중국 디스플레이 산업의 도약
1990년대 초에 일본은 디스플레이 선진국이었습니다. 한국과 대만은 각각, 1995년과 1997년 무렵, 일본의 디스플레이 기술을 도입, 즉, 학습, 모방 등을 통하여 기술을 획득하여 디스플레이 산업을 시작하고, 2000년대에 들어서면서 생산량과 시장 점유율에서 한국이 선두가 되고, 일본은 3위 이하로 추락합니다. 그리고 비슷한 시기에 중국이 한국, 대만, 일본으로부터 역시 디스플레이 기술을 획득하고 발전과 투자를 거듭하여 2019년 지금은 한국의 세계 1위 자리를 위협하고 있습니다. 정확히 표현하면 LCD 분야에서는 금년부터 1위로 등극하며, OLED 분야는 한국과의 간격을 좁혀오고 있습니다. 중국의 발전, 일본과 대만의 견제로 인하여 10여 년을 유지하여 온 한국 디스플레이의 선두 자리가 위태롭습니다. 빠른 추격자(fast follower)는 있는 길을 질주하면 되지만, 선점자(first mover)는 없는 길도 만들어 가야 합니다. 한국 디스플레이의 앞길은 어디에 있을까요?
먼저, 중국의 도약과 위협부터 살펴봅니다. LCD의 경우, 2018년 중국의 생산량은 9천 4백만 평방미터로 9천 백만 평방 미터인 한국을 추월하였으며, 한국은 중국, 대만에 이어 3위국으로 내려앉았습니다. 10.5세대급으로 판을 키운 중국의 도약을 계속되어 2019년에는 1억 평방 미터를 넘길 것으로 전망되며, 반면에 한국은 LCD 투자를 접으면서 향후 5년 이내에 중국 생산량의 4분지 1에도 미치지 못할 것으로 예상됩니다. 이는 시장 점유율로도 이어져서, 2018년을 기점으로 하여 중국이 LCD 패널 세계 시장의 30.6%를 점유하면서 1위로 등극하였고, 한국은 29.3%로 2위로 내려앉았습니다. 그리고 대만이 23.7%로 3위, 일본이 15%로 4위로 나타났으며, 금후 2위 자리도 대만에게 넘겨줄 가능성이 큽니다.
OLED에 있어서는 여전히 선두를 유지하고 있는데, 중국이 따라오는 속도가 빠릅니다. 생산량을 보면 2018년에는 한국이 천 4백만 평방 미터로 중국의 열 배 정도를 유지하고는 있으나, 향후 5년 정도가 지나면 한국 5천만 평방 미터, 중국 2천 5백만 평방 미터로 절반 수준까지 따라올 전망입니다. 일본이나 대만은 여전히 OLED 투자에는 적극적이지 못한 상황으로 당분간은 한국과 중국의 2파전이 이어지겠죠. 시장 점유율 관점에서는 한국의 강세가 더욱 두드러져서 중소형과 대형 모두 2018년 기준, 세계 시장의 95% 이상을 점하고는 있지만 약 2 ~3 년 전부터 중국의 성장률이 매년 두 배 이상을 보이고 있다는 점은 충분히 경계하여야 합니다. 특히, 한국은 삼성 디스플레이와 LG 디스플레이, 두 회사만이 OLED 패널을 생산 중이지만, 중국의 경우, BOE를 비롯하여 비젼옥스, 차이나스타, 로욜, 에버디스플레이 등이 적극적인 개발과 생산 투자를 진행하고 있습니다.
한국의 디스플레이 수출 동향을 살펴보면, 2018년 기준 총 246억불로 LCD 143억불, OLED는 103만불 규모인데, LCD의 경우 4년 전인 2014년과 비교하여 절반으로 감소한 반면에 OLED는 두 배 이상으로 늘었으며, 이러한 경향은 앞으로는 더욱 가속화될 것으로 보입니다. 결과적으로 향후 한국 디스플레이의 중심은 OLED에 있으며, LCD는 점차로 축소, 정리되는 방향으로 진행하겠지요. 물론 이 자리는 전계 발광형 OLED나 마이크로 LED 등이 대체할 가능성이 높습니다.
앞서가기 위하여, 어디를 향할까?
앞서 논의하였듯이 중국을 비롯한 경쟁국들의 도약과 위협에 대응하여 한국이 선택하여야만 하는 디스플레이는 현재로서는 OLED라 할 수 있습니다. 그러면 OLED의 앞길에서 어떤 전략을 구사여야 할 지를 고민해 보겠습니다. 약 2년 전인 2017년 9월, 미국의 Applied Materials가 발표한 디스플레이 발전 로드 맵을 보면, 당시 기준으로 TV의 해상도는 4K에 도전하고 8K, 그리고 폰과 va/VR은 각각 600 ~ 1,000 ppi를 넘어서 700 ~ 2,500 ppi에 이를 것으로 예측하고 있습니다. 이와 함께 폼 팩터는 평판 구조를 탈피하여 커브드 구조에서 롤러블과 폴더블로 나아갈 것으로 보았으며, TV를 대상으로 한 크기는 60인치대를 추진하면서 70인치 이상의 시기를 예상하고 있었죠. 이는 각각 성능과 폼 팩터, 그리고 응용도에 대한 가이드 라인을 어느 정도 제시해주었으며, 2년이 지난 2019년 현재, 이러한 로드 맵은 완성이 되었습니다.
성능에 있어서, 해상도는 8K, 폰은 1000 ppi를 겨냥하고 있으며, VA/VR은 3,000 ppi를 훌쩍 넘어서고 있죠. 이와 함께 컬러도 이제는 NTSC 100%를 훨씬 넘어서 구별하기가 어려울 정도의 자연색을 구현하는 중입니다. 폼 팩터도 휠 수 있고 말 수 있고, 그리고 접을 수 있는 디스플레이로 발전하였으며, 2019년 중에는 롤러블 TV와 폴더블 폰 제품들이 등장할 전망입니다. 화면 크기는 TV로서도 충분한 크기인 100인치급이 판매장에 전시가 되고 있으며, 수요만 따라온다면 이 이상도 충분히 가능합니다.
이제, 선점자가 도약할 수 있는 길이 명확하지 않습니다. 8K 이상의 해상도와 현재 수준 이상의색 재현율, 컬러가 필요할까요? 물론 어느 정도의 수요는 있겠지만, 성능면에서는 더 나아갈 길이 그리 넓지는 않고 발전의 여지도 작죠. 폼 팩터, 즉, 휘거나 말고, 혹은 접을 수 있는 OLED는 아직 해결하지 못한 부분들이 적지 않습니다. 예를 들어 롤러블 OLED TV는 여전히 유리 위에 만들어지고 있는데, 이러한 얇은 유리는 곡률 반경이 50R이나 되어서 TV 하단에 화면을 말아서 넣어야만 하는 큰 통?이 필요합니다. 기판은 유리가 아닌 플라스틱으로 전환되어서 곡률 반경 또한 대폭 줄어들어야 하죠. 백플레인으로는 LTPS TFT를 적용하였는데, 이는 휨에 대한 안정성이 상대적으로 좋은 산화물 TFT로 대체되는 것이 바람직하며, 이를 통하여 가격 절감의 효과도 더해질 것입니다. 또한 얇은 금속 판을 이용한 봉지 구조는 박막 봉지로 꼭 대체되어야 합니다. 곡률 반경은 물론 두께와 무게에 대한 부담감을 줄일 뿐만 아니라 현재의 배면 발광 방식을 전면 발광으로 개선하기 위해서는 선택이 아닌 필수 조건이죠. 폴더블 폰 또한 앞서 문제가 된 봉지 부분이나 커버 플라스틱 쪽에서의 내구성과 안정성이 더욱 확실하게 확보되어야 합니다.
유연(flexible)을 넘어 탄성(stretchable) 디스플레이가 꼭 필요한지, 전자 피부나 스마트 타투(tattoo)로 불기기도 하는 부착형(attachable) 기기가 어느 정도의 활용도와 시장 확보가 가능한지는 여전히 의문으로 남습니다. 그리고, 더 나아가서 컨택트 랜즈와 같은 생체 삽입형(implantable) 기기가 얼마나 가능성과 효용성이 있는지, 이를 위한 생체 친화성(bio-compatible) 디스플레이 패널이 기술성과 경제성이 보장될 수 있는지 여부는 아직은 고려하기에 이릅니다. 다만, 현재에 이르기까지 모바일 기기용 소형 디스플레이, 모니터용 중형, 그리고 TV용 대형 디스플레이 3각 편대가 누려온 80% 대의 시장 점유 구조는 분명 탈피되어야 합니다. 즉, 이에 더하여 새로운 응용 분야들이 한껏 창출되어야 한다는 점이죠. 그렇게 하여야 응용 분야도 넓어지고 시장도 키우며, 따라서 새로운 성능, 새로운 폼 팩터를 가지는 디스플레이들이 적극적으로 개발, 등장하게 되죠. 이러한 후보군으로서 인간의 감성을 파고 드는 예술용 혹은 빈티지용 디스플레이, 4차 산업 혁명, 특히 IoT와 연동되는 웨어러블 디스플레이, 특히 VR과 AR을 적극 활성화 시킬 수 있는 착용형이나 부착형 디스플레이, 의료용 HMD나 HUD, 그리고 초고정세 디스플레이, 수요자의 욕구와 아이템에 최적화된 스마트 사이니지, 투명 디스플레이를 활용하는 스마트 윈도우, 곡면과 유연성을 적극 활용하는 자동차용 디스플레이 등을 앞서 제시한 바 있습니다.
향후 10여 년간, 이제는 성숙 단계에 이르고 있는 OLED와 여전히 진화 중인 QLED, 이제 막 걸음마를 시작한 마이크로 LED, 주로 세 가지 디스플레이 기술들이 경쟁과 대체 과정을 겪으면서 발전하여 갈 것입니다. LCD는 QD-OLED로 인하여 정체되거나 혹은 뒤안길로 들어갈 확률 또한 큽니다. 따라서 향후 10년 동안의 세 가지 디스플레이 기술에서 한국의 선두 질주는 게속 되어야 하며, 이를 위한 개발 방향과 전략들이 잘 마련될 수 있기를 바랍니다. 다음 순서에는 이들 중에서 현재 가장 앞서고 있는 OLED 기술의 이슈에 관하여 보다 자세히 다루어 보겠습니다.
OLED의 이슈들
OLED, 현재 모바일용 소형 디스플레이 시장을 맹렬히 점령하고 있으며, TV용 대형 디스플레이 시장에서는 QLED(현재는 양자점 BLU 적용 LCD)와 치열한 전쟁을 치르고 있는 최고의 디스플레이입니다. 소형의 주도권은 S사가 대형의 주도권은 L사가 쥐고 있으며, 앞서 언급하였듯이 아직은 우리나라가 1위로 2위와 격차를 유지하고 있죠. OLED 패널 기술이 당면한 이슈, 넘어야 할 허들을 정리하여 봅니다.
당면한 제품군인 롤러블 TV와 폴더블 폰에 남아있는 이슈들과 함께 보다 안정적이며 장기적인 기술, 응용도까지 고려하여, 소재, 공정, 유연함, 그리고 제조 부문으로 구분하여 생각해보겠습니다. 이에 더하여 최근 일본과의 수출입 규제 문제로 부각된 아이템들 중에서 특히 OLED와 직접적인 연관이 있는 품목들, 즉, 투명 폴리이미드, 컬러 포토 레지스트, 그리고 쉐도우 마스크도 염두에 두고자 합니다. 우선적으로 보다 긴급하고 제품화와 직결되어 있는 핵심 이슈들로 시작하여 보죠.
즉, 소재 부문에서는 인광을 비롯한 보다 향상된 발광 기구들과 양자점 활용 이슈, 공정 부문에서는 RGB 컬러 패터닝 공정, 택트 타임 단축, 그리고 롤투롤에 더하여 용액 공정 이슈를 제기하고자 합니다. 다음으로 유연함 부문에서는 유연성과 변형을 원활하게 하기 위하여 필요한 유연 투명 전극과 박막 봉지 이슈, 제조 부문에서는 특히 검사 장비와 이에 필요한 센서류, 그리고 공장 자동화 이슈를 언급합니다.
OLED의 이슈들, 소재에 관하여
발광은 물질이 에너지를 받아 여기되었다가 다시 안정화되면서, 받은 에너지를 빛으로 방출하는 현상을 말합니다. 이 때 인가되는 에너지들은 실로 다양한데, 예를 들어서 빛이나 전기장(전압 혹은 전류), 혹은 가속된 전자와 전자선, 그리고 화학 혹은 생화학 반응, 방사선 등을 포함한 주로 짧은 파장 대역의 전자기파, 그리고 열 등에 의하여 제공되며, 에너지원에 따라 광 발광(Photo-Luminescence, PL), 전계 발광(Electro-Luminescence), 음극 발광(Cathodo-Luminescence, CL), 기계 발광(mechano-luminescence), 화학 발광(chemo-luminescence), 방사선 발광(radio-luminescence), 열 발광(thermo-luminescence) 등으로 명명됩니다.
이러한 발광 기구들 중에서 OLED는 전계 발광 원리로 동작하는데, 전자와 정공이 결합함으로써 생성되는 여기자가 안정화 상태로 돌아가면서 빛을 만들죠. 물론 소자 내를 흐르는 전자와 정공의 수가 많고 결합 확률이 높을수록 더 밝은 빛을 내게 됩니다. 따라서 두 개의 전극, 음극과 양극으로부터 전자와 정공을 소자 내로 넣는 주입층(Electron/Hole Injection Layer, EIL, HIL), 주입된 전자, 정공들을 이동시키는 전달층(Electron/Hole Transport Layer, ETL, HTL), 그리고 양쪽 전극들로부터 각각 전달된 전자와 정공들이 만나서 결합, 여기자(exciton)를 형성, 빛을 만들어내는 발광층(Emission Layer, EML) 등이 각각의 역할을 잘 수행하여야 하죠. 여기서 여기자란 ‘여기 상태(excited state)’에 있는 입자이며, 여기 상태란 ‘전자가 에너지를 흡수하여 안정되지 않고 들뜬 상태’로 풀이됩니다. 이러한 여기 상태는 일시적으로 불안정한 상태로, 전자는 안정된 상태를 찾아가려는 특성이 있어 ‘기저 상태(ground state)’로 다시 돌아가게 되죠. 전자가 여기 상태에서 기저 상태로 되돌아가면서 에너지 준위가 다시 원래 수준으로 낮아지게 되는데, 이 때 줄어든 에너지의 일정 부분이 빛의 형태로 방출됩니다.
이 때 여기 상태는 HOMO와 LUMO에 존재하는 전자들의 스핀, 즉 전자 스핀 양자수 S에 따라 두 가지 방식으로 존재합니다. 즉, 스핀 다중도(spin-multiplicity) 값, 2S+1이 2(+1/2-1/2)+1=1이면 단일항(singlet), 2(+1/2+1/2)+1=3이면 3중항(triplet)에 해당되며, 자연 상태에서는 단일항과 3중항의 생성비가 1 : 3으로 주어집니다. 즉, HOMO와 LUMO에 각각 한 개씩 존재하는 전자들의 스핀 방향이 총 8가지로 구분되는데, 2개 전자 스핀 백터의 합이 0이 되도록 반대 스핀을 갖는 경우는 두 가지이며 단일항에 해당되죠. 따라서 여기자는 단일항 1개에 3중항 3개로 만들어지므로 그 생성 비율은 1 : 3이 됩니다.
이제 전계 발광의 두 기구인 형광(fluorescence)과 인광(phosphorescence)을 살펴보겠습니다. HOMO 준위로부터 여기된 전자는 높은 에너지 준위로 올라갔다가 에너지를 잃으면서 LUMO 준위로 내려오게 되고, 이러한 여기 상태에서 다시 HOMO 준위로 내려오며 빛을 만들죠. 형광은 높은 단일항 준위들인 S1, s2 등으로부터 진동 이완(vibrational relaxation) 과정을 거치면서, 역시 단일항인 S1의 가장 바닥 위치에 이르러서 안정한 준위인 S0으로 떨어지며 빛을 만들어냅니다. 형광 물질은 다양한 개발 노력을 통하여 가격도 낮아지고, RGB 스팩트럼의 순도도 충분히 개선되었으나 단일항을 통한 발광만 가능하므로 내부 양자 효율이 최대 25%라는 한계가 있습니다. 따라서 나머지 75%에 해당하는 3중항을 발광에 활용할 수 있도록 인광 물질의 개발이 필요하였죠.
인광은 여기된 전자가 단일항 S1을 거쳐 3중항 T1으로 계간 전이(Inter-System Crossing, ISC)를 하는 것에서 비롯됩니다. 물론 여기 상태에서는 3중항에서도 단일항에서와 마찬가지로 T2, T3 등 다양한 에너지 준위를 가질 수 있죠. 다만, T0 상태는 존재하지 않으므로 반드시 T1에서 S0 준위로 내려와야만 합니다. 즉, 인광은 T1에서 S0으로 에너지 전이가 일어나는 과정으로, 이럴 경우 스핀 방향이 같은 두 개의 전자가 함께 존재하므로 파울리의 배타 원리를 어기게 되므로 자연계에서는 금지 전이(forbidden transition)에 해당합니다. 그러나, 발광 효율을 높이려면 상대적으로 많이 생성되는 3중항이 발광에 이용되어야만 하고, 이를 위하여 중원자 효과(heavy atom effect)를 이용, 무거운 금속 원소들이 큰 자기 모멘트를 생성함으로써 전자의 스핀 상태 변화, 즉 스핀 양자수의 부호가 바뀌도록 반강제적으로 유도를 하게 되죠. 주로 원자핵이 무겁고 충분히 큰 원소인 Ir(이리듐), Os(오스뮴), Pt(백금) 등이 인광 도펀트에 사용되어서 계간 전이를 활용할 수 있도록 합니다. 이렇게 함으로써 형광에서는 1/4에 해당하는 25%만의 들뜬 전자, 즉 여기자만을 이용하였는데, 인광에서는 나머지 75%까지도 발광에 이용할 수 있어서 내부 양자 효율을 100%까지 높일 수가 있습니다. 다만 아쉽게도 인광 물질은 아직 청색의 수명과 함께 스팩트럼이 불완전하여 색 순도 확보에 어려움을 겪고 있습니다. 이와 함께 인광 도펀트의 높은 가격도 장애가 되고 있죠.
특히 가격 문제의 대안으로 개발되고 있는 발광 기구가 열 활성화 지연 형광(Thermally Activated Delayed Fluorescence, TADF)이며, 최근에는 색 순도와 효율 문제까지 해결할 가능성이 있는 초형광(hyper fluorescence) 물질이 발표되었습니다. 색 순도와 효율, 그리고 수명의 최적화를 위한 OLED 소재는 여전히 개발 중이며, 특히 열화(burn-in), 혹은 화소 열화 현상(image sticking)의 해결을 위하여 나날이 새로운 결과들이 제시되고 있습니다.
다음으로 양자점(Quantum Dot, QD)에 관하여 이슈 이야기를 이어가 보겠습니다. 최근에, QD-OLED, 즉, 양자점을 이용한 OLED 기술이 회자가 되고 있습니다. 다양한 접근법이 있지만, 주로 청색 OLED에 적색과 녹색의 QD 화소(컬러 필터)를 적용하는 방식에 무게가 실리고 있습니다. 상당 부분 기존 기술들을 활용할 수 있기 때문에, 지금으로써는 빠른 시간에 제품을 만들어 낼 수 있는 접근법이죠. 다만, 이 또한 전계 발광이 아닌 광 발광으로, 기존의 백색 OLED에 RGB 컬러 필터를 적용한 대형 OLED 기술의 연장선, 혹은 진화로도 볼 수 있습니다. 이러한 진화의 과정에서, QD-LED까지 이르기 위한 기술적 이슈들을 이야기해 보죠.
일반적으로 직접 천이형 반도체의 경우, 광이나 전기장 등에 의해 전자가 들뜸과 이완 과정을 거치면서 빛을 만들 수 있는데, 생성되는 빛의 파장은 밴드갭에 해당하는 에너지에 해당합니다. QD, 즉, 양자점은 지름이 2~10nm 정도의 반도체 입자이죠. 이러한 QD 반도체는 원자의 수가 15~150개 정도이고, 크기도 여기자의 보어 반경보다 작게 되어 에너지 준위가 밴드(띠)가 아니라 모든 방향에 대해 불연속적인 값, 즉 양자화된 값을 가지면서 양자 구속 효과(quantum confinement effect)가 나타납니다. 이는 입자의 구조나 크기가 에너지 준위에 영향을 주는 현상으로, 에너지 준위간의 전이 에너지가 커지게 되며, 전이 에너지는 양자점 크기의 제곱에 반비례하계 되죠. 따라서, 양자점의 크기가 작아질수록, 큰 에너지, 즉, 짧은 파장의 빛이 만들어집니다.
인간의 눈은 380~750nm 파장, 주파수 범위로는 784~400THz에 해당하는 빛을 볼 수 있으며, 이에 해당하는 광자 에너지를 생성하기 위해서는 3.26~1.65eV의 에너지가 필요합니다. QD의 크기를 조절함으로써 이 범위에서의 발광 색상을 얻는데, 적색을 위한 QD의 코어는 직경이 7nm(원자 150개 정도) 정도입니다. 녹색 QD는 직경 3nm(원자 30개 정도), 가장 작은 청색 QD의 코어 크기는 직경이 약 2nm(원자 15개 정도)입니다. 각각의 RGB QD는 한 가지의 색상만을 방출하며, 반치폭(Full Width at Half Maximum, FWHM)이 30~54nm 정도로 좁아서 원색을 만들 수 있으므로, 넓은 색 영역을 제공하는 것이 가능해지죠. 다만, 청색 QD는 크기가 작아서 물리 화학적으로 취약하며, 제조 및 공정 작업이 어려워서, 디스플레이 패널에서는 주로 청색 LED를 광원으로 하여, 적색과 녹색 QD를 광 여기시키고 있습니다. 디스플레이로써의 완성도를 높이기 위해서는 2nm 크기의 청색용 QD가 균일하게 대량 생산, 제조 공정에 활용될 수 있어야 합니다.
다음으로 디스플레이용으로써 QD 코어의 합성에는 주로 셀렌화 카드뮴(CdSe), 인화 인듐(InP), 규소(Si)를 이용합니다. 카드뮴 기반 QD는 업계에서 처음 적용되기 시작하였고, 넓은 색 영역을 얻을 수 있으며, 90% 이상의 내부 양자 효율이 가능합니다. 다만, 독성으로 인한 유해 물질 제한 지침(Restriction of Hazardous Substances, RoHS)의 대상 물질이라는 한계가 있습니다. 인듐 기반의 QD는 카드뮴 기반 QD 대비, 90-96% 정도의 색 영역을 얻을 수 있으며, 80%의 내부 양자 효율이 가능합니다. 다만, 국내 S 사의 경우, 연구 개발을 통하여 인듐 기반 QD의 성능을 카드뮴 기반 QD에 뒤지지 않을 정도로 많이 끌어올렸습니다. 아직 가격이 높다는 점이 핸디캡이죠. 규소 기반 QD는 안전하지만 효율이 매우 낮아 30-50% 수준의 내부 양자 효율만을 얻을 수 있으며, 색 영역 측면에서도 다른 QD와는 경쟁하기는 어렵습니다. 카드뮴을 사용하지 않으면서도 효율과 색상이 우수한 QD의 저가격, 대량 생산 기술이 더욱 개발되어야 합니다.
양자점을 합성하는 방법에는 ‘top-down’ 방식과 법과 ‘bottom-up’ 방식이 있는데, 크기가 10nm 이하일 경우에는 주로 ‘bottom-up’ 방식을 이용합니다. 그리고, 양자점은 표면에 위치한 원자들로 인하여 결정 결함이 많고, 또한 에너지 상태가 높아서 전자를 잃기가 쉽죠. 몇 가지 문제가 되는 현상들을 살펴볼까요? 먼저 광 퇴색(photo-bleaching)입니다. 이는 양자점의 비가역적인 분해로, 양자점이 고주파, 습기나 열이 있는 상태에서 빛에 노출되면 일어납니다. 즉, 양자점의 부식과 산화로 인해 표면 결함이 만들어지고, 이는 발광에 영향을 주죠. 극단적으로 보호를 받지 못하는 양자점의 수명은 대략, 1,000초 정도이며 소자에 이용하기에 턱없이 짧습니다. 빛을 만드는 디스플레이 안에서 빛에 약한 양자점들이 제대로 보호를 받아야만 하는 상황입니다. 다음으로, 광 발광 깜박거림(photoluminescence blinking), 혹은 광 발광 중단(PL intermittency) 현상입니다. 이는 들뜬 상태의 캐리어들이 양자점의 밖으로 이탈하면서 발생하죠. 휘도의 저하, 효율 감소를 초래하죠. 이와 함께 오제 재결합(Auger recombination)도 일어납니다. 이는 반도체에서 발생하는 오제 효과와 유사합니다. 즉, 들뜬 상태의 전자가 돌아오지 않고 들뜬 상태에서 다른 정공을 만나서 재결합을 하는 현상으로, 비발광 과정으로 이어지며 빛의 손실로 효율을 감소시키게 되죠.
이러한 문제점들로 인하여 안정성을 높이고 광 반응에 대한 내구성을 확보하기 위해 코어 쉘(core shell) 디자인이 적용됩니다. 즉, 코어인 양자점을 쉘이 둘러싸는 이종 구조이죠. 쉘은 코어보다 큰 밴드갭을 가지며, 쉘 위에는 표면 리간드가 있습니다. 쉘은 전자 및 정공과 같은 전하 캐리어가 표면으로 빠져나가지 못하도록 에너지 장벽을 만들어서 구속시키며, 효율과 안정성을 향상시킬 수 있습니다. 그리고 양자점을 가혹한 환경 변화 및 광 산화 분해 등으로부터 보호하는 역할도 합니다. 표면 개질에 해당하는 리간드는 주변 환경으로부터 나노 결정을 물리적으로 보호할 뿐만 아니라 전자 트랩을 제어하여 오제 재결합을 방지합니다. 최근에는 QD의 코어와 쉘 사이에 중간 쉘(middle shell)이라는 또 다른 보호층을 도입하여 밴드 내 전이를 감소시키고 더불어 오제 결합을 줄이는 등이 개발이 이어지고 있습니다. 쉘 재료로는 카드듐 기반 QD에서는 황화 아연(ZnS), 인듐 기반 QD에서는 중간 쉘이 필요하며, 주로 셀렌화 아연(ZnSe)을 사용합니다. 코어 쉘 구조가 문제 해결에 도움은 되고 있지만, 여전히 일부의 불안감은 남아 있습니다. QD 소재나 구조 자체에서 해결하든, 혹은 QD 밖에서 해결의 실마리를 찾든, 노력을 더 필요로 하는 부분임에는 틀림이 없습니다.
이상과 같이 양자점의 특징들을 설명하면서 기술적인 문제점과 이슈들을 자연스럽게 드러내 보였습니다. 조금 더 이야기를 진행하며 정리하여 보죠. QD 기반의 디스플레이가 가질 수 있는 장점들은 자명합니다. 즉, 높은 색 정확도와 피크 휘도, 우수한 색 재현성 및 넓은 색 영역, 낮은 소비 전력 등이죠. 그리고는 기술적 문제점들과 이슈입니다. 먼저, 환경에 대한 QD의 취약성입니다. 앞서 말하였듯이 QD 입자는 물, 열, 습기의 영향을 받으며, 이런 요소들로부터 철저하게 격리되어야 합니다. 현재는 QD가 습기로 인해 분해되지 않도록 격리층으로 차단성 필름을 이용하고 있습니다. 나아가, QD는 고온에 매우 민감하며, 양자 효율을 유지하기 위해서는 열원에서 멀리 배치해야 합니다. 섭씨 100도 이상의 온도에서 양자 효율은 50% 미만으로 떨어집니다. 그러므로 QD를 이용한 디스플레이는 아주 더운 기상 조건에서는 운영할 수 없습니다. 패널 및 패키징 내에서 LED와 QD의 배치 거리는 디스플레이의 성능에 중요한 영향을 끼칩니다. 다음으로 카드뮴 솔루션에 대한 규제 장벽, 역시 앞서 언급한 RoHS 이슈입니다. 카드뮴 기반 QD가 우수한 성능 및 넓은 색 영역을 갖고 있음에도, 이 재료는 독성을 함유하고 있어, 현재 승인을 받지 못하고 있습니다. 세계의 규제 기관들은 카드뮴 솔루션을 주시하고 있어, 업계는 인듐 기반 기술로 유사한 성능 및 효율을 내기 위해 노력하고 있습니다. 끝으로 높은 제조 원가입니다. QD 기술은 기존의 LCD 제조에 비해 제조 비용이 높습니다. 하지만, QD는 OLED 디스플레이보다는 여전히 싸며, 대량 생산이 이뤄진다면 QD 디스플레이 생산도 상대적으로 저렴해지기에 가격 측면에서 충분한 효율을 달성할 것 입니다.
QLED 패밀리에서 QD-LCD 기술은 대부분 확보되고, 제품화에도 성공하였지만, QD-OLED와 QD-LED는 앞으로도 연구 개발이 더 보완, 수행되어야 하는 기술입니다. 앞서 설명한 양자점이 겪는 다양한 문제들과 함께, QD의 균일성, 재현성, 생산성도 적지 않은 이슈입니다. 즉, 양자점의 크기 및 형태는 합성 과정에서의 시간, 온도, 리간드 분자 등, 반응 시간과 조건에 따라 정밀하게 통제되어야 합니다. 나노급 정밀도의 소재의 저가격 대량 생산, 분산, 블랜딩 등의 공정 기술의 확보, 기존 디스플레이 생산 공정과의 친화성 등이 해결되어 가면서 QD-LED, 진정한 QLED를 향한 꿈도 한층 여물어 갈 것입니다.
OLED의 이슈들, 공정에 관하여
OLED의 제조 공정은 크게 나누어 백플레인 제조, OLED 증착, 그리고 봉지 공정으로 진행됩니다. 백플레인이 제조된 기판은 증착 클러스터 장비 안으로 반입되고, 전극과 유기물 증착 과정을 거진 다음 봉지 공정까지 마무리가 된 후에 외부로 나올 수 있죠. 물론 산소와 습기가 OLED 소자와 접촉하는 것을 막기 위해서입니다. 이러한 제조 과정에서 다양한 공정 이슈들이 있습니다. 장비에서는 증착기와 실리콘 반도체층의 다결정화를 위한 결정화 장비, 그리고 박막 봉지용 다층막 형성 장비 등을 들 수 있고, 특히 유연 OLED에서 플라스틱 기판 공정에 대한 이슈, 백플레인의 경우 LTPS와 산화물 TFT의 품질, 전자 이동도, 유연성과 관련된 내용, 발광층을 비롯한 유기물 층들의 표면 균일성, 수명이나 효율 향상 등을 생각해 볼 수 있습니다. 이에 더하여 금속 쉐도우 마스크를 사용하는 RGB 컬러 패터닝, 봉지 과정에서의 유리 인캡, 하이브리드 공정, 혹은 박막 봉지에 이르기까지의 이슈들과 함께 터치 스크린의 내재화와 커버 플라스틱 설치 등도 만만치 않죠. 여기에서는 이러한 제반 공정 이슈들 중에서 수율, 생산성, 그리고 가격과 직결되는 RGB 컬러 패터닝 공정, 패널 제조 시간의 단축, 그리고 롤투롤과 용액 공정을 이야기하고자 합니다.
먼저 RGB 미세 패터닝 공정의 개선입니다. TV용 OLED에서는 오픈 마스크를 사용하므로 크게 문제가 되지는 않지만 RGB 컬러 패터닝을 하여야만 하는 중소형 모바일 기기용 OLED 패널에서는 FMM 이슈가 늘 따라다닙니다. 물론 대면적 고분해능과 관련된 내용도 예민하지만 이와 함께 소재 사용 효율면에서의 이슈도 무시할 수가 없죠. 증발원을 이동시켜가며 증착 각도를 줄이거나 혹은 잉크 젯 프린팅이나 하전된 용액을 이용하는 선택적 코팅 등의 기술이 제안되기는 하였지만 생산 라인에서 고려하기에는 여전히 거리가 있습니다. 다만, 지난해인 2018년에 발표된 면(plane) 증발원을 이용하는 방식은 증착으로 형성되는 부화소들의 면적 손실을 최소화하여 해상도를 높일 수 있다는 점에서 어느 정도 의미가 있습니다. 이의 다음 모델로서 제시한 벨트형 면 증발원, 그리고 수직 배치되는 벨트형 증발원과 관련된 아이디어는 소재의 낭비를 줄여 사용 효율을 높이고, 또한 기판의 면적을 키우는데 기여할 수 있을 것으로 생각됩니다.
다음으로 진공 클러스터 내에 기판이 소자로 완성되면서 머무르는 시간, 즉 택트 타임을 줄이는 것이 소자의 오염을 통한 오동작을 줄이고 수명을 늘리기 위해 중요하다는 내용의 논문이 발표된 바 있습니다. 이에 따르면 진공 공정 과정에서 챔버 내의 유기물, 즉 진공 그리즈나 플라스틱 부품들로 인한 탈기체(out-gassing) 현상으로 소자가 오염되거나 표면 평탄도가 저하되어 OLED의 성능과 수명에 직접적인 영향을 끼치며, 따라서 가급적 택트 타임을 줄이는 노력이 필요합니다.
특히 플라스틱 OLED의 제작에 있어서 롤투롤(Roll-to-Roll) 공정이 갖는 의미는 생산성과 가격을 고려할 때 절대적입니다. 증착 공정이라도 롤투롤 공정을 적용, 생산에 활용할 수 있다는 가능성이 독일의 프라운호퍼 등을 통하여 꾸준히 제기되고 있죠. 이에 더하여 값싸고 재료의 사용 효율이 높은 스크린 프린팅이나 잉크 젯을 기반으로 하는 용액 공정이 가미된다면 최적의 생산 환경을 갖출 수 있겠지요.
OLED의 이슈들, 유연함에 관하여
곡면형, 웨어러블 기기 등이 이슈가 되면서 OLED의 기판은 유리에서 플라스틱으로 변화되고 있습니다. 터치 스크린은 별도(add-on)에서 셀의 바로 위(on-cell), 그리고 셀 안(in-cell)으로 들어가고 있으며, 고정된 휨이 아니라 변형되는 휨으로 접어들면서 커버 글라스는 커버 플라스틱으로 전환되고 있습니다. 봉지(encapsulation) 구조도 캔이나 리드 구조, 하이브리드 구조에서 다층막 구조로 진화됩니다. 이는 생산 라인의 변화도 가져오죠. 즉, 별도의 봉지용 시설 라인이 필요하였지만, 이제는 음극 증착 후에 무기막과 유기막 서너층을 코팅할 수 있는 장비만 추가되면 됩니다. 유연함이 대세를 향하고 있죠.
변형이 가능한 유연, 플라스틱 OLED의 기초가 되는 부분들로는 플라스틱 기판, 유연성과 고성능을 겸한 백플레인과 유기물 층들, 상부 발광을 위한 유연, 투명 전극, 박막 봉지, 그리고 커버 플라스틱 등을 들 수 있습니다. 시작에서는 유연하고 투명한 전극 기술과 박막 봉지 기술을 먼저 다루어 보고자 합니다.
유연하고 투명한 전극, 얇은 ITO 박막으로도 가능하나 반복적인 휨과 꺾임에 의한 크랙 발생, 내구성이 여전히 불안합니다. 당장으로는 금속 격자(metal mesh) 구조와 은 나노선을 블랜딩한 유기물 전극이 앞서갑니다. 유연 투명 전극은 광 투과도와 전기 전도도가 높아야 하는데, 불행하게도 두 값은 반대로 움직입니다. 이를 이율배반(trade-off)이라고 하죠. 따라서 적정선에서 두 값을 최적화시켜 타협을 하게 됩니다. 이와 함께 가격과 생산성도 중요하죠. 그래핀을 비롯한 2차원 물질들, 탄소 나노 튜브, 그리고 전도성 폴리머들 각각 전도도와 가격 등에서 제품에 적용하기에 아직은 부족합니다.
은 나노선을 기반으로 하는 전극 개발의 예를 들어봅니다. 용액 공정으로 은 나노선 앙상블을 도포할 경우, 표면 거칠기와 나노선들간의 연결(interconnection)이 문제가 되죠. 이의 해결을 위하여 은 나노선 위에 인듐 아연 산화물(Indium-doped Zinc Oxide, IZO)과 전도성 고분자를 코팅한 하이브리드 구조가 제안되었습니다. 여기에서 IZO 막은 은 나노선을 산화로부터 보호하고 나노선들간의 연결, 그리고 기판과의 접착을 강화시키는 역할을 하며, 전도성 고분자 층은 표면 거칠기를 줄이고 광 투과율을 높이는데 기여를 합니다. 이러한 하이브리드 전극 구조를 적용하여 만들어진 유연 OLED는 효율이 증가하였고 유연성은 물론 향상되었죠. 다음 연구로 코팅된 나노선들에 대해 광 소결(light sintering) 과정을 거친 뒤, PVB(PolyVinyl Butryal) 내에 함침, 전사시켜서 나노선 연결성, 전도성, 그리고 표면 평탄도를 더욱 개선시킨 결과도 보고된 바 있습니다. 그리고, 고분자의 전기방사(electrospinning)를 이용하여 연결 포인트가 필요하지 않고 길이에 제한이 없는 나노 파이버 전극을 제조하여 연결 부위에서의 아킹 우려를 없애고 표면 평탄도를 개선한 결과도 제시되었습니다. 은 나노선이나 파이버를 적용하는 유연, 투명 전극에 관한 연구 개발과 제품에 적용하기 위한 노력을 계속될 것으로 판단됩니다.
다음으로 OLED의 박막 봉지에 관한 이야기를 풀어가 보겠습니다. 산소와 습기로부터 OLED 소자를 보호하는데 필요한 봉지 기술은 금속 캔과 유리 리드를 부착시키는 캔/리드 방식으로 시작하여서 금속이나 플라스틱 시트를 합착시키는 하이브리드 방식, 그리고 다층막 배리어(Multi-Layer Barrier, MLB) 방식이나 박막 봉지 방식 등으로 발전하여 왔습니다. 성능과 경제성을 고려할 때 나름대로의 장단점들이 있지만 유연함을 목표로 하게 되면 다층막 배리어나 박막 봉지가 필수적으로 되죠. 무기층의 배리어 성능과 함께 유기층의 평탄화, 스트레스 완화, 그리고 유연성 향상 기능도 중요합니다. 만일 잉크 젯 방식으로 유기물을 도포하면 두께가 1 마이크론 이상이 가능하게 되어 먼지와 같은 입자들을 커버링하는 효과도 얻게 되죠. 봉지막은 기본적인 투산소율, 투습률 성능과 함께 유연성은 물론 광 투과도, 부착력, 열 안정성, 헤이즈 성능도 일정 이상을 만족시켜야 하며, 수율과 경제성은 당연히 고려되어야 하죠. 또한 투습률을 OLED에서 요구하는 규격과 신뢰성에 적합하도록 측정할 수 있는 기술도 표준화가 되어야 합니다. 최근에는 용액 동정을 기반으로 하는 후막 봉지 연구도 관심을 끌고 있습니다.
OLED의 이슈들, 생산에 관하여
기술에 있어서 ‘포화(saturation)’라는 단어는 적절치 않겠지만, 수요와 시장이 불확실하고, 응용도 역시 명확히 보이지가 않을 때 기술의 원치 않는 ‘정체기’가 찾아옵니다. 이 시기에서는 가격 경쟁력이 우선이죠. 인간의 값싼 노동력으로 가격을 경쟁하던 시대는 지나고 있습니다. 엊그제 사용자와 근로자 사이에서 어렵게 조정된 2020년도 최저 임금은 비단 우리나라의 일만이 아닙니다. 인건비가 더 낮은 땅을 찾아서 언제까지 전전하여야 할까요? 이제는 지능과 판단력을 가진 기계와 로봇들이 생산 현장에 더욱 강하게 투입되어야 합니다. 인건비를 줄이고 생산성을 높이는 일이죠. 생산성이 향상된다면 성능이나 규격이 대등하여도 중국 제품을 가격으로 이길 수 있습니다. 그래서 필요한 생산 자동화입니다. 이제, 디스플레이 중에서도 선점자 유지에서 더욱 절실한 OLED에 대하여 생산과 자동화의 이야기로 들어가보죠.
사실 OLED는 현재 상태도 준 생산 자동화 단계라고 볼 수 있습니다. 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT) 백플레인과 양극인 ITO(Indium Tin Oxide)가 형성된 기판이 OLED 증착기에 투입되는 순간, 세정부터 전자와 정공의 주입층과 전송층, 캐리어 차단층, 그리고 발광층과 같은 유기물 층들의 증착, 스텝별 인 라인 검사와 측정, 그리고 패널의 끝 공정인 봉지(encapsulation)에 이르기까지 외부로 전혀 노출되지 않고 클러스터 안에서 이루어집니다. 유기물, 그리고 유기물과 전극 계면이 산소와 수분에 취약하다는 점이 주된 이유가 되죠. 즉, 백플레인 공정, OLED 증착 공정, 봉지 공정으로 이루어지는 OLED 패널 생산에서 OLED 증착과 본지 공정이 무인 자동화가 된 셈입니다.
물론 몇 가지 개선과 보완이 필요한 이슈들은 있습니다. 즉, 형광 물질을 인광 물질로 대체하는 과정, 그리고 양자점을 적용하게 될 과정들은 더욱 까다로운 맞춤형 증착 공정과 검사를 요구하며, 해상도가 높아질수록 FMM(Fine Metal Mask) 기반 공정은 더욱 정밀하게 제어되어야 합니다. 그리고 소자의 택트 타임이 짧아질수록, 즉 소자가 클러스터 챔버 내에 머무는 시간이 줄어들수록 양질의 소자가 만들어져서 수명이 증가한다는 연구 결과가 발표되었죠. 봉지 공정에 있어서도 종래의 캔 방식이나 하이브리드 방식에서 완전한 박막 봉지(Thin Film Encapsulation, TFE)방식으로 전환하면서, 유무기 다층 박막들의 증착과 검사 라인도 보완되어야 하고, 특히 유기물 층 도포를 위한 작업 라인을 어떻게 배치할지도 관건입니다. 패널의 마무리 단계인 온셀 터치(on cell touch) 패널의 탑재도 가급적 클러스터 안에서 해결이 되어야 합니다. 요약하자면, OLED 생산에서 주목할 점은 클러스터 내에서 무기와 유기층들의 연속적인 증착과 봉지 공정, 그리고 온셀 터치 패널 작업까지 이루어지며, 이와 함께 표면의 결함이나 오염, 형성된 유무기 층들의 특성, 제조된 소자의 전기광학적 성능, 모두가 인 라인 검사와 측정으로 수행되어야 한다는 점입니다. 이제, 생산 자동화의 중요한 이슈인 인 라인 검사와 측정 부분으로 설명을 이어가 보죠.
백플레인 기판이 클러스터에 들어가면 먼저, AOI(Automated Optical Inspection) 장비를 이용하여 표면의 결함과 오염 상태를 검사합니다. 기판 표면에 레이저를 입사하고 먼지나 결함 등에 의하여 산란되는 빛을 관찰하죠. 증착 과정에서는 각종 유기층(organic layer)들의 형성 과정에 ICE(In Chamber Ellipsometer)를 설치하여 막의 두께와 균일도, 증착 정확도(Pixel Position Accuracy, PPA)와 함께 필요하다면 막의 광학적 상수들에 관한 데이터를 얻을 수 있습니다. 이러한 ICE는 기판이 지나가는 경로에 설치되는데, 한쪽에서는 레이저 광원과 편광자(polarizer), 그리고 반대쪽에서는 또 다른 편광자, 즉 검광자(analyzer)와 검출기(detector)가 설치되어 막의 표면에서의 편광 변화를 측정하고, 이로부터 증착된 유기층들의 물성과 광학적 특성들을 도출합니다. 여기에 더하여 별도의 챔버가 필요하지 않은 인 라인 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope), 즉 대기형 SEM(air SEM)도 요소에 설치, 운영되어야 합니다. 증착 과정을 거쳐 소자가 만들어지면 ICP(In Chamber Prober)를 이용하여 RGB 화소들의 색도와 특성들을 검사합니다. 이 때 화질과 균일도 등을 검사하기 위한 AOI 장비도 함께 적용됩니다. 특히, 유연 OLED 패널을 위해 플라스틱 기판을 적용할 경우, 필수적으로 박막 봉지가 요구되는데, 이 경우에는 보다 성능이 강화된, 즉 고분해능 AOI와 다기능 ICE가 요구되죠.
패널의 완성단계에서 적용되는 AOI의 경우, 단순한 이물질 검출 수준을 훨씬 뛰어넘어야 합니다. 즉, 작동 되는 각각의 화소, 부 화소(sub-pixel)들에 대해서 오염이나 결함에 더하여 긁힘이나 균열, 핀 홀, 패턴 정확도(pitch), 단선과 쇼트, 색도, 색채 불균일, 얼룩(mura, stain), 잡음 영상, 계조 변화 등을 국부, 혹은 전체적으로 검사, 측정, 평가하여야 하며, 이를 위해서는 심층 학습(deep learning)과 빅 데이터 분석, 처리 기능이 보다 강화되어야 합니다. 단파장 혹은 좁은 반치폭의 RGB로 이루어진 백색 강원과 높은 해상도의 카메라, 그리고 진동이나 왜곡, 교란이 없는 반송 시스템도 부가적으로 구비되어야 하죠. 봉지 과정에서 배리어 막의 성능 평가를 위해 산소와 습기 차단성, 즉, 투습률(Water Vapor Transmission Ratio, WVTR)의 인 라인 측정까지 요구될지는 모르지만, 특히 인 라인 개념과 센서 소자의 성능 향상에는 신경을 쓸 필요가 있습니다.
이와 함께, 검사와 측정 평가 이후에 복구(repair)가 수반된다면, 생산성과 수율을 한결 향상시킬 수 있을 것입니다. 즉, 어드레스 라인에서의 단선은 잇고, 쇼트는 끊는 단순 기능부터 나아가서는 부화소와 TFT 영역의 복구까지 확장될 수가 있겠지요. 이를 위해서는 VRS(Verification and Repair Station)이 필요로 하며, 여기에서도 디스플레이 패널과 각 화소들의 정밀 검사의 중요성은 더욱 강조가 되고 있습니다. 이에 더하여서 CRP(cell laser repair)와 AVI(Auto Visual Inspection) 장비의 결합, 국부적인 레이저 CVD(Chemical Vapor Deposition) 등의 인 라인 설치도 중요합니다.
검사나 측정, 그리고 평가 장비의 핵심은 센서입니다. 그리고 디스플레이는 빛을 다루는 기기인 만큼 패널 검사에 적용되는 센서류는 주로 광센서와 카메라용 이미지 센서입니다. 제조나 조립 공정에서의 정렬(alignment)뿐만이 아니라, AOI와 AVI 그리고 ICE까지 광센서와 이미지 센서가 핵심 역할을 하죠. 광 다이오드나 CIS(CMOS Image Sensor) 기술은 이미 충분히 발달되어 있습니다. 이 외에도 디스플레이의 성능 평가의 주요 인자들인 광 투과도, 혼탁도(haze), 필름 점착력, 열 안정성, 곡률 반경과 반복 휨에 대한 내구성 등을 측정하는 기기와 센서류도 비교적 완성도가 높습니다. 다만, 이러한 센서나 측정 부품들을 클러스터 내에 어떻게 설치하고 인라인, 실시간 측정으로 운영하며, 얻어진 데이터들을 단시간에 정확히 분석하여 생산 라인으로 피드 백을 시켜야 하는지에 대해서는 추가 개발이 필요합니다. 이는 기계적인 하드웨어와 자동화뿐만 아니라, 빅 데이터와 심층 학습 기능과 같은 소프트웨어 기술을 크게 요구하지요. 이에 더하여 최근, 일본으로부터의 부품, 소재의 공세를 겪으면서 절감할 수 있듯이 핵심 센서의 국산화도 간과되어서는 안됩니다.
그리고 정밀도나 객관적인 신뢰도, 즉, 표준화면에서 여전히 개발 여지가 남은 센서들도 있습니다. 예를 들어 산소와 습기를 차단하는 배리어 막에 대해서 투습률을 높은 신뢰도로 제시할 수 있는 측정 기기와 센서는 아직 완성이 되지 않은 상태입니다. 칼슘의 산화 반응에 따른 광 투과도나 전기전도도의 변화를 이용하는 방법, 삼중 수소를 갖는 물 분자로부터 나오는 방사능 측정을 이용하는 법, 그리고 질량 분석기나 혹은 감도가 높은 전기화학 방식의 산소 센서를 구비한 측정기 등이 있으나, 여전히 OLED가 요구하는 투습률 10-6 g/(m2 day)의 수준을 높은 신뢰도로 편리하게 측정할 수 있는 센서는 개발 초기 단계에 있습니다.
최근에 이르러 4차 산업 혁명, 공장 및 생산 자동화 개념이 강조되면서 디스플레이 패널 생산에도 자동화 바람이 불고 있습니다. LG는 파주의 OLED 생산 라인에 인공 지능 기반의 스마트 팩토리 플랫폼, ‘팩토바’ 탑재를 발표하였습니다. 또한, 디스플레이의 이송 설비 라인에서 공유 공간을 줄이고 강화학습 알고리즘이 생산라인의 이동을 이미지화해 스스로 학습하도록 함으로써 생산성을 증가시키고, 자동화 기계를 통한 부품의 장착과 로봇 팔을 이용한 조립, 그리고 자동 검사기에 의한 품질 제어 과정으로 생산 시간을 극도로 단축하는 등의 방법이 실효를 거두고 있습니다. 이러한 과정에서 불완전성의 검출, 공정 에러의 검사, 그리고 성능 평가를 담당하는 검사 및 측정 장비들, 이들의 눈과 촉감인 생산 자동화용 스마트 센서의 필요성은 더욱 증가할 것입니다.
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