[논문]플렉시블 OLED 패시베이션용 유기 박막 제작 및 특성

김관도

플렉시블 OLED 패시베이션용 유기 박막 제작 및 특성
Fabrication of Organic Thin Film for Flexible OLED Passivation and Its Characterization 원문보기

반도체디스플레이기술학회지 = Journal of the semiconductor & display technology, v.19 no.1, 2020년, pp.93 - 96

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Polyimide thin film was prepared by annealing the polyamic acid that was synthesized through co-deposition of diamine and dianhydride. The polyamic acid and polyimide thin film were characterized with FT-IR and HR FE-SEM. The average roughness of the film surface, evaluated with AFM, were 0.385 nm and 0.299 nm after co-deposition, and annealing at 120 ℃ respectively. OLED was passivated with the polyimide layer of 200 nm thickness. While the inorganic passivation layer enhances the WVTR of OLED, the organic passivation layer gives flexibility to the OLED. The in-situ passivation of OLED with organic thin film layer provides the leading technique to develop flexible OLED Display.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

Dianhydride와 diamine을 각각 1 Å/sec의 증착속도로 증착 하여 200 nm 두께의 박막을 얻었으며 polymerization 특성을 FT-IR을 이용하여 측정 분석하였다. Dianhydrid와 diamine을동시 증착한 박막은 폴리아믹산을 형성하는데 FT-IR 스펙 트럼으로부터 C=O band와 C-N-C band를 확인하였다.
Dianhydride와 diamine을 분자량 비로 동시 증착을 하여 폴리아믹산 박막을 생성하고, 생성된 폴리아믹산 박막을 진공상태에서 열을 가하여 이미드화 반응을 거쳐 폴리이 미드 박막을 제작하였다.
기상증착 중합을 이용하여 제작된 폴리이미드 박막을 OLED 패시 베이션용 유기박막으로 사용하여 소자의 특성을 평가 분석하였다. Dianhydride와 diamine을 분자량 비로 동시 증착을 하여 폴리아믹산 박막을 생성하였다. 생성된 폴리아믹산 박막을 진공상태에서 열을 가하여 이미드화 반응을 거쳐 폴리이미드 박막을 제작하였다.
Dianhydride와 diamine의 증착속도 1 Å/sec로 200nm 두께의 박막을 증착하여 annealing에 의해 polymerization 형성되는 과정을 FT-IR스펙트럼을 통하여 측정 및 분석하였다. Fig.
Dianhydride와 diamine을 각각 1 Å/sec의 증착속도로 증착 하여 200 nm 두께의 박막을 얻었으며 polymerization 특성을 FT-IR을 이용하여 측정 분석하였다. Dianhydrid와 diamine을동시 증착한 박막은 폴리아믹산을 형성하는데 FT-IR 스펙 트럼으로부터 C=O band와 C-N-C band를 확인하였다. 폴리 아믹산 박막을 진공상태에서 120 ℃ 1시간 동안 어닐링하여 폴리이미드 박막이 생성되었는지를 측정하여 분석하 였는데 폴리아믹산 박막을 어닐링 후 1650 cm^-1 , 1690 cm^-1 의 C=O band와 1355 cm^-1 의 C-N-C band를 통하여 폴리이미드가 형성되었음을 확인하였다.
TM 모듈은 TM 챔버 안에서 기판을 처리하는 로봇으로 구성되어 있으며 로봇 arm은 TM 챔버에 부착된 여러 모듈 사이에서 기판/마스크를 이동시키는데 사용하였다. OC 모듈에는 증발원(effusion cell)에서 유기물을 열증착 (thermal evaporation) 방식에 의하여 기판에 증착시키는 역할을 하도록 하였다. 총 8개의 cell이 장착되어 있으며 4개는 host용 cell로서 그리고 나머지 4개는 dopant용 cell로서 각각 개별적으로 작동할 수 있도록 하였으며 총 3개 셀까지 동시에 제어할 수 있도록 하였다.
이러한 문제점들을 해결할 수 있는 방법으로 기상증착중합 (VDP; Vapor Deposition Polymerization) 방법을 사용하여 OLED 패시베이션용 유기 고분자 박막을 제작 하고자 하였다. Table 1에서와 같이 유기 고분자막으로 폴리이미드가 유기 고분자막 가운데 비교적 좋은 수분투과도(WVTR) 및 산소투과도(OTR) 특성을 가지므로[5] 페릴렌 유닛(perylene unit)을 가지는 폴리이미드 박막을 기상 증착 방법에 의해서 증착하고, 제작된 박막의 특성을 분석 하고자 한다. 기상증착중합 방법을 사용한 증착은 고진공 상태에서 진행되므로 중합 반응이 기판 표면에서 일어나 므로 박막의 성장이 정밀하게 제어된다는 장점이 있다.
열증착 방법을 이용한 유기 박막 증착으로 폴리이미드 형성을 위한 중합 온도를 확보하였다. 기상증착 중합을 이용하여 제작된 폴리이미드 박막을 OLED 패시 베이션용 유기박막으로 사용하여 소자의 특성을 평가 분석하였다. Dianhydride와 diamine을 분자량 비로 동시 증착을 하여 폴리아믹산 박막을 생성하였다.
또한 원자 현미경 이미지를 통하여 확인되었던 바와 같이 어닐링 온도에 따른 표면 굴곡도의 변화가 없음을 알 수 있었다. 기상증착중합을 이용하여 OLED 패시 베이션용 유기 고분자 박막 제작 공정을 개발하고 특성을 분석할 수 있었다. 동시증착법인 기상증착중합에 의해 생성된 유기 고분자 박막이 플렉시블 OLED 소자에 패시 베이션 박막으로서 적용이 될 수 있음을 알 수 있었다.
Dianhydride와 diamine을 분자량 비로 동시 증착을 하여 폴리아믹산 박막을 생성하였다. 생성된 폴리아믹산 박막을 진공상태에서 열을 가하여 이미드화 반응을 거쳐 폴리이미드 박막을 제작하였다.
폴리이미드 막이 비교적 좋은 WVTR과 OTR 특성을 가지므로 폴리이미드 막을 사용하여 패시베이션 박막 형성실험을 진행하였다. 열증착 방법을 이용한 유기 박막 증착으로 폴리이미드 형성을 위한 중합 온도를 확보하였다. 기상증착 중합을 이용하여 제작된 폴리이미드 박막을 OLED 패시 베이션용 유기박막으로 사용하여 소자의 특성을 평가 분석하였다.
일반적인 유기 고분자 박막 제작 방법은 스핀 코팅과 같은 습식 방법으로 제작되나 이러한 방법은 불순물 함유 및 용매에 의한 다층 박막 제작의 어려움, 나노 구조 제어가 어렵다는 여러 가지의 문제점들을 가지고 있다. 이러한 문제점들을 해결할 수 있는 방법으로 기상증착중합 (VDP; Vapor Deposition Polymerization) 방법을 사용하여 OLED 패시베이션용 유기 고분자 박막을 제작 하고자 하였다. Table 1에서와 같이 유기 고분자막으로 폴리이미드가 유기 고분자막 가운데 비교적 좋은 수분투과도(WVTR) 및 산소투과도(OTR) 특성을 가지므로[5] 페릴렌 유닛(perylene unit)을 가지는 폴리이미드 박막을 기상 증착 방법에 의해서 증착하고, 제작된 박막의 특성을 분석 하고자 한다.
그러나 이러한 방법은 불순물 함유 및 용매에 의한 다층박막 제작의 어려움 등의 한계성을 가지고 있다. 이러한 한계성을 해결하기 위하여 기상증착중합을 도입하여 패시베이션 용 유기 고분자 박막을 제작하였다. 일반적인 유기 고분자 박막 코팅 기술보다 특성이 뛰어난 기상증착중합 방법을 이용 하여 OLED 패시베이션막으로 이용할 수 있다.
OC 모듈에는 증발원(effusion cell)에서 유기물을 열증착 (thermal evaporation) 방식에 의하여 기판에 증착시키는 역할을 하도록 하였다. 총 8개의 cell이 장착되어 있으며 4개는 host용 cell로서 그리고 나머지 4개는 dopant용 cell로서 각각 개별적으로 작동할 수 있도록 하였으며 총 3개 셀까지 동시에 제어할 수 있도록 하였다. 증발원의 최적 위치를 선정하여 박막 두께 균일도와 재료 소비효율을 고려한 최적 공정조건을 확립할 수 있었다[8-10].
패시베이션 박막의 중요한 특성인 표면 굴곡도 를 관찰하기 위하여 원자 현미경을 이용하여 어닐링 온도에 따른 굴곡도를 관찰하였다. 온도에 따른 폴리이미드 표면의 굴곡도 변화를 관찰한 결과 낮은 온도에서의 굴곡도가 조금 상승하였지만, 온도 차이에 따른 큰 변화가 없이 평탄한 표면을 유지하는 것을 확인할 수 있었다.
Dianhydrid와 diamine을동시 증착한 박막은 폴리아믹산을 형성하는데 FT-IR 스펙 트럼으로부터 C=O band와 C-N-C band를 확인하였다. 폴리 아믹산 박막을 진공상태에서 120 ℃ 1시간 동안 어닐링하여 폴리이미드 박막이 생성되었는지를 측정하여 분석하 였는데 폴리아믹산 박막을 어닐링 후 1650 cm^-1 , 1690 cm^-1 의 C=O band와 1355 cm^-1 의 C-N-C band를 통하여 폴리이미드가 형성되었음을 확인하였다.
일반적인 유기 고분자 박막 코팅 기술보다 특성이 뛰어난 기상증착중합 방법을 이용 하여 OLED 패시베이션막으로 이용할 수 있다. 폴리이미드 막이 비교적 좋은 WVTR과 OTR 특성을 가지므로 폴리이미드 막을 사용하여 패시베이션 박막 형성실험을 진행하였다. 열증착 방법을 이용한 유기 박막 증착으로 폴리이미드 형성을 위한 중합 온도를 확보하였다.

대상 데이터

PTCD와 DADD가 유기 고분자 박막 제작을 위한 모노머 (monomer)로 사용이 되었다. PTCDA와 DADD의 동시증 착에 의해서 폴리아믹산이 생성이 되고 진공 중에서 어닐링함으로써 폴리이미드 박막이 제작되었다.

성능/효과

5 (a)와 Fig. 5 (b)의 결과로부터 120 ℃에서 1시간 동안 어닐링 후 결함이 없는 표면을 관찰할 수 있었고, 또한 200 nm의 두께로 증착이 되었음을 단면 HR FE-SEM 결과 (Fig. 5 (b))로부터 알 수 있었다.
3은 FT-IR 흡수 스펙트럼을 보여주고 있다. 동시증착 한 후의 폴리아믹산 박막과 120 ℃에서 어닐링을 진행한 후의 폴리 이미드 박막에 대한 FT-IR 스펙트럼을 분석한 결과 동시 증착된 박막에서 PTCDA의 카르복실 말단기(1700 cm^-1 )과 DADD의 아미노 말단기(1600 cm^-1 )이 사라지고 C-N-H와 C=O 결합의 아미노 그룹(amino group)이 1550 cm^-1 과 1640 cm^-1에서 나타난 것을 알 수 있다. 이러한 흡수 스펙트럼 분석 결과로부터 PTCDA와 DADD의 동시 증착 및 어닐링에 의해서 폴리아믹산 박막이 생성되었음을 알 수 있었다.
기상증착중합을 이용하여 OLED 패시 베이션용 유기 고분자 박막 제작 공정을 개발하고 특성을 분석할 수 있었다. 동시증착법인 기상증착중합에 의해 생성된 유기 고분자 박막이 플렉시블 OLED 소자에 패시 베이션 박막으로서 적용이 될 수 있음을 알 수 있었다.
유기 고분자막으로 제작된 폴리이미드 박막을 패시베 이션 박막으로 적용하기 위해 표면의 결함 분포를 고분 해능 주사 전자 현미경HR FE-SEM으로 측정하여 표면 분포를 관찰한 결과 결함이 관찰되지 않음으로 패시베이션 박막으로 적용하기에 적합한 특성을 보여주고 있음을 알수 있다. 또한 원자 현미경 이미지를 통하여 확인되었던 바와 같이 어닐링 온도에 따른 표면 굴곡도의 변화가 없음을 알 수 있었다. 기상증착중합을 이용하여 OLED 패시 베이션용 유기 고분자 박막 제작 공정을 개발하고 특성을 분석할 수 있었다.
에서 C-N-C 결합이 생성되기 시작한다. 여러 어닐링 온도에서 실험한 결과 85 ℃와 120 ℃ 사이의 온도에서 1시간 동안 어닐링이 수행되는 것이 최적 조건임을 알 수 있었다. 1시간 이상 어닐링에서는 FT-IR 스펙 트럼의 변화가 거의 없었다.
패시베이션 박막의 중요한 특성인 표면 굴곡도 를 관찰하기 위하여 원자 현미경을 이용하여 어닐링 온도에 따른 굴곡도를 관찰하였다. 온도에 따른 폴리이미드 표면의 굴곡도 변화를 관찰한 결과 낮은 온도에서의 굴곡도가 조금 상승하였지만, 온도 차이에 따른 큰 변화가 없이 평탄한 표면을 유지하는 것을 확인할 수 있었다. 폴리이 미드 어닐링 전과 후의 굴곡도 변화는 보이지 않고 어닐링 온도 120 ℃의 표면 변화가 일어나지 않고 평탄한 표면을 나타내고 있다.
유기 고분자막으로 제작된 폴리이미드 박막을 패시베 이션 박막으로 적용하기 위해 표면의 결함 분포를 고분 해능 주사 전자 현미경HR FE-SEM으로 측정하여 표면 분포를 관찰한 결과 결함이 관찰되지 않음으로 패시베이션 박막으로 적용하기에 적합한 특성을 보여주고 있음을 알수 있다. 또한 원자 현미경 이미지를 통하여 확인되었던 바와 같이 어닐링 온도에 따른 표면 굴곡도의 변화가 없음을 알 수 있었다.
동시증착 한 후의 폴리아믹산 박막과 120 ℃에서 어닐링을 진행한 후의 폴리 이미드 박막에 대한 FT-IR 스펙트럼을 분석한 결과 동시 증착된 박막에서 PTCDA의 카르복실 말단기(1700 cm^-1 )과 DADD의 아미노 말단기(1600 cm^-1 )이 사라지고 C-N-H와 C=O 결합의 아미노 그룹(amino group)이 1550 cm^-1 과 1640 cm^-1에서 나타난 것을 알 수 있다. 이러한 흡수 스펙트럼 분석 결과로부터 PTCDA와 DADD의 동시 증착 및 어닐링에 의해서 폴리아믹산 박막이 생성되었음을 알 수 있었다.
299 nm의 값이 측정에 의해 산출되었다. 측정된 AFM morphology 분석 결과로부터 어닐링 온도에 따른 표면 굴 곡도가 거의 변화가 없음을 확인하였으며 따라서 패시베 이션 박막으로서 적용할 수 있음을 알 수 있었다

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	무기 박막의 특징은?	이와 같은 패시베 이션 제작 방법에 대한 요구는 유기 패시베이션, 무기 패시베이션, 유/무기 복합 패시베이션으로 구분할 수 있다[1-3]. 무기 박막의 경우 우수한 수분투과도(WVTR; Water Vapor Transmission Rate) 특성을 나타내고 있지만 박막 자체의 특성과 다층박막에 주어지는 스트레스로 인해 플렉시블 특성이 좋지 않은 것으로 알려져 있다[4]. 플렉시블 디스플레이 패시베이션 연구개발로부터 유기 박막이 플렉 시블 OLED 디스플레이에 적합한 패시베이션 막을 구현할 수 있어 다양한 방법 및 다양한 물질들에 대한 연구가 진행되고 있다.
	일반적인 유기 고분자 박막 제작방법의 문제점은 무엇인가?	플렉시블 디스플레이 패시베이션 연구개발로부터 유기 박막이 플렉 시블 OLED 디스플레이에 적합한 패시베이션 막을 구현할 수 있어 다양한 방법 및 다양한 물질들에 대한 연구가 진행되고 있다. 일반적인 유기 고분자 박막 제작 방법은 스핀 코팅과 같은 습식 방법으로 제작되나 이러한 방법은 불순물 함유 및 용매에 의한 다층 박막 제작의 어려움, 나노 구조 제어가 어렵다는 여러 가지의 문제점들을 가지고 있다. 이러한 문제점들을 해결할 수 있는 방법으로 기상증착중합 (VDP; Vapor Deposition Polymerization) 방법을 사용하여 OLED 패시베이션용 유기 고분자 박막을 제작 하고자 하였다.
	유기 고분자 박막을 습식 방법으로 제작 시 야기되는 문제점을 해결하는 방안은 무엇인가?	일반적인 유기 고분자 박막 제작 방법은 스핀 코팅과 같은 습식 방법으로 제작되나 이러한 방법은 불순물 함유 및 용매에 의한 다층 박막 제작의 어려움, 나노 구조 제어가 어렵다는 여러 가지의 문제점들을 가지고 있다. 이러한 문제점들을 해결할 수 있는 방법으로 기상증착중합 (VDP; Vapor Deposition Polymerization) 방법을 사용하여 OLED 패시베이션용 유기 고분자 박막을 제작 하고자 하였다. Table 1에서와 같이 유기 고분자막으로 폴리이미드가 유기 고분자막 가운데 비교적 좋은 수분투과도(WVTR) 및 산소투과도(OTR) 특성을 가지므로[5] 페릴렌 유닛(perylene unit)을 가지는 폴리이미드 박막을 기상 증착 방법에 의해서 증착하고, 제작된 박막의 특성을 분석 하고자 한다.

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Leung Ki Lee, "Evaporation Process Modeling for Large OLED Mass-fabrication System," Journal of the Semiconductor & Display Technology, Vol. 5, No. 4, pp.29-34, 2006.
Youngcheol Joo, Choong Hwan Han, Tai Joon Um, Sang Wook Lee and Kug Weon Kim, "Thermal Performance Analysis of Circular Source for OLED Vapor Deposition", Journal of the Semiconductor & Display Technology, Vol. 6, No. 4, pp. 39-42, 2007.

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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