In this study, we investigated the necessity of encapsulation layer to maximize flexibility of brittle indium-tin-oxide (ITO) on polymer substrates. And, Young's modulus (E) of encapsulation layer han a significant effect on external bending stress and the coefficient of thermal expansion (CTE) of that han a significant effect on internal thermal stress. To compare the magnitude of total mechanical stress including both bending stress and thermal stress, the mechanical stress of triple-layer structure (substrate / ITO / encapsulation layer or substrate / buffer layer / ITO) can be quantified and numerically analyzed through the farthest cracked island position. As a result, it should be noted that multi-layer structures with more elastic encapsulation material have small mechanical stress compared to that of buffer and encapsulation structure of large Young's modulus material when they were externally bent.
This paper shows necessity of encapsulation layer to maximite flexibility of brittle indium-tin-oxide (ITO) on polymer substrates. And, Young's modulus (E) of encapsulation layer have an significant effect on external bending stress and the coefficient of thermal expansion (CTE) of that have a significant effect on internal thermal stress. To compare magnitude of total mechanical stress including both bending stress and thermal stress, the mechanical stress of triple-layer structure (substrate / ITO / encapsulation layer or substrate / buffer layer / ITO) can be quantified and numerically analyzed through the farthest cracked island position. As a result, it should be noted that multi-layer structures with more elastic encapsulation material have small mechanical stress compared to that of buffer and encapsulation structure of large Young's modulus material when they were externally bent.
We fabricated an organic-inorganic nano laminated encapsulation layer using molecular layer deposition (MLD) combined with atomic layer deposition (ALD). The $Al_2O_3$ inorganic layers as an effective single encapsulation layer were deposited at 80 degree C using ALD with alternating surface-saturation reactions of TMA and $H_2O$. A self-assembled organic layers (SAOLs) were fabricated at the same temperature using MLD. MLD and ALD deposition process were performed in the same reaction chamber. The prepared SAOL-$Al_2O_3$ organic-inorganic nano laminate films exhibited good mechanical stability and excellent encapsulation property. The measurement of water vapor transmission rate (WVTR) was performed with Ca test. We controlled thickness-ratio of organic and inorganic layer, and specific ratio showed a lowest WVTR value. Also this encapsulation layer contained very few pin-holes or defects which were linked in whole area by defect test. To apply into real OLEDs panels, we controlled a film stress from tensile to compressive and flexibility defined as an elastic modulus with organic-inorganic ratio. It has shown that OLEDs panel encapsulated with nano laminate layer exhibits better properties than single layer encapsulated in acceleration conditions. These results indicate that the organic-inorganic nano laminate thin films have high potential for flexible display applications.
Encapsulation is required since organic materials used in OLED devices are fragile to water vapor and oxygen. Laser sealing method is currently used where IR laser is scanned along the glass-frit coated lines. Laser method is, however, not suitable to encapsulating large-sized glass substrate due to the nature of sequential scanning. In this work we propose a new method of encapsulation using Joule heating. Conductive layer is patterned along the sealing lines on which the glass frit is screen printed and sintered. Electric field is then applied to the conductive layer resulting in bonding both the panel glass and the encapsulation glass by melting glass-frit. In order to obtain uniform bonding the temperature of a conductive layer having a shape of closed loop should be uniform. In this work we conducted simulation for heat distribution according to the structure of a conductive layer used as a Joule-heat source. Uniform temperature was obtained with an error of 5% by optimizing the structure of a conductive layer. Based on the results of thermal simulations we concluded that Joule-heating induced encapsulation would be a good candidate for encapsulation method especially for large area glass substrate.
최근 플렉서블 OLED, 플렉서블 반도체, 플렉서블 태양전지와 같은 유연전자소자의 개발이 각광을 받고 있다. 유연소자에 밀봉 혹은 봉지(encapsulation) 기술이 매우 필요하며, 봉지 기술은 유연소자의 응력을 완화시키거나, 산소나 습기에 노출되는 것을 방지하기 위해 적용된다. 본 연구는 봉지막(encapsulation layer)이 반도체 칩의 내구성에 미치는 영향을 고찰하였다. 특히 다층 구조 패키지의 칩의 파괴성능에 미치는 영향을 칩의 center crack에 대한 파괴해석을 통하여 살펴보았다. 다층구조 패키지는 폭이 넓어 칩 위로만 봉지막이 덮고있는 "wide chip"과 칩의 폭이 좁아 봉지막이 칩과 기판을 모두 감싸고 있는 "narrow chip"의 모델로 구분하였다. Wide chip모델의 경우 작용하는 하중조건에 상관없이 봉지막의 두께가 두꺼울수록, 강성이 커질수록 칩의 파괴성능은 향상된다. 그러나 narrow chip모델에 인장이 작용할 때 봉지막의 두께가 두껍고 강성이 커질수록 파괴성능은 악화되는데 이는 외부하중이 바로 칩에 작용하지 않고 봉지막을 통하여 전달되기에 봉지막이 강하면 강한 외력이 칩내의 균열에 작용하기 때문이다. Narrow chip모델에 굽힘이 작용할 경우는 봉지막의 강성과 두께에 따라 균열에 미치는 영향이 달라지는데 봉지막의 두께가 작을 때는 봉지막이 없을 때보다 파괴성능이 나쁘지만 강성과 두께의 증가하면neutral axis가 점점 상승하여 균열이 있는 칩이 neutral axis에 가까워지게 되므로 균열에 작용하는 하중의 크기가 급격히 줄어들게 되어 파괴성능은 향상된다. 본 연구는 봉지막이 있는 다층 패키지 구조에 다양한 형태의 하중이 작용할 때 패키지의 파괴성능을 향상시키기 위한 봉지막의 설계가이드로 활용될 수 있다.
We fabricate encapsulation-layer of OLED panel from organic-inorganic hybrid thin film by atomic layer deposition (ALD) molecular layer deposition (MLD) using Al2O3 as ALD process and Adipoyl Chloride (AC) and 1,4-Butanediamine as MLD process. Ellipsometry was employed to verify self-limiting reaction of MLD. Linear relationship between number of cycle and thickness was obtained. By such investigation, we found that desirable organic thin film fabrication is possible by MLD surface reaction in monolayer scale. Purging was carried out after dosing of each precursor to eliminate physically adsorbed precursor with surface. We also confirmed roughness of the organic thin film by atomic force microscopy (AFM). We deposit AC and 1,4-Butanediamine at $70^{\circ}C$ and investigated surface roughness as a function of increasing thickness of organic thin film. We confirmed precursor's functional group by IR spectrum. We calculated WVTR of organic-inorganic hybrid super-lattice epitaxial layer using Ca test. WVTR indicates super-lattice film can be possibly use as encapsulation in flexible devices.
Nowadays, Active Matrix Organic Light-Emitting Diodes (AM-OLEDs) are the superior display device due to their vivid full color, perfect video capability, light weight, low driving power, and potential flexibility. One of the advantages of AM-OLED over Liquid Crystal Display (LCD) lies in its flexibility. The potential flexibility of AM-OLED is not fully explored due to its sensitivity to moisture and oxygen which are readily present in atmosphere, and there are no flexible encapsulation layers available to protect these. Therefore, we come up with a new concept of Inorganic-Organic hybrid thin film as the encapsulation layer. Our Inorganic layer is Al2O3 and Organic layer is F-Alucone. We deposited these layers in vacuum state using Atomic Layer Deposition (ALD) and Molecular Layer Deposition (MLD) techniques. We found the results are comparable to commercial requirement of 10-6 g/m2 day for Water Vapor Transmission Rate (WVTR). Using ALD and MLD, we can control the exact thin film thickness and fabricate more dense films than chemical or physical vapor deposition methods. Moreover, this hybrid encapsulation layer potentially has both the flexibility of organic layers and superior protection properties of inorganic layer.
The inorganic multi-layer thin film encapsulation was newly adopted to protect the organic layer from moisture and oxygen. Using the electron beam, sputter, inorganic multi-layer thin-film encapsulation was deposited onto the Polyethylene Terephthalate (PET) and their interface properties between inorganic and organic layer were investigated. In this investigation, the SiON, $SiO_2$ and parylene layer showed the most suitable properties. Under these conditions, the WVTR for PET can be reduced from level of $0.57g/m^2/day$ (bare subtrate) to $1*10^{-5}g/m^2/day$ after application of a SiON and $SiO_2$ layer. These results indicates that the $PET/SiO_2/SiON/Parylene$ barrier coatings have high potential for flexible organic light-emitting diode(OLED) applications.
We report thin-film organic moisture barriers based on polystyrene(PS) laminates deposition by PECVD for an encapsulation of OLEDs. The organic polystyrene thin-film has the benzene ring structure and high hydrophobic characteristics and it was polymerized by PECVD in dry process. Life time properties of Ca test were obtained 32 minutes at the RF 100W process conditions. From the AFM test, the roughness of multi-layer thin-film was more excellent rather than that of a single-layer thin-film. In addition, 5 layers of the multi-layer film properties were obtained 45 minutes. So that the optical and electrical properties were not affected with these plasma polymerized organic thin-film encapsulation. For life time improvement, the inorganic $Al_2O_3$ thin-film were deposited 5nm using ALD atomic layer deposition. The WVTR(Water Vaper Transmission Rate) value of hybrid thin-film encapsulation in the optimum process conditions was resulted by less than $10-3g/m^2/day$. From the results of experiment, plasma polymerized hybrid encapsulation was suggested as the flexible display applications.
Thin-film encapsulation (TFE) technology is most effective in preventing water vapor and oxygen permeation in the organic light emitting diodes (OLED). Of those, a laminated structure of Al2O3 and MgO were applied to provide efficient barrier performance for increasing the stability of devices in air. Atomic layer deposition (ALD) method is known as the most promising technology for making the laminated Al2O3/MgO and is used to realize a thin film encapsulation technology in organic light-emitting diodes. Atomic layer deposited inorganic films have superior barrier performance and have advantages of excellent uniformity over large scales at relatively low deposition temperatures. In this study, the control system of the MgCP2 precursor for the atomic layer deposition of MgO was established in order to deposit the MgO layer stably by the injection time of second level and the stable heating temperature. The deposition rate was obtained stably to be from 4 to 10 Å/cycle using the injection pulse times ranging from 3 to 12 sec and a substrate temperature ranging from 80 to 150 ℃.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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