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본 명세서에서 “투명 전극(transparent electrode)”이라 함은, 빛 투과성과 전기 전도성이 있는 전극을 의미하는 것으로서, 가시광선을 포함하는 빛을 투과시킬 수 있는 전기 전도성을 갖는 막이다.
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성균관대학교
대면적그래핀 투명전극
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투명한데 전기도 잘 흐른다고?! 투명전극 A to Z – 네이버 블로그
투명한데 전기도 잘 흐른다고?! 투명전극 A to Z · 1) ITO(Indium Tin Oxe). ‘인듐주석산화물’이라 불리는 ITO는 · 2) 그래핀 · 3) Pedot:pss · 4) 은나노 …
Source: m.blog.naver.com
Date Published: 3/18/2022
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플렉시블 투명 전극 기술의 연구 동향
플렉시블 투명 전극이란 PET, PES,. PEN과 같은 플렉시블 기판상에 성막. 시킨 높은 전도도와 가시광 영역의 높. 은 투과도를 가지는 전극 물질을 의미. 하며 유연성을 …
Source: www.cheric.org
Date Published: 9/29/2022
View: 9959
[보고서]차세대 투명전극 소재와 개선 방안 – ScienceON
투명전극을 수치적으로 정의하면 가시광 투과도가 80% 이상이고, 면저항이 1000 Ω/sq 이하 혹은 전도도 1,000 S/m의 조건을 만족해야 한다.
Source: scienceon.kisti.re.kr
Date Published: 11/8/2021
View: 191
차세대 투명전극 소재의 종류와 특성 – Korea Science
현재 가장 대표적으로 이용되는 투명전극인 ITO (Indium Tin Oxe)는 유연하지 못하다는 단점과 자원적인 한계를 갖. 고 있다.
Source: koreascience.kr
Date Published: 10/25/2021
View: 5407
5배 얇은 투명전극 개발…OLED·태양전지 성능 개선 – 한국경제
나노미터(㎚) 크기 반도체가 일상화된 현대엔 작고 투명한 ‘투명전극’ 중요성이 커졌다. 인듐주석산화물(ITO)이 대표적인 투명전극 소재다. 고성능 투명 …
Source: www.hankyung.com
Date Published: 6/24/2021
View: 1574
잘 휘어지는 차세대 ‘투명전극’ – 이웃집과학자
이 투명 전극의 소재로 가장 보편적으로 쓰이는 물질은 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxe, ITO)인데요. 인듐 주석 산화물(ITO)은 전기 전도도가 높다는 …
Source: www.astronomer.rocks
Date Published: 6/13/2021
View: 5308
플렉시블 투명전극, 깨지기 쉬운 ITO 전극 단점 극복하나
박막 형태의 핵심부품인 이 투명전극의 소재는 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxe, 이하 ITO)이 가장 보편적으로 쓰이는데, 전기 전도도가 높은 반면 휘 …
Source: www.elec4.co.kr
Date Published: 7/22/2021
View: 2878
Flexible 디스플레이 투명 전극 및 기판 기술 동향 – Korea Science
일반적으로. 투명 전극은 100 Ohm/sq 이하의 면저항 및. 가시광선 영역에서 85% 이상의 광투과도를. 가져야 하고 공정성 확보를 위해 고내열성,. 표면 평활성 등의 특성들 …
Source: www.koreascience.or.kr
Date Published: 10/25/2022
View: 6415
ITO (투명전극재료)
기존의 평판디스플레이의 경우, 금속 산화물 투명전극이 진공 공정을 통해. 도포된 유리기판상의 각 화소를 포토리소그래피 공정으로 제조된 박막트랜. 지스터(TFT : thin …
Source: toparapa.tistory.com
Date Published: 1/20/2022
View: 3464
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주제에 대한 기사 평가 투명 전극
- Author: ScienceGraphic.net과학기술영상
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- Date Published: 2016. 8. 1.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=ZsocuXdcc70
KR101385684B1 – 투명 전극의 제조방법 – Google Patents
H01L31/00
Semiconductor devices sensitive to infra-red radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
투명한데 전기도 잘 흐른다고?! 투명전극 A to Z
투명한 디스플레이를 본 적 있나요?
상!상!속!에!서!
영!화!속!에!서!
보았던 투명 디스플레이를 실현시키는
투명전극에 대해 D양과 알아봐요~
아이언맨, 마이너리티리포트에서 보던 투명한 디스플레이,
토탈리콜에서 보았던 인비저블폰 등
SF영화 속에서나 볼 수 있었던 투명 디스플레이들을
이제 현실에서도 볼 수 있는 세상이 되었어요.
정말 가슴 떨리는 일이지 않나요, 여러분??
D양은 얼마 전 [디:플] 활동 중
파주 공장 탐방에 갔다가
투명 디스플레이를 직접 보고 왔답니다.
Window display는
창문에 투명디스플레이를 적용시켜
날씨, 온도, 일정을 표시해
우리의 생활을 더욱 편리하게 만들어주는
센스만점 디스플레이였어요.
냉장고 디스플레이는
냉장고의 문에 투명 디스플레이를 적용시켜
내부를 훤히 볼 수 있을 뿐 아니라
사물인터넷(IOT)과 연결되어
디스플레이에 음식에 관한 정보가 나타나기도 하고
광고가 나오기도 했답니다.
그뿐만 아니라
자동차 전면 투명 디스플레이는
전면 유리에
네비게이션, 건물정보, 차량 속도, 연료 잔여량 등의
정보를 나타내요.
이처럼 투명 디스플레이는
우리의 삶을
더욱 편리하고 스마트하게 만들어 줄 것이랍니다~
이렇듯 놀라운 투명 디스플레이를
실현하기 위해서는
디스플레이를 구성하는 음극과 양극, 기판 등의
내부 소자들이 투명해야 해요.
디스플레이의 경우
발광하는 빛이
외부로 손실없이 전달되기 위해선
투명한 전극이 필수적이며
태양전지의 경우
최대한 많은 양의 빛이
전지에 도달되어야 하기때문에
마찬가지로 투명하면서
전도성이 좋은 전극이 필요해요.
그래서 D양은 투명디스플레이의
내부소자들 중에
투명전극에 대해 알아보려해요!
투명전극이란 무엇일까요?
우리가 눈으로 볼 수 있는 가시광선 영역에서
높은 광 투과도를 보이며
동시에 전기전도도가 높은 전극을 말해요.
한국 전기 연구원에서 발행한
<탄소나노소재의 Wonderland>에 따라
투명전극을 수치적으로 정의하면
주로 550나노미터에서의
가시광 투과도가 80% 이상이고,
면 저항이 1000Ω/sq 이하
또는 전도도 1000S/m의 조건을 만족해야 해요.
즉, 투명전극은
전하를 운반하는 매체인
캐리어가 충분해야 하고,
저항이 낮아 쉽게 움직일 수 있어
전기가 잘 흘러야 해요.
동시에 빛이 투과될 수 있도록
투명해야 하죠.
면 저항이 낮은 투명 전도성 유리는
LCD, OLED, 태양전지 등에 사용되고
비교적 면 저항이 높은 투명 전도성 필름은
터치패널에 사용되기도 한답니다.
성능이 우수한 투명전극을 만들기 위해서는
전극의 두께, 저항 및 전도도
그리고 투과도 사이의 줄다리기를 잘 해야해요.
그 이유에 대해서는
지금부터 천천히 다뤄볼게요!
1) 두께와 저항
저항이란
전류의 흐름을 방해하는 정도를
나타내는 물리량으로
물체의 길이에 비례하고,
두께에 반비례해요.
물체의 길이가 길고
두께가 작을수록
저항이 증가하여 전도도가 낮아지고,
반대로 물체의 길이가 짧고
두께가 클수록
저항이 감소하여 전도도가 높아집니다.
기판에 증착한 투명전극은
두께가 매우 얇은 박막이므로
작은 두께 변화에도
저항이 민감하게 변화해요.
그렇기 때문에
투명전극에서는
두께와 상관없이 물질의 표면이 갖는 저항인
면 저항을 기준으로 이용해야 해요.
2) 전도도와 투과도
에너지 밴드란
결정 내에서 전하가 자유롭게
이동할 수 있는 에너지 대역을 말해요.
전도대(Conduction band)는
전자가 존재할 수 있는 영역이고
가전자대(Valence band)는
가전자에 의해 채워져 있는 영역이에요.
그리고 밴드갭(Band gap)은
전자가 존재할 수 없는 금지 영역이자
에너지 밴드를 분리하는 영역이에요.
밴드갭의 크기에 따라
전자가 얼마나 쉽게 전도대로
이동할 수 있는지 달라지기 때문에
밴드갭은 전도도를 결정하는 매우 큰 요인이에요.
가전자대에 있는 전자가
전도대로 이동하기 위해서는
밴드갭 이상의 에너지를 갖는 빛을
받아 흡수해야만 해요.
밴드갭 이상의 에너지를 흡수하면
전자가 전도대에 올라갔다가
다시 가전자대로 내려오며
비슷한 파장의 빛을 방출하게 되고
이 파장의 빛이 우리의 눈에 입사되어
색을 인식한답니다.
그러나
밴드갭 이하의 에너지를 갖는 빛이
물질에 입사하면
전자가 밴드갭을 넘어
전도대에 도달할 수 없기 때문에
빛이 흡수되지 못하고
투과하게 돼요.
이때 물질이 투명하게 보인답니다.
빛의 파장을 에너지로 변환시킨 값과
밴드갭 에너지를 비교해봤어요.
즉, 밴드갭이 3.26eV보다 큰 물질일 경우에
가시광선 영역에서 투명할 수 있어요!
이제 전도도와 투과도사이의
상관관계에 대해 살펴볼까요?
밴드갭은 투과도를 결정할 뿐 아니라
전도도 또한 결정해요.
밴드갭이 크면
전도도가 낮아지지만 투명해지고,
반대로 밴드갭이 작아지면
전도도는 높아지지만 투명도가 낮아져요.
위에서
두께와 저항 그리고 투과도사이에서
줄다리기를 잘 해야한다고 했던 말
기억나시나요?
두께가 두꺼워지면 저항이 작아지고,
전도도가 높아지지만
투과도가 낮아지는 문제가 발생해요.
반대로
두께가 얇아진다면 저항이 증가해
전도도가 낮아지지만,
투명한 전극이 된답니다.
따라서 전도성이 크면서 투과성 또한 큰
전극소재를 만드는 것은
매우 어려운 일이기 때문에
좋은 투명전극 소재를 개발하기 위해
많은 연구가 이뤄지고 있답니다.
연구가 활발히 진행중인
투명전극재료에 대해 알아볼까요??
그렇다면 투명전극의 종류를 한 번 알아볼까요??
투명전극은 활용도가 높은 만큼,
연구도 다양하게 이루어지고 있답니다!
1) ITO(Indium Tin Oxide)
‘인듐주석산화물’이라 불리는 ITO는
산화인듐(In2O3)에 산화주석(SnO2)을
소량 첨가하여 만들었습니다!
전기전도도가 우수하고,
높은 투과도를 가지며,
동시에 전기 신호를 공급하고
빛을 투과할 수 있는 장점이 있어
대부분의 기기에서 투명전극 재료로
ITO를 사용하고 있는데요!
하지만 고갈되어가는 인듐의 가격이 비싸져서
많은 문제가 되고 있습니다.
또한 요즘 디스플레이는
플렉서블(Flexible)이 대세인데요,
ITO 투명전극은 플렉서블을 구현하기엔
적합하지 않다고 합니다.
왜냐하면,
플렉서블 디스플레이는
유연한 플라스틱 기판을 쓰는데,
플라스틱 기판과 금속, 금속산화물 등의 투명전극용 재료는
유기물과 무기물이라는 차이 때문에
조화를 이루는 것에 한계가 있다고 합니다.
2) 그래핀
< 사진출처 : https://goo.gl/W8UpxB / 연합뉴스 / 박주영 기자 / 17.4.11>
그래핀이란,
탄소들이 벌집 모양의 육각형 그물처럼
배열된 평면층 구조를 말합니다.
그렇다면 이런 배열 모양이 어떤 장점을 주느냐~
구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고,
실리콘보다 100배 이상 전자의 이동성이 빠르고,
강철보다 200배 이상 강도가 강하고,
최고의 열전도성을 자랑하는 다이아몬드보다
2배 이상 열전도성이 높다고 합니다!
이러한 내구성이 뛰어난 특징 덕분에,
얇고 유연한 디스플레이를 만드는 것에도
전혀 문제가 없다고 합니다.
또한 유기층과 그래핀에
필름을 붙이는 방식으로서
공정 과정도 간단하다고 합니다!
3) Pedot:pss
Pedot:pss은 전도성 고분자 중 하나입니다.
전도성 고분자는 전기 전도성을
높이는 목적으로 사용하는 고분자 소재입니다.
다양한 전도성 고분자가 있지만,
그중에서 EDOT 단량체를 중합하여 합성한 Pedot은
전기 전도도가 높고,
안정성이 뛰어나며,
유연성이 뛰어나고,
코팅 공정이 단순하기 때문에,
차세대 투명전극 소재로 주목받고 있습니다.
4) 은나노 와이어(Silver Nanowire)
< 사진출처 : https://goo.gl/jc1pBL / 네이버 포스트 전자신문 / 박소라 기자 / 17.7.10 >
은나노 와이어는
은으로 된 단면의 지름이
나노미터인 극미세선입니다.
나노 크기의 은(Ag)을 기판에
길쭉한 와이어 형식으로 성장시킨 것이랍니다.
여기서 나노미터에 주목을 해주시면 좋은데요.
나노(nano) 크기의 그물이기 때문에
가늘고 긴 형태로 유연해
굽히거나 말거나 접어도 투명성과 전도도에
영향을 끼치지 않습니다.
또한,
화학반응으로 성장시키는 반응이라
위에서 봤던 ITO같이
진공의 증착 장비가 필요 없고
용액을 이용한 용액공정으로
만들 수 있어 대량생산이 가능합니다!
5) CNT(Carbon Nanotube)
탄소나노튜브라고 불리는 CNT는
탄소들이 벌집처럼 연결되서
다발형태를 이루고 있는 신소재에요.
하나의 탄소 원자가
다른 3개의 탄소 원자와 결합되어있고
6각형 벌집무늬를 이루고 있습니다.
크기는 1나노미터(머리카락의 약 1/10만)이고
속은 비어있습니다.
강철보다 100배 강하고,
구리보다 1천 배 전기가 잘 흐르는 특징을 갖고 있어요..
따라서 더 작고, 더 빠르고,
더 우수한 성능을 가질 수가 있는데요,
가벼우면서도
강도는 강하게 만들 수 있는 것이 특징입니다.
또한,
탄소 원자들 사이의 결합은
공기 중에서도 매우 강하고
화학적으로도 매우 안정적이라고 합니다.
지금까지 투명전극에 대해 알아보았아요!
하루 빨리 개발이 진행되어
실생활에서도
아이언맨처럼 투명디스플레이를 사용할 수 있는 날이
왔으면 좋겠어요
♥ LG디스플레이 영채널 소셜크리에이터 디:플이 직접 체험하고 작성한 리뷰입니다 ♥
[보고서]차세대 투명전극 소재와 개선 방안
초록
1. 서론
오늘날 5G가 상용화되며 통신속도가 가속화되고 기기 간 소통이 많아지고 있으며, 사용자들은 더욱 많은 수의 전자기기를 사용하고 있다. 그에 따라 휘어지는 디스플레이, 인비저블폰 등 SF영화 속에서나 볼 수 있었던 투명하면서도 휘어지는 기기들이 실제 현실에서도 구현되고 있다. 이렇게 놀라운 디바이스들이 실현되기 위해서는 이 디바이스들을 구성하는 음극과 양극, 기판 등의 내부 소자들 또한 투명해야 하는데, 센서, 디스플레이뿐만 아니라 배터리와 같은 에너지 저장장치도 유연해지는 방향으로 연구가 진행되고 있다.
디바이스 내에서 혈관의 역할을 하면서도 기본이 되는 전극 또한 투명해야 하는데, 단순히 투명할 뿐 아니라 기계적 스트레스에 강한 내구성을 가지면서도 높은 전도도와 기계적 유연성도 확보되어야 하기 때문에 플렉시블 투명전극 기술이 시급한 과제로 여겨지고 있는 추세이다. 투명전극을 수치적으로 정의하면 가시광 투과도가 80% 이상이고, 면저항이 1000 Ω/sq 이하 혹은 전도도 1,000 S/m의 조건을 만족해야 한다. 즉, 캐리어가 충분해야 하고 저항이 낮아 쉽게 움직일 수 있어 전도도가 높아야 하며, 동시에 빛이 투과될 수 있도록 투명해야 한다는 것이다.
대표적인 투명전극인 ITO는 산화인듐(In2O3)에 산화주석(SnO2)을 첨가하여 제작되는데, 전도도가 우수하고 투과도가 높기 때문에 많은 기기들에서 투명전극 재료로 사용되어왔다. 하지만 ITO는 현재 70% 이상이 일본에서 수입을 통해 얻어지는 상황이며, 동시에 인듐의 가격 또한 비싸지기 때문에 많은 문제가 야기되고 있다. 무엇보다도 ITO 전극은 휘어지면 깨진다는 치명적인 단점이 있으며, 보통 플렉서블 디바이스에 사용하는 플라스틱 기판과 금속, 금속산화물 등의 투명전극용 재료는 유기물과 무기물이라는 차이 때문에 조화를 이루는 것에 한계가 있다[1]. 갈수록 수요가 늘어가는 투명전극 소재는 원가 절감, 투명도 대비 전도도 개선 등을 위해 차세대 소재 개발이 활발히 진행되고 있다. 시장조사업체 Allie Market Research, nTech Research, 그리고 RnR Market Research의 보고서를 종합해보면 투명전극 시장은 연평균 성장률(CAGR) 17.2%을 보이며, 2019년 46억 달러, 2020년에는 58억 6,000만 달러 규모에 이를 것으로 전망된다[2].
** 원문은 파일 다운받기를 해주세요 🙂
5배 얇은 투명전극 개발…OLED·태양전지 성능 개선
테크 & 사이언스
김태근 고려대 교수팀 성과
2차전지 소재인 니켈 활용
두께 30~50㎚ 밖에 안돼
공정 단순, 열처리 필요 없어
전극은 디지털 회로 안에서 전류의 ‘관문’ 역할을 한다. 전자(음전하 운반체) 또는 정공(양전하 운반체)을 받아들이고 내보내는 통로란 뜻이다. 과거엔 전자제품이 크고 투박해 전극이 불투명해도 상관이 없었다. 나노미터(㎚) 크기 반도체가 일상화된 현대엔 작고 투명한 ‘투명전극’ 중요성이 커졌다. 인듐주석산화물(ITO)이 대표적인 투명전극 소재다.고성능 투명전극 제조는 어려운 기술이다. 두께를 얇게 해서 투명도를 높이면 전도성이 떨어지고, 반대로 전도성을 높이면 투명도가 낮아지기 때문이다. 이런 상충관계 때문에 광변환 소자는 투명도 손실을 감수하고 대체로 150㎚ 이상으로 ‘상대적으로 두꺼운’ 투명전극을 사용한다.투명전극 성능을 높이려면 일함수(work function) 컨트롤이 중요하다. 일함수는 원자핵에 속박된 전자 가운데 딱 한 개를 빼낼 때 필요한 에너지를 말한다. 단위는 전자볼트(eV)다. 자외선전자분광기기(UPS) 등을 써서 측정한다. 자외선을 쐈을 때 에너지가 달라져 흥분하는 전자들의 데이터를 포착한 뒤, 수학적으로 계산하면 일함수를 파악할 수 있다. 주기율표에 있는 모든 원소는 일함수가 제각기 다르다. 지구상에 존재하는 원소들은 대체로 일함수가 낮다.비싼 백금계 원소의 일함수가 5eV 이상으로 가장 큰 편이다. 수소 연료전지 촉매 등으로 쓰이는 백금, 팔라듐 등이다. 고성능 부품엔 대체로 일함수가 큰 원소가 필요하다. 가상 설정이긴 하지만 영화 어벤져스 시리즈 주인공 아이언맨의 ‘탈(脫) 지구급’ 에너지원의 원천이 팔라듐인 것을 떠올리면 된다.반도체가 들어가는 전자제품 성능을 높이려면 전극과 내부 반도체 간 ‘일함수 궁합’도 맞춰야 한다. 전자, 정공이 오갈 때 전극과 반도체 간에 신호가 잘 맞아야 회로가 잘 돌아간다는 뜻이다. 양전압이 걸리는 p형 반도체엔 일함수가 큰 소재를 써야 한다. 반대로 음전압이 걸리는 n형 반도체는 일함수가 낮은 소재를 써도 상관없다. 전기자동차 핵심 에너지원인 리튬이온 2차전지에서 양극재(양극활물질)가 음극재(음극활물질)보다 고도의 기술로 평가받는 이유도 일함수와 관련이 있다. 2차전지 양극재의 주성분인 니켈은 일함수가 5.1eV가량으로 큰 편이다.한국연구재단은 김태근 고려대 전기전자공학과 교수(사진 가운데) 연구팀이 니켈 도핑으로 30~50㎚ 두께의 초박막 투명전극을 개발했다고 최근 밝혔다. 박막 증착장비를 써서 니켈 이온을 투명전극 ITO 표면에 얇게 깔아주는 기술을 썼다. 그 결과 일함수가 5.1~5.2eV까지 올라가면서 양전극으로서 성능이 높아졌다는 설명이다. 반대로 구리와 은을 같은 방식으로 도핑하면 일함수가 4.1~4.2eV까지 내려가면서 음전극으로도 쓸 수 있는 성능을 구현했다. 기존에도 니켈을 써서 투명전극 성능을 높이려는 시도는 있었지만, 연구팀의 기술은 공정이 단순하고 열처리가 필요 없는 것이 차이점이다.이렇게 제작된 초박막 투명전극은 가시광선뿐 아니라 자외선 영역에서도 90% 이상 높은 투과도를 보였다. 유기발광다이오드(OLED), 자외선 기반 LED, 유기 태양전지의 양전극과 음전극에 적용할 수 있는 가능성도 확인했다.김 교수는 “전도도와 투과도 두 가지 특성을 독립적으로 제어하면서 각각 성능을 동시에 최적화하는 공정”이라며 “대면적 적용 기술을 확보하면 상용화가 기대된다”고 말했다. 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘나노 마이크로 레터스’에 실렸다.이해성 기자 [email protected]
잘 휘어지는 차세대 ‘투명전극’
반드시 새로운 투명전극을 만들겠어…! 출처: pixabay
스마트폰 터치 패널이나 각종 IT기기의 디스플레이에는 투명전극이 들어가는데요. 투명전극은 빛은 그대로 투과시키면서 전기를 잘 통하게 합니다. 이 투명 전극의 소재로 가장 보편적으로 쓰이는 물질은 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, ITO)인데요. 인듐 주석 산화물(ITO)은 전기 전도도가 높다는 장점이 있지만 휘거나 굽혔을 때 쉽게 깨지는 단점도 존재합니다. 최근 플렉시블 디스플레이에 대한 관심이 증가하면서 깨지기 쉬운 인듐 주석 산화물(ITO) 전극의 단점을 극복할 수 있는 차세대 투명전극 개발 경쟁이 더욱 치열해지고 있는 추세입니다.
차세대 투명전극 소재로는 ‘전도성 고분자’가 각광받습니다. 전도성 고분자는 전기가 잘 통하는 플라스틱 소재의 일종인데요. 형태 변화가 자유롭습니다. 덕분에 압력을 가해도 깨지지 않아 플렉시블 디스플레이에 적합합니다. 하지만 인듐 주석 산화물(ITO)과 비교해 전기 전도도가 1000분의 1 수준에 불과합니다. 이는 전도성 고분자를 활용한 투명전극 소재의 상용화에 걸림돌이 돼 왔죠. 전기 전도도를 높이기 위해서는 유기 용매, 계면 활성제 등의 화학 첨가제를 사용해야 하는데요. 그러면 친환경 공정 개발이 어렵다는 문제점이 발생합니다.
그런데 한국생산기술연구원이 전기 전도도를 높일 수 있는 방식의 기술을 개발했습니다. 연구팀은 플렉시블 투명전극 소재로 각광받고 있는 ‘전도성 고분자’에 레이저를 조사해 인듐 주석 산화물(ITO) 전극 수준만큼 전기 전도도를 높일 수 있는 공정기술을 개발했습니다. 이 연구는
에 게재됐습니다. ‘레이저’ 쏘아보다 발견
고분자와 적외선 레이저로 제작한 투명 터치패널 시제품. 출처: 한국생산기술연구원
한국생산기술연구원 나노·광융합기술그룹 윤창훈 박사 연구팀은 대표적 전도성 고분자인 ‘PEDOT:PSS’ 투명전극에 1,064㎚ 파장대의 적외선 레이저를 조사했는데요. 전기 전도도가 약 1,000배가량 높아지는 물리적 현상을 발견하고 이를 공정에 적용했습니다. 참고로 PEDOT:PSS 투명전극은 전도성이 있는 PEDOT을 PSS(Polystrene Sulfonate)가 전선 피복처럼 둘러싸고 있는 실뭉치 형태의 고분자 박막입니다.
PEDOT:PSS의 전도도를 높이려면 PSS를 최대한 녹여 PEDOT끼리 서로 연결해야 하는데요. PEDOT:PSS 용액에 1,064㎚ 파장대의 레이저를 쏠 경우 PEDOT이 열을 먼저 흡수해 온도가 올라갑니다. 그러면 이때 PEDOT를 둘러싸고 있는 PSS가 전선 피복이 녹듯이 녹아 내리면서 PEDOT이 다량 노출됩니다. 이 덕분에 전도도는 높아집니다.
이번 연구는 기존의 화학적 방식에서 벗어나 레이저를 활용한 물리적 처리 방식으로 인듐 주석 산화물(ITO) 박막 수준의 전도도를 구현해낸 최초의 사례입니다. 특히 이미 상용화돼 있는 PEDOT:PSS 용액과 1,064㎚ 파장대의 레이저 장비를 활용하는 후처리 공정을 이용하기 때문에 구현이 간편하고 전극 제작비용도 저렴하죠.
아울러 PEDOT:PSS 용액은 국내 조달이 가능한 만큼 대일 의존도가 70%에 달하는 인듐 주석 산화물(ITO) 소재를 대체할 수 있어 투명전극 분야의 소재 자립화가 기대됩니다. 또한 전도성 고분자 용액을 기판에 바른 후 레이저를 조사할 때 패터닝(Patterning) 작업까지 동시에 가능한데요. 덕분에 투명전극에 원하는 패턴을 새기면서도 쉽고 빠르게 제작이 가능합니다.
나노·광융합기술그룹 윤창훈 박사가 투명전극 제작에 사용되는 PEDOT:PSS 용액을 보여주고 있다. 출처: 한국생산기술연구원
윤창훈 박사는 “유기발광다이오드(OLED)에 레이저를 쏘면 발광도가 떨어지는 현상을 연구하던 중 유사 물질인 전도성 고분자에 레이저를 조사했더니 예상과 달리 전기 저항이 떨어지는 현상을 발견하게 된 것이 계기”였다고 밝히며 “개발한 공정기술은 플렉시블 디스플레이 뿐만 아니라 사용자 맞춤형 웨어러블 기기, 폴더블 태양광 패널 제작 등에도 폭넓게 활용 가능하다”고 말했습니다.
##참고자료##
Yun, Changhun, et al. “Generating semi-metallic conductivity in polymers by laser-driven nanostructural reorganization.” Materials Horizons (2019).
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플렉시블 투명전극, 깨지기 쉬운 ITO 전극 단점 극복하나
플렉시블 투명전극, 깨지기 쉬운 ITO 전극 단점 극복하나
생기원, 전도성 고분자에 레이저 조사하는 물리적 방식의 공정기술 개발
대일의존도 70%인 기존 전극 소재 대체 기대
스마트폰 터치패널이나 각종 IT기기의 디스플레이에는 빛은 그대로 투과시키면서 전기를 잘 통하게 하는 투명전극이 들어간다.박막 형태의 핵심부품인 이 투명전극의 소재는 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, 이하 ITO)이 가장 보편적으로 쓰이는데, 전기 전도도가 높은 반면 휘거나 굽혔을 때 쉽게 깨지는 단점이 있다.최근 플렉시블 디스플레이에 대한 관심이 증가하면서, 깨지기 쉬운 ITO 전극의 단점을 극복할 수 있는 차세대 투명전극 개발 경쟁이 더욱 치열해지고 있는 추세이다.한국생산기술연구원(원장 이성일, 이하 생기원)이 플렉시블 투명전극 소재로 각광받고 있는 전도성 고분자에 레이저를 조사하여 ITO 전극 수준만큼 전기 전도도를 높일 수 있는 공정기술을 개발했다.전도성 고분자는 전기가 잘 통하는 플라스틱 소재의 일종으로, 형태 변화가 자유로운 고분자 특성상 압력을 가해도 깨지지 않아 플렉시블 디스플레이에 적합하다.반면 ITO 대비 1000분의 1 수준에 불과한 전기 전도도를 높이기 위해 유기용매, 계면활성제 등의 화학첨가제를 사용해 친환경 공정 개발이 어렵고, 전도도 또한 ITO 수준에 못 미쳐 상용화에 걸림돌이 돼 왔다.생기원 나노·광융합기술그룹 윤창훈 박사 연구팀은 대표적 전도성 고분자인 ‘PEDOT:PSS’ 투명전극에 1064㎚ 파장대의 적외선 레이저를 조사하면 전도도가 약 1,000배가량 높아지는 물리적 현상을 발견하고 이를 공정에 적용했다.PEDOT:PSS 투명전극은 전도성이 있는 PEDOT을 PSS(Polystrene Sulfonate)가 전선 피복처럼 둘러싸고 있는 실뭉치 형태의 고분자 박막으로, 전도도를 높이기 위해서는 PSS를 최대한 녹여 PEDOT끼리 서로 연결되도록 해야 한다.이 용액에 1,064㎚ 레이저를 쏠 경우 PEDOT이 열을 먼저 흡수해 온도가 올라가고, 이때 둘러싼 PSS가 전선 피복이 녹는 것처럼 녹으면서 PEDOT이 다량 노출되어 전도도가 높아지는 원리이다.이번 성과는 기존 화학적 방식에서 벗어나 레이저를 활용한 물리적 처리 방식으로 ITO 박막 수준의 전도도를 구현해낸 세계 최초의 사례이다.특히 이미 상용화되어 있는 PEDOT:PSS 용액과 1,064㎚ 파장대의 레이저 장비를 활용하는 후처리 공정이기 때문에 구현이 간편하고 전극 제작비용도 저렴하다.아울러 PEDOT:PSS 용액은 국내 조달이 가능한 만큼 대일 의존도가 70%에 달하는 ITO 소재를 대체할 수 있어 투명전극 분야의 소재 자립화가 기대된다.또한 전도성 고분자 용액을 기판에 바른 후 레이저를 조사할 때 패터닝(Patterning) 작업까지 동시에 가능해 투명전극에 원하는 패턴을 새기면서도 쉽고 빠르게 제작할 수 있다.윤창훈 박사는 “유기발광다이오드(OLED)에 레이저를 쏘면 발광도가 떨어지는 현상을 연구하던 중 유사물질인 전도성 고분자에 레이저를 조사했더니 예상과 달리 전기 저항이 떨어지는 현상을 발견하게 된 것이 계기”였다고 밝히며 “개발된 공정기술은 플렉시블 디스플레이뿐 아니라 사용자 맞춤형 웨어러블 기기, 폴더블 태양광 패널 제작 등에도 폭 넓게 활용 가능하다.”고 설명했다.
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