디스플레이의 패널 위 다양한 부품들이 부착되면서 부착 용품에 따라서 빛 손실, 빛 반사 현상이 발생한다.
빛은 재질이 다른 층을 만나면서 또는 공기, 유리와 만나 굴절, 반사되는데 이로 인해서 디스플레이 시인성이 저하됩니다. 이러한 문제를 최소하 하기 위해 광학용 접착제로 채워준다.
스마트폰을 접을 수 있는 것은 수많은 소재 부품 덕분이다.
이 중 접착제는 폴더블 폰에서 매우 중요한 역할을 한다.
폴더블 폰용 접착제는 광학용 투명 접착 필름(OCA, Optically Clear Adhesive)라고 한다.
폴더블 폰 아니라 최근 스마트폰은 디스플레이 패널을 부착할 때 OCA를 주로 쓴다.
광학적 접착소재에도 다양한 성분이 있다.
주로 사용되는 접착소재는 아크릴계, 실리콘계, 우례탄이 있는데 각자 장점이 있지만 이 중 아크릴계의 접착소재가 투명성도 좋고, UV 통해 빠르게 경화시켜서 많이 쓰인다.
이 접착소재는 형태에 따라 OCR과 OCA로 분류할 수 있다.
OCA/OCR이 갖춰야 할 주요 특성과 배경은, 빛은 재질이 다른 층을 만났을 때 굴절하거나 반사되는 성질을 가지고 있다.
디스플레이에서도 빛이 공기(제품 내 Air Gap, 대기), 유리(Window) 등을 만나면서 반사와 굴절 현상이 발생하며 이로 인해 디스플레이의 시인성이 저하되는 현상을 초래할 수 있다.
이러한 문제를 최소화하기 위해 디스플레이 제품 내에 Air Gap을 통과 전후와 비슷한 광학 성질을 갖춘 재질(광학용 접착제)로 채워주는 것이다.
그리고, 색과 명암을 표현하는 디스플레이에 사용되는 접착소재이므로 빛의 변화가 최소화되도록 높은 투명성이 필요합니다. 또한 접착 시점의 투명성이 시간 경과에 따라 변하지 않도록 지속되어야 한다.
광학적 접착소재에도 다양한 성분이 있습니다. 주로 사용되는 접착소재로는 아크릴(Acryl)계, 실리콘(Silicone)계, 우레탄(Urethane)계 등의 성분이며, 이 중에서 아크릴 계열의 접착소재가 투명성도 좋으며 UV를 통해 빠르게 경화시킬 수 있어 가장 널리 사용된다.
또한, 접착소재는 형태에 따라 분류할 수 있는데, 정해진 양면테이프와 같은 필름 형태를 OCA(Optically Clear Adhesive)라고 부르며, 비정형의 액상 형태를 OCR(Optically Clear Resin)이라고 한다.
일반적으로 OCA는 형태가 있기에 작업성이 우수하며 표면에 고르게 부착되는 장점이 있고, 액상인 OCR의 경우에는 부품 미세한 공기층 제거에 효과적인 특징을 가지고 있다.
광학용 접착소재는 디스플레이 외에도 광학적 특성이 필요한 분야에 널리 사용되는데 대표적인 예는 자동차 산업입니다. 자동차 전면 유리에 파손 시 안전 확보와 빛의 난반사 억제를 위한 목적으로 사용된다
OCA(Optically Clear Adhesive)
터치스크린패널(TSP)의 각 레이어 또는 커버글라스와 디스플레이를 합지하기 위해 사용하는 광학적으로 투명한 접착필름입니다. 양면테이프 같은 필름 형태로 작업성이 우수하고, 표면에 고르게 부착되는 것이 OCA.
*FOCA(Foldable Optical Clear Adhesive, 폴더블 광학용 투명 접착필름)
여기서 Optical Clear은 소재 투과도가 90% 이상이 되는 매우 투명한 상태이다.
OCR(Optically Clear Resin)
터치스크린 패널(TSP)의 각 레이어 또는 커버글라스와 디스플레이를 합치하기 위해 사용하는 비정형의 액상 형태라고 합니다. 액상으로 되어있어 미세한 공기층 제거에 효과적인 것이 OCR.
OCR은 OCA에 비해 얇고 선명하며 재료비도 10배 정도 저렴하다.
그동안 스마트폰 디스플레이와 TSP(터치스크린 패널)을 부착하는데 OCA가 쓰였는데, 곡면 디자인을 채택한 스마트폰이 증가하면서 OCA보단 OCR 수요가 늘어나고 있습니다.
OCA, OCR은 국내보단 해외 업체들이 주를 이루었는데 몇 년 전부터 국내 업체들이 국산화하는 데 성공했습니다
디스플레이 패널은 단품이 아니다.
디스플레이 모듈 위에 터치 패널 핵심 소재인 ITO (Indium Tin Oxide, 인듐 주석 산화물) 필름이 올라간다.
상황에 따라 여러 겹의 ITO가 부착되고, 디스플레이 자체를 보호하기 위한 커버 글라스 혹은 커버 윈도가 최종 적용된다.
각종 소재를 그저 올린다고 끝나는 일이 아니다. 패널 형태를 유지하려면 각 소재(필름 형태)가 단단히 붙어야 한다. 이때 쓰는 것이 OCA다. 즉 패널 소재를 부착하는 필름 형태 '풀'이라고 생각하면 된다.
스마트폰에서 활용하는 접착제는 투명해야 한다. 디스플레이 모듈에서 빛을 내면 이를 적절히 투과해 이용자가 잘 볼 수 있어야 하기 때문이다. 불투명하면 화면 자체를 보기 어렵다. OCA는 'Optically Clear Adhesive' 약자다. 직역하면 '광학적으로 깨끗한 접착제'다. Optically Clear는 소재 자체 투과도가 90% 이상이 돼야 한다.
OCA는 단순한 접착제가 아니다. 디스플레이에서는 화질 개선 역할도 담당한다. 디스플레이 패널을 만들 때 소재(필름) 간 미묘한 틈이 생길 수 있다. 이를 에어 갭(Air Gap)이라고 한다. 유기발광다이오드(OLED)에서 빛을 비췄다. 다음 필름까지 직진해야 하는데 에어 갭이 있으면 빛이 반사돼 일부 손실된다. 서로 다른 층의 굴절률 차이 때문이다.
빛 손실이 발생하면 이미지가 흐릿하게 표현된다. 결국 이미지 품질 저하를 야기한다. 에어 갭 부분을 OCA로 채우면 필름 층과 OCA 간 굴절률이 감소한다. 빛 손실을 최소화해 보다 선명한 이미지를 얻을 수 있다.
OCA는 필름 형태다. 그래서 공정 상 기포가 발생할 수 있다. 스마트폰 보호 필름을 씌우는 것과 유사하다고 보면 된다. 기포 발생 없이 OCA를 부착하는 기술은 난도가 높다. 그래서 대안으로 필름보다 기포 발생을 최소화하고 간격을 메꾸는 능력을 극대화한 OCR(Optically Clear Resin)이 주목받기도 했다.
하지만 공정 과정에서 OCR 경화 시 수축률 등을 제어하기 어렵다.
즉 플렉시블 디스플레이처럼 유연하게 하거나 접기에는 한계가 있다. 플렉시블 폰, 더 나아가 폴더블 폰에서는 아직 OCA가 정답이다. 최근에는 OCA와 OCR 강점을 모두 담은 하이브리드 OCA에 대한 연구도 활발한다.
OCA 성능과 품질은 역시 폴더블 폰을 '접었다 펼 때' 발휘한다. 폴더블 폰 안정성을 논할 때 보통 20만번 접었다 펴는 것을 기준으로 삼는다. 아무리 잘 붙는 접착제라도 반복적인 '폴딩'에는 장사가 없다. 가령 매끄러운 종이 두 장을 풀로 붙였다고 가정하자. 종이를 계속 접었다 펴면 접착성이 떨어진다. 틈새가 생긴다. 심하면 두 종이가 떨어져 나가기도 한다.
종이 실험이야 큰 문제가 없다. 하지만 고가의 폴더블 폰에서 이런 현상이 발생하면 바로 퇴출당한다. 200만원이 넘는 폴더블 폰을 구매했는데, 몇 번 접었다 펴니 필름이 떨어져 나간다면 그 회사 제품은 절대 구매하지 않을 것이다. 그래서 고품질 OCA 개발이 폴더블 폰 경쟁력으로 이어진다.
고품질 OCA를 개발하는 곳은 많지 않다.
포스트잇으로 유명한 3M이 OCA 분야에도 강자다. 최근에는 삼성SDI에서도 폴더블 폰용 OCA를 개발했다. 무려 5년 가까이 폴더블 폰용 OCA 연구개발(R&D)에 투자한 성과다. 최초로 폴더블 폰용 OCA를 국산화한 사례다. 삼성SDI가 개발한 OCA는 삼성 첫 폴더블 폰인 삼성 갤럭시 폴드에 적용됐다.
폴더블 폰용 OCA가 넘어야 할 산은 아직 많다. 전기 전도성, 열전도성, 전자파 차폐 특성, 고 내열성 등 다양한 요구에 부합해야 한다. 폴더블 폰을 완성할 '풀'. OCA 시장에서도 치열한 기술 개발 경쟁이 예상된다.
최근 OCA, OCR산업 동향.
디지털데일리 뉴스)
에스티아이는 후공정 OCR 잉크젯 장비를 공급하는데, 이는 디스플레이 층마다 떨어지지 않도록 하는 역할이다. 기존 필름 형태 OCA를 끼워 넣는 것이 아니고 액체 형태 OCR을 뿌리는 방식이다. 잉크젯 공정으로 OCR을 패터닝하면 패널 두께 및 베젤 최소화, 곡면 접착이 가능해 구부리는 디스플레이 구현에 유리하다.
삼성디스플레이 외에도 샘플을 요청하는 업체가 다수 있다고 한다.
더일렉뉴스)
삼성디스플레이가 OCA 공정 대비 단가를 크게 낮출 수 있는 OCR 공정을 올해 유기발광디스플레이 모듈 생산라인에 확대 적용할 것으로 전해졌다. 삼성디스플레이는 중국 모듈공장 태블릿PC용 리지드 OLED 생산에 OCR 공정을 우선 적용한 뒤 스마트폰용으로 확대할 계획이다. 예스티가 OCR 라미네이션 장비를 공급할 전망.
초기 리지드 OLED 에는 OCR 공정이 적용됐다. 세로 선이 가로로 움직이며 스캔하는 방식으로 직사각형 모양이다. 디스플레이 귀퉁이를 둥글게 처리하는 추세가 보편화되면서 OCA로 대체됐다.
삼성디스플레이는 폴더블 OLED에 잉크젯 프린팅 OCR 공정을 적용하려 하고 있다. 다만 접착 후 물성 때문에 첫 폴더블 OLED 양산에는 OCA가 적용되었다.
에스티아이는 최근 삼성디스플레이로부터 폴더블 OLED 모듈 공정용 잉크젯 프린팅 OCR 장비를 수주했다.
중앙일보기사)
연구비만 100억 들어간다는 기술은 바로 투명접착제 OCR 공정이다.
중소형 OLED 패널에 유리 덮개를 정교하게 접착하는 후공정 조립 작업으로
패널에 얇은 층을 덧씌워 디스플레이 표면을 보호하고 강도, 안정성을 높이는 기술이다.
OCR 방식은 기존 OCA 방식 대신에 쓰이는 기술로 원하는 곳에 잉크를 뿌리면 되기 때문에 생산 원가가 기존 공정 대비 10% 수준까지 줄어든다.
삼성디스플레이는 해당 장비를 베트남 등지에 있는 OLED 패널 후공정 조립라인에 본격 도입하려 했다. 시제품은 이미 몇 차례 만들었고, 기술 난도가 높은 폴더블폰용 OLED 패널 후공정에도 적용할 계획이었다.
이처럼 롤러블, 폴더블 수요가 늘어나면서 마찬가지로 OCA, OCR 공정 수요도 늘어나고 있습니다.
점착제 소재별 장단점 비교
1. 실리콘 접착제
- 탁월한 유연성
- 내열성 (150~250 도)
- 낮은 Tg : 내한성 우수, 사용온도 법위 넓음
- 표면장력이 낮아 Wetting 특성 및 발수성 양호
- 제가 용이
- 절연특성 높음
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OCA/OCR 업체
현재 국내 OCA 시장은 1000억원 규모로 3M, 히타치, LG하우시스 등이 선점
1. 한화솔루션 : 고기능 광학 렌즈 소재를 국산화
합성수지나 합성 고무 등에 유연성을 높이기 위해 쓰는 첨가제인 친환경 가소제인 에코데치를 세계 최초로 상용화.
2018년 ‘IR52 장영실상’을 받고 지난해 5월 상업생산에 들어갔다.
XDI는 투명성과 굴절성이 우수한 것이 특징이다.
기존 렌즈보다 약 30% 얇고 선명한 고급 광학렌즈와 폴더블폰에 사용되는 플렉시블 디스플레이, 디스플레이 패널용 소재인 OCA(광학용 투명 접착 필름), 친환경 식품포장용 접착제 등의 제품에 활용된다.
에코데치는 환경호르몬이 나오지 않아 벽지, 놀이방 매트, 식품 포장용 랩, 바닥재 등을 만드는 소재에 사용된다. 한화솔루션의 에코데치를 사용한 벽지는 환경호르몬 유해성 문제를 원천적으로 해결한다. 또 기존 벽지에서 변색이나 얼룩이 생기는 문제도 개선해 친환경 인테리어 시장에서 주목받고 있다.
2. 이그잭스 (소재·부품 전문기업, 40여년 업력)
2020.5.18일 국내외 디스플레이 업체에 적용 가능한 플렉서블(폴더블·롤러블)용 OCA(광학투명접착필름), OCR(광학투명접착제) 개발 국책과제를 완료
플렉서블 OCA는 양면의 접착 기능으로 디스플레이 층끼리 붙게 만드는 필름형 접착제다.
접거나 구부리는 플렉서블 특성상 수십만회 꺾여도 접착 부위에 변형이 일어나지 않는 접착력과 회복력이 중요 경쟁력이다. 일반 디스플레이에 2~3장의 OCA가 부착되는 반면 플렉서블 디스플레이에는 5장 내외의 OCA가 적용된다
OCR은 고해상도 디스플레이 생산을 위한 고기능성 특수 접착재료다. 디스플레이 패널과 하드커버 사이의 공기층을 제거해 디스플레이 시인성을 높여주기 때문에 고온, 고습의 환경에서도 변색 없이 투명도를 유지하는 것이 중요하다.
이그잭스는 자체 개발한 OCR에 대해 지난 2018년 국내 최대 제조사의 제품 승인을 받고 공급 중이다.
“미래 디스플레이의 핵심 소재인 OCA 관련 기술력은 국내외 약 5개 소수 업체만이 확보하고 있다”며 “플렉서블용 OCA 가격은 일반 제품 대비 약 30배에 달하기 때문에 P(가격)와 Q(수량)의 동반 상승이 이뤄질 것”이라고 기대.
3. 한솔씨엔피
한솔케미칼은 지난 2007년 한솔씨앤피를 인수해 자회사로 편입했다. 휴대전화와 같은 모바일 기기에 적용하는 코팅재와 액정표시장치(LCD)패널, 터치패널 전극 보호재 등을 생산하고 있다. 주요 제품을 삼성전자, LG전자 등에 공급하고 있다.
최 대표는 “신규 사업인 OCA필름 사업은 하반기 설비투자를 마치고 내년 상용화할 계획”이라고 말했다.
OCA는 잉크를 코팅해 스마트폰 앞면의 색상을 다양하게 구현하는 기술로 삼성전자와 LG전자 등을 고객사로 확보해 플렉시블 디스플레이에 상용화 예정.
4. LG하우시스
2010년 OCA 생산 및 20억 매출
시제품 완성 시연과정은 물처럼 투명한 아크릴 용액에 촉매를 넣고 서둘러 방화창을 닫았다.
5분쯤 지나자 호리병처럼 생긴 반응기에 담긴 2리터(L) 용액이 부글부글 끓어올랐다.
디지털 온도계에 표시된 온도는 120도. 10분이 지나자 아크릴 용액은 다시 안정상태로 바뀌었다.
점도가 낮았던 용액은 그새 끈적끈적한 레진(resin·수지)으로 바뀌어 있었다.
외부 공기가 차단된 클린룸으로 옮겨진 아크릴 레진에 자외선을 쏘이고, 투명 필름에 부착하면서 광학용투명장착필름(OCA) 시제품이 완성됐다.
5. 이녹스첨단소재 (2001년 새한마이트로닉스로 시작)
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* ITO 란 ?
ITO(Indium tin oxide, 인듐 주석 산화물)는 디스플레이 패널의 핵심재료이다.
디스플레이는 전기의 흐름을 통해 픽셀의 밝기를 제어해 화면을 표현합니다.
따라서 픽셀마다 전기가 통할 수 있도록 양극(Anode)과 음극(Cathode)이 필요한데, 이때 극이 되는 물질은 전기가 잘 통하는 특성과 동시에 빛이 화면을 잘 통과하는데 유리한 투과성도 갖춰야 합니다.
ITO는 산화 인듐(In2O3)과 산화 주석(SnO2)을 혼합해 산소의 빈자리가 생성될 때 이 빈자리를 통해 전자와 정공이 이동해 전기가 흐르도록 하는 재료입니다. 이를 통해 전기전도성을 높이고 두께를 얇게 제작할 경우 투명한 특성이 나타나며, 전기가 통하는 동시에 투명하기 때문에 투명전극이라 불리기도 합니다.
LCD에서 ITO는 백라이트의 빛이 액정을 거칠 때 이를 제어하는 전극으로서 역할을 하며, 이때 액정을 통과한 빛이 투명전극인 ITO를 빠져나와 우리 눈까지 도달하도록 하는 역할을 합니다. OLED에서는 크게 두 가지 기능으로 사용되는데, 먼저 배면 발광 방식의 OLED에서는 LCD와 유사한 원리로 작동합니다. 반면 전면 발광 방식의 OLED에서는 우선 양극(Anode)에서 정공(Hole)이 원활하게 유기발광층(HIL)으로 주입될 수 있도록 하는 역할을 합니다.
양극의 재료로 사용되는 ITO는 정공의 이동에 적합한 에너지 준위를 갖추고 있기 때문입니다. 동시에 ITO의 투과성은 ‘공진(Micro cavity)’구조 구현도 가능하게 합니다. 디스플레이에서 ‘공진’이란 빛의 파동성(보강간섭)을 이용해 세기를 증폭시킴으로서 발광 효율을 크게 높일 수 있는 기술입니다. 투명한 ITO를 양극에 사용함으로써 빛이 전극을 통과해 Ag막까지 도달하도록 한 후 빛의 반사가 되도록 함으로써 공진을 구현합니다.
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국내외 OCA 업체
1. 세계적인 광학적으로 명확한 접착제(OCA)시장에 있는 최고 회사:
3M, Cyberbond LLC, Tesa SE, Nitto Denko Corporation, 추진 Corporation, 듀퐁, 히타치 화학제품, Saint-Gobain, 후 산업, Dymax Corporation, Toray Industries, 접착제 연구, 마스터는 채권회사, 놀랜드 제품, Scapa
2. MRK : 미쯔비시캐미컬 대리점계약, 20명,
사업분야는 Display Optical Bonding, DID (Curved Display, Commercial Display), Display 제조장비
Chemical Material, ALCANTARA
2. 알파GEL
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