OLED 디스플레이를 위한 봉지기술 연구

Abstract

OLED (Organic light emitting diode) 디스플레이는 다양한 장점과 함께, 플렉시블 디스플레이의 제작이 가능하여 차세대 디스플레이로 주목 받고 있다. 하지만 OLED는 수분에 쉽게 degradation 되는 특징이 있어 수명 및 안정성에 문제가 있다. 문제해결을 위해 현재 유리 기판을 이용한 봉지 기술이 적용되고 있지만, 플렉시블 디스플레이에 적용하지 못하는 문제가 있다. 따라서 최근의 봉지 기술은 플렉시블 디스플레이에 적용하기 위한 박막 봉지의 연구가 다양하게 이루어지고 있다. 박막 봉지는 가장 단순한 구조인 Si3N4, SiO2, Al2O3 등과 같은 단일 무기 박막을 이용한 봉지 기술은 표면 roughness 및 particle 에 의해 생성될 수 있는 pinhole에 효과적이지 못하여, OLED 봉지에 필요한 수분 투과 특성(WVTR)인 1x10-6 g/cm2/day 을 만족시키지 못하는 문제가 있다. 이를 보완하기 위해 최근의 박막 봉지는 표면 평탄화를 위한 두꺼운 유기 박막과 수분 및 산소 barrier를 위한 무기 박막을 여러 겹 증착한 유기/무기 다층 박막에 대한 연구가 이루어지고 있다. 또한 다층박막에서 유기/무기/유기의 sandwich 구조는 인접한 무기박막의 pinhole을 decoupling 하고, 이를 통해 수분 투과를 지연시켜 박막봉지의 특성을 크게 개선할 수 있다. 하지만 유기/무기 다층 박막 증착 방법은 단일 무기 박막내부의 pinhole density 때문에 5쌍 이상의 유기/무기 박막이 증착 되어야 하고, 유기 및 무기 박막증착을 위한 독립된 반응기를 구성해야 하는 문제가 있다. 따라서 본 연구에서는 RP-ICP-CVD 증착방법을 이용하여 봉지용 박막 특성을 크게 개선한 Si3N4박막과 PE-CVD 증착방법을 이용하여 가장 단순한 분자구조를 갖는 유기박막 형태의 a-C:H 박막을 사용하여 OLED 봉지용 유기/무기 다층박막을 증착 하였고, 이를 최적화 시키는 연구를 진행 하였다. 또한, Si3N4 및 a-C:H 박막은 모두 plasma를 이용한 증착 방식이기 때문에 동일 반응기에서 공정이 가능하고, 이러한 장점은 다층박막봉지 공정의 생산성을 높이는데 크게 기여할 것으로 생각된다. 본 연구를 통해 이루어진 일련의 실험을 아래의 3가지로 정리할 수 있다. (1) 낮은 pinhole 밀도를 갖는 Si3N4 박막증착 방법 개발 : 본 연구에서는 다층박막봉지의 수분투과 특성개선을 위해 RP-ICP-CVD의 Si3N4 박막의 증착공정조건을 최적화 시켰다. 또한 RP-ICP-CVD 방법보다 개선된 pinhole density 구현을 위해 Digital-CVD 방법을 제안하였고, 증착공정을 최적화 시켰다. 낮은 pinhole density를 갖는 Si3N4 박막은 다층박막봉지의 수분투과특성을 개선하고 나아가 다층박막의 층수를 줄여 공정의 효율을 높일 수 있을 것으로 생각된다. (2) 낮은 박막 stress를 갖는 다층박막 봉지개발 : PE-CVD를 이용하여 증착된 a-C:H 은 공정조건을 조절하여 낮은 stress와 함께soft한 기계적 특성을 갖는 박막증착이 가능하다. 따라서 a-C:H를 완충층으로 사용하여 다층박막을 구성하였고, 이러한 구조가 stress 저감 및 박막봉지특성 개선에 효과적임을 확인하였다. 또한, stress를 실시간으로 측정할 수 있는 장치를 통해 다층박막의 특성을 평가하였고, 이러한 방법이 공정 전후의 곡률반경 측정을 통해 stress를 측정하는 표준화된 방법의 결과와 일치함을 확인하였다. (3) 마지막으로 최적화된 Si3N4 / a-C:H 다층 박막을 OLED display panel 에 적용하였다. 또한, OLED display panel에 적용함에 할 때 발생하는 다양한 문제점들을 확인하였고, 이러한 문제를 해결하고자 하였다.