KR101793897B1 - 발광소자의 보호막 증착방법 - Google Patents

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이우진
윤성연
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Abstract

본 발명은 발광소자의 보호막 증착방법에 대한 것으로서, 상기 보호막 증착방법은 발광소자의 보호막 증착방법에 있어서 기판의 발광소자의 상부에 제1 무기 보호막을 증착하는 단계 및 상기 제1 무기 보호막보다 내부 응력이 상대적으로 작은 제2 무기 보호막을 상기 제1 무기 보호막의 상부에 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

발광소자의 보호막 증착방법 {Deposition method of passivation film for light emitting diode}
본 발명은 발광소자의 보호막 증착방법에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 원자층 증착법에 의해 발광소자의 표면에 다층 구조의 무기 보호막을 증착하는 경우에 하나의 챔버에서 연속적으로 증착작업을 수행하여 종래에 비해 생산성을 향상키실 수 있는 보호막을 증착하는 방법에 대한 것이다.
최근 정보화 시대의 발달에 따라 디스플레이 소자에 대한 연구가 활발해 지고 있으며, 특히, 발광소자(LED:Light emitting diode) 디스플레이 또는 유기발광소자(OLED:Organic Light emitting diode) 디스플레이가 각광받고 있다.
상기 유기발광소자는 자체적으로 빛을 발산하는 유기물질을 이용한 것으로서, 종래의 액정표시장치(LCD:Liquid Crystal Display), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP:Plasma Display Panel) 등과는 확연히 다른 특성을 가지게 된다. 특히, 유기발광소자를 이용한 디스플레이 장치는 차세대 디스플레이 장치로서 소위 휘어지는 디스플레이를 구현할 수 있는 장치로 알려져 있어, 최근에는 핸드폰, 스마트폰 및 태블릿 PC와 같은 각종 휴대형 장치의 디스플레이로도 많이 활용되고 있다.
유기발광소자는 전자와 정공이 반도체 안에서 전자-정공쌍을 생성하고, 상기 전자-정공쌍의 재결합과정을 통하여 발광하는 소자이다. 이러한 유기발광소자는 상대적으로 낮은 구동 전압에서 빛의 삼원색을 모두 표현할 수 있으며, 나아가 고해상도 및 천연색을 구현하는데 우수성을 보인다. 또한, 저비용으로 큰 면적의 디스플레이 장치를 생산하는 것이 가능하며, 휘어질 수 있는 특성과 빠른 응답속도를 가지는 장점이 있다.
그런데, 상기와 같은 유기발광소자는 유기박막과 전극의 구조를 포함하여, 외부의 수분 또는 산소 등이 내부로 침투하는 경우에 빠르게 퇴화(degradation)되는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 유기발광소자는 수분과 산소를 차단하는 보호막(passivation film)이 필수적으로 필요하다.
최근에는 원자층증착법(ALD:Atomic Layer Deposition), 혹은 플라즈마 화학기상증착법(PECVD:Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)을 이용하여 유기재료와 무기재료의 보호막을 다층으로 형성하는 방법이 개발되었다.
원자층증착법은 낮은 WVTR(Water Vapor Transmission Rate: 단위면적 및 시간 당 수분투과양)을 가지는 장점이 있으나, 대면적화가 어려우며, 특히 다층 구조의 보호막을 증착하는 경우에 생산율이 현저히 낮다는 문제점이 있다. 또한, 플라즈마 화학기상증착법을 이용한 보호막의 경우에 상대적으로 매우 두꺼운 두께로 인해 플렉서블한 특성이 떨어진다는 문제가 있다.
나아가, 유기재료와 무기재료의 다층구조는 각 층마다 증착방법이 다르기 때문에 증착챔버를 별도로 설치해야하므로 설치비 및 설치공간이 많이 소요되며, 특히, 생산성(throughput)이 매우 떨어지게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 원자층 증착법을 이용하여 보호막을 증착하는 경우에 종래에 비해 얇은 두께를 가지면서 종래와 유사한 효과를 발휘할 수 있는 보호막 증착방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
나아가, 다층으로 이루어진 보호막을 증착하는 경우에 하나의 장치에서 보호막을 증착할 수 있는 보호막 증착방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 발광소자의 보호막 증착방법에 있어서, 기판의 발광소자의 상부에 제1 무기 보호막을 증착하는 단계 및 상기 제1 무기 보호막보다 내부 응력이 상대적으로 작은 제2 무기 보호막을 상기 제1 무기 보호막의 상부에 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 보호막 증착방법에 의해 달성된다.
여기서, 상기 제1 무기 보호막을 증착하는 단계와 상기 제2 무기 보호막을 증착하는 단계에서 원자층 증착법으로 산화알루미늄(AlOx) 막이 증착된다.
이때, 상기 제1 무기 보호막을 증착하는 단계와 상기 제2 무기 보호막을 증착하는 단계는 동일한 소스가스를 사용하여 하나의 챔버에서 연속적으로 수행되며, 반응가스를 달리하여 수행된다.
구체적으로, 상기 제1 무기 보호막을 증착하는 단계는 알루미늄을 함유하는 화합물을 소스가스로 제공하고 반응가스로 N2O를 제공하며, 상기 제2 무기 보호막을 증착하는 단계는 알루미늄을 함유하는 화합물을 소스가스로 제공하고 반응가스로 O2를 제공한다.
한편, 상기 제2 무기 보호막의 두께는 상기 제1 무기 보호막의 두께 이상으로 증착될 수 있다.
나아가, 상기 제1 무기 보호막을 증착하는 단계와 상기 제2 무기 보호막을 증착하는 단계를 반복하여 다층 보호막을 증착할 수 있다. 이때, 상기 제1 무기 보호막을 증착하는 단계와 상기 제2 무기 보호막을 증착하는 단계를 반복하는 경우에 상기 발광소자에서 상부를 향할수록 내부 응력이 상대적으로 작아지도록 증착될 수 있다. 이 경우, 상기 발광소자에서 상부를 향할수록 플라즈마 파워량 및 반응가스 공급량은 상대적으로 커지게 된다.
한편, 상기 제2 무기 보호막의 상부에 버퍼막을 증착하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 때, 상기 버퍼막의 내부 응력은 상기 제2 무기 보호막의 내부 응력에 비해 상대적으로 작을 수 있다. 상기 버퍼막은 플라즈마 화학 기상 증착법에 의해 증착되는 카본을 함유한 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다. 나아가, 상기 버퍼막은 HMDSO(Hexamethyl-disiloxane), TMDSO(Tetramethyl-disiloxane), HEDS(Hexaethyl-disilane), HCDS(Hexachloro-disilane), BDEAS(Bisdiethylamino-silane)으로 이루어진 유기전구체 그룹 중에 어느 하나를 선택하여 증착될 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 보호막 증착방법에 따르면, 원자층증착법을 사용하여 산화알루미늄 혼합물로 이루어진 무기 보호막을 다층으로 증착하여 종래와 유사한 효과를 가지면서 상대적으로 얇은 두께를 가지는 보호막을 증착하는 것이 가능해진다.
나아가, 동일한 소스가스를 사용하여 제1 무기 보호막과 제2 무기 보호막이 동일한 장치에서 증착되므로, 증착장치의 설치면적을 현저히 줄일 수 있으며, 나아가 공정시간도 종래에 비해 상대적으로 단축시킬 수 있다.
도 1은 유기발광소자의 구성을 개략적으로 도시한 측단면도,
도 2는 본 발명에 따른 보호막의 증착과정을 도시한 순서도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 보호막을 도시한 단면도,
도 4는 발광소자의 상부에 증착되는 무기 보호막의 내부응력 차이에 따른 실험결과를 도시한 사진,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 보호막을 도시한 단면도,
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 보호막을 도시한 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들에 대해서 상세하게 살펴보기로 한다.
먼저, 유기발광소자의 구조를 살펴 보면, 발광층과 수송층으로 제작된 주입형 박막 소자로 구성된다. 따라서, 무기 반도체와는 P-N 접합을 이용한 발광소자라는 점에서 공통점을 가지나, 접합 계면에서 소수 캐리어의 주입에 의해 재결합(Recombination)이 지배되는 P-N 접합형 LED와는 달리 유기발광소자의 경우에 발광에 기여하는 모든 캐리어들이 외부의 전극으로부터 주입된다는 점에서 차이가 있다. 즉, 캐리어 주입형 발광소자에서는 캐리어 주입과 이동이 용이한 유기 재료가 필요하게 된다.
도 1은 유기발광소자의 구성을 도시하기 위한 측단면도이다.
도 1을 참조하면, 유기발광소자(200)는 기판(300), 애노드전극(210), 정공 주입층(220), 정공 수송층(230), 발광층(240), 전자 수송층(250), 전자 주입층(260) 및 캐소드 전극(270)의 적층구조로 이루어지며, 상기 유기발광소자(200)의 상부에 보호막(100)을 구비한다. 이러한, 유기발광소자(200)의 구성에 대해서는 본 발명이 속하는 분야에서 널리 알려져 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.
전술한 바와 같이, 유기발광소자는 유기박막과 전극의 구조를 포함하여, 외부의 수분 또는 산소 등이 내부로 침투하는 경우에 빠르게 퇴화(degradation)되는 문제점을 가지고 있으므로, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 수분과 산소를 차단하는 보호막(passivation film)이 필수적으로 필요하다. 이 경우, 보호막의 품질은 오염 인자에 대한 민감도에 따라 조금씩 다를 수 있다. 예를 들어, OLED의 경우 10-6 g/m2ㆍ24hours 이하의 보호막이 요구된다.
최근, 원자층증착법(ALD:Atomic Layer Deposition), 혹은 플라즈마 화학기상증착법(PECVD:Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 장치를 이용하여 무기재료의 보호막을 다층으로 형성하는 방법이 있다. 그러나, 원자층증착법은 낮은 WVTR(Water Vapor Transmission Rate:단위면적 및 시간 당 수분투과양)을 가지는 장점이 있으나, 대면적화가 어려우며, 생산율이 현저히 낮다는 문제점이 있다. 또한, 플라즈마 화학기상증착법을 이용한 보호막의 경우에 상대적으로 두꺼운 두께로 인해 플렉서블한 특성이 떨어진다는 문제가 있다. 또한, 다층으로 증착하는 경우에 서로 상이한 막을 증착하게 되므로 각각의 막 형성을 위한 별도의 장비를 구비해야하므로 제조비용이 상승하며, 나아가 제조시간도 증가하게 된다.
따라서 본 발명에서는 종래에 비해 상대적으로 얇은 두께를 가지면서 종래와 유사한 효과를 발휘하고, 생산율을 높이면서 낮은 WVTR값을 가지는 보호막 증착방법을 소개한다. 도면을 참조하여 증착방법에 대해서 살펴보기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 보호막의 증착과정을 도시한 순서도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 보호막을 도시한 단면도이다. 도 3에서는 편의상 발광소자를 생략하고 기판 상부에 보호막이 형성되는 것으로 도시하였음을 밝혀둔다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 발광소자 보호막의 증착과정은 기판(300)의 발광소자(200, 도 1 참조)의 상부에 제1 무기 보호막(410)을 증착하는 단계(S110) 및 상기 제1 무기 보호막(410)의 상부에 제2 무기 보호막(430)을 증착하는 단계(S130)를 포함한다. 이 경우, 상기 제2 무기 보호막(430)의 내부 응력은 상기 제1 무기 보호막(410)의 내부 응력에 비해 상대적으로 더 작을 수 있다. 즉, 상기 발광소자(200)의 상면에 직접 증착되는 상기 제1 무기 보호막(410)의 내부 응력이 상기 제2 무기 보호막(430)의 내부 응력에 비해 더 클 수 있다. 본 출원인의 실험에 따르면 상기 발광소자(200)의 상면에 보호막이 다층으로 증착되는 경우에 상기 발광소자(200)의 상면에서 상부로 올라갈수록 내부 응력이 작아지는 것이 바람직하다는 것이 밝혀진 바, 이에 대해서는 이후에 상술한다.
본 발명에서 상기 제1 무기 보호막(410) 및 제2 무기 보호막(430)은 무기층으로 구성되며, 원자층 증착법에 의해 증착될 수 있다. 본 실시예의 경우, 다층 구조의 보호막을 원자층 증착법에 의해 증착하게 되므로 우수한 단차 피복(step coverage) 효과를 발휘할 수 있으며, 나아가 보호막의 증착 공정에서 발생될 수 있는 핀홀(pin hole) 등을 효과적으로 제거할 수 있게 된다.
여기서, 상기 제1 무기 보호막을 증착하는 단계와 상기 제2 무기 보호막을 증착하는 단계는 동일한 소스가스를 사용하여 하나의 챔버에서 연속적으로 수행되며, 다만, 반응가스를 달리하여 수행된다.
즉, 본 실시예에서 상기 제1 무기 보호막(410)과 상기 제2 무기 보호막(430)은 모두 알루미늄을 함유하는 화합물, 예를 들어 트리메틸알루미늄(TMA : trimethylaluminum)을 소스가스로 하여 원자층 증착법에 의해 증착되며, 상기 소스가스와 반응하는 반응가스를 달리하여 증착과정이 수행된다. 예를 들어, 상기 제1 무기 보호막(410)을 증착하는 단계에서는 N2O가스를 반응가스로 공급하게 되며, 상기 제2 무기 보호막(430)을 증착하는 단계에서는 O2가스를 반응가스로 공급하게 된다.
이와 같이, 발광소자용 보호막을 증착하는 경우에 무기재료로 구성된 다층막 구조의 보호막을 증착함으로써, 보호막의 증착 시에 발생할 수 있는 핀홀의 성장을 억제할 수 있다. 즉, 상기 제1 무기 보호막(410)과 상기 제2 무기 보호막(430)은 동일한 소스가스를 사용하여 증착되지만, 반응가스를 달리하여 증착됨으로써 박막이 성장하는 메커니즘이 달라지게 된다. 따라서, 상기 제1 무기 보호막(410)의 증착 시에 생길 수 있는 핀홀은 상기 제2 무기 보호막(430)의 증착 시에 더 이상 성장하지 못하게 되어 상기 핀홀을 통한 이물질의 침투 경로를 길게 연장함으로써 이물질의 침투를 방지하게 된다.
또한, 하나의 소스가스를 사용하여 제1 무기 보호막(410)과 제2 무기 보호막(430)이 증착되므로 단일 챔버에서 상기 제1 무기 보호막(410)과 제2 무기 보호막(430)을 모두 증착하는 것이 가능해지며, 나아가 반응가스를 달리하여 공급함으로써 연속적으로 상기 증착공정을 수행하는 것이 가능해진다. 이에 의해 증착장치를 별도로 구비하는 경우에 발생하는 설치면적의 증가, 증착공정의 증가, 복잡한 장치 구성 등의 문제점을 해결할 수 있으며, 특히 다층막의 증착에 소요되는 시간을 줄여 원자층 증착법의 가장 큰 문제점인 낮은 생산성(throughput)을 극복할 수 있다.
한편, 상기 제1 무기 보호막을 증착하는 단계와 상기 제2 무기 보호막을 증착하는 단계에서는 원자층 증착법에 의해 산화알루미늄 혼합물(AlOx) 막이 증착되며, 보다 정확하게는 Al2O3에 가까운 막이 증착된다. 이 때, 상기 제1 무기 보호막(410)과 상기 제2 무기 보호막(430)은 동일한 막이 증착되지만, 전술한 바와 같이 반응가스를 달리하여 증착되므로 막 특성과 연관되는 각종 물성치(property), 예를 들어 내부 응력, 굴절률 등에 있어서는 차이가 있다.
상기 제1 무기 보호막(410)은 상기 발광소자(200)의 상면에 직접 증착되므로 증착 시에 상기 발광소자(200)의 손상을 최소화하는 것이 중요하며, 이러한 이유로 인해 상기 제1 무기 보호막(410)을 증착하는 경우에 트리메틸알루미늄을 소스가스로 사용하고 플라즈마 생성용 반응가스는 N2O 가스를 사용하게 된다. 라디칼(radical)을 형성시키는 경우 가스 분자의 화학적 결합을 잘라내는 에너지가 필요하며, N2O 가스와 O2 가스를 비교해보면 O2 가스에 비해 N2O 가스의 경우에 상대적으로 적은 에너지로 산화(oxidation) 반응이 이루어지게 되어 발광소자의 손상을 줄일 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 무기 보호막(410)을 증착하는 경우에 증착공정이 수행되는 챔버(미도시) 내부의 압력은 대략 0.40 내지 0.80 Torr이고, 상기 소스가스인 트리메틸알루미늄의 공급량은 대략 20 내지 70 sccm이고, 반응가스인 N2O의 공급량은 대략 50 내지 200 sccm이며, 플라즈마 발생을 위한 파워 공급량은 대략 500 내지 1500 W에 해당하며, 퍼지를 위한 불황성가스(아르곤)의 공급량은 대략 4000 내지 10000 sccm에 해당한다.
이 때 상기 제1 무기 보호막(410)의 내부 응력은 대략 -400 MPa 내지 +400 MPa의 범위를 가지며, 상기 제1 무기 보호막(410)의 굴절률은 1.50 내지 1.70 사이의 값을 갖는다.
한편, 상기 제2 무기 보호막(430)은 트리메틸알루미늄을 소스가스로 하고 O2 가스를 플라즈마 생성용 반응가스로 사용한다. 예를 들어, 상기 제2 무기 보호막(430)을 증착하는 경우에 증착공정이 수행되는 챔버(미도시) 내부의 압력은 대략 0.50 내지 0.80 Torr이고, 상기 소스가스인 트리메틸알루미늄의 공급량은 대략 30 내지 70 sccm이고, 반응가스인 O2의 공급량은 대략 4000 내지 10000 sccm이며, 플라즈마 발생을 위한 파워 공급량은 대략 1000 내지 2000 W에 해당하며, 퍼지를 위한 불황성가스(아르곤)의 공급량은 대략 4000 내지 10000 sccm에 해당한다.
이 때, 상기 제2 무기 보호막(430)의 내부 응력은 대략 -100 Mpa 내지 +100 MPa의 범위를 가지며, 산소수분 투과도가 1×10-3g/m2·day 이하이며, 굴절률은 1.60 내지 1.70 사이의 값을 갖는다.
전술한 설명의 경우 제 1 무기 보호막(410)과 제 2 무기 보호막(430)의 산화반응 가스의 차이에 의해 압력, 공급량 등의 차이가 발생한다. 즉, 제 1 무기 보호막(410)의 경우 N2O 가스의 플라즈마 분해를 통해 Oxygen radical을 얻게되며, 제2 무기 보호막(430)의 경우 O2 가스의 플라즈마 분해를 통해 Oxygen radical을 얻게 된다.
이때, 공유결합으로 이루어진 O2 분자와 이온결합을 이루고 있는 N2O 분자의 결합에너지의 차이에 의한 분해 에너지와 재결합 에너지의 차이가 발생하고, 이에 의해 압력 및 공급량의 차이가 발생한다. 예를 들어, O2 분자의 결합에너지는 498 kJ/mol이며, 강한 산화제인 N2O 분자의 결합에너지는 82 kJ/mol 이다. 이로 인해 N2O 를 반응가스로 사용할 경우 낮은 power 에서도 Oxygen radical이 많이 발생함으로 하부 발광소자의 플라즈마 손상을 감소시킬 수 있다. 이러한 반응가스의 차이에 의해 최종막에서 필요로 하는 oxygen radical의 발생량과 반응가스의 분해에너지의 차이, 공유결합과 이온결합 그리고 안정화 되기 위한 재결합에 의해 다른 공정 조건을 가진다.
상기 물성치 중에서 상기 제1 무기 보호막(410)과 제2 무기 보호막(430)의 내부 응력을 비교해보면, 전술한 바와 같이 상기 발광소자(200)의 상면에 직접 증착되는 상기 제1 무기 보호막(410)의 내부 응력이 상기 제2 무기 보호막(430)의 내부 응력에 비해 상대적으로 더 클 수 있다. 본 출원인의 실험에 따르면 상기 발광소자(200)의 상면에 보호막이 다층으로 증착되는 경우에 상기 발광소자(200)의 상면에서 상부로 올라갈수록 내부 응력이 작아지는 경우에 상기 발광소자의 보호막(400)이 상기 발광소자(200)에 견고하게 부착된다. 반면에, 상기 발광소자(200)의 상면에서 상부로 올라갈수록 내부 응력이 커지는 경우에는 상기 발광소자의 보호막(400)에 의해 상기 발광소자(200)가 기판에서 벗겨지는 현상이 발생한다. 결국, 본 실시예와 같이 무기막으로 구성된 다층 보호막 구조를 구비하는 경우에는 상기 발광소자(200)의 상면에서 상부로 올라갈수록 각 보호막의 내부 응력이 작아지는 것이 바람직하다.
도 4는 복수개의 발광소자의 상부에 무기 보호막이 복수개로 증착되는 경우에 상기 무기 보호막의 내부 응력의 차이에 따른 실험결과를 도시한 사진이다. 상기 실험은 고온고습 신뢰성 평가로 이루어졌으며, 고온 조건은 85℃이고, 고습 조건은 85%RH 이다.
이때, 도 4의 (A)는 발광소자의 상면에 위치하는 제1 무기 보호막의 내부 응력이 제2 무기 보호막의 내부 응력에 비해 상대적으로 더 큰 경우를 도시하며, 도 4의 (B)는 이와 반대로 발광소자의 상면에 위치하는 제1 무기 보호막의 내부 응력에 비해 제2 무기 보호막의 내부 응력이 상대적으로 더 큰 경우를 도시한다.
도 4를 참조하면, 유기 발광 소자의 고온고습 신뢰성 평가를 통해 박막의 패시베이션(passivation) 효과를 평가하는데 도 4의 (A)와 같이 발광소자의 상면에 위치하는 제1 무기 보호막의 내부 응력이 제2 무기 보호막의 내부 응력에 비해 상대적으로 더 큰 경우에는 발광소자의 변화 없이 패시베이션 효과가 우수함을 알 수 있다.
반면에, 도 4의 (B)와 같이 발광소자의 상면에 위치하는 제1 무기 보호막의 내부 응력에 비해 제2 무기 보호막의 내부 응력이 상대적으로 더 큰 경우에는 수분 또는 이물질 등의 침입에 의해 발광소자의 수축(shrinkage)이 발생함을 알 수 있다.
한편, 상기 발광소자의 보호막(400)의 전체 두께가 결정된 경우에 상기 제1 무기 보호막(410)과 상기 제2 무기 보호막(430)의 두께를 비교해보면, 상기 제2 무기 보호막(430)의 두께가 상기 제1 무기 보호막(410)의 두께 이상으로 증착될 수 있다. 즉, 내부 응력이 상대적으로 큰 상기 제1 무기 보호막(410)에 의해 상기 발광소자의 보호막(400)을 상기 발광소자(200)에 견고하게 부착함과 동시에 내부 응력이 상대적으로 작은 상기 제2 무기 보호막(430)의 두께를 상기 제1 무기 보호막(410)의 두께 이상으로 증착함으로써 상기 보호막(400)의 특성을 유지하면서 상기 보호막(400)에 유연성을 제공할 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 보호막을 도시한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 발광소자 보호막(500)은 상기 제2 보호막(430)의 상부에 버퍼막(450)을 더 포함한다는 점에서 전술한 실시예와 차이가 있다. 증착공정으로 살펴보면, 상기 제2 보호막(430)을 증착하는 단계에 이어 상기 제2 보호막(430)의 상부에 버퍼막(450)을 증착하는 단계를 더 포함한다.
상기 버퍼막(450)은 플라즈마 화학 기상 증착법에 의해 증착되는 카본을 함유한 실리콘 산화물(SiOC)로 구성되며, 증착 시 발생할 수 있는 파티클 등을 감싸는 역할을 하여 산소 및 수분의 침투를 억제하며, 표면에 발생한 결함 및 내부응력을 완화시키는 역할을 한다. 또한, 상기 버퍼막(450)의 굴절률 및 두께 조절을 통해 상기 발광소자의 보호막(500)의 광학 특성을 개선할 수 있다.
구체적으로, 상기 버퍼막(450)은 HMDSO(Hexamethyl-disiloxane), TMDSO(Tetramethyl-disiloxane), HEDS(Hexaethyl-disilane), HCDS(Hexachloro-disilane), BDEAS(Bisdiethylamino-silane)으로 이루어진 유기전구체 그룹 중에 어느 하나를 유기전구체로 선택하여 증착될 수 있다. 상기 버퍼막(450)의 박막 스트레스는 -50Mpa 에서 +50Mpa의 값을 가지며, 증착속도는 250nm/min 이상일 수 있다.
이때, 상기 버퍼막(450)의 내부 응력은 상기 제2 무기 보호막(430)의 내부 응력에 비해 상대적으로 작을 수 있다. 즉, 전술한 바와 같이 상기 발광소자(200)에서 상부로 갈수록 보호막의 내부 응력이 작아지는 것이 상기 보호막의 부착력에 바람직하다. 따라서, 상기 발광소자(200)의 상면에 상기 제1 무기 보호막(410)을 증착하고, 상기 제1 무기 보호막(410)의 상면에 상기 제2 무기 보호막(430)을 증착하고, 상기 제2 무기 보호막(430)의 상면에 상기 버퍼막(450)을 증착하는 경우에 상기 각 막의 내부 응력은 상기 발광소자(200)에서 상부로 올라갈수록 작아지도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 발광소자(200)의 상면에 증착되는 상기 제1 무기 보호막(410)의 내부 응력이 상대적으로 가장 크고, 상기 최상부에 위치하는 상기 버퍼막(450)의 상대응력이 가장 작으며, 상기 제2 무기 보호막(430)이 상대적으로 중간 정도의 내부 응력을 가질 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 보호막을 도시한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 보호막은 전술한 제1 보호막을 증착하는 단계와 상기 제2 보호막을 증착하는 단계를 반복하여 다층 보호막을 증착하게 된다.
도 6을 살펴보면, 상기 보호막은 제1 무기 보호막(410A)과 제2 무기 보호막(430A)을 증착한 이후에 다시 제1 무기 보호막(410B)과 제2 무기 보호막(430B)을 증착하여 모두 4층으로 이루어진 보호막을 형성하게 된다. 이러한 반복공정은 적절한 횟수로 반복적으로 이루어질 수 있다. 또한, 비록 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 도 5에 도시된 보호막의 최상부에 전술한 버퍼막을 증착하는 것도 가능하다.
한편, 상기와 같이 상기 제1 무기 보호막을 증착하는 단계와 상기 제2 무기 보호막을 증착하는 단계를 반복하여 다층 무기막 구조의 보호막을 형성하는 경우에 상기 발광소자(200)에서 상부를 향할수록 내부 응력이 상대적으로 작아지도록 증착될 수 있다. 이는 전술한 바와 같이 상기 보호막과 상기 발광소자의 부착력을 견고하게 유지하기 위함이다.
이때, 원자층 증착 공정을 이용한 산화알루미늄 혼합물 막의 경우 내부 응력 조절은 플라즈마의 파워량과 반응가스량을 이용하여 조절할 수 있다. 이때, 반응 가스는 N2O에서 O2 로 혹은 O2에서 N2O로 변하게 된다.
아래 [표 1]은 제공되는 파워량에 따른 내부 응력의 변화를 도시한다.
Power(W) Stress(Mpa)
1 1000 229
2 1500 68
3 2000 -104
상기 [표 1]에 도시된 바와 같이 제공되는 파워량에 따라 내부 응력 수치가 변화하게 되며, 예를 들어 파워량이 상승할 수록 내부 응력이 작아지게 된다.
또한, 아래 [표 2]는 반응가스량(O2가스량)에 따른 내부 응력의 변화를 도시한다.
반응가스량(sccm) Stress(Mpa)
1 4000 189
2 6000 142
3 8000 97
상기 [표 2]에 도시된 바와 같이 제공되는 반응가스량에 따라 내부 응력 수치가 변화하게 되며, 예를 들어 반응가스량이 상승할 수록 내부 응력이 작아지게 된다.
또한, 상기와 같이 상기 제1 무기 보호막을 증착하는 단계와 상기 제2 무기 보호막을 증착하는 단계를 반복하여 다층 무기막 구조의 보호막을 형성하는 경우에 플라즈마 파워량 및 반응가스량의 조절에 따라 상기 보호막층의 전체 내부응력을 조절할 수 있다.
각 무기 보호막층의 내부 응력은 전술한 바와 같이 플라즈마 파워량과 반응가스량에 따라 조절이 가능하므로, 전체 보호막층의 내부응력을 조절, 예를 들어, 전체 보호막층의 내부응력을 소정의 기준치 이상으로 조절하기 위하여 플라즈마 파워량과 반응가스량을 조절할 수 있다.
결국, 각 무기 보호막의 내부 응력은 플라즈마 파워량과 반응가스량의 조합으로 조절가능하다. 따라서, 무기 보호막을 2층 이상으로 적층하는 경우 상부로 갈수록 내부응력이 낮아지도록 적층하거나 무기 보호막의 총 내부 응력값이 소정의 기준치보다 작도록 설계가 가능하다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
410...제1 무기 보호막
430...제2 무기 보호막
450...버퍼막
300...기판

Claims (12)

  1. 발광소자의 보호막 증착방법에 있어서,
    기판의 발광소자의 상부에 제1 무기 보호막을 증착하는 단계; 및
    상기 제1 무기 보호막보다 내부 응력이 상대적으로 작은 제2 무기 보호막을 상기 제1 무기 보호막의 상부에 증착하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 무기 보호막을 증착하는 단계와 상기 제2 무기 보호막을 증착하는 단계는 동일한 소스가스를 사용하여 하나의 챔버에서 연속적으로 수행되며, 반응가스를 달리하여 내부응력을 조절함으로써 상기 발광소자가 상기 기판에서 벗겨지는 것을 방지하도록 플라즈마를 사용한 원자층 증착법으로 산화알루미늄(AlOx) 막이 증착되고,
    상기 제1 무기 보호막을 증착하는 단계는 알루미늄을 함유하는 화합물을 소스가스로 제공하고 반응가스로 N2O를 제공하며, 상기 제2 무기 보호막을 증착하는 단계는 알루미늄을 함유하는 화합물을 소스가스로 제공하고 반응가스로 O2를 제공하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 보호막 증착방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 무기 보호막의 두께는 상기 제1 무기 보호막의 두께 이상인 것을 특징으로 하는 발광소자의 보호막 증착방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 무기 보호막을 증착하는 단계와 상기 제2 무기 보호막을 증착하는 단계를 반복하여 다층 보호막을 증착하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 보호막 증착방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 무기 보호막을 증착하는 단계와 상기 제2 무기 보호막을 증착하는 단계를 반복하는 경우에 상기 발광소자에서 상부를 향할수록 내부 응력이 상대적으로 작아지도록 증착되는 것을 특징으로 하는 발광소자의 보호막 증착방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 발광소자에서 상부를 향할수록 플라즈마 파워량 및 반응가스 공급량은 상대적으로 커지는 것을 특징으로 하는 발광소자의 보호막 증착방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 무기 보호막의 상부에 버퍼막을 증착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 보호막 증착방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 버퍼막의 내부 응력은 상기 제2 무기 보호막의 내부 응력에 비해 상대적으로 작은 것을 특징으로 하는 발광소자의 보호막 증착방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 버퍼막은 플라즈마 화학 기상 증착법에 의해 증착되는 카본을 함유한 실리콘 산화물로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광소자의 보호막 증착방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 버퍼막은 HMDSO(Hexamethyl-disiloxane), TMDSO(Tetramethyl-disiloxane), HEDS(Hexaethyl-disilane), HCDS(Hexachloro-disilane), BDEAS(Bisdiethylamino-silane)으로 이루어진 유기전구체 그룹 중 어느 하나를 선택하여 증착되는 것을 특징으로 하는 발광소자의 보호막 증착방법.
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