미래창조과학부와 한국연구재단은 광주과학기술원(GIST) 고흥조 교수 연구팀이 두껍고 딱딱한 기판을 머리카락 굵기의 10분의 1에 해당하는 초박막 기판으로 대체해 전자소자의 유연성을 높이고, 이렇게 만들어진 전자소자를 원하는 곳에 자유롭게 붙였다 떼었다 할 수 있도록 스티커에 인쇄하는 기술을 개발했다고 24일 밝혔다. A4 종이보다 10배 얇은 초박막 기판은 너무 얇아서 그 위에 직접 소자를 제작하기는 어렵다. 이 때문에 초박막 기판을 지지해주는 보조기판에 소자를 제작하고 스티커 등으로 옮겨 찍어 원하는 곳에 붙일 수 있도록 이른바 '전사인쇄방식'을 통해 간접적으로 소자를 제작하게 된다. 이 때 소자제작 과정에서는 초박막 기판과 보조기판 사이에 높은 접착력이 요구되는 반면, 뒤이은 전사과정에서는 낮은 접착력이 필요해 보조기판과의 접착력 조절여부가 관건이었다.

일반 보조기판을 이용해 접착력을 조절하는 기존 연구는 전사인쇄 과정에서 접착력을 잃어버려 소자의 정렬도를 유지하기 힘든 한계를 갖고 있었다. 연구팀은 초박막 고분자(SU-8) 기판 위에 산화아연(ZnO) 박막트랜지스터를 제작하고 이를 플라스틱이나 종이, 스티커, 볼펜 등에 100% 전사인쇄하여 소자의 성공적인 작동을 확인했다. 초박막 고분자 기판위에 물에 녹는 '희생층(water soluble sacrificial layer)'을 도입해 보조기판과의 접착력 조절에 성공한 것이다.

▲연구결과가 실린 저널 표지.  ⓒ2013 HelloDD.com

연구팀은 비가 온 뒤 하수구에 흙이나 낙엽들이 몰리는 현상에 착안해 이번 연구를 수행했다. 요철 구조를 갖는 기판 위에 고분자 희생층을 코팅해 소자제작시에는 강한 접착력으로 초박막 기판을 붙잡아준다. 이어 전사인쇄시에는 희생층이 물에 녹아 대부분이 없어지고 건조과정에서 잔여물이 요철 구조 주위에 몰려서 접착력이 적당히 떨어지도록해 소자제작과 뒤이은 인쇄공정 두 가지에서 모두 안정성을 높였다. 이 결과 연구팀은 48개의 산화아연 박막트랜지스터 소자들을 그 형태를 그대로 유지하면서 종이, 플라스틱, 스티커에 완벽히 전사인쇄시킬 수 있었다.

고흥조 교수는 "이 연구는 직접적으로 공정할 수 없는 곳에서도 심미성을 유지하면서 전자소자 기능을 부여할 수 있다"며 "기판의 뛰어난 유연성으로 인해 롤에 기판을 감았다 풀 수 있는 만큼 차세대 디스플레이 프린팅 기술인 롤투롤 공정에도 적용할 수 있어 대면적 전자소자 개발에도 응용할 수 있을 것"이라고 설명했다. 이번 연구결과는 재료과학 분야 권위지인 '첨단기능성물질(Advanced Functional Material)'지 최신호에 표지논문으로 게재됐다.