▲ 유리와 플라스틱 기판에 부착된 젤 전해질 디스플레이의 발광 사진.

국내 공동연구팀이 스티커처럼 ‘붙였다, 뗐다’할 수 있는 디스플레이용 전해질 소재를 개발했다. 공정 간편해 기존의 복잡한 공정들을 대체한 다양한 용도를 가지는 저가형 디스플레이 개발에 큰 도움이 될 것으로 보인다.

재료연구소(소장 김해두, KIMS) 표면기술연구본부 홍기현 박사, 인하대학교 화학공학과 이근형 교수, 포항공대 신소재공학과 이종람 교수로 이루어진 공동연구팀은 21일 스티커형 디스플레이용 젤 전해질 소재를 국내 최초로 개발했다고 밝혔다.

기존 디스플레이에서 전해질 소재로 이온전도도가 우수한 액체상태의 전해질 소재가 사용되었지만 소자에 적용하면 누수 문제에 따른 정밀한 패키징 공정이 요구됐으며, 플렉서블 소자 구현이 불가한 단점이 있었다.

이에 공동연구팀은 이러한 기존 액체 전해질 소재의 한계 물성을 극복하기 위해 이온성 액체, 고분자 지지체, 발광염료를 혼합해 우수한 기계적 강도와 높은 이온 전도도가 확보된 젤 전해질 소재를 합성했다.

제작된 젤 전해질 소재는 액체 상태가 아닌 젤 타입의 고체 전해질 형태이다. 기계적 강도가 우수하며 표면에 점성을 가지고 있어 다양한 기판에 탈/부착이 가능하다.

또한 본 소재를 전도성 기판에 부착해 교류전압을 인가할 경우 젤 전해질에 도핑된 발광염료의 산화/환원 반응으로 인해 평방미터 당 최대 100칸데라(cd/㎡) 수준의 빛이 방출된다.

직류전압을 인가할 경우 전해질과 전극간의 전기화학 반응에 의해 에너지의 충/방전이 가능한 슈퍼캐패시터(capacitor, 축전기)의 특성을 나타내는 것으로 확인됐다.

연구진은 전 세계적으로 기존의 디스플레이를 대체할 저비용, 유연 디스플레이 소자에 대한 관심이 높은만큼, 이번 젤 전해질 소재의 개발은 스티커형의 디스플레이 표시장치로 사용 가능한 신개념 발광 소자를 구현을 도울 것이라고 밝혔다.

또한 기존의 복잡한 제조공정에서 벗어나 저가형 디스플레이, 단순표시장치등 향후 일회용 디스플레이, 센서 표시장치, 웨어러블 및 모바일 기기 등에 적용이 가능할 것으로 기대된다고 이야기 했다.

연구책임자인 재료연구소 홍기현 박사는 “본 기술이 상용화 되면, 기존의 디스플레이 기술로 구현이 어려웠던 신개념의 스티커형 디스플레이 제작이 가능하고, 전해질의 이온 전도 특성을 이용한 에너지 소자로의 응용이 가능하다.”며, “이를 바탕으로 다양한 플렉서블/웨어러블, 모바일 헬스케어 기기에 적용이 기대된다.”고 말했다.

한편, 공동연구팀의 젤 전해질 제조 기술, 스티커형 디스플레이 소자 기술, 에너지 저장 소자 응용기술과 관련한 연구결과들은 소재 및 과학 분야의 국제저널인 어드밴스트 에너지 머테리얼스지(Advanced Energy Materials)와 사이언티픽 리포트(Scientific Reports) 온라인 판에 게재됐다. 관련 소재 및 응용 기술은 현재 재료연구소의 특허 담당부서와 출원 협의 중에 있다.