디스플레이 OLED, 식지 않는 열풍 2011년에 점화되었던 OLED 디스플레이 대규모 투자에 대한 열풍이 재점화 - OLED 디스플레이 대규모 투자에 대한 기대감이 높다. 2011년, 삼성디스플레이가 5.5세 대 중소형 생산라인에 대규모 투자를 전개한 뒤부터 OLED 디스플레이 산업에 대한 기 대감이 확산되었다. 삼성디스플레이가 스마트폰용 시장에 주력했던 반면, LG디스플레이 는 처음부터 TV 시장에 주력했다. 2013년에 OLED 대규모 투자에 대한 기대감이 확산 되었으나 실제로 대규모 투자는 전개되지 않았다. 김경민, CFA clairekim@daishin.com 투자의견 Overweight 비중확대 Rating & Target 종목명 투자의견 목표주가 주성엔지니어링 Buy 12,000원 테스 Buy 21,000원 에스엔텍 Buy 21,000원 2016년 재개된 OLED 열풍은 우호적 여건과 개선된 체질을 기반으로 지속될 전망 - OLED 시장에 대한 기대감은 2015년 4분기부터 재점화되었고, 2016년 현재까지도 계 속되고 있다. 당분간 이러한 열풍은 식지 않을 것으로 전망된다. 전반적인 여건이 과거 보다 크게 개선되었기 때문이다. 전방산업에서 TV 세트업체의 OLED 패널 수요 증가하 고 있으며, TV용 OLED 디스플레이의 양산성이 크게 개선되었다. OLED 패널이 애플 제 품 내에서 확산 적용될 가능성이 점차 부각되고 있다. - 뿐만 아니라 2011년 이후 5년간 OLED 업계 전반적으로 체질개선이 이루어졌다. 국내 디스플레이 패널업체는 설비투자 여력이 증가했고, 장비업체는 수주 공백을 극복하기 위해 중국에 진출하여 패널업체를 고객사로 확보했다. 체력강화와 준비운동을 마치고 다시 뛰어나갈 시점이 도래했다. 대규모 투자의 수혜 기업은 고온 장비, 봉지장비 및 유기재료 증착장비 기술 보유 기업 - OLED 디스플레이의 핵심 소자는 전기스위치로 사용되는 TFT이다. OLED에 적합한 LTPS TFT와 Oxide TFT를 형성하기 위해 고온 열처리장비와 레이저장비가 필요하다. 따 라서 고온 공정에 대응 가능한 장비업체들의 주가가 가장 먼저 상승했다. - 고온 장비 외에 핵심적으로 필요한 장비는 봉지장비와 유기재료 증착장비이다. 봉지장 비는 2015년부터 국산화가 전개되고 있으며 대면적 OLED 디스플레이어 먼저 적용되기 시작했다. 유기재료 증착장비는 국산화 속도가 느리지만 고객사의 국산화 의지가 강할 수밖에 없다. 반도체 EUV (극자외선 노광장비) 장비에 버금가는 높은 가격 때문이다. 고객사가 단기간에 100K 생산능력 증설은 어려우나 준비된 장비업체는 기회 확보할 것 - 플렉서블/플라스틱 OLED 생산라인을 10K (월 10,000장 유리기판 기준) 확보하는데 1 조원 이상의 자금이 필요한 것으로 추정된다. 100K를 신규증설하려면 적어도 10조원 이상의 자금이 필요할 것이다. 따라서 자금력과 기술력을 동시에 보유한 기업이라도 10 조원 이상의 대규모 자금을 1년만에 집행하기 어려울 것이다. - 장비업체가 고객사의 대규모 장비수주에 대응하려면 기술력은 기본적으로 갖추고, 내부 유보금이 확보되어야 한다. 최근 디스플레이 장비업체들이 장기 차입금 조달, 유상 증 자, 자사주 매각 등을 통해 자금을 확보하고 있다. OLED 장비업체 최선호주로 주성엔지니어링, 테스, 에스엔텍 추천 - 최선호주로 주성엔지니어링, 테스, 에스엔텍을 추천한다. 투자포인트는 다음과 같다. (1) 양수겸장 ( 兩 手 兼 將 ): 반도체 증착장비 기술을 바탕으로 OLED 시장에 진출 (2) 낭중지추 ( 囊 中 之 錐 ): 기술 진입장벽 높은 핵심 장비 공급 (3) 일거양득 ( 一 擧 兩 得 ): 국내 고객사뿐만 아니라 중국 고객사까지 골고루 확보 (4) 고진감래 ( 苦 盡 甘 來 ): 고객사로부터의 수주 공백을 이겨낸 경험 기업분석 2016.03.02 www.daishin.com
Table of Contents 제목 Page 1 요약: OLED 산업 현황 1 2 LCD, 성숙된 디스플레이로서 여전히 발전 지속 11 3 OLED, 구조가 단순하기 때문에 자유로운 형태로 구현 가능 19 4 OLED 핵심 소자는 LTPS TFT와 Oxide TFT 41 5 핵심 장비는 고온장비 및 봉지장비와 유기재료 증착 장비 53 6 2016년, OLED 투자 여건은 기존 대비 개선 59 7 OLED 장비업체 투자 시 유의 사항 68 8 OLED 장비업체 최선호주 선정기준 4가지 69 9 주성엔지니어링: 부활의 합창이 울린다 71 10 테스: 나비로 변신한 애벌레 73 11 에스엔텍: 남다른 데뷔가 기대된다 75
DAISHIN SECURITIES 1. 요약: OLED 산업 현황 OLED 는 LCD 패널보다 단순한 구조 갖춰 차세대 디스플레이로 떠올라 OLED 디스플레이에 대한 열풍이 뜨겁다. 2011년, 삼성디스플레이가 5.5세대 중소형 생 산라인에 대규모 투자를 전개한 뒤부터 OLED 디스플레이 산업에 대한 기대감이 확산 되었다. 삼성디스플레이가 스마트폰용 시장에 주력했던 반면, LG디스플레이는 처음부터 TV 시장에 주력했다. 국제 전시회에서 OLED TV와 플렉서블/플라스틱 OLED 제품이 공개되면서 OLED 디스플레이는 차세대 디스플레이로 주목받았다. 그러나 OLED는 핵심공정인 유기재료의 증착과정에서 수율이 낮아 대면적 양산이 어려 웠다. 수율이 낮다보니 완제품 가격이 높았다. 2011년에 출시된 Sony의 OLED TV는 11인치의 소형 크기였는데, 가격은 2,000달러가 넘었다. OLED에 의한 패러다임 전환이 기대되는 한편, LCD 패널 생산 기술은 지속적으로 발 전했다. 디스플레이 패널의 핵심적 특성인 색감, 해상도, 휘도 개선은 지금도 계속되고 있다. 최근에는 퀀텀닷 기술, 4K UHD, HDR이 각각 색감, 해상도, 휘도 개선 기술로 적 용되며 고급 LCD 제품의 표준으로 자리잡아 가고 있다. 이와 같이 LCD 기술이 발전하더라도 OLED 디스플레이를 뛰어넘을 수 없을 것으로 전망된다. OLED 디스플레이의 구조가 근본적으로 LCD 패널보다 단순하기 때문이다. LCD 패널의 구조를 단순화하기 어려운 이유는 빛에너지를 방출하는 광원이 필요하기 때문이다. 광원으로서 형광등과 LED칩이 사용된다. 시각 정보를 대면적으로 표현하기 위해서는 형광등의 선 線 광원과 LED점 点 광원이 면 面 광원으로 바뀌어야 한다. 따라서 BLU (Back Light Unit)가 그러한 역할을 담당한다. 광원과 BLU가 반드시 필요하다 보 니 LCD 패널을 이용한 완제품은 평평한 형태로만 구현 가능하다. LCD 패널을 구부린 Curved TV가 출시되기도 했지만, 휘거나 접기는 어렵다. OLED 디스플레이는 LCD 패널과 달리 자유로운 형태로 구현이 가능하다. 이는 OLED 디스플레이의 핵심 구성요소인 유기재료 때문이다. 유기재료가 전기에너지를 받으면 이 를 빛에너지로 방출한다. 따라서 OLED 디스플레이에는 LCD 패널처럼 빛에너지를 방 출하는 광원 (형광램프, LED칩)이 필요 없다. 유기재료의 기본 성분은 <기능성 색소>이다. 따라서 유기재료는 전기에너지를 받아 빛 에너지를 방출하는 발광의 기능도 하고, 색깔을 구현하는 발색의 기능도 한다. 따라서 LCD 패널의 광원과 컬러필터 기능을 대체한다. 단, TV용 대면적 OLED 디스플레이 양산 시에는 컬러필터가 여전히 사용된다. 유기재 료의 대면적 증착이 어렵기 때문이다. 대면적 생산라인에서 증착이 완료된 유기재료는 발광 기능만 수행하고, 발색 기능은 수행하지 않는다. 이와 같이 유기재료를 발광 기능 용도로만 증착하는 방식을 백색 OLED 증착 (White OLED Evaporation)이라고 부른다. 유기재료가 백색광만 방출하기 때문이다. 3
디스플레이산업 그림 1. 디스플레이의 발전: 브라운관 TV 그림 2. 디스플레이의 발전: PDP TV 주: Reuters, How Stuff Works, Discovery Channel, CNET, Osram, 대신증권 주: Reuters, How Stuff Works, Discovery Channel, CNET, Osram, 대신증권 그림 3. 디스플레이의 발전: CCFL LCD TV 그림 4. 디스플레이의 발전: LED LCD TV 주: Reuters, How Stuff Works, Discovery Channel, CNET, Osram, 대신증권 주: Reuters, How Stuff Works, Discovery Channel, CNET, Osram, 대신증권 그림 5. 디스플레이의 발전: OLED TV 주: Reuters, How Stuff Works, Discovery Channel, CNET, Osram, 대신증권 4
DAISHIN SECURITIES OLED의 구조적 장점은 유기재료의 기능 때문: 발색, 발광 기능 수행 유기재료의 핵심기능이 백색광 방출이기 때문에 유기재료의 발광효율과 수명을 개선하 는 기술이 꾸준히 개발되었다. 유기재료 구조 내에 더 많은 층을 쌓거나, 각 층의 두께 를 변경하는 방식이 적용되었다. 한편 발광효율이 높은 소재가 사용되기도 한다. 최근에 는 고효율 인광소재가 기존의 저효율 형광소재를 점차 대체하고 있다. 유기재료 핵심층인 발광층은 구성 소재의 특성에 따라 호스트 (Host)와 도판트 (Dopant)로 구분된다. 발광층이 커피우유라고 가정하면 호스트는 우유, 도판트는 커피 가루에 해당된다. 도판트는 첨가제에 불과하지만 단위당 가격이 훨씬 높다. 발광층 성능 을 향상시키는 데 적용되기 때문이다. 도판트 소재 관련 원천 기술은 미국의 Universal Display가 대부분 보유하고 있다. 국내 소재업체는 도판트보다 진입이 용이한 Red 호스 트 및 Green 호스트 소재를 개발했다. OLED 유기재료 개발기업의 연간 매출은 1,000억원을 상회하기 힘들다. 유기재료 시장 의 모멘텀이 될만한 사건은 대면적 OLED TV 패널 생산라인의 증설이다. (1) OLED 디 스플레이가 적용되는 애플리케이션이 스마트폰에서 TV로 바뀌면 면적이 100배 이상 증 가하고, (2) 대면적 TV에 특수하게 적용되는 백색 OLED 증착 (White OLED Evaporation)에서는 각 유기재료층의 두께가 늘어나 소요량이 증가하기 때문이다. OLED 디스플레이에서도 전기스위치는 여전히 필요. LTPS TFT 적용 OLED가 기술적으로 진보하더라도 LCD에서 적용되었던 핵심 기본 소자는 OLED에서 여전히 사용된다. 바로 TFT이다. TFT는 디스플레이의 각 화소를 조절하는 전기스위치 이다. 머리카락 두께만큼 얇기 때문에 박막 트랜지스터 (Thin Film Transistor)라고 불린 다. TFT는 반도체 공정과 유사한 공정, 세정, 증착, 노광, 현상, 식각 과정을 거쳐 형성 된다. 따라서 반도체 기술을 보유한 장비업체가 OLED 장비를 개발하기가 용이하다. TFT는 몇백만개의 화소를 조절하는 전기스위치로 LCD나 OLED 디스플레이에 반드시 필요하다. 다만, LCD와 OLED는 서로 각각 다른 종류의 TFT를 필요로 한다. LCD에서 는 아몰퍼스 실리콘 TFT가 사용되었다. 비교적 낮은 온도에서 제조가 가능하고, 유리기 판 및 플라스틱 기판에서도 형성이 용이하고, 대면적 적용이 쉬웠기 때문이다. 아몰퍼스 실리콘 TFT에서 실리콘 원자가 불규칙하게 배열되어 있다. 그래서 응답속도 가 상대적으로 느리고 초고해상도 디스플레이에 적합하지 않다. OLED 디스플레이에서는 LTPS TFT (저온 폴리실리콘 TFT)가 스위치로 사용된다. 아몰 퍼스 실리콘 TFT에 열처리장비나 레이저장비로 고온을 가하면 LTPS TFT로 전환된다. LTPS TFT의 전자 이동속도는 아몰퍼스 실리콘보다 빠르다. 따라서 LTPS TFT가 스위치 로 적용된 OLED 디스플레이는 시각 정보를 효과적으로 표현한다. 장면 전환이 빠른 동영상뿐만 아니라 화소가 촘촘하게 배열된 고해상도 디스플레이 구현에 용이하다. 이 러한 장점 때문에 LTPS TFT는 OLED 디스플레이 시장 규모가 커지기 전에 고품질 LCD 패널에도 적용되었다. 아이폰의 레티나 디스플레이가 대표적 사례이다. 5
디스플레이산업 OLED 디스플레이의 전기스위치로 Oxide TFT가 적용되기 시작 애플은 아이폰용 LCD 패널의 전기스위치로 LTPS TFT를 적용했고, 삼성디스플레이는 스마트폰용 OLED 디스플레이의 전기스위치로 LTPS TFT를 적용했다. 이와 같이 LTPS TFT의 적용 범위는 다양하지만 OLED 디스플레이에서는 LTPS TFT 적용이 필수적이다. 즉, 기존에 LCD 패널에 적용되던 아몰퍼스 실리콘 TFT를 OLED 에 적용할 수 없다. 아몰퍼스 실리콘 TFT를 OLED 디스플레이의 전기스위치로 적용할 수 없는 이유는 OLED 디스플레이에서 빠르고 일정한 값의 전류의 흐름을 요구하기 때문이다. LTPS TFT는 OLED 디스플레이의 핵심구성 요소인 유기재료에 특정한 값을 지닌 전류를 지 속적으로 공급하여 유기재료가 발광 (빛 방출), 발색 (색 표현) 기능을 수행하도록 돕는 다. 한편 LG디스플레이는 TV용 OLED 디스플레이에 산화물 TFT, 즉 Oxide TFT를 적용 했다. Oxide TFT의 전자 이동속도는 LTPS TFT보다 느리지만 아몰퍼스 실리콘 TFT보 다 빠르다. Oxide TFT는 투명 디스플레이 구현에 적합하다. 활성층으로 사용되는 소재인 IGZO 산화물이 상온에서 투명하기 때문이다. 패널업체 입장에서 Oxide TFT의 장점은 크다. 기존 4개 마스크 공정에서 1개 마스크가 추가되면 산화물 TFT를 제조할 수 있다. 또한 Oxide TFT는 LTPS TFT와 달리 고온 (레이저, 열)을 가해 실리콘 배열을 결정화시키는 과정이 필요 없어 고온 장비 투자 부 담이 완화된다. 아울러 Oxide TFT는 디스플레이 대면적화에 유리하다. LTPS TFT와 Oxide TFT를 형성할 때 고온 장비가 광범위하게 필요 LTPS TFT: 아몰퍼스 실리콘 TFT에 열처리장비나 레이저장비로 고온을 가하면 LTPS TFT로 전환된다. 아몰퍼스 실리콘에 고온을 가해서 실리콘의 배열을 바꾸는 것을 결정 화 (Annealing) 공정이라고 부르고, 결정화된 결과물을 LTPS (저온 폴리실리콘: Low Temperature Poly Silicon) TFT라고 부른다. 결정화 과정에서 레이저나 열과 같은 고온 의 에너지원이 필요하지만 그 결과물인 TFT가 저온 폴리실리콘, 즉 LTPS TFT이라고 불리는 이유는 500~600도 이하의 비교적 낮은 온도에서 제조되기 때문이다. Oxide TFT: LTPS TFT를 형성할 때 필요한 실리콘 결정화 장비는 필요 없지만 여전히 고온 열처리장비가 필요하다. 산화물 소재, 즉 IGZO 소재의 성능을 개선하는 데 열처 리장비가 필요하다. IGZO 증착 후에 수증기를 별도로 분사하는 공정에 고온 열처리장 비가 사용되므로 수증기 분사 공정을 Wet annealing (습식 결정화) 공정으로 부른다. 6
DAISHIN SECURITIES 플렉서블/플라스틱 OLED 디스플레이 제조 시 고온 장비는 여전히 필요 향후 기술 발전으로 플렉서블/플라스틱 OLED 디스플레이가 전면적으로 도입되더라도 고온 레이저장비 또는 고온 열장비가 여전히 필수적으로 사용될 것으로 전망된다. 플렉 서블/플라스틱 OLED 디스플레이의 기본 기판의 소재인 폴리이미드를 처리할 때 열처 리장비가 필요하기 때문이다. 폴리이미드는 산업용 플라스틱의 일종으로 고온에 대해 내구성이 강하다. 폴리이미드 기판을 딱딱하게 경화 ( 硬 化, Stiffening, 딱딱하게 변형)시 키는 공정에서 열처리장비가 사용된다. 또한 공정이 마무리되면 폴리이미드 기판은 캐 리어 글래스가 분리되는 데, 이 때 고온 레이저장비가 필요하다. 플라스틱 (폴리이미드 기판)과 유리 (캐리어 글래스)를 분리하는 레이저 빔이 사용되기 때문이다. 이러한 장비 를 레이저 탈착 (LLO: Laser Lift Off) 장비라고 부른다. 고온 장비 외에 필요한 핵심장비는 봉지장비 OLED 디스플레이 전공정에서 고온 장비 (열처리와 레이저장비)가 광범위하게 쓰이는 반면 후공정에서는 봉지장비가 필요하다. 봉지층은 발광/발색 역할을 담당하는 유기재료 를 보호하는 방패 역할을 수행한다. 유기재료를 보호하기 위한 봉지층의 소재로 유리나 박막 필름이 사용된다. 과거의 평평한/딱딱한 OLED 디스플레이에서 봉지층의 재료는 주로 딱딱한 유리가 적 용되었다. 플렉서블/플라스틱 OLED 디스플레이에서는 유리소재의 용처가 최소화되는 반면, 산업용 플라스틱 소재의 용처가 확대된다. 따라서 봉지층의 소재로서 박막 필름이 선호된다. 또한 TV용 대면적 OLED 디스플레이에서도 박막 필름 소재가 봉지층의 소 재로서 선호된다. 가볍고 얇은 특성 때문에 대면적 디스플레이 적용이 쉽기 때문이다. 박막 필름을 적용한 봉지층의 구조는 예상 외로 복잡하다. 여러 개의 층으로 이루어져 있다. 무기소재층과 유기소재층이 번갈아서 켜켜이 쌓이기도 한다. 봉지층의 구조는 계 속 발전하고 있다. 실리콘소재 (SiOx 또는 SixNy)로 이루어진 층을 3번 쌓고 나서 윗부 분에 방습 기판을 쌓는 방식도 있고, 투명 필름 형태인 고체 봉지를 덮는 방식도 있다. 아울러 각 층을 형성할 때 기존의 증착 (ALD, CVD) 방식보다 소재 소요량을 절감할 수 있는 인쇄 공정 (Printing) 장비가 이용되기도 한다. 박막 필름 소재를 이용하는 봉지 장비는 대부분 해외 장비업체 (Applied Materials, AKT, Kateeva)에서 생산했으나 LG디 스플레이의 TV용 OLED 패널 생산라인의 봉지장비는 국산화가 전개되고 있다. 7
디스플레이산업 2011 년, 삼성 디스플레이의 OLED 투자 당시 수혜 장비업체는 제한적 2011년에 삼성디스플레이의 대규모 OLED 투자를 전개할 당시 수혜가 예상되는 장비 업체는 제한적이었다. OLED 제조공정의 국산화가 본격적으로 이루어지지 않았기 때문 이다. 당시 주목받았던 장비업체는 대부분 삼성디스플레이로부터 지분투자를 받았거나 삼성디스플레이로의 매출 의존도가 큰 기업들이었다. 또한 기존 LCD 대규모 투자 시기 에 이미 관련 장비를 공급했던 기업들이었다. 2013 년, 시장의 기대는 높았으나 OLED 생산라인의 대규모 투자는 지연 2013년에도 다시 OLED 장비업체가 주목을 받았다. 2013년 1월 CES (Consumer Electronics Show) 전시회에서 OLED TV 신제품이 대거 공개되었기 때문이다. 2011년 일본 대지진, 2012년 남유럽 재정위기 이후 2013년 글로벌 TV 수요 회복에 대한 기대 감이 차세대 디스플레이로서 OLED의 기술력에 대한 기대감과 결합했기 때문이다. 그 러나 자본시장에서 기대했던 수준만큼 대규모 OLED 투자가 이루어지지 않았다. 2013 년을 돌아보면 삼성디스플레이나 LG디스플레이가 대규모 OLED 투자를 자제했던 이유 가 결국 완제품 세트 수요의 둔화 때문이었다고 판단된다. 2013년 2분기부터 삼성전자 스마트폰 출하 둔화가 시작되었고, 당시 신제품이던 갤럭시 S4의 판매에 대한 우려가 생겨나기 시작했다. 아울러 2013년 5월 31일, 글로벌 TV 수요를 견인하던 중국에서 TV 보조금 제도가 막을 내렸다. 이런 상황에서 규모의 경제 달성이 필수적으로 요구되 는 OLED 생산라인을 대규모로 투자하기는 쉽지 않았을 것이라고 판단된다. 2016 년, 전반적 여건 개선으로 OLED 장비업체의 수혜 가능성 높아져 OLED 시장 확대에에 대한 기대감은 다시 2015년 4분기부터 확산되기 시작했고, 2016 년 현재까지도 계속되고 있다. 당분간 이러한 열풍은 식지 않을 것으로 전망된다. 전반 적인 여건이 과거보다 크게 개선되었기 때문이다. (1) 전방산업에서 TV 세트업체의 OLED 패널 수요 증가 (2) TV용 OLED 디스플레이의 양산성 개선 (3) OLED 패널이 애플 제품 내에서 확산 적용될 가능성 (4) 국내 장비업체가 중국으로 진출하며 잠재 고객 포트폴리오 확대 (5) 국내 디스플레이 패널업체의 설비투자 여력 증가 8
DAISHIN SECURITIES OLED 장비업체의 주가 급등 원인 (1) 실적의 스윙 효과, (2) 고객사간의 교감 OLED 열풍이 재개된 이후 OLED 장비업체의 주가는 높은 프리미엄을 받고 있으며, 그 중 일부업체는 과거에 받아본 적이 없는 밸류에이션 프리미엄을 받고 있다. 이는 (1) OLED 장비 수주에 따른 실적의 스윙 효과가 크고, (2) 고객사간의 교감이 확대되어 OLED 시장의 파이가 커질 가능성이 높기 때문이다. (1) 실적 스윙 효과: 유기소재 증착장비 1 대당 매출액 1,000 억원 증가 OLED 디스플레이 장비의 가격은 일반적인 전공정 핵심장비 가격보다 매우 높다. 8세대 유기재료 증착장비는 TV용 OLED 생산라인에 적용되는 경우 1대당 1,000억원이다. 즉, 반도체 공정에서 사용되는 극자외선 노광장비 (EUV equipment: Extreme ultraviolet lithography equipment)만큼 가격이 높다. 이와 같이 장비 가격이 높다 보니 고객사 (패 널업체)의 신규 증설 시 장비 공급이 확정되면 연간 매출이 드라마틱하게 개선된다. (2) 고객사간의 교감 확대 2016년이 과거 대비 크게 달라진 점은 고객사의 협력 확대 가능성이 높아졌다는 점이 다. 따라서 장비업체 입장에서는 고객사의 포트폴리오가 확대될 가능성이 동시에 높아 진다. 이와 반대되는 경우가 반도체 3D-NAND이다. 2013년 하반기 신규 투자가 전개 되기 시작했는데, 당시에는 3D-NAND 투자를 집행하는 주력 고객사로부터 핵심 장비 수주를 가장 많이 받은 기업의 주가가 가장 빠르게 상승했다. 그러나 2016년 현재의 OLED 장비업체처럼 높은 밸류에이션 프리미엄을 받지 못했던 이유는 당시에 대규모 3D-NAND 투자를 전개하는 고객사가 하나뿐이었기 때문이고, 3D-NAND 투자를 통 해 기존 경쟁사와 대비 원가 경쟁력을 선제적으로 확보하는 것이 목적이었기 때문이다. OLED 증설을 계획하는 고객사간의 교감이 확대되는 근본적 원인은 대규모 투자에 대 한 부담 때문이다. - OLED는 이미 검증된 기술을 유사하게 적용 필요 - 애플향 수요 대응 시 단독 투자 위험 감내 어려워 - 대규모 투자 앞두고 같은 배를 탄 입장 - 대규모 투자 리스크 축소 위해 장비 국산화 추진 9
디스플레이산업 OLED 장비 국산화는 과거 반도체럼 단계적으로 전개 OLED 디스플레이 장비의 국산화는 단계적으로 이루어질 전망이다. 과거 반도체 장비 의 국산화도 점진적으로 이루어졌다. 초기에는 대부분 절연막 (특정한 층을 전기적으로 분리하거나 오염원으로부터 차단시켜주는 막)을 증착하는 장비가 개발되다가, 최근에는 다양한 층 (하드마스크 층, 금속층, 기존 절연막보다 전류 흐름을 더 잘 제어하는 층)을 증착하는 데 점차 적용되고 있다. OLED 장비 국산화는 전기스위치 (TFT) 형성 공정에서 봉지장비로 확산 OLED 디스플레이 공정용 장비 국산화는 고온 열처리 및 레이저장비에서 시작되었다. 이들 장비는 대부분 유리기판이나 폴리이미드기판에 TFT를 형성할 때 사용된다. 또한 폴리이미드 소재를 경화 ( 硬 化, Stiffening, 딱딱하게 변형)시키거나 폴리이미드 기판을 캐리어 글래스 (Carrier Glass)로부터 분리하는 데 사용된다. 고온 장비 이후에는 유기재 료를 수분과 산소로부터 보호하는 봉지장비가 본격적으로 국산화될 것으로 예상된다. (1) 패널업체의 관점에서는 봉지장비의 가격이 80~150억원으로 높아 원감절감이 당장 필요하고, (2) 장비업체의 관점에서는 기존에 반도체에서 특정 레이어 (Layer)를 형성하 는 기술, 즉 CVD (Chemical Vapor Deposition: 화학 기상 증착), ALD (Atomic Layer Deposition: 원자층 증착) 기술을 응용하면 봉지층을 형성할 수 있기 때문이다. 유기재료 증착장비도 국산화 당위성 높아 국내 업체에게 기회가 될 것 봉지장비 뿐만 아니라 유기재료 증착장비도 국산화가 필요하다. 유기재료 증착장비가 OLED 공정장비 중 가장 가격이 높아 (8세대 생산라인 기준 1,000억원) 대규모 투자를 전개하는 패널업체 관점에서 원가 절감이 반드시 필요한 분야이기 때문이다. 유기재료 증착장비 국산화는 국내 장비업체에게 유리한 기회가 될 것으로 전망된다. 장비 가격이 높다 보니 고객사 (패널업체)의 신규 증설 시 장비 공급이 확정되면 연간 매출이 드라마 틱하게 개선된다. 또한, 기존 국내 장비업체가 중국 패널업체에게 장비를 공급하는 경우 가 많아 4~6세대의 중소형 증착장비를 공급하며 증착 기술을 안정화할 수 있기 때문이 다. 10
DAISHIN SECURITIES 2. LCD, 성숙된 디스플레이로서 여전히 발전 지속 OLED 열풍은 전방산업 대규모 투자에서 비롯 OLED 열풍이 뜨겁다. OLED 열풍은 2011년에 시작되었다. 2011년 3월, 삼성모바일디스플레이가 3.4조원의 대규모 투자를 결정했기 때문이다. 이후 삼성모바일디스플레이의 투자 규모는 2010년 1.6조원, 2011년 4.2조원으로 급증했다. 2012년 삼성모바일디스플레이가 삼성디스플레이 로 흡수합병된 이후 2013년 설비투자 규모는 5.6조원을 기록하며 사상 최대 수준을 기 록했다. OLED 디스플레이는 스마트폰용 패널로 적용되기 시작 삼성디스플레이의 대규모 OLED 투자를 견인했던 제품은 삼성전자의 플래그쉽 스마트 폰이었다. 2010년, 삼성전자 스마트폰 중에서 갤럭시 S1에 OLED를 적용했다. 따라서 삼성디스플레이의 OLED 생산라인에는 스마트폰용 패널 생산에 적합한 중소형 유리기 판이 적용되었다. 특히 대규모 생산라인에는 5.5세대 유리기판이 대부분 적용되었다. 5.5 세대 유리기판 크기는 사무실 책상 크기와 유사하다. 1,300mm x 1,500mm (1,950,000mm2 = 19,500cm2 = 1.950m2)이다. 그림 6. OLED 디스플레이, 스마트폰용 패널로 적용되어 해상도 개선 및 크기 확대 지속 자료: IHS, 대신증권 리서치센터 11
디스플레이산업 표 1. 생산라인 세대별 유리기판 크기 세대 (Generation) 4.0G 가로 (mm) 세로 (mm) 유리기판 크기 (m2) 650 830 0.539 680 880 0.598 4.5G 730 920 0.671 5.0G 1,000 1,200 1.200 1,100 1,250 1.375 1,100 1,300 1.430 1,200 1,300 1.560 5.5G 1,300 1,500 1.950 6.0G 자료: 업계 자료, 대신증권 리서치센터 1,500 1,800 2.700 1,500 1,850 2.775 7.0G 1,870 2,200 4.114 7.5G 1,950 2,250 4.387 8.0G 2,160 2,460 5.313 8.5G 2,200 2,500 5.500 10.0G 2,880 3,130 9.014 삼성디스플레이가 스마트폰용에 주력한 반면 LG 디스플레이는 TV 용에 주력 삼성디스플레이가 5.5세대를 중심으로 스마트폰용 OLED 패널 양산에 주력한 반면, LG 디스플레이는 초기부터 TV용 OLED 패널 투자에 주력했다. 2013년 2월, LG디스플레이 는 대형 OLED 패널 투자 계획을 공시했다. 설비투자 금액은 7,063억원이었고, 8.5세대 유리기판이 적용되었다. 8.5세대 유리기판 크기는 대형 침대와 유사하다. 2,200mm x 2,500mm (5,500,000mm2 = 55,000cm2 = 5.5m2)이다. OLED 생산라인의 수율 (정상품의 생 산비율. 이와 반대되는 개념은 불량률)이 100%라면, 8.5세대 유리기판에서 55인치 TV 패널 6장을 생산할 수 있다. 그림 7. 갤럭시 S1, 삼성디스플레이의 OLED 패널 적용 그림 8. TV: LG 디스플레이의 55 인치 OLED 패널 적용 자료: 삼성전자, 대신증권 리서치센터 자료: LG전자, 대신증권 리서치센터 12
DAISHIN SECURITIES OLED 는 대체 기술로서 주목받았으나 유기재료의 증착 수율 낮아 양산 난항 2011년 삼성디스플레이의 5.5세대 OLED 투자, LG디스플레이의 8.5세대 OLED 투자 이후부터 OLED는 디스플레이 산업의 LCD (Liquid Cristal Display)를 대체할 기술로서 본격적으로 주목받기 시작했다. OLED는 LCD보다 동영상 응답 속도가 빠르고, 색재현 성이 뛰어났다. 그러나 OLED의 여러 가지 기술적 우위에도 불구하고 LCD를 빠르게 대체하지 못했고, LCD는 여전히 노트북 PC, 모니터, TV용 디스플레이 패널로 광범위하 게 사용되었다. OLED가 여러 제품의 디스플레이 패널로 빠르게 적용되지 않았던 이유 는 대면적화가 어려웠기 때문이다. 특히, 디스플레이 산업의 핵심 제품은 TV용 패널인 데, OLED를 적용한 제품은 수율이 낮았다. 생산 공정 중에서 유기재료의 대면적 증착 이 어려웠기 때문이다. 증착 공정의 기술적 난이도가 높다 보니 OLED 장비 중에서 증 착 장비의 가격이 가장 높다. 8세대 대면적 증착에 적용되는 장비는 1대당 1,000억원 내 외로 추정된다. 반도체 공정에서 사용되는 극자외선 노광장비 (EUV equipment: Extreme ultraviolet lithography equipment)만큼 가격이 높다. 수율이 낮았던 시기의 OLED TV 완제품은 11 인치 기준 2,000 달러 수율이 높아야 양산성이 확보되고 디스플레이 패널을 더욱 저렴한 가격에 생산할 수 있 었지만, OLED 디스플레이의 수율이 낮다보니 완제품 가격이 높을 수 밖에 없었다. 2008년 Sony가 출시한 11인치 OLED TV의 가격은 2,000달러를 상회했다. 같은 기간 에 판매되었던 47인치 LCD TV보다도 가격이 높았다. OLED TV의 지나치게 높은 가격 은 소비자들에게 부담스러운 진입 장벽으로 작용했다. 따라서 OLED TV 시장 개화는 지연되었다. 대규모 투자에 따른 리스크를 감수해야 하는 디스플레이 패널 업체의 관점 에서 <양산성>과 <원가>를 고려했을 때 LCD가 여전히 매력적인 기술이었다. LCD는 평평한 형태로만 생산 가능하다는 한계점을 지니고 있었지만, 자유자재의 크기로 적용 할 수 있어 손목시계와 같은 작은 크기의 디스플레이 패널뿐만 아니라, 디지털 카메라, 노트북 PC, 데스크탑 모니터, TV, 상업용 초대형 디스플레이용 패널을 생산하는 데 폭 넓게 적용되었다. 그림 9. 2008 년 출시된 Sony 의 11 인치 OLED TV 13
디스플레이산업 자료: Sony, 대신증권 리서치센터 LCD 기술도 지속적 발전: (1) 색감, (2) 해상도, (3) 휘도 개선 중 LCD 패널의 기술적 진보는 지속적으로 이루어지고 있다. 특히 디스플레이 패널의 핵 심적 특성인 색감, 휘도, 해상도의 개선이 계속되고 있다. 색감 개선에는 WCG (Wide Color Gamut) 적용, 해상도 개선에는 4K (디스플레이의 가로선이 4,000개라는 의미로 4K라고 불리며, 가로선 4,000개와 세로선 2,000개가 바둑판처럼 교차해 총 8백만 개의 화소 구현) UHD (Ultra High Definition), 휘도개선에는 HDR (High Dynamic Range)이 표준처럼 자리잡고 있다. (1) 색감 개선 기술 중 퀀텀닷 기술은 백색 광원의 순도를 높여 자연색 구현 색감 개선 기술인 WCG (Wide Color Gamut)은 기존의 색재현율 (Color Gamut)을 개 선할 수 있는 기술을 광범위하게 의미한다. 색재현율을 표시하는 특성은 색상, 채도, 명 도인데, 색재현율이 개선될수록 더 많은 수의 색상을 표현할 수 있고, 자연색에 가깝도 록 선명하게 재현할 수 있다. 패널업체들의 색재현율 개선을 위해 최근 빠르게 보급된 기술은 퀀텀닷 (QD: Quantum Dot) 기술이다. 퀀텀닷은 2~10 나노미터 크기의 초미세 반도체 결정이다. 여기에 전기에너지를 가하면 빛을 낸다. 즉, 퀀텀닷은 OLED의 유기 재료 (Organic material)처럼 자발광 소재라고 할 수 있다. 퀀텀닷의 크기를 조절하면 가 시광선 영역의 다양한 빛을 낼 수 있다. 따라서 퀀텀닷을 이용하면 LCD 패널에 사용되 는 광원 (Light Source)의 순도를 높일 수 있다. 즉, 기존의 광원이 100% 완벽한 백색광 이 아닌 경우에 퀀텀닷 필름을 이용하여 특정 파장의 빛을 흡수시키면 광원의 빛 순도 가 100%에 가깝게 개선된다. 마치 100% 흰색 도화지에 수채물감으로 그림을 그리면 원하는 대로 색깔을 표현할 수 있는 것과 유사하다. 결론적으로 퀀텀닷 기술은 광원의 순도를 100% 백색에 가깝게 높여 색재현율을 개선하는 기술이다. 그림 10. LCD TV 에 퀀텀닷 기술 적용 시 색재현율 개선 자료: 3M, 대신증권 리서치센터 14
DAISHIN SECURITIES (2) 해상도 개선에 힘입어 4K UHD (8 백만 화소)가 표준으로 자리잡고 있어 해상도 개선 기술에서는 4K UHD (3,840 x 2,160 = 8백만 화소)가 광범위하게 적용되고 있으며, 8K (7,680 x 4,320 = 33백만 화소) 제품도 개발되고 있다. 2012년부터 4K UHD 기술이 TV에 적용되기 시작했을 때 기대보다 우려가 컸다. 제품 크기가 65, 70, 84인치 의 초대형으로 당시 소비자가 구입하기에는 부담스런 크기였기 때문이다. 글로벌 TV 산 업이 이미 성숙기에 접어들었다는 점을 고려한다면, UHD TV는 해상도 개선 기술을 내 세워 TV 시장의 성장을 이끌기에는 부족해 보였다. 소비자들이 고해상도 구현에 주목하 여 TV를 교체하도록 촉진하는 것이 어려워 보였기 때문이다. 2010년에 3D TV가 잠시 주목받았다가 결국 주력 제품으로 자리잡지 못했던 것처럼, UHD TV에 대한 관심도 일 시적인 현상에 그칠 것이라는 우려가 팽배했다. 그러나 글로벌 TV 시장에서 고해상도 UHD TV의 비중이 의미있게 증가하기 시작했다. 고해상도 TV는 소비자의 가족 구성 원, 즉 어린아이나 애완동물의 영상이나 곤충의 날개, 꽃잎과 같은 자연물의 영상을 선 명하게 표현한다는 장점을 지니고 있었기 때문이다. 아울러 TV 세트업체는 40인치 ~110인치까지 다양한 UHD TV 제품을 출시하며 교체 수요를 촉진했다. 따라서 TV 해 상도의 표준이 과거에 HD (High Definition: 1백만 화소)에서 FHD (Full High Definition: 2백만 화소)로 개선되었던 것처럼, 이제는 FHD에서 UHD로 개선되고 있다. 향후 4K보다 해상도가 높은 8K가 대중화되려면 데이터 전송 기술의 발전과 이동통신 인프라 투자가 선행되어야 할 것으로 판단된다. 해상도가 높아질수록 더 많은 데이터를 전송하기 위해 최소한으로 요구되는 전송 속도가 증가하기 때문이다. 즉, HD 제품에서 12Mbps의 전송 속도가 보장되어야 한다면, 4K UHD 제품에서는 96Mbps, 8K에서는 384Mbps의 속도가 보장되어야 한다. 따라서 데이터 압축 전송 기술이 발전하고 1Gbps 수준의 전송이 보편화되어야 고해상도 동영상이 다양한 기기에 전송될 수 있을 것이다. 그림 11. 4K UHD 가 LCD TV 해상도의 표준으로 자리잡는 중 2007년 2010년 2014년 H D TV 100만 화소 F ull HD TV 200만 화소 4K2K UHD TV 800만 화소 자료: 대신증권 리서치센터 15
디스플레이산업 (3-1) 휘도 개선: HDR 로 밝은 화소는 더 밝게, 어두운 화소는 더 어둡게 휘도 개선 기술인 HDR은 각 화소 (Pixel)에서 표현되는 명암비를 보정하여 밝은 화소 는 더 밝게, 어두운 화소는 더 어둡게 표현하는 기술이다. HDR로 표현하는 빛의 범위 는 기존 방식인 SDR (Standard Dynamic Range)의 10배이다. SDR 방식으로는 0니트에 서 100니트 (1니트는 1m3의 공간에 촛불 한 개가 켜진 밝기) 수준까지의 휘도를 표현할 수 있었지만 실제로 인간의 눈은 그 이상의 휘도를 인식한다. 따라서 TV에서 표현되는 휘도와 인간의 눈으로 인식하는 휘도 간의 차이가 존재했다. 하지만 HDR 방식을 적용 하면 빛의 범위는 이론적으로 0니트에서 1,000니트까지 확대된다. 그림 12. HDR 은 SDR 대비 10 배 넓은 빛의 범위를 표현 자료: 4K, 대신증권 리서치센터 16
DAISHIN SECURITIES 그림 13. HDR 이 표현하는 휘도의 범위는: 0.0005cd/m2에서 10,000cd/m2까지 확대 자료: AMD, 대신증권 리서치센터 그림 14. SDR 이 표현하는 휘도의 범위는: 0.05cd/m2에서 100cd/m2에 불과 자료: AMD, 대신증권 리서치센터 17
디스플레이산업 (3-2) 휘도 개선: M+ 기술은 빛의 통과 면적을 개선하며 절전 효과도 유발 휘도 개선 기술로서 HDR 외에 엠플러스 (M+)라는 기술이 있다. 엠플러스 기술은 휘 도 개선 뿐만 아니라 소비전력 감소에도 기여한다. 처음에는 TV 패널에만 적용되다가 최근에 PC 패널에도 적용되고 있다. 플러스 라는 단어를 통해 짐작할 수 있듯이, 기존 화소 (픽셀)에 화이트 픽셀을 추가하는 기술이다. 따라서 원래 1개의 화소 (픽셀)는 3개 의 서브픽셀 RGB (Red, Green, Blue)로 이루어져 있는데, 엠플러스 기술이 적용된 화소 는 4개의 서브픽셀 (White, Red, Green, Blue)로 구성된다. 화이트 픽셀은 하얀색으로 비 어 있는 픽셀이기 때문에 뒤쪽 BLU에서 방출되는 빛을 그대로 통과시킨다. 따라서, 디 스플레이의 개구율 (전체 화소에서 실제로 빛이 통과하는 면적의 비율)이 개선된다. 한 편 엠플러스 기술이 소비전력 감소에도 기여하는 이유는 기존 대비 낮은 광도의 광원을 사용하더라도 원하는 만큼의 휘도 (밝기)를 구현할 수 있기 때문이다. 그림 15. 휘도 개선 기술 엠플러스: 기존 Red, Green, Blue 에 White 픽셀을 추가 자료: LG디스플레이, 대신증권 리서치센터 18
DAISHIN SECURITIES 3. OLED, 구조가 단순하기 때문에 자유로운 형태로 구현 가능 LCD 가 발전하더라도 OLED 뛰어넘을 수 없어: OLED 의 단순한 구조 때문 이와 같이 LCD는 색감, 해상도, 휘도 개선 기술을 바탕으로 계속 발전하고 있지만, 하 드웨어 스펙 향상이 이루어지더라도 OLED 디스플레이만큼 발전하기 힘들다. OLED 디 스플레이가 LCD 패널과 근본적으로 다른 점을 한마디로 표현하자면 <단순한 내부 구 조>이다. 이러한 차이점 때문에 OLED TV는 4mm의 두께로 스마트폰보다 얇게 제조 가능하고, 모바일용 OLED 디스플레이는 휘어지거나 (Flexible) 반으로 접는 (Bendable) 형태로 구현 가능하다. 그림 16. LCD 의 복잡한 구조 그림 17. OLED 의 간단한 구조 자료: blog.thomsonreuters.com, 대신증권 리서치센터 자료: blog.thomsonreuters.com, 대신증권 리서치센터 19
디스플레이산업 LCD 는 OLED 와 달리 전기에너지를 빛에너지로 바꾸는 광원이 반드시 필요 OLED 디스플레이의 내부 구조가 LCD 패널보다 단순한 이유는 전기에너지를 빛에너 지로 바꿔주는 광원이 필요 없기 때문이다. 그러나 LCD 패널에서는 광원이 필요하다. LCD (Liquid Cristal Display)의 핵심 구성요소인 액정 (Liquid Cristal)은 빛을 차단하거 나 통과시킨다. 그러나 액정 스스로 빛을 방출하지 못한다. 따라서 LCD 패널에서 시각 적 정보가 표시되려면 전기에너지를 빛에너지로 바꿔주는 광원이 필요하다. 그림 18. LCD 의 액정 (Liquid Cristal)은 빛을 차단하거나 통과시키고 스스로 빛을 내지 못함 자료: serdis.dis.ulpgc.es, 대신증권 리서치센터 20
DAISHIN SECURITIES 형광등이 LCD 패널의 광원으로 사용되다가 LED 칩이 점점 이를 대체 LCD 패널 양산 초기에는 형광등, 즉 냉음극 형광램프 (CCFL: Cold Cathode Fluorescent Lamp)가 광원으로 사용되었다. 2009년부터 LED 칩이 형광등을 대체하기 시작했다. 형광등이 광원으로 적용된 LCD TV는 CCFL TV이고, LED 칩이 광원으로 적 용된 LCD TV는 LED TV이다. 최근에는 LED 칩이 대부분 적용되고 있어, 이제는 LED TV라는 단어가 LCD TV와 같은 의미로 사용되고 있다. 그림 19. LCD 의 광원으로 사용되었던 냉음극 형광램프 (CCFL) 자료: www.uvp.com.au, 대신증권 리서치센터 그림 20. LCD 의 광원으로 광범위하게 사용되고 있는 LED 칩 자료: www.uvp.com.au, 대신증권 리서치센터 21
디스플레이산업 BLU 는 형광등의 <선 광원>과 LED 칩의 <점 광원>을 <면 광원>으로 전환 앞서 언급한 LCD의 광원 중에서 형광등은 가느다란 선 형태의 광원이고, LED는 개별 칩으로 점 형태의 광원이다. 이러한 <선 線 광원>과 <점 点 광원>으로 대면적 디스플레이 의 영상을 표현하려면 광원에서 나오는 빛이 <면 面 광원>으로 바뀌어야 한다. LCD 구 조에서 이러한 역할을 하는 부품은 BLU (Back Light Unit)이다. BLU에서 Back이라는 단어가 사용되는 이유는 BLU가 LCD 패널의 내부 구조에서 가장 뒷면에 자리잡고 있 기 때문이다. 그림 21. LCD 내에서 BLU 는 선 광원 (CCFL), 점 광원 (LED)을 면 광원으로 전환 자료: Panasonic, 대신증권 리서치센터 그림 22. BLU 는 LCD 구조에서 가장 뒷면 (Back)에 위치 자료: LG디스플레이, 대신증권 리서치센터 22
DAISHIN SECURITIES BLU 는 여러 장의 시트 (필름)으로 이루어져 LCD 형태 구현에 한계 부여 LCD 패널의 BLU에서 나오는 빛이 100이라면 실제 TV를 시청하는 소비자의 눈까지 도달하는 빛은 5에 불과하다. 빛의 도달 효과를 극대화하기 위해 BLU는 여러 장의 시 트 (필름)으로 이루어져 있다. 램프에서 발산되는 빛을 받아들이는 도광판, 그 밑을 빠져 나오는 빛을 반사시켜 손실을 최소화하는 반사시트, 빛을 골고루 퍼지게 하는 확산시트, 빛을 굴절시켜 밝기를 상승시키는 프리즘시트 등으로 이루어져 있다. 이와 같이 여러 장 의 시트로 이루어진 BLU는 LCD에서 반드시 필요한 부품이지만 LCD에 결정적인 굴레 를 씌웠다. 즉, BLU가 남아있는 한 LCD는 구조적으로 플렉서블/플라스틱 디스플레이로 만들 수 없기 때문이다. 그림 23. BLU 는 여러 장의 시트 (필름)으로 구성 자료: 코아옵틱스, 대신증권 리서치센터 그림 24. BLU 때문에 평평한 형태로만 제조 가능한 LCD, 자유로운 형태 구현 제한적 자료: SGI-News, 대신증권 리서치센터 23
디스플레이산업 OLED 디스플레이는 유기재료의 자체 발광으로 별도의 광원이 필요 없어 LCD 패널에 별도의 광원이 필요하고, BLU (Back Light Unit)가 점/선 광원을 면 광원으 로 바꾸어주는 역할을 맡고 있는 반면, OLED는 별도의 광원이 필요하지 않다. 유기재 료 (Organic Material)가 광원의 역할을 담당하기 때문이다. 유기재료는 전기에너지를 받으면 이를 빛에너지로 전환하며 자체 발광한다. 따라서 BLU가 필요 없는 OLED 디 스플레이는 LCD보다 구조가 간단해질 수 밖에 없다. 그리고 LCD보다 훨씬 얇은 두께 로 생산 가능하다. 그림 25. OLED 디스플레이 내부 구조의 핵심 기능 봉지 (Encapsulation) 유기소재를 수분과 산소로부터 보호 유기재료 (Organic Materials) 전기 에너지를 빛 에너지로 바꾸며 광원의 역할 수행 유리/폴리이미드 기판 (TFT array on Substrate) 각 픽셀을 작동시키는 전기 스위치가 분포 자료: IHS, 대신증권 리서치센터 그림 26. OLED 디스플레이를 적용해 얇게 만들어진 차량용 디스플레이 자료: Continental, Audi, IHS, 대신증권 리서치센터 24
DAISHIN SECURITIES 광원이 필요 없는 OLED 는 자유로운 형태 (Form Factor) 구현 가능 광원이 필요 없는 OLED 디스플레이는 LCD 대비 훨씬 얇을 뿐만 아니라, 돌돌 말리는 롤러블 (Rollable) 형태, 오목 (Concave)하거나 또한 볼록 (Convex)한 형태까지 구현 가능하다. 적용 분야도 차량용 디스플레이, 상업용 디스플레이까지 다양해진다. 예를 들 어 기둥처럼 볼록한 형태의 OLED 디스플레이는 백화점이나 전시장에서 활용할 수 있 다. 한편 최근 국제 전시회에서 S 자 형태의 타일형 디스플레이, 공중에 매달린 양면형 디스플레이, 그리고 벽에 자석으로 부착하는 월페이퍼 (Wall Paper) 디스플레이가 공개 되었다. 따라서 OLED 디스플레이는 LCD 패널 이후의 차세대 디스플레이로 주목받고 있다. 그림 27. 차세대 OLED: 오목하거나 볼록한 기둥형 디스플레이 자료: LG디스플레이, CNET, 대신증권 리서치센터 그림 28. 차세대 OLED: S 자 형태의 타일형 111 인치 OLED 디스플레이 자료: LG디스플레이, 대신증권 리서치센터 25
디스플레이산업 그림 29. 차세대 OLED: 공중에 매달린 양면형 55 인치 OLED 디스플레이 자료: LG디스플레이, 대신증권 리서치센터 그림 30. 차세대 OLED: 자석형 Wall Paper (부착 시) 자료: LG디스플레이, 대신증권 리서치센터 그림 31. 차세대 OLED: 자석형 Wall Paper (분리 시) 자료: LG디스플레이, 대신증권 리서치센터 26
DAISHIN SECURITIES OLED 의 핵심 구성 요소인 유기재료는 전기에너지를 빛에너지로 전환 이와 같이 OLED 디스플레이 형태에 자유도를 부여하는 요인은 결국 유기재료이다. 유 기재료가 전기에너지를 빛에너지로 방출하여 OLED 디스플레이를 자발광 디스플레이로 구현해 구조를 단순화시키기 때문이다. OLED의 핵심 구성요소인 유기재료는 1982년에 태양전지 연구 과정의 부산물로 개발되었다. 태양전지와 OLED 디스플레이는 무관한 것처럼 보이지만 사실상 서로 상반되는 원리를 이용하여 만들어진다. 태양전지는 빛에 너지를 전기에너지로 전환하는 반면, OLED 디스플레이는 전기에너지를 빛에너지로 전 환한다. 최초로 개발되었던 OLED 유기재료는 전기에너지를 빛에너지로 바꾸어주는 효 율, 즉 발광효율이 낮았다. 이후에 유기재료층의 숫자가 늘어나면서 발광효율이 점차 개 선되었다. 아울러 유기재료층을 구성하는 발광 물질이 형광소재 (Fluorecent material)에 서 인광소재 (Phosphorescent material)로 바뀌면서 발광효율이 급격히 개선되었다. 그림 32. OLED 유기재료층의 숫자가 증가하며 발광효율 (빛 전기) 개선 1965 1985 1988 2002 Cathode Cathode Cathode Cathode EML EML EML (Doped) EIL (N-Doped) Anode HTL HTL ETL Anode Anode EML HTL HIL (P-Doped) Anode 자료: LG디스플레이, 대신증권 리서치센터 27
디스플레이산업 OLED 유기재료의 발광효율은 백열전구보다 효율이 높아 OLED 유기재료의 발광효율은 점점 개선되어 조명용 램프보다 개선되고 있다. OLED 유기재료보다 발광효율이 크게 떨어지는 조명용 램프는 백열등이다. 백열등은 전기에너 지 중에서 10% 정도만 빛에너지로 전환한다. 나머지 90%는 열에너지로 전환한다. 빛에 너지보다 열에너지가 훨씬 많이 방출되는 이유는, 필라멘트가 1,800도 수준의 고온으로 가열되기 때문이다. 물체의 온도가 400도보다 낮으면 적외선, 즉 파장이 긴 빛을 방출하 고, 가열 온도가 점점 높아질수록 적외선보다 짧은 파장의 빛을 방출하는데, 1,400도 이 상의 고온에서는 가시광선의 파장이 골고루 섞인 백색광을 방출한다. 이런 원리를 통해 백열등이 어둠을 밝히는 데 사용되었다. 백열등과 달리 OLED 유기재료는 백열등의 필 라멘트보다 상대적으로 낮은 온도에서 전기에너지를 받더라도 이를 빛에너지로 전환한 다. 따라서, 저온 상태에서 전기에너지를 빛에너지로 전환하는 과정, 즉 빛이 방출되는 과정을 발광 (Luminescence)이라고 부른다. 그림 33. 백열등, 전기에너지를 빛에너지로 전환하는 효율이 낮아 대부분 열에너지로 전환 자료: PHLIPS, 대신증권 리서치센터 28
DAISHIN SECURITIES OLED 유기재료는 빛에너지 방출 (발광)뿐만 아니라 색깔도 표시 (발색) OLED 유기재료의 근본적 역할은 빛에너지의 방출, 즉 발광이다. 그러나 발광이라는 역 할 외에 중요한 역할을 하나 더 하고 있다. 이 역할은 유기재료의 속성과 관련이 있다. 유기재료는 근본적으로 <기능성 색소>이다. 인류 역사에서 색소는 섬유, 종이, 목재 등 을 염색하는 데에만 사용되었다. 그러나 오늘날의 색소는 IT 분야의 핵심 원천 소재로 적용되고 있다. 실생활과 밀접한 기능성 색소의 용도로는 잉크젯용 잉크와 지폐의 위조 방지 잉크이다. 아울러 디스플레이 산업의 발전에 따라 기능성 색소는 LCD의 컬러 필 터, 그리고 OLED의 유기재료에 적용되고 있다. 그림 34. OLED 유기재료는 근본적으로 <기능성 색소> (1): 용매에 녹이기 전 자료: Universal Display, 대신증권 리서치센터 그림 35. OLED 유기재료는 근본적으로 <기능성 색소> (1): 용매에 녹인 후 자료: Merck, 대신증권 리서치센터 29
디스플레이산업 유기재료의 발광과 발색 기능 덕분에 OLED 에는 BLU 와 컬러필터 필요 없어 OLED 유기재료의 역할이 발색과 발광이라는 점을 이해하고 나면, LCD 패널과 OLED 디스플레이의 차이를 좀 더 분명하게 알 수 있다. 즉, 디스플레이 패널이 시각적 정보를 표시하기 위해서는 빛 (광원)과 색깔이 필요한데, LCD에서는 BLU (Back Light Unit)와 컬러필터가 각각 빛과 색깔을 표시한다. 그러나 OLED에서는 유기재료가 빛과 색깔을 동시에 표현하기 때문에 LCD처럼 BLU나 컬러필터를 필요로 하지 않는다. 따라서 OLED 디스플레이는 LCD 패널보다 구조가 단순해진다. 그림 36. OLED 에서 BLU 와 컬러필터가 필요 없는 이유: 유기재료의 발광과 발색 역할 때문 기능 LCD OLED 색 컬러필터 (Color Filter) 필요 없음 유기재료가 색깔을 구현하기 때문 (발색) 전기스위치 기판 위의 박막 트랜지스터 (Thin Film Transistor on Substrate) 기판 위의 박막 트랜지스터 (Thin Film Transistor on Substrate) 빛 BLU (Back Light Unit) 필요 없음 유기재료가 빛에너지를 방출하기 때문 (발광) 자료: 대신증권 리서치센터 대면적 OLED 구현 시에는 기술적 제약으로 컬러필터가 여전히 필요 OLED 디스플레이는 컬러필터와 BLU가 없기 때문에 LCD보다 훨씬 얇고, 구조가 간단 하다. 그러나 대면적 OLED 구현 시에는 기술적 제약으로 컬러필터가 여전히 쓰이고 있다. 그림 37. TV 용 대면적 디스플레이에서 백색 OLED 증착 (White OLED Evaporation) 적용한 경우 컬러필터 필요 기능 LCD 스마트폰용 중소형 OLED TV용 대면적 OLED (White 방식 증착) 색 컬러필터 (Color Filter) 필요 없음 컬러필터 (Color Filter) 유기재료가 색깔을 구현하기 때문 (발색) (Color Filter) 전기스위치 기판 위의 박막 트랜지스터 기판 위의 박막 트랜지스터 기판 위의 박막 트랜지스터 (Thin Film Transistor on Substrate) (Thin Film Transistor on Substrate) (Thin Film Transistor on Substrate) 빛 BLU (Back Light Unit) 필요 없음 필요 없음 유기재료가 빛에너지를 방출하기 때문 (발광) 유기재료가 빛에너지를 방출하기 때문 (발광) 자료: 대신증권 리서치센터 30
DAISHIN SECURITIES 대면적에서 유기재료의 균일한 증착 어려워 발광 기능만 수행. 발색은 불가능 TV용 대면적 OLED 디스플레이에서 컬러필터 (발색 기능 수행)가 사용되는 이유는 유 기재료가 2가지 기능 (발광, 발색) 중에서 1가지 기능 (발광)만 수행하기 때문이다. 유기 재료가 2가지 기능을 제대로 수행하려면 유리기판 위에 균일한 두께로 증착되어야 하는 데, 유리기판 면적이 커질수록 균일 증착이 어려워진다. 즉, 스마트폰용 5.5세대 유리기 판 공정보다 TV용 8세대 유리기판 공정에서 유기재료의 균일 증착이 어렵다. 따라서, 스마트폰용 OLED 디스플레이에서 유기재료는 발색기능과 발광기능을 동시에 수행하지 만, TV용 OLED 디스플레이에서 유기재료는 발광기능만 수행한다. 유기재료 증착은 화장할 때의 파운데이션과 유사: 얇고 균일한 두께가 핵심 OLED 디스플레이 공정의 유기재료 증착은 얼굴을 화장하는 과정에서 파운데이션을 바 르는 것과 유사하다. 고체 가루로 된 파운데이션은 두껍게 발린다. 따라서 액체로 된 파 운데이션이 선호된다. 발림성이 좋아 잡티를 효과적으로 가릴 수 있기 때문이다. 따라서 화장이 지워졌을 때 여러 번 덧바르기에 용이하다. 만약 파운데이션이 수증기 (기체)로 구현된다면 폭발적인 속도로 판매될 것이다. 액체 파운데이션보다 얇게 발리기 때문이 다. 고가의 고급 파운데이션일수록 발림성이 좋다. 즉, 얼굴에 얇고 균일하게 발린다. OLED 디스플레이의 유기재료도 이와 마찬가지이다. 유기재료를 최대한 얇고 균일하게 증착하는 것이 증착장비의 핵심기술이다. 그래서 증착장비는 고체 형태의 유기재료를 고온으로 가열해 액체 상태를 거쳐 수증기 (기체) 상태로 만들어 기판에 증착한다. 그림 38. 고체 파운데이션: 액체보다 두껍게 발릴 가능성 그림 39. 액체 파운데이션: 얇게 발린다는 장점 보유 자료: MAC, 대신증권 리서치센터 자료: CLIO, 대신증권 리서치센터 31
디스플레이산업 대면적 OLED 디스플레이에서는 백색 OLED 증착 방식으로 유기재료를 증착 8세대 TV용 OLED 디스플레이에서 유기재료를 증착할 때에는 스마트폰용 5.5세대 OLED 증착 시와 다른 방식이 적용된다. 이를 백색 OLED 증착 (White OLED Evaporation) 방식이라고 부른다. 백색 OLED 증착을 통해 유리기판에 달라붙은 유기 재료는 백색광을 방출한다. 그러나 발색 기능을 수행하지 않는다. 따라서 이와 같이 유 기재료의 기능이 백색광 방출로만 제한되므로, 대면적 TV용 증착 방식을 백색 OLED 증착 방식이라고 부르는 것이다. 유기재료의 역할이 절반 (발광)으로 제한되기 때문에 나머지 절반 (발색)의 기능을 구현하기 위해서는 기존 LCD 패널에서 사용되었던 컬러 필터가 필요하다. 그림 40. 기존 증착 방식 (좌측)이 대면적 OLED TV 증착 시 백색 OLED 증착 (우측)으로 변화 자료: IHS, 대신증권 리서치센터 그림 41. LG 디스플레이 8 세대 OLED 패널에 적용되었던 White OLED 증착 방식 (좌측) 자료: LG디스플레이, 대신증권 32
DAISHIN SECURITIES OLED 유기재료층은 양극-HTL-발광층-ETL-음극으로 이루어져 있어 앞서 언급한 바와 같이 대면적 OLED 패널에서 컬러필터가 다시 사용된다. 그러나 OLED 유기재료의 기본적 기능, 즉 발광 기능은 변함 없다. 따라서 OLED 디스플레이 가 최초 개발된 이후에 OLED 유기재료의 발광효율을 개선하기 위한 노력이 여러 방면 으로 이루어졌다. 특히 OLED 유기재료의 층 (Layer)의 수가 점점 증가했다. 초기에는 양극-발광층-음극의 3개 층으로 이루어졌지만, 이후 중간에 다른 층이 추가되었다. 삼 성디스플레이가 스마트폰용 OLED 디스플레이에 적용한 유기재료의 층을 살펴보면, 가 장 바깥쪽에 양극과 음극이 있고, 중간에는 실제로 빛을 방출하는 발광층이 있다. 여기 까지 살펴보면 초기의 3개 층과 유사하다. 그러나 음극과 발광층 사이에는 층이 하나 더 있다. 이는 전자 (Electron: 음전하)가 음극에서 발광층으로 이동하는 통로이다. 이와 같 은 전자, 즉 음전하의 이동 통로를 ETL (Electron Transfer Layer: 전자 수송층)이라고 부른다. 음극과 발광층 사이에 음전하의 이동가 있듯이, 양극과 발광층 사이에도 양전 하의 이동 통로가 있다. 이를 HTL (Hole Transfer Layer: 정공 수송층)라고 부른다. HTL에서 Hole은 구멍이라는 뜻으로서 양전하를 의미한다. 양전하를 Hole이라고 부르 는 이유는 음전하인 전자가 원래 있어야 할 자리에서 빠져나갔기 때문이다. HTL과 ETL층의 도움으로 양전하와 음전하가 만나 빛에너지가 방출된다. 요약해보면 중소형 OLED 디스플레이의 유기재료층은 양극-HTL-발광층-ETL-음극으로 이루어져 있다. 그 중에서 핵심층에 해당되는 발광층은 다시 Red, Green, Blue로 나뉜다. 또한 ETL과 음극 사이에 ETL의 표면을 보호하는 별도의 층이 적용되기도 한다. 이를 EIL (Electron Injection Layer)라고 부른다. 그림 42. OLED 유기재료층의 숫자가 증가하며 발광효율 (전기 빛) 개선 1965 1985 1988 2002 Cathode Cathode Cathode Cathode EML EML EML (Doped) EIL (N-Doped) Anode HTL HTL ETL Anode Anode EML HTL HIL (P-Doped) Anode 자료: LG디스플레이, 대신증권 리서치센터 33
디스플레이산업 그림 43. OLED 유기재료층은 양극-HTL-발광층-ETL-음극으로 이루어져 있어 자료: IHS, 대신증권 리서치센터 그림 44. 양극 (Anode)과 음극 (Cathode)에서 양전하와 음전하가 만나 발광, 즉 빛을 방출 자료: 덕산네오룩스, 대신증권 리서치센터 34
DAISHIN SECURITIES OLED 유기재료층의 구조나 두께 변경: 발광효율과 수명 개선 목적 OLED 유기재료의 기본 구조는 발광층을 중심으로 양쪽에 양극과 음극이 있고, 그 사 이에 각각 HTL과 ETL이 자리잡고 있다. 그러나 유기재료 발광효율 및 수명 개선 과정 에서 유기재료층의 구조가 바뀌거나 각 층의 두께가 바뀌기도 한다. 그러나 그 중에서 가장 중요한 층은 발광층이다. 빛을 방출하는 핵심층이기 때문이다. 그림 45. 각 층의 두께가 바뀌거나 각 층 사이에 새로운 층이 추가되는 경우도 발생 자료: IHS, 대신증권 리서치센터 35
디스플레이산업 대면적 TV 에 적용되는 백색 OLED 증착에서는 층 구조가 크게 변화 OLED 유기재료의 발광효율 개선을 위해 각 층 (Layer)의 숫자가 늘어나고, 구조나 두 께가 바뀌는 것처럼, 대면적 TV용 백색 OLED 증착 (White OLED Evaporation) 방식 에서는 유기재료층의 구조가 크게 바뀐다. 이는 OLED 유기재료가 <발광> 기능만 수행 하기 때문이다. 따라서 백색 OLED 방식에서의 유기재료층의 구조는 기존의 스마트폰 용 OLED 디스플레이의 유기재료층의 구조와 다르다. 가장 큰 차이점은 발광층 중에서 Red가 사용되지 않고 Yellow-Green과 Blue가 사용된다는 점이다. 그리고 HTL (Hole Transfer Layer: 정공 수송층)과 ETL (Electron Transfer Layer: 전자 수송층)이 각각 2 번씩 사용된다. 즉, 전반적으로 발광 효울을 극대화하기 위해 각 층 (Layer)의 숫자가 늘어난다. 그림 46. 중소형 OLED: 유기재료 구조는 비교적 단순 그림 47. TV 용 OLED: 유기재료층의 숫자 증가 자료: IHS, 대신증권 리서치센터 자료: IHS, 대신증권 리서치센터 OLED 유기재료의 발광효율 개선 위해 형광소재가 인광소재로 바뀌는 중 OLED 유기재료의 발광효율을 개선 방법으로 유기재료의 층 (Layer)의 수를 확대하는 것 이외에, 그 중 핵심 기능을 수행하는 발광층 (Red/Green/Blue 또는 Yellow-Green 및 Blue) 소재를 바꾸는 방법이 있다. 특히 TV와 달리 항상 충전이 필요한 스마트폰에 적용되는 OLED 디스플레이의 발광층 소재는 형광소재에서 인광소재로 바뀌고 있다. 인광소재가 전력 소모 절감에 기여하기 때문이다. 36
DAISHIN SECURITIES 형광소재보다 나중에 개발된 인광소재는 기존 대비 발광효율이 3~4 배 높아 형광소재와 인광소재의 차이점을 이해하기 위해서는 유기재료의 발광원리를 조금 더 자 세히 이해할 필요가 있다. 유기재료가 발광, 즉 빛을 방출하는 이유는 유기재료 내의 전 자 (Electron: 음전하를 가지고 원자핵의 주위를 도는 소립자) 때문이다. 전자는 태양계 의 행성들처럼 태양 (원자핵) 주변을 돌고 있다. 이 때, 전자는 어느 궤도를 회전하느냐 에 따라 각 레벨별로 에너지가 다르다. 예를 들어 태양계의 가장 바깥쪽을 회전하고 있 는 명왕성의 궤도에서는 에너지 레벨이 가장 높고, 태양으로부터 가장 가까운 쪽에서 회 전하고 있는 수성의 궤도에서는 에너지 레벨이 가장 낮다. 만약에 원자핵 (태양)을 돌고 있는 전자가 가장 바깥쪽에 위치한 명왕성 궤도에서 태양 근처의 수성 궤도까지 도달하 면 명왕성과 수성 궤도간의 에너지 레벨 차이만큼 빛에너지를 방출한다. 유기재료 발광 의 기본적 원리를 따르는 것이 형광 (Fluorescence)소재이다. 즉, 전자가 가장 바깥쪽의 명왕성 궤도 (높은 에너지 레벨)에서 가장 안쪽의 수성 궤도 (낮은 에너지 레벨)로 이동 하며 빛을 방출한다. 초기의 OLED 유기재료에는 형광소재가 적용되다가 1998년에 인 광소재가 개발되었다. 인광소재는 형광소재보다 발광효율이 3~4배 정도 높다. 그 이유 는 형광에서는 전자가 들뜬 상태 (높은 에너지 레벨)에서 낮은 에너지 레벨까지 바로 내 려오지만, 인광에서는 전자가 다른 에너지 레벨의 들뜬 상태로 일단 이동했다가 이후에 낮은 에너지 레벨로 내려오기 때문이다. 따라서 인광소재 적용 시 빛이 방출되기까지 걸 리는 시간은 형광소재의 경우보다 상대적으로 길다. 그림 48. OLED 발광원리: 전자가 에너지 레벨 높은 바깥쪽에서 안쪽 궤도로 이동하며 발광 자료: 삼성디스플레이, 대신증권 리서치센터 37
디스플레이산업 발광층에서 Red 와 Green 층은 효율 높은 인광소소재가 형광소재 대체 중 인광소재나 형광소재는 결국 유기소재의 핵심층인 발광층, 즉 Red/Green/Blue에 적용 되는데, 인광소재가 대규모 양산 제품에 적용된 사례는 삼성전자의 갤럭시 스마트폰에 서 찾아볼 수 있다. 2011년부터는 갤럭시 S2의 OLED 디스플레이 중에서 녹색 (Green) 발광층에 인광소재가 일부 적용되기 시작했고, 2013년 갤럭시 S4의 OLED 디스플레이 중에서 빨강 (Red) 발광층에 인광소재가 사용되며 형광소재를 대체했다. 상대적으로 인 광소재 적용률이 가장 높은 발광층은 빨강 (Red)층이고, 녹색 (Green)층은 인광소재 적 용률이 상대적으로 낮다. 파랑 (Blue) 발광층에서는 아직 형광소재가 사용되고 있으며 인광소재의 양산 라인 적용은 지연되고 있다. 파랑 (Blue) 발광층은 일본 소재업체 이데 미츠코산이 거의 독점하고 있다. 이데미츠코산은 파랑 (Blue) 발광층 형광소재의 수명을 늘리는 데 중점을 두고 있다. 그림 49. 인광소재는 형광소재 대비 효율이 3~4 배 높아 전기에너지의 75%를 빛으로 전환 자료: KISTI, 대신증권 리서치센터 인광소재는 Universal Display 가 독점, Blue 인광소재는 양산 지연 인광소재의 원천 기술은 미국의 Universal Display가 대부분 보유하고 있다. 따라서 국내 에서 OLED 디스플레이를 생산하는 삼성디스플레이와 LG디스플레이도 Universal Display측에 사용료를 지급하고 있다. 발광층 (Red, Green, Blue)의 소재를 발광효율에 따라 인광소재와 형광소재로 구분하면 Red 발광층은 Red 형광소재, Red 인광소재로 구 분되고 Green 발광층은 Green 형광소재, Green 인광소재로 구분된다. 단, Blue 발광층 은 앞서 언급한 바와 같이 Blue 형광소재만 존재한다. 38
DAISHIN SECURITIES 발광층은 구성 소재 특성에 따라 호스트 (Host)와 도판트 (Dopant)로 구분 발광층의 소재 특성에 따라 형광소재와 인광소재로 구분하는 것과 마찬가지로, 발광층 을 구성하는 소재의 기능에 따라 호스트 (Host)와 도판트 (Dopant)로 구분하기도 한다. 즉, 발광층을 커피우유라고 가정하면 호스트는 흰 우유에 해당되고, 도판트는 커피가루 에 해당된다. 즉, 호스트는 발광층 성분의 96~98%를 차지하고, 도판트는 첨가제로서 소요량이 미미하다. 그러나 소요량이 상대적으로 적은 도판트는 호스트보다 단위당 가 격이 훨씬 높다. 발광층 성능을 향상시키는 데 적용되기 때문이다. 따라서 도판트는 호 스트보다 기술 진입 장벽도 높다. 그림 50. 도판트는 소요량이 적지만 기술 진입 장벽이 높아, 높은 가격대를 형성 자료: CS, 대신증권 리서치센터 국내 유기재료 기업에게 기회가 많은 소재는 Red 와 Green 인광 호스트 발광층의 원천 기술 중에서 특히 도판트 소재 관련 기술은 미국의 Universal Display가 대부분 보유하고 있어 도판트 소재 시장을 거의 독점하고 있다. 그러나 도판트보다 기술 적 진입 장벽이 낮은 호스트 소재 시장에 신규 업체들이 진입을 시도하고 있다. 특히 발 광층 중에서 한국 업체가 본격적으로 진입한 분야는 Red 호스트와 Green 호스트이다. 표 2. OLED 유기재료를 공급하거나 개발 중인 기업 삼성디스플레이 LG 디스플레이 ETL LG 화학, 삼성 SDI, Tosoh 이데미츠코산, LG 화학 발광층 (EML) Red 호스트 Dow Chemical, 덕산네오룩스 Dow Chemical, LG 화학 Red 도판트 Universal Display Universal Display Green 호스트 인광 (삼성 SDI, Universal Display, NSC), 형광 (두산전자) 인광 (Merck), 형광 (이데미츠코산) Green 도판트 인광 (Universal Display), 형광 (Dow Chemical) 인광 (Universal Display), 형광 (Dow Chemical) Blue 호스트 이데미츠코산, SFC, Dow Chemical 이데미츠코산 Blue 도판트 이데미츠코산, SFC, Chisso 이데미츠코산 HTL 덕산네오룩스, 두산전자, 이데미츠코산, Merck 이데미츠코산, Merck 자료: 업계 자료, 대신증권 리서치센터 39
디스플레이산업 유기재료 시장의 모멘텀은 대면적 OLED TV 패널 생산라인의 증설 OLED 유기재료 시장은 아직 대규모로 형성되어 있지 않다. 따라서 OLED 유기재료 매출만으로 연간 1,000억원 이상을 달성하는 것은 어렵다. 결국 OLED 유기재료 시장 에서 모멘텀이 될만한 이슈는 대면적 OLED TV 패널 생산라인의 대규모 증설 소식이 다. (1) OLED 디스플레이가 적용되는 애플리케이션이 스마트폰에서 TV로 바뀌면 면적 이 100배 이상 증가하고, (2) 대면적 TV에 특수하게 적용되는 백색 OLED 증착 (White OLED Evaporation)에서는 유기재료층을 구성하는 HTL (정공 수송층)과 ETL (전자 수 송층)등이 2회 이상 사용되거나 두께가 늘어나 소요량이 증가하기 때문이다. 그림 51. TV 용 OLED 패널 (대각선 55 인치) 면적: 스마트폰용 패널 (대각선 5.5 인치)의 100 배 스마트폰 TV 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 자료: 대신증권 리서치센터 그림 52. 스마트폰용 OLED 유기재료층의 기본 구조 그림 53. TV 용 OLED 유기재료층은 한층 두꺼워져 자료: IHS, 대신증권 리서치센터 자료: IHS, 대신증권 리서치센터 40
DAISHIN SECURITIES 4. OLED 핵심 소자는 LTPS TFT 와 Oxide TFT 디스플레이 기술이 LCD 에서 OLED 로 진화되더라도 TFT 는 항상 필요 OLED 디스플레이에서 유기재료가 도입되어 발광 (빛에너지 방출) 및 발색 (색깔 표현) 역할을 수행한다는 점을 고려해본다면, LCD 패널과 OLED 디스플레이의 근본적 차이 는 유기재료의 존재에 의해 결정된다고 볼 수 있다. OLED 디스플레이가 LCD 패널을 대체하는 차세대 디스플레이라면, 결국 OLED 디스플레이에 그러한 자격을 부여하는 요인은 유기재료이다. 그러나 이와 같이 디스플레이 기술이 변화하더라도 결코 바뀌지 않는 것이 있다. 바로 TFT (Thin Film Transistor)이다. TFT는 LCD 패널뿐만 아니라 OLED 디스플레이에서도 반드시 필요하다. TFT 는 디스플레이의 각 화소 (픽셀)를 조절하는 전기스위치 TFT (Thin Film Transistor)의 T (Transistor)는 전기스위치를 의미한다. 디스플레이의 각 화소 (픽셀: Pixel)를 하나씩 조절한다. 만약에 8백만 개의 화소 (픽셀)로 구분된 고해상 도 디스플레이라면 전기스위치도 8백만 개 존재한다. 그런데 화소 크기가 미세하게 작 아서, 각 화소를 조절하는 전기스위치는 더욱 작다. 이렇게 전기스위치 크기가 매우 작 고 두께도 얇기 때문에 전기스위치를 부를 때 박막 (Thin Film)이라는 단어를 추가하여 TFT (박막 트랜지스터: Thin Film Transistor)라고 부른다. 박막 (Thin Film)의 사전적 의미는 기계적 가공으로 구현하기 힘든 1마이크로미터 (μm) 이하의 엷은 막으로 정의되 어 있다. 각 TFT의 크기는 머리카락의 두께 정도로 미세하다. 전기스위치는 유리기판 위에 바둑판 모양으로 촘촘하게 배열된다. 그림 54. TFT (박막 트랜지스터는)는 각 화소 (픽셀)을 조절하는 전기스위치 자료: www.itwissen.info, 대신증권 리서치센터 41
디스플레이산업 그림 55. 각 화소당 트랜지스터 (전기스위치)는 머리카락의 1/100 수준으로 미세한 크기 자료: LG디스플레이, 대신증권 리서치센터 전기스위치인 TFT 는 세정, 증착, 노광, 현상, 식각 과정을 거쳐 완성 디스플레이의 각 전기스위치 (TFT)는 샌드위치처럼 여러 개의 층으로 구성되어 있다. 이와 같은 층을 형성하기 위해 우선 유리기판을 깨끗하게 세정한 후, 그 위에 박막을 입 히고, 빛에 노출시킨 뒤, 원하는 회로의 형태만 남기고 제거한다. 이와 같은 과정을 세정 -> 증착 -> 노광 -> 현상 -> 식각이라고 한다. 기존의 LCD 패널 제조 공정에서는 이 러한 과정이 4번 또는 5번 반복된다. 과정이 반복될수록 샌드위치가 점점 두꺼워지듯이 전기스위치가 두꺼워진다. 그림 56. 세정에서 식각까지의 과정이 되풀이될 때마다 전극이나 막이 샌드위치처럼 하나씩 적층 자료: IHS, 대신증권 리서치센터 42
DAISHIN SECURITIES 그림 57. 세정, 증착, 노광, 현상, 식각 과정을 4 번 반복하여 전기스위치인 TFT 완성 (1-1) 자료: LG디스플레이, 대신증권 리서치센터 그림 58. 세정, 증착, 노광, 현상, 식각 과정을 4 번 반복하여 전기스위치인 TFT 완성 (1-2) 자료: LG디스플레이, 대신증권 리서치센터 43
디스플레이산업 그림 59. 세정, 증착, 노광, 현상, 식각 과정을 5 번 반복하여 전기스위치인 TFT 완성 (2) 자료: R. Chaji and A. Nathan, Thin Film Transistor Circuits and Systems (Cambridge University Press, Cambridge, 2013), 대신증권 리서치센터 세정, 증착, 노광, 현상, 식각 과정의 반복 횟수는 마스크 스텝 수와 동일 유리기판에 TFT를 형성하는 공정 (세정 -> 증착 -> 노광 -> 현상 -> 식각)을 반복할 때 노광 공정에서 유리기판을 100% 빛에 노출시키는 것이 아니라 원하는 부분만 일부 노출시킨다. 이를 위해 특정한 패턴이 그려진 얇은 판을 이용하는데, 이를 포토 마스크: Photo Mask 라고 부른다. 공정의 반복 회수가 늘어날수록 포토 마스크의 소요량이 증가 한다. LCD 패널을 생산하는 데 TFT 형성 공정 (세정 -> 증착 -> 노광 -> 현상 -> 식 각)을 4번 반복하면, 4 마스크 공정 (Four Mask Step) 이 된다. LCD 패널이 최초로 양 산되기 시작했을 때는 8 마스크 공정 이 적용되었다. 즉, TFT 하나를 만들기 위해 위 공정을 8번 반복했다. 따라서, 마스크는 8개 필요했다. 그러나 이후 기술 개발을 통해 마스크 스텝 수가 감소했다. 따라서 현재 LCD 패널의 TFT를 형성할 때는 4 마스크 공 정 또는 5 마스크 공정이 적용되고 있다. 44
DAISHIN SECURITIES 반도체도 LCD 처럼 세정에서 식각까지의 공정을 반복적으로 적용 LCD 패널의 TFT 제조 공정 (세정 -> 증착 -> 노광 -> 현상 -> 식각)은 반도체 생산 라인에서도 적용된다. 다만, 공정의 결과물로 만들어지는 소자 (전자 회로의 기본 구성 요소)가 달라진다. 즉, 반도체 생산라인에서 이러한 공정을 통해 트랜지스터 (Transistor) 나 캐패시터 (Capacitor)가 만들어지고, LCD 생산라인에서는 전기스위치 (TFT)가 형성 된다. 반도체와 LCD의 공정 유사성 때문에, 국내 디스플레이 장비업체 중 반도체 장비 수요에도 대응할 수 있는 기업들이 대다수 존재한다. AP시스템, 원익IPS, 에스에프에이, 에스엔텍, 에스티아이, 주성엔지니어링, 케이씨텍, 테라세미콘, 테스 등이다. 물론 디스플 레이용 공정 장비의 특성이 반도체용 공정 장비와 100% 동일하지 않지만, 반도체 생산 라인에서 요구하는 조건이 까다롭기 때문에, 반도체 장비 개발 경험을 보유한 기업들이 디스플레이 장비 시장에 진입하기는 상대적으로 용이하다. 표 3. LCD 와 반도체의 차이 LCD 반도체 기본 기판 직사각형 유리기판 원형 실리콘 웨이퍼 구현 기능 시각 정보 구현 디지털 데이터 저장 기본 소자 TFT Transistor, Capacitor 신호 배선 Gate & Data Bit & Word Line 동작 방식 Line by Line Random access 데이터 입력 전압 (아날로그) 전압 (디지털) 최소 단위 결정 요인 화소 (픽셀) 크기 Transistor 와 Capacitor 의 크기 생산성 향상 방법 유리기판의 대면적화 웨이퍼의 대면적화 또는 개별 칩의 크기 축소 자료: 업계 자료, 대신증권 리서치센터 LCD 패널의 전기스위치로 아몰퍼스 실리콘 (a-si) TFT 가 오랫동안 적용 TFT (전기스위치)는 샌드위치처럼 여러 개의 층으로 이루어져 있는데 그 중에서 가장 중요한 층은 활성화층 (Active Layer)이다. 활성화층은 전류가 흐르는 층이기 때문에 반 도체층 또는 반도체막이라고 불린다. TFT의 종류는 활성화층/반도체층/반도체막을 이루 는 소재의 특성에 따라 결정된다. LCD 패널의 경우 TFT의 활성화층/반도체층/반도체 막은 비정질 실리콘 (아몰퍼스 실리콘, Amorphous Silicon, a-si)으로 이루어져 있다. 아 몰퍼스 실리콘의 구조는 불규칙하다. 대부분의 실리콘 원자가 이웃의 실리콘 원자와 결 합하지 못하고 불규칙하게 흩어져 있다. 이와 같이 실리콘 구조가 불규칙적인 아몰퍼스 실리콘이 LCD 패널의 전기스위치 (TFT)에 적용된 이유는 양산성이 뛰어나기 때문이 다. 아몰포스 실리콘은 (1) 비교적 낮은 온도에서 제조가 가능하고, (2) 유리기판 뿐만 아니라 플라스틱 기판에서도 활성화층을 형성할 수 있고, (3) 대면적 적용이 쉽다. 따라 서 LCD 패널의 전기스위치 (TFT)로 아몰퍼스 실리콘이 오랫동안 사용되었다. 45
디스플레이산업 그림 60. TFT 의 샌드위치 구조에서 가장 중요한 것은 활성화층/반도체층/반도체막 (빨간색 층) 자료: LG디스플레이, 대신증권 리서치센터 그림 61. LCD 용 TFT 로서 적용된 아몰퍼스 실리콘에서는 실리콘 입자가 불규칙하게 배열 자료: Nature, 대신증권 리서치센터 46
DAISHIN SECURITIES 아몰퍼스 실리콘에 고온 가하면 전자 이동속도 개선되어 LTPS TFT 로 변신 아몰퍼스 실리콘 TFT는 양산성이 높은 반면 실리콘의 불규칙적 배열로 인한 단점을 지 니고 있다. 전류의 흐름 속도 (전자 이동속도)가 느리고, 고해상도 구현에는 부적합하다. 그래서 아몰퍼스 실리콘에 고온을 가하면 불규칙하게 흩어져있던 실리콘이 부분적으로 규칙적으로 배열되며 전자 이동속도가 개선된다. 즉, TFT의 샌드위치 구조 내에서 활성 화층의 실리콘이 불규칙적 배열에서 규칙적 배열로 바뀌면 전자 이동속도가 빨라진다. 이와 같이 아몰퍼스 실리콘에 고온을 가해서 실리콘의 배열을 바꾸는 것을 결정화 (Annealing) 공정이라고 부르고, 결정화된 결과물을 LTPS (저온 폴리실리콘: Low Temperature Poly Silicon) TFT라고 부른다. 결정화 과정에서 레이저나 열과 같은 고온 의 에너지원이 필요하지만 그 결과물인 TFT가 저온 폴리실리콘, 즉 LTPS TFT이라고 불리는 이유는 500~600도 이하의 비교적 낮은 온도에서 제조되기 때문이다. 저온 폴 리실리콘 공정과 달리 고온 폴리실리콘 공정은 900도 이상의 초고온에서 이루어진다. 그림 62. 레이저 빔이 아몰퍼스 실리콘에 고온을 가해 LTPS 로 결정화하는 공정 (시작 단계) 자료: AP시스템, 대신증권 리서치센터 그림 63. 레이저 빔이 아몰퍼스 실리콘에 고온을 가해 LTPS 로 결정화하는 공정 (마무리 단계) 자료: AP시스템, 대신증권 리서치센터 47
디스플레이산업 LTPS TFT 제조 시 필요한 고온의 에너지원으로 레이저 또는 고열 장비 사용 LTPS TFT 제조 공정 시 필요한 에너지원으로 열이나 레이저가 사용된다. 고열을 가하 는 장비는 RTA (Rapid Thermal Annealing) 장비이고, 레이저를 가하는 장비는 ELA (Eximer Laser Annealing) 장비이다. 아몰퍼스 실리콘 TFT를 LTPS TFT로 전환해주는 고온의 에너지원인 고열과 레이저는 나름대로의 장단점을 지니고 있다. 삼성디스플레이 가 5.5세대 위주로 스마트폰용 OLED 생산라인을 증설할 때 전기스위치로 LTPS TFT가 적용되고, 고온 공정을 위해 레이저장비가 주로 사용되었지만, 레이저장비가 고열 장비 보다 절대적으로 우월하다고 보기는 어렵다. 레이저장비, 특히 디스플레이용 엑시머 레 이저장비 (ELA)는 매우 빠른 속도로 표면을 가열시킬 수 있고, 특정한 영역에 적용 가 능하다. 그러나 환경친화적이지 않다는 단점을 지니고 있다. 레이저 광 (Laser Source)를 생산하기 위해 염소와 불소를 포함하는 화학 공정이 필요하기 때문이다. 또한 레이저를 이용하여 8세대 대면적 유리기판을 한 번에 결정화할 수 없다. 반면, 고열 장비의 최대 장점은 8세대 대면적 유리기판에 적용할 수 있다는 점이다. 그러나 지나친 고온 (600도) 의 열장비를 공정에 적용하면 유리기판의 부피가 줄어드는 수축 현상이 나타난다. 이 때, 해상도를 결정하는 각 화소 (픽셀: Pixel)의 크기가 마이크론 미터 단위로 변화한다. 따라서 동일한 크기로 형성되야만 하는 화소의 크기가 불규칙하게 바뀐다. 따라서 이를 방지하기 위해 공정 개시 전에 유리를 먼저 수축시켜 놓기도 한다. 결론적으로 고온 공 정을 구현할 때 고열 장비와 레이저장비는 각각 장단점을 지니고 있다. 그림 64. 레이저 빔이 아몰퍼스 실리콘에 고온을 가해 LTPS 로 결정화하는 공정 자료: SPIE, 대신증권 리서치센터 48
DAISHIN SECURITIES 그림 65. 급속열장비 (RTA: Rapid Thermal Annealing)의 구조 자료: Center of Micronanotechnology, 대신증권 리서치센터 고온 (레이저, 열)을 가해 전자 이동속도가 개선된 TFT 는 LTPS TFT 고온에 의해 결정화된 실리콘, 즉 규칙적으로 배열이 바뀐 실리콘으로 만들어진 TFT에 서는 전자 이동속도가 기존 아몰퍼스 실리콘 TFT 대비 100배 이상 빨라진다. LTPS TFT의 전자 이동속도는 50~100cm2/Vs 수준이지만, 기존 아몰퍼스 실리콘 TFT의 전자 이동속도는 1cm2/Vs 미만에 불과하다. 전자 이동속도가 빠르면 각 화소 (픽셀: Pixel)에 달려 있는 전기스위치, 즉 트랜지스터 (Transistor)를 빠르게 열고 닫을 수 있다. 따라서 LTPS TFT를 적용한 디스플레이는 영화나 스포츠 게임 등 장면 전환이 빠른 동영상 감 상에 적합하다. 또한 전자 이동속도가 빨라져 전류의 흐름이 빨라지면 디스플레이의 화 소 (픽셀)을 보다 촘촘하게 만들어 해상도를 높아지더라도 영상 정보 표현에 문제가 없 다. 그림 66. 결정화된 LTPS TFT 에서 전자의 이동속도는 아몰퍼스 실리콘 (a-si) TFT 보다 빨라 자료: Center of Micronanotechnology, 대신증권 리서치센터 49
디스플레이산업 LTPS TFT 는 고해상도 LCD 에서 적용 시작. 대표 제품은 레티나급 아이폰 LTPS TFT는 전자 이동속도가 빠르다는 장점 때문에 빠른 동영상 재생과 고해상도 디스 플레이 구현에 적합하다. 따라서 LTPS TFT는 고품질 LCD 패널의 전기스위치로 적용 되기 시작했다. 이를 대표하는 제품은 레티나급 아이폰이다. 애플은 2010년 개발자회의 (WWDC: Worldwide Developers Conference)부터 고해상도 제품에 적용되는 디스플레 이를 레티나 디스플레이 (Retina Display)라고 명명하기 시작했다. 레티나 디스플레이의 해상도는 패널 전체의 화소 수나 1인치당 화소 수 (Pixel Per Inch)를 기준으로 정의하기 힘들지만, 인간의 망막 (Retina)으로 구분할 수 없을 정도로 촘촘하게 개선된 해상도를 의미한다. 그림 67. Retina Display 적용 전 (좌) 후 (우) 예시 자료: Apple, 대신증권 리서치센터 삼성전자는 스마트폰 갤럭시 시리즈의 OLED 에 LTPS TFT 적용 삼성전자는 스마트폰 갤럭시 시리즈에 LTPS TFT를 본격적으로 적용하기 시작했다. 고 해상도, 고품질 디스플레이라는 점에서는 애플 제품과 유사하지만, 삼성전자의 스마트폰 은 OLED 디스플레이를 적용했고, 애플의 제품은 LCD 패널을 적용했다. 요약해보면 LCD 패널에서는 원래 아몰퍼스 실리콘 TFT가 전기스위치로 적용되지만, 고품질, 고해 상도 LCD 패널에는 LTPS TFT가 적용되었고, OLED 디스플레이에는 처음부터 LTPS TFT가 필수적으로 적용되었다. OLED 디스플레이에 아몰퍼스 실리콘 TFT를 전기스위 치로 적용할 수 없고, LTPS TFT를 반드시 사용해야 하는 이유는 전자 이동속도가 빠른 LTPS TFT가 유기재료를 발광시키기 (켜놓기) 위해 특정한 값을 지닌 전류를 지속적으 로 공급할 수 있기 때문이다. 50
DAISHIN SECURITIES LG 디스플레이는 TV 용 OLED 디스플레이에는 산화물 (Oxide) TFT 적용 삼성디스플레이가 스마트폰용 OLED 디스플레이의 전기스위치로 LTPS TFT를 적용한 반면, LG디스플레이는 산화물 (Oxide) TFT를 적용했다. 산화물 TFT란 전기스위치의 샌드위치 구조에서 활성화층/반도체층/반도체막이 산화물 소재로 이루어진 TFT를 의미 한다. 산화물이란 산소를 인듐 (In), 갈륨 (Ga), 아연 (Zn) 등의 금속과 결합한 물질이 다. 따라서 산화물 TFT는 금속화합물의 첫 글자를 참고해 IGZO TFT라고 부르기도 한 다. LTPS TFT를 형성할 때 고온 (레이저, 열)장비가 이용되지만, 산화물/Oxide/IGZO TFT를 형성할 때는 CVD (Chemical Vapor Deposition: 화학 증착 장비) 또는 스퍼터링 장비 (물리적 힘으로 증착하는 장비)가 주로 이용되며, 주로 스퍼터링 장비가 많이 사용 되었는데, 이는 산화물 TFT 시장에 빠르게 대응했던 일본의 Sharp가 IGZO 소재를 증 착할 때 스퍼터링 장비를 이용했기 때문이다. 그림 68. 산화물 (Oxide) / IGZO TFT 는 더 조밀하고 얇은 전기스위치 구현이 가능 자료: Dell, 대신증권 리서치센터 산화물 TFT 적용 시 장점: (1) 빠른 전자 이동속도, (2) 투명 구현 산화물 TFT는 디스플레이 전기스위치로서 다양한 장점을 지니고 있다. 우선 전자 이동 속도가 아몰퍼스 실리콘 TFT보다 높다. 산화물을 구성하는 물질 (인듐, 갈륨, 아연)이 금속으로서 전기전도성이 우수하기 때문이다. 두번째로 산화물 TFT는 투명 디스플레이 구현에 적합하다. 상온에서 투명 소자로서 제조 가능하기 때문이다. 물론 100% 완벽한 투명 디스플레이가 구현되려면 전기스위치인 TFT뿐만 아니라 디스플레이의 모든 구성 요소가 투명하게 바뀌어야겠지만, 산화물 TFT는 활성층 소재 (IGZO 산화물)이 투명하 기 때문에 투명 디스플레이 구현 시기를 앞당길 수 있다. 51
디스플레이산업 산화물 TFT 생산 시 장점: 설비투자 부담 완화 산화물 TFT는 전자 이동속도가 우수하고 투명 디스플레이 구현이 가능하다는 장점 외 에 양산성 측면에서 추가적인 장점을 보유하고 있다. 따라서 디스플레이 공급업체도 산 화물 TFT를 선호할 수 밖에 없다. (1) 기존 아몰퍼스 실리콘 TFT 형성 공정에 세정 -> 증착 -> 노광 -> 현상 -> 식각 과정을 1번 더 반복하면 산화물 TFT를 제조할 수 있기 때문이다. 즉, 기존 공정에서 1개 마스크가 추가되면 산화물 TFT를 제조할 수 있다. 또 한 (2) LTPS TFT와 달리 고온 (레이저, 열)을 가해 실리콘 배열을 결정화시키는 과정이 필요 없어 고온 장비 투자 부담이 완화된다. 아울러 (3) 산화물 TFT는 디스플레이 대면 적화에 유리하다. 따라서 LG디스플레이는 TV용 8세대 OLED 패널을 생산할 때 유리 기판의 전기스위치로 산화물 TFT를 적용했다. 표 4. 비정질 실리콘 TFT 에 마스크 공정 1 회 추가하면 산화물 TFT 제조 가능 TFT 의 샌드위치 구조를 구성하는 층 비정질 (Amorphous) 실리콘 TFT 산화물 (Oxide) TFT Gate Mask 1 Mask 1 Gate Insulator No mask No mask TFT Mask 2 Mask 2 Etch Stopper Not applicable Mask 3 Source Drain Mask 3 Mask 4 Passivation Mask 4 Mask 5 자료: 업계 자료, 대신증권 리서치센터 표 5. 아몰퍼스/산화물/LTPS TFT 장단점 비교 기준 Amorphous Silicon TFT Oxide TFT LTPS TFT 전자 이동속도 (Electronics Mobility: cm²/vs) 포토 마스크 숫자 (공정 반복 횟수) 고온 처리 결정화 (Annealing) 0.5-0.7 5~20 50-100 4~5 5~6 8~11 Cu Water vaporation for IGZO Active layer 고해상도 구현 (300 ppi) Not OK OK OK 기존 생산라인 전환 시 투자 부담 (Conversion from a-si Equipment) 투명 디스플레이 구현 (Transparent element) 자료: 업계 자료, 대신증권 리서치센터 - Easier Expensive - Yes - 52
DAISHIN SECURITIES 5. 핵심 장비는 고온장비 및 봉지장비와 유기재료 증착 장비 산화물 TFT 생산 시 스퍼터링 장비 및 고온 열장비 필요 LTPS TFT 제조 시 고온 레이저장비나 열장비가 필요한 것처럼 산화물 TFT 제조 시 별 도의 장비가 추가로 필요하다. 주로 스퍼터링 (물리적 증착) 장비, CVD (Chemical Vapor Deposition: 화학 기상 증착) 장비, 그리고 열장비가 사용된다. 우선 금속-산소 화합물인 IGZO (인듐, 갈륨, 아연, 산소) 소재를 증착할 때 스퍼터링 장비가 필요하다. 최근에는 스퍼터링 장비와 같은 물리적 증착 장비 뿐만 아니라 CVD (화학 증착) 장비 가 IGZO 증착에 적용되기도 한다. IGZO 소재를 스퍼터링 장비를 통해 유리기판에 붙 이고 나면 소재 사이사이에 기공이 존재한다. 여기에 물 (수분)을 추가하면 IGZO의 성 능이 개선된다. 따라서, 수분을 추가하기 위해 고온 열처리장비에 노즐을 추가하여 고온 으로 수증기를 분사하는 장비가 사용된다. 이와 같은 장비를 IGZO 열처리 퍼니스 (Furnace) 장비, 혹은 WVA (Water Vapor Annealing System)이라고 부른다. IGZO가 적 용된 산화물 TFT는 엄격한 의미에서 실리콘을 고온으로 결정화하는 공정이 필요 없지 만, IGZO 증착 후에 수증기를 별도로 분사하는 공정에 고온 열처리장비가 사용되므로 수증기 분사 공정을 Wet annealing (습식 결정화) 공정으로 부르기도 한다. LTPS TFT 및 산화물 TFT 생산 공정에서 고온 장비가 광범위하게 필요 디스플레이 핵심 기술이 LCD에서 OLED로 바뀌면 전기스위치로서 LTPS TFT 또는 산 화물 TFT가 필요한데, 이러한 TFT를 형성하는 공정에서 고온 장비가 광범위하게 필요 하다는 점을 다시 한 번 상기할 필요가 있다. 앞서 언급한 바와 같이 불규칙적으로 배열 된 실리콘에 규칙성을 부여하기 위한 결정화 공정에서 고온 레이저 또는 고열 장비가 사용되고, 산화물 TFT의 핵심소재인 IGZO의 성능을 개선하기 위해 고열 수증기 분사 장비가 필요하다. 평평한 OLED 디스플레이가 플렉서블하게 바뀌려면 플라스틱 소재가 필요 현재까지 대부분의 OLED 디스플레이는 평평한/딱딱한 OLED 디스플레이다. 즉, 절반 으로 접히거나 두루마리처럼 돌돌 말리는 플렉서블/플라스틱 OLED 디스플레이가 아니 다. 외형이 비교적 자유롭게 구현된 플렉서블/플라스틱 OLED 디스플레이는 고급형 스 마트폰 및 스마트워치 일부 모델에 적용되었다. 플렉서블/플라스틱 OLED 디스플레이 는 기존의 평평한/딱딱한 디스플레이와 구조적으로 크게 다르지 않을 것으로 전망된다. 다만, 차이점은 소재 변화에서 비롯될 것이다. 플렉서블/플라스틱 OLED 디스플레이의 기본 기판의 소재로 유리가 아니라 산업용 플라스틱의 일종인 폴리이미드가 사용된다. 아울러 기존에 터치패널 구현 과정에서 어쩔 수 없이 사용되던 강화유리 (보호유리)도 결국 산업용 플라스틱으로 바뀌어야 할 것이다. 또한 플라스틱의 두께도 전반적으로 얇 아지게 될 전망이다. 그렇게 해야 반으로 접는 형태의 폴더블 OLED 디스플레이의 구 현이 용이하기 때문이다. 53
디스플레이산업 그림 69. 플렉서블/플라스틱 OLED: 딱딱한 OLED 대비 구조적 차이는 미미하고 소재/두께만 변경 자료: LG디스플레이, 대신증권 리서치센터 그림 70. 플렉서블/플라스틱 OLED 형태의 발전: Curved 에서 Rollable 까지 적용 확대 자료: LG디스플레이, 대신증권 리서치센터 54
DAISHIN SECURITIES OLED 디스플레이가 플렉서블하게 바뀌면: 고온 열처리장비는 여전히 필요 향후 기술 발전으로 플렉서블/플라스틱 OLED 디스플레이가 전면적으로 도입되더라도 고온 레이저장비 또는 고온 열장비가 여전히 필수적으로 사용될 것으로 전망된다. 플렉 서블/플라스틱 OLED 디스플레이의 기본 기판의 소재인 폴리이미드를 처리할 때 열처 리장비가 필요하기 때문이다. 폴리이미드는 산업용 플라스틱의 일종으로 고온에 대해 내구성이 강하다. 폴리이미드 기판을 딱딱하게 경화 ( 硬 化, Stiffening, 딱딱하게 변형)시 키는 공정에서 열처리장비가 사용된다. 500도 미만의 온도에서 장시간 가열이 필요하기 때문이다. 이러한 장비를 폴리이미드 큐어링 (Polyimide curing) 장비라고 부른다. 폴리 이미드 큐어링 열처리장비는 연기 (Fume)를 효과적으로 배출하는 기능도 갖추고 있어 야 한다. 폴리이미드를 가열하는 과정에서 대량의 연기가 발생하기 때문이다. OLED 디스플레이가 플렉서블하게 바뀌면: 고온 레이저장비는 여전히 필요 폴리이미드 기판은 플렉서블/플라스틱 OLED 제조 공정에서 캐리어 글래스 (Carrier Glass: 폴리이미드의 밑받침 역할을 하는 유리기판이며 Dummy Glass라고 불리기도 함) 위에 놓여 이동한다. 공정이 마무리되면 폴리이미드 기판은 캐리어 글래스가 분리되 어야 하는데, 이 때 레이저 빔이 사용되기 때문이다. 이러한 장비를 레이저 탈착 (LLO: Laser Lift Off) 장비라고 부른다. 레이저 탈착 장비, 즉, LLO 장비는 플렉서블/플라스틱 OLED 공정 뿐만 아니라 고휘도 LED 제조 공정에서도 사용된다. 레이저 빔을 이용하 면 LED의 기본 기판인 사파이어 웨이퍼에서 GaN (질화갈륨) 박막을 분리, 제거할 수 있기 때문이다. 그림 71. 플렉서블/플라스틱 OLED 공정에서 폴리이미드와 캐리어 글래스 분리 시 레이저 필요 자료: photonhive.com, 대신증권 리서치센터 55
디스플레이산업 그림 72. 플렉서블/플라스틱 OLED 제조 공정: (c) 폴리이미드 큐어링, (h) 레이저 탈착 자료: IHS, 대신증권 리서치센터 고온 (열처리 및 레이저) 장비 외에 추가적으로 봉지장비 필요 OLED 디스플레이 전공정에서 고온 장비, 열처리와 레이저장비가 광범위하게 쓰이는 반면 후공정에서는 봉지장비가 필요하다. LCD 패널 생산라인에서는 봉지장비가 사용되 지 않지만, OLED 디스플레이 생산라인에서 봉지장비가 필요하다. 발광/발색 역할을 담 당하는 유기재료를 보호하기 위해서이다. 유기재료는 기본적으로 기능성 색소이기 때문 에 수분과 산소에 취약하다. 마치 흰 종이에 빨간색 물감으로 그림을 그린 후 물 속에 담그면 빨간색 물감이 지워지는 원리와 비슷하다. 만약 OLED 디스플레이에 봉지층이 없다면 기능성 색소 인 유기재료는 며칠 동안만 발색을 하고 더 이상 색깔을 표시하지 못하게 된다. 따라서 유기재료를 수분과 산소로부터 보호하여 수명을 늘리기 위해 유기 재료 상단에 뚜껑을 덮는다. 이러한 뚜껑을 봉지층 (Encapsulation layer)이라고 부르고, 뚜껑을 덮는 장비를 봉지장비 (Encapsulation equipment)라고 부른다. 즉, 봉지층은 유 기재료를 보호해주는 방패 역할을 담당한다. 봉지장비는 유기재료를 덮는 보호층을 형성. 유리나 박막 필름 소재 이용 유기재료를 보호하기 위한 봉지층의 소재로 유리나 박막 필름이 사용된다. 과거의 평평 한/딱딱한 OLED 디스플레이에서 봉지층의 재료는 주로 딱딱한 유리가 적용되었다. 유 기재료를 수분과 산소로부터 안전하게 보호하는 기능이 중요했고, 굳이 OLED 디스플 레이를 휘거나 구부릴 필요가 없었기 때문이다. 그러나 플렉서블/플라스틱 OLED 디스 플레이에서는 유리소재의 용처가 최소화되는 반면, 산업용 플라스틱 소재의 용처가 확 대된다. 따라서 봉지층의 소재로서 박막 필름이 선호된다. 또한 TV용 대면적 OLED 디 스플레이에서도 박막 필름 소재가 봉지층의 소재로서 선호된다. 가볍고 얇은 특성 때문 에 유리보다 대면적 디스플레이 적용이 쉽기 때문이다. 56
DAISHIN SECURITIES 그림 73. OLED 패널 봉지: 유리 소재로 구성된 경우 그림 74. OLED 패널 봉지: 박막 필름으로 구성된 경우 자료: IHS, 대신증권 리서치센터 자료: IHS, 대신증권 리서치센터 그림 75. 유리 소재로 봉지층을 구성하여 덮는 제조 공정 자료: AP시스템, 대신증권 리서치센터 그림 76. OLED 공정에 사용되는 봉지장비 자료: AP시스템, 대신증권 리서치센터 57
디스플레이산업 박막 필름으로 형성된 봉지층 구조는 복잡: 여러 개의 층으로 형성 박막 필름을 적용한 봉지층의 구조는 예상 외로 복잡하다. 여러 개의 층으로 이루어져 있다. 무기소재층과 유기소재층이 번갈아서 켜켜이 쌓이기도 한다. 이러한 방식은 바이 텍스 (Vitex) 사가 개발했기 때문에 바이텍스 방식이라고 불린다. 바이텍스 방식은 여러 층을 겹겹히 쌓아서 수분과 산소를 거의 완벽하게 차단한다. 그런데 무기소재층과 유기 소재층의 역할이 각각 다르다. 실제 수분과 산소를 차단하는 방패의 역할을 무기소재층 이 담당한다. 그러나 무기소재층을 두껍게 만들기 어렵기 때문에 무기소재층 다음에 쿠 션과 같은 기능을 하는 유기소재층을 쌓는다. 이렇게 하다 보니 무기소재층과 유기소재 층이 번갈아 쌓여서 여러 개의 층을 형성하게 되는 것이다. 바이텍스 방식은 공정 시간 이 길고 공정 관리가 어렵다. 따라서 봉지층의 숫자를 줄이기 위한 개발도 전개되고 있 다. 바이텍스 방식의 대안으로 ALD (원자 단위 증착: Atomic Layer Deposition) 장비를 이 용해 미세한 원자 층을 쌓는 방법이 있다. 시간이 다소 소요되지만 바이텍스 방식보다 적은 수의 층으로 산소와 수분을 차단할 수 있다. 이와 같이 봉지층의 구조는 계속 발전하고 있다. 실리콘소재 (SiOx 또는 SixNy)로 이루 어진 층을 3번 쌓고 나서 윗부분에 방습 기판을 쌓는 방식도 있고, 투명 필름 형태인 고 체 봉지를 덮는 방식도 있다. 아울러 각 층을 형성할 때 기존의 증착 (ALD, CVD) 방식 보다 소재 소요량을 절감할 수 있는 인쇄 공정 (Printing) 장비가 이용되기도 한다. 박막 필름 소재를 이용하는 봉지장비는 대부분 해외 장비업체 (Applied Materials, AKT, Kateeva)에서 생산했으나 LG디스플레이의 TV용 OLED 패널 생산라인의 봉지장비는 국산화가 이미 전개되고 있다. 58
DAISHIN SECURITIES 6. 2016 년, OLED 투자 여건은 기존 대비 개선 2011 년, 삼성 디스플레이의 OLED 투자 당시 수혜 장비업체는 제한적 2011년에 삼성디스플레이의 대규모 OLED 투자를 전개할 당시 수혜가 예상되는 장비 업체는 제한적이었다. OLED 제조공정의 국산화가 본격적으로 이루어지지 않았기 때문 이다. 당시 주목받았던 장비업체는 에스엔유 (유기소재 증착장비와 봉지장비), 에스에프 에이 (물류 장비), 레이저장비 (AP시스템), 원익IPS (식각장비), 아이씨디 (식각장비) 등 이었다. 대부분 삼성디스플레이로부터 지분투자를 받았거나 삼성디스플레이로의 매출 의존도가 큰 기업들이었다. 또한 기존 LCD 대규모 투자 시기에 이미 관련 장비를 공급 했던 기업들이었다. 그 중 예외적으로 OLED 투자에 대한 수혜가 큰 기업은 AP시스템 이었다. 레이저장비가 LTPS TFT 결정화 공정 빛 유리소재 봉지 공정에서 필수적으로 사용되었기 때문이다. 2013 년, 시장의 기대는 높았으나 OLED 생산라인의 대규모 투자는 지연 2013년에도 다시 OLED 장비업체가 주목을 받았다. 2013년 1월 CES (Consumer Electronics Show) 전시회에서 OLED TV 신제품이 대거 공개되었기 때문이다. 소니는 56인치 OLED TV를 전시했고, 삼성전자와 LG전자는 55인치 곡면 OLED TV를 전시 했다. 당시에는 디스플레이 산업에 대한 기대감이 높았다. 2011년 일본 대지진, 2012년 남유럽 재정위기 이후 2013년 글로벌 TV 수요 회복에 대한 기대감이 차세대 디스플레 이로서 OLED의 기술력에 대한 기대감과 결합했기 때문이다. 그러나 자본시장에서 기 대했던 수준만큼 대규모 OLED 투자가 이루어지지 않았다. 삼성디스플레이는 여전히 8 세대 OLED TV 디스플레이 패널 양산에 대해 보수적인 입장을 견지했다. 한편 LG디스 플레이는 2013년 2월에 7,063억원 규모의 TV용 OLED 생산라인 투자 계획을 공시했 다. 시장에서 기대하던 수조원 수준의 대규모 투자가 아니었다. 동사는 8월에는 중소형 고해상도 패널 생산라인에 8,326억원을 투자한다고 발표했다. 이는 LTPS TFT가 전기스 위치로 적용된 고품질 LCD 패널 생산라인이었다. 2013년을 돌아보면 삼성디스플레이나 LG디스플레이가 대규모 OLED 투자를 자제했던 이유가 결국 완제품 세트 수요의 둔화 때문이었다고 판단된다. 2013년 2분기부터 삼성전자 스마트폰 출하 둔화가 시작되었고, 당시 신제품이던 갤럭시 S4의 판매에 대한 우려가 생겨나기 시작했다. 아울러 2013년 5 월 31일, 글로벌 TV 수요를 견인하던 중국에서 TV 보조금 제도가 막을 내렸다. 이런 상황에서 규모의 경제 달성이 필수적으로 요구되는 OLED 생산라인을 대규모로 투자하 기는 쉽지 않았을 것이라고 판단된다. 59
디스플레이산업 2016 년, 전반적 여건 개선으로 OLED 장비업체의 수혜 가능성 높아져 2014년부터 2015년 상반기까지 잠잠하던 OLED에 대한 기대감은 다시 2015년 4분기 부터 확산되기 시작했고, 2016년 현재까지도 계속되고 있다. 당분간 OLED 산업에 대한 열풍은 식지 않을 것으로 전망된다. 전반적인 여건이 과거보다 크게 개선되었기 때문이 다. (1) 전방산업에서 TV 세트업체의 OLED 패널 수요 증가 (2) TV용 OLED 디스플레이의 양산성 개선 (3) OLED 패널이 애플 제품 내에서 확산 적용될 가능성 (4) 국내 장비업체가 중국으로 진출하며 잠재 고객 포트폴리오 확대 (5) 국내 디스플레이 패널업체의 설비투자 여력 증가 (1) 전방산업에서 TV 세트업체의 OLED 패널 수요 증가 2013년에 대규모 OLED 투자가 전개되지 못했던 이유가 전방산업 수요 때문이지만, 2016년에는 수요 개선이 기대된다. 물론 글로벌 TV 수요가 드라마틱하게 개선되기는 어렵다. 그러나 TV 시장 내에서 OLED가 적용되는 모델이 점점 증가하고 있다. 글로벌 디스플레이 생산 면적의 80%가 TV라는 점을 고려하면 결국 OLED 시장 확대의 열쇠 를 쥐고 있는 것은 TV 세트업체의 신제품 수요이다. 2015년까지는 TV 신제품 수요는 LED TV가 주도했지만, 2016년에는 LG전자뿐만 아니라, 중국의 Skyworth, Changhong, Haier, 일본의 Panasonic, Sony가 OLED TV 신제품 출시를 준비하며 신규 수요를 촉진할 것으로 전망된다. (2) TV 용 OLED 디스플레이의 양산성 개선 OLED TV에 대한 세트업체의 수요가 증가하는 이유는 디스플레이의 양산성이 개선되 어 완제품의 완성도가 높기 때문이다. 생산 과정에서 조립 과정에 대한 의존도가 높은 LCD TV는 동일한 패널을 사용하여 완제품을 만들더라도, 최종 제품의 완성도가 세트 업체마다 다르다. 그러나 OLED TV는 대부분 완성도가 높다. 국제 전시회에서 중국 기 업이 전시한 OLED 제품과 LG전자, 일본 Panasonic의 제품에서 차이점을 거의 느낄 수 없다. 이는 (1) 유기재료가 자체 발광하기 때문에 BLU 광원 (Back Light Unit)을 별 도로 조립할 필요가 없고 구조가 간단하며, (2) 전자 이동속도가 우수한 산화물 TFT를 전기스위치로 적용하기 때문에 화면전환이 빠른 동영상 재생에 적합하며, (3) 패널의 주 요 공급처인 LG디스플레이가 수율 개선을 통해 OLED 패널을 안정적으로 생산하고 있 기 때문인 것으로 판단된다. 60