국내 연구진이 종이처럼 구기거나 1,000회 이상 접어도 성능이 유지되는 플렉시블 투명전극을 최근 개발했다. 이 투명전극은 매우 유연한 동시에 광투과도, 면 저항 등 상용화를 위한 산업계의 요구조건을 충족시켜 투명 디스플레이의 상용화 시점을 앞당길 것으로 기대를 모으고 있다.

유연하면서도 투명한 플렉시블 디스플레이, 웨어러블 전자기기 등의 상용화를 위해선 완벽에 가까운 기계적 유연성과 광학적·전기적 요구 성능 등을 충족하는 유연한 투명전극이 핵심이다.

산업계에서는 투명전극의 상용화를 위해 광 투과도 85% 이상, 면 저항 15Ω/sq 이하를 요구해왔으나 이를 충족시키는 기존 투명전극(ITO)은 굽히
거나 휘어지면 소자가 깨지기 쉽다는 단점이 있었다. 또한 유연한 기판에 적용하면 성능이 떨어져 유연 디스플레이 등에는 사용할 수 없었다.

연구팀은 대량생산이 가능한 플렉시블 투명전극이 없어 지금까지 플렉시블 전자소자의 상용화에 걸림돌이 되었다는 점을 확인하고 본격적인 연구에 매진했다. 연구팀은 연구과정 중 용액 공정을 이용해 화합물(아민기-함유 화합물)로 필름을 형성한 유연한 기판 위에 얇은 금속 박막을 만든 후, 간단한 반사 방지 코팅 방식을 고안했다. 이를 통해 상용화 조건을 모두 만족시키는 유연한 투명전극을 개발했다.



보통의 금속 박막은 금속핵(核)이 기판 표면에 고르게 만들어지지 않기 때문에 광 투과도가 약 40%로 낮고 면 저항도 크다. 하지만 연구팀은 유연한 기판에 아민기-함유 화합물을 도핑하는 방식을 도입해 기판과 금속 박막의 젖음성(wetting)을 크게 개선했다. 젖음성이 개선되면 서로 다른

두 가지 이상의 물질이 서로 접했을 때, 물질 간 맞닿는 경계면이 증가하게 된다. 연구팀은 그결과 10 Ω/sq 이하로 면 저항을 낮췄으며, 금속 박막 위에 반사방지 코팅을 해 95% 이상의 광 투과도를 얻었다. 1,000회 이상 반복해서 굽히거나 종이처럼 구겨져도 성능이 저하되지 않았다.

이광희 교수는 “산업계의 요구조건을 모두 만족시키면서 저렴하고 간단한 공정으로 제작되기에 투명전극의 대면적화, 대량생산이 가능해질 것”이라며 “종이처럼 접고 구겨도 성능이 저하되지 않아 웨어러블 유연 디스플레이 등의 상용화를 앞당기는 데 크게 기여할 것”이라고 밝혔다.
연구팀은 이번 기술성과에 대해 “플렉시블 투명전극의 사업을 성공시키고, 플렉시블 전자소자의 상용화를 앞당겨 ICT 산업과 에너지 산업의 새로운 패러다임을 제시하고 싶다”며 “실용화를 위해 대면적화와 연속 공정을 위한 연구가 진행 중”이라고 밝혔다.

광주과학기술원 이광희 교수가 주도하고 강홍규 박사, 정수현 박사과정생이 수행한 이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 기초연구사업의 지원으로 수행됐으며 네이처 커뮤니케이션즈지에 최근 게재됐다.