"고성능 투명전극 개발..콘텍트렌즈에 디스플레이 화소 구현"

▲그래핀 복합체로 제작된 콘텍트렌즈 디스플레이(왼쪽)와 토끼가 눈에 착용한 사진

[아시아경제 김보경 기자] 국내 연구진이 그래핀 복합체를 이용해 유연하면서도 늘어나는 디스플레이 장치 개발에 필요한 고성능 투명전극 제조 기술 개발에 성공했다. 영화 '미션 임파서블'에 나오는 것처럼 콘텍트 렌즈에 부착된 카메라, 스캐너 등의 미래형 디스플레이의 상용화가 가까워질 것으로 기대된다.

31일 울산과기대 박장웅 교수 연구팀은 그래핀과 은 나노와이어의 복합체 필름 제조 기술로 콘텍트 렌즈 표면에 투명 디스플레이 화소를 구현했다고 발표했다. 복합체의 높은 신축성 덕분에 콘텍트 렌즈에서 디스플레이가 부서지지 않고, 토끼를 대상으로 한 실험에서 5시간 착용한 후에도 디스플레이 화소가 구동했다.

이 기술은 그래핀의 결함 부위들을 은 나노와이어가 국부적으로 연결하는 구조로, 결함이 있더라도 전자들이 은 나노와이어를 통해 쉽게 이동할 수 있어 면저항이 매우 낮아진다. 또한 기존의 디스플레이 공정을 그대로 복합체에 적용해 전극 패턴들을 쉽게 만들 수 있다는 장점이 있다.

연구팀이 개발한 기술은 기존의 그래핀 투명전극보다 면저항값이 약 30배가량 낮았고, 공기 중에 장시간 노출해도 산화되지 않는 고성능을 보였다. 또한 유연성과 신축성이 우수해 반으로 접거나 잡아당겨도 전기적 특성이 낮아지지 않았다. 연구팀은 이러한 특성을 이용해 눈에 착용 가능한 소프트 콘텍트렌즈 표면에 투명 디스플레이 화소를 구현했다.

디스플레이와 같은 전자기기의 소재가 되는 인듐은 투명하면서도 전기가 잘 통해 스마트폰, TV 등의 투명전극 필름의 원재료로 널리 사용된다. 하지만 광석 1톤당 0.05g밖에 존재하지 않을 정도로 매우 희귀하고, 인듐기반 투명전극은 구부리거나 잡아당기면 쉽게 부서진다는 단점이 있었다.

이런 문제점을 해결하기 위해 최근 그래핀 투명전극에 대한 연구가 전세계적으로 활발히 진행됐다. 아주 얇은 단일 탄소층인 그래핀은 인듐에 비해 가격이 저렴하고 매우 유연해 구부릴 수 있다는 것이 장점이다. 하지만 그래핀이 투명전극의 면저항값을 낮추는데 한계가 있어, 연구팀이 나노와이어와의 결합을 통해 이런 한계점을 극복한 것이다.

한편 이번 성과는 한국연구재단(이사장 오세정)의 일반연구자지원사업, 산업통상자원부의 핵심소재원천기술개발사업 및 미래창조과학부의 ETRI 연구개발 지원사업 지원으로 수행됐다. 연구결과는 나노분야 세계적 권위지인 '나노레터스' 온라인 5월 31일자로 게재됐다. 울산과기대외에 경희대, 삼성테크윈, 삼성디스플레이 등의 연구팀들이 연구에 참여했다.