삼성디스플레이가 APS홀딩스와 화소밀도 3500PPI 수준 FMM 개발 협력을 검토하고 있다. VR·AR 기기에 필요한 RGB 올레도스 개발이 목적이다. APS홀딩스는 지난해 말 3000PPI 수준 올레도스를 공개한 바 있다.

17일 업계에 따르면 삼성디스플레이가 APS홀딩스와 화소밀도 3500PPI(Pixels Per Inch) 수준 파인메탈마스크(FMM) 개발 협력을 검토 중인 것으로 파악됐다. 이는 삼성디스플레이가 개발할 계획인 '적(R)녹(G)청(B) 방식' 올레도스(OLEDoS:OLED on Silicon)와 관련이 깊다. 올레도스는 초고해상도 화면이 필요한 가상현실(VR)·증강현실(AR) 기기에 사용할 수 있다. 

실리콘 기판 위에 유기발광다이오드(OLED)를 증착하는 올레도스는 크게 두 방식으로 나뉜다. LG디스플레이는 화이트(W)-OLED 위에 RGB 컬러필터(CF)를 형성하는 'WOLED+CF' 방식 올레도스를 개발하고 있다. W-OLED에서 나온 백색 빛이 RGB 컬러필터를 통과하며 색을 구현한다.

뒤늦게 올레도스 기술을 개발하기 시작한 삼성디스플레이는 RGB OLED 화소를 같은 층에 인접 증착하는 'RGB 방식' 올레도스를 주력 개발할 계획이다. 삼성디스플레이는 RGB 올레도스 개발을 위해 이미 미국 A사와 협력도 검토 중인 것으로 알려졌다. 해당 기업도 RGB 올레도스를 꾸준히 개발해왔다.

삼성디스플레이가 APS홀딩스와 3500PPI FMM 협력을 검토하는 것은 잠재 고객사가 VR·AR 기기 디스플레이 화소밀도가 3500PPI는 돼야 한다고 판단했기 때문으로 추정된다. 이미 애플은 삼성디스플레이와 LG디스플레이 등에 3500PPI 수준 올레도스 개발을 요청한 바 있다. 애플은 과거 2800PPI 수준 올레도스 개발을 요청했지만 이를 3500PPI로 올렸다.

APS홀딩스는 RGB 방식 올레도스에 필요한 FMM을 개발하고 있다. 지난해 말 3000PPI 수준 올레도스도 공개했다. APS홀딩스에서 FMM 사업을 전담하는 APS머티리얼즈는 충남 천안 올레도스 FMM 연구개발(R&D) 라인에서 유기물 증착과 봉지(OLED를 수분·산소에서 보호) 공정을 직접 진행한다.

APS홀딩스는 레이저 패터닝 방식으로 FMM 홀을 가공한다. 기존 중소형 OLED에 사용 중인 식각(에칭) 방식으로는 600PPI 이상 초정밀 홀 가공에 한계가 있다고 보기 때문이다.

지난해 말 APS홀딩스는 "초고해상도 FMM 핵심은 홀 가공 기술과 초박막 인바(Invar·니켈-철 특수합금)"라며 "머리카락 두께보다 얇게 인바를 가공하면서 두께 편차와 물성을 유지해야 한다"고 설명했다. 이어 "2018년부터 자체 초박막 인바 가공 라인을 운영 중"이라며 "3000PPI 수준 FMM용 인바도 자체 기술을 적용한 8마이크로미터(um) 두께 제품"이라고 덧붙였다. 현재 QHD 스마트폰 OLED에 사용 중인 FMM용 인바 두께는 18um다.

당시 APS홀딩스는 "3000PPI 수준 FMM을 개발하기 위해 기존 레이저 가공기를 최대 4000PPI 이상 지원 가능하도록 개선했다"고 밝혔다. 또 "FMM을 바탕으로 증착, 봉지 공정 기술도 개발해 RGB 방식 올레도스 디스플레이 패널까지 제작할 수 있다"며 "자체 제작한 샘플을 국내외 패널, 기기 업체에 제공하며 기술 협력·사업화를 논의 중"이라고 덧붙인 바 있다.

APS홀딩스는 2024년까지 4000PPI AR 글래스 시제품 제작을 목표로 하는 올레도스 국책과제 주관기관이다. 과제명은 '증강현실용 고휘도와 고해상도를 갖는 자발광 OLED용 마이크로 디스플레이 기술 개발'이다. 또 APS홀딩스는 레이저 패터닝 방식을 활용한 6세대 하프 기판 크기용 600PPI급 FMM 스틱 제조 기술, 열변형이 적은 인바 소재를 활용한 FMM 제조 공정 등이 포함된 국책과제도 올해까지 수행한다.

한편, LG디스플레이는 WOLED+CF 방식 올레도스 개발에 주력하고 있다. 일본 소니가 애플의 첫번째 혼합현실(MR) 기기에 공급할 것으로 예상되는 올레도스도 WOLED+CF 방식이다. WOLED+CF 방식은 백색 빛이 컬러필터를 통과하면서 빛의 밝기가 약해지는 단점이 있다. 빛의 밝기는 명암비와 연결돼 화질 표현력 차이로 이어진다.

삼성디스플레이는 지난해 중반부터 올레도스 개발에 나섰다. 시장이 작다고 판단해 큰 관심을 두지 않았던 분야인데, 삼성전자 등 고객사 요청으로 뒤늦게 뛰어들었다. 삼성디스플레이는 기존 WOLED+CF 방식 올레도스는 진입장벽이 낮다고 판단해, RGB 방식 올레도스를 앞서 개발하겠다는 목표를 세웠다. 하지만 WOLED+CF 방식 올레도스도 3500PPI 구현이 가능하기 때문에 굳이 RGB 방식 올레도스를 개발할 필요는 없을 것이란 의견도 있다.

그리고 실재 세계에 가상 이미지를 덧입히는 AR 기기 디스플레이는 또 다른 얘기다. AR 기기에서는 실리콘 위에 발광다이오드(LED)를 형성하는 레도스(LEDoS:LED on Silicon) 기술이 올레도스보다 유리할 것이란 전망이 우세하다. 사용자가 착용한 기기 외부가 보이지 않는 VR 기기와 달리, 외부가 보이는 AR 기기에서는 빛이 더욱 밝아야 하기 때문이다. 다만 초고해상도 화면을 구현하려면 LED 칩을 작게 만들어야 하는데, LED가 작아지면 특성이 약해지는 단점이 있다.

디일렉=이기종 기자 gjgj@thelec.kr
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