[논문]플라즈마 중합된 Styrene을 유기박막으로 사용한 하이브리드형 OLED 봉지기술

정건수; 이붕주; 신백균

doi:10.5370/kiee.2014.63.10.1412

플라즈마 중합된 Styrene을 유기박막으로 사용한 하이브리드형 OLED 봉지기술
Plasma-polymerized Styrene Prganic thin Film as Hybrid OLEDs Encapsulation 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.63 no.10, 2014년, pp.1412 - 1416

정건수 (Dept. of Electrical Engineering, Inha University) , 이붕주 (Dept. of Electronic Engineering, Namseoul University) , 신백균 (Dept. of Electrical Engineering, Inha University)

Abstract ▼ AI-Helper

We report thin-film organic moisture barriers based on polystyrene(PS) laminates deposition by PECVD for an encapsulation of OLEDs. The organic polystyrene thin-film has the benzene ring structure and high hydrophobic characteristics and it was polymerized by PECVD in dry process. Life time properties of Ca test were obtained 32 minutes at the RF 100W process conditions. From the AFM test, the roughness of multi-layer thin-film was more excellent rather than that of a single-layer thin-film. In addition, 5 layers of the multi-layer film properties were obtained 45 minutes. So that the optical and electrical properties were not affected with these plasma polymerized organic thin-film encapsulation. For life time improvement, the inorganic $Al_2O_3$ thin-film were deposited 5nm using ALD atomic layer deposition. The WVTR(Water Vaper Transmission Rate) value of hybrid thin-film encapsulation in the optimum process conditions was resulted by less than $10-3g/m^2/day$. From the results of experiment, plasma polymerized hybrid encapsulation was suggested as the flexible display applications.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 박막 봉지 기술을 적용하기 위하여 유기/ 무기 구조의 하이브리드형 봉지막을 제작하였다. 유기박막의 특성은 건식화 공정인 PECVD 장치를 통해 플라즈마 중 합법으로 평가한 결과를 정리하면 첫째, 공정변수인 RF power 100W에서 단일막으로 사용하였을 때, Ca test를 통해 85℃, 85% 극한 항온항습 조건에서 32분의 수명을 가지는 barrier 특성을 확보하였다.
본 연구에서는 화학적으로 소수성이고 가교밀도가 높은 폴리스타일렌(PS : poly styrene)을 플라즈마 중합법을 사용하여 증착공정 변화에 따른 유기박막의 특성을 파악하였고, ALD를 사용하여 Al₂O₃를 최종 무기박막으로 활용하여 유기/무기 박막 조건에 따른 소자의 광특성 및 barrier의 특성을 알아보았다. 즉, 유기/무기 하이브리드형 보호막을 다층으로 증착하여 광특성의 영향 없이 OLED 소자의 신뢰성 확보를 위한 유기/무기 하이브리드형 보호막 및 봉지막의 제작을 목적으로 한다.
를 최종 무기박막으로 활용하여 유기/무기 박막 조건에 따른 소자의 광특성 및 barrier의 특성을 알아보았다. 즉, 유기/무기 하이브리드형 보호막을 다층으로 증착하여 광특성의 영향 없이 OLED 소자의 신뢰성 확보를 위한 유기/무기 하이브리드형 보호막 및 봉지막의 제작을 목적으로 한다.

제안 방법

기본 OLED 소자로써 Alq3(tris (8-hydroxyquinoline) aluminum) 기반의 녹색 OLED를 제작하였으며, 소자구조 및 밴드갭을 그림 1에 나타내었다. ITO 기판은 면 저항 10 Ω/□인 것을 사용하였으며 기판세정 후 포토공정을 이용하여 ITO 패턴을 형성하고, 패터닝이 완성된 시편을 PECVD 장치를 통해 RF 100W의 전원을 인가하여 3분간 산소 표면 처리를 하였다. 기판의 표면 처리가 끝난 후 정공수송층 TPD를 0.
유기박막의 특성은 건식화 공정인 PECVD 장치를 통해 플라즈마 중 합법으로 평가한 결과를 정리하면 첫째, 공정변수인 RF power 100W에서 단일막으로 사용하였을 때, Ca test를 통해 85℃, 85% 극한 항온항습 조건에서 32분의 수명을 가지는 barrier 특성을 확보하였다. 둘째, 같은 방법으로 유기박막을 5 layer 적층하였을 때 45분의 barrier 특성을 확보하였다. 셋째, 유기박막이 실제 OLED 소자의 적용결과 광학적, 전기적 특성에 영향을 미치지 않으며 경향성 있는 봉지막인 것을 확인하였다.
또한, 무기재료만으로 OLED 응용에 요구되는 수부투과율은 얻을 수는 있지만, 다층박막에 주어지는 스트레스로 인해 유연기판 등에는 적용하기 힘들어 차세대 광원으로 요구되는 많은 문제점이 제기된다. 때문에 유기/무기 박막을 함께 사용하는 하이브리드 구조방법으로 봉지막을 제작하였다. 유기박막 styrene을 5 layer 적층, 그리고 무기박막을 Al₂O₃ 단일층으로 제작한 barrier에서 Ca 테스트로 8시간 넘는 높은 수명을 가진다.
소자를 제작한 다음 봉지막으로 유기박막을 PECVD 장치를 통해 플라즈마 중합법을 사용하여 styrene을 RF power 100W, 기판 Bias 30W, 압력 10mTorr 조건에서 1 layer당 200nm씩 최대 5층까지 적층하였고, 무기박막은 ALD 장치를 사용하여 전구체로 TMA(trimethylaluminium)를 2초간, 반응물질로는 H20를 2초간 주입하였고, 반응조 온도 80℃에서 퍼지시간 10초로 growth rate 1.1 Å/sec, 44 cycle 진행하여 5nm의 Al2O3를 얇게 최종 보호막으로 증착하였다.
유기박막의 총 두께를 1um 이하로 적층하고, 무기박막 원자층을 5nm의 얇은 두께로 박막을 제조함으로써 수분투과율 10-3g/m2/day 이하로 barrier 특성을 가지는 봉지막을 확보하였다.
본 논문에서는 박막 봉지 기술을 적용하기 위하여 유기/ 무기 구조의 하이브리드형 봉지막을 제작하였다. 유기박막의 특성은 건식화 공정인 PECVD 장치를 통해 플라즈마 중 합법으로 평가한 결과를 정리하면 첫째, 공정변수인 RF power 100W에서 단일막으로 사용하였을 때, Ca test를 통해 85℃, 85% 극한 항온항습 조건에서 32분의 수명을 가지는 barrier 특성을 확보하였다. 둘째, 같은 방법으로 유기박막을 5 layer 적층하였을 때 45분의 barrier 특성을 확보하였다.
이러한 봉지막은 OLED 소자의 박막 봉지 방법으로 적용하여 flexible 디스플레이에 적용할 수 있는 응용 가능성과 공정방법을 제시하였다.
이러한 이유로 최종 사용되는 무기박막과의 adhesion이 좋지 못하여 제작된 barrier가 쉽게 수분과 산소의 경로를 확장시켜 Ca과 결합하는 것으로 보인다. 이를 위해 5 layer 다층의 유기막을 적층함으로써 표면 거칠기를 낮추고 무기박막과의 adhesion이 좋아지는 수명 향상된 barrier 특성을 평가하였다.
단층인 styrene보다 다층에서 매우 낮은 표면거칠기를 확인할 수 있다. 즉, 단일막일수록 표면의 비표면적 상승에 따른 투습면적의 증가로 생각할 수 있어 사용되어지는 유기박막은 본 실험에서 표면 거칠기가 가장 우수한 5 layer로 고정하였다.

대상 데이터

기본 OLED 소자로써 Alq3(tris (8-hydroxyquinoline) aluminum) 기반의 녹색 OLED를 제작하였으며, 소자구조 및 밴드갭을 그림 1에 나타내었다. ITO 기판은 면 저항 10 Ω/□인 것을 사용하였으며 기판세정 후 포토공정을 이용하여 ITO 패턴을 형성하고, 패터닝이 완성된 시편을 PECVD 장치를 통해 RF 100W의 전원을 인가하여 3분간 산소 표면 처리를 하였다.

성능/효과

Layer의 구분은 매 공정 시 진행되는 plasma 생성에 따른 중합회수에 의존한다. layer와 layer간 공정 delay 시간은 30분으로 두었으며 그 결과 1, 2, 3, 5 layer에서 각각 32분, 35분, 40분, 45분의 수명이 평가되었고 5 layer에서 가장 우수한 수명을 보였다. 따라서 유기박막이 단층보다는 다층으로 적층했을 때, 봉지막으로 사용되는 barrier의 수명이 증가함을 볼 수 있다.
이는 악조건 상태에서 빠르게 변화하는 Ca의 산화정도를 가지는 barrier 특성을 확인하기 위함이며, 올바른 봉지막 특성을 확인하는데 있다. 따라서, Ca의 산화되는 정도는 변화하는 저항에 따른 전기전도도로 확인하며, 이때 최종으로 시프트 되는 시간이 길면 길수록 봉지막으로 사용하기에 좋은 수명을 가지는 barrier 특성을 가진다고 할 수 있다.
셋째, 유기박막이 실제 OLED 소자의 적용결과 광학적, 전기적 특성에 영향을 미치지 않으며 경향성 있는 봉지막인 것을 확인하였다. 마지막으로, 수분투과율 향상을 위하여 최종 무기박막을 원자층으로 얇게 제조함으로써 WVTR 10^-3g/m²/day 이하 및 8시간이 넘는 수명을 가지는 봉지막을 평가할 수 있었다.
습식화 공정으로 진행한 styrene 박막은 9분으로 매우 낮은 수명을 보여, 유기박막으로서의 보호막 특성을 가지기가 매우 어려움을 알 수 있었다. 반면, 건식화 공정에서는 동일 두께 200nm에서 유기박막 제작을 위한 공정 변수인 RF power를 변화하면서 barrier의 수명을 확인할 수 있었는데, RF power 50W에서 18분, 100W에서 32분, 150W에서 30분, 200W에서 13분으로 RF power 100W일 때, 가장 가교밀도가 우수한 유기박막의 특성을 가지는 것으로 확인되었다.
둘째, 같은 방법으로 유기박막을 5 layer 적층하였을 때 45분의 barrier 특성을 확보하였다. 셋째, 유기박막이 실제 OLED 소자의 적용결과 광학적, 전기적 특성에 영향을 미치지 않으며 경향성 있는 봉지막인 것을 확인하였다. 마지막으로, 수분투과율 향상을 위하여 최종 무기박막을 원자층으로 얇게 제조함으로써 WVTR 10^-3g/m²/day 이하 및 8시간이 넘는 수명을 가지는 봉지막을 평가할 수 있었다.
그림 6은 제작된 styrene 유기박막을 기본 OLED 소자에 적용하였을 때 특성을 보여준다. 유기박막의 적층과 상관없이 소자의 광학적, 전기적 특성에 영향을 주지 않는 것을 확인하였다. 유기박막의 layer 수의 증가와 무관하게 소자 경향성을 보인다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	OLED 소자를 봉지하는 방법에는 무엇이 있는가?	OLED 소자를 봉지하는 기술에는 유리/금속(glass encap sulation)용기를 이용한 봉지 방법, 박막 봉지(TFE : thin film encapsulation)방법 그리고 박막과 유리 용기 방식을 동시에 이용하는 3가지 방법이 있다[3]. 현재 대부분의 상용된 응용분야에서는 유리/금속 용기에 의한 봉지 방법이 가장 많이 사용되고 있으나 고분자 필름과 같은 유연성 기판에 적용하기에는 한계가 있다.
	OLED 소자의 수명을 결정하는 요인은?	이러한 OLED 소자의 급속한 발전에도 해결되지 않은 기술적 어려움이 있고, 그중에서도 소자의 수명이 가장 큰 문제로 여겨지고 있다. OLED 소자의 수명을 결정하는 가장 큰 요인 중 하나는 대기 중의 수분과 산소에 의한 유기물의 열화이다[2]. 소자의 수명 향상에 대한 연구는 발광층 또는 공통층의 재료 개발로 해결하려는 연구도 진행하고 있지만 수분과 산소에 민감한 유기재료를 보호하기 위한 봉지기술이 소자의 수명을 좌우하는 핵심기술이다.
	유기/무기 적층구조의 박막 봉지 방법이 연구되고 있는 배경은?	OLED 소자를 봉지하는 기술에는 유리/금속(glass encap sulation)용기를 이용한 봉지 방법, 박막 봉지(TFE : thin film encapsulation)방법 그리고 박막과 유리 용기 방식을 동시에 이용하는 3가지 방법이 있다[3]. 현재 대부분의 상용된 응용분야에서는 유리/금속 용기에 의한 봉지 방법이 가장 많이 사용되고 있으나 고분자 필름과 같은 유연성 기판에 적용하기에는 한계가 있다. 때문에 유기/무기 적층구조의 박막 봉지 방법이 다양하게 연구되고 있다.

참고문헌 (8)

Kiran T. Kamtekar, Andrew P. Monkman, and Martin R. Bryce, "Recent advances in white organic light-emitting materials and devices", Adv. Mater., vol. 22, pp. 572, 2010.

상세보기
Kho, S. I., Cho, D. Y. and Jung, D. G., "Passivation of Organic Light-Emitting Diodes by the Plasma Polymerized para-Xylene Thin Film," Jpn. J. Appl. Phys., vol. 41(11B), pp. L1336-L1338, 2002.
Kim, H. K., Kim, M. S., Kang, J. W., Kim, J. J. and Yi, M. S., "High-Quality Thin-Film Passivation by Catalyzer-Enhanced Chemical Vapor Deposition for Organic Light-Emitting Diodes," Appl. Phys. Lett., vol. 90(1), pp. 013502, 2007.

상세보기
Burrows, P. E., et al., "Gas permeation and lifetime test on polymer-based barrier coatings", Proc. SPIE, vol. 75, pp. 4105, 2001.
A.A. Dameron, S.D. Davidson, B.B. Burton, P.F. Carcia, R.S. McLean and S.M. George, "Gas Diffusion Barriers on Polymers Using Multilayers Fabricated by $Al_2O_3$ and Rapid $SiO_2$ Atomic Layer Deposition", J. Phys. Chem., vol. C112, pp. 4573-4580, 2008.
J. Meyor, H. Schmidt, W. Kowalsky, T. Riedl and A. Kahn, Appl. Phys. Lett., "The origin of low water vapor transmission rates through $Al_2O_3/ZrO_2$ nanolaminate gas-diffusion barriers grown by atomic layer deposition", vol. 96, pp. 243308, 2010.

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Seung-Woo Seo, Eun Jung, HeeYeop Chae and Sung Min Cho, "Optimization of $Al_2O_3/ZrO_2$ nano laminate structure for thin-film encapsulation of OLEDs", Organic Electronics, vol. 13, pp. 2436-2441, 2012.

상세보기
Hee sung Kim, Boong joo Lee, Gun su Kim, and Paik kyun Shin, "Floating-Gate Type Organic Memory with Organic Insulator Thin Film of Plasma Polymerized Methyl Methacrylate", J. Appl. Phys., vol. 52, pp. 021601, 2013.

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저자의 다른 논문 :

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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