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국내 연구진, 투명 금속전극 개발… 플랙서블 디스플레이, 스마트 글래스 적용 가능

2018년 05월 31일 14:00

 

이미지 확대하기국제가전전시회(CES) 2016에서 공개한 LG디스플레이의 플렉시블 디스플레이. 이에 적용할 수 있는 잘 휘어지고 투명한 투명전극 소재에 대한 연구가 활발하다. -LG디스플레이 제공
'국제가전전시회(CES) 2016'에서 공개한 LG디스플레이의 플렉시블 디스플레이. 이에 적용할 수 있는 잘 휘어지고 투명한 투명전극 소재에 대한 연구가 활발하다. -LG디스플레이 제공

플렉서블 디스플레이나 스마트 글래스 등에 적용할 수 있는 투명 전극이 개발됐다. 박장웅 UNIST 신소재공학부 교수와 김선경 경희대 응용물리학과 교수 공동연구팀은 유리 대비 99% 투명하면서도 전기전도도가 높은 금속전극을 만드는 데 성공, 국제학술지 ‘나노 레터스’ 5월 21일자에 발표했다. 

 

현재 투명한 디스플레이나 터치패널에 쓰이는 투명전극 소재는 인듐주석산화물(ITO)이다. 하지만 ITO는 구부리거나 휘어지면 깨져버린다는 단점이 있어, 유연하게 구부러져야 하는 플렉서블 디스플레이에는 사용하기 어렵다. 최근에는 ITO의 단점을 보완하기 위해, 머리카락의 50분 1정도 수준의 얇은 은 나노와이어를 그물 구조로 만든 투명전극이 연구되고 있다. 하지만 빛이 강하게 산란돼 그물 구조가 눈에 보인다는 한계가 있다. 

 

빛이 산란되는 이유는 금속이 빛을 받으면 금속 내부의 전자들이 한쪽으로 치우쳐지는 분극 현상이 일어나기 때문이다. 분극이 일어나면서 방출되는 전자기파가 산란광이 된다. 산란광을 막기 위해서는 금속에서 분극이 일어난 반대 방향으로 전자를 유도해야 한다. 

 

이미지 확대하기밝은 조명을 비췄을 때 은 나노와이어 투명전극(왼쪽)에서는 빛의 산란이 일어나 그물 구조가 눈에 보이지만 산화막이 형성된 투명전극(오른쪽)에서는 보이지 않는다. - UNIST 제공
밝은 조명을 비췄을 때 은 나노와이어 투명전극(왼쪽)에서는 빛의 산란이 일어나 그물 구조가 눈에 보이지만 산화막이 형성된 투명전극(오른쪽)에서는 보이지 않는다. - UNIST 제공

공동연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 금속 구조 위에 얇은 산화막을 입혔다. 연구팀은 1마이크로미터(㎛, 1㎛는 100만 분의 1m) 두께의 은 나노와이어를 그물 구조로 배치한 뒤, 표면 일부를 산화시켜 100나노미터 (㎚, 1㎚는 10억 분의 1m) 두께의 산화막을 형성했다. 이렇게 제작한 투명전극은 빛의 산란을 억제해 일반 유리의 99% 수준의 높은 투명도를 나타냈다. 전기전도도 역시 기존의 ITO 투명전극보다 2배 높았다. 

 

이미지 확대하기은 나노와이어 산화물 투명전극으로 만든 투명 히터. 시야를 가리지 않으면서 자동차 유리에 서린 김을 빠르게 없앴다. - UNIST 제공
은 나노와이어 산화물 투명전극으로 만든 투명 히터. 시야를 가리지 않으면서 자동차 유리에 서린 김을 빠르게 없앴다. - UNIST 제공

연구팀은 개발한 투명전극으로 자동차 유리에 사용하는 투명 히터를 만들었다. 투명 히터는 시야를 가리지 않으면서도 유리에 서린 김을 효과적으로 제거했다. 박 교수는 “투명전극이 사용되는 디스플레이는 물론 스마트 글래스, 스마트 콘택트 렌즈, 증강현실(AR) 등 다양한 분야에 투명전극을 적용할 수 있을 것”이라고 말했다. 

 

 

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