깨지지않는 스마트폰 나온다…KAIST '플라스틱 기판' 기술 개발

KAIST 윤춘섭 교수 연구팀에 이번에 개발한 유리섬유직물 사진.(사진=KAIST 제공).© News1

</figure>스마트폰 액정이 깨지지 않는다면? TV 화면을 가벼운 플라스틱 필름으로 대체할 수 있다면?

14일 KAIST에 따르면 IT융합연구소 윤춘섭 교수(물리학과) 연구팀이 디스플레이 유리 기판을 대체할 수 있는 고강도 플라스틱 기판 원천기술을 개발했다.

연구팀은 유리섬유직물을 무색투명 폴리이미드 필름에 함침시켜 이번 플라스틱 기판을 만들었다.

이 기판은 플라스틱 필름의 장점인 유연성을 갖고 있으면서도 인장강도는 강화유리와 비슷한 정도라고 윤교수는 밝혔다.

또 유리처럼 무색투명하고, 450℃까지 내열성을 가지며 열팽창률은 기존 플라스틱 열팽창률의 10∼20%에 불과하다는 설명이다. 고내열, 고투명, 고유연, 고내화학, 고인장강도 특성을 갖고 있는 것.

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윤춘섭 KAIST 교수. © News1

</figure>유리 기판은 여러 가지 장점으로 핸드폰 화면, TV, 컴퓨터 모니터 등 거의 모든 디스플레이에 사용돼 왔다.

하지만 무겁고 깨지기 쉬운 단점이 있어 최근 이를 대체할 열적, 화학적 안정성이 우수한 플라스틱 재질의 무색투명 폴리이미드 필름에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

그러나 무색투명 폴리이미드 필름은 내열성 및 기계적 강도가 충분하지 못해 이를 보강하려고 유리섬유직물을 필름에 함침시키면 필름의 표면 거칠기 및 광 투과도 조건이 악화되는 문제가 발생해 실용화되지 못했다.

이는 함침시킬 때 용매가 증발하며 0.4µm(마이크로미터) 내외의 표면 거칠기가 발생하고, 무색투명 폴리이미드 필름과 유리섬유직물의 굴절률 불일치로 인한 광 산란이 심하게 발생하기 때문이다.

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유리섬유직물의 굴절률이 무색투명 폴리이미드 필름의 굴절률과 일치된 경우의 필름 투명도(좌측)와 일치되지 않는 경우(우측). 좌측의 글자는 선명하게 보이는 반면 우측의 글자는 뿌옇게 보인다.(사진=KAIST 제공)© News1

</figure>윤 교수팀은 투명 폴리이미드 필름의 굴절률을 유리섬유직물의 굴절률과 소수 네 자리까지 일치시키는 방법과, 필름의 표면 거칠기를 수 nm 수준으로 평탄화 시키는 핵심기술을 개발해 이 문제를 해결했다.

그 결과 110µm 두께의 유리섬유직물 함침 무색투명 폴리이미드 필름 기판에서 11ppm/℃의 열팽창률, 0.9nm의 표면 거칠기, 250MPa의 인장강도, 2mm의 굽힘곡률반경, 90%의 광 투과도를 달성했다.

윤 교수는 “개발된 기판은 기존 디스플레이의 유리 기판을 대체할 수 있고, 플렉서블 디스플레이 기판으로도 사용할 수 있다”며 “핸드폰 화면이 깨지는 문제점을 근본적으로 해결하고 대면적 TV의 무게 및 두께를 획기적으로 줄일 수 있어 디스플레이 산업에 일대 혁신을 가져올 수 있을 것”이라고 전망했다.

이번 연구는 2008년부터 5년간 지식경제부의 ‘모바일 플렉시블 입출력 플랫폼 개발사업’의 지원으로 수행, 총 3건의 특허출원을 마치고 관련기업과 기술 이전을 협의 중인 것으로 알려졌다.

pencils31@gmail.com