'디스플레이 공정' 검색 결과

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.

홀디스플레이란 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. 홀디스플레이를 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.

디스플레이 제조 과정 중 꼭 필요한 ‘세정(Cleaning)’ 공정은 말 그대로 오염물질, Particle을 제거하는 공정입니다. 디스플레이는 미세공정을 거쳐 만들기 때문에 아주 작은 먼지라도 패턴 결함, 절연막 불량 등 제품에 치명적인 영향을 미칠 수 있습니다. 세정은 디스플레이 제조 과정에서 발생하는 파티클이나 이물질을 제거하여 제품의 품질과 수율을 높이는 역할을 합니다. Glass가 처음 Fab에 투입되서 진행되는 초기 세정을 비롯해 LTPS, 증착, 봉지, 모듈 등 디스플레이 제조 공정 전후에는 오염물질을 제거하기 위한 세정 작업이 진행됩니다. [포토공정 중 진행되는 세정 공정] 포토 공정후 남은 PR 잔여 물질이나 식각 공정시 제거되지 않은 산화막을 비롯해 공기 중에 내려 앉은 다양한 파티클 등 제조 공정의 잔여 찌꺼기와 이물질을 세정을 통해 제거하는 것입니다. 세정 공정은 크게 습식세정(Wet Cleaning), 건식 세정(Dry Cleaning), 증기세정(Vapor Cleaning)의 방식이 있습니다. 화학 용액 등 액체를 이용하는 습식 세정, 플라즈마나 레이저 등 용액 외의 매체를 활용하는 건식세정, 습식과 건식의 중간 형태인 증기 세정이 있습니다. 습식 세정은 비용이 적게 들고 공정방식이 비교적 간단해 반도체나 디스플레이 공정에서 많이 사용되는 방식입니다. 세정은 공정별로 다양한 방식을 조합해 세정을 진행하는데, 습식 세정은 Physical Cleaning, Chemical Cleaning 등의 세정 방식을 조합하고 린스(Rinse)와 건조(Dry)를 시켜 마무리합니다. Physical Cleaning 방식으로는 Waterjet, Roll Brush, Megasonic 등이 있습니다. Waterjet은…

식각(蝕刻, Etching)의 사전적 의미는 ‘금속이나 유리의 표면을 부식시켜 모양을 조각’한다는 뜻입니다. 디스플레이에서 말하는 식각이란, TFT(박막트랜지스터)의 회로 패턴을 만들 때, 필요한 부분만 남기고 불필요한 부분은 깎아내는 공정을 의미합니다. 식각에 앞서 [노광] → [현상] 과정이 진행되므로, 기판에는 회로패턴을 남겨야 할 부분에만 PR(포토레지스트, Photoresist)이 남는 상태가 됩니다. 이때 PR은 식각 공정이 진행될 때 해당 위치 아래의 물질이 식각되지 않도록 방어막 역할을 해 줍니다. 식각 공정이 이루어지면, 그림에서 오른쪽과 같이 PR이 없는 부분은 제거되고, PR이 있는 부분에만 회로로 사용될 물질이 남게 됩니다. 식각공정은 식각 반응을 일으키는 물질의 상태에 따라 습식(Wet)과 건식(Dry)으로 나뉩니다. 습식 식각(Wet Etching)은 용액을 이용 화학적인 반응을 통해 식각하는 방법이며, 건식 식각(Dry Etching)은 반응성 기체(Gas), 이온 등을 이용해 특정 부위를 제거하는 방법입니다. 습식 식각은 건식에 비해 비용이 저렴하고, 식각 속도가 빠르며, 공정도 단순한 장점이 있으나, 건식 식각에 비해 상대적으로 정확성이 낮고, 식각에 사용한 화학 물질로 인해 오염 문제가 발생할 수 있습니다. 건식 식각은 원하는 부분만 식각하기 수월해 미세 회로 구현에 유리한 반면, 높은 비용과 복잡한 과정, 느린 속도가 단점입니다. 건식 식각은 플라즈마(Plasma) 식각이라고도 합니다. 기판을 넣은 진공 챔버에 식각용 가스를 주입 후 전기 에너지를 공급해 플라즈마 상태를 만들면, 이온화된 가스에서 높은 운동 에너지를 가지게 된 이온들이 기판의 전극에 의해 가속화되어 회로 물질의 원자들간…

노광(Exposure)은 ‘물질을 빛에 노출시킨다’는 개념으로, 디스플레이에서 픽셀의 스위치 역할을 하는 TFT(박막트랜지스터)를 만들 때 사용하는 포토리소그래피(Photolithography) 공정의 일부입니다. 노광 공정은 사진 촬영을 위해 카메라에서 셔터를 열어 외부의 빛이 들어오게 해, 필름에 화학적 변화를 일으켜 상이 맺히게 하는 원리와 유사합니다. TFT의 미세 전자회로를 만들기 위해서는 회로에 사용되는 물질을 기판에 입히고, 비 회로 영역은 제거하는 과정을 반복해야 합니다. 이를 위해 PR(Photoresist, 감광액)을 해당 물질 위에 도포하고, 그 위에 회로의 밑그림이 그려진 노광용 마스크(Mask)를 올려놓은 후, 노광 장비로 빛을 비춰 PR이 마스크의 밑그림대로 회로 패턴을 형성하게 만듭니다. 노광 장비는 방식에 따라 스테퍼(Stepper)와 스캐너(Scanner)로 나뉩니다. 스테퍼는 카메라로 사진을 찍듯이 해당 영역에 빛을 비추는 방식이며, 스캐너는 문서 스캐너처럼 빛을 일정하게 움직여 패턴을 형성하는 방식입니다. 디스플레이 TFT에 형성해야 할 회로 패턴은 수 마이크로미터(㎛) 단위이기 때문에, 패턴의 정밀도를 높이기 위해, 파장이 짧은 UV(자외선)를 광원으로 사용합니다. 노광 공정이 끝나면, 빛을 받은 PR은 특성이 변하게 되고, 이어지는 현상(Development) 공정을 통해 불필요한 PR을 제거하면 원하는 패턴을 PR로 형성하게 된다. 이후 공정에서 식각(Etching)을 통해 실제로 형성할 회로 등의 막을 패터닝하고, 이후 남아 있는 PR은 녹여내 제거한다.