Recently, many researchers have focused on organic electronic devices such as organic light-emitting diodes (OLEDs), organic photovotaics (OPVs), and organic field effect transistors (OFETs) due to the proliferation of organic materials throughtout the electronic industry. OLEDs, in particular, have attracted a great deal of attention for their potential to realize flexible and transparent displays. Flexible OLEDs are cur-rently considered to be the next-generation of displays that will not only revolutionize current industries, but also create entirely new ones. One of the major difficulties in the commercializing of flexible displays has been the absence of effective and flexible thin-film encapsulation. OLEDs are extremely susceptible to dam-age by water and oxygen and are thus degraded by exposure to the external environment composed of dust, water vapor, oxygen etc. Concequently, the water vapor transmission rate (WVTR) of the passivation film of OLED should be less than 10-6 g/m2/day. Accordingly, the development of a thin film encapsulation (TFE) method is considered to be a critical issue in enhancing the life-time of future flexible OLEDs displays. To solve the reliability issue, there have been many studies on enhancing the lifetime of flexible displays. Vitex corp. has proposed thin film encapsulation using an inorganic/organic multi-barrier structure, and this is known as Vitex technology. The multi-barrier structure is simple, attractive and effective in terms of barrier and flexibility properties. Along with reliability, the heat dissipation of organic electronics is considered anoth-er important issue for the application of flexible OLEDs due to substantial heat generation caused by electric stress and thermionic stress. Like this, both the luminance and the lifetime of the devices are reduced by Joule heating resulting from current operation. To manage the thermal degradation of organic molecules effective-ly, the use of a heat sink is certainly required. The problem is that existing heat sinks are thick and rigid, and, thus, unsuitable for the thin, flexible applications needed for ultra-thin, flexible OLEDs.
In this work, We report a moisture-resistant, flexible and thermally conductive thin-film encapsulation (TFE) created by inserting a metal thin film with an inorganic-organic multi-barrier structure to resolve reliabil-ity and heat dissipation issues. Silica nanoparticle-embedded sol-gel organic/inorganic hybrid nanocomposite nanocomposite (S-H) and Al2O3 were used as organic and inorganic materials, respectively. Ag thin film used as a metal was deposited by the thermal evaporation method and has slight barrier properties, outstanding ductility and high thermal conductivity. The proposed structure, which is composed of three materials, resulted in a low WVTR value of 10-5 g/m2/day for a 240nm thin film and showed improvement of the resistance to bending stress compared with the previous structure formed without the silver thin film in terms of flexibility. We also performed a comparative analysis of the heat transfer properties of encapsulation structures through investigation of the thermal conductivity of the materials and thermal imaging measurement. We confirmed the improvement of heat dissipation performance by inserting Ag thin films into the inorganic/organic multi-barrier in respect of suggesting a methodology to solve many technical issues.
최근 전자 산업 내에서의 유기 물질의 확산으로 인해 유기발광소자(OLED), 유기태양전지(OPV) 그리고 유기 박막 트랜지스터(OFET)와 같은 유기전자 소자에 대해 집중해서 연구해오고 있다. 특히 OLED는 플렉시블하고 투명한 디스플레이를 실현하기 위한 잠재성으로 인해 많은 주목을 받아왔다. 플렉시블 OLED는 현재 산업에 혁명을 일으킬 뿐만 아니라 완전히 새로운 디스플레이를 창소할 수 있는 차세대로 디스플레이로 여겨지고 있다. 그러니 플렉시블 디스플레이를 상업화하는데 있어서 여러가지 어려움들이 있다. 먼저 효과적이고 유연한 박막 봉지층의 부재로, OLED의 유기물은 산소나 수분에 매우 민감하여, 외부 환경에 의해 소자의 열화현상이 일어난다. 결과적으로, OLED의 passivation film의 수분침투율이 10-6 g/m2/day 이하의 값을 보여야한다. 따라서 박막 봉지층의 개발은 미래 플렉시블 OLED의 수명을 개선시키는 데 있어서 중요한 이슈로 여겨진다. 이런 신뢰성 문제를 해결하기 위해서, 많은 연구들이 이루어져왔다, 바이텍스 사에서는 유기물/무기물을 교대로 적층하는 멀티 배리어 구조를 사용한 다층 박막 봉지구조를 제안하였다. 이 멀티 배리어 구조는 베리어 및 유연성 측면에 있어서 매력적이고 효과적이다. 신뢰성 문제와 더불어, 유기 전자소자의 바열 또한 플렉시블 OLED의 상업화에 있어서 중요한 이슈로 여겨진다. 유기전자소자는 전류 구동 방식으로 인해 전기적 스트레스 및 열전자 스트레스 로 인해 많은 열이 발생되게 되며, 이런 줄열 효과로 인해 OLED 소자의 휘도 및 수명의 감소를 가져오게 된다. 이처럼 유기물질의 열적 열화 문제를 관리하기 위해서는 내부에 별도의 heat sink가 확실히 요구되어 진다. 하지만 문제는 기존의 heat sink가 두껍고, 뻣뻣하여, 매우 얇고 유연한 OLED를 위한 적용에 알맞지 않다.
이 논문에서, 우리는 앞에 설명한 이슈들을 해결하고자 무기/유기 멀티 배리어 구조에 금속박막을 삽입함으로써 수분 침투 저항력이 강하고, 유연하며 그리고 열전도성이 우수한 박막 봉지층 연구에 대해 보고한다. S-H nanocomposite와 Al2O3는 각각 유기 및 무기 물질로 사용되었다. 그리고 금속물질로는 연성이 우수하고, 금속중에서 열전도성이 가장 좋은 실버가 열 증착 방법을 이용하여 증착되었다. 그 제안된 멀티 구조는 세물질로 이루어져 240 nm의 두께로 형성되어 10-5 g/m2/day 베리어 특성을 보여주며 좋은 벤딩저항력 또한 보였다. 또한 우리는 금속의 유무에 따른 봉지구조의 열전도 특성을 열화상 측정방법 및 물질의 열전도성 값에 대한 조사를 통하여 비교분석 하였다. 우리는 많은 기술적 이슈들을 해결하기 위한 방법론을 제안하는데 있어서 Ag 박막을 삽입함으로써 멀티 구조의 방열 성능의 개선을 확인하였다.
