미래디스플레이소재기술을선도하는 SK 이노베이션 윤호철 Project Leader( 수석연구원 ) SK 이노베이션기술혁신연구원 starlight@sk.com 플렉서블디스플레이 (Flexible Display) 의대두 최근스마트폰, 노트북, 태블릿등에적용되는플 렉서블디스플레이에대한관심이높아지고있다. 플렉서블디스플레이란기존의딱딱한디스플레이 를접거나말수도있는디스플레이를말하며최근 가전전시회나여러언론매체에 Proto 타입의제품이 선보이기시작했다. 이는기존의정체된디스플레이 시장에새로운형태의가치를제공하기위한미래 기술로점점가시화되고있으며, 기존의디스플레이를대체하고더나아가생활곳곳에서다양한변화를가져올것이라기대된다. 현재플렉서블디스플레이는일반적인평면 (Flat) 형태의깨지지않는 (Unbreakable) 기술과구부러진형태의고정된 (Curved) 기술이주를이루고있으나, 빠르면 2019년부터는접는형태 (Foldable) 의제품이출시될것으로디스플레이업계는기대하고있다. 글로벌시장조사기관인 IHS와 SA에따르면플렉서 [ 디스플레이기술의변천 ] NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 36, No. 2, 2018 165
[ 모바일폰의변화와신규재료도입 ] 블디스플레이시장은 2022 년까지 5,000~8,000 만대 수준으로확대되고이후급격하게증가할것으로전 망되며, 스마트폰에서부터 TV, 자동차, VR 등의기 기로도점차용도가확대되고다양화될것이라예 측되고있다. 앞으로는모바일폰이태블릿 PC 로, 태 블릿 PC 가노트북으로변형이가능하고, 거실에서 큰공간을차지하는대형가전 TV 가필요에따라둘 둘감기거나접을수있는형태로변형되는등사이 즈의한계를넘어선새로운형태의제품들이개발될 것이다. 이러한차세대디스플레이의탄생이미래 생활과산업에어떤영향을끼칠것인지에대한추 측과기대는지속될것으로보인다. 디스플레이기술변화에따른신규재료의적용 불과수십년전만해도볼록한브라운관의 CRT 를온가족이둘러앉아보는시절이있었다. 브라운 관을사용했던당시에는디스플레이란용어의범주 가매우좁았고, 범주안에서구분할만한기술이많 지않았다. 2000 년대에 LCD 와 PDP 가개발되면서본 격적인디스플레이시대가시작되었고 2010 년대에 현재형태의모바일이개발되면서폭발적인성장을 이루게되었다. 이렇게디스플레이기술이급격히발전할수있었던요인중에하나는새로운컨셉트나시스템이개발된것과더불어새로운재료가적용되었기때문이다. 예를들면 2000년대중반에새롭게등장한아이폰의경우강화유리와터치필름, 2010년갤럭시S에는 OLED, 2010년중반갤럭시 Edge와같은 Curved 제품에는 Plastic OLED가적용되었고, OLED 기판소재로는고내열 Polyimide가사용되었다. 이후, 현재까지여러회사에서강화유리와 OLED, 기판용 Polyimide가적용된제품을만들고있지만, 미래의소비자 Needs에대응하고보다편리하고다양한제품을개발하기위해서는지금까지의기술과재료로는한계가있으며좀더좋은특성을구현하기위한새로운재료의필요성이점점더높아지고있다. Flexible Cover Window(FCW) 최근 LCD와함께디스플레이의큰축을형성하고있는 OLED의경우 LCD와달리 Backlight가필요없고스스로발광이가능하므로다른디스플레이의구조적인한계를극복할수있는기술로확장이가능하다. 즉, 기존의 OLED 공정및제품구성상필요 166 NICE, 제 36 권제 2 호, 2018
[ 디스플레이기술별구조의변화 ] 한유리를대체할수있는재료가있다면접거나말수있는변형가능한디스플레이로발전할수있다는것이다. 현재유리에서고내열 Polyimide로대체되어상용화된 OLED 기판소재와더불어디스플레이의가장바깥쪽의윈도우커버소재로사용되는유리를필름으로대체할경우기존의평면디스플레이와달리접거나휠수있는형태를만들수있다. 이와같은유리대체재료는투명하면서도쉽게긁히지않고수만번접었다펴도자국이남지않는것이핵심이다. 이런특성을구현하기위해서여러재료와구조가검토되고있지만유연기판위에특수한하드코팅을처리함으로써가능할것으로판단된다. 현재까지개발된유연기판소재중투명 PI(Colorless and Transparent Polyimide) 는플렉서블 [ 투명 PI 와하드코팅의요구물성 ] NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 36, No. 2, 2018 167
[SK 이노베이션 FCW 제품 ] 디스플레이의핵심기판소재로인식되고있으며하 드코팅의경우기존 PET 나 TAC Film 등광학필름에 적용되는재료와는다른새로운재료가적용되어기 존보다더높은경도와유연성을갖는특성을구현 하기위한연구가활발히진행중이다. SK 이노베이션, 미래디스플레이소재기술을선도하다 SK 이노베이션은 2006 년양산을시작한 FCCL 의 PI 생산기술을바탕으로 2010 년대초반부터국내외 디스플레이업체와함께투명 PI 기술을개발해현재 업계에서최고수준의물성으로평가받고있다. 또 한 SK 이노베이션은투명 PI 생산에그치지않고플 렉서블특성을최적화하기위한코팅기술개발에도 노력하여, 투명 PI 위에자체개발한하드코팅기술 을적용하여높은접힘성 (Bending), 높은강도, 내스 크래치 (Anti-Scratch) 특성을확보하였다. 투명 PI 필름이플렉서블디스플레이의 Cover Window 용도로검토되기시작한것은 2010 년대초반 이다. 초기일본회사위주로개발중인투명 PI 는산 업용이나 OLED 기판용으로사용되는노란색의고내 열 PI 와대비하여내열성, 광학특성등여러물성이 좋지않아용도가매우제한적이었다. 그러나 SK 이 노베이션은 Cover Window 소재개발을위해국내주 요디스플레이업체와함께여러재료들 (PMMA, PC, PET, TAC 등 ) 을검토하면서투명 PI 의적용가능성 을확인하였으며, Foldable 특성까지구현가능한투 명 PI 필름을개발할수있었다. 현재국내 외여러업 체에서앞다투어투명 PI 필름을개발중이나, 디스플레이업계에서 Cover Window 소재로투명 PI 필름을채택하고현재의특성을구현하기까지는 SK이노베이션의큰역할이있었다고볼수있다. 투명 PI가 Cover Window로사용되기위해서는투명도를포함하여수십만번 Bending하였을경우에도접은자국이남거나찢어지지않아야한다. 이를위해서는기계적특성을높인새로운투명 PI가필요하며, 그위에사용중에발생하는스크래치나오염을방지하기위한특수한코팅이필요하다. 즉, 플렉서블특성은투명 PI 물성뿐만아니라기능성을높이는하드코팅에의해서도큰차이를보이며투명 PI 와하드코팅은각각의특성을상호보완하고연계되어있기때문에, SK이노베이션이투명 PI와하드코팅의 SCM(Supply Chain Management) 을동시에구축한점은국내 외필름및코팅업체와는다른차별성을보유한큰장점으로생각된다. FCW 제조공정은투명 PI 용액을중합하는공정, 필름을제조하는공정, 하드코팅등기능성코팅공정으로크게나눌수있다. SK이노베이션의경우전공정에대한 Material Science 역량을보유하고있어디스플레이업체들이제품의완성도를높이기위하여지속적으로변화시키는다양한 Target 물성을만족할수있는최적의 Solution을제공할수있다. 그결과현재국내 외패널업체로부터우수한물성을인정받고있으며, 최근해외의주요디스플레이관련전시회에서 SK이노베이션의제품이장착된플렉서블디스플레이가전시된것은높은기술수준을 168 NICE, 제 36 권제 2 호, 2018
[FCW 제조공정 ] 보여주는좋은예라할수있다. SK 이노베이션은플렉서블디스플레이소재를미 래디스플레이시장의핵심으로보고, 시장개발초기에진입하여지속적인기술개발을통해미래핵심소재시장을선제적으로선점할계획이며, 2019년상용화를목표로현재양산기술개발에집중하고있다. 단순히패널업체에서요구하는물성대로투명 PI를만들고코팅을하는기술수준을넘어미래플렉서블디스플레이에적용하기위한새로운재료를선제적으로개발하여시장을견인하고성장할수있을것으로기대한다. NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 36, No. 2, 2018 169