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日 의존도 높은 갤폴드 '핵심소재' 투명전극, 대체기술 국산화 성공

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생기연, 전도성 고분자에 적외선 조사…전도도 1000배 증가

뉴스1

전도성 고분자와 적외선 레이저로 제작한 투명 터치패널 시제품(생기연 제공)© 뉴스1

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(서울=뉴스1) 최소망 기자 = 스마트폰 터치 패널·휘어지는 디스플레이 등을 개발하기 위해 필수적이지만 일본 수입 의존도가 70%에 달했던 '투명전극 소재'(인듐 주석 산화물·ITO)의 대체기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 대체기술이면서도 비용이 저렴하고 기술 구현도 간편해 일본 소재 의존도를 확 낮춰줄 기술로 주목받고 있다.

한국생산기술연구원은 윤창훈 나노·광융합기술그룹 박사 연구팀이 전도성 고분자에 레이저를 쪼여 ITO 전극 수준만큼 전기 전도도를 높일 수 있는 공정기술을 개발하는 데 성공했다고 16일 밝혔다.

스마트폰 터치패널이나 각종 IT기기 디스플레이에는 빛은 투과시키면서 전기를 잘 통하게 하는 투명전극이 들어간다. 박막 형태 핵심부품인 투명전극 소재는 ITO가 보편적으로 사용되는데 전기 전도도가 높지만 대일 의존도가 70%에 달했다.

또 ITO는 전도도는 높지만 휘거나 굽힐 때 쉽게 깨진다. 이에 연구팀은 전기가 잘 통하는 플라스틱 소재로 '전도성 고분자'에 집중했다. 형태 변화가 자유로운 고분자 특성상 압력을 가해도 깨지지 않아 플렉시블 디스플레이에 적합하다. 그러나 ITO 대비 전도도가 1000분의 1 수준에 불과해 ITO보다 상용화가 어려뒀다.

연구팀은 대표적 전도성 고분자인 'PEDOT:PSS' 투명전극에 1064㎚(나노미터·10억분의 1m) 파장대 적외선 레이저를 조사하면 전도도가 약 1000배가량 높아지는 물리적 현상을 발견했다. 그리고 이를 공정에 적용했다.

PEDOT:PSS는 전도성이 있는 PEDOT을 PSS(Polystrene Sulfonate)가 전선 피복처럼 둘러싸고 있는 실뭉치 형태의 고분자 박막이다. 전도도를 높이기 위해 PSS를 최대한 녹여 PEDOT끼리 서로 연결되도록 해야 한다. 여기에 1064㎚ 레이저를 쏠 경우 PEDOT이 열을 먼저 흡수해 온도가 올라가고 이때 둘러싼 PSS가 전선 피복이 녹는 것처럼 녹으면서 PEDOT이 다량 노출되어 전도도가 높아졌다.

이번 성과는 기존 화학적 방식에서 벗어나 레이저를 활용한 물리적 처리 방식으로 ITO 박막 수준의 전도도를 구현한 것에 의미가 있다. 이미 상용화된 PEDOT:PSS 용액과 1064㎚ 파장대의 레이저 장비만 있으면 구현이 가능해 간편하고 비용도 저렴하다. 국내 조달이 가능한 PEDOT:PSS를 활용하기에 대일 의존도가 높은 ITO 소재를 대체할 수 있어 투명전극 분야 소재 자립화가 기대된다.

윤창훈 박사는 "유기발광다이오드(OLED)에 레이저를 쏘면 발광도가 떨어지는 현상을 연구하던 중 유사물질인 전도성 고분자에 레이저를 조사했더니 예상과 달리 전기 저항이 떨어지는 현상을 발견하게 된 것이 계기"였다면서 "개발된 공정기술은 플렉시블 디스플레이뿐 아니라 사용자 맞춤형 웨어러블 기기, 폴더블 태양광 패널 제작 등에도 폭 넓게 활용 가능하다"고 말했다.

이번 성과는 지난 9월 '영국왕립화학회'가 발행하는 '머티리얼스 호라이즌스'(Materials Horizons) 온라인판에 실렸다.
somangchoi@news1.kr

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