접는 스마트폰·휘어지는 태양전지

지식경제 프론티어 사업 (4) 차세대 정보 디스플레이

10년간 1800여건 특허…642건 SCI급 논문 발표
미래 디스플레이 이끌 원천기술 개발 박차

접고 다닐 수 있는 스마트폰, 구부릴 수 있어 설치비를 대폭 줄일 수 있는 태양전지까지….

지식경제부가 연구·개발(R&D)을 지원한 프론티어 사업 중 하나인 차세대 정보 디스플레이 기술 개발사업단이 거둔 성과들이다.

2002년 6월 개발을 시작한 사업단은 지난해까지 10년간 해외 631건, 국내 1194건 등 1800여건의 특허를 출원했고 642건의 과학기술논문인용색인(SCI)급 논문을 해외 저널에 발표했다.

휘어지는 유기박막트랜지스터-유기발광다이오드(OTFT-OLED) 패널 개발은 이 가운에서도 가장 주목받는 성과다. 세계 1위인 한국 디스플레이 산업이 패널을 자유롭게 구부려 가지고 다닐 수 있는 차세대 플렉서블 시장에서도 주도권을 잡게 해줄 후보 기술 중 하나로 주목받기 때문이다.

송정근 동아대 전자공학과 교수 연구팀이 개발한 이 기술은 OLED 패널의 소자들이 색을 내도록 신호를 끄고 켜는 스위치 역할을 하는 트랜지스터다.

유리와 OLED로 구성된 상판 뒤쪽에 부착해 패널을 제어하는 기능을 담당한다. 패널을 자유롭게 휠 수 있게 하려면 상판 유리뿐만 아니라 하판 트랜지스터도 유연 소재를 사용해야 하는데 연구팀은 유기재료와 플라스틱 기판을 이용해 자유롭게 구부릴 수 있는 유기박막트랜지스터를 개발하는 데 성공했다. 연구팀은 7인치 크기의 휘는 OLED 패널 시제품도 제작했다.

실리콘, 산화물 등 고체 소재를 이용해 트랜지스터를 만드는 기존 방식에서는 500도 이상의 고온 공정을 거쳐야 하지만 이 기술은 유기물을 사용하기 때문에 100도 이하의 공정에서 생산할 수 있어 고온에 약한 플라스틱 기판에도 적용할 수 있는 게 장점이다. 게다가 유기물을 잉크처럼 만들어 인쇄하듯이 생산할 수 있어 제작 비용을 줄일 수도 있다.

삼성디스플레이, LG디스플레이 등 국내 제조사들도 고체 소재를 이용한 공정에서 벗어나 유기박막트랜지스터를 도입하는 방안을 검토 중이다.

하지만 불순물이 들어가거나 산소와 결합하면서 유기 소자의 특성이 변하는 문제를 극복하지 못해 양산까지는 추가 기술 개발이 필요한 상태다.

송 교수는 “실리콘 반도체 개발 역사를 보면 소자 특성 변화로 인해 초창기 어려움을 겪었지만 집중적 투자가 이뤄지면서 이를 극복해나갔다”며 “유기 소재는 아주 다양한 재료를 합성해서 만들 수 있기 때문에 신뢰도에 영향을 주는 요소가 무엇인지만 찾아내면 문제점을 해결할 수 있을 것”이라고 설명했다.

이종람 포스텍 신소재공학과 교수 연구팀이 개발한 초박형 극평판 금속기판 제조 기술도 디스플레이 분야 산업 경쟁력을 높일 기술로 주목받고 있다. 특별한 평탄화 공정을 거치지 않아도 금속 기판의 표면 거칠기를 획기적으로 낮출 수 있는 기술로 태양전지 패널 생산 원가를 낮추는 데 기여할 것으로 기대된다.

또 자유롭게 휠 수 있는 기판 특성 때문에 태양전지 설치 과정도 간편해질 것으로 예상된다. 이 교수는 개발 성과를 인정받아 지난해 지식경제부 장관상, 2011년에는 대한민국발명특허대전 대통령상까지 수상했다.

김태훈 기자 taehun@hankyung.com