PVDF 기술을 사용하여 스피커 역할을 하는 구부러지는 OLED 디스플레이

기술의 세계에서 유연한 전자 장치는 획기적인 혁신을 가져올 것으로 기대됩니다. 이는 현재 높은 비용과 내구성 문제에 직면해 있는 폴더블 폰뿐만 아니라, 웨어러블 기기, 스마트 섬유, 진단 도구, 약물 전달 시스템, 건강 모니터링 분야의 롤러블 디스플레이와 애플리케이션에도 적용됩니다.

따라서 유연한 전자 제품은 가벼움과 연성 덕분에 혁신적인 가능성을 보여주며, 이를 통해 새로운 기능을 추가하고 산업 전반에서 제품의 성능을 바꿀 수 있습니다. 

이러한 유연한 전자 장치는 복잡한 모양에 맞게 조정할 수 없고 주로 평평한 표면에 적용되는 분야에 사용되는 기존의 단단한 전자 장치의 가능성을 뛰어넘습니다. 

기존 전자 제품은 유연성이 부족하여 설계에 자유가 거의 없습니다. 이는 복잡하고 색다른 장치를 배제하고, 딱딱한 특성으로 인해 손상 문제도 발생합니다.

당연히 유연한 전자 장치는 무작위 모양의 곡선이나 변형된 표면과 같은 유연한 환경에 매우 잘 적응하여 이러한 문제에 대한 해결책을 제공합니다.

게다가, 인간-전자 상호작용에서 유기적 사용자 인터페이스(OUI)에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 유연한 디스플레이는 여기서 사용자와 장치 간의 정보 전달에 중요한 역할을 합니다.

그 결과, 차세대 디스플레이 기술로 모양이 변하는 디스플레이가 각광받고 있습니다. 

폴더블 OLED 디스플레이의 발전

이제 구부러지는 OLED 디스플레이 분야의 몇 가지 주요 개발 사항을 살펴보겠습니다. 유연한 OLED는 유연한 기판을 사용합니다. 그러나 첫 번째 세대의 유연한 OLED는 실제로 유연하지 않았습니다. 제조업체는 디스플레이를 휘었지만 최종 사용자는 실제로 구부릴 수 없었습니다. 

차세대 플렉시블 디스플레이는 접을 수 있는 형태가 될 수 있으며, 기업들은 이제 비용 효율적인 스크롤 가능 OLED 도입을 고려하고 있습니다. 

상용화는 느리게 진행되고 있지만, 연구자들은 많은 진전을 이루고 있습니다. 불과 몇 년 전인 2022년 미네소타 대학의 연구원들은 3D로 인쇄된 유연한 OLED 디스플레이 저비용 OLED 디스플레이를 현실화한다는 목표로 전체적으로 개발되었습니다.

기계공학과 교수이자 수석 연구 저자인 Michael McAlpine은 다음과 같이 언급했습니다.

"OLED 디스플레이는 일반적으로 크고 비싼 초청정 제조 시설에서 생산됩니다. 우리는 기본적으로 이 모든 것을 압축하여 주문 제작한 테이블탑 3D 프린터로 OLED 디스플레이를 인쇄할 수 있는지 알아보고 싶었습니다. 이 프린터는 Tesla Model S와 거의 같은 비용입니다."

이것은 첫 번째 시도가 아니었습니다. 이 팀은 이전에도 같은 것을 시도했지만 레이어의 일관성에 문제가 있었습니다. 이번에 연구자들은 두 가지 다른 인쇄 모드를 결합하여 3개의 장치 레이어를 인쇄했습니다. 팀은 XNUMXD 프린터를 사용하여 활성 레이어를 스프레이 인쇄했고 전극, 절연, 캡슐화 및 상호 연결은 압출 인쇄했습니다.

그 결과, 2,000번의 굽힘 시험에서도 안정적인 방출을 보이는 유연한 OLED 디스플레이가 탄생했습니다.

매우 안정적이고 투명하며 방수성이 뛰어나며 플렉시블 OLED도 개발됐다 KAIST 전기공학부 연구진이 개발했습니다. 이를 위해 그들은 높은 광 투과율과 전기 전도도를 가진 2D 소재인 MXene 나노기술을 사용했습니다.

MXene 기반 RGB OLED는 1,000 cd/m2 이상의 밝기를 방출하여 햇빛 아래에서도 육안으로 감지할 수 있습니다. 반면, 빨간색 MXene 기반 OLED는 유연하여 낮은 곡률에서 1,000회 사이클을 견뎌냈고, 대기 저장 수명은 2,000시간, 대기 작동 수명은 1,500시간이었습니다.

"매트릭스 형태의 MXene OLED를 제작하고 간단한 문자와 모양을 표시함으로써 MXene이 투명 디스플레이 분야에 적용될 수 있는 기반을 마련했습니다."

– 박사과정생 정소영.

연구원들은 MXene을 전기 장치에 적용하기 위한 지침을 제공하는 것 외에도 이것이 적용될 것으로 기대합니다. 자동차나 기능성 의류처럼 유연하고 투명한 디스플레이가 필요한 다른 분야에서도 활용될 수 있습니다.

지난 여름, 전기 엔지니어 팀이 해상도 저하 문제를 극복하다¹ 구부러지는 스크린의 경우 구부러졌을 때.

문제는 장치가 구부러지면 픽셀 사이의 공간이 넓어져 어두운 틈이 노출되어 해상도가 손실되기 때문에 발생합니다. 이 문제를 해결하기 위해 연구자들은 장치가 구부러졌을 때만 보이는 초박형 OLED를 추가했습니다. 그렇게 함으로써 정상적인 스트레칭 중 기하학적 필 팩터가 97%로 향상되었습니다.

이를 위해 팀은 매우 얇은 OLED를 만들어 4축 스트레칭(재료가 동시에 4방향으로 스트레칭되는 것을 의미)을 통해 구조물에 부착하여 정확하고 변형 없는 정렬을 구현했습니다. 일부는 '접혀서' 숨겨져 스트레칭 시 표면으로 점차 올라옵니다. 

몇 달 전, 미시간 대학의 연구원들은 유연한 디스플레이를 개발하다 숨겨진 이미지를 저장하고 보여줄 수 있는 오징어에서 영감을 얻었습니다. 이 화면은 전자책, 바코드, 스티커, 의류와 같이 빛과 전력이 제한된 환경에 적용될 수 있습니다.

한편, 올해 초의 연구에서는 플렉시블 OLED를 위한 새로운 리프트오프 공정² 디스플레이. 새로운 방법은 그래핀을 기반으로 하며 GLLO 또는 그래핀 레이저 리프트 오프라고 합니다.

여기서 돌파구는 GLLO를 사용하여 2.9μm 두께의 초박 PI 기판을 기계적 손상을 일으키거나 탄소 잔류물을 남기지 않고 성공적으로 분리한 것입니다. 게다가 GLLO로 처리한 OLED는 전기적 및 기계적 성능을 유지했으며 기능 저하 없이 극심한 변형을 견뎌냈습니다.

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상업적으로 실행 가능한 접이식 디스플레이를 향한 추진

이 분야에 대한 연구가 계속 진행되고 있는 한편, 이러한 접이식, 말 수 있는, 구부릴 수 있는, 늘어날 수 있는 디스플레이 중 일부는 상업적으로 성공을 거두기 시작했습니다. 

올해 초 삼성은 공개 CES 2025에서 새로운 유연한 OLED 디스플레이 솔루션을 선보였습니다. 여기에는 회사가 올해 대량 생산을 시작할 "세계 최초의 18.1인치 폴더블" 모니터가 포함되었습니다. 삼성은 또한 이 행사에서 기기 제조업체를 위한 XNUMX개의 롤러블 또는 슬라이드형 디스플레이를 전시했습니다.

한편, 삼성 갤럭시 Z 폴드 6, 구글 픽셀 9 프로 폴드, 모토로라 레이저 플러스, 원플러스 오픈, 오포 파인드 N5와 같은 폴더블 폰은 현재 시장에서 가장 인기 있는 휴대폰에 속합니다.

이처럼 변형 가능한 디스플레이는 유연성을 활용하여 사용자 편의성을 극대화하고 얇고 가볍고 컴팩트한 디자인을 강조합니다. 

스피커, 센서, 액추에이터와 같은 요소도 이러한 디스플레이에 통합되어 사용자 상호작용 경험을 더욱 향상시키고 효과적인 정보 전달을 제공하고 있습니다.

그러나 사운드 기능을 통합하려면 추가 구성 요소가 필요하므로 디자인이 복잡해집니다. 따라서 변형 가능한 디스플레이는 여전히 기계적 구현(와이어 및 힌지)과 같은 과제에 직면합니다. 

예를 들어, 기존 기술은 디스플레이 패널에 직접적인 힘을 가해 구부림을 유도하여 시야를 넓히고, 왜곡을 줄이며, 곡면 화면에서 필요에 따라 화면을 변경하여 사용자 몰입도를 높입니다. 평면 화면을 구부릴 수 있는 디스플레이로 바꾸기 위해 와이어를 부착하거나 디스플레이 패널을 물리적으로 접는 것 외에도, 와이어를 감거나 패널을 밀어내기 위한 추가적인 기계적 구현이 필요한 경우가 많습니다. 

그러나 이러한 장치는 단단하고 부피가 크다. 이는 두께가 증가하고, 유연성이 감소하며, 다양한 모양으로 변형이 제한됨을 의미한다. 따라서 유연성, 휴대성, 컴팩트한 디자인을 갖춘 다양한 모양을 취할 수 있는 미래 디스플레이를 실현하기 위해서는 상당한 기술적 한계를 극복해야 한다.

이를 위해서는 디스플레이 패널의 유연성을 향상시키고 전반적인 유연성을 손상시키지 않으면서 모양을 바꿀 수 있는 연구가 필요합니다.

새로운 연구에서는 이를 달성했습니다. 다기능의 유연한 OLED 디스플레이는 단일 통합 신호를 통해 역동적인 모양으로 구부러지고 소리를 방출할 수 있습니다. 이는 PVDF(폴리비닐리덴 플루오라이드)와 변형 엔지니어링을 활용하는 새로운 액추에이터 구조의 도움으로 가능해졌으며, 부피가 큰 힌지나 외부 스피커가 필요 없습니다.

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스피커가 내장된 초박형, 형태 변형 OLED 패널

포항공과대학교(POSTECH) 연구진이 자유롭게 모양을 바꿀 수 있는 유기발광다이오드(OLED) 패널을 세계 최초로 개발했습니다. 

모양이 바뀌면서 스피커로서의 기능도 구현되었는데, 이는 스마트폰용 OLED 패널의 초박형, 유연한 특성을 희생하지 않고도 달성되었습니다.

이러한 성과를 통해 연구자들은 모양 적응성과 오디오 기능을 하나의 장치에 통합하는 과제를 극복했습니다.

이번 연구는 산업통상자원부, LG디스플레이-포스텍 창업보육협력사업, 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다. 자연에 게시 됨.³ 그것은 제거를 위한 새로운 솔루션을 자세히 설명했습니다. 움직임과 소리 출력을 위한 외부 구성 요소가 필요합니다.

새로운 솔루션은 특수 초박 압전 폴리머 액추에이터를 기반으로 합니다. 이 장치는 압전 효과를 사용하여 전기 에너지를 기계적 운동으로 변환하고, 그 반대로도 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)와 같은 유연성 있는 소재를 활용합니다.

디스플레이 패널에 통합되면 40μm 두께의 PVDF 필름으로 만든 액추에이터는 신속한 작동과 진동을 통해 소리의 방출과 복잡한 모양 변형을 가능하게 합니다. 이 팀은 PVDF에 비대칭 변형 엔지니어링을 사용하여 전기 신호를 통해 변형을 얻었습니다.

전기적으로 구동되는 모양 변환은 오목, 볼록, S자형, 역 S자형, 움직이는 디스플레이처럼 반응하는 물결 모양 등 다양한 복잡한 형태로 변환할 수 있습니다.

여기서 중요한 점은 변형이 전적으로 전기 신호를 통해 얻어진다는 것입니다. 즉, 외부 모터, 기어 또는 힌지가 없습니다. 

OLED 디스플레이는 기계적 구성 요소가 전혀 필요하지 않기 때문에 특유의 부드러움, 얇음, 가벼운 디자인을 유지합니다.

흥미롭게도, 이 액추에이터는 고주파 전기 신호에 노출되면 진동을 생성할 수도 있어 디스플레이가 스피커로 작동할 수 있습니다. 연구를 이끈 전기공학과의 최수석 교수에 따르면:

"이것은 외부 구성 요소 없이 자유형 모양 변형과 내장 사운드 출력을 단일 초박형 OLED 패널에 결합한 최초의 기술입니다. 우리는 OLED가 알려진 모든 것, 즉 얇음, 유연성, 가벼움을 보존하고 복잡하고 역동적인 모양 변형과 추가 사운드 방출의 완전히 새로운 방향으로 기능을 확장했습니다."

이 기술은 스마트폰 크기의 실제 OLED 패널에서도 성공적으로 테스트되었습니다. 연구팀이 이 기술을 구현했을 때, 실용적인 6인치 OLED 디스플레이 패널은 서로 다른 기하학적 구조 사이에서 안정적이고 가역적인 형태 변형을 보였으며, 얇고 유연하며 컴팩트한 상태를 유지하면서도 선명한 소리를 생성했습니다.

이 새로운 디스플레이는 시중에 나온 최초의 종류입니다. LG의 5K 2K 벤더블 모니터와 같은 현재의 상업용 디스플레이는 여전히 모터화된 구조적 지지에 의존합니다. 그리고 디스플레이 표면에 오디오를 통합하지 않는 삼성의 AI 강화 OLED가 있습니다.

POSTECH 연구진의 접근 방식은 기계적 적응성과 음향 출력을 독특하게 결합한 것으로, 이를 OLED 구조 자체에 완전히 내장하는 동시에 스마트폰만큼 작은 크기에도 불구하고 매우 얇은 유연성을 유지한다는 특징이 있습니다. 

이 획기적인 발전은 새로운 세대의 폴더블 스마트폰과 형태 변환 웨어러블을 위한 길을 열 잠재력이 있습니다. 또한 여러 산업 분야에서 지능적이고 몰입적인 오디오-비주얼 장치를 만드는 데 도움이 될 수 있습니다. 

이 기술이 유연한 전자장치에 적용되면 3~5년 내에 틈새 시장에서 처음 등장할 가능성이 높으며, 이후 소비자들이 더 폭넓게 수용하게 될 것입니다.

혁신적인 회사

LG 디스플레이 (주) (LPL )

플렉시블 및 OLED 디스플레이 기술 분야의 글로벌 리더인 LG디스플레이는 차세대 폼 팩터와 다기능 디스플레이를 적극적으로 탐색하고 있습니다. 

작년 말, 한국에 본사를 둔 이 회사는 원래 크기의 최대 50%까지 확장할 수 있는 스트레처블 디스플레이를 출시했습니다. 업계에서 가장 높은 수준입니다. 흥미로운 점은 화면이 깨지거나 부러지지 않고 비틀고, 접고, 잡아당길 수 있다는 것입니다.

이 획기적인 기술은 한국의 신축성 디스플레이에 관한 국가적 프로젝트의 일환으로 LG사이언스파크에서 발표되었습니다.

프로토타입은 12인치로 확장되는 18인치 화면을 특징으로 하면서도 고해상도(인치당 100픽셀)와 RGB 색상을 유지했습니다. 이러한 신축성은 마이크로 LED 광원과 콘택트 렌즈에 사용되는 것과 동일한 특수 실리콘 기반 기판의 도움으로 달성되었습니다. 한편, 충격과 극한의 온도에서도 10,000회 이상 늘어남에 대한 내구성을 얻었습니다.

디자인 측면에서 디스플레이는 얇고 가벼우며, 곡면에 쉽게 적응할 수 있습니다. 이는 웨어러블, 안전 장비 및 자동차 애플리케이션에서 매우 귀중합니다.

기업 재무 현황을 살펴보면, 시가총액 3억 달러인 LG의 주가는 현재 3.02달러로 연초 대비 1.47% 하락했습니다. 주당순이익(EPS)은 -1.89, 주가수익비율(P/E)은 -1.59입니다.

31년 2024월 7,833일로 끝나는 5.45개월 기간 동안 회사는 15억 원(6억 4천만 달러)의 매출을 보고했는데, 이는 전 분기 대비 23%, 83.1Q58 대비 80.6% 증가한 수치입니다. 한편, 영업 이익은 전 분기의 XNUMX억 원 손실에 비해 XNUMX억 원(XNUMX천XNUMX백만 달러)을 기록했습니다.

이 기간 동안 순손실은 839억 원(580억 338만 달러)이었는데, 이는 3Q24 순손실 50.5억 원, 4Q23 순이익 XNUMX억 원에 비해 증가한 수치입니다.

2024년 전체로 보면 매출은 26.6조 19억 원(560.6억 달러)이고, 영업손실은 390억 원(XNUMX억 XNUMX만 달러)입니다.

매출이 전년 대비 25% 증가한 것은 OLED 중심 사업 구조의 강화에 따른 것입니다. 수익성 측면에서 회사는 비용 절감과 운영 효율성에 집중하여 운영 손실을 줄일 수 있었습니다.

“그 어느 때보다 더 큰 시장 변동성에도 불구하고, 우리는 OLED 중심 사업 구조를 발전시키고 집중적인 비용 혁신 활동을 통해 수익성을 강화하여 사업 성과를 지속적으로 개선하는 데 역량을 집중하고 있습니다. 우리는 사업 경쟁력을 더욱 강화하여 연간 수익을 반전시킬 것입니다.”

– CFO 김성현

작년 말, 이 회사는 또한 OLED 생산 공정 데이터를 실시간으로 수집하고 분석하는 새로운 AI 시스템의 개발 및 배포를 발표했습니다. 시스템이 공정에서 이상 징후를 발견하면 실시간으로 변경하고 해결책을 찾습니다. 

이 회사의 OLED 패널에는 140개 이상의 하위 공정이 포함되어 있기 때문에 이 시스템은 생산 속도와 정확성을 크게 향상시킬 것으로 기대됩니다. LG디스플레이의 추정에 따르면, 새로운 AI 시스템은 연간 약 200억 원(140억 XNUMX만 달러)을 절약하는 데 도움이 될 것입니다.

한편, 지난 여름, LG디스플레이의 OLED 모니터와 TV는 UL 솔루션즈 아이세이프(UL Solutions Eyesafe) 인증을 획득했습니다. 이는 LG디스플레이의 디스플레이가 인체의 생체 리듬에 영향을 미치는 블루라이트 방출을 실제로 감소시킨다는 주장을 뒷받침하는 것입니다. 윤수영 CTO는 다음과 같이 밝혔습니다.

“객관적이고 신뢰할 수 있는 기관의 검증은 우리가 고객이 인간 친화적 디스플레이를 선택하는 새로운 기준을 설정했다는 것을 의미합니다. LG디스플레이는 끊임없는 노력과 혁신을 통해 차별화된 고객 가치를 계속 제공할 것입니다.”

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맺음말

디스플레이 산업은 유연한 기술이 다음 전선이 되면서 빠른 속도로 발전하고 있습니다. 디스플레이를 접을 수 있고, 구부릴 수 있고, 늘릴 수 있고, 굴릴 수 있게 만들기 위해 현재 대부분의 구현은 모양 조정을 허용하는 기계적 구조에 의존하지만 디자인은 희생합니다. 

두께와 무게 증가와 같은 단점은 스마트폰과 웨어러블 전자 제품에 특히 제한적입니다. 몰입형 사용자 경험에 대한 필요성은 장치에 더 많은 복잡성과 볼륨을 추가합니다.

이러한 배경에서 연구자들은 다양한 모양으로 구부러지는 디자인과 통합된 사운드 기능을 갖춘 가볍고 다기능적인 디스플레이를 개발했습니다. 이 연구는 물리적 부담 없이 새로운 수준의 기계적 자유를 달성함으로써 기존 구부러지는 디스플레이와 관련된 기술적 과제를 해결합니다.

전반적으로, 사운드 기능이 통합된 구부러지는 디스플레이와 독특한 접근 방식을 통해 디스플레이의 유연성을 유지하면서도 인간과 기계의 상호 작용을 개선하고 궁극적으로 사용자 경험을 향상시키는 데 유망한 것으로 나타났습니다.

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참고 연구:

1. ​이동, 김성배, 김태, 최동, 심정현, 이원, 조현, 양정현, 김정, 한수, 문현, 유수 (2024). 높은 필 팩터와 해상도 보상을 위한 숨겨진 활성 영역을 기반으로 한 스트레처블 OLED. Nature Communications, 15, 4349. https://doi.org/10.1038/s41467-024-48396-w

2. 강수연, 장정, 임정, 이정, 김정, 박정, 조은, 최민, 김수연, 이희진 (2024). 초박형 디스플레이를 위한 그래핀 기반 레이저 리프트오프. Nature Communications, 15, 8288. https://doi.org/10.1038/s41467-024-52661-3

3. 박, JY, 신, JH, 홍, IP, 김, S., 이, H., 최, Y., 강, D., & 유, S. (2025). 유연한 OLED를 사용한 액추에이터의 비대칭 변형 제어를 이용한 사운드 통합을 갖춘 동적 굽힘 디스플레이. npj Flexible Electronics, 9, 24. https://doi.org/10.1038/s41528-025-00396-6