국내 연구진이 공정에 높은 온도가 필요하지 않으면서도 고해상도를 낼 수 있는 소재 기술을 개발하고 이를 OLED 디스플레이에 적용해 실제 제품까지 상용화하는 데 성공했다. 본 성과는 소재 자립화를 이루며 우리나라가 디스플레이 산업의 경쟁력을 유지하는 데 큰 도움이 될 전망이다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 100℃ 이하 공정온도에서도 픽셀 크기가 3μm 이하로 만들 수 있는 소재 기술을 개발하고 이를 국내 최초로 OLED 마이크로디스플레이에 적용하는 데 성공했다고 밝혔다.

디스플레이는 빛을 받으면 화학적 특성이 달라지는 포토레지스트(Photoresist)라는 소재로 얇은 막에 세밀한 픽셀을 형성해 만든다. 포토레지스트는 디스플레이를 만드는 데 꼭 필요하지만, 소재를 만들거나 이를 다루는 기술이 어려워 그간 주로 수입 제품에 의존해오고 있었다.

2019년부터 수출규제가 시작된 뒤, ETRI는“ICT 소재·부품·장비 자립 및 도전기술 개발”과제와“저온 경화 및 고해상도 컬러 포토레지스트 소재 개발”과제 등을 수행하며 기술 자립을 위해 노력해오고 있었다.

지금까지 포토레지스트 소재는 높은 온도에서 공정을 진행하였다. 기존에 많이 쓰인 LCD 디스플레이는 구조상 유리막이 있어 고온에서 공정을 진행해도 문제가 없었다. 하지만 차세대 디스플레이로 떠오른 OLED는 높은 온도에서 빛을 내는 발광다이오드에 문제가 생길 수 있다. 이로 인해 낮은 온도에서도 공정이 가능한 소재 기술을 개발하는 것이 관건이었다.

우선 과제 참여기관인 SKC 하이테크앤마케팅과 동진쎄미켐에서 포토레지스트의 핵심원료인 안료를 국산화하고 이를 적절히 배합하면서 낮은 온도에서도 색이 균일하게 도포될 수 있는 포토레지스트 소재를 만들었다. 개발된 소재는 국내 경쟁기업은 물론, 일본 기업에서도 개발하지 못한 혁신적인 성과로 평가받고 있다.

ETRI는 개발된 포토레지스트 소재를 국내 최초로 OLED에 적용했다. 연구진이 만든 시제품은 웨어러블 기기에 적합한 0.7인치 크기의 마이크로디스플레이다. 한 픽셀 당 크기는 3μm 이하로 1인치당 2,300개 픽셀을 밀집해 초고해상도 패널을 제작할 수 있다.

연구진은 2016년부터 증강현실(AR) 구현을 위한 OLED 마이크로디스플레이 관련 연구를 진행하며 본 시제품을 만드는 플랫폼 역할을 수행할 수 있었다. ETRI는 이외에도 개발된 소재의 성능을 평가하거나 세계적인 학술대회와 전시회 출품도 지원했다.

검증을 완료한 뒤, 개발된 소재는 국내 S기업에 독점 공급을 이루는 데 성공했다. 특히, 해당 회사가 올해 출시한 스마트폰의 모바일용 OLED 디스플레이 패널에 본 소재가 적용되면서 세계 최초 상용화 사례를 낳았다. 덕분에 2021년에만 600억 원 이상의 경제적 파급 효과가 예상되며 실질적인 소재 국산화 및 자립화를 해냈다는 평가를 받을 수 있었다.

연구를 주도한 ETRI 조남성 책임연구원은“정부와 기업, 국책연구소가 함께 국가 과제를 통해 원천 소재 국산화를 이루는 데 성공했다. 본 성과가 소부장 자립은 물론, 우리나라가 디스플레이 산업 종주국 지위를 유지하는 데 도움이 되기를 바란다.”고 밝혔다.

향후 ETRI는 1인치당 픽셀이 3,000개가 들어갈 정도로 더욱 높은 해상도를 지닌 패널을 개발하기 위한 후속 연구를 진행할 예정이며 개발된 마이크로디스플레이 기술을 관련 기업에 이전하는 논의를 진행하고 있다.

또한, 본 연구 부서가 지난해 국가연구실(N-Lab) 로 선정된만큼 앞으로도 다양한 국가 산업기술지원을 위한 프로그램을 운영하면서 디스플레이 기술지원 활동을 적극 수행할 예정이다.

본 성과는 소재부품장비 자립을 위해 2020년 1월부터 과학기술정보통신부 및 국가과학기술연구회가 지원하는 ETRI 기본사업의 일환으로 얻을 수 있었다.