유기 EL (OLED - Organic Light Emitting Device or Diode)

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유기 EL (OLED - Organic Light Emitting Device or Diode)에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

지 방법 중 한 가지를 선택하게 되는데 어떤 방식을 이용하든지 공통적으로 ITO 표면의 산소이탈을 방지하고 수분 및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수 있다.
③ 유기박막 형성
<그림 13> 유기 박막 증착 chamber의 구조
유기박막을 형성하는 증착장비는 박막형성 chamber, 재료증발원, thickness monitor, metal shadow mask등으로 구성되어 있다(그림 13). 유기재료는 무기재료와는 달리 높은 증기압을 가진 물질이 많고 증발이 가능한 온도도 100℃ 부근에서 500℃까지 광범위하게 분포한다. 유기 EL 소자에 사용할 재료물질은 ① 높은 증기압을 가지며; ② 고온에서 분해, 변성이 용이하지 않고; ③ 분체 상태에서 열 전이도가 낮은 특성을 갖추어야 한다. 그리고 풀칼라 소자를 위해서는 host 재료 대비 dopant 재료는 0.5-2% 정도의 비율로 제어가 가능해야 하는데 이 때 dopant의 박막내 균일한 분포가 이루어지도록 조절하는 기술이 중요하다. 종래에는 텅스텐재질의 boat가 장착된 저저항 가열방식의 증발원을 이용하여 유기재료를 증착시켜 왔으나 이러한 방식은 가열시 일어나는 열분포의 불균형으로 인해 유기재료와 금속 증발원의 접촉부분에 변성이 야기될 가능성이 큰 문제가 있다. 그러므로 열 전도가 양호하고 증발속도에 대한 제어가 용이한 구조를 가진 증발원의 개발도 매우 중요하다. 유기 EL 소자는 3~6 종류의 재료가 다른 박막으로 구성되어 있어 동일한 chamber에서 증착을 시도할 경우 유기증발원 상호간의 영향이 불가피하며 더욱이 dopant를 사용할 경우는 상호 오염의 정도가 한층 심각하게 소자에 영향을 미칠 것으로 보인다. 따라서 생산을 고려한 장비의 설계 시에는 정공층, 발광층, 전자 수송층간의 영향을 방지하고 공정시간을 단축하여 생산성을 향상시킬 수 있는 방안이 모색되어야 할 것이다. 풀칼라화를 위해서는 기판 상에 고정세 증착패턴을 형성할 수 있는 metal shadow mask에 관련된 기술도 확립되어야 한다.
④ 금속전극형성
전극증착 chamber는 금속증발원과 thickness monitor, 기판 및 metal shadow mask(그림 14)로 구성되어 있다. 전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 금속재료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야 하므로 고진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다. 가능한 한 전극증착 chamber의 대기 중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는 것이 중요하다.
<그림 14> 전극막 증착 chamber의 구조
금속재료는 일반적으로 Mg, Ag, MgAg-Li, LiAl, LiF-Al 등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다. 특히 Li이나 LiF와 같은 물질을 증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하는 것이 필요하다. 또한 금속재료는 450 ℃~1200 ℃의 고온에서 증발되므로 증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기 때문에 기판의 온도 상승을 80 ℃~100 ℃ 이하로 억제해 주어야 한다. Al을 증착재료로 적용할 경우 Al의 일함수가 상대적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를 고려한 성막조건의 선정에 주의해야 함. 그림 15는 Al의 성막조건과 증착속도와의 관계를 보여주고 있다.
<그림 15> Al의 비저항과 증착속도의 관계
⑤ 보호막의 형성
수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소/dry의 분위기에서 UV 경화제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막 형성후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다. SiO2, MgF2, In2O3 등과 같은 금속 화합물을 passivation용으로 적용하기도 하고 고분자 필름이나 SUS박막 등을 encapsulation용으로 사용하기도 한다. 증발원으로는 텅스텐 boat를 이용한 저저항 가열방식, electron beam 증발원, sputter 증발원 등이 주로 사용되고 있다. 위에서 언급한 유기 EL 소자의 각 공정들을 연속적으로 수행할 수 있는 생산장치는 ① 대형 기판에 균일한 증착이 가능해야하고, 예를 들면 400mm x 400nm 기판에서 5% 이내의 균일도; ② TACT time이 4분 정도이며; ③ 풀칼라 소자의 생산이 가능해야 하고; ④ 재료의 안정적인 공급방식이 확립되어야 하며; ⑤ shadow mask에 의한 유기막의 상호오염을 방지할 수 있는 등의 조건들을 충족시켜야 한다. 추가로 유기 EL 소자의 구동회로는 여타 디스플레이의 driver IC와는 달리 고압에 잘 견디고 저전압의 전류구동이라는 조건을 충분히 고려하여 제작해야 한다. Data쪽 driver는 30±10V 정도의 전압범위, 2-3 mA의 전류, 6 bit의 계조, 전압의 reset 기능과 전류의 조정 기능 등을 충족시켜야 한다. 단 전압의 수준은 가능한 한 낮추는 것이 좋다. Scanning쪽 driver는 출력전류의 범위가 100-800 mA 정도로 광범위한 수준을 목표로 하되 전압의 범위는 data 쪽과 마찬가지로 30±10V 정도이면 충분할 것으로 생각된다.
⑥ 기타
유기EL 소자는 특히 수분과 산소에 매우 취약하여 소위 소자불량으로 알려진 흑점(dark spot) 등의 원인으로 간주되고 있으며 이러한 수분과 산소를 차단하기 위하여 현재는 음극형성 공정 이후에 바로 금속 캔을 패널 위에 접착제를 사용하여 접착시키고 극자외선(UV)를 쪼여서 접착제를 컬링(curling)하는 일본 Pioneer사의 공정을 사용하고 있다. 그러나 이러한 공정은 아직 수분과 산소를 요구 수준까지 제어하지 못하여 충분한 소자 수명을 얻을 수 없으며 동시에 공정이 복잡하고 수율 등이 낮아서 소자의 비용을 높이는 요인이 되고 있다. 그러므로 유기EL 디스플레이의 수명을 개선하고 동시에 생산 비용을 낮출 수 있는 새로운 봉지기술의 개발도 필요하다.

키워드

[자연과학] 유기 EL (OLED - Organic Light Emitting ,   유기 EL의 특징,   유기 EL의 발광 메커니즘,   유기 EL의 소자구조