기술에 있어서 ‘포화(saturation)’라는 단어는 적절치 않겠지만, 수요와 시장이 불확실하고, 응용도 역시 명확히 보이지가 않을 때 기술의 원치 않는 ‘정체기’가 찾아옵니다. 이 시기에서는 가격 경쟁력이 우선이죠. 인간의 값싼 노동력으로 가격을 경쟁하던 시대는 지나고 있습니다. 엊그제 사용자와 근로자 사이에서 어렵게 조정된 2020년도 최저 임금은 비단 우리나라의 일만이 아닙니다. 인건비가 더 낮은 땅을 찾아서 언제까지 전전하여야 할까요? 이제는 지능과 판단력을 가진 기계와 로봇들이 생산 현장에 더욱 강하게 투입되어야 합니다. 인건비를 줄이고 생산성을 높이는 일이죠. 생산성이 향상된다면 성능이나 규격이 대등하여도 중국 제품을 가격으로 이길 수 있습니다. 그래서 필요한 생산 자동화입니다. 이제, 디스플레이 중에서도 선점자 유지에서 더욱 절실한 OLED에 대하여 생산과 자동화의 이야기로 들어가보죠.
사실 OLED는 현재 상태도 준 생산 자동화 단계라고 볼 수 있습니다. 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT) 백플레인과 양극인 ITO(Indium Tin Oxide)가 형성된 기판이 OLED 증착기에 투입되는 순간, 세정부터 전자와 정공의 주입층과 전송층, 캐리어 차단층, 그리고 발광층과 같은 유기물 층들의 증착, 스텝별 인 라인 검사와 측정, 그리고 패널의 끝 공정인 봉지(encapsulation)에 이르기까지 외부로 전혀 노출되지 않고 클러스터 안에서 이루어집니다. 유기물, 그리고 유기물과 전극 계면이 산소와 수분에 취약하다는 점이 주된 이유가 되죠. 즉, 백플레인 공정, OLED 증착 공정, 봉지 공정으로 이루어지는 OLED 패널 생산에서 OLED 증착과 봉지 공정이 무인 자동화가 된 셈입니다.
물론 몇 가지 개선과 보완이 필요한 이슈들은 있습니다. 즉, 형광 물질을 인광 물질로 대체하는 과정(녹색과 적색은 인광 물질로 대체되었지만, 현재 파랑은 형광 물질을 사용 중), 그리고 양자점을 적용하게 될 과정들은 더욱 까다로운 맞춤형 증착 공정과 검사를 요구하며, 해상도가 높아질수록 FMM(Fine Metal Mask) 기반 공정은 더욱 정밀하게 제어되어야 합니다. 그리고 소자의 택트 타임이 짧아질수록, 즉 소자가 클러스터 챔버 내에 머무는 시간이 줄어들수록 양질의 소자가 만들어져서 수명이 증가한다는 연구 결과가 발표되었죠. 봉지 공정에 있어서도 종래의 캔 방식이나 하이브리드 방식에서 완전한 박막 봉지(Thin Film Encapsulation, TFE)방식으로 전환하면서, 유무기 다층 박막들의 증착과 검사 라인도 보완되어야 하고, 특히 유기물 층 도포를 위한 작업 라인을 어떻게 배치할지도 관건입니다. 패널의 마무리 단계인 온셀 터치(on cell touch) 패널의 탑재도 가급적 클러스터 안에서 해결이 되어야 합니다. 요약하자면, OLED 생산에서 주목할 점은 클러스터 내에서 무기와 유기층들의 연속적인 증착과 봉지 공정, 그리고 온셀 터치 패널 작업까지 이루어지며, 이와 함께 표면의 결함이나 오염, 형성된 유무기 층들의 특성, 제조된 소자의 전기광학적 성능, 모두가 인 라인 검사와 측정으로 수행되어야 한다는 점입니다. 이제, 생산 자동화의 중요한 이슈인 인 라인 검사와 측정, 그리고 국부적인 수리 부분으로 설명을 이어가 보죠.
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# 더! 생각해보기
a. OLED의 생산 시간이 짧아질수록 불량률이나 수명 등이 개선될 수 있다는 근거를 더 조사해보자
b. 중국 기술이 동등 수준이 되면 시장에서 우리는 언제까지 물러서야만 할까. 함께 고민하여보자
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