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OLED 디스플레이란 무엇인가요?

유기물질로 이루어진 발광 소자(OLED)로 제작한 디스플레이입니다. 디스플레이의 색을 표현하기 위해서는 적색·녹색·청색을 발광하는 화소^*(픽셀)를 구현해야 합니다. OLED 디스플레이는 OLED로 백색광을 방출하고, 이 빛을 적색·녹색·청색 필터로 걸러 이미지를 출력하는 디스플레이입니다. 적색 필터로 적색 빛만 내보내고 나머지 녹색과 청색 빛을 흡수하는 원리를 이용한 것이죠.
*화소 : 화상을 구성하는 최소 단위

(좌)ETRI에서 개발한 OLED 마이크로디스플레이 (우)OLED 마이크로디스플레이는 실리콘 웨이퍼를 기반으로 제작된다

OLED 마이크로디스플레이는 작은 OLED 디스플레이인가요?

맞습니다. 기기에 삽입하기 위해 매우 작게 만들어진 OLED 디스플레이입니다. 이 디스플레이는 기기 내에서 다시 광학계를 이용해 확대되는데요. 이때 실감 나는 이미지를 출력하기 위해 해상도가 매우 높게 만들어졌어요. 보통 OLED 디스플레이 1인치에 픽셀 100개가 배열된다면, 마이크로디스플레이에는 2,000~3,000개를 배열합니다. 좁은 영역 안에 많은 전극이 들어가는 구조입니다.

크기뿐만 아니라, 내부 구조도 다릅니다. OLED 디스플레이가 작아지면서 발생한 문제점을 해결하기 위해서죠.

OLED 디스플레이는 컬러필터가 형성된 유리 기판과 OLED를 결합하여 제작합니다. 제작 방식에 차이가 있어, 각각 제작한 뒤 결합하게 됩니다. 컬러필터는 230도 이상의 고온에서 제조해야 하고, OLED는 열과 산소에 약해 100도 이하에서 제조해야 해요. 각각 제작해 결합하기 때문에, 그 과정에서 컬러필터와 OLED 사이에 공간이 생깁니다(좌측 그림).

이 공간이 마이크로디스플레이에서는 문제가 됩니다. OLED 마이크로디스플레이는 픽셀 간격이 가까워, OLED에서 방출된 빛이 공간을 지나며 확산하게 되거든요. 이때 특정 필터가 아닌 다른 필터도 거치게 됩니다. 화소간 간섭 현상이 발생하게 되어, 색 재현력이 떨어지게 돼요(중앙 그림).

우리 연구실이 개발한 기술은 앞서 설명한 문제를 해결하는 기술입니다. 컬러필터와 OLED의 간격을 좁혀서 해결했습니다. 빛이 퍼지기 전에 필터를 거치도록 하는 원리입니다. 이를 위해 저온공정 초고해상도 컬러필터 형성기술, 우수한 특성의 저온공정 박막 봉지기술, 고효율 백색 OLED 구조를 개발했습니다.

이번에 개발한 기술을 소개해 주세요.

저온공정 초고해상도 컬러필터 형성기술은 OLED 바로 위에 컬러필터를 제작하는 기술입니다. 빛이 퍼질 공간을 좁히는 것이죠. 컬러필터는 고온에서 제작되어야 품질이 좋지만, 낮은 온도에서도 품질이 떨어지지 않도록 했어요.(우측 그림).

저온공정 박막 봉지기술은 OLED를 보호하는 얇은 막을 생성하는 기술입니다. 박막 봉지층 또한 고온에서 제작될수록 품질이 좋아지는데요. OLED가 열에 취약하기에 저온으로도 높은 품질의 박막 봉지층을 만들 수 있도록 기술을 개발했습니다.

고효율 백색 OLED 구조는 적은 전기로도 밝은 빛을 내면서 적색·녹색·청색 빛이 잘 어우러져 백색이 나올 수 있도록 하는 기술입니다.

본 기술은 어디에 적용할 수 있나요?

현재는 이 디스플레이를 기반으로 입체(3D) 영상을 출력할 수 있는 VR 기기를 만들고 있습니다. 기본적으로 3D 디스플레이는 양안이 떨어져 있어 발생하는 시점 차이를 이용합니다. 사람이 이 양안시차로 입체감을 느낄 수 있는 것인데요. 다만 기존 3D 디스플레이는 초점 조절이 구현되지 않았습니다. 이 때문에 현실에서 물체를 보는 것과 차이가 있어, 어지럼증을 느끼는 사람들이 많았죠. 이를 극복한 3D 디스플레이를 개발할 예정입니다.

이 사업이 잘 진행되면 AR 기기도 제작할 계획입니다. 실제 배경을 바탕으로 한 입체 영상을 볼 수 있는 기술입니다.

이번 기술의 기대효과는 무엇인가요?

우리 연구실은 연구 경험을 바탕으로, 우수한 품질의 OLED 마이크로디스플레이 제작 플랫폼을 구축했습니다. 기업에 이 제작 플랫폼 기술을 지원해, 관련 산업을 활성화할 수 있을 것으로 기대합니다.

또한 개발된 기술들을 현재 VR·AR 기기 디스플레이에 적용해, 관련 기기들의 품질을 향상시키는 데 기여할 수 있을 것으로 전망합니다. 평면 화면에서 3D 영상을 출력하는 디스플레이에도 활용할 수 있을 것 같습니다. 이를 위해서는 현재 풀 HD 픽셀 개수인 2,073,600개의 3~5배에 달하는 픽셀이 필요한데요. OLED 마이크로디스플레이 기술이 고해상도 화면을 만드는 기술이니, 이를 고도화하면 이러한 디스플레이도 제작할 수 있을 것으로 예상합니다.

올해의 ETRI인상을 수상했는데요.
소감과 함께 앞으로의 포부를 알려주세요.

현재 OLED 마이크로디스플레이는 밝기가 낮다는 단점이 있습니다. OLED가 백색광을 발광하면 컬러필터가 일부 색을 흡수하는 구조라, 최초 빛의 세기의 1/3만이 출력되기 때문이죠. 이를 개선하고자 컬러필터 없이도 OLED 소자가 특정 색을 출력할 수 있도록 하는 연구를 진행할 예정입니다. 에너지가 가장 높은 청색을 다른 낮은 에너지를 가진 녹색이나 적색으로 변환시키는 기술일 것으로 예상합니다.

OLED 마이크로디스플레이를 제작하기 위해서는 다양한 분야에서의 기술 개발이 필요합니다. 그만큼 이번 성과도 저 혼자가 아닌 팀 전체가 노력한 결과입니다. 따라서 팀원들에게 수상 영광을 돌리고 싶습니다. 또한 앞으로도 지금처럼 우수한 동료·외부 전문가들과 협업하며 즐겁게 연구하고 싶습니다.