국내 연구진이 기존의 값비싼 투명전극을 대체할 수 있는 격자무늬 투명전극의 새로운 제조기술을 개발했다.
이 기술은 투명전극을 값싼 용액 공정을 통해 연속적으로 대면적(大面積, large-area) 제작이 가능하며 휴대폰, 노트북, TV 등에 사용되는 투명 디스플레이의 발전에 크게 기여할 것으로 기대된다.
미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 선도연구센터지원사업(NCRC)의 지원으로 수행된 이번 연구에는 광주과학기술원(GIST) 신소재공학부 정건영 교수 주도하에 박사과정 이광호 연구원이 제1저자로 참여했으며 동 연구는 재료과학 분야 권위지인 어드벤스트 머트리얼즈지 4월 22일자 온라인 판에 표지논문으로 게재되었다.
기존의 투명전극(ITO)은 인듐을 사용하는데, 최근 인듐의 매장량 한계 등에 따른 가파른 가격 상승으로 인해 이를 대체하기 위한 연구들이 활발히 진행 중이다.
여러 연구 중에서 높은 전기전도도와 투명도를 동시에 구현 가능한 격자무늬 투명전극의 상용화 연구가 주목받고 있다. 하지만 격자무늬로 얇은 금속선을 만들기 위해서는 고가의 고진공 금속증착 장비가 필요하고 대면적으로 연속제작이 어렵다는 단점이 있었다.
연구팀은 고가의 고진공 장비를 사용하지 않고 은 나노입자 용액을 이용해 값싼 공정으로 격자무늬 투명전극을 제작하는 데 성공했다.
제작공정은 다음과 같다. 우선, 유리 기판에 고분자 용액과 격자무늬가 새겨진 스탬프를 차례로 올려놓고 약한 열과 압력을 가하면 기판에 격자무늬를 제외한 나머지 공간에 고분자가 남는다.
여기에 은나노 용액을 떨어뜨린 후 고분자를 제거하면 은나노 입자만 격자모양을 이루며 남는다. 이 은나노 입자로 된 금속선을 따라 전기가 흐르고 그 사이 공간으로 빛이 투과하는 것이다.
동 용액공정은 잉크젯 프린터처럼 연속적으로 인쇄하듯이 대면적으로 제작할 수 있어 상당히 경제적이라는 것이 장점이다.
한편 연구팀은 잘 휘어지는 플라스틱 기판에도 이 투명전극 제작 공정을 적용하였으며 기존 투명전극과 달리 1000번의 휘어짐에도 전기가 잘 흐르는 것을 확인하였다.
나아가 이 격자무늬 투명전극을 적용한 투명트랜지스터를 용액법(溶液法)만으로 제작하여 액정소자를 구동시키는데 성공하였다. 트랜지스터 자체가 투명하기 때문에 액정 디스플레이 뒷면을 볼 수 있으며, 액정소자가 구동되면 화면을 표시할 수 있다. 이는 동 기술로 미래형 투명 디스플레이를 제작할 수 있다는 것이다.
정 교수는 “격자무늬의 투명전극 뿐 아니라 디스플레이를 구동하는 트랜지스터를 고가의 증착 장비 없이 기능성 용액만을 이용하여 값싼 연속공정으로 제작할 수 있는 가능성을 제시한 것”이라며 “또한 제작된 투명전극을 투명 트랜지스터에 적용함으로써 투명 디스플레이의 원천기술 확보가 가능하다”고 밝혔다.
