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화학이야기

[화학개론] 디스플레이의 대세, OLED의 현 주소

2016년 5월 23일

LG케미토피아 화학개론 이정노/ 디스플레이 소재부품연구센터 전자부품연구원 한국과학기술원(Kaist) 에서 재료공학 석박사 과정을 수료한 뒤 현재 전자부품연구원 디스플레이융합연구센터 수석, 한국산업기술평가관리원 디스플레이 PD로 활약 중이며 2010년 지식경제부 장관상, 2014년 산자부 장관상을 수상했다.

미래의 디스플레이라 불렸던 ‘OLED’는 더 이상 먼 미래의 이야기가 아니다. 최근 다양한 형태의 OLED 디스플레이를 탑재한 제품들이 나오게 되면서, 디스플레이의 업계의 화두는 다시 한 번 OLED가 되었다.  오늘은 OLED는 무엇인지, LCD와는 어떤 차이가 있는지, 앞으로 어떻게 변해갈 것이며, 해결해야 할 기술적 문제는 어떠한 것들이 있는지 알아보고자 한다.


스스로 빛을 내는 OLED

LCD와 OLED의 구조

LCD와 OLED의 구조

‘OLED’는 풀어서 쓰면 ‘organic light emitting diode’ 뜻으로 우리 말로는 ‘유기 발광 다이오드’라고 한다. 빛을 내는 다이오드, 전류를 흘려주면 자체적으로 빛을 낸다는 뜻으로 흘려주는 전류량에 따라 스스로 빛을 낸다는 점이, 백라이트가 필요한 LCD와 근본적으로 다른 점이라 할 수 있다. 디스플레이를 위하여 진공이 필요한 브라운관과 PDP, 액체 상태의 액정을 사용하는 LCD와는 달리 OLED는 적층된 유기막에서 빛이나는 고체상태의 디스플레이라고 할 수 있다. 그리고, 적층된 유기막의 두께가 약 0.2 마이크로미터 내외이니 머리카락 굵기의 수백분의 1이라고 하면 놀라지 않을 수 없다.

 

더 빠르게, 더 선명하게, 더 밝게

OLED의 다양한 특징

OLED의 다양한 특징

OLED가 스스로 빛을 내는 디스플레이라고 하면 어떤 특징이 있을까? 하나하나 짚어보자. 우선, 전류를 흘려주면 빛이 난다는 데에서 매우 빠른 응답속도를 가진다는 것을 짐작할 수 있고, 전류가 흐르지 않으면 전혀 빛이 나지 않으니, 명암 대비비가 높을 수 밖에 없을 것이다. OLED는 빛이 나는 화소에서만 전력을 소모하므로, 콘텐츠에 따라 소비전력을 크게 낮출 수 있고, 이는 고해상도일수록 LCD대비 절감효과가 크다. 또 넓은 범위의 색을 표현하기 좋고, 어느 각도에서 보아도 같은 색을 볼 수 있으니, 시야각 문제도 해결된다. 또한, 머리카락 굵기의 수백분의 1인 두께에다가 백라이트가 필요 없으니, 디스플레이가 얇고 심지어 휘어지기까지 한다.

 

LCD에는 없고, OLED에는 있는 것 

이렇듯 많은 장점을 가진 OLED를 구성하는 요소는 어떻게 될까? LCD와 비교하여 알아보자. 먼저 공통적인 부분은, 요구되는 특성은 다르지만, TFT(thin film transistor)라는 구동소자가 필요하며, TFT와 OLED를 지지해주고 디스플레이의 형체를 이루는 기판이 필요하다. 차이점으로는, LCD 구성 요소 중 OLED에 필요 없는 것이 백라이트이며, 2장을 쓰는 편광판도 필요 없지만, 외부 광의 반사를 막기 위하여 한 장만을 사용한다. 그리고, 컬러필터도 없앨 수 있다. 이로 인하여 디스플레이의 두께가 크게 줄어들게 된다.

OLED 봉지재의 역할

OLED 봉지재의 역할

LCD에는 없는 것이 봉지재료인데, 이는 유기막이 산소 혹은 수분을 만나면 열화되는 특성이 있어, 외부의 산소와 수분으로부터 유기물을 보호해야 하는데, 이를 위한 기술이 봉지 기술이다. 여기에는 frit 등을 이용하여 완벽하게 외기를 차단하는 기술, 수분을 먼저 흡수하여 열화를 방지하는 흡습 소재를 활용하는 전면 합착 기술 등으로 나뉘며, 최근, 유연한 디스플레이에 사용하기 위하여 박막 봉지 기술, 배리어 필름형 봉지 기술 등이 주목받고 있다. 이 봉지재 분야에서 LG화학도 현재, 활발한 연구개발 활동을 펼치고 있다.

 

진화할 OLED 디스플레이의 미래

이렇듯 팔방 미인인 OLED가 가지고 있는 가장 큰 장점은, 브라운관, PDP과 같이 진공을 유지할 필요도 없고, LCD와 같이 액정을 담아둘 필요가 없는 얇은 박막의 고체 상태의 소자를 이용한 기술로, 부드러운 곡면을 만들 수 있다는 점이다. 그 동안의 디스플레이가 두께와 무게를 지속적으로 줄여왔지만, 평판을 벗어나지 못하였는데, 구부리고, 접고, 말아서 보관하거나 사용할 수 있다는 점은 새로운 가치를 부여할 것이다. 그리고, LCD에 비하여 편광판을 한 장만 사용하고, 자체 발광하는 OLED 는 투과율이 높은 투명 디스플레이를 만드는 데에도 매우 유리하다.

세계 최초로 곡률반경 30R을 구현한 LG디스플레이의 롤러블(Rollable) 디스플레이

세계 최초로 곡률반경 30R을 구현한 LG디스플레이의 롤러블(Rollable) 디스플레이

이는 디스플레이를 겹쳐서 사용하거나, 투명 디스플레이와 그 뒤의 사물을 함께 볼 수 있는 새로운 응용이 가능하다. 벌써부터 휘어지는 TV, 스마트폰 등의 유연 OLED를 응용한 제품과 투명성을 이용한 광고 분야 혹은 키오스크 등의 응용 제품을 볼 수 있는데, 앞으로는 이렇게 유연한 OLED 디스플레이는 곡선 위주의 디자인이 중시되는 차량용 디스플레이로의 응용 등 이러한 제품을 필두로 OLED의 유연성과 투명성의 진가를 발휘하는 제품과 시장으로 차차 변모해 갈 것이다.


앞으로 해결해 가야할 과제는?

앞으로 OLED의 유연성과 투명성을 활용한 제품 상용화를 위해 해결해야 하는 과제는 무엇일까? 먼저, 유연성을 확보한 소재이다. 현재는 정해진 곡률 반경으로 휘어져 고정되어 있는 제품 위주이지만, 사용자가 편의에 의하여 자유롭게 구부리거나, 접으며 사용하기 위해서는 반복 굽힘에 견디는 소재가 필요하다. 전극 소재와 점접착 소재, 그리고 광학필름(편광판) 소재 등에 있어서 좀 더 유연성에 적합한 소재와 구조를 개발하여야 한다.

또한, 디스플레이가 유연해지면 이에 걸맞는 신뢰성을 확보해야 하는데, 앞서 설명한 외부의 수분과 산소로부터 보호하며 기계적 변형에 잘 견디는 봉지 기술과, 물리적 접촉과 충격으로부터 보호하기 위한 보호창 기술이다. 보호창이 가져야 하는 특성은 외부의 접촉, 긁힘에 강한 특성과 이와 상반되는 유연성이 동시에 요구되니, 보다 창의적인 아이디어와 소재가 필요하다 할 수 있다.

 

 

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