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자체발광으로 최고의 스마트폰 화질을 구현하는 디스플레이 OLED. 이 OLED 제조 기술의 핵심은 바로 자체 발광하는 유기물질을 얼마나 효율적으로 활용하는가에 달려 있습니다.

이번 시간에는 OLED(Organic Light-Emitting Diode)의 핵심 제조공정 중 ‘봉지(Encapsulation)’의 세부 공정에 대해 톺아보겠습니다. 지난 ‘봉지 Part.1’에서 다루었듯이, ‘봉지’ 공정이란 OLED 패널이 외부의 영향을 받지 않고 오랫동안 사용될 수 있도록 마감을 하는 단계입니다.

– 봉지(封止, Encapsulation) : OLED에서 빛을 내는 유기물질과 전극은 산소와 수분에 매우 민감하게 반응해 발광 특성을 잃기 때문에 이를 차단하기 위한 공정. OLED 패널의 수명을 보존 또는 향상시킴.

봉지 공정을 위해서는 크게 세 가지 재료가 필요합니다. 인캡 Glass(Encap Glass : 봉지용 유리판)와 접착제 그리고 레이저입니다. 이때 상당수의 작업은 진공챔버(금속으로 만든 진공 구조물)에서 이루어집니다.

OLED 공정의 앞선 단계를 다시 떠올려 보겠습니다. 스위치 역할을 하는 LTPS가 만들어졌고, 그 위에 유기물 증착(evaporation)이 완료됐습니다. 하지만 이렇게 만들어진 유기물 증착부는 아직 공기와 수분으로부터 보호받지 못하는 환경입니다.

물론, 아직 원장 Glass(필요한 디스플레이 크기로 자르기 전의 대형 원판 패널 유리판)의 상태이고 스마트폰 등에 사용하기 위한 크기인 셀(Cell) 단위로 자르기 전입니다. 셀 단위는 쉽게 말하면 5인치 스마트폰을 제작하는 공정일 경우, 5인치 사이즈로 잘라낸 패널 하나를 의미합니다. 봉지 공정은 셀 단위에서도 필요하고, 커다란 원장 상태에서도 진행합니다.

봉지 공정은 크게 4가지 단계로 나누어집니다.

① Cell Seal Glass 제작
② 원장 Glass Seal 도포
③ Glass 합착
④ Laser Sealing

아래 그림과 같이 순서를 따라가 보겠습니다.

가장 먼저 봉지에 쓰일 인캡 Glass를 투입 후 세정을 시작합니다. 디스플레이 톺아보기 시리즈를 꾸준히 읽어보신 분들은 느끼셨을텐데, 대부분의 공정은 세정부터 시작을 합니다.

액체를 이용한 Wet 세정을 통해 Glass의 제작, 포장, 운송 과정에서의 오염성 물질을 제거합니다. 이어서 표면의 유기 오염물을 제거하기 위해 플라즈마 세정을 진행합니다. 플라즈마 세정을 통해 이후에 진행할 Cell Seal(셀 패널 단위의 봉지)의 접착력을 향상시킬 수 있습니다.

세정이 모두 완료되면 각 Cell 마다 접착 물질인 Cell Seal을 둘러가며 바릅니다. 이 과정을 Cell Seal 인쇄라고 부릅니다. 이 과정에서 정밀도는 무척 중요합니다. 나중에 EV기판 위에 인캡 Glass를 덮고 난 후 레이저로 Seal을 순간 가열해 굳어지게 해야 하므로, 안정된 두께와 폭, 그리고 정밀한 위치에 인쇄를 해야 합니다.

인쇄가 완료되면 건조 단계에 진입합니다. 적절한 건조를 통해 솔벤트(다른 물질을 용해시키기 위해 사용하는 액체나 가스. 매니큐어 제거액, 페인트 시너 등이 솔벤트 사용의 예)로 발생한 Cell Seal 내부의 기포 등을 제거해 Seal의 품질 안정성을 확보할 수 있기 때문입니다.

다음 단계는 ‘소성(燒成)’입니다. 소성 공정은 열을 가하는 단계로 남아 있는 Solvent, 유기 Binder 등을 제거하고 추후 레이저 Sealing이 가능하도록 Cell Seal의 특성을 변화시킵니다.

※ Solvent와 Binder는 Seal을 구성하는 Frit 파우더를 일정한 형태로 만들어주는 역할을 합니다. 마치 모래에 시멘트 붓고 물을 부어야 걸쭉해져서 사용을 할 수 있듯이, Frit 파우더도 모래알과 특성이 비슷해 서로 뭉치지 않으므로 이를 붙잡아줄 Binder 물질이 필요합니다. 그런데 Binder도 고체상태이므로 Binder를 녹여줄 Solvent도 함께 필요합니다. 이들이 잘 섞여서 Cell Seal Paste(접착제)가 만들어지고 Seal 도포가 가능해집니다.

소성이 끝난 인캡 Glass는 마지막으로 플라즈마 세정을 한번 더 거칩니다. 여러 공정을 거치면서 흡착된 수분이나 표면의 기타 흡착 물질을 제거해 접착력을 향상시키는 매끈한 표면을 만듭니다.

봉지 공정의 4가지 단계에서 첫 번째 단계인 ‘Cell Seal Glass 준비’가 이제 끝났습니다. 다음 단계는 ‘원장 Glass Sealing’으로 아래 그림과 같이 원장 Glass 테두리에 원장 Seal을 인쇄합니다.

다음은 봉지 공정의 세 번째 단계인 ‘합착’입니다. 합착은 기존의 증착 공정까지 마친 Glass와 Cell Seal Glass를 위 아래로 포개어 붙이는 공정입니다. 이 공정을 통해 비로소 나뉘어 있던 OLED Glass들이 하나로 합쳐지게 됩니다.

그리고 UV(자외선) 장비를 활용해 원장 Seal을 굳어지게 만듭니다. 이렇게 굳어진 원장 Seal은 외부 공기와 수분의 침투를 막고, 내부 기압을 유지하는 등의 기능을 담당합니다

이제 최종 단계인 ‘Cell Sealing’입니다. 합착 공정을 거친 통합 Glass 위에서 레이저 장비가 각 Cell에 발라 놓은 Seal에 레이저를 쏴서 순간적인 용융과 합착 과정을 수행합니다.

이렇게 4가지 단계를 모두 마치면 단일 Glass 형태의 OLED 원장 패널이 완성됩니다. 그리고 이후 단계로 이 원장을 각 Cell의 크기에 맞게 자르는 Cell 공정이 이어집니다. Cell 공정이 끝나면 각각의 잘려진 Cell 패널들은 스마트폰, 태블릿 등 그 목적에 맞게끔 전자회로를 붙이는 등의 모듈공정을 거치고 난 후 각 전자기기의 제조 업체로 전달됩니다.

오늘은 OLED 봉지 공정의 흐름을 살펴봤습니다. 다음 시간에는 최근 스마트폰 디스플레이로 큰 인기를 끌고 있는 플렉시블 OLED에 사용되는 특별한 봉지 방식에 대해서 다뤄보겠습니다.

 

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  1. 하유경 says:

    굉장히 자세한 설명에 놀랐습니다. 감사합니다

  2. 하유경 says:

    cell sealing보다 원장 sealing을 먼저 경화시키는 이유가 있나요?