KR20090113109A - Composition of passivation and sputtering target and passivation membrane and manufacturing method of it - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A composition of passivation, sputtering target, passivation membrane, and a manufacturing method thereof are provided to protect food contents against moisture and oxygen for a long period. CONSTITUTION: A composition of passivation is composed of 10-90 atomic weight% SiO2 and 90-10 atomic weight% ZnO. A passivation membrane is formed on top of a glass substrate or polymer substrate. The passivation membrane comprises 10-90 atomic weight% SiO2 and 90-10 atomic weight% ZnO. A method for manufacturing the passivation membrane comprises the following steps of: depositing the target or pellet comprising 10-90 atomic weight% SiO2 and 90-10 atomic weight% ZnO on an organic substrate or polymer substrate; and sputtering the deposited target or pellet to form the passivation membrane.

Description

패시배이션 조성물과 이를 이용한 스퍼터링 타겟과 패시배이션막 및 그 제조방법{Composition of passivation and sputtering target and passivation membrane and manufacturing method of it}Composition of passivation and sputtering target and passivation membrane and manufacturing method of it

본 발명은 수분과 산소투과율이 낮아서 식품포장재용과 OLED 및 솔라셀 등에 사용될 수 있는 패시배이션 조성물과 이를 이용한 스퍼터링 타겟과 패시배이션막 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a passivation composition, a sputtering target and a passivation film using the same, which can be used for food packaging materials, OLEDs, solar cells, etc. due to low moisture and oxygen permeability.

최근 정보를 시각적으로 전달하기 위한 디스플레이가 다양화되고 있으며, 그 예로서 CRT(Cathode Ray Tube), PDP(Plasma Display Panel), LCD(Liquid Crystal Display), OLED(Organic Light Emitting Diode) 등이 있다.Recently, displays for visually transmitting information have been diversified, and examples thereof include a cathode ray tube (CRT), a plasma display panel (PDP), a liquid crystal display (LCD), and an organic light emitting diode (OLED).

이중 OLED는 저소비전력, 넓은 시야각, 빠른 응답속도의 장점을 가지고 있으며, 저렴한 비용과 제조공정상의 용이성을 바탕으로 박막화, 대면적화되고 있어서 이러한 OLED의 상용화 확대를 위해서는 발광효율과 수명에 관한 문제를 극복해야 하는데, OLED는 캐소드 박막에 존재하는 핀홀(Pinhole)과 같은 결함을 통해 투과되는 산소와 수분의 투습에 의해서 수 시간 내에 성능이 저하된다. 더욱이 폴리머(Polymer) 기판의 높은 산소 또는 수분 투과율은 플렉서블 디스플레이의 응용에 걸림돌이 되고 있기 때문에 OLED는 대기에 존재하는 수분과 산소의 투습으로부터 보호하기 위한 패시배이션(passivation)이 적용되고 있으며, 상기한 패시배이션 방법은 금속과 유리를 사용한 캡(Cap) 방식과 무기물 또는 유기물을 사용한 박막 (Thin Film) 방식으로 크게 나누어진다.OLED has the advantages of low power consumption, wide viewing angle, and fast response speed, and it is thinned and large-area based on low cost and ease of manufacturing process, and overcomes the problems of luminous efficiency and lifespan for the commercialization of such OLED. OLEDs deteriorate in a matter of hours due to moisture permeation of oxygen and moisture transmitted through defects such as pinholes present in the cathode thin film. In addition, since high oxygen or moisture permeability of the polymer substrate is an obstacle to the application of the flexible display, the OLED is passivated to protect against moisture and oxygen permeation in the atmosphere. One passivation method is largely divided into a cap method using metal and glass and a thin film method using inorganic or organic materials.

금속 또는 유리 Cap에 의한 패시배이션은 분산 배리어(Diffusion Barrier)를 위해 유리 캡(Cap), 정착을 위한 에폭시 레진(Epoxy Resin), 그리고 내부 환경을 위해 질소로 구성되고, 그리고 최근에는 잔류 수분과 실란트(sealant)를 통해 투과되는 수분을 제거하기 위하여 P2O5, BaO, CaO와 같은 흡습제들이 캡 내부에 부착되었다. 이러한 금속 또는 유리 캡을 사용하는 패시배이션은 우수한 배리어 특성을 보여 주지만, 제작 공정의 어려움에 따른 고비용, 실란트를 통한 수분과 산소의 투이에 따라 최근에는 박막형 패시배이션(Thin Film 패시배이션)공정을 적용하려는 시도가 진행되고 있다.Passivation with a metal or glass cap consists of a glass cap for the diffusion barrier, epoxy resin for fixing, and nitrogen for the internal environment, and more recently, Hygroscopic agents such as P 2 O 5 , BaO, CaO were attached inside the cap to remove moisture that is permeated through the sealant. Passivation using such a metal or glass cap shows excellent barrier properties, but recently, thin film passivation due to high cost due to the difficulty of manufacturing process and the penetration of moisture and oxygen through sealant Attempts are being made to apply the process.

박막형 패시배이션기술이란 수분투과율이 매우 낮은 무기 또는 유기물 박막을 이용하여 OLED를 단층 또는 다층으로 패시배이션하여 공기중의 수분과 산소로부터 OLED를 보호하는 새로운 패시배이션 공정으로, 지금까지 보고된 패시배이션 박막용 물질 중, Al은 1970년대 초기부터 식품과 의료 포장 분야에서 가스 차단막으로 널리 사용되어 왔으며. SiOx와 AlOx의 투명한 가스 차단 박막은 1980년 이후 전자레인지 사용과 내용물의 시각적 확보가 가능한 포장 응용을 위해 개발되어 왔다. 최근에는 AlOxNy, SiNx 그리고 SiOxNy와 같은 투명한 질화(Nitride) 또는 질산이러한 박막형 패이배이션막이 OLED에 사용될 경우 낮은 수분투과율(WVTR : Water Vapor Transmission Rate) 과 산소투과율(OTR: Oxygen Transmission Rate)을 만족시켜야 하며 이를 위해서는 다음과 같은 물질 특성을 가져야 한다.Thin-film passivation technology is a new passivation process that protects OLEDs from moisture and oxygen in the air by passivating OLEDs in single or multiple layers using inorganic or organic thin films with very low moisture permeability. Among passivation thin film materials, Al has been widely used as a gas barrier in food and medical packaging since the early 1970s. Transparent gas barrier thin films of SiO x and AlO x have been developed since 1980 for use in microwave ovens and packaging applications that provide a visual indication of the contents. Recently, a thin nitride passivation film such as AlO x N y , SiN x and SiO x N y is used for OLEDs such as thin nitride or nitric acid, which has low water transmittance (WVTR) and oxygen transmittance (OTR). Oxygen Transmission Rate) must be satisfied for this purpose.

첫째, 상온에서 성막된 패시배이션 층은 치밀한 비정질 구조를 가져야 한다. 상온에서 박막의 성막은 3차원의 Island의 성장을 주도하여, 많은 매크로결정들(Macro Defects)과 나노결정들(Nano Defects)을 갖는 치밀하지 못한 미세구조를 유발하며, 그리고 결정 구조에서 그레인 바운더리(Grain Boundary)들은 수분과 산소 투과의 통로가 될 수 있다는 것은 잘 알려져 있다.First, the passivation layer formed at room temperature should have a dense amorphous structure. Formation of thin films at room temperature leads to the growth of three-dimensional islands, resulting in a dense microstructure with many macro crystals and nano crystals, and grain boundaries in the crystal structure. It is well known that grain boundaries can be a channel of moisture and oxygen permeation.

둘째, 패시배이션 층은 수분 투과를 효과적으로 차단하기 위하여 극성이 커야한다. 이유는 쌍극자 모우멘트가 큰 수분은 극성이 큰 산화물 박막과 pores 내부 표면에 기를 형성하면서 수분의 연속적인 투과를 방지하기 때문이다. 극성은 굴절률로서 가늠할 수 있기 때문에, 큰 굴절률을 갖는 패시배이션막이 요구된다.Second, the passivation layer must be large in polarity to effectively block moisture permeation. This is because moisture with a large dipole moment forms groups on the surface of the oxide film and pores with high polarity and prevents the continuous transmission of moisture. Since the polarity can be estimated as the refractive index, a passivation film having a large refractive index is required.

셋째, 패시배이션막은 상부발광(Top emission) OLED와 폴리머(Polymer) 기판을 사용하는 플렉시블(Flexible)에 적용하기 위해서는 광학적 투과율이 우수하여야 한다. 투명한 유리 기판을 통해 발광하는 보통의 후면 발광(Bottom Emission) 구조의 OLED와는 달리 전면발광 (Top Emission) OLED는 전자소자들과 함께 OLED의 집적화에 매우 중요하다. 상부발광은 액티브-매트릭스(Active-Matrix) OLED에 바람직하며 모든 회로들이 트랜지스터나 와이어와 같은 부품으로부터 아무런 방해 없이 Bottom에 위치할 수 있기 때문이다. 그러므로 상부 발광 OLED에 대한 투명한 패시배이션막의 제작은 장수명의 OLED를 위한 중요한 기술 중의 하나이고, 고굴절률 같 은 투명 박막을 요구하는 마이크로캐비티(Microcavity) 구조를 사용함으로써 발광되는 빛의 광학적 성질을 변조하는 것이 가능하다. 그러므로 고굴절률을 갖는 투명한 패시배이션 층들이 보다 유리하다. Third, the passivation film must have excellent optical transmittance in order to be applied to a flexible material using a top emission OLED and a polymer substrate. Unlike ordinary bottom emission OLEDs emitting light through transparent glass substrates, top emission OLEDs are very important for the integration of OLEDs with electronic devices. Top-emitting is desirable for active-matrix OLEDs because all circuits can be located at the bottom without interference from components such as transistors or wires. Therefore, the fabrication of transparent passivation film for top emitting OLED is one of the important technologies for long life OLED, and modulates the optical property of light emitted by using microcavity structure which requires transparent thin film such as high refractive index. It is possible to. Therefore, transparent passivation layers with high refractive index are more advantageous.

그리고, 플렉시블(Flexible) OLED를 구현하기 위해서는 10-4g/m2.day 이하와 10-3cc/m2.day 이하의 매우 낮은 수분투과율(WVTR)과 산소투과율(OTR)을 만족하여야 한다.In order to realize flexible OLEDs, very low water transmittance (WVTR) and oxygen transmittance (OTR) of 10 -4 g / m 2 .day or less and 10 -3 cc / m 2 .day or less must be satisfied. .

이에 따라, OLED의 패시배이션 박막으로 SiOx와 AlOx에 비하여 상대적으로 치밀한 구조를 갖는 AlOxNy와 SiOxNy등의 산화 질화막들을 투명한 가스 배리어로 사용하기 위하여 스퍼터링 또는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 공정들이 연구되어 오고 있다. 그러나 이들 배리어 박막들은 디스플레이 산업에 적용하기 어려울 정도로 높은 WVTR을 갖고 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 수분 또는 산소 투과를 완전하게 막기 위해서는 매우 낮은 수분투과율을 갖는 새로운 패시배이션 물질의 개발이 필요하다.Accordingly, sputtering or PECVD (Plasma Enhanced) is used for the use of oxynitride films, such as AlO x N y and SiO x N y , which have a relatively dense structure as the passivation thin film of OLED, compared to SiO x and AlO x . Chemical Vapor Deposition processes have been studied. However, these barrier films are known to have high WVTRs that are difficult to apply to the display industry. Therefore, in order to completely block moisture or oxygen permeation, it is necessary to develop a new passivation material having a very low moisture permeability.

이러한 패시배이션 특성은 수분과 산소에 대한 투과 방지 특성을 검증하는데 수분에 대한 투과율은 앞에서 기술한 바와 같이 g/m2-day의 단위로 산소에 대해서는 cc/m2-day의 단위로 평가된다. 상기 단위는 디스플레이, 코팅 그리고 포장 등과 관련된 다양한 업계에서 공히 통용되는 단위이고, 측정은 미국의 Mocon사의 시험 기구를 이용한 방법이 일반화되어 있다. 그러나 이 방법에 의한 측정은 많은 시간과 비용을 부담해야 하며, 또한 이 방법을 사용하면, 측정 한계가 0.001 g/m2-day로 제한되기 때문에 정밀한 측정을 하기 어려운 문제점이 있었다.These passivation properties verify the permeation prevention properties of water and oxygen. The permeation rate for water is evaluated in units of g / m 2 -day and in units of cc / m 2 -day for oxygen as described above. . The unit is a unit commonly used in various industries related to display, coating, and packaging, and the measurement is generally performed using a test apparatus of Mocon of USA. However, the measurement by this method must take a lot of time and money, and also using this method, there is a problem that it is difficult to make a precise measurement because the measurement limit is limited to 0.001 g / m 2 -day.

한편, 상기한 패시배이션은 OLED 뿐만 아니라 솔라셀, 식품포장용기 등에도 적용된다.On the other hand, the passivation is applied to not only OLED, but also solar cells, food packaging containers and the like.

상기한 바와 같은 요구에 의하여 본 발명은 수분 또는 산소 투과를 효과적으로 차단할 수 있는 새로운 패시배이션 물질로써 SiO2와 ZnO 복합 산화물 또는 Si와 Zn 복합물을 이용하여 전자선 증착법 및 마그네트론 스퍼터 캐소드, FTS 캐소드, 실린더 캐소드 등의 스퍼터링 법에 의해 무기 복합 산화물 패시배이션막(ICTF ; Inorganic Compound Thin Film)을 제공하는데 목적이 있다.As described above, the present invention provides a novel passivation material capable of effectively blocking moisture or oxygen permeation, using electron deposition and magnetron sputter cathode, FTS cathode, cylinder using SiO 2 and ZnO composite oxide or Si and Zn composite. An object of the present invention is to provide an inorganic compound oxide passivation film (ICTF; Inorganic Compound Thin Film) by a sputtering method such as a cathode.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 패시배이션 조성물은, 무기물 패시배이션막을 형성하기 위하여 SiO2와 ZnO가 10-90원자량%와 90-10원자량% 또는 Si(10-90원자량%)와 Zn(90-10원자량%)으로 구성된다.The passivation composition of the present invention for achieving the above object, in order to form an inorganic passivation film, SiO 2 and ZnO is 10-90 atomic% and 90-10 atomic% or Si (10-90 atomic%) and It consists of Zn (90-10 atomic%).

그리고, SiO2와 ZnO가 10-90원자량%와 90-10원자량%로 구성된 타겟(펠럿)을 이용하여 증착법, 스퍼터링법으로 유리기판 혹은 폴리머기판 상에 패시배이션막을 형성하고, Si(10-90원자량%)와 Zn(90-10원자량%)으로 구성된 타겟을 이용하여 반응성 스퍼터링 방법으로 유리기판 혹은 폴리머기판 상에 패시배이션막을 형성한다.In addition, a passivation film is formed on a glass substrate or a polymer substrate by a deposition method or a sputtering method using a target (pellet) composed of 10 to 90 atomic% and 90 to 10 atomic% of SiO 2 and ZnO. A passivation film is formed on a glass substrate or a polymer substrate by a reactive sputtering method using a target composed of 90 atomic%) and Zn (90-10 atomic%).

상기한 구성에서 전자선 증착법은 SiO2 분말로 이루어진 유리 형성자와, SiO2 분말과 ZnO 혼합 분말을 유리 변형자로 사용하여 펠럿을 형성하고, 세척공정을 통하여 유리 기판과 폴리머기판의 불순물을 제거하며, 고진공 펌프를 이용하여 증착전 챔버내부 압력은 10-5torr 이하로 유지한 후, 증착 시에는 10-4torr에서 10-5torr 사이로 유지하여 증착 공정을 수행한 후, 진공 상태를 유지하면서 서서히 자연 냉각시킨다.In the above-described configuration, the electron beam deposition method forms a pellet using a glass former composed of SiO 2 powder and a SiO 2 powder and ZnO mixed powder as a glass modifier, and removes impurities from the glass substrate and the polymer substrate through a washing process. The pressure inside the chamber before deposition is maintained at 10 -5 torr or less using a high vacuum pump, and during deposition, the deposition process is performed between 10 -4 torr and 10 -5 torr. Cool.

그리고, 스퍼터링 법은 유리 형성자로 SiO2분말, 유리 변형자로 ZnO 분말을 사용하여 타겟을 제작하고, 세척공정을 통하여 유리 기판과 폴리머기판의 불순물을 제거하며, 고진공 펌프를 사용하여 초기진공 10-5Torr이하로 진공을 유지한 후, 10-3Torr대역에서 순수한 아르곤(Ar) 가스 분위기에서 플라즈마를 형성하여 증착하며, 매 증착 시 셔터(shutter)를 사용하여 5-15분 동안 프리 스퍼터링(Pre-sputtering)을 실시한다.Then, the sputtering method is formed as SiO 2 glass powder, glass deformation as the initial vacuum 10-5 by using the ZnO powder produced target, and remove the impurities of the glass substrate and a polymer substrate via a cleaning process, and using a high vacuum pump After maintaining the vacuum below Torr, plasma is formed in a pure argon (Ar) gas atmosphere in the 10 -3 Torr band, and presputtered for 5-15 minutes using a shutter during each deposition. sputtering).

그리고, 방응성 스퍼터링 방법은 상기한 스퍼터링 법과 다른 과정은 동일하고, 유리형성자로 Si분말을 사용하고 유리 변형자로 Zn 분말을 사용하며, 반응성가스로 산소와 아르곤가스를 동시에 공급한다. In the sputtering method, the sputtering method is different from the above-described sputtering method, using Si powder as a glass former, Zn powder as a glass modifier, and simultaneously supplying oxygen and argon gas as reactive gases.

상기한 구성에서 SiO2와 ZnO 혼합 무기 박막을 패시배이션 막으로 사용할 경 우 수분과 산소투과율이 매우 낮은 패시배이션 막을 제공할 수 있게 된다.In the above configuration, when the SiO 2 and ZnO mixed inorganic thin films are used as the passivation film, it is possible to provide a passivation film having a very low moisture and oxygen permeability.

이에 따라, 플렉시블 OLED에 본 발명의 패시배이션 막의 적용이 가능해지고, 식품포장용기에 사용할 경우 내용물을 수분과 외부공기로부터 보호하므로 장기간 보존이 가능해지는 효과가 있다. 또한 플렉시블 솔라셀 적용시에도 내용물을 수분과 외부공기로부터 보호할 수 있다.Accordingly, the passivation film of the present invention can be applied to the flexible OLED, and when used in a food packaging container, the contents are protected from moisture and external air, thereby enabling long-term storage. In addition, the flexible solar cell can protect the contents from moisture and external air.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

1. 전자선 증착법에 의한 무기 1. Inorganic by electron beam deposition 패시배이션Passivation 박막 형성 방법 Thin film formation method

(1) (One) 펠럿Pellets 제작 making

무기복합 박막을 제작하기 위한 전자선 증착용 펠럿은, 유리 형성자(Glass Former)로 광학적 띠간격(Optical Band Gap)이 크고, 굴절률이 작은 SiO2 분말 (99.99%)을 선택하고, 그리고 유리 변형자로는 99.99%의 순도를 갖는 굴절률과 극성이 큰 SiO2 분말과 광학적 띠 간격은 작은 반면 2.859 Å3의 큰 극성을 가진 유리 변형자로 분류되는 ZnO 분말을 선택하여 다양한 비율로 각각 혼합하여, 120℃의 진공오븐(JEIO TECH)에서 60분 동안 수분을 증발시키고 볼밀(Ball Mill)(Jisco)을 이용하여 2시간 동안 혼합과정을 거친 후 혼합물의 변형과정을 최소화하기 위해 800℃의 전기로(DAE RYUN CO.)에서 90분간 열처리하였다. 이후 열처리한 혼합물을 핸드밀(Hand Mill) 과정을 통하여 교반 및 분쇄작업을 거친 후 다시 볼밀을 이용하여 24시간 혼합하였다. 하이드로릭 프레스(Hydraulic press)(Carver)를 이용하여 직경 1cm의 펠럿(pellet)을 제작하여, 고형화를 위해 1100℃에서 열처리 과정을 거친 후 24시간 동안 서서히 온도를 냉각시킨 후, 사용하였다.The electron beam deposition pellets for the production of the inorganic composite thin film were selected from SiO 2 powder (99.99%) having a large optical band gap and a small refractive index as a glass former. SiO 2 powder with high refractive index and polarity with 99.99% purity and ZnO powder classified as glass modifier with high polarity of 2.859 Å 3 with small optical band spacing were mixed and mixed at various ratios, respectively. After evaporating water for 60 minutes in a vacuum oven (JEIO TECH) and mixing for 2 hours using a ball mill (Jisco), an electric furnace of 800 ° C. (DAE RYUN CO CO) is used to minimize the deformation of the mixture. Heat treatment was performed for 90 minutes. After the heat-treated mixture was stirred and pulverized through a hand mill process, and then mixed again using a ball mill for 24 hours. Using a hydraulic press (Carver) to produce a pellet (pellet) having a diameter of 1cm, after the heat treatment process at 1100 ℃ for solidification was used after slowly cooling the temperature for 24 hours.

(2) 기판 세척(2) substrate cleaning

박막 증착용 기판은 유리(sodalime glass) 기판과 PEN(폴리에틸렌 나프탈레이트)을 사용하였다. 유리 기판과 PEN 기판의 크기는 각각 25 x 75 mm2과 50 x 50 mm2이다. 기판 표면의 불순물과 산화막은 박리, 핀홀 등의 현상과 막의 부착성을 저하시키므로 기판의 불순물들을 제거하기 위하여 세척 과정에 따라 아세톤(5분), 알코올(5분), 증류수(2분) 순으로 초음파 세척을 한 다음 완전히 말려 수분과 먼지를 제거하는 표면처리를 하였다. 마지막으로 현미경을 이용하여 기판 표면에 이물질이 남아 있는지 확인한 후 유산지에 싸서 보관하며 사용하였다.As a substrate for thin film deposition, a glass (sodalime glass) substrate and PEN (polyethylene naphthalate) were used. The glass and PEN substrates are 25 x 75 mm 2 and 50 x 50 mm 2, respectively. Impurities and oxides on the surface of the substrate reduce the phenomenon of peeling, pinholes, and adhesion of the film, so in order to remove impurities on the substrate, acetone (5 minutes), alcohol (5 minutes), distilled water (2 minutes) in order to remove impurities After ultrasonic cleaning, the surface was completely dried to remove moisture and dust. Finally, after confirming that foreign matter remained on the surface of the substrate by using a microscope, it was wrapped and used in a lactic acid paper.

(3) 무기 박막의 증착 공정(3) deposition process of inorganic thin film

본 발명에서는 일반적인 전자선 증착기를 이용하였으며, 박막은 유리 기판과 PEN 기판 위에 제작되었다. 보트는 그라파이트 재질의 도가니(crucible)를 사용하였으며, 증착 시 보트와 기판과의 거리는 18cm, 전자선 방출을 위한 전류(emission current)는 10mA, 가속 전압은 4KV를 유지하였다. 이때 박막의 두께는 FTM5-oscillator를 사용하여 제어하였다.In the present invention, a general electron beam evaporator was used, and the thin film was fabricated on a glass substrate and a PEN substrate. The boat used a crucible made of graphite, and the deposition was maintained at a distance of 18 cm between the boat and the substrate, the emission current for the electron beam emission was 10 mA, and the acceleration voltage was 4 KV. At this time, the thickness of the thin film was controlled using the FTM5-oscillator.

증착 전의 진공은 고진공 펌프를 이용하여 10-5torr 이하로 유지하고, 증착 시 압력은 10-4torr에서 10-5torr 사이로 유지하였다. 증착 후 갑작스러운 냉각에 의한 박막의 스트레스 증가를 방지하기 위하여 60분간 고 진공 상태를 유지하면서 서서히 자연 냉각시켰다.The vacuum before deposition was maintained below 10 -5 torr using a high vacuum pump, and the pressure during deposition was maintained between 10 -4 torr and 10 -5 torr. After the deposition, the film was naturally cooled while maintaining a high vacuum for 60 minutes in order to prevent an increase in stress of the thin film due to sudden cooling.

그리고, 유리 기판 혹은 PEN, PI, PC, PET등의 폴리머 기판 상에 필요에 따라 소자층을 형성하고, 패시배이션막을 진공증착한다.Then, an element layer is formed on a glass substrate or a polymer substrate such as PEN, PI, PC, PET or the like, and a passivation film is vacuum deposited.

(4) 측정 방법(4) measuring method

전자선 증착법에 의해 제작된 칼슘 셀은 완전 불투명하다. 그러나 이 칼슘 셀이 대기 중에 노출될 경우, 대기에 포함된 수분을 흡수하면서 투명하게 변하게 되는데, 이 과정은 대기 중에서 경과 시간에 따라 점진적으로 변하게 된다. 이와 같은 대기 중에서의 노출 시간에 따라 점진적으로 투명해지는 칼슘 셀은 가시광 영역에서의 광투과율 변화를 초래하게 되며, 칼슘 셀의 수분 흡수가 완전히 포화(Saturation)될 때, 최대의 광투과율을 나타낸다. 따라서 칼슘 셀이 패시배이션막을 갖게 되면, 패시배이션막은 칼슘 셀의 수분 흡수를 지연시키고, 이는 결국 칼슘 셀의 광투과율이 최대가 되는 포화 시간(광 투과 스펙트럼이 더 이상 변하지 않는 시간을)을 지연시키는 결과를 초래한다. 그러므로, 무기 박막을 패시배이션층으로 갖는 칼슘 셀의 광 투과 스펙트럼의 포화 시간을 비교하면, 무기 박막의 수분 투과 특성을 평가할 수 있다.The calcium cells produced by the electron beam deposition method are completely opaque. However, when the calcium cells are exposed to the atmosphere, they become transparent while absorbing the moisture contained in the atmosphere, which gradually changes with the elapsed time in the atmosphere. The calcium cell gradually becoming transparent with the exposure time in the atmosphere causes a change in the light transmittance in the visible light region, and shows the maximum light transmittance when the water absorption of the calcium cell is completely saturated. Therefore, when a calcium cell has a passivation film, the passivation film delays the absorption of moisture of the calcium cell, which in turn saturates the saturation time (the time at which the light transmission spectrum no longer changes) when the light transmittance of the calcium cell is maximized. Results in delays. Therefore, by comparing the saturation time of the light transmission spectrum of the calcium cell having the inorganic thin film as the passivation layer, it is possible to evaluate the water permeation characteristics of the inorganic thin film.

따라서, 수분투과율을 확인하기 위하여 패시배이션 층을 갖는 칼슘 셀들은 대기에 노출되는 시간의 함수로써 Ca 박막이 점진적으로 투명해지는 단계를 가시광 에서의 광 투과 스펙트럼의 변화로 나타내었으며, 그 결과들을 실제 측정된 수분투과율 결과와 서로 비교함으로써 패시배이션 층들의 수분 투과 방지 특성을 평가하였다. Therefore, calcium cells with a passivation layer to confirm moisture transmittance show the step of progressively transparent Ca thin film as a function of time of exposure to the atmosphere as a change in the light transmission spectrum in visible light. The moisture permeation prevention properties of the passivation layers were evaluated by comparing them with the measured moisture permeability results.

이러한 칼슘 테스트(Ca test)를 위하여 본 발명에서는 유리 기판(soda lime glass)을 사용하였고, 유리기판 위에 칼슘 셀(Ca cell)을 10 x 20mm2의 크기와 약 200 nm의 두께로 전자선 증착법을 사용하여 증착한 후, 이어서 수분 투과 방지를 위한 패시배이션 박막을 약 400 nm의 두께로 증착하였다. For the calcium test (Ca test) in the present invention was used a glass substrate (soda lime glass), the calcium cell (Ca cell) on the glass substrate using an electron beam deposition method having a size of 10 x 20mm 2 and a thickness of about 200 nm After the deposition, the passivation thin film was then deposited to a thickness of about 400 nm to prevent moisture permeation.

칼슘 셀과 패시배이션 박막의 증착 조건은 각각 <표 1>과 <표 2>에 나타내었다.The deposition conditions of the calcium cell and the passivation thin film are shown in Table 1 and Table 2, respectively.

Figure 112008030047792-PAT00001
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Figure 112008030047792-PAT00002
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(5) 결과(5) results

i) 패시배이션막이 없는 경우i) without passivation film

도 1은 유리기판상에 패시배이션 층 없이 칼슘 셀만을 200nm두께로 형성하여 대기 중에 노출시킨 후 2분 간격으로 광투과 스펙트럼의 변화를 나타낸 것으로 포화시간은 14분이다.FIG. 1 shows the change in the light transmission spectrum at two minute intervals after forming only a calcium cell with a thickness of 200 nm without a passivation layer on a glass substrate and exposed to the atmosphere. The saturation time is 14 minutes.

한편, 대기 중에 방치된 칼슘 셀의 수분 흡수과정은 다음의 화학식으로 나타낼 수 있다.On the other hand, the water absorption process of the calcium cells left in the air can be represented by the following formula.

Figure 112008030047792-PAT00003
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위의 화학식에 따르면, 1 mole의 칼슘 셀이 완전히 투명해지기 위해서는 2 mole의 H2O가 필요함을 알 수 있다.According to the above formula, it can be seen that 2 mole of H 2 O is required in order for 1 mole of calcium cells to be completely transparent.

ii) 패시배이션막으로 단일 무기물을 사용한 경우ii) When a single inorganic material is used as the passivation film

도 2는 단일 무기 박막을 패시배이션막으로 갖는 칼슘 셀의 대기 중 노출 시간에 따른 광투과 스펙트럼의 변화를 나타낸 것으로, SiO2, ZnO 단일 무기물 패시배이션막을 갖는 칼슘 셀에 대해서는 포화시간이 각각 22, 8분으로 나타나 단일 무기 박막은 패시배이션막으로서 투습 방지 효과가 매우 낮은 것으로 평가된다.FIG. 2 shows the change in the light transmission spectrum of the calcium cell having a single inorganic thin film as the passivation film according to the exposure time in the air, and the saturation time is different for the calcium cell having the SiO 2 and ZnO single inorganic passivation film, respectively. It appears as 22 and 8 minutes, and a single inorganic thin film is evaluated as having a very low moisture permeation prevention effect as a passivation film.

일반적으로 박막이 성장하는 동안 배이퍼(Vapor) 원자 또는 분자들은 응축(condense)하고, 증착 방법 (Thermal Evaporation, 스퍼터링, Ion Beam Assisted Deposition, PECVD)과 증착 조건 (기판 온도, 증착률, 압력)에 의해 결정되는 증착종(ad-atom)의 이동도 (Mobility)에 따라 그들의 평형 위치에 도달하고, 박막표면에 확산된다. 일반적으로 열증착과 전자선 증착과 같이 증착종의 낮은 이동도를 갖는 증착은 증착종들이 기판에 충돌하는 순간 그들을 동결 (freez) 시켜 그들이 평형 사이트(site)로 찾아 가거나 확산하는 것을 막는다. 그 결과 구형의 그래인(Grain)과 그래인(Grain)들 사이의 기공으로 구성된 열린(open) 구조가 초래되 며, 기공들은 수분과 산소투과의 주요한 통로로서 역할을 하게 된다. 따라서 패시배이션막의 수분 또는 산소 투전자선 증착법에 의해 성막된 단일 무기 박막들은 근본적으로 낮은 증착종의 에너구조를 나타낸다. 따라서 기판 위에 동일한 조건으로 증착되었음에도 불구하고 수분투과율은 기판과 무기 박막들의 부착력, 표면거칠기, 그리고 기공과 핀홀과 같은 결함(defect)에 의해 많은 영향을 받는 것으로 나타났다. 이와 같은 단일 무기 박막들의 문제점을 해결하기 위하여, 단일 무기물들을 다양한 비율로 혼합한 무기 복합물들을 사용한다.In general, vapor atoms or molecules condense during the growth of a thin film, and the deposition method (Thermal Evaporation, Sputtering, Ion Beam Assisted Deposition, PECVD) and deposition conditions (substrate temperature, deposition rate, pressure) Depending on the mobility of the deposited species (ad-atom), their equilibrium position is reached and diffused on the thin film surface. In general, low-mobility deposition of deposited species, such as thermal deposition and electron beam deposition, freezes the deposited species at the moment they impinge on the substrate, preventing them from reaching or diffusing to the equilibrium site. The result is an open structure consisting of pores between the spherical grains and the grains, which act as a major channel of water and oxygen permeation. Therefore, the single inorganic thin films formed by the moisture or oxygen electron beam evaporation method of the passivation film exhibit an essentially low deposition type energy structure. Therefore, despite the deposition on the substrate under the same conditions, it was found that the moisture permeability was greatly affected by the adhesion between the substrate and the inorganic thin films, the surface roughness, and defects such as pores and pinholes. In order to solve the problems of such single inorganic thin films, inorganic composites in which a single inorganic material is mixed in various ratios are used.

iii) 패시배이션막으로 무기 복합 박막을 사용한 경우iii) Inorganic composite thin film used as passivation film

단일 무기 박막들의 문제점을 해결하기 위하여 SiO2를 유리형성자로 선택하고, 유리 변형자로 SiO2 ZnO를 ZnO의 비율 x가 유리형성자와 유리변형자 총 원자량에 대하여 0, 10, 30, 50, 70, 90, 100 원자량%를 갖도록 혼합하여 무기복합 박막들을 제작하여 조성비에 따른 수분투과 특성을 조사하였다.In order to solve the problems of single inorganic thin films, SiO 2 was selected as a glass former, and SiO 2 and ZnO is mixed so that the ratio x of ZnO has 0, 10, 30, 50, 70, 90, 100 atomic% of the total atomic weight of the glass former and the glass modifier to prepare inorganic composite thin films. Investigate.

도 3은 유리 기판 위에 성막된 x = (a) 30, (b) 50, (c) 70 원자량% 박막을 패시배이션 층으로 사용한 칼슘 셀에 대한 대기 중 시간별 광투과도 스펙트럼의 변화를 나타낸 것이다. x = 30 과 70원자량%의 무기 복합 박막들의 포화 시간은 각각 130과 540분으로 나타난 반면, x = 50원자.%인 박막의 경우 660분 후에도 완전히 포화되지 않는다. 이는 x = 30 과 70 원자량%의 박막들은 포화 시간 후 가시광 영역에서의 평균 투과율이 80%를 넘고 있으나, x = 50 원자량%의 박막에서는 660분 후에도 평균 투과율이 80%에 훨씬 못 미치고 있음을 볼 이와 같이 무기 복합 박막 은 그 혼합 비율에 따라 수분투과율이 획기적으로 향상될 수 있음이 확인되었으며, 특히 x=50인 박막이 가장 우수한 수분 투과 방지 효과를 나타내었다.FIG. 3 shows the change in the time-dependent light transmittance spectrum in the atmosphere for a calcium cell using x = (a) 30, (b) 50, (c) 70 atomic percent thin films deposited on a glass substrate as a passivation layer. The saturation times of the inorganic composite thin films of x = 30 and 70 atomic% were shown as 130 and 540 minutes, respectively, whereas the thin films of x = 50 atomic% were not fully saturated even after 660 minutes. This shows that x = 30 and 70 atomic% thin films have an average transmittance of 80% in the visible region after saturation time, but the average transmittance is far less than 80% after 660 minutes in x = 50 atomic% thin films. As described above, it was confirmed that the moisture permeability of the inorganic composite thin film could be significantly improved according to the mixing ratio. In particular, the thin film having x = 50 showed the best water permeation prevention effect.

그리고, 도 4의 MOCON TEST에서 알 수 있는 바와 같이 x=50인 복합 박막은 10-3g/m2-day 이하의 수분투과율과 10-3cc/m2-day 이하의 투산소율을 가지고 있으며, 이는 칼슘 테스트와도 일치하는 결과를 보여 준다.And, as can be seen in the MOCON TEST of FIG. 4, x = 50 composite thin film has a moisture permeability of 10 -3 g / m 2 -day or less and an oxygen permeability of 10 -3 cc / m 2 -day or less , Which is consistent with the calcium test.

도 5a 및 도 5b는 유리 기판 위에 성막된, x= 0, 10, 30, 50, 70, 90, 100 at.%인 박막들의 2차원 (왼쪽)과 3차원 (오른쪽) AFM 상이다.5A and 5B are two-dimensional (left) and three-dimensional (right) AFM images of thin films deposited on a glass substrate with x = 0, 10, 30, 50, 70, 90, 100 at.%.

(a)의 SiO2나 (g)의 ZnO 박막은 구형의 그레인(Grain)과 그레인들 사이의 기공으로 구성된 열린(open) 구조가 초래된다. 기공들은 수분과 산소투과의 주요한 통로로서 역할을 하게 될 것이다. 따라서 패시배이션 층의 수분 또는 산소 투과 방지 효과를 향상시키기 위해서는 전자선 증착법에 의한 박막 공정에서 쉽게 나타날 수 있는 기공이나 핀홀을 최소화할 수 있는 방법이 적용되어야 하는 것이 우선적이라 할 수 있다.The SiO 2 thin film of (a) or the ZnO thin film of (g) results in an open structure composed of spherical grains and pores between the grains. The pores will act as a major channel of water and oxygen permeation. Therefore, in order to improve the water or oxygen permeation prevention effect of the passivation layer, it may be said that a method of minimizing pores or pinholes that may easily appear in the thin film process by electron beam deposition may be applied.

일반적으로 무기 박막의 경우, 이온(ion)이 결합되거나 박막 구성에 참여하는 경우 박막의 밀도를 높일 수 있다. 그러나 이러한 ion-assisted 구조를 형성하기 위해서는 매우 높은 에너지가 박막에 가해져야 하는 것이 일반적이라 할 수 있다. 따라서 전자선 증착기를 사용하고, 저온 공정으로 무기 박막의 밀도를 높이는 방법으로 무기물을 혼합한다. (b)-(f)에서 보는 바와 같이 무기 복합 박막은 SiO2나 ZnO박막에 비해서 훨씬 치밀한 구조를 나타냄으로써, 그들의 패시배이션 밀도가 크 게 향상된 것을 볼 수 있다.In general, in the case of the inorganic thin film, when the ions are bonded or participate in the thin film composition, the density of the thin film may be increased. However, in order to form such an ion-assisted structure, very high energy must be applied to the thin film. Therefore, the inorganic material is mixed by using an electron beam evaporator and increasing the density of the inorganic thin film by a low temperature process. As shown in (b)-(f), inorganic composite thin films have a much more compact structure than SiO 2 or ZnO thin films, and thus, their passivation density can be seen to be greatly improved.

OLED의 패시배이션 층으로써 복합 박막을 적용하기 위해서는 낮은 수분투과율과 투산소율 외에도 그들의 구조적 특성과 가시광 영역에서의 투과율 또한 매우 중요한 요소이다.In order to apply a composite thin film as a passivation layer of an OLED, in addition to low moisture permeability and oxygen permeability, their structural characteristics and transmittance in the visible region are also important factors.

도 6은 유리 기판 위에 증착된 SiO2, ZnO 그리고 SiO2와 ZnO가 50:50으로 첨가된 박막들의 (a)광 투과 스펙트럼과 (b)X선 회절분석기(XRD) 결과를 나타낸 것이다.6 shows (a) light transmission spectrum and (b) X-ray diffractometer (XRD) results of SiO 2 , ZnO deposited on a glass substrate, and thin films added with SiO 2 and ZnO at 50:50.

(a)에서 SiO2 박막에 비해 상대적으로 광학적 띠 간격이 작은 ZnO 박막의 경우, 광 투과 스펙트럼의 흡수 단(absorption edge)이 장파장 쪽으로 크게 이동하면서, 광 투과율이 매우 열악한 것을 볼 수 있는 반면, SiO2와 ZnO 50:50 혼합 박막의 광투과율은 가시광 영역에서 평균 90%에 달하는 매우 우수한 특성을 나타내며, 거의 SiO2 박막과 비슷한 광 투과율을 보여준다.In (a), the ZnO thin film having a smaller optical band spacing than the SiO 2 thin film can be seen that the light transmittance is very poor while the absorption edge of the light transmission spectrum moves largely toward the long wavelength. The light transmittance of the 2 and ZnO 50:50 mixed thin films is very good (average 90%) in the visible region, and is similar to that of the SiO 2 thin film.

또한 (b)에 나타낸 XRD 패턴에서 볼 수 있듯이 결정성을 나타내는 피크를 전혀 발견할 수 없는 비정질 구조를 갖고 있음을 확인할 수 있다. In addition, as can be seen from the XRD pattern shown in (b), it can be confirmed that it has an amorphous structure in which no peak showing crystallinity can be found.

도 7과 도 8은 상기한 칼슘 테스트용 유리기판을 이용한 패시배이션에서 유리기판대신 PEN기판을 사용한 것의 수분투습율과 광투과율을 나타내는 것으로, 도 7에서 Max와 Min은 하루중 실험결과 최고치와 최소치를 나타내고 수직축은 10의 승수를 나타내고 수평축은 혼합비율을 나타낸다.7 and 8 show the moisture permeability and light transmittance of the PEN substrate instead of the glass substrate in the passivation using the above-described calcium test glass substrate, Max and Min in FIG. The minimum axis represents the multiplier of 10 and the horizontal axis represents the mixing ratio.

도 7 및 도 8에서 수분투습율과 광투과율은 SiO2 와 ZnO가 35:65 혼합된 복합 막막이 수분투습율이 가장낮고 광투과율이 우수하였다.In FIG. 7 and FIG. 8, the moisture permeability and the light transmittance of the composite membrane film mixed with SiO 2 and ZnO 35:65 showed the lowest moisture permeability and excellent light transmittance.

따라서 전자선 증착법에 의해 제작된 SiO2 와 ZnO복합 무기 박막은 OLED의 패시배이션 층으로 충분히 적용할 수 있는 낮은 수분투과율과 투산소율을 갖는 물질로 우수한 패시배이션 또는 가스 차단 특성을 얻을 수 있으며, 단일층의 사용 및 막의 균열에 대한 영향을 극복하기 위한 유기물 층(프라이머 혹은 페널린)과 동시에 적용될 때 OLED 또는 플렉시블 기판에서 요구하는 낮은 수분 및 산소 투과율을 만족시킬 수 있게 된다.Therefore, SiO 2 and ZnO composite inorganic thin films produced by electron beam deposition are low water permeability and oxygen permeability that can be sufficiently applied as a passivation layer of OLED, and excellent passivation or gas barrier properties can be obtained. When applied simultaneously with the use of monolayers and organic layers (primers or peninsins) to overcome the effects of film cracking, it is possible to meet the low moisture and oxygen transmission rates required for OLEDs or flexible substrates.

2. 2. RFRF -- MagnetronMagnetron 스퍼터링법에Sputtering method 의한  by 패시배이션Passivation 층 형성 방법 Layer formation method

전술한 전자선 증착법에 비하여, 일반적으로 스퍼터링 또는 화학기상성장법(CVD)은 높은 이동도를 갖는 증착종에 의해 박막 내에 형성되는 기공의 크기를 줄이고 그 결과 패시배이션 밀도(박막의 치밀도)를 증가시켜 박막을 통한 수분과 산소의 투과를 효과적으로 차단할 수 있는 치밀한 미세 구조의 박막을 형성할 수 있으므로, 하기에서는 RF-magnetron 스퍼터링법을 사용하여 패시배이션 층을 형성하는 방법을 설명한다.Compared to the electron beam deposition method described above, sputtering or chemical vapor deposition (CVD) generally reduces the size of the pores formed in the thin film by the deposition species having high mobility, and consequently reduces the passivation density (density of the thin film). Since it is possible to form a thin film having a fine structure that can effectively block the permeation of moisture and oxygen through the thin film, the following describes a method of forming a passivation layer using the RF-magnetron sputtering method.

(1) (One) 타겟target 제작 making

타겟 제작을 위한 유리 형성자로서 일본 고순도사의 100 nm의 크기를 갖는 SiO2분말(99.999%)와 굴절률과 극성(Polarizability)이 큰 1μm의 크기를 갖는 ZnO 분말(99.999 %)을 유리 변형자로 선택하여 SiO2를 100-X 원자량%, ZnO를 X 원자량%에서 X=0, 10, 30, 50, 70, 90 원자량%를 갖도록 볼밀(Ball Mill)을 사용하여 24시간 동안 고르게 혼합하였다. 볼밀에 의한 교반 작업 후, 막자사발에서 손으로 직접 교반 및 분쇄하는 핸드밀(Hand Mill)을 2시간 실시하여, 각 조성비 별 SZO 혼합 무기물을 제작하였다.As a glass former for the target fabrication, a glass modifier was selected as a glass modifier of SiO 2 powder having a size of 100 nm (99.999%) and ZnO powder having a size of 1 μm having a high refractive index and polarity (99.999%). SiO 2 was mixed evenly for 24 hours using a ball mill to have 100-X atomic% and ZnO at X atomic% by X = 0, 10, 30, 50, 70, 90 atomic%. After agitation by a ball mill, a hand mill (Hand Mill) for directly stirring and pulverizing by hand in a mortar and pestle was performed for 2 hours, thereby preparing SZO mixed inorganic materials for each composition ratio.

조성비 별로 고르게 혼합된 SZO 혼합 무기물에 포함된 습기를 제거하기 위해 600 ℃에서 2시간 동안 소결하였으며, 소결된 SZO 분말은 다시 2인치 몰리브덴 몰드와 압착기(Carver Press)를 사용하여 압착, 분쇄, 핸드밀, 재소결, 재압착, 고형화의 순으로 반복하여 스퍼터 타겟을 제작하였다. 최종 고형화 과정은 1000 ℃에서 2시간 동안 실시되었으며, 변형을 최소화하기 위해 자연 냉각시켰다.The sintered SZO powder was sintered at 600 ° C. for 2 hours to remove moisture contained in the SZO mixed minerals evenly mixed according to the composition ratios. The sintered SZO powder was again pressed, crushed, hand milled, The sputter target was repeatedly manufactured in the order of resintering, recompression, and solidification. The final solidification process was carried out at 1000 ° C. for 2 hours and naturally cooled to minimize deformation.

(2) 기판 세척(2) substrate cleaning

기판으로 사용된 PEN을 50X50mm의 크기로 잘라 산화물 박막의 박리현상과 핀홀 현상을 줄여 박막의 부착성을 향상시키기 위해, 증류수, 알코올 순으로 초음파 세척함으로써 불순물들을 제거하였다. 초음파 세척된 기판은 다시 표면의 수분과 먼지들을 제거하기 위해 질소(N2 ) 가스로 블로잉(blowing)하였다. 마지막으로 현미경을 사용하여 표면에 이물질이 남아 있는지를 확인한 후 유산지로 밀봉한다. In order to reduce the peeling phenomenon and the pinhole phenomenon of the oxide thin film by cutting the PEN used as the substrate to the size of 50 × 50 mm, impurities were removed by ultrasonic washing in the order of distilled water and alcohol. The ultrasonically cleaned substrate was again blown with nitrogen (N 2 ) gas to remove moisture and dirt from the surface. Finally, use a microscope to check the surface for debris and seal it with lactic acid paper.

(3) (3) SZOSZO 증착 deposition

본 발명의 스퍼터링 시스템은 DC 와 RF 겸용이며, 진공 시스템으로는 고진공 펌프를 사용하여 10-6Torr의 진공을 유지할 수 있도록 한다. PEN 기판 위에 성막된 모든 SZO 박막들은 2x10-3Torr의 순수한 아르곤(Ar) 가스 분위기에서 상온 증착되었으며 RF Power는 50 watt, 타겟과 기판 사이의 거리는 7cm이다. 매 증착 시 셔터(shutter)를 사용하여 10분 동안 프리 스퍼터링(Pre-스퍼터링)을 실시하며, 증착 조건은 표 3과 같다.The sputtering system of the present invention is a combination of DC and RF, it is possible to maintain a vacuum of 10 -6 Torr by using a high vacuum pump as a vacuum system. All SZO thin films deposited on PEN substrates were deposited at room temperature in pure Argon (Ar) gas atmosphere of 2x10 -3 Torr, RF Power is 50 watts, and the distance between target and substrate is 7cm. In each deposition, pre-sputtering (pre-sputtering) is performed for 10 minutes using a shutter, and the deposition conditions are shown in Table 3.

Figure 112008030047792-PAT00004
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(4) 측정방법(4) measuring method

SZO 무기복합박막의 패시배이션 특성을 조사하기 위하여 칼슘 테스트를 이용하였다. 유리 기판 (sodalime glass)위에 칼슘 셀을 10 x 20 mm2의 크기로 열증착한 후, 그 위에 수분 투과 방지를 위한 패시배이션 층으로써 무기복합 박막들을 증착하였다. 이때 인가된 RF Power는 50 watt, 그리고 증착 시간은 120 분으로 고정하였다.Calcium test was used to investigate the passivation characteristics of SZO inorganic composite thin films. After thermal evaporation of calcium cells to a size of 10 x 20 mm 2 on a glass substrate (sodalime glass), inorganic composite thin films were deposited thereon as a passivation layer to prevent moisture permeation. The applied RF power was fixed at 50 watts and the deposition time was 120 minutes.

SZO 박막의 성막 특성은 ZnO의 성분이 증가할수록 박막의 두께가 증가하는 것을 보여주는데, x가 30원자량%를 초과할 경우 박막의 두께가 급격하게 증가하는 것을 보여준다. 이와 같은 ZnO 성분에 따른 SZO 박막의 두께 증가는 SiO2에 비해 ZnO의 스퍼터링 수율(yield)이 크고 그에 따른 증착률이 증가하기 때문인 것으로 설명할 수 있다. 따라서 조성비가 다른 SZO 박막의 두께의 균일화는 조성비에 따른 증착 시간을 조절함으로써 가능하다.The film formation characteristics of the SZO thin film show that the thickness of the thin film increases as the ZnO component increases. When x exceeds 30 atomic%, the thin film thickness rapidly increases. The increase in the thickness of the SZO thin film according to the ZnO component may be explained as the sputtering yield of ZnO is larger than that of SiO 2 and the deposition rate increases accordingly. Therefore, the uniformity of the thickness of the SZO thin films having different composition ratios is possible by controlling the deposition time according to the composition ratios.

스퍼터링법으로 성막된 SiO2와 ZnO 단일 무기 박막들은 WVTR 측정 결과, 1×102 g/m2-day의 값을 갖는 것이 확인됨으로써, OLED의 패시배이션 층으로 사용하기에는 부적합한 것으로 나타났다.The SiO 2 and ZnO single inorganic thin films deposited by the sputtering method were found to have a value of 1 × 10 2 g / m 2 -day as a result of WVTR measurement, indicating that they were not suitable for use as a passivation layer of OLEDs.

도 9는 SiO2가 100-x 원자량%, ZnO가 x 원자량%(x=10, 20, 30, 40)의 무기복합박막으로 패시배이션된 칼슘 셀의 수분 흡수 특성을 각각 (a), (b), (c), (d)에 나타내었다.9 are water absorption characteristics of calcium cells passivated with inorganic composite thin films having SiO 2 of 100-x atomic% and ZnO of x atomic% (x = 10, 20, 30, 40), respectively (a), ( b), (c) and (d).

SZO 무기복합박막은 조성비에 따라 수분투과 특성이 현저하게 차이가 있는 것을 볼 수 있다. ZnO 성분 x=10, 20, 30, 40의 박막을 패시배이션 층으로 사용했을 때 각각의 포화 시간이 40분, 110분, 360분 그리고 2,160 분으로 측정되었다.SZO inorganic composite thin film can be seen that the water permeation characteristics are significantly different depending on the composition ratio. When the ZnO components x = 10, 20, 30, 40 thin films were used as passivation layers, the respective saturation times were measured at 40 minutes, 110 minutes, 360 minutes and 2,160 minutes.

따라서, 순수 칼슘 셀들의 포화 시간이 모두 비슷한 10분임을 감안하면, SZO혼합 무기 박막은 ZnO 성분이 증가할수록 수분투과 방지 효과가 현저하게 개선되는 것을 알 수 있다.Therefore, considering that the saturation times of the pure calcium cells are all similar to 10 minutes, it can be seen that the SZO mixed inorganic thin film significantly improves the water permeation prevention effect as the ZnO component is increased.

특히, 도 10의 (a)에 나타낸 SiO2와 ZnO가 50:50원자량% 혼합된 박막의 경우는 포화 시간이 거의 72시간으로써, 패시배이션막이 형성되지 않은 칼슘 셀에 비하여 포화 시간이 532배나 증가한 것을 볼 수 있다.Particularly, in the case of a thin film of 50:50 atomic% mixed with SiO 2 and ZnO shown in FIG. 10A, the saturation time is almost 72 hours, which is 532 times higher than that of the calcium cell in which the passivation film is not formed. You can see the increase.

(b)는 단일 무기 박막을 포함하여 혼합 무기 박막의 조성비에 따른 패시배이션 특성을 비교하기 위해 550 nm의 파장에서의 광투과율 변화를 대기 노출 시간의 함수로 나타낸 것이다. 먼저 단일 무기 박막의 경우, SiO2 패시배이션 층을 갖는 칼슘 셀의 포화 시간(약 40분) 이후, 광투과율은 80%에서 거의 변하지 않음을 볼 수 있는데, 이는 x= 10과 30의 혼합 무기박막을 갖는 칼슘 셀에서도 광투과율이 거의 80%에서 포화되는 것을 보여 준다. 그러나 ZnO 박막의 경우에는 광투과율이 약 50% 근처에서 포화되는데, 이는 ZnO 박막 자체의 광투과율이 다른 무기 박막들보다 현저하게 떨어지기 때문이다. 한편, x=50의 경우 측정 시간 내에서 포화 시간의 관측은 불가능하지만, 광투과율이 80%에 도달하기 위해서는 3일 정도 걸리는 것이 앞에서 확인되었다. 반면, x=70과 x=90의 경우에는 광투과율이 80%에 도달하기 위해서는 수 개 월이 걸릴 것으로 판단된다. 그 이유는 ZnO를 제외하고는 모든 SZO 혼합 무기 박막 자체의 광투과율이 거의 비슷하기 때문이다.(b) shows the change in light transmittance as a function of atmospheric exposure time at a wavelength of 550 nm to compare the passivation characteristics according to the composition ratio of mixed inorganic thin films including a single inorganic thin film. First, in the case of a single inorganic thin film, after the saturation time (about 40 minutes) of the calcium cell with the SiO 2 passivation layer, it can be seen that the light transmittance hardly changes at 80%, which is a mixed inorganic of x = 10 and 30 It also shows that the light transmittance saturates at almost 80% even in thin calcium cells. However, in the case of ZnO thin films, the light transmittance saturates around 50%, since the light transmittance of the ZnO thin film itself is significantly lower than that of other inorganic thin films. On the other hand, in the case of x = 50, it was impossible to observe the saturation time within the measurement time, but it was confirmed above that it took about 3 days for the light transmittance to reach 80%. On the other hand, in the case of x = 70 and x = 90, it may take several months for the light transmittance to reach 80%. The reason is that except for ZnO, the light transmittances of all the SZO mixed inorganic thin films themselves are about the same.

도 11의 (a)는 패시배이션 층으로써 x=70과 x=90인 무기복합박막을 갖는 칼슘 셀의 수분 흡수 특성을 각각 나타낸 것이고, (b)는 경과 시간에 따른 시료의 실제 모습을 사진으로 나타내었다.Figure 11 (a) is a passivation layer showing the water absorption characteristics of the calcium cell having an inorganic composite thin film of x = 70 and x = 90, respectively, (b) is a photograph of the actual appearance of the sample over time As shown.

(a)의 x=70인 패시배이션 층의 경우, 14일 경과 후에도 400nm 이상의 파장영역에서의 광투과율은 0.2%를 넘지 않는다. 이는 패시배이션 층을 투과하여 칼슘 셀에 흡수되는 수분이 거의 없는 것으로 해석할 수 있다. 뿐만 아니라 1개월 후에도 광투과율은 1% 이하를 유지함으로써, 3개월 후에도 포화시간을 측정하기가 어려웠다. 본 시료의 경우, 패시배이션막이 형성되지 않은 칼슘 셀(이하 Bare 칼슘 셀이라 함)의 포화 시간은 약 30분으로 나타났다. 이는 다른 패시배이션 층에 비하여 칼슘 셀이 비교적 두껍게 성막된 점을 감안하더라도 bare 칼슘 셀의 포화시간과 비교해 볼 때, x=70 인 SZO 패시배이션 층에 의한 포화 시간이 수 천배 증가한 것으로써, 수분투과 방지 효과가 탁월한 것으로 평가할 수 있다.In the case of the passivation layer of x = 70 in (a), the light transmittance in the wavelength region of 400 nm or more does not exceed 0.2% even after 14 days have elapsed. This can be interpreted that little water is absorbed by the calcium cells through the passivation layer. In addition, after one month, the light transmittance was maintained at 1% or less, making it difficult to measure the saturation time even after three months. In this sample, the saturation time of a calcium cell (hereinafter referred to as Bare calcium cell) where no passivation film was formed was about 30 minutes. This is a thousand-fold increase in saturation time due to the SZO passivation layer with x = 70, compared to the saturation time of bare calcium cells, given that the calcium cells were deposited relatively thick compared to other passivation layers. It can be evaluated that the water permeation prevention effect is excellent.

한편, 순수 칼슘 셀의 포화 시간에 대비하여 수 천배 이상의 증가는 (a)에 나타낸 x=90인 패시배이션 층에서도 관측된다. 본 시료의 경우, bare 칼슘 셀의 포화 시간은 약 17분이며, 패시배이션 층의 두께는 약 800 nm 이다. 14일간의 광투과율 변화를 보면, 400 nm 이상의 파장에서 0.5 %이하의 광투과율 변화를 보여 준다. 파장 400 nm 이하에서 나타나는 광투과율 피크는 측정 시 레퍼런스 에러(Reference error)와 칼슘 셀의 불균일한 수분 흡수에 기인하는 것으로 추정된다. 칼슘 셀의 불균일한 수분 흡수는 (b)에 나타낸 경과 시간에 따른 시료의 형태에서 확인할 수 있다. 12시간 경과 후, 칼슘 셀의 수분 흡수는 시료의 오른쪽 하단 모서리에서부터 일어나는 것을 볼 수 있으며, 시간이 경과할수록 흡수 영역이 점점 확대되는 것을 볼 수 있다. 특히 본 발명에서 사용한 칼슘 셀은 광투과율 측정을 감안하여 제작하였기 때문에 비교적 크게 제작함으로써, 패시배이션 후 칼슘 셀의 수분 흡수는 주로 칼슘 셀의 모서리 부분에서 먼저 일어나는 공통점을 보여 주는데, 이는 패시배이션 층에 의한 모서리 영역을 제외한 부분에서 평가하는 것이 타당한 것으로 판단된다.On the other hand, an increase of more than a thousand times compared to the saturation time of pure calcium cells is also observed in the passivation layer having x = 90 shown in (a). For this sample, the saturation time of the bare calcium cell is about 17 minutes and the thickness of the passivation layer is about 800 nm. A change in light transmittance over 14 days shows a light transmittance change of less than 0.5% at wavelengths above 400 nm. Light transmittance peaks appearing at wavelengths below 400 nm are presumed to be due to reference errors and non-uniform moisture absorption of calcium cells in the measurement. Non-uniform water absorption of the calcium cells can be confirmed in the form of the sample with elapsed time shown in (b). After 12 hours, the water absorption of the calcium cells can be seen to occur from the lower right corner of the sample, and as time passes, the absorption region is gradually enlarged. In particular, since the calcium cell used in the present invention was manufactured in consideration of the light transmittance measurement, it was manufactured relatively large, and thus water absorption of the calcium cell after passivation mainly shows the common point occurring first at the corner of the calcium cell, which is the passivation. It is considered reasonable to evaluate in the part except the edge area by layer.

도 12는 유리 기판 위에 비슷한 두께로 성막된 다양한 무기 박막들의 광투과 스펙트럼을 나타낸 것이다. x=90 이하의 무기 박막들은 가시광 영역에서 85% 이상의 매우 우수한 광투과율을 나타내는 반면, ZnO 박막의 경우에는 광투과율이 다소 감소함과 동시에 광 흡수단 (absorption edge)이 다른 박막에 비해 장파장 쪽으로 크게 이동한 것을 볼 수 있다. 이상의 실험 결과로 볼 때, SZO 무기복합박막은 단일 무기박막들과 비교했을 때 조성비, 박막의 두께, 증착 방법에 따라 WVTR과 OTR 특성을 획기적으로 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있으며, 특히 x=70과 90의 SZO 무기복합 박막은 10-3g/m2.day 이하의 수분투과율을 나타낸다.12 shows light transmission spectra of various inorganic thin films deposited to a similar thickness on a glass substrate. Inorganic thin films of less than x = 90 show very good light transmittance of more than 85% in the visible region, while ZnO thin films have a slightly reduced light transmittance and a large absorption wavelength compared to other thin films. You can see it moved. From the above experimental results, it can be seen that the SZO inorganic composite thin film can significantly improve the WVTR and OTR characteristics according to the composition ratio, the thickness of the thin film, and the deposition method when compared with the single inorganic thin films. In particular, x = 70 And 90 SZO inorganic composite thin films have a water transmittance of 10 −3 g / m 2 .day or less.

도 13a 및 도 13b는 SZO 박막의 조성비에 따른 박막들의 결정성을 분석하기 위해서 XRD 패턴을 나타낸 것이다. 여기서, Cu-Ka(1.54)선을 사용한 X-선 회절장치를 이용하여 20°-80°구간에서 40kV, 100mA의 조건에서 2θ scan으로 측정하였다. (b) 박막은 Hexagonal wurtzite의 구조를 나타내는 결정 피크를 2θ = 33o 근방에서 확인할 수 있는 반면, SiO2는 비정질 구조임을 확인할 수 있다. OLED의 패시배이션 또는 FOLED의 가스 배리어 층으로 적용하기 위해서는 치밀한 비정질 구조를 갖는 것이 여러 면에서 유리하다는 것은 일반적인 사실이다. ZnO의 경우 여러 가지 기능적인 면에서 패시배이션 층으로서의 가능성이 확인되었지만 결정 구조를 가지면서, 가시광 영역에서의 투과율이 낮으며, 광학적 띠 간격이 작은 단점이 있다. 반면, SiO2 박막은 넓은 광학적 띠 간격과 광투과율이 큰 비정질 구조를 갖는 대신 성긴 구조에 의해 수분투과율이 큰 단점을 갖는다. 13A and 13B illustrate XRD patterns for analyzing crystallinity of thin films according to composition ratios of SZO thin films. Here, using an X-ray diffraction apparatus using a Cu-Ka (1.54) line, it was measured by 2θ scan under a condition of 40 kV and 100 mA in a 20 ° -80 ° section. (b) The thin film can confirm the crystal peak indicating the structure of hexagonal wurtzite in the vicinity of 2θ = 33 o , whereas SiO 2 is an amorphous structure. It is common practice to have a dense amorphous structure for application as a passivation of an OLED or as a gas barrier layer of a FOLED. ZnO has been identified as a passivation layer in various functional aspects, but has a crystal structure, a low transmittance in the visible region, and a small optical band spacing. On the other hand, the SiO 2 thin film has a large optical band gap and a light transmittance amorphous structure, but has a disadvantage in that the water transmittance is large due to the coarse structure.

따라서 본 발명에서는 SiO2와 ZnO를 화합한 무기 박막을 제작함으로써, (c)(d)(e)와 같은 치밀한 비정질구조, 넓은 광학적 띠 간격, 가시광 영역에서의 고투과율 그리고 극성이 큰 혼합 무기 박막을 제작함으로써, SiO2와 ZnO 박막들의 단점을 극복하여 OLED의 패시배이션 층과 가스 배리어 층으로서 매우 적합한 새로운 물질임을 확인하였다.Therefore, in the present invention, by fabricating an inorganic thin film of SiO 2 and ZnO, a mixed inorganic thin film having a high density in a dense amorphous structure such as (c) (d) (e), a wide optical band spacing, a high transmittance in the visible region and a polarity By overcoming the shortcomings of the SiO 2 and ZnO thin films, it was confirmed that the material is very suitable as a passivation layer and a gas barrier layer of the OLED.

3. 공정 방법에 따른 무기복합 박막의 특성 비교3. Comparison of Characteristics of Inorganic Composite Thin Films According to Process Methods

도 14는 유리 기판 위에 (a),(b) 전자선 증착법과 (c),(d) RF-마그네트론 스퍼터링 방법으로 성막된 SiO2 박막과 (SiO2)50(ZnO)50 박막의 AFM 상을 나타낸 것이다. 일반적으로 박막 성장 동안 배이퍼(vapor) 원자 또는 분자들은 응축(Condense)하고, 증착 방법(Thermal Evaporation, 스퍼터링, Ion Beam Assisted Deposition, PECVD)과 증착 조건(기판 온도, 증착률, 압력)에 의해 결정되는 ad-atom(증착종)의 이동도(Mobility)에 따라 그들의 평형 위치에 도달하고, 박막표면에 확산된다. 일반적으로 열증착과 전자선 증착과 같이 낮은 ad-atom 이동도를 갖는 증착은 ad-atom들이 기판에 충돌하는 순간 그들을 동결(freeze)시켜 그들이 평형 사이트(Site)로 찾아 가거나 확산하는 것을 막는다. 그 결과 도 13의 (a)에서 SiO2 박막과 같이 구형의 그레인(Grain)과 그레인들 사이의 기공으로 구성된 열린(open) 구조가 초래된다. 기공들은 수분과 산소투과의 주요한 통로로서 역할을 하게 될 것이다. 따라서 패시배이션 층의 수분 또는 산소 투과 방지 효과를 향상시키기 위해서는 박막 공정에서 쉽게 나타날 수 있는 기공이나 핀홀을 최소화할 수 있는 방법이 적용되어야 한다.FIG. 14 shows AFM images of a SiO 2 thin film and (SiO 2 ) 50 (ZnO) 50 thin film deposited on a glass substrate by (a), (b) electron beam deposition and (c) and (d) RF-magnetron sputtering. will be. In general, vapor atoms or molecules condense during thin film growth and are determined by deposition method (Thermal Evaporation, Sputtering, Ion Beam Assisted Deposition (PECVD)) and deposition conditions (substrate temperature, deposition rate, pressure). Depending on the mobility of the ad-atom (deposited species), they reach their equilibrium position and diffuse onto the thin film surface. In general, deposition with low ad-atom mobility, such as thermal deposition and electron beam deposition, freezes the ad-atoms as they impinge on the substrate, preventing them from reaching or diffusing to the equilibrium site. As a result, in FIG. 13A, an open structure composed of spherical grains and pores between the grains, such as a SiO 2 thin film, is obtained. The pores will act as a major channel of water and oxygen permeation. Therefore, in order to improve the moisture or oxygen permeation prevention effect of the passivation layer, a method for minimizing the pores or pinholes that can easily appear in the thin film process should be applied.

스퍼터링 공정은 이와 같은 맥락에서 박막의 치밀함을 증가시킬 수 있다. 이는 도 13에서 확인되듯이 전자선 증착법에 의해 성막된 무기 박막들 도 13의 (a) 와 (b)보다 스퍼터링 방법에 의해 성막된 무기 박막들 도 13의 (c) 와 (d)가 훨씬 치밀한 구조를 갖는 것을 볼 수 있다. 이러한 구조의 치밀함은 수분투과 방지 효과의 측면에서도 확연하게 나타나며, 그 결과는 도 14에서 확인할 수 있다.The sputtering process can increase the compactness of the thin film in this context. As can be seen from FIG. 13, inorganic thin films formed by electron beam deposition method, inorganic thin films formed by sputtering method than those of FIGS. 13A and 13B, structures (c) and (d) of FIG. 13 are much denser. It can be seen that The compactness of this structure is also apparent in terms of the moisture permeation prevention effect, the results can be seen in FIG.

도 15는 (a)전자선 증착법과 (b)스퍼터링 방법에 의해서 50: 50 원자량%로 혼합된 SZO 박막의 칼슘 테스트 결과를 비교한 것이다. 여기서 칼슘 셀과 패시배이션 층은 동일한 두께로 제작되었다. 전자선 증착법에 성막된 패시배이션 층을 갖는 칼슘 셀의 포화 시간이 660분(11 시간)인 반면, 스퍼터링에 의해 성막된 패시배이션 층을 갖는 칼슘 셀의 포화 시간은 4,320분(72 시간)을 나타냄으로써, 전자에 비해 훨씬 개선된 수분 투과 방지 효과를 갖는 것을 알 수 있다FIG. 15 compares calcium test results of SZO thin films mixed at 50: 50 atomic% by (a) electron beam deposition and (b) sputtering. Here the calcium cells and passivation layers are made of the same thickness. The saturation time of the calcium cell with the passivation layer deposited by electron beam deposition was 660 minutes (11 hours), while the saturation time of the calcium cell with the passivation layer deposited by sputtering was 4,320 minutes (72 hours). By showing, it can be seen that it has a much improved water permeation prevention effect compared to the former.

이와 같이 혼합 무기 박막의 공정 방법에 따른 수분투과율 차이가 발생되는 이유를 살펴본다.As such, the reason for the difference in moisture permeability according to the process method of the mixed inorganic thin film will be described.

칼슘 셀 위에 성막된 혼합 무기 박막들이 표면(top surface)과 기공의 내부 표면에서 큰 쌍극자 모우멘트와 lone-pair 전자들을 갖는 물 분자를 흡착하여 표면에서 OH 그룹을 생성한다. 특히, 극성(polarizability)과 굴절률을 갖는 ZnO의 첨가에 의해 기공의 내부 표면에서 수분과 강한 작용에 의해 높은 밀도의 OH 그룹이 형성된다. 기공 내에 형성된 OH 그룹은 침투한 수분과 결합하여, 연속적인 수분 투과를 방해하게 되어 그 결과 수분투과율을 감소시키게 된다.Mixed inorganic thin films deposited on calcium cells adsorb water molecules with large dipole moments and lone-pair electrons at the top surface and the inner surface of the pores to produce OH groups at the surface. In particular, the addition of ZnO with polarizability and refractive index results in the formation of high density OH groups by strong action with moisture at the inner surface of the pores. The OH group formed in the pores binds with the moisture that has penetrated, which prevents continuous moisture permeation and consequently reduces the moisture permeability.

만일, 기공이 1 nm 이상의 크기를 가지면, 침투한 수분은 기공의 내부 표면의 OH 그룹으로부터 멀리 떨어진 기공의 한가운데를 통해 상호작용이 거의 없이 박막을 투과하며, 이는 전자전자선 증착법에 의해 성막된 혼합 무기 박막에서 일어날 수 있다. 그러나 만일, 스퍼터링에 의해 성막된 혼합 무기 박막의 경우, 구조가 더더욱 치밀해지면서 박막 내의 기공이 1 nm 이하의 크기를 가지면, 물 분자의 지름이 0.33 nm임을 고려하더라도 침투한 수분은 OH 그룹과 강하게 작용하고, 박막을 통한 수분 투과는 효과적으로 차단할 수 있을 것이다.If the pores have a size of 1 nm or more, the permeated moisture penetrates the thin film with little interaction through the middle of the pores away from the OH group on the inner surface of the pores, which is a mixed inorganic film deposited by electron electron beam deposition. It can happen in thin films. However, in the case of the mixed inorganic thin film formed by sputtering, if the structure becomes more dense and the pores in the thin film have a size of 1 nm or less, the water penetrated strongly with the OH group even considering that the diameter of the water molecules is 0.33 nm. And moisture permeation through the thin film will be effectively blocked.

따라서 스퍼터링 방법에 의해 제작된 SZO 복합 무기 박막은 OLED의 패시배이션 박막뿐만 아니라 FOLED 기판의 가스 barrier 층으로 충분히 적용할 수 있는 낮은 수분투과율과 투산소율 갖는 물질임을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that the SZO composite inorganic thin film manufactured by the sputtering method is a material having low moisture permeability and oxygen permeability, which can be sufficiently applied as a gas barrier layer of a FOLED substrate as well as a passivation thin film of OLED.

결론적으로 높은 극성을 가지는 유리 변형자 ZnO를 유리 형성자인 SiO2에 혼합하여 스퍼터링 방법으로 성막할 때 우수한 패시배이션 또는 가스 Barrier 특성을 얻을 수 있으며 OLED 또는 플랙서블 기판에서 요구하는 수분 및 산소 투과도를 만족시킬 수 있을 것으로 판단된다.In conclusion, high passivation ZnO having high polarity is mixed with SiO 2 , a glass former, to form a film by sputtering, and thus, excellent passivation or gas barrier properties can be obtained and moisture and oxygen permeability required by OLED or flexible substrate can be obtained. It seems to be able to satisfy.

한편, 반응성 스퍼터링 방법에서는 Si와 Zn을 사용하여 반응성가스로 산소와 아르곤을 동시에 주입하는 것 외에는 상기한 RF-Magnetron 스퍼터링 방법과 동일하며 간략하게 살펴보면, 유리 형성자로 Si분말, 유리 변형자로 Zn 분말을 사용하여 타겟을 제작하고, 세척공정을 통하여 유리 기판과 폴리머기판의 불순물을 제거하며, 고진공 펌프를 사용하여 초기진공 10-5Torr의 진공을 유지한 후, 10-3Torr 대역에서 2x10-5Torr의 산소와 아르곤(Ar) 가스 분위기에서 플라즈마를 형성하여 증착하며, 매 증착 시 셔터(shutter)를 사용하여 5-15분 동안 프리 스퍼터링(Pre-스퍼터링)을 실시한다.On the other hand, the reactive sputtering method is the same as the RF-Magnetron sputtering method described above, except that oxygen and argon are simultaneously injected into the reactive gas using Si and Zn. After the target is manufactured, the impurities in the glass substrate and the polymer substrate are removed through a washing process, and a high vacuum pump is used to maintain a vacuum of 10 -5 Torr in the initial vacuum, and then 2x10 -5 Torr in the 10 -3 Torr band. Plasma is formed by forming a plasma in an oxygen and argon (Ar) gas atmosphere, and pre-sputtering (pre-sputtering) is performed for 5-15 minutes using a shutter during every deposition.

이에 따라 결과물 역시 스퍼터링방법과 동일하므로 설명의 중복을 피하고자 상세한 설명은 생략한다.Accordingly, the result is also the same as the sputtering method, so detailed description is omitted to avoid duplication of description.

그리고, 상기한 SiO2와 ZnO가 10-90원자량%와 90-10원자량%로 조성된 패시배이션막에 틈이 발생되면 패시배이션 특성이 완벽하지 않으므로 이를 보호하기 위하여 상기한 패시배이션막 상부에 프라이머 혹은 페놀린 계열에서 선택된 1종 이상의 유기물막이 형성되어 다층구조의 패시배이션 막을 형성하며, 상기한 유기물막은 건식 혹은 습식코팅법으로 코팅되고, 상기한 패시배이션막은 상기한 바와 같이 증착, 스퍼터링 등으로 코팅되어, 기판상에 패시베이션막과 유기물막이 각각 5층 이하로 층상구조로 형성된다.In addition, if a gap occurs in the passivation film composed of 10 to 90 atomic% and 90 to 10 atomic% of SiO 2 and ZnO, the passivation film is not perfect, and thus the passivation film is protected. At least one organic film selected from a primer or phenolic series is formed on the upper layer to form a passivation film having a multilayer structure. The organic film is coated by a dry or wet coating method, and the passivation film is deposited as described above. Coated with sputtering or the like to form a passivation film and an organic film on the substrate, each having a layer structure having five layers or less.

도 1은 유리기판상에 패시배이션 층 없이 칼슘 셀만을 200nm두께로 형성하여 대기 중에 노출시킨 후 2분 간격으로 광투과 스펙트럼의 변화를 나타낸 것이다.FIG. 1 shows the change in the light transmission spectrum at two minute intervals after forming only 200 nm thick calcium cells without a passivation layer on a glass substrate.

도 2는 단일 무기 박막을 패시배이션막으로 갖는 칼슘 셀의 대기 중 노출 시간에 따른 광투과 스펙트럼의 변화를 나타낸 것이다.Figure 2 shows the change in the light transmission spectrum of the calcium cell having a single inorganic thin film as the passivation film according to the exposure time in the atmosphere.

도 3은 유리 기판 위에 성막된 x = (a) 30, (b) 50, (c) 70 원자량% 박막을 패시배이션 층으로 사용한 칼슘 셀에 대한 대기 중 시간별 광투과도 스펙트럼의 변화를 나타낸 것이다.FIG. 3 shows the change in the time-dependent light transmittance spectrum in the atmosphere for a calcium cell using x = (a) 30, (b) 50, (c) 70 atomic percent thin films deposited on a glass substrate as a passivation layer.

도 4는 PEN 기판 위에 400 nm의 두께로 증착된 박막들에 대한 (a) WVTR과 (b)OTR 그래프를 나타낸 것이다.4 shows (a) WVTR and (b) OTR graphs for thin films deposited at 400 nm thickness on a PEN substrate.

도 5a 및 도 5b는 유리 기판 위에 성막된, x= 0, 10, 30, 50, 70, 90, 100 원자량%인 박막들의 2차원 (왼쪽)과 3차원 (오른쪽) AFM 상이다.5A and 5B are two-dimensional (left) and three-dimensional (right) AFM images of thin films with x = 0, 10, 30, 50, 70, 90, 100 atomic percent deposited on a glass substrate.

도 6은 유리 기판 위에 증착된 SiO2, ZnO 그리고 SiO2와 ZnO가 50:50으로 첨가된 박막들의 (a)광 투과 스펙트럼과 (b)X선 회절분석기(XRD) 결과를 나타낸 것이다.6 shows (a) light transmission spectrum and (b) X-ray diffractometer (XRD) results of SiO 2 , ZnO deposited on a glass substrate, and thin films added with SiO 2 and ZnO at 50:50.

도 7은 PEN기판을 사용하여 패시배이션한 경우의 수분투습율 나타내는 것이다.7 shows the moisture permeability in the case of passivation using a PEN substrate.

도 8은 PEN기판을 사용하여 패시배이션한 경우의 광투과율을 나타내는 것이다.8 shows light transmittance in the case of passivation using a PEN substrate.

도 9는 SiO2가 100-x 원자량%, ZnO가 x 원자량%(x=10, 20, 30, 40)의 무기복합박막으로 패시배이션된 칼슘 셀의 수분 흡수 특성을 나타낸 것이다.FIG. 9 shows water absorption characteristics of calcium cells passivated with inorganic composite thin films having SiO 2 of 100-x atomic% and ZnO of x atomic% (x = 10, 20, 30, 40).

도 10의 (a)는 SiO2와 ZnO가 50 : 50 인 경우의 광투과 스펙트럼의 변화를 나타내는 그래프이고, (b)다양한 조성비의 SiO2와 ZnO 패시배이션 박막에 대한 파장 550 nm에서의 대기 중 노출시간에 따른 광투과도 변화를 나타내는 것이다.10A illustrates a case where SiO 2 and ZnO are 50:50. The graph shows the change in the light transmission spectrum, and (b) shows the change in the light transmittance according to the exposure time in the air at a wavelength of 550 nm for the SiO 2 and ZnO passivation films of various composition ratios.

도 11의 (a)는 패시배이션 층으로써 x=70과 x=90인 무기복합박막을 갖는 칼슘 셀의 수분 흡수 특성을 각각 나타낸 것이고, (b)는 경과 시간에 따른 시료의 실제 모습을 사진으로 나타낸다.Figure 11 (a) is a passivation layer showing the water absorption characteristics of the calcium cell having an inorganic composite thin film of x = 70 and x = 90, respectively, (b) is a photograph of the actual appearance of the sample over time Represented by

도 12는 유리 기판 위에 비슷한 두께로 성막된 다양한 무기 박막들의 광투과 스펙트럼을 나타낸 것이다.12 shows light transmission spectra of various inorganic thin films deposited to a similar thickness on a glass substrate.

도 13a 및 도 13b는 SZO 박막의 조성비에 따른 박막들의 결정성을 분석하기 위해서 XRD 패턴을 나타낸 것이다.13A and 13B illustrate XRD patterns for analyzing crystallinity of thin films according to composition ratios of SZO thin films.

도 14는 유리 기판 위에 (a),(b) 전자선 증착법과 (c),(d) RF-마그네트론 스퍼터링 방법으로 성막된 SiO2 박막과 (SiO2)50(ZnO)50 박막의 AFM 상을 나타낸 것이다.FIG. 14 shows AFM images of a SiO 2 thin film and (SiO 2 ) 50 (ZnO) 50 thin film deposited on a glass substrate by (a), (b) electron beam deposition and (c) and (d) RF-magnetron sputtering. will be.

도 15는 (a)전자선 증착법과 (b)스퍼터링 방법에 의해서 50: 50 원자량%로 혼합된 SZO 박막의 칼슘 테스트 결과를 비교한 것이다.FIG. 15 compares calcium test results of SZO thin films mixed at 50: 50 atomic% by (a) electron beam deposition and (b) sputtering.

Claims (9)

SiO2와 ZnO가 10-90원자량%와 90-10원자량%로 혼합된 것을 특징으로 하는 패시배이션 조성물.A passivation composition comprising SiO 2 and ZnO in an amount of 10-90 atomic% and 90-10 atomic%. 유기기판 혹은 폴리머 기판 상부에 형성되고, SiO2와 ZnO가 10-90원자량%와 90-10원자량%로 조성된 것을 특징으로 하는 패시배이션막.A passivation film formed over an organic substrate or a polymer substrate, wherein SiO 2 and ZnO are composed of 10-90 atomic% and 90-10 atomic%. SiO2와 ZnO가 10-90원자량%와 90-10원자량%로 조성된 타겟 혹은 팰럿을 이용하여, 유기기판 혹은 폴리머 기판 상부에 증착, 스퍼터링 방법으로 패시배이션막을 형성하는 것을 특징으로 하는 패시배이션막 제조방법.A passivation film is formed by depositing and sputtering on an organic substrate or a polymer substrate by using a target or pallet composed of 10 to 90 atomic% and 90 to 10 atomic% SiO 2 and ZnO. Ionization film production method. 제 3항에 있어서 전자선 증착법은The electron beam deposition method of claim 3 SiO2 분말 유리 형성자와, SiO2 분말과 ZnO 혼합 분말을 유리 변형자로 사용하여 펠럿을 형성하고, 세척공정을 통하여 유리 기판과 폴리머기판의 불순물을 제거하며, 고진공 펌프를 이용하여 증착전 챔버내부 압력은 10-5torr 이하로 유지하고, 증착 시에는 10-4torr에서 10-5torr 사이로 유지하여 증착 공정을 수행한 후, 진공 상태를 유지하면서 서서히 자연 냉각시키는 것을 특징으로 하는 패시배이션막 제조 방법.SiO 2 powder glass former and SiO 2 powder and ZnO mixed powder are used as glass modifiers to form pellets, and the impurities are removed from the glass substrate and polymer substrate through the washing process, and inside the chamber before deposition using a high vacuum pump. The pressure is maintained at 10 −5 torr or less, and during deposition, the passivation film is gradually cooled while maintaining the vacuum state after performing the deposition process by maintaining it between 10 −4 torr and 10 −5 torr. Manufacturing method. 제 3항에 있어서, 스퍼터링법은The method of claim 3, wherein the sputtering method 유리 형성자로 SiO2분말, 유리 변형자로 ZnO 분말을 사용하여 타겟을 제작하고, A target is fabricated using SiO 2 powder as a glass former and ZnO powder as a glass modifier, 세척공정을 통하여 유리 기판과 폴리머기판의 불순물을 제거하며,The cleaning process removes impurities from the glass substrate and the polymer substrate, 고진공 펌프를 사용하여 초기진공 10-5Torr의 진공을 유지한 후, 10-3Torr 대역에서 2x10-5Torr의 순수한 아르곤(Ar) 가스 분위기에서 플라즈마를 형성하여 증착하며,After maintaining a vacuum of 10 -5 Torr in the initial vacuum using a high vacuum pump, plasma is formed by depositing a plasma in a pure argon (Ar) gas atmosphere of 2x10 -5 Torr in a 10 -3 Torr band, 매 증착 시 셔터(shutter)를 사용하여 5-15분 동안 프리 스퍼터링(Pre-스퍼터링)을 실시하는 것을 특징으로 하는 패시배이션막 제조 방법.A method of manufacturing a passivation film, characterized in that pre-sputtering is performed for 5-15 minutes using a shutter during every deposition. Si와 Zn이 10-90원자량%와 90-10원자량%로 조성된 타겟을 이용하여 유기기판 혹은 폴리머 기판 상부에 반응성 스퍼터링 방법으로 패시배이션막을 형성하는 것을 특징으로 하는 패시배이션막 제조방법.A method of manufacturing a passivation film, comprising forming a passivation film on an organic substrate or a polymer substrate by a reactive sputtering method using a target composed of 10-90 atomic% and 90-10 atomic% by weight of Si and Zn. 제 6항에 있어서, 반응성 스퍼터링 방법은The method of claim 6, wherein the reactive sputtering method is 유리 형성자로 Si분말, 유리 변형자로 Zn 분말을 사용하여 타겟을 제작하고, A target is manufactured by using Si powder as a glass former and Zn powder as a glass modifier. 세척공정을 통하여 유리 기판과 폴리머기판의 불순물을 제거하며,The cleaning process removes impurities from the glass substrate and the polymer substrate, 고진공 펌프를 사용하여 초기진공 10-5Torr의 진공을 유지한 후, 10-3Torr 대역에서 2x10-5Torr의 산소와 아르곤(Ar) 가스 분위기에서 플라즈마를 형성하여 증착하며,After maintaining a vacuum of 10 -5 Torr in the initial vacuum using a high vacuum pump, plasma is formed by forming a plasma in an oxygen and argon (Ar) gas atmosphere of 2x10 -5 Torr in a 10 -3 Torr band, 매 증착 시 셔터(shutter)를 사용하여 5-15분 동안 프리 스퍼터링(Pre-스퍼터링)을 실시하는 것을 특징으로 하는 패시배이션막 제조 방법.A method of manufacturing a passivation film, characterized in that pre-sputtering is performed for 5-15 minutes using a shutter during every deposition. SiO2와 ZnO가 10-90원자량%와 90-10원자량%로 조성된 패시배이션막과 프라이머 혹은 페놀린 계열에서 선택된 1종 이상의 유기물막이 반복적으로 구성된 것을 특징으로 하는 다층 구조 패시배이션 막.A multi-layered passivation film comprising a passivation film composed of 10 to 90 atomic% and 90 to 10 atomic% SiO 2 and ZnO and at least one organic material film selected from a primer or phenolic series. Si와 Zn이 10-90원자량%와 90-10원자량% 혹은 SiO2와 ZnO가 10-90원자량%와 90-10원자량%로 조성된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.A sputtering target, wherein Si and Zn are 10-90 atomic% and 90-10 atomic% or SiO 2 and ZnO are 10-90 atomic% and 90-10 atomic%.
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