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전기적 평가법을 이용한 유연 OLED 의 SiNx 및 SiOxNy 박막 봉지층의 크랙 발생에 관한 연구

DC Field Value Language
dc.contributor.advisor김형준-
dc.contributor.author박은길-
dc.date.accessioned2017-07-14T03:12:17Z-
dc.date.available2017-07-14T03:12:17Z-
dc.date.issued2016-02-
dc.identifier.other000000132039-
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/10371/123363-
dc.description학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 재료공학부, 2016. 2. 김형준.-
dc.description.abstract최근에 유기 발광 다이오드 (organic light emitting diode, OLED) 는 높은 휘도와 고색순도 특성으로 인해 차세대 디스플레이 기술로 각광받고 있으며, 자발광 특성을 이용하여 경량화가 가능한 장점을 통해 유연 소자로의 응용 연구가 활발히 수행되고 있다. 그러나 OLED 는 외부 산소 및 수분이 내부로 침투할 경우 화학 반응에 의한 성능 저하와 신뢰성 열화 현상이 발생하므로, 봉지막 (encapsulation layer) 을 적용하여 외부 기체의 투습 방지가 요구된다.
수분 보호막 특성을 평가하기 위해 많은 방법이 제안되어 있으며, 주로 산소 및 수분 투과도를 직접 측정하는 방식이 사용되고 있다. 그러나 해당 방식은 평가 시간이 오래 걸리고, 직접 측정법의 검출 한계 문제와 실시간으로 미소 변화 탐지가 제한되는 단점이 존재한다.
또한 유연 소자로의 응용을 위해서 박막 형태의 봉지막 형성과 관련된 연구가 활발히 수행되고 있다. 봉지 박막은 저온 공정과 치밀한 비정질 막질 형성, 가시광 영역에서 높은 광 투과율이 요구되므로, 주로 산화물 및 질화물 계열의 절연 박막이 사용된다. 그러나 절연 박막을 이용한 봉지막은 유연 소자 사용간 기계적 변형이 발생할 경우 크랙 (crack) 이 발생하여 파괴되는 취성 파괴 특성을 보이며, 발생된 크랙은 외부 기체의 투습 경로로 작용하여 수분 보호막 특성을 열화시키는 단점이 존재한다.
본 연구에서는 금속/절연체/금속 (metal/insulator/metal, MIM) 구조에서, 반복 굽힘을 통해 외부에서 응력을 인가한 후 절연박막에 형성된 크랙을 전기적 평가법을 이용하여 탐지하고, 크랙 발생에 따른 누설 전류 밀도와 수분 투과도간 상관관계를 평가하였다. 폴리머 기판위에 저온 플라즈마 화학 기상 증착법 (low-temperature plasma enhanced chemical vapor deposition, LT-PECVD) 을 이용하여 SiNx 박막을 형성한 후, 자체 제작한 2-point bending machine 을 이용하여 다양한 곡률 반경에서 반복적인 응력을 시료에 인가하였다.
반복 굽힘 횟수가 증가할수록, SiNx 박막에 크랙이 생성되고 크랙 밀도가 증가하는 경향과, SiNx 박막의 누설 전류 밀도가 증가하는 경향이 관찰되었다. 마찬가지로, 반복 굽힘 횟수 증가에 따라 크랙 밀도가 증가할수록 SiNx 박막의 수분 투과도가 증가하는 현상이 관찰되었다. 따라서 SiNx 봉지막에 반복 굽힘 응력 인가 시 박막 표면에 크랙이 생성되어 내부로 전파되고, 이는 누설 전류 밀도의 증가 현상과 수분 투과도의 증가 현상을 유발하며, 크랙 발생 초기의 누설 전류 밀도와 수분 투과도의 변화는 직접적 상관관계를 가지는 거동이 관찰되었다.
박막의 다양한 인자들이 수분 보호막 특성과, 반복적 기계적 변형에 의한 굽힘 신뢰성에 영향을 줄 수 있다. 본 연구에서는 SiNx 봉지막의 두께 및 밀도의 영향성과, 반복 굽힘 환경에서 높은 온습도 조건의 가혹 평가를 통한 크랙 발생 원리를 연구하였다. 추가로, 봉지막의 밀도가 화학적 조성비에 영향을 받으므로 SiOxNy 박막에서 조성비 변화에 따른 굽힘 신뢰성 영향성이 검토되었다.
박막 두께가 증가할수록 증착 과정에서 상대적으로 치밀한 막질 형성으로 인해 초기 상태 수분 보호막 특성이 향상되었으나, 반복 굽힘 시 적은 굽힘 횟수에서 크랙이 발생하고 빠른 굽힘 신뢰성 열화 현상이 관찰되었다. 이는 박막 두께가 증가할수록 증착 과정에서 내부에 형성되는 잔류 응력이 크랙 발생의 구동력으로 작용하기 때문이다.
마찬가지로, 박막 밀도가 증가할수록 초기 상태 수분 보호막 특성이 향상되나 빠른 크랙 생성과 굽힘 신뢰성 열화가 관찰되었다. 특히, SiOxNy 박막에서 산소 함량에 따라 박막 밀도와 굽힘 신뢰성 특성의 변화가 발생하였다. 산소 함량이 낮을수록 박막 밀도가 증가하였으나, 굽힘 신뢰성의 급격한 열화가 관찰되었고, 이는 Si-N 결합이 우세한 치밀한 막질에서 날카로운 형태의 크랙이 생성되기 때문이다. 반대로, 산소 함량이 높은 porous 한 박막의 경우 무딘 형태의 크랙이 생성되고, 상대적으로 굽힘 신뢰성이 향상되었다. 이는 Si-O 결합이 우세한 밀도가 낮은 박막의 경우 박막 내 기공 (pore) 이 많아 상대적으로 무딘 크랙 끝단이 생성되는 반면, 밀도가 높은 박막의 경우 박막 내 기공이 적고 원자들이 촘촘히 구성되어 상대적으로 날카로운 크랙 끝단이 생성되기 때문이다.
고습도 조건의 가혹 환경에서 상대적으로 급격한 굽힘 신뢰성 열화가 발생하였다. 이는 외부에서 인가된 인장 응력에 의해 발생된 크랙 면 주위로 추가적인 화학반응이 일어나서 크랙의 추가적인 성장이 유도되었기 때문이다.
정리하면, 반복 굽힘 평가에 따른 봉지막의 크랙 발생을 전기적 평가법을 이용하여 탐지할 수 있는 가능성을 확인하였다. 또한 박막의 두께와 밀도 변화는 각각 초기 상태 수분 보호막 특성과, 반복 굽힘에 따른 신뢰성 특성간 trade-off 관계를 가지는 거동이 관찰되었다. 반복 굽힘 환경에서 높은 습도는 크랙 표면의 추가적인 산화를 발생시켜 굽힘 신뢰성 특성을 열화시켰다. 박막 내 화학적 조성비가 밀도에 영향을 미치며, 밀도 변화는 크랙 형상의 변화를 발생시켜 굽힘 신뢰성 특성의 변화를 유발하였다.
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dc.description.tableofcontents1. 서 론 1

2. 문헌 연구와 이론 4
2-1. 투습에 의한 OLED 의 열화 원리 4
2-2. 박막 봉지층의 기체 투과 모델 6
2-3. 박막 봉지층의 크랙 발생 원리 9
2-3-1. 세라믹 재료의 파괴 특성 9
2-3-2. 취성 파괴 재료의 크랙 발생 이론 10
2-3-3. 외부 응력에 대한 크랙 성장 이론 13
2-4. 크랙 발생 시 박막 특성 변화 17
2-4-1. 박막의 전기적 특성 변화 17
2-4-2. 박막의 수분 보호막 특성 변화 20
2-4-3. 크랙 발생 탐지 방법 24

3. 실험 방법 28
3-1. 반복 굽힘 평가를 위한 시료 제작 28
3-2. 반복 굽힘 평가 시스템 32
3-3. 분석 방법 35

4. 실험 결과 및 고찰 37
4-1. 전기적 평가법을 이용한 크랙 발생 탐지 37
4-1-1. 개요 37
4-1-2. 상 / 하부 전극의 크랙 발생 영향성 41
4-1-3. 굽힘 횟수 증가 시 전류 밀도 변화 45
4-1-4. 굽힘 횟수 증가 시 크랙 밀도 변화 49
4-1-5. 전류 밀도와 크랙 밀도 변화 간 상관관계 52
4-1-6. 전류 밀도와 수분 투과도 변화 간 상관관계 55
4-2. SiNx 봉지막의 굽힘 신뢰성 59
4-2-1. 수분 보호막 특성에 영향을 미치는 주요 인자 59
4-2-2. 박막 두께의 영향성 61
4-2-3. 박막 밀도의 영향성 69
4-2-4. 굽힘 환경의 온도 및 습도 영향성 79
4-3. SiOxNy 봉지막의 굽힘 신뢰성 88
4-3-1. O/Si 조성비 따른 SiOxNy 박막 특성 변화 88
4-3-2. O/Si 조성비 따른 SiOxNy 박막 굽힘 신뢰성 95
4-3-3. 크랙 형상의 굽힘 신뢰성 영향성 고찰 99

5. 결 론 102

6. 참고 문헌 104

7. Abstract (in English) 112
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dc.formatapplication/pdf-
dc.format.extent3615222 bytes-
dc.format.mediumapplication/pdf-
dc.language.isoko-
dc.publisher서울대학교 대학원-
dc.subject크랙-
dc.subject봉지막-
dc.subject굽힘-
dc.subject누설전류-
dc.subject투습-
dc.subject.ddc620-
dc.title전기적 평가법을 이용한 유연 OLED 의 SiNx 및 SiOxNy 박막 봉지층의 크랙 발생에 관한 연구-
dc.typeThesis-
dc.contributor.AlternativeAuthorEun Kil Park-
dc.description.degreeMaster-
dc.citation.pages106-
dc.contributor.affiliation공과대학 재료공학부-
dc.date.awarded2016-02-
Appears in Collections:
College of Engineering/Engineering Practice School (공과대학/대학원)Dept. of Materials Science and Engineering (재료공학부)Theses (Master's Degree_재료공학부)
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