OLED에서 컬러를 구현하는 방식들은 다양하게 개발되었지만, 현재 제품에 적용되고 있거나 적용 예정인 방식은 크게 2가지로 구분할 수 있다. 먼저 RGB OLED 방식은 빨강, 초록, 파랑 단위 화소(sub-pixel)들을 별도로 구성하는 방식이며, 다른 하나는 백색 OLED 위에 RGB 컬러 필터를 패턴하는 방식(White OLED+Color Filter, WOLED+CF)이다.

RGB OLED 방식은 현재 FMM(Fine Metal Mask)을 이용하여 화소를 제작하고 있으며, FMM의 물리적 한계로 인해서 백색 OLED에 컬러필터 적용 방식과 비교하면 인치당 해상도를 높이는 데에 매우 어려움이 있다. 그러나 백색 OLED에 컬러필터 적용 방식보다 RGB OLED 방식이 디스플레이 밝기(휘도)와 효율에 유리하므로 궁극적으로는 HMD 적용을 위한 바람직한 방식이 될 수 있다.

그리고 HMD 적용을 위한 고해상도 OLED 패널을 제작하기 위해 실리콘(Si) 기판 위에 OLED를 제작하는 OLEDoS(OLED on Si) 방식과 유리(Glass) 기판에 OLED를 제작하는 OLEDoG(OLED on glass) 방식이 있다. OLEDoS 방식이 유리 기판 대비 상대적으로 적은 면적의 실리콘 기판을 사용하여 공정을 진행하므로 고해상도 OLED 제작에 유리하다. 그러나 OLEDoG 방식은 대면적 유리 기판을 사용하므로 고해상도 OLED 제조비용은 OLEDoS 방식에 비해서 저렴할 것으로 예상된다.

우리나라의 삼성디스플레이와 LG디스플레이가 세계의 OLED 디스플레이 시장을 선도하고 상황에서 세계 최대 디스플레이 전시회인 디스플레이 위크(Display Week)를 중심으로 발표를 하고 있다. 삼성디스플레이와 LG디스플레이 두 회사 모두 실리콘(Si) 기판 방식보다는 유리 기판 방식을 이용하여 VR용 HMD 적용을 위한 고해상도 OLED 패널 개발 결과를 보여주고 있다.

두 회사는 각각 다른 OLED 제조 방식을 채택하였는데, 삼성디스플레이는 RGB OLED 방식이며, LG디스플레이는 주로 WOLED+CF 방식을 이용한다. <그림 6>은 디스플레이 위크(Display Week) 2018에 발표된 삼성디스플레이(좌)와 LG디스플레이(우)의 HMD용 OLED 디스플레이를 보여준다.

LG디스플레이는 2018년도에는 4.3인치의 1443ppi급 해상도의 OLED 디스플레이를 보여주었고, 삼성디스플레이는 3,840×2,160 해상도를 2.43인치 사이즈에 1인치당 픽셀수인 PPI가 1,200에 달하는 OLED 패널을 선보였다. 그리고 2020년도에 LG디스플레이는 디스플레이 위크(Display Week) 전시에서 0.42인치 4000nit 밝기의 3500ppi급 고해상도 OLEDoS를 발표하였다.

국내 중소기업으로는 ㈜라온텍, ㈜메이 등이 LCoS 방식으로 AR용 HMD를 주로 개발 중이며, OLEDoS 방식도 개발을 시도하고 있다. 한국전자통신연구원(ETRI)에서 2016년부터 마이크로OLED 기술을 활발히 연구 중이며, 2018년에 국내 최초로 SXGA급 단색 OLED 마이크로디스플레이를 Display Week 2018 및 IMID(International Meeting on Information Display) 2018 전시회에서 소개하였다. 0.7인치 사이즈의 1208 x 1024 해상도(픽셀 사이즈 3.6μm×0.8μm)를 갖는 단색 OLEDoS를 보여 주었다.

OLED 기반의 고해상도 디스플레이를 개발에 가장 큰 기술적 이슈는 빨강(R), 초록(G), 파랑(B)의 발광층을 화소에 직접 형성하는 기술이다. 고해상도 디스플레이 패널 개발 수준은 아니지만, AR/VR 기기에서 요구하는 해상도에 대응하기 위해서 OLED 발광층을 패턴하는 기술들이 개발되고 있다.

먼저 OLED 증착장비 개발 벤처회사인 OLEDON社는 IMID2018에서 면소스 증착기술을 소개하였고, 이를 통해서 2250ppi 급의 AMOLED 제조가 가능하다고 발표하였다. <그림 8>은 기존의 FMM 증착 패턴과 면소스 FMM 증착 패턴, 및 수직형 면소스 증착 개념도를 보여주고 있다.

또한, 최근 한국생산기술연구원에서 기존의 용액공정과 진공 증착기술의 장점을 활용하여 대면적 및 유리 기판에 대응이 가능한 RGB 방식의 1,867ppi급 OLED 발광층 패턴 기술을 개발하였다. 용액공정을 통한 마이크로채널(micro-channel)의 미세 패턴 형성 기술과 광열변환층(LTHC)과 IPL(intense pulsed light)을 이용하여 나노박막 증착기술을 이용한 고해상도 OLED 발광층 패턴 기술을 개발하였다.

국내는 세계적 OLED 기술과 시장을 선도하고 있는 삼성디스플레이와 LG디스플레이에서 유리 기판에 OLED을 제작하는 OLEDoG 방식으로 기술을 선보이고 있으나, 국내 중소기업에서는 활발히 기술개발이 진행되고 있지는 않다. 그러나 국외의 여러 기업에서는 ‘OLED 마이크로디스플레이’라고 불리는 Si-wafer 기반의 CMOS 공정을 이용한 백플레인 위에 OLED를 제작하는 OLEDoS에 대한 연구를 20년 이상 활발히 진행해 왔고, 일부 업체는 실제 제품을 양산 및 판매하고 있다.

먼저 미국의 eMagin社에서는 OLED 발광층을 직접 형성하는 RGB OLED 방식의 HMD용 디스플레이를 개발하고 있다. 컬러 필터가 필요 없으므로 더 높은 휘도를 낼 수 있고, 효율도 증가시킬 수 있다. <그림 10>은 eMagin社의 RGB OLED 방식의 고해상도 OLED 관련 특허로 SID(Society for Information Display) 2016 및 SID 2017 학회에서 발표되 내용이다. 고해상도 패터닝을 위해서 스텐실 리소그래피를 이용하여 FMM과 유사한 고해상도의 마스크를 개발하였다. SID 2016에서 2645ppi급 고해상도 OLED를 발표하였고, SID 2017년도에는 1.06인치 2048 x 2048(2K x 2K) 해상도의 500cd/m2 밝기의 full color OLED 디스플레이를 소개하였다.

Kopin社는 웨어러블 헤드셋 관련 다양한 제품 및 기술을 개발하는 미국 기업으로 최근 중국의 BOE 등과도 협정을 맺어 HMD용 고해상도 OLED 패널을 개발 중이며, 최근 1.3인치 2.6K OLED를 개발했다고 발표하였다.

일본의 세계적인 전자회사인 Sony社는 2011년도부터 HMD용 고해상도 OLED 디스플레이를 개발하고 있으며, 백색 OLED 위에 컬러 필터를 적용하는 방식으로 기술을 개발하고 있다. 2018년 SID에서 4,032ppi급(픽셀 크기 6.3㎛)의 초고해상도 패널을 선보이는 등 HMD용 고해상도 OLED 관련 기술을 선도해 나가고 있다.

프랑스에 위치한 MICROOLED社에서 2007년부터 HMD용 고해상도 OLED 관련 연구를 하고 있으며, 소비전력이 매우 작은 것부터 초고해상도의 고휘도 제품까지 고해상도 OLED 제품을 보여주고 있다. 또한, 독일의 국가 연구소인 Fraunhofer에서도 HMD용 고해상도 OLED 관련 연구를 오래전부터 하고 있으며, Si-wafer 기반의 CMOS 공정의 백플레인 위에 백색 OLED에 컬러 필터를 적용하는 방식뿐만 아니라, 전자빔(Electron-beam)을 이용하여 full color OLED 구현을 위한 OLED 패턴 관련 연구도 진행 중이다.

또한, 벨기에 IMEC 연구소에서도 포토리소그래피 방법으로 OLED 패턴 관련 기초 연구를 하고 있다.