천 번을 접어도 이상없는 투명전극 나왔다

광주과학기술원 연구팀, 투명 디스플레이 상용화 앞당겨

▲A4 크기의 플렉시블 투명전극의 유연성을 보여주는 실험.[사진제공=미래부]

[아시아경제 정종오 기자] 접고 구겨도 작동하는 완벽한 유연 투명전극이 나왔다. 투명 디스플레이 상용화가 성큼 다가온 것이다.

국내 연구팀이 종이처럼 구기거나 1000회 이상 접어도 성능이 그대로 유지되는 유연한(플렉시블) 투명전극을 개발했다. 개발된 투명전극은 매우 유연하면서도 광투과도, 면저항 등 상용화를 위한 산업계의 요구조건을 모두 만족시켰다. 투명전극을 활용한 투명 디스플레이의 상용화를 앞당겼다는 점에서 의미가 매우 크다.

유연하면서도 투명한 플렉시블 디스플레이, 웨어러블 전자기기 등의 상용화를 위해서는 완벽에 가까운 기계적 유연성과 함께 광학·전기적 요구성능 등을 충족하는 유연한 투명전극이 핵심이다. 산업계에서는 투명전극의 상용화를 위해서는 광투과도 85%이상, 면저항 15Ω/sq 이하를 요구하고 있다. 이를 만족하는 기존의 투명전극(ITO)은 굽히거나 휘어지면 소자가 깨지기 쉬운데다 유연한 기판에 적용하면 성능이 낮아져 유연 디스플레이 등에는 사용할 수 없었다.

연구팀은 용액공정을 이용해 화합물(아민기-함유 화합물)로 필름을 형성한 유연한 기판 위에 ITO 대신 아주 얇은 금속박막을 만든 후 간단한 반사방지 코팅을 하는 방식을 고안, 상용화 조건을 모두 만족시키는 유연한 투명전극을 개발했다.

보통의 금속박막은 금속핵이 기판 표면에 고르게 만들어지지 않기 때문에 광투과도가 약40%로 낮고 면저항도 큰데 연구팀은 유연한 기판에 아민기-함유 화합물을 도핑하는 방식을 도입해 기판과 금속박막의 젖음성을 크게 개선했다. 젖음성(wetting)이란 서로 다른 두 가지 이상의 물질이 서로 접했을 때 두 물질 사이의 친화도를 의미한다.

그 결과 10Ω/sq 이하로 면저항을 낮췄다. 금속박막 위에 반사방지 코팅을 함으로써 95%이상의 광투과도를 얻었다. 또 1000회 이상 반복해서 굽히거나, 종이처럼 구겨져도 전혀 성능이 저하되지 않았다. 상용화 요구조건을 모두 만족시키는 결과였다.

광주과학기술원 이광희 교수(교신저자)가 주도하고 강홍규 박사, 정수현 박사과정생(공동 제1저자)이 수행했다. 네이처 커뮤니케이션즈지(Nature Communications) 3월 19일자(논문명 : Polymer-metal hybrid transparent electrodes for flexible electronics)에 실렸다.

이광희 교수는 "산업계의 요구조건을 모두 만족시키면서 저렴하고 간단한 공정으로 제작하기 때문에 투명전극의 대면적화, 대량생산이 가능하다"며 "종이처럼 접고 구겨도 전혀 성능이 떨어지지 않아 웨어러블 유연 디스플레이 등의 상용화를 앞당기는데 크게 기여할 것"이라고 말했다.