'디스플레이 세상' 실현의 일등공신<br>LCD, 화학 재료 비중 57%나<br>컴퓨터·휴대폰등 다방면 활용도
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[재미있는 화학이야기] 화학은 세상을 바라보는 창
'디스플레이 세상' 실현의 일등공신LCD, 화학 재료 비중 57%나컴퓨터·휴대폰등 다방면 활용도
양철승 기자 csyang@sed.co.kr
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현대인이 하루 동안 가장 많이 바라보는 것은 무엇일까. 여러 가지가 떠오를 수 있겠지만 그중에서 으뜸은 아마도 디스플레이일 것이다. TVㆍ컴퓨터ㆍ휴대폰 등 현대인의 필수품이 돼버린 문명의 이기들을 생각하면 그 이유를 짐작할 수 있다.
최근에는 디지털카메라ㆍ내비게이션ㆍ게임기 등의 휴대기기들은 물론 가전기기나 사무기기에 이르기까지 적용 분야를 특정할 수 없을 만큼 디스플레이의 활용도가 대폭 확대되고 있다. 디스플레이를 보지 않고 하루를 보내는 것이 불가능할 정도다.
이처럼 디스플레이는 현대인들과 가장 가까운 자리에서 세상의 다양한 정보를 제공해주는 창(窓)이자 세상 사람들과 소통하게 해주는 매개체가 되고 있다.
이를 보면 액정표시장치(LCD)와 발광다이오드(LED)로 대변되는 디스플레이 산업이 21세기 정보화시대를 이끌어가는 핵이며 디스플레이를 빼놓고는 현대사회를 얘기할 수 없다는 주장이 결코 허언으로 들리지 않는다.
바로 이 같은 디스플레이 세상을 실현시킨 일등공신이 화학이다. 눈에는 보이지 않지만 디스플레이를 구성하는 모든 부품과 재료들이 화학소재와 화학공정에 기반하고 있기 때문이다. 실제 디스플레이의 대표주자인 LCD는 화학소재 및 공정을 거쳐 생산된 재료의 비중이 57%에 달한다. 회로 모듈, 백라이트 모듈, 패널 등이 모두 화학기술의 산물이다.
일례로 연성인쇄회로기판(FPCB)과 액정 배향막에는 고분자 폴리이미드(PI) 필름이 핵심 소재로 사용된다. 또한 백라이트를 구성하는 반사판ㆍ도광판ㆍ확산판ㆍ프리즘시트에는 폴리에스테르(PET), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)가 쓰인다.
그리고 패널부의 편광판, 컬러필터, 광학ㆍ반사필름에는 각각 폴리비닐알코올(PVA), 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 폴리카보네이트(PC), 폴리에테르술폰(PES) 등의 화학소재가 투입된다.
LCD 패널의 요체라고 할 수 있는 액정 역시 화학물질이다. 액정은 액체와 고체의 중간쯤에 위치한 물질로 전기가 통하면 분자들의 배열이 바뀌는 독특한 물성을 지니고 있다. 이렇게 각 액정 분자의 배열을 바꿔 빛이 투과되는 양을 조절하는 방식으로 색깔을 내는 것이 LCD 패널의 기본원리다.
이는 비단 LCD뿐만이 아니다. 종류와 기능은 조금씩 달라도 브라운관(CRT), 플라스마디스플레이패널(PDP), 유기발광다이오드(OLED), 능동형 유기발광다이오드(AMOLED) 등 모든 디스플레이가 화학소재들을 근간으로 만들어진다.
또 디스플레이 장치가 크고 무거운 브라운관에서 고해상도의 초박형 AMOLED로 진화할 수 있었던 것이나 이 과정에서 패널의 대면적화ㆍ경량화ㆍ박막화ㆍ광시야각화가 이뤄진 것도 화학의 힘이라 할 수 있다.
저전압 구동능력, 내열성, 절연성, 광투과성, 평탄성 등이 개선된 화학 신소재의 개발이 선행되지 않았다면 이 같은 발전도 없었을 것이기 때문이다.
한국화학연구원 화학소재연구단의 이창진 박사는 "디스플레이는 전자제품으로 구분되지만 화학제품으로 불러도 무방할 만큼 화학기술의 결정체"라며 "이를 감안하면 우리는 화학을 통해 세상을 바라보고 있는 것과 같다"고 설명했다.
현재 화학연구원에서는 고내열성 PI 필름, 광시야각 디스플레이용 액정배향막 용액을 개발해 상용화에 성공하는 등 디스플레이 소재 전반에서 다각적인 연구를 수행하고 있다.
이중 지난 2007년 SKC가 상용화한 PI 필름의 경우 미국ㆍ일본의 3~4개사가 독점하고 있던 기술을 국산화한 것으로 유연하게 휘어지는 플렉시블 디스플레이, 동그랗게 말리는 롤업(roll-up) 디스플레이 같은 미래형 디스플레이 개발의 필수소재라는 점에서 큰 의미를 갖는다.
이 박사는 "디스플레이 기술은 기본적으로 대면적화와 단가하락을 동시에 꾀하는 것이 핵심"이라며 "이 관점에서 미래의 디스플레이는 인쇄공정의 도입이 가능한 무기반도체 트랜지스터를 활용하는 방향으로 전개될 것"이라고 밝혔다.
기존의 유기반도체 트랜지스터는 반도체 회로를 만드는 패터닝에 5개 공정이 필요한데 이때 90%에 이르는 원료물질이 제거되고 4~5종의 장비가 동원돼야 해 비용 대비 효율성이 떨어진다는 이유에서다.
반면 무기반도체는 무기물의 용액화가 가능하기 때문에 잉크젯 프린터로 인쇄하듯 단 한번의 공정으로 박막 트랜지스터를 만들 수 있다. 그리고 이를 통해 30% 이상의 가격인하 효과를 거둘 수 있다.
물론 이를 현실화하기 위한 반도체ㆍ도체ㆍ절연체 잉크, 절연막, 배선재료 등의 개발도 화학이 해결해야 할 과제임은 당연하다. 결국 지금까지 그래왔듯 디스플레이의 미래 또한 화학의 손에 달려 있는 셈이다.
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