플렉서블 디스플레이 상용화 앞당길 ‘봉지 기술’ 대안 찾았다

대학소식

플렉서블 디스플레이 상용화 앞당길 ‘봉지 기술’ 대안 찾았다

2015-06-30 1,774

금속 이중층 라미네이션 방식 개발…‘꿈의 화면’ 상용화 성큼

휘거나, 접을 수 있어서 꿈의 화면으로 주목을 받고 있는 ‘플렉서블 아몰레드(AMOLED) 디스플레이’는 수분과 산소에 취약한 유기물이 포함되어 있어 이를 효과적으로 보호하면서도 쉽게 휠 수 있도록 도와주는 특수 밀봉법 ‘봉지(封止)^*1기술’이 상용화의 성패를 가른다. 완벽한 플렉서블 봉지막 설계 기술이 개발된다면 상상 속의 디스플레이가 구현 가능하기 때문이다. 이러한 봉지 기술은 2020년에 3조원 규모로 크게 급성장할 것으로 예상된다.

POSTECH(포항공과대학교) 신소재공학부 이태우 교수․박사과정 박민호씨 연구팀은 유기물을 효과적으로 보호하면서도 플렉서블 디스플레이에 적합한 플렉서블 봉지 기술(Flex Lami-capsulation)을 개발, 재료분야 권위지인 ‘어드밴스드 머터리얼스(Advanced Materials)’를 통해 발표했다.

이 저널의 속표지논문으로 소개된 봉지 기술은 얇은 금속 호일과 탄성 고분자막의 이중층을 이용한 라미네이션^*2 방식이다. 기존 유기발광다이오드(OLED)와 같은 유기전자 소자 제작 과정에는 휘지 않는 유리 봉지를 활용했기 때문에 플렉서블 디스플레이에 그대로 적용하기 어려웠다. 그 대안으로 유기물-무기물을 교대로 쌓는 박막 봉지 기술, 무기물 층 위에 두꺼운 필름을 얹는 하이브리드 봉지 기술 등이 거론되고 있지만, 공정 시간이 길고 제작 단가가 높아 상용화에는 한계가 있었다.

이 교수팀은 기존 봉지 기술의 신뢰성, 유기전자 소자 특성을 안정적으로 유지하면서도 동시에 유연성을 향상시킬 수 있고, 롤투롤 (Roll-to-Roll) 대량생산 공정에 직접 적용 가능한 플렉서블 봉지 기술을 개발해 냈다. 연구팀은 휘어지는 대면적 유기발광다이오드의 구현을 시연하며, 이 기술의 높은 응용 가능성을 확인했다.

학계에서는 이 기술을 활용하면 그 동안 플렉서블 디스플레이 상용화의 걸림돌이었던 유리 봉지 공정의 한계를 극복할 수 있고, 비용과 시간이 많이 드는 박막 봉지 공정을 대체할 수 있을 뿐 아니라 앞으로 생산성 향상을 통해 제품 단가를 낮출 수 있는 롤투롤 대량 생산 공정에 더욱 적합한 기술로 자리매김 할 것으로 예상하고 있다. 이로써 휘어지고 구부러진 형태의 저가 대형 아몰레드 TV 구현 과정에서 가장 어려웠던 봉지 기술을 이 기술로 대체할 수 있을 것으로 기대된다.

특히, 이번 연구는 차세대 디스플레이 외에도 태양전지, 메모리, 조명 등 쉽게 휘고 접힐 수 있는 형태가 필요한 플렉서블 전자소자의 봉지 공정에도 광범위하게 활용 가능하다는 점이 주목할 만한 부분이다.

연구를 주도한 이태우 교수는 “새 기술은 기존 유리 봉지 기술에 버금가는 특성을 유지하면서도 유연성까지 확보할 수 있고, 저비용 대량생산이 가능하기 때문에 플렉서블 디스플레이 및 조명의 상용화를 앞당기는 데 일조할 수 있을 것”이라고 말했다.

한편, 이번 연구성과는 미래창조과학부가 추진하는 글로벌프런티어사업 ‘나노기반 소프트일렉트로닉스연구단’의 지원으로 수행됐다.

1. 봉지(封止, Encapsulation)

디스플레이 소자는 플라스틱 필름 및 소자 상부에 수분, 산소 투과를 막아주는 봉지막(Encapsulation Layer)이 반드시 필요하다. 봉지 기술을 통해 소자 외부에서 유입되는 수분과 산소를 차단해 발광재료와 전극재료의 산화를 막고, 기계적·물리적 충격으로부터 소자를 보호할 수 있다.

2. 라미네이션 (lamination)

같은 종류 또는 다른 종류의 필름 및 알루미늄박, 금속 등 두 개 이상을 겹쳐 붙이는 가공법이다. 겹칠 때에는 각 재료의 장점을 이용하면 가장 적합한 재질의 것을 얻을 수 있다.