ETRI·덕산네오룩스·고산테크, 단일기판 적층형 QD-OLED 집적기술 확보

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 정부출연연구원이 국내 디스플레이 소재·부품·장비(소부장) 기업과  협력해 하나의 기판 위에 유기발광다이오드(OLED)와 양자점(QD) 색변환층을 직접 쌓는 차세대 QD-OLED 집적 공정기술을 구현했다. 이로 기존 2기판 구조의 한계를 극복해 더 얇고 선명한 디스플레이 제작에 속도가 붙게 됐다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 덕산네오룩스㈜, ㈜고산테크 공동으로 산업용 잉크젯 프린팅 공정을 활용한 '단일 기판 적층형 QD-OLED' 패널기술을 개발했다고 2일 밝혔다.

이번 연구 성과는 화학공학 분야 국제학술지인 '케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)'에 최근 게재돼 기술의 독창성과 산업적 활용 가능성을 인정받았다.

QD-OLED는 청색 OLED가 내는 빛을 양자점(QD)이 적색과 녹색으로 변환해 더욱 선명한 색을 구현하는 차세대 디스플레이다.

현재 상용제품은 청색 OLED 발광 기판과 QD 색변환 기판을 각각 제작한 뒤 접합하는 방식이어 충진재층이 추가되고 기판 정렬과 합착공정이 필요해 패널이 두꺼워지고 제조공정도 복잡한 한계가 있다.

연구진은 문제 해결을 위해 청색 OLED 위에 박막봉지(TFE)층을 형성한 뒤 그 위에 블랙 픽셀 정의층(Black PDL)과 QD 색변환층을 차례로 직접 쌓는 공정을 적용했다.

이를 통해 별도의 QD 기판을 붙이지 않고 하나의 기판에서 OLED 발광층과 QD 색변환층을 연속 제작할 수 있는 새로운 공정 가능성을 확인했다.

이번 기술의 핵심은 산업용 잉크젯 프린팅 장비와 100도 이하 저온공정이 가능한 Black PDL 소재·공정, QD 잉크 소재기술을 하나의 제조공정으로 통합한 데 있다

특히 프리미엄 스마트폰과 폴더블 OLED에 적용되는 COE(Color-filter-on-Encapsulation) 기술을 잉크젯 기반 QD-OLED 소자에 확대 적용하고 이를 패널 수준까지 구현, 단위소자 실험을 넘어 6인치급 패널에서 실제 공정으로 검증해 산업화 가능성이 매우 높다.

기존 COE가 외부 빛 반사를 줄이는 데 집중했다면 이번 기술은 Black PDL 격벽 내부에 QD 색변환층까지 직접 형성해 색변환 기능을 하나의 기판에 집적한 것이 특징이다.

높은 색변환 효율을 얻으려면 QD 색변환층이 충분한 두께로 형성돼야 하고 이웃 화소 사이의 빛 번짐을 막기 위해서는 화소를 구분하는 Black PDL 격벽이 높고 정밀하게 만들어져야 하지만 기존 Black PDL 소재는 높은 격벽을 형성하기 어렵고 고온 공정 중 아래쪽 OLED 소자의 성능을 떨어트릴 수 있다는 한계가 있었다.

이를 위해 덕산네오룩스는 OLED 소자에 영향을 최소화할 수 있도록 100도 이하의 저온 공정에서도 안정적으로 형성 가능한 고종횡비 Black PDL 소재 기술을 개발했다. 고산테크는 미세 화소영역에 QD 잉크를 정밀하게 분사하는 산업용 잉크젯 헤드와 공정 제어 기술을 제공했다.

ETRI는 이들 기술을 통합해 단일 기판 적층형 QD-OLED 패널 제작 공정을 최적화했다.

연구진은 6인치 기판에 총 18만4800개의 서브픽셀을 구현하고 141ppi의 화소 밀도를 달성했다. 이는 65인치 8K TV에 요구되는 화소밀도와 비슷한 수준이다.

단일 기판 적층형 QD-OLED 기술은 패널 두께를 줄이고 기판 합착 공정을 단순화할 수 있을 뿐 아니라 정렬 오차도 줄일 수 있어 대형 프리미엄 TV는 물론 혼합현실(MR)과 확장현실(XR)용 초고해상도 디스플레이에도 활용될 것으로 기대된다.

권병화 ETRI 실감디스플레이연구실 박사는 "이번 연구는 산업용 잉크젯 프린팅 기술과 QD 색변환층, Black PDL 적층 구조를 결합해 차세대 QD-OLED의 산업적 방향성을 제시한 성과"라며 "소재부터 공정, 패널 제작까지 이어지는 전주기 기술을 확보한 만큼 초고해상도 MR·XR 디스플레이 시장 선점에 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.


◎공감언론 뉴시스 [email protected]