16 공업화학 전망, 제11권 제5호, 2008

기획특집 반도체 기술－

대면적 OLED용 화소형성 기술별 현황 및 전망

전 우 식⋅이 성 택⋅권 장 혁†

경희 학교 정보디스 이학과

Technology Status and Future Trend on OLED Pixel Patterning Process for Large

Mother Glass Production

Woo Sik Jeon, Seong Taek Lee, and Jang Hyuk Kwon†

Department of Information Display, Kyung Hee University, Seoul 130-701, Korea

Abstract: 소형 디스 이용 AMOLED가 상용화 되면서 TFT LCD와 경쟁이 가능한 기술로 발 이 상되고 있다. 형

화의 목 은 가격화를 통한 가격 경쟁력의 확보이며 이를 구 하기 해서는 AM 기 기술개발과 OLED 화소형성 기

술의 신이 요구되어진다. OLED 화소형성 기술은 재 Fine Metal Mask법, laser법, 용액기반 잉크젯법 그리고 white

OLED + C/F법 등으로 구분되어 개발이 되고 있으며 이들 기술의 황과 미래를 정리 요약하 다.

Keywords: OLED, pixel patterning, fine metal mask, ink-jet, laser transfer

1. 서 론1)

최근 OLED 디스 이는 LCD에 비해 자

발 , 소비 력, 뛰어난 시인성 등의 우수한

특성을 인정받아 차세 디스 이로 각 을

받고 있으며 그리고 고효율, 친환경, 우수한

디자인성을 바탕으로 조명시장에서도 큰 주목

을 받고 있다[1]. 재 디스 이 분야는 수

동형 구동방식(passive matrix)을 용한 패

기술에서 발 하여, 삼성 SDI와 LG 디스

이가 2인치, 2.2인치 능동형 구동방식 AM

(active matrix) OLED를 양산하고 일본의

Sony가 11인치 AMOLED TV를 매하면서

세계 으로 OLED 산업을 부각시키고 있다.

그리고 올해에는 미국에서 열린 SID에서 삼성

SDI가 31인치 AMOLED TV를 제작하여

LCD와 경쟁할 수 있는 가능성을 보여주고 있

다[1]. 앞으로 OLED가 LCD와의 경쟁에서 이

†주 자(E-mail: jhkwon@khu.ac.kr)

기기 해서는, 소자의 특성도 요하지만, 소

형패 의 양산에 안주하지 않고, 형 형

까지 양산할 수 있는 면 OLED 양산기술

개발이 무엇보다도 요하다. 재까지의 LCD

산업을 보면, 90년 1세 기 (300 × 350

mm)에서 LCD패 양산을 성공한 이후 재

에는 52인치 6장을 한번에 만들 수 있는 8세

기 (2500 × 2200 mm2)까지 성장하 다.

기 크기의 증가는 생산량을 늘릴 수 있고, 제

품을 단가를 낮출 수 있기 때문에 시장에 빠

르게 확산할 수 있는 기반을 조성하 다. 기

크기의 증가는 단순히 기 크기만 증가한 것

이 아니라, 기 크기에 맞는 LCD 소재, 공정

장비 기술의 개발 발 이 선행되었기

때문에 가능한 일이었다. 이와 같이 OLED 디

스 이도 기 형화를 한 여러 가지 기

술이 선행되어 개발이 이루어져야 한다. 재

형화의 가장 어려운 기술은 OLED용 TFT

(Thin Film Transistor) 기술의 개발과 면

OLED 화소형성 기술의 개발 부분이다. 본 보

KIC News, Volume 11, No. 5, 2008 17

Figure 1. AMOLED 구조와 화소의 형태.

고서에서는 재 개발이 활발히 진행되고 있

는 OLED 면 화소 형성기술에 하여 소

개하고자 한다.

2. 대면적 화소형성 기술의 정의

디스 이에는 full color display 구 을

하여 빛의 3원색인 빨강, 록, 랑의 기본

화소가 필요하다. 이 화소에서 방출되는 빛들

의 혼합을 통해 우리가 원하는 화상의 색들을

구 하게 된다. 화소형성 기술이란 빨강,

록, 랑의 기본 화소의 형성 방법을 말하는

것으로 매우 정교한 인쇄기술이 필요하다.

AMOLED에서 화소의 구조는 Figure 1에서

나타낸 것처럼 에서 측 시 TFT 기

에 일반 으로 RGB가 각각 형성된 구조를 가

지며, 쪽에서 보면 각 화소사이에 블랙매트

릭스가 형성되어 있다. 이는 OLED의 다양한

발 방식인 면 발 (top emission), 배면 발

(bottom emission), 양면 발 (both side

emission)과는 상 이 없이 이루어져 있다.

AMOLED에 있어 화소의 형성방법으로는

증착방식을 이용하는 fine metal mask (FMM)

방식과 white OLED + color filter (C/F)방

식, 용액 인쇄방식인 잉크젯 방식과 이 인

쇄법으로 나 수 있다. FFM방식은 진공챔버

안에서 마스크를 기 에 align하여 원하는

역에만 유기물을 증착하여 화소를 형성하는

방식이다. 이 방식의 경우 RGB의 삼원색을

각각의 발 층에 직 형성 활용하여 그 소자

의 특성과 빛의 이용효율이 높은 장 을 갖고

있다. 사용하는 재료는 분자 물질을 이용하

고 있다. White OLED + C/F 방식은 white

OLED를 증착방식으로 면에 증착한 후 백

색의 빛을 color filter를 통해 화소를 나타내는

기술이다. 잉크젯 방식은 용액으로 만들어진

유기물질을 노즐과 헤드를 통하여 원하는

pixel 부 에 drop하여 인쇄하는 기술이다.

이 사법은 도우 기 는 사기 상

에 증착 재료나 용액 재료를 성막한 후 하부

기 과 합착하여 학 스테이지 에서 이

의 스캔에 의해 패터닝이 이루어지는 방법

으로써, 재 많은 심을 끌고 있는 방법이

다. Table 1에서는 기술에 따른 특징 황

을 간단히 나타내고 있고, 다음에서 각각의 기

본 인 원리와 문제 을 알아보자.

3. Fine Metal Mask (FMM) 법

FMM 방식은 주로 분자 재료를 용하여

고진공하에서, Figure 2에서 보여지는 바와 같

이 박막의 속 mask를 기 에 착시켜서

원하는 치에만 OLED 재료를 증착하여 화소

를 형성시키는 방법이다. Full color OLED의

18 공업화학 전망, 제11권 제5호, 2008

Table 1. OLED RGB 독립 패터닝 방식 비교표

구 분 FMM 방식 용액 인쇄방식 Laser 방식

재 료 분자 재료 분자 는 고분자 용액 분자, 고분자

패 터 닝

정 도± 20 µm ± 15 µm (잉크젯) ± 2.5 µm

해 상 도 ~ 200 ppi ~ 200 ppi ~ 300 ppi

특 징

⋅OLED 소자특성 우수

⋅소자최 화 용이

⋅양산 용 검증 완료

⋅고해상도, 형화 어려움

⋅ 형화 용이

⋅설비가격 감 가능( 기압하에서 공정)

⋅OLED 소자특성 떨어짐

⋅유기막 층 어려움

⋅ /고분자 모두 용

⋅ 형화 용이

⋅고해상도 가능

⋅설비 인 라 부족

황2세 양산 용

4세 개발 진행

4세 개발 진행 이나

특성 하로 어려움4세 개발 진행

Figure 2. FMM법 공정개략도.

구 을 해서는 red, green, blue 각각 세 번의

mask 공정을 거치게 된다. 통상 으로 OLED

에 이용되는 FMM은 50 µm 두께의 속 박

막을 이용하여 제조하게 된다. 이러한 박막

속을 공정상에서 다루기 해서 FMM을 속

frame에 용 하여 이용하며, FMM과 기 의

착도를 향상시키고, 패턴 정 의 향상을

하여 FMM에 일정한 힘을 가하여 스트 칭

시킨 후 frame에 용 하는 인장 용 방식을

이용한다. 특히 면 화를 해서는 FMM의

설계 제작 기술의 향상뿐만 아니라 인장

용 련 기술 개발도 이루어져야만 한다.

FMM법에 있어서 패턴 정 도는 Figure 3

에서와 같이 shadow effect, mask total pitch

변동, 그리고 mask slit tolerance로 설명되어

진다. Shadow effect는 OLED 재료를 가열하

여 증착시키는 source 크기 그 치, FMM

의 두께와 open 역의 크기, 그리고 기 과

FMM의 착도 등에 의하여 결정되며, 재

는 약 2~5 µm인 것으로 알려져 있다. FMM의

제작 인장/용 공정에서 야기되는 FMM

total pitch 변동은 ± 10 µm 수 이며, slit

tolerance는 ± 10 µm 정도이다. 그리고 FMM

을 기 상에 align하는 치정 도는 ± 5 µm

이내이며, 그 결과 FMM의 패턴 정 도는

략 ± 20 µm 정도라고 할 수 있다.

이러한 FMM법의 정 도와 공정성의 개선

은 꾸 히 진행되고 있다. 삼성SDI에서는 4세

기 의 반 크기인 460 × 730 mm2에서의

FMM제작 용이성 패턴 정 도를 향상시키

기 하여, 460 × 730 mm2 크기의 FMM를

직 제작하는 방식이 아닌, 몇 개의 block으

KIC News, Volume 11, No. 5, 2008 19

Figure 3. FMM법에서의 패턴 정 도 결정 요인들.

로 나 어 제작한 후, frame에 인장 용 하여

사용하는 분할 마스크 방식을 개발 용하고

있다. 한, 면 증착에 있어서 한 칼라의

증착을 통상 으로 하나의 FMM을 사용하는

것과는 달리, 두 번에 나 어 증착하는 방식도

개발 이다. 삼성 SDI는 이러한 기술 개발

성과의 하나로써, 2008년 CES show에서 31''

FHD TV를 발표하기도 하 다[1]. 한편 만

의 AUO는 같은 색의 화소를 서로 인 하게

치시키는 새로운 sub-pixel design을 개발하

으며, 135 ppi 해상도의 FMM을 이용하여,

270 ppi의 3'' VGA AMOLED를 개발하고 2005

년 일본 FPD international 학회에 발표하기도

하 다.

기 이 형화됨에 따라서, 증착기 내에서의

기 처짐 상은 더 심화되게 된다. 아울러

인장, 용 된 FMM에서의 처짐 상도 상

되므로, FMM의 설계 제작 기술뿐만 아니

라, 증착 장비에 한 연구도 요하며, 실제

로도 장비에 한 연구 개발이 세계 으로 활

발하게 진행되고 있다.

증착장비로는 미쯔비시 공업에서 In-line

형태의 OLED 진공증착 장비를 개발하여 2009

년부터 제품 양산 계획하고 있고, Tokki는 최근

삼성 SDI에 730 mm × 460 mm2의 AMOLED

장비를 납품, 재 pannel 생산 에 있다. 독일

의 Aixtron은 CCS (close coupled showerhead)

방식을 이용한 OVPD (Organic vaper phase

a) OVPD

b) KVIS

Figure 4. Aixtron사의 OVPD와 Kodak의 KVIS.

deposition)장치를 개발하 지만, 면 에는 아

직 미 용하고 있는 상태이다. 한 압력 센서

를 통한 제어 host, dopant혼합 증착 방식을

사용한 Kodak의 KVIS (Kodak vapor injector

source)가 있다.

20 공업화학 전망, 제11권 제5호, 2008

국내의 증착장비로는 주로 2세 으로 양

산을 진행하고 있으며, 4세 기 을 단하여

증착 지 공정을 진행하고 있다. TV를

생산하기 해선 5세 이상의 면 장비

가 필요하며, 가 생산이 가능하도록 빠른

tact time 물질 사용 효율을 향상시킬 수

있는 기술이 필요하다. 국내 업체로는 선익시

스템, ANS, 두산 메카텍 등이 AMOLED 증

착장비 생산하고 있다[2]. 선익시스템은 국내

에서는 최 로 2세 PMOLED 장비 양산

화에 성공하여 네오뷰코롱에 납품, 삼성 SDI

와 삼성 자에는 pilot 2세 AMOLED 장

비 납품, 독일과 국에 2세 양산 장비를

수주하고, 두산 메카텍은 4세 (730 × 920

mm2) 연구용 증착기 제작 기술을 보유하고

있으며 삼성SDI의 4세 이 사법 pi-

lot설비의 증착 설비를 납품하 으며, 최근

CMEL에 3.5G 장비를 수주하고 있다. 한편,

ANS는 DSP라는 측면 하향 증착이 가능한

방식을 개발 에 있다. 국내 기업들은 반

으로 연구개발용 증착기 기술은 우수한 편이

나 양산기술 일본 기업에 비해 다소 미진한

편이라 할 수 있다. 이런 증착기술은 타 기술

에 비하여 소자의 효율과 안정성 부분에 있어

우수하지만 재 국내 해외에서 사용 인

증착 system의 부분은 형 기 으로 진행

할수록 기존의 증착 방법(point source사용, 상

향식증착)에 한 많은 한계 이 발생되고 있

다. 를 들어 기 의 non-uniformity 확보방

법과, 증착 효율 개선시 발생되는 기 온도

상승, 형 shadow mask의 제작과 공정 진행

시 연속가동시간에 미치는 향, 형 기 의

반송 방법과 운 에 의한 tact time (T/T)

향, 동일 품질의 제품 생산(재 성)을 가능하

게 하는 rate, temp, 증착 source의 수명 등의

문제 들이 두되고 있다. 이러한 문제 외

에도 요한 면 화소형성 기술의 요소로

서 T/T과 연속가동시간, non-uniformity를 들

수 있다. 일반 으로 T/T이란 연속 생산시 생

산품 1개를 생산하기 해 필요한 시간을 말

하며, 이를 구성하는 것은 증착공정시간, 얼라

인먼트(alignment) 시간, 기타 moving시간으

로 구성되어 있다. 재 양산 인 2세 장비

의 경우 4분의 T/T을 가지고 있고, 량 생산

형화 장비를 구성하는데 있어 목표 T/T

은 국내외 모두 2분을 target으로 잡고 개발

이며, 이를 해서는 공정시간을 단축할 수 있

는 source의 개발과, 형기 과 마스크를 빠

르고 안정되게 반송할 수 있는 증착 시스템을

필요로 한다. 다음으로 연속가동시간이란 고

진공을 유지한 상태에서 계속 증착공정을 할

수 있는 시간을 나타낸다. 공정시간에 미치는

요인으로는 증착 source의 투입 가능량, rate

sensor의 수량 등이 있으며, 연속 가동시 생산

량에 향을 주는 인자로는 shadow mask 교

체 시간, 증착 source revolving (revolving

system을 사용할 경우), rate안정화 등이 있

다. PM (preventive maintenance)시간을 최

소화하고 장시간 연속 가동이 가능해야 생산

효율을 높일 수 있기 때문에 모든 업체들이

가동 시간을 최 한으로 끌어올리기 한 개

발을 진행하고 있다. 일본 장비업체에서는

144 h에서 2주간의 가동시간을 목표로 하고

있다. 마지막으로 non-uniformity는 재 성과

도 한 계가 있을 뿐 아니라 한 기 에

서의 균일도(uniformity)를 확보하여 동일한

제품을 만들어 내는 요한 factor이다. 향후

형기 을 이용한 양산시 균일도를 확보하는

것은 더욱 요한 과제로 이는 면 용 증착

source, 형 장비의 정 가공, 안정된 align-

ment 시스템 등이 기본 으로 이루어져야 가

능하며, 이들의 조화로운 구성 공정 능력을

필요로 한다. 에서 나타낸 요소는 국내/외

모두 재 기술 개발 단계이거나 미진행 상태

로 향후 국제 시장 선 을 해서 빠른 개발

이 필요하다.

KIC News, Volume 11, No. 5, 2008 21

Figure 5. LITI 공정개략도 학시스템의 구성.

4. 대면적 레이저 인쇄법

이 사법은 방식에 따라 laser induced

thermal imaging (LITI), radiation induced

sublimation transfer (RIST), laser induced

pattern-wise sublimation (LIPS)으로 나 수

있다. 먼 LITI 방식은 RGB 유기 물질이 도

포된 필름을 AMOLED backplane 기 에

착시킨 후, 이 (Nd-YAG)를 필름 뒤에서

스캔하여 유기물질을 필름에서 기 으로 trans-

fer 시켜 화소를 형성하는 방법이다[3,4]. 이

방식은 필름을 착시키기 때문에 정렬 정

도가 매우 높으며 이 빔 크기에 따라 소형

기 의 미세 패턴으로부터 형기 의 균일

한 화소형성 패턴에까지 응이 용이하다

(Figure 5). 이 기술을 이용하여 美 3M사와

국내 삼성 SDI에서 공동으로 개발하여 2002년

3.6인치 AMOLED를 처음으로 보고하 고,

이후 기술개발이 꾸 히 진행되어 재는 세

계 최고 해상도(302 ppi) AMOLED, 형

(17인치 ) 제품의 발표에까지 이르고 있으며 4

세 이상 의 AMOLED 개발을 목표로 투자

기술개발이 활발히 이루어지고 있다.

다음으로 RIST 기술은 이 sublimation

에 의한 비 방식 transfer patterning 기술

로서 美 Kordak사에서 개발하여 2.4'' (222 ×

284 × RGB) 의 AMOLED를 2005년 SID

Figure 6. RIST 방식의 사층 필름 구성도.

학회에 보고하 다[5]. 도 필름과 기 사이

에는 1∼10 µm의 spacer를 삽입하여 간격이

일정하게 유지되도록 하며, 40 nm의 크롬 흡

수층을 포함하는 도 필름에 고에 지의 이

빔을 scan하여 진공 에서 도 필름에 도

포된 유기물질이 승화되어 receiver기 으로

이동되도록 하는 기술이다. 사층과 필름의

구조를 Figure 6에 나타내었다.

LIPS 기술은 diode laser를 사용하여 승화에

의한 비 방식 transfer patterning 기술로서

美 Kodak사에서 개발한 RIST와 유사하다[6].

기술 으로 다른 은 도 필름을 필름이 아닌

유리기 을 사용하여 두 기 사이의 진공을

쉽게 만들 수 있는 장 이 있다(Figure 7). 일

본 Sony에서는 이 기술을 이용하여 2007년 SID

학회에 발표한 27인치 AMOLED를 발표하 다.

22 공업화학 전망, 제11권 제5호, 2008

Figure 7. LIPS 방식의 공정 개략도.

Table 2. 이 법 국내/외 기술 개발 황

기술명 개발 단계 개발 내용 개발주체

이 사공정R&D

Pilot

RIST 방식을 이용한 patterning

2.4'' (222 × 284 × RGB) AMOLED Kodak

LIPS 방식을 이용한 TFT 결정화

AMOLED 화소형성기술

27 inch AMOLED 개발

Sony

LITI 방식을 이용한 AMOLED 제조방법

4세 설비 가동

300 ppi 고해상도 공정을 개발

Samsung SDI

이 사형

소자기술R&D

Laser induced thermal patterning (LITI) donor film

사법 개발3M

Laser patterning 에 의한 organic thin film transistor Dupont

이 사용

공정 설비R&D

이 사용 설비개발Shibaura

mechatronics

200 mm 이하 기 의 R&D용 이 사 설비 개발 에스에 에이

Table 2에서는 이 사법을 이용한 화소형

성 기술 개발 황을 나타냈다.

이러한 이 사기술을 이용한 화소형성

은 기존의 마스크를 이용한 진공증착 기술의

면 의 한계를 도 필름이나 기 을 사용하

여 기 변형 마스크 오염 등의 문제없이 효

율 으로 패턴 할 수 있으며, laminating 공정

의 연속화를 통하여 roll-to-sheet 공정을 통한

량 생산이 가능하여 가격 경쟁력 확보 측면

에서 매우 유리하다. 량 생산을 한 이

사 기술이 면 화소형성 기술로 본격 으

로 상용화되기 해서는 무엇보다도 증착된

OLED 소자의 특성 비 부족한 효율과 소자수

명의 향상이 필수 으로 요구된다. 한 실제

제조공정 장비의 개발을 통하여 형 OLED

의 화소 해상도 기 에 합하며 5세 이

상의 면 에 구 될 수 있는 공정기술이 확보

되어야 할 것이다. 한 도 필름/기 사이의

계면 합성, 면 공정에서의 한 티클

제어 방법 등이 아직까지 완벽히 해결되지는

않았다. 따라서 면 에서의 공정 합성과

화소 형성 후 휘도/효율/수명의 uniformity 확

보를 해서는 보다 새로운 이 학시스

템, 도 기 /필름의 표면처리연구, 그에 따른

소재 보조기술의 개발 역시 매우 시 하다.

재 몇몇 업체들의 활발한 연구로 이

사용 필름, 도 기 재료, 넓은 면 을 균일

하게 처리할 수 있는 이 학계 등 재료/

부품 개발과 기술 수 이 차 향상되고 있으

며 수 년 내에 시장 진입이 가능한 제품개발

KIC News, Volume 11, No. 5, 2008 23

Figure 8. 잉크젯 린 공정에 의한 OLED용

RGB 인쇄공정 기술 개념도.

이 가능할 것으로 상된다. 특허부분에 있어

서는 선진 각사의 원천 기술과 제휴하거나 공

동 연구개발 형태로 국내에서도 디바이스 구

조, 제조공정에 한 특허를 집 으로 출원

등록하고 있다. 재까지 이 분야의 연구

개발이 체 으로 아직 기이고 세계 으로

기술이 완벽히 성숙되지 못한 을 고려할 때,

지 부터라도 극 인 투자와 끊임없는 연구

를 수행해야 한다.

5. 대면적 용액기반 RGB 인쇄법

면 용액기반 인쇄법이란 RGB 삼색에

한 미세패턴을 용액기반의 인쇄방식으로 형

성하는 것을 의미한다. Figure 8은 용액기반의

인쇄방식의 한 로 잉크젯 방식에 한 개념

도로서, 용액상태의 하수송재료 용액상의

RGB 삼색 발 물질을 이용하여 AMOLED용

RGB 화소형성공정을 보여주고 있다.

용액기반 RGB 린 기술로는 잉크젯

린 (ink-jet), 스크린(screen) 린 , 옵셋

(off-set) 린 , 소그라피(flexography)

등 다양한 방식이 있지만 디스 이에서 요

구하는 정 도와 해상도를 고려한다면 잉크젯

린 방식이 가장 합한 기술이다. 이와 유

사기술로서 drop 분사가 아닌 연속체 노즐분

사방식, 액상이 아닌 기상분사의 vapor jet 방

식 등도 있다.

용액공정의 표 기술인 잉크젯기술은

1970년 Kyzer, Zaltan 등에 의해 drop on de-

mand(DOD) 방식이 개발되어 산업용으로 사

용되어 오다가 1980년 에 HP, Canon이

thermal 방식의 잉크젯 헤드를 개발하고 뒤이

어 Epson이 piezo방식의 헤드를 개발함으로써

본격 인 OA용 린터 응용이 시작되었다.

이 기술이 본격 으로 디스 이 등에 사용

이 검토되기 시작한 것은 1990년 에 이르러

서이며, 재 수 µm의 patterning공정에서 가

장 경쟁력 있는 기술로 기 되고 있다. 이 기

술로 제조된 소자의 발 효율, 수명 등은 용액

공정의 표격이라 할 수 있는 spin coating

공정과 비교하여 동등 이상의 성능이 종종 보

고되고 있다[7-9]. 美 Dimatix사는 잉크젯 헤

드 문업체로 최근 린 에 련된 total

solution을 제공하고 있다. Litrex사의 잉크젯

장비에도 사용되는 Dimatix사의 print 헤드는

속도가 빠르고, 내구성과 잉크의 분사 정 도

가 뛰어나며 폭넓은 잉크의 호환성으로 인해

재 많은 업체에서 사용하고 있다. SX-128은

shear타입의 piezo (PZT)헤드로서 128개의 펌

챔버가 있고 2개의 액추에이터로서 drop 크

기와 부피를 조 하며, 각각의 노즐의 drop

velocity 균일도를 2%로 구 할 수 있는 DPN

(driver per nozzle)방식을 개발하 다.

잉크젯 장비의 경우 Litrex사가 잉크젯 장비

를 개발, 제작, 매하고 있으며, 2세 와 3세

용 장비(70, 120, 140P, 142P)와 LCD용 4세

와 7세 (1800 × 2100 mm) 응장비, OLED

용 4세 (730 × 920 mm) 장비를 개발 매

하고 있고, 양산용으로 제작된 M시리즈 방식

은 각 부품(smart head, drop analysis, ink

supply, motion control)을 모듈화시켜 장비의

부분 검이나 용도, 신기술 도입에 따라 교

체가 용이하게 하 다. 그러나, 최근 ULVAC

의 내부방침에 따라 ink jet 사업부를 공식

으로 close 할 것을 공개 으로 발표하 다.

24 공업화학 전망, 제11권 제5호, 2008

Figure 9. Dupont의 RGB 인쇄기술과 AMOLED 제작공정.

美 Dupont사는 OLED의 수명 연장을 해

새로운 폴리머를 개발하여 발표하 고

solution based 발 재료를 개발하여 기존 형

고분자 재료가 갖는 한계를 극복하고 있다.

그리고 이 회사에서는 ink-jet이 아닌 표면처

리를 통한 간단한 인쇄기술을 개발하여 4.3인

치 AMOLED 등을 개발하 다. 이 기술은 표

면처리를 통한 잉크의 wetting 특성을 활용한

것으로 간단한 방법이 그 특징이라고 볼 수

있겠다.

2007년 일본의 Seiko-Epson사는 미국의

Universal Display Corp. (UDC)와 공동개발로

용액기반 인 소자 기술을 개발하여 발표하

다. 용액화된 분자 인 재료에서 유발하는

재결정 상분리 문제를 solvent에 따라 그

특성을 조사하고 최 의 재료조합을 구성하여

해결을 시도하 고 2008년에는 red, green,

blue 소자 모두 ink-jet printing 기술이 가능

하고 색특성이 우수하고 효율이 blue를 제외

하고 소자의 특성이 비교 우수하고 수명도

비교 우수한 것으로 2008년 보고하 다.

2007년 5월 SID에서 Toshiba Matsushita

Display (TMD)는 새로운 20.8인치 풀컬러

polymer OLED TV 디스 이를 선보 다.

박형인 이 AMOLED는 TMD의 LTPS기술

효율 향상기술에 CDT의 발 polymer

소자 기술이 통합된 것이었다. 잉크젯 기술을

이용하여 제작한 것으로 면발 기술과 효

율 향상 기술이 목되었다는 것에 많은 심

을 받았다. 본 개발품은 top emission 발 구

조 극과 유기재료 조합의 최 화 등을 이용

한 고분자형 OLED로서는 세계최 크기인

각 52.8 cm (20.8인치), 화소수(WXGA )

를 실 하 다. 삼성 자는 CDT와 공동으로

잉크젯 린 에 의한 7인치 HVGA (480 ×

RGB × 320) a-Si TFT OLED를 발표하 다.

a-Si TFT array backplane을 사용하 으며,

positive PR 연재료를 사용하여 bank를 형

성하 다. 잉크젯 린 을 하기 에 기 에

표면처리를 하여 bank 표면에는 소수성을,

ITO 표면에는 친수성을 부여 하 고, spectra

SX-128 헤드를 사용하여 잉크젯 린 을 하

다. 이러한 국내/외 기술 동향에 한 주요

핵심 내용을 요약하면 다음 표와 같다.

KIC News, Volume 11, No. 5, 2008 25

Table 3. 잉크젯법 국내/외 주요국의 기술개발 황

기술명 개발 단계 개발 내용 개발주체

잉크젯 장비상용화

OLED용 4세 장비 日 Litrex사

잉크젯 린 헤드 제작 기술 美 Dimatix사

기술검토 고유헤드기술보유, 3세 장비개발 韓 포톤데이즈사

잉크 조성 기술검토

고분자OLED 원천기술 英 CDT사

장수명 고분자 Buffer재료 美 Dupont사

잉크젯용 단분자 인 용액재료 개발

美 UDC사,

日 Seiko-Epson사,

韓 제일모직사,

韓 선 인캠사

풀칼라 OLED 기술검토

20.8'' AM-OLED 개발 日 TMD사

7'' HVGA (480 × RGB × 320)

a-Si TFT OLED개발韓 삼성 자/CDT

※ 출처: Ink-Jet printing Report[10]

이러한 용액 공정을 디스 이에 용하기

하여 면 과 고해상도를 한 pixel사이

즈, 산소와 수분에 취약한 유기물의 수명, 유

기용매로 인한 유기분자의 변형등 몇 가지 보

완해야 할 부분이 있다. 먼 잉크젯 기술은

기 과 용액의 표면 에 지 차이로 인하여 식

각공정에 비해 정 도가 떨어져 고해상도를

하여 보완이 필요하다. 이는 잉크 방울이 표

면 에 지가 작은 곳으로 정렬하려는 특성을

이용하여 기 표면에 도달할 만큼 충분한 운

동에 지를 가하고 자기 정렬의 특성을 이용

하여 보완이 가능하다[11].

잉크젯 인쇄기술의 경우 각 pixel별 drop을

형성하는 nozzel의 편차가 포함되므로 두께 편

차가 발생하여 디스 이에 계 인가시 발

생되는 가시 의 intensity가 달라질 수 있으

며, 이러한 편차는 디스 이 제품의 성능을

하시킨다. 이를 해결하기 하여 printing을

실시하는 각각의 방법에 하여 panel 치 능

력 등 공정의 반복성이 만족되어야 한다. 이러

한 균일성의 확보를 하여, 잉크방울의 크기

와 성, 압 헤드의 압조 잉크방울의

건조공정 조건 등에 한 다양한 연구가 진행

이다. 재 Ink-Jet 설비에 한 일반 인

신뢰성은 정 이다. 그러나 매우 낮은 두께

의 필름을 형성해야 하는 기술, 겹겹이 여러

층을 형성하는 소자 구조, 이러한 얇은 film을

넓은 glass에 시인되지 않는 수 으로 형성하

는 기술 등 기술 으로 보완해야 할 부분이

여 히 남아 있으며, 한 재료 성능 측면에서

분자 증착재료 비 그 성능이 떨어져 재료

개발이 꼭 필요한 상황이다.

6. White OLED + Color Filter 형성기술

White OLED와 color filter (C/F)를 이용하

는 이 기술은 OLED의 red, green, blue의 3

원색을 독립 형성함에 따라 야기되는 남 을

극복하기 하여 red, green, blue의 빛을 동시

에 발 하는 white OLED를 모든 subpixel에

동일하게 형성한 뒤 그 에 C/F를 형성하여

기 신호에 의해 full color를 구 하는 기

술이다[12]. 이 기술은 화소형성이 없는 증착

방식으로 간단한 공정이 특징이며 발 층의

형성은 면 증착방식 기술과 동일한 기술

을 사용한다. 이 기술의 단 은 white OLED

의 낮은 효율과 C/F 통과에 따른 휘도 감소

26 공업화학 전망, 제11권 제5호, 2008

Figure 10. WOLED+C/F 형성방식(RGB, RGBW

의 2가지 화소형태)

로 패 효율이 낮다는 이다. 이를 개선하

기 하여 RGB 3 pixel에 white subpixel을

추가한 WRGB 4 pixel 구조가 개발되어 있다.

이에 한 구조를 Figure 10에 나타냈다. 즉

TV의 경우 부분의 상신호의 상당 부분이

white를 심으로 한 역에 해당하는데, 이

부분의 상신호는 C/F를 거치지 않고 통과

한 상 으로 높은 효율의 W와 RGB의 조합

을 통해 표시하게 되어 소비 력을 일 수

있게 된다.

White OLED 소자의 경우 층 구조는 크

게 single EML (emitting material layer),

multi-EML 타입, tandem 타입 등 세 가지로

나 수 있고 Figure 11에 나타냈다. 하나의

host에 여러 dopant를 동시 증착하는 single

EML 타입은 가장 구조가 단순하여 장비구성

을 단순화시킬 수 있는 장 이 있지만, 면

에서 다수의 dopant가 균일하게 증착되게 하

는 증착 장비를 개발하거나, 하나의 증착원에

서 여러 dopant를 동시에 증발시킬 수 있는

dopant blending 기술이 필요하고, aging에 따

른 색좌표 변화가 클 수 있다. RGB별로 발

층을 달리하는 multi-EML 타입의 경우, single-

EML 타입과는 달리 형 과 인 의 조합이

가능하여효율을 향상시킬 수 있으며, single-

EML 타입 비 우수한 색 안정성을 가진다.

둘 이상의 독립 인 OLED 소자를 CGL

(charge generation layer)을 매개로 층하는

tandem 형은, 효율이 높고 수명이 우수하며,

aging에 따른 색안정성 측면에서 가장 뛰어나

지만 양산 장비 구성시 증착 챔버 수의 증가

로 기장비투자가 커지는 단 을 가지고 있

다. 재 이 기술의 기술 한계로는 먼

white를 내기 한 발 재료의 낮은 효율 특성

이다. 이를 해서는 재 개발된 재료와 소자

구조보다 더 우수한 재료 소자가 개발되어

야 한다. 다음으로 OLED white 용 C/F의

개발이 필요하다. OLED의 특성상 C/F 내의

각종 유기재료로부터 방출되는 수분이 OLED

에 치명 인 향을 수 있는데, 이를 억제

할 수 있는 재료 구조에 한 연구가 필요

하다.

White OLED에서 발 층을 포함한 모든

OLED를 open mask를 이용하여 증착하기 때

문에 증착공정이 단순화 되고, 유기물 사용효

율이 증가할 수 있지만 높은 효율을 달성하기

해서는 2 stack 이상의 소자 층 구조가

복잡하여 증착 chamber 수와 유기물 사용량

이 증가하므로, 이러한 문제 을 극복할 수 있

는 증착기술이 필요하다.

이 기술은 재 몇몇 OLED 패 업체에서

CES, SID등의 시를 통해 기술력을 과시하

고 있고, SID 2008에서는 삼성에서 308 해상

도의 WVGA 3인치 AMOLED를 제작하 다

[13]. 향후 면 AM-OLED TV 개발을 목

표로 R&D에 집 하고 있는 단계이고, 재

증착 물질을 가열용기(crucible)에 넣고 가열

하여 상부에 치한 기 에 재료를 증발시켜

상향식 증착방식을 사용하는 (point source)

방식이 채택되고 있지만, 앞으로 선형 증착원

(linear source) 등 새로운 증착원 개발하고 효

율 인 증착방식과 증착시스템 개발이 동시에

이루어져야 할 것이다. 재까지 보고된 기술

동향은 Table 5에 나타내고 있다.

KIC News, Volume 11, No. 5, 2008 27

Figure 11. White OLED의 층구조.

Table 5. White OLED 기술개발 황

기술명 개발 내용 개발주체

Top Emission 형 WOLED

- WOLED 소자를 용한 12.5 인치 WVGA

Top emission AM-OLED 패 개발

- 3-Peak white emitter를 사용하여 RGB 3 sub-pixel 구조

- R/G/B별 ITO 두께를 달리하여 micro-cavity를 맞춤.

Sony

2-Tandem WOLED

- 2 Tandem WOLED 소자를 용한 14.1 a-Si bottom

emission AM-OLED 패 개발(삼성 자와 공동 개발)

- RGBW의 4 subpixel 구조

- 효율 24 cd/A

- Color filter 색재 율 : >100 %

Kodak

Hybrid 3-peak WOLED 개발

- 인 red & green, 형 blue를 이용하여 3 peak

WOLED 개발

- 10.9 cd/A, 수명: 7000 시간

Merck

3-Peak WOLED 개발

- Carrier 흐름을 개선한 신규 하 수송층을

용하여 19.6 cd/A @(0.37,0.40)

수명 ~30,000 시간 달성

Idemistu

압 WOLED 소자 개발

- p-i-n 구조를 용, 압형 WOLED개발.

- all 형 용시 효율 14 lm/W

@(0.32, 0.35), 구동 압 : 3.8 V

Novaled

인형 Hybrid WOLED 개발

- Triplet은 인 (R&G)으로, singlet은 형 (B)으로 발 하

게 하여 IQE 100%를 달성하는 방안 제시

- 효율: 15.8 lm/W

M. Thompson &

S. Forrest

All 인 WOLED 개발 - RGB를 모두 인 dopant 용하여 25 lm/W를 달성함. UDC

Bottom Emission White

AM-OLED 패 개발

- 40 인치 WXGA AM-OLED Panel 개발

- 색재 율 85%삼성 자

7. 결 론

재 OLED는 매우 요한 시 에 있다고

볼 수 있다. 그 동안의 PMOLED 사업을 기

반으로 AMOLED 역으로의 성공 인 진입

시 에 있다고 여겨지며, 타 경쟁 display와의

경쟁 우 를 하기 해서는 AMOLED의

display 성능의 향상 뿐만 아니라, manu-

28 공업화학 전망, 제11권 제5호, 2008

facturing 련 기술에서의 신도 동반되어야

만 한다. 이러한 제조 기술은 가격화를 해

서는 필수 이며, 기 형화는 그 에서도

핵심 기술이라 할 수 있다. 이러한 형화의

구 을 해서는 AM 기 련 기술개발도

선행되어야 하며, 아울러 OLED 화소형성 기술

의 신 개선이 요구되어진다. 재 FMM법,

laser법, 용액기반 잉크젯법 그리고 white

OLED + C/F법 등 다양한 기술 분야에서 활

발한 개발이 진행 이지만, 아직은 향후 용

될 기술이라고 여겨지는 선두 기술이 없다고

볼 수 있다. 보다 더 활발한 기술 개발을 통한

밝은 OLED의 미래를 짊어질 면 OLED

화소형성기술의 출 을 기 해 본다.

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and H. D. Kim, SID '08 Digest, 937

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KIC News, Volume 11, No. 5, 2008 29

% 자 소 개

전 우 식

2006 한국산업기술 학교 공학사2008 경희 학교 공학석사2008∼ 재 경희 학교 박사과정

권 장 혁

1989 경북 학교 이학사

1991 한국과학기술원 이학석사

1993 한국과학기술원 이학박사

1994∼2004 삼성SDI 앙연구소

수석연구원

2005∼ 재 경희 학교

정보디스 이학과 교수

이 성 택

1991 경희 학교 이학사1993 한국과학기술원 이학석사1996 한국과학기술원 이학박사1996∼2007 삼성 SDI 앙연구소

수석연구원2008∼ 경희 학교

정보디스 이학과 연구박사