값싸고 자유자재로 휘는 디스플레이..한걸음 더 '성큼'

[이데일리 김혜미 기자] 종이처럼 얇아 자유자재로 구부릴 수 있고, 충격에 강하면서도 저렴한 디스플레이 시대가 한 걸음 더 가까워졌다. 플렉시블 디스플레이의 유연성을 높이면서도 비용을 낮출 수 있는 기술을 국내 연구진이 개발했다.

8일 교육과학기술부와 한국연구재단에 따르면 울산과학기술대학교(UNIST) 양창덕 교수와 오준학 교수팀은 현재까지 개발된 유기 박막 트랜지스터 가운데 전하이동도가 가장 높은 고성능 유기 박막 반도체를 개발했다. 유기물질로 만든 유기 박막 반도체는 기존의 실리콘으로 만든 무기 박막 반도체와 달리 충격에 강하고 종이처럼 얇으면서 유연한 특성을 갖는다.

연구팀은 기존과 다른 반도체 고분자를 합성하고, 새로운 방법을 이용해 전공과 전자 이동도를 2배 가량 향상시킨 양극성 반도체를 개발하는 데 성공했다. 거의 모든 유기 박막 트랜지스터에 사용되는 ‘알킬 사슬’ 대신 ‘실록세인 가용화제’를 합성하고, 트랜지스터를 만드는 과정에서도 기판 사이에 유기 반도체 용액을 넣고 유기 반도체 박막을 형성하는 방법인 용액전단 공정법을 사용했다.

이렇게 개발된 유기 박막 반도체는 기존의 양극성 고분자 재료 가운데 전하 이동도가 가장 높을 뿐 아니라 지금까지 개발된 무기 박막 반도체의 전하 이동도보다 최대 4배 빠른 이동도를 구현하는 것으로 나타났다. 최근 비슷한 시기에 중국 연구팀이 개발한 재료와 비교해도 정공 이동도는 2배 이상, 전자는 5배 높다. 이동도가 높다는 것은 화면의 잔상이 적어 지금까지 개발된 기술보다 영상을 구현하는 속도가 그만큼 더 빨라진다는 의미다.

휘어지는 정도도 한층 더 유연해진다. 지금까지 산업체에서 개발한 플렉시블 디스플레이는 자유자재가 아닌 둥그스름한 기둥 정도까지 휘어지는 정도였지만, 유기 박막 반도체를 사용하면 굴곡은 좀더 유연해진다. 양극성 반도체를 활용해 비용도 절반으로 줄었다.

양 교수는 “이번에 개발한 고성능 고분자 반도체는 유기전자회로를 사용하는 스마트폰이나 컴퓨터 같은 정보기기, 센서, 스위치 등에 다양하게 적용할 수 있다”며 “차세대 휘어지는 전자소자 개발에도 크게 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.

다만 이번 기술이 상용화되기까지는 최소 5년 정도의 시간이 걸릴 것으로 내다봤다. 이번 연구 성과는 화학분야 학술지인 미국화학회지(ACS) 최신호에 게재됐다.

고성능·고분자 유기물 반도체를 개발한 울산과기대 양창덕 교수(왼쪽)와 오준학 교수.(출처 : 한국연구재단)