굴곡(굽이) 반경이 0.03㎜에 불과한 유기발광다이오드(OLED) 전극 소재가 개발됐다.

종전 소재 최고 굴곡 반경과 비교해 100분의 1 수준으로 줄였다. 종이처럼 디스플레이를 반으로 접을 수 있는 스마트폰도 가능해졌다.

전자부품연구원은 머리카락(약 0.1㎜)보다 얇게 접을 수 있는 최대 굴곡 반경 0.03㎜인 세계 최고 초고굴곡 투명전극을 개발했다고 9일 밝혔다.

접힌 상태에서 점등 된 청색인광 플렉시블 OLED 소자(자료: 전자부품연구원)

은나노와이어(AgNW)와 투명폴리이미드를 융합했다. 종전에 개발된 최고 굴곡 반경은 5㎜다. 종이를 반으로 접었을 때 나오는 굴곡반경은 1㎜다.

폴더블 제품 사용 필수 조건인 반복 굴곡 횟수는 10만번에 달했다.

0.5mm 초고굴곡 투명전극을 10만회 평가에 따른 저항 변화도. 0.3mm 투명전극을 시험할 수 있는 기기가 없어 0.5mm 투명전극을 사용했다.

시험기기 한계로 0.5㎜ 굴곡 반경 전극으로 평가했다. 8만번까지는 거의 변화가 없었으며 10만번 정도부터 성능 저하 현상이 나타났다. 하루에 100번 스마트폰을 접었다 편다고 했을 때 2년(7만3000번) 동안 끄떡없다. 접는 횟수가 수십회로 줄어드는 태블릿PC에 적용한다면 수년 동안 문제없이 사용한다.

투명전극 우수성도 뛰어나다. 가시광선 투과도는 90%, 면저항은 8옴(ohm/sq)을 확보했다. 표면 거칠기는 스마트폰에 사용되는 유리기판과 유사한 0.8나노미터(㎚)다. 산업계가 요구하는 폴더블 소재 기준은 곡률반경 1㎜, 반복굴곡 5만회, 면저항 15옴, 투과도 85%, 표면 거칠기 1㎚다.

접혀진 상태에서 점등 된 청색인광 플렉서블 OLED 소자(자료: 전자부품연구원)

투명전극 소재는 은나노와이어 평탄도 개선 과정에서 찾아냈다. 고분자 기판 속에 넣고 플라즈마 처리로 표면 거칠기를 조절했고 이 과정에서 OLED와 동등한 수준 효율 소자를 발견했다.

김종웅 전자부품연구원 디스플레이부품소재연구센터 박사는 “나노 소재 성능을 극대화할 수 있는 조합을 찾는 과정에서 초고굴곡 투명 전극을 개발했다”고 말했다.

소재는 접을 수 있는 폴더블 휴대폰, 두루마리 전자기기, 인체부착형 기기 등 차세대 스마트제품에 폭넓게 사용된다. 전자부품연구원은 차세대 스마트제품에 적용할 수 있는 부품 연구 및 대량생산을 위한 공정기술 개발을 진행한다.

한철종 전자부품연구원 디스플레이융합연구센터장은 “투명전극은 폴더블 스마트폰 등 IT기기 디자인 자유도를 높이는 핵심소재가 될 것”이라며 “폴더블 시대를 이끌기 위해 나머지 부품 개발에 매진하겠다”고 밝혔다.

김준배기자 joon@etnews.com

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