국내 연구진이 종이처럼 구길 수 있는 디스플레이의 핵심 소재를 개발했다. 일본의 수출규제 품목 중 하나인 불화 폴리이미드 계열의 수지로 유연성과 절연성, 내열성을 모두 갖춘 유기 트랜지스터 절연체 개발에 성공했다.

한국화학연구원 고기능고분자연구센터 김윤호 박사팀과 포항공대 정성준 교수팀은 플렉시블 디스플레이의 난제였던 ‘트랜지스터용’ 유연·절연 소재를 개발하고, 제조공정을 단순화하는 데 성공했다고 16일 발표했다.

트랜지스터는 디스플레이를 구동하기 위한 소자로 해상도를 정하는 픽셀의 켜짐·꺼짐을 제어하는 역할을 하며, 전극·반도체·절연체로 구성된다. 현재는 무기물 기반의 소재들로 이뤄진 트랜지스터가 디스플레이 패널에 쓰이고 있다.

디스플레이를 자유자재로 구부리거나 접으려면, 특히 디스플레이 패널 전체에 적용되는 트랜지스터용 절연체가 유연해야 하며 절연체의 필수조건인 절연성을 확보해야 한다.

공동 연구진은 분자설계를 최적화해 절연성과 유연성, 내열성의 삼박자를 동시에 갖춘 폴리이미드 기반의 유연·절연 소재를 개발하고 이를 트랜지스터 절연체에 적용해 종이처럼 구길 수 있는 유기 트랜지스터를 제작하는 데 성공했다.

절연성을 나타내는 누설전류밀도가 제곱센티미터당 1억분의1 암페어(A) 이하로, 기존의 트랜지스터용 무기 절연체와 유사한 수준이며 특히 350℃ 이상의 우수한 내열성을 가지고 있어 기존 디스플레이 패널 제조공정에도 충분히 적용할 수 있다.

연구진은 또한 기존 폴리이미드 제조에 필수인 200℃ 이상의 고온 열처리 과정이 필요 없는 상온 용액공정을 개발해 제조공정을 단순화하는 데 성공했다. 분자설계를 통해 용매에 녹을 수 있는 폴리이미드 소재를 개발, 상온에서 한 번의 용액 코팅공정으로 폴리이미드 절연 박막을 형성할 수 있었다.

김윤호 박사는 “이번에 개발된 폴리이미드 절연 소재는 현재 디스플레이 패널 제조공정 환경에도 충분히 적용될 수 있다”면서 “특히, 최근 인쇄공정 기반의 유연전자소자 개발에도 매우 적절한 절연소재로 활용될 수 있을 것”으로 기대했다.

연구결과 논문은 재료과학 분야 권위지인 'ACS Applied Materials & Interfaces' 12월호에 ‘분자 설계를 기반으로 한 저온 용액공정 가능 용해형 폴리이미드 절연 소재 개발 및 유연 유기 트랜지스터 제작(Low-Temperature Solution-Processed Soluble Polyimide Gate Dielectrics: From Molecular-Level Design to Electrically Stable and Flexible Organic Transistors)’으로 게재됐다.

씨스켐닷컴(2020-01-16)