★ 9월 18일(금) 조간(온라인은 9월 17일 12:00)부터 보도하여 주시기 바랍니다.

□ 한국연구재단(이사장 정민근)은 “유리 기판을 얇은 두께로 가공해 여러 번, 여러 방향으로 접을 수 있어서 스마트폰, 태블릿 PC 등에 활용 가능한 디스플레이 및 전자소자를 개발하였다”라고 밝혔다.

□ 강달영 교수(연세대) 연구팀은 잘 깨지지 않고 쉽게 접히는 유리 기판 연구를 미래창조과학부와 한국연구재단이 지원하는 기후변화대응기술개발사업을 통해 수행하였으며, 연구 결과는 재료과학 분야의 권위 있는 학술지인 어드벤스드 머테리얼(Advanced Materials)지 온라인판 9월 9일 자에 게재되었다.

○ 논문명과 저자 정보는 다음과 같다.

- 논문명: Glass and Plastics Platforms for Foldable Electronics and Displays

- 저자정보: 강달영 교수(교신저자, 연세대), 한문종 석사과정생(제1저자, 연세대)

□ 논문의 주요 내용은 다음과 같다.

□ 강달영 교수는“역학적 설계를 통해서 기판만 간단히 가공하고 나머지는 깨지기 쉬운 투명전극 재료(ITO, Indium Tin Oxide)나 금속 박막 등 기존 산업에서 사용 중인 재료들을 그대로 이용함으로써, 실제 생산에 적용하기까지의 시간과 비용을 최소화 할 수 있는 방법이라는 것에 의의가 있다.”라고 밝혔다.

<참고자료> : 1. 연구결과 개요

2. 연구결과 문답

3. 용어설명

4. 그림설명

5. 연구자 이력사항

1. 연구배경

ㅇ 과거에 비해 기술이 발전함에 따라 플렉서블 디스플레이가 각광받고 있는데 최근 제품 개발을 살펴보면 커브 형태, 구부릴 수 있고 접을 수 있고 심지어는 늘릴 수 있는 것들이 이에 해당한다. 사용하지 않을 때에는 작은 형태로 갖고 다니고 사용할 때에는 큰 형태로 만듦으로써 휴대용의 기능을 한층 더 높여주고 있다.

ㅇ 디스플레이 기판의 경우 얇아지게 되면 특정 곡률 반지름을 갖고 구부러지는 것을 쉽게 알 수 있다. 여기에서 약 10마이크로 미터 이하 정도로 얇아질 경우 구부러지는 것에서 더 나아가 접어지는 것이 가능하게 된다. 예를 들어 얇고 유연한 플라스틱 소재 (PET, PI, parylene 등)를 채택하는데 이는 목적에 맞게 자유롭게 휘거나 접거나 혹은 둘둘 말 수 있는 특징을 갖고 있고 이에 대한 연구가 활발히 이루어져 왔다. 하지만 전체적인 기판의 두께가 얇아짐에 따라 기계적 안정성이 떨어지고 이는 디스플레이 영역에서 구김이 일어나는 문제점이 발생할 수 있다.

ㅇ 한편 재료의 측면에서 보면 유리의 경우 광학 투과도, 주위의 수분이나 공기의 유입을 막는 우수한 특성 등 플라스틱 소재보다 월등한 성질을 갖고 있지만 깨지기 쉽다는 단점 때문에 플렉서블 디스플레이의 기판으로 사용되고 있지 못하고 있다. 또한 지금까지 플렉서블에서 나아가 폴더블 디스플레이에서는 새로운 재료의 합성 (예를 들면 그래핀, 메탈 나노 와이어 등)에 집중을 했고 기판의 디자인 등에 대한 연구는 거의 없었다.

2. 연구내용

ㅇ 연구팀은 깨지기 쉬워 구부리기도 쉽지 않은 유리 기판을 10마이크론 이하의 얇은 두께로 가공하여 접을 수 있음을 보여주었다. 기판의 디자인을 살펴보면 폴더블 디스플레이 및 전자소자의 구현을 위해, 접힐 부분만 얇게 가공하고, 그 이외의 부분은 두꺼운 두께를 그대로 유지했다. 이는 접히는 부분에는 얇아짐에 따른 기계적 유연성, 접히지 않는 부분에는 두꺼움에 따른 기계적 강도를 도모함으로써 폴더블 디스플레이에는 아주 이상적인 디자인으로 볼 수 있다. (기판 전체를 얇게 제조할 경우, 접을 수는 있으나 너무 얇아 우그러지기 쉬운데 이는 취급 및 사용상에 불편함이 많다.) 이러한 디자인은 접이식 부채나 병풍, 폴딩도어 등의 원리와 유사하다.

ㅇ 동일한 원리로 유리뿐만 아니라 PET, PI 등의 플라스틱 기판들도 폴더블 형태로 제조 가능하고 이를 보여주었다. 위의 원리를 확장하여, 적절한 역학적 설계를 통해 1회에서 더 나아가 2회 접음(dual folding), 즉 최초 기판 크기의 1/4로 크기를 감소시킬 수 있음을 보여주었다.

ㅇ 이러한 원리를 이용하여 만들어진 유리 및 플라스틱 기판 위에 유기 박막 트랜지스터 및 전기 변색 디스플레이를 제조했고 실제 전자기기에서의 구현 가능성을 보여주었다.

3. 기대효과

ㅇ 본 연구결과는 약간의 추가적인 연구를 통해 2-in-1 device의 구현이 가능할 것으로 예상된다. 즉 접었을 때는 스마트폰, 펼치면 태블릿으로 사용가능한 제품을 구현할 수 있을 것이다. 본 연구의 또 다른 특징 중의 하나는, 기존의 연구와 달리 폴더블 디스플레이/전자소자의 구현을 위해 기판만 역학적 설계를 통해 적절히 가공하였다는 것이다.

ㅇ 즉 연구에서 사용한 디스플레이/전자소자를 구성하는 재료들은 기존의 재료들, 깨지기 쉬운 투명전극 재료인 ITO (Indium Tin Oxide)나 금속 박막 등을 그대로 사용하였다. 이는 기존 산업에서 사용 중인 모든 재료들을 그대로 이용하면서 기판만 적절히 가공, 변형함으로써 폴더블을 구현하였다는 것에 큰 의미가 있음을 시사한다. (일반적으로 산업체의 양산라인에 새로운 재료가 채택되기 위해서는 수많은 시간과 연구개발, 양산테스트 등의 비용이 필요하지만 이런 문제들을 최소화한 방법이다.)

1. Advanced Materials 誌

ㅇ 독일 Wiley-VCH 출판사에서 격주로 발행되는 재료공학분야에서 세계 정상급 국제 학술지. (피인용지수: 17.5)

2. 플렉서블 디스플레이

ㅇ 휘어질 수 있는 디스플레이 장치를 뜻하는데 일반적으로 사용되는 유리 기판이 아닌 플라스틱 기판을 사용하기 때문에 기판의 손상을 방지하기 위해서 기존의 제조 방법이 아닌 저온 제조 프로세서를 사용한다.

3. 유기 박막 트랜지스터(OTFT)

ㅇ 무기질(실리콘) 대신 유기 반도체를 채널층으로 사용한 박막 트랜지스터. 전체 구조를 살펴보면 실리콘을 기반으로 한 트랜지스터와 큰 차이가 없다. 게이트에 전압을 가하면 절연막 때문에 전류가 흐르지 않고, 반도체에 전기장(전계)이 걸리므로 전계 효과 트랜지스터 역할을 하게 된다. 소자의 동작 원리를 살펴보면 게이트에 가해진 전압에 따라 절연체 부분이 전하가 없는 공핍층 (depletion layer), 또는 전하가 모인 축적층 (accumulation layer)이 되어 소스와 드레인 사이에 흐르는 전류의 양이 제어된다. 이 때 전류량의 비를 점멸비라고 하는데 컴퓨터 모니터와 같은 디스플레이에서 중요한 역할을 한다. 유기 박막 트랜지스터 (OTFT) 모니터는 밝고 컬러가 선명하며, 감응 속도가 빠르다. 또한 저온 공정이 가능하여 화면기판으로 플라스틱을 사용할 수 있어 플렉서블 디스플레이에 적용이 가능하다.

4. 전기 변색 소자(Electrochromic device)

ㅇ 전기화학적 산화환원 반응에 의하여 외부에서 전기적 신호가 인가되면 전류의 흐름에 의해 물질의 색깔이 변하는 원리를 이용한 소자. 외부 인가 전압에 의해 유도된 전하의 주입과 추출을 통하여 그 광학적 특성을 가역적으로 변화시킬 수 있는 특징을 갖고 있다. 이러한 전기 변색 디스플레이는 낮은 소모 전력, 높은 색상 효율, 열린 회로 상태에서의 메모리 효과 등의 특징을 갖고 있다. 이러한 특징 덕분에 전기변색 디스플레이, 스마트 윈도우, 전자 종이 등의 다양한 응용에 사용될 수 있다.

그림 1. 폴더블 플랫폼 구현도

깨지기 쉬워 구부리기도 쉽지 않은 유리 기판을 10마이크론 이하의 얇은 두께로 가공하여 접을 수 있음을 예시했다. 이를 통한 폴더블 디스플레이 및 전자소자의 구현을 위해 접힐 부분만 얇게 가공하고 그 이외의 부분은 두꺼운 두께를 그대로 유지한다는 것이 특징이다. 기판 전체를 얇게 제조할 경우 접을 수는 있으나 전체 두께가 너무 얇아 우그러지기 쉬워 취급 및 사용상의 문제가 발생한다.

그림 2. 두 번 접을 수 있는 (Dual foldable) 플랫폼 구현도

그림 1의 원리를 확장하여, 적절한 역학적 설계를 통해 2회 접음(dual folding), 즉 최초 기판 크기의 1/4로 크기를 감소시킬 수 있는 플랫폼을 구현했다. 이러한 2회 접음은 특히 휴대형 태양전지 (특히 우주, 군사용)의 경우에 유용할 수 있다. 이동할 때에는 1/4의 크기로 접은 상태에서 보관/휴대하고, 사용할 때에 펼치면 대면적 태양전지판을 이루어 전원확보에 사용가능할 수 있다. (병사들이 행군 이동시에는 접어서 호주머니에 넣어 다니고, 숙영지 등에 머무를 때에는 넓게 펼쳐서 개인용 혹은 기타 전자기기의 충전에 활용가능하다.)

그림 3. 폴더블 전기소자, 디스플레이 구현

폴더블 플랫폼의 적용 가능성을 보여주기 위해 유기 박막 트랜지스터를 구현했다. 또한 본교의 영문이름인 “YONSEI”를 전기변색 디스플레이가 편평한 상태 (우측 상단), 1회 폴딩, 2회 폴딩 (우측 하단)의 과정을 거쳐도 그대로 잘 표시하고 있음을 확인할 수 있었다. 이를 통해 한 번 뿐 아니라 두 번 접을 수 있는 폴더블 플랫폼의 가능성을 보여준다.

그림4. 2-in-1 폴더블 플랫폼 구현

이와 같은 연구결과는 사회적 산업적 의미에서 생각해보면 약간의 추가적인 연구를 통해 2-in-1 device의 구현이 가능할 것으로 예상된다. 예를 들면 펼쳤을 때에는 태블릿으로 사용하고 접었을 때는 스마트폰으로 사용가능한 제품을 구현할 수 있다. 위에 제시된 그림은 이를 개념적으로 표현한 것으로 본교 연세대학교의 영문 홈페이지 첫화면을 표시하고 있다.

출처 :　http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201501060/full

인적사항

○ 소 속 : 연세대학교

○ 전 화 : 02-2123-5835

○ e-mail : dykhang@yonsei.ac.kr

학력

1987 - 1994 서울대학교 공과대학 화학공학과 학사

1994 - 1996 서울대학교 공과대학 화학공학과 석사

1996 - 2000 서울대학교 공과대학 화학공학과 박사

경력사항

2000 ~ 2003 : 성균관대학교 고분자기술연구소 연구원, (주)ATC

2003 ~ 2007 : University of Illinois at Urbana-Champaign, 재료공학과 박사후 연구원 (Post-doc)

2008 ~ 현재 : 연세대학교 신소재공학과 조교수, 부교수

4. 전문 분야 정보

○ 비전통적 방법을 이용한 패터닝 (임프린트, 소프트리소그래피 등)

○ 플렉시블/스트레처블 전자소자 및 재료, 공정

○ 유기전자재료 및 소자

5. 연구지원정보

○ 2010년 ~ 2016년 : 미래창조과학부 기후변화대응기술개발사업