OLED 이야기, 10) OLED의 보호, 봉지 공정

2-9 OLED의 보호, 봉지 공정 - YouTube

 

 

 

 

Q) 먼저, OLED에서 봉지 공정은 왜 필요할까요?

A) 봉지 공정은 특히 수명과 생산성에 큰 영향을 미칩니다. 즉, 산소와 습기가 유기물로 침투하게 되면, 산소와 금속간의 반응으로 인한 전극 표면의 산화, 수소 기체 발생으로 인한 금속 전극, 주로 음극과 유기층과의 분리 등으로 인하여 빛이 만들어지지 못하는 영역인 암점(dark spot)이 생기죠. 이러한 암점들은 시간이 경과할수록 커지면서 발광 영역을 줄여 OLED 소자의 수명을 단축시킵니다. 따라서, OLED 소자 내부로 산소와 습기가 침투하는 것을 막기 위한 봉지 공정이 필요하게 되죠.

Q) 그러면, OLED의 봉지를 위해서 어떤 방법들이 적용되고 있을까요?

A) 이러한 봉지 공정들은 산소와 습기의 투과도를 낮추거나 억제하면서 OLED 소자의 성능에 영향을 주지 않도록 다양한 기술로 발전하여 왔습니다. 이들을 크게 분류하면 금속이나 유리로 만든 뚜껑을 덮는 캔 방식, 별도의 기판을 합착하는 하이브리드 방식, 그리고 한 층, 혹은 그 이상의 박막들을 코팅하는 박막 방식으로 정리가 되죠.

Q) 각각의 특징들을 말씀해주시겠어요. 먼저, 캔 방식과 하이브리드 방식부터

A) 금속을 사용하는 캔 방식은 일반적으로 흡습제(getter)를 내장하고 있고, 유기 접착제와 사용하여 기판과 합착합니다. 산소나 습기의 차단 성능은 우수하지만 전면 발광, 대면적화, 유연성, 두께나 무게 등에서 한계를 가지고 있습니다. 그리고 유리를 사용하는 방식은 무기 접착제를 사용하여 기판과 합착하며 우수한 봉지 특성을 가지고 있지만, 역시 대면적화, 유연성, 그리고 두께나 무게 단점에서 자유롭지 못합니다. 하이브리드 방식은 댐을 만들고 접착재를 채우거나 라미네이팅을 이용하는 등, 그 이름만큼이나 방법이 다양한데, 대면적화나 생산성 측면에서는 우수성이 이미 검증이 되었지만, 두 장의 기판을 사용하므로 두께, 특히 휘어짐에 있어서 곡률 반경을 줄이는데 한계가 있으며, 두 장의 기판을 합착할 때 필요한 접착제를 통하여 측면으로부터의 수분과 산소 침투 가능성을 줄이는 기술이 필요하죠.

Q) 그러면 휨과 공정 면에서 박막 방식이 가장 유리할 듯 한데요.

A) 네, 박막 봉지 방식에서는 OLED 소자를 음극까지 형성한 후에 연이어서 무기물과 유기물로 이루어진 막들을 코팅하는데, 기술이 완성될 경우, 산소와 습기의 차단 역할은 물론 대면적화, 유연성, 전면 발광, 두께나 무게, 그리고 생산성 등에서 완벽함을 얻을 수 있죠. 이를 위해 나노 크기의 핀홀이 없는 대면적 박막 형성, 무기와 유기층들이 번갈아 코팅되는 구조에서 가능한 층의 수를 줄이려는 노력들이 지속적으로 이루어지고 있습니다.

Q) 그러면, 현재 제품들에는 어떤 방식들이 적용되고 있는지요?

A) 현시점에서 캔 방식은 소형, 유리 기판 위의 OLED, 하이브리드 방식은 대형 TV 용, 그리고 박막 방식은 소형, 플라스틱 기판의 OLED에 적용이 되고 있죠. 향후로는 유연함을 얻기가 불가능하며, 또한 두께나 무게에 불리한 캔 방식은 점차 사용이 줄어들 것이며, 하이브리드 방식과 박막 방식이 활용될 것으로 예측됩니다. 물론, 기술의 완성도가 높아짐에 따라, 박막 봉지 방식이 주류가 될 것으로 예상은 됩니다만.

Q) 앞으로 주류가 될 박막 봉지 기술에 대해 좀 더 자세한 설명을 부탁드립니다.

A) 다층 박막 구조는 기본적으로 무기층과 유기층이 번갈아서 증착, 형성이 되는데 실제로 산소나 수분을 막아주는 것은 무기층의 역할입니다. 따라서 산소와 수분의 누설을 막으려면 나노 크기의 핀 홀이 없어야 하죠. 유기층은 무기층들간에 발생하는 응력을 줄이고, 표면을 평탄화시키며, OLED의 휨을 더 자유롭게 하는 역할을 하죠. 이러한 이유들로 인해 다층 박막 봉지는 무기층과 유기층이 번갈아 코팅이 되는 구조를 선호하며, 궁극적으로는 ‘무기층 – 유기층 – 무기층’으로 두 개의 무기층 중간에 유기층이 삽입된 3층막 봉지가 최적화된 구조입니다. 물론 단일 무기층으로 봉지를 완성하려는 시도도 있지만, 아직은 성능과 생산성을 만족시키지 못하고 있습니다.

 

# 다양한 참고자료들을 사용하였기에 일일이 인용을 명시하지 못하였음을 양해바랍니다.