고품질 고해상도 플렉시블 유기발광다이오드(OLED)를 실현할 수 있는 핵심 부품 중 하나는 섀도마스크 혹은 파인메탈마스크(FMM)로 불리는 증착용 패턴 마스크다. 한국이 세계 처음으로 OLED를 상용화했고 세계 중소형 OLED 시장의 약 95%를 점유할 정도로 경쟁력이 막강하지만 정작 핵심 부품인 FMM은 일본이 세계 시장을 독점하고 있다.
FMM은 종이보다 얇은 20마이크로미터(㎛) 두께의 금속 박막에 눈에 보이지 않을 정도로 미세한 약 2000만개 구멍이 뚫려있다. 유기물 증착 공정에서 고온을 가해 가루 형태 유기물을 액체를 거치지 않고 바로 기화시키면 기화된 유기물이 FMM을 통과해 기판에 달라붙어 화소를 형성하게 된다.
이 때 FMM이 두껍거나 구멍이 제대로 형성돼 있지 않으면 정확한 위치에 유기물이 안착하지 못한다. 적·녹·청(RGB) 화소가 서로 겹쳐서 형성되는 현상도 쉽게 발생한다. 화소가 겹쳐 형성되면 색을 제대로 표현할 수 없어 전체 디스플레이 해상도와 품질이 떨어지게 된다.
현재 일본 히타치메탈이 초박막을 형성하는 수퍼 인바(Invar) 제작 기술을 유일하게 보유했다. 일본 다이니폰프린팅(DNP)이 히타치메탈과 손잡고 이 소재를 사용한 FMM을 세계 시장에 공급한다. 세계 중소형 패널 제조사 대부분이 DNP가 공급하는 FMM에 의존하고 있다.
웨이브일렉트로닉스(대표 박천석)는 일본이 장악한 FMM 시장에 고유 국산 기술로 도전장을 낸 국내 중소기업이다. 올해로 10년째 독자 FMM 기술을 연구개발하고 있다.
웨이브일렉트로닉스는 전주도금방식으로 초박막 금속을 제작하고 패턴을 새기는 고유 기술을 확보했다. 전주도금은 철과 니켈을 일정 비율로 섞어 전기를 가해서 금속박막을 조성하는 방식이다. 박막 전체에 금속 성분이 균일하게 조성되도록 하는 별도 기술도 개발했다. 초박막을 형성할 수 있는 동시에 열을 가해도 마스크가 쉽게 늘어나지 않도록 열팽창계수(CTE)도 일정 수준을 갖춰야 한다.
현재 웨이브일렉트로닉스는 풀HD(400ppi) 해상도에 적합한 FMM 개발을 완료했다. 현재 프리미엄 스마트폰 해상도는 대부분 QHD(550ppi)급이다. UHD(800ppi 이상) 해상도는 FMM과 증착 기술 한계로 아직 실현하지 못했다. UHD를 구현하기 위해 꾸준히 기술을 개발하고 있다.
DNP는 화학 용액을 사용한 에칭(식각) 방식으로 FMM을 제작한다. 기존 에칭 방식으로는 UHD 구현이 불가능하다는게 업계 중론이다.
웨이브일렉트로닉스는 전주도금방식으로 UHD급을 구현할 수 있다고 판단했다. 기존 에칭방식은 구멍 형상을 다양하게 조성할 수 없고 마스크 두께 조성에 한계가 있지만 전주도금방식은 다양하게 패터닝할 수 있고 두께도 5㎛까지 구현할 수 있기 때문이다.
웨이브일렉트로닉스 관계자는 “수 년 전 풀HD급 해상도 제품은 일본 경쟁사와 견줄만한 성능의 제품을 확보했고 QHD 해상도 제품도 일본 경쟁사와 유사한 수준의 열팽창계수를 확보해 올해 초 특허도 출원·등록했다”며 “QHD 해상도 제품도 수개월 내 경쟁사 제품을 대체할 수 있는 수준으로 검증하고 있다”고 말했다.
또 “양산설비를 갖추면 풀HD급 FMM부터 시작해 대체 공급이 가능하다”며 “더 이상 일본의 시장 독점이 고착화되지 않으려면 웨이브뿐 아니라 정부와 수요기업이 힘을 모아 6세대급 대규모 제조 라인을 갖추는 것이 숙제”라고 강조했다.
한편 웨이브일렉트로닉스 자회사 랩토는 OLED 패널 제조에 필요한 새로운 유기재료를 개발해 차세대 OLED 소재구성 'M10'에 양산 공급하는 성과를 거뒀다. 일본 재료사가 독점 공급해왔지만 더 높은 성능을 구현하고 전력 소모가 적어 공급망에 진입하는데 성공했다.
배옥진 디스플레이 전문기자 withok@etnews.com
