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안녕하세요! 이전 글에 이어서 투명 디스플레이 패널의 바디 부분인 패널과 패널의 제어부를 감싸는 기구부에 대해서 이야기해 보록 하겠습니다.
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플라스틱 소재 위에 말 그대로 투명한 회로를 형성하여 우리 패널이 만들어졌다. 그렇기 때문에 LED부분을 제외한 나머지 부분은 투명할 수 있다. 기존에 회로는 눈에 보이는 게 대부분이지만 눈에 보이지 않는 회로는 어떻게 만들어지는 것일까?
이러한 투명전극은 우리 실생활에서도 굉장히 밀접하게 쓰이고 있다. 우리가 매일 손에 들고 다니는 휴대폰의 액정부분에 들어가는 터치패널 역시도 투명 전극으로 대부분 만들어졌다.
휴대폰 터치 액정의 모습휴대폰뿐만 아니라 디스플레이 등의 정말 수도 없이 많은 분야에서 투명전극이 활용되고 있다.
투명한 회로는 투명한 물질 자체와 투명해 보이도록 설계된 형상 등으로 구분된다. 말 그대로 투명한 물질을 활용해서 투명한 선을 만들어주거나, 미세한 패턴과 네트워크 구조를 통해서 쓰이는 물질 자체는 투명하지 않지만 투명한 것처럼 보이게 하는 형태로 투명한 회로를 형성할 수 있다.
대부분의 투명전극은 자세히 보면 그 회로의 패턴이 보인다.ITO(산화 인듐 주석), 은나노와이어, CNT(탄소 나노튜브), 메탈메쉬 등 다양한 물질 및 형태의 투명전극이 존재한다. 이렇게 천차만별인 투명전극을 형성하는 공정과 물질(전도성 물질 - 구리, 은 등)에 따른 공정 또한 다양하게 존재하며, 실제로 투명전극은 기존에 쓰이는 전극들에 비해서 저항 값이 높아서 용도에 맞게 저항에 대해서 고려를 해야 한다. ( 투명전극의 이슈는 저항과 투명도가 반비례하기 때문에 위 두 가지 부분에서 스펙이 다양해진다고 할 수 있다. 투명도를 포기하면 저항이 낮고, 투명도를 높이려면 저항이 높아지는 공평한 현실... )
은나노와이어의 확대된 구조확대되어 보이기 이전에는 투명하지만 나노 단위로 확대하게 되면 은이라는 물질 자체의 네트워크 구조를 만들어서 전기가 통할 수 있게 만드는 것이다. ( 은 자체가 투명하지 않지만 미세한 구조를 만들어서 투명해 보이는 효과를 만들어 내는 것이다! )
자 이렇게 투명전극의 종류를 알아보았으면 이렇게 형성된 투명한 전극을 패터닝을 통해 회로를 형성하여야 투명한 회로를 만들 수 있다. 이 과정을 흔히 에칭(etching)이라고 표현을 한다. 에칭은 약품이나 레이저를 통해 금속이나 유리표면을 부식시키는(제거하는) 공정의 표현법 중 하나다.
예를 들어서 작은 필름 위 전면에 은나노와이어의 구조를 형성해 준 후에 위 에칭의 과정을 통해서 내가 원하는 회로의 패턴을 형성하는 것이다. 이 에칭 기법은 투명전극뿐만 아니라 PCB, 반도체 등과 같은 다양한 분야에서 활용된다.
자작 PCB의 모습 이 또한 에칭기법을 통해 만들어진다.이렇게 투명한 회로를 패널에 입혀서 원하는 방식대로 투명한 전극을 활용하는 것이다. 우리 제품의 경우 LED를 제어하기 위한 패턴이 위와 같은 과정을 통해서 플라스틱 소재 위에 형성되었다고 보면 된다!
이렇게 형성된 회로 위에 필요한 칩들과 LED를 부착하는 공정(SMT)을 진행하여 패널이 완성된다.
사실 가장 중요한 부분은 새로운 제품을 만들기 위해 공정을 내 제품에 맞게 변형하여 활용하는 것도 참 중요하지만, 실제로 만들어진 제품을 얼마나 정확하게 품질 관리를 할 수 있는지도 굉장히 중요하다.
실제로 새로운 규격의 제품을 만들게 되면 그에 맞는 새로운 품질 관리를 위한 검사장비나 품질 체크 장비가 필수적으로 필요하다!
투명전극으로 무언가 제품을 만들고 싶다는 생각이 드시는 분은 저에게 메일을 주시면 이야기를 좀 더 구체적으로 이야기 할 수 있을 것 같습니다~ ㅎㅎ 연락 주세요!
자 먼저 기구부라는 것이 무언인지 감을 잡아보도록 하자.
기구부를 만드는 공정에는 흔히 쓰이는 4가지 공정들이 있습니다.
1. 사출 : 제품의 형태대로 가공된 금형을 통해 제품의 형태대로 성형물을 찍어내는 방식으로 금형의 비용이 사이즈 혹은 형상별로 비쌉니다. 하지만 형상의 자유도는 높은 편이며, 실제로 일상생활에 쓰이는 대부분의 플라스틱 용품은 다음과 같은 방법으로 만들어집니다.
사출의 원리2. 압출 : 흔히 떡을 뽑는 것을 생각하면 이해하기 쉽습니다. 떡고물이 쭈욱 뽑히듯이 일정한 축방향으로 형상을 만들어내는 공정입니다. 특히 알루미늄이 소재로 활용이 많이 되며, 사출 금형에 비해 가격이 저렴하고 형상에 대한 자유도가 사출에 비해 낮은 편입니다.
압출물의 다양한 모습3. 프레스 : 흔히 금속 가공이라고 말하는 부분이 프레스입니다. 철판에 일정 압력을 가하여 다양한 형태를 만들어낼 수 있습니다. 실제 프레스는 소형부터 대형까지 금형의 규모도 다양하지만 일반적으로 금속 형태의 단순한 구조물이나 철판을 꺾거나 내리찍는 압력을 통해 생산할 수 있는 공산품들과 금속 케이스 등에 많이 사용됩니다. ( 실제로 프레스 공정의 특성상 노동자들이 실수로 손가락이 절단되는 경우도 굉장히 많습니다. )
프레스 공정라인의 모습4. 다이캐스팅 : 금속(합금) 형태의 사출! 흔히 차량에 들어가는 부품이나 전자기기, 건축 기계 등을 만들어낼 때 많이 쓰이는 방식이다. 실제로 금형의 비용이 가장 비싸며, 일상 제품보다는 산업용에 많이 사용되는 편이다. (물론 쓰이는 곳은 분명 있을 수 있지만..ㅎㅎ)
실제로 저희는 위 과정 중 사출, 압출, 프레스 등을 진행해보았습니다.
실제 태그솔루션의 조명 코스모블랑 사출물과 프레스물의 모습
패널의 제어부를 감싸주는 기구부(시제품)의 압출 및 프레스(절곡)된 모습원하는 형상을 디자인을 하더라도 아마 실제로 생산 쪽과 이야기를 해보면 디자인을 변경해야 하는 일이 발생할 확률이 큽니다. 바로 그 이유는 금형을 통한 사출 및 압출에서의 생산 부분의 한계가 있기 때문입니다.
실제로 원하는 복잡한 형상을 금형을 통해 사출 한다는 건 굉장히 어려운(비용이 많이 드는) 일이기 때문에 실제 금형 디자인과 사출에서의 생산성은 전문가들과의 여러 번의 회의를 거쳐 디자인이 변경되고 변경되며 타협점을 찾게 될 것입니다. ( 물론! 금형을 한 번이라도 만들어 보신 분들은 어느 정도 감이 생겨서 이를 감안한 디자인이 가능해집니다. ) 압출도 마찬가지로 압출로 밀어내는 형상에 대한 두께와 형상에 따라서 불가능한(가능은 하지만 생산 중에 불량이 날 수 있는...) 형태도 다양하기 때문에 전문가(공장 사장님)와의 상담은 필수적입니다.
투명 패널의 기구부 랜더링 모습저희는 현재 생산된 패널을 위한 기구부를 최적화하는 과정에 있습니다. 어떻게 하면 더 가볍고, 간편하게 설치할 수 있는 견고한 구조를 만들 것인지에 대한 설계는 계속되고 있습니다.
투명하기 때문에 유리에 설치되어도 유리의 성질을 잃지 않고, 가볍기 때문에 쉽게 설치가 가능한 구조를 통해서 다양한 장소에 패널을 설치하고 활용할 수 있는 구조로 제품을 만들고 있는 상황입니다.
제조 역시 소프트웨어의 디버깅과 같이 버그들이 존재합니다. 그 버그들을 차근차근 해결해 나가며 완제품에 가까워질 수 있는데, 사실 기간과 비용에 있어서 로드가 큰 것은 사실입니다.
그렇기 때문에 실제로 제품을 만들기 이전에는 3D 프린터를 통한 프로토타이핑과 제품에 대한 시장조사, 가격조사, 중국에서의 생산 유무 등을 정확하게 파악한 후에 접근하는 것이 바람직합니다.
다음 편에서는 LED를 제어할 수 있는 제어부와 전원부에 대해서 작성하도록 하겠습니다!
질문은 메일로 주시면 답변드리도록 하겠습니다!
이상입니다.
태그솔루션 박승환 씀
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