일본 알박과 수직증착 장비 연구개발 돌입
유기물 증착 시 마스크 처짐 최소화 장점
재료 특성 변화는 걸림돌...수평증착도 검토
삼성디스플레이 중국 동관 공장의 노트북용 유기발광다이오드(OLED) 제조 공정.
삼성디스플레이가 IT용 8.5세대 OLED 패널 제조에 유기물 수직증착 방식을 우선 검토하기로 했다. 수직증착은 유기물 증착 과정에서 마스크 처짐을 최소화할 수 있다.
23일 업계에 따르면 삼성디스플레이는 일본 알박(ULVAC)과 수직증착 방식으로 IT 제품용 8.5세대 유기발광다이오드(OLED) 증착기를 개발 중인 것으로 파악됐다. IT 제품은 태블릿과 노트북, 모니터 등을 가리킨다. 8.5세대(2200x2500mm) OLED 패널은 기존 6세대(1500x1850mm)보다 경제성 측면에서 유리하다.
수직증착 방식은 지면과 수직 방향으로 세운 유리기판 쪽으로 기화(기체로 변화)한 유기물을 보내 쌓는 방식이다. 6세대 OLED에서 주로 사용하는 수평증착 방식은 지면과 수평한 방향으로 떠 있는 유리기판을 향해 기화된 유기물을 아래에서 위로 올려 증착한다.
삼성디스플레이가 우선 검토하는 수직증착 방식은 '마스크 처짐' 문제를 최소화할 수 있다. 수직증착 방식에서는 유리기판은 물론, 적(R)녹(G)청(B) OLED 유기물 증착에 필요한 파인메탈마스크(FMM)도 지면과 수직 방향으로 세워 사용하기 때문에 FMM 중앙 부위 처짐 현상이 작다.
이에 비해 수평증착 방식의 6세대 OLED는 RGB 유기물을 증착할 때 길다란 띠 형태 FMM 스틱을 사용하는데, 이때 중력 때문에 FMM 스틱 중앙 부위가 아래로 처진다. 이를 막으려 대형 프레임에 FMM 스틱을 인장(당김)하고 용접하는 과정을 거친다.
알박은 삼성디스플레이 공장 가까운 곳에 연구개발 공간을 확보하고 이곳에서 수직증착 장비를 개발 중인 것으로 알려졌다.
FMM(파인메탈마스크·섀도마스크)을 이용한 유기발광다이오드(OLED) 소자 증착
수직증착 방식은 FMM 처짐 최소화라는 장점이 있지만 아직 주류 기술로 자리잡지 못했다. 지난 2019년 일본 재팬디스플레이(JDI)는 "수직증착 장비가 차지하는 면적이 수평증착 방식보다 30% 작다"고 밝혔지만 다른 장점은 밝히지 않았다. 지난 2017년 미국 어플라이드 머티어리얼즈(AMAT)가 JDI에 공급한 이 수직증착 장비는 애플의 애플워치 OLED 패널 생산에 사용됐다. 라인 규모도 6세대 원판 투입 기준 월 2000(2K)장에 불과했다.
또 수직증착 방식에서 기화된 유기물을 옆으로 보내 유리기판에 증착하려면 더 높은 온도가 필요한 것으로 알려졌다. 열이 많이 발생하면 유기물 특성이 변할 수 있다.
삼성디스플레이는 수직증착 외에 수평증착 방식으로도 IT용 8.5세대 OLED 증착 기술을 검토 중인 것으로 알려졌다. 삼성디스플레이에 6세대 수평증착 장비를 독점 공급한 일본 캐논토키가 8.5세대 장비도 개발하는 방향이 유력하다. 하지만 삼성디스플레이가 알박과 진행 중인 수직증착 장비 개발에 비하면 캐논토키의 수평증착 장비 개발은 속도가 더딘 것으로 보인다.
현재 삼성디스플레이는 기존 6세대 OLED 라인에서 IT용 패널을 생산 중이다. 스마트폰 패널은 6인치 내외가 주력이지만 태블릿은 10인치 내외, 노트북은 10인치 중반, 모니터는 20인치대 제품이 주류여서 8.5세대에서 IT용 OLED 패널을 만들어야 생산단가를 낮출 수 있다. 13.3인치 패널의 경우 6세대 원장에선 48대, 8.5세대 원장에선 96대(하프컷 48대씩)를 만들 수 있다.
한편 LG디스플레이는 우선 6세대로 IT 제품용 OLED를 개발한 뒤 순차적으로 8.5세대 기술 개발에 나설 것으로 보인다. 내년에 나올 애플의 첫 번째 OLED 아이패드 패널은 전량 삼성디스플레이가 공급한다.
LG디스플레이가 양산 중인 8.5세대 대형 OLED는 화이트 OLED(W-OLED) 방식으로, 6세대 중소형 OLED에 적용 중인 RGB OLED와는 기술이 다르다. 6세대 RGB OLED는 한 개 층에 RGB 화소를 인접해 구성하지만, 8.5세대 W-OLED는 한 개 층에 재료 하나씩만 쌓는다. 때문에 W-OLED는 FMM 없이 오픈메탈마스크(OMM)만 사용한다.
또 RGB OLED는 OLED에서 빛과 색을 모두 내지만, W-OLED는 OLED에서 흰색 빛을 내고 컬러필터(CF)를 통해 색을 구현한다. 과거 삼성디스플레이가 대형 OLED에서 양산성이 없다고 판단한 기술은 RGB OLED 방식이었다. 삼성디스플레이가 현재 개발 중인 대형 디스플레이용 퀀텀닷(QD)-OLED는 OLED에서 푸른 빛을 내고, QD 색변환층을 통과해 색을 구현한다. 마찬가지로 FMM을 사용하지 않는다.
