차세대 디스플레이용 투명한 고분자 물질 구현

KAIST, 유리같은 투명성-열팽창계수 갖는 고분자 합성 성공

▲ KAIST 화학과 김상율 교수 연구팀 ⓒKAIST

KAIST 화학과 김상율 교수 연구팀이 유리와 같은 투명성과 열팽창계수를 가져 유기소재의 열팽창 제어에 응용 가능한 고분자를 합성하는데 성공했다.

고분자 물질을 합성할 때 고분자 사슬 간에 상호작용하는 힘을 도입하고 힘의 방향이 수직으로 교차하게 만들며, 사슬 간 거리를 적절히 조절하면 온도에 따른 팽창 및 수축을 억제할 수 있다.

김 교수 연구팀은 이러한 화학구조를 투명한 고분자 물질에서 구현했다.

투명하면서도 유연한 차세대 디스플레이 제조를 위해서는 유리 수준의 투명성과 열팽창계수를 가진 접을 수 있는 기판소재가 필요하지만 이러한 조건을 갖는 유연 고분자 소재는 알려진 바 없었다.

연구팀이 합성에 성공한 새로운 고성능 고분자 물질인 투명한 폴리아마이드이미드 필름은 열팽창정도가 4ppm/oC로 유리 수준으로 낮으면서도 유연하고, 아몰레드(AMOLED) 디스플레이 제조공정에 적용할 수 있는 내열성을 갖고 있다.

연구팀은 새로 합성된 투명 폴리아마이드이미드 필름 위에 이그조 박막 트랜지스터(IGZO TFT)소자를 제작해 필름을 반경 1mm까지 접어도 소자가 정상적으로 작동되는 것을 확인했다.

김 교수는 “이번 연구 결과는 그간 난제로 여겨졌던 무정형 고분자의 열팽창을 화학적 가교결합 없이 조절해 유리 정도 수준으로 낮추면서도 유연성을 확보하고 동시에 투명하게 만드는 방법을 제시한 흥미로운 연구결과이다”며 “다양한 유기소재의 열팽창을 제어하는 데 응용 가능할 것으로 기대된다”고 말했다.

이 연구성과는 국제 학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances) 10월 26일자 온라인 판에 게재됐다.

(논문명 : Poly(amide-imide) materials for transparent and flexible displays )

▲ 고성능 고분자 물질인 투명한 폴리아마이드이미드 필름 ⓒKAIST

한편, 얇고 가벼운 평판디스플레이에 사용되는 반도체소자는 세라믹과 비슷한 열팽창계수를 갖고 있어 열팽창계수의 차이가 큰 고분자 필름 위에 반도체소자를 만들게 되면 작동 시 발생하는 열에 의한 팽창과 수축의 차이로 소자가 파괴되는 문제가 발생한다.

따라서 반도체소자와 기판의 열팽창계수를 일치시키는 것은 성공적인 디스플레이를 제조하는데 매우 중요하다.

무정형인 투명한 고분자 물질의 열팽창계수를 줄이는 방법으로 고분자 사슬들을 연결시켜 망상구조를 형성시키는 방법이 알려져 있지만 망상 구조를 갖는 고분자 물질은 유연성을 잃어버리고 필름으로 제조해도 유연하지 않게 된다.