<사이언티픽 리포트> 11월 19일자 논문 게재
“플렉시블 기기, 웨어러블 디바이스용 터치패널 등에 응용 가능”

정보전자신소재공학과 김한기 교수 연구팀이 산화구리(Cu₂O)-구리(Cu)-산화구리로 구성된 다층 그리드(Grid)를 이용해 휘어지는 플렉시블(Flexible) 터치패널 구현 기술을 개발했다. 이 기술은 플렉시블 디스플레이, 플렉시블 태블릿 PC, 일체형 PC, 웨어러블(Wearable) 디바이스용 터치패널 등에 적용 가능하다. 연구 성과는 네이처 자매지 <사이언티픽 리포트(Scientific Reports)> 11월 19일자에 게재됐다. 연구는 김한기 교수가 주도하고, 김동주 박사과정 학생(제1저자)이 참여했다.

유연성·공정기술 확보, 저가형 유연 투명 전극 구현
모바일, 스마트 기기에 활용되는 터치패널은 일반적으로 인체에서 나오는 정전기를 감지해 터치를 인식하는 정전용량방식으로 작동되는데, 이 패널에는 전도도와 투과도가 높은 전도성 투명 산화물 전극인 ITO(Indium Tin Oxide)가 활용된다. 그러나 ITO 전극은 세라믹 소재로, 기판이 휘어지면 쉽게 깨지고, 고가이기 때문에 플렉시블, 웨어러블 디바이스 시대에서 요구되는 휘어지는 투명 전극을 구현하는 데 한계가 있었다. 김한기 교수 연구팀은 저가의 구리 그리드 전극을 활용해 ITO 전극의 문제를 해결했다.

구리는 ITO에 비해 매우 유연하고 비용이 저렴하지만, 반짝이는 특성 때문에 투명한 전극 소재를 요구하는 터치패널에 활용되지 못했다. 연구팀은 산화구리 사이에 구리를 삽입한 다층 박막을 만들고, 마이크로 단위로 그리드 구조 형상을 구현해 금속 수준의 전도도를 가지면서 사람의 눈에 투명하게 보이는 터치패널용 투명 전극을 개발했다. 이미 산업 현장에서 사용되고 있는 롤투롤(Roll-to-Roll) 스퍼터 방식을 적용한 공정기술도 확보, 저가형 투명 전극 개발이 가능할 것으로 기대된다.

김한기 교수는 “이번 연구를 통해 대면적 유연 터치패널 구현을 위한 핵심 기술을 확보했다”며 “연구결과는 플렉시블 디스플레이, 플레시블 태블릿 PC, 웨어러블 디바이스, 스마트 윈도우용 터치패널 등 다양한 분야에 응용될 수 있다”고 설명했다.   

스트레처블 디스플레이 위한 후속 연구 추진
김한기 교수 연구팀은 후속 연구로 플렉시블 디스플레이 다음 세대의 디스플레이인 스트레처블(Stretchable) 디스플레이 구현을 위한 소재 기술을 연구 중이다. 삼성디스플레이와 공동 연구를 통해 늘어나는 투명 전극과 배선 연구를 진행하고 있다.

김한기 교수는 국내 대기업에서 유기발광다이오드(OLED)용 투명 전극을 개발하며 ITO 박막, 그래핀, 탄소나노튜브, 전도성 고분자, 은나노와이어, 금속 네트워크 구조 등의 다양한 투명 전극을 개발했다. 나아가 이를 유연 OLED, 유연 태양전지, 유연 박막트랜지스터(TFT), 유연 히터, 유연 메모리에 적용, 유연 투명 전극과 관련된 다양한 소재와 공정기술을 연구·개발해왔다. 2009년에 경희대학교로 자리를 옮겨서도 산학협력 연구에 중점을 두면서 실제 산업에 적용되는 차세대 전극 소재를 개발하고 있다.

이번 연구는 미래창조과학부 중견연구사업, 삼성디스플레이 OLED 센터 지원으로 수행됐다.