KR20180057890A

KR20180057890A - RF 또는 DC power 스퍼터(Sputter)용 나노캡슐화 된 유기발광소자 Target

Info

Publication number: KR20180057890A
Application number: KR1020160156310A
Authority: KR
Inventors: 소문숙
Original assignee: 소문숙
Priority date: 2016-11-23
Filing date: 2016-11-23
Publication date: 2018-05-31

Abstract

OLED 유기물을 발광 효율특성을 향상시키기 위하여 전자와 정공을 물리적으로 보다 낮은 전압에서 결합 할 수 있는 OLED구조로 개선하기위하여 전자와 정공의 주입층물질 또는 운송층물질과 나노켑슐화된 유기발광소자를 혼합하여 타켓을 제작하였다. 이런 타켓으로 제작된 OLED제품은 발광효율의 특성의 개선 뿐 만 아니라, 순도가 낮은 저가의 발광용 유기물을 사용하여 나노켑슐화된 유기발광소자로 제조하여 사용이 가능하기 때문에 원가를 낮출수가 있다

Description

RF 또는 DC power 스퍼터(Sputter)용 나노켑슐화 된 유기발광소자 Target{Nano encapsulated organic target for RF and DC power Sputter}

인라인 스퍼터(Sputter) 장치에 사용하는 OLED 용 나노켑슐화된 유기발광소자 유기물 target제조에 관한 것이다.

OLED란 능동형 유기발광 다이오드(active matrix organic light emitting diode)의 약칭이다. 전류를 가하면 자체 발광하는 물질을 이용한 EL디스플레이(electro luminesceence)의 한 종류이다. OLED는 자체발광물질이 사용되기 때문에 LCD와같이 BACK light를 필요로 하지 않는다. 따라서 소비전력이 적고, 가벼우며, ?湛? 구조를 구현 할 수 있는 특징을 가지고 있다.

OLED의 구조는 <도1> 에 보여진 바와 같이 일반적으로 OLED유기물을 중심으로 양측에 전극(양극,음극)으로 유기 박막층이 형성된다 . OLED 유기박막층은 기판을 기준으로 광 투과성이 있는 애노드 (101)의 ITO를 비롯하여, 정공 주입층(102)(HOLE injection Layer),정공 수송층(103)(Hole Transfer Layer),발광층(104)(Emitting layer),전자 수송층(105)(Electron transfer Layer),전자 주입층(106)(Electron injection Layer), A1 금속(107)의 캐소드로 구성의 되어있다. 이 구조에서 양극과 음극에 직류전압을 걸게 되는데 이때 각각의 전극과 유기막의 경계에서 정공(hole,+)(108)은 양극에서 HTL(정공 수송층)로 향하고 전자(109)는 ETL(전자수송층)을 거쳐 양극으로 이동하게 된다. 이동한 정공과 전자가 발광층(104)에서 만나 결합하면서 전자 에너지가 안정상태에서 불안정한 높은 에너지 상태를 거쳐 다시 안정된 상태로 돌아 오게 된다. 이때 높은 에너지 상태에서 안정 상태로 돌아올때 두 에너지차이 만큼의 에너지가 빛으로 방출하게 된다.

OLED유기물과 금속물질의 증착방법은 일반적으로 열증착(Thermal Evaporation)방법 과 E-빔 증착(E-beam Evaporation)방법을 사용한다.

열증착(Thermal Evaporation)은 <도2>를 참고하여 설명하면, 도가니(202)에 원료를 넣고 가열로(201)로 가열시켜 녹이면 상부의 기판(203)으로 날아가 성막(증착)되는 것으로 유기물질 또는 금속 증착시 사용한다, E-빔 증착 장치를 <도 3>을 참조하여 설명하면 Ar 가스(302)를 주입하고 마그네틱 필드에 의해 회전된 전자빔(301)으로 원료 물질을 가열하면 녹아서 상부의 기판(303)으로 날아가 성막(증착)되는 것으로 유기물질 또는 금속 증착시 사용한다 .

반면 스퍼터링 증착법(Sputtering Deposition)은 활성된 입자들을 타겟에 충돌시켜 입자를 방출하여 증착하는 방식이다. 이때 출격에너지는 타겟물질을 증발시키는 열 에너지의 4배 이상의 에너지를 가져야 타겟에서 물질을 방출 시킬 수 있다. 그래서 화학적 열적과정이 아닌 물리적인 방법이기 때문에 모든 물질에 사용할 수 있다. DC 스퍼터링은 일반적으로 금속류를 빠른 속도로 높은 밀착강도를 필요로 하는 경우 사용하고 있으나, 산화물이나 절연체은 스퍼터링이 되지 않는 단점을 가지고있다. 반면 RF 스퍼터링은 산화물이나 절연체를 DC 스퍼터링보다 낮은 압력에서 증착이 가능하며 증착시 타겟물질이 상대적으로 분산이 적어 비금속류에 많이 사용된다.

AMOLED구조의 제조 방법은 기판에 먼저 양극 (101)에 스퍼터 방법에 의해 증착된 ITO기판위에 열증착(200) 혹은 E-빔 증착장치(300)를 이용하여 1차의 별도 챔버에서 정공 주입층(102), 정공 운반층(103)의 금속류들을 먼저 높은 열을 가해서 녹여서 증착한다. 정공이 증착된 기판은 다시 금속류보다 낮은 온도에서 유기물을 녹여 증착하기 위하여 별도의 열증착장치 혹은 E-빔 증착장치를 이용하여 유기물 전용 증착 챔버에서 발열층(104)을 증착 작업한다. 이때 수분 및 산소등에 유기물이 손상를 받기 때문에 주의 하여야한다 .

그리고 이어서 다시 열증착장치 혹은 E-beam 증착장치를 이용하여 2차로 전자 수송층(105)과 전자 주입층(106)의 금속류들을 정공층과 마찬가지로 높은 열을 가하여 금속을 녹여 증발 시켜 증착을 한다,

그리고 그 위에 음극(107)역활을 하는 AL이나 Cu 같은 금속을 열 증착하여 제품을 제조한다.

1) 발광 효율의 저하(기존방법)의 문제점 -

2) 고가의 유기발광소자의 원가의 문제점-

기존 OLED제조방법은 열증착(200)및 E-beam증착(300)에의한 증발에 의한 증착이기 때문에 전자 주입층(106) 및 전자 수송층(105), 그리고 발광층(104), 정공 주입층(102),정공 수송층(103)의 각각의 물질특성 때문에 독립적으로 각각의 특성에 맞는 온도로 증발시키켜 증착을 하는 방법을 써야한다.

그러므로 베치타입으로 생산 할 수밖에 없었다. 또한 발광층의 증착은 발광효율을 높이기 위하여 오염이 되지 않은 고순도의 유기물을 사용하여야 하며 고순도의 발광소자를 제조하기위해서는 여러 차례의 정제를 하여야한다, 그래서 순도에 따라 정제비용이 많이 소요되어 비싸질 수 밖에 없었다, 그리고 유기물을 혼합하여 증착할 수 없는 이유는 열증착의 원리에 의해서 동시에 여러 물질을 한 개의 도가니(202)넣고 가열로(201)를 가열하게 되면 용융점이 낮은 물질부터 녹는온도에 따라 온도 순으로 상부의 기판에 (203) 성막(증착)이 될 수 밖 에 없다. 그러므로 기판에 혼합된 유기물 증착은 불가능하였다. 그러나 RF power(파워)와 DC power(파워)로 된 sputter방법으로 OLED유기물 증착이 가능해짐에 따라 혼합형 발광용유기물을 증착할 수 있게 되었다. RF & DC power sputter방법<도 700>은 플라즈마가 형성된 양극에서 생성한 전자를 음극쪽에 설치한 Target(702)에 충돌시켜 target의 물질이 충격에 의해 분리되어 기판(701)에 부착되게 하는 물리적 원리를 이용하는 방법이다. 그러기 때문에 전자 수송층 ,발광층의 발광 유기물, 전공 수송층의 혼합한 혼합형 나노 켑슐화 된 유기발광소자 유기물target의 사용이 가능하게 된 것이다. 특성 측면에서 혼합형 발광층 유기물을 사용함으로써 첫째는 발광층 유기물과 전자 수송층이 분리되어 있는 것을 혼합 함으로써 자연적으로 소자 입자간의 거리를 좁혀 줄 수 있다. 둘째는 기존의 전자주입층 , 전자 수송층 통과라는 2단계 주입과정에서 일정량의 전자 주입층,전자 수송층과 수송층 과 발광층을 혼합한 혼합층을 거치는 3단계주입 과정을 통해 전압을 낮추는 효과를 가질 수가 있다. 셋째로 발광층에 주입된 전자와 정공이 발광층을 거쳐 반대편 전극으로 이동시 반대편의 2중으로 형성된 전송층에 막힘으로써 재결합 조절이 보다 원활하게 가능하며 전자와 정공 재결합에 의한 singlet excition이 전극과 발광층 사이의 경계면에 형성되어 물질의 발광을 감속시키는 현상을 원활하게 막을 수 있다. 이를 통해 발광 효율은 높일 수 잇게 된다..

본 발명에 의한 OlED용 혼합형 나노켑슐화 된 유기발광소자를 Sputtering을 위한 해결수단은 첫째 RF 파워와 DC power를 사용하는 스퍼터장비에서 사용되는 혼합형 나노켑슐화 된 유기발광소자 타겟을 개발하는 것이다 ,

본 발명의 실시 예에 의하면, 혼합형 나노캡슐화 된 발광소자 유기물의 타겟을 제조하는 방법은 다음의 5단계로 나눈다.

1단계: 나노캡슐화 된 발광소자 유기물을 발광소자유기물과 전자 수송층 물질 , 발광소자 유기물과 정공 수송층 물질을 각각 일정 무게로 준비하는 단계;

2단계 :상기 준비단계에서 준비된 발광소자 유기물과 전자 수송층, 발광소자 유기물과 전공 수송층을 용기에 넣고 혼합하는 단계 ;

3단계: 혼합된 혼합형 나노캡슐화 된 발광소자 유기물(503)을 타겟 제작용 금형(504)에 삽입하는 단계;

4단계: 상기단계에서 혼합형 나노캡슐화 된 발광소자 유기물(503)가 충진된 금형을 진공챔버(500)에 넣고 진공상태를 유지하여 상기 유기물에서 미세한 공기 및/또는 수분을 제거하는 단계;

5단계:상기 금형에 열을 가하는 소정온도로 가열하는 단계;

상기 소정온도(501)에 도달하게 되면 상기 가열된 금형에 삽입된 상기 나노캡슐화 된 발광소자 유기물에 프레스를 작동시켜 성형하는 단계를 포함한다. 더욱 바람직하게는 첫째 ,상기 발광소자 유기물과 발광소자 유기물의 1-30%에 해당하는 전자 수송층 물질(발광소자+전자수송층 소자) , 발광소자 유기물과 발광소자 유기물의 1-30%에 해당하는정공 수송층 물질(발광소자+전공수송층소자)의 혼합비율로 제작한 각각의 전자수송혼합형 target과 정공 수송용 혼합형Target를 포함한다.

둘째:더욱 바람직하게는 상기 발광소자 유기물과 발광 소자 유기물의 1-30%에 해당하는 전자 수송층 물질 , 발광 소자 유기물의 1-30%에 해당하는 정공 수송층물질(발광소자+전자수송층소자+정공수송층소자)의 적정한 혼합비율로 제작한 일체형의 전자,정공 수송 혼합형용 나노켑슐화 된 유기발광소자 Target를 포함한다.

세째:(더 바람직하게는) 상기 금형을 진공 챔버에 넣고 진공상태를 유지하여 상기 유기물에 미세한 공기 및/또는 수분을 제거하는 단계에서 진공챔버의 진공도는 10^-3토르 이하이고 상기 유지시간은 10분 이상이다.

넷째: 또한 더 바람직하게는 상기 금형에 열을 가하는 소정온도로 가열하는 단계에서 상기 소정온도는 50 내지 100℃ 이다.

다섯째: 더욱더 바람직하게는, 상기 나노캡슐화 된 발광소자 유기물을 프레스로 성형하는 단계에서 상기 프레스의 성형압력은 10kg/cm² 내지 20kg/cm²이다.

경제적 측면에서 기존의 고 순도를 얻기 위해 여러번의 정제과정을 거쳐 생산되는 유기물은 순도의 정도에 따라 고가의 제품이 되었다. 그러나 혼합형 타켓은 전자와 정공 수송층소자를 혼합하여 사용하기 때문에 나노켑슐화 된 유기발광소자 순도가 98-99% 에서도 사용할 수 있어 기존 가격 대비 1/10가격으로 낮아진다.

그리고 발광특성 측면에서 혼합형 발광층 유기물을 사용함므로써

첫째는 발광층 유기물과 전자 수송층과 전자 수송층이 분리되어 있는 것을 혼합함으로써 발광 유기물과 전자 혹은 정공 수송층간 거리가 좁혀 질 수 있으며,

둘째는 전자 수송층 통과라는 2단계 주입과정에서 일정량의 전자 수송층과 추가적인 발광층 혼합층을 거치는 3단계주입 과정을 통해 전압을 낮추는 효과를 가질 수가 있게 된다.

또한 셋째로 발광층에 주입된 전자와 정공이 발광층을 거쳐 반대편 전극으로 이동함에 따라 반대편에 2중으로 형성된 수송층에 의해 막힘으로써 재결합 조절이 보다 원활하게 가능하며 전자와 정공 재결합에 의한 singlet excition이 전극과전극과 발광층 사이의 경계면에 형성되어 물질의 발광을 감속하는 현상을 원활하게 효과적으로 막을 수 있다. 이를 통해 발광 효율을 높일 수 있게 된다.

도1은 OLED 구조를 보여주는 도면.
도2는 열증착 방법을 설명하기 위한 도면.
도3은 E-빔 증착 방법 및 장치를 설명하기 위한 도면.
도4는 본 발명의 혼합형 Target의 구조 도면.
도5는 본 발명에 따른 진공 챔버 내에서의 타겟의 성형을 보여주는 도면.
도6은 본 발명으로 제조된 OLED 구조를 보여주는 도면.
도7은 본 발명에 따른 인라인 스퍼터 장치내에서 이루어지는 OLED 증착공정을 설명하기 위한 도면

본 발명에 의한 나노켑슐화 된 유기발광소자 유기물의 스퍼터링 타겟 제조방법은 다음과 같다

혼합형 나노캡슐화된 발광소자 유기물의 타겟을 제조하는 방법은 나노캡슐화된 발광소자 유기물을 나노켑슐화된 발광소자유기물(401)과 전자 운송층 물질(발광소자의 1-30%)(402), 나노켑슐화된 발광소자 유기물(401)과 정공 운송층 물질(발광소자의 1-30%)(403) 을 각각 일정 무게로 준비하다.

혼합형 전자 운송층 물질(4A)의 제작은 나노켑슐화된 발광소자 유기물(401)과 전자운송층물(402)을 용기에 넣고 , 혼합형 정공 운송층물질(4B)은 나노켑슐화된 발광소자 유기물질과 전공 운송층물질(402)을 용기에서 혼합하며, 정공 전자 혼합형 물질(4C)은 나노켑슐화된 발광소자 유기물(401)과 전자 운송층 물질(402), 전공 운송층물질(403)을 용기넣고 충분히 교반하여 혼합한다. 그리고 발명자는 그림과 같이 각각의 혼합된 나노켑슐화된 유기발광소자 유기물(503)을 진공 챔버 내(500)에서 별도 제작한 타겟 제작용 금형(504)에 넣고 10^-3torr 진공상태에서 압력을 가해서 압축성형을 하였다. 압축성형방법은 프레스(502)가 설치된 진공 챔버(500)속에서 열을 가할 수 있는 타겟 크기의 금형(505)을 제작하고 제작된 금형에 나노켑슐화된 유기발광소자 유기물(503) 을 삽입한다. 그리고 10^-3torr 이하의 진공 상태를 10분이상 유지(501)하며 1차적으로 유기물 내에 잔류하는 미세한 공기및 수분을 제거한다. 이후 금형에 설치된 가열 코일에 전원을 넣어 100도 이하의 열을 가하여 준다.

온도가 50~100도 사이가 되면 10kg-20kg/cm² 의 압력으로 프레스를 작동시켜 성형을 실시한다. 가해진 압력이 OLED 유기물이 원하는 5mm이상의 타겟 두께가 되었을때 가해진 압력을 멈추고 10분이상의 일정시간 방치한다. 그리고 유기물이 진공상태의 챔버내에서 25도 정도의 상온까지 완전히 냉각 될 때까지 유지하다 . 그리고 진공을 OFF하여 상압에서 꺼낸다 . 그러면 발명자가 사용하는 .OLED용 타겟(4A,4B,4C)은 완성된다. 완성된 타겟(4A,4B,4C)는 캐소드에 볼트로 체결(702)하여 전원을 인가하였을때 Oled용 나노켑슐화된 유기발광 소자가 전자의 충돌에의해서 분리되어 양극에 설치된 기판(701)에 증착이 된다.

본 발명은 OLED용 인라인 스퍼터 장치 및 공정에 적용될 수 있다.

101: 애노드 102: 정공 주입층 103: 정공 수송층 104: 발광층
105: 전자수송층 106: 전자 주입층 107: Al 금속
201: 가열로 202: 도가니 203: 상부의 기판
301: 전자빔 302: 알곤 가스 303: 상부의 기판
402, 403: 정공용 금속류 404: 발광용 유기물
405, 406: 전자용 금속류
502: 프레스 503: 유기발광소자 유기물 504: 금형
4A :혼합형 전자 수송층 4B: 혼합형 정공 수송층
4C: 정공전자 발광소자 혼합층
701: 기판 703: 아르곤 704: 질소 705: 불소
707: 캐소드 측면 709: 혼합가스 방법

Claims

나노캡슐화된 발광소자 유기물을 정공 수송층과 혼합하여 제작된 타켓 ;
나노캡슐화된 발광소자 유기물을 전자 수송층과 혼합하여 제작된 타켓 ;
나노캡슐화된 발광소자 유기물을 전자 수송층과 정공 수송층혼합하여 제작된 타켓 .
나노캡슐화된 발광소자 유기물을 정공 주입층과 혼합하여 제작된 타켓 ;
나노캡슐화된 발광소자 유기물을 전자 주입층과 혼합하여 제작된 타켓 ;
나노캡슐화된 발광소자 유기물을 전자 주입층과 정공 주입층 혼합하여 제작된 타켓 .
제1항에 따라 제조된 혼합형 타켓을 사용하여 제조된 혼합형 나노캡슐화된 발광소자 유기물 발광층의 OLED 층의 구조 <도 6>
제1항에 따라 제조된 혼합형 타켓을 사용하여 제조된 OLED 층을 포함하는 OLED 제품.