휘어지는 투명 디스플레이의 핵심 원천

유기전자소재 첫 개발

 

-상온서 유기분자 자동정렬기술 개발…전하이동도 100배 향상,상용화 앞당길 듯
- GIST 이광희 교수팀, Nature Communications 6월 18일자 논문 게재

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□ 국내 연구진이 유기 전자소자의 성능을 획기적으로 향상시키는 핵심 원천 유기전자소재를 세계 최초로 개발했다. 유기 반도체의 분자배열을 자동적으로 정렬시키는 기술을 개발함으로써 전하 이동도를 최대 100배 향상시켰고, 기존의 고온 공정 대신 상온에서도 제작할 수 있어 유기태양전지, 휘어지는 디스플레이, 유기트랜지스터 등 유기 전자소자의 성능 개선과 상용화 시기를 크게 앞당길 것으로 기대되고 있다.

 

  o 지스트(GIST․광주과학기술원․총장 김영준) 신소재공학부 이광희 교수와 지스트 차세대에너지연구소(RISE) 김희주 박사가 주도(공동 교신저자)하고, 나노바이오전자재료공학과 권순철 박사과정(제1저자)이 수행한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 선도연구센터사업(NCRC)과 지스트 차세대태양전지 기술개발사업의 지원으로 수행되었으며, 연구 결과는 네이처(Nature) 자매지인 Nature Communications 지 6월 18일자 온라인 논문으로 게재되었다. (논문명: Template-mediated nano-crystallite networks in semiconducting polymers)

 

□ (연구배경) 유기반도체는 무기물을 기반으로 한 전자소자와 달리 용액 공정을 통해 플라스틱과 같은 유기물에 코팅할 수 있어 휘어지는 디스플레이나 유기태양전지 등에 널리 활용되고 있다.

 

  o 고성능의 유기 전자소자를 제작하기 위해서는 반도체속의 전자가 원활히 이동되도록 유기분자가 규칙적으로 정렬되어야 한다. 하지만, 유기반도체는 특성상 분자배열이 무질서해 고성능 유기 전자소자 개발에 많은 어려움이 있어 왔다. 이를 해결하기 위해 200℃ 이상의 고온처리 방법이 대안으로 시도되었지만, 플라스틱 기판에 적용하기 어려워 휘어지는 유기 전자소자를 구현하는 데 한계가 있었다.

 

□ (연구결과) 연구팀은 정전기 원리에 착안하여 유기분자의 규칙적 배열을 시도하였다. 즉, 용액상태의 유기반도체에 정전기 특성을 가지고 있는 고분자 지지체를 혼합해 화학적 결합을 유도한 결과, 유기 분자를 고분자 지지체에 규칙적으로 정렬시키는 데 성공하였고, 전하 이동도는 최소 10배에서 최대 100배까지 향상되었다.

 

  o 또한 기존의 고온 공정과 달리 상온에서도 자유롭게 유기 분자를  제어할 수 있게 되어, 유기태양전지나 휘어지는 디스플레이 등 다양한 구조의 유기 전자소자에도 적용할 수 있게 되었다.

 

□ 이광희 교수는 “이번 연구결과는 기존의 유기분자 정렬방법을 뛰어넘는 혁신적인 정렬방법을 제시하였을 뿐만 아니라 상온에서도 고성능의 유기 전자소자를 제작할 수 있게 되어, 향후 차세대 유기전자소자 및 웨어러블 디바이스의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다”라고 밝혔다.  ​