[디지털데일리 김도현기자] 디스플레이 업계가 공정 세대교체에 나선다. 관련 업체들은 기존 증착 방식 대신 잉크젯 프린팅 적용을 준비하고 있다. 오는 2021년 본격 도입될 예정이다.

13일 업계에 따르면 삼성디스플레이는 퀀텀닷(QD) 디스플레이 양산에 잉크젯 프린팅 방식을 활용한다. 내년 중순부터 장비 입고, 2021년 상반기부터 초도 생산을 시작할 방침이다.

QD디스플레이는 청색(B) 유기발광다이오드(OLED) 소자를 발광원으로 삼는다. 그 위에 QD 발광층을 쌓는다. 발광층에는 청색을 제외한 적색(R)과 녹색(G)만 존재한다. 삼성디스플레이는 적색, 녹색의 QD 재료를 잉크젯 프린팅으로 형성한다.

잉크젯 프린팅은 드롭 온 디맨드(DOD) 방식으로 잉크젯 헤드(노즐)를 이용, 잉크를 도포하는 기술이다. 쉽게 말해 재료를 원하는 위치에 분사한다는 의미다. 증착은 진공 상태에서 증착 물질을 가열, 특정 위치에 RGB가 입혀진다. 냄비에 물을 끓일 때, 수증기가 냄비 뚜껑에 맺히는 것과 같은 원리다.

증착은 잉크젯 프린팅 대비 시간과 비용이 많이 소요된다. 진공 상태를 유지하기 위한 진공 챔버, 특정 위치에만 증착하는 역할의 파인메탈마스크(FMM) 등이 필요하다. FMM은 얇은 막에 구멍을 내놓은 마스크다. 증발 과정에서 소자 손실, 열 보호를 위한 단열재 추가 등의 문제도 있다.

반면 잉크젯 프린팅은 상대적으로 ▲간단한 공정 ▲적은 소자 손실 우려 ▲불필요한 재료 제외 등의 장점이 있다. 원가절감에 유리하다. 소자가 무거운 QD에도 기화하는 증착보다는, 뿌리는 잉크젯 프린팅이 적합하다.

사진=세메스 잉크젯 장비(왼쪽), 도쿄일렉트론 잉크젯 장비

현재는 증착 방식이 보편적이다. 잉크젯 프린팅 기술 완성도가 떨어지는 탓이다. 흔히 회사, 학교에서 쓰이는 사무용 잉크젯 프린터와 디스플레이용은 차이가 크다. 정밀도, 제어방식, 유지 환경 등이 다르다. 디스플레이용은 민감해 구현하기 어렵다.

재료를 잉크 형태로 변환하는 작업도 난이도가 높다. 재료마다 용매가 다르고, 용매 종류에 따라 특성이 다르다. 용매는 특정 재료를 액체로 만드는 물질이다. 그만큼 과정이 복잡하고, 잉크화가 쉽지 않다.

아직 기술적으로 부족하지만, 장점이 확실한 잉크젯 프린팅의 연구개발(R&D)은 한창이다. 업계에서는 2021년을 잉크젯 프린팅의 원년으로 보고 있다. 삼성디스플레이를 비롯해 LG디스플레이, 중국 BOE·CSOT, 일본 JDI 등이 뛰어들었다.

삼성디스플레이는 잉크젯 프린팅 장비 공급사로 계열사 세메스, 미국 카티바 등을 저울질하고 있다. QD 라인 장비 투입이 임박, 조만간 결정될 예정이다. LG디스플레이는 LG전자 소재·생산기술원(PRI)과 장비 개발에 나선 상태다. 고화질 정보기술(IT) 패널에 잉크젯 프린팅을 적용할 것으로 보인다.

BOE는 지난해 말 잉크젯 프린팅 기술을 통한 OLED 개발에 성공한 것으로 알려졌다. CSOT는 이르면 2021년부터 OLED 패널을 잉크젯 프린트 기술로 생산할 계획이다. JDI 자회사 JOLED는 잉크젯 프린팅 기반 OLED 공장을 완공했다. 내년부터 10~32인치 중형 OLED 패널 제조에 돌입한다. 다만 업계에서는 냉담한 반응이다.

디스플레이 업계 관계자는 “잉크젯 프린팅을 차세대 공정 기술로 꼽힌다. OLED 패널 가격을 낮출 열쇠가 될 것”이라면서도 “여전히 업체들이 개발 단계에서 어려움을 겪고 있다. 시간이 좀 더 필요한 상황”이라고 설명했다.

한편 시장조사업체 유비리서치는 향후 잉크젯 프린팅 공정이 OLED 패널 양산에 적극 도입될 것으로 내다봤다. 오는 2023년 관련 시장 규모는 5억7900만달러(약 6884억원)에 달할 전망이다.

<김도현 기자>dobest@ddaily.co.kr


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