Currently, the paradigm of display market is changing from rigid display to flexible display. The ultimate goal of flexible display is to implement a freely foldable display. OLEDs have attracted much attention as a suitable display device for realizing a flexible and transparent display. However, one of the biggest problems of OLED devices is that the organic materials of OLEDs are very sensitive to oxygen and moisture, and therefore the devices are deteriorated by a small amount of moisture. Therefore, the development of a flexible thin film moisture barrier film is considered to be an important issue in improving the lifetime of flexible OLEDs.
In fabricating flexible moisture barrier films that are essential for future flexible OLEDs, organic / inorganic multilayer structures are an essential structure for achieving low WVTR and high flexibility. In general, inorganic materials have excellent barrier properties, but are disadvantageous in that they are very vulnerable to mechanical deformation. Organic materials have low barrier properties but have a strong resistance to mechanical deformation. Therefore, in this study, we tried to maximize the moisture barrier property by substituting organic material with
organic/inorganic hybrid material which has relatively good barrier property and strong resistance to mechanical deformation and by depositing inorganic material using atomic layer deposition. In order to achieve excellent moisture barrier properties, the use of inorganic materials is inevitable. In this study, we sought to improve the flexibility of moisture barrier films by investigating the structure minimizing mechanical deformation on brittle inorganic materials by using FEA simulation. The structure of the 1 dyad, 2 dyad moisture barrier film with the neutral plane as close as possible to the alumina layer was designed and experimentally verified. Finally, the moisture permeability of the film was measured, and it was confirmed that the film designed by FEA had a stable moisture barrier property even after folding test of 1,000 and 10,000 times. These experimental results demonstrate that the experimental design by FEA for moisture barrier films can be applied to the fabrication of moisture film barrier films in practice. In the future, it will be possible to design a structure optimized for folding through the simulation method applied in this study for the design of a flexible moisture barrier film.
현재 디스플레이의 시장의 패러다임은 평면 디스플레이에서 플렉시블 디스플레이로 변화하고 있다. 이러한 플렉시블 디스플레이의 최종 목표는 자유자재로 접히는 폴더블 디스플레이를 구현하는 것이다. OLED는 플렉시블하고 투명한 디스플레이를 실현하기 위한 적합한 디스플레이 소자로서 많은 주목을 받아왔다. 그러나 OLED 소자의 가장 큰 문제점 중 하나는 OLED의 유기물이 산소나 수분에 매우 민감하기 때문에 미량의 수분에 의해서도 소자가 열화 된다는 것이다. 따라서 유연한 박막 수분 차단 필름의 개발은 플렉시블 OLED의 수명을 개선시키는 데 있어서 중요한 이슈로 여겨진다.
미래 플렉시블 OLED에 필수적인 유연한 수분 차단 필름을 제작함에 있어 유/무기 다층 구조는 낮은 WVTR과 높은 유연성을 달성하는 데 필수적인 구조라고 할 수 있다. 일반적으로 무기 재료는 우수한 배리어 특성을 보이지만 기계적 변형에 매우 취약하다는 단점을 가지고 있으며, 유기 재료는 낮은 배리어 특성을 보이지만 기계적 변형에 강한 장점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 낮은 배리어 특성을 가진 유기막을 기계적 변형에 강하면서도 비교적 우수한 배리어 특성을 가진 유-무기 하이브리드 재료로 대체하고 무기막을 원자층 증착 방법을 이용해 증착함으로써 수분 차단 특성을 극대화시키고자 했다. 우수한 수분 차단 특성을 달성하기 위하여 무기 재료의 사용은 불가피 함으로, 본 연구에서는 FEA 시뮬레이션을 이용하여 굽힘에 취약한 무기물질에 걸리는 기계적 변형을 최소화하는 구조를 탐색하여 수분 차단 필름의 유연성을 향상시키고자 하였다. 이에 중립면이 기계적 변형에 취약한 알루미나 층에 최대한 가까이 놓이는 1 dyad, 2 dyad 수분 차단 필름의 구조를 설계하여 실험적으로 검증하였다. 최종적으로 제작된 필름의 수분 투과도를 측정하여, FEA에 의해 설계된 필름이 약 1만회의 folding test에서도 안정적인 수분 차단 특성을 보이는 것을 확인하였다. 이러한 실험 결과는 수분 차단 필름에 있어 FEA에 의한 실험 설계가 실제 수분 필름 차단 필름을 제작하는데 응용될 수 있다는 것을 증명한다. 향후 유연한 수분 차단막의 설계에 있어 본 연구에서 적용한 시뮬레이션 방법을 통해 폴딩에 최적화된 구조를 설계할 수 있을 것으로 기대된다.