OLED는 박막 봉지 기술을 적용함으로써 한 장의 기판으로 만들 수 있는 최초의 디스플레이 패널로 자리매김을 하였습니다. 여기에 플라스틱 기판을 적용할 경우, 0.1mm 두께의 패널이 가능하죠. 디스플레이가 찢어질 수도 있는 시대입니다. 물론, 플라스틱 기판의 유연 디스플레이를 성능은 물론 내구성, 생산성과 가격까지 충족을 시키려면 여전히 남은 기술이 적지 않습니다. 가장 간편하고 생산성이 높은 제조 공정은 두루마리(Roll-to-Roll, R2R) 공정이며, 기판은 기존의 유리 기판 위의 폴리이미드 투명 도포제(polyimide varnish)가 아닌 투명 플라스틱 기판이 최적이고, 백플레인은 유기 TFT, 화면은 용액 공정에 기반한 OLED, 그리고 봉지는 단층 박막이나 용액 기반의 후막이 이상적이겠지요. 여기에서는 다층 박막 봉지를 넘어서 제품 적용은 아직 시기 상조이지만, 언젠가를 향하여 개발되고 있는 봉지 기술들을 살펴봅니다.
습기로부터 OLED 소자를 보호하는데 필요한 봉지 기술은 금속 캔과 유리 리드를 부착시키는 캔/리드 방식으로 시작하여서 금속이나 플라스틱 시트를 합착시키는 하이브리드 방식, 그리고 다층막 배리어(Multi-Layer Barrier, MLB) 방식, 혹은 단일층 무기막 봉지 방식 등으로 발전하여 왔습니다. 성능과 경제성을 고려할 때 나름대로의 장단점들이 있지만 유연함을 목표로 하게 되면 다층막 배리어나 단일층 무기막 봉지가 필수적으로 되죠. 무기층의 배리어 성능과 함께 유기층의 평탄화, 스트레스 완화, 그리고 유연성 향상 기능도 중요합니다. 만일 잉크 젯 방식으로 유기물을 도포하면 두께가 1 마이크론 이상이 가능하게 되어 먼지와 같은 입자들을 커버링하는 효과도 얻게 되죠. 봉지막은 기본적인 투산소율, 투습률 성능과 함께 유연성은 물론 광 투과도, 부착력, 열 안정성, 헤이즈 성능도 일정 이상을 만족시켜야 하며, 수율과 경제성은 당연히 고려되어야 하죠. 또한 투습률을 OLED에서 요구하는 규격과 신뢰성에 적합하도록 측정할 수 있는 기술도 표준화가 되어야 합니다.
새로운 봉지 기술 개발의 키워드는 플라스틱 기판, 저온, 단일막, 용액 기반의 후막 봉지 등입니다. 먼저, 플라스틱 기판들은 거의 모두가 산소나 수분 침투가 매우 용이하여 기판 자체의 봉지막부터가 필수이죠. 그리고, OLED 소자까지, 결국은 패널 전체가 마치 겨울 외투를 입듯이 봉지막으로 덮여 있어야 합니다. 바람이 숭숭 새는 뜨개질 옷의 바깥쪽을 촘촘한 옷감으로 쌓듯이 봉지막을 형성하여 새어 들어오는 산소가 수분을 100만분지 1로 줄여야 하죠. 물론 기존의 무기, 유기막 다층막 봉지 방식이 그대로 사용될 수도 있습니다만, 이의 봉지 성능 개선과 함께 택트 타임과 비용 절감을 위한 단일층 봉지, 용액을 이용한 후막 봉지 등이 개발되고 있습니다.
단일층 봉지의 경우, 막의 질이 가장 우수한 ALD 공정을 위주로 하여 연구 개발이 되고 있으며, 실험실 수준에서는 OLED 적용 조건을 만족하는 결과가 나오고 있습니다. 다만, 개발에 전념하는 연구 인력이 수율을 크게 고려하지 않고 얻은 결과가 수율과 시간이 중시되며, 주어진 작업을 일률적으로 진행하는 작업자로부터도 동일한 수준으로 얻어지기까지의 추가 노력이 필요하겠죠. 진흙이나 질화 붕소(Boron Nitride, BN)와 같이 판상 구조를 갖는 파우더들을 유기 용매와 블랜딩하여 용액 공정으로 도포, 배열을 하는 방법들도 어느 정도 결과를 얻고 있습니다. 아직은 OLED에서 요구되는 봉지 요건의 절반 정도에 이르지만, 추가로 연구 개발을 하면 실용화 가능성을 보일 것으로 기대됩니다. 특히 용액 공정으로 만들어지는 OLED를 다시 진공 챔버로 넣어 다층 박막 봉지를 진행하여야만 하는 모순도 해결될 수 있겠죠. 이 외에도, 플라즈마를 이용한 ALD 공정, 나노 수준의 라미네이팅, 유기층 내에 흡습제인 게터 입자들을 분산 시키는 아이디어, 그래핀을 소재의 적용, 그리고 다층 박막 구조에서 빛의 전반사를 가능한 줄이기 위한 봉지 구조의 해석, 자외선 LED를 이용한 유기층의 경화 등과 같은 봉지 기술 관련 연구들이 지속적으로 보고되고 있습니다.
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a. 실로 다양한 OLED 봉지 기술들이 개발 중인데, 실용화에 가까운 순서대로 정리하여보자
b. 봉지 요건이 덜 까다롭거나 아얘 필요하지 않은 OLED는 불가능할까
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