미세한 크기의 은 나노와이어를 OLED 디스플레이에 적용하기는 쉽지않다. 나노선의 길이가 수십 ㎛로 제한되므로 전도도와 투명도 향상에 한계가 있어서다. 나노선들의 접합으로 인해 표면 거칠기가 증가해 전기적으로도 불안정하다. 고려대 주병권 교수‧선문대 박영욱 교수 연구팀이 은 나노와이어보다 100배 이상 긴 은 파이버(섬유)를 제작해 발광 효율을 크게 높인 디스플레이용 유연 투명 전극 개발에 성공했다.

8일 한국연구재단에 따르면, 주병권･박영욱 교수팀이 개발한 은 나노와이어는 나노미터 크기 은 선이 네트워크를 이룬 구조다. 이 은 나노와이어는 유연하면서도 전도도와 투명도가 기존의 투명전극(ITO)만큼 뛰어나 휘는 디스플레이를 구현할 수 있는 유연투명전극 소재다. 투명전극은 높은 빛 투과도를 띠며 일정 수치 이상의 전도성을 갖는 물질로 주로 광학 소자에 사용된다. 

연구팀은 전기방사 공정을 이용해 수 센티미터(㎝) 길이의 접합이 없는 은 파이버 전극을 개발해 전도도와 투명도, 전기적 안정성을 동시에 얻었다. 전기방사 공정이란 전기장으로 고분자 용액을 분사해 파이버 형태로 만드는 과정이다. 공정이 간편하고 넓은 면적으로도 제작이 가능해 디스플레이 및 조명용 대형 OLED에 적용이 가능하다. 

연구팀은 은 파이버의 두께와 밀도를 조절해 전도도와 투명도를 극대화했다. 그 결과 에너지 변환 효율이 ITO를 이용한 OLED보다 19% 더 높은 것으로 조사됐다.

이번 연구는 은 나노와이어의 한계를 극복한 은 파이버 전극을 개발하고 OLED에 적용한 첫 사례다. 향후 웨어러블 디스플레이와 조명의 핵심 기술 확보에 기여할 것으로 기대되고 있다.

이번 연구는 과학기술정보통신부‧한국연구재단 기초연구지원사업(개인연구)의 지원으로 수행됐다. 연구 성과를 담은 논문은 나노소재 분야 국제저널 '스몰(Small)' 지난해 12월 28일자에 실렸다. 다음은 연구팀과의 일문일답.

-연구의 배경은 무엇이었나?

▲OLED용 전극에 대해 연구하던 중 차세대 전극으로 각광받는 은 나노와이어의 문제점을 파악하고 그 한계를 극복하기 위해 은 파이버 전극 개발에 착수했다.

-연구 과정에 대해 설명해달라.

▲은 파이버 전극을 제작하기 위해 은을 유연기판에 증착한 뒤 고분자 파이버 형성하고 식각 마스크로 이용해 은 파이버 전극을 제작했다. 이어 은 파이버 전극의 투과도와 면저항을 증착된 은의 두께와 형성된 파이버의 밀도를 조절하면서 측정했다. 또 유연전극으로서의 실효성을 확보하기 위해 기계적인 스트레스에 따른 저항 변화도 검증했다. 마지막으로 유연 디스플레이에 효과적인 유연투명 전극임을 증명하기 위해 은 파이버를 적용한 OLED 소자를 제작해 그 특성을 분석했다.

-연구 과정에서 어려움이 있었다면 무엇인가.

▲은은 다른 금속에 비해 화학물질과의 반응성이 크지 않아 식각액을 선정하는데 제한적이다. 게다가 고분자 파이버를 마스크로 이용하게 되는데, 고분자 파이버에 반응하지 않는 식각액을 선정해야 하므로 식각 방법을 도입하는 게 어려웠다. 적합한 식각 공정을 확보하는 데 선행 연구와 관련 지식을 보유한 주변 지인들의 도움을 받았다.

-이번 연구 성과는 무엇이라고 보나.

▲그동안 OLED용 은 나노와이어에 대한 연구는 많았다. 하지만 은 나노와이어의 한계를 극복한 길이가 길고 접합이 없는 은 파이버에 대한 연구는 이번이 첫 시도이다. 또 은 파이버 전극을 OLED에 적용 시 상용 ITO 전극에 비해 우수한 광변화 효율을 확보했다.

-연구 목표와 향후 계획에 대해 말해달라.

▲향후 은 파이버 전극을 디스플레이 산업을 위한 실질적인 기술이 될 수 있도록 은 파이버 전극의 온도, 습도 안정성 등에 대해 연구를 진행하려 한다.

송강섭 기자 successnews@successnews.co.kr

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