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KIC News, Volume 11, No. 5, 2008 47 기획특집 - 반도체기술 유연성기판기술및개발현황 한윤수 권영환 * 전찬욱 ** 김재홍 ** 곽기섭 *** 오현식 **** 박이순 ***** 대구경북과학기술연구원나노바이오연구부, * 대구대학교공과대학화학공학과, ** 영남대학교디스플레이화학공학부, *** 경북대학교공과대학고분자공학과, **** 특허청화학생명공학심사국, ***** 경북대학교첨단디스플레이제조공정및장비연구센터 Current Status of Flexible Substrate: Technology and Development Yoon Soo Han, Younghwan Kwon*, Chan-Wook Jeon**, Jae Hong Kim**, Giseop Kwak***, Hyun-Shik OH****, and Lee Soon Park***** Division of Nano & Bio Technology, Daegu Gyeongbuk Institute of Science & Technology (DGIST), Daegu 704-230, Korea *Department of Chemical Engineering, Daegu University, Gyeongsan, Gyeongbuk 712-714, Korea **School of Display and Chemical Engineering, Yeungnam University, Gyeongsan 712-749, Korea ***Department of Polymer Science, Graduate School of Engineering, Kyungpook National University, 1370 Sankyuk-dong, Buk-gu, Daegu 702-701, Korea. ****Division of Fine Chemistry, KIPO, Daejeon 302-701, Korea *****Advanced Display Manufacturing Research Center, Kyungpook National University, Daegu 702-701, Korea Abstract: 유연성 LCD, 유연성 OLED, 전자종이및유연성태양전지등과같이유연성전자소자산업이활성화되고있다. 본고에서는이러한유연성전자소자제작에이용되는유연성기판의기술개발현황및전망을제시하였다. 유연성기판으로는박막유리, 메탈호일및플라스틱기판으로분류될수있으며, 각각의장단점으로응용분야가상이하였다. 저가의플라스틱기판을응용하려는연구가가장많이진행되고있으며, 요구되는다양한성질중에서가장중요한내열성과가스차단성이획기적으로개선되고있다. Keywords: flexible substrate, LCD, OLED, electronic paper, gas barrier 1. 서론 1) 최근의급속한정보화기술의발전과대중화및폭발적인이동통신의발달에따라서다양한정보에대한욕구가점차커지게되었으며, 이에따라정보전달매체인디스플레이도크게변화해가고있다. 시간과장소에구애받지않고자유롭게네트워크를통한인터넷, 디지털컨텐츠, 멀티미디어, 통신등이융합된 주저자 (E-mail: yshan@dgist.ac.kr) 형태로정보를교환할수있는유비쿼터스및디지털컨버전스시대가현실화되고있다. 이러한유비쿼터스시대에는초경량, 저전력, 휴대가간편하면서도화질이우수하고실감형, 초박막의디스플레이를절실히요구하고있으며, 더나아가깨지지않고디자인변형이자유로우며유연하고질길뿐만아니라궁극적으로는종이처럼접거나두루마리처럼말수있는기능도필요로하고있기때문에새로운개념의차세대디스플레이의등장이요구되고있다. 차세대디스플레이는 CRT, LCD, PDP,

48 공업화학전망, 제 11 권제 5 호, 2008 Figure 1. 유연성디스플레이구현에요구되는핵심기술. OLED 와같이현재시장에출현된디스플레이의다음세대기술로향후 5 년에서 10 년이내에상품화되어큰시장이형성될것으로예측되는디스플레이를의미하며 FED (field emission display), 3D 디스플레이등몇몇후보가거론되고있으나시간과공간의제약에서자유로울수있는유연성디스플레이가가장유력하다고할수있다. 유연성디스플레이는특성의손실없이휘거나구부리거나, 말수있는유연한기판상에제작된디스플레이를의미하며, 유연성 LCD[1,2], 유연성 OLED[3] 및전자종이 [4,5] 가검토되고있다. 이러한유연성디스플레이의현재기술수준은충격에견딜수있는수준의 rugged display 단계에있으며, 향후기술개발이진행되어 bendable display 단계를거쳐궁극적으로는말수있는 rollable display 와 disposable display 가구현될것으로전망하고있다. 이상의유연성디스플레이로대표되는유연성전자소자의주요기능성은유연성기판으로부터시작하기때문에유연성기판과관련된기술은유연성전자소자의핵심요소기술 이라고할수있겠다. 본원고에서는이러한유연성전자소자용기판소재에대한개요와개발현황에대해간단히소개하고자한다. 2. 유연성기판개발현황 유연성기판에대해언급하기전에우선유연성디스플레이에대한기본지식과용어에대한의미파악이필요하므로간단히소개하고자한다. 유연성디스플레이를구현하기위해요구되는기술은 Figure 1 에나타난바와같이디스플레이패널을유연성기판 (flexible substrate) 상에형성해야하며, 패널내부 pixel 의전기적신호를제어하는 TFT (thin film transistor) 가구부림에자유로워야하며, pixel 전극상부에형성되어가시광의생성혹은제어를담당하는물질이구부림에자유로워야한다. 또한상기유연성기판에적합한 TFT 및 display mode 형성공정의확립이요구되고있다.

KIC News, Volume 11, No. 5, 2008 49 Figure 2. 유연성기판의종류. Figure 3. Schott 사의 flexible glass 및이를이용한 backplane. 현재유연성디스플레이용기판으로서검토되고있는것은 Figure 2 와같이 flexible glass, metal foil 및 plastic film 의 3 가지종류가있으며각각의장단점으로인해응용성에서많은차이를보이고있다. 이러한 3 종의유연성기판에대한기술은많이소개 [6,7] 되었기때문에여기서는간략히제시하고자한다. 2.1. Flexible Glass Flexible glass 는기존에사용되던유리 ( 보통두께, 700 µm) 를박형 (50~200 µm) 화한다음고분자를 laminating 시켜유리의특성이유지되면서유연성을부여한소재로서, 3 종류의기판중에서가장저렴하고투명하며, 표면평탄도가양호하고, 수분및산소가투과하기어렵다는장점이있다. 또한원가절감및공정성확보가용이하다는특징을가지고있으나충격에약하고다른기판소재와달리 R2R (roll to roll) 과같은연속공정으로의적용이힘든단점이있다. Figure 3 과같이유리기판전문 회사인 Corning 사에서박형유리를개발하고, Schott 사에서고분자를코팅하여유연성디스플레이용기판을개발하였으며, Philips 에서는이기판을이용하여능동형고분자전계발광소자용 backplane 을개발한바있다. 또한 Toshiba 에서는 flexible glass 상에 LTPS (low temperature poly silicon)-tft 를형성하여유연성 LCD 를구현하였다. 2.2. Metal Foil 메탈호일은 LCD 와같이투과형모드가아닌경우에내충격성을확보하면서유리에가까운물성을확보할수있다는장점이있으며, 부식문제때문에스테인리스스틸 (stainless steel) 이사용된다. 표면이거칠고접착력이좋지못하기때문에초박막공정이요구되는 TFT 공정을위해서표면의평탄화작업이필요하며, 또한전기적절연성을확보하기위해절연체를코팅하는과정이부수적으로필요하다는단점이있다. 또한무게가플라스틱대비 8 배,

50 공업화학전망, 제 11 권제 5 호, 2008 유리기판대비 2 배로서경량박형전자소자에는부적합한단점이있다. 한국의 LG Display 에서는메탈호일을기판으로채용하여 a-si TFT 를형성하고 E-Ink 사의 electronic ink 를이용하여전자종이를구현한바있으며, 삼성 SDI 에서는메탈호일기판상에 LTPS TFT 를형성하고 OLED 소자를접목시킨유연성 AM (active matrix) OLED 를개발한바있다. 2.3. Plastic Film 유연성디스플레이구현을위해가장많이연구되고있는기판소재는플라스틱필름으로서오래전부터주목을받아왔다. 플라스틱기판은앞서언급한두종류의기판소재에비해무게가가볍고, 가공이용이해형태의제약이거의없다는점과산업적으로저가격화실현을위한 R2R 공정과최근활발히연구가진행되고있는잉크젯 (inkjet) 프린팅에적합한소재라는특징을가지고있다. 플라스틱기판이기존에사용되던유리를대신하기위해서는디스플레이제조공정에필요한열적, 광학적, 그리고기계적물성이충족되어야한다. 이러한다양한요구조건중에서중요한몇가지항목에대해서보다세밀하게살펴보면아래와같다. 2.3.1. 플라스틱기판의열적성질열처리에의해플라스틱기판이팽창및수축하게되어치수와형태가변화면디스플레이이미지특성에큰영향을미치게된다. 따라서낮은열팽창계수, 높은내열성등이요구된다. 온도와관련된공정은유연기판상에 TFT 의형성과밀접한관련이있다. 디스플레이에서 pixel 의전기적신호를제어하는 TFT 는 3 가지방식즉 a-si (amorphous silicon) TFT, LTPS TFT 및 OTFT (organic TFT) 가검토되고있으며, TFT 제조공정온도 [8] 가중요하다. a-si TFT 의제조공정은다양한박막형성공정이포함되어있으며, 약 300~350 의공 정온도를필요로한다. 플라스틱필름의열팽창계수 (CTE) 가약 50 ppm/ 정도임을고려할때 150 이상의온도에서박막형성공정이진행되면기판이휘는현상과박막이기판으로부터박리되는현상이발생된다. TFT 형성온도가낮아지면 TFT 의제반특성이나빠지는문제가있음을고려해볼때플라스틱기판상에 TFT 를형성하기위해서는저온에서다양한박막을형성시킬수있는새로운공법이개발되어야함을알수있다. 이러한문제를해결하기위해많은연구가진행되었으며, 최근삼성전자에서플라스틱기판을이용하여 130 공정으로 TFT 를형성하여 5'' 및 7'' 유연성 TFT-LCD prototype 을개발한바있다. 플라스틱기판중에서많이검토되고있는저가의 PET (polyethylene terephthalate) 를기판으로이용하기위해서는 PET 의 Tg (glass transition temperature) 인 80 이하에서공정이이루어져야하므로새로운기술개발이요구되고있다. LTPS TFT 의제조방식은여러가지가있으며, 각방식별공정최고온도가상이하다. 즉모든공정이 450 이하에서진행되는경우도있는반면, Table 1 과같이 600~700 까지요구되는경우도있다. 유연성디스플레이중에서가장기대를모으고있는 AMOLED 는 LTPS TFT 가요구되고있으며, 현재의기술수준으로는플라스틱기판상에 LTPS TFT array 를형성하는것이거의불가능한수준이다. 이러한상황을고려하여 Sony 와 Seiko- Epson 에서는플라스틱기판에직접적으로 LTPS TFT 를형성시키지않고종래유리기판상에 TFT 를형성한후이를플라스틱기판으로전사 (transfer) 시키는기술을개발하고있다. 이기술은 TFT 제조를위하여공정온도를낮출필요가없기때문에우수한성능의 TFT 제조가가능하지만, 플라스틱기판으로의전사과정에서 TFT 의손상이있을수있으며전사공정에따른생산비용의증가가단점으로지적되고있다. LTPS TFT 를형성할수

KIC News, Volume 11, No. 5, 2008 51 Table 1. LTPS TFT 제조공정별증착방식및공정온도의일례 [9] Process Tool Max Temp Duration@ Temp Comment Precursor Depo PECVD < 450 up to 3 min Depo time about 1.5 min Preheat/Post Anneal PECVD 400 450 Up to 10 min May Vary Dehydrogenation Furnace < 500 10 min RTA also can also be used SPC Anneal Furnace < 600 can be > 12 h MILC lower temp to < 400 500 SPC Anneal RTA < 710 4 8 min Activation Furnace < 550 1 h Activation RTA < 700 1 2 min Gate Insulator Depo Gate Insulator Densification Ion Doping PECVD (TEOS) < 450 up to 2 min Furnace < 500 about 1 h Ion Implant/ Shower < 220 about 1 min RTA method focuses heat on Si layer rather than glass ELA tool may also be used to activate dopants RTA method focuses heat on si layer rather than glass Depo time is short, may be less than 1 min Only used in some processes, RTA can be used at much shorter times Low temperature process, but temp concern because of resist burning Interlayer Dielectric Depo PECVD < 400 up to 3 min Depo time less than 2 min Hydrogenation Furnace < 450 about 10 min RTA, could potentially be used Film Quality Improvement HPA < 600 about 1 h High Pressure Anneal system, made by IHI, limited use to reduce Dit and improve mobility 있는또다른방법으로는비교적높은온도에서도공정이가능한 metal foil 을기판소재로채택하여유연성디스플레이를구현하고있다. 다양한 metal foil 중에서 steel 이나 Ni 금속필름은융점이높기때문에높은온도에서도사용될수있는장점이있는반면불투명하기때문에반사형디스플레이혹은 top emission 형의자발광디스플레이에만적용할수있다는한계가있다. 2.3.2. 플라스틱기판종류별특성이상과같이플라스틱기판이유연성디스플레이에적용되기위해서는내열성외에도공정상에사용되는용매에대해내화학성및일정범위이상의강직성 (rigidity) 이요구된다. 또한디스플레이의성능에직접적인영향을미치는기판의가시광투과도 (transmittance) 는기판을시각창으로이용하는 LCD, OLED, 전자종이에있어서중요하며 400~800 nm 의파장대에서 85% 이상의투과도가요구된다. 이러한관점에서다양한플라스틱기판의특성 [6,7,10,11] 을유리기판의특성과비교하여 Table 2 에간략히정리하였다. 2.3.3. 플라스틱기판의가스배리어특성이상과같이 plastic film 을유연성디스플레이용기판으로적용하기위해서는치수안정성이우수해야하고, 열팽창계수가낮아야하며, 강직성과내구성및가시광투과도가우수해야한다. 이러한요구성질외에또다른중

52 공업화학전망, 제 11 권제 5 호, 2008 Table 2. 다양한플라스틱기판의물성 [10] Physical property PMMA PC PET ARTON APEL ZEONEX PAR PEEK PES Glass Light transmittance (%) 93 * 89 * 87 93 95 90 91 92 * 87 * 78.8 ** 88 ** 93 Refractive index 1.49 1.59 1.66 1.51 1.51 1.525 1.61-1.65 1.45 Temperature dependence of refractive index ( 10-4 -1 ) 1.2 Coefficient of linear expansion ( 10-5 cm/cm/ ) 5 9 7 7 6.2 6 6.1 4.6 5.5 0.8 Coeffcient of photoelasticity ( 10-13 cm 2 /dyne) -6 72-4.1 2 6.5 69 Tensile strength (MPa) 68 65 72.5 76.2 50 60 60 124 74 Modulus of bending elasticity (GPa) 3.2 2.35 3.11 2.94 2.4 3.2 2.1 Izod impact strength (KJ/m) 2 3 75 100 4 4 6 2.4 Specific gravity 1.19 1.20 1.40 1.08 1.02 1.04 1.01 1.20 1.27 1.37 2.2 2.6 Molding shrinkage factor (%) 0.3 0.7 0.5 0.7 0.5 0.7 Melting point ( ) - - 265 - - - - 334 - Glass transition point ( ) 100 150 80 171 70 145 138 193 270 143 223 Permeability coefficient (g/m 2 /d) 40, 90% RH 4 0.1 0.1 14.4 208 Water absorption rate, 23, 24 h immersion 0.3 0.15 < 0.01 0.3 0.4 0.35 1.4 - Water absorption saturation rate 2 0.4 0.5 0.4 0.3 0.6 Dielectric breakdown strength (kv/mm) 20 30 43 40 39 137 177 Dielectric constant at 1 MH 3 3.0 3.0 2.3 3.0 3.14 3.96 Dielectric loss at 1 MH 0.04 0.01 0.02 0.0002 0.01 0.0063 0.0017 *: Transmittance was measured using 13-mm thick samples.(astmd72), **: Transmittance was measured using 100-µm thick samples. 요한성질은산소및수분과같은가스투과도 [12,13] 가낮아야한다는것이다. Table 3 과같이플라스틱기판의수분투과도는약 1~100 g/m 2 day 정도로서매우높은편이다. 그러나디스플레이의이미지특성열화 ( 액정의오염, 구동소자의열화, OLED 의 pixel shrinkage, OLED cathode 메탈층의산화등 ) 를막기위해서는외부로부터디스플레이내부로스며드는산소와수분을차단할수있는 gas barrier 박막이필요하다. 이때요구되는베리어박막의품질은디스플레이모드에따라다르지만 Figure 4 와같이 LCD 의경우투 습율이 10-2 g~10-3 g/m 2 day 이하이어야하며, OLED 의경우투습율이 10-5 ~10-6 g/m 2 day 이하, 투산소율이 10-3 ~10-4 cc/m 2 day 이하이어야한다. 전자종이의경우는 LCD 나 OLED 보다습도및산소에덜민감하며, 투습율이 10-1 g/m 2 day 이하이면된다. 가스베리어박막에관한연구는 1950 년대부터식품포장재개발을위해시작되었지만, 플라스틱기판용베리어의경우기판의광투과도를손상시키지않으면서기존의식품포장재의베리어보다투습도가 1,000 배이상낮아져야한다. 베리어박막의품질은증착면의청

KIC News, Volume 11, No. 5, 2008 53 Table 3. 다양한플라스틱기판의수분및산소투과율 [10] Polymer film Oxygen@25 dry [cc 25 µ/m 2 24 h] Water vaper@25 90% RH [g 25 µ/m 2 24 h] Polyvinyl alcohol 0.06 1,000.0 ethylene vinyl alcohol copolymer 0.30 40.0 Polyvinylidene chloride 1.60 0.1 Polyacrylonitrile 15.00 18.0 Polyamide 6 18.00 40.0 Polyester (biaxially stretched product) 45.00 5.0 Polyvinyl chloride 120.00 50.0 Polyester (amorphous product) 400.00 25.0 Polyethylene (high-density) 1,800.00 0.6 Polypropylene 2,500.00 1.7 Polycarbonate 3,600.00 40.0 Polystyrene 6,500.00 30.0 Polyethylene (low-density) 7,000.00 2.5 Polytetrafluoroethylene 7,500.00 1.0 Polybutadiene 35,000.00 65.0 Poly-4-methyl pentene 60,000.00 55.0 * 1: Vinyl alcohol 13.8 mol% Figure 4. 디스플레이모드별수분및산소허용투과범위 [11]. 결도, 베리어박막의치밀도, 인접층과의계면특성이복합적으로결부된특성으로서최근에는 Vitex 사의 Barix Coating 과같이유기 / 무기다층 (5 층의유기물과 5 층의무기물 ) 복합 막이서로적층된구조가많이연구되어지고있다. 또한미국의 GE 사에서 R2R 기반의 PECVD 공정을이용하여진공을깨지않은상태에서유기박막 ( 실리콘산화탄화막 SiOxCy) 과무기박막 ( 실리콘산화질화막 : SiOxNy) 을연속으로교차증착하는 Graded Ultra High Barrier 기술 [8] 을개발하였고, 아직양산성은미검증상태이나가스차단막코팅원가를획기적으로줄일수있는방법으로인식되고있다. 이외에도 Philips 사의 NONON stack 기술 3M 사의 Polymer/TCO (metal, metal nitride, or metal oxide) 의다층구조등이알려져있다. 플라스틱기판에 SiO 2, Al 2 O 3 등과같은무기화합물을 1 층형성시켜식품포장재용도로상용화되어있다. Table 4 는단층무기화합물박막의수분과산소투과율을제시한것으로서식품포장재용으로는적합하나디스플레이용으로적용은적당하지않음을알수있다.

54 공업화학전망, 제 11 권제 5 호, 2008 Table 4. PET 기판에형성된금속산화물박막의투습및투산소율비교 [10] Vaporized material Oxygen transmission rate (cm 3 /m 2 /day/atm) 20, 65%RH Water vapor transmission rate (g/m 2 /day) 40, 90%RH SiO 5 8 SiO 2 45 25 Al 2O 3 5 4 CaF 2 42 24 SnO 2 40 25 CeF 3-25 MgO 7 24 MgAl 2O 4 9 15 *The oxygen transmission rate of the #25PET substrate film (with a thickness of 25 µm) is 40 50 cm 3 /m 2 / day/atm; its water vapor transmission rate is 20 60 g/m 2 /day. Table 5. PET 기판에형성된다층배리어필름의투습및투산소율비교 [10] Specimen name Oxygen transmission rate (cm 3 /m 2 /day/atm) Water vapor transmission rate (g/m 2 /day) PET (50 µm) 30.5 5.3 Oxide/PET 1.55 1.5 Vapor-deposited metal film/pet 0.6 0.17 *(AlO x/polymer) n /PET (single pair) < 0.005 0.27 *(AlO x/polymer) n /PET (two pairs) < 0.005 < 0.005 *Drum film deposition data 유연성디스플레이용기판으로사용하기위해서는 Table 5 와같이플라스틱기판상에다층박막의형성을필요로한다. PET 기판상에아크릴레진과 AlOx 복합층을형성한경우투습율은 0.27 g/m 2 day 이며, 투산소율은 0.005 cm 3 /m 2 day atm 이하 ( 측정한계를넘어섬 ) 로측정되었다. 아크릴레진 /AlOx 복합층을 2 층으로할경우투습율은 0.005 g/m 2 day 이하, 투산소율은 0.005 cm 3 /m 2 day atm 이하로서모두측정한계를넘어선값을나타내었다. 이와같이 2 층의복합층이형성된기판을이용하여 OLED 소자제작이이루어졌으며, 6 개월후에도 OLED 의열화가일어나지않았다고보고되었다. 이상과같이플라스틱필름의가스베리어 코팅기술은유연성디스플레이구현을위해반드시요구되는것으로서가스투과성이낮은새로운재료의개발측면보다는기존재료를활용하여다층구조를취함으로써문제를해결하고있으며, 유연성 OLED 가가스차단특성측면에서는가장엄격히관리 [13] 되어져야한다. 2.4. 유연성기판시장전망유연성기판의응용분야인유연성디스플레이는전세계적으로연구개발단계에있으므로정확한시장예측이어려운상황이며현재다양한기관에서매년다양한예측을제시하고있다. 여기서는가장최근발표된유연성디스플레이세계시장을기준으로유연성기판의시장을예측한자료를제시하고자한다.

KIC News, Volume 11, No. 5, 2008 55 국내유연성기판의시장은세계시장과마찬가지로어플리케이션이거의없기때문에현재의시장규모가크지않다. 그러나최근유연성디스플레이를포함한유연성전자소자시장의규모가커질것으로예상됨에따라지속적으로성장하고있는추세이다. Figure 5. 유연성디스플레이세계시장전망. Figure 5 는 Displaybank[8] 에서예측한유연성디스플레이세계시장자료로서, 2008 년 15 백만불에서 2010 년 3 억 5 천만불, 2020 년에는약 498 억불로획기적인시장성장을할것으로예상하고있다. 플렉서블디스플레이의중심어플리케이션은 2011 년까지는신규어플리케이션인 e-paper 기술기반의 e-book 및광고판등이될것이며, 그이후로는모바일폰을중심으로한중소형대체어플리케이션이시장을리드할것으로전망하고있다. 유연성기판시장의경우는아직구체적인시장예측자료가없으며, 대부분의경우유연성디스플레이시장의 5~10% 정도로환산하여예측치를제시하고있다. 지식경제부에서발간한연구기획보고서에의하면, 유연성기판의세계시장규모를 Table 6 및 7 과같이제시하고있다. 2.5. 유연성기판의타산업분야응용예유연성기판의최대응용분야는디스플레이산업이될것이라는예측에대해서는많은학 연 산관계자들이인식하고있다. 그러나디스플레이이외에도 RFID[15], 센서, 태양전지등과같은산업분야에도적용되기시작하여꾸준히성장될것으로보고하고있다. 여기서는태양전지분야에유연성기판의적용사례 [16-18] 를간단히언급하고자한다. 현재태양전지의대부분은실리콘을이용하고있으나, 반도체소자제조공정으로제작되어공정이복잡하며, 또한실리콘원자재의수급이어려운문제가있다. 최근화합물반도체를이용한박막태양전지가저가화를위해많은연구가진행되었으나, 아직은실리콘태양전지대비효율측면에서크게유리하지않은상황이다. 태양전지에서효율문제와함께최대이슈중의하나는제조비용이다. 현재태양전지로전기를생성하는비용은킬로와트시당 30 센트정도인데, 이는평균적인가정용전기 Table 6. 유연성디스플레이및유연성기판시장 [14] ( 단위 : 억불 ) 구 분 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 유연성디스플레이 0.05 0.1 0.15 0.25 0.4 0.8 1.3 2.1 3.4 유연성기판 * ( 백만 $) 0.25 0.5 0.75 1.25 2.0 4.0 6.5 10.5 17.0 출처 : isuppli (06/03), 플라스틱 LCD 산업및기술동향, 전자부품연구원. 2006. 10, 재구성 유연성디스플레이시장에서기판비중은 5% 로추정 (Nomura Resarch Institute 시장분석 Report (2003)) Table 7. 투명고분자기판소재의세계시장규모 [14] ( 단위 : 억원 ) 구분 2001년 2002년 2003년 2004년 2005년 2006년 2007년 금액 < 5 10 20 27 30 40 55 출처 : isuppli (06/03), 플라스틱 LCD 산업및기술동향, 전자부품연구원. 2006. 10, 재구성

56 공업화학전망, 제 11 권제 5 호, 2008 Table 8. 유연성 CIGS 태양전지의효율 [17] Laboratory a Substrate b Material/technology η c (%) (AM1.5) NREL SS CIGS (coevaporation) 17.50 Matsushita SS CIGS (coevap.) 17.0 (act. area) Daystar Technol (USA)/NREL metal CIGS (coevap.) 16.9 Hahn-Meitner-Institut (GER) Ti CIGS (coevap.) 16.2 ZSW/Univ. Stuttgart (GER) ZSW/Univ. Stuttgart (GER) Ferritic steel (Al 2O 3 barrier) Ti (SiOx/SiOx: Na barrier) CIGS (coevap.) 13.8 CIGS (coevap.) 13.1 Matsushita SS (SiO 2barrier) CIGS (coevap.); Na-free 12.3 GSE/ITN SS CIGS (coevap.) 11.7 ISET Florida Solar Energy Center (USA) Mo SS CIGS (oxideparticle precursors, selenization) Cu (In, Ga)S 2 (sputtered precursors, selsnization) Inst. für Solar Thchnol. (GER) Cu tape CuInS2 (sulphurization) 9.1 CIS Solartechnik GmbH (GER) Cu or SS (with barrier) 11.7 10.4 CIGS (ED of precursors, RTP) 9.0 ETH (SWI) PI (lift-off) CIGS (coevap.) 12.8 IEC. Univ. Delaware (USA) PI CIGS (coevap.); Na-free 11.5 (12.1% AR) GSE/ITN PI CIGS (coevap.); Na-free 11.3 ZSW/Univ. Stuttgart (GER) PI CIGS (coevap.) 10.6 ISET PI (Upilex) CIGS (oxideparticle precursors, selenization) 8.9 Solarion GmbH (GER) polymer CIGS (ion beam assisted coevap.) 8 세의 2~5 배에달한다. 이러한제조비용문제에그나마자유로울수있는것이박막태양전지이다. 이와같이가격적으로다소유리한박막태양전지의또다른장점은유연한기판을이용하여태양전지를제조할있기때문에모양에구애받지않는유연태양전지 (flexible solar cell) 를구현할수있다. 많은기관에서 a-si, CdTe 및 CIGS (Cu/In/Ga/S or Se) 기반의박막형유연태양전지를개발을진행하여상용화가능수준의효율을확보하였으며, 해외의경우일부기업에서생산이시작되었다. 여기서는 3 종류의박막태양전지중에서상대적으로효율이가장우수하며, 저가를위한습식공정 [19-21] 이가능한 CIGS 태양전지를기준으로유연성기판적용사례를살펴보고자한다. 전형적인 CIGS 박막태양전지는 glass/mo/ chalcopyrite/buffer/i-zno/n-zno 의구조를가지며, 몇몇연구기관에서는 n-zno 대신에 ITO 를사용하고있다. 이러한 CIGS 박막태양전지는 2003 년에이미모듈효율 13% 를달성하였고, 실험실규모의단위셀효율은 19.9% 에도달하였으며, 유연한기판을사용하여유연태양전지의제조가가능하고, 또한비진공공정에의한저가의 CIGS 태양전지의제조가가능하다. 유연기판기반의 CIGS 태양전지의적용예를 Table 8 에제시하였다. Table 8 에서알수있듯이 NREL 에서는 coevaporation 방식으로 stainless steel 상에 CIGS 흡수층을형성시켜 17.5% 의광전변환효율을보고하였고, CIS Solartechnik GmbH 에서는

KIC News, Volume 11, No. 5, 2008 57 Figure 6. 유연성기판을적용한 CIGS 태양전지의효율 [18]. electrodeposition 방식으로 CIGS 흡습층을형성하여 9.0% (Cu substrate) 의광전변환효율을보고하였다. ISET (International Solar Electric Technologies) 의경우도비진공방식 [20] 으로 CIGS 흡수층을형성하여 8.9% (polyimide substrate) 의광전변환효율을보고하였다. 또한 Nanosolar 의경우스크린프린팅으로 CIGS 흡수층을형성하였으며, 15% (polyimide & metal substrate) 의광전변환효율을보고하였다. Figure 6 에 CIGS 태양전지에적용된다양한유연성기판종류별광전변환효율을제시하였다. 3. 결언 국내의디스플레이산업은세계 1 위의시장점유율을지속하고있으며, 신기술개발에도노력을아끼지않고있다. 따라서차세대디스플레이로예상되는유연성디스플레이도곧가시화되어향후에도우리나라산업발전에기여를할것으로예측하고있으며, 핵심부품인유연성기판의발전도동시에이루어질것으로전망된다. 또한디스플레이이외에도 RFID, 태양전지, 센서등다양한유연성전자정보소자 의출현도기대되고있을뿐만아니라향후이분야의산업이크게성장할것으로전망하고있다. 현재의우리나라디스플레이시장점유율에비해부품소재의국산화율이낮은것을감안한다면유연성기판은원천기술을확보할수있는좋은기회로보여지며, 산 학 연 관의유기적인협조하에체계적이고조직적인연구개발이필요할것으로판단된다. 현재지식경제부에서는부품소재기술개발과제로서 메모리기능과동화상구현이가능한모바일디바이스용 Flexible FLCD 모듈개발, 중기거점기술개발사업으로서 100% 인쇄방식을이용한초저가플라스틱 RFID Tag 제조상용화기술개발 및차세대신기술개발사업인 초저가 All Dry Process 를이용한두루마리기판상의 CMOS 회로및 Backplane System 핵심및원천기반기술개발 과제가진행중에있다. 현재의전자소자보다획기적으로가격을낮출수있고, 또한다양한응용제품에의적용이가능한유연성기판기반의연구개발이성공적으로수행되어향후우리나라경제발전과국가경쟁력향상에기여할것으로기대된다. 참고문헌 1. 김완수, 플렉시블 LCD 개발현황및기술로드맵, KETI 전자정보센터, http://www. eic.re.kr (2007). 2. 김완수, 플라스틱 LCD 산업및기술동향, KETI 전자정보센터, http://www.eic.re.kr (2006). 3. 유럽플렉시블디스플레이시장동향, KETI 전자정보센터, http://www.eic.re.kr (2007). 4. 박이순, 한윤수, KETI 기술기획실, E- Paper 산업동향, KETI 전자정보센터기획리포트, http://www.eic.re.kr (2004). 5. 박이순, 한윤수, KETI 기술기획실, E-Paper

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KIC News, Volume 11, No. 5, 2008 59 % 저자소개 한윤수 1994 경북대학교고분자공학과학사 1996 경북대학교고분자공학과석사 2000 경북대학교고분자공학과박사 2000~2003 LG전자 ( 주 ) 선임연구원 2003~2004 경북대학교연구초빙교수 2005~ 현재 대구경북과학기술연구원 선임연구원 권영환 1989 경북대학교고분자공학과학사 1991 경북대학교고분자공학과석사 1991 1996 국방과학연구소 (ADD) 연구원 2001 University of Massachusetts Lowell 박사 2001~2002 MIT Postdoc 2002~현재 대구대학교화학공학과조교수 전찬욱 1991 서울대학교금속공학과학사 1993 포항공과대학교신소재공학과석사 1998 포항공과대학교신소재공학과박사 1998~2001 ( 주 ) 하이닉스선임연구원 2001~2005 Institute of Photonics (Univ. Strathclyde) Researcher 2005~2006 대구경북과학기술연구원선임연구원 2006~ 현재영남대학교디스플레이화학공학부조교수 김재홍 1993 경북대학교염색공학과학사 1995 경북대학교염색공학과석사 1999 Kyoto Institute of Technology 박사 1999~2001 University of Houston Post-Doc. Fellow 2001~2005 경희대학교연구교수 2005~ 현재 영남대학교 디스플레이화학공학부조교수 곽기섭 1996 경북대학교고분자공학과학사 1997 니이가타대학응용화학과연구생 1999 니이가타대학자연과학연구과석사 2002 쿄토대학공학연구과고분자전공박사 2002 사이먼프레이저대학화학과연구원 2002~2006 나라선단과학기술대학원대학조수 2006~2007 경북대학교고분자공학과전임강사 2008~ 현재경북대학교고분자공학과조교수 오현식 1997 경북대학교고분자공학과학사 1999 경북대학교고분자공학과석사 2003 일본 Japan Advanced Institute of Science & Technology (JAIST) 재료공학박사 2003~2004 일본 JSR 연구원 2004~현재 특허청화학생명공학심사국 심사관 박이순 1971 서울대학교응용화학과학사 1973 서울대학교화학공학과석사 1982 Univ. of So. Mississippi 고분자공학박사 1982~1987 Dresser Ind. Inc. Senior Chemist 1987~현재 경북대학교고분자공학과교수