OLED 소자를 금속이나 유리 뚜껑으로 밀봉하는 기술은 가장 먼저 사용된 봉지 방식입니다. 금속은 캔(can), 유리는 리드(lid)로 표현하기도 하죠. 두 경우 모두 가공된 금속이나 유리 구조물에 흡습제(desiccant 혹은 getter)를 부착하고, 밀봉제(sealant)를 둘러서 OLED 소자 기판과 합착하는 방식을 취하였습니다. 물론 흡습제는 밀봉제를 통하여 조금씩 유입될 수도 있는 산소와 수분을 머금도록 하기 위해서이죠. 이 후로 기술이 발달하면서 저융점 유리인 유리 프릿(glass frit, glass paste)을 캔의 봉지 구조물의 가장자리에 두르고 레이저 등을 이용, 프릿 부분을 국부적으로 가열한 뒤, 저융점 유리 소재가 살짝 녹은 상태에서 OLED 기판과 합착 후 굳히는 방식이 많이 사용되어왔습니다. 굳어진 유리 프릿을 통하여서는 산소, 수분의 유입이 어려우므로 별도의 흡습제가 필요가 없어졌죠.
그러면, 유리 기판 위에 제작된 OLED를 역시 유리 구조물로 밀봉하는 과정을 살펴보겠습니다. 모바일 기기용 소형 OLED 셀들이 배열된 셀 어래이 구조를 대상으로 하죠. 물론, 아직 원장 유리, 즉 필요한 화면 크기로 자르기 전의 대형 원판 패널 유리판의 상태이고 스마트폰 등에 사용하기 위한 크기인 셀 단위로 자르기 전입니다. 셀 단위는 쉽게 말하면 5인치 스마트폰을 제작하는 공정일 경우, 5인치 사이즈로 잘라낸 패널 하나를 의미합니다. 봉지 공정은 셀 단위에서도 필요하고, 커다란 원장 상태에서도 진행합니다. 봉지 공정은 크게 4가지 단계로 나누어지죠. 셀 밀봉용 밀봉선(seal line) 형성, 원장 유리 밀봉선(seal) 도포, 봉지용 유리판과 OLED 기판의 합착, 그리고 레이저를 이용한 밀봉 및 경화과정입니다. 먼저 봉지용 유리판을 투입, 세정을 시작합니다. 습식 세정을 통해 유리의 제조, 포장, 운송 과정에서의 오염물을 제거하죠. 이어서 유기 오염물을 제거하기 위해서는 플라즈마 세정이 필요합니다. 세정이 모두 완료되면 셀 딘위로 접착 물질 밀봉제를 둘러가며 형성합니다. 이 과정을 셀 밀봉 인쇄(cell seal printing)이라고 합니다. 이 과정에서는 정밀도는 중요하죠. 즉, 다음 과정으로 OLED 기판 위에 봉지용 유리판을 덮은 후 레이저로 밀봉선을 순간 가열하고 굳어지도록 해야 하므로, 안정된 두께와 폭을 가지고 정확한 위치에 인쇄가 되어야 합니다.
인쇄가 완료되면 건조를 진행하죠. 적절한 건조를 통해 용매로부터 발생한 밀봉선 안의 기포 등을 제거하여야 합니다. 그리고 열처리 공정입니다. 즉, 남아 있는 용매, 유기 바인더 등을 추가로 제거하고 추후 레이저 밀봉이 가능하도록 밀봉선의 특징을 변화시키기 위해 열을 가하는 과정이죠. 여기에서 용매와 바인더는 밀봉제재의 주요 성분인 유리 프릿 분말을 점성을 갖는 용액으로 만들어주는 역할을 하죠. 마치 모래에 시멘트를 섞고 물을 부어야 걸쭉해져서 사용을 할 수 있듯이, 프릿 분말도 모래알과 특성이 비슷해 서로 뭉치지 않으므로 이를 적절한 점성을 갖는 바인더가 필요합니다. 그리고 이 바인더도 고체 상태이므로 바인더를 녹여줄 용매도 함께 필요하죠. 이들을 잘 섞어서 셀 밀봉용 반죽(paste)을 만들죠. 열처리를 한 봉지용 유리판에 플라즈마 세정을 추가함으로써 여러 공정을 거치면서 흡착된 수분이나 표면의 흡착 물질을 제거하여 접착력을 향상시키는 매끈한 표면을 만듭니다. 이상이 봉지 공정의 첫 번째 단계인 셀 밀봉선 형성 과정입니다. 다음 단계는 원장 유리 밀봉선 도포 공정으로 유리판의 가장자리를 따라 밀봉선을 인쇄합니다. 이때 인쇄되는 재료는 셀 밀봉 재료와는 다르게 일반적으로 자외선으로 경화 가능한 유기 접착제를 사용합니다. 그리고 봉지용 유리판과 OLED 기판의 합착 과정으로 넘어가죠. 합착은 준비된 봉지용 유리판과 OLED 소자가 제조된 유리 기판을 위 아래로 포개어 붙이는 공정입니다. 이 공정을 통해 비로소 나뉘어 있던 두 장의 유리판들이 하나로 합쳐지게 되죠. 그리고 자외선(Ultra Violet, UV)를 쬐어 밀봉선을 굳어지게 하죠. 굳어진 밀봉선은 외부 공기와 수분의 침투를 막고, 내부 기압을 유지하는 등의 기능을 담당합니다. 마지막 과정은 레이저를 이용한 밀봉 및 경화과정입니다. 즉, 밀봉선을 따라 레이저를 주사하면서 순간적인 용융과 합착이 일어나도록 하죠. 이러한 네 가지 과정을 거치면서 밀봉된 OLED 원장 패널이 완성됩니다. 그리고 다음 단계로 원장의 각 셀들을 용도에 맞는 크기로 자르는 셀 공정이 이어지죠. 각각의 잘려진 셀들은 모듈 공정을 위해 이동하게 됩니다.
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# 더! 생각해보기
a. 금속이나 유리 구조물을 이용하는 캔 방식의 운명은 앞으로 어떻게 될까.
b. 살아남는다면 그 이유는, 적용 제품들은 무얼까
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