서강대·UNIST 공동연구팀, 마이크로디스플레이 구현하는 ‘간접 광패터닝’ 기술 개발

OLED 발광층을 손상 없이 패터닝하는 ‘간접 광패터닝 기술’을 개발한 강문성(왼쪽) 서강대 교수와 김봉수 울산과학기술원(UNIST) 교수.

서강대 강문성 교수와 울산과학기술원(UNIST) 김봉수 교수 공동연구팀은 유기발광다이오드(OLED) 발광층을 손상 없이 수 마이크로미터 수준으로 정밀하게 패터닝 할 수 있는 ‘간접 광패터닝’ 기술을 개발했다고 5일 밝혔다.

유기발광체를 활용한 디스플레이의 핵심 구성요소인 OLED는 대형 가전과 노트북, 휴대전화 등에 광범위하게 적용되고 있는 디스플레이 산업의 중심 기술이다. 최근에는 가상현실(VR)·증강현실(AR) 장비가 새로운 산업군으로 떠오르면서 초고해상도의 시각컨텐츠 구현이 가능한 마이크로디스플레이에 대한 수요가 증가하고 있다.

마이크로디스플레이 제작을 위해서는 일반적으로 1인치 내외 크기를 가진 수천 개의 OLED가 정밀하게 배열되어 있어야 한다. 이에 따라 마이크로미터 크기의 OLED 픽셀을 구현할 수 있는 정밀한 패터닝 기술이 필요한 상황이다.

하지만 기존 디스플레이 산업에서 사용돼 온 금속 마스크 증착법은 구조적 한계로 인해 수 마이크로미터 이하의 해상도 구현이 어려웠다. 연구팀은 이같은 한계를 극복하기 위해 가교 작용기가 도입된 형광 및 인광 유기발광체를 개발했다. 이 소재를 활용해 OLED 발광층을 만들고, 발광층의 열 가교 반응을 유도해 ‘단일 상(single phase network) 구조의 유기 발광층 네트워크’를 구현했다.

이와 함께 이 유기 발광층 네트워크와 반도체 공정에 사용되는 포토레지스트(PR)를 활용해 발광층의 패턴 형성과 보호를 동시에 가능하게 하는 ‘간접 광패터닝 공정’을 개발했다.

유기 발광층 네트워크 덕분에 패터닝 공정 중 사용되는 유기용매에 의한 발광층의 손상을 막으며 ‘폭 3 마이크로미터, 간격 4 마이크로미터’의 발광층 패턴을 구현할 수 있었다. 또한 1인치당 3000개 이상의 초고해상도 적녹청(RGB) 발광층 패턴 배열(3000 ppi 이상)도 구현했다.

이번 기술은 적녹청 발광층을 순차적으로 형성할 때에도, 이미 형성된 발광층이 이후 공정에서 손상되지 않도록 포토레지스트가 보호막 역할을 해주는 방식으로, 패턴 공정 후에도 성능 저하가 없는 풀컬러 디스플레이를 구현할 수 있다.

한편, 강 교수와 김 교수가 수행한 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 국가전략기술소재개발사업 및 개인기초연구사업(중견연구)의 일환으로 진행됐으며, 광학분야 저널인용지표(JCR) 상위 3%의 국제학술지 ‘빛: 과학과 응용(Light: Science & Applications)’에 게재됐다.

노지운 기자