디스플레이 폼 팩터 혁신의 전개 방향

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1 조준일한수연전승우 1. 디스플레이폼팩터기술혁신의중요성 2. 폼팩터혁신기술의개발동향과해결과제 3. 시사점

2 요약 폼팩터 (Form-factor) 란제품의구조화된형태를의미하며, 향후디스플레이의폼팩터혁신은기존의경직된형태적제약을극복할수있는유연성 (Flexibility) 의향상을통해전개될가능성이크다. 디스플레이산업에서폼팩터혁신이중요하게부각되고있는배경은과거 20 여년간기술발전과시장성장을주도해온 LCD 가성숙기에접어들면서, 새로운성장모멘텀확보가필요해졌기때문이다. 소비자들의이동성증대, 기기간융합과스마트화의급진전등으로인해과거특정사용환경에맞춤화된전형적폼팩터에서벗어나사용환경조건에관계없이자유롭고편리하게사용할수있는폼팩터를갈구하게된것도그요인으로작용한다. 고객들이현재의디스플레이제품에대해느끼는불편사항 (Pain Point) 이나 LCD 와의차별화잠재력측면에서도폼팩터혁신이향후디스플레이산업의빅웨이브 (Big Wave) 가될가능성이높다. 즉업계는디스플레이의핵심구매기준인화질, 소비전력, 저가격, 디자인 ( 폼팩터 ) 가운데고객의잠재적니즈와추가적인기술혁신의여지가큰폼팩터에주목하고있다. 반면전통적인핵심고객가치였던화질에대한고객니즈와기술수준은이제성숙단계에이른것으로보여진다. 폼팩터혁신을주도할플렉서블디스플레이는 1 단계 커브드 벤더블 의고정형, 2 단계 폴더블 롤러블 의단일축가변 ( 可變 ) 형, 3 단계 스트레처블 의프리폼 (Free-form) 가변 ( 可變 ) 형등 3 가지단계의진화과정을거칠것으로예상된다. TV 및스마트폰을중심으로커브드 벤더블등플렉서블 1 단계제품이꽤활발히출시되었으나, 소비자들의주목을끌기에는미흡했다. 어느정도시장에안착했던벤더블스마트폰또한벤더블폼팩터보다는풀스크린 (Bezel-less) 에대한호응이더컸기때문인것으로풀이된다. 1 단계플렉서블폼팩터에대해소비자들이미온적태도를보인요인으로, 아직까지제품컨셉의차별성이기대에미치지못하고주도적인제품컨셉이불확실하다는점, 기술적한계로제품의완성도가부족하다는점, 기존유리기판기반제품에비해복잡한공정및기구부추가등으로아직까지높은가격에머물러있다는점등을들수있다. 이러한요인들을감안할때와해적기술혁신을통해기술 제품완성도를제고하는것이플렉서블디스플레이시대를촉발하고앞당길수있는최대관건이될것이다. 접었다폈다, 말았다펼쳤다 와같은변형과정을무한반복하는사용장면을감안할때, 1 단계이후의플렉서블디스플레이는유연성, 내구성, 양산성등의기술적요건을갖추어야한다. 첫째, 반복적인외부압력을견디며기본형체로복원할수있는유연성을확보해야한다. 둘째, 무한반복적인형체변화에도불구하고이미지재생성능및수명, 외관상의품질등의저하가없는내구성충족이필요하다. 셋째, 품질수준과생산단가하락을동시에만족시킬수있는공정특성, 즉양산성또한필수불가결하게갖추어야할요건이다. 유연성, 내구성, 양산성등의기술적요건을충족시키기위해서는기판, 봉지층, TFT 구동소자, 공정기술등의기술혁신이반드시뒷받침되어야한다. 기판은유연성과함께고온공정조건을견딜수있어야하는데, 현재는플라스틱기반의폴리이미드가대중적으로사용되고있지만탄성이약해추가적인기술개발이필요하다. 그물망형태의폴리이미드나 PDMS 를활용한 Pre- Stretched 폴리이미드등의아이디어들이시도되고있다. 봉지층은수분과산소침투방지효과특성이중요하며, 현재는유 무기복합층으로구성된다. 3 단계스트레처블기술의경우봉지층자체의유연성조건및요구성능도훨씬더높아져, 나노기반의신규소재적용노력이진행되고있다. 구동소자인 TFT 는외부압력을피할수있는중립지역에위치시키는방향으로우선접근하고있지만, 3 단계로진화하기위해서는새로운접근방법 (TFT 소자부분만단단한구조물

3 위에형성 ) 이나신규소재개발이필요하다. 또한소자와소자를연결하는배선은단선구조대신스프링이나물결, 나선형등충격흡수에용이한모양을채택하거나, 장기적으로금속이외의신소재를적용하는방안을모색중이다. 디스플레이의유연성이강화될수록제조복잡성과난이도가상승하는문제를해결하기위한신공정개발및조기안정화도중요하다. 스트레처블기술은궁극의프리폼 (Free-form) 폼팩터혁신을가져올것으로기대되지만, 이에대한관심은최근에서야본격화되고있다. 스트레처블기술이제대로개발 구현될경우활용할수있는분야는상상그이상이될것이다. 모바일분야에서는모든방향으로접거나굽힐수있고, 모양도자유롭게바꿀수있는멀티폴딩 (Multi-folding) 디스플레이가등장할수있다. 또한각종생활기기및차량분야에걸쳐형체에관계없이모든사물의외관을디스플레이로감쌀수있게될것이다. 벽면전체를디스플레이로만드는인테리어도가능해이른바 Everywhere Display 시대를열수도있고, 완벽하게신체와밀착될수있는웨어러블기기의대중화를가져올수도있다. 2 단계플렉서블제품과비교한스트레처블기술의요건으로는 유연성측면에서보다획기적인수준의유연성확보와더불어변형후복원력이뛰어나야한다는점, 내구성측면에서패널전반에걸쳐무작위적인압력이가해져도소재나구조의손상이없어야한다는점, 늘어났다복원되는특성을반영한공정혁신이필요하다는점등을들수있다. 이를감안할때기판및봉지층, TFT, 배선연결기술등이여전히중요한핵심요소기술로작용할것이며, 2 단계기술에비해보다고차원적인기술혁신이필요하다. 스트레처블기술의상용화시기를앞당기고그파급력을배가시키기위해서는다음의기술이슈들에초점을맞춰 R&D 를진행해야할것이다. 먼저스트레처블구현을위해서는근본적인소재혁신이병행되어야한다는점을주지해야한다. 또한태생적으로경직되고 (Rigid) 단단한부품의대체기술을조기개발할필요가있다. 끝으로플렉서블디스플레이의내부구조를통합하고최대한단순화하는방향으로기술개발을진행해야할것이다. 디스플레이폼팩터의요소기술혁신을실제대규모시장창출로앞당겨연결시키기위해서는 스트레처블기술의조기개발및전략적활용, 고객에게다가갈수있는제품컨셉창출및신규애플리케이션시장발굴, 가격현실화노력등을병행할필요가있다. 첫째, 스트레처블기술은자체적으로다양한애플리케이션시장을대체 창출하는비즈니스가치뿐만아니라소재 부품이늘어나는특성확보를통해폴더블이나롤러블과같은 2 단계제품의완성도를높여주는전략적가치를지닌다. 따라서스트레처블기술을 R 중심의장기과제로만접근할것이아니라체계적인로드맵수립을통해보다빠른개발 상용화를추진하는한편, 장기 R&D 의중간과정에서생성된기술을 2 단계제품의완성도제고에곧바로적용할수있는전략적 R&D 체제마련을검토할필요가있다. 둘째, 아직지배적인제품컨셉이불확실하기때문에고객에게다가갈수있는컨셉을만들어내고, 신규애플리케이션을개발하는것이중요하다. 무엇보다도고객접점에위치한세트나서비스기업뿐만아니라일반소비자, 광고업, 창문 벽지, 인테리어, 각종액세서리등디스플레이의고객또는대체재가되는다양한이해관계자들과원활히소통하고상품화가치를함께만들어갈수있는채널구축이신규시장창출의중요한출발점이될수있다. 마지막으로첨단제품이범람하는상황에서아무리혁신제품이라하더라도큰폭의가격프리미엄을기대하기어려워지고있어, 합리적가격실현을위해빠른공급생태계규합, 소재 장비경쟁력의획기적개선등의노력이반드시수반되어야한다.

4 목차 1. 디스플레이폼팩터기술혁신의중요성 (1) 폼팩터의개념 4 (2) 폼팩터혁신의부상배경 4 디스플레이에대한고객의불편사항 (Pain Point) 빅웨이브촉발하는폼팩터혁신 LCD 와의차별화잠재력이큰요인 (3) 폼팩터혁신의진화방향 9 1 단계커브드 벤더블등의고정형 2 단계폴더블 롤러블등의단일축가변 ( 可變 ) 형 3 단계스트레처블등의프리폼 (Free-form) 가변형 2. 폼팩터혁신기술의개발동향과해결과제 (1) 개발 사업화현황과문제점 13 개발 사업화에따른시장반응미온적시장반응의요인 (2) 플렉서블디스플레이의주요기술적요건 15 핵심요소기술도출프로세스플렉서블디스플레이의사용장면과물리적형체변화플렉서블디스플레이기술의핵심요건플렉서블에유리한 OLED 디스플레이 (3) 2 단계 ( 폴더블 롤러블 ) 디스플레이구현을위한핵심기술 18 기판 (Substrate) 봉지층 (Encapsulation) TFT 백플레인 ( 구동소자 ) 공정기술 (4) 3 단계 ( 스트레처블 ) 디스플레이구현을위한핵심기술 22 스트레처블기술의특징스트레처블디스플레이의주요애플리케이션스트레처블디스플레이기술구현을위한핵심요건스트레처블구현을위한핵심기술 1 기판및봉지층스트레처블구현을위한핵심기술 2TFT 백플레인 ( 구동소자 ) 스트레처블구현을위한핵심기술 3 배선연결기술스트레처블구현을위한핵심기술 4 마이크로 LED 기술향후전망과과제 3. 시사점 (1) 스트레처블기술의조기개발과전략적활용 34 (2) 고객에게다가갈수있는컨셉창출및신규애플리케이션개발 35 (3) 시장확산을위한가격경쟁력확보 36

5 1. 디스플레이폼팩터기술혁신의중요성 (1) 폼팩터의개념폼팩터 (Form-factor) 란사물의물리적형체즉생김새를의미하며, 디스플레이에서는특정사용자환경에서전자기기의각종기능들을시각정보의형태로최적구현하는역할을한다. 때론트렌드를반영한감성적디자인의결과물이기도하고, 사용성과휴대용이성등을고려해크기, 무게등이조건내최적화되어형성된다. 디스플레이의폼팩터를주목해야하는이유는그것이디스플레이를탑재하는전자기기의폼팩터를좌우하기때문이다. 즉스마트화와클라우드의영향으로전자기기의많은기능들이 H/W 형태에서앱서비스형태로전환되고, 내부부품구조가계속단순화되는상황에서도디스플레이가전자기기외형에서차지하는비중은더욱커질것이라는점이다. 전통적으로 TV가네모상자에큰디스플레이화면을유지해왔던것은, 가정내거실공간에서영상물을시청한다 는본연의기능을최적구현하기위한가장좋은형태이면서기존기술수준에서최상의방법이었기때문이다. 휴대폰의경우통화기능외데이터통신, AV 기능, 컴퓨팅등다양한애플리케이션들이채용되면서디스플레이의크기는점점더커져왔다. 그외형적 Type 또한다양해진기능들을잘구현하기위해 Bar형, 플립형, 폴더형, 슬라이드형, 회전형, 터치스크린형등으로계속변화해왔다. 현재의기술수준으로는풀터치인터페이스와앞면전체를디스플레이화한 Bar 타입의폼팩터가대중화할수있는가장최선이다. 지금우리주변에는 TV, 모니터, 노트북, 스마트폰, 스마트워치등디스플레이를채용한다양한전자기기들이있지만, 동그란스마트워치등일부기기를제외하고는디스플레이의형태가주로유리기판을사용한평평한사각형모양이대부분이다. 디스플레이의폼팩터혁신이란바로이러한고정된제품형체에큰변혁이일어나는것을의미한다. 즉두께를아주슬림하게만들어구부리거나접거나둘둘말거나몸에부착하거나하는등의변화가생겨날수있게될것이다. SF 영화의한장면에서볼수있는두루마리형태의전자신문단말기나, 노트처럼접어서들고다니는전자다이어리등이디스플레이폼팩터혁신의결과물이될수있다. (2) 폼팩터혁신의부상배경 최근디스플레이산업에서폼팩터혁신에대한관심이대두되고있는배경은한동안 4 LG 경제연구원

6 디스플레이시장성장을주도해온 LCD(Liquid Crystal Display) 가성숙기에접어들면서산업의성장활력이빠르게저하되고있기때문이다. 과거무겁고비대한 CRT를경량박형의 LCD가대체하면서디스플레이산업에새로운성장모멘텀을제공했듯이, 최근 TV, 노트북및모니터, 스마트폰등대부분의수요시장이성장정체에놓이면서 LCD 산업은새로운성장돌파구가필요해진것이다. 소비자들이디스플레이에대해기대하는가치는크게전통적인화질, 소비전력, 저가격, 디자인 ( 폼팩터 ) 등을꼽을수있다. 이중에서향후디스플레이산업의새로운성장모멘텀으로작용할혁신동인이무엇이될것인지를알아보기위해서는현재소비자들이느끼는가장큰불편사항 (Pain Point), 기존시장을지배하고있는 LCD와의차별성등을분석해볼필요가있다. TFT-LCD 시장규모예측 1 ($B) 시장규모 연평균하락율 -1.9% 자료 : IHS 2017 TV 시장규모추이및전망 2 ($B) ( 백만대 ) 96 수량 ( ) 금액 ( ) 디스플레이에대한고객의불편사항 (Pain Point) 우선화질의우위여부는해상도, 색재현율, 휘도, 명암비, 야외시인성등이복합적으로작용해사용자가얼마나선명하고현실에가까운색감을시각적으로감지할수있는가에 달려있다. 관련기업들은 LCD 산업초기주로이러한화질지표들을전면에내세우며숫자마케팅에주력했는데, 대표적으로해상도는 TV의경우약 6년마다업그레이드된신제품이출시되며현재 UHD가대화면의표준으로자리잡고있다. 최근들어색재현율 110%, 명암비 10,000:1와같은화질지표를전면에내세운숫자마케팅이뜸해진원인은해당스펙의차이를소비자들이체감하기어려워진데있다. 즉, 화질지표들이전반적으로상향되면서소비자들의인지범위밖으로초과달성된측면이있다. 모바일단말기화면의 야외시인성 처럼소비자들의불편사항이여전히남아있는분야도일부존재하지만, 화질에대한기술수준은혁신보다는전반적으로근소하게 (Marginally) 개선되는패턴을지속할가능성이크다. 해상도를제외하고는구체적인수치를내세우는스펙경쟁대신 HDR(High Dynamic Range) 알고리즘구현등의기능추가로화질개선을소비자들에게어필할것으로전망된다 자료 : IHS 소비전력은환경과에너지이슈를생각한다면무조건낮을수록고객가치가향상된다 고볼수있지만, 소비자들이느끼는불편함의정도는거치형기기냐모바일기기냐에 따라서그민감도가크게달라진다. TV 와같은거치형기기도대화면추세로인해소 LG 경제연구원 5

7 비전력이증가하면서최소 3~4 단계의에너지등급을유지하기위해제조사가고심하는부분이있으나, 실제소비자들의입장에서는에너지등급을주요구매조건으로평가하지는않는다. TV 구매에관한소비자서베이자료들을살펴보면주로가격, 화면크기, 화질, 브랜드, 디자인등이빠지지않고꼽히는반면소비전력은크게부각되지는않는다. 반면모바일기기의사용에있어서는배터리수명이결정적인불편함을초래하는요소임이분명하고, 웨어러블을포함한모바일기기들을최소한일주일정도는재충전없이사용할수있기를바라는목소리가높다. 그러나모바일기기의소비전력개선을위해서는재료의효율을높이거나각종소재의투과도를향상시키는등디스플레이의성능개선도필요하지만, 배터리분야의기술혁신이나에너지하베스팅과같은와해적기술의상품화가더욱결정적인역할을담당할것으로보인다. 저가격화는디스플레이제품의표준화 범용화가진전되고, 업계내경쟁이치열해지면서적어도현재의사실상표준제품인 LCD에서는소비자들의기대수준을어느정도충족시키고있다고해도과언이아니다. CRT로는구현불가능했던 40인치급 TV가평판디스플레이제품으로출시되었을때초기평균가격은 400만원대를호가하며대중화와는거리가멀었다. 그러나기존업체들의생산규모가증가하고, 중국의 8세대 LCD 라인양산이본격화하면서가격은 100만원이하로크게하락해 2011 년 34인치였던평균 TV 사이즈가 2017년은 42인치를넘어설것으로보인다. 전반적인저가격화속에서제조사들은 LCD 기반의디바이스에퀀텀닷소재의화질개선필름을추가하거나, 아예 OLED(Organic Light Emitting Diode) 기반으로전환하여프리미엄에포지셔닝하는등의차별화노력을진행하고있다. 물론낮은가격에대한소비자니즈는한계가없으며, 특히대화면화에대한니즈는커지고있어 40인치급제품을구매했던소비자가비슷한가격으로 60인치급이상제품으로업그레이드하고자하는수요는크다. 따라서지속적인원가혁신은필요하며, 향후인쇄전자 (Roll to Roll) 등을통한초저가양산기술은장기적인과제로남아있다. 빅웨이브촉발하는폼팩터혁신역사적으로볼때, 미국 RCA가 1946년소위 배불뚝이 폼팩터의브라운관 TV를최초개발 양산한이후벽걸이형태의 PDP LCD TV가양산되기까지는반세기가넘게걸렸다. 디스플레이는영상물시청을최적구현한다는전통적목적때문에화질향상중심으로기술발전이이루어지면서그만큼폼팩터기술발전은상대적으로더딘속도로진행되어왔던것이다. 하지만화질에대한고객니즈와기술수준이이제는성숙단계에이른것으로보인다. 더불어소비자들의이동성증대와컨버전스로인해전자기기의전통적기능간경계가허물어지면서사람들은특정사용공간에구애받지않는자유로운폼팩터를갈구하고있다. 6 LG 경제연구원

8 차세대디스플레이로의이행을촉발하는가장유력한동인으로폼팩터기술혁신을주목해야하는이유는다음과같은폼팩터결정요소의변화에서찾을수있다. 디스플레이의폼팩터를결정짓는주요요소를단순화하면기기의핵심기능, 사용환경, 소재 부품및공정기술등세가지정도로요약된다. 첫째, 디스플레이는해당전자기기의핵심기능을시각적으로최적구현할수있도록구성된다. TV는영상물시청이라는본연의기능에충실하도록, 가능하면크고네모진화면에맞춰진다. 둘째, 디스플레이는가정내, 이동환경, 차량, 기타공공장소등물리적사용환경 공간 ( 실제사용환경뿐만아니라휴대및설치환경등포함 ) 에적합하도록크기 무게 외관등의폼팩터가결정된다. 어쩌면해당전자기기의사용환경적제약을받아핵심기능의최적화를일부희생하는것일수도있다. 휴대성을고려해스마트폰화면은 6인치남짓한크기로수렴되었고, 대화면일수록매력적인 TV의경우도너무크면안정된시청거리조건을넘어설수있고가정내로이동이나설치공간을찾기가힘들수도있다. 셋째, 디스플레이의폼팩터는소재 부품및생산공정등관련기술의발전수준에의해결정된다. 새로이개발된기능을최적구현하기위해폼팩터의변화가요구되더라도기반소재 부품기술과새로운양산공정이뒷받침되지않으면이를현실화하기가어렵다는것이다. 최근이러한폼팩터의결정요소에변화가일어나고있다. 먼저핵심기능측면에서과거 TV는 AV 시청, PC는컴퓨팅, 휴대폰은음성및데이터통신등고유의기능중심으로특화되어있었으나, 이제는기능 기기간컨버전스심화로대부분의전자기 폼팩터기술혁신의부각배경 3 디스플레이폼팩터의결정요건 변화방향 해당기기의핵심기능 - 디스플레이는해당전자기기의핵심기능을시각적으로최적구현하도록구성 TV 는영상물시청기능에충실하도록네모상자에큰디스플레이화면보유 - 과거전자기기별로고유의기능중심으로특화되었으나, 컨버전스심화로다기능스마트기기로변모 - 전자기기의유형에관계없이자유로운폼팩터와대화면선호경향심화 사용환경 - 가정내, 이동환경, 차량등물리적사용공간에적합하도록크기 무게 외관등결정 스마트폰은휴대성을고려해 6 인치남짓한크기유지 - 개인의이동성강화로특정사용환경의제약에서벗어나어떤환경에서든시각적컨텐츠의최적구현을요구 - 휴대중작은크기유지, 기기이용시대화면구현등 - 특정사용환경에구애받지않는자유롭고유연한폼팩터갈구 소재부품및공정기술 - 신기능의최적구현을위해서는기반소재 부품기술과새로운양산공정이뒷받침되어야함. - 유리및무기물소재중심에서벗어나플라스틱및유기물소재중심의연구개발활발 경직된폼팩터에서유연한폼팩터로의진화기반마련 LG 경제연구원 7

9 기가다기능스마트기기로변모하고있다. 즉전자기기의유형에관계없이자유로운폼팩터와대화면을선호하는경향이짙어지고있다. 사용공간측면에서도개인의이동성이강화되면서일종의유비쿼터스환경이마련되고있다. 이에따라소비자들은특정사용환경의제약에서벗어나어떠한상황이든디스플레이가시각적컨텐츠를최적구현하기를요구하고있다. 전자기기를이동중휴대하는동안에는아주작은크기를유지하고, 고정된공간에서전자기기의디스플레이화면을이용할때는대면적을구현할수있도록하는변형가능한폼팩터를그예로들수있다. 소재 부품측면에서도기존유리및무기물소재중심에서벗어나플라스틱및유기물소재중심의연구개발이활발해지면서기존경직된폼팩터에서보다유연한폼팩터로진화할수있는기반이마련되고있다. 폼팩터혹은디자인에대한소비자들의관심도를간접적으로파악할수있는사례로 2017년 CES에서선보인 3mm 미만의초슬림월페이퍼 (Wall Paper) 타입 TV에대한호평을들수있다. 월페이퍼 (Wall Paper) 타입 TV는 TV 뒷면이매끈한평면으로디자인되어벽면에틈없이직접붙일수있는감각적인디자인이최우수혁신상수상요인중하나 라고꼽히며미디어의호응을얻었다. 향후폼팩터기술의발전잠재력을고려하면아직혁신이라고까지할정도는아닐수있지만, 기존과확연히다른디자인에대한관심을확인할수있는평가들이쏟아졌다. TV는물론스마트폰화면도대형화추세가뚜렷한걸보면더크면서도얇고가벼운디스플레이에대한니즈가내재되어있는경우가많다는것을알수있다. 위치를이동해가며손쉽게걸수있고시청시간외에는완벽히숨겨둘수있는벽지처럼얇고가벼운 TV, 휴대성이훼손되지않으면서태블릿처럼큼직한화면이가능한스마트폰등이본격적으로출시될경우소비자들이사전에인식하지못했던효용성이사후적으로발현될가능성이높다. 아직제한된사용성과킬러애플리케이션미흡등으로지배적제품컨셉이뚜렷하지는않지만, 다양한사용행태를뒷받침하고기술적걸림돌을극복하기위한혁신활동이최근더욱활발해지고있어향후 3~5년내혁신의가능성은높을것으로예상된다. LCD와의차별화잠재력이큰요인새로운기술혁신의동인은기존시장의주력제품인 LCD를대체할수있어야하므로, LCD와의차별화를가장잘실현할수있는동인이무엇인지를살펴볼필요가있다. LCD를대체할만한차세대디스플레이기술후보로는 OLED, 자발광 QLED, 마이크로 LED 등을들수있는데, 먼저화질과소비전력측면에서 LCD와비교해보자. OLED 및자발광 QLED 디스플레이는색재현율이나명암비가 LCD 대비우위에있 8 LG 경제연구원

10 어, 종합적인화질이뛰어나지만일반소비자입장에서압도적인차별성을느낄것인가의여부는불확실하다. 소비전력측면에서도 LCD 대비당분간우위를장담하기는힘들다. 한편마이크로 LED는기존 LCD 대비소비전력이 50% 수준으로우수해이를휘도개선에활용할경우모바일기기의야외시인성을크게개선할수있는잠재력이있다. 저가격화측면에서이미거대한산업생태계를구축하고그안에서생산최적화가완성된 LCD를차세대디스플레이가넘어서기는쉽지않다. 자발광특성을보유한 OLED나 QLED는구조가단순해이론적원가는 LCD 대비저렴하지만신규투자로인한초기감가상각비부담이걸림돌이다. 따라서어느정도양산이진행되고생태계규합이일어나면모르겠지만사업초기부터 LCD 대비가격우위를확보하기는힘들다. 화질측면에서차별적혁신의잠재력을지닌마이크로 LED는개별화소마다별도의 LED 칩이요구되기때문에고해상도제품일수록원가경쟁력이취약해지는점이큰장애요인으로작용하고있다. 꽤나견고한 LCD의경쟁력에균열을낼수있는무기는바로폼팩터혁신이다. LCD는스스로발광할수없고백라이트 (Back-Light) 를써야만하는태생적한계를지니고있어, 두께와경직성을극복하여자유로운폼팩터를구현하는것은절대불가능하기때문이다. 아주완만한형태의커브드디스플레이라면몰라도, 자유롭게접거나구부릴수있는폼팩터는플라스틱과유기물재료기반의자발광디스플레이만이가능하다. CRT에서 LCD로전환되면서디스플레이산업의성장활력이살아났듯이, LCD에서프리폼 (Free-form) 형태의디스플레이로전환될때새로운성장모멘텀이제공될수있을것으로보인다. 이상을종합할때향후디스플레이산업의빅웨이브 (Big Wave) 는폼팩터혁신에기반할가능성이높다. (3) 폼팩터혁신의진화방향디스플레이폼팩터혁신의방향성을한마디로정리하면기존의 경직된사각형모양 에서벗어나 자유롭게변형가능한플렉서블 (Flexible) 형태 로의진화이다. 앞서도언급했듯이소비자들의이동성이증대되고, 기기간융합과스마트화가급진전되면서과거특정사용공간에맞춤화된전형적폼팩터에서벗어나사용공간에관계없이자유로운폼팩터가필요해지고있다. 특히모바일기기사용자들의경우사용환경이크게확대되고앱을통해수많은기능들을이용할수있게되면서폼팩터제약에서자유롭고자하는갈증이더욱커지고있다고볼수있다. 유연성 (Flexibility) 의극대화 를지향하는디스플레이폼팩터기술혁신은 1단계 LG 경제연구원 9

11 플렉서블기술의발전단계 4 1 Curved & Bendable ( 고정형 ) 2 Foldable/Rollable ( 단일축가변형 ) 3 Stretchable (Free-form 가변형 ) 특징 - 특정부위를한방향으로제한적으로변형후고정 - 특정부위및특정방향으로반복적으로변형가능 - 방향에상관없이자유자재로반복적으로변형가능 ( 탄성보유 ) 주요애플리케이션 고객 Benefit ( 예시적 ) - 커브드 TV: 화면전체에걸친동일시청거리 최적화질구현과몰입감증대, 디자인차별성 - 커브드폰 : 그립감 ( 안정감 ) 개선, 통화시얼굴밀착도증대등 - 폴더블 : 휴대성 ( 이동중크기최소화 ) 및대화면이용동시충족, 듀얼 / 멀티스크린활용한멀티태스킹앱구현, 스마트폰과태블릿의통합 (Two-in-One 단말보유 ) - 롤러블 : TV의경우공간활용도제고및보관 / 이동용이성, 대형사이니지및 e-paper 등에활용가능 - 사용환경에관계없이이용자들이선호하는자유로운폼팩터구현 - 멀티폴딩 (Multi-folding) 구현을통한휴대성과대화면동시충족극대화 - 폴더블 롤러블의소성특성변화에대한내구성확보 - 굴곡진표면에대한맞춤형디스플레이 커브드 벤더블 (Curved Bendable) 등의고정형 2단계 폴더블 롤러블 (Foldable Rollable) 등의단일축가변 ( 可變 ) 형 3단계 스트레처블 (Stretchable) 등의프리폼 (Free-form) 가변 ( 可變 ) 형의진화단계를거칠것으로예상된다. 여기서공중에투영하여입체적형상을재현하는홀로그램기술은아예물리적형체를갖지않으면서, 기존디스플레이의기술패러다임과는상이한기술컨셉이므로폼팩터혁신논의에서제외한다. 1단계커브드 벤더블등의고정형먼저가장초보적인 1단계 커브드 벤더블 (Curved Bendable) 의고정형폼팩터기술을살펴보자. 해당제품들은이미 3~4년전부터상용화되고있는데, 화면이전체적으로약간둥글게굽어진커브드 TV나커브드스마트폰, 또는화면끝부분이꺾여서제품옆면으로확장된형태의벤더블 ( 엣지벤딩 ) 스마트폰등을포함한다. 1단계플렉서블디스플레이는제품에따라유리기판으로도구현가능한특징을가지고있다. 이는유리일경우도두께가얇다면어느정도유연성을보유하고있기때문에특정부위를한방향으로변형한후고정시키는폼팩터에는적용가능하기때문이다. TV 시청시몰입감을높여주고, 디자인적차별성을추구한커브드 TV는곡률반경이 4000~5000mm로매우완곡한형태의곡선을형상화하고있어유리기판이채용되었다. 반면손으로쥐었을때의그립감 ( 안정감 ) 을개선시켜주고, 통화시 10 LG 경제연구원

12 얼굴밀착도를높여주는등의장점을강조한커브드스마트폰은곡률반경이 400~700mm 정도이고, 벤더블 ( 엣지벤딩 ) 스마트폰은곡률반경이 10mm 내외이므 로이들제품들은유연한플라스틱소재의기판을채용해야한다. 2단계폴더블 롤러블등의단일축가변 ( 可變 ) 형아직상용화이전인플렉서블디스플레이의 2단계제품은본격적으로가변 ( 可變 ) 형제품시대를열것으로전망된다. 두루마리형태로화면을감아서보관하다실제사용할때만펼쳐서보는롤러블 (Rollable) 디스플레이나, 주로 5인치급스마트폰으로휴대 사용하면서동영상시청을할때는접힌부분을펼쳐서 9인치급화면으로전환할수있는폴더블 (Foldable) 디스플레이등단일축으로변형되는폼팩터가 2단계에해당한다. 기본적으로이러한가변 ( 可變 ) 형제품은앞서소개한 1단계고정형제품에비해기술적난이도가훨씬높아진다. 스마트폰사용연한은 2년, TV는약 7년정도로알려져있는데, 이기간동안 감았다풀었다, 접었다폈다 를수없이반복하면서제품에가해지는물리적스트레스를견딜수있는내구성과신뢰성을확보해야만하기때문이다. 2단계플렉서블디스플레이의또다른기술적혁신은곡률반경에서나온다. 1단계인커브드및벤더블제품의경우 TV는수천 mm, 스마트폰은 10mm 내외의곡률반경을가지는데반해, 2단계인롤러블이나폴더블디스플레이는획기적인곡률반경의저감이요구된다. TV의경우커브드에서롤러블형태로의진화가유력한데, 이는마치롤스크린처럼화면이숨어있어주변인테리어를그대로드러내고있다가 TV 시청시에만펼쳐지는제품이다. 즉화면이두루마리처럼말려서보관될때얼마나작게말릴수있느냐를결정하는것이곡률반경인데, 곡률반경이작으면작을수록숨김기능이충실히달성되는것이다. 65~75인치이상대형 TV일수록주변인테리어와의간섭효과가크기때문에롤러블 TV로제품화하는데적합하며, 곡률반경은최대 50mm 이하로유지하면서당연히최소화하는것이바람직하다. 주로한손으로사용하는모바일디바이스는사용편의성이슈로인해롤러블보다는폴더블폼팩터가먼저대중적호응을이끌어낼수있을것으로보인다. 얇은수첩을접었다폈다하듯, 최대한그틈새는도드라지지않는것이좋은데완전히종이처럼접히지는않는다하더라도, 곡률반경이 1mm 수준으로작아지는형태를지향하고있다. 첫상용제품이이러한곡률반경조건을충족시키지못할경우, 기술적한계를보완할수있는폴더블폼팩터로는두가지컨셉을고려해볼수있다. 첫째는안쪽으로접히는폴더블대신바깥방향으로접히는폴더블이다. 디스플레이뒷면에다양한전자부품들이탑재되기때문에이러한공간을감안하면, 접을때디스플레이자 LG 경제연구원 11

13 체의곡률반경증가는자연스런현상이된다. 단지여기서의문제점은폴더블디스플레이가항상바깥으로노출되는형태이므로, 외부충격에취약하다는단점이있다. 곡률반경에여유를두기위한두번째방법은안쪽으로접히도록하되접히는부분만국소적으로곡률반경을크게설계하는것이다. 해당부위의디바이스두께가다소두꺼워질수밖에없지만, 단기간내에기술적이슈를완벽히해결하기힘들다면우선적으로접근할수있는과도기적대안이될가능성이있다. 3단계스트레처블등의프리폼 (Free-form) 가변형플렉서블디스플레이의 3단계혁신은어느방향으로든자유자재로휘거나접히고, 구부러지는소위프리폼 (Free-form) 디스플레이를구현하는것으로, 폼팩터혁신의거의종착점이라할수있다. 2단계까지만하더라도 X-축또는 Y-축등특정부위및특정방향으로만반복적변형이일어나는반면, 3단계에서는 X-축으로접은상태에서다시 Y-축으로한번더접는등의멀티폴딩까지구현할수있도록하는것이다. 이를위해서는유연성의정도가단순히잘구부러지는수준이아니라, 늘어났다원상복귀하는고무줄처럼탄성을보유해야만한다. 이것이늘어나는디스플레이, 즉 스트레처블 (Stretchable) 디스플레이인데, 기판은물론전극배선이나보호막등전면적으로복원력이우수한소재를사용함으로써자유자재로반복변형이가능한특성을보유해야한다. 스트레처블디스플레이가완성단계에이르면궁극의폼팩터혁신을가능케하며여러가지장점을보유할것으로보인다. 첫째, 1mm 미만의곡률반경구현을가능하게함으로써폴더블제품의디자인완성도제고에기여할수있다. 둘째, 롤러블또는폴더블디스플레이사용에있어서어려움이예상되는소성특성변화에대한내구성을확보할수있다. 오래도록말리거나접힌상태를유지한다면, 특히고온다습환경에서플라스틱소재가완벽히평평하게복원되는데한계가있는데, 스트레처블소재의신축성은이러한문제점을극복할수있다. 세번째는폼팩터혁신의본질이라할수있는디자인자유도의극대화를실현할수있다는점이다. 실제연신률 ( 잡아당겼을때늘어나는비율 ) 에따라서차이는있겠으나, 어느방향이든동시에늘어날수있는디스플레이는굴곡진표면이라도맞춤형처럼장착가능하게된다. 즉스트레처블디스플레이는오목하거나볼록한표면에도디자인적인무리없이녹아들수있게된다. 디스플레이의폼팩터혁신기술의경우외형상으로는커브드 벤더블제품이상용화되면서 1단계를지나고있으나, 실제로는아직기술의완성도가미흡하고본격적인시장이형성되지않은초기단계에머물러있다고볼수있다. 하지만 2세대플렉 12 LG 경제연구원

14 서블제품출시가 2~3년이내로임박한것으로파악되고있으며, 3세대스트레처블의연구성과도속속발표되고있어, 현시점에서기술개발의방향성을명확히정립하여그속도를빠르게가져갈필요가있다. 이하 Ⅱ장에서는현재개발 사업화되고있는제품현황과성과, 향후폼팩터혁신을좌우할기술적장애요인과극복방향등을살펴본다. 2. 폼팩터혁신기술의개발동향과해결과제 (1) 개발 사업화현황과문제점 개발 사업화에따른시장반응최근 TV 및스마트폰을중심으로커브드 벤더블등플렉서블 1단계제품이꽤활발히출시되었으나, 이에대한시장반응은성공과는거리가있다. 출시 2~3년이지난커브드 TV는대중화되지못하고시장비중이점차축소될것이라는전망이다. 시장조사기관인 IHS는커브드 TV가 2017년 TV 시장내 5% 를점유하며정점을찍은후, 2021년 3.6% 로점차비중이낮아질것으로예측하고있다. 커브드스마트폰또한 2013년전후로 2~3개업체가제품을출시한바있으나, 시장의큰호응을얻지못해시리즈제품출시로이어지지않았다. 어느정도시장에안착한벤더블스마트폰에대해서는소비자평가가엇갈렸다. 플렉서블 2단계제품인폴더블및롤러블관련기술이나시제품들은각종전시회나언론발표를통해활발히소개되고있어소비자들사이에생소한개념은아니다. 다만아직은틈새제품중심이며, 와해적혁신을몰고올잠재력이큰제품이라고단언하기에는아쉬움이있다. 이렇듯플렉서블디스플레이제품들이아직시장에서큰반향을일으키지못하거나잠재적우려들을불러일으키고있는것은다음과같은이유때문이다. 미온적시장반응의원인첫째, 제품컨셉의차별성이기대에미치지못하는측면이있다. 폼팩터혁신의경우단순히디자인변형에그치지않고, 새로운소비자경험이나고유의인터페이스또는콘텐츠를동시에제시해야만주류시장으로빠르게확산될수있는데, 아직이부분에대한아이디어가충분히마련되지않고있다. 1단계제품인커브드 TV나스 LG 경제연구원 13

15 마트폰은디자인적으로 새롭다 라는측면은있었으나, 이렇게바뀐디자인에특화된차별적고객경험이동반되지않아그동력을이어가지못했다. 커브드 TV가노린몰입감상승효과는시청자의위치가중앙최적점에서벗어나면오히려화면이왜곡되어보이는부작용을낳기도하고, 커브드스마트폰의그립감상승효과는폰이더욱슬림화되면서기존표준디자인과의차별성이줄어들었다. 벤더블스마트폰의경우도새로운사용자인터페이스나경험측면의차별성이없어큰바람을일으키지못했다는의견이많았다. 반면첫제품출시때는곡면만휘는디자인으로인해큰반향을일으키지못했던것이사실이나, 후속제품의경우점차회로부를화면뒤쪽으로꺾어서접는방향으로발전했기때문에베젤부가사라진풀스크린구현이의외로큰가치를창출했다는평가도있다. 즉끝이구부러진디자인자체의특이성보다베젤리스 (Bezel-less) 에따른풀스크린에대한호응이컸다는것이다. 이런평가에비춰볼때굳이벤더블디스플레이여야하는가라는의구심을불러일으키기도해, 앞으로도벤더블폼팩터보다는풀스크린에대한니즈가더욱강할것이라는의견도제기되고있다. 둘째, 기술적한계는여전히산적해있어아직본격적인플렉서블제품이출시됐다고보기에는어려움이있고, 매우제한적인디자인변형이라하더라도자국이남는등제품완성도에서아직미흡한실정이다. 새롭게제공된가치대비희생해야하는제품완성도사이에서소비자들의실제반응을확인해볼필요가있지만, 2단계초기제품의경우몇가지우려되는한계점들이존재한다. 폴더블스마트폰의경우곡률반경 1mm는당분간구현이어려울것으로보이며, 접히는부분에미세한자국또한도드라질수있다. 워낙디스플레이가얇을뿐만아니라커버윈도우도플라스틱기반이기때문에외부충격에의한내부부품훼손위험도높다. 롤러블 TV 또한종이처럼얇은디스플레이로인해사용중파손의우려가기존 TV 대비한층높아지고, 역시플라스틱소재를사용함으로인해유리의미려함이나고급감이일부희생될수있다. 셋째, 생산공정과수율이최적화에도달한유리기판기반의전통적제품에비해플렉서블디스플레이는복잡한추가공정과기구부추가로원가상승이불가피하다. 사용상요구되는신뢰성을확보했다하더라도수율이크게낮을경우시장에서원하는물량을제때공급하기어려울가능성이있으며, 이러한수급불균형은추가적인가격인상요인으로작용한다. 현재주류시장을형성하고있는범용 LCD 대비대형 OLED나모바일플라스틱 OLED의원가상승분이최소 2배에달하는데, 유연성의증대를추구할경우 3~4배에달하는원가상승가능성을배제할수없다. 원가상승폭이이렇게크다면, 2단계플렉서블제품은超프리미엄포지션이불가피해하방전개를통한주류시장침투는쉽지않을것이다. 14 LG 경제연구원

16 이상에서살펴본개발 사업화측면의문제점을고려할때플렉서블디스플레이기술이현재의미온적시장반응을극복하고, 차세대디스플레이산업의성장모멘텀이되기위해서는무엇보다도와해적기술혁신을통해기술 제품완성도를제고하는것이가장중요한관건이될것이다. 기술적완성도제고를통해비용효율적방법으로유연성 (Flexibility) 을극대화할경우고객이원하는보다다양한제품컨셉을구현할수있고, 이를현실화된가격으로제공할수있게될것이기때문이다. 플렉서블디스플레이의완성도를높이기위해필요한핵심기술들과기술적걸림돌들을살펴보자. (2) 플렉서블디스플레이의주요기술적요건 핵심요소기술도출프로세스플렉서블디스플레이는종이와같은휴대용이성, 공간제약의최소화, 나아가자유로운형체의변형등을구현할수있어야한다. 이를최적제품컨셉으로구체화하기위해서는기존과확연히다른사용장면 (Scene) 을가정해야하며, 개별사용장면별로디스플레이가어떤형상으로바뀔수있는지에대한창의적상상과면밀한분석이필요하다. 이러한연관관계를감안할때플렉서블디스플레이성공의관건이되는핵심기술들을파악하기위해서는 제품컨셉예측 구체적사용장면가정 사용장면별디스플레이의물리적형태변화분석 이를구체화하기위한필요핵심기술및개발과제도출 등의프로세스를생각해볼수있다. 제품컨셉을예측하고구체적인사용장면을그려보는것은반드시기술전문가의영역은아니다. 오히려다양한사회 인문학적통찰력이중요한데, 글로벌기업들과세계유수의연구기관들은미래의변화모습을연구하고, 소비자들과각종첨단기기들이어떻게상호작용할지에대한가상적시나리오를그린다. 실제로기업들은자신들이그리는미래상을영상물로제작해홍보하고, 상업용 SF 영화를제작하는관계자들은이러한연구기관들의자문을구하기도한다. 플렉서블디스플레이의사용장면과물리적형체변화위에서언급한것처럼플렉서블디스플레이의혁신을가져오는데핵심적인요소기술들을알아보기위해서는예시적인제품컨셉을설정해야한다. 여기서커브드 벤더블등은이미상용화되어시장의평가를받은제품이므로제외한다. 향후수년내등장하게될플렉서블디스플레이의지배적형태는패널의특정부분이안팎으로접힐수있는폴더블과, 두루마리처럼둥글게감을수있는롤러블등의 LG 경제연구원 15

17 두가지컨셉이많이거론되고있다. 폴더블디스플레이는스마트폰과노트북등모바일기기를중심으로채용될것으로예상되는데, 편리하게가지고다닐수있는휴대성은물론, 넓은화면으로컨텐츠를감상할수있다는두가지요건을만족할수있다. 넓은화면을효과적으로분할해활용할수있는듀얼스크린기능도폴더블의킬러애플리케이션으로고려해볼만하다. 반면롤러블디스플레이는대형스크린을손쉽게보관하거나옮길수있는가능성에초점을맞추고있다. 롤러블디스플레이가등장한다면지금과같이커다란 TV 화면이실내공간을고정적으로차지하는대신, 사용하지않을때는말아서보관하거나빔프로젝터를대신할수있는 TV가출시될수있다. Source: Screen Innovations 홈페이지 자유자재로늘어나는스트레처블디스플레이의구체적사용장면은아직풍부하지못하다. 상상할수있는사용장면이제한적이다보니오히려기술개발의필요성이나시급성이간과되고있다. 미래상을보여주는영상물에자주등장하는의류와일체화된디스플레이나, 피부에직접부착하는 E-Skin 디스플레이등이현재의모바일디바이스를대체하는날이올수도있다. 이때디스플레이는몸과밀착되는만큼마치직물처럼이질감없이사람의움직임에따라쉽게변형되어야하며, 두께도매우얇아져야한다. 이러한상상이너무멀게느껴진다면, 조금가까이다가오는디자인혁신을생각해보자. 동그란구모양의블루투스스피커에작은터치디스플레이를장착한다고할때, 아무리작은디스플레이라할지라도 1~2단계의플렉서블디스플레이는구모양과정확히일체화될수없다. 하지만 3단계스트레처블디스플레이는볼록한모양의형태변화가가능해스피커의구모양을완벽히지원할수있다. 플렉서블디스플레이기술의핵심요건 접었다폈다, 말았다펼쳤다 와같은변형과정을무한반복하는사용장면을감안할때플렉서블디스플레이는다음과같은기술적요건을갖추어야한다. 첫째, 폼팩터의자유로운변형을위해패널의유연성강화는물론두께를최대한얇게만드는것이중요하다. 특히탄성까지보유하고있다면더욱바람직하다. 곡률반경이최소화되는폴더블은접었다폈을때미세한자국이남고, 롤러블또한얇게말아놓은상태가오래지속된후펼치면완벽하게복원되지않는등의문제가있다. 유연한기판, 복원력이높은기판을구현해야할뿐만아니라구동되는개별구동화소들도이러한유연성을어느정도보유하면서가해지는압력을견딜수있어야화면왜곡이일어나지않는다. 16 LG 경제연구원

18 둘째, 패널의형태변경에따른물리적압력은디스플레이구현성능의저하는물론수명에도영향을미칠수있다. 따라서디스플레이본연의이미지재생성능및수명저하를방지할수있는내구성도필수적으로갖추어야한다. 외부충격이가해질때각종소재 부품들이깨지거나손상되지않아야하는데, 모바일단말기에서플라스틱커버윈도우의강성이나봉지층 (Encapsulation) 의내구성등을그예로들수있다. 게다가터치인터페이스나지문인식, 내장형스피커 1 등디스플레이에한층많은부가기능들이탑재되고있기때문에, 플렉서블디스플레이의형체변화시에도이들기능이정상적으로동작할수있어야한다. 셋째, 품질수준을높이면서도생산단가를낮출수있는양산성확보역시플렉서블디스플레이의상용화에중요한역할을하게될것이다. 평탄도는물론고온공정안정성이높은유리기판기반의현재공정은플라스틱기반의플렉서블기판대비다루기도쉽고수율극대화에도유리하다. 반면유기물기반의플렉서블디스플레이는복잡한공정이추가될뿐만아니라공정조건설정도까다로워추가비용상승분이상당하다. 이렇듯플렉서블디스플레이는주요재료의성격변화에원활히대응할수있는공정기술혁신뿐만아니라재료, 패널, 장비등공급생태계전반이확장되면서공정안정화와원가혁신간의상호선순환이일어나야주류시장을형성할수있을것으로보인다. 플렉서블기술의요건및연관요소기술 5 기술적요건 주요연관기술 1 유연성 반복적인외부압력을견디며기본형체로복원될수있는특성 2 내구성 반복적인형체변화에도불구하고표시성능및수명, 외관상의품질저하가없는특성 3 양산성 품질수준과생산단가를동시에만족시킬수있는공정 / 생산특성 발광층전류가가해지면빛을발생하는유기화합물층 TFT 디스플레이의화소를구동시키는소자로구성봉지층수분과산소로부터발광층과 TFT 등을보호기판패널하부에위치하여전체구조를지지공정기술수율및품질향상을위한생산라인전반기술 1 Crystal Sound OLED: OLED 패널에사운드시스템을내재화해서패널에서음성을출력하게하는기술 LG 경제연구원 17

19 플렉서블에유리한 OLED 디스플레이플렉서블디스플레이연구초기부터이러한요건을충족시킬수있는패널기술을찾기위한노력이이루어졌다. 현재가장광범위하게쓰이는기술인 LCD(Liquid Crystal Display) 는수분및산소저항성이강하며높은공정완성도로경제성확보가용이한반면, 디스플레이후면에서빛을넣어주는필수부품인백라이트 (Back- Light) 를유연하게만들기어렵고, 압력을가할때균일한액정배열이어려워빛샘 (Leakage) 현상이발생할수있다는단점또한크다. 전자잉크 (E-Ink) 는구조가간단하고전력소비가낮은것이장점이지만, 해상도를충분히끌어올리기어렵고화면응답속도가느리다는약점때문에널리쓰이지못하고있다. 반면 OLED는유기화합물이자체적으로발광하는특성을이용하기때문에시야각이넓고선명한화질을구현할수있다. 무엇보다도 LCD와달리한장의기판만을사용하므로구조가간단하고얇게만들수있으며, 패널형태가변형되어도왜곡없는이미지를재생할수있다. 따라서현재대부분의플렉서블디스플레이는 OLED 기술을기반으로하고있다. 그러나 OLED 디스플레이역시현재의기술컨셉그자체로는유연성을가지기어렵기때문에, 주요기술의개선또는혁신을통해구부리거나접을수있는특성을보다발전시켜야할것이다. 앞서언급한유연성, 내구성, 양산성등플렉서블디스플레이구현의주요기술적요건을충족시키기위해서는기판, 봉지층, TFT 구동소자, 공정기술등에서의기술혁신이반드시뒷받침되어야한다. 아래에서는 2단계및 3단계플렉서블디스플레이를원활히구현하는데필요한핵심요소기술들의개발동향과해결해야할기술이슈들에대해세부적으로살펴본다. (3) 2 단계 ( 폴더블 롤러블 ) 디스플레이구현을위한핵심기술 기판 (Substrate) 플렉서블디스플레이의가장중요한부품은바로기판 (Substrate) 이며, 1단계에서 2 단계로진화하기위해서는기판재료가반드시변경되어야한다. 디스플레이를구성하는다수층을지지하는기판은무엇보다도압력에의한변형을견딜수있어야한다. 기판은디스플레이의성능및신뢰성구현에큰영향을미치기때문에, 기판에따라플렉서블디스플레이의완성도가달라지게된다. 현재디스플레이에서가장많이사용되는유리기판은구부러지기어렵고압력을가하면깨지기때문에플렉서블디스플레이에적합하지않다. 따라서유리를대체하기위한기판소재연구가집중적으로이루어져왔다. 18 LG 경제연구원

20 플라스틱기판의종류및특성 6 명칭 PEN PET PES PC PI 두께 (μm) 유리전이온도 ( C) 열팽창계수 (ppm/ C) 투과율 (%) ~30 비중 (g/cm3) 탄성률 (Young s modulus) (Gpa) 자료 : 이재섭, Flexible OLED 기술개발동향및전망, 한국정보디스플레이학회, 2010 패널제조를위해서는보통고온을이용한박막증착공정이요구되는데, 이때기판이팽창하거나수축하면서형태가변하면패널의성능이저하된다. 그러므로고온에서도가급적원형을유지할수있는열적안정성 ( 치수안정성 ) 이중요하다. 또한공정에필요한각종용매에견딜수있는내화학성및박막증착에영향을줄수있는표면의평탄성도고려되어야한다. 게다가기판을통해빛을발광하는구조의패널에서는기판이일정수준이상의투과성 (Transmittance) 도갖추어야한다. 폴더블 롤러블등의 2단계플렉서블디스플레이기판을구현하기위해기존유리기판을보다얇게만들어유연성을강화하거나금속포일 (Metal Foil) 을사용하는방안등이제시되기도하였지만, 유리소재고유의특성상플렉서블에적합한수준의기판을만드는데는한계가있었다. 이런이유로현재는플라스틱이가장유력한후보로간주되고있다. 플라스틱은가볍고쉽게구부러지며잘부러지지않기때문에 2단계플렉서블디스플레이의요구특성에부합한다. 초기에는플라스틱이수분과산소의침투에취약하고내열성및내화학성이부족하여기판에적합하지않다는지적도있었지만, 꾸준한기술개발을통하여이를극복할수있는가능성을보여주었다. PET, PES, PEN, PC 2 등다수플라스틱소재의기판적용가능성이연구되었으나, 폴리이미드 (Polyimide, PI) 가가장유망한소재로부상하고있다. 듀폰에서 1960년대후반상업화에성공한폴리이미드는무엇보다도다른플라스틱보다화학및열적안정성이뛰어나므로디스플레이공정조건에가장적합하다. 이런이유로대부분의디스플레이기업들은 1단계의벤더블이나 2단계의폴더블 롤러블제품개발을위해폴리이미드를플렉서블디스플레이의기판소재로채택하고있다. 폴리이미드의분자사슬구조는다른플라스틱보다강한내열성및내화학성을갖출수있게하는반면, 짙은노란색을띠므로광투과도를낮추는단점또한존재한다. 이는기판을통해빛을내보내는배면발광방식을구현하거나혹은차세대디스플레 2 PET(Polyethylene Terephtalate), PES(Polyether Sulfone), PEN(Polyethylene Naphthalate), PC(Polycarbonate), PI(Polyimide) LG 경제연구원 19

21 이의주요컨셉중하나인투명디스플레이제조에걸림돌이될수있다. 최근분자사슬구조의변화를통해광학적으로투명하고고온공정도견딜수있는투명폴리이미드 (Colorless PI) 가개발되고있으나, 이는폴리이미드고유의우수한특성도감소시킬수있기때문에이를개선하기위한지속적인연구개발이필요하다. 봉지층 (Encapsulation) 기판과더불어봉지층 (Encapsulation) 도플렉서블디스플레이구현의핵심기술이다. OLED 디스플레이의핵심인유기화합물은수분및산소에매우취약하기때문에, 이를막기위한특별한공정이필요하다. 3 유리기판을사용하는대부분의 OLED 디스플레이에서는유리기판과봉지층을붙이기위한보호막 (Frit) 4 을사용하는데, 이는수분및산소의침투방지효과가가장뛰어난방식이다. 그러나무기소재의특성상압력이가해지면쉽게깨지므로 2단계부터는플렉서블디스플레이에적용하기어려운것이가장큰단점이다. 폴더블 롤러블등의플렉서블디스플레이가본격적으로연구되기시작하면서패널의모양이바뀌더라도수분및산소침투를막을수있는다양한봉지층기술이제안되고있다. 대표적으로는무기와무기, 유기와무기박막등여러층의박막을교대로쌓아침투방지능력을향상시키면서도유연성을갖춘봉지층을만드는방안을그예로들수있다. 우수한내구성과유연성등의요건을만족시킬수있는봉지층개발이플렉서블디스플레이구현의난관으로부각되면서디스플레이기업들은독자적인봉지층기술개발에주력하고있다. 수분및산소침투를효과적으로차단하기위해서는박막을두껍게쌓는것이이상적이지만, 이렇게할경우증착이반복됨에따라공정이복잡해지고패널의생산성도저하될수있다. 이에따라침투방지효과가있는복합박막 (Hybrid Layer) 을단일층으로증착하는등이를개선하기위한기술연구도계속되고있다. [1] TFT 백플레인 ( 구동소자 ) 2단계가변형플렉서블디스플레이에서부터는 TFT(Thin Film Transistor) 등백플레인 (Backplane) 의내구성강화도중요하다. TFT 구동소자의주요소재인금속이나실리콘, 산화물은전기적특성은우수하지만압력에매우취약하다. TFT의성능이떨어지면플렉서블디스플레이의이미지재생성능이약화될위험이크기때문에, 패널이변형되는상황에서도 TFT의정상적작동을가능하도록하는기술연구가이루어지고있다. 3 OLED 의허용기준은 10-6g/m2/Day 이하 (LCD: 10-2g/m2/Day) 4 두층을접착시킬수있는유리분말재료 20 LG 경제연구원

22 많은기업들은이를해결하기위해 TFT가받는압력을최소화하는구조적접근에나서고있다. 패널을접거나굽히는압력을가하게되면그방향에따라패널상부및하부는길이가줄어드는압축변형 (Compressive strain) 혹은길이가증가하는인장변형 (Tensile strain) 을겪게된다. 이때인장변형과압축변형이만나는경계에위치한패널내부의특정부분은압력을거의받지않는데, 이를중립지역 (Neutral plane) 이라한다. 이런원리를이용하여 TFT가중립지역에위치하도록하면 TFT가받는충격을낮출수있다. [2] 이를기반으로 2단계플렉서블디스플레이의굽거나접는수준을높이면서도 TFT 구동소자의충격을완화시킬수있는기술을개발하고있다. 이러한접근은비교적구현이용이하고안정적인성능을지원할수있기때문에초기에등장하는 2단계플렉서블디스플레이의주요기술로활용될것으로예상된다. 그러나중장기적으로더욱얇고유연하게변형할수있는플렉서블디스플레이를구현하기위해전도성과유연성을갖춘신규물질로 TFT 구동소자를만드는연구도계속되고있다. 공정기술패널개발못지않게양산제품의수율과품질수준을결정하는공정기술의혁신도중요하다. 플렉서블디스플레이는많은부분이기존디스플레이공정과유사하지만, 기판등일부핵심부품의변화에따라새로운공정의적용이필수적이다. 따라서신규공정의고도화수준이플렉서블디스플레이의완성도및생산성을좌우하게될것으로보인다. 플렉서블디스플레이의핵심기술개요 7 역할 용도 해당기술의가치 커버윈도우 - 외부충격으로부터디스플레이패널을보호 - 디스플레이를변형한상태에서도 OLED 패널의파손방지 재료 / 부품 인캡 (Encap.) - 산소와수분내구성이약한 OLED 소자를보호 - 디스플레이를변형한상태에서도산소와수분침투를차단하여 OLED 발광성능유지 기판 - OLED 소자를장착하고패널을지지하는뼈대역할 - 플랙서블디스플레이의폼팩터변형을안정적으로지지 공정 / 장비 Encap. 장비 LLO 장비 - OLED 패널제작을위한 Encap. 공정을처리하는장비 - 패널공정상플라스틱기판을지지하기위하여부착한캐리어글래스 (Carrier Glass) 를제거 - 폼팩터변형에강한인캡적용으로패널내구성강화 - 캐리어글래스는플라스틱등유연재료기판공정에필수적 - 캐리어글래스제거를통하여디스플레이패널이최종완성 LG 경제연구원 21

23 1단계벤더블부터 2단계전제품에거쳐플렉서블디스플레이의가장대표적공정이바로 LLO(Laser Lift Off) 이다. 플라스틱소재는쉽게휘어지고열에의한수축과팽창수준도유리보다훨씬크다. 디스플레이기업들은캐리어글래스 (Carrier Glass) 라는유리기판위에희생층 (Adhesive layer) 삽입을통해플라스틱기판을고정시켜전체공정을진행하게된다. 공정이마무리된후레이저사용을통해희생층을제거하여유리기판을분리하는과정이필요한데, 이를 LLO라부른다. 플렉서블디스플레이기판이플라스틱으로제작되면서 LLO 역시필수공정으로자리잡고있다. 하지만 LLO 공정은여러단계가필요하며난이도도높기때문에생산성향상의제약으로작용할수있어, 이러한문제점을개선하기위한노력도이루어지고있다. 스트레처블 OLED 디스플레이. Source: T. Sekitani1, et al.(2009.5) [3] 애플이출원한스트레처블디스플레이특허. Source: Mikey Campbell( ) [4] 보다중장기적으로는유기발광층공정의혁신도중요과제로부각될수있다. 지금과같이유기발광재료를기화시켜기판에증착하는공정 (Evaporation Process) 은대규모생산이용이하지만, 한편으로는진행과정이복잡하고재료의효율성도낮기때문에플렉서블디스플레이확산의걸림돌이될수도있기때문이다. 이런문제점을극복하기위해재료를용액으로만들어프린팅하는공정 (Soulable Process) 이대안으로주목받고있다. 이런공정방식은이론적으로증착식공정대비재료의효율성을높이고대규모설비투자비용도상당히절감할수있기때문에, 플렉서블디스플레이의생산성을끌어올릴수있는잠재력이있는것으로평가된다. 본격적인적용이이루어지기까지숱한난제가존재하지만, 2단계플렉서블디스플레이의상용화수준에따라이와같은신규공정에대한논의도활발해질것으로보인다. 앞서언급한주요기술적과제들이순조롭게해결된다면 2단계플렉서블디스플레이는그자체로서새로운시장창출이가능하다. 하지만진정한프리폼 (Free-form) 기술구현이나폴더블 롤러블의완전상품구현을위해서는스트레처블기술로의진화를준비해야한다. (4) 3 단계 ( 스트레처블 ) 디스플레이구현을위한핵심기술 스트레처블기술의특징 이상적인스트레처블디스플레이의특성은흔히볼수있는고무판과흡사하다. 고무 22 LG 경제연구원

24 판의경우양끝을서로다른방향으로잡아당기면늘어나지만힘을놓으면다시처음상태로돌아온다. 또한고무판의특정부위를깊게누르면힘을가하는부위가일시적으로깊게패이지만손을떼면다시평평한상태로돌아온다. 이러한과정이반복적으로이루어져도고무의외형은거의손상되지않는다. 스트레처블디스플레이의주요애플리케이션스트레처블디스플레이가적용되는분야는폴더블이나롤러블디스플레이보다상상이상으로다양할것으로보인다. 첫째, 개인용모바일기기분야에서는특정위치와방향, 형태로만변형되는것이아니라모든방향으로접거나굽힐수있고모양도자유롭게바꿀수있는멀티폴딩 (Multi-folding) 디스플레이가등장할수있다. 마치종이처럼형태를자유롭게바꿀수있는디스플레이라면휴대성과부피축소등의장점을한층극대화할수있을것이다. 둘째, 디스플레이가신축성을가질수있다면거의모든생활기기및차량분야에걸쳐디스플레이가적용될수있을것이다. 일상생활에서볼수있는대부분의물체는육면체나구형등정형화된모습보다는다양한형체를지니고있다. 만일이들의전면을디스플레이로감쌀수있다면색다른기능과디자인을제공할수있을것이다. 예를들어자동차주행과관련한정보를표시하는계기판대신대시보드 (Dash Board) 자체를디스플레이로감싼다면대시보드가계기판정보는물론보다풍부한컨텐츠를보여줄수있다. 또한 SF 영화에서나볼수있었던벽면전체를디스플레이로만드는인테리어도실감나게구현할수있을것이다. 스트레처블애플리케이션 8 이미지컨셉 주요내용 멀티폴딩디바이스 자동차실내디스플레이 전자피부, 스마트의복 - 휴대성과부피최소화등의장점을극대화해개인용모바일기기등에적용가능 - 모든방향으로접거나굽힐수있고, 자유롭게모양을변형할수있는기기 - 차량은물론모든생활공간및기기등에전면디스플레이로적용가능 - 표준제조공정을통해생산후물체의외형에맞춤형으로늘어날수있는장점보유 - 착용성높은웨어러블기기의개발촉진가능 - 완벽하게신체와밀착될수있는편안한기기컨셉으로기존의목걸이나시계대비큰폭의차별화기대 LG 경제연구원 23

25 기존디스플레이기술로는이러한상상을실현하기어렵다. 하지만향후스트레처블기술이제대로개발된다면각물체의외관에정확히들어맞는디스플레이를만들수있을것으로기대된다. 일단평평한상태로만들어진스트레처블디스플레이는적용하려는물체의외형에맞게늘어날수있기때문에물체의표면을완벽하게감쌀수있다. 또한가공성도크게향상되기때문에일상의거의모든물체에디스플레이가채용되는시대를촉발하게될것이다. 셋째, 완벽하게신체와밀착될수있는웨어러블기기역시스트레처블기술을통해더욱현실로다가오게될것이다. 실제로스트레처블디스플레이는부품의자유로운형태변형및신축성을촉발하여피부부착센서 (Electronic Skin), 생체이식장치등혁신적인착용기기를만들수있는유연전자기술 (Flexible Electronics) 의주요응용분야로연구되고있다. 유연전자기술은오래전부터그개념이제시되었음에도불구하고그간발전속도가더뎠으나, 최근각종소재및전자, IT 등의발전에힘입어유연전자기술을진화시키려는움직임이활발하게이루어지고있다. 지금과같은목걸이나시계형태의웨어러블기기는착용성이낮고디스플레이의크기및활용성도불편하다는단점이있다. 그러나신체와완전하게붙을수있는기기는보다넓은디스플레이를사용할수있고심박수, 피부상태등보다풍부한생체정보도수집할수있을것이다. 이런이유로만일자유롭게신축할수있는디스플레이가상용화된다면아직까지시장확산이더딘웨어러블기기를크게발전시키는원동력이될것으로보인다. 스트레처블디스플레이기술은지금까지학계를중심으로연구되고있다. 오래전부터연구가시작된폴더블이나롤러블디스플레이와달리, 스트레처블디스플레이의제품컨셉은가능성만논의되었을뿐최근에서야본격적인관심이모아지고있으며, 이를구현하기위한핵심요소기술또한실험적단계나아이디어수준에서제안되고있는상황이다. 피부부착형회로. Source: D. H. Kim, et al.(2011.9) [5] 24 LG 경제연구원

26 스트레처블디스플레이기술구현을위한핵심요건스트레처블디스플레이가갖추어야할유연성, 내구성, 양산성의수준은폴더블이나롤러블디스플레이대비큰차이가있다. 첫째, 유연성의측면에서스트레처블디스플레이는압력에따라늘어났다가다시회복할수있다는점에서가장큰차이를보인다. 즉유연성의정도가획기적으로개선되고, 변형후복원력이뛰어나야한다. 폴더블이나롤러블디스플레이는공통적으로특정위치및방향으로만압력을가할수있으며, 변형형태역시고정적이다. 그러나스트레처블디스플레이는압력이가해지는위치나범위에제약이없기때문에다양한방법으로말거나접고, 늘릴수있어야한다. 둘째, 내구성의기준도훨씬까다롭다. 제한된위치나방향내에서접거나굽히는 2 단계플렉서블디스플레이는연구및기술개발을통해상당부분한계를극복할수있게되었으나, 스트레처블디스플레이가견뎌야하는변형의수준은이보다훨씬높다. 따라서스트레처블디스플레이는패널전반에걸쳐무작위적으로압력을가해도소재나구조의영구적손상이없어야하기때문에 2단계플렉서블디스플레이와는근본적으로다른접근방식이요구된다. 외부압력에민감하게영향받을수있는부품들이최소 10~20% 의연신률로변형되었다가원형으로복구될수있는탄성력과, 반복적인압력을가해도패널자체의성능이변하지않는높은수준의내구성을확보하는것이중요하다. 셋째, 공정측면에서도혁신적변화가필요하다. 2단계까지는이미검증된폴리이미드단일기판사용이해법으로자리잡아가고있다. 그러나 3단계스트레처블디스플레이공정에서는압력에따라늘어났다다시복원될수있도록하기위해 2단계공정 스트레처블의개념및기술적요건 9 개념 기술적요건 - 여러방향으로굽거나마는등자유롭게폼팩터를변형할수있는디스플레이 - 패널의탄성력을바탕으로다음과같은형태변형가능 멀티폴딩 (Folding)/ 롤링 (Rolling) : X축, Y축, Z축등다양한방향으로접거나말수있는특성 신축기능 : 고무 / 스프링처럼외부에서힘을가했을때 2차원 /3차원으로늘어났다가원래상태로돌아오는특성 - 유연성 : 압력에따라늘어났다가다시복원될수있는특성 압력이가해지는위치나범위에제약이없고, 변형형태역시비고정적이므로폴더블 롤러블대비큰폭의유연성강화필요 - 내구성 : 큰폭의변형에도소재나구조의손상이없는특성 무작위적압력을가해도표시성능의열화및외관의영구적손상이없는구동안정성필요 - 양산성 : 복잡성과난이도높은제조공정의경제성확보과제 높은탄성을보유한신소재또는기존소재의구조적가공등새로운공정기술의경쟁력확보필요 LG 경제연구원 25

27 에추가적인가공이불가피하다. 물론필요한탄성률을보유한신소재가개발된다면기존공정과큰차이가없을수있겠으나, 이러한소재적접근을실현하는데는상당히오랜시간이걸릴것이다. 대신기존소재를사용하면서구조적보완을추가하는접근을우선채택할가능성이높은데, 공정복잡성과난이도가그만큼가중되게된다. 양산성확보측면의이슈가 2단계에비해훨씬더중요하게부각되는것이다. 현기술발전단계에서이상적인스트레처블디스플레이의구체적특징을정의하기는어렵다. 게다가스트레처블디스플레이의적용범위가매우광범위하기때문에각응용분야에따라신축성, 해상도등이미지재생특성, 내구성등구현수준및이를달성하기위한주요기술방법도상당히달라지게될것으로보인다. [6] 예를들어, 피부에부착하는전자피부형태의디바이스의경우 30% 수준의연신률이달성되면팔꿈치같은관절부위까지이질감없이동화될수있을것으로보인다. 소폭의신축성이요구되는영역이라면양끝을살짝잡아당길수있는등비교적약한수준의연신률로디스플레이구현이용이할수있다. 그러나여러방향으로잡아당기거나아래위로누르는등 3차원적압력을가정한다면스트레처블디스플레이를만들기란더욱어려워진다. 따라서스트레처블디스플레이의본격상용화를위해서는기술자체의혁신뿐만아니라각각의디스플레이적용분야에가해질수있는압력의유형및강도, 요구되는내구성에대한광범위한분석도병행되어야할것이다. 스트레처블구현을위한핵심기술 1 기판및봉지층현재 2단계플렉서블디스플레이와마찬가지로스트레처블디스플레이의형태변화에가장민감한부품이바로디스플레이의구조를지지하는기판이다. 기계적압력에따른기판의탄력성및내구성은스트레처블디스플레이의신축성과직결되므로, 기판소재개발이스트레처블디스플레이연구의가장중요한이슈로언급되고있다. 폴리이미드등플렉서블의주요기판재료로사용되는플라스틱은휘거나접을수있는수준의변형은가능하지만신축성은크지않기때문에그자체로스트레처블디스플레이기판을구현하기는어렵다. 더구나디스플레이기판의기본적인요구조건인평탄도, 내열성, 내화학성등도동시에확보해야한다. 현재로서는스트레처블디스플레이에서요구하는특성을제대로만족시킬수있는기판소재를찾기란어렵기때문에, 최근에는 PDMS(Polydimethylsiloxane) 나폴리우레탄 (Polyurethane) 등높은신축성을지닌탄성체물질로기판을제조하는연구가이루어지고있다. 스트레처블디스플레이및유연전자부품을개발하는많은연구에서는이들소재를가공하여기판으로활용할수있는가능성을탐구하고있다. 26 LG 경제연구원

28 그러나탄성체물질로기판을만들기위해서는여전히갈길이멀다. 기판에요구되는전기및광학성, 수분및산소차단특성을완벽하게갖추지못했기때문이다. 특히고온에매우취약하기때문에디스플레이제조공정을견디기힘들다는점도이들물질을기판소재로활용하기어려운주요이유로꼽힌다. 탄성체물질이디스플레이기판으로사용되기위해서는기본적인요건을충족할수있도록소재의특성을변형하거나낮은온도에서도기판을가공할수있는공정기술등이요구된다. 탄성체물질의현실적제약때문에폴리이미드등플라스틱으로만든기판을가공해스트레처블디스플레이를만드는연구도이루어지고있다. 예를들어기판에미세한구멍을형성하는등의특수한가공을통해기판의신축성을강화하거나, [7] 혹은 PDMS 등의보조기판을미리늘린 (Pre-stretched) 상태에서백플레인및발광층을부착한후압력을제거하는공정을사용하는등사전에기판을늘린범위까지디스플레이가늘어날수있도록만드는방법등이제안되고있다. [8] 이러한방식은플렉서블디스플레이의기판요건을어느정도충족한폴리이미드를사용하기때문에상용화가능성이높은스트레처블디스플레이를만들수있다는것이가장큰장점이다. 그러나폴리이미드자체의고유특성때문에더욱높은수준의신축성을구현하기어렵고, 기판을가공하기위한공정이추가될가능성도있다. 그러므로중장기적으로는탄성체물질이기판에적합한성능을가질수있도록개선하는기술혁신이필요할것으로보인다. 스트레처블구현을위한핵심요소기술 10 기판및봉지층 TFT 백플레인 ( 구동소자 ) 배선연결기술 기타 ( 마이크로 LED) - 기판및봉지층의탄력성과내구성은스트레처블디스플레이의신축성과직결 폴리이미드기판구조를그물형으로가공하거나, PDMS 를보조기판으로활용하는등으로접근중 나노기반의봉지층개발등기판과봉지층의신소재접근은장기적관점에서연구중 - 2 단계대비 TFT 를위치시킬안정적인중립지역이존재하지않을가능성이높아근본적해결필요 구동소자에가해지는압력완화를위해단단한구조물을국소적으로형성하고소자들을집중배치하는대안존재 전도성과내구성을충족하는소자자체의신축성확보를위해탄소나노튜브, 그래핀등의신소재적용연구중 전기적특성등의개선필요 - TFT 소자간전기신호연결을위한배선의탄력성과내구성확보이슈 단선구조대신스프링, 물결, 갈고리, 나선형등의충격에강한디자인으로배선구조를변경하는방안으로우선접근중 보다높은신축성을확보하기위해脫금속소재발굴을위한연구진행중탄력성, 내구성, 전도성동시충족필요 - OLED 대비발광층과봉지층구조가훨씬단순하다는장점존재하나, 고해상도구현에는불리 저해상도스트레처블의대안기술로주목 신축성이높은기판에 LED 칩을직접붙이는방식으로구현가능해 200PPI 내외의애플리케이션에우선특화하는방안고려가능 배선의탄력성과내구성문제는여전히잔존 LG 경제연구원 27

29 직물을기판으로사용하여스트레처블디스플레이를구현하려는연구도있다. 직조된섬유는가볍고쉽게변형이가능하기때문에다양한형태로바뀔수있는기판을만들기용이하다. 게다가상대적으로피부에대한거부감도적기때문에이상적웨어러블기기를만들수있는잠재력도높다. 여러선진국들은각종전자회로및부품을부착하여외부환경감지는물론, 정보수집및처리등고차원적기능까지수행할수있는스마트섬유 (Smart Textile) 를미래유망기 술로주목하고있다. 다른소재와마찬가지로직물역시디스플레이기판으로서의요건을충족시키는것이필수적이다. 그러나직물은수분을잘흡수하고표면이거칠기때문에백플레인및유기발광층증착이어렵고, 내열성도매우낮기때문에디스플레이공정에적용하기어렵다. 따라서유리섬유 (Fiber Glass) 직물을사용하여내열성을강화하거나, [10] 평탄화및수분차단능력을강화하기위해특수소재를코팅하는등의연구가이루어지고있다. [11] 스트레처블디스플레이에서도 OLED가주요기술로채택된다면, 형태변화를견딜수있는봉지층기술의중요성은더욱강조될것이다. 스트레처블디스플레이의사용환경상기계적압력의강도와이에따른패널의변형수준은폴더블이나롤러블디스플레이보다더욱높을것으로예상되기때문이다. 봉지층기술의경우아직스트레처블디스플레이개발이기초연구단계에있기때문에스트레처블고유방식의구체적인접근보다는유무기층증착등기존플렉서블디스플레이에서적용되는봉지층의성능을한층강화하는방안을중심으로논의가이루어지고있다. 향후스트레처블디스플레이개발이본격적으로이루어질경우봉지층의탄력성과내구성을훨씬강화할수있는기술이핵심이슈로부각될것으로보인다. 메쉬구조를적용한폴리이미드기판의신축성강화. Source: T. Takahashi, et al.( ) [9] 스트레처블구현을위한핵심기술 2 TFT 백플레인 ( 구동소자 ) 기판과더불어스트레처블디스플레이등유연전자부품을구현하기위한주요연구분야가바로백플레인구동소자이다. 2단계인폴더블 롤러블디스플레이에서는압력을거의받지않는중립지역에 TFT를위치시키는등의대안이있지만, 어느방향으로변형될지모르는 3단계디스플레이에서는 TFT 자체의유연성확보가필요하다. 신축성있는기판위에제작되는소자는외부의압력에매우민감하고, 심지어가해지는특정한힘이없어도기판의흔들림때문에충격을받게될가능성이높다. [12] 특히스트레처블디스플레이는폴더블, 롤러블디스플레이보다더욱다양한형태로변 28 LG 경제연구원

30 형되고가해지는압력의강도도훨씬높을것으로예상되므로, 패널형태변화를견 딜수있는내구성을갖춘소자가필요하다. 그러나현재의구동소자기술로는이런 요건을갖추기어렵다. 스트레처블디스플레이에적합한소자를구현하기위한접근은크게소자자체가신 축성을가지거나, 혹은소자에가해지는압력을최소화하는방법으로구분할수있 다. 소자자체에신축성을부여하기위해서는전도성과내구성을모두충족할수있 는소자를만들기위한소재가우선개발되어야한다. 현재구동소자의소재로사용 되는금속은우수한특성을가지고있지만지속적인압력에견디기는어렵다. 그러므 로금속을대체할수있는소재를기반으로스트레처블디스플레이에적합한소자를 만드는방안이중요한연구분야로주목받게되었다. 유기물질등유연하고충격에강한소재들이금속을대체할수있는후보로오래전 부터논의되었지만전기적특성의한계, 짧은수명등의단점때문에구동소자의재 료로활용하기는어려웠다. 그러나최근에는신물질을활용해이상적인스트레처블 디스플레이에적합한소자를만들기위한연구가활발하게이루어지고있다. 내구성 은물론전도성이우수한탄소나노튜브 (Carbon Nano Tube), 실버나노와이어 (Silver Nano Wire), 그래핀 (Graphene) 등신소재를활용하면디스플레이형태가변해도 [13] [14] 백플레인의성능을거의완전하게유지할수있을것이라는점때문이다. 그러나신소재를사용하여소자를만드는실험이단기적으로상용화될가능성은희 박하다고볼수있다. 아직까지이들소자들이유연성과전기적특성을동시에충족 시키는수준으로발전하기어려우며, 지속적인압력을가해도내구성을가질수있는 지에대한추가적인검토가필요하기때문이다. 특히더욱심도깊은연구가필요한 소재일수록기판등다른부품들과의적합성및신축성능을검증하는것도중요한 과제로지적된다. 따라서소자의압력을최소화하기위하여소자들이기판위에배치되는구조를새롭 게개선하는방안이제안되고있다. 이는탄성력을가진기판위에단단한구조물 (Hard Area) 을만들어여기에소자를집중적으로배치하는것이다. 이러한방식을적 용하면패널의형태가변하더라도구조물은큰영향을받지않기때문에소자들이받 는스트레스를최소화할수있다는것이다. 여러연구에서는이러한원리를기반으로 기판위에단단한영역을별도로배치하거나, [15] 혹은 PDMS 등탄성체물질로만든 기판을부분적으로단단하게만드는등의방법을사용해구동소자가받는압력을최 소화하는방안을제안하고있다. [16] 이와같은방법은기존디스플레이소자를활용하 기때문에구현이용이하고디스플레이가신축적으로늘어나도백플레인의성능을그 대로유지할수있다는장점이있다. 그러나단단한영역을기판위에새롭게만들어 LG 경제연구원 29

31 야하므로보다자유로운변형이어려울수있고, 변형빈도에따라단단한영역과 부드러운영역 (Soft area) 사이에서박리 (Delamination) 현상이발생할수있는 것도잠재적문제로지적된다. [17] 스트레처블구현을위한핵심기술 3 배선연결기술 한편으로소자간연결을위한배선에대한기술적고려도중요하다. 구조물배치등의방법을사용해충격을완화시킬수있는소자와는달리배선은기판의신축적인변화에직접적으로영향을받게될가능성이크다. 현재가장널리사용되는금속배선은전기적특성은우수하지만, 강하고지속적인충격에견디기어렵다. 따라서탄력성과내구성을갖춘배선을만드는것도스트레처블디스플레이를구현하기위한주요기술로논의되고있다. 강성영역이부착된 PDMS 기판의신축작용 Source: S. P. Lacour, et al(2006.7) [18] PDMS 기판의부분경화 (stiffness) 를통한소자보호. Source: I. M. Graz, et al.(2011.3) [19] 스트레처블디스플레이에적합한배선을만들기위한대표적인방안은바로배선의구조를바꾸는것이다. 일반적인단선구조대신스프링이나물결, 갈고리, 나선형등의충격에강한디자인을가진배선을만들면기판의형태가바뀌더라도배선이쉽게끊어지는것을방지할수있다. [20] 이는기존배선과동일한소재를사용하기때문에우수한전기적특성을확보할수있어상용화측면에서도유리하다. 그러나일정수준까지만변형이가능한금속소재의특성상더욱높은신축성을가진스트레처블디스플레이에적용되기는어려울수있다. 그러므로완성도높은스트레처블디스플레이를구현하기위해서는더욱높은신축성을가진소재를발굴하는것이필요하다. 아직까지는탄력성및내구성과전도성을동시에충족할수있는소재후보를탐색하는상황이다. 다수연구에서는탄소나노튜브등새로운전도성소재를단일혹은복합적으로사용하여패널이늘어나도끊어 버클구조의인터커넥션배선. Source: T. Someya, et al.(2009.5) [21] 30 LG 경제연구원

32 지지않으며대면적을구현할수있는배선구조를제안하고있다. [22] 그러나이들소 재들을활용한신축적배선연구는아직초기상태이므로향후스트레처블디스플레 이에적용되기위해서는더욱심도깊은연구가필요하다. 스트레처블구현을위한핵심기술 4 마이크로 LED 기술자유로운형태및고해상도를구현할수있는 OLED는스트레처블디스플레이에서도주요패널기술로활용될가능성이높다. 그러나수분과산소에취약하고수명이짧다는고유의특성은스트레처블디스플레이상용화의단점이될수있다. 또한발광층, 봉지층, 백플레인등의증착공정에더하여, 신축성과내구성을갖추기위한공정이추가될가능성이높다는점도잠재적어려움으로꼽힌다. 따라서차세대디스플레이로부상하고있는마이크로 LED(Micro LED) 5 기술이스트레처블디스플레이구현에보다적합하다는의견도있다. 마이크로 LED를적용한스트레처블디스플레이는신축성이높은기판에 LED 배열구조를직접붙이는방식으로구현될수있을것으로보인다. [23] 마이크로 LED 기반의스트레처블디스플레이는 OLED 기술보다내구성이높기때문에패널을다양하게변형해도성능의열화가거의없으며, 공정조건이까다로운 OLED와는달리직물과같은한층다양한종류의소재를기판으로사용할수있다. 이런장점때문에 IMEC 6 등다수연구기관및대학에서는마이크로 LED를활용하여스트레처블디스플레이를구현하는연구를활발히진행하고있다. [24] 마이크로 LED 전사공정의난이도가높고, OLED 디스플레이와대등한수준으로해상도를높이기어렵다는한계때문에아직까지마이크로 LED의시장은열리지않고있다. 게다가마이크로 LED 역시앞서언급한구동소자와배선등의탄력성및내구성문제가동일하게적용되기때문에이에대한보다심도깊은연구가필요할것으로보 인다. 그러나스트레처블디스플레이가갖추어야할가장중요한요건인신축성과내구성을충족할수있는잠재력 이크다는점에서, 스트레처블디스플레이수요가있는저해상도분야를중심으로마이크로 LED의적용가능성을적극검토할필요가있다. IMEC 의마이크로 LED 스트레처블디스플레이. Source: Frederick Bossuyt(2016) [25] 향후전망과과제 현재스트레처블디스플레이기술은특정한사용여건이유지되는안정된실험환경 5 마이크로단위의초소형 LED 로픽셀을구성하는디스플레이기술 6 벨기에의반도체및 IT 전문연구소 LG 경제연구원 31

33 에서만들어지기때문에실제기기에적용되기위해서는다양한사용환경에서의보다강도높은검증이필수적이다. 많은기술적난제를가지고있는스트레처블디스플레이의정확한상용화시기를예측하기란쉽지않다. 하지만다음과같은기술이슈에초점을맞춰 R&D를진행한다면그시기를앞당길수있을뿐만아니라스트레처블기술의파급력을배가시킬수있을것이다. 첫째, 스트레처블구현을위해서는근본적인소재혁신이병행되어야한다는점을주지할필요가있다. 단기적으로는폴리이미드와 PDMS를활용한하이브리드기판과같은과도기적접근을취할수있지만, 이는공정의복잡성이나연신률의한계등근본적제약조건을가진다. 소성변형을극복하는충분한탄성률을보유한신소재기판이나늘리더라도깨지지않는탄소나노소재기반의봉지층재료등은폼팩터혁신에있어서장기적이지만반드시개발이필요한차세대기술이다. 더불어이러한소재혁신을주도하며차별적신소재를우선채용하는기업이스트레처블디스플레이시장을주도할가능성이높다. 둘째, 태생적으로뻣뻣하고 (Rigid) 단단한부품에대해서도이를대체하는기술개발이요구된다. 예컨대현재집중적으로논의되는패널자체의플렉서블구현 강화외에도이를지원하는각종반도체및모듈, 배터리등원래경직된성격을지닌부품의유연성강화도보다진화된플렉서블디스플레이구현의주요이슈로등장할가능성이높다. 패널의유연성강화및성능개선노력과비교하면아직까지이들부분에대한고려가미흡한상황이다. 그러나이들부품들은플렉서블디스플레이의성능고도화와밀접하게연관되기때문에, 미래 2~3단계플렉서블디스플레이의핵심이슈로부각될것이다. 어쩌면이들부품의유연성을확보하는기술개발이스트레처블기술을확실히차별화하고지배할수있는또다른무기가될수도있다. 셋째, 플렉서블디스플레이의내부구조를최대한단순화하는방향으로기술개발을진행할필요가있다. 터치소자와편광판, 커버윈도우등을통합하는복합필름의개발을그예로들수있다. LCD에서 OLED로전환되면서백라이트가불필요해졌듯이, 보다얇고단순한디스플레이로진화하면서특정소재 부품이통합되거나소멸되는사례가발생할수있다. 단기적인효용성이아닌폼팩터혁신의장기적진화관점에서반드시필요한소재 부품기능이무엇인지를면밀히분석하여, 이를감안해영속성을가지는소재 부품중심으로통합을촉발하는 R&D 로드맵을수립하는것도중요한차별화요인이될것이다. 자유롭게변형이가능하면서도선명하고생생한화질을구현할수있는고사양의스트레처블디스플레이를단기간내만들어내는것은어려워보인다. 다수전문가들은이상적인신규소재의사용이나패널구조의전면적교체보다는폴더블이나롤러블 32 LG 경제연구원

34 디스플레이기술일부를변경하는수준으로약 200ppi(pixel per inch) 내외의낮은해상도, 그리고패널특정부분이제한된범위내에서늘어나는정도의스트레처블디스플레이가우선적으로등장할것으로예상하고있다. 그러나기술발전못지않게중요한것은스트레처블디스플레이의응용분야를조기에발견하고발굴하는것이다. 지금까지의디스플레이기술발전은이를적용할수있는기기시장의성장과맥을같이해왔다. 즉일단적용대상이정해지면디스플레이기술은개선및혁신의방향성을명확히할수있기때문에, 초기의문제점을극복하면서빠르게발전할수있었다. 스트레처블디스플레이역시진입할수있는타겟분야를잘발견하여우선적으로적용할수있다면예상보다더욱빠른기술수준향상은물론, TV와모바일등기존디스플레이주력시장에진출할수있는발판도마련할수있을것이다. 따라서주요요소기술개발은물론스트레처블디스플레이의핵심애플리케이션분야를집중적으로탐색하는노력도병행되어야할것이다. 3. 시사점 이상에서살펴본것처럼플렉서블디스플레이기술을빠르게상용화하여디스플레이산업의새로운모멘텀을마련하기위해서는우선적으로기판, 봉지층, TFT와같은소재 부품, 공정 장비등의요소기술발전이이루어져야하며, 관련기업들도당분간이러한기술혁신을앞당기는데집중하는것이무엇보다도중요하다. 하지만요소기술혁신에성공했다고해서플렉서블디스플레이상품시장이곧바로열리는것은아니다. 역사적으로볼때기술의완성도가확보된이후상품화를통해실제시장을만들어나가는과정에서아예시장창출에실패하는기술도있고, 한시대를풍미하는혁신상품을창출하는기술도있었다. 기술의시장창출성공과실패를가름하는것은기술의완성도자체뿐만아니라, 소비자의실제요구수준과의적합성, 공급자및파트너생태계의구성여부, 적정타이밍여부즉해당시기의주변인프라여건등도중요한관건이다. 아무리위대한개념의기술이더라도이를사업화하는기업또는기업군이전략적선택에소홀할경우사업및일상의혁신으로이어지지못한다는것이다. 따라서디스플레이폼팩터의요소기술혁신을실제대규모시장창출로앞당겨연결시키기위해서는 스트레처블기술의조기개발및전략적활용, 고객에게다가갈수있는제품컨셉창출및신규애플리케이션시장발굴, 가격현실화노력등의전략적활동을반드시병행할필요가있다. LG 경제연구원 33

35 (1) 스트레처블기술의조기개발과전략적활용스트레처블기술은플렉서블디스플레이진화에있어가장최종단계로, 그상용화시기는대략 7 8년이후로예측되고있다. 이에따라주로학계연구소나기업의실험실에서장기 (Long-term) 과제로연구되고있으며, 아직까지구체적인제품개발이나로드맵구상은이루어지지않고있는상황이다. 하지만스트레처블기술의경우장기과제로만인식해점진적속도의 R&D 수행에만의존하는것은그전략적가치를간과한것으로볼수있다. 최근상용화된 1단계커브드 벤더블기술에이어수년내상용화가능한컨셉은 2단계폴더블 롤러블기술로예측되고있다. 폴더블 롤러블디스플레이의경우접거나둘둘마는것이주요형체변화이긴하지만, 일정수준탄성을확보할수있는스트레처블특성또한갖추어야한다. 접거나말때어느정도늘어나는것이불가피한데, 늘어나더라도해상도 (Resolution) 와같은화질특성이나터치감등을그대로유지할수있어야하기때문이다. 즉원활한폴더블 롤러블구현을위해서는일정수준의탄성을보장하는재료기술확보가중요한데, 기존재료개발방식을통해서는한계가있으며스트레처블기술의채용만이근본적해결책이된다는것이다. 다시강조하면현시점에서스트레처블기술을보다주목해야하는이유는자체적으로다양한애플리케이션시장을대체 창출하는비즈니스가치뿐만아니라소재 부품이늘어나는스트레처블특성확보를통해폴더블이나롤러블과같은중간과정제품의품질 성능을보다완성도있게해주는기술적가치를보유하고있기때문이다. 예를들어곡률반경 1mm 미만의폴더블디스플레이를구현할때스트레스를특히심하게받는접히는부분에국소적으로폴리이미드와 PDMS를결합한하이브리드기판을채용하는것이여기에해당한다. 표면적으로는 2단계플렉서블폼팩터를지니지만, 내구성이나디자인의미려함등에서스트레처블기술이우선적용될수있는부분이존재할수있다. 다시말해, 보다높은연신률을가지는스트레처블기술을조기개발해 2단계제품구현에잘활용한다면현재 2단계플렉서블디스플레이가가지고있는한계를큰폭으로개선시킬수있다는것이다. 따라서스트레처블디스플레이기술을롤러블 폴더블과는단절된아주먼미래의일로고려해 R 중심의장기과제로만접근할것이아니라체계적인로드맵수립을통해보다빠른상용화를추진하는한편, 장기 R&D의중간단계에서생성된기술을 2단계제품의완성도제고에곧바로적용할수있는 시장중심의 R&D 체제 마련을모색할필요가있다. 결국폼팩터기술경쟁에서의승자 (Winner) 는스트레처블기술에대한솔루션을조기확보, 차별화의원천으로삼고전략적으로잘활용하는기 34 LG 경제연구원

36 업이될가능성이크다. (2) 고객에게다가갈수있는컨셉창출및신규애플리케이션개발폼팩터혁신의경우아직까지지배적인 (Dominant) 제품컨셉이불확실한것이현실이다. TV, 스마트폰과같은디스플레이를탑재한주요전자기기들의성능이상향평준화되면서소비자들이디스플레이에대해느끼는불편함과불만족요소들이두드러지게표출되지는않고있기때문이다. 이러한상황은공급자들에게디스플레이에대한 잠재되어아직구체화되지않은니즈 (Unmet Need) 를발굴하고이를현실화시켜야하는숙제를안겨주고있다. 잠재니즈를현실화하여폼팩터혁신컨셉을창출하기위해서는먼저현재의주류시장보다는니치 (Niche) 나이머징 (Emerging) 영역에주목할필요가있다. 과거사례를볼때와해적혁신은주로의외의영역또는니치시장에서출발하는경우가많았기때문이다. 현재주류제품의성능에는미치지못하지만, 해당기술만이보유한독특한특성이신규애플리케이션을창출하면서작은인정을먼저받게되고, 점차기술발전에가속도가붙으면서주류제품의성능을위협하는경로가와해적혁신의전형적인모습이다. 특히 3단계스트레처블기술에서는와해적혁신의출발점으로주력애플리케이션이아닌의외의상상을해볼필요가있다. 성능면에서완성도에이르지못한상태에서도늘어나는디스플레이라는독특한특성으로소비자가치가발휘될수있는신규애플리케이션분야가있다면, 이것이스트레처블디스플레이를없어서는안될제품으로단숨에포지셔닝시킬수도있기때문이다. 아직불확실성이상존하는폼팩터혁신을촉발하기위해서는기술의완성도제고와더불어고객관점에서기술의상품화노력이무엇보다중요하다. 디스플레이나소재 부품기업만의힘으로는이를모두해결하기힘들다. 특히고객접점에위치한세트메이커와의긴밀한협업을통해 추가적인사용자경험을만들고이에최적화된폼팩터를디자인하는과정이반드시수반되어야한다. 더구나 3단계스트레처블디스플레이의킬러애플리케이션창출을위해서는오픈이노베이션, 나아가크라우드콜레보레이션 (Crowd Collaboration, 수많은공급자, 파트너와소비자네트워크와의협업 ) 을통해가치를공동창출하는방안을정착시켜야할것이다. 예를들어 소재 부품및디스플레이기업, 고객점접에위치한세트나서비스기업등디스플레이산업의가치사슬내기업들뿐만아니라 일반전자기기이 TV 평균판매단가 11 ( 달러 ) 1,600 1, CAGR -11% 60인치급 50인치급 CAGR -8% 400 CAGR -7% 0 40인치급 자료 : IHS 2017 LG 경제연구원 35

37 용자및광고업, 창문 벽지, 인테리어등디스플레이의고객또는대체재가되는다 양한이해관계자들과원활히소통하고협업할수있는채널구축이출발점이될수 있다. (3) 시장확산을위한가격경쟁력확보첨단기술 제품의홍수속에혁신제품의경우당연히큰폭의가격프리미엄을향유할수있을것이라낙관하는것은시간이지날수록더욱힘들어지고있다. 시장조사기관인 IHS와 GfK 자료를종합해보면 TV의경우평균판매단가가지속적으로하락하면서, 1,500달러이상프리미엄시장은 2016년 658만대에서 2020년 300만대이하로크게하락할것으로전망된다. 디스플레이폼팩터혁신제품이대량수요를만들어내며차세대디스플레이시대로빠르게이행하기위해서는합리적인가격 (Reasonable Price) 이동시에제공되어야하는데현재상황은그리녹록하지않다. 현디스플레이산업은소재-장비-공정등모든측면에서기존 LCD 중심으로강력한생태계를구축하고있고, 대규모규모의경제를실현하고있기때문이다. 따라서폼팩터혁신제품의가격현실화를위해서는 원가혁신을고려한신소재 부품개발, 공정 장비경쟁력의획기적개선, 빠른생태계규합등해결해야할과제들이많다. 또한국내디스플레이산업이차세대폼팩터기술에서확실한우위를확보하고후발주자들의추월을허용하지않기위해서는적어도핵심소재나공정장비에대한내재화및블랙박스화방안이마련되어야한다. 이러한폐쇄적전략에도불구하고폼팩터혁신기술의빠른확산이가능하기위해서는더더욱저원가공정개발이중요하다. 확실한고객가치를경쟁력있는원가에제공하는제품의경우시장에서필연적으로성공할수밖에없기때문이다. 국내디스플레이산업은 LCD를발판으로십수년간디스플레이시장을지배하면서상당한과실을만끽해왔다. 하지만기존 LCD 시장이성숙 포화된상황에서중국업체들의공격적투자, 기술격차의축소등으로향후엄청난공급과잉과가격경쟁이예상된다. 이러한상황에서차세대디스플레이로의빠른이행을통해기존 LCD 시장을대체하고신시장을창출하는것만이지속적인경쟁우위를누릴수있는거의유일한길이다. 이를감안할때폼팩터혁신기술에대한경쟁력확보와이를통한시장창출은선택이아닌생존을위한필수불가결한전략일수있다. 폼팩터혁신을위한기술발전은지금이순간에도급속히진행되고있을것이다. 제2의디스플레이산업르네상스를구가하기위해서는기술발전과시장변화의흐름을선도해가는길밖에없을것이다 LG 경제연구원

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