Visionox, 604PPI의 고해상도 디스플레이 기술을 개발하다.

11월 12일 Visionox에 따르면 최근 FMM(Fine Metal Mask)을 사용한 증착기술을 통해 604PPI(약 4.85inch)의 고해상도 full color OLED 패널을 개발했다고 밝혔다.

Visionox Z-Type(Source : OLED-info)

Visionox는 2014년 Z-Type이라는 새롭게 개발한 픽셀구조로 570PPI의 RGB AMOLED 패널을 개발한 바 있다. Z-Type은 blue sub-pixel의 크기를 늘리고 green과 red sub-pixel을 그 옆에 배치한 pixel 구조이다. 이번에 발표한 패널은 이보다 35PPI가 더 높아진 604PPI이다. 이로써 Visionox의 고해상도 OLED 기술이 한 단계 더 발전한 것으로 보여진다.

 

이번에 개발된 패널은 자체 개발 pixel 레이아웃과 중국 업체들끼리 공동 개발을 한 FMM을 적용하였다. Pentile 방식이 아닌 real RGB 방식으로 제작되었으며, 해상도는 2,560 × 1,440 이다.

 

중국업체들의 고해상도 AMOLED 패널 기술개발이 빠르게 진행되고 있다. Everdisplay는 2015년 8월 734PPI의 6인치 패널을 공개 했으며 한국의 패널업체와의 기술격차는 현재 빠르게 줄어들고 있는 것으로 분석된다.

Visionox는 이번에 개발한 OLED 패널은 Visionox의 고해상도 OLED를 위한 연구개발이 지속적으로 이루어지고 있고, 현재의 연구성과를 잘 보여주는 것이라고 밝혔다. 또한 이번 기술 개발 발표를 통해 유비산업리서치는 고해상도 AMOLED 패널 양산이 한 층 앞당겨졌다고 분석했다.

604PPI High Resolution Display Panel (real RGB)(Source : Visionox)

 

[IWFPE 2015] ITO의 자리를 꿰찰 소재는?

지난 11월 4일부터 ‘2015 국제 인쇄전자 및 플렉서블 디스플레이 워크숍(IWFPE 2015)’가 전주 르윈호텔에서 열렸다. 이번 워크숍에서 OLED 디스플레이 관련 발표 중에는 ITO의 대체 소재에 대한 언급이 많았다.

미국의 리서치 업체 Touch Display Research의 CEO, Jennifer Colegrove박사는 2015-2016의 핫 트렌드를 발표했다.  Colegrove박사가 발표한 핫 트렌드는 고해상도화, 투명 디스플레이, 웨어러블 디바이스, 플렉서블 디스플레이 등이 포함되어 있다. 핫트렌드 중 특히 touch panel에 관련해서 ITO 대체 소재를 꼽았다. ITO를 대체할 수 있는 소재로는 메탈 메쉬, 실버 나노와이어, CNT, 그래핀 등을 언급했다. Colegrove박사는 ‘ITO를 대체할 수 있는 소재는 플렉서블 디스플레이에 맞출 수 있게 유연해야 하며, 효율이 좋은 재료가 필요하다’라고 덧붙였다.

한화테크윈의 조성민 연구원은 ITO보다 균일도가 높은 그래핀이 미래의 소재가 될 것이라고 발표했다. 특히 그래핀은 저항이 ITO 보다 낮아 좋은 특성을 보이지만, 제작 시 발생하는 파티클과 높은 비용은 해결해야 할 이슈라고 말했다. 때문에 중국에서는 그래핀에 관련된 국책과제들이 선정되어 기술 개발에 힘쓰고 있다고 덧붙였다.

ETRI의 이현구 책임연구원은 ETRI, 성균관대, KAIST에서 공동 개발한 다층 그래핀이 ITO를 대체할 수 있는 소재가 될 것이라고 발표했다. 특히 투과율이 높아 미래의 투명 디스플레이에 적합하고, 고해상도 top emission 구조에서 실버 나노와이어 소재와 비교해 디스플레이의 밝기가 더 높다는 결과를 소개했다.

앞으로 미래의 디스플레이 산업 발전을 위해 ITO의 대체 전극개발이 이슈이며, ITO 대체 전극의 하나로 그래핀에 대한 연구개발이 적극적으로 이루어질 것으로 예상된다.

[IWFPE 2015] AUO의 Bendable AMOLED

AUO가 전주에서 열린 IWFPE 2015에서 지난 8월에 공개한 bendable AMOLED의 컨셉과 기술에 대해 발표했다.

발표자인 AUO의 R&D manager Terence Lai는 “Bendable AMOLED는 display의 bending 특성을 활용하여 새로운 user interface를 구현할 수 있으며, 기존의 터치 인터페이스를 변화시키는 혁신이 될 수 있다.”라고 발표하였다.

AUO의 bendable AMOLED는 5인치, 295 PPI이며, LTPS TFT와 hybrid encapsulation을 적용했으며 top emission 구조이다. 두께는 0.2mm이며 file type의 bending sensor를 적용하여 bending의 방향에 따라 다양한 기능을 할 수 있다.

현재 Flexible AMOLED는 curved에서 bendable을 건너뛰고 foldable로 가는 트랜드로 주요 panel업체들과 연구소에서 foldable 위주의 개발이 진행되고 있다.

AUO가 공개한 bendable AMOLED panel이 foldable로 직행하는 flexible AMOLED 개발 트렌드에 새로운 방향을 제시할 수 있을 것으로 기대되며, bendable에 적합한 application과 bending 특성을 활용한 기능 개발이 이슈가 될 것으로 분석된다.

AUO's 5" bendable AMOLED prototype

AUO’s 5″ bendable AMOLED prototype

 

Silver Nanowire, Flexible 디스플레이의 핵심소재로 주목받다.

공주대학교 김상호 교수는 9월 1일 서울 코엑스에서 개최된 IPEC(International Printed Electronic Conference) 2015에서 “Silver nanowire 기술은 현재 상업화 초기 과정에 있으며, 앞으로 디스플레이 시장의 핵심 소재가 될 것이다.”라고 말했다.

김교수는 flexible display의 bending radius가 감소할 때 TSP(Touch Screen Panel)소재로 쓰이는 silver nanowire에 2가지 주요 이슈가 생긴다고 발표하였다. 먼저 bending시 겹쳐져 있는 배선이 그림 1과 같이 느슨해지는 현상이 발생하며, 이 현상으로 인해 bending stability가 낮아진다고 밝혔다.

그림 1, Source : 김상호 교수, IPEC 2015

그림 1, Source : 김상호 교수, IPEC 2015

김교수는 이 현상을 그림 2와 같이 두 배선을 thermal annealing 기술과 레이저 공정, IPL 광소결 기술을 활용한 welding (용접)하는 공법으로 해결이 가능하다고 발표하였다.

그림 2, Source : 김상호 교수, IPEC 2015

그림 2, Source : 김상호 교수, IPEC 2015

다른 이슈로는 bending radius가 감소할 때 그림3과 같이 stress point에서 nanowire 사이의 contact stability가 낮아지는 현상이 나타난다고 밝혔다.

그림 3, Source : 김상호 교수, IPEC 2015

그림 3, Source : 김상호 교수, IPEC 2015

김교수는 이 문제는 Tg값이 서로 다른 2개의 polymer를 섞어 그림 4와 같이 층을 깔고 경화시킨 후 그 위에 TSP를 올라는 undercoating 공정을 통해 해결할 수 있다고 발표하였다.

 그림 4, Source : 김상호 교수, IPEC 2015

그림 4, Source : 김상호 교수, IPEC 2015

Silver nanowire는 기존에 쓰이던 투명전극 소재인 ITO보다 flexibility가 높고 저항이 적은 장점이 있어 flexible OLED에 최적화된 TSP(Touch Screen Panel)소재로 각광받았지만 디스플레이 시장에서 패널 양산 시 단가경쟁에서 ITO에 밀린다는 평가를 받아왔다.

하지만 최근 silver nanowire TSP에 햇빛이 반사되어 전체 스크린이 뿌옇게 보이는 haze 현상이 해결되고 포스터치 기술 등 향상된 TSP 성능이 요구되는 새로운 터치 기술이 등장하면서 단가의 차이에도 불구하고 silver nanowire를 차용하는 제품이 점점 증가하는 추세이다.

김상호 교수는 “Undercoating 기술과 welding 기술을 함께 사용하여 TSP의 면저항을 낮추고 bending stability를 크게 높일 수 있기 때문에 차후 flexible 디스플레이에서 silver nanowire의 시장성이 커질 것으로 전망된다.” 라고 발표하였다.

 

[IMID 2015]UDC, 저 Mask OLED Patterning 기술 개발

현재 대면적 RGB OLED 패널을 제조할 수 있는 주요 방법으로 FMM(Fine Metal Mask)가 꼽히고 있지만 shadow effect와 mask total pitch 변동, mask slit tolerance의 문제로 수율이 제한적인 한계가 있다. 이런 한계는 해상도가 올라갈수록 점점 커지고 있어 OLED 패널 제조 시 사용되는 FMM 개수의 최소화는 RGB 방식 OLED의 주요 이슈였다.

UDC에서는 작년 SID 2014에서 “Novel Two Mask AMOLED Display Architecture”의 논문을 통해 기존의 3 mask를 사용하는 RGB-FMM 방식에서 mask 사용을 2장으로 줄일 수 있는 기술을 공개하여 큰 화제를 모았다.

Source : UDC, SID 2014

이 기술은 위의 그림과 같이 yellow와 blue 서브픽셀을 각각의 mask를 써서 증착한 후 green과 red 서브픽셀 위에 각 색의 color filter를 올리는 방식이다. 이 때 공정 후 아래 그림과 같이 픽셀이 형성된다.

Source : UDC, SID 2014

UDC는 이 기술을 통해 blue 전압을 줄일 수 있기 때문에 display 전체적인 수명이 향상되고 소비전력이 감소하는 장점을 가질 수 있다고 설명한 바 있다. 또한 이 기술을 통해 tact time을 감소하고 수율을 증가할 수 있다고 밝혔다.

이번 IMID 2015에서 UDC는 같은 제목의 연구를 발표하였다. 하지만 구체적인 내용은 작년에 발표한 내용보다 한 단계 발전하였다. 먼저 작년 SID에서 UDC는 RGB방식에 비해 패널의 수명을 2배 향상할 수 있다고 발표했지만 이번 IMID에서는 3.3배 향상할 수 있다고 발표하였다.

또한 printing 방식으로도 기술 구현이 가능하며, 이 때 한번에 2줄의 픽셀을 print할 수 있는 장점이 있다고 밝혔다. UDC는 OVJP(Organic Vapor Jet Printing)가 printing방식을 적용할 때 가장 적합한 방식이라고 발표하였다.

UDC는 이번 논문에서 SPR(Sub-Pixel Rendering)이라는 새로운 기술을 발표하였다. 작년 SID에서 발표한 논문은 SPR이 적용되지 않은 방식으로 아래 [그림1]과 같이 한 픽셀당RGY와 B의 4개의 서브픽셀로 구동된다.

[그림1], Source: UDC, IMID 2015

이번 IMID에서는 SPR기술과 결합한 픽셀 구조를 선보였다. [그림2]과 같이 한 픽셀당 3개의 서브픽셀을 사용하여 구동하는 방식이다.

[그림2], Source: UDC, IMID 2015

이 경우 [그림3]과 같이 픽셀을 배열할 수 있기 때문에 더 적은 서브 픽셀로 구성이 가능하다.

[그림3], Source: UDC, IMID 2015

UDC는 SPR 기술을 통해 픽셀 한 개당 서브픽셀의 개수를 3개 이하로 줄일 수 있기 때문에 픽셀 당 data line의 개수와 TFT 개수를 같이 줄일 수 있다고 발표하였다.

UDC는 “이 기술은 면적이나 해상도에 관계없이 적용할 수 있기 때문에 앞으로 다양한 종류의 패널에 적용이 가능할 것으로 보인다.”고 밝혔다

HUD와 HMD, 가상현실을 만나 날아오르다.

7월 31일 건국대학교에서 진행된 SID 2015 리뷰 워크샵에서 인하대학교 박재형 부교수는 SID 2015에서 HUD(Head Up Display)와 HMD(Head Mount Display)에 대한 관심이 증가했다고 발표하였다.

HUD는 단순히 외부를 보여주고 비바람을 막아주는 기존 앞 유리의 역할을 넘어서서 운전자에게 다양한 정보를 제공하는 기술을 의미한다. HUD의 도입으로 운전자들은 도로에서 눈을 떼지 않고도 차량과 목적지 정보를 파악할 수 있다. 이 때 단순한 디스플레이가 아니라 사용자의 동작을 인식하여 디스플레이에 반영한다는 것이 AR(증강현실) HUD이다.

일본의 Ricoh사는 SID 2015의 논문을 통해 차량이 자발적으로 조작에 개입하는 장치를 ADAS(Advanced Driving Assistance System)라고 명칭하면서 여기서 얻은 정보를 HUD에 반영하여 사용자의 인식과 판단을 도와줄 수 있다고 발표하였다. 이 때 명암비를 높여 디스플레이가 현실과 일치되어 중첩되게 하고 허상과의 거리가 5m 정도가 될 경우 더 향상된 AR을 구현할 수 있다고 발표하였다.

HMD는 머리에 착용하는 디스플레이 장치를 말하며 다른 디스플레이와 차별화되는 몰입감을 가지고 있다. 또한 넓은 시야각을 가지고 있기 때문에 현장감이 증대되어 엔터테이먼트용 디스플레이 장비로 많이 쓰였지만 최근 AR에 대한 관심이 높아지면서 AR용 디스플레이 기기로 각광받고 있다.

이번 SID 2015에서 Zwickau 응용과학 대학은 초점거리를 조절하여 상이 맺히는 거리를 사용자에 맞게 바꾸어 AR이 자연스럽게 구현되는 HMD 장치를 설계하였다. 중국 저장대학교 광학공학과에서는 3차원 공간상의 모든 점에서 모든 방향으로 빛이 얼마만큼의 세기를 가지는지를 표현하는 Light Field라는 개념을 사용하여 각각의 눈에 홀로그램의 보여주는 방식으로 향상된 AR을 구현하였다.

박재형 부교수는 “SID 2015를 기점으로 하여 AR과 연계된 HMD와 HUD에 대한 관심과 연구가 크게 증가할 것이며 앞으로 이런 경향이 지속될 것으로 보인다.”라고 설명하였다.

삼성전자는 헤드셋에 갤럭시 S6 또는 갤럭시 S6 엣지를 꽂아서 사용하는 HMD 기기인 ‘삼성기어 VR’을 출시하였다. Oculus VR와 Sony Computer Entertainment는 각각 OLED를 적용한 VR 헤드셋 제품인 ‘Oculus Rift’와 ‘Project Morpheus’의 시제품을 발표하고 내년 1분기(Oculus)와 상반기(SCE) 중에 소비자용 정식 버전을 출시할 예정이다. 에이치엘비는 HUD 최초로 ‘허상 거리구현방식’을 적용한 제품인 ‘AproVIEW S2’를 출시한 바 있다.

박재형 인하대 부교수, SID 2015 리뷰 워크샵

OLED의 수명을 획기적으로 높일 수 있는 encapsulation 기술 공개

7월 29일 호서대에서 개최된 충청 디스플레이 포럼에서 OLED의 수명을 획기적으로 높일 수 있는 encapsulation 기술이 공개되었다.

Encapsulation 기술은 OLED panel의 성능에 영향을 주는 수분과 산소의 투습을 방지하여 수명을 증가시키는 기술이다. 또한 OLED panel의 수율을 결정짓는 마지막 공정이기 때문에 각 OLED panel 제조 업체는 최선의 encapsulation 기술을 찾는데 집중하고 있다.

현재 양산되고 있는 flexible OLED panel은 유무기 적층의 passivation에 gas barrier cover plate가 합착되는 hybrid 구조의 encapsulation이 적용되고 있다.

이 때 gas barrier 특성이 있는 cover plate가 encapsulation 성능을 결정짓는 핵심 요소이기 때문에 형성하는 재료와 기술이 매우 중요하다. OLED panel에서 요구되는 encapsulation의 수준은 10-6g/m2day이다. 이 단위의 의미는 1일에 1m2의 넓이에 투습되는 양을 의미한다. 이 정도의 양은 6개의 월드컵 경기장을 합친 크기의 공간에 한 방울의 물이 떨어지는 것과 같은 아주 작은 규모이다.

일반적으로 gas barrier layer를 형성하는 데에는 sputtering 기술이 사용되고 있다. Sputtering 기술은 고전압을 통해 이온화된 불활성기체가 코팅재료에 충돌하게 되고, 이 때 타깃물질의 이온이 튀어나와 기판에 달라붙어 코팅이 되는 증착기술이다.

이러한 sputtering 기술은 공정 중 particle이 발생하고 defect가 형성되기 때문에 OLED에 적용하기 위해서는 multilayer로 쌓아주어야 했다. 이 경우 생산성이 약화되고 원가가 증가되는 단점이 있었다.

하지만 충청 디스플레이 포럼에서 고려대학교 홍문표 교수는 sputtering 장비에 반사판을 설치하여 중성화 빔이 방출하도록 유도하면 target 박막을 안정화시켜 기존 sputtering 공정 중에 발생되는 defect를 줄일 수 있다고 발표하였다.

홍문표 교수에 따르면 이 기술은 single layer를 사용하면서도 OLED panel에서 요구하는 encapsulation의 수준인 10-6g/m2day를 달성하기 충분하기 때문에 원가를 낮추고 생산성을 높일 수 있다고 밝혔다.

 

 

OLED 8K TV 언제쯤 가능할까?

최근 TV시장의 트렌드는 curved design과 대면적, 고해상도이다. 차세대 display를 놓고 주도권을 다투고 있는 LCD와 OLED 모두 프리미엄 TV로서 curved design을 적용한 55inch 이상의 대면적 제품을 출시하고 있는 추세이다. 해상도도 FHD에 이어서 UHD 급이 출시되고 있으며 이보다 높은 해상도의 TV용 display가 요구되고 있는 상황이다.

한국과 일본의 방송용 컨텐츠 로드맵을 살펴보면 일본은 2016년, 한국은 2018년 8K 컨텐츠 시험방송을 목표로 하고 있는 만큼 UHD 해상도의 OLED TV 개발은 필수적이다. 한국을 기준으로 살펴보면 UHD는 2013년부터 시험방송을 시작하였으며 본격적인 적용은 위성/케이블 2016년 지상파 2018년을 목표로 하고 있다.  UHD TV가 본격적으로 출시된 시기가 2014년임을 감안하면 8K TV의 본격적인 시장 출시 시기는 약 2019~2020년으로 예상된다. 따라서 8K TV 양산을 준비할 수 있는 시간은 약 3년 정도 남아 있는 것으로 분석된다.

현재 8K LCD TV는 주요 panel 업체에서 각종 전시회를 통해 제품을 이미 공개한 바 있으며 2016년~2017년 양산을 목표로 진행 중에 있지만 OLED TV는 4K까지만 공개되고 있어 해상도 면에서 LCD에 뒤쳐지고 있는 상황이다.

OLED TV의 8K 구현에 있어 핵심은 pixel size 감소와 개구율 확보이다. LCD는 1개의 화소에 1개의 transistor와 capacitor가 사용되지만 OLED는 2개 이상의 transistor와 1개의 capacitor가 사용되어 LCD에 비해 충분한 개구율 확보와 pixel size를 감소시키는데 어려움이 있다. 핵심 해결 방법은 TFT를 통과하여 발광을 하는 bottom emission이 아닌 top emission 구조의 TV용 OLED panel을 개발하거나 bottom emission으로 구현할 수 있는 개구율에서도 충분한 발광 효율을 나타낼 수 있는 발광 재료의 개발이다.

OLED는 LCD가 이룬 10년이상의 성과를 불과 2~3년만에 달성한 저력을 보여준 display로써 8K 제품 양산까지 약 3년정도 밖에 남지 않았지만 충분히 LCD의 해상도를 따라잡을 가능성이 있을 것으로 기대된다.

LG Display와 Samsung Display의 4K OLED TV

차세대 OLED 조명의 새로운 솔루션 등장

충남대학교 이택승 교수

충남대학교는 이택승(유기소재·섬유시스템공학과) 교수와 김종호(박사과정) 학생이 부산대학교 진성호(화학교육과) 교수와 박주현 학생과 함께 발표한 논문이 고분자화학 분야 최우수저널인 영국화학회의 ‘Polymer Chemistry’ 백 커버로 선정됐다고 15일 밝혔다.

이 논문은 solution process에 적용되는 고분자(polymer)재료에 대한 것으로, red와 green, blue의 단량체(monomer)를 초분지 형태로 고분자 구조에 도입하여 각 단량체의 함량에 따라 다양한 색을 구현할 수 있기 때문에 white도 구현할 수 있다. 기존의 OLED 조명은 white OLED를 제작하기 위해서 R/G/B 또는 YG/B를 적층하는 구조를 사용하고 있어 공정이 복잡하다. R/G/B를 섞어서 한번에 white를 형성하는 방법도 개발되고 있지만 R/G/B간의 에너지 전이에 의해 원하지 않는 색을 발광하는 문제가 발생한다. 하지만 논문에서처럼 R/G/B로 발광할 수 있는 단량체를 초분지 형태로 고분자 구조에 도입하게 되면 고분자가 고체화 되었을 때 분자간의 에너지 전이현상을 최소화 할 수 있어 원하는 색상구현에 용이하다.

이택승 교수는 “이번에 발표된 고분자 재료는 초분지 구조(hyperbranched)를 적용하였으며, 한가지의 고분자 재료로도 백색광을 구현할 수 있어 단순한 공정으로 제조가 가능하다.” 라고 하였다.

이 기술은 국내에서 특허(출원번호 10-2012-0091350)로도 출원된 바 있으며, 차세대 OLED 조명의 원가 절감을 위한 핵심 기술이 될 수 있을 것으로 기대된다

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[SID 2015] AUO의 새로운 픽셀 구조 RGBY, 저전력 OLED의 해법이 될 수 있을까?

디스플레이는 스마트폰 배터리 사용량 중 가장 많은 소비전력을 차지하고 있다. 때문에 저전력 display는 스마트폰의 사용시간을 늘리는데 있어서 가장 중요하다.

AMOLED Panel은 RGB subpixel이 각각 구동하는 자체 발광 소자로 이론 상 BLU(back light unit)가 항상 켜져 있어야 하는 LCD보다 소비전력이 훨씬 낮다. 하지만 OLED 발광재료들의 재료성능, 특히 blue 발광재료의 성능이 충분하지 못해 소비전력이 기대에 미치지 못하고 있다.

SID 2015에서 AUO는 소비전력 이슈를 해결하기 위한 새로운 RGBY의 새로운 pixel 구조에 대해 발표하였다. 기존의 FMM RGB 방식에서 사용되던 RGBG구조의 pentile 방식이 아닌 RGBY 방식의 SPR(sub pixel rendering)과 PSA(power saving algorithm)을 적용하였으며, 고해상도를 위해 적용된 pentile 방식의 RGB보다 높은 화질과 낮은 소비전력을 가진다고 하였다. 특히 yellow sub pixel의 효율(80~120 cd/A)에 따라 기존 RGB 방식의 소비전력보다 16~20%를 감소할 수 있어 저전력 AMOLED panel의 핵심 기술이 될 수 있음을 HD 4.65inch(317ppi) panel demo를 통해 증명하였다.

발표자인 AUO의 Dr. Meng-Ting Lee는 “yellow sub pixel을 적용함으로써 고해상도와 높은 화질, 낮은 소비전력, panel의 수명향상 등을 동시에 개선할 수 있어 AUO의 RGBY SPR과 PSA기술이 mobile용 AMOLED panel의 핵심 기술이 될 수 있을 것”이라고 말하였다.

AUO의 RGBY pixel structure, SID 2015

AUO의 RGBY pixel structure, SID 2015

Comparison of Power consumption between RGB and RGBY

Comparison of Power consumption between RGB and RGBY

서울대 이창희 교수팀, 세계 최초 순수한 자외선을 발광하는 고출력 QLED 개발 성공

서울대 이창희 교수팀은 서울대 화학생물공학부 차국헌 교수와 화학부 이성훈교수, 동아대학교 전자공학과 곽정훈 교수와의 공동연구를 통해 세계 최초로 양자점을 이용하여 순수한 자외선을 발광하는 고출력 양자점 발광 다이오드 개발에 성공 하였다.

UV light는 보통 mercury lamp나 갈륨질소 화합물과 같은 무기물로 만들어진 LED를 이용하여 제작되었다. 그러나 mercury lamp는 UV 이외에 넓은 범위의 가시광 파장까지 방출하며, 갈륨질소로 제작된 LED는 제조가격이 높다. 서울대 이창희 교수는 “Quantum dot LED(QLED)는 저비용의 solution process를 적용하여 제작할 수 있어 매력적인 대안이 될 수 있다.”라고 밝혔다.

반도체 재료로 만들어지는 quantum dot은 크기와 모양에 따라 다른 파장을 방출하며, crystal의 크기가 작을수록 빛을 내는 파장은 더 짧아진다. 이교수 팀은 세계 최초로 RGB 가시광선 영역을 넘어서 자외선 영역까지 발광하며, 400nm 보다 짧은 파장의 quantum dot 개발에 성공하였다.

이 교수팀은 UV nanocrystal을 제작하기 위해 고효율의 빛과 zinc sulfide shell을 가진 cadmium zinc sulfide를 활용하여 지름이 3nm보다 작은 light-emitting core를 가지고 377 nm의 true UV 방사선을 방출하는 quantum dot을 만들었다. 이창희 교수는 “우리는 사람들이 quantum dot에 일반적으로 기대하는 파장보다 훨씬 더 짧게 만들 수 있다”고 말했다.

이교수 팀은 2012년에 고효율의 구조와 quantum dot을 적용한 flexible LED를 개발한 바 있으며, UV LED가 화폐의 위조방지 마크를 비출 수 있다는 것을 보여준 바 있으며, 플로리다 대학의 Franky So는 quantum dot으로 위조지폐를 감별할 수 있을 정도로 밝게 빛나는 소자를 제작하는 것은 괄목할 만한 성과라고 밝힌 바 있다. Quantum dot의 수명이 입증될 수 있다면 위조 지폐 감지와 산업 응용분야에 쓰일 수 있는 낮은 가격대의 UV-LED로 사용 될 수 있을 것으로 전망된다.

이 연구 성과는 저명 나노과학 학술지인 Nano Letters (Nano Lett. 2015, DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b00392)에 게재되었으며, 미국 화학회에서 발행하는 Chemistry & Engineering News 5월27일자에 최신 뉴스로 보도되었다.

Quantum dot으로 만들어진 LED는 위조방지 마크를 드러내는데 충분한 자외선을 방출한다. 위조 방지 마크는 일반 실내 조명에서는 보이지 않는다.  Credit : Nano Letter

Quantum dot으로 만들어진 LED는 위조방지 마크를 드러내는데 충분한 UV을 방출한다. 위조 방지 마크는 일반 실내 조명에서는 보이지 않는다. Credit : Nano Letter

왜 Hybrid Encapsulation인가?

최근 디스플레이 시장의 주요 키워드는 flexible과 대면적, 고해상도이다. AMOLED시장에서는 flexible AMOLED 패널을 적용한 Galaxy Note Edge와 Galaxy Gear S, LG G Watch R, LG G Flex 등의 제품과 대면적 패널을 적용한 UHD curved 65/77inch의 고해상도 제품이 출시되었다. Flexible AMOLED 패널에서는 foldable과 rollable이, 대면적 AMOLED 패널에서는 UHD 이상의 해상도와 500nit 이상의 고휘도가 요구되고 있다.

Flexible AMOLED 패널과 UHD 이상의 대면적 AMOLED 패널을 양산하기 위해서 해결 되어야 할 많은 문제점들이 남아있다. 특히 공정 중 encapsulation은 OLED 제조 기술 변화에 따라 변경이 필요한 기술이며 패널 수율을 결정 짓는 마지막 공정이기 때문에 매우 중요한 부분이다.

Encapsulation은 OLED 소자 외부에서 유입되는 수분과 산소를 차단하여 발광재료와 전극재료의 산화를 방지하고, 소자의 외부로부터 가해지는 기계적, 물리적 충격으로부터 소자를 보호하기 위한 필수적인 공정이다.

5일, 유비산업리서치가 발간한 “OLED Encapsulation Report”에 따르면 모든 application의 적용될 수 있는 핵심 encapsulation 기술이 hybrid encapsulation이 될 것으로 예상하였다.

Hybrid Encapsulation은 passivation 박막과 gas barrier 특성이 있는 cover plate, passivation 박막과 cover plate를 접착시키는 고분자로 구성되어 있으며, 접착성 고분자를 용액 형태로 사용하는 방식(dam & fill 방식)과 필름 형태로 가공하여 사용하는 방식(Film laminating 방식)이 있다.

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시판되고 있는 모바일용 rigid AMOLED 패널에 적용되는 frit glass 방식의 encapsulation은 encapsulation 성능은 완벽하나 대면적 패널과 flexible AMOLED 적용이 어려운 단점이 있다. 또한 현재 flexible AMOLED 일부 적용되고 있는 TFE(Thin Film Encapsulation) 기술은 다층을 형성하는 복잡한 공정과 particle 발생, 막 균일성 등의 문제로 인하여 대면적 적용이 어렵다.

반면 hybrid encapsulation은 대면적 패널과 flexible OLED 패널 모두 적용이 가능하며, TFE에 비해 공정수가 적은 장점이 있다. 또한 모바일용 rigid AMOLED 패널에 투명 gas barrier를 사용한 hybrid encapsulation을 적용한다면, 깨짐 방지와 두께 감소 등의 장점이 있기 때문에 적용이 가능할 것으로 유비산업리서치는 분석하였다.

유비산업리서치는 향후 OLED 산업의 핵심이 될 대면적 OLED와 flexible OLED패널에 hybrid encapsulation이 적용됨에 따라 hybrid encapsulation 핵심 재료 시장은 2015년에 6천만달러 시장을 형성할 것으로 예상하였으며, 2015년부터 2020년까지 74%의 연평균 성장률을 보일 것으로 전망하였다. Hybrid encapsulation에 적용되는 핵심 재료는 유기재료와 메탈포일, 투명 gas barrier가 있다.

600ppi Soluble process OLED가 가능해지면?

Seiko Epson은 soluble process OLED용 ink-jet 장비를 만들고 있는 기업으로서 180ppi 노즐을 2열로 배치하여 360ppi 해상도까지 실현 가능한 ink-jet head를 이미 개발하였다. 증착 방식 RGB OLED 해상도가 real로서는 아직 260ppi 수준에 머물고 있는 것에 비교하면 고해상도 디스플레이 개발에 매우 유용한 기술이다.

Seiko Epson은 잉크 볼륨 제어와 복수 노즐로서 화소 당 총 잉크량을 일정하게 유지할 수 있는 기술을 개발하였으며, HTL 표면과 격벽면 접촉각을 동등하게하여 HTL 표면 전체에 균일하게 발광층을 도포할 수 있는 기술도 가지고 있다.  또한 bottom emission OLED 제조와 함께 top emission OLED 제조도 ink-jet으로 성공하였다.  Top emission은 HIL의 막 두께가 광학 특성에 큰 영향을 주기 때문에 특별히 조합한 잉크를 사용하여 매우 균일한 HIL 박막을 도포할 수 있어야 가능하다.

Seiko Epson은 초고해상도 soluble process OLED를 제조할 수 있는 장비를 개발하기 위해400ppi 노즐을 2열로 배치한 600ppi ink-jet head를 개발할 예정이다. 600ppi의 초고해상도OLED가 제조 가능해지면 OLED의 최고 단점인 고해상도를 문제를 가볍게 해결할 수 있어mobile display 영역에서 LCD를 대체할 수 있는 계기가 될 전망이다.

 

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Solution process OLED 수년 내에 사업화

Gen6이상의 라인에서 원장으로 RGB 패널을 제작할 수 있는 기술은 solution process(용액공정) OLED가 유일하다. 그 동안 이 기술의 단점으로 지목된 재료의 특성과 해상도가 향상되어solution process로 제작된 제품이 수년 이내에 생산될 전망이다.

Solution process 기존 기술로서는 해상도가 200ppi정도여서, 고해상도가 요구되는 스마트폰과 tablet PC에는 적용이 불가능 하였으나 최근에 300ppi까지 가능한 기술이 개발되어 고속성장의 가능성이 보이는 tablet PC용 제품까지 적용이 가능하게 되었다.

또한 4K는 물론 8K(7680×4320) TV용 패널까지 제작이 가능해진다. 65인치의8K(7680×4320)패널의 경우 약 140ppi해상도를 나타내게 된다. 200ppi 이상의 패널이 제작이 가능하다면 고해상도의 RGB OLED TV 패널 생산이 가능하게 되는 것이다.

최근 출시된 AMOLED panel을 적용한 10.5인치 패널의 경우 해상도가 287ppi이며, pentile구조로 제작된 것을 감안하면, RGB방식의 solution process 기술로서도 충분히 경쟁력 있는tablet PC용 패널을 제작할 수 있을 것으로 예상된다.

 

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색약자를 위한 디스플레이, Vision Aid

지난 10월 일산 킨텍스에서 열린 국내 최대 디스플레이 전시회 IMID에서는 삼성디스플레이의 커브드 UHD TV, 갤럭시 노트엣지용 커브드엣지 디스플레이 등 최신 디스플레이 제품들이 높은 관심을 받았는데요.

특히 눈길을 끌었던 기술은 적록색약자를 위한 ‘Vision Aid’ 기능이었습니다. ‘Vision Aid’는 적색과 녹색에 대한 색구별이 약한 사람들이 정확한 색상을 인지할 수 있도록 도와주는 신개념 디스플레이인데요. 이를 개발한 삼성디스플레이의 연구 개발 담당자들을 만나 작동 원리와 개발 과정의 뒷이야기를 들어보았습니다.

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<Vision Aid의 연구 개발 담당자들>

■ Vision Aid를 개발하게 된 배경을 설명해주세요!

→ 저희는 말 그대로 미래디스플레이 기술을 연구하고 있습니다. 해상도, 명암비 등 기존 화질 개선과 관련된 연구과제가 아니라 미래에 필요한 새로운 기술을 찾는 것이 저희 역할인데요. 오랜 고민 끝에 나온 결론은 ‘인간을 위한, 인간적인 디스플레이’를 만들자는 것이었습니다. 그런 관점에서 우리가 개발해야 할 기술을 검토해 보니 상당히 많은 과제가 도출되었고, 이를 통칭하여 ‘Bio Display’로 부르고 연구를 진행하고 있습니다. Vision Aid는 삼성디스플레이의 Bio Display 기술 중 하나입니다.

■ 이 기술이 갖는 의미와 중요성에 대해 설명해주세요!

→ 21세기는 모든 것이 인터넷으로 연결되는 시대라고 합니다. 요즘은 스마트폰이나 태블릿, PC 등의 디스플레이를 통해 세상을 바라본다고 해도 지나친 표현이 아닌데요. 우리나라만 해도 색약자가 전 인구의 3%를 넘는다고 합니다. 그러니까 적어도 150만명 이상이 색을 정확하게 구분하지 못하고 있다는 것인데요. 이처럼 인터넷 시대에 색약자들이 정확한 영상과 이미지를 볼 수 있도록 하는 디스플레이를 연구하는 것은 대단히 중요한 일이라고 생각합니다.

이전에도 색약자를 위한 기술이 없었던 것은 아닙니다. 그러나 대부분 붉은색을 보라색으로 변환하는 것처럼 색상값을 크게 바꿔 색 변별성만 높이는 것이었습니다. 그렇게 하면 본래의 색을 다른 색으로 왜곡시켜 오히려 정확한 색상 인지를 방해할 수 있는데요. Vision Aid는 색상의 변형이나 왜곡 없이 색을 인지하는 데 도움을 줍니다.

■ 기술 원리와 기술방식에 대해 좀 더 자세히 알려주세요!

→ 눈의 망막에 있는 원추세포는 빛을 감지해 시신경에 전달하는 역할을 하는데요. 원추세포는 각각 적색, 녹색, 청색을 인식하는 적추체, 녹추체, 청추체의 3가지가 있습니다. 적록색약은 원추세포 중 적추체와 녹추체의 기능이 저하되었기 때문에 발생하는 것인데요. 원추세포 기능 저하의 정도에 따라 색약의 수준이 결정됩니다. 적색이나 녹색 구분이 아예 불가능한 경우는 적록색맹이 되는 것이고요.

Vision Aid는 적록색약자를 위해 적색과 녹색을 의도적으로 강하게 보이도록 보정하는 기술인데요. 이를 위해 색약의 수준을 수치화하여 단계로 분류한 뒤  색보정기술로 활용하였으며, 안과 전문의들의 조언을 들어 기술을 검증하고 완성도를 높였습니다.

■ 이런 기술구현이 가능했던 핵심 요인은 무엇인가요?

→ Vision Aid는 자체발광하는 유기물질을 사용하는 AMOLED의 특성 때문에 가능한 기술입니다. 적색과 녹색의 화소만 더 강한 빛을 내도록 제어하면 되는 것이니까요. 색약 정도에 따라서 적색과 녹색의 강도도 조절하는 것이 가능하고요. 반면 LCD는 구조적으로 픽셀 단위로 빛의 색을 제어하는 것이 어렵기 때문에 구현하는 데 한계가 있습니다.

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< 2014 IMID에 공개되었던 ‘Vision Aid’ 디스플레이>

■ Vision Aid 개발을 위해 안과 전문의들과는 어떻게 협력하셨나요?

→ 색약 연구에 권위가 있는 안과 전문 교수님들이 개발 과정에서 많은 자문을 해주셨는데요. 현재는 저희 제품을 채택하는 고객사를 위해 IT기기에 적합한 직관적 평가법도 공동개발하고 있습니다.

색약자 검사법을 개발하신 교수님 한 분은 “그동안 색각 이상자를 위한 검사법만 있고, 치료법이 따로 없어 안타까웠는데, 이런 기능이 개발된다면 정말 큰 도움이 될 것 같다”며 매우 적극적으로 도와주시고 다양한 아이디어도 제안하셨습니다. 디스플레이 기술은 곧 인간의 시각을 다루는 분야라고 하겠는데요, 안과 전문 교수님들과 협력한 경험이 또 다른 제품을 개발하는 데 많은 도움이 될 것 같습니다.

■ 개발 과정 중 있었던 에피소드가 있다면?

→ Vision Aid의 개발 과정에서 꼭 필요한 것이 색약자 분들의 직접 평가였습니다. 테스터를 모집하기가 쉽지 않았는데요. 색약자를 위한 기술을 개발한다는 것이 회사 내에 알려지면서 많은 사우들이 자원해서 테스터로 나셔주셨습니다. 그 중 한 분은 취업이 어려웠던 시절 신체검사 때 색약검사를 통과하기 위해 검사표를 통째로 다 외웠다고 귀띔해주셨는데요. 테스터로 자원하신 분들 모두 색약으로 불편을 많이 겪었기에 Vision Aid 기술에 관심을 갖고 흔쾌히 제품 개발에 도움을 주셨답니다.

■ 이 기술을 개발하면서 보람을 많이 느끼셨을 것 같습니다.

바이오 디스플레이의 중요성을 깨닫고 응원해주시는 분들이 많아서 큰 힘이 되고 있습니다. 안과, 정신과의사, 심리학자 등 다양한 분야의 전문가와 논의하고 협의하면서 디스플레이의 새로운 발전 가능성을 알게 되어 기쁘기도 했습니다. 특히 시각적으로 불편함을 느끼는 분들에게 실제 도움을 줄 수 있는 기술을 개발하는 것이라 더욱 보람이 큽니다.

※ 본 영상에서 사용한 색약자 체험필터는 Vision Aid 기능 확인을 위한 것으로

실제 색약자들에 따라 약간의 차이가 있을 수 있습니다.

 

Source – 삼성디스플레이 블로그

 

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Fraunhofer FEP, IDW 2014에서 새로운 OLED device 공개

IDW 2014에서 Fraunhofer FEP는 두 가지 컨셉의 OLED-device를 공개한다고 자사 홈페이지를 통해 밝혔다. 한가지는 UV에 가까운 발광체이고, 다른 하나는 green spectral range로 둘 다sensor application에 적용될 수 있다고 한다.

이 두 가지의 OLED 개발은 biomedical과 biotechnical에 사용될 수 있다. UV에 가까운 발광체는 bottom뿐만 아니라 top-emitting까지 시연되었다.

Fraunhofer FEP의 이번 프로젝트 리더인 Dr.Michael Thomschke는 ‘이번 개발은 유리, foil이나 opaque silicon-backplane을 기초로 둔 아주 작은 ultra-thin organic device를 포함하고 있다. Silicon-Wafer와 같은 통합은 매우 비용 효율적이라고 할 수 있다. 이 과정은 대면적 생산뿐만 아니라 ㎛ 크기의 device에도 사용된다.’라고 말했다.

Fraunhofer FEP는 UV-electroluminescence를 사용한 OLED application 다음으로, 그들이 최근에 시연한 OLED microdisplay와 새로운 기판을 사용한 flexible OLED를 공개할 것이라고 밝혔다.

한편, IDW 2014에서 Dr.Michael Thomschke은 최근 OLED device에 lab-on-a-chip application을 적용한 접근법에 대한 ‘OLED on Silicon for Sensor Applications’라는 발표를 할 예정이다.

21번째 행사가 진행되는 IDW 2014는 올해 12월 3일부터 5일까지 일본 Niigata에서 열릴 예정이다.

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Source – Fraunhofer FEP

 

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SolMateS, 무손상 ITO 증착 기술 개발

네덜란드의 증착 장비 전문 업체 SolMateS는 새로운 OLED 증착공정을 개발했다고 밝혔다.

SolMateS에서 이번에 개발한 증착공정은 Full transparent OLED 공정으로 SolMateS의pulsed laser deposition(PLD)를 기반으로 한 ‘soft-landing’이라는 기술로서 이미 특허도 확보하였다. SolMateS에 의하면, sputtering과 같은 기존의 증착기술은 organic layers에 손상을 줄 수 있지만, ‘soft-landing’ 방법은 균등한 공정 온도에서 진행되어 ITO thin layer를 OLED 위에 손상 없이 쌓을 수 있다고 한다.

최근 테스트 결과 80%의 투명도를 가진 OLED가 투명도가 없는 aluminum electrode의OLED와 기능상 큰 차이를 보이지 않았다고 밝혔다. 또한 sputter의 속도로 ITO가 증착되었고, 200mm의 PLD tool이 가능하다.

SolMateS의 CEO인 Arjen Janssens는 ‘PLD 기술은 투명 조명, 디스플레이, 스마트 윈도우나top emitting OLED display와 같은 multiple transparent를 이용한 OLED 어플리케이션에 사용될 수 있으며, 고효율 organic solar cells에도 큰 도움이 될 것이다.’라고 언급 했다.

SolMateS는 2006년 네덜란드에서 시작되었으며, 레이저 증착을 기반으로 한 증착장비 공급업체이다.

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Source – SolMateS

 

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LGD, Plastic OLED 기술 공개

LG Display(이하 LGD)가 자사의 G Watch R에 적용된 plastic OLED기술을 공개하며 적극적인 홍보에 나서고 있다.

LGD의 미국 뉴스룸(http://lgdnewsroom.com/)에 ‘The New Advancement in Display technology: LG Display’s Plastic OLED’이라는 이름으로 게재되어 있으며 그에 대한 내용은 아래와 같다.

 

The New Advancement in Display technology: LG Display’s Plastic OLED

What is Plastic OLED?

Plastic OLED is an OLED that is made out of plastic substrate. There are 4 very special key technologies applied to this OLED.

1) Plastic, not glass

LG Display has shattered the common belief that plastic cannot stand high temperatures, and developed plastic substrate (PI or polyimide) that remains stable under high temperatures and has chemical stability. Moreover, due to the development of the coating process of large format PI, it has become possible to manufacture PI film, which has enabled the plastic curving technology and the technology to eliminate unnecessary bubbles and foreign substances.

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2) LTPS(Low Temperature Poly Silicon) TFT(Thin Film Transistor) technology

One of POLED’s important features is that it can have thin bezel, since the fast electron mobility technology made the integration of different parts to be possible.

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3) Flexible Encapsulation Technology to protect OLED elements

With the technology to manufacture inorganic film that prevents water and organic film that prevents alien substances, plastic OLED guarantees the stability of OLED elements.

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4) Elimination of Carrier Glass using laser, and adhesion of Back Plate Film

The display surface is relatively clean and neat, as it prevents foreign substance from permeating the surface, by using Laser Source Uniformity technology, alien substance/crack prevention process technology, and flat-panel Back Plate Film and Film Lamination technology.

 

Why Plastic OLED?

1) Compared to currently existing displays, Plastic OLED has simpler structure. As it can be seen from the diagram below, LCD is composed of many layers of boards, while OLED’s structure is very simple.

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2)While glass displays are prone to breakage, Plastic OLED, which is film based, is flexible to be curved to a certain angle, and it does not break easily.

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3)Compared to LCD and glass OLED displays, Plastic OLED is thinner and lighter.

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The future of Plastic OLED

As Plastic OLED can be applied to curved displays that are bent to a certain curvature, it can be used in various ways, including electronic goods, such as mobile phones, monitors, and TV, as well as cars, wearable devices, and items for interior design.

Other than its design, Plastic OLED is valuable in terms of portability and durability as well. Hence, it seems that Plastic OLED will play an important role in people’s everyday lives in the future.

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The Plastic OLED’s potential is very promising. LG Display is devoting its energy and resources to respond quickly to fast growing market and consumers’ needs in order to develop Plastic OLED to become the key OLED application technology in the future.

Source ? LG Display Newsroom

 

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용액공정 기반 고효율 형광 유기발광 소자 개발

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국내 연구진이 차세대 디스플레이로 주목받는 유기발광소자의 효율을 3배 이상 향상시킬 수 있는 고효율 형광 유기발광소자를 개발했다.

단국대 고분자공학과 이준엽 교수, 조용주 박사과정 연구원(1 저자) 및 육경수 교수가 공동으로 참여한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 지원하는 중견연구자지원사업 및 교육부와 한국연구재단이 지원하는 일반연구자지원사업의 지원을 받았고 연구결과는 재료 분야 국제학술지 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)1015일자에 게재되었다.(논문제목 : High Efficiency in a Solution-Processed Thermally Activated Delayed-Fluorescence Device Using a Delayed-Fluorescence Emitting Material with Improved Solubility)

용액공정을 이용하면 기존 진공증착 공정에 비해 유기발광소자를 대면적으로 만들기 쉽고 공정이 비교적 단순해질 것으로 기대를 모으고 있다.

하지만 기존 형광 발광물질을 이용, 용액공정에서 소자를 제조할 경우 효율(외부양자효율)5%에 불과한 수준으로 진공증착 공정으로 제조할 경우 효율 20%에 미치지 못하는 것이 문제였다.

연구팀은 기존 용액공정용 형광소자보다 3배 이상 개선된 고효율(외부 양자효율 18.3%)의 형광 유기발광소자를 개발하였다. 기존 구조에 비해 알킬기를 치환기로 도입하여 용해도를 개선하였다. 또한 지연 형광 현상을 유도해 고효율을 구현하기 위하여 도너억셉터 구조로 구성되는 분자 구조를 도입하였다.

향후 디스플레이의 대형화를 위한 대형 유기발광소자의 실용화를 앞당기는 데 기여할 것으로 기대된다.

유기용매에 잘 녹는 새로운 형광 발광물질을 개발하여 소자의 필름표면 코팅이 매끄럽게 이뤄지도록 해 효율저하를 극복했다.

또한 강한 전자 주게전자 받게 구조를 도입, 지연형광현상을 유도함으로써 효율을 개선할 수 있었다. 전자 주게전자 받게 구조는 단위체를 말하며, 전자를 다른 단위체에 주는 성질을 가진 단위체와 잘 받는 성질을 갖는 단위체를 뜻한다.

이 교수는 “향후 소자의 효율뿐 아니라 소자의 수명도 개선하기 위한 신규 물질 개발과 용액공정에 적합한 소자 구조 개발로 용액공정용 고효율 형광 유기발광소자를 상용화하기 위한 후속연구를 지속할 계획”이라고 밝혔다.

 

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용액 공정 OLED 시대 다가온다

전주에서 개최되고 있는 인쇄전자 학술대회 IWFPE에서 Konica-Minolta와 DuPont은 유리 기판을 사용하는 OLED 제조 공정이 flexible 기판과 프린팅 기술을 사용하는 기술로 전환 될 수 있는 다양한 기술을 소개했다.

Konica-Minolta는 조명용 OLED 패널을 개발 중에 있으며 세계 최초로 R2R 방식의 프린팅 기술로서 flexible OLED 패널 생산을 목전에 두고 있다.  Konica-Minolta는 카메라용 필름 제조 기술을 바탕으로 다양한 발광재료 기술을 보유하고 있으며, 동시에 R2R 기술을 확보하고 있어 유연전자 시대를 열수 있는 선구자로 주목 받고 있다.

DuPont 역시 용액 공정 OLED 디스플레이 분야에서 선구자이다.  독자적인 프린팅 기술인 노즐 프린팅 방식의 장비와 재료를 바탕으로 삼성 디스플레이와 수년간 연구 개발을 지속해왔다.  Solution OLED의 가장 큰 장점은 Gen8 이상의 큰 장비에서 RGB 방식으로 55인치 이상의 대면적 OLED 패널을 생산 할 수 있는 유일한 기술이기 때문이다.  DuPont은 solution OLED 패널을 제조하기 위해 필수적인 기술 요소들인 containment creation 기술과 ink deposition, ink drying기술 개발을 완료하고 상용화에 박차를 가하고 있다.  DuPont에서는 solution OLED 패널 시장은 늦어도 3년 후부터 열릴 것으로 기대하고 있다.

 

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Flexible AMOLED용 encapsulation, 최적의 기술은?

현재 양산중인 flexible AMOLED panel은 PI 기판과 LTPS backplane, RGB 증착방식을 적용하고 있으며, encapsulation 기술로서 Samsung Display의 A2 line에서는 TFE(thin film encapsulation)를 LG Display에서는 hybrid encapsulation을 적용하고 있다.

하지만 Samsung Display에서 신규 투자중인 flexible AMOLED 전용 A3 line에는 TFE가 아닌hybrid encapsulation으로서 발주가 진행되었다. Inorganic layer와 Organic layer적층의passivation 구조에 resin을 코팅한 후 film을 lamination 하는 방식으로서 LG Display와 비슷한 방식이다.

유비리서치에서 발간한 “2014 Flexible OLED Report” 에서는 Samsung Display가 A3에서encapsulation 기술을 변경한 이유에 대해 분석하였다. 그 밖에 flexible AMOLED 관련 이슈와 공정, flexible AMOLED panel 시장과 flexible OLED lighting 시장전망, Samsung Display와 LG Display의 flexible AMOLED 기술 비교 등 flexible AMOLED와 lighting관련 최신 동향과 이슈에 대해 다루고 있다.

본 보고서에 따르면 Flexible AMOLED panel 시장은 2020년까지 연평균 성장률 약 60%로서 성장하여 2020년에는 US $ 17,600 million의 시장을 형성할 것이며 주요 application은 tablet pc용 flexible AMOLED panel이 될 것으로 전망하고 있다.

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<Flexible AMOLED panel 시장 전망>

 

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OLED TV 원가절감, co-planar 구조가 대안

AMOLED panel 시장은 현재 Samsung Display와 LG Display가 주도하고 있으며, mobile은LTPS backplane으로, TV는 Oxide backplane으로서 양산이 되고 있다.

 

Mobile용 AMOLED panel 시장은 성공적으로 시장에 자리잡아 LCD panel 시장을 넘어섰지만TV는 LCD/LED TV대비 고가로서 시장 형성에 어려움을 겪고 있는 상황으로서 low cost를 위한 기술 개발이 시급한 시점이다.

 

이에 대한 대안으로서 SID 2014에서 LG Display는 기존의 etch stopper layer(ESL)구조가 아닌 co-planar 구조를 적용하여 65inch curved UHD OLED TV를 전시하여 많은 관심을 끓었다.

 

유비리서치에서 발간한 “2014 AMOLED Backplane Technical Report”에서는 a-Si LCD라인에서 co-planar구조의 oxide TFT AMOLED line으로 보완 투자 시 ESL구조의 oxide TFT AMOLED line으로의 보완투자보다 약 US$ 80 million의 투자비용 차이가 있는 것으로 분석하였다.(Gen8 기준) 보고서에서는 기존 a-Si LCD line의 backplane과 color filter 장비들을 최대한으로 활용할 수 있는 oxide TFT 구조는 mask가 6장 이하로 사용될 수 있는 co-planar 구조가 적합한 것으로 나타났다.

 

그 외에 “2014 AMOLED Backplane Technical Report”에서는 AMOLED 산업의 핵심 이슈인flexible display에 적용되는 flexible LTPS 기술 이슈에 대해 분석하였으며, LTPS와 oxide, organic TFT의 최신 기술 동향을 분석하였다.

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한국생산기술연구원, 세계 최초 이온성 액체(ILs)를 이용한OLED TV용 유기발광 소재 정제기술 개발

한국생산기술연구원(원장 이영수, 이하 생기원)의 광에너지융합연구그룹 김태원 박사 팀이 저렴한 가격으로 순도 높은 OLED TV용 유기발광 소재를 대량 정제할 수 있는 원천기술을 세계 최초로 개발했다.

김박사 팀은 이온성 액체*(Ionic Liquids, ILs)를 이용한 새로운 개념의 정제 기술을 확보했고,그 동안 OLED TV용 유기발광 소재 생산에서 화두가 되어온 고비용·저수율 문제를 한꺼번에 해결할 수 있게 됐다.
이온성 액체(Ionic Liquids)란 실온에서 양이온과 음이온만으로 구성된 액체물질로서 고진공(∼100℃)에서도 액체로 존재해 휘발성이 거의 없다. 또한 액체의 장점인 고분자 물질에 대한 우수한 용해성과 금속염(金屬鹽) 이라는 특징을 지니고 있어, 최근 Green Chemistry 분야에서 미래 청정 용매로 주목 받고 있다.

그 동안 고순도 유기발광 소재를 얻는 정제법으로는 유기발광 소재가 기체화됐다가 고체로 변화는 승화점 차이를 이용하는 ‘승화정제법’이 이용되어 왔다. 하지만 이 방식은 정제 수율이 낮은데다 제조공정의 완전 자동화 및 연속 공정 구현이 불가능해 제조 단가가 매우 높은 것이 단점으로 꼽혀 왔다.

김박사 팀은 이를 해결하기 위해 2011년부터 유기발광 소재의 저비용 대량 정제기술 개발에 착수, 2012년 12월 원천특허를 출원하고 이후 1년 7개월에 걸쳐 생산적용 가능성을 검증하는 데 주력한 결과 결실을 얻게 됐다.
이번 성과의 핵심은 고진공·고온에서도 휘발되지 않는 이온성 액체의 특성에 주목하여 이를OLED TV용 유기발광 소재의 고순도 정제기술에 접목시킨 것이다.

이를 위해 진공 챔버 내에서 유기발광 소재를 기체화하여 액체 필터인 이온성 액체에 용해시키고, 액체 내에서 과포화된 유기발광 소재를 재결정화 시킴으로써 불순물을 분리하는 원리를 이용한 것으로, 단 한 번의 정제공정 만으로 99.95%의 고순도 유기발광 소재를 얻을 수 있다.

이온성 액체를 기반으로 한 유기발광 소재 대량정제 기술은 세계 최초로, 고진공·고온에서도 휘발하지 않는 이온성 액체의 성질을 이용한 완전히 새로운 개념의 정제법이다.

김박사 팀은 이를 통해 정제 수율, 설비의 자동화 및 연속공정화, 대량생산의 효율성 면에서 기존 승화정제법의 단점을 한꺼번에 극복할 수 있는 획기적인 기술 개발에 성공한 것으로 평가 받고 있다. 또 고가이지만 휘발되지 않는 이온성 액체의 특성을 활용, 정제공정에서 회수 및 재처리를 통해 재활용 할 수 있어 원가 절감 면에서도 효과가 클 것으로 기대된다.

한편 OLED 전문 시장조사 업체인 유비리서치가 지난 4월 발간한 “2014 OLED Emitting Material Annual Report Market Forecast(~2020)”에 따르면, 올해 5,430억원으로 예상되는OLED 발광재료 시장은 규모인 유기발광 소재 시장은 2017년에는 1조 3천억원의 시장을 형성할 것으로 전망했다. 매년 30% 이상의 성장세를 보일 것으로 관측되며, 전문가들은 AMOLED TV 등 대면적 디스플레이 시장이 본격적으로 확대되면 이보다 훨씬 큰 폭으로 성장할 것 이란 진단을 내놓고 있다.

개발을 주도한 김태원 박사는 “이번 기술은 기존 승화정제법에 비해 수율은 50%이상 향상시켰으며, 제조 단가는 50% 이하로서 최종 목표치는 기존 가격의 1/10”이라며 “기업들과 기술개발을 추진 중”이라고 밝혔다. 특히 “이번 성과는 폭발적인 성장이 기대되고 있는 OLED TV 시장의 판도를 바꿀 수 있는 매우 큰 잠재력을 가지고 있다”고 말하며 “저비용 대량정제 원천기술을 바탕으로 국내 기업들이 OLED TV 관련 전후방 산업의 글로벌 시장을 선점하는 데 큰 기여를 할 것”이라고 밝혔다.

연구팀은 현재 관련 공정/장비기술로 국내외 특허 16건을 출원하고, 관련 업체를 대상으로 한 적극적인 기술이전을 추진할 계획이다.

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<유기발광 소재 정제법 비교   출처 : 한국생산기술연구원>

 

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DOE, OLED lighting 신규 project 발표

The U.S. Department of Energy(DOE)는 총 9의 solid-state lighting(SSL) R&D 프로젝트 과제를 선정 했다고 발표했다. 이 중 OLED Lighting에 대한 프로젝트는 총 4개로서 주관 업체/대학은 OLED Works와 Pixelligent Technologies, Princeton University, University of California로 선정되었다. 이번 프로젝트는 총 $13.7 million 이상(DOE funding for $10.5 million)의 자금이 투입될 예정이며 각 프로젝트 별 지원금액은 공개되지 않았다. 프로젝트 기간은 1년~2년이며,이번 프로젝트를 통해 SSL 기술의 비용절감과 품질 및 성능향상이 가속화 될 것으로 기대된다.

OLED lighting 세부 프로젝트는 다음과 같다.

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<DOE에서 발표한 OLED lighting 신규 프로젝트, 출처 : DOE>

 

 

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RGB 고해상도를 위한 새로운 기술 fine hybrid mask

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Finetech Japan 2014에서 RGB 방식으로 450ppi 이상의 고해상도를 구현할 수 있는 기술이 공개 됐다. 이 기술은V-technology에서 개발한 기술로써 FMM mask와 hybrid sheet를 적용하여 fine hybrid mask(FHM)를 구현하였다.

V-technology 관계자는 “FHM 방식은 FMM mask에 hybrid sheet를 부착한 후 laser로 hybrid sheet를 고해상도patterning 하는 방식으로써 기존 metal에서 어려웠던 고정세 patterning을 해결 할 수 있었다”고 설명하며,  “FHM mask는 기존의 RGB FMM방식을 적용하여 고해상도의 AMOLED를 제작할 수 있으며, 일본 고객사에 납품이력이 있고 고객사에서는 양산성 테스트 중에 있다” 라고 밝혔다.

현재 RGB 방식으로써 최고 해상도는 Galaxy S4에 적용된 panel로써 441 ppi이나 pentile로서 실제로는 294ppi에 불과하다. Mobile용 LCD panel의 트랜드에 따라 OLED도 QHD와 UHD로 개발이 되어야만 한다. 하지만 기존의 FMM방식을 적용해서는real RGB pixel 구조로써 QHD와 UHD를 구현하기는 어렵기 때문에 새로운 pixel구조나 WRGB방식,새로운 patterning 기술이 필요할 것으로 전망되고 있다.

RGB 방식의 단점이었던 pentile을 벗어나 real RGB pixel 구조가 적용된 고해상도 AMOLED panel 개발을 위해 V-technology의 FHM 기술과 같은 고정세 mask patterning 기술이 앞으로 고해상도 mobile용 AMOLED 산업의 key-issue가 될 것으로 예상된다.

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<FHM Structure, metal mask, ② hybrid sheet, ③ patterned sub pixel by laser >

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[Finetech Japan 2014]Solution Process, OLED lighting 시장을 위한 열쇠인가?

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현재 OLED lighting panel을 개발 또는 판매하고 있는 업체는 Osram과 Philips, LG화학을 비롯해 20여 개 기업이 있다. 하지만 OLED lighting 시장은 현재까지 초기단계이다. OLED 조명 시장이 본격적으로 열리기 위해 무엇이 해결되어야 할까? 가장 큰 issue 중 하나는 가격일 것이다. 가격을 낮추기 위해서 많은 업체들이 내놓은 대안은 solution process이다.

Finetech2014와 동시에 개최된 Printed Electronics Fair keynote session에서 Osram이 solution process에 대한 현황과 issue에 대해 발표하여 많은 참가자들의 관심을 끌었다.

Osram의 Niedermeier 박사는 Osram에서 HIL과 HTL을 solution process로 제작한 87cm2 크기의 OLED lighting panel과 증착방식으로 제작한 OLED lighting panel을 비교하였다. Solution Process로 제작된 OLED lighting panel은 증착방식의 panel과 동일한 1,000cd/m2이며, 휘도는 증착방식보다 2lm/W 낮은 수준까지 제작 가능하다고 전했다.

하지만 Niedemeier박사는 OLED lighting 시장 성장을 위해 solution process는 필요하나 그 전에해결 되야 할 문제들을 제시했다.

첫 번째는 가격이다. Soluble process가 OLED lighting의 높은 가격을 해결하기 위해 필요하지만 현재까지는 soluble OLED material 가격이 증착방식의 OLED material보다 높다. 그 이유는 soluble material을 제작하기 위한 정제 비용과solvent 비용이 포함되어 있기 때문이다

두 번째는 속도이다. Solution process는 film process이기 때문에 sheet type으로 제작되는 증착방식보다는 빠를 수 있다. 하지만 건조시간이 포함되면 그 이야기는 달라질 수도 있다는 것이 Niedemeier 박사의 의견이다.

마지막으로 성능이다. 증착방식의 OLED material은 효율과 휘도, 색 재현력 측면에서 완성단계에 이르렀다. 하지만soluble OLED 재료는 증착방식의 OLED material보다 개발 수준이다. 또한 증착방식보다 균일도가 낮은 단점이 있다.

현재 solution process로 OLED lighting을 개발해온 업체는 Mitubishi Chemical, Konica Minolta, Sumitomo Chemical, Panasonic 등 일본 업체 위주로 개발되고 있다 앞으로 OLED lighting 업체와 재료 업체가 Niedemeier박사가 제시한 issue를 어떻게 해결할지 귀추가 주목된다.

 

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OLED TV 시장 개화, 가장 큰 문제는?

55inch OLED TV가 출시 된지 1년이 넘었지만 판매량은 기대에 못 미치고 있다.

LCD TV에 비해 높은 가격도 문제지만 OLED TV의 소비전력이 또 다른 이슈로 떠오르고 있다.

지난 10일 개최된 유비리서치 2014년 OLED시장과 산업전망 세미나에서 서민철 교수는 “OLED TV의 가격이 비싼 것 도 걸림돌이지만 LCD TV와 비교했을 때 소비전력이 높은 것도 문제”라며 앞으로 소비전력을 낮추기 위한 개발이 필요함을 강조하였다.

현재 판매중인 55inch OLED TV의 평균 소비전력은 90W로서, 초창기 출시된 모델의 108W 보다는 감소하였지만 같은 크기의 LED TV가 50~55W 정도 하는 것에 비해서는 높은 수치이다.

서 교수는 “일부 에서는 WRGB의 pixel 구조를 적용하면 소비전력을 낮출 수 있다고 하지만 white sub pixel의 blank area로 들어오는 빛이 al 전극에 반사되는 현상을 방지 하기 위해 panel 앞에 polarization film을 부착해야 되기 때문에 실질적인 전력소모감소효과는 없다” 라며 OLED TV의 전력 소모 감소를 위해서는 발광재료의 개발, 특히 blue의 개발이 시급하다”라고 발표하였다.

현재 OLED panel에 적용되는 재료는 red와 green, yellow green은 인광재료가 사용되고 있지만 blue는 형광재료가 사용 중이다. LCD TV의 소비전력을 따라잡으려면 blue 인광재료의 사용이 필수적이라고 볼 수 있다. 단국대학교의 이준엽 교수는 ”blue의 인광재료를 적용하기 위해서는 ETL과 HTL의 공통층도 새로 개발해야 하기 때문에 많은 어려움을 겪고 있다”라며 인광 blue 재료가 적용되기는 수년이 걸릴 것으로 예상했다.

OLED TV의 가격은 수율 향상과 신규라인 증설로 인해 꾸준히 하락할 것으로 전망되지만 LCD 수준의 소비전력을 갖추어야 OLED TV가 LCD TV에 맞서 경쟁력을 갖출 수 있을 것으로 전망되며 이에 따라 blue재료의 개발도 적극적으로 개발 되어야 할 것으로 분석된다.

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<OLED TV와 LCD TV의 소비전력 비교, 출처 : 유비리서치 2014년 OLED 시장과 산업전망 세미나 자료집>

 

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고해상도의 최적 AMOLED는 white OLED이다

중소형 Mobile에서 고해상도의 열풍이 불며 FHD LCD의 mobile 제품이 줄줄이 출시됨에 따라 삼성에서도 FHD의AMOLED panel을 탑재한 galaxy S4를 출시하며 기술력과 AMOLED의 경쟁력을 과시하였다.

 

하지만 galaxy S4에 적용된 FHD AMOLED panel은 pentile방식이어서 실제 해상도는 약 320ppi에 불과하여 FHD LCD보다 실제 해상도는 낮다. 여기에 LG Display에서 최근 538ppi의 WQHD(1,440 x 2,560)의 5.5인치 패널을 개발하면서 앞으로의 중소형 display의 이슈는 고해상도임을 다시 한번 각인 시켰다. 현재 삼성은 FMM방식으로 중소형AMOLED panel을 양산하고 있으나 기술적인 이슈로 고해상도제작이 쉽지는 않은 상황이어서 향후 고해상도 경쟁에서FMM은 이제 한계에 도달하였다. 중소형 display 전쟁에 빨간 불이 들어온 상황이다.

이에 중소형 AMOLED panel 후발주자들은 R,G,B FMM 방식에서 WOLED+C/F 방식으로 눈을 돌리고 있다. Open mask를 사용하는 WOLED+CF 방식을 적용하는 것이 FMM방식보다 고해상도의 panel을 만드는데 유리하여 앞으로의 트렌드에 부합될 수 있다는 판단이다.

 

현재 WOLED + CF 방식은 크게 두 가지 방법이 있다. 첫 번째는 White OLED의 ITO두께 조절을 통한 micro-cavity효과로 R,G,B를 구현하고 CF를 통해 색 순도를 높이는 방법으로 AUO가 SID 2013에서 발표한 바 있다.

두 번째로는 White OLED에 W,R,G,B, 4개의 sub-pixel을 구현하는 방법으로 Japan Display에서 올 상반기에 이 구조가 적용된 423ppi의 제품을 발표하였으며 2015년 양산을 목표로 하고 있다.

또한 현재 중국에서 가장 적극적으로 AMOLED 사업을 추진중인 BOE도 중소형 AMOLED panel을 WOLED+CF 방식으로 전환을 검토 중이며, 대만의 Innolux도 WOLED 방식의 AMOLED를 개발 중으로 앞으로 중소형 AMOLED에서도RGB 대 WOLED 의 경쟁이 될 것으로 예상된다.

 

중소형 mobile display 시장에서 AMOLED와 LCD가 양분하고 있는 가운데 LCD의 고해상도 전략에 맞서 AMOLED진영에서는 white OLED로 기술이 빠르게 변할 것으로 예상된다..

 

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한국의 Soluble OLED 본격적으로 출발하나?

22일 보광 휘닉스파크에서 열린 디스플레이 총괄 워크샵에서 다양한 OLED 관련 국책과제가 있었다. 업계 전무가들의 대다수가 Soluble OLED는 반드시 가야만 한다는 공통된 의견인 만큼 soluble에 대한 국책과제가 새로 신설 되었다.

 

제목은 “AMOLED TV용 soluble TFT 및 화소형성 소재/공정 기술개발” 로서 연구책임자는 경희대 장진교수이며 참여기관은 한국전자통신연구원, 고려대, 중앙대, 경상대, SFA, 덕산하이메탈, 선익시스템, 네패스 이다.

 

이날 발표를 맡게 된 ETRI의 이종희 박사는 “이번 국책과제의 추진전략은 특허 확보”라며 “원천 소재/기술에 대한 연구인 만큼 산학연의 공동연구와 특허 분석을 통해 원천 특허를 출원하여 국내의 soluble에 대한 경쟁력을 높이고 국내 패널 제조사와의 협력을 통하여 개발된 기술이 채택될 수 있도록 하겠다”고 적극적인 의지를 보였다.

 

업체별 연구분야는 ETRI와 경상대, 덕산하이메탈은 soluble OLED 재료에 대한 연구를 담당하며, 선익시스템과 고려대학교는 Ink printing을 통한 공정을, 중앙대와 네패스, SFA는 soluble TFT와 소자에 대한 부분을 담당할 예정이다.

 

이번 국책과제는 기간은 2013년 5월 1일부터 과제 규모는 1차년도 9억 원 이며 5년 동안 총 약 50억 원으로 진행 될 예정이다.

 

Soluble OLED는 2013년 CES2013에서 Panasonic이 Ink-jet printing을 적용한 56” UHD OLED TV를 공개하며 다시 한번 큰 이슈를 불러 왔으며 현재 일본에서 가장 적극적으로 연구 개발이 진행 중이다.

 

Soluble OLED의 가장 큰 장점은 Gen8 라인에서 원장 기판을 자르지 않고 RGB stripe 방식으로 공정이 가능한 점과 사용효율이 이론적으로 100%인 점이다.  현재 증착 방식에 사용되는 저분자 재료는 종류에 따라 g당 가격이10,000~100,000원 범위의 고가의 재료이나, 실제 사용 효율은 RGB 방식에서는 10% 정도이며 WOLED에서는 40%정도로 알려져 있다.  따라서 재료 사용 효율이 높아지면 패널 제조 비용을 혁신적으로 줄일 수 있는 최선의 방안이 될 수 있다. 또한 Soluble OLED 구조에서는 56인치에서도 UD급 패널 제조가 가능하다. 기존 RGB 방식과 WOLED에서는55인치에서 UD 패널 제조는 기술적으로 매우 어려운 점이 있어, soluble OLED 방식은 가격을 획기적으로 줄이면서 동시에 초고해상도의 제품을 생산할 수 있는 유일한 기술로 인정 받고 있다. 따라서 Gen8 이상에서 RGB방식의 OLED TV를 생산하기 위해서는 반드시 가야만 하는 필수적 공정이다.

 

한편 유비산업리서치에서 발간한 2013 Soluble OLED analysis report에 따르면 2016년부터 soluble OLED 패널 생산이 시작되어 2020년에는 약 580만개의 시장이 형성될 것으로 전망했다.

 

 

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다양한 solution process, 가장 적합한 방법은?

LG전자에 이어 삼성전자에서도 curved OLED TV를 출시하며 본격적인 OLED TV 시장형성의 불꽃이 점화되었다. 하지만 UHD LCD와의 해상도와 size, 가격 면에서 경쟁이 쉽지만은 않은 상황이다.  Panel의 수율 개선이 보급형 OLED TV를 위한 가장 큰 이슈이지만 UHD LCD와 제대로 된 경쟁을 위해서는 Large size, low cost, high resolution으로AMOLED 제조가 가능한 solution process에 대한 연구개발이 필수적이다.

대표적인 solution process에는 ink-jet printing, nozzle printing이 있다. 그 중 가장 많은 업체들이 개발하고 있는ink-printing은 DOD(drop on demand)방식으로 ink-jet head를 이용하여 pixel 각각에 ink 방울을 drop시키는 방식으로 Seiko Epson의 헤드사업을 인수한 TEL과 Sumitomo Chem.등에서 연구/개발 하고 있다.

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<Ink-jet printing 방식의 모식도>

Nozzle printing 방식은 고속으로 움직이는 아주 작은 직경의 노즐을 통하여 연속적으로 ink를 토출함에 위해 화소 패턴을 형성하는 방식으로 Dupont Display와 Dainippon screen이 개발 중이다.

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<DuPont의 nozzle printing>

그 밖에 blanket(그림의 Si)에 ink를 코팅한 후 Stamp로 patterning하고, patterning된 blanket의 ink를 backplane에transfer 하는 offset printing, anilox roll에 잉크를 코팅한 후 패턴이 형성되어있는 relief plate에 잉크를 printing 한 후backplane에 전사시키는 relief printing등 다양한 방법이 연구/개발되고 있다.

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<Princeton Univ.의 offset printing 모식도>


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<Toppan printing의 Relief printing>

이렇게 다양한 방법들이 연구 개발되고 있지만 아직까지 상용화가 되기 위해서는 process뿐만 아니라 재료성능 개선 등 아직 많은 기술 이슈들이 존재하기 때문에 양산에 적용될 기술은 아직 정해지지 않은 상태이다. Panasonic이CES2013에서 ink-jet printing을 적용한 세계 최초 56” OLED TV를 발표하여 ink-jet이 가장 유력한 기술로 손꼽히지만 양산은 2015년 이후로 계획되어 있기 때문에 다른 기술들의 연구개발 성과에 따라 결과가 뒤바뀔 수도 있다. 대다수의 국내외 패널업체들도 최종 목표는 solution process AMOLED인 만큼 앞으로도 지속적인 solution process에 대한 연구개발이 이루어질 전망이다.

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<각 방식 별 연구/개발중인 주요 해외업체>

 

Source : 2013 Soluble OLED 보고서 [유비산업리서치 발간]

 

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구길 수 있는 초경박 flexible OLED 개발 성공

일본의 도쿄대학 Takao Someya교수 팀에서 구길 수 있는 flexible OLED light source를 개발하였다. 이번에 공개된light source sheet는 최소 bending radius 10um, brightness 100cd/m2으로, polymer substrate와 PEDOT:PSS transparent electrode, LiF/Al의 metal electrode를 사용하여 제작 되었다. 1.4um의 얇은 PET 기판 위에 OLED layer를 형성하였으며 두께는 2um, 무게는 3g/m2의 초경박으로 구기거나 압력을 가하여도 성능저하 없이 구동 가능하고, 저온프로세스를 적용하기 위해 ITO 대신 PEDOT:PSS를 양극으로 사용하고 polymer film에 데미지 없이 발광층을 형성할 수 있었다.

 

Takao 교수팀은 이번 연구성과로 인하여 앞으로 의료 헬스케어 분야에 경량 박형의 센서로 사용될 수 있을 것으로 기대된다고 밝혔다.

 

이번 연구는 Siegfried Bauer 교수 팀과, Niyaze Serdar Sariciftci교수 팀, 오스트리아 Kepler대학의 Johannes교수 팀과 공동으로 개발하였으며 7월 28일 ‘Nature Photonics’ 에 게재되었다.

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source : Tech-on

 

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[New OLED Report] Soluble OLED 2016년부터 시장 열려

Printing 방식으로 제작하는 soluble OLED TV 사업화가 일본을 시작으로 피어나기 시작했다.  CES2013에서 세계 최초로 56인치 UD급 AMOLED TV를 전시했던 Panasonic은 최근 2015년에 자사가 개발중인 AMOLED TV를 생산할 것이라고 공표했다.

 

Soluble OLED의 가장 큰 장점은 Gen8 라인에서 원장 기판을 자르지 않고 RGB stripe 방식으로 공정이 가능한 점이다. 또 다른 장점은 재료 사용효율이 이론적으로는 100%인 점이다.  현재 증착방식에 사용되는 저분자 재료는 종류에 따라 g당 가격이 10,000~100,000원 범위의 고가의 재료이나, 실제 사용 효율은 RGB 방식에서는 10% 정도이며WOLED에서는 40% 정도로 알려져 있다.  따라서 재료 사용 효율이 높아지면 패널 제조 비용을 혁신적으로 줄일 수 있는 최선의 방안이 될 수 있다.  또한 Soluble OLED 구조에서는 56인치에서도 UD급 패널 제조가 가능하다.  기존 RGB방식과 WOLED에서는 55인치에서 UD 패널 제조는 기술적으로 매우 어려운 점이 있어, soluble OLED 방식은 가격을 획기적으로 줄이면서 동시에 초고해상도의 제품을 생산할 수 있는 유일한 기술로 인정 받고 있다.

 

유비산업리서치에서 발간한 2013 Soluble OLED analysis report에 따르면 2016년부터 soluble OLED 패널 생산이 시작되어 2020년에는 약 580만개의 시장이 형성될 것으로 전망했다.

본 보고서에서는 현재 soluble OLED관련 산업의 동향과 현재까지 개발되어온 soluble OLED의 history, 핵심 기술 이슈, 2012년 한 해 동안 출원된 soluble OLED 관련 특허들을 분석함으로써 앞으로 전개될 soluble OLED 산업을 예측하고 급변하는 AMOLED 산업에 업체들이 대비할 수 있도록 하였다.

 

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신개념 Transparent OLED lighting, 무궁무진한 OLED lighting의 활용

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지난 5월 개최된 SID 2013에서 새로운 개념의 OLED lighting이 발표되었다. Toshiba에서 개발한 transmissive one side emission OLED panel로 불을 껐을 때는 투명하지만 불을 켜게 되면 한쪽방향에서는 불투명한 조명이 되고 다른 방향에서는 투명하게 볼 수 있는 기존의 transparent OLED lighting을 응용한 새로운 panel이다.

 

이 lighting panel은 stripe-shaped cathode를 형성하여 emitting layer에서 생성된 빛이 cathode에 반사되는 원리를 적용한 것으로, cathode가 형성되지 않은 부분을 통해 cathode방향에서는 투명하게 볼 수 있고 anode방향에서는 빛이 나오게 된다. transmittance 68%, contrast ratio 70, luminance distribution 73%, 1000cd/m2 에서 25.7lm/W의performance를 가지고 있으며 카페나 음식점의 외벽 유리등이 killer application이 될 것이라 발표하였다..

 

기존 OLED lighting은 고효율, flexible위주로 발표되었지만 이번 transmissive one side emission OLED lighting을 통해 OLED lighting이 기존의 형광등, LED를 뛰어넘는 다양한 분야의 application으로 적용될 수 있음을 다시 한번 입증하였다. 아직 OLED lighting이 상용화 되기까지는 시간이 남아있지만 기존의 조명들이 적용될 수 없었던 분야를 적극 개척해나간다면 보다 빠른 시일 내에 실생활에서 OLED lighting을 볼 수 있을 것으로 기대된다.

 

Transmissive one side emission OLED panel은 아래 아이콘을 클릭하면 동영상으로 더욱 자세히 볼 수 있다.

 

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단국대 이준엽 교수팀, 세계 최고 효율 청색 OLED 소자 개발

세계 최초로 30% 이상 효율 보이는 AMOLED 청색소자 개발

이론적으로 가능한 최고 수준의 효율 실험을 통해 입증

OLED 제품의 소비전력 개선에 큰 기여

 

단국대 이준엽 교수팀(고분자시스템공학과)이 새로운 호스트 재료 개발을 통하여 청색 인광 OLED 소자에서 세계 최초로 30% 이상의 발광효율을 갖는 소자 개발에 성공했다.


이준엽 교수팀은 피리도인돌을 기반으로 하는 새로운 화학구조를 갖는 청색 인광 발광소자용 호스트 재료를 개발하였으며, 새로운 호스트 재료를 청색 인광 도펀트 재료와 조합하여 30.1%의 세계 최고 효율의 청색 인광 OLED 소자를 개발하였다. 이 연구결과는 재료분야 세계적 학술지인 어드밴스드 머터리얼스(Advanced Materials)에 지난 6 21일자 인터넷 속보판으로 게재되어 성과를 인정받았다.


이번에 신규로 개발된 호스트 재료는 기존 소재에 비하여 높은 삼중항 에너지 및 도펀트로의 효율적인 에너지 전달 특성을 통하여 높은 효율을 나타내었으며, 우수한 열적 안정성으로 인하여 기존 호스트 재료에 비하여 우수한 수명을 나타내는 장점을 보였다.


본 연구를 통하여 청색 OLED 소자의 효율을 획기적으로 개선함으로써 OLED 소자의 큰 문제점 중의 하나인 소비전력 상승의 문제를 획기적으로 개선할 수 있을 것으로 기대되며, 청색 인광 OLED 소자의 문제점인 짧은 수명의 문제도 개선할 수 있을 것으로 기대된다.

 

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Soluble AMOLED 어떻게 개발되어 왔나?

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삼성과 LG가 OLED TV를 판매를 시작하면서 mobile에서 자리매김을 하고 있는 OLED가 드디어 TV 시장에 본격적으로 발을 디디기 시작했다. 경쟁상대가 수두룩한 TV 시장에서 살아남기 위해서 OLED TV가 겪어야 할 장애물 중 하나는 가격일 것이다. 삼성과 LG는 Curved OLED TV를 1500만원으로 시장에 내놓았다. 색 표현의 우수함, 응답속도 이외에도 UD TV를 비롯한 경쟁 상대와 견주려면 가격적인 면에서 하루 빨리 해결해야 할 것이다. 이에 대한 한가지 대안이soluble material을 사용한 OLED TV이다.  Soluble OLED에 대한 연구는 수년간 많은 업체에서 진행해왔다.

2004년 Dupont Display와 공동으로 제작한 삼성전자의 7인치 AMOLED를 시작으로 Philips, MED, Seiko Epson이 개발했다. 삼성전자는 Dupont의 재료를 사용하였으며, 얇은 무기물을 사용해 픽셀의 균일도와 개구율을 증가시키는 기술을 선보였다.

영국의 CDT는 PLED관련 제조와 재료, 장비에 관련된 특허를 보유한 라이선스 업체로서 합작회사인 LITEREX, Sumito Chemical, Toppan printing과 함께 inkjet printing 방식을 이용해 꾸준히 soluble AMOLED 개발해왔다.

Seiko-Epson은 1990년대 말부터 고분자를 이용한 AMOLED를 발표하기 시작하여 inkjet printing 방식을 이용한 40인치의 tiling AMOLED (20인치를 4장 붙이는 방식)를 2004년에 발표하였다.

2012년 Panasonic은 Sumitomo Chemical 고분자재료를 이용해 56inch UD급 AMOLED TV를 공개해 주목을 끌었다.현재까지는 양산단계까지는 개발이 진행되어야 하지만 Panasonic OLED TV 공개를 통해 Soluble OLED의 개발이 상당히 진행되었음을 알 수 있었다.

Soluble OLED의 양산은 주요 디스플레이 업체들이 최종적으로 해결해야 할 과제이다. 이를 실현하기 위해 Sumitomo Chemical을 비롯한 많은 재료 업체가 재료 개발에 힘쓰고 있다. 또한 재료개발 뿐만 아니라 soluble material이 OLED가격 경쟁력을 위한 대안이 되기 위해서는 soluble material에 대한 가격부터 해결해야 할 것이다.

 

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삼성전자 curved OLED TV, 세계 최고의 기술력 다시 한번 입증.

6월27일 삼성전자 서초사옥의 디라이트 홀에서는 OLED TV 출시가 연기되었던 삼성전자의 고민이 얼마나 컷 던지를 느낄 수 있는 자리였다.  삼성전자 하반기 TV 전략 제품 발표회로 명명된 브리핑 장에는 입구부터 세계 최고의 OLED TV가 5대 진열되어 기자단을 맞이하였다.

발표 내용은 curved OLED TV와 65”/55” UD TV 출시로서 프리미엄 TV 시장을 주도하겠다는 야심찬 계획이다.  현재 삼성전자는 LCD TV 분야에서 7년 연속 세계 1위 자리를 차지하고 있으며, 이들 프리미엄 제품들로서 지속적인 top의 위치를 고수할 예정이다.

전시장 내부에 진열된 TV는 Curved OLED를 중심으로 배치하였으며, 특별히 모델까지 동원하여 해외 유명 전시장에서 보다 더 적극적인 행사를 추진하였다.  Curved OLED TV의 디자인과 성능에서도 고심한 부분이 역력히 나타났다. 1,500만원의 초가가 제품으로 프리미엄 시장을 공략하기 위해 최고급 메탈 소재를 활용한 “타임리스 아레나” 디자인을 적용하였고, 경쟁업체인 LG전자의 curved OLED TV 보다 휘어진 느낌이 더 들 수 있도록 TV 본체 보다 외각 케이스를 더 휘게 만들어 몰입감을 나타내었다.  또한 현재 삼성전자의 최고급 제품 사양인 “에볼루션 키트”가 기본 장착이 되어 있다.  여기에 3D 기술로 축적한 실력을 바탕으로 한 화면에서 2명이 동시에 다른 화면을 볼 수 있도록 “스마트 듀얼뷰”를 적용하여 3D 시장까지 동시에 공략할 수 있도록 헤드셋이 장착된 전용 3D shutter glass를 준비하였다.  이 방식은 화면 구동을 120Hz로 구동하여 동시에 2개의 화면을 송출하는 첨단 기술이다.

삼성전자는 이들 기술을 통해 “진화하는 TV”가 무엇인지를 보여주었고, 동시에 프리미엄 고객들에게는 차별화된 가치를 제공하는 “퓨쳐 프루프(future proof)” 라인업을 완성했음을 선언하였다.

이번에 출시되는 삼성전자의 OLED TV는 full white가 150nit이며, peak intensity가 600nit인 초고휘도 제품으로서 경쟁사 대비 각각 50%의 화질 특성을 상향하는 초고휘도 제품이다.  이 제품들의 밝기는 삼성전자가 판매하고 있는LED TV 보다 훨씬 더 선명한 감성을 느낄 수 있도록 제작되어 “완벽한 화질”의 궁극적인 TV임을 나타내었다.

 

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Quantum dot 기술, OLED의 최대 경쟁 기술로 떠오를 수 있다.

SID2013에서 3M이 개발중인 quantum dot을 이용한 BLU 기술이 매우 큰 관심을 받았다.  이번 전시회에서 3M은quantum dot 적용 LCD를 스마트폰과 노트북, TV에 각각 적용한 제품과 기존 LCD를 대비 전시하여 기술을 우수성을 나타내었다.

3M의 김성택박사로부터 당사의 기술에 대한 자세한 소개를 받았다.

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김박사에 의하면 이 기술은 LCD의 색 표현력을 AMOLED와 대등하게 표현하기 위해 개발중임을 시사하였다. AMOLED가 명암비와 색표현력, 응답속도등의 장점을 바탕으로 디스플레이 시장에서 시장 점유율을 지속적으로 확대하고 있어, LCD가 기존 시장 점유율을 유지하기 위해서는 이들 3가지 단점에서 최소한이라도 유사한 성능이 필요하다.

Quantum dot은 일종의 형광체로서 에너지가 강한 청색 빛을 받으면 에너지 준위가 낮은 녹색과 청색으로 색을 변환 시킬 수 있는 재료이다.  3M은 이 기술을 이용하여 청색 광원에 quantum dot 나노 입자를 도포하여 3색을 분리하고 있다, 기존 LCD가 백색광원에서 나오는 빛을 액정을 통해 광량을 조절하고 다시 CF에서 3색을 분리하는 방식과는 달리 광원에서 먼저 3색을 분리하는 방식이다.

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NTSC 130.9%AMOLED()와 기존 68.8% LCD()와 비교해서 가운데 QD-LCD 98.4%의 특성을 나타내어 적색과 청색이 AMOLED와 유사함을 눈으로 확인할 수 있었다녹색은 아직 LCD와 유사한 수준이어서 상용화에는 시간이 걸릴 것으로 판단되지만, 개발 완료시에는 LCD BLU 이 기술로 전환 될 수 있다.  

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LG Display 기술 공유도 삼성보다 앞서!

지난주 열린 SID 2013에서 LG Display는 oxide TFT와 OLED 관련 논문을 총 8개를 발표하였으며, 그 중 55” OLED TV 관련 논문은 3개를 통해 2013년 1월에 출시한 OLED TV의 기술을 공유하고 장점들을 부각시켰다.

 

첫 번째 발표인 “Technological progress and commercialization of OLED TV” 에서는 LG의 55” OLED TV의 key technology 4가지를 소개하여 LG Display의 양산 노하우에 대해 소개하였다. 두 번째 “55-inch OLED TV using InGaZnO TFTs with WRGB pixel design”는 SID 2013에서 수상한 논문으로 55” OLED TV에 사용된 oxide TFT의 구조, 설계, pixel design에 대한 내용을 소개하였다. 마지막으로 “The study of picture quality of OLED TV with WRGB OLEDs structure” 에서는 picture quality performance에 대해서 뛰어난 black, wide color gamut와 deep blue, 넓은 시야각, motion picture response등 장점에 대해 소개하였다.

 

현재 LG Display는 평면과 곡면 OLED TV를 최초 출시 이후 시장을 선도하고 있으며, SID 2013에서의 발표를 통하여 관련 기술도 공유 함으로서 OLED TV 산업의 선두자리를 굳건히 하였다.

 

이번 SID 2013에서는 LG Display, AUO등의 많은 업체들과 산학연에서의 논문 발표를 통해 앞으로의 OLED 시장의 다변화를 예고한 반면 OLED 시장의 선두기업인 삼성은 이번 SID 2013에서는 단 1개의 논문발표도 하지 않아 많은 아쉬움을 나타냈다.

 

이미 OLED TV시장에서 선두를 치고 나간 LG, 아직 OLED TV시장에서는 조용하지만 중소형 OLED 시장에서 여전히 독주를 달리고 있는 삼성, 기술력을 선보이며 OLED 시장 진입을 예고한 AUO등의 후발업체들간의 OLED 산업에서의 경쟁이 앞으로 어떻게 진행될지 기대된다.

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<SID 2013에 전시된 LG의 평면과 곡면 55” OLED TV>

 

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일본의 반격, Flexible AMOLED

차세대 디스플레이로 손꼽히는 flexible AMOLED에서 삼성과 LG에 뒤쳐지지 않기 위한 일본의 움직임이 시작됐다.

 

이번 SID 2013에서 열린 symposium 첫째 날에서 일본의 연구소인 SEL과 디스플레이 업체인 Panasonic에서 자사에서 개발한 flexible AMOLED에 대해 발표를 하였다. SEL은 기존부터 꾸준히 전시하였던 3.4” 고해상도 flexible OLED에 대한 제조방법을 상세히 발표하였고, Panasonic도 자사에서 개발한 4” flexible AMOLED의 구조와 특성에 대해 발표를 하였다.

 

SEL은 WOLED와 CF를 각각 서로 다른 glass substrate에 metal separation layer을 올리고 형성한 후, 전사하여adhesive layer로 합착하고 양 면에 flexible substrate를 합착하는 방법을 사용하였으며, Panasonic은 glass substrate 위에 PEN을 형성한 후 detach를 하는 방법을 사용하였다.

 

SEL은 상부와 하부에 passivation layer를 모두 형성하여 신뢰성을 높였으며, 100,000번의 bending test에서도damage가 없는 우수한 내구성을 보였다.

 

Panasonic은 PEN 위에 planarization와 under barrier층을, 그리고 ALD(atomic layer deposition)로 gate insulator(Al2O3)를 형성하여 glass와 debonding 이후에도 TFT가 OLED의 특성을 유지할 수 있는 structure를 사용하였다.

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<SEL 3.4” flexible AMOLED method for fabricating and characteristics>

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<Panasonic 4” flexible AMOLED Structure and Specification>

삼성과 LG 모두 flexible AMOLED 출시를 서두르고 있는 시점에, SEL과 Panasonic의 flexible AMOLED에 대한 발표를 통해 앞으로의 Flexible AMOLED에서 한국과 일본의 대결이 어떻게 펼쳐질지 기대된다.

 

 

source : SID 2013 Proceeding

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Thin Film Encapsulation을 대체할 신기술 개발이 시급하다

지난 CES 2013에서 Samsung Display는 flexible AMOLED display인 ‘YOUM’을 선보이며 큰 호응을 얻었으며 LG Display에서도 이번 SID 2013에서 5” flexible AMOLED display 전시를 예고하며 OLED TV에 이어 flexible display에서도 Samsung과 LG의 한바탕 격돌이 다시 한번 예고 됐다.

 

캐나다 벤쿠버에서 열리고 있는 SID 2013의 MONDAY SEMINAR 프로그램에서 성균관대학교 정호균 교수는 앞으로 AMOLED가 가지고 가야 할 차별화 포인트는 3D, transparent, plastic의 3가지이며 그 중에서도 차세대 OLED는plastic임을 강조하였다.  flexible AMOLED가 양산되기 위해서는 현재 가장 중요한 기술이 encapsulation이나 일반적으로 가장 많이 알려져 있는 Vitex사의 TFE(thin film encapsulation) 기술로서는 한계가 있음을 지적하여 새로운 기술 개발이 시급함을 언급하였다.  TFE 기술은 Samsung Display에서 집중적으로 개발하여 왔으나, 과도한 장비 투자비용과 공정 시간, particle 등의 문제가 있어 제품 양산에는 아직도 많은 시간이 걸릴 수 있음을 지적했다.  이에 대한 대안으로 정호균교수는 ALD(atomic layer deposition)를 사용하는 ALD/PP(plasma polymer) 프로세스가 이상적인 기술임을 소개하였다.

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ALD는 수천 Å두께의 atomic layer를 증착하는 기술로서 저온공정이 가능하고, 재료소모가 적은 장점이 있다.

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Soluble OLED 지금부터다!

현재 OLED 산업의 가장 큰 이슈 중 하나인 soluble OLED는 일본 주도로 빠르게 연구 개발이 진행 중이다. 반면 국내에서는 soluble의 중요성에대해 크게 부각되지 않은 실정이다. 국내 최고의 soluble 재료 전문가이자 soluble 재료에 대해서 가장 활발히 연구개발 하고 있는 부산대학교 진성호 교수와의 인터뷰를 통해 국내 soluble OLED에 대한 연구/개발 상황과 경쟁력, 앞으로의 발전 방향에 대해 알아보았다.

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<부산대학교 진성호 교수>

 

  1. Soluble에 대한 potential에 대해 어떻게 생각하는가?
  2. Cost down과 대면적을 위해서는 궁극적으로 soluble로 가야 한다. 현재 soluble에 대한 연구개발은 일본이 앞서가고 있지만 고분자 합성기술이 뛰어나다기 보다는 잉크화에 대한 노하우가 뛰어나다고 볼 수 있다. 우리나라의 산학연도 고분자나 올리고머, 덴드리머 합성기술은 뛰어나고, photo resist나 color resist에서 훌륭한 잉크화 기술을 보유한 기업들이 있으므로 산학연과 기업들의 co-work과 정부의 지원이 있다면 충분히 따라갈 수 있다.

All polymer보다는 증착용 재료도 modification을 통하여 사용하는 것이 가능성이 높을 것이다.

 

  1. IP문제에 대해서는 어떻게 생각하는가?
  2. 기존의 고분자 재료들은 많이 알려져 있고, soluble 재료는 많이 알려진 고분자에서 변형하는 것이기 때문에 재료 쪽에서는 크게 문제가 되지 않을 것이라 생각되지만, ink formulation분야가 상당히 어렵기 때문에 IP부분에서 어려움을 겪을 것으로 판단된다. 스미토모는 기존의 고분자에서 벗어난 새로운 고분자에 대한 IP를 가지고 있을 것으로 추정된다. 새로운 물질보다는 잉크화에 관련된 IP를 확보하는 것이 중요하다.

 

  1. 국내 인프라와 해외 인프라를 비교한다면?
  2. 국내 연구시스템은 trend를 많이 타는 경향이 있다. 기존의 PLED를 연구했던 산학연들이 대부분 OPV 분야로 이동하여 현재 soluble 관련 국내 논문은 거의 없다. 정부차원의 지원도 미미하기 때문에 국내 인프라는 굉장히 취약하다.해외는 한 분야에 꾸준히 집중을 하기 때문에 인프라가 좋다. 우리나라가 기술력은 충분히 따라갈 수 있으나 대부분의 연구진들이 OPV에 집중되어있기 때문에 OPV로 이동했던 연구진들이 다시 PLED쪽으로 이동을 할지는 미지수이다.우리나라도 한 분야에 대해 집중적으로 연구할 수 있는 환경이 갖춰져야 한다..

 

  1. 국내 soluble 기술이 발전하려면 어떤 것이 필요한가?
  2. 앞서 말했듯이 국내 산학연은 재료 합성기술이 뛰어나고, 국내 업체들은 Ink화 기술이 뛰어나다. 하지만 국내 업체들이 당장의 제품화에만 집중을 하고 있기 때문에 국가적인 차원에서 산학연과 국내 업체들간의 network를 형성을 해준다면 soluble에 대한 IP와 기술적인 문제를 충분히 해결 할 수 있다. 산학연과 국내업체의 co-work가 반드시 필요하다.

 

 

진성호교수는 부산대학교 화학관 1,2,3층에 재료 합성과 OLED 소자제작을 위한 시설을 갖추고 있으며 현재 주력으로OLED용 인광 dopant를 진공증착용과 용액공정용으로 연구 중이다. 색상은 deep blue와 deep red이다.

 

주요 성과로는

 

  1. ITO/HIL/EML/TPBI/LiF/Al 형태의 용액공정용 OLED 소자에서 Bt2Ir(acac) 기준으로 색좌표 (0.648, 0.3503)에서 current efficiency는 27 cd/A, 21%의 EQE를 달성하였으며 현재 최적화 중에 있고 국내 특허를 출원함.
  2. orange-red의 색좌표를 나타내는 (0.467, 0.524)에서 current efficiency는 60 cd/A, 19%의 EQE를 달성하였고 현재 최적화 중에 있으며 국내 특허를 출원하였음.
  3. 보조리간드 (ancillary)에 이리듐계 인광재료의 용해도 향상과 용액공정이 가능하도록 설계를 하여 효율이 향상된 논문이 Journal of Materials Chemistry C, 2013, 1, 2368 등에 보고됨.
  4. 용액공정용 적색 이리듐계 인광재료 및 deep blue 재료 개발에 관한 논문이 Adv. Funct. Mater (2008, 2009), Organic Electronics (in press) 등에 발표됨.

이 있다.

 

또한 “용액공정이 가능한 유기발광 다이오드용 소재개발”이라는 주제로 정부과제를 진행 중에 있다. 기간은 2011년 9월부터 2016년 8월까지이며 15억원 규모이다.

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<부산대학교 진성호 교수 lab>

 

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Fraunhofer COMEDD, 새로운 OLED microdisplay 공개

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Fraunhofer COMEDD는 OLED microdisplay를 개발하기 위해 Silicon을 기반으로 한 OLED 기술과 소형 전기광학 센서를 개발해왔다. Fraunhofer의 microdisplay는 White OLED 와 Color filter를 사용하는 방식을 적용해왔다. 기존의 방식은 white pixel의 스펙트럼 범위가 2/3으로 좁아지고 white OLED가 단색보다 효율이 낮아 휘도가 10~20% 낮아지는 단점이 있다.

 

Fraunhofer COMEDD는 이 단점을 개선하기 위해 박막증착장비 개발업체인 VON ARDENNE와 공동으로 sub-pixel단위로 OLED microdisplay의 RGB pixel을 증착하는 기술인 flash-mask-transfer-lithography(FMTL)을 적용했다. FMTL 기술은 열을 주입함으로써 R,G,B를 각각 증착할 수 있어 10μm x 10μm 보다 작은 크기의 sub pixel을 증착이 가능하다. Fraunhofer COMEDD는 FMTL을 적용함으로써 기존의 OLED microdisplay보다 높은 효율의 microdisplay가 제작이 가능해졌다.

 

Fraunhofer COMEDD와 VON ARDENNE의 FMTL 기술은 2013년 5월 20일부터 개최되는 SID2013에서 공개될 예정이다.

 

VON ARDENNE는 유리, metal strip, 고분자 필름과 같은 재료를 나노미터의 두께로 증착할 수 있는 장비를 개발하는 업체이며, 개발해온 FMTL 기술을 Fraunhofer COMEDD의 OLED microdisplay에 적용했다.

 

Fraunhofer COMEDD는 Fraunhofer-Gesellschaft의 유기재료와 생산시스템을 연구하는 기관으로써 OLED 조명과, 유기 solar cell, OLED microdisplay를 주로 연구한다. 현재 370mm x 470mm의 OLED 파일럿라인과 OLED용200mm silicon wafer 파일럿라인 2개를 보유하고 있다. 또한 flexible 기판 연구를 위한 R2R 라인이 있다.

 

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Soluble OLED의 미래는?

CES2013에서 Panasonic이 Printing 방식으로 만들어진 56” 4K2K OLED TV를 공개했다. 세계최초로 제작된 대면적Printing OLED라는 점에서 많은 관심을 끌었지만 생각보다 뛰어나지 못했던 화질과 Sony의 증착방식의 56” 4K2K OLED TV, 삼성, LG의 Curved OLED TV로 인하여 큰 빛을 보진 못했다.

하지만 대면적 OLED panel의 양산성과 cost down을 위해선 soluble process는 필수적이며 현재 OLED 산업의 큰 이슈 중 하나이다.

이러한 흐름에 맞춰 Finetech Japan 2013에서도 ROEL과 TEL, Merck의 soluble에 관한 conference가 있었다.

ROEL은 현재 JST Innovation project라는 일본 국책과제에서 printable OLED panels for general lighting이라는 주제로 DNP와 Konica Minolta와 함께 printing OLED lighting을 개발 중에 있으며, Yellow + Yellow polymer MPE구조를 통해 10cd/A를 구현하였다.

TEL은 Seiko Epson에서 개발한 nozzle head를 이용한 Gen8.5를 개발하고 있고, blue material의 수명을 개선하기 위해 Red와 green은 printing, blue는 증착을 하는 hybrid방식을 제안하였다.

Merck는 저분자 재료와 고분자 재료의 장점을 조합한 soluble 저분자 재료를 개발하고 있으며 HBL과 ETL은 증착으로 형성하는 hybrid방식으로 수명과 효율을 향상시켰다. Merck는 Seiko Epson과 OLED TV용 ink재료개발을 위해 2012년 10월에 라이센스를 체결한 바 있다.

이처럼 soluble에 관련된 개발은 일본이 앞장서서 가장 적극적으로 진행하고 있지만 한국과 중국, 대만에서도 soluble에 대한 연구개발은 지속적으로 진행 중이다.

삼성은 Du Pont과 함께 저분자 nozzle printing을, 고분자 inkjet printing은 TEL, Sumitomo Chem., Merck와 함께 개발 중이고, LG또한 Du Pont과 저분자 nozzle printing을 중점적으로 개발중에 있다. 대만의 AUO와 중국의 BOE도 현재 printing OLED panel을 개발하고 있으며, AUO는 6” LTPS+printing OLED를 Finetech Japan2012 conference에서 발표하였으며, BOE는 17” printing OLED를 CIOS 2013 conference에서 발표했다

아직까지 재료의 성능, drying과 baking에 소모되는 시간, soluble재료 적층시 계면손상등 많은 이슈가 남아있지만Soluble 관련 업계에서는 2015년 printing OLED TV가 출시되기를 기대하고 있는 만큼 soluble OLED에 대한 연구개발이 훨씬 더 활발하게 진행 될 것으로 예상된다.

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<업체별 Soluble OLED panel 구조>

 

 

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FilmTech JAPAN 2013 Exhibition Report 발간

세계 최대 규모의 디스플레이 분야 장비, 부품, 소재, 재료 전시회인 Finetech Japan 2013이 Reed Exhibitions 주최로 2013년 4월10일부터 12일까지 Tokyo Big Sight에서 열렸다. FilmTech Japan, PLASTIC Japan, Photonix 2013이 동시에 개최되었다.

이번 FilmTech2013에서는

OLED용 gas barrier film 에 대한 이슈가 있었으며, IM coating, hard coating, 내열성 film, 반사반지 막, 개선된PI film등 다양한 film이 전시되었으며, gas barrier를 위한 증착장비, encapsulation용 신규 장비, WVTR 측정장비에 대해 소개 되었다.

특히 가격 절감과 대량 생산하기 위해 대부분 Roll to Roll 관련 장비, 부품업체가 다 수 참가했다.

유비산업리서치에서는 FilmTech Japan2013에서  전시업체로 참가한 OLED관련 film 재료와 장비 업체를 조사하여 신규제품을 분석하였으며, 그 이외의  film 재료와 장비, 부품업체의 최근 기술개발을 조사/분석 하였다. 또한 기조연설을 참석하여 Mitsubishi 그룹의 이념과 Mitsubishi Plastic의 사업분야에 대해, NEG의 thin glass history와 개발 방향에 대해 정리하였다.

본 보고서의 주요내용은 다음과 같다.

2장, OLED 관련 film 재료 업체의 전시내용과 신규제품을 파악하여 분석하였다.

3장, OLED 관련 장비 업체의 전시내용과  제품 사양 및 특성을 분석하였다.

4장, OLED 이외에 적용되는 film 재료와 장비, 부품업체의 신규제품을 분석하였다.

5장, FilmTech Japan 2013의 기조연설을 한  Mitsubishi Plastics, 과 NEG사의 발표내용을 요약 정리하였다.

6장, FilmTech Japan 2013에 대한 결론과 시사점에 대해 서술 하였다.

 

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Finetech Japan 2013 Exhibition Report 발간

FPD업계 세계 최대의 전시회인 Finetech Japan 2013이 2013년 4월10일부터 12일까지 일본 Tokyo Big Sight에서 개최되었다.

이번 Finetech Japan 2013은 FilmTech Japan 2013, PLASTIC Japan 2013과 동시에 개최되었으며, FPD China 2013에서는 여러 디스플레이에 관련된 장비/재료업체 장비업체를 포함하여 700여 개의 업체가 참석하였다. 또한Display 2013이라는 주제로 특별 전시회가 개최되어 LG전자, Toshiba등의 주요 set 업체에서 4K2K TV를 전시하여 이목을 끌었다.

 

이번 전시회에서는 Novaled를 비롯한 총 6개의 OLED material 업체가 전시하였으며, OLED 장비업체는 Cannon Tokki를 포함한 4개의 일본업체와 한국 장비업체를 위해 마련된 booth에 5개, 총 9개의 OLED 관련 업체가 전시되었다.

Conference에서는 Japan Display, LG Display, BOE의 기조연설과 총 15개의 technical sessions이 있었으며,그 중 OLED 관련 session은 4개로 ROEL등 총 12개 업체의 발표가 있었다.

유비산업리서치에서는 Finetech Japan 2013에서 전시업체로 참가한 OLED 관련 장비/재료업체와 technical conference에 직접 참석하여 전시동향과 최근 기술개발 동향을 조사/분석하였다.

본 보고서의 주요내용은 다음과 같다.

2장, OLED 재료업체들의 전시내용과 신규제품, 동향을 파악하여 분석하였다.

3장, OLED 장비업체들의 전시 내용과 개발 동향을 파악하여 분석하였다.

 

4장, OLED 관련 technical conference에 대한 내용을 요약하여 분석 하였다.

5장, Finetech Japan 2013에 대한 결론과 시사점에 대해 서술 하였다.

 

 

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Idemitsu Kosan, OLED organic material 특허에서도 세계 최고

OLED blue material 특성이 가장 우수하다고 평가 받고 있는 Idemitsu Kosan이 OLED material 특허에서도 가장 많은 출원을 하고 있는 것으로 나타났다.

 

UBI RESEARCH에서 발간한 2013년 OLED material Annual Report에서는 2012년 한해 동안 출원된 한국, 일본, 미국, 유럽특허 중 OLED organic material에 대해 분석을 하였으며 총 1,151을 선별하였다. 그 중 Idemitsu Kosan이111건으로 가장 많이 출원한 것으로 나타났다. 주로 blue phosphorescence에 관련 내용이며, high efficiency와 long lifetime을 목적으로 한 특허들이 많았다.

주요 특허로는 2종류의 amine unit이 결합된 비대칭 구조를 갖는 blue 발광물질과 amine과 anthracene또는 metal complex, spiro-fluorene중 1종을 포함하는 blue와 yellow 계열의 발광을 얻는 특허가 있었다.

 

Idemitsu Kosan은 2011년도에도 총 1,665건 중 156건으로 가장 많이 출원하였었으며 꾸준한 연구개발 활동으로Hole injection material, Hole transport materials, Electron transport materials 등과 같은 공통층 재료에 대한 다량의 원천 특허를 보유하고 있다.

 

이번 특허분석에서는 organic material에서 핵심 이슈인 blue의 efficiency와 life time에 대한특허들이 가장 많이 검색되었으며, 상위 출원인 6위까지 일본 업체/연구소가 차지하면서 OLED organic material 특허분야에서 일본이 앞서가고 있음을 알 수 있다. 국내에서는 Samsung Display와 Dow Chem.이 순위권에 들었으며 기타 업체로는 MERCK와E.I. du Pont의 특허 출원이 활발한 것으로 분석됐다.

 

또 다른 이슈인 soluble재료에서는 Sumitomo Chem.과 Mitsubishi Chem., Konica Minolta가 가장 많은 출원을 한 것으로 나타났다.

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FPD 최대 전시회 23rd FINETECH JAPAN 개최

FPD 업계 세계 최대 전시회 23rd FINETECH JAPAN 이 2013년 4월 10일부터 12일까지 일본 도쿄 빅사이트(Tokyo Big Sight)에서 성대하게 개최된다. 스마트폰과 태블릿 PC 시장의 확대로 FPD 업계가 점차 고조되고 있는 가운데, 23rd FINETECH JAPAN은 FPD의 개발 및 제조에 필요한 제조 장비, 부품 & 재료부터 터치패널, OLED 등 최첨단 디스플레이에 이르기까지 업계의 다양한 최신 기술과 제품이 전시될 예정이다. 또한, 상용화가 눈앞으로 다가온 나노임프린트 기술, 인쇄 전자 기술에 대한 특설 페어가 FINETECH JAPAN 내에 마련되며, FPD 제조에 필수적인 주요 신소재에 관한 전문 전시회로서 4th FilmTech JAPAN, 2nd PLASTIC JAPAN가 동시 개최된다.

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역대 최대 규모로 개최될 23rd FINETECH JAPAN는 전년도 대비 참가사수가 30% 증가한 700사가 참가하여 전시규모도 20% 확대될 예정이다. 한국관과 대만관이 대규모로 마련되어 제조 장비, 재료, 패널모듈까지 폭넓은 제품과 기술을 전시한다. 또한, 제조 장비 부문의 V-Technology, The Japan Steel Works, LEMI, NAKAN TECHNO, 검사/측정 부문의 ANTON PAAR, NIKON INSTECH, NIPPON DENSHOKU INDUSTRIES, EASTERN ELECTRONICS INDUSTRIES, 부품/재료 부문의 SCHOTT, ASAHI GLASS, DEXERIALS, NOVALED, ADEKA 등 업계 유력기업이 다수 참가하여 업계의 관심을 모으고 있다.

 

[전시회 개요]

■ 전시회명 : 23rd FINETECH JAPAN – FPD Exhibition & Conference

■ 기간 : 2013년 4월 10일[수] – 12일[금]

■ 개장시간 : 10:00-18:00 (12일은 10:00-17:00)

■ 장소 : 일본, 도쿄 빅사이트

■ 주최 : Reed Exhibitions Japan Ltd.

■ 특설 전시회 :

  • Display 2013 – 9th International FPD Expo
  • TOUCH PANEL JAPAN – 5th International Touch Panel Technology Expo
  • 4th Nanoimprint Technology Fair
  • 3rd Printed Electronics Fair

 

■ 동시개최 전시회 :

  • 4th FilmTech Japan – Highly-functional Film Technology Expo
  • 2nd PLASTIC Japan – Highly-functional Plastic Expo

 

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FPD China 2013 Exhibition Report 발간

중국 최대의 Flat panel display 전시회인 FPD China 2013이 2013년 3월19일부터 21일까지 Shanghai new international expo center에서 개최되었다.

제 10회를 맞이하는 이번 FPD China 2013는 디스플레이업체와 장비업체를 포함하여, 300여개의 booths가 전시되었으며, SEMICON China 2013, SOLARCON China 2013과 동시에 개최되었다.

이번 전시회에서 FPD Panel 제조업체인 BOE, CSOT, Tianma와 PMOLED 제조업체인 Futaba, OLED 재료업체인Novaled를 비롯하여 SNU precision, Sunic system등 다수의 OLED 장비업체들의 전시가 있었다.

OLED panel업체들이 RGB FMM방식보다는 대면적에서 WOLED 방식을 대부분 채택함으로써 장비업체들은 이에 대응하기 위해 Gen5 이상의 WOLED용 linear source와 증착 시스템을 개발하고 있는 추세였으며, soluble OLED를 위한 R2R 장비도 지속적인 연구개발이 이루어짐을 알 수 있었다.

유비산업리서치에서는 FPD China 2013에서 전시업체로 참가한 display 패널 업체들과 OLED panel 업체, OLED 관련 장비업체들의 전시 동향과 최근 기술 개발 동향을 중점적으로 조사하였다.

본 보고서의 주요내용은 다음과 같다.

2장, Display업체와 OLED panel 업체들의 전시내용과 신규제품, 동향을 파악하여 분석하였다.

3장, OLED 장비업체들의 전시 내용과 개발 동향을 파악하여 분석하였다.

4장, FPD China 2013에 대한 결론과 시사점에 대해 서술 하였다.

1. Executive Summary

2. Display and OLED panel Exhibition Trend
2.1 BOE
2.2 CSOT
2.3 Tianma
2.4 Futaba
2.5 Novaled
3. OLED equipment Exhibition Trend
        3.1 SNU Precision
3.2 Sunic system
3.3 ULVAC
3.4 KOSES
3.5 GJM
3.6 SNTECH
3.7 LTS
4. Conclusion

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RGB 방식의 AMOLED TV 개발에는 laser가 필수이다

LG디스플레이가 CES2013에서 출품한 AMOLED는 WOLED를 이용한 제품인 반면, 삼성디스플레이에서 개발 중인 AMOLED TV용 패널은 metal mask에 strip 형태로 구멍을 뚫은 SMS(small mask scanning) 기술로 제작되고 있다.

삼성디스플레이에서 개발중인 55인치 AMOLED는 최대 해상도가 full HD이다.  CES2013에서 전시한 Sony와 Panasonic의 56인치 UD AMOLED에 비교하면 해상도가 1/4에 불과하다.  최근 일본 정부가 2014년부터 UD 방송을 시작하겠다는 보도를 함에 따라 일본 디스플레이 업체들은 UD급 디스플레이 상품화에 열을 올릴 것으로 전망된다.  더불어 최근 각 종 전시회에서 UD급TV가 주력 제품으로 부상함에 따라 각 종 매체들에서도 UD TFT-LCD 시장이 AMOLED TV 보다 빨리 열릴 것으로 보도하고 있다.

막 태어나고 있는 AMOLED TV 산업에 있어서는 시작부터 고난이 예상되는 상황이다.  LG디스플레이가 생산중인 WOLED에서도 삼성디스플레이에서 개발중인 RGB AMOLED에서도 UD화는 시급한 현실이다.

LG디스플레이가 생산중인 WOLED는 bottom 구조이나 top emission 구조로 변경하면 보다 쉽게 UD급 해상도 디스플레이 제조가 가능하다.  Sony는 WOLED이며 top emission 구조로서 이 방식에서는 UD 해상도가 가능함을 이미 증명했다.

문제는 삼성디스플레이에서 개발중인 SMS 방식의 AMOLED이다.  AMOLED 종주 기업인 삼성디스플레이는 현재의 SMS 방식으로서는 UD 해상도 제작에 어려움이 있다.  Mask를 현재보다 2배의 구멍을 가공하기에는 기존 etching 공정으로는 한계가 있기 때문이다.

철판에 구멍을 뚫을 수 있는 기술은 크게 2가지가 있다.  첫 번째는 현재 사용중인 화학적 방식으로서 etchant를 이용한 습식 식각 방식이 있으며, 또 한가지는 laser를 이용하여 구멍을 뚫는 물리적 가공 방식이다.

Laser는 lens로서 빛의 굵기를 조절 할 수 있는 장점이 있어 수십 um의 구멍을 정밀하게 가공할 수 있다.  문제는 수십 um 두께의 철판에 연속으로 가공할 수 있는 고출력 laser 부품과 장비의 개발 상황이다.

국내 장비 업체들은 AMOLED산업에서 다양한 실적을 보유하고 있지만 철판을 가공하는 기술을 아직 확보되지 못한 상황이다. 국내에는 고출력 laser source 기술이 전무하기 때문에 외국 기업에 의존할 수 밖에 없는 실정이다.

Mobile용 AMOLED에서도 상황은 비슷한 실정이다.  최근 smart phone용 디스플레이가 HD급에서 full HD로 급전환 함에 따라AMOLED 역시 full HD급 AMOLED 패널이 필요한 상황이나, 삼성디스플레이에서 2013년 생산한 Galaxy S4용 AMOLED는 full HD급 440ppi이지만 pentile 구조로서 실제의 full HD는 아닌 제품이다.

따라서 mobile AMOLED에서 진정한 full HD 제품이 만들어지기 위해서는 이 역시 laser를 이용한 mask 가공이 최선이 될 수 있다.

 

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WOLED도 3파장 RGB가 필요하다

최근 이슈가 되고 있는 LG디스플레이의 56인치 WOLED TV는 3원색을 내기 위한 OLED 발광재료로서 B와 YG 2색을 사용한 2 stack 구조이다.  White color를 구현하기 위해서는 기본적으로 RGB 3색을 혼합하여 사용하나, 공정 복잡성과 재료 성능 미달로 2 color를 사용하고 있다.

CES2013에 전시한 LG전자의 AMOLED TV는 휘도가 full white에서 100cd/m2이며, peak intensity가 450cd/m2인 제품이다. 경쟁제품인 TFT-LCD는 모두 500cd/m2인 점을 감안하면, 휘도 특성에서 아직 TFT-LCD에는 다소 부족하다.

물론 밝은 것이 최선은 아니다.  TFT-LCD는 full white에서 너무 밝아 사람에 따라서는 심한 피로감을 느낄 수도 있다.  하지만 이미 이러한 밝기에 적응해 있는 일반 고객들에게는 500cd/m2의 밝기가 필요하다.  특히 TV 판매 전시장은 조명이 매우 밝아 조금만 화면이 어두워도 화질이 떨어지는 느낌을 줄 수 있다.

WOLED가 TFT-LCD에 대해 경쟁력을 가지기 위해서는 peak intensity가 500cd/m2인 제품 개발이 필요하며, 이러한 요건을 만족 시키기 위해서는 RGB를 모두 사용하는 3 color 구조가 최선의 대안이 될 수 있다.

RGB 3 color를 사용하면 2 color 구조 보다 전류 공급이 원활하기 때문에 휘도를 증가 시켜도 수명을 장시간 유지할 수 있기 때문이다.

 

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Flexible AMOLED 올해부터 시작이다!: 왜 flexible AMOLED가 필요한가?

삼성디스플레이가 현재 양산에 적용중인 glass 타입의 AMOLED는 이미 7인치까지는 양산성을 검증했다. Galaxy에 사용되는AMOLED의 가장 큰 문제점은 외부 충격에 약해 깨어지기 쉽다. 이유는 패널을 만들 때 적용되는 encapsulation 기술이 문제이다. 이 기술은 상부 유리를 frit glass를 사용해서 하부 기판에 붙이는 방식으로서, frit glass는 고융점의 유리 분말을 binding재에 혼합한 후 pringting하고 용재를 휘발 시킨 후 상부 유리를 올린 다음 레이저를 조사하여 순간적으로 frit glass를 녹여 상하부 유리를 붙이는 기술이다. Frit glass는 디스플레이를 구성하는 상하부 유리와 경도 유리 특성이 다르기 때문에 외부 충격에 쉽게 파손될 수 있는 단점이 있다. 이 기술은 PDP에도 적용이 되고 있으나 PDP는 상하부 유리가 매우 두꺼운 디스플레이며 대형이기 때문에 외부 충격에 노출이 되지 않는다.
[frit encapsulation 공정도]

그러나 소형 AMOLED는 주로 smart phone과 같은 모바일 기기에 사용되고 있으며, 사용자가 전화를 받을 때 또는 다양한 사용 환경에서 떨어뜨리는 경우가 발생할 수 있다. 이때 AMOLED가 파손될 수 있다. 삼성디스플레이는 이러한 충격에서 고가의smart phone 손상을 방지하기 위해 AMOLED 주위에 충격을 완화 시킬 수 있는 보강재를 두껍게 사용하고 있다. 결론은 박형의 디스플레이이지만 보강재에 의해 backlight를 사용하는 TFT-LCD와 두께가 다를 바 없다.

모바일 기기는 휴대성이 필수적이기 때문에 디스플레이 업체는 부피와 무게를 줄이기는 기술을 필사적으로 개발하고 있으나 현재의 AMOLED 제조 기술로서는 더 이상 TFT-LCD와의 차별화가 어렵다. AMOLED가 모바일 기기로 세계 시장을 석권하고TFT-LCD를 대체하기 위해서는 무엇 보다도 필요한 기술이 깨어지지 않는 AMOLED이다. 깨어지지 않는 제품을 생산하기 위해서는 상하판을 TFT-LCD와 동등하게 resin을 사용하면 되지만 resin으로서는 방습이 되지 않는 결점이 있어 또한 사용이 어렵다.

상하판 접착의 문제점에 의해 제한되고 있는 AMOLED의 크기와 두께를 혁신적으로 개선하고 두께를 줄일 수 있는 최선의 대안은 flexible AMOLED이다. 삼성디스플레이에서 개발중인 flexible AMOLED에는 TFE (thin film encapsulation) 기술이 사용되고 있다. TFE는 Al2O3와 acryl을 7층 적층하여 방습하는 구조이기 때문에 경질의 유리를 사용할 필요가 없다. 따라서 이 방식은 깨어짐에서 완전히 자유로울 수 있는 기술이다.

LG 디스플레이 역시 flexible AMOLED 개발에 박차를 가하고 있다. 삼성디스플레이 보다는 뒤졌지만 2013년에 제품 출시를 하기 위한 목표를 수립하고 양산 준비에 돌입한 상태이다. AMOLED 1라운드인 모바일 AMOLED에서 LG 디스플레이는 완패했다.LG디스플레이가 상품화와 라인 구축이 삼성디스플레이 보다 3년 이상 뒤쳐져 시장에서 경쟁력 확보가 어렵게 된 것도 이유이지만 주 고객사인 LG전자와 노키아의 모바일 기기 시장 점유율 저하로 높은 수율의 양산성을 확보했음에도 불구하고 시장 철수를 할 수 밖에 없게 되었다. 그러나 LG디스플레이는 모바일 AMOLED 사업에서 삼성디스플레이와 다시 시장 경쟁을 하기 위해 기존 라인을 flexible AMOLED 전용 라인으로 과감히 전환하고 시제품 개발에 박차를 가하고 있다.

Flexible AMOLED가 필요로 하는 최상의 디바이스는 과연 무엇인가? 깨어지기 쉽고 덩치가 큰 모바일 제품이다.. 바로 10인치급의 tablet PC용 디스플레이이다. 시장성에서도 가장 기대되는 디바이스 이다. 현재 smart phone 시장은 삼성전자와 애플이 양분한 상태이나 table PC에서는 궁극적인 경쟁 업체가 아직 확실치 않다. 선발 업체인 애플사에서 시장을 고수하기 위해 고심하고 있으며, 후발 업체인 삼성전자 역시 시장을 뺏기 위해 안감 힘을 쓰고 있다. 현재 양사가 출시하고 있는 table PC는 사용자 편의성인 soft ware와 외관을 포함한 hard ware에서 대등한 기술력과 경쟁력을 가지고 있다. 특별한 차별성 포인트가 없기 때문에 마케팅 전략에서 누가 더 고민하느냐에 따라 시장 지배력이 결정 날 수 있는 상황이다.

Table PC에 flexible AMOLED가 적용된다면 어떤 일이 발생할까?

대답은 명백하다. 사용 중 떨어뜨려도 깨어지지 않는 초박형에 경량의 table PC가 만들어 질 수 있다. 따라서 글립감이나 디자인성을 좋게하기 할 수 있는 다양한 디자인 역시 가능하다. Tablet PC는 flexible AMOLED에 의해 디자인과 내구성을 동시에 확보할 수 있어, 외관에서는 탁월한 차별성을 나타낼 수 있게 된다. Flexible AMOLED를 사용하는 table PC 업체에게 마케팅 전략에서는 최상의 솔루션을 제공할 수 있게 된다.

이것이 flexible AMOLED가 필요한 이유이며, flexible AMOLED를 사용하는 세트업체는 시장을 지배할 수 있는 최상의 아이템을 확보할 수 있게 된다.

 

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FPD International 2012 참관 보고서 출간

유비산업리서치는 FPD International 2012 참관 보고서를 발간했다. 닛케이 BP사에서 주최한 FPD International 2012는 10월31일부터 11월 2일까지 일본 요코하마 퍼시피코에서 개최되었다. 총 144개의 업체/단체에서 422개의 부스를 열었으며, 전 세계 약 5만 여명 이상이 참관하였다.

FPD 업체는 Japan Display를 포함해 총 9개의 업체가 참여하였으며, OLED 관련 장비와 재료는 총 13개의 업체가 전시를 하였다.

이번 전시회에서 가장 큰 주목을 받은 업체는 지난 4월에 Sony, Hitachi, Toshiba 3사가 통합하여 출범한 Japan Display로mobile, 자동차, 의료기기 등 다양한 분야에서 쓰이는 디스플레이들을 공개했다. 그 외 Panasonic과 Philips, SEL, 중국의CSOT와 Tianma 등의 세계 각국의 주요 패널업체와 연구소에서 다양한 디스플레이 제품을 전시하였다.

UDC, Sumitomo Chem.등의 OLED 재료업체와 ULVAC, Applied Materials, SNU Precision등의 OLED 장비회사, 기타 부품업체들이 참가하였다.

Key-note session에서는 일본 최대의 통신업체인 NTT DOCOMO와 Japan Display, BOE, CSOT에서 기조연설을 하였으며 평판디스플레이와 터치패널, 모바일 기술에 관련된 총 21개의 technical session이 3일동안 진행되었다.

본 보고서는 FPD panel(OLED 제외)과 OLED panel, OLED lighting, OLED 장비, 재료, OLED 주요 conference로 구성되어있다.

 

 

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삼성과 LG의 Flexible AMOLED 공정 분석

기본적인 flexible AMOLED 제조공정은 다음과 같다.

PI coating&Curing -> passivation -> LTPS TFT -> planarization layer 형성 -> Emitting layer 형성 -> encapsulation -> scribing -> 기판과 PI 분리

 

위 공정 중 가장 큰 이슈는 기판으로부터 PI의 탈착, 그리고 encapsulation이다.

 

현재 삼성은 glass에 PI를 직접 코팅 후 엑시머레이져로 탈착하는 방법을 사용하고 있으며 LG는 glass에 DBL(de-bonding layer)를 형성한 후 PI를 코팅 하여 레이져로 탈착하고 있다.

 

Encapsulation은 삼성은 유무기층을 7layer 적층한 3.5dyad의 TFE를 사용하고 있으며 LG는 SiOx/SiNy 의 다층박막과 face seal을 이용한 lamination방식의 Hybrid encapsulation 을 사용하고있다.

 

삼성과 LG의 flexible AMOLED의 주요 특징과 구조는 다음과 같다.

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삼성과 LG의 Flexible OLED관련 특허 출원 동향

2012년 8월까지 한국에 출원된 삼성과 LG의 Flexible OLED 관련 특허는 총 114건으로 나타났으며 등록특허는 33건이었다.

 

전체적인 특허 출원 동향은 Substrate관련 특허와 encap관련 특허가 주를 이루었다.

Substrate 관련 특허로는 carrier기판과 device기판 사이에 특정 layer 또는 보호막 등을 형성하여 소자의 수율을 높이는 특허들이 많았으며, encap 특허로는 기존의 TFE, Hybrid, film encap에서 구조와 물질을 변경하는 것들로 신뢰성 향상을 위한 특허들이 많았다.

 

기술적 측면에서 삼성은 Substrate 와 TFT 분야에, LG는 Lift off, optics, OLED, encap 분야에 특허 집중도가 높았으며, 효과적 측면에서 삼성은 화질과 신뢰성, 생산성에 LG는 Cost down에 관련된 특허집중도가 높았다.

 

<한국에 출원된 삼성과 LG의 Flexible OLED 관련 특허 출원 동향>

 

현재 Flexible OLED에서 가장 큰 이슈는 Lift off와 Encap인 만큼 삼성과 LG도 Lift off와 Encap에 관련된 연구개발과 특허출원을 많이 했음을 알 수 있다.

 

출처 : 유비산업리서치 ‘Flexible OLED 시장 전망과 이슈 분석 보고서’ 참고

 

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삼성에 OLED 특허침해 소송 제기한 LG의 OLED 특허는?

LG디스플레이가 9월 27일 삼성전자와 삼성디스플레이를 상대로 OLED 특허침해금지 소송을 서울 중앙지방법원에 제기했다고 발표하였다.

소송 특허는 OLED 패널설계관련기술, OLED 구동회로관련기술, OLED 기구설계관련 기술 총 7건이며 방열, 네로우 베젤, 패널 전원배선 구조 등에 관한 내용들이다.

특허에 대한 세부적인 내용은 아래 표와 같다.

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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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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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삼성디스플레이와 LG디스플레이, flexible AMOLED Encapsulation 기술과 Supply Chain 분석

삼성디스플레이와 LG디스플레이, flexible AMOLED Encapsulation 기술과 Supply Chain 분석
삼성디스플레이와 LG디스플레이가 치열한 기술 경쟁을 벌이고 있는 부분은 대면적 AMOLED와 플렉서블 AMOLED 양산이다.대면적 AMOELD 생산이 연말로 연기된 상태이나 삼성디스플레이에서는 flexible AMOLED를 10월부터 양산할 예정이다.

Flexible AMOLED 제조에 있어서 수율을 결정하는 가장 큰 기술 이슈는 Encapsulation 기술이다.

 

삼성디스플레이는 TFE(Thin Film Encapsulation) 기술을 적용하고 있다. TFE 기술은 Vitex사에서 개발된 방식으로서 무기막과 유기막을 다층으로 적층하는 방습구조의 기술이다. 삼성은 Vitex사가 개발한 TFE기술 특허를 2010년 모두 매입하였으며, 장비와 재료 기술은 제일모직에서 인수하였다. TFE의 무기막은 Al2O3를 사용하고 있으며, 유기막은 acrylate를 사용하고 있다. 현재 제일모직에서 acrylate monomer를 생산하여 삼성디스플레이에 공급하고 있다. Al2O3는 sputter 방식으로 제작하며, 현재 일본Ulvac사의 장비를 사용하고 있으며, acrylate monomer를 증착하는 장비는 SNU Precision에서 제작하고 있다. 삼성디스플레이에서 가장 고민이 되는 문제점은 Al2O3 성막시 발생하는 파티클과 성막중 데미지이며, 이러한 부분이 수율에 많은 영향을 주고 있다. 삼성디스플레이에서는 Al2O3 sputtering법의 문제점을 해결하기 위해 ALD(atomic layer deposition) 방식 역시 개발중에 있으며, 현재 원익IPS사가 제작한 Gen5.5 장비로서 공정을 개발중에 있다.

삼성디스플레이가 flexible AMOLED 양산 성공시에는 SNU Precision이 가장 큰 수혜를 받을 것으로 기대된다.

 

LG디스플레이 역시 flexible AMOLED 개발에 박차를 가하고 있다. 파주 공장에 있는 Gen4 장비 2대중 1대를 flexible AMOLED전용장비로 개조중에 있다. LG디스플레이는 Hybrid encapsulation 기술을 적용하고 있다. Hybrid encapsulation은 3층의SiOx/SiNy막을 연속 적층하고 face seal 상부 방습 기판으로 소자를 제작하는 방식이다. face seal은 현재 LG화학에서 제작하고 있는 재료를 사용하고 있다. SiOx/SiNy 박막을 증착하는 장비는 주성엔지니어링의 CVD를 사용하고 있으며, face seal lamination용 장비는 LG디스플레이의 생산기술연구원에서 직접 개발한 장비를 사용하고 있다.

Hybrid encapsulation용 장비는 모두 9월 중에 입고될 예정이다.

 

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업체별 TFE Encapsulation 기술 현황

업체별 TFE Encapsulation 기술 현황

OLED는 수분에 취약한 구조를 가지고 있어 소자 상층이 외부의 습기나 산소에 노출되면 발광영역이 축소되는 pixel shrinkage현상이나 발광 영역 내에 dark spot(비발광영역)이 생성된다.

이러한 외부 요인으로부터 소자를 완벽하게 보호하기 위해서는 소자 내부로 유입되는 가스 차단과 동시에 외부 충격으로부터 소자를 보호 할 수 있는 encapsulation 기술이 필요하다.

 

Mobile용 AMOLED에는 frit glass 방식이 사용되며, flexible OLED에는 thin film 방식, 대면적 AMOLED에는 hybrid 방식이 적용 중이다.

 

앞으로의 OLED application은 flexible과 대면적으로 가는 추세이므로 특히 thin film encapsulation이 중요한 기술이다.Thin film encapsulation 방식은 다층박막을 구성하는 재료에 따라 무기/유기계와 무기/무기계, 유기/금속계로 나눌 수 있으며 최근까지 상품화를 위한 많은 연구개발을 진행하고 있다.

Vitex는 Al2O3 와 폴리머의 다층 구조를 사용하고 있으며, Pioneer는 SiNx film(방습)과 resin film(OLED 보호)을 다중 적층하는 기술을 보유하고 있다. Philips에서는 무기/무기계로서 SiN/SiO/SiN(NON) 3중 구조와 NONON 5중 구조를 사용하며, Dupont는SiN 단층과 다층박막(다른 무기유전체를 포함)을 적층한 구조를 개발하였다. LG는 자체 개발한 게터와 실링 캡을 사용하지 않는TFE 기술을 보유하고 있으며, 삼성은 Vitex사의 TFE 기술을 사용하고 있다.

<주요업체 TFE 기술 현황>

Ref) AMOLED 제조장비 시장전망과 분석보고서[유비산업리서치 발간

 

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대면적 OLED TV 제조기술 Issue

대면적 OLED TV 제조기술 Issue

 

2012년 삼성과 LG의 OLED TV가 2012 CES와 SID 2012에서 전 세계의 주목을 받으면서 두 업체의 OLED TV가 언제, 어떤 가격으로 출시하느냐에 높은 관심을 가지고 있다.

 

소형 AMOLED 패널의 경우 LTPS TFT에 RGB독립화소로 두 업체 모두 같은 구조의 AMOLED 패널을 생산하였지만, 대형 TV에 경우에는 SMD는 LTPS TFT에 RGB 독립화소 구조이며, LGD는 Oxide TFT에 White OLED와 CF(Color filter) 적용한 구조로 각각 다른 기술로 OLED TV 출시를 준비하고 있다.

 

SMD가 채택한 LTPS TFT는 높은 신뢰성을 가지며 양산이 검증된 기술이며, 중소형 AMOLED에 가장 일반적으로 적용되고 있다. 현재 LTPF TFT의 issue는 Ion implanter와 ELA 결정화 장비, 활성화 장비가 별도로 필요해 공정이 복잡하다. 또한 기존의 8세대 Ion implanter는 2대의 선형 Ion source를 사용해 중첩되는 영역이 발생한다.

ELA 결정화의 경우 대면적 기판을 균일하게 결정화 하기 위해서는 레이저 빔의 파워가 높아야 하므로 고가의 레이저 소스 교체가 필요하며 공정비용이 높아지게 된다.

현재 선형 빔은 750mm이며, 55인치 패널을 제작하기 위해서는 8세대의 경우 3번 스캔을 해야 한다. 공정시간을 단축 시키기 위해서는 선형 빔의 길이가 1,300mm로 확장 되어야 2번의 스캔으로 결정화가 가능해 진다.

OLED에서는 RGB 독립화소를 형성하는 기술인 FMM이 마스크 처짐과 같은 문제로 대형화에 어려움이 있어, SMS 기술을 개발하는 중이나 SID 2012에 발표한 OLED TV는 SMS기술을 사용하지 않았다.

 

LGD는 계획 단계부터 기존의 a-Si의 공정을 활용할 수 있고, 스퍼터링을 이용하기 때문에 대형화가 유리한 Oxide TFT를 선정하였다. Oxide TFT는 단일 공정상의 균일도는 높지만, 약간의 환경 변화에도 다른 특성을 나타내고 있기 때문에 재현성이 낮다.

LGD의 OLED는 Tandem 구조의 백색 OLED에 CF를 사용하여 TV를 구현하고 화소구성을 RGBW로 하여 효율을 증대시키는 방법을 사용한다. 이 방식은 OLED 광원의 빛이 컬러필터를 거치면서 광량손실을 가져온다는 단점이 있다.

<smd와 lgd의=”” 기술적=”” 장점과=”” 한계점=””><SMD와 LGD의 OLED TV 기술적 장점과 한계점>

 

 

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Mitsubishi Chemical 과 Pioneer, wet coating process를 이용한 OLED 조명 개발

Mitsubishi Chemical 과 Pioneer, wet coating process를 이용한 OLED 조명 개발

Mitsubishi Chemical과 Pioneer는 OLED 발광층에 적용될 wet coating process를 개발했으며 양산 기술 개발을 위해 시험장비를 설치하기로 했다고 밝혔다.

2010년 1월부터 Mitsubishi Chemical의 연구센터와 Pioneer는 wet coating process를 이용한 간단한 single unit구조(아래 그림 참고)의 OLED 광원을 개발을 위한 joint project를 진행해왔다. 백색 OLED의 수명은 1,000 cd/m2에서 57,000시간(LT70)를 달성했으며, 고효율 풀컬러 디바이스는 2000 cd/m2에서 56lm/W를 달성했다.
설치될 시험장비는 조명 양산 기술을 위한 장비이며, G1 유리기판(400mmx300mm)에 wet coating process를 적용해 OLED 조명 패널 시제품을 생산하고 측정할 수 있다.

시험 장비는 2012년 여름부터 Pioneer의 자회사인 Tohoku Pioneer의 Yonezawa 공장에 설치될 예정이다. 본격적인 양산은2014년 이후에 가능할 것으로 보인다.

 

Single-unit structure and Multi-unit structure

 

Source : Pioneer press

http://pioneer.jp/press-e/2012/pdf/0604-1.pdf

 

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