- Blue LED를 백라이트유닛 광원으로 사용하며 퀀텀닷이 포함된 컬러필터 필름을 적용
- Blue 파장의 빛이 퀀텀닷 필름 통과 시, 퀀텀닷의 크기에 따른 빛의 파장 변화로 순도 높은 색상을 표현
●
Micro LED
- 기존 미니 LED 크기의 1/10 수준(100) 이하로 무기물을 이용한 자발광 LED 칩이 개개의 화소로 배열 - 이러한 Micro LED는 높은 전력효율과 빠른 반응속도, 긴 수명, 우수한 화질 및 시야각, 안정성, 유연화
등 차세대 디스플레이에 이상적인 특징을 보유
● 유연백플레인
- 유연백플레인은 유연기판 사용에 따른 낮은 공정온도, 고이동도, 균일성, 안정성 및 유연성이 충분히 확보되어야 함이 필수
- 기존 주요 소재인 금속, 실리콘, 산화물은 전기적 특성은 우수하지만 압력에 취약
- 현재는 저온 다결정 실리콘과 산화물 TFT가 상용화되었으며 유기물 기반 TFT 역시 지속적 연구 개발이 진행 중
● 유연기판과 저온공정
- 유연디스플레이용 기판으로 주로 고분자 기판 재료가 사용되며 요구 사항으로 유연성, 내열성, 내화학성, 배리어 특성, 낮은 열팽창 계수, 광학 특성 및 가격 경쟁력 등이 필요
- 공정온도에 구애받지 않는 소재를 기반으로 하는 유연 기판 형성 기술개발이 필요
● 봉지막
- 소자 내부에 흡습제를 같이 실링하는 캔 타입과 소자 상부에 방습특성을 갖는 소재 기반의 박막형으로 구분 가능
- 유연화를 위하여 유기와 무기 박막 기반의 다층 방습성 박막을 적용하고, 기존 산화물 기반 봉지 재료의 구조 변화를 통해 유연성을 확보하는 기술이 제시
● 투명유연전극
-ITO 투명전극은 전기적 특성 및 안정성이 확보되어 있으나 자체적인 유연성이 낮아 높은 유연성이 필요한 디스플레이에 활용이 불가능
- 따라서 그래핀, 투명전도성고분자, 금속그리드, 은 기반 나노와이어 및 파이버 등의 다양한 나노 기반 소재가 개발 중
● 인쇄전자 및 용액공정
- 인쇄전자 및 용액공정은 기존 진공증착 공정과 비교할 때 대면적 디스플레이 공정 시 높은 재료 사용 효율, 낮은 설비 투자비용 등의 장점을 보유하고 있으며, 이를 통한 시장 가격 경쟁력 확보가 가능
1.3. 잠재 수요 분야 및 기대효과
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OLED
시장- 시장 조사기관 IHS에 따르면, 유연(bended) OLED의 패널 시장은 모바일 기기에 유연 OLED 패널이 적용됨에 따라 2016년 35억 달러에서 2017년에는 123억 달러, 2018년에는 231억 달러로 전년 대비 각각 250%, 88%로 급격히 성장
-OLED 패널의 생산 능력 역시 2017년 기준 모바일용은 890만m2, TV용은 300만m2로 나타났으며 점진적 으로 제품 수요가 증가함에 따라 2022년에 모바일용은 3,190만m2, TV용은 1,820만m2의 생산 능력이 예상3)
3) 정보통신정책연구원, OLED 패널 시장의 변화 추세와 향후 전망 (2018)
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QLED
시장- QLED 패널 시장은 초대형 프리미엄 TV 시장을 중심으로 급격히 성장 중으로, 전 세계 QLED TV 판매량이 2019년 약 400만 대에서 2021년 약 850만 대, 2022년까지 약 1,000만 대를 넘어설 것이며, 향후 수년 간 QLED TV의 성장이 계속될 것으로 전망4)
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Micro LED
시장- Micro LED 산업은 차세대 디스플레이, 텔레비전, 헤드업디스플레이, 통신, 의료/바이오 시장 등의 영역에서 신시장 창출이 형성
- MarketandMarkets에 따르면, 2017년 추정된 시장 규모는 2억 5,000만 달러 규모에서 2025년까지 연평균 70%의 성장률, 199억 달러 규모로 성장할 것으로 전망된 바 있으나 아직 시장이 형성되지 않은 상황5)
1.4. 해결해야 할 기술 이슈
● 유연
OLED
- 산소와 수분에 취약한 유기물 특성상 소자수명이 짧고 기존 진공증착공정을 통한 대형화가 상대적으로 어려우며, 기술 발전단계 대비 낮은 수율로 인해 고가라는 단점을 보유
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QLED
- 양자점을 필름 혹은 컬러필터에 적용하여 색순도를 개선하는 기술은 상용화 단계이나 복잡한 구조와 디스플레이의 두께가 증가
- EL 방식의 경우 양자점 픽셀 패터닝 기술과 재료 소재 측면에서의 발광 효율 문제가 극복되어야 함이 중요
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Micro LED
- Micro LED 패널과 칩(광원) 제조기술, 전사 기술이 핵심이나 아직 초기단계로 연구개발이 진행 중 - 낮은 기술성숙도와 높은 가격이 상용화에 난제로 작용
표 1 주요 기술 및 이슈
구 분 기술별 이슈
디스플레이 종류 (OLED, QLED, Micro LED)
다양한 발광 소자의 나노소재 원천 기술 발광 재료의 효율 및 안정성 개선 기술
나노 결정, 구조체를 통한 고효율 발광 소자 개발 기술 공정 안정성 확보 및 대형화 기술
4) IT 조선, QLED vs OLED, 심화되는 삼성･LG 프리미엄TV 대전 (2019.05.11.)
구 분 기술별 이슈
디스플레이 구성 요소 (백플레인, 봉지막, 기판, 투명전극)
유연 소재, 나노 구조 도입을 통한 유연 TFT 개발 기술 나노소재 및 구조를 통한 대면적 투명유연전극 기술 공정 온도 한계를 극복한 투명유연기판 형성 기술 유연･습식 공정이 가능한 봉지막 개발 기술 인쇄전자 및 용액 공정
발광부의 균일한 마이크로/나노 박막 형성 기술 미세 패터닝 기술
재료의 수명 및 효율 특성 향상 기술
적합한 용해도를 가지는 용매 개발 및 잔류 용매 제거 기술
2 기술 동향
2.1. 국내 동향
●
KAIST
- 화학 기상 증착법으로 layer-by-layer 그래핀 전극을 제작하고 전하 수송과 기계적 특성을 향상시키기 위하여 전기도금 방식을 통해 Au 나노 입자로 defect healing 처리6)
- 이를 유연 OLED 소자에 적용시킨 결과, 전기도금 처리를 하지 않은 소자에 비하여 외부 양자효율과 휘도가 각각 2.54%, 3705.6cd/m2 만큼 향상된 것을 확인
● 한국과학기술연구원
-Inkjet printing과 transfer 공정을 이용하여 전 용액공정으로 PEDOT:PSS 전극 및 Ag reflective 전극을 패턴화하고 Polymer LED를 제작하여 10.4
의 전류효율과 높은 기계적 안정성을 획득7)● 덕산 하이메탈
-Ag 나노와이어에 ZnO를 코팅한 Ag/ZnO 코어/쉘 형태의 전극과 ITO전극을 이중으로 쌓아 OLED를 제작8)
- 레퍼런스 소자와 비교했을 때, 1,000cd/m2 일 때 전력효율이 86% 향상된 것을 확인
6) Adv. Funct. Mater., 28, 1704435 (2018) 7) Adv. Funct. Mater., 29, 1902412 (2019) 8) Small, 14, 1800056 (2018)
2.2. 해외 동향
● 난징대학교
,
중국- 양자점(QD) colloidal CsPbBr3잉크를 사용하여 제작한 페로브스카이트 QLED의 최대 외부양자효율은 11.6%, 내부양자효율은 52.2%, power efficiency 44.65 lm/W로 확인9)
●
IMEC,
벨기에- 7층의 포토리소그래피 공정을 기반으로 배리어 특성을 가진 폴리이미드에 IGZO TFT 기반 전면발광 AMOLED를 제작10)
- 연속 작동에 비하여 이미지 콘텐츠에 따라 low-refresh 작동으로 전력소모가 최대 50%까지 감소하는 것을 확인
●
Hisense,
중국- 4K 해상도를 가지는 145인치 크기의 Micro LED 기반 ‘아도니스 MD(모듈러 디스플레이)’를 개발하여 CES 2019에서 전시11)
3 시사점(기술수준)
● 전반적인 나노유연발광소자 기술수준은 약
90%
수준- 산업기술평가관리원에 따르면 2017년 디스플레이 기술 수준은 96.4%로 확인
- 유연 발광 패널 기술은 국내 기업인 삼성디스플레이와 LG디스플레이에서 최고 기술수준을 보유하고 있으며, OLED의 경우 세계 중소형 모바일 시장의 90%대를 점유 중이며, 2021년에 10.5세대 OLED 양산 라인을 구축할 예정
- 유연기판 형성기술의 국내 기술수준은 80% 정도로써, Colorless Polyimide(CPI) 제품을 국내에 납품하는 외국 기업은 Sumitomo이며, 국내 기업으로는 코오롱에서 유사한 수준으로 우수한 내열성(294~400℃), 투과도(90% 이상) 수준으로 향상시킨 CPI 개발에 성공하여 양산 중
- 인쇄전자 및 용액 공정 기술의 수준은 70% 정도로써, 미국 Kateeva사의 잉크젯 프린팅과 화학기상증착 기술이 결합된 장비는 삼성디스플레이에서 하이브리드 봉지막 제작에 적용되었으며 국내 기업인 STI에서분사를 통해 미세 패턴을 형성, 50% 원가 절감이 가능한 장비를 개발
- 박막봉지(TFE) 기술수준은 90% 정도이며, 미국은 AMAT에서 디퓨전 배리어 필름을 통한 낮은 침투율의 장비를 개발하였으며 AP시스템에서 3개 유･무기층 기준 두께를 5μm에서 1μm이하로 유연화에 최적화
9) Adv. Mater., 30, 1800764 (2018) 10) Journal of the SID (2017)