종이처럼 부드럽게 휘어지는 OLED 조명, 롤투롤 생산기술 개발

<한국기계연구원 권신 선임연구원과 OLED 생산 롤투롤 생산 장비, source: 한국기계연구원>

미래창조과학부 산하 한국기계연구원(이하 기계연, 원장 박천홍)은 중소기업 ㈜지제이엠(대표 이문용)과 함께 간단한 공정으로 플렉서블(Flexible) OLED*를 만들 수 있는 300 ㎜급 롤투롤(Roll-to-Roll) 생산 기술을 국내 최초로 개발했다.

기계연 첨단생산장비연구본부 인쇄전자연구실은 기존의 롤투롤 인쇄전자 기술을 OLED 생산 과정에 적용하는 데 성공했다. 롤투롤 진공증착 장비를 이용하면 롤 형태의 필름에 OLED 발광 유기층과 금속 전극층을 차례대로 증착**하면서 하나의 챔버 안에서 유연한 OLED를 생산할 수 있다. 생산 가능한 OLED 제품은 1 ∼ 수 백 나노미터(㎚) 수준의 매우 얇은 다층의 유기, 무기 박막으로 구성되며 각 층은 진공 열증착 공정을 거치며 제조된다.

지금까지 유연한 OLED 디스플레이를 만들기 위해서는 복잡한 공정을 거쳐야 했다. 유리판에 필름을 붙인 다음 그 위에 증착과정을 거치며 OLED를 만들고 다시 그 유리판에서 필름을 분리하는 방식을 이용해왔다. 국내 대기업에서 출시한 스마트폰 중 화면의 한 쪽만 휘어진 디스플레이도 같은 방식으로 유리에 필름을 부착하거나 코팅한 다음 증착장비를 순환하며 OLED를 만들고 유리에서 다시 OLED를 분리하는 공정으로 만들었다. 필요한 단계에 따라 여러 개의 증착장비가 추가로 필요할 뿐 아니라 필름을 부착하고 분리하는 추가 공정이 필요하다는 단점이 있었다.

이번에 개발된 기술을 적용하면 진공상태의 챔버 안에 롤 형태로 감겨있는 필름을 흐르게 한 뒤 그 위에 원하는 유기층과 무기층을 연속적으로 증착시키는 ‘다층 증착’ 공정으로 OLED를 제작할 수 있다. 제작에 필요한 시간과 설비가 대폭 감소해 대기업 뿐 아니라 중소‧중견기업도 유연한 OLED를 제작할 수 있다.

이렇게 생산된 OLED는 기존 LED와 달리 점이 아닌 면 단위의 제작이 가능하고, 유연한 성질로 원하는 모양을 만들 수 있어 조명산업에 가장 먼저 활용될 것으로 전망된다.

기계연 권신 선임연구원은 “롤투롤 진공증착 장비를 이용하면 차세대 디스플레이로 주목받는 플렉서블 OLED를 간단한 공정으로 연속 생산할 수 있다”며 “특히 디스플레이 분야는 국내 연구개발이 정체되어 있고 중국의 추격이 가파른 만큼 기술격차를 확보하고 우위를 점하는데 기여할 수 있는 핵심기술”이라고 설명했다.

또 “실제 디스플레이 제품에 사용되는 Red/Green/Blue 개별 화소를 제작할 수 있는 미세 패턴 마스크 얼라인 기술도 개발 중”이라며 “완성되면 고해상도 디스플레이로의 적용도 가능할 뿐 아니라 유사한 기술을 개발하고 있는 독일 프라운호퍼 연구소나 일본 코니카 미놀타사와 차별화되는 강점 기술”이라고 덧붙였다.

이번 과제는 기계연 자체 기술사업화 지원 프로그램인 ‘ACE’*** 프로그램의 지원을 받아 선행연구를 진행했으며, 이어 2015년 10월부터 산업통상자원부 경제협력권 사업의 지원을 받아 ㈜지제이엠과 함께 수행하고 있다. ㈜지제이엠은 OLED 증착원 핵심기술을 보유한 강소기업으로 최근 대만, 일본, 중국 기업에 증착원을 납품하는 실적을 거뒀으며 본격적인 장비 상용화를 추진하고 있다.

한편 OLED 분야 시장조사 전문기관 UBI Research ‘2016 OLED Lighting Annual Report’에 따르면 조명용 OLED panel 시장은 2016년 약 US$ 114 million 규모를 형성하고 2020년에는 US$ 1,630 million을 형성할 것이라 전망했다. 또한 ‘2016 Flexible OLED Annual Report‘에 따르면 2017년에는 flexible AMOLED panel이 AMOLED 전체 시장의 약 50%를 차지할 것으로 전망하고 2020년에는 US$ 40,864 million의 시장을 형성할 것으로 전망 하는 등 관련 분야의 지속적인 성장이 예상되고 있다.