전자전기공학부 최병덕 교수 연구팀,

플렉시블 디스플레이 기판 특성과 트랜지스터의신뢰성 규명

- 성균관대-삼성디스플레이 공동연구, 사이언티픽 리포트 11.8(월) 논문 게재

- PI 기판에서 제작된 플렉시블 디스플레이의 안정성 개선에 큰 역할 기대

[사진1] 최병덕 교수, 김효중 박사

플렉시블 디스플레이는 얇고 임의의 형태로 제작할 수 있어 다양한 응용 분야에서 사용되며 차세대 디스플레이로 주목받고 있다. 플렉시블 디스플레이 제작 시 열팽창계수가 작고 고내열성인 polyimide(PI)가 기판으로 많이 사용되고 있으며, 이러한 PI는 열경화 공정을 통해 코팅 과정을 진행한다.

하지만 최근 PI 기판 위에 제작된 스위치 소자 동작전압의 비이상적인 거동에 대한 이슈가 많이 보고되고 있다. OLED는 트랜지스터에 흐르는 전류의 양으로 디스플레이의 휘도를 제어해야 하므로 트랜지스터의 비이상적인 거동은 디스플레이의 휘도 차이를 야기해 잔상을 유발할 수 있다.

[그림1] 디스플레이용 유연 기판

이에 성균관대학교(총장 신동렬) 전자전기공학부 최병덕 교수 연구팀(제1저자 김효중 박사과정)은 삼성디스플레이 박종우 전무와 공동연구를 통해, PI 경화 온도가 트랜지스터의 신뢰성 평가 시 동작전압의 불안정성을 유발시킬 수 있다는 것을 확인했다.  

[그림2] 유연 기판위의 산화물 트랜지스터

연구팀은 PI를 절연막으로 하여 metal-insulator-metal(MIM) 캐패시터를 제작하고, 스트레스 전․후 전기적 분석 방법을 통해 PI 경화 온도가 증가함에 따라 PI 기판의 충전 효과가 증가하는 것을 확인했다. 이러한 PI 기판의 충전 효과는 그 위에 제작된 트랜지스터의 동작 전압의 비정상적인 거동을 유발시키며, 최종적으로 플렉시블 디스플레이의 잔상을  야기하는 것을 검증했다.  

나아가 연구팀은 화학적․물리적 분석 방법을 통해 PI 경화 온도가 증가할수록 분자 패킹이 증가하는 것을 확인하였으며, 전기적 분석 방법을 통해 PI 경화 온도가 증가할수록 저항률이 감소해 외부에서 스트레스가 인가되면 PI 상부에 플루오린 이온들이 누적되어 충전효과를 유발하는 것을 규명했다. 또한 이러한 현상이 트랜지스터 동작전압의 비정상적인 거동과 플렉시블 디스플레이 잔상의 원인인 것을 밝혔다.

최병덕 교수는 “본 연구는 PI 경화 온도와 플렉시블 디스플레이 잔상 사이에 직접적인 상관관계를 제시한 것으로, PI를 기판으로 사용하는 모든 플렉시블 소자의 신뢰성을 개선하는 데 큰 역할을 할 것으로 기대한다”고 밝혔다.

본 연구는 산업통상자원부 산업혁신인재성장지원사업 및 한국산업기술진흥원(KIAT)의 지원을 받아 수행(2021년 차세대디스플레이 공정, 장비, 소재 전문인력 양성사업, 과제번호 P0012453)되었으며, 연구결과는 국제 학술지 사이언티픽 리포트(Scientific Reports)에 11.8(월) 게재되었다.

* 논문명 : Effects of polyimide curing on image sticking behaviors of Flexible Displays