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VR·AR용 고해상도 OLED, 유리 위에 올려 만든다.  

- 생기원, 유리 기판에 RGB 방식의 OLED 증착해 1,867 PPI 해상도 구현

- 대일의존도 100%인 기존 파인메탈마스크(FMM) 없이 대면적 제작 가능

□ 가상·증강현실(VR·AR) 기기의 디스플레이는 TV, 스마트폰보다 어둡고 선명도가 낮아 이용자 상당수가 장시간 몰입에 어려움을 겪는다.

  ㅇ 생생한 화질 구현을 위해서는 인간의 시력으로 단위 화소를 구분할 수 없을 만큼 화소의 집적도, 즉 PPI(Pixels Per Inch)를 높여야 하며, 디스플레이가 눈에 가까워질수록 그에 비례해 향상되어야 한다.

  ㅇ 일반적으로 4K UHD TV가 100~200 PPI, 스마트폰이 500 PPI를 요구한다면, 눈에 밀착 착용되는 VR·AR 기기의 경우 최소 1,800 PPI를 충족해야 한다.

ㅇ 이를 실현할 VR·AR용 화소 소재로는 유기발광다이오드(이하 OLED)가 꼽히는데, 스스로 빛을 내는 특성으로 인해 화소 크기를 줄여도 광 효율에 영향이 적고 색상 표현도 뛰어나기 때문이다.

□ 한국생산기술연구원(원장 이성일, 이하 생기원)이 VR·AR용 OLED 화소를 유리 기판 위에서 RGB 방식으로 제조할 수 있는 공정기술을 개발해 세계 최고 수준인 1,867 PPI 해상도를 구현하는 데 성공했다.

  ㅇ OLED 화소는 기판 위에 유기물질을 일정 간격으로 증착시켜 제조하며, 크게 RGB 방식과 WOLED 방식으로 구분된다.

  ㅇ 적·녹·청 유기물질을 순서대로 증착하는 RGB 방식은 백색 OLED에 컬러필터를 적용하는 WOLED 방식보다 화소 집적도를 높이는 공정 개발이 어려우나, 밝기와 전력효율이 우수하다는 장점이 있다.

  ㅇ 한편, 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.

□ 마이크로나노공정그룹 조관현 박사 연구팀은 RGB 방식과 유리 기판 방식의 장점을 살려 VR·AR용에 적합한 고해상도 OLED 디스플레이 제조공정을 독자기술로 개발해냈다.

  ㅇ 이번 원천 기술의 핵심은 OLED 용액을 13.6㎛ 간격으로 담을 수 있도록 여러 개의 마이크로 채널로 구성한 특수용기와 채널 속에만 용액이 달라붙게 만든 선택적 표면처리 기법, 그리고 빛을 흡수해 열로 전환해주는 ‘광열변환층’에 있다.

  ㅇ 특수용기 위에 유리 기판을 놓은 다음, 그 아래에서 순간적으로 강한 빛을 내는 ‘제논 플래시 램프(Xenon flash lamp)’를 작동하면 특수용기 속 광열변환층이 300℃ 이상의 열로 OLED 용액을 빠르게 기화시켜 정해진 간격대로 기판에 증착시키는 원리다.

□ 개발된 기술의 가장 큰 장점은 대형화가 가능한 유리 기판에 VR·AR용 고해상도 OLED 디스플레이를 저렴하게 제작할 수 있다는 것이다.

  ㅇ 이로 인해 대량 생산이 용이해지는 한편, 기기 이용자 입장에서는 화면 시야각이 넓어져 몰입감이 높아지고 VR·AR 대중화에 최대 걸림돌이었던 어지럼증도 해소된다.

  ㅇ 또한, 유기물질을 기판에 증착할 때 광열변환층을 활용하기 때문에 기존 RGB 방식 증착공정의 필수 소재인 ‘파인메탈마스크(Fine-Metal Mask 이하, FMM)’를 사용할 필요가 없다.

  ㅇ 일본에서 100% 독점 생산하는 FMM은 미세한 구멍들이 촘촘히 뚫린 얇은 철판으로, 유기물이 기판 위 특정 위치에 증착할 수 있도록 도와주는 역할을 한다.

□ 조관현 박사는 “기존에 수행했던 광열변환 연구 경험과 노하우를 살려 유리 기판에 RGB 방식의 OLED를 최적 조건으로 증착시킬 수 있었다.”고 밝히며, “향후 수 ㎛ 크기의 소자를 만들 수 있는 미세전자기계시스템(MEMS) 공정을 활용해 2,000~3,000 PPI까지 해상도를 높일 계획”이라고 말했다.