테크 2020.04.02

[퀀텀닷 완전정복] 제 3화 무한한 응용-② 바이오이미징, 의료기술분야까지!

☞ 이전편 바로가기 : [퀀텀닷 완전정복] 제3화 무한한 응용-① 고효율 태양전지 라이징 스타 퀀텀닷!   바이오이미징, 의료기술분야에서도 라이징스타 퀀텀닷은 바이오이미징과 같은 의료 기술 분야에서도 ‘라이징 스타’다. 바이오이미징은 생체 내에서 일어나는 다양한 분자 수준의 변화를 영상화하는 기법이다. 자기공명영상(MRI)과 컴퓨터단층촬영(CT)이 바이오이미징 기술의 대표적인 예다. 이런 바이오이미징 기술은 병을 진단하고 치료하는 데 적극적으로 활용되면서 중요성이 높아졌다. 다만 현재 널리 사용되는 바이오이미징 기술들은 진단의 정확성, 실시간 관찰, 경제성 등 여러 조건을 동시에 만족시키고 있지는 못하다. 가령 MRI의 경우 분해능이 높아 질병 진단에는 유용하지만 비싸다. 그간 가시광선이나 적외선 파장대의 빛을 이용한 광학영상법(optical imaging)이 대안으로 나오긴 했지만, 근본적으로 가시광선은 신체를 구성하는 단백질, 지방, 물 등에 의해 흡수되기 때문에 신체 내부를 파악하는 데는 한계가 있다. 이런 상황에서 퀀텀닷의 출현은 바이오이미징 분야에 일대 혁신을 불러왔다. 반도체 입자로만 여겨졌던 퀀텀닷을 생체 분자와 결합한 두 편의 연구논문이 1998년 연이어 발표되면서 퀀텀닷을 바이오이미징에 활용할 가능성이 확인됐다. 퀀텀닷은 기존에 생체 내부에 사용되던 형광체에 비해 10~50배 강한 빛을 발할 수 있어 신체를 통과해 바깥에서도 확인할 수 있다. 퀀텀닷의 크기를 조절하면 신체 구성 물질이 흡수하지 않는 700~900nm 대역의 근적외선 파장의 빛을 발하게 만들 수도 있다. 김성지 포스텍(POSTECH) 화학과 교수는 2017년 퀀텀닷에 암을 탐지하는 프로브를 결합해 암 조직 근처에서만 근적외선을 강하게 발하는 퀀텀닷을 개발하기도 했다. 다만 퀀텀닷을 이용한 진단이 실제로 상용화되기 위해서는 디스플레이나 태양전지와 마찬가지로 불안정한 표면을…
더보기
테크 2020.04.01

[퀀텀닷 완전정복] 제 3화 무한한 응용-① 고효율 태양전지 라이징 스타 퀀텀닷!

☞ 이전편 바로가기 : [퀀텀닷 완전정복] 제2화 화질의 비밀-② 진정한 삼원색을 만드는 퀀텀닷!   태양전지, 광전환 효율 한계 생기는 이유 태양광 발전은 태양의 빛에너지를 태양전지를 통해 전기에너지로 바꾸는 기술이다. 1954년 당시 미국의 벨연구소에서 최초의 상용화 태양전지인 실리콘 태양전지가 개발된 이래 지금은 친환경 미래 에너지기술로 각광받고 있다. 태양광 발전의 기술력을 판가름 짓는 건 태양전지가 빛에너지를 전기에너지로 전환하는 비율, 즉 광전환 효율이다. 광전환 효율이 높을수록 같은 면적에서 같은 비용으로 더 많은 전기에너지를 얻을 수 있기 때문이다. 학계와 산업계에서는 태양전지의 광전환 효율을 높이기 위해 수십 년 동안 새로운 소재를 발굴하고 그 소재로 다양한 구조의 태양전지를 만들어냈다. 그 결과 해를 거듭하면서 광전환 효율은 점차 높아졌다. 현재 가정과 산업에서 가장 널리 사용되는 실리콘 기반 태양전지의 최고 효율은 27.6%까지 도달했다. 이론적으로는 광전환 효율을 최대 34%까지 끌어올릴 수 있다. (단일 접합 태양전지 기준) 태양전지 개발에서 광전환 효율을 높이는 데 가장 큰 걸림돌은 태양이 뿜는 여러 파장의 빛을 태양전지가 모두 흡수할 수 없다는 물리적인 한계다. 예를 들어 태양은 파장이 250~2500nm (나노미터·1nm는 10억 분의 1m)에 이르는 다양한 빛을 지상으로 보내는데, 실리콘 기반 태양전지는 이 중 500~1000nm의 빛만 활용할 수 있다. 파장이 1000nm가 넘는 빛은 태양전지를 통과해버리며, 500nm 이하의 빛은 흡수는 되지만 열로 전환돼 날아가 버린다. 실리콘뿐만 아니라 다른 어떤 물질로 태양전지를 만들어도 활용할 수 있는 파장의 범위가 정해져 있어서…
더보기
테크 2020.03.27

[디스플레이 용어알기] 49편. 인캡슐레이션(Encapsulation) 공정 (봉지 공정, 인캡)

‘인캡슐레이션(Encapsulation, 봉지)’ 공정은 OLED 패널이 외부의 영향을 받지 않고 오랫동안 사용할 수 있도록 마감하는 단계입니다. OLED의 유기물질과 전극은 산소와 수분에 매우 민감하게 반응해, 이들이 침투하면 발광 특성을 잃기 때문에 이를 차단하기 위한 기술이 필요합니다. 인캡슐레이션 공정은 OLED 제조 과정에서 산소와 수분이 유기물에 침투하지 못하도록 밀봉해 제품의 수명을 향상시키도록 합니다. 이들이 침투하면 픽셀이 빛을 내지 못하는 현상(암점)이 나타납니다. 인캡슐레이션 과정이 제대로 이루어지지 않으면 산소와 수분이 계속 유입되어 디스플레이 암점이 확산되는 진행성 암점이 발생할 수 있는 만큼 매우 중요한 공정입니다. 일반(Rigid Type) OLED 제품의 인캡슐레이션은 증착을 마친 OLED 패널 위에 봉지 글래스를 덮는 공정입니다. 글래스와 패널층 사이에 공기와 수분이 침투하지 못하도록 유리재질의 Frit을 바르고 레이저로 녹여서 글래스와 패널을 합착시킵니다. 이를 통해 산소와 수분을 막아 OLED 패널 안의 유기물들이 제 기능을 발휘할 수 있게 되는 것이지요. 인캡슐레이션 공정은 셀 단위별로, 커다란 원장 상태에서도 각각 진행되며 크게 4가지 단계로 이루어집니다. ① Cell Seal Glass 제작 ② 원장 Glass Seal 도포 ③ Glass 합착 ④ Laser Sealing Cell Seal Glass 공정은 셀 패널 단위의 봉지 공정입니다. 각 Cell 마다 접착물질인 Cell Seal을 둘러 바르고, 건조시킨 후 열을 가해 추후 레이저 Sealing이 가능하도록 Cell Seal 특성을 변화시킵니다. Cell Seal Glass 공정이 끝나면 원장 Glass 테두리에 원장 Seal을 인쇄하는 ‘원장 Glass…
더보기
마켓 2020.03.20

폭풍 성장이 기대되는 폴더블 OLED

관련 기사 보기: 폴더블폰 디스플레이 시장 ‘활짝’…”매년 2배씩 커진다” 폴더블 OLED가 탑재된 갤럭시 Z플립이 미국, 프랑스 독일 등 세계 20여개국에서 완판을 이어가고 있습니다. 삼성 갤럭시 Z 플립은 클림셸 타입의 접었다 펼쳐지는 디자인으로, 휴대가 쉬우면서도 선명한 대화면을즐길 수 있어 큰 인기를 끌고 있습니다. 지난해 출시된 ‘갤럭시 폴드’ 역시 대화면에 혁신적 기능과 세련된 디자인으로, 향후 폴더블 스마트폰에 대한 기대감을 한껏 높이면서 크게 주목받았습니다. 이런 가운데 폴더블 스마트폰의 핵심이 되는 ‘폴더블 OLED’ 시장 확대가 예상되고 있습니다. 시장조사업체 옴디아(OMDIA, 舊IHS)에 따르면 폴더블 OLED 시장규모가 출하량 기준으로 연평균 (CAGR) 93.9% 성장해 2026년에는 7천 3백만원대에 이를 것으로 전망했습니다. 이는 전체 플렉시블 OLED 시장의 11.3%를 차지하는 규모입니다. 옴디아는 폴더블 스마트폰 출시 원년인 지난해에 총 80만대의 폴더블 OLED가 출시되었으며, 올해는 지난해 대비 약 5.5배 성장한 390만 대 출하량을 기록할 것으로 분석했습니다. 폴더블 스마트폰은 작년부터 삼성, 화웨이, 모토로라 등에서 다양한 스마트폰 제조사에서  제품을 출시하였으며, 혁신적 기능과 디자인으로 소비자들에게 뜨거운 반응을 얻고 있습니다. 삼성디스플레이는 폴더블 OLED 시장에서 압도적인 기술력과 양산 노하우를 바탕으로 시장 확대를 주도할 예정입니다. 옴디아(OMDIA)에 따르면 지난 4분기 전체 폴더블 OLED 출하량 50만대 중 45만대인 89.6%를 삼성디스플레이에서 출하하며 압도적인 점유율 1위를 기록했다고 밝혔습니다. 업계는 폴더블 OLED의 핵심기술로, 유연한 커버 윈도우와 패널을 더욱 얇게 만드는 터치내장형 패널 기술을 손꼽았습니다.…
더보기
[디스플레이 용어알기] 48.세정 (Cleaning, Wet Cleaning)
테크 2020.03.05

[디스플레이 용어알기] 48.세정 (Cleaning, Wet Cleaning)

디스플레이 제조 과정 중 꼭 필요한 ‘세정(Cleaning)’ 공정은 말 그대로 오염물질, Particle을 제거하는 공정입니다. 디스플레이는 미세공정을 거쳐 만들기 때문에 아주 작은 먼지라도 패턴 결함, 절연막 불량 등 제품에 치명적인 영향을 미칠 수 있습니다. 세정은 디스플레이 제조 과정에서 발생하는 파티클이나 이물질을 제거하여 제품의 품질과 수율을 높이는 역할을 합니다. Glass가 처음 Fab에 투입되서 진행되는 초기 세정을 비롯해 LTPS, 증착, 봉지, 모듈 등 디스플레이 제조 공정 전후에는 오염물질을 제거하기 위한 세정 작업이 진행됩니다. [포토공정 중 진행되는 세정 공정] 포토 공정후 남은 PR 잔여 물질이나 식각 공정시 제거되지 않은 산화막을 비롯해 공기 중에 내려 앉은 다양한 파티클 등 제조 공정의 잔여 찌꺼기와 이물질을 세정을 통해 제거하는 것입니다. 세정 공정은 크게 습식세정(Wet Cleaning), 건식 세정(Dry Cleaning), 증기세정(Vapor Cleaning)의 방식이 있습니다. 화학 용액 등 액체를 이용하는 습식 세정, 플라즈마나 레이저 등 용액 외의 매체를 활용하는 건식세정, 습식과 건식의 중간 형태인 증기 세정이 있습니다. 습식 세정은 비용이 적게 들고 공정방식이 비교적 간단해 반도체나 디스플레이 공정에서 많이 사용되는 방식입니다. 세정은 공정별로 다양한 방식을 조합해 세정을 진행하는데, 습식 세정은 Physical Cleaning, Chemical Cleaning 등의 세정 방식을 조합하고 린스(Rinse)와 건조(Dry)를 시켜 마무리합니다. Physical Cleaning 방식으로는 Waterjet, Roll Brush, Megasonic 등이 있습니다. Waterjet은…
더보기
[퀀텀닷 완전정복]제 2화 화질의 비밀-② 진정한 삼원색을 만드는 퀀텀닷!
테크 2020.03.03

[퀀텀닷 완전정복] 제2화 화질의 비밀-② 진정한 삼원색을 만드는 퀀텀닷!

  에너지 ‘밴드’ 대신 에너지 ‘값’으로 나와 퀀텀닷 디스플레이와 다른 디스플레이 사이에는 분명한 차이가 있다. 다른 디스플레이에 비해 퀀텀닷 디스플레이는 진정한 삼원색의 파장에 더 근접할 수 있고, 다른 파장의 빛이 뒤섞이는 것을 현저히 줄일 수 있다는 점이다. 그 비결은 퀀텀닷 자체에 있다. 발광물질인 퀀텀닷이 적은 수의 원자들이 모인 매우 작은 물질이기 때문이다. ☞ 이전편 바로가기 : [퀀텀닷 완전정복] 제2화 화질의 비밀-① 진정한 삼원색을 만드는 퀀텀닷! 이를 이해하기 위해 조금 더 심화 과정으로 들어가 보자. 고등학교 1학년 과목 ‘통합과학’에 나오는에너지 준위에 관한 얘기를 꺼내야 한다. 우선 중학교 때 배우는 기본적인 원자의 구조를 하나 떠올려 보자. 정 가운데 원자핵이 있고, 그 주위에 전자가 돌아다니는 경로인 전자껍질(궤도) 세 개를 동심원으로 나타낸 그림이다. 이 그림에서 전자는 세 개 층으로 이뤄진 전자껍질을 자유롭게 넘나들 수 있다. 단 외부의 에너지를 얻을 때는 바깥쪽 전자껍질로, 전자가 에너지를 잃을 때는 안쪽 전자껍질로 이동한다. 이때 전자가 몇 번째 전자껍질에 있느냐에 따라 원자가 갖는 에너지값이 달라지는데, 한 원자가 가질 수 있는 에너지값 전체를 표현한 것을 에너지 준위라고 한다. 보통 원자가 하나만 있을 때는 이 에너지 준위가 특정한 수로 정해져 있다. 하지만 원자들이 하나둘 모이기 시작하면 각 원자의 전자껍질들이 겹치면서 어떤 전자는 느려지고 어떤 전자는 빨라지는 등 서로 영향을 받기 시작한다. 이는 곧 에너지 준위에 변화가 생기는 걸 의미한다. 원자의 개수가 더욱 많이 늘어나면 어떻게…
더보기
[퀀텀닷 완전정복]제 2화 화질의 비밀-① 진정한 삼원색을 만드는 퀀텀닷!
테크 2020.03.02

[퀀텀닷 완전정복] 제2화 화질의 비밀-① 진정한 삼원색을 만드는 퀀텀닷!

☞ 이전편 바로가기 : [퀀텀닷 완전정복] 제1화 원리와 합성법-② 총천연색 차세대 발광 소자 너의 이름은? 수nm(나노미터·1nm는 10억분의 1m) 크기의 아주 작은 반도체 입자인 퀀텀닷(QD·Quantum Dot)의 활용 분야는 무궁무진하다. 같은 물질로 만들어진 퀀텀닷이라도 크기에 따라 발광하는 색을 비롯한 전기적, 광학적 특성이 다르기 때문이다. 여러 응용 분야 중에서도 단연 퀀텀닷에 눈독을 들이는 건 TV, 모니터를 비롯한 디스플레이 시장이다. 총천연색 구현을 꿈꾸는 디스플레이 업계에서 퀀텀닷은 그 꿈을 실현할 새로운 소재이자 차세대 소재로 꼽힌다. 디스플레이에 퀀텀닷이 입혀졌을 때 가장 크게 기대할 수 있는 건 화질, 그중에서도 화질의 핵심 3요소 중 하나인 색의 표현이다. 디스플레이는 수많은 색을 표현하지만, 이를 위해 활용하는 색은 단 세 가지다. 삼원색(RGB)으로 불리는 빨간색, 초록색, 파란색이다. 그 외의 색은 이들 세 가지를 합쳐 만들어낸다. 빨간색과 초록색을 함께 뿜어 노란색을 만들고, 세 가지 색을 모두 발해 흰색을 표현하는 식이다. 그래서 디스플레이에서 생성하는 삼원색이 ‘진정한 원색’이냐 하는 점은 화질을 좌우하는 주요 요소가 된다. 원재료인 삼원색이 정확해야 조합될 다른 색 역시 정확한 색을 가질 수 있기 때문이다. 그런데 사실 현재 모든 디스플레이에서 내는 삼원색은 우리가 알고 있는 그 원색이 아니다. 더군다나 그렇게 생성되는 세 가지 빛조차 딱 세 가지 색이 아닌, 그와 비슷한 수많은 색이 함께 섞여 있다. 디스플레이가 생성하는 빨간색 빛은 정말 빨간색도, 빨간색만 나오는 것도 아니라는 뜻이다.   퀀텀닷, 삼원색에 가장 가까운 색 구현 빛의 색을 물리학적 개념인 빛의 파장으로…
더보기
[디스플레이 심층 탐구] 풀스크린 디스플레이의 비밀
테크 2020.02.26

[디스플레이 심층 탐구] 풀스크린 스마트폰 디스플레이의 비밀

스마트폰의 변천사를 볼 때 가장 눈에 띄는 것은 디스플레이의 변화입니다. 옆에 있는 친구의 스마트폰이 최신식 인지 아닌지는 굳이 써보지 않고 디스플레이만 봐도 알 수 있을 정도입니다. 초창기 스마트폰은 평평하고 작은 화면을 가지고 있었습니다. 화면 테두리를 뜻하는 베젤도 지금보다는 상당히 두꺼웠죠. 이는 딱딱한 유리를 기반으로 만든 TFT(박막트랜지스터)를 이용한 LCD 또는 OLED가 디스플레이로 사용된 것이 주된 이유였습니다. 그렇다면 지금처럼 스마트폰 전면을 대부분 화면으로 사용할 수 있게 된 풀스크린(Full Screen) 기술은 어떻게 탄생하게 된 것인지 근간을 이루는 기술들을 조금 자세히 살펴보겠습니다.   □ 플렉시블 OLED, 풀스크린 시대의 문을 열다 LCD와 마찬가지로 초기에 생산된 OLED는 딱딱한 유리기판을 TFT로 사용했습니다. 그리고 OLED 패널에서 산소와 수분으로부터 유기물을 보호하기 위한 봉지(Encap.) 공정도 마찬가지로 유리를 사용했기 때문에 구부릴 수 없었습니다. 그래서 이 OLED를 리지드(Rigid, 딱딱한) OLED라고 부릅니다. 하지만 삼성디스플레이가 구부릴 수 있는 플렉시블(Flexible) OLED를 대량 생산하기 시작하면서, 디스플레이 패널의 디자인에 새로운 가능성이 열리게 됩니다. 플렉시블 OLED는 TFT에 유리 대신 유연한 폴리이미드(PI)를 사용하고, 발광 유기물층(Organic Layer)을 보호하는 봉지(Encap.) 공정의 재질도 TFE(박막봉지)라는 필름으로 대체해, 디스플레이 전체를 구부릴 수 있도록 했습니다. 두께 가공이 까다로운 유리와 달리 PI는 두께도 훨씬 얇게 만들 수 있기 때문에 구부리릴 수 있는 정도도 훨씬 크고 전체적인 두께와 무게도 함께 감소합니다. 그리고 삼성 갤럭시 시리즈에 이 플렉시블 OLED를 엣지 디스플레이라는 이름으로 탑재함으로써 스마트폰 디자인에 새로운 바람을 일으켰습니다. 이러한 디자인 변화는 스마트폰 좌우의 베젤을 최소화 했고, 풀스크린의 시대를 앞당겼습니다.   □ 디스플레이를 상단까지…
더보기
테크 2020.02.20

[디스플레이 용어알기] 47.식각 (Etching)

식각(蝕刻, Etching)의 사전적 의미는 ‘금속이나 유리의 표면을 부식시켜 모양을 조각’한다는 뜻입니다. 디스플레이에서 말하는 식각이란, TFT(박막트랜지스터)의 회로 패턴을 만들 때, 필요한 부분만 남기고 불필요한 부분은 깎아내는 공정을 의미합니다. 식각에 앞서 [노광] → [현상] 과정이 진행되므로, 기판에는 회로패턴을 남겨야 할 부분에만 PR(포토레지스트, Photoresist)이 남는 상태가 됩니다. 이때 PR은 식각 공정이 진행될 때 해당 위치 아래의 물질이 식각되지 않도록 방어막 역할을 해 줍니다. 식각 공정이 이루어지면, 그림에서 오른쪽과 같이 PR이 없는 부분은 제거되고, PR이 있는 부분에만 회로로 사용될 물질이 남게 됩니다. 식각공정은 식각 반응을 일으키는 물질의 상태에 따라 습식(Wet)과 건식(Dry)으로 나뉩니다. 습식 식각(Wet Etching)은 용액을 이용 화학적인 반응을 통해 식각하는 방법이며, 건식 식각(Dry Etching)은 반응성 기체(Gas), 이온 등을 이용해 특정 부위를 제거하는 방법입니다. 습식 식각은 건식에 비해 비용이 저렴하고, 식각 속도가 빠르며, 공정도 단순한 장점이 있으나, 건식 식각에 비해 상대적으로 정확성이 낮고, 식각에 사용한 화학 물질로 인해 오염 문제가 발생할 수 있습니다. 건식 식각은 원하는 부분만 식각하기 수월해 미세 회로 구현에 유리한 반면, 높은 비용과 복잡한 과정, 느린 속도가 단점입니다. 건식 식각은 플라즈마(Plasma) 식각이라고도 합니다. 기판을 넣은 진공 챔버에 식각용 가스를 주입 후 전기 에너지를 공급해 플라즈마 상태를 만들면, 이온화된 가스에서 높은 운동 에너지를 가지게 된 이온들이 기판의 전극에 의해 가속화되어 회로 물질의 원자들간…
더보기
[디스플레이 용어알기 46.현상 (Development)
테크 2020.02.13

[디스플레이 용어알기] 46.현상 (Development)

디스플레이나 반도체 포토공정 과정에서 진행되는 과정 중 하나인 ‘현상 공정’은 사진을 현상하는 것과 유사한 방식입니다. 포토공정 참고: http://news.samsungdisplay.com/21553 포토공정 과정 중 PR(감광액, PhotoResist) 물질에 빛을 쏘아 빛을 받은 영역과 그렇지 않은 영역이 구분되면, 현상액(Developer)을 통해 원하지 않는 부분을 선택적으로 제거하는 것을 현상 공정이라고 합니다. 한마디로 노광, 비노광이 구분된 PR 물질을 현상(Development) 하기 위해 알카리 등의 현상액에 담가 원하는 색, 모양 등을 구현하는 것입니다. 감광 물질은 빛에 반응에 따라 Positive와 Negative 방식으로 분류됩니다. Positive 방식은 빛에 노출된 부분이 현상액에 녹기 쉽게 화학구조가 변하는 것으로, 현상액을 투입할 경우 노광 과정에서 빛을 받은 부분이 제거됩니다. Negative 방식은 반대로 빛에 노출된 부분의 감광물질이 더욱 단단해지는 것으로 빛을 받지 못한 부분을 현상액으로 제거하는 것입니다. 현상 결과는 노광 시간과 Prebake 온도, 현상액 온도, 현상 온도, 현상 시간 등에 의해 결정됩니다. 현상 방법으로는 Nozzle로 현상액을 분사하는 스프레이 방식, 현상액을 기판 위에 공급해 표면 장력을 이용하는 Puddle 방식, 기판을 Bath에 담가 현상하는 Dip 방식이 있습니다.
더보기