반도체 디스플레이 장비업체 원익IPS와 필옵틱스가 2021년 가동예정인 삼성디스플레이 충남 아산1캠퍼스 Q1 생산라인 공급용 레이저 드릴링(laser drilling) 장비를 함께 개발하고 있는 것으로 22일 확인됐다. 중소형 유기발광다이오드(OLED)용 홀디스플레이 생산 장비(HIAA1, 2)에 이어 삼성디스플레이를 고리로 대형 OLED 생산 장비까지 협력을 강화하고 있다.
삼성디스플레이 Q1 라인에서 생산될 이른바 '퀀텀닷(QD)디스플레이'는 전면발광(top emission) OLED 구조다. 전면발광은 캐소드(cathode, 음극) 방향으로 내보낸 빛을 사용자가 보게 만드는 방식이다. QD디스플레이는 OLED에 퀀텀닷 빛발광(PL) 기술을 추가해, 색순도를 높인 기술로 알려져 있다.
유기물에서 발광한 빛이 캐소드를 통과하므로, 전면발광 OLED의 캐소드는 투명해야 한다. 투명한 캐소드를 형성하려면 애초에 투명한 물질을 얇게 증착해야 한다. 두께가 얇아지면 투과도가 높아지지만 저항도 함께 올라간다. 저항이 올라가면 유기 소자 구동에 휘도 저하 등 다양한 문제가 발생한다.
캐소드 소재는 마그네슘-은(Mg-Ag) 합금을 주로 쓴다. 애초 투명한 물질이 아니다. 증착 시스템은 유기물 증착과 무기물 증착으로 나뉘며, 캐소드 소재는 무기물 열증착으로 올린다. 면으로 증착되기 때문에 같은 두께로 올린다면 패널 면적이 커질수록 저항은 높아질 수 밖에 없다. 스마트폰용 중소형 OLED도 전면발광 방식이지만, 면적이 좁아 저항이 낮으므로 두께를 충분히 얇게 할수 있었다.
TV용 대형 OLED의 면적은 스마트폰의 수십에서 수백배로 넓어지므로 저항도 큰폭 상승한다. 이때, 보조 캐소드 전극을 형성하면 메인 캐소드 두께를 얇게 하면서 저항을 낮출 수 있다. 전면발광 OLED의 단면은 박막트랜지스터(TFT)위에 유기물층, 그리고 유기물층 위에 메인 캐소드가 올라간다. 보조 캐소드는 유기물층 아래에 위치한다.
보조 캐소드와 메인 캐소드를 연결시켜주는 통로를 뚫는 게 레이저 드릴링 장비의 역할이다. 뚫지 않으면 보조 캐소드와 메인캐소드 사이가 유기물층에 막혀 있다. 필옵틱스가 제작한 레이저 시스템을 원익IPS가 진공챔버에 붙여 삼성디스플레이에 납품할 것으로 보인다. 이전에 협력했던 HIAA(Hole In Active Area) 장비 사례와 마찬가지다. HIAA 장비는 레이저 에칭(etching) 장비라고 부른다. 스마트폰 화면에 구멍을 뚫는 '홀 디스플레이'와 카메라 구멍위로 화면을 채운 '언더 디스플레이 카메라(UDC)' 기술 구현에 사용되는 장비다.
LG디스플레이는 TV용 대형 OLED 패널 양산에 배면발광(bottom emission) 방식을 채택했다. 애노드(anode, 양극) 쪽으로 빛이 나가므로 전면발광에서의 캐소드 관련 이슈가 없다. 애노드 소재는 인듐주석산화물(ITO)을 쓴다. 애초에 투명한 물질이므로 다소 두껍게 올려도 투명도가 유지되며 저항을 낮출 수 있다.
디스플레이 업계 관계자는 "보조 캐소드 전극 형성과 관련해 삼성디스플레이가 LG디스플레이 쪽 특허를 피하기 위해 고심하고 있는 것으로 안다"고 말했다.
LG디스플레이는 현재 55인치 투명 OLED를 전면발광 방식으로 양산하고 있다. 전면발광이므로 보조 캐소드를 만들어야 한다. LG디스플레이는 산화물(Oxide) 소재 메인 캐소드를 써, 보조 캐소드와 연결하는 것으로 전해졌다.