2020년 3월 20일, 금, 대학원 수업, 정보 디스플레이 기술 1 (1)

강연을 먼저 듣고~

산업방송-대한민국산업기술! 살아있는 목소리 (80분)                              

http://blog.daum.net/jbkist/454

대학원 수업

2020년 3월 20일, 금요일, 오후 2시

 

자, 대학원 첫 수업을 시작합니다. 코로나 19 사태로 인하여 최소, 두 번 정도, 혹은 그 이상일 수도… 이렇게 수업을 하여야 해요.  학부 수업은 방송 녹화 후 온라인으로, 대학원 수업은 이렇게 먼저, 강의록과 교안을 직접 작성하여 공개하려고 합니다.  그리고, 논의에 들어가죠.  즉, 디스플레이에서 최근 떠오르는 이슈들을 중심으로 선 강의, 후 논의 방식으로 진행합니다.

 

포털에 공개된 강의 계획안을 가지고 수업 방법을 설명합니다. 즉, 이슈를 선택하고 이에 관한 강의는 교수가 진행을 할 것이며, 강의록과 강의 교안도 인쇄물로 제공될 것입니다.  이 때 이슈들로는 정보 디스플레이 기술에서의 최신, 핵심 주제들에서 뽑도록 하죠.  강의 계획안에서도 알 수 있듯이, 현재 및 다가올 디스플레이 기술, 디스플레이 산업에서 중국을 비롯한 경쟁국들의 위협, 한국 디스플레이 산업의 선두 유지 및 앞으로의 전략, OLED 기술이 당면하고 해결하여야 할 이슈들, 양자점 디스플레이와 마이크로 LED 기술의 등장과 발전 등을 생각해볼 수 있습니다.  이에 더하여 유연 디스플레이를 위한 유연, 투명 전극 기술, 유기물 기반 디스플레이들의 손상, 이의 방지를 위한 봉지 기술, 내부의 빛을 밖으로 가능한 많이 뽑아내기 위한 광추출 기술, 그리고, 발광 재료의 개선, 즉, 형광에서 인광, 그리고 지연 형광 소재 등도 떠오릅니다.

 

강의 방식은 주로 강의를 중심으로 하고, 강의 후 토론 과정도 가지며, 특정한 주제의 간단한 발표도 권장합니다.  즉, 강의, 토론, 그리고 발표 활동으로 진행되며, 학기 중간과 끝에 두 번의 시험을 가질 예정입니다.  배점을 살펴보면, 출석이 30%, 그리고 두 번의 시험이 각각 30%로 총 60%, 나머지 10%는 발표와 토론에 할당합니다.  강의 내용은 강의 전에 서술형으로 공개하려 하며, 특히 교수의 블로그, http://blog.daum.net/jbkist에서 ‘디스플레이 공부’메뉴와 ‘교안’메뉴를 활용할 것입니다.  ‘디스플레이 공부’ 메뉴에서는 번 강의 내용을 포함하여 디스플레이의 전반적인 내용들이 설명되어 있으며, ‘교안’의 경우, 저작권 문제로 파일 공개는 어려우나, 강의 후 인쇄물로 배포할 생각입니다.

 

이와 함께, 주 1회 강의에 대한 내용과 토론은 ‘강연과 논의’메뉴에 포스팅될 것이며, 이를 통하여 강의 내용 이해는 물론, 질의 응답이나 의견 교환 등이 가능합니다.  지금 작성 중인 이 내용도 물론, ‘강연과 논의’ 메뉴에 업로드가 될 것입니다.

 

강의 설명은 이 정도로 하고, 오늘 강의 오픈과 함께 첫 번째로 다룰 주제는 ‘기다려지는 디스플레이’입니다.  이 주제 이전에 과거와 현재의 디스플레이 기술을 설명하는 것이 자연스러우나, 이는 학부 4학년 수업에서 다루는 기본적인 내용이며, 따라서 ‘디스플레이 공부’ 메뉴의 노트 ‘1-1’부터 ‘1-24’까지를 스스로 공부하기 바랍니다.  충분히 설명이 되어 있으니, 쉽게 이해할 수 있을 것이며, 질문이나 의견은 온 라인 강의 기간에는 ‘강연과 논의’ 메뉴에서 본 강의 관련 포스팅에 댓글을 이용하고, 오프 라인이 가능해지면, 수업 시간을 이용하기 바랍니다.  그러면 첫번째 이슈를 시작해 보죠.

 

노트 ‘1-1’부터 ‘1-24’까지 소개한 디스플레이들은 제품이 시장에 등장, 한 시기를 풍미하다가 사라진 디스플레이들, 발전과 진화를 거치면서 여전히 존재, 혹은 성장하고 있는 디스플레이들입니다.  그 다음 이야기로, 지금은 개발 단계로 수년 정도의 시간이 흐른 뒤 제품으로써 시장에 진입할 가능성이 높은 디스플레이들, 그리고 기존 혹은 등장할 디스플레이들의 발전과 진화 형태를 예측하여 보고자 합니다.  10년 이후의 디스플레이 기술, 제품들에 관한 상상과 예측은 범위를 벗어납니다.  내가 현역에 있을 시간은 7년여가 남았으니까요.

먼저, 현재 기술적으로는 가장 앞서고, 시장에서는 LCD와 겨루고 있는 OLED를 보죠.  OLED는 2,000년대 초반에 모바일 기기로 시장에 본격적으로 등장한 이래로, TV에 이르기까지 질풍노도의 속도로 발전하여 왔습니다.  색깔과 해상도로 대표되는 성능은 물론, 소비 전력, 가격과 같은 경제적인 장애도 훌쩍 넘었고, 조만간에 휘고, 접고, 말 수 있는, 즉 생김새(form factor)에서 일대 전환을 이루어 접는 폰(foldable phone)과 말 수 있는 TV(rollable TV)까지 시장에서 볼 수 있을 것입니다.  기술적인 면에서 볼 때, 발광 방향은 후면 발광에서 전면 발광, 그리고 양 방향 발광이 가능한 투명 디스플레이까지 진화 중이며, OLED가 만들어지는 기판은 딱딱한 유리에서 유연한 플라스틱에 이르기까지 선택의 폭이 넓어졌습니다.  OLED 소재도 효율 면에서 불리한 형광(fluorescence) 소재에서 효율이 높은 인광(phosphorescence) 물질로 급격히 전환되고 있으며, 제작 과정은 이미 확보되어 있는 진공 증착 기반의 건식 공정(dry process)에 더하여 프린팅 방식을 중심으로 한 습식, 혹은 용액 공정(soluble process)도 개발 중입니다.

물론, OLED가 가는 길에 장애물이 없는 것은 아닙니다.  예를 들어 대면적, 고해상도로에서 기존의 백색 OLED에 컬러 필터를 덧댄 방식(White OLED, WOLED)이 아닌 독립적인 RGB 부화소들로 패터닝된 방식(RGB OLED)을 구현하는 FMM(Fine Metal Mask) 공정, 상부 발광, 혹은 투명 OLED에 쓰일 수 있는 투명하면서도 전기 전도도가 높고 일함수 매칭이 원활한 음극 구조, 형광 재료들에서 인광 재료로의 완전한 대체, 용액 공정이 가능하며, 미세 패턴을 구현할 수 있는 잉크 소재와 패터닝 방법 등이 선뜻 생각납니다.  이에 더불어 점점 더 용용 영역을 넓혀가는 플라스틱 OLED, 즉, 혹은 휘고 접고 말 수 있는 OLED의 완전한 구현과 관련된 기술적 이슈들, 즉, 기존의 폴리이미드 바니쉬 공정보다도 쉽고 경제적인 공정이 가능한 일반 플라스틱 기판의 적용, 숱한 변형에도 특성을 유지하는 유연, 투명 전극들, OLED의 변형 자유도에 지장을 주지 않은 박막 봉지 기술, 이러한 기술들을 통하여 OLED를 생산할 수 있는 최적의 솔루션, 롤투롤(Roll-to-Roll, R2R) 제조 방법 등도 넘어야 할 장벽입니다.  그럼에도 불구하고 OLED는 이제 완성형에 가까운 디스플레이임은 자명하죠.

다음으로 당장, OLED TV와 전쟁을 치르고 있는 QLED TV, 과연 QLED란 용어가 적절한지에 대한 논란도 있습니다.  정확히 말하자면, 지금의 QLED는 기존의 LCD에 양자점(QD)을 적용한 BLU(Back Light Unit)를 활용하고 있는 기술입니다.  물론 양자점의 적용 방식도 나날이 발전하고 있죠, 예를 들어, QDEF(Quantum Dot Enhancement Film), QDOG(Quantum Dot on Glass), 그리고 QDCC(Quantum Dot color Conversion) 등으로.  다만, 이는 어디까지나 LCD의 진화형이며, LED 광원으로 작동하는 광 발광(PL) 현상을 이용한 방식입니다.  진정한 QLED는 후면 광원이 사라지고, 순수한 전계 발광(EL)으로 동작하는 방식으로 이 기술의 완성에는 앞으로도 수 년 정도가 걸릴 듯 합니다.   따라서 지금은 OLED로 성장하는 시기인데, 어른이 되면 불려질 이름을 미리 사용하는 것이 맞고 틀린 지는 독자들의 판단에 맡깁니다.

 

그리고, 마이크로 LED를 들 수 있습니다.  연륜이 오래된 LED 칩, 발광 소자가 디스플레이까지 발전한 경우입니다.  칩의 크기를 100~50 마이크론 이하로 줄여서 각각을 별도의 디스플레이 부화소들로 사용하겠다는 전략이죠.   가능성은 충분히 입증되었고, 현재 시연은 물론 대형 TV나 사이니지로 소량 생산까지 이루어지고 있습니다.  이미 시장 진입에는 성공하였죠.  반도체 웨이퍼에 만들어진 작은 칩들을 디스플레이용 대형 기판으로 어떻게 옮길 것인지가 숙제이지만, 초소형 칩들을 통한 높은 해상도, 화소들이 만들어진 후에 기판을 선택할 수 있는 기판의 자유도 등의 특징, 장점들이 남은 문제들을 해결하여야만 하는 동기를 충분히 부여하고 있습니다.  QLED와 마이크로 LED는 여전히 나아가고 있습니다.  OLED 보다 더 넓은 미개척 영토, 즉 더 많은 장애 극복을 위하여 빠른 속도로.

이상은 주로 직시형 디스플레이 패널들에 관한 이야기였습니다.  이와 함께 더욱 환상적으로 발전할 생김새(form factor), 즉, 휘고(flexible), 말고(rollable), 접고(foldable), 늘리고 줄일 수 있고(stretchable), 생체친화적이며(biocompatible), 투명하기도(transparent) 한 디스플레이들, 그리고 이들로 인하여 입고(wearable), 붙이고(attachable), 인체에 삽입하고(implantable), 건물이나 자동차 등에 내장할 수 있는 전기 전자 기기들이 가능한 세상도 함께 생각해 볼 수 있습니다.  또한 이러한 디스플레이들을 충분히 활용한다면, 실공간에 띄울 수 있는 3차원 디스플레이도 실생활로 들어옵니다.  일단은 이 정도, 즉 수년 내에 승부가 날 수 있는 디스플레이들의 이야기로 마무리하며, 더 긴 시간, 오랜 이야기가 필요한 내용들은 뒷 부분에서 미래의 디스플레이 주제로 풀어갈 생각입니다.

# 이상의 설명을 충분히 숙독하고, 이 내용에 관한 느낌이나 소감, 의견, 질문 등을 댓글에 자유롭게 표현하세요.  이는, 출석과 토론 점수에 반영됩니다. 학번 혹은 실명을 표기하기. 다음 수업인 3월 27일, 금요일 이전까지.