Technology Brief - Technology Brief 03
Flexible AMOLED용 Encapsulation 재료기술
AMOLED 디스플레이 소자는 TFT-LCD 디스플레이 소자에 비하여 Backlight Unit 및 편광 필터가 없고, 자체 발광 특성을 갖고 있기 때문에 두께가 얇고, 쉽게 휘거나 플렉시블(Flexible) 소자를 구현하는데 매우 유리한 특성을 갖고 있다.
또한 휴대용 디스플레이 소자는 태생적으로 이동 또는 사용 중에 외부 충격을 자주 받게 되어 파손이 되는 경우가 많아, 쉽게 깨지지 않는 내구성이 높은 디스플레이 소자로서 AMOLED 디스플레이 소자의 적용 가능성이 연구된다.
이와 같은 Rugged, Unbreakable, Bendable, Flexible AMOLED 디스플레이 소자를 구현하기 위해서는 이에 적합한 재료 및 제조 공정을 개 발하는 것이 필요한데, 450℃ 이상의 온도까지 열화되지 않으며 가시광 투과도가 우수한 폴리머 기판 재료, Bending 과정에서 파손되지 않는 TFT 및 전극 재료, 수분 및 산소의 투과를 효과적으로 차단할 수 있는 Flexible Encapsulation 재료, 그리고 이들 재료를 이용한 Flexible 소자의 제조 공정 등의 개발이 요구되고 있다.
유연 기판 재료로서는 폴리이미드, TFT는 유기 반도체 재료 및 기존 Si 또는 Oxide Semiconductor TFT의 형상 변화, 취약한 ITO 전극을 대체해서는 Ag Nanowire, 그리고 Glass Seal을 대체하기 위해서는 Thin Film Encapsulation 재료가 활발하게 연구되고 있고, 이에 따른 제조 공정도 개발되고 있다.
이들 재료 중에서 Flexible Encapsulation 재료에 대해서 살펴보면, AMOLED 디스플레이 소자는 대기 중의 산소 및 수분과 반응하여 산화되거나 수화물을 형성하여, 화소가 발광하지 못하는 문제점이 있다.
이에 따라 AMOLED 디스플레이 소자는 대기 중의 수분 및 산소가 화소 내로 침투되는 것을 방지하기 위한 Encapsulation 재료가 필요하다.
이러한 Encapsulation 재료로 고안된 대표적 방법이 Al2O3방지 박막층과 Polyacrylate 유기물 층으로 구성된 이중층(Bilayer)을 교대로 적층시킨 다층 구조 필름 재료이다.
이 적층 구조에서 Al2O3 무기물 방지 박막층은 수분 및 산소에 대한 방지막 역할을 하고, 유기물 층인 Polyacrylate는 무기물 Al2O3 박막 층내에 존재하는 핀홀 등을 포함하는 결함들을 비동조화 시켜 산소 및 수분의 확산하고, 필름에 유연성을 부여하는 역할을 한다.
다층 Encapsulation 재료는 봉지 특성은 우수하지만, 몇 가지 특성에 대해서 개선이 요구되고 있다.
첫째, 다층 Encapsulation 재료에서 무기물 층간에 존재하는 폴리머 층의 두께가 0.1~1㎛정도인데, 이 층을 통하여 수평 방향으로 수분 및 산소 가스의 확산이 빨리 일어난다.
둘째로 상기 Encapsulation의 방지막 재료로 사용된 세라믹 박막은 연성이 없어, Bending될 경우 쉽게 파손되는 문제점이 있다.
마지막으로 무기물 박막층과 유기물 박막층을 교대로 반복해서 형성되는 공정 생산성이 낮아, 제조 원가를 높이게 된다. Flexilble OLED용 Encapsulation 재료는 반복되는 변형에 대해서 파단이 발행하지 않고, 수분 및 산소에 대한 차단 특성이 우수할 것이 요구되고 있다.
이러한 특성을 만족시킬 수 있는 재료로서 연구되고 있는 재료가 그래핀 방지막이다.
즉 상기 Barix 적층 Encapsulation 재료에서 그래핀을 방지막으로 적용하는 것인데, 그래핀은 산소 및 수분 투과도가 매우 낮고, 파괴 연신률이 15~20% 정도이기 때문에, 기판의 연신 및 벤딩 변형에 대해서 파손되지 않고, 산소 및 수분에 대한 투과 저항성이 매우 높을 것이 기대된다.
윤석열 R&D경영연구소 대표