[논문]Flexible OLED 기술 개발 동향 및 전망

이재섭

Flexible OLED 기술 개발 동향 및 전망 원문보기

인포메이션 디스플레이 = Information display, v.11 no.6, 2010년, pp.27 - 38

이재섭 (삼성 모바일 디스플레이)

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문제 정의

본 보고서는 얇고, 가볍고, 충격에 강하고, 유연성을 갖는 display를 개발하고 Flexible Display의 고질적인 문제인 양산성을 혁신함으로써 시장의 slim화 trend에 대해 신속하고 적극적으로 대응하며 더 나아가서 유연성을 통한 디자인의 무한한 가능성을 여는 기술의 이해와 설명에 있다. 이러한 display를 구현하기 위해서 carrier로 사용되는 유리기판의 열팽창 계수(CTE = 3ppm/K)와 동일한 재료를 발굴하며, 열처리 공정을 개발하여 내열성을 획기적으로 개선하여 AMOLED 양산라인에서 보편적으로 사용하는 TFT공정을 가능하게 하는 공정에 대한 소개가 있다.

제안 방법

Fortunato Istituto di Fotonica e Nanotecnologie - Italy 에서는 silicon wafer 위에 HD-Microsistems 2611 PI 솔루션을 이용하여 스핀 코팅 한 이후 열처리를 통해8 Οm PI를 형성시키고 웨이퍼를 캐리어로 이용하여 일반적인 ELA를 이용한 LTPS 공정을 진행하였다. 공정이 끝난 후 mechanical 하게 웨이퍼에서 소자를 분리를 함으로서 웨이퍼를 재사용할 수 있는 공정방법을 발표하였다. [그림 19]는 제작 완료되어 웨이퍼에서 분리한 소자의 모습을 보여주고 있다.
구동 소자로서 Transistor 성능 및 신뢰성이 타 반도체 대비 월등한 poly-Si TFT를 사용하여 기존 양산 공정을 그대로 활용할 수 있게 하였고 이를 통하여 Flexible Display의 핵심적인 issue인 양산성을 획기적으로 개선하게 된다. 또한 Neutral Plane Theory를 통해 5mm의 bending radius, 10000 cycle에서도 TFT의 성능 저하가 없도록 하였다. Thin Film Encapsulation 기술을 채용함으로서 제품의 두께 저감 및 유연성이 확보된 패널을 제작하여 세계 최초로 초경량, 초박형의 Flexible Display를 구현하는 기술에 대한 소개도 있다.
이 방법의 기본 원리는 유리 기판 위에 희생층 박막을 우선 증착한 후, 소자의 제작 공정을 진행한다. 여기서 희생층은 수소를 2% 이상 포함하는 비정질 실리콘을 사용하고, 수소 주입된 비정질 실리콘 (희생층)에 레이저를 조사하여 수소 압력을 유발시켜 실리콘과 유리 기판의 박리를 유도한다. 공정이 완료된 후 유리에서 소자를 탈착하여 플라스틱 기판에 다시 접착시켜 디스플레이를 완성한다.
Seiko Epson은 [그림 6]과 같이 SUFTLA(surface free technology by laser ablation) 이라고 하는 전사법에 의한 공정 방식을 개발하였다. 이 방법의 기본 원리는 유리 기판 위에 희생층 박막을 우선 증착한 후, 소자의 제작 공정을 진행한다. 여기서 희생층은 수소를 2% 이상 포함하는 비정질 실리콘을 사용하고, 수소 주입된 비정질 실리콘 (희생층)에 레이저를 조사하여 수소 압력을 유발시켜 실리콘과 유리 기판의 박리를 유도한다.

대상 데이터

6 nm의 특성을 나타내었다. 이와 같은 방식을 이용한 polycarbonate(PC) 기판을 이용하여 15x15 cm 크기의 OLED를 제작하였으며, 기판을 구부려도 ~1000 cd/m²의 빛을 내며 모든 소자가 동작하는 것을 [그림 13]과 같이 확인하였다. 아직 양산성은 미 검증 상태이나 가스 차단막 코팅 원가를 획기적으로 줄일 수 있는 방법으로 인식되고 있다.
Pioneer에서는 160x120의 해상도를 가진 3인치의 PM-OLED를 제작하였다. 제작된 PMOLED는 9V에서 70cd/m²의 발광특성과 두께 0.22 mm와 3 g의 무게를 가지고 있으며 [그림 24] 는 OLED 제작 후의 flexibility의 테스트 과정과 디스플레이를 보여주고 있다. 이때 26 mm 의 곡률에서도 박막의 깨어짐이나 들뜨는 현상은 발견 되지 않고 매우 우수한 유연성을 갖는 것을 확인 할 수 있었다.

성능/효과

(1) 단면 테이프를 이용하여 플라스틱 필름을 유리 기판 위에 고정하는 방법으로 간단한 고정 방법이지만, 유리 기판과 플라스틱 기판이 밀착되지 않고 둘 사이에 열팽창 계수가 다르기 때문에 고온 공정에서 플라스틱 필름의 우그러짐 현상 발생 하는 단점이 있다. (2) 유리 기판과 플라스틱 필름 사이를 양면 접착층을 이용하여 고정하는 방법은 유리 기판과 플라스틱 기판이 밀착이 잘되는 반면, 접착 강도의 조절이 힘들고 강한 접착력은 공정 완료 후 플라스틱 기판을 분리하는데 큰 스트레스를 필요로 하고, 약한 접착력은 공정 도중에 기판이 분리되는 문제가 있는 단점이 있다. (3) 유리 기판과 플라스틱 필름 사이에 희생층을 삽입하고 공정 완료 후 레이저를 조사하여 희생층에 열을 가해 필름 분리는 방법은 유리 기판과 플라스틱 기판이 밀착하고 분리시에 스트레스 최소화할 수 있으나, 희생층의 재사용이 불가하며 레이저를 이용할 경우 공정단가가 상승한다는 단점이 있다.
(2) 유리 기판과 플라스틱 필름 사이를 양면 접착층을 이용하여 고정하는 방법은 유리 기판과 플라스틱 기판이 밀착이 잘되는 반면, 접착 강도의 조절이 힘들고 강한 접착력은 공정 완료 후 플라스틱 기판을 분리하는데 큰 스트레스를 필요로 하고, 약한 접착력은 공정 도중에 기판이 분리되는 문제가 있는 단점이 있다. (3) 유리 기판과 플라스틱 필름 사이에 희생층을 삽입하고 공정 완료 후 레이저를 조사하여 희생층에 열을 가해 필름 분리는 방법은 유리 기판과 플라스틱 기판이 밀착하고 분리시에 스트레스 최소화할 수 있으나, 희생층의 재사용이 불가하며 레이저를 이용할 경우 공정단가가 상승한다는 단점이 있다.
GE Global research는 R2R 기반의 PECVD 공정을 이용하여 진공을 깨지 않은 상태에서, 하나의 chamber 안에서 조성비를 연속적으로 바꿔가면서 SiOxCy와 SOxNy를 교차 형성하는 방식(Graded Ultra High Barrier)으로 PC기판 상에 [그림 12]와 같은 barrier박막을 얻었다. 얻어진 박막은 투습도, low 10^-5 ~ mid 10^-6 g/m²[day] ; 내화학성, pass; 투과도 82 %; adhesion, 4B; 치수안정성, 4 ppm/hr;평균 표면평탄도 0.6 nm의 특성을 나타내었다. 이와 같은 방식을 이용한 polycarbonate(PC) 기판을 이용하여 15x15 cm 크기의 OLED를 제작하였으며, 기판을 구부려도 ~1000 cd/m²의 빛을 내며 모든 소자가 동작하는 것을 [그림 13]과 같이 확인하였다.
22 mm와 3 g의 무게를 가지고 있으며 [그림 24] 는 OLED 제작 후의 flexibility의 테스트 과정과 디스플레이를 보여주고 있다. 이때 26 mm 의 곡률에서도 박막의 깨어짐이나 들뜨는 현상은 발견 되지 않고 매우 우수한 유연성을 갖는 것을 확인 할 수 있었다.
이를 통해, 기판이 compressive strain 또는 tensile strain을 받게 되더라도, TFT기판이 받는 strain을 매우 크게 감소시킬 수 있다. 이와 같은 strain을 감소시킬 수 있는 신 구조를 적용해서, 곡률 반경을 5 mm로 고정한 후, cyclic bending횟수에 따른 TFT소자 측정을 실시 하였으며, 소자 특성의 변화가 10,000번 까지 거의 없는 것을 확인할 수 있다([그림 28]).
Hybcap film은 투명한 고분자로 제조되어 있으며, [그림 15]와 같은 광학 특성을 나타낸다. 필름 경화전의 특성은 유리 기판과 거의 동일하며, 경화 후에는 가시광선 영역에서 평균 99%의 투과도를 나타낸다. Hybcap film은 전사를 통해 박막 형성이 가능하고, roll type으로 현재 판매가 이뤄지고 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	플렉서블 OLED 소자의 기판의 문제점은?	플렉서블 OLED 디스플레이에서 가자 중요한 부분인기판은 디스플레이의 성능, 신뢰성, 가격을 결정하는 가장 중요한 부품으로서 어떠한 종류의 기판을 적용하느냐에 따라 응용성에서 많은 차이를 나타낸다. 플렉서블 OLED 소자의 기판은 주로 플라스틱 재료가 가장 바람직하다고 판단이 되지만 수분과 산소의 투과방지의 기능을 부가하는 것에 있어서 어려움이 있고 또 구동 TFT의 형성 시에도 많은 문제점을 가지고 있다. 이 때문에 플라스틱 기판은 현재의 유리 기판 대비 고 가격의 단점이 있으며 그 대체 기술로 metal foil이나 박형 유리기판을 이용 하는 기술도 개발이 되고 있으나, 이들 기술 또한 각각 장단점을 가지고 있다.
	박형 유리의 문제점은?	박형 유리는 기존에 사용되는 500 um두께의 유리를 50~ 200 um 정도의 두께로 박형화한 것으로 가장 저렴하고 투명하며, 표면평탄도가 우수하고, 수분 및 산소가 투과 하기 어려운 장점을 가지고 있어 원가 절감 및 공정성 확보가 용이하다는 특징이 있다. 그러나 충격에 약한 단점이 있기 때문에 공정 시 휘어지거나 이동하는데 어려움 문제점을 가지고 있다. 열적 안정성이 약하여 고온 공정은 진행할 수 없어 저온 공정만 요구되는 단점이 있다.
	박형 유리의 특징은?	박형 유리는 기존에 사용되는 500 um두께의 유리를 50~ 200 um 정도의 두께로 박형화한 것으로 가장 저렴하고 투명하며, 표면평탄도가 우수하고, 수분 및 산소가 투과 하기 어려운 장점을 가지고 있어 원가 절감 및 공정성 확보가 용이하다는 특징이 있다. 그러나 충격에 약한 단점이 있기 때문에 공정 시 휘어지거나 이동하는데 어려움 문제점을 가지고 있다.

참고문헌 (19)

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상세보기
"Low-temperature-fabricated InGaZnO4 thin film transistors on polyimide clean-room tape", Wantae Lim, E. A. Douglas, S.-H. Kim, D. P. Norton, S. J. Pearton, F. Ren, H. Shen and W. H. Chang, Appl. Phys. Let. 93, 252103 (2008).

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"Flexible full color organic light-emitting diode display on polyimide plastic substrate driven by amorphous indium gallium zinc oxide thin-film transistors", Jin-Seong Park, Tae-Woong Kim, Denis Stryakhilev, Jae-Sup Lee, Sung-Guk An, Yong-Shin Pyo, Dong-Bum Lee, Yeon Gon Mo, Dong-Un Jin,b_and Ho Kyoon Chung, Appl. Phys. Let. 95, 013503 (2009).

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"A Study on TFT on Metal Foil and Its Application AMOLED" 천준혁, 박사학위논문 정보디스플레이학과 경희대학교 (2009).

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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