Flexible OLED 개발은 어떻게 진행되어 왔나?

공상과학 영화 속에서나 등장하는 휘거나 말 수 있는 디스플레이의 시대가 가까이 오고 있다. 스마트폰의 시장과 동시에 Tablet PC 시장이 성장하면서 소비자들은 화면의 크기는 커지지만 휴대성이 용이한 디스플레이를 선호하고 있다. 소비자들이 선호하는 점을 충족시킬 수 있는 디스플레이가 바로 flexible OLED이다. 삼성디스플레이가 연말에 Unbreakable panel의 이름으로Flexible OLED를 탑재한 갤럭시노트2를 출시한다는 발표를 해 디스플레이 관계자들과 소비자들의 flexible OLED에 대한 관심은 날로 커지고 있다.

 

Flexible OLED는 어떻게 개발되기 시작했을까? Flexible OLED는 주요 디스플레이 업체인 삼성디스플레이와 LG디스플레이, Sony가 개발을 시작했다. 삼성 디스플레이는 2008년 6.5인치의 Oxide TFT를 기반으로 한 WQVGA flexible OLED 공개를 시작으로 2010년부터 LTPS TFT를 기반으로 한 2인치대와 4인치대의 패널을 개발해왔다. 2011년 CES 2011에서는 0.3mm가 채 되지 않는 4.5인치 WVGA를 flexible OLED 패널을 탑재한 디스플레이를 선보여 전세계의 주목을 끌었다.

LG 디스플레이는 2007년 세계 최초 a-Si TFT를 기반으로 한 4인치의 QVGA flexible display를 공개했다. 그 후로도 2008년부터 LG디스플레이는 UDC와 metal foil 기판을 적용해 착용이 가능한 군용 4.3인치의 flexible OLED를 개발을 진행했다.

소니는 2009년 OTFT를 기반으로 한 2.5인치 flexible display와 2010년 0.08mm의 초박형 rollable flexible OLED를 공개했다. 최근 SID 2012를 통해 디스플레이 업체인 sharp와 AUO가 IGZO TFT를 기반으로한 3.4인치와 4인치의 flexible을 공개했으며, sharp의 flexible OLED는 고해상도의 960×540 qHD 패널을 탑재해 현재 flexible OLED개발진행이 빠르게 진행되고 있음을 보여주었다.

Flexible OLED 개발 history

 

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[Video] 대만 PMOLED 업체, Wisechip의 PMOLED

Wisechip은 2005년에 설립된 대만 PMOLED 전문 업체로, Monochrome OLED와 Charactrer OLED, Segment OLED 등을 다루고 있다.

Wisechip의 생산 공장은 Chunan에 위치하고 있으며, Gen 2.5의 2개 라인을 보유하고 있다. Line 1은 기판 기준 월 6,000장을 투입하고 있으며, Line 2는 월 8,000장의 기판을 투입하고 있다.

 

Wisechip의 PMOLED

Wisechip의 주요제품은 주요 mp3 player와 PMP에 탑재되는 1.54inch PMOLED, 휴대용 라우터에 탑재되는 2.42inch, 2.7inch PMOLED이다. Wisechip의 PMOLED 색상은 Blue와 Yellow, Green, White, Red이며, 주요 제작 색상은 Blue와 yellow이다. Wisechip의 PMOLED 패널의 가격은 1.54inch는 약 5.5달러이며, 2.42inch는 7.5달러이다. 2.7inch 패널은 TCP package를 적용해 15 달러이다.
TCP Package는 한 장의 기판 상에 복수의 집적 회로 소자를 고밀도로 탑재하여 소자 상호간의 배선길이를 줄이기 위해 멀티칩 패키징에서 많이 활용되는 기술이다.

 

Wisechip과 국내 PMOLED 업체인 네오뷰코오롱을 비롯한 PMOLED 업체는 향후 투명 PMOLED를 생산하기 위해 개발 중에 있다. Wisechip은 현재 투명도 30%의 투명 PMOLED를 개발한 상태이며, 네오뷰코오롱은 NTT 도코모가 공개한 투명 스마트폰에2.4인치 320×240의 양면 터치 투명 OLED를 제공했다.

네오뷰코오롱의 양면터치 투명OLED

 

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LG 디스플레이, 55인치 AMOLED 투자 시점과 본격적인 양산은?

LG 디스플레이, 55인치 AMOLED 투자 시점과 본격적인 양산은?

LG전자와 삼성전자는 SID 2012와 IFA 2012를 통해 55인치 OLED TV의 전시를 성공적으로 이뤄냄에 따라 많은 소비자들과 업계 관계자들은 OLED TV관련 양산 시점과 투자 진행이 초미의 관심사다.

 

55인치 OLED TV에 적용되는 OLED 패널을 공급하는 LG 디스플레이는 파주 M1 라인에서 AMOLED TV 양산성을 검증하고 있다. M1라인의 증착장비는 일본 TOKKI사 제품이며 핵심부품인 선형소스는 국내업체인 YAS에서 독자적으로 개발한 것을 사용하고 있다.

LG디스플레이는 M1라인에서 양산성이 입증되면 YAS에서 Gen8 유리 원장을 사용하는 증착장비를 국산화하여 도입할 예정이다. LG디스플레이와 YAS는 공동으로 Gen8 증착장비를 개발하고 있으며, YAS에는 이미 6개의 organic chamber로 구성되어 있는 pilot 장비를 구축하고 LG 디스플레이와 공정을 개발중에 있다.

LG 디스플레이가 새로이 도입할 Gen8라인은 M2라인으로 명칭되어 있다. 장비는 tact time이 2분으로 capacity가 월 18K가 될 것으로 예측되며 올해 12월 중에 발주가 있을 것으로 예상된다. 이 계획대로 진행되면 M2라인용 증착장비는 2013년 3사분기 입고가 될 수 있으며 양산은 2013년 4사분기부터 본격적으로 가능할 것으로 전망된다.

 

LG 전자는 현재 55인치 OLED TV를 ‘올레드 TV’라는 명칭을 부각시키고 있으며, 지난 9월 초 권희원 사장은 IFA2012 기자간담회를 통해 올레드 TV를 올해 출시할 것이라고 전해 세계 최초 출시를 목표로 하고 있음을 밝혔다.

LG 디스플레이의 55인치 OLED TV는 Oxide TFT와 White OLED, hybrid encapsulation 기술을 적용하고 있으며, CES 2012에서 LG 디스플레이의 AMOLED TV 화질 특성이 삼성의 RGB 방식과 대등한 것으로 평가되었다.

LG 디스플레이의 Oxide TFT +WOLED +CF 방식

 

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삼성디스플레이 Flexible AMOLED 수율을 결정짓는 요소는?

Flexible AMOLED 출시가 다가옴에 따라 2012년 연말까지 얼마나 많은 양의 제품이 생산될 수 있는지가 관심사이다. 삼성디스플레이가 개발중인 flexible AMOLED는 5.5인치로서 Galaxy Note2에 들어갈 예정이다.

삼성디스플레이에서 생산할 flexible AMOLED는 기판이 PI(polyimide)이기 때문에 휘어질 수 있으나, 초기 생산제품은encapsulation 상부에 thin glass가 부착되어 있어 기존 glass 방식과 동등한 외형이다. 디스플레이 자체의 두께는 수십um이나 보호필름과 thin glass가 부착되어 200um 전후가 될 것으로 예상된다.

기존 제품에 비해 한쪽 면만 유리 커버가 있어 외부 충격에도 파손될 확률이 매우 줄어들며, 또한 디스플레이의 두께가 줄어든 만큼 고용량의 배터리를 사용할 수 있는 장점이 있다.

그러나 현재 삼성디스플레이 flexible AMOLED가 가지고 있는 가장 큰 단점은 공급 가격이다. 기존 방식에 비해 수율이 50% 정도에 불과하기 때문에 제품 가격은 2배 정도가 될 것으로 추정된다. Set maker 입장에서 2배의 가격에 제품을 구입해야 하나marketing point에서는 기존 제품과 차별화가 어려우며, 또한 소비자 입장에서도 매력을 찾기가 어렵다.

삼성디스플레이에서 flexible AMOLED의 수율에 가장 큰 영향을 주는 부분은 크게 2가지가 있다. 첫 번째는 flexible AMOLED 제작에 필수적인 flexible encapsulation에 필요한 TFE (thin film encapsulation) 공정에서 발생하는 불량이 있으며, 두 번째는 완성된 flexible AMOLED를 유리 기판에서 분리할 때 발생하는 불량이다.

삼성디스플레이서 사용하는 TFE 기술은 Al2O3와 acryl을 총 7층으로 적층하여 방습하는 방식으로서 Al2O3는 sputtering 방식으로, acryl은 evaporation으로 증착하고 있다. Sputtering 공정 중에서는 plasma에 의해 OLED 소자가 손상을 받을 수 있으며, 또한 진공중의 고속 입자에 의해 고분자 acryl에 pinhole이 발생할 수 있는 점이다. Acryl은 monomer 상태로 진공에서 증발시킨 후 UV로 경화한다. 이 때 진공 chamber에 부착되어 있는 acryl에 의한 particle이 소자에 재부착되어 불량을 발생 시킬 수 있다.

현재 삼성디스플레이에서 사용중인 AMOLED 장비는 모두 유리기판을 사용하는 장비이기 때문에flexible한 PI에 소자를 제작하기 위해서는 carrier가 필요하여, solution 상태의 PI를 유리 기판에 coating한 후 경화 시켜 사용한다. 소자 제작이 완료되면 다시 PI 기판에 제작되어 있는 flexible AMOLED를 유리 기판에서 분리 시켜야 하며, 이때 불량이 발생할 수 있다.

삼성디스플레이에서는 PI 기판을 유리 기판에서 분리 시키기 위해 laser를 유리면에서 조사하여 유리기판에 접촉되어 있는 PI의 계면 수십 um를 완전 경화 시켜 분리 시킨다. 이때 경화의 균일성이 나쁘면 PI 기판을 분리할 때 유리기판과의 접합력에 의해 소자에 stress가 발생하여 TFT등에 영향을 줄 수 있다.

삼성디스플레이에서는 PI를 분리하는 공정에서의 불량은 많이 개선한 것으로 예상되나, 아직 TFE 공정에서는 수율 확보가 어려운 것으로 추정된다. 이를 해결하기 위해 Al2O3 공정을 sputtering방식에서 ALD(atomic layer deposition) 방식으로 변경을 검토하고 있다.

삼성디스플레이의 PI 기판 분리용 장비는 AP System에서 공급하고 있으며, sputter 장비는 ULVAC, acryl evaporator 장비는SNU Precision사 제품을 사용하고 있다. ALD 장비는 원익시스템에서 공급하고 있다.

 

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CVCE 2012 참관기

CVCE 2012 참관기

 

충청남도가 주최하고 충남테크노파크, 충남디스플레이협력단, 충남디스플레이산업기업협의회, 충남디스플레이 R&D클러스터사업단이 공동주관하는 CVCE2012(Crystal Valley Conference & Exhibition 2012)가 9월 18부터 9월 20일까지 천안 휴러클리조트에서 진행된다.

 

CVCE 2012는 컨퍼런스와 전시관으로 나뉘어 진행되었으며 전시관에는 삼성디스플레이를 비롯한 세메스와 디이엔티, 타보스GJM 등 40여개의 디스플레이 관련 업체들이 신제품과 신기술을 선보였다. 그 중 삼성디스플레이는 최근 출시한 Galaxy 10.1 크기의 WVGA LCD와 개발중인 pentile 방식의 LCD를 공개해 이목을 끌었다.

 

컨퍼런스는 플로리다 대학의 Franky F. So교수가 OLED 광추출 기술에 대한 내용의 기조연설을 시작으로 진행되었다.

 

Session 1은 Nutmeg Consultants의 Kenneth I. Werner 대표가 삼성디스플레이가 55인치 AMOLED 패널에 적용하고 있는RGB 독립 증착 방식과 LG 디스플레이가 적용하고 있는 White OLED 방식을 비교 하였으며, Oxide TFT의 시장성에 대해 설명했다. Oxide TFT는 LG전자를 비롯한 AUO, CMI 등 많은 디스플레이 업체가 적용하려 하고 있으며, 신규 LTPS TFT라인 투자금액과 Oxide TFT 보완 투자금액이 큰 차이가 없음을 설명했다.

OLED Technologies의 P.K Nathan은 자사가 공급하고 있는 HTL 재료와 EML재료의 특성을 소개했다.

 

Session2는 OLED 조명분야로서 ETRI의 이정익 박사와 경희대 권장혁 교수, 네오뷰 코오롱의 임우빈 팀장, 유비산업리서치의 이충훈 대표가 발표했다.

ETRI의 이정익 박사는 OLED 면광원 고효율 광추출 기술 개발 동향에 관련해 Photoless 방식의 nano구조 형성과 고굴절율 평탄화 층을 삽입해 scattering 효과를 얻는 OLED 내부 광추출 기술을 소개했으며, 내부광추출과 외부광추출 기술을 동시에 적용 시60~90%가 향상된 효율을 나타낼 수 있다고 전했다.

경희대 권장혁 교수는 고효율의 white OLED 소자기술에 대해 소개했다. 청색형광 재료와 인광 녹색, 적색의 hybrid 구조는150,000시간 이상의 긴 수명을 가지며, All 인광 백색 OLED는 패널 기준 101lm/W의 효율을 가질 수 있다고 전했다.

네오뷰코오롱의 임우빈 팀장은 대면적 OLED 면광원 기술에 대해 발표했다. Co-dep white 조명과 tandem white 조명을 결합한 OLED 조명 구조를 개발하고 있으며 Ti02 나노 파티클 공정을 통해 내부 광추출 기술을 이용하고 있다. 또한 투명 조명을 개발해 E-book과 같은 반사형 디스플레이에 탑재해 전면 조명으로 사용될 수 있음을 제안했다.

유비산업리서치의 이충훈 대표는 OLED 조명 산업동향과 시장전망에 대해 강연했다. OLED 조명시장은 디자인 위주의 art 시장에 머무르고 있으며, OLED 광원의 가격 경쟁력 확보를 위해 대량생산을 통한 cost down이 시급하며 tact time 1분의 Gen4이상의 장비 투자가 필요하다고 전했다.

또한 OLED 광원은 LED와 경쟁할 60lm/W 이상의 고효율 제품과 저가제품, flexible 제품으로 시장이 분할 될 것으로 전망했다.

 

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ETRI 기술 개발 현황과 OLED 관련 이전 희망 기술

ETRI 기술 개발 현황과 OLED 관련 이전 희망 기술

 

ETRI(한국전자통신연구원)는 9월 18일부터 20일까지 개최되는 CVCE 2012에서 ‘ETRI 기술 이전’ Session을 통해 ETRI 디스플레이 기술 개발 현황과 ETRI의 주요 개발 기술인 전자종이용 잉크소재기술과 조명용 색가변 OLED 기술, ALD 박막 passivation기술을 소개했다.

 

ETRI 차세대 디스플레이연구단 추혜용 단장은 ETRI는 15년간 디스플레이연구를 진행해왔으며, 2008년 세계 최초 투명AMOLED 디스플레이를 개발을 시작으로 현재 주목 받고 있는 oxide TFT를 개발을 진행하고 있다고 전했다. ETRI가 개발 중인 산화물 전자소재로는 고안정성 산화물 반도체 사용될 수 있는 In와 Ga이 없는 신소재와 ALD를 이용한 산화물 TFT용 게이트 절연막인 Al2O3, 투과도 90%이상, 면저항 2Ω/□ 미만의 특성을 가진 저저항 투명 배선이 있다. 또한 AMOLED의 소비전력 효율 향상을 위해 nano 랜덤 구조 형성과 고굴절율 평탄화 층을 삽입해 scattering 효과를 얻는 OLED 내부 광추출 기술을 개발 중에 있다.

ETRI는 산화물 TFT와 인쇄공정, 공정장비, 전자종이, 평가장비, OLED 분야의 개발 기술을 14개 기관에 기술 이전을 하고 상용화를 지원하고 있다고 밝혔다.

 

전자종이 연구팀의 김철암 박사는 저전압 구동 전자잉크 제조 기술에 대하여 발표했다. 전자잉크 기술은 전자잉크 미립자를 유전유체에 분산시켜 외부 전압인가에 따른 미립자의 이동으로 정보를 표시하는 반사형 디스플레이 소재기술로 다양한 전자종이 기술들 중 전기영동 전자잉크 기술이 상용화 되고 있다. 현재 ETRI의 전자잉크 기술은 반사도가 향상된 500nm 이하 급 백색 전기영동 미립자 제조기술과 전기영동 입자를 유전유체에 혼합 또는 분산시키는 전자잉크 formulation 기술이 있다. 전자잉크formulation 기술은 15:1 이상의 대조비를 구현 시킬 수 있는 전자잉크 제조기술이다.

 

OLED연구팀의 이정익 박사는 ETRI의 색 가변 OLED 조명 기술과 관련해 설명했다. 색가변 OLED 조명 기술은 일본 Mitsubishi chemical이 적용한 line addressing type과 투명OLED와 bottom emission 방식의 OLED를 적층하는 OLED stack type이 있다. Line address type의 색가변 OLED 조명은 효율은 좋으나 라인 패터닝으로 인해 발생하는 제조비용이 크다. OLED stack type은 투명OLED로 인한 효율 손실이 있으나 패터닝을 하지 않기 때문에 제조 비용부담이 적다. ETRI는 OLED stack type에서 투명OLED에서 발생하는 효율손실을 굴절률이 다른 재료를 capping layer로 적용하는 기술을 개발 중에 있다.

 

산화물 TFT 연구팀의 박상희 박사는 ALD를 이용한 OLED passivation 기술에 대해 발표했다. OLED의 얇은 디자인 특성을 살리기 위해서는 박막의 passivation만으로 encapsulation이 부족하여 물리적인 보호를 위해 박막상에 film lamination이 필요하다. ETRI가 보유하고 있는 passivation 기술은 저온공정이 가능하고 barrier 특성이 우수하며 높은 굴절율을 가지는 AlOx로 이루어져있는 passivation layer를 ALD를 이용해 제작하는 기술이다. 박상희 교수는 개발 중인 ALD passivation layer가 소형 OLED 시장에서 중/대형 OLED 시장으로 진입할 수 있을 것이라고 전망했으며, ALD passivation 기술은 AMOLED 뿐만 아니라 solar cell, 면조명 등 다른 분야에서도 확대 적용할 수 있다고 전했다.

 

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대만, AMOLED 양산은 언제쯤?

대만, AMOLED 양산은 언제쯤?

 

중국 디스플레이 업체들이 AMOLED 산업 진입을 위해 빠르게 움직이고 있는 한편, 대만의 디스플레이 업체인 AUO와 CMI 또한AMOLED 양산에 박차를 가하고 있다.

 

AUO는 LTPS TFT 기반으로 한 FMM 방식의 mobile용 AMOLED 패널을 linkau 공장에서 2012년 4사분기 양산을 목표로 하고 있다. 하지만 2012년 2사분기 대만 휴대폰 제조업체인 HTC의 mobile용 QHD AMOLED 패널 제공이 패널의 성능 문제로 실패에 이르러 2012년 내에 양산은 힘들 것으로 전망된다.

 

또한 AUO는 TV용 대면적 AMOLED 패널 개발을 위해 약 25명 가량의 Sony의 AMOLED R&D 연구원과 함께 공동 개발을 진행 중에 있다. TFT는 oxide 방식이며 유리기판 크기는 Gen6이다. OLED는 white 방식이며, 2012년 초에 이미 R&D용 증착 장비를 일본 장비업체로부터 도입 완료하고 AMOLED 패널을 개발 중에 있다. encapsulation 방식은 아직 확정이 되지 않은 상태이다. AUO의 AMOLED 사업화에 가장 큰 걸림돌이 되고 있는 것은 자본력 부족이다. 양산을 위해서는 투자가 필요하나, 현재의 사업 구조로서는 쉽지가 않다.

 

CMI는 LTPS TFT를 기반으로 한 White 방식의 mobile용 AMOLED 패널을 개발 중에 있으며 2012년 4사분기 제품 출시를 목표로 하고 있으나 공급 가능성은 낮은 상황이다. 고객은 HTC가 될 것으로 예상된다. CMI 역시 대면적 TV용 AMOLED 패널 개발에 착수 했다. 아직 OLED용 증착 장비는 보유하고 있지 않지만 Tainan에 소재 공장에서 back plane 연구개발에 착수 했다. CMI의 고민 역시 투자 여력과 부족한 엔지니어이다.

 

대만의 휴대폰업체인 화웨이와 HTC는 AMOLED 디스플레이를 탑재한 스마트폰을 출시하기 위해 삼성디스플레이에 AMOLED패널을 요청했으나 터치패널을 포함한 50달러의 높은 가격으로 인해 대만 디스플레이 업체인 AUO와 CMI에 패널을 요청 하고 있는 상태이다.

 

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삼성디스플레이 flexible AMOLED 재료 업체 선정 완료

삼성디스플레이가 flexible AMOLED 재료 M4의 업체 선정을 완료하고 11월부터 본격적인 생산을 시작한다.
felxible AMOLED의 크기는 5.5인치로 예상되며 응용제품은 갤럭시 노트이다.

felxible AMOLED 재료에는 인광 그린 재료가 채택될 예정이다.
2011년 하반기에 5.5인치 소니 게임 스테이션 VITA용으로 M3재료가 채택되었으나, TFT 기판에서 발생하는 누설전류에 의해 매우 낮은 전류에서도 소자가 발광되는 문제점이 있었으나, M4에서는 turn on voltage를 조절한 재료가 채택될 예정이다.

그린 인광재료는 C사, D사, N사등이 치열한 경합을 벌였으나 최종적으로는 일본의 N사와 미국의 U사에서 재료를 공급할 예정이다.
M4 재료업체는 M3와 거의 동일한 업체가 선정되었으나, 공통재료에서 신규업체가 선정되었다.
연말에는 2013년용의 M5재료 업체도 선정될 예정이다.

향후 삼성디스플레이에서 flexible AMOLED를 본격적으로 생산하면 M4 관련 재료 공급업체의 매출 실적이 향상될 것으로 기대된다.

 

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