LG 디스플레이

기술정보

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스트레처블의 개념 및 기술적 요건

개념
  • 여러 방향으로 자유롭게 폼팩터를 변형할 수 있는 디스플레이
  • 패널의 탄성력을 바탕으로 다음과 같은 형태 변형 가능

    멀티 폴딩(Folding)/롤링(Rolling) : X축, Y축, Z축 등 다양한 방향으로 접거나 말 수 있는 특성

    신축 기능 : 고무/스프링처럼 외부에서 힘을 가했을 때 2차원/3차원으로 늘어났다가 원래 상태로 돌아오는 특성

기술적 요건
  • 유연성 : 압력에 따라 늘어났다가 다시 복원될 수 있는 특성

    압력이 가해지는 위치나 범위에 제약이 없고, 변형 형태 역시 비고정적이므로 폴더블·롤러블 대비 큰 폭의 유연성 강화 필요

  • 내구성 : 큰 폭의 변형에도 소재나 구조의 손상이 없는 특성

    무작위적 압력을 가해도 표시 성능의 열화 및 외관의 영구적 손상이 없는 구동 안정성 필요

  • 양산성 : 복잡성과 난이도 높은 제조 공정의 경제성 확보 과제

    높은 탄성을 보유한 신소재 또는 기존 소재의 구조적 가공 등 새로운 공정 기술의 경쟁력 확보 필요

스트레처블구현을 위한핵심 요소 기술

기판 및 봉지층
  • 기판 및 봉지층의 탄력성과 내구성은 스트레처블 디스플레이의 신축성과 직결

    폴리이미드 기판 구조를 그물형으로 가공하거나, PDMS를 보조 기판으로 활용하는 등으로 접근 중

    나노 기반의 봉지층 개발 등 기판과 봉지층의 신소재 접근은 장기적 관점에서 연구 중

TFT 백플레인(구동 소자)
  • TFT를 위치시킬 안정적인 중립 지역이 존재하지 않을 가능성이 높아 근본적 해결 필요

    구동 소자에 가해지는 압력 완화를 위해 단단한 구조물을 국소적으로 형성하고 소자들을 집중 배치하는 대안 존재

    전도성과 내구성을 충족하는 소자 자체의 신축성 확보를 위해 탄소나노튜브, 그래핀 등의 신소재 적용 연구 중 전기적 특성 등의 개선 필요

배선 연결 기술
  • TFT 소자 간 전기 신호 연결을 위한 배선의 탄력성과 내구성 확보 이슈

    단선 구조 대신 스프링, 물결, 갈고리, 나선형 등의 충격에 강한 디자인으로 배선 구조를 변경하는 방안으로 우선 접근 중

    보다 높은 신축성을 확보하기 위해 脫 금속 소재 발굴을 위한 연구 진행 중이며 탄력성, 내구성, 전도성 동시 충족 필요

발광층(마이크로LED)
  • OLED 대비 발광층과 봉지층 구조가 훨씬 단순하다는 장점이 존재 하나, 추가적인 기술 개발이 필요

    신축성이 높은 기판에 LED 칩을 직접 붙이는 방식으로 구현 가능해 200PPI 내외의 애플리케이션에 우선 특화하는 방안 고려 가능

    배선의 탄력성과 내구성 문제는 여전히 잔존

기술동향

국내 기술

한국과학기술원(KAIST) 최경철 교수 연구팀에서는 유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diode·OLED) 기반으로 화면을 변형했을 때 기판에 가해지는 힘을 최소화할 수 있도록 기둥구조를 형성한 유연 기판을 결합해 새로운 형태의 스트레처블 기판을 만들었음

[한국과학기술연구원이 개발한 스트레처블 기판. / 출처. KAIST]

삼성디스플레이는 SID 2017에서 9.1 inch급 stretchable OLED를 발표하였는데 pixel 영역과 stretchable 영역을 나누어 stretchable AMOLED 디스플레이를 제작하여 시연함.

[그림. 2017년SID 9.1인치 스트레처블 OLED 디스플레이 / 출처. 삼성디스플레이]

국외 기술

2019년에 동경대 Someya 교수 그룹에서는 Stretchable/Conformable/Wearable AM 16X24 마이크로 LED 디스플레이 시연품을 제작 하였고, pre-stretching & total transfer 방식으로 45%까지 신축가능한 마이크로 LED 패널을 보고함.

[ Stretchable AM 16X24 피부부착형 웨어러블 마이크로 LED 디스플레이 ]

2017년 애플은 유연 기판에 대한 특허를 출원했으며, 본 특허는 메시 형 엘라스토머 기판 층으로부터 통합된 센서 및 햅틱 피드백 메카니즘을 갖는 시스템을 제공함. 기판 의 유연성을 높이기 위해 발광 소자, 입력 메커니즘 및 그리드 형태의 상호 연결 경로 를 형성하는 전도성 트레이를 배치한 것으로 예상됨. 애플사 가 특정 발명품을 시장에 출시할지 여부는 아직 알려지지 않았지만, 향후 아이폰 모델에서 플렉시블 디스플레이 기술을 채택 할 것으로 예측됨.

[그림. 애플이 출원한 스트레처블 디스플레이 특허 / 출처. Mikey campbell(2017.2.9)]

미국 Cornell University의 Rob Shepherd 교수 연구팀은 발광소자와 actuator소자와의 결합을 통해 actuator의 부분적인 변형 정도를 즉각적으로 표현할 수 있는 스트레처블 디스플레이 소자를 제작하였음. 이는 압력 센서와 연계된 IoT 기반의 4차 산업혁명 시대에 주축을 이룰 스마트 기기의 안정성을 유지 및 향상시키기 위하여 시스템 외관 및 내부 결함을 추적하여 위험요소를 사전 예측 가능할 수 있는 이미징 기반의 자동 검사 기술인 머신 비전 기술 구현을 앞당길 수 있음.

[그림. 애플이 출원한 스트레처블 디스플레이 특허 / 출처. Mikey campbell(2017.2.9)]

2015년에 Holst Center에서는 Rigid island & Serpentine 방식으로 stretchable AM 32X32 마이크로 LED 디스플레이를 제작하였는데, 해상도는 13ppi 수준이었고, 휘도는 170cd/m2, 2T-1C 픽셀 구조를 활용하였음.

[Stretchable AM 32X32 마이크로 LED 디스플레이]