지난 6월 22일 일본의 디스플레이 업체 JOLED는 최근 중국의 TCL CSOT와 자본 및 비즈니스 제휴를 맺고 TV용 대형 OLED 공동 개발에 착수한다고 공식 발표했다. CSOT가 JOLED에 200억엔을 출자하는 방식이며, 잉크젯 프린팅 방식으로 대형 OLED를 공동 개발할 예정이다.

JOLED는 지난 2019년 11월, 5.5세대 잉크젯 프린팅 OLED 패널 공장을 건설하고 가동을 시작하고 있다. 주요 제품 타겟은 모니터용과 자동차용 OLED이며, Asus나 EIZO에 21.6인치 OLED 패널을 공급한 바 있다.

TCL CSOT도 지난 수년간 잉크젯 프린팅 방식의 OLED를 개발 중에 있다. 지난 ‘2019 OLED Korea Conference’에서 잉크젯 방식의 대형 OLED 양산 관련 기술과 로드맵을 발표하였으며, SID 2019에서도 31인치 UHD 해상도의 잉크젯 프린팅 OLED를 전시한 바 있다.

<SID 2019에서 전시한 CSOT의 31인치 잉크젯 프린팅 OLED, Source: UBI Research DB>

한편, TCL CSOT는 CEC PANDA 3개 라인도 전부 인수할 것으로 예상된다. 액정 패널을 양산하고 있는CEC PANA는 현재 난징에 6세대와 8.5세대, 청두에 8.6세대 LCD 패널 생산 라인을 갖고 있다.

TCL CSOT가 CEC PANDA를 인수하려는 이유 중 하나로 IGZO 기술 특허 사용권이 언급되고 있다. 대형 OLED 양산을 위해서는 oxide TFT 기술이 필수인데, CEC PANDA는 Sharp가 이전한 IGZO 기술 특허 사용권을 갖고 있으며, 이를 통해 IGZO 기술과 JOLED의 잉크젯 프린팅 기술로 대형 OLED 양산을 가속화 할 수 있다는 이유다.

CSOT의 대형 잉크젯 프린팅 OLED 라인의 정확한 투자 시점은 아직 알려지지 않았으나 조만간 라인 투자를 결정할 것으로 보인다. 이번 JOLED와 기술 제휴와 CEC PANDA 라인 인수를 통해 기존의 LG 디스플레이가 독점하고 있는 대형 OLED 시장 판도에 CSOT가 어떠한 영향을 미칠지 귀추가 주목된다.

<삼성 디스플레이의 OLED 인증, Source: news.samsungdisplay.com>

삼성디스플레이의 OLED가 끌림 현상 없이 선명하고 빠른 화면 구동 기술로 글로벌 기술검증 업체로부터‘끊김 없는 디스플레이’ 인증을 획득했다. 동영상과 게임 소비가 폭발적으로 증가하는 5G 시대에 최적화된 스마트폰 디스플레이 표준을 제시했다는 평가다.

삼성디스플레이는 4일 자사의 90Hz, 120Hz 주사율의 스마트폰 OLED 패널이 이미지의 끌림 정도(Blur Length)와 동영상 응답속도 부문에서 업계 최고 수준을 기록해 글로벌 인증업체 SGS2로부터 ‘Seamless Display’ 인증을 획득했다고 밝혔다.

SGS에 따르면 삼성디스플레이의 90Hz, 120Hz OLED의 끌림 정도는 각각 최대 0.9mm 0.7mm 이하이며 동영상 응답속도는 각각 최대 14ms, 11ms 이하로 업계 최고 수준을 기록했다.

SGS는 삼성OLED와 기존 디스플레이의 동일 주사율 끌림 평가도 진행했다. 평가결과 삼성OLED 90Hz의 끌림은 기존 디스플레이 대비 1.2배 우수하다. 한편 삼성디스플레이가 자체 진행한 평가에서도 삼성OLED 120Hz의 끌림은 기존디스플레이 대비 1.5배 우수해 OLED가 고속 구동에 최적화된 기술임을 입증했다.

주사율이란 디스플레이가 1초에 표시하는 이미지의 개수를 의미한다. 120Hz는 1초동안 120개의 프레임이 바뀌는 것을 의미하며 주사율의 수치가 높을수록 구현되는 이미지는 더욱 선명하고 자연스럽게 된다. 주사율 외에도 동영상 화질에 결정적인 영향을 미치는 것은 디스플레이 기술이 고유하게 가지는 응답속도이다. OLED는 빠른 전자 이동도와 액정이 필요 없는 전류 구동의 특성을 바탕으로 빠른 응답속도를 구현해 더 자연스러운 화면 구현이 가능하다.

백지호 삼성디스플레이 중소형 전략마케팅팀장(부사장)은 “5G 상용화에 따라 고해상도 동영상 스트리밍 서비스 및 게임 콘텐츠 접속이 급증하고 있으며 이를 효과적으로 구현할 수 있는 120Hz 이상 고주사율 스마트폰 디스플레이 수요가 증가하고 있다”라며 “OLED는 빠른 응답속도를 바탕으로 끌림 없는 깨끗하고 부드러운 화면을 제공해 기존 디스플레이와 완전히 다른 사용 경험을 제공할 것”이라고 강조했다.

유비리서치(www.ubiresearch.co.kr)가 삼성디스플레이의 QNED(quantum dot nanorod LED) 공개 특허 41건을 분석한 “QNED 구조와 제조 기술 분석 보고서”를 출간하였다.

본 보고서에 기술된 내용은 공개된 특허 41건 중 QNED 제조에 사용될 것으로 판단되는 완성도가 높은 기술을 선별하고 정성 분석하여 구성하였다.

공개 특허를 분석한 결과 QNED 구조는 TFT와 화소, QD(quantum dot)-CF(color filter)로 형성되어 있었다. 공개된 특허에서 TFT 구조는 모두 2Tr(transistor)로 묘사되어 있었으나, 전류 구동용 TFT는 최소 3개가 필요하기 때문에 3Tr1C 구조를 사용할 것으로 추정된다. 화소는 nanorod LED와 전극, nanorod LED에서 방출되는 빛을 효율적으로 사용하기 위한 광학 구조로 구성되어 있었다.

이제까지 화소의 전극 구조는 직사각형인 것으로 알려져 있었으나, 공개된 특허를 분석한 결과 전극 구조는 원형일 것으로 추정된다. 특정 특허에서 원형 전극에 비대칭 파형을 인가하면 nanorod LED의 배열 방향성이 우수 해져서 정렬 특성이 좋아지는 것으로 나타났다. Nanorod LED 정렬 전극과 구동은 같은 전극을 사용하고 있는 것으로 파악되었다.

QNED 제조에 사용되는 nanorod LED는 GaN으로 제작되어 청색광을 내는 LED이며, 크기가 <1um x 10um이다. Nanorod LED 정렬 효과를 높이고 공정 불량을 줄이기 위해 nanorod LED 표면은 절연막과 소자 배향기로 처리되어 있는 것으로 보인다.

Molecular Glasses는 미국 특허청에 ‘OLED devices with improved lifetime using non-crystallizable molecular glass mixture hosts’에 대한 특허를 등록했다.(특허번호 U.S. 10,593,886 B2)

<OLEDIQ™ 재료를 적용하여 향상된 OLED 기기의 수명, Source: molecularglasses.com>

Molecular Glasses의 이번 특허는 비결정성 분자 유리 혼합물 호스트를 이용하여 OLED의 수명을 개선시키는 것으로써, OLED의 기본 구조인 캐소드와 애노드, 그 사이에 배치된 발광층, 캐소드와 발광층 사이에 배치된 전하 수송층을 포함하고, 발광층은 호스트 재료와 이미터(emitter)를 포함한다.

호스트 재료는 정공 수송 능력 또는 전자 수송 능력, 앰비 폴라 능력(ambipolar capabilities)을 포함하는 고 엔트로피 비정질 분자 유리 혼합물을 포함하며, 앰비 폴라 능력은 정공 수송 능력과 전자 수송 능력을 포함한다.

Molecular Glass의 CEO이자 설립자인 Mike Molaire는 “OLEDIQ™ 재료는 비정질의 용해성 소분자로서 도펀트 이미터의 응집을 방지하여 OLED 기기의 수명과 신뢰성을 크게 개선할 수 있다”며, “이는 청색 OLED의 고효율과 장수명을 실현시킬 수 있는 이상적인 플랫폼이 될 것이다”라고 언급했다. 이어서, “OLEDIQ™ 재료는 기존의 진공 증착 공정뿐만 아니라, 재료 변형 없이 잉크젯 공정에도 바로 적용 될 수 있다”고 소개했다.

2019년 12월 4일부터 6일까지 일본 도쿄 마쿠하리 메세에서 열리고 있는 29th FINETECH JAPAN에서 V-technology는 1,000ppi까지 구현 가능한 FHM(fine hybrid mask)를 공개하였다.

현재 상용화 되고 있는 FMM(fine metal mask)는 제조가 까다롭고 자중에 의한 처짐으로 인해 600ppi 이상의 고해상도 구현이 어려웠다.

V-technology가 공개한 FHM은 먼저 유리 기판 상부에 polyimide layer와 Ni로 이루어진 seed layer를 형성한 뒤, 포토 공정을 통해 격벽을 만든 후 electroforming 기술로 Ni pattern layer를 형성하는 방식이다. 그 후, 격벽을 제거한 뒤 오픈 마스크 웰딩과 결함 시킨 후 유리 기판을 laser lift off 공정을 통해 제거한다.

V-technology에 따르면 해당 FHM의 두께는 polyimide까지 모두 포함하여 15 um 이하 수준이며,마스크 무게는 Gen6 half 기준으로 2 kg 정도이다. 업체 관계자는 FHM의 무게가 매우 가볍기 때문에 수직 증착에도 적용 가능하며, 기존의 FMM용 프레임을 사용하여 상용화 되고 있는 증착 챔버에서도 사용 가능하다고 밝혔다.

끝으로, V-technology에서는 수율을 밝힐 수는 없지만 높은 수율을 통해 FMM보다 싼 가격으로 고객사들에게 FHM을 제공하는 것을 목표로 하고 있다고 언급하였다.

현재 600ppi 이하에 머물고 있는 OLED 스마트폰이 FHM을 통해 그 이상의 해상도를 구현할 수 있을지 주목된다.

지난 10월 폴더블 기기와 소재의 접힘 내구성을 평가할 수 있는 검사 장비를 제조하고 있는 플렉시고(FlexiGo, 대표 이기용)에서는 환경 조건까지 제어가 가능한 검사 장비인 ‘Foldy-200’을 이용하여 Galaxy Fold의 접힘 내구성을 평가하였다(https://olednet.com/samsung-electronics-galaxy-fold).

당시 평가에서 Galaxy Fold는 약 26만번 이상의 접힘 내구성을 입증하였으나, 가혹 환경에서 진행된 실험은 아니었다.

플렉시고에서는 Foldy-200으로 60℃/90%RH의 가혹 환경에서 다시 한번 Galaxy Fold의 접힘 내구성을 평가하였다. 2초 당 한번의 사이클로 기기가 접었다 펴지며, 1만번의 사이클마다 휘도 변화와 접힘 자국이 있는지를 확인하였다.

비젼 검사에서 Galaxy Fold는 10만번을 접는 동안 표면의 주름이나 박리 현상이 발견되지 않았다. 다만 55℃의 환경에서 Galaxy Fold는 배터리 충전이 중단되었으며, 60℃의 환경에서는 어플리케이션 종료 메시지가 나타나기도 했다.

<60℃/90%RH 환경의 접힘 시험에서 Galaxy Fold의 표면 상태 변화, Source: 플렉시고>

휘도 변화 시험에서도 Galaxy Fold는 10만번의 사이클 동안 휘도 변화를 겪지 않았다. Galaxy Fold의 초기 평균 휘도는 313.1 ± 1.58 Cd/m²였으며, 10만번의 접힘 시험후의 평균 휘도는 313.1 ± 1.58 Cd/m²로 큰 차이를 보이지 않았다.

<60℃/90%RH의 환경의 접힘 시험에서 Galaxy Fold의 휘도 상태 변화, Source: 플렉시고>

이번 실험을 통해 Galaxy Fold가 가혹 환경 조건에서도 10만번 이상의 접힘 내구성이 있다는 것을 입증하였으며, 플렉시고에서는 다음 실험으로 -20℃ 조건에서 접힘 내구성을 진행한다고 밝혔다.

삼성전자의 Galaxy S8과 Apple의 iPhone X 출시 이후, 홈 버튼이 제거된 스마트폰은 스마트폰 시장의 트렌드로 자리 잡았다.

무한하게 커질 수 없는 스마트폰 특성 상, 제한된 스마트폰 크기 내에서 큰 비율을 갖는 디스플레이 크기는 스마트폰 세트 업체들의 경쟁력과 직결되고 있는 상황이다.

최근 출시된 삼성전자의 Galaxy S10은 HIAA(hole in display area) 기술이 적용된 플렉시블 OLED를 탑재하여 큰 관심을 끌었다. 하지만 노치 디자인나 HIAA 디자인은 여전히 카메라가 디스플레이 일부의 공간을 차지하기 때문에 동영상 시청이나 게임을 하는데 방해가 될 소지가 있다.

이에 다수의 패널 업체들은 완전한 풀 스크린 디스플레이 구현을 위한 언더 디스플레이 카메라(under display camera) 기술을 개발 중에 있다.

언더 디스플레이 카메라 기술은 전면 카메라가 화면 뒤에 배치되어 완전한 풀 스크린 디스플레이 구현이 가능하다. 지난 MWC China 2019에서 Oppo가 이 기술이 적용된 스마트폰을 최초로 공개하였으며, BOE와 Visionox도 CIOC 2019 발표에서 언더 디스플레이 카메라가 차기 스마트폰의 트렌드가 될 것임을 예상하였다.

언더 디스플레이 카메라 기술 구현을 위해 화면과 카메라 모듈, 알고리즘 기술들이 모두 특수하게 설계될 것으로 예상된다. 구체적으로는 투과율 확보를 위해 카메라 부근의 화소를 저해상도로 만드는 기술이나 기존보다 더 큰 화소 크기의 CMOS 이미지 센서 탑재, 사진 품질 향상을 위한 알고리즘 기술 적용 등이다.

2017년부터 시작된 풀스크린 스마트폰 트렌드가 2020년 이후 언더 디스플레이 카메라 기술과 함께 완전한 풀스크린 스마트폰으로 꽃 피울지 귀추가 주목되고 있다.

지난 8월 27일부터 30일까지 경주 화백컨벤션센터에서 열린 iMiD 2019에서 Visionox의 부사장인 황시우치 박사는 AMOLED의 최신 기술 동향과 기회란 주제로 강연을 진행하였다.

먼저 모바일 디스플레이의 변화에 대해서 설명하였고 이에 가장 적합한 제품은 자유로운 디자인을 구현할 수 있는 AMOLED 패널이 가장 적합하다고 하였다.

이어서 AMOLED 패널로 구현할 수 있는 새로운 기술에 대한 설명을 차례로 진행하였다. 첫 번째로는 현재 개발하고 있는 4면이 모두 곡선으로 되어있는 All curved제품이었고 다음은 Foldable / Rollable / Stretchable에 대한 기술에 대한 부분이었다.

또한 AMOLED 패널의 장점 중의 하나인 스마트폰의 여러 기능을 AMOLED 패널안에 탑재할 수 있는 기술에 대해서도 발표하였다. 대표적으로 FUD(Fingerprint Under Display), SOD(Sound On Display), UDC(Under Display Camera)를 예를 들어서 기술과 방향에 대한 내용이었다.

마지막으로 그는 Visionox의 AMOLED사업의 연혁과 사업장에 대하여 차례로 설명하였고 현재 Visionox의 제품에 대한 포트폴리오를 언급하면서 발표를 마쳤다.

세계최초로 면소스와 벨트면소스 증착 기술을 개발하는 OLEDON의 황창훈 대표는 기존 증착기에서 2250ppi까지 고해상도의 AMOLED의 제조가 가능한 stand alone 타입 (독립형) 벨트면소스 FMM 증착기술을 경주에서 열린 IMID 2019에서 발표하여 이목을 끌었다.

황대표에 따르면 독립형 벨트면소스를 기존 증착기에 설치한 다음, 기존의 리니어소스로 유기물을 증발하여 벨트금속면에 1차 증착 한 후, 벨트금속면을 롤러 이송하여 상향식 재증발을 수행하면 800~2250ppi의 고해상도를 구현할 수 있다.

<사진: 올레드온사가 개발한 Stand-Alone 타입 벨트면소스, source : OLEDON>

이어서 황 대표는 최근 APS 홀딩스가 제작한 1058ppi의 FMM 마스크를 사용하여 미세패턴의 박막을 형성해 보니 패턴폭 5um, 세도우거리 0.2μm 을 가지는 2250ppi 고해상도의 OLED 패턴 박막을 확인하였다고 밝혔다.

현재 생산되는 550ppi AMOLED 소자의 패턴폭은 16um, 세도우거리는 3um를 가지는데 비해, 이번에 발표된 결과는 해상도를 4배이상 향상할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다. 2015년 이후로 모바일용 OLED의 해상도는 600ppi의 장벽을 못 넘고 있기 때문에, UHD급의 OLED 소자의 대량 생산과 부품의 안정적인 공급을 위해서는 새로운 국산 증착원이 절대적으로 필요한 상황이다.

이 외에도, OLEDON은 박막 균일도 및 세도우의 제어가 가능하여 생산되는 소자의 해상도의 향상이 가능한 곡면소스와 패턴드 곡면소스도 개발에 성공하였다고 소개하였으며, 기존의 연구용 장비에서 바로 사용이 가능한 회전형 면소스도 개발하여 제품 판매를 하고 있다고 밝혔다.

<사진: 곡면소스와 패턴드 곡면소스, source : OLEDON>

<사진: 회전형 면소스, source : OLEDON>

한편 OLEDON은 면소스, 회전면소스와 곡면소스, 패턴드 면소스, 벨트면소스 증착원에 대한 원천특허를 포함하여 총 30편 이상의 면소스 증착기술에 관련된 특허를 보유하고 있다.

<사진: 올레드온사가 보유한 stand alone 타입 벨트면소스 원천 특허, source : OLEDON>

신개념의 OLED 증착장비 개발 벤처회사인 OLEDON사 (대표: 황창훈)는 11월30일 코엑스에서 열리는 유비산업리서치 2018년 OLED 산업결산 세미나에서 양산용 “초격차” AMOLED 제조 기술인 벨트면소스 FMM 증착기술과 “초대면적” QD-OLED TV 제조용 수직 벨트면소스 증착기술을 발표할 예정이다.
올레드온사에서 세계최초로 이미 개발에 성공한 면소스의 증착원리는 금속면에 1차 유기물을 증착하고 난뒤, 이를 상향식으로 재증발하여 유기물 기체의 수직증발을 유도하여 2250ppi의 초고해상도의 미세 패턴을 제작하는 신개념 증착기술이다. 이러한 면소스 공정에는 1차증착, 면소스 인버전, 2차 증발의 세가지 공정이 필수적이며, 양산에 적용 시 그에 따른 고진공챔버의 수도 증가한다. 이번에 올레드온에서 소개하는 벨트면소스 FMM 증착기술은 한 증착기내에서 위의 여러기능을 한번에 하는 개념으로서, 금속면을 벨트형태로 구성한 연속 면소스 공급형 증착기술이다.

(사진: 벨트형 면소스FMM 증착기, Source : OLEDON)

황창훈대표의 설명에 따르면, 벨트면소스를 이용하면, 증착챔버를 새로이 제작하지 않고도, 기존의 6세대 리니어소스 FMM 증착기에 바로 적용이 가능한 개념이라고 밝혔다. 이를 활용하면, 조만간, 스마트폰에 탑재하는 AMOLED 소자와 VR 디스플레이의 해상도가 획기적으로 향상될 것으로 보인다.

또한 황창훈대표는 수직벨트면소스를 사용하면, QD-OLED TV용 12세대급 초대면적 기판을 처짐 없이 원활한 증착공정이 가능하다고 밝혔다. 수직벨트면소스 증착기는 기판을 세워서 증착하는 개념으로, 프레임드기판척(framed glass chuck)과 오픈마스크의 하중부담이 매우 적어져 로봇이송이 용이하고, 정지상태에서 균일한 초대면적 박막의 증착공정이 가능하여, 8세대는 물론, 향후 10세대이상 기판크기의 클러스터형 양산용 증착기에 활용이 가능할 것으로 보인다.

(사진: QD-OLED제조용 수직벨트형 면소스 증착기. Source : OLEDON)

황창훈대표는 최근 블루물질의 물질변성시험과 블루도판트 증착시험을 성공적으로 마쳤다고 밝히며, 한국이 현재의 OLED 생산국 1위를 유지하려면, 창의적 핵심증착 기술개발 도전에 적극 투자하여야 한다고 하며, 미래형 중소형 및 대형 OLED 제조는 모두 면소스 증착기술을 사용하게 될것이라고 전망했다. 한편 올레드온사는 면소스 및 벨트면소스 증착기에 대한 원천특허를 포함하여 30여편의 관련 특허를 보유하고 있으며, 최근 양산용 수직벨트면소스증착기에 관련한 특허를 출원하기도 하였다.