OLED 이야기, 9) 화소 만들기

2-8 화소 만들기 - YouTube

 

 

 

OLED 증착 공정

 

Q) 증착기 안으로 반입된 기판 위에는 OLED용 유기층들이 하나 둘, 차곡차곡 쌓여가겠죠?

A) 네, 양극 패턴까지 만들어져서 증착기 안으로 반입된 백플레인 기판은 세정 과정을 거친 후 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층까지의 유기물 증착, 그리고 금속 음극의 증착이 순차적으로 이루어집니다. 특히 발광층은 빛의 3원색인 빨강, 초록, 그리고 파랑을 만들어내는 각각의 (부)화소들로 패터닝이 되어야 하는데, 이 부분이 만만치 않습니다.

Q) 네, 영상을 표현하기 위해서는 패터닝된 화소들을 만들어져야 하는데, 이를 위해 특별한 공정을 적용한다고 들었습니다. 이유는 무얼까요?

A) 화소들은 각각 서로 다른 색과 밝기를 가지고 영상을 표현합니다. 그리고, 화소들의 크기가 작아질수록 영상의 섬세함, 즉 해상도가 높아지죠. 그래서 화소들은 작은 사각형 모양 등을 가져야 하는데, 이를 위한 패터닝이 어렵다는 말입니다. 일반적으로 알려진 패터닝 방법은 사진 식각 공정(photolithography)으로, 컬러 포토 레지스트를 도포하고 마스크를 사용, 자외선을 선택적으로 조사, 현상 과정을 거쳐 모양을 만들어갑니다. 그런데, OLED의 화소 패터닝에는 이 방법을 적용할 수가 없어요. 현상액이나 식각 용액이 반드시 물을 필요로 하기 때문이죠. 그래서 OLED의 화소 제작에는 물을 사용하지 않는 공정이 필요합니다.

Q) 물을 사용하지 않는 패터닝, 조금 더 자세히 설명해주실까요?

A) OLED에서 컬러를 구현하는 방식들은 다양하게 개발되어왔지만, 현재 제품에 적용되고 있거나, 적용될 방식은 세가지로 분류됩니다. 빨강, 초록, 파랑 부화소들을 별도로 구성하는 방식(RGB OLED), 백색 OLED위에 RGB 컬러 필터를 설치하는 방식(WOLED+CF), 그리고 청색 OLED 위에 빨강과 초록용 색변환층을 설치하는 방식(BOLED+CCL)으로 구분되죠. 물론 세 방법 공히 유기물과 물, 습기의 접촉을 피할 수 있죠. 이들 중에서 RGB OLED 방식은 현재 소형과 중형 모바일 기기, WOLED+CF 방식은 대형 TV에 주로 적용이 되고 있죠.

Q) 특히, 스마트폰이나 태블릿 PC용 OLED에 적용되고 RGB OLED 방식을 먼저 알아볼까요?

A) 네, RGB OLED 방식에서는 발광층 증착 과정에서 컬러 구현을 위해 빨강, 초록, 파랑에 대한 발광층들이 작은 구멍들, 즉 뒤에 화소가 될 영역들이 오픈되어 있는 미세 금속 마스크(FMM)의 부화소용 홀을 통하여 증착됩니다. 즉, 증착원으로부터 승화된 발광 소재들이 연이어서 기판에 증착되도록 하는 공정으로 한 가지 색을 형성한 후 다른 색을 형성하는 공간으로 이동, 화소 피치만큼 FMM을 움직인 상태에서 다른 색을 증착하여가는 공정이죠.

Q) 화소의 크기가 작아지고, 화면이 커질수록 적용하기가 어렵겠네요.

A) 그렇습니다. FMM의 두께가 50마이크로 정도, (부)화소의 크기도 그 정도에 이르고 있으니 기본적인 한계가 있죠. 즉, 증발원으로부터 마스크에 이르는 승화, 증착 각도, 마스크의 두께 등으로 인하여 마스크 홀을 통해 만들어지는 부화소들의 모양이 마스크 홀과 정확히 일치되기가 만만치 않아요. 이러한 현상을 마스크의 그림자 효과라고 하죠. 더구나 마스크의 크기가 증가하면서 기판과의 밀착도 느슨해져 처짐이 일어나고, 마스크 두께도 더 이상 얇아지기가 어렵죠. 이에 더하여 마스크 홀을 통과하지 못하는 소재의 손실도 큽니다.

Q) 그래서 TV용과 같은 큰 OLED에서는 패터닝 문제에서 비교적 자유로운 방식을 채택하였군요.

A) 맞습니다. 이를 오픈 마스크 공정이라고도 하는데, 말 그대로 마스크를 오픈하여 패터닝없이 넓은 면적의 백색 OLED를 형성하고, 패터닝 기술이 확보된 RGB 컬러 필터를 부착하는 WOLED+CF 방식이 대표적이죠. 다만, 이 경우에는 각 화소마다 밝기가 3분지 1로 떨어지게 되고, 또한 색깔도 컬러 필터에 전적으로 의존할 수 밖에 없다는 점을 감수하여야 합니다. 이러한 점들을 고려하여 파란색 OLED에 빨강과 초록용 양자점 층을 적용하는 진화된 BOLED+CCL 방식, 즉 양자점 OLED로의 전환도 이루어지고 있는데, 이에 관해서는 뒤이어 설명을 이어가겠습니다.

 

# 다양한 참고자료들을 사용하였기에 일일이 인용을 명시하지 못하였음을 양해바랍니다.