유연 기판 내에 응력 감쇄층 삽입해 표면 변형률 줄여

(사진=셔터스톡)
(사진=셔터스톡)

국내 연구진이 딱딱한 소재를 이용해도 잘 구부러지는 유연기판을 개발했다.  

과학기술정보통신부(장관 최기영)는 정윤 영 포항공과 대학교(포스텍ㆍ총 장 김무환) 교 수 연구팀이 기판 내부에 유연 물질인 '인듐 주석 산화 물(ITO)'을 삽입해 응력 감쇄 효과를 일으키는 차세대 폴 더블 전자소자를 구현했다고 6일 밝혔다 .

이번 연구성과는 국제학술지 '사 이언티픽 리포츠' 6일자에 게재했다. 연구팀은 국내 및 미국에 특허를 출원했다.

유연 전자 기술은 웨어러블 디바이스 및 폴더블폰 기기 등 유연 디스플레이 제작에 쓰인다. 글로벌 시장조사기관 리서치&마켓은 유연 디스플레이 세계 시장 규모가 지난해 79억1000달러에서 25.9% 가량 연평균 성장을 지속해 2025년에는 315억 달러에 이를 것이라고 예측했다.

과기정통부는 이번 연구 성과가 유연 디스플레이 분야 기술 개발에 큰 역할을 할 것으로 기대했다.

 유연 전자 기술에는 구부림에 강하고 전기ㆍ광학적 성능이 우수한 소재가 필요하다. 이에 유연성 구현을 목표로 그래핀과 탄소나노튜브 등을 활용해 기술 개발에 나섰지만, 이 소재는 성능과 양산성이 기존 딱딱한 물질보다 떨어진다는 한계가 있었다.

기존 유연 기판과 응력 감쇄형 유연 기판 모식도
기존 유연 기판과 응력 감쇄형 유연 기판 모식도
기존 유연 기판과 응력 감쇄형 유연 기판의 구부림 모식도
기존 유연 기판과 응력 감쇄형 유연 기판의 구부림 모식도

이에 연구팀은 유연 전자 기기에서 전자 소자에 가해지는 응력 자체를 줄일 방법을 모색했고, ITO를 활용해 유연 기판 내에 부드러운 물질층(응력 감쇄층)을 삽입하는 방법을 고안했다.

ITO는 전기ㆍ광학적으로 성능이 우수해 디스플레이 제품에 널리 활용하고 있지만 깨지기 쉬워 유연 디스플레이 분야에 활용하기 어려운 단점이 있다. 하지만 ITO를 유연 신소재 개발이 아닌, 유연 기판 구조 변형에 활용했다. 

응력 감쇄형 유연 기판의 저항력 변화도
응력 감쇄형 유연 기판의 저항력 변화도
기존 유연 기판과 응력 감쇄형 유연 기판의 전극 표면 비교도
기존 유연 기판과 응력 감쇄형 유연 기판의 전극 표면 비교도

연구팀은 실험을 거쳐 응력 감쇄층을 삽입한 유연 기판의 표면 변형률이 일반 유연 기판과 비교해 크게 감소했고 기존 딱딱한  소재를 이용해도 구부림에 의한 성능 저하가 없다는 사실을 입증했다.

정윤영 교수는 " 이번 연구는 신소재 개발을 목표로 한 유연 전자소자 연구와 달리, 기판의 구조적 변화를 활용해 소자에 가해지는 응력을 줄이는 새로운 유연 소자 제작 기법을 제시한 것"이라고 설명하며 "시간과 비용이 많이 드는 유연 물질 개발 과정을 보완하고, 빠르게 성장하는 유연 전자기기 시장 지배력을 높이는 데 큰 도움이 될 것"이라고 예상했다.

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