유리 기판을 얇은 두께로 가공해 여러 차례, 그리고 여러 방향으로 접을 수 있는 디스플레이와 전자 소자가 개발됐다. 스마트폰, 태블릿 PC 등 광범위하게 활용될 것으로 기대를 모으고 있다.   

그간 유리 소재는 광학 투과도를 비롯해 주위 수분이나 공기 유입을 막는 특성 등 플라스틱보다 우수한 성질을 인정받아 왔지만 깨지기 쉽다는 단점으로 인해 플렉서블 디스플레이 기판으로 활용되지 못했다. 이런 과제를 마주한 국내외 연구자들은 유리가 가진 특성을 활용하기 위해 다양한 연구를 활발히 진행해왔다.

강달영 교수(연세대) 연구팀은 유리 기판을 10마이크론 이하의 얇은 두께로 가공함으로써 구부러지는 특성을 비롯해 접히는 특성을 얻어낼 수 있었다고 밝혔다.

기판의 디자인을 살펴보면 폴더블 디스플레이 및 전자 소자 구현을 위해, 접힐 부분만 얇게 가공하고 그 외 부분은 두꺼운 두께를 그대로 유지했다. 접히는 부분에는 얇아짐에 따른 기계적 유연성, 접히지 않는 부분에는 두꺼움에 따른 기계적 강도를 도모했다.

연구진은 이같은 원리를 확장, 적절한 역학적 설계를 통해 1회에서 더 나아가 2회 접음(dual folding), 즉 최초 기판 크기의 1/4로 크기를 감소시킬 수 있게 됐다고 밝혔다.

유리 뿐 아니라 PET, PI 등의 플라스틱 기판들도 폴더블 형태로 제조 가능해질 전망이다.

연구를 진행한 강달영 교수는 “역학적 설계를 통해 기판만 간단히 가공하고 나머지는 깨지기 쉬운 투명전극 재료(Indium Tin Oxide, ITO)나 금속 박막 등 기존 산업에서 사용 중인 재료들을 그대로 이용, 실제 생산에 적용하기까지의 시간과 비용을 최소화할 수 있는 방법이라는 점에 의의가 있다”고 전했다. 

추가적인 연구를 통해 2-in-1 device의 구현 역시 가능해질 것으로 기대를 모으고 있다. 접었을 때는 스마트폰, 펼치면 태블릿으로 사용할 수 있는 제품이 구현될 것으로 예상된다.

연구진은 기술이 실용화되기 위해 필요한 시간을 약 1 ~ 2년 정도로 언급하며 “실제 디스플레이 상품에 사용되려면 디스플레이를 둘러싸고 있는 하우징 부분 또한 폴더블 특성을 가져야한다. 현재 이를 위해 이미 특허를 출원 중에 있다”고 전했다.

이번 연구에서 주목해야 할 또 다른 점은 연구를 위해 사용된 재료들이다. 모두 기존 산업에서 활용 중인 재료들로 디스플레이 및 전자 소자를 구성했다. 연구진은 “깨지기 쉬운 투명전극 재료인 ITO나 금속 박막 등 기존 산업에서 사용하는 재료를 이용하면서 기판만 적절히 가공·변형해 폴더블을 구현했다”고 밝혔다.

이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 지원하는 기후변화대응기술개발사업을 통해 수행됐으며, 연구 결과는 재료과학 분야의 권위있는 학술지 어드벤스드 머테리얼(Advanced Materials)지에 최근 게재됐다.

끝으로 연구진은 두 번 이상 접을 수 있는 디스플레이 개발은 “약간의 생각의 전환을 거쳐 개발된 것”이라며 “약간의 역학적 설계를 적용해 폴더블 디스플레이를 실현했으며, 다른 분야에서도 이처럼 생각의 전환을 통해 여러 문제들을 해결할 수 있을 것”이라며 신진연구자들을 위한 당부의 말을 잊지 않았다.