AMOLED 디스플레이 기술 Ⅲ

특허 분석 및 결론

AMOLED 디스플레이 기술 Ⅲ

자료출처 : 교육과학기술부

2015년 03월호

AMOLED는 단순한 디스플레이소자가 아니라, 융복합 시스템의 필수소자로 인식되어야 한다. 차세대 융복합 디스플레이 기술은 AMOLED의 12가지 기본 기술이 균형 있게 개발되어 발전해야 한다. 설비 및 공정의 국산화도 시급하나, 기초학문과 이를 뒷받침하는 연구실험실의 과감한 연구환경 투자도 매우 중요하다.

특허 분석

융복합 디스플레이 기술
AMOLED 디스플레이의 2000년대의 시작은 SANYO 5.5" 디스플레이의 발표를 들 수 있다. 그림 1은 2000년대의 AMOLED 주요 개발의 역사를 보여준다. 그림 1에서와 같이 이후 SONY, SDI, 코닥, LG 등의 경쟁이 치열한 상태의 진행형이라고 할 수 있다.
융복합 기술과 OLED의 연계성은 DID(Digital Information Display) 기술 분류로 대별한다. DID는 정보매체 디스플레이 하드웨어를 총칭하며, 앞으로 AMOLED 디스플레이가 선도적인 역할을 할 것으로 예측된다. 또는 PID(Public Information Display), PID 시장은 2008년 370만 대에서 2012년 1060만 대로 연평균 30%의 성장이 예상되고, 당분간 그중 LCD의 비중은 2008년 76%에서 2012년 85%로 늘어날 것으로 예상되고 있다. 표 1은 융복합 기술의 기술 분류를 보여주고 있다.

융복합 기술의 4가지 중분류 기술에는 에르고노믹스(ergonomi cs) 기술, 메트롤로지(metrology) 기술, DID, 다기능 디스플레이 기술이 있다. 2013년경 DID의 주류는 단연 AMOLED 기술 시대를 맞이할 것으로 전망되고 있다(그림 2 참고). 2020년경 차세대 디스플레이의 기술발전 방향은 OLED를 통한 대형화, 유연성 있는(flexible) 경량화·초박형화, 투명한(transparent) 다기능화, 3차원(3-dimensional)의 실감화의 4요소 융복합 시스템 전자기기의 출현을 예고한다. 표 2는 현재의 기술범위를 분류하고 있으며, 그림 2는 차세대 디스플레이의 4요소 발전 방향성을 보여준다.

2011년부터 3인치급 이하의 LCD와 OLED 기반의 플렉시블 디스플레이를 채용한 고성능(high-end)의 모바일 폰이 등장하고, 2013년에는 4인치에서 9인치급의 OLED 기반의 모바일 폰 이외의 융복합 애플리케이션에도 플렉시블 디스플레이가 채용될 전망이다. 전체 디스플레이에서 플렉시블 디스플레이가 차지하는 전망은 2012년 3.7%에서 2017년 34.0% 정도로 예상되며, 이 경우 2012년 디스플레이 시장의 3.7%일 경우 41.3억 달러, 34.0%일 경우에는 380억 달러로 전망되고 있다.
융복합 투명전자소자는 디스플레이의 형태로 일차 시장진입 후, 유연하고 투명한 특성이 요구되는 전자제품 전반으로 시장을 확충할 것으로 기대하고 있다. 투명전자소자 중 현재 시장이 형성되어 있는 분야는 투명전극분야로서 디스플레이, 태양전지, 터치패널 등의 응용분야에 형성되어 있는 시장은 2003년 기준으로 약 5조 원 정도이며, 매년 약 50% 이상씩 성장을 하고 있다. 융복합 디스플레이 시장의 혁신은 1) 시장진입의 확대(~2007) 2) 시장 다변화(2008~2011) 3) 차세대 제품의 출현(2012~2020)의 과정으로 변화를 거듭하고 있다. 그림 3은 AMOLED 기술이 차세대 제품 출현에 어떻게 밀접하게 연관되는가를 보여주고 있다.

융복합 디스플레이 특허 분석
차세대 디스플레이들이 빠르게 진화하고 있다. 이중, OLED (Organic Light Emitting Diode)는 유기물 박막에 전류를 흘려주면 빛을 내는 자체 발광형 소자로서 LCD를 대체할 차세대 디스플레이로 각광을 받고 있다. 이미 중소형 제품, 특히 모바일 제품에서 빠르게 적용되고 있으며 많은 디스플레이 업체가 AMOLED 대형화를 위한 연구개발에 투자하고 있다. 글로벌 특허분쟁이 갈수록 심화되면서 관련 기업들도 특허경쟁력 강화를 위한 원천기술 확보의 움직임이 빠르게 진행되고 있다. 어떤 기업이 원천기술 분야의 특허권을 가지고 글로벌 시장에서 승리할 수 있을지 귀추가 주목된다.
AMOLED 산업의 핵심기술 및 주변기술의 특허 로드맵(patent map)을 전제로 한 AMOLED 기술 분류를 체계화하면 표 2와 같다. 표 2에서와 같이 기술을 대분류하면 LIPS 기술, OLED 기술, 회로 기술, 기타(장비/설비) 기술로 4분야로 나뉜다. 이를 다시 중분류하면 TFT, OLED, 봉지 씌우기(Encapsulation), 회로, 모듈, 설비 등의 6가지로 구분할 수 있다. 표 2의 중분류를 다시 세부 분류하면 12가지의 기본기술들을 도출할 수 있다. 이 기본기술을 바탕으로 특허분석을 진행하였다.

표 2의 12가지 기본기술 분류를 바탕으로 AMOLED 대형화를 포함한 이슈의 핵심이라 할 수 있는 차세대 디스플레이 기술의 융복합 전자소자를 소개한다. 즉, 유연하고 투명한 전자소자를 이용한 디스플레이를 중심으로 기술들의 상호 연계성을 분석, 분석대상 기술범위를 표 3과 같이 9가지 핵심기술의 분류기호 형태로 구성하였다. 투명전자소자를 활용한 TV 디스플레이, 스마트 창, 스마트 쇼윈도, 투명 내비게이터 등 투명 IT 전자기기는 2010년부터 시장을 형성해 2015년에 200억 달러 규모로 급성장될 것으로 예측되고 있다.

분석 대상기간은 표 4와 같이 1989년 1월부터 2009년 6월까지 출원 공개되거나 등록된 한국, 일본, 유럽 및 미국 특허를 분석 대상으로 하였다. 미국특허에 대해서는 공개특허 344건과 등록특허 749건을 합한 1,093건으로 분석을 실행하였고, 한국, 일본 및 유럽특허에 대해서는 각각 825건, 1081건 및 188건에 대해 분석을 실행하였다.
디스플레이 융복합 투명전자소자는 일본 공개특허가 1,800건(46.5%)으로 가장 높은 점유율을 차지하고 있으며, 1989년에 144건으로 가장 많은 특허를 출원하였고, 이후 지속적인 감소 추세를 나타내고 있다. 미국 특허의 경우, 미국 등록특허와 미국 공개특허를 모두 포함하는 수치이며, 1,093건(28.2%)으로 일본 공개특허 다음으로 높은 점유율을 차지하고 있으며, 출원년도 기준으로 2003년에 가장 높은 특허건수를 나타내고 있으나, 이는 2001년부터 미국 공개제도 도입에 영향을 받은 것으로 판단된다.
그림 4는 특허공보별 점유율 및 특허건수 추이를 보여주고 있다. 한국 공개특허와 유럽 공개특허는 각각 20.5%, 4.9%의 점유율을 차지하고 있으며, 전반적으로 증가추세를 보이고 있다.

특허건수와 출원인 수 변화의 상관관계를 통해 기술의 위치를 살펴보는 포트폴리오 기본 모델에서 한국, 미국 및 유럽은 발전기 단계에 있는 것으로 나타났다. 일본특허 동향은 출원건수는 증가하나, 출원인 수는 감소하는 성숙기에 해당하는 것으로 나타났다. 한국, 미국 및 유럽특허 동향은 기술혁신의 주체인 출원인 수와 기술혁신의 결과인 특허건수가 동시에 증가함에 따라, 포트 폴리 기본모델에서 발전기에 해당하는 것으로 분석되었다.
투명전자소자 분야의 주요 연구주체는 LG디스플레이, 삼성전자, 코닥(Eastman Kodak), 소니(Sony), 마쯔시다 전기(Matsushita Electric) 및 토판프린팅(Toppan Printing)으로 조사되었다. 각국의 주요 연구주체 상위순위(상위 10위 이내)를 살펴본 결과, 투명전자소자 분야에서 전 세계에 특허출원(등록)이 가장 활발한 연구주체로는 한국기업인 LG디스플레이, 삼성전자와 일본기업인 마쯔시다 전기(Matsushita Electric)와 토판프린팅(Toppan Printing)이었다. 소니(Sony)社는 출원건수는 많지 않으나, 일본에 50건(8위), 미국에 17건(7위), 한국에 10건(9위) 및 유럽에 7건(3위)을 각각 출원한 것으로 나타나 4개국 모두에 활발한 특허활동을 하고 있는 것으로 조사되었다. 국내기업인 삼성전자는 한국에 130건, 미국에 29건씩 출원한 것으로 조사되었으며, LG디스플레이는 국내에서는 특허출원 활동이 매우 활발하나, 국외에서는 출원활동이 저조한 것으로 나타났다. 코닥(Eastman Kodak)社는 미국에 30건(1위), 유럽에 8건(2위)을 출원하여 자국인 미국을 주요 타깃 시장으로 보고 있는 것으로 판단된다. 한국은 기술혁신 리더 상위 10위에 삼성전자, LG디스플레이, 삼성SDI 및 하이디스 테크놀로지 등 국내기업이 상위를 차지하고 있다.
투명전자소자 분야에서 주요 특허권자의 기술영향력을 나타내는 인용도 지수(CPP)와 시장 확보력을 나타내는 시장력 지수(PFS)를 비교하여 보면 인용도 지수와 시장력 지수 모두 평균보다 높게 나타나는 국가는 미국과 캐나다인 것으로 파악되었다. 반면 한국과 일본은 피인용 횟수와 평균 패밀리 수가 모두 낮아 질적 수준과 시장성이 모두 낮은 국가인 것으로 조사되었다. 그림 5는 출원인 국적별 기술 영향력과 시장 확보력을 보여주고 있다.

특허분석에서 나타난 연구개발 동향을 국가별로 살펴보면 그림 6과 같다. 그림 6은 출원인 국적별 연구개발 동향을 보여주고 있다. 미국과 캐나다는 논문인용 수와 특허인용 수 모두 평균 이상으로 나타나 응용기술과 기초과학과의 상호 연계성이 높은 것으로 판단된다. 반면 독일은 논문인용 수는 평균 이상이지만, 특허인용 수가 평균 이하로 나타나 기초 위주의 기술개발이 이루어지고 있는 것으로 분석되었다.
한국의 연구개발 동향을 분석한 결과에서 한국은 논문인용 수에서 평균 이하이고, 특허인용 수가 평균 이하로 나타나 투명전자소자 분야에서 기초 과학에의 연관성이 미약하고, 응용기술 개발에 대한 성과도 아직 미약한 것으로 분석되었다. 대만과 일본 및 프랑스도 한국과 유사한 그룹이지만, 일본과 프랑스는 응용기술이나 기초과학 분야에서 다소 앞서고 있는 것으로 나타났다.
최근 융복합 기술 분야 중에서 각광을 받고 있는 투명전자 소자 분야는 세계 시장의 급성장이 예상되고 있다. 특히 원천기술 개발 시 큰 경제적 파급효과를 기대할 수 있는 AMOLED 디스플레이분야에서 우리나라가 국가 기술경쟁력을 높이기 위해서는 산·학·연·관의 유기적인 협력을 통한 효율적인 기술개발이 이루어져야 할 것이며, 이를 위한 정부의 적극적인 연구개발 투자의 확대가 필요하다.

결 론

AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diodes)는 자발광 소자로 선명한 고화질과 광시야각 특성을 갖고 있으며, 얇고 가벼운 디스플레이로 응답속도가 빠르다. 또 컬러 필터없이 풀 컬러의 구현이 가능하고, 저가격화 가능성이 크기 때문에 많은 관심이 집중되고 있다. 대면적 AMOLED 디스플레이 기술의 성공을 위하여 해결해야 하는 현안 과제는 대별하면 4가지로 요약된다. 즉 AMOLED의 제조 수율의 향상, AMOLED 디스플레이의 TFT-LCD 대비 가격 경쟁력의 과제, 수명과 효율의 향상 그리고 휘도의 불균일성 및 크로스토크 현상의 발생에 대한 효율적인 해결 대책 문제 등이다.
OLED의 디스플레이 특성을 최대한 이용하며, 고부가가치의 차세대 디스플레이 시장을 선점하기 위해서는 대화면의 디스플레이를 저가로 구현할 수 있는 기술이 필수적이다. 따라서 OLED 양산 기술 및 장비의 수준이 2007년 이후의 4세대(730×920㎟)급 기판에서 5세대(1000×1200㎟)급 기판을 처리할 수 있는 수준으로 향후 2년 안에 발전할 것으로 예측된다.
융복합 기술의 4가지 중분류 기술에는 에르고노믹스(ergonomics) 기술, 메트롤로지(metrology) 기술, DID, 다기능 디스플레이 기술이 있다. 2013년경 이후 DID의 주류는 단연 AMOLED 기술 시대를 맞이할 것이다. 2020년경 차세대 디스플레이의 기술발전 방향은 AMOLED를 통한 대형화, 유연성 있는(flexible) 경량화·초박형화, 투명한(transparent) 다기능화, 3차원(3-dimensional)의 실감화의 4요소 융복합 시스템 전자기기의 출현을 예고한다.
AMOLED 산업의 핵심기술 및 주변기술의 특허 로드맵(patent map)을 전제로 한 AMOLED 기술 분류를 체계화하여 대분류하면 LIPS 기술, OLED 기술, Circuit 기술, 기타(장비/설비) 기술로 4분야로 나뉜다. 이를 다시 중분류하면 TFT, OLED, 봉지 씌우기(encapsulation), 회로, 모듈, 설비 등의 6가지로 구분할 수 있다. 중분류에서 12가지의 기본기술들을 도출할 수 있다. 이 기본기술을 바탕으로 특허분석을 진행하였다.
AMOLED 기술의 심층정보 분석의 정책제언은, AMOLED는 단순한 디스플레이소자가 아니라, 융복합 시스템의 필수소자로 인식되어야 한다. 차세대 융복합 디스플레이 기술은 AMOLED의 12가지 기본 기술이 균형 있게 개발되어 발전해야 한다. 연구개발 동향을 특허 분석한 결과 한국은 논문인용 수 및 특허인용 수가 평균 이하로 나타나 기초 과학에의 연관성이 미약하고, 응용기술 개발에 대한 성과도 아직 미약하다. 핵심기술의 분석에서 기술영향력을 나타내는 인용도 지수(CPP)와 시장 확보력을 나타내는 시장력 지수(PFS)를 비교한 결과 한국은 질적 수준과 시장성이 모두 낮은 국가인 것으로 조사되었다. 설비 및 공정의 국산화도 시급하나, 기초학문과 이를 뒷받침하는 연구실험실의 과감한 연구환경 투자도 매우 중요하다.