휘는 전자기판 개발…폴더블폰 대중화 시대 여나

포스텍 정윤영 교수팀, 딱딱한 물질을 부드럽게 만드는 유연기판 개발…웨어러블 등에 사용 가능

기존 유연 기판과 응력 감쇄형 유연 기판의 구조.(왼쪽) 폴리이미드 단일층으로 구성된 기존 유연 기판의 구조(오른쪽) 폴리이미드 유연 기판 내에 부드러운 응력 감쇄층이 삽입된 응력 감쇄형 유연 기판의 구조/사진=과학기술정보통신부

국내 연구진이 전자기기에서 소자가 놓이는 기판 내부에 부드러운 물질 층을 삽입해 딱딱한 물질을 부드럽게 구부릴 수 있게 한 새로운 개념의 유연기판을 개발했다.

포스텍 정윤영 교수 연구팀은 부드러운 물질을 기판 내부에 삽입해 응력(저항력) 감쇄 효과를 일으키는 차세대 폴더블 전자소자 구현 기술개발에 성공했다고 6일 밝혔다.

폴더블 스마트폰을 비롯한 다양한 웨어러블 기기에 응용되는 유연 전자 기술에는 구부림에 강하면서도 전기·광학적 성능이 우수한 소재가 요구된다.

하지만, 유연성 구현을 위해 그동안 개발된 그래핀, 탄소나노튜브, 고분자 기반 소재들은 성능과 양산성이 기존의 딱딱한 물질들에 비해 많이 떨어진다는 한계가 있다.

연구팀은 유연 전자 기기에서 전자 소자에 가해지는 응력 자체를 줄일 방법을 모색하던 중, 유연 기판 내에 부드러운 물질 층을 삽입하는 방법을 고안해 냈다.

응력 감쇄 층이 삽입된 유연 기판의 경우, 일반 유연 기판에 비해 표면 변형률이 크게 감소 됐다. 또 기존의 딱딱한 소재를 이용하더라도 구부림에 의한 성능 저하도 나타나지 않았다. 이는 전기적·광학적으로 성능이 우수해 이미 디스플레이 제품에 널리 사용되고 있는 ‘인듐 주석 산화물’ 소재를 이용한 실험을 통해 입증했다.

응력 감쇄형 유연 기판의 효과.(왼쪽) 굽힘 이후에 금(crack)이 형성되어 전기 성능이 크게 저하되는 기존 유연 기판 위의 딱딱한 소재 박막(오른쪽) 작은 굽힘 반경에서도 소재에 손상이 없는 응력 감쇄형 유연 기판 위 딱딱한 소재 박막/사진=과학기술정보통신부

정 교수는 “이번 연구는 신소재 개발 위주의 기존 유연 전자소자 연구와 달리 기판의 구조적 변화를 통해 소자에 가해지는 응력을 줄이는 새로운 방식의 유연 소자 제작 기법을 제시한 것”이라고 말했다.

또 “시간과 비용이 많이 드는 새로운 유연물질의 개발과정을 획기적으로 보완할 수 있는 응력 감쇄형 유연 기판 기술은 기존에 산업계에서 성능이 검증된 금속과 세라믹을 사용해 유연 전자소자 구현이 가능하다”며 “빠르게 성장하는 유연 전자기기 시장 지배력을 높이는 데 큰 도움이 될 것”이라고 덧붙였다. 이번 연구 성과는 국제학술지 ‘사이언티픽 리포츠’에 게재됐다.


한편, 글로벌 시장조사기관 러시치엔마켓은 웨어러블(착용형) 기기 및 위·아래나 좌·우로 열고 닫는 폴더블폰 기기와 같은 유연 디스플레이 세계 시장 규모가 지난해 79억1000만달러(약 10조원)에서 25.9%의 연평균 성장을 지속, 2025년에는 315억 달러(약 39조원)에 이를 것으로 예측했다.