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종이 같은 디스플레이 실현 '열쇠' 쥔 휘는 절연체 나왔다

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종이 같은 디스플레이 실현 '열쇠' 쥔 휘는 절연체 나왔다

2020.01.16 17:50
한국화학연구원과 포항공대 공동 연구팀이 개발한 폴리이미드 절연체를 적용해 만든 유기 트랜지스터다. 투명하고 잘 휘어지는 특성이 있다. 유연성과 절연성, 내열성을 갖춘 폴리이미드를 개발했다. 한국화학연구원 제공
한국화학연구원과 포항공대 공동 연구팀이 개발한 폴리이미드 절연체를 적용해 만든 유기 트랜지스터다. 투명하고 잘 휘어지는 특성이 있다. 유연성과 절연성, 내열성을 갖춘 폴리이미드를 개발했다. 한국화학연구원 제공

휘어지고 접히는 디스플레이는 디스플레이 연구자들의 오랜 꿈이다. 하지만 휘어지는 트랜지스터를 만들기가 까다로워 아직까지 실현되지 않고 있다. 특히 트랜지스터 안에서 전류를 차단하는 역할을 하는 ‘절연체’가 휘어지지 않았는데, 최근 국내 연구팀이 유연하면서 전류 차단 효과도 탁월한 새로운 절연체를 개발하는 데 성공했다. 휘어지는 디스플레이 실현에 한 걸음 다가설 수 있을지 기대된다.


한국화학연구원은 김윤호 고기능고분자연구센터 책임연구원과 박현진·유성미 연구원, 정성준 포스텍 교수팀이 휘어지는 플라스틱의 일종인 폴리이미드를 이용한 새로운 트랜지스터용 절연체를 개발하고 제조 공정까지 확보했다고 16일 밝혔다. 논문에는 이미혜 화학연 원장도 2저자로 참여했다.


트랜지스터는 디스플레이를 구동하기 위한 소자로 영상을 표시하는 최소 단위인 화소(픽셀)을 켜고 끄는 역할을 한다. 트랜지스터는 전극과 반도체, 절연체로 구성돼 있으며 현재는 모두 무기물로 제작되고 있다. 특히 절연체는 디스플레이 패널 전면에 들어가 디스플레이의 유연성을 제약하는 큰 걸림돌이었다. 이를 극복하기 위해 고분자를 이용한 절연체가 연구되고 있지만, 아직 무기물 절연체 만큼 절연 성능이 좋은 절연체는 개발되지 않았다.


연구팀은 플라스틱의 일종인 폴리이미드에 주목했다. 폴리이미드는 종이처럼 잘 구겨지면서 전류를 차단하는 효과가 높고, 고온 공정에도 잘 견딘다. 가장 중요한 성능인 절연 성능은 어른 엄지손톱 크기인 가로세로 1cm의 면적에 전류가 10억 분의 1A(엠페어)가 통과하는 수준으로 기존 무기절연체와 엇비슷했다. 그러면서도 350도의 고온에도 견뎌 기존의 디스플레이 패널 제조 공정에 적용할 수 있다.


연구팀은 이 절연체의 제조공정도 단순화해 상용화 가능성을 높였다. 기존에는 200도 이상의 고온 열처리가 필요했는데, 연구팀은 고온 공정 없이 상온에서 용액을 한 번 코팅해 폴리이미드 절연 박막을 만드는 공정을 개발했다. 

 

연구에 참여한 한국화학연구원 고기능고분자연구센터 연구팀이 한 자리에 모였다. 왼쪽부터 김윤호 책임연구원, 박현진 박사후연구원, 유성미 연구원이다. 한국화학연구원 제공
연구에 참여한 한국화학연구원 고기능고분자연구센터 연구팀이 한 자리에 모였다. 왼쪽부터 김윤호 책임연구원, 박현진 박사후연구원, 유성미 연구원이다. 한국화학연구원 제공

김윤호 책임연구원은 “최근 인쇄공정을 이용해 휘어지는 전자소자가 널리 연구되고 있는데, 이 과정에도 절연소재로 활용될 수 있다”며 “이번에 개발된 소재와 공정기술을 바탕으로 유연 전자소자를 실용화하도록 연구를 계속하겠다”고 말했다.


연구 결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘미국화학회(ACS) 응용재료 및 인터페이스’ 12월호에 게재됐다.
 

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