QNED 기술 분석 보고서

소개

이번 보고서는 삼성디스플레이가 QNED에 관련해서 출원한 특허들 중에서 2020년 10월2째주까지 공개된 94건을 정밀 분석한 내용으로 구성되어 있다. 지난 상반기에는 41건의 특허로서 QNED를 분석하였으며, 추가로 확보된 특허들에서는 6개월 정도 기간 차이가 있었지만, 놀란 만한 기술적인 진보가 확인되었다.
Backplane은 7T2C TFT이며 nano-rod LED를 정렬하기 위한 oscillator와 리페어용 트랜지스트가 같이 배치되어 있는 것으로 파악되었다. 모바일 기기용 OLED에 사용되는 TFT 구조와 흡사하게 QNED 회로가 구성되어 있었다. QNED 역시 전류 구동 소자이기 때문에 정밀한 제어가 필요한 것으로 보인다. 대형 OLED는 3T1C 구조를 사용하고 있다.
이번에 추가로 확인된 내용들 중에서 가장 눈에 띄는 내용은 정렬용 트랜지스터(oscillator)가 내장되어 있는 점이다. Nano-rod LED는 잉크 상태로 패널에 투하되며, 패널에 인가되는 전기장에 의해 유전영동힘으로 정렬된다. 이때 정렬 파형에 따라 nano-rod LED의 배치 개수와 화소 수율이 결정된다. Oscillator 기술은 이제까지 디스플레이에는 사용되지 않았던 신기술이다.
QNED에 관련해서 전문가들 사이에서 우려했던 사항은 바로 수율이다. 화소내에 10~20개 정도 배치될 것으로 보이는 nano-rod LED는 모두 전기적으로 연결되어 있기 때문에, nano-rod LED의 자체 결함이나 정렬 불량에 의해 화소에 쇼트가 발생할 수 있다. 삼성디스플레이는 이 점을 해결하기 위해 직렬/병렬 혼합 연결 배선 구조와 배열되어 있는 nano-rod LED에 문제가 발생했을 경우에 즉시 해결할 수 있는 리페어 트랜지스트를 배치하였다. Backplane 제조 기술은 이전에 예상했던 구조 보다 훨씬 복잡하지만, 사업성에 직접 관련된 수율을 확보할 수 있는 기술이 내장되어 있는 것이 확인되었다.
이번 보고서에는 nano-rod LED 잉크용 용매에 관련된 특허를 수록하였다. Nano-rod LED를 분산시키기 위해 필요한 조건과 분사된 후 정렬이 잘되기 위해서는 점도 조절이 핵심 기술이다. 삼성디스플레이는 공정 중에서 용매의 점도를 바꿀 수 있는 획기적인 기술을 사용하고 있었다.
더불어 잉크젯 장비의 구성에 대해서 자세히 기술하였다. 잉크젯 장비는 nano-rod LED 잉크를 분사하는 유닛과 분사된 잉크의 위치와 양을 검사하는 모듈, nano-rod LED를 정렬시키고 정렬된 nano-rod LED의 개수를 센싱하는 유닛으로 구성되어 있었다. 잉크젯 장비는 각 공정에서 평가된 결과를 분석하여 다시 잉크젯 유닛으로 피드백하여, 잉크 점도와 양, 잉크젯 헤드 위치 등을 수정할 수 있는 기술로 구비되어 있었다.
삼성디스플레이는 QNED 특허를 2016년부터 출원하기 시작했다. 기술 개발 기간은 4년에 불과하지만, 2019년까지 출원된 특허로서 확인된 기술 수준은 2021년에 양산 장비를 투자해도 지장이 없을 것으로 예상된다.
디스플레이 전문가라면 본 보고서에서 분석한 내용으로서 QNED 기술 완성도가 양산에 근접하였음을 알 수 있을 것이다.