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 4월초 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.