기술특집

6❙인포메이션 디스플레이

[그림 1] AMOLED 구조

Ⅰ. 서 론

1987년 C.W.Tang과 S.A.Van Slyke는 두 층의 유기물

박막에 류를 흘려주어 빛을 발하는 Organic Light

Emitting Diode(OLED)를 세상에 소개하 다.[1]

당시에 발표된 OLED의 성능은 10V 이하에서 1000cd/cm2

이상의 휘도를 낼 수 있는 수 으로 OLED의 디스 이

용 가능성을 보여주었다.

그로부터 10년 후인 1997년, 일본의 동북 이오니아

는 자동차 FM 수신기에 OLED를 용함으로써 OLED

디스 이 제품화에 성공하게 된다. 하지만, 당시의 제

품은 Thin Film Transistor(TFT)를 사용하지 않은 방식으

로서 소형 제품에는 가능하나, 고해상도나 면 디스

이에는 용하기 어려운 기술이었다.

Liquid crystal display(LCD)와 같이 휴 폰이나 TV제

품에 용하기 해서는 TFT에 의하여 구동되는 Active

Matrix OLED(AMOLED) 기술이 필요하다.

AMOLED는 [그림 1]과 같이 TFT 기 에 OLED를

형성 한 후, encapsulation하는 구조로 이루어져 있다.

재 평 디스 이의 세계 매출액의 약 90%가

LCD에 의하여 이루어지고 있고, 2010년도의 LCD TV의

매출양은 약 1억 에 이르 다. LCD에 이어 차세 평

디스 이로 각 받고 있는, OLED는 재 휴 폰을

심으로 한 mobile 디스 이 제품에 용이 되고 있으

며, 생산기술과 제품기술의 계발을 통하여 면 OLED

TV제품이 출시될 망이다. Display Search와 iSuppli 같

은 시장조사 기 들은 2015년 는 2016년경에는 OLED

TV의 매출액이 약 20억 달러에 이를 것이며, 이후 속

히 성장할 것으로 측하고 있다. OLED가 LCD를 뒤이

을 차세 TV용 디스 이로 인식되는 것은 여러 가지

장 이 있기 때문이다.

첫째, OLED는 LCD에 비하여 우수한 화질 특성을 가

지고 있다. OLED는 자발 디스 이임으로 Black 특

성이 우수하여 명암비가 높으면, 어두운 배경에서의 이미

지가 더 밝게 보이는 Bartleson - Breneman 효과에 의하

여 높은 명암비를 가지는 OLED화면이 더 밝고 선명하게

보인다.[2] 그리고 액정을 사용하는 LCD는 시야각에 따라

휘도가 바 지만 OLED는 자발 디스 이이므로 시

야각이 바 어도 휘도가 크게 떨어지지 않는 우수한 시야

각 특성을 가지고 있다.

둘째, OLED는 자발 디스 이로써 back light unit

(BLU)가 필요 없으며, solid state device이므로 두께가 얇

한창욱, 탁윤흥 (LG 디스플레이)

AMOLED TV 기술

AMOLED TV 기술❙

2011년 제12권 제4호❙ 7

[그림 2] 출시된 OLED TV 제품

[그림 3] Fine Metal Mask이용한 증착 기술

고 무게가 가벼운 TV가 가능하다. 한 OLED TV는 구

부리거나 투명한 디스 이가 가능하므로 다양한 모양

의 제품을 디자인할 수 있을 것이다.

셋째, 가격 인 측면이다. LCD가 PDP TV를 체하던

과정을 돌아보면 LCD TV 가격이 PDP TV의 2배 을 때,

LCD TV의 비 이 5%에 불과하 지만 가격이 1.5배의

수 이 되었을 때는 LCD TV의 시장은 빠르게 확 되었

다. OLED TV의 성능이 LCD TV에 비하여 우수하지만

시장 확 를 해서는 OLED TV의 가격 경쟁력이 있어

야 한다. OLED TV는 자발 디스 이이므로 LCD와

달리 BLU가 필요하지 않다. LCD TV의 경우 BLU가

체 재료비의 45~50%를 차지하므로 BLU가 필요 없는

OLED TV의 재료비는 LCD TV의 70% 수 이다. 따라서

면 TV를 생산할 수 있는 장비가 개발이 된다면

OLED TV는 가격 경쟁력도 확보할 수 있을 것으로 상

된다.

본 보고서에서는 OLED TV 제품화를 하여 개발되어

야 하는 color patterning, TFT backplane, encapsulation 기

술 동향에 하여 알아보고자 한다.

Ⅱ. Color Patterning 기술

OLED를 구성하는 유기물은 일반 으로 열 증착 장비

에서 fine metal mask(FMM)을 이용하여 화소 patterning

을 한다. 재 mobile OLED 제품을 생산하기 하여 4세

의 1/2크기인 730mm*460mm의 기 을 다룰 수 있는

증착기를 사용하고 있다. [그림 1]은 4세 의 장비에

서 FMM 기술을 이용하여 생산된 OLED TV제품이다.

[그림 2]는 소니와 LG 자에서 출시되었던 OLED TV이

다. 소니 OLED TV는 2007년 말에 출시되었으며

1,000,000:1의 암실 명암비와 3mm 두께를 가지는 11.1인

치 소형 TV이다. LG 자는 2009년에 15인치 OLED를

출시하 다. Peak 휘도 440nit, 100,000:1의 암실 명암비

와 1.7mm 두께를 가지는 박형 TV이다. 두 제품은 생산성

이 낮아서 매가격이 11.1인치가 200,000엔, 15인치가

3,000,000원에 이르는 고가의 제품이었지만, OLED TV의

기술 가능성을 보여 주었다.

FMM 방식은 [그림 2]와 같이 고 진공에서 박막의

metal mask를 유리 기 에 자석을 이용하여 착시킨 후

metal mask의 open된 역에 유기물을 증착하여 R.G.B

화소를 형성하는 방법이다. FMM은 50um 두께의 metal

mask를 속 frame에 용 하여 이용하며, FMM과 기

의 착도를 향상시키고 pattern 정 도를 향상시키기

하여 일정한 힘으로 stretching 시킨 후 frame에 용 하는

인장 용 방식을 이용한다. 기 이 형화됨에 따라 인장

용 련 기술도 개발이 되어야 하고 FMM의 처짐

❙기술특집❙

8❙인포메이션 디스플레이

[그림 4] 대형 OLED TV Prototype

[그림 5] OLED Patterning 기술

상도 상되므로 증착 장비의 연구도 요하다. 따라서

재의 FMM의 방식으로는 8세 이상의 장비를 개발

하기가 용이하지 않으므로 안의 기술들이 개발되어야

한다.

이 후에 디스 이 업체들은 [그림 4]와 같이 형

OLED TV Prototype을 선보여 형 OLED TV의 가능성

을 보여 주었다. 하지만 OLED TV prototype들은 3.5세

생산 라인에서 휴 폰 생산에 용되는 fine metal

mask(FMM)기술을 사용하여 제작되었기 때문에 량 생

산에는 합하지 못하다. 형 TV 생산을 해서는 47인

치 8장 는 55인치 6장을 한 기 에서 생산할 수 있는

8세 기 (2200mm*2500mm)을 응할 수 있는 patterning

기술이 필요하다.

FMM을 체하는 patterning 기술로 [그림 5]와 같이

white OLED, RGB 인쇄법 그리고 이 사법 등이 개

발되고 있다.

1. White OLED와 Color Filter(CF) 기술

WOLED와 CF를 이용하는 기술은 R.G.B를 동시에 발

하는 WOLED를 open mask를 이용하여 증착한 후, CF

를 형성하여 full color를 구 하는 기술이다.[3] 이 기술은

FMM 신에 open mask를 이용하므로 면 mask 개발

면 기 용 증착 장치 개발이 용이하다. 패 업체

에서 오래 부터 이 기술을 이용한 패 을 개발하여 왔

으나, OLED의 낮은 효율과 CF를 통과함에 따른 휘도 감

소로 의하여 소비 력이 크다는 단 이 있었다. 이를 극

복하기 하여 RGB 3pixel에 white sub-pixel을 추가하여

RGBW 4 pixel 구조를 용할 수도 있다.[4,5] TV의 경우

AMOLED TV 기술❙

2011년 제12권 제4호❙ 9

[그림 6] Tandem WOLED 구조

[그림 7] WOLED를 이용한 15인치 TV

상신호의 상당부분이 white를 심으로 한 역에 해당

되는데, 이 부분은 CF를 거치지 않고 통과하는 white

sub-pixel을 이용하므로 소비 력을 일 수 있다.[6] 한편

white OLED의 효율을 높이기 하여 다양한 기술이 개

발 되어왔다.

[그림 6]과 같이 둘 이상의 OLED 소자를 intermediate

conducting layer(ICL)을 매개로 층하는 tandem WOLED

는 효율이 높을 뿐 아니라 수명이 우수하며, aging에 의한

color shift가 다는 장 이 있다.[7,8] 한 WOLED는 발

층을 포함한 모든 OLED를 open mask를 이용하여 증

착하므로 FMM이 막히는 불량이 없고 mask에 의한 이물

발생이 어 생산성이 우수하다. 그리고 FMM이 필요하

지 아니하므로, 기 과 증착 소스의 거리를 좁힐 수 있어

서 유기물 이용 효율도 높일 수 있는 장 이 있다.

[그림 7]은 WOLED와 CF 기술을 이용한 15인치 HD

TV 시품으로서 WOLED 형 TV의 가능성을 보여 주

었다.

2. Printing 기술

Printing 기술은 RGB 삼색에 한 화소 pattern을 용액

을 이용하는 인쇄 방식으로 형성하는 기술이다. 표 인

인쇄법은 잉크젯과 nozzle jet patterning 기술이 있다. [그

림 8]과 같은 잉크젯은 일본의 Seiko-Epson을 심으로

개발되어 왔다.[9] 화소별로 용액을 drop하는 nozzle 편차

에 의한 막 두께의 편차를 이기 하여 잉크방울의 크

기와 성, 압 헤드의 압조 잉크방울의 건조공정

조건 등에 한 다양한 연구가 진행되어 왔다. 재 잉크

젯 설비에 한 신뢰성은 정 이다. 잉크젯을 한

고효율, 장수명의 잉크 재료를 개발하는 것이 큰 과제

이다. 한편 미국의 Dupont사는 [그림 9]와 같은 표면 처

리를 이용하는 노즐젯을 이용하여 4.3인치 OLED 패 을

개발하 다.[10] 인쇄법은 면 에 용하기 용이한 기술

일 뿐만 아니라 발 층을 형성하기 하여 진공장비를 사

용하지 않으므로 cost를 낮출 수 있는 기술이다.

[그림 8] 잉크젯 공정 모식도

[그림 9] 노즐젯 공정 모식도

3. 레이저 전사 기술

이 를 이용하는 사방식은 laser induced pattern-wise

sublimation(LIPS)와 laser induced thermal imaging(LITI)

이 방식이 있다. [그림 10]에 표 된 LIPS는 다이오드

이 를 이용하여 유기물을 승화하여 증착 시키는 방법으

로서 일본의 소니는 이 기술을 이용하여 2007년 SID학회

❙기술특집❙

10❙인포메이션 디스플레이

[그림 10] LIPS의 공정 모식도

[그림 11] LITI의 공정 모식도

[그림 12] TFT의 성능과 대면적 투자 비용의 비교

에서 27인치 AMOLED를 발표하 다.[11]

한편 [그림 11]과 같은 LITI 기술은 유기물질이 코 된

필름을 TFT backplane에 착시킨 후 이 를 필름에

조사하여 유기물질이 기 으로 사되어 화소를 형성하

는 방법이다.[12] 이러한 이 사기술은 FMM의 면

한계를 극복하여 기 변형, 마스크 변형 등의 문제가

없이 효율 으로 pattern할 수 있다. 하지만 particle 제어

라든지 특성의 균일성을 확보하기 한 이 학시스

템, donor와 film의 표면 처리 등의 과제가 남아있다.

Ⅲ. TFT Backplane

OLED TV를 한 TFT backplane은 [그림 12]와 같이

성능 인 측면에서는 균일하면서도 높은 이동도가 필요

하고, 면 이 가능하면서도 장비 투자비가 싼 기술이

필요하다. Glass 면에 있어서 90% 이상의 균일도가 필

요하고 인 한 화소 간에는 2% 이내의 특성차이가 없어

야 한다. 이동도는 최소한 10cm2/Vs가 필요한 것으로 보

인다. 한 OLED용 TFT는 스 칭뿐만 아니라 류 공

원으로서의 역할을 하여야 하므로 구동 에 특성 변화가

없는 안정성이 요구된다. 마지막으로 TV 생산을 해서

는 8세 이상의 기 에 응되는 장비, 공정기술 개발이

용이하여야 한다.

재 LCD TV용 TFT backplane으로는 a-Si TFT가 주

로 사용되고 있다. a-Si TFT는 가격이 싸고 면 으로

제작이 용이한 수 이지만 이동도가 낮고 구동의 안정성

이 좋지 않아 OLED TV용 backplane으로는 합하지 않

다. Mobile용으로 생산되고 있는 AMOLED 디스 이

는 excimer laser annealing(ELA)으로 결정화시키는 poly-Si

AMOLED TV 기술❙

2011년 제12권 제4호❙ 11

[그림 13] TFT의 성능과 생산성의 비교

TFT를 주로 사용하고 있다. 2007년 말에 출시된 소니의

11인치 OLED TV는 ELA poly-Si TFT를 용하 다.

ELA poly-Si TFT를 OLED TV용 backplane으로 사용하

기 해서는 제작 과정의 높은 비용, 면 에서의 소자

의 불균일성, 그리고 면 장비의 개발 등의 과제가 있

다. 균일성, 면 화의 문제를 해결하기 하여 이

에 마스크를 이용하여 결정의 방향성과 크기 균일도를

향상시킨 sequential lateral solidification(SLS)기술, [13]

속 매를 이용하여 결정성을 진시키는 metal induced

lateral crystallization(MILC) 기술[14] 그리고 자기력과 열

을 이용한 advanced solid phase crystallization(ASPC) 기술[15] 등이 개발이 되어왔다.

한편 안정성이 우수하고 유지비용도 렴한 이 를

이용하여 micro crystalline Si 을 만드는 기술로 개발되어

왔다. 이 기술은 ELA와 달리 속막에 흡수된 이 를

열로 변환시켜 Si을 결정화 하는 기술이므로 indirect thermal

crystallization(ITC)라고 불리기도 한다.[16] 그리고 산화물

반도체 ZnO를 이용하는 TFT가 활발히 연구되고 있다.

최근에는 이동도도 높고, 신뢰성도 우수한 GaInZnO가 많

이 연구되고 있다.[17]

산화물 TFT는 안정성이 개선되어야 하지만 기존의

a-Si TFT 라인을 최 한 활용할 수 있어서 cost가 낮고,

면 응이 쉬운 큰 장 을 가지고 있다. [그림 13]은

각 TFT의 성능과 생산성을 비교하 다. TFT의 성능과

면 기 의 생산성은 서로 상반된 계가 있다. 즉 생산

성이 높은 TFT 기술은 성능과 안정성을 향상시켜야 하는

과제가 있고, 반 로 성능이 우수 한 TFT 기술은 면

기 의 생산성을 향상 시켜야 한다. 그리고 TFT의 특

성이 균일하지 못하거나, 동작 문턱 압이 증가하여

수명이 감소하는 문제는 보상회로를 통하여 특성의 균일

도를 높이거나, 이동도와 문턱 압의 변화를 보상할 수

있다. 따라서 TFT의 성능 하를 보상하여 OLED TV의

휘도의 감 문제와 불군일도를 억제할 수 있는 한

보상회로가 개발되어야 한다.

Ⅳ. Encapsulation 기술

OLED는 수분이나 산소 등에 취약하여 OLED가 회부

환경에 노출이 되면 [그림 14]와 같이 발 역이 축소된

다든지, 발 역 내에 dark spot이 생기게 된다.

Encapsulation은 OLED 소자의 외부에서 유입되는 수소

와 산소를 차단하여 유기물과 극재료의 산화를 방지하

고 외부로부터 가해지는 기계 , 물리 충격에서 소자를

보호하는 역할을 한다.

❙기술특집❙

12❙인포메이션 디스플레이

[그림 14] 수분과 산소에 의한 OLED 화소 축소

[그림 15] UV Seal을 이용한 Edge Sealing방식

[그림 16] Frit Seal을 이용한 Edge Sealing방식

[그림 17] Passivation막을 이용한 Face Sealing방식

일반 으로 glass나 속 기 에 sealant를 도포한 후

OLED 기 과 합착하여 encapsulation 공정을 완성한다.

Sealant를 encapsulation 기 의 주변에만 도포하는 경우

를 edge sealing 방식이라고 한다. 이 방식에는 이 방식은

[그림 15, 16]에 나타난 것과 같이 UV를 조사하여 sealant

를 경화시키는 UV seal 방식과 frit paste를 screen printing

한 후 IR 이 를 이용하여 sealing 시키는 frit seal 방식

이 있다. Edge sealing 방식은 주로 휴 폰과 같은 소형

제품에 합한 기술이다.

OLED TV에는 물리 기계 강도가 필요하므로 [그

림 17]과 같이 OLED 기 면을 sealant로 덮어주는

face sealing 방식이 필요하다. Face sealing 방식은 먼

thin film passivation 막을 형성한 후 흡습 는 buffer역

할을 수행하는 고분자 polymer로 구성되어 있다. Thin

film passivation은 SiNx, SiOx와 같은 무기막을 사용할

수도 있고 Vitex 사와 같이 Al2O3와 유기물로 구성된 다

층 박막을 층하는 방법이 있다.[18] 고분자 polymer는

착성 고분자를 용액 상태에서 screen printing하는 액상

방식과 film을 laminating하는 방식이 있다.

Ⅴ. 결 론

OLED는 LCD에 비하여 화질이 우수하고 다양한 디자

인이 가능하며 가격이 싼 TV를 제품화 할 수 있는 차세

디스 이 기술이다. OLED TV를 제품화하기 한

핵심 기술은 color patterning, TFT backplane 그리고

encapsulation 등이 있다. Color patterning은 재 mobile

제품 정도에 용되는 FMM 기술을 극복하기 한 면

patterning 기술이 개발되어야 한다. TFT backplane은

이동도와 같은 기 특성이 우수하며, 면 에서도 특

성이 균일하고 안정성이 있어야 한다. Encapsulation은

면 에서 투습 방지 능력이 우수하면서도 기계 강도를

가질 수 있는 기술이 개발되어야 한다. 8세 이상의 기

에서 제조 공정이 가능한 장비, 재료 생산기술이 개

발되어 가격 경쟁력이 있는 55인치 이상의 OLED TV가

출시된다면 앞으로 OLED TV 시장은 빠르게 확 되어

갈 것이다.

AMOLED TV 기술❙

2011년 제12권 제4호❙ 13

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저 자 약 력

한 창 욱

∙ 1987년 : 서울대학교 공과대학 무기재료

공학과 학사

∙ 1989년 : 서울대학교 공과대학 무기재료

공학과 석사

∙ 2007년 : 서울대학교 공과대학 전기공학과

박사

∙ 1990년 : LG 전자 입사

∙현재 : LG Display 연구위원, OLED 기술

개발팀장

∙관심분야 : OLED TV, TFT 소자, White OLED 소자

탁 윤 흥

∙ 1991년 : 독일 Philips Marburg대학 Chemistry

B.S.

∙ 1994년 : 독일 Philips Marburg대학 Physical

Chemistry M.S.

∙ 1997년 : 독일 Philips Marburg대학 Physical

Chemistry Ph.D

∙ 1997년 : LG전자 입사

∙현재 : LG Display 상무, OLED 기술

개발담당

∙관심분야 : OLED TV, OLED 소자, Encapsulation