[논문]대면적 평판 디스플레이용 유리기판의 처짐 측정장치 개발

김숙한; 김태식; 이응기

문제 정의

평판 디스플레이의 대면적화에서의 생산 공정에서 발생하는 문제점 중의 하나는 기판(glass substrate)의 대형화로 인한 상당한 처짐의 발생이다. 본 논문은 대면적 OLED 증착 공정에서 기판 처짐을 최소화하기 위한 방안을 검증하기 위해 대형 측정장치를 개발하여 그 효용성을 검증한다[5-7].
본 연구에서는 OLED의 증착 공정에서 대형 기판의 처짐을 최소화하기 위한 기판의 양단에 굽힘의 지지조건의 처짐량을 확인하기 위한 대형 측정장치를 개발하였다. 또한 이를 통하여 유리기판의 전면적 처짐을 측정하여 유리기판의 처짐을 확인하였다.

가설 설정

가하였고 이 때의 처짐을 대형 측정장치로 확인하였다. 이로서 본 연구에서 사용된 측정시스템은OLED 뿐만 아닌 대형의 디스플레이용 기판의 형상변형을 측정하는데 활용될 것으로 기대된다.

제안 방법

3-D측정시스템의 오차를 확인하기 위해 절대좌표 X축과 수평한 정반을 측정하였다. 평탄도 4 um의 정밀도를 가지고 있는 정반을 측정한 결과 시스템의 오차 분포도는 Fig.
굽힘 지지 하에서의 기판 처짐량을 측정하였다. 굽힘 각도(bending angle)를 변화시켜 가면서 기판 처짐량의 변화를 측정하였으며, 기판의 처짐 측정은 기준선에 윗부분으로 볼록 한 부분의 처짐량을 S1, 아랫부분으로의 처짐량을 S2로 정의하여 측정하였다(Fig. 12).
굽힘 지지 하에서의 기판 처짐량을 측정하였다. 굽힘 각도(bending angle)를 변화시켜 가면서 기판 처짐량의 변화를 측정하였으며, 기판의 처짐 측정은 기준선에 윗부분으로 볼록 한 부분의 처짐량을 S1, 아랫부분으로의 처짐량을 S2로 정의하여 측정하였다(Fig.
기판 처짐의 정확한 측정을 위하여 대형 측정시스템을 제작하였다. 시스템 구성은 X-Y 직각 좌표 로봇과 레이저 거리 센서를 이용하여 대면적 형상을 측정하는 시스템이다.
기판의 처짐 거동에 대한 이론적 해석을 수행하였다. 여러 문헌에서 유리 기판의 처짐 변형은 탄성 거동하는 보로 가정할 수 있다.
기판의 최적 처짐량을 알아 보기 위해 굽힘 지지의 실험을 하여 기판의 최소 처짐을 알아보았다(Fig. 11).
대형 측정장치를 통해 유리기판의 양단 굽힘 시 유리기판의 처짐 거동을 알아보았다. 유리기판의 처짐은 θ = 5.
본 연구에서는 OLED의 증착 공정에서 대형 기판의 처짐을 최소화하기 위한 기판의 양단에 굽힘의 지지조건의 처짐량을 확인하기 위한 대형 측정장치를 개발하였다. 또한 이를 통하여 유리기판의 전면적 처짐을 측정하여 유리기판의 처짐을 확인하였다.
상용 소프트웨어를 사용하여 방위 변환된 데이터의 정밀도를 확인하였다. 해석결과 방위 변환된 데이터는 50 um 이하의 범위 안에 있음을 확인할 수 있다(Fig.
양단 굽힘 각에 따라 유리 기판의 처짐 현상의 변형을 알기 위해 X-Y 직각 좌표 로봇과 레이저 거리 센서를 이용하여 3-D 측정기를 구성하였다. 측정기의 오차를 보정하기 위해 오일러 각의 방위변환 방법을 적용하였으며 유리가판 측정 시 이 알고리즘을 적용하였다.
측정기의 오차를 보정하기 위해 오일러 각의 방위변환 방법을 적용하였으며 유리가판 측정 시 이 알고리즘을 적용하였다. 양단 굽힘 지지에서의 기판 처짐을 이론적으로 해석하였으며, 유한요소 해석으로 기판 처짐 거동을 예측하였다. 시뮬레이션 결과 θ = 4.
탄성 계수(Young's modulus)를 측정하기 위하여 시편을 제작하여 3점 굽힘 실험(three point bending test)을 수행하였다. 양단 지지대에 기판 시편을 지지 후 하중을 부여하여 그 처짐량을 레이저 센서로 측정하여 평균 탄성계수를 구하였다(Fig. 1). 식 (7)과 같이 기판의 집중하중에 의한 처짐 공식을 이용하여 탄성 계수를 계산하였다(Table.
측정시스템의 구동과 데이터 수집은 LabVIEW언어를 사용하였다. 유리기판의 형상은 X축과 Y축의 좌표에 동기화 되어 있는 센서의 신호를 통해 확인하였다.
탄성 계수(Young's modulus)를 측정하기 위하여 시편을 제작하여 3점 굽힘 실험(three point bending test)을 수행하였다.

대상 데이터

X-Y 직각좌표로봇을 구동시키고 센서의 신호를 컨트롤 하기 위한 제어함을 구성하였다. X-Y 직각좌표로봇은 크게 3상 220v와 단상 220v 사용하여 모터와 컨트롤러에 전원을 공급한다(Fig.
유리기판의 처짐 회복을 위한 양단 굽힘의 기판조작으로 인해 유리기판의 길이는 920 mm에서 900 mm로 변경되었다. 실제 실험과 동일한 시뮬레이션을 하기 위해 유리기판의 길이는 900 mm를 부여하였다(Fig. 2).
63t를 사용하였으며 처짐량 측정을 위하여 Freecon사의 레이저거리 센서(LTML)를 사용하였다. 실험에쓰이는 레이저 거리 센서의 측정범위(range)는 115~215 mm이며, 측정해상도(resolution)는 10 um이다(Fig. 5)
유리기판의 전면적 처짐의 형상을 측정하기 위해 로보스타사의 X-Y 직각좌표로봇을 사용하였다. 두 개의 X축은 동기구동을 하며 Y축에 레이저 거리 센서가 장착된다.
처짐량 측정실험에 사용된 기판은 4세대 기판으로서 두께 0.63t를 사용하였으며 처짐량 측정을 위하여 Freecon사의 레이저거리 센서(LTML)를 사용하였다. 실험에쓰이는 레이저 거리 센서의 측정범위(range)는 115~215 mm이며, 측정해상도(resolution)는 10 um이다(Fig.

데이터처리

유한요소 해석 소프트웨어를 사용하여 실험 결과를 얻었다. 실험결과 유리기판의 최소 처짐을 위한 최적의 양단 굽힘 각을 얻었다.

이론/모형

시스템 구성은 X-Y 직각 좌표 로봇과 레이저 거리 센서를 이용하여 대면적 형상을 측정하는 시스템이다. 로봇의 구동과 레이저 거리 센서는 LabVIEW언어를 이용하여 컨트롤 하였다.
양단 굽힘 각에 따라 유리 기판의 처짐 현상의 변형을 알기 위해 X-Y 직각 좌표 로봇과 레이저 거리 센서를 이용하여 3-D 측정기를 구성하였다. 측정기의 오차를 보정하기 위해 오일러 각의 방위변환 방법을 적용하였으며 유리가판 측정 시 이 알고리즘을 적용하였다. 양단 굽힘 지지에서의 기판 처짐을 이론적으로 해석하였으며, 유한요소 해석으로 기판 처짐 거동을 예측하였다.
측정시스템의 구동과 데이터 수집은 LabVIEW언어를 사용하였다. 유리기판의 형상은 X축과 Y축의 좌표에 동기화 되어 있는 센서의 신호를 통해 확인하였다.

성능/효과

양단 굽힘 지지에서의 기판 처짐을 이론적으로 해석하였으며, 유한요소 해석으로 기판 처짐 거동을 예측하였다. 시뮬레이션 결과 θ = 4.25° 에서 처짐량 4.1 mm로 기판 처짐이 최소화됨을 확인하였다.
유한요소 해석 소프트웨어를 사용하여 실험 결과를 얻었다. 실험결과 유리기판의 최소 처짐을 위한 최적의 양단 굽힘 각을 얻었다. 그림 4와 같이 최소 유리기판 처짐은 굽힘각이 4.
유리 기판의 전면적 처짐량을 측정함으로서 유리 기판의 기구 조작 시 유리 기판의 처짐 현상이 전면적에서 일정함을 확인 하였다.
대형 측정장치를 통해 유리기판의 양단 굽힘 시 유리기판의 처짐 거동을 알아보았다. 유리기판의 처짐은 θ = 5.18° 일 때 약 3.73 mm의 처짐이 발생함을 확인하였다.
측정결과 굽힘 지지 기판의 측정 실험에서 최적의 굽힘 각도 값은 4.95°~5.1° 사이에 있을 것으로 예상되며 이 때 유리기판의 처짐량은 대략S1이 3.5 m, S2 0 mm 일 것으로 예측된다(Table. 2)(Fig. 13).
상용 소프트웨어를 사용하여 방위 변환된 데이터의 정밀도를 확인하였다. 해석결과 방위 변환된 데이터는 50 um 이하의 범위 안에 있음을 확인할 수 있다(Fig. 10).

후속연구

가하였고 이 때의 처짐을 대형 측정장치로 확인하였다. 이로서 본 연구에서 사용된 측정시스템은OLED 뿐만 아닌 대형의 디스플레이용 기판의 형상변형을 측정하는데 활용될 것으로 기대된다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	디스플레이는 무엇을 추구하며 발전해 왔는가?	디스플레이는 진공관 시대를 시작으로 높은 해상도의 고화질과 대면적 그리고 실감영상 등의 고성능화를 추구하며 발전해 왔다. 최근 각광을 받고 있는 OLED(organic light-emitting device)의 경우 고선명, 고속 응답성, 고화질, 넓은 시야각 등의 장점으로 LCD를 대체할 차세대 디스플레이로 각광을 받고 있다[1-4].
	OLED의 장점은 무엇인가?	디스플레이는 진공관 시대를 시작으로 높은 해상도의 고화질과 대면적 그리고 실감영상 등의 고성능화를 추구하며 발전해 왔다. 최근 각광을 받고 있는 OLED(organic light-emitting device)의 경우 고선명, 고속 응답성, 고화질, 넓은 시야각 등의 장점으로 LCD를 대체할 차세대 디스플레이로 각광을 받고 있다[1-4].
	기판에 양단 고정 조건을 부여하고 여기에 굽힘을 추가로 인가함으로서 자유단 혹은 양단 고정 상태에서의 처짐에 비해 적은 처짐량을 갖도록 할 수 있는 이유는 무엇인가?	여러 문헌에서 유리 기판의 처짐 변형은 탄성 거동하는 보로 가정할 수 있다. 양단 고정 보(beam)는 자유단지지의 보 보다 줄어드는 것이 알려져 있다. 이에 기판에 양단 고정 조건을 부여하고 여기에 굽힘을 추가로 인가 함으로서 자유단 혹은 양단 고정 상태에서의 처짐에 비해 적은 처짐량을 갖도록 할 수 있다.

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