[디스플레이 이론정리 VII (마지막)] QD(퀀텀닷), 마이크로 LED, 잉크젯 프린팅 OLED

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QD(퀀텀닷), 마이크로 LED, 잉크젯 프린팅 OLED 알아보기

QD는 지름 수가 나노미터(nm) 이하 크기인 초미세 반도체 입자를 말한다. 무기물 소재로 중심체(core)와 껍질(shell)로 이루어지며 이를 고분자 코팅이 감싸고 있는 구조이다.

QD는 다양하고 순도 높은 빛을 발광한다는 점과 화학적 특성이 우수하다는 점에서 디스플레이, 태양전지, 바이오 센서, 양자 컴퓨터 등 다양한 분야에 사용될 것으로 전망되고 있다.

이 중 QD를 형광 물질 또는 발광 물질로 사용해 디스플레이의 특성을 향상시키거나 디스플레이 자체로 활용하는 것을 QD 디스플레이라고 한다.

QD가 독특한 점은 동일한 입자임에도 불구하고, 빛을 비추거나 전류를 공급했을 때 입자의 크기에 따라 발광하는 색이 달라진다는 점이다. 입자의 크기가 작으면 짧은 파장의 빛이 발생해 파란색을 띄고, 크기가 클 수록 긴 파장의 빛을 발생시키면서 빨간색을 발광하므로 다양한 색의 입자를 크기만 조절해 구현할 수 있다.

 

QD는 크게 2가지 방식으로 디스플레이에 적용된다. 빛을 받아서 다시 원하는 색의 빛을 내는 광발광, 전류를 받아서 스스로 빛을 내는 전계발광 방식이다.

업계에서는 파란색 자체 발광원을 기반으로 빨간색과 녹색의 QD 자체 발광층을 구현하는 QD 디스플레이를 연구개발 중이다. 발광원의 빛이 QD 발광층에 도달하면, QD 입자와 만나 재발광하는 방식이다. QD 디스플레이는 기존 디스플레이보다 높은 색재현력과 뛰어난 시야각을 구현할 수 있다.

 

마이크로 LED 디스플레이는 초소형 LED를 픽셀로 활용해 디스플레이 패널을 제작하는 기술이다. 마이크로 LED 디스플레이는 OLED와 유사하게 RGB 서브 픽셀이 자체 발광하는 기술이기 때문에 시야각이 우수하고 발광 효율이 좋으며 선명한 색을 얻을 수 있다. LCD와 달리 픽셀을 완전히 끌 수 있기 때문에 무한대의 명암비 구현이 가능하고, 응답속도 또한 무척 빠르다.

마이크로 LED는 EPI웨이퍼 라는 소재를 가공해서 생산한다. 먼저 웨이퍼를 칩 단위로 잘게 나눈 다음 전기 회로 기판 위에 옮겨 심는 방식이다.

 

잉크젯 프린팅 기술은 종이에 잉크를 뿌려 인쇄하는 것처럼 수십 피코리터 이하의 OLED 잉크를 분사해 디스플레이를 양산하는 방식이다.

진공상태에서 유기물을 기화시키는 증착방식과 달리 잉크젯 프린팅 기술을 사용하면 상압에서도 제조가 가능하며, 기판 외부에 떨어지는 잉크가 적어 재료 사용 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

잉크젯 프린팅을 위해서는 OLED 재료를 용매에 녹여 잉크의 형태로 변경해야 한다. OLED 재료가 녹아 있는 잉크는 잉크젯 헤드의 노즐을 통해 기판의 격벽 사이로 인쇄된다. 이후 건조 공정을 통해 용매를 제거하면 OLED 재료의 인쇄가 완료된다.

잉크젯 방식은 진공 증착 설비에 비해 대면적 설비를 제작하는 것이 상대적으로 쉽기 때문이다. 잉크젯 프린팅 방식은 아직 재료와 제조 기술에 대한 연구 개발이 더욱 필요한 단계에 있다. 디스플레이 업계에서는 향후 이 문제를 극복하면 인쇄 기술을 통해 OLED 디스플레이를 제작하는 시대가 열릴 것으로 기대하고 있다.