KR100895876B1 - 발광소자 제조용 성막장치 - Google Patents

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Abstract

다수의 기능 영역을 가지는 유기화합물막을 형성하기 위한 성막장치가 제공된다. 성막실(210)에 다수의 증발원(203a∼203c)가 구비되어 있고, 각각의 유기화합물로 이루어진 기능 영역이 연속적으로 형성되고, 또한, 기능 영역들 사이의 계면에 혼합 영역이 형성될 수 있다. 또한, 이러한 성막실 내에, 성막되는 유기화합물 분자에 분자 활성화 영역(213)에서 에너지를 인가하는 수단이 제공됨으로써, 치밀한 막을 형성할 수 있다.
Figure R1020080072388
발광소자, 성막장치, 성막부, 광원

Description

발광소자 제조용 성막장치{Film formation apparatus for manufacturing a light emitting element}
본 발명은, 전계를 인가함으로써 발광이 얻어지는 유기화합물을 포함하는 막(이하, 유기화합물막이라 함)과, 양극, 및 음극을 가지는 발광소자를 형성하기 위한 성막장치 및 성막방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은, 종래보다 구동전압이 낮고 소자의 수명이 긴 발광소자의 제조에 관한 것이다. 또한, 본 명세서에 기재된 발광장치란, 소자로서 발광소자를 사용한 화상 표시장치 또는 발광장치를 가리킨다. 또한, 발광장치는, 발광소자에 커넥터, 예를 들어, 이방 도전성 필름(FPC: 가요성 인쇄 회로) 또는 TAB(Tape Automated Bonding) 테이프 또는 TCP(Tape Carrier Packag)가 부착되어 있는 모듈, TAB 테이프 또는 TCP의 말단에 인쇄 배선판이 제공되어 있는 모듈, 또는 발광소자에 COG(Chip on Glass) 방식으로 IC(집적회로)가 직접 실장되어 있는 모듈 모두를 포함하는 것으로 한다.
발광소자는 전계를 인가함으로써 발광하는 소자이다. 그의 발광 메카니즘은, 전극들 사이에 유기화합물막을 끼우고 전압을 인가함으로써 음극으로부터 주입된 전자와 양극으로부터 주입된 정공이 유기화합물막 내의 발광 중심에서 재결합하 여 분자 여기자를 형성하고, 이 분자 여기자가 기저 상태로 복구할 때 에너지를 방출하여 발광하는 것이라고 말하고 있다.
또한, 유기화합물에 의해 형성되는 분자 여기자의 종류로서는, 일중항 여기 상태와 삼중항 여기 상태가 있고, 본 명세서에서는 어느 여기 상태가 발광에 기여하는 경우도 포함하는 것으로 한다.
이러한 발광소자에서, 유기화합물막은 통상 1 ㎛ 이하의 박막으로 형성된다. 또한, 발광소자는 유기화합물막 자체가 광을 방출하는 자기발광 소자이기 때문에, 종래의 액정 표시장치에 사용되는 백라이트를 필요로 하지 않는다. 따라서, 발광소자는 얇고 가볍게 제조될 수 있어 매우 유리하다.
또한, 예를 들어, 두께가 약 100∼200 ㎚인 유기화합물막에서, 캐리어를 주입하고부터 재결합에 이르기까지의 시간은 유기화합물막에서의 캐리어 이동도를 고려하면 수십 나노초 정도이고, 캐리어 재결합으로부터 발광까지의 과정을 포함하여도 마이크로초 정도 내에서 발광에 이른다. 따라서, 응답속도가 매우 빠르다는 것도 특징들 중의 하나이다.
또한, 발광소자는 캐리어 주입형이기 때문에, DC 전압으로 구동될 수 있고, 노이즈를 거의 발생하지 않는다. 구동 전압에 관해서는, 먼저, 유기화합물막의 두께를 100 ㎚ 정도의 균일한 초박막으로 하고, 유기화합물막에 대한 캐리어 주입 장벽(barrier)을 감소시키는 전극 재료를 선택하고, 헤테로 구조(2층 구조)를 도입함으로써, 5.5 V에서 100 cd/㎡의 충분한 발광이 달성되었다(문헌 1: C. W. Tang 및 S. A. VanSlyke, "organic electroluminescent diodes", Applied Physics Letters, vol. 51, No. 12, 913-915 (1987)).
얇고, 가벼우며, 응답속도가 높고, 낮은 DC 전압에서 구동가능한 특성 때문에, 발광소자는 차세대의 플랫 패널 디스플레이 소자로서 주목 받고 있다. 또한, 발광소자는 자기발광형이고 시야각이 넓기 때문에, 시인성(視認性)도 비교적 양호하고, 전자 장치의 표시화면에 사용되는 소자로서 유효할 것으로 믿어진다.
그런데, 상기 문헌 1에 기재된 발광소자의 구성에서는, 캐리어 주입 장벽을 작게 하는 방법으로서, 일 함수가 낮고 비교적 안정한 Mg:Ag 합금을 음극에 사용하여 전자 주입성을 높이고 있다. 이것에 의해, 유기화합물막에 다량의 캐리어를 주입할 수 있다.
또한, 유기화합물막으로서, 디아민 화합물로 된 정공 수송층과 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(이하, "Alq3"라 표기함)으로 된 전자 수송층을 적층한 단일 헤테로 구조를 적용함으로써, 캐리어의 재결합 효율을 비약적으로 향상시키고 있다. 이것은 이하와 같이 설명된다.
예를 들어, 단일 Alq3 층만을 가지는 발광소자의 경우에는, Alq3가 전자 수송성이기 때문에, 음극으로부터 주입된 전자의 대부분이 정공과의 재결합 없이 양극에 도달하여, 발광 효율을 매우 낮게 한다. 즉, 단층의 발광소자를 효율 좋게 발광시키기 위해서는(또는 낮은 전압에서 구동시키기 위해서는), 전자와 정공 모두를 균형 좋게 수송할 수 있는 재료(이하, "바이폴러 재료"라 함)를 사용할 필요가 있고, Alq3는 이러한 조건에 부합하지 않는다.
그러나, 상기 문헌 1에 기재된 단일 헤테로 구조를 적용하면, 음극으로부터 주입된 전자는 정공 수송층과 전자 수송성 발광층 사이의 계면에서 차단되고, 전자 수송성 발광층 내에 포획된다. 따라서, 캐리어는 전자 수송성 발광층에서 효율 좋게 재결합하여, 효율적인 발광을 제공한다.
이러한 캐리어 차단(blocking) 기능의 개념을 발전시킴으로써, 캐리어 재결합 영역을 제어하는 것도 가능하게 된다. 예로서, 정공 수송층과 전자 수송층 사이에서 정공을 차단할 수 있는 층(정공 차단층)을 삽입하고 정공을 정공 수송층 내에 포획함으로써, 정공 수송층을 발광성으로 하는데 성공한 보고가 있다(문헌 2: Yasunori KIJIMA, Nobutoshi ASAI 및 Shin-ichiro TAMUA, "A Blue Organic Luminescent Diode", Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 38, 5274-5277 (1999)).
또한, 상기 문헌 1에 기재된 발광소자는, 정공 수송을 정공 수송층에 의해 행하고, 전자 수송과 발광을 전자 수송성 발광층에 의해 행하는 기능 분리 발상에 기초하고 있다고 말할 수 있다. 이러한 기능 분리의 개념은, 정공 수송층과 전자 수송층 사이에 발광층을 끼운 이중 헤테로 구조(3층 구조) 개념으로 더 발전하였다(문헌 3: Chihaya ADACHI, Shizuo OKITO, Tetsuo TSUTSUI 및 Shogo SAITO, "Electroluminescence in Organic Films with Three-Layered Structure", Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 27, No. 2, L269-L271 (1988)).
이러한 기능 분리의 이점으로서는, 기능 분리에 의해 한 종류의 유기 재료가 여러 기능(발광성, 캐리어 수송성, 전극으로부터의 캐리어 주입성 등)을 동시에 가 질 필요가 없게 함으로써, 분자 설계 등에 넓은 자유도를 제공하는 것이다(예를 들어, 바이폴러 재료를 무리하게 찾을 필요가 없다). 즉, 발광 특성이 양호한 재료와 캐리어 수송성이 양호한 재료를 조합함으로써 높은 발광 효율을 쉽게 얻을 수 있다.
이들 이점 때문에, 상기 문헌 1에 기재된 적층 구조(캐리어 차단 기능 또는 기능 분리)의 개념 자체는 지금까지 널리 이용되어 왔다.
또한, 이들 발광소자의 제조에서는, 특히 대량생산 공정에서, 정공 수송 재료와 발광 재료, 및 전자 수송 재료 등을 진공 증착에 의해 적층할 때 각각의 재료의 오염을 방지하기 위해, 인라인(in-line) 방식(멀티체임버 방식)의 성막장치가 사용되고 있다. 이러한 성막장치의 상면도가 도 15에 도시되어 있다.
도 15에 도시된 성막장치에서는, 양극(ITO 등)을 가진 기판 상에 정공 수송층, 발광층, 및 전자 수송층의 3층 구조(이중 헤테로 구조)와 음극을 진공 증착할 수 있고, 봉지(封止) 처리를 행할 수 있다.
먼저, 양극을 가진 기판을 반입실에 반입한다. 기판은 제1 반송실을 통해 자외선 조사실로 반송되고, 진공 분위기에서의 자외선 조사에 의해 양극 표면이 세정된다. 양극이 ITO와 같은 산화물로 된 경우에는, 전처리실에서 산화 처리가 행해진다.
그 다음, 증착실(1501) 내에서 정공 수송층이 형성되고, 증착실(1502∼1504)에서 발광층(도 15에서는 적, 녹, 청의 3색)이 형성되고, 증착실(1505)에서 전자 수송층이 형성되고, 증착실(1506)에서 음극이 형성된다. 마지막으로, 봉지(封止) 실에서 봉지 처리가 행해지고, 반출실로부터 발광소자가 꺼내어진다.
이러한 인라인 방식의 성막장치의 특징 중의 하나는 각 층의 증착이 각각 상이한 증착실(1501∼1505)에서 행해진다는 것이다. 따라서, 각각의 증착실(1501∼1505)은 통상 단일의 증착원을 구비하는 것으로 충분하다. 증착실(1502∼1504)에서 색소를 도핑하여 발광층을 형성하는 경우, 공(共)증착 층을 형성하기 위해 2개의 증착원이 필요한 경우도 있다. 즉, 각 층의 재료가 거의 서로 혼합하지 않도록 하는 장치 구성으로 되어 있다.
도 15에서 설명한 성막장치를 사용하여 제조된 발광소자의 구조를 도 16(A) 및 도 16(B)에 나타낸다. 도 16(A) 및 도 16(B)에서, 기판(1601) 상에 형성된 양극(1602)과 음극(1603) 사이에 유기화합물막(1604)이 형성된다. 여기서, 형성된 유기화합물막(1604)에 대해서는, 상이한 증착실에서 상이한 유기화합물막이 형성되므로, 제1 유기화합물막(1605)과 제2 유기화합물막(1606) 및 제3 유기화합물막(1607) 사이의 적층 계면이 분명하게 분리되어 형성되어 있다.
여기서, 제1 유기화합물막(1605)과 제2 유기화합물막(1606) 사이의 계면 부근에 있는 영역(1608)을 도 16(B)에 나타낸다. 이 도면으로부터, 제1 유기화합물막(1605)과 제2 유기화합물막(1606) 사이의 계면(1609)에 불순물(1610)이 혼입되어 있는 것이 명백하다. 즉, 도 15에 도시된 종래의 성막장치에서는, 각각의 층을 별도의 성막실에서 형성하기 때문에, 그 성막실들 사이에서 기판이 이동할 때, 불순물(1610)이 기판 표면에 부착하여, 계면(1609)에 불순물(1610)이 혼입되는 것이다. 여기서 말하는 불순물은 구체적으로는 산소, 물 등이다.
그러나, 상기한 적층 구조는 상이한 종류의 물질들 사이의 접합에 의해 형성되기 때문에, 그의 계면에는 반드시 에너지 장벽이 생기게 된다. 에너지 장벽이 존재하면, 그 계면에서 캐리어의 이동이 저해되기 때문에, 다음과 같은 문제점이 제기된다.
먼저, 한가지 문제점은 에너지 장벽이 구동 전압의 추가 감소에 장해가 된다는 것이다. 실제로, 현재의 발광소자에서, 구동 전압에 관해서는 공역 폴리머를 사용하는 단층 구조의 소자가 우수하고, 파워 효율(단위: lm/W)에서 상위 데이터(일중항 여기 상태로부터의 발광을 비교)를 보유한다고 보고되었다(문헌 4: Tetsuo Tsutsui "bulletin of organic molecular/bioelectronics" subcommittee of Society of Applied Physics, Vol. 11, No. 1, P. 8 (2000)).
또한, 상기 문헌 4에 기재된 공역 폴리머는 바이폴러 재료이고, 캐리어 재결합 효율에 관해서는 적층 구조의 것과 동등한 수준을 얻을 수 있다. 따라서, 바이폴러 재료를 사용하는 방법에서 적층 구조의 사용 없이 캐리어 재결합 효율을 동등하게 할 수 있다면, 계면이 적은 단층 구조가 실제로 낮은 구동 전압을 가진다는 것을 나타낸다.
예를 들어, 에너지 장벽을 완화하는 재료를 전극과의 계면에 삽입하여 캐리어 주입성을 향상시킴으로써 구동 전압을 감소시키는 방법이 있다(문헌 5: Takeo Wakimoto, Yoshinori Fukuda, Kenichi Nagayama, Akira Yokoi, Hitoshi Nakada, and Masami Tsuchida, "Organic EL Cells Using Alkaline Metal Compounds as Electron Injection Materials", IEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VOL. 44, NO. 8, 1245-1248 (1977)). 상기 문헌 5에서는, 전자 주입층으로 Li2O를 사용하여 구동 전압을 감소시키는데 성공하였다.
그러나, 유기 재료들 사이의 계면(예를 들어, 정공 수송층과 발광층 사이의 계면; 이하, "유기 계면"이라 칭함)에서의 캐리어 이동성에 관해서는, 아직 미해결의 분야이고, 단층 구조에서 달성되는 낮은 구동 전압을 얻는데 중요한 것으로 고려된다.
또한, 에너지 장벽에 기인하는 문제점으로서, 발광소자의 수명에 대한 영향이 고려된다. 즉, 캐리어의 이동이 저해되어, 전하 축적에 기인하여 휘도가 저하한다.
이러한 열화(劣化) 메카니즘에 관해서는 어떠한 명확한 이론도 아직 확립되어 있지 않으나, 양극과 정공 수송층 사이에 정공 주입층을 삽입하고, DC 구동이 아니라 구형파의 AC 구동을 이용함으로써, 휘도 저하를 억제할 수 있다는 보고가 있다(문헌 6: S. A. VanSlyke, C. H. Chen, 및 C. W. Tang, "Organic electroluminescent devices with improved stability", Applied Physics Letters, Vol. 69, No. 15, 2160-2162(1996)). 이 문헌은 정공 주입층의 삽입과 AC 구동으로 인해 전하 축적을 제거함으로써 휘도 저하를 억제할 수 있다는 실험적 증거를 제시한다고 할 수 있다.
이상의 것으로부터, 적층 구조는, 캐리어의 재결합 효율을 쉽게 향상시키고 기능 분리 관점에서 재료 선택 범위를 확대하는 것을 가능하게 이점이 있는 한편, 많은 유기 계면이 형성되므로, 캐리어의 이동을 저해하고, 구동 전압 및 휘도의 저하에 부정적인 영향을 미친다고 말할 수 있다.
또한, 종래의 성막장치에서는, 정공 수송 재료와 발광층 재료, 전자 수송 재료 등을 진공 증착에 의해 적층할 때, 각 재료의 오염을 방지하기 위해 별도의 성막실에 증발원을 별도로 구비하여 상이한 층을 상이한 성막실에서 별도로 성막하였으나, 이러한 장치에서는, 상기한 적층 구조를 형성하는 경우, 유기 계면이 명확하게 분리되어 있을 뿐만 아니라, 기판을 성막실들 사이에서 이동시킬 때 물 및 산소와 같은 불순물이 유기 계면에 혼입될 수도 있다는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은, 종래 사용된 적층 구조와 다른 개념에 의해, 유기화합물막에 존재하는 에너지 장벽을 완화시켜 캐리어 이동성을 향상시키는 동시에, 적층 구조의 기능 분리와 마찬가지로 여러 종류의 재료의 기능을 가지는 소자를 제조하기 위한 성막장치 및 이러한 성막장치를 사용한 성막방법를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 소자 특성의 향상과 소자 수명의 장기화를 위해 형성되는 유기화합물막의 특성을 향상시키기 위해 치밀한 막을 형성할 수 있는 성막장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
적층 구조에서의 에너지 장벽 완화에 관해서는, 상기 문헌 5에 개시된 바와 같은 캐리어 주입층 삽입 기술에서 특히 주목된다. 즉, 에너지 장벽이 큰 적층 구조의 계면에서, 이러한 에너지 장벽을 완화시키는 재료를 삽입함으로써 에너지 장벽을 계단 형상으로 설계할 수 있다.
이러한 구조에 의하면, 전극으로부터의 캐리어 주입성을 증가시킬 수 있고, 구동 전압을 어느 정도까지 감소시킬 수 있다. 그러나, 문제점은, 층수의 증가에 따라 유기 계면 수가 증가한다는 것이다. 상기 문헌 4에서 제시된 바와 같이, 이것은, 단층 구조가 구동 전압 및 파워 효율에 관하여 상위 데이터를 보유하는 이유인 것으로 고려된다.
역으로, 이러한 문제점을 극복함으로써, 단층 구조의 구동 전압/파워 효율을 취함과 동시에, 적층 구조의 장점들(즉, 각종 재료를 조합할 수 있고, 복잡한 분자 설계가 필요 없다는)을 유지할 수 있다.
그래서, 본 발명에 따르면, 도 1(A)에 도시된 바와 같이, 발광소자의 양극(102)과 음극(103) 사이에 다수의 기능 영역으로 이루어진 유기화합물막(104)이 형성되고, 이 경우, 제1 기능 영역(105)과 제2 기능 영역(106) 사이에, 제1 기능 영역(105)을 구성하는 재료와 제2 기능 영역(106)을 구성하는 재료 모두로 이루어진 제1 혼합 영역(108)이 형성되는 구조를 형성한다.
또한, 제2 기능 영역(106)과 제3 기능 영역(107) 사이에, 제2 기능 영역(106)을 구성하는 재료와 제3 기능 영역(107)을 구성하는 재료 모두로 이루어진 제2 혼합 영역(109)을 가지는 구조를 형성한다.
도 1(A)에 도시된 바와 같은 구조를 적용함으로써, 기능 영역들 사이에 존재하는 에너지 장벽이 완화되어, 캐리어 주입성이 향상되는 것으로 고려된다. 따라서, 구동 전압 감소 및 휘도 저하를 방지할 수 있게 된다.
이상의 것으로부터, 본 발명의 성막장치에서는, 제1 유기화합물이 기능을 발현할 수 있는 영역(제1 기능 영역)과, 제1 기능 영역을 구성하는 물질과는 다른 제2 유기화합물이 기능을 발현할 수 있는 영역(제2 기능 영역)을 포함하는 발광소자, 및 그러한 발광소자를 가지는 발광장치의 제조에 있어서, 제1 기능 영역과 제2 기능 영역 사이에, 제1 기능 영역을 구성하는 유기화합물 및 제2 기능 영역을 구성하는 유기화합물로 이루어진 혼합 영역을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 도 1(A)에 도시된 바와 같이, 제1 기능 영역(105)과 제2 기능 영 역(106) 사이에 형성되는 제1 혼합 영역(108)은 도 1(B)에 도시된 바와 같이 동일한 성막실 내에서 연속적으로 성막되므로, 도 16(B)에 도시된 바와 같은 불순물 혼입을 방지할 수 있다.
제1 유기화합물과 제2 유기화합물은, 양극으로부터 정공을 받는 정공 주입성, 전자 이동도보다 정공 이동도가 큰 정공 수송성, 정공 이동도보다 전자 이동도가 큰 전자 수송성, 음극으로부터 전자를 받는 전자 주입성, 정공 또는 전자의 이동을 저지하는 차단(블록킹)성, 및 발광을 나타내는 발광성으로 이루어진 군에서 선택되는 성질을 각각 가진다. 제1 유기화합물의 성질은 제2 유기화합물의 성질과 다르다.
또한, 정공 주입성이 높은 유기화합물로서는 프탈로시아닌계 화합물이 바람직하고; 정공 수송성이 높은 유기화합물로서는 방향족 디아민 화합물이 바람직하고, 전자 수송성이 높은 유기화합물로서는 퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체(錯體), 벤조퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체 또는 옥사디아졸 유도체 또는 트리아졸 유도체 또는 페난트롤린 유도체가 바람직하다. 또한, 발광성의 유기화합물로서는, 안정하게 발광하는 퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체, 벤조옥사졸 골격을 가지는 금속 착체, 또는 벤조티아졸 골격을 가지는 금속 착체가 바람직하다.
상기한 제1 기능 영역 및 제2 기능 영역의 조합을 아래 표 1에 나타낸다. 조합 A∼E는 단독으로 도입될 수도 있고(예를 들어, A만), 또는 몇몇을 복합하여 도입할 수도 있다(예를 들어, A와 B 모두).
조합 제1 기능 영역 제2 기능 영역
A 정공 주입성 정공 수송성
B 전자 주입성 전자 수송성
C 정공 수송성 발광성
D 전자 수송성 발광성
E 전자 수송성 차단성
또한, 조합 C와 D를 복합하여 도입하는 경우(즉, 발광성의 기능 영역의 양 계면에 혼합 영역을 도입하는 경우), 발광성 영역에 형성된 분자 여기자의 확산을 방지함으로써 발광 효율을 더욱 높일 수 있다. 따라서, 발광성 영역의 여기 에너지는 정공성 영역의 여기 에너지 및 전자 수송성 영역의 여기 에너지보다 낮은 것이 바람직하다. 이 경우, 캐리어 수송성이 불량한 발광 재료도 발광성 영역으로서 사용할 수 있기 때문에, 재료의 선택폭이 넓어지는 이점이 있다. 본 명세서 말하는 여기 에너지란, 분자에서의 최고 점유 분자 궤도(HOMO)와 최저 비점유 분자 궤도(LUMO) 사이의 에너지차를 의미한다.
보다 바람직하게는, 발광성 영역이 호스트 재료와 그 호스트 재료보다 여기 에너지가 낮은 발광 재료(도펀트)로 이루어지고, 그러한 도펀트의 여기 에너지가 정공 수송성 영역의 여기 에너지와 전자 수송층의 여기 에너지보다 낮도록 설계된다. 이것에 의해, 도펀트의 분자 여기의 확산을 방지할 수 있고, 도펀트를 효율적으로 발광시킬 수 있다. 또한, 도펀트가 캐리어 트랩형의 재료인 경우, 캐리어 재결합 효율도 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 성막장치에서는, 도 1(C)에 도시된 바와 같은 구조의 발광소자를 형성할 수도 있다. 도 1(C)에 도시된 바와 같이, 기판(101)상의 양극(102)과 음극(103) 사이에 형성되는 유기화합물막(104)에서, 제1 유기화합물로 된 제1 기능 영역(110)과 제2 유기화합물로 된 제2 기능 영역(111) 사이에, 제1 기능 영역(110)을 구성하는 재료와 제2 기능 영역(111)을 구성하는 재료 모두로 이루어진 제1 혼합 영역(112)을 가지는 구조를 형성한다. 또한, 제1 혼합 영역 전체 또는 일부에 제3 유기화합물을 도핑함으로써, 제1 혼합 영역 전체 또는 일부에 제3 기능 영역(113)을 형성할 수 있다. 여기서 형성되는 제3 기능 영역(113)은 발광을 실현하는 영역이 된다.
또한, 도 1(C)에 도시된 소자 구조를 형성하는 경우에는, 제1 유기화합물과 제2 유기화합물은 정공 주입성, 정공 수송성, 전자 수송성, 전자 주입성, 및 차단성으로 이루어진 군에서 선택되는 성질을 가지는 유기화합물로 형성되고, 각각의 유기화합물은 상이한 성질을 가지는 것으로 한다. 또한, 제3 유기화합물은 발광성의 유기화합물(도펀트)이고, 제1 유기화합물 및 제2 유기화합물보다 여기 에너지가 낮은 재료를 사용할 필요가 있다. 제3 기능 영역(113)에서, 제1 유기화합물 및 제2 유기화합물은 도펀트에 대한 호스트로서의 역할을 한다.
근년, 발광 효율의 관점에서, 삼중항 여기 상태로부터 기저 상태로 복귀할 때 방출되는 에너지(이하, 삼중항 여기 에너지라 함)를 발광으로 변환할 수 있는 유기 발광소자가 그의 높은 발광 효율 때문에 주목되었다(문헌 7: D. F. O'Brien, M. A. Baldo, M. E. Thompson, 및 S. R. Forrest, "Improved energy transfer in electrophosphorescent devices", Applied Physics Letters, Vol. 74, No. 3, 442-444 (1999)), (문헌 8: Tetsuo TSUTSUI, Moon-Jae YANG, Masayuki YAHIRO, Kenji NAKAMURA, Teruichi WATANABE, Taishi TSUJI, Yoshinori FUKUDA, Takeo WAKIMOTO 및 Satoshi MIYAGUCHI, "High Quantum Efficiency in Organic Luminescent devices with Iridium-Complex as a Triplet Emissive Center". Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 38, L1502-L1504 (1999)).
상기 문헌 7에서는, 백금을 중심 금속으로 하는 금속 착체가 사용되고, 상기 문헌 8에서는, 이리듐을 중심 금속으로 하는 금속 착체가 사용되었다. 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 이들 유기 발광소자(이하, 삼중항 발광소자라 함)는 종래 기술보다 높은 휘도 발광과 높은 발광 효율을 달성할 수 있다.
그러나, 상기 문헌 8의 보고 예에 의하면, 초기 휘도를 500 cd/m2로 설정한 경우의 휘도의 반감기는 약 170시간이므로, 소자의 수명에 문제가 있다. 그래서, 본 발명을 삼중항 발광소자에 적용함으로써, 삼중항 여기 상태로부터의 발광에 의한 높은 휘도 발광과 높은 발광 효율에 추가하여, 소자의 수명도 길고 매우 고기능의 발광소자를 제공할 수 있다.
따라서, 도 1(C)에 도시된 발광소자에서, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 전환할 수 있는 재료를 도펀트로서 제1 혼합 영역(112)에 첨가하여 제3 기능 영역(113)을 형성하는 경우도 본 발명에 포함되는 것으로 한다. 또한, 혼합 영역의 형성에 있어서는, 혼합 영역에 농도 구배가 제공될 수도 있다.
본 발명의 성막장치에서는, 다수의 증발원을 가지는 동일한 성막실 내에서, 다수의 기능 영역을 형성하고, 상기한 혼합 영역을 가지는 발광소자를 형성하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 성막장치에 포함되는 성막실(210)에 대하여 도 2(A) 및 도 2(B)를 참조하여 설명한다. 도 1(A)∼도 1(C)에 도시된 동일 부분에 대해서는 공통의 부호를 사용한다. 도 2(A)에 도시된 바와 같이, 기판(101)의 하방에는, 홀더(201)에 고정된 금속 마스크(202)가 제공되어 있고, 그 하방에는 증발원(203)이 제공되어 있다. 증발원(203(203a∼203c))은 유기화합물막을 형성하기 위한 유기화합물(204(204a∼204c))이 수용되어 있는 재료실(205(205a∼205c))과, 셔터(206(206a∼206c))로 구성되어 있다. 본 발명의 성막장치에서는, 막이 균일하게 형성되도록, 증발원 또는 증착이 행해지는 기판이 이동(회전)하도록 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 재료실(205(205a∼205c))은 도전성 금속 재료로 되어 있고, 도 18에 도시된 바와 같은 구조를 가진다. 재료실(205(205a∼205c))에 전압이 인가될 때 일어나는 저항에 의해 내부의 유기화합물(204(204a∼204c))이 가열되면 유기화합물(204(204a∼204c))이 기화되어 기판(101)의 표면에 증착된다. 본 명세서에서, "기판(101)의 표면"이란, 기판과 이 기판 위의 박막을 포함하는 것이고, 여기서는 기판(101) 위에 양극(102)이 형성되어 있다.
또한, 셔터(206(206a∼206c))는 기화된 유기화합물(204(204a∼204c))의 증착을 제어한다. 즉, 셔터가 개방된 때, 가열에 의해 기화된 유기화합물(204(204a∼204c))을 증착할 수 있다. 따라서, 본 명세서에서는, 셔터가 열리고, 유기화합물이 증착되는 상태로 되는 것을 "증발원이 작동한다"이라고 부른다.
또한, 유기화합물(204(204a∼204c))은 증착 전에 가열되어 기화하여 있고, 증착 시에 셔터(206(206a∼206c))가 개방된 후 바로 증착될 수 있게 하면, 성막 시간을 단축시킬 수 있으므로 바람직하다.
또한, 본 발명의 성막장치에서는, 단일의 성막실 내에서 다수의 기능 영역을 가지는 유기화합물막이 형성되도록 되어 있고, 이들 기능 영역에 대응하여 다수의 증발원(203)이 제공되어 있다. 본 발명에서는, 다수의 증발원이 동시에 작동함으로써 다수의 유기화합물이 동시에 증착된다. 또한, 다수의 증발원이 연속적으로 작동함으로써 다수의 유기화합물이 연속적으로 증착될 수도 있다. 다수의 증발원을 시간적으로 중단함이 없이 연속적으로 작동시킬 수도 있다. 또한, 증발원이 작동함으로써, 유기화합물이 기화되어 위로 올라가 금속 마스크(202)에 제공된 개구부(212)를 통해 기판(101)에 증착된다.
본 발명의 성막실에는, 성막실의 내부를 배기시키기 위한 배기 수단이 제공되어 있다. 배기 수단으로서는 배기 펌프가 사용되고, 이것에 의해 감압된다. 감압 시의 도달 진공도는 10-6 Pa 이상인 것이 바람직하다. 예를 들어, 건조 펌프, 기계적 부스터 펌프, 터보 분자 펌프(자기(磁氣) 부유형), 크라이오펌프 등의 조합이 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 배기 수단(214)으로서 크라이오펌프를 사용하고, 제2 배기 수단(215)으로서 건조 펌프를 사용할 수 있다.
본 실시예에서는, 성막실 이외에, 반입실, 얼라인먼트(alignment)실, 봉지실 및 반출실과 같은 각 처리실에 대하여, 내벽의 표면적을 작게 함으로써 산소 및 물과 같은 불순물의 흡착을 저하시킬 수 있기 때문에, 전해 연마에 의해 경면화(鏡面化)된 알루미늄 또는 스테인리스 강(SUS)과 같은 재료를 내벽 표면에 사용한다. 또한, 기공이 매우 작게 되도록 가공된 세라믹과 같은 재료로 된 내부 부재가 사용된다. 이들 재료 각각은 평균 표면 조도(粗度)가 5 nm 이하(바람직하게는 3 nm 이하)인 표면 평활성을 가진다. 여기에 기재된 평균 표면 조도는 JIS B0601에 의해 정의된 중앙선 평균 조도를 표면에 적용하기 위해 3차원으로 확대시킨 조도이다.
이하, 상기 성막장치를 이용한 성막방법을 구체적으로 설명한다.
먼저, 제1 재료실(205a)에 구비되어 있는 제1 유기화합물(204a)을 증착시킨다. 제1 유기화합물(204a)은 저항 가열에 의해 미리 기화되어 있다. 증착 시에 셔터(206a)가 열리면, 제1 유기화합물이 기판(101)쪽으로 비산(飛散)한다. 이것에 의해, 도 1(A)에 도시된 제1 기능 영역(105)이 형성될 수 있다.
그 다음, 제1 유기화합물(204a)이 증착되는 상태에서, 셔터(206b)를 열고, 제2 재료실(205b)에 구비되어 있는 제2 유기화합물(204b)을 증착한다. 제2 유기화합물(204ba)도 저항 가열에 의해 미리 기화되어 있다. 증착 시에 셔터(206b)가 열리면, 제2 유기화합물이 기판(101)쪽으로 비산한다. 여기서, 제1 유기화합물(204a)과 제2 유기화합물(204b)로 이루어진 제1 혼합 영역(108)이 형성될 수 있다.
그리고, 잠시 후, 셔터(206a)만을 닫고, 제2 유기화합물(204b)을 증착한다. 이것에 의해, 제2 기능 영역(106)이 형성될 수 있다.
여기서는, 2종류의 유기화합물을 동시에 증착하여 혼합 영역을 형성하는 방법을 설명하지만, 제1 유기화합물을 증착한 후, 동일한 기화 분위기에서 제2 유기화합물을 증착함으로써, 제1 기능 영역과 제2 기능 영역 사이에 혼합 영역을 형성할 수도 있다.
다음에, 제2 유기화합물(204b)이 증착되는 상태에서, 셔터(206c)를 열고, 제3 재료실(205c)에 구비되어 있는 제3 유기화합물(204c)을 증착한다. 제3 유기화합물(204c)도 저항 가열에 의해 미리 기화되어 있다. 증착 시에 셔터(206c)가 열리면, 제3 유기화합물이 기판(101)쪽으로 비산한다. 여기서, 제2 유기화합물(204b) 및 제3 유기화합물(204c)로 이루어진 제2 혼합 영역(109)이 형성될 수 있다.
그리고, 잠시 후, 셔터(206b)만을 닫고, 제3 유기화합물(204c)을 증착한다. 이것에 의해, 제3 기능 영역(107)이 형성될 수 있다.
마지막으로, 음극(103)을 형성하여, 본 발명의 성막장치에 의해 제조되는 발광소자가 완성된다.
도 1(C)에 도시된 발광소자는 본 발명의 성막장치에 의해 다음과 같이 제조된다. 제1 유기화합물(204a)를 사용하여 제1 기능 영역(110)을 형성한 다음, 제1 유기화합물(204a)과 제2 유기화합물(204b)로 이루어진 제1 혼합영역(112)를 형성한다. 제1 혼합 영역(112)의 형성 중에, 셔터(206c)를 일시적으로(또는 동시에) 열고 제3 유기화합물(204c)의 증착(도핑)을 동시에 행하여 제3 기능 영역(113)을 형성한다.
제3 유기 화합물을 일시적으로 도핑하는 경우에는, 셔터(206c)를 닫음으로써 제1 혼합 영역(112)가 다시 형성된다. 또한, 제1 혼합 영역(112) 전체에 제3 유기화합물을 도핑하는 경우에는 셔터(206b, 206c)를 동시에 닫는다.
또한, 제2 유기화합물(204b)로 제2 기능 영역(111)을 형성한다. 이것에 의해, 유기화합물막(104)이 형성된다. 그 다음, 다른 성막실 또는 다른 성막장치에서 음극을 형성함으로써 발광소자를 제조한다.
여기서, 성막실 내에 제공되는 증발원이 도 2(B)에 도시되어 있다. 도 2(B)는 성막실 내에 제공되는 증발원의 배치를 성막실의 상면에서 본 모양을 나타낸다.
여기서는, 도 1(A)에 도시된 바와 같이 3종류의 유기화합물을 사용하여 유기화합물막을 형성하는 경우에 대하여 설명한다. 3종류의 유기화합물이 각각 구비되어 있는 증발원(203a, 203b, 203c)이 옆으로 1열로 배치되어 있다. K열(k = 1∼10)이 제공되어 있다. 그리하여, 같은 종류의 유기화합물을 각각 구비한 다수의 증발원이 동일 성막실 내에 제공된 때, 기판 상에 형성되는 유기화합물의 막 두께를 균일하게 할 수 있다. 여기서는, 3 종류의 유기화합물이 인접한 열(1)들 사이에서 상이한 배열로 배치되는 경우에 대하여 설명하지만, 반드시 그러한 배열로 할 필요는 없고, 이들 유기화합물이 모든 행에서 동일 순서로 배열될 수도 있다.
본 발명의 성막장치에서는 동일한 성막실 내에서 다수의 증발원을 사용하여 막을 형성하므로, 성막 특성을 향상시키기 위해, 성막에 사용되는 유기 재료가 구비되어 있는 증발원을 성막 시에 기판 아래의 최적 위치로 이동시키거나 기판을 증발원 위의 최적 위치로 이동시키는 기능이 제공될 수도 있다.
본 발명의 성막장치의 성막실은 유기 화합물로 된 유기화합물막을 보다 치밀한 막으로 형성하기 위한 기구를 가지고 있다.
구체적으로는, 유기화합물막을 형성하는 유기화합물을 성막실에서 성막할 때 가열하면, 그 유기화합물이 가열에 의해 기화되고, 분자의 운동 에너지에 의해 기판 상으로 비산하여, 기판 상에 유기화합물막이 형성된다. 여기서, 유기화합물을 기판 상에 보다 치밀한 막으로 형성하기 위해서는 유기화합물이 분자로서 기판의 표면에 체류하는 시간을 길게 할 필요가 있다.
그러나, 가열에 의해 가해지는 분자의 운동 에너지는 시간 경과에 따라 감소되기 때문에, 기판 표면 상의 분자 활성화 영역(213)에서 기체 분자에 다시 에너지를 가하여 운동 에너지를 가속시킬 필요가 있다.
따라서, 광을 조사하는 광원(211)을 성막실(210)에 제공하여 유기화합물 분자에 광을 조사한다. 광 조사에 의해 에너지가 가해진 유기화합물은 활성화된다. 광원(211)으로부터는 적외광, 자외광 또는 가시광이 조사된다. 유기화합물 분자에 대한 손상을 고려하면, 적외광이 바람직하다.
광 조사에 의해 기판 표면에서의 유기화합물 분자의 체류 시간이 길게 되고, 유기화합물 분자는 기판 위의 최적 위치에서 쉽게 막을 형성할 수 있기 때문에, 보다 치밀한 막이 형성될 수 있다.
도 3(A)는 통상의 성막을 행한 경우의 유기화합물막의 구조를 나타내고, 도 3(B)는 분자 활성화 영역(213)에서 유기화합물에 광을 조사한 경우의 유기화합물막의 구조를 나타낸다.
각각의 구조에서, 기판 상에 양극이 형성되어 있고, 그 위에 제1 기능영역(221), 제1 혼합 영역(222) 및 제2 기능 영역(223)이 형성되어 있고, 마지막으로 음극이 형성되어 있다. 그리하여, 이러한 구조를 가지는 발광소자가 얻어진다. 도 3(B)에 도시된 소자에서는, 도 3(A)에 도시된 소자에 비하여, 유기화합물 분자들 사이의 거리가 짧게 되어 보다 치밀한 막이 형성되어 있다. 도 3(A)에 도시된 바와 같이 유기화합물막의 내부에서 유기화합물 분자들 사이에 간극이 제공되면, 이들 간극이 결함이 되고, 이 결함부에서 캐리어의 이동이 저해된다. 그리하여, 전하 축적에 의해 휘도 저하와 소자 열화가 생긴다. 따라서, 성막실에 광원을 제공하고 성막 시에 광 조사를 행하는 것이 효과적이다.
또한, 본 발명의 성막실에는, 증착 시에 성막실의 내벽에 유기화합물이 부착하는 것을 방지하기 위한 방착(防着) 실드(shield)(207)가 제공되어 있다. 이러한 방착 실드(207)가 제공되면, 기판에 증착되지 않은 유기화합물이 여기에 부착될 수 있다. 또한, 방착 실드(207) 주위에는 그에 접하여 히터(208)가 제공되어 있다. 이 히터(208)에 의해 방착 실드(207) 전체를 가열할 수 있다. 방착 실드(207)가 가열되면, 방착 실드(207)에 부착된 유기화합물이 기화될 수 있으므로, 성막실 내부가 세정될 수 있다.
상기한 유기화합물막을 형성할 수 있는 본 발명의 성막장치에 의하면, 동일한 성막실 내에서 다수의 기능 영역을 가지는 유기화합물막을 형성할 수 있기 때문에, 기능 영역들 사이의 계면이 불순물로 오염되지 않고, 기능 영역들 사이의 계면에 혼합 영역을 형성할 수 있다. 그리하여, 명료한 적층 구조를 나타내지 않고(즉, 명료한 유기 계면을 가지지 않고) 다수의 기능을 가지는 발광소자를 제조할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 성막장치를 사용하여 발광소자의 유기화합물막을 형성함으로써, 동일 성막실 내에서, 다수의 기능 영역을 각각 가지는 유기화합물막을 연속적으로 형성할 수 있고, 그러한 기능 영역들 중 인접한 영역들의 계면에서의 불순물 오염을 방지할 수 있다. 또한, 각 기능 영역을 형성하는 유기화합물로 이루어진 혼합 영역을 기능 영역들 사이에 형성할 수 있어, 기능 영역 계면에서의 유기 층들 사이의 에너지 배리어를 완화할 수 있다. 이것에 의해, 유기 층들 사이에서의 캐리어 주입성을 향상시킬 수 있으므로, 구동 전압을 저하시킬 수 있는 동시에 긴 수명을 가지는 유기 발광소자를 형성할 수 있다. 또한, 성막실에 제공된 광원으로부터 성막되는 유기화합물 분자에 에너지가 인가됨으로써, 치밀한 막을 형성할 수 있다.
[실시형태]
본 발명의 성막장치의 구성에 대하여 도 4(A) 및 도 4(B)를 참조하여 설명한다. 도 4(A)는 성막장치의 상면도를 나타내고, 도 4(B)는 그의 단면도를 나타낸다. 공통 부분에는 동일 부호를 사용하는 것으로 한다. 또한, 본 실시형태에서는, 3개의 성막실을 가지는 인라인 방식의 성막장치의 각 성막실에서 3종류의 유기화합물막(적색, 녹색, 청색)을 형성하는 예를 나타낸다.
도 4(A)에서 부호 400은 반입실을 나타낸다. 이 반입실(400)에 구비된 기판이 제1 얼라인먼트(alignment)실(401)로 운반된다. 제1 얼라인먼트실(401)에서는, 미리 홀더(402)에 고정된 금속 마스크(403)의 얼라인먼트가 홀더(402)에 의해 행해 져 있고, 얼라인먼트가 종료된 금속 마스크(403) 상에, 증착 전의 기판(404)이 설치되며, 이것에 의해, 기판(404)과 금속 마스크(403)가 일체로 되어 제1 성막실(405)로 이송된다.
여기서, 금속 마스크(403)와 기판(404)과의 고정을 위한 홀더(402)의 위치 관계에 대하여 도 5(A)∼도 5(E)를 참조하여 설명한다. 이들 도면에서, 도 4(A) 및 도 4(B)의 것과 동일한 부분에 대해서는 동일 부호를 사용한다.
도 5(A)에는 단면 구조가 도시되어 있다. 홀더(402)는 마스크 홀더(501), 축(502), 기판 홀더(503), 제어 기구(504) 및 보조 핀(505)으로 구성되어 있다. 또한, 금속 마스크(403)는 마스크 홀더(501) 상의 돌기부(506)에 맞추어 보유되고, 금속 마스크(403) 상에 기판(404)이 배치된다. 금속 마스크(403) 상의 기판(404)은 보조 핀(505)에 의해 고정된다.
도 5(A)의 영역(507)의 상면도가 도 5(B)에 도시되어 있다. 기판(404)은 도 5(A) 및 도 5(B)에 도시된 바와 같이 기판 홀더(503)에 의해 고정되어 있다.
또한, 도 5(B)의 B-B'선을 따라 절단된 단면도가 도 5(C)에 도시되어 있다. 도 5(C)에 도시된 금속 마스크(403)의 위치가 성막 시의 것이라고 하면, 축(502)을 Z축 방향으로 이동시킨 도 5(D)의 금속 마스크(403)의 위치가 얼라인먼트 시의 위치이다.
도 5(D)에 도시된 상태에서는, 축(502)이 X축, Y축, Z축 방향으로 이동 가능하고, 또한, Z축에 대한 X-Y 평면의 기울기(θ)의 이동도 가능하다. 제어 기구(504)는 CCD 카메라로부터 얻어지는 위치 정보와 미리 입력된 위치 정보로부터 이동 정보를 출력하므로, 제어 기구(504)에 결합된 축(502)을 통해 마스크 홀더의 위치를 소정의 위치에 맞출 수 있다.
또한, 영역(508)내의 금속 마스크(403)의 확대도가 도 5(E)에 도시되어 있다. 여기서 사용되는 금속 마스크(403)는 서로 다른 재료를 사용하여 형성된 마스크a(509) 및 마스크b(510)로 구성되어 있다. 또한, 증착 시에는, 개구부(511)를 통과한 유기화합물이 기판 상에 성막된다. 그 개구부의 형상은 마스크를 사용하여 증착을 행한 때의 성막 정밀도를 향상시키도록 고안되어 있고, 마스크b(510)가 기판(404)측에 위치하도록 하여 사용된다.
금속 마스크(403)의 얼라인먼트가 종료된 때, 축을 Z축 방향으로 이동시켜, 금속 마스크(403)를 다시 도 5(C)의 위치로 이동시킨 다음, 보조 핀(505)에 의해 금속 마스크(403)와 기판(404)을 고정시켜, 금속 마스크(403)의 얼라인먼트와 금속 마스크(403)와 기판(404)의 위치 맞춤을 완료할 수 있다.
본 실시형태에서는, 금속 마스크(403)의 개구부들이 정사각형, 직사각형, 원형 또는 타원형으로 될 수 있고, 또한, 이들이 매트릭스형 배열이어도 좋고 또는 델타 배열이어도 좋다. 또한, 그 개구부가 선형으로 형성될 수도 있다.
도 4(A)에서, 제1 성막실(405)에는 다수의 증발원(406)이 제공되어 있다. 각각의 증발원(406)은 유기화합물을 구비하고 있는 재료실(도시되지 않음)과, 재료실 내의 기화된 유기화합물의 재료실 밖으로의 비산을 개폐 동작을 통해 제어하는 셔터(도시되지 않음)로 구성되어 있다.
또한, 제1 성막실(405)에 제공된 다수의 증발원(406)에는, 발광소자의 유기 화합물막을 구성하는 다수의 상이한 기능을 가지는 유기화합물들이 제공되어 있다. 여기서 말하는 유기화합물이란, 양극으로부터 정공을 받는 정공 주입성, 전자 이동도보다 정공 이동도가 큰 정공 수송성, 정공 이동도보다 전자 이동도가 큰 전자 수송성, 음극으로부터 전자를 받는 전자 주입성, 정공 또는 전자의 이동을 저지할 수 있는 차단성, 및 발광을 나타내는 발광성의 성질을 가지는 유기화합물이다.
정공 주입성이 높은 유기화합물로서는 프탈로시아닌계 화합물이 바람직하고; 정공 수송성이 높은 유기화합물로서는 방향족 디아민 화합물이 바람직하고, 전자 수송성이 높은 유기화합물로서는, 퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체, 벤조퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체 또는 옥사디아졸 유도체 또는 트리아졸 유도체 또는 페난트롤린 유도체가 바람직하다. 또한, 발광을 나타내는 유기화합물로서는 안정하게 발광하는 퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체, 벤조옥사졸 골격을 가지는 금속 착체, 또는 벤조티아졸 골격을 가지는 금속 착체가 바람직하다.
제1 성막실(405)에서는, 이들 증발원에 제공된 유기화합물들이 도 2(A) 및 도 2(B)에서 설명된 방법에 의해 차례로 증착됨으로써, 다수의 기능 영역을 가지는 제1 유기화합물막(여기서는 적색)이 형성된다.
그 다음, 기판(404)은 제2 얼라인먼트실(407)로 운반된다. 제2 얼라인먼트실(407)에서는, 일단 기판(404)이 금속 마스크(403)로부터 분리된 후, 제2 유기화합물막이 형성될 위치에 맞도록 금속 마스크(403)의 얼라인먼트가 행해진다. 얼라인먼트의 종료 후, 다시 기판(404)과 금속 마스크(403)가 서로 겹쳐져 고정된다.
그리고, 기판(404)이 제2 성막실(408)로 운반된다. 마찬가지로, 제2 성막 실(408)에도 다수의 증발원이 제공되어 있고, 제1 성막실(405)과 마찬가지로, 다수의 유기화합물이 차례로 증착됨으로써, 다수의 기능 영역을 가지는 제1 유기화합물막(여기서는, 녹색)이 형성된다.
그 다음, 기판(404)이 제3 얼라인먼트실(409)로 운반된다. 제3 얼라인먼트실(409)에서는, 일단 기판(404)이 금속 마스크(403)로부터 분리된 후, 제3 유기화합물막이 형성될 위치에 맞도록 금속 마스크(403)의 얼라인먼트가 행해진다. 얼라인먼트의 종료 후, 다시 기판(404)과 금속 마스크(403)가 서로 겹쳐져 고정된다.
그리고, 기판(404)이 제3 성막실(410)로 운반된다. 마찬가지로, 제3 성막실(410)에도 다수의 증발원이 제공되어 있고, 다른 성막실과 마찬가지로, 다수의 유기화합물이 차례로 증착됨으로써, 다수의 기능 영역을 가지는 제3 유기화합물막(여기서는, 청색)이 형성된다.
마지막으로, 기판(404)이 반출실(411)로 운반되어, 성막장치 밖으로 꺼내어진다.
이와 같이, 다른 유기화합물막을 형성할 때마다 얼라인먼트실 내에서 금속 마스크(403)의 얼라인먼트를 행함으로써, 동일 장치에서 다수의 유기화합물막을 형성할 수 있다. 이와 같이, 단일의 유기화합물막으로 이루어진 기능 영역이 동일 성막실에서 성막되기 때문에, 인접한 기능 영역들 사이의 불순물 오염을 피할 수 있다. 또한, 이 성막장치에서는, 상이한 기능 영역들 사이에 혼합 영역을 형성할 수 있기 때문에, 명확한 적층 구조를 나타내지 않고 다수의 기능을 가지는 발광소자를 제조할 수 있다.
본 실시형태에서는, 유기화합물막의 형성까지 행하는 성막장치를 나타내었지만, 본 발명의 성막장치는 이 구성에만 한정되지 않고, 유기화합물막 상에 음극을 형성하는 성막실과 발광소자를 봉지(封止)할 수 있는 처리실을 포함하는 구성이어도 좋다. 또한, 적색, 녹색 및 청색의 발광을 나타내는 유기화합물막의 성막 순서는 상기한 것에 한정되지 않는다.
또한, 본 실시형태에서 나타낸 얼라인먼트실 및 성막실을 세정하기 위한 수단이 제공될 수도 있다. 이러한 수단이 도 4(A)의 영역(412)에 제공되는 경우에는, 도 6에 도시된 바와 같은 세정 예비실(413)이 제공될 수 있다.
세정 예비실(413)에서는, NF3 또는 CF4와 같은 반응성 가스의 분해에 의해 라디칼을 발생시켜 제2 얼라인먼트실(407)에 도입함으로써 제2 얼라인먼트실(407)을 세정할 수 있다. 제2 얼라인먼트실(407)에 이미 사용된 금속 마스크를 제공하여 금속 마스크를 세정할 수 있다. 제2 성막실(408)에 라디칼을 도입함으로써, 제2 성막실(408)의 내부를 세정할 수도 있다. 제2 얼라인먼트실(407) 및 제2 성막실(408)은 각각 게이트(도시되지 않음)를 통해 세정 예비실(413)에 연결되어 있고, 그 게이트는 라디칼의 도입 시 개방되도록 설계되어 있다.
[실시예 1]
본 발명의 성막장치를 인라인 방식으로 한 경우에 대하여 도 7를 참조하여 설명한다. 도 7에서, 부호 701은 반입실을 나타내고, 이 반입실로부터 기판이 운반된다. 본 실시예에서 사용된 용어 기판이란, 기판 상에 발광소자의 양극 또는 음극(본 실시예에서는 양극)까지 형성한 것을 말한다. 또한, 반입실(701)은 배기계(700a)를 구비하고 있고, 이 배기계(700a)는 제1 밸브(71), 크라이오펌프(72), 제2 밸브(73), 제3 밸브(74) 및 건조 펌프(75)를 포함하는 구성으로 되어 있다.
성막실 내의 도달 진공도는 10-6 이하인 것이 바람직하다. 그리하여, 10000 l/초 이상의 배기 속도를 가지는 배기 펌프를 사용하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는, 게이트로 차단된 반입실, 얼라인먼트실, 성막실, 봉지실, 및 반출실과 같은 각 처리실의 내부에 사용되는 재료로서는, 내벽의 표면적을 작게 함으로써 산소 및 물과 같은 불순물의 흡착을 저하시킬 수 있기 때문에, 전해 연마에 의해 경면화(鏡面化)시킨 알루미늄 또는 스테인리스 강(SUS)과 같은 재료가 내부 벽면에 사용된다. 또한, 기공이 매우 작게 되도록 처리된 세라믹 등의 재료로 된 내부 부재가 사용된다. 이들 재료는 평균 표면 조도가 5 nm 이하(바람직하게는 3 nm 이하)인 표면 평활성을 가진다. 여기서 말하는 평균 표면 조도는 JIS B0601에 의해 정의된 중심 평균 조도를 표면에 적용하기 위해 3차원으로 확대시킨 조도이다.
또한, 가스와 쉽게 반응하는 재료를 사용하여 성막실의 내벽에 활성 표면을 형성하는 방법이 있다. 이 경우에 사용되는 재료로서는 Ti, Zr, Nb, Ta, Cr, Mo, W, La, Ba 등이 바람직하다.
제1 밸브(71)는 게이트 밸브를 가진 주 밸브이지만, 컨덕턴스(conductance) 밸브로도 기능하는 버터플라이 밸브가 사용될 수도 있다. 제2 밸브(73) 및 제3 밸 브(74)는 포어(fore) 밸브이다. 먼저, 제2 밸브(73)를 열어 건조 펌프(75)에 의해 반입실(701)을 거칠게 감압한 다음, 제1 밸브(71)와 제3 밸브(74)를 열어 크라이오펌프(72)에 의해 반입실(701)을 높은 진공도까지 감압한다. 또한, 크라이오펌프 대신에 터보 분자 펌프 또는 기계적 부스터 펌프를 사용할 수도 있고, 또는 기계적 부스터 펌프에 의해 진공도를 증가시킨 후 크라이오펌프를 사용하여도 좋다.
그 다음, 부호 702는 얼라인먼트실을 나타낸다. 여기서는, 다음으로 운반되는 성막실에서의 증착을 위해 금속 마스크의 얼라인먼트와 금속 마스크 상에의 기판의 배치가 행해진다. 이것을 얼라인먼트실(A)(702)이라 부른다. 여기서의 얼라인먼트 방법에 대해서는, 도 5(A)∼도 5(E)에서 설명된 방법이 사용될 수도 있다. 얼라인먼트실(A)(702)은 배기계(700b)를 구비하고 있고, 게이트(도시되지 않음)에 의해 반입실(701)로부터 밀폐 차단되어 있다.
얼라인먼트실(A)(702)에는 세정 예비실(713a)이 추가로 제공되어 있고, NF3 또는 CF4 등과 같은 반응성 가스의 분해에 의해 라디칼을 생성시켜, 얼라인먼트실(A)(702)에 도입함으로써 얼라인먼트실(A)(702)을 세정할 수 있다. 이미 사용된 금속 마스크를 얼라인먼트실(A)(702)에 배치함으로써, 그 금속 마스크를 세정할 수 있다.
부호 703은 증착법에 의해 제1 유기화합물막을 성막하기 위한 성막실을 나타내고, 이것을 성막실(A)(703)이라 부른다. 성막실(A)(703)에는 배기계(700c)가 구비되어 있다. 또한, 이 성막실은 게이트(도시되지 않음)에 의해 얼라인먼트 실(A)(702)로부터 밀폐 차단되어 있다.
성막실(A)(703)에는 얼라인먼트실(A)(702)과 마찬가지로 세정 예비실(713b)이 제공되어 있다. 여기서는, NF3 또는 CF4 등과 같은 반응성 가스의 분해에 의해 생성되는 라디칼을 성막실(A)(703)내로 도입함으로써 성막실(A)(703)의 내부를 세정할 수 있다.
본 실시예에서는, 성막실(A)(703)로서 도 2(A)에 도시된 구조의 성막실이 제공되고, 여기서, 적색 발광을 나타내는 제1 유기화합물막이 성막된다. 또한, 증발원으로서는, 정공 주입성의 유기화합물이 구비된 제1 증발원, 정공 수송성의 유기화합물이 구비된 제2 증발원, 발광성을 가지는 유기화합물의 호스트가 되는 정공 수송성의 유기화합물이 구비된 제3 증발원, 발광성을 가지는 유기화합물이 구비된 제4 증발원, 차단성을 가지는 유기화합물이 구비된 제5 증발원, 및 전자 수송성의 유기화합물이 구비된 제6 증발원이 제공되어 있다.
본 실시예에서는, 제1 증발원에 구비되는 정공 주입성의 유기화합물로서 구리 프탈로시아닌(약칭: Cu-Pc)이 사용되고, 제2 증발원에 구비되는 정공 수송성의 유기화합물로서 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐-아미노]-비페닐(약칭: α-NPD)이 사용되고, 제3 증발원에 구비되는 호스트가 되는 유기화합물(이하, 호스트 재료라 함)로서 4,4'-디카르바졸-비페닐(약칭: CBP)이 사용되고, 제4 증발원에 구비되는 발광성의 유기화합물로서 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린-백금(약칭: PtOEP)이 사용되고, 제5 증발원에 구비되는 차단성의 유기 화합물로서 바소쿠 프로인(약칭: BCP)이 사용되고, 제6 증발원에 구비되는 전자 수송성의 유기화합물로서 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미뉴(약칭: Alq3)이 사용되었다.
이들 유기화합물을 차례로 증착함으로써, 정공 주입성, 정공 수송성, 발광성, 차단성, 및 전자 수송성의 기능을 가지는 영역들을 포함하는 유기화합물막을 양극 위에 형성할 수 있다.
본 실시예에서는, 상이한 기능 영역들 사이의 계면에는, 양 기능 영역을 이루는 유기화합물을 동시에 증착함으로써 혼합 영역을 형성한다. 즉, 정공 주입성 영역과 정공 수송성 영역 사이의 계면과, 정공 수송성 영역과 발광성 영역을 포함하는 정공 수송성 영역 사이의 계면, 발광성 영역을 포함하는 정공 수송성 영역과 차단성 영역 사이의 계면, 차단성 영역과 전자 수송성 영역 사이의 계면 각각에 혼합 영역을 형성하고 있다.
구체적으로는, Cu-Pc를 15 ㎚의 두께로 성막하여 제1 기능 영역을 형성한 후, Cu-Pc와 α-NPD를 동시에 증착하여 막 두께 10 ㎚의 제1 혼합 영역을 형성하고, 이어서, α-NPD 막을 40 ㎚의 두께로 성막하여 제2 기능 영역을 형성한 후, α-NPD와 CBP를 동시에 증착하여 막 두께 5∼10 ㎚의 제2 혼합 영역을 형성한다. 그후, CBP를 25∼40 ㎚의 두께로 성막하여 제3 기능 영역을 형성한다. 여기서, 제3 기능 영역을 형성하는 전체 기간 또는 일정 기간에 CBP와 PtOEP를 동시에 증착하여, 제3 기능 영역의 전체 또는 일부에 제3 혼합 영역을 5∼40 nm의 두께로 형성한다. 여기서는, 제3 혼합 영역이 발광성을 가진다. 그 다음, CBP와 BCP를 5∼10 ㎚의 막 두께로 동시에 증착하여 제4 혼합 영역을 형성한 후, BCP를 8 ㎚의 두께로 성막하여 제4 기능 영역을 형성한다. 그리고, BCP와 Alq3을 5∼10 ㎚의 막 두께로 동시에 증착하여 제5 혼합 영역을 형성한다. 마지막으로, Alq3을 25 ㎚의 막 두께로 성막하여 제5 기능 영역을 형성한다. 이상에 의해, 제1 유기화합물막이 형성된다.
여기서는, 제1 유기화합물막으로서, 기능이 다른 6종류의 유기화합물 각각을 6개의 증발원 각각에 구비하고, 이들 유기화합물의 증착에 의해 유기화합물막을 형성하는 경우에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이것에만 한정되지 않고, 다수 종류의 유기화합물을 사용할 수도 있다. 또한, 단일 증발원에 구비되는 유기화합물이 항상 단일의 것에 한정되지 않고, 다수의 것일 수도 있다. 예를 들어, 발광성의 유기화합물로서 증발원에 구비되는 단일 종류의 재료 이외에, 도펀트로서 작용하는 다른 유기화합물이 함께 구비될 수도 있다. 제1 유기화합물막은 다수의 기능을 가지고, 적색 발광을 나타내는 유기화합물막을 형성하는 이들 유기화합물로서는 공지의 재료들이 사용될 수도 있다.
각각의 증발원은 마이크로컴퓨터에 의해 그의 성막 속도가 제어되도록 설계될 수도 있다. 이러한 구성에 의해, 다수의 유기화합물막을 동시에 성막할 때의 혼합비율을 제어할 수 있도록 하여도 좋다.
다음에, 부호 706은 얼라인먼트실을 나타낸다. 여기서는, 다음으로 운반되는 성막실에서의 성막을 위해 금속 마스크의 얼라인먼트와 금속 마스크 상에의 기 판의 배치기 행해진다. 이것을 얼라인먼트실(B)(706)이라 부른다. 또한, 여기서의 얼라인먼트 방법에 대해서는, 도 5(A)∼도 5(E)에서 설명된 방법이 사용될 수도 있다. 얼라인먼트실(B)(706)은 배기계(700d)를 구비하고 있고, 게이트(도시되지 않음)에 의해 성막실(A)(703)로부터 밀폐 차단되어 있다. 또한, 이 얼라인먼트실(B)(706)은 얼라인먼트실(A)(702)과 마찬가지로 게이트(도시되지 않음)에 의해 밀폐 차단된 세정 예비실(713c)을 구비하고 있다.
그 다음, 부호 707은 증착법에 의해 제2 유기화합물막을 성막하기 위한 성막실을 나타낸다. 이 성막실을 성막실(B)(707)이라 부른다. 성막실(B)(707)은 배기계(700e)를 구비하고 있다. 이 성막실(B)(707)은 게이트(도시되지 않음)에 의해 얼라인먼트실(B)(706)로부터 밀폐 차단되어 있다. 또한, 이 성막실(B)(707)은 성막실(A)(703)과 마찬가지로 게이트(도시되지 않음)에 의해 밀폐 차단된 세정 예비실(713d)을 구비하고 있다.
본 실시예에서는, 성막실(B)(707)로서 도 2(A)에 도시된 구조의 성막실이 제공되어 있고, 여기서, 녹색 발광을 나타내는 제2 유기화합물막이 성막된다. 또한, 증발원으로서는, 정공 주입성의 유기화합물이 구비된 제1 증발원, 정공 수송성의 유기화합물이 각각 구비된 제2 증발원 및 제3 증발원, 정공 수송성의 호스트 재료가 구비된 제4 증발원, 발광성의 유기화합물이 구비된 제5 증발원, 차단성의 유기화합물이 구비된 제6 증발원, 및 전자 수송성의 유기화합물이 구비된 제7 증발원이 제공되어 있다.
본 실시예에서는, 제1 증발원에 구비되는 정공 주입성의 유기화합물로서 Cu- Pc가 사용되고, 제2 증발원에 구비되는 정공 수송성의 유기화합물로서 MTDATA가 사용되고, 제3 증발원에 구비되는 정공 수송성의 유기화합물로서 α-NPD가 사용되고, 제4 증발원에 구비되는 정공 수송성의 호스트 재료로서 CBP가 사용되고, 제5 증발원에 구비되는 발광성의 유기화합물로서 트리스(2-페닐피리딘)이리듐(Ir(ppy)3)이 사용되고, 제6 증발원에 구비되는 차단성의 유기화합물로서 BCP가 사용되고, 제7 증발원에 구비되는 전자 수송성의 유기화합물로서 Alq3이 사용된다.
이들 유기화합물을 차례로 증착함으로써, 정공 주입성, 정공 수송성, 발광성, 차단성 및 전자 수송성의 기능을 가지는 영역들을 포함하는 제2 유기화합물막을 양극 위에 형성할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 상이한 기능 영역들 사이의 계면에는, 양 기능 영역을 형성하는 유기화합물을 동시에 증착함으로써 혼합 영역을 형성한다. 즉, 정공 주입성 영역과 정공 수송성 영역 사이의 계면, 정공 수송성 영역과 발광성 영역을 포함하는 정공 수송성 영역 사이의 게면, 발광성 영역을 포함하는 정공 수송성 영역과 차단성 영역 사이의 계면, 및 차단성 영역과 전자 수송성 영역 사이의 계면 각각에 혼합 영역을 형성하고 있다.
구체적으로는, Cu-Pc를 10 ㎚의 두께로 성막하여 제1 기능 영역을 형성한 후, Cu-Pc와 MTDATA를 동시에 증착하여 두께 5∼10 ㎚의 제1 혼합 영역을 형성한다. 그 다음, MTDATA를 20 ㎚의 막 두께로 성막하여 제2 기능 영역을 형성한 후, MTDATA와 α-NPD를 동시에 증착하여 두께 5∼10 ㎚의 제2 혼합 영역을 형성한다. 그후, α-NPD를 10 ㎚의 막 두께로 성막하여 제3 기능 영역을 형성하고, α-NPD와 CBP를 동시에 증착하여 5∼10 nm의 막 두께로 제3 혼합 영역을 형성한다. 이어서, CBP를 20∼40 ㎚의 막 두께로 성막하여 제4 기능 영역을 형성한다. 여기서, 제4 기능 영역을 형성하는 전체 기간 또는 일정 기간에 CBP와 Ir(ppy)3을 동시에 증착하여 제4 기능 영역의 일부 또는 전체에 제4 혼합 영역을 형성한다. 제4 혼합 영역은 5∼40 nm의 막 두께로 형성된다. 또한, 여기서는, 제4 혼합 영역이 발광성을 가진다. 다음에, CBP와 BCP를 동시에 증착하여 두께 5∼10 ㎚의 제5 혼합 영역을 형성한 후, BCP를 10 ㎚의 막 두께로 성막하여 제5 기능 영역을 형성한다. 또한, BCP와 Alq3을 5∼10 ㎚의 막 두께로 동시에 증착하여 제6 혼합 영역을 형성한다. 마지막으로, Alq3을 40 ㎚의 막 두께로 성막하여 제6 기능 영역을 형성한다. 이것에 의해, 제2 유기화합물막이 형성된다.
여기서는, 제2 유기화합물막으로서, 서로 다른 기능을 가지는 유기화합물이 각각 구비된 7개의 증발원으로부터 증착에 의해 유기화합물막을 형성하는 경우를 설명하였지만, 본 발명이 이것에 한정되지 않고, 다수 종류의 유기화합물이면 된다. 또한, 다수의 기능을 가지고 녹색 발광을 나타내는 유기화합물막을 형성하는 유기화합물로서는 공지의 재료들이 사용될 수도 있다.
각 증발원은 마이크로컴퓨터에 의해 그의 성막 속도가 제어되도록 설계되는 것이 바람직하다. 이렇게 하여, 다수의 유기화합물막을 동시에 성막할 때의 혼합비율을 제어할 수 있도록 하여도 좋다.
다음에, 부호 708은 얼라인먼트실을 나타낸다. 여기서는, 다음으로 운반되는 성막실에서의 성막을 위해 금속 마스크의 얼라인먼트 및 금속 마스크 상에의 기판의 배치가 행해진다. 이것이 얼라인먼트실(C)(708)이라 불린다. 여기서의 얼라인먼트 방법에 대해서는, 도 5(A)∼도 5(E)에서 설명된 방법이 사용될 수 있다. 얼라인먼트실(C)(708)은 배기계(700f)를 구비하고 있고, 게이트(도시되지 않음)에 의해 성막실(B)(707)로부터 밀폐 차단되어 있다. 또한, 이 얼라인먼트실은 얼라인먼트실(A)(702)과 마찬가지로 게이트(도시되지 않음)에 의해 밀폐 차단된 세정 예비실(713e)을 구비하고 있다.
다음에, 부호 709는 증착법에 의해 제3 유기화합물막을 성막하기 위한 성막실을 나타낸다. 이 성막실을 성막실(C)(709)이라 부른다. 이 성막실(C)(709)은 배기계(700g)를 구비하고 있다. 이 성막실(C)(709)은 게이트(도시되지 않음)에 의해 얼라인먼트실(C)(708)로부터 밀폐 차단되어 있다. 또한, 이 성막실(C)(709)은 성막실(A)(703)과 마찬가지로 게이트(도시되지 않음)에 의해 밀폐 차단된 세정 예비실(713f)를 구비하고 있다.
본 실시예에서는, 성막실(C)(709)로서 도 2(A)에 도시된 구조의 성막실이 제공되어 있고, 여기서, 청색 발광을 나타내는 제3 유기화합물막이 성막된다. 또한, 증발원으로서는, 정공 주입성의 유기화합물이 구비된 제1 증발원, 발광성의 유기화합물이 구비된 제2 증발원, 차단성의 유기화합물이 구비된 제3 증발원, 및 전자 수송성의 유기화합물이 구비된 제4 증발원이 제공되어 있다.
본 실시예에서는, 제1 증발원에 구비되는 정공 주입성의 유기화합물로서 Cu- Pc가 사용되고, 제2 증발원에 구비되는 발광성의 유기화합물로서 α-NPD가 사용되고, 제3 증발원에 구비되는 차단성의 유기화합물로서 BCP가 사용되고, 제4 증발원에 구비되는 전자 수송성의 유기화합물로서 Alq3이 사용된다.
이들 유기화합물을 차례로 증착함으로써, 정공 주입성, 발광성, 차단성 및 전자 수송성의 기능을 가지는 영역들을 포함하는 제3 유기화합물막을 양극 위에 형성할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 상이한 기능 영역들 사이의 계면에는, 양 기능 영역을 형성하는 유기화합물을 동시에 증착함으로써 혼합 영역을 형성한다. 즉, 정공 주입성 영역과 발광성 영역 사이의 계면, 발광성 영역과 차단성 영역 사이의 계면, 및 차단성 영역과 전자 수송성 영역 사이의 계면 각각에 혼합 영역을 형성하고 있다.
구체적으로는, Cu-Pc를 20 ㎚의 두께로 성막하여 제1 기능 영역을 형성한 후, Cu-Pc와 α-NPD를 동시에 증착하여 두께 5∼10 ㎚의 제1 혼합 영역을 형성한다. 그 다음, α-NPD를 40 ㎚의 두께로 성막하여 제2 기능 영역을 형성하고, 이어서, α-NPD와 BCP를 동시에 증착하여 두께 5∼10 ㎚의 제2 혼합 영역을 형성한다. 그후, BCP를 10 ㎚의 막 두께로 성막하여 제3 기능 영역을 형성하고, BCP와 Alq3을 동시에 증착하여 두께 5∼10 ㎚의 제3 혼합 영역을 형성한다. 마지막으로, Alq3을 40 ㎚의 두께로 성막하여 제4 기능 영역을 형성한다. 이것에 의해, 제3 유기화합물막이 형성된다.
여기서는, 상이한 기능을 가지는 4종류의 유기화합물이 각각 구비된 4개의 증발원으로부터 증착에 의해 유기화합물막을 형성하는 경우를 설명하였지만, 본 발명이 이것에 한정되지 않고, 다수 종류의 유기화합물이면 된다. 또한, 단일 증발원에 구비되는 유기화합물이 한 종류에 한정되지 않고, 다수의 것일 수도 있다. 예를 들어, 발광성의 유기화합물로서 증발원에 제공되는 단일 종류의 재료에 추가하여, 도펀트로서 작용하는 다른 유기화합물이 함께 제공될 수도 있다. 다수의 기능을 가지고 청색 발광을 나타내는 유기화합물막을 형성하기 위한 유기화합물로서 공지의 재료들이 사용될 수도 있다.
또한, 본 실시예에서는, 적색 발광을 나타내는 유기화합물막을 제1 성막실(A)(703)에서 형성하고, 녹색 발광을 나타내는 유기화합물막을 제2 성막실(B)(707)에서 형성하고, 청색 발광을 나타내는 유기화합물막을 제3 성막실(C)(709)에서 형성하는 경우를 설명하였으나, 이들 층의 형성 순서는 상기 순서에 제한되지 않는다. 각각 적색, 녹색 및 청색 발광을 나타내는 유기화합물막들 중 하나가 성막실(A)(703), 성막실(B)(707) 및 성막실(C)(709) 중 하나에서 형성될 수 있다. 또는, 백색 발광을 나타내는 유기화합물막을 형성하기 위해 추가 성막실이 제공될 수도 있다.
다음에, 부호 710은 증착법에 의해 발광소자의 양극 또는 음극이 되는 도전막(본 실시예에서는 음극이 되는 금속막)을 성막하기 위한 성막실을 나타내고, 이 성막실을 성막실(D)(710)이라 부른다. 성막실(D)(710)은 배기계(700h)를 구비하고 있다. 이 성막실(D)(710)은 게이트(도시되지 않음)에 의해 성막실(C)(709)로부터 밀폐 차단되어 있다. 또한, 이 성막실(D)(710)은 성막실(A)(703)과 마찬가지로 게이트(도시되지 않음)에 의해 밀폐 차단된 세정 예비실(713g)을 구비하고 있다.
본 실시예에서는, 성막실(D)(710)에서, 발광소자의 음극이 되는 도전막으로서 Al-Li 합금막(알루미늄과 리튬의 합금으로 된 막)을 증착법에 의해 성막한다. 또한, 주기율표의 I족 또는 II족에 속하는 원소와 알루미늄을 동시에 증착할 수도 있다.
또한, 성막실(A)(703), 성막실(B)(707), 성막실(C)(709) 및 성막실(D)(710)은 각 성막실 내부를 가열하기 위한 기구를 구비할 수 있다. 그리하여, 성막실 내의 불순물 일부가 제거될 수 있다.
또한, 각 성막실에 구비되는 배기 펌프로서는, 건조 펌프, 기계적 부스터 펌프, 터보 분자 펌프(자기 부상형), 크라이오펌프 등을 사용할 수 있으나, 본 실시예에서는 크라이오펌프와 건조 펌프 모두를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 성막실(A)(703), 성막실(B)(707), 성막실(C)(709) 및 성막실(D)(710)은 배기 펌프에 의하 감압된다. 이 때의 도달 진공도는 10-6 Pa 이상인 것이 바람직하다. 예를 들어, 10,000 l/s(H2O)의 배기 속도를 가지는 크라이오펌프를 사용하면, 성막실 내부의 표면적을 10 m2로 했을 때, 누설 속도가 20시간에 4.1×10-7 Pa*m3*s-1 이하인 알루미늄과 같은 재료를 사용하여 성막실 내부를 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 진공도를 얻기 위해서는, 성막실 내부의 표면적을 전해 연마 에 의해 작게하는 것이 효과적이다.
또한, 발광소자의 보호막(패시베이션막)으로서 질화규소막, 산화규소막 및 DLC(diamond-like carbon)막 등의 절연막을 형성하기 위해 CVD실이 제공될 수도 있다. CVD실을 제공하는 경우, CVD실에서 사용되는 재료 가스를 미리 고순도화하기 위해 가스 정제기를 제공하는 것이 바람직하다.
다음에, 부호 711은 봉지실을 나타내고, 이 봉지실은 배기계(700i)를 구비하고 있다. 이 봉지실(711)은 게이트(도시되지 않음)에 의해 성막실(D)(710)로부터 밀폐 차단되어 있다. 봉지실(711)은 진공 상태로 되어 있다. 음극까지 형성된 발광소자를 가지는 다수의 기판이 봉지실로 운반되면, 게이트를 닫고, 봉지실(711)을 불활성 기체(질소, 헬륨, 아르곤 등)에 의해 대기압 상태로 하고, 마지막으로 발광소자를 밀폐 공간에 봉입하기 위한 처리를 행한다. 봉지실(711) 내에 반송 기구(도시되지 않음)가 제공되어 있고, 성막실(D)(710)으로부터의 기판의 반출을 행한다. 여기서의 봉지 처리는 형성된 발광소자를 산소 및 물로부터 보호하기 위한 처리이고, 커버재에 의해 기계적으로 봉입하거나 또는 열 경화성 수지 또는 자외선 경화성 수지에 의해 봉입하는 수단을 사용한다.
또한, 봉지실에는, 커버재가 미리 구비되어 있고, 커버재로서는, 유리, 세라믹, 플라스틱 또는 금속을 사용할 수 있으나, 커버재측으로 광을 방사하는 경우에는 커버재가 투과성을 가져야 한다. 또한, 열 경화성 수지, 자외선 경화성 수지 등으로 이루어진 밀봉재를 사용하여, 상기 발광소자가 형성된 기판과 커버재를 접합시킨 후, 열 처리 또는 자외선 조사 처리에 의해 수지를 경화시킴으로써, 발광소 자가 형성된 기판과 커버재를 서로 접합하여 밀폐 공간을 형성한다. 이 밀폐 공간 내에 산화 바륨으로 대표되는 흡습재를 제공하는 것이 효과적이다. 발광소자가 형성된 기판과 커버재 사이의 접합은 CCD 카메라에 접속된 위치맞춤 기구에 의해 위치맞춤한 후 행해진다. 또한, 밀봉재의 도포 및 흡습제의 첨가를 자동적으로 처리하는 기구도 제공될 수 있다.
발광소자가 형성된 기판과 커버재 사이의 공간에 열 경화성 수지 또는 자외선 경화성 수지를 채울 수도 있다. 이 경우, 열 경화성 수지 또는 자외선 경화성 수지에 산화바륨으로 대표되는 흡습제를 첨가하는 것이 효과적이다.
도 7에 도시된 성막장치에서는, 봉지실(711)의 내부에 자외광을 조사하기 위한 기구(이하, 자외광 조사 기구라 함)가 제공되어 있고, 이 자외광 조사 기구로부터 방출되는 자외광이 자외선 경화성 수지를 경화시키는 구성으로 되어 있다.
마지막으로, 부호 712는 반출실을 나타내고, 이 반출실은 배기계(700j)를 구비하고 있다. 이 반출실로부터 발광소자가 형성된 기판이 꺼내어진다.
또한, 본 실시예에서 나타낸 성막장치에 포함되는 성막실에, 유기화합물을 교환할 수 있는 기능을 제공한 경우를 도 8(A) 및 도 8(B)에 나타내고, 봉지실(711)의 상세한 구조를 도 8(C)에 나타내고 있다.
도 8(A)에서, 성막실(801)에는 기판(802)이 구비되어 있다. 그리고, 이 기판 상에 유기화합물막을 형성하기 위한 유기화합물이 증발원(803)에 제공되어 있다. 여기서, 증발원(803)은 게이트(805)를 통해 기판이 제공된 성막실(801)로부터 분리된 재료 교환실(804)내에 제공되어 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 재료 교 환실(804)이 게이트(805)의 폐쇄에 의해 성막실(801)로부터 분리되고, 진공 상태에 있는 재료 교환실(804) 내부를 배기계(806)에 의해 대기압으로 복귀시킨 다음, 도 8(A)에 도시된 바와 같이 재료 교환실(804)을 꺼냄으로써, 재료 교환실(804)의 증발원 내에 제공된 유기화합물을 추가 또는 교환할 수 있다.
유기화합물의 추가 또는 교환이 종료된 후, 도 8(B)에 도시된 바와 같이 재료 교환실(804)을 다시 원래 상태로 복귀시키고, 재료 교환실(804) 내부를 배기계(806)에 의해 진공 상태로 하여, 성막실 내부와 동일한 압력 상태로 된 후, 게이트(805)를 개방함으로써, 증발원(803)으로부터 기판(802)에의 증착이 가능하게 된다.
재료 교환실(804)에는, 교환되는 재료를 가열하는 히터가 구비되어 있다. 재료를 미리 가열함으로써, 수분 등의 불순물을 없앨 수 있다. 이때 가해지는 온도는 200℃ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 도 8(C)에 도시된 바와 같이, 여러 처리 기구가 봉지실(711)에 제공되어 있다. 봉입에 사용되는 여러 커버재는 저장 위치(811)에 위치한다. 봉지 처리를 행하기 위한 기판이 반송 기구(A)(812)에 의해 성막실(D)(710)로부터 운반되어 저장 위치(813)에 일시적으로 보관된다.
저장 위치(813)에 기판이 어느 일정량 축적되면, 봉지실이 게이트에 의해 밀폐 공간이 되고, 이어서, 불활성 기체(질소, 아르곤, 헬륨 등)에 의해 대기압 상태로 된다.
봉지실이 대기압 상태가 되면, 기판이 하나씩 처리된다. 먼저, 기판이 반송 기구(A)(812)에 의해 저장 위치(813)로부터 위치맞춤 기구(814)로 운반된다. 이때, 밀봉제와 흡습제가 기판 상에 도포된다. 이어서, 커버재가 반송 기구(B)(815)에 의해 저장 위치(811)로부터 위치맞춤 기구(814)로 운반되어 기판에 결합된다.
그 다음, 자외선 조사 기구(도시되지 않음)로부터 자외선을 조사하여 기판의 봉지를 완료한다. 봉지가 완료된 후, 기판은 반송 기구(C)(816)에 의해 반출실(712)로 운반되어 배출된다.
상기한 바와 같이, 도 7(또는 도 8(A)∼도 8(C))에 도시된 성막장치를 사용함으로써, 발광소자를 밀폐 공간 내에 완전히 봉입할 때까지 발광소자가 외기에 노출되는 것이 방지된다. 그리하여, 신뢰성이 높은 발광장치를 제조할 수 있다.
[실시예 2]
본 발명의 성막장치를 도 9(A) 및 도 9(B)를 참조하여 설명한다. 도 9(A) 및 도 9(B)에서, 부호 901은 반송실을 나타내고, 이 반송실(901)은 기판(903)을 운반하기 위한 반송 기구(A)(902)를 구비하고 있다. 반송실(901)은 감압 분위기로 되어 있고, 게이트에 의해 각 처리실과 연결되어 있다. 게이트를 개방하고 반송 기구(A)(902)에 의해 각 처리실로 기판이 운반된다. 반송실(901)을 감압으로 하기 위해서는, 건조 펌프, 기계적 부스터 펌프, 터보 분자 펌프(자기 부유형) 또는 크라이오펌프와 같은 배기 펌프가 사용될 수 있으나, 수분 등의 제거에 우수한 크라이오펌프를 건조 펌프와 조합하여 사용하는 것이 바람직하다.
이하, 각 처리실에 대하여 설명한다. 반송실(901)은 감압 분위기로 되어 있으므로, 반송실(901)에 직접 연결된 모든 처리실이 배기 펌프(도시되지 않음)를 구 비하고 있다. 배기 펌프로서는, 건조 펌프, 기계적 부스터 펌프, 터보 분자 펌프(자기 부유형) 또는 크라이오펌프가 사용될 수 있으나, 이 경우에도 크라이오펌프를 건조 펌프와 조합하여 사용하는 것이 바람직하다.
먼저, 부호 904는 기판을 세트(설치)하기 위한 반입실을 나타낸다. 반입실(904)은 게이트(900a)에 의해 반송실(901)과 연결되어 있고, 여기에 기판(903)이 장착된 캐리어(도시되지 않음)가 배치되어 있다. 반입실(904)은 소자 형성까지 끝난 기판을 봉지실로 운반하는 반송실로서의 역할도 겸하고 있다. 반입실(904)은 기판 반입용과 반송용의 별도의 방을 가질 수도 있다. 반입실(904)은 상기한 배기 펌프와, 고순도 질소 가스 또는 희가스의 도입을 위한 퍼지(purge) 라인을 구비하고 있다. 여기에 사용되는 배기 펌프로서는 크라이오펌프가 바람직하다. 또한, 상기 퍼지 라인에는 가스 정제기가 구비되어, 장치에 도입되는 가스의 불순물(산소 및 수분)을 미리 제거하도록 되어 있다.
본 실시예에서는, 기판(903)으로서, 발광소자의 양극이 되는 투명 도전막까지 형성되어 있는 기판을 사용한다. 본 실시예에서는, 기판(903)은 성막면이 하방으로 향한 상태로 캐리어에 세트된다. 이것은, 후에 증착법에 의해 성막을 행할 때 페이스 다운(face-down) 방식("상향 증착" 방식이라고도 함)으로 성막을 행하기 위한 것이다. 페이스 다운 방식이란, 기판의 성막면을 하방으로 향하게 하여 성막을 행하는 방식을 말한다. 이 방식에 의하면, 먼지와 같은 오염 입자의 부착을 억제할 수 있다.
다음에, 부호 905로 나타낸 것은, 금속 마스크의 얼라인먼트와 발광소자의 양극 또는 음극(본 실시예에서는 양극)까지 형성된 기판과 금속 마스크와의 위치 맞춤을 위한 얼라인먼트실이고, 이 얼라인먼트실(905)은 게이트(900b)에 의해 반송실(901)과 연결되어 있다. 금속 마스크 얼라인먼트와 기판과 금속 마스크의 위치 맞춤이, 상이한 유기 화합물막이 형성될 때마다 얼라인먼트실 내에서 행해진다. 또한, 얼라인먼트실(905)은 이미지 센서로 알려진 CCD(전하 결합 소자)를 구비하고 있어, 금속 마스크를 사용한 성막에서 기판과 금속 마스크의 위치맞춤을 정확하게 행할 수 있다. 금속 마스크 얼라인먼트에 관해서는, 도 5(A)∼도 5(E)에서 설명된 방법을 사용할 수도 있다.
또한, 얼라인먼트실(905)에는 세정 예비실(922a)이 연결되어 있다. 세정 예비실(922a)의 구성이 도 9(B)에 도시되어 있다. 먼저, 세정 예비실(922a)은 μ파의 발생을 위한 μ파 발진기(931)를 가지고 있고, 여기서 발생되는 μ파는 도파관(932)을 통해 플라즈마 방전관(933)으로 보내진다. 여기서 사용되는 μ파 발진기(931)로부터는 2.45 GHz의 μ파가 방사된다. 또한, 플라즈마 방전관(933)에는 가스 도입관(934)으로부터 반응성 가스가 공급된다. 여기서는, 반응성 가스로서 NF3이 사용되었지만, CF4 및 ClF4와 같은 다른 가스가 사용될 수도 있다.
그리고, 반응성 가스는 플라즈마 방전관(933)내에서 μ파에 의해 분해되어, 라디칼을 발생시킨다. 이 라디칼은 가스 도입관(934)을 통해 안내되어, 게이트(도시되지 않음)에 의해 연결된 얼라인먼트실(905)로 도입된다. 또한, 플라즈마 방전관(933)에는 μ파의 효율적인 공급을 위해 반사판(935)이 구비될 수도 있다.
또한, 얼라인먼트실(905)은 유기화합물막이 부착된 금속 마스크를 포함한다. 세정 예비실(922a)과 얼라인먼트실(905) 사이에 제공된 게이트(도시되지 않음)를 개방하여, 얼라인먼트실(905)로 라디칼을 도입할 수 있다. 이것에 의해, 금속 마스크의 세정이 행해질 수 있다.
μ파 플라스마를 사용함으로써, 반응성 가스의 라디칼화를 고효율로 행할 수 있기 때문에, 부산물 등의 불순물의 발생율이 낮아진다. 또한, 통상의 라디칼 발생과는 메카니즘이 다르기 때문에, 발생된 라디칼은 더 이상 가속되지 않고, 성막실 내부에서는 라디칼이 발생되지 않기 때문에, 플라즈마에 의한 성막실 내의 손상 및 금속 마스크의 손상을 방지할 수 있다.
이와 같은 방법으로 얼라인먼트실을 세정하는 기술은 본 발명의 바람직한 양태들 중 하나이므로, 본 발명이 이것에 한정되지 않는다. 따라서, 성막실 내에 반응성 가스를 도입하여 이 성막실 내에서 플라즈마를 생성하여 건조 세정을 행할 수도 있고 또는 아르곤 가스 등의 도입을 통한 스퍼터링법에 의한 물리적 세정을 행할 수도 있다.
다음에, 부호 906은 증착법에 의해 유기화합물막을 성막하기 위한 성막실을 나타내고, 이 성막실을 성막실(A)(906)이라 부른다. 성막실(A)(906)은 게이트(900c)에 의해 반송실(901)에 연결되어 있다. 본 실시예에서는, 성막실(A)(906)로서, 도 2(A) 및 도 2(B)에 도시된 구조의 성막실이 제공되어 있다.
본 실시예에서는, 성막실(A)(906) 내의 성막부(907)에서 적색 발광을 나타내는 제1 유기화합물막이 성막된다. 성막실(A)(906) 내에는 다수의 증발원이 제공되 어 있고, 구체적으로는, 정공 주입성의 유기화합물을 구비한 제1 증발원, 정공 수송성의 유기화합물을 구비한 제2 증발원, 발광성의 유기화합물의 호스트가 되는 정공 수송성의 유기화합물을 구비한 제3 증발원, 발광성의 유기화합물을 구비한 제4 증발원, 차단성의 유기 화합물을 구비한 제5 증발원, 및 전자 수송성의 유기 화합물을 구비한 제6 증발원이 제공되어 있다.
이들 유기화합물을 차례로 증착함으로써, 정공 주입성, 정공 수송성, 발광성, 차단성 및 전자 수송성의 기능을 가지는 영역들을 포함하는 유기화합물막이 양극 위에 형성될 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 상이한 기능 영역들 사이의 계면에는, 양 기능 영역을 형성하는 유기화합물을 동시에 증착하여 혼합 영역을 형성한다. 즉, 정공 주입성 영역과 정공 수송성 영역 사이의 계면, 정공 수송성 영역과 발광성 영역을 포함하는 정공 수송성 영역 사이의 계면, 발광성 영역을 포함하는 정공 수송성 영역과 차단성 영역 사이의 계면, 차단성 영역과 전자 수송성 영역 사이의 계면 각각에 혼합 영역을 형성한다.
여기서는, 제1 유기화합물막으로서, 상이한 기능을 가지는 6종류의 유기화합물이 각각 제공된 6개의 증발원으로부터 차례로 증착하여 유기화합물막을 형성하는 경우를 설명하였지만, 본 발명이 이것에 한정되지 않고, 다수 종류의 유기화합물이면 된다. 또한, 단일 증발원에 제공된 유기화합물은 한 종류에만 한정되지 않고, 다수일 수도 있다. 예를 들어, 발광성의 유기화합물로서 증발원에 제공된 단일 종류의 재료 이외에, 도펀트로서 작용하는 다른 유기화합물이 함께 제공될 수도 있 다. 또한, 다수의 기능을 가지고 적색 발광을 나타내는 유기화합물막을 형성하는 유기화합물로서는, 실시예 1에서 나타낸 것을 사용할 수 있으나, 공지의 재료를 자유롭게 조합하려 사용할 수 있다.
성막실(A)(906)은 게이트(900g)를 통해 재료 교환실(914)에 연결되어 있다. 재료 교환실(914)은 교환되는 유기화합물을 가열하기 위한 히터를 구비하고 있다. 그러한 유기화합물을 미리 가열함으로써, 수분 등과 같은 불순물을 제거할 수 있다. 이때 가해지는 온도는 200℃ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 재료 교환실(914)에는 내부를 감압 상태로 할 수 있는 배기 펌프가 구비되어 있기 때문에, 외부로부터 유기화합물을 추가 또는 교환하여 가열 처리를 한 후 내부를 감압 상태로 한다. 성막실과 동일한 압력 상태가 되면, 게이트(900g)를 열어 성막실 내의 증발원에 유기화합물을 제공할 수 있다. 또한, 유기화합물은 반송 기구에 의해 성막실 내의 증발원에 제공된다.
또한, 성막실(A)(906) 내에서의 성막 공정에 관해서는 도 2(A) 및 도 2(B)의 설명을 참조한다.
성막실(A)(906)에도, 얼라인먼트실(905)과 마찬가지로 세정 예비실(922b)이 게이트(도시되지 않음)를 통해 연결되어 있다. 또한, 그의 구체적인 구성은 세정 예비실(922a)과 마찬가지이고, 세정 예비실(922b) 내에서 발생된 라디칼을 성막실(A)(906)에 도입하여, 성막실(A)(906) 내부에 부착된 유기화합물 등을 제거할 수 있다.
다음에, 부호 908은 증착법에 의해 제2 유기화합물을 성막하기 위한 성막실 을 나타내고, 이 성막실을 성막실(B)(908)이라 부른다. 성막실(B)(908)은 게이트(900d)를 통해 반송실(901)에 연결되어 있다. 본 실시예에서는, 성막실(B)(908)로서, 도 2(A) 및 도 2(B)에 도시된 구조의 성막실이 제공되어 있다. 본 실시예에서는, 성막실(B)(908) 내의 성막부(909)에서, 녹색 발광을 나타내는 제2 유기화합물막이 형성된다.
성막실(B)(908)내에 다수의 증발원, 구체적으로는, 정공 주입성의 유기 화합물을 구비한 제1 증발원, 정공 수송성의 유기화합물을 각각 구비한 제2 증발원 및 제3 증발원, 정공 수송성의 호스트 재료를 구비한 제4 증발원, 발광성의 유기화합물을 구비한 제5 증발원, 차단성의 유기화합물을 구비한 제6 증발원, 및 전자 수송성의 유기 화합물을 구비한 제7 증발원이 제공되어 있다.
이들 유기화합물을 차례로 증착함으로써, 양극 상에, 정공 주입성, 정공 수송성, 발광성, 차단성 및 전자 수송성의 기능을 가지는 영역으로 이루어진 제2 유기화합물막을 형성할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 상이한 기능 영역들 사이의 계면에는, 양 기능 영역을 형성하는 유기화합물을 동시에 증착함으로써 혼합 영역을 형성한다. 즉, 정공 주입성 영역과 정공 수송성 영역 사이의 계면, 정공 수송성 영역과 발광성 영역을 포함하는 정공 수송성 영역 사이의 계면, 발광성 영역을 포함하는 정공 수송성 영역과 차단성 영역 사이의 게면, 및 차단성 영영과 전자 수송성 영역 사이의 계면에 혼합 영역을 형성한다.
여기서는, 제2 유기화합물막으로서, 상이한 기능을 가지는 7종류의 유기화합 물이 각각 구비된 7개의 증발원으로부터 차례로 증착하여 제2 유기화합물막을 형성하는 경우를 설명하였지만, 본 발명이 이것에 한정되지 않고, 다수 종류의 유기화합물이면 된다. 또한, 단일 증발원에 제공되는 유기화합물은 한 종류에만 한정되지 않고, 다수 일 수도 있다. 예를 들어, 발광성의 유기화합물로서 증발원에 제공된 단일 종류의 재료 이외에, 도펀트로서 작용하는 다른 유기화합물이 함께 제공될 수도 있다. 다수의 기능을 가지고 녹색 발광을 나타내는 유기화합물막을 형성하는 유기화합물로서는, 실시예 1에서 나타낸 것을 사용할 수 있으나, 공지의 재료를 자유롭게 조합하여 사용할 수도 있다.
또한, 성막실(B)(908)은 게이트(900h)를 통해 재료 교환실(915)에 연결되어 있다. 또한, 재료 교환실(915)은 교환되는 유기화합물을 가열하기 위한 히터를 구비하고 있다. 그러한 유기화합물을 미리 가열함으로서, 수분 등과 같은 불순물을 제거할 수 있다. 이때 가해지는 온도는 200℃ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 재료 교환실(915)에는 내부를 감압 상태로 할 수 있는 배기 펌프가 구비되어 있어, 외부로부터 유기 화합물을 도입한 후 그 배기 펌프에 의해 내부를 감압 상태로 한다. 그리고, 성막실과 동일한 압력 상태가 된 때, 게이트(900h)를 열어, 성막실 내의 증발원에 유기화합물이 제공될 수 있다. 또한, 유기화합물은 반송 기구에 의해 성막실 내의 증발원에 제공된다.
또한, 성막실(B)(908) 내에서의 성막 공정에 관해서는 도 2(A) 및 도 2(B)의 설명을 참조한다.
성막실(B9)(08)에도 얼라인먼트실(905)과 마찬가지로 세정 예비실(922c)이 게이트(도시되지 않음)를 통해 연결되어 있다. 또한, 그의 구체적인 구성은 세정 예비실(922a)과 마찬가지이고, 세정 예비실(922c) 내에서 발생된 라디칼을 성막실(B)(908)로 도입하여, 성막실(B)(908) 내부에 부착된 유기화합물 등을 제거할 수 있다.
다음에, 부호 910은 증착법에 의해 제3 유기화합물을 성막하기 위한 성막실을 나타내고, 이 성막실을 성막실(C)(910)이라 부른다. 성막실(C)(910)은 게이트(900e)를 통해 반송실(901)에 연결되어 있다. 본 실시예에서는, 성막실(C)(910)로서, 도 2(A) 및 도 2(B)에 도시된 구조의 성막실이 제공되어 있다. 본 실시예에서는, 성막실(C)(910) 내의 성막부(911)에서, 청색 발광을 나타내는 제3 유기화합물막이 형성된다.
성막실(C)(911) 내에는 다수의 증발원, 구체적으로는, 정공 주입성의 유기화합물을 구비한 제1 증발원, 발광성의 유기화합물을 구비한 제2 증발원, 차단성의 유기화합물을 구비한 제3 증발원, 및 전자 수송성의 유기화합물을 구비한 제4 증발원이 제공되어 있다.
이들 유기화합물을 차례로 증착함으로써, 양극 상에 정공 주입성, 발광성, 차단성 및 전자 수송성의 기능을 가지는 영역들을 포함하는 유기화합물막을 형성할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 상이한 기능 영역들 사이의 계면에는, 양 기능 영역을 형성하는 유기화합물을 동시에 증착하여 혼합 영역을 형성한다. 즉, 정공 주입성 영역과 발광성 영역 사이의 계면, 발광성 영역과 차단성 영역 사이의 계면, 차 단성 영역과 전자 수송성 영역 사이의 계면 각각에 혼합 영역을 형성한다.
여기서는, 제3 유기화합물막으로서, 상이한 기능을 가지는 4종류의 유기화합물이 각각 구비된 4개의 증발원으로부터 차례로 증착하여 유기화합물막을 형성하는 경우를 설명하였지만, 본 발명이 이것에 한정되지 않고, 다수 종류의 유기화합물이면 된다. 또한, 단일 증발원에 제공되는 유기화합물이 한 종류에 한정되지 않고, 다수 일 수도 있다. 예를 들어, 발광성의 유기화합물로서 증발원에 제공되는 단일 종류의 재료 이외에, 도펀트로서 작용하는 다른 유기화합물이 함께 제공될 수도 있다. 또한, 다수의 기능을 가지고 청색 발광을 나타내는 유기화합물막을 형성하는 유기화합물로서는, 실시예 1에서 나타낸 것을 사용할 수 있으나, 공지의 재료를 자유롭게 조합하여 사용할 수도 있다.
또한, 성막실(C)(910)은 게이트(900i)를 통해 재료 교환실(916)에 연결되어 있다. 재료 교환실(916)은 교환되는 유기화합물을 가열하기 위한 히터를 구비하고 있다. 그러한 유기화합물을 미리 가열함으로써, 수분 등과 같은 불순물을 제거할 수 있다. 이때 가해지는 온도는 200℃ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 재료 교환실(916)에는 내부를 감압 상태로 할 수 있는 배기 펌프가 구비되어 있어, 외부로부터 유기화합물을 도입한 후, 내부를 감압 상태로 할 수 있다. 또한, 성막실과 동일한 압력 상태가 되면, 게이트(900i)를 열어, 성막실 내의 증발원에 유기화합물이 제공될 수 있다. 또한, 유기화합물은 반송 기구에 의해 성막실 내의 증발원에 제공된다.
또한, 성막실(C)(710) 내에서의 성막 공정에 관해서는 도 2(A) 및 도 2(B)의 설명을 참조한다.
성막실(C)(910)에도 얼라인먼트실(905)과 마찬가지로 세정 예비실(922d)이 게이트(도시되지 않음)를 통해 연결되어 있다. 또한, 그의 구체적인 구성은 세정 예비실(922a)과 마찬가지이고, 세정 예비실(922d) 내에서 발생된 라디칼을 성막실(C)(910)에 도입하여, 성막실(C)(910) 내부에 부착된 유기화합물 등을 제거할 수 있다.
부호 912는 발광소자의 양극 또는 음극이 되는 도전막(본 실시예에서는 음극이 되는 금속막)을 증착법에 의해 성막하기 위한 성막실을 나타내고, 이 성막실을 성막실(D)(912)이라 부른다. 이 성막실(D)(912)은 게이트(900f)를 통해 반송실(901)에 연결되어 있다. 본 실시예에서는, 성막실(D)(910) 내의 성막부(913)에서, 발광소자의 음극이 되는 도전막으로서, Al-Li 합금막(알루미늄과 리튬의 합금막)을 성막한다. 또한, 주기율표의 I족 또는 II족에 속하는 원소와 알루미늄을 동시에 증착할 수도 있다. 동시 증착이란, 증발원을 동시에 가열하고 성막 단계에서 다른 물질을 혼합하는 증착법을 말한다.
성막실(D)(912)은 게이트(900j)를 통해 재료 교환실(917)에 연결되어 있다. 재료 교환실(917)은 교환되는 도전성 재료를 가열하기 위한 히터를 구비하고 있다. 그러한 도전성 재료를 미리 가열함으로써, 수분 등과 같은 불순물을 제거할 수 있다. 이때 가해지는 온도는 200℃ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 재료 교환실(917)에는 내부를 감압 상태로 할 수 있는 배기 펌프가 구비되어 있어, 외부로부터 도전성 재료를 도입한 후 그 배기 펌프에 의해 내부를 감압 상태로 할 수 있다. 그리고, 성막실과 동일한 압력으로 된 때, 게이트(900j)를 열어 성막실 내의 증발원에 도전성 재료를 제공할 수 있다.
성막실(D)(912)에도, 얼라인먼트실(905)과 마찬가지로 세정 예비실(922e)이 게이트(도시되지 않음)를 통해 연결되어 있다. 또한, 그의 구체적인 구성은 세정 예비실(922a)과 마찬가지이고, 세정 예비실(922e) 내에서 발생된 라디칼을 성막실(D)(912)에 도입하여, 성막실(D)(912) 내부에 부착된 도전성 재료 등을 제거할 수 있다.
또한, 성막실(A)(906), 성막실(B)(908), 성막실(C)(910) 및 성막실(D)(912) 각각은 각 성막실 내부를 가열하는 기구를 구비하고 있다. 이것에 의해, 성막실 내의 불순물을 제거할 수 있다.
또한, 이들 성막실에 제공되는 배기 펌프로서는, 건조 펌프, 기계적 부스터 펌프, 터보 분자 펌프(자기 부상형) 또는 크라이오펌프가 사용될 수 있으나, 본 실시예에서는, 크라이오펌프 및 건조 펌프를 사용하는 것이 바람직하다.
성막실(A)(906), 성막실(B)(908), 성막실(C)(910) 및 성막실(D)(912)은 배기 펌프에 의해 감압된다. 이때의 도달 진공도는 10-6 Pa 이상인 것이 바람직하다. 예를 들어, 배기 속도가 36,000 l/s(H2O)인 크라이오펌프를 사용하여, 성막실 내부의 표면적을 15 m2로 한 때에는, 누출 속도가 20시간에 9.3×10-7 Pa*m3*s-1 미만인 18-8 스테인리스 강과 같은 재료를 사용하여 성막실 내부를 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 진공도를 얻기 위해서는, 전해 연마에 의해 성막실 내부의 표면적을 최소로 하는 것이 산소 및 물 등의 불순물의 흡착을 작게 할 수 있으므로 효과적이다.
그 밖에도, 전해 연마를 행하여 경면화시킨 알루미늄 등의 재료를 성막실 내벽 표면에 사용할 수도 있다. 또한, 기공이 가능한 한 작게 되도록 처리된 세라믹과 같은 재료로 된 부재를 내부 벽면에 사용할 수도 있다. 이들 재료는 평균 표면 조도가 5 ㎚ 이하(바람직하게는 3 ㎚ 이하임)인 표면 평탄성을 가진다. 여기서 말하는 평균 표면 조도는 JIS B0601에 의해 정의된 중심선 평균 조도를 표면에 대하여 적용하기 위해 3차원적으로 확장한 것을 말한다.
그 밖에도, 가스와 쉽게 반응하는 재료를 사용하여 성막실 내벽에 활성 표면을 형성하는 방법도 있다. 이 경우의 재료로서는, Ti, Zr, Nb, Ta, Cr, Mo, W, La, Ba 등의 재료가 사용될 수 있다.
다음에, 부호 918은 봉지실(봉입실 또는 글러브 박스라고도 함)을 나타내고, 게이트(900k)를 통해 반입실(904)에 연결되어 있다. 봉지실(918)에서는 발광소자를 밀폐 공간 내에 최종적으로 봉입하기 위한 처리가 행해진다. 이 처리는 형성된 발광소자를 산소 및 수분으로부터 보호하기 위한 처리이고, 커버재에 의해 기계적으로 봉입하거나 또는 열 경화성 수지 또는 자외선 경화성 수지로 봉입하는 수단을 사용한다.
커버재로서는, 유리, 세라믹, 플라스틱 또는 금속이 사용될 수 있으나, 커버재 측으로 광을 방사시키는 경우에는 커버재가 투광성으로 되어야 한다. 또한, 상기 발광소자가 형성된 기판과 커버재를 열 경화성 수지 또는 자외선 경화성 수지 등의 밀봉재를 사용하여 접합하고, 열 처리 또는 자외선 조사 처리에 의해 수지를 경화시킴으로써 밀폐 공간을 형성한다. 이 밀폐 공간 내에는 산화 바륨으로 대표되는 흡습재롤 제공하는 것이 효과적이다.
또한, 발광 소자가 형성된 기판과 커버재 사이의 공간에 열 경화성 수지 또는 자외선 경화성 수지를 채울 수 있다. 이 경우, 열 경화성 수지 또는 자외선 경화성 수지에 산화 바륨으로 대표되는 흡습제를 첨가하는 것이 효과적이다.
도 9(A) 및 도 9(B)에 도시된 성막장치에서는, 봉지실(918)의 내부에 자외광을 조사하기 위한 기구(919)(이하, 자외광 조사 기구라 함)가 제공되어 있고, 이 자외선 조사 기구(919)로부터 방출된 자외광이 자외선 경화성 수지를 경화시키는 구성으로 되어 있다. 또한, 배기 펌프를 부착하여 봉지실(918) 내부를 감압으로 할 수도 있다. 상기 봉입 공정이 로봇 조작에 의해 기계적으로 행해지는 경우에는, 감압 분위기에서 이 공정을 행함으로써 산소와 수분의 혼입을 방지할 수 있다. 구체적으로는, 그러한 산소 및 수분의 농도를 0.3 ppm 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 반대로, 봉지실(918)의 내부를 가압으로 할 수도 있다. 이 경우, 봉지실(918)을 고순도의 질소 가스 또는 희가스를 사용하여 퍼징(purging)을 행하여 가압 상태로 하여, 외부로부터의 산소 등이 침입을 방지한다.
다음에, 봉지실(918)에는 전달실(패스 박스)(920)이 연결되어 있다. 이 전달실(920)에는 반송 기구(B)(921)가 구비되어 있고, 봉지실(918) 내에서 발광소자의 봉입이 완료된 기판을 전달실(920)로 반송한다. 또한, 전달실(920)도 배기 펌프를 부착하여 감압 상태로 할 수도 있다. 이 전달실(920)은 봉지실(918)이 외기 에 직접 노출되는 것을 방지하기 위한 설비이고, 이 전달실로부터 기판이 꺼내어진다. 그 외에, 봉지실에서 사용되는 부재를 공급하기 위한 부재 공급실(도시되지 않음)을 제공할 수도 있다.
본 실시예의 도면에 도시되지 않았지만, 발광소자의 형성 후에, 발광소자 상에 질화규소 또는 산화규소와 같은 규소를 포함하는 화합물 또는 이 화합물 상에 탄소를 함유하는 DLC(diamond like carbon)막을 적층한 절연막을 형성할 수도 있다. 또한, DLC막이란, 다이아몬드 결함(sp3 결합)과 그래파이트 결합(sp2 결합)이 혼재한 비정질 막을 말한다. 이 경우, 셀프 바이어스의 인가에 의해 플라즈마를 발생시켜 원료 가스의 플라즈마 방전 분해에 의해 박막을 형성하는 화학증착(CVD) 장치를 구비한 성막실이 제공될 수 있다.
화학증착(CVD) 장치를 구비한 성막실에서는, 산소(O2), 수소(H2), 메탄(CH4), 암모니아(NH3), 실란(SiH4)이 사용될 수 있다. CVD 장치로서는, 13.56 MHz의 RF 전력이 공급되고 평행 평판형 전극을 구비한 것이 사용될 수 있다.
또한, 스퍼터링법(스퍼터법이라고도 함)에 의해 성막을 행하는 성막실을 제공할 수도 있다. 이것은 발광소자의 음극 상에 유기화합물막을 형성한 후 양극을 형성하는 경우에 스퍼터링에 의한 성막이 효과적이기 때문이다. 즉, 화소 전극이 음극인 경우에 효과적이다. 또한, 이러한 성막실의 내부는 성막 중에 아르곤에 산소를 첨가한 분위기로 하여, 이렇게 형성된 막 중의 산소의 농도를 제어하여, 투과율이 높은 저저항 막을 형성할 수 있다. 또한, 이 성막실은 나머지 성막실과 마찬 가지로 게이트에 의해 전달실로부터 차단되는 것이 바람직하다.
또한, 스퍼터링을 행하는 성막실에서는, 성막되는 기판의 온도를 제어하는 기구가 제공될 수도 있다. 성막되는 기판이 20∼150℃ 범위의 온도로 유지되는 것이 바람직하다. 이 성막실에 구비되는 배기 펌프로서는, 건조 펌프, 기계적 부스터 펌프, 터보 분자 펌프(자기 부유형) 또는 크라이오펌프가 사용될 수 있으나, 본 실시예에서는 크라이오펌프와 건조 펌프를 사용하는 것이 바람직하다.
상기로부터 명백한 바와 같이, 도 9(A) 및 도 9(B)에 도시된 성막장치를 사용함으로써, 발광소자가 밀폐 공간 내에 완전히 봉입될 때까지 발광소자가 외기에 노출되는 것을 방지할 수 있어, 신뢰성이 높은 발광장치를 성공적으로 제조할 수 있다.
[실시예 3]
본 실시예에서는, 기판 이송 방법 및 성막실의 구조가 실시예 1에서 설명된 인라인형 성막장치와는 다른 성막장치를 도 10(A) 및 도 10(B)를 참조하여 설명한다.
도 10(A) 및 도 10(B)에서, 반입실(1000)에 반입된 기판(1004)은 게이트(도시되지 않음)를 통해 그 반입실에 연결되어 있는 제1 얼라인먼트부(1001)로 이송된다. 기판(1004)은 도 5(A)∼도 5(E)에서 설명된 방법에 의해 얼라인먼트되고, 금속 마스크(1003)와 함께 홀더(1002)에 고정된다.
그리고, 기판(1004)은 홀더(1002)와 함께 제1 성막부(1005)로 이송된다. 제1 얼라인먼트부(1001)와 제1 성막부(1005)는 게이트를 통하지 않고 연결되어 있고, 동일한 공간을 가지고 있다. 그래서, 본 실시예에서는, 제1 얼라인먼트부(1001)와 제1 성막부(1005) 사이에서의 자유 이동을 가능하게 하는 수단으로서 레일(1012)이 제공되어 있고, 홀더(1002)가 이 레일을 따라 이동하는 동안 각각의 처리가 행해진다. 또한, 얼라인먼트 및 성막 시의 처리 위치는 홀더(1002)에 구비된 제어 기구에 의해 제어된다.
그리고, 제1 성막부(1005)에서는, 상이한 유기화합물이 각각 제공된 다수의 증발원(1006)으로부터 증착이 행해져, 제1 유기화합물막을 형성한다. 이 이동 수단은 제2 유기화합물막의 성막을 위해 홀더가 제2 얼라인먼트부(1007) 및 제2 성막부(1008)로 이송되는 경우에도 사용된다.
또한, 제3 유기화합물을 성막하는 경우에도, 홀더가 제3 얼라인먼트부(1009) 및 제3 성막부(1010)로 마찬가지로 운반된다.
상기한 바와 같이, 본 실시예에서는 동일한 공간 내에서 3종류의 유기화합물막을 형성할 수 있다. 제3 성막부(1010)는 게이트(도시되지 않음)를 통해 반출실(1011)에 연결되어 있어, 성막이 완료된 기판을 반출할 수 있다.
본 실시예에서의 얼라인먼트부와 성막부에서의 처리방법은 실시예 1의 얼라인먼트실 및 성막실에서 설명한 것과 같은 처리를 행하는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시예에서는, 얼라인먼트부와 성막부 사이에, 기판 운반을 저해하지 않을 정도의 분리벽을 제공함으로써, 성막 중에 유기화합물이 증발원으로부터 성막부 이외의 곳(얼라인먼트실 및 다른 성막실)으로 비산하는 것을 방지할 수 있다.
본 실시예의 성막장치에서도, 각각의 성막실 내부 및 금속 마스크의 세정을 위해 세정 예비실(1013)이 제공될 수도 있다.
상기한 성막장치를 사용하여 동일한 공간 내에서 다수의 유기화합물막을 형성함으로써, 상이한 유기화합물막의 형성에서의 이동이 용이하게 되므로, 처리를 완료하기까지 걸리는 시간을 단축할 수 있다.
또한, 본 실시예에서 설명된 성막장치에서는, 성막실 내에서 연속적으로 증착을 행하여, 발광소자의 양극 또는 음극까지를 형성한 기판 상에 다수의 기능을 가지는 3종류의 유기화합물막을 형성할 수 있다. 발광소자의 음극 또는 양극까지 연속으로 형성할 수 있게 하기 위해, 도전막의 형성을 위한 성막실이 추가로 제공될 수도 있다. 또한, 음극을 형성하는 경우에는, 도전막으로서, Al-Li 합금막(알루미늄과 리튬의 합금막) 또는 알루미늄과 주기율표 1족 및 2족에 속하는 원소를 동시에 증착하여 얻어지는 막을 사용할 수 있고, 양극을 형성하는 경우에는 산화 인듐, 산화주석, 산화 아연 또는 이들의 합금(예를 들어, ITO)이 사용될 수 있다.
상기 이외에, 이와 같이 하여 제조된 발광소자의 봉지를 행하기 위한 처리실이 제공될 수도 있다.
또한, 본 실시예의 성막장치에 실시예 1 또는 2에 기재된 배기 펌프를 배치할 수 있다. 성막실 내의 압력을 일정하게 유지하기 위해, 같은 종류와 같은 배기 용량을 가지는 펌프를 하나 또는 다수 제공하는 것이 바람직하다. 건조 펌프와 크라이오펌프를 조합하여 사용하는 것이 바람직하다.
[실시예 4]
본 실시예에서는, 본 발명의 성막장치를 사용하여 제조된 발광장치에 대하여 설명한다. 도 11은 액티브 매트릭스형 발광장치의 단면도를 나타낸다. 여기서는, 능동 소자로서 박막트랜지스터(이하, TFT라 함)를 사용하지만, 그 대신, MOS 트랜지스터를 사용할 수도 있다.
또한, TFT로서 탑 게이트형 TFT(구체적으로는, 플레이너형 TFT)를 예시하지만, 보텀 게이트형 TFT(전형적으로는 역스태거형 TFT)를 사용할 수도 있다.
도 11에서, 부호 1101은 기판을 나타내고, 여기서는 가시광을 투과할 수 있는 기판을 사용한다. 구체적으로는, 유리 기판, 석영 기판, 결정화된 유리 기판 또는 플라스틱 기판(플라스틱 필름 포함)이 사용될 수 있다. 기판(1101)은 그의 표면에 제공된 절연막도 포함하는 것으로 한다.
기판(1101) 상에는 화소부(1111) 및 구동회로(1112)가 제공되어 있다. 먼저, 화소부(1111)에 대하여 설명한다.
화소부(1111)는 화상 표시를 행하는 영역이다. 기판 상에는 다수의 화소가 존재하고, 각 화소에는, 발광소자에서 흐르는 전류를 제어하기 위한 TFT(이하, 전류 제어용 TFT라 함)(1102), 화소 전극(양극)(1103), 유기화합물막(1104) 및 음극(1105)이 제공되어 있다. 또한, 부호 1113은 전류 제어용 TFT의 게이트에 인가되는 전압을 제어하기 위한 TFT(이하, 스위칭용 TFT라 함)를 나타낸다.
여기서는, 전류 제어용 TFT(1102)가 p채널형 TFT인 것이 바람직하다. 또는, n채널형 TFT일 수도 있으나, 전류 제어용 TFT가 도 11에 도시된 바와 같이 발광소자의 양극에 접속되는 경우에는 p채널형 TFT를 사용하는 것이 소비전력을 억제할 수 있다. 그러나, 스위칭용 TFT(1113)는 n채널형 TFT와 p채널형 TFT 어느 것이어도 좋다.
전류 제어용 TFT(1102)의 드레인에는 화소 전극(1103)이 전기적으로 접속되어 있다. 본 실시예에서는, 화소 전극(1103)의 재료로서 일 함수가 4.5∼5.5 eV인 도전성 재료를 사용하기 때문에, 이 화소 전극(1103)이 발광소자의 양극으로서 기능한다. 화소 전극(1103)에는, 대표적으로는 산화인듐, 산화 주석, 산화 아연 또는 이들의 화합물(예를 들어, ITO)이 사용될 수 있다. 화소 전극(1103) 상에 유기화합물막(1104)이 제공되어 있다.
또한, 유기화합물막(1104) 상에는 음극(1105)이 제공되어 있다. 음극(1105)의 재료로서는, 일 함수가 2.5∼3.5 eV인 도전성 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 음극(1105)에는, 대표적으로는 알칼리 금속원소 또는 알칼리토류 금속원소를 함유하는 도전막, 알루미늄을 함유하는 도전막, 및 상기 도전막들 위에 알루미늄 또는 은이 적층된 막이 사용된다.
또한, 화소 전극(1103), 유기화합물막(1104) 및 음극(1105)을 포함하는 발광소자(1114)는 보호막(1106)으로 덮여 있다. 이 보호막(1106)은 산소와 수분으로부터 발광소자(1114)를 보호하기 위해 제공된다. 보호막(1106)의 재료로서는, 질화규소, 산화질화규소, 산화 알루미늄, 산화 탄탈 또는 탄소(구체적으로는 DLC) 등이 사용된다.
다음에, 구동회로(1112)에 대하여 설명한다. 구동회로(1112)는 화소부(1111)로 보내지는 신호(게이트 신호 및 데이터 신호)의 타이밍을 제어하는 영역 이고, 구동회로(1112)에는 시프트 레지스터, 버퍼, 래치, 아날로그 스위치(전달 게이트) 또는 레벨 시프터가 제공되어 있다. 도 11에는, 이들 회로의 기본 단위로서 n채널형 TFT(1107) 및 p채널형 TFT(1108)로 이루어진 CMOS 회로를 나타내고 있다.
시프트 레지스터, 버퍼, 래치, 아날로그 스위치(전달 게이트) 또는 레벨 시프터의 회로 구성은 공지의 방식으로 설계될 수 있다. 또한, 도 11에는, 화소부(1111)와 구동회로(1112)가 동일 기판 상에 제공되어 있지만, 구동회로(1112)를 제공함이 없이 IC 및 LSI를 전기적으로 접속할 수도 있다.
또한, 도 11에서는, 화소 전극(양극)(1103)이 전류 제어용 TFT(1102)에 전기적으로 접속되어 있지만, 음극이 전류 제어용 TFT에 접속된 구조로 할 수도 있다. 그러한 경우, 화소 전극(1103)이 음극(1105)과 동일한 재료로 제조될 수 있고, 음극은 화소 전극(양극)(1103)과 동일한 물질로 제조될 수도 있다. 이 경우, 전류 제어용 TFT가 n채널형 TFT인 것이 바람직하다.
본 실시예에서는, 배선(1109) 및 분리부(1110)로 이루어진 차양을 가지는 형상(이하, 차양 구조라 함)이 제공되어 있다. 도 11에 도시된 바와 같은 배선(1109)과 분리부(1110)로 이루어진 차양 구조는 배선(1109)을 구성하는 금속과 분리부(1110)를 형성하고 상기 금속보다 에칭 레이트가 낮은 재료(예를 들어, 금속 질화물)를 적층하고, 그것을 에칭하는 것에 의해 형성될 수 있다. 이러한 형상에 의해, 화소 전극(1103) 및 배선(1109)이 음극(1105)과 전기적으로 단락되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는, 통상의 액티브 매트릭스형 발광장치와 달리, 화소 상의 음극(1105)이 줄무늬 형상(패시브 매트릭스의 음극과 마찬가지로) 으로 형성된다.
여기서, 도 11에 도시된 액티브 매트릭스형 발광장치의 외관이 도 12(A) 및 도 12(B)에 도시되어 있다. 도 12(A)에는 상면도가 도시되어 있고, 도 12(B)에는 도 12(A)의 A-A'선을 따라 절단한 단면도가 도시되어 있다. 또한, 도 11에 사용된 부호가 여기서도 사용된다.
점선으로 나타내어진 부호 1201은 소스측 구동회로를 나타내고, 1202는 화소부를 나타내고, 1203은 게이트측 구동회로를 나타낸다. 또한, 1204는 커버재를 나타내고, 1205는 밀봉재를 나타내며, 밀봉재(1205)에 의해 둘러싸인 내부에 공간(1207)이 제공되어 있다.
또한, 부호 1208은 소스측 구동회로(1201)와 게이트측 구동회로(1203)에 입력되는 신호를 전송하기 위한 배선을 나타내고, 이 배선은 외부 입력 단자로서 사용되는 가요성 인쇄 회로(FPC)로부터 비디오 신호와 클록 신호를 받는다. 여기서는 FPC만이 도시되어 있지만, 이 FPC에는 인쇄 배선판(PWB)이 부착될 수도 있다. 본 발명의 발광장치는 발광 패널에 FPC 또는 PWB가 부착된 상태의 발광 모듈 뿐만 아니라, IC를 실장한 발광 모듈도 포함하는 것으로 한다.
다음에, 단면 구조에 대하여 도 12(B)를 참조하여 설명한다. 기판(1101)의 상방에는 화소부(1202)와 게이트측 구동회로(1203)가 형성되어 있고, 화소부(1202)는 전류 제어용 TFT(1102)와 이 전류 제어용 TFT의 드레인에 전기적으로 접속된 화소 전극(1103)을 각각 포함하는 다수의 화소로 이루어져 있다. 또한, 게이트측 구동회로(1203)는 n채널형 TFT(1107)와 p채널형 TFT(1108)의 조합으로 된 CMOS 회로 를 사용하여 형성된다.
화소 전극(1103)은 발광소자의 양극으로서 기능한다. 또한, 화소 전극(1103)의 양 단부에는 층간절연막(1206)이 형성되어 있고, 화소 전극(1103) 상에는 유기화합물막(1104) 및 발광소자의 음극(1105)이 형성되어 있다.
또한, 음극(1105)은 다수의 화소에 공통의 배선으로도 작용하고, 접속 배선(1208)을 통해 FPC(1209)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 화소부(1202) 및 게이트측 구동회로(1203)에 포함되는 모든 소자가 보호막(1106)으로 덮여 있다.
커버재(1204)는 밀봉재(1205)에 의해 부착되어 있다. 또한, 커버재(1204)와 발광소자 사이의 거리를 확보하기 위해 수지막으로 형성된 스페이서가 제공될 수도 있다. 밀봉재(1205) 내부는 밀폐 공간이 되고, 이 공간 내에 질소 또는 아르곤 등의 불활성 가스가 채워진다. 또는, 이 밀폐 공간 내에 산화 바륨과 같은 흡습재를 제공하는 것도 효과적이다.
커버재로서는, 유리, 세라믹, 플라스틱 또는 금속이 사용될 수 있지만, 커버재측으로 광을 방사하는 경우에는 커버재가 투광성이어야 한다. 또한, 플라스틱 재료로서, 섬유 보강 플라스틱(FRP), 폴리비닐플루오라이드(PVF), 마일러, 폴리에스터 또는 아크릴이 사용될 수 있다.
기판 상에 형성된 발광소자(1114)를 커버재(1204) 및 밀봉재(1205)를 사용하여 봉입함으로써, 발광소자를 외부로부터 완전히 차단하여, 외부로부터 수분 및 산소와 같은, 산화에 의한 유기화합물막의 열화를 촉진하는 물질이 침입하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 고신뢰성의 발광소자를 얻을 수 있다.
본 실시예의 발광장치는 실시예 1∼실시예 3에서 설명된 성막장치를 사용하여 성막될 수 있다.
[실시예 5]
본 실시예에서는, 본 발명의 성막장치에 의해 제조되는 패시브형(단순 매트릭스형) 발광장치에 대하여 도 13을 참조하여 설명한다. 도 13에서, 부호 1301은 유리 기판을 나타내고, 1302는 투명 도전막으로 된 양극을 나타낸다. 본 실시예에서는, 투명 도전막으로서, 산화인듐 및 산화아연을 포함하는 화합물을 증착법에 의해 형성한다. 도 13에는 나타내지 않았지만, 다수의 양극이 도면의 지면(紙面)에 평행한 방향으로 줄무늬 형상으로 배열되어 있다.
또한, 줄무늬 형상으로 배열된 양극(1302)과 교차하도록 음극 격벽(1303a, 1303b)이 형성되어 있다. 이 음극 격벽(1303a, 1303b)은 도면의 지면에 수직인 방향으로 형성되어 있다.
그 다음, 유기화합물막(1304)이 형성된다. 여기서 형성되는 유기화합물막 (1304)은, 정공 주입성, 정공 수송성, 발광성, 차단성, 전자 수송성 또는 전자 주입성의 기능을 각각 가지는 다수의 유기화합물이 조합된 다수의 기능 영역을 가지는 것이 바람직하다.
본 실시예에서도, 인접한 기능 영역들 사이에 혼합 영역을 형성한다. 또한, 혼합 영역은 앞서 기재한 실시예들에서 설명한 방법을 이용하여 형성된다.
또한, 이들 유기화합물막(1304)은 음극 격벽(1303a, 1303b)에 의해 형성된 홈을 따라 형성되어, 도면의 지면에 수직인 방향으로 줄무늬 형상으로 배열된다.
그후, 도면의 지면에 수직인 방향이 길이방향이 되고 양극(1302)과 교차하도록 다수의 음극(1305)이 줄무늬 형상으로 배열된다. 또한, 본 실시예에서는, 음극(1305)이 MgAg로 되어 있고, 증착법에 의해 형성된다. 또한, 여기서는 구체적으로 설명하지 않았지만, 음극(1305)은, 소정의 전압이 인가되도록, 후에 FPC가 부착되는 부분까지 배선이 연장되어 있다. 또한, 음극(1305)을 형성한 후, 보호막(1306)으로서 질화규소막이 제공된다.
상기 공정을 통해, 기판(1301) 상에 발광소자(1311)가 형성된다. 본 실시예에서는, 하측 전극이 투광성의 양극(1302)이므로, 유기화합물막에서 발생된 광이 하면(기판(1301)측)으로 방사된다. 그러나, 발광소자(1311)의 구조를 역으로 하여 하측 전극을 차광성의 음극로 할 수도 있다. 그러한 경우에는, 유기화합물막(1304)에서 발생된 광이 상면(기판(1301)의 반대측)으로 방사된다.
그 다음, 커버재(1307)로서 사용하기 위한 세라믹 기판을 준비한다. 본 실시예의 구성에서는, 우수한 차광성 때문에 세라믹 기판을 사용하였지만, 발광소자(1311)가 앞서 기재한 바와 같이 역으로 된 구조의 경우에는, 커버재(1307)가 우수한 투광성이어야 하므로, 플라스틱 또는 유리로 된 기판이 사용될 수 있다.
이렇게 준비된 커버재(1307)는 자외선 경화성 수지로 된 밀봉재(1309)에 의해 접합된다. 밀봉재(1309)의 내부가 밀폐 공간(1308)이 되고, 이 밀폐 공간 내에 질소 또는 아르곤과 같은 불활성 기체가 채워진다. 또는, 이 밀폐 공간(1308)에 산화바륨과 같은 흡습재를 제공하는 것도 효과적이다. 마지막으로, 이방성 도전 필름(FPC)(1310)을 부착하여 패시브형 발광장치를 완성한다.
본 실시예에서 설명된 발광장치는 실시예 1∼실시예 3에서 설명된 성막장치들 중 어느 하나를 사용하여 제조될 수 있다.
[실시예 6]
발광소자를 사용한 발광장치는 자기발광형이므로, 액정 표시장치에 비하여 밝은 장소에서의 시인성(視認性)이 우수하고, 넓은 시야각을 가진다. 따라서, 본 발명의 발광장치를 사용하여 다양한 전자 장치를 완성할 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 발광장치를 사용하는 전자 장치의 예로서는, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 고글형 디스플레이(헤드 장착형 디스플레이), 내비게이션 시스템, 음향 재생 장치(예를 들어, 자동차 오디오 및 오디오 콤포넌트), 노트북 컴퓨터, 게임기, 휴대형 정보 단말기(모바일 컴퓨터, 휴대 전화기, 휴대형 게임기, 전자책 등), 및 기록 매체를 구비한 화상 재생 장치(구체적으로는, 디지털 비디오 디스크(DVD)와 같은 기록 매체의 데이터를 재생하여 그의 화상을 표시할 수 있는 표시장치를 구비한 장치)를 들 수 있다. 특히 휴대형 정보 단말기의 경우, 비스듬한 방향에서 화면을 보는 일이 많기 때문에, 넓은 시야각이 중요하다. 따라서, 휴대형 정보 단말기에 발광소자를 사용한 발광장치를 이용하는 것이 바람직하다. 이들 전자장치의 구체 예를 도 14(A)∼도 14(H)에 나타낸다.
도 14(A)는 케이스(2001), 지지대(2002), 표시부(2003), 스피커부(2004), 비디오 입력 단자(2005) 등으로 이루어진 표시장치를 나타낸다. 본 발명에 따라 제조된 발광장치는 표시부(2003)에 적용될 수 있다. 발광소자를 가지는 발광장치는 자기발광형이기 때문에, 백라이트를 필요로 하지 않고, 표시부를 액정 표시장치보 다 얇게 할 수 있다. 표시장치란, 퍼스널 컴퓨터용, TV 방송 수신용, 및 광고용을 포함하여 정보를 표시하기 위한 모든 표시장치를 가리킨다.
도 14(B)는 본체(2101), 표시부(2102), 수상(受像)부(2103), 조작 키(2104), 외부 접속 포트(2105), 셔터(2106) 등으로 이루어진 디지털 스틸 카메라를 나타낸다. 본 발명에 따라 제조된 발광장치는 표시부(2102)에 적용될 수 있다.
도 14(C)는 본체(2201), 케이스(2202), 표시부(2203), 키보드(2204), 외부 접속 포트(2205), 포인팅 마우스(2206) 등으로 이루어진 노트북형 퍼스널 컴퓨터를 나타낸다. 본 발명에 따라 제조된 발광장치는 표시부(2203)에 적용될 수 있다.
도 14(D)는 본체(2301), 표시부(2302), 스위치(2303), 조작 키(2304), 적외선 포트(2305) 등으로 이루어진 모바일 컴퓨터를 나타낸다. 본 발명에 따라 제조된 발광장치는 표시부(2302)에 적용될 수 있다.
도 14(E)는 기록 매체를 구비한 휴대형 화상 재생 장치(구체적으로는 DVD 플레이어)를 나타낸다. 이 장치는 본체(2401), 케이스(2402), 표시부 A(2403), 표시부 B(2404), 기록 매체(DVD 등) 판독부(2405), 조작 키(2406), 스피커부(2407) 등으로 이루어져 있다. 표시부 A(2403)는 주로 화상 정보를 표시하고, 표시부 B(2404)는 주로 문자 정보를 표시한다. 본 발명에 따라 제조된 발광장치는 표시부 A(2403) 및 표시부 B(2404)에 적용될 수 있다. 기록 매체를 구비한 화상 재생 장치는 가정용 비디오 게임기도 포함한다.
도 14(F)는 본체(2501), 표시부(2502) 및 암(arm)부(2503)로 이루어진 고글형 디스플레이(헤드 장착형 디스플레이)를 나타낸다. 본 발명에 따라 제조된 발광 장치는 표시부(2502)에 적용될 수 있다.
도 14(G)는 본체(2601), 표시부(2602), 케이스(2603), 외부 접속 포트(2604), 원격 제어 수신부(2605), 수상부(2606), 배터리((2607), 음성 입력부(2608), 조작 키(2609), 접안부(2601) 등으로 이루어진 비디오 카메라를 나타낸다. 본 발명에 따라 제조된 발광장치는 표시부(2602)에 적용될 수 있다.
도 14(H)는 본체(2701), 케이스(2702), 표시부(2703), 음성 입력부(2704), 음성 출력부(2705), 조작 키(2706), 외부 접속 포트(2707), 안테나(2708) 등으로 이루어진 휴대 전화기를 나타낸다. 본 발명에 따라 제조된 발광장치는 표시부(2703)에 적용될 수 있다. 표시부(2703)가 흑색 배경에 백색 문자를 표시하는 경우, 휴대 전화기의 소비전력을 억제할 수 있다.
장래에 유기 재료의 발광 휘도가 높게 되면, 본 발명의 발광장치는 출력된 화상 정보를 함유하는 광을 렌즈 등을 통해 확대 투영함으로써 프론트형 또는 리어형 프로젝터에 사용될 수 있다.
이들 전자 장치는 인터넷 및 CATV(케이블 텔레비젼) 등의 전자 통신 회선을 통해 보내진 정보를 표시하는 일이 많게 되고, 특히 동영상 정보를 표시하는 기회가 증가하고 있다. 유기 재료는 응답 속도가 매우 빠르기 때문에, 본 발명의 발광장치는 동영상 표시에 적합하다.
발광장치에서는, 발광부가 전력을 소비하므로, 발광부가 작게 되도록 정보를 표시하는 것이 바람직하다. 휴대형 정보 단말기, 특히, 휴대 전화기 및 음향 재생 장치의 주로 문자 정보를 표시하는 표시부에 발광장치를 사용하는 경우, 비발광부 를 배경으로 하여 발광부에서 문자 정보를 형성하도록 장치를 구동하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 성막장치를 이용하여 제조되는 발광장치의 적용 범위는 매우 넓어 모든 분야의 전자 장치에 적용될 수 있다. 본 실시예의 전자 장치는 그의 표시부에, 실시예 1∼실시예 3에서 나타낸 성막방법에 의해 형성되는 실시예 4 또는 5에서 나타내는 발광장치를 사용할 수 있다.
[실시예 7]
본 실시예에서는, 본 발명의 성막방법에 의해 형성된 발광장치의 화소부 구조에 대하여 설명한다.
화소부(1911)의 상면도의 일부가 도 17(A)에 도시되어 있다. 화소부(1911)에는 다수의 화소(1912)가 형성되어 있다. 이 상면도는 절연층(1902)이 화소에 형성된 화소 전극의 엣지(edge)부를 덮도록 형성된 상태를 나타내고 있다. 따라서, 절연층(1902)은 소스선(1913), 주사선(1914), 전류 공급선(1915)을 덮도록 형성된다. 절연층(1902)은 화소 전극과 TFT과의 접속부가 바닥에 형성되어 있는 영역(1903)도 덮고 있다.
도 17(B)는 도 17(A)에 도시된 화소부(1911)의 A-A'선을 따라 절단한 단면도를 나타내고, 화소 전극(1901) 상에 유기화합물막(1905a∼1905c)을 형성한 상태를 나타내고 있다. 또한, 동일한 재료로 이루어진 유기화합물막이 도면에 수직인 방향으로 형성되어 있고, 상이한 재료로 이루어진 유기화합물막은 도면에 수평인 방향으로 형성되어 있다.
예를 들어, 도 17(A)에 도시된 바와 같이, 화소(R)(1912a)에는 적색 발광을 나타내는 유기화합물막(R)(1905a)이 형성되고, 화소(G)(1912b)에는 녹색 발광을 나타내는 유기화합물막(G)(1905b)이 형성되고, 화소(B)(1912c)에는 청색 발광을 나타내는 유기화합물막(B)(1905c)이 형성되어 있다. 절연막(1902)은 유기화합물막이 형성될 때 마진(margin)이 된다. 유기화합물막의 성막 위치가 다소 벗어나더라도, 절연막(1902) 상에 있으면 문제가 없고, 상이한 재료로 이루어진 유기화합물막이 도 17(B)에 도시된 바와 같이 절연막(1902)상에서 연속된다.
또한, 도 17(C)는 도 17(A)에 도시된 화소부(1911)의 B-B'선을 따라 절단한 단면도를 나타내고, 도 17(B)와 같이 화소 전극(1901) 상에 유기화합물막(1905)을 형성한 상태를 나타내고 있다.
B-B'선을 따라 절단된 화소는 적색 발광을 나타내는 유기화합물막(R)(1905a)이 화소(R)(1912a)에 형성되어 있기 때문에 도 17(C)에 도시된 구조를 가진다.
따라서, 화소부(1911)에는, 적색 발광을 나타내는 유기화합물막(R)(1905a), 녹색 발광을 나타내는 유기화합물막(G)(1905b) 및 청색 발광을 나타내는 유기화합물막(B)(1905c)이 형성되므로, 풀 컬러의 발광장치가 실현될 수 있다.
도 1(A)∼도 1(C)는 본 발명의 성막장치에 의해 제조되는 소자 구조를 설명하는 도면.
도 2(A) 및 도 2(B)는 성막실에 대하여 설명하는 도면.
도 3(A) 및 도 3(B)는 소자 구조에 대하여 설명하는 도면.
도 4(A) 및 도 4(B)는 성막장치에 대하여 설명하는 도면.
도 5(A)∼도 5(E)는 금속 마스크의 얼라인먼트 방법에 대하여 설명하는 도면.
도 6은 세정 예비실에 대하여 설명하는 도면.
도 7은 성막장치에 대하여 설명하는 도면.
도 8(A)∼도 8(C)는 재료 교환실에 대하여 설명하는 도면.
도 9(A) 및 도 9(B)는 성막장치에 대하여 설명하는 도면.
도 10(A) 및 도 10(B)는 성막장치에 대하여 설명하는 도면.
도 11은 발광장치에 대하여 설명하는 도면.
도 12(A) 및 도 12(B)는 봉지 구조에 대하여 설명하는 도면.
도 13은 발광장치에 대하여 설명하는 도면.
도 14(A)∼도 14(H)는 전자 장치의 예를 나타내는 도면.
도 15는 종래 예를 설명하는 도면.
도 16(A) 및 도 16(B)는 종래 예를 설명하는 도면.
도 17(A)∼도 17(C)는 발광장치의 화소부의 구조에 대하여 설명하는 도면.
도 18은 성막실에 대하여 설명하는 도면.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
101: 기판 105: 제1 기능 영역 106: 제2 기능 영역
107: 제3 기능 영역 108, 109: 혼합 영역 202: 금속 마스크
203: 증발원 204: 유기화합물 205: 재료실
210: 성막실 213: 분자 활성화 영역

Claims (7)

  1. 발광소자를 제조하기 위한 성막장치로서,
    반입실;
    상기 반입실에 연결된 제1 얼라인먼트(alignment)부;
    상기 제1 얼라인먼트부에 연결되고, 다수의 제1 증발원, 제1 홀더, 제1 방착(防着) 실드(shield), 및 상기 제1 홀더와 상기 제1 방착 실드와의 사이의 제1 광원을 포함하는 제1 성막부;
    상기 제1 성막부에 연결된 제2 얼라인먼트부;
    상기 제2 얼라인먼트부에 연결되고, 다수의 제2 증발원, 제2 홀더, 제2 방착 실드, 및 상기 제2 홀더와 상기 제2 방착 실드와의 사이의 제2 광원을 포함하는 제2 성막부;
    상기 제2 성막부에 연결된 제3 얼라인먼트부;
    상기 제3 얼라인먼트부에 연결되고, 다수의 제3 증발원, 제3 홀더, 제3 방착 실드, 및 상기 제3 홀더와 상기 제3 방착 실드와의 사이의 제3 광원을 포함하는 제3 성막부; 및
    상기 제3 성막부에 연결된 반출실을 포함하는, 발광소자 제조용 성막장치.
  2. 발광소자를 제조하기 위한 성막장치로서,
    반입실;
    상기 반입실에 연결된 제1 얼라인먼트부;
    상기 제1 얼라인먼트부에 연결되고, 다수의 제1 증발원, 제1 홀더, 제1 방착 실드, 상기 제1 방착 실드 주위의 제1 히터, 및 상기 제1 홀더와 상기 제1 방착 실드와의 사이의 제1 광원을 포함하는 제1 성막부;
    상기 제1 성막부에 연결된 제2 얼라인먼트부;
    상기 제2 얼라인먼트부에 연결되고, 다수의 제2 증발원, 제2 홀더, 제2 방착 실드, 상기 제2 방착 실드 주위의 제2 히터, 및 상기 제2 홀더와 상기 제2 방착 실드와의 사이의 제2 광원을 포함하는 제2 성막부;
    상기 제2 성막부에 연결된 제3 얼라인먼트부;
    상기 제3 얼라인먼트부에 연결되고, 다수의 제3 증발원, 제3 홀더, 제3 방착 실드, 상기 제3 방착 실드 주위의 제3 히터, 및 상기 제3 홀더와 상기 제3 방착 실드와의 사이의 제3 광원을 포함하는 제3 성막부; 및
    상기 제3 성막부에 연결된 반출실을 포함하는, 발광소자 제조용 성막장치.
  3. 발광소자를 제조하기 위한 성막장치로서,
    반입실;
    상기 반입실에 연결된 제1 얼라인먼트부;
    상기 제1 얼라인먼트부에 연결되고, 다수의 제1 증발원, 제1 방착 실드, 및 제1 광원을 포함하는 제1 성막부;
    상기 제1 성막부에 연결된 제2 얼라인먼트부;
    상기 제2 얼라인먼트부에 연결되고, 다수의 제2 증발원, 제2 방착 실드, 및 제2 광원을 포함하는 제2 성막부;
    상기 제2 성막부에 연결된 제3 얼라인먼트부;
    상기 제3 얼라인먼트부에 연결되고, 다수의 제3 증발원, 제3 방착 실드, 및 제3 광원을 포함하는 제3 성막부;
    상기 제3 성막부에 연결된 반출실;
    상기 제1 얼라인먼트부로부터 상기 제3 성막부까지 연장하도록 제공된 레일; 및
    상기 레일 상에 제공된 홀더를 포함하고,
    상기 제1 광원이 상기 제1 방착 실드와 상기 레일 사이에 제공되고,
    상기 제2 광원이 상기 제2 방착 실드와 상기 레일 사이에 제공되고,
    상기 제3 광원이 상기 제3 방착 실드와 상기 레일 사이에 제공되는, 발광소자 제조용 성막장치.
  4. 발광소자를 제조하기 위한 성막장치로서,
    반입실;
    상기 반입실에 연결된 제1 얼라인먼트부;
    상기 제1 얼라인먼트부에 연결되고, 다수의 제1 증발원, 제1 방착 실드, 상기 제1 방착 실드 주위의 제1 히터, 및 제1 광원을 포함하는 제1 성막부;
    상기 제1 성막부에 연결된 제2 얼라인먼트부;
    상기 제2 얼라인먼트부에 연결되고, 다수의 제2 증발원, 제2 방착 실드, 상기 제2 방착 실드 주위의 제2 히터, 및 제2 광원을 포함하는 제2 성막부;
    상기 제2 성막부에 연결된 제3 얼라인먼트부;
    상기 제3 얼라인먼트부에 연결되고, 다수의 제3 증발원, 제3 방착 실드, 상기 제3 방착 실드 주위의 제3 히터, 및 제3 광원을 포함하는 제3 성막부;
    상기 제3 성막부에 연결된 반출실;
    상기 제1 얼라인먼트부로부터 상기 제3 성막부까지 연장하도록 제공된 레일; 및
    상기 레일 상에 제공된 홀더를 포함하고,
    상기 제1 광원이 상기 제1 방착 실드와 상기 레일 사이에 제공되고,
    상기 제2 광원이 상기 제2 방착 실드와 상기 레일 사이에 제공되고,
    상기 제3 광원이 상기 제3 방착 실드와 상기 레일 사이에 제공되는, 발광소자 제조용 성막장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 증발원, 상기 제2 증발원, 및 상기 제3 증발원 각각이 유기 화합물을 가지고 있는, 발광소자 제조용 성막장치.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 광원, 상기 제2 광원, 및 상기 제3 광원 각각이 적외광을 방출하는, 발광소자 제조용 성막장치.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 얼라인먼트부, 상기 제1 성막부, 상기 제2 얼라인먼트부, 상기 제2 성막부, 상기 제3 얼라인먼트부, 상기 제3 성막부 중 적어도 하나에 연결된 세정 예비실을 더 포함하는, 발광소자 제조용 성막장치.
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