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배포일자 : 2017.4.11.(화)				배포번호 : 2017-18호
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매수 : 보도자료 3매(사진 5매, 참고자료 3매, 동영상 1매)						배포처 : ETRI 성과홍보실

국내 연구진이 기존 유기발광다이오드(OLED) 디스플레이의 투명전극을 그래핀으로 만드는데 성공했다. 특히 연구진은 대면적 기판상에 정확한 치수와 형태로 그래핀 투명전극을 패터닝 하는 공정을 개발했다. 향후 유연성이 요구되는 스마트 와치 등에 적용이 예상된다.

ETRI(한국전자통신연구원)는 기존 OLED 디스플레이용 전극으로 많이 활용되던 인듐주석산화물(ITO) 대신 꿈의 신소재라 불리는 그래핀을 이용, 전극을 만들어 디스플레이 개발에 성공했다.

연구진이 개발에 성공한 디스플레이 기판의 크기는 19인치 모니터 크기 수준인 370mm x 470mm로 현존하는 세계 최대 크기다. 그래핀 전극의 두께는 5나노미터(nm)이하이다.

ETRI는 그래핀과 유연한 기판을 결합하면 얇고 유연한 디스플레이 구현이 가능할 것으로 내다보고 있다. 이는 나아가 옷이나 피부 등에 적용할 수 있는 웨어러블 기기 제작에 활용될 수 있는 원천기술이 될 수 있다.

일반적으로 OLED는 기판, ITO 투명전극, 빛을 내는 유기물층, 양극인 알루미늄 층으로 적층되어 있다. 연구진은 통상적으로 사용되고 있는 ITO를 그래핀으로 대체했다.

특히 기존 전극으로 활용하던 ITO 소재는 유리성질로 잘 깨지는 게 단점이었다. 그래핀 소재는 유연성을 가지고 있어 깨지지 않는다. 따라서 향후 본 기술로 디스플레이를 제작하면 투명전극이 깨지는 문제점을 해결할 수 있다.

ETRI는 본 연구를 한화테크윈과 공동으로 기판을 대면적화 해 그래핀 성장 기술과 OLED 투명전극으로 응용하기 위한 전사기술을 개발하였으며 OLED에 적용가능한 60Ω/m²수준의 면저항과 85%이상의 투과도를 갖는 그래핀 투명전극 가공 및 공정기술을 확보하였다. 특히 디스플레이 공정에 절대적으로 요구되는 미세 패터닝 공정을 세계 최초로 개발하였다.

ETRI는 본 기술을 활용, 그래핀 전극 OLED 패널로서는 세계 최대 사이즈인 370mm x 470mm급 패널 점등에 성공했다. 본 연구 결과는 지난 3월말 스페인 바로셀로나에서 개최된 그래핀 관련 세계 최대 학회인 『그래핀 2017』에서 논문발표 및 시연해 호평을 얻었다.

산업통상자원부와 한국산업기술평가관리원의 지원으로 지난 2012년부터 4년여의 지원을 바탕으로 연구진은 OLED용 그래핀 투명전극 연구를 시작했다. 연구진은 2015년말 동전크기 수준인 7mm x 10mm를 시작으로 지난해 100mm x 100mm OLED 패널을 만드는데 성공하였고 최근 세계 최대 크기를 시연함으로써 그래핀 소재의 디스플레이 응용 가능성을 높이는 결과를 얻었다.

향후 연구진은 유리기판 대신 플래스틱 기판을 활용해 디스플레이를 개발할 것이라고 설명했다. 휠 수 있는 그래핀과 플래스틱 기판을 결합하면 웨어러블 OLED 소자의 제작이 가능하다고 ETRI 연구진은 설명했다.

ETRI 조남성 유연소자 연구그룹장은 “그래핀이 OLED 디스플레이에 적용될 수 있다는 일반적인 기대를 처음으로 현실화했다는 것에 매우 큰 의미를 부여할 수 있다. 향후 대면적 그래핀 필름 및 OLED 패널 기술과 플렉서블 OLED 패널 기술을 통해 상용화가 기대된다”고 말했다.

본 기술은 플렉서블 OLED 디스플레이의 수준을 한 단계 더 높일 수 있는 핵심기술로서 중국 등의 후발 추격자와의 기술 격차를 벌이는데 기여할 것으로 기대된다. <보도자료 본문끝>

<참고자료>

LCD 이후의 꿈의 디스플레이로 각광받고 있는 OLED기술과 차세대 꿈의 신소재로 주목받고 있는 그래핀 기술과의 융합기술이 국내 연구진에 의해 개발되어 후발국의 거센 도전을 받고 있는 세계 1등 OLED 기술의 초격차를 확대해 나갈 수 있을 것으로 기대된다.

OLED 디스플레이는 초박형, 고화질 등 디스플레이로서 필요한 모든 요소를 갖추고 있어서 LCD 이후의 꿈의 디스플레이로 차세대 디스플레이로서 모바일기기에서 대형 TV까지 응용을 확대하고 있다.

이런 OLED가 기술혁신으로서 유연한 디스플레이로의 응용으로 한 단계 진보하려는 업그레이드를 진행하고 있다. 유리기판을 대신하는 유연한 플라스틱 기판, 빛을 내는 화소, 스위치 역할을 하는 트랜지스터 등 핵심적인 소재와 구조기술이 빠른 속도로 개선되고 있다.

하지만 전류를 흐르게 하는 전극에서 유연성을 가지는 소재기술의 개발은 더디게 진행되고 있다. 이에 그래핀 소재가 2004년 최초로 발견되어 차세대 전극 소재로서 10여년 전부터 큰 주목을 받았다.

2010년 관련 연구자들이 노벨물리학상을 받으면서 한층 더 높은 관심을 받고 있는 신소재로서 입지를 확고히 하였다. 하지만 뛰어난 물리적 강도, 우수한 전기 전도성, 높은 유연성 등 학술 연구 단계에서는 혁신적인 소재로 입증되었으나 그래핀 박막의 대면적에서의 품질 균일도, OLED에 전극으로 전사하는 기술, OLED에 화소를 형성하는 패터닝 기술 등에서 산업계에서 요구하는 수준에는 크게 미치지 못하는 것으로 최근까지의 한계를 가지고 있었다.

우수한 물리적 강도에도 그래핀의 두께는 머리카락 굵기의 33만분의 1인 0.34 나노미터에 불과해 최종 기판에 전사하는 공정에서 찢어지기 쉬우며, 중간 공정에서 발생한 잔류물의 표면에 부착되기 쉬워 OLED 소자가 요구하는 수준의 그래핀 제작에는 어려움이 있었다.

결함 및 잔류물이 존재하는 그래핀으로 OLED소자를 제작하게 되면, 아예 발광이 되지 않거나 발광이 되더라도 제작된 OLED 소자의 발광시간은 수분에 불과하였다. 한화테크윈은 이를 극복하기 위해 대면적 그래핀에 적합한 합성/에칭/전사 장비 및 공정(그림 1)을 개발하여, OLED에 사용 가능한 수준의 60 Ω/sq 이하의 면저항과 표면 결함이 최소화된 2세대 기판 크기의 그래핀 투명전극을 개발하였다.

ETRI는 그래핀 투명전극의 OLED 소자 기술과 그래핀 투명전극의 OLED 패널 적용을 위한 공정 기술을 개발하였다. 전기적, 광학적 최적화를 통하여 기존의 OLED 투명전극으로 사용되고 있는 ITO와 대등한 수준의 소자 특성을 확보하여 다양한 색상의 OLED 소자(발광면적 10x7 mm2)를 구현하였다.(그림 3)

본 연구 결과는 산업통상자원부/한국산업기술평가관리원 지원의 그래핀 소재부품 기술 개발 사업으로 수행되고 있는 “900x1600 mm2급 대면적 1 nm이하 초박막 그래핀 합성기술 및 그래핀 유연 터치패널 상용화”, “그래핀 소재의 OLED 투명전극과 박막봉지 적용을 위한 기판 사이즈 5.5.세대 이상의 그래핀 필름 및 OLED 소자/패널 기초 및 응용 기술 개발” 과제의 수행으로 얻어진 결과들이었다.

OLED 기술은 후발국과의 격차가 거의 없어지고 있는 LCD4) 기술에 이어서 대한민국이 지속적인 디스플레이 강국의 위상을 유지하기 위한 핵심 기술로 인식되고 있다. OLED 분야에서도 후발국의 도전이 거센 상황에서 본 기술은 후발국과의 초격차를 확대해 나가는데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

<사진설명>

1. 대면적 그래핀 제작 공정 및 장비

2. 제조된 대면적 그래핀 필름 (300x400 mm2)

3. 그래핀 투명전극을 적용한 다양한 발광색의 OLED 소자

4. 그래핀 투명전극의 OLED 패널의 제조 공정

5. OLED 공정 전의 패널 기판 및 이를 이용하여 제조된 OLED 패널

( 대각 480 mm의 그래핀 OLED 패널. Segment 구동, 1.2 백만개의 단위 픽셀(170x300 um2) )