"22년 축적 기술로 FMM 한계 넘었다"…LGD 차세대 OLED 패터닝 '플립' 공개

최영석 CTO "현존 8세대 최고 공정 혁신"
휘도 1.6배·수명 2.4배 개선, 효율도 높였다
태블릿·노트북 우선 적용…웨어러블·TV 등 확대

LG디스플레이 가 기존 FMM(파인 메탈 마스크) 방식의 한계를 뛰어넘는 차세대 OLED 패터닝 기술을 공개했다. 기존 8세대 OLED 생산 인프라를 활용하면서 생산성과 소재 효율을 높이고, OLED 패널의 성능까지 개선할 수 있는 기술로 차세대 OLED 시장 주도권 확보에 나선다는 전략이다.

LG디스플레이는 지난 8일 온라인 'FLiPP(플립·FMM-Less innovative Pixel Patterning) 테크 세미나'를 열고 차세대 OLED 패터닝 기술 플립을 소개했다. 이날 최영석 LG디스플레이 최고기술책임자(CTO)는 "차세대 OLED 패터닝 기술 FLiPP은 현존하는 8세대 최고 공정 혁신으로 디스플레이 업계가 도전하기 어렵고 두려움을 느끼게 할 해자(垓子) 역할을 해줄 것"이라고 말했다.

지난 8일 진행된 LG디스플레이 'FLiPP 온라인 테크 세미나'에 최영석 CTO(가운데), 조흥렬 상무(우), 김응용 전문위원(좌)이 참석해 FLiPP 기술 소개를 진행했다. LG디스플레이.

플립은 기존 RGB(적·녹·청) OLED 패널 생산에 사용되는 금속 판인 FMM을 제거하고 포토리소그래피 기술을 활용해 픽셀을 형성하는 새로운 OLED 패터닝 공정이다. 유기 발광재료를 기판 전체에 증착한 뒤 필요한 부분을 보호하고 자외선(UV)으로 불필요한 영역을 제거하는 방식이다. 이를 RGB 각 색상에 반복 적용해 하나의 RGB 픽셀을 완성한다.

LG디스플레이는 지난해 7월부터 약 1년 간의 연구 끝에 기술 개발에 성공했다. 김응용 LG디스플레이 전문위원은 "8세대는 큰 글라스에 중앙 부분부터 엣지까지 일정하고 고르게 공정이 반영되도록 하는 균일성 확보가 가장 힘들었다"며 "WOLED(화이트-유기발광다이오드) 양산 증착 라인에서 확보된 OLED 증착 기술과 양산 노하우를 플립 개발에 접목해 기술 개발 기간을 단축할 수 있었다"고 밝혔다.

최 CTO는 플립을 통해 LG디스플레이가 기존 OLED 생산 방식의 틀 자체를 바꿀 수 있다고 강조했다. 그는 "OLED의 가능성을 가로막고 있던 기술적 한계를 없애는 것에서 출발했다"며 플립은 FMM을 사용하지 않기 때문에 픽셀 간 간격을 최소화할 수 있고, 개구율(빛이 나오는 면적 비율)을 높이는 동시에 RGB 소자를 각각 최적화할 수 있다고 설명했다.

실제 FLiPP의 개구율은 기존 FMM 방식의 42%에서 65%로 높아진다. 이에 따라 같은 조건에서 휘도를 1.6배 높이거나 수명을 2.4배 늘릴 수 있으며, 소비전력은 13% 줄일 수 있다는 게 회사 측 설명이다.

특히 플립은 LG디스플레이가 보유한 8세대 OLED 생산 인프라와 결합해 생산성 측면에서도 차별화가 가능하다. 기존 8세대 FMM 방식은 마스크 처짐 현상을 방지하기 위해 원장을 반으로 자르는 하프컷 공정이 필요하지만, 플립은 FMM을 사용하지 않아 원장을 자르지 않고 그대로 활용할 수 있다. 현재 8세대 원장으로 플립 기술을 구현하는 것은 LG디스플레이가 유일하다.

이에 따라 8세대 원장에서 23.5인치 패널을 생산할 경우 면취 효율(실제 패널로 만들어지는 영역의 비율)은 기존 FMM 방식의 약 75%에서 플립의 93% 이상으로 높아진다. 생산성은 약 24% 향상된다. 유기 발광 물질을 기판 위에 박막 형태로 입히는 과정의 성능을 의미하는 유기물 증착 효율 역시 기존 FMM 방식의 약 40%에서 74% 수준으로 높아져, 재료 효율이 약 1.9배 개선된다.

공정 시간도 줄어든다. 기존 FMM 방식은 원장과 마스크를 정밀하게 정렬·결합한 뒤 증착하고 다시 분리하는 과정을 반복해야 한다. 반면 플립은 LG디스플레이의 WOLED 생산에 활용되는 인라인 증착 방식을 적용해 원장이 이동하면서 여러 증착 공정을 순차적으로 수행한다. LG디스플레이는 이를 통해 FMM 방식 대비 증착 공정 시간을 약 40% 단축할 수 있을 것으로 보고 있다.

FMM 자체를 사용하지 않는 데 따른 비용 절감 효과도 기대된다. LG디스플레이에 따르면 FMM 제작·관리 비용과 모델 및 해상도 변경에 따른 신규 마스크 제작 비용, 마스크 처짐 등으로 발생하는 불량 관련 비용 등을 줄일 수 있다. 김 전문위원은 "FMM을 사용하지 않으면서 발생하는 이점이 꽤 크다"며 "FMM보다는 확실히 싸다"고 말했다.

특히 플립은 기존 생산 인프라를 활용할 수 있어 새로운 8.6세대 생산라인을 구축하는 것보다 투자 부담을 낮출 수 있다는 장점이 있다. 최 CTO는 "플립을 도입하면 기존에 가지고 있던 인프라를 그대로 활용하면서 제품군과 사이즈(인치), 애플리케이션에 상관없이 생산이 가능하다"며 "8.6세대 신규 투자 대비 상대적으로 적은 비용을 투입해서도 큰 효과를 누릴 수 있다"고 말했다.

LG디스플레이는 향후 플립을 하나의 생산 플랫폼으로 구축해 적용 제품군을 확대할 계획이다. 우선 태블릿과 노트북 등 IT용 OLED 패널을 시작으로 웨어러블과 TV까지 적용 범위를 넓힌다는 구상이다. 특히 FMM을 사용하지 않는 구조인 만큼 패널 크기와 해상도에 따른 제약이 상대적으로 줄어든다는 점에서 확장성이 크다는 게 회사 측 설명이다.

다만 플립은 아직 기술 개발 중인 단계로 구체적인 양산 계획은 정해지지 않았다. 최 CTO는 향후 플립을 양산하게 되면 기존 WOLED 생산 라인과 병행해 운영 효율을 최적화할 수 있다고 설명했다. 그는 "LG디스플레이는 대형 OLED 연구를 시작한 이후 지금까지 22년 동안 기술과 노하우를 꾸준히 쌓아왔다"며 "그동안 OLED를 누구보다 깊이 연구하고 이해해 온 기술력이 있었기 때문에, 기존 방식의 전제 자체를 새롭게 바라볼 수 있었다"고 강조했다.

박준이 기자 giver@asiae.co.kr