폴더블 스마트폰, 주름 없이 오래 쓴다

한국생산기술원 연구팀이 폴더블 스마트폰 디스플레이의 주름 문제를 해결할 광학필름을 개발했다.

 

디스플레이를 접으면 안쪽에는 압축력이, 바깥쪽에는 인장력이 발생한다. 그래서 디스플레이를 반복해서 접으면 표면이 깨지거나 갈라지고, 주름지는 현상이 일어날 수 있다. 이러한 문제점을 해결할 수 있는 대표적인 광학 신소재 중 하나가 바로 플라스틱 기반의 ‘유연 광학필름’이다.

 

유연 광학필름은 일반 플라스틱보다 뛰어난 물성과 특성을 가지는 엔지니어링 플라스틱으로 만들어진다. 폴리이미드는 대표적인 엔지니어링 플라스틱으로, 전하이동 복합체(CTC)라는 독특한 구조를 형성해 기계적 물성이 탁월하다. 또 복원력이 좋고 충격에 강하며, 얇은 필름 형태로 만들 수 있어 가볍고 유연한 디스플레이를 만들 수 있다.

 

하지만 CTC는 낮은 파장대의 빛을 쉽게 흡수해 필름이 노란색을 띠는 치명적인 단점이 있다. 그래서 노트북, TV, 폴더블 스마트폰을 비롯한 플렉시블 제품의 가장 큰 문제점으로 꼽혀 왔다.

 

연구팀은 CTC 제어를 통해 이 같은 단점을 극복하고 세계 최고 수준의 물성을 갖는 새로운 불소계 폴리이미드를 개발하는 데 성공했다. 폴리이미드에 부피가 큰 탄화불소를 도입해 CTC로 강력하게 결합된 폴리이미드 사슬 간의 거리를 떨어뜨려 광 특성을 확보했다. 다만 물리적 거리를 제어하면 기계적 물성이 함께 저하되기 때문에, 이 문제를 해결하기 위해 폴리이미드 사슬 간 수소 결합 및 금속 이온 결합 확률을 높이는 방식으로 CTC의 상호작용력을 증폭시켰다.

 

그 결과 황색지수 3 이하로 노란색을 띠지 않고, 20만 회 이상 접었다 펴도 깨짐이나 갈라짐, 주름이 발생하지 않는 광학필름을 만드는 데 성공했다. 연구를 이끈 홍성우 수석연구원은 “차세대 디스플레이 개발의 핵심 소재이자 국산화가 시급한 소재라는 점에서 불소계 폴리이미드에 주목했다”며, “확보한 성과를 바탕으로 플렉시블 디스플레이 전반에 적용할 수 있는 소재 개발에 매진하고 싶다”고 말했다. 이번 연구 결과는 재료 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈’ 5월 표지논문으로 실렸다.