OLED 디스플레이 공정용 잉크젯 프린트 헤드의 최적화(모델 입증 및 설계)

국문 초록 (Abstract)

대면적 유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED) 디스플레이 제조를 위한 잉크젯 프린트 헤드는 노즐 막힘과 헤드 내부의 불충분한 압력, 인접한 헤드 간의 간섭 등의 문제가 있다. 이로 인해 잉크가 불균일하게 증 착되어 패널이 제조되면 화면에 얼룩이 보이는 무라(Mura) 결함이 발생한다. 본 연구에서는 비용, 시간의 현실적 제약 없이 다양한 시나리오 예측이 가능 한 시뮬레이션의 장점을 활용하여, 앞서 제기된 문제들을 근본적으로 해결할 수 있는 프린트헤드 구조를 체계적으로 개발하고 최적화하였다. 먼저, 간단 한 잉크 토출 실험 결과와 구조 및 유동해석 시뮬레이션 결과를 비교하여 해석 모델의 정합성을 검증하였다. 그 결과 속도 오차 1% 미만, 동적 거동 오차 3.85%, 부피 오차 8.7% 이내의 높은 신뢰도를 확보하였다. 검증된 시뮬 레이션 프레임워크를 기반으로, 기존 단일 압전소자 구조의 한계를 극복하고 자 다수의 소형 압전소자를 활용하는 새로운 헤드 구조를 제안하였으며, 이 신규 구조는 본 연구에 사용된 상업용 프린트 헤드 대비 액적 부피는 약 30%, 속도는 약 60% 향상된 우수한 초기 성능을 보였다. 이후 민감도 분석 과 파라미터 최적화 과정을 통해 단일 노즐의 토출 성능을 극대화하였으며, 이를 통해 액적 부피를 추가적으로 약 12%, 속도를 약 30% 더 향상시키는 데 성공하였다. 그러나 양산성을 위해 다중 노즐 배열로 확장했을 때, 인접 헤드 간의 기계적 간섭으로 인한 토출량 불균일 문제가 발생하는 것을 확인 하였다. 이러한 불균일 문제를 해결하기 위해, 단위 헤드 사이에 물리적 격 리벽(isolation wall)을 도입하는 구조를 제안하였으며, 재료 및 두께 최적화를 통해 99.8% 알루미나 소재의 1.0 mm 격벽을 적용함으로써 노즐 간 액적 부 피 편차를 0.3% 미만(최대 편차 0.149 pL)으로 억제하는 데 성공하였다. 결론 적으로, 본 연구가 제시하는 시뮬레이션 기반의 체계적인 설계 방법론과 재 료 공학적 접근법은 향후 무라 결함 없는 고해상도 OLED 디스플레이의 양 산 수율을 획기적으로 개선하고, 나아가 다양한 고정밀 인쇄 전자 소자 제조 공정의 발전에 기여할 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• Ⅱ. 이론적 배경 4
• 2.1 잉크젯 프린팅 4
• 2.2 액적 형성 관련 무차원 수 8
• 2.3 시뮬레이션 툴 10
• 2.3.1 Ansys Mechanical 11
• 2.3.2 Ansys Fluent 12
• Ⅲ. 잉크젯 프린팅 실험 & 시뮬레이션 정합성 14
• 3.1 잉크젯 프린팅 실험 14
• 3.2 잉크젯 프린팅 시뮬레이션 18
• 3.2.1 구조 해석 모델링 및 설정 18
• 3.2.2 유동 해석 모델링 및 설정 23
• 3.3 잉크젯 프린팅 시뮬레이션 정합성 27
• Ⅳ. 결과 및 고찰 31
• 4.1 신규 잉크젯 프린트 헤드 구조 설계 및 최적화 31
• 4.1.1 신규 헤드 구조 설계 32
• 4.1.2 신규 헤드 구조 최적화 시뮬레이션 35
• 4.2 다중 프린트 헤드의 균일한 토출을 위한 새로운 설계 45
• 4.2.1 기존 다중 헤드 설계 45
• 4.2.2 물리적인 격리벽이 삽입된 새로운 다중 헤드 설계 47
• Ⅴ. 결론 52
• 참고문헌 54
• Abstract 59