OLED에서 컬러를 구현하는 방식들은 다양하게 개발되었지만, 현재 제품에 적용되고 있거나, 적용될 방식은 세가지로 분류됩니다. 빨강, 초록, 파랑 부화소들을 별도로 구성하는 방식(RGB OLED), 백색 OLED위에 RGB 컬러 필터를 설치하는 방식(White OLED+Color Filter, WOLED+CF), 그리고 청색 OLED 위에 빨강과 초록용 색 변환층을 설치하는 방식(Blue OLED+Color Conversion Layer, BOLED+CCL)으로 구분되죠. 이들 중에서 RGB OLED 방식은 현재 소형과 중형 모바일 기기, WOLED+CF 방식은 대형 TV에 주로 적용이 되고 있죠. BOLED+CCL 방식은 특히 색 변환층에 양자점을 적용하여 현재, 중대형 TV 라인이 설치 중이며 2~3년 이내에 생산에 들어갈 예정입니다.
이들 중에서 패터닝 공정이 활발히 적용되고 있는 방식은 RGB OLED로서, 물을 사용하는 사진 식각 공정(photolithography)이 아니라 쉐도우 마스크(shadow mask)로 불리는 FMM을 적용, 빨강, 초록, 파랑 부화소들을 패터닝하고 있죠. 즉, 증착원으로부터 승화된 발광 소재들이 연이어서 기판에 증착되도록 하는 공정으로 한 가지 색을 형성한 후 다른 색을 형성하는 공간으로 이동, 부화소 피치만큼 FMM을 움직인 상태에서 다른 색을 증착하여가는 공정입니다.
이 때 FMM은 대략 50마이크론 두께의 금속 구조물인데 기판과 잘 밀착되도록 하기 위하여 일정한 힘으로 스트레칭 시킨 후에 프레임에 용접하는 인장 용접 방식으로 만들어집니다. FMM은 주로 기판 상부에 위치하는 자석을 이용하여 기판에 부착되며, 소재나 가공 정밀도, 대형화, 그리고 국산화 등에서 추가로 개발이 필요한 분야이죠. 예를 들어, 이론상으로는 4K 이상의 해상도를 위해서는 FMM의 두께가 15마이크론 이하가 되어야 합니다. 그러나 기존 방식으로는 패터닝, 식각, 인장, 용접 등의 과정에서 여러 문제점들이 예상되며, 보다 향상된 제조 방법을 필요로 합니다. 따라서 전기 주조(electroforming), 레이저 가공(laser machining) 등이 제시되고 있죠. 먼저, 전기 주조법은 ITO 기판에 감광제(PhotoResist, PR)를 코팅, 원하는 모양을 패터닝한 후 니켈-철을 함유한 용액에 함침하여 원하는 두께만큼 금속을 도금하고 감광액을 제거, FMM을 제조하는 방식입니다. 레이저 가공의 경우, 금속판에 레이저를 조사하여 가공하는 방식으로 미세하며 다양한 패턴도 가능하다는 장점이 있습니다.
이에 더하여 쉐도우 마스크가 지닌 기본적인 한계도 있습니다. 즉, 증발원으로부터 마스크에 이르는 승화, 증착 각도, 마스크의 두께 등으로 인하여 마스크 홀을 통해 만들어지는 부화소들의 모양이 마스크 홀과 정확히 일치되기가 만만치 않지요. 이러한 현상을 마스크의 그림자 효과(shadow effect)라고 합니다. 마스크의 크기가 증가하면서 기판과 밀착이 되는 정도도 느슨해져 처짐이 일어나고, 마스크 두께도 더 이상 얇아지기가 어려워지면서 점점 더 한계에 이르고 있습니다. 이에 더하여 마스크 홀을 통과하지 못하는 소재들의 손실이 크고, 또한 마스크 제조 기술 자체도 난이도가 증가하고 있죠. 따라서 새로운 개념의 증착 기술, 더 나아가서는 패터닝 기술의 등장이 필요한 시점입니다. 패터닝이 불필요한 오프 마스크 기술은 현재 OLED TV에 활발히 적용되고 있으며, 면 증발원(plane source) 기술, 그리고 레이저 전사법, 인쇄법 등도 개발이 되고 있습니다. 특히, 선형 증발원(linear source)를 면 증발원(plane source)로 바꾸게 되면 승화된 유기 물질의 입사각을 줄일 수 있다는 특징이 있죠.
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# 더! 생각해보기
a. OLED의 RGB 패터닝에서 사진식각공정이 어려운 이유는 왜일까
b. 그래서 어떤 기술들이 어떻게 발전하여 왔으며, 지금 주류가 되고 있는 기술은 무얼까
c. 앞으로는 어떤 패터닝 기술들이 더 등장하고 발전할까
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