고분자 OLED가 발표된 이래로 OLED를 용액 공정으로 제조하고자 하는 시도는 오래 전부터 지속되어 왔습니다. 용액 공정은 곧, 프린팅 공정에 해당하며, 이에 관하여 살펴보기 전에 2000년대의 용어인 인쇄 전자공학(printed electronics)을 알아보죠. 1900년대 초반의 진공 3극관 등장, 1900년대 중반의 트랜지스터 등장, 그리고 2000년대는 인쇄된 트랜지스터의 등장으로 표현하기도 합니다. 즉, 고체 전자공학(solid state electronics)의 시대에도 진공 미세 전자공학(vacuum microelectronics)과 인쇄 전자 공학이란 기술 분야도 함께 존재하고 있죠.
인쇄 전자공학은 인쇄 공정과 기존의 미세 전자공학이 융합하여 만들어진 용어입니다. 그리고, 실리콘이 중심이 되어온 기존의 집적 회로에 비해 다양한 특징들을 지지고 있죠. 즉, 불안정하고 위험성이 높은 기체 대신에 안정된 고제 분말 기반의 페이스트를 핵심 소재로 사용하고, 기판의 선택은 반도체 기판이나 유리, 나아가서는 플라스틱 기판 등으로 자유로우며, 특히 플라스틱과 같은 유연한 기판에 대해서는 용액 공정을 기반으로 한 두루마리 방식의 제조가 가능하죠. 이에 더하여 진공 기반이 아닌 대기압 분위기에서의 공정이 가능하므로 생산성이 높고, 비교적 안정된 소재들을 사용하여 친 환경적이기도 합니다. 물론 이러한 특징들이 발휘되려면 기술 개발이 지속되어야 하며, 특히 미세 패턴의 집적도나 소자의 성능면에서는 극복할 수 없는 한계가 예상되기도 하죠. 그럼에도 불구하고, 선택이 자유로운 기판의 사용과 대면적화, 제조 공정의 용이성과 낮은 가격, 그리고 환경 친화성으로 대표되는 잠재적인 장점들은 많은 관심을 끌기에 충분합니다.
이러한 인쇄 전자공학은 연관된 정도에 따라 여러 이름으로도 불리고 있는데, 예를 들어 휠 수 있는 기판 적용이 가능하므로 유연 전자공학(flexible electronics), 대면적 혹은 마이크로와 대응되는 용어로 매크로를 사용하여 매크로 전자공학(large area or macro electronics)이라는 명칭도 사용 중입니다. 유럽에서는 주로 유기 전자공학(organic electronics)이 친숙한데, 이는 유기물이 기판이 되는 용액이나 잉크 소재를 주로 사용함을 의미하며, 영국에서는 플라스틱 전자공학(plastic electronics)을 많이 사용합니다. 이러한 명칭들은 각각 인쇄 전자공학의 다양한 특징들을 나름대로 대변하고 있죠.
인쇄 전자공학의 응용 범위는 실로 다양합니다. 높은 집적도와 고속 대용량 특성이 꼭 필요한 분야를 제외하고는 대부분 응용 범위에 포함됩니다. 디스플레이와 반도체 소자, 센서류는 물론 태양 전지로 대표되는 에너지 하베스터와 같은 전력 저장 및 공급 소자에 이르기까지 광범위한데, 크게 묶어서 디스플레이 분야, 반도체 소자 분야, 그리고 에너지 분야로 구분합니다. 디스플레이 분야에는 용액형 OLED를 비롯하여 TFT 백플레인, 터치 센서 패널이 포함되며, 반도체 소자 분야는 전자 테그인 RFID(Radio-Frequency Identification), 저장 소자, 그리고 센서들이 포함되죠. 에너지 분야는 효율은 다소 낮아져도 대면적, 저가격을 특징으로 하 는쪽에 강점이 있는데, 예를 들어 유기 혹은 무기 태양 전지들이 넓게 포함될 수 있습니다.
그리고 공정 기술 분야입니다. 가장 편리한 접근 방식은 기존에 종이나 섬유에 사용되어 온 인쇄 방식을 활용하는 것입니다. 물론, 사용되는 잉크 소재나 인쇄의 정밀도, 용도면에서 확연히 차이가 날지라도 이미 확보된 인프라나 아이디어를 토대로 할 수 있다는 장점이 있죠. 이러한 기존의 인쇄 방식(conventional printing)에는 플렉소그래피(flexography), 그라비아 인쇄(gravure printing, offset, reverse), 오프셋 리소그래피(offset lithography), 그리고 스크린 인쇄(screen printing) 등이 있습니다. 그리고 임프린팅(imprinting) 방식이 있습니다. 이는 스탬프를 사용하여 요철을 형성하거나 마치 도장을 찍듯이 소재를 전사하는 과정을 기반으로 하죠. 임프린트 리소그래피(imprint lithography), 마이크로 컨택 프린팅(Micro Contact Printing, MCP), 그리고 몰딩(molding)등으로 구분됩니다.
또 다른 그룹으로 주사형 노즐 인쇄(scanned nozzle printing)가 있는데, 이는 작은 구경을 갖는 노즐을 통하여 소재를 분출하는 방식이며, 세분화하면 에어로졸 인쇄(aerosol printing), 잉크 젯 인쇄(Ink-Jet Printing, IJP), 그리고 유기 증기상 분사 인쇄(Organic Vapor Jet Printing, OVJP) 등이 있죠. 이상은 기존의 방식을 기반으로 하는지, 혹은 스템프나 분출 기구를 사용하는지를 특징으로 하여 구분하였으며, 이 외의 인쇄법들로는 가장 일반적인 스핀 코팅(Spin coating)을 비롯하여 레이저 등을 이용한 전사 인쇄(transfer printing, thermal imaging)와 같은 기술들이 속속 등장하고 있습니다. 특히 노즐 기반의 인쇄법은 잉크 젯 프린팅으로 대표되는데, 이는 컴퓨터 지원 설계나 제조(computer-aided design or manufacturing, CAD, CAM) 기법을 적용하고, 기판과 공정 기구가 실제로 닿지 않는 비접촉 방식이며, 별도의 패터닝을 필요로 하지 않는다는 점 등의 특징으로 많은 관심을 받고 있습니다. 물론, 프린팅 공정 각각의 특징과 장, 단점이 있겠지만, 중요한 포인트는 실현할 수 있는 최소 선폭과 함께 단위 시간에 제조되는 면적, 즉 생산성이 될 것임은 자명합니다. 즉, 미세한 선폭으로 단시간에 넓은 면적을 제조할 수 있는 프린팅 공법이 주류가 되겠지요. 물론, 제조 방식은 기존의 고분자 공정인 프린팅 후 열처리 과정이 반복되는 두루마리 공정을 지향할 것입니다.
# 계속 업그레이드 됩니다. 참고로 하고 있는 여러 자료들의 제공에 감사를 표합니다.
# 의견과 조언, 수정과 요청은 늘 환영합니다. 댓글이나 전자메일로~ bkju@korea.ac.kr
# 저작자, 본 사이트를 반드시 표시, 비영리적으로만 사용할 수 있고, 내용 변경은 금지합니다.
# 더! 생각해보기
a. 인쇄 전자공학(printed electronics)를 이해하자
b. 인쇄 전자공학은 OLED 분야에 어떻게 적용될 수 있을까
'공부와 생각들 > 디스플레이 공부' 카테고리의 다른 글
| 5-25) OLED, 기술 이슈들, 생산에 관하여, 검사와 센서 (1) | 2020.01.25 |
|---|---|
| 5-24) OLED, 기술 이슈들, 생산에 관하여 (0) | 2020.01.24 |
| 5-22) OLED, 기술 이슈들, 공정에 관하여 (0) | 2020.01.22 |
| 5-21) OLED, 기술 이슈들, 신축성에 관하여 (0) | 2020.01.21 |
| 5-20) OLED, 기술 이슈들, 유연함에 관하여, 투명 전극 (1) | 2020.01.20 |