[신사업 소개] 새로운 디스플레이를 위한 광학필름 기술

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새로운 디스플레이를 위한 광학필름 기술

김 승 수

SKC Haas Display Films, [email protected]

평판디스플레이(Flat Panel Display)의 성장을 견 인해 왔던 기존 기술인 CRT의 대체와 새로운 용도인 대화면 TV 등의 시장 창출이 기술과 시장이 성숙기 에 들어서면서 디스플레이 시장의 성장이 정체되고 수익은 크게 감소하기 시작하였다.

이와 같은 상황에서 대용량 데이터 통신이 가능한 3G/4G 등의 통신 인프라의 발전과 Smart Phone 및 Tablet PC와 같은 디바이스의 혁신 그리고 이를 기 반으로 하는 다양한 어플리케이션의 등장으로 중소형 용의 디스플레이는 성장을 지속하고 있다.

중소형용 디스플레이의 성장은 지속되고 있지만 면 적을 기준으로 한 전체 평판 디스플레이의 성장은 한 자리 숫자에 머물 것으로 예상되고 있다. 이와 같은 상황에서 디스플레이가 적용될 수 있는 새로운 시장 을 만들고 기존의 디스플레이 기술을 대체하여서 용 도를 확대시킬 수 있을 것으로 기대되는 유연하고 투 명한 디스플레이(Flexible and Transparent Display) 에 대한 개발은 가장 주요한 과제 중 하나가 되었다.

유연하고 투명한 디스플레이의 구현을 위하여서는 현 재의 유기기판을 유연하고 투명한 재료인 플라스틱 필름으로 바꾸어야 한다. 플라스틱 필름의 적용을 위 하여서는 산화물 반도체 기술 등 새로운 기술을 적용 하여서 디스플레이 제조공정의 공정 온도를 낮추는 것과 더불어서 투명하며 내열성과 치수 안정성을 갖 고 있는 플라스틱 필름 기재의 개발과 수증기 및 산소 에 대한 차폐(Barrier) 특성을 갖는 차폐층에 대한 개 발이 반드시 선행되어야 한다.

이를 위한 디스플레이 기술 및 시장동향과 차세대

디스플레이인 유연하고 투명한 디스플레이의 상용화 를 위한 광학필름 기술의 개발 현황에 대하여서 설명 하고자 한다.

평판 디스플레이(Flat Panel Display) 기술 1) 평판 디스플레이 시장 동향

평판 디스플레이는 2010년 1,150억 달러의 시장으 로 성장하며 2002년부터 2010년까지 연평균 20%의 성장을 지속해 왔다. 이와 같은 성장은 기존의 디스플 레이였던 CRT를 대체하는 평판 디스플레이에 대한 소요량 증가에 기인한다. 하지만 평판 디스플레이 기 술은 단순히 기존 기술인 CRT를 대체하는 것에 머무 르지 않고 두께가 얇은 대화면 TV, Ubiquitous의 중 심에 서있는 Smart Phone과 Tablet PC 등의 새로운 용도와 시장을 창출했다.

하지만 세계경제의 침체와 그동안 평판 디스플레이 시장의 성장을 견인해왔던 TV용 평판 디스플레이의 성장의 둔화로 2011년 평판 디스플레이는 출하량을 기준으로 할 때 2010년 비교 4% 감소한 4억대 수준 에 머물 것으로 추정된다.

실제로 2010년 전세계에서 판매된 TV 10대 가운 데 8.5대가 평판 디스플레이를 디스플레이로 채용한 TV였다. 더욱이 가장 규모가 큰 시장인 북미, 서유럽 그리고 일본 등에서는 이미 2009년부터 전체 판매된 TV 가운데 평판 디스플레이를 채용하지 않은 TV가 없는 수준에 이르렀다. 뿐만 아니라 중국의 경우도 2010년 4분기 판매된 TV의 90% 이상이 평판 디스플 레이를 디스플레이 기술로 채용한 TV였다.

이와 같이 금액 기준으로 전체 평판 디스플레이의 시장의 60% 이상을 차지하고 있는 TV용 평판 디스 플레이의 성장률 둔화는 전체 평판 디스플레이 시장

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기대했지만 실제로는 TV를 교체하거나 구매하는데 있어서 이와 같은 기능이 크게 영향을 주지 못했다 [그림 1].

이와 같은 상황에서 평판 디스플레이가 CRT에 대 하여서 Disruptive Innovator의 역할을 하였던 것처럼 디스플레이에 대한 새로운 수요를 창출하기 위해서 AMOLED와 같은 디스플레이 기술의 적용과 궁극적 으로 유연한 디스플레이(Flexible Display) 또는 투명 하고 유연한 디스플레이(Flexible and Transparent Display)에 대한 개발이 요구되고 있다.

Smart Phone 및 Tablet PC와 같은 Mobile Computing 장비의 도입은 3G/4G와 같은 대용량의 무선 데이터 통신 기술의 진보와 함께 기존의 2G 또 는 Analog 휴대폰과 비교할 수 없을 정도로 데이터의 사용량을 증가시켰다. 이 때문에 증가된 데이터를 보 다 큰 화면에서 또한 효율적으로 보기 위한 User

패널과 Touch Panel은 출하량을 기준으로 할 때 2011년부터 2015년까지 CAGR 25% 이상의 성장이 기대되고 있다.

새로운 용도를 창출하기 위한 기술로써 디스플레이 는 유연하고 투명하며 Multi Touch가 가능한 User Interface를 갖는 기술을 요구하고 있는데 이를 위해 서 유연한 디스플레이 장치를 개발하고 또한 유연한 Touch Panel의 개발이 지속되고 있다. 실제로 유연한 Touch Panel과 관련된 특허의 출원 동향을 보면 [그 림 2]와 같이 출원인과 출원수가 함께 증가하는 기술 의 성장기에 있음을 알 수 있다[그림 3].

그림 1. TV 교체에 영향을 주는 중국 소비자의 의사결 정 행태(DisplaySearch).

그림 2. Flexible Touch Panel의 특허 동향(차세대 디스플 레이를 위한 TSP 기술세미나, 2012).

그림 3. Flexible AMOLED Display(삼성모바일디스플레이, FPD 2010).

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2) 평판디스플레이용 광학필름

액정 디스플레이(LCD)를 만들기 위해서 필요한 광학필름은 Panel의 제조에 필요한 편광필름과 백라 이트용 광학필름 등이 있는데 2011년 시장 규모는 각 각 82억 달러와 45억 달러에 이를 것으로 추정된다.

하지만 디스플레이 시장의 성장이 정체됨에 따라서 향후 성장률은 2014년까지 CAGR 1% 수준에 머물 것으로 전망되고 있다.

하지만 Smart Phone과 Tablet PC의 등장과 함께 증가하고 있는 Touch Panel용 광학필름은 Touch Sensor의 핵심소재인 투명도전성필름을 중심으로 성 장하고 있다. 현재까지 투명도전성물질로 사용되는 대표적인 소재는 ITO(Indium Tin Oxide)이다. PET 필름과 같은 필름을 기재로 하는 Film 형태의 ITO를 사용하거나 Glass에 ITO를 성막하여서 제조되는 Glass ITO를 사용하여서 Touch Module을 만들 수 있다. Glass ITO의 경우 표면저항을 낮추기가 쉽고 투과율과 같은 광학특성이 좋은 장점을 갖고 있어 상 대적으로 높은 제조원가에도 불구하고 2011년 판매된 Smart Phone과 Tablet PC가운데 수량 기준으로 40%가 Glass ITO를 채택하였다. 하지만 가볍고 깨어 지지 않는 장점을 갖고 있는 ITO 필름의 경우에도 제 조원가와 표면저항을 더 낮추는 노력을 통하여서

Glass ITO와 경쟁을 예고하고 있다.

Mobile Display의 User Interface의 중심에 있는 Touch Panel은 전기적 저항의 변화를 감지하는 방식 에 따라서 저항막방식(Resistive)과 정전용량방식(Self or Projected Capacitive)으로 나누어진다. 저항막방식 은 제조가 간단하며 Touch Panel Module의 제조원가 가 낮은 장점을 갖고 있지만 내구성이 낮은 단점과 Smart Phone 등에서 요구되는 Multi Touch를 구현하 지 못하는 단점을 갖고 있다. 최근에는 저항막방식에서 Multi Touch가 가능하게 하는 구조가 개발되어 상용화 된 사례가 있다. 그러나 대부분의 Multi Touch가 가능 한 Touch Panel은 인체와 같은 도전성이 있는 물체의 접촉에 의한 정전용량의 변화를 감지하는 정전용량방 식이 주류를 이루고 있다. 정전용량방식의 Touch Panel은 저항막방식과 비교할 때 투과율 등의 광학특 성이 좋고 내구성이 좋은 장점을 갖고 있다[표 1].

하지만 제조원가가 상대적으로 높고 전극에 2차원 Pattern을 형성하여야 되어서 공정이 복잡한 단점을 갖고 있다. 또한 대화면으로 만들기 위해서는 높은 전 기 전도도를 갖는 투명도전성 필름이 필요하게 되어 서 표면저항이 낮은 투명도전성필름의 개발이 요청되 고 있다. 실제로 4인치 이하의 디스플레이에서는 270 Ω/□의 면저항의 투명도전성필름으로 정전용량 방식 표 1. Touch Panel의 대표적인 구조

분류 저항막방식 정전용량방식

F/G GFF GG On Cell

단면 구조

Symbols : Double Adhesive Tape Spacer Adhesive

ITO Layer Insulator

새로운 디스플레이를 위한 광학필름 기술 | 김승수

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하고자 한다면 표면의 면저항이 5 Ω/□ 수준까지 내 려가지 않으면 안된다. 이와 같이 낮은 면저항의 구현 을 위하여서는 기존의 투명 도전성 필름의 주요 소재 이었던 ITO가 아닌 대체 소재의 개발이 필요한데 Silver Nanowire, 금속 Mesh, Graphene 등의 기술의 적용과 개발이 요구된다.

새로운 디스플레이를 위한 광학필름 1) 디스플레이 기술 동향

자기 발광 물질이 아닌 액정디스플레이와 달리 유 기EL 디스플레이(Organic Electroluminescent Display, Organic Light Emitting Diode)는 자기 발 광을 하기 때문에 디스플레이 후면에서 광원의 역할 을 하는 백라이트와 편광필름을 필요로 하지 않는다.

유기 EL 디스플레이는 색재현성이 좋으며 응답속도 가 빠르고 Contrast가 좋은 장점을 갖고 있으며 자기 발광물질을 사용하기 때문에 어둡고 밝은 영상의 종 류에 상관없이 백라이트가 구동되어 있는 액정디스플 레이와 달리 Local Dimming이 가능하기 때문에 소 비전력을 감소시키는 효과를 갖고 있다.

이와 같은 장점은 Smart Phone과 같은 휴대용 디 스플레이에 대한 요구와 잘 부합되어서 휴대용 디스 플레이에 그 채용이 확대되어 지고 있다. 현재는 휴대 폰과 Tablet PC 가운데 10% 미만이 AMOLED를 디스플레이 기술로 채용하고 있지만 2015년에는 현재 의 두배 정도까지 AMOLED를 디스플레이 기술로 적용하는 모바일 디바이스의 비율이 증가할 것으로 예상되고 있다.

하지만 유기EL 디스플레이는 FMM(Fine Metal Mask)를 통하여서 유기EL을 증착시키는 공정의 특 성으로 해상도를 높이거나 대화면을 구현하는 것에

의 해상도를 갖는 디스플레이를 채용하고 있다. 이와 같이 Smart Phone과 Tablet PC의 해상도는 복잡한 정보를 표시하고자 하는 요구 때문에 향후에도 지속 적으로 향상될 것이다. 이와 같은 시장의 요구에 대해 서 해상도 향상과 대화면화라는 유기EL 디스플레이 공정상의 문제를 해결하기 위해서 기존의 FMM공정 을 개선하거나 방식을 변경하여서 SMS(Small Mask Scanning), Inkjet 및 Laser 방식 등이 개발되고 있거 나 양산 적용을 앞두고 있다.

그러나 대화면화와 더불어 TV와 같은 용도에서 기 존의 디스플레이 기술인 액정디스플레이와 경쟁을 하 기 위해서는 제조원가 절감이라는 쉽지 않은 과제를 해결해야 하는데, 실제로 2011년 유기EL 디스플레이 의 출하량은 액정 디스플레이의 출하량인 115백만 평 방미터와 비교할 때 0.5% 수준에 머무르고 있다.

그러나 유연하고 투명한 디스플레이를 위한 디스플 레이 기술로서 유기EL은 액정디스플레이 등의 경쟁 기술보다 적합하고 이를 바탕으로 하는 차세대 디스 플레이 기술 개발이 진행되고 있다. 유연하고 투명한 디스플레이는 2015년부터 양산이 시작되어서 평판디 스플레이를 대체하거나 새로운 시장을 창출하여서 2020년에는 500억 달러의 시장으로 성장할 수 있을 것으로 기대하고 있다[그림 4].

그리고 앞서 언급한 Touch Panel은 그 적용이 Smart phone과 Tablet PC 등에만 국한되지 않고 전 자교과서, All In One PC(AIO), Public Display 및 전자칠판 등으로 그 용도가 확대되고 있다. 이를 위해 서는 Touch Panel 크기의 대형화와 제조비용을 낮추 는 등의 과제를 해결해야 하지만 동시에 유연한 디스 플레이 또는 깨어지지 않는 디스플레이를 위하여서 외부창(Cover Glass)으로 강화 유리가 아닌 플라스틱

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필름을 채용해야 하는데 유리와 같은 높은 경도의 플 라스틱 필름 기재의 개발과 투명도전층의 형성이라는 과제를 안고 있다.

유연한 디스플레이는 새로운 시장을 창출하기 위한 기술로 기대되고 있을 뿐 아니라 궁극적으로 생산성 이 좋은 Roll to Roll 공정을 적용하고 제조원가를 혁 신할 수 있는 기술로 진보할 수 있을 것이라는 기대도 받고 있다.

2) 새로운 디스플레이를 위한 광학필름 기술

유연하고 투명한 디스플레이를 위하여서는 TFT 공정의 기판으로 사용되는 현재의 유리를 대체할 수 있는 필름의 개발이 필요하다. 그러나 LTPS(Low Temperature Poly Silicone)의 경우에도 그 TFT공 정의 온도가 500℃ 이상에 달하는 것을 고려한다면 이와 같은 온도를 견디고 뿐만 아니라 온도의 변화에 따른 그 치수의 변화가 거의 없는 플라스틱 소재를 개 발하는 것은 쉽지 않다. 따라서 이와 같은 소재를 개 발하는 것은 소재 회사의 노력만으로는 어렵다. 실제 로 산화물 반도체를 적용하여서 TFT 공정의 온도를 낮추는 개발이 동시에 진행되고 있다. 하지만 그 공정 온도가 낮아지더라도 범용 플라스틱 필름인 PET, PC와 같은 소재가 적용되기에는 CTE(Coefficient of

Thermal Expansion)와 같은 열적 특성이 적용할 수 있는 수준이 되기는 어려울 것으로 보인다. 또한 해상 도의 향상에 따라서 더욱 엄격한 수준의 치수안정성 이 요구되고 있어서 플라스틱 필름을 소재로 한 기판 의 개발을 더욱 어렵게 만들고 있다. 이와 함께 플라 스틱 필름은 수증기와 산소에 대한 차폐특성도 가져 야 하는데 유기EL은 수증기와 산소에 의해서 쉽게 열화되는데 일반적으로 10^-6 g/m²/day@90%RH의 수증기 투과율(WVTR, Water Vapor Transmission Rate)과 10^-5 cm³(STP)/m²/day/atm의 산소투과율 (OTR, Oxygen Transmission Rate)이 필요한 것으 로 알려져 있다. 그리고 전극을 형성하기 위해 필요한 ITO층의 경우 높은 영률을 갖고 있어서 휘거나 구부 릴 때 쉽게 Crack이 발생하게 되는 문제점을 갖고 있 다. Crack이 발생하게 되면 전기적 단락이 발생하게 되어서 TFT 기판이 역할을 하지 못하게 되는데 이를 해결하기 위해서는 ITO를 대체하는 투명도전성 소재 에 대한 개발이 함께 이루어져야 한다.

기판에 요구되는 특성을 요약하면 높은 내열특성 및 유연성과 높은 투과율 그리고 낮은 CTE의 치수안정 성을 갖는 플라스틱 필름의 개발과 이를 기재로 하여 서 산소 및 수증기 차폐 특성을 갖는 층을 형성하고 그 위에 유연성을 갖는 투명도전층의 구현이 필요하다.

그림 4. Flexible and Transparent Display Market (DisplayBank 2011).

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고분자 필름은 Polyethylene terephtalate(PET) 및 Polyethylene napthalate(PEN) 등과 같은 Thermoplastic, semi-crystalline 고분자 그리고 Polycarbonate(PC) 및 Polyethersulfone(PES) 과 같은 Thermoplastic, non-crystalline 고분자로 구분 할 수 있는데 이와 같은 영역의 고분자들은 용융압출 에 의해서 제조가 가능한 필름들이다. 다만 좋은 광학 적 특성을 얻기 위해서 Solvent cast법으로 생산하는 경우도 있다.

그리고 높은 유리전이 온도를 갖기 때문에 용융압 출로 필름을 제조할 수 없는 Polyarylate(PAR), Polycyclic olefin(PCO) 및 Polyimide(PI)와 같은 그 룹의 고분자 필름이 있다. 이 경우의 고분자 필름은 대부분의 경우 Solvent cast법에 의해서 필름으로 제

가 요청되고 있으며 400 ~ 800nm의 파장에서 전광 선투과율(Total Light Transmission) 85% 이상과 0.7% 이하의 Haze를 요구하고 있다. PI의 경우 좋은 내열특성 및 CTE를 갖고 있지만 광학특성과 색도가 요구를 만족시키지 못하고 있는데 광학특성면에서의 개선을 위하여서 투명하고 낮은 CTE를 갖는 투명 PI 에 대한 개발과 적용이 검토되고 있다. 하지만 투명 PI 구현을 위한 재료의 변화가 CTE와 같은 내열특성 에는 좋지 않은 방향으로 영향을 주기 때문에 광학특 성과 내열특성에 대한 타협점을 찾기 위한 노력이 진 행 중이다.

하지만 상대적으로 해상도가 낮은 용도의 디스플레 이인 Electrophoretic Display(EPD, e-Paper)에는 공 정 온도를 낮출 수 있는 산화물반도체(Oxide TFT)를 적용하고 기재로는 150~200℃ 수준의 내열특성 요구 로 PEN의 적용도 검토되고 있다.

고분자 필름외에 FRP(Fiber Reinforced Polymer) 또한 보다 낮은 CTE를 구현할 수 있는 가능성으로 개발이 진행되고 있지만 유연성이 좋지 않은 단점을 갖고 있다.

(2) 투명도전재료 및 기술

Touch Panel의 투명도전성필름으로 사용되거나 TFT 유리기판의 전극으로 사용되는 대표적인 물질 그림 5. 유리전이온도에 따른 고분자 필름 분류.

표 2. 몇가지 고분자 필름에 대한 기초 물성

Base Polymer PET PEN PC PES PCO PI

CTE(-55 to 85℃) ppm/℃ 15 13 60-70 54 74 3-50

%Transmission(400-700nm) >85 >85 >90 90 >92 Yellow

Water absorption (%) 0.14 0.14 0.4 1.4 0.03 1.8

Young’s modulus/GPa 5.3 6.1 1.7 2.2 1.9 2.5

Tensile strength/MPa 225 275 NA 83 50 231

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은 ITO이다. ITO를 PVD의 일종인 Sputtering을 통 하여서 필름 또는 유리 위에 건식코팅을 하여서 전극 을 만들고 있다[그림 5].

정전용량 방식의 ITO 필름은 [그림 6]과 같이 Photo Mask를 사용하여서 ITO층을 Patterning하여 서 X, Y 방향의 전극을 만든다. 이 경우 ITO가 남아 있는 부분과 ITO가 남아 있지 않은 부분 사이의 반사 율과 투과율의 차이가 발생하는데 이로 인하여서 Touch Panel 화면상에서 Pattern이 보이게 되는 문 제가 발생하게 된다. 이를 막기 위해서 ITO층의 밑에 Index Matching 층이라 불리는 층을 습식코팅(Wet Coating) 또는 ITO를 Sputtering할 때 건식코팅으로 만든다.

일반적으로 ITO층이 있는 부분과 없는 부분의 반 사율차이는 0.8% 이하, 투과율은 1% 이하가 되어야 눈으로 시인이 되지 않기 때문에 Index Matching 층 을 어떤 방법으로 형성을 하고 Pattern이 시인되지 않도록 하게 할 것인가 하는 것이 정전용량 방식의 ITO 필름의 가장 주요한 요구 항목이다.

유기물층 위에 무기물인 ITO 적층되어 있는 구조 인 ITO Film은 [표 3]에서 보는 것과 같이 영률과 CTE에서 층간에 큰 차이를 보인다. 이와 같은 CTE 에서의 큰 차이는 온도 변화에 따라서 상당한 변형을

야기할 수 있다. 이와 같은 변형에 의한 응력을 해소 하기 위해서 Index Matching층을 포함한 Hard Coating층 등의 물질의 선택 등이 좋은 ITO Film을 얻기 위한 주요한 설계 변수가 된다.

ITO의 경우 휘어질 때 기재가 되는 고분자 필름과 의 큰 영률 차이로 인하여서 변형률(Strain)에 기인하 는 응력(Stress)이 발생한다. 이와 같은 응력은 휘어 지는 정도를 표현하는 곡률 반경이 작아질수록 커지 게 되는데 이로 인하여서 Crack이 발생하게 되고 면 저항 값은 상승하게 된다[그림 7]. Crack이 시작하는 점(Crack Onset Strain, COS)을 면저항의 10% 변화 되는 곡율 반경, 또는 변형률(Strain)을 실험적으로 측정할 수 있지만 단순히 면저항의 값에 변화가 10%

이하라 하더라도 Crack의 경우는 그 발생이 시간에 지남에 따라서 전파(Propagation)되는 특성을 갖고 있기 때문에 단순히 COS 이하의 변형률에서는 문제 없다고 판단해서는 안된다.

이와 같이 ITO Film의 경우는 층간의 계면특성 등 을 최적화 하더라도 어느 정도 이상의 휨에서는 Crack 이 발생하게 되고 이에 따라서 면저항이 크게 상승하 게 된다. 따라서 유연한 디스플레이를 위하여서는 적 합한 물성을 갖는 도전재료가 필요하다.

이와 같은 배경으로 ITO를 대체하기 위한 새로운 도전재료가 개발되고 있는데 은(Ag)과 같은 도전성

그림 6. ITO 필름의 단면 구조 및 정전용량 방식의 ITO 필름 패턴 형성을 위한 Photo Mask.

그림 7. 휘어짐(Bending)에 의한 Stress 발생과 이에 따른 ITO층의 Crack 발생.

표 3. ITO Film층의 물성

Category PET Hard Coat ITO

CTE ppm/℃ 15 60 8

Young’s modulus/GPa 5.3 6 119

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개발이 되어 온 도전성 고분자와 가장 최근에 발견이 되어서 개발되고 있는 Graphene과 대면적화 등 ITO 를 대체하기 위한 노력들이 활발히 경주되고 있다[그 림 8]. [표 4]에 각 소재들의 유연한 디스플레이 구현 을 위한 관점에서 정리하였다. 이와 같은 장단점을 갖 는 소재들을 한가지 물질이 아닌 여러가지 특성의 물 질을 복합화 하거나 디스플레이가 휘어질 때 휨의 정 도에 따라서 여러가지 도전재료 기술을 요소별로 최 적화하여서 함께 적용하는 등의 응용 면에서의 개발 도 진행되고 있다.

(2) 수증기 및 산소차단층

치밀한 구조를 갖는 유리와 달리 고분자는 상대적 으로 엉성한 구조를 갖고 있어서 수증기와 산소에 대

유기EL의 경우 앞서 언급한 것과 같이 10^-6 g/㎡

/day@90%RH의 수증기 투과율(WVTR, Water Vapor Transmission Rate)이 요구되는 데 이와 같은 수준의 차단성능을 달성하고 유지하기 위하여서는 단 층으로는 어려운 점이 많다. 특히 제조공정 가운데 발 생할 수 있는 층 내에서의 Pinhole 등이 디스플레이에 서 요구하는 높은 수준의 수증기 차단 성능을 파괴하기 쉽기 때문이다. 이 때문에 대부분의 경우 무기층와 유 기층의 수개 층 적층 하여서 만들게 되는데 이를 통하 여서 10^-6 g/㎡/day@90%RH의 수증기 차단 정도의 구현에 성공했다는 결과가 있지만 현재까지 상용화된 것 가운데 가장 높은 수준은 10^-3 g/㎡/day@90%RH 정도이다.

그리고 무기층과 유기층을 적층하는 공정은 일반적

그림 8. ITO를 대체하기 위한 투명도전재료의 개발.

표 4. 투명도전성 소재의 기술 및 물성

Conductors Process Conductivity Flexibility Color Ω/□, Tt, b*, Hz

ITO Sputtering Excellent Poor Yellow 270, 90%, 1.7, 0.8%

Metal Mesh R2R Printing² Excellent Medium - -

Metallic Nanofibers⁴ Wet Coating Excellent Medium Hazy³ 120, 89%, 1.2, 1.5%

Carbon Nanotubes Wet Coating Good High -

Graphene Wet Coating Good High -

Organic Conductors¹ Wet Coating Medium High Blue 820, 90%, 0.5, 1.5%

1. Organic Conductors : Poly(3,4-ethylenedioxythiophene), Poly(styrenesulfonate), (PEDOT:PSS)

2. Metal mesh was fabricated by photolithographically patterned metal films on glass substrate, R2R process can be applicable but the lead time to change the pattern takes a lot of time than the typical required lead time

3. It was reported total transmittance of 85 to 91% was achieved including substrate at the sheet resistance of 10 to 250 Ω/□

4. Optical properties are evaluated with PET as a substrate, Metllic Nanofibers data is based on Ag nanowire

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으로 PVD 또는 CVD와 같은 생산성이 상대적으로 좋지 않은 공정이다. 따라서 이와 같은 방법으로 제조 된 차폐층은 높은 제조원가의 문제점을 갖고 있어서 투명 차폐층의 성능 개발과 더불어 경제적인 공정의 개발 또한 요구되고 있다.

맺는말

투명하고 유연한 디스플레이는 가볍고 얇다는 디자 인 측면의 장점뿐 아니라 소비전력을 낮추고 현재까 지는 디스플레이를 사용하지 않았던 의류, 자동차 전 면 유리등과 같은 새로운 용도를 만들 수 있을 것이라 는 기대를 모으고 있다.

하지만 이를 위한 플라스틱 기판(Engineered Substrate)의 개발은 좋은 열적 특성을 갖는 소재, 낮 은 산소와 수증기 투과율을 갖는 차폐층의 개발 그리 고 높은 광학적 특성과 유연성을 갖는 투명도전성 소 재의 적용이라는 적지 않은 문제를 해결 해야 하는 숙 제를 던져 주고 있다. 이와 같은 소재의 개발 자체 또 한 유기 및 무기 재료의 개발이라는 화학공학의 주요 한 영역이지만 이를 경제적으로 구현하기 위한 공정 의 설계와 개발은 화학공학자들이 역할을 감당하고 풀어야 할 도전적인 과제가 되고 있다.

그림 9. 용도별 수증기와 산소투과율에 대한 요구 수준.