플렉서블 디스플레이 기술 개요
최근 디스플레이 기술은 기존 Rigid 기판인 유리기판과 유리봉지를 적용한 고정된 형태를 보이는 Rigid 디스 플레이에서 플라스틱 기판과 얇은 유기막 및 무기막으로 형성된 박막봉지 기술을 적용한 플렉서블 디스 플레이로 발전해 오고 있다. 플라스틱 기판과 박막봉지는 기존 유리기판과 유리 봉지와 비교 시 디스플레이의 무게가 훨씬 얇고 가벼우며, 플라스틱의 유연성으로 인해 다양한 형태의 디스플레이 구현이 가능하고, 면으로된 충격에 매우 강한 내충격 특성을 보여주고 있다. 기존 LCD 구조는 Backlight를 사용하기에 유연성 구현이 어려우며, 패널을 구부렸을 때 액정 상하부에 있는 전극 상 사이의 거리 불균일로 인한 휘도 불균일이 발생 하기 때문에 플렉서블 디스플레이 구현은 불가능하다. 현재는 자발광 기능을 가진 OLED 소자를 기반으로 플렉서블 디스플레이 제품이 적용되고 있다. 플렉서블 디스플레이는 2013년부터 양산되고 있는 플렉서블 휴대폰 제품에 적용한 것을 시작으로, 2019년에는 폴더블 휴대폰에 확장 적용되고 있다. 또한 플렉서블 디스 플레이는 롤러블 TV제품에 적용하기 시작하는 단계에 있으며, 폴더블 노트북 및 폴더블 패드(탭)와 같은 IT 제품에도 적용되고 있으며, 적용범위가 확대될 전망이다.
플렉서블 디스플레이의 유연 특성 기술개발
플렉서블 디스플레이의 가장 대표적인 요구 특성은 유연성(Flexibility)이며, 곡률반경 감소(유연성 향상)에 따라 구현할 수 있는 제품의 종류도 확대된다. 플렉서블 디스플레이 양산 제품의 이력을 보면, 2013년에는 곡률반경이 400mm~700mm로 고정된 형태의 Bended 휴대폰이 출시되었다. 이후 2014년에는 휴대폰 Edge 부위의 곡률반경이 6.95mm인 Bended 휴대폰, 2015년에는 곡률반경이 6.5mm인 Bended 휴대폰, 2016년에는 곡률반경이 3mm인 Bended 휴대폰이 출시되었다. 2019년에는 폴딩 부분의 곡률반경이 1.5mm인 폴더블 휴대폰 제품이 출시되었다(<그림3> 참조).
플렉서블 디스플레이의 유연 특성 개선을 위해선 패널 및 모듈 모든 층에 유연성이 우수한 소재 및 구조 기술 개발이 필요하다. 윈도우 측면에서는 윈도우로서의 우수한 경도 특성 외에 유연성을 확보하기 위해 초박형 유리 윈도우(UTG, Ultra-Thin Glass) 적용 외에 유/무기 Hybrid 소재에 기반 한 윈도우 기술 개발이 진행 되고 있다. 기존 Touch 전극도 곡률반경이 더 감소하기 위해선 Silver Nano-wire와 유사한 유연성을 갖는 유연 Touch 전극 개발이 필요하다. 현재 적용 중인 박막봉지(TFE, Thin Film Encapsulation) 구조도 유연성 및 계면 점착력을 증가시키기 위한 구조 개발이 필요하다. Backplane 측면에서는 극한의 곡률 반경이 요구될 때 저응력 Backplane 기술이 필요하고 저응력 Backplane 기술에는 Patterning 기술을 도입한 Island 구조, 유연 전극 배선 소배, 유기 절연막 소재 등이 포함될 수 있다. 점착제(PSA, PressureSensitive Adhesive)도 곡률반경이 감소함에 따라 증가하는 Strain이 가해졌을 때 영구 변형을 최소화할수 있는 매우 우수한 고연신 및 고복원 특성을 갖는 신규 점착제 소재 기술개발이 필요하다(<그림 4> 참조).
플렉서블 디스플레이의 변형 특성 평가 표준 동향
플렉서블 디스플레이 제품들이 시장에 출시되기 전에 플렉서블 디스플레이의 폴딩, 슬라이딩, 롤링 특성을 포함한 다양한 변형 특성을 평가하기 위한 표준화된 평가법 제정이 필요하다. 플렉서블 디스플레이의 변형 특성 국제 표준화 작업은 IEC TC110에서 주로 진행하고 있으며 디스플레이의 변형 특성과 관련된 표준 문건은 다음과 같다(<표1> 참조). 그림5, 6, 7, 8은 각각 대표적인 플렉서블 디스플레이의 Cyclic 폴딩 변형 측정 기구, Static 폴딩 변형 측정 기구, Cyclic 슬라이딩 변형 측정 기구, Cyclic 롤링 변형 측정 기구 예시를 보여준다.
현재 폴더블 디스플레이가 제품으로 출시되고 있으며, 슬라이더블 디스플레이와 롤러블 디스플레이도 가까운 시일에 제품으로 출시될 예정이다. 한편 플렉서블 디스플레이의 시장은 점점 더 확대될 것으로 예상되며, 슬라이더블 및 롤러블 디스플레이 제품들로 확장될 것이다. 또한 슬라이더블 디스플레이와 롤러블 디스플레이 제품이 구체화될수록 제품의 사용자 환경을 고려한 슬라이더블 및 롤러블 디스플레이 변형 평가법 표준은 지속적으로 개선될 것이며, 현재 적용되고 있는 폴더블 디스플레이 변형 평가법 표준과 더불어 슬라이더블, 롤러블 디스플레이 변형 평가법 표준은 국제 표준의 중요 평가법으로 자리 잡을 수 있을 것이다.
제언
플렉서블 디스플레이의 시장이 확대됨에 따라, 선행적으로 신규 표준 평가법이 제정되어 왔다. 신규 표준 평가법이 제정되면 연계해서 평가기구를 제작하는 신규업체들이 필요하게 되고, 신규 산업 생태계 형성을 통해 국가 산업이 확장되는 데 기여해 오고 있다. 현재 국내 신규 설비 제작 기업들이 평가기구 관련 차별화된 핵심 기술을 선점하여 플렉서블 디스플레이 평가기구들을 국내외로 수출하고 있다. 향후 플렉서블 디스 플레이 기술개발 관련 전문화된 국내 장비 업체 및 산학연이 플렉서블 디스플레이 기술개발을 선행적으로 적기에 수행한다면, 필요한 기술 표준을 선제적으로 제안함으로써 국제 기술 표준을 이끌어 갈 수 있다. 또한 국제 기술 표준을 선도함으로써 국내 평가기구 제작업체들이 평가기구 관련 차별화된 주요 특허 및 기술을 선점하는 데 기여할 수 있다.
