'디스플레이 공정' 검색 결과

당도가 높은 달달한 사탕을 먹어본 경험을 떠올려보자. 한참을 입안에 넣고 있다 보면 혀의 감각이 약간 무뎌지고 거칠게 느껴졌다는 사실도 기억이 날 법 하다. 바로 오늘 다룰 주제인 ‘삼투현상’의 사례다. 혀 안의 수분이 고농도의 사탕액과 만나 혀 바깥으로 빠져나가버려, 혀가 거칠게 느껴진 것이기 때문이다. 반투과성 막이 있을 때 물이 저농도에서 고농도로 거꾸로 흐르는 듯한 독특한 현상인 ‘삼투현상’이란 무엇일까? ‘삼투현상’은 평형의 원리! ‘삼투’는 사전적으로 ‘스며들어 투과한다’는 뜻으로, ‘삼투현상’이란 ‘반투과성 막’을 경계로 농도가 ‘낮은’ 용액에서 농도가 ‘높은’ 용액으로 물이 이동하는 현상이다. 저농도에서 고농도로 물이 이동한다는 것이 오히려 거꾸로 가는 현상처럼 쉽게 이해가 가지 않을 수 있다. 만약 소금의 농도가 높은 물과 농도가 낮은 물을 섞으면 농도가 높은 물이 전체적으로 퍼지면서 평균적인 농도를 만드는 것이 당연하지 않은가? 맞다. 물이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흘러 높이가 같아지고, 뜨거운 열이 차가운 열과 만나면 열 평형을 이루듯이, 평형의 원리를 따르는 이 현상을 우리는 ‘확산’이라고 부른다. ▲ 반투과성막인 셀로판지를 장착한 삼투현상 장치 하지만 삼투현상도 역설적으로 평형의 원리 때문에 발생한다. 위 사진과 같이 농도가 다른 액체를 서로 만나게 하되, 중간에 일부 입자만 투과가 가능한 반투과성 막을 설치해 보았다. 앞서 얘기한 것 처럼 농도를 같게 만들려는 물질의 ‘확산’의 원리에 의해 진한 설탕물은 저농도의 물로 가려고 하는 성질이 나타난다. 그런데 설탕물 가운데 설탕 입자는 크기가 커서 셀로판지(반투과성 막)를 통과하지 못하는 안타까운 일이 발생한다. 설탕이 빠져나가야 농도 평형이…

OLED 디스플레이에서 ‘도펀트(dopant)’란 OLED 발광을 돕는 물질로, 호스트(host)와 함께 ‘유기발광층(EML)’을 구성하는 발광 재료입니다. OLED는 패널에 전류를 흘렸을 때, 양극(+)과 음극(-)에서 발생한 정공(+)과 전자(-)가 발광층(EML)에 도달해 서로 결합을 하면서 빛을 발생시키는 원리입니다. 정공과 전자의 결합 과정을 통해 높은 에너지를 가진 ‘엑시톤(Exciton)’ 상태가 형성되는데, 이때 엑시톤의 높은 에너지 상태가 다시 안정화 상태로 내려가면서 그 에너지 차이만큼이 빛의 형태로 방출되는 것입니다. 빛이 생성되는 발광층(EML)은 크게 호스트(host)와 도펀트(dopant)로 이루어져 있으며, 호스트는 발광층 안으로 들어온 전자와 정공이 서로 잘 만나 결합할 수 있도록 하는 역할 즉, 엑시톤을 효율적으로 생성시키도록 돕는 역할을 하고, 도펀트는 이렇게 생성된 엑시톤 에너지를 전달받아 효율적으로 발광하게 됩니다. OLED 발광 매커니즘은 크게 형광 방식과 인광 방식으로 나뉘는데, 먼저 형광 방식은 ‘호스트가 정공/전자 결합에 따라 발생한 엑시톤 에너지를 흡수’하고, 특정 파장대에서 빛을 내는(호스트 발광) 현상을 이용합니다. 이때 호스트에 의해 발생한 빛이 도펀트에 전달되면 도펀트는 이 빛에너지를 다시 흡수해 도펀트에서 발광이 일어나게 하는 것입니다. 이를 Foster 방식이라고 부릅니다. 두 번째로 인광 방식은 Dexter 방식이라고 부르며, Foster 방식과 달리 빛 에너지를 전달받아 도펀트 발광을 만드는 것이 아니라, 호스트에서 직접 정공 또는 전자가 도판트로 이동해(에너지 전이) 도펀트가 발광을 일으키게 하는 것입니다. 유기발광층(EML)을 호스트와 도펀트로 구성하는 복합 발광 시스템은 과거 OLED 발명 초기 시절의 단일 유기물 발광 방식에…

형광(Fluorescence)이란 OLED 디스플레이에서 사용하는 대표적인 발광(Luminescence) 방식 중 하나입니다. 발광이란 발광 물질 속의 전자가 높은 에너지 상태(들뜬 상태, excited)에서 낮은 에너지 상태(바닥 상태, ground)로 변화할 때, 감소한 에너지가 빛의 형태로 방출되는 현상입니다. 위 그림과 같이 전자가 바깥쪽 궤도에서 안쪽으로 이동할 경우에는 자체 보유 에너지가 줄어들면서 물질이 안정화 되며, 이때 남는 에너지는 빛과 같은 형태로 방출됩니다. 반대로 전자가 외부의 에너지를 흡수해 들뜨게 되면 바깥쪽 궤도로 상승하게 되는 원리입니다. OLED에서는 이러한 발광 원리를 활용해 ‘형광’이라는 방식을 사용합니다. 형광은 바닥 상태의 발광 물질에 에너지를 주입해 ‘들뜬 상태’로 만든 후, 짧은 시간에 다시 전자가 안정적인 ‘바닥 상태’로 변할 때 방출되는 빛을 디스플레이의 발광원으로 활용하는 방식으로, 위 그림과 같이 S1에서 S0으로 에너지 준위가 내려오는 만큼의 에너지에 매칭되는 파장의 빛이 방출됩니다. 형광’ 방식은 OLED 발광 방식 중 가장 먼저 개발되었지만 낮은 내부 양자 효율(25%) 때문에 발광 효율이 낮은 한계가 있어, 내부 양자 효율이 최대 100%에 도달할 수 있는 발광 방식인 ‘인광(Phosphorescence)’, ‘지연형광(TADF)’을 활용한 연구 개발도 지속적으로 이루어지고 있습니다.

스퍼터링(Sputtering)이란 디스플레이에서 TFT를 만들 때 금속으로 구성된 층을 형성하기 위한 공정 중 하나로, ‘물리적 기상 증착(PVD)’의 한 종류입니다. 디스플레이의 TFT에는 전자가 이동할 수 있도록 얇고 가는 금속성 물질의 배선이 필요한데, 스퍼터링을 통해서 배선의 기반이 되는 막을 형성(성막)하고, 이후 포토공정(Photolithography)을 통해 막에서 배선이 되는 부분 이외의 영역을 깎아내 최종적인 배선을 만들 수 있습니다. 스퍼터링은 우선 증착이 이루어질 챔버 안에 TFT기판과 증착할 금속성 물질을 투입하며 시작합니다. 이어서 챔버를 진공상태로 만든 후 낮은 압력의 아르곤 가스를 챔버 내부에 주입한 후, 증착할 물질에 마이너스(-) 전압을 가하면 TFT기판(양극)과 증착물질(음극) 사이에 전기장이 형성되고 이 전기장에 노출된 아르곤(Ar) 가스는 Ar+로 이온화되면서 챔버 내부에는 플라스마(Plasma)가 발생합니다. 양극으로 이온화 된 아르곤(Ar+) 입자는 음극(증착물질)과 충돌하게 되며, 충돌 당한 증착물질의 입자는 표면에서 튕겨나와 양극인 TFT기판에 달라붙게 됩니다. 이 과정을 통해 TFT기판에 원하는 금속성 물질을 얇게 성막(박막)할 수 있습니다.

오픈마스크(Open Mask, OM)는 OLED 디스플레이 제조 시 특정 위치에만 증착이 되도록 하는 얇은 판을 의미합니다. 디스플레이 제조 과정에서 백플레인 (Backplane)이 완료된 후 그 위에 발광층을 형성하기 위한 증착공정에서 사용됩니다. 증착공정에서 활용하는 마스크에는 OM과 FMM(Fine Metal Mask)이 있으며 OM은 디스플레이 전면을 증착하기 위해 디스플레이가 작동하는 범위 내에 가림 부위가 없는 개방(Open)된 마스크입니다. 발광층을 한 가지 색깔의 발광물질로 증착하거나 EIL, HTL 등의 층을 증착할 때에도 활용합니다. 반면, FMM은 구현하는 발광층의 Sub-pixel에 색깔을 달리하기 위해 사용하며 초미세 홀(Hole)을 가지고 있습니다. 여러 단계의 증착과정을 진행해야 하므로 정확한 정렬이 필요하여 OM만을 활용하는 기술보다 난도가 높다고 할 수 있습니다. OLED 디스플레이 발광층을 OM을 활용하여 증착된 경우 한 색깔만을 낼 수 있게 되므로 색구현을 위해 컬러필터(Color Filter, C/F)와 같은 별도의 층을 두어야 합니다. 이와 다르게 FMM을 활용하여 RGB 발광층이 만들어진 경우에는 C/F가 필요하지 않습니다. 즉, Sub-pixel에 FMM을 활용하는 기술이 난도가 높긴 하지만 OM을 활용한 방식 대비 빛을 차단하는 필터가 없어지므로 빛 효율이 좋다고 할 수 있습니다. OM 소재로는 금속을 활용합니다. 증착공정은 고온 환경에서 진행되어 온도변화에 따른 열팽창이 발생하며 화소 사이에 정렬이 틀어질 수 있습니다. 이러한 이유로 열팽창을 최소화할 수 있는 특수 금속이 적극 활용됩니다. 마스크를 제조하는 대표적인 방법으로는 금속판을 포토/에칭 기술을 활용하는 법, 레이져 가공법 및 기계적인 절삭법이 있습니다.

FMM(Fine Metal Mask)은 OLED 디스플레이에서 발광체인 유기물을 기판에 증착할 때 사용하는 마스크(Mask)의 한 종류입니다. Fine Metal Mask라는 단어 뜻 그대로 ‘작고 촘촘하게 구멍이 있는 얇은 금속성 마스크’로서, 증착할 발광 유기물이 마스크를 통과해 기판 위의 원하는 위치에 증착되도록 유도하는 역할을 합니다. OLED 디스플레이는 유기물로 이루어진 픽셀(Pixel)들을 조합해 이미지를 구현하며, 각 픽셀들은 독립적으로 다양한 색상을 표현할 수 있습니다. 픽셀이 다양한 색을 표현할 수 있는 이유는 하나의 픽셀이 빛의 삼원색인 Red, Green, Blue 색을 발하는 서브픽셀(Sub-Pixel)로 이루어져 있기 때문입니다. 서브픽셀은 ‘증착’이라는 공정을 사용해 제조합니다. ‘증착’은 어떤 물질을 기판 표면에 얇게 부착시키는 것을 말하며, OLED 유기물을 증착하기 위해서는 일반적으로 진공 공간 속에서 대상 물질을 가열해 증발시키는 방법을 사용합니다. 기판의 정확한 위치에 서브픽셀용 유기물을 증착하기 위해, R, G, B 색상별로 해당 위치와 FMM의 Hole이 매칭되도록 구성한 후 증착 공정을 진행합니다. 증착은 한 번에 한 가지의 색상만 증착해야 혼색이 발생하지 않기 때문에, 서브픽셀 각 색상별로 서로 다른 FMM을 사용해 여러 단계의 공정을 거쳐 진행합니다. 서브픽셀 증착이 완료되면 OLED의 발광층(EML; Emitting Layer)이 완성되며, 이후 발광 보조층 성막 및 봉지(Encapsulation) 공정을 진행하게 됩니다.

홀 디스플레이란 구멍을 의미하는 홀(Hole)과 디스플레이(Display) 패널을 의미하는 단어의 조합으로 홀을 가지고 있는 디스플레이를 의미합니다. 디스플레이 패널에 홀이 있다고 모두 홀 디스플레이는 아닙니다. 디스플레이에 화면이 구동되는 액티브 에어리어(Active Area) 안에 홀이 있어야 합니다. 액티브 에어리어가 아닌 베젤(Bezel), 데드 스페이스(Dead Space) 부분에 홀이 있다면 홀디스플레이에 해당되지 않으며 또한 액티브 에어리어와 데드 스페이스 경계선에 카메라 홀이 있는 노치 디자인도 홀디스플레이라 할 수 없습니다. 디스플레이 내에 만들어진 홀은 스마트폰에서 카메라와 같이 빛을 인식하는 센서를 위치시키기에 유용합니다. 홀 디스플레이를 만들기 위해서는 고도의 디스플레이 화소 패턴닝 기술과 홀 가공기술이 필요합니다. 홀을 만드는 대표적인 기술로는 레이저가 사용되고 있으며, 홀을 뚫고 난 뒤 주변에 있는 미세한 배선과 다양한 발광소재 등이 공기에 노출되어 손상되지 않도록 홀 주변을 봉지 공정을 통해 막아주는 단계가 필수적입니다. 그리고, 홀로 인해 발생한 주변부 화질에 대한 영향도 제어해야 합니다. 이렇게 고도의 기술이 적용된 홀디스플레이는 풀 스크린(Full screen) 기술의 한 사례로 화면을 넓게 해주어 사용자들에게 높은 몰입감을 제공합니다. 또한, 스마트폰 외에도 다양한 영역에서 혁신적인 디자인을 제공할 수 있습니다.

삼성디스플레이가 글로벌 안전 인증 회사인 UL(Underwriters Laboratories)로부터 홀 디스플레이 1) 주변부 화질의 균일도 부문인 ‘Hole Area Clarity(홀 주변부 화질의선명하고 균일한 정도)‘에서 색 편차가 없는 우수한 화질 성능을 인정받았다고 26일 밝혔다. UL은 최근 삼성전자가 발표한 갤럭시노트20 울트라 및 갤럭시Z 폴드2에 탑재된 120Hz 고속 구동 OLED를 대상으로 홀 디스플레이의 카메라 홀 주변부와 다른 부분과의 화질 균일도를 검증했다. 이를 위해 홀 주변부에 12개 포인트를 지정하고 각 포인트별로 색상, 밝기, 채도를 측정해 그 차이를 비교했다. 그 결과 홀 주변부 12개 포인트의 색 편차 지수는 델타E 2) 2 이하로 평가됐다. 델타E는 그 값이 낮을수록 색의 차이가 없음을 나타내며 2보다 작은 경우 일반적인 육안으로는 구분하기 어렵다. 이는 삼성디스플레이의 홀 디스플레이 기술과 성능이 업계 최고 수준임을 의미한다. 삼성디스플레이는 홀 주변부 화질의 균일도 검증을 받은 홀 디스플레이를 ‘아이리스 링(Iris Ring™)’으로 명명했다. 이는 사람의 눈이 홍채(Iris)와 흰자위가 뚜렷하게 대비되어야 건강하고 아름다운 눈으로 인식된다는데 착안한 것이다. 즉, 검은색의 카메라 홀과 홀 주변부의 선명한 화질이 완벽하게 대비를 이룬 디스플레이라는 의미이다. 삼성디스플레이는 최적화된 고성능 레이저 공정과 설계 기술을 통해 업계 최고 화질의 ‘아이리스 링’을 선보였다. 실제로 공정 및 설계 기술이 미흡할 경우 홀 주변부는 디스플레이의 다른 부위와 색감 차이를 나타내게 되어 화면 성능을 저하시킨다. 이러한 화면 성능은 고화질, 고속 구동 콘텐츠 사용으로 화질 균일성이 요구되는 5G 스마트폰에서 더욱…

폴리이미드는 열 안정성이 높은 고분자 물질로 우수한 기계적 강도, 높은 내열성, 전기절연성 등의 특성 덕분에 디스플레이를 비롯해 태양전지, 메모리 등 전기/전자 및 IT 분야에서 다양하게 활용됩니다. 특히 타 소재에 비해 가벼울 뿐 아니라 휘어지는 유연성까지 갖춰 제품의 경량화 소형화가 가능합니다. 폴리이미드는 디스플레이 제조 시 기판이나 커버 윈도우 등 다양한 곳에 활용되고 있습니다. ▲ 폴리이미드(Polyimide) 사진 일반적인 디스플레이의 경우 제조 과정에서 유리 기판을 사용하는데, 휘어져야 하는 플렉시블 OLED는 딱딱한 유리 기판 대신 유연한 폴리이미드를 사용하여 제조합니다. 플렉시블 OLED 제조공정을 살펴보면, 먼저 캐리어 글라스라고 불리는 유리 기판 위에 PI 물질을 도포한 후, TFT와 증착, 봉지 공정을 거친 뒤 레이저로 캐리어 글라스를 떼어내는 방식입니다. 디스플레이 기판은 고온에서 제조하는 공정 기술을 견뎌야 하기 때문에 내열성이 중요합니다. 폴리이미드는 영하 273 ~ 영상 400도까지 물성이 변하지 않는 만큼 내열성이 뛰어납니다. (출처: 네이버 두산백과) 또한 플라스틱 소재라 가볍고 유연해 플렉시블 OLED 제조 시 기판으로 사용하기 적절합니다. 폴리이미드는 깨지지 않고 자유롭게 휘거나 접을 수 있어, 디스플레이 커버 윈도우 소재로도 각광받고 있습니다. 폴리이미드 고유의 색상인 노란색을 제거하여, 투명하게 구현하는 방식으로 사용되고 있습니다.

박막봉지는 플렉시블 OLED 패널에서 진행하는 봉지(인캡슐레이션) 공정입니다. 지난 49편에서 설명했듯이, 봉지 공법은 OLED의 유기물질에 산소와 수분을 차단하기 위한 공정입니다. [디스플레이 용어알기] 49편. 인캡슐레이션(Encapsulation) 공정 일반 OLED (Rigid OLED)의 경우 Glass를 기판으로 사용하므로 봉지 공정 역시 증착이 완료된 LTPS 기판 위에 Glass를 사용하여 덮고, 테두리 부분에 Seal을 발라 합착하여 산소와 수분이 들어오지 못하도록 밀봉합니다. 그런데 플렉시블 OLED는 패널이 휘어져야 하기 때문에 Glass 대신 유연한 폴리이미드 소재의 기판을 사용합니다. 따라서 봉지 공정 역시 일반 OLED와는 달리 유연성을 갖도록 제작해야 합니다. 이를 위해 진행하는 것이 바로 박막봉지입니다. 박막봉지는 증착 단계가 끝난 패널에 박막 봉지 소재를 얇게 성막(막을 입히는 것)하기 때문에 일체형 봉지라고 볼 수 있습니다. 단일층으로 덮는 일반 봉지 공정과는 달리 박막봉지는 무기막/유기막으로 이루어진 여러개의 층으로 구성되어 있습니다. 무기막은 수분과 공기 침투를 잘 막아내는 특성을 지녔으나 소재 특성상 파티클(작은 먼지)이 존재합니다. 이런 파티클 때문에 핀홀이라 불리는 구멍이 생겨 무기막 단일층만 사용하게 되면 공기와 수분이 빠르게 침투하여 암점이 생기게 됩니다. 따라서 무기막과 유기막을 번갈아 성막하여 위, 아래 무기막의 구멍을 공간적으로 분리시키면 침투 경로가 길어져서 공기와 수분이 발광층까지 도달하지 못하게 됩니다. 여기서 유기막의 역할은, 먼저 성막된 무기막의 파티클을 잘 둘러싸서 평평하게 만들어, 두번째 무기막이 성막될 때 아래 파티클의 영향으로 구멍이 생기는 것을 최소화 해 주는 것입니다.