국내 연구진이 기존의 값비싼 투명전극을 대체할 수 있는 격자무늬 투명전극의 새로운 제조기술을 개발했다.

이 기술은 투명전극의 대면적 제작도 가능해 휴대폰, 노트북, TV 등에 사용되는 투명 디스플레이의 발전에 크게 기여할 것으로 보인다.

미래창조과학부와 한국연구재단은 광주과학기술원(GIST) 정건영 교수 연구팀이 고가의 고진공 장비를 사용하지 않고, 은(銀)나노입자 용액을 이용해 값싼 공정으로 격자무늬 투명전극을 제작하는데 성공했다고 1일 밝혔다.

격자무늬 투명전극은 격자무늬로 이루어진 얇은 금속선을 따라 전기가 흐르고, 이들 격자간 공간으로 빛이 투과할 수 있어 투명 디스플레이에 활용될 수 있는 투명전극이다.

기존의 투명전극은 인듐을 사용하는데, 최근 인듐의 매장량 한계 등에 따른 가파른 가격 상승으로 이를 대체하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이 가운데 높은 전기 전도도와 투명도를 동시에 구현할 수 있는 격자무늬 투명전극의 상용화 연구가 주목받고 있다. 하지만 격자무늬로 얇은 금속선을 만들기 위해서는 고가의 고진공 금속증착 장비가 필요하고 대면적으로 연속제작이 어렵다는 단점이 있었다.

연구팀은 고가의 고진공 장비를 사용하지 않고 은나노입자 용액을 이용해 격자무늬 투명전극을 제작했다.

이러한 용액공정은 잉크젯 프린터처럼 연속적으로 인쇄하듯이 대면적으로 제작할 수 있어 기존 공정에 비해 경제성을 크게 높일 수 있다. 

또 연구팀은 잘 휘어지는 플라스틱 기판에도 이 투명전극 제작공정을 적용했는데 기존 투명전극과 달리 1000번의 휘어짐에도 전기가 잘 흐르는 것을 확인했다.

동시에 이 격자무늬 투명전극을 적용한 투명 트랜지스터를 용액법만으로 제작해 액정소자를 구동시키는데 성공했다. 트랜지스터 자체가 투명하기 때문에 액정 디스플레이 뒷면을 볼 수 있으며, 액정소자가 구동되면 화면을 표시할 수 있어 미래형 투명 디스플레이를 제작할 수 있는 기반을 마련했다는 평가를 받고 있다.

정건영 교수는 "격자무늬의 투명전극 뿐 아니라 디스플레이를 구동하는 트랜지스터를 고가의 증착장비 없이 기능성 용액만을 이용해 값싼 값싼 연속공정으로 제작할 수 있다는 가능성을 제시한 것"이라며 "제작된 투명전극을 투명 트랜지스터에 적용함으로써 투명 디스플레이의 원천기술 확보가 가능하다"고 설명했다.

한편 정 교수가 주도하고 박사과정 이광호 연구원이 제1저자로 참여한 이번 연구 결과는 재료과학 분야 권위지인 Advanced Materials지 최신호 온라인판에 표지논문으로 게재됐다.