[투명 플렉서블 디스플레이] 투명 플렉서블 AMOLED 디스플레이, 미래 사회의 가치를 창출한다

등록 2014.08.29 10:17:28

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기술 동향
투명 플렉서블 AMOLED 디스플레이, 미래 사회의 가치를 창출한다

투명 플렉서블 AMOLED는 정보 표시를 위주로 하는 단순 디스플레이 기술을 다른 산업과의 융복합 기술로 발전시킬 수 있는 핵심 기술이다. 그뿐 아니라 새로운 디스플레이 시장 및 응용 분야를 창출할 수 있는 미래형 디스플레이며, 앞으로 다양한 미래 사회 가치 창출의 원천이 될 것으로 예상된다.

문대규 순천향대학교 디스플레이신소재공학과

1980년 중반부터 생산되기 시작한 LCD로 인해, 평판디스플레이 시장은 1985년부터 1995년까지 노트북을 위주로 연간 32% 이상 급격히 성장했으며, 일본이 퍼스트 무버의 역할을 담당했다. 그리고 1995년부터 2007년까지 노트북과 모니터, TV 시장을 중심으로 연간 20% 이상 꾸준히 급성장했으며 한국, 일본, 대만을 중심으로 주도권 경쟁이 전개됐다. 그러나 2008년 이후부터는 LCD 시장 성장이 둔화되기 시작했고, 2010년 이후에는 세계적인 경기 침체, 중대형 LCD 공급과잉 및 가격 급락, 중국의 LCD 생산 등에 의해 LCD 산업이 정체기에 접어들었다.
이러한 침체에서 벗어나기 위해, 최근 디스플레이 분야에서는 다음과 같은 4가지 형태의 차세대 디스플레이 개발이 본격화되고 있다.

① 기존의 단순한 디스플레이에서 벗어나 성능이 대폭 향상되고 기능이 다양화된 디스플레이로 발전하고 있다.
② LCD 위주의 디스플레이에서 탈피하여 AMOLED, 플렉서블 디스플레이, 무안경 3D와 같은 새로운 디스플레이로 발전하고 있다.
③ 기존의 노트북, 모니터, TV 등과 같은 전통적인 디스플레이의 응용 범위에 부가하여 투명 디스플레이 등을 이용함으로써 응용 범위를 확대하기 위한 연구가 진행되고 있다.
④ 디스플레이 기술을 응용하여 OLED 조명과 같은 유관산업으로 그 범위를 확대하려는 연구가 진행되고 있다.
투명 플렉서블 디스플레이는 투명 디스플레이의 See-Through 특징과 플렉서블 디스플레이의 유연성이 복합된 디스플레이로 상업용, 교육용, 자동차용 등 다양한 응용 분야를 창출할 수 있는 차세대 디스플레이다.
투명 플렉서블 디스플레이는 투명하고 구부러지는 형태의 FED(Field Emission Display), PDP(Plasma Display Panel), AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diode), LCD(Liquid Crystal Display), E-paper(Electrophoretic, Electrochromic Display) 등으로 구현 가능한데, OLED는 자발광, 광시야각, 고속응답 등의 특성과 더불어 한 장의 플렉서블 기판에서 구현이 가능하고 높은 투명도를 얻을 수 있다는 점에서 가장 많은 관심을 받고 있다.

투명 플렉서블 AMOLED는 유리기판 위에서 AMOLED를 제작하는 방식과 유사하다. 유리 기판을 지지 기판으로 하여 폴리이미드를 용액 코팅한 후 건조시켜 플라스틱 기판을 형성하고, TFT 백플레인과 OLED 화소를 형성한 후 박막 형태로 봉지를 진행, 패널을 유리 기판에서 분리하여 패널을 완성시킨다.

투명 플렉서블 AMOLED를 위한 기판으로 PET (Polyester), PC(Polycarbonate), PEN(Polyethylene Naphthalate), PES(Polyethersulfone) 등 다양한 플라스틱 필름이 개발됐지만, 연화점이 높고 열팽창 계수가 작아 고온 공정에 유리한 폴리이미드가 주로 사용되고 있다. 폴리이미드는 노란색을 띄고 있어 색이 없고 투명한 폴리이미드가 개발되고 있다. 또한 플라스틱 기판은 수분이나 산소 투과율이 높으므로 가스 투과 베리어 필름을 코팅하여 사용하고 있다.

투명 플렉서블 AMOLED를 위한 TFT 백플레인으로 LTPS(Low Temperature Poly-Silicon), a-Si (amorphous Silicon), 산화물 및 유기 TFT 등이 개발되고 있다. LTPS TFT는 유리 기판에서 AMOLED를 제작할 때 가장 많이 이용되며, 비정질 Si TFT는 신뢰성이 부족하여 아직 연구 개발 단계이다. 또 산화물 TFT는 제조공정이 간단하고 투명도를 향상시킬 수 있어 대면적 디스플레이 연구 개발에서 주로 사용된다. 그리고 유기 TFT는 유연성이 가장 좋지만 신뢰성이 부족하여 기초적인 연구 개발 단계이다.

OLED에 사용되는 유기박막은 가시광선 영역에서 투명하고, 양극으로 투명하며 정공의 주입 특성이 양호한 ITO가 주로 사용되고 있다. 따라서 투명 OLED 화소를 위한 투명 음극에 많은 연구가 집중되어 왔다.
투명 음극에 관한 초기 연구는 ITO와 같은 투명 전도성 산화막을 위주로 진행됐지만, ITO는 일함수가 커서 전자의 효율적인 주입이 어렵기 때문에 Mg : Ag/ITO와 같이 일함수가 작은 금속과 이중층으로 음극을 형성하는 연구가 주로 진행됐다. 그러나 ITO 형성을 위한 스퍼터링은 하부의 유기 박막을 손상시키므로, 이를 방지하기 위한 다양한 방식이 개발되고 있다. 음극과 유기박막 사이에 완충막을 사용하는 방식 또는 진공열증착을 이용하여 일함수가 낮은 금속 박막을 얇게 코팅하는 방식 등이 대표적이다.
AMOLED 디스플레이를 위해서는 TFT 회로 부분, OLED 발광 부분과 별도로 투명한 윈도우를 형성하여 디스플레이 패널을 반투명하게 한다. 미국의 UDC AMOLED 디스플레이는 투명 OLED와 전면발광 OLED를 화소로 사용했으며, 삼성디스플레이는 투명한 윈도우를 별도로 놓아 반투명하게 했다. 이러한 구조 때문에 투명 AMOLED는 디스플레이를 OFF시킬 경우 반투명해진다. 따라서 검정색을 구현하는 것이 쉽지 않아 명암비가 감소하며, 빛이 양방향으로 향하기 때문에 한쪽 방향에서만 디스플레이를 볼 경우 원하지 않는 손실이 발생한다. 이를 보완하기 위해, 전자종이 또는 액정과 조합하여 단방향과 양방향을 동시에 구현할 수 있도록 하고, 명암비를 향상시키는 기술이 개발되고 있다.
투명 플렉서블 AMOLED는 투명하면서도 동시에 휘거나 말 수 있어야 하므로, 현재 유리 기판에서 AMOLED를 제작할 때 사용되는 캡 방식의 봉지는 적용할 수 없다. 따라서 투명하며 플렉서블한 박막 봉지 방식이 개발되고 있다. 박막 봉지를 적용하기 위해서는 기본적인 봉지 특성인 산소와 수분 차단 특성이 있어야 하며, 하부의 유기 박막에 손상이 없어야 할 뿐만 아니라 높은 투명도를 유지해야 하므로, 이를 위한 기술 개발이 진행되고 있다.

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