한국전자통신연구원(ETRI)은 면저항ㆍ투과도 특성을 동시에 제어 가능한 그래핀 합성기술을 개발, 지난 15일 사이언티픽 리포트(Scientific Report)에 게재됐다고 27일 밝혔다.
‘그래핀’은 탄소원자들이 벌집 모양으로 배열된 얇은 막 형태의 나노 소재로, 두께가 0.3nm(나노)에 불과하다. 사람 머리카락 두께의 100만분의 1 수준이다. 전도성, 높은 투과도, 유연성 등이 특징이다.
현재 휘어지는 디스플레이에는 주로 인듐 주석 산화물(ITO)이 많이 쓰인다. 하지만 ITO는 소재의 한계성과 휠 때 깨짐 현상 등이 문제점으로 꼽힌다.
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| (앞쪽부터)ETRI 최춘기, 최진식, 최홍규 박사가 라만 측정장비를 이용해 그래핀 투명전극 필름의 특성을 측정하고 있는 모습 [제공=ETRI] |
이의 대체재로 급부상 중인 것이 그래핀, 메탈 메쉬(Metal mesh), 나노와이어(Nano wire) 등이다. ETRI는 나노와이어에 이어 그래핀을 투명전극으로 적용하는데 성공했다.
그래핀은 원자 한 층의 두께로 인해 투과도 면에서는 우수하지만, 면 저항을 낮추는 데 어려움이 있었다. 면 저항이 높으면 전기 전도도가 좋지 않아, 디스플레이 터치의 정확성이 떨어지고 높은 전압이 요구된다.
이 같은 문제점을 해결하기 위해 ETRI 연구진은 구리-니켈 합금 메탈 촉매를 이용해 그래핀을 합성했다. 구리-니켈 합금 메탈 촉매의 비율을 제어해 목적에 맞는 면저항·투과도 특성을 지닐 수 있다. 또한 공정상의 효율과 수율 면에서도 장점이 있다.
해당 기술이 투명전극으로 활용돼 패터닝을 통해 증착하면 원하는 투과도와 면저항을 자유롭게 만들 수 있다. 향후 휘는 디스플레이나 전극이 사용되는 태양전지, 각종 단말기기 등에 쓰일 전망이다.
연구책임자인 최춘기 박사는 “현재 수준은 투과도는 좋지만 면저항이 커서 화학물질이나 금속입자를 넣어 결함을 없애고 면저항을 낮추는 연구가 추가적으로 필요하다. 저가의 터치패널 제조사와 기술이전을 협의중에 있는데 빠른 상용화를 위해 노력하겠다”고 말했다.
ETRI는 본 기술을 바탕으로 폭 약 10cm(4인치)에서 향후 35cm 까지 둘둘 말 수 있는 롤 투 롤(Roll to Roll) 공정 기반의 디스플레이용 투명전극 과제를 중점 연구할 계획이다. 이를 통해 패드 형태의 단말기를 돌돌 말아다닐 수 있는 유연 투명전극을 연구할 계획이라고 밝혔다.
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