[지금은 과학] 주름 걱정없는 폴더블 스마트폰 나온다

[아이뉴스24 정종오 기자] 폴더블 스마트폰의 주름 문제를 해결할 수 있는 광학필름이 개발됐다. 20만번 이상 접어도 문제가 없었다.

디스플레이를 접으면 안쪽에는 압축력이, 바깥쪽에는 인장력이 발생한다. 이 때문에 반복해서 디스플레이를 접을 경우 표면이 깨지거나 갈라진다. 주름지는 현상이 발생할 수 있다.

이 문제점들을 해결할 수 있는 대표적 광학 신소재 중 하나가 바로 플라스틱 기반의 ‘유연 광학필름’이다.

한국생산기술연구원(원장 이낙규)이 폴더블 디스플레이의 주름 문제를 해결한 불소계 폴리이미드 기반 광학필름 개발에 성공했다. 생기원 친환경융합소재연구부문 홍성우 박사 연구팀은 기존 유리 기반 소재의 광 특성을 유지하면서도 굴곡 신뢰성을 갖춘 고강도 투명 유연 광학필름을 개발했다고 10일 발표했다.

폴더블 디스플레이에 사용되는 유연 광학필름은 범용 플라스틱과 비교해 뛰어난 물성과 특성을 가지는 엔지니어링 플라스틱으로 제조해야 한다.

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

복원력이 좋고 충격에 강하다. 연속 제막공정을 통해 얇은 필름 형태로 만들 수 있어 가볍고 유연한 디스플레이 구현이 가능하다.

반면 낮은 파장대의 빛을 쉽게 흡수하는 CTC의 구조적 특성으로 인해 필름이 노란색을 띠는 치명적 단점이 있다. 이러한 현상을 폴리이미드의 기계적 물성과 광 특성 간 트레이드 오프(Trade-Off)라고 부른다.

노트북, TV, 폴더블 스마트폰을 비롯한 플렉시블(Flexible) 제품군에 적용할 때 가장 큰 문제점으로 꼽혀 왔다.

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

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

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

20만번 이상 폴딩·언폴딩 후에도 일체의 깨짐, 갈라짐, 주름도 발생하지 않는 유연성, 굴곡 신뢰성을 가진 광학필름 제조에 성공했다.

특히 탄화불소 그룹을 도입한 투명 폴리이미드는 불소 원자를 포함하고 있어 불소계 폴리이미드로 분류된다. 불소계 폴리이미드는 일본 3대 수출규제 품목 중 하나로 차세대 디스플레이 개발의 핵심 소재이다.

홍성우 박사는 “차세대 디스플레이 개발의 핵심 소재이자 국산화가 시급한 소재라는 점에서 불소계 폴리이미드에 주목했다”먀 “확보한 성과를 바탕으로 롤러블·웨어러블·스트레처블 등 플렉시블 디스플레이 전반에 적용할 수 있는 소재 개발에 매진하고 싶다”고 말했다.

연구 성과(논문명 : Highly Transparent, Colorless Optical Film with Outstanding Mechanical Strength and Folding Reliability Using Mismatched Charge-Transfer Complex Intensification)는 재료 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’에 실렸다.