한국생산기술연구원(원장 이성일)이 가상현실(VR)·증강현실(AR)용 OLED 화소를 유리 기판 위에 제조하는 공정기술을 개발, 세계 최고 수준인 1867 PPI 해상도를 구현하는 데 성공했다.
OLED 화소는 기판 위에 유기물질을 일정 간격으로 증착시켜 제조한다. 크게 'RGB 방식'과 'WOLED 방식'으로 구분된다.
RGB 방식은 적·녹·청 유기물질을 순서대로 증착하는 방식으로, 백색 OLED에 컬러필터를 적용하는 WOLED 방식보다 화소 집적도를 높이는 공정 개발이 어렵다. 그러나 밝기와 전력효율이 우수하다는 장점이 있다.
VR·AR용 고해상도 디스플레이 기판 소재는 유리와 실리콘 웨이퍼로 나뉘는데, 유리 기판은 실리콘 웨이퍼 기판에 비해 고해상도 구현에 불리하지만, 생산단가가 낮아 대형 디스플레이 제작에 유리하다.
조관현 생기원 마이크로나노공정그룹 박사팀은 RGB 방식과 유리 기판 방식의 장점을 살려 VR·AR용에 적합한 고해상도 OLED 디스플레이 제조공정을 독자 개발해냈다.
기술 핵심은 OLED 용액을 13.6마이크로미터(㎛) 간격으로 담을 수 있도록 여러 개 마이크로 채널로 구성한 특수용기, 채널 속에만 용액이 달라붙게 만든 선택적 표면처리 기법, 빛을 흡수해 열로 전환해주는 '광열변환층'에 있다.
특수용기 위에 유리 기판을 놓고, 그 아래에서 순간적으로 강한 빛을 내는 '제논 플래시 램프'를 작동하면 특수용기 속 광열변환층이 300도 이상의 열로 OLED 용액을 빠르게 기화시켜 기판에 증착시키는 원리를 이용했다.
개발 기술의 가장 큰 장점은 대형화가 가능한 유리 기판에 VR·AR용 고해상도 OLED 디스플레이를 저렴하게 제작할 수 있다는 점이다. 대량 생산이 용이해지고, 기기 이용자 입장에서는 화면 시야각이 넓어져 몰입감이 높아진다. VR·AR 대중화에 최대 걸림돌이었던 어지럼증도 해소된다.
유기물질을 기판에 증착할 때 광열변환층을 활용하기 때문에 기존 RGB 방식 증착공정 필수 소재인 '파인메탈마스크(FMM)'를 사용할 필요가 없다. 일본에서 100% 독점 생산하는 FMM은 미세한 구멍들이 촘촘히 뚫린 얇은 철판이다. 유기물이 기판 위 특정 위치에 증착할 수 있도록 도와주는 역할을 한다.
조관현 박사는 “기존에 수행했던 광열변환 연구 경험과 노하우를 살려 유리 기판에 RGB 방식 OLED를 최적 조건으로 증착시킬 수 있었다”며 “향후 수 ㎛ 크기 소자를 만들 수 있는 미세전자기계시스템(MEMS) 공정을 활용해 해상도를 높일 계획”이라고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
