14. OLED 박막 봉지공정 원리 (TFE mechanism) 이야기 (2) - 결함이 미치는 영향

적은 내부에 있다

지난 시간에는 OLED의 인캡 혹은 인캡슐레이션이라고 불리는 박막 봉지(Thin Film Encapsulation)를 위해 단일막이 가져야하는 특성들에 대해 알아보았습니다. 수분과 산소를 효과적으로 막기 위해서는 단일막을 밀도가 높고 균일한 수분에 대한 용해도가 없는 재료를 선택하면 된다는 것을 알았습니다.

그런데 단일막을 아무리 밀도가 높고 용해도가 없는 즉, 방수가 잘되는 재료를 사용한다고 해도 수분, 산소의 침투는 다른 이유에 의해 발생합니다.

바로 결함(defect)에 의해 발생하는데요. 결함은 말그대로 막자체에 생기는 크랙, 화학적 불순물, 파티클 등으로 생기는 모든 요소들을 말합니다. 

연구결과에 의하면 결함에 의한 침투는 피해갈 수 없고, 막의 두께와는 상관없이 발생한다고 합니다. (Hanika et al. 2003, Graff et al. 2004)

다른 말로 말해서 수분과 산소의 대부분의 침투는 바로 이 단일막의 결함에 의해 발생한다는 것입니다. 두께가 두꺼워지면 물론 침투되는 시간은 늦출 수 있지만 침투되는 속도를 늦출 순 없습니다. 

이 결함이 발생하는 요인으로는 내부적인 요인과 외부적인 요인으로 나뉠 수 있습니다.

결함의 내부적요인
    재료의 물리적 스트레스에 의한 크랙

결함의 외부적요인
    제작공정상 파티클과 불순물

이 두가지 요인들이 복합적으로 작용하면서 발생합니다. 내부적인 요인은 재료의 물성에 달린 문제입니다. 플렉서블한 제품을 만들기 위해서는 단일막의 두께를 마냥 늘릴 수가 없습니다. 재료의 유연성을 유지하기 위해서는 100nm 정도의 두께로 제한되어야합니다. 

그러나 원래부터 유연하지 못한 재료를 얇게 만들어서 유연성을 확보하는 전략은 결국 단일막에 다량의 크랙을 발생시키게 됩니다. 내부적인 요인은 피해갈 수 없는 문제가 되는 것이죠.

외부적인 요인은 정말 다양한 원인에 의해 발생합니다. 공정상에 기판에 떨어져있던 파티클이나 같은 재료지만 뭉텅이로 증착되는 것들도 결합으로 작용할 수 있고, 증착중에 경계면이 생기면서 발생할 수도 있습니다.

이러한 영향 때문에 단일막으로는 OLED 소자를 수분과 산소로부터 효과적으로 막을 수가 없게 됩니다. 따라서 결국에는 물성과 각 재료의 단점을 보완해줄 수 있는 여러층을 적층해서 박막봉지를 할 수 밖에 없습니다.

다음 시간에는 이러한 다층 박막봉지 공정(Multiple layers TFE)에 대한 이야기를 해보도록 하겠습니다.