12. OLED 박막 봉지공정(TFE, Thin Film Encapsulation) 이야기

 

소형&플렉서블 OLED에 적용되는 봉지공정

지난 시간까지 단단한 재료인 글래스, 금속 캔을 이용한 OLED 봉지공정에 대하여 알아보았습니다. 글래스와 금속캔은 둘다 형태가 고정되며, 단단하고 글래스의 경우 파손될 확률도 있습니다. 특히나 OLED의 소형화, 경량화가 추세인 현재의 시장상황에서 글래스와 금속캔의 두꺼운 두께와 무게는 완성품의 가치를 떨어트릴 수 있습니다. 

 

따라서 봉지공정은 수분과 산소를 막는데 의의가 있는 것이지 어떠한 재료를 쓰냐는 중요하지 않습니다. 최근에 와서는 스마트폰 등 모바일용 소형 OLED 패널의 경우 모두 박막 봉지공정을 적용하고 있습니다. 박막이란 10um(micro meter, )이하의 막을 말하며, 이러한 얇은 막을 적용함으로써 OLED 패널 전체의 무게와 크기를 획기적으로 줄일 수 있고, 파손의 위험에서도 벗어날 수 있습니다. 

 

이러한 박막을 사용한 봉지 공정을 박막 봉지(TFE, Thin Film Encapsulation)이라고 하며, TFE는 박막을 이용하여 봉지를 하는 모든 공정을 칭하기 때문에 TFE에도 다양한 공정방법들이 존재합니다. 그러나 큰 카테고리로 보면 TFE는 두가지로 나뉠 수 있습니다.

 

<사진1. TFE의 종류>

 

TFE는 위 사진1과 같이 두가지로 나뉠 수 있습니다. 첫번째 방식은 왼쪽의 Direct TFE 방식입니다. 그림에서 보이는 대로 제작된 OLED 소자위에 박막을 증착(Evaporation)해서 OLED 소자 전체를 외부와 차단시키는 방법입니다. 그림으로 보아도 뭔가 안정해보이고 깔끔합니다. 

 

두번째 방식은 Lamination TFE 방식으로 Laminate는 적층하다라는 뜻으로 연예인들이 치아 위에 얇은 미백막을 덮어씌우는 라미네이트와 같은 개념의 방식입니다. 제작된 OLED 소자위에 TFE용 박막이 얇게 처리된 플라스틱 기판(Plastic substrate, TFE substrate)을 OLED 소자위에 위치시키고 글래스, 메탈 캔 봉지때와 마찬가지로 UV resin으로 OLED 소자와 접착시키는 방식입니다. 

 

그림으로 보기에는 Direct TFE 방식이 더 깔끔하고 좋아보이지만 두 방식은 분명한 장단점을 가지고 있습니다. 이에 따라 제품의 목적과 가격대에 맞추어 적절한 봉지방법을 선택해야합니다.

 

Direct TFE 장단점

장점 :  물리적 스트레스에 의한 변형 최소화

단점 : OLED 유기막에 비해 수십배 두꺼운 TFE를 증착해서 형성해야하므로 공정시간 및 수율 문제 발생. 비용증가

Lamination TFE 장단점

장점 : 미리 준비된 TFE 기판을 가져와 접착하면 되므로 공정상 간단하며 비용 저렴

단점 : 물리적 스트레스에 의한 접착제 손상. TFE와 TFE substrate 간 광학특성 이슈

 

위는 간단하게 정리한 두 TFE 방식의 장단점입니다. 간략히 한번 더 정리를 해보자면, 일단 최근의 OLED가 전면발광(Top emission) 방식을 많이 채용하고 있기 때문에 기판 위에 덮히는 TFE의 광학특성 또한 매우 중요합니다. 따라서 두 방식 모두 적용되는 사항으로 TFE의 두께가 얇으면 얇을 수록 좋지만, 또 무작정 얇게 되면 수분산소(OTR, WVTR) 차단능력이 떨어지기 때문에 두 특성이 Trade off 관계에 놓입니다. 적절한 조건에서 타협하여 적용하는 것이 중요합니다.

 

먼저 Direct TFE의 경우에는 OLED 기판위에 곧바로 증착하는 방식이기 때문에 TFE의 물성이 좋고 공정 중 불량이 나지 않았다면 따로 접착제를 사용하지 않고 OLED 소자와 TFE가 닿는 면적 전부에서 접착되므로 기판과의 접착력이 우수하고, 물리적 변형(구부리기, 말기 등)에 우수한 특성을 보입니다. 그러나 충분한 수분산소 차단력이 확보되려면 어느정도 두께가 필요하기 때문에 두껍게 막을 형성해야하는데 이때 문제가 몇가지 발생하게 됩니다. 

 

Direct TFE의 문제점

1. 증착과정이 PECVD(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition, 플라즈마화학증착)나 스퍼터링(Sputtering) 방식을 사용하는데 두 방식 모두 이미 제작된 OLED 소자의 유기물에 손상을 줄 수 있는 방식이다.

2. 증착공정을 사용한다는 것 자체가 공정시간, 수율 문제 등으로 비용상승요인이 된다.

 

Lamination TFE의 경우에는 이미 TFE가 증착 혹은 도포된 TFE 기판을 사용하기 때문에 공정이슈나 비용 측면에서 굉장히 유리해지는 점이 있습니다. 그러나 UV resin이 그려지는 부분만 접착되기 때문에 물리적 스트레스에 취약한 부착력을 갖게됩니다. 또한 최소한 TFE와 TFE 기판 두가지의 전혀 물성이 다른 재료를 사용하기 때문에 물리, 광학적 특성을 모두 만족하는 재료의 조합이 어렵고, 특성을 만족하더라도 장시간 사용신뢰도는 낮은 편이다.

 

이번 시간에는 TFE에 대해 간단히 알아보았고 다음시간에는 TFE 막 자체에 대해 조금 더 알아보는 시간을 갖겠습니다.