KR20040066898A - 디스플레이 디바이스용 밀봉 구조 - Google Patents

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KR20040066898A
KR20040066898A KR10-2004-7009087A KR20047009087A KR20040066898A KR 20040066898 A KR20040066898 A KR 20040066898A KR 20047009087 A KR20047009087 A KR 20047009087A KR 20040066898 A KR20040066898 A KR 20040066898A
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oxide
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리프카허버트
하스칼엘리아브아이.
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 폴리머계 전자 디바이스(1)에 적합한 밀봉 구조(6)에 관한 것이고, 상기 밀봉 구조(6)가 상기 디바이스유전상에 형성된 제 1 유전 재료의 제 1 층(7)과 제 1 층(7)에 형성된 제 2 유전 재료의 제2 층(8)을 포함한 것을 특징으로한다.

Description

디스플레이 디바이스용 밀봉 구조{Sealing structure for display devices}
디스플레이 디바이스는 그래픽 디스플레이와 이미지 기술분야에서 잘 알려져 있다. 이러한 디바이스의 예로서는 유기 발광 디바이스(OLED; organic light emitting devices)와 폴리머 발광 디바이스(PLED), 및 액정 디스플레이(LCD)가 있는데, 이들은 TV와 그래픽 디스플레이에서 실제 응용되고 있으며, 또한 디지털 프린팅에서도 응용되고 있다.
이들 디바이스의 대부분은 산소와 습기 등에 민감하며, 따라서, 대기에 노출되면 열화된다. 특히 빛이 존재하는 상황에서의 산소 및/또는 습기로의 노출에 의해, 사용되는 폴리머 재료가 광 산화에 의해 열화된다. 또한, 캐소드/폴리머 계면에서의 산화는 OLED 또는 PLED와 같은 디바이스에 산소 및/또는 습기의 확산에 의해 발생하는 첫 번째 문제 중 하나이다. 이러한 반응은 디바이스의 발광 특성의 성능을 상당히 감소시킬 것이다. 또한, 디스플레이 디바이스에서 사용되는 다른 재료도 대기에 노출되면 열화할 것인데; 이들은,예를 들면, 산화에 의해 악영향을 받을 것이다.
따라서, 디바이스를 보호할 필요가 있다. 디스플레이 디바이스를 밀봉하도록금속 막을 증착하는 노력이 있어 왔다. 그러나, 이들 막은 종종 핀홀(pinholes)을 포함하기 때문에, 상대적으로 두껍게 되어야만 하고, 그 결과 광전송이 좋지 않게 되었다. 디바이스의 많거나 적은 적은 밀봉을 수행하기 위해 공지된 많은 처리는 밀봉 처리동안 300℃ 이상의 온도를 요한다. 대부분의 폴리머계 디바이스는 이러한 고온에 적합하지 않다.
WO 00/08899호는 디바이스를 저온 기술 밀봉 디바이스에 의해 밀봉 구조를 갖는 발광 디바이스를 발표했다. 이 밀봉 구조는, 알루미늄과 같은, 비반응성 재료와 최외부층같이 무기 내화 재료(inorganic refractory material)로 이루어진 박막을 포함한다. 이 구조는 산소 및/또는 습기가 디바이스 내의 물질과 반응하는 것을 방지한다. 그러나, 일반적으로 금속 막(metallic film)인 이 밀봉 구조는 비반응성 재료에 관한 문제점을 갖는다. 금속 막은 도체이고, 이것은 디바이스 내의 전극과 금속 막 사이의 전기적 단락의 위험성을 증가시킨다. 또한, 밀봉 구조의 금속 막은 전극 재료의 텍스쳐(texture)에 관해서 다른 문제점을 부과한다. 때때로 음의 슬로프를 갖는 텍스쳐를 가질 필요가 있는데, 이것도 역시 밀봉 구조에 의해 덮혀져야 한다. 그러나, 금속은 이러한 슬로프 상에 정상적으로 퇴적될 수 없으며, 따라서 부분적으로 차단된 표면을 남기게 된다. 계속해서, 이것은 산소 및/또는 습기가 디바이스 내로 침투하는 것을 가능하게 한다.
본 발명은 디스플레이 디바이스용 밀봉 구조와 밀봉 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 디스플레이 디바이스의 실시예의 단면도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예의 단면도.
결론적으로, 본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 문제점을 극복하는 밀봉법(encapsulation)을 제공하는 것이다.
이들 및 다른 목적은 밀봉 구조가 제 1 절연 재료의 제 1 층과 제 2 절연 재료의 제 2 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 밀봉 구조에 의해 달성된다. 이 구조에서는 단락 회로가 발생할 수 없다. 또한, 금속 막을 불필요하게 하는 것에 의해 제조 단가를 감소시킨다. 또한, 적어도 두 층의 절연 재료를 사용하는 것에 의해, 핀홀이 없는 밀봉 구조가 얻어질 수 있고 디스플레이 디바이스의 전체 구조에 대해 음의 슬로프를 갖는 균등한 텍스쳐가 얻어질 수 있다.
또한, 밀봉 구조는 투명한 것이 적절하고 상기 제 2 층의 상부에 형성된 제 3 절연 재료로 이루어진 적어도 하나의 층을 포함하는 것이 바람직하며; 그래서 최외부층은 대기에 내성이 있는 재료로 만들어 진다.
본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 제 1 및 제 3 절연 재료는 동일하며, 실리콘 질화물이 바람직하다. 제 2 절연 재료는 실리콘 산화물(silicon oxide), 실리콘 산화질화물(silicon oxynitride), 실리콘 산화플루오르화물(silicon oxidefluoride), 티타늄 산화물(titanium oxide), 탄탈 산화물(tantalum oxide), 지르코늄 산화물(zirconium oxide), 하프늄 산화물(hafnium oxide), 알루미늄 산화물(aluminium oxide), 또는 이들의 조합 중에서 선택된다.
본 발명의 밀봉 구조는 습기에 민감한 디바이스에서 내장형의 습기 트랩으로서 기능하는 게터층(getter layer)을 포함할 수도 있다.
또한, 밀봉 구조는 절연 재료로 이루어진 두 층 사이에 유기 폴리머로 이루어진 층을 포함할 수도 있고, 게터층은 상기 유기 폴리머로 이루어진 층의 상부에형성되는 것이 바람직하다.
본 발명은 또한 폴리머계 전자 디바이스를 밀봉하는 방법에 관한 것으로, 상기 전자 디바이스 상에 제 1 절연 재료로 이루어진 제 1 층을 형성하는 단계와 상기 제 1 층의 상부에 제 2의 절연 재료로 이루어진 제 2 층을 형성하는 단계를 포함한다. 본 방법은 또한 상기 제 2 층 상에 제 3 절연 재료로 이루어진 적어도 하나의 층을 형성하는 단계를 포함한다.
마지막으로, 본 발명은 기판과 본 발명에 따른 적어도 하나의 밀봉 구조를 포함하는 디스플레이 디바이스에 관한 것이다. 산소 및/또는 습기가 기판을 통해 확산하는 것을 방지하기 위해 밀봉 구조는 사용자(potential user)와 대면하는 쪽, 또는 기판과 디스플레이 디바이스 사이에 적용된다. 또한, 본 발명에 따른 밀봉 구조는 디스플레이 디바이스의 양 쪽에 적용될 수도 있다.
바람직한 실시예는 플렉시블 기판 상에 아노드와 투명 캐소드를 포함하며, 이들 사이에 유기 전자발광층이 존재한다. 아노드는 Ag, Pt 또는 Au와 같은 반사형 금속을 포함하는 것이 바람직하다. 이렇게 하여, 빛이 아노드와 기판을 통해 제공되는 것이 아니라, 본 발명의 투명하며 연성의 밀봉 구조와 캐소드를 통해 제공되는 플렉시블 디스플레이가 제공된다. 투명 캐소드에 대한 바람직한 재료는 ITO(indium-tin-oxide)와 폴리-3,4-에틸렌디옥시티오펜(PEDOT)를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양호한 실시예는 나머지 종속항에서 설명된다.
본 발명의 양호한 실시예가 첨부된 도면과 연계하여 비제한적인 실시예를 통해 하기에 상세히 설명될 것이다.
본 발명은 OLED, PLED 및 LCD와 같은 디스플레이 디바이스에 적합한 밀봉 구조에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 밀봉 구조를 포함하는 PLED 디스플레이 디바이스를 도시한다. 이 디바이스(1)는 아노드(2), 캐소드(3) 및 아노드(2)와 캐소드(3) 사이에 삽입된 발광층(4)을 포함하는 발광 유닛의 적층 구조이다. 발광층(4)은 소정의 발광 특성에 따라 다수의 발광 재료에서 선택될 수 있으며, 상기 층(4)은 다수의 하위층(sub-layers)으로 구성될 수 있다. 아노드(2)에 적합한 재료는 유용한 레벨로 상기 디바이스에 의해 광이 방출되는 것을 가능하게 하는 ITO(indium-tin-oxide)의 투명한 도전성 박막이 바람직하다. 캐소드(3)는 보통 투명하지 않으며, 예를 들면, Ba 및 Al, 또는 LiF 및 Al을 포함한다. 일부 응용에 대해서는, 투명 캐소드가 요구되는데, 이 때는, 예를 들면, ITO가 사용될 수 있다. 그러나, 이들 재료는 본 발명을 어떤 식으로든 제한하는 것이 아니며, 당업자에게 공지된 다른 재료가 사용될 수도 있다. 디바이스 양단에 전위차가 인가되면, 빛이 방출되고 생성되는 색상은 발광 재료의 전기 특성에 의존한다. 발광층을 구성하는 재료의 구성에 따라, 많은 상이한 색상의 빛이 생성될 수 있다. 디스플레이 디바이스(1)에 있어서, 본 발명과 아노드 및 캐소드의 특성에 따라, 아노드(2)와 캐소드(3)를 서로 변경하는 것이 가능하다.
상기 실시예이 디스플레이 디바이스(1)는 기판(5) 위에 정렬된다. 기판(5)은 소다 석회 또는 붕소-실리케이트 유리; 그러나, 다른, 약간의 산소 및/또는 습기가 침투할 수 있는 기판, 예를 들면, 플라스틱 및/또는 플렉시블 기판이 사용될 수 있다. 또한, 기판은 불투명 또는 투명한 기판일 수 있다. 기판(5)의 크기, 형태 및 재료는 디바이스(1)의 의도된 사용에 따라 변경될 수 있다. 아노드(2), 발광층(4), 및 캐소드(3)의 적층 구조는 예를 들면 스퍼터링법, 증착법 및 화학적 및 물리적 증착과 같은 여러가지 퇴적법과 같이 공지된 제조 방법을 사용하여 기판(5) 상에 형성된다. 사용될 적절한 기술은 상이한 층에 대해 사용되는 재료에 의존하며 당업자에게는 공지되어 있을 것이다.
산소 및/습기에 대한 확산 배리어로서 기능하는 밀봉 구조(6)는 디스플레이 디바이스 상에 형성되기 때문에, 아주 긴 내구성이 달성된다.
본 발명의 본 실시예에 있어서, 밀봉 구조(6)은 절연 재료의 세 층(7, 8, 9)으로 이루어지는데, 이들은 투명 재료인 것이 바람직하다. 바람직하게는, 상기 층(7)의 핀홀 밀도는 낮아야만 하며 캐소드(3)의 전면을 실질적으로 덮어야만 한다. 제 1 절연 재료로 이루어진 상기 층(7)은 디스플레이 디바이스(1)를 공기에 노출시키지 않으면서, 즉, 상기 디바이스(1)를 불활성 대기에 유지한 채로 캐소드(3) 퇴적 후에 형성 형성된다. 상기 층(7)의 상부에는, 바람직하게는 층(7)에 대한 것과 동일한 기술을 사용하여 제 2 절연 재료의 층(8)이 형성된다. 마지막으로, 제 3 절연 재료의 외부 층(9)이 본질적으로 동일한 기술에 의해 상기 층(8)의 상부에 형성된다.
바람직하게는 상기 층(7)은 디바이스(1)의 대부분의 영역을 차단하는 실리콘 질화물를 포함하고 단지 소수의 핀홀 개방을 남긴다. 그러나, 핀홀의 화학적 표면이 질화물의 부착을 방해하기 때문에, 실리콘 질화물층을 두껍게 하여 이들 핀홀을 차단할 수는 없을 것이다. 바람직하게는 산화물을 포함하는 상기 층(8)을 퇴적함으로써, 상기 층(7)의 표면은 수정되고 산화물층(8)은 핀홀을 덮을 것이다. 그러나, 일반적으로 산화물층이 실리콘 질화물과 같이 산소 및/또는 습기에 대한 중요한 확산 배리어는 아니다. 따라서, 실리콘 질화물을 포함하는 상기 층(9)이 상기 층(8)의 상부에 퇴적된다. 이렇게 하여 N-O-N 밀봉 구조가 달성되는데, 여기서 N은 질화물층을 O는 산화물층을 나타낸다.
넓은 범위의 산화물이 산화물층(8)으로 사용될 수 있는데, 실리콘 산화물, 실리콘 산화질화물, 실리콘 산화플루오르화물, 티타늄 산화물, 탄탈 산화물, 지르코늄 산화물, 하프늄 산화물, 알루미늄 산화물, 또는 이들의 조합 중에서 선택되는 것이 바람직하다. 이들 재료 중에서 실리콘 옥사이드는 아주 우수한 결과를 나타내기 때문에 선호되고 있다.
저온 플라즈마 CVD(PECVD; plasma-enhanced CVD)법이 상기 층(7, 8, 9)의 형성을 위해 사용된다. 그러나, 종래기술에서 당업자에게 공지된 다른 기술이 사용되는 재료에 따라 사용될 수 있다. 본 실시예의 밀봉 구조(6)는 약 80℃에서 퇴적된, 약 200㎚의 실리콘 질화물과, 약 300㎚의 실리콘 산화물 및 약 200㎚의 실리콘 질화물을 포함한다. 이 밀봉 구조의 경우에 있어서, 디스플레이 디바이스와 절연 재료 사이에 금속 막이 존재할 필요가 없기 때문에, 단락이 발생하지 않을 것이다. 또한, 제조 비용도 금속 두껑을 불필요하게 함으로써 감소된다.
본 발명에 따른 N-O-N 밀봉 구조는 1.10-6g/㎡/일의 수분 투과율을 갖는데, 이것은 재료를 변경하지 않고 단지 두께를 조정하는 것에 의해 향상될 것이다. 또한, 80% 이상의 가시광선 스펙트럼이 투과된다. N-O-N-O-N 밀봉 구조에 대해서, 파장이 470㎚인 광의 약 80%와 가시 스펙트럼의 다른 부분의 80% 이상이 투과된다. 또한, 이 밀봉 구조는 자외선 차단층으로서도 기능하기 때문에, 디바이스에서 빛에 민감한 재료를 UV 노출로부터 보호하는 기능도 할 것이다.
본 발명의 N-O-N 및 N-O-N-O-N 밀봉 구조의 층 두께는 변경될 수 있다. 300-200-300㎚ 적층 다음으로, 130℃에서 퇴적된 200-100-100-100-100-100㎚ 적층으로 양호한 결과가 얻어졌다. 두께는 층마다 50㎚로 감소될 수 있는고 제 1 층은 다소 두꺼운 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 본 실시예에 있어서, 디스플레이 디바이스(1)는 상기 상술된 바와 같이 절연 재료로 이루어진 적어도 하나의 밀봉 구조(6)와 플렉시블한 플라스틱 기판(5)을 포함한다. 산소 및/또는 습기가 플렉시블 기판(5)을 투과할 수 있기 때문에, 본 발명에 따른 밀봉 구조(6)가 기판(5)과 발광 유닛(1) 사이에 삽입된다. 본 발명은 플렉시블한 플라스틱 기판에 제한되지 않으며, 다른 기판이 사용될 수도 있다. 또한, 상기 디바이스는 디스플레이 디바이스의 사용자와 대면하는 측 상에 밀봉 구조(6)를 적용하는 것에 의해 밀봉될 수도있다. 플렉시블 기판 상에 이 밀봉 구조(6)를 사용하는 것에 의해, 가시광선과 470㎚ 둘 다에서, 80% 이상의 광이 투과되는 것이 설명되었다.
본 발명의 다른 실시예는 밀봉 구조에 게터층이 포함되는 것이다. 이 게터층은 밀봉 구조에서 부가적인 층으로서 형성되며 밀봉 구조에서 절연층의 수와 무관하게 사용될 수 있다. 이 게터층은 습기에 민감한 디바이스에 대한 내장형의 습기 트랩으로서 기능한다. N-O-N의 밀봉 구조에서, 또는 O-N-O의 밀봉 구조에서, 바람직하게는, 게터층은 산화물층의 상부에 형성되어야만 한다. 이것은 CVD 공정에서 산소의 포함이 게터 재료의 효율을 감소시키기 때문이다. 게터 재료는 밀봉 구조에서 퇴적되는 다음 층의 형성과 반응하지 않도록 선택되는 것이 바람직하며, 특히 실리콘 질화물층의 형성에서 질소와 반응하지 않는 것이 바람직하다. 적절한 재료의 예로서는 BaO와 CaO가 있다. 또한, 금속 칼슘(metallic calcium)은 질소와 느리게만 반응하기 때문에 사용될 수 있다.
본 발명의 밀봉 구조의 다른 실시예에 따르면, 절연 재료로 이루어진 두 층 사이에 유기 폴리머의 층을 형성할 수 있다. 사용되는 절연 재료는 실리콘의 산화물 또는 질화물인 것이 바람직하지만; 다른 재료가 사용될 수도 있다. 바람직하게는 유기 폴리머로 이루어진 층 상부에 절연 재료로 이루어진 다음 층의 형성 이전에 게터층이 또한 형성될 수 있다. 그러나, 게터층과 조합하여 유기 폴리머를 사용하여, 밀봉 구조가 적어도 하나의 질화물층을 포함하는 것이 바람직하며, 하나 이상의 질화물층을 포함하는 것이 더 바람직하다.
본 발명은 상기 실시예에 제한되는 것이 아니며, 첨부된 청구의 범위에 의해정의되는 범위에 의해 포괄되는 모든 가능한 변형예를 포함한다. 밀봉 구조는 산소 및/또는 습기 밀봉 구조가 필요한 어떠한 상황에서도 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 N-O-N의 밀봉 구조에 제한되지 않으며, N-O-N-O-N 및 N-O-N-0-N-O-N 등의 다른 밀봉 구조가 사용될 수도 있다. O-N-0의 밀봉 구조가 사용될 수도 있다. 또한, 밀봉 구조는 투명한 절연 재료로 이루어진 다수의 교대하는 층을 포함할 수도 있다. 이 구조는, 임의의 미세한 크랙 또는 핀홀이 제 1 층의 제 첫번째 위치에 존재하고, 제 2 층의 상이한 구성으로 인해, 상이한 위치의 위치에 상기 층과 상이한 조직 갖고 존재할 것이라는 점에서 예상치 못한 양호한 결과를 제공할 것으로 생각된다. 임의의 제 3 층에서 이들은 다른 위치에서 반복할 것이다. 이와 같이, 밀봉 구조를 관통하는 가상의 연속적인 통로가 존재하지 않는다.

Claims (19)

  1. 디스플레이 디바이스(1)용 밀봉 구조(6)에 있어서,
    상기 밀봉 구조(6)는 상기 디바이스(1) 상에 형성된 제 1 유전 재료로 이루어지진 제 1 층(7)과 제 1 층(7) 상에 형성된 제 2 유전 재료로 이루어진 상기 제 2 층(8)을 포함하는 것을 특징으로 하는 밀봉 구조.
  2. 제 1항에 있어서,
    제 3 유전 재료로 이루어진 적어도 하나의 제 3 층(9)이 상기 제 2 층(8)의 상부에 형성되는, 밀봉 구조.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 유전 재료들은 투명한, 밀봉 구조.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    대면하는 적어도 하나의 외부층(8; 9)이 대기에 내성이 있는 유전 재료를 포함하는, 밀봉 구조.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 3 유전 재료는 본질적으로 동일한, 밀봉 구조.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 3 유전 재료는 실리콘 질화물인, 밀봉 구조.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 유전 재료는 실리콘 산화물, 실리콘 산화질화물, 실리콘 산화플루오르화물, 티타늄 산화물, 탄탈 산화물, 지르코늄 산화물, 하프늄 산화물, 알루미늄 산화물, 또는 이들의 혼합 중에서 선택되는, 밀봉 구조.
  8. 제 1항에 있어서,
    게터층을 또한 포함하는, 밀봉 구조.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 유전 재료들 사이에 삽입된 유기 폴리머의 층을 또한 포함하는, 밀봉 구조.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 유기 폴리머의 상부에 상기 제 2 유전 재료로 이루어진 층 이전에 형성된 게터층을 또한 포함하는, 밀봉 구조.
  11. 디스플레이 디바이스(1) 밀봉 방법에 있어서,
    상기 디스플레이 디바이스(1) 상에 제 1 유전 재료로 이루어진 제 1 층(7)을 형성하는 단계; 및
    상기 제 1 층(7)의 상부에 제 2 유전 재료로 이루어진 제 2 층(8)을 형성하는 단계를 포함하는, 밀봉 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제 2 층(8)의 상부에 제 3 유전 재료로 이루어진 적어도 하나의 제 3 층(9)을 형성하는 단계를 또한 포함하는, 밀봉 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 3 절연 재료는 동일한, 밀봉 방법.
  14. 제 11항 또는 제 12항에 있어서,
    상기 층(7, 8, 9)들은 저온 플라즈마 CVD법(low-temperature plasma-enhanced CVD method)을 사용하여 형성되는, 밀봉 방법.
  15. 제 1항에 따른 적어도 하나의 밀봉 구조(6)와 기판(5)을 포함하는, 디스플레이 디바이스(1).
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 밀봉 구조는 상기 디스플레이 디바이스(1)의 사용자와 대면하는 쪽에 적어도 형성되는, 디스플레이 디바이스.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 밀봉 구조는 상기 디스플레이 디바이스와 상기 기판(3) 사이에 삽입되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 밀봉 구조는 게터층을 포함하는, 디스플레이 디바이스.
  19. 제 15항에 있어서,
    상기 밀봉 구조는 유기 폴리머의 층을 포함하는, 디스플레이 디바이스.
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