AMOLED TV 기술 고무게가가벼운 TV가가능하다. 또한 OLED TV는구부리거나투명한디스플레이가가능하므로다양한모양의제품을디자인할수있을것이다. 셋째, 가격적인측면이다. LCD가 PDP TV를대체하던과정을돌아보면 LCD TV 가격이 PDP TV의 2배였을때, LCD T

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쳥아 망절
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기술특집 AMOLED TV 기술 한창욱, 탁윤흥 (LG 디스플레이 ) Ⅰ. 서론 1987년 C.W.Tang과 S.A.Van Slyke는두층의유기물박막에전류를흘려주어빛을발하는 Organic Light Emitting Diode(OLED) 를세상에소개하였다.

하지만, 당시의제품은 Thin Film Transistor(TFT) 를사용하지않은방식으로서소형제품에는가능하나, 고해상도나대면적디스플레이에는적용하기어려운기술이었다. Liquid crystal display(lcd) 와같이휴대폰이나 TV제품에적용하기위해서는 TFT에의하여구동되는 Active Matrix OLED(AMOLED) 기술이필요하다.

LCD에이어차세대평판디스플레이로각광받고있는, OLED는현재휴대폰을중심으로한 mobile 디스플레이제품에적용이되고있으며, 생산기술과제품기술의계발을통하여대면적 OLED TV제품이출시될전망이다.

1 기술특집 AMOLED TV 기술 한창욱, 탁윤흥 (LG 디스플레이 ) Ⅰ. 서론 1987년 C.W.Tang과 S.A.Van Slyke는두층의유기물박막에전류를흘려주어빛을발하는 Organic Light Emitting Diode(OLED) 를세상에소개하였다. [1] 당시에발표된 OLED의성능은 10V 이하에서 1000cd/cm 2 이상의휘도를낼수있는수준으로 OLED의디스플레이적용가능성을보여주었다. 그로부터 10년후인 1997년, 일본의동북파이오니아는자동차 FM 수신기에 OLED를적용함으로써 OLED 디스플레이제품화에성공하게된다. 하지만, 당시의제품은 Thin Film Transistor(TFT) 를사용하지않은방식으로서소형제품에는가능하나, 고해상도나대면적디스플레이에는적용하기어려운기술이었다. Liquid crystal display(lcd) 와같이휴대폰이나 TV제품에적용하기위해서는 TFT에의하여구동되는 Active Matrix OLED(AMOLED) 기술이필요하다. AMOLED 는 [ 그림 1] 과같이 TFT 기판위에 OLED를형성한후, encapsulation하는구조로이루어져있다. 현재평판디스플레이의전세계매출액의약 90% 가 LCD에의하여이루어지고있고, 2010년도의 LCD TV의매출양은약 1억대에이르렀다. LCD에이어차세대평판디스플레이로각광받고있는, OLED는현재휴대폰을중심으로한 mobile 디스플레이제품에적용이되고있으며, 생산기술과제품기술의계발을통하여대면적 OLED TV제품이출시될전망이다. Display Search와 isuppli 같 은시장조사기관들은 2015년또는 2016년경에는 OLED TV의매출액이약 20억달러에이를것이며, 이후급속히성장할것으로예측하고있다. OLED가 LCD를뒤이을차세대 TV용디스플레이로인식되는것은여러가지장점이있기때문이다. 첫째, OLED는 LCD에비하여우수한화질특성을가지고있다. OLED는자발광디스플레이임으로 Black 특성이우수하여명암비가높으면, 어두운배경에서의이미지가더밝게보이는 Bartleson - Breneman 효과에의하여높은명암비를가지는 OLED화면이더밝고선명하게보인다. [2] 그리고액정을사용하는 LCD는시야각에따라휘도가바뀌지만 OLED는자발광디스플레이이므로시야각이바뀌어도휘도가크게떨어지지않는우수한시야각특성을가지고있다. 둘째, OLED는자발광디스플레이로써 back light unit (BLU) 가필요없으며, solid state device이므로두께가얇 [ 그림 1] AMOLED 구조 6 인포메이션디스플레이

AMOLED TV 기술 고무게가가벼운 TV가가능하다. 또한 OLED TV는구부리거나투명한디스플레이가가능하므로다양한모양의제품을디자인할수있을것이다. 셋째, 가격적인측면이다. LCD가 PDP TV를대체하던과정을돌아보면 LCD TV 가격이 PDP TV의 2배였을때, LCD TV의비중이 5% 에불과하였지만가격이 1.

LCD TV의경우 BLU가전체재료비의 45~50% 를차지하므로 BLU가필요없는 OLED TV의재료비는 LCD TV의 70% 수준이다. 따라서대면적 TV를생산할수있는장비가개발이된다면 OLED TV는가격경쟁력도확보할수있을것으로예상된다.

2 AMOLED TV 기술 고무게가가벼운 TV가가능하다. 또한 OLED TV는구부리거나투명한디스플레이가가능하므로다양한모양의제품을디자인할수있을것이다. 셋째, 가격적인측면이다. LCD가 PDP TV를대체하던과정을돌아보면 LCD TV 가격이 PDP TV의 2배였을때, LCD TV의비중이 5% 에불과하였지만가격이 1.5배의수준이되었을때는 LCD TV의시장은빠르게확대되었다. OLED TV의성능이 LCD TV에비하여우수하지만시장확대를위해서는 OLED TV의가격경쟁력이있어야한다. OLED TV는자발광디스플레이이므로 LCD와달리 BLU가필요하지않다. LCD TV의경우 BLU가전체재료비의 45~50% 를차지하므로 BLU가필요없는 OLED TV의재료비는 LCD TV의 70% 수준이다. 따라서대면적 TV를생산할수있는장비가개발이된다면 OLED TV는가격경쟁력도확보할수있을것으로예상된다. 본보고서에서는 OLED TV 제품화를위하여개발되어야하는 color patterning, TFT backplane, encapsulation 기술동향에대하여알아보고자한다. Ⅱ. Color Patterning 기술 OLED를구성하는유기물은일반적으로열증착장비에서 fine metal mask(fmm) 을이용하여화소 patterning 을한다. 현재 mobile OLED 제품을생산하기위하여 4세대의 1/2크기인 730mm*460mm의기판을다룰수있는증착기를사용하고있다. [ 그림 1] 은 4세대급의장비에서 FMM 기술을이용하여생산된 OLED TV제품이다. [ 그림 2] 는소니와 LG전자에서출시되었던 OLED TV이다. 소니 OLED TV는 2007년말에출시되었으며 1,000,000:1의암실명암비와 3mm 두께를가지는 11.1인치소형 TV이다. LG전자는 2009년에 15인치 OLED를출시하였다. Peak 휘도 440nit, 100,000:1의암실명암비와 1.7mm 두께를가지는박형 TV이다. 두제품은생산성이낮아서판매가격이 11.1인치가 200,000엔, 15인치가 3,000,000원에이르는고가의제품이었지만, OLED TV의기술적가능성을보여주었다. [ 그림 2] 출시된 OLED TV 제품 FMM 방식은 [ 그림 2] 와같이고진공에서박막의 metal mask를유리기판에자석을이용하여밀착시킨후 metal mask의 open된영역에유기물을증착하여 R.G.B 화소를형성하는방법이다. FMM은 50um 두께의 metal mask를금속 frame에용접하여이용하며, FMM과기판의밀착도를향상시키고 pattern 정밀도를향상시키기위하여일정한힘으로 stretching 시킨후 frame에용접하는인장용접방식을이용한다. 기판이대형화됨에따라인장및용접관련기술도개발이되어야하고 FMM의처짐 [ 그림 3] Fine Metal Mask이용한증착기술 2011 년제 12 권제 4 호 7

기술특집 하기가용이하지않으므로대안의기술들이개발되어야한다. 이후에디스플레이업체들은 [ 그림 4] 와같이대형 OLED TV Prototype을선보여대형 OLED TV의가능성을보여주었다. 하지만 OLED TV prototype들은 3.5세대생산라인에서휴대폰생산에적용되는 fine metal mask(fmm) 기술을사용하여제작되었기때문에대량생산에는적합하지못하다.

[ 그림 4] 대형 OLED TV Prototype 현상도예상되므로증착장비의연구도중요하다. 따라서현재의 FMM의방식으로는 8세대이상의장비를개발 1. White OLED와 Color Filter(CF) 기술 WOLED 와 CF를이용하는기술은 R.G.

3 기술특집 하기가용이하지않으므로대안의기술들이개발되어야한다. 이후에디스플레이업체들은 [ 그림 4] 와같이대형 OLED TV Prototype을선보여대형 OLED TV의가능성을보여주었다. 하지만 OLED TV prototype들은 3.5세대생산라인에서휴대폰생산에적용되는 fine metal mask(fmm) 기술을사용하여제작되었기때문에대량생산에는적합하지못하다. 대형 TV 생산을위해서는 47인치 8장또는 55인치 6장을한기판에서생산할수있는 8세대기판 (2200mm*2500mm) 을대응할수있는 patterning 기술이필요하다. FMM을대체하는 patterning 기술로 [ 그림 5] 와같이 white OLED, RGB 인쇄법그리고레이저전사법등이개발되고있다. [ 그림 4] 대형 OLED TV Prototype 현상도예상되므로증착장비의연구도중요하다. 따라서현재의 FMM의방식으로는 8세대이상의장비를개발 1. White OLED와 Color Filter(CF) 기술 WOLED 와 CF를이용하는기술은 R.G.B를동시에발광하는 WOLED 를 open mask를이용하여증착한후, CF 를형성하여 full color를구현하는기술이다. [3] 이기술은 FMM 대신에 open mask 를이용하므로대면적 mask 개발및대면적기판용증착장치개발이용이하다. 패널업체에서오래전부터이기술을이용한패널을개발하여왔으나, OLED의낮은효율과 CF를통과함에따른휘도감소로의하여소비전력이크다는단점이있었다. 이를극복하기위하여 RGB 3pixel에 white sub-pixel을추가하여 RGBW 4 pixel 구조를적용할수도있다. [4,5] TV의경우 [ 그림 5] OLED Patterning 기술 8 인포메이션디스플레이

AMOLED TV 기술 [ 그림 6] Tandem WOLED 구조영상신호의상당부분이 white를중심으로한영역에해당되는데, 이부분은 CF를거치지않고통과하는 white sub-pixel을이용하므로소비전력을줄일수있다.

[ 그림 6] 과같이둘이상의 OLED 소자를 intermediate conducting layer(icl) 을매개로적층하는 tandem WOLED 는효율이높을뿐아니라수명이우수하며, aging에의한 color shift가적다는장점이있다.

[ 그림 7] 은 WOLED와 CF 기술을이용한 15인치 HD TV 전시품으로서 WOLED 대형 TV의가능성을보여주었다. 2. Printing 기술 Printing 기술은 RGB 삼색에대한화소 pattern을용액을이용하는인쇄방식으로형성하는기술이다.

[9] 화소별로용액을 drop하는 nozzle 편차에의한막두께의편차를줄이기위하여잉크방울의크기와점성, 압전헤드의전압조절및잉크방울의건조공정조건등에대한다양한연구가진행되어왔다. 현재잉크젯설비에대한신뢰성은긍정적이다. 잉크젯을위한고효율, 장수명의잉크재료를개발하는것이큰과제이다.

4 AMOLED TV 기술 [ 그림 6] Tandem WOLED 구조영상신호의상당부분이 white를중심으로한영역에해당되는데, 이부분은 CF를거치지않고통과하는 white sub-pixel을이용하므로소비전력을줄일수있다. [6] 한편 white OLED의효율을높이기위하여다양한기술이개발되어왔다. [ 그림 6] 과같이둘이상의 OLED 소자를 intermediate conducting layer(icl) 을매개로적층하는 tandem WOLED 는효율이높을뿐아니라수명이우수하며, aging에의한 color shift가적다는장점이있다. [7,8] 또한 WOLED 는발광층을포함한모든 OLED를 open mask를이용하여증착하므로 FMM이막히는불량이없고 mask에의한이물발생이적어생산성이우수하다. 그리고 FMM이필요하지아니하므로, 기판과증착소스의거리를좁힐수있어서유기물이용효율도높일수있는장점이있다. [ 그림 7] 은 WOLED와 CF 기술을이용한 15인치 HD TV 전시품으로서 WOLED 대형 TV의가능성을보여주었다. 2. Printing 기술 Printing 기술은 RGB 삼색에대한화소 pattern을용액을이용하는인쇄방식으로형성하는기술이다. 대표적인인쇄법은잉크젯과 nozzle jet patterning 기술이있다. [ 그림 8] 과같은잉크젯은일본의 Seiko-Epson을중심으로개발되어왔다. [9] 화소별로용액을 drop하는 nozzle 편차에의한막두께의편차를줄이기위하여잉크방울의크기와점성, 압전헤드의전압조절및잉크방울의건조공정조건등에대한다양한연구가진행되어왔다. 현재잉크젯설비에대한신뢰성은긍정적이다. 잉크젯을위한고효율, 장수명의잉크재료를개발하는것이큰과제이다. 한편미국의 Dupont사는 [ 그림 9] 와같은표면처리를이용하는노즐젯을이용하여 4.3인치 OLED 패널을개발하였다. [10] 인쇄법은대면적에적용하기용이한기술일뿐만아니라발광층을형성하기위하여진공장비를사용하지않으므로 cost를낮출수있는기술이다. [ 그림 8] 잉크젯공정모식도 [ 그림 9] 노즐젯공정모식도 [ 그림 7] WOLED 를이용한 15 인치 TV 3. 레이저전사기술레이저를이용하는전사방식은 laser induced pattern-wise sublimation(lips) 와 laser induced thermal imaging(liti) 이방식이있다. [ 그림 10] 에표현된 LIPS는다이오드레이저를이용하여유기물을승화하여증착시키는방법으로서일본의소니는이기술을이용하여 2007년 SID학회 2011 년제 12 권제 4 호 9

기술특집 없이효율적으로 pattern할수있다. 하지만 particle 제어라든지특성의균일성을확보하기위한레이저광학시스템, donor와 film의표면처리등의과제가남아있다. Ⅲ.

[11] 한편 [ 그림 11] 과같은 LITI 기술은유기물질이코팅된필름을 TFT backplane에밀착시킨후레이저를필름에조사하여유기물질이기판으로전사되어화소를형성하는방법이다.

Glass 전면에있어서 90% 이상의균일도가필요하고인접한화소간에는 2% 이내의특성차이가없어야한다. 이동도는최소한 10cm 2 /Vs가필요한것으로보인다.

5 기술특집 없이효율적으로 pattern할수있다. 하지만 particle 제어라든지특성의균일성을확보하기위한레이저광학시스템, donor와 film의표면처리등의과제가남아있다. Ⅲ. TFT Backplane [ 그림 10] LIPS의공정모식도 [ 그림 11] LITI의공정모식도에서 27인치 AMOLED를발표하였다. [11] 한편 [ 그림 11] 과같은 LITI 기술은유기물질이코팅된필름을 TFT backplane에밀착시킨후레이저를필름에조사하여유기물질이기판으로전사되어화소를형성하는방법이다. [12] 이러한레이저전사기술은 FMM의대면적한계를극복하여기판변형, 마스크변형등의문제가 OLED TV를위한 TFT backplane은 [ 그림 12] 와같이성능적인측면에서는균일하면서도높은이동도가필요하고, 대면적이가능하면서도장비투자비가싼기술이필요하다. Glass 전면에있어서 90% 이상의균일도가필요하고인접한화소간에는 2% 이내의특성차이가없어야한다. 이동도는최소한 10cm 2 /Vs가필요한것으로보인다. 또한 OLED용 TFT는스위칭뿐만아니라전류공급원으로서의역할을하여야하므로구동중에특성변화가없는안정성이요구된다. 마지막으로 TV 생산을위해서는 8세대이상의기판에대응되는장비, 공정기술개발이용이하여야한다. 현재 LCD TV용 TFT backplane으로는 a-si TFT가주로사용되고있다. a-si TFT는가격이싸고대면적으로제작이용이한수준이지만이동도가낮고구동의안정성이좋지않아 OLED TV용 backplane으로는적합하지않다. Mobile용으로생산되고있는 AMOLED 디스플레이는 excimer laser annealing(ela) 으로결정화시키는 poly-si [ 그림 12] TFT 의성능과대면적투자비용의비교 10 인포메이션디스플레이

6 AMOLED TV 기술 TFT를주로사용하고있다. 2007년말에출시된소니의 11인치 OLED TV는 ELA poly-si TFT를적용하였다. ELA poly-si TFT를 OLED TV용 backplane으로사용하기위해서는제작과정의높은비용, 대면적에서의소자의불균일성, 그리고대면적장비의개발등의과제가있다. 균일성, 대면적화의문제를해결하기위하여레이저에마스크를이용하여결정의방향성과크기및균일도를향상시킨 sequential lateral solidification(sls) 기술, [13] 금속촉매를이용하여결정성을촉진시키는 metal induced lateral crystallization(milc) 기술 [14] 그리고자기력과열을이용한 advanced solid phase crystallization(aspc) 기술 [15] 등이개발이되어왔다. 한편안정성이우수하고유지비용도저렴한레이저를이용하여 micro crystalline Si 을만드는기술로개발되어왔다. 이기술은 ELA와달리금속막에흡수된레이저를열로변환시켜 Si을결정화하는기술이므로 indirect thermal crystallization(itc) 라고불리기도한다. [16] 그리고산화물반도체 ZnO를이용하는 TFT가활발히연구되고있다. 최근에는이동도도높고, 신뢰성도우수한 GaInZnO가많이연구되고있다. [17] 산화물 TFT는안정성이개선되어야하지만기존의 a-si TFT 라인을최대한활용할수있어서 cost가낮고, 대면적대응이쉬운큰장점을가지고있다. [ 그림 13] 은각 TFT의성능과생산성을비교하였다. TFT의성능과대면적기판의생산성은서로상반된관계가있다. 즉생산성이높은 TFT 기술은성능과안정성을향상시켜야하는과제가있고, 반대로성능이우수한 TFT 기술은대면적기판의생산성을향상시켜야한다. 그리고 TFT의특성이균일하지못하거나, 동작중문턱전압이증가하여수명이감소하는문제는보상회로를통하여특성의균일도를높이거나, 이동도와문턱전압의변화를보상할수있다. 따라서 TFT의성능저하를보상하여 OLED TV의휘도의저감문제와불군일도를억제할수있는적절한보상회로가개발되어야한다. Ⅳ. Encapsulation 기술 OLED는수분이나산소등에취약하여 OLED가회부환경에노출이되면 [ 그림 14] 와같이발광영역이축소된다든지, 발광영역내에 dark spot이생기게된다. Encapsulation은 OLED 소자의외부에서유입되는수소와산소를차단하여유기물과전극재료의산화를방지하고외부로부터가해지는기계적, 물리적충격에서소자를보호하는역할을한다. [ 그림 13] TFT 의성능과생산성의비교 2011 년제 12 권제 4 호 11

기술특집 [ 그림 16] Frit Seal 을이용한 Edge Sealing 방식 [ 그림 17] Passivation 막을이용한 Face Sealing 방식 [ 그림 14] 수분과산소에의한 OLED 화소축소일반적으로 glass나금속기판에 sealant를도포한후 OLED

이방식에는이방식은 [ 그림 15, 16] 에나타난것과같이 UV를조사하여 sealant 를경화시키는 UV seal 방식과 frit paste를 screen printing 한후 IR 레이저를이용하여 sealing 시키는 frit seal 방식이있다.

Face sealing 방식은먼저 thin film passivation 막을형성한후흡습또는 buffer역 [ 그림 15] UV Seal을이용한 Edge Sealing방식 할을수행하는고분자 polymer로구성되어있다.

[18] 고분자 polymer는접착성고분자를용액상태에서 screen printing하는액상방식과 film을 laminating하는방식이있다. Ⅴ. 결론 OLED는 LCD에비하여화질이우수하고다양한디자인이가능하며가격이싼 TV를제품화할수있는차세대디스플레이기술이다.

7 기술특집 [ 그림 16] Frit Seal 을이용한 Edge Sealing 방식 [ 그림 17] Passivation 막을이용한 Face Sealing 방식 [ 그림 14] 수분과산소에의한 OLED 화소축소일반적으로 glass나금속기판에 sealant를도포한후 OLED 기판과합착하여 encapsulation 공정을완성한다. Sealant를 encapsulation 기판의주변에만도포하는경우를 edge sealing 방식이라고한다. 이방식에는이방식은 [ 그림 15, 16] 에나타난것과같이 UV를조사하여 sealant 를경화시키는 UV seal 방식과 frit paste를 screen printing 한후 IR 레이저를이용하여 sealing 시키는 frit seal 방식이있다. Edge sealing 방식은주로휴대폰과같은소형제품에적합한기술이다. OLED TV에는물리적기계적강도가필요하므로 [ 그림 17] 과같이 OLED 기판전면을 sealant로덮어주는 face sealing 방식이필요하다. Face sealing 방식은먼저 thin film passivation 막을형성한후흡습또는 buffer역 [ 그림 15] UV Seal을이용한 Edge Sealing방식 할을수행하는고분자 polymer로구성되어있다. Thin film passivation은 SiNx, SiOx와같은무기막을사용할수도있고 Vitex 사와같이 Al 2 O 3 와유기물로구성된다층박막을적층하는방법이있다. [18] 고분자 polymer는접착성고분자를용액상태에서 screen printing하는액상방식과 film을 laminating하는방식이있다. Ⅴ. 결론 OLED는 LCD에비하여화질이우수하고다양한디자인이가능하며가격이싼 TV를제품화할수있는차세대디스플레이기술이다. OLED TV를제품화하기위한핵심기술은 color patterning, TFT backplane 그리고 encapsulation 등이있다. Color patterning은현재 mobile 제품정도에적용되는 FMM 기술을극복하기위한대면적 patterning 기술이개발되어야한다. TFT backplane은이동도와같은전기적특성이우수하며, 대면적에서도특성이균일하고안정성이있어야한다. Encapsulation 은대면적에서투습방지능력이우수하면서도기계적강도를가질수있는기술이개발되어야한다. 8세대이상의기판에서제조공정이가능한장비, 재료및생산기술이개발되어가격경쟁력이있는 55인치이상의 OLED TV가출시된다면앞으로 OLED TV 시장은빠르게확대되어갈것이다. 12 인포메이션디스플레이

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기술특집 [17] Sang-Hee Ko Park, Minki Ryu, Shinhyuk Yang, Chunwon Byun, Chi-Sun Hwang, and Kyoung Ik Cho, Oxide TFT Driving Transparent AM-OLED, SID Symposium Digest of Technical Papers, 41, 245, (2010).

탁윤흥 1991 년 : 독일 Philips Marburg 대학 Chemistry B.S. 1994 년 : 독일 Philips Marburg 대학 Physical Chemistry M.S. 1997 년 : 독일 Philips Marburg 대학 Physical Chemistry Ph.

9 기술특집 [17] Sang-Hee Ko Park, Minki Ryu, Shinhyuk Yang, Chunwon Byun, Chi-Sun Hwang, and Kyoung Ik Cho, Oxide TFT Driving Transparent AM-OLED, SID Symposium Digest of Technical Papers, 41, 245, (2010). [18] Giovanni Nisato, M. Kuilder, Piet Bouten, L. Moro, O. Philips, and N. Rutherford, Thin Film Encapsulation for OLEDs: Evaluation of Multi-layer Barriers using the Ca Test, 34, 550, (2003). 탁윤흥 1991 년 : 독일 Philips Marburg 대학 Chemistry B.S 년 : 독일 Philips Marburg 대학 Physical Chemistry M.S 년 : 독일 Philips Marburg 대학 Physical Chemistry Ph.D 1997 년 : LG 전자입사 현재 : LG Display 상무, OLED 기술개발담당 관심분야 : OLED TV, OLED 소자, Encapsulation 저자약력 한창욱 1987 년 : 서울대학교공과대학무기재료공학과학사 1989 년 : 서울대학교공과대학무기재료공학과석사 2007 년 : 서울대학교공과대학전기공학과박사 1990 년 : LG 전자입사 현재 : LG Display 연구위원, OLED 기술개발팀장 관심분야 : OLED TV, TFT 소자, White OLED 소자 14 인포메이션디스플레이

패션 전문가 293명 대상 앙케트+전문기자단 선정 2010.1 Fashionbiz CEO Managing Director Creative Director Independent Designer

READY-TO-WEAR Fashionbiz 2010.1 패션 전문가 293명 대상 앙케트+전문기자단 선정 2010.1 Fashionbiz CEO Managing Director Creative Director Independent Designer READY-TO-WEAR Fashionbiz 2010.1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 9 2010.1 Fashionbiz