[논문]Flexible Display 기판 위의 Bending에 따른 ITO 필름의 Stress 분포

박준백; 황정연; 서대식; 박성규; 문대규; 한정인

doi:10.4313/jkem.2003.16.12.1115

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In this paper, we investigated the position dependent stress distribution of indium-tin-oxide (ITO) film on Polycarbonate (PC) substrate by external bending force. It was found that there are the maximum crack density at the center position and decreasing crack density as goes to the edge, In accord...

In this paper, we investigated the position dependent stress distribution of indium-tin-oxide (ITO) film on Polycarbonate (PC) substrate by external bending force. It was found that there are the maximum crack density at the center position and decreasing crack density as goes to the edge, In accordance with crack distribution, it was observed that the change of electrical resistivity of ITO islands is maximum at the center and decrease as goes to the edge. From the result that crack density is increasing at same island position as face plate distance (L) decreases, it is evident that the more stress is imposed on same island position as L decreases.

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즉, 잔류 stress로 인한 bending moment를 최소화할 수 있고 위치에 상관없이 똑같은 잔류 stress를 받게 된다. 즉, 이 사실을 통해 bending 상태에서 각 패턴의 위치에 가해지는 stress 를 외부에서 가해지는 bending moment에 의한 stress로 인한 영향이라고 가정할 수 있다.

제안 방법

또, 패턴이 없는 똑같은 크기의 샘플을 만드는 과정에서 끝부분에 불가피하게 발생하는 스트레스의 영향을 최소화하기 위해서 패턴구소를 만들었다 [8], 편의를 위해 섬 모양 배열에서 중앙부분인 13번째를 중심으로 가장자리 부분으로 f, e, d, c, b, a 로 표시하였다. 2*180mmm m의 크기를 가진 같은 샘플을 5개 준비하여 각각 L=16, 14, 12, 10 m 가 되도록 bending machine을 통하여 bending을 하였다. bending은 二I림 2와 같은 bending 장치를 통해 이루어졌고, ITO 필름 위의 크랙관찰은 광학현미경으로 관찰하였디-.
위의 결과를 토대로 bending 상태의 위치에 따른 stress의 분포를 알아보기 위해 크랙 수의 변화와 저항값의 변화를 살펴보았다. :丄림 5와 6은 각각 L=14, 12, 10mm일 때의 중앙 부분인 13번째 패턴에 서의 크랙 수와 a, b, c, d, e 패턴에서의 크랙수를 보여준다.
증착된 ITO의 면 저항은 약 35 Q/口 로 측정되었다. 이미 상용화된 ITO (150 nm)가 코팅된 PC필름(200例)에서 ITO를 제거한 PC 필름을 기판으로 사용하여 residual stress에 의한 즉영향을 최소화하였다. 즉, ITO를 제거한 PC기판은 기판 아랫부분의 열팽창계수 (CTE) 가 작은 barrier 층 때문에 아래쪽으로 볼록하게 휘어지게 된다[9].
특히, 각각의 위치에 따라 변하는 stress의 분포룔 좀더 정확히 알아보기 위해 二림 1과 같은 패턴을 사용하여 520*780 /加2의 크기를 가진 25개의 섬모 양의 배열로 이루어진 ITO film을 제작하였다. 또, 패턴이 없는 똑같은 크기의 샘플을 만드는 과정에서 끝부분에 불가피하게 발생하는 스트레스의 영향을 최소화하기 위해서 패턴구소를 만들었다 [8], 편의를 위해 섬 모양 배열에서 중앙부분인 13번째를 중심으로 가장자리 부분으로 f, e, d, c, b, a 로 표시하였다.

대상 데이터

RF-magnetron 스퍼터링 시스템을 통하여 ITO 가 저】거된 PC 필름을 ITO 필름을 증착하기 위한 기판으로 사용하였다. 공정조건은 working pressure : 3 mTorr, RF Power : 76 W, 증착시간 : 20분이 었다.
즉, ITO를 제거한 PC기판은 기판 아랫부분의 열팽창계수 (CTE) 가 작은 barrier 층 때문에 아래쪽으로 볼록하게 휘어지게 된다[9]. 이 PC기판에 두께가 200nm 정도인 ITO를 증착함으로서 PC 기판을 ITO를 제거하기 전의 평평한 상태로 어느 정도 유지할 수 있다. 즉, 잔류 stress로 인한 bending moment를 최소화할 수 있고 위치에 상관없이 똑같은 잔류 stress를 받게 된다.
L값이 작아짐에 따라 기판은 점점 원형에서 타원형으로 변하는 것을 알 수 있다. 이 실험에서 사용된 2&nm의 길이를 가진 기판으로 위의 고림 3의 과정을 설명할 수 있다. 그림 3(c)는 기판이 원형을 이루는 최소 L 값일 때의 경우를 나타낸다.

이론/모형

bending은 二I림 2와 같은 bending 장치를 통해 이루어졌고, ITO 필름 위의 크랙관찰은 광학현미경으로 관찰하였디-. 또, 크랙이 발생한 ITO 필름 패턴 위의 저항 변화 값의 측정은 two-probe 법으로 측정하였다.

성능/효과

이上 L=16mm일 때의 기하학적 모양은 LTBmm 일 때의 。邱”。(兀/2 V 5 V 龙 ) 인반원 모양과 거의 유사하게 되어 모든 위치에 거의 ■计을! 한 stress가 가해 진디-는 사실과 일치하게 뇐다. 또, bending length( C )(xL 인 곤!:계식에서 알 수 얏1듯이 1广 16mm인 경우에는 bending length가 선체 〒간에서 5〜21번째로 약간 출어는다는 사실과도 일치한디-上 것을 알 수 있니-.「丄림 X과 9는 L 값의 변화에 따른 가각 다른 위 치에서의 지항의변화값을 보여준다.
二리고 저항 변화 값도 13번째 패턴에서의 변화 값이 가장 크고 가장자리 부분으로 갈수록 변화 값이 작아진다는 알사실을 알 수 있었다-. 또한, L 값이 작아짐에 따라 똑같은 위치에서의 크랙 수가 증가하고 저항 변화 값이 증가한다는 사실을 동해 더 큰 스드레스가 가해진다는 것을 알 수 있었다.

참고문헌 (4)

Yanaka, M., Tsukahara, Y., Okabe, T., Takeda, N.. Statistical analysis of multiple cracking phenomenon of a SiOx thin film on a polymer substrate. Journal of applied physics, vol.90, no.2, 713-719.

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Yanaka, M.a., Kato, Y., Tsukahara, Y., Takeda, N.. Effects of temperature on the multiple cracking progress of sub-micron thick glass films deposited on a polymer substrate. Thin solid films, vol.355, 337-342.

상세보기
Cairns, Darran R., Witte II, Richard P., Sparacin, Daniel K., Sachsman, Suzanne M., Paine, David C., Crawford, Gregory P., Newton, R. R.. Strain-dependent electrical resistance of tin-doped indium oxide on polymer substrates. Applied physics letters, vol.76, no.11, 1425-1427.

상세보기
Hsueh, Chun-Hway. Modeling of elastic deformation of multilayers due to residual stresses and external bending. Journal of applied physics, vol.91, no.12, 9652-9656.

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