디스플레이의 발광보호 소재 (TFE ; Thin film encapsulations)

 

안녕하세요!

디스플레이를 공부하고 있는 타임플렉스입니다.

 

이제 본격적으로 디스플레이에 대한 공부를 같이 해보려고 합니다.

블로그 글이기 때문에 너무 깊은 내용보다는 조금은 가볍게 함께 알아가 보도록 해요!

 

디스플레이 발광소재 보호 소재(Encapsulation 소재)의 변화 연구

1. 플렉시블 디스플레이에 적합한 발광 소재 보호 방식 : Thin-film Encapsulation (TFE)

  플렉시블 디스플레이를에서는 세라믹 기반의 유리 소재가 사용되는 것은 한계가 있어 이를 대체하고자 고분자 기반의 소재를 사용하였습니다. 그러나 고분자 소재는 세라믹 소자와 다르게 산소와 수분에 대한 투과성 (permittivity)가 존재하는 이슈로 단일 구조로는 사용함에 따라 픽셀 내부의 organic 물질이 파괴되는 이슈가 발생하게 됩니다.

산소와 수분의 도달 거리를 증가시키는 연구 : Pathway 조절 연구

 플라스틱 (고분자 또는 organic 소재)의 경우, 수분과 산소를 막는 것이 한계가 있어 기존의 세라믹 기반의 inorganic 소재를 다시 사용하게 됩니다. 그러나 플렉시블 디스플레이를 위해서는 세라믹 기반의 inorganic 소재를 나노 스케일로 얇게 코팅해, 기존의 세라믹이 갖지 못하는 유연성을 부여하였습니다. 그러나 얇은 두께의 inorganic 소재는 수분 산소 침투 보호 특성이 Bulk 특성에 비해 떨어지게 됩니다. 이를 위해, multi-layer개념이 도입되었습니다. 그러나 단순 세라믹 층을 여러번 쌓게 되면, 쌓는 과정에서의 표면 상태의 균일성이 떨어지기 때문에 inorgani, organic layer의 반복적인 구조의 multi-layer를 사용합니다. 이를 통해 산소와 수분이 침투를 방지하며, 침투하더라도 OLED의 발광 영역에 도달하는 확산 시간을 길게 만드는 구조를 연구하였습니다. 

 

플렉시블 디스플레이용 TFE 기반 Encap 구조

 

 

그러나 고분자 층과 다르게 세라믹 층은 박막증착 공정을 해야하는 이슈가 있습니다. 박막 증착공정은 일반적인 고분자 코팅 기술에 비해 비용이 많이 들기 때문에 공정 비용이 증가하는 문제가 있습니다. 이를 해결하고자 학교 및 연구실에서는 다른 방향의 연구가 진행되고 있습니다.

2. 신규 발광보호 소재의 연구 방식 : 세라믹-고분자 기반의 복합체 (composite) 기반의 연구

Encapsulation 소재에 대한 연구는 세라믹-고분자를 다층(multi-layer)으로 제작하는 연구가 많이 보고됩니다. 복잡한 코팅 공정 및 다층 박막으로 인한 발열 이슈 등으로 인해 신규 소재에 대한 연구가 주를 이루게 됩니다. 이를 개선하는 연구로 현재는 세라믹 소재 및 고분자 소재를 composite으로 제작하여 세라믹 층이 가지는 유연성을 높이고 동시에 고분자 층의 떨어지는 내투습성을 높이는 방향으로 연구가 수행되고 있습니다. 

 

이를 위해 세라믹 층은 ALD (Atomic layer deposition) 공정으로, 세라믹 및 고분자의 composite의 경우에는 MLD (Molecular layer deposition) 공정을 진행하는 연구를 수행중입니다. 다음과 같은 공정들을 활용하여 표면 제어를 위해 사용하는 organic layer를 단독으로 사용하지 않고, composite을 이용한 연구가 증가하고 있습니다.  

 

 

 

 계속해서 연구의 기술과 동향을 보다보면, 소재의 개선과 구조적 개선이 일어남을 알 수 있습니다. 그러나 초기 문제 해결법은 공정에서 이루어지고, 소재의 변경은 공정에서 해결하지 못한 개선점을 개선하는 방향으로 이루어 짐을 알 수 있습니다. 

 이러한 연구 동향을 본인의 연구 목표에 맞게 검토해보면 좋을 것 같습니다!