국내 연구진이 투명하고 휠 수도 있는 디스플레이에 적용 가능한 전극 제조기술 개발에 성공했다. 이에따라 향후 관련 산업 및 시장에 큰 전기를 마련할 전망이다.
ETRI(한국전자통신연구원)는 홍찬화 박사가 은(Ag) 소재를 이용, 나노급 와이어에 전자빔(electron beam)을 쏘아 투과성이 좋고 저항이 낮은 투명전극 제조 원천기술 개발에 성공했다고 밝혔다. 이 기술은 네이처 자매지인 사이언티픽 리포트(Scientific Reports)에 게재됐다.
기술의 핵심은 은 나노와이어에 전자빔을 쏘아 투명하고 휠 수 있는 디스플레이 등에 적용 가능한 투명전극을 제조가 가능한 기술과 제조과정에서 송풍건조공정(air-dry process)을 개발, 적용한 것이다.
연구진은 기존 디스플레이 패널 등에 사용되던 투명전극 소재는 인듐 주석산화물(ITO)이었는데 소재가 자원적 한계가 있고 가격이 비싸며 유연성이 떨어져 고품질의 투명전극 구현에 어려움이 있어 왔다. ETRI는 이런 이유로 인듐 주석산화물을 대체할 방법을 찾던 중 현재 사용되고 있는 은 나노와이어에 착안했다.
은 나노와이어는 현재도 휘는 디스플레이에 적용되고 있는 소재다. 전기전도성이 매우 우수하고 지름이 작아 네트워크 구조의 투명전극으로 활용이 가능해 기존 전극을 대체할 재료중 하나로 주목받고 있다.
하지만 은 나노와이어는 와이어간 접촉 저항이 높고 분산공정 기술이 미흡, 효율성이 떨어지는 문제점을 가지고 있다.
ETRI는 이러한 단점을 없애기 위해 나노급의 와이어가 중첩되는 지점이 전기가 잘 통하지 않음에 따라 전자빔을 쏴서 녹게 만들어 저항을 낮춰 전기가 잘 통하게 하는데 성공했다. 교차되는 지점의 나노와이어 크기는 27.5나노미터(㎚) 크기로 사람 머리카락 두께의 약 1/3000 수준이다.
따라서 기존 전극으로 쓰던 인듐 주석산화물의 경우 박막형태라서 휘면 깨지는 문제점이 있었는데 이를 원천적으로 해결한 것이다. 아울러 기존 전극 제조시에도 생산단가나 진공장비를 사용함에 따라 많은 어려움이 있었는데 공정과정중 은 나노와이어를 얇고 고르게 퍼지게 함에 있어 송풍건조 방식을 채택, 제조공정의 혁신을 이루기도 했다.
이에 따라 전자빔을 수 십초 쏴주는 방식을 활용, 투과성이 좋고 저항이 낮은 특성의 전극 제작에 성공했다.
홍찬화 ETRI 나노인터페이스소자연구실 박사는 “이번 개발된 투명전극 제조기술은 인듐주석산화물의 대체가 가능한 금속 나노와이어 투명전극을 간단하면서 빠른 시간에 만들 수 있는 기술”이라고 말했다.
또한 연구진은 전자빔을 이용한 은 나노와이어의 제조기술이 금속 나노소재의 전기적 특성을 개선할 수 있는 매우 유용한 기술로 각종 디스플레이 및 터치패널, 휠 수 있는 소자 전극으로도 활용이 가능 할 것으로 기대하고 있다.
ETRI는 연구 개발된 차세대 투명전극 제조기술을 산업체와의 협력을 통해 2~3년내 상용화를 전망하고 있다.
