캐나다 소재 스타트업 OTI루미오닉스의 캐소드(cathode) 패턴 소재가 유기발광다이오드(OLED) 언더디스플레이카메라(UDC:Under DIsplay Camera) 기술에 본격 적용될 것으로 보인다.
OTI루미오닉스는 올해 중순 LG그룹의 기업형벤처캐피탈(GVC:Corporate Venture Captital) LG테크놀로지스벤처스로부터 시리즈 A플러스(+) 투자를 유치한 회사다. UDC는 카메라를 디스플레이 아래에 놓고 풀스크린을 구현하는 기술이다.
마이클 한들러(Michael G. Helander) OTI루미오닉스 최고경영자(CEO)는 18일 디일렉과 서면 인터뷰에서 "'캐소드 패터닝 머티리얼(CPM:Cathode Patterning Materials)'이 중국 고객사와 최종 인증 단계에 있다"며 "내년에 CPM을 적용한 UDC 스마트폰 양산이 기대된다"고 말했다.
OLED 디스플레이는 전기발광(Electroluminescence) 방식으로 화면을 구현한다. 유기물(Organic)을 전극 사이에 넣고 전류를 흘려 발광시키는데, 디스플레이에서는 음극을 캐소드라고 하고 양극을 애노드(anode) 라고 한다. 전면발광(Top Emission) 방식 스마트폰용 OLED는 빛이 캐소드를 통과해 나간다. 캐소드는 불투명 소재지만 얇게 증착하기 때문에 그동안 스마트폰 화면 표시에 큰 어려움은 없었다. 그러나 차세대 스마트폰 디스플레이 기술인 UDC 구현에 캐소드 패턴화가 필수로 여겨지고 있다. 디스플레이의 높은 투과도가 담보돼야 UDC 카메라가 정상 작동할 수 있기 때문이다. 투과도를 높이려면 캐소드가 듬성듬성 있게끔 패턴화시켜야 한다.
이제껏 스마트폰 디스플레이는 테두리 검은 영역(베젤, bezel)을 줄이고, 상단 일부를 도려내 각종 센서를 놓고(노치, notch), 화면 속에 구멍을 뚫어 카메라 자리를 마련(홀 디스플레이)하는 방향으로 발전해왔다. 다음 주류 기술은 UDC가 될 것으로 업계는 보고 있다. 이달 1일 중국 통신장비·스마트폰 업체 ZTE(zte中兴)가 세계 최초 UDC 스마트폰 'ZTE AXON 20 5G'를 발표했다.
UDC는 디스플레이 기술이다. 중국 디스플레이업체 비전옥스가 ZTE AXON에 UDC 디스플레이를 공급했다. 캐소드를 증착할때 패턴용 소재를 따로 쓰지 않고, 연구 생산라인에서 파인메탈마스크(FMM:Fine Metal Mask) 증착을 했다. 실제 생산 수량은 많지 않을 것으로 보인다. 스마트폰·OLED 후발주자인 중국업체가 주류 기술 발달과정에서 세계 최초 타이틀만을 노린 것이다.
스마트폰·OLED 선발업체인 삼성전자와 삼성디스플레이는 기존 캐소드에 레이저를 쏴 패턴을 만드는 방법으로 UDC를 개발해왔다. 통상적인 OLED의 캐소드는 면으로 덮여있다. 오픈메탈마스크(OMM:Open Metal Mask)로 증착했다.
홀 디스플레이의 카메라와 UDC의 카메라 위치는 모두 디스플레이 아래로 같지만, 홀 디스플레이에서는 카메라 자리의 OLED 패널을 아예 잘라내 버린다. 캐소드 투과도 문제가 발생하지 않는다. 삼성디스플레이는 레이저를 이용해 구멍을 판 세계 최초 홀 디스플레이 OLED를 삼성전자에 공급한 바 있다. 세계 최초 홀 OLED 스마트폰은 2019년 출시된 삼성전자 '갤럭시S10'이다.
OTI루미오닉스는 세계 최대 디스플레이 행사인 국제정보디스플레이학회(SID:Society for Information Display) 2020'에서 기존 캐소드 소재를 그대로 적용할 수 있는 새로운 CPM을 선보였다. 그 전까지는 CEM(Cathode Electrode Material)을 따로 써야 캐소드 패터닝이 가능했다.
OTI루미오닉스에 따르면, 증착장비에 CPM 증착용 챔버만 추가하면 캐소드 패턴을 만들 수 있다. 유기물인 CPM을 캐소드 증착 전에 FMM으로 패턴 증착한다. 이후 기존 공정대로 캐소드를 OMM으로 전체 면적에 올리면, 캐소드가 유기물인 CPM을 피해 증착된다고 한다. 마그네슘-은(Mg-Ag) 합금인 캐소드 소재가 CPM이 없는 곳으로 모이게 되고 패턴이 형성된다.
캐소드 패턴화 기술은 소형 OLED 패널의 UDC 기술 뿐 아니라 대형 제품에도 적용이 가능할 것으로 관측된다.
삼성디스플레이의 차세대 TV용 대형 디스플레이인 퀀텀닷(QD)디스플레이는 발광원으로 OLED를 쓴다. LG디스플레이의 TV용 대형 디스플레이 기술인 화이트OLED(WOLED)와 발광 방향이 반대다. WOLED는 캐소드가 아닌 애노드(Anode) 쪽으로 빛이 나가기 때문에 캐소드 투과도 문제가 없다. 배면발광(Bottom Emission)이다.
QD디스플레이는 전면발광 방식이다. 빛이 캐소드쪽으로 나간다. 캐소드를 두껍게 깔면 투과도가 떨어지고 얇게 깔면 저항이 높아져 디스플레이 구동에 어려움이 생긴다. 삼성디스플레이는 레이저로 구멍을 뚫어 보조전극을 만든뒤 메인 캐소드를 얇게 올리는 방법을 쓰기로 했다. 캐소드를 패턴화 시키면 투과도를 높이면서도 저항을 낮출수 있다. 삼성디스플레이는 내년에 세계 최초 QD디스플레이를 출시할 계획이다.
LG디스플레이 WOLED 기술의 또 다른 응용처는 투명 디스플레이다. 중국 지하철 일부 라인에 세계 최초 유리창용 55인치 투명 OLED를 공급했다고 지난달 밝혔다. WOLED를 투명 디스플레이로 쓸 때는 전면발광을 쓴다. 투명 디스플레이는 애초에 투과도를 높이는 방향으로 개발돼 왔다. OTI루미오닉스는 투명 디스플레이에서도 캐소드 패터닝 기술이 활용될 수 있을 것으로 보고 있다.