[OLED] 기초소재 기초공부와 OLED 소재 관련주(덕산네오룩스, 솔루스첨단소재, PI첨단소재, 이녹스첨단소재, LX세미콘)

[OLED] 기초소재 기초공부와 OLED 소재 관련주(덕산네오룩스, 솔루스첨단소재, PI첨단소재, 이녹스첨단소재, LX세미콘)

요약

1. OLED - 소재 기초설명서

 

2. 퀀텀닷(Quantum Dot): OLED를 잇는 자발광 소재

 

3. 발광 소재 외의 주요 디스플레이 소재 살펴보기

 

4. 관련 기업: 덕산네오룩스, LX세미콘, 솔루스첨단소재, 이녹스첨단소재, PI첨단소재

 

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1. OLED - 소재 기초설명서

 

1.1. OLED: 발광 물질에 전기를 가해 '스스로' 빛을 내는 전계 발광

- OLED(Organic Light-Emitting Diode): 발광 물질에 전기를 가해 스스로 빛을 내는 '자체 발광형 유기물질'

- OLED에 발광원리

 

1) OLED에 전류를 가하면

2) 빛을 내는 발광물질들로 이루어진 발광층(EML)에서 전자(electron)와 정공(hole)이 만나 빛을 냄

3) 이 과정에 전자와 정공이 효과적으로 이동할 수 있도록 돕는 전자 수송층(ETL)과 전공 수공층(HTL) 존재

 

- 위와 그림과 같이 전계를 인가하면 음극에서는 전자, 양극에서는 정공이 각각 주입되어 발광층에서 만남

 

- 이 때 전자와 정공의 결합체를 여기자(exciton)이라고 하는데, 여기 상태란 '전자가 에너지를 흡수하여 기존의 상태보다 들뜬 상태'를 말함

 

- 그러나 여기 상태는 일시적으로 불안정한 상태로, 전자는 안정 상태를 찾아가려는 본능이 강하기 때문에 원래의 '기저 상태(ground state)'로 다시 되돌아 감

 

- 전자가 여기 상태에서 기저 상태로 되돌아가면서 줄어든 에너지가 빛의 형태로 방출되어 우리 눈으로 인지

 

- 즉 '여기 상태'에서 '기저 상태'로 떨어질 때 빛을 못내고 소멸하는 것들이 적을수록 발광 효율이 높은 소재

 

1.2. OLED 발광 방식은 형광과 인광으로 분류 가능

- 여기자(exciton)은 단일과 삼중항으로 분류되며, 각각 25%와 75%로 확률로 형성

 

- 형광소재는 단일항 여기자만을 활용하여 발광하고, 나머지 75%의 삼중항 여기자는 소실

 

- 인광소재는 삼중항 여기자까지 모두 빛 에너지로 활용되기 때문에 최대 100%의 내부 양자 효율을 갖음

 

- Red와 Green은 인광 소재가 사용됨

- Blue는 형광소재가 사용됨. 인광 소재는 발광 효율과 수명을 비롯해 안정성 문제점

 

- 이것이 Blue소재가 Red와 Green 대비 발광 효율이 낮고 수명이 짧은 이유

 

- 이러한 문제를 해결하기 위해 TADF(열활성화 지연기술)을 개발 중. 역계간 전이라는 현상을 활용하여 소실된 75%의 삼중항 여기자들도 버려지지 않고 사용되게 하여 형광소재의 효율을 100%까지 이르게 하는 기술

 

- 하지만 TADF는 발광효율은 크게 개선시켜줄 수 있으나, 색 재현성과 수명 문제로 인해 아직까지 상용화에는 시간이 더 걸릴 것

 

1.3. OLED 발광층: 호스트와 도펀트로 구성되며 프라임 소재는 EML과 HTL 사이에 위치

- OLED 디스플레이에서 가장 핵심이 되는 소재는 발광층 소재 즉, EML(Emission Layer)

 

- 발광층은 호스트(Host), 도펀트(Dopant)로 구성

 

- 발광층은 Red/Green/Blue의 호스트와 도펀트 소재로 구성되어있고, 발광층과 HTL 사이에는 프라임 소재가 증착됨

 

호스트

 

- 전자와 정공이 만나 여기자(exciton)가 잘 생성될 수 있도록 돕는 역할

 

- 효율적인 발광을 위해 도펀트라는 물질과 함께 사용되며, 두 소재가 복합 발광하는 것은 Host-Dopant System

 

- Red, Green 소재 가격이 그램당 $45인 반면, Blue 소재는 $307인 것을 보면 Blue OLED 소재가 월등히 높은 가격과 기술적 장벽이 있음

 

도펀트

 

- OLED 발광을 직접적으로 담당하고, OLED 색상 등을 결정하는 소재

 

- 호스트 대비 들어가는 양은 훨씬 적지만 자체 발광 능력은 더 높고, 사실상 도펀트를 위해 호스트가 존재

 

- OLED 도펀트는 반도체 '도핑' 과정과 유사하게 OLED 성능을 향상시키기 위해 위도적으로 호스트에 도핑되는 불순물

 

- OLED 발광 효율을 최적화 화기 위해서는 호스트와 더펀트를 적정 비율로 섞어주는 것이 필요

 

- OLED 발광을 직접 담당하는 가장 중요한 소재인 만큼 기술 장벽이 매우 높고, 생산산하는 업체 또한 수 년간 독과점적 지위 유지하고 있음

 

프라임 소재

 

- 발광층(EML)과 정공수송층(HTL) 사이에 증착되는 소재

 

- Red, Green, Blue 프라임 소재가 각각 존재

 

- 음극에서 넘어온 전자(Electron)가 발광층 밖으로 범람하지 않고 발광층에서 정공(Hole)을 만나 빛을 내도록 도움

 

- 전자가 넘어가지 않도록 저지하는 역할을 수행

 

- 정공방어층(a-ETL)은 프라임 소재의 반대 역할, 즉 정공(Hole)이 범람하는 것을 저지하는 역할

 

-a-ETL은 양긍에서 넘어온 정공이 전자수송층으로 넘어오지 않고 발광층에 머물러 있도록 제어

 

- 특히 a-ETL은 Blue OLED 소재의 발광 효율을 높이는 데 중요한 역할을 수행

 

OLED 보조층

 

- 정공주입층(HIL), 정공수송층(HTL), 전자주입층(EIL), 전자수송층(ETL)

 

- 양극을 통해 정공이 주입(HIL)되어 정공을 발광층으로 이동(HTL)시키거나, 전자가 주입(EIL)되어 전자를 발광층으로 이동시키는 역할 수행

 

- 전자와 정공 이동속도 차이로 정공수송층(HTL)의 두께는 전자수송층(ETL)의 대비 약 2개 더 두껍게 만들어 OLED 발광 효율을 개선. 즉, HTL 소재가 ETL 대비 2배 더 많이 사용.

 

1.4. OLED 소재 밸류 체인: OLED 소재는 5개 미만의 독과점 체제

 

- OLED 소재는 특정 소재마다 5개 미만의 업체들이 독과점하고 있으며, 진입 장벽이 높은 만큼 OLED 소재 레퍼런스가 없는 시규 업체가 새롭게 양산 공급을 시작하는 것은 매우 드문 일

 

- OLED 소재 업체들은 핵심 특허를 누가 가지고 있으냐가 중요한 경재력. 따라서 자사의 IP 확보를 위해 연구개발을 지속적으로 한 업체들을 주목할 필요. ex) 덕산네오룩스

 

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2. 퀀텀닷(Quantum Dot): OLED를 잇는 자발광 소재

2.1. 퀀텀닷: 무기물의 안정성과 양자구속효과의 특성 보유

- 퀀텀닷(QD)란 지름이 2~10nm인 무기물 소재의 초미세 반도체 입자

 

- 전류를 받으면 OLED 소재처럼 스스로 발광하는 특징이 있고 중심체(core)와 껍질(Shell)로 이루어져 있음

 

- QD의 특징은 동일한 물질에서도 입자 크기별로 다른 길이의 파장이 발생되어 다양한 색을 낼 수 있다는 것

 

- 즉, QD는 전류를 공급했을 때 입자의 크기의 따라 나타내는 색이 달라짐

 

- R,G,B 중 가장 긴 파자으이 길이를 가진 Red가 에너지 밴드갭이 가장 적고, 가장 짧은 파장의 길이를 가진 Blue가 에너지 밴드갭이 가장 높음.

 

- 즉, 청색 소자가 빛을 내기 위해 가장 높은 수준의 에너지를 요구하므로 청색 소자는 안정성과 수명 이슈로 인한 높은 기술력을 필요로 함.

 

2.1. QD의 공급 업체는 OLED와 달리 5개 미만의 소수 업체들로 유지될 가능성이 높음

 

- OLED는 R, G, B각 레이어마다 다른 종류의 소재를 필요로 하기 때문에, 공급 업체들도 상대적으로 다변화 됨

 

- 반면 QD은 입자의 크게 따라 다른 색을 구현할 수 있기 때문에 OLED 대비 참여하는 공급 업체가 제한적

 

- QD는 삼성전자 종합기술원이 개발하여 한솔케미칼에서 양산. 이후 미래나노텍 등이 QD 입자를 받아 필름과 합지하여 QLED TV에 들어가는 QD시트 생산

 

- QD-OLED용으로는 삼성SDI가 한솔케미칼이 양산한 QD 소자를 받아 QD 잉크로 만들어 삼성디스플레이 공급

 

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3. 발광 소재 외의 주요 디스플레이 소재 살펴보기

3.1. Black PDL, OLED 전력 소모를 낮추고 외부 빛은 차단하는 혁신 소재

 

- PDL(Pixel Defining Layer)이란 R,G,B 각 서브픽셀이 서로 간섭하지 않도록 구분하거나 R,G,B 각 OLED 소재가 서로 섞이지 않도록 경계선 역할을 해주는 소재

 

- 기존 PDL은 일본의 도레이첨단소재가 독점해왔으나 최근 덕산네오룩스가 Black PDL을 개발한 것으로 알려짐

 

- 덕산네오룩스가 수년간 개발한 Black PDL 소재를 갤럭시Z폴드3에 처음 탑재하였음.

- 이번 Black PDL 개발을 통해 삼성디스플레이는 '무편광 OLED 패널'을 상용화할 수 있었음

 

- OLED 편광판은 종종 야외에서 스마트폰 화면을 보면 햇빛으로 인해 화면이 잘 보이지 않고 우리 얼굴이 비추는 현상을 개선한 것

 

- 하지만 OLED 빛이 편광판을 통과하면 50%의 빛 감소 문제로 더 많은 전류가 필요. 이는 OLED 수명에 부담을 주었음.

 

- Black PDL은 기존 편광판이 초래했던 전력 소모 문제를 완화하면서 편광판이 필요없게 되어 패널 두께 축소됨

 

- 덕산네오룩스는 기존 PDL을 대체하기 위해 Black PDL Capa를 대규모 증설 진행 중

 

 

3.2. FPCB용 주요 필름(Feat. PI필름, FCCL 등)

 

- FPCB(연성회로기판)은 이름 그대로 구부려지는 PCB

 

- PCB는 단단하기 떄문에 스마트폰 같은 작은 전자제품에 탑재되기에는 한계가 있었고, 이를 해결하기 위해 굴곡성과 경박단소의 특징을 가진 FPCB가 개발

 

 

-FPCB 생산에 주요 원단 소재가 되는 것으로는 PI필름과 동박 등이 있으며, PI필름에 접착제를 코팅하여 그 위에 동박이 적층된 소재를 FCCL(Flexible Copper Clad Laminate)라고 함

 

- 또한 PI필름에 열경화성 접착제를 도포하여 만든 필름이 Coverlay인데, 회로가 형성된 FCCL을 보호하기 위해 사용됨

 

 

- PI는 내열성이 뛰어나고 금속에 필적하는 강도를 가진 소재로, 이를 필름 형태로 제조한 것이 'PI필름'

 

- PI필름은 PI첨단소재, Kaneka, Taimide, Dupont 등의 업체가 과점화이며 PI첨단소재는 점유율 30%

 

- FPCB산업뿐만 아니라 방열시트, 산업공정용, 2차전지 배터리 절연용, 디스플레이용 등 적용처 확대 중

 

- 방열시트는 PI필름을 고온 처리 후 흑연화하는 방식으로 제조하며 전자기기의 경박단소화로 인한 발열 현상 심화에 따라 수요 지속 증가 중

 

- PI 소재는 높은 내열성을 필요로하는 전기차용으로 적용이 확대되고 있음. 배터리 절연용 테이프로 사용되며 각형, 원통형, 파우치형 등 배터리 종류에 상관없이 모두 적용

 

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4. 관련 기업: 덕산네오룩스, LX세미콘, 솔루스첨단소재, 이녹스첨단소재, PI첨단소재

4.1. 덕산네오룩스

- OLED 소재 최선호주

- 삼성전자 갤럭시 폴더블 스마트폰과 OLED 노트북 확대, 갤럭시S22 출시에 따른 실적 성장히 확실시

- 신규 아이템 Black PDL을 통해서 일본 Toray 독점하고 있는 PDL 소재 국산화 성공

- 해당 아이템은 기존의 OLED의 구조를 바꾼 혁신적인 소재이며 향후 PDL 시장을 대체해갈 수 있는 점 주목필요

4.2. LX세미콘

- 최근 LCD 패널 가격에 따른 업황 우려감으로 주가 부진

- 하지만 동사의 LCD 실적 기여도가 우려보다 낮으며 OLED 패널 공급에 따른 DDI 공급은 지속 증가할 것(Q증가)

- 차량반도체 공급란과 같은 타이트한 파운드리 수급 상황이 지속되면서 (P)가 견조하게 유지될 가능성이 높음

- 현재 주가는 Foward PER 6.4배로 LCD TV와 IT제품의 수요 둔화 가능성을 이미 반영함

- 차량용 반도체, 전력반도체 등 미래 먹거리를 위한 신사업을 적극적으로 준비 중이며 LX그룹사의 전폭적 지원 고려 필요

 

 

4.3. 솔루스첨단소재

- 3분기 유럽 전지박(전기차 동박)흑자전환과 모바일용 동박과 OLED 첨단소재 개선에 따른 대규모 실적개선이 가능함

- OLED TV향 납품 확대에 힘입어 a-ETL 소재를 비롯한 동사의 OLED 소재 출하 확대 전망

- OLED 소재 산업은 IT기기 OLED 침투율 상승과 고객사 다변화로 꾸준한 성장이 가능

 

솔루스첨단소재 분석글 참고

[솔루스첨단소재] 전기차 동박 + 5G 동박 + OLED 소재 ➡ 당연한 프리미엄을 부여할 것

 

4.4. 이녹스첨단소재

- Flexible OLED 패널의 공정용 피름과 대형 OLED 패널의 봉지 필름을 공급하면서 실적 증가

- 플래그십 스마트폰의 출시효과와 고객사의 OLED TV패널 출하량 증가에 수혜

- SmartFlex는 방열시트와 디지타이저용 자성 필름등을 공급하는 사업부로 태블릿과 노트북 판매호조와 폴더블 스마트폰 출시확대로 인한 성장 지속

- 동사는 저가용 필름 생산 비중을 축소하고 OLED 패널용 주요 필름과 폴더블 스마트폰용 필름 위주로 생산을 확대하여 핵심 IT 소재로 변화

 

4.5. PI첨단소재

- 이차전지가 새로운 성장 동력이 되어줄 핵심 모멘텀

- 주요 플래그십 스마트폰 출시 효과로 힘입어 전 사업부 실적 성장 지속. 전 분기에 이어 역대 최대 영업이익률 갱신

- 특히 전자기기 내 PI필름의 탑재량이 증가하고 있으며 EV향 수요 확대가 지속되고 있는 것은 긍정적인 요소

- 글로벌 PI업체들의 Capa 증설이 제한된 가운데 점유율 1위인 동사의 적극적인 증설이 기대됨

- 동사의 배터리 절연용 PI필름과 PI바니쉬의 매출액이 지속 성장할 것이며 전기차 배터리용 PI필름의 고성장 추세에 맞춰서 배터리 PI필름의 증설을 지속 늘리고 있음