KR100832847B1 - 평탄화 유기 박막 및 컨포멀 유기 박막을 포함하는 다층봉지막 - Google Patents
평탄화 유기 박막 및 컨포멀 유기 박막을 포함하는 다층봉지막 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은, 하나 이상의 평탄화 유기 박막층, 하나 이상의 컨포멀(conformal) 유기 박막층 및 하나 이상의 무기 박막층을 포함하며, 상기 박막층들이 (a)평탄화 유기 박막층/무기 박막층/컨포멀(conformal) 유기 박막층/무기 박막층; (b)컨포멀(conformal) 유기 박막층/무기 박막층/평탄화 유기 박막층/무기 박막층; (c)평탄화 유기 박막층/컨포멀(conformal) 유기 박막층/무기 박막층; 또는 (d)컨포멀(conformal) 유기 박막층/평탄화 유기 박막층/무기 박막층의 순서로 적층된 것을 포함하는 다층 봉지막에 관한 것이다.
본 발명의 다층 봉지막은, 평탄화 유기 박막층에 의하여 표면 조도의 향상 효과가 제공되며, 컨포멀(conformal) 유기 박막층에 의하여 파티클에 대한 균일한 커버링 효과가 제공되기 때문에, 이러한 유기 박막층 상에 적층되는 무기 박막층에 의하여 뛰어난 산소 및 수분 배리어 효과를 나타낸다.
박막, 봉지, OLED, 평탄화, 컨포멀
Description
본 발명은 OLED(Organic Light-Emitting Device), FOLED (Flexible Organic Light-Emitting Device) 등 디스플레이 분야 및 박막전지(Thin film battery), 태양전지(Solar cell) 등의 전지분야 등에서 사용되는 산소 및 수분 투과 배리어 특성이 우수한 다층 봉지막에 관한 것이다.
일반적으로 박막 봉지의 경우에 소자(Device) 상부에 일종(一種)의 유기물과 무기물을 번갈아 가며 성막하여 다층의 봉지막을 형성하는 방법이 사용되고 있다. 도 1은 이와 같은 종래의 방법에 의하여 평탄화 유기 박막과 무기 박막을 번갈아 성막한 다층의 봉지막 형상을 나타내며, 도 2는 컨포멀(Conformal) 유기 박막과 무기 박막을 번갈아 성막한 다층의 봉지막 형상을 나타낸다.
이러한 방법에 의해 형성되는 다층의 봉지막에서 유기 박막의 역할은, 실제 산소 및 수분 배리어의 역할을 하는 무기 박막 형성시에 응력 완충 및 표면 조도를 균일하게 하여 무기 박막의 균일한 성막을 유도하는 것이다.
예컨대, 미국 특허 제6,570,325호의 경우, 소자 상부에 접합하는 유기 박막으로 평탄화 특성을 갖는 막(Planarizing layer)을 사용하고 있다. 그리고 이러한 유기 박막은 기판내 결함 감소를 통한 표면 조도 향상 및 소자 상부에 위치할 수 있는 파티클(Particle)의 커버링(Covering)을 유도하여 무기 박막의 특성을 향상시킨다고 기재하고 있다.
상기와 같은 평탄화 유기 박막의 제조 방법은 미국 특허 제5,902,641호에 기재되어 있으며, 액체 모노머(Liquid monomer)를 열원(Heating source)을 통해 증발(Evaporation)시켜서 소자 상부에 성막하고 상기 액상으로 성막된 모노머를 UV 경화를 통해 고상으로 상변화 및 중합시켜서 제조된다.
그러나, 상기 평탄화 유기 박막의 경우 기판 결함 감소를 통한 표면 조도 향상 및 파티클 커버링 효과는 우수하나 도 3에 나타낸 바와 같이, 파티클 커버링 시에 액상인 모노머가 상대적으로 표면적이 넓은 부분으로 쏠리는 현상 때문에 균일한 성막이 불가능해진다. 그러므로, 이러한 1종의 유기 박막과 무기 박막을 번갈아 가며 성막하는 경우(도 1)에 도 3에서처럼 파티클 상부를 통한 수분 및 산소의 투과 제어가 매우 어려운 문제점을 갖는다.
한편, 평탄화 유기 박막을 사용하는 경우와 달리, 컨포멀(conformal) 유기 박막만을 사용하는 경우, 도 4에 나타낸 바와 같이 양호한 스텝 커버리지로 소자나 파티클 면에서의 배리어 특성은 매우 양호하다. 그러나, 기판의 스크레치 커버링(Scratch covering) 및 표면 조도의 균일화는 용이하지 않기 때문에, 이러한 1종의 유기 박막과 무기 박막을 번갈아 가며 성막하는 경우(도 2) 산소 및 수분의 투 과를 제어하기 어려운 문제가 유발된다. 이러한 문제는 컨포멀 특성의 유기물을 성막시키기 위해 액체상, 고체와 액체 혼합상 또는 고체상 등의 원료를 열원 등에 의한 상변화를 통해 기화(Vaporization)시켜, 소자가 있는 기판 위에 기체상태로부터 성막시키는 것에서 기인한다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 소자(Device) 상부에 평탄화 및 컨포멀 중 하나의 특성만을 갖게 되는 유기물과 무기물을 번갈아 가며 성막하여 형성되는 기존의 다층 봉지막(도 1 및 도 2)은 사용된 유기 박막 고유의 특성에 따른 장?단점을 모두 보유하기 때문에 소자 보호를 위한 충분한 기능을 발휘할 수 없는 문제점을 갖는다.
본 발명은, 종래 기술의 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다층 봉지막에 포함되는 유기 박막들에 의하여 표면 조도의 향상 효과뿐만 아니라, 파티클에 대한 균일한 커버링 효과도 제공됨으로써 이러한 유기 박막층 상에 적층되는 무기 박막층에 의하여 뛰어난 산소 및 수분 배리어 효과가 발휘되는 다층 봉지막을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 하나 이상의 평탄화 유기 박막층, 하나 이상의 컨포멀(conformal) 유기 박막층 및 하나 이상의 무기 박막층을 포함하며, 상기 박막층들이 (a)평탄화 유기 박막층/무기 박막층/컨포멀(conformal) 유기 박막층/무기 박막층; (b)컨포멀(conformal) 유기 박막층/무기 박막층/평탄화 유기 박막층/무기 박막층; (c)평탄화 유기 박막층/컨포멀(conformal) 유기 박막층/무기 박막층; 또는 (d)컨포멀(conformal) 유기 박막층/평탄화 유기 박막층/무기 박막층의 순서로 적층된 것을 포함하는 다층 봉지막을 제공한다.
본 발명의 다층 봉지막은, 평탄화 유기 박막층에 의하여 표면 조도의 향상 효과가 제공되며, 컨포멀(conformal) 유기 박막층에 의하여 파티클에 대한 균일한 커버링 효과가 제공되기 때문에, 이러한 유기 박막층 상에 적층되는 무기 박막층에 의하여 뛰어난 산소 및 수분 배리어 효과를 나타낸다.
본 발명은, 하나 이상의 평탄화 유기 박막층, 하나 이상의 컨포멀(conformal) 유기 박막층 및 하나 이상의 무기 박막층을 포함하며, 상기 박막층들이 (a)평탄화 유기 박막층/무기 박막층/컨포멀(conformal) 유기 박막층/무기 박막층;(b)컨포멀(conformal) 유기 박막층/무기 박막층/평탄화 유기 박막층/무기 박막층; (c)평탄화 유기 박막층/컨포멀(conformal) 유기 박막층/무기 박막층; 또는 (d)컨포멀(conformal) 유기 박막층/평탄화 유기 박막층/무기 박막층의 순서로 적층된 것을 포함하는 다층 봉지막에 관한 것이다.
상기에서 (a) 및 (b)의 최외각 무기 박막층 상에는, 봉지 성능을 증가시키기 위하여, 평탄화 유기 박막층 또는 컨포멀(conformal) 유기 박막층/무기 박막층의 순서로 적층되는 2층의 박막이 하나 이상 더 적층될 수 있다.
또한, 상기 (c) 및 (d)의 무기 박막층 상에는, 봉지 성능을 증가시키기 위하여, 평탄화 유기 박막층/컨포멀(conformal) 유기 박막층/무기 박막층; 또는 컨포멀(conformal) 유기 박막층/평탄화 유기 박막층/무기 박막층의 순서로 적층되는 3층의 박막이 하나 이상 더 적층될 수 있다.
또한, 상기 (c) 및 (d)의 무기 박막층 상에는, 봉지 성능을 증가시키기 위하여, 평탄화 유기 박막층 또는 컨포멀(conformal) 유기 박막층/무기 박막층의 순서로 적층되는 2층의 박막이 하나 이상 더 적층될 수 있다.
본 발명의 다층 봉지막에 2종 이상의 무기 박막층이 형성되는 경우, 그러한 무기 박막층들은 동종(同種)의 무기 박막 또는 2종 이상의 이종(異種)의 무기 박막으로 형성될 수 있다. 또한, 본 발명의 다층 봉지막에 2종 이상의 평탄화 유기 박막층이 형성되는 경우, 그러한 유기 박막층들도 동종(同種)의 평탄화 유기 박막 또는 2종 이상의 이종(異種)의 평탄화 유기 박막으로 형성될 수 있으며, 2종 이상의 컨포멀 유기 박막층이 형성되는 경우도 마찬가지이다. 상기에서 동종(同種) 또는 이종(異種)의 의미는 박막의 재료 또는 적층방법의 차이에 의하여 구별되는 박막의 종류를 나타내는 개념이다.
본 발명에서 평탄화 유기 박막층 및 컨포멀 유기 박막층은 유기재료 고유의 특성 및 유기재료의 단분자(Monomer)를 중합(Polymerization) 시키는 중합방법의 차이에 따라 그러한 특성이 부여된다. 따라서, 평탄화 유기 박막층과 컨포멀 유기 박막층의 박막 재료로는 이 분야에서 공지된 유기 박막 재료를 제한 없이 사용할 수 있다. 예컨대, 특히 평탄화 유기 박막층의 경우, 액상 및 액상과 고체상이 같이 공존하는 젤 형태의 단분자가 증발(evaporation)이나 실크스크린 혹은 코팅 등의 방법에 의해 기판 상에 성막되어 자외선 또는 가시광선에 의해 광중합 반응을 일으켜 중합(Polymerization)이 일어나는 투명한 모노머계를 들 수 있으며, 특히 다이아조계, 아지드계, 아크릴계, 폴리아미드계, 폴리에스테르계, 에폭사이드계, 폴리에테르계, 우레탄계 등을 들 수 있다. 이들은 1종 단독 또는 2종 이상을 조합하여 사용될 수 있다.
또한, 컨포멀 유기 박막층의 경우 단분자(Monomer)를 가열하여 열에 의해 라디칼이 생성되어 반응이 시작되는 열중합 방식의 폴리스티렌계, 아크릴계, 우레아계, 이소시아네이트계, 자일렌계 수지 등을 들 수 있으며, 이들은 1종 단독 또는 2종 이상을 조합하여 사용될 수 있다.
본 발명에서 평탄화 유기 박막층은 이 분야에서 공지된 방법으로 적층될 수 있으며, 예컨대, 증발(Evaporation), 실크스크린 및 코팅 중에서 선택되는 방법에 의하여 성막하고 자외선 또는 가시광선에 의해 중합(Polymerization)시키는 방식으로 적층될 수 있다.
본 발명에서 컨포멀 유기 박막층은 이 분야에서 공지된 방법으로 적층될 수 있으며, 예컨대, 증발(Evaporation), 화학기상증착법(CVD) 등에 의하여 성막하고, 열중합에 의해 중합(Polymerization)시키는 방식으로 적층될 수 있다.
상기에서 무기 박막층의 박막 재료 및 적층방법은 이 분야에서 공지된 것이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있다.
예컨대, 박막 재료로는 실리콘 질화물, 알루미늄 질화물, 지르코늄 질화물, 티타늄 질화물, 하프늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 지르코늄 산화물, 마그네슘 산화물, 티타늄 산화물, 석산화물, 세륨 산화물, 실리콘 산화질화물(SiON) 등을 들 수 있으며, 이들의 적층방법으로는 스퍼터링, 화학기상증착법(CVD), E-빔(e-beam), 열증착법, 열적 이온 빔 보조 증착 법(thermal Ion Beam Assisted Deposition: IBAD) 등의 진공성막법을 이용할 수 있다. 상기 CVD 방법으로는 ICP-CVD(Induced Coupled Plasma-Chemical Vapor Deposition), CCP(Capacitively Coupled Plasma)-CVD, SWP(Surface Wave Plasma)-CVD 방법 등을 들 수 있다.
본 발명의 다층 봉지막은 산소 및 수분 투과 배리어 특성이 요구되며, 구동특성상 초박형, 투명화 및 플랙시블화가 가능한 OLED(Organic Light-Emitting Device), FOLED(Flexible Organic Light-Emitting Device) 등 디스플레이 분야 및 박막전지(Thin film battery), 태양전지(Solar cell) 등의 전지분야 등에서 효과적으로 사용될 수 있다.
본 발명의 다층 봉지막은 다양한 방식으로 사용될 수 있다. 예컨대, 기판 및 그의 상부에 형성된 소자(Device)의 상부에 상기 다층 봉지막을 형성하여 소자를 봉지하는 방식으로 사용되거나; 기판 및 그의 상부에 형성된 소자의 상부뿐만 아니라, 상기 기판의 측면 및 하부에도 상기 다층 봉지막을 형성하여 기판과 그 위에 형성된 소자를 완전히 둘러싸서 봉지하는 방식으로도 사용될 수 있다.
이하에서 본 발명의 일실시예를 나타내는 도면을 통하여 상기의 내용을 더욱 구체적으로 설명한다.
도 5는 본 발명의 일실시예로서 평탄화 유기 박막층/무기 박막층/컨포 멀(conformal) 유기 박막층/무기 박막층이 순서대로 적층된 다층 봉지막을 나타낸 것이다.
도 5 에 도시된 바와 같이, 기판(10)상에 소자(20)이 설치되고 그 소자를 산소 및 수분으로부터 보호하기 위하여, 기판(10) 및 소자(20) 상에 다층 봉지막(30)이 적층된다.
상기 다층 봉지막(30)은 상기 기판(10) 및 소자(20) 상에 직접 적층되어 기판 및 소자 상의 결함을 감소시키는 것을 통하여 표면 조도를 향상시키는 역할을 하는 평탄화 유기 박막층(31), 상기 평탄화 유기 박막층(31) 상에 적층되어 실질적으로 산소 및 수분 배리어의 역할을 하는 무기 박막층(32), 상기 무기 박막층(32) 상에 적층되어 상기 평탄화 유기 박막층(31)이 갖는 단점인 파티클에 대한 불균일 커버링을 보완하는 컨포멀(conformal) 유기 박막층(33), 및 상기 컨포멀(conformal) 유기 박막층(33) 상에 적층되는 실질적으로 산소 및 수분 배리어의 역할을 하는 무기 박막층(34)으로 구성된다.
따라서, 상기의 다층 봉지막(30)은 표면 조도의 향상 효과를 제공하는 평탄화 유기 박막층(31) 및 그 상부에 균일하게 성막되는 무기 박막층(32)에 의하여 우수한 1차 산소 및 수분 배리어를 형성하며, 또한, 상기 무기 박막층(32) 상에 파티클에 대한 불균일 커버링을 보완하여 적층되는 컨포멀(conformal) 유기 박막층(33) 및 그 상부에 다시 적층되는 무기 박막층(34)에 의하여 2차 산소 및 수분 배리어를 형성하기 때문에 매우 우수한 산소 및 수분 배리어 효과를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일실시예로서 컨포멀(conformal) 유기 박막층/무기 박막층/평탄화 유기 박막층/무기 박막층이 순서대로 적층된 다층 봉지막을 나타낸 것이다.
도 6 에 도시된 바와 같이, 기판(10)상에 소자(20)이 설치되고 그 소자를 산소 및 수분으로부터 보호하기 위하여, 기판(10) 및 소자(20) 상에 다층 봉지막(30)이 적층된다.
상기 다층 봉지막(30)은 상기 기판(10) 및 소자(20) 상에 직접 적층되며 파티클에 대한 균일한 커버링 효과를 제공하는 컨포멀(conformal) 유기 박막층(33), 상기 컨포멀(conformal) 유기 박막층(33) 상에 적층되어 실질적으로 산소 및 수분 배리어의 역할을 하는 무기 박막층(34), 상기 무기 박막층(34) 상에 적층되어 상기 컨포멀(conformal) 유기 박막층(33) 이 갖는 단점인 불균일한 표면 조도를 보완하는 평탄화 유기 박막층(31), 및 상기 평탄화 유기 박막층(33) 상에 적층되는 실질적으로 산소 및 수분 배리어의 역할을 하는 무기 박막층(32)으로 구성된다.
따라서, 상기의 다층 봉지막(30)은 파티클에 대한 균일한 커버링 효과를 제공하는 컨포멀(conformal) 유기 박막층(33) 및 그 상부에 적층되는 무기 박막층(34)에 의하여 1차 산소 및 수분 배리어를 형성하며, 또한, 상기 무기 박막층(34) 상에 적층되어 표면 조도를 향상 시키는 평탄화 유기 박막층(31) 및 그 상부에 적층되는 무기 박막층(32)에 의하여 2차 산소 및 수분 배리어를 형성하기 때문에 매우 우수한 산소 및 수분 배리어 효과를 나타낸다.
도 1은 평탄화 유기 박막(31)과 무기 박막(32)을 번갈아 성막한 종래의 다층 봉지막 형상을 도시한 도면이다.
도 2는 컨포멀(conformal) 유기 박막(33)과 무기 박막(34)을 번갈아 성막한 종래의 다층 봉지막 형상을 도시한 도면이다.
도 3은 평탄화 유기 박막의 적층 상태를 나타내는 SEM 사진이다.
도 4는 컨포멀(conformal) 유기 박막의 적층 상태를 나타내는 SEM 사진이다.
도 5는 본 발명의 일실시예로서 평탄화 유기 박막층/무기 박막층/컨포멀(conformal) 유기 박막층/무기 박막층이 순서대로 적층된 다층 봉지막을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예로서 컨포멀(conformal) 유기 박막층/무기 박막층/평탄화 유기 박막층/무기 박막층이 순서대로 적층된 다층 봉지막을 나타낸 도면이다.
*도면 부호의 설명*
10: 기판 20: 소자
30: 다층 봉지막 31: 평탄화 유기 박막층
32: 무기 박막층 33: 컨포멀(conformal) 유기 박막층
34: 무기 박막층
Claims (13)
- 하나 이상의 평탄화 유기 박막층, 하나 이상의 컨포멀(conformal) 유기 박막층 및 하나 이상의 무기 박막층을 포함하며,상기 박막층들이(a)평탄화 유기 박막층/무기 박막층/ 컨포멀(conformal) 유기 박막층/무기 박막층;(b)컨포멀(conformal) 유기 박막층/무기 박막층/ 평탄화 유기 박막층/무기 박막층;(c)평탄화 유기 박막층/컨포멀(conformal) 유기 박막층/무기 박막층; 또는(d)컨포멀(conformal) 유기 박막층/평탄화 유기 박막층/무기 박막층의 순서로 적층된 것을 포함하는 다층 봉지막.
- 청구항 1에 있어서, 상기 (a) 및 (b)의 최외곽 무기 박막층 상에, 평탄화 유기 박막층 또는 컨포멀(conformal) 유기 박막층/무기 박막층의 순서로 적층되는 2층의 박막이 하나 이상 더 적층되는 것을 특징으로 하는 다층 봉지막.
- 청구항 1에 있어서, 상기 (c) 및 (d)의 무기 박막층 상에, 평탄화 유기 박막층/컨포멀(conformal) 유기 박막층/무기 박막층; 또는 컨포멀(conformal) 유기 박막층/평탄화 유기 박막층/무기 박막층의 순서로 적층되는 3층의 박막이 하나 이 상 더 적층되는 것을 특징으로 하는 다층 봉지막.
- 청구항 1에 있어서, 상기 (c) 및 (d)의 무기 박막층 상에, 평탄화 유기 박막층 또는 컨포멀(conformal) 유기 박막층/무기 박막층의 순서로 적층되는 2층의 박막이 하나 이상 더 적층되는 것을 특징으로 하는 다층 봉지막.
- 청구항 1에 있어서, 상기 평탄화 유기 박막의 재료가 광중합(Photo polymerization)에 의하여 중합이 개시되는 다이아조계, 아지드계, 아크릴계, 폴리아미드계, 폴리에스테르계, 에폭사이드계, 폴리에테르계, 및 우레탄계 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 다층 봉지막.
- 청구항 1에 있어서, 상기 컨포멀 유기 박막의 재료가 열에 의해 라디칼이 생성되어 중합이 개시되는 폴리스티렌계, 아크릴계, 우레아계, 이소시아네이트계, 및 자일렌계 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 다층 봉지막.
- 청구항 1에 있어서, 상기 무기 박막의 재료가 실리콘 질화물, 알루미늄 질화물, 지르코늄 질화물, 티타늄 질화물, 하프늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 지르코늄 산화물, 마그네슘 산화물, 티타늄 산화물, 석산화물, 세륨 산화물, 및 실리콘 산화질화물(SiON)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 다층 봉지막.
- 청구항 1에 있어서, 다층 봉지막에 2 이상의 무기 박막층이 형성되는 경우, 그러한 무기 박막층들이 동종(同種)의 무기 박막 또는 2 이상의 이종(異種)의 무기 박막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 다층 봉지막.
- 청구항 1에 있어서, 평탄화 유기 박막층이 증발(Evaporation), 실크스크린 및 코팅 중에서 선택되는 방법에 의하여 성막되고, 자외선 또는 가시광선에 의해 중합(Polymerization)되는 방식으로 적층되는 것을 특징으로 하는 다층 봉지막.
- 청구항 1에 있어서, 컨포멀 유기 박막층이 증발(Evaporation) 또는 화학기상증착법(CVD)에 의하여 성막되고, 열중합에 의해 중합(Polymerization)되는 방식으로 적층되는 것을 특징으로 하는 다층 봉지막.
- 청구항 1에 있어서, 무기 박막층이 스퍼터링, 화학기상증착법(CVD), E-빔(e-beam), 열증착법, 및 열적 이온 빔 보조 증착법(thermal Ion Beam Assisted Deposition: IBAD)중에서 선택되는 방법에 의하여 적층되는 것을 특징으로 하는 다층 봉지막.
- 청구항 1에 있어서, 상기 다층 봉지막이 기판 및 그의 상부에 형성된 소 자(Device)의 상부에 형성되어 소자를 봉지하는 방식으로 사용되는 것을 특징으로 하는 다층 봉지막.
- 청구항 1에 있어서, 상기 다층 봉지막이 기판 및 그의 상부에 형성된 소자(Device)의 상부뿐만 아니라, 상기 기판의 측면 및 하부에도 형성되어 기판과 그 위에 형성된 소자를 완전히 둘러싸서 봉지하는 방식으로 사용되는 것을 특징으로 하는 다층 봉지막.
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