. 한편, 제1 혼합 영역(112)에 유기화합물을 전체적으로 도핑할 경우, 셔터(406b)를 여는 동시에 셔터(406c)를 열고, 셔터(406a)를 닫는 동시에 셔터(406b)를 닫는다.
또한, 제2 기능 영역(111)이 제2 유기화합물(404b)로 형성된다. 이로써, 유기화합물층(104)이 형성된다. 이 경우에는 또한, 유기화합물층을 형성하는 동안 광은 광원(407)으로부터 계속 조사되고 있다고 가정한다. 분리된 성막실에서 또는 분리된 성막장치에 의해 음극을 형성하여 발광소자를 형성한다.
여기서, 도 4B는 성막실에 제공된 증발원(403) 및 광원(407)을 도시한다. 도 4B는 성막실을 위에서 본 도면으로 성막실에 제공된 증발원(403) 및 광원(407)의 배치 방법을 나타낸다.
여기서, 도 1A에 도시된 바와 같이, 세 종류의 유기화합물을 이용하여 유기화합물층을 형성하는 경우를 설명한다. 세 종류의 유기화합물로 제공된 증발원(403a,403b,403c) 각각은 수평선상에 배치된다. 이 선은 수직 방향으로 k(k=1 내지 10 라인)개가 제공된다. 이런 방식으로, 동일한 성막실 내에 동일한유기화합물을 갖는 다수의 증발원을 제공함으로써 기판 상에 형성된 유기화합물층의 막 두께를 같게 만들 수 있다. 한편, 광원(407)은 이들 증발원(403a-403c) 사이에 제공된다. 이때, 여기서는 인접한 선(l) 사이에 세 종류의 유기화합물의 배치가 다른 경우를 도시하였으나, 반드시 이러한 배치를 요하는 것은 아니며, 즉, 같은 순서로 배치될 수도 있다. 광원(407)에 관해서는 반드시 이러한 배치일 필요는 없으며, 즉 성막실 내에 기상화된 유기화합물 분자 또는 기판 상의 유기화합물 분자에 가능하면 균일하게 광을 조사하면 된다.
본 발명의 성막장치의 경우는 동일한 성막실 내에서 다수의 재료실을 사용하여 수행하기 때문에 증착 성질을 개선하기 위해 증착에 사용되는 유기 물질이 담긴 재료실이 기판 아래의 최적의 위치에 이동하도록 설계할 수 있으며, 또는 기판이 동일한 목적에서 재료실 위의 최적의 위치에서 이동하는 기능을 갖도록 변형할 수 있다.
본 발명의 성막실에는 진공 증착 중에 성막실의 내벽에 유기화합물이 부착되는 것을 방지하기 위해 부착 방지 차폐막(408)이 제공되어 있다. 이러한 부착 방지 차폐막(408)이 제공되면, 기판에 퇴적되지 못한 유기화합물 성분들을 퇴적시킬 수 있다. 부착 방지 차폐막(408) 주변에는 열선(409)이 제공되며, 이 열선(409)의 사용으로 부착 방지 차폐막(408) 전체를 가열할 수 있다. 또한, 부착 방지 차폐막(408)을 가열하면 차폐막(408)에 부착된 유기화합물을 증기화시킬 수 있다. 이로써 성막실 내부를 세정할 수 있다.
상기한 유기화합물층을 제조할 수 있는 본 발명의 성막장치는 동일한 성막실내에서 다수의 기능 영역을 갖는 유기화합물층을 형성할 수 있기 때문에, 기능 영역 계면이 불순물로 오염되지 않으면서 기능 영역간의 계면에 혼합 영역을 형성할 수 있다. 상기로부터, 다층 구조의 특성을 보이지 않는(유기 계면이 존재하지 않는) 다기능 발광 소자를 제조할 수 있다.
또한, 지금까지 설명된 성막실을 구비하는 성막장치의 구조를 도 5A 및 도 5B를 참조하여 설명할 것이다. 도 5A는 성막장치의 상면도를 도시하는 도면이고, 도 5B는 그의 단면도를 도시하고 있다. 공통 성분들은 동일한 도면 부호로 나타낼 것이다. 3개의 성막실을 갖는 인라인형 성막장치의 각 성막실에서 3종류의 유기화합물층(적색, 녹색, 청색)이 형성되도록 배치된 예가 도시되어 있다.
도 5A에서 도면 부호 500은 반입실을 나타낸다. 반입실에서 준비된 기판이 제1 정렬실(501)로 운반된다. 제1 정렬실(501)에서는, 미리 홀더(502)에 고정된 금속 마스크(503)의 정렬이 홀더(502)에 의해 이루어진다. 진공 증착전의 기판(504)이 정렬이 마무리된 금속 마스크(503) 상에 형성된다. 이로써, 기판(504)과 금속 마스크(503)가 일체가 되어 제1 성막실(305)로 운반된다.
금속 마스크(503)와 기판(504)의 고정을 위한 홀더(502)의 위치 관계에 대해 도 6A 내지 도 6E를 참조하여 설명할 것이다. 이들 도면에서, 도 5A 및 도 5B와 동일한 성분들은 같은 도면부호로 나타낼 것이다.
도 6A에는 단면도가 도시되어 있다. 여기에 도시된 홀더(502)는 일반적으로 마스크 홀더(601), 축(602), 기판 홀더(603), 제어 기구(604) 및 보조 핀(605)으로 이루어져 있다. 금속 마스크(503)는 마스크 홀더(601) 상의 돌출부(406)와 정렬되는 방식으로 고정되어 기판(504)이 금속 마스크(503) 상에 장착된다. 금속 마스크(503) 상의 기판(504)은 보조핀(605)에 의해 고정된다.
도 6A의 영역(607) 내 상면도가 도 6B에 도시되어 있다. 기판(304)은 도 6A 및 도 6B에 도시된 기판 홀더(603)에 의해 고정되어 있다.
도 6B의 선 B-B'를 따라 절단된 단면도가 도 6C에 도시되어 있다. 도 6C에 도시된 금속 마스크(503)의 위치가 퇴적 시점이라고 가정하면 Z 축 방향으로 축(602)이 이동하는 도 6D에 도시된 금속 마스크(503)의 위치는 정렬 공정 중이다.
도 6D의 공정 공정에서는, 축(602)이 X-축, Y-축, 및 Z-축 방향 중 어느 방향으로든지 이동할 수 있으며, Z 축에 대한 X-Y 평면의 기울기(θ)로 이동이 또한 가능하다. 제어 기구(604)은 전하 결합 소자(CCD) 카메라로부터 얻어지는 위치 정보와 미리 입력된 위치 정보로부터 이동 정보를 출력하여 마스크 홀더의 위치가 제어 기구(604)에 결합된 축(602)을 통해 특정 위치와 동일해질 수 있다.
또한, 영역(608) 내의 금속 마스크(503)의 확대도가 도 6E에 도시되어 있다. 여기에 사용된 금속 마스크(503)는 서로 다른 물질을 사용하여 형성된 마스크(a609) 및 마스크(b610)로 구성된다. 진공 증착 중에, 이들 구멍(611)을 지난 유기화합물은 기판 상에 형성된다. 모양은 마스크를 사용하여 진공 증착 수행시 증착 정밀도를 개선할 수 있도록 설계되며 기판(504)과 마스크(b610)가 서로 접촉하는 방식으로 사용될 수 있다.
금속 마스크(503)의 정렬을 마치면, 축을 Z 축 방향으로 이동시켜 금속 마스크(503)가 다시 도 6C의 위치로 이동하고 나서 금속 마스크(503)를 금속마스크(503)와 기판(504) 사이의 위치에 정렬시킬 수 있다. 이때, 이 실시 형태에서는, 금속 마스크(503)의 구멍을 정사각형, 직사각형, 원형 또는 타원형으로 할 수 있다. 이것들은 매트릭스 배열 또는 델타 배열로 할 수 있다. 그 밖에, 선형 배열로 할 수도 있다.
도 5A의 제1 성막실(505)에 다수의 증발원(506)이 제공된다. 각각의 증발원(506)은 유기화합물이 제조되는 재료실(도시안됨) 및 개폐 작업을 통해 증기화된 재료실 내의 유기화합물을 재료실 밖으로 분산시키는 것을 조절하는 셔터(도시안됨)로 이루어진다.
제1 성막실(505)에 제공된 다수의 증발원(506)에는 발광 소자의 유기화합물층을 구성하는 여러 기능을 갖는 유기화합물들이 제공된다. 여기에 사용되는 유기화합물들은 양극으로부터 정공을 받기 위한 정공 주입성, 전자 이동성 보다 정공 이동성이 큰 정공 운반성, 정공 이동성 보다 전자 이동성이 큰 전자 운반성, 음극으로부터 전자를 받는 전자 주입성, 정공 또는 전자의 이동을 억제할 수 있는 차단성 및 발광을 실현할 수 있는 발광성의 성질을 갖는 유기화합물들이다.
정공 주입성이 큰 유기화합물로는 프탈로시아닌 기재 화합물이 바람직하고; 정공 운반성이 큰 유기화합물은 방향족 디아민 화합물일 수 있으며, 전자 운반성이 큰 유기화합물은 퀴놀린 골격을 갖는 금속 착물, 벤조퀴놀린 골격을 갖는 금속 착물 또는 옥사디아졸 유도체 또는 트리아졸 유도체 또는 페난트롤린 유도체일 수 있다. 또한, 발광을 보이는 유기화합물은 안정한 발광을 제공하는 퀴놀린 골격을 갖는 금속 착물, 벤족사졸 골격을 갖는 금속 착물, 또는 벤조티아졸 골격을 갖는 금속 착물이 바람직할 수 있다.
한편, 다수의 광원(513)이 제1 성막실(505)에 제공된다. 이때, 성막시 광원(513)으로부터 광이 조사된다.
제 1 성막실(505)에서는, 이들 증발원에 제공된 유기화합물들이 도 4A에 논의된 방법에 의해 순서대로 진공 증착에 의해 퇴적되어 다수의 기능 영역 및 혼합 영역을 갖는 제1 유기화합물층(적색)이 형성된다.
다음으로, 기판(504)이 제2 정렬실(507)로 운반된다. 제2 정렬실(507)에서는, 일단 기판(504)이 금속 마스크(503)로 부터 분리되면, 제2 유기화합물층이 제조될 위치에 일치하도록 금속 마스크(503)의 정렬이 이루어진다. 정렬이 완료되면, 기판(504)과 금속 마스크(503)는 서로 중첩되어 고정된다.
기판(504)이 제2 성막실(508)로 운반된다. 유사하게 제2 성막실(508)에도 다수의 증발원이 제공된다. 제1 성막실(505)과 유사한 방식으로 다수의 유기화합물이 순서대로 진공 증착에 의해 증착되어 다수의 기능 영역 및 혼합 영역을 갖는 제1 유기화합물층(녹색)이 형성된다. 이때, 성막시 광원으로부터 광이 조사되도록 다수의 광원이 또한 제2 성막실(508)에 제공된다.
또한, 기판(504)이 제3 정렬실(509)로 운반된다. 제3 정렬실(509)에서는, 일단 기판(504)이 금속 마스크(503)로부터 분리되면, 제3 유기화합물층이 제조될 위치에 일치하도록 금속 마스크(503)의 정렬이 이루어진다. 정렬이 완료되면, 기판(504)과 금속 마스크(503)는 서로 중첩되어 고정된다.
그 다음, 기판(504)이 제3 성막실(510)로 운반된다. 유사하게 제3성막실(510)에도 다수의 증발원이 제공된다. 다른 성막실과 유사한 방식으로 다수의 유기화합물이 순서대로 진공 증착에 의해 증착되어 다수의 기능 영역 및 혼합 영역을 갖는 제1 유기화합물층(청색)이 형성된다. 이때, 성막시 광원으로부터 광이 조사되도록 다수의 광원이 또한 제3 성막실에 제공된다.
마지막으로 기판(504)이 반출실(511)로 운반되어 성막장치 밖으로 배출된다.
이처럼 정렬실 내에서 금속 마스크(503)의 정렬을 한번에 수행하면, 다른 유기화합물층을 형성할 때는 언제나, 다수의 유기화합물을 같은 장치에서 수행할 수 있다. 하나의 유기화합물층으로 이루어진 기능 영역이 동일 성막실에서 성막되기 때문에, 이웃한 기능 영역간의 불순물 오염을 배제할 수 있다. 또한, 이 성막장치에서는 다른 기능 영역 사이에 혼합 영역을 형성할 수 있기 때문에 임의의 구별되는 다층 구조를 나타내지 않고 다중 기능을 갖는 발광 소자를 제조할 수 있다.
이 실시형태에서는 유기화합물층의 형성까지 작동하는 성막장치가 도시되었지만, 본 발명의 성막장치는 이 구조에 제한되지 않으며 음극이 유기화합물층 상에 형성되는 성막실 및 발광 소자를 밀봉할 수 있는 처리실을 포함하는 구조를 갖도록 변형될 수 있다. 또한, 적색, 녹색 및 청색 광을 방출하는 유기화합물층의 증착 순서가 앞서의 예에만 한정되지 않는다.
또한, 이 실시 형태에 기재된 정렬실 및 성막실을 세정하는 수단이 제공될 수도 있다. 이러한 수단이 도 5A의 영역(512)에 제공된 경우에는, 도 7에 도시된 세정 예비실(514)을 제공할 수 있다.
세정 예비실(514)에서는 NF3또는 CF4와 같은 반응성 가스의 분해를 통해 라디칼을 발생시킨 후 제2 정렬실(507)에 주입하여 제2 정렬실(507)을 세정할 수 있다. 사용된 금속 마스크를 제2 정렬실(507)에 미리 제공하여 금속 마스크를 세정할 수 있다. 라디칼을 제2 성막실(508)에 도입하면 제2 성막실(508)의 내부를 세정할 수 있다. 제2 정렬실(507) 및 제2 성막실(508)은 각각 게이트(도시안됨)에 의해 세정 예비실(514)에 연결되어 있으며, 게이트는 라디칼의 주입시 개방되도록 설계되어 있다.
[실시예 1]
도 8을 참조하여 본 발명의 성막장치가 인라인형인 경우에 대해 설명할 것이다. 도 8에서 도면 부호 701은 반입실을 나타내며, 이로부터 기판이 운송된다. 이 실시예에 사용된 용어 기판은 표면에 발광 소자의 양극 또는 음극(이 실시예서는 양극을 사용함) 중 하나를 의미한다. 반입실(701)은 배기계(700a)를 수반하며, 이 배기계(700a)는 제1 밸브(71), 크라이오 펌프(72), 제2 밸브(73), 제3 밸브(74) 및 건조 펌프(75)로 이루어져 있다.
한편, 성막실 내의 진공 정도를 10-6Pa 이하까지 얻는 것이 바람직하기 때문에, 배기 속도가 10000 ℓ/s 이상인 진공 펌프를 사용하는 것이 바람직하다.
이 실시예에서, 게이트 차단된 반입실, 정렬실, 성막실, 밀봉실 및 반출실과 같은 각각의 공정실 내부에 사용되는 물질로는, 내벽의 표면적을 더 작게 함으로써 산소 및 물과 같은 불순물의 흡착을 저하시킬 수 있기 때문에 전기 연마 처리를 통해 거울 표면을 갖는 알루미늄 또는 스테인레스 강(SUS)을 내벽 면에 사용한다. 이때, 이러한 물질들은 평균 표면 조도는 5 ㎚ 이하(바람직하게는 3 ㎚이하)인 표면 평탄성을 갖는다. 본 명세서에서는 평균 표면 조도는 JIS B0601에서 정의한 중심선 평균 조도를 표면에 적용하기 위해 3 차원 확장을 한 것을 말한다.
또한, 가스와 쉽게 반응하는 물질을 사용하여 성막실 내벽에 활성면을 형성하는 방법이 있다. 이 경우에 물질로는 Ti, Zr, Nb, Ta, Cr, Mo, W, La, Ba 등을 사용하는 것이 바람직하다.
제1 밸브(71)가 게이트 밸브를 갖는 주 밸브이지만, 전도성 밸브로도 작용하는 버터플라이 밸브를 사용할 수 있다. 제2 밸브(73) 및 제3 밸브(74)는 전방 밸브이다. 먼저, 반입실(701)의 압력이 건조 펌프(75)에 의해 낮아지면, 제2 밸브(73)가 개방되고, 반입실(701)의 압력이 크라이오 펌프(72)에 의해 고진공 수준으로 낮아지면, 제1 밸브(71)와 제3 밸브(74)가 개방된다. 크라이오 펌프를 기계식 부스터 펌프 및 터보 분자 펌프로 대체할 수 있으며, 크라이오 펌프는 기계식 부스터 펌프에 의해 진공 수준을 증가시킨 후 사용할 수 있다.
다음으로, 도면 부호 702로 나타낸 것은 정렬실이다. 이후 운송될 성막실에서의 퇴적을 위해 금속 마스크를 정렬하고 금속 마스크 상에 기판을 배치한다. 이를 정렬실(A702)로 부른다. 도 6A에서 도 6E에 설명된 방법을 정렬방법에도 사용할 수 있다. 정렬실(A702)은 배기계(700b)을 포함하며 게이트(도시안됨)에 의해 닫히고, 반입실(701)로부터 차단된다.
정렬실(A702)에는 NF3또는 CF4등과 같은 반응성 가스의 분해를 통해 라디칼을 생성한 후 정렬실(A702)로 보내어 정렬실(A702)을 세정할 수 있도록 세정 예비실(713a)이 제공되어 있다. 사용된 금속 마스크는 미리 정렬실(A702)에 금속마스크를 제공하여 세정할 수 있다.
도면 부호 703은 진공 성막방법에 의해 제1 유기화합물층을 제조하는 성막실을 나타내며, 이후로 성막실(A703)로 부른다. 성막실(A703)은 배기계(700c)을 포함한다. 이 격실은 게이트(도시안됨)에 의해 닫히고, 정렬실(A702)로부터 차단된다.
정렬실(A702)과 유사한 방식으로, 성막실(A703)에는 세정 예비실(713b)이 제공되어 있다. 성막실(A703)의 내부는 NF3또는 CF4등과 같은 반응성 가스의 분해를 통해 생성되는 라디칼을 성막실(A703)내로 도입하여 세정할 수 있다.
이 실시예에서는, 도 4A에 도시된 구조를 갖는 성막실이 적색광을 방출하는 제1 유기화합물층의 제조를 위한 성막실(A703)로 제공되어 있다. 증발원으로는 정공 주입성을 갖는 유기화합물을 갖춘 제1 증발원, 정공 운반성을 갖는 유기화합물을 갖춘 제2 증발원, 발광성을 갖는 유기화합물의 호스트로서 사용하기 위해 정공 운반성을 갖는 유기화합물을 갖춘 제3 증발원, 발광성을 갖는 유기화합물을 갖춘 제4 증발원, 차단성을 갖는 유기화합물을 갖춘 제5 증발원 및 전자 운반성을 갖는 유기화합물을 갖춘 제6 증발원이 제공된다. 한편, 다수의 광원(714)이 증착시 광원(714)으로부터 광을 조사하기 위해 성막실(A703)에 제공된다.
이때, 184.9 ㎚ 또는 253.7 ㎚의 파장을 갖는 저압 수은 램프, 비활성 가스 공명선(Kr: 123.6 ㎚, 116.5 ㎚, Xe: 147.0 ㎚, 129.5 ㎚) 또는 그 밖의 저압 금속 증기 램프(Cd: 326.1 ㎚, 228.8 ㎚, Zn: 307.6 ㎚, 213.9 ㎚)를 사용할 수 있다. 그러나, 본 실시예에서는 184.9 ㎚의 파장을 갖는 광을 조사하기 위해 저압 수은 램프를 광원(714)으로 사용한다.
이 실시예에서는, 구리 프탈로시아닌(Cu-Pc)을 제1 증발원에 제공된 정공 주입성을 갖는 유기화합물로 사용하고, 4,4'-비스-[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]-비페닐(α-NPD)을 제2 증발원에 제공된 정공 운반성을 갖는 유기화합물로 사용하고, 4,4'디카르바졸-비페닐(CBP)을 제3 증발원에 제공된 호스트가 되는 유기화합물로 사용하고, 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린-백금(PtOEP)을 제4 증발원에 제공된 발광성을 갖는 유기화합물로 사용하고, 바토쿠프로인(BCP)를 제5 증발원에 제공된 차단성을 갖는 유기화합물로 사용하고, 트리스(8-퀴놀리노란트)알루미늄(Alq3)을 제6 증발원에 제공된 전자 운반성을 갖는 유기화합물로 사용한다.
정공 주입성, 정공 운반성, 발광성 및 전자 운반성의 기능을 갖는 영역을 포함하는 유기화합물층은 상기 유기화합물들을 진공 증착에 의해 순서대로 퇴적하여 양극 위에 형성할 수 있다.
한편, 이 실시예에서, 혼합영역은 서로 다른 기능 영역 사이의 계면에 두 기능 영역을 모두 갖는 유기화합물을 동시에 진공 증착하여 형성한다. 즉, 혼합 영역은 정공 주입 영역과 정공 운반 영역 사이의 계면에, 정공 운반 영역과 발광 영역을 포함하는 정공 운반 영역 사이의 계면에, 발광 영역을 포함하는 정공 운반 영역과 차단 영역 사이의 계면에, 그리고 차단 영역과 전자 운반 영역의 계면에 각각 형성된다.
실제로는, Cu-Pc를 15 ㎚ 두께로 퇴적하여 제1 기능 영역을 형성한 후, 동시에 Cu-Pc 및 α-NPD를 진공 증착하여 5 내지 10 ㎚ 두께의 제1 혼합 영역을 형성한다. 이어서 α-NPD 막을 40 ㎚ 두께로 제조하여 제2 기능 영역을 형성한 후, α-NPD 및 CBP를 동시에 진공 증착하여 두께 5 내지 10 ㎚의 제2 혼합 영역을 형성한다. 그 후에, 두께 25 내지 40 ㎚의 CBP 막을 제조하여, 제3 기능 영역을 형성한다. 그러나, 제3 기능 영역을 형성하는 전체 또는 일정 시간 동안 CBP 및 PtOEP를 동시에 퇴적하여 제3 기능 영역 전체 또는 일부에 제3 혼합 영역을 형성한다. 제3 혼합 영역은 발광성을 갖는다. CBP 및 BCP를 두께 5 내지 10 ㎚의 막으로 동시에 진공 증착하여 제4 혼합 영역을 형성한다. 그 후에, BCP 막을 8 ㎚의 두께로 제조하여 제4 기능 영역을 형성한다. BCP 및 Alq3을 두께 5 내지 10 ㎚의 막으로 동시 진공 증착하여 제5 혼합 영역을 형성한다. 마지막으로, Alq3을 두께 25 ㎚로 형성하여 제5 기능 영역을 형성할 수 있다. 상기 공정 공정들로 제1 유기화합물층이 형성된다.
상기 제1 유기화합물층과 관련하여 설명하면서, 서로 기능이 다른 6종류의 유기화합물이 각각의 6개 증발원으로 제공되었으며, 유기화합물층은 이들 유기화합물의 진공 증착에 의해 형성된다. 본 발명은 상기에만 한정되지 않으며 다수의 유기화합물을 사용할 수 있다. 단일 증발원에 제공된 유기화합물이 반드시 한 종류로 제한되지 않으며, 여러 종류의 배합물일 수도 있다. 예를 들면, 발광성을 갖는 유기화합물로 증발원에 제공된 단일종의 물질 이외에 도펀트로서 작용하는 다른 유기화합물이 함께 제공될 수 있다. 제1 유기화합물층은 다수의 기능을 가지며, 종래에 공지된 물질들을 적색광을 방출하는 유기화합물층을 포함하는 이들 유기화합물로 사용할 수 있다.
증발원은 마이크로컴퓨터를 사용하여 성막 속도가 조절되도록 설계될 수 있다. 이러한 배치에서는 다수의 유기화합물층을 동시에 제조할 때 혼합비를 조절하는 것이 바람직하다.
도면부호 706으로 나타낸 것은 정렬실이다. 이후 운송될 성막실에서의 성막을 위해 금속 마스크를 정렬하고 금속 마스크 상에 기판을 배치한다. 이것이 정렬실(B706)로 불린다. 도 6A 내지 도 6E에 설명된 방법을 정렬방법에도 사용할 수 있다. 정렬실(B706)은 배기계(700d)를 포함하며 게이트(도시안됨)에 의해 닫히고, 성막실(A703)로부터 차단된다. 또한, 정렬실(A702)과 유사한 방법으로 게이트(도시안됨)에 의해 닫히고, 정렬실(B706)로 부터 차단된 세정 예비실(713c)을 포함한다.
다음으로, 도면 부호 707은 진공 증착 방법에 의해 제1 유기화합물층을 제조하는 성막실을 나타내며, 이후로 성막실(B707)로 부른다. 성막실(B707)은 배기계(700e)를 포함한다. 이 격실 역시 게이트(도시안됨)에 의해 닫히고, 정렬실(B706)로부터 차단된다. 또한, 성막실(A703)과 유사한 방법으로 게이트(도시안됨)에 의해 닫히고, 정렬실(B706)로 부터 차단된 세정 예비실(713d)을 포함한다.
이 실시예에서는, 도 2A에 도시된 구조를 갖는 성막실이 녹색 광을 방출하는 제2 유기화합물층의 제조를 위한 성막실(B507)로 제공되어 있다. 증발원으로는 정공 주입성을 갖는 유기화합물을 갖춘 제1 증발원, 각각이 정공 운반성을 갖는 유기화합물을 갖춘 제2 증발원 및 제3 증발원, 정공 운반성을 갖는 호스트 물질을 갖춘 제4 증발원, 발광성을 갖는 유기화합물을 갖춘 제5 증발원, 차단성을 갖는 유기화합물을 갖춘 제6 증발원 및 전자 운반성을 갖는 유기화합물을 갖춘 제7 증발원이 제공된다. 한편, 다수의 광원(714)이 증착시 광원(714)으로부터 광을 조사하기 위해 성막실(A703)에 제공된다. 184.9 ㎚의 파장을 갖는 광을 조사하기 위해 저압 수은 램프를 광원(714)으로 성막실(B707)에 제공한다.
이 실시예에서는, 구리 프탈로시아닌(Cu-Pc)을 제1 증발원에 제공된 정공 주입성을 갖는 유기화합물로 사용하고, 4,4',4"-트리스(3-메틸페닐페닐아미노)트리페닐아민(MTDATA)을 제2 증발원에 제공된 정공 운반성을 갖는 유기화합물로 사용하고, α-NPD를 제3 증발원으로 제공된 정공 운반성을 갖는 유기화합물로 사용하고, CBP를 제4 증발원에 제공된 정공 운반성을 갖는 호스트 물질로 사용하고, 트리스 (2-페닐피리딘)이리듐(Ir(ppy)3을 제5 증발원으로 제공된 발광성을 갖는 유기화합물로 사용하고, BCP를 제6 증발원에 제공된 차단성을 갖는 유기화합물로 사용하고, Alq3을 제6 증발원에 제공된 전자 운반성을 갖는 유기화합물로 사용한다.
정공 주입성, 정공 운반성, 발광성, 차단성 및 전자 운반성의 기능을 갖는 영역을 포함하는 제2 유기화합물층은 상기 유기화합물들을 진공 증착에 의해 순서대로 증착하여 양극 위에 형성할 수 있다.
한편, 이 실시예에서, 혼합영역은 서로 다른 기능 영역 사이의 계면에 두 기능 영역을 모두 갖는 유기화합물을 동시에 진공 증착하여 형성한다. 즉, 혼합 영역은 정공 주입 영역과 정공 운반 영역 사이의 계면에, 정공 운반 영역과 발광 영역을 포함하는 정공 운반 영역 사이의 계면에, 발광 영역 영역을 포함하는 정공 운반 영역과 차단 영역 사이의 계면에 그리고 차단 영역과 전자 운반 영역 사이의 계면에 각각 형성된다.
실제로는, Cu-Pc를 10 ㎚ 두께로 퇴적하여 제1 기능 영역을 형성한 후, 동시에 Cu-Pc 및 MTDATA를 5 내지 10 ㎚ 두께로 퇴적하여 제1 혼합 영역을 형성한다. 이어서 MTDATA 막을 20 ㎚ 두께로 제조하여 제2 기능 영역을 형성한 후, MTDATA 및 α-NPD를 동시에 진공 증착하여 두께 5 내지 10 ㎚의 제2 혼합 영역을 형성한다. 이후, α-NPD를 두께 10 ㎚로 제조하여 제3 기능 영역을 형성한다. α-NPD 및 CBP를 동시에 진공 증착하여 5 내지 10 ㎚ 두께의 제3 혼합 영역을 형성한다. 이어서, CBP 막을 20 내지 40 ㎚의 두께로 퇴적하여 제4 기능 영역을 형성한다. 제4 기능 영역을 형성하는 전체 또는 일정 시간 동안 제4 기능 영역의 일부 또는 전체에 CBP 및 Ir(ppy)3을 동시 진공 증착에 의해 퇴적하여 제4 혼합 영역을 형성한다. 제 4 혼합 영역은 5 내지 40 ㎚의 두께로 형성된다. 여기에서는 제4 혼합 영역이 발광성을 갖는다. 다음으로, CBP막을 두께 10 ㎚로 증착하여 제5 기능 영역을 형성한다. 이후, BCP 및 Alq3을 진공 증착에 의해 동시 퇴적하여 두께 5 내지 10 ㎚의 제5 혼합 영역을 형성하고, 마지막으로, Alq3의 막을 두께 40 ㎚로 형성하여 제6 기능 영역을 형성하여 이로써 제2 유기화합물층이 형성된다.
상기 유기화합물층에는 서로 기능이 다른 유기화합물이 각각의 7개 증발원으로 제공되었으며, 유기화합물층은 이들 유기화합물의 진공 증착에 의해 형성된다. 본 발명은 상기에만 한정되지 않으며 다수의 유기화합물을 사용할 수 있다. 단일 증발원에 제공된 유기화합물이 반드시 한 종류로 제한되지 않으며, 여러 종류의 배합물일 수도 있다. 종래에 공지된 물질들을 녹색 광을 방출하는 유기화합물층을 형성하는 다수의 기능을 갖는 유기화합물로 사용할 수 있다.
이때, 증발원의 증착 속도는 마이크로컴퓨터에 의해 제어되는 것이 바람직하다. 한편, 이로 인해, 다수의 유기화합물을 동시에 퇴적하는데 있어 혼합비가 제어되는 것이 바람직하다.
도면부호 708로 나타낸 것은 정렬실이다. 이후 운송될 성막실에서의 성막을 위해 금속 마스크를 정렬하고 금속 마스크 상에 기판을 배치한다. 정렬실(C708)로 부른다. 도 6A에서 도 6E에 설명된 방법을 정렬방법에도 사용할 수 있다. 정렬실(C708)은 배기계(700f)를 포함하며 게이트(도시안됨)에 의해 닫히고, 성막실(B707)로부터 차단된다. 또한, 정렬실(A702)과 유사한 방법으로 게이트(도시안됨)에 의해 닫히고, 정렬실(C708)로 부터 차단된 세정 예비실(713e)을 포함한다.
다음으로, 도면 부호 709는 진공 증착방법에 의해 제2 유기화합물층을 제조하는 성막실을 나타내며, 이후로 성막실(C709)로 부른다. 성막실(C709)은 배기계(700g)를 포함한다. 이 격실 역시 게이트(도시안됨)에 의해 닫히고, 정렬실(C708)로부터 차단된다. 또한, 성막실(A703)과 유사한 방법으로 게이트(도시안됨)에 의해 닫히고, 성막실(C709)로 부터 차단된 세정 예비실(713f)을 포함한다.
이 실시예에서는, 도 4A에 도시된 구조를 갖는 성막실이 청색 광을 방출하는 제3 유기화합물층의 제조를 위한 성막실(C709)로 제공되어 있다. 증발원으로는 정공 주입성을 갖는 유기화합물을 갖춘 제1 증발원, 발광성을 갖는 유기화합물을 갖춘 제2 증발원, 차단성을 갖는 유기화합물을 갖춘 제3 증발원, 및 전자 운반성을 갖는 유기화합물을 갖춘 제4 증발원이 제공된다. 이 실시예에서는, Cu-Pc를 제1 증발원에 제공된 정공 주입성을 갖는 유기화합물로 사용하고, α-NPD를 제2 증발원으로 제공된 발광성을 갖는 유기화합물로 사용하고, BCP를 제3 증발원에 제공된 차단성을 갖는 유기화합물로 사용하고, Alq3을 제4 증발원에 제공된 전자 운반성을 갖는 유기화합물로 사용한다. 이때, 184.9 ㎚의 파장을 갖는 광을 조사하기 위해 저압 수은 램프를 성막실(C709)에서 광원으로서 제공된다.
한편, 이 실시예에서는 Cu-Pc를 제1 증발원에 제공될 정공 주입 유기화합물로 사용하고, α-NPD를 제2 증발원에 제공될 발광 유기화합물로 사용하고, BCP를 제3 증발원에 제공될 차단 유기화합물로 사용하고, 그리고 Alq3을 제4 증발원에 제공될 전자 운반 유기화합물로 사용한다.
이때, 이러한 유기화합물을 순서대로 퇴적하여 정공 주입성, 발광성, 차단성 및 전자 운반성의 기능을 갖는 영역을 포함하는 제3 유기화합물층이 양극 상에 형성될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 두개의 기능 영역을 형성하는 유기화합물들을 동시에 퇴적함으로써, 다른 기능의 계면에 혼합 영역을 형성한다. 즉, 혼합 영역은 정공 주입 영역과 발광 영역의 계면에, 발광 영역과 차단 영역의 계면에, 그리고 차단 영역과 전자 운반 영역의 계면에 각각 형성된다.
실제로는, Cu-Pc를 20 ㎚ 두께로 퇴적하여 제1 기능 영역을 형성한 후, Cu-Pc 및 α-NPD를 동시에 진공 증착하여 두께 5 내지 10 ㎚의 제1 혼합 영역을 형성한다. 이어서, α-NPD를 두께 40 ㎚로 제조하여 제2 기능 영역을 형성한 후 α-NPD 및 BCP를 진공 증착에 의해 동시 퇴적하여 두께 5 내지 10 ㎚의 제2 혼합 영역을 형성한다. 이후, BCP 막을 10 ㎚ 두께로 퇴적하여 제3 기능 영역을 형성한다. 이어서, BCP 및 Alq3을 두께 5 내지 10 ㎚의 막으로 동시 진공 증착하여 제3 혼합 영역을 형성하고, 마지막으로, Alq3을 두께 40 ㎚로 형성하여 제4 기능 영역을 형성할 수 있다. 상기 공정 공정들로 제3 유기화합물층이 형성된다.
상기 유기화합물층에는 서로 기능이 다른 4종류의 유기화합물이 각각의 4개 증발원으로 제공되었으며, 제3 유기화합물층은 이들 유기화합물의 연속되는 진공 증착에 의해 형성된다. 본 발명은 상기에만 한정되지 않으며 다수의 유기화합물을사용할 수 있다. 또한, 단일 증발원에 제공된 유기화합물이 반드시 한 종류로 제한되지 않으며, 여러 종류의 배합물일 수도 있다. 예를 들면, 발광성을 갖는 유기화합물로 증발원에 제공된 단일종의 물질 이외에 도펀트로서 작용하는 다른 유기화합물이 함께 제공될 수 있다. 종래에 공지된 물질들을 청색광을 방출하는 유기화합물층을 형성하는 다수의 기능을 갖는 유기화합물로 사용할 수 있다.
이때, 증발원의 퇴적속도는 마이크로컴퓨터에 의해 제어되는 것이 바람직하다. 한편, 이로 인해, 다수의 유기화합물을 동시에 퇴적하는데 있어 혼합비가 제어되는 것이 바람직하다.
이 실시예에서는 적색 광을 방출하는 유기화합물층이 제1 성막실(A703)에서 형성되고, 녹색광을 방출하는 유기화합물층은 제2 성막실(B707)에서 형성되고, 청색 광을 방출하는 유기화합물층은 제3 성막실(C709)에서 형성되는 구체적인 경우를 설명하였다. 그러나, 이들 층의 형성 순서는 상기에 기재한 순서에만 제한되지 않는다. 적색, 녹색 및 청색 광을 방출하는 유기화합물층 중 하나를 성막실(A703), 성막실(B707) 및 성막실(C709) 중 하나에서 형성할 수 있다. 또한, 백색 광을 방출하는 유기화합물층을 형성하기 위해 추가 성막실을 제공할 수 있다.
다음으로, 도면부호 710은 진공 증착에 의해 발광 소자의 양극 또는 음극 중 하나인 도전막(이 실시예에서는 음극으로서 금속막을 사용함)을 형성하는 성막실을 나타내며, 이후 D710으로 부른다. 성막실(D710)은 또한, 배기계(700h)를 포함하며, 게이트(도시안됨)에 의해 닫히고, 성막실(C709)로부터 차단된다. 또한, 성막실(A703)과 유사한 방식으로 게이트(도시안됨)에 의해 닫히고, 성막실(D710)로부터차단된 세정 예비실(713g)을 포함한다.
이 실시예에서, 성막실(D710)은 Al-Li 합금막(알루미늄 및 리튬 합금으로 이루어진 막)을 발광 소자의 음극으로서 사용되는 도전막으로 진공 증착한다. 또한, 주기율표의 I족 또는 II족에 속하는 원소와 알루미늄을 동시 진공 증착할 수 있다.
한편, 성막실(A703), 성막실(B707), 성막실(C709) 및 성막실(D710)에는 각각의 성막실 내부를 가열하기 위한 기구이 제공된다. 이로써, 성막실 내의 불순물 일부를 제거할 수 있다.
또한, 건조 펌프, 기계적 부스터 펌프, 터보 분자 펌프(자기 부유형) 또는 크라이오 펌프가 성막실에 제공되는 진공 펌프로 사용되나, 이 실시예에서는 크라이오 펌프 및 건조 펌프를 둘다를 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 성막실(A703), 성막실(B707), 성막실(C709) 및 성막실(D710)은 진공 펌프에 의해 감압된다. 이때, 이 경우에는 10-6Pa 이상의 진공 수준을 얻는 것이 바람직하다. 예를 들면, 알루미늄과 같은 물질을 이용하여 성막실의 내부를 형성하기 위해서는 성막실의 내부 면적이 10 ㎠일 경우, 배기 속도가 10000 ℓ/s(H2O)인 크라이오 펌프를 이용하여 20 시간에서 누출율이 4.1×10-7Pa*㎥*s-1이하로 하는 것이 바람직하다. 이러한 수준의 진공 정도를 얻기 위해, 전해질 폴리쉬에 의해 성막실 내부의 표면적을 감소시키는 것이 효과적이다.
또는 CVD실을 제공하여 발광 소자의 보호막(패시베이션막)으로 질화규소막, 산화규소막 및 DLC 막 등과 같은 절연막을 형성할 수 있다. CVD실을 제공하는 경우, CVD실에 사용되는 원료 가스들의 순도를 미리 조절하기 위해 가스 순도 조절기를 제공하는 것이 바람직하다.
다음으로, 도면부호 711은 밀봉실을 나타내며, 배기계(700i)를 포함한다. 게이트(도시안됨)에 의해 닫히고, 성막실(D710)로부터 차단된다. 이때, 밀봉실(711)은 진공 상태이며, 각각이 발광 소자를 갖고, 음극까지 형성된 다수의 기판이 밀봉실로 운반될 때, 게이트가 닫혀 비활성 가스를 이용하여 밀봉실(711)을 대기압 상태로 가져가 마지막으로 발광 소자를 밀봉 공간으로 밀봉한다. 이때, 밀봉재(711)로부터 기판을 운반하기 위해 밀봉실(711)에 운반 기구(도시 안됨)이 제공된다. 밀봉 공정은 형성된 발광 소자를 산소 또는 물로부터 보호하는 공정이다. 커버재에 의해 기계적으로 밀봉하는 수단 또는 열경화성 수지 또는 자외선 경화성 수지로 밀봉하는 수단을 사용한다.
한편, 커버재는 미리 밀봉실에 제공된다. 사용되는 커버재는 유리, 세라믹, 플라스틱 또는 금속일 수 있으나, 이 커버재는 광이 커버재 측으로 방출되는 경우 광투과율을 가져야 한다. 또한, 커버재와 상기 발광 소자가 표면에 형성된 기판을 열경화성 수지 또는 자외선 경화성 수지 등을 밀봉재로 사용하여 열처리 또는 자외선 조사 처리를 통해 수지를 경화시킴으로써 서로 결합시켜 기밀성 밀봉 공간을 형성한다. 산화 바륨과 같은 흡습재를 상기 밀봉 공간에 제공하는 것이 효과적이다. 이때, CCD 카메라에 연결된 배치 기구에 의해 배치된 후, 발광 소자가 형성된 기판과 커버재를 밀봉한다. 또한, 밀봉재를 도포하고 흡습제를 첨가하기 위한 자동 처리 기구이 제공된다.
또한, 형성된 발광성 소자를 갖는 기판 및 커버재 사이의 공간을 열경화성 수지 또는 자외선 경화성 수지로 채울 수 있다. 이 경우에는 열경화성 수지 또는 자외선 경화성 수지에 산화 바륨과 같은 대표적인 흡습제를 첨가하는 것이 효과적이다.
도 8에 도시된 성막장치에는, 밀봉실(711)의 내부에 자외선을 조사하는 기구(이후 자외선 조사 기구이라 부름)가 제공되어 있으며, 이 자외선 조사 기구으로부터 방출되는 자외선이 자외선 경화성 수지를 경화시키는데 사용되도록 배치되어 있다.
마지막으로 도면 부호 712는 반출실로 배기계(700j)를 갖는다. 표면에 발광 소자가 형성된 기판이 배출된다.
또한, 도 9A 및 도 9B는 유기화합물을 교체하는 기구이 본 실시예에 도시된 성막장치에 의해 처리되는 성막실에 제공된다. 도 9C는 밀봉실(711)의 상세 구조를 도시한다.
도 9A에서, 기판(802)이 성막실(801)에 제공된다. 기판 상에 유기화합물층을 형성하는 유기화합물이 증발원(803)에 제공된다. 이때, 증발원(803)은 기판을 갖는 성막실(801)로부터 게이트(805)를 통해 분리된 재료 교환실(604)에 제공된다. 따라서, 이 실시예에서, 재료 교환실(804)은 게이트(805)가 닫히면 성막실(801)로부터 분리된다. 배기계(806)에 의해 진공 상태인 재료 교환실(804)의 내부를 대기압으로 되돌린 후, 도 9A에 도시된 바와 같이 유기화합물을 배출시킨다. 이로써 재료 교환실(804)의 증발원에 제공된 유기화합물을 첨가하거나 교체할 수 있다.
유기화합물을 첨가하거나 교체한 후, 재료 교환실(804)은 도 9B에 도시된 것과 같은 원래 상태로 되돌아간다. 재료 교환실의 내부는 배기계(806)에 의해 진공 상태가 된다. 성막실 내부와 같은 압력 조건이 되면 게이트(805)가 열려 증발원(803)으로부터 기판(802)으로 진공 증착이 가능하다.
이때, 교환된 물질을 가열하는 가열기가 재료 교환실(804)에 제공된다. 물과 같은 불순물을 없애기 위해 물질을 예열할 수 있다. 이때 인가되는 온도는 200℃ 이하인 것이 바람직하다.
한편, 도 9C에 도시된 바와 같이, 다수의 처리 기구이 밀봉실(711)에 제공된다. 우선, 포장에 사용되는 다수의 커버재가 비축소(811)에 제공된다. 한편, 밀봉 처리될 기판이 운반 기구(A812)에 의해 성막실(D710)에서 운반되어 저장소(813)에 임시로 저장된다.
일정량의 기판이 저장소(813)에 모이면, 밀봉실이 게이트에 의해 밀폐된 공간으로 되고, 이후 비활성 가스(질소, 아르곤, 헬륨 등)에 의해 대기압 상태가 된다.
밀봉실이 대기압 상태에 이르면, 기판이 하나씩 처리된다. 먼저, 운반 기구(A812)에 의해 기판이 저장소(813)에서 배치 기구(814)으로 운반된다. 이때, 밀봉재 및 흡습제가 기판 상에 제공되고, 커버재가 운반 기구(B815)에 의해 비축소(811)로부터 배치 기구(814)으로 운반되어 이로써 기판이 결합된다.
다음으로, 자외선 광을 자외선 광 조사 기구(도시 안됨)으로부터 조사되어 기판을 밀봉한다. 기판을 완전히 밀봉한 후, 운반 기구(C816)에 의해 기판을 배출이 이루어지는 반출실(712)로 운반한다.
앞서 기재한 바와 같이, 도 8(또는 도 9A 내지 9C)에 도시된 성막장치를 사용하면 발광 소자가 외부 공기에 노출되는 것을 발광 소자가 밀봉 공간에 완전히 밀봉될 때까지 배제할 수 있어, 신뢰도가 높은 발광 장치를 제조할 수 있다.
[실시예 2]
도 10A 및 도 10B를 참조하여 본 발명의 성막장치를 설명할 것이다. 도 10A 및 도 10B에서, 도면 부호 901은 반송실을 나타내며, 이 반송실(901)은 기판(903)의 운반을 수행하기 위한 운반 기구(A902)을 포함한다. 반송실(901)은 감압 대기로 조정되며 각각의 공정실과 게이트에 의해 연결되어 있다. 기판은 게이트가 열리면 운반 기구(A902)에 의해 각각의 공정실로 운반된다. 반송실(901) 내의 압력 감소를 위해 건조 펌프, 기계식 부스터 펌프, 터보 분자 펌프(자기 부유형) 또는 크라이오 펌프와 같은 진공 펌프를 사용할 수 있으며, 물 등을 제거하는데 우수한 크라이오 펌프를 진공 펌프와 함께 사용하는 것이 바람직하다.
이후, 각 공정실에 대해 설명한다. 반송실(701)은 반송실(701)에 직접 연결된 모든 공정실에 진공 펌프(도시안됨)가 제공될 수 있도록 감압 분위기로 조정된다. 건조 펌프, 기계식 부스터 펌프, 터보 분자 펌프(자기 부유형) 또는 크라이오 펌프를 진공 펌프로 사용할 수 있으며, 이 경우에는 자기 부유형 터보 분자 펌프를 진공 펌프와 함께 사용하는 것이 바람직하다.
먼저, 도면부호 704는 기판을 고정(설치)하는 반입실을 나타낸다. 반입실(704)은 반송실(701)과 게이트(700a)에 의해 연결되어 있으며, 여기서 표면에 장착된 기판(703)을 갖는 캐리어(도시안됨)가 정렬된다. 반입실(704)은 또한 소자 형성 작업이 끝나는 기판을 밀봉실로 운반하는 격실로서의 두가지 기능을 수행한다. 반입실(704)은 기판을 안으로 운반하고, 기판을 다시 밖으로 내보내는 분리된 격실을 가질 수 있다. 반입실(704)은 상기한 진공 펌프와 고순도 질소 가스 또는 희귀 가스의 도입을 위한 퍼지선을 포함한다. 여기에 사용되는 진공 펌프는 크라이오 펌프가 바람직하다. 상기 퍼지선은 장치에 도입되는 가스의 불순물(산소 및 물)을 미리 제거하기 위해 가스 정화기를 구비할 수 있다.
먼저, 도면부호 904는 기판을 고정(설치)하는 반입실을 나타낸다. 반입실(904)은 반송실(901)과 게이트(900a)에 의해 연결되어 있으며, 여기서 표면에 장착된 기판(903)을 갖는 캐리어(도시안됨)가 정렬된다. 반입실(904)은 또한 소자 형성 작업이 끝나는 기판을 밀봉실로 운반하는 격실로서의 두가지 기능을 수행한다. 반입실(904)은 기판을 안으로 운반하고, 기반을 다시 밖으로 내보내는 분리된 격실을 가질 수 있다. 반입실(904)은 상기한 진공 펌프와 고순도 질소 가스 또는 희귀 가스의 도입을 위한 퍼지(purge)선을 포함한다. 여기에 사용되는 진공 펌프는 크라이오 펌프가 바람직하다. 상기 퍼지선은 장치에 도입되는 가스의 불순물(산소 및 물)을 미리 제거하기 위해 가스 정화기를 구비할 수 있다.
이 실시예에서는 발광 소자의 양극으로 사용된 투명한 도전막이 표면에 형성되어 있는 기판을 기판(903)으로 사용한다. 이 실시예에서, 기판(903)은 성막면이 아래를 향하고 있도록 캐리어에 고정되어 있다. 이는 이후 진공 증착법에 의해 성막을 수행할 때 하향면 방식("데포-업(depo-up)" 방식으로 알려짐)으로 수행하기위해서이다. 하향면 방식은 기판의 성막면이 아래쪽을 향하도록 하여 성막을 수행하는 방식을 말한다. 이 방식을 이용하면 먼지와 같은 오염 입자가 부착되는 것을 방지할 수 있다. 다음으로, 도면부호 905로 나타낸 것은 금속 마스크를 정렬하고 금속 마스크와 표면에 발광 소자의 양극 또는 음극(이 실시예에서는 양극)이 형성된 기판 사이의 위치를 맞추기 위한 정렬실로, 이 정렬실(905)은 게이트(900b)에 의해 반송실(901)과 연결되어 있다. 금속 마스크 정렬과 기판 및 금속 마스크 위치 지정을 조합한 공정이 정렬실에서 수행되므로 서로 다른 유기 층이 형성될 때 한번에 형성될 수 있다. 정렬실(905)은 이미지 센서로 알려진 전하 결합 소자(CCD)를 포함하므로 금속 마스크를 사용하는 성막의 경우 기판 및 그에 연결된 금속 마스크의 위치 정렬을 정확하게 수행할 수 있다. 금속 마스크 정렬과 관련하여 도 6A 내지 도 6E에 논의된 방법을 사용할 수 있다.
세정 예비실(922a)이 정렬실(905)에 연결되어 있다. 세정 예비실(922a)의 배치가 도 10B에 도시되어 있다. 먼저, 세정 예비실(922a)은 μ파를 발생시킬 수 있는 μ발진기(931)를 갖고 있으며, 여기서 발생되는 μ파는 가이드 관(932)을 통해 플라즈마 방전관(933)으로 보내진다. 여기에 사용된 μ파 발진기(931)로부터는 2.45 GHz의 μ파가 방사된다. 반응성 가스는 가스 유입관(934)으로부터 플라즈마 방전관(933)으로 공급된다. 이때, 반응성 가스로는 NF3이 사용되었지만, CF4및 ClF3와 같은 다른 가스도 반응성 가스로 사용할 수 있다.
반응성 가스는 플라즈마 방전관(933)에서 μ에 의해 분해되어 라디칼을 발생시킨다. 이 라디칼은 가스 유입관(934)을 통해 운반되어 게이트(도시안됨)에 의해 연결된 정렬실(905)로 유입되게 된다. 플라즈마 방전관(933)에는 μ파를 효과적으로 보충하기 위한 반사판(935)이 구비될 수 있다.
정렬실(905)은 유기화합물층이 부착된 금속 마스크를 포함한다. 세정 예비실(922a)과 정렬실(905) 사이에 게이트(도시안됨)가 열리면, 라디칼이 정렬실(905)로 유입될 수 있다. 이로써 금속 마스크의 세정을 수행할 수 있다.
μ파 플라즈마를 사용하면 고효율의 반응성 가스 라디칼화를 수행할 수 있기 때문에, 부산물과 같은 불순물의 발생율이 낮아진다. 표준 라디칼 생성과 기구이 다르기 때문에 생성되는 라디칼은 더이상 가속화되지 않으며, 성막실 내부에서는 라디칼이 생성되지 않는다. 그 결과 플라즈마가 존재하기 때문에 발생되는 성막실 내의 손상 및 금속 마스크의 손상을 방지할 수 있다.
이와 같은 방법으로 정렬실을 세정하기 위한 기술이 본 발명의 바람직한 양식 중 하나이지만, 본 발명이 여기에 제한되지 않는다. 따라서, 반응성 가스를 성막실에 도입하여 이 성막실 내에서 플라즈마를 생성하는 건조 세정 또는 아르곤 가스 등을 유입하는 것을 이용한 스퍼터링 방법에 의한 물리적 세정을 수행할 수도 있다.
도면 부호 906은 진공 증착법에 의해 유기화합물층을 증착시키는데 사용되는 성막실이며, 이후 성막실(A906)로 부른다. 성막실(A906)은 게이트(900c)에 의해 반송실(901)과 연결되어 있다. 이 실시예에는, 도 4A에 도시된 구조를 갖는 성막실이 성막실(A906)로 제공된다.
이 실시예에서는, 적색 광을 방출할 수 있는 제1 유기화합물층이 성막실(A906) 내의 성막부(907)에서 형성된다. 다수의 증발원이 성막실(A906) 내에 제공되며, 구체적으로, 정공 주입성을 갖는 유기화합물을 포함하는 제1 증발원, 정공 운반성을 갖는 유기화합물을 포함하는 제2 증발원, 발광성을 갖는 유기화합물의 호스트로서 정공 운반성을 갖는 유기화합물을 포함하는 제3 증발원, 발광성을 갖는 유기화합물을 포함하는 제4 증발원, 차단성을 갖는 유기화합물을 포함하는 제5 증발원 및 전자 운반성을 갖는 유기화합물을 포함하는 제 6 증발원이 제공된다.
이들 유기화합물의 순차적 진공 증착에 의해 양극 상에 유기화합물층이 형성될 수 있으며, 상기는 정공 주입성, 정공 운반성, 발광성, 차단성 및 전자 운반성의 기능을 갖는 영역을 포함할 수 있다.
또한, 성막장치(A906)에 광원으로 저압 수은 램프가 제공되어 파장 184.9 ㎚의 광이 조사된다.
이 실시예에서는 또한, 서로 다른 기능 영역들 사이의 계면에 두 기능 영역을 모두 갖는 유기화합물을 동시에 진공 증착하여 형성한다. 즉, 정공 주입 영역과 정공 운반 영역 사이의 계면에, 정공 운반 영역과 발광 영역을 포함하는 정공 운반 영역 사이의 계면에, 발광 영역을 포함하는 정공 운반 영역과 차단 영역 사이의 계면에, 그리고 차단 영역과 전자 운반 영역 사이의 계면에 각각 혼합 영역을 형성할 수 있다.
상기 설명에서, 유기화합물층은 제1 유기화합물층으로서 각기 다른 기능을갖는 6개의 유기화합물을 갖춘 6개의 증발원으로부터 연속 진공 증착을 수행하여 형성한다. 본 발명은 상기에만 제한되지 않으며, 다수의 증발원으로 변형될 수 있다. 또한, 단일 증발원에 제공된 유기화합물이 한 종류에만 제한되지 않으며, 여러개의 배합물일 수 있다. 예를 들어, 발광성을 갖는 유기화합물로 증발원에 제공된 물질 1종 이외에 도펀트로서 작용하는 다른 유기화합물이 함께 제공될 수 있다. 다수의 기능을 가지며 적색광을 방출하는 유기화합물층을 형성하는 유기화합물로는 실시예 1에 기재된 것을 사용할 수 있으며, 필요하다면 공지된 물질을 자유롭게 배합하여 사용할 수 있다.
성막실(A906)은 게이트(900g)에 의해 재료 교환실(914)에 연결되어 있다. 재료 교환실(914)은 교체된 유기화합물을 가열하는 가열기가 제공되어 있다. 이런 유기화합물을 예열하면 물과 같은 불순물을 제거할 수 있다. 이때 적용되는 온도는 200℃ 이하인 것이 바람직하다. 재료 교환실(914)에는 내부를 압력 저하 상태로 조정할 수 있는 진공 펌프가 제공되어 가열 공정 후, 외부로부터 유기화합물을 첨가하거나 교체하여 그 내부가 진공 압력 상태를 유지하게 한다. 성막실과 같은 압력 상태가 되면, 게이트(900g)가 개방되어 성막실 내 증발원에 유기화합물이 제공될 수 있다. 유기화합물은 운반 기구에 의해 성막실 내 증발원에 제공된다.
또한, 성막실(906A) 내의 성막 공정과 관련하여 도 4A를 참조하여 설명할 것이다.
정렬실(905)과 유사한 방식으로 세정 예비실(922b)이 게이트(도시안됨)에 의해 성막실(A906)에 연결되어 있다. 실제 배치는 세정 예비실(922a)과 유사하며,따라서, 세정 예비실(922b) 내에서 발생된 라디칼을 성막실(A906)로 유입시켜 성막실(A906) 내부에 부착된 유기화합물 등을 제거할 수 있다.
다음으로, 도면부호 908은 진공 증착방법에 의해 제2 유기화합물을 퇴적시키는데 사용되는 성막실이며, 이후 성막실(B908)로 부른다. 성막실(B908)은 게이트(900d)에 의해 반송실(901)에 연결되어 있다. 이 실시예에서는, 도 4A에 도시된 구조를 갖는 성막실이 성막실(B908)로 제공되어 있다. 이 실시예를 통해, 녹색광을 방출할 수 있는 제2 유기화합물층이 성막실(B708) 내의 퇴적 유닛(909)에서 형성된다.
다수의 증발원이 성막실(B908) 내에 제공되며, 실제로, 정공 주입성을 갖는 유기화합물을 포함하는 제1 증발원, 정공 운반성을 갖는 유기화합물을 각각 포함하는 제2 증발원 및 제3 증발원, 정공 운반성을 갖는 호스트 물질을 포함하는 제 4 증발원, 발광성을 갖는 유기화합물을 포함하는 제5 증발원, 차단성을 갖는 유기화합물을 포함하는 제6 증발원, 및 전자 운반성을 갖는 유기화합물을 포함하는 제7 증발원이 제공된다.
이들 유기화합물의 순차적 진공 증착에 의해 양극 상에 정공 주입성, 정공 운반성, 발광성, 차단성 및 전자 운반성의 기능을 갖는 영역을 포함하는 유기화합물층이 형성될 수 있다.
또한, 성막실(B908)에는 저압 수은 램프가 광원으로 제공되며, 파장 184.9 ㎚의 광이 조사된다.
이 실시예에서는 또한, 서로 다른 기능 영역들 사이의 계면에 두 기능 영역을 모두 갖는 유기화합물을 동시에 진공 증착하여 혼합 영역을 형성한다. 보다 구체적으로, 정공 주입 영역과 정공 운반 영역 사이의 계면에, 정공 운반 영역과 발광 영역을 포함하는 정공 운반 영역 사이의 계면에, 그리고 차단 영역과 전자 운반 영역 사이의 계면에 각각 혼합 영역을 형성할 수 있다.
상기 설명에서, 유기화합물층은 제2 유기화합물층으로서 각기 다른 기능을 갖는 7개의 유기화합물을 갖춘 7개의 증발원으로부터 연속 진공 증착을 수행하여 형성한다. 본 발명은 상기에만 제한되지 않으며, 다수의 증발원으로 변형될 수 있다. 또한, 단일 증발원에 제공된 유기화합물이 한 종류에만 제한되지 않으며, 여러개의 배합물일 수 있다. 예를 들어, 발광성을 갖는 유기화합물로 증발원에 제공된 물질 1종 이외에 도펀트로서 작용하는 다른 유기화합물이 함께 제공될 수 있다. 다수의 기능을 가지며 녹색 광을 방출하는 유기화합물층을 형성하는 유기화합물로는 실시예 1에 기재된 것을 사용할 수 있으며, 필요하다면 공지된 물질을 자유롭게 배합하여 사용할 수 있다.
성막실(B908)은 게이트(900h)에 의해 재료 교환실(915)에 연결되어 있다. 재료 교환실(915)은 교체된 유기화합물을 가열하는 가열기가 제공되어 있다. 이런 유기화합물을 예열하면 물과 같은 불순물을 제거할 수 있다. 이때 적용되는 온도는 200℃ 이하인 것이 바람직하다. 재료 교환실(915)에는 내부를 압력 저하 상태로 조정할 수 있는 진공 펌프가 제공되어, 외부로부터 유기화합물을 유입한 후 그 내부가 진공 압력 상태를 유지하게 할 수 있다. 성막실과 같은 압력 상태가 되면, 게이트(900h)가 개방되어 성막실 내 증발원에 유기화합물이 제공될 수 있다. 유기화합물은 운반 기구에 의해 성막실 내 증발원에 제공된다.
또한, 성막실(B908) 내의 성막 공정과 관련하여 도 4A를 참조하여 설명할 것이다.
정렬실(905)과 유사한 방식으로 세정 예비실(922c)이 게이트(도시안됨)에 의해 성막실(B908)에 연결되어 있다. 실제 배치는 세정 예비실(922a)과 유사하며, 따라서, 세정 예비실(922c) 내에서 발생된 라디칼을 성막실(B908)로 유입시켜 성막실(B908) 내부에 부착된 유기화합물 등을 제거할 수 있다.
다음으로, 도면부호 910은 진공 증착방법에 의해 제3 유기화합물을 증착시키는데 사용되는 성막실이며, 이후 성막실(C910)로 부른다. 성막실(C910)은 게이트(900e)에 의해 반송실(901)에 연결되어 있다. 이 실시예에서는, 도 4A에 도시된 구조를 갖는 성막실이 성막실(C910)로 제공되어 있다. 이 실시예를 통해, 청색 광을 방출할 수 있는 제3 유기화합물층이 성막실(C910) 내의 퇴적 유닛(911)에서 형성된다.
다수의 증발원이 성막실(C911) 내에 제공되며, 실제로, 정공 주입성을 갖는 유기화합물을 포함하는 제1 증발원, 발광성을 갖는 유기화합물을 포함하는 제2 증발원, 차단성을 갖는 제3 증발원 및 전자 운반성을 갖는 유기화합물을 포함하는 제4 증발원이 제공된다.
이들 유기화합물의 순차적 진공 증착에 의해 양극 상에 정공 운반성, 발광성, 차단성 및 전자 운반성의 기능을 갖는 영역을 포함하는 유기화합물층이 형성될 수 있다.
단, 성막실(D910)에는 저압 수은 램프가 광원으로 제공되며, 파장 184.9 ㎚의 광이 조사된다.
이 실시예에서는 또한, 서로 다른 기능 영역들 사이의 계면에 두 기능 영역을 모두 갖는 유기화합물을 동시에 진공 증착하여 혼합 영역을 형성한다. 보다 구체적으로, 정공 주입 영역과 발광 영역 사이의 계면에, 발광 영역과 차단 영역 사이의 계면에, 차단 영역과 전자 운반 영역 사이의 계면에 각가 혼합 영역을 형성할 수 있다.
상기 설명에서, 유기화합물층은 제3 유기화합물층으로서 각기 다른 기능을 갖는 4개의 유기화합물을 갖춘 4개의 증발원으로부터 연속 진공 증착을 수행하여 형성한다. 본 발명은 상기에만 제한되지 않으며, 다수의 증발원으로 변형될 수 있다. 또한, 단일 증발원에 제공된 유기화합물이 한 종류에만 제한되지 않으며, 여러개의 배합물일 수 있다. 예를 들어, 발광성을 갖는 유기화합물로 증발원에 제공된 물질 1종 이외에 도펀트로서 작용하는 다른 유기화합물이 함께 제공될 수 있다. 다수의 기능을 가지며 청색 광을 방출하는 유기화합물층을 형성하는 유기화합물로는 실시예 1에 기재된 것을 사용할 수 있으며, 필요하다면 공지된 물질을 자유롭게 배합하여 사용할 수 있다.
성막실(C910)은 게이트(900i)에 의해 재료 교환실(916)에 연결되어 있다. 재료 교환실(715)은 교체된 유기화합물을 가열하는 가열기가 제공되어 있다. 이런 유기화합물을 예열하면 물과 같은 불순물을 제거할 수 있다. 이때 적용되는 온도는 200℃ 이하인 것이 바람직하다. 재료 교환실(916)에는 내부를 압력 저하 상태로 조정할 수 있는 진공 펌프가 제공되어, 외부로부터 유기화합물을 유입한 후 그 내부가 진공 압력 상태를 유지하게 할 수 있다. 성막실과 같은 압력 상태가 되면, 게이트(900i)가 개방되어 성막실 내 증발원에 유기화합물이 제공될 수 있다. 유기화합물은 운반 기구에 의해 성막실 내 증발원에 제공된다.
또한, 성막실(C910) 내의 성막 공정과 관련하여 도 4A를 참조하여 설명할 것이다.
정렬실(905)과 유사한 방식으로 세정 예비실(922d)이 게이트(도시안됨)에 의해 성막실(C910)에 연결되어 있다. 실제 배치는 세정 예비실(922a)과 유사하며, 따라서, 세정 예비실(922d) 내에서 발생된 라디칼을 성막실(C910)로 유입시켜 성막실(B910) 내부에 부착된 유기화합물 등을 제거할 수 있다.
도면부호 912는 진공 증착방법에 의해 발광 소자의 양극 또는 음극 중 하나로서 도전막(이 실시예에서는 음극으로서 금속막을 사용함)을 형성하는 성막실을 나타내며, 이후 성막실(D912)로 부른다. 성막실(D912)은 또한, 게이트(900f)에 의해 반송실(901)에 연결되어 있다. 이 실시예에서는 성막실(D910) 내에 제공된 퇴적 유닛(913)에서 Al-Li 합금막(알루미늄 및 리튬 합금으로 이루어진 막)이 발광 소자의 음극으로서 사용되는 도전막으로 퇴적된다. 주기율표의 I족 또는 II족에 속하는 원소와 알루미늄을 동시 진공 증착할 수 있다. 동시 진공 증착은 증발원을 동시에 가열하여 서로 다른 물질을 퇴적 공정에서 서로 혼합하는 진공 성막방법을 나타낸다.
성막실(D912)은 게이트(900j)에 의해 재료 교환실(917)에 연결되어 있다.재료 교환실(717)은 교체된 유기화합물을 가열하는 가열기가 제공되어 있다. 이런 유기화합물을 예열하면 물과 같은 불순물을 제거할 수 있다. 이때 적용되는 온도는 200℃ 이하인 것이 바람직하다. 재료 교환실(917)에는 내부를 압력 저하 상태로 조정할 수 있는 진공 펌프가 제공되어, 외부로부터 도전성 물질을 유입한 후 그 내부가 진공 압력 상태를 유지하게 한다. 성막실과 같은 압력 상태가 되면, 게이트(900j)가 개방되어 성막실 내 증발원에 유기화합물이 제공될 수 있다. 유기화합물은 운반 기구에 의해 성막실 내 증발원에 제공된다.
정렬실(905)과 유사한 방식으로 세정 예비실(922e)이 게이트(도시안됨)에 의해 성막실(D912)에 연결되어 있다. 실제 배치는 세정 예비실(922a)과 유사하며, 따라서, 세정 예비실(922e) 내에서 발생된 라디칼을 성막실(D912)로 유입시켜 성막실(D912) 내부에 부착된 도전성 물질 등을 제거할 수 있다.
그 밖에, 성막실(A906), 성막실(B908), 성막실(C910) 및 성막실(D912) 각각이 각각의 성막실 내부를 가열하는 기구을 포함한다. 따라서, 성막실 내의 수분과 같은 불순물을 제거할 수 있다.
건조 펌프, 기계식 부스터 펌프, 터보 분자 펌프(자기 부유형) 또는 크라이오 펌프를 이들 성막실 내 제공되는 진공 펌프로 사용할 수 있으며, 이 실시예에서는 크라이오 펌프 및 건조 펌프를 사용하는 것이 바람직하다.
성막실(A906), 성막실(B908), 성막실(C910) 및 성막실(D912)의 압력을 배기펌프에 의해 저하시킨다. 이때, 최종적으로 10-6Pa 이상의 진공 정도에 도달하는것이 바람직하다. 예를 들면, 36,000 l/s(H2O)의 배기율을 갖는 크라이오 펌프를 사용하고 성막실 내부의 표면적을 1.5 m2로 했을 때, 성막실 내부는 9.3 x 10-7Pa*m3*s-1이하의 누설속도를 갖는 18-8 스테인레스 스틸과 같은 물질로 만들어지는 것이 바람직하다. 산소 및 물과 같은 불순물의 흡착을 감소시킬 수 있기 때문에 이러한 진공 수준을 얻기 위해 성막실 내부의 표면적을 전기 연마하는 기술로 최소화하는 것이 효과적이다.
전기 연마 처리된 알루미늄 미러와 같은 물질을 성막실 내벽 표면에 사용한다. 또한, 기공을 최대한 줄일 수 있도록 처리된 세라믹과 같은 물질로 된 내부 부재를 사용한다. 이러한 물질들은 평균 표면 조도가 5 ㎚ 이하(바람직하게는 3 ㎚ 이하임)인 표면 평탄성을 가진다. 여기에 기술한 평균 표면 조도는 JIS B0601에 의해 정의된 중심선 평균 조도와 같은 조도를 표면에 적용하기 위해 3차원적으로 확장된다.
또한, 가스와 쉽게 반응하는 물질을 사용하여 성막실 내벽 상에 활성 표면을 형성하는 방법이 있다. 이 경우에는 Ti, Zr, Nb, Ta, Cr, Mo, W, La, Ba 등의 물질이 사용될 수 있다.
도면부호 918은 밀봉실("포장실 또는 글러브 박스"로 알려짐)을 나타내며, 게이트(900k)에 의해 반입실(904)에 연결되어 있다. 밀봉실(918)에서는 밀봉 공간 내에 발광 소자를 마지막으로 포장시키는 공정이 수행된다. 이 공정은 산소 및 물에 대해 형성된 발광 소자를 보호하는 처리이며, 커버재에 의해 기계적으로 포장하는 수단 또는 열경화성 수지 또는 자외선 경화성 수지로 포장하는 수단을 사용한다.
사용되는 커버재는 유리, 세라믹, 플라스틱 또는 금속일 수 있으나, 이 커버재는 광이 커버재 측으로 방출되는 경우 광투과율을 가져야 한다. 또한, 커버재와 상기 발광 소자가 표면에 형성된 기판을 열경화성 수지 또는 자외선 경화성 수지 등을 밀봉재로 사용하고 열 처리 또는 자외선 조사 처리에 의해 수지를 경화시킴으로써 서로 결합시켜 기밀성 밀봉 공간을 형성한다. 산화 바륨과 같은 흡습재롤 상기 밀봉 공간에 제공하는 것이 효과적이다.
또한, 형성된 발광성 소자를 갖는 기판 및 커버재 사이의 공간을 열경화성 수지 또는 자외선 경화성 수지로 채울 수 있다. 이 경우에는 열경화성 수지 또는 자외선 경화성 수지에 산화 바륨과 같은 대표적인 흡습제를 첨가하는 것이 효과적이다.
도 10A에 도시된 성막장치에는, 밀봉실(918)의 내부에 자외선을 조사하는 기구(이후 자외선 조사 기구이라 부름)이 제공되어 있으며, 이 자외선 조사 기구(919)으로부터 방출되는 자외선이 자외선 경화성 수지를 경화시키는데 사용되도록 배치되어 있다. 또한 진공 펌프가 부착되어 밀봉실(918) 내 압력을 저하시킬 수 있다. 이 경우 상기 밀봉 공정은 로봇 작업에 의해 기계적으로 수행한다. 이 공정을 수행하면, 감압 대기이기 때문에 산소 및 물의 혼합물을 방지할 수 있다. 실제로, 산소 및 물의 농도는 0.3 ppm 이하인 것이 바람직하다. 밀봉실(918)의 내부는 역으로 가압할 수 있다. 이 경우, 밀봉실(918)을 고순도의 질화물 가스 또는희귀 가스로 퍼징하고 가압하여 외부로부터 산소 등이 침투되는 것을 방지할 수 있다.
다음으로 전달실(패스 박스)(920)이 밀봉실(918)에 연결되어 있다. 전달실(920)은 밀봉실(918) 내에서 발광 소자의 밀봉이 완료된 기판을 전달실(920)으로 운반하는 운반 기구(B921)이 제공되어 있다. 전달실(920)은 또한 진공 펌프가 부착되어 감압 상태로 유지될 수 있다. 이 전달실(920)은 밀봉실(918)이 외부 공기에 바로 노출되는 것을 방지하는 기구로, 이로부터 기판이 배출되게 된다. 임의로 밀봉실에서 사용되는 부재를 공급하는 부재 공급실(도시안됨)을 제공할 수도 있다.
이 실시예의 도면에는 도시되지 않았지만, 발광 소자를 형성한 후 발광 소자 상에 질화규소 또는 산화규소와 같은 규소를 포함하는 화합물이 적층되고 이들 화합물 상에 탄소를 함유한 다이아몬드형 탄소막(DLC)이 적층된 절연막을 형성할 수 있다. 용어 다이아몬드형 탄소(DLC) 막은 다이아몬드 결합(sp3 결합) 및 흑연 결합(sp2 결합)이 혼합된 비정질 막을 나타낸다. 이 경우, 성막실에는 자기 편압을 인가하여 플라즈마를 발생시키는 화학 증착(CVD) 장치를 포함하는 장치가 제공되어 원료 가스의 플라즈마 방전 분해를 통해 박막을 형성한다.
화학증착(CVD) 장치를 포함하는 성막실에는, 산소(O2), 수소(H2), 메탄(CH4), 암모니아(NH3), 실란(SiH4)이 사용될 수 있다. CVD 장치로는 13.56 MHz의 RF 값을 갖는 평형 평판형의 전극을 갖는 것을 사용할 수 있다.
스퍼터링 방법(스퍼터법으로도 부름)에 의해 퇴적을 수행하는 성막실을 제공할 수 있다. 이것은 스퍼터링에 의한 퇴적이 발광 소자의 음극 상에 유기화합물층을 형성한 후 양극를 형성하는 경우에 효과적이기 때문이다. 다시 말해, 화소 전극이 음극인 경우에 효과적이다. 이러한 성막실의 내부는 성막 중에 아르곤에 산소가 첨가된 분위기로 유지함으로써 광투과율이 높은 저항이 낮은 막을 형성할 수 있도록 제조되는 막 내 산소 농도를 적절히 조절할 수 있다. 성막실은 나머지 성막실과 유사한 방식으로 전달실로부터 게이트에 의해 차단되어 있는 것이 바람직하다.
스퍼터링 성막실에는 성막되는 기판의 온도를 조절할 수 있는 기구이 제공될 수 있다. 성막되는 기판은 20 내지 150℃ 범위의 온도에 유지되는 것이 바람직하다. 건조 펌프, 기계식 부스터 펌프, 터보 분자 펌프(자기 부유형) 또는 크라이오 펌프와 같은 진공 펌프를 사용할 수 있으며, 이 실시예에는 크라이오 펌프와 건조 펌프를 사용하는 것이 바람직하다.
상기에서 설명한 바와 같이, 도 10A 및 도 10B에 도시된 성막장치를 사용하면 발광 소자가 기밀성 밀폐 공간에 완전히 포장될 때까지 발광 소자를 외부 공기에 노출되지 않도록 보호할 수 있으며, 신뢰도가 높은 발광 장치를 제조할 수 있다.
[실시예 3]
이 실시예에서는 실시예 1에 기재된 인라인형 성막장치, 기판 운반 방법 및 성막실의 구조가 다른 성막장치를 도 11A 및 도 11B를 참조하여 설명할 것이다.
도11A 및 도 11B에서, 반입실(1000)에 선적된 기판(1004)은 게이트(도시안됨)에 의해 연결되어 있는 제1 정렬 유닛(1001)으로 운반된다. 유의할 것은 기판(1004)은 도 6A 내지 도 6E에서 논의한 방법에 의해 정렬 공정을 거친 후 금속 마스크(1003)와 함께 홀더(1002)에 고정된다.
이어서, 기판(1004)을 홀더(1002)와 함께 제1 퇴적 유닛(1005)으로 운송한다. 유의할 것은, 제1 정렬 유닛(1001)과 제1 퇴적 유닛(1005)은 게이트를 통하지 않고 서로 연결되어 있으며, 동일한 공간에 있다는 것이다. 이어서, 이 실시예에서는, 레일(1012)이 제1 정렬 유닛(1001)과 제1 퇴적 유닛(1005) 간의 자유로운 이동을 가능하게 하는 수단으로 제공되어 홀더(1002)가 이 레일을 따라 움직이는 동안 각각의 공정이 수행된다. 또한, 정렬 및 퇴적 중에 공정 위치는 홀더(1002)에 의해 주관되는 제어 기구에 의해 제어된다.
제1 퇴적 유닛(1005)에서는, 서로 다른 유기화합물이 각각 제공된 다수의 증발원(1006)으로부터 진공 증착이 이루어지고, 제1 유기화합물층이 형성된다. 이때, 제1 퇴적 유닛(1005)에 저압 수은 램프가 광원(1014)으로 제공된다. 성막시, 184.9 ㎚의 파장의 광이 증발원으로부터 증기화되어 기상화된 유기화합물 분자 및 이미 기판 상에 퇴적된 유기화합물 분자에 조사된다.
다음으로, 기판을 앞서 설명한 운반 수단에 의해 제2 정렬 유닛(1007) 및 제2 퇴적 유닛(1008)으로 운반하여 제2 유기화합물층을 형성한다.
제2 퇴적 유닛(1008)에서는, 서로 다른 유기화합물이 각각 제공된 다수의 증발원(1008)으로부터 유기화합물을 진공 증착하여 제2 유기화합물층을 형성한다. 이때, 제2 퇴적 유닛(1008)에 저압 수은 램프가 광원으로 유사하게 방식으로 제공된다. 성막시, 184.9 ㎚의 파장의 광이 증발원으로부터 증기화되어 기상화된 유기화합물 분자 및 이미 기판 상에 퇴적된 유기화합물 분자에 조사된다.
또한, 제3 유기화합물을 형성하는 경우에도, 유사한 방식으로 제3 정렬 유닛(1009) 및 제3 퇴적 유닛(1010)으로 운반된다.
제3 퇴적 유닛(1010)에서는, 서로 다른 유기화합물이 각각 제공된 다수의 증발원에 의해 증착이 이루어져 제3 유기화합물층이 형성된다. 이때, 제3 성막실(1010)에 저압 수은 램프가 광원으로 유사하게 방식으로 제공된다. 성막시, 184.9 ㎚의 파장의 광이 증발원으로부터 증기화되어 기상화된 유기화합물 분자 및 이미 기판 상에 퇴적된 유기화합물 분자에 조사된다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 동일한 공간 내에서 세 종류의 유기화합물층을 형성할 수 있다. 제3 퇴적 유닛(1010)은 게이트(도시안됨)에 의해 반출실(1011)에 연결되어 있어, 성막이 완료된 기판을 반출할 수 있다.
이때, 이 실시예의 정렬 구역과 성막 구역에서의 공정이 실시예 1의 정렬실 및 성막실에서 설명한 공정과 유사하다는 것이다.
한편, 이 실시예에서는 정렬 구역과 성막 구역간에 기판의 운반을 방해하지 않을 정도로 격리되도록 한 격리벽을 제공함으로써 증발원으로부터 증기화된 유기화합물이 성막 중에 성막 영역 이외의 곳으로 분산되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 이 실시예의 성막장치에 성막실 내부 및 금속 마스크를 세정하기 위해 세정 예비실(1013)이 제공되는 것이 바람직하다.
앞서 설명한 성막장치를 사용함으로써 동일한 공간 내에 다수의 유기화합물층을 형성함으로써, 서로 다른 유기화합물층을 형성시키기 위한 운반을 용이하게 하여, 공정 시간을 단축할 수 있다.
한편, 이 실시예에 기재된 성막장치에서는 성막실 내에서 연속적으로 성막 공정을 수행할 수 있어, 발광 소자가 형성될 양극 또는 음극이 형성된 기판 상에 다수의 기능을 갖는 3종류의 유기화합물층을 형성할 수 있다. 또한, 도전막 제조를 위한 성막실을 제공하여 발광 소자를 형성하기 위한 음극 또는 양극까지의 연속 형성을 가능하게 할 수 있다. 음극을 형성하는 경우에는, 도전막이 Al-Li 합금막(알루미늄 및 리튬의 합금막) 또는 알루미늄과 주기율표 1족 및 2족에 속하는 원소를 동시에 퇴적하여 얻을 수 있는 막일 수 있다. 양극을 형성하는 경우에는 산화인듐, 산화주석, 산화아연 또는 이들의 화합물(예, ITO)을 사용할 수 있다.
상기 이외에, 제조된 발광 소자의 밀봉을 수행하기 위한 공정실을 제공할 수도 있다.
한편, 이 실시예의 성막장치에 실시예 1 또는 실시예 2에 기재된 가스 배출 펌프를 제공할 수 있다. 그러나, 성막실 내의 압력을 일정하게 하기 위해서는 동일한 종류이고 동일한 배출 능력을 갖는 하나의 또는 다수의 펌프를 제공하는 것이 바람직하다. 이때, 건조 펌프 또는 크라이오 펌프를 조합하여 사용하는 것이 바람직하다.
[실시예 4]
이 실시예에서는 본 발명의 성막장치를 사용하여 제조된 발광 장치를 설명할 것이다. 도 12는 액티브 매트릭스형 발광 장치의 단면도를 도시하는 다이아그램이다. 유의할 것은 박막 트랜지스터(이후 TFT라 부름)를 액티브 성분으로 사용하였으나, MOS 트랜지스터로 대체할 수도 있다는 것이다.
탑 게이트형 TFT(실질적으로 평면형 TFT)를 TFT의 예로 들었으나, 보텀 게이트형 TFT(전형적인 역스태거형 TFT)를 대신 사용할 수도 있다.
도 12에서, 도면 부호 1101은 가시광선을 투과할 수 있는 기판을 나타낸다. 실제로, 유리 기판, 석영 기판, 결정화 유리 기판 또는 플라스틱 기판(플라스틱 막 포함)을 사용할 수 있다. 유의할 것은 기판(1101)은 표면에 제공된 절연막을 포함한다.
화소부(1111) 및 구동 회로(1112)가 기판(1101) 상에 제공되어 있다. 먼저 화소부(1111)를 설명할 것이다.
화소부(1111)는 화상 표시를 수행하는 영역이다. 다수의 화소가 기판 상에 존재하며, 그들 각각에는 발광 소자 내의 전류 흐름을 제어하는 TFT(이후 전류 제어용 TFT라 부름)(1102), 화소 전극(양극)(1103), 유기화합물층(1104) 및 음극(1105)이 제공되어 있다. 또한, 도면 부호 1113은 전류 제어용 TFT의 게이트에 인가되는 전압을 제어하는 TFT(이후 스위칭용 TFT라 부름)를 나타낸다.
여기서, 전류 제어용 TFT(1102)는 p채널형 TFT인 것이 바람직하다. n채널형 TFT를 대신 사용할 수 있으나, p채널형 TFT를 사용하면, 전류 제어용 TFT가 도 12에 도시된 바와 같이 발광 소자의 양극에 연결된 경우 전력 소비를 억제할 수 있다. 스위칭용 TFT(1113)도 n채널형 TFT 또는 p채널형 TFT일 수 있다.
유의할 것은 전류 제어용 TFT(1102)의 드레인이 화소 전극(1103)에 전기적으로 접속되어 있다는 것이다. 이 실시예에서는, 화소 전극(1103)은 4.5 내지 5.5 eV 범위 내의 일함수를 갖는 도전성 물질을 사용하기 때문에, 이 화소 전극(1103)은 발광 소자의 양극으로 기능한다. 화소 전극(1103)은 대개 산화인듐, 산화 주석, 산화아연 또는 이들의 화합물(예, ITO)로 제조될 수 있다. 유기화합물층(904)은 화소 전극(1103) 상에 제공된다.
또한, 음극(1105)이 유기화합물층(904) 상에 제공된다. 음극(1105)은 2.5 내지 3.5 eV의 일함수를 갖는 도전성 물질로 제조하는 것이 바람직하다. 음극은 대개 알칼리금속 원소 또는 알칼리 희금속 원소를 갖는 도전막, 알루미늄을 함유한 도전막, 및 상기 도전 막 위에 알루미늄 또는 은이 적층된 도전막으로 제조된다.
또한, 화소 전극(1103), 유기화합물층(1104) 및 음극(1105)을 포함하는 발광 소자(1114)는 보호막(1106)으로 덮여있다. 이 보호막(1106)은 발광 소자(1114)를 산소와 물로부터 보호하기 위해 제공된다. 보호막(1106)은 질화규소, 산화질화규소, 산화 알루미늄, 산화 탄탈 또는 탄소(대개, 다이아몬드형 탄소)로 제조된다.
다음으로, 구동 회로(1112)에 대해 설명할 것이다. 구동 회로(1112)는 화소부(1111)로 보내진 신호의 타이밍을 조절하는 영역으로, 화소부(1111)에는 시프트 레지스터, 버퍼, 래치, 아날로그 스위치(운반 게이트) 또는 레벨 시프터가 제공된다. 도 12에는 이 회로의 기본 단위로 사용하기 위해 n채널형 TFT(1107) 및 p채널형 TFT(1108)로 이루어진 CMOS 회로가 도시되어 있다.
시프트 레지스터, 버퍼, 래치, 아날로그 스위치(운반 게이트) 또는 레벨 시프터의 회로 구조는 공지된 방식으로 설계할 수 있다. 도 12에는 화소부(1111)와구동 회로(1112)가 동일 기판 상에 제공되어 있지만, IC 및 LSI를 구동 회로(1112) 없이 전기적으로 연결할 수도 있다.
또한, 도 12에는 화소 전극(양극)(1103)이 전류 제어용 TFT(1102)에 전기적으로 접속되어 있지만, 양극이 전류 제어용 TFT에 접속된 구조로 변형될 수도 있다. 이러한 경우, 화소 전극(1103)은 음극(1105)과 동일한 물질로 제조될 수 있으며, 음극은 화소 전극(양극)(1103)과 유사한 물질로 제조될 수 있다. 이때는 전류 제어용 TFT가 n채널형 TFT인 것이 바람직하다.
유의할 것은, 이 실시예에서는 배선(1109) 및 분리부(1110)로 이루어진 처마형(이후 처마 구조라 함)이 제공되어 있다. 도 12에 도시된 배선(1109)과 분리부(1110)로 이루어진 처마 구조는 배선(1109)을 구성하는 금속과 분리부(1110)를 형성하는 물질(예, 금속 질화물)을 적층하는 방법으로 제조할 수 있으며, 금속 보다 낮은 에칭율로 에칭한다. 이러한 형상을 사용하면, 화소 전극(1103) 및 배선(1109)이 음극(1105)과 전기적으로 단락되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이 실시예에선, 표준 액티브 매트릭스형 발광 장치와 달리 화소 상에 음극이 줄무늬 형상으로 형성된다(패시브 매트릭스형 음극과 유사한 양식).
도 12의 액티브 매트릭스형 발광 장치의 외관이 도 13A 및 도 13B에 도시되어 있다. 도 13A에는 상면도가 도시되어 있으며, 도 13B에는 도 13A의 A-A' 선을 따라 절단한 단면도가 도시되어 있다. 도 12에 사용된 도면 부호가 다시 사용되었다.
점선으로 나타내어진 도면 부호 1201은 소스측 구동 회로를 나타내고, 1202는 화소부를 나타내고, 1203은 게이트측 구동 회로를 나타낸다. 1204는 커버재를 나타내고, 1205는 밀봉재를 나타내며, 공간(1207)이 밀봉재(1205)에 둘러싸인 내부에 제공되어 있다.
또한, 도면 부호 1208은 입력된 신호를 소스측 구동 회로(1201)와 게이트측 구동 회로(1203)에 운반하는 배선을 나타내며, 상기는 외부 입력 단자로 사용되는 가요성 인쇄 회로(FPC)로부터 비디오 신호와 클럭 신호를 수신한다. FPC 만이 도시되어 있지만, 인쇄 배선판(PWB)이 이 FPC에 부착될 수 있다. 본 발명의 발광 장치는 발광 패널에 부착된 FPC 또는 PWB를 갖는 발광 모듈뿐만 아니라 IC-장착 발광 모듈을 포함한다.
단면 구조의 예를 도 13B를 참조하여 설명할 것이다. 화소부(1202)와 게이트측 구동 회로(1203)가 기판(1101)의 상부에 형성되어 있으며, 화소부(1202)는 각각이 전류 제어용 TFT(1102)와 전류 제어용 TFT의 드레인에 전기적으로 연결된 화소 전극(1103)을 포함하는 다수의 화소로 이루어져 있다. n채널형 TFT(1107)과 p채널형 TFT(1108)가 조합된 CMOS 회로를 사용하여 게이트측 구동 회로(1203)가 형성되어 있다.
화소 전극(1103)은 발광 소자의 양극으로서 기능한다. 층간 절연막(1206)이 화소 전극(1103)의 대향 말단에 형성되어 있으며, 유기화합물층(1104) 및 발광 소자의 음극(1105)이 화소 전극(1103) 상에 형성되어 있다.
음극(1105)은 또한 다수의 화소에 대한 공통 배선으로 작용하며, FPC(1209)와 접속 리드(1208)에 의해 전기적으로 연결되어 있다. 화소부(1202) 및 게이트측구동 회로(1203)에 포함된 모든 성분들은 보호막(1106)으로 덮여있다.
커버재(1204)를 밀봉재(1205)로 부착한다. 커버재(1204)와 발광 소자간의 거리를 유지하기 수지막으로 형성된 스페이서를 제공할 수 있다. 밀봉재(1205) 내부는 밀봉 공간이 되며, 질소 또는 아르곤 등과 같은 불활성 기체를 충전할 수 있다. 임의로, 산화 바륨과 같은 흡습성 물질을 이 밀봉 공간에 제공하는 것이 또한 효과적이다.
유리, 세라믹, 플라스틱 또는 금속을 커버재로 사용할 수 있지만, 커버재 측으로 광이 조사되는 경우에는 광투과율을 가져야 한다. 섬유 보강 플라스틱(FRP), 폴리비닐플루오라이드(PVF), 마일라, 폴리에스테르 또는 아크릴을 가소성 재료로 사용할 수 있다.
기판 상에 형성된 발광 소자(1114)를 커버재(1204) 및 밀봉재(1205)를 사용하여 밀봉하면, 발광소자를 외부로부터 완전히 차폐하여 물 및 산소와 같은 산화에 의해 유기화합물층의 열화를 촉진하는 물질의 침투를 방지할 수 있다. 따라서, 신뢰도가 높은 발광 소자를 얻을 수 있다.
이 실시예의 발광 장치는 실시예 1 내지 실시예 3에 설명된 성막장치를 사용하여 성막할 수 있다.
[실시예 5]
이 실시예에서는 도 14를 참조하여 본 발명의 성막장치에 의해 제조되는 패시브형(단순 매트릭스형) 발광 장치에 대해 설명한다. 도 14에서, 1301은 유리 기판을 나타내고, 1302는 투명 도전막으로 형성된 양극을 나타낸다. 이 실시예에서는, 산화인듐 및 산화아연을 포함하는 화합물로 투명 도전막을 진공 증착에 의해 형성한다. 유의할 것은 도 14에는 도시되어 있지는 않지만, 다수의 양극이 도면 표면에 평행한 방향으로 배열되어 있다는 것이다.
줄무늬로 배열된 양극(1302)을 가로지르도록 음극 격벽(1303a, 1303b)을 형성한다. 이 음극 격벽(1303a, 1303b)은 도면 표면에 수직한 방향으로 형성한다.
다음으로, 유기화합물층(1304)을 형성한다. 이렇게 형성된 유기화합물층(1304)은 각각이 정공 주입성, 정공 운반성, 발광성, 차단성, 전자 운반성 또는 전자 주입성의 기능을 갖는 다수의 유기화합물이 조합된 다수의 기능 영역을 갖는 것이 바람직하다.
이 실시예에서 또한 유의할 것은, 이웃한 기능 영역들 사이에 혼합 영역을 형성한다는 것이다. 혼합 영역은 앞서 기재한 실시예에서 언급한 방법을 이용하여 형성한다.
또한 유의할 것은 음극 격벽(1303a, 1303b)에 의해 구분되는 홈을 따라 유기화합물층(1304)을 형성하며, 따라서, 이들은 도면 표면에 대해 수직한 방향에 줄무늬 모양으로 나열된다.
이후, 다수의 음극(1305)을 양극(1302)을 가로지르는 줄무늬로 배열하며, 이로써 그들의 종축이 도면 표면에 대해 수직한 방향이 된다. 이 실시예에서는, 음극(1305)을 MgAg로 제조하며, 진공 증착에 의해 형성한다. 또한, 본원에서는 구체적으로 기재하지 않았지만, 음극(1305)은 배선이 FPC가 부착되는 부분까지 연장되어 일정 전압을 인가할 수 있도록 설계된다. 음극(1305)을 형성한 후,보호막(1306)으로 질화규소막을 형성한다.
상기 공정을 통해, 발광 소자(1311)가 기판(1301) 상에 형성된다. 유의할 것은 이 실시예에서는, 하부측 전극이 광투과율을 갖는 양극(1302)이기 때문에 유기화합물층에서 발생되는 광이 하면(기판(1301)측)으로 방출된다. 그러나, 발광 소자(1311)의 구조를 바꾸어 하부측 전극을 차광율을 갖는 음극으로 할 수 있다. 이 경우에는, 유기화합물층(1104)에서 발생되는 광이 상면(기판(1301)의 대향층)으로 방출된다.
다음으로, 커버재(1307)로 사용될 세라믹 기판을 제조한다. 이 실시예의 구조에서는, 세라믹 기판이 차광성이 우수하기 때문에 사용하였지만, 발광 소자(1311)가 앞서 기재한 바와 같이 뒤바뀐 구조의 경우에는, 커버재(1307)의 광투과율이 우수하도록 플라스틱 또는 유리로 제조된 기판을 사용할 수 있다.
이어서, 제조된 커버재(1307)를 자외선 경화성 수지로 제조된 밀봉재(1309)로 접착시킨다. 유의할 것은 밀봉재(1309)의 내부(1308)가 질소 또는 아르곤과 같은 불활성 기체가 채워진 기밀성 공간이 된다는 것이다. 임의로, 이 밀봉 공간(1308)에 산화바륨과 같은 흡습재를 제공하는 것이 효과적일 수 있다. 마지막으로, 이방성 도전막(FPC)(1310)을 부착하여 패시브형 발광 장치를 완성한다.
[실시예 6]
발광 소자를 이용하는 발광 장치가 자기 발광성이면, 밝은 장소에서는 보다 우수한 가시성과 액정 표시 장치 보다 넓은 시야각을 갖는다. 따라서, 다양한 전자 제품을 본 발명의 발광 장치를 이용하여 완성할 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 발광 장치를 사용하는 전자 제품의 예로는 비디오 카메라, 디지털 카메라, 고글형 표시장치(헤드 장착형 표시장치), 네비게이션 시스템, 오디오 재생 장치(예를 들면, 자동차 오디오 및 오디오 콤포넌트), 노트북 컴퓨터, 게임기, 휴대형 정보단말기(휴대형 컴퓨터, 휴대 전화기, 휴대형 게임기, 및 전자책), 및 기록 매체를 구비한 화상 재생 장치(구체적으로, 디지털 비디오 디스크(DVD)와 같은 기록 매체 내의 데이터를 재생하여 데이터 화상을 표시할 수 있는 표시장치를 갖는 장치)를 들 수 있다. 넓은 시야각은 휴대형 정보 단말기에 특히 중요한데 단말기의 스크린 종종 기울어진 상태에서 보기 때문이다. 따라서, 휴대형 정보 단말기에 발광 소자를 이용하는 발광 장치를 사용하는 것이 바람직하다. 이들 전자 제품의 구체적인 예를 도 15A 및 15H에 도시하였다.
도 15A는 케이스(2001), 지지대(2002), 표시 유닛(2003), 스피커 유닛(2004), 비디오 입력 단자(2005) 등으로 이루어진 표시 장치를 도시한다. 본 발명에 따라 제조된 발광 장치는 표시 유닛(2003)에 적용될 수 있다. 발광 소자를 갖는 이러한 발광 장치는 자기 발광성이기 때문에, 백라이트가 필요하지 않고, 액정 표시 장치 보다 얇은 표시 단위를 제조할 수 있다. 표시 장치는 퍼스널 컴퓨터, TV, 방송 수신, 및 광고용 표시 장치를 비롯한 정보를 표시하는 모든 표시 장치를 말한다.
도 15B는 본체(2101), 표시 유닛(2102), 화상 수신 유닛(2103), 조작 키(2104), 외부 연결 포트(2105), 셔터(2106), 등으로 이루어진 디지털 스틸 카메라를 도시한다. 본 발명에 따라 제조된 발광 장치는 표시 유닛(2102)에 적용될 수있다.
도 15C는 본체(2201), 케이스(2202), 표시 유닛(2203), 키보드(2204), 외부 연결 포트(2205), 포인팅 마우스(2206) 등으로 이루어진 노트북 퍼스널 컴퓨터를 도시한다. 본 발명에 따라 제조된 발광 장치는 표시 유닛(2203)에 적용될 수 있다.
도 15D는 본체(2301), 표시 유닛(2302), 스위치(2303), 조작 키(2304), 적외선 포트(2305) 등으로 이루어진 휴대형 컴퓨터를 도시한다. 본 발명에 따라 제조된 발광 장치는 표시 유닛(2302)에 적용될 수 있다.
도 15E는 기록 매체(구체적으로 DVD 재생장치)를 구비한 휴대형 화상 재생 장치를 도시한다. 이 장치는 본체(2401), 케이스(2402), 표시 유닛A(2403), 표시유닛B(2404), 기록 매체(DVD 등) 판독 유닛(2405), 조작 키(2406), 스피커 유닛(2407) 등으로 이루어져 있다. 표시 유닛 A(2403)는 주로 화상 정보를 표시하는 반면, 표시 유닛 B(2404)는 주로 문자 정보를 표시한다. 본 발명에 따라 제조된 발광 장치는 표시 유닛A(2403) 및 표시유닛B(2404)에 적용될 수 있다. 기록 매체가 구비된 화상 재생 장치로는 또한 가정용 비디오 게임기가 있다.
도 15F는 본체(2501), 표시 유닛(2502) 및 암(arm)부(2503)로 이루어진 고글형 표시장치(헤드장착형 표시장치)를 도시한다. 본 발명에 따라 제조된 발광 장치는 표시 유닛(2502)에 적용될 수 있다.
도 15G는 본체(2601), 표시 유닛(2602), 케이스(2603), 외부 연결 포트(2604), 원격 제어 수신 유닛(2605), 화상 수신 유닛(2606), 배터리(2607), 오디오 입력 유닛(2608), 조작 키(2609), 접안부(2601) 등으로 이루어진 비디오 카메라를 도시한다. 본 발명에 따라 제조된 발광 장치는 표시 유닛(2602)에 적용될 수 있다.
도 15H는 본체(2701), 케이스(2702), 표시 유닛(2703), 오디오 입력 유닛(2704), 오디오 출력 유닛(2705), 조작 키(2706), 외부 연결 포트(2707), 안테나(2708) 등으로 이루어진 휴대형 전화를 도시한다. 본 발명에 따라 제조된 발광 장치는 표시 유닛(2703)에 적용될 수 있다. 표시 장치(2703)가 검정색의 배경에 흰색 글자를 표시할 경우, 휴대형 전화의 소비 전력이 감소된다.
앞으로 유기 물질로부터 방출되는 광의 휘도가 증가된다면, 본 발명의 발광 장치를 렌즈 등을 통해 출력되는 화상 정보를 지닌 광을 확대하고 그 광을 투사함으로써 전면 또는 후면 프로젝터에 사용할 수 있다.
이러한 전자 제품들은 현재 인터넷 및 CATV(케이블 텔레비전)과 같은 전자 통신 라인을 통해 보내진 정보, 특히 동화상 정보를 표시하는 경우가 증가하고 있다. 유기 물질들은 매우 빠른 반응 속도를 갖기 때문에 본 발명의 발광 장치는 동화상 표시에 적합하다.
본 발명의 발광 장치에서는, 발광부가 전력을 소비하며, 따라서, 보다 적은 발광부가 요구되는 정보 표시 방식이 바람직하다. 휴대형 정보 단말기, 구체적으로, 주로 문자 정보를 표시하는 휴대 전화 및 오디오 재생 장치의 표시 유닛에 본 발명의 사용할 경우, 발광부가 배경을 표시하는 것이 아니라 문자 정보를 형성하도록 장치를 구동하는 것이 바람직하다.
앞서 기재한 바와 같이, 본 발명의 성막장치를 이용하여 제조한 발광 장치의 적용 범위는 매우 넓어 모든 분야의 전자 제품에 적용될 수 있다. 이 실시예의 정자 용품들은 실시예 1 내지 실시예 3에 도시된 성막장치에 의해 형성된, 실시예 4 또는 5에 도시된 모든 발광 장치를 표시 유닛으로 사용할 수 있다.
[실시예 7]
다음으로, 본 발명에서 형성되는 발광 장치와 관련하여, 이 실시예에서는 지금까지 설명한 각각의 발광 색을 나타내기 위해 R, G 및 B 용 유기화합물을 이용하는 것과 다른 방법에 의해 발광소자 상에 완전색 표현을 실현하기 위한 방법을 설명할 것이다.
먼저, 백색 발광 소자와 컬러 필터를 결합하는 방법(이후 컬러 필터 방법이라 부름)을 도 18A를 참조하여 설명한다.
컬러 필터 방법은 백색 발광을 나타내기 위한 유기화합물층을 형성하는 방법이며, 얻어진 백색 발광을 컬러 필터를 통과시켜 적색, 녹색 및 청색 발광을 얻는다.
백색 발광을 얻기 위한 방법은 여러 가지가 있으나, 이 실시예에서는 발광 영역의 발광색과 다른 안료를 전자 운반층에 도핑하여 발광 영역의 발광색과 혼합시켜 백색 발광을 얻는다. 이 경우에는 전자 운반 영역에 도핑하는 양을 조절함으로써 전자 운반 영역 및 발광 영역에 유용한 발광을 생성시킬 수 있다.
구체적으로, 유기화합물은 전자 운반성을 갖는 유기화합물로 형성된 영역, 발광성을 갖는 유기화합물로 형성된 영역 및 정공 운반성을 갖는 유기화합물로 형성된 영역을 포함한다. 예를 들면, 전자 운반성을 갖는 유기화합물로는 4-디시아노메틸렌-2-메틸-6-(p-디메틸아미노-스티릴)-4H-피란(이후 DCM1이라 부름) 또는 4-디시아노메틸렌-2-메틸-6-(유롤딘-4-일-비닐)-4H-피란(이후 DCM2라 부름)의 스티릴 안료와 같은 도펀트로 도핑된 Alq3가 사용된다. 반면, 발광성을 갖는 유기화합물로는 4,4'-비스(2,2-디페닐-비닐)-바이페닐(이후 DPVBi라 부름)의 디스티릴 유도체가 사용된다. 정공 운반성을 갖는 유기화합물로는 MTDATA를 사용한다. 이로써, 세가지 기능을 갖는 유기화합물층이 형성된다. 이 경우에도 또한 이들 서로 다른 기능 영역의 계면에 본 발명의 혼합 영역을 제공하는 것이 바람직하다.
상기에 의해 형성된 유기화합물층(1804)으로, 전자 운반 영역에서 적색 발광을 얻고 발광 영역에서 청색 발광을 얻어 전체적으로 백색 발광을 얻는다.
이때, 유기화합물층(1804)은 양극(1802)과 음극(1803) 사이에 형성된다. 유기화합물층(1804)에서 양극으로부터 주입되는 정공과 음극으로부터 주입되는 전자 사이에 재결합이 발생함으로써 유기화합물층(1804)에서 백색 발광이 얻어진다.
한편, 발광 소자가 기판(1801) 상에 형성되고, 적색 발광 이외의 부분을 흡수하는 컬러 필터(R)(1805a), 녹색 발광 이외의 부분을 흡수하는 컬러 필터(G)(1805b) 및 청색 발광 이외의 부분을 흡수하는 컬러 필터(B)(1805c)가 발광 소자의 양극(1802) 및 절연막(1806)을 통해 각각 제공되고, 발광 소자로부터 백색 발광이 각각의 필터에서 분리되어 적색, 녹색 및 청색의 발광이 얻어진다. 한편, 액티브 매트릭스형을 위해, 그 구조는 기판과 컬러 필터 사이에 TFT를 갖는 구조로형성된다.
이 경우에, 얻어진 발광색이 다름에도 불구하고, 모든 발광 소자가 유기화합물층에 의해 형성되어 백색 발광을 나타낸다. 따라서, 발광색 때문에 유기화합물층을 따로 형성할 필요가 없어, 금속 마스크를 사용할 필요가 없게 된다. 이런 방법으로 금속 마스크를 사용하지 않고 증착이 가능할 경우, 가열에 의한 금속 마스크 변형의 문제가 발생하지 않는다. 따라서, 본 발명에서, 증착하는 동안 기판 표면에 광을 조사하는 것 이외에 기판을 가열할 수 있다. 이로써 광을 조사만 한 경우에 비해 보다 조밀한 막을 제조할 수 있다.
다음으로, 청색 발광 유기화합물층을 갖는 청색 발광 소자와 형광색 변환층을 결합시켜 실행하는 CCM(컬러 변환 매체) 방법을 도 18B를 참조하여 설명한다.
CCM 방법에서, 청색에서 적색으로의 변환(B→R), 청색에서 녹색으로의 변환(B→G) 및 청색에서 청색으로의 변환(B→B)이 각각의 색 변환층(1815a, 1815b, 1815c)을 통해 이루어져 적색, 녹색 및 청색 발광을 얻을 수 있도록 기판(1811) 상에 양극(1812) 및 음극(1813)으로부터 주입된 캐리어들이 유기화합물층(1814)에서 재결합하여 절연막(1816)을 통해 양극(1812) 아래에 형성된 형광 색 변환층(1815)을 여기시키는 발광을 일으킨다. CCM 방법에서는 또한, 기판과 컬러 필터 사이에 TFT를 갖는 액티브 매트릭스형이다.
이때, 이 경우 또한 유기화합물층을 따로 형성할 필요가 없어, 금속 마스크를 사용할 필요가 없다. 그 결과, CCM 방법을 사용하는 경우, 증착하는 동안 기판을 가열하고 광을 조사함으로써 조밀한 막을 제조할 수 있다.
한편, CCM 방법을 사용하는 경우, 색 변환층이 형광성이기 때문에 외부 광에 의해 여기되어 콘트래스트를 줄일 가능성이 있다. 컬러 필터 등을 붙여 콘트래스트를 높이는 것이 바람직하다.
이때, 그 밖의 기술에는 포토 브리칭 방법이 있다. 상기한 바와 같이, 이 실시예에 도시된 구조를 갖는 발광 소자는 본 발명의 성막장치 및 방법에 의해 제조될 수 있다.
[실시예 8]
이 실시예에서는, 본 발명의 성막장치에 의해 형성된 발광 장치의 화소부 구조에 대해 설명한다.
화소부(1911)의 상면도 일부를 도 19A에 도시하였다. 다수의 화소(1912a-1912c)가 화소부(1911)에 형성되어 있다. 상면도는 절연층(1902)이 화소내 형성된 화소 전극의 연부를 덮고 있는 상태를 도시하고 있다. 따라서, 절연층(1902)은 소스선(1913), 주사선(1914), 전원선(1915)을 덮도록 형성된다. 절연층(1902)은 또한 화소 전극과 TFT 간의 연결부가 바닥에 형성되어 있는 영역 a(1903)를 덮고 있다.
도 19B에는 도 19A에 도시된 화소부(1911)의 점선 A-A'를 따라 절단된 단면도가 도시되어 있으며, 화소 전극(1901) 상의 유기화합물층(1905a-1905c)을 형성하는 과정을 도시하고 있다. 동일한 물질로 이루어진 유기화합물층은 도면에 수직한 방향으로 형성되어 있으며, 다른 물질로 이루어진 유기화합물층은 도면에 수평한 방향으로 형성되어 있다.
예를 들면, 적색 광을 방출하는 유기화합물층(R)(1905a)이 화소(R)(1912a)에 형성되어 있고, 녹색 광을 방출하는 유기화합물층(G)(1905b)이 화소(G)(1912b)에 형성되어 있고, 청색 광을 방출하는 유기화합물층(B)(1905c)이 화소(B)(1912c)에 형성되어 있다. 절연막(1902)은 유기화합물층이 형성될 경우 가장자리가 된다. 유기화합물층의 증착부가 약간 이동한다 하더라도, 절연막(1902) 상에 위치한다면, 문제가 되지 않으며, 다른 물질로 이루어진 유기화합물층은 도 19B에 도시된 것과 같은 화소 전극(1901) 상에서 연결된다.
도 19C에는 도 19A에 도시된 화소부(1911)의 점선 B-B'를 따라 절단된 단면도가 도시되어 있으며, 도 19B에 도시된 것과 같은 화소 전극 (1901) 상에 유기화합물층(1905)를 형성하는 과정을 도시하고 있다.
점선 B-B'를 따라 절단된 화소는 적색광을 방출하는 유기화합물층(R)(1905a)이 화소(R)(1912a)에 형성되어 있기 때문에 도 19C에 도시된 구조를 갖는다.
따라서, 적색 광을 방출하는 유기화합물층(R)(1905a), 녹색 광을 방출하는 유기화합물층(G)(1905b) 및 청색 광을 방출하는 유기화합물층(B)(1905c)이 화소부(1911)에 형성된다. 따라서, 천연색 발광 장치가 구현될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 성막장치를 사용하여 발광 소자의 유기화합물층을 형성함으로써, 동일한 성막실 내에서 광을 조사하면서 각각이 다수의 기능 영역을 갖는 유기화합물층을 연속적으로 형성할 수 있다. 이로써 유기화합물층을 보다 조밀하게 제조할 수 있으며, 기능 영역간의 계면에 있는 불순물에 의한 오염이 발생되지 않게 할 수 있다. 또한, 본 발명의 성막장치에 의해 혼합 영역을 형성할 경우, 유기층 사이의 기능 영역 계면에 에너지 장벽을 완화할 수 있어, 캐리어 주입성을 개선할 수 있으며, 구동 전압이 낮고 수명이 긴 발광 소자를 형성할 수 있다.

Claims (22)

  1. 성막실에서 광을 조사하는 동안 전극 상에 제1 유기화합물을 포함하는 제1 기능 영역을 형성하는 공정,
    상기 성막실에서 상기 광을 조사하는 동안 상기 제1 기능 영역 상에 상기 제1 유기화합물 및 제2 유기화합물을 포함하는 혼합 영역을 형성하는 공정, 및
    상기 성막실에서 상기 광을 조사하는 동안 상기 혼합 영역 상에 상기 제2 유기화합물을 포함하는 제2 기능 영역을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광의 조사 방향이 상기 제1 유기화합물 및 상기 제2 유기화합물이 증기화되는 방향과 동일한 것을 특징으로 하는 성막방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 유기화합물이 증기화되는 증발원이 상기 제2 유기화합물이 증기화되는 증발원과 다른 것을 특징으로 하는 성막방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 유기화합물이 제1 증발원으로부터 증기화되고, 상기 제2 유기화합물이 제2 증발원으로부터 증기화되는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제1 증발원 및 상기 제2 증발원이 각각 다수로 제공되는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제1 유기화합물 및 상기 제2 유기화합물이 상기 제1 증발원 및 상기 제2 증발원을 연속적으로 작동시킴으로써 연속적으로 증착되는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 혼합 영역이 상기 제1 증발원 및 상기 제2 증발원을 동시에 작동시킴으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 광이 광원으로부터 조사되고, 상기 광원 및 상기 증발원이 동일 평면 상에 있는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 광으로 자외선을 사용하는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 광이 파장 100 내지 200 ㎚를 갖는 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 광원이 저압 수은 램프인 것을 특징으로 하는 성막방법.
  12. 반입실,
    정렬실,
    제1 전극 상에 유기화합물층을 형성하기 위한 제1 증발원, 제2 증발원 및 광원이 제공된 제1 성막실,
    세정 예비실,
    제2 전극을 형성하기 위한 제2 성막실, 및
    밀봉실을 포함하고,
    상기 제1 증발원이 제1 화합물을 포함하고, 상기 제2 증발원이 제2 유기화합물을 포함하고,
    상기 제1 유기화합물 및 상기 제2 유기화합물이 진공 증착에 의해 퇴적되는 동안 상기 광원으로부터 광이 조사되는 것을 특징으로 하는 성막장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 성막장치에 상기 제1 증발원 및 상기 제2 증발원을 연속적으로 작동시키는 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 성막장치.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 성막장치에 상기 제1 증발원 및 상기 제2 증발원을 동시에 작동시키는 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 성막장치.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 성막장치에 상기 광원 및 상기 증발원을 동시에 작동시키는 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 성막장치.
  16. 제 12 항에 있어서, 상기 광원으로부터 조사되는 광이 자외선인 것을 특징으로 하는 성막장치
  17. 제 12 항에 있어서, 상기 광원이 저압 수은 램프인 것을 특징으로 하는 성막장치.
  18. 제 12 항에 있어서, 상기 광원으로부터 조사되는 광이 100 내지 200 ㎚의 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 성막장치.
  19. 성막실에서 광을 조사하는 동안 전극 위에 제1 증발원으로부터 증기화된 제1 유기화합물을 포함하는 제1 기능 영역을 형성하는 공정,
    상기 성막실에서 광을 조사하는 동안 상기 제1 기능 영역 상에 상기 제1 증발원으로부터 증기화된 상기 제1 유기화합물 및 제2 증발원으로부터 증기화된 제2 유기화합물을 포함하는 혼합 영역을 형성하는 공정, 및
    상기 성막실에서 광을 조사하는 동안 상기 혼합 영역 상에 상기 제1 증발원을 제외하고, 상기 제2 증발원으로부터 증기화된 상기 제2 유기화합물을 포함하는 제2 기능 영역을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  20. 성막장치 내에서의 성막방법으로서,
    상기 성막장치가,
    반입실,
    정렬실,
    제1 전극 상에 유기화합물층을 형성하기 위한 제1 증발원, 제2 증발원 및 광원이 제공된 제1 성막실,
    세정 예비실,
    제2 전극을 형성하기 위한 제2 성막실,
    밀봉실,
    제1 유기화합물을 포함하는 제1 증발원, 및
    제2 유기화합물을 포함하는 제1 증발원을 포함하고,
    상기 성막방법이,
    상기 제1 성막실에서 상기 광원으로부터 광이 조사되는 동안 상기 전극 위에 상기 제1 증발원으로부터 증기화된 상기 제1 유기화합물을 포함하는 제1 기능 영역을 형성하는 공정,
    상기 제1 성막실에서 상기 광원으로부터 광이 조사되는 동안 상기 제1 기능 영역 상에 상기 제1 증발원으로부터 증기화된 상기 제1 유기화합물 및 상기 제2 증발원으로부터 증기화된 상기 제2 유기화합물을 포함하는 혼합 영역을 형성하는 공정, 및
    상기 제1 성막실에서 상기 광원으로부터 광이 조사되는 동안 상기 혼합 영역 상에 상기 제1 증발원을 제외하고, 상기 제2 증발원으로부터 증기화된 상기 제2 유기화합물을 포함하는 제2 기능 영역을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  21. 성막실에서 광원으로부터 광이 조사되는 동안 전극 위에 유기화합물층을 형성하는 공정을 포함하는 성막방법.
  22. 반입실,
    정렬실,
    제1 전극 상에 유기화합물층을 형성하기 위한 제1 증발원, 제2 증발원 및 광원이 제공된 제1 성막실,
    세정 예비실,
    제2 전극을 형성하기 위한 제2 성막실, 및
    밀봉실을 포함하고,
    유기화합물을 진공 증착에 의해 증착하는 동안 상기 광원으로부터 광이 조사되는 것을 특징으로 하는 성막장치.
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