오늘은 Display 공정 중에 Passivation 공정에 대해서 알아보도록 하겠습니다. 특히 OLED는 수명 이슈가 있기 때문에 Passivation의 중요성이 매우 크답니다.
[질문 1] OLED 공정 중 Passivation 공정에 대해서 이야기 해보세요.
Passivation 공정은 Encapsulation 혹은 봉지공정이라고 표현합니다. 디스플레이 제조 공정에서 제품의 수분과 산소의 침투를 막음으로써 디스플레이의 신뢰성에 있어서 중요한 공정이라 할 수 있습니다. 최근에는 스마트폰 등 모바일용 소형 OLED 패널의 경우 TFE (Thin Film Encapsulation) 공정을 적용하고 있습니다. Thin Film을 적용하면 OLED 패널 Size와 무게를 최소화 할 수 있다는 큰 장점이 있습니다. TFE 공정은 Direct TFE와 Lamination TFE 두 가지 공정으로 나눌 수 있으며, Encapsulation을 위해 Thin Film을 어떻게 형성하느냐에 따라 구분됩니다. 출처 : 올레드의 모든 것
[꼬리 1.1.] Direct TFE와 Lamination TFE의 차이에 대해서 설명해 해보세요.
Direct TFE 방식은 제작된 OLED 소자 위에 Thin Film을 Evaporation 공정을 통해 증착하는 방식입니다. Direct TFE는 물리적인 스트레스를 최소화 할 수 있다는 장점을 가지고 있습니다. Lamination TFE 방식은 제작된 OLED 소자 위에 얇은 박막을 형성한 Plastic 기판을 OLED 소자위에 위치 시킨 후 UV Resin을 이용하요 접착시키는 방식입니다. Lamination TFE 장점은 Plastic 기판을 미리 준비하여 OLED 소자에 접착하는 방식이기 때문에 공정이 간단하고 비용적으로 효율적입니다.
[꼬리 1.2.] Direct TFE와 Lamination TFE의 이슈에 대해서 설명해 해보세요.
Direct TFE 방식은 아무래도 증착 공정이 적용되기 때문에 상대적으로 고비용이라 할 수 있습니다. 뿐마 아니라 유기발광 소재인 OLED 막 위에 박막을 증착해야 하기 때문에 공정 시간, 또는 수율의 저하가 발생할 수 있다는 단점을 가지고 있습니다. Lamination TFE는 준비된 기판을 접착하는 방식이다 보니 물리적 스트레스로 인해 접착제가 손상될 수 있으며, Plastic 기판과 광학적인 특성 이슈가 발생할 수 있습니다.
[꼬리 1.3.] OLED에서 Passivation 공정이 중요한 이유에 대해서 설명해 해보세요.
OLED는 전면 발광 방식을 채택하고 있습니다. 그렇기 때문에 봉지공정에 적용되는 TFE의 광학특성이 매우 중요하다고 할 수 있습니다. TFE (Direct TFE : Thin Film, Lamination TFE : Plastic 기판)가 얇을수록 광학적 특성 이슈에서 자유로울 수 있지만, 수분과 산소의 차단 능력이 떨어져서 Passivation의 역할을 제대로 수행하지 못할 수 있습니다. 즉, Passivation에서는 광학특성과 수분 및 산소 차단 능력 간에 Trade Off 관계가 있기 때문에 공정 엔지니어로서 특성을 최적화 시키는 것이 매우 중요합니다.
[세부 설명] ① Direct TFE의 경우 OLED 기판 위에 직접 증착하는 방식입니다. 직접적으로 Thin Film을 증착 공정을 통해 Passivation 하기 때문에, 접착제를 사용하지 않고도 OLED 소자와 TFE의 접착력이 우수하며, 구부림과 같은 물리적인 변형에도 강한 특성을 보입니다. 하지만 Thin Film이다 보니 수분과 산소를 확실하게 차단하기 위해서는 적정 수준의 박막 두께를 확보해야 하며, 박막이 두껍게 형성하면 광학적 특성이나, 공정시간의 이슈가 발생하게 되는 것입니다. 또한 일반적으로 Direct TFE는 PECVD 혹은 Sputter를 통해 Thin Film을 형성합니다. OLED는 유기발광 소재를 사용하기 때문에, 공정 과정에서 유기박막에 직접적인 Damage를 입힐 수 있습니다.
② Lamination TFE는 이미 Plastic 기판 위에 TFE를 미리 형성시켜 놓은 상태에서 OLED 소자에 접착시키기 때문에 공정 측면에서 매우 효율적이라고 할 수 있습니다. 하지만 접착제로 UV Resin을 사용하고 Resin이 놓인 영역만 접착되기 떄문에 구부림이나 말기와 같은 물리적 변형에 취약할 수 있습니다. 또한 TFE와 Plastic 기판 자체가 전혀 다른 물성이기 때문에 물리광학적인 특성을 모두 만족하는 재료 조합을 구하기 어렵다는 한계가 존재합니다.
[질문 2] 봉지공정의 요구사항에 대해서 이야기 해보세요.
일반적으로 Passivation Layer를 쌓을 때는 수분과 산소의 침투를 막는 목적으로 사용됩니다. 하지만 얇은 박막을 무작정 여러 층 쌓는다고 해서 해결되는 문제가 아닙니다. 봉지공정에서 사용되는 Thin Film은 여러 유무기층으로 이루어져 있고, 재료의 특성과 하부막 과의 궁합 그리고 디스플레이의 특성까지 모두 고려해야 합니다. 특히 폴더블이나 롤러블 디스플레이에서는 봉지공정 기술이 점점 더 까다로워지고 있습니다.
봉지공정은 Thin Film을 다중층으로 쌓음으로써 수분과 산소의 침투를 차단할 수 있습니다. 단일 박막에 대해서 수분이 침투하는 정도를 WVTR(Water Vapor Transmission Rate), 산소과 투과하는 정도를 OTR (Oxygen Transmission Rate)이라 하며, 이는 박막의 두께, 확산도, 용해도에 의해 특성이 결정됩니다. 박막이 두꺼울수록, 확산도와 용해도가 낮을수록 수분과 산소의 침투를 확실하게 차단할 수 있습니다.
아무리 밀도가 높은 박막이라도 수분과 산소에 노출되면 미세한 틈으로 확산이 일어나며 박막의 결함이 발생할 수 있습니다. 이는 유기막보다는 무기 박막이 더 강인하다고 할 수 있습니다. 그래서 얇고 틈이 없이 고밀도의 무기 박막을 형성하기 위해서는 증착공정이 요구되고, 공정 상에서 다양한 공정변수에 대한 최적화가 요구되는 것입니다.
[꼬리 2.1.] 왜 다중층 박막으로 쌓는지에 대해서 이야기 해보세요.
봉지공정은 다중층 박막으로 수분과 산소 침투를 차단하기 위한 공정입니다. 다중층으로 쌓는 이유는 박막의 결함과 관련이 있다고 할 수 있습니다. 아무리 박막을 최적화된 조건으로 형성한다고 하더라도, 공정 상에 발생하는 결함에 의해서 수분과 산소의 침투 경로가 발생하는 것은 막을 수 없습니다. 그래서 서로 다른 재료의 박막을 교차로 증착함으로써 Passivation Layer를 형성하여 단일 박막의 결함을 다른 박막이 보완해주는 방식을 적용함으로써 효과적으로 수분과 산소를 차단할 수 있는 방법이 고안되었습니다. 현재 디스플레이 산업에서 가장 많이 적용되는 방법은 다이아드(Dyad) 방식으로 알고 있습니다. 이는 무기층과 유기층을 반복적으로 주기를 갖는 다중층을 형성하는 것입니다. 무기 박막의 결함을 다양한 구조의 유기 고분자가 유연하게 차단해주며, 두 재료의 Interface의 에너지도 서로 다르기 때문에 완벽한 Phase 분리가 일어나 단일막처럼 행동하는 형태의 이슈도 해결됩니다. 서로 다른 재료 조합의 다중층을 적용한다면 수분과 산소의 Lag Time을 길게 만들어줄 수 있기 때문에 수분과 산소의 침투를 효율적으로 차단할 수 있습니다. Dyad 봉지공정 : 수분과 산소의 Lag Time이 길어짐 (침투 경로가 길어짐)
여러분들 오늘은 디스플레이에서 봉지공정에 대해서 다루어보았습니다. 디스플레이 취업 시장이 점점 비중이 커지면서 여러분들의 기회의 창이 넓어지고 있습니다. 준비하는 자만이 기회를 잡을 수 있다고 생각합니다. 고생 많으셨습니다. 충성!
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