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화학연, 종이처럼 구길 수 있는 디스플레이의 핵심 소재 개발

- 플렉시블 디스플레이의 난제 ‘트랜지스터용’ 유연·절연 소재 개발 및 제조공정 단순화- 재료과학 분야 권위지 『ACS Applied Materials & Interfaces』 12월호 게재국내 연구진이 종이처럼 구길 수 있는 디스플레이의 핵심 소재를 개발했다.한국화학연구원과 포항공대 공동 연구진이 개발한 폴리이미드 절연 소재가 적용된 유기 트랜지스터이다. 공동 연구진은 분자설계를 최적화하여, 유연성·절연성·내열성의 삼박자를 두루 갖춘 폴리이미드를 개발했다. 한국화학연구원 고기능고분자연구센터 김윤호 박사팀과 포항공대 정성준 교수팀은 플렉시블 디스플레이의 난제였던 ‘트랜지스터용’ 유연·절연 소재를 개발하고, 제조공정을 단순화하는 데 성공했다. 트랜지스터는 디스플레이를 구동하기 위한 소자로 해상도를 정하는 픽셀의 켜짐·꺼짐을 제어하는 역할을 하며, 전극·반도체·절연체로 구성되어 있다. 현재는 무기물 기반의 소재들로 이뤄진 트랜지스터가 디스플레이 패널에 쓰이고 있다.디스플레이를 자유자재로 구부리거나 접으려면, 특히 디스플레이 패널 전면에 적용되는 트랜지스터용 절연체에 유연한 소재를 써야 한다. 이를 위해 다양한 고분자 기반의 후보물질이 제안됐지만, 절연체의 필수조건인 전류를 차단하는 절연성 확보가 관건이었다. 공동 연구진은 분자설계를 최적화하여 절연성(전류 차단)과 유연성, 내열성의 삼박자를 동시에 갖춘 폴리이미드 기반의 유연·절연 소재를 개발했다. 절연성을 나타내는 누설전류 밀도가 10-9A/㎠(암페어/제곱센티미터) 이하로, 기존의 트랜지스터용 무기 절연체와 유사한 수준이다. 특히, 350℃ 이상의 우수한 내열성을 가지고 있어 기존 디스플레이 패널 제조공정에도 충분히 적용할 수 있다.또한, 제조공정을 단순화하는 데 성공했다. 기존 폴리이미드 제조에 필수인 200℃ 이상의 고온 열처리 과정이 필요 없는 상온 용액공정을 개발한 것이다. 분자설계를 통해 용매에 녹을 수 있는 폴리이미드 소재를 개발했고, 상온에서 한 번의 용액 코팅공정으로 폴리이미드 절연 박막을 형성했다. 그 결과, 유연·절연 폴리이미드를 트랜지스터 절연체에 적용해 종이처럼 구길 수 있는 유기 트랜지스터를 제작하는 데 성공했다.한국화학연구원 김윤호 박사(좌)와 박현진 박사(우)가 폴리이미드 절연 소재가 적용된 유기 트랜지스터를 현미경으로 확대해 관찰하고 있다.이에 대해 한국화학연구원 김윤호 박사는 “이번에 개발된 폴리이미드 절연 소재는 현재 디스플레이 패널 제조공정 환경에도 충분히 적용될 수 있을 것”이라면서, “특히 최근 인쇄공정 기반의 유연 전자소자 개발에도 매우 적절한 절연 소재로 활용될 수 있다”고 설명했다.또한, 김윤호 박사는 “앞으로 이번에 개발된 원천소재 및 공정기술을 바탕으로 유연 전자소자 실용화 개발 연구에 힘을 기울이겠다”고 덧붙였다.한국화학연구원 고기능고분자연구센터 연구진(왼쪽부터 김윤호 박사, 박현진 박사, 유성미 연구원)이 같은 연구성과는 재료과학 분야 권위지인 『ACS Applied Materials & Interfaces(IF:8.456)』 12월호에 ‘분자설계를 기반으로 한 저온 용액공정 가능 용해형 폴리이미드 절연 소재 개발 및 유연 유기 트랜지스터 제작(Low-Temperature Solution-Processed Soluble Polyimide Gate Dielectrics: From Molecular-Level Design to Electrically Stable and Flexible Organic Transistors)’으로 게재됐다. 이번 연구는 과학기술정보통신부의 글로벌 프런티어 사업 나노 기반 소프트 일렉트로닉스 연구단과 한국화학연구원 주요사업의 지원을 받아 수행됐다.
편집부 2020-01-18
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생명연, 바이오플라스틱 소재의 친환경 대량생산 해법 찾았다

- 식물유로부터 바이오플라스틱 소재(세바식산) 대량생산 미생물 화학공정 개발 - 기존의 환경오염유발 화학공정을 친환경 저공해 생물공정으로 대체 기대 순수 국내 연구진이 플라스틱 및 다양한 화학제품 원료 소재인 세바식산(sebacic acid)을 식물유 원료로부터 생물학적으로 대량 생산하는 기술을 개발하였다. 이 기술을 활용한 세바식산 생산량은 세계 최고 수준이며, 향후 산업적으로 활용되어 바이오플라스틱 소재 산업 성장에 큰 기여를 할 것으로 기대된다. 그림 1. 미생물 공정을 이용한 식물유의 세바식산 전환공정 개요도바이오매스인 식물 유래의 기질을 유전공학으로 개량한 미생물을 이용하여 세바식산으로 전환공정 한국생명공학연구원(원장 김장성, 이하 생명연) 바이오상용화지원센터 안정오 박사팀(교신저자: 안정오/이홍원 박사, 제1저자: 전우영 박사)이 수행한 이번 연구는 산업통상자원부에서 추진하는 산업핵심기술개발사업의 지원으로 수행되었고, 영국왕립화학회에서 발간하는 세계적 학술지 ‘그린케미스트리지(Green Chemistry, IF 9.405)’에 12월 7일에 게재되었다.* 논문명: Microbial production of sebacic acid from a renewable source: production, purification, and polymerization 세바식산(HOOC-(CH2)8-COOH)은 가소제, 윤활제, 화장품 및 플라스틱의 생산을 포함하여 다양한 산업에 응용되는 물질이다. 현재 피마자유(castor oil)를 고온의 열분해(pyrolysis) 공정을 통해, 세바식산이 생산되고 있다. 하지만, 이러한 화학공정은 고온의 합성공정을 수반하며 이러한 과정에서 상당한 양의 황산을 소비한다. 이 과정에서 심각한 환경 오염을 일으킬 수 있는 황산나트륨을 함유한 폐수를 방출하는 등의 문제점이 존재한다. 이에, 세바식산의 주요 생산국가인 중국은 세바식산 생산공장에 관한 환경법령을 적용하여 공장가동 일을 줄이고 있어, 대체 생산기술개발이 요구되고 있는 상황이다. 그림 2. 미생물 기반의 세바식산 생산, 정제 및 중합의 개략도바이오매스인 식물유래의 기질을 유전공학으로 개량한 미생물을 이용하여 세바식산을 생산하고 고순도로 분리 정제 후 바이오 기반 나일론 610으로 중합하는 공정 연구팀은 기존의 고온·고압의 화학공정을 통한 세바식산 생산을 대체할 수 있는 친환경의 미생물 화학공정*을 개발하고, 생산된 세바식산을 고순도로 분리·정제하는 공정을 개발하였다. 또한, 폴리아마이드 중합공정**을 통해 고성능 바이오 나일론 610(nylon 610)***을 성공적으로 합성하였다. * 미생물 화학공정: 미생물 공정은 화학공정에 비해 친환경적인 공정, 무한히 재생 가능한 생 촉매 사용과 같은 여러 장점을 가지고 있음** 폴리아마이드 중합공정: 고온에서 물(H2O)을 제거하면서 카르복실기(-COOH)와 아민기(-NH2) 간의 아마이드 결합(-COHN-)을 생성하는 반응*** Nylon 610: 세바식산과 헥사메틸렌디아민(Hexamethylenediamine)과의 중합공정을 통해 생산되는 나일론으로 전기 절연체, 정밀부품, 필라멘트 등에 활용된다. 그림 3. (a) 상동성 재조합 방법을 이용한 유전자 카세트의 미생물 유전체로의 삽입 (b) 다양한 유전자의 도입을 통해 만들어진 균주목록 (c) 플라스크 배양을 통한 균주들간 세바식산 생산량 비교연구팀은 미생물 균주(효모 캔디다 트로피칼리스) 유전자 조작을 통하여, ω-산화 반응*에 관여하는 유전자들을 증폭시킴으로써 식물 유래의 지방산 원료로부터의 세바식산 생산 능력을 향상시켰다. 또한, 배양 공정에 관여하는 온도, pH, 용존산소량, 원료의 투입 속도 등의 조건들을 최적화하여 세바식산을 세계 최고 수준으로 생산(98.3 g/L의 농도와 98%의 생산 수율)하였다.* ω-산화 반응: 알칸이나 지방산의 ω-위치 탄소를 산화시켜서 알콜기 알데히드기를 거쳐 카르복실기로 전환시켜 주는 반응그림 4. (a) 미생물 배양기 모식도, (b) 세바식산 생산에 있어서의 배양 3단계 (c) 5L 스케일에서의 세바식산 생산 배양 프로파일 (d) 50L 스케일에서의 세바식산 생산 배양 프로파일연구팀은 실험실 규모에서 구축한 세바식산 생산 공정을 파일롯 규모(50L 배양기)에서도 성공적으로 재현함으로써 본 연구결과의 산업적 적용 가능성을 확인하였다.또한, 본 연구팀은 국내 기업인 애경유화㈜, ㈜롯데케미칼, 스몰랩과의 산·연 협동 연구를 통하여, 바이오 공정을 통하여 생산된 세바식산을 고순도로 분리 및 정제하였으며, 중합공정을 통해 바이오 나일론 610(nylon 610)을 성공적으로 합성하였다.그림 5. 미생물 배양을 통해 얻은 세바식산의 분리 및 정제 (a) 공정흐름도 (b) 실제 세바식산 사진연구 책임자인 안정오 박사는 “동 연구성과는 재생 가능한 바이오 자원 유래의 세바식산 생산 공정을 통해, 기존의 화학적 생산방법을 대체 가능하다는 것을 보여준 것”이라며, “또한 국내 기업들과의 협업을 통해 세바식산을 나일론 610으로 성공적으로 합성한 것은 산‧연 간 공동 연구가 국내 바이오 산업화기술 경쟁력 강화로 이어지는 좋은 사례가 될 것으로 기대한다”고 밝혔다. 
편집부 2020-01-18
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화학연, 버려지는 페트병을 의약품 원료로 재탄생시키는 기술 개발

- 폐플라스틱을 생물·화학 융복합 전환… 의약품 및 플라스틱 원료 등 생산- 美 화학회 『지속 가능 화학 및 공학(IF:6.97)』 12월호 게재전 세계가 플라스틱 쓰레기로 몸살을 앓고 있는 가운데, 플라스틱의 대명사 페트병을 의약품 원료 등으로 재탄생시키는 기술이 개발됐다. 페트병의 주성분인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 화학적으로 분해하고, 생물학적으로 전환해 유용한 소재로 바꾸는 기술이다.한국화학연구원 김희택·주정찬·차현길 박사팀, 고려대 김경헌 교수팀, 이화여대 박시재 교수팀은 공동으로 PET를 의약품과 플라스틱 원료 등으로 전환하는 기술을 개발했다. 공동 연구진은 물을 이용해 PET를 단량체(단위 분자)로 친환경적으로 분해하고, 이를 미생물을 이용해 유용한 소재들로 전환하는 전략을 설계했다. 버려진 PET는 화학적으로 테레프탈산과 에틸렌글리콜로 분해된다. 이어서 미생물을 이용해 테레프탈산은 핵심 중간산물인 프로토카테큐산을 거쳐 갈산, 피로갈롤, 카테콜, 뮤콘산, 바닐릭산으로 전환된다. 에틸렌글리콜은 해당 물질의 대사균주를 이용해 글라이콜산으로 전환된다.먼저, PET를 마이크로웨이브 반응기에서 230℃ 조건으로 물과 반응시켜 테레프탈산과 에틸렌글리콜로 화학적으로 분해했다. 수율은 99.9%에 달했다.이어서 미생물을 이용해 테레프탈산과 에틸렌글리콜을 유용한 소재로 전환하는 데 성공했다. 테레프탈산을 갈산(92.5%), 카테콜(90.1%), 피로갈롤(20.8%), 뮤콘산(85.4%), 바닐락산(29.4%)으로, 에틸렌글리콜을 글라이콜산(98.6%)으로 전환했다. 갈산과 뮤콘산, 바닐락산, 피로갈롤, 글라이콜산 등은 의약품과 플라스틱 원료, 방향 성분에 사용되는 물질이다. 대표적으로 갈산은 의약품(항산화제) 중간체, 뮤콘산은 플라스틱 단량체, 바닐락산은 의약 및 화장품용 방향 성분으로 쓰인다.이처럼 다양한 소재로 전환할 수 있기 때문에 기존의 PET 재활용 방법의 낮은 활용도를 개선하는 모델로, 버려지는 PET 감축에 기여할 것으로 기대된다.기존 PET 재활용은 기계적 방법과 화학적 방법으로 이뤄진다. 기계적 방법은 파쇄·세척·건조와 같은 기계적 처리와 열처리를 통해 PET 섬유를 회수해 새로운 PET 제품을 만드는 것이다. 하지만 가공 중 섬유의 길이가 짧아지는 품질 저하가 일어나는 문제가 발생한다.화학적 방법은 PET 섬유를 분해하고, 단량체를 회수해 재중합해 활용하는 방식으로, 재활용 비용이 높은 탓에 경제성이 떨어지는 문제점이 있었다.연구원이 미생물을 이용해 테레프탈산을 갈산, 바닐락산 등으로 변환하는 생물학적 전환을 시키고 있다.연구원이 고성능 액체크로마토그래피(HPLC)로 테레프탈산이 갈산, 바닐락산 등 최종 물질로 변환됐는지 확인하고 있다.한국화학연구원 김희택 박사는 “기존에 폐기물로 취급됐던 폐플라스틱의 원료화 및 소재화 기술의 실마리를 제공한 것”으로, “향후 PET를 포함한 폐플라스틱 자원화 및 소재화 기술 개발이 이번 연구개발을 바탕으로 활발히 진행될 것으로 기대한다”고 설명했다.이번 연구결과는 미국화학회에서 발간하는 국제학술지인 『ACS Sustainable Chemistry & Engineering(지속 가능 화학 및 공학)(IF:6.97)』 12월호*에 게재됐다. * 논문 제목: Biological Valorization of Poly(ethylene terephthalate) monomers for Upcycling Waste PET(ACS Sustainable Chem. Eng. 2019, 7, 24, 19396-19406)또한, 이번 연구성과는 한국연구재단의 중견연구지원사업, 기후변화대응기술개발사업, Korea Bio Grand Challenge 사업의 지원을 받아 수행됐다.
편집부 2020-01-06
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해양쓰레기로도 재활용 제품 만든다

해양수상부, ‘해양쓰레기 업사이클링 아이디어 공모전’ 대상에 ‘고래 도어스토퍼’ 선정해양수산부(장관 문성혁)가 주최한 ｢해양쓰레기 업사이클링 아이디어 공모전｣에서 ‘고래 도어스토퍼(이충연作)’가 대상으로 선정되었다.2019년 공모전은 해양쓰레기 재활용에 대한 국민의 인식을 높이기 위해 2018년에 이어 두 번째로 개최되었으며, 지난 11월 13일(수)부터 12월 11일(수)까지 총 145건의 응모작이 접수되었다. 해양수산부는 관련 전문가의 심사를 거쳐 대상 1점, 최우수상 2점, 우수상 5점을 선정하였으며, 특히 2019년은 업사이클링 기념품에 대한 아이디어를 공모하여 그 활용도가 더욱 높을 것으로 기대된다. 대상 수상작 ‘고래 도어스토퍼’는 해양 플라스틱 쓰레기를 소재로 고래 등 다양한 해양생물 형태의 도어스토퍼를 제작하여 창의성과 실용성에서 높은 평가를 받았다. 최우수상은 해양 플라스틱 쓰레기로 제작된 휴대전화 뒷면 손잡이인 ‘바다를 품은 그립톡’과 재생 원사로 제작된 우산인 ‘OCEAN-BRELLA’가, 우수상은 ‘WINC planter(화분)’, ‘Re:scue(안전구조장비)’, ‘문화재모형’, ‘바다를 청소하는 빗자루’, ‘거북 가방(폐잠수복 활용)’이 선정되었다.대상 수상자에게는 해양수산부 장관상과 100만 원의 상금을 수여하고, 최우수상과 우수상 수상자에게는 해양환경공단 이사장상과 상금 50만 원, 20만 원을 각각 수여한다. 향후, 수상작들은 해양환경 행사 및 캠페인 등에 활용할 계획이다.최성용 해양수산부 해양보전과장은 “해양쓰레기는 염분, 이물질 등으로 인해 재활용 비용이 아주 낮은 편이다.”라며, “기술 개발, 전처리 시설 설치, 수요 창출 등을 통해 해양쓰레기 재활용 활성화에 최선을 다할 것”이라고 말했다.해양쓰레기 업싸이클링 공모전 수상작 소개
취재부 2020-01-06
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우리 생활에 없어서는 안될 유용한 플라스틱 제품을 만드는 사출성형기 이야기 18

자료제공: LS엠트론 기술교육아카데미 (http://lsmtronacademy.com)
이용우 2020-01-06
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초임계 이산화탄소를 이용한 압출/RIM 발포 성형기술

합성수지의 물리 발포제(용융 발포 성형법)로서 이산화탄소를 이용하는 방법은 안전성과 경제성 측면에서 유리하여 예전부터 사용되고는 있었지만, 사출성형, 압출성형 등 일반적으로 합성수지 발포에 적용되는 성형프로세스에서는 최근까지 주요 발포제로써 사용되지 못했다. 가장 큰 이유는 제품이 안정적으로 얻어지지 않았기 때문이고 이와 함께 사출 및 압출 성형방법으로 제조된 발포 플라스틱의 초기 단계에서는 물리 발포제로서 프레온가스, 용제류, 탄화수소류가 매우 우수한 특성을 보여줬기 때문에 굳이 난이도가 높은 이산화탄소를 발포제로써 사용하는 기술이 발전되기 힘든 분위기도 있었다.
이용우 2020-01-06
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UNIST 김소연 교수팀, 고분자 나노복합소재 제조 시 용매에 의한 효과 규명

동일 재료 합쳐도 판이한 복합소재 ‘용매’에 답 있다!고분자 소재에 나노입자를 더하면 원하는 특성을 갖춘 복합재료를 만들 수 있다. 고분자로 이뤄진 플라스틱은 가볍지만 부서지기 쉬운데, 나노입자를 더해 강도를 높여서 ‘가벼우면서 단단한 플라스틱’을 만드는 식이다. 이런 특성들은 재료에서 비롯된다고 알려졌는데, ‘재료를 만드는 과정’도 한몫한다는 게 새로 밝혀졌다. UNIST(총장 직무대행 이재성) 에너지 및 화학공학부의 김소연 교수팀은 고분자와 나노입자를 혼합하는 ‘용액 혼합방식’에서 ‘용매’가 재료의 최종 구조와 물성에 중요하게 작용한다고 발표했다. 용액 혼합방식은 고분자와 나노입자를 용매에 녹여 혼합한 뒤 용매*를 증발시켜 복합재료를 얻는 기법인데, 어떤 용매를 사용하는지에 따라 최종 물질의 특성이 달라진다는 이야기다.* 용매(溶媒, solvent): 용액의 매체가 되어 용질(용매에 녹아드는 물질)을 녹이는 물질로, 주로 액체나 기체상을 띤다.고분자 나노복합체는 최근 주목받는 신소재다. 두 물질이 서로 맞댄 면, 즉 계면 특성에 따라 원하는 성질을 구현할 수 있기 때문이다. 따라서 기존에는 혼합하는 물질을 바꾸어가며 계면의 변화를 살펴보는 연구가 많이 진행됐다. 그러나 복합체를 만드는 과정이 계면에 어떤 영향을 주는지에 주목한 연구는 부족했다.김소연 교수팀은 계면에 영향을 주는 요소로 ‘용매’에 주목했다. 용매는 반응 후 제거되므로, 물질계가 반응 전후에 평형을 이루면 어떤 용매를 쓰든 같은 성질의 복합체가 만들어져야 한다. 그런데 실제로는 복합체를 만드는 복잡한 과정으로 인해 반응 전후에 평형을 이루지 못한다. 용매에 의한 ‘비평형 효과’가 나타나는 것이다.연구팀은 ‘똑같은 고분자와 나노입자’로 복합체를 만들면서 ‘서로 다른 용매’인 물과 에탄올을 이용해, 각 용매가 계면 두께에 미치는 효과를 규명했다. 측정결과 에탄올을 용매로 사용하였을 경우 나노 입자에 흡착되어 계면 층을 이루는 고분자의 비율이 약 2배 더 높게 나타났으며, 계면 층의 두께도 1㎚ 더 두꺼웠다.1㎚에 불과한 계면의 두께 차이는 전체 복합체의 물성에 영향을 주기에 충분했다. 충분한 양의 나노입자와 짧은 사슬 길이를 갖는 고분자를 이용해 에탄올 용매에서 복합체를 만든 경우, 물에서 만든 나노복합체보다 액체에 가까운 성질을 보였다.계면 층에 두껍게 붙은 고분자들의 서로 간 반발력(입체 반발력)에 의해서 전체 입자들이 골고루 퍼지는 현상이 생기기 때문이다. 물에서 제조된 복합체의 경우 전체 입자들이 퍼짐이 불규칙해 유리처럼 딱딱한 성질이 더 강했다. 하지만 고분자 사슬이 너무 길면 고분자 사슬 간 엉킴으로 인한 나노입자의 뭉침이 심해져 오히려 계면층 이 두꺼운 나노복합체가 더 단단해지는 현상이 나타났다.김소연 교수는 “똑같은 양의 동일 재료를 이용하더라도 초기 용매에 따라 판이한 상태의 고분자 나노복합체가 제작될 수 있다”며, “이번 발견은 고분자 나노 복합소재를 설계할 때 각 요소의 특성과 더불어 ‘비평형 효과’도 고려해야 함을 보여준다”고 설명했다.이 연구결과는 물리학 분야에서 세계적으로 저명한 학술지인 ‘피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)’ 10월 17일 자에 게재됐다. 연구 수행은 UNIST-PAL 빔라인과 한국연구재단의 지원을 받아서 진행됐으며, 연구에는 UNIST 연구지원본부(UCRF) 신태주 교수도 참여했다.논문명: Initial Solvent-Driven Nonequilibrium Effect on Structure, Properties, and Dynamics of Polymer Nanocomposites
관리자 2020-01-02
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생기원, 유리 기판에 RGB 방식의 OLED 증착해 1,867 PPI 해상도 구현

- 대일의존도 100%인 기존 파인메탈마스크(FMM) 없이 대면적 제작 가능 가상·증강현실(VR·AR) 기기의 디스플레이는 TV, 스마트폰보다 어둡고 선명도가 낮아 이용자 상당수가 장시간 몰입에 어려움을 겪는다.생생한 화질 구현을 위해서는 인간의 시력으로 단위 화소를 구분할 수 없을 만큼 화소의 집적도, 즉 PPI(Pixels Per Inch)를 높여야 하며, 디스플레이가 눈에 가까워질수록 그에 비례해 향상되어야 한다. 일반적으로 4K UHD TV가 100~200 PPI, 스마트폰이 500 PPI를 요구한다면, 눈에 밀착 착용하는 VR·AR 기기의 경우 최소 1,800 PPI를 충족해야 한다.이를 실현할 VR·AR 기기용 화소 소재로는 유기발광다이오드(이하 OLED)가 꼽히는데, 스스로 빛을 내는 특성으로 인해 화소 크기를 줄여도 광 효율에 영향이 적고 색상 표현도 뛰어나기 때문이다.한국생산기술연구원(원장 이성일, 이하 생기원)이 VR·AR 기기용 OLED 화소를 유리 기판 위에서 RGB 방식으로 제조할 수 있는 공정기술을 개발해 세계 최고 수준인 1,867 PPI 해상도를 구현하는 데 성공했다.OLED 화소는 기판 위에 유기물질을 일정 간격으로 증착시켜 제조하며, 크게 RGB 방식과 WOLED 방식으로 구분된다. 적·녹·청 유기물질을 순서대로 증착하는 RGB 방식은 백색 OLED에 컬러 필터를 적용하는 WOLED 방식보다 화소 집적도를 높이는 공정 개발이 어려우나, 밝기와 전력효율이 우수하다는 장점이 있다.한편, VR·AR 기기용 고해상도 디스플레이 기판 소재는 유리와 실리콘 웨이퍼로 나뉘는데, 유리 기판은 실리콘 웨이퍼 기판에 비해 고해상도 구현에 불리하지만, 생산단가가 낮아 대형 디스플레이 제작에 유리하다.마이크로나노공정그룹 조관현 박사 연구팀은 RGB 방식과 유리 기판 방식의 장점을 살려 VR·AR 기기용에 적합한 고해상도 OLED 디스플레이 제조공정을 독자기술로 개발해냈다.이번 원천 기술의 핵심은 OLED 용액을 13.6㎛ 간격으로 담을 수 있도록 여러 개의 마이크로 채널로 구성한 특수용기와 채널 속에만 용액이 달라붙게 만든 선택적 표면처리 기법, 그리고 빛을 흡수해 열로 전환해주는 ‘광열변환 층’에 있다.특수용기 위에 유리 기판을 놓은 다음, 그 아래에서 순간적으로 강한 빛을 내는 ‘제논 플래시램프(Xenon flash lamp)’를 작동하면 특수용기 속 광열변환 층이 300℃ 이상의 열로 OLED 용액을 빠르게 기화시켜 정해진 간격대로 기판에 증착시키는 원리다.개발된 기술의 가장 큰 장점은 대형화가 가능한 유리 기판에 VR·AR용 고해상도 OLED 디스플레이를 저렴하게 제작할 수 있다는 것이다. 이로 인해 대량 생산이 용이해지는 한편, 기기 이용자 입장에서는 화면 시야각이 넓어져 몰입감이 높아지고 VR·AR 대중화에 최대 걸림돌이었던 어지럼증도 해소된다.또한, 유기물질을 기판에 증착할 때 광열변환 층을 활용하기 때문에 기존 RGB 방식 증착 공정의 필수 소재인 ‘파인메탈마스크(Fine-Metal Mask 이하, FMM)’를 사용할 필요가 없다. 일본에서 100% 독점 생산하는 FMM은 미세한 구멍들이 촘촘히 뚫린 얇은 철판으로, 유기물이 기판 위 특정 위치에 증착할 수 있도록 도와주는 역할을 한다. 조관현 박사는 “기존에 수행했던 광열변환 연구 경험과 노하우를 살려 유리 기판에 RGB 방식의 OLED를 최적 조건으로 증착시킬 수 있었다”고 밝히며, “향후 수 ㎛ 크기의 소자를 만들 수 있는 미세전자기계시스템(MEMS) 공정을 활용해 2,000~3,000 PPI까지 해상도를 높일 계획”이라고 말했다.
이용우 2020-01-02