은 섬유 전극을 주사현미경으로 확대 촬영한 모습과 일반 카메라로 촬영한 모습(아래 오른쪽). 전기방사공정을 이용해 제작하는데, 전기 방사 시간을 늘릴수록 은 섬유 망이 촘촘해진다(위). - 한국연구재단 제공

국내 연구진이 ‘은 섬유(silver fiber)’를 이용해 투명하고 유연하면서도 기존 상용 유기발광다이오드(OLED)보다 발광효율이 19% 높은 전극을 개발했다. 대면적으로도 제작할 수 있어 차세대 플렉서블 디스플레이 개발을 앞당길 전망이다.
 
주병권 고려대 전기전자공학부 교수팀과 박영욱 선문대 정보디스플레이학과 교수팀은 투명하고 유연한 고성능 은 섬유 전극을 개발했다고 7일 밝혔다. OLED뿐만 아니라 LED, 태양전지, 터치스크린, 광센서 등 다양한 광전자소자에 적용 가능하다.
 
현재 디스플레이나 광학 소자 등에 쓰이는 상용 투명전극(ITO)은 전기전도도나 투명도는 뛰어나지만 가격이 비싸고 딱딱하다. 유연투명전극 소재로 가는 은 나노와이어가 주목을 받고 있지만, 아직 디스플레이용 OLED에 적용할 정도의 성능을 내지는 못하고 있다. 연결망 구조로 엮어야 전극으로 활용할 수 있는데, 길이가 수십 ㎛(마이크로미터·1㎛는 100만 분의 1m)로 짧아 전극의 전도도 등을 높이는 데 한계가 있기 때문이다. 
 
연구진은 이런 문제를 해결하기 위해 전기방사공정을 이용해 은 섬유 전극을 제작했다. 플라스틱 기판 위에 은 박막을 증착한 뒤 전기를 가해 은이 고분자 섬유 구조가 되도록 만든 것이다. 은 섬유는 길이가 수 ㎝로 은 나노와이어보다 길이가 100배 이상 길었다. 저항과 투과도는 은 섬유의 두께와 밀도(전기방사 시간)로 각각 조절 가능하다. 연구진은 이런 성질을 이용해 저항은 줄이고 투과도는 높여 전극의 성능을 극대화 했다.

이렇게 만든 은 섬유 전극은 유연하면서도 전기전도도가 은 나노와이어 전극보다 높고, ITO보다 광전환 효율이 19% 높은 것으로 나타났다. 또 은 나노와이어 전극은 선끼리 맞닿는 지점이 생겨 전기적으로 불안정한 단점이 있었던 반면, 은 섬유 전극은 이런 접합점 없이 하나로 연결된 망 구조로 제작할 수 있어 안정적으로 구동했다.

 
주 교수는 “은 섬유 유연투명전극은 간편하고 저렴하게 대면적으로 제작 가능하고 저항이 낮기 때문에 차세대 플렉서블 OLED 디스플레이 개발에 도움이 될 것”이라고 밝혔다.

연구 결과는 국제학술지 ‘스몰’ 2017년 12월 28일자에 게재됐다.