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자체발광으로 최고의 스마트폰 화질을 구현하는 디스플레이 OLED. 이 OLED 제조 기술의 핵심은 바로 자체 발광하는 유기물질을 얼마나 효율적으로 활용하는가에 달려 있습니다.

이번 시간에는 OLED(Organic Light-Emitting Diode)의 핵심 제조공정 중 ‘증착(Evaporation)’의 다음 단계인 ‘봉지(Encapsulation)’에 대해 톺아보겠습니다. 지난 시간까지 LTPS와 증착에 대한 이야기를 이어왔는데요. ‘봉지’ 공정이란 앞서 진행된 이 과정을 거쳐 만들어진 OLED 패널이, 외부의 영향을 받지 않고 오랫동안 사용될 수 있도록 마감을 하는 단계입니다.

먼저 ‘봉지’라고 하면 어떤 이미지가 떠오르나요? 과자 봉지 또는 비닐 봉지가 생각날 것 같습니다. 첨단 디스플레이 제품과 봉지. 어쩌면 서로 어울리지 않을 듯한 이 개념을 제대로 잡기 위해 ‘봉지’의 용어부터 짚고 넘어가겠습니다.

– 봉지(封止, Encapsulation) : OLED에서 빛을 내는 유기물질과 전극은 산소와 수분에 매우 민감하게 반응해 발광 특성을 잃기 때문에, 이를 차단하기 위한 공정으로 ‘봉지’가 필요하며, 이를 통해 OLED 패널의 수명을 보존 또는 향상시킴.

 
위의 설명대로 유기물질을 통해 자체발광하는 OLED은 산소와 수분에 무척 취약합니다. 그래서 제조 과정에서 산소와 수분이 유기물에 침투하지 못하도록 밀봉하는 공정이 필요합니다. 과자도 신선도 유지를 위해 밀봉을 하고, 봉지를 뜯은 후에 오래 두면 눅눅해지고 맛이 없어지듯이, OLED 패널도 밀봉을 통한 유기물의 보존이 무척 중요합니다.

만약 산소(O2)가 패널의 틈 사이로 침투하게 되면, EML 최상단의 Cathode(음극) 부위와 그 아래의 EIL 층의 접촉부위(계면)에 산화가 이루어져 Cathode와 EIL이 서로 벌어지고 접촉이 약해지게 됩니다. 이렇게 되면 Cathode와 EIL 사이에 전자가 원활하게 이동하지 못해 암점(검은 픽셀)이 발생하거나 픽셀의 일부가 빛을 내지 못하는 현상이 나타납니다.

또한 수분이 침투해도 문제가 생깁니다. 패널의 미세한 틈을 통해 수분(H2O)이 침투하면, 전기 화학적 반응에 의해 수분에 있던 수소가 산소와 분리되고 이렇게 생겨난 수소(H2)에 의해 버블이 형성됩니다. 이렇게 발생한 버블은 Cathode(음극) 층을 들뜨게 만들어 Cathode와 EIL 사이에서 전자의 이동을 어렵게 합니다. 이렇게 되면 산소가 침투했을 때와 마찬가지로 암점이 생기게 됩니다.

특히 봉지가 제대로 이루어지지 않을 때 이어지는 큰 문제점은, 산소와 수분이 계속 유입되어 암점이 한 곳에 머무르지 않고, 계속 퍼져나가는 진행성 암점이 된다는 점입니다. 그래서 제조단계에서 확실한 봉지는 무척 중요합니다.

※ 그림은 이해를 돕기 위한 것으로, 실제 봉지는 전체 패널의 테두리에서 이루어지며, 그림은 실제 구조와는 다를 수 있습니다.

그렇다면 봉지(Encapsulation)은 어떻게 이러한 외부의 영향을 차단할 수 있을까요? 일반적인 OLED는 위 그림의 모양처럼 LTPS 기반에 증착이 이루어진 OLED 패널 위에 봉지 글래스를 덮는 구조입니다. 그리고 글래스와 패널층 사이에 공기와 수분이 침투하지 못하도록 유리 재질의 Frit을 바르고 레이저로 녹인 후 경화시켜 글래스와 패널을 합착시킵니다. 윗 부분은 글래스가 막아주고, 측면은 단단해진 Frit Sealing이 산소와 수분을 막아주어 OLED 패널 안의 유기물들이 손상 없이 제 기능을 발휘할 수 있게 됩니다.

오늘은 OLED 봉지 공정의 개념을 살펴봤습니다. 다음 시간에는 실제적인 봉지 공정 프로세스와 더불어 최근 스마트폰 디스플레이로 큰 인기를 끌고 있는 플렉시블 OLED의 봉지에 대해서도 함께 다뤄보겠습니다.

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  1. 하유경 says:

    잘 모르던 봉지공정에 대해 설명해주셔서 감사합니다