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휴대폰에 장착되는 touch panel기술은 user interface기능을 수행하는 중요한 요소 기술이다. Flexible OLED디스플레이의 Touch기술은 외장형 방식(Add-on type)에서 내장형 방식(on-cell type)으로 변화하고 있다.

박막봉지(TFE, thin film encapsulation) 위에 touch sensor가 형성되는 내장형 방식은 각 패널 업체별로 Y-OCTA(YOUM on-cell touch AMOLED), ToE(touch on encapsulation) 또는 FMLOC(flexible multi-layer on cell touch) 등의 다양한 명칭으로 불린다. 내장형 방식은 외장형 방식과 다르게 별도의 베이스 필름 없이 봉지층 상부에 바로 touch sensor가 형성된다. 이로 인해 내장형은 외장형보다 공정 난이도가 높지만, OLED 패널 두께를 얇게 제작하는 것이 유리하고 공정 비용도 절감되는 효과가 있다.

최근 OLED를 이용한 휴대폰에 이러한 내장형 방식의 touch 기술을 적용하기 위하여 각 디스플레이 제조사들은 라인 개조 작업이 단계적으로 진행 중이다. 내장형 방식의 touch기술을 적용하기 위해서는 4개의 mask step이 추가되게 된다. 공정 step증가에 대응 방식으로는 증가되는 공정만큼의 신규 장비를 추가 설치하여 대응하는 방안, 기존 설비에서 공용으로 대응하는 방안의 두가지가 있다.

삼성디스플레이는 기존 A3라인(탕정)에서 내장형 방식의 touch기술을 사용하기 위해 기존 노광기를 활용하기로 결정하고, 105K capacity의 TFT생산 line 개조 작업을 단계적으로 진행 중이다. 기존 공정 flow상으로는 1500×1800 mm²의 mother glass로 back plane공정이 진행되고 이 glass를half-cutting한 1500 x 900 mm²의 glass를 OLED공정에서 진행하게 되는데 half cutting된 glass를 다시 back plane장비에서 공정하기 위해서는 cutting된 두 장을 연결하여 처리하는 jig제작 방식을 적용하게 된다. 개조 후에는 A3 line의 생산 capacity감소가 발생될 것이다. 현재 개조 대상인 A3 line의 105K물량은 LTPS공정에서 LTPO공정으로 변경되고, Y-OCTA공정과 겸하게 된다. 이 경우 LTPS에서 LTPO로 변경하면서 3개의 mask step이 증가하고, Y-OCTA를 위해 추가 4개의 mask step이 증가한다. Total 7개의 mask step이 증가하는 결과로 A3 line은 개조 이후 기존 105K 생산 capacity가 대략 75K수준으로 감소될 것으로 보인다.

중국의 BOE 역시 B7과 B11에서 내장형의 touch공정을 추가 구성 중이다. BOE는 내장형 방식의 touch 공정을 추가하는 방안으로 노광 장비 등을 추가 구입하여 처리하는 방식으로 진행 중이다. 이 경우 생산 capa의 큰 변동은 없을 것으로 보인다.

<Production capacity comparing with before/after modifying at SDC A3 line>

Xiaomi에서 2019년 11월에 출원한 ‘foldable smartphone with twisting camera’ 특허가 공개되었다. 이 특허에서 공개된 스마트폰은 Motorola Razr (2019)나 Galaxy Z Flip과 같은 clamshell 형태이며, 상단에 쿼드 카메라가 수평으로 나란히 배치되어 있는 형태이다.

<Xiaomi의 foldable smartphone with twisting camera 특허 이미지, Source: LETSGODIGITAL>

이 폴더블 스마트폰은 접으면 거의 정사각형 형태에 카메라 모듈도 접힌 스마트폰의 두께와 같으며, 카메라 모듈이 회전이 가능하여 셀카도 자유롭게 찍을 수 있다. 이 디자인의 장점은 전면 카메라 공간을 확보하기 위해 디스플레이에 노치나 홀 디자인을 적용할 필요가 없다는 것이다.

이 특허에서의 스마트폰은 외부에 시간이나 메시지를 확인하기 위한 별도의 디스플레이가 있는지 언급되지 않았으며, 우측면에는 볼륨 버튼과 전원 버튼이 있다.

한편, 최근 Xiaomi는 clamshell 형태의 폴더블 oled 스마트폰을 개발 중에 있으며 출시 예상 시기는 2020년 하반기이다.

LG디스플레이가 MBC 총선 개표방송에서 ‘투명 OLED’ 기술을 선보인다.

LG디스플레이는 MBC와 협업해 오는 15일 방송될 총선 개표방송 ‘선택 2020’에서 차세대 디스플레이인 투명 OLED를 활용해 특별 스튜디오를 꾸민다고 13일 밝혔다.

투명 OLED가 일반 시청자에게 공개되는 것은 이번이 처음이다.

투명 OLED는 화면이 유리처럼 투명해 전원이 켜져 있을 때도 패널 뒤 사물을 그대로 볼 수 있는 디스플레이로, 매장 쇼윈도, 사무공간 등에 다양하게 활용될 수 있다.

LG디스플레이와 MBC는 투명 OLED 6대를 메인 스튜디오 내 출연진석 등에 설치하고, 개표 현황 등 다양한 콘텐츠를 화면에 띄워 마치 SF 영화와 같은 이미지를 연출해 시청자들에게 신선하고 차별화된 볼거리를 제공한다는 계획이다.

또, LG전자의 투명 OLED 사이니지 1대도 야외 별도 스튜디오에 설치돼 시시각각 변하는 개표 정보를 독특하게 전달할 예정이다.

LG디스플레이와 LG전자는 지난해 투명 OLED를 상용화했다. 풀HD급 해상도에 55인치 크기로, 투과율은 40%에 달한다. 기존 상용화된 투명 LCD의 경우 투과율이 10%대에 불과하다. OLED는 백라이트가 없이 픽셀 스스로 빛을 내기 때문에 구조적으로 투과율을 높이기에 유리하다.

LG디스플레이 오창호 TV사업부장 부사장은 “한 차원 높은 디스플레이 기술과 MBC 총선 개표방송과의 만남을 통해 OLED의 무한한 확장성을 제시할 것”이라고 말했다.

MBC 선거방송기획단측은 “LG디스플레이의 첨단 OLED 기술을 활용해 시청자들의 시선을 확 끌 수 있는 차별화된 개표방송 콘텐츠를 선보일 것”이라고 말했다.

현재 OLED에 사용되고 있는 원형 편광판은 OLED 패널 표면의 반사광을 차단하여 시인성을 향상시키는 중요한 역할을 담당하고 있다. 이로 인해 기판 종류나 패널 크기와 관계없이 원형 편광판은 꾸준히 사용되어 왔다.

하지만 최근 폴더블 OLED 시장이 개화하며, 기존의 원형 편광판을 대체할 수 있는 칼라 필터가 큰 주목을 받고 있다.

폴더블 OLED 개발의 가장 큰 핵심은 패널 전체의 두께를 저감 시키는 것인데, 원형 편광판의 두께는 50~100 um 수준에 추가적으로 점착제인 OCA가 필요하기 때문에 폴더블 OLED에서 많은 두께를 차지한다.

반면, 칼라필터의 수 um 수준에 불가할 정도로 얇기 때문에 원형 편광판의 기능만 제대로 구현한다면 폴더블 OLED 뿐만 아니라 rigid OLED나 플렉시블 OLED에도 사용될 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다. 이로 인해 삼성 디스플레이와 엘지 디스플레이, BOE 등 주요 OLED 패널 업체들은 칼라 필터 기술을 개발 중에 있다.

지난 2019년 12월에 열린 ‘29^th Finetech Japan‘에서 BOE의 Shi Shiming assistant director는 향후 폴더블 OLED와 롤러블 OLED의 핵심 기술 중 하나로 COE(color filter on encapsulation)을 언급하며, COE 기술을 폴더블 OLED에 적용했을 때 원형 편광판과 비슷한 효과에서 20% 정도의 전력 소모를 줄일 수 있었다고 발표하였다.

BOE는 이미 SID 2017에서 저온 칼라 필터를 적용한 폴더블 OLED를 전시한 바 있으며, 칼라 필터를 적용한 폴더블 OLED의 성능은 원형 편광판을 적용한 OLED 대비 휘도는 23% 향상되고 두께는 110 um 수준으로 저감 되었다고 밝힌 바 있다.

현재 BOE는 B12에 칼라 필터 기술을 적용하기 위해 R&D 라인인 B2에서 해당 기술을 개발 중이며, 삼성 디스플레이와 엘지 디스플레이도 각각 폴더블 OLED와 대면적 플렉시블 OLED에 적용하기 위한 기술 개발을 진행 중이다.

당장 칼라 필터가 원형 편광판을 대체하긴 쉽지 않겠지만, 주요 패널 업체가 개발 중인 만큼 적용 가능성도 높을 것으로 기대 된다. 이제 막 개화되기 시작한 폴더블 OLED 시장에서 칼라 필터 기술이 핵심 기술로 자리 잡을 수 있을지 귀추가 주목된다.

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.