①키움증권_디스플레이_210917
'한 권으로 끝내는 OLED 소재 기초 설명서' 리포트
&
②'2021 상장기업 업종지도' 책
을 참고하여 작성하였습니다.
1. 디스플레이 : LCD vs OLED
디스플레이 패널은 크게 LCD와 OLED로 나뉜다. 그냥 'LED'라고 하는 건 반도체의 일종으로 LCD의 백라이트에 들어가는 부품을 말하는 것이고, 디스플레이 시장은 LCD와 OLED로 양분되어 있다. LCD는 백라이트에서 빛을 쏘아 컬러 필터를 통과시켜 색을 표현하는 방식이고, OLED는 유기화합물로 이루어진 자체 발광 소자를 이용하여 스스로 색을 띤 빛을 내게끔하는 방식이다. 이에 따른 구조의 차이는 아래와 같다.
OLED에서는 광원이 따로 필요 없기 때문에 백라이트와 컬러 필터가 사라지고 편광판 개수가 적다. 보다시피 LCD 대비 부품이 적어서 두께가 획기적으로 줄어들기 때문에 휘어지는 플렉서블 디스플레이가 가능하다.
국내의 디스플레이 패널 제조사는 삼성디스플레이와 LG디스플레이가 대표적이다. 두 회사 모두 LCD와 OLED를 생산하고 있으나, LCD 패널의 경우 중국 디스플레이 업계의 공급 과잉과 가격 경쟁으로 수익성이 악화되고 있어 LCD 사업 비중을 점차 줄여나가고 있다. 그래서 우리는 차세대 패널인 OLED에만 주목하면 된다.
2. OLED의 기본 구조 & 제조 공정
OLED는 크게 ①기판층 - ②TFT층 - ③OLED층 - ④봉지층으로 총 4층으로 이루어져 있다.
▶ 맨 밑의 기판은 전체 구조를 지지하는 역할을 한다. 두 번째 층인 TFT는 Thin Film Transistor의 준말로, 한마디로 그냥 트랜지스터다. 트랜지스터는 스위치 역할을 하기 때문에 여기서 '빛을 낼지 말지 결정'한다. 빛을 내기로 결정했다면 그 위에 OLED층에서 '빛을 낸다'. 마지막 봉지층은 산소와 수분 등이 OLED층에 침투하지 못하도록 보호해주는 역할을 한다.
제조 공정 또한 단순하다. 기판 위에 저 순서대로 층을 쌓는 것이다.
먼저 기판 위에 ①TFT 층을 만들고 - ②OLED 유기물을 증착해주고 - ③박막 봉지로 밀봉해준다. 그리고 ④모듈화 과정을 거친다.
▶ 챔버 안에 먼저 LTPS 원판을 준비하고 (=여기서 LTPS란 그냥 LTPS 형태의 트랜지스터 층이다라고 생각하자. a-Si 방식도 있으나 주로 LTPS를 쓴다) FMM (파인 메탈 마스크)를 원판 아래에 설치한다. 마스크는 유기물이 특정 위치에만 증착되도록 하는 장비다. 마스크가 준비되면 증착 물질을 놓고 적정 온도로 가열한다. 가열이 시작되면 분자 단위의 작은 유기물질이 마스크를 통과해 원하는 위치에 입혀진다.
OLED층이 증착되었으면 그다음 봉지층을 입혀준다. 그리고선 최종적으로 OLED 소자가 부품으로써 작동할 수 있도록 PCB(메인보드)에 연결하는 모듈화 과정을 거치면 마무리된다.
이때, PCB와 기판(=첫 번째 층)을 무엇을 쓰느냐가 플렉서블이 되고 안되고를 결정한다. 유리 기판이 아닌 PI(폴리이미드) 기판과 FPCB를 사용해야 구부러지는 디스플레이를 구현할 수 있다.
** OLED 제조 공정에 서플라이 체인 기업들 목록은 아래와 같다.
3. OLED층 구조 & 소재 분석
우리가 결국 관심 있는 것은 세 번째 층에 해당되는 OLED층이다. 국내 서플라이 체인들이 OLED에 쓰이는 소재를 공급하는 업체들로 구성돼있기 때문이다. OLED층의 기본 구조와 어떤 소재들이 쓰이는지 아는 게 중요하다.
위 그림은 아까 OLED 기본 구조를 보여준 그림에서 OLED층만 확대한 것이다. 구조는 크게 중앙의 발광층(EML)과 그 외 보조층(HTL, ETL 등등)으로 구성돼있다. 전기를 써서 HIL(정공 주입층)과 EIL(전자 주입층)에 각각 정공, 전자가 주입되면 HTL, ETL을 가로지르며 중앙의 EML에 모이게 된다. EML에서 만난 전자와 정공은 합쳐지고, 합쳐진 전자 정공은 exciton(여기자) 흥분 상태가 된다. 이게 다시 기저 상태로 되돌아가며 줄어든 에너지가 빛을 내는 방식이다. 결국 EML이 가장 핵심인데, 유기 발광 물질이란 것도 다 EML층에 있다.
Cf.) OLED 발광 방식은 형광과 인광으로 구분된다. 형광 소재는 EML에서 만난 전자 정공이 일부 밖에 exiton되지 않기 때문에 25% 정도의 수준으로 효율이 낮은편이다. 반면 인광 소재의 경우 모두 빛 에너지로 활용이되기 때문에 최대 100%의 효율을 갖는다. Red와 Green은 인광 소재가 사용되는 반면, Blue는 형광 소재를 이용하고 있다. 따라서, OLED Blue 소재는 Red와 Green 대비 발광 효율이 낮고 수명이 짧다.
발광층(EML)은 OLED에서 핵심이 되는 부분이다. 발광층은 크게 호스트(Host), 도펀트(Dopant)로 구성돼있다. 즉 발광층은 Red/Green/Blue의 호스트, 도펀트 소재로 각각 구성되어 있고, 발광층과 HTL 사이에는 프라임 소재가 증착된다. 구조는 위 그림과 같다.
▶ 호스트는 전자와 정공이 발광층에서 만나 exiton이 잘 생성될 수 있도록 돕는 역할을 수행한다. Red, Green 형광 호스트로는 Alq3, 인광 호스트로는 CBP, Blue 형광 호스트로는 DPVBi 소재가 사용된다. 블루에 쓰이는 DPVBi가 다른 소재보다 훨씬 비싸기 때문에 Blue OLED가 다른 색깔보다 훨씬 높은 가격을 자랑한다.
도펀트는 OLED 발광을 직접적으로 담당하고, OLED 색상 등을 결정하는 소재이다. 도펀트 비중은 10% 미만 정도이나, 자체 발광 능력이 더 높아서 사실상 도펀트를 위해 호스트가 존재한다고 해도 무방하다.
프라임은 발광층과 정공수송층(HTL) 사이에 증착되는 소재이다. 전자가 발광층 밖으로 넘어가지 않도록 저지하는 역할을 한다.
전자 방어층(프라임)이 있듯이 정공을 방어하는 층도 존재한다. 프라임 소재의 반대 역할, 즉 정공이 넘어가는 것을 막는 역할은 a-ETL이 수행한다.
4. OLED 소재의 서플라이 체인
** 소재 별 국내 공급 기업은 아래와 같다.
솔루스첨단소재, 덕산네오룩스, 피엔에이치테크등이 대표적이다.
국내 OLED 소재 산업은 표와 같이 2~3개 기업들이 독과점을 이루고 있다. 색깔별로 소재별로 공정이 다다르고 기술력이 천차만별이라 진입장벽도 높고 신규 기업들이 진입하기가 어려운 시장이다. 따라서, OLED 소재 업체들은 핵심 기술력 특허를 누가 가지고 있느냐가 중요한 경쟁력으로 작용한다.
또한 국내 디스플레이 제조사가 삼성, LG가 두 축이기 때문에 두 기업의 공급처 확대, 투자 확대 여부가 소재 기업 분석하는데 중요하다. OLED 패널은 TV에 쓰이는 대형 패널과 스마트폰에 쓰이는 중소형 패널로 나눠지는데, 삼성의 경우 중소형 패널에서 압도적 지위를 갖고 있고, LG는 가전제품을 필두로 한 대형 패널의 강자로 군림하고 있다. 그런데 요새는 삼성에서 QD-OLED라는 걸 개발해서 LG의 대형 패널 점유율도 야금야금 뺏어가고 있는 형국이다. QD-OLED는 유기물이 아닌 무기물을 사용해서 더 안정적이고, OLED보다 가격도 저렴하고 성능도 좋아 OLED보다 더 차세대 소자로 평가받고 있다.
** 삼성 디스플레이와 LG 디스플레이에 제공하는 소재 기업은 아래와 같다.
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