이성모기자/국내 연구진이 미래 디스플레이의 핵심인 그래핀을 응용한 OLED 디스플레이 핵심부품 개발에 성공하였다.

차세대융합기술연구원(이하 융기원, 원장: 정택동) 연구진(그래핀 융합기술 연구센터 및 서울대학교 화학부 홍병희 교수, 최용석 박사)은 융기원 입주기업인 그래핀스퀘어(대표: 채윤), LG디스플레이(대표: 한상범) 개발팀과 공동으로 그래핀의 우수한 특성을 응용한 차세대 OLED 봉지막 부품을 개발하는데 성공하였다고 밝혔다.

차세대 디스플레이로 각광받고 있는 OLED는 공기 중 수분 및 산소에 매우 취약하여, 가혹한 환경으로부터 OLED 소자를 보호하는 봉지(encapsulation) 기술이 필수적이다.

기존 OLED 디스플레이에 주로 사용되는 TFE(유무기다층박막) 기술은 유연하거나 늘어나는 차세대 OLED 디스플레이에 적용이 어렵다는 단점을 가지고 있기 때문에, 세계 OLED 관련 기업, 학계는 웨어러블 전자기기 적용이 가능한 신축성이 있는 봉지막 기술을 선점하기 위해 치열한 경쟁을 하고 있다.

그동안 그래핀은 강철보다 100배 강하고 투명하면서도 유연하고, 치밀한 벌집모양의 구조를 가지고 있어 기체 차단막 특성이 우수할 것으로 기대되어 왔으나, OLED 제작공정에 적용 가능한 대면적 합성 및 건식(dry) 전사공정의 부재로 실제 적용에 한계가 있었다.

이에 공동연구팀은 연속적으로 대량의 그래핀을 합성할 수 있는 롤투롤(roll-to-roll) 방법과 자가점착필름을 이용한 건식 전사 공정을 활용하여 결함을 최소화한 그래핀 봉지막을 개발하였다.

롤투롤 그래핀 합성법은 100미터 이상의 그래핀도 연속적으로 합성이 가능한 기술로, 그래핀스퀘어가 한ㆍ미ㆍ중ㆍ일ㆍ유럽을 포함하는 전세계 독점 특허권을 가지고 있다.

그래핀스퀘어의 롤투롤 그래핀 합성 기술은 미국 블룸버그통신과 비즈니스위크 등에서도 향후 글로벌 디스플레이 경쟁의 성패를 가를 중요한 특허기술로 집중 조명한 바 있다.

그래핀스퀘어는 이미 그래핀의 봉지막 응용 특허를 전세계 최초로 획득한 바 있으며, 차세대 플렉시블/스트레쳐블 그래핀 봉지막을 개발하기 위해 LG디스플레이, KIST 등과 협력 중이다.

산업통상자원부 미래선도기술개발사업, 소재부품기술개발사업으로 이루어진 본 연구에서 공동연구진은 대면적 그래핀 봉지막을 컬러인쇄된 사진과 OLED 소자에 전사한 결과, 염료의 탈색을 현저하게 늦추고 디스플레이 소자의 수명을 증가시키는 것을 확인하였다.

또한, 염료가 탈색하여 디스플레이 기능을 상실하게 되는 화학적 반응을 제시하고 다양한 분광학적 방법을 이용하여 그래핀 봉지막이 디스플레이 염료를 효과적으로 보호하는 메커니즘을 밝혀내었다.

이러한 가장 촘촘한 육각형 벌집모양 구조를 가진 그래핀의 기체 차단 효과는 가장 작은 기체인 헬륨도 통과시키지 못할 만큼 치밀하면서도, 기계적 강도와 유연성, 투명도가 좋은 특성에 기인한다.

이러한 그래핀 봉지막은 눈에 거의 보이지 않는 원자 한 층의 두께로도 코팅이 가능하기 때문에 희귀사진 및 고가의 미술품, 고문서 등의 탈색을 방지하는 용도로도 사용이 가능하다.

그래핀 기반 차세대 OLED 봉지막 기술은 미래 플렉시블/스트레처블 디스플레이 기술에 광범위하게 활용이 가능할 것으로 예상되며, 이를 포함한 그래핀 박막 소재기술은 한국이 가장 앞서 있어, 향후 디스플레이 및 반도체 산업의 주도권을 이어가는데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.