한국생산기술연구원

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한국생산기술연구원 정책홍보실 유윤형 팀장 (041-589-8031 / walla94@kitech.re.kr)

일본 3대 수출 규제 품목 중 하나인 ‘불소계 폴리이미드’국산화

폴더블 스마트폰, 주름 없이 오래 쓴다

세계 최고 수준의 유연 광학필름 제조, 폴더블 디스플레이 적용 기대

□ 한국생산기술연구원(원장 이낙규, 이하 생기원)이 폴더블 디스플레이의 주름 문제를 해결한 불소계 폴리이미드 기반 광학필름 개발에 성공했다.

ㅇ 생기원 친환경융합소재연구부문 홍성우 박사 연구팀은 기존 유리 기반 소재의 광 특성을 유지하면서도 굴곡 신뢰성을 갖춘 고강도 투명 유연 광학필름을 개발했다고 밝혔다.

□ 디스플레이를 접으면 안쪽에는 압축력이, 바깥쪽에는 인장력이 발생하기 때문에 반복해서 디스플레이를 접을 경우 표면이 깨지거나 갈라지고, 주름지는 현상이 발생할 수 있다.

ㅇ 이러한 문제점들을 해결할 수 있는 대표적인 광학 신소재 중 하나가 바로 플라스틱 기반의 ‘유연 광학필름’이다.

□ 폴더블 디스플레이에 사용되는 유연 광학필름은 범용 플라스틱 대비 뛰어난 물성 및 특성을 가지는 엔지니어링 플라스틱으로 제조해야 한다.

ㅇ 폴리이미드(Polyimide)는 대표적인 엔지니어링 플라스틱으로, 전하이동복합체(Charge Transfer Complex ; CTC)라는 독특한 구조를 형성해 범용 플라스틱은 물론 일반 엔지니어링 플라스틱보다 기계적 물성이 탁월하다.

ㅇ 또한 복원력이 좋고 충격에 강하며, 연속 제막공정을 통해 얇은 필름   형태로 만들 수 있어 가볍고 유연한 디스플레이 구현이 가능하다.

ㅇ 반면 낮은 파장대의 빛을 쉽게 흡수하는 CTC의 구조적 특성으로 인해 필름이 노란색을 띠는 치명적인 단점이 있다.

ㅇ 이러한 현상을 폴리이미드의 기계적 물성 및 광 특성 간 트레이드 오프(Trade-Off)라고 부르며, 노트북, TV, 폴더블 스마트폰을 비롯한 플렉시블(Flexible) 제품군 적용 시 가장 큰 문제점으로 꼽혀 왔다.

□ 홍성우 박사 연구팀은 CTC 제어를 통해 트레이드 오프를 극복함으로써 세계 최고 수준의 물성 및 특성을 가지는 새로운 불소계 폴리이미드 개발에 성공했다.

ㅇ 먼저, 폴리이미드에 부피가 큰 탄화불소를 도입, CTC로 인해 강력하게 결합되어 있는 폴리이미드 사슬 간 거리를 떨어뜨리는 방식으로 광 특성을 확보했다.

ㅇ 반면 물리적 거리를 제어하는 것과 비례해 기계적 물성이 저하되는 문제를 해결하기 위해 폴리이미드 사슬 간 수소 결합 및 금속 이온 결합 확률을 높이는 방식으로 CTC의 상호작용력을 증폭시킴으로써 트레이드 오프 현상을 극복할 수 있었다.

ㅇ 그 결과 탄성계수 8㎬ 이상, 전체 투과율 90%, 황색지수 3 이하를 나  타내고, 20만회 이상 폴딩·언폴딩 후에도 일체의 깨짐, 갈라짐, 주름도 발생하지 않는 유연성 및 굴곡 신뢰성을 가진 광학필름 제조에 성공했다.

ㅇ 특히 탄화불소 그룹을 도입한 투명 폴리이미드는 불소 원자를 포함하     고 있어 불소계 폴리이미드로 분류되며, 불소계 폴리이미드는 일본 3     대 수출규제 품목 중 하나로, 차세대 디스플레이 개발의 핵심 소재이다.

□ 연구를 주도한  홍성우 박사는 “차세대 디스플레이 개발의 핵심 소재이자 국산화가 시급한 소재라는 점에서 불소계 폴리이미드에 주목했다”고 말하며, “확보한 성과를 바탕으로 롤러블·웨어러블·스트레처블 등 플렉시블 디스플레이 전반에 적용할 수 있는 소재 개발에 매진하고 싶다”는 뜻을 밝혔다.

ㅇ 이번 연구 성과는 재료 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’에 게재*되었으며, 올해 5월 해당 학술지 표지로 선정되었다.

* 논문명 : Highly Transparent, Colorless Optical Film with Outstanding Mechanical

Strength and Folding Reliability Using Mismatched Charge-Transfer Complex

Intensification, Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2111040

[참고1] 자료사진

[참고2] 연구자 프로필폴더블 스마트폰,

참고1

자료사진

‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’ 표지논문

한국생산기술연구원 친환경융합소재연구부문 홍성우 수석연구원

이 표현이 좀 어색하게 들리는데요. 스마트폰 외에 다른 제품 예시 2~3개를 든다면 노트북, TV 인가요? 그렇다면 플렉시블 제품군이라고 해야 하지 않을까요?

-> 말씀을 듣고 보니 (바로 뒤 평면 디스플레이라는 대구도 있고 해서) 폴더블 디스플레이로 진행하는 것이 좋을 것 같습니다.

전문적인 내용이 어렵다고 해도, 개발 과정이 너무 압축되지 않았나 싶습니다. 이 표현은 맨 앞이나 뒤로 가야 할 것 같습니다.

아마 수석님이 찾아보신 정의는 N과 카보닐기(C=O)가 연결된 화합물이 대부분일 것 같으며, 저 역시 이 이상 좋은 설명은 없을 것 같습니다. 그러나 카보닐기라는 표현이 너무 생소할 것 같으면, 이런 표현 방법도 괜찮을 것 같습니다. 이에 대한 의견 부탁드리겠습니다.