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업계에 따르면 애플은 OLED를 아이패드엔 2024년, 맥북은 2026년경 적용할 예정이라고 합니다. 아이폰에 적용하는 디스플레이를 크기만 키우면 될 것 같은데 왜 각 공정마다 신기술이 필요할까요? 정확하게 이해하기 위해선 먼저 OLED 핵심 기술에 대해 알 필요가 있는데요. 투스택 탠텀, LTPO, 하이브리드 등 OLED 핵심 기술 세 가지와 애플이 모델별로 고민하는 것, 그리고 각 공정에서 수혜가 예상되는 기업들까지 살펴봤습니다.

 

이 글은 모바일 OLED의 역사, 그리고 Apple의 OLED 확대 적용으로 보는 투자 아이디어 #1에서 이어집니다.

 

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3. 애플 OLED 적용 핵심 3대 기술: 투스택 탠덤, LTPO, Hybrid OLED

‘아이패드, 맥북에 OLED를 적용하려면 왜 신기술이 필요한가요? 아이폰에 적용하던 OLED를 크게 만들면 되는 거 아닌가요?’라는 질문을 할 수 있습니다. 당연히 저도 그 의문점에서 분석을 시작했습니다. IT 관련 전문 매체 옴디아에서 낸 자료를 먼저 보겠습니다.

 

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아이패드와 맥북 모두 Hybrid OLED를 사용할 것이라고 예상하고 있습니다. OLED 소재는 LTPO와 기존 Oxide 소재를 혼용해서 사용할 것으로 예상됩니다. 자세히 한번 뜯어봅시다.

 

Hybrid OLED가 주목받는 이유는 우선 hybrid OLED를 이해하기 위해서는 기존의 OLED 구조를 알아야 합니다. 기존 OLED는 리지드(rigid) OLED와 플렉시블(flexible) OLED 기술이었습니다.

 

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리지드 OLED는 단단하고 평평한 디스플레이라고 생각하면 됩니다. LCD처럼 말이죠. OLED 초기부터 적용되던 기술로 기술적 완성도가 높고 비용이 저렴하다는 장점이 있지만, 해당 기술로는 OLED 소자의 특성인 유연한 구조의 디스플레이를 만들기 어려웠습니다. 플렉시블 OLED는 기존 유리 소재의 기판과 봉지 (수분 침투를 막는 배리어) 구조에서 플라스틱 소재의 폴리이미드 (polyimide, PI)기판과 얇은 필름의 봉지 (Thin Film Encapsulation, TFE) 소재를 적용함으로써 더 가볍고 얇으면서도 유연성까지 확보해 다양한 제품 설계가 가능한 장점이 있었습니다. 그래서 현재의 폴더블 폰을 만들 수 있게 되는 토대가 되어준 기술인데요. 다만 접히는 부분에서 주름이 생기는 것은 제조공정상 완전하게 제거하기 어려운 기술적 한계가 있었습니다. 공정을 좀 더 자세히 들여다볼까요?

 

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플렉시블 디스플레이의 제조공정은 그림과 같이 이루어지는데요. 유리판을 제거하는 레이저 리프트 오프 (Laser Lift Off, LLO) 공정 시 플라스틱인 폴리이미드 기판의 가장자리를 변형시키면서 디스플레이 패널이 뒤틀리고 주름이 생깁니다. 하지만 애플에게 ‘우리도 폴더블 디스플레이 적용할 건데, 주름 없애줘!’라는 요청이 들어온 순간 기존 플렉시블 OLED 공정이 아닌 신규 공정이 필요해진 것입니다. 왜냐? 스마트폰같이 작은 5인치 수준에서는 주름이 잘 안 보일 수 있는데, 아이패드, 맥북과 같이 디스플레이가 커지면 너무나 주름이 많이 보여서 소비자가 선호하지 않을 것 같기 때문이죠.

유리판을 떼내는 공정인 LLO 공정을 대체하려면 그대로 유리기판을 쓰면서 두께를 얇게 해야 합니다. 그렇다면 기존 리지드 OLED와 플렉시블 OLED의 구조의 장점을 합친 Hybrid OLED 구조는 어떨까요?

 

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기존 유리 기판의 두께인 0.5mm 보다 매우 얇은 유리 기판 (0.2 mm 수준)의 Ultra-Thin Glass (UTG)를 만드는 기술이 hybrid OLED 공정의 핵심이라고 볼 수 있겠습니다.

 

전력효율을 한층 더 높인 'LTPO' LTPO(Low Temperature PolyOxide) OLED란 무엇일까요? 기본적으로 디스플레이에는 여러 TFT(박막 트랜지스터, Thin Film Transistor) 부품이 필요합니다. TFT는 유기물에 흐르는 전류를 제어해서 픽셀의 밝기를 조절하는 역할을 하며,. 기존 TFT 공정에는 비정질 실리콘인 'a-Si', 'LTPS', '옥사이드'(Oxide) 등 3가지 소재가 대표적으로 사용됐습니다. 하지만 3가지 소재 모두 장단점이 뚜렷했습니다.

 

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a-Si는 실리콘이 무질서하게 배열돼 있어 전자 이동이 쉽지 않다는 단점이 있으며. LTPS는 상대적으로 전자 이동도가 빠르지만, 누설전류가 있는 편입니다. 옥사이드는 전자이동과 누설전류 모두 a-Si와 LTPS의 중간 수준입니다. 익숙한 흐름이 보이죠? 바로 양쪽의 장점을 합친 하이브리드 개념으로서, 기존 소재들의 단점들을 개선하고자 시도한 게 바로 'LTPO' 입니다. LTPO는 LTPS와 옥사이드를 적절히 결합해 각각의 단점을 상호보완시킨 TFT 공정법이며, 이 설계법으로 전자 이동도를 높이고 누설전류는 최소 수준으로 낮춰 기존 OLED 패널보다 전력효율이 20%가량 높일 수 있었다고 합니다.

 

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이 LTPO 패널 개념은 애플이 지난 2014년 최초로 개발했습니다. 이후 삼성디스플레이가 세계 최초로 스마트폰용 LTPO 패널 양산에 성공하며 시장을 선점했고, LG디스플레이는 후발주자로서 양산에 나선 상태입니다. LTPS·옥사이드 TFT에 비해 고도의 추가 공정이 필요하기 때문에 주로 하이엔드 제품에 위주로 탑재되어 왔습니다. 다만 LTPO OLED 기술은 난이도가 상당하기 때문에 양산에 성공하더라도 수율이 극도로 낮다고 합니다. BOE 등 중국 디스플레이사들도 LTPO OLED패널을 일부 생산하고 있지만, 애플의 LTPO 공급망엔 진입하지 못한 것으로 파악되며, 애플이 요구하는 기술과 품질기준에 부합하는 양품을 생산하지 못한 상태라고 합니다. 참고로, 삼성디스플레이는 아이폰 12프로맥스부터 애플에 납품을 시작했으며, LG디스플레이는 약간 늦었지만 2022년 하반기부터 아이폰 14프로맥스 LTPO를 공급하기 시작했습니다. 애플은 앞으로 출시할 OLED 아이패드, 맥북 등 고가 제품군에 LTPO를 적용할 계획이라고 밝혔습니다.

 

OLED 발광층을 두 개로 쌓는 '투스택 탠덤' 마지막으로 애플이 요구하는 3대 기술로서 투스택 탠덤 (Two Stack tandem) 기술입니다.

 

“업계에 따르면 2024년 애플이 처음 출시할 것으로 예상되는 OLED 아이패드는 하이브리드 OLED와 함께, 발광층을 2개 층으로 쌓는 '투 스택 탠덤' 방식을 적용한다. LG디스플레이는 차량용 OLED에 투 스택 탠덤을 적용해왔고, 삼성디스플레이는 지난주 IMID 2022 행사에서 차량용 OLED에 투 스택 탠덤을 채용할 계획임을 시사했다.” (출처: 더벨)

 

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투스택 탠덤 기술이란 OLED 발광층을 2개의 층으로 쌓는 방식입니다. 투스택 텐덤 구조의 장점은 높은 휘도와 긴 수명을 기대할 수 있다는 것입니다. (휘도는 빛이 반사되어 나오는 정도로 쉽게 이해하면 디스플레이에서 나오는 빛의 양이라고 보시면 됩니다.) 이 기술은 앞선 두 기술과 달리 삼성디스플레이보다 LG 디스플레이가 먼저 개발하고 적용한 기술입니다. LG 디스플레이가 LTPO와 Hybrid OLED 기술을 보완해서 수주를 따낸다면, 첫 번째 OLED 아이패드는 LG디스플레이와 삼성디스플레이의 6세대 라인에서 생산될 것으로 예상됩니다.

마지막으로, 키움증권 리서치 센터에서 애플향 준비를 위한 삼성디스플레이 (SDC) 및 LG 디스플레이의 타임라인, Hybrid OLED 적용 확대에 대한 소재 및 장비 밸류체인을 아주 깔끔하게 정리해 주신 자료가 있어 첨부합니다.

 

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애플의 OLED 변화의 이유와 3대 핵심 기술 (Hybrid OLED, LTPO, 투스택 텐덤), 그리고 밸류체인까지 알아보았으니, 이제 할 일은 각 기업을 하나하나 분석해 보면서 수혜 강도와 밸류에이션을 해보는 투자 검토의 단계일 것입니다.