OLED(Organic Light Emitting Diode) 스마트폰의 디스플레이는 LCD(Liquid Crystal Display)에 비해 깔끔하지만 수명이 짧은 것이 문제로 지적되면서 발광소재의 활용이 주목되고 있다.
발광소재는 크게 형광소재와 인광소재로 구분된다. 형광소재는 전기에너지의 25%만을 빛으로 변환할 수 있고 나머지는 열로 방출하는 반면 인광소재는 100%를 빛으로 사용하기 때문에 효율이 매우 높은 것으로 평가되고 있다.
다만, 인광소재는 내구성이 취약하고 발광 시 많은 에너지를 필요로 하는 청색은 개발이 지지부진한 것으로 알려졌다.
적색 인광소재의 수명은 현재도 투입이 가능한 수준이지만 녹색과 청색은 개선이 필요한 것으로 지적되고 있다.
이에 따라 Nippon Steel & Sumikin Chemical은 미국 UDC와 공동으로 청색 인광소재의 문제점을 개선하기 위한 연구를 추진하고 있다.
최종적으로는 청색 형광소재에서 탈피하고 모든 색을 인광소재로 교체하는 것이 목표이며 열활성화지연형광(TADF) 기술도 병행해서 연구하고 있다.
Nippon Steel & Sumikin Chemical은 저분자를 활용한 도포방식 연구도 진행하고 있다.
하지만, 도포방식은 텔레비전 등 어느 정도 크기가 있는 화면에만 사용되고 있어 수요처가 많지 않은 것이 문제로 지적되고 있다.
SCC, 고분자 도포방식 통해 차별화
OLED 텔레비전이 시장을 장악하기 위해서는 효율성을 압도적으로 극대화할 수 있는 도포·인쇄 프로세스 정립이 반드시 필요한 것으로 판단된다.
Sumitomo Chemical(SCC)과 Mitsubishi Chemical (MCH)은 2018년까지 도포발광소재 사업화를 추진하고 있으며 JOLED는 도포형 패널 사업화를 계획하고 있다.
그러나 대형 패널이 아닌 태블릿컴퓨터, 노트북 등에 사용되는 중형 패널을 대상으로 하고 있어 수요처가 거의 없다는 점이 과제로 지적된다.
MCH는 세계에서 처음으로 도포방식의 발광소재를 양산했다. 초저분자로 도포하면서 막을 성형할 수 있다는 강점을 보유하고 있으나 디스플레이가 아닌 조명에만 투입되고 있다.
MCH는 Pioneer와 공동으로 OLED 조명의 양산 및 용도개척에 주력하고 있다.
그동안 도료소재 분야에서 축적한 경험을 바탕으로 디스플레이용 발광소재(잉크) 개발에 박차를 가하고 있다.
2018년 본격 투입을 위해 라인테스트를 시작했으며 종합 화학기업이라는 입지를 활용해 발광소재 뿐만 아니라 주변소재 사업에도 진출했다.
발광소재와 주변소재까지 모두 포함해 디스플레이 생산기업에게 솔루션도 제공하고 있다.
SCC는 도포방식 소재의 조기 사업화를 추진하고 있다.
저분자 소재에 집중하고 있는 경쟁기업과 차별화를 두기 위해 도포방식, 대형패널에 적합한 고분자 소재 개발에 주력하고 있으며 RGB 발광소재 등은 늦어도 2018년까지 투입할 계획이다.
고분자는 저분자와 달리 1개의 유닛으로 다양한 기능을 포함시킬 수 있어 제조공정의 간소화가 가능하기 때문에 코스트 경쟁력이 우수한 편이다.
SCC는 파나소닉(Panasonic)과 공동으로 연구를 진행함으로써 소재 개발과 관련된 피드백을 얻고 있으며 영국 CDT, 미국 Dow Chemical의 OLED 사업을 인수함으로써 지적재산도 폭 넓게 확보하고 있다.
고분자 소재는 진입장벽이 높은 편이며, 특히 청색 소재는 저분자 증착소재에 비해 효능이 떨어지고 있다.
SCC는 보다 깊은 파란색을 구현하기 위해 TADF, 청색 인광소재 등으로 조기에 문제를 해결할 방침이다.
디스플레이 생산기업에 대한 제안도 강화하고 있으며 2016년부터 실시하는 3개년 중기 경영계획을 통해 사업화를 추진하고 수요처 확보에 나설 계획이다.
수지 기판으로 자동차 디스플레이까지…
OLED 애플리케이션은 스마트폰에서 먼저 시작됐으며 텔레비전으로도 확산되고 있다.
시계, 안경 형태의 웨어러블 단말기로 적용 영역이 확대되고 있으나 LCD 시장규모에 비해 아직 작은 편이어서 시장 확대를 위해서는 OLED만의 고유한 특성을 활용해야 한다는 지적이 제기되고 있다.
OLED는 여러 겹 겹쳐진 얇은 층으로 전류를 흘려보냄으로써 스스로 발광하게 만들기 때문에 백라이트가 필요 없고 기판에 유리 이외의 수지를 활용하거나 플렉서블 디스플레이로 완성하는 것이 가능하다는 것이 특징이다.
Japan Display(JDI)는 2018년까지 수지 기판을 사용한 시트형 중소형 OLED 디스플레이를 양산하기 위해 2016년 연구개발비를 290억엔으로 57억엔 늘렸다.
테스트제품은 수첩 사이에 끼울 수 있을 만큼 얇음에도 고정밀·고시야각을 보유해 조기 채용을 기대하고 있다.
MCH는 디스플레이 생산기업의 솔루션 제안에 총력을 기울이고 있으며 플렉서블 디바이스에 대해서도 다양한 의견을 제시하고 있다.
OLED는 기판에 수지를 사용할 수 있지만 수지는 내열성이 약하고 제조공정 중 열을 가하면 변형될 우려가 있기 때문에 유리에서 바로 교체하기는 어려운 상황이다.
이에 MCH는 수지의 내열성을 높이는 대신 되도록 낮은 온도에서 기판을 제작함으로써 다양한 제조공정에 적용될 수 있도록 제안하고 있다.
장기적으로는 자동차 시장 진출도 고려하고 있다.
자동차 디스플레이 시장은 연평균 10%대 성장을 지속하고 있으며 2020년에는 1조엔 수준으로 성장할 것으로 파악되고 있다.
다만, 자동차는 일반 생활용품에 비해 사용기간이 길고 높은 신뢰성과 내구성이 요구되며 스마트폰의 라이프사이클 정도 수준으로는 자동차 채용이 불가능한 것으로 나타나고 있다.
또 자동차 미터기는 동일한 내용을 장시간 표시하기 때문에 스마트폰보다 더 많은 열에 노출돼 있어 적절한 대응이 요구되고 있다.
JDI, 샤프, Mitsubishi Electronic은 자동차용 액정을 개발하고 있다.
Idemitsu Kosan은 자동차용 OLED 디스플레이 소재 개발에 주력하고 있다. LCD에 비해 형태 변형이 자유롭다는 점을 활용해 곡면 디스플레이를 준비하고 있으며 시인성을 향상시키는 등 자동차용 OLED만의 특성을 강화하고 있다.
내열성, 내구성, 수명을 개선하기 위한 자동차용 그레이드 소재 개발도 추진하고 있다.
일본의 디스플레이 생산기업들은 자동차용 OLED 개발에 착수한 것으로 알려졌다.
MCH와 공동으로 OLED 사업을 추진하고 있는 Pioneer는 자동차 내부 조명 뿐만 아니라 꼬리등과 같은 외장부 적용에도 적극적으로 나서고 있다.
자동차는 앞으로 자율주행이 확산되면 내부 공간을 보다 편안하게 만들고자 하는 니즈가 확대될 것으로 예상되며 OLED 조명이 해당 역할을 담당할 것으로 기대하고 있다. <강윤화 기자: kyh@chemlocus.com>