양자점(QD) 디스플레이 최근 동향

기사입력 2016.06.01 11:10
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1. 양자점(QD) 디스플레이 기술 개요
 
1) 양재점 디스플레이 개념

  ○ 양자점(Quantum Dot: QD) 디스플레이란 양자점을 형광물질 혹은 발광물질로 사용하여 디스플레이의 특성을 향상시키거나 디스플레이 자체로 활용하는 기술을 통칭

  ○ 현재 개발 방향은 ① 기존 OLED에서 발광층을 양자점으로 대체한 QLED(QD-LED) 기술과 ② 양자점을 형광체로 적용하여 LCD의 색재현율을 향상시키는 QD-LCD가 동시에 개발
  
      - QLED는 용액 공정에 특화되어 차세대 저가 고효율 OLED 소재로써 각광받고 있으며, 대학 및 연구계를 중심으로 활발한 효율 향상 연구 및 양산화 준비 단계
  
      - QD-LCD는 현재 주력 디스플레이로 사용되고 있는 TFT-LCD의 한계 중 하나인 색재현성을 손쉽게 끌어 올릴 수 있어 활발히 개발, 상용화되고 있는 상황
 
2) 양자점 디스플레이는 Hype Cycle 상에서 2단계로 진행

  ○ 5~10년 후에는 제품 생산이 안정화 단계에 접어들 전망
  
      - 양자점 디스플레이는 Hype Cycle 상으로 볼 때 현재 1단계에서 2단계로 나아가는 과정에 위치
 
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2. 기술 개발 동향 (QD-LCD 중심)
 
1) QD-LCD 디스플레이가 가지는 장점

  ○ 기존 LCD 대비 QD-LCD 디스플레이가 갖는 가장 큰 장점은 무엇보다 높은 색재현도
  
      - 색재현도는 일반적으로 “얼마나 자연색에 가까운 색을 나타낼 수 있는가”에 대한 내용으로 정의되며, 기술적으로는 디스플레이가 “색 좌표 상에서 얼마나 더 넓은 면적을 표현할 수 있는가”로 정의
  
      - QD-LCD는 색 좌표 상의 초록색 영역과 빨간색 영역에 대한 표현을 좀 더 순수한색을 지니는 모서리 방향까지 확대하면서 기존 색재현 영역보다 더 넓은 색재현 영역을 표시
 
      - 기존 LCD 패널은 NTSC(National Television System Committee) 규격기준 60~70%의 색재현율을 표현하는 반면, 양자점이 적용된 QD-LCD 패널의 색재현율은 100% 수준으로 OLED 패널과 유사
 
      - 색재현성의 상승으로 인해 좀 더 선명하고 자연색에 가까운 디스플레이가 가능하게 되면서 방송용 표준 카메라가 기록할 수 있는 색재현 프로파일(DCI)을 그대로 구현 할 수 있는 디스플레이가 가능

  ○ 전력 효율 상승에 따른 소비 에너지 감소, 즉 저전력 구동 가능
  
      - 기존백색 LED의 백색광을 컬러 필터로 변환하는 LCD 기술에 비해 백색광의 색순도가 높기 때문에 컬러 필터에서 통과하는 효율이 높아져 전체적인 디스플레이의 전력 효율이 상승

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2) QD-LCD 디스플레이는 크게 패키지 타입, 레일 타입, 필름 타입의 3가지 방향으로 개발

  ○ 패키지 타입은 LED 패키지에 직접 양자점을 실장하는 것으로 가장 구조가 간단한 장점을 지니고 있으나 LED의 발열 영향에 의한 열화 문제, LED 봉지 수지와의 상용성 문제 때문에 현재는 제품이 나와 있지 않은 상황

  ○ 레일 타입은 에지형 LED BLU에 적용 가능한 기술(on-edge 방식)
  
      - 레일(지름 수 mm의 유리관에 밀봉) 형태로 가공한 양자점을 청색 LED 바 앞에 덧대어 도광판을 통해 백색광을 형성하는 기술
  
      - 레일 형태로 가공하기가 까다롭고 발열하는 청색 LED 바로 옆에 양자점을 담은 유리관을 배치함에 따라 열에 의한 영향을 받기 때문에 내열성 향상이 해결 과제
  
      - 양자점의 소모량이 가장 적고, 대량생산이 가능하며, 제조비용이 저렴하여 TV 등 대형 LCD 디스플레이에 적합
  
      - 물리적인 유리고나이 추가되어 베젤에 민감한 소형 제품에는 적용하기 곤란
  
      - 현재 이 방식은 미국의 QD Vision 사가 상용화하여 일본의 Sony가 이를 적용한 TV를 출시하였고, 국내에서는 LG디스플레이가 2010년 QD Vision과 개발 및 생산에 관한 업무 협약을 체결

  ○ 필름 타입은 양자점을 필름으로 형성하여 청색 BLU 모듈의 도광판 위에 배치하는 형태(on-surface 방식)
  
      - 양자점을 수지에 분산시켜 시트화하고, 이를 2장의 배리어 필름으로 감싼 양자점 필름을 도광판 위에 배치하는 방식으로, 이때 배리어 필름은 양자점의 문제점인 수분이나 산소에 의한 열화를 억제
  
      - 청색 LED는 레일 타입에서와 같이 도광판의 측면에 배치하여, 청색 LED의 빛이 도광판에 거쳐 양자점에 도달하므로, LED로부터의 열의 영향이 적고, 신뢰성을 확보하기가 용이
  
      - 얇은 필름 형태이기 때문에 소형 LCD 패널에서도 크기나 두께, 구조의 변화 없이 적용 가능하며, LCD 모듈 공정에서도 큰 차이가 없어 기존 공정에 적용하는 것이 용이
  
      - 필름 형태여서 소형부터 대형까지 다양한 화면 크기에 대응할 수 있으나 양자점 사용량이 많아 현재까지는 소형 모듈에 적합
  
      - 현재 이 방식은 미국의 3M사가 Nanosys사와 공동으로 태블릿 단말을 타깃으로 하여 QDEF(Quantum Dot Enhancement Film)라는 제품명으로 상용화

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3) 카드뮴을 사용하지 않는 Cd-free 기술, 신뢰성 향상 기술, HDTV 표준과의 상충 문제 등은 해결 과제

  ○ 현재 가장 성능과 신뢰성이 좋은 양자점은 카드뮴 기반의 양자점으로, 모든 QD-LCD 제품에는 카드뮴이 포함되어 있는 상황이나 이 문제는 곧 해결될 것으로 기대
  
      - 카드뮴을 유해물질로 지정한 유럽 RoHS에서는 2016년까지 카드뮴 디스플레이에 대한 사용을 1 제곱미터 디스플레이 면적당 10g 이하까지는 유예해 준 상태이지만, 지속적으로 유예를 중단하라는 요구가 유럽 각국에서 나오고 있는 상황
  
      - 미국 화학업체 Dow Chemical은 비카드뮴계 양자점 개발·제조 업체인 영국 Nanoco로부터 카드뮴 없는 양자점의 제조, 판매에 대한 글로벌 독점권을 확보(2013년 1월)한 데 이어 20년에 세계 최초로 비카드뮴계 양자점을 양산한다는 목표로 국내(천안)에 생산 시설을 구축중
  
      - 3M도 카드뮴 함량이 100ppm 이하인 양자점 제품을 개발 중이며, 2015년부터 카드뮴 프리 제품을 양산할 계획

  ○ 양자점이 고분자 수지 속에 복합화 된 이후에도 공기중의 산소와 수분으로 인한 지속적 산화로 서서히 성능이 열화되기 때문에 신뢰성 향상을 위한 기술이 필요
  
      - 신뢰성 개선을 위해서는 배리어 특성이 우수한 소재로 복합막을 형성하여 제조하는 등 추가적인 구조 개발과 소재 적용이 필요한 상황

  ○ HDTV 표준과의 상충 문제는 현재 방송 표준인 Rec. 709 표준이 낮은 색재현돌르 갖는 sRGB에 맞추어 졌기 때문에 발생하는 문제
  
      - Adobe RGB 등의 높은 색재현도를 나타낼 수 있는 QD-LCD 기술이 현재 HDTV 표준인 Rec. 709에 적용되면 입력 색좌표와 출력 색좌표가 달라져 전체적인 색상 왜곡 발생이 가능
  
      - 이를 해결하기 위해서는 방송 표준 자체를 Adobe RGB나 DCI 등 고 색재현 입력신호로 바꾸어 주어야 최적의 자연색을 뽑아낼 수 있는 상황

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3. 시장 동향 및 전망
 
1) 시장 동향

  ○ 전술한 바와 같이 레일 타입 및 필름 타입의 QD-LCD를 적용한 제품이 이미 시장에 출시된 상황
  
      - SONY는 2013년 상반기부터 QD Vision과 기술제휴로 레일타입의 QD-LCD를 적용한 TV(Bravia X9200A 시리즈, W900A 시리즈) 및 스마트폰(Xperia Z1, Z2) 출시
  
      - 중국의 Hisense도 CES 2014에서 양자점 디스플레이를 탑재한 85인치 UHD TV 전시
  
      - Amazon은 2013년 11월부터 3M과 Nanosys가 공동 개발한 필름 타입의 QD-LCD를 적용한 7인치 및 8.9인치 Kindle Fire HDX 모델 출시
  
      - Apple의 경우 차기 스마트폰인 “아이폰 6”에 양자점 디스플레이 기술이 적용될 수 있을 것으로 언론에 보도되며 그 가능성에 이목이 집중

  ○ 국내에서는 QD-solution, Nanosquare 등 두 기업에서 나노 양자점을 합성하고, 이를 QD-LCD 부품에 적용하기 위한 연구를 진행하고 있으며, 삼성전자, LG전자, 삼성디스플레이, LG디스플레이 등이 관련 제품의 적용을 위해 활발하게 검토를 진행
  
      - 관련하여 현대증권은 2014년 하반기에 삼성전자, LH전자가 UHD TV 패널에 양자점 필름을 적용한 UHD TV를 출시할 것으로 예상
  
      - 한편, Dow Chemical이 비카드뮴계 양자점을 국내에서 양산하기로 결정한 배경에 “한국 기업들이 가장 활발하게 적용을 검토”하고 있다는 점이 한 요인으로 작용

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2) 시장 전망

  ○ 양자점 디스플레이 시장은 2014년 하반기에 점차 개화되어 2015년부터는 본격적인 시장 확대가 기대됨
  
      - 현대증권은 2014년 하반기부터 우리나라를 비롯한 미국, 일본 및 중국의 글로벌 IT 업체들이 TV, 모니터, 태블릿PC 등 기존 LCD 백라이트(BLU) 기술에 양자점 디스플레이 탑재를 준비하고 있는 것으로 분석

  ○ 시장조사기관 IHS 디스플레이뱅크에 따르면, 글로벌 양자점 디스플레이 시장 규모는 2013년 1,000만 달러에서 2020년 2억 달러까지 연평균 110% 성장 전망
  
      - 출하량의 경우 2013년 150만 대에서 2020년 8,700만 대까지 증가해 연평균 79% 성장 예상
    
 
4. 맺음말
 
1) 곡면 LCD TV 등장으로 강점이 희석되고 있는 OLED

  ○ OLED는 LCD 대비 디자인 차별화, 시야각, 응답속도, 색 재현성 등 여러 측면에서의 강점을 토대로 유력한 차세대 디스플레이로 자리매김

  ○ 그러나 최근 곡면 LCD TV가 등장하며 디스플레이 최대 시장인 TV 분야에서 가장 큰 장점인 디자인 측면의 강점이 희석되고 있는 상황으로, 높은 가격과 기술적 미완성 등에 의해 시장 확대가 지연되고 있는 실정
  
      - 삼성전자의 경우 수율 등 기술적 미완성 등으로 라인업 확대가 지연되고 있는 상황
  
      - Sony, Panasonic 등 일본 기업들도 최근 OLED TV 대형화에 따른 비용 문제, 시장성장 지연 등의 이유로 OLED 패널 개발을 중단하거나(Sony) 양산 시기를 2016년 이후로 연기(Panasonic)
  
      - LG 디스플레이는 최근 수율을 70~80%까지 높이며 중국, 일본 기업들에 공급 협상을 추진중이나 당분간 패널 가격 낮추기가 쉽지 않은 상황에서 주요 TV 제조업체들이 UHD TV에 주력하며 OLED의 급속한 시장 확대에는 한계
 
2) 매력적인 대안으로 부상하는 양자점 디스플레이

  ○ 양자점 디스플레이는 OELD와 동등 이상의 색재현성을 구현하고 있어 매력적
  
      - 디스플레이의 특성상 폭발적 성장을 위해서는 최대 시장인 TV 시장 진입이 필수적으로, 특히 TV는 자연색에 가까운 이미지 구현을 위해 색재현성이 가장 중요한 요건의 하나이자 풍부한 색구현에 민감한 제품

  ○ 더욱이 곡면, UHD로의 진화 이후 하드웨어적 진화의 한계에 다다른 것으로 평가되는 LCD에 양자점을 형광체로 적용한 QD-LCD는 고해상도, 고색재현율이라는 TV 트렌드를 창출할 것으로 기대
 
3) 기술개발 가속화 등 대응 강화로 글로벌 디스플레이 주도권 이어 가야

  ○ 국내 디스플레이 업계는 LG디스플레이와 삼성전자가 글로벌 1, 2위에 자리매김 하는 등 세계 디스플레이 업계를 주도
  
      - 국내 업계의 세계 LCD 패널 시장 점유율은 47.9%(2013년, 대형 LCD, 매출기준)
  
      - IT 수출에서도 반도체에 이어 2위에 자리매김할 정도로 큰 비중을 차지

  ○ 최근 특허 출원이 급증하는 등 핵심 특허 경쟁은 보다 가속화 될 전망
  
      - 2004년까지 양자점 기술에 대한 특허 출원은 매년 10건 미만이었으나 2005년에 21건으로 급증하였으며, 2010년까지 매년 23.4%씩 증가하고 있어 핵심 특허를 확보하기 위한 경쟁은 더욱 가속화될 전망
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