KISTI의 과학향기

한국생산기술원 연구팀이 폴더블 스마트폰 디스플레이의 주름 문제를 해결할 광학필름을 개발했다.

 

디스플레이를 접으면 안쪽에는 압축력이, 바깥쪽에는 인장력이 발생한다. 그래서 디스플레이를 반복해서 접으면 표면이 깨지거나 갈라지고, 주름지는 현상이 일어날 수 있다. 이러한 문제점을 해결할 수 있는 대표적인 광학 신소재 중 하나가 바로 플라스틱 기반의 ‘유연 광학필름’이다.

 

유연 광학필름은 일반 플라스틱보다 뛰어난 물성과 특성을 가지는 엔지니어링 플라스틱으로 만들어진다. 폴리이미드는 대표적인 엔지니어링 플라스틱으로, 전하이동 복합체(CTC)라는 독특한 구조를 형성해 기계적 물성이 탁월하다. 또 복원력이 좋고 충격에 강하며, 얇은 필름 형태로 만들 수 있어 가볍고 유연한 디스플레이를 만들 수 있다.

 

하지만 CTC는 낮은 파장대의 빛을 쉽게 흡수해 필름이 노란색을 띠는 치명적인 단점이 있다. 그래서 노트북, TV, 폴더블 스마트폰을 비롯한 플렉시블 제품의 가장 큰 문제점으로 꼽혀 왔다.

 

연구팀은 CTC 제어를 통해 이 같은 단점을 극복하고 세계 최고 수준의 물성을 갖는 새로운 불소계 폴리이미드를 개발하는 데 성공했다. 폴리이미드에 부피가 큰 탄화불소를 도입해 CTC로 강력하게 결합된 폴리이미드 사슬 간의 거리를 떨어뜨려 광 특성을 확보했다. 다만 물리적 거리를 제어하면 기계적 물성이 함께 저하되기 때문에, 이 문제를 해결하기 위해 폴리이미드 사슬 간 수소 결합 및 금속 이온 결합 확률을 높이는 방식으로 CTC의 상호작용력을 증폭시켰다.

 

그 결과 황색지수 3 이하로 노란색을 띠지 않고, 20만 회 이상 접었다 펴도 깨짐이나 갈라짐, 주름이 발생하지 않는 광학필름을 만드는 데 성공했다. 연구를 이끈 홍성우 수석연구원은 “차세대 디스플레이 개발의 핵심 소재이자 국산화가 시급한 소재라는 점에서 불소계 폴리이미드에 주목했다”며, “확보한 성과를 바탕으로 플렉시블 디스플레이 전반에 적용할 수 있는 소재 개발에 매진하고 싶다”고 말했다. 이번 연구 결과는 재료 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈’ 5월 표지논문으로 실렸다.