KR102120892B1 - 박막봉지의 유기막 손상 측정방법 및 측정장치 - Google Patents

박막봉지의 유기막 손상 측정방법 및 측정장치 Download PDF

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Abstract

박막봉지에 내재된 유기막이 플라즈마에 의해 손상된 정도를 측정할 수 있는 방법이 개시된다. 개시된 측정방법은, 발광재료가 혼합된 유기막 위에 플라즈마 공정을 통해 무기막이 형성된 박막봉지 구조체를 준비하는 단계와, 박막봉지 구조체에 광을 조사하여 발광재료를 발광시키는 단계, 발광의 세기가 시간에 따라 감소하는 발광수명을 검출하는 단계 및, 발광수명으로부터 유기막의 손상 정도를 판별하는 단계를 포함한다. 이러한 방식에 따르면 플라즈마에 의해 유기막이 어느 정도로 손상을 입는지를 쉽게 알아낼 수 있게 되며, 이를 근거로 하여 무기막 형성 시의 플라즈마 공정 조건을 개선하면 유기막의 손상도 최소화할 수 있게 된다.

Description

박막봉지의 유기막 손상 측정방법 및 측정장치 {Organic layer damage measuring method for thin film encapsulation and the measuring apparatus thereof}
본 발명은 유기 발광 표시 장치의 박막봉지에 내재된 유기막의 손상 여부를 측정할 수 있는 방법과 장치에 관한 것이다.
일반적으로 유기 발광 표시 장치는 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 유기물로 이루어진 발광층이 개재된 구조의 디스플레이부를 구비하고 있다. 이 애노드 전극과 캐소드 전극에 각각 전압이 인가되면, 애노드 전극에서 주입된 정공(hole)과 캐소드 전극에서 주입된 전자가 발광층에서 재결합하여 여기자(exciton)를 생성하며, 이 여기자가 여기상태에서 기저상태로 변할 때 발광이 일어면서 화상이 구현된다.
그리고, 상기 디스플레이부의 발광층은 수분에 직접 접촉할 경우 발광 특성이 금방 열화되기 때문에 이를 방지하기 위해 디스플레이부를 봉지부재로 덮어주게 되는데, 최근에는 유기막과 무기막이 교대로 적층된 박막봉지가 봉지부재로서 많이 채용되고 있다. 이 박막봉지의 적층막 중 상기 디스플레이부로의 침습을 막는 기능은 주로 상기 무기막이 맡게 되며, 유기막은 침습 방지 보다는 박막봉지에 유연성을 부여해주는 기능을 하게 된다.
그런데, 이와 같이 유기막과 무기막을 교대로 성막하는 과정을 거치는 동안에 유기막이 뜻하지 않은 손상을 입는 경우가 자주 생긴다. 즉, 무기막은 일반적으로 플라즈마 공정을 통해 형성되는데, 이때 미리 형성되어 있던 유기막도 이 플라즈마의 영향을 받아서 열화되며 진행성 암점과 같은 불량을 발생시키는 현상이 빈발하는 것이다. 이렇게 되면 유기 발광 표시 장치의 제품 신뢰도에 심각한 악영향을 미칠 수 있기 때문에 이에 대한 대책이 필요한데, 현재는 플라즈마에 의해 박막봉지 내의 유기막이 어느 정도 손상을 입는지를 알아볼 수 있는 방법도 없는 상태이다.
따라서, 이러한 유기막의 손상을 줄이기 위해서는 유기막이 플라즈마에 의해 어느 정도 손상이 되는지를 파악할 수 있는 방법이 있어야 그에 따른 대책도 세울 수 있으므로, 이러한 박막봉지 내의 유기막 손상을 측정할 수 있는 방안이 우선적으로 요구되고 있다.
본 발명의 실시예는 플라즈마에 의한 박막봉지 내의 유기막 손상 정도를 파악할 수 있게 해주는 측정방법과 측정장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 박막봉지의 유기막 손상 측정방법은, 발광재료가 혼합된 유기막 위에 무기막이 적층된 박막봉지 구조체를 준비하는 단계; 상기 박막봉지 구조체에 광을 조사하여 상기 발광재료를 발광시키는 단계; 상기 발광의 세기가 시간에 따라 감소하는 발광수명을 검출하는 단계; 및, 상기 발광수명으로부터 상기 유기막의 손상 정도를 판별하는 단계;를 포함한다.
상기 무기막은 플라즈마 공정을 통해 상기 유기막 위에 형성시킬 수 있다.
상기 유기막은 플라즈마에 의한 손상을 입을 경우 carbonyl, carboxyl, hydroxyl 그룹 중 어느 하나를 생성할 수 있다.
상기 유기막은 에폭시계와 아크릴계 중 어느 하나의 재질을 포함할 수 있다.
상기 발광수명이 짧아질수록 상기 유기막이 상기 플라즈마에 의해 손상을 많이 입은 것으로 판별할 수 있다.
상기 발광재료는 인광(phosphorescence)재료를 포함할 수 있다.
상기 발광재료는 형광(fluorescence)재료를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 박막봉지의 유기막 손상 측정장치는, 발광재료가 혼합된 유기막 위에 무기막이 적층된 박막봉지 구조체에 대해 광을 조사하는 광조사부와, 상기 발광재료로부터 발광된 빛의 세기가 시간에 따라 감소하는 발광수명을 검출하는 광수신부 및, 상기 발광수명으로부터 상기 유기막의 손상 정도를 판별하는 컨트롤러를 포함한다.
상기 광조사부는 광원유닛과, 상기 광원유닛에서 조사된 광의 도달 깊이를 조절해주는 공초점 마이크로스코피(confocal microscopy)시스템을 포함할 수 있다.
상기 광원유닛은 광원과, 상기 광원의 파장을 상기 발광재료를 발광시킬 수있는 여기파장(excitation wavelength)으로 변환시키는 광학변수증폭기(optical parametric amplifier:OPA)를 포함할 수 있다.
상기 광원은 펨토초 펄스 레이저와 나노초 펄스 레이저 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 광원유닛은 단파장 레이저와 램프 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 광수신부는 상기 광조사부에서 조사되고 반사되는 광을 차단하는 필터와, 상기 발광재료로부터 수신되는 광을 단색화하는 모노크로메이터(monochromator) 및, 상기 단색화된 광의 세기 변화를 측정하는 센서를 포함할 수 있다.
상기 센서는 CCD-PMT(photomultiplier tube), PMT, 포토다이오드 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같은 박막봉지의 유기막 손상 측정방법에 따르면, 플라즈마에 의한 박막봉지 내부의 유기막 손상 정도를 쉽게 파악할 수 있게 되며, 따라서 실제 제품에서 유기막의 손상을 줄이기 위한 공정 조건을 도출할 수 있는 근거를 얻을 수 있게 된다.
도 1은 박막봉지를 사용하는 유기 발광 표시 장치를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유기막 손상 측정방법을 수행하기 위한 박막봉지 구조체를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유기막의 손상 측정장치의 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 광조사부의 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 도 3에 도시된 광수신부의 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 유기막 손상 측정방법을 설명한 플로우챠트이다.
도 7은 유기막에 혼합된 발광재료의 발광수명이 산소를 포함한 작용기에 의해 단축되는 경향을 보인 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명의 실시예를 설명하는 도면에 있어서, 어떤 층이나 영역들은 명세서의 명확성을 위해 두께를 확대하여 나타내었다. 또한 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
도 1은 박막봉지를 사용하는 유기 발광 표시 장치를 도시한 단면도이고, 도 2는 본 실시예에 따른 유기막 손상 측정방법을 수행하기 위한 박막봉지 구조체를 도시한 단면도이며, 도 3은 이러한 박막봉지에 내재된 유기막의 손상 정도를 파악하기 위한 본 실시예의 측정장치를 나타낸 구성도이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 유기 발광 표시 장치는 기판(30) 위에 화상을 구현하는 디스플레이부(20)가 마련되어 있고, 그 위에 박막봉지(10)로서 유기막(11)과 무기막(12)이 교대로 적층되어 있다. 따라서, 디스플레이부(20)는 기판(30)과 박막봉지(10) 사이에서 밀봉되며, 이 박막봉지(10)가 디스플레이부(20)를 외부의 수분과 공기로부터 보호하게 된다. 주로 상기 무기막(12)이 투습 방지 기능을 담당하게 되며, 상기 유기막(11)은 박막봉지(10)에 유연성을 부여하는 기능을 맡게 된다.
그런데, 전술한 바대로 상기 유,무기막(11)(12)을 교대로 적층하는 과정에서 유기막(11)에 암점을 유발할 수 있는 손상이 가는 일이 빈발한다. 즉, 무기막(12)을 형성할 때 플라즈마를 이용하는 증착 공정이 사용되는데, 이 플라즈마가 미리 형성되어 있는 유기막(11)에 손상을 입히는 것이다. 따라서, 이 유기막(11)의 손상을 줄이기 위해서는 플라즈마 공정 조건을 조절할 필요가 있는데, 그러려면 먼저 그 손상이 어느 정도인지, 즉 플라즈마에 의해 어느 정도의 영향이 유기막(11)에 가해지는지를 정확히 알고 있어야 한다.
본 실시예는 그러한 플라즈마에 의한 박막봉지(10) 내부의 유기막(11) 손상 정도를 정확히 파악할 수 있게 해주는 방법을 다음과 같이 제공한다.
일단, 측정 대상체로서 도 2에 도시된 바와 같은 박막봉지 구조체(100)를 준비한다. 이것은 기판(101) 상에 유기막(110)과 무기막(120)이 교대로 적층된 구조체로서, 유기막 손상 정도 측정을 위해 디스플레이부와 같은 화상 구현 요소들 없이 박막봉지의 유,무기막(110)(120)만 기판(101) 상에 형성한 것이다. 물론, 이때에도 무기막(120)은 플라즈마를 이용한 증착 공정을 통해 형성되며, 당연히 유기막(110)에 어느 정도의 손상이 가해질 수 있다.
여기서, 상기 유기막(110)은 플라즈마에 의한 손상을 입을 경우 carbonyl, carboxyl, hydroxyl 그룹 중 어느 하나를 부산물로 생성하는 에폭시계나 아크릴계 재질을 베이스로 하여 형성된다. 그리고, 이 유기막(110) 안에는 인광(phosphorescence)재료나 형광(fluorescence)재료와 같이 광이 조사되면 여기되어 발광하는 발광재료(미도시)가 함께 혼합되어 있다. 따라서, 이 유기막(110)에 광을 조사하면 상기 발광재료가 일정 시간 동안 빛을 발하게 된다. 상기 인광재료와 형광재료 중에는 인광재료가 상기 부산물과의 반응성이 훨씬 더 좋기 때문에, 본 측정을 수행하기에는 더 적합한 재료가 되며, 인광재료로는 이리듐(Ir) 계열의 재료가 사용될 수 있다. 그리고, 꼭 필요한 것은 아니지만 기판(101) 바로 위에 LiF재질의 패시베이션층을 추가할 수도 있다.
이와 같이 측정을 위한 박막봉지 구조체(100)가 준비되면, 도 3에 도시된 바와 같은 측정장치(200)에 해당 구조체(100)를 장착한다.
이 측정장치(200)는 상기 박막봉지 구조체(100)에 내재된 유기막(110)이 플라즈마에 의해 손상을 입는 정도를 측정해내는 장치로서, 광조사부(210)와 광수신부(220) 및 컨트롤러(230) 등을 구비하고 있다.
먼저, 상기 광조사부(210)는 상기 박막봉지 구조체(100)의 유기막(110)에 함유된 발광재료를 여기시키기 위한 광을 제공하는 것으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 광원인 펨토초 펄스 레이저(211)와 나노초 펄스 레이저(212) 및, 이 광원의 파장을 상기 발광재료를 발광시킬 수 있는 여기파장(excitation wavelength)으로 변환시키는 광학변수증폭기(optical parametric amplifier:OPA;213)를 광원유닛으로 포함하고 있다. 또한 이 변환된 광이 박막봉지 구조체(100)에 도달하는 깊이를 조절해주는 공초점 마이크로스코피(confocal microscopy)시스템(214)도 구비하고 있다. 따라서, 상기 펨토초 펄스 레이저(211)와 나노초 펄스 레이저(212)에서 레이저를 출사하면 상기 광학변수증폭기(213)가 그 광의 파장을 상기 발광재료를 발광시킬 수 있는 여기파장으로 변환시키고, 그 변환된 광은 상기 공초점 마이크로스코피 시스템(214)에 의해 측정하고자 하는 깊이에 위치한 유기막에 조사된다. 한편, 여기서는 펨토초 펄스 레이저(211)와 나노초 펄스 레이저(212)를 광원으로 사용하는 것을 예시하였는데, 단순히 램프나 단색광 레이저를 사용할 수도 있다. 대신, 펨토초 펄스 레이저(211)와 나노초 펄스 레이저(212)를 같이 사용하면 보다 많은 여기파장(excitation wavelength)을 생성할 수 있으므로 다양한 인광재료에 대응할 수 있지만, 단순한 램프나 단색광 레이저를 사용할 경우에는 인광재료도 그 여기파장에 해당하는 한 종류로 고정해서 사용해야 한다.
이렇게 광이 조사되면, 해당 유기막(110)에 함유된 발광재료가 여기되면서 발광하게 되며, 이 발광된 빛은 상기 광수신부(220)에서 수신된 후 컨트롤러(230)에 의해 판별된다. 이때 발광되는 빛은 도 7에 예시된 바와 같이 ?은 시간 동안 발광한 후 그 세기가 점차 약해지면서 사라지게 되는데, 이 시간을 발광수명이라고 칭하며, 산소를 포함하는 작용기들이 발광재료의 발광수명을 단축시키는 것으로 알려져 있다. 즉, 도 7에 예시된 바와 같이 산소가 많이 함유된 발광재료일수록 발광수명이 짧아지는 것을 알 수 있는데, 전술한 바와 같이 플라즈마에 의해 영향을 받아 유기막(110)에 생성되는 carbonyl, carboxyl, hydroxyl 그룹 부산물이 바로 산소를 포함하는 작용기로서 이 발광수명을 줄이게 된다. 따라서, 발광수명이 짧을수록 유기막(110)의 손상이 심한 것으로 판단할 수 있다.
상기 광수신부(220)는 이러한 발광수명을 검출하는 것으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 광조사부(210)에서 박막봉지 구조체(100)로 조사되고 그로부터 반사되는 광이 광수신부(220) 쪽으로 혼입되지 않도록 차단하는 필터(221)와, 상기 발광재료로부터 수신되는 광을 단색화하는 모노크로메이터(monochromator;222) 및, 상기 단색화된 광의 세기 변화를 측정하는 센서(223)를 포함한다. 상기 센서(223)로는 CCD-PMT(photomultiplier tube), PMT, 포토다이오드 등이 사용될 수 있다. 따라서, 이러한 광수신부(220)의 센서(223)에 도 7에 도시된 바와 같은 발광수명이 검출되며, 이것으로부터 컨트롤러(230)는 해당 유기막(110)이 어느 정도로 플라즈마에 의해 손상을 입었는지를 판별하게 된다. 그러면, 발광수명이 짧을수록 손상이 심한 것이고, 발광수명이 길수록 손상이 적은 것이므로, 이것을 근거로 해서 무기막(120) 형성 시의 플라즈마 공정 조건을 적절히 개선하면 유기막의 손상을 줄일 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같은 박막봉지의 유기막 손상 측정방법을 도 6의 플로우챠트를 참조하여 다시 한번 정리하면 다음과 같다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이 발광재료가 혼합된 유기막(110) 위에 무기막(120)이 형성된 박막봉지 구조체(100)를 준비한다(S1). 이때 무기막(120)은 플라즈마를 이용하는 증착공정으로 형성되며, 미리 형성되어 있던 유기막(110)은 그 플라즈마에 의해 손상을 입을 수 있다. 손상을 입게 되면 전술한 바와 같이 에폭시나 아크릴계의 유기막(110) 안에 carbonyl, carboxyl, hydroxyl 그룹 부산물이 생성되며, 이것이 유기막(110)에 혼합된 발광재료의 발광수명을 단축시키게 된다.
이렇게 박막봉지 구조체(100)가 준비되면, 도 3에 도시된 바와 같은 측정 장치(200)에 해당 박막봉지 구조체(100)를 장착하고 광조사부(210)를 가동하여 상기 발광재료를 여기시킬 수 있는 파장의 광을 측정하고자 하는 유기막(110)에 도달할 수 있도록 조사한다(S2).
그러면, 상기 해당 유기막(110)에 혼합된 발광재료가 그 조사된 광에 의해 여기되면서 발광하게 되며, 상기 광수신부(220)는 발광된 빛이 생성 후 소멸될 때까지의 발광수명을 검출한다(S3).
그리고, 컨트롤러(230)는 그렇게 검출된 발광수명을 분석하여 해당 유기막(110)이 어느 정도로 손상된 것인지를 판별한다(S4). 당연히 발광수명이 짧을수록 손상이 심한 것으로 판별된다.
따라서, 이러한 판별 데이터가 축적되면, 플라즈마에 의해 유기막이 어느 정도로 손상을 입는지를 알아낼 수 있게 되며, 이를 근거로 하여 무기막 형성 시의 플라즈마 공정 조건을 개선하면 유기막의 손상도 최소화할 수 있게 된다.
결론적으로, 이상에서 살펴본 바와 같은 측정 방법과 측정 장치를 이용하면, 플라즈마에 의한 박막봉지 내부의 유기막 손상 정도를 쉽게 파악할 수 있게 되며, 따라서 실제 제품에서 유기막의 손상을 줄이기 위한 공정 조건을 도출할 수 있는 근거를 얻을 수 있게 된다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100:박막봉지구조체 110:유기막
120:무기막 200:유기막 손상 측정장치
210:광조사부 220:광수신부
230:컨트롤러

Claims (14)

  1. 발광재료가 혼합된 유기막 위에, 플라즈마 공정을 통해 무기막이 적층된 박막봉지 구조체를 준비하는 단계;
    상기 박막봉지 구조체에 광을 조사하여 상기 발광재료를 발광시키는 단계;
    상기 발광의 세기가 시간에 따라 감소하는 발광수명을 검출하는 단계; 및,
    상기 발광수명으로부터 상기 유기막의 손상 정도를 판별하는 단계;를 포함하고,
    상기 유기막은 플라즈마에 의한 손상을 입을 경우 carbonyl, carboxyl, hydroxyl 그룹 중 어느 하나를 생성하고,
    상기 유기막은 에폭시계와 아크릴계 중 어느 하나의 재질을 포함하는 박막봉지의 유기막 손상 측정방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광수명이 짧아질수록 상기 유기막이 상기 플라즈마에 의해 손상을 많이 입은 것으로 판별하는 박막봉지의 유기막 손상 측정방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광재료는 인광(phosphorescence)재료를 포함하는 박막봉지의 유기막 손상 측정방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광재료는 형광(fluorescence)재료를 포함하는 박막봉지의 유기막 손상 측정방법.
  8. 발광재료가 혼합된 유기막 위에, 플라즈마 공정을 통해 무기막이 적층된 박막봉지 구조체에 대해 광을 조사하는 광조사부와,
    상기 발광재료로부터 발광된 빛의 세기가 시간에 따라 감소하는 발광수명을 검출하는 광수신부 및,
    상기 발광수명으로부터 상기 유기막의 손상 정도를 판별하는 컨트롤러를 포함하고,
    상기 유기막은 플라즈마에 의한 손상을 입을 경우 carbonyl, carboxyl, hydroxyl 그룹 중 어느 하나를 생성하고,
    상기 유기막은 에폭시계와 아크릴계 중 어느 하나의 재질을 포함하는 박막봉지의 유기막 손상 측정장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 광조사부는 광원유닛과, 상기 광원유닛에서 조사된 광의 도달 깊이를 조절해주는 공초점 마이크로스코피(confocal microscopy)시스템을 포함하는 박막봉지의 유기막 손상 측정장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 광원유닛은 광원과, 상기 광원의 파장을 상기 발광재료를 발광시킬 수있는 여기파장(excitation wavelength)으로 변환시키는 광학변수증폭기(optical parametric amplifier:OPA)를 포함하는 박막봉지의 유기막 손상 측정장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 광원은 펨토초 펄스 레이저와 나노초 펄스 레이저 중 적어도 하나를 포함하는 박막봉지의 유기막 손상 측정장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 광원유닛은 단파장 레이저와 램프 중 어느 하나를 포함하는 박막봉지의 유기막 손상 측정장치.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 광수신부는 상기 광조사부에서 조사되고 반사되는 광을 차단하는 필터와, 상기 발광재료로부터 수신되는 광을 단색화하는 모노크로메이터(monochromator) 및, 상기 단색화된 광의 세기 변화를 측정하는 센서를 포함하는 박막봉지의 유기막 손상 측정장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 센서는 CCD-PMT(photomultiplier tube), PMT, 포토다이오드 중 어느 하나를 포함하는 박막봉지의 유기막 손상 측정장치.
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