투명디스플레이
미래 IT 세상을
들여다보다

투명디스플레이

LCD 이후의 차세대 디스플레이로 알려진 AMOLED의 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 핵심 원천기술이 ETRI에서 개발되었다. 이로써 미국, 일본 등과 차세대 디스플레이 기술경쟁에서 우리나라가 한 발 앞서게 되었다.

01

디스플레이
새 窓을 열다

2000년대 중반 이후 디스플레이가 정보통신산업의 핵심으로 떠오르면서 ETRI의 차세대 디스플레이 연구에도 가속도가 붙었다. 2008년에는 창문·쇼윈도·자동차유리창 등 주변의 사물을 통해 언제 어디서나 정보를 접하는 투명 스마트창 핵심기술을 개발해 유비쿼터스 시대로 성큼 진입할 수 있는 기반을 마련했다. 이어 2009년에는 세계 최초로 투명산화물 트랜지스터를 이용한 AMOLED(능동형 유기발광 다이오드) 핵심기술을 개발해 선진국과의 차세대 디스플레이기술 경쟁에서 한발 앞설 수 있게 됐다. 또 같은 해 ‘고효율 조명용 백색 OLED’를 개발함으로써 디스플레이 기술을 이용한 신시장 창출의 기반을 만들었고, 동시에 OLED 디스플레이 1위 국가이던 우리나라가 부동의 선두자리를 지킬 수 있는 기반을 다졌다.

02

유리창은 TV,
자동차 앞유리는 내비게이션

ETRI는 지난 2009년 차세대 디스플레이로 알려진 AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diodes; 능동형 유기발광 다이오드)의 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 핵심 원천기술을 개발했다. 실리콘 기반의 불투명한 트랜지스터 대신에 투명하면서 빛에 안정된 산화물 트랜지스터를 개발, 이를 구동소자로 이용하여 개구율이 대폭 개선된 AM OLED(능동형 유기발광 다이오드)를 세계 최초로 개발하는데 성공하여 조기 산업화를 추진하였고, 이 기술은 디스플레이 산업에 새 장을 열었다.
기존의 AMOLED는 실리콘 기반의 불투명한 트랜지스터가 사용됨으로써 대(大)면적화와 개구율을 높이는데 한계가 있었다. 하지만 ETRI가 개발한 산화물 트랜지스터는 투명하기 때문에 개구율을 대폭 개선했을 뿐만 아니라, 그동안 산화물 박막 트랜지스터를 산업적으로 응용하는데 가장 큰 문제점 중의 하나인 소자 동작 안정성을 획기적으로 개선한 것이 특징이다.
본 기술은 ALD 공정을 활용한 보호층(Protection Layer) 도입함으로써 계면 특성이 매우 우수하여 전기적, 광학적으로 안정된 투명 산화물 박막트랜지스터를 개발하였고, 이를 이용한 고(高)개구율의 AMOLED를 구현하였다.
이번 연구성과로 ETRI는 투명 산화물 트랜지스터가 AMOLED 구동 소자(스위칭 트랜지스터)로서 충분히 사용 가능함을 입증함으로써, 산화물 트랜지스터 기술의 조기 산업화 가능성을 보여준 데 큰 의미가 있다고 밝혔다.
이와 관련하여 ETRI는 투명 산화물 반도체 신소재, 금속처럼 전기를 잘 통하는 투명전극 등 투명 단말기기인 “투명 스마트 창”과 관련된 핵심 원천기술을 확보한 바 있으며, 투명 전자소자 분야에서 세계적으로 학문적 성과를 인정받아 2년 동안 세계 유수의 국제학회에 10편의 초청발표가 있었다.
또한, ETRI는 국제 및 국내특허 51건을 출원했고, 본 연구개발을 통하여 확보한 핵심소재, 공정, 장비 등의 핵심 기술에 대하여 다수기업과 기술이전을 추진하고 있다. 특히, ETRI는 산화물 반도체 소재에 대한 핵심 원천 특허를 확보하고 있기 때문에 향후 부품, 소재 분야에서의 대외 무역적자 해소에도 도움이 될 것으로 예상된다.
ETRI의 ”투명 스마트 창 기술“은 투명 디스플레이산업뿐만 아니라 투명 RFID, 투명 메모리, 투명 센서 등 신시장 창출을 위한 다양한 응용 부품을 개발하여 세계 시장을 주도할 수 있는 차세대 핵심 원천 기술이다.
산화물 트랜지스터는 기존 디스플레이 시설을 활용하여 싼 가격에 제조할 수 있고 성능 또한 뛰어나기 때문에, 투명 디스플레이 분야 이외에도 현재 기술적 한계를 보이고 있는 TFT-LCD 등에서 기존의 실리콘 계열 박막트랜지스터를 대체할 수 있는 가능성이 있어, 산업계에서도 비상한 관심을 보이고 있다.

03

그래핀 이용 OLED
투명도·화질 개선

이후 투명디스플레이에 대한 연구를 지속해오던 ETRI는 지난 2015년, 유기발광다이오드(OLED)에 신소재로 주목받는 그래핀을 접목해 디스플레이의 투명도와 화질을 크게 향상시키는 기술을 개발하는데 성공했다. OLED에는 주로 사용돼온 은(Ag)으로 된 금속 투명전극은 내부광에 의한 반사로 각도에 따라 시야각이 바뀌고, 외부광에도 반사가 일어나 화질에 영향을 받는 문제가 있다. 연구진은 OLED 기판의 위쪽 투명전극으로 사용하던 얇은 금속 투명전극을 내·외부광 반사가 거의 없는 그래핀으로 대체해 디스플레이의 투명도는 40% 정도 높이고, 반사도는 60% 가량 줄이는 데 성공했다.
그래핀 투명전극을 우표 정도 크기인 가로, 세로 각 23mm, 두께 30마이크로미터(㎛) 필름형태로 만들어 유기층 표면에 붙이는 방식을 사용해 시연에 성공했다. 이 기술은 기존의 진공 공정으로 OLED를 만드는 방법과 달리 유기층과 그래핀에 필름을 붙이는 방식(Lamination)으로 만들 수 있어 더 간단한 공정으로 OLED 제조가 가능하며, 향후 투명 OLED 디스플레이와 백색 OLED 기반의 대면적 OLED 디스플레이에 적용하면, 투명도와 화질을 개선하는 데 크게 기여할 것으로 기대된다. ETRI는 앞으로 그래핀 박막에 금속을 얇게 그리드 형태로 넣어 면 저항을 낮추는 기술과 크기를 모바일 디스플레이 크기로 대면적화하는 기술을 내년 중 추가로 개발하고, 3년 후쯤 상용화를 목표로 이 기술을 그래핀 필름, 디스플레이 패널업체 등에 이전할 계획이다.