OLED는 각각의 노하우가 있다

삼성디스플레이와 LG디스플레이가 쌓아올린 유기발광다이오드(OLED) 기술장벽은 과연 어느정도일까. 이들이 OLED 패널 생산을 위한 최적의 공정 레시피를 구축하기 위해 노력해온 시간들만 자그마치 15년에 달한다. OLED를 액정표시장치(LCD)와 구분짓는 포인트는 바로 '공정' 프로세스다. OLED는 LCD와 달리 유기물 '증착·봉지' 두 공정 과정을 거친다. 두 공정은 기술 난이도가 낮았던 LCD의 'a-Si TFT' 기반 공정체계와는 달리 쉽게 연마하기 어려운 기술로 알려진다. '증착·봉지' 공정법 때문에 중국도 OLED 시장에서 만큼은 '대량생산', '저가공세' 전술로 진입하기 어려울 거란 관측이 나올 정도다. 삼성과 LG가 그간 OLED 공정법을 연마해온 과정, 현재 중국 업체와의 기술격차 현황을 살펴본다.

 

◇中, LCD보다 OLED 따라하기 어렵다…'공정' 표본 無

OLED의 핵심 공정으론 '증착'과 '봉지'가 있다. OLED 기술의 핵심 재료인 '유기물'과 관련된 공정법이다. OLED 제조과정을 크게 5단계로 나눠 봤을 때 각각 2, 3단계에 해당하는 부분이다. 두 공정은 국내 업체와 중국 업체와의 기술 격차를 가장 두드러지게 보여주는 부분이다. LCD가 장기간에 걸쳐 공정법이 '표준화'된 것과 달리 OLED는 업체별, 사이즈별로 생산공정이 모두 상이하기 때문에 시장에 공개된 '표본' 자체가 적다. 각 디스플레이 기업마다 재료부터 생산공정까지 비밀리에 부치고 있어 기술력과 노하우가 적은 후발주자들에겐 진입장벽이 높을 수 밖에 없는 영역이다.

 

디스플레이업계 한 관계자는 "OLED 공정은 LCD처럼 표준화되지 않아 한번에 베끼기 어려울 것"이라며 "중국업체들도 특히 증착, 봉지 공정을 위한 최적의 레시피를 구축하는데는 상당한 시간이 소요될 것"이라고 진단했다. 즉 BOE 등 중국 디스플레이사들이 자체적으로 여러 시행착오를 거쳐 터득하지 않고선 단기간 습득하기 어려운 기술이란 뜻이다. 삼성과 LG도 10년이 넘는 OLED 공정 운영 경험과 생산기반을 보유하고 있는데도 양산 계획에 차질이 생기는 일이 비일비재하다.

◇OLED '탄생'과 '수명유지' 핵심, 증착·봉지 공정

증착(Evaporation) 공정은 OLED의 '픽셀'을 만들기 위한 과정에 꼭 필요한 과정이다. 스스로 빛과 색을 내는 자체발광 픽셀 그 자체를 만드는 작업으로 OLED의 정체성이기도 하다. OLED는 유기물을 주재료로 한다. 유기물은 전류를 흘려보냈을 때 자체적으로 빛과 색을 구현할 수 있는 물질을 의미한다. OLED가 별도의 백라이트나 컬러필터 없이도 원하는 색, 밝기를 화면상 구현할 수 있는 이유다. 공정 첫단계인 LTPS(저온폴리실리콘) TFT에서 빛을 내는 각각의 픽셀들을 컨트롤해주면 뒤이어 '증착' 과정으로 이를 발현시킬 수 있다. LCD 공정 때 디스플레이 '픽셀'을 형성하기 위해 컬러 컬러 패터닝(Color Pattering) 과정을 거쳤다면 OLED에선 증착 방식이 이를 대신한다고 보면 된다.

 

 

봉지공정은 증착 다음 단계로 유기물을 산소와 수분으로부터 보호하는 과정이다. 증착 단계에서 만들어진 OLED 패널이 외부의 영향을 받지 않고 오랫동안 사용될 수 있도록 마감을 하는 작업으로 패널의 '수명력 보존'과 직결된 공정법이다.  봉지공정이 중요한 이유는 OLED의 주재료인 유기물이 산소(O2)와 수분에 취약하다는 특징 때문이다. 제조 과정에서 산소와 수분이 유기물에 침투하지 못하도록 밀봉하는 공정이 반드시 필요하다. 마치 과자 봉지를 뜯은 뒤 오래 두면 눅눅하고 맛이 없어지는 것을 방지하기 위해 밀봉을 하는 것과 같은 원리다. 봉지는 LTPS 기반에 증착이 이뤄진 OLED패널 위에 봉지 글래스를 덮는 구조다. 만약 제조 단계에서 '봉지'가 제대로 이뤄지지 않았을 경우 생기는 가장 큰 문제점은 암점(검은 픽셀)을 발생이다. OLED 패널의 미세한 틈 사이로 수분이나 산소가 침투할 경우, 화학적 반응에 의해 수분에 있던 수소와 산소가 분리되면서 버블이 생긴다. 이 버블은 전자 이동을 방해하면서 암점을 만든다.

 

◇크기·재료따라 공정법 제각각…'삼성 vs LG' 기술격차는?

증착공정과 봉지공정은 삼성과 LG가 중국 등 후발업체들과의 기술격차를 유지할 수 있는 주요인으로 지목된다. 디스플레이 크기, 사용하는 소재에 따라 상이한 방식을 취해야 한다는 특성에 기인한다. 예컨대 봉지공정은 유리, 플라스틱 등 기판에 사용되는 소재에 공정 방식이 제각각이다. 롤러블, 폴더블 등 구부러지거나 접는 패널을 구현하려면 이에 맞게 적합한 공정을 따로 개발해야 하는 식이다. 삼성과 LG가 주력 세트사들의 요구에 맞게 고도화시켜온 덕에 폴더블, 롤러블, 커브드 등 다양한 폼펙터에서 앞선 기술을 보유 중이다.

 

 

증착공정은 국내와 중국간 격차 뿐 아니라, 삼성디스플레이와 LG디스플레이간 기술격차를 발생시키는 요인이기도 하다. 패널 크기별로 증착 방식 차이가 크다. 만일 중소형 OLED패널만 양산할 경우엔 FMM란 마스크로 유기물 소자를 걸러내는 'RGB(적색, 녹색, 청색) OLED 방식'으로 증착시키면 된다. 그런데 기판 면적이 넓어질수록 균일한 증착이 어렵고 수율도 낮아지기에 대형 패널을 양산할 땐 추가 기술 개발이 필요하다. 즉 '대형' 패널을 양산할수록 고도화된 증착기술이 필요하다는 뜻이다. 선제적으로 대형패널 증착 기술을 고도화시킨 건 LG디스플레이다. LG가 발광원으로 사용하는 백색소자는 삼성이 채택한 청색소자 보다 수명이 길다는 장점이 있다. 삼성은 발광소자를 수직으로 여러번 적층하는 기술구현에 어려움을 겪기도 했다. 개발이 이뤄진 뒤에도 TV용에 적합한 양품 패널 생산까진 시일이 소요됐던 배경이다.

 

 

이상, 출처; 더벨

더벨 - 국내 최고 자본시장(Capital Markets) 미디어 (thebell.co.kr)