AMOLED의 수분방지층을 위한 원자층증착 SiO2와 스퍼터증착 Al2O3/ZrO2의 이중막 형성

Abstract

최근에 투명 OLED(FOLED), 전면발광 OLED(TOLED), 플렉서블 OLED(FOLED) 등 몇몇 OLED(유기발광다이오드)가 개발되고 있다. 하지만 OLED 소자는 유기물과 낮은 일함수를 가진 금속이 수분과 산소에 민감해서 퇴화가 쉽게 일어난다. 그래서 OLED에서는 외부에서 침투되는 산소와 수분을 막아주는 봉지기술이 필요하다. 현재까지는 대부분 금속캔이나 유리를 이용하여 봉지기술을 구현하고 있다. 그러나 이러한 봉지 물질은 무겁고 두꺼워서 휴대기기나 플렉서블 디스플레이에 적용하는 것이 한계가 있다. 그래서 최근에는 이러한 금속캔과 유리를 대신할 박막봉지 기술이 각광을 받고 있다. 박막봉지 재료는 투습도가 적고, 밴드갭(band gap)이 넓어서 투과율이 좋아야 한다. 수분방지층을 통한 투습은 결함(defect)에 의해 좌우된다. 특히 결함의 크기와 결함의 밀도는 단일막이나 복합막의 수분방지역할을 결정하는 중요한 요소이다. 그래서 수분방지층 특성을 향상시키기 위해서는 충전밀도를 높이고 핀홀의 개수를 줄이는 것이 중요하다. 본 논문에서는 이러한 관점에서 스퍼터와 원자층증착을 이용해서 다층박막 봉지를 적용하여 수분방지층을 형성시켰다. 스퍼터 증착 물질은 Al2O3와 ZrO2의 혼합체를 사용하였고 두 물질의 비율을 변화시키기 위해 동시스퍼터 방식으로 증착하였다. 그 결과 ZrO2의 비율이 26 %일 때 투습도가 가장 낮았으며 이것은 충전밀도 경향과 일치하는 결과를 보였다. 또한 스퍼터의 기판온도에 따라서 투습도에 차이가 없었다. 하지만 공정압력에 따라서 투습도의 차이를 보였는데 5 mTorr, 1 mTorr, 0.5 mTorr로 낮아 질수록 투습도가 0.8 g/m2-day까지 낮아졌다. 이는 압력이 낮아질수록 기판에 도달하는 원자의 운동에너지가 증가하여 밀도가 향상되고 압축응력이 커지는 것과 관련이 있다. 원자층증착의 증착 물질은 SiO2를 사용하였고 110 °C에서 증착을 하였다. 원자층증착 단일막의 투습도는 1.4 g/m2-day로 스퍼터에 비해 크게 향상되지는 않았지만 이중막을 형성했을때는 0.06 g/m2-day까지 낮아지는 것을 확인 할 수 있었다. 또한 이중막의 증착 순서에 따라서 투습도가 차이가 났는데 원자층증착, 스퍼터 순서로 증착한 박막이 반대 순서로 증착한 것에 비해 투습도가 더 낮아지는 결과를 얻었다. 이것은 파티클 커버리지(coverage) 차이와 관련이 있는데 원자층증착의 커버리지(coverage)가 우수하기 때문에 첫번째 원자층증착 층이 파티클을 전체적으로 감싸고 표면을 평탄하게 하여 두번째 층인 스퍼터 층의 막질까지도 좋게 만들기 때문이다. 스퍼터 단일막의 압축응력은 270 Mpa이지만 이중막을 적용했을 때 압축응력이 26 Mpa까지 낮아졌다. 이것은 원자층증착 층이 완충 역할을 하면서 단일막에 비해 압축응력이 완화되는 것이다.