[르포]AMOLED 산업의 본산 삼성모바일디스플레이

요즘 잘 나가는 스마트폰인 삼성 ‘갤럭시S’, 스카이 ‘베가’, HTC ‘디자이어’의 공통점은 차세대 디스플레이인 AMOled(능동형유기발광다이오드)를 채택하고 있다는 것이다. 이들은 동일한 업체로부터 Amoled 모듈을 공급받고 있다. 바로 삼성모바일디스플레이(SMD)다. 이 회사는 ‘고객사에 대한 예의’ 차원에서 자사가 어디에 제품을 공급하고 있는지 함구하고 있지만, 굳이 확인을 받지 않아도 사실 관계는 명확하다. 사실상 세계에서 유일하게 AMOled 상용화 라인을 가동하고 있는 업체가 SMD이기 때문이다. LCD 집권 시대인 지금, 차기 권좌를 예약해 놓고 있는 Amoled 산업을 홀로 이끌어가는 SMD 천안 사업장을 찾았다.

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3인치 기준 월 300만대 설비 풀가동 불구 공급부족 지속
충남 천안시와 천안에 인접한 아산시 탕정면은 삼성그룹 전자계열사들로부터 큰 수혜를 입고 있는 지역이다. 삼성전자 LCD부문을 비롯, 삼성SDI와 SMD 등 디스플레이 관련 업체들이 모두 이곳에 입주해 있다.

그 중에서도 천안사업장은 ‘한 지붕 세 가족’으로 불린다. 삼성전자 LCD 5·6라인과 삼성SDI PDP 및 2차전지라인, 그리고 SMD의 AMLOED 라인 및 중소형 LCD 라인(3·4라인)이 한 곳에 모여 있기 때문이다.

삼성전자 LCD 라인과 삼성SDI PDP 라인이 전자산업의 ‘현재’라면, SMD의 AMOled 라인은 전자산업의 ‘미래’라고 할 수 있다.

SMD가 입주한 건물은 총 5개 층으로 구성돼 있으며, 그 중 Amoled 생산라인은 맨 위 5층에 자리하고 있다. 4층은 공조시설 등 유지설비가, 3층은 테스트라인이 들어서 있고, 1, 2층은 사무공간 및 부대시설로 사용하고 있다.

3인치 휴대폰용 패널 기준 월 300만대 생산능력의 4.5세대라인(기판 사이즈 730×920㎜)을 SMD는 A1라인으로 부른다. A는 물론 AMOled의 약자다.

지난해 월 250만대 규모에서 올 1분기부터 300만대로 확대했음에도 불구, 공장을 3교대로 24시간 돌려도 사방에서 쏟아지는 주문량을 소화하지 못하는 상황이라고 한다.

백승천 SMD 전략기획팀 차장은 “생산능력 확대 이후로도 풀가동을 멈춘 적이 없다”면서 “여러 업체에서 Amoled 공급을 요청하고 있지만, 삼성전자 등 기존 거래선의 수요량을 공급하기도 버거운 상태”라고 밝혔다.

인근 탕정에서 건설 중인 5.5세대(기판 사이즈 1300×1500㎜) A2라인이 완공되는 내년 7월까지는 공급부족 현상이 지속될 수밖에 없다는 게 회사측 판단이다.

세계적으로 모바일용 AMOled 양산 공급이 가능한 곳은 SMD가 유일하기 때문에 다른 변수를 기대할 수도 없다.

SMD의 전세계 Amoled 시장 점유율은 무려 98%에 달한다. 나머지 2%는 LG디스플레이와 대만 CMO 자회사인 CMEL이 차지하고 있으며, LG디스플레이의 경우 2세대(기판 사이즈 365×460㎜)라인에서 생산된 패널을 LG전자의 15인치 AMOled TV용으로 소량 공급하고 있고, CMEL은 양산 라인이라기보다는 파일럿 플랜트 수준에 불과한 것으로 파악되고 있다.

결국, SMD 천안사업장은 세계 최초의 Amoled 양산라인이자, 현재까지도 사실상 유일하게 양산이 가능한 설비인 셈이다.

AMOled 산업의 선구자 삼성모바일디스플레이
삼성의 Amoled사업 역사는 9년 전인 2001년으로 거슬러 올라간다. 당시 삼성SDI는 디스플레이 산업의 주력인 LCD조차도 한참 성장기이던 시절부터 ‘용감하게’ 검증되지 않은 기술인 AMOled 개발에 나섰다.

개발 초기부터 참여했다는 김은아 Oled개발팀 책임연구원은 “처음 시작할 때는 제품 측면에서의 기반기술이 전혀 없었기 때문에 어려움이 많았다”면서, “기껏 만들어놨는데 화면이 안 켜지거나 구동이 안 돼 버려지는 시제품들이 숱하게 많아 양산에 성공할 수 있을지 우려하는 목소리도 높았다”고 당시를 회상했다.

결국 수없는 시행착오 끝에 2005년 4.1인치 QVGA급 Amoled 개발에 성공했고, 천안에 4천600억원을 투자, 지금의 4.5세대 A1 Amoled 양산라인 투자에 착수했다.

2007년부터 본격적으로 양산에 들어간 A1라인에서 생산된 제품들은 일본에 모바일 제품향으로 공급되거나, 삼성전자 휴대폰에 탑재돼 일본 시장에서 판매되기 시작했다.

국내 소비자들은 지난해 6월 ‘햅틱 아몰레드’폰이 출시되며 AMOled 탑재 휴대폰을 처음 사용할 수 있게 됐지만, 사실 그 이전부터 SMD는 일본 시장에 Amoled를 공급하고 있었던 것.

현재의 SMD가 탄생한 것은 지난해 초. 당시까지 삼성SDI 내 조직이었던 AMOled 사업과 삼성전자의 모바일용 LCD 사업이 분리돼 SMD로 통합 출범했다.

이후 삼성전자의 ‘햅틱 아몰레드’와 ‘옴니아2’ 등 히트 휴대폰 제품과 디지털카메라, MP3를 비롯한 수요 시장이 본격적으로 형성되며 Amoled 사업이 본 궤도에 접어들었다.

이에 맞춰 생산능력도 증가를 거듭했다. 3인치 기준 월간 생산량이 지난해 4월 100만개에서 8월 200만개, 연말 250만개, 올 1분기 300만개로 꾸준히 확대되고 있다.

하지만, 기존 생산라인에서의 생산량 확대는 한계가 있다고 판단한 SMD는 다시 한 번 일을 저질렀다.

천안 인근 탕정에 5.5세대 AMOled 설비 투자를 결정한 것. 지난 6월 착공한 이 설비는 내년 7월부터 3인치 기준 월 3천만장 규모의 Amoled 패널을 쏟아내게 된다. 기존 생산능력의 10배에 달하는 규모다.

독주는 외롭다…신기술 개발·양산제품 안정화 노력은 ‘자신과의 싸움’
홀로 뛰는 마라톤만큼 괴로운 것도 없다. 양산능력 면에서나 기술개발 면에서나 앞서거니 뒤서거니 하는 경쟁자가 있어야, 최소한 뒤따라오는 후발주자라도 있어야 뛸 맛이 날 텐데, 달랑 혼자 뿐이니 스스로가 어느 정도 속도로 가고 있는지, 방향은 잘 잡고 있는지 감을 잡기 힘들다.

SMD가 처한 상황이 딱 그렇다. 본받을 성공 사례도, 타산지석으로 삼을 실패 사례도 없다. 오로지 스스로 채찍질하며 달려야 한다.

A1라인 건물 3층에는 연구개발 인력 수백 명이 자리하고 있는 공간이 있다. 강당 같은 큰 사무실에 파티션으로 칸막이만 쳐놓은 곳이다.

이곳 연구원들의 책상에는 각각 여러 대의 PC와 수십 장의 AMOled 시제품들이 놓여 있다. 위층에서 Amoled 양산 설비가 돌아가고 있는 와중에도 이들은 끊임없이 제품을 뜯어 분석하고, 다양한 기술과 제조방식을 적용하는 연구를 하고 있다.

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이들의 연구 결과는 같은 층에 위치한 테스트라인에서 곧바로 시제품화된다. 연구 결과를 적용했을 때 정상 제품이 나오는지, 어떤 성능을 구현하는 지 바로 알 수 있는 것.

테스트라인에는 수십 대의 검사장비가 들어서 있다. 5층 양산라인에서 일부 설비를 할당해 연구 결과가 적용된 기판을 생산, 3층으로 내려 보내면 이곳에서 품질 테스트를 수행한다.

각각의 검사장비에는 적·황·녹 3색으로 구분된 램프가 달려있다. 테스트가 순조로울 때는 녹색, 테스트제품 일부에 문제가 있을 때는 황색, 검사장비 자체에 이상이 발생했을 때는 적색 램프에 불이 들어온다.

기판은 수백 개의 셀로 나눠져 있다. 기판 하나당 3~4인치 패널이 사이즈에 따라 150개에서 200개가량 생산되는데, 각각의 셀은 절단되지 않은 상태의 패널인 것이다.

한 오퍼레이터가 테스트 기판을 검사장비에 장착하자, 셀 중 일부에만 불이 들어오고 군데군데 검은색으로 이가 빠진 모습을 보인다. 이 기판에 적용된 연구 결과는 실패로 판명난 것이다.

시제품의 성능이 기존 제품보다 뛰어나고 양산 안정성을 갖췄다고 평가될 경우 시제품에 적용된 기술은 차기 AMOled 패널 상용 제품에 채택돼 세상으로 나온다. 햅틱 아몰레드보다 옴니아2에 탑재된 Amoled의 성능이 뛰어나고, 갤럭시S에 탑재된 AMOled는 더 뛰어난 이유도 그것 때문이다.

Amoled 기술 연구는 비단 양산 제품의 성능 개선을 위한 것뿐 아니라 신기술을 제품에 적용하기 위한 선행연구도 진행된다. 따라서 연구 인력도 상용화 제품 분석파트 외에 선행연구 파트도 별도로 존재한다.

선행연구 파트에서는 플렉시블이나 투명 디스플레이 등 미래 상용화 가능성이 높은 기술 개발을 담당한다.

이들의 노력을 통해 SMD는 AMOled 선행 기술에 있어서도 업계를 선도하고 있다. 2006년에는 5.6인치 플렉시블 Amoled를 개발했고, 2007년에는 당시로서는 세계 최대 사이즈인 31인치 AMOled TV도 개발했다. 2008년에는 세계 최대 기록을 40인치로 갈아치웠다.

또, 3D 붐이 일기 이전인 2009년 10월 일찌감치 30인치 3D Amoled TV를 개발하며 기술적 선구자로서의 역할을 충실히 수행했고, 올해는 15인치와 19인치 투명 AMOled를 개발하며 디스플레이의 미래를 제시했다.

SMD의 국내 상주인력은 5천명 중 연구개발(R&D) 인력은 2천명에 달하며, 그 중 Amoled 관련 연구인력이 1천500명으로 상당수를 차지한다.

후발 주자들이 본격적으로 시장에 뛰어들기 전에 격차를 더 벌려놓기 위해서는 이처럼 미래를 위한 투자는 필수적이다.

5.5세대 A2라인 부지공사 한창…A3 라인은 언제쯤?

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천안 사업장에서 자동차로 10여분 거리에 위치한 탕정 사업장에서는 5.5세대 A2라인 건설을 위한 부지공사가 한창이었다.

내년 7월 가동되는 A2라인은 생산능력이 기존의 10배 규모인 3인치 기준 월 3천만장에 달하지만, 가동 이후에도 AMOled 패널 수급이 안정될 수 있을지는 여전히 미지수다.

현재 모바일용 디스플레이 중 Amoled 채택 비율은 1% 안팎에 불과하지만 2015년에는 25%까지 증가할 것이라는 게 업계 예상이다. 이같은 수요 증가를 감안하면 A2라인으로도 충분한 공급을 보장할 수 없다.

더 큰 과제는 TV 시장에서 AMOled가 LCD를 대체하기 시작하는 시점에 대한 대비다. 김상수 삼성모바일디스플레이 부사장은 지난달 말 미국 시애틀에서 열린 ‘SID 2010 심포지엄’에서 개막 기조연설을 통해 “2015년이 되면 Amoled가 차세대 TV의 주력기술이 될 것”이라고 전망한 바 있다.

하지만, 기껏해야 기판 한 장당 50인치대 패널 두 대 정도 생산이 가능한 5.5세대 라인으로는 TV용 패널 수요에 대응하기에 역부족이다. A2라인의 월 기판 투입량이 7만장임을 감안하면, 월 14만대의 TV용 패널 생산이 가능하지만, 시장 상황상 모바일용 생산을 전면 중단하고 TV용에 ‘올인’할 가능성은 희박하다.

결국 SMD는 향후 2~3년 내에 TV용 패널을 겨냥한 8세대 이후의 A3라인 프로젝트에 착수할 가능성이 높다는 게 업계 예상이다.

이와 관련, 백승천 차장은 “일각에서 우리가 8세대 라인을 건설한다는 얘기가 들려오는 데, 투자 계획에 대해서는 결정된 게 아무것도 없다”면서, “언젠가 TV용 대형 사이즈 생산라인을 구축해야겠지만 그게 8세대가 될지 10세대가 될지는 아무도 모르는 일”이라고 말했다.

AMOled가 TV 시장에서 LCD와 경쟁하려면 생산 효율 면에서도 경쟁력을 갖춰야 한다. 따라서, 차세대 라인 건설 시점에 LCD 진영이 10세대, 혹은 11세대 라인을 구축해 놓고 있다면 Amoled 라인도 수준을 맞춰야 한다는 설명이다.

언제 건설될지, 몇 세대가 될지는 미정이지만, 모바일 시장에 이어 TV 시장에서도 AMOled 산업을 선도하겠다는 SMD이의 목표를 이루는 데 있어 A3라인이 핵심 역할을 할 것임은 분명해 보인다.

박영국/최정엽 기자 24pyk@ebn.co.kr

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