OLED display는 moblie용 (태블릿 포함) 이냐 TV용이냐에 따라서 적용되고 있는 기술 및 구조가 확연하게 차이가 난다. OLED TV는 Oxide TFT + WOLED를 사용하고 있으며, 스마트폰과 태블릿은 LTPS TFT + RGB patterning을 적용하고 있다. 왜 다른 기술을 적용하게 되었고 성능에는 어떤 차이가 있는지 정리해보겠다.
TFT (Thin Film Transister) 측면에서 바라보면, 기존 LCD에서는 사용되는 TFT는 단지 on/off switching 기능만 하기 때문에 mobility가 낮은 amorphous Si TFT만을 적용하여도 고해상도 표현이 가능하였다. (물론 UHD LCD 개발을 위하여 많은 연구개발을 하였다.) 하지만 OLED는 backlight가 없는 자체 발광 구조로 current driving TFT가 필요하다. 즉 On/off switching 기능 + current driving TFT까지 필요하다. 더 많은 수의 TFT가 필요하고, current를 흘려주기 위해서는 mobility가 높은 TFT가 필요하다. Mobility가 높으면 TFT를 크기를 작게 만들수 있다. 자세한 내용은 따로 정리를 하겠지만, 결론적으로 amorphous Si TFT로는 mobility가 너무 낮다. 그래서 결정화 Si인 Low Temperature Poly-Silicon (LTPS)를 OLED mobile display에 적용하게 되었다. LTPS 공정상 대략 450도 온도에서 레이저 결정화가 필요하다. 현재까지 개발된 레이저 결정화 장비의 최대 크기는 Gen 6 정도이다. 이것도 Gen4, Gen5 이렇게 계속 개발되어왔다. 균일한 레이저를 Gen6 길이로 만드는 것이 쉽지않다. Gen 6 size의 LTPS TFT로는 mobile display를 양산하는데는 가격 경쟁력이 있다. (LCD mobile display도 Gen 6 공장에서 제작한다.)
하지만 OLED TV는 다르다. LCD TV는 Gen 8 이상에서 대부분 제작되고 있기 때문에 OLED TV도 Gen 8 size에서 제작되어야 가격 경쟁력이 있다. 따라서 Amorphous Si 대비 mobility가 우수한 Oxide TFT 기술이 개발되었다. Oxide TFT는 기존 amorphous Si TFT 공정 장비를 개조하여 Oxide TFT를 제작할 수 있는 장점이 있다. LG Display가 가장 먼저 oxide TFT 양산에 성공하여 OLED TV를 출시할 수 있었던 것이다.
Mobile OLED display
Samsung Display에서 개발하여 현재 일반화된 mobile OLED display 구조는 LTPS TFT + RGB 방식이다. RGB 방식은 OLED 증착시에 Fine Metal Mask (FMM)를 이용하여 RGB를 patterning하는 방식이다. OLED 구조상으로 Top emitting microcavity 구조이다. Anode에 Ag alloy 반사판을 cathode에 thin Mg:Ag metal layer를 적용하여 microcavity 구조를 가지며, substrate 반대편으로 빛을 발산하는 top emission 구조이다. Mobile OLED display는 300ppi이상 고해상도이기 때문에 TFT가 차지하는 면적이 크기 때문에 top emission구조로 제작된다. microcavity구조를 적용하면 광학 간섭 효과로 인해서 효율이 1.5배 이상 높으며, 색 순도를 높일 수 있다. 좀더 자세한 내용은 추후에 따로 포스팅 하도록 하겠다.
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Fig.1 Flexible mobile OLED display structure. Rigid mobile OLED display uses glass substrate as a substrate (No need for passivation buffer layer). As an OLED emitting layer, blue fluorescent and Green/Red phosphorescent OLED materials are used now. (Packaging and substrate are different for flexible OLED display) |
OLED TV
2013년까지 Samsung Display와 LG Display는 OLED TV를 먼저 양산하고자 기술개발을 경쟁을 해왔었다. 여기서 먼저 양산에 승리한 것이 LG Display 방식인 Oxide TFT + WOLED 구조이다. Samsung Display는 기존에 모바일 기술적으로 우위에 있던 LTPS TFT + RGB 방식으로 OLED TV를 양산하고자 하였으나 결국 양산성 확보에 실패했다. (RGB pattering에서 불량률이 너무 높아 가격경쟁력 확보 실패한다.)
LG Display의 WOLED 구조는 기존에 조명용으로 Kodak등에서 개발되어 왔었다. 여기에 display용으로 기존 LCD에서 사용하던 Color filter를 적용하여 RGB patterning을 진행한다. Oxide TFT -> Color filter -> WOLED 순으로 제작하게 되는 것이다. WOLED는 white OLED의 줄임말로 OLED 증착시에 white OLED로 RGB patterning 없이 공통적으로 증착하고 color filter로 각각 RGB를 색을 내게 된다. OLED 구조상으로 투명 ITO anode 위에 2 stack white OLED + thick Al cathode를 공통으로 증착하게 된다. substrate 방향으로 빛을 발하는 bottom emission 구조를 가지게 된다. 이는 TV향이기 때문에 가능하다. 발광 sub pixel 하나당 100X300um 정도로 크기 때문에 mobile OLED display와는 달리 TFT 많은 면적이 가리더라도 bottom emission으로도 충분히 발광 면적 (Aperture ratio)을 확보할 수가 있다. (참고로 Mobile에 적용되는 pixel size는 40~50um size이다.) 물론 Top emission을 적용하게 되면 더 큰 발광 면적을 확보할 수 있는 장점이 있으나, cathode 저항, microcavity로 인한 색시야각 문제 등 해결해야할 문제가 많다. 이 또한 추후에 기회가 되면 포스팅 하도록 하겠다.
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| Fig. 2 OLED TV Display structure (WOLED + Color Filter)
출처 : http://www.ddaily.co.kr/news/article.html?no=107190
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| Fig. 3 WOLED structure (2 stack) |
Mobile vs. TV OLED display의 차이를 간단히 정리하면 아래와 같다.
Mobile
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TV
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RGB Patterning
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RGB (FMM)
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WOLED + Color filter
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Emission
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Top emission
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Bottom emission
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Backplane
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LTPS (Low Temperature Poly-Silicone)
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Oxide TFT
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Optical resonance
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Micro-cavity
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Non cavity
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Substrate
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Plastic (Poly-imide) or Glass
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Glass
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마지막으로 왜 Mobile향과 TV향 OLED display가 다른 구조를 가지게 되었는지를 정리한다면, 결국 양산성이다. 양산성이란 말은 결국 가격경쟁력이라고 보면 된다. 가격경쟁력은 일반 소비자들이 납득할만한 가격에 출시가 가능한지가 기준이다. 기존 소비자들은 LCD display에 익숙해져 있고, 더 좋은 성능의 display가 나오더라도 2~3배 가격을 더 주고 구매하고자 하는 소비자는 별로 없다. Mobile OLED display는 LTPS + RGB patterning을 적용하여 거의 LCD display와 비슷한 제조단가를 달성할 수 있었다. (여기서 LCD display라고 하면 iphone에 적용되는 LTPS + LCD 구조의 고급품이다.) TV향 OLED display도 LTPS + RGB patterning하면 성능적으로 제일 좋다. 효율 높고 소비전력이 낮기 때문이다. 문제는 Gen 8 size는 아직 기술적으로 준비가 되어 있지 않다. 그래서 차선으로 나온 것이 oxide TFT + WOLED 구조이다. LG Display에서는 이 구조로 양산을 늘려가고 있으며 LCD display 대비 가격 경쟁력 확보가 가능하다고 판단한 듯 하다.
여기서 관전 포인트는 Samsung Display의 선택일 것이다. OLED TV를 언제 다시 시작할지, 과연 LG방식과 어떻게 차별화 할지가 궁금하다. 개인적으로는 2016년 내에 OLED TV개발을 재 추진할 것이라고 판단되며, Oxide TFT + WOLED + alpha 정도로 정리될 것이라고 본다. 시기상으로 벌써 중국업체의 LCD 시장점유율 장악으로 인해서 LCD TV 적자가 큰폭으로 증가하고 있기 때문에 더 이상 결정을 미룰 수는 없어보인다. 그렇다면 결국 검증된 LG방식 밖에는 답이 없다.
2016.5.9
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