초록 ▼

최종목표
6 인치 급 Flexible AMOLED를 위한 핵심 원천 기술 개발:
1. 초기휘도 500 nit Green Panel 기준 10,000회 Bending Test (R =3cm) 후 휘도 저감 50% 이하
2. 원천 핵심 요소 기술을 이용한 Plastic AMOLED 시제품 제작
: 대각 10cm(4인치), 320×240 해상도의 plastic AMOLED 제작 및 기술 검증

개발내용 및 결과
1. 플라스틱 AMOLED용 고신뢰성 저온 Oxide-TFT Backplane 기술개발.

최종목표
6 인치 급 Flexible AMOLED를 위한 핵심 원천 기술 개발:
1. 초기휘도 500 nit Green Panel 기준 10,000회 Bending Test (R =3cm) 후 휘도 저감 50% 이하
2. 원천 핵심 요소 기술을 이용한 Plastic AMOLED 시제품 제작
: 대각 10cm(4인치), 320×240 해상도의 plastic AMOLED 제작 및 기술 검증

개발내용 및 결과
1. 플라스틱 AMOLED용 고신뢰성 저온 Oxide-TFT Backplane 기술개발.
1-1. Oxide-TFT이동도(㎠/Vs) 35.03 세계최고수준 (목표치 25, 계획서당시 목표치 22) 패널 내 문턱전압 균일도 ±0.3V, I_on/off 비율 > 10⁶
1-2. TFT신뢰성
: 문턱전압변화(△Vth shift) 0.21V @ I_DS = 3uA, 50,000 hrs, 60 ℃, 1,000 nit 외광(목표치 0.5)
: Plastic 기판 사용 가능한 공정온도
1-3. TFT bending 시 이동도 감소율(%) < 0.57(목표치 5)
: R=3cm, 10,000회 반복후
1-4. 구동회로 Operation Frequency(MHz) 0.18(목표치 0.1)
2. 플렉시블 기판대응 OLED 화소최적화기술
2-1. 고성능 Inverted and Top Emission OLED Cell 기술
: Inverted Top emission OLED Efficiency(전류효율) >121 cd/A (Green) (목표치 85, 계획서당시목표치 60) 세계최고수준
: 초기대비 50%밝기수명(Bending test 조건) : 초기 밝기대비 after bending test @10,000회 R=3cm 80% (목표치 50%이상)
2-2. 완전 Flexible화를 위한 기존 Polarizer-Free OLED 구조
: Contrast Ratio (C/R) : > 688 : 1(목표치 500:1, 계획서당시 목표치 400:1)) 세계최고수준
: Flexible anode/cathode 기술확보
3. Flexible AMOLED Encapsulation 기술
고밀도 박막 설계 및 저온/저손상 투명 유연 박막 봉지 및 필름 Lamination 공법을 적용한 신규 고품위 유연 봉지 기술확보
3-1. 유기박막증착속도 : 54 nm/min 목표치 50, ALD증착온도(℃) 80℃(목표치 100), 공정 Tac Time 개선, Adhesion : No peeling
3-2. Barrier 박막 수분투과도 2.53×10^-6 g/㎡⋅day이하(목표치 1×10^-6이었으나 측정에 한계치 초과)
: Bending Test 10,000회 @ R = 3cm 후 투습도 유지
3-3. 플렉시블소자보관수명(시간) >136,800(목표치50,000시간)
3-4. 박막균일도(%) 1.3(목표치 3%)
광투과도 87% 이상(목표치 85%)
4. Plastic AMOLED 원천 기술 개발 및 시제품 제작
4-1. 용액 공정에 의한 TFT 및 TFT backplane 개발
: 전계이동도 > 30 ㎠/Vs(목표치 22), Ion/off 비율 > 10⁷
: 문턱전압변화 < 0.5V @ Ids = 3uA, 50,000 hrs, 60 ℃, 1,000 nit 외광(목표치 0.5)
4-2. Plastic 기판위에 OLED패널증착기술
AM backplane and OLED integration 기술 개발
Plastic AMOLED detach 기술 개발
4-3. 4인치 AMOLED 시제품 설계 및 제작
: 개발된 원천기술을 종합한 대각 4인치급, 320×240 해상도 plastic AMOLED 설계 및 제작. 세계최고수준

기술개발 배경
○ 플렉시블 디스플레이란 기존의 디스플레이 특성의 손실 없이 종이와 같이 수 센티미터 이내로 휘거나, 구부리거나, 말 수 있는 얇고 유연한 기판을 사용하여 제조된 디스플레이이며, 현재 사용되는 유리 기판 디스플레이와 달리 가볍고, 얇고, 내충격성이 강하며, 구부림을 자유롭게 할 수 있는 차세대 디스플레이.
○ 스마트폰 및 스마트워치 등 wearable device 시대의 도래와 함께 기술의 융복합화로 스마트폰 및 스마트워치를 시작으로 기기의 휴대성이 강조되고 있는 전환기적 시점에 전자정보 기기와 인간의 인터페이스 역할을 하여, 정보표시/정보교환/정보처리의 다양한 기능이 집적된 얇고 가벼우며 깨어지지 않고 필요에 따라 형태변환이 가능한 유연한 플라스틱 디스플레이 기술이 요구됨.
○ 플렉시블 디스플레이는 스마트폰 및 스마트워치를 중심으로 향후에는 노트북 및 Curved TV로 확대될 것이며, 나아가 IT 분야의 새로운 미래를 열 다양한 wearable 및 플렉시블 기기에 폭넓게 사용될 것으로 기대되며 현재, 기존 LCD에서는 기술적으로 어려운 플렉시블 디스플레이는 플라스틱위에 증착되는 AMOLED에 다양한 활용이 기대되고 있음.
○ LCD 디스플레이는 backlight 때문에 유연성이 5도 미만으로 매우 적으며 두께에도 한계가 있음. 따라서 차세대 디스플레이인 OLED 기술은 초박막 (10um이하), 양면발광, rollable 및 궁극적으로는 부가기능이 내제된 플렉시블 스마트 디스플레이 기술개발이 필수적임.
○ 2013년도 1월 Consumer Electronics Show에서는 곡면 AMOLED TV를 삼성전자 및 LG 전자에서 발표하였으나 유리기판을 사용한 제품으로 플라스틱 기판을 사용하는 AMOLED 디스플레이로 전환이 예상됨.
○ 플렉시블 AMOLED 디스플레이를 구현하기 위한 핵심기술로는 플렉시블 플라스틱 기판과 플렉시블 디스플레이용 표시방식, 플렉시블 능동구동소자의 기술로 각각 분류할 수 있음. 또한 플라스틱기판의 큰 문제의 하나인 습기를 흡수하는 투습문제를 해결하여 소자의 수명 및 신뢰도를 확보하는 기술이 필요함.
○ 기존의 디스플레이가 가지는 표시 특성의 수준이나 그 이상의 특성을 구현하기 위해서 플렉시블 기판상의 고성능 스위칭소자의 개발이 필수적이며 현재 유리기판위에 증착되는 TFT는 대부분이 비정질실리콘 및 LTPS 소자이며, 최근 Oxide-TFT가 활용되고 있음. 그러나 유리위에서 공정을 진행할 경우에는 400도 이상으로 생산이 가능한데 비하여, 플렉시블 기판(플라스틱기판)의 경우는, 증착온도가 400도가 될 경우에는 기판에 손상을 입게 되어 온도를 300도 이하로 모든 공정(TFT, OLED 및 Encapsulation)을 진행해야 한다는 어려운 기술적인 문제가 있음.
○ 능동구동 스위칭소자(TFT) 기술은 온도문제 및 성능을 고려할 때, 현재로서는 Oxide-TFT가 가장 유력한 소자임. 그러나 Oxide-TFT는 전 세계적으로 초기 개발단계로 신뢰성이 심각한 문제로 대두되고 있음. 즉, 전압이나 전류가 인가되었을 경우, Vth가 변동이 생기면 빛이 비춰질 경우에는 변동의 폭이 매우 커서 심각한 문제가 유발되고 있음. 따라서 소자의 성능과 신뢰도를 향상할 수 있는 저온 Oxide-TFT기술개발이 전세계적으로 추진되고 있음.
○ 플렉시블 AMOLED 디스플레이의 화질 및 신뢰도 또한 소비전력 감소를 위하여 OLED화소 최적화 기술이 해결되어야 함.
이를 위하여 고성능 Inverted 및 Top Emission OLED cell 기술확보가 필수적임. 플렉시블화를 위하여 Polarizer-Free OLED 구조확보가 선행되어야 함. OLED화소에서 문제가 되고 있는 OLED발광효율이 높지 않으며, 플렉시블 디스플레이의 경우, 접었다 폈다 하는 bending이 10,000회 이상 진행이 되더라도 밝기를 유지할 수 있는 신뢰성확보기술개발이 반드시 필요함.
○ 플렉시블 디스플레이는 현재 널리 쓰이는 유리기판을 쓸 수 없기 때문에 플라스틱기판 위에 모든 공정을 진행하여야 함. 그러나 플라스틱기판의 경우에는 수분이 투습하는 심각한 문제가 발생하고 OLED소자도 수분에 취약하기 때문에 수분을 억제하는 Encapsulation기술이 필수적임. 또한, Encapsulation을 박막으로 진행하여야 하는데, 투습도는 물론 광투과도가 만족되어야 함.
또한 여러층의 박막을 증착해야 하는데 증착속도가 느릴 경우 생산성이 저하되기 때문에 증착속도를 향상하는 기술이 필요함.
동시에 플라스틱기판과 OLED소자가 온도에 민감하기 때문에 100도 미만으로 공정을 진행하여야 하는 어려운 문제가 있음.
○ Oxide-TFT Backplane, OLED화소기술 및 Encapsulation기술 등 핵심원천기술을 개발하는 것이 본 과제에서 중요한 목표이나, 개발된 기술들이 융합되고 실용화되기 위해서는 16개의 참여기관들이 개발한 다양한 원천기술들을 검증하고 융합하여 플라스틱 AMOLED시제품을 개발하는 기술이 필수적임. 또한, 플라스틱AMOLED의 개발을 위하여 주변회로 및 구동회로를 설계하고 집적하여 실용화에 접근한 4인치 플라스틱 AMOLED 디스플레이(320X240)개발. AMOLED디스플레이제작을 통하여 원천기술의 신뢰도 및 집적기술을 검증하여 기술이전 등을 적극 추진.

핵심개발 기술의 의의
플라스틱 AMOLED원천기술개발은 아마도 우리나라에서는 물론, 해외에서도 체계적으로 개발된 예는 많지 않은 것으로 판단됨. 특히 개발된 3개 분야(플라스틱 AMOLED Backplane, 플라스틱 기판용 OLED화소최적화 기술, 플라스틱 AMOLED Encapsulation기술)의 기술을 융합하고 공정을 집적하여 플라스틱 AMOLED 디스플레이 설계, 제작공정개발을 통하여 4인치 플라스틱 AMOLED디스플레이 패널을 성공적으로 개발하였음.
본 연구과제에서 추진된 대부분의 연구는 저온 및 플라스틱기판위에서 모든 소자 및 공정을 진행해야 하는 난이도가 상당히 높은 어려운 기술임.
Oxide-TFT Backplane, Inverted OLED 화소기술 및 CR, Encapsulation 기술개발 및 성공적으로 제작된 4인치 플라스틱 AMOLED패널연구개발에서 도출된 결과는 세계 최고수준으로 해외에서도 높게 평가되고 있으며, 우수한 논문들과 특허, 4건 초기기술료 2억2천5백만원의 기술이전 등의 탁월한 실적이 도출되었음.
지난 5년 동안 개발된 기술은 플렉서블 디스플레이의 실용화를 위한 플라스틱 AMOLED 핵심원천기술을 4개의 대분류로 추진하여 융합하여 세계 최고수준의 기술이 개발되어 국내에서의 기술이전은 물론, 해외기술수출의 가능성도 충분함.

적용 분야
플라스틱 AMOLED기술은 스마트폰, 스마트워치 등 중소형 wearable 디스플레이에 1차적으로 적용이 가능하며, 향후에는 태블릿PC, 노트북PC 및 e-Paper 등에도 활용이 예상되고 있으며, 궁극적으로는 대형TV에도 적용이 검토되고 있음. 특히 참여기관인 한국조폐공사에서 본 연구결과를 활용하여 전자여권용사진에 활용을 적극적으로 검토하고 있음.

(출처: 기술개발사업 최종보고서 초록)

목차 Contents

• 표지 ... 1제 출 문 ... 2기술개발사업 최종보고서 초록 ... 4기술개발사업 주요 연구성과 ... 16제 1 장 서론 ... 61 제 1 절 과제의 개요 ... 61제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과(기술개발 내용 및 방법) ... 62 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 62 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 64 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 66 제 4 절 수행 결과의 보안등급 : 모든 연구개발절차에서 보안규정을 준수하였으며, 논문 및 특허 등으로 결과가 발표되었음. ... 78 제 5 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 79제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 79 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 79 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 163 제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 168 제 4 절 고용 창출 효과 ... 170 제 5 절 자체보안관리진단표 ... 171끝페이지 ... 172