LTPO OLED 최초 양산 적용....생산은 LG디스플레이가 담당

‘애플워치 시리즈4’가 오는 5월 미국 캘리포니아 산호세에서 열리는 국제정보디스플레이학회(SID) ‘디스플레이 위크 2019’에서 올해의 디스플레이상을 수상한다. 저온폴리실리콘옥사이드(LTPO) 유기발광다이오드(OLED) 기술이 세계 최초로 양산 적용된 점을 높게 평가받았다(KIPOST 2018년 10월 10일자 <배터리 작아진 애플워치, 사용 시간 동일한 비결은?> 참조>.

애플 제품은 지난해에도 ‘아이패드 프로(10.5인치 및 12.9인치)’와 ‘아이폰X(텐)’이 올해의 디스플레이상을 수상한 바 있다.

애플워치 시리즈4. 세계 최초로 LTPO OLED가 탑재됐다. /사진=애플
애플워치 시리즈4. 세계 최초로 LTPO OLED가 탑재됐다. /사진=애플

애플-LG디스플레이, LTPO OLED 첫 상용화

 

애플워치 시리즈4에 적용된 LTPO OLED는 기존 저온폴리실리콘(LTPS)과 옥사이드(산화물) 박막트랜지스터(TFT)를 혼합한 기술이다.

TFT는 전압을 통과시키고 차단하는 ‘스위칭 TFT’와 유기물의 발광을 조절하는 ‘구동 TFT’로 나뉜다. LTPO OLED는 스위칭 TFT는 옥사이드 기술로, 구동 TFT는 기존 LTPS 기반으로 생산한 것을 뜻한다.

옥사이드 기술은 LTPS 대비 전자 이동도는 느리지만, 전원이 꺼진 상태에서의 전력 소모량이 매우 적다. 마치 대기전력이 없는 가전제품처럼 쓸데 없는 에너지를 쓰지 않는다. 따라서 옥사이드와 LTPS를 혼합하면 전력 소모량을 크게 줄이면서, 전자 이동도는 빠른 OLED 생산이 가능하다.

애플워치 시리즈4는 기존 모델 대비 화면 크기가 가로⋅세로 2㎜씩 커졌고, 심전도 측정 등 새로운 기능도 추가됐다. 심지어 배터리 용량은 291.8mAh(44㎜ 모델 기준)로 전작 대비 17% 가량 줄었다.

LTPO TFT의 단면도. /자료=USTPO
LTPO TFT의 단면도. /자료=USTPO

그런데도 사용시간은 18시간으로 전작과 동일하다. 이는 디스플레이 부분에서 전력 소모량을 크게 줄인 덕분으로 풀이된다. 이론상 LTPO OLED를 쓰는것 만으로 배터리 소모량을 15% 절감할 수 있다.

이처럼 획기적인 기술임에도 불구하고, 그동안 스마트폰 등 양산 제품에 적용되지 않은 것은 LTPO OLED가 기존 LTPS OLED 대비 생산 원가가 높은 탓이다.

TFT의 공정 난이도는 포토마스크 수로 표현된다. 노광 공정(회로 패턴을 그리는 공정)에서 쓰이는 포토마스크 수가 늘어나면, 그만큼 증착⋅현상⋅식각 공정이 1번씩 더 들어가기 때문이다. 현재 LTPS OLED 생산에는 총 9장의 포토마스크가 들어간다.

애플이 애플워치 시리즈4에 적용한 LTPO OLED를 생산하는데 총 17장의 포토마스크가 사용된 것으로 알려졌다. 증착⋅노광⋅현상⋅식각에 이르는 공정을 총 8번씩 더 한 것이다. 애플워치 시리즈4에 탑재된 LTPO OLED는 LG디스플레이가 생산했다.

따라서 향후 LTPO OLED가 확대 적용되려면 기존 OLED 라인에 대한 추가 투자가 선행되어야 한다. 최근의 OLED 라인들은 1개당 6세대(1500㎜ X 1850㎜) 원판투입 기준 월 1만5000장 규모로 꾸려져 있다. 이를 LTPO OLED 라인으로 전환하면 생산능력이 20% 정도 감소할 것으로 추정된다.

각 TFT별 전력소모량 비교. 문턱전압 이하에서 옥사이드 TFT의 전력 소모량이 가장 적다. /샤프
각 TFT별 전력소모량 비교. 문턱전압 이하에서 옥사이드 TFT의 전력 소모량이 가장 적다. /샤프

삼성디스플레이가 충남 탕정 A3 공장에 애플 전용으로 구축한 OLED 라인 규모가 6세대 원판투입 기준 월 10만5000장이다. 만약 이들 라인 전체를 LTPO OLED 공정으로 바꾸면 최대 기판 투입량이 8만4000장으로 감소한다.

김현재 연세대 전기전자공학부 교수는 “LTPO OLED는 화면주사율(Refresh Rate)을 가변화해 전력소모를 크게 줄일 수 있다는 게 장점”이라며 “향후 하이엔드 모바일 제품에는 LTPO OLED가 확대 적용될 것”이라고 말했다.

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