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초고해상도를 구현할 수 있는 FMM, 국산화 앞당겨지나

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Fine metal mask(이하 FMM)은 화소와 RGB 유기물을 증착하는 역할을 하기 때문에 FMM은 OLED의 해상도와 수율을 결정짓는 요소로서 작용되나, 현재 FMM은 증착 공정시 열팽창이 일어나거나 무게에 의한 섀도우 현상이 발생하는 한계에 봉착해 있다.

또한, FMM 전량은 일본 히다치(Hitachi)금속이 생산한 압연 invar를 일본 다이니폰프린팅(DNP)에서 에칭 공정을 통해 만든 완제품 형태로 비싼 가격에 수입하고 있다.

이로 인해 국내외 관련 업계는 laser가공 등 다양한 방식으로 FMM 개발에 총력을 기울이고 있는 상황이나 아직까지 R&D 단계에 머물고 있는 실정이다.

이런 상황에서 지난 9일 순천대학교 신소재공학과 박용범 교수 연구팀은 전주도금 인바 제조기술을 개발에 성공했다고 밝혔다. 이는 전기도금을 활용하면서 음극에 부착된 금속을 박리한 후 형상이 있는 부품으로 만드는 기술이다.

<전주도금인바의 열팽창곡선과 미세조직, 출처: 순천대>

해당 기술을 통해 invar는 판재로도 생산할 수 있고, 패턴 된 음극의 형상을 그대로 복제할 수 있다. 또한, FMM의 두께를 지금보다 절반 정도 얇은 7 um 수준까지 구현할 수 있어 초고화질을 구현할 수 있다고 연구팀은 설명했다.

박 교수는 “전주도금 인바에 대한 일본의 연구 수준이 우리 연구팀 턱 밑까지 쫓아왔고, 중국은 대규모 자본을 앞세워 개발에 뛰어들었다.”며, “우리나라 기업들이 국제경쟁력을 선점하기 위해서는 학계가 적극 지원할 필요가 있다고 판단했다.”고 말했다.

이에 따라”지난 20년 가까이 연구해 구축한 모든 데이터베이스를 논문을 통해 공개하기로 결심했다.”고 덧붙여, 그간 전량 수입에 의존하던 FMM을 국산화 할 수 있을지 귀추가 주목된다.

Is accelerating the localization for FMM, which can realize ultra-high resolution?

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Since Fine Metal Mask (FMM) plays a role of depositing pixel and RGB organic materials, FMM is a factor that determines the resolution and yield of OLED. However, FMM is currently confronted with some limitations that thermal expansion occurs during the deposition process or shadow effects arise due to its weight.

In addition, the total amount of FMM is imported at high prices in the form of finished products which are made by Japanese Dainippon Printing (DNP)’ etching process with the rolled invar produced by Hitachi Metals.

Under the circumstances, domestic and overseas related industries are concentrating on developing FMM in various ways such as laser processing, but they are still in R & D stage.

The research team of Professor Park Yong-Bum of New Material Engineering Department of Sunchon University announced on 9th May that it succeeded in developing the technology of electroforming invar manufacturing technology. This is a technique for separating the metal attached to the cathode while utilizing the electroplating, and making FMM.

<Thermal expansion curves and microstructure of electroforming invar, source: Suncheon University>

According to the research team, invar can be produced as a sheet material, and the shape of the patterned cathode can be copied as it is, through this technology. In addition, the thickness of FMM can be reduced to about 7μm, about half the thickness of the current FMM, which might be helpful to realize super high image quality.

Professor Park said, “The level of Japanese research on the electroforming invar has been pursued to the bottom of our research team, and China has entered into development with a large amount of capital.” In order for Korean companies to gain international competitiveness, I thought the academic circles needed to support it actively. Consequently, I have decided to publish all the databases that have been built and researched for nearly 20 years through papers.”

Attention is focused whether it is to be successful in localizing FMM, the total amount of which has been imported.

초고화질 해상도(UHD)의 OLED 스마트폰 시대 열릴까

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최근 스마트폰 기기를 통한 VR 컨텐츠 체험이 증가하는 추세로 인해 고해상도 스마트폰이 요구되고 있으나, 2014년 Galaxy Note4에 최초로 QHD OLED가 적용된 이후 3년 동안 OLED 스마트폰의 해상도는 여전히 QHD급에 머물고 있다.

OLED 스마트폰의 해상도를 결정하는 핵심은 발광층의 증착 공정이다. 현재 적용 되고 있는 상향식 증착 방식은 기판과 FMM(fine metal mask)를 수평으로 하여 증착 장비 상부에 배치한 뒤 하부의 리니어 소스에서 유기물을 증발시켜 RGB 발광층을 형성하는 방식이다.

UHD급 이상의 고해상도 OLED를 제조하기 위해서는 15um 두께 이하의 얇은 FMM이 필요하나 FMM이 얇아질수록 patterning, 인장, 용접등의 기술적인 이슈가 발생하여 양산적용이 어렵다.

이러한 문제들을 극복하기 위해 수직형 증착과 면소스 증착, 다양한 metal mask patterning 기술들이 개발되고 있다.

기판과 FMM를 수직으로 배치하는 수직형 증착기는 일본의 Hitachi에서 최초로 개발하였으며,  Canon tokki도 Finetech Japan 2013에서 6세대 수직 증착 방식의 장비를 공개한바 있으나 현재 양산에 적용되고 있진 않다.

 

<Finetech Japan 2013에서 공개 된 Canon tokki의 Gen6 vertical type evaporator>

하지만 최근 전자신문에 따르면 Applied Materials에서 6세대 flexible OLED용 수직 증착 방식의 증착 장비를 개발했다고 밝혔으며, 일본의 Japan Display에서 test 중이라고 언급한바 있다.

리니어소스가 아닌 면소스를 이용한 증착 방식도 검토되고 있다. 면소스 증착 방식은 유기물을 금속면에 1차로 증착하여 면소스를 만든 후, 이를 재증발시켜 기판에 유기물 박막을 형성하는 원리로써 지난 iMiD 2017에서 OLEDON의 황창훈 대표는 면소스 증착 방식을 통해 2250 ppi의 고해상도 OLED 구현이 가능하다고 언급하였다.

Metal Mask patterning 기술로는 전주도금(electro forming)과 laser patterning 기술이 주로 거론되고 있다. 전주도금 방식은 Wave Electornics와 TGO Technology, Athene등의 업체에서 개발하고 있으며, laser patterning 기술은 AP Systems에서 개발중에 있다.

이처럼 다양한 관점에서 진행되고 있는 고해상도 OLED 구현을 위한 개발이 현재의 문제를 극복하고 OLED 스마트폰의 UHD 해상도 구현에 기여할 수 있을지 많은 관심이 집중되고 있다.

<OLEDON사가 개발한 면소스 증착 기술 원리>

Is there possibility of High resolution(UHD) OLED Smart-phone generation?

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Recently VR contents experience through smart-phone device has been increased, therefore high resolution of smart phone is becoming necessary. However, OLED smart-phone resolution still remains at QHD level for 3 years since QHD OLED is applied to Galaxy Note 4 for the first time in 2014.

The core point that decides resolution of OLED smart-phone is evaporation process for emission layer. Bottom-up type evaporation method, which is applied to the recent devices is that substrate and FMM (fine metal mask) are horizontally arranged on the upper side of evaporator and vaporize the organic material from the lower linear source in order to form RGB layer.

Thin FMM measures less than 15um thick is necessary for making high resolution OLED like UHD level, however, as FMM gets thinner, it would be difficult to make mass production because technical problems will be occurred such as patterning, sealing and welding.

In order to solve these problems, various metal mask patterning technologies are being developed such as vertical type evaporation and plane source evaporation.

Vertical type evaporator that arranges board and FMM vertical is developed by Hitachi of Japan for the first time. And Canon Tokki exhibited Gen6 vertical type evaporator at Finetech Japan 2013, however it is not being used for mass production at the moment.

<Canon Tokki’s Gen6 vertical type evaporator which is exhibited at Finetech Japan 2013>

 

According to the recent ETNEWS, Applied Materials developed Gen6 flexible OLED vertical type evaporator and it is being tested in Japan Display.

Plane source evaporator is being tested but also the linear source type. Plane source evaporator method is that an organic material is first evaporated on the metal surface to produce plane source, then re-evaporated in order to form an organic thin film on the substrate.

In the past iMiD 2017, representative of OLEDON, Chang Hoon Hwang mentioned that 2250 ppi resolution OLED can be implemented through plane source evaporator.

For metal mask patterning technology, electro forming and laser patterning technology is highlighted. Electro forming method is developed by Wave Electronics, TGO Technology, Athene and so on. Laser patterning technology is being developed by AP Systems.

As such, development for high resolution OLED is receiving great attention whether it can solve the current problems and contribute to UHD resolution implementation for OLED smart-phone.

<Principle of plane source evaporation developed by OLEDON>