저온 선형 PECVD를 이용한 OLED용 Encapsulation 특성 연구

최근 디스플레이 시장의 주요 키워드는 flexible organic light emitting diode (OLED) 이다. OLED 소자의 수명을 결정하는 가장 큰 요인 중의 하나는 공기 중의 O2와 H2O에 의한 유기물의 열화이다. 따라서 공기 중의 O2나 H2O가 유기물에 쉽게 침투하는 것을 막는 것은 소자의 수명 향상을 위하여 필수적이라 할 수 있다[1-3]. SiNx 박막은 경질로 투과성이 우수하며, 화학적 불활성인 특성으로 이러한 Barrier 역할로 연구되어 산업분야에 다양하게 응용되고 있다[4]. SiNx 박막은 일반적으로 plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) 기술을 이용하여 증착되는데 기존의 PECVD 기술을 이용한 SiNx 박막은 낮은 water vapor transmission rate (WVTR) 등의 문제점들로 인해 한계점이 들어났다. 본 연구에서는, flexible display의 thin film encapsulation (TFE) 공정에서의 적용을 알아보기 위해 $370{\times}470$ size를 증착할 수 있는 In-line 장비를 이용하였으며, 기존의 PECVD 기술의 문제점으로 지적되고 있는 낮은 WVTR을 해결하기 위하여 저온 (<$100^{\circ}C$) 선형 PECVD 기술을 이용하여 WVTR을 개선하고자 하였다. 공정가스로는 SiH4와 NH3를 사용하였으며, SiH4 Carrier 가스로 He을 추가적으로 사용하였다. 또한 공정 압력은 100mTorr를 유지하였다. 증착된 SiNx 박막의 물리적, 화학적 특성 분석을 위해 분광엘립소메타, field emission electron microscopy (FESEM), X-ray diffraction (XRD), Rutherford backscattering spectrometry (RBS) 등을 이용하여 측정하였으며, 박막에 투습되는 수분의 양은 MOCON사의 AQUATRAN 2(W)로 측정하였다. OLED 소자를 구현하기 위해서는 기본적으로 봉지층에 투습되는 양을 $10-6g/m2{\cdot}day$ 이하로 막아줘야 한다고 알려져 있으나, 기존의 PECVD 기술을 이용하여 제작된 SiNx 박막의 WVTR은 $10-2{\sim}10-3g/m2{\cdot}day$ 레벨의 WVTR 결과를 보이고 있다. 본 연구에서 사용된 저온 선형 PECVD 기술을 이용하여 제작된 SiNx 박막의 WVTR은 $5.0{\times}10-5g/m2{\cdot}day$ 이하의 개선된 결과를 확인 할 수 있었다. 또한 flexible display에 적용하기 위해 SiNx 박막의 두께를 최소화한 100nm의 두께에서도 WVTR은 $5.0{\times}10-5g/m2{\cdot}day$ 이하의 결과가 유지됨을 알 수 있었다.