2016. 08. 10 (16-61 호 ) : 차세대디스플레이의 Key, 퀀텀닷 (Quantum-Dot) 퀀텀닷디스플레이의이해 퀀텀닷디스플레이산업현황및시장동향 시사점
[Summary] 퀀텀닷을적용한차세대디스플레이기술에대해전자업계중심으로급격한관심 퀀텀닷을디스플레이의형광및발광소자로사용하는퀀텀닷디스플레이가높은색재현성, OLED 대비패널단가경쟁력등의장점으로 IT시장의이슈로떠오름 퀀텀닷디스플레이기술이양산초기단계임에도 2020 년에는글로벌시장에서 2 억달러시장규모로성장예측 퀀텀닷 TV의출하량은 2015년 170만대에서 2020년 1,463만대의시장규모로성장할것으로전망 퀀텀닷기술이대면적패널에서안정화된후모바일기기에채용으로확장될것으로보이며, 퀀텀닷디스플레이가적용된태블릿 PC 시장과스마트폰시장규모는 2020년에각각 3,200만대와 3,000만대수준에달할것으로예상 퀀텀닷관련업체들은국내 외전후방산업생태계조성및공급망의선제적확보필요 향후퀀텀닷디스플레이기술개발및시장규모변화에따른관련전후방산업의변화가능성주시필요 퀀텀닷디스플레이의이해 초고화질, 전력효율과수명, 색재현력을높인차세대디스플레이개발경쟁이치열 우수한색감과높은효율을구현할수있는차세대디스플레이의핵심소재로떠오 르고있는퀀텀닷 (Quantum Dot, 양자점 ) 벌크 (Bulk) 반도체와다른독특한에너지구조및광학적특성이나타나는퀀텀닷 퀀텀닷은코어 (Core) 와쉘 (Shell) 로이루어진수나노미터크기의반도체나노입자로, 양자구속효과 (Quantum confinement effect) 등의양자역학적특성을발현 - 불연속적인에너지준위와갭 (Gap) 이존재해나노입자의크기에따라특정파장의빛을방출할수있음 외부의광원을통해빛을내게하는형광 (Photo Luminescence, PL) 방식과전기적으로빛을내게하는전기발광 (Electro Luminescence, EL) 방식이존재 - 입자의크기가작으면짧은파장의빛 (Blue) 을방출하고, 입자의크기가클수록긴파장의빛 (Red) 이발생 1
- 매우좁은파장영역에서단색광과같은빛을방출하기때문에다른형광체보 다색순도가우수 [ 그림 1] 퀀텀닷구조모식도 [ 그림 2] 퀀텀닷크기에따른발광색상 자료 : Nanoco 자료 : Nanosys 퀀텀닷을형광및발광체로써디스플레이소자로응용 LCD( 액정디스플레이 ) 의 BLU( 백라이트 ) 로사용되는 LED( 발광다이오드 ) 는적색과녹색대비청색의스펙트럼이강하기때문에, LCD TV의색재현율 1 은 60~80% 대에그침 LCD의낮은색재현율을극복하기위해전자업계에서는퀀텀닷의발광특성을활용하여퀀텀닷디스플레이구현시도 형광및전기발광방식에따른퀀텀닷디스플레이구분 [QD-LCD] 현재는 LCD의 BLU에퀀텀닷을적용하여빛의삼원색을내어 LCD의색재현범위를크게개선하는형광 (PL) 기술적용 - 퀀텀닷적용방식으로는 1 LED에퀀텀닷을직접증착하는방법, 2 퀀텀닷을유리관 (Tube) 에넣어서측면에배치하는방식, 3 퀀텀닷이균일하게분산된고분자필름 (QDEF 2 ) 을 BLU 앞에붙이는방식세가지로나뉨 삼성전자는 QDEF방식을적용하여 QD-SUHD TV를출시 - 퀀텀닷을 BLU에조합한 QD-LCD패널의색재현율은 100% 이상이며, 전력효율도 30~40% 높아짐 1 국제 TV 방송규격심의회 (NTSC) 가규정한색상재현기준 2 Quantum Dot Enhancement Film 2
- 표준화된 LCD 공정의많은부분을그대로적용할수있는장점이있으나, BLU 로인해 Flexible/ 투명화응용이어려운단점존재 [ 그림 3] 일반 LED 및퀀텀닷을통해발광되는삼원색스펙트럼비교 자료 : Nanosys OLED 를위협하는차세대고해상도 QLED 자체발광디스플레이 [QLED] OLED의유기물질처럼퀀텀닷을전기적으로발광시키는전기발광 (EL) 특성을이용하는 QLED는자체발광디스플레이로써기존 OLED 시장을위협 - 1 기존 OLED 생산인프라그대로사용가능, 2 무기물을사용하기때문에유기물질을사용하는 OLED보다저가격이며번인 (Burn-in) 현상 3 이발생하지않음, 3 높은색재현율, 4 Flexible/ 투명디스플레이응용가능 - 중국업체대비기술력우위를점하기위해보다고도화된 QLED 기술추구필요 - 향후 5~10 년을전후로 QLED 상용화시디스플레이시장전반의변화가능성존재 [ 그림 4] 일반 LCD 및퀀텀닷 LCD 비교개요 자료 : 삼성전자, KB 경영연구소 3 동일화면을장시간고정시킬때나타나는잔상현상 3
[ 표 1] QD-LCD 와 QLED의비교 구분 퀀텀닷적용방식 특징 단점 BLU 존재로 Flexible/ 투 명화구현어려움 QD-LCD BLU에퀀텀닷을적용 색재현성극대화 대량양산을위한구현기술개발완료 QD 필름가격으로인한원가상승 LCD 기술기반으로써낮은응답속도 형광체로사용 Cd-free 친환경퀀텀닷낮은발광효율 QLED 전기발광체로사용 BLU가없어서 Flexible/ 투명화가능 OLED보다가격이저렴하며번인현상없음 초고해상도디스플레이구현가능 전력효율우수 퀀텀닷픽셀패터닝기술확보필요 고전류에서발광효율저하발생 Cd-free 친환경퀀텀닷낮은발광효율 자료 : 유진투자증권, < 물리학과첨단기술 > 등 [ 표 2] LCD, QD-LCD 및 OLED TV 주요특성비교 구분 LCD TV QD-LCD TV OLED TV 응답속도 1~5ms 1~5ms 0.0001ms 이하 명암비 5000:1 5000:1 무한대 화질 시야각 ( 휘도 / 명암 ) 50 /20 50 /20 Free 색재현력 70% 100~110% 100% 구현방식 LCD 패널뒤의조명 을광원으로사용 LCD 패널에퀀텀닷필름 을붙여색재현성높임 자체발광물질로 색상표시 장점 제조비용저렴 안정된공정및수율 높은색재현율 OLED 보다제조비용낮음 얇은두께 높은색재현율 뛰어난명암비 Flexible 응용가능 단점 낮은색재현율 두꺼운두께 Flexible 응용어려움 LCD 보다높은제조비용 OLED 대비명암비떨어짐 중금속 (Cd) 사용 높은제조비용과소 비전력 자료 : 조선일보, 기술보고서등 4
퀀텀닷디스플레이산업현황및시장동향 퀀텀닷디스플레이산업은주요세트업체들과소재업체들간의긴밀한제휴가동반 퀀텀닷을생산하는소재업체, 소재를활용하여디스플레이용광학필름을제작하는필름제조업체, 광학필름을적용하여완성품을제조하는세트업체로공급망이연결 퀀텀닷발광물질로사용되는카드뮴 (Cd) 계열중금속의규제로비카드뮴계열퀀텀닷소재개발이활발 비카드뮴계열친환경물질은카드뮴계열에비해발광효율이낮은단점 삼성전자는색재현력과발광효율을높인비카드뮴계퀀텀닷을자체개발하여 SUHD TV 에적용출시 [ 그림 5] 퀀텀닷디스플레이관련공급망 [ 그림 6] 삼성전자비카드뮴퀀텀닷필름 자료 : IHS, 연구성과실용화진흥원 자료 : Nano-Korea 2016 삼성전자전시자료 퀀텀닷디스플레이시장은대면적 TV 중심으로경쟁및안정화진행후모바일기 기로확산예상 시장조사업체 IHS 는퀀텀닷 TV 시장규모가 13년부터 20년까지출하량기준연평균 73.9% 성장률을보이며 2020년에는 1,463만대에달할것으로예측 - 미국과유럽시장을주축으로하여 17년이후부터는중국시장이급부상하여전체시장규모가확대될것으로전망 5
퀀텀닷디스플레이가적용된태블릿 PC는같은기간연평균 60% 성장하여 20년에는 3,241만대규모에달하며, 스마트폰은 17년부터본격적용되기시작하여 20년까지 3,016만대규모로연평균 110% 의성장률을보일것으로전망 - 태블릿 PC시장에서퀀텀닷디스플레이채용비중이 20년에 15% 일것으로예상하며, 스마트폰시장에서는 20년에 26% 의비중을보일것으로전망 또한, IHS 에서는퀀텀닷소재시장규모가 14 년 500 만달러에서 20 년 4 억 7 천만 달러로급성장할것으로예상 퀀텀닷소재를제조하는주요업체는카드뮴계열의소재를생산하는미국의 Nanosys 와 QD Vision, 비카드뮴계소재를제조하는영국의 Nanoco 가존재 국내에서도한솔케미칼, LG화학, 미래나노텍, 나노스퀘어, 엘엠에스등소재업체들이퀀텀닷제조기술개발에나서고있음 - 삼성전자는삼성종합기술원등과함께발광효율을개선한비카드뮴계퀀텀닷을개발 적용 [ 그림 7] 퀀텀닷 TV 시장규모전망 [ 그림 8] 제품별퀀텀닷디스플레이전망 자료 : IHS, 삼성디스플레이블로그 자료 : IHS, 언론사정보 시사점 글로벌디스플레이시장성장률둔화를극복하기위한새로운형태의디스플레이기 술개발및상품화필요 높은색재현율등의장점을가진퀀텀닷디스플레이가새로운시장성장을창출할 가능성존재 6
국내전자업계는중국과의기술적우위선점을위해고도화된디스플레이의적극적개발필요 퀀텀닷디스플레이의기술적난점개선및자체발광 QLED 상용화등기술우위및차별화를확보해야가격경쟁력을앞세운중국업체와의경쟁을극복 퀀텀닷관련업체들은전후방산업으로연결되는국내 외산업생태계구축및공급망의선제적확보필요 향후퀀텀닷디스플레이기술발전에따른디스플레이산업변화가능성주시필요 < 연구위원심경석 (kshim@kbfg.com) 02)2073-2783> 7