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혁신하는 디스플레이, ‘able’의 시대 열린다

  • 조회 : 922
  • 등록일 : 2019-03-25
혁신하는 디스플레이, ‘able’의 시대 열린다의 대표사진

과학상식

혁신하는 디스플레이, ‘able’의 시대 열린다

1세대 CRT(브라운관) 디스플레이, 2세대 평판 디스플레이에 이어 3세대 플렉시블 디스플레이의 시대가 도래했습니다. 벤더블, 폴더블, 롤러블, 스트레처블까지 지금 이 순간도 디스플레이의 혁신은 끊임없이 계속되고 있는데요. 이렇게 평평한 화면의 관념을 깨고 휘어지는 화면의 등장으로 IT시장에는 새로운 바람이 불고 있습니다. 한국과학기술기획평가원(KISTEP)은 지난 2월 미래 한국사회의 핵심 기술로 떠오를 ‘KISTEP 10대 유망기술’을 선정해 발표한 바 있는데요. 이 중 플렉시블 디스플레이 기술의 정점인 ‘스트레처블 디스플레이’도 그 반열에 올라 기대를 한 몸에 받고 있습니다.

IT의 떠오르는 유망주, 플렉시블 디스플레이

플렉시블 디스플레이는 일반적으로 사용되는 평평하고 딱딱한 형태의 디스플레이가 아닌, 유연성이 있는 디스플레이를 뜻합니다. 플랫 디스플레이보다 가볍고, 두 방향 이상으로 변형 가능하다는 특징이 있죠. 현재 완전히 상용화된 플렉시블 디스플레이에는 정도에 따라 깨지지 않는 디스플레이와 커브드 디스플레이가 있습니다. 이에 이어 벤더블, 롤러블, 폴더블 디스플레이가 상용화되기 위한 기술적인 과제를 거듭하고 있죠. 벤더블 디스플레이는 부드럽게 휘어지는 화면, 롤러블 디스플레이는 이보다 더 유연하게 휘어 돌돌 말 수 있는 형태의 화면을 뜻합니다. 또, 폴더블 디스플레이는 종이를 접듯 접을 수 있는 화면을 일컫습니다.

플렉시블 디스플레이 이미지1플렉시블 디스플레이 이미지2

플렉시블 디스플레이는 대부분 유기발광다이오드(OLED)로 상용화됐습니다. OLED 디스플레이는유기 발광층에 전류가 흐르면 스스로 빛을 내는, 자체발광형 방식인데요. 백라이트가 별도로 필요하지 않아 가벼운 데다, 액정화면표시장치(LCD)보다 좋은 화질을 구현할 수 있죠. LCD로도 플렉시블 디스플레이를 제작할 수 있지만, 백라이트 유닛을 사용하기 때문에 유연성이 떨어져 다양한 형태를 구현하는 데는 한계가 있습니다. 따라서 유기 물질로 이루어져 유연성이 탁월한 OLED가 플렉시블 디스플레이를 제작할 수 있는 핵심이 되는 것이죠.

휘어지는 화면, 어떻게 구현될까

플렉시블 디스플레이는 평평한 디스플레이와 달리 유리 기판이 아닌, 폴리이미드를 기판 소재로 사용합니다. 폴리이미드는 가볍고, 유연하며, 내구성이 탁월한 고분자 유기화합물 소재입니다. 유리 기판보다 훨씬 얇으며, 잘 휘어진다는 특성이 있죠. OLED 플렉시블 디스플레이는 크게 폴리이미드 기판, TFT Backplane, 유기 발광층, 봉지층으로 구성되어 있는데요. 액체 상태인 폴리이미드를 냉각해 아주 얇은 필름 형태로 만든 후, 그 위에 유기 물질을 증착시키는 형태로 이뤄집니다.

플렉시블 디스플레이 이미지3ⓒsamsungnewsroom

하지만, OLED는 주재료인 유기물이 수분과 산소에 노출되면 수명이 짧아진다는 치명적인 단점이 있는데요. 이에 따라 OLED 상부에 수분과 산소 투과를 막아주는 박막봉지를 사용해 유연성을 유지합니다. 이 박막봉지는 수분 투과를 막아주는 무기막과 유연성을 확보하는 유기막을 차례대로 적층해 이뤄져 단점을 보완할 수 있습니다. 하지만, 스트레처블 디스플레이가 완전히 구현되려면 기판, 전극, 박막트랜지스터, 발광층, 봉지 등 모든 소재와 공정에서 물리적 신축성을 가져야 하므로 해결해야 할 과제는 여전히 남아있는 셈입니다.

현재 플렉시블 디스플레이는 프로토타입의 개발은 완료됐으나, 고성능으로 상용화하기에는 아직 기술력이 부족한 실정입니다. 스마트폰에 적용될 경우 카메라나 센서 등 광학 모듈까지 플렉시블 화해야 한다는 난관이 있는 데다, 약 20%의 팽창률(stretchability)을 달성해야 하지만 현재 기술력으로는 팽창률이 5%가 채 되지 않기 때문이죠. 지난 해 국내에서는 삼성이 ‘삼성 개발자 컨퍼런스 2018(SDC18)’에서 안으로 접히는 인폴딩 방식의 폴더블 스마트폰인 ‘갤럭시 폴드’를 공개한 바 있는데요. 이는 국내 최초로 상용화되는 폴더블 스마트폰으로, 플렉시블 디스플레이의 등용문이 될 것으로 기대합니다.

스트레처블 디스플레이, OLED 기술의 종착역

그렇다면, 스트레처블 디스플레이가 플렉시블 디스플레이의 정점이라고도 평해지는 이유는 무엇일까요? 스트레처블 디스플레이가 상용화된다면, 더 이상 5인치나 7인치의 디스플레이는 필요하지 않습니다. 큰 화면을 접어서 쓰거나 늘어뜨려 이용할 수 있기 때문에, 10인치 이상의 디스플레이가 그 효용성을 발휘할 수 있죠. 또 딱딱한 디스플레이의 경우 인체에 착용하는 데 한계가 있지만, 스트레처블 디스플레이는 인체 관절 등 구부러지는 부위에 장착해 웨어러블 기기로 활용될 수 있습니다. 시계처럼 손목에 착용하거나, 신체 곳곳에 부위에 부착하는 형태로 말이죠. 또 기존 부피가 커 이용이 어려웠던 의료기기에 적용될 경우, 실시간으로 신체 변화를 측정할 수 있는 개인용 헬스케어 제품으로도 활용될 수 있습니다.

플렉시블 디스플레이 이미지4

이렇듯, 스트레처블 디스플레이가 유망 기술로 평가되는 이유는 웨어러블기기, 사물인터넷(IoT), 인공지능(AI), 차량용 디스플레이 등 4차 산업혁명의 첨단 기술과 접목돼 다양하게 활용할 수 있기 때문입니다. 특허청에 따르면, 최근 스트레처블 디스플레이 관련 특허는 더욱 증가하는 추세를 보였다고 하는데요. ‘충분히 진보된 기술은 마법과 구별할 수 없다’는, 영국의 SF 작가 아서 C.클라크의 말이 떠오르네요. 머지않아 SF 영화보다, 또 우리의 상상력보다 더 뛰어난 광경이 눈앞에 펼쳐질테니까요.

 

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