OLED 기초 이해 자료 PART. 1

 

- 차세대 디스플레이로 꼽힌 OLED(유기발광다이오드) 디스플레이가 가파르게 성장하고 있다. 영국의 시장 조사 업체 IHS마킷은 OLED

패널 시장 규모가 내년 204억7000만달러 (약 24조 6000억원)로 올해보다 32% 성장하고 2020년에는 두배 이상으로 커질 것으로 전망

 

 

 

 

그럼 시장에서 반응이 뜨거운 OLED 란 도대체 무엇일까?

필자 또한 OLED 에 관한 내용을 어렴풋이 알고 있었으나, 자세한 내용은 업계 종사자가 아닌지라 자료를 취합하여 글을 작성하니, 잘못된 기재된 부분이 있을 수 있다.

 

OLED란 이름은 Organic, Light, Emitting, Diode 의 각 앞글자를 따서 만들어졌으며 우리말로는 "유기발광 다이오드" 라고 한다.

 

OLED는 탄소, 수소, 인, 황 등 유기 화학물로 구성되어 있어 형태의 변화가 자유롭고, 그 조합에 따라서 다양한 특징을 지닐 수 있다.

그에 따라 휘거나 구부릴 수 있는 flexible Display 를 만들기 위한 가장 적합한 재료로 손 꼽히고 있다.

 

 

출처 : LG디스플레이 블로그

 

LG디스플레이 블로그에 기재된 글에 따르면, LCD와 OLED는 구조 자체부터 다른점을 보이고 있다.

OLED의 백라이트 이하 각종 구성요소들이 LCD에 비해 적다. 이에 OLED가 더 가볍고 얇을 수 있게 되는 것인데 이러한 원인의 큰 차이는

서로 다른 발광원리에서 찾을 수 있다. LCD는 빛을 투과해서 내는 투과형으로 백라이트가 빛을 내주어 필요한 양만큼 빛을 통과시킨다.

하지만 OLED는 소자 하나하나가 빛을 내는 발광형으로, 각 소자에 흐르는 전류를 달리 주어 빛을 조절할 수 있기에 백라이트가 필요가 없다.

OLED가 얇아질 수 있는 추가적인 요소는 OLED TFT 앞에 부착되는 편광판이다. 이는 빛을 내기 위해 필요한 것이 아니라 반사되는 빛을 막아주는 역할이기에 다른 방식을 사용하게 되면 제거가 가능하게 된다. 또한 컬러필터 또한 White OLED 소자를 사용하는 경우에만 필요해서

사실상 OLED 구조물에는 TFT 와 OLED 유기물이 증착되는 글래스 외에는 반드시 필요한 부분은 없다고 보면 된다.

 

<용어설명>

 

BLU - 백라이트라고 지칭하며, 액정 디스플레이(LCD)는 자체적으로 빛을 못내기 때문에 LCD 뒷쪽에 빛을 비춰야만 화면을 볼 수 있다.

 

POL - 편광판은 LCD 모듈의 백라이트에서 나오는 빛의 세기는 모두 균등하나 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 빛을 투과시키고

그외에는 흡수 또는 반사하여 특정 방향의 편광을 만드는 역할을 한다. 이때 두개 사이에 있는 액정을 이용한다.

LCD에서는 반드시 필요하나 OLED에서는 빛의 반사를 막는 용도로 편광판을 사용한다. 이는 블랙화면을 정확하게 표현하기 위해, 야외시인성을 확보하기 위해 사용한다. OLED는 TFT , OLED 소자(유기물), 전원을 공급하기 위한 전극으로 구성되는데, TFT와 전극은 전기 전도도가 높은 메탈 물질이라 빛의 반사율이 매우 높다. 따라서 유리에 햇빛이 비치면 빛을 모두 반사해버려 사용자가 화면을 인식하는데 문제가 생긴다.

이에 정확한 영상을 보여주기 위해서는 외부 빛의 반사를 최소화 할 필요가 있어 OLED에도 사용된다.

       

TFT- 액정 표시 방식 중에 하나로 액정 화소 하나하나에 반도체 스위치를 붙여 표시를 제어하는 방식을 말한다.

 

Color Filter - 빛은 R,G,B 삼원색을 이용해 모든 색 표현이 가능하며, R,G,B가 섞이면 White가 되는데, White 광원을 가지는 백라이트는 R,G,B의 색 파장을 모두 가지고 있다. 따라서 이 광원이 컬러필터를 통과하면 색상이 구분되게 된다. 즉 컬러필터는 각 색에 맞는 파장을 통과시킴.

OLED는 컬러필터 없이 색상별로 색을 바로 내는 자발광 디스플레이로 R, G은 특성이 좋아 색기준(NTSC) 100%가 넘는 색 영역을 표현 할 수 있지만 Blue의 광원 특성은 개선이 필요하여 OLED에서 '미세공동효과' 등 다양한 방법을 통하여 개선을 한다.

 

다음으로는 공정부분을 살펴보도록 합시다.

아래의 공정에 관한 모든 자료는 LG디스플레이 블로그에서 가져왔습니다.

 

1. TFT 공정

 

	왼쪽에 보이는것은 TFT판입니다. 이것을 확대하면 마치 바둑판처럼 되어 있는데 이 하나하나를 화소라고 하며,각 화소에는 화소를 조절할 수 있는 트랜지스터가 있습니다. TFT 공정은 결국 유리기판 위에 이 트랜지스터를 만드는 공정이라고 할 수 있습니다.
	트랜지스터란 아주 작은 스위치를 말하는데, 액정이 있는 위치로 전기를 전달하여 액정이 움직이는 모양을 조절할 수 있습니다.
	TFT판 위에는 머리카락 하나의 두께를 1/100로 나눈 크기와 같이 눈으로 볼 수 없을 만큼 아주 작은 트랜지스터가 수백 만개나 있습니다. 트랜지스터를 자세히 살펴 보면 파이처럼 여러 층으로 구성되어 있습니다. 그럼 트랜지스터의 각 층이 어떻게 만들어지는지 첫 번째 층부터 만들어볼까요?
	우선 유리기판을 깨끗하게 씻은 후(세정) 그 위에 필요한 모양을 만들기 위해 막을 입히고(증착) 이 막 위에 빛에 민감한 물질을 한 번 발라줍니다(포토레지스트 코팅). 두 겹의 막이 생겼죠? 이제 막 위에 우리가 원하는 모양을 만들어 보겠습니다.
	원하는 모양이 그려진 틀을 유리기판 위에 두고 빛을 쏘아줍니다(노광). 원하는 모양을 만들려면 빛에 노출된 부분을 제거해야 한답니다. 먼저 빛에 노출 된 한 층을 제거합니다(현상). 그러면 한 층이 더 남았죠. 제거된 아래에 있는 막 부분도 한 번 더 제거합니다(식각). 마지막으로 빛에 민감한 물질을 제거하면 만들고자 하는 하나의 층이 완성 됩니다(포토레지스트 제거). 트랜지스터를 구성하는 다른 층들도 지금까지의 과정을 되풀이하여 만들 수 있습니다.
	과거에는 트랜지스터를 만들기 위해 이 과정을 8번이나 반복해야 했습니다. 지금은 기술 개발을 통해 2~3층을 한 번에 만들 수 있게 되어 4번의 과정만으로도 충분하답니다.

 

2. C/F 공정

 

 

	지금부터 컬러 필터 공정을 소개해드리겠습니다. 이것이 컬러 필터판입니다. 이것을 확대해서 보면 R(빨강), G(초록), B(파랑)의 화소들이 많이 모여있는 것을 볼 수 있습니다.
	컬러 필터 공정은 얇은 유리기판 위에 이러한 색 화소를 만드는 과정이라 할 수 있습니다. TFT-LCD의 광원은 백라이트에서는 원래 흰색의 빛이 나오지만 컬러 필터판의 빨강, 초록, 파랑의 화소를 통과하면서 빛이 조합되어 다양한 색상을 표현하면서 화려한 영상을 볼 수 있습니다.
	그러면 컬러 필터판이 어떻게 만들어지는지 살펴보겠습니다. 우선 유리기판을 깨끗이 씻습니다. 그리고 정전기 방지를 위해 ITO라고 하는 투명한 막을 입힙니다.
	다음은 반대쪽 유리기판에 검은색 바둑판 모양의 차단막(블랙 매트릭스)을 만들어 각 화소의 고유한 색깔이 섞이지 않도록 합니다.
	다음 단계는 빨강, 초록, 파랑의 화소들을 차례대로 만듭니다. 먼저 유리판 위에 빛에 민감한 빨간색 물질(빨강 포토레지스트)을 발라 막을 형성합니다. 그 다음 원하는 모양의 틀(마스크)을 올려 빛을 쏘아준 후 빛에 노출되지 않은 부분을 제거합니다. 그리고 오븐에 넣고 열을 가하면 빨간색 물질이 굳게 됩니다. 이 과정을 반복하면 초록과 파랑 화소도 만들 수 있습니다.
	그런데 각 화소의 높이가 맞지 않네요? 그래서 코팅제를 한 겹 더 입혀 높이를 동일하게 맞춰 줍니다. 마지막으로 이 위에 작은 기둥을 만들면 다음 공정에서 TFT판과 합쳐질 때 일정한 간격을 유지하게 됩니다. 그러면 컬러 펄터판이 최종적으로 완성 됩니다.

 

 

3. Cell 공정

 

	지금부터 Cell 공정을 소개해드리겠습니다. 이 공정은 TFT 기판과 컬러 필터 기판을 합친 후 필요한 크기의 패널로 자르는 단계입니다. 그럼 Cell 공정의 세 단계를 알아보겠습니다.
	첫 번째. 배향공정입니다. 배향공정이란 액정이 동일한 방향성을 가지도록 하는 것입니다. 너무 어렵죠?
	먼저 TFT 기판과 컬러 필터 기판을 깨끗하게 씻고 배향막을 인쇄한 후 오븐에 넣어 굳힙니다. 그 후 부드러운 헝겊이 감겨있는 롤러를 회전시켜 작은 홈을 만들어주어 초기에 액정이 동일한 방향으로 줄을 서게 합니다.
	두 번째. 진공 상태에서 TFT 기판과 컬러 필터 기판을 하나로 합치는 합착 공정입니다. 우선 TFT 기판 위에는 액정을 일정량 떨어트리고 컬러 필터 기판 위에는 TFT 기판과 잘 합쳐질 수 있도록 접착제를 발라줍니다. 그리고 두 유리 기판을 진공 상태에서 합칩니다. 이 과정에서 액정은 두 유리 기판 사이에서 고르게 펴집니다.
	세 번째. 합친 유리기판을 잘라 패널을 만드는 과정입니다. 우선 합친 유리기판의 양면을 동시에 필요한 크기로 자릅니다. 그리고 패널 가장자리를 그라인더를 이용, 부드럽게 다듬은 후 발생한 유리 가루 및 이물질을 제거하기 위해 깨끗이 씻습니다.
	마지막으로 완성된 패널에 전기적 신호를 주어 빨강, 초록, 파랑 등의 다양한 색상과 모양이 화면에 최상으로 나오는지 검사하면 Cell 공정이 완성됩니다.

 

 

4. Module 공정

 

 

	모듈 공정은 TFT, C/F, Cell 공정을 마친 패널에 편광판, 구동칩, PCB, 백라이트, 탑 케이스 등의 부품을 조립하는 공정입니다. 그럼 지금부터 모듈 공정에 대해 자세히 알아보겠습니다.
	Cell 공정까지 마친 패널들을 박스에 실어 모듈 공정으로 가져옵니다.
	모듈 공정에 도착한 패널들은 가장 먼저 세정 공정을 거칩니다. Cell 공정에서 발생된 이물질을 깨끗한 물과 유기재질의 사포를 사용하여 표면을 깨끗이 씻어 줍니다. 그리고 부드러운 브러시로 닦아내고 특수 처리된 깨끗한 물을 이용해 표면을 완벽히 세정한 후 바람을 사용해 건조시키면 세정 공정이 끝나게 됩니다.

 

 

5. 편광판 부착

	이번 공정은 깨끗이 씻은 패널의 양면에 편광판을 부착하는 공정입니다. 편광판은 빛이 한 쪽 방향으로만 나가도록 만들어주는 얇은 막을 말합니다. 편광판에 부착된 보호 필름을 떼어내면 접착성이 있는 부분이 나타나게 됩니다. 접착면을 롤러를 이용하여 패널의 한 면에 부착합니다. 다른 한 면은 편광판의 무늬가 수직이 되도록 비쳐 빛을 쏘아도 반대편으로 빛이 통과하지 못하도록 합니다. 빛이 통과하지 못하는데 어떻게 우리는 패널을 통해 영상을 볼 수 있는 걸까요?
	먼저 백라이트에서 나온 빛은 편광판을 통과하여 TFT판에 도착합니다. 이 빛은 전기적 신호의 강약에 따라 움직이는 액정에 의해 방향이 바뀌게 됩니다. 방향이 바뀐 빛은 컬러 필터판에 빨강, 초록, 파랑의 화소들과 편광판을 통과하면 우리는 다양한 색상의 영상을 볼 수 있습니다.

 

 

6. TAB 공정

 

 

	이번 공정은 구동칩이 내장된 필름을 부착하는 공정입니다. 이 필름은 전기적 신호가 패널로 전달 될 수 있도록 다리 역할을 합니다. 이제 패널에 필름을 붙여보겠습니다.
	먼저 카메라로 패널이 놓이는 위치를 확인합니다. 패널을 자세히 확인하면 TFT 기판이 컬러 필터 기판보다 큰 것을 알 수 있는데요. 이 곳에 접착 테이프를 바릅니다.
	그 위에 영사기 필름처럼 감겨져 있는 필름을 하나씩 잘라내 정확한 위치를 확인한 후 올려놓습니다. 접착 테이프 안에는 전기가 흐를 수 있는 물질이 있어 구동 칩과 패널 사이에 전기 신호가 통하도록 합니다. 그리고 고온 고압으로 한 번 더 단단히 붙여 줍니다.

 

 

7. PCB 공정

 

	PCB(Printed Circuit Board) 공정에 대해 알아보겠습니다. PCB는 외부로부터 전달 받은 신호를 구동칩이 내장된 필름에 전달해주는 역할을 합니다.
	탭 공정과 동일하게 먼저 접착 테이프(ACF: Anistropic Conductive Film)를 PCB 위에 바릅니다. PCB와 필름의 부착 위치를 확인한 후 고온 고압으로 단단히 붙여줍니다.
	그 후 TFT 기판과 컬러 필터 기판의 크기가 다른 부분으로 외부의 습기가 스며드는 것을 막기 위해 실리콘을 막아서 막아줍니다. 이렇게 PCB 부착이 끝난 패널은 화면이 제대로 나오는지 검사한 후 조립공정으로 넘어갑니다.

 

 

8. 조립공정 및 에이징 & 최종검사

 

 

	TFT-LCD 패널은 자체적으로 빛을 낼 수 없기 때문에 램프가 들어있는 백라이트를 부착하여 빛을 내게 합니다. 그럼 백라이트가 어떻게 이루어져있는지 한 번 살펴볼까요?
	백라이트는 세어나오는 빛을 도광판 쪽으로 돌려보내는 반사판, 빛의 원천인 램프 어셈블리(Assembly). 램프에서 나온 빛을 도광판 표면에 골고루 퍼지게 하는 확산판. 확산판에 도달한 빛을 굴절, 집광시켜 밝기를 높여주는 도광판. 도광판을 보호하고 빛을 골고루 퍼지게 하는 확산판. 마지막으로 각 시트들을 하나로 고정시키고 외부충격으로부터 보호하는 가이드 패널로 구성되어 있습니다. 그럼 이제 조립을 시작해보도록 하겠습니다.
	PCB 부착을 마친 패널을 보드 어셈블리라고 하는데요. 이 보드 어셈블리를 백라이트 위에 올리고 PCB를 뒤로 접습니다. 그 후 탑 케이스를 씌워 패널과 백라이트를 고정시키고 외부의 충격으로부터 보호합니다. 마지막으로 패널 화면을 보호하기 위한 필름을 부착한 후 PCB 보호를 위한 케이스를 조립하면 TFT-LCD 모듈이 완성됩니다.
	에이징과 최종 검사에 대해 소개해드리겠습니다. 우선 화면이 제대로 나오는지 검사합니다. 검사가 완료된 모듈은 고온상태에서 일정 시간 동안 전기적 신호를 주는 에이징 공정을 거칩니다. 이 공정은 액정이 제자리를 잡도록 안정화시키고 제품의 신뢰도를 높이는 과정입니다.

 

 

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