[영상] 복잡한 OLED 패널 재료 구조 알아봅시다 - 2
[영상] 복잡한 OLED 패널 재료 구조 알아봅시다 - 2
  • 장현민 PD
  • 승인 2020.05.13 15:11
  • 댓글 0
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<자막원문>

한: 안녕하십니까. 디일렉 한주엽입니다. 오늘 머크에서 김준호 박사님 모시고 OLED 재료 얘기를 해보도록 하겠습니다. 안녕하십니까.

김: 안녕하십니까.

한: 김 박사님은 머크에서 지금 현재 OLED 재료쪽을 맡고 계시죠?

김: 네. 저희가 OLED 한국 R&D를 하고 있고요. 재료 자체개발은 대부분 저희 본사에서 진행을 하고 있고 저희는 재료에 대한 평가 그리고 재료에 대한 부족한 부분을 찾아서 다음 재료를 개발하는데 피드백을 주는 역할을 하고 있고 가장 중요한 역할은 한국에 있는 주요 고객사에 맞는 재료를 선별하는 그런 작업을 하고 있습니다.

한: 국가별로 봤을 때 OLED 패널을 제대로 만들 수 있는 국가는. 중국도 최근에 한다고 그러고 일본도 어떤 JOLED라는 회사를 통해서 OLED를 하고 있고 그렇지만 한국이 제일 크죠? 그쪽 시장에서는.

김: 네. 맞습니다. 아직 OLED를 제일 먼저 시작한 곳도 한국이고요. 그게 핸드폰에 들어가는 모바일 어플리케이션이나 아니면 OLED TV도 마찬가지고 한국 패널업체에서 제일 먼저 시작을 했고 중국업체들이 이제 투자를 하고 개발하고 있는 단계이고 이미 양산을 시작한 업체들도 있지만 아직은 기술격차가 2~3년 정도는 된다고 보고 있습니다.

한: 박사님은 OLED가 전공이십니까?

김: 네. 학위를 OLED를 했습니다.

한: 언제부터 하신거에요?

김: 2000년부터 시작을 했고요. 2006~2007년에 학위를 받았습니다.

한: 머크에서 OLED는 언제부터 하신겁니까?

김: 머크는 2009년에 입사했고요. 그때부터 10년 넘게 있습니다.

한: 지금 OLED 재료를 하는 회사들이 굉장히 많죠?

김: 네. 많습니다.

한: 머크를 포함해서 어느정도나 됩니까?

김: 아주 작은 회사까지 열거하면 더 많이 될텐데 그래도 10~12개 정도 회사가 있고요.

한: 굉장히 많이 있네요. 국가별로 봤을 때는 국내에도 중견기업도 있는 것 같고 국가별로는 어느 나라가 합니까?

김: 지금 제일 많이 하는 국가로 보면 제일 많은 업체가 있는 곳은 한국하고 일본이고요. 그리고 미국회사가 두 회사정도가 있고 독일에도 현재 양산하고 있는 회사는 저희 회사하고 또 다른 회사가 하나 있고요. 그리고 미래기술로 개발하고 있는 벤처기업이 있습니다.

한: OLED라는 단어가 유기 발광 다이오드(Organic Light-Emitting Diode). 이렇게 얘기를 하잖아요? 유기물을 재료로 써서 빛을 낸다는 의미인데. 유기물하고 무기물하고의 차이는 뭐가 있습니까?

김: 기본적으로 EL과 PL을 먼저 말씀을 드리면요. EL이라는 게 Electro-luminescence. 전기발광, 전계발광 이렇게 해석되는데요. 그러면 그거와 반대가 되는 게 PL이라고 Photoluminescence거든요. 광발광. 외부에서 주는 에너지가 빛이냐 전기냐에 차이고요. 자외선 같은 빛을 받아서 RGB의 색깔을 내면 그걸 PL이라고 하고 전기에너지를 받아서 RGB의 색깔을 내면 EL이라고 하고요. 그래서 OLED라고 하신게 Organic Light-Emitting Diode인데. Light-Emitting Diode가 흔히 말하는 LED이지 않습니까? 그거랑 동일한 컨셉입니다. 근데 LED는 거기에 들어가는게 반도체 재료. 말씀하신 무기물 재료이고요. 그래서 그런걸 이용한 걸 ILED라고 하진 않고 맨 처음에 개발이 무기물로 됐기 때문에 반도체 재료가 됐기 때문에. LED가 됐고요. 거기에 무기물이 아닌 유기물. 탄소 화합물이 들어간 유기물을 이용한 다이오드를 Organic Light-Emitting Diode 그래서 ‘OLED’로 표현을 하고 있습니다.

한: 탄소가 있냐 없냐로 유기물과 무기물로 나눌 수 있다는 얘기군요.

김: 그렇죠. 탄소와 수소가 결합된 화합물인거죠. 그 외의 다른 재료들도 들어갈 수는 있지만요.

한: EL과 PL을 말씀하셨는데 지금 우리가 소위 스마트폰에 들어가 있는 OLED 패널은 EL방식이죠?

김: 네. 맞습니다.

한: 전계발광. 전기를 흘려서 빛을 내게 하는 거고 PL은 빛을 받아서 또다른 빛을 내게 하는 건데. 요즘 뭐 QD 시트를 활용해서 텔레비전의 색감을 좋게 하는 걸 그건 PL인거죠?

김: 그렇죠. 저희는 컬러 컨버터라고 하는데. 기본적으로 단파장의 빛을 받아서 단파장의 빛으로 바꿔서 내보내는 그런 역할을 하고요.

한: 무기물로 그냥 해도 될 것을 유기물을 이용하는 이유가 있습니까?

김: 실제로 발광재료의 대해서 반도체 말고 그 외에 무기물로도 LED가 EL이 개발을 했었는데. 유기물이라는 건 사실은 실제로 시작했을 때는 이게 굉장히 얇게 만들 수 있지 않습니까. 그리고 플렉서블하고 항상 OLED라고 하면 나오는 게 프리폼펙터이고 플렉서블, 롤러블, 폴더블이 가능하다. 그런 장점들이 있고요. 제조도 대면적으로 가능하고 그러 여러 가지 장점이 있기 때문에 OLED가 주목받고 계속 연구가 진행되는 걸로 보시면 될 것 같습니다.

한: 제가 인터넷에 떠도는 사진이나 주요 패널업체들의 홈페이지를 들어가보면 OLED 패널 구조가 단면으로 잘라져서 쫙 나오는 게 있던데. 그 구조의 대해서는 어떻게 누가 그렇게 처음 만든 겁니까?

김: 유기물을 이용한 EL을 관측한 건 1960년대고요.

한: 굉장히 오래 됐네요.

김: 네. 그래서 그때는 두께를 수십 마이크로미터(µm). 굉장히 두껍게 만들고 그리고 이거를 결정화를 시켜서 한거고 그때는 전압을 40V까지 줘야지 빛이 나고. 당연히 상업성이 없는 거였죠. 그렇지만 굉장히 중요한 발견이었고 그 뒤에 1980년대에 예전 코닥에 계셨던 칭탕(C.W Tang) 박사가.

한: 칭황탕. 칭텡이라고 합니까?

김: 보통 W를 얘기 안하더라고요. 저희는 그렇게 불렀었는데 아니면 C.W.탕 교수라고. 그 분이 이제 처음에 논문을 낸 건 음극하고 양극 사이에 유기 재료가 두 층으로 되어 있습니다. 밑에가 양극이고요. 그 위에 양극이라면 홀이 나오는 데니까. 전공 수송층. 영어로 하면 HTL(Hole Transfer Layer)라는 레이어를 하나 놓고 그 위에 발광층을 하나 놓고 그 위에 음극을 넣어서 거기서 발광현상을 관측을 했는데. 그때는 두께가 거의 100nm 단위로 떨어졌고요. 그렇지만 그것도 아직은 상업화하기에는 성능이 안나왔습니다. 전압도 높았고 비트도 그렇게 많이 나오지 않았고. 그래서 실제 그 후에 많은 과학자들이나 산업계에서 연구가 진행됐고 점점 구조가 복잡해졌죠. 그래서 현재는 보통 양극하고 음극 사이에 간단하게는 다섯 층 아니면 조금 더 복잡하게 하면 7층 정도의 층이 서로 다른 레이어가 들어가고요. 그래서 간단하게 말씀드리면 양극 위에는 HIL이라는 레이어가 들어갑니다.

한: 전공주입층이죠.

김: HIL(Hole Injection Layer). 한국말로는 전공주입층으로 되어 있고요. 그 위에는 HTL(Hole Transfer Layer, 전공수송층). 그렇게 되어 있고 간단한 구조에는 그 위에 발광층이 들어옵니다. Emission Layer이라고 해서. EML이라고 하고요. 그 위에 전공층하고 반대되는 개념이 들어갑니다. EML 바로 위에는 ETL(Electron Transfer Layer)이라고 해서 전자수송층. EIL(Electron Injection Layer, 전자주입층)이 들어가고 그 위에 음극이 들어가는 구조입니다. 그 구조에서 실제로 음극, 양극에 전압을 걸면 음극에서 전자가 EIL, ETL을 타고 EML쪽으로 오고요. 양극 쪽에서는 전공이 HI에 HTL을 타고 EML로 들어가서 EML 안에서 전자, 전공이 만나게 되면 일렉트로홀페어를 형성하고요. 그거를 저희는 엑시톤(Exciton)이라고 부르는데. 그게 들뜬 상태입니다. 반도체로 치면 들뜬 상태. 일렉트로홀페어가 생기고 그 일렉트론 홀 페어(electronhole pair)가 자기네 에너지를 빛으로 소멸시키면서 떨어지면 그게 바로 저희가 얘기하는 EL(Electro-luminescence)이라고 보시면 될 것 같습니다.

한: 그러니까 전기를 받아서 빛을 내고 떨어지고 하는 과정을 거치는군요.

김: 예전에 대부분이 열로 소멸이 됐었는데 지금은 화학을 잘하시는 분들이 잘 만드셔서.

한: 지금은 열은 안나요?

김: 당연히 열은 납니다. 그거는 들뜬 상태에 준위가 여러 가지가 있는데 그 안에서 얘네들이 떨어질 수 있는 상태까지 내려오는 상황에서 열이 나고 거기서 기저상태로 떨어질 때는 대부분 빛을 발광을 하고 물로 그중에서 빛을 못내고 비발광소멸 하는 것들이 있는데 그게 적을수록 효율이 좋은 게 되겠죠.

한: 지금 간단한 층은 다섯 레이어를 말씀하셨는데 복잡한 일곱 레이어는 중간에 어떻게 들어갑니까?

김: 복잡한 거는 EML 주변에 한 층씩 더 들어갑니다. HTL 쪽에는 HTL과 EML 사이에 EBL 이라는 재료가 들어갑니다.

한: EBL이요?

김: 그거는 EBL(Electron Blocking Layer). 전자 방지층이라고 보시면 될 것 같고 EML 위쪽 ETL 쪽에는 반대로 HBL(Hole Block Layer)가 들어갑니다.

한: 무슨 역할을 하는 겁니까? 그것은.

김: 기본적으로 효율이 좋을려면 주입한 전자나 전공이 다 빛으로 나와야 되는데 전자에 예를 들었을 때 EIL, ETL을 타고 EML로 온 전자들이 HTL쪽으로 넘어가는 것들이 생기거든요.

한: 전자가 정공쪽으로 넘어가는 게.

김: 그러면 얘들은 발광소멸을 못하고 로스로 빠지는 것이기 때문에. 그러한 로스를 줄이기 위해서 EML과 HTL 사이에 EBL(Electron Blocking Layer) 그리고 EML과 ETL 사이에 HBL(Hole Block Layer)를 추가적으로 넣고 있습니다.

한: 이렇게 가다가 여기서 이렇게 하고 사라져야 되는데 서로 뚫고 못지나가게 뭔가 블록을.

김: 벽을 세워 놓는거라고 보시면 될 것 같습니다.

한: 그렇군요. 지금은 그럼 대부분 일곱 레이어 정도를 쓰는 겁니까? 어떻게?

김: 대부분 그렇게 쓰고 있습니다.

한: 지금 다섯 레이어와 일곱 레이어를 말씀해 주셨는데. 그 레이어별로 다 재료들이 들어가죠?

김: 네. 물론입니다.

한: 그 레이어별로 재료가 들어가는 데 제일 중요한 게 EML층이 제일 중요한 겁니까? 뭐가 제일 중요한 겁니까?

김: 기본적으로는 맞습니다. 빛을 내려면 EML이 있어야 빛이 나기 때문에 EML이 가장 중요하고요. 근데 EML만 있다고 해서 빛이 나지는 않거든요. 아까 말씀드린 것처럼 처음에 나온 논문에 단일층, 두층 구조에서는 빛이 충분하게 안나거든요. 그래서 지금에 멀티 레이어 구조는 각 레이어들이 자기 역할을 할 수 있고 최적화의 구조라고 보시면 되고요. EML이 가장 주요하지만 그 주변에 있는 애들은 EML이 자기 역할을 할 수 있도록 최선을 다해 도와주는 역할이라고 보시면 될 것 같아요.

한: 그럼 HIL, HTL, EML, ETL, EIL 이런 것들은 층별로 재료가 어쨌든 재료가 들어가야 된다는 말입니까?

김: 맞습니다.

한: 하나씩 들어가요?

김: 기본적으로 하나씩 들어가고요. 근데 EML같은 경우는 도펀트(Dopant), 이미터라고 하는데. 발광하는 재료가 단일로 들어가게 되면 얘네들이 너무 가까이 서로 붙어 있으면 아까 말씀드린 비발광소멸을 할 확률이 커지거든요. 그래서 이 발광을 최적화시키기 위해서 호스트 재료라는 것과 같이 섞어서 석막을 합니다. 기본적으로 10% 미만의 이미터와 나머지 호스트 재료를 넣어서 첫 번째는 이미터를 분산시켜주는 역할을 하고 두 번째는 엑시톤(Exciton)을 이미터에서만 생성을 하면 스트레스가 되니까. 호스트에서 엑시톤(Exciton)을 생성을 해서 그 에너지를 이미터한테 전달해주는 역할도 하고요. 결과적으로 다시 말씀드리면 효율이나 수명을 최적화 하기 위해서 호스트와 도펀트를 같이 사용하고 있습니다.

한: EML 레이어에는 그러면 RGB가 하나씩 다 들어가고 그게 호스트와 이미터가 같이 들어간다는 얘기입니까?

김: 네. 맞습니다.

한: 그게 색깔별로 다 그래요? 두 개씩 들어가는 거에요?

김: 블루 같은 경우는 호스트 하나에 이미터 하나 구조로 되어 있고요. 레드 같은 경우도 아직 호스트 하나에 이미터 하나. 그린은 이미터 하나에 호스트 두 개가 들어가는 구조로 되어 있고요. 앞으로는 투 호스트 구조가 다른 세트 쪽으로 연구가 될지는 두고 봐야 될 것 같습니다.

한: 그린만 왜 두 개를 쓰는거에요?

김: 그린 같은 경우에 처음 시작은 단일 호스트로 사용을 했는데요. 그렇게 하다보니까 수명 관점에서 좀 많이 부족한 부분이 있어서 그거를 보완해주기 위해서 또 다른 성격의 호스트 재료를 같이 섞어서 효율도 좋고 수명도 좋게 하는 그러한 방법으로 투 호스트를 사용을 하고 있습니다.

한: 이건 기술적이라기 보다는 시장적인 관점에서 여쭤보는 건데. OLED 재료는 가격을 어떻게 매겨요? 톤당 그러니까 무게별로 매깁니까?

김: 네. 무게로 매깁니다.

한: 그러면 무게로 쳤을 때 어디 레이어에서 제일 많이 써요?

김: 저희는 그냥. 단순한 방법은 두께가 두꺼우면 당연히 많이 쓰겠죠. 그래서 가장 두꺼운 층이 HTL층이거든요. HTL과 그 위에 아까 말씀드린 EBL층. EBL층은 컬러에 따라서 두께가 다르거든요. 그거에 따라 좀 다른데. 기본적으로 HTL이 가장 두껍고 바꿔 말씀드리면 가장 많이 사용한다고 보시면 될 것 같아요.

한: 그래도 가장 많이 사용해도 단가는 다 다를 것 아니에요.

김: 단가는... 다르죠.

한: 근데 일반적으로 단가가. 제일 잘 모르는 부분인데 EML층이 단가가 제일 높지 않을까라는 생각이 드는데. 그건 그렇지는 않습니까?

김: 저도 가격은 제가 잘 모르는데요. 근데 상식적으로 그렇게 보시면 될 것 같아요. 소량으로 들어가는데 중요한 것들 이런 재료들은 비싸고. 대량으로 들어가는 것들은 상대적으로 좀 싸다고 보시면 될 것 같아요.

한: 그러면 아까 EML에서 호스트 재료가 있고 도펀트 재료가 있는데 그것도 도펀트가 더 많이 들어가는?

김: 아니요. 도펀트가 10% 미만.

한: 도펀트가 10% 미만이고 호스트가 더 많이 들어간다. 양으로 보면 호스트가 훨씬 더 많은데 가격은 도펀트가 더 비쌀 수도 있다는... 핵심은 뭐가 핵심이에요? 호스트가 핵심이에요? 도펀트가 핵심이에요?

김: 핵심이라고 말씀드리기는 좀 애매하고요. 근데 본질적으로 발광재료가 없으면 빛이 안나기 때문에 기본적으로 발광재료가 있어야 되는 거구요. 도펀트가. 그거를 최적화 시키기 위해서 호스트가 있고 그 주변 재료들이 있는 거라고 보시면 될 것 같습니다.

한: 우리가 식빵에 잼을 발라먹을 때도 잼을 퍼서 식빵에 발라서 빵을 덮고 또 바르고 하는데. 이 HIL, HTL, EML, ETL, EIL 이쪽은 다 증착으로 이렇게 바르는 겁니까?

김: 맞습니다. 지금 양산되고 있는 모든 패널들은 다 진공 열 증착을 통해서 막을 형성을 하고요. 근데 미래기술 아니면 일부 패널업체에서 연구하고 있는 것들은 잉크젯, 솔루블 잉크젯 방식으로 프린팅 방식이죠. 하는 것도 연구를 하고 있습니다.

한: OLED 재료들은 분말 형태에요? 어떻게 물처럼 사이다처럼 공급되는 거에요? 아니면 아까 잉크젯은 될 것 같기도 하고 그런데. 일반 OLED 재료는 분말 알갱이처럼.

김: 맞습니다. 기본적으로 유기재료 제품은 파우더 형태가 맞고요. 파우더 형태로 공급이 되고 양산 라인에 그대로 투입이 되는거고요. 잉크젯이라는 건 그것도 재료 자체는 파우더인데. 그거를 여러 가지 용매에 섞어서 잉크젯을 할 수 있는 형태로 변형 시켰고 그게 포뮬레이션(formulation) 형태로 공급이 됩니다.

한: 열로 증착을 한다고 말씀을 하셨는데 그게 어떻게 하는거에요? 그게 뭐 우리가 세탁기에 세재 가루를 넣듯이 어딘가에 넣어놓고 열을 뿌리면 얘가 뭔가 이렇게 기화되서 올라가는 방식.

김: 네. 기화되서 올라가는 게 맞구요. 그냥 재료들을 상온에서 아니면 대기 중에서 가열을 하게 되면 유기물 이라는 것들이 녹든지 아니면 기화되기 전에 사실 변형이 더 먼저 옵니다. 재료가 망가지는, 타버린다고 생각하시면 되는데요. 이거를 고진공으로 가서 10-7승토르, 8승트로 고진공의 증착을 하게 되면 300도 미만에서 재료가 증착이 되고요. 그래서 그런식으로 어떤 챔버라고 하는데. 그 메탈박스 안에 고진공을 잡아놓고 그 안에 히팅기구 안에다가 재료를 넣습니다. 그리고 열을 가하게 되면 일부 재료는 녹았다가 날라가고요. 그거를 저희는 멜팅타입이라고 얘기를 합니다. 일부 재료는 녹지 않고 바로 기화가 되거든요. 그런 재료를 저희는 승화성 재료. 서블리메이션 타입 재료라고 얘기를 합니다.

한: 그러면 증착은 레이어별로 하나씩 순서별로 증착을 시키는거에요?

김: 맞습니다.

한: EML층 같은 경우는 RGB를 한 번에 다 올리는 거에요? 아니면 어떻게 하는 거에요? 그것도 R(Red) 한번, G(Green) 한번, B(Blue) 한번 이렇게 따로 올리는 겁니까?

김: 따로 올리고요. 기본적으로 TV쪽 구조하고 모바일쪽 구조하고 다르거든요. TV의 구조는 그것도 예전에 코닥사에서 개발한 구조인데. 텐덤 구조라고 합니다. 적층으로 블루 위에 레드 그린 아니면 옐로우 이렇게 하면 위에서 봤을 때는 화이트로 보이거든요. 그래서 그런 구조로 가고 있고요. 핸드폰에 들어가는 모바일쪽 구조는 RGB 픽셀이 따로 있습니다. 근데 모바일은 기본적으로 FMM 기술이라고 하는데. Fine Metal Mask라고 해서 미세한 마스크를 통해서 증착을 하고요. 모든 층을 다 파인메탈마스크를 통해서 증착하는 게 아니고 발광층. EML만 그렇게 사용을 합니다. 그래서 아까 말씀드린 HIL, HTL, EBL은 오픈 마스크라고 해서 전체적으로 증착을 하고요. RGB 픽셀만 따로따로 FMM을 사용해서 증착을 합니다. RGB를 순서대로 한다거나 반대로 한다거나 해서 다 픽셀을 따로 증착을 하고.

한: 마스크가 그때 계속 바뀌는 건가요?

김: 네.

한: R용 마스크, B용 마스크. 구멍이 다 따로따로.

김: 맞습니다. 제가 생각하기에 마스크도 바뀌고 챔버도 바뀌고 그러지 않을까 싶거든요. 제가 뭐 양산라인을 본 적은 없어서 정확하게 말씀은 못드리겠지만.

2편 시작

한: OLED 재료라고 하면 인광(Phosphorescence) 재료, 형광(Fluorescece) 재료 이런 얘기들도 있던데 그 차이는 뭡니까?

김: 기본적으로 형광 재료라는 건 저희가 아까 말씀드린 들뜬 상태, 엑시톤(Exciton) 상태를 말씀드렸는데 거기가 기본적으로 일중항(Singlet), 삼중항(Tripet)으로 나누거든요. 전통적인 광학에서는 삼중항에 있는 들뜬 상태 캐리어들 아니면 엑시톤(Exciton)들은 발광소멸을 못하게 되어 있습니다. 다 비발광소멸을 하고 일중항에 있는 들뜬 상태의 엑시톤(Exciton)들만 발광을 하는데. 일중항과 삼중항이 들뜬 상태가 될 확률이 1대3입니다. 일중항이 1이면 삼중항이 3이거든요. 25% : 75% 이고. 형광 재료는 기본적으로 아무리 많이 써도 25%만 빛으로 발광을 하는 제약 조건이 있고요. OLED를 처음 시작했을 때 당연히 이 형광 재료로 RGB를 개발을 했는데. 유기재료에다가 일부 중금속들을 히토류계의 금속들을 이용해서 화합물을 만들면 얘네들이 일중항과 삼중항을 믹스된다. 아니면 단순하게 얘기하면 일중항에 있는 애들이 삼중항으로 내려간다고 보실 수 있습니다. 그래서 이론적으로 100%의 들뜬 상태에 엑시톤(Exciton)들이 다 발광소멸을 할 수 있다. 그래서 형광 재료보다 인광 재료가 4배의 효율이 좋아진다는 이론과 실제로 증명이 됐고 그래서 레드부터 인광 재료를 사용하기 시작했고요. 레드부터 사용하게 된 이유는 레드가 RGB 중에서 가장 장파장이고 장파장이라고 하면 밴드갭이 가장 작고 스트레스를 덜 받는 구조이고 그래서 레드가 먼저 시작이 됐고 레드를 인광을 사용하다가 그 후에 그린까지 인광 재료를 사용하고 있는 상황이고요.

한: 말하자면 형광보다 인광이 동일 전력에서 훨씬 더 전력효율이 좋다고 표현할 수 있다는 거군요.

김: 맞습니다.

한: 레드하고 그린은 인광이 나와있고 그게 호스트?

김: 이미터, 도펀트가 인광.

한: 근데 지금 레드하고 그린은 나와있는데 블루는?

김: 블루도 개발은 하고 있고요. 근데 블루는 아직까지 상용화 하기는 아직은 수명의 문제가 있습니다. 더 개선되어야 할 부분이 많은 상황이고 효율은 지금쓰는 형광보다 당연히 좋지만 수명이 아직 상용화하기에는 모자란 상황이라.

한: 근데 블루가 좀 더 힘들어요? 그것도 아까 파장의 어떤?

김: 그 외가 있겠지만 아까 말씀드린 것처럼 제가 화학전공자가 아니라 단순하게 말씀드리면 밴드갭이 커지면 커질수록 기저 상태에서 일렉트로는 들뜬 상태로 올리는데 스트레스를 많이 줘야 되지 않습니까? 에너지가 더 많이 필요하고 그래서 그런 것들이 스트레스로 작용을 해서 유기재료들의 수명이 짧아지는 걸로 보시면 될거고요. 물론 그 외의 여러 가지 방법들은 개선을 하고 있지만 아직까지는 형광 재료가 블루를 채택하기는, 상업화하기는 쉽지 않은 상황입니다.

한: 인광 재료가 블루를 선택하기에는.

김: 인광 블루는 채택하기에는 좀 어렵습니다.

한: 그래서 뭔가 수명 얘기가 나오는 겁니까? 블루에 대한. 그러면 지금 레드와 그린은 효율이 되게 좋은 걸 쓰고 있고 있는데. 지금 색깔별로 수명이 다 다르다는 얘기인거에요? 기본적으로?

김: 기본적으로 맞습니다. 레드가 제일 길고 그린이 그다음이고 블루가 제일 짧다. 블루는 형광임에도 불구하고 지금 좀 짧은 상황이고요.

한: 인광과 형광에도 수명 차이가 있습니까?

김: 원래는 인광이 형광보다 수명이 짧다고 얘기가 되고 있는데. 근데 지금 많이 그런 걸 극복해서요. 인광 재료는 레드와 그린에 한해서는, 물론 수명이야 길면 길수록 좋은 것이기 때문에 요구사항은 계속있지만 걱정할 정도는 아니라고 보시면 될 것 같고요. 블루는 지금 형광 재료는 상업화해서 쓰고 있지만 인광 재료는 아직 상업화하기 모자르다.

한: 그래서 뭔가 색깔별로 수명이나 효율이 다르기 때문에. 효율이야 어쨌든 전기선을 꽂고 쓰면 쓰는 제품에 한해서는 그렇게 상관은 없겠지만 수명에 관한 것은 계속 켜놓으면 계속적으로 문제가 될 수도 있기 때문에 그쪽에 대한 연구는 많이 하고 있겠네요.

김: 네. 많이 하고있고요. 그래서 아까 말씀하신 인광 블루에 대해서 연구가 많이 되고 있고 또 대한으로 TADF. Thermally Activated Delayed Fluorescence 하는 그러한 토픽도 굉장히 많이 연구가 되고 있고요. 인광 블루도 수명이 문제이지만 TADF도 수명이 문제이고 그래서 요즘 또 연구되는 토픽 중에 하나가 인광 블루 아니면 TADF 블루 재료를 발광재료가 아니라 약간 포스트 개념? 센서타이저라고도 부르는데 에너지만 전달해주는 역할만 하는 그렇게 사용을 하고 최종적으로는 형광 블루재료를 사용해서 그렇게 하다보면 형광 블루재료는 빛을 발광하는 시간이 굉장히 짧거든요. 상대적으로 인광 블루나 TADF 블루는 그 시간이 좀 깁니다. 들뜬 상태에서 머물러 있는 시간이 길어서 실제로 TADF나 인광 블루에서는 에너지만 형광 블루한테 전달해주고 그러면 형광 블루는 받은 에너지를 빨리 빛으로 소멸해버리니까. 실제 메커니즘의 수명을 담당하는게 TADF에서 형광 블루로 바뀌는 거죠. 최종적으로 스트레스는 형광 블루에서 받으니까. 그걸로 해서 수명이 좀 길어진다고 해서 연구가 많이 되고 있습니다.

한: 블루가 문제네요 아무튼. 문제라고 하기는 그렇지만 하여튼 개선사항이 많이 남아있는 색이 블루라고 이해하며 될 것 같은데. 아까 대형쪽은 국내에 L사도 있고 S사도 있고 L사가 먼저 해서 대형쪽은 굉장히 빨리 하고 있고 S사도 뭐 OLED라는 표현은 안쓰는 것 같아요. QD디스플레이라고 하는데 거기도 어쨌든 밑에는. LG디스플레이는 우리가 눈으로 보기에는 흰색이지만 이쪽은 파랑색을 깔아놓고 위에 뭔가 컬러필터처럼 이것을 그 위에 QD를 붙여서 PL로 하는 방식으로 한다고 하는 것 같은데. 아무튼 대형쪽도 LCD에서 OLED쪽으로 주요 기업들은 넘어가있고 넘어가려고 준비를 하고 있는 것 같은데. 발광층을 아주 마이크로한 LED로 바꾸려고 하는 노력이 몇 년전부터 계속적으로 나와 있고. 근데 쉽진 않은 것 같다는 얘기도, 쉽지 않으니까 아직도 상용화는 요원한 일이라고 얘기가 많이 나오겠죠. 그런데 그게 발광재료라고 해야 됩니까? LED를 잘 오밀조밀하게, 촘촘하게, 정확하게, 빠르게 딱 전사를 시킬 수 있는 기술이 개발이 된다면 기존에 디스플레이 업계의 판도를 바꿀 것이다라는 의견도 있는 것 같아요. 박사님의 견해는 어떻습니까?

김: 제 견해를 함부로 말씀드리면 안될 것 같은데요. 왜냐하면 마이크로LED로 말씀하신 것처럼 주목받고 연구가 활발하게 진행되고 있는 상황이라 제가 감히 말씀드리기는 어렵고요.

한: 하긴 OLED 쪽 재료기업에 계신데 그쪽 얘기를 하기도 부담스러우실 수도 있겠네요.

김: 아시는 것처럼 기사나 널리 알려져 있는 것들이 첫 번째는 공정문제를. 문제라고 표현하면 좀 그렇겠지만.

한: 이슈?

김: 공정을 더 개발해야된다가 있고 두 번째는 저도 정확하게는 모르겠지만 블루보다 오히려 레드LED와 그린LED가 지금 어려운 상황이다라는 게 있는 것같고요. 저희 회사를 말씀하신다면 저희가 OLED만 하는 게 아니라 그 외에 다른 디스플레이 전반에 맞춰서 포트폴리오는 굉장히 넓거든요. 당연히 저희 공정재료도 있고 액티브 재료도 있고 그래서 마이크로LED가 오는 거를 전혀 준비안하고 있진 않습니다.

한: 여러 기업들이 다 보고 계신 것 같아요. 머크도 사실 액정분야에서 굉장히 독보적인 액정 재료 분야의 강자 아닙니까. 지금도 강자였고 과거에도 강자였고 근데 OLED 시대가 오면서 또 OLED쪽도 굉장히 잘 하시는 걸 보면 지금 국내에 LCD 장비회사들이나 소재? 장비 회사들 특히 OLED쪽으로 전환하고 있고 또 전환을 안하면 먹고 살기 힘든 상황이 되고 있으니까 전환도 많이 하고 있는데. 그렇기 때문에 마이크로LED의 될지 안될지는 모르겠지만. 되겠다고 하는 분들도 계시고 어렵다고 하는 분들도 계신데. 다 눈여겨 보고 계시는 것 같아요. 굉장히 큰 파장이 있을 수도 있다고 하는 게 공통된 의견인 것 같더라고요. 지금 머크는.

김: 네.

한: 마지막으로 여쭤보고 싶은게 아까 레이어가 다섯 개, 일곱 개 이렇게 있으면 주로 어디 층을 많이 하고 계십니까?

김: 저희는 기본적으로는 모든 레이어에 대한 연구를 진행하고 있습니다. HTL부터 EIL까지 연구는 진행하고 있는데. 그 모든 레이어를 똑같은 무게로 하고 있진 않고요. 때에 따라 집중하고 있는 레이어가 다르고 현재는 HTL 그리고 인광 호스트재료.

한: 그거는 레드와 그린 다?

김: 인광 그린호스트재료를 개발하고 있습니다.

한: 그게 업체별로 다 다르죠? 아까 얘기한 독일, 미국, 일본, 한국 업체별로 다 중점적으로 어프로치 하고 있는 레이어들이 다 다른 거죠?

김: 기본적으로는 조금씩은 다른 게 맞구요. 그렇다고 해서 그 회사들이. 어느 회사는 블루 호스트 도펀트의 집중하는 회사가 있고 어느 회사는 인광 재료의 집중하는 회사가 있고요. 저희처럼 한 두 개가 아니라 조금 더 넓혀서 연구하는 회사도 있다고 그러고요. 저희가 전 레이어를 연구하는 이유 중에 하나는 그 스택을 이해를 하고 있어야 고객이 원하는 HTL레이어든 ETL레이어든 고객의 요구사항이 있을 때 대응을 해드리기가 쉽기 때문에 그렇게 해서 전 레이어에 대한 연구를 꾸준히 하고 있는 걸로 이해해 주시면 될 것 같습니다.

한: 그러니까 저희도 새로운 패널이 나올 때마다 저희가 뜯어보지는 않지만 그 서플라이체인이 굉장히 복잡하더라고요. 어떤 패널이 나올 때마다 들어가는 층에 공급하는 회사들이 일부 그대로 갈때도 있고 조금씩 바뀔 때도 있는데 기본적으로 많은 재료들이 들어가다보니까 복잡하더라라는 게 밖에서 그냥 기업들을 바라보고 분석하는 입장에서는 굉장히 복잡한 점이 있는 것 같습니다.

김: 액정에 비해서는 훨씬 치열하다고 보면 될 것 같습니다.

한: 액정은 머크가 대부분 점유율을 다 갖고 가시죠?

김: 점유율을 떠나서 액정을 공급하는 회사에 개수가 지금 OLED 재료를 공급하는 회사의 수보다 훨씬 적었기 때문에 그런 면에서 OLED 재료 경쟁은 더 치열하고 어떻게 보면 그렇기 때문에 재료 개발속도가 나지 않을까 싶고요.

한: 일본 수출규제로 약간 반사이익도 있지 않으세요?

김: 그렇진 않습니다. 물론 저희가 반사이익은 아니고요. 저희는 그런거에 영향 받지 않는 회사다라는 거에 대한 인식은 있으시지만 반사이익까지는 아닌 것 같습니다.

한: 그게 유통기한이 있어요? 재료가?

김: 유통기한이 있습니다.

한: 있어요?

김: 근데 그렇게 짧지는 않습니다.

한: 이것도 궁금해서 여쭤보는 건데. 예를 들어서 65인치 OLED TV의 재료는 몇 그램정도가?

김: 그것까지는 제가 정확하게 모르겠고요.

한: 뭐 엄청 많이 들어갈 것 같지는 않을 것 같긴 한데.

김: 네. 정확하기 패널 한 장당 들어가는 재료의 양까지는 제가 모르겠습니다.

한: 그럼 킬로그램 단위로 들어가나요?

김: 그렇진 않습니다.

한: 그게 그냥 월별일든 분기별이든 공급하는 양이 보통 이런 킬로그램 단위 통에 들어가요? 아니면 예를 들면 포토레지스트 같은 경우는 갤런 단위로 주고 하던데...

김: 이게 파우더이기 때문에 그렇게 큰 병을 사용하진 않고요. 소량 패키징으로 간다고 보시면 될 것 같습니다.

한: 지금 잉크젯 공정에 대해서는 대응을 하고 계십니까?

김: 네.

한: 그럼 그것도 잉크젯을 간다고 그러면 잉크젯도 그 다섯 개 레이어, 일곱 개 레이어를 다 잉크젯으로 가는 거에요? 아니면 일부 발광층만 잉크젯으로 가는거에요?

김: 지금 가장 활발하게 연구되는 것은 EML까지 잉크젯으로 하고요. 그 위에 ETL과 메탈은 아직까지는 진공증착을 하는 것으로 연구를 하고 있습니다.

한: 근데 제가 잉크젯 공정도 굉장히 오래전부터 도입하고 뭐 재료를 하고 했는데 그것도 뭔가 시간이 많이 걸리는 것 같은데. 그거는 어디서 그렇게 개선과제들이 있는 거에요?

김: 그것도 말씀드리기 조심스러운데요. 잉크젯도 사실 공정이나 기술이나 많이 개발이 됐고요. 근데 그동안에 증착용 OLED 기술개발도 계속 꾸준히 되고 있기 때문에 그 갭이 조금 극복이 안되고 있는 상황인 것 같습니다. 증착 재료가 멈춰있으면 잉크젯이 비슷한 수준으로 왔을 텐데. 증착 재료는 개발이 되고 있으니까 계속 쫒아가는 상황이 지속되고 있는 상황이고요.

한: 굳이 뭐 지금 바꿀 필요 없다. 이런 생각도 있을 수도 있겠네요.

김: 그거는 각 패널업체의 투자 결정에 따르는 것 같고요. 저희가 뭐 투자 결정을 할 수 있는 회사는 아니니까요.

한: 잉크젯이 오는 만큼 기존에 증착재료들도 계속, 장비도 그렇고 재료도 그렇고 계속 효율을 높여가고 있는 측면에서는. 안될 수도 있겠는데요? 그러면.

김: 그건 업체들의 중책일 것 같고요. 근데 기술적으로는 잉크젯은 앞으로도 꾸준히 관심의 대상일 것 같습니다. 당장 잉크젯 OLED가 양산이 되느냐 안되느냐를 떠나서 잉크젯이라는 기술 자체는 먼 미래로 봤을 때도 굉장히 매력적인 걸로 보이고요.

한: 그게 속도와 비용이 좀 더 좋을 것이다라고 생각을 하는 것이죠?

김: 재료의 대한 사용률이 더 높을거구요. 그리고 저희가 지금 OLED 다음에 뭐가 올 것이냐? 여러 가지 기술 중에 하나가 ‘ELQD’도 있는데.

한: ELQD(Electro Luminescent Quantum Dot).

김: ELQD를 하려면 잉크젯이 필수인 상황이거든요. 그래서 그런 여러 가지 관점으로 봤을 때 잉크젯 기술의 대한 관심도는 계속 높을 것으로 보입니다.

한: ELQD는 그러니까 무기물에 전류를 흘려서 빛을 내게 한다는 것이죠?

김: 그렇죠.

한: 그 시장도 만개가 언제 될지는 모르겠지만 만개하면 또 많이 재편될 수도 있겠네요.

김: 기술이라는 건 계속 바뀌고 바뀌는 주기가 점점 빨라지고 있기 때문에 두고 봐야 될 것 같습니다.

한: 잉크젯 말고 그냥 증착방식으로 분말을 쓰면 낭비가 좀 있어요?

김: 아무래도 조금 있죠. 아까 말씀드린 것처럼 EML을 예를 들면 FMM(Fine Metal Mask)이라는 게 사실 픽셀 사이즈만 뚫려 있고 나머지는 다 막혀있는 것이지 않습니까. 거기에 붙는 재료들이 굉장히 많을 거구요. 그리고 증착되는 게 직진으로 가는 게 아니라 방사형으로 가기 때문에 주변에 붙는 것들도 있을 거구요.

한: 그거 재활용도 합니까? 혹시?

김: 그거는 패널업체에 여쭤보셔야 될 것 같습니다.

한: 오늘 머크의 김준호 박사님 모시고 OLED 재료 얘기를 해봤습니다. 다음번에 더 좋은 정보로 찾아 뵙겠습니다. 고맙습니다.



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