풍원정밀 주요제품 오픈메탈마스크, 스틱바마스크, 파인메탈마스크

풍원정밀의 주력 제품은 크게 AMOLED 증착용 금속 마스크인 오픈메탈마스크, 스틱바마스크, 파인메탈마스크로 구분됩니다. AMOLED는 기판 위에 여러 종류의 유기막을 증착한 후 전류를 흘려서 빛을 내는 디스플레이입니다.

[유기물 증착공정 및 메탈마스크]

 

출처 - 풍원정밀

유기막 증착 공정은 증착재료에 열을 가하여 유기재료를 기화시킨 후, 기화가 된 유기물질이 얇은 메탈마스크의 개구부를 통과하여 기판에 선택적으로 증착됩니다. 유기층은 크게 전기기능적인 역할을 하는 공통층과 빛을 내는 발광층으로 구분되며, 증착공정에 사용되는 메탈마스크는 크게 오픈메탈마스크와 파인메탈마스크의 두 종류가 있습니다. 공통층은 디스플레이 화면 전체에 증착되기 때문에 해당 증착 공정에서는 디스플레이 화면 크기의 개구부를 갖는 오픈메탈마스크가 사용되고, 발광층은 화소별로 증착이 되어야 하기 때문에 미세한 화소크기의 개구부가 화소수만큼 형성되어 있는 파인메탈마스크를 사용합니다.

1) 오픈메탈마스크

오픈메탈마스크는 6세대 제품의 경우 두께 약30mm, 크기 약1,700 X 1,100mm의 는 INVAR 재질의 프레임(Frame)에 수십 개의 개구부가 형성된 얇은메탈마스크가 인장/용접되어 있는 형태입니다. 개구부 Cell은 고객사가 생산하고자 하는 디스플레이 화면의 크기 및 형태에 따라 결정되며, 프레임과 메탈마스크의 설계는 고객사가 요구하는 사양에 따라 결정됩니다.

 

[오픈메탈마스크]

출처 - 풍원정밀

 

오픈메탈마스크에서 요구되는 사양 중 가장 중요한 것은 Cell PA(Position Accuracy, 위치정확도)입니다. Cell PA는 제작된 개구부의 위치가 얼마나 정확하게 구현되었는가를 의미하며, Cell PA가 우수할수록 베젤이 작은 디스플레이를 제작할 수 있습니다. 오픈메탈마스크는 Frame에 금속 마스크를 인장/용접하여 조립체(Assembly)로 제작되는 제품이기 때문에 PA를 만족하기 위해서는 에칭 공정의 정확도 외에도 정밀한 인장 과정을 요구합니다.

풍원정밀는 조립체에서의 최적 Cell PA를 구현하기 위해 에칭 공정과 인장 공정에서 발생되는 오차값을 설계에 반영하여 제작하여, 고객사에 우수한 수준의 Cell PA를 갖는 제품을 공급하고 있습니다.

2) 스틱바마스크

스틱바마스크는 TV용 AMOLED를 제조하는 데 있어 증착시 사용하는 긴 막대기 형태의 금속 마스크 제품입니다.

[스틱바마스크]

 

출처 - 풍원정밀

 

TV용 OLED 패널 제작에 사용하는 기판은 8세대(2,200㎜ X 2,500㎜) 크기로 증착에 사용하기 위한 오픈메탈마스크 Sheet를 한 장으로 생산하기가 어렵고, 만든다고 하더라도 중량 및 운반의 이슈로 비효율적입니다. 이 때문에 고객사와 OLED TV개발 초기부터 풍원정밀와 OLED TV용 메탈마스크를 공동개발하였고, 스틱바 형태의 금속마스크를 개발하게 되었습니다.

 

스틱바마스크는 폭 30~40㎜, 길이 2,600~3,000㎜의 크기를 갖는 INVAR 금속으로 형성되며, 일부 모델의 경우 INVAR 대신 Stainless Steel이 사용되기도 합니다. 풍원정밀가 고객사에 스틱바마스크를 납품하면, 고객사가 Frame에 스틱바마스크를 인장/용접하여 증착공정에 사용합니다.

 

스틱바마스크는 길이가 길어 인장을 하더라도 쳐지면서 증착대상인 기판에 닿게 되고 증착 공정에서 불량을 유발할 가능성이 있습니다. 이 때문에 개발 단계에서 스틱바마스크와 기판과의 간격을 유지하기 위한 Spacer가 개발되었습니다. Spacer는 수 ㎜의 작은 INVAR 제품으로 스틱바마스크의 한 쪽 면에 일정한 간격으로 배치되게 됩니다.

 

3) 파인메탈마스크

파인메탈마스크는 두께 0.025㎜ 이하의 얇은 INVAR 박판에 Pixel에 해당하는 20~30㎛의 미세 개구부들이 디스플레이 해상도에 따라 수백만 개에서 수천만 개가 구현되어 있는 형태입니다.

기판 접촉면의 경우 증착면적에 해당되는 미세 Hole이 구현되어 있고, 증착 소스면(반대면)은 증착의 효율성을 위해 미세 개구부를 중심으로 하는 마치 분화구같은 형태로 이루어져 있습니다.

파인메탈마스크는 증착 유기물이 TFT 화소 영역에만 정밀하게 증착될 수 있도록 하는 주요 부품의 역할을 하게 됩니다. 그렇기 때문에 파인메탈마스크의 ① 미세 개구부사이즈의 균일도(Uniformity), ② 형성된 개구부의 단면 각도(Taper Angle) ③ 둔턱(Step Height) ④ 위치 정밀도(Position Accuracy)는 증착 수율에 영향을 줄 수 있는 요소이자, 파인메탈마스크 제조에 있어 가장 중요하게 관리되는 항목입니다.

더불어 파인메탈마스크 외관 검사에서 변형, 찍힘, 막힘, 고착, 이물 등 어떠한 결함도 허용되지 않습니다.

 

파인메탈마스크의 개구부 사이즈는 픽셀의 크기를 Define하는 요소로서, QHD급의 경우 20㎛ 크기의 수천만개의 개구부을 1㎛ 이내의 오차로 균일하게 형성해야 합니다.

단면 각도(Taper Angle)은 OLED 제작업체에서 증착공정을 진행할 때 증착 물질이 퍼지는 각도를 고려하여 증착물질의 사용효율을 높이기 위해 45° 이하의 각도로 구현이 되어야 합니다.

 

풍원정밀는 일본 다이닛폰인쇄(DNP)가 독점하고 있는 파인메탈마스크의 국산화를 통하여, OLED 디스플레이 시장을 리딩하고 있는 국내 디스플레이 기업에 파인메탈마스크 공급을 목표로 하고 있습니다. 파인메탈마스크의 불안정한 수급을 우려하고 있는 국내 디스플레이 기업에 안정적인 공급을 통해 국내 디스플레이 기업들의 수급 안정화로 인한 원활한 생산이 운영될 수 있도록 기여할 계획입니다.

 

풍원정밀는 2000년 초반 삼성SDI에서 OLED를 개발하는데 있어 Metal Mask를 공동개발하여, 2003년에는 PMOLED용 파인메탈마스크를 전량 공급하였고, 2005년에는 파인메탈마스크 분할 마스크를 개발하였으며, 2010년에는 AMOLED TV용 파인메탈마스크인 SMS(Small Mask Scanning)를 공급하였던 이력이 있습니다. 그 이후로 파인메탈마스크 사업화를 위하여 연구개발을 지속하여 진행해왔으며, Full-HD, Quad-HD 해상도를 갖는 파인메탈마스크를 개발하였습니다. 현재 OLED 디스플레이 패널업체에 6세대용 파인메탈마스크 제품을 공급하여 평가를 진행 중입니다.