2018년 12월 5일부터 7일까지 일본 Makuhari Messe에서 열리는 28^th FINETECH JAPAN에서 Denso의 Hiroyuki Hara manager는 OLED가 다양한 장점으로 인해 미래의 자동차용 디스플레이로 중용될 것이라고 의견을 밝혔다.

Hara manager는 자동차용 디스플레이의 최신 트렌드로 터치 패널을 포함한 대형 화면을 언급하며 현재는 LCD가 많이 쓰이고 있지만 전장 업체와 운전자들이 고화질의 디스플레이를 요구하는 만큼 OLED가 해를 거듭할수록 자동차 내부에서 쓰임새가 많아질 것으로 예상했다.

이어서 Hara manager는 자동차용 디스플레이의 중요한 요소로 높은 명암비와 넓은 시야각, 디자인 자율성, 경량화, 저반사, 신뢰성 등을 언급하며 이 모두를 아우를 수 있는 디스플레이는 OLED라고 강조했다. 또한, 명암비나 시야각 등 화질에 관련 된 요소는 운전자에게 바로 안전과 직결되는 요소이기 때문에 OLED가 더욱 더 많이 사용될 수 밖에 없는 상황이라 밝혔다.

 마지막으로, Hara manager는 자동차용 OLED의 요구 사항을 언급하며 온도 변화에 따른 휘도 저하 절감이나 높은 습도에 의한 OLED의 훼손 방지 등의 신뢰성 향상이 자동차용 디스플레이 시장 진입을 위한 OLED의 중요한 열쇠가 될 것이라 언급하며 발표를 마쳤다.

자동차용 디스플레이 시장은 모바일 기기와 TV에 이어 차세대 디스플레이 시장으로 주목받는 대표적인 시장으로써 LG 디스플레이와 삼성 디스플레이 뿐만 아니라 BOE나 Visionox 등 다양한 OLED 패널업체들이 국내외 전시회에서 자동차용 디스플레이를 선보이고 있다. Denso 또한 한국 패널 업체들과 경쟁을 위해 2018년 초 JOLED에 300억엔을 투자한 바 있다.

한편, UBI Research에서 최근 발간한 “자동차용 OLED 디스플레이 보고서”에 의하면 삼성 디스플레이와 LG 디스플레이가 이끄는 자동차용 OLED 디스플레이 시장은 2023년에는 5.4억달러 시장으로 성장할 전망이다.

최근 삼성디스플레이의 프리미엄 TV 패널용 QD-OLED 개발이 디스플레이 산업의 화두가 되고 있다. 현재 TV 용 OLED 패널을 단독 공급하고 있는 LG 디스플레이는 White OLED(WOLED) 방식을 사용하고 있으며 RGB 효율을 지속적으로 개선시켜 나가야 하는 것을 목표로 하고 있다.

위 그림은 LG디스플레이의 WOLED의 Spectrum이다.
일반적으로 Blue OLED는 낮은 수명과 효율과 휘도의 문제를 가지고 있다고 알려져 있다. Blue는 휘도에 기여도는 낮지만 에너지로서 강하다. 마치 우리 눈에 보이지 않지만 강한 에너지를 가지는 UV와 같다고 할 수 있다. Blue광원에 적절한 형광체를 사용한다면 충분히 휘도를 얻을 수 있다.

위의 Graph를 기준으로 단순한 Simulation을 해 볼 수 있다.
만약 Blue의 에너지가 100%일 경우 Blue와 Green의 파장 차이는 13%를 반영할 경우 Blue Quantum의 개수는 Green의 약105% 이다. 여기에 이론적인 QD의EQE 85%를 계산하면 약 89% 휘도를 얻을 수 있다. 그러나 실제는 여러가지 변수가 있기 때문에 실제의 휘도는 약 70% 수준으로 예상된다.

결론적으로 400nit를 구현하기 필요한 Blue의 에너지로 약 300nit의 빛을 낼 수 있을 것으로 예상된다. 물론 이 수치는 만족할 수준의 수치가 아니다. 다시 말하면 색 재현성 혹은 색온도를 높이기 위해 WOLED는 QD-OLED 보다 더 많은 에너지가 필요하다.

OLED의 재료와 Device관점에서 보면 Blue의 성능은 Red와 Green에 비해 뒤떨어져 있다. RG는 이미 인광재료를 채용해 효율의 한계치에 근접해 있는 반면 Blue는 아직도 형광재료에 묶여 있고 휘도 문제로 여전히 효율과 수명 제약이 있다.

몇 년전부터 Blue 재료의 개선을 위한 방법 중 하나로 삼성과 엘지에서 TADF 기술에 관심을 보이고 투자를 해왔다. TADF는 지금 당장은 아직 완벽한 기술은 아니다. 그러나 인광재료처럼 산업적 요구가 강해지고 투자되는 Infra가 커지면 산업화는 앞당겨 질 수 있다. 그러나 현실적으로 Blue의 기여도가 낮으면 그 속도는 더디겠지만 그 요구가 명확하고 그에 따는 투자가 강화된다면 Blue 재료 개선을 위해 한가지 해결책이 될 수 있을 것이라는 것이 업계 종사자들의 예상이다.

그렇다면, Blue 재료의 개선만 있으면 QD-OLED는 현재 WOLED TV보다 월등한 제품을 만들 수 있는 기술인가?

먼저 QD와 CF를 같이 만드는 경우라면EQE는 예상보다 나쁘다.
PL 현상과 CF는 원리상 양립한다는 것은 모순이 되기 때문에 결과적으로 CF와 QD층은 분층이 되어야 한다
QD는 가능한 많은Blue 광원이 입사하거나 입사된 광원이 가능한 많은 QD particle과 만나야 EQE는 증가할 것인데, CF는 반대로 Blue광원을 차단하는 성질이 있기 때문에 두께는 올리는데 한계가 있을 수 있다. 실제로 QD+CF(6㎛ 두께 기준) 에서PL의 EQE는 약 25% 전후이다.
QD입장에서 적절한 QD을 통과해서 충분히 광변환을 한 후 잉여의 Blue 광원을 CF를 통해서 차단하는 것이 가장 효율이 높을 것으로 예상된다
현재 사용하는 QD film에서 QD 층의 두께는 대략 100㎛이고 QD의 Volume Density는 약 1%이다. 이 상태에서 EQE는 85% 정도라고 알려져 있습니다. 그래서 실제로는 아래와 같은 구조가 되는 것이 더 효율적이다.

이 구조의 핵심적인 아이디어는 3가지이다. 첫번째는QD와 CF를 분리한다는 것, 두번째는 QD재료는 R,G를 분리한다는 것, 마지막은 1%의 Volume Density를 5%로 높인다는 것이다. 이렇게 되면 아마도 EQE는 80%수준에 근접해서 휘도 저하는 크지 않을 것이다.
위 구조를 실현하기 위해서 몇 가지 공정이 추가적으로 개발되어야 한다.
BM격벽을 높게 형성하여 되는데 이것은 PDP에서 이미 개발된 공정이 있어서 차용이 가능할 것이다. 두번째는 20㎛ 두께의 QD의 선택적 증착인데 이는 장Nozzle Printing을 통해 극복이 가능할 것으로 보인다.

현재 가장 큰 개발 이슈는 QD의 PL의 파장과 Blue OLED의 발광 파장이 차이가 있다는 것이다.

QD의 경우는 UV로 갈수록 PL을 일으키는 흡수율이 증가한다.
반면에 Blue OLED는 발광의 중심이 465nm 이상에 있기 때문에 실제로 PL을 통한 System전체의 발광 효율은 낮게 나온다. QD CF의 흡수파장을 좀 더 높이는 구조나 혹은 OLED의 발광파장을 낮추는 개선이 필요하다.

OLED와 QD를 광학적으로 하나의 System으로 구현하려는 시도는 이미 여러 특허에서 제안되었다. 가장 대표적인 방법은 현재의 White OLED 구조에 QD 변환층을 추가하는 구조가 있다. 관련 특허는 이미 여러 기업과 개인에 의해 제안되었다. 하지만 이경우 광효율의 증가는 일부 있을 수 있지만 색재현성에 대한 개선은 크지 않을 것이다. 대신 고가의 QD 재료를 추가로 사용하고 또한 추가적인 공정이 필요하기 때문에 현재까지 실제 제품에 적용된 사례는 없었다. 더구나 현재 양산중인 배면발광 구조에서는 더더욱 구현이 기술적으로 아주 어렵다.
가장 중요한 목표로 논의되는 부분은 효율을 개선하면서 동시에 소비자가 느끼는 화질측면에서 개선이 동시에 있어야 한다는 점이다. 이를 위해 또 다른 방식으로 R,G,B로 독자적인 Cavity 구조를 적용해 반치폭(FWHM)을 줄이는 방법이 개발중에 있다. 이 구조는 독일의 프라운호퍼 연구소에서 올 해 처음 소개한 구조인데 이 역시 공정의 복잡성 때문에 적용이 용이하지는 않다. 다만 큰 방향에서 FMM을 사용하지 않고 R,G,B각의 광학특성을 최대한 개선한다는 측면에서 의미가 있다.

만약 WOLED+QD_CF 구조에서R,G,B 개별 색깔의 광학적 특성을 개선하는 동시에 공정도 간단하고 또한 효율도 개선하는 기술이 가능하다면 지금의 Blue OLED + QD_CF의 Plan B로서 충분히 의미가 있다고 판단되며, 이 기술은 짧은 시기에 가시화 될 수 있을 것으로 예상된다.

내년부터 도입되는 5G 통신 기술은 실시간 스트리밍 서비스 외에도 VR 등 더 높은 화질과 대용량 컨텐츠들을 더욱 더 빠른 속도로 처리할 수 있다. 통신 속도가 빨라지는 만큼 그래픽이 정밀한 고해상도와 대화면을 요구하는 컨텐츠가 출시될 전망이다.
현재의 스마트폰은 6인치까지 커지고 있으나 5G 통신시대의 4K 해상도를 담기에는 역부족이다. 7인치 이상의 디스플레이는 4K 해상도가 가능하기 때문에 5G 통신 시대의 가장 적합한 제품이 될 것이다. 폴더블 스마트폰은 7인치 이상의 디스플레이를 사용하지만 휴대성을 극대화시킨 차세대 모바일 기기로서 스마트폰과 태블릿 PC의 기능을 함께 할 수 있는 디지털 융합제품이다.
폴더블 스마트폰이 가능해진 것은 폴더블 OLED가 있기 때문이다. 삼성디스플레이를 포함하여 전세계 OLED 디스플레이 업체는 차세대 제품 시장을 선점하기 위해 막대한 개발비를 투입하여 왔고 이제 폴더블 OLED가 나오기 시작하고 있다.
OLED 스마트폰 시장을 이끌고 있는 삼성전자는 인폴딩 방식의 폴더블 폰을 세계 최초로 내년부터 출시한다. 이에 맞추어 삼성디스플레이는 1.5R가지 접을 수 있는 폴더블 OLED를 준비하고 있다. 갤럭시 S 시리즈의 판매가 정체되어 있는 삼성전자에 있어서는 폴더블 폰은 반드시 성공시켜야하는 수퍼프리미엄 제품이다.

<삼성전자 인폴딩 폴더블 OLED폰 예상 구조>
촐처: 폴더블 OLED 보고서, 유비리서치

OLED 전문 리서치 기관인 유비리서치(대표 이충훈)가 폴더블 OLED 보고서를 출간했다. 이 보고서에 따르면 2019년 폴더블 OLED 시장은 4.8억달러 규모에 불과하지만 2023년에는 246억달러까지 성장할 것으로 예상하고 있다.

이충훈대표는 “폴더블 OLED 시장의 빠른 성장은 5G 통신 시대는 4K 해상도를 지원할 수 있는 7인치 이상의 스마트폰이 필수품”이 될 것으로 판단하고 있으며, OLED 패널 업체는 폴더블 OLED 생산 성공 여부에 따라 기업의 가치가 결정될 것이라고 언급했다.

<폴더블 OLED 시장 전망>
출처: 폴더블 OLED 보고서, 유비리서치

하지만 폴더블 OLED를 누구나 생산할 수 있는 제품은 아니다. 기존 플렉시블 OLED 보다 더 복잡한 모듈 구조를 가지고 있기 때문에 접었을 때 발생하는 다양한 패널 특성 변화를 극복할 수 있는 기술이 필요하다.  특히 인폴딩 폴더블 OLED는 TFT 저항 변화를 극복할 수 있는 보상 회로 기술과 화면을 접고 폇을 때 요구되는 복원력등이 대표적인 기술 난제들이다. 20만회 이상 접고 폇을 때도 디스플레이 화질과 표면에 이상이 없는 신뢰성도 요구된다.
유비리서치가 발간한 “폴더블 OLED 보고서”는 폴더블 OLED의 신뢰성을 결정하는 주요 필름의 개발 이슈와 패널 업체들의 개발 동향을 분석하여 수록하고 있다.

OLED TV로 프미리엄 TV 사업을 성공적으로 부활시킨 소니가 모바일에도 OLED를 탑재했다. 기존의 Xperia 시리즈와 유사한 살짝 굴곡있는 유리 뒷면과 6인치 디스플레이를 채택했다. 뒷커버의 디자인을 두고 소니는 삼성과 애플등과 비교했을 때 손에 잡기 쉽도록 했다고 발표했다. 최근 iPhone의 M자형 디자인과 유사한 디자인의 스마트폰이 출시되고 있는 것과 비교, 소니는 뒤쪽 하단에 작은 홈을 만들었다. 이 홈의 기능에 대해서는 아직 알려진 바가 없으나 디자인 차별성의 의미로 해석해 본다.

경쟁사의 OLED 채택 스마트폰 출시에 비해 많이 늦었지만 스크린 사이즈를 최대한으로 키우고, 가장 경쟁력 있다고 할 수 있는 부분인 색감, 색재현율 등에서 많은 노력을 하였다. 19메가 픽셀 센서 카메라에는 최근의 트렌드를 반영하며 AI 기능을 더했고 사용자의 편리성을 위해 물리적 버튼도 동기화 했다. Xperia XZ3의 마케팅 포인트 중 하나는 점점 디스플레이 사이즈가 커짐에 따라 한손으로 동작하기 불편함에 대해 “한손으로 동작가능한 디자인”으로 보인다. 디스플레이의 끝 부분에 두번 탭을 통해 바로가기 메뉴등을 실행할 수 있도록 했다. Xperia XZ3은 2018년 9월 말부터 한국을 제외하고 다양한 국가 및 지역에서 출시될 예정이다.

OLED TV에 이어 소니의 감성을 담은 스마트폰을 기다려온 소비자들에게는 신규제품에 대한 희소식이고, 디스플레이 산업에 또한 그동안 모바일 사업에서 부진을 겪어온 소니가 OLED 채용으로 TV사업에서와 같은 부활을 할 수 있을지 지켜 볼 수 있는 제품이 아닐까 생각한다.

삼성디스플레이에서 언브레이커블 OLED panel을 공개하여 주목받고 있다.

삼성디스플레이는 깨지지 않는 스마트폰용 패널을 개발해, 美 산업안전보건청 공인 시험기관인 UL(美 보험협회시험소, Underwriters Laboratories Inc.)로부터 인증을 받았다고 23일 밝혔다.

<삼성디스플레이의 언브레이커블 OLED, 삼성디스플레이>

삼성디스플레이는 플렉시블 OLED 패널에 플라스틱 소재의 커버 윈도우를 부착해, 기판과 윈도우 모두 깨지지 않는 완벽한 언브레이커블(Unbreakable) 패널을 완성했다.

현재 상용화된 플렉시블 디스플레이는 깨지지 않는 플라스틱 기판을 사용하지만, 유리 소재의 커버 윈도우를 부착해 강한 충격을 받을 경우 윈도우가 깨지는 문제가 발생한다.

UL에 따르면 삼성디스플레이가 개발한 언브레이커블 디스플레이는 美 국방부 군사 표준규격(US Military Standard)에 맞춰 실시한 내구성 테스트를 완벽하게 통과했다. 1.2미터 높이에서 26회 실시한 낙하 테스트에서 제품의 전면부, 측면부, 모서리 부분 모두 파손 없이 정상적으로 작동했으며, 극한의 저온(-32도)/고온(71도) 테스트에서도 문제 없이 작동했다.

특히 美 국방부 군사 표준규격보다 더 높은 1.8미터 높이에서 실시한 낙하 테스트에서도 삼성디스플레이의 언브레이커블 패널은 손상 없이 정상적으로 작동했다.

삼성디스플레이 관계자는 “최근 개발되고 있는 플라스틱 윈도우는 깨지지 않는 내구성에 유리와 흡사한 투과율과 경도를 갖추고 무게까지 가벼워 휴대용 전자기기에 특히 적합하다”며 “앞으로 언브레이커블 패널이 스마트폰은 물론 안전기준이 까다로운 차량용 디스플레이나 군사용 모바일 기기, 학습용 태블릿PC, 휴대용 게임기 등 다양한 전자제품에 활용될 것으로 기대하고 있다”고 밝혔다.

삼성관계자의 말처럼 언브레이커블 OLED가 적용될 수 있는 분야는 다양할 것으로 기대되고 있다. 하지만 커버윈도우가 glass가 아닌 film인 만큼 이미 유리에 시각과 촉각이 적응 되어있는 소비자들에게 어떤 반응을 얻을지가 관건이다. 또한 스마트폰의 경우 2~3년 간격으로 주로 교체되고 있고 커버가 깨졌을 시 디스플레이를 교체해주는 등의 교체수요도 중요하다. 하지만 언브레이커블 OLED가 상용화가 된다면 이러한 교체수요는 감소될 수 있지만 다른 한편으로는 깨지지 않는 다는점이 소비자들의 구매욕을 끄는 큰 마케팅 포인트가 될 수 있다.

언브레이커블 OLED가 적용된 제품들이 실제 시장에서 얼마만큼의 성과를 거둘 수 있을지 향후 set 업체와 display업체들의 움직임이 기대된다.

작성 : 장현준 선임(hyunjun@ubiresearch.com)

■ 2018년부터 2022년까지 전체 OLED 장비 시장 1067억 규모 형성 예상

■ 2018년부터 2022년까지 중국이 64%, 한국이 29%의 점유율로 투자 주도 예상

OLED용 장비시장이 2018년부터 2022년까지 1067억 달러가 형성 될 전망이다.

유비리서치가 발간한 ‘1H18 AMOLED Equipment Market Track’에 따르면, OLED용 전체 장비 시장은 2018년부터 2022년까지 1067억 달러 규모가 될 전망이다. 2018년 장비 시장은 총 211억 달러 규모를 형성할 것으로 예상되며, 2019년에는 315억 달러 규모의 가장 많은 투자가 진행 될 전망이다.

<2018~2022년 OLED 전체 장비 시장 전망>

유비리서치 윤대정 연구원은 “향후 5년 중 2019년과 2020년에 한국과 중국 panel 업체들의 가장 투자가 예상된다”며 “2019년까지 한국 panel 업체들은 대면적 OLED 위주로, 중국 panel 업체들은 중소형 flexible OLED 위주로 투자가 진행 될 것으로 전망된다”고 밝혔다.

본 마켓트랙에서 국가별 OLED 장비 시장은 2018년부터 2022년까지 중국이 64%, 한국이 29%의 점유율을 보이며 두 국가가 OLED 장비 투자를 주도 할 전망이다. 2018년과 2019년에 글로벌 panel 업체들은 527억 달러 규모로 가장 많은 투자 할 전망이다.

<2018~2022년 국가별 전체 장비 시장 점유율 전망>

본 마켓트랙에서는 OLED 장비 시장 분석을 위해 장비별과 공정별, 업체별, 세대별, 기판별 등으로 상세히 분류하였다. 각 공정별 물류 장비와 검사 장비를 포함한 투자 비용을 산출하였으며, touch관련 장비는 시장 분석에서 제외하였다.

이 밖에도 장비별 ASP와 2016년부터 2018년 2분기까지 분기별 장비 판매 실적도 다루어 관련 업체들의 향후 개발 방향과 사업 전략 수립, 기술과 시장 트렌드 분석에 도움이 될 것으로 예상된다.

지난 MWC 2017에서 소니가 세계 최초로 4K LCD를 탑재한 스마트폰을 공개한데 이어 오는 7월 4K LCD가 탑재된 Xperia XZ2 Premium을 출시할 예정으로 스마트폰에서도 4K 해상도 시장이 본격적으로 열릴 것으로 기대되고 있다.

<Sony의 Xperia XZ2 Premium, Source : theverge.com>

이미 TV시장에서는 4K를 넘어서 8K 시장으로 옮겨가고 있는 중이다. 삼성전자와 샤프는 상반기 8K 해상도의 TV 신제품을 공개하였으며, 소니도 8K TV를 하반기 출시 예정이다. LG Display에서도 88inch 8K OLED TV를 CES 2018에서 전시를 하였다. 이처럼 8K TV가 프리미엄 TV 시장에 진입을 하면서 스마트폰도 TV의 고해상도화에 대응하여 4K 해상도를 가진 제품 출시가 증가할 것으로 예상된다.

하지만 스마트폰에서 LCD는 4K를 구현했지만 아직 OLED는 4년째 QHD 해상도에 머물러있는 상황이다.

<삼성전자 갤럭시 시리즈의 해상도 변화, Source : UBI Research DB>

OLED제조에 적용되고 있는 FMM(fine metal mask) 기술에 제약이 많이 있기 때문이다. 현재 양산에 적용되고 있는 FMM의 두께는 약 20~30um 수준이며, 4K 제조를 위해서는 두께가 10um 수준으로 얇아져야 하지만 기존 FMM 제조방식으로는 어려움을 겪고 있는 상황이다.

이에 따라 고해상도 구현을 위한 FMM 대체기술들이 개발되고 있다. 대표적인 기술로는 레이져로 패터닝을 하는 laser FMM과 전주도금방식으로 제조하는 electroforming, 필름에 전주도금으로 프레임을 형성하고 레이져로 film을 패터닝하는 fine hybrid mask, 증착 입사각을 수직으로 하여 고해상도를 구현하는 면소스 등이 개발 중에 있다.

각종 전시회와 학회에서 고해상도 제조를 위한 증착기술들이 공개되고 있는 추세이며, 양산성 확보여부에 따라 앞으로 4K OLED 스마트폰, 더 나아가 RGB 방식의 고해상도 AR, VR 기기를 볼 수 있을 전망이다.

Recently, OLED material makers are seeking to establish their R & D centers in China.

According to the industry sources, LG Chemical is considering to establish OLED material technology center in Chengdu, China. Merck also announced on June 20 that it will establish its OLED Technology Center in Shanghai, China.

An official from Merck said, “By establishing OLED Technology Center in China, we expect to shorten the product launch period since close cooperation with Chinese companies is possible.In addition, the center will be used as a joint workplace for creating ideal solutions with Chinese companies since it is located in Shanghai.”

This trend of OLED material makers is interpreted as aiming at the growing Chinese market.

If they build their base in China, it will be easy to use the localization strategy specialized in the Chinese market and to secure their suppliers.

According to UBI research, the OLED market in China will grow at a CAGR of 75%, four times faster than Korea, which is currently the largest market.

In the ‘2018 OLED Emitting Material Industry Report’ issued in June, UBI predicts “ While Korean OLED emitting material market will grow at a CAGR of 21%, China’s OLED material market is expected to grow at a CAGR of 69%, to about US$ 1.16 billion in 2022. This will account for about 38% of the total OLED material market.”

<Emitting material market forecast by country, source: UBI Research>