10. OLED 봉지공정 요구사항(Encapsulation Requirements) 이야기

봉지공정으로 검색하셔서 방문하신 분들은 아래 포스팅을 먼저 보고오시길 추천합니다.

OLED 봉지공정(Encapsulation) 이야기^[각주:1]

산소, 수분 너네 얼마면 돼, 얼마면 돼냐?

봉지공정은 OLED의 주재료인 유기물의 수분과 산소에 약한 약점을 보완하기 위한 최후의 보루이자 캡틴아메리카의 비브라늄 방패같은 존재입니다. 제 아무리 좋은재료, 좋은 구조로 만들어 놓아봤자 수분과 산소에 노출된 OLED의 유기물들은 금새 그 특성을 잃어버리고 맙니다. 그런데 일반적으로는 유기물은 수분과 산소에 그리 취약하지 않습니다. 이게 무슨 뚱딴지 같은 소리냐 지금 방금 유기물이 수분과 산소에 취약하다고 해놓고.. 아닙니다. 저는 분명 'OLED의 유기물'이 수분과 산소에 취약하다고 언급했습니다.

그럼 왜 OLED를 이루는 유기물들이 수분과 산소에 취약할까요? 그 이유는 바로 전기적으로 구동하고 있는 유기물들이 수분과 산소에 극히 높은 반응성을 띄기 때문입니다. 유기분자들은 전압이 가해지면 전자를 얻거나 잃으며 전자와 정공을 폴라론(Polaron)이라는 형태로 이동시키게 됩니다. 그런데 이 폴라론이라는 녀석은 다른말로 라디칼(Radical) 즉, 전자가 하나 적거나 많은 형태의 반응 종(Reactive species)의 한 종류입니다. 최외각껍질에 전자가 하나 많아 높은 반응성을 띄는 알칼리 금속과 같이 폴라론도 전자가 많거나 적은 상태로 여기저기 붙어버리기 좋아합니다. 빨리 안정한 상태로 돌아가야하니까요. 그런데 이 폴라론 상태의 유기분자들이 산소(O=O)와 수분(H-O-H)이 접촉해버리면 산소의 이중결합을 끊고 대신 결합해 버리거나 수분의 OH- 즉, 수산화기(Hydroxide)에 반응해버려 전혀 다른 유기분자가 되어버립니다.

<사진1. 산소, 수분 라디칼의 무서움, 살균 분해 정화 탈취 등 유기물을 아주 작살을 내버린다. 정화시스템으로는 훌륭하답니다^^>
*출처 : 싱크트론에어 공기청정기 http://www.sinchtron.com

따라서 OLED는 절대적으로 수분과 산소에 격리되어야만 정상적인 구동을 이어나갈 수 있게 됩니다. OLED 봉지공정 이야기에서도 투습도(WVTR, Water Vapor Transmission Rate)라는 용어로 어느정도 수준의 높은 투습도를 요구하는지에 대해 알아보았습니다. 그러나 투습도외에도 봉지공정이 요구하는 조건들이 더 있습니다. 봉지공정의 요구사항들에 대해 한번 알아보도록 하겠습니다.

봉지공정은 투습도(WVTR)과 산소투과율(OTR, Oxygen Transmission Rate)이 굉장히 낮은 수준이어야 합니다. 투습도와 산소투과율의 단위는 로써 사실 액체인 수분(사실 물이니까)과 기체인 산소의 단위인 g(gram)과 cc(cubic centimetre)만 다르고 하루에 단위면적당 투과하는 수분과 산소의 정량적인 양에 대한 단위임을 알 수 있습니다.

봉지공정 요구사항

투습도(WVTR) : 

산소투과율(OTR) : 

흑점 기준 : 300mm wafer : 20~30nm 흑점 5개 이하

위 요구사항은 2001년에 Burrows 교수 팀에서 OLED의 전극재료로 사용하는 마그네슘 음극(Magnesium cathode)가 산화되어 산화마그네슘(MgO)로 변하여 투명해지는 시간을 측정하여 계산된 값입니다. 

따라서 이 이상의 투습도와 산소투과율을 가지면 OLED 소자가 가동하는 수명시간내에 산소와 수분이 지속적으로 소자에 침투하여 OLED 소자 구동수명보다 외부요인에 의한 OLED 소자 열화(Degradation)이 더 빠르게 진행된다는 것을 의미 합니다. 

그러나 세상만사 모든것이 그렇듯 완벽한 것은 없습니다. 어떻게든 수분과 산소는 침투할 것이고, OLED의 흑점(Dark-spot)은 생길 수 밖에 없습니다. 그래서 이 흑점에 대한 요구사항도 정하게 됩니다. 디스플레이의 구동수명내에 흑점의 최대크기에 대한 기준을 ITRS(International Technology Roadmap for Semiconductors)에서 정하게 되는데 300mm 지름 크기의 웨이퍼(Wafer)의 크기에 대한 면적에 20~30nm크기의 흑점이 5개 이하여야 한다고 규정하고 있습니다.

물론 삼성디스플레이나 엘지디스플레이 같은 굴지의 패널생산 대기업들에서는 이보다 더 가혹한 요구스펙들을 정하여 요구하고 있을 수는 있습니다만 양산기준에 대한 정보들은 당연히 기밀사항이기 때문에 외부에서 참고할만한 일반적인 기준은 위와 같습니다.

1. OLED 봉지공정의 정의와 특징 [본문으로]