화학저널

대형 OLED(Organic Light Emitting Diode: 유기발광다이오드) 패널 시장이 새로운 국면을 맞이하고 있다.
삼성디스플레이가 2021년 11월 퀀텀닷(Quantum Dot: QD) 방식의 OLED 패널 양산 기념식을 개최하고 삼성전자, 일본 TV 생산기업을 대상으로 공급을 시작했기 때문이다.
대형 OLED 패널은 LG디스플레이가 WOLED(White OLED)를 독점 공급하고 있으나 QD-OLED가 등장함으로써 독점체제가 무너지고 대항마로 프린팅 방식의 OLED 패널 개발이 가속화될 것으로 예상된다.

삼성디스플레이, QD-OLED 양산 시작
QD-OLED는 발광소재인 청색 백라이트 위에 적색과 녹색의 QD 컬러필터를 올려 파장을 변환시킴으로써 색을 재현하는 반면 WOLED는 RGB 발광소재를 적층해 흰색 백라이트로 사용하고 컬러필터로 다시 RGB를 얻는 방식으로 완전히 다른 구조를 형성하고 있다.
삼성디스플레이는 2019년 LG디스플레이와 경쟁하기 위해 10조원 이상에 달하는 QD-OLED 프로젝트를 발표한 후 우여곡절 끝에 사업화에 성공했다.
QD-OLED는 청색 발광소재와 파장을 변환시키는 QD 잉크 기술이 핵심이며 삼성그룹과 국내기업 생산제품을 채용한 것으로 파악되고 있으나, QD 잉크는 일본 안료 및 컬러레지스트 생산기업들이 삼성디스플레이의 차기 모델에 대한 채용을 목표로 개발에 박차를 가하고 있다.
청색 발광소재 역시 일본 발광소재 생산기업이 개발을 적극화하고 있다.
QD-OLED의 청색은 형광소재가 채용되고 있으나 발광효율은 적색, 녹색에 비해 떨어지는 단점이 있다. 녹색, 적색은 이론적으로 광효율이 100%인 인광소재를 활용하기 때문이다.
청색은 인광소재 또는 인광소재와 같은 100% 색 변환이 가능한 열활성화 지연 형광(TADF: Thermally Activated Delayed Fluorescence) 소재 개발이 활발하게 이루어지고 있다. TADF는 QD-OLED 뿐만 아니라 모든 OLED 패널에 적용할 수 있어 청색 시장을 장악할 수 있는 소재로 주목받고 있다.
삼성디스플레이는 색을 변환하는 소재로는 QD 잉크 뿐만 아니라 컬러필터도 투입하고 있다.
WOLED와 같이 투과율이 높은 염료계 레지스트를 채용한 것으로 파악되고 있어 염료계 레지스트 생산기업에게도 대형 OLED 패널이 중요한 시장으로 부상하고 있다.
최근에는 프린팅 방식의 OLED 패널 개발이 가속화되고 있다.
중소형과 같이 마스크 증착으로 RGB를 나누어 칠할 수 없는 대형 패널에 잉크젯 프린팅을 활용하며, 컬러필터 등 가로막는 소재가 없어 휘도, 콘트라스트가 높고 구조가 단순하며 가격경쟁력이 높은 것으로 알려졌다.
중형 프린팅 패널을 공급하고 있는 일본 JOLED와 중국 CSOT가 공동으로 실증시험을 진행하고 있다.
도포 발광소재는 고분자계와 저분자계 소재 생산기업이 경쟁하고 있다.

스마트폰용 중심으로 중소형 개발 경쟁 치열…
스마트폰용 중소형 패널은 삼성디스플레이가 압도적인 점유율을 확보하고 있는 가운데 중국기업들이 경쟁력을 강화하고 있다.
2022년에는 BOE, CSOT, 톈마(Tianma)를 포함한 중국기업의 글로벌 점유율이 30%에 육박하는 수준으로 성장할 것으로 예상된다. 다만, 중국산 패널은 주로 중국산 스마트폰에만 투입되고 있으며 하이엔드(High-end) 스마트폰용은 삼성디스플레이를 LG디스플레이, BOE가 추격하는 형태로 경쟁구도가 형성하고 있다.
태블릿PC, 노트북용 중형 패널 시장에서는 LCD(Liquid Crystal Display)가 부활하고 있다.
애플(Apple)이 2021년 출시한 아이패드(iPac), 맥북(MacBook)에 미니 LED(Light Emnitting Diode) 백라이트를 탑재한 LCD를 채용했기 때문이다. 미니 LED 백라이트를 부분적으로 구동함으로써 OLED 패널에 가까운 자발광 효과를 얻을 수 있어 콘트라스트 향상이 가능한 것으로 파악되고 있다.
마스크 증착 방식인 OLED 패널은 패널 크기가 대형화됨에 따라 양산성이 떨어지는 문제점이 있어 애플이 LCD를 채용한 것으로 판단된다.
그러나 시장에서는 OLED 패널을 탑재한 태블릿PC, 노트북이 증가하고 있어 애플도 장기적으로는 OLED 패널을 채용하기 위해 2 Stack Tandem 구조를 검토하고 있는 것으로 파악하고 있다. 2 Stack Tandem은 RGB 발광층을 2단으로 쌓는 기술로 휘도를 2배 향상시킬 수 있는 것으로 알려졌다.
JOLED도 10인치대의 프린팅 방식 OLED 패널 기술을 보유하고 있어 중형 OLED 패널 개발 경쟁이 더욱 치열해질 것으로 예상된다.

OLED 패널 시장 2021년 380억달러로 성장
OLED 패널은 한국과 중국이 경쟁하면서 성장성이 확대되고 있다.
옴디아에 따르면, 글로벌 OLED 패널 매출은 2020년 297억달러(32조8000억원)에서 2021년 380억달러(42조원)로 28％ 증가한 것으로 추정된다.
스마트폰 등 모바일 분야에서 OLED 패널 탑재가 증가하고 있기 때문이다. 5G(5세대 이동통신) 스마트폰에서 플렉서블(휘어지는) OLED 패널 사용량이 늘어나고 있고, 평면 스마트폰도 LCD 대신 OLED를 사용하는 경향이 강해지고 있다.
OLED 패널은 LCD와 달리 백라이트가 필요 없어 더 얇고 가벼우며 색 재현이 우수하고 반응 속도도 빨라 프리미엄 스마트폰을 중심으로 채택되고 있다. 애플은 2020년 출시한 아이폰12 시리즈에 OLED 패널을 채택한 바 있다.
2021년에는 플렉서블 OLED가 일반 평면 OLED보다 더 성장한 것으로 파악된다.
일반 OLED 매출은 2020년 101억달러(11조2000억원)에서 2021년 120억달러(13조3000억원)로 18.8％, 플렉서블 OLED 매출은 196억달러(21조7000억원)에서 258억달러(28조5000억원)로 31.6％ 확대된 것으로 파악된다.
플렉서블 OLED 중에서도 폴더블(접히는) OLED 패널 성장세가 주목된다.
삼성전자, 화웨이(Huawei), 오포(Oppo), 샤오미(Xiaomi) 등 글로벌 스마트폰 생산기업들의 폴더블 스마트폰 출시에 힘입어 폴더블 OLED 매출은 2021년 21억달러(2조3000억원)로 203％ 폭증하고, 자동차 전장부품용 OLED 매출도 95％ 급증한 것으로 추정된다.
다만, OLED 패널이 성장성을 가속화하기 위해서는 품질 개선과 가격경쟁력 강화, 소비전력 개선 노력이 요구되고 있다.
옴디아는 “코로나19(신종 코로나바이러스 감염증) 사태 이후 소비자들이 스크린 앞에서 보내는 시간이 길어지면서 눈 건강에 대한 중요성이 높아졌다”며 “화면에 깜빡임이 발생하는 플리커(Flicker) 현상이나 유해 블루라이트 발생이 적은 OLED 패널이 주목받고 있다”고 강조했다.

삼성디스플레이 주도에 BOE 추격전
글로벌 OLED 시장은 중장기적으로 삼성디스플레이와 BOE가 양강 구도를 형성할 것으로 예상된다.
2018년 글로벌 모바일용 플렉서블 OLED 생산능력은 원장(마더글라스) 기준 30만7000장에 달했으나 삼성디스플레이 18만장, BOE 9만장, LG디스플레이 3만장 수준이고 나머지는 7만장에 불과한 것으로 파악되고 있다.
삼성디스플레이는 2018년부터 2020년까지 생산능력 18만장을 유지했다. 애플의 아이폰X가 기대 이하의 판매량을 기록하면서 2018년 모바일 OLED 생산라인 가동률이 급격히 떨어져 증설에 신중한 자세를 견지하고 있다.
반면, BOE는 낮은 수율에도 불구하고 빠르게 투자를 확대하고 있다. 2017년 기준 생산능력이 4만5000장에 불과했지만 2018년 9만장대로 확대했고 2020년부터는 13만장 수준으로 끌어올린 것으로 알려졌다. BOE는 2014년 OLED 기술개발에 돌입한 이후 한국, 타이완 등에서 엔지니어를 집중적으로 스카우트해 기술 경쟁력을 끌어올리고 있다.
다만, 국내 디스플레이 전문가들은 BOE의 플렉서블 OLED 생산수율이 10%대에 머물러 있으며 2020년에도 60%를 달성하지 못한 것으로 판단하고 있다. 사업성을 확보하기 위해서는 최소 60% 이상의 수율 확보가 필요하나 선두인 삼성디스플레이의 80-90%대 수율을 따라오기 어렵다는 것이다.
OLED 투자는 한국, 중국이 중심이고 일본은 투자에 소극적으로 임하고 있다.
OLED 기술의 원조인 일본은 양산기술 확보에 어려움을 겪고 있고 대형 디스플레이 생산기업들이 적자, 영업부진 등으로 쉽사리 대규모 OLED 투자에 나서지 못하고 있다.
LCD 강자인 타이완도 마찬가지로 AUO, 이노룩스(Inolux) 등이 한국 및 중국에 뒤처졌다고 판단해 OLED 대신 마이크로 LED 디스플레이 등 신기술에 집중적으로 투자하고 있다.
타이완기업들은 최근 고부가 LCD로 꼽히는 저온다결정실리콘(LTPS) LCD 생산능력 강화에 집중하고 있다. LTPS는 기술 난이도는 상대적으로 높지만 더 높은 화질의 디스플레이를 낮은 가격에 생산할 수 있어 주목받고 있다.

한국-중국, 디스플레이 시장 주도권 다툼 치열
국내 디스플레이 생산기업들이 중국의 LCD 공세에 대응해 OLED 전환을 가속화하고 있으나 중국도 LCD 시장 주도권을 잡은 후 다시 OLED로 눈을 돌리고 있어 치열한 경쟁이 불가피해지고 있다.
중국기업들은 대규모 생산라인을 건설하는 등 공격적 투자에 나서고 있다.
옴디아에 따르면, 2020년 매출액 기준 중소형 OLED 시장에서 삼성디스플레이, LG디스플레이는 시장 점유율이 84.9%에 달했고 9인치 이상 대형 OLED는 98.1%를 장악한 것으로 나타났다.
국내 디스플레이 수출은 2019년부터 OLED가 LCD를 추월한 것으로 나타나고 있다. 산업통상자원부는 2018년 LCD 수출액이 136억6000만달러로 OLED 103억달러보다 많았지만, 2019년에는 OLED가 102억5000만달러로 LCD 79억3000만달러를 넘어섰고, 2020년에는 OLED가 109억1000만달러로 LCD 61억2000만달러를 크게 추월한 것으로 파악하고 있다.
특히, 2020년에는 디스플레이 수출액이 5.1% 감소했으나 OLED는 6.4% 증가했다. 수출 감소는 LCD 수출액이 22.8% 줄어든 영향이 크게 작용했다.
OLED는 LCD 패널과 달리 백라이트가 필요 없으며 얇고 가볍다는 점과 함께 색 재현력이 우수하고 반응 속도도 빨라 차세대 디스플레이로 부상하고 있다.
국내 디스플레이 생산기업들은 정부의 막대한 보조금을 등에 업은 중국기업들이 LCD 시장에서 물량 공세에 돌입하자 2010년대 초부터 OLED를 개발해 시장을 선점하고 있다.
그러나 LCD 시장 1위에 오른 BOE는 최근 중국 정부의 OLED 지원에 힘입어 기술력을 키우고 있으며 2020년 애플의 품질검사를 통과한 것으로 알려졌다. 스마트폰 OLED 시장에 진입한 지 4년만이며 CSOT, 티안마, HKC 등도 OLED에 공격적으로 투자하고 있다.
중국은 건설하고 있거나 계획하고 있는 OLED 생산라인이 약 20개에 달하고 있다.

MCC, 도포형 저분자 발광소재 양산
한국과 중국이 OLED 패널 시장을 놓고 경쟁하고 있는 가운데 일본 화학기업들은 소재 개발을 강화하면서 한국‧중국 시장을 공략하고 있다.
미츠비시케미칼(MCC: Mitsubishi Chemical)은 도포 프로세스용 저분자 발광소재를 공급하고 있으며 RGB 발광층부터 주변소재까지 다양한 라인업을 구축하고 있어 종합적인 제안이 가능한 강점이 부각되고 있다.
저분자계 소재는 고정밀화 니즈에 대응할 수 있어 하이엔드 모니터, 8K TV 등에 대한 공급을 강화하고 있으며 LCD 시장에서 축적한 블랙레지스트 관련 노하우를 바탕으로 OLED 패널용 블랙뱅크 소재를 제안하고 있다. 도포 프로세스용 저분자 발광소재는 점도가 낮고 크기가 작아 잉크젯 공정에서 뱅크 안에 정확하게 주입할 수 있는 이점이 있다.
디스플레이는 고정밀화가 진행되고 있어 해상도가 높은 프린팅 방식의 하이엔드 모니터, 8K TV 등에서 저분자계가 경쟁력을 발휘할 것으로 기대되고 있다.
미츠비시케미칼은 발광소재 외에 정공주입, 정공수송 등 주변소재에 대해서도 높은 기술력을 보유하고 있어 성능적으로 고분자계와 동등하거나 그 이상의 평가를 받고 있는 것으로 알려졌다.
최근에는 본격적인 채용을 앞두고 후쿠오카(Fukuoka) 공장 생산능력을 확대하기 위한 준비를 진행하고 있으며 이르면 2022년 후반 양산체제를 구축해 생산능력을 수배로 확대할 방침이다.
블랙레지스트는 LCD용 시장에서 높은 점유율을 확보하고 있으며 스마트폰, 자동차용 디스플레이, TV 등 OLED 패널용 블랙뱅크 소재로 제안하고 있다.
도포 프로세스용으로는 발액 타입의 블랙뱅크 소재를 공급하고 있다. 투명뱅크를 대체함으로써 외광 반사를 억제해 콘트라스트를 향상시킬 수 있는 특징이 있으며 이미 일부 디바이스에 채용되고 있는 것으로 알려졌다.
컬러레지스트는 OLED 패널용으로 염료계를 제안하고 있다. 염료계는 안료계에 비해 투과율이 높아 하이엔드 LCD에 투입되고 있으며 블랙뱅크 소재와 마찬가지로 OLED 패널 채용을 추진하고 있다.

SCC, 고분자계 소재로 경쟁력 강화
스미토모케미칼(SCC: Sumitomo Chemical)은 OLED 디스플레이 관련소재를 다양하게 공급하고 있다.
반사를 방지하는 용도로 이용하는 원편광판은 스마트폰, TV 시장에서 점유율 1위를 차지하고 있으며 액정도포형 편광자는 박막화가 가능한 강점을 바탕으로 폴더블 스마트폰에 대한 채용을 확대하고 있다.
OLED 발광소재는 대형 패널에 적용하기 위한 기술을 개발하고 있다.
스미토모케미칼은 다양한 디스플레이 관련제품을 공급하고 있는 가운데 차세대 프로세스인 프린팅 방식에도 대응하며 전방위적으로 OLED 시장을 리드하고 있다.
원평광판은 독자 개발한 위상차판을 채용해 생산하고 있다. 특히, 하이엔드 스마트폰용은 시장의 표준으로 자리 잡고 있으며 TV용도 높은 점유율을 확보하고 있다.
액정도포형 편광자와 위상차층을 조합한 원편광판은 최근 폴더블 스마트폰에 잇따라 채용되고 있다. 편광자와 위상차층을 모두 액정도포형으로 형성함으로써 막 두께를 10마이크로미터 미만으로 대폭 박막화할 수 있어 폴더블에 적합한 것으로 평가되고 있다.
투과율이 높은 컬러필터 방식의 반사방지 기술이 주목받았으나 스미토모케미칼은 염료계 컬러레지스트로 점유율 1위를 유지하고 있다. 염료계가 안료계에 비해 높은 투과율을 부여할 수 있기 때문이다.
OLED 발광소재는 세계에서 유일하게 고분자계를 공급하고 있다. 고분자계 발광소재는 안정적인 도포가 가능하며 기능을 조합함으로써 잉크젯 횟수를 줄일 수 있는 이점이 있다.
전하수송 기능을 발광층에 도입한 소재가 JOLED의 중형 패널에 채용되고 있으며 중국 CSOT가 개발하고 있는 대형 패널에도 적용될 것으로 기대하고 있다.
스미토모케미칼은 앞으로도 QD-OLED를 비롯한 최첨단 분야를 대상으로 기술개발을 강화할 방침이다.

이데미츠코산, 청색 이어 적색 개발도 가속화
이데미츠코산(Idemitsu Kosan)은 오마에자키(Omaezaki), 파주에 이어 중국 청두(Chengdu)에 OLED 소재 12톤 공장을 건설해 공급을 시작했다.
청색 OLED 발광소재 분야를 선도하고 있으며 각국 패널 생산기업 수요에 대응할 수 있는 체제를 구축함과 동시에 차세대제품 개발을 가속화함으로써 OLED 소재 시장 전반에서 경쟁력을 강화하고 있다.
이데미츠코산은 발광소재를 시작으로 전자수송, 정공수송, 정공주입 등 주변소재를 광범위하게 공급하고 있는 강점이 있다. 특히, 청색 발광소재는 글로벌 메이저로 자리매김하며 높은 영향력을 발휘하고 있다.
연구개발(R&D)은 치바(Chiba) 소재 전자소재 개발센터, 스위스 R&D센터에서 진행하고 있으며 종합적인 솔루션 공급에 힘을 기울이고 있다.
청두 공장은 OLED 패널 분야를 리드하고 있는 한국을 추격하기 시작한 중국에도 생산체제를 구축함으로써 시장 개척을 가속화하기 위한 목적으로 건설했다. 탄소중립을 위해 배출권 구입에 따른 오프셋을 실현했으며 앞으로는 청정에너지 이용을 검토할 계획이다.
이데미츠코산은 한국, 중국 패널 생산기업이 자국에 서플라이체인을 구축하는 움직임을 강화함에 따라 높은 기술력과 함께 현지생산의 강점을 충분히 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있으며 한국, 중국 생산기지 모두 개발기능을 보유하고 있어 수요처 니즈에 정밀하게 대응할 방침이다.
TADF 소재 개발에도 힘을 기울이고 있다.
적색, 녹색에 이용되고 있는 인광 발광소재는 희토류 사용으로 코스트가 높고 발광 스펙트럼이 넓어 색순도가 떨어지는 문제점이 있는 반면, TADF 소재는 색 순도가 높고 희소금속을 사용하지 않아 코스트 감축에 유리한 것으로 평가되고 있다.
적색은 이데미츠코산의 TADF 소재와 색 순도가 높은 도레이(Toray)의 적색 형광소재를 조합해 세계 최고 수준의 발광효율을 실현한 것으로 알려졌다. 형광소재가 이용되고 있는 청색도 TADF 소재, 인광소재 개발에 대한 패널 생산기업의 니즈가 높아지고 있다. 
이데미츠코산은 청색 형광소재 분야에서 축적한 노하우를 바탕으로 차세대 청색 발광소재 분야를 리드할 방침이다.

호도가야, 국내 SFC서 청색 인광소재 개발
호도가야케미칼(Hodogaya Chemical)은 OLED 소재 가운데 수송소재와 발광소재를 함께 공급하며 영향력을 확대하고 있다.
정공수송 소재, 전자수송 소재 등은 복사기, 프린터용 유기 광도전체 기술을 기반으로 개발해 사업화했으며 2010년 청색 형광소재 분야에서 세계 최고 수준의 지위를 확보한 국내 SFC를 자회사로 편입해 주요 3개 소재 공급체제를 완성했다.
이후 패널 생산기업을 대상으로 OLED 소재를 세트로 제안‧제공할 수 있다는 강점을 활용해 사업을 확장하고 있다.
호도가야케미칼은 SFC와 한국법인, 일본 쓰쿠바(Tsukuba) 연구소 등 한국-일본에 걸친 3대 개발기지에서 수요기업의 니즈에 신속하게 대응할 수 있는 체제를 구축하고 있다. 특히, SFC와 한국법인은 적극적인 인적교류를 통해 새로운 아이디어를 창출할 수 있는 환경을 갖추고 있다.
판매 역시 SFC와 한국법인을 통해 대응하고 있으며 중국 상하이(Shanghai)에도 판매기지를 설치해 한국 디스플레이 생산기업에 대항하기 위해 기술을 향상시키고 있는 중국기업에 대한 공급을 확대하고 있다.
앞으로는 중소형 뿐만 아니라 OLED 적용으로 성장이 기대되는 TV 등 대형 소재 공급에 주력함으로써 OLED 소재 사업 육성을 가속화할 계획이다.
장기적인 성장을 위해 차세대 기술 개발도 추진하고 있다.
SFC는 청색 인광소재와 TADF 소재를, 쓰쿠바 연구소는 TV용 대형 디스플레이의 핵심인 도포형 프로세스에 대응한 수송소재를 개발하고 있다.

NSCM, 녹색 호스트 소재 분야서 영향력
Nippon Steel Chemical & Material(NSCM)은 인광형 녹색 호스트 소재 분야에서 높은 시장점유율을 확보하고 있다.
중소형 OLED 패널 시장 성장을 견인하고 있는 한국 패널 생산기업을 대상으로 소재를 공급하고 있으며 경쟁력을 서서히 강화하고 있는 중국기업에 대한 판로를 확대하고 있다.
앞으로도 계속 스마트폰‧TV용으로 고성능 발광소재를 제안함으로써 확고한 지위를 다질 방침이다.
NSCM은 적색과 녹색의 인광형 호스트 소재를 양산하고 있으며, 특히 녹색 호스트 소재는 점유율 1위를 확보하는 등 상당한 영향력을 발휘하고 있다.
주력 분야는 스마트폰이며 앞으로는 폴더블 디바이스, 태블릿PC, 노트북, 자동차 탑재용 디스플레이 등이 증가할 것으로 예상하고 관련소재 개발을 강화하고 있다.
해외기업과의 협업도 검토하고 있다. 소재 성능을 향상시키는 것은 물론 패널 생산기업 가까이에서 생산함으로써 수요처 니즈에 세밀하게 대응하기 위한 전략이며 협업형태, 진출지역 등 모든 가능성을 열어두고 구체화할 계획이다.
시장이 확대되고 있는 TV용에도 힘을 기울이고 있다. OLED TV는 최근 성능이 향상됨과 동시에 발광소재가 황색에서 녹색으로 전환되고 있기 때문이다.
청색은 TADF형 호스트 및 도판트 소재를 개발하고 있다. 인광형 청색 호스트 소재도 개발하고 있으나 호스트와 도판트에 모두 대응할 수 있는 TADF형에 힘을 기울일 방침이다. (박한솔 책임연구원)