디스플레이용 QD 소재 기술 동향 및 향후 추진 방향

디스플레이용 QD 소재 기술 동향 및 향후 추진 방향

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목차

1. QD 디스플레이 기술 현황

2. QD 디스플레이 요소 기술

3. 결론 및 시사점

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1. QD 디스플레이 기술 현황

QD 소개

★ QD는 양자화된 에너지 특성이 관찰되는 수 나노미터(nm) 크기의 반도체 입자임. 아래 좌측 그림에서 보듯이 bulk 반도체 물질이 nm 수준으로 크기가 줄어들면 양자화된 최외곽(Valence band) 및 전도대(Conduction band) 에너지 준위가 상온에서 관찰되기 시작함. 특히 이러한 입자의 크기가 보어(Bohr radius) 반지름과 유사한 크기로 작아지게 되면 밴드갭 에너지(Conduction band-Valence band)가 입자의 크기에 의해 좌우되는 양자구속효과가 발현되기 시작함. 예를 들어 같은 CdSe 반도체 물질이라도 크기를 제어하여 QD를 만들면, 적색부터 청색에 이르는 다양한 색깔을 구현할 수 있음

 

★ 아래 우측 그림은 이성분계 반도체의 밴드갭이 나타나 있으며, 디스플레이로 활용될 수 있는 가시광 영역의 에너지를 갖는 반도체는 카드뮴계(CdSe, CdS, CdTe), 아연계(ZnSe, ZnTe), 그리고 인화인듐(InP)가 있음

 

★ 카드뮴계는 그 중 가장 먼저 주목을 받은 재료로써, 우수한 발광 특성이 10년 전부터 보고되기 시작하였으나, 독성물질인 관계로 유럽환경규제(RoHS)에 의해 사용이 제한된 물질임. 따라서 현재 국내 업체는 우수한 발광특성의 InP를 개발하여 양산에 사용하기 시작하였음

★ 일반적인 화학 염료(organic dye)는 발광시 진동에 의한 에너지가 발광에너지에 혼합되어 넓은 스펙트럼의 발광 파장을 가짐. 따라서, 고색재현에 한계가 있음

★ 하지만 QD는 결정구조인 관계로 진동에너지가 염료대비 무시할 수준으로 작아, 좁은 스펙트럼의 발광 파장을 가지게 됨. 따라서 아래 그림과 같이 QD로 이루어진 RGB 스펙트럼은 W-OLED 대비 색깔이 굉장히 구별되게 뚜렷하여, 높은 색순도를 가질 수 있음

★ 이러한 inorganic 특성을 가진 QD는 색순도 뿐 만 아니라, 안정성 면에서도 우수함을 나타내어 차세대 디스플레이 발광 소재로 각광 받기 시작함

 

QD 디스플레이 분류

★ QD 기반 디스플레이의 로드맵(Roadmap)은 다음 그림과 같음. 현재 판매중인 LG전자의 QNED 및 삼성전자의 QLED는 1세대 QD 필름(Quantum dot enhanced film, QDEF) 기술임. 이 기술은 QD가 분산되어있는 고분자 복합체를 사출한 필름을 기존 LCD의 도광판 위에 삽입하여 색순도를 증대시킨 기술임. QDEF는 2014년 미국 아마존 Kindle 제품에 Nanosys CdSe계 QD를 적용하여 처음 출시되었고 이후 국내에서는 비독성 InP QD를 2015년 삼성 SUHD(QLED의 전신) TV로 처음 출시하였음. 삼성은 2016년 이후 QLED TV라는 제품군으로 이름을 바꾸어 판매중임. 중국은 Nanosys社의 CdSe QD로 구성된 3M의 QDEF를 적용한 TV를 2016년 초 TCL에서 선보였음

★ 1세대 QDEF 기술 이후 삼성디스플레이에서 2세대 기술인 QDOG(Quantum dot on glass) 기술이 적용된 패널을 HP에 공급하여 2018년 모니터로 출시하였음. 이 기술은 QD-고분자 복합체가 필름 형태로 삽입된 것이 아니라, LCD 도광판 위에 코팅이 된 형태임. 따라서 제3의 필름업체로부터 QD필름을 사서 조립하지 않고, back-plane 담당하는 업체에서 고부가가치 QD 부분을 내재화하여 공정을 진행하므로 추가적인 이윤 창출이 가능해짐. 기존 QLED TV는 삼성전자 VD사업부에서 LED backlight, 도광판부터 고부가가치 부품인 QDEF까지 직접 공급라인 및 제조를 담당하였고, 따라서 삼성디스플레이는 상대적으로 저부가가치인 polarizer, 액정, 컬러필터 부분의 패널만 VD에 공급하였음. 따라서 삼성디스플레이 입장에서는 고부가가치 영역인 QD 부품을 자체 패널에 포함시켜야 할 필요가 있었고 이에 따라 QDOG 구조를 개발하였음. 하지만 이러한 QDOG는 QDEF에 비해 기술적인 진보성은 약하고, 대형화 공정의 한계가 있음. 현재 QDOG 모니터는 단종이 된 상태이며, QDEF 적용된 모니터만 HP社 프리미엄 제품군에 적용되어 판매가 되었으나, 현재 해당 제품은 판매가 중단되었음

 

★ 기존 1~2세대 QDEF는 LCD 플랫폼에 적용되어 LCD의 한계인 낮은 명암비와 좁은 시야각을 지녔던데 반해, 3세대 QDCF 기술은 청색 OLED 기반으로 광변환을 하는 형태. 따라서 OLED 수준의 우수한 명암비를 보유할 것으로 예상되며, LCD 하부에 QDEF가 위치하여 LCD의 시야각을 추종하는 1세대 QDEF 대비, CF에서 광변환을 하면 180도에 가까운 시야각을 확보할 수 있음. 또한 차세대 Nanorod 기반 광원 위에 적용하려는 연구가 삼성 디스플레이에서 진행중. 아래 그림은 QD-OLED, QD-Nanorod 기술의 모식도이며 QD-OLED는 2021년 말 혹은 2022년 초 양산을 목표로 개발중. QD-OLED가 고비용의 패널 단가 문제로 판매가 원활하지 않을 경우, QD-NED로 전환할 계획을 가지고 있음

 

★ QD-NED는 최근 삼성디스플레이가 국민대 도영락 교수로부터 특허권을 획득한 기술로, wafer 위에 성장한 P-N junction 구조의 nanorod를 수거하여, 잉크화 한 뒤, 잉크젯 공정에 의해 화소에 주입 후 전기장을 통해 nanorod 정렬을 해야하는 기술임. 전극 위 정렬된 nanorod에 전류를 흘리면, P-N junction 부분에서 빛이 나오는 nanorod 형태의 LED가 됨. 따라서, 기존 wafer 기반 증착 공정에, 잉크젯 공정을 결합한 hybrid 공정 형태로, 대면적이 불가능했던 wafer 기반 소자를 대형 디스플레이에 적용할 수 있는 최초의 기술임

 

★ 하지만, QD-NED는 화소 내에 얼마나 정확한 수의 nanorod가 정확히 정렬되었는지가 균일한 발광을 결정하므로, 해당 정렬 기술 및 산포 관리가 아직 양산성을 확보하지는 못하였음

★ 기존 1~3세대 QD 기술은 에너지가 높은 청색광을 적색 혹은 녹색으로의 광변환을 하는 Photol㎛inescence(PL) 기술인데 반해, 4세대 QDEL은 OLED와 마찬가지로 전류로 구동하여 발광하는 기술임. 즉 여기광에 의한 광변환이 필요 없는 자발광이며, 구조 및 발광원리는 OLED와 유사함

★ 1~4세대 QD 디스플레이에 대한 장점 및 단점 등은 아래 표와 같음

디스플레이 시장 현황

★ 디스플레이 시장은 연간 4% (CAGR) 성장하는 산업임

★ 중·대형인 TV 모니터 시장과 기타 모바일, 테블릿, 차량 등의 디스플레이 비율은 금액 기준 유사. 대형 및 소형 디스플레이 모두에서 LCD 점유율 하강 및 OLED 상승이 눈에 띔. 다만, 소형 디스플레이 분야는 그 변화가 더 급격함

★ LCD 시장에서 국내 업체의 점유율이 가파르게 하락하는 추세이며 중국이 이 시장을 대체하고 있음. 따라서 국내 패널 업체는 빠르게 LCD 사업을 철수하고 있고 프리미엄 TV로 대응해야 함을 알 수 있음

★ 아래는 모바일 디스플레이 시장에선 OLED 비율이 현재 31%이며 지속적으로 증가하될 것으로 예상하고 있음

★ 아래 가격대별 시장 점유율 그래프에서 확인할 수 있듯이 중국은 저가 중심, 한국은 고가 중심으로 재편되었음. 이는 삼성의 QLED TV, LG의 OLED TV 판매가 상당 부분 반영된 것으로 판단됨

 

QD 디스플레이 시장 현황

★ 대형 OLED 패널을 안정적으로 제조할 수 있는 업체는 아직 LG 디스플레이 뿐이며, LG 디스플레이의 OLED 패널 공급 받아 자사의 프리미엄 TV로 판매하는 업체는 Sony, Panasonic, Loewe, Bang&Olufsen, Skyworth, ChangHong 등이 있음. 반면, QLED를 사용하는 진영은 삼성, TCL, Hisense 등이 있으며 기술 문턱이 낮아 중국 패널업체도 자체 공급라인으로 QD 필름을 제조, TV에 적용하고 있음

 

★ 2020년 기준 판매량 기준 QLED TV가 (~800만 대) OLED 패널 (~500만 대) 보다 우위에 있음

★ 2018년, 2019년 연속으로 전 세계 TV 시장은 역성장하였으나 QLED, OLED TV는 지속적으로 성장 중. 이는 방송 품질의 고급화와 고품질의 디스플레이 수요를 반영함. IHS 마켓 등 시장조사업체들의 분석에 의하면 디스플레이 시장의 고급화는 이미 보편화되기 시작하였으며 이 기조는 계속 이어질 것으로 전망

 

★ 다음 그림은 QD 형태별 디스플레이 전망을 보여줌. 2022년부터 QDCF 기술이 상용화될 것으로 예상하고, QDEL기술은 2028년에 이르러서야 시양산이 예측이 됨. 또한 2024년에 LED 위 QD-resin을 도포하여 광변환을 하는 On-chip type의 시장이 형성될 것으로 예측 되나 아직 LED 바로 위, 높은 광량과 온도에서 QD의 안정성이 확보될지는 미지수

 

2. QD 디스플레이 요소 기술

QD 소재 기술

★ QD는 양자구속 효과에 의하여 입자 자체 크기에 따라 고유 에너지가 달라짐. 따라서 아래 그림과 같이 크기에 따라 발광 파장 조절이 가능하며 그중, 가시광 영역에서 사용되는 QD은 카드뮴셀레나이드(CdSe)와 인화인듐(InP) 임. 하지만 국제 유해물질 제한지침(Restriction of Harzardous Substances. RoHS)에 따라 디스플레이 분야에서는 비카드뮴(이하, Cd-free) QD 특히 InP 조성으로 QD가 합성, 양산되어 사용되고 있음

★ QD은 주로 콜로이달(colloidal synthesis) 방법으로 합성. 즉 금속 및 비금속 전구체를 유기용매에 분산시켜 고온(250~350)에서 반응시켜 분자 단위의 전구체를 양자점으로 성장시킴. 이렇게 생성된 양자점 혹은 코어 물질 위에 보호층인 이종 반도체 재료를(쉘, shell) 성장시킴으로써 안정한 빛을 발할 수 있는 코어/쉘(core/shell) 구조를 형성할 수 있음. 아래는 InP 코어 위에 ZnSe의 첫 번째 쉘, ZnS의 두 번째 쉘을 형성한 구조임

★ QD 크기에 따라 발하는 파장이 달라지므로, 크기 균일도가 저하되면 색순도가 떨어짐. 따라서 균일한 색순도가 만들어지도록 같은 배치에서 최대한 유사한 크기의 QD을 합성하는게 핵심 기술. QD의 파장 반치폭(Full width at half maxim㎛, FWHM)이 줄어듦에 따라 적색, 녹색의 색좌표가 변화되는데 반치폭이 줄어들수록 표현하는 색 영역이 늘어남

 

★ 크기 균일도를 유지하면서 고효율의 QD를 대량으로 합성하는 기술 및 반응기 설계가 필요. 또한 합성된 유기용매 안에는 미반응 전구체과 반응 잔여 불순물이 포함되어 있는데 이를 효율적으로 제거하기 위해 정제 기술이 요구됨

 

★ 청색 QD 소재는 Te이 도핑된 ZnSe가 학계에서 연구가 되고 있으나, 안정성이 떨어지는 단점이 존재. 따라서 신규 청색 소재에 대한 연구도 부가적으로 필요함

QDCF 요소 기술

★ 삼성디스플레이에서 개발하려는 Blue-OLED 위 QDCF의 QD 색변환 화소 구조 및 공정 모식도는 아래 그림과 같음

QDCF 요소 기술 

★ 한 층의 Blue-OLED로는 휘도 및 안정성을 확보할 수 없어 다층의 Blue-OLED(tandem 구조)가 발광원으로 사용될 것으로 예상. 개발 초기에는 a~e) 과정의 photolithography 기반으로 QDCF를 양산공정으로 진행하였고, 현재는 inkjet 방식을 개발하고 있음. 또한 QDCF 만으로는 잔여 청색광을 모두 차단할 수 없어, 기존의 흡수형 컬러필터가 QDCF 위 존재할 것으로 예상

 

★ QDCF는 경화성 복합 수지안에 QD 및 산란체가 분산되어 있는 형태임. 이를 위하여, 경화성 모노머(monomer), QD 분산 리간드의 개발이 필요함. 잉크젯 프린팅 과정에서 QD 응집, 모노머 기화에 의한 노즐 막힘이 큰 이슈가 되고 있으며 이를 위하여 다양한 모노머, 리간드 등이 탐색 되고 있음

 

★ 아래는 QDCF 두께에 따른 광량 변화를 나타냄. 즉, 10㎛ 수준의 CF가 되어야 최대 광량에 도달함을 알 수가 있으며, 이는 기존 CF의 ~2㎛ 수준의 두께 대비 상당히 두꺼움을 알 수 있음. 최근 발표된 특허에 따르면 무게 기준, QD함량은 30~40%에 달함을 알 수 있음. 즉 해당 높이에서 30~40%의 무게가 QD임을 감안하면, QD의 생산단가가 디스플레이에 큰 비중을 차지할 것으로 예상 됨

★ 차세대 QD는 더 적은 함량 및 QDCF 두께에서 충분한 광변환을 할 수 있도록, 흡수도가 증대되어야 함. 이러한 QD를 개발하려 학계에선 최근 다양한 QD, 예를들어, ZnSeTe, InGaP, AgInS 등의 소재가 지속적으로 연구되고 있으며, 이는 기존 InP 시장에 진입하지 못한 소재 업체에겐 새로운 기회가 될 것으로 예상됨

 

★ 최근 다양한 QD 리간드 및 QD-ink 특허가 공개되고 있음. QD는 리간드에 의한 표면 특성 변화 그리고, 아크릴계 모노머에 대한 분산성 확보가 필수. 따라서, 다양한 리간드들과 이에 적합한 경화성 모노머가 테스트 되고 있음. 경화성 모노머 내 더 많은 함량의 QD를 분산시키는 것이 당면 과제라 할 수 있으며, 이를 위해 분산성을 부여하는 리간드에 대한 연구가 지속적으로 요구됨. 또한 QDCF는 잉크젯 공정으로 형성되어야 하므로 젯팅성을 갖추면서 QD 분산성 및 경화성이 높은 적합한 모노머를 개발하는 것이 필수

 

★ 포토레지스트는 일본의 대표적인 수출 소재이며, 그 중 EUV 포토레지스트는 특히 일본 수출 규재 중 한 품목임. 현재 QDCF에 사용되는 모노머도 일반산 소재가 주로 사용되고 있는 것으로 여겨짐. 따라서 미래에 있을 수도 있는 수출 규재에 대비하여, 포토레지스트 및 잉크에 대한 기술자립화와 지재권 확보가 필요함

 

★ 고비용 Tandem 구조의 Blue-OLED 대체할 기술로 Nano-rod 기반의 새로운 청색 발광원이 최근 각광받고 있음. 이 기술은 웨이퍼에 성장한 GaN 막을 에칭하여 생성된 sub ㎛(직경 기준) 크기의 rod 형태의 LED를 회수한 다음, 잉크화 후 잉크젯 프린팅 방법으로 각 픽셀에 align 하는 기술임

 

★ Nanorod는 전류구동이므로 자발광으로 동작하며, 이렇게 발현된 청색 광원 위 QDCF에 의해 광변환하는 QD-Nanorod 구조 역시 디스플레이 업계에서 활발하게 연구 중임

★ 만약 이 기술이 현실화 대면, 다층 Tandem 구조의 Blue-OLED 대비, 여기광 구조가 굉장히 단순화 될 것으로 판단되고, 따라서 NED 기반 QDCF는 Blue-OLED 대비 생산원가 측면에서 상당히 유리할 것으로 판단됨

 

전기구동 QD 발광다이오드(QDEL) 디스플레이 기술

★ OLED 소자는 양 전극에 전기를 주입하면 전자 및 정공이 전하수송층을 통하여 발광층으로 전달되고 발광층에서 두 전하가 결합하여 빛을 발하는 원리임. QDEL도 발광층 소재가 유기분자에서 QD로 바뀌었을 뿐 동일한 구동 원리임

 

★ QDEL 디스플레이가 성공적으로 구현되면 OLED와 같이 자발광에 의한 무한대에 가까운 명암비를 구현할 수 있음. 기 개발된 적색 QDEL 소자는 이론적 한계치에 가까운 21.4%의 효율과 100,000nit의 휘도와 100nit 기준에서 백만 시간의 장수명을 구현하여 Nature지에 발표하였음. 또한 2020년 Nature지에 발표한 청색 QDEL 소자의 경우 20.2%의 효율과 88,900 nit의 휘도와 100nit 기준에서 만 오천 시간의 소자 수명을 달성하였음

★ 하지만 이러한 단일 소자의 성능을 패널 수준에서 구현해야 하는 것이 숙제. OLED와 달리, QDEL은 증착 공정만으로 소자를 구현할 수 없고, 발광층인 QD층은 특히 잉크젯 공정으로 형성되어야 함. 잉크젯 공정을 위해서는 spin-coating 기반 단위 소자 제작과는 달리 일반적인 toluene, hexane 등의 용매는 휘발성이 강해 사용이 불가능. 따라서 잉크젯 노즐 막힘의 이슈로부터 자유로운 QD의 용매 선정이 우선시 되어야 함

 

★ 용매선정에 있어 추가적으로 고려해야할 사항은 커피링 효과억제임. 커피링 효과는 잉크 방울이 휘발될 때, 미세입자가 (여기서는 QD) 모세관 효과에 의해 가장자리로 몰리는 효과임. 따라서 커피링 효과는 화소 균일도에 영향을 미치며, 균일도는 소자 안정성에 영향을 미치므로 적절한 용매 선정은 굉장히 중요한 요소이며 이를 개선하기 위해, 휘발점이 다른 혼합용매의 사용이 권장되고 있음

 

★ 휘발성 뿐 아니라, 안정적인 젯팅을 위해서는 용매의 점도, 표면장력 등도 미세한 조정이 필요함. 가령 적절치 않은 용매가 사용될 경우, 잉크 토출이 안 될 수도 있고, 혹은 난류성 및 불균일한 크기의 잉크 방울 형성 등이 있을 수 있음. 이러한 젯팅성을 억제하고 안정적인 잉크젯 젯팅을 위해서는 용매의 점도 및 표면 장력이 적절한 수준으로 관리되어야 되며, 이와 관련된 지표로는 레이놀즈 수(Reynolds number)와 오네소르지 수(Ohnesorge number)가 있음. 이러한 정량적 지표 및 휘발성을 고려해 적절한 혼합 용매를 찾는 것이 우선시 되어야 함

 

★ 아래 모식도의 오른쪽 그림은 바닥 및 격벽과 잉크의 표면장력이 적합하지 않을 나타나는 pile-up 현상을 보여줌. 이러한 경우 적절한 친수성(UV/ozone) 혹은 소수성 표면처리를 통해, 격벽 및 바닥의 표면에너지를 제어할 필요가 있으며, 이러한 표면처리 기술 및 격벽 형성 기술 역시 관심을 가져야 할 분야임

★ OLED는 이미 양산화를 성공한지 십여년에 이르는 만큼 전자 및 정공수송층에 대한 기술적인 완성도가 높음. QDEL은 아직 개발 초기 단계로, QD 에너지 준위에 적합한 전자 및 정공 수송층 개발이 필요함. 전자수송층 중 ZnO계열 나노입자가 현재까지는 최고의 성능을 보여주고 있음. 특히 ZnO에 다양한 도핑(Li, Ga, Mg, Al)을 통해 전자수송층의 성능을 조정하여, 전체 소자의 효율을 끌어올리는 연구가 발표되었음. 다만, 박막형태의 ZnO가 아닌 나노입자 형태의 경우, QD와 마찬가지로 잉크젯 공정을 통해 수송층이 형성되어야 하며, 따라서 ZnO 나노입자의 합성, 정제법, 잉크화, 균일도를 잘 관리하는 것이 중요. 특히 ZnO 잉크에 사용된 용매가 기존 QD층을 녹이지 않아야 하며, 반대로 QD 잉크의 용매가 ZnO 입자를 녹이지 않는 orthogonal solvent 조합을 찾는 것이 중요함

 

★ 정공 수송층은 아직 유기분자 등이 자주 사용되고 있음. 최근 논문에 (ACSNano, 2018, 12, 10) 의하면, 유기 정공수송층으로 넘어온 전자에 의해 정공수송층의 안정성이 떨어지는 것이 소자 열화의 원인으로 드러남. 따라서, 보다 안정적인 정공수송층 혹은 전자의 주입을 차단하는 정공수송층 개발이 시급하며, 다양한 무기 공통층 재료 역시 탐색 되고 있음. 하지만 무기 공통층의 경우 가전도대역의 에너지 준위가 QD에 적합성이 떨어지는 것으로 보임. 종합하면, 전자수송층, 정공수송층은 아직 추가적인 재료 개발이 필요할 것으로 판단되며 용액공정으로 각 층의 박막을 형성할 경우, 층 별 용매가 타 층에 영향을 주지 않는 용매 선정이 필요함

 

★ 청색 QDEL 소자 성능은 위에 언급한 Nature지에 소개되었지만 100nit에서 만 오천 시간으로 아직 충분한 소자수명을 나타내지 못함. 현재 청색 QD은 ZnSe에 수% Te 원자가 도핑한 물질이 사용되고 있으나, Te를 포함할 경우 안정성이 크게 떨어지는 이슈가 있음. 따라서 안정성이 확보된 소재 개발이 추가적으로 필요한 실정. Nature지에 소개된 적색 QDEL은 효율과 수명이 어느 정도 확보되었음. 녹색 QDEL은 아직 좋은 성능을 보이는 자료가 부족함. 전기구동의 경우 QD로 들어오는 전자와 정공의 수의 balance가 중요함. 가령, 전자가 1개, 정공이 2개 QD로 들어올 경우, 빛이 나오지 않는 현상이 관찰됨. 이러한 현상이 녹색 QD가 적색 QD 대비 더 심하며, 적색 대비 녹색 InP의 core 크기가 작은 것이 그 원인임. 하지만 지속적인 연구를 통해 녹색 InP의 성능을 높이는 것이 필요하며 이와는 별개로, 다른 성분 구성의 QD 연구도 필요하다 판단됨

 

★ 앞서 소개하였듯이 잉크젯 공정을 도입하면서, 선택 가능한 용매의 수가 제한됨. 이에 따라 QD도 용매에 잘 분산하게 끔, QD 표면의 개질이 요구될 수 있음. QD는 QD의 주변에 붙어있는 유기분자들이 (리간드) 잉크 내 분산성을 결정함. 잉크 내 분산성이 확보되어야 잉크젯 공정 중 노즐 막힘 등의 문제로부터 자유로움. 하지만 분산성이 좋은 리간드의 경우, QDEL의 효율은 오히려 악화시키는 경향이 있음. 따라서, 분산성과 효율 둘 다 만족시키는 리간드 개발 역시 중요한 소재 개발의 한 분야임

 

★ 종합하면, 패널 형성은 소자 형성과는 달리 잉크젯 공정의 도입이 필수. 반면 잉크젯 공정에 따른 화소 간 그리고, 화소 내 불균일 정도를 최대한 억제하는게 당면한 과제라 볼 수 있음. 이러한 균일성 확보를 위해 소재 측면에서 뿐 만 아니라, 장비 측면에서도 각별한 개발이 필요함

 

★ 잉크의 건조 및 경화 공정에서 용매 불균일한 증발에 따른 평탄화 문제가 일어날 수 있음. 따라서, 대형 패널에 맞는 건조 및 경화 장비의 개발이 시급함. 또한 건조 후, 화소 내 평탄도를 검사할 수 있는 in-situ 광학적 검사 장비의 개발도 요구됨. QDEL의 각 층은 수십 nm 수준의 두께임. 따라서 수 nm의 불균일도 소자 특성에 큰 영향을 미침. in-situ 광학 검사에 의한 빠른 feedback, 이를 통한 re-work 작업등의 체계화가 양산 기술 개발에 한 축을 담당할 것으로 판단됨

 

★ QDEL은 QDCF 이후 개발이 완료될 예정이며 그만큼 기술적인 문턱이 아직까지 높음. 따라서, 학계 및 연구소에서는 QD 및 다양한 소재(용매, 리간드, 공통층)에 대한 선제적 개발이 필요하며, 산업계에서는 잉크젯 공정 기술, 격벽 소재 및 형성 기술, 그리고 건조/경화, 검사 기술 등 다방면에 있어서 개발이 이루어져야 함

 

 

3. 결론 및 시사점

QD 디스플레이 현재 기술 수준 검토 및 고찰

★ QD를 활용한 디스플레이는 크게 4가지 기술(QD 필름, QDoG, QDCF, QDEL)이 있음. 현재 1,2세대 QD 필름, QDoG는 이미 양산에 성공하였음. 이러한 필름 형태의 QD 기술은 LCD 기반이고 기술적 난이도가 높지 않아, 중국 역시 판매를 시작하였음. 현재 삼성 및 LG가 프리미엄 제품군에서 QD 필름을 적용한 TV를 판매중이나 가격 경쟁력을 앞세운 중국과의 대결에서 지속적인 우위를 점하는 것은 쉽지 않을 것이라 판단됨

 

★ QDCF 성공여부는 대형 디스플레이 시장에서 국내 패널 및 세트업체가 앞으로 5~10년간 프리미엄 디스플레이 시장에서 기술적 우위를 선점하는데 중요한 역할을 할 것으로 판단됨. 이를 위해 가장 중요한 요소 중 하나는, 생산원가 하락의 유도라 할 수 있음. 이를 위하여 현재 InP QD를 뛰어넘는 고흡수 QD의 개발 등으로, QD 함량을 낮추는 것이 필수. 또한 고단가의 적층형 Blue-OLED 대신 Nanorod 기반 디스플레이의 빠른 개발이 필요함

 

★ QDCF 이후 차세대 디스플레이 기술로는 QDEL이 있음. 이는 OLED와 마찬가지로 무한에 가까운 명암비 및 자유로운 폼팩터를 구현할 수 있음. 무기소재인 QD가 유기발광 소재 대비 다양한 측면에서 우수할 수 있으나, 아직 개발 초기인 만큼, 연구 개발을 통하여 더 높은 수준의 안정성을 확보 해야 함. 특히 QDEL은 단일 소자에서 구현된 성능이, 잉크젯 공정에 의한 대형 패널에서는 도달하기 쉽지 않음. 따라서 QD 소재 뿐 만 아니라 잉크젯 공정에 적합한 용매 선정, QD 리간드, 공통층 및 공통층 잉크, 격벽 등의 소재 분야에서 다양한 개발이 필요하며, 공정성 확보를 위해 잉크젯 프린팅 장비, 건조 및 경화 장비, 검사 장비 등 다양한 장비 분야의 개발 역시 동시에 필요함. 따라서 산업 전반에 걸쳐 다양한 노력이 필요하며 대부분이 개발 초기 단계라 할 수 있음. 따라서 산 학 연의 협동을 통해 지속적인 기술 개발 및 교류가 필요하고, 다양한 업체들로 하여금 우수한 소재 및 장비를 개발하도록 유도하는 것이 중요함

 

★ 디스플레이 로드맵에서 QDEL 이후는 아직 명확히 설정되지 않아, QDEL의 성공여부가 평판 디스플레이 산업의 최종 우위를 판가름할 중요한 잣대가 될 것으로 판단됨. 따라서 더 많은 자원의 투입으로 양산에 이르는 시간을 더 줄일 필요가 있음

 

 

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출처 : keit pd 이슈리포트