- 수만 번을 접었다 펴도 성능에 문제없어 -
- 머리카락보다 얇게 접을 수 있어 다양한 유연 기기에 응용 가능

전자부품연구원(KETI, 원장 김경원)은 머리카락(0.1mm 전후) 보다 얇게 접을 수 있고, 수만 번 접었다 펴도 그 전기적 특성이 유지되는 폴더블 모바일기기용 디스플레이의 핵심 소재인 초고굴곡 투명전극을 개발했다고 밝혔다.

이번에 KETI가 개발한 세계 최고 굴곡성을 보유한 투명전극은 은나노와이어(AgNW)와 투명폴리이미드를 융합한 소재를 활용했다. 최대 굴곡 반경 0.03밀리미터(mm), 반복굴곡 횟수 8만회, 가시광선 투과도 90% 및 면저항 8옴(ohm/sq)을 확보했다. 또한, 표면 거칠기도 모바일기기에 사용되는 유리기판과 유사한 0.8나노미터(nm)를 기록하여 추가적인 평탄화층이 없어도 플렉서블 OLED소자를 구현할 수 있다.

이는 현재 산업계에서 개발 중인 폴더블 OLED에 요구되는 곡률반경 1밀리미터(mm), 반복굴곡 5만회, 면저항 15옴(ohm/sq), 투과도 85%, 표면 거칠기 1나노미터(nm)이하 수준을 만족하는 수치다.

기존 은나노와이어를 적용한 투명전극은 은나노와이어 층이 고분자 기판 위에 거칠게 형성되어 있어서 높은 평탄도가 요구되는 플렉서블 OLED 제조에 활용하기 어려웠다. 그러나, KETI 연구팀은 은나노와이어를 고분자 기판 속에 넣고 플라즈마 조사를 통해 표면 거칠기를 조절하여 ITO유리기판에 형성된 OLED와 동등 수준의 효율을 갖는 플렉서블 OLED 소자를 구현하는데 성공했다. 이와 더불어 고분자 기판 속에 내재된 은나노와이어는 매우 높은 굴곡특성을 갖게 되어 0.5밀리미터(mm)의 곡률 반경으로 8만회 굽힘 평가를 반복해도 저항 변화율이 10% 이내로 그 전기적 안정성을 보유했다.

이러한 초고굴곡 투명전극은 유연하게 접을 수 있는 폴더블 휴대폰, 두루마리 전자기기, 인체부착형 기기 등 국내·외에서 활발하게 개발 중인 분야에 상당한 영향을 줄 것으로 기대된다. 향후 제품에 적용을 위한 추가적인 소재 연구 및 대량생산을 위한 공정기술 개발을 추진할 계획이다.

본 연구를 주도한 KETI 김종웅 박사(디스플레이부품소재연구센터,센터장 곽민기)는“은나노와이어, 투명폴리이미드 등 개별 나노 소재의 특성을 이해하고 이들의 성능을 극대화할 수 있는 조합을 찾는 과정에서 초고굴곡 투명 전극을 개발할 수 있었다”고 말했다. 또한, 공동 연구자인 한철종 센터장(디스플레이융합연구센터)은“본 기술이 디자인 자유도가 높은 다양한 웨어러블 기기에 적용될 수 있도록 성능 향상과 적용 분야 확대를 위한 연구에 집중할 계획이다”고 밝혔다.

이 기술은 관련 연구의 우수성을 인정받아 네이쳐(Nature) 자매지인 사이언티픽 리포트(Scientific Report)에 지난 31일자로 게재되었다.  본 연구는 산업통상자원부 광역경제권거점기관지원사업과 산업핵심 기술개발사업의 지원으로 진행되었다.