정보전자신소재공학과 김한기 교수, 국제학술지 3회 연속 논문 게재
“차세대 유기발광소자, 유연 터치패널, 스마트 윈도우에 응용”

창문, 자동차 유리 등을 터치해 정보를 얻고 컴퓨터를 조작하는 장면은 미래 모습을 그린 영화에 종종 등장한다. 이 장면이 곧 현실화될 수 있을 것으로 보인다. 

경희대학교 정보전자신소재공학과 김한기 교수팀이 차세대 스마트 윈도우의 핵심기술인 투명전극 기술을 개발했다. 김한기 교수팀은 ‘롤투롤(Roll-to-Roll) 스퍼터와 슬롯다이 코팅 기술을 이용한 투명전극 기술 개발’과 관련한 논문을 <사이언티픽 리포트(Scientific Report)> 9월 19일, 22일, 28일자 온라인판에 연이어 게재했다.

유연성 우수한 투명전극 구현
투명전극은 차세대 유기발광소자(OLED) 디스플레이를 포함해 터치패널, 유기태양전지, 페로브스카이트 태양전지, 스마트 윈도우, 투명히터, 에너지 하베스팅 소자 등 다양한 분야에 적용되는 핵심소재다. 특히 OLED 소자에 전류를 주입하거나 태양전지에서 생성된 전류를 추출해 터치패널의 위치를 감지하는 소재이기 때문에 소자의 특성에 큰 영향을 미친다.

김한기 교수팀은 투명전극과 관련해 ▲결정질 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide·ITO) 박막의 표면적을 표면 조성제어 스퍼터(Graded Sputtering)와 나노은 에칭 기술을 통해 제어하는 기술 ▲대면적 롤투롤 스퍼터 공정을 이용해 제작한 유연 변색 소자와 유연 투명히터 소자용 구리 기반 대면적 유연 투명전극 ▲롤투롤 슬롯다이 코팅을 통한 인쇄형 대면적 은나노와이어 투명전극의 특성과 이를 이용한 유연 터치패널 기술을 개발했다.

특히, 롤투롤 슬롯다이 코팅 공정 기술과 투명 보호 코팅 기술을 개발해 유연성이 우수한 투명전극을 구현, 대면적 유연 터치패널의 가능성을 제시했다. 김한기 교수팀은 대면적 코팅 시 발생하는 은나노와이어 전극의 면저항 불균일성과 황화 현상을 통한 은나노와이어 불안정성의 문제를 보완하기 위해 이 같은 기술을 개발했다. 관련 연구는 9월 28일자 <사이언티픽 리포트>에 소개됐다.

김한기 교수는 “유연 OLED, 고효율 유기태양전지, 페로브스카이트 태양전지, 저가형 투명히터, 유연 터치패널, 스마트 윈도우 등에 활용할 수 있는 핵심기술을 구현했다. 다양한 광전소자 분야에서도 응용될 수 있다”고 설명했다.

롤투롤 슬롯다이 코터를 이용한 대면적 은나노와이어 코팅 공정과 이를 이용해 제작한 유연 터치스크린 패널

기존 장치 그대로 이용해 상용화 가능성 높여
현재 다양한 차세대 투명전극 소재가 제안되고 있지만, 상용화를 위해 넘어야 할 기술적 문제가 남아 있다. 김한기 교수팀은 기존 스퍼터와 슬롯다이 코팅 장치를 그대로 이용해 상용화의 가능성을 높였다

김한기 교수팀은 후속 연구로 ITO의 저항을 금속 전극 수준으로 낮출 수 있는 새로운 투명전극 기술을 개발하고 있으며, 새로운 대면적 성막 기술을 이용한 저온 성막용 투명전극을 선보일 예정이다.

김한기 교수는 투명전극 소재와 공정, 소자 관련 연구를 진행하고 있다. 그동안 그래핀, 탄소나노튜브, 전도성 고분자, 은나노와이어, 금속 네트워크 구조, 옥사이드-메탈-옥사이드(oxide-metal-oxide) 등 다양한 투명전극 소재와 공정을 개발했다. 또한 연구 결과를 OLED, 유기 태양전지, 유연 박막트랜지스터(TFT), 유연 히터, 유연 메모리, 페로브스카이트 태양전지에 적용하며 투명전극과 관련해 다양한 소재와 공정 기술을 연구·개발해왔다.

이번 연구는 미래창조과학부 중견연구사업 및 삼성디스플레이 OLED 센터 사업 지원으로 수행됐다.